JP2015070367A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて長い通信距離を得られる近距離無線通信用のアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１ａは、第１の領域Ａ１を囲むように形成された平面導体パターンによって構成されるアンテナ部３と、第１の領域Ａ１に配置された磁心部５ａとを備え、磁心部５ａは、アンテナ部３と同一平面内に配置された第１の部分４ａを含むことを特徴とする。アンテナ装置１ａによれば、磁心部５ａがアンテナ装置１ａのインダクタンスを高める役割を果たすので、磁心部５ａを有しない従来品に比べて、長い通信距離を得ることが可能になる。【選択図】図２

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に近距離無線通信用のアンテナ装置に関する。

ＮＦＣ(Near Field Communication)と呼ばれる近距離無線通信は、近距離無線通信に対応する端末装置と、リーダ／ライタとの間で行われる通信である。近距離無線通信用の端末装置の具体的な例としては、携帯電話やスマートフォンなどの無線通信装置や、カード型電子マネーに対応する非接触型ＩＣカードなどが挙げられる。

近距離無線通信用の端末装置には、リーダ／ライタとの間で信号の送受信を行うためのアンテナ装置が搭載される。特許文献１には、そのようなアンテナ装置の例が開示されている。

特開２００７−１２６８９号公報

近距離無線通信は、元々ごく短い距離での信号の送受信を目的とした通信である。しかしながら近年では、近距離無線通信にもできるだけ通信距離を長くすることが求められるようになってきている。

したがって、本発明の目的のひとつは、従来に比べて長い通信距離を得られる近距離無線通信用のアンテナ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明によるアンテナ装置は、第１の領域を囲むように形成された平面導体パターンによって構成されるアンテナ部と、前記第１の領域に配置された磁心部とを備え、前記磁心部は、前記アンテナ部と同一平面内に配置された第１の部分を含むことを特徴とする。

本発明によれば、磁心部がアンテナ装置のインダクタンスを高める役割を果たすので、磁心部を有しない従来品に比べて、長い通信距離を得ることが可能になる。

上記アンテナ装置において、おもて面に前記アンテナ部が形成された基体をさらに備え、前記磁心部は、前記平面導体パターンに比べて前記基体から遠い位置に配置された第２の部分をさらに含み、前記第１の部分は、前記第２の部分と前記基体の間に位置することとしてもよい。こうすれば、アンテナ装置の通信距離をさらに延ばすことが可能になる。なお、この場合において、前記第１の部分と前記第２の部分とは、同一の平面形状を有することが好適である。

このアンテナ装置においてさらに、前記基体は非磁性の材料によって構成され、前記基体のうら面を覆うように配置された磁性基板をさらに備えることとしてもよい。こうすれば、基体のうら面側にバッテリーなどの金属体があったとしても、それによるアンテナ装置のインダクタンスの低下を防止することができる。

このアンテナ装置においてさらに、前記磁心部は、前記基体と同一平面内に配置された第３の部分をさらに含み、前記第３の部分と前記磁性基板とは互いに接触していることとしてもよい。また、前記基体は前記第１の領域に設けられた開口部を有し、前記第３の部分は、前記開口部内に設けられることとしてもよい。こうすれば、磁心部と磁性基板とを一体のものとして構成できる。なお、これらの場合において、前記第１の部分と前記第２の部分とは、同一の平面形状を有することが好適である。

上記アンテナ装置において、前記基体は磁性基板であり、前記第１の部分と前記基体とは互いに接触していることとしてもよい。これによれば、基体が、アンテナ部の土台としての役割と、基体のうら面側に存在し得る金属体の影響によるインダクタンス低下を防止する役割との両方を果たすので、前者の役割を非磁性の基体に担わせ、かつ後者の役割を該非磁性の基体のうら面に配置した磁性基板に担わせる場合に比べ、アンテナ装置を薄型化することが可能になる。

上記各アンテナ装置において、前記磁心部は、前記平面導体パターンの径方向周囲に位置する第２の領域にさらに配置されることとしてもよい。これによれば、アンテナ装置のインダクタンスをより高めることが可能になる。

本発明によれば、磁心部がアンテナ装置のインダクタンスを高める役割を果たすので、磁心部を有しない従来品に比べて、長い通信距離を得ることが可能になる。

本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置１ａの斜視図である。 （ａ）は、図１に示したＡ−Ａ線に対応するアンテナ装置１ａの断面図であり、（ｂ）はアンテナ装置１ａの上面図である。 本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置１ｂの分解斜視図である。 （ａ）はアンテナ装置１ｂの断面図であり、（ｂ）はアンテナ装置１ｂの上面図である。 本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置１ｃの分解斜視図である。 （ａ）はアンテナ装置１ｃの断面図であり、（ｂ）はアンテナ装置１ｃの上面図である。 （ｉ）は本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置１ｄの断面図であり、（ｊ）はアンテナ装置１ｄの斜視図である。また、（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）は製造途中におけるアンテナ装置１ｃの断面図であり、（ｂ）（ｄ）（ｆ）（ｈ）はそれぞれ（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）に対応するアンテナ装置１ｃの斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置１ａは、図１及び図２に示すように、基体２ａと、アンテナ部３と、磁心部５ａとを備えて構成される。アンテナ装置１ａは、図示しない制御装置とともに、上述した近距離無線通信用の端末装置（携帯電話やスマートフォンなどの無線通信装置、非接触型ＩＣカードなど）に搭載されるもので、図示しないリーダ／ライタが送信した信号を受信して制御装置に出力するとともに、制御装置が生成した信号をリーダ／ライタに向けて送信する役割を担う。

基体２ａは、例えば樹脂などの非磁性の材料からなるフィルム状の部材である。基体２ａを構成する樹脂としては、ポリイミドを用いることが好適である。具体的には、フレキシブルプリント基板を基体２ａとして使用することが好適であるが、フレキシブルプリント基板のような柔軟性を有しない部材であっても、基体２ａとして使用することは可能である。

アンテナ部３は、基体２ａのおもて面に形成された平面スパイラル形状の導体パターンによって構成される。図２に示した第１の領域Ａ１はアンテナ部３の中央領域であり、アンテナ部３を構成する平面導体パターンは、第１の領域Ａ１を囲むように形成されている。アンテナ部３は、基体２ａの表面に導体パターンを印刷することによって形成してもよいし、基体２ａの全面に形成された導体箔をエッチングすることによって形成してもよい。アンテナ部３の巻回数は、１以上であればよい。図１及び図２には、巻回数が４である場合を例示している。

図１及び図２（ｂ）に示したアンテナ部３の端部３ａ，３ｂは、図示しない制御回路に接続される。図示しないリーダ／ライタが発する電磁波が第１の領域Ａ１を通過すると、アンテナ部３に誘導電流が発生する。この誘導電流は、端部３ａ，３ｂを通じて、図示しない制御回路に供給される。これにより、リーダ／ライタから端末装置への信号の送信が実現される。一方、図示しない制御回路が生成した信号が端部３ａ，３ｂを通じてアンテナ部３に供給されると、電磁誘導によって、アンテナ部３の周囲に誘導磁場が発生する。リーダ／ライタがこの誘導磁場を受信することにより、端末装置からリーダ／ライタへの信号の送信が実現される。

磁心部５ａは、磁性粉含有樹脂やフェライト基板などの高い透磁率を有する磁性材料であり、基体２ａのおもて面のうち第１の領域Ａ１内に相当する部分に形成される。磁心部５ａの具体的な形成方法としては、磁心部５ａが磁性粉含有樹脂である場合には塗布又はスクリーン印刷、磁心部５ａがフェライト基板である場合には接着剤による貼り付けを用いることが好適である。

磁心部５ａは、図２（ａ）に示すように、同一の平面形状を有する第１及び第２の部分４ａ，４ｂによって構成される。第１の部分４ａはアンテナ部３と同一平面内に配置された部分であり、第２の部分４ｂと基体２ａの間に位置している。第１の部分４ａの平面的な広がりは、基体２ａに余白部分を設ける必要があることを考慮して、第１の領域Ａ１より少し小さい程度に設定される。第２の部分４ｂは、アンテナ部３を構成する平面導体パターンに比べて基体２ａから遠い位置に配置された部分であり、基体２ａとは反対の方向へ第１の部分４ａを延長したと仮定した場合の、第１の部分４ａの延長部分に相当する。

磁心部５ａが存在していることにより、アンテナ装置１ａのインダクタンスは、磁心部５ａが存在していないと仮定した場合に比べて高められている。したがって、アンテナ装置１ａでは、磁心部５ａを設けない場合に比べて、長い通信距離を得ることが可能となっている。また、特に第２の部分４ｂは、アンテナ部３の周囲に発生する誘導磁場を構成する磁束をリーダ／ライタ方向に膨らませる効果を有するので、アンテナ装置１ａでは、さらに長い通信距離を得ることが可能になっている。

以上説明したように、アンテナ装置１ａによれば、磁心部５ａがインダクタンスを高める役割を果たすので、磁心部を有しない従来品に比べて、長い通信距離を得ることが可能になる。また、特に磁心部５ａが第２の部分４ｂを含むことにより、より長い通信距離を得ることが実現される。

次に、本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置１ｂは、図３及び図４と図１及び図２とを比較すると理解されるように、基体２ａに開口部２ｏが設けられている点、磁心部５ａが第３の部分４ｃをさらに含む点、及び、磁性基板６をさらに備える点で第１の実施の形態によるアンテナ装置１ａと相違し、他の点ではアンテナ装置１ａと同様である。以下、相違点に着目して説明する。

基体２ａの開口部２ｏは、図４（ａ）（ｂ）に示すように、必要な余白部分を残したうえで、第１の領域Ａ１に相当する領域のほぼ全域にわたって設けられる。別の言い方をすれば、基体２ａは、アンテナ部３を構成する平面導体パターンの形成領域と、その周囲に必要となる余白領域とだけを残し、その他の部分が切り取られた形状を有している。基体２ａは、うら面に貼り付けた両面テープ（不図示）によって、磁性基板６と接着される。

磁心部５ａの第３の部分４ｃは、開口部２ｏ内に配置された磁性材料によって構成される。第３の部分４ｃの平面形状は、第１及び第２の部分４ａ，４ｂの平面形状と同一とすることが好ましい。開口部２ｏ内に配置されていることから、第３の部分４ｃは、基体２ａと同一平面内に配置されている。磁心部５ａの第１〜第３の部分４ａ〜４ｃは一体に形成されており、第３の部分４ｃは、基体２ａの方向へ第１の部分４ａを延長したと仮定した場合の、第１の部分４ａの延長部分に相当する。

磁性基板６は、基体２ａのうら面を覆うように配置された平板状の磁性材料であり、具体的にはフェライト基板によって構成される。磁性基板６は、図４（ａ）から理解されるように、基体２ａのうら面の全面及び磁心部５ａの第３の部分４ｃのうら面（磁性基板６側の面）の全面と接している。上述したように、基体２ａと磁性基板６の間は両面テープ（不図示）によって接着される。

ここで、本実施の形態では、一枚のフェライト基板を加工することによって、磁心部５ａ及び磁性基板６を一体的に形成することが好適である。具体的に説明すると、フェライト基板の表面を、第１の領域Ａ１に相当する部分のみ残して掘り下げることにより、磁心部５ａ及び磁性基板６を形成することが好適である。この場合、掘り下げられずに突出した部分が磁心部５ａとなり、掘り下げ部の底面より下側に位置する部分が磁性基板６となる。ただし、磁性基板６の表面に磁性粉含有樹脂を塗布又はスクリーン印刷する方法や、他のフェライト基板を貼り付ける方法により、磁心部５ａを形成することも可能である。

本実施の形態によるアンテナ装置１ｂによれば、第１の実施の形態によるアンテナ装置１ａと同様の効果の他に、磁性基板６による遮蔽効果により、基体２ａのうら面側に近接して導体が配置されることによるアンテナ装置１ｂのインダクタンスの低下を防止することが可能になる。この効果は、アンテナ装置１ｂが携帯電話やスマートフォンなどの無線通信装置に搭載されるものである場合に、特に有用である。つまり、これらの無線通信装置では、アンテナ装置１ｂのインダクタンスの低下の原因となり得る金属製バッテリーが、基体２ａのうら面側に近接して配置されることが多い。アンテナ装置１ｂでは、基体２ａのうら面側に磁性基板６を設けていることから、このような金属製バッテリーによるアンテナ装置１ｂのインダクタンスの低下が好適に防止される。

さらに、アンテナ装置１ｂによれば、基体２ａに開口部２ｏを設けてその内部に磁心部５ａの第３の部分４ｃを配置し、磁性基板６と第３の部分４ｃとが接するようにしているので、上述したように、磁心部５ａ及び磁性基板６を一体的に形成することが可能になる。したがって、製造コストを下げることが可能になる。

次に、本発明の第３の実施の形態によるアンテナ装置１ｃは、図５及び図６と図３及び図４とを比較すると理解されるように、磁心部５ｂをさらに備える点、及び、磁心部５ｂに対応して磁性基板６の面積が拡大している点で第２の実施の形態によるアンテナ装置１ｂと異なり、他の点ではアンテナ装置１ｂと同様である。以下、相違点に着目して説明する。

磁心部５ｂは、アンテナ部３の径方向周囲に位置する第２の領域Ａ２に配置される。具体的には、アンテナ部３を径方向から取り囲むように配置された一定幅の線状の磁性体であり、磁心部５ａと同様、第１〜第３の部分４ａ〜４ｃを含んで構成される。磁心部５ａと磁心部５ｂとの間には溝５ｇが形成されており、基体２ａ及びアンテナ部３はこの溝５ｇの内部に収納される。なお、磁心部５ｂは、磁心部５ａと同様の形成方法により、磁心部５ａと同一の工程で形成することが好適である。

アンテナ装置１ｃによれば、磁心部５ｂが存在していることにより、アンテナ装置１ｂに比べてさらに高いインダクタンスが実現される。したがって、アンテナ装置１ｃによれば、アンテナ装置１ｂよりもさらに長い通信距離を得ることが可能になる。

次に、本発明の第４の実施の形態によるアンテナ装置１ｄは、図７（ｉ）（ｊ）と図３及び図４とを比較すると理解されるように、基体２ａ及び磁性基板６に代えて基体２ｂを有するとともに、磁心部５ａ，５ｂが第３の部分４ｃを含まない点で第３の実施の形態によるアンテナ装置１ｃと相違し、他の点ではアンテナ装置１ｃと同様である。以下、相違点に着目して説明する。

基体２ｂは、アンテナ装置１ｃを構成する磁性基板６と同様の平板状の磁性材料であり、具体的にはフェライト基板によって構成される。本実施の形態によるアンテナ部３は、基体２ｂのおもて面に形成される。また、本実施の形態による磁心部５ａの第１の部分４ａは、基体２ｂのおもて面に接している。

本実施の形態によるアンテナ装置１ｄによれば、磁性基板である基体２ｂが、アンテナ部３の土台としての役割と、基体２ｂのうら面側に存在し得る金属体の影響によるインダクタンス低下を防止する役割との両方を果たす。したがって、前者の役割を非磁性の基体２ａに担わせ、かつ後者の役割を該基体２ａのうら面に配置した磁性基板６に担わせるアンテナ装置１ｃに比べ、アンテナ装置の薄型化が実現される。

以下、アンテナ装置１ｄの製造方法について、図７を参照しながら説明する。

まず、図７（ａ）（ｂ）に示すように、磁性基板である基体２ｂを用意する。そして、図７（ｃ）（ｄ）に示すように、基体２ｂのおもて面にアンテナ部３を形成する。この工程は、導体膜の印刷によって行うことが好適である。

次に、図７（ｅ）（ｆ）に示すように、基体２ｂのおもて面に樹脂膜７を印刷する。このとき、樹脂膜７の膜厚をアンテナ部３の全体を覆う程度とする一方、磁心部５ａ，５ｂの形成領域が樹脂膜７に覆われないようにする必要がある。こうして形成した樹脂膜７は、次工程におけるフェライトの印刷時に、アンテナ部３を構成する平面導体パターンが移動してしまうことを防止する役割を果たす。

続いて、図７（ｇ）（ｈ）に示すように、基体２ｂのおもて面に磁心部５ａ，５ｂを形成する。この工程は、ペースト状のフェライトを印刷することによって行うことが好適である。

最後に、焼成を行うことにより、磁心部５ａ，５ｂを基体２ｂに固着させるとともに、樹脂膜７を蒸発させる。以上の工程により、図７（ｉ）（ｊ）に示すアンテナ装置１ｄが完成する。

以上説明したように、図７に示した製造方法によれば、非磁性の基体２ａ及び磁性基板６に代えて磁性基板である基体２ｂを有するアンテナ装置１ｄを形成することが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記各実施の形態では、磁心部５ａの第１及び第２の部分４ａ，４ｂの平面形状が同一であるとしたが、第１及び第２の部分４ａ，４ｃの平面形状は必ずしも同一でなくてもよい。そのような場合の例としては、例えば、磁心部５ａの上面が膨らんでおり、膨らんだ部分の上端の一部分のみが、アンテナ部３を構成する平面導体パターンに比べて基体２ａから遠い位置に位置して第２の部分４ｂを構成している例などが挙げられる。第３の部分４ｃの平面形状についても同様であり、第１及び第２の部分４ａ，４ｃの平面形状と必ずしも同一でなくてもよい。

また、上記各実施の形態では、アンテナ部３の平面的な形状を角丸正方形としているが、アンテナ部３の平面的な形状はアンテナ装置が搭載される端末装置内の空間の形状によって決定されるものであり、長方形、角丸長方形、円形、長円形など各種の形状となることがあり得る。本発明は、アンテナ部３の平面的な形状によらず適用可能である。

１ａ〜１ｄ アンテナ装置
２ａ 基体（非磁性の部材）
２ｂ 基体（磁性基板）
２ｏ 開口部
３ アンテナ部
３ａ，３ｂ アンテナ部の端部
４ａ 磁心部５ａ，５ｂの第１の部分
４ｂ 磁心部５ａ，５ｂの第２の部分
４ｃ 磁心部５ａ，５ｂの第３の部分
５ａ 第１の領域Ａ１に配置される磁心部
５ｂ 第２の領域Ａ２に配置される磁心部
５ｇ 溝
６ 磁性基板
７ 樹脂膜
Ａ１ 第１の領域
Ａ２ 第２の領域

Claims (9)

1. 第１の領域を囲むように形成された平面導体パターンによって構成されるアンテナ部と、
   前記第１の領域に配置された磁心部とを備え、
   前記磁心部は、前記アンテナ部と同一平面内に配置された第１の部分を含む
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. おもて面に前記アンテナ部が形成された基体をさらに備え、
   前記磁心部は、前記平面導体パターンに比べて前記基体から遠い位置に配置された第２の部分をさらに含み、
   前記第１の部分は、前記第２の部分と前記基体の間に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１の部分と前記第２の部分とは、同一の平面形状を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記基体は非磁性の材料によって構成され、
   前記基体のうら面を覆うように配置された磁性基板をさらに備える
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
5. 前記磁心部は、前記基体と同一平面内に配置された第３の部分をさらに含み、
   前記第３の部分と前記磁性基板とは互いに接触している
   ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記基体は前記第１の領域に設けられた開口部を有し、
   前記第３の部分は、前記開口部内に設けられる
   ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１の部分と前記第３の部分とは、同一の平面形状を有する
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のアンテナ装置。
8. 前記基体は磁性基板であり、
   前記第１の部分と前記基体とは互いに接触している
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
9. 前記磁心部は、前記平面導体パターンの径方向周囲に位置する第２の領域にさらに配置される
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

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