JP5071092B2 - Rfid用アンテナおよびアンテナコイルの製造方法 - Google Patents

Rfid用アンテナおよびアンテナコイルの製造方法 Download PDF

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本発明は、リーダー/ライターと信号の授受を行う携帯端末に使われるRFID(Radio Freqency Identification;無線周波数識別)用アンテナおよびアンテナコイルの製造方法に関する。
従来、携帯端末に採用されるRFID用アンテナのアンテナコイル部の一例としては、導体部に35μm圧延銅を使用し、エッチング処理によりコイルを形成した、いわゆるFPC(Flexible Printed Circuit;可とう性印刷配線版)タイプのものが用いられていた。
尚、従来、IC用アンテナコイルを備えた携帯端末として、例えば下記特許文献1に記載のものが提案され、また渦巻き状のコイルを有したトランスポンダ用アンテナとして、例えば下記特許文献2に記載のものが提案されていた。
特開2006−74534号公報 特開2002−290131号公報
前記従来のFPCタイプのアンテナコイル部の構成では、f=13.56MHZでの高周波損失が大きく、コイル部抵抗(R)が増大する。このため、導体部の表皮効果による損失が大となって通信特性が悪くなる(通信距離が短くなる)、材料費が高い等の問題があった。
また、性能の良いアンテナコイルを複数個製造するには、多くの時間を要していた。
本発明は上記課題を解決するものであり、アンテナコイル部のQ値、インダクタンスL値等の特性を向上させたRFID用アンテナおよびアンテナコイルの製造方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するための請求項1に記載のRFID用アンテナは、RFID機器と信号の授受を行うRFID用アンテナであって、当該アンテナが設置される機器側に配設された板状の磁性材と、前記磁性材の、前記設置面と反対側の面に、1本の導線を、前記磁性材の板面に沿って均一の間隔で環状に複数回巻回して固定されたアンテナコイル部とを備え、前記1本の導線は、延存方向に亘って長軸径と短軸径を有する均一の断面形状に形成され、前記長軸径は、前記磁性材の板面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在され、前記1本の導線の前記磁性材と反対の面が露出されている。
上記構成により、従来のFPCタイプのアンテナ等と比較して、アンテナコイル部のQ値、インダクタンスL値等の特性が向上し、それにともなって通信可能範囲も広がる。
また、板状の磁性材とその面上に配設したアンテナコイル部とから成るため、薄型であり、省スペース化を図ることができる。
また、1本の導線を均一の間隔で巻回するため、アンテナコイル部のQ特性がさらに向上する。
また、1本の導線は長軸径と短軸径を有する断面形状に形成され、長軸径は磁性材の板面に直交するため、アンテナコイル部のQ値がより高くなるとともに、設置面に対向する方向への磁界強度が強くなり性能が向上する。
また請求項に記載のRFID用アンテナは、請求項において、前記アンテナコイル部は携帯端末に配設されている。
上記構成によれば、携帯端末における通信特性が向上する。
また請求項に記載のアンテナコイルの製造方法は、長軸径と短軸径を有する均一の断面形状に形成された1本の導線を、平面に沿って均一の間隔で環状に複数回巻回して、前記長軸径が前記平面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在されている第1のアンテナコイル部を作成する第1の巻回工程と、前記1本の導線の第1のアンテナコイル部の巻回終端を、該第1のアンテナコイル部の巻回面上に積層し該巻回面に沿って、均一の間隔で環状に複数回巻回して、前記長軸径が前記巻回面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在されている第2のアンテナコイル部を作成する第2の巻回工程と、前記1本の導線の前記第1のアンテナコイル部の巻回終端を切断して2個のアンテナコイルを得る工程とを備えている。
また請求項に記載のアンテナコイルの製造方法は、長軸径と短軸径を有する均一の断面形状に形成された1本の導線を、平面に沿って均一の間隔で環状に複数回巻回して、前記長軸径が前記平面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在されている第1のアンテナコイル部を作成する第1の巻回工程と、前記1本の導線の第1のアンテナコイル部の巻回終端を、該第1のアンテナコイル部の巻回面上に積層し該巻回面に沿って、均一の間隔で環状に複数回巻回して、前記長軸径が前記巻回面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在されている第2のアンテナコイル部を作成する第2の巻回工程と、前記第2の巻回工程の後に、該第2の巻回工程を繰り返し実行してn個(nは3以上の正数)のアンテナコイル部を形成する工程と、前記1本の導線の、前記n個のアンテナコイル部の各巻回終端を各々切断してn個のアンテナコイルを得る工程とを備えている。
上記構成によれば、簡単な工程により複数のアンテナコイルを容易に製造することができる。
(1)請求項1に記載の発明によれば、従来のFPCタイプのアンテナ等と比較して、アンテナコイル部のQ値、インダクタンスL値等の特性が向上し、それにともなって通信可能範囲も広がる。また、板状の磁性材とその面上に配設したアンテナコイル部とから成るため、薄型であり、省スペース化を図ることができる。また、1本の導線を均一の間隔で巻回するため、アンテナコイル部のQ特性がさらに向上する。また、1本の導線は長軸径と短軸径を有する断面形状に形成され、長軸径は磁性材の板面に直交するため、アンテナコイル部のQ値がより高くなるとともに、設置面に対向する方向への磁界強度が強くなり性能が向上する。
(2)また請求項に記載の発明によれば、携帯端末における通信特性が向上する。
(3)また請求項3,4に記載の発明によれば、簡単な工程により複数のアンテナコイルを容易に製造することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
図1、図2は、リーダー/ライター(読み取り・書き込み装置)に本体をかざすと電磁結合によりリーダー/ライターとの通信がなされる携帯端末に、本発明を適用した実施例を表し、図1(a)は本発明のアンテナが設置された携帯端末100の平面を、図1(b)は本発明のアンテナの断面を、図2はアンテナコイル部の平面を各々示している。
図1において携帯端末100のスピーカ部50における、スピーカ50a,50bを除く部位には磁性材1が配設されている。この磁性材1上のスピーカ50a,50bの外周には1本の導線2を環状に数回巻回しそれらを例えば樹脂3で固定したアンテナコイル部2aが配設されている。
アンテナコイル部2aと磁性材1は接着材等で固定されている。また樹脂3は、例えばPET、熱硬化樹脂、接着材等で構成される。尚、60はバッテリーパックである。
アンテナコイル部2aの1本の導線2は、所定の均一な間隔を隔てて巻回されており、これによってアンテナのQ特性を向上させている。
本発明のアンテナは、携帯端末100の、限られたスペースであるスピーカ部50上に設けることができるため、幅方向へ無駄なスペースをとることなくコンパクトに配設することができる。
前記アンテナコイル部2aは、例えば図2(a)のように環状に形成した内枠体70aの外周に1本の導線2を複数回所定間隔で巻回した後、内枠体70aを除去して製造する。
また複数個のアンテナコイル部を製造する場合は、例えば図3に示すように、1本の導線2を内枠体70aの外周に所定間隔で環状に複数回巻回して第1のアンテナコイル部2aを形成し、導線2の、前記アンテナコイル部2aの巻回終端を、第1のアンテナコイル部2aの巻回面上に積層し環状に複数回巻回して第2のアンテナコイル部2bを形成し、それら工程を繰り返してn個のアンテナコイル部(2a〜2n)を形成し、その後各アンテナコイル部の各巻回終端を各々切断すれば、容易にn個のアンテナコイル部を得ることができる。
図3において70bは各アンテナコイル部2a〜2nの形状に合わせた収納用の外枠体である。
また前記切断後の各アンテナコイル部の導線2の端部は補強板80により固定するものである。尚図2、図3において磁性材1および樹脂3は図示省略している。 上記のように構成された本発明のアンテナコイル部2aと、従来のFFCケーブル(Flexible Flat Cable;可とう性平板電線)タイプと、ワイヤー(wire)タイプのアンテナコイル部の、f=13.56MHZにおける静特性(アンテナコイルL値、アンテナコイルQ値)を、インピーダンスアナライザーにより測定した結果を図4に示す。
図4によれば、本発明のアンテナコイル部2aは従来のFFCタイプやワイヤータイプのものよりL値、Q値が高くなっていることがわかる。
また、リーダー/ライターとしてRC−460Cを用意し、携帯端末として、本発明のアンテナコイル部2a、従来のFFCタイプ、ワイヤー(wire)タイプのアンテナコイル部を各々用いたモバイルFelica 端末を用意し、それらの間で通信を行って通信可能範囲(距離)を測定した結果を図5に示す。
図5によれば、本発明のアンテナコイル部2aは、従来のFFCタイプやワイヤータイプのものより通信可能範囲(距離)が広がっていることがわかる。
尚図4、図5の各測定サンプルは、4回巻きのアンテナコイル部を使用している。
前記アンテナコイル部の1本の導線2の断面形状は例えば図6のとおりである。図6において(a)は平面図、(b)〜(d)は(a)のA−A´断面拡大図であり、樹脂3は図示省略している。
図6(b)は断面円形状の導線20Aの例(タイプA)を示している。図6(c)は長軸径と短軸径を有した導線20Bを、長軸径が磁性材1の板面に直交する方向に沿うように配設した例(タイプB)を示している。図6(d)は長軸径と短軸径を有した導線20Cを、長軸径が磁性材1の板面に平行となるように配設した例(タイプC)を示している。
図6のタイプA〜タイプCのアンテナコイル部について、f=13.56MHZにおける静特性をインピーダンスアナライザーにより測定した結果を図7に示す。図7によれば、タイプBのL値、Q値が特に高いことがわかる。
これは、図8の磁界分布図に示すように、アンテナコイル部を構成する導線20Bの長軸径を磁性材1の板面に直交する方向に沿うように配設したタイプB(図8(a))の方が、導線20Cの長軸径を磁性材1の板面と平行に配設したタイプC(図8(b))よりも、Q値が高く磁界強度が強くなるためである。
尚、アンテナコイル部の1本の導線2の巻回回数は、リーダー/ライター側のインダクタンスLの値に応じて適宜決定するものである。
また、本発明のアンテナコイル部は携帯端末に適用するに限らず、テレビ用リモコン、デジタルカメラや、非接触型ICカード、ICタグ等に適用することができ、その場合も前記と同様の作用、効果が得られる。
本発明のアンテナの一実施形態例を表し、(a)は携帯端末の平面図、(b)は要部断面図。 本発明のアンテナの一実施形態例の要部平面図。 本発明のアンテナコイルの製造方法を示す説明図。 本発明の実施形態例におけるアンテナコイルと従来のアンテナコイルの静特性比較を表すグラフ。 本発明の実施形態例におけるアンテナコイルと従来のアンテナコイルの通信可能範囲の比較を表すグラフ。 本発明の実施形態におけるアンテナコイル部の実施例を示す説明図。 図6の実施例の各タイプの静特性を示すグラフ。 図6の実施例の各タイプの磁界分布を表す説明図。
符号の説明
1…磁性材、2、20A,20B,20C…導線、2a〜2n…アンテナコイル部、3…樹脂、50…スピーカ部、50a,50b…スピーカ、70a…内枠体、70b…外枠体、80…補強板、100…携帯端末。

Claims (4)

  1. RFID機器と信号の授受を行うRFID用アンテナであって、
    当該アンテナが設置される機器側に配設された板状の磁性材と、
    前記磁性材の、前記設置面と反対側の面に、1本の導線を、前記磁性材の板面に沿って
    均一の間隔で環状に複数回巻回して固定されたアンテナコイル部と、を備え、
    前記1本の導線は、延存方向に亘って長軸径と短軸径を有する均一の断面形状に形成され、
    前記長軸径は、前記磁性材の板面に直交し、
    前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在され、前記1本の導線の前記磁性材と反対の面が露出されている
    RFID用アンテナ。
  2. 前記アンテナコイル部は携帯端末に配設されている請求項に記載のRFID用アンテナ。
  3. 長軸径と短軸径を有する均一の断面形状に形成された1本の導線を、平面に沿って均一の間隔で環状に複数回巻回して、前記長軸径が前記平面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在されている第1のアンテナコイル部を作成する第1の巻回工程と、
    前記1本の導線の第1のアンテナコイル部の巻回終端を、該第1のアンテナコイル部の巻回面上に積層し該巻回面に沿って、均一の間隔で環状に複数回巻回して、前記長軸径が前記巻回面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在されている第2のアンテナコイル部を作成する第2の巻回工程と、
    前記1本の導線の前記第1のアンテナコイル部の巻回終端を切断して2個のアンテナコイルを得る工程と
    を備えたアンテナコイルの製造方法。
  4. 長軸径と短軸径を有する均一の断面形状に形成された1本の導線を、平面に沿って均一の間隔で環状に複数回巻回して、前記長軸径が前記平面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在されている第1のアンテナコイル部を作成する第1の巻回工程と、
    前記1本の導線の第1のアンテナコイル部の巻回終端を、該第1のアンテナコイル部の巻回面上に積層し該巻回面に沿って、均一の間隔で環状に複数回巻回して、前記長軸径が前記巻回面に直交し、前記短軸径方向に沿って隣り合う導線の間には、前記隣り合う導線同士を固定する樹脂が介在されている第2のアンテナコイル部を作成する第2の巻回工程と、
    前記第2の巻回工程の後に、該第2の巻回工程を繰り返し実行してn個(nは3以上の正数)のアンテナコイル部を形成する工程と、
    前記1本の導線の、前記n個のアンテナコイル部の各巻回終端を各々切断してn個のアンテナコイルを得る工程と
    を備えたアンテナコイルの製造方法。
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