JP2008199321A - 自動車送信アンテナ用磁心 - Google Patents

Abstract

【課題】高い体積効率を実現した送信アンテナ用磁心の提供。
【解決手段】長さＬ、幅ａであるＦｅ系非晶質金属薄帯をｂ枚積層した積層体であって、ａが０．５ｍｍ以上、ｂが１５以上であり、組み合わされるボビンに巻回されるコイルのターン数が２５以上の場合、前記ａ、前記Ｌ及び前記ｂは、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０４９の関係式を満たし、組み合わされるボビンに巻回されるコイルのターン数が３０以上の場合、前記ａ、前記Ｌ及び前記ｂは、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０５４の関係式を満たすことを特徴とする。そして、ｂの値とは関連なく、ａ／Ｌとしては、０．０３以上（０．０４以上が望ましい）、０．２以下（０．０８以下が望ましい）とすることができる。ここで、前記ａが２ｍｍ以上、４ｍｍ以下、前記Ｌが２０ｍｍ以上、１１０ｍｍ以下であることが望ましい。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車のドアハンドルなどに内蔵して用いる送信アンテナ用磁心に関する。

自動車にはキーレスエントリーなど外部との通信を行う機器が備えられており、それらの機器用のアンテナを幾つか備えている。アンテナはアンテナ用磁心を有し、アンテナ用磁心としては金属薄帯の積層体が挙げられる。

ここで、自動車の部品においては体積及び質量の低減が求められているのでアンテナ（アンテナ用磁心）についても体積効率が高いものが望まれている。ここで、体積効率とは体積当たりの磁気特性（振幅比透磁率）のことを示す。また、自動車では電力の供給は限られており、供給する電力（入力磁界）に対しても体積効率が良いことが求められている。アンテナの体積効率を向上するための一案としてはアンテナ用磁心の組成を適正化して磁気特性を向上する方法が幾つか開示されている。

例えば、非晶質磁性薄帯を熱処理に耐える樹脂を用いて積層接着したアンテナ用磁心が開示されている（特許文献１）。この非晶質磁性薄帯は、Ｆｅ及びＣｏを含み、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ及びＧｅのうちの少なくとも１種、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｐ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｍｎ及び希土類元素のうちの少なくとも１種類の元素を有した組成を有している。この組成をもつ非晶質磁性薄帯が積層されたアンテナ用磁心を用いたアンテナがキーレスエントリー用に提案されている。

そして、非晶質磁性薄帯を積層し、樹脂含浸して薄帯を固定して鉄心としている技術が開示されている（特許文献２）。この鉄心にコイルを巻き付けてアンテナを形成している。非晶質磁性薄帯はＦｅ及びＣｏの少なくとも一方の元素と、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ及びＰから選ばれた少なくとも１種の元素とを有する組成をもつ。この組成をもつ非晶質磁性薄帯の積層体が送信アンテナとして提案されている。
国際公開第２００３／６０１７５号パンフレット 特開平５−２６７９２２号公報 特開２００４−１６６０７１号公報

ところで、アンテナ用磁心であっても送信アンテナ用磁心と受信用アンテナ用磁心とでは求められる磁気特性に異同があり、送信アンテナ用磁心において更に体積効率を向上するには印加する磁界に対して磁気飽和させた状態で使用することが望ましい。

体積効率が高い材料の１つとして磁束密度が高いＦｅ系非晶質磁性薄帯が挙げられる。Ｆｅ系非晶質金属薄帯は溶融したＦｅ系金属を急冷するなどして製造できる非晶質の薄膜であり、一般的には厚みが０．０１〜０．１ｍｍ程度としている。Ｆｅ系非晶質金属薄帯における原子は配列に規則性がない非晶質であり、軟磁性材料として優れた特性を有している。特に、Ｆｅ系非晶質金属薄帯は磁気飽和点が高く、比較的大きな磁界を入力して用いる送信アンテナ用磁心には好適である。

その場合に、体積をある程度以下に小さくすると磁気飽和点が低磁界側にシフトして、使用する磁界での電界強度の代用特性である振幅比透磁率μａが低下することになる。また、体積を大きくしすぎると、振幅比透磁率は向上するが、ドアハンドル内に収納できない問題がある。

そこで、本発明では、送信アンテナ用磁心において、その形状が磁気特性（特に振幅比透磁率μａ）に与える影響を解析することで、Ｆｅ系非晶質金属薄帯の積層体からなるアンテナ用磁心の体積効率を向上して、更に高い体積効率を実現した送信アンテナ用磁心を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意検討を行った結果、磁気特性に優れる送信アンテナ用磁心の形態を発見し以下の発明を完成した。まず、本発明の送信アンテナ用磁心は、長さＬ、幅ａであるＦｅ系非晶質金属薄帯をｂ枚積層した積層体であって、前記ａが０．５ｍｍ以上、前記ｂが１５以上である。このＦｅ系非晶質金属薄帯は短冊形であることが望ましい。

そして、組み合わされるボビンに巻回されるコイルのターン数が２５以上の場合、前記ａ、前記Ｌ及び前記ｂは、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０４９の関係式を満たすことを特徴とする。また、組み合わされるボビンに巻回されるコイルのターン数が３０以上の場合、前記ａ、前記Ｌ及び前記ｂは、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０５４の関係式を満たすことを特徴とする。

そして、ｂの値とは関連なく、ａ／Ｌとしては、０．０３以上（０．０４以上が望ましい）、０．２以下（０．０８以下が望ましい）とすることもできる。

ここで、前記ａが２ｍｍ以上、４ｍｍ以下、前記Ｌが２０ｍｍ以上、１１０ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明の自動車送信アンテナ用磁心は上述の構成を有することから、高い磁気特性を有し、体積効率に優れる送信アンテナができる。すなわち、ドアハンドル内に収納可能な大きさで磁界を変化させた際の磁気特性変化（振幅比透磁率の低下）を小さくすることができる。

以下、本発明の自動車送信アンテナ用磁心について、より具体的な実施形態に基づき詳細に説明を行う。本実施形態の自動車送信アンテナ用磁心はコイルにより形成されるボビン中に挿入して使用される部材である。ボビンは、樹脂などのように、磁気的特性に大きな影響を与えない材料にて形成され且つ内部に本実施形態の自動車送信アンテナ用磁心が挿入可能な部材の周囲にコイルを巻回したり、巻回したコイルのみで形成することができる。コイルのみで形成する場合には本実施形態の自動車送信アンテナ用磁心の周囲に、直接、コイルを巻回しても良い。

本実施形態の自動車送信アンテナ用磁心はＦｅ系非晶質金属薄帯をｂ枚積層した積層体である。ここで、ｂは１５以上である。積層体の形成方法は特に限定しない。例えば、ｂ枚のＦｅ系非晶質金属薄帯を積層した後、樹脂で覆う方法がある。樹脂で覆うことで、ｂ枚のＦｅ系非晶質金属薄帯を固定して積層体を形成するだけでなく、隣接するＦｅ系非晶質金属薄帯間の絶縁も達成できる。樹脂としては電気的特性を考慮して選択することが望ましく、例えば、エポキシ系樹脂から選択することができる。

Ｆｅ系非晶質金属薄帯はＦｅ系非晶質金属の薄膜を帯状（特に望ましくは短冊状である。短冊状とは帯状の形態のうち、全体的に幅が一定な形態である。幅に変化がある形態の場合には後述するａの値は平均値を用いる。）に成形した部材であり、長さをＬ、幅をａとした場合に、以下の関係が成り立つ。

まず、組み合わされるボビンに巻回されるコイルのターン数が２５以上の場合には、ａ、Ｌ及びｂは、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０４９の関係式を満たすようにする。そして、組み合わされるボビンに巻回されるコイルのターン数が３０以上の場合には、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０５４の関係式を満たすようにする。ここで、ａ／Ｌが大きくなると正方形に近づき、ａ／Ｌが小さくなるとより細長い形状になる。

また、上記式とは独立して、ａ／Ｌを適正化することができる。具体的には、ａ／Ｌを０．０３以上、０．２以下にすることもできる。例えば、ａが０．５ｍｍである場合に、Ｌは０．５（ｍｍ）／０．０３（≒１６．７ｍｍ）以下、０．５（ｍｍ）／０．２０（＝２．５ｍｍ）以上である。ここで、ａ／Ｌの下限値としては０．０４以上とすることが望ましく、０．０６以上とすることが更に望ましい。ａ／Ｌの上限値としては０．１５以下とすることが望ましく、０．０８以下とすることが更に望ましい。ここで、ａは２ｍｍ以上が望ましい。そして、４ｍｍ以下が望ましい。そして、Ｌは２０ｍｍ以上が望ましい。そして、１１０ｍｍ以下が望ましい。

そして、Ｆｅ系非晶質金属薄帯の厚みは特に限定しない。例えば、１０μｍ以上、３０μｍ以下とすることができ、１５μｍ以上、２５μｍ以下とすることが望ましい。

Ｆｅ系非晶質金属はＦｅを主成分とする金属である。Ｆｅ以外に含有できる元素は特に限定しないが、Ｂ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｃ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒから選択される元素が望ましく、その中でもＢ、Ｓｉから選択することが特に望ましい。非晶質化は共晶反応による液体急冷により形成されると考えられる。Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉは共晶組成に近いので、アモルファス化に適している。

Ｆｅ系非晶質金属はどのように製造されてもよい。例えば、上述のような組成をもつ金属を溶融した後、急冷することで非晶質にすることができる。ここで、非晶質であるか否かはＸ線回折を測定して回折ピークを解析することで判別できる。すなわち、非晶質である場合には結晶質に見られる鋭いピークが回折ピークになくブロードであることにより判別できる。

Ｆｅ系非晶質金属薄（日立金属ＳＡ−１：ＦｅＢＳｉ系、厚さ２５μｍ）を２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．７ｍｍ、４．０ｍｍ、４．６ｍｍ、５．０ｍｍの幅（ａ）で、それぞれ１１０ｍｍ、９０ｍｍ、８０ｍｍ、７３ｍｍ、６５ｍｍ、６０ｍｍの長さ（Ｌ）に成形してＦｅ系非晶質金属薄帯とした。同じ形状の薄帯を２０、２５、３０層（ｂ）積層して樹脂ケース中に納め各試験の試験用磁心とした。

図１に示すように、６種類のボビン（被覆銅線（住友電装製 ＣＡＶＵＳ０．２２ Φ０．５５銅線７本ヨリ線）を１８回、２０回、２３回、２５回、２７回、３０回巻回したもの）の中心に各試験用磁心を押入し、振幅比透磁率μａを周波数１３０ｋＨｚの条件で測定した。測定は交流ＢＨアナライザＳＹ−８２３２（岩崎通信株式会社製）の１次側と２次側とに接続して行った。

まず、μ測定モードを選択し、ボビンのコイル巻幅Ｌｅ、コイルの巻回軸に直交する面でのコイル断面積Ａｅ、コイルで形成された体積Ｖｅ（Ｌｅ×Ａｅ）を設定した。１８ターンの場合は、Ｌｅ＝１９．３ｍｍ、Ａｅ＝１０．０８ｍｍ²、Ｖｅ＝１９４．５４ｍｍ³を設定値として入れる。設定周波数ｆ＝１３０ＫＨｚを設定し、磁界Ｈ＝１０００Ａ／ｍ，１２００Ａ／ｍにおける振幅比透磁率μａを測定した。１０００Ａ／ｍから１２００Ａ／ｍまで磁界を変化させた際に振幅比透磁率μａが変動して低下する割合｛（（μａ（１２００Ａ／ｍの時）−μａ（１０００Ａ／ｍの時））／μａ（１０００Ａ／ｍの時）×１００｝を算出し、Ｆｅ系非晶質金属薄帯の積層数（ｂ）毎にグラフ化した（図２：ｂ＝２０、図３：ｂ＝２５、図４：ｂ＝３０）。図２〜４において、右上に示す数字はボビンのコイルにおけるターン数であり、■：１８回、□：２０回、▲：２３回、△：２５回、●：２７回、そして○：３０回である。

目標とする磁気特性として、振幅比透磁率μａの低下率が５％以下になる範囲を設定し、その範囲内に収まるａ／Ｌの範囲を算出した。例えば、図２においては振幅比透磁率μａの低下率が５％以下になるのはターン数３０の場合でａ／Ｌが０．０３以上の範囲である。

その結果、図５に示すように、ボビンに巻回されたコイルのターン数が２５のときに、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０４９の関係式が成立し、ターン数が３０のときに、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０５４の関係式が成立することが明らかになった。なお、図５において、各々のターン数に対応して描写された線の上側が望ましい領域である。

また、図２〜４から明らかなように、ｂ及びターン数にかかわらず、ａ／Ｌの範囲として０．０３以上（更に高い性能（低下率３％以下）を実現する場合には０．０４以上）を設定することで充分な性能が発揮できることが明らかになった。ａ／Ｌの範囲としては図２〜４に示した範囲（０．０８以下）よりも高い範囲においても充分に高い性能が実現できるものと考えられる。

実施例で用いた試験用磁心とボビンとその組み合わせの様子を示す概略図である。 磁界を変化させた際に振幅比透磁率μａが低下する割合を示すグラフである（ｂ＝２０）。 磁界を変化させた際に振幅比透磁率μａが低下する割合を示すグラフである（ｂ＝２５）。 磁界を変化させた際に振幅比透磁率μａが低下する割合を示すグラフである（ｂ＝３０）。 目指す磁気特性を有する自動車送信アンテナ用磁心における、Ｆｅ系非晶質金属薄帯の積層数（ｂ）とａ／Ｌとの関係を示すグラフである。

Claims (7)

1. 長さＬ、幅ａであるＦｅ系非晶質金属薄帯をｂ枚積層した積層体であって、
   前記ａが０．５ｍｍ以上、前記ｂが１５以上で、
   組み合わされるボビンに巻回されるコイルのターン数が２５以上の場合、前記ａ、前記Ｌ及び前記ｂは、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０４９の関係式を満たすことを特徴とする自動車送信アンテナ用磁心。
2. 組み合わされるボビンに巻回されるコイルのターン数が３０以上の場合、前記ａ、前記Ｌ及び前記ｂは、ａ／Ｌ≧−０．００１２ｂ＋０．０５４の関係式を満たす請求項１に記載の自動車送信アンテナ用磁心。
3. 長さＬ、幅ａであるＦｅ系非晶質金属薄帯をｂ枚積層した積層体であって、
   前記ａが０．５ｍｍ以上、前記ｂが１５以上で、ａ／Ｌが０．０３以上、０．２以下であることを特徴とする自動車送信アンテナ用磁心。
4. 前記Ｆｅ系非晶質金属薄帯の前記ａ／Ｌの値が０．０４以上である請求項３に記載の自動車送信アンテナ用磁心。
5. 前記Ｆｅ系非晶質金属薄帯の前記ａ／Ｌの値が０．０８以下である請求項３又は４に記載の自動車送信アンテナ用磁心。
6. 前記Ｆｅ系非晶質金属薄帯は短冊形である請求項１〜５のいずれかに記載の自動車送信アンテナ用磁心。
7. 前記ａが２ｍｍ以上、４ｍｍ以下、前記Ｌが２０ｍｍ以上、１１０ｍｍ以下である請求項１〜６のいずれかに記載の自動車送信アンテナ用磁心。

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