JP4762960B2 - ループアンテナ及びループアンテナの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ループアンテナ、特に、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の送受信に用いられるループアンテナ及びその製造方法に関する。

ＲＦＩＤ等、無線によって信号をやりとりする機器（例えば、無線タグ等）にループアンテナが用いられている。
ループアンテナは、その構造によって、ＦＰＣ等を用いた平面型と巻線型とに大別される。
平面型のループアンテナが用いられる典型例として、交通機関の乗車券等として用いられるＩＣカードがある。
ＩＣカードには、薄く作る必要性や、ある程度の可撓性が必要、といった要求がある。そして、従来、このような要求に応じるべく、例えば、図６に示すＩＣカードが提案されている（特許文献１参照）。

図６は、従来のＩＣカードを示す平面図である。
図６に示すＩＣカード１００は、樹脂で形成されたフィルム基板１１０と、フィルム基板１１０の表面にパターニングされたループアンテナ素子１２０と、ループアンテナ素子１２０の各端子が接続された実装部１３０とを備えている。また、実装部１３０には、ループアンテナ素子１２０の信号周波数を同調させるための同調コンデンサと、メモリを有するＩＣチップとが設けられている。

一方、ＲＦＩＤ機能を持つ携帯電話機等、ＩＣカードのような厳しい厚さの制限がない機器には、巻線型のループアンテナも用いられる。
この種の用途には、ループアンテナが、この種の機器に用いられる部品の中では比較的大きな実装面積を要するため、図６にあるような平面的に構成されたループアンテナを使い難い場合がある。ここで、平面的に構成されたループアンテナを立体的に配置すると、指向性が変化してしまうという問題が生じる。

また、ＦＰＣを用いた平面型のループアンテナは、巻線型のループアンテナと比較して高価である。したがって、コスト要求がシビアな携帯電話機等については、平面型のループアンテナを使い難い場合がある。なお、交通機関の乗車券等として用いられるＩＣカードは、鉄道会社等がデポジット金と引き換えに貸与するものなので、携帯電話機ほどにはコストが問題にならないと思われる。このような事情から、交通機関の乗車券等として用いられるＩＣカードでは、平面型のループアンテナのみならず巻線型のループアンテナも用いられる。
従来、巻線型のループアンテナを備えるＩＣカードとして、例えば、図７に示すものが知られている（特許文献２参照）。

図７は、従来のＩＣカードを示す平面図である。
図７に示すＩＣカード２００は、表面に配線パターンが形成された配線基板２１０上に、情報処理を行う半導体チップ２３０及び電波の送受信を行うループアンテナ素子２２０が実装されて構成されている。そして、ループアンテナ素子２２０は、ループアンテナ素子２２０の接続端子２２１と配線基板２１０の接続ランド２１１とを半田付けすることにより、配線基板２１０と電気的に接続されている。
特開２００４−１３５８７号公報 特開平１１−２５１５０９号公報

しかしながら、図７に示すＩＣカード２００のループアンテナでは、半田付けによりループアンテナ素子２２０が配線基板２１０に接続されているため、配線基板２１０に設置されたループアンテナ素子２２０のループ長に、一半田付け箇所あたり±１ｍｍ程度のばらつきが生じるという問題がる。特に、ループアンテナ素子２２０のループ長のばらつきは、ループアンテナ素子２２０が多重ループで構成された場合に顕著となる。

そして、配線基板２１０に設置されたループアンテナ素子２２０のループ長にばらつきが生じると、ループアンテナの共振周波数が変わる。そして、ループアンテナの共振周波数が変わると、ループアンテナの送受信距離が変化することとなる。
本発明は上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、設置されたループアンテナ素子のループ長にばらつきが生じることを防止することが可能なループアンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る多重のループアンテナは、アンテナ素子を構成する複数の電線と、前記電線の数以上設けられた、前記各電線の一端部をそれぞれ案内し、前記各電線の一端部側の先端が突き当たる壁面を有する第一の案内溝と、前記電線の数以上設けられた、前記各電線の他端部をそれぞれ案内し、前記各電線の他端部側の先端が突き当たる壁面を有する第二の案内溝と、を有する絶縁性ハウジングと、前記第一の案内溝内に設けられた、前記電線の一端部が圧接接続されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである第一圧接部と、前記第二の案内溝内に設けられた、前記電線の他端部が圧接接続されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである第二圧接部と、前記第一圧接部と前記第二圧接部とをつなぐブリッヂ部と、を有し、前記複数の電線を互いに直列に接続する第一の圧接端子と、前記第一の案内溝内及び前記第二の案内溝内にそれぞれ設けられた、互いに直列に接続された複数の電線の両端部がそれぞれ圧接接続されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである圧接部と、該圧接部に接続された外部端子と、を有する一対の第二の圧接端子と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る多重のループアンテナは、請求項１に記載の多重のループアンテナにおいて、前記複数の電線が、１本のケーブルとして構成されていることを特徴とする。
さらに、本発明の請求項３に係るループアンテナの製造方法は、アンテナ素子を構成する電線の一端部を、該一端部側の先端をハウジングに設けられた第一の案内溝の壁面に突き当てた状態で、前記第一の案内溝内に配置されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである圧接部に圧接接続する工程と、前記電線の他端部を、該他端部側の先端を前記ハウジングに設けられた第二の案内溝の壁面に突き当てた状態で、前記第二の案内溝内に配置されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである圧接部に圧接接続する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の請求項１に係る多重のループアンテナは、複数の電線によりアンテナ素子を構成している。そして、電線の数以上設けられた、各電線の一端部側の先端が突き当たる壁面を有する第一の案内溝と、電線の数以上設けられた、各電線の他端部側の先端が突き当たる壁面を有する第二の案内溝とを有する絶縁性ハウジングを備えている。また、第一の案内溝内に設けられた、電線の一端部が圧接接続されると共に上端の高さが壁面の高さとほぼ同じである第一圧接部と、第二の案内溝内に設けられた、電線の他端部が圧接接続されると共に上端の高さが壁面の高さとほぼ同じである第二圧接部と、第一圧接部と前記第二圧接部とをつなぐブリッヂ部とを有し、複数の電線を互いに直列に接続する第一の圧接端子を備えている。さらに、第一の案内溝内及び第二の案内溝内にそれぞれ設けられた、互いに直列に接続された複数の電線の両端部がそれぞれ圧接接続されると共に上端の高さが壁面の高さとほぼ同じである圧接部と、圧接部に接続された外部端子とを有する一対の第二の圧接端子を備えている。したがって、本発明の請求項１に係る多重のループアンテナでは、各電線が、各電線の各先端を各案内溝の壁面に突き当てた状態で各圧接部に圧接接続される。また、複数の電線は、第二の圧接端子によって互いに直列に接続される。よって、本発明の請求項１に係る多重のループアンテナによれば、複数の電線により多重のループアンテナを構成する際に、ハウジングに設置された各電線のループ長にばらつきが生じることを防止することが可能となる。

なお、複数の電線は、予め長さが正確に揃えられたものである。
例えば、１本の長さが２００ｍｍの電線を３本用いて１３．５６ＭＨｚ用のループアンテナを構成した場合、各電線の最大公差は±０．５ｍｍである。この場合、本発明の請求項１に係るループアンテナによれば、各電線の最大公差を±０．５ｍｍ以内に抑えることが可能となる。

また、本発明の請求項２に係る多重のループアンテナは、請求項１に係る多重のループアンテナにおいて、複数の電線が、１本のケーブルとして構成されている。したがって、本発明の請求項２に係る多重のループアンテナによれば、１本のケーブルを切り出すだけで長さが互いに揃った複数の電線を準備でき、ループアンテナを製造する際の工数を減らすことが可能となる。また、本発明の請求項２に係る多重のループアンテナによれば、複数の電線がばらばらにならず実装時に扱いやすいため、ループアンテナの製造時の作業効率を上げることが可能となる。
さらに、本発明の請求項３に係るループアンテナの製造方法では、電線が、電線の各先端を各案内溝の壁面に突き当てた状態で、上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである圧接部に圧接接続される。よって、本発明の請求項３に係るループアンテナの製造方法によれば、ハウジングに設置された各電線のループ長にばらつきが生じることを防止することが可能となる。

次に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
本発明に係るループアンテナは、ＲＦＩＤ機能を有する携帯電話機に好適なループアンテナとして構成されたものである。
図１は、本発明に係るループアンテナの斜視図である。図２は、図１に示すループアンテナの平面図である。図３は、図１に示すループアンテナに備えられるハウジングを示す斜視図である。
図１及び図２に示すループアンテナ１は、３重のループアンテナの各ループを構成する３本の電線１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）と、ＲＦＩＤ機能を有する携帯電話機等の筐体（図示せず）の内部に実装されるハウジング２０とを備えている。また、ループアンテナ１は、３本の電線１０を互いに直列に接続する２つの第一の圧接端子４０と、互いに直列に接続された３本の電線１０の両端がそれぞれ接続される一対の第二の圧接端子３０とを備えている。

各電線１０としては、銅線等が用いられる。そして、３本の電線１０は、ハウジング２０に設置されることにより、３重のループ状に互いに直列に接続され、３重のループアンテナを構成している。ここで、各電線１０は、ループアンテナ１が使用される周波数に応じた長さに予め正確に揃えられている。また、３本の電線１０は、１本のケーブルとして構成されている。なお、３本の電線１０として、ばらばらの電線１０を用いる構成でも構わない。
ここで、ループアンテナ１では、３本の電線１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いて、３重のループアンテナを構成しているが、用いる電線１０の数及び構成するループアンテナの巻数は適宜増減することが可能である。

ハウジング２０は、絶縁性の樹脂により一体的に形成されている。また、ハウジング２０には、各電線１０の一端部を案内する第一の案内溝２１と、各電線１０の他端部を案内する第二の案内溝２２とが設けられている。ここで、図１に示すように、ループアンテナ１のハウジング２０では、３本の電線１０を用いて３重のループアンテナを構成するため、３つの第一の案内溝２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）及び３つの第二の案内溝２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）が設けられている。そして、３本の第一の案内溝２１は、ハウジング２０の左右方向（図２における左右方向）左側に、上下方向（図２における上下方向）に並行に設けられている。また、３本の第二の案内溝２２は、ハウジング２０の左右方向右側に、上下方向に並行に設けられている。また、ハウジング２０には、ループアンテナ１が前記筐体に実装される際に、前記筐体に設けられたロック用凸部が嵌合されるロック部２９が設けられている。

図３に示すように、各案内溝２１，２２の電線挿入方向（図２における左右方向）の奥側には、各案内溝２１，２２に挿入された各電線１０の先端が突き当たる壁面２５が設けられている。また、各案内溝２１，２２の電線挿入方向の手前側の端面には、各案内溝２１，２２に挿入された各電線１０の端部を被覆ごと保持する被覆保持部２６が設けられている。各被覆保持部２６は、各案内溝２１，２２の端面に、弾性的に変位するかえしが入り口に形成されたスリットを設けることにより構成されている。そして、各被覆保持部２６は、各案内溝２１，２２の端面に形成されたスリットに各電線１０の端部が押し込まれることにより、各電線１０の端部を被覆ごと保持することが可能となっている。さらに、ハウジング２０の各案内溝２１，２２の電線挿入方向の手前側には、各案内溝２１，２２に挿入される各電線１０の下方を支持する支持溝２７を有する支持板２８が設けられている。

各第一の圧接端子４０は、例えば、銅合金により形成され、ハウジング２０に圧入されている。図２に示すように、各第一の圧接端子４０は、第一の案内溝２１に圧入され、第一の案内溝２１に挿入された電線１０が圧接接続される第一の圧接部４１と、第二の案内溝２２に圧入され、第二の案内溝２２に挿入された電線１０が圧接接続される第二の圧接部４２と、第一の圧接部４１と第二の圧接部４２とをつなぐブリッヂ部４３とを有している。

図３及び図４に示すように各圧接部４１，４２は、各案内溝２１，２２の底面に配置される底板（図示せず）と、底板から手前側（図２における手前側）に立上る一対の圧接刃４４とを有している。図３に示すように、各圧接刃４４は、各電線１０の端部が圧接接続されるスリット４５を有している。そして、各圧接部４１，４２は、各圧接刃４４に各電線１０の端部を押し込むという単純な作業のみによって、各電線１０を電気的に接続された状態で保持することが可能となっている。

そして、ループアンテナ１では、第一の圧接端子４０は、ハウジング２０に２つ設けられ、一の第一の圧接端子４０は、第一の案内溝２１ａに挿入された電線１０ａの一端部及び第二の案内溝２２ａに挿入された電線１０ｃの他端部を電気的に接続された状態で保持している。また、他の第一の圧接端子４０は、第二の案内溝２１ｂに挿入された電線１０ｂの一端部及び第二の案内溝２２ｂに挿入された電線１０ａの他端部を電気的に接続された状態で保持している。

各第二の圧接端子３０は、例えば、銅合金により形成され、ハウジング２０に圧入されている。図２に示すように、各第二の圧接端子３０は、各案内溝２１，２２に圧入され、各案内溝２１，２２に挿入された電線１０が圧接接続される圧接部３１と、圧接部３１に接続された平板形状の接点部（外部端子）３７とを有している。接点部３７は、相手基板の接点に押し付けられて電気的接続をなす。

各圧接部３１は、各案内溝２１，２２の底面に配置される底板（図示せず）と、底板から手前側に立上る一対の圧接刃３５とを有している。各圧接刃３５は、各電線１０の端部が圧接接続されるスリット３２を有している。そして、各圧接部３１は、各圧接刃３５に各電線１０の端部を押し込むという単純な作業によって、圧接接続された各電線１０を電気的に接続された状態で保持することが可能となっている。
そして、ループアンテナ１では、第二の圧接端子３０は、ハウジング２０に一対設けられ、一の第二の圧接端子３０は、第一の案内溝２１ｃに挿入された電線１０ｃの一端部を電気的に接続された状態で保持している。また、他の第二の圧接端子３０は、第二の案内溝２２ｃに挿入された電線１０ｂの一端部を電気的に接続された状態で保持している。

そして、電線１０ａは、一端部が第一の案内溝２１ａの第一の圧接部４１により保持され、他端部が第二の案内溝２２ｂの第二の圧接部４２により保持される。また、電線１０ｂは、一端部が第一の案内溝２１ｂの第一の圧接部４１により保持され、他端部が第二の案内溝２２ｃの圧接部３１により保持される。さらに、電線１０ｃは、一端部が第一の案内溝２１ｃの圧接部３１により保持され、他端部が第二の案内溝２２ａの第一の圧接部４１により保持される。これにより、３本の電線１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、３重のループ状に互いに直列に接続された状態となる。そして、互いに直列に接続された３本の電線１０ａ，１０ｂ，１０ｃの両端部のそれぞれは、各接点部３７に電気的に接続される。

このように構成されたループアンテナ１は、各接点部３７が前記筐体内の回路基板に電気的に接続された状態で、前記筐体内に実装される。
ここで、電線を配線基板に半田付けしてループアンテナを構成した場合、配線基板は立体的に形成することができないため、ループアンテナを筐体に設置するためには、配線基板を筐体に接着するしかなく、ループアンテナを筐体に設置する際の自由度が低くなる。

一方、ループアンテナ１によれば、樹脂成形品であるハウジング２０を用いる構成により、ハウジング２０の形状の自由度が大きくなる。したがって、ハウジング２０にロック部２９を設ける等、筐体に実装する際の自由度を高めることが可能となる。
また、ループアンテナ１によれば、ハウジング２０を用いる構成により、隣り合う電線１０の間の絶縁を確実に行うことが可能となる。

次に、ループアンテナ１の組み立て方法について説明する。
各電線１０をハウジング２０に設置する際には、各電線１０の一端部側の先端を第一の案内溝２１の壁面２５に突き当てた状態で、各電線１０の一端部を圧接部３１，４１に圧接接続させる。また、各電線１０の他端部側の先端を第二の案内溝２２の壁面２５に突き当てた状態で、各電線１０の他端部を圧接部３１，４２に圧接接続させる。
この際、各電線１０の端部は、先端を各案内溝２１，２２の壁面２５に突き当てた状態で、圧接工具を使用して一度に各圧接部３１，４１，４２に押し込まれる。
このように、ループアンテナ１によれば、所定の位置に配置された各電線１０の端部を一度に押し込む作業によって圧接接続が完了するため、ハウジング２０に設置された各電線１０のループ長にばらつきが生じることを防止することが可能となる。

また、ループアンテナ１によれば、所定位置に置かれた各電線１０の各端部を各圧接部３１，４１，４２に押し込むという一動作によって各電線１０の電気的接続を一度の完了させることができるため、生産性を向上させることが可能となる。
なお、各圧接部３１，４１，４２に押し込まれる各電線１０の端部の絶縁被覆は、予め除去されていても構わない。
さらに、ループアンテナ１によれば、３本の電線１０が１本のケーブルとして構成されているため、１本のケーブルを切り出すだけで長さが互いに揃った３本の電線１０を準備でき、ループアンテナを製造する際の工数を減らすことが可能となる。また、３本の電線１０がばらばらにならず実装時に扱いやすいため、ループアンテナ１の製造時の作業効率を上げることが可能となる。

ここで、１本の長さが２００ｍｍの電線を３本用いて１３．５６ＭＨｚ用のループアンテナを構成した場合、各電線の最大公差は±０．５ｍｍである。
そして、各電線を半田付けにより配線基板に接続した場合、接続された電線のループ長のばらつきは、半田付けされる電線の各端部あたり±１ｍｍ程度生じる。したがって、電線を３本用いてループアンテナを構成する場合、接続された電線のループ長のばらつきは、最大で±６ｍｍ程度生じる。
一方、ループアンテナ１によれば、接続された電線１０のループ長のばらつきを、各電線の各端部あたり±０．２５〜０．３ｍｍ以内に抑制することが可能となる。

次に、本実施の形態に係るループアンテナ１の変形例を図面を参照して説明する。
図４は、図３に示すハウジングの変形例を示す平面図である。図５は、図４に示すハウジングの側面図である。
ループアンテナ１の変形例に係るループアンテナ５０は、ループアンテナ１において、第二の圧接端子３０の代わりに第二の圧接端子５１を備えている。
各第二の圧接端子５１は、金属により形成されている。図４及び図５に示すように、各第二の圧接端子５１は、各案内溝２１，２２に圧入され、各案内溝２１，２２に挿入された電線１０が圧接接続される圧接部３１と、圧接部３１と接続された、Ｕ字形状に折り返されたばね部５３と、ばね部５３と接続された平板形状の接点部（外部端子）５４とを備えている。

ばね部５３は、Ｕ字形状に折り返されていることにより、ばね部５３に接続された接点部５４の変位を吸収することができる。
このように構成されたループアンテナ５０は、各接点部５４が前記筐体内の回路基板に電気的に接続された状態で、前記筐体内に実装される。
この際、各接点部５４と相手回路基板との接続は、各接点部５４と相手回路基板の接点とを弾性的に接触させる方法でも、各接点部５４と相手回路基板の接点とを半田付けする方法でも構わない。
このように、ループアンテナ５０では、各第二の圧接端子５１がばね部５３を備える構成により、接点部５４の変位を吸収することができる。よって、ループアンテナ５０によれば、前記筐体内に実装する際の自由度を高めることが可能となる。

図１は、本発明に係るループアンテナの斜視図である。 図１に示すループアンテナの平面図である。 図１に示すループアンテナに備えられるハウジングを示す斜視図である。 図３に示すハウジングの変形例を示す平面図である。 図４に示すハウジングの側面図である。 従来のＩＣカードを示す平面図である。 従来のＩＣカードを示す平面図である。

符号の説明

１ ループアンテナ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 電線
２０ ハウジング
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 第一の案内溝
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 第二の案内溝
２５ 壁面
２６ 被覆保持部
２７ 支持溝
２８ 支持板
２９ ロック部
３０ 第二の圧接端子
３１ 圧接部
３２ スリット
３５ 圧接刃
３７ 接点部（外部端子）
４０ 第一の圧接端子
４１ 第一の圧接部
４２ 第二の圧接部
４３ ブリッヂ部
４４ 圧接刃
４５ スリット
５０ ループアンテナ
５１ 第二の圧接端子
５３ ばね部
５４ 接点部

Claims (3)

1. アンテナ素子を構成する複数の電線と、
   前記電線の数以上設けられた、前記各電線の一端部をそれぞれ案内し、前記各電線の一端部側の先端が突き当たる壁面を有する第一の案内溝と、前記電線の数以上設けられた、前記各電線の他端部をそれぞれ案内し、前記各電線の他端部側の先端が突き当たる壁面を有する第二の案内溝と、を有する絶縁性ハウジングと、
   前記第一の案内溝内に設けられた、前記電線の一端部が圧接接続されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである第一圧接部と、前記第二の案内溝内に設けられた、前記電線の他端部が圧接接続されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである第二圧接部と、前記第一圧接部と前記第二圧接部とをつなぐブリッヂ部と、を有し、前記複数の電線を互いに直列に接続する第一の圧接端子と、
   前記第一の案内溝内及び前記第二の案内溝内にそれぞれ設けられた、互いに直列に接続された複数の電線の両端部がそれぞれ圧接接続されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである圧接部と、該圧接部に接続された外部端子と、を有する一対の第二の圧接端子と、
   を備えることを特徴とする多重のループアンテナ。
2. 前記複数の電線が、１本のケーブルとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の多重のループアンテナ。
3. アンテナ素子を構成する電線の一端部を、該一端部側の先端をハウジングに設けられた第一の案内溝の壁面に突き当てた状態で、前記第一の案内溝内に配置されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである圧接部に圧接接続する工程と、
   前記電線の他端部を、該他端部側の先端を前記ハウジングに設けられた第二の案内溝の壁面に突き当てた状態で、前記第二の案内溝内に配置されると共に上端の高さが前記壁面の高さとほぼ同じである圧接部に圧接接続する工程と、
   を含むことを特徴とするループアンテナの製造方法。

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