JP2010154007A - 磁性体アンテナ及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器内部への磁性体アンテナの実装部の実装密度を高めるとともに、アンテナの性能劣化を抑えた磁性体アンテナ及びアンテナ装置を構成する。
【解決手段】フレキシブル基板２３には、渦巻状のコイル導体２４−１，２４−２が形成されていて、それぞれの導体開口部に導体開口部側貫通孔２３Ｗ−１１，２３Ｗ−２１が形成されている。また、渦巻状のコイル導体２４−１，２４−２の領域外にコイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−１２，２３Ｗ−２２が形成されている。磁性体コア１３−１，１３−２はフレキシブル基板２３の第１主面側から導体開口部側貫通孔２３Ｗ−１１，２３Ｗ−２１に挿入され、且つ、その磁性体コア１３−１，１３−２がフレキシブル基板２３の第２主面側から第１主面方向へ、コイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−１２，２３Ｗ２２に挿入される。
【選択図】図３

Description

この発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システム等に用いられる磁性体アンテナ及びアンテナ装置に関するものである。

近年、利用が拡大しているＲＦＩＤシステムにおいては、携帯電話等の携帯電子機器とリーダ・ライタの各々に情報通信用のアンテナを搭載し、互いにデータを交信している。このうち携帯電子機器に搭載されるアンテナには特に、高性能、低価格、小型化の要請が強く、これらを実現しようとするものとして、磁性体コアを備えた磁性体アンテナが特許文献１に開示されている。

図１は特許文献１に示されている磁性体アンテナの平面図である。
図１に示されるアンテナコイル１０は、フィルム１２ａ上の平面内で導体１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｅ，１１ｄ）を渦巻き状に巻回することにより構成された空芯コイル１２と、その空芯コイル１２の平面とほぼ平行となるように空芯コイル１２に挿入された平板状の磁芯部材１３とを備えている。空芯コイル１２には孔１２ｄが設けられ、この孔１２ｄに磁芯部材１３が挿入されている。第１ターミナル１１ａと連結導体１１ｅとはスルーホール１２ｂで連結され、第２ターミナル１１ｂと連結導体１１ｅとはスルーホール１２ｃで連結されている。そして、この磁性体アンテナが導電板１４上に配置されている。
特開２００２−３２５０１３号公報

図１に示した特許文献１の磁性体アンテナは、裏面が金属板であり、磁束は横方向（図１に示した状態では右から左方向）に抜け、それによって起電力が発生し、コイル導体に電流が流れる。

ところが、図１に示した磁性体アンテナを２つ設けて、その２つのコイル導体に流れる電流が同相となる向きにその２つのコイル導体同士を接続して、一対の磁性体アンテナを構成しようとすると、次に述べるような不具合が生じる。

図２（Ａ），図2（Ｂ）は、図１に示した磁性体アンテナを一対に設けた磁性体アンテナの二種の実装構造について示している。
図１に示した磁性体アンテナを一対に構成する場合に、ハンドリングの向上及び部品コストの削減のために、１枚のフレキシブル基板に２つのコイル導体を形成し、図２（Ａ），図２（Ｂ）に示すように、フィルム１２ａに形成した２つのコイル導体の巻回中心部にそれぞれ磁性体コア１３を挿入することになる。

図２（Ａ）は、フィルム１２ａのうち、磁性体コア１３が挿入されるコイル導体の巻回部同士を繋ぐ部分が導電板１４側を向くように配置した例である。このような配置構造であれば、例えば導電板１４が回路基板である場合に、回路基板上にフィルム１２ａが対向する領域には他の部品を搭載できず、磁性体アンテナの実装部の実装密度が低下するという問題が生じる。

図２（Ｂ）は、フィルム１２ａのうち、磁性体コア１３が挿入されるコイル導体の巻回部同士を繋ぐ部分が導電板１４から離れるように配置した例である。この実装構造であると、フィルム１２ａに形成されているコイル導体が導電板１４に近接することになるので、コイル導体の巻回中心を過ぎる磁束は磁性体コア１３の端部から入る磁束のみとなって、アンテナとしての性能（利得）が劣化することになる。

そこで、この発明の目的は、電子機器内部への磁性体アンテナの実装部の実装密度を高めるとともに、アンテナの性能劣化を抑えた磁性体アンテナ及びアンテナ装置を提供することにある。

この発明の磁性体アンテナは、第１のコイル導体及び第２のコイル導体が形成されたフレキシブル基板と、第１の磁性体コアと、第２の磁性体コアとを備え、
前記第１のコイル導体及び前記第２のコイル導体は、それぞれの巻回中心部を導体開口部とする渦巻き状に形成され、
前記フレキシブル基板は、前記導体開口部に前記磁性体コアが貫通する導体開口部側貫通孔と、前記コイル導体の形成領域外に、前記磁性体コアが貫通するコイル導体形成領域外貫通孔と、を備え、
前記第１の磁性体コア及び第２の磁性体コアは、それぞれ前記フレキシブル基板の第１の主面から前記導体開口部側貫通孔を貫通し、且つ前記フレキシブル基板の第２の主面から前記コイル導体形成領域外貫通孔を貫通する状態に設けられ、前記フレキシブル基板の第１の主面側が実装先電子機器内の回路基板側を向くように配置されている。

この構成により、磁性体アンテナのフレキシブル基板と実装先電子機器内の回路基板との間に空間ができ、その空間で回路基板に他の電子部品を実装することができる。すなわち、磁性体アンテナ実装部の実装密度が低下しない。

また、面状に広がるグランド電極が形成された回路基板の側に前記フレキシブル基板の第１の主面側を向けて配置しても、コイル導体は回路基板のグランド電極から離れた位置にあるので、磁束が通る開口が狭くならず、アンテナの利得が低下しない。

前記コイル導体形成領域外貫通孔は、四辺形のうちの三辺に切り込みが入った形状（「コの字」形状）とすると、磁性体コアの挿入が容易となり、製造コストが低減できる。

前記フレキシブル基板の２つの前記コイル導体の形成位置の間には、前記フレキシブル基板を過ぎる磁束と鎖交する中央部コイル導体を備えてもよい。そのことにより、中央部コイル導体による起電力が加算されることになり、アンテナの利得が向上する。

前記磁性体アンテナを電子機器に組み込んでアンテナ装置を構成する際、前記電子機器の筐体の内壁面に前記磁性体アンテナのフレキシブル基板を貼着してもよい。そのことにより、磁性体アンテナが電子機器の筐体内で構造的に安定する。

この出願の磁性体アンテナは、フレキシブル基板の第１の主面側を実装先電子機器内の回路基板に向けて配置することにより、磁性体アンテナのフレキシブル基板と回路基板との間に空間ができ、その空間で回路基板に他の電子部品を実装することができる。そのため、磁性体アンテナの実装部の実装密度が低下しない。

また、面状に広がるグランド電極が形成された回路基板の側に前記フレキシブル基板の第１の主面側を向けて配置しても、コイル導体はグランド電極から離れた位置にあるので、アンテナの利得が低下しない。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係る磁性体アンテナについて、図３・図４を参照して説明する。
図３（Ａ）は磁性体アンテナ２０に用いるフレキシブル基板２３の展開図である。図３（Ｂ）は磁性体アンテナ２０の断面図である。また、図３（Ｃ）は、電子機器の回路基板３１と磁性体アンテナ２０との位置関係を示す断面図である。

図３（Ａ）に示すように、フレキシブル基板２３には、それぞれ渦巻状のコイル導体２４−１，２４−２が形成されていて、それぞれの導体開口部に、磁性体コア１３，１３が挿入される導体開口部側貫通孔２３Ｗ−１１，２３Ｗ−２１が形成されている。また、フレキシブル基板２３には、渦巻状のコイル導体２４−１，２４−２の領域外に、磁性体コア１３が挿入されるコイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−１２，２３Ｗ−２２が形成されている。

図３（Ｂ）において、磁性体コア１３−１がフレキシブル基板２３の第１主面側から導体開口部側貫通孔２３Ｗ−１１に対して挿入され、且つ、その磁性体コア１３−１がフレキシブル基板２３の第２主面側から第１主面方向へ、コイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−１２を貫通するように、フレキシブル基板２３に対して磁性体コア１３−１が設けられている。

磁性体コア１３−２についても同様に、磁性体コア１３−２がフレキシブル基板２３の第１主面側から導体開口部側貫通孔２３Ｗ−２１に対して挿入され、且つ、その磁性体コア１３−２がフレキシブル基板２３の第２主面側から第１主面方向へ、コイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−２２を貫通するように、フレキシブル基板２３に対して磁性体コア１３−２が設けられている。

この磁性体アンテナ２０は、図中波線で示すように、二つの磁性体コア１３−１，１３−２の内側の端部から外側の端部にかけて磁束が通るように、またはその逆に二つの磁性体コア１３−１，１３−２の外側の端部から内側の端部にかけて磁束が通るように、利用する。

前記二つのコイル導体２４−１，２４−２は、この二つのコイル導体２４−１，２４−２の導体開口部ＣＷ−１，ＣＷ−２を通る磁束により発生する電流が同相となる向きに２つのコイル導体２４−１，２４−２同士が接続され、それぞれの一方端がコイル導体接続部２４−１Ａ，２４−２Ａとして形成されている。

図３（Ｃ）に示されているように、電子機器の回路基板３１には、二つのピン３５，３５が形成されている。磁性体アンテナ２０を回路基板３１に対して電気的に接続する際には、コイル導体接続部２４−１Ａ，２４−２Ａにピン３５，３５を当接させる。

図４（Ａ）は、回路基板３１に実装される実装部品３４と磁性体アンテナ２０との関係を示す断面図である。但し、図４（Ａ）では、図３（Ｃ）に示したピン３５，３５を通るラインとは異なる位置での断面図であるので、ピン３５，３５は図３（Ｃ）には表れていない。

このように、電子機器内部の回路基板３１と磁性体アンテナ２０のフレキシブル基板２３との間に空間が生じるので、この部分に実装部品３４を実装することができ、磁性体アンテナ２０の実装部の実装密度を高くすることができる。

図４（Ｂ）は、電子機器の筐体と磁性体アンテナ２０との関係を示す断面図である。電子機器の筐体は二分割されたような形状の２つの筐体３２Ａ，３２Ｂで構成され、一方の筐体３２Ｂに磁性体アンテナ２０が固定される。例えば、フレキシブル基板２３と筐体３２Ｂの内面との接触部が両面粘着テープで貼着される。
なお、図４（Ｂ）では、図３（Ｃ）に示したピン３５及び図４（Ａ）に示した実装部品３４については図示を省略している。

因みに、図４（Ｃ）に示すように、図２（Ａ）の従来技術により構成したアンテナコイル９を筐体３２Ｂに取り付けようとしても、フィルム１２ａが電子機器内で浮いた状態となって、図３（Ｃ）に示したようなピン３５を用いて接続することができず、機械的及び電気的な固定が困難である。

以上に示した例では、電子機器の筐体３２Ｂの内面に磁性体アンテナ２０のフレキシブル基板を貼着するようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明の磁性体アンテナは、例えば回路基板上に直接または構造物を介して配置してもよい。また、回路基板に取り付けられた、金属ケースやシールド用ケース等の導体板上に直接または構造物を介して配置してもよい。さらには、カードスロットや電池パック等の導体が配置される位置に配置してもよい。このことは以降に示す他の実施形態についても同様である。

《第２の実施形態》
図５（Ａ）は、第２の実施形態に係る磁性体アンテナの組み立て前の平面図、図５（Ｂ）は組み立て後の平面図、図５（Ｃ）はその断面図である。
フレキシブル基板２３には、渦巻き状のコイル導体２４−１，２４−２がそれぞれ形成されている。これらのコイル導体２４−１，２４−２の巻回中心部に導体開口部側貫通孔２３Ｗ−１１，２３Ｗ−２１がそれぞれ形成されている。さらに、フレキシブル基板２３には、四辺形のうちの三辺に切り込みが入った「コの字」型のコイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−１２，２３Ｗ−２２が形成されている。

また、この例では、磁性体コア１３−１，１３−２の、フレキシブル基板２３の導体開口部側貫通孔２３Ｗ−１１，２３Ｗ−２１及びコイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−１２，２３Ｗ−２２に貫通させる部分の幅を小さく形成し、外側になる部分の幅を大きく形成している。

フレキシブル基板２３に対して磁性体コア１３−１を取り付けるには、次のようにして行う。まず、図５（Ａ）において左側の二点鎖線Ｌ１で示す部分で、導体開口部側貫通孔２３Ｗ−１１とコイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−１２との間に挟まれる部分をほぼ９０°折り上げ、磁性体コア１３−１を導体開口部側貫通孔２３Ｗ−１１に挿入する。そして、上記「コの字」型部分を磁性体コア１３−１の上面に接するように、図５（Ａ）において左側の二点鎖線Ｌ２部分で９０°折り曲げる。

磁性体コア１３−２についても同様に、図５（Ａ）において右側の二点鎖線Ｌ１で示す部分で、導体開口部側貫通孔２３Ｗ−２１とコイル導体形成領域外貫通孔２３Ｗ−２２との間に挟まれる部分をほぼ９０°折り上げ、磁性体コア１３−２を導体開口部側貫通孔２３Ｗ−２１に挿入する。そして、上記「コの字」型部分を磁性体コア１３−２の上面に接するように、図５（Ａ）において右側の二点鎖線Ｌ２部分で９０°折り曲げる。

図５（Ｂ），図５（Ｃ）に示した磁性体アンテナ２１を電子機器の内部に実装する際には、図５（Ｂ），図５（Ｃ）の状態から磁性体アンテナ２１の上下を反転させて、図３（Ｃ）に示したものと同様に電子機器内へ組み込む。

このようにコイル導体形成領域外貫通孔をコの字型にすることにより、磁性体コアの挿入が容易となり、製造コストが低減できる。

また、磁性体コア１３の外側を幅広にすることによって、磁性体アンテナ２１全体を大型化することなく磁気抵抗を減少させて、そのアンテナ利得を向上させることができる。

《第３の実施形態》
図６（Ａ）は第３の実施形態に係る磁性体アンテナ２２に用いるフレキシブル基板２３の展開図である。また、図６（Ｂ）はその断面図である。この例では、フレキシブル基板２３の２つのコイル導体２４−１，２４−２の形成位置の間に、さらに別の中央部コイル導体２５を備えている。

中央部コイル導体２５は、図６（Ｂ）で破線で示すようにフレキシブル基板２３の中央部を通る磁束と鎖交する位置に配置されている。また、図６（Ｂ）に示す方向に磁束が通る時に２つのコイル導体２４−１，２４−２に発生する電流と中央部コイル導体２５に発生する電流とがそれぞれ同相となる向きに、これら３つのコイル導体同士が直列に接続されている。

このように、中央部コイル導体２５を備えたことにより、中央部コイル導体２５による起電力が加算されることになり、アンテナの利得が向上する。

特許文献１に示されている磁性体アンテナの平面図である。 図１に示した磁性体アンテナを一対に設けた磁性体アンテナの二種の実装構造について示す図である。 図３（Ａ）は磁性体アンテナ２０に用いるフレキシブル基板２３の展開図、図３（Ｂ）は磁性体アンテナ２０の断面図、図３（Ｃ）は、電子機器の回路基板３１と磁性体アンテナ２０との位置関係を示す断面図である。 図４（Ａ）は、回路基板３１に実装される実装部品３４と磁性体アンテナ２０との関係を示す断面図、図４（Ｂ）は、電子機器の筐体と磁性体アンテナ２０との関係を示す断面図である。 図５（Ａ）は、第２の実施形態に係る磁性体アンテナの組み立て前の平面図、図５（Ｂ）は組み立て後の平面図、図５（Ｃ）はその断面図である。 図６（Ａ）は第３の実施形態に係る磁性体アンテナ２２に用いるフレキシブル基板２３の展開図、図６（Ｂ）はその断面図である。

符号の説明

２０〜２２…磁性体アンテナ
２３…フレキシブル基板
２３Ｗ−２１，２３Ｗ−２２…コイル導体形成領域外貫通孔
２３Ｗ−１１，２３Ｗ−１２…導体開口部側貫通孔
２４−１，２４−２…コイル導体
２５…中央部コイル導体
３１…回路基板
３２Ａ，３２Ｂ…筐体
３４…実装部品
３５…ピン
ＣＷ−１，ＣＷ−２…導体開口部

Claims (4)

1. 第１のコイル導体及び第２のコイル導体が形成されたフレキシブル基板と、第１の磁性体コアと、第２の磁性体コアとを備えた磁性体アンテナにおいて、
   前記第１のコイル導体及び前記第２のコイル導体は、それぞれの巻回中心部を導体開口部とする渦巻き状に形成され、
   前記フレキシブル基板は、前記導体開口部に前記磁性体コアが貫通する導体開口部側貫通孔と、前記コイル導体の形成領域外に、前記磁性体コアが貫通するコイル導体形成領域外貫通孔と、を備え、
   前記第１の磁性体コア及び第２の磁性体コアは、それぞれ前記フレキシブル基板の第１の主面から前記導体開口部側貫通孔を貫通し、且つ前記フレキシブル基板の第２の主面から前記コイル導体形成領域外貫通孔を貫通する状態に設けられ、前記フレキシブル基板の第１の主面側が実装先電子機器内の回路基板側を向くように配置された磁性体アンテナ。
2. 前記コイル導体形成領域外貫通孔が、四辺形のうちの三辺に切り込みが入った形状である、請求項１に記載の磁性体アンテナ。
3. 前記フレキシブル基板の２つの前記コイル導体の形成位置の間に、前記フレキシブル基板を過ぎる磁束と鎖交する中央部コイル導体を備えた、請求項１または２に記載の磁性体アンテナ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の磁性体アンテナと、当該磁性体アンテナを設ける電子機器の筐体とを備え、前記電子機器の筐体の内面に前記磁性体アンテナの前記フレキシブル基板が貼着されたアンテナ装置。

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