JP3362607B2

JP3362607B2 - トランスポンダ用アンテナ及びトランスポンダ

Info

Publication number: JP3362607B2
Application number: JP22131096A
Authority: JP
Inventors: 貴則遠藤; 政美三宅; 隆土田; 誠朗八幡
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 2003-01-07
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: JPH1075113A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトランスポンダ用ア
ンテナ及びトランスポンダに係り、特に４０ｋＨｚ〜２
００ｋＨｚにおいて作動するＩＤカード用、定期券／回
数券用など人が携帯するのに好適なトランスポンダ用ア
ンテナ及びトランスポンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アンテナとしてはフェライト製磁芯に巻
き線を施したものや、磁芯を持たず導線のみを巻いたコ
イルが用いられている。また交流磁場で使用するアンテ
ナでは、薄板を積層した磁芯を用いることにより渦電流
による損失を防止している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＩＤカード用、定期券
／回数券用など人が携帯するトランスポンダに従来のア
ンテナを用いた場合は下記の問題が生じる。

【０００４】フェライトは硬く、可撓性がないため、曲
げたとき割れるため、ポケットに入れ携帯するには適さ
ない。

【０００５】磁芯を持たないコイルでは、図２（ａ）の
ように、同心的な渦巻状コイル１とすることにより薄く
することはできるが、このコイル１を有するトランスポ
ンダ２をポケット内において硬貨１０や、タバコの包み
のアルミ箔等が図２（ｂ）の如くコイル軸心と垂直とな
るようにトランスポンダ２に重なった場合、特性が低下
する。使用の度にトランスポンダをポケットから取り出
すようにすればかかる特性低下は回避されるが、著しく
不便である。また、ポケットから取り出して使用する場
合、水滴または雪などが付着し、特性が低下することが
ある。

【０００６】金属製の磁芯を交流で使用する場合は、相
互に絶縁した電気抵抗の高い磁性材料の薄板を積層して
渦電流による損失を防止することが広く行なわれてい
る。磁性材料の電気抵抗が高く厚さが薄いほどこの効果
は大きいが、周波数が数１０ｋＨｚを超えると現在量産
されており工業的に使用できる最も電気抵抗が高く厚さ
が薄い磁性材料（アモルファス金属電気抵抗；１３７
Ω、厚さ；２３μ）を用いても、損失が多く使用できな
い。

【０００７】本発明は、厚みが小さく、可撓性があり、
しかも高周波でも損失が小さく、硬貨や包装用アルミ箔
等の影響を受けにくいトランスポンダ用アンテナと、こ
のアンテナを用いたトランスポンダを提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のトランスポンダ
用アンテナは、金属製の薄板を積層した磁芯と、該磁芯
に対し磁芯の長手方向と平行方向に巻き付けられたコイ
ルとを備えてなり、該薄板は、その角縁部を斜めにカッ
トした形状又は角縁部が凸に湾曲した形状であることを
特徴とするものである。

【０００９】かかるトランスポンダ用アンテナにあって
は、磁芯が金属薄板の積層体よりなるため、薄く、可撓
性があり、また高周波損失が小さい。

【００１０】この金属薄板は、楕円形状、あるいは円や
楕円を平行な２弦に沿ってカットした形状であっても良
い。

【００１１】金属薄板の材料としては軟質磁性材料を用
いるが特に磁気特性が良好で固有抵抗の大きい材料が望
ましい。例えばアモルファス磁性材料（Ａｌｌｉｅｄ
Ｓｉｇｎａｌ（アライドシグナル）社製のＭＥＴＡＧＬ
ＡＳ２７１４Ａ（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ系）、
２６０５Ｓ−２、２６０５ＳＣ、２８２６ＭＢ）、鉄ニ
ッケル合金（ＪＩＳ２５３１ＰＢＰＣ）、珪素鋼
（ＪＩＳ２５５３Ｚ６Ｈ，ＲＣ６ＨＬＧ０９Ｓ０
９）等が好ましく、とりわけＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓ
ｉ系アモルファス磁性材料が好ましい。

【００１２】金属薄板は他の材料を挟まず金属薄板のみ
を積層してもよいが、金属薄板の表面に塗料を塗布す
る、表面を酸化させる等の方法で絶縁した金属薄板を積
層しても良い。また金属薄板相互の絶縁を完全にするた
め紙、高分子材料のフイルム等の絶縁材を金属薄板の間
に挟み積層しても良い。

【００１３】導線として通常は円径断面の導線を用いる
が、特に小型化したい場合は矩形断面の導線を用いる。
また導線の材料としては通常は純銅を用いるが振動等が
掛かるため強度を要する場合はクロム銅、特に小型化し
たい場合は導電率の高い銀、信頼性が重要な場合は耐食
性が優れた金、軽量化のためにアルミを用いる等、純銅
以外の材料を用いることが適当である場合もある。

【００１４】この磁芯に対し、コイルを磁芯の長手方向
と平行方向に巻回することにより、数１０ｋＨｚ以上の
高周波域でも損失が著しく低下することが見出された。
さらに、この損失の大部分が磁芯の角縁部で生じている
こと、そして、この角縁部を図３（ａ）の磁芯４Ａのよ
うに斜めにカットした形状とするか又は図３（ｂ）の磁
芯４Ｂのように凸に湾曲した形状とすることにより損失
が低下することが見出された。

【００１５】このトランスポンダ用アンテナは、トラン
スポンダに組み込まれた場合、磁束はトランスポンダの
板面と平行方向に流れるようになるため、トランスポン
ダの板面に硬貨やアルミ箔が重なっても、磁束は硬貨や
アルミ箔によって殆ど影響を受けない。

【００１６】本発明のトランスポンダは、金属薄板を積
層した磁芯に導線を巻いた板状アンテナ２個および渦巻
き状に導線を巻いた空芯アンテナ１個を有してなり、３
個のアンテナの軸方向が直交３方向となっているトラン
スポンダにおいて、板状アンテナとして本発明のトラン
スポンダ用アンテナを用いたものである。

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明のトランスポンダ用
アンテナの参考例を示す斜視図、図３（ａ）、（ｂ）は
実施の形態に係るトランスポンダ用アンテナの磁芯の平
面図である。このアンテナ３は、金属薄板を積層してな
る磁芯４にコイル５を巻回してなるものである。

【００１９】この金属薄板としてはアモルファスのアラ
イドシグナル社製、ＭＥＴＧＬＡＳ２７１４Ａ（Ｃｏ−
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ系）などが好適であり、その厚み
は２０〜５０μｍが好ましい。金属薄板の積層枚数は３
〜１６枚が好ましい。この金属薄板を積層してなる磁芯
２のコイルの軸方向と垂直方向の磁芯の寸法Ａとコイル
の軸方向と平行方向の磁芯の寸法Ｂとの比Ｂ／Ａは、１
以下とりわけ０．４〜１．０特に０．５〜０．９が好ま
しい。

【００２０】この金属薄板を図３（ａ）のように角縁部
を斜めに直線的にカットした形状、又は図３（ｂ）のよ
うに凸に湾曲した形状とすることにより磁芯の損失が低
下する。

【００２１】図３（ａ）のように斜めに直線的にカット
した形状とする場合、カットする辺の長さ（図３（ａ）
の寸法ａ）が２〜１２ｍｍとりわけ３〜１０ｍｍとくに
４〜８ｍｍとなるようにするのが好ましい。図３（ｂ）
のように凸に湾曲した形状とする場合、この湾曲の曲線
は円弧であることが好ましいが、楕円弧などであっても
良い。円弧状に凸に湾曲させる場合、曲率半径Ｒが２〜
１５ｍｍとりわけ３〜１２ｍｍとくに４〜１０ｍｍとな
るようにするのが好ましい。

【００２２】コイル５としては、線径（直径）１００〜
２００μｍの導線を巻き付けるのが好ましい。このコイ
ル５を形成する場合、導線を磁芯２の長手方向と平行方
向に巻き付ける。このコイル５を巻き付けた状態におい
て、アンテナ３の厚みは０．４ｍｍ以下とりわけ０．３
ｍｍ以下であることが好ましい。

【００２３】このアンテナ３を回路チップと共に合成樹
脂中に埋設することによりトランスポンダが構成され
る。このトランスポンダにあっては、一般に使用されて
いるクレジットカードなどと同じく幅は５４ｍｍ、長さ
は８６ｍｍとすることが好ましい。これより大きいと携
帯にはかさばりすぎ、これより小さいと紛失しやすい、
取り扱いに不便等の問題が生じる。厚さはクレジットカ
ードなどと同じく０．７６ｍｍ又はそれ以下の厚さとす
るのが好ましい。

【００２４】本発明の実施の形態に係るトランスポンダ
は、図４のようにかかる薄板状アンテナ６，７を２個、
コイル軸心線方向（アンテナの軸方向）を直交させて板
状トランスポンダ８内に配置し、かつこのトランスポン
ダ８内に空芯の渦巻き状コイル９よりなる空芯アンテナ
を、その軸心方向が板状トランスポンダの板面と直交方
向となるように配置したものである。従って、アンテナ
６，７とコイル９よりなるアンテナとの軸心方向は直交
３方向である。１１はチップ状回路を示す。

【００２５】トランスポンダをＩＤカード、自動改札定
期券等としてポケット等に収納したまま使用する場合
は、質問機のアンテナとトランスポンダ方向は不特定で
あるから、トランスポンダはいずれの方向の電波にも感
応しうるものである必要がある。板状トランスポンダ
に、軸が直交するように板状アンテナを２個設ければ、
板の面に平行ないずれの方向にも感応するようにするこ
とができるが、面に垂直な面に感応させることはできな
い。また渦巻き状のアンテナでは面に平行な方向に感応
させることはできない。これに対し、図４の板状トラン
スポンダでは、該トランスポンダの指向方向にかかわり
なく、全方位からの電波に感応させることができる。即
ち、Ｘ方向の電波に対してはアンテナ７が感応し、Ｙ方
向の電波に対してはアンテナ６が感応し、Ｚ方向の電波
に対しては空芯のアンテナ（コイル）９が感応する。

【００２６】図５のように、トランスポンダ１２の表面
に磁気ストライプ１３等の磁気記録層を設け、内部に本
発明のアンテナ１４を設けても良い。このトランスポン
ダ１２は、接触式及び非接触式のいずれにも共用でき
る。なお、磁気記録のない表面には目視による判断を行
なえるようにする印刷を施しても良い。また、アンテ
ナ、回路又は磁気記録層のいずれにも該当しない部分に
エンボス加工１５を施し、印字をより明瞭にすると共
に、書き換え、摩損に対する耐久性を高めることもでき
る。１６はチップ状回路を示す。

【００２７】

【実施例】（実験例１参考例及び比較例）磁芯材料として幅５０ｍｍ、厚さ２５μｍのアライドシ
グナル社製ＭＥＴＡＧＬＡＳ２７１４Ａよりなるシー
ト状素材を用い、これを表１に示す寸法に切断し、大気
中２５０℃で１０ｍｉｎ加熱した後、急冷した。これを
表１に示す厚さとなる枚数だけ積層して磁芯とした。直
径０．１５ｍｍの絶縁導線をコイルのＬがほぼ３ｍＨと
なる回数だけ磁芯に巻き付けた。第１参考例にあって
は、図６（ａ）のように導線を磁芯の長手方向と平行方
向に巻回し、第１比較例にあっては、図６（ｂ）のよう
に導線を磁芯の長手方向と垂直方向に巻回した。

【００２８】このようにして製造したアンテナについ
て、横河ヒューレッド・パッカード社製ＬＣＲ測定器４
２８４Ａを用いて抵抗Ｒを測定し、下式により磁芯に起
因する抵抗を評価した。Ｒ_１＝Ｒ−Ｒ_２Ｒ_１；磁芯による抵抗、Ｒ；測定された抵抗、Ｒ_２；コ
イルの直流抵抗結果を表１に示す。表１より、磁芯の長
手方向と平行方向にコイルを巻回することにより、抵抗
が著しく小さくなることが明らかである。

【００２９】なお、図６（ａ），（ｂ）に、コイルの軸
心と垂直方向の磁心の寸法Ａ、コイルの軸心と平行方向
の磁芯の寸法Ｂ及び磁芯の厚さを示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】（実験例２実施例及び比較例）アライドシグナル社製ＭＥＴＡＧＬＡＳ２７１４Ａ
幅５０ｍｍ、厚さ０．０２５ｍｍのシート状素材を５０
ｍｍ×２５ｍｍに切断した。なお、実施例Ａにあって
は、４個の角縁部を図３（ａ）及び図７のように斜め
にカットした（ａ＝６ｍｍ）。実施例Ｂにあっては、４
個の角縁部を図３（ｂ）及び図７のように円弧状とな
るようにカットした（Ｒ＝６ｍｍ）。比較例Ｄにあって
は、図７のように角縁部は直角のままとした。なお、
実施例Ｃとして、このシート状素材を長径５０ｍｍ、短
径３０ｍｍの図７に示す楕円形に切断したものを作成
した。

【００３２】次に、大気中２５０℃で１０ｍｉｎ加熱
後、急冷した。これを３枚重ねて磁芯とした。この磁芯
の長辺と平行方向に直径０．１５ｍｍの絶縁導線を８５
回／段として２段巻きしてアンテナを構成した。なお、
このコイルの直流電気抵抗は２０．４Ωであった。

【００３３】各アンテナについて、磁芯に起因する抵抗
Ｒ_１（Ω）を実験例１と同様にして測定した。結果を表
２に示す。表２の通り、磁芯の角縁部を落すことにより
抵抗がかなり小さくなる。

【００３４】

【表２】

【００３５】（実験例３実施例及び比較例）アライドシグナル社製ＭＥＴＡＧＬＡＳ２７１４Ａ
幅５０ｍｍ、厚さ０．０２５ｍｍのシート状素材を図７
〜に示す形状に切断した。なお、図７〜におい
て、各形状の左右方向の最大幅はいずれも５０ｍｍ、縦
方向の最大幅は３０ｍｍである。図７の、、は実
施例に係り、は比較例に係る。

【００３６】次に、大気中２５０℃で１０ｍｉｎ加熱
後、急冷した。これを３枚重ねて磁芯とした。、、
についてはこの磁芯の長辺と平行方向に、またにつ
いては長手対角線と平行方向に、それぞれ直径０．１５
ｍｍの絶縁導線を８５回／段として２段巻きしてアンテ
ナを構成した。なお、このコイルの直流電気抵抗は２
０．４Ωであった。

【００３７】各アンテナについて、１２０ｋＨｚにおけ
る磁芯に起因する抵抗Ｒ_１（Ω）を実験例１と同様にし
て測定した。結果を表３に示す。なお、表３には実験例
２のＡ〜Ｄの１２０ｋＨｚにおける測定結果を併せて示
す。表３の通り、磁芯の角縁部を落すことにより抵抗が
かなり小さくなる。

【００３８】

【表３】

【００３９】（実験例４）（第２参考例）アライドシグナル社製ＭＥＴＡＧＬＡＳ２７１４Ａ
幅５０ｍｍ、厚さ０．０２５ｍｍのシート状素材を５０
ｍｍ×２５ｍｍに切断し、大気中２５０℃で１０ｍｉｎ
加熱後急冷し、３枚重ねて磁芯とした。

【００４０】この磁芯に長辺と平行方向に直径０．１６
ｍｍの絶縁導線を１８０回巻回した。

【００４１】（比較例）一方、直径０．１６ｍｍの導線を４００回巻回した空芯
コイルよりなるアンテナを製作した。

【００４２】（測定）これらのアンテナについて、図２（ｂ）のようにコイル
中心に１０円硬貨をのせて磁芯による抵抗Ｒ_１（Ω）を
実験１，２と同様にして測定した。結果を表４に示す。
表４の通り、トランスポンダとして実用周波数域である
４０〜２００ｋＨｚにおいて、第２参考例のアンテナは
抵抗が小さいことが明らかである。

【００４３】

【表４】

【００４４】

【発明の効果】本発明のアンテナは、磁芯が可撓性を有
しており、屈曲による破損が防止される。また、薄くか
つコイル軸方向をトランスポンダの板面と平行方向とす
ることができるため、トランスポンダに硬貨やアルミ箔
が重なっても特性が殆ど低下しない。このアンテナは高
周波での損失が小さい。

【００４５】本発明では、磁芯の角縁部が斜めにカット
した形状又は角縁部が凸に湾曲した形状であるため、高
周波での損失が著しく小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】参考例に係るアンテナの斜視図である。

【図２】従来のアンテナを有するトランスポンダの平面
図と斜視図である。

【図３】実施例に係るアンテナの磁芯の平面図である。

【図４】（ａ）図はトランスポンダの平面図、（ｂ）図
はトランスポンダの側面図である。

【図５】磁気カード兼用のトランスポンダを示すもので
あり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は側面図である。

【図６】磁芯の寸法及びコイルの巻回方法の説明図であ
る。

【図７】磁心の形状を示す平面図である。

【符号の説明】

１渦巻状コイル２トランスポンダ３アンテナ４，４Ａ，４Ｂ磁芯５コイル１０硬貨１１，１６チップ状回路１２トランスポンダ１３磁気ストライプ１４アンテナ１５エンボス加工

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者八幡誠朗東京都千代田区大手町一丁目６番１号知財サービス株式会社内 (56)参考文献特開平７−170218（ＪＰ，Ａ) 特開平５−267922（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−136609（ＪＰ，Ｕ) 実公昭62−17901（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 1/00 - 1/10 H01Q 1/27 - 1/52 H01Q 5/00 - 11/20 H04B 5/00 - 5/06 G06K 19/00 - 19/08 G06K 17/00 - 17/00 560 B42D 15/10 - 15/02 521 B42D 15/10 - 15/10 551 G01S 13/75

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の薄板を積層した磁芯と、該磁芯
に対し磁芯の長手方向と平行方向に巻き付けられたコイ
ルとを備えてなり、該薄板は、その角縁部を斜めにカッ
トした形状又は角縁部が凸に湾曲した形状であることを
特徴とするトランスポンダ用アンテナ。
【請求項２】請求項１において、前記薄板は前記形状
の角縁部を有した矩形であることを特徴とするトランス
ポンダ用アンテナ。
【請求項３】金属薄板を積層した磁芯に導線を巻いた
板状アンテナ２個および渦巻き状に導線を巻いた空芯ア
ンテナ１個を有してなり、３個のアンテナの軸方向が直
交３方向となっているトランスポンダにおいて、前記板
状アンテナは請求項１又は２に記載のものであることを
特徴とするトランスポンダ。