JP5003688B2

JP5003688B2 - アンテナコイル

Info

Publication number: JP5003688B2
Application number: JP2008549246A
Authority: JP
Inventors: 佳大佐古; 憲嗣内藤; 隆明大井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-12-03
Also published as: CN101558529B; TWI449263B; JPWO2008072496A1; US8358250B2; CN101558529A; WO2008072496A1; US20090243952A1; TW200828678A

Description

本発明は、送信用アンテナコイル、特にＬＦ帯の電磁波を利用した近距離の通信システムにおいて用いられるアンテナコイルに関する。

ＬＦ帯（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）の近距離通信システムは、主に車両ドアの施解錠を遠隔操作するキーレスエントリーシステムに用いられる。本システムにおける送信用アンテナコイルは、磁性体コアを包囲するボビンの周囲にコイルを巻回し、これらをケースに収容することによって形成され、通常、車両のドアハンドルやサイドミラーに内蔵されて、利用者が保有する受信用アンテナコイルに電磁波を供給している。

特許文献１には、キーレスエントリーシステムにおいて、送信用アンテナコイルとして用いることのできるアンテナコイルの構造が開示されている。図７は特許文献１に記載のアンテナコイルの構造を示す斜視図である。特許文献１に記載のアンテナコイル５００は、巻回体５０４と、巻回体５０４を収容したケース５０２とを備える。巻回体５０４は磁性体コア５０６と、磁性体コア５０６を包囲するボビン５０８と、ボビン５０８の周囲に巻回されたコイル５１０とからなる。巻回体５０４とケース５０２との間の隙間には真空注型によりポッティング材５２２が設けられている。

特許文献１では、ポッティング材５２２として気泡を脱泡した脱泡体が用いられている。さらに、脱泡体を柔軟性に富んだゴム材で構成することにより、ケース５０２に加わった静的な変形や荷重などを脱泡体の変形により吸収し、脱泡体を介して磁性体コア５０６に静的な変形や荷重などが伝わることを防いでいる。
特開２００１−３５８５２２号公報

しかしながら、脱泡体がケース５０２と巻回体５０４との間に隙間無く充填されるとケース５０２に変形が生じたり荷重が加わった場合に脱泡体が変形せず、磁性体コア５０６に変形や荷重が伝導する可能性が高かった。また、脱泡体にゴム材を用いた場合にも、瞬間的な変形や荷重には応答性が悪く、磁性体コア５０６の破損を防止することはできなかった。

また、真空注型により脱泡体をケース５０２内に充填すると、脱泡体の硬化時の変形により、巻回体５０４の位置ずれが起こって脱泡体に薄い部分が生じ、部分的に変形や荷重を吸収する能力が低下したり、磁性体コア５０６に応力が加わった状態で硬化するなどして、これらが磁性体コア５０６の破損原因となることもあった。

そこで、本発明の目的は、磁性体コアの破損を防止して、ＬＦ帯の近距離通信システムに好適なアンテナコイルを提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明は以下のような構成とする。

請求項１に係るアンテナコイルは、磁性体コアと、該磁性体コアを包囲するボビンと、該ボビンに巻回されたコイルと、からなる巻回体と、該巻回体が収容されたケースと、前記巻回体と前記ケースとの間の隙間に設けられた発泡体と、を備え、前記発泡体は、無荷重の状態での厚みを基準として４５〜６５％圧縮され、前記発泡体は両面粘着シートの接着剤により前記巻回体に接着されていて、前記発泡体は前記ケースに非接着状態で接していることを特徴とする。

請求項２に係るアンテナコイルは、請求項１に記載のアンテナコイルにおいて、前記発泡体は、無荷重の状態での厚みを基準として５７〜６４％圧縮されていることを特徴とする。

請求項３に係るアンテナコイルは、請求項２に記載のアンテナコイルにおいて、前記発泡体は、無荷重の状態での厚みを基準として５９〜６２％圧縮されていることを特徴とする。

請求項４に係るアンテナコイルは、請求項１〜３に記載のアンテナコイルにおいて、前記ケースに嵌合されるとともに前記巻回体の一端を支持するキャップをさらに備えることを特徴とする。

請求項５に係るアンテナコイルは、請求項４に記載のアンテナコイルにおいて、前記発泡体は、前記巻回体の他端側に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、磁性体コアの破損を防止して、ＬＦ帯の近距離通信システムに好適なアンテナコイルを実現することができる。

本発明の第一の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す平面図である。本発明の第一の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す断面図である。実験１の結果を表すグラフである。実験１の結果を表すグラフである。実験２の結果を表すグラフである。本発明の第二の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す平面図である。従来例に示すアンテナコイルの構造を示す平面図である。

符号の説明

１００，２００アンテナコイル
１０２ケース
１０４巻回体
１０６磁性体コア
１０８ボビン
１１０コイル
１２０キャップ
１２２，２２２発泡体
２３０ゲル体

《第一の実施形態》
本発明の第一の実施形態に係るアンテナコイルの構造を、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は第一の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す平面図である。図２は図１のＡＡ断面における断面図である。図３および図４は実験１の結果を表すグラフである。図５は実験２の結果を表すグラフである。

第一の実施形態に係るアンテナコイル１００は、ケース１０２に巻回体１０４を挿入してなる。ケース１０２は一端が開口し、他端が閉口した扁平状の筒であり、プラスティック製である。ケース１０２の開口にはキャップ１２０が嵌合し、ケース１０２を封止している。キャップ１２０には貫通穴（図示せず）が形成されており、貫通穴には外部接続線１１８ａ，１１８ｂが挿入されている。この外部接続線１１８ａ，１１８ｂは柔軟性のある材質により成型することが好ましい。これによりキャップ１２０側から加わった衝撃を緩和することができる。

外部接続線１１８ａ，１１８ｂと巻回体１０４とは接続されており、キャップ１２０がケース１０２に嵌合することにより巻回体１０４はケース１０２の中央に保持されている。巻回体１０４をキャップ１２０が支持する構造により巻回体１０４とケース１０２との間に一定の間隙を設けることができ、ケース１０２に加わった衝撃が巻回体１０４に加わりにくい構造となる。また、キャップ１２０とケース１０２とのわずかな隙間、およびキャップ１２０と外部接続線１１８ａ，１１８ｂとのわずかな隙間にシール材（図示せず）が充填され、温度や湿度による影響を受けにくい構造としている。なお、キャップ１２０をケース１０２の端部よりも内側に配置し、ケース１０２の端部とキャップ１２０との間にエポキシ等の樹脂を充填することにより、防水対策とすることも可能である。

巻回体１０４は磁性体コア１０６と、磁性体コア１０６を包囲するボビン１０８と、ボビン１０８の周囲に巻回されたコイル１１０と、からなる。磁性体コア１０６はＭｎ−Ｚｎ系フェライトやそれ以外のアモルファス系磁性体からなり、これらの磁性体微粉末を平板状に圧縮成形して焼成されたものである。

ボビン１０８は、磁性体コア１０６を保護し、製造時や製品使用時に加わる変形や衝撃などにより磁性体コア１０６が破損することを抑制するものであり、先端部１１６とベース部１１２と脚部１１４ａ，１１４ｂとをＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）の一体成形により構成したものである。

先端部１１６とベース部１１２は磁性体コア１０６に沿って形成される脚部１１４ａ，１１４ｂを接続している。コイル１１０は脚部１１４ａ，１１４ｂを軸として巻回されており、コイル１１０のコイル軸は脚部１１４ａ，１１４ｂと平行である。

先端部１１６には開口が形成されており、この開口から磁性体コア１０６が挿入されて、磁性体コア１０６をボビン１０８が包囲する。ベース部１１２には、コンデンサ１２４がマウントされており、コンデンサ１２４の一方電極はコイル１１０に、他方電極は外部接続線１１８ｂに接続されている。なお、外部接続線１１８ａにはコイル１１０が接続されている。コンデンサ１２４とコイル１１０は共振回路を構成する。コンデンサ１２４とコイル１１０とからなる共振回路の共振周波数を送信信号の周波数に合致させることにより、低電圧であっても大きなコイル電流を得て大きな磁界出力を実現することができる。

ベース部１１２は、小型コア１２６をさらに備える。ベース部１１２には有底穴１２７が形成されており、この有底穴１２７に小型コア１２６が収容されている。小型コア１２６はコイル１１０の磁束が通過する位置に配置されており、楕円形状を有する。有底穴１２７内で小型コア１２６を回転させると、小型コア１２６と磁性体コア１０６との間の距離が変化して、磁束の結合量に変化が生じる。これによって、コイル１１０のインダクタンスを調整することができる。

以上に説明したコンデンサ１２４や小型コア１２６は必ずしも設置する必要はない。

巻回体１０４とケース１０２との間の隙間には発泡体１２２が設けられており、巻回体１０４のキャップ１２０に支持された一端からそれと対向する他端へと全体を覆っている。発泡体１２２には発泡ウレタンフォームや発泡シリコンフォームのシートを用い、一面に貼付された両面粘着シートにより巻回体１０４に接着されている。両面粘着シートにより巻回体１０４に接着させることによって、発泡体１２２は巻回体１０４の周囲に均一に形成されるため、発泡体１２２がケース１０２内で偏って形成されることはない。したがって、ケース１０２のどの方向から衝撃が加わっても、発泡体１２２が衝撃を吸収することができる。また、発泡体１２２の内部には気泡が含まれているために、発泡体１２２が瞬間的な衝撃を吸収して荷重や変形が磁性体コア１０６に伝導するのを防ぐことができる。したがって、磁性体コア１０６が破損しないよう保護することができる。

本実施形態においては、発泡体１２２をケース１０２と巻回体１０４との間の隙間全体に形成したが、ケース１０２と巻回体１０４との隙間の一部にのみ発泡体１２２が形成されていても、ケース１０２の外部から加わった衝撃を吸収することができ、磁性体コア１０６を破損から保護することができる。ただし、発泡体１２２は巻回体１０４のキャップ１２０に支持されていない端部側に形成されることが好ましい。キャップ１２０に支持された一端は外部からの衝撃が加わっても変動しにくいが、支持されていない他端は衝撃によって変動し易いためである。

なお、アンテナコイル１００は、ケース１０２とキャップ１２０を除く部材を一体化してユニットを形成し、ボビン１０８を発泡体１２２で覆った後、このユニットをケース１０２に挿入して形成する。すなわち、ケース１０２に挿入する前に発泡体１２２は巻回体１０４の周囲に形成されており、ユニットがケース１０２に挿入される際、発泡体１２２にはケース１０２の内壁から荷重が加わり圧縮された状態となる。

ここで、発明者らは以下のような実験を行い、衝撃吸収能力が最適化される発泡体１２２の圧縮率を明らかにした。なお、圧縮率とは無荷重の状態での厚みに対する圧縮した厚み（無荷重状態での厚み−圧縮後の厚み）の割合を示し、圧縮率＝圧縮した厚み÷無荷重状態での厚み×１００（％）で求めることができる。

以下の実験では、アンテナコイル１００を水平に保った状態でコンクリート上に落下させ、発泡体１２２の圧縮率と磁性体コア１０６が破損する確率との関係を測定する。発泡体１２２として硬さ１００Ｎ、無荷重状態での厚みが３．０ｍｍのイノアック社製ウレタンフォームを用いる。また、ケース１０２の内側の高さｈ１を５．１ｍｍに固定し、磁性体コア１０６の厚みおよびボビン１０８の外側の高さｈ２を変化させる。したがって、ケース１０２とボビン１０８との間の隙間すなわち圧縮後の発泡体１２２の厚みｈ３が磁性体コア１０６の厚みおよびボビン１０８の外側の高さｈ２によって規定され、発泡体１２２の圧縮率を変化させることができる。

〈実験１〉
実験１において、アンテナコイル１００を１ｍの高さから落下させ、磁性体コア１０６が破損する確率を測定した。

図３は実験１により判明した発泡体の圧縮率と磁性体コアの破損率との関係を表すグラフである。図３から明らかなように、発泡体の圧縮率が４５〜６５％である範囲においては磁性体コアの破損率は０％であった。しかしながら、圧縮率が４５％未満あるいは６５％以上になると磁性体コアの破損が有意な確率で発生した。すなわち無荷重の状態での厚みを基準として４５〜６５％の厚み分だけ、発泡体１２２を圧縮してケース１０２に挿入することによって、衝撃や荷重に対して応答性が良い発泡体１２２を実現することができ、アンテナコイル１００に衝撃や荷重が加わっても磁性体コア１０６の破損を防止することができる。

発明者らは発泡体１２２の圧縮率が４５〜６５％である場合に磁性体コアの破損率が低下するという結果を、圧縮率と発泡体に加わる荷重との関係により論理付けた。図４は圧縮率と発泡体に加わる荷重との関係を表すグラフである。図４から明らかなように、発泡体１２２を４５〜６５％圧縮した場合発泡体には一定の荷重が加わっている。

すなわち、発泡体１２２の圧縮率が４５％未満、あるいは６５％を超えると衝撃を吸収する能力が低下するが、圧縮率が４５〜６５％となるように発泡体１２２を圧縮すれば発泡体１２２に一定の荷重が加わり、瞬間的な衝撃を吸収する能力が最適化される。したがって、アンテナコイル１００において磁性体コア１０６が破損することを防止できる。

〈実験２〉
実験２においては、さまざまな圧縮率に設計された試料を各４つ用意し、それぞれについて５ｃｍずつ落下させる高さを上げ、各試料において磁性体コア１０６が破損する高さを測定した。図５は実験２の結果を表すグラフであり、４つの試料のうち最も破損した高さが低かった試料の破損高さ、および４つの試料の平均破損高さを示している。

図５から明らかなように、圧縮率が５７〜６４％の範囲ではアンテナコイル１００を１．１ｍの高さから落下させても磁性体コア１０６が破損する確率は０％であった。さらに、圧縮率が５９〜６２％の範囲においては、アンテナコイル１００を１．２ｍの高さから落下させても磁性体コア１０６は破損しなかった。

すなわち、落下させる高さを高くすればするほどアンテナコイル１００に加わる瞬間的な衝撃は大きくなるが、発泡体１２２の圧縮率を５７〜６４％に規定することによって衝撃の吸収能力は高まり、アンテナコイル１００の磁性体コア１０６が破損しにくくなる。また、発泡体１２２の圧縮率を５９〜６２％に規定すると、アンテナコイル１００の耐衝撃性はさらに高まる。

なお、本実施形態においてはキャップ１２０がケース１０２の開口に嵌合することによって、巻回体１０４がケース１０２の中央に保持される構造としたが、本発明はこの実施形態に限られるものではない。例えば、巻回体１０４の一端が外部接続線によって支持されていなくても、巻回体１０４は発泡体１２２に覆われているためケース１０２に加わった衝撃が巻回体１０４に加わり磁性体コア１０６が破損することはない。また、巻回体１０４を構成するボビン１０８とキャップ１２０とを一体成型しても良い。これによって、アンテナコイル１００の製造がさらに簡略化されるだけでなく、巻回体１０４をケース１０２の中央に保持することがさらに容易になる。したがって、ケース１０２に加わった衝撃が磁性体コア１０６に伝導しにくい構造がより容易に実現できる。

《第二の実施形態》
第二の実施形態に係るアンテナコイルの構造を、図６を参照しながら説明する。図６は第二の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す平面図である。なお、第一の実施形態と同様の構成を示す箇所には同一の符号を付し、説明を省略する。

第二の実施形態に係るアンテナコイル２００に特有なのは、発泡体２２２とケース１０２との間にゲル体２３０を設け、ゲル体２３０により発泡体２２２を覆ったことである。ゲル体２３０はシリコーン樹脂からなり、ゾル状のシリコーン樹脂（硬化前のゲル体２３０）を予めケース１０２内に注入し、そこに発泡体２２２を貼付した巻回体１０４を挿入する。その後、熱処理（１００℃、１時間）を行って、シリコーン樹脂を硬化させてゲル状にする。また、本実施形態においては、発泡体２２２およびゲル体２３０は巻回体１０４のキャップ１２０によって支持されていない端部を覆うように形成されている。

ゲル体２３０により発泡体２２２を覆うように構成すると、気泡を含む発泡体だけでは十分な硬度を得られない場合であっても、ケース１０２との適正な緩衝を得ることができる。なお、ゲル体２３０は発泡体２２２とケース１０２との隙間の一部にのみ形成することが好ましい。ゲル体２３０が隙間なく充填されるとゲル体２３０の流動性が損なわれ、ゲル体２３０の衝撃に対する吸収性能が劣化するためである。

なお、ゲル体２３０にはシリコーン樹脂のほかエポキシ樹脂やウレタン系樹脂も用いることができる。

Claims

磁性体コアと、該磁性体コアを包囲するボビンと、該ボビンに巻回されたコイルと、からなる巻回体と、
該巻回体が収容されたケースと、
前記巻回体と前記ケースとの間の隙間に設けられた発泡体と、を備え、
前記発泡体は、無荷重の状態での厚みを基準として４５〜６５％圧縮され、
前記発泡体は両面粘着シートの接着剤により前記巻回体に接着されていて、
前記発泡体は前記ケースに非接着状態で接していることを特徴とするアンテナコイル。
前記発泡体は、無荷重の状態での厚みを基準として５７〜６４％圧縮されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナコイル。
前記発泡体は、無荷重の状態での厚みを基準として５９〜６２％圧縮されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナコイル。
前記ケースに嵌合されるとともに前記巻回体の一端を支持するキャップをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナコイル。
前記発泡体は、前記巻回体の他端側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナコイル。