JP2000261230A - コイルユニットと、それを使用するアンテナ装置、プリント回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターンサイズを最小にして高インダクタン
スを実現する。 【解決手段】 積層する複数の基材１１、１１…と、基
材１１、１１…のそれぞれに形成するコイル１２、１２
…とを組み合わせる。コイル１２、１２…は、磁界の発
生方向が同一方向となるように直列接続することによ
り、全体として大きなインダクタンスを容易に実現する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、小形の通信機器
や、非接触式のＩＣカード等に特に好適に使用すること
ができるコイルユニットと、それを使用するアンテナ装
置、プリント回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】非接触形のＩＣカードには、使用周波数
に適合するコイル状のアンテナが組み込まれている。

【０００３】従来のアンテナは、ＩＣカードの外周に沿
って２次元の螺旋状に形成されており、ＩＣカードに作
動用の電力を供給したり、情報伝達用の搬送波を送受信
したりすることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術による
ときは、コイルは、単なる２次元に形成されているた
め、小さいパターンサイズにして高インダクタンスを実
現することが難しく、回路設計が困難になる場合が少な
くないという問題があった。

【０００５】そこで、この発明の目的は、かかる従来技
術の問題に鑑み、積層する複数の基材のそれぞれにコイ
ルを形成することによって、パターンサイズを最小にし
て必要な高インダクタンスを容易に実現することができ
るコイルユニットと、それを使用するアンテナ装置、プ
リント回路基板を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの出願に係る第１発明の構成は、積層する複数の
基材と、基材のそれぞれに形成するコイルとを備えてな
り、コイルは、磁界の発生方向が同一方向となるように
直列接続することをその要旨とする。

【０００７】なお、各コイルは、２次元の螺旋状に形成
することができ、外部に露出するコイルには、保護材を
設けることができる。

【０００８】第２発明の構成は、第１発明に係る複数の
コイルユニットを基板に配列してなり、コイルユニット
のいずれかを主エレメントとすることをその要旨とす
る。

【０００９】第３発明の構成は、第１発明に係るコイル
ユニットを基板に配列してなり、各コイルユニットは、
ＩＣモジュールに接続可能であることをその要旨とす
る。

【００１０】なお、第２発明、第３発明において、基板
は、基材によって形成してもよい。

【００１１】

【作用】かかる第１発明の構成によるときは、コイル
は、積層する基材のそれぞれに形成し、磁界の発生方向
が同一方向となるように直列接続されている。そこで、
各コイルは、各基材上において、他の基材上のコイルか
らの磁束と錯交し、全体として、必要な高インダクタン
スを容易に実現することができる。なお、コイルユニッ
トは、高感度のコイル状のアンテナとして好適に使用す
ることができる他、一般的なインダクタンス素子や、ト
ランス素子等としても使用することができる。ただし、
ここでいう基材とは、プリント基板を含む任意の絶縁
板、絶縁フィルム、絶縁シート等をいうものとし、基材
の材質としては、エポキシ樹脂を含む任意のプラスチッ
ク樹脂の他、セラミックスや、マイカ、ガラスなどを使
用することができる。一方、コイルは、金属を含む任意
の導電性材料により、基材に対し、印刷や、エッチン
グ、蒸着等の手法によって形成することができる。

【００１２】コイルは、２次元の螺旋状に形成すること
により、形成工程を簡単にすることができ、全体の製造
コストを低減させることができる。

【００１３】外部に露出するコイルに保護材を設けると
きは、保護材は、コイルを機械的に保護し、コイルの断
線事故や、酸化、絶縁劣化等を有効に防止することがで
きる。

【００１４】第２発明の構成によるときは、複数のコイ
ルユニットを基板に配列し、いずれかを主エレメントと
することにより、他のすべてを副エレメントとすること
ができる。すなわち、主エレメントは、ラジエータエレ
メントとして作動し、副エレメントは、ディレクタエレ
メントまたはリフレクタエレメントとして作動すること
により、全体として高性能のアレイアンテナを形成する
ことができる。

【００１５】第３発明の構成によるときは、各コイルユ
ニットは、ＩＣモジュールに接続することにより、ＩＣ
モジュールのアンテナとして作動することができる。そ
こで、ＩＣモジュールは、コイルユニットを介し、外部
からの電波または交流磁界によって作動用の電力を給電
するとともに、外部の機器との間にデータを送受信する
ことができ、このときの基板には、各ＩＣモジュール用
の個別の配線が全く不要である。

【００１６】なお、第２発明、第３発明において、基板
は、コイルユニットの基材によって形成してもよく、コ
イルユニットの基材と別の絶縁材によって形成してもよ
い。前者によれば、コイルユニットの形成と同時に基板
を形成することができ、全体の製造工程を著るしく簡略
化することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を以って発明の実施の
形態を説明する。

【００１８】コイルユニット１０は、積層する複数の基
材１１、１１…と、基材１１、１１…のそれぞれに形成
するコイル１２、１２…とを備えてなる（図１、図
２）。

【００１９】基材１１、１１…は、それぞれ適切な絶縁
材料によって形成されている。最上層の基材１１の上面
には、通信回路や、マイクロプロセッサ、書込み可能な
不揮発性のメモリ等を含むＩＣモジュール１５が実装さ
れ、ＩＣモジュール１５から引き出すライン１５ａ、１
５ｂが形成されている。コイル１２、１２…は、各基材
１１の下面に２次元の螺旋状に形成されている。

【００２０】最上層のコイル１２は、最上層の基材１１
の接続点１１ａを介して外周端が一方のライン１５ａに
接続されており、外周端から反時計回りに形成され、中
間層の基材１１の接続点１１ｂを介して内周端が中間層
のコイル１２の内周端に接続されている。また、中間層
のコイル１２は、内周端から反時計回りに形成され、最
下層の基材１１の接続点１１ｃを介して外周端が最下層
のコイル１２の外周端に接続されている。さらに、最下
層のコイル１２は、外周端から反時計回りに形成され、
最下層の基材１１の接続点１１ｄ、中間層の基材１１の
接続点１１ｅ、最上層の基材１１の接続点１１ｆを介し
て内周端が他方のライン１５ｂに接続されている。な
お、各接続点１１ｉ（ｉ＝ａ、ｂ…）は、各基材１１を
上下に貫通して形成されている。

【００２１】そこで、各基材１１の下面に形成するコイ
ル１２、１２…は、ＩＣモジュール１５からの電流によ
り、磁界の発生方向が同一方向となるように直列接続さ
れている。なお、各コイル１２の形成面積、ターン数、
基材１１、１１…の積層枚数は、コイルユニット１０の
所要インダクタンスに応じて任意に設定することができ
る。また、各コイル１２の巻き方向、接続形態は、各コ
イル１２からの磁界の発生方向が同一方向である限り、
図示以外の任意の形態であってもよい。

【００２２】外部に露出する最下層のコイル１２には、
保護材１３が設けられている（図２の二点鎖線）。保護
材１３は、最下層のコイル１２を機械的に保護すること
ができる。ただし、コイル１２、１２…は、それぞれ各
基材１１の上面に形成してもよく、このときの保護材１
３は、外部に露出する最上層のコイル１２に設けるもの
とする。なお、保護材１３は、別の基材１１によって形
成してもよい。

【００２３】このようなコイルユニット１０は、小形の
通信機器やＩＣカード等にコンパクトに組み込み、送受
信用のアンテナとして使用することができる。コイルユ
ニット１０は、コイル１２、１２…が一体のコイルとし
て作動し、図示しないコンデンサとともに外部からの電
波に共振し、ＩＣモジュール１５に作動用の電力を給電
することができる。また、ＩＣモジュール１５は、コイ
ルユニット１０を介し、外部の通信機器との間に必要な
データ交換機能を実現することができる。

【００２４】以上の説明において、コイルユニット１０
に作用させる外部からの電波は、適当な交流磁界に代え
てもよい。また、ＩＣモジュール１５を基材１１に搭載
するに代えて、接続点１１ａ、１１ｆを外部の電子モジ
ュールに引き出して接続してもよい。なお、コイルユニ
ット１０は、送受信用のアンテナとして使用する他、一
般的なインダクタンス素子、トランス素子などとして広
く使用することができる。

【００２５】

【他の実施の形態】図１、図２に示すコイルユニット１
０は、基板２１上に配列し、アンテナ装置を形成しても
よい（図３）。

【００２６】基板２１の上面には、複数のコイルユニッ
ト１０、１０…が所定配列に搭載されている。コイルユ
ニット１０、１０…は、いずれかを主エレメントとし、
他の全てを副エレメントとしている。主エレメントとし
てのコイルユニット１０は、一端の可変容量形のコンデ
ンサＣ1 を介して基板２１の外部に引き出されており、
副エレメントとしてのコイルユニット１０、１０…に
は、それぞれコンデンサＣ2 が組み合わされている。そ
こで、主エレメントとしてのコイルユニット１０は、ラ
ジエータエレメントとして作動し、副エレメントとして
のコイルユニット１０、１０…は、ディレクタエレメン
トまたはリフレクタエレメントとして作動することによ
り、全体としてアレイアンテナを形成することができ
る。

【００２７】なお、図３において、基板２１上には、図
１に倣って、主エレメントしてのコイルユニット１０に
接続する電子モジュールを併せ搭載してもよい。

【００２８】基板２１に搭載するコイルユニット１０、
１０…は、それぞれＩＣモジュール３５に接続可能とし
（図４）、全体として一体のプリント回路基板を形成し
てもよい。

【００２９】基板２１には、演算ユニット３１、通信回
路３２からなる電子モジュール３０が搭載されている。
演算ユニット３１は、通信回路３２と双方向に接続され
ており、通信回路３２には、コンデンサＣ3 を介し、基
板２１上に形成するコイル３３が接続されている。ま
た、演算ユニット３１、通信回路３２は、バッテリＢに
よって給電されている。各ＩＣモジュール３５は、書込
み可能な不揮発性のメモリ３５ａ、通信回路３５ｂを備
えており、コイルユニット１０に接続されている。

【００３０】そこで、演算ユニット３１は、通信回路３
２、コイル３３、コイルユニット１０、１０…を介し、
各ＩＣモジュール３５に対して作動用の電力を供給し、
各ＩＣモジュール３５との間に任意のデータ交換機能を
実現することができる。コイル３３は、各コイルユニッ
ト１０に対し、電磁的または磁気的に結合されており、
演算ユニット３１は、電波または交流磁界を介し、各Ｉ
Ｃモジュール３５と個別に交信することができるからで
ある。

【００３１】ＩＣモジュール３５は、各コイルユニット
１０に対して簡単に接続することができ、したがって、
基板２１は、必要に応じ、ＩＣモジュール３５を簡単に
増設することができる（図４の二点鎖線）。すなわち、
基板２１は、あらかじめ必要な数のコイルユニット１
０、１０…を設けておくことにより、コイルユニット１
０、１０…の数相当までＩＣモジュール３５、３５…を
任意に増設することができる。ただし、基板２１上に
は、図４に拘らず、任意の数のコイルユニット１０、１
０…を搭載しておくことができる。

【００３２】なお、図３、図４において、コイルユニッ
ト１０、１０…を共通の基材１１、１１…によって形成
し、基板２１をコイルユニット１０、１０…と一体に形
成してもよい。すなわち、基板２１は、共通の基材１
１、１１…によって形成することができる。また、図４
において、演算ユニット３１、通信回路３２、コンデン
サＣ3 は、その全部または一部を基板２１の外部に配設
してもよい。

【００３３】さらに、図１の基材１１、１１…、図３、
図４の基板２１は、フェライトなどの高磁性材料を混入
し、埋設するなどの手段により、各コイルユニット１０
のインダクタンスを一層大きくすることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この出願に係る第
１発明によれば、積層する複数の基材のそれぞれにコイ
ルを形成することによって、各コイルは、磁界の発生方
向が同一方向となるように直列接続し、全体として一体
のコイルとして作動させることができるから、パターン
サイズを最小にして必要な高インダクタンスを容易に実
現することができるという優れた効果がある。

【００３５】第２発明、第３発明によれば、第１発明に
係るコイルユニットを利用することによって、高性能の
アレイアンテナとしてのアンテナ装置または各ＩＣモジ
ュール用の個別の配線が不要なプリント回路基板を形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 コイルユニットの分解斜視図

【図２】 図１のＸ−Ｘ線矢視相当拡大断面図

【図３】 他の実施の形態を示す使用状態平面図（１）

【図４】 他の実施の形態を示す使用状態平面図（２）

【符号の説明】

１０…コイルユニット １１…基材 １２…コイル １３…保護材 ２１…基板 ３５…ＩＣモジュール

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層する複数の基材と、該基材のそれぞ
   れに形成するコイルとを備えてなり、該コイルは、磁界
   の発生方向が同一方向となるように直列接続することを
   特徴とするコイルユニット。
2. 【請求項２】 前記各コイルは、２次元の螺旋状に形成
   することを特徴とする請求項１記載のコイルユニット。
3. 【請求項３】 外部に露出する前記コイルには、保護材
   を設けることを特徴とする請求項１または請求項２記載
   のコイルユニット。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか記載
   の複数のコイルユニットを基板に配列してなり、前記コ
   イルユニットのいずれかを主エレメントとすることを特
   徴とするアンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記基板は、前記基材によって形成する
   ことを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項３のいずれか記載
   のコイルユニットを基板に配列してなり、前記各コイル
   ユニットは、ＩＣモジュールに接続可能であることを特
   徴とするプリント回路基板。
7. 【請求項７】 前記基板は、前記基材によって形成する
   ことを特徴とする請求項６記載のプリント回路基板。