JP2009147560A - コイルアンテナおよび非接触情報媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】薄型化に対応可能で、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率がより大きくなるように適正化することで、相対的に相互インダクタンスが小さくて互いに重なり合っても及ぼし合う影響を小さくできるコイルアンテナを提供する。
【解決手段】チップコイル等の部品を用いることなく、主配索パターン12を形成する導線16を用いて巻線パターン14を形成することで、当該コイルアンテナ10を用いる製品の薄型化によるフレキシブル化に対応でき、また、ループ状をなす主配索パターン12に対して分散され、主配索パターン12と比較して巻回形状が十分小さくなるように導線16により形成された巻線パターン14を有するよう配索パターンを工夫することで、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率が、より大きくなるように効率よく適正化し、相対的に相互インダクタンスが小さくなるようにした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、コイルアンテナおよびそれを用いた非接触情報媒体に関する。
電磁誘導を利用して情報の授受を行うために用いられるコイルアンテナは、共振回路によって構成され、通常は、情報の授受を効率よく行うために共振周波数の調整(チューニング)がなされる。共振回路の共振周波数を決定する重要なパラメータとして、共振回路の自己インダクタンスとキャパシタンスがある。共振周波数の調整は、これらの自己インダクタンスとキャパシタンスの値を変化させることで実施するのが通常である。
一方、自己インダクタンスのある複数の電気回路が近接して配置された場合には相互インダクタンスが発生する。この相互インダクタンスも情報の授受を効率よく行うために重要なパラメータであり、通常は、通信の送信側/受信側の両アンテナの結合を強くする目的で、想定される使用環境においてできるだけ大きな値となるように設計される。
ところで、コイルアンテナを利用するアプリケーションの一つに非接触情報媒体がある。非接触情報媒体は、リーダライタとの接触がないため、接触不良を生じず、リーダライタから離れた位置での使用が可能である。また、非接触法は、汚れ、雨、静電気に強いなどの特長があり、セキュリティレベルも高いことから需要が増加している。
非接触情報媒体は、リーダライタから受信した電波を利用して電磁誘導によって動作電力を得るとともに、所定周波数の電波を利用してリーダライタとの間で情報を交換する。このため、非接触情報媒体とリーダライタは、所定周波数の電波を送受信するためのコイルアンテナを内蔵している。
ここで、従来の非接触情報媒体は、基本的には、外部からの電力の受け取りと情報の送受信とを行うアンテナ部を形成するコイルと、このコイルと共振回路を形成するコンデンサと、非接触情報媒体の処理動作を制御するICチップとを有する。このような非接触情報媒体を動作させるためには、リーダライタ近傍の通信範囲内に非接触情報媒体を配置させる。この結果、非接触情報媒体の共振回路とリーダライタの共振回路との間に相互作用が発生し、非接触情報媒体のアンテナ部を形成するコイルに誘導電流が生ずる。この誘導電流を動作電源として、ICチップが動作を行い、アンテナ部を形成するコイルを介してリーダライタへ情報を送信する。このようにして、非接触情報媒体とリーダライタとは無線通信を行うことによって、情報を送受信する(例えば、特許文献1参照)。
ところが、複数の非接触情報媒体をリーダライタの近傍に配置した場合には、非接触情報媒体とリーダライタの間だけでなく、非接触情報媒体同士の間にも相互作用が発生する。このような場合には、使用時の環境が、設計時に想定された使用環境とは異なってしまい、非接触情報媒体の共振周波数に変化が生じ、リーダライタとの間での相互作用の影響が低下し、多くの場合、通信ができなくなってしまう。
こうした問題を解決するための対策として、特許文献2では、非接触情報媒体のコイルの一部にチップコイル(集中定数型インダクタ)を設け、非接触情報媒体同士の相互作用を低減させつつ、通信に使用される電波の周波数と非接触情報媒体の共振周波数とを一致させることで、複数の非接触情報媒体がリーダライタの近傍に配置された場合の読取性能を向上させるようにしている。
特開2001−34725号公報 特開2006−67479号公報
しかしながら、特許文献2に記載の非接触情報媒体に示されるチップコイル(集中定数型インダクタ)の場合、相互インダクタンスを小さく抑えるためには大きなインダクタンスを有するチップを用いる必要があり、このようなチップは比較的形状が大きくて厚みを有するものとなってしまう。この結果、例えばカード型の非接触情報媒体等として商品化する上で、ICチップ等の厚みは比較的薄型化が進んでいる(現状では、0.15mm程度)にも関わらず、チップコイル等の厚み(現状では、0.5mm程度)がネックとなり、チップコイル部分を含めてフラットに仕上げるためには全体に厚めとしたハードカードとせざるを得ず、薄型化によるフレキシブル化等の要請に応えることができないものである。
また、特許文献2に記載の非接触情報媒体であっても、特許文献2中の図12に示される如く、コイルの一部に巻線パターンの小型コイルを設けただけでは、非接触情報媒体に内蔵されたコイルアンテナ同士には、依然として、比較的大きな相互インダクタンスが存在し、互いに及ぼし合う影響が比較的大きな状況にある。よって、複数の非接触情報媒体がリーダライタの近傍に配置された場合の読取性能のより一層の向上を図る上では、不十分な対応策である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、チップコイルのような部品を用いることなく薄型化に対応可能で、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率がより大きくなるように適正化することで、相対的に相互インダクタンスが小さくて互いに重なり合っても及ぼし合う影響を小さくすることができるコイルアンテナおよびこれを用いた非接触情報媒体を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるコイルアンテナは、ループ状に配索される導線からなり、電気的に接続されるコンデンサと共振回路を形成するコイルアンテナであって、前記ループ状をなす主配索パターンの一部または全体に亘って分散され、前記主配索パターンと比較して巻回形状が十分小さくなるように前記導線により形成された巻線パターンを有することを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記巻線パターンの巻回形状は、渦巻き形状からなることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記巻線パターンは、前記主配索パターンと同一平面上で、該主配索パターンの複数箇所に分散させて形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記巻線パターンは、前記主配索パターンに沿って連続的に形成され、隣接する当該巻線パターン間で渦巻き形状の巻き方向が逆であることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記巻線パターンは、前記主配索パターンが形成される平面に直交する平面上に形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記巻線パターンは、前記主配索パターンの一部を横切って分散するよう形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記巻線パターンは、前記主配索パターンの少なくとも一部に沿って分散するよう形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記巻線パターンの巻回形状は、前記主配索パターンの少なくとも一部に沿って分散するよう巻線形状を該主配索パターンと同一平面上に展開させて形成したジグザグ形状からなることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記巻線パターンが形成された領域近傍の片面または両面に重なるよう配設される遮蔽物を備えることを特徴とする。
また、本発明にかかる非接触情報媒体は、ループ状に配索される導線からなり、電気的に接続されるコンデンサと共振回路を形成するコイルアンテナであって、前記ループ状をなす主配索パターンの一部に、前記主配索パターンと比較して巻回形状が十分小さくなるように前記導線により形成された巻線パターンを有し、前記巻線パターンが形成された領域近傍の片面または両面に重なるよう配設される遮蔽物を備えることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記遮蔽物は、磁性体からなることを特徴とする。
また、本発明にかかるコイルアンテナは、上記発明において、前記遮蔽物は、電気導電体からなることを特徴とする。
また、本発明にかかる非接触情報媒体は、上記発明に記載のコイルアンテナと、該コイルアンテナに電気的に接続されて共振回路を形成するコンデンサと、前記共振回路に接続されてリーダライタとの間で送受信する情報を制御するIC回路と、を備えることを特徴とする。
本発明にかかるコイルアンテナによれば、チップコイル等の部品を用いることなく、主配索パターンを形成する導線を用いて巻線パターンを形成しているので、当該コイルアンテナを用いる製品の薄型化によるフレキシブル化に対応することができ、また、ループ状をなす主配索パターンの一部または全体に亘って分散され、主配索パターンと比較して巻回形状が十分小さくなるように導線により形成された巻線パターンを有するよう配索パターンを工夫したので、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率が、より大きくなるように効率よく適正化することで、相対的に相互インダクタンスを小さくすることができ、よって、コイルアンテナ同士が互いに重なり合っても及ぼし合う影響を小さくすることができるという効果を奏する。
本発明にかかるコイルアンテナによれば、チップコイル等の部品を用いることなく、主配索パターンを形成する導線を用いて主配索パターンの一部に巻線パターンを形成しているので、当該コイルアンテナを用いる製品の薄型化によるフレキシブル化に対応することができ、また、ループ状をなす主配索パターンの一部に、主配索パターンと比較して巻回形状が十分小さくなるように導線により形成された巻線パターンの領域近傍の片面または両面に重なるように遮蔽物を配設し、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率が、より大きくなるように効率よく適正化することで、相対的に相互インダクタンスを小さくすることができるという効果を奏する。
また、本発明にかかる非接触情報媒体によれば、上述のコイルアンテナを備え、コイルアンテナ自身が薄型化可能であるので、非接触情報媒体の薄型化も可能となり、フレキシブル化等の要望に応えることができ、また、非接触情報媒体同士の相互作用を小さくすることができ、よって、リーダライタの近傍に同時に配置可能な非接触情報媒体の数量を格段に増加させることができるという効果を奏する。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態であるコイルアンテナおよび非接触情報媒体について説明する。なお、各実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
まず、実施の形態にかかるコイルアンテナについて説明する。本実施の形態におけるコイルアンテナは、ループ状をなす主配索パターンと巻線パターンとを同一の導線により形成してなり、巻線パターンは、ループ状をなす主配索パターンの一部または全体に亘って分散されて、主配索パターンと比較して巻回形状が小さくなるように配索パターンが工夫されており、相対的に、自己インダクタンスを増加させて相互インダクタンスを減少させるように機能し、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率が、より大きくなるように効率よく適正化する。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1にかかるコイルアンテナ10の概要構成を模式的に示す図である。図1に示すように、本実施の形態1にかかるコイルアンテナ10は、主配索パターン12と複数の巻線パターン14とを同一の導線16により形成してなる。主配索パターン12は、所望の大きさで矩形ループ状に配索されて、例えば共振回路を形成するコンデンサ(図示せず)に電気的に接続される接続部18を両端に有する。なお、主配索パターン12のループ形状は、矩形状に限らず、対象物に応じて適宜形状、例えば円形状であってもよい(以降の実施の形態でも同様)。巻線パターン14は、例えば主配索パターン12が配索される同一平面上で、主配索パターン12の内周側の6箇所に分散させて渦巻き形状に形成されたものである。ここで、巻線パターン14の渦巻き形状からなる巻回形状は、主配索パターン12の大きさと比較して十分小さくなるように形成されている。
本実施の形態1にかかるコイルアンテナ10の自己インダクタンスは、主配索パターン12が有する自己インダクタンスと各巻線パターン14が有する自己インダクタンスとの総和となる。これにより、同一形状の主配索パターンで構成されて同等の自己インダクタンスを有する一般的なるコイルアンテナに比較すると、コイルアンテナ同士が近接配置された場合に生ずる相互インダクタンスの値を十分に小さくすることができ、相互作用の影響が激減するものとなる。これは、各巻線パターン14が有する自己インダクタンス分、主配索パターン12が有すべき自己インダクタンスの値を小さくすることができ、よって、主配索パターン12を鎖交する磁束による相互インダクタンスを小さくできるためである。この際、各巻線パターン14を鎖交する磁束による相互インダクタンスも発生するが、各巻線パターン14の巻回形状が小さく、かつ、複数箇所に分散されて個々の巻線パターン14の自己インダクタンスの値もあまり大きくないので、発生する相互インダクタンスは小さめのものとなる。例えば、巻線パターンを1箇所に集中的に設けた場合に比べ、本実施の形態1のように、巻線パターン14を複数箇所に分散させて設けることで、同等の自己インダクタンスの場合であれば、相互インダクタンスを一層小さくすることができ、コイルアンテナ同士が接近配置した場合の相互作用による共振周波数の変動を半減させることができたものである。
これにより、自己インダクタンスが同等な一般的なコイルアンテナに比べて相互インダクタンスが小さなコイルアンテナ10を提供することができる。このようなコイルアンテナ10によれば、互いに接近配置されても、互いに及ぼし合う影響が小さく、複数のコイルアンテナ同士を近接して配置した際に生ずる通信特性の大きな変動を回避することができる。すなわち、共振周波数を決定する自己インダクタンスを確保しつつ、相互インダクタンスを小さくすることで、干渉物があっても環境の変動に強い安定した通信を可能にすることができる。また、巻線パターン14は、複数箇所に分散させて形成されており、厚みがチップコイルの如く局所的に厚くなってしまうこともない。
なお、本実施の形態1において、コイルアンテナ10が有する自己インダクタンスと相互インダクタンスとは相対的なものであり、相互インダクタンスが同等の一般的なコイルアンテナに比べると、自己インダクタンスの値が大きなコイルアンテナを提供することができる。本実施の形態1によれば、要は、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率を所望通り十分に大きくしたコイルアンテナ10を提供することができる。
(変形例1)
分散させて形成する巻線パターン14の数は、6個に限らず、例えば主配索パターン12の四隅四箇所に分散させてもよい。さらには、主配索パターン12に沿って連続的に分散させて形成してもよい。図2は、変形例1のコイルアンテナ10Aの概要構成を模式的に示す図である。変形例1のコイルアンテナ10Aは、主配索パターン12の内周全体に沿って連続的に分散させて多数の巻線パターン14を形成したものである。これにより、薄型構造にして、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率を、より一層大きくすることができる。
(変形例2)
図3は、変形例2のコイルアンテナ10Bの概要構成を模式的に示す図である。変形例2のコイルアンテナ10Bは、主配索パターン12の内周全体に沿って連続的に分散させて多数の巻線パターンを形成する上で、隣接する巻線パターン14a,14b間で渦巻き方向を左巻きと右巻きとで逆方向としたものである。これによれば、隣接する巻線パターン14a,14b間では、電流が流れた場合に発生する磁束の向きが逆となり、打ち消し合うため、巻線パターン14a,14bの作る磁場の影響が遠くまで及ばなくなり、その分、相互インダクタンスを小さくすることが可能となる。
(実施の形態2)
図4は、本実施の形態2にかかるコイルアンテナ20の概要構成を模式的に示す斜視図である。図4に示すように、本実施の形態2にかかるコイルアンテナ20は、主配索パターン22と巻線パターン24とを同一の導線26により形成してなる。主配索パターン22は、所望の大きさで矩形ループ状に配索されて、例えば共振回路を形成するコンデンサ(図示せず)に電気的に接続される接続部28を両端に有する。巻線パターン24は、例えば主配索パターン22が配索される平面Paに直交する平面Pb上に渦巻き形状に形成されたものである。ここで、巻線パターン24は、主配索パターン22の中央部を横切ることで主配索パターン22の全体に対して分散するよう形成されている。また、巻線パターン24の渦巻き形状からなる巻回形状は、主配索パターン22を横切る長さを有するが、平面Pb上で扁平であり、主配索パターン22の大きさと比較して十分小さくなるように形成されている。
本実施の形態2にかかるコイルアンテナ20の自己インダクタンスは、主配索パターン22が有する自己インダクタンスと巻線パターン24が有する自己インダクタンスとの総和となる。これにより、同一形状の主配索パターンで構成されて同等の自己インダクタンスを有する一般的なるコイルアンテナに比較すると、コイルアンテナ同士が近接配置された場合に生ずる相互インダクタンスの値を十分に小さくすることができ、相互作用の影響が激減するものとなる。これは、巻線パターン24が有する自己インダクタンス分、主配索パターン22が有すべき自己インダクタンスの値を小さくすることができ、よって、主配索パターン22を鎖交する磁束による相互インダクタンスを小さくできるためである。加えて、巻線パターン24は主配索パターン22とは直交する平面Pb上に形成されており、主配索パターン22を鎖交する磁束は巻線パターン24を鎖交しないため、巻線パターン24の形状(自己インダクタンス)を比較的大きくとることができ、発生する相互インダクタンスを小さくすることができる。
これにより、自己インダクタンスが同等な一般的なコイルアンテナに比べて相互インダクタンスが小さなコイルアンテナ20を提供することができる。このようなコイルアンテナ20によれば、互いに接近配置されても、互いに及ぼし合う影響が小さく、複数のコイルアンテナ同士を近接して配置した際に生ずる通信特性の大きな変動を回避することができる。すなわち、共振周波数を決定する自己インダクタンスを確保しつつ、相互インダクタンスを小さくすることで、干渉物があっても環境の変動に強い安定した通信を可能にすることができる。また、巻線パターン24は、主配索パターン22の中央部を横切るように分散させて扁平に形成されており、厚みがチップコイルの如く局所的に厚くなってしまうこともない。
なお、本実施の形態2においても、コイルアンテナ20が有する自己インダクタンスと相互インダクタンスとは相対的なものであり、相互インダクタンスが同等の一般的なコイルアンテナに比べると、自己インダクタンスの値が大きなコイルアンテナを提供することができる。
(実施の形態3)
図5は、本実施の形態3にかかるコイルアンテナ30の概要構成を模式的に示す斜視図である。図5に示すように、本実施の形態3にかかるコイルアンテナ30は、主配索パターン32と巻線パターン34とを同一の導線36により形成してなる。主配索パターン32は、所望の大きさで矩形ループ状に配索されて、例えば共振回路を形成するコンデンサ(図示せず)に電気的に接続される接続部38を両端に有する。巻線パターン34は、主配索パターン22の例えば一辺に沿って渦巻き形状を連続させることで分散するよう形成されている。ここで、巻線パターン34は、例えば主配索パターン32が配索される平面Paに対して一辺上で直交する平面Pcにおいて扁平な渦巻き形状に形成されたものである。また、巻線パターン34の渦巻き形状からなる巻回形状は、主配索パターン22の大きさと比較して十分小さくなるように形成されている。
本実施の形態3にかかるコイルアンテナ30の自己インダクタンスは、主配索パターン32が有する自己インダクタンスと巻線パターン34が有する自己インダクタンスとの総和となる。これにより、同一形状の主配索パターンで構成されて同等の自己インダクタンスを有する一般的なるコイルアンテナに比較すると、コイルアンテナ同士が近接配置された場合に生ずる相互インダクタンスの値を十分に小さくすることができ、相互作用の影響が激減するものとなる。これは、巻線パターン34が有する自己インダクタンス分、主配索パターン32が有すべき自己インダクタンスの値を小さくすることができ、よって、主配索パターン32を鎖交する磁束による相互インダクタンスを小さくできるためである。加えて、巻線パターン34は主配索パターン32とは直交する平面Pc上に形成されており、主配索パターン32を鎖交する磁束は巻線パターン34を鎖交しないため、発生する相互インダクタンスを小さくすることができる。
これにより、自己インダクタンスが同等な一般的なコイルアンテナに比べて相互インダクタンスが小さなコイルアンテナ30を提供することができる。このようなコイルアンテナ30によれば、互いに接近配置されても、互いに及ぼし合う影響が小さく、複数のコイルアンテナ同士を近接して配置した際に生ずる通信特性の大きな変動を回避することができる。すなわち、共振周波数を決定する自己インダクタンスを確保しつつ、相互インダクタンスを小さくすることで、干渉物があっても環境の変動に強い安定した通信を可能にすることができる。また、巻線パターン34は、主配索パターン32に沿って分散させて扁平に形成されており、厚みがチップコイルの如く局所的に厚くなってしまうこともない。
なお、本実施の形態3においても、コイルアンテナ30が有する自己インダクタンスと相互インダクタンスとは相対的なものであり、相互インダクタンスが同等の一般的なコイルアンテナに比べると、自己インダクタンスの値が大きなコイルアンテナを提供することができる。
(実施の形態4)
図6は、本実施の形態4にかかるコイルアンテナ40の概要構成を模式的に示す図である。図6に示すように、本実施の形態4にかかるコイルアンテナ40は、主配索パターン42と巻線パターン44とを同一の導線46により形成してなる。主配索パターン42は、所望の大きさで矩形ループ状に配索されて、例えば共振回路を形成するコンデンサ(図示せず)に電気的に接続される接続部48を両端に有する。巻線パターン44は、主配索パターン42の例えば一辺に沿って分散するように巻線形状をこの主配索パターン42と同一平面上に展開させて形成したジグザグ形状からなる。ここで、巻線パターン44のジグザグ形状からなる平面的な巻回形状は、主配索パターン42の大きさと比較して十分小さくなるように短ピッチで形成されている。
本実施の形態4にかかるコイルアンテナ40の自己インダクタンスは、主配索パターン42が有する自己インダクタンスと巻線パターン44が有する自己インダクタンスとの総和となる。これにより、同一形状の主配索パターンで構成されて同等の自己インダクタンスを有する一般的なるコイルアンテナに比較すると、コイルアンテナ同士が近接配置された場合に生ずる相互インダクタンスの値を十分に小さくすることができ、相互作用の影響が激減するものとなる。これは、巻線パターン44が有する自己インダクタンス分、主配索パターン42が有すべき自己インダクタンスの値を小さくすることができ、よって、主配索パターン42を鎖交する磁束による相互インダクタンスを小さくできるためである。加えて、巻線パターン44は主配索パターン42に沿って短ピッチでジグザグ形状に形成されており、巻線パターン44の近傍では磁束が強いが離れると打ち消し合って弱くなるため、巻線パターン44部分で発生する相互インダクタンスは小さくすることができる。
これにより、自己インダクタンスが同等な一般的なコイルアンテナに比べて相互インダクタンスが小さなコイルアンテナ40を提供することができる。このようなコイルアンテナ40によれば、互いに接近配置されても、互いに及ぼし合う影響が小さく、複数のコイルアンテナ同士を近接して配置した際に生ずる通信特性の大きな変動を回避することができる。すなわち、共振周波数を決定する自己インダクタンスを確保しつつ、相互インダクタンスを小さくすることで、干渉物があっても環境の変動に強い安定した通信を可能にすることができる。また、巻線パターン44は、主配索パターン42に沿って同一平面上で平面的に形成されており、厚みが局所的に厚くなってしまうこともない。
なお、本実施の形態4においても、コイルアンテナ40が有する自己インダクタンスと相互インダクタンスとは相対的なものであり、相互インダクタンスが同等の一般的なコイルアンテナに比べると、自己インダクタンスの値が大きなコイルアンテナを提供することができる。例えば、30mm角の主配索パターン42の一辺に幅6mmのジグザグ形状の巻線パターン44を形成した場合、30mm角の主配索パターンのみからなるコイルアンテナの場合に比べて、自己インダクタンスを80%程度向上させることができたものである。これは、矩形状のコイル面積を倍以上にした場合の自己インダクタンスに相当する。また、巻線パターン44の幅、長さ、ピッチ等を適宜変更することで、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率を変えることができる。
(実施の形態5)
図7は、本実施の形態5にかかるコイルアンテナ50の概要構成を模式的に示す分解斜視図である。図7に示すように、本実施の形態5にかかるコイルアンテナ50は、例えばコイルアンテナ10の構成に加え、各巻線パターン14が形成された領域近傍の両面(片面でもよい)に重なるよう配設される遮蔽物52を備える。ここで、遮蔽物52は、薄い磁性体からなる。
巻線パターン14部分の周りに、磁束を作りやすくなる磁性体からなる遮蔽物52を配設して遮蔽することで、巻線パターン14部分の自己インダクタンスが上がるのに対して相互インダクタンスはあまり変わらないため、実施の形態1の効果に加えて、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率をより一層大きくすることができる。また、巻線パターン14の近傍領域の電流密度の高い部分のみを遮蔽物52で効率よく遮蔽しているものであり、アンテナ機能を果たす主配索パターン12のパターン形状内は殆ど開いたままであり磁束が通り抜けるので、本来の通信機能を大きく損なうこともない。
なお、本実施の形態5は、コイルアンテナ10への適用だけでなく、コイルアンテナ10A,10B,20,30,40等に対しても同様に適用可能である。図8は、コイルアンテナ10Aへ適用したコイルアンテナ50Aの例を示す図であり、図9は、コイルアンテナ10Bへ適用したコイルアンテナ50Bの例を示す図であり、図10は、コイルアンテナ20へ適用したコイルアンテナ50Cの例を示す図であり、図11は、コイルアンテナ30へ適用したコイルアンテナ50Dの例を示す図であり、図12は、コイルアンテナ40へ適用したコイルアンテナ50Eの例を示す図である。
(実施の形態6)
図13は、本実施の形態6にかかるコイルアンテナ60の概要構成を模式的に示す分解斜視図である。図13に示すように、本実施の形態6にかかるコイルアンテナ60は、例えばコイルアンテナ10の構成に加え、各巻線パターン14が形成された領域近傍の両面(片面でもよい)に重なるよう配設される遮蔽物62を備える。ここで、遮蔽物62は、薄い金属等の電気伝導体からなる。
巻線パターン14部分の周りに、金属等の電気伝導体からなる遮蔽物62を配設して遮蔽することで、巻線パターン14部分の自己インダクタンスが小さくなるのに対して相互インダクタンスはさらに小さくなるため、相対的に自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率を大きくし得る効果がある。よって、実施の形態1の効果に加えて、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率をより一層大きくすることができる。また、巻線パターン14の近傍領域の電流密度の高い部分のみを遮蔽物62で効率よく遮蔽しているものであり、アンテナ機能を果たす主配索パターン12のパターン形状内は殆ど開いたままであり磁束が通り抜けるので、本来の通信機能を大きく損なうこともない。
なお、本実施の形態6は、コイルアンテナ10への適用だけでなく、コイルアンテナ10A,10B,20,30,40等に対しても同様に適用可能である。図14は、コイルアンテナ10Aへ適用したコイルアンテナ60Aの例を示す図であり、図15は、コイルアンテナ10Bへ適用したコイルアンテナ60Bの例を示す図であり、図16は、コイルアンテナ20へ適用したコイルアンテナ60Cの例を示す図であり、図17は、コイルアンテナ30へ適用したコイルアンテナ60Dの例を示す図であり、図18は、コイルアンテナ40へ適用したコイルアンテナ60Eの例を示す図である。
(実施の形態7)
図19は、本実施の形態7にかかるコイルアンテナ70の概要構成を模式的に示す分解斜視図である。図19に示すように、本実施の形態7にかかるコイルアンテナ70は、主配索パターン72と一つの巻線パターン74とを同一の導線76により形成してなる。主配索パターン72は、所望の大きさで矩形ループ状に配索されて、例えば共振回路を形成するコンデンサ(図示せず)に電気的に接続される接続部78を両端に有する。巻線パターン74は、例えば主配索パターン72が配索される同一平面上で、主配索パターン72の一部において渦巻き形状に形成されたものである。ここで、巻線パターン74の渦巻き形状からなる巻回形状は、主配索パターン72の大きさと比較して十分小さくなるように形成されている。また、本実施の形態7のコイルアンテナ70は、巻線パターン74が形成された領域近傍の両面(片面でもよい)に重なるよう配設される遮蔽物71を備える。ここで、遮蔽物71は、薄い磁性体からなる。
本実施の形態7によれば、巻線パターン74部分の周りに、磁束を作りやすくなる磁性体からなる遮蔽物71を配設して遮蔽することで、巻線パターン14部分の自己インダクタンスが上がるのに対して相互インダクタンスはあまり変わらないため、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率を大きくすることができる。また、巻線パターン74の近傍領域の電流密度の高い部分のみを遮蔽物71で効率よく遮蔽しているものであり、アンテナ機能を果たす主配索パターン72のパターン形状内は殆ど開いたままであり磁束が通り抜けるので、本来の通信機能を大きく損なうこともない。
これにより、自己インダクタンスが同等な一般的なコイルアンテナに比べて相互インダクタンスが小さなコイルアンテナ70を提供することができる。このようなコイルアンテナ70によれば、互いに接近配置されても、互いに及ぼし合う影響が小さく、複数のコイルアンテナ同士を近接して配置した際に生ずる通信特性の大きな変動を回避することができる。すなわち、共振周波数を決定する自己インダクタンスを確保しつつ、相互インダクタンスを小さくすることで、干渉物があっても環境の変動に強い安定した通信を可能にすることができる。また、巻線パターン74は、導線76による巻線状態で形成されており、厚みがチップコイルの如く局所的に厚くなってしまうこともない。
(実施の形態8)
図20は、本実施の形態8にかかるコイルアンテナ80の概要構成を模式的に示す分解斜視図である。図20に示すように、本実施の形態8にかかるコイルアンテナ80は、主配索パターン82と一つの巻線パターン84とを同一の導線86により形成してなる。主配索パターン82は、所望の大きさで矩形ループ状に配索されて、例えば共振回路を形成するコンデンサ(図示せず)に電気的に接続される接続部88を両端に有する。巻線パターン84は、例えば主配索パターン82が配索される同一平面上で、主配索パターン82の一部において渦巻き形状に形成されたものである。ここで、巻線パターン84の渦巻き形状からなる巻回形状は、主配索パターン82の大きさと比較して十分小さくなるように形成されている。また、本実施の形態8のコイルアンテナ80は、巻線パターン84が形成された領域近傍の両面(片面でもよい)に重なるよう配設される遮蔽物81を備える。ここで、遮蔽物81は、薄い金属等の電気導電体からなる。
本実施の形態8によれば、巻線パターン84部分の周りに、金属等の電気伝導体からなる遮蔽物81を配設して遮蔽することで、巻線パターン84部分の自己インダクタンスが小さくなるのに対して相互インダクタンスはさらに小さくなるため、相対的に自己インダクタンスと相互インダクタンスとの比率を大きくすることができる。また、巻線パターン84の近傍領域の電流密度の高い部分のみを遮蔽物81で効率よく遮蔽しているものであり、アンテナ機能を果たす主配索パターン82のパターン形状内は殆ど開いたままであり磁束が通り抜けるので、本来の通信機能を大きく損なうこともない。
これにより、自己インダクタンスが同等な一般的なコイルアンテナに比べて相互インダクタンスが小さなコイルアンテナ80を提供することができる。このようなコイルアンテナ80によれば、互いに接近配置されても、互いに及ぼし合う影響が小さく、複数のコイルアンテナ同士を近接して配置した際に生ずる通信特性の大きな変動を回避することができる。すなわち、共振周波数を決定する自己インダクタンスを確保しつつ、相互インダクタンスを小さくすることで、干渉物があっても環境の変動に強い安定した通信を可能にすることができる。また、巻線パターン84は、導線86による巻線状態で形成されており、厚みがチップコイルの如く局所的に厚くなってしまうこともない。
(実施の形態9)
図21は、本実施の形態9にかかる非接触情報媒体90の概要構成を模式的に示す図である。図21に示すように、本実施の形態9にかかる非接触情報媒体90は、例えば前述の実施の形態1のコイルアンテナ10と、コンデンサ91と、チップ構成のIC回路92とを備える。コイルアンテナ10とコンデンサ91とは、接続部18において電気的に接続される。
ここで、非接触情報媒体90は、例えばカードタイプのものであり、コイルアンテナ10は、IC回路92の外側でその周囲に設けられている。また、コンデンサ91は、所定の容量を有してエネルギー蓄積機能を備えるとともに、コイルアンテナ10と協働して共振回路を形成する。この共振回路の共振周波数は、リーダライタが送信する電波の周波数に合せて調整(チューニング)されている。これにより、所定周波数の電波を発するリーダライタに非接触情報媒体90が近接した場合、共振回路は共振し、この共振回路には誘導電流が発生する。共振回路は、この誘導電流をIC回路92に供給する。
また、コイルアンテナ10は、リーダライタからの送信電波を受信しIC回路92に出力するともに、IC回路92から出力される信号をリーダライタに送信するアンテナ部を形成する。
IC回路92は、制御部93と送受信部94と記憶部95とを備え、非接触情報媒体90が送受信する情報を制御する。制御部93は、送受信部94および記憶部95の処理動作を制御する。送受信部94は、コイルアンテナ10が受信したリーダライタからの送信電波を処理し、リーダライタから要求された情報を記憶部95から抽出し、抽出した情報に応じた信号をコイルアンテナ10に送信する。記憶部95は、非接触情報媒体90をそれぞれ識別する識別情報を含む各種情報を記憶する。また、IC回路92は、コイルアンテナ10とコンデンサ91とからなる共振回路から誘導電流を供給され、この誘導電流に対応する電圧値がIC回路92の動作可能電圧値となった場合に動作を開始する。
つぎに、図22を参照して、本実施の形態7の非接触情報媒体90を用いた通信システムについて説明する。図22に示すように、非接触情報媒体90に対して情報の送受信を行うリーダライタ100は、リーダライタ100の処理動作を指示する指示情報を入力する入力部101と、送受信する情報を処理する処理部102と、送受信した情報を出力する出力部103、所定の周波数の電波を介して電力の供給と情報の送受信を行うアンテナ104とを有する。このようなリーダライタ100と非接触情報媒体90を用いる通信システムは、双方がアンチコリジョン機能を備えていれば、複数の非接触情報媒体から一括して情報を受信することが可能である。
非接触情報媒体90は、コイルアンテナ10とコンデンサ91とで形成される共振回路の共振周波数が、リーダライタ100から発せられる電波の周波数に合せて調整(チューニング)されている。このため、図22に示すように、単体の非接触情報媒体90は、アンテナ104から送信された電波を受けることによって、共振回路に誘導電流が流れる。この結果、非接触情報媒体90は、IC回路92が起動し、リーダライタから送信された応答要求情報Daに応じて、応答情報Dbを送信する。したがって、非接触情報媒体90が単体で配置された場合、非接触情報媒体90とリーダライタ100との間における無線通信は正確に行われる。
一方、複数の非接触情報媒体90が重なるように近接配置される場合を考える。コイルアンテナを有する複数の非接触情報媒体が近接配置された場合に、リーダライタとの間だけでなく、非接触情報媒体同士のコイルアンテナ間に生ずる相互干渉が大きいと、その影響を受けて、共振回路の共振周波数が変動することで、通信状態の不安定化や通信不能が発生する。
ここで、本実施の形態9にかかる非接触情報媒体90は、共振回路を形成するコイル成分として、実施の形態1で説明したようなコイルアンテナ10を用いているので、非接触情報媒体同士の相互作用を小さくすることができる。よって、非接触情報媒体90同士が複数重なり合った場合でも、従来と比較して、コイルアンテナ10間の相互干渉を低く抑えることができ、各非接触情報媒体90における共振回路での共振周波数の変動を抑えることができる。このため、各非接触情報媒体90は、リーダライタ100との間で正確な通信を行うことができる。例えば、図23に示す非接触情報媒体群90Aのように、複数の非接触情報媒体90が隙間なく重なり合って配置された場合であっても、各非接触情報媒体90は、リーダライタ100からの応答要求情報Daに応じた応答情報Dbをそれぞれ送信し、リーダライタ100との間で正確な無線通信を行うことができる。
よって、本実施の形態9によれば、リーダライタ100の近傍に同時に配置可能な非接触情報媒体90の数量を格段に増加させることができる。本発明者らの実験によれば、50枚程度重なり合って配置された場合でも、個別に通信可能なことを確認できたものである。また、相互インダクタンスを相対的に小さくするために、局所的に厚くなるようなチップコイルのような部品を用いておらず、コイルアンテナ10自身の薄型化が可能となる。例えばカード型の非接触情報媒体90のベースとなるインレイにおいては、その厚さがチップコイルを用いた従来の0.5mm程度から0.25mm程度にまで薄型化できたものである(チップ構成のIC回路92の厚みは、現状では0.15mm程度)。このようなインレイの薄型化により、商品化される非接触情報媒体90をラベル並みにフレキシブルカード化することが可能となる。また、例えばセラミックス等からなり壊れやすくてコスト高なチップコイルを用いておらず、コイルアンテナ10を全て1本の導線16で形成しているので、低コストにして壊れにくく、安定して動作させることができ、品質安定化を図る上でも効果的となる。
なお、本実施の形態9では、コイルアンテナ10を用いた非接触情報媒体90の例で説明したが、コイルアンテナ10に限らず、前述のコイルアンテナ10A,10B,20,30,40,50,50A〜50E,60,60A〜60E、70,80のいずれを用いて構成してもよい。本発明者らの実験によれば、コイルアンテナ10A〜30を適用した非接触情報媒体の場合も、読み取り可能な非接触情報媒体の積層枚数が50枚程度まで格段に向上し、非接触情報媒体の厚さ(インレイ状態)も0.25mm程度まで薄型化することが確認できたものである。また、遮蔽物52を備えるコイルアンテナ50を適用した非接触情報媒体の場合も、読み取り可能な非接触情報媒体の積層枚数が50枚程度までと格段に向上し、非接触情報媒体(インレイ状態)の厚さも、遮蔽物の分、若干厚くなるものの0.30mm程度まで薄型化することが確認できたものである。
本発明の実施の形態1にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 変形例1のコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 変形例2のコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態2にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態3にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態4にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態5にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す分解斜視図である。 実施の形態5の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 実施の形態5の他の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 実施の形態5のさらに他の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 実施の形態5のさらに他の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 実施の形態5のさらに他の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態6にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す分解斜視図である。 実施の形態6の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 実施の形態6の他の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 実施の形態6のさらに他の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 実施の形態6のさらに他の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 実施の形態6のさらに他の変形例にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態7にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態8にかかるコイルアンテナの概要構成を模式的に示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態9にかかる非接触情報媒体の概要構成を模式的に示す図である。 非接触情報媒体が単体時の通信システムの概略構成を模式的に示す斜視図である。 非接触情報媒体が複数枚時の通信システムの概略構成を模式的に示す斜視図である。
符号の説明
10,10A,10B コイルアンテナ
12 主配索パターン
14 巻線パターン
16 導線
20 コイルアンテナ
22 主配索パターン
24 巻線パターン
26 導線
30 コイルアンテナ
32 主配索パターン
34 巻線パターン
36 導線
40 コイルアンテナ
42 主配索パターン
44 巻線パターン
46 導線
50,50A〜50E コイルアンテナ
52 遮蔽物
60,60A〜60E コイルアンテナ
62 遮蔽物
70 コイルアンテナ
71 遮蔽物
72 主配索パターン
74 巻線パターン
76 導線
80 コイルアンテナ
81 遮蔽物
82 主配索パターン
84 巻線パターン
86 導線
90 非接触情報媒体
91 コンデンサ
92 IC回路

Claims (13)

  1. ループ状に配索される導線からなり、電気的に接続されるコンデンサと共振回路を形成するコイルアンテナであって、
    前記ループ状をなす主配索パターンの一部または全体に亘って分散され、前記主配索パターンと比較して巻回形状が十分小さくなるように前記導線により形成された巻線パターンを有することを特徴とするコイルアンテナ。
  2. 前記巻線パターンの巻回形状は、渦巻き形状からなることを特徴とする請求項1に記載のコイルアンテナ。
  3. 前記巻線パターンは、前記主配索パターンと同一平面上で、該主配索パターンの複数箇所に分散させて形成されていることを特徴とする請求項2に記載のコイルアンテナ。
  4. 前記巻線パターンは、前記主配索パターンに沿って連続的に形成され、隣接する当該巻線パターン間で渦巻き形状の巻き方向が逆であることを特徴とする請求項3に記載のコイルアンテナ。
  5. 前記巻線パターンは、前記主配索パターンが形成される平面に直交する平面上に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のコイルアンテナ。
  6. 前記巻線パターンは、前記主配索パターンの一部を横切って分散するよう形成されていることを特徴とする請求項5に記載のコイルアンテナ。
  7. 前記巻線パターンは、前記主配索パターンの少なくとも一部に沿って分散するよう形成されていることを特徴とする請求項5に記載のコイルアンテナ。
  8. 前記巻線パターンの巻回形状は、前記主配索パターンの少なくとも一部に沿って分散するよう巻線形状を該主配索パターンと同一平面上に展開させて形成したジグザグ形状からなることを特徴とする請求項1に記載のコイルアンテナ。
  9. 前記巻線パターンが形成された領域近傍の片面または両面に重なるよう配設される遮蔽物を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のコイルアンテナ。
  10. ループ状に配索される導線からなり、電気的に接続されるコンデンサと共振回路を形成するコイルアンテナであって、
    前記ループ状をなす主配索パターンの一部に、前記主配索パターンと比較して巻回形状が十分小さくなるように前記導線により形成された巻線パターンを有し、
    前記巻線パターンが形成された領域近傍の片面または両面に重なるよう配設される遮蔽物を備えることを特徴とするコイルアンテナ。
  11. 前記遮蔽物は、磁性体からなることを特徴とする請求項9または10に記載のコイルアンテナ。
  12. 前記遮蔽物は、電気導電体からなることを特徴とする請求項9または10に記載のコイルアンテナ。
  13. 請求項1〜12のいずれか一つに記載のコイルアンテナと、
    該コイルアンテナに電気的に接続されて共振回路を形成するコンデンサと、
    前記共振回路に接続されてリーダライタとの間で送受信する情報を制御するIC回路と、
    を備えることを特徴とする非接触情報媒体。
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