JP2008172872A - 無接点電力伝送コイル、携帯端末及び端末充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無接点電力伝送コイルの薄型化を可能にして、携帯端末や端末充電装置の更なる薄型化を可能とする。
【解決手段】
平面コイルは、単線又は撚り線からなる電線４０を渦巻き状に巻回して形成されている。フレキシブルプリント基板３０は、第一，第二の外部接続端子部３１，３２と、平面コイルの内周部３７の電線端部に接続される第一のコイル接点部３６と、平面コイルの外周部３８の電線端部に接続される第二のコイル接点部３５と、第一のコイル接点部３６と第一の外部接続端子部３１とを接続する第一の内部導体パターン３３と、第二のコイル接点部３５と第二の外部接続端子部３２とを接続する第二の内部導体パターン３４とが形成されている。そして、平面コイルの一方の平面部がそのフレキシブルプリント基板３０の表面上に貼り付けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば携帯電話端末などの小型且つ薄型の携帯端末に内蔵された二次電池の充電を行う際に、電磁誘導を利用して非接触による電力伝送を行うための無接点電力伝送コイルと、その無接点電力伝送コイルを内蔵した携帯端末及び端末充電装置に関する。

従来より、例えば携帯端末に内蔵された二次電池を充電するための充電用電力を、無接点電力伝送コイルによる電磁誘導を利用して伝送するようなシステムが知られている。

また、特開２００６−４２５１９号の公開特許公報（特許文献１）には、例えば携帯電話端末のように薄型化が要求される携帯端末に搭載される無接点電力伝送コイルとして、表面に絶縁層が設けられた単線又は撚り線からなる電線を略々同一平面内に渦巻き状（スパイラル状）に巻回した平面コイルを用いることが開示されている。さらに、この公報には、送電側の平面コイルと受電側の平面コイルを対向させて配置した時に、それら両コイルの対向面の反対側の面に、両コイルから発生する磁界による不要輻射を抑えるための磁性シートを、当該反対側の面全体を覆うようにそれぞれ設けることが開示されている。

特開２００６−４２５１９号公報（図２及び図３）

図２７及び図２８には、従来の渦巻き状の平面コイルを備えた無接点電力伝送コイル２００の概略的な構造を示す。

図２７に示すように、渦巻き状平面コイルは、単線や撚り線からなる電線２０１を同一平面内に渦巻き状に巻回したものとなされており、当該平面コイルの外周側２０３の電線端部（例えば巻き終わり側の電線端部）２０５がそのまま外部へ引き出され、一方、内周側２０２の電線端部（例えば巻き始め側の電線端部）２０４が上記渦巻き状に巻回された電線部の上（若しくは下）を通って外周側に引き出されている。そして、当該無接点電力伝送コイル２００は、図２８に示すように、上記平面コイルの一方の平面部側に接着シート２１１等により磁性シート２１０が貼り付けられ、他方の平面部側が必要に応じて接着シート２１１等により端末筐体２１３の内壁面等に貼り付けられる。なお、図示は省略しているが、磁性シート２１０の外側には、アルミニウム等からなる金属シートも貼り付けられる。

ところで、最近は携帯電話端末等をこれまで以上に薄型化することが望まれており、そのため、当該端末の筐体内に配設される各種電子部品そのものの厚みを薄くすることのみならず、上述した渦巻き状平面コイルからなる無接点電力伝送コイルについても、その厚みをさらに薄くすることが要求されている。

しかしながら、上述の図２７及び図２８に示したような従来の渦巻き状平面コイルを携帯電話端末等に搭載した場合、平面コイルの内周側２０２の電線端部２０４が上記渦巻き状に巻回された電線部の上（若しくは下）を通って外周側に引き出されているため、或る程度の太さがある電線が重なることになり、その電線重なり部分によって当該平面コイルの最大厚みが非常に大きくなってしまい、携帯電話端末の更なる薄型化に対する障害となっている。

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、更なる薄型化が可能な渦巻き状平面コイルからなる無接点電力伝送コイルと、その無接点電力伝送コイルを内蔵した携帯端末及び端末充電装置を提供することを目的とする。

本発明の無接点電力伝送コイル、本発明の携帯端末、及び、本発明の端末充電装置は、単線又は撚り線からなる線状導体を略々同一平面内に渦巻き状に巻回して形成された平面コイルと、第一，第二の外部接続端子部と、渦巻き状の線状導体の内周側端部に接続される第一の接点部と、渦巻き状の線状導体の外周側端部に接続される第二の接点部と、第一の接点部と第一の外部接続端子部とを接続する第一の導体パターンと、第二の接点部と第二の外部接続端子部とを接続する第二の導体パターンとが形成されたプリント基板とを有し、平面コイルの一方の平面部がプリント基板の表面上に取り付けられていることにより、上述した課題を解決する。

すなわち本発明によれば、平面コイルは、単線又は撚り線からなる線状導体を略々同一平面内に渦巻き状に巻回して形成されており、その平面コイルの内周側端部と外部接続端子との間の接続を、プリント基板の導体パターンにより行っているため、平面コイルの線状導体を内周側から外周側へ引き出す場合のように、線状導体が重なってしまうことがない。

本発明によれば、単線又は撚り線からなる線状導体の重なりを無くすことができるため、無接点電力伝送コイルの更なる薄型化が可能となる。したがって、その無接点電力伝送コイルを搭載することで、携帯端末や端末充電装置の薄型化が可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

なお、本実施形態では、本発明の渦巻き状平面コイルを有する無接点電力伝送コイルが搭載された携帯端末の一例として携帯電話端末を挙げ、また、本発明の端末充電装置の一例として、上記携帯電話端末を少なくとも充電可能なクレードルを挙げているが、勿論、ここで説明する内容はあくまで一例であり、本発明はこの例に限定されないことは言うまでもない。

〔クレードルと携帯電話端末の概略構成及び充電時の基本動作〕
図１には、本発明実施形態の携帯電話端末２とクレードル１の主要部の概略的な内部構造を示す。

本実施形態の携帯電話端末２は、少なくとも、当該端末の動作電力を発生する二次電池からなるバッテリ２２と、上記バッテリ２２の充電を行う際の受電側の無接点電力伝送コイルとなる二次側伝送コイル２１と、上記二次側伝送コイル２１を通じて受電した電力を上記バッテリ２２へ供給して充電させるための充電制御回路を含む各種電子回路が実装された回路基板２３とを、当該端末筐体の内部に備えている。なお、本実施形態においては、一般的な携帯電話端末が備えているその他の構成要素の図示及び説明については省略している。

上記バッテリ２２は着脱可能となされており、携帯電話端末２には当該バッテリ２２を着脱する際に開閉（若しくは着脱）されるバッテリ蓋２０が設けられている。

上記二次側伝送コイル２１は、後述するように、導電性を有する線状導体が渦巻き状に形成された平面コイルとなされており、当該二次側伝送コイル２１の一方の平面部が、上記バッテリ蓋２０の内壁面、若しくは上記バッテリ２２のバッテリ蓋側の外表面上に貼り付けられている。本実施形態では、上記バッテリ蓋２０の内壁面に二次側伝送コイル２１が貼り付けられている場合を例に挙げて説明する。上記二次側伝送コイル２１の詳細な構成については後述する。

一方、本実施形態のクレードル１は、少なくとも、携帯電話端末２のバッテリ２２の充電を行う際の送電側の無接点電力伝送コイルとなる一次側伝送コイル１０と、上記一次側伝送コイル１０への電力供給とその制御を行う制御基板部１１と、例えば家庭用電源に接続される電源コード１２とを、当該クレードル筐体の内部に備えている。なお、本実施形態において、一般的なクレードルが備えているその他の構成要素の図示及び説明については省略する。

このクレードル１の一次側伝送コイル１０は、携帯電話端末２の二次側伝送コイル２１と略々同様に、導電性を有する線状導体が渦巻き状に形成された平面コイルとなされており、当該一次側伝送コイル１０の一方の平面部が、当該クレードル１に設けられている端末載置台の筐体内壁面側に貼り付けられている。

制御基板部１１は、当該クレードル１の端末載置台に上記携帯電話端末２が置かれ、その携帯電話端末２の二次側伝送コイル２１と当該クレードル１の一次側伝送コイル１０とが近接配置することにより、一次側伝送コイル１０内の磁界の状態が変化する。そして、制御基板部１１は、上記二次側伝送コイル２１が近接配置された時の一次側伝送コイル１０における磁界の状態変化を間欠駆動等により監視する。

本実施形態の携帯電話端末２の充電制御回路は、クレードル１の端末載置台に自端末が置かれて、二次側伝送コイル２１とクレードル１の一次側伝送コイル１０とが近接配置することで、二次側伝送コイル２１内の磁界の状態に変化が生じた時、その磁界状態変化に応じた電圧変動を検知可能となされている。そして、携帯電話端末２の充電制御回路は、上記一次側伝送コイル１０が近接配置された時の二次側伝送コイル２１における磁界の状態変化に応じた電圧変動による電圧値が、予め定めた所定の電圧値になったことを検知した時に、自端末がクレードル１の端末載置台に置かれたと判断する。

また、本実施形態において、クレードル１と携帯電話端末２は、上記一次側伝送コイル１０及び二次側伝送コイル２１を介した情報の伝達が可能となされている。例えば、上記携帯電話端末２がクレードル１の端末載置台に置かれ、上述のように磁界の状態変化に基づいて相互に一次側コイル１０と二次側コイル２１とが近接配置した時、それらクレードル１と携帯電話端末２は、上記一次側伝送コイル１０及び二次側伝送コイル２１を介した情報伝達により、互いに相手方を認証するための識別情報の交換を行う。

そして、本実施形態において、上記一次側コイル１０と二次側コイル２１とが近接配置されたことをクレードル１及び携帯電話端末２が共に検知し、更に、クレードル１と携帯電話端末２とが互いに相手方を認証できた時に、クレードル１から電力伝送が行われ、その伝送された電力により携帯電話端末２のバッテリ２２の充電が行われることになる。

このように携帯電話端末２のバッテリ２２への充電が開始される場合、上記クレードル１の制御基板部１１は、上記電源コード１２を通じて供給される家庭用交流電圧を所定の直流電圧に変換し、その直流電圧を用いて所定の周波数の交流電圧を生成して、当該生成した交流電圧を上記一次側伝送コイル１０へ供給する。一方、携帯電話端末２側では、上記クレードル１の一次側伝送コイル１０からの交流電圧により上記二次側伝送コイル２１に交流電圧が誘起されると、その誘起された交流電圧を整流して直流電圧に変換し、その直流電圧によりバッテリ２２の充電を行う。

また、本実施形態において、クレードル１の制御基板部１１は、一次側伝送コイル１０の磁界の状態変化に基づく電圧値が予め定めた所定の電圧値にならなかった時、若しくは、一次側伝送コイル１０の磁界の状態変化に基づく電圧値が予め定めた所定の電圧値になった場合でも上記識別情報による相手方の認証が出来なかった時には、上記一次側伝送コイル１０の磁界の状態変化が例えばコイン等の金属物体やその他の導電性物体が端末載置台に載っていることで発生したものであると判断し、上記一次側伝送コイル１０への電力供給を行わないように制御する。

また、本実施形態において、クレードル１からの電力伝送により携帯電話端末２のバッテリ２２の充電が行われている時、それらクレードル１と携帯電話端末２との間では、上記一次側伝送コイル１０及び二次側伝送コイル２１を介して充電情報の伝達が行われる。すなわち、携帯電話端末２の充電制御回路は、クレードル１からの電力伝送によりバッテリ２２の充電が行われている時、そのバッテリ２２の充電情報をクレードル１へ伝送する。クレードル１の制御基板部１１は、携帯電話端末２から伝達された充電情報により、その端末２のバッテリ２２の充電状況を監視しており、バッテリ２２の充電が完了していないことを当該充電情報により把握している場合には上記一次側伝送コイル１０を通じた電力伝送を続行し、一方、バッテリ２２の充電が完了したことを充電情報により把握した場合には電力伝送を停止するような制御を行う。その他にも、制御基板部１１は、例えば、携帯電話端末２から何らかの異常を示す情報が供給されたような場合にも電力伝送を停止する制御を行う。

〔無接点電力伝送コイルの詳細〕
以下、本発明の実施形態にかかる無接点電力伝送コイルの詳細を説明する。なお、以下に説明する各実施形態では、主に携帯電話端末２に搭載される無接点電力伝送コイル（二次側伝送コイル２１）を例に挙げている。また、以下に示す各図は、各実施形態の無接点電力伝送コイルを概略的に示すものであり、コイルの巻線数や各部の縮尺，配置等については実際のものとは異なっており、本発明の説明を容易にするために必要に応じてデフォルメされて示されている。

〔電線を渦巻き状に巻回した無接点電力伝送コイルの詳細〕
図２〜図４には、電線４０を渦巻き状に巻回した平面コイルを有する無接点電力伝送コイル２１ＷＳの概略構成を示す。図２はフレキシブルプリント基板３０上に平面コイルが取り付けられた状態を正面から見た概略図を示しており、図３は平面コイルが取り付けられていない状態のフレキシブルプリント基板３０を正面から見た概略図を、図４は本実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＷＳの概略断面図を示している。

図２〜図４において、本実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＷＳは、表面に絶縁層が設けられた単線又は撚り線の電線４０を略々同一平面内に渦巻き状（スパイラル状）に巻回した平面コイルを有し、その平面コイルの一方の平面部側がフレキシブルプリント基板３０の表面上に接着シート４２にて貼り付けられており、また、平面コイルの他方の平面部側には、当該コイル及びクレードル１側の無接点電力伝送コイル１０の磁路を効率良く形成して鎖交磁束を多くすると共に、それら両コイルから発生する磁界による不要輻射を抑えるための磁性シート４３が当該他方の平面部の全体を覆うように接着シート４１を介して貼り付けられている。なお、フレキシブルプリント基板３０への平面コイルの取り付け、及び平面コイルへの磁性シート４３の取り付けは、図４に示した例のように、接着シート４１，４３による貼り付けの他に、平面コイル内、平面コイルとプリント基板３０との間、平面コイルと磁性シート４３との間に、例えば接着性を有する樹脂をインサートすることによる取り付けであっても良い。このように樹脂をインサートすることによる取り付けを行った場合、接着シートが不要となり、その分だけ無接点電力伝送コイルの厚みを薄くすることが可能となる。その他、図示は省略しているが、磁性シート４３の外側には必要に応じてアルミニウム等からなる金属シートも貼り付けられる。また、フレキシブルプリント基板３０の上記無接点電力伝送コイル２１ＷＳが貼り付けられた面の反対側の面は、図示しない接着シートにより、携帯電話端末２のバッテリ蓋２０の内壁面に貼り付けられることになる。

フレキシブルプリント基板３０は、例えばポリイミド樹脂などを基材とした非常に薄いシート状の基板であり、その表面には絶縁層が形成されている。但し、本実施形態のフレキシブルプリント基板３０は、図２及び図３に示すように、平面コイルが貼り付けられた時にその平面コイル内周部３７内に配置される第一のコイル接点部３６と、平面コイル外周部３８の外側近傍に配置される第二のコイル接点部３５と、第一の外部接続端子部３１及び第二の外部接続端子部３２とについては、表面絶縁層が形成されず、当該フレキシブルプリント基板の内部導体が外部へ露出するようになされている。また、第一のコイル接点部３６と第一の外部接続端子部３１は、表面絶縁層下に形成された第一の内部導体パターン３３を通じて電気的に接続されており、同様に、第二のコイル接点部３５と第二の外部接続端子部３２は、表面絶縁層下に形成された第二の内部導体パターン３４を通じて電気的に接続されている。そして、上記フレキシブルプリント基板３０に平面コイルが貼り付けられた時、上記第一のコイル接点部３６には当該平面コイルの内周部３７の巻き始め電線端部が電気的に接続され、上記第二のコイル接点部３５には当該平面コイルの外周部３８の巻き終わり電線端部が電気的に接続される。なお、実施形態の場合、図２及び図３に示すように、フレキシブルプリント基板３０は、突出部３９を有する略々四角形状となされ、上記突出部３９に第一の外部接続端子部３１と第二の外部接続端子部３２が配されているが、本発明はこの基板形状に限定されるものではない。また、平面コイルが取り付けられる基板３０は、フレキシブルプリント基板の他に、薄型のソリッドタイプのプリント基板であっても良い。

上述のように、図２〜図４に示した実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＷＳによれば、平面コイルの巻き始め電線端部がフレキシブルプリント基板３０の第一のコイル接点部３６に電気的に接続されると共に、平面コイルの巻き終わり電線端部がフレキシブルプリント基板３０の第二のコイル接点部３５に電気的に接続され、さらに、第一のコイル接点部３６と第一の外部接続端子部３１とが当該フレキシブルプリント基板３０の第一の内部導体パターン３３を通じて電気的に接続され、同様に、第二のコイル接点部３５と第二の外部接続端子部３２とが当該フレキシブルプリント基板３０の第二の内部導体パターン３４を通じて電気的に接続されており、前述の図２７及び図２８に示したように電線が重なってしまう部分が無く、したがって、当該無接点電力伝送コイル２１ＷＳの厚みを非常に薄くすることが可能になっている。

〔フレキシブルプリント基板により形成された無接点電力伝送コイルの詳細〕
次に、図５〜図８には、渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルパターンが各々形成された複数のフレキシブルプリント基板を積層した多層構造の無接点電力伝送コイル２１ＰＳの概略構成を示す。なお、図５は多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイル２１ＰＳを正面から見た概略図を示しており、図６は多層構造のフレキシブルプリント基板の各層をそれぞれ分離した状態を示し、図７は多層構造のフレキシブルプリント基板からなる本実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＰＳの概略断面図を、図８は図７中の楕円Ｅ１で囲った部分を拡大して示している。

図５〜図８において、本実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＰＳは、例えば四層構造からなり、第一層目基板６４ａ，第二層目基板６４ｂ，第三層目基板６４ｃ，第四層目基板６４ｄは、それぞれ例えばポリイミド樹脂などを基材としたシート状の基板上に渦巻き状に巻回された線状の導体パターン６０が形成されている。最上層である第一層目基板６４ａの表面には表面絶縁層６２が形成されており、第一層目基板６４ａと第二層目基板６４ｂとの間には接着層及び層間絶縁層６３ａが形成されている。同様に、第二層目基板６４ｂと第三層目基板６４ｃとの間には接着層及び層間絶縁層６３ｂが、第三層目基板６４ｃと第四層目基板６４ｄとの間には接着層及び層間絶縁層６３ｃが形成されている。最下層の第四層目基板６４ｄの裏面側には接着層及び絶縁層６３ｄを介して磁性シート４３が貼り付けられている。

また、第一層目基板６４ａ〜第四層目基板６４ｄの各導体パターン６０の内周部５７のパターン端部は第一のスルーホール５６により電気的に接続され、同様に、第一層目基板６４ａ〜第四層目基板６４ｄの各導体パターン６０の外周部５８のパターン端部は第二のスルーホール５５により電気的に接続されている。さらに、各層の導体パターンの内周部５７側の第一のスルーホール５６は、各層の導体パターンの外周部５８側に設けられているスルーホール６１と電気的に接続されている。なお、図示は省略しているが、磁性シート４３の外側には必要に応じてアルミニウム等からなる金属シートも貼り付けられる。また、表面絶縁層６２の表面側は、図示しない接着シートにより携帯電話端末２のバッテリ蓋２０の内壁面に貼り付けられることになる。

また、本実施形態に無接点電力伝送コイル２１ＰＳにおいて、例えば第四層目基板６４ｄの第二のスルーホール５５は本発明にかかる第二のコイル接点部として、第二の内部導体パターン５４を通じて第二の外部接続端子部５２と電気的に接続されており、同様に、第四層目基板６４ｄの第一のスルーホール５６は本発明にかかる第一のコイル接点部として、上記スルーホール６１及び第一の内部導体パターン５３を通じて第一の外部接続端子部５１と電気的に接続されている。なお、この実施形態の場合、図５及び図７に示すように、多層構造のフレキシブルプリント基板は、突出部５９を有する略々四角形状となされ、上記突出部５９に第一の外部接続端子部５１と第二の外部接続端子部５２が配されているが、本発明はこの基板形状に限定されるものではない。

上述のように、図５〜図８に示した実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＰＳによれば、平面コイルが電線に比べて非常に薄い多層フレキシブルプリント基板上の導体パターン６０により形成されていると共に、平面コイルの各導体パターン６０の内周部５７のパターン端部（巻き始めパターン端部）が接続された第一のスルーホール５６と第一の外部接続端子部５１とが、上記スルーホール６１と第一の内部導体パターン５３を通じて電気的に接続され、同様に、平面コイルの各導体パターン６０の外周部５８のパターン端部（巻き終わりパターン端部）が接続された第二のスルーホール５５と第二の外部接続端子部５２とが第二の内部導体パターン５４を通じて電気的に接続され、前述の図２７及び図２８に示したように電線が重なってしまう部分が無く、したがって当該無接点電力伝送コイル２１ＰＳの厚みを非常に薄くすることが可能になっている。特に、図５〜図８に示した無接点電力伝送コイル２１ＰＳの場合は、平面コイルがフレキシブルプリント基板の導体パターン６０により形成されているため、前述のような電線による平面コイルを用いた無接点電力伝送コイルよりも更に厚みを薄くすることが可能となっている。

〔平面コイルと磁性シートによる鎖交磁束の説明〕
次に、図９〜図１４を参照しながら、磁性シートの貼り付け方によって変わる鎖交磁束について説明する。なお、以下の説明では、図２〜図４に示した電線を渦巻き状に巻回した無接点電力伝送コイルを例に挙げているが、図５〜図８に示した渦巻き状の導体パターンを多層フレキシブルプリント基板に形成した無接点電力伝送コイルについても同様である。

図９，図１１，図１３には、巻回された電線４０からなる平面コイルの平面部上に磁性シート４３，４４或いは磁性体層４５が形成された無接点電力伝送コイル２１をバッテリ蓋２０の壁２５に貼り付けた携帯電話端末２の当該コイル近傍部分と、同じく、巻回された電線８０からなる平面コイルの平面部上に磁性シート８３，８４或いは磁性体層８５が形成された無接点電力伝送コイル１０を筐体壁１３に貼り付けたクレードル１の当該コイル近傍（端末載置台近傍）部分の概略的な断面を示す。また図１０には図９中の楕円Ｅ２で囲った部分を拡大すると同時に携帯電話端末２とクレードル１の両平面コイルにより形成される磁束Ｍの流れを示し、同様に、図１２には図１０中の楕円Ｅ３で囲った部分を拡大すると同時に両平面コイルにより形成される磁束Ｍの流れを、図１４には図１３中の楕円Ｅ４で囲った部分を拡大すると同時に両平面コイルにより形成される磁束Ｍの流れを示している。なお、図１０，図１２，図１４の例では、図示を簡略化するための磁束Ｍの向きを一方向で描いているが、実際の電力伝送時には交流電圧が用いられるため磁束Ｍの向きは交互に反転することになる。また、図９〜図１４では接着シートの図示を省略している。

図９及び図１０の例は、携帯電話端末２側の無接点電力伝送コイル２１とクレードル１側の無接点電力伝送コイル１０の両者共に、平面コイルの平面部の全体を覆うように磁性シート４３，８３が貼り付けられている場合を表しており、図１１及び図１２の例は、無接点電力伝送コイル２１及び無接点電力伝送コイル１０の両者共に、平面コイルの平面部の形状に略々合わせた大きさの磁性シート４４，８４が貼り付けられている場合を、図１３及び図１４の例は、無接点電力伝送コイル２１及び無接点電力伝送コイル１０の両者共に、平面コイルの平面部の形状に合わせ且つ平面コイルの側面部にも略々密着するようになされた磁性体層４５，８５が設けられている場合を示している。

これら図９〜図１４において、例えば図９及び図１０のように平面コイルの平面部の全体を覆うように磁性シート４３，８３を貼り付けた構成では、平面コイルの側面部で磁性シート４３，８３が平面コイルに密着せずに或る程度の隙間ができるため、磁路が遠くなって効率良く形成されず鎖交磁束は少なくなる。また、図１１及び図１２のように平面コイルの平面部の形状に略々合わせた大きさの磁性シート４４，８４を貼り付けた構成では、平面コイルの上面にしか磁性シートが存在しないため、磁路が効率良く形成されず鎖交磁束は少なくなる。一方、図１３及び図１４のように平面コイルの平面部の形状に略々合わせ且つ平面コイルの側面部にも略々密着するように磁性体層４５，８５が形成された構成では、平面コイルの上面だけでなく平面コイルの側面部にも磁性体層が存在するため、磁路が効率良く形成されて多くの鎖交磁束が形成されることになる。したがって、これらのことからわかるように、効率良く磁路を形成して多くの鎖交磁束を得るためには、図１３及び図１４に示したように、平面コイルの平面部だけでなく側面部にも略々密着するように磁性体層を形成することが望ましい。

〔電線の平面コイル外周側面部にも磁性体層を形成した無接点電力伝送コイルの詳細〕
図１５〜図１８には、電線４０を渦巻き状に巻回した平面コイルの平面部と側面部にも磁性体層１００を形成した場合の本実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＷＤの概略構成を示す。なお、図１５はフレキシブルプリント基板９０上に電線４０の平面コイルが貼り付けられた状態を正面から見た概略図を示しており、図１６はその平面コイルが貼り付けられていない状態のフレキシブルプリント基板９０を正面から見た概略図を、図１７はこの例の無接点電力伝送コイル２１ＷＤの概略断面を、図１８は図１７中の楕円Ｅ５で囲った部分を拡大して示している。

図１５〜図１８において、本実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＷＤは、電線４０が巻回された平面コイルの一方の平面部側がフレキシブルプリント基板９０の表面上に例えば接着シート４２にて貼り付けられており、また、当該平面コイルの他方の平面部及び側面部には、磁性シートの貼り付け若しくはフェライト粉などを材料とする磁性体溶液を塗布することにより磁性体層１００が形成されている。なお、図示は省略しているが、磁性体層１００の外側には必要に応じてアルミニウム等からなる金属シートが貼り付けられる。また、フレキシブルプリント基板９０の上記無接点電力伝送コイル２１ＷＤが貼り付けられた面の反対側の面は、図示しない接着シートにより、携帯電話端末２のバッテリ蓋２０の内壁面に貼り付けられることになる。

フレキシブルプリント基板９０は、ポリイミド樹脂などを基材とした非常に薄いシート状の基板であり、その表面には絶縁層が形成されていると共に、平面コイルの平面部に略々合致した形状を有している。また、この実施形態のフレキシブルプリント基板９０は、前述の図２及び図３の場合と同様に、平面コイルの内周部３７内に配置される第一のコイル接点部３６と、平面コイル外周部３８の外側近傍に配置される第二のコイル接点部３５と、第一の外部接続端子部３１及び第二の外部接続端子部３２とについては、表面絶縁層が形成されず、当該フレキシブルプリント基板９０の内部導体が外部へ露出しており、さらに、第一のコイル接点部３６と第一の外部接続端子部３１は表面絶縁層下に形成された第一の内部導体パターン３３を通じて電気的に接続され、第二のコイル接点部３５と第二の外部接続端子部３２は表面絶縁層下に形成された第二の内部導体パターン３４を通じて電気的に接続されている。そして、上記フレキシブルプリント基板９０に平面コイルが貼り付けられた時、上記第一のコイル接点部３６には当該平面コイルの内周部３７の巻き始め電線端部が電気的に接続され、上記第二のコイル接点部３５には当該平面コイルの外周部３８の巻き終わり電線端部が電気的に接続される。なお、この実施形態の場合、図１５及び図１６に示すように、フレキシブルプリント基板９０は、突出部３９を有し、この突出部３９に第一の外部接続端子部３１と第二の外部接続端子部３２が配されているが、突出部３９の形状については図１５，図１６の例に限定されるものではない。

上述のように、図１５〜図１８に示した無接点電力伝送コイル２１ＷＤによれば、前述の図１〜図４の例と同様に、第一のコイル接点部３６と第一の外部接続端子部３１とがフレキシブルプリント基板９０の第一の内部導体パターン３３を通じて電気的に接続され、第二のコイル接点部３５と第二の外部接続端子部３２とがフレキシブルプリント基板９０の第二の内部導体パターン３４を通じて電気的に接続されているため、当該無接点電力伝送コイル２１ＷＤの厚みを非常に薄くすることが可能になっている。

また、図１５〜図１８の無接点電力伝送コイル２１ＷＤにおいては、平面コイルの平面部の形状に略々合致し且つ側面部にも略々密着するように磁性体層１００が形成されているため、当該携帯電話端末２の充電時にはクレードル１の無接点電力伝送コイルとの間で磁路が効率良く形成されて多くの鎖交磁束が形成されることになり、効率の良い電力伝送が可能となる。特に、電線４０が巻回された平面コイルに対して磁性体溶液を塗布するで磁性体層１００を形成した場合、電線４０の巻回により生ずる平面コイルの凹凸内に磁性体が入り込むことになるため、コイルと磁性体との間に隙間がなくなり、より効率良く磁路を形成することが可能となる。また、磁性体層を塗布により形成する場合には、磁性シートを貼り付ける場合よりも製造工程の削減、取り扱いの簡易化が可能となる。

〔フレキシブルプリント基板に形成された平面コイル外周側面部にも磁性体層を形成した無接点電力伝送コイルの詳細〕
図１９〜図２１には、多層フレキシブルプリント基板の渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルパターンの平面部と側面部にも磁性体層１０１を形成した場合の本実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＰＤの概略構成を示す。なお、図１９は平面コイルパターンが形成されたフレキシブルプリント基板を積層した多層構造の無接点電力伝送コイル２１ＰＤの概略構成を示し、図２０はこの例の無接点電力伝送コイル２１ＰＤの概略断面を、図２１は図２０中の楕円Ｅ６で囲った部分を拡大して示している。

図１９〜図２１において、本実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＰＤは、渦巻き状の導体パターン６０からなる平面コイルパターンの平面部に略々合致した形状を有した多層フレキシブルプリント基板からなる。当該多層フレキシブルプリント基板は、前述の図５の例と同様に、それぞれ例えばポリイミド樹脂などを基材としたシート状の基板上に渦巻き状の導体パターン６０が形成された第一層目基板６４ａ，第二層目基板６４ｂ，第三層目基板６４ｃ，第四層目基板６４ｄとを有し、第一層目基板６４ａの表面には表面絶縁層６２が形成され、第一層目基板６４ａと第二層目基板６４ｂとの間には接着層及び層間絶縁層６３ａが、第二層目基板６４ｂと第三層目基板６４ｃとの間には接着層及び層間絶縁層６３ｂが、第三層目基板６４ｃと第四層目基板６４ｄとの間には接着層及び層間絶縁層６３ｃが形成されている。また、この例において、最下層の第四層目基板６４ｄの裏面側及び当該多層フレキシブルプリント基板の外周側面部には、少なくとも絶縁層６５が形成されており、さらにその絶縁層６５の外側には、磁性シートの貼り付け若しくは磁性体溶液を塗布することにより磁性体層１０１が形成されている。なお、図示は省略しているが、磁性体層１０１の外側には必要に応じてアルミニウム等からなる金属シートが貼り付けられる。また、当該多層フレキシブルプリント基板の磁性体層が形成された平面部の反対側の面は、図示しない接着シートにより、携帯電話端末２のバッテリ蓋２０の内壁面に貼り付けられることになる。

また、この例の無接点電力伝送コイル２１ＰＤは、前述の図５の例と同様に、第一層目基板６４ａ〜第四層目基板６４ｄの各導体パターン６０の内周部５７のパターン端部（巻き始め端部）は第一のスルーホール５６により電気的に接続され、第一層目基板６４ａ〜第四層目基板６４ｄの各導体パターン６０の外周部５８のパターン端部（巻き終わり端部）は第二のスルーホール５５により電気的に接続され、各層の導体パターン６０の内周部５７側の第一のスルーホール５６は各層の導体パターン６０の外周部５８側のスルーホール６１と電気的に接続されている。さらに、当該無接点電力伝送コイル２１ＰＤにおいて、例えば第四層目基板６４ｄの第二のスルーホール５５は第二の内部導体パターン５４を通じて第二の外部接続端子部５２と電気的に接続されており、第四層目基板６４ｄの第一のスルーホール５６はスルーホール６１と第一の内部導体パターン５３を通じて第一の外部接続端子部５１と電気的に接続されている。なお、この実施形態の場合、図１９に示すように、多層構造のフレキシブルプリント基板は、突出部５９を有し、この突出部５９に第一の外部接続端子部５１と第二の外部接続端子部５２が配されているが、突出部５９の形状については図１９の例に限定されるものではない。

上述のように、図１９〜図２１に示した実施形態の無接点電力伝送コイル２１ＰＤによれば、前述の図５の例と同様に、電線に比べて非常に薄い多層フレキシブルプリント基板上の導体パターン６０により平面コイルが形成されていると共に、導体パターン６０の内周部５７のパターン端部が第一のスルーホール５６及びスルーホール６１と第一の内部導体パターン５３を通じて第一の外部接続端子部５１と接続され、同様に、導体パターン６０の外周部５８のパターン端部が第二のスルーホール５５と第二の内部導体パターン５４を通じて第二の外部接続端子部５２と接続されているため、当該無接点電力伝送コイル２１ＰＤの厚みを非常に薄くすることが可能になっている。

また、図１９〜図２１の無接点電力伝送コイル２１ＰＤにおいては、平面コイルパターンの平面部の形状に略々合致し且つ側面部にも略々密着するように磁性体層１０１が形成されているため、当該携帯電話端末２の充電時にはクレードル１の無接点電力伝送コイルとの間で磁路が効率良く形成されて多くの鎖交磁束が形成されることになり、効率の良い電力伝送が可能となる。

なお、上述の図２０及び図２１の例では、無接点電力伝送コイル２１ＰＤにおいて、平面コイルパターン（導体パターン６０）の内周部５７には、多層フレキシブルプリント基板に上記内周部５７よりも僅かに小さい径の穴が空けられ、その穴内部を略々完全に塞ぐように磁性体層が形成されているが、例えば図２２及び図２３に示すように、その穴内部に形成される磁性体層を当該多層フレキシブルプリント基板の厚みの途中までに留めるようにしても良い。但し、磁束を集中させることを考えた場合には、図２０及び図２１の例のように、多層フレキシブルプリント基板の厚み分の磁性体層を穴内部に形成することが望ましい。

〔温度検知素子の実装例〕
本実施形態のように、無接点電力伝送コイルを用い、電磁誘導を利用して、クレードル１から携帯電話端末２へ電力伝送を行うような構成において、例えば、上記クレードル１の端末載置台上に例えばコインなどの金属異物が載ってしまったような場合、つまり金属異物がクレードル１の無接点電力伝送コイル１０に近接した位置に存在する場合には、その金属異物に渦電流が発生して異常過熱する虞がある。

このため、一般に、無接点電力伝送コイルの近傍に温度検知デバイスを取り付け、当該温度検知デバイスにて異常過熱を検出した時に、無接点電力伝送コイルへの電力供給を停止するような制御が行われている。

しかしながら、当該無接点電力伝送コイルの近傍に温度検知デバイスを取り付けるようにした場合、その温度検知デバイスそのものの厚みだけでなく、当該温度検知デバイスを取り付けるための部材の厚みも加わり、無接点電力伝送コイル部の薄型化の妨げになってしまう。

そこで、本実施形態では、図２４〜図２６に示すように、フレキシブルプリント基板上の導体パターン中に、当該無接点電力伝送コイルの異常発熱を防止するための温度検知素子層１１０を直接形成すると共に、その温度検知素子層１１０からの配線パターンについてもフレキシブルプリント基板内に形成する。なお、これら図２４〜図２６で示したような温度検知素子層１１０が形成された無接点電力伝送コイルは、送電側であるクレードル１側のコイルに設けられる。勿論、携帯電話端末２側のコイルに適用することも可能である。

図２４及び図２５には、前述の図１５〜図１８で説明したような巻回された電線４０からなる平面コイルを有する無接点電力伝送コイルにおいて、フレキシブルプリント基板９０の導体パターン内に温度検知素子層１１０を直接形成したときの概略構成を示している。なお、図２４はこの例の無接点電力伝送コイルの概略断面を示し、図２５は平面コイルが貼り付けられていない状態のフレキシブルプリント基板９０を正面から見た概略図を示している。

これら図２４及び図２５において、フレキシブルプリント基板９０の導体パターンには、温度検知素子層１１０が形成されている。また、この例の場合のフレキシブルプリント基板９０には、上記温度検知素子層１１０の温度検知信号を外部に取り出すための第三の外部接続端子部１１１及び第四の外部接続端子部１１２が設けられており、それら第三の外部接続端子部１１１及び第四の外部接続端子部１１２と上記温度検知素子層１１０との間には配線パターンが形成されている。

また、図２６には、前述の図１９〜図２１で説明した導体パターン６０からなる平面コイルを有する多層フレキシブルプリント基板の無接点電力伝送コイルにおいて、例えば第一層目基板６４ａの導体パターン内に温度検知素子層１１０を直接形成したときの概略構成を示している。なお、図２６は無接点電力伝送コイルの概略断面のうち、温度検知素子層１１０が形成されている一部分のみを拡大した概略図である。

この図２６において、多層フレキシブルプリント基板の例えば第一層目基板６４ａの導体パターンには、温度検知素子層１１０が直接形成されている。なお、図示は省略しているが、この例の場合、上記温度検知素子層１１０の温度検知信号が伝送される配線パターンはスルーホール等を通じて、前記図２５と同様に第三の外部接続端子部１１１及び第四の外部接続端子部１１２に接続されている。

上述のように、図２４〜図２６に示した無接点電力伝送コイルによれば、温度検知素子層１１０が、フレキシブルプリント基板上の導体パターン中に直接形成されているため、無接点電力伝送コイルが厚くなることはない。また、この例の無接点電力伝送コイルの場合、温度検知素子層１１０は、電磁誘導を利用した電力伝送が行われる両コイルが対向する側となるフレキシブルプリント基板内に設けられるため、つまり、前述の金属異物等のによる異常加熱が発生するような場合に、その金属異物に最も近い側となるフレキシブルプリント基板内設けられるため、異常過熱の発生を直ぐに検知することが可能となる。

なお、上述の例では、温度検知素子層１１０を一つとした例を挙げたが、温度検知素子は複数設けられていても良い。特にこの例の場合、温度検知素子が複数存在したとしても、無接点電力伝送コイルの厚さが増すことはない。

上述した実施形態の説明は、本発明の一例である。このため、本発明は上述した各実施形態に限定されることなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんである。

上述の実施形態では、無接点電力伝送コイルの薄型化について携帯電話端末２を例に挙げて説明したが、クレードル１にも本発明は適用可能である。また、本実施形態では無接点電力伝送コイルは送電側或いは受電側の何れか一方の機能のみを有している例を挙げたが、送電側と受電側の両方の機能を備えた無接点電力伝送コイルにも本発明は適用可能である。

また、本実施形態では、携帯電話端末２とクレードル１の組み合わせを例に挙げたが、本発明はそれらに限定されず、例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の各種の携帯端末とそのクレードルとの組み合わせや、非接触型ＩＣカードとそのリーダライタなどに用いられる平面のコイルにも適用可能である。

本発明実施形態の携帯電話端末とクレードルの主要部の概略的な内部構造を示す図である。 電線が渦巻き状に巻回された平面コイルがフレキシブルプリント基板上に貼り付けられた状態の無接点電力伝送コイルを正面から見た概略図である。 図２の平面コイルが貼り付けられていない状態のフレキシブルプリント基板を正面から見た概略図である。 図２の無接点電力伝送コイルの概略断面図である。 渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルパターンが各々形成された多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイルを正面から見た概略図である。 図５の多層構造のフレキシブルプリント基板の各層をそれぞれ分離した状態を示す図である。 図５の多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイルの概略断面図である。 図７の多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイルの一部拡大図である。 電線が渦巻き状に巻回された平面コイルの平面部の全体を覆うように磁性シートが貼り付けられた携帯電話端末側及びクレードル側の両無接点電力伝送コイルが近接配置されている時の当該コイル近傍部分の概略的な断面図である。 図９の一部を拡大すると共に両コイルにより形成される磁束の流れを示す図である。 電線が渦巻き状に巻回された平面コイルの平面部上のみに磁性シートが貼り付けられた携帯電話端末側及びクレードル側の両無接点電力伝送コイルが近接配置されている時の当該コイル近傍部分の概略的な断面図である。 図１０の一部を拡大すると共に両コイルにより形成される磁束の流れを示す図である。 電線が渦巻き状に巻回された平面コイルの平面部と側面部を完全に覆うように磁性シートが貼り付けられた携帯電話端末側及びクレードル側の両無接点電力伝送コイルが近接配置されている時の当該コイル近傍部分の概略的な断面図である。 図１３の一部を拡大すると共に両コイルにより形成される磁束の流れを示す図である。 電線が渦巻き状に巻回された平面コイルに略々合致した形状のフレキシブルプリント基板を有する無接点電力伝送コイルを正面から見た概略図である。 図１５の平面コイルが貼り付けられていない状態のフレキシブルプリント基板を正面から見た概略図である。 図１５の平面コイルの平面部と外周側面部に磁性体層を形成した状態の無接点電力伝送コイルの概略断面図である。 図１５の無接点電力伝送コイルの一部拡大図である。 渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルパターンに略々合致した形状の多層フレキシブルプリント基板を有する無接点電力伝送コイルを正面から見た概略図である。 図１９の多層フレキシブルプリント基板の平面コイルの平面部と外周側面部に磁性体層を形成した状態の無接点電力伝送コイルの概略断面図である。 図２０の無接点電力伝送コイルの一部拡大図である。 渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルパターンに略々合致した形状の多層フレキシブルプリント基板の平面コイル内周部に空けられた穴の途中まで磁性体層が形成された状態の無接点電力伝送コイルの概略断面図である。 図２２の無接点電力伝送コイルの一部拡大図である。 電線が渦巻き状に巻回された平面コイルの平面部と外周側面部に磁性体層が形成された無接点電力伝送コイルのフレキシブルプリント基板内に温度検知素子層を設けた例を示す概略断面図である。 平面コイルが貼り付けられていない状態で、図２４の温度検知素子層を有するフレキシブルプリント基板を正面から見た概略図である。 渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルの平面部と外周側面部に磁性体層が形成された無接点電力伝送コイルのフレキシブルプリント基板内に温度検知素子層を設けた例を示す概略断面図である。 渦巻き状に巻回された電線の内周側の電線端部が、その渦巻き状に巻回された電線部の上若しくは下を通って外周側に引き出される従来の平面コイルを正面から見た概略図である。 図２７の平面コイルの概略断面図である。

符号の説明

１ クレードル、２ 携帯電話端末、１０ クレードル側の無接点電力伝送コイル、１１ 制御基板部、１２ 電源コード、１３ クレードルの筐体壁、２０ バッテリ蓋、２１ 携帯電話端末側の無接点電力伝送コイル、２２ バッテリ、２３ 回路基板、２５ バッテリ蓋の壁、３０，９０ フレキシブルプリント基板、３１，５１ 第一の外部接続端子部、３２，５２ 第二の外部接続端子部、３３，５３ 第一の内部導体パターン、３４，５４ 第二の内部導体パターン、３５ 第二のコイル接点部、３６ 第一のコイル接点部、３７，５７ 平面コイル内周部、 ３８，５８ 平面コイル外周部、３９，５９ 突出部、４０ 渦巻き状に巻回された電線、４１，４２ 接着シート、４３，４４，４５ 磁性シート、５５ 第二のスルーホール、５６ 第１のスルーホール、６１ スルーホール、６０ 渦巻き状の導体パターン、６２ 表面絶縁層、６３ａ ６３ｂ，６３，ｃ６３ｄ 接着層及び層間絶縁層、６４ａ 第一層目基板、６４ｂ 第二層目基板、６４ｃ 第三層目基板、６４ｄ 第四層目基板、６５ 絶縁層、８０ クレードルの渦巻き状に巻回された電線、８３，８４，８５ クレードル側の磁性シート、１００，１０１ 磁性体層、１１０ 温度検知素子層、１１１ 第三の外部接続端子部、１１２ 第四の外部接続端子部

Claims (9)

1. 単線又は撚り線からなる線状導体を略々同一平面内に渦巻き状に巻回して形成された平面コイルと、
   第一，第二の外部接続端子部と、上記渦巻き状に巻回された線状導体の内周側端部に接続される第一の接点部と、上記渦巻き状に巻回された線状導体の外周側端部に接続される第二の接点部と、上記第一の接点部と第一の外部接続端子部とを接続する第一の導体パターンと、上記第二の接点部と第二の外部接続端子部とを接続する第二の導体パターンとが形成されたプリント基板とを有し、
   上記平面コイルの一方の平面部が上記フレキシブルプリント基板の表面上に取り付けられている、
   ことを特徴とする無接点電力伝送コイル。
2. 上記平面コイルの少なくとも他方の平面部上を覆う磁性体層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の無接点電力伝送コイル。
3. 上記プリント基板は、温度検知素子が形成された温度検知素子層と、上記温度検知素子により検知された温度検知信号を外部に取り出すための導体パターン及び外部接続端子部とを有することを特徴とする請求項１記載の無接点電力伝送コイル。
4. 二次電池と、
   単線又は撚り線からなる線状導体を略々同一平面内に渦巻き状に巻回して形成された平面コイルと、第一，第二の外部接続端子部と、上記渦巻き状に巻回された線状導体の内周側端部に接続される第一の接点部と、上記渦巻き状に巻回された線状導体の外周側端部に接続される第二の接点部と、上記第一の接点部と第一の外部接続端子部とを接続する第一の導体パターンと、上記第二の接点部と第二の外部接続端子部とを接続する第二の導体パターンとが形成されたプリント基板とを有し、上記平面コイルの一方の平面部が上記プリント基板の表面上に取り付けられて成る無接点電力伝送コイルと、
   上記無接点電力伝送コイルを通じて受電した電力を上記二次電池へ充電する制御を行う充電制御回路とを有する、
   ことを特徴とする携帯端末。
5. 上記無接点電力伝送コイルには、上記平面コイルの少なくとも他方の平面部上を覆う磁性体層が形成されていることを特徴とする請求項４記載の携帯端末。
6. 上記無接点電力伝送コイルの上記プリント基板は、温度検知素子が形成された温度検知素子層と、上記温度検知素子により検知された温度検知信号を外部に取り出すための導体パターン及び外部接続端子部とを有することを特徴とする請求項４記載の携帯端末。
7. 二次電池を備えた所定の携帯端末が載置される端末載置台と、
   単線又は撚り線からなる線状導体を略々同一平面内に渦巻き状に巻回して形成された平面コイルと、第一，第二の外部接続端子部と、上記渦巻き状に巻回された線状導体の内周側端部に接続される第一の接点部と、上記渦巻き状に巻回された線状導体の外周側端部に接続される第二の接点部と、上記第一の接点部と第一の外部接続端子部とを接続する第一の導体パターンと、上記第二の接点部と第二の外部接続端子部とを接続する第二の導体パターンとが形成されたプリント基板とを有し、上記平面コイルの一方の平面部が上記プリント基板の表面上に取り付けられて成り、上記所定の携帯端末に搭載されているコイルとの間の電磁誘導を利用して、非接触により当該携帯端末の二次電池を充電するための電力伝送を行う無接点電力伝送コイルと、
   上記無接点電力伝送コイルへの電力供給を制御する電力供給制御部とを有する、
   ことを特徴とする端末充電装置。
8. 上記無接点電力伝送コイルには、上記平面コイルの少なくとも他方の平面部上を覆う磁性体層が形成されていることを特徴とする請求項７記載の端末充電装置。
9. 上記無接点電力伝送コイルの上記プリント基板は、温度検知素子が形成された温度検知素子層と、上記温度検知素子により検知された温度検知信号を外部に取り出すための導体パターン及び外部接続端子部とを有し、
   上記電力供給制御部は、少なくとも、上記温度検知素子にて検知された温度検知信号に基づいて上記無接点電力伝送コイルへの電力供給を制御することを特徴とする請求項７記載の端末充電装置。

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