JP2009267767A - 低周波用３軸受信アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 水平２方向（Ｘ軸，Ｙ軸）および垂直方向（Ｚ軸）のコイルアンテナを備えた薄型の低周波用３軸受信アンテナを提供する。
【構成】 薄状アモルファスを積層してなる十字型軟磁性コア１１の中央コア部１１ｃより四方に伸びる直伸コア部１１ａ，１１ｂに、Ｘ軸コイル１２およびＹ軸コイル１３を巻回設置し、各コイルのコイル端末を端子板１５の接続面部１６に導出導出接続して、水平２方向（Ｘ軸，Ｙ軸）のアンテナコイルとした。垂直方向のＺ軸コイル１４が巻回するベースボビン２１の内方空間２４に、上記水平２方向（Ｘ軸，Ｙ軸）のアンテナコイルを組み込む。ベースボビン２１には、十字型軟磁性コア１１を設置する固定凹部２３と、端子板１５の端子孔１７に挿着する内方端子１９が配設し、各端子板１５の接続面部１６と内方端子１９を接続した後、ベースカバー２５を被せて、低周波用３軸受信アンテナの完成となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車のドアキーおよびエンジン始動キー、あるいは、住宅，マンションの玄関ドアキーに使用する認証電子キーに内蔵する低周波信号の受信アンテナに関するものである。

自動車あるいはマンション等のドアキーとして、無線を利用した電子キーの普及が著しい。この電子キーは、キーに内蔵されたＩＤとドア側のＩＤを認証して、解錠あるいは施錠するものであり、ドア側より低周波のリクエスト信号が送信され、そのリクエスト信号を、人が携帯するキーに内蔵した低周波用受信アンテナが受け、携帯するキー側よりＵＨＦ（Ultra High Frequency：極超短波）を使用した応答信号が送信され、ドア側でＵＨＦの信号を受信してＩＤの認証をおこなっている。

認証用電子キーを携帯した人が目標とするドアに対して、ドアに設けられたスイッチに対して動作をおこなった場合に、ドアの解錠あるいは施錠が瞬時におこなわれ、その便利さにより普及が拡大している。ドアの解錠／施錠の他に自動車の始動認証としても使用されている。なお、本発明の明細書記載中の低周波とは、ＬＦ（Low Frequency：長波）を中心として、ＶＬＦ（Vary Low Frequency：超長波）およびＭＦ（Middle
Frequency：中波）も含むものである。

認証電子キーに内蔵される低周波信号の受信アンテナは、軟磁性コアに巻線を施したコイルアンテナが使用されている。（以下、本明細書において、コイルアンテナをアンテナと略して表記する。）

一般にアンテナには指向性が存在し、アンテナの向き（方向）により本来あるべき性能を得られない場合がある。そのため、認証用電子キーに内蔵する低周波信号の受信アンテナは、水平方向に対応したＸ軸とＹ軸のアンテナと、垂直方向のＺ軸のアンテナを組み合わせ、３軸のアンテナを形成し、指向性の影響を低減した受信アンテナが使用されている。

従来の低周波用３軸受信アンテナについて、図を用いて説明する。図７はひとつの軟磁性コアに対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のコイルを設けたアンテナの正面図および平面図である。ひとつの軟磁性コア１０１にＸ軸コイル１０２，Ｙ軸コイル１０３，Ｚ軸コイル１０４が設けられ、３軸受信アンテナを構成した。軟磁性コア１０１には、各コイル１０２，１０３、１０４が接触干渉することがないように、軟磁性コア１０１に各コイル用のスリット状の巻枠が施されている。（特許文献１）

図８は複数の軟磁性コアを使用して、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のアンテナを設けた低周波信号用３軸受信アンテナの平面図である。直状の軟磁性コア１０６に巻回するコイル１０７からなる一軸のアンテナを、十字状に重ねてそれぞれがＸ軸アンテナ１０８とＹ軸アンテナ１０９となり、前記十字状に重なるＸ軸アンテナ１０８とＹ軸アンテナ１０９を内包として囲むベースボビン１１１には、点線で示すＺ軸アンテナ１１０を構成するコイルが巻回する。（特許文献２）

特開２００４−０１５１６８号公報 特開２００７−１５１１５４号公報

人が携帯する電子キーは、薄く，小さなものが好まれ、そのために電子キーに内蔵する受信アンテナに要求される特長も、薄型，小型，軽量が挙げられ、また電子キーの落下に対する落下衝撃強度も必要とされた。

図７に示した３軸受信アンテナでは、薄型に対応するために、軟磁性コア１０１の各肉厚を薄くすればよいが、強度の劣化が著しく、落下衝撃に対して軟磁性コア１０１が破損する問題を発生させた。この問題を解決する方法として、図７に示したコアおよびコイル全体を樹脂モールドして落下衝撃に対して軟磁性コアの破損を防ぐ方法もあるが、モールド材である樹脂の重量により、軽量化が阻害されていた。

図８に示した３軸受信アンテナは、水平２方向のアンテナ１０８，１０９が、重合して構成されるため、薄型化は困難であった。また、各アンテナ１０８，１０９，１１０のコイル端末を端子１１２へ配線接続する作業は、大変小さな空間でおこなうため、コイル端末の引きまわし，接続作業性が悪いものであった。

本発明は、上記問題を鑑み、２ｍｍ以下の薄型で、軽量、落下衝撃に対する強度に優れた低周波用３軸受信アンテナの提供を目的とした。

本発明は、認証情報を含む電磁界を受信する水平２方向（Ｘ軸，Ｙ軸）および垂直方向（Ｚ軸）のコイルアンテナを有する低周波用３軸受信アンテナにおいて、薄状アモルファスの積層体からなる十字型の軟磁性コアは、コイルを設ける直伸コア部の根元である中央コア部は、前記直伸コア部より幅広の断面を有し、同一直線上の一対の直伸コア部にＸ軸コイルアンテナ、他方の同一直線上の一対の直伸コア部にＹ軸コイルアンテナを設け、水平２方向（Ｘ軸，Ｙ軸）のコイルアンテナが構成され、前記十字型の軟磁性コア、および、それに設けられたコイルを内包として、回路接続端子を有すベースボビンに巻回するコイルが、垂直方向（Ｚ軸）のコイルアンテナとなることを特徴とする低周波用３軸受信アンテナである。

また本発明は、薄状アモルファスの積層体からなる十字型の軟磁性コアは、各直伸コア部の外方端部が、コイルを設ける直伸コア部に比べて幅広の断面としたことを特徴とする上記記載の低周波用３軸受信アンテナである。

また本発明は、薄状アモルファスの積層体からなる十字型の軟磁性コアには、Ｘ軸コイルアンテナ，Ｙ軸コイルアンテナの各コイル端末を接続する端子板が、十字型の軟磁性コアの中央コア部および直伸コア部の外方端部のいずれかに設けたことを特徴とする上記記載の低周波用３軸受信アンテナ。

また本発明は、回路との接続用端子を有するベースボビンには、十字型の軟磁性コアに設けた端子板の接続面部に当接する内方端子がベースボビンに設けられ、該内方端子は、回路接続端子とひとつであることを特徴とする上記記載の低周波用３軸受信アンテナ。

本発明は、低周波用３軸受信アンテナの薄型化を可能とし、該低周波用３軸受信アンテナを内蔵する電子キーの薄型化を可能とした。

図を示しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の低周波用３軸受信アンテナの平面図です。図２は、図１の本発明の低周波用３軸受信アンテナの構造を示す斜視展開図である。なお、図１は、図２の上方に位置するベースカバー２５を取り除いた状態の平面図である。

本発明の低周波用３軸受信アンテナは、薄状アモルファスを積層してなる十字型軟磁性コア１１に水平方向のＸ軸コイル１２とＹ軸コイル１３を設けた。十字型軟磁性コア１１は、中央より四方に伸びる直伸コア部１１ａ，１１ｂと、該直伸コア部１１ａ，１１ｂの根元である中央コア部１１ｃからなり、中央コア部１１ｃは直伸コア部１１ａ，１１ｂに比べ断面積を大きくした。

十字型軟磁性コア１１の各直伸コア部１１ａ，１１ｂにコイルを巻回する場合、十字型軟磁性コア１１の直伸コア部の根元部分では、コイルの重合および接触が発生しやすくなるため、あらかじめ十字型軟磁性コア１１の中央コア部１１ｃを、直伸コア部１１ａ，１１ｂに比べ断面積を大きくし、前記問題を防止している。

薄状アモルファスを積層してなる十字型軟磁性コアは、十字型の単枚アモルファスを積層、あるいは、あらかじめ積層したアモルファス積層体から十字型形状のコアを作製すればよく、プレス打抜，エッチング等の工法により、所定形状が得られるものである。

また、アモルファスの材質については、Ｃｏ系，Ｆｅ系など特に限定するものではないが、防錆に優れるＣｏ系アモルファスが好ましい。

さらに、アモルファス単枚の薄厚は、薄いほど軟磁気特性が向上する傾向にあるが、一方、積層による実効体積の低下および強度低下などの実用上の問題が発生するため、アモルファスの薄厚は、１０μｍ〜２０μｍが好ましい。

また、十字型軟磁性コア１１は、その表面に薄膜状絶縁をおこない、巻回するコイルの絶縁被膜破壊を防止した。なお、薄膜状絶縁はテープ，樹脂コートで形成することができ、薄状アモルファスを積層する際に使用する樹脂であってもよい。

十字型軟磁性コア１１に設けるＸ軸コイル１２は、十字型軟磁性コア１１の同一線上の直伸コア部１１ａに、単一の導線を十字型軟磁性コア１１の中央コア部１１ｃを分割部分として巻回する。

また、十字型軟磁性コア１１に設けるＹ軸コイル１３も、十字型軟磁性コア１１の同一線上の直伸コア部１１ｂに、単一の導線を十字型軟磁性コア１１の中央コア部１１ｃを分割部分として巻回する。

十字型軟磁性コア１１に設けたＸ軸コイル１２とＹ軸コイル１３のコイル巻始めおよび巻終わりの各コイル端末は、十字型軟磁性コア１１の直伸コア部１１ａ，１１ｂの外方端部に固定取付けされた端子板１５へ導出される。

端子板１５は、端子孔１７と接続面部１６を有し、該接続面部１６は、十字型軟磁性コア１１に設けたＸ軸コイル１２とＹ軸コイル１３の各コイル端末の接続部であるとともに、Ｚ軸コイル１４が巻回するベースボビン２１の回路接続端子１８の内方端子１９との接続箇所となる。

垂直方向のＺ軸コイル１４が巻回するベースボビン２１は、上記説明の十字型軟磁性コア１１およびそれに施されたＸ軸コイル１２，Ｙ軸コイル１３を収納する内方空間２４を中央に有し、該内方空間２４に接するベースボビン２１の内周の各辺には、十字型軟磁性コア１１の位置決め，可動防止の固定凹部２３と、端子板１５とひとつの内方端子１９が配設する。

本発明の低周波用３軸受信アンテナは、十字型軟磁性コア１１に設けたＸ軸コイル１２とＹ軸コイル１３の各コイル端末を、端子板１５を使用することにより、ベースボビン２１外でコイル端末の接続作業がおこなえ、作業効率が大幅に向上する。

また、十字型軟磁性コア１１をベースボビン２１に組み込む際の接続が、端子板１５の端子孔１７にベースボビン２１の内方端子１９を差し込むことにより、その後の接続作業は容易であり、従来のからげを必要とする作業に比べ、著しい作業向上を可能とした。

十字型軟磁性コア１１をベースボビン２１に組み込み、各端子板１５と内方端子１９を接続した後、ベースカバー２５を被せて、本発明の低周波用３軸受信アンテナの完成となる。

なお、ベースボビン２１に巻回するＺ軸コイル１４のコイル端末は、十字型軟磁性コア１１をベースボビン２１に組み込む前に、あらかじめ所定の内方端子１９に接続されている。

図１および図２に示すように、本発明の低周波用３軸受信アンテナは、十字型軟磁性コア１１を用いたことにより、従来のコア重合に比べ、垂直方向のスペースを削減できるため、薄型化を可能とした。また、十字型軟磁性コア１１の中央コア部１１ｃを、直伸コア部１１ａ，１１ｂに比べ断面積を大きくし、コイルに起因する問題を防止した。さらに、十字型軟磁性コア１１に端子板１５を設けたことにより、コイル端末の接続およびベースボビン２１の端子との接続を容易とし、薄型および小型化における作業性の阻害を防止することができた。

図３および図４に本発明の低周波用３軸受信アンテナに係る薄状アモルファスの積層体からなる十字型軟磁性コアの形状例を示す。

図３の十字型軟磁性コア３１は、コイルを設ける直伸コア部３２と、該直伸コア部３２の外方端のフランジコア部３３と、直伸コア部３２の根元の中央コア部３４とからなる。

フランジコア部３３は、コイルを設ける直伸コア部３２より明らかに大きな断面積を有し、中央コア部３４とともに、十字型軟磁性コア３１の体積を増加させて、性能向上を可能とした。

また、図４の十字型軟磁性コア３６は、コイルを設ける直伸コア部３７の外方端のフランジコア部３８を台形状とした。図１から図３に示した十字型軟磁性コアは、Ｚ軸コイルが設けられるロ字形のベースボビンと田字状に組み合わせるが、この台形状のフランジコア部３８を有す十字型軟磁性コア３６は、Ｚ軸コイルが設けられるロ字形のベースボビンに対し、Ｘ字として組み込まれる。

図５および図６が、図４に示した十字型軟磁性コア３６を用いた本発明の低周波用３軸受信アンテナの別の実施形態を示す平面図および底面部である。

図４に示した十字型軟磁性コア３６は、各直伸コア部３７にＸ軸コイル４２、あるいは、Ｙ軸コイル４３が巻回設置され、該十字型軟磁性コア３６を内包として組み込むベースボビン５２には、Ｚ軸コイル４４が巻回する。

十字型軟磁性コア３６の中央コア部３９の底面側に、Ｘ軸コイル４２、および、Ｙ軸コイル４３のコイル端末接続、そして、ベースボビン５２の回路接続端子４８の内方端子４９に接続する端子板４５が固定取付けされている。

十字型軟磁性コア３６の中央コア部３９に端子板４５を取付け、十字型軟磁性コア３６に設けるＸ軸コイル４２，Ｙ軸コイル４３のコイル端末接続が、ベースボビン５２への組み込み前におこなうことができ、また、コイルを設けた後の十字型軟磁性コア３６をベースボビン５２に組み込んだ後の接続も、図６に示すように、端子板４５の接続面部４６に当接する回路接続端子４８の内方端子４９と接続すればよく、ハンダあるいは溶接により、容易な接続作業を可能とした。

実際に図１および図２で説明した本発明の低周波用３軸受信アンテナを作製した結果を示す。

十字型軟磁性コア１１の各直伸コア１１ａ，１１ｂの全長さ：８．５ｍｍ（中央コア部を含む）、幅：１．３ｍｍ、中央コア部１１ｃ：２．３ｍｍ−２．３ｍｍ、そして薄状アモルファスを積層したコアの厚さ：０．３ｍｍ。大変薄いコア厚さ０．３ｍｍでも以後の作業において、コア破損を発生させることはなく、Ｘ軸コイル１２，Ｙ軸コイル１３のコイル巻回作業も問題なく実施できた。

また、Ｚ軸コイル１４が巻回するベースボビン２１，ベースフタ２５は、耐熱に優れ、高強度の液晶ポリマー樹脂により、各部分を薄い肉厚として形成し、ベースボビン２１にＸ軸コイル，Ｙ軸コイルを設けた十字型軟磁性コア１１を収納，端子接続した後、ベースフタ２５を組み合わせた。その形状寸法は、取付け面積寸法：１４ｍｍ−１４ｍｍ、厚さ（高さ）：１．５ｍｍと、大変薄く、小型の低周波用３軸受信アンテナを作製することができた。

本発明の低周波用３軸受信アンテナの実施形態を示す平面図である。 図１に示した本発明の低周波用３軸受信アンテナの構造を示す展開斜視図である。 本発明の低周波用３軸受信アンテナに係る十字型軟磁性コアの一例である。 本発明の低周波用３軸受信アンテナに係る十字型軟磁性コアの別の一例である。 本発明の低周波用３軸受信アンテナの別の実施形態を示す平面図である。 図５に示した本発明の低周波用３軸受信アンテナの別の実施形態の底面図である。 従来の低周波用３軸受信アンテナの正面図および平面図である。 従来の低周波用別の３軸受信アンテナの平面図である。

符号の説明

１１：十字型軟磁性コア
１１ａ，１１ｂ：直伸コア部
１２：Ｘ軸コイル
１３：Ｙ軸コイル
１４：Ｚ軸コイル
１５：端子板
１６：接続面部
１７：端子孔
１８：回路接続端子
１９：内方端子
２１：ベースボビン
２３：固定凹部
２４：内方空間
２５：ベースフタ

Claims (4)

1. 認証情報を含む電磁界を受信する水平２方向（Ｘ軸，Ｙ軸）および垂直方向（Ｚ軸）のコイルアンテナを有する低周波用３軸受信アンテナにおいて、薄状アモルファスの積層体からなる十字型の軟磁性コアは、コイルを設ける直伸コア部の根元である中央コア部は、前記直伸コア部より幅広の断面を有し、同一直線上の一対の直伸コア部にＸ軸コイルアンテナ、他方の同一直線上の一対の直伸コア部にＹ軸コイルアンテナを設け、水平２方向（Ｘ軸，Ｙ軸）のコイルアンテナが構成され、前記十字型の軟磁性コア、および、それに設けられたコイルを内包として、回路接続端子を有すベースボビンに巻回するコイルが、垂直方向（Ｚ軸）のコイルアンテナとなることを特徴とする低周波用３軸受信アンテナ。
2. 薄状アモルファスの積層体からなる十字型の軟磁性コアは、各直伸コア部の外方端部が、コイルを設ける直伸コア部に比べて幅広の断面としたことを特徴とする請求項１記載の低周波用３軸受信アンテナ。
3. 薄状アモルファスの積層体からなる十字型の軟磁性コアには、Ｘ軸コイルアンテナ，Ｙ軸コイルアンテナの各コイル端末を接続する端子板が、十字型の軟磁性コアの中央コア部および直伸コア部の外方端部のいずれかに設けたことを特徴とする請求項１〜請求項２記載の低周波用３軸受信アンテナ。
4. 回路との接続用端子を有するベースボビンには、十字型の軟磁性コアに設けた端子板の接続面部に当接する内方端子がベースボビンに設けられ、該内方端子は、回路接続端子とひとつであることを特徴とする請求項１〜請求項３記載の低周波用３軸受信アンテナ。

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