JP4651474B2

JP4651474B2 - コイルアンテナ装置

Info

Publication number: JP4651474B2
Application number: JP2005217325A
Authority: JP
Inventors: 信手嶋; 光之武田; 直治山本
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: JP2007036691A

Description

本発明は、低中波帯の無線信号の送信又は受信用のコイルアンテナ装置に関し、特に、車両用キーレスシステム又は電波時計に好適なコイルアンテナ装置に関する。

従来、低中波帯の無線信号の送信又は受信又は送受信する装置、システム、端末など様々なものが使用されている。例えば、ＡＭラジオがその典型的なシステムである。近年では、通信端末の小型化、多用途化が進み、低中波帯の電波を利用した端末も、多様な製品が開発されている。例えば、電磁波によりデーターを送信、受信或いは送受信する電波時計がある。これらの電波時計は、電磁波を送信、受信或いは送受信するアンテナを有し、電磁波によって時刻修正をおこなうものである（特許文献１、特許文献２参照）

また、その他の比較的新しいシステムとして、自動車用のイモビライザ、自動車用又は住設用の遠隔キーレスエントリシステム（特許文献３）、ＲＦＩＤシステムがある。

車両用キーレスシステムに低中波領域のコイルアンテナと焼結フェライトのコアを使用したコイルアンテナが、特許文献４に開示されている。焼結フェライトのコアを使用したコイルアンテナは、コア割れ等が発生しないという耐衝撃性、形状の多様化（例えば、自由な形状、アンテナ指向性の多軸化、軽薄短小又は大型化）を市場から強く要求されている。しかしながら、焼結フェライトのコアを使用したコイルアンテナは、耐衝撃、製作性が悪いという問題点があった。

特に、最近の車両用キーレスシステムではポケットにキーを入れたままでキーの開閉ができる。常時ポケットに携帯する使用条件には、薄型・軽量化及び落下衝撃に対しての高い耐衝撃性が強く求められる。しかしながら、焼結フェライトのコアを使用したコイルアンテナは、耐衝撃性が不足し、コアの破損が起こりやすく、致命的な故障要因になるという問題点があった。また、焼結フェライトコアは、長い形状や薄型形状にすると、反りやすくなり、平坦度を出すためのプレス・焼結後の機械加工仕上げの大きさに比例した大きなプレス機が必要になるという生産プロセス上の問題点があった。

米国特許第６１３４１８８号公報特開平１０−２０６５６１号公報米国特許第６６７７８５１号公報特開２００３−２４９８１６号公報

上述した特許文献４の問題点を解決すべく検討がなされている。フェライト等のセラミックス材料は薄型になるとコア割れを起こしやすく、耐衝撃性を確保できないので、アモルファスコアやメタル系コアの積層が試みられている。しかし、材料が高価で、硬度が高く加工が難しい等の問題があり、量産性やコスト高になるという問題点があった。

また、樹脂と複合したプラスチックフェライトなども検討され、ある程度の衝撃性、製作性の改善がなされた。しかしながら、コイルアンテナとしての特性を追求すると、フェライトの充填率向上が必要になり、耐衝撃性の劣化を招くという問題点が発生した。

更に、金属筐体や樹脂筐体に金属めっきを施したものを使用してデザイン上の豪華さをだす車両用キーレスシステムや電波時計の需要が増加している。ここで使われる金属筐体又は金属めっきした樹脂筐体は、コイルアンテナの近傍におかれ、コイルアンテナと干渉し、コイルアンテナのインダクタンスを低下させる。その結果、コイルアンテナの同調周波数が変動し、コイルアンテナの特性が劣化する。

また、金属筐体又は金属めっきした樹脂筐体が、コイルアンテナに干渉することで、近傍にある金属に高周波電流が流れ、アンテナコイルのＱ値特性が劣化し、アンテナ感度の低下を招く。あるいは、コイルアンテナの送受信間に金属筐体又は金属めっきした樹脂筐体を挿入することで、電磁波が遮蔽され、コイルアンテナの送受信強度が低下し、コイルアンテナの特性が劣化した。

本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、金属筐体や樹脂筐体に金属めっきを施したものを使用してデザイン上の豪華さをだす用途に使われるコイルアンテナ装置において、電磁波シールド効果を抑制し、コイルアンテナからの送受信信号の透過性を向上させたコイルアンテナ装置を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、磁心と前記磁心に巻回されたコイルを備えたコイルアンテナと前記コイルアンテナの近傍に設置された金属筐体または金属めっき付き樹脂筐体を備えたコイルアンテナ装置において、前記コイルアンテナのある側の、前記金属筐体または前記金属めっき付き樹脂筐体の表面に絶縁層と、前記コイルの内側で、かつ前記絶縁層のある側と反対側に前記磁心に沿って装着された前記磁心より長い薄帯状のヨークを備えたコイルアンテナ装置である。

本発明によれば、磁心と磁心に巻回されたコイルとを備えたコイルアンテナと、コイルアンテナの近傍に設置された金属筐体又は金属めっきした樹脂筐体を備えたコイルアンテナ装置において、コイルアンテナのヨーク部の周辺に配置された金属筐体または金属めっき付き樹脂筐体に絶縁層を挿入し、磁心に沿って、磁心より長いヨークを追加で装着することで、ヨーク効果によりインダクタンスを安定させ、コイルアンテナと金属筐体又は金属めっきした樹脂筐体間の干渉を分離し、Ｑ値特性の劣化を抑制する。更に、金属筐体（金属めっきした樹脂筐体）の空間インピーダンスに対し、見かけ上のインピーダンスが上がるので、電磁遮蔽効果が抑制され、コイルアンテナからの送受信信号の透過率が向上する。

その結果、金属筐体や樹脂筐体に金属めっきを施したものを使用してデザイン上の豪華さをだす用途に使われるコイルアンテナ装置において、電磁波シールド効果を抑制し、コイルアンテナからの送受信信号の透過性を向上させたコイルアンテナ装置の提供が可能になる。

本発明を実施するための最良の形態に係るコイルアンテナ装置を以下に図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係るコイルアンテナ装置の実施の形態１の外観断面図を示す。図２は、本発明に係るコイルアンテナ装置の実施の形態２の外観断面図を示す。図３は、従来例に係るコイルアンテナ装置の断面図を示す。

本発明を実施するための最良の形態に係るコイルアンテナ装置は、以下のように作製される。３×１２×５０ｍｍの角板状の磁心に１２０Ｔのポリウレタン線を巻回してコイルアンテナ装置１を作製する。

磁心６は、軟磁性体粉末と有機結合剤からなる混成物で可とう性があるものを用いる。本発明の最良の形態では軟磁性体粉末には、鉄シリコンアルミ合金粉末を用いる。軟磁性体粉末は他の粉末であってもよい。例えば、軟磁性体粉末には、カルボニル鉄又はフェライト粉末又は純鉄圧粉であってもよい。また、軟磁性体粉末には、鉄ニッケルコバルト合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、又はモリブデンパーマロイからなる粉末であってもよい。更に、軟磁性体粉末は上述した粉末の組み合わせであってもよい。いずれも、コイルアンテナ装置１に必要なコイルアンテナ特性を満足できるように、高周波透磁率が高い材料を選択している。

なお、本発明を実施するための最良の形態では、軟磁性体粉末は扁平状の粉末を用いる。各粉末は５以上のアスペクト比を有し、且つ３５μｍの粒径を有する。軟磁性粉末の条件は、必要なコイルアンテナ特性を満足させるための条件を実験的に決定したものである。

また、軟磁性体粉末のそれぞれの表面に形成される絶縁体層は非磁性体からなる。具体的には絶縁体層は酸化膜であり、軟磁性体粉末をアーニルすることにより形成される。また、絶縁体層を有機結合剤で形成してもよい。絶縁体層を有機結合剤で形成する場合には、有機結合剤は混成物の有機結合剤と同じであってもよいし、異なるものであってもよい。

本発明を実施するための最良の形態では、有機結合剤（混成物に含まれるもの）は、塩素化ポリエチレンで、これにチタネート系カップリング剤を添加する。また、チタネート系カップリング剤に代えて、シラン系カップリング剤やアルミネート系カップリング剤を用いてもよいし、カップリング剤を用いなくても良い。例えば、これらの混成物における軟磁性体粉末の配合比率は８０重量％で、有機結合剤及びカップリング剤を合わせた総配合比率は２０重量％である。実用に供するコイルアンテナ特性を持たせ、磁心に可とう性を持たせるためには、混成物における軟磁性体粉末の配合比率は６０重量％以上９５重量％以下であることが好ましく、混成物における有機結合剤の配合比率が５重量％以上４０重量％以下であることが好ましい。カップリング剤を用いる場合カップリング剤の混成物における配合比率は５重量％以下にするのが好ましい。これらの配合比は、コイルアンテナ装置１に必要な特性から決定される。

なお、以上の範囲にある混成物で作製した軟磁性体粉末の磁心６をＪＩＳＫ６２５３に従い、タイプＡデュロメータを用いてゴム硬度を測定した。その結果より、作製した軟磁性体粉末の磁心は、いずれも６０以上のゴム硬度を有することを確認した。

また、ＪＩＳＫ６２６３に従って測定した引っ張り強度は、いずれも３．８ＭＰａであることを確認した。

このような特性を材料設計の目安にして作製した軟磁性体粉末の磁心６をコイルアンテナ３に実装して、本発明と従来例の受信感度特性を比較した。具体的には、従来例では、図３のように自動車のドアハンドル４（外側表面に金属めっき付きの樹脂製ドアハンドル）にコイルアンテナ装置１を実装した。ここでは、ドアハンドルの外側面の全面に金属めっきが施され、これが電磁シールドになっている。軟磁性体の磁心６（５０×１２×３ｍｍ）を使用したコイルアンテナ３に１３０ｋＨｚ、１６Ｖｐｐのパルス信号を入力した場合には、金属めっきなしの樹脂性ドアハンドルの送信距離は、１３０ｃｍであったが、金属めっきを施した樹脂性ドアハンドルは、９０ｃｍと劣化した。

次に、本発明では図１のように自動車のドアハンドル４（外側表面に金属めっき付きの樹脂製ドアハンドル）にコイルアンテナ装置１を実装した。ここでは、金属めっきされたドアハンドル４にコイルアンテナ３が装着されているが、ドアハンドル４の内側（コイルアンテナ装着側）にあるコイルアンテナヨーク部周辺の金属筐体表面のめっきは、マスキングされ、絶縁層５になっている。なお、磁性体絶縁層は巻線部を避けて配置する。この絶縁層５は、１００ｏｈｍ以上にする。このコイルアンテナ装置１の送信距離は、絶縁層がない従来例の９０ｃｍから１０５ｃｍに改善した。

更に、本発明では図２のように自動車のドアハンドル４（外側表面に金属めっき付きの樹脂製ドアハンドル）にコイルアンテナ装置１を実装した。ここでは、金属めっきされたドアハンドル４にコイルアンテナ３が装着されているが、ドアハンドル４の内側（コイルアンテナ装着側）にあるコイルアンテナヨーク部周辺の金属筐体表面のめっきは、マスキングされ、絶縁層５になっている。また、このようなコイルアンテナ装置１の磁心６に沿って、磁心より長いヨーク７が追加で装着されている。追加で装着された磁心より長いヨーク７は、コバルトアモルファスリボンを使用した。その厚みは、３０μｍ以下であった。なお、巻線コイル２は、追加で装着した磁心より長いヨーク７部を含んで巻線した。このコイルアンテナ装置１の送信距離は、絶縁層がない従来例の９０ｃｍから１１０ｃｍに改善した。

なお、追加で装着したヨーク７の長さが、磁心６より短い場合は、コイルアンテナ装置１の送信距離の改善効果はほとんどなかった。

本発明の絶縁層５を挿入することで、ヨーク効果によりインダクタンスを安定させた。

また、本発明では、コイルアンテナ装置１の磁心６に沿って、磁心より長いヨーク７を装着することで、コイルアンテナ３とドアハンドル４の干渉を分離できる。その結果、Ｑ値特性の劣化が抑制された。

更に、本発明の絶縁層５の挿入および磁心より長いヨーク７を装着する相乗効果により、ドアハンドル４の空間インピーダンスに対し、見かけ上のインピーダンスが上がった。その結果、電磁遮蔽効果が抑制され、コイルアンテナ３からの送受信信号の透過率が向上した。

以上に示したように、本発明により金属筐体や樹脂筐体に金属めっきを施したものを使用してデザイン上の豪華さをだす用途（例えば、低インピーダンスのシールド材がアンテナ近傍に装着されたキーレスシステムや電波時計など）に使われるコイルアンテン装置において、電磁波シールド効果を抑制し、コイルアンテナからの送受信信号の透過性を向上させたコイルアンテナ装置の提供が可能になる。

本発明に係るコイルアンテナ装置の実施の形態１の外観断面図。本発明に係るコイルアンテナ装置の実施の形態２の外観断面図。従来例に係るコイルアンテナ装置の断面図。

符号の説明

１コイルアンテナ装置
２巻線コイル
３コイルアンテナ
４ドアハンドル
５絶縁層
６磁心
７磁心より長いヨーク

Claims

磁心と前記磁心に巻回されたコイルを備えたコイルアンテナと前記コイルアンテナの近傍に設置された金属筐体または金属めっき付き樹脂筐体を備えたコイルアンテナ装置において、前記コイルアンテナのある側の、前記金属筐体または前記金属めっき付き樹脂筐体の表面に絶縁層と、前記コイルの内側で、かつ前記絶縁層のある側と反対側に前記磁心に沿って装着された前記磁心より長い薄帯状のヨークを備えたことを特徴とするコイルアンテナ装置。