JP2015065632A - アンテナ装置、複合アンテナ装置、及びこれらを用いた電子機器 - Google Patents

アンテナ装置、複合アンテナ装置、及びこれらを用いた電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】磁気飽和に強い金属磁性粒子と結合材の混練、成形品を磁気シールド材として用いて通信特性を改善するとともに、金属磁性粒子の脱落を防止したアンテナ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】金属磁性粉と結合剤を混練成形してなる磁気シールド材2と、磁気シールド材2の一方の面に配置されたスパイラルコイル1と、を備え、上記アンテナ装置の全面がカバーシート3a,3bによって被覆されている。このカバーシートは2つであり、2つのカバーシート3a,3bが、上記スパイラルコイル1と上記磁気シールド材2に密着して完全に覆い、上記磁気シールド材2の外側にて上記2つのカバーシート3a,3bが互いに接着されている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、例えば携帯型の電子機器等に搭載されるアンテナ装置等に係り、特に、スパイラルコイルと、金属磁性粉末と結合剤を混練して作製した磁気シールド材と、粘着性を有するカバーシートとを有し、当該スパイラルコイルと磁気シールド材の集合体をカバーシートにより接着密封したアンテナ装置、複合アンテナ装置、及びこれらを用いた電子機器に関する。
近年、無線通信機器においては、電話通信用アンテナ、GPS(Global Positioning System)用アンテナ、無線LAN(Local Area Network)/Bluetooth(登録商標)用アンテナ、さらにはRFID(Radio Frequency Identification)といった複数のRFアンテナが搭載されている。これらに加えて、非接触充電の導入に伴って、電力伝送用のアンテナコイルも搭載されるようになってきた。このような非接触充電方式で用いられる電力伝送方式としては、例えば、電磁誘導方式、電波受信方式、磁気共鳴方式等が挙げられる。これらは、いずれも一次側コイルと二次側コイル間の電磁誘導や磁気共鳴を利用したものであり、上述したRFIDも電磁誘導を利用している。
これらのアンテナは、アンテナ単体で目的の周波数において最大の特性が得られるように設計されていても、実際に電子機器に実装されると、目的の特性を得ることは困難である。これは、アンテナ周辺の磁界成分が周辺に位置する金属等と干渉(結合)し、アンテナコイルのインダクタンスが実質的に減少するために、共振周波数がシフトしてしまうことによる。また、インダクタンスの実質的減少によって、受信感度が低下してしまう。これらの対策として、アンテナコイルとその周辺に存在する金属との間に磁気シールド材を挿入することによって、アンテナコイルから発生した磁束を磁気シールド材に集めることによって、金属による干渉を低減させることがなされている。このように、磁気シールド材は、電子機器筺体や基板などの金属による干渉を低減させるものであり、フェライト等の高透磁率材料が一般には用いられている。
これらアンテナは、アンテナコイルと磁気シールド材とが組み合わせて用いられることが多いが、スマートフォン等のモバイル機器に内蔵して用いる場合、上記のように複数のアンテナを搭載するために、各搭載エリアを確保するのは困難となっていた。
一方、特許文献1では、平板状の磁性体と、磁性体の一方の面に設けられた非接触通信用コイル及び非接触給電用コイルとを備えた、非接触伝送デバイスが開示されている。ここでいう、磁性体とは、一般的なフェライト焼成物である。
また、特許文献2では、磁性シートを開示しており、当該磁性シートでは、板状のフェライトを予め細かく分割したものの上下面を2枚の支持層で挟み込んでいる。しかしながら、この磁性シートの側面端部に支持層はなく、フェライトが露出しているので所謂粉落ちのおそれがある。
特開2013−21902号公報 特開2011−21337号公報
しかるに、上述したようなアンテナでは、磁気シールド材の透磁率が高いほど金属による干渉を低減させ通信効率を上げることができるので、一般には、前述したように、フェライト等の高透磁率材料が用いられることが多い。
WPC(Wireless Power Consortium)準拠の非接触給電用途では、送電側モジュールに強力な磁石を用いたモジュールも加えられているが、この送電モジュールに対して薄いフェライトを用いて受信用のアンテナ装置を構成すると、フェライトが磁気飽和を起こすため良好な通信ができない。このような点に鑑みて、モバイル用途で薄型が要求されるアンテナ装置では、磁気シールド用の材料として金属磁性粉末を結合剤で混練して成形した磁性材を用いる方法が考案されている。
しかしながら、磁気特性を上げるために磁気シールド材への金属磁性粒子の充填率を上げていくと、相対的に樹脂の割合が減り、金属磁性粒子同士を結合保持するための強度が弱くなり、金属磁性粒子が脱落しやすくなる。即ち、所謂粉落ちのおそれがある。このため、アンテナ装置の取り付け時、あるいは使用時の振動、衝撃等で金属粒子が脱落し、周辺の電気回路に付着すると電気回路を破壊する危険がある。
そこで、本発明は、磁気飽和に強い金属磁性粒子と結合材の混練、成形品を磁気シールド材として用いて通信特性を改善するとともに、問題となる金属磁性粒子の脱落を防止したアンテナ装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、これに加えて、一のアンテナ装置と他のアンテナ装置とを狭い専有面積内で組み合わせた複合アンテナ装置を提供することを目的とする。また、これらを用いた電子機器を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係るアンテナ装置は、金属磁性粉と結合剤を混練成形してなる磁気シールド材と、上記磁気シールド材の一方の面に配置されたスパイラルコイルと、を備え、上記アンテナ装置の全面がカバーシートによって被覆されている。
さらに、本発明の他の態様に係る複合アンテナ装置は、第1の磁性材料により形成された第1の磁性シートと、上記第1の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第1のループコイルと、を備えた第1のアンテナ装置と、上記第1の磁性シートと異なる第2の磁性材料により形成された第2の磁性シートと、上記第2の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第2のループコイルと、を備えた第2のアンテナ装置と、を有し、上記第1のループコイルの内側には、上記第1の磁性シートが設けられておらず、且つ上記第2の磁性シート及び第2のループコイルが設けられており、上記第1及び第2のアンテナ装置を含む全面がカバーシートによって被覆されている。
また、本発明の更に他の態様に係る複合アンテナ装置は、第1の磁性材料により形成された第1の磁性シートと、上記第1の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第1のループコイルと、を備えた第1のアンテナ装置と、上記第1の磁性シート上であって、上記第1のループコイルの内側に設けられ、面状に巻回された第2のループコイルを備えた第2のアンテナ装置と、を有し、上記第1及び第2のアンテナ装置を含む全面がカバーシートによって被覆されている。
更に、本発明の更に他の態様に係る複合アンテナ装置は、第1の磁性材料により形成された第1の磁性シートと、上記第1の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第1のループコイルと、を備えた第1のアンテナ装置と、上記第1の磁性シートと異なる第2の磁性材料により形成された第2の磁性シートと、上記第2の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第2のループコイルと、を備えた第2のアンテナ装置と、を有し、上記第1のアンテナ装置の全面がカバーシートによって被覆されており、上記カバーシートの上に上記第2のアンテナ装置が配設される。
従って、本発明に係るアンテナ装置によれば、磁気シールド材が磁気飽和に強い高透磁率金属磁性粒子を結合剤で固めることにより形成されているので、磁気飽和にも強く良好な通信を行うことができる。
また、本発明に係るアンテナ装置によれば、磁気シールド材にはスパイラルコイルの位置決めをする突起部が形成されてもよく、その場合、スパイラルコイルの位置決めが容易で、更に、磁気シールドとスパイラルコイルの集合体を、上下から粘着性を有するカバーシートにより挟み込むようにして接着されるので、作製が極めて容易となる。
さらに、本発明に係るアンテナ装置によれば、粘着性を有するカバーシートは集合体をはみ出した部分にて互いに接着されるので、集合体を完全に封止することになり、磁気シールド材の欠けや、磁気シールド材を構成する金属粒子の脱落が生じても外部に放出されないので、周辺電気回路に対して悪影響を及ぼすことがない。
また、本発明に係る複合アンテナ装置によれば、上記効果に加えて、一方の金属粉末と結合剤を混練して作製された磁気シールド材を用いる一のアンテナ装置が、上下から粘着性を有するカバーシートにより挟み込むようにして接着密封されているので、金属磁性粉の脱落、飛散の心配がなく、更に他のアンテナ装置は、上記カバーシートの面に形成されるので、その設置に必要な面積を小さくすることができる。
本発明が適用された第1の実施の形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 本発明が適用された第1の実施の形態に係るアンテナ装置の磁気シールド材にスパイラルコイルが設置された状態を示す斜視図である。 本発明が適用された第1の実施形態に係るアンテナ装置の作製方法を示す組立図である。 本発明が適用された第1の実施形態に係るアンテナ装置の他の作製方法を示す組立図である。 (a),(b)は本発明が適用された第1の実施形態に係るアンテナ装置が設置された状態を示す側面図であり、(a)は電池パック等に貼りつけて使用する場合を示す図であり、(b)は筐体側に貼りつけて使用する場合を示す図である。 本発明が適用された第1の実施形態に係るアンテナ装置に使用される磁気シールド材の他の形状を示す斜視図であり、(a)はスパイラコイルの内周側、外周側に磁気シールド材の凸部が形成されている例を示す図であり、(b)はスパイラルコイルの内周側と外周側の一部に磁気シールド材の凸部が形成されている例を示す図であり、(c)はスパイラルコイルの内周側にのみ磁気シールド材の凸部が形成されている例を示す図であり、(d)は平板状の磁気シールド材を示す図である。 本発明が適用された第2の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図を示すもので、(a)は特に外部回路との接続のための端子板がカバーシートの外側に付与されている例を示す図であり、(b)は内側に付与されている例を示す図である。 本発明が適用された第2の実施形態に係るアンテナ装置の磁気シールド材にスパイラルコイルが設置された状態を示す斜視図である。 本発明が適用された第2の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 本発明が適用された第3の実施形態に係る複合アンテナ装置の斜視図である。 本発明が適用された第3の実施形態に係るアンテナ装置の斜視図を示すもので、(a)は外部回路との接続のための端子部がカバーシートの外側に設けられた例を示す図であり、(b)はカバーシートの内側に設けられた例を示す図である。 本発明が適用された第3の実施形態に係る複合アンテナ装置の一のアンテナ装置の部分を示す斜視図である。 本発明が適用された第3の実施形態に係る複合アンテナ装置の作製方法を示す組立図である。 本発明が適用された第3の実施形態に係る複合アンテナ装置の他の作製方法を示す組立図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
本発明は、スパイラルコイルと、金属磁性粉末と結合剤を混練して作製した磁気シールド材と、カバーシートからなるアンテナ装置に関し、スパイラルコイルと磁気シールド材の集合体を、粘着性を有するカバーシートにより接着密封したアンテナ装置に関するものである。
さらに、本発明は、スパイラルコイルと、金属磁性粉と接合体を混練成形してなる磁気シールド材とが、二つのカバーシートにより挟み込むようにして接着され、この二つのカバーシートが端部で互いに接合されたアンテナ装置と、カバーシートの接合部の面上に他のスパイラルコイルと他の磁気シールド材を設置してなる他のアンテナ装置とを具備したことを特徴とする複合アンテナ装置に関する。
以下、第1乃至第3の実施形態について詳述する
<第1の実施形態>
先ず、図1,2を参照して、本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置の構成について説明する。
図1,2に示されるように、アンテナ装置6は、導線を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル1と、磁性粒子と結合剤を混練して作製した磁気シールド材2、及びスパイラルコイル1を磁気シールド材2に組み込んだ集合体(図2)の全部分を覆うように貼り付けられるカバーシート3a,3bを備えている。スパイラルコイル1は、導線の端部に引出部4(4a,4b)を有しており、当該引出部4a,4bに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の二次側回路を構成する。
磁気シールド材2には、引出部4(4a,4b)を埋設するための引出部用溝5(5a,5b)が設けられている。スパイラルコイル1の内周側の引出部(導線端部)4bは引出部用溝5bに沿って、スパイラルコイル1の外周側の引出部(導体端部)4aは引出部用溝5aに沿って、それぞれ磁気シールド材2の外側に導かれる。引出部用溝5は引出部4を固定させることからスパイラルコイル1の位置決めがより確実にでき、更に引出部4の端部位置を限定するので、外部回路との接合が容易となる。磁気シールド材2の内側と外側に突起部(凸部)も設けられている。前記突起部はアンテナ性能の改善と、前記スパイラルコイル1の取り付け位置を明確にするために設けられたものであるが一方あるいは両方を省略してもよい。
また、内周側からの引出部4bを磁気シールド材2の中に埋設させるので、この導線の厚さに相当する分、アンテナ装置6全体の厚みを薄くすることができる。アンテナ装置6の厚さに余裕があり、また外部回路との接続も容易な場合は、磁性シールド材2に設ける引出部用溝5a,5bの一方あるいは両方を省略することができる。
カバーシート3a,3bは、基材となる誘電体シートの片面、あるいは両面に粘着層を形成したシートであって、磁性シールド材2よりも大きな面積を有する。カバーシート3a,3bは、スパイラルコイル1を磁気シールド材2に組み込んでなる集合体を上下から被覆するようにして接着され、その端部が集合体よりも外側において相互に密着されている。したがって、最終的には、図1に示したように、カバーシート3a,3bの密着部がアンテナ装置6の縁を形成し、スパイラルコイル1の引出部4のみが、当該縁から外側に引き出された形態となる。
磁気シールド材2は、金属磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。そして、磁性粒子は、Fe系、Co系、Ni系、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Si−Al系、Fe−Ni−Si−Al系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはFe−Si−B系、Fe−Si−B−Cr系、Co−Si−B系、Co−Zr系、Co−Nb系、Co−Ta系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。磁気シールド材2は、磁性粒子の他に、熱伝導性や粒子充填性等を向上させるためのフィラーを含むことができる。
磁気シールド材2に用いる磁性粒子には、粒径が数μm〜200μmの球形、回転楕円体形、あるいは粉砕された粉末を用いるが、単体の磁性粉のみならず粉径、材質、形状の異なる粉末を混合して用いても良い。金属磁性粒子を用いる場合には、複素透磁率が周波数特性を有しており、動作周波数が高くなると表皮効果により損失が生じるので、使用する周波数の帯域に応じて粒径及び形状を調整するとよい。
また、アンテナ装置6のインダクタンス値は、磁気シールド材2の実部平均透磁率(以下、単に平均透磁率という。)に大きく依存するが、この平均透磁率は磁性粉と樹脂との混合比率により調整することができる。
磁性粉を多く充填すると、磁気シールド材2の平均透磁率を向上させることができるが、その一方で結合剤の割合が少なくなるので、例えば、金属粒子と結合剤を混練してシート化する場合は、気泡が入り易くシート化することが困難になる。また、充填率を上げるために金属粒子と結合剤を金型に充填し高圧プレス及び加熱処理して作製した、所謂圧粉成形品においては金属粒子が脱落しやすくなる。このため、金属磁性粒子の充填率は、これら不具合点も考慮して決める。
また、磁気シールド材2は、材質、充填率の異なる複数の磁気シールド材を組み合わせた積層構造、複合構造として用いることができ、更に強度補強あるいは防錆処理等の目的で樹脂を含浸させたり、コーティングを施したりすることができる。
結合剤は、熱、紫外線照射等により硬化する樹脂等を用いる。結合剤としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができる。但し、これらに限られないことは勿論である。なお、上述の樹脂又はゴムに、難燃剤、反応調整剤、潤滑剤、架橋剤又はシランカップリング剤等の表面処理剤を適量加えてもよい。
スパイラルコイル1を形成する導線は0.15mm〜0.5mmの径のCu又はCuを主成分とする合金からなる単線を用いることが好ましい。あるいは、導線の表皮効果を低減させるために、上述の単線よりも細い細線を複数本束ねた並行線、編線を用いてもよく、厚みの薄い平角線又は扁平線を用いて1層、又は2層のα巻としてもよい。更に、コイル部を薄くするために導体を誘電体基材の片面あるいは両面に薄くパターニングして作製したFPC(Flexible printed circuit)コイルを用いることもできる。
次に、図1乃至図3を参照して、第1の実施形態に係るアンテナ装置の製造方法について説明する。
まず、図3に示されるように、スパイラルコイル1、磁気シールド材2、カバーシート3a,3bを用意する。ここでは磁気シールド材2に、スパイラルコイル1の形状に相当する凹部及びスパイラルコイル1の引出部4(4a,4b)を収納する引出部用溝5(5a,5b)を設けた圧粉成形コアを用いている。換言すれば、磁気シールド材2には、その中央部および外周部に位置決めのための突起部(凸部)が設けられる。
この磁気シールド材2の形状としては、図6(a)乃至(c)に示されるような磁気シールド材12,22,32であってもよく、複数のスパイラルコイルに対応した形状のものであってもよい。つまり、凸部はスパイラルコイル1の位置決めを容易にする役割を併せ持っており、スパイラルコイル1の位置決めを容易にするものであれば、どのようが形状であってもよい。また、前記位置決めの精度が特に重要でない場合は、図6(d)に示されるように、磁気シールド材42として突起部の無い平板を用いることができる。
なお、このような圧粉成形材を使用する場合は、金型からの抜きを容易にするためと、後に続くカバーシート3a,3bの貼り付け時にカバーシート3a,3bを傷つけないようにするために、エッジが面取された形状になるように設計するのが好ましい。
次に、図2に示したようにスパイラルコイル1を磁気シールド材2の凹部に挿入して一体化させる。この時、スパイラルコイル1の外周及び内周からの引出部4a,4bは、磁気シールド材2の引出部溝5a,5bにそれぞれ収納させる。この後、図3に示されたカバーシート3a、3bを上下から挟み込むようにして接着させ、スパイラルコイル1と磁気シールド材2の一体物の外側でカバーシート3a,3bを密着させることで図1に示したようなアンテナ装置6が完成する。
スパイラルコイル1と磁気シールド材2の接着をより確実に行うために、図4に示されるように、接着層20を用いることもできる。即ち、図4の構成では、スパイラルコイル1と磁気シールド材2との間に接着層20が介在することになる。この場合、スパイラルコイル1で発生した熱をより有効に磁気シールド材側に逃す目的で、熱伝導材を含有した熱伝導性の接着剤を用いることができる。
完成品では、スパイラルコイル1と磁気シールド材2とがカバーシート3a,3bにより完全に隠されており、またスパイラルコイル1からの引出部5がカバーシート3a,3bの間から引き出された形態となっている。
集合体をカバーシート3a,3bで覆うときに、図7(a)に示されるように、外部との接続を容易にするための端子部9をカバーシート3a,3bの間に挟み込んで使用することができる。端子部9は外部回路のコネクタに直接挿入できるタイプであってもよいし、外部端子と先端がバネで伸縮する可動型プローブピンとしてのボゴピン等で接続できるような電気的コンタクト可能な十分な領域を有するランドを有したものであればよい。
図7(b)は他の例であり、端子部10は磁気シールド材の上面あるいは磁気シールド材の一部に切欠き部10aを設け、当該切欠き部10aに端子部10を配置している。端子部10の外周側はカバーシート3aにより覆われた構造となっている。端子部10は切欠き部10aから外部に露呈しているので、外部との接続は容易となる。
このような製造方法によれば、アンテナ装置6は、(1)スパイラルコイル1の磁気シールド材2への組み込み、(2)カバーシート3a,3bでの接着、封止、の二つの工程で作製できるので作製が容易であり、また磁気シールド材2の形状により、スパイラルコイル1の位置決め精度を良好とすることができるので、アンテナ装置6の性能が安定化する。さらに、金属磁性粉末を使用した磁気シールド材2がカバーシート3a,3bにより安全に密封されているので、金属磁性粉の周辺回路に飛散を防止し電気的な不具合を起こす事態を回避することができる。
また、このようなアンテナ装置6は、図5(a)に示されるように回路基板、当該回路基板を覆うエンクロージャー等の金属シールド及びバッテリーバック等、本体7の一部を構成する部分や、図5(b)に示されるように筐体8側に貼りつけて用いられる。よってそれら本体7や筺体8への貼付け部分に相当する側のカバーシート3a又は3bを両面接着タイプ仕様にしておけば、特別な工程を追加することなく、剥離シートを剥してそのまま張り付けて使用することができることとなる。
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、スパイラルコイル1と、金属粉末と結合剤を混練して作製した磁気シールド材2と、カバーシート3a,3bと、からなり、上記磁気シールド材2が上記スパイラルコイル1の位置決めを行う部分を有し、上記スパイラルコイル1を上記磁気シールド材2に設置してなる集合体を、粘着性を有する上記カバーシート3a,3bにより接着密封するアンテナ装置6が提供される。
従って、第1の実施形態に係るアンテナ装置によれば、磁気シールド材にはスパイラルコイルの位置決めをする部分が形成されているので、スパイラルコイルの位置決めが容易で、更に、磁気シールドとスパイラルコイルの集合体を、上下から粘着性を有するカバーシートにより挟み込むようにして接着しているので、作製が極めて容易となる。さらに、粘着性を有するカバーシートは集合体をはみ出した部分にて互いに接着されるので、集合体を完全に封止することになり、振動、衝撃等の外力が加わることにより磁気シールド材の欠けや、磁気シールド材を構成する金属粒子の脱落が生じても外部に放出されないので、周辺電気回路に対して悪影響を及ぼすことがない。
<第2の実施形態>
次に、図8,9を参照して、本発明の第2の実施形態に係るアンテナ装置の構成について説明する。
図8,9に示されるように、アンテナ装置16は、導線を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル11と、磁性粒子と結合剤を混練して作製した磁気シールド材17、及び、その外周側に配置された他のスパイラルコイル21、他の磁気シールド材18、そしてこれらの全部分を被覆するように貼り付けられるカバーシート13a,13bを備えている。スパイラルコイル11は、導線の端部に引出部14a,14bを有し、他のスパイラルコイル21は、導線の端部に引出部24a,24bを有している。
磁気シールド材17には、引出部14(14a,14b)を埋設するための引出部用溝15(15a,15b)が設けられており、スパイラルコイル11の内周側の引出部(導線端部)14bは引出線用溝15bに沿って、スパイラルコイル11の外周側の引出部(導体端部)14aは引出部用溝15aに沿って、それぞれ磁気シールド材17の外側に導かれている。
この引出部用溝15は、引出部14を固定させることから、スパイラルコイル11の位置決めがより確実にでき、更に引出部14の端部位置を限定するので、外部回路との接合が容易となる。また、内周側からの引出部14bを磁気シールド材17の中に埋設させるので、この導線の厚さに相当する分、アンテナ装置16全体の厚みを薄くすることができる。さらに、アンテナ装置16の厚さに余裕があり、また外部回路との接続も容易な場合には、磁性シールド材17に設ける引出部用溝15a,15bの一方あるいは両方を省略することができる。
図8,9に示される例では、磁気シールド材17の外周側に他のスパイラルコイル21と他の磁気シールド材18を設けているが、磁気シールド材17はスパイラルコイル11と同様に、他のスパイラルコイル21と他の磁気シールド材18を埋め込むような形状としてもよい。
カバーシート13a,13bは、基材となる誘電体シートの片面、あるいは両面に粘着層を形成したシートで他のスパイラルコイル21や他の磁性シールド材18よりも大きな面積を有する。カバーシート13a,13bは、スパイラルコイル11、他のスパイラルコイル21、磁気シールド材17、他の磁気シールド材18を上下から覆うようにして接着され、その端部が集合体よりも外側において相互に密着される。したがって、最終的には、図8,9に示したように、カバーシート13a,13bの密着部がアンテナ装置16の縁を形成し、スパイラルコイル11の引出部14、他のスパイラルコイル21の引出部24が当該縁から外側に引き出された形態となる。
磁気シールド材17は、金属磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。磁性粒子はFe系、Co系、Ni系、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Si−Al系、Fe−Ni−Si−Al系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはFe−Si−B系、Fe−Si−B−Cr系、Co−Si−B系、Co−Zr系、Co−Nb系、Co−Ta系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。磁気シールド材17は、上記磁性粒子の他に、熱伝導性や粒子充填性等を向上させるためのフィラーを含むことができる。
そして、この磁気シールド材17に用いる磁性粒子には、粒径が数μm〜200μmの球形、回転楕円体形、あるいは粉砕された粉末を用いるが、単体の磁性粉のみならず粉径、材質、形状の異なる粉末を混合して用いても良い。金属磁性粒子を用いる場合には、複素透磁率が周波数特性を有しており、動作周波数が高くなると表皮効果により損失が生じるので、使用する周波数の帯域に応じて粒径及び形状を調整する。また、アンテナ装置16のインダクタンス値は、磁気シールド材17の実部平均透磁率(以下、単に平均透磁率という。)に大きく依存するが、この平均透磁率は磁性粉と樹脂との混合比率により調整することができる。
磁性粉を多く充填すると磁気シールド材17の平均透磁率を向上させることができるが、結合剤の割合が少なくなるので、例えば、金属粒子と結合剤を混練してシート化する場合は、気泡が入りやすくシート化することが困難になる。また充填率を上げるために金属粒子と結合剤を金型に充填し高圧プレス及び加熱処理して作製した、所謂圧粉成形品においては金属粒子が脱落しやすくなる。このため、金属磁性粒子の充填率はこれら不具合点も考慮して決める。
また、磁気シールド材17は、材質、充填率の異なる複数の磁気シールド材を組み合わせた積層構造、複合構造として用いることができ、更に強度補強あるいは防錆処理等の目的で樹脂を含浸させたり、コーティングを施したりすることができる。
他の磁気シールド材18としては、磁気シールド材17と同じ磁性粒子と結合体からなる材料、あるいは材質、配合量を変更した材料を用いることができる。更に、Mn−Zn、Ni−Zn系の酸化物磁性体や、Fe系、Co系、Ni系、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Si−Al系、Fe−Ni−Si−Al系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはFe−Si−B系、Fe−Si−B−Cr系、Co−Si−B系、Co−Zr系、Co−Nb系、Co−Ta系等のアモルファス金属磁性体を用いることができる。
以上説明したように、本発明の第2の実施形態によれば、一のスパイラルコイル11及び他のスパイラスコイル21と、金属粉末と結合剤を混練して作製した一の磁気シールド材17及び他の磁性シールド材18と、カバーシート13a,13bと、からなり、上記スパイラルコイル11,21を上記磁気シールド材17,18に設置してなる集合体を粘着性を有する上記カバーシート13a,13bにより接着密封するアンテナ装置16が提供される。
従って、第2の実施形態に係るアンテナ装置によれば、粘着性を有するカバーシートは集合体をはみ出した部分にて互いに接着されるので、集合体を完全に封止することになり、磁気シールド材の欠けや、磁気シールド材を構成する金属粒子の脱落が生じても外部に放出されないので、周辺電気回路に対して悪影響を及ぼすことがない。
<第3の実施形態>
次に、図10乃至12を参照して、本発明の第3の実施形態に係る複合アンテナ装置の構成について説明する。
図10に示されるように、複合アンテナ装置50は、一のアンテナ装置56と他のアンテナ装置63とからなる。他のアンテナ装置63は、他のスパイラルコイル61と、一方の面が他のスパイラルコイル61に密着して設置される他の磁性シールド材62とからなる。他のアンテナ装置63は、一のアンテナ装置56を後述するように覆うカバーシート53a,53bのうち、上面のカバーシート53aの上に配設される。
ここで、カバーシート53a,53bで覆うときに、図11(a)に示されるように外部との接続を容易にするための端子部71をカバーシート53a,53bの間に挟み込んで使用することもできる。端子部71は、外部回路のコネクタに直接挿入できるタイプであってもよいし、外部端子とボゴピン等で接続できるような電気的コンタクト可能な十分な領域を有するランド72,73を有したものであればよい。端子部71はカバーシート53a,53bから外部に突出しているので、外部回路との接続も容易である。
図11(b)は他の例であり、端子部76,78がカバーシート53a,53bの間に設けられており、カバーシート53aの一部に開口部76a,78aが設けられ、当該開口部76a,78aから端子部76,78が露出した構造となっている。この構成においても、各端子部76,78は、電気的コンタクト可能な十分な領域を有するランド77,79を有している。端子部76,78は開口部76a,78aから露呈しているので外部回路との接続も容易である。
一方、一のアンテナ装置56は図12(内部の構造を説明するためにカバーシート53a,53bの図示を省略)に示されるように、導線を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル51と、磁性粒子と結合剤を混練して作製した磁気シールド材52、及び、スパイラルコイル51を磁気シールド材52に組み込んだ集合体(図12)の全部分を覆うように貼り付けられたカバーシート53a,53bを備える。
スパイラルコイル51は、導線の端部に引出部54(54a,54b)を有しており、引出部54a,54bに整流回路等を接続することによって二次側回路を構成する。
磁気シールド材52には、引出部54(54a,54b)を埋設するための引出部用溝55(55a,55b)が設けられており、スパイラルコイル51の内周側の引出部54bは引出部用溝55bに沿って、スパイラルコイル51の外周側の引出部54aは引出部用溝55aに沿って、それぞれ磁気シールド材52の外側に導かれる。
さらに、引出部用溝55は、引出部54を固定させることから、スパイラルコイル51の位置決めがより確実にでき、更に引出部54の端部位置を限定するので、外部回路との接合が容易となる。また、内周側からの引出線54bを磁気シールド材52の中に埋設させるので、この導線の厚さに相当する分、一のアンテナ装置56全体の厚みを薄くすることができる。一のアンテナ装置56の厚さに余裕があり、また外部回路との接続も容易な場合は磁性シールド材52に設ける引出部用溝55a,55bの一方あるいは両方を省略することができる。
カバーシート53a,53bは、基材となる誘電体シートの片面、あるいは両面に粘着層を形成したシートで磁性シールド材52よりも大きな面積を有する。カバーシート53a,53bは、スパイラルコイル51を磁気シールド材52に組み込んでなる集合体を上下から覆うようにして接着され、その端部が当該集合体よりも外側において相互に密着される。したがって、最終的に図9に示したように、カバーシート53a,53bの密着部が一のアンテナ装置56の縁を形成し、スパイラルコイル51の引出部54のみが、当該縁から外側に引き出された形態となる。
磁気シールド材52は、金属磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。磁性粒子は、第1,2の実施形態と同様、Fe系、Co系、Ni系、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Si−Al系、Fe−Ni−Si−Al系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはFe−Si−B系、Fe−Si−B−Cr系、Co−Si−B系、Co−Zr系、Co−Nb系、Co−Ta系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。磁気シールド材52は上記磁性粒子の他に、熱伝導性や粒子充填性等を向上させるためのフィラーを含むことができる。
また、前述した第1,2実施形態と同様に、磁気シールド材52に用いる磁性粒子には、粒径が数μm〜200μmの球形、回転楕円体形、あるいは粉砕された粉末を用いるが、単体の磁性粉のみならず、粉径、材質、形状の異なる粉末を混合して用いても良い。金属磁性粒子を用いる場合には、複素透磁率が周波数特性を有しており、動作周波数が高くなると表皮効果により損失が生じるので、使用する周波数の帯域に応じて粒径及び形状を調整する。
また、一のアンテナ装置56のインダクタンス値は、磁気シールド材2の実部平均透磁率(以下、単に平均透磁率という。)に大きく依存するが、この平均透磁率は磁性粉と樹脂との混合比率により調整することができる。
磁性粉を多く充填すると、磁気シールド材52の平均透磁率を向上させることができるが、結合剤の割合が少なくなるので、例えば、金属粒子と結合剤を混練してシート化する場合は、気泡が入り易くシート化することが困難になる。また、充填率を上げるために金属粒子と結合剤を金型に充填し高圧プレス及び加熱処理して作製した、所謂圧粉成形品においては金属粒子が脱落し易くなる。このため、金属磁性粒子の充填率はこれら不具合点も考慮して決める。
また、磁気シールド材52は材質、充填率の異なる複数の磁気シールド材を組み合わせた積層構造、複合構造として用いることができ、更に強度補強あるいは防錆処理等の目的で樹脂を含浸させたり、コーティングを施したりすることができる。
そして、他の磁気シールド材62としては、磁気シールド材52と同じ磁性粒子と結合剤からなる材料、あるいは材質、配合量を変更した材料を用いることができ、磁気シールド材52と同じものを用いる場合は省略することができる。更に、Mn−Zn、Ni−Zn系の酸化物磁性体や、Fe系、Co系、Ni系、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Si−Al系、Fe−Ni−Si−Al系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはFe−Si−B系、Fe−Si−B−Cr系、Co−Si−B系、Co−Zr系、Co−Nb系、Co−Ta系等のアモルファス金属磁性体を用いることができる。
結合剤には、熱、紫外線照射等により硬化する樹脂等を用いる。結合剤としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができる。これらに限られないことは言うまでもない。なお、上述の樹脂又はゴムに、難燃剤、反応調整剤、潤滑剤、架橋剤又はシランカップリング剤等の表面処理剤を適量加えてもよい。
また、スパイラルコイル51、他のスパイラルコイル61を形成する導線は0.15mm〜0.5mmの径のCu又はCuを主成分とする合金からなる単線を用いることが好ましい。あるいは、導線の表皮効果を低減させるために、上述の単線よりも細い細線を複数本束ねた並行線、編線を用いてもよく、厚みの薄い平角線又は扁平線を用いて1層、又は2層のα巻としてもよい。更に、コイル部を薄くするために導体を誘電体基材の片面あるいは両面に薄くパターニングして作製したFPCコイルを用いることもできる。但し、これらには限定されない。
以下、図10乃至14を参照して、この複合アンテナ装置の製造方法の一例について説明する。
まず、図12に示すように、スパイラルコイル51、磁気シールド材52、カバーシート53a,53b(図では省略されている)を用意する。ここでは、磁気シールド材52に、スパイラルコイル51の形状に相当する凹部及びスパイラルコイル51の引出部54(54a,54b)を収納する引出部用溝55(55a,55b)を設けた圧粉成形コアを用いている。この磁気シールド材52の形状は、先に図6(a)乃至(d)で示したようなものであってもよく、突起の無い平板形状であってもよい。なお、このような圧粉成形材を使用する場合は、金型からの抜きを容易にするためと、後に続くカバーシート53a,53bの貼り付け時にカバーシート53a,53bを傷つけないようにするために、エッジが面取された形状になるように設計するのが好ましい。
次に、図12に示したように、スパイラルコイル51を磁気シールド材52の凹部に挿入して一体化させる。この時、スパイラルコイル51の外周及び内周からの引出部54a,54bは、磁気シールド材52の引出部溝55a,55bにそれぞれ収納させる。この後、図13に示したようなカバーシート53a,53bを上下から挟み込むようにして接着させ、スパイラルコイル51と磁気シールド材52の一体物の外側でカバーシート53a,53bを密着させる。
この後、他の磁気シールド材62と、他のスパイラルコイル61を、上記密着しているカバーシート53a,53bのカバーシート53a面上の所定の位置に順次接着していく。他の磁気シールド材62と、他のスパイラルコイル61は、予め接合一体化しておいたものを用いても良く(つまり、他のアンテナ装置56として組み立てられた状態)、その場合、一のアンテナ装置56の突起部が、他のアンテナ装置63の内径を規制するような大きさにしておくことで、他のアンテナ装置63の位置決めを容易にする。
このような手順により図10に示したような複合アンテナ装置50が完成する。完成品では、スパイラルコイル51と磁気シールド材52が、カバーシート53a,53bにより完全に隠されており、またスパイラルコイル51からの引出部54がカバーシート53a,53bの間から引き出された形態となっている。
なお、スパイラルコイル51と磁気シールド材52との接着を確実に行うために、図14に示されるように、接着層57を用いることもできる。即ち、スパイラルコイル51と磁気シールド材52との間に接着層57が介在してもよい。この場合、スパイラルコイル51で発生した熱をより有効に磁気シールド材52側に逃す目的で熱伝導材を含有した熱伝導性の接着層を用いることができる。
このような製造方法によれば、複合アンテナ装置50は、(1)スパイラルコイル51の磁気シールド材52への組み込み、(2)カバーシート53a,53bでの接着、封止、(3)他のアンテナ装置63の貼り付け、の三つの工程で作製できるので、作製が容易である。また、スパイラルコイル61の位置決め精度が良いので、アンテナ装置50の性能が安定化する。さらに、金属磁性粉末を使用した磁気シールド材52がカバーシート53a,53bにより安全に密封されているので、金属磁性粉の周辺回路に飛散を防止し、電気的な不具合を起こす事態を回避することができる。
尚、このようなアンテナ装置50も、先に図5(a)に示したように、回路基板、当該回路基板を覆うエンクロージャー等の金属シールド及びバッテリーパック等、本体7の一部を構成する部分や、先に図5(b)に示したように、筐体側8に貼り付けて用いられるので、それら貼りつけ部分に相当する側のカバーシート3a,3b(本実施形態では、符号53a,53bに相当)の全面、あるいは一部を両面接着仕様にしておくことで、特別な工程を追加することなく、剥離シートを剥してそのまま張り付けて使用することができる。
以上説明したように、本発明の第3の実施形態によれば、スパイラルコイル51と、金属磁性粉と結合剤を混練成形してなる磁気シールド材52とが、二つのカバーシート53a,53bにより挟み込むようにして接着され、上記二つのカバーシート53a,53bが端部で互いに接合された一のアンテナ装置56と、上記カバーシート53aの上記接合部の面上に他のスパイラルコイル61と他の磁気シールド材62を設置してなる他のアンテナ装置63とを具備したことを特徴とする複合アンテナ装置50が提供される。
従って、上記効果に加えて、一方の金属粉末と結合剤を混練して作製された磁気シールド材52を用いる一のアンテナ装置56が、上下から粘着性を有するカバーシート53a,53bにより挟み込むようにして接着密封されているので、金属磁性粉の脱落、飛散の心配がなく、更に他のアンテナ装置63は、上記カバーシート53aの面に形成されるので、その設置に必要な面積を小さくすることができる。
以上、本発明の第1乃至第3の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されることなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。例えば、本実施形態に係るアンテナ装置、複合アンテナ装置は、スマートフォン等の電子機器への適用が可能である。
1,11 スパイラルコイル
2,12,17,22,32 磁気シールド材
3a,3b,13a,13b,53a,53b カバーシート
4,4a,4b 引出部
5,5a,5b,15a,15b,55、55a,55b 引出部用溝
6,16,50 アンテナ装置
7 本体
8 筐体
9 端子部
14,14a,14b 引出部
18,42,62 他の磁気シールド材
20,57 接着層
21,61 他のスパイラルコイル
24,24a,24b 引出部
54,54a,54b 引出部
56 一のアンテナ装置
63 他のアンテナ装置
64,64a,64b 引出部
70 複合アンテナ装置
71,76,78 端子部
72,73,77,79 ランド

Claims (20)

  1. 金属磁性粉と結合剤を混練成形してなる磁気シールド材と、
    上記磁気シールド材の一方の面に配置されたスパイラルコイルと、を備え、
    上記アンテナ装置の全面がカバーシートによって被覆されている
    アンテナ装置。
  2. 上記カバーシートは2つであり、上記2つのカバーシートが、上記スパイラルコイルと上記磁気シールド材に密着して完全に覆い、上記磁気シールド材の外側にて上記2つのカバーシートが互いに接着されている
    請求項1記載のアンテナ装置。
  3. 上記カバーシートが、片面あるいは両面に粘着性を有する
    請求項1記載のアンテナ装置。
  4. 上記スパイラルコイルが、接着層を介して上記磁気シールド材に接着される
    請求項1記載のアンテナ装置。
  5. 上記磁気シールド材は、平板状である
    請求項1記載のアンテナ装置。
  6. 外部回路と接続するための端子部を更に有する
    請求項1記載のアンテナ装置。
  7. 上記端子部は、上記カバーシートにより挟まれており、当該カバーシートから外部に突出するように形成されている
    請求項6記載のアンテナ装置。
  8. 上記磁気シールド材の一部に切欠き部が設けられ、上記端子部は当該切欠き部に配置されている
    請求項6記載のアンテナ装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれか記載のアンテナ装置を含む電子機器。
  10. 第1の磁性材料により形成された第1の磁性シートと、上記第1の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第1のループコイルと、を備えた第1のアンテナ装置と、
    上記第1の磁性シートと異なる第2の磁性材料により形成された第2の磁性シートと、上記第2の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第2のループコイルと、を備えた第2のアンテナ装置と、を有し、
    上記第1のループコイルの内側には、上記第1の磁性シートが設けられておらず、且つ上記第2の磁性シート及び第2のループコイルが設けられており、
    上記第1及び第2のアンテナ装置を含む全面がカバーシートによって被覆されている
    複合アンテナ装置。
  11. 上記第1及び第2の磁気シートのうち少なくとも一つが磁性粉と接合体を混練成形してなる磁性体である
    請求項10に記載の複合アンテナ装置。
  12. 第1の磁性材料により形成された第1の磁性シートと、上記第1の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第1のループコイルと、を備えた第1のアンテナ装置と、
    上記第1の磁性シート上であって、上記第1のループコイルの内側に設けられ、面状に巻回された第2のループコイルを備えた第2のアンテナ装置と、を有し、
    上記第1及び第2のアンテナ装置を含む全面がカバーシートによって被覆されている
    複合アンテナ装置。
  13. 第1の磁性材料により形成された第1の磁性シートと、上記第1の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第1のループコイルと、を備えた第1のアンテナ装置と、
    上記第1の磁性シートと異なる第2の磁性材料により形成された第2の磁性シートと、上記第2の磁性シート上に設けられ、面状に巻回された第2のループコイルと、を備えた第2のアンテナ装置と、を有し、
    上記第1のアンテナ装置の全面がカバーシートによって被覆されており、
    上記カバーシートの上に上記第2のアンテナ装置が配設される
    複合アンテナ装置。
  14. 上記カバーシートが、片面あるいは両面に粘着性を有する
    請求項10乃至13のいずれかに記載の複合アンテナ装置。
  15. 上記第1のループコイルが、接着層を介して上記第1の磁性シートに接着される
    請求項10乃至13のいずれかに記載の複合アンテナ装置。
  16. 外部回路と接続するための端子部を更に有する
    請求項10乃至13のいずれかに記載の複合アンテナ装置。
  17. 上記端子部は、上記カバーシートにより挟まれており、当該カバーシートから外部に突出するように形成されている
    請求項16記載の複合アンテナ装置。
  18. 上記カバーシートの一部に開口部が設けられ、上記端子部は当該開口部から露呈している
    請求項16記載の複合アンテナ装置。
  19. 請求項10乃至18のいずれかに記載の複合アンテナ装置を含む電子機器。
  20. 非接触電力伝送用のアンテナ装置である
    請求項10乃至18のいずれかに記載の複合アンテナ装置。
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