JP4131294B2

JP4131294B2 - アンテナコイル及びアンテナ装置

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Publication number: JP4131294B2
Application number: JP2008505684A
Authority: JP
Inventors: 浩行久保; 宏充伊藤; 邦明用水; 清恭櫻田; 雅紀河西
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: TW200826366A; TWI336977B; JPWO2008053631A1; CN101529655A; US7782267B2; US20090189729A1; EP2083478A4; WO2008053631A1; EP2083478A1

Description

本発明は、ＲＦＩＤ用の無線タグに搭載するアンテナコイル及び該アンテナコイルを備えたアンテナ装置に関する。

電磁界信号により機器間で非接触通信を行うＲＦＩＤ（Radio FrequencyIdentification）システムが様々な場面で利用されている。このＲＦＩＤシステムにおいては、送信用コイルに電流を流すことによって発生した磁束が受信用コイルの磁界に変化を及ぼすことによって、送信用コイルと受信用コイルとの間で情報を交換する。

例えば、ＲＦＩＤ用の無線タグを搭載した携帯電話端末を定期券代わりに駅の自動改札機にかざして通信し、利用者情報のやりとりを行って改札を行うシステムが考案されている。この場合には、自動改札機に内蔵されたコイルに電流を供給することは容易であるから、自動改札機に内蔵されたコイルに電流を供給して磁束を発生させ、携帯電話端末のコイルのコイル軸に磁束を通す方式が採られる。すなわち、自動改札機のコイルが送信側、携帯電話端末のコイルが受信側となる。

一方、携帯電話端末を街頭に掲示されるポスターにかざして通信し、ポスターに記載される情報を携帯電話端末に記憶させるシステムも考案されている。この場合には、ポスターに内蔵されるコイルに電流を供給することが困難であるため、携帯電話端末のコイルに電流を供給して磁束を発生させ、ポスターに内蔵されたコイルのコイル軸に磁束を通す方式が採られる。すなわち、携帯電話端末のコイルが送信側、ポスターのコイルが受信側となる。

このように携帯電話端末によるＲＦＩＤシステムの利用方法の拡大に伴って、携帯電話端末に搭載されるアンテナコイルは受信用としてのみならず送信用としても機能することが求められている。

特許文献１に記載されるアンテナコイルは、単一の磁性体コアに送信用コイルおよび受信用コイルを形成している。図１１は特許文献１に記載のアンテナコイルの構造を示す斜視図である。アンテナコイル９００は、第１の送信用コイル部９０９ａと第２の送信用コイル部９０９ｂとからなる送信用コイルと、第１の送信用コイル部９０９ａと第２の送信用コイル部９０９ｂとの間に配置された受信用コイル９０６とが、磁性体コア９０２の周囲に巻回されている。
特表２００１−５１７４０６号公報

特許文献１記載のアンテナコイル９００を、携帯電話を利用したＲＦＩＤシステムに用いる場合、通常アンテナコイル９００の主面と携帯電話端末の主面とが平行になるように実装される。また、携帯電話端末のユーザーは通常、携帯電話端末の主面を外部機器等にかざすため、アンテナコイル９００の主面において良好に通信できることが必要である。しかしながら、このような使用形態を採った場合、アンテナコイル９００では良好な通信が実現されない。この理由を以下に説明する。

アンテナコイル９００において、送信用コイル部９０９ａ，９０９ｂと受信用コイル９０６の指向性が異なる。送信用コイル部９０９ａ，９０９ｂはその巻回方向がコイル軸に対して逆とされているため、アンテナコイル９００の主面方向に対して送信強度が高くなるような指向性を有する。一方、受信用コイル９０６は単一のコイルであるため、アンテナコイル９００のコイル軸方向に対して感度が高くなるような指向性を有する。ＲＦＩＤの送受信機能を備えた携帯電話端末を利用する場合、送信時と受信時において利用者が携帯電話端末の向きを変えることはない。従って、携帯電話端末の向きにより送信時の通信状態と受信時の通信状態が大きく異なることとなる。

そこで、本発明の目的は、受信用コイルが動作しているモードでも送信用コイルが動作しているモードでも、共にアンテナコイルの主面方向に対して高感度な通信が可能であるアンテナコイル及び該アンテナコイルを備えたアンテナ装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本願の請求項は以下のように構成する。

請求項１に係るアンテナコイルは、磁性体コアと、前記磁性体コアの周囲に巻装されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に形成された導体と、前記導体によって前記磁性体コアの周囲に構成され、中間にコイル非巻回部を有した状態で第１の受信用コイル部と前記第１の受信用コイル部とコイルの巻回方向が逆である第２の受信用コイル部に分割して巻回された受信用コイルと、前記導体によって前記磁性体コアの周囲に構成され、中間にコイル非巻回部を有した状態で第１の送信用コイル部と前記第１の送信用コイル部とコイルの巻回方向が逆である第２の送信用コイル部に分割して巻回された送信用コイルと、を備え、前記受信用コイルが形成される領域と、前記送信用コイルが形成される領域とが、平面視して少なくとも一部が重なり合うことを特徴とする。

請求項２に係るアンテナコイルは、請求項１に記載のアンテナコイルにおいて、前記受信用コイルを構成する導体と、前記送信用コイルを構成する導体とが、交互に形成されていることを特徴とする。

請求項３に係るアンテナコイルは、請求項１または２に記載のアンテナコイルにおいて、前記受信用コイルと前記送信用コイルは、前記フレキシブル基板の同一面に形成されていることを特徴とする。

請求項４に係るアンテナコイルは、請求項１または２に記載のアンテナコイルにおいて、前記受信用コイルと前記送信用コイルは、前記フレキシブル基板の異なる面に形成されていることを特徴とする。

請求項５に係るアンテナコイルは、請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナコイルにおいて、前記磁性体コアは前記受信用コイルと前記送信用コイルのコイル軸方向の端部のうち少なくとも一方に屈曲部を有し、前記磁性体コアの前記屈曲部を除く部分に前記フレキシブル基板が巻装されていることを特徴とする。

請求項６に係るアンテナコイルは、請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナコイルにおいて、前記磁性体コアは分割されており、前記第１の受信用コイル部および前記第１の送信用コイル部と、前記第２の受信用コイル部および前記第２の送信用コイル部とが異なる磁性体コアに形成されていることを特徴とする。

請求項７に係るアンテナコイルは、請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナコイルにおいて、前記第１の受信用コイル部と前記第２の受信用コイル部、または前記第１の送信用コイル部と前記第２の送信用コイル部とは前記フレキシブル基板に形成された複数の導体により接続されていることを特徴とする。

請求項８に係るアンテナコイルは、請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナコイルにおいて、前記フレキシブル基板には、前記導体と電気的に絶縁された電極膜が形成されていることを特徴とする。

請求項９に係るアンテナコイルは、請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナコイルにおいて、前記磁性体コアには、樹脂と磁性体金属からなる複合磁性体材料が用いられていることを特徴とする。

請求項１０に係るアンテナ装置は、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナコイルと、前記アンテナコイルが実装される回路基板と、を備えることを特徴とする。

請求項１１に係るアンテナ装置は、請求項５に記載のアンテナコイルと、前記アンテナコイルが実装される回路基板と、を備え、前記アンテナコイルの屈曲部は、前記回路基板の側面に沿って形成されていることを特徴とする。

請求項１２に係るアンテナ装置は、請求項８に記載のアンテナコイルと、前記アンテナコイルが実装される回路基板と、を備え、前記アンテナコイルと前記回路基板との間には間隙が設けられ、前記電極膜が形成された前記アンテナコイルの面と回路基板とが対向していることを特徴とする。

本発明によれば、受信用コイルが形成される領域と送信用コイルが形成される領域が重なり合っているので、受信用コイルと送信用コイルの指向性をほぼ等しくすることが可能となり、受信用コイルが動作しているモードでも送信用コイルが動作しているモードでも共に、アンテナコイルの主面方向に対して高感度な通信を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るフレキシブル基板の構造を示す平面図である。実験１に係るアンテナコイルの構造を示す平面図である。本発明の第２の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るフレキシブル基板の構造を示す平面図である。（ａ）は表面である。（ｂ）は裏面である。本発明の第３の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。本発明の第４の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。本発明の第４の実施形態に係るフレキシブル基板の構造を示す平面図である。本発明の第５の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。本発明の第６の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。従来例に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００，５００，６００…アンテナコイル
１０２，４０２ａ，４０２ｂ…磁性体コア
１０４，２０４，４０４，５０４…フレキシブル基板
１０６…受信用コイル
１０７ａ…第１の受信用コイル部
１０７ｂ…第２の受信用コイル部
１０８…送信用コイル
１０９ａ…第１の送信用コイル部
１０９ｂ…第２の送信用コイル部
１１０…コイル非巻回部
３０１，４０１，６０１…アンテナ装置
３２２，４２２，６２２…回路基板

《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態を図１を参照しながら説明する。図１は第１の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。図２は第１の実施形態に係るフレキシブル基板の構造を示す平面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係るアンテナコイル１００は、磁性体コア１０２の周囲にフレキシブル基板１０４が巻装されてなる。フレキシブル基板１０４には導体が形成されており、フレキシブル基板１０４が磁性体コア１０２の周囲に巻装されることによって各導体が隣接する他の導体と接続され、共通のコイル軸を有する受信用コイル１０６と送信用コイル１０８が構成されている。アンテナコイル１００を平面視すると、受信用コイル１０６が形成される領域に送信用コイル１０８が形成される領域が重なっている。なお、後述するように、フレキシブル基板１０４は受信用コイル１０６を構成する導体および送信用コイル１０８を構成する導体が形成された面を内側にして磁性体コア１０２に巻装させた方が製造上好ましい。図１はフレキシブル基板を透視したときの導体を示しており、図示の都合上受信用コイル１０６を構成する導体は実線で、送信用コイル１０８を構成する導体は点線で表している。また、図２に示すように各コイル１０６，１０８を構成する導体は一定の幅を有するものであるが、図１においては単線で表されている。受信用コイル１０６は、互いに巻回方向が逆である第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂに分割して巻回され、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂの中間はコイル導体が巻回されないコイル非巻回部１１０となっている。同様に送信用コイル１０８は、互いに巻回方向が逆である第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂに分割して巻回され、第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂとの間はコイル非巻回部１１０となっている。受信用コイル１０６におけるコイル非巻回部１１０と送信用コイル１０８におけるコイル非巻回部１１０は同一領域に形成されている。

第１の実施形態においては、１枚の平板状の磁性体コア１０２が用いられる。例えば、長手方向が４０mm、短手方向が１０mmの矩形の主面を有し、厚さが１．５mmのフェライトが好適である。但し、磁性体コア１０２の形状および材質はこれに限られるものではなく、樹脂と磁性体金属からなる複合磁性体を用いることも可能である。複合磁性体の一例として、オレフィン系熱可塑性エラストマーとマレイン酸変性スチレン系熱可塑性エラストマーとセンダストなどの磁性体金属とを、それぞれ４５体積％、５体積％、５０体積％ずつ混合させたものを挙げることができるが、樹脂および磁性体金属の種類とその混合比率はこれに限られるものではない。こうした複合磁性体を用いることにより、温度変化によるμの変動が少なく、落下衝撃に強い磁性体コアとすることができる。

フレキシブル基板１０４にはポリイミドフィルムやガラスエポキシフィルムといった樹脂フィルムなどの折り曲げ可能な電気絶縁フィルムが用いられる。図２に磁性体コア１０２の周囲に巻装される前のフレキシブル基板１０４の構造を示す。フレキシブル基板１０４は上端側面に入出力端子（図示せず）に接続するための突出部１１２を有する。突出部１１２は必ずしも設ける必要はないが、突出部１１２を設けることによって、入出力端子との電気的接続が容易になるので設けることが好ましい。

また、フレキシブル基板１０４の表面には、スクリーン印刷やエッチングなどにより同一面に受信用コイル１０６を構成する受信用導体１１４と、送信用コイル１０８を構成する送信用導体１１６が交互に形成されている。図１と同様、受信用導体１１４は実線で、送信用導体１１６は点線で表されている。このように構成することにより受信用コイル１０６が形成される領域と、送信用コイル１０８が形成される領域とを重なり合わせることができる。受信用導体１１４は中央部を除く両側に４本ずつ、送信用導体１１６は中央部を除く両側に３本ずつ形成されており、最も外側は左右ともに受信用導体１１４となっている。受信用導体１１４において左側に形成された４本の導体は第１の受信用コイル部１０７ａを、右側に形成された４本の導体は第２の受信用コイル部１０７ｂを構成するものである。同様に送信用導体１１６においても左側に形成された導体が第１の送信用コイル部１０９ａを、右側に形成された導体が第２の送信用コイル部１０９ｂを構成する。受信用導体１１４および送信用導体１１６がフレキシブル基板１０４の中央部を除く両側に形成されることにより、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂの間、および第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂの間に、コイル非巻回部１１０を設けることができる。コイル非巻回部１１０に外部からの磁束を進入させ、もしくはコイル非巻回部１１０から磁束を放射させることができるため、コイル非巻回部１１０が設けられたアンテナコイル１００の主面において良好な通信を行うことが可能となる。すなわち、アンテナコイル１００は受信用コイル１０６と送信用コイル１０８の指向性を同一方向とすることができる。

受信用および送信用の各導体１１４，１１６はその中央部に屈折部１１８を有する。また、フレキシブル基板１０４の主面において各導体１１４，１１６はフレキシブル基板の下端とは接するが上端とは接しないように形成されている。なお、第１の受信用コイル部１０７ａおよび第１の送信用コイル部１０９ａを構成する導体の屈折部と、第２の受信用コイル部１０７ｂおよび第２の送信用コイル部１０９ｂを構成する導体の屈折部とで、異なる方向に屈折している。このように構成することにより、フレキシブル基板１０４を磁性体コア１０２に巻装すると、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂ、および第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂとで、コイルの巻回方向が逆となる。また、受信用導体１１４の最も内側に位置する２つの導体は、フレキシブル基板１０４の上端付近において、接続導体１１５により互いに接続されている。同様に送信用導体１１６の最も内側に位置する２つの導体も接続導体１１７により互いに接続されている。さらに、各導体１１４，１１６の上端部とフレキシブル基板１０４の間にも入出力端子に接続するための導体１１９ａ，１１９ｂが形成され、突出部１１２の端部まで形成されている。

フレキシブル基板１０４が磁性体コア１０２に巻装されると、隣り合う受信用導体１１４の上端部と下端部とが順次重なり合い、重なり合った点同士が半田付けされることにより第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂが形成され、接続導体１１５により第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂが接続されて受信用コイル１０６が構成される。同様に送信用導体１１６により第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂが形成され、接続導体１１７により第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂとが接続されて送信用コイル１０８が構成される。導体１１４，１１６の端部同士を半田付けすることによってフレキシブル基板１０４は磁性体コア１０２の周囲に固着され得るが、フレキシブル基板１０４と磁性体コア１０２との間を接着剤等で張り合わせることにより、固着をより安定させることができる。また、第１の実施形態においては、受信用導体１１４と送信用導体１１６とをフレキシブル基板１０４の同一面に形成しているため、受信用導体１１４と送信用導体１１６とが形成された面を内側にして、フレキシブル基板１０４を磁性体コア１０２に巻装することができる。このように巻装すると、導体１１４，１１６の端部同士を半田付けすることが容易である上に、フレキシブル基板１０４において導体１１４，１１６が外部に露出しないため、導体１１４，１１６が剥離しにくくなる。但し、受信用導体１１４と送信用導体１１６が形成された面を外側にしてフレキシブル基板１０４を巻装することも可能である。この場合には、フレキシブル基板１０４の各導体を接続するポイントにスルーホールを設け、スルーホールに充填された半田によって各導体を接続することによって、受信用コイル１０６および送信用コイル１０８を導通させることができる。

以下、受信用コイル１０６と送信用コイル１０８の動作を説明する。

受信用コイル１０６が動作する場合、外部機器からの磁束はアンテナコイル１００の中央部に設けられたコイル非巻回部１１０に進入する。進入した磁束は磁性体コア１０２の形状に沿って進行方向を曲げられ、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂのコイル軸を通過する。そして、磁性体コア１０２の側面から外部へ放射される。第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂのコイル軸を磁束が通過することによって、受信用コイル１０６に電圧が誘起される。第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂとはコイルの巻回方向が逆であるため、各コイル部１０７ａ，１０７ｂのコイル軸に逆方向の磁束が通っても同一方向の電圧が生じることとなり、受信用コイル１０６から信号を取り出すことができる。

一方、送信用コイル１０８が動作する場合、送信用コイル１０８には図示しない端子から電圧が入力される。電磁誘導により第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂには、磁束が誘起される。第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂはコイルの巻回方向が互いに逆であるため、各コイル部１０９ａ，１０９ｂに誘起される磁束は反対方向となる。このような磁束は互いにキャンセルされることなく、それぞれ磁性体コア１０２のコイル非巻回部１１０から外部に放射され磁性体コア１０２の側面に再び入射する、もしくは磁性体コア１０２の側面から放射され磁性体コア１０２のコイル非巻回部１１０に再び入射する。

上述の通り、アンテナコイル１００は、受信用コイル１０６を構成する受信用導体１１４と送信用コイル１０８を構成する送信用導体１１６とが交互に形成されているため、受信用コイル１０６が形成される領域と送信用コイル１０８が形成される領域とが重なり合っている。このように構成することによって、アンテナコイル１００外部に位置する点から、アンテナコイル１００の主面における受信用コイル１０６と送信用コイル１０８までの距離および方向がほぼ等しくなる。したがって、アンテナコイル１００を搭載した携帯電話端末の外部機器へのかざし方が等しい場合、受信時にも送信時にもほぼ等しい感度で通信することが可能となる。

なお、アンテナコイル１００は、受信用コイル１０６を動作させて電圧を誘起するモードと、送信用コイル１０８を動作させて磁束を誘起するモードとで、アンテナコイル１００に接続されるスイッチング素子（図示しない）等により切り替えることによって、どちらのモードを動作させるか制御している。この場合、受信用コイル１０６の動作と送信用コイル１０８の動作が互いに電磁的な影響を及ぼすことはない。ここで、発明者らによる実験の結果を示す。

＜実験１＞
実験１は、単一の磁性体コアに受信用コイルと送信用コイルが形成されたアンテナコイルにおいて、一方のコイルの存在が他方のコイルの性能に影響を与えるかを調べることを目的とする。手段として、受信用コイルと送信用コイルが形成されたアンテナコイル（以下、アンテナコイルＡ）と受信用コイルのみが形成されたアンテナコイル（以下、アンテナコイルＢ）とで、受信用コイルのＬ値、Q値、結合係数、通信距離に差異があるかを測定した。図３はアンテナコイルＡとアンテナコイルＢの構造を示す平面図である。実験に使用した磁性体コアは横４０ｍｍ、縦１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのフェライトである。受信用コイルおよび送信用コイルを構成する導体はすべて０．２ｍｍの直径を有するものとする。

図３（Ａ）に示されるアンテナコイルＡは、磁性体コアの横方向両端にそれぞれ６巻きずつ形成された受信用コイル７０７ａ，７０７ｂと、磁性体コアの両端にそれぞれ３巻きずつ形成された送信用コイル７０９ａ，７０９ｂと、を備える。図示の都合上、送信用コイル７０９ａ，７０９ｂは点線で表される。受信用コイル７０７ａ，７０７ｂを構成する受信用導体７１４が最も外側に位置しており、ここから受信用導体７１４と送信用導体７１６とが交互に形成されている。受信用導体７１４と送信用導体７１６とが交互に形成される箇所においては、受信用導体７１４と送信用導体７１６との間隔は０．３ｍｍであり、受信用導体７１４のみが形成される箇所においては隣接する受信用導体７１４同士の間隔は０．８ｍｍである。

一方、図３（Ｂ）に示されるアンテナコイルＢは磁性体コアの横方向両端にそれぞれ６巻きずつ形成された受信用コイル８０７ａ，８０７ｂのみを備える。隣接する受信用導体８１４同士の間隔は０．８ｍｍである。

表１は上記実験の結果を示す。表１から明らかなように、受信用コイルのＬ値、Ｑ値、結合係数、通信距離すべてにおいてアンテナコイルＡとアンテナコイルＢとの間に有意な差が見られない。すなわち、受信用導体と送信用導体とを交互に形成した場合でも、送信用コイルの存在によって受信用コイルの特性が劣化することはないと言える。したがって、上述したように受信用コイルが動作するモードと送信用コイルが動作するモードとを切り替えることによって、受信用コイルと送信用コイルのいずれか一方が他方の影響を受けることなく動作する。

また、本実施形態においては磁性体コア１０２に導線を巻回するのではなく、導体を形成したフレキシブル基板１０４を磁性体コア１０２に巻装することによって受信用コイル１０６と送信用コイル１０８を構成しているため、受信用コイル１０６と送信用コイル１０８を同時に形成することができ、工程数を削減することができる。

なお、本実施形態においては、受信用導体１１４と送信用導体１１６とを交互に形成したが、受信用コイル１０６が形成される領域と送信用コイル１０８が形成される領域が平面視して少なくとも一部が重なり合っていれば、受信用コイル１０６と送信用コイル１０８の指向性を近づけることができるので、必ずしも受信用導体１１４と送信用導体１１６とを交互に形成する必要はない。また、第１の受信用コイル部１０７ａおよび第２の受信用コイル部１０７ｂ、第１の送信用コイル部１０９ａおよび第２の送信用コイル部１０９ｂをそれぞれ直列に接続する実施形態を示したが、本発明はこれらをそれぞれ並列に接続する形態も含む。

《第２の実施形態》
第２の実施形態を図４および図５を参照しながら説明する。図４は第２の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。図５は第２の実施形態に係るフレキシブル基板の構造を示す平面図である。（ａ）は表面を表し、（ｂ）は裏面を表す。第１の実施形態と同一の部分については、同一の番号を付し説明を省略する。

図４に示すように、第２の実施形態に係るアンテナコイル２００は、磁性体コア１０２の周囲にフレキシブル基板２０４が巻装されてなる。第１の実施形態と異なる点は、フレキシブル基板２０４の外側の面に受信用コイル２０６が、内側の面に送信用コイルが形成され、受信用コイル２０６と送信用コイルがフレキシブル基板２０４の異なる面に形成されている点である。また、受信用コイル２０６を構成する受信用導体２１４と送信用コイルを構成する送信用導体とは交互に形成されるのではなく、フレキシブル基板２０４を介して重なっている。

図５に第２の実施形態に係るフレキシブル基板１０４の磁性体コア１０２に巻装される前の構造を示す。（ａ）に示される表面には、受信用コイル２０６を構成する受信用導体２１４が形成されている。（ｂ）に示される裏面には、送信用コイル２０８を構成する送信用導体２１６が形成されている。送信用導体２１６も中央部を除く両側に各４本ずつ形成されている。

このように構成すると、受信用コイル２０６が形成される領域と送信用コイル２０８が形成される領域とが完全に重なり合うため、アンテナコイル２００を受信用として用いた場合でも送信用として用いた場合でも、等しく良好に通信することができる。なお、第２の実施形態においては受信用導体２１４と送信用導体２１６の本数を等しくしたが、必ずしもこの実施形態に限られるものではない。すなわち、受信用導体２１４を送信用導体２１６よりも多く形成することも可能である。この場合には、受信用コイル２０６の指向性と送信用コイル２０８の指向性を等しくしたまま、受信用コイル２０６のＬ値を送信用コイル２０８のＬ値よりも大きくすることができる。そもそも受信用コイル２０６においては必ずしも大きくない磁束を捕え、効率よく大きな電圧を誘起させる必要があるため、送信用コイル２０８よりも巻き数を多くするのが通常である。

《第３の実施形態》
第３の実施形態を図６を参照しながら説明する。図６は第３の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。第１の実施形態と同一の部分については、同一の番号を付し説明を省略する。

図６に示すように、第３の実施形態に係るアンテナ装置３０１は回路基板３２２にアンテナコイル３００が実装されてなる。アンテナ装置３０１においては、回路基板３２２の主面とアンテナコイル３００の主面とが対向し、密着している。

アンテナコイル３００は、磁性体コア３０２にフレキシブル基板１０４を巻装してなる。磁性体コア３０２は両端に直方体状の屈曲部３２０を有し、屈曲部３２０は回路基板３２２の側面に沿う方向に屈曲され、磁性体コア３０２を挟み込むように形成されている。第３の実施形態においては、直方体状の屈曲部３２０を形成したが、屈曲部の形状はこれに限られるものではなく、例えば磁性体コア３０２の両端を角張らせることなく湾曲させて屈曲部を構成しても良い。また、屈曲部を有する磁性体コアは一体的に形成しても、別体の屈曲部を磁性体コアに付加して形成しても良い。

アンテナ装置３０１において、回路基板３２２の主面とアンテナコイル３００の主面とが対向し密着している。そのため、アンテナコイル３００が受信用として機能しているときには、コイル非巻回部１１０に進入した磁束は磁性体コア３０２の形状に沿うだけでなく、導電性の回路基板３２２に進路を妨げられて進行方向を変更する。したがって、第１の実施形態におけるアンテナコイル１００よりも第１の受信用コイル部１０７ａ，１０７ｂのコイル軸を通過する磁束の量は増加する。一方、アンテナコイル３００が送信用として機能しているときにも、磁束は同様の流路を通過し、送信先に十分な磁束を供給することができる。

アンテナコイル３００において、磁性体コア３０２は両端に屈曲部３２０を有するため、磁性体コア３０２の端部において、磁性体コア３０２の主面に対して垂直な断面の面積が大きくなる。そのため、磁性体コア３０２の端部での磁気抵抗が減少し、磁性体コア３０２内を磁束が通過し易くなる。また、アンテナ装置３０１において、アンテナコイル３００の屈曲部３２０の端面は回路基板３２２上にはなく、平面視すると回路基板３２２の外部に位置しているため、磁束は端面を含む屈曲部の表面全体から放射される。したがって、磁束の放射効率が非常に良く、磁性体コア３０２内をさらに磁束が通過し易くなる。磁性体コア３０２内を通過する磁束が増加することによって、アンテナコイル３００が受信用として機能している時には受信用コイル１０６に誘起される電圧が増加し、より大きな信号を取り出すことが可能となる。一方、アンテナコイル３００が送信用として機能している時には送信用コイル１０８から放射される磁束が増加し、送信先のアンテナにおいて大きな電圧を発生させることが可能となる。よって、アンテナ装置３０１は受信用として機能している時にも送信用として機能しているときにも高感度な通信を実現することができる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態を図７および図８を参照しながら説明する。図７は第４の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。図８は第４の実施形態に係るフレキシブル基板の構造を示す平面図である。

図７に示すように、第４の実施形態に係るアンテナ装置４０１は、アンテナコイル４００が回路基板４２２に密着して実装されてなる。アンテナコイル４００は第１の磁性体コア４０２ａと第２の磁性体コア４０２ｂと、第１、第２の磁性体コア４０２ａ，４０２ｂの周囲に巻回された１枚のフレキシブル基板４０４からなる。フレキシブル基板４０４に形成された導体によって、第１の磁性体コア４０２ａの周囲に第１の受信用コイル部１０７ａと第１の送信用コイル部１０９ａが、第２の磁性体コア４０２ｂの周囲に第２の受信用コイル部１０７ｂと第２の送信用コイル部１０９ｂが構成され、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂ、および第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂはフレキシブル基板４０４に形成された接続導体１１５，１１７によって接続されている。

図８にフレキシブル基板４０４の構成が示されている。第４の実施形態に係るフレキシブル基板４０４は平面視すると、長方形の一辺に入出力端子に接続するための突出部１１２が設けられ、突出部１１２が設けられた辺と対向する辺には切欠部４２６が設けられている。受信用導体１１４と送信用導体１１６は第１の実施形態と同様に形成される。

このように構成されるフレキシブル基板４０４を第１の磁性体コア４０２ａと第２の磁性体コア４０２ｂの周囲に巻装すると、フレキシブル基板４０４に設けられた切欠部４２６によって回路基板４２２とアンテナコイル４００との間に間隙が形成される。すなわち、アンテナコイル４００の主面は回路基板４２２の主面と全面が接するのではなく、第１の磁性体コア４０２ａと第２の磁性体コア４０２ｂとの間は空中に浮いた状態となる。一部が空中に浮くことによって生じた空間には、アンテナコイル４００以外の部品を設置することも可能となるため、空間を有効に利用することができる。

なお、第１の磁性体コア４０２ａと第２の磁性体コア４０２ｂとに磁性体コアを分割しても、アンテナコイル４００の受信感度は劣化しない。アンテナコイル４００のコイル非巻回部１１０に進入した磁束は、アンテナコイル４００の背後に存在する回路基板４２２に進路を遮られて第１の磁性体コア４０２ａと第２の磁性体コア４０２ｂに進入する。そして、第１の磁性体コア４０２ａに進入した磁束は第１の受信用コイル部１０７ａと第１の送信用コイル部１０９ａを、第２の磁性体コア４０２ｂに進入した磁束は第２の受信用コイル部１０７ｂと第２の送信用コイル部１０９ｂのコイル軸を通過し、受信用コイル１０６と送信用コイル１０７に電圧が誘起される。アンテナコイル４００の送信感度も同様である。

《第５の実施形態》
第５の実施形態を図９を参照しながら説明する。図９は第５の実施形態に係るアンテナコイルの構造を示す斜視図である。第１の実施形態と同一の構成を示す部分には同一の番号を付し、説明を省略する。

図９に示すように、第５の実施形態に係るアンテナコイル５００は、磁性体コア１０２にフレキシブル基板５０４が巻装されてなる。第１の実施形態と異なる点は、受信用コイル１０６において第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂを接続する接続導体５１５ａ，５１５ｂ，５１５ｃ，５１５ｄ，５１５ｅが複数形成されている点である。

アンテナコイル５００において、フレキシブル基板５０４上に、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂを接続する５本の接続導体５１５ａ，５１５ｂ，５１５ｃ，５１５ｄ，５１５ｅが形成されている。接続導体を５本形成することによって電流のパスを５通りにすることが可能となり、パスを選択することによってアンテナコイル５００のインダクタンス値を調整することができる。

例えば、接続導体５１５ｂ，５１５ｃ，５１５ｄ，５１５ｅを切断した場合には電流のパスが５１５ａとなり、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂを構成する導体の長さは最長となる。一方、接続導体５１５ａ，５１５ｂ，５１５ｃ，５１５ｄを切断した場合は電流のパスが５１５ｅとなり、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂを構成する導体の長さは最短となる。各コイル部１０７ａ，１０７ｂを構成する導体の長さによって受信用コイルのインダクタンス値が変更され、受信用コイル１０６と容量で構成される共振回路の共振周波数を調整することができる。受信用コイル１０６においては、共振周波数に関わらず各コイル部１０７ａ，１０７ｂを通過する磁束の変化によって電圧が誘起されるが、共振周波数と進入する磁束の周波数が一致した場合には特に大きな電圧が誘起される。したがって、共振回路の共振周波数を所望の値に調整することによって生じる電圧が大きくなり、アンテナの通信感度が向上する。アンテナコイル５００においては、アンテナコイル５００の製作後にインダクタンス値を選択することができるため、非常に容易にアンテナの通信感度を高めることができる。

なお、本実施形態においては、受信用コイル１０６の接続導体を複数設ける構成としたが、送信用コイル１０８の接続導体を複数設けても良い。また、受信用コイル１０６と送信用コイル１０８の双方の接続導体を複数設けることも可能である。

《第６の実施形態》
第６の実施形態を図１０を参照しながら説明する。図１０は第５の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。

図１０に示すように、第６の実施形態に係るアンテナ装置６０１は、アンテナコイル６００が回路基板６２２に実装されてなる。アンテナ装置６０１においては、アンテナコイル６００と回路基板６２２との間に間隙が設けられている。間隙は、例えばアンテナコイル６００を図示されない携帯電話端末等の筐体に固定することによって、アンテナコイル６００と回路基板６２２との間に形成することができる。間隙にはアンテナコイル６００以外の回路部品を設置することができるため、アンテナ装置６０１を搭載する筐体内の空間利用の自由度が増す。アンテナコイル６００の回路基板６２４と対向する面には電極膜６２４が形成されている。電極膜６２４はアンテナコイル６００の回路基板６２２と対向する面を完全に覆うように形成されているが、電極膜６２４は受信用コイル１０６および送信用コイル１０８と導通しないように、受信用コイル１０６および送信用コイル１０８に非導電性接着剤を塗布した後に形成される。

アンテナ装置６０１においては、アンテナコイル６００と回路基板６２２との間に間隙が設けられている。そのため、アンテナコイル６００が受信用として機能している場合、アンテナコイル６００の上方から到来し、アンテナコイル６００のコイル非巻回部に進入した磁束が磁性体コア１０２の形状に沿って曲げられず、直進する可能性がある。このような進路を採ると、第１の受信用コイル部１０７ａおよび第２の受信用コイル部１０７ｂのコイル軸を磁束が通過せず、受信用コイルに電圧が誘起されない。アンテナコイル６００は、回路基板６２２と対向する面に電極膜６２４を有しているため、コイル非巻回部に進入した磁束が直進する可能性はない。したがって、アンテナコイル６００と回路基板６２２との間に間隙が設けられていても、第１の受信用コイル部１０７ａと第２の受信用コイル部１０７ｂに磁束を導くことができ、良好な通信を行うことができる。

また、アンテナコイル６００が送信用として機能している場合、送信用コイル１０８に電圧が入力され、第１の送信用コイル部１０９ａと第２の送信用コイル部１０９ｂから発生した磁束は、アンテナコイル６００の回路基板６２２と対向する面に設けられた電極膜６２４に進路を遮られて、回路基板６２２とは反対の方向に曲げられる。したがって、回路基板とは反対側に位置する通信先の機器に備えられたコイルに磁束を供給することができ、送信用として機能している場合にも良好な通信を行うことができる。

Claims

磁性体コアと、
前記磁性体コアの周囲に巻装されたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に形成された導体と、
前記導体によって前記磁性体コアの周囲に構成され、中間にコイル非巻回部を有した状態で第１の受信用コイル部と前記第１の受信用コイル部とコイルの巻回方向が逆である第２の受信用コイル部に分割して巻回された受信用コイルと、
前記導体によって前記磁性体コアの周囲に構成され、前記受信用コイルのコイル軸と平行なコイル軸を有し、中間にコイル非巻回部を有した状態で第１の送信用コイル部と前記第１の送信用コイル部とコイルの巻回方向が逆である第２の送信用コイル部に分割して巻回された送信用コイルと、を備え、
前記受信用コイルが形成される領域と、前記送信用コイルが形成される領域とは、平面視して少なくとも一部が重なり合うことを特徴とするアンテナコイル。
前記受信用コイルを構成する導体と、前記送信用コイルを構成する導体とが、交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナコイル。
前記受信用コイルと前記送信用コイルは、前記フレキシブル基板の同一面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナコイル。
前記受信用コイルと前記送信用コイルは、前記フレキシブル基板の異なる面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナコイル。
前記磁性体コアは前記受信用コイルと前記送信用コイルのコイル軸方向の端部のうち少なくとも一方に屈曲部を有し、
前記磁性体コアの前記屈曲部を除く部分に前記フレキシブル基板が巻装されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナコイル。
前記磁性体コアは分割されており、前記第１の受信用コイル部および前記第１の送信用コイル部と、前記第２の受信用コイル部および前記第２の送信用コイル部とが異なる磁性体コアに形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナコイル。
前記第１の受信用コイル部および前記第２の受信用コイル部と、前記第１の送信用コイル部および前記第２の送信用コイル部との少なくとも一方は前記フレキシブル基板に形成された複数の導体により接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナコイル。
前記フレキシブル基板には、前記導体と電気的に絶縁された電極膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアンテナコイル。
前記磁性体コアには、樹脂と磁性体金属からなる複合磁性体材料が用いられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のアンテナコイル。
請求項１〜９のいずれか一項に記載のアンテナコイルと、
前記アンテナコイルが実装される回路基板と、を備えるアンテナ装置。
請求項５に記載のアンテナコイルと、
前記アンテナコイルが実装される回路基板と、を備え、
前記磁性体コアの屈曲部は、前記回路基板の側面に沿って形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項８に記載のアンテナコイルと、
前記アンテナコイルが実装される回路基板と、を備え、
前記アンテナコイルと前記回路基板との間には間隙が設けられ、前記電極膜が形成された前記アンテナコイルの面と回路基板とが対向していることを特徴とするアンテナ装置。