JP2011049831A - アンテナ用コイルとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル全体を熱可塑性樹脂で固定しようとすると、樹脂が固まる際に収縮効果やコイルの弾性力によってコイルの巻線間隔が設計どおりとならず、アンテナ用コイルの共振周波数が設計値からずれてしまう課題があった。
【解決手段】ねじ溝を切った治具４に導線を複数回巻線してコイル１を形成し、治具に巻回された導線の上を熱可塑性樹脂２で覆い、治具をしたまま熱可塑性樹脂を加熱してコイルを固定し、治具を回してコイルから治具を抜くことにより空芯のコイルを作る。
【選択図】図２

Description

この発明は、無線通信機器に使用可能なアンテナ用コイル、及びアンテナのコイル部分を高精度に設計どおりに作成するアンテナ用コイルの製造方法に関するものである。

アンテナ用コイルは無線信号の送信および受信装置として広く用いられている。従来、ＡＭラジオや電波時計で、昨今ではＲＦＩＤ（Radio Frequency-Identification；電波方式認識）等の無線通信技術、例えば自動車用のキーレスエントリやタイヤの空気圧センサ等に用いられている。

従来、アンテナ用コイルは使用される周波数で共振するように、コイルのもつインダクタンスと共振する容量をもつコンデンサを用いた直列共振回路、またはコイルのもつインダクタンスとコイルの巻き線どうしの線間容量を用いた並列共振回路（自己共振回路）として動作する。この動作周波数は共振周波数と呼ばれる。
昨今の電子機器の小型軽量化にともなってアンテナ部分の小型軽量化も求められており、アンテナ用コイルの場合、磁性体、誘電体をコイルの中にいれることによって小型化が可能となってきている。

アンテナ用コイルにおいて、コイル部分は製造後のアンテナ使用時にコイルが変形したり、アンテナコアが破損した場合にアンテナとしての性能が著しく劣化、または動作しなくなる問題がある。
このような問題を解決するため、アンテナコアにコイルを巻回した後に成型性の高い熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）でコイルを覆うことにより、アンテナコアの強度を高め、破損を防止するようにしたアンテナコイル装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、板状の磁芯にポリウレタン被膜導線を巻回してインダクタを形成し、このインダクタとコンデンサを実装した基板とを電気的に接続し、インダクタ全体とコンデンサと基板と電気的接続部分全体を、成型性の高い共重合ポリエステル等の熱可塑性樹脂で型を用いて覆うようにしたコイルアンテナ装置も提案されている（特許文献２参照）。

実開平４−１０７９１０号公報 特開２００７−２５１８８６号公報（段落番号００２４及び図３）

しかしながら、上述した方法による固定は製造後にコア部分の破損や衝撃によるコイル部分の変形、断線を防止する効果はあるが、製造段階における樹脂の収縮効果やコイルの弾性力によってコイル形状（巻き線間隔）が設計どおりとならず、特に数十ＭＨｚ以上の周波数ではコイル巻き線どうしの浮遊容量が無視できなくなるため、アンテナコイルの共振周波数が製造中に設計値からずれてしまう課題があった。
また、従来のアンテナコイルでは、コイル部のピッチ（巻き線間隔）はさほど重要ではなかったが、ＵＨＦ帯に適用した場合に、コイルピッチによって共振周波数が大きく変化するため、ピッチを高精度に管理する必要があった。

この発明のアンテナ用コイルは、ねじ溝を切った治具に金属からなる導線が螺旋状に巻かれて形成されたコイルと、コイルの外側のみを覆った熱可塑性樹脂を備え、コイルのピッチが熱可塑性樹脂により固定されており、コイルの内側が空芯であることを特徴とするものである。

また、この発明のアンテナ用コイルは、ねじ溝を切った誘電体または磁性体と、誘電体または磁性体に金属からなる導線をねじ溝に沿って螺旋状に巻いて形成したコイルと、誘電体または磁性体に巻回されたコイルの外側を覆った熱可塑性樹脂を備え、コイルのピッチが上記熱可塑性樹脂により固定されていることを特徴とするものである。

また、この発明のアンテナ用コイルの製造方法は、ねじ溝を切った治具に導線を複数回巻線してコイルを形成する工程、治具に巻回された導線の上を熱可塑性樹脂で覆い、熱可塑性樹脂を加熱してコイルを固定する工程、治具を回してコイルから治具を抜くことにより空芯のコイルを作る工程を備えたものである。

また、この発明のアンテナ用コイルの製造方法は、ねじ溝を切った磁性体または誘電体の治具に導線を複数回巻線してコイルを形成する工程、治具に巻回された導線の上を熱可塑性樹脂で覆い、熱可塑性樹脂を加熱してコイルを固定する工程を備え、治具はそのまま残して磁性体または誘電体挿入のコイルを作るようにしたものである。

この発明にかかわるアンテナ用コイル及びコイルの製造方法によれば、コイルの形状、特にピッチ間隔を設計どおりになるよう作成することが可能となり、その結果、作成したコイルは設計どおりの共振周波数となり、アンテナ感度の高いアンテナ用コイルを提供できるという効果がある。

この発明の実施の形態１におけるアンテナ用コイルの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるアンテナ用コイルの製造方法を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるアンテナ用コイルの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３におけるアンテナ用コイルの構成を示す図である。 この発明の実施の形態４におけるアンテナ用コイルの構成を示す図である。 この発明の実施の形態５におけるアンテナ用コイルの構成を示す図である。 この発明の実施の形態６におけるアンテナ用コイルの構成を示す図である。 この発明の実施の形態７におけるアンテナ用コイルの構成を示す図である。 この発明の実施の形態８におけるアンテナ用コイルの構成を示す図である。

実施の形態１.
以下、この発明の実施の形態１におけるアンテナ用コイルおよびその製造方法について、図１および図２に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１におけるアンテナ用コイルの構成を示す正面図と断面図である。アンテナ用コイルは、金属からなる導線が円状に複数回巻かれて螺旋状に形成されたコイル１と、このコイル１の端子部を除いてコイルの外側のみを覆った熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）２を備え、コイル１のピッチＰは熱可塑性樹脂２により固定されており、コイルの内側が空芯３である。

コイル１は、後述する図２で説明するように、ねじ状に溝を切った金属製の治具に導線をねじ溝に沿って巻回することにより構成されており、コイル１はその外側のみが熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）２で固定されており、治具は熱可塑性樹脂２で固定されたコイル１から抜くことで空芯３を有するコイル１が形成されている。したがって、コイル製造時におけるコイル形状の変化が小さいため、例えばコイルのピッチＰ間隔は高精度に設計どおりに製作されている。

次に実施の形態１の例の１つである空芯を有する円状コイルの製造工程を図２に基づいて説明する。
まず最初に図２（ａ）に示すように、ねじ溝を切った金属製治具４に導線をねじ溝に沿って複数回巻線することによりコイル１を形成する。治具４の溝のピッチは、後述する必要な精度で切られており、コイル１のピッチ間隔も高精度に巻くことが可能となる。
次に図２（ｂ）に示すように、治具４と共にコイル１の外側を熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）２で覆い、熱可塑性樹脂２に加熱を施すことで熱可塑性樹脂２とコイル１が溶着し、コイル形状が固定される。この時、治具４に溝が切られているため、熱可塑性樹脂２の収縮力によるコイル１のピッチＰのずれは起こらない。

最後に図２（ｃ）に示すように、治具４をまわしてコイル１から治具４を抜き取ることにより、空芯３を有するコイル１を作成する。この時、コイル１が熱可塑性樹脂２で固定されていない場合は、この過程においてコイル１の弾性力によりピッチＰがずれるが、本願発明の場合は、コイル１は熱可塑性樹脂２で固定されているため、治具４の溝間隔、つまり設計どおりのピッチ間隔のコイルの製造が可能となる。
この図２の工程で作成したコイル１の正面図と断面図が、図１に示すアンテン用コイルである。治具４が挿入された状態でコイル１は熱可塑性樹脂２で固定されるため、熱可塑性樹脂２を加熱した際に解けた樹脂がコイル１の内側には入っておらず、コイル１の外側のみが熱可塑性樹脂２に覆われている構造となる。また治具４にコイル１が巻かれている状態で熱可塑性樹脂２でコイル１の外側を固定するため、熱可塑性樹脂２の収縮力によるコイル１の形状変化は防げる。

数十ＭＨｚ以上の周波数帯域を使用するアンテナ用コイルの場合、コイルの線間容量が無視できないため、アンテナ用コイルの共振周波数がコイルのピッチＰの変化によって変わる。例えば上記アンテナ用コイルの場合、ピッチ間隔０．５〜２．０ｍｍで共振周波数はピッチの変化０．１ｍｍあたり１ＭＨｚから１０ＭＨｚ程度変化する。
このような理由から設計どおりの共振周波数をもつアンテナ用コイルの製造には±０．１ｍｍ程度の精度のピッチを必要とする場合がある。ピッチ０．５〜２．０ｍｍ程度のコイルの製造段階において、誤差±０．１ｍｍ程度の高精度なピッチが求められる課題についてはこれまで開示されていない。実施の形態１で記した工程で作成したコイルはピッチ間隔を±０．１ｍｍ程度の精度で作成することが可能となるため、特に周波数が高いアンテナに使用するコイルの作成に使用することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２におけるアンテナ用コイルについて、図３に基づいて説明する。
図３はこの発明の実施の形態２におけるアンテナ用コイルの構成を示す正面図である。実施の形態１のアンテナ用コイルは、コイル１の内側が空芯３であるため、実施の形態２におけるアンテナ用コイルは、この空芯３の部分に磁性体や誘電体を挿入してアンテナを小型化するようにしたものである。

図３において、コイル１の空芯３の内部にねじ溝が設けられた磁性体または誘電体５を備えている。その他の構成は図１に示したものと同じ構成であるので、説明を省略する。
即ち、実施の形態２の発明は、実施の形態１のように構成されたコイルの作成後に、治具４と同じピッチのねじ溝が設けられた誘電体または磁性体５を、コイル１の空芯３の内部にねじ込んで、空芯３の部分に磁性体や誘電体５を挿入して構成する。
なお図示していないが、コイル１の内側に磁性体や誘電体５を挿入した後に、コイル１の両端を再度熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）で固定することにより、コイル１と磁性体または誘電体５の固定を強くすることができる。

磁性体や誘電体５を挿入したコイルは波長短縮効果によって、同じ構造では、共振周波数が高くなる。使用する周波数を同じにすると、結果として、小さなアンテナで同じ共振周波数で共振させることが可能である。
このように実施の形態２のアンテナ用コイルは、コイル１のピッチ間隔が高精度であるため、設計どおりの共振周波数をもち、かつ磁性体や誘電体が挿入されたことで空芯のものと比べ小型化されたアンテナ用コイルを実現できる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３におけるアンテナ用コイルについて、図４に基づいて説明する。
実施の形態２におけるアンテナ用コイルは、コイル１の内側の空芯３部分に磁性体や誘電体５を挿入してアンテナ用コイルを作成したが、実施の形態３の発明は、治具として磁性体や誘電体６を使用し、あらかじめコイル１の内側に磁性体や誘電体が挿入されている構成としたものである。

即ち、実施の形態３の発明は、実施の形態１の金属製の治具４の代わりに、治具としてねじ溝を切った磁性体や誘電体６を使用し、この誘電体または磁性体の治具６に金属からなる導線を螺旋状に巻いてコイル１を形成し、このコイル１の外側を熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）２で覆い、熱可塑性樹脂２を加熱してコイル１を固定し、コイル１のピッチが熱可塑性樹脂２により固定されているものである。
なお誘電体または磁性体の治具６は、コイル１から抜くことなく、そのままアンテナ用コイルとして使用する。

この実施の形態３のアンテナ用コイルは、実施の形態２と同様に、磁性体や誘電体の治具６をそのまま挿入したコイルは波長短縮効果によって、同じ構造では、共振周波数が高くなる。使用する周波数を同じにすると、結果として、小さなアンテナで同じ共振周波数で共振させることが可能である。
またコイル１のピッチ間隔が高精度であるため、設計どおりの共振周波数をもち、かつ磁性体や誘電体が挿入されたことで空芯のものと比べ小型化されたアンテナ用コイルを実現できる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４におけるアンテナ用コイルについて、図５に基づいて説明する。
図５はこの発明の実施の形態４におけるアンテナ用コイルの構成を示す正面図である。実施の形態１のアンテナ用コイルはコイル１の内側が空芯３であるため、実施の形態４におけるアンテナ用コイルは、この空芯３の部分に溝の切られていない矩形または円形の磁性体や誘電体７を挿入し、コイル１の両端を再度熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）８で固定することにより、コイル１と磁性体または誘電体７の固定を強くするようにしたものである。その他の構成は図１に示したものと同じ構成であるので、説明を省略する。

実施の形態２（図３）のように溝を切った磁性体や誘電体５をコイル１の空芯３の部分に挿入したり、実施の形態３（図４）のように溝を切った磁性体や誘電体の治具６を使用することも可能であるが、例えばフェライトのような磁性体は折れやすいため、溝のような加工が難しい場合がある。
このような場合、実施の形態１のアンテナ用コイルを作成した後に、コイル１の空芯３部分に溝の切られていない磁性体または誘電体７を挿入し、コイル１の両端を再度熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）８で固定することにより、コイル１と磁性体または誘電体７の固定を強くすることができる。

上述した工程で作成することで、コイルのピッチ間隔が高精度に設計どおりな磁性体または誘電体入りのアンテナ用コイルを作成することが可能となる。またコイル内部に磁性体または誘電体を備えているため実施の形態２、３と同様に、小型のアンテナを作成できる。
さらに、空芯のコイルを一度作成してから磁性体または誘電体７を挿入するため、挿入する磁性体や誘電体の長さ、位置を調節することで共振周波数を調節することができる。従来のアンテナ用コイルの場合、コンデンサを使った整合回路が共振周波数の調整に使用されるが、本願発明のアンテナ用コイルの場合、整合回路が不要となる。また、共振周波数の調整が可能であるため、コイルの巻き数やピッチ間隔ごとに用意する必要がある治具の種類を最小限にすることが可能となる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５におけるアンテナ用コイルについて、図６に基づいて説明する。
図６はこの発明の実施の形態５におけるアンテナ用コイルの構成を示す正面図である。図６に示すように、実施の形態１乃至実施の形態４のいずれかのアンテナ用コイル（少なくともコイル１と熱可塑性樹脂２で構成されている）を複数本用い、これらを折れ線形状（図６のようにコイルが２本の場合は９０度にしてＬ字形状）に配置して、その折れ線箇所を溶接や半田による接続点９で接続し、複数のコイルを電気的に接続する。そして一方のコイルの端子を接地板１０に接続し、他方のコイルの端子を給電点１１に接続する。なお給電点１１と接地板１０の関係が上下反対でも同じである。

折れ線形状のコイルを作成する際、一本の導線を治具に巻きまわしてコイルを作成し、これを折り曲げる方法をとると、コイルの弾性力によりコイルが変形するおそれがある。このため、実施の形態１〜４で述べた方法で作成した空芯コイル、または磁性体（または誘電体）を挿入したコイルを、例えば溶接や半田で電気的に接続することで、変形がない折れ線形状にコイルが並んだアンテナ用コイルを製造できる。

このように実施の形態５のアンテナ用コイルは、コイルが一直線上に並んでいる必要がないので、アンテナ装置全体の筐体などの形状制限がある場合、コイル部分を空間的に効率よく設置できる。また接地板の一辺の長さを短くすることができる効果もある。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６におけるアンテナ用コイルについて、図７に基づいて説明する。
図７はこの発明の実施の形態６におけるアンテナ用コイルの構成を示す正面図である。図７に示すように、実施の形態１乃至実施の形態４のいずれかのアンテナ用コイル（少なくともコイル１と熱可塑性樹脂２で構成されている）を複数個（実施の形態は２個）用い、複数個のコイル同士は接続しないで相互誘導するよう隣接配置して接地板１０の一辺に実装している。そして一方のコイルの一端子は給電点１１に、他端子は接地板１０に接続し、他方のコイルの両端子は接地板１０に接続している。
このようにコイル同士の相互誘導を利用することで２つの共振周波数、つまり２つの動作周波数をもつアンテナ用コイルや、２つの共振周波数が近い場合は広帯域の動作周波数をもつアンテナ用コイルの製造が可能である。

実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７におけるアンテナ用コイルについて、図８に基づいて説明する。
図８はこの発明の実施の形態７におけるアンテナ用コイルの構成を示す正面図である。図８に示すように、実施の形態５のＬ字形状のアンテナ用コイル（少なくともコイル１と熱可塑性樹脂２で構成されている）を複数個（実施の形態は２個）用い、複数個のコイル同士は接続しないで相互誘導するよう隣接配置してそれぞれ接地板１０の角部に実装している。そして一方のコイルの一端子は給電点１１に、他端子は接地板１０に接続し、他方のコイルの両端子は接地板１０に接続している。
このようにコイル同士の相互誘導を利用することで、実施の形態６と同様に、２つの共振周波数、つまり２つの動作周波数をもつアンテナ用コイルや、２つの共振周波数が近い場合は広帯域の動作周波数をもつアンテナ用コイルの製造が可能である。

実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８におけるアンテナ用コイルについて、図９に基づいて説明する。
図９はこの発明の実施の形態８におけるアンテナ用コイルの構成を示す正面図である。図９に示すように、実施の形態１の空芯のアンテナ用コイル（コイル１と熱可塑性樹脂２で構成されている）を複数個（実施の形態は２個）用い、複数個のコイル同士は接続しないで相互誘導するよう隣接配置して接地板１０の一辺に実装している。そして２つの空芯コイルの中を１本の誘電体または磁性体７を貫かせており、アンテナの小型化、周波数調整が可能にしている。更に、一方のコイルの一端子は給電点１１に、他端子は接地板１０に接続し、他方のコイルの両端子は接地板１０に接続している。
このようにコイル同士の相互誘導を利用することで、実施の形態６と同様に、２つの共振周波数、つまり２つの動作周波数をもつアンテナ用コイルや、２つの共振周波数が近い場合は広帯域の動作周波数をもつアンテナ用コイルの製造が可能である。

図７〜図９で説明した実施の形態６〜８のアンテナ用コイルは、２つのコイルのうち、一方のコイルのみが給電点に接続されていたが、すべてアンテナの放射強度を強くするために、２つのコイルにそれぞれ給電点を接続することも可能である。またコイルは３本以上設けて三つ以上の共振周波数つまり動作周波数をもつアンテナにすることも可能である。
このように複数個のコイルの相互誘導を利用することで、複数の共振周波数（動作周波数）や広帯域の動作周波数をもつアンテナ用コイルを製造することができる。

１：コイル ２：熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）
３：コイルの空芯 ４：金属製治具
５：ねじ溝付き磁性体または誘電体 ６：磁性体または誘電体の治具
７：矩形または円形の磁性体または誘電体 ８：熱可塑性樹脂（熱収縮チューブ）
９：溶接や半田による接続点 １０：接地板
１１：給電点。

Claims (13)

1. ねじ溝を切った治具に金属からなる導線が螺旋状に巻かれて形成されたコイルと、上記コイルの外側のみを覆った熱可塑性樹脂を備え、上記コイルのピッチが上記熱可塑性樹脂により固定されており、上記コイルの内側が空芯であることを特徴とするアンテナ用コイル。
2. 上記コイルの内側の空芯部に誘電体または磁性体を備えた請求項１に記載のアンテナ用コイル。
3. 上記誘電体または磁性体は、上記治具と同じピッチのねじ溝が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ用コイル。
4. ねじ溝を切った誘電体または磁性体と、上記誘電体または磁性体に金属からなる導線を上記ねじ溝に沿って螺旋状に巻いて形成したコイルと、上記誘電体または磁性体に巻回されたコイルの外側を覆った熱可塑性樹脂を備え、上記コイルのピッチが上記熱可塑性樹脂により固定されていることを特徴とするアンテナ用コイル。
5. 上記コイルの両端を熱可塑性樹脂で覆うことにより、上記コイルと誘電体または磁性体を固定したことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ用コイル。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ用コイルを複数本用い、上記複数本のコイルを折れ線形状に電気的に接続して構成したアンテナ用コイル。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ用コイルを複数個用い、上記複数個のコイルを隣接配置して接地板に実装し、上記複数個のコイルの相互誘導を利用するようにしたアンテナ用コイル。
8. ねじ溝を切った治具に導線を複数回巻線してコイルを形成する工程、上記治具に巻回された導線の上を熱可塑性樹脂で覆い、上記熱可塑性樹脂を加熱して上記コイルを固定する工程、上記治具を回して上記コイルから治具を抜くことにより空芯のコイルを作る工程を備えたアンテナ用コイルの製造方法。
9. 上記空芯のコイルを作る工程の後に、上記空芯部に磁性体または誘電体を挿入する工程を備えた請求項８に記載のアンテナ用コイルの製造方法。
10. 上記空芯部に磁性体または誘電体を挿入する工程は、上記磁性体または誘電体にねじ溝が設けられ、上記磁性体または誘電体をまわしながらコイル内部に挿入していくようにした請求項９に記載のアンテナ用コイルの製造方法。
11. 上記空芯部に磁性体または誘電体を挿入する工程の後に、上記磁性体または誘電体の端部を熱可塑性樹脂で固定する工程を備える請求項９または請求項１０にアンテナ用コイルの製造方法。
12. ねじ溝を切った磁性体または誘電体の治具に導線を複数回巻線してコイルを形成する工程、上記治具に巻回された導線の上を熱可塑性樹脂で覆い、上記熱可塑性樹脂を加熱して上記コイルを固定する工程を備え、上記治具はそのまま残して磁性体または誘電体挿入のコイルを作るようにしたアンテナ用コイルの製造方法。
13. 請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記載のアンテナ用コイルの製造方法によって個別に作成されたコイルを複数個用い、複数のコイル同士を折れ線形状に電気的に接続する工程を備えたアンテナ用コイルの製造方法。