JP2017220849A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作製が容易であり、且つ、磁界分布の十分な広がりを得ることが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】第１の導体パターン３０がスパイラル状に巻回された平面スパイラルコイルＣ１であって、ｘ方向に延在する導体パターン３０ａが分断されて第１及び第２の接続端子４１，４２を構成する平面スパイラルコイルＣ１と、磁性コア５０及びその表面に巻回され、それぞれ第１及び第２の接続端子４１，４２に接続された第３及び第４の接続端子４３，４４を有する第２の導体パターン６０を有するソレノイドコイルＣ２とを備える。磁性コア５０は、ｘ方向における幅よりもｙ方向における幅の方が大きく、これにより平面スパイラルコイルＣ１の内径領域３４に突出している。これにより、容易に作製することができるとともに、磁界分布の十分な広がりを得ることも可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に、近距離無線通信（Near Field Communication）用として好適なアンテナ装置に関するものである。

近年、スマートフォン等の携帯無線機器にはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：電波による個体識別）システムが搭載されており、そのための通信手段としてリーダ・ライタ等と近距離無線通信を行うためのアンテナ装置が搭載されている。この種のアンテナ装置としては、例えば特許文献１に記載されたアンテナ装置が知られている。

特許文献１に記載されたアンテナ装置は、ループ状のアンテナを構成する導体の一部をコアに巻回し、これによってコイル部を形成することによってアンテナ特性を改善している。

特許第４８０７４６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナ装置は、ループ状のアンテナを構成する導体の一部を直接コアに巻回する構成であるため、実際に作製するためにはワイヤ状の導体を用いる必要があり、製造工程が非常に複雑になるという問題がある。また、特許文献１に記載されたアンテナ装置では、コイル部を構成するコアがループ状のアンテナの一辺に沿った形状を有していることから、磁界分布の十分な広がりが得られないという問題もあった。

したがって、本発明の目的は、作製が容易であり、且つ、磁界分布の十分な広がりを得ることが可能なアンテナ装置を提供することである。

本発明によるアンテナ装置は、第１の導体パターンがスパイラル状に巻回された平面スパイラルコイルであって、所定のターンにおいて第１の方向に延在する前記第１の導体パターンが分断され、分断された前記第１の導体パターンの一対の端部が第１及び第２の接続端子を構成する平面スパイラルコイルと、磁性コアと、前記磁性コアに巻回され、それぞれ前記第１及び第２の接続端子に接続された第３及び第４の接続端子を有する第２の導体パターンとを有するソレノイドコイルと、を備え、前記磁性コアは、前記第１の方向における幅よりも前記第１の方向と直交する第２の方向における幅の方が大きく、これにより前記平面スパイラルコイルの内径領域に突出していることを特徴とする。

本発明によれば、平面スパイラルコイルを構成する第１の導体パターンとソレノイドコイルを構成する第２の導体パターンが接続端子を介して接続される構成を有していることから、容易に作製することが可能となる。しかも、磁性コアが平面スパイラルコイルの内径領域に突出していることから、磁界分布の十分な広がりを得ることも可能となる。

本発明において、前記磁性コアは、前記平面スパイラルコイルの前記内径領域の中心部と重なることが好ましい。これによれば、より大きな磁界分布の広がりを得ることが可能となる。

本発明において、前記平面スパイラルコイルを構成する第１の導体パターンは複数ターン巻回されており、前記ソレノイドコイルを構成する第２の導体パターンのターン数は、前記第１の導体パターンのターン数よりも少ないことが好ましい。これによれば、指向性が過剰となることがなく、良好な磁界分布の広がりを得ることが可能となる。

この場合、前記所定のターンは、最外周ターンであっても構わないし、最内周ターンであっても構わない。いずれの場合も、接続端子と他のターンを構成する導体パターンとの干渉を容易に防止することができる。特に、前者の場合は、接続端子が平面スパイラルコイルの内径領域に位置しないことから、内径領域の有効面積が減少することがない。一方、後者の場合は、磁束を磁性コアに引き込みやすくなるという効果が得られる。

本発明において、前記磁性コアは磁性シートからなることが好ましい。これによれば、薄型化及び軽量化を実現しつつ、可撓性を確保することができる。この場合、前記第２の導体パターンは、前記磁性シートの表面に形成されたメッキパターンであることが好ましい。これによれば、ソレノイドコイルを容易に作製することが可能となる。

本発明によれば、作製が容易であり、且つ、磁界分布の十分な広がりを得ることが可能なアンテナ装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａの構成を示す略平面図である。 図２は、アンテナ装置１０Ａの構成を示す分解斜視図である。 図３は、第１の実施形態において用いるソレノイドコイルＣ２の構成を説明するための略斜視図である。 図４は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂの構成を示す略平面図である。 図５は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃの構成を示す略平面図である。 図６は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄの構成を示す略平面図である。 図７は、本発明の第５の実施形態によるアンテナ装置１０Ｅの構成を示す略平面図である。 図８は、アンテナ装置１０Ｅの構成を示す分解斜視図である。 図９は、第５の実施形態において用いるソレノイドコイルＣ２の構成を説明するための略斜視図である。 図１０は、本発明の第６の実施形態によるアンテナ装置１０Ｆの構成を示す略平面図である。 図１１は、アンテナ装置１０Ｆの構成を示す分解斜視図である。 図１２は、第６の実施形態において用いるソレノイドコイルＣ２の構成を説明するための略斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａの構成を示す略平面図である。また、図２は、アンテナ装置１０Ａの構成を示す分解斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１０Ａは、ＰＥＴ樹脂などからなるフレキシブル基板２０の表面に形成された第１の導体パターン３０からなる平面スパイラルコイルＣ１と、磁性コア５０及びその周囲に巻回された第２の導体パターン６０からなるソレノイドコイルＣ２とを備える。

本実施形態においては、第１の導体パターン３０がフレキシブル基板２０の表面にスパイラル状に４ターン巻回されている。但し、本発明において、第１の導体パターン３０のターン数がこれに限定されるものではない。第１の導体パターン３０は、例えばパターニング又は型抜きされた銅箔によって構成される。第１の導体パターン３０の外形は略正方形であり、ｘ方向に沿った部分と、ｙ方向に沿った部分を有している。但し、本発明において第１の導体パターン３０の外形が略正方形であることは必須でなく、例えば、長方形であっても構わない。

第１の導体パターン３０の外周端は、端子電極３１に接続される。一方、第１の導体パターン３０の内周端は、端子電極３２に接続される。これら端子電極３１，３２は、図示しないＲＦ回路に接続される端子である。尚、端子電極３２は、第１の導体パターン３０を横切る横断部３３を介して内周端に接続される。横断部３３は、例えばフレキシブル基板２０の裏面に形成される。また、第１の導体パターン３０に囲まれた部分は、平面スパイラルコイルＣ１の内径領域３４を構成する。

図１及び図２に示すように、第１の導体パターン３０の最外周ターンにおいてｘ方向に延在する導体パターン３０ａは電気的に分断されており、分断された導体パターン３０ａの一対の端部が第１及び第２の接続端子４１，４２を構成する。

ソレノイドコイルＣ２は、磁性コア５０及びその周囲に巻回された第２の導体パターン６０からなる。磁性コア５０としては、可撓性を有する磁性シートを用いることが好ましい。これによれば、フェライトコアのような脆性材料を用いる場合と比べ、薄型化及び軽量化を実現しつつ、可撓性を確保することができる。本実施形態においては、スパイラルコイルＣ１についてもフレキシブル基板２０を用いていることから、磁性コア５０として可撓性を有する磁性シートを用いれば、アンテナ装置１０Ａの全体に可撓性を持たせることが可能となり、スマートフォンなどの携帯無線機器に内蔵する場合に好適である。

また、磁性コア５０として可撓性を有する磁性シートを用いた場合、第２の導体パターン６０は、磁性シートの表面に形成されたメッキパターンであることが好ましい。この場合、磁性コア５０の表面のうち、第２の導体パターン６０を形成すべき部分にパラジウムなどの触媒を混合した樹脂ペーストをスクリーン印刷し、その後、樹脂ペーストの表面に銅などの金属を無電解メッキにより形成し、さらに、電解メッキを施すことにより第２の導体パターン６０を形成することができる。この方法によれば、磁性シートの表面に第２の導体パターン６０を容易に成形することが可能となる。

図３は、ソレノイドコイルＣ２の構成を説明するための略斜視図である。

図３に示すように、ソレノイドコイルＣ２を構成する磁性コア５０は、ｚ方向を厚み方向とする板状体であり、ｘ方向における幅Ｗ１よりもｙ方向における幅Ｗ２の方が大きい形状を有している。そして、磁性コア５０の表面には第２の導体パターン６０が巻回されており、その一端は第３の接続端子４３を構成し、他端は第４の接続端子４４を構成する。第２の導体パターン６０は、磁性コア５０の上面５１に形成された２本の上面パターン６１，６２と、磁性コア５０の下面５２に形成された１本の下面パターン６３を含む。下面パターン６３の一端は上面パターン６１の一端に接続され、下面パターン６３の他端は上面パターン６２の一端に接続される。そして、上面パターン６１の他端は下面５２に形成された第３の接続端子４３に接続され、上面パターン６２の他端は下面５２に形成された第４の接続端子４４に接続される。このような構成により、第２の導体パターン６０は、磁性コア５０の周囲に１．５ターン巻回されることになる。

そして、ソレノイドコイルＣ２は、第３及び第４の接続端子４３，４４がそれぞれ平面スパイラルコイルＣ１の第１及び第２の接続端子４１，４２と接続されるよう、フレキシブル基板２０上に配置される。これら接続端子間における電気的接続には、ハンダなどが用いられる。これにより、分断された導体パターン３０ａがソレノイドコイルＣ２を構成する第２の導体パターン６０を介して接続されることになる。つまり、平面スパイラルコイルＣ１の途中にソレノイドコイルＣ２が直列的に挿入された回路構成となることから、端子電極３１，３２間に電流を流すと、平面スパイラルコイルＣ１及びソレノイドコイルＣ２から磁束が発生する。逆に、平面スパイラルコイルＣ１及びソレノイドコイルＣ２が外部磁束を受け取ると、端子電極３１，３２間に電流が流れることになる。これにより、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を用いるＲＦＩＤ用のアンテナ装置として機能することになる。

このように、本実施形態においては、平面スパイラルコイルＣ１とソレノイドコイルＣ２をそれぞれ別の導体パターンによって構成し、これらを接続端子４１〜４４を介して電気的に接続していることから、１本のワイヤ導体を用いて平面スパイラルコイルＣ１とソレノイドコイルＣ２の両方を形成する場合に比べ、極めて容易に作製することが可能となる。

本実施形態においては、ソレノイドコイルＣ２を構成する磁性コア５０がフレキシブル基板２０の表面に載置されると、磁性コア５０の一部が平面スパイラルコイルＣ１を構成する第１の導体パターン３０と平面視で（ｚ方向から見て）重なるとともに、別の部分が平面スパイラルコイルＣ１の内径領域３４に突出する。また、磁性コア５０の残りの部分は、平面スパイラルコイルＣ１の外部方向に突出する。このように、磁性コア５０はｘ方向における幅Ｗ１よりもｙ方向における幅Ｗ２の方が大きく、且つ、平面スパイラルコイルＣ１の内径領域３４に突出していることから、内径領域３４を通過する磁束の一部が効率よく磁性コア５０に取り込まれる。そして、磁性コア５０に取り込まれた磁束は、平面スパイラルコイルＣ１の外部方向に突出する部分から放出されるため、磁界分布の広がりを拡大することが可能となる。

特に限定されるものではないが、磁性コア５０のうち平面スパイラルコイルＣ１の内径領域３４に突出した部分は、内径領域３４の中心部３４ａと重なり、且つ、内径領域３４において終端していることが好ましい。このような構成とすることにより、内径領域３４を通過する磁束のより多くが磁性コア５０に取り込まれるため、より大きな磁界分布の広がりを得ることが可能となる。

このように、本実施形態によるアンテナ装置１０Ａは、平面スパイラルコイルＣ１とソレノイドコイルＣ２がそれぞれ別部材であり、接続端子４１〜４４を介してこれらを接続していることから、容易に作製することが可能となる。しかも、磁性コア５０が平面スパイラルコイルＣ１の内径領域３４に突出していることから、十分な磁界分布の広がりを得ることも可能となる。

また、本実施形態においては、電気的に分断された導体パターン３０ａが第１の導体パターン３０の最外周ターンであることから、接続端子４１，４２と他のターンとの干渉を容易に防止することができるとともに、内径領域３４の有効面積に影響を与えることもない。

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂの構成を示す略平面図である。

図４に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１０Ｂは、電気的に分断された導体パターン３０ｂが第１の導体パターン３０の最内周ターンである点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成は、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

このような構成であっても、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａとほぼ同様の効果を得ることができる。また、本実施形態においては、接続端子４１，４２が最内周の導体パターン３０ｂに設けられていることから、平面スパイラルコイルＣ１の外形サイズが大型化しないという利点を有する。また、内径領域３４を通過する磁束を磁性コア５０に引き込みやすくなるという効果も得られる。

＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置１０Ｃの構成を示す略平面図である。

図５に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１０Ｃは、磁性コア５０の平面形状が略台形である点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成は、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、平面形状が略台形である磁性コア５０を用い、ｘ方向における幅が狭い部分が内径領域３４に位置し、ｘ方向における幅が広い部分が平面スパイラルコイルＣ１の外部方向に位置している。これにより、内径領域３４から磁性コア５０に取り込まれた磁束が大きく広がることから、より大きな磁界分布の広がりを得ることが可能となる。

＜第４の実施形態＞
図６は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置１０Ｄの構成を示す略平面図である。

図６に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１０Ｄは、磁性コア５０の平面形状がくさび形である点において、第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂと相違する。その他の構成は、第２の実施形態によるアンテナ装置１０Ｂと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、平面形状がくさび形である磁性コア５０を用いていることから、内径領域３４を通過する磁束を磁性コア５０により効率よく取り込むことができるとともに、磁性コア５０に取り込まれた磁束が大きく広がることから、より大きな磁界分布の広がりを得ることが可能となる。

第３及び第４の実施形態が例示するように、本発明において磁性コア５０の平面形状は特に限定されるものではなく、ｘ方向における幅よりもｙ方向における幅の方が大きい限り、どのような形状を有していても構わない。

＜第５の実施形態＞
図７は、本発明の第５の実施形態によるアンテナ装置１０Ｅの構成を示す略平面図である。また、図８は、アンテナ装置１０Ｅの構成を示す分解斜視図である。

図６及び図７に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１０Ｅは、磁性コア５０に周囲に巻回された第２の導体パターンのターン数が異なる点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成は、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図９は、本実施形態において用いるソレノイドコイルＣ２の構成を説明するための略斜視図である。

図９に示すように、本実施形態において用いるソレノイドコイルＣ２は、磁性コア５０の上面５１に形成された３本の上面パターン６１，６２，６４と、磁性コア５０の下面５２に形成された２本の下面パターン６３，６５を含む。そして、これらパターンの対応する端部同士が接続されることにより、磁性コア５０の周囲には、第２の導体パターン６０が２．５ターン巻回されることになる。ここで、磁性コア５０に巻回する第２の導体パターン６０のターン数を増やすと、その分、ソレノイドコイルＣ２のアンテナ特性が向上するが、ターン数が多すぎるとソレノイドコイルＣ２の指向性が強くなりすぎ、かえって磁界分布の広がりが小さくなるおそれがある。

しかしながら、第２の導体パターン６０のターン数が第１の導体パターン３０のターン数よりも少ない場合には、ソレノイドコイルＣ２の指向性が過剰とならず、良好な磁界分布の広がりを得ることが可能となる。本実施形態が例示するように、本発明においてソレノイドコイルＣ２を構成する第２の導体パターン６０のターン数については特に限定されないが、平面スパイラルコイルＣ１を構成する第１の導体パターン３０のターン数よりも少ないことが好ましい。

＜第６の実施形態＞
図１０は、本発明の第６の実施形態によるアンテナ装置１０Ｆの構成を示す略平面図である。また、図１１は、アンテナ装置１０Ｆの構成を示す分解斜視図である。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１０Ｆは、第１の導体パターン３０が２箇所で分断されるとともに、磁性コア５０に周囲に巻回された第２の導体パターンが２組設けられている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと相違する。その他の構成は、第１の実施形態によるアンテナ装置１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第１の導体パターン３０は、最外周ターンにおいてｘ方向に延在する導体パターン３０ａが電気的に分断されているとともに、最内周ターンにおいてｘ方向に延在する導体パターン３０ｂが電気的に分断されている。そして、分断された導体パターン３０ａの一対の端部が第１及び第２の接続端子４１，４２を構成し、分断された導体パターン３０ｂの一対の端部が第５及び第６の接続端子４５，４６を構成する。

図１２は、本実施形態において用いるソレノイドコイルＣ２の構成を説明するための略斜視図である。

図１２に示すように、本実施形態において用いるソレノイドコイルＣ２は、図３を用いて説明した上面パターン６１，６２及び下面パターン６３に加え、磁性コア５０の上面５１に形成された２本の上面パターン６６，６７と、磁性コア５０の下面５２に形成された１本の下面パターン６８をさらに含む。下面パターン６８の一端は上面パターン６６の一端に接続され、下面パターン６８の他端は上面パターン６７の一端に接続される。そして、上面パターン６６の他端は下面５２に形成された第７の接続端子４７に接続され、上面パターン６７の他端は下面５２に形成された第８の接続端子４８に接続される。このような構成により、第２の導体パターン６０は、磁性コア５０の周囲に１．５ターン巻回された２組のパターンを構成する。

そして、ソレノイドコイルＣ２は、第３及び第４の接続端子４３，４４がそれぞれ平面スパイラルコイルＣ１の第１及び第２の接続端子４１，４２と接続され、且つ、第７及び第８の接続端子４７，４８がそれぞれ平面スパイラルコイルＣ１の第５及び第６の接続端子４５，４６と接続されるよう、フレキシブル基板２０上に配置される。これにより、磁性コア５０の周囲には、第２の導体パターン６０が３ターン（１．５ターン×２）巻回されることになる。上述の通り、第２の導体パターン６０のターン数が多すぎるとソレノイドコイルＣ２の指向性が過剰となるが、本実施形態においても、第２の導体パターン６０のターン数を第１の導体パターン３０のターン数よりも少なく設定していることから、良好な磁界分布の広がりを得ることが可能となる。

本実施形態が例示するように、本発明において第１の導体パターン３０の分断箇所が１箇所であることは必須でなく、２箇所又はそれ以上であっても構わない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１０Ａ〜１０Ｆ アンテナ装置
２０ フレキシブル基板
３０ 第１の導体パターン
３０ａ，３０ｂ 導体パターン
３１，３２ 端子電極
３３ 横断部
３４ 内径領域
３４ａ 中心部
４１〜４８ 接続端子
５０ 磁性コア
５１ 上面
５２ 下面
６０ 第２の導体パターン
６１，６２，６４，６６，６７ 上面パターン
６３，６５，６８ 下面パターン
Ｃ１ 平面スパイラルコイル
Ｃ２ ソレノイドコイル

Claims (7)

1. 第１の導体パターンがスパイラル状に巻回された平面スパイラルコイルであって、所定のターンにおいて第１の方向に延在する前記第１の導体パターンが分断され、分断された前記第１の導体パターンの一対の端部が第１及び第２の接続端子を構成する平面スパイラルコイルと、
   磁性コアと、前記磁性コアに巻回され、それぞれ前記第１及び第２の接続端子に接続された第３及び第４の接続端子を有する第２の導体パターンとを有するソレノイドコイルと、を備え、
   前記磁性コアは、前記第１の方向における幅よりも前記第１の方向と直交する第２の方向における幅の方が大きく、これにより前記平面スパイラルコイルの内径領域に突出していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記磁性コアは、前記平面スパイラルコイルの前記内径領域の中心部と重なることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記平面スパイラルコイルを構成する前記第１の導体パターンは複数ターン巻回されており、前記ソレノイドコイルを構成する前記第２の導体パターンのターン数は、前記第１の導体パターンのターン数よりも少ないことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記所定のターンは、最外周ターンであることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記所定のターンは、最内周ターンであることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
6. 前記磁性コアは、磁性シートからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
7. 前記第２の導体パターンは、前記磁性シートの表面に形成されたメッキパターンであることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。

Images