JP4826706B2 - アンテナ及びこれを用いた電波時計、キーレスエントリーシステム、ｒｆｉｄシステム - Google Patents

Description

本発明は、時刻情報を含む電磁波の中で磁界成分を受信して時刻を合わせる、電波時計、あるいは電磁波で所有者の接近を検知して自動車や住居のキーを開閉せしめるスマートキーレスエントリーシステム等（以下、キーレスエントリーシステムと言う）、あるいは電磁波に載せられた変調信号によって情報を授受するＲＦＩＤタグシステム等（以下、ＲＦＩＤシステムと言う）に用いて好適な磁気センサ型の電磁波受信用アンテナに関するものである。

ここでは電波時計用のアンテナを例に背景技術の説明を行う。
電波時計は、所定周波数の搬送波によって送られる時刻情報を受信し、その時刻情報を基に自身の時刻を修正する時計を指し、現在置時計、掛け時計、腕時計等さまざまな形態で実用化されている。
電波時計等に用いられている電波は４０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ以下と、長波帯を使用しており、その電波の一波長は数ｋｍという長さになる。この電波を、電界として効率よく受信するには数百ｍを越す長さのアンテナ長が必要となり、小型化が必要な腕時計、キーレスエントリーシステム、ＲＦＩＤシステム等に使用することは事実上困難であり、磁心を用いて磁界成分を受信することが必要である。
具体的には上記搬送波は、日本においては４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの２種類の電波を使用している。海外においても主に１００ｋＨｚ以下の周波数を用いて時刻情報を提供しているため、これらの周波数の電波を受信するには電磁波の磁界成分を効率良く収束させるために磁性体を磁心とし、これにコイルを巻き回した磁気センサ型のアンテナが主に使用されている。

従来、電波時計用のアンテナとして、例えば特許文献１には、アモルファス金属積層体からなる磁心にコイルを巻回した主に腕時計に使用する小型アンテナが開示されている。
特許文献２には、フェライトからなる磁心にコイルを巻回してなる小型アンテナが開示されている。
また、特許文献３には、金属ケースとアンテナとの間に導電性を有するシール部材を設けたアンテナが開示されている。
さらに、特許文献４には、磁芯にコイルが巻回された主磁路部材と、磁芯にコイルが巻回されていない副磁路部材とを有し、磁芯に沿った閉ループ磁路の一部にエアギャップを設け、共振時には内部で発生した磁束が外部に漏れ難いようになしたアンテナが開示されている。

特開２００３−１１０３４１号公報 特開平８−２７１６５９号公報 特開２００２−１６８９７８号公報 特許第３５１２７８２号公報

腕時計は、主に筐体（ケース）、ムーブメント（駆動部モジュール）とその周辺部品（文字盤、モータ、電池等）、非金属（ガラス）蓋および金属裏蓋とにより構成される。この中にアンテナを内蔵する場合、従来は筐体の外側に設けることが多かった。しかしながら、最近では小型軽量化の趨勢から筐体内部に設けることが求められるようになってきており、図１３に示すようにムーブメント２２と裏蓋２４及び主として電池、時計針を動かすモータ等の周辺部品２６の隙間に配置される。尚、図１３の正面図のアンテナ１は構造を示すため実線で示しているが、実際は筐体２５とムーブメント２２、周辺部品２６及び裏蓋２４によって閉じられた空間に収められている。
上記した特許文献１、２のアンテナは、それぞれ磁心として比透磁率の高いアモルファス箔体やフェライトを用いて電磁波の磁界成分を収束させ、この収束させた磁束を磁心の外側に巻き回したコイルによって時間的に磁束が変化する成分を電圧として検知するアンテナである。従って、この点では筐体としては電磁波の磁界成分を阻害しない樹脂材とすることが望ましい。しかし、その反面一部を樹脂製にすると設計、デザイン面での制約がある。一般に腕時計は意匠性がセールスポイントとなり、例えば金属製の筐体が高級感や審美性の面で好まれる。そこで中高級時計や自動車に代表される機器類には筐体が金属ケースで作られることが多くなっている。この場合、従来のアンテナ構造、また配置によっては金属ケース等が電磁波に対するシールドとして働き、受信感度が大幅に低下すると言う問題があった。そこで、特許文献３では、アンテナを金属ケースの外部でかつシールド部材を介して配置することによりＱ値の維持を図っている。しかし、大型化とデザインの制約は免れ得ないものであった。

また、アンテナとしては外部から入ってきた電磁波による磁束が磁心に通った結果としてコイルに電圧が誘起される。図１２の等価回路図に示すように、この電圧はコイル８と並列に接続されたコンデンサＣにより所望の周波数に共振するようになっており、共振させることによりコイル８にはＱ倍の電圧が発生し、コイル８にはその共振電流が流れる。この共振電流によってコイル８の周囲には磁界が発生し、磁束は主として磁心の両端から出入りする。ここで、アンテナの周囲に金属が接近していると、この共振電流によって発生した磁束が金属を貫く結果となり渦電流を発生させる。即ち、アンテナの近くに電気抵抗の小さな金属類があると、共振時の磁界エネルギーは渦電流損として失われ、アンテナコイルの損失となって現われ、結果、Ｑ値が低下し実効的にアンテナ感度の低下を招くものである。この点で、特許文献４に開示されたアンテナによれば、共振時に外部に向かう磁束の流れをエアギャップを設けた副磁路部材側に選択的に誘導することになり、磁束を外部に漏れ難くし、よって渦電流損によるＱ値の低下を抑えることが出来るとしたものである。

同様な問題点は磁気センサ型のアンテナを金属製筐体の中に、或いは金属部品に近接して収容するキーレスエントリーシステム、またはＲＦＩＤシステムでも同様に存在する。キーレスエントリーシステムとは、例えば、乗用車等の車両の鍵を遠隔操作可能としたもので、特定の電磁波により開閉動作するアンテナを備えた送受信ユニットからなり、当該ユニットであるキーを持つ所有者の遠近により開閉遠隔操作が非接触で出来るものである。また、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムは、タグに記憶された情報を特定の電磁波によって作動するアンテナにより情報を授受するもので、例えば、バス等の行先情報等が入力されたＲＦＩＤタグをバスに取り付け、時刻表情報が入力されたＲＦＩＤタグを乗り場の表示板等に埋設しておくと、利用者は非接触で各種の交通情報が認識できると言うものである。これらのシステムにおいても、筐体並びにアンテナの小型化と共にアンテナの高感度化が要求されている。

以上のことより本発明は、金属製の筐体内に磁気センサ型のアンテナを配置したものであって、設置面積・容積を大きくせず渦電流損の問題を解消して高感度な出力を得ることができる小型で感度調整の容易なアンテナを提供することを目的とする。特に限られた小スペース内で高いアンテナ特性を発揮できるもので、電波時計、特に電波腕時計やキーレスエントリーシステム、ＲＦＩＤシステムに適したアンテナ及びこれを用いた前記システムを提供する。

本発明のアンテナは、磁性体からなる薄帯の単体又は薄帯の積層体を磁心とし、前記磁心にコイルを巻回した主磁路部材を有し、電磁波の磁界成分を前記主磁路部材で受信する磁気センサ型のアンテナにおいて、前記主磁路部材と、前記主磁路部材とは別に前記磁心の一部にギャップ付の副磁路部材を設け、前記副磁路部材は前記コイルの外周側で前記主磁路部材に沿って形成されており、かつ、前記副磁路部材の前記主磁路部材に沿って形成された部分は、前記主磁路部材に対して前記薄帯の板厚方向に垂直な方向に配置されていることを特徴とする。
前記副磁路部材が薄帯の単体又は薄帯の積層体であり、前記主磁路部材の薄帯の側面側と、前記副磁路部材の薄帯の側面側が隣接するよう配置することが好ましい。
また、前記副磁路部材は、前記副磁路部材の一端部または両端部と前記主磁路部材との間、若しくは、前記副磁路部材の中腹部の間にギャップが形成され、当該ギャップは０．０２５〜３ｍｍとすることが好ましい。
また、前記副磁路部材は前記磁心より小さい比透磁率を有する材料からなるものが好ましい。
また、前記積層体の薄帯は、絶縁被膜を介して積層され相互に絶縁されていることが好ましい。

主磁路部材の中腹部から副磁路部材を繋げることで、主磁路部材と副磁路部材は完全なループ状ではなく、主磁路部材の端部が突出した形状になる。このように主磁路部材の端部を突出させることで外部の磁束を取り入れやすく、かつ後述するように金属製筐体内などに設置しても、主磁路部材の端部を曲げることでアンテナ特性を向上することができる。

前記磁心は薄帯を単体又は積層した積層体とすることが好ましい。磁心を積層体とすることで渦電流の発生を抑制するアンテナとすることができる。
前記副磁路部材は、前記磁心との一端部または両端部にギャップを設けたり、副磁路部材の中央部にギャップを設け、このギャップを０．０２５〜３ｍｍとしたものである。ギャップが０．０２５ｍｍ未満では副磁路部材の抵抗が小さくなりすぎ外部から入射する磁束を受け入れ難くなる。３ｍｍを超えると副磁路部材の抵抗が大きくなりすぎてその効果が薄れ好ましくない。ギャップは０．１〜２ｍｍ程度がさらに望ましい。また、ギャップの位置が副磁路部材の中央付近または片方の端部など一箇所に設けた場合は０．２〜２ｍｍが望ましい。他方、ギャップを副磁路部材の両端など二箇所に設けた場合（図１のアンテナ１０ｄ）は、一箇所のギャップとして０．１〜１ｍｍ程度が望ましい。

このアンテナ構成により、入射した磁束の一部がこのギャップ付副磁路部材を介し主たる磁気回路内を帰還して回ることにより磁心に入射した磁束のコイルに対する通過量が実効的に増加し高感度なアンテナとなる。ここで、電波の角周波数をωとし、アンテナとコンデンサで構成される共振回路の抵抗分をＲ、コイル部の自己インダクタンスをＬとするとき、Ｑ値はωＬ／Ｒで定義される。ここで述べるＲはコイルの直流抵抗と交流抵抗の総和である。特に金属ケースに入れたアンテナの交流抵抗は増大する。その理由は磁束を集めた磁心が巻き回したコイルと外部に付加したコンデンサで共振してＱ倍の共振電圧となり、この共振電流によってコイル両端には高い電圧が発生し、その電圧によってアンテナ自身の両端近くから磁束が発生するからである。その共振現象による磁束が金属を貫くときに発生する渦電流損失である。ここでギャップ付副磁路部材を設けることにより、磁心に流入した磁束はコイルを通過し磁心の他端から流出するだけでなくその一部はギャップ付副磁路部材に還流して再び外部から流入する磁束と合流してコイル内部を通過し、より多くの電圧を発生させる作用をなす。また、共振電流によって発生する磁束がギャップ付副磁路部材を介して還流することにより、アンテナ両端から外部に出る磁束総量を少なくすることができ、近接する金属ケース類を貫通する磁束が少なくなり等価的に交流抵抗の増大が抑えられる。よって、上述の抵抗分Ｒの増加が最小限に抑えられ、結果Ｑ値が高まり渦電流等による損失が少なくなる。

前記副磁路部材が前記磁心より小さい比透磁率を有する材料からなることが好ましい。外部より入射した磁束は磁気抵抗の小さい主磁路部材を流れる。共振時の放射磁束については主磁路部材から副磁路部材側に磁束を導き、磁気回路内を効率よく帰還することができる。その結果、近接する金属ケース類を貫通する磁束が少なくなり高い出力電圧が得られ、Ｑ値を高いまま保持できる。本発明では副磁路部材を構成する材料の比透磁率は２以上であることが好ましい。副磁路部材の比透磁率が２未満では共振電流で発生した磁束は副磁路側へ帰還しにくくなり、その磁束の一部は近接する金属ケース類を貫通し渦電流等による損失が多くなる。

主磁路部材の磁心を軟磁性フェライトあるいは軟磁性金属薄帯を積層した積層体から構成する場合、主磁路部材と副磁路部材の間を流れる磁束は実質的に金属薄帯の積層断面を通るようにする事が好ましい。つまり、副磁路部材は薄膜磁性金属が積層された前記主磁路部材の金属製薄帯の平面方向ではなく、積層断面に隣接するよう設置されるものである。これにより、積層した場合に発生する渦電流に対し個々の薄帯からの渦電流が低下し、損失を抑制し、よりアンテナ特性を向上させることができる。
例えば、図５のように主磁路部材の積層された金属製薄帯４の板面を通過する方向に磁束が流れると、金属製薄帯４内部に大きな渦電流９が生じ、損失が大きくなり、Ｑ値が減少する。渦電流９が生じると、ケース内部に設置することで落ちたアンテナ特性がさらに低下することになりアンテナ効率が下がる結果となる。これに対して図４のように金属製薄帯４の端部積層断面から磁束８が通るように副磁路部材を設置することで磁心内部で発生する渦電流を最小にすることが可能となり、損失の少ないアンテナとすることができる。
また、副磁路部材についても軟磁性金属薄帯を積層した積層体あるいは軟磁性フェライトから構成する場合、積層断面が対抗するように両者を配置することで、渦電流が低下し、損失を抑制し、よりアンテナ特性を向上させることができる。上記磁心を構成する軟磁性材料は、５０００〜１０００００程度の高比透磁率材料が望ましく、第１の副磁路部材は主磁路部材のそれよりも小さいことが好ましく、具体的には３００〜５０００程度が好ましい。

本発明のアンテナにおいて、筐体が金属製筐体、もしくは筐体内部に金属製部材が備えられているとき、前記金属製筐体もしくは金属製部材（回路基板上の金属製のプリント配線なども含む）の設置位置に対して、前記磁心の端部を遠ざかる方向に曲げることが好ましい。例えば電波腕時計ではガラス製蓋の方向に曲げることが好ましい。曲げる角度は垂直であったり、斜めであったり、その筐体内の状況によって任意の角度を設定できる。磁界成分を収束させる磁心の端部を磁束流入方向に向くように曲げることにより、その先端部が筐体内部に入射する多くの磁束を収束させて高感度なアンテナとなる。また、この形状は磁心に巻かれたコイルに誘起した電圧と並列に接続されたコンデンサによる共振電流による磁束が主として磁心の両端から出入りする性質上、その出入りする磁束が金属製筐体を貫く量を減少させることとなり、結果として金属製筐体に発生させる渦電流を減少させ電気的なＱ値を高く保つことができ、アンテナとしての高感度化に繋がる。磁心端部の先端部をさらに異なる方向に曲げてもよい。これにより、入射してくる磁束をより広く四方から捕らえることができ、更に高感度なアンテナが得られる。

また、本発明は、金属製筐体、ムーブメント（周辺部品含む）、非金属製蓋、金属製裏蓋を有する腕時計に磁気センサ型のアンテナを内蔵した電波時計において、前記磁気センサ型のアンテナは、上記した何れかのアンテナを用いて前記主磁路部材が前記金属製筐体の内部側に、副磁路部材が金属製筐体の周縁部側に配置した電波時計である。通常、金属製筐体から副磁路部材を遠ざける方が渦電流の発生頻度を減らすことができる。しかし、一般に筐体の内部側にはスペース上の制約が多く、必ずしも副磁路部材側を配置できるものではない。そもそも感度調整をする副磁路部材側が時計内部に向いていると調整作業性に問題がある。この点で、副磁路部材を柔軟性のある複合材で形成し、さらに周縁側に沿って設ければスペースを有効活用できるし、副磁路部材の厚みや面積の調整が容易で組立て性に優れている。これによりむしろ渦電流による悪影響を相殺しそれ以上の効果を期待できる。しかしながら、主磁路部材が金属製筐体の周縁部側に、前記副磁路部材が金属製筐体の内部側に配置することを妨げるものではない。この場合は外から内へ入る磁界は金属製筐体に近い主磁路部材の磁心に収束し易く、他方副磁路部材は金属製筐体から遠いので内から外へ漏れる磁界は筐体方向には向かい難く渦電流が発生し難い効果を期待できる。よって、個々の情況や求める効果によってこれらの構成を選択することが望ましいと言える。
以上により、本発明のアンテナは、時刻情報を含む電波を受信して時刻を合わせる小型の電波腕時計に用いることに適している。また、乗用車や住居等の鍵の開閉を遠隔操作するキーレスエントリーシステムに用いることに適している。さらに、情報を記憶したタグを用いて情報を授受するＲＦＩＤシステムに用いることに適している。

本発明のアンテナによれば、外部より入射した磁束は主磁路部材により受けとめ、共振時の放射磁束については主磁路部材から副磁路部材側に磁束を導き、磁気回路内を効率よく帰還することができる。その結果、高い出力電圧が得られ、Ｑ値を高いまま保持できる。また、このときエアギャップのない副磁路部材により、特に比透磁率の低い柔軟性複合材を用いることにより磁束の帰還具合を調節し、高いＱ値と感度を得ることができる。
また、積層された金属製薄帯によって構成された主磁路部材を用い、主磁路部材と副磁路部材の間を流れる磁束を実質的に主磁路部材の金属製薄帯の端部を通るようにする事で、主磁路部材の帯面で発生する渦電流損失を少なくすることができ、損失の少ないアンテナを得ることができる。

また、金属製筐体もしくは金属製部材（回路基板上の金属製のプリント配線なども含む）の設置位置に対して、前記磁心の端部を遠ざかる方向に曲げることで、その先端部が筐体内部に入射する多くの磁束を収束させて高感度なアンテナとなる。また、この形状は磁心に巻かれたコイルに誘起した電圧と並列に接続されたコンデンサによる共振電流による磁束が主として磁心の両端から出入りする性質上、その出入りする磁束が金属製筐体を貫く量を減少させることとなり、結果として金属製筐体に発生させる渦電流を減少させ電気的なＱ値を高く保つことができ、アンテナとしての高感度化に繋がる。磁心端部の先端部をさらに異なる方向に曲げれば、入射してくる磁束をより広く四方から捕らえることができ、更に高感度なアンテナが得られる。
以上により、電波時計内の設置面積は同じでありながら金属部を避けて配置したのと同等の感度及びＱ値が得られる。また共振電流による磁束の流出を抑えて実効的な感度を高く得られる。そして作業性、組立て性が良好である。以上の相乗効果により、設置面積は小さいが、配置自由度は高くデザイン的な制約も比較的小さい高感度のアンテナとなる。
この様なアンテナは、小型高性能の電波時計、電波腕時計、キーレスエントリーシステム、ＲＦＩＤシステム等で好適に使用できる。

以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。
ギャップＧの距離は０．１〜２ｍｍが好ましいが、一箇所のギャップであれば現実的には１ｍｍ程度、二箇所のギャップに分かれれば０．５ｍｍ程度である。

図１（ｄ）のアンテナ１０ｄは、アモルファス等の金属箔（板厚２０μｍ以下）の帯体から図のような端部１１ｄを曲げたコの字形に一体に打ち抜いた薄帯を得て、この薄帯を複数枚積層し、中央部にコイル８を巻回したものである。そして、コイル８の両端側を連絡するように副磁路部材１５ｄを両端にギャップＧを介して設けている。副磁路部材１５ｄは磁心１４ｄと同材質のアモルファス箔（日立金属製）を用いている。なお、ギャップはＰＥＴのフイルムを挟む方法などで形成できる。
アンテナ１０ｄのように積層型は強度的に強いものが得られる。また図１（ｄ）の積層タイプは、打ち抜きにより一体成形できるので難しい方向にも曲げることも可能で、板形状の自由度が増すので望ましい。また、積層型は、各薄帯の間あるいは個々の細線に絶縁膜を被膜し絶縁層を介して積層あるいは束ねることが望ましい。

図２に、本発明によるアンテナの他の実施例を示す。図２（ｂ）のアンテナ３０ｂは、図１（ｄ）のアンテナ１０ｄと同様に金属箔の帯体から図のような端部３１ｂと３２ｂを一体に打ち抜いた薄帯を複数枚積層したもので、その中央部にコイル８を巻回し、ギャップＧを形成するように副磁路部材３５ｂを設けたものである。

以下、実施例について説明する。ここでは図１１に示す電波腕時計に模した試験装置と図１２に示す等価回路に沿って本発明のアンテナと従来のアンテナの出力電圧等を測定し比較した。
図１２において、Ｌがアンテナの磁心１と巻線８で構成されるコイルである。Ｒがコイルの直流抵抗と交流抵抗の総和である。このコイルに磁束の時間変化による電圧Ｖが検出される。ここでアンテナと並列にコンデンサＣが接続され、このコンデンサＣと先に述べたコイルＬが電気的に共振し、コンデンサの両端にはＱ倍の電圧が発生し、アンテナとして動作する。比較試験は図１１に示す電波腕時計に模した厚さ１ｍｍの金属製（ステンレスＳＵＳ４０３）の筐体７０の中に評価アンテナを配置し、上記等価回路による電圧Ｖを測定した。

（実施例２）
実施例２として、図１（ｄ）のアンテナ１０ｄを製造した。磁心としてコバルト基アモルファス（日立金属製ＡＣＯ−５ＳＦ）製の金属箔（板厚１５μｍ）から幅１ｍｍ、長さ１６ｍｍ、曲がり部の高さ７．５ｍｍの薄帯に打ち抜き、この薄帯を３０枚積層して、磁心としての厚み０．４５ｍｍの積層体とした。そして、巻線８は積層体コアの表面を絶縁した後に線径０．０７ｍｍのエナメル被膜銅線１２００ターンを、長さ１２ｍｍの範囲で巻き付けた。ギャップ付副磁路部材は、上記と同じアモルファス金属箔を用いて幅１．５ｍｍの部材１５ｄを１枚用意し、これとプラスチック（ＰＥＴ）製の介在部材により、両端共にギャップＧ＝０．２ｍｍに形成した。
アンテナを図１１に示す金属ケース７０の中に設置し、外部より電磁波の磁界成分に相当する交流磁界の実効値として周波数４０ｋＨｚ、磁界強度１４ｐＴの磁界を印加して出力電圧を測定した。結果を表１に示す。

（参考例３，４）
次に、アンテナを金属ケースの中に収容しない状況で、ギャップ付副磁路部材を設けたアンテナの効果について比較検討した。
参考例３として、図１（ｇ）のアンテナ１０ｇを製造した。磁心１４ｇとしては図１４に示す従来例と同じ構造のものを用いて、これに板厚０．５ｍｍ、幅１．５ｍｍの同じフェライト製部材１５ｇを設置した。そして、中央のギャップＧをプラスチック（ＰＥＴ）製の部材により調整し変化させた。
参考例４は図１（ｈ）のアンテナ１０ｈである。磁心１４ｈとしては図１４に示す従来例と同じ構造のものを用いて、これに板厚０．５ｍｍ、幅１．５ｍｍ、長さ１６ｍｍの同じフェライト製部材１５ｈを設けた。そして、両側のギャップＧをプラスチック（ＰＥＴ）製の部材により調整し変化させた。
比較例として、図１（ｈ）と同じアンテナ構造であるが、副磁路部材を磁性体ではなく、電気的な良導電体である銅板としたものを用いた。銅板は板厚０．２５ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍを用いて、両側のギャップＧをプラスチック（ＰＥＴ）製の部材により調整し変化させた。
従来例は、上記した図１４のアンテナを用いた。
出力電圧の測定は外部より電磁波の磁界成分に相当する交流磁界の実効値として周波数４０ｋＨｚ、磁界強度１４ｐＴの磁界を印加して出力電圧を測定した。Ｑ値の測定はインピーダンスメータを用い駆動電圧０．０５Ｖでの値を求めた。結果を表２に示す。

参考例３において、ギャップＧは１．０〜４．０ｍｍで出力電圧とＱ値と共に従来例よりも高い値を示し、ギャップ付副磁路部材を設けた効果が確認された。しかし、このアンテナ構造の場合、ギャップＧが４．０ｍｍになると３．０ｍｍに比べ出力電圧とＱ値は低下する方向にある。また、ギャップＧが１．０ｍｍ未満となってもＱ値は大差ないが出力電圧は低下する方向にあると考えられる。しかしながら、いずれにしても従来例よりは高い特性が得られた。
参考例４において、出力電圧とＱ値が共に高くバランスがとれたギャップＧは０．５ｍｍであった。ギャップが小さくなるとＱ値は未だしも出力電圧は低くなる傾向にある。しかし、０．０２５ｍｍでも従来例よりは高い値を得られた。
比較例は、前記特許文献３の導電性のシールド部材を設けた構造と類似であると考えられるが、出力電圧は上記参考例とは桁違いに小さくなるので測定はしていない。ギャップＧが０ｍｍでは磁束を捕らえる働きが抑制され出力電圧は急減する。また、ギャップＧが８．０ｍｍ以上になるとＱ値が高まるのは銅板の影響がなくなったからと考える。
以上のように、磁心の一部に磁気抵抗の高いギャップ付副磁路部材を設けたことにより、磁心の内部に流入した磁束の一部を内部に留め、高いＱ値と高い出力電圧を得ることができる。また、ギャップＧの距離はアンテナ構造の違いにより差はあるが、０．０２５〜３ｍｍの間に調整することが有効である。尚、ギャップ付副磁路部材を用いたアンテナは共振電流による外部へ流出する磁束が減少するので、上記参考例３、４のアンテナを金属製筐体に収めた場合も有利な結果が得られた。
また、上述した通り、磁心を筐体底部に設置しつつその一部を曲げたことにより多くの磁束を収束しつつ、設置自由度を持つ高感度なアンテナが可能となった。また、文字盤を切り抜きコイル部や磁心端部を意匠的に外部に見せることも可能である。尚、磁心の端部を曲げるのは両端に限るものではなく片端だけを曲げても、また曲げる角度も任意で実施できる。また、複数本の細線を束ねてコイルで巻回したワイヤ型のアンテナでも本発明として実施できる。

（実施例９）このアンテナは、磁心１ｃとコイル８ｃからなる主磁路部材４ｃは上記した実施例と同じ構成である。
図３は実施例であり、エアギャップで構成したアンテナの正面図（ａ）と側面図（ｂ）の概略図である。このアンテナは、磁心４ｄとコイル８ｄからなる。磁心１ｄは、アモルファス合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系等のナノ結晶磁性合金、Ｆｅ−Ｓｉ系磁性合金等の軟磁性金属箔帯（板厚２０μｍ以下）を図示のようなバーベル状に打ち抜いたもので、この薄帯を３０枚〜４０枚を絶縁体を介して積層し一体化している。この磁心の中央部に８００〜１４００ターン程度のコイル８ｄを巻回して主磁路部材４ｄとしている。
副磁路部材７ｄは磁心４ｄと同等あるいはそれ以下の比透磁率を有する薄帯を複数枚積層した積層体から構成している。この副磁路部材は主磁路部材の端面５ｄとエアギャップを介して磁束が通り抜けるようボビン（図示せず）により固定され、閉磁路を構成している。また、本例では主磁路部材と副磁路部材７ｄの積層方向が交差しておらず第２の実施例と同様に渦電流の発生が生じ難い構成である。

実施例で用いる副磁路部材は、可撓性のある高分子材料（樹脂材あるいはゴム材）に金属磁性体粉（フェライト粉、アモルファス合金粉ほか）を分散して電磁波吸収機能を持たせた柔軟性複合材を用いることができる。例えば、可撓性高分子材料に導電性を有する繊維状の材料を分散した電磁波反射層と、その表裏両面に可撓性高分子材料に金属磁性体扁平形状粉を分散した第１の電磁波吸収層と、可撓性高分子材料に金属磁性体粒形状粉を分散した第２の電磁波吸収層とを順次積層し熱圧着したものがある。前記電磁波反射層に分散させる導電性を有する材料としては、例えばカーボン繊維や金属繊維であって、これを可撓性高分子材料中に分散させてシート状に成形する。また、電磁波吸収層に用いる金属磁性体粉としては、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系等のナノ結晶磁性合金から水アトマイズ法により製造した粒形状粉をアトライタにて摩砕することにより製造した平均粒径が０．１〜５０μｍで平均厚さが３μｍの扁平形状粉であって、これを可撓性高分子材料中に分散させてシート状に成形して電磁波吸収層としたものがある。一方、金属磁性体扁平形状粉としてカルボニル鉄合金、アモルファス合金、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、モリブデンパーマロイ、スーパーマロイ等の扁平形状粉を用いてこれを可撓性高分子材料中に分散させてシート状に成形して電磁波吸収層とすることができる。また、前記可撓性高分子材料としては、有機物で柔軟性があり、比重が１．５以下であり、好ましくは耐候性を有する樹脂で、例えばクロロプレンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、例えば上記した第１の電磁波吸収層と第２の電磁波吸収層をそれぞれ単独で用いるような単層構造も望ましく、従来から使用される低比透磁率の柔軟性複合材を用いることが出来る。結局、本発明においては、比透磁率さえ満足すれば複合材の構造は限定するものではない。

このような柔軟性複合材を用いることによって、その複合材を用いた部分はそれ自身でギャップを有している磁気特性となり、磁気的にはあたかもギャップを有しているように見なせる。これによって調整が面倒なエアギャップを設けることなく磁束を閉磁路内に帰還させることができる。また、エアギャップを設ける必要がないので微妙な精度を必要とせず製造がし易く、安定した性能を維持できる点で有利である。また、磁心とコイルは、従来から樹脂製ケース内に収容することが行われるが、これを副磁路部材をも収容するような樹脂ケースとなし、この空洞部分に溶融状態の上記柔軟性複合材の原料を射出成型されたコイルボビンの一部に流し込んで副磁路部材を一体成形することもできる。このような手段を用いればさらに安価で生産性に優れている。

（実施例１２）
次に、アンテナを内蔵した電波腕時計の正面図および側面図を図６に示す。正面図のアンテナの図示は配置などが分かりやすいようにあえて実線で示している。電波腕時計は金属製（例えばステンレス製）の筐体ケース２１と、ムーブメント２２と周辺部品、ガラス製の蓋２３と、金属製（例えばステンレス製）の裏蓋２４とからなり、アンテナ１０をムーブメント２２と裏蓋２４との間に配置している。図１に示すアンテナ１０では磁心の端部１１を底面から立ち上がるようにガラス蓋２３の方向に曲げて配置している。よって、磁心の中央部は裏蓋側に隣接しているものの磁束の出入り口となる磁心端部１１は電磁波の入射方向に向いた構造となっている。また、図７に示すように端部３１の先端部３２は端部とはさらに別の方向に曲げている構造としてもよい。これにより、磁束をさらに捉え易い電波腕時計とすることができる。
時計は駆動機能を集約したムーブメントが大部分の容積を占有し、また人間に対する表示面（文字盤）も必須である。このためアンテナは裏蓋近くに配置することを余儀なくされる。この場合アンテナは周囲を金属部品により囲まれることになるが、この実施例によれば、アンテナの共振電流による磁束が最も多く流出する磁心端部を磁気シールドされた筐体底部周辺の金属から離すように非金属部（ガラス製の蓋等）に向けて曲げて立設している。これにより、外部からの磁束の流入量が多く、筐体底部金属から遠いガラス面近くの磁束をより多く捕らえ、かつ筐体底部の金属接近の影響を最小限にできる。
尚、上記電波腕時計において、立ち上がった磁心の端部を時計文字盤のデザインの一部として表面に現われるようにしても良い。例えば、磁心端部が文字盤を貫き、表示面に現われるようにして、これをひとつのデザインとして利用することである。このとき磁心端部は表示部まで出ているのでより高感度となる。逆に、端部は垂直に立設している必要もない。周囲の状況によって磁束を受けとめやすい方向や角度を有していれば良い。
また、アンテナの配置は、主磁路部材側が筐体内の内部（中央）側に向かい、副磁路部材が筐体の周縁部側に沿って配置している。この様な配置は、比較的自由度があり感度調整や組立て性に優れた配置である。

（実施例１３）
他のアンテナを内蔵した電波腕時計の正面図を図８に示す。アンテナの形状が異なる以外は実施例１２に示した電波腕時計と構成は同じである。アンテナ１は、電波腕時計の金属製（例えばステンレス製）の筐体ケース２１の内周面にほぼ沿うように外形が形成されている。また、副磁路部材７は主磁路と外部の金属製筐体との間に形成した。このように副磁路部材を主磁路の外部の金属製筐体側に形成することで、副磁路部材を主磁路の筐体内部側に設けるよりも、主磁路に流れる磁束が筐体に逃げにくくなり、結果アンテナ特性が向上する。ムーブメントの機構により適宜形状は定められるが、副磁路部材を主磁路の外部の金属製筐体側に形成するように設計することが好ましい。

（実施例１４）
本発明のアンテナを内蔵したＲＦＩＤタグの一種であるキーレスエントリーシステム用のキー本体の正面図を図９に示す。正面図のアンテナの図示は配置などが分かりやすいようにあえて実線で示している。キー本体は金属製の筐体ケース７４と、キーの開閉ボタン７３と、受発信のための回路基板７１と、アンテナ１から主に構成されている。また、図示するように筐体ケースの内面形状に合わせるように、両端の外周が略円弧形状に形成され、キー本体内のスペースを有効活用できるようにしている。副磁路部材７は、キー本体内のスペースを有効活用するために周縁部側に沿って設けている。
また、別のアンテナの配置として、図１０に示すように、副磁路部材３，７をプリント配線基板２００側として接着し、磁心の端部をプリント配線基板から離れるように曲げて設置することもできる。なお、図１０における磁心はＭｎ−Ｚｎ系フェライト（日立金属製フェライトＭＴ８０Ｄ）、副磁路部材３は品名：日立金属製Ｋ−Ｅ０５０のアブソシールド材、副磁路部材７は品名：日立金属製Ｋ−Ｅ０２５のアブソシールド材を用いた。サイズはアンテナ全体の長さが１１ｍｍ、高さが２．９ｍｍ、幅３ｍｍである。また、副磁路部材３の厚みは０．５ｍｍ、副磁路部材７の厚みは０．２５ｍｍとして製造した。なお、プリント配線基板は多種多様な配線および回路部品が組み込まれるため、今回の試験においてはプリント配線基板のアンテナ設置面の裏側に鉄板２０１を一面に貼り付け、周波数は１２５ＫＨｚ感度測定（出力電圧測定）の磁界強度を４５ｎＴとして試験を行った。出力電圧とＱ値を表３に示す。また、比較として副磁路部材を設けなかったアンテナで測定した出力電圧とＱ値も併記する。

送受信器やタグを用いるキーレスエントリーシステムやＲＦＩＤシステムにおいては、電波時計と同様にアンテナを筐体内の金属で囲まれた狭いスペースに収容することが求められるので、本発明のアンテナが有効であり、その効果も上記実施例と同様に得ることができる。

本発明のアンテナは、電波時計に用いられる電波受信用アンテナや自動車、住宅等のキーレスエントリーシステム、ＲＦＩＤタグシステムに用いることができる。特に形状の自由度が大きいので電波腕時計に適している。

本発明の１実施例を示すアンテナの概略構造図である。 本発明の別の実施例を示すアンテナの概略構造図である。 第９の実施例を示すアンテナの概略構造図である。 磁束と渦電流の関係を示す本発明の概略構造図である。 磁束と渦電流の関係を示す参考用の概略構造図である。 実施例のアンテナを腕時計内に配置した例を示す正面図と側面図である。 実施例のアンテナを腕時計内に配置した例を示す正面図と側面図である。 別のアンテナを腕時計内に配置した例を示す正面図である。 本発明のアンテナをキーレスエントリーシステム用のキー本体に適用した例を示す図である。 本発明の実施例を試験した装置の模式図である。 本発明の実施例を試験した装置の模式図である。 本発明のアンテナの等価回路を示す図である。 従来のアンテナを内蔵する電波腕時計を示す正面図と側面図である。 従来のアンテナの概略構造図である。

１：磁心
７：副磁路部材
４：主磁路部材
８：コイル、巻線
９：渦電流
１０，３０，５０：アンテナ
２１：金属製筐体
２２：ムーブメント
２３：ガラス製蓋
２４：裏蓋
２５：樹脂製筐体
２６：周辺部品
７０：金属製筐体
Ｇ：ギャップ、エアギャップ

Claims (8)

1. 磁性体からなる薄帯の単体又は薄帯の積層体を磁心とし、前記磁心にコイルを巻回した主磁路部材を有し、電磁波の磁界成分を前記主磁路部材で受信する磁気センサ型のアンテナにおいて、前記主磁路部材と、前記主磁路部材とは別に前記磁心の一部にギャップ付の副磁路部材を設け、
   前記副磁路部材は前記コイルの外周側で前記主磁路部材に沿って形成されており、かつ、前記副磁路部材の前記主磁路部材に沿って形成された部分は前記主磁路部材に対して前記薄帯の板厚方向に垂直な方向に配置されていることを特徴とするアンテナ。
2. 前記副磁路部材が薄帯の単体又は薄帯の積層体であり、前記主磁路部材の薄帯と、前記副磁路部材の薄帯の面が平行になるよう配置したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記副磁路部材は、前記副磁路部材の一端部または両端部と前記主磁路部材との間、若しくは、前記副磁路部材の中腹部の間にギャップが形成され、当該ギャップは０．０２５〜３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記副磁路部材は前記磁心より小さい比透磁率を有する材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記積層体の薄帯は、絶縁被膜を介して積層され相互に絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のアンテナ。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載のアンテナを用いたことを特徴とする電波時計。
7. 請求項１乃至５の何れかに記載のアンテナを用いたことを特徴とするキーレスエントリーシステム。
8. 請求項１乃至５の何れかに記載のアンテナを用いたことを特徴とするＲＦＩＤシステム。

Images