JP3920143B2

JP3920143B2 - アンテナ用コイル

Info

Publication number: JP3920143B2
Application number: JP2002138950A
Authority: JP
Inventors: 剛佐藤
Original assignee: Sumida Corp
Current assignee: Sumida Corp
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP2003332822A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ用コイルに関し、バーコードの代替技術として知られているRFID(Radio Frequency-Identification；電波方式認識)等の無線通信技術に用いられる、例えば車載用のキーレスエントリ、タイヤの空気圧センサ等に使用されるアンテナ用コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばRFID等の、日常生活において種々の用途に利用される無線通信技術が注目されているが、このような無線通信技術において微小なアンテナ用コイルの開発は極めて重要である。
【０００３】
このような微小なアンテナ用コイルとしては、例えば、全長が１cm程度の磁性体巻軸部に導線を700〜800回程度、複数層に亘って巻回したものが知られている。その導線の巻回操作は、例えば図６に示すように、導線を巻軸部１１４の一端側（鍔部１１６Ａ）から他端側（鍔部１１６Ｂ）まで巻軸部１１４の表面に沿って第１層目を巻回した後、折り返して、他端側（鍔部１１６Ｂ）から一端側（鍔部１１６Ａ）まで第２層目を巻回し、その後第３層目、第４層目を同様にして順次折り返しながら形成していくことによりなされ、これによりコイル部１２０が形成される。このような巻回操作によるものをソレノイド巻と称している。
【０００４】
なお、このアンテナ用コイル１１０に対してコンデンサを並列に接続し、このコイルを形成する導線の始端および終端を受信機本体に接続するように構成することで所定の共振周波数におけるデータ受信を可能とすることができる。
【０００５】
通常、上述したコイルにおいては、導線（コイル）の線輪間や端子電極間に浮遊容量成分（寄生容量成分）が発生し、この浮遊容量成分とコイルのインダクタンス成分とで共振現象が発生する。そのような共振現象による共振周波数は「自己共振周波数」と称され、回路上でコイル（インダクタ）として使用できる最大の周波数となり、通常、コイルの使用周波数は自己共振周波数の1/2〜1/5以下とされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ソレノイド巻によるアンテナ用コイルは、上述した如く導線が巻軸部の一端側から他端側まで巻回された後、折り返して該一端側まで巻回されることになるので、例えば、図６中において、この一端側で上下に隣り合う導線１１８Ａ、１１８Ｂは巻回数が大きく異なるものとなる。つまり、層の長さＬ２が大きなものとなることから、これに伴って大きな浮遊容量成分が発生することになる。このことは上記他端側の第２層目と第３層目においても同様である。
【０００７】
このような大きな浮遊容量成分は、自己共振周波数の大きな低下をもたらす。自己共振周波数が大きく低下し、使用周波数がその自己共振ピークの裾の部分の近傍に位置する状態となると、部品間の性能のバラツキにより、使用周波数におけるインダクタンス値も部品によって大きなバラツキが生じたものとなる。また、使用周波数が上記裾の部分の近傍に位置する状態となると、温度変化によってもインダクタンス値が大きく変化してしまう。
【０００８】
しかして、コイルのインダクタンス値はコンデンサの容量とともに、使用する周波数を決定するための要素であり、その使用する周波数毎に、各々対応した値とされているものであるため、インダクタンス値が変化すると、受信のための共振周波数にずれが生じ、使用周波数における受信が困難となったり、受信可能範囲が狭くなったりするという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、導線の巻回層間に発生する浮遊容量成分を減少させることで、部品間での特性のバラツキあるいは温度変化に伴うコイルのインダクタンス値の変化を減少させ、製品によってあるいは周囲温度の変化によって受信感度が不良となる事態を防止しうるアンテナ用コイルを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した問題発生の原因は、導線の巻回層間に発生する浮遊容量成分が過大となることによる。
【００１１】
そこで、本発明のアンテナ用コイルは、２つの鍔部と巻軸部が設けられた磁性材料からなる巻芯と、該巻芯の該２つの鍔部間において、該巻芯の該巻軸部に巻回された複数層の導線からなるコイル部とを備えたアンテナ用コイルにおいて、該コイル部は、一方の鍔部側から前記導線を１層づつ重ねながら、内側から外側に向かうに従って該一方の鍔部側に傾くように、または外側から内側に向かうに従って他方の鍔部側へ傾くように巻回し、この巻回操作を前記巻芯の該他方の鍔部側にずらしながら行なうようにして形成されるバンク巻きとするとともに、前記巻芯はフェライトにより形成され、かつ前記コイル部は、前記巻芯に直接巻回されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記２つの鍔部は、前記巻芯の両端に形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記コイル部の巻回操作は、内側から外側に向けて前記導線を巻回する操作と、外側から内側に向けて前記導線を巻回する操作を交互に繰り返しながら前記巻芯の長手方向に移動していくことが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るアンテナ用コイルについて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ用コイル１０を示す部分断面図であり、図２は、このアンテナ用コイル１０の巻芯１２を示す斜視図である。
【００１６】
この巻芯１２は、角柱状の巻軸部１４の両端部分に鍔部１６Ａ、１６Ｂを備えてなり、良好な磁気特性を有するフェライト材料により全長１ｃｍ程度のサイズに形成されたものである。
この巻芯１２に対し、バンク巻によって細い導線１８を７００〜８００回程度巻回したコイル部２０を設けることによりアンテナ用コイル１０が形成される。
【００１７】
ここで、バンク巻とは、一方の鍔部側から導線を１層づつ重ねながら、外側に向かうに従って該一方の鍔部側に傾くように巻回し、この巻回操作を前記巻芯の他方の鍔部側にずらしながら行なうようにして形成する巻回手法である。
【００１８】
すなわち、図１に示すように、一端側の鍔部１６Ａの内側壁面に沿って、巻軸部１４の周りに、１巻目（図中１）の巻回操作を行い、次に他端側方向に１ピッチずらして２巻目（図中２）の巻回操作を行い、次に、一端側方向に１ピッチ戻るよう、かつ第２層目を形成するように３巻目（図中３）の巻回操作を行う。次に３巻目の直上に４巻目（図中４）を形成して第３層目を形成するように巻回操作を行い、この後５巻目（図中５）、６巻目（図中６）を他端側方向に１ピッチずらすよう、かつ外側から内側に向かって巻回するように巻回操作を行い、この後７巻目（図中７）、８巻目（図中８）、９巻目（図中９）、を他端側方向に１ピッチずらすよう、かつ内側から外側に向かって巻回するように巻回操作を行い、この後図１中のコイル部２０内に矢印線で示すような順で、同様の巻回操作を繰り返して行なう。
【００１９】
このようにして、導線の巻回が他端側の鍔部１６Ｂまで終了するとコイル部２０の作製作業が終了する。
【００２０】
このように、本実施形態のものでは、コイル部２０の巻回操作において、内側から外側に向けて導線を巻回する操作と、外側から内側に向けて導線を巻回する操作を交互に繰り返しながら巻芯１２の長手方向に移動していくようにしているので、図１からも明らかなように、巻回操作が容易であり、また巻姿が良好で巻崩れが起こりにくいものとすることができる。
【００２１】
ところで、このようなバンク巻を採用した場合には、前述した従来技術におけるソレノイド巻を採用した場合に比べ、導線の巻回層間に発生する浮遊容量を大幅に減少させることが可能となる。
【００２２】
すなわち、図１に示す例では、互いに上下に位置する導線の巻回数の差は、最大で、たかだか８回程度となる。つまり、層の長さＬ１は従来技術として表わした図６に示す例における層の長さＬ２と比べると大幅に減少させ得ることが明らかである。これにより、浮遊容量成分の大幅な減少を可能としている。
【００２３】
このように、本実施形態のアンテナ用コイルにおいては、浮遊容量成分を大幅に低減させることができるため、この浮遊容量成分Ｃ_Ｐとコイル（インダクタ）のインダクタンス成分Ｌとで発生する自己共振周波数ｆ_Ｐ（＝１／（２π（ＬＣ_Ｐ）^１／２））の値を上げることができる。
【００２４】
自己共振周波数が大きく上昇し、使用周波数（使用する共振周波数）をその自己共振ピークの裾の部分から低周波側に離れた、特性が安定した部分に位置させることができるので、部品間の性能のバラツキや周囲温度の大きな変化によっても、使用周波数においてインダクタンス値が大きく変化することがなくなる。
【００２５】
前述したように、インダクタンス値はコンデンサの容量とともに、使用周波数を決定するための要素であり、その使用周波数毎に、各々その周波数に対応した値とされているものであるが、本実施形態のものでは、使用周波数におけるインダクタンス値が大幅に変化することがないので、受信のための共振周波数が安定したものとなり、使用周波数における受信が困難となったり、受信可能範囲が狭くなったりするという事態を回避することができる。
【００２６】
図３は、本実施形態のアンテナ用コイル１０を一般的なスイッチ開閉回路に適用した例を示す回路図である。すなわち、アンテナ用コイル１０と並列に所定容量のコンデンサ３０が接続され、アンテナ用コイル１０の導線両端は受信制御手段１００に接続されている。また、この受信制御手段１００はスイッチ２００を開閉し得るように構成されている。
【００２７】
アンテナ用コイル１０は、そのインダクタンス成分Ｌとコンデンサ３０の容量成分Ｃにより決定される使用周波数ｆ（＝１／（２π（ＬＣ）^１／２））の電波信号に対して共振し、これに応じて受信制御手段１００に所定の信号が受信されたことが認識される。受信制御手段１００はこれに応じてスイッチ２００を閉状態に設定し、スイッチ２００を有する回路（受信制御手段１００中に配されている）がＯＮ状態に設定されることになる。本実施形態のアンテナ用コイル１０をこのようなスイッチ開閉回路に適用すると、部品間での特性のバラツキや周囲温度の変化があっても受信感度が不良となるおそれがないので、スイッチ２００を有する回路のＯＮ／ＯＦＦ切替えが誤って行なわれることがない。
【００２８】
図４は、本実施形態のアンテナ用コイル１０および比較例としてのソレノイド巻のアンテナ用コイルの周波数−インダクタンス特性を各々示すものであり、いずれも使用周波数１２５ＫＨｚにおいて７．２２ｍＨのインダクタンス値となるように設定されている。
【００２９】
図４によれば、自己共振周波数のピーク位置は、比較例のものが５５０ＫＨｚ程度と低い値であるのに対し、本実施形態のものでは２．４ＭＨｚ程度と高い値となっている。
これにより、この比較例では、部品間の特性のバラツキが大きい場合には、使用周波数である１２５ＫＨｚにおいて、インダクタンス値が大きく変化してしまうのに対し、本実施形態のものでは、そのようなおそれがない。
【００３０】
また、図５は、本実施形態のアンテナ用コイル１０および比較例としてのソレノイド巻のアンテナ用コイルの周囲温度−インダクタンス変化率の関係を各々示すグラフである。
本実施形態および比較例のいずれもが、周囲温度２５℃（常温）においてインダクタンス変化率が０となるように設定されている。
【００３１】
図５によれば、比較例のものが、温度変化に対するインダクタンス変化率が大であるのに対し、本実施形態のものでは温度変化に対するインダクタンス変化率が小であることが明らかである。
【００３２】
このように、本実施形態のものでは、部品間の特性のバラツキや周囲温度の変化が大きい場合であってもインダクタンスの変化を小さくすることができるので、そのような場合に従来技術において問題となっていた受信感度の低下という事態が発生するおそれがない。
【００３３】
なお、本発明のアンテナ用コイルとしては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、コイル部２０の巻回操作において、内側から外側に向けて導線を巻回する操作と、外側から内側に向けて導線を巻回する操作を交互に繰り返すようにしているが、内側から外側に向けて導線を巻回する操作のみ、あるいは外側から内側に向けて導線を巻回する操作のみを繰り返し行なうようにすることも可能である。
【００３４】
また、上述した２つの鍔部１６Ａ、１６Ｂは、巻芯１２の両端に形成されているが、鍔部は巻芯の途中に設けられていてもよい。
【００３５】
さらに、上述した巻芯１２はフェライトにより形成されているが、巻芯の形成材料としてはこれに限られるものではなく、他の一般的な巻芯材料（強磁性体）から選択することが可能であり、例えば、パーマロイ、センダスト、鉄カルボニル等の材料を用いることが可能であり、これらの微粉末を圧縮成型したダストコアを使用することも勿論可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のアンテナ用コイルによれば、導線をバンク巻により巻芯に巻回しており、従来技術におけるソレノイド巻を採用した場合に比べ、導線の巻回層間に発生する浮遊容量を大幅に減少させることが可能となる。
【００３７】
これにより、この浮遊容量成分Ｃ_Ｐとコイルのインダクタンス成分Ｌとで発生する自己共振周波数ｆ_Ｐの値を上昇させることができ、使用周波数をその自己共振ピークの裾の部分から低周波側に離れた、特性が安定した部分に位置させることができるので、部品間の性能のバラツキや周囲温度の大きな変化によっても、使用周波数においてインダクタンス値が大きく変化することがなくなる。
【００３８】
これにより、受信のための共振周波数が安定したものとなり、使用周波数における受信が困難となったり、受信可能範囲が狭くなったりするという事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンテナ用コイルを示す部分断面図
【図２】図１に示すアンテナ用コイルの巻芯を示す斜視図
【図３】図１に示すアンテナ用コイルを一般的なスイッチ開閉回路に適用した例を示す回路図
【図４】図１に示すアンテナ用コイルおよび比較例としてのソレノイド巻きのアンテナ用コイルの周波数−インダクタンス特性を各々示す図
【図５】図１に示すアンテナ用コイルおよび比較例としてのソレノイド巻きのアンテナ用コイルの周囲温度−インダクタンス変化率の関係を各々示すグラフ
【図６】従来技術によるアンテナ用コイルを示す概略図
【符号の説明】
１０、１１０アンテナ用コイル
１２巻芯
１４、１１４巻軸部
１６Ａ、１６Ｂ、１１６Ａ、１１６Ｂ鍔部
１８、１１８Ａ、１１８Ｂ導線
２０、１２０コイル部
３０コンデンサ
１００受信制御手段
２００スイッチ

Claims

２つの鍔部と巻軸部が設けられた磁性材料からなる巻芯と、該巻芯の該２つの鍔部間において、該巻芯の該巻軸部に巻回された複数層の導線からなるコイル部とを備えたアンテナ用コイルにおいて、
該コイル部は、一方の鍔部側から前記導線を１層づつ重ねながら、内側から外側に向かうに従って該一方の鍔部側に傾くように、または外側から内側に向かうに従って他方の鍔部側へ傾くように巻回し、この巻回操作を前記巻芯の該他方の鍔部側にずらしながら行なうようにして形成されるバンク巻きとするとともに、
前記巻芯はフェライトにより形成され、かつ
前記コイル部は、前記巻芯に直接巻回されていることを特徴とするアンテナ用コイル。
前記２つの鍔部は、前記巻芯の両端に形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ用コイル。
前記コイル部の巻回操作は、内側から外側に向けて前記導線を巻回する操作と、外側から内側に向けて前記導線を巻回する操作を交互に繰り返しながら前記巻芯の長手方向に移動していくことを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ用コイル。