JP2015002440A - アンテナモジュールおよび端末装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】導電体の筐体に配置しても良好な通信特性を得ることができること。
【解決手段】アンテナモジュール１１１は、環状に配置されたアンテナ線３０２と、アンテナ線３０２に沿って環状に形成され、底面部３０１ａと、外周部３０１ｂと内周部３０１ｃとを有してアンテナ線３０２を収容し、端面３０１ｄが筐体１０１の外部に向けて設けられた磁性体３０１と、磁性体３０１とアンテナ線３０２との間に設けられた絶縁体３０３と、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】アンテナモジュール１１１は、環状に配置されたアンテナ線３０２と、アンテナ線３０２に沿って環状に形成され、底面部３０１ａと、外周部３０１ｂと内周部３０１ｃとを有してアンテナ線３０２を収容し、端面３０１ｄが筐体１０１の外部に向けて設けられた磁性体３０１と、磁性体３０１とアンテナ線３０２との間に設けられた絶縁体３０３と、を有する。
【選択図】図３
Description
本発明は、磁性体を有して磁束を発生させるアンテナモジュールおよびこのアンテナモジュールを有する端末装置に関する。
端末装置には、電子マネー等の近距離通信機能を有するものがあり、近距離通信を行うアンテナとしてループアンテナが用いられる。端末装置の筐体が樹脂製であれば、アンテナを筐体内部に収容しても電磁誘導による高周波磁界は、筐体を通過して外部に届くことができ、所定の共振周波数を有して情報伝送が可能である。
近年の端末装置は、筐体外観や手触り等の感触がよく意匠的にも優れた高剛性材質、例えば、金属若しくはカーボン等が用いられるようになってきた。このような高剛性材料の多くは導電体であるため、導電体の筐体内部にアンテナを配置すると高周波磁界を端末外部に発生させることができない。
従来、このような導電体の筐体にアンテナを設ける技術として、磁心部材にコイルを巻き付け、アンテナの端部と、対向側通信装置の磁心部材の端部とを向き合わせて通信可能とした構造のものが開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。また、導電体のケースに設けるアンテナの近傍に磁性体を配置することにより、ケースによるインダクタンスの減少を、磁性体によるインダクタンスの増加により相殺する構造のものが開示されている（例えば、下記特許文献２参照。）。
上述したように、導電体の高剛性材料の筐体を用いて近距離通信機能を得るためには、筐体外部にアンテナを配置しなければならない。この場合、単に、筐体表面上にアンテナを設けただけでは、筐体からアンテナ部分が凸状に突出してしまう。また、アンテナ部分を保護するため、樹脂等のアンテナカバーをさらに設けなければならず、さらに突出量が多くなり端末装置が携帯型の場合、手触り等の感触が悪い。また、突出したアンテナ部分を損傷しやすくなる。そして、突出したアンテナは、端末装置の美観等、外観を損ねる。
また、アンテナ部分の周囲に磁性体を設けた場合には、筐体が磁性体によって覆われて筐体を表出させることができず、本来、手触りや感触、美観等のために導電対等の高剛性材料を筐体に用いた意義や機能が損なわれてしまう。
一つの側面では、本発明は、導電体の筐体に配置しても良好な通信特性を得ることができるアンテナモジュールと、このアンテナモジュールを有する端末装置を提供することを目的とする。
一つの案では、環状に配置されたアンテナ線と、前記アンテナ線に沿って環状に形成され、底面部と、一対の側面部とを有して前記アンテナ線を収容し、当該一対の側面部の端面が同一方向に向けて設けられた磁性体と、前記磁性体と前記アンテナ線との間に設けられた絶縁体と、を有するアンテナモジュールを用いる。
一つの実施形態によれば、導電体の筐体に配置しても良好な通信特性を得ることができる。
（アンテナモジュールの構造）
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施の形態のアンテナモジュールを備えた端末装置を示す断面図である。
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施の形態のアンテナモジュールを備えた端末装置を示す断面図である。
端末装置１００は、例えば、携帯型の端末装置、具体的には携帯電話機、タブレット端末、ＰＤＡ等であり、筐体１０１内部にＣＰＵやメモリ等のデータ処理機能部を備える。筐体１０１の表面１０１ａには、ディスプレイ１０２が設けられ、データ処理機能部により処理されたデータ等を表示する。
筐体１０１は、高剛性材料によって形成される。高剛性材料は、金属、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ）、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｌ合金、Ｔｉ合金等や、カーボン、カーボン強化樹脂等を用いることができる。
筐体１０１の裏面１０１ｂには、凹部１０３を形成し、この凹部１０３にアンテナモジュール１１１を収容する。凹部１０３は、筐体１０１を切削、プレス成形、プレス成形と切削の組み合わせ等により形成できる。アンテナモジュール１１１は、図示しない対向通信機器、例えばリーダとの間の近距離通信のための無線電波を送受信する。
筐体１０１内には無線通信機能部が設けられ、無線通信機能部は、アンテナモジュール１１１を介して対向通信機器との間で無線電波を介してデータを送受信する。送受信したデータは、データ処理機能部に入出力される。
図２は、端末装置の斜視図である。端末装置１００の裏面１０１ｂからみた図を示している。図示のように、凹部１０３は、ループ状（環状）のアンテナモジュール１１１を収容する。図２の例では、ループ状（環状）の例として、平面でみて円形に形成されているが、これに限らず、４角形や多角形、および一部に段差を有する形状等、各種形状とすることができる。
図３は、アンテナモジュールの断面図である。アンテナモジュール１１１を収容する筐体１０１の凹部１０３についても図示している。アンテナモジュール１１１は、磁性体３０１と、アンテナ線３０２と、絶縁体３０３と、を含む。
磁性体３０１は、フェライト系材料、あるいはフェライト系焼結体によって構成される。フェライト系材料としては、ＦｅＡｌＳｉ（センダスト）、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金等の微細粒子を非導電性（非磁性体）のバインダーに練り込んで形成したものを用いることができる。
この磁性体３０１は、筐体１０１の凹部１０３に収容される際に、この凹部１０３に接する全ての部分に亘って連続して設けられる。この磁性体３０１は、底面部３０１ａと、一対の側面部として外周部３０１ｂおよび内周部３０１ｃと、を有する。この磁性体３０１は、平面からみてループ（環状）状に形成され、断面が図３に示すように、略Ｕ字型に形成される。Ｕ字型の両端部（端面）３０１ｄは、同一の方向（図の例では、筐体１０１外部に向く方向）に向けて設けられる。
そして、底面部３０１ａと外周部３０１ｂとの接合部３０１ａｂ、および底面部３０１ａと内周部３０１ｃとの接合部３０１ａｃ、はそれぞれ角部を有さずに連続的に角度が変化する形状、例えば円弧状に形成されている。接合部３０１ａｂ，３０１ａｃの円弧は、一定な曲率とするほか、図３に示すように、可変した曲率を有するものとすることができる。
磁性体３０１の底面部３０１ａと、外周部３０１ｂと、内周部３０１ｃにより形成される環状の空間内には、複数本のアンテナ線３０２が収容され、アンテナ線３０２は、絶縁体３０３によって磁性体３０１の空間内に保持される。このアンテナ線３０２は、磁性体３０１の空間内でループ状（環状）に設けられている。
筐体１０１の凹部１０３は、磁性体３０１の外形に対応して形成される。そして、凹部１０３のうち、磁性体３０１の接合部３０１ａｂ，３０１ａｃが接する部分には、この接合部３０１ａｂ，３０１ａｃの曲率に対応した曲率を有する円弧部１０３ａを有する。
図４は、アンテナモジュールを筐体に収容した状態を示す断面図である。筐体１０１の凹部１０３にアンテナモジュール１１１を収容することにより、凹部１０３には、アンテナモジュール１１１の磁性体３０１が接する。アンテナモジュール１１１の磁性体３０１は、凹部１０３に対し、接着剤や両面接着テープなどを用いて収容状態を固定保持できる。そして、高剛性材料、例えば導電体の筐体１０１に対しては、アンテナモジュール１１１の磁性体３０１だけが、凹部１０３の所定距離に亘って連続して接触する。
これにより、アンテナモジュール１１１から発生される磁束は、図示のように、磁性体３０１のうち、筐体１０１の裏面１０１ｂ側に表出する端面３０１ｄから筐体１０１の外部に向けて発生させることができる。この端面３０１ｄからは、磁性体３０１の通過により多数の磁束本数による大きな交流（ＡＣ）磁界を発生させることができる。この際、導電体の筐体１０１による磁束の低減を防ぎ、効率的に高周波磁界を発生させることができる。
ここで、磁性体３０１のうち、接合部３０１ａｂ，３０１ａｃは、円弧状に形成されているため、磁性体３０１からの磁束の漏れを低減させている。すなわち、接合部３０１ａｂ，３０１ａｃが急激に曲がった直角に形成されると、この部分から磁束が漏れやすいが、接合部３０１ａｂ，３０１ａｃを円弧状に形成することによって磁束の漏れを低減させている。
そして、筐体１０１の凹部１０３の深さと、アンテナモジュール１１１の磁性体３０１の高さを一致させ形成する。これにより、筐体１０１の裏面１０１ｂ位置に対し、アンテナモジュール１１１に段差（突出や凹み）が生じることがなく、裏面１０１ｂを面一にすることができる。また、筐体１０１の裏面１０１ｂの外観を損ねることなく、この裏面１０１ｂにアンテナモジュール１１１を設けることができる。そして、アンテナモジュール１１１は、裏面１０１ｂから突出しないため、損傷を防止できる。
このように、実施の形態のアンテナモジュール１１１は、磁性体３０１にアンテナ線３０２をコイル状に巻回した構造とは異なり、磁性体３０１によりＵ字型の空間を形成し、その空間内にアンテナ線３０２を収容する構造とした。そして、磁性体３０１は、ループ状のアンテナ線３０２の内周側と外周側に位置する端面３０１ｄが筐体１０１（裏面１０１ｂ）外部に向けて磁束を発生させる。
これにより、導電体の筐体１０１の表面（裏面１０１ｂ）にアンテナモジュール１１１を埋め込む形で設けても、効率よく外部に向けて磁束を発生させることができ、良好な通信が可能となる。
また、磁性体にアンテナ線を巻回したものではないため、アンテナモジュール１１１の高さ（磁性体３０１の底面部３０１ａから端面３０１ｄまでの厚さ）を薄くすることができる。また、巻回した場合に巻回部分に生じる段差についても発生せず、均一な高さ（厚さ）にできる。さらには、アンテナ線３０２は外部に表出せず、磁性体３０１の内部に収容されるため、アンテナ線３０２の切断等の損傷を防止できる。また、アンテナモジュール１１１の大部分は、剛性を有する磁性体３０１によって覆われた構造であるため、このアンテナモジュール１１１の取り扱いを容易に行えるようになる。
図５は、実施の形態のアンテナモジュールの共振周波数特性の例を示す図である。図中横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は損失（ｄＢ）である。図示のように、筐体１０１が導電体であっても、所定の共振点（例えば、１３．４ＭＨｚ）を得ることができ、アンテナモジュール１１１が発生する磁界による通信が可能であることを示している。これにより、アンテナモジュール１１１を有する端末装置１００は、対向通信機器（例えばリーダ）まで交流磁界が到達でき、この対向通信機器との間の通信を安定して良好に行うことができる。
図６は、他のアンテナ構成を用いたときの参考用の説明図である。図６の（ａ）の断面図に示すように、筐体６０１に凹部６０２を形成し、アンテナモジュール６１０として、平面状の磁性体６１１と、アンテナ線６１２（および絶縁体）を収容した場合を示す。この構成に示すように、筐体６０１に凹部６０２を形成して、単に凹部６０２にアンテナモジュール６１０を収容しただけの構成では、発生する磁束本数が低減し、通信性能を確保できない。
これは、磁性体６１１を通過する磁束が図中箇所Ａ部分において導電体の筐体６０１を通過するためである。この構成では、箇所Ａ部分で逆起電力を生じて損失が生じ、磁束本数が減って交流（ＡＣ）磁界が小さくなる。そして、このようなアンテナモジュール６１０では、図６の（ｂ）に示すように、共振点が生じず、対向通信機器まで交流磁界が到達せず、この対向通信機器との間の通信を行うことができない。
（筐体へのアンテナモジュールの実装）
図７は、実施の形態のアンテナモジュールの実装状態を示す平面図である。アンテナモジュール１１１を筐体１０１の裏面１０１ｂからみた状態を示す。ループ状のアンテナモジュール１１１の磁性体３０１には、図示のように外周部３０１ｂ、あるいは内周部３０１ｃの１箇所に開口部３０１ｅを設ける。そして、開口部３０１ｅを介して、アンテナ線３０２に導通接続された接続配線７０２を接続する。接続配線７０２は、アンテナモジュール１１１を接続配線７０２を含む接続部７０１を介して外部に導出し、上記の無線通信機能部に接続する。
図７は、実施の形態のアンテナモジュールの実装状態を示す平面図である。アンテナモジュール１１１を筐体１０１の裏面１０１ｂからみた状態を示す。ループ状のアンテナモジュール１１１の磁性体３０１には、図示のように外周部３０１ｂ、あるいは内周部３０１ｃの１箇所に開口部３０１ｅを設ける。そして、開口部３０１ｅを介して、アンテナ線３０２に導通接続された接続配線７０２を接続する。接続配線７０２は、アンテナモジュール１１１を接続配線７０２を含む接続部７０１を介して外部に導出し、上記の無線通信機能部に接続する。
図８は、実施の形態のアンテナモジュールの実装状態を示す側断面図である。アンテナモジュール１１１のアンテナ線３０２の外部導出状態を主に記載してある。図示のように、接続部７０１は、エポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂フィルム８０１を２枚用いて重合（張り合わせ）、その間にアンテナ線３０２と、接続配線７０２を設けたものを用いる。接続配線７０２は、一方の樹脂フィルム８０１上に印刷配線により形成してもよい。これにより、磁性体３０１内へのアンテナ線３０２の収容を容易に行えるようになる。
筐体１０１には、接続部７０１（接続配線７０２）の端部７０１ａの位置に、接続配線７０２を端末装置１００（筐体１０１）の内部１０１ｃに導出する接続部材８１１を設ける。接続部材８１１は、樹脂材質により形成され、導電体の筐体１０１に対する絶縁性を有する。この接続部材８１１の内部には、筐体１０１の裏面１０１ｂから内部１０１ｃに向けて導電体の金属部材８１２がインサート等により設けられている。
この金属部材８１２の一端８１２ａは、接続部７０１の端部７０１ａに半田等により導通接続され、他端８１２ｂは、内部１０１ｃ側に設けられた接続配線８２２に接続される。この接続部材８１１は、筐体１０１の開口部１０１ｅ部分に圧入等により設ける。
端末装置１００（筐体１０１）の内部１０１ｃに設けられる接続配線８２２は、例えば、上記接続部７０１と同様に樹脂フィルム８２１の重合体と内部の接続配線８２２とを有する。このほか、基板上に接続配線８２２を形成したものを用いてもよい。接続配線８２２の一端８２２ａは、半田等により金属部材８１２の他端８１２ｂに導通接続され、他端８２２ｂは、ポコピン等の基板側接点８２３に導通接続される。これにより、アンテナモジュール１１１のアンテナ線３０２は、基板側接点８２３を介して、上述した無線通信機能部まで導出することができる。
以上説明した実施の形態によれば、手触りや感触、美観等のために導電体の高剛性材料を筐体に用い、この筐体を表出させつつ、アンテナモジュールによる通信を良好に行うことができるようになる。アンテナモジュールは、筐体の凹部に設けるが、凹部に接する部分に磁性体を設けて磁性体内部にアンテナ線を収容し、両端面から外方に向けて磁束を発生させる。これにより、筐体に導電体を用いても、筐体による磁束本数の低減を防ぎ、多数本の磁束を効率よく発生させることができ、良好な近距離通信が可能となる。
また、アンテナモジュールは、筐体の凹部に収容されて筐体の表面に不要な凸部が生じないため、筐体表面を面一にすることができ、手触り感を損ねることがなくアンテナの損傷も防ぐことができる。
上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）環状に配置されたアンテナ線と、
前記アンテナ線に沿って環状に形成され、底面部と、一対の側面部とを有して前記アンテナ線を収容し、当該一対の側面部の端面が同一方向に向けて設けられた磁性体と、
前記磁性体と前記アンテナ線との間に設けられた絶縁体と、
を有することを特徴とするアンテナモジュール。
前記アンテナ線に沿って環状に形成され、底面部と、一対の側面部とを有して前記アンテナ線を収容し、当該一対の側面部の端面が同一方向に向けて設けられた磁性体と、
前記磁性体と前記アンテナ線との間に設けられた絶縁体と、
を有することを特徴とするアンテナモジュール。
（付記２）前記磁性体は、前記底面部と、前記一対の側面部との接合部の角度が連続的に変化する形状であることを特徴とする付記１に記載のアンテナモジュール。
（付記３）前記底面部が導電体の筐体に接合固定され、前記端面が前記筐体の外部方向に向けて設けられることを特徴とする付記１または２に記載のアンテナモジュール。
（付記４）前記磁性体の環状の側面部の一部には、開口部が形成され、
前記開口部を介して、前記アンテナ線が絶縁状態で外部に導出されることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載のアンテナモジュール。
前記開口部を介して、前記アンテナ線が絶縁状態で外部に導出されることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載のアンテナモジュール。
（付記５）前記絶縁体は、前記アンテナ線を中心に２分割された樹脂フィルムからなり、当該樹脂フィルムの重合により前記絶縁体を挟み込むことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載のアンテナモジュール。
（付記６）環状に配置されたアンテナ線と、
前記アンテナ線に沿って環状に形成され、底面部と、一対の側面部とを有して前記アンテナ線を収容し、当該一対の側面部の端面が同一方向に向けて設けられた磁性体と、
前記磁性体と前記アンテナ線との間に設けられた絶縁体と、
からなるアンテナモジュールと、
導電体の材質からなり、外面に、前記アンテナモジュールの形状に対応して形成され、前記磁性体が接合固定される凹部を有する筐体と、
を有し、
前記磁性体の前記一対の側面部の端面が前記筐体の外部の方向に向けて設けられたことを特徴とする端末装置。
前記アンテナ線に沿って環状に形成され、底面部と、一対の側面部とを有して前記アンテナ線を収容し、当該一対の側面部の端面が同一方向に向けて設けられた磁性体と、
前記磁性体と前記アンテナ線との間に設けられた絶縁体と、
からなるアンテナモジュールと、
導電体の材質からなり、外面に、前記アンテナモジュールの形状に対応して形成され、前記磁性体が接合固定される凹部を有する筐体と、
を有し、
前記磁性体の前記一対の側面部の端面が前記筐体の外部の方向に向けて設けられたことを特徴とする端末装置。
（付記７）前記磁性体は、前記底面部と、前記一対の側面部との接合部の角度が連続的に変化する形状であることを特徴とする付記６に記載の端末装置。
（付記８）前記筐体の凹部の深さと、前記アンテナモジュールの前記磁性体の高さとが同じであることを特徴とする付記６または７に記載の端末装置。
（付記９）前記磁性体の環状の側面部の一部には、開口部が形成され、
前記開口部を介して、前記アンテナ線が絶縁状態で前記筐体の内部に導出されることを特徴とする付記６〜８のいずれか一つに記載の端末装置。
前記開口部を介して、前記アンテナ線が絶縁状態で前記筐体の内部に導出されることを特徴とする付記６〜８のいずれか一つに記載の端末装置。
（付記１０）前記筐体の表面側から筐体の内部に貫通する開口部を介して、前記アンテナ線に導通する接続配線が前記筐体の内部に導出されること特徴とする付記９に記載の端末装置。
１００ 端末装置
１０１ 筐体
１０１ｂ 裏面（筐体）
１０２ ディスプレイ
１０３ 凹部
１１１ アンテナモジュール
３０１ 磁性体
３０１ａ 底面部
３０１ａｂ，３０１ａｃ 接合部
３０１ｂ 外周部
３０１ｃ 内周部
３０１ｄ 端面
３０１ｅ 開口部
３０２ アンテナ線
３０３ 絶縁体
１０１ 筐体
１０１ｂ 裏面（筐体）
１０２ ディスプレイ
１０３ 凹部
１１１ アンテナモジュール
３０１ 磁性体
３０１ａ 底面部
３０１ａｂ，３０１ａｃ 接合部
３０１ｂ 外周部
３０１ｃ 内周部
３０１ｄ 端面
３０１ｅ 開口部
３０２ アンテナ線
３０３ 絶縁体
Claims (8)
- 環状に配置されたアンテナ線と、
前記アンテナ線に沿って環状に形成され、底面部と、一対の側面部とを有して前記アンテナ線を収容し、当該一対の側面部の端面が同一方向に向けて設けられた磁性体と、
前記磁性体と前記アンテナ線との間に設けられた絶縁体と、
を有することを特徴とするアンテナモジュール。 - 前記磁性体は、前記底面部と、前記一対の側面部との接合部の角度が連続的に変化する形状であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
- 前記底面部が導電体の筐体に接合固定され、前記端面が前記筐体の外部方向に向けて設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナモジュール。
- 前記磁性体の環状の側面部の一部には、開口部が形成され、
前記開口部を介して、前記アンテナ線が絶縁状態で外部に導出されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のアンテナモジュール。 - 前記絶縁体は、前記アンテナ線を中心に２分割された樹脂フィルムからなり、当該樹脂フィルムの重合により前記絶縁体を挟み込むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のアンテナモジュール。
- 環状に配置されたアンテナ線と、
前記アンテナ線に沿って環状に形成され、底面部と、一対の側面部とを有して前記アンテナ線を収容し、当該一対の側面部の端面が同一方向に向けて設けられた磁性体と、
前記磁性体と前記アンテナ線との間に設けられた絶縁体と、
からなるアンテナモジュールと、
導電体の材質からなり、外面に、前記アンテナモジュールの形状に対応して形成され、前記磁性体が接合固定される凹部を有する筐体と、
を有し、
前記磁性体の前記一対の側面部の端面が前記筐体の外部の方向に向けて設けられたことを特徴とする端末装置。 - 前記磁性体は、前記底面部と、前記一対の側面部との接合部の角度が連続的に変化する形状であることを特徴とする請求項６に記載の端末装置。
- 前記筐体の凹部の深さと、前記アンテナモジュールの前記磁性体の高さとが同じであることを特徴とする請求項６または７に記載の端末装置。
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