JP2014107601A - アンテナ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ素子を小型化するとともに、基板に容易に安定して実装できるようにする。
【解決手段】円筒形の樹脂製のパッケージ１１内に、螺旋状のコイルアンテナであるアンテナ１２と直線状のアンテナ１３が収納されている。アンテナ１２の本体部１２Ａの中心軸上に、アンテナ１３の本体部１３Ａが挿入されている。アンテナ１２の端子部１２Ｂ及びアンテナ１３の端子部１３Ｂは、パッケージ１１の底面からパッケージ１１の外に導出され、略逆方向にパッケージ１１の底面より外に広がるように導出されている。本発明は、例えば、車両用の携帯機用のアンテナ素子に適用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ素子に関し、特に、基板に容易に実装できるようにしたアンテナ素子に関する。

従来、車両のドアの施開錠の遠隔操作等に携帯機を用いることが知られている。代表的には、携帯機から車両へ無線信号を送信するキーレスエントリシステムや、車両から携帯機に対して応答要求信号を送信し、その信号を受信した携帯機が車両に対して応答信号を返信するパッシブエントリシステムなどが知られている。また、車両と携帯機には、それぞれ無線信号の送信や受信を行うためのアンテナ素子が備えられている。そして、これまでアンテナ素子を小型化したり、実装性を高めたりする技術が提案されている。

例えば、基板に対して水平な渦巻状のアンテナに、基板に対して垂直な突起部を複数形成し、複数の突起部によりアンテナを支えるようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、アンテナと基板の間の距離を十分に取り、利得を良好に保ちつつ、アンテナ素子全体の高さを低くしたり、アンテナ素子の取付けの安定性を確保したりすることができる（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、空心タイプのコイルアンテナからなるＬＦアンテナを直方体の樹脂ケース内に収納し、基板上の導体パターンとともにＲＦアンテナを形成する金属製の導線を樹脂ケースの外周部に設けることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。これにより、ＬＦアンテナとＲＦアンテナを省スペースで実装することができる。

また、従来、基板に対して垂直に設けられているヘリカルアンテナの略中心に、基板に対して垂直な垂直導体を設けることにより、小型で放射特性の良好な円偏波アンテナを実現することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１１−１４６９９３号公報 特開２００９−２１２９２３号公報 特開２０１０−５０８９５号公報

特許文献１に記載のアンテナ素子では、複数の突起部と嵌合するアンテナ支持部を基板上に形成する必要がある。また、アンテナ素子を他の部品とともに表面実装するのが困難である。

また、特許文献２に記載のアンテナ素子は、基板上の導体パターンとともにＲＦアンテナを形成するため、基板に実装できる位置が制限される。また、コイルアンテナを直方体の樹脂ケースに収納するため、樹脂ケースのスペースの無駄が多い。

本発明は、アンテナ素子を基板に容易に安定して実装できるようにするものである。また、アンテナ素子の小型化を可能にするものである。

本発明の一側面のアンテナ素子は、コイル状の第１のアンテナと、第１のアンテナのコイル形状に沿うように第１のアンテナを収納する円筒形の樹脂製のパッケージと、第１のアンテナの実装用の端子であって、パッケージ内からパッケージの外に導出されている端子である第１の端子と、パッケージ内からパッケージの外に導出されている実装用の第２の端子とを備える。

本発明の一側面のアンテナ素子においては、第１のアンテナが円筒形の樹脂製のパッケージに収納され、第１の端子及び第２の端子が、パッケージ内からパッケージの外に導出される。

従って、アンテナ素子を基板に容易に安定して実装できる。例えば、第１の端子及び第２の端子をハンダ付けすることにより、アンテナ素子を他の部品とともに基板に表面実装することができる。また、例えば、パッケージを直方体にする場合と比較して、アンテナ素子の小型化が可能になる。

この第１のアンテナは、パッケージの円筒形の曲面に沿って螺旋状に固定することができる。

これにより、第１のアンテナの変形を防止することができる。また、パッケージの無駄なスペースをなくし、アンテナ素子を小型化することができる。

この第１の端子及び第２の端子を、パッケージの円筒形の底面から導出し、底面を前記基板の実装面に対向するように実装することができる。

これにより、容易にアンテナ素子を基板に表面実装することが可能になる。また、例えば、第１のアンテナの螺旋部分を基板の実装面に対して垂直な方向へ高くするとともに螺旋の径を小さくすることにより、アンテナ素子の実装領域を小さくすることができる。

この第２の端子は、パッケージに収納され、コイルの中心軸上に挿入されている直線状の第２のアンテナの実装用の端子とすることができる。

これにより、アンテナの利得を向上させることができる。

この第２の端子は、アンテナ素子を支えるための支持部材の実装用の端子とすることができる。

これにより、アンテナ素子の取付けの安定性を高めることができる。

この支持部材は、金属製とし、アンテナ素子の近傍の部品の放熱を行わせることができる。

これにより、放熱量が多い部品の近傍にアンテナ素子を配置することができる。

この支持部材は、Ｌ字型とし、一方の直線部を、コイルの中心軸に沿って直立するようにパッケージに収納することができる。

これにより、アンテナ素子の取付けの安定性をより高めることができる。

この第１の端子及び第２の端子は、パッケージの円筒形の底面より外に広がるように導出することができる。

これにより、アンテナ素子の取付けの安定性をより高めることができる。

このパッケージ、第１のアンテナ及び第２の端子は、一体成形することができる。

これにより、アンテナ素子の組立工数を削減することができるとともに、アンテナ素子の実装性を向上させることができる。

本発明の一側面によれば、基板に容易に安定して実装することができる。また、アンテナ素子の小型化が可能になる。

本発明を適用したアンテナ素子の第１の実施の形態を示す図である。 アンテナ素子の第１の実施の形態の実装工程を説明するための図である。 アンテナ素子の第１の実施の形態を基板に実装した状態を示す断面図である。 アンテナ素子の組立て方法を模式的に示す図である。 本発明を適用したアンテナ素子の第２の実施の形態を模式的に示す透視図である。 アンテナ素子の第２の実施の形態の実装方法の第１の例を説明するための図である。 アンテナ素子の第２の実施の形態の実装方法の第１の例を説明するための図である。 アンテナ素子の第２の実施の形態の実装方法の第１の例を説明するための図である。 アンテナ素子の第２の実施の形態の実装方法の第２の例を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（ダイポールアンテナの場合）
２．第２の実施の形態（モノポールアンテナの場合）
３．変形例

＜１．第１の実施の形態＞
［アンテナ素子１の構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態であるアンテナ素子１の構成例を示す図である。より具体的には、図１は、アンテナ素子１の正面図、底面図、Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示している。

アンテナ素子１は、パッケージ１１、アンテナ１２及びアンテナ１３により構成される。

パッケージ１１は、アンテナ１２及びアンテナ１３を収納するための樹脂製のパッケージである。パッケージ１１は、円筒形の本体部１１Ａの側面の下端から、本体部１１Ａの底面の接線方向に導出部１１Ｂが突出した形状を有している。導出部１１Ｂは、アンテナ１２の端子部１２Ｂを固定するとともに、端子部１２Ｂをパッケージ１１の外に導出するのに用いられる。

また、円柱状の溝１１Ｃが、パッケージ１１の上面の中心付近に形成されている。溝１１Ｃは、アンテナ素子１の成形時にアンテナ１３を支持するための金型が設けられる部分であり、成形後に金型を取り外すことにより形成される。

さらに、パッケージ１１内に垂直方向に延びる孔１１Ｄ及び孔１１Ｅが、パッケージ１１の底面の外周付近に底面の中心を挟んで対向する位置に形成されている。孔１１Ｄ及び孔１１Ｅは、アンテナ素子１の成形時にアンテナ１２を支持するための金型が設けられる部分であり、成形後に金型を取り外すことにより形成される。

また、アンテナ素子１の成形時に金型から樹脂を注入するための注入口１１Ｆが、パッケージ１１の底面の孔１１Ｄと底面の中心の間に形成されている。

さらに、転倒防止用の突起部１４ａ乃至１４ｄが、パッケージ１１の底面の外周付近に略９０°間隔で設けられている。突起部１４ａ乃至１４ｄは、アンテナ素子１を基板に実装したときに、ハンダ付けした箇所に過剰な力が加えられ、アンテナ素子１が転倒するのを防止する働きをする。

アンテナ１２は、螺旋状の本体部１２Ａ、及び、本体部１２Ａから水平方向に延びる実装用の端子部１２Ｂからなるコイルアンテナにより構成される。本体部１２Ａは、パッケージ１１の本体部１１Ａの略上端から下端までの範囲内に、本体部１１Ａの側面（円筒形の曲面）に沿って螺旋を描くように固定されている。端子部１２Ｂは、パッケージ１１の導出部１１Ｂを通り、導出部１１Ｂの底面からパッケージ１１の外に導出され、さらに、導出部１１Ｂの伸長方向にパッケージ１１の底面より外に広がるように延びている。

アンテナ１３は、垂直方向に直線状に延びる本体部１３Ａ、及び、水平方向に直線状に延びる実装用の端子部１３ＢからなるＬ字型の形状を有している。本体部１３Ａは、アンテナ１２の本体部１２Ａの中心軸（螺旋の中心軸）上に挿入され、本体部１２Ａの略上端付近まで垂直方向に延びている。端子部１３Ｂは、パッケージ１１の本体部１１Ａの底面から導出され、底面の直径方向、かつ、アンテナ１２の端子部１２Ｂと逆方向に、パッケージ１１の底面より外に広がるように延びている。

そして、アンテナ１２の本体部１２Ａとアンテナ１３の本体部１３Ａによりダイポールアンテナが構成される。このように、アンテナ１３を設けることにより、アンテナ１３を設けない場合と比較して、アンテナ素子１全体の電波特性がよくなり、利得が向上する。より具体的には、アンテナ１３を設けることにより、アンテナ素子１としてのＱ値が高くなり、利得が向上する。

［アンテナ素子１の実装工程］
次に、図２の模式図を参照して、アンテナ素子１の実装工程の例について説明する。なお、図２では、アンテナ素子１の突起部１４ａ乃至１４ｄの図示を省略している。

まず、アンテナ素子１の端子部１２Ｂ及び端子部１３Ｂの実装位置に合わせて、基板５１上にハンダ５２ａ及び５２ｂが印刷される。

次に、パッケージ１１の底面が基板５１の実装面と対向し、ハンダ５２ａ及び５２ｂの上に端子部１２Ｂ及び端子部１３Ｂが載るように、アンテナ素子１が基板５１に載せられる。

次に、リフロー工程にて、基板５１に熱を加えることにより、ハンダ５２ａ及び５２ｂが溶け、アンテナ素子１が基板５１上にハンダ付けされる。

図３は、アンテナ素子１を基板５１に実装した状態を示す断面図である。なお、この図では、ハンダ５２ａ及び５２ｂは、端子部１２Ｂ及び端子部１３Ｂと基板５１との間にごく薄く形成されるため、図示を省略している。

なお、端子部１２Ｂ及び端子部１３Ｂの一方が電源に接続され、他方がグラウンドに接続される。

このように、アンテナ素子１を基板５１に容易に実装することができる。すなわち、アンテナ素子１を、他の部品と同じ工程により基板５１に表面実装することができる。また、アンテナ素子１は、通常のアルミ電解コンデンサ等と同じ円筒形であるため、アルミ電解コンデンサ等と同様の扱いで基板５１に表面実装することができる。

また、アンテナ素子１は、パッケージ１１の底面より外に略逆方向に広がる端子部１２Ｂ及び端子部１３Ｂの２ヶ所で基板５１にハンダ付けされる。さらに、アンテナ１３の本体部１３Ａにより、アンテナ素子１の中心が支えられる。これにより、アンテナ素子１の取付けの安定性が向上する。すなわち、基板５１に実装した後に、振動によりアンテナ素子１が傾いたり、ハンダ付けした端子部１２Ｂ及び端子部１３Ｂが基板５１から外れたりすることが防止される。

また、アンテナ素子１の螺旋状の本体部１２Ａを基板５１の実装面に対して垂直な方向へ高くするとともに螺旋の径を小さくすることにより、実装領域を小さくすることができる。さらに、アンテナ素子１のパッケージ１１は円筒形であるため、直方体にする場合と比べて実装領域を小さくすることができる。

また、アンテナ１２及びアンテナ１３を円筒形のパッケージ１１内に収納し固定しているため、実装時の各アンテナの変形を防止することができる。そして、各アンテナの変形による無線信号の受信特性の変化が発生しないため、アンテナ素子１を容易に基板５１に実装することができ、また、実装後にアンテナ形状を調整する必要もない。

［アンテナ素子１の製造方法］
アンテナ素子１は、例えば、パッケージ１１とアンテナ１２及びアンテナ１３とをモールド成形等により一体成形することにより製造することが可能である。換言すれば、パッケージ１１の成形時に、アンテナ１２及びアンテナ１３をパッケージ１１の内部に組み付けて、固定することが可能である。

また、例えば、アンテナ１２及びアンテナ１３とは別にパッケージ１１を成形し、成形後のパッケージ１１の内部にアンテナ１２及びアンテナ１３を取り付けるようにすることが可能である。具体的には、例えば、図４に模式的に示されるように、パッケージ１１を上ケース１０１と下ケース１０２により構成する。なお、図示は省略するが、上ケース１０１の内部には、アンテナ１２及びアンテナ１３を固定するための取付部が形成されている。そして、アンテナ１２及びアンテナ１３を上ケース１０１内に取り付けた後、上ケース１０１の下端に下ケース１０２を取り付けることにより、アンテナ素子１が完成する。

なお、アンテナ素子１を一体成形する場合と、図４のようにアンテナ素子１を組み立てる場合を比較した場合、前者は、後者よりアンテナ素子１の製造工程、及び、各部品の管理の簡素化を実現することができる。一方、後者は、前者よりパッケージ１１を製造するための金型の費用を安くすることができる。

＜２．第２の実施の形態＞
［アンテナ素子２０１の構成例］
図５は、本発明の第２の実施の形態であるアンテナ素子２０１の構成例を模式的に示す透視図である。

アンテナ素子２０１は、パッケージ２１１、アンテナ２１２及び固定用端子２１３により構成される。

パッケージ２１１は、アンテナ２１２を収納するための樹脂製かつ円筒形のパッケージである。パッケージ２１１の側面の中央やや下寄りには、横長の矩形状の溝２１１Ａが設けられている。溝２１１Ａは、アンテナ素子２０１の成形時にアンテナ２１２を支持するための金型が設けられる部分であり、成形後に金型を取り外すことにより溝２１１Ａが形成される。

また、アンテナ素子２０１の成形時に金型から樹脂を注入するための注入口２１１Ｂが、パッケージ１１の側面の溝２１１Ａよりやや下寄りで、溝２１１Ａから少し離れた位置に形成されている。

さらに、転倒防止用の脚２１４ａ及び脚２１４ｂが、パッケージ２１１の底面に所定の間隔を空けて対向するように設けられている。脚２１４ａ及び脚２１４ｂは、アンテナ素子２０１を基板に実装したときに、ハンダ付けした箇所に過剰な力が加えられ、アンテナ素子２０１が転倒するのを防止する働きをする。

アンテナ２１２は、螺旋状の本体部２１２Ａ、及び、本体部２１２Ａから下に垂直方向に延びるＬ字型の脚部２１２Ｂからなるコイルアンテナにより構成される。本体部２１２Ａは、パッケージ２１１の略上端から溝２１１Ａの上端付近までの範囲内に、パッケージ２１１の側面に沿って螺旋を描くように固定されている。また、脚部２１２Ｂの垂直部分が、パッケージ２１１の底面から垂直方向にパッケージ２１１の外に導出され、脚部２１２Ｂの水平部分が、パッケージ２１１の底面より外に広がるように延びている。

固定用端子２１３は、Ｌ字型の金属製の部材であり、アンテナ素子２０１を支えるための支持部材として用いられる。固定用端子２１３の垂直部分（Ｌ字型の一方の直線部）は、アンテナ２１２の本体部２１２Ａの中心軸（螺旋の中心軸）に沿って直立するように配置されている。ただし、固定用端子２１３の垂直部分は、アンテナ２１２の本体部２１２Ａの下端より低い位置までしか延びておらず、本体部２１２Ａの中には挿入されていない。また、固定用端子２１３の垂直部分が、パッケージ２１１の底面から垂直方向にパッケージ２１１の外に導出され、Ｌ字型の水平部分（Ｌ字型の他方の直線部）が、アンテナ２１２の脚部２１２Ｂとは逆方向に、パッケージ２１１の底面より外に広がるように延びている。

さらに、固定用端子２１３の垂直部分及び水平部分の端部には、円形の孔２１３Ａ及び孔２１３Ｂが形成されている。孔２１３Ａは、パッケージ２１１の樹脂との接着性を向上させる効果を奏し、孔２１３Ｂは、ハンダとの接着性を向上させる効果を奏する。

また、アンテナ２１２の脚部２１２Ｂの水平部分と固定用端子２１３の水平部分とは、下端が略同じ高さになるように配置され、アンテナ素子２０１を基板に実装する場合の実装用の端子として用いられる。

このように、アンテナ素子２０１は、円筒形の形状を有し、パッケージ２１１の底面より外に略逆方向に広がるアンテナ２１２の脚部２１２Ｂの水平部分及び固定用端子２１３の水平部分の２ヶ所で基板にハンダ付けされる。また、固定用端子２１３の垂直部分により、アンテナ素子２０１の中心が支えられる。従って、アンテナ素子２０１も、アンテナ素子１と同様に、他の部品と同じ工程により基板に表面実装することができるとともに、実装後の取付けの安定性に優れている。

さらに、アンテナ２１２は円筒形のパッケージ２１１内に収納されるため、アンテナ素子２０１を小型化できるとともに、アンテナ２１２の変形を防止することができる。

加えて、固定用端子２１３は、放熱性の高い金属製であるため、アンテナ素子２０１の近傍に配置されている発熱部品（例えば、パワートランジスタ等）の放熱に用いることができる。

図６乃至図８は、アンテナ素子２０１と発熱部品２５２を近づけて基板２５１に実装する場合の実装方法の例を示している。図６及び図７は、実装後の基板２５１を異なる角度から見た斜視図であり、図８は、その断面図である。

アンテナ素子２０１は、固定用端子２１３が発熱部品２５２の方向を向くように、基板２５１に実装される。また、放熱ランド２５３が、アンテナ素子２０１と発熱部品２５２の間に、固定用端子２１３と発熱部品２５２とを接続するように基板２５１上に形成される。これにより、発熱部品２５２の熱が、放熱ランド２５３を介して固定用端子２１３に伝わり、固定用端子２１３から放熱される。

また、図９に示されるように、アンテナ素子２０１と発熱部品２５２が基板２５１の異なる面に実装される場合、固定用端子２１３と発熱部品２５２の実装面とを接続するように、放熱ランド２６１が基板２５１上に形成される。これにより、発熱部品２５２の熱が、放熱ランド２６１を介して固定用端子２１３に伝わり、固定用端子２１３から放熱される。従って、専用の放熱部品を設ける必要がなくなる。

以上のように、アンテナ素子２０１の固体用端子２１３を他の部品の放熱に用いることにより、専用の放熱部品を設ける必要がなくなり、基板２５１を小型化することが可能になる。

なお、アンテナ素子２０１も、アンテナ素子１と同様に、一体成型することも可能であるし、組み立てるようにすることも可能である。
＜３．変形例＞
以下、上述した本発明の実施の形態の変形例について説明する。

本発明は、上述した螺旋状のコイルアンテナだけでなく、一巻きのコイルアンテナや、渦巻き状のコイルアンテナを用いる場合にも適用することができる。

また、本発明を適用したアンテナ素子の適用範囲は、特に限定されるものではない。例えば、車両のドアの施開錠の遠隔操作等に用いる携帯機や車載機等、アンテナ素子を実装した基板を備える製品や部品全般に適用することができる。

さらに、アンテナ素子の実装用の端子は、必ずしもパッケージの底面より外に広げる必要はなく、パッケージの大きさや形状等により変更することが可能である。また、アンテナ素子の実装用の端子を、パッケージの底面以外の部分（例えば、側面）からパッケージの外に導出するようにしてもよい。

さらに、アンテナ素子を、基板上に表面実装するだけでなく、基板に設けられた貫通孔内に端子を挿入してハンダ付けするようにしても良い。

また、固定用端子の垂直部分は、必ずしもアンテナの中心軸に沿うようにする必要はなく、アンテナ素子の大きさや形状等により変更することが可能である。

さらに、固定用端子の数を増やしたり、アンテナ素子１に、アンテナ素子２０１と同様に、固定用端子を設けたりすることも可能である。

また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ アンテナ素子
１１ パッケージ
１２ アンテナ
１２Ａ 本体部
１２Ｂ 端子部
１３ アンテナ
１３Ａ 本体部
１３Ｂ 端子部
１０１ 上ケース
１０２ 下ケース
２０１ アンテナ素子
２１１ パッケージ
２１２ アンテナ
２１２Ａ 本体部
２１２Ｂ 脚部
２１３ アンテナ
２５１ 基板
２５２ 発熱部品
２５３ 放熱ランド
２６１ 放熱ランド

Claims (9)

1. コイル状の第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナのコイル形状に沿うように前記第１のアンテナを収納する円筒形の樹脂製のパッケージと、
   前記第１のアンテナの実装用の端子であって、前記パッケージ内から前記パッケージの外に導出されている第１の端子と、
   前記パッケージ内から前記パッケージの外に導出されている実装用の第２の端子と
   を備えるアンテナ素子。
2. 前記第１のアンテナは、前記パッケージの円筒形の曲面に沿って螺旋状に固定されている
   請求項１に記載のアンテナ素子。
3. 前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記パッケージの円筒形の底面から導出されており、前記底面が前記基板の実装面に対向するように実装される
   請求項２に記載のアンテナ素子。
4. 前記第２の端子は、前記パッケージに収納され、前記コイルの中心軸上に挿入されている直線状の第２のアンテナの実装用の端子である
   請求項３に記載のアンテナ素子。
5. 前記第２の端子は、前記アンテナ素子を支えるための支持部材の実装用の端子である
   請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ素子。
6. 前記支持部材は、金属製であり、前記アンテナ素子の近傍の部品の放熱を行う
   請求項５に記載のアンテナ素子。
7. 前記支持部材は、Ｌ字型であり、一方の直線部が、前記コイルの中心軸に沿って直立するように前記パッケージに収納されている
   請求項５又は６に記載のアンテナ素子。
8. 前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記パッケージの円筒形の底面より外に広がるように導出されている
   請求項１乃至７のいずれかに記載のアンテナ素子。
9. 前記パッケージ、前記第１のアンテナ及び前記第２の端子は、一体成形されている
   請求項１に記載のアンテナ素子。

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