JP4186895B2 - 非接触通信装置用コイルアンテナおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はＩＣカードなどの非接触式データキャリアと非接触で通信する非接触通信装置において、その送受信のために用いられるコイルアンテナおよびその製造方法に関する。

例えば特許文献１には、宅配便の配送システムにおいて、集配した荷物の仕分け作業を自動で行うために、荷物に電子荷札（非接触データキャリア）を取り付け、質問器（非接触通信装置）によってこの電子荷札と非接触で通信して電子荷札に記憶された宛先などを読み出すようにすることが記載されている。このように非接触データキャリアと通信する非接触通信装置では、その通信のためにコイルアンテナを備えている。
特開平４−３３３４１５号公報

従来の非接触通信装置では、コイルアンテナの形状が固定であるため、通信範囲を拡大したい場合、送信出力を大きくするか、コイルアンテナの形状が大きいアンテナに置き替える必要がある。或は、通信範囲を狭くしたい場合も上述したと同様で、送信出力小さくするか、コイルアンテナの形状が小さいアンテナに置き替えることが必要である。
しかしながら、通信エリアを遠方にまで広げるために送信出力（コイルアンテナに流す電流の強さ）を強くすると、非接触通信装置の近傍の磁界が非常に強くなるため、データキャリアが近くに来たとき、データキャリアが破壊される危険性がある。これは、コイルアンテナの大きさを一定にしたままで送信出力を増加させると、発生する磁界の強さは距離の３乗に反比例することが原因で起きる問題である。

また、コイルアンテナの送信出力を切り換えるための切り替え回路を追加すると、送信インピーダンスのマッチングの大きなずれが発生し、その解決のために試行錯誤を繰り返さねばならず、開発期間が長くなると共に、設計の余裕度が小さくなる。
今後、データキャリアの種類が多様化してゆく中で、非接触通信装置の送信出力の調整のみでは、個々の使用環境にとって最適な発生磁界を作り出すことは難しく、使用環境に応じたコイルアンテナを用いることが重要となってくる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、個々の使用環境に適した磁界強度を得ることができるコイルアンテナおよびその製造方法を提供することにある。

請求項１の非接触通信装置用コイルアンテナは、ほぼ矩形状をなし、１組の対向する２辺の中間および残る１組の対向する２辺の中間に、それぞれ対向する辺に向って伸びる折り返し二重線部を形成してなるものである。
請求項３の非接触通信装置用コイルアンテナの製造方法は、ほぼ矩形状をなし、１組の対向する２辺の中間および残る１組の対向する２辺の中間に、それぞれ対抗する辺に向って伸びる折り返し二重線部が形成されたフレキシブルな原型コイルアンテナにおいて、当該原型コイルアンテナの片側半分を残る片側半分に対して前記２組の対向する２辺のうちの一方の組の対向２辺の前記折り返し二重線部が直線状となるように１８０度回転させ、その後、前記原型コイルアンテナの前記片側半分を前記残る片側半分に重ねるように折り返すことによって中間コイルアンテナを形成し、前記中間コイルアンテナの片側半分を残る片側半分に対して前記２組の対向する２辺のうちの他方の組の対向２辺の前記折り返し二重線部が直線状となるように１８０度回転させ、その後、前記中間コイルアンテナの前記片側半分を前記残る片側半分に重ねるように折り返すことによって前記原型コイルアンテナより小型で該原型コイルアンテナより強い磁界強度を生成する小型コイルアンテナを形成するようにしたことを特徴とする。

請求項１のコイルアンテナは、請求項３における原型コイルアンテナに相当する。そして、請求項３により製造したコイルアンテナは、請求項１のコイルアンテナの４分の１の大きさで、コイルの巻き数が請求項１のコイルアンテナの４倍となるので、その発生磁界の強さも請求項１のコイルアンテナの４倍となる。

請求項２の非接触通信装置用コイルアンテナの製造方法は、ほぼ矩形状に形成されたフレキシブルな原型コイルアンテナを、１組の対向する二辺の偶数箇所で折り返すことにより、前記原型コイルアンテナより小型で該原型コイルアンテナと同等の磁界強度を生成する小型コイルアンテナを形成するようにしたことを特徴とする。
この請求項２の方法により製造したコイルアンテナは、原型コイルアンテナの大きさの（１／折り返し個所数）になるが、発生磁界の強さは原型コイルアンテナと同等となる。

［第１実施例］
以下、本発明の第１実施例を図１により説明する。この実施例は請求項２に対応する。
図１（ａ）は原型コイルアンテナ１を示す。この原型コイルアンテナ１は、１本の銅線、またはプラスチックフィルム上にプリント配線によって矩形状に形成され、両端部は非接触通信装置に接続される接続部１ａ、１ｂとされている。このフレキシブルな原型コイルアンテナ１から発生磁界の強さが同じで且つ小型のコイルアンテナ２を製造する。

原型コイルアンテナ１から小型コイルアンテナ２を製造する方法は、原型コイルアンテナ１の２組の対向２辺１ｃ、１ｄおよび１ｅ、１ｆのうち、例えば図１（ａ）において上下に対向する一方の組の２辺１ｃ、１ｄを、左右に対向する他の組の２辺１ｅ、１ｆの間の偶数個所、この実施例では２箇所（辺１ｃ、１ｄを三等分する位置；図１（ａ）に一点鎖線Ａ、Ｂで示す線。）で折り返す、というものである。

このようにして形成した小型コイルアンテナ２において、４辺２ａ〜２ｄのうち、図示左右の２辺２ｃ、２ｄは、それぞれ１本の線（原型コイルアンテナ１の辺１ｅ、１ｆ）からなり、図示上下の２辺２ａ、２ｂは、それぞれ３本の線（原型コイルアンテナ１の辺１ｃ、１ｄを２箇所で折り返して重ねた３本の線１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３、１ｄ−１、１ｄ−２、１ｄ−３）からなる。

小型コイルアンテナ２を非接触通信装置に組み付けた場合、非接触通信装置からＩＣカードやＲＦＩＤタグなどのデータキャリアへの送信時、小型コイルアンテナ２には電流が流れる。このとき、２辺２ａおよび２ｂを構成する３本の線１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３および１ｄ−１、１ｄ−２、１ｄ−３に流れる電流の向きは、２本の線１ｃ−１、１ｃ−３および１ｄ−１、１ｄ−３は同じで、１本の線１ｃ−２および１ｄ−２は逆となるので、３本の線１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３および１ｄ−１、１ｄ−２、１ｄ−３を流れる電流によって発生する磁束のうち、電流の向きが互いに逆となっている２本の線の磁束は互いに相殺される。

このため、小型コイルアンテナ２は、大きさが原型コイルアンテナ１の３分の１で、磁界強さが原型コイルアンテナ１と同じとなる。従って、原型コイルアンテナ１をそのまま非接触通信装置のコイルアンテナとして使用することにより、広い範囲（コイルアンテナのコイル線と同じ面での面積範囲）で一様な磁界を生成し、小型コイルアンテナ２では原型コイルアンテナ１と同じ強さの磁界を狭い範囲で生成することができ、一種類のコイルアンテナで、容易に２つの使用環境に対応することができる。

［第１の参考例］
図２は本発明の第１の参考例を示す。
図２（ａ）はフレキシブルな原型コイルアンテナ３を示す。この原型コイルアンテナ３は、１本の銅線によって矩形状に形成され、両端部は非接触通信装置に接続される接続部３ａ、３ｂとされている。この原型コイルアンテナ１の２組の対向２辺３ｃ、３ｄおよび３ｅ、３ｆのうち、図示上下に対向する２辺３ｃ、３ｄの長さ方向中間には、対向する辺に向って伸びるほぼＵ字状の折り返し二重線部３ｇ、３ｈが形成されている。なお、折り返し二重線部３ｇ、３ｈの先端は実際には互いに接しているが、わかり易く図示したため、図では離れている。

この原型コイルアンテナ３から発生磁界の強さが２倍で且つ大きさが半分の小型コイルアンテナ４（図２（ｃ）参照）を製造する。この製造手順を説明すると、まず、原型コイルアンテナ３のうち、折り返し二重線部３ｇ、３ｈを境にした両側のうちの片側半分、例えば右側半分を左側半分に対して、折り返し二重線部３ｇ、３ｈが直線状となるように、上下に１８０度回転させて図２（ｂ）に示す中間コイルアンテナ５を形成する。

次に、中間コイルアンテナ５の右側半分を、直線状に伸びた折り返し二重線部３ｇ、３ｈを中心にして１８０度回転させて左側半分に重ねるように折り返す。これにより、図２（ｃ）に示す小型コイルアンテナ４が形成される。このようにして形成された小型コイルアンテナ４において、４辺４ａ〜４ｄは、いずれも２本の線からなる。つまり、小型コイルアンテナ４の上辺４ａは、原型コイルアンテナ３の上辺３ｃの左側半分３ｃ−１と下辺３ｄの右側半分３ｄ−２とからなり、下辺４ｂは、原型コイルアンテナ３の下辺３ｄの左側半分３ｂ−１と上辺３ｃの右側半分３ｃ−２とからなる。また、小型コイルアンテナ４の左辺４ｃは、原型コイルアンテナ３の左辺３ｅと右辺３ｆとからなり、右辺４ｄは、原型コイルアンテナ３の直線状に伸びた２本の折り返し二重線部３ｇ、３ｈからなる。

小型コイルアンテナ４を非接触通信装置に組み付けた場合、非接触通信装置からＩＣカードやＲＦＩＤタグなどのデータキャリアへの送信時、小型コイルアンテナ４には電流が流れる。このとき、各辺４ａ〜４ｄの２本の線にはそれぞれ同じ方向の電流が流れる。このため、小型コイルアンテナ４は、大きさが原型コイルアンテナ３の半分で、原型コイルアンテナ４の２倍の強さの磁界を発生することとなり、非接触通信装置にごく近い範囲でデータキャリアと通信するような場合に好都合となる。

一方、原型コイルアンテナ３をそのまま非接触通信装置のコイルアンテナとして使用すれば、広い範囲で一様な磁界を生成するようになる。
このように、原型コイルアンテナ３をそのまま使用することにより、広い範囲で一様な磁界を生成し、小型のコイルアンテナ４に変えて使用することにより、原型コイルアンテナ３の２倍の強さの磁界を狭い範囲で生成することができ、一種類のコイルアンテナで、容易に２つの使用環境に対応することができる。

［第２の参考例］
図３は本発明の第２の参考例を示す。
この参考例が図２に示す第１の参考例と異なるところは、図３（ａ）に示すように、原型コイルアンテナ６の上辺６ｃだけに、その中間から下辺６ｄに向って伸びる折り返し二重線部６ｇを形成したところにある。なお、折り返し二重線部６ｇの先端は実際には下辺６ｄに接しているが、わかり易く図示したため、図では離れている。

この原型コイルアンテナ６から小型コイルアンテナ７を製造するには、図３（ｂ）に示すように、原型コイルアンテナ６の右側半分を、折り返し二重線部６ｇを直線状に伸ばすように１８０度回転させて中間コイルアンテナ８を形成し、次いで、この中間コイルアンテナ８の右下側半分を、直線状に伸びた折り返し二重線部６ｇと下辺６ｄの交差部で折り返すように１８０度回転させて左上側半分に重ねるようにする。これにより、図３（ｃ）に示すような、各辺７ａ〜７ｄが２本の線からなる小型コイルアンテナ７が製造される。

［第２実施例］
図４は本発明の第２実施例を示す。この実施例は請求項１および３に対応する。
図４（ａ）は原型コイルアンテナ９を示す。この原型コイルアンテナ９は、１本の銅線によって矩形状に形成され、両端部は非接触通信装置に接続される接続部９ａ、９ｂとされている。この原型コイルアンテナ９の１組の対向２辺９ｃ、９ｄの長さ方向中間および残る１組の対向２辺９ｅ、９ｆの長さ方向中間には、それぞれ対向する辺に向って伸びるほぼＵ字状の折り返し二重線部９ｇ〜９ｊが形成されている。なお、折り返し二重線部９ｇ〜９ｊの先端は実際には互いに接しているが、わかり易く図示したため、図では離れている。

このフレキシブルな原型コイルアンテナ９から発生磁界の強さが４倍で且つ大きさが４分の１の小型コイルアンテナ１０を製造する。ここで、原型コイルアンテナ９から小型コイルアンテナ１０（図１０（ｅ）参照）を製造する手順を説明すると、まず、原型コイルアンテナ９のうち、例えば折り返し二重線部９ｇ、９ｈを境にした両側のうちの片側半分、例えば右側半分を左側半分に対して、折り返し二重線部９ｇ、９ｈが直線状となるように、１８０度回転させる。この状態を図４（ｂ）に示す。次に、図４（ｂ）の状態から右側半分を、直線状に伸びた折り返し二重線部９ｇ、９ｈを中心にして１８０度回転させて左側半分に重ねるように折り返して図４（ｃ）に示すような中間コイルアンテナ１１を形成する。

この後、中間コイルアンテナ１１の折り返し二重線部９ｉ、９ｊを境にした両側のうちの片側半分、例えば上側半分を、折り返し二重線部９ｉ、９ｊが直線状となるように、１８０度回転させる。この状態を図４（ｄ）に示す。次に、図４（ｄ）の状態から上右側半分を、直線状に伸びた折り返し二重線部９ｇ〜９ｊの交差部分で１８０度回転させて左下側半分に重ねるように折り返して図４（ｅ）に示すような小型コイルアンテナ１０を形成する。

このようにして形成された小型コイルアンテナ１０において、４辺１０ａ〜１０ｄは、いずれも４本の線からなる。つまり、小型コイルアンテナ４の上辺１０ａは、原型コイルアンテナ３の折り返し二重線部９ｇ〜９ｊの半分部分からなり、下辺１０ｂは、原型コイルアンテナ９の上辺９ｃの右側半分９ｃ−２、下辺９ｄの左側半分９ｄ−１、左辺９ｅの上側半分９ｅ−２、右辺９ｆの上側半分９ｆ−２からなる。

また、小型コイルアンテナ１０の左辺１０ｃは、原型コイルアンテナ９の上辺９ｃの左側半分９ｃ−１、下辺９ｄの右側半分９ｄ−２、左辺９ｅの下側半分９ｅ−１、右辺９ｆの上側半分９ｆ−１からなり、右辺１０ｄは、原型コイルアンテナ３の折り返し二重線部９ｇ〜９ｊの残りの半分からなる。
小型コイルアンテナ１０を非接触通信装置に組み付けた場合、非接触通信装置からＩＣカードやＲＦＩＤタグなどのデータキャリアへの送信時、小型コイルアンテナ１０には電流が流れる。このとき、各辺１０ａ〜１０ｄの４本の線にはそれぞれ同じ方向の電流が流れる。このため、小型コイルアンテナ１０は、大きさが原型コイルアンテナ９の４分の１で、原型コイルアンテナ９の４倍の強さの磁界を発生することとなる。従って、非接触通信装置に極く近い範囲でデータキャリアと通信するような場合に好都合となる。

一方、原型コイルアンテナ９をそのまま非接触通信装置のコイルアンテナとして使用すれば、広い範囲で一様な磁界を生成するようになる。
このように、原型コイルアンテナ９をそのまま非接触通信装置のコイルアンテナとして使用することにより、広い範囲で一様な磁界を生成し、小型のコイルアンテナ１０に変えて使用することにより、原型コイルアンテナ９の４倍の強さの磁界を狭い範囲で生成することができ、一種類のコイルアンテナで、容易に２つの使用環境に対応することができる。

本発明の第１実施例を示すもので、原型コイルアンテナから小型コイルアンテナを製造する手順を示す概略図 本発明の第１の参考例を示す図１相当図 本発明の第２の参考例を示す図１相当図 本発明の第２実施例を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１、３、６、９は原型コイルアンテナ、２、４、７、１０は小型コイルアンテナ、５、８、１１は中間コイルアンテナである。

Claims (3)

1. ほぼ矩形状をなし、１組の対向する２辺の中間および残る１組の対向する２辺の中間に、それぞれ対向する辺に向って伸びる折り返し二重線部を形成してなるフレキシブルな非接触通信装置用コイルアンテナ。
2. ほぼ矩形状に形成されたフレキシブルな原型コイルアンテナを、１組の対向する２辺の偶数箇所で折り返すことにより、前記原型コイルアンテナより小型で該原型コイルアンテナと同等の磁界強度を生成する小型コイルアンテナを形成するようにしたことを特徴とする非接触通信装置用コイルアンテナの製造方法。
3. ほぼ矩形状をなし、１組の対向する２辺の中間および残る１組の対向する２辺の中間に、それぞれ対抗する辺に向って伸びる折り返し二重線部が形成されたフレキシブルな原型コイルアンテナにおいて、当該原型コイルアンテナの片側半分を残る片側半分に対して前記２組の対向する２辺のうちの一方の組の対向２辺の前記折り返し二重線部が直線状となるように１８０度回転させ、その後、前記原型コイルアンテナの前記片側半分を前記残る片側半分に重ねるように折り返すことによって中間コイルアンテナを形成し、
   前記中間コイルアンテナの片側半分を残る片側半分に対して前記２組の対向する２辺のうちの他方の組の対向２辺の前記折り返し二重線部が直線状となるように１８０度回転させ、その後、前記中間コイルアンテナの前記片側半分を前記残る片側半分に重ねるように折り返すことによって前記原型コイルアンテナより小型で該原型コイルアンテナより強い磁界強度を生成する小型コイルアンテナを形成するようにしたことを特徴とする非接触通信装置用コイルアンテナの製造方法。

Images