JP4905844B2 - Antenna, radio clock using the same, keyless entry system, RFID system - Google Patents
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Description
本発明は、時刻情報を含む電磁波の中で磁界成分を受信して時刻を合わせる、電波時計、あるいは電磁波で所有者の接近を検知して自動車や住居のキーを開閉せしめるスマートキーレスエントリーシステム等(以下、キーレスエントリーシステムと言う)、あるいは電磁波に載せられた変調信号によって情報を授受するRFIDタグシステム等(以下、RFIDシステムと言う)に用いて好適な磁気センサ型の電磁波受信用アンテナに関するものである。 The present invention relates to a timepiece that receives a magnetic field component in an electromagnetic wave including time information and adjusts the time, a radio timepiece, or a smart keyless entry system that detects the approach of an owner by electromagnetic waves and opens and closes a car or a house key ( Hereinafter, it is referred to as a keyless entry system), or a magnetic sensor type electromagnetic wave receiving antenna suitable for use in an RFID tag system or the like (hereinafter referred to as an RFID system) that transmits and receives information by a modulation signal placed on an electromagnetic wave. is there.
ここでは電波時計用のアンテナを例に背景技術の説明を行う。
電波時計は、所定周波数の搬送波によって送られる時刻情報を受信し、その時刻情報を基に自身の時刻を修正する時計を指し、現在置時計、掛け時計、腕時計等さまざまな形態で実用化されている。
電波時計等に用いられている電波は40kHz〜200kHz以下と、長波帯を使用しており、その電波の一波長は数kmという長さになる。この電波を、電界として効率よく受信するには数百mを越す長さのアンテナ長が必要となり、小型化が必要な腕時計、キーレスエントリーシステム、RFIDシステム等に使用することは事実上困難であり、磁心を用いて磁界成分を受信することが必要である。
具体的には上記搬送波は、日本においては40kHz及び60kHzの2種類の電波を使用している。海外においても主に100kHz以下の周波数を用いて時刻情報を提供しているため、これらの周波数の電波を受信するには電磁波の磁界成分を効率良く収束させるために磁性体を磁心とし、これにコイルを巻き回した磁気センサ型のアンテナが主に使用されている。
Here, the background art will be described using an antenna for a radio timepiece as an example.
A radio clock is a clock that receives time information transmitted by a carrier wave of a predetermined frequency and corrects its own time based on the time information, and is currently put into practical use in various forms such as a table clock, a wall clock, and a wrist watch.
A radio wave used in a radio timepiece or the like uses a long wave band of 40 kHz to 200 kHz or less, and one wavelength of the radio wave is several km long. In order to efficiently receive this radio wave as an electric field, an antenna length exceeding several hundred meters is required, and it is practically difficult to use it for wristwatches, keyless entry systems, RFID systems, etc. that require miniaturization. It is necessary to receive a magnetic field component using a magnetic core.
Specifically, the carrier wave uses two types of radio waves of 40 kHz and 60 kHz in Japan. Even overseas, time information is provided mainly using frequencies of 100 kHz or less, and in order to receive radio waves of these frequencies, a magnetic material is used as a magnetic core in order to efficiently converge the magnetic field component of electromagnetic waves. A magnetic sensor type antenna in which a coil is wound is mainly used.
従来、電波時計用のアンテナとして、例えば特許文献1には、アモルファス金属積層体からなる磁心にコイルを巻回した主に腕時計に使用する小型アンテナが開示されている。
特許文献2には、フェライトからなる磁心にコイルを巻回してなる小型アンテナが開示されている。
また、特許文献3には、金属ケースとアンテナとの間に導電性を有するシール部材を設けたアンテナが開示されている。
さらに、特許文献4には、磁芯にコイルが巻回された主磁路部材と、磁芯にコイルが巻回されていない副磁路部材とを有し、磁芯に沿った閉ループ磁路の一部にエアギャップを設け、共振時には内部で発生した磁束が外部に漏れ難いようになしたアンテナが開示されている。
Conventionally, as an antenna for a radio-controlled timepiece, for example,
Patent Document 2 discloses a small antenna formed by winding a coil around a magnetic core made of ferrite.
Further,
腕時計は、主に筐体(ケース)、ムーブメント(駆動部モジュール)とその周辺部品(文字盤、モータ、電池等)、非金属(ガラス)蓋および金属裏蓋とにより構成される。この中にアンテナを内蔵する場合、従来は筐体の外側に設けることが多かった。しかしながら、最近では小型軽量化の趨勢から筐体内部に設けることが求められるようになってきており、図18に示すようにムーブメント22と裏蓋24及び主として電池、時計針を動かすモータ等の周辺部品26の隙間に配置される。尚、図18の正面図のアンテナ1は構造を示すため実線で示しているが、実際は筐体25とムーブメント22、周辺部品26及び裏蓋24によって閉じられた空間に収められている。
上記した特許文献1、2のアンテナは、それぞれ磁心として比透磁率の高いアモルファス箔体やフェライトを用いて電磁波の磁界成分を収束させ、この収束させた磁束を磁心の外側に巻き回したコイルによって時間的に磁束が変化する成分を電圧として検知するアンテナである。従って、この点では筐体としては電磁波の磁界成分を阻害しない樹脂材とすることが望ましい。しかし、その反面一部を樹脂製にすると設計、デザイン面での制約がある。一般に腕時計は意匠性がセールスポイントとなり、例えば金属製の筐体が高級感や審美性の面で好まれる。そこで中高級時計や自動車に代表される機器類には筐体が金属ケースで作られることが多くなっている。この場合、従来のアンテナ構造、また配置によっては金属ケース等が電磁波に対するシールドとして働き、受信感度が大幅に低下すると言う問題があった。そこで、特許文献3では、アンテナを金属ケースの外部でかつシールド部材を介して配置することによりQ値の維持を図っている。しかし、大型化とデザインの制約は免れ得ないものであった。
A wristwatch is mainly composed of a housing (case), a movement (driving unit module) and its peripheral components (a dial, a motor, a battery, etc.), a non-metallic (glass) lid, and a metal back lid. In the case of incorporating an antenna in this, conventionally, it is often provided outside the casing. However, recently, due to the trend toward smaller and lighter weights, it has been required to be provided inside the housing. As shown in FIG. 18, the periphery of the
The antennas of
また、アンテナとしては外部から入ってきた電磁波による磁束が磁心に通った結果としてコイルに電圧が誘起される。図17の等価回路図に示すように、この電圧はコイル8と並列に接続されたコンデンサCにより所望の周波数に共振するようになっており、共振させることによりコイル8にはQ倍の電圧が発生し、コイル8にはその共振電流が流れる。この共振電流によってコイル8の周囲には磁界が発生し、磁束は主として磁心の両端から出入りする。ここで、アンテナの周囲に金属が接近していると、この共振電流によって発生した磁束が金属を貫く結果となり渦電流を発生させる。即ち、アンテナの近くに電気抵抗の小さな金属類があると、共振時の磁界エネルギーは渦電流損として失われ、アンテナコイルの損失となって現われ、結果、Q値が低下し実効的にアンテナ感度の低下を招くものである。この点で、特許文献4に開示されたアンテナによれば、共振時に外部に向かう磁束の流れをエアギャップを設けた副磁路部材側に選択的に誘導することになり、磁束を外部に漏れ難くし、よって渦電流損によるQ値の低下を抑えることが出来るとしたものである。
In addition, as an antenna, a voltage is induced in the coil as a result of magnetic flux due to electromagnetic waves entering from the outside passing through the magnetic core. As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 17, this voltage resonates at a desired frequency by a capacitor C connected in parallel with the
同様な問題点は磁気センサ型のアンテナを金属製筐体の中に、或いは金属部品に近接して収容するキーレスエントリーシステム、またはRFIDシステムでも同様に存在する。キーレスエントリーシステムとは、例えば、乗用車等の車両の鍵を遠隔操作可能としたもので、特定の電磁波により開閉動作するアンテナを備えた送受信ユニットからなり、当該ユニットであるキーを持つ所有者の遠近により開閉遠隔操作が非接触で出来るものである。また、RFID(Radio Frequency Identification)システムは、タグに記憶された情報を特定の電磁波によって作動するアンテナにより情報を授受するもので、例えば、バス等の行先情報等が入力されたRFIDタグをバスに取り付け、時刻表情報が入力されたRFIDタグを乗り場の表示板等に埋設しておくと、利用者は非接触で各種の交通情報が認識できると言うものである。これらのシステムにおいても、筐体並びにアンテナの小型化と共にアンテナの高感度化が要求されている。 A similar problem exists in a keyless entry system or an RFID system in which a magnetic sensor type antenna is accommodated in a metal casing or close to a metal part. A keyless entry system is, for example, a remote control of a vehicle key such as a passenger car, which consists of a transmission / reception unit equipped with an antenna that opens and closes by a specific electromagnetic wave. The remote operation can be done without contact. In addition, an RFID (Radio Frequency Identification) system transfers information stored in a tag by an antenna that operates by a specific electromagnetic wave. For example, an RFID tag to which destination information such as a bus is input is used as a bus. If the RFID tag to which the timetable information is attached and embedded is embedded in the display board of the hall, the user can recognize various traffic information without contact. In these systems, it is required to increase the sensitivity of the antenna as well as to reduce the size of the housing and the antenna.
以上のことより本発明は、金属製の筐体内に磁気センサ型のアンテナを配置したものであって、設置面積・容積を大きくせず渦電流損の問題を解消して高感度な出力を得ることができる小型で感度調整の容易なアンテナを提供することを目的とする。特に限られた小スペース内で高いアンテナ特性を発揮できるもので、電波時計、特に電波腕時計やキーレスエントリーシステム、RFIDシステムに適したアンテナ及びこれを用いた前記システムを提供する。 From the above, the present invention has a magnetic sensor type antenna arranged in a metal casing, and eliminates the problem of eddy current loss without increasing the installation area and volume, thereby obtaining a highly sensitive output. An object of the present invention is to provide a small antenna that can be easily adjusted in sensitivity. In particular, the present invention provides a radio timepiece, particularly a radio timepiece, a keyless entry system, an antenna suitable for an RFID system, and the system using the same, which can exhibit high antenna characteristics in a limited small space.
本発明のアンテナは、磁性体からなる磁心にコイルを巻回した主磁路部材を有し、電磁波の磁界成分を前記主磁路部材で受信する磁気センサ型のアンテナにおいて、前記主磁路部材と、前記主磁路部材とは別に前記磁心の一部にギャップ付の副磁路部材を設ていることが特徴である。さらに具体的なアンテナの構成として、第1の本発明のアンテナは、磁性体からなる磁心にコイルを巻回した主磁路部材を有し、電磁波の磁界成分を前記主磁路部材で受信する磁気センサ型のアンテナにおいて、前記主磁路部材と、前記主磁路部材とは別に前記磁心の一部にギャップ付の副磁路部材を設けると共に、前記副磁路部材の端部は主磁路部材の端部から離れた前記磁心の中腹部に設置していることを特徴とするものである。主磁路部材の中腹部から副磁路部材を繋げることで、主磁路部材と副磁路部材は完全なループ状ではなく、主磁路部材の端部が突出した形状になる。このように主磁路部材の端部を突出させることで外部の磁束を取り入れやすく、かつ後述するように金属製筐体内などに設置しても、主磁路部材の端部を曲げることでアンテナ特性を向上することができる。また、第2の本発明のアンテナは、磁性体からなる磁心にコイルを巻回した主磁路部材を有し、電磁波の磁界成分を前記主磁路部材で受信する磁気センサ型のアンテナにおいて、前記主磁路部材と、前記主磁路部材とは別に前記磁心の一部にギャップ付の副磁路部材を設けると共に、前記磁心は薄帯を単体又は積層した積層体としたことを特徴とするものである。磁心を積層体とすることで渦電流の発生を抑制するアンテナとすることができる。
前記副磁路部材は、前記磁心との一端部または両端部にギャップを設けたり、副磁路部材の中央部にギャップを設け、このギャップを0.025〜3mmとしたものである。ギャップが0.025mm未満では副磁路部材の抵抗が小さくなりすぎ外部から入射する磁束を受け入れ難くなる。3mmを超えると副磁路部材の抵抗が大きくなりすぎてその効果が薄れ好ましくない。ギャップは0.1〜2mm程度がさらに望ましい。また、ギャップの位置が副磁路部材の中央付近(図1のアンテナ10a、10f、10g、10i参照)または片方の端部など(図1のアンテナ10e参照)一箇所に設けた場合は0.2〜2mmが望ましい。他方、ギャップを副磁路部材の両端など二箇所に設けた場合(図1のアンテナ10b、10c、10d、10h参照)は、一箇所のギャップとして0.1〜1mm程度が望ましい。
The antenna of the present invention has a main magnetic path member in which a coil is wound around a magnetic core made of a magnetic material, and the main magnetic path member is an antenna of a magnetic sensor type that receives a magnetic field component of electromagnetic waves by the main magnetic path member. In addition to the main magnetic path member, a sub magnetic path member with a gap is provided in a part of the magnetic core. As a more specific antenna configuration, the antenna of the first aspect of the present invention has a main magnetic path member in which a coil is wound around a magnetic core made of a magnetic material, and receives the magnetic field component of electromagnetic waves by the main magnetic path member. In the magnetic sensor type antenna, apart from the main magnetic path member and the main magnetic path member, a sub magnetic path member with a gap is provided in a part of the magnetic core, and the end of the sub magnetic path member is a main magnetic path member. It is installed in the middle part of the said magnetic core away from the edge part of a road member, It is characterized by the above-mentioned. By connecting the sub magnetic path member from the middle part of the main magnetic path member, the main magnetic path member and the sub magnetic path member are not in a complete loop shape, and the end of the main magnetic path member is projected. By projecting the end of the main magnetic path member in this way, it is easy to take in external magnetic flux, and even if it is installed in a metal housing or the like as will be described later, the end of the main magnetic path member is bent to make the antenna The characteristics can be improved. The antenna of the second aspect of the present invention is a magnetic sensor type antenna having a main magnetic path member in which a coil is wound around a magnetic core made of a magnetic material, and receiving a magnetic field component of electromagnetic waves by the main magnetic path member. In addition to the main magnetic path member and the main magnetic path member, a sub magnetic path member with a gap is provided in a part of the magnetic core, and the magnetic core is a single body or a laminated body in which a thin ribbon is laminated. To do. An antenna that suppresses generation of eddy currents can be obtained by using a magnetic core as a laminate.
The sub magnetic path member is provided with a gap at one end or both ends with the magnetic core, or a gap is provided at the center of the sub magnetic path member, and the gap is set to 0.025 to 3 mm. If the gap is less than 0.025 mm, the resistance of the sub magnetic path member becomes too small to accept the magnetic flux incident from the outside. If it exceeds 3 mm, the resistance of the secondary magnetic path member becomes too large, and the effect is not preferred. The gap is more preferably about 0.1 to 2 mm. Further, when the gap is provided near the center of the sub magnetic path member (see the
このアンテナ構成により、入射した磁束の一部がこのギャップ付副磁路部材を介し主たる磁気回路内を帰還して回ることにより磁心に入射した磁束のコイルに対する通過量が実効的に増加し高感度なアンテナとなる。ここで、電波の角周波数をωとし、アンテナとコンデンサで構成される共振回路の抵抗分をR、コイル部の自己インダクタンスをLとするとき、Q値はωL/Rで定義される。ここで述べるRはコイルの直流抵抗と交流抵抗の総和である。特に金属ケースに入れたアンテナの交流抵抗は増大する。その理由は磁束を集めた磁心が巻き回したコイルと外部に付加したコンデンサで共振してQ倍の共振電圧となり、この共振電流によってコイル両端には高い電圧が発生し、その電圧によってアンテナ自身の両端近くから磁束が発生するからである。その共振現象による磁束が金属を貫くときに発生する渦電流損失である。ここでギャップ付副磁路部材を設けることにより、磁心に流入した磁束はコイルを通過し磁心の他端から流出するだけでなくその一部はギャップ付副磁路部材に還流して再び外部から流入する磁束と合流してコイル内部を通過し、より多くの電圧を発生させる作用をなす。また、共振電流によって発生する磁束がギャップ付副磁路部材を介して還流することにより、アンテナ両端から外部に出る磁束総量を少なくすることができ、近接する金属ケース類を貫通する磁束が少なくなり等価的に交流抵抗の増大が抑えられる。よって、上述の抵抗分Rの増加が最小限に抑えられ、結果Q値が高まり渦電流等による損失が少なくなる。 With this antenna configuration, a part of the incident magnetic flux is fed back through the main magnetic circuit via the gap-added sub magnetic path member, and the amount of magnetic flux incident on the magnetic core is effectively increased, resulting in high sensitivity. Antenna. Here, Q is defined as ωL / R, where ω is the angular frequency of the radio wave, R is the resistance of the resonance circuit composed of the antenna and the capacitor, and L is the self-inductance of the coil section. R described here is the sum of the DC resistance and AC resistance of the coil. In particular, the AC resistance of an antenna placed in a metal case increases. The reason for this is that resonance occurs between a coil around which a magnetic core that collects magnetic flux is wound and a capacitor added outside, resulting in a Q-fold resonance voltage. A high voltage is generated at both ends of the coil due to this resonance current. This is because magnetic flux is generated near both ends. This is eddy current loss that occurs when magnetic flux due to the resonance phenomenon penetrates the metal. Here, by providing the gap-attached secondary magnetic path member, the magnetic flux flowing into the magnetic core not only flows through the coil and flows out from the other end of the magnetic core, but also part of it returns to the gap-added secondary magnetic path member and again from the outside. It merges with the inflowing magnetic flux and passes through the inside of the coil to generate more voltage. In addition, since the magnetic flux generated by the resonance current flows back through the sub-magnetic path member with a gap, the total amount of magnetic flux coming out from both ends of the antenna can be reduced, and the magnetic flux penetrating through the adjacent metal cases is reduced. Equivalent increase in AC resistance can be suppressed. Therefore, the increase in the resistance component R described above is minimized, and as a result, the Q value is increased and the loss due to eddy currents is reduced.
第3の本発明は、電磁波を受信する磁気センサ型アンテナであって、磁心および磁心に巻回されたコイルからなる主磁路部材と、前記磁心に取り付けられた一対の副磁路部材とを有し、前記副磁路部材が前記磁心より小さい比透磁率を有する材料からなることを特徴とするアンテナである。外部より入射した磁束は磁気抵抗の小さい主磁路部材を流れる。共振時の放射磁束については主磁路部材から副磁路部材側に磁束を導き、磁気回路内を効率よく帰還することができる。その結果、近接する金属ケース類を貫通する磁束が少なくなり高い出力電圧が得られ、Q値を高いまま保持できる。本発明では副磁路部材を構成する材料の比透磁率は2以上であることが好ましい。副磁路部材の比透磁率が2未満では共振電流で発生した磁束は副磁路側へ帰還しにくくなり、その磁束の一部は近接する金属ケース類を貫通し渦電流等による損失が多くなる。 A third aspect of the present invention is a magnetic sensor antenna for receiving electromagnetic waves, comprising a main magnetic path member comprising a magnetic core and a coil wound around the magnetic core, and a pair of sub magnetic path members attached to the magnetic core. And the sub magnetic path member is made of a material having a relative permeability smaller than that of the magnetic core. The magnetic flux incident from the outside flows through the main magnetic path member having a small magnetic resistance. With respect to the radiated magnetic flux at the time of resonance, the magnetic flux can be guided from the main magnetic path member to the sub magnetic path member side, and the inside of the magnetic circuit can be efficiently returned. As a result, the magnetic flux penetrating through the adjacent metal cases is reduced, a high output voltage is obtained, and the Q value can be kept high. In the present invention, the relative magnetic permeability of the material constituting the sub magnetic path member is preferably 2 or more. If the relative permeability of the secondary magnetic path member is less than 2, the magnetic flux generated by the resonance current is difficult to return to the secondary magnetic path side, and a part of the magnetic flux penetrates the adjacent metal cases to increase the loss due to eddy current or the like. .
第4の本発明は、磁性体からなる磁心にコイルを巻回した主磁路部材を有し、電磁波の磁界成分を前記主磁路部材で受信する磁気センサ型のアンテナにおいて、前記主磁路部材と、前記主磁路部材をエアギャップなしで接続して閉磁路を構成する比透磁率2以上かつ主磁路部材より小さい副磁路部材を設けたことを特徴とするアンテナである。これにより、共振電流で発生した磁束の殆どが主磁路部材内を通り、その結果コイルのQの低下が最小限で抑えられ、感度の高いアンテナを得られる。比透磁率が100以下が好ましく、100を超えると、外部からの磁束が副磁路部材の方に多く通り、結果としてコイル誘起電圧が下がってしまい、感度が下がる可能性がある。副磁路部材の比透磁率が2未満では共振電流で発生した磁束は副磁路側へ帰還しにくくなり、その磁束の一部は近接する金属ケース類を貫通し渦電流等による損失が多くなる。このときの磁束の流れ易さは副磁路部材の比透磁率や断面積、主磁路部材との対向面積によって調整されるが、これはエアギャップを調整するよりも格段に容易であり極めて作業性に優れている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a magnetic sensor type antenna having a main magnetic path member in which a coil is wound around a magnetic core made of a magnetic material, and receiving a magnetic field component of an electromagnetic wave by the main magnetic path member. The antenna is characterized in that a sub magnetic path member having a relative magnetic permeability of 2 or more and smaller than the main magnetic path member constituting a closed magnetic path by connecting the member and the main magnetic path member without an air gap is provided. As a result, most of the magnetic flux generated by the resonance current passes through the main magnetic path member, and as a result, the reduction in the Q of the coil can be minimized and a highly sensitive antenna can be obtained. The relative magnetic permeability is preferably 100 or less. When the relative permeability exceeds 100, the magnetic flux from the outside passes through the sub magnetic path member, and as a result, the coil induced voltage is lowered and the sensitivity may be lowered. If the relative permeability of the secondary magnetic path member is less than 2, the magnetic flux generated by the resonance current is difficult to return to the secondary magnetic path side, and a part of the magnetic flux penetrates the adjacent metal cases to increase the loss due to eddy current or the like. . The ease of flow of the magnetic flux at this time is adjusted by the relative permeability and cross-sectional area of the secondary magnetic path member, and the area facing the main magnetic path member, but this is much easier than adjusting the air gap. Excellent workability.
さらに第5の本発明は、磁性体からなる磁心にコイルを巻回した主磁路部材を有し、電磁波の磁界成分を前記主磁路部材で受信する磁気センサ型のアンテナにおいて、前記主磁路部材と、前記磁心と同等あるいはそれよりも小さい比透磁率を有する第1の副磁路部材と、前記主磁路部材と前記第1の副磁路部材との間をエアギャップなしで接続して閉磁路を構成する前記第1の副磁路部材よりも小さい比透磁率を有する第2の副磁路部材とを設けたことを特徴とするものである。
これにより、上記アンテナと同様、外から内へ入る磁界の磁束は主磁路部材の両端を通過し、内から外に向かう磁束はエアギャップがない分、閉磁路側に流れ易いが、ここでは第1の副磁路部材の比透磁率が比較的高く設定されているので、より低比透磁率である第2の副磁路部材を介していても磁束を通し易く、ほとんどが閉磁路を回帰する。よって、渦電流損が少なく、磁心に入射した磁束のコイルに対する通過量が実効的に増加し高感度なアンテナとなる。この例もエアギャップがない分極めて作業性に優れている。
Furthermore, a fifth aspect of the present invention is a magnetic sensor type antenna having a main magnetic path member in which a coil is wound around a magnetic core made of a magnetic material and receiving a magnetic field component of an electromagnetic wave by the main magnetic path member. A path member, a first sub magnetic path member having a relative permeability equal to or smaller than that of the magnetic core, and the main magnetic path member and the first sub magnetic path member are connected without an air gap. And a second sub magnetic path member having a relative permeability smaller than that of the first sub magnetic path member constituting the closed magnetic path.
As a result, the magnetic flux entering the outside from the inside passes through both ends of the main magnetic path member, and the magnetic flux going from the inside to the outside easily flows to the closed magnetic path side because there is no air gap. Since the relative magnetic permeability of the secondary
副磁路部材の端部は磁心の中腹部に接するように設置することが好ましい。理由は前記したことと同様である。ここで、副磁路部材または第2の副磁路部材は、軟磁性フェライト粉末あるいは軟磁性金属粉末又は軟磁性金属フレークと、樹脂又はゴムとを混合してなる柔軟性のある複合材であることが望ましい。即ち、外部から入射する磁束は主磁路部材で受けるが、内部から放射する磁束は、本発明の閉磁路のバランスを第2の副磁路部材で調整し、外部に漏れ難い構成とすることが出来る。副磁路部材または第2の副磁路部材は主磁路部材の比透磁率より小なるものであるが、比透磁率が100超であると主磁路部材に磁束を集中して受け入れ難くなる。100〜5が好ましく、更に好ましくは60〜10である。そこで柔軟性を有する複合材の場合、軟磁性の粉末と樹脂材等の混合比を調節することで適切な比透磁率を調整できるし、また厚みも容易に調節できるので好ましい。また柔軟性を有するのでエアギャップを容易に埋めることができ加工度も高いので扱いやすい。但し、柔軟性は必須ではない。また、アンテナが小さい、構造が複雑、等の理由から副磁路部材の組みつけが困難である場合には、軟磁性フェライト粉末等の軟磁性粉末を含みかつ粘性を有する塗料などを塗布するだけで副磁路部材とすることもできる。 The end of the sub magnetic path member is preferably installed so as to contact the middle part of the magnetic core. The reason is the same as described above. Here, the sub magnetic path member or the second sub magnetic path member is a flexible composite material formed by mixing soft magnetic ferrite powder, soft magnetic metal powder, or soft magnetic metal flake, and resin or rubber. It is desirable. That is, the magnetic flux incident from the outside is received by the main magnetic path member, but the magnetic flux radiated from the inside is adjusted to the balance of the closed magnetic path of the present invention by the second sub magnetic path member so that it does not leak to the outside. I can do it. The sub magnetic path member or the second sub magnetic path member is smaller than the relative magnetic permeability of the main magnetic path member, but if the relative magnetic permeability exceeds 100, it is difficult to receive the magnetic flux concentrated on the main magnetic path member. Become. 100-5 are preferable, More preferably, it is 60-10. Therefore, a composite material having flexibility is preferable because an appropriate relative magnetic permeability can be adjusted by adjusting the mixing ratio of the soft magnetic powder and the resin material, and the thickness can be easily adjusted. In addition, since it has flexibility, the air gap can be easily filled and the degree of processing is high, so it is easy to handle. However, flexibility is not essential. Also, if it is difficult to assemble the secondary magnetic path member because the antenna is small, the structure is complicated, etc., simply apply paint that contains soft magnetic powder such as soft magnetic ferrite powder and has viscosity. It can also be used as a secondary magnetic path member.
主磁路部材の磁心を軟磁性フェライトあるいは軟磁性金属薄帯を積層した積層体から構成する場合、主磁路部材と副磁路部材の間を流れる磁束は実質的に金属薄帯の積層断面を通るようにする事が好ましい。つまり、副磁路部材は薄膜磁性金属が積層された前記主磁路部材の金属製薄帯の平面方向ではなく、積層断面に隣接するよう設置されるものである。これにより、積層した場合に発生する渦電流に対し個々の薄帯からの渦電流が低下し、損失を抑制し、よりアンテナ特性を向上させることができる。
例えば、図10のように主磁路部材の積層された金属製薄帯4の板面を通過する方向に磁束が流れると、金属製薄帯4内部に大きな渦電流9が生じ、損失が大きくなり、Q値が減少する。渦電流9が生じると、ケース内部に設置することで落ちたアンテナ特性がさらに低下することになりアンテナ効率が下がる結果となる。これに対して図9のように金属製薄帯4の端部積層断面から磁束8が通るように副磁路部材を設置することで磁心内部で発生する渦電流を最小にすることが可能となり、損失の少ないアンテナとすることができる。
また、副磁路部材についても軟磁性金属薄帯を積層した積層体あるいは軟磁性フェライトから構成する場合、積層断面が対抗するように両者を配置することで、渦電流が低下し、損失を抑制し、よりアンテナ特性を向上させることができる。上記磁心を構成する軟磁性材料は、珪素鋼、パーマロイ、アモルファス金属、ナノ結晶金属、フェライト等5000〜100000程度の高比透磁率材料が望ましく、第1の副磁路部材は主磁路部材のそれよりも小さいことが好ましく、具体的には300〜5000程度が好ましい。
When the magnetic core of the main magnetic path member is composed of a laminate in which soft magnetic ferrites or soft magnetic metal ribbons are laminated, the magnetic flux flowing between the main magnetic path member and the sub magnetic path member is substantially a laminated section of the metal ribbon. It is preferable to pass through. That is, the sub magnetic path member is installed not adjacent to the plane of the metal ribbon of the main magnetic path member on which the thin film magnetic metal is laminated, but adjacent to the laminated section. As a result, eddy currents from individual ribbons are reduced with respect to eddy currents generated in the case of stacking, the loss can be suppressed, and the antenna characteristics can be further improved.
For example, when a magnetic flux flows in the direction passing through the plate surface of the
In addition, when the secondary magnetic path member is also composed of a laminated body of soft magnetic metal ribbons or soft magnetic ferrite, the eddy current is reduced and the loss is suppressed by arranging both so that the laminated cross section is opposed. In addition, the antenna characteristics can be further improved. The soft magnetic material constituting the magnetic core is preferably a high relative permeability material of about 5000 to 100,000 such as silicon steel, permalloy, amorphous metal, nanocrystalline metal, ferrite, etc., and the first sub magnetic path member is the main magnetic path member. It is preferably smaller than that, specifically, about 300 to 5000 is preferable.
本発明のアンテナにおいて、筐体が金属製筐体、もしくは筐体内部に金属製部材が備えられているとき、前記金属製筐体もしくは金属製部材(回路基板上の金属製のプリント配線なども含む)の設置位置に対して、前記磁心の端部を遠ざかる方向に曲げることが好ましい。例えば電波腕時計ではガラス製蓋の方向に曲げることが好ましい。曲げる角度は垂直であったり、斜めであったり、その筐体内の状況によって任意の角度を設定できる。磁界成分を収束させる磁心の端部を磁束流入方向に向くように曲げることにより、その先端部が筐体内部に入射する多くの磁束を収束させて高感度なアンテナとなる。また、この形状は磁心に巻かれたコイルに誘起した電圧と並列に接続されたコンデンサによる共振電流による磁束が主として磁心の両端から出入りする性質上、その出入りする磁束が金属製筐体を貫く量を減少させることとなり、結果として金属製筐体に発生させる渦電流を減少させ電気的なQ値を高く保つことができ、アンテナとしての高感度化に繋がる。磁心端部の先端部をさらに異なる方向に曲げてもよい。これにより、入射してくる磁束をより広く四方から捕らえることができ、更に高感度なアンテナが得られる。 In the antenna of the present invention, when the casing is a metal casing or a metal member is provided inside the casing, the metal casing or the metal member (such as a metal printed wiring on a circuit board) It is preferable that the end of the magnetic core be bent away from the installation position. For example, in a radio-controlled wristwatch, it is preferable to bend in the direction of the glass lid. The bending angle is vertical or oblique, and an arbitrary angle can be set depending on the situation inside the casing. By bending the end portion of the magnetic core for converging the magnetic field component so as to be directed in the magnetic flux inflow direction, the tip portion converges a large amount of magnetic flux incident on the inside of the housing, and a highly sensitive antenna is obtained. In addition, this shape is based on the property that the magnetic flux generated by the resonance current from the capacitor connected in parallel with the voltage induced in the coil wound around the magnetic core mainly enters and exits from both ends of the magnetic core. As a result, the eddy current generated in the metal casing can be reduced and the electrical Q value can be kept high, leading to higher sensitivity as an antenna. The tip of the magnetic core end may be further bent in a different direction. As a result, the incident magnetic flux can be captured more widely from four directions, and an antenna with higher sensitivity can be obtained.
また、本発明は、金属製筐体、ムーブメント(周辺部品含む)、非金属製蓋、金属製裏蓋を有する腕時計に磁気センサ型のアンテナを内蔵した電波時計において、前記磁気センサ型のアンテナは、上記した何れかのアンテナを用いて前記主磁路部材が前記金属製筐体の内部側に、副磁路部材が金属製筐体の周縁部側に配置した電波時計である。通常、金属製筐体から副磁路部材を遠ざける方が渦電流の発生頻度を減らすことができる。しかし、一般に筐体の内部側にはスペース上の制約が多く、必ずしも副磁路部材側を配置できるものではない。そもそも感度調整をする副磁路部材側が時計内部に向いていると調整作業性に問題がある。この点で、副磁路部材を柔軟性のある複合材で形成し、さらに周縁側に沿って設ければスペースを有効活用できるし、副磁路部材の厚みや面積の調整が容易で組立て性に優れている。これによりむしろ渦電流による悪影響を相殺しそれ以上の効果を期待できる。しかしながら、主磁路部材が金属製筐体の周縁部側に、前記副磁路部材が金属製筐体の内部側に配置することを妨げるものではない。この場合は外から内へ入る磁界は金属製筐体に近い主磁路部材の磁心に収束し易く、他方副磁路部材は金属製筐体から遠いので内から外へ漏れる磁界は筐体方向には向かい難く渦電流が発生し難い効果を期待できる。よって、個々の情況や求める効果によってこれらの構成を選択することが望ましいと言える。
以上により、本発明のアンテナは、時刻情報を含む電波を受信して時刻を合わせる小型の電波腕時計に用いることに適している。また、乗用車や住居等の鍵の開閉を遠隔操作するキーレスエントリーシステムに用いることに適している。さらに、情報を記憶したタグを用いて情報を授受するRFIDシステムに用いることに適している。
The present invention also relates to a radio timepiece in which a magnetic sensor type antenna is incorporated in a wristwatch having a metal casing, a movement (including peripheral parts), a non-metallic lid, and a metallic back lid. A radio timepiece using any one of the antennas described above, wherein the main magnetic path member is disposed on the inner side of the metal casing and the sub magnetic path member is disposed on the peripheral edge side of the metal casing. Usually, the frequency of occurrence of eddy currents can be reduced by moving the sub magnetic path member away from the metal casing. However, there are generally many space restrictions on the inner side of the casing, and the sub magnetic path member side cannot always be arranged. In the first place, if the sub magnetic path member side for adjusting the sensitivity faces the inside of the timepiece, there is a problem in adjustment workability. In this regard, if the secondary magnetic path member is formed of a flexible composite material and is provided along the peripheral side, the space can be effectively used, and the thickness and area of the secondary magnetic path member can be easily adjusted and assembled. Is excellent. In this way, the adverse effect caused by the eddy current can be offset and a further effect can be expected. However, this does not prevent the main magnetic path member from being disposed on the peripheral edge side of the metal casing and the sub magnetic path member from being disposed on the inner side of the metal casing. In this case, the magnetic field entering from the outside easily converges to the magnetic core of the main magnetic path member close to the metal casing, while the sub magnetic path member is far from the metal casing, so the magnetic field leaking from the inside to the outside is in the direction of the casing. Therefore, it can be expected that the eddy current is difficult to be generated. Therefore, it can be said that it is desirable to select these configurations according to individual circumstances and desired effects.
As described above, the antenna of the present invention is suitable for use in a small radio wristwatch that receives a radio wave including time information and adjusts the time. Further, it is suitable for use in a keyless entry system that remotely controls the opening and closing of a key of a passenger car or a residence. Furthermore, the present invention is suitable for use in an RFID system that transmits and receives information using a tag storing information.
本発明のアンテナによれば、外部より入射した磁束は主磁路部材により受けとめ、共振時の放射磁束については主磁路部材から副磁路部材側に磁束を導き、磁気回路内を効率よく帰還することができる。その結果、高い出力電圧が得られ、Q値を高いまま保持できる。また、このときエアギャップのない副磁路部材により、特に比透磁率の低い柔軟性複合材を用いることにより磁束の帰還具合を調節し、高いQ値と感度を得ることができる。
また、副磁路部材と主磁路部材をエアギャップを介さずに磁気的に直接連結することでフリンジング磁束が少なく渦電流がさらに小さくすることができる。また、副磁路部材の主磁路部材との接触部を低比透磁率材料で構成し、この低比透磁率材料を介して副磁路部材と主磁路部材の間を磁束が通るように構成することで、磁気回路として閉磁路並に特性が近く、フリンジングによって面内を通過しようとする磁束を押さえ込むことができ、渦電流がさらに小さくなる。さらにこの場合、エアギャップを設ける場合に比べ、低比透磁率材料の断面積や主磁路部材との対向面積によって微妙なインダクタンス調整(磁気回路定数調整)が可能であり、主磁路部材と副磁路部材を互いに位置調整してエアギャップによるインダクタンス調整を行うよりも遥かに容易であり、作業性に優れた構造となる。
また、積層された金属製薄帯によって構成された主磁路部材を用い、主磁路部材と副磁路部材の間を流れる磁束を実質的に主磁路部材の金属製薄帯の端部を通るようにする事で、主磁路部材の帯面で発生する渦電流損失を少なくすることができ、損失の少ないアンテナを得ることができる。
According to the antenna of the present invention, the magnetic flux incident from the outside is received by the main magnetic path member, and the radiated magnetic flux at the time of resonance is guided from the main magnetic path member to the sub magnetic path member side to efficiently return in the magnetic circuit. can do. As a result, a high output voltage can be obtained and the Q value can be kept high. Further, at this time, by using a flexible composite material having a low relative permeability by using a secondary magnetic path member having no air gap, it is possible to adjust the feedback of magnetic flux and obtain a high Q value and sensitivity.
Further, by directly connecting the sub magnetic path member and the main magnetic path member without interposing an air gap, the fringing magnetic flux is reduced and the eddy current can be further reduced. Further, the contact portion of the secondary magnetic path member with the main magnetic path member is made of a low relative permeability material so that the magnetic flux passes between the secondary magnetic path member and the main magnetic path member via the low relative permeability material. With this configuration, the magnetic circuit has characteristics similar to those of a closed magnetic circuit, and can suppress the magnetic flux passing through the surface by fringing, thereby further reducing the eddy current. Furthermore, in this case, compared with the case where an air gap is provided, fine inductance adjustment (magnetic circuit constant adjustment) is possible depending on the cross-sectional area of the low relative permeability material and the area facing the main magnetic path member. It is much easier than adjusting the position of the sub magnetic path members to adjust the inductance by the air gap, and the workability is excellent.
Also, using the main magnetic path member constituted by the laminated metal ribbons, the magnetic flux flowing between the main magnetic path member and the sub magnetic path member is substantially transferred to the end of the metal ribbon of the main magnetic path member. By passing through, an eddy current loss generated on the band surface of the main magnetic path member can be reduced, and an antenna with a small loss can be obtained.
また、金属製筐体もしくは金属製部材(回路基板上の金属製のプリント配線なども含む)の設置位置に対して、前記磁心の端部を遠ざかる方向に曲げることで、その先端部が筐体内部に入射する多くの磁束を収束させて高感度なアンテナとなる。また、この形状は磁心に巻かれたコイルに誘起した電圧と並列に接続されたコンデンサによる共振電流による磁束が主として磁心の両端から出入りする性質上、その出入りする磁束が金属製筐体を貫く量を減少させることとなり、結果として金属製筐体に発生させる渦電流を減少させ電気的なQ値を高く保つことができ、アンテナとしての高感度化に繋がる。磁心端部の先端部をさらに異なる方向に曲げれば、入射してくる磁束をより広く四方から捕らえることができ、更に高感度なアンテナが得られる。
以上により、電波時計内の設置面積は同じでありながら金属部を避けて配置したのと同等の感度及びQ値が得られる。また共振電流による磁束の流出を抑えて実効的な感度を高く得られる。そして作業性、組立て性が良好である。以上の相乗効果により、設置面積は小さいが、配置自由度は高くデザイン的な制約も比較的小さい高感度のアンテナとなる。
この様なアンテナは、小型高性能の電波時計、電波腕時計、キーレスエントリーシステム、RFIDシステム等で好適に使用できる。
Also, by bending the end of the magnetic core away from the installation position of the metal casing or metal member (including metal printed wiring on the circuit board, etc.), the tip of the casing is the casing. A high sensitivity antenna is obtained by converging many magnetic fluxes incident on the inside. In addition, this shape is based on the property that the magnetic flux generated by the resonance current from the capacitor connected in parallel with the voltage induced in the coil wound around the magnetic core mainly enters and exits from both ends of the magnetic core. As a result, the eddy current generated in the metal casing can be reduced and the electrical Q value can be kept high, leading to higher sensitivity as an antenna. If the tip of the magnetic core end is further bent in a different direction, the incident magnetic flux can be captured more widely from four directions, and an antenna with higher sensitivity can be obtained.
As described above, the sensitivity and the Q value equivalent to the case where the metal watch is disposed away from the metal part are obtained while the installation area in the radio timepiece is the same. In addition, the effective sensitivity can be increased by suppressing the outflow of magnetic flux due to the resonance current. And workability and assemblability are good. Due to the above synergistic effect, a highly sensitive antenna with a small installation area but a high degree of freedom in arrangement and relatively small design constraints.
Such an antenna can be suitably used in a small high-performance radio timepiece, radio wristwatch, keyless entry system, RFID system, and the like.
以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。
図1に、本発明によるアンテナの一実施例を示す。図1(a)のアンテナ10aは、棒状のフェライトからなる磁心14aにコイル8を巻回して形成したもので、これにより主たる磁気回路を構成する。さらに、コイル8の両端部から延びる副磁路部材15aにより中央部にギャップGを設けたものである。副磁路部材15aは磁性体であればよいが、例えばマンガン系フェライト、ニッケル系フェライト、コバルト基アモルファスなどが好ましい。また、ギャップGの距離は0.1〜2mmが好ましいが、本例のように一箇所のギャップであれば現実的には1mm程度、二箇所のギャップに分かれれば0.5mm程度である。このことは以下の実施例でも同様である。
図1(b)のアンテナ10bは、棒状のフェライト材の両端が垂直に立ち上がって曲がる端部11bを有したものである。中央部にコイル8を巻回して形成した主たる磁気回路を有し、コイル8の両端に位置する端部11bの部分に段差を設け、ここにフェライト等の副磁路部材15bを架けて両側のギャップGを介して磁心14bに並行なギャップ付副磁路部材としている。本例の場合、二箇所のギャップの例であるので上記した通りギャップGは0.5mm程度としている。
図1(c)のアンテナ10cは、アンテナ10bとほぼ同様のものであるが、磁心となるフェライトを四角形状としたものである。四角の場合、金属ケース等の筐体に設置するときに配置しやすく組立て性において望ましい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an antenna according to the present invention. The
The
An
図1(d)のアンテナ10dは、アモルファス等の金属箔(板厚20μm以下)の帯体から図のような端部11dを曲げたコの字形に一体に打ち抜いた薄帯を得て、この薄帯を複数枚積層し、中央部にコイル8を巻回したものである。そして、コイル8の両端側を連絡するように副磁路部材15dを両端にギャップGを介して設けている。副磁路部材15dは磁心14dと同材質のアモルファス箔(日立金属製)を用いている。なお、ギャップはPETのフイルムを挟む方法などで形成できる。
図1(e)のアンテナ10eは、同じくアモルファス金属箔から打ち抜いた薄帯を積層したものである。この例は積層方向が異なるもので、薄帯の端部11eは長方形状に打ち抜いた薄帯の両端を別途折り曲げて形成している。ギャップ付副磁路部材は積層した薄帯の一部を副磁路部材15eとして利用し、片側のみにギャップGを形成している。
図1(f)のアンテナ10fは、前記アンテナ10eと共通するアモルファス金属箔を用いたものであるが、ギャップ付副磁路部材が左右の金属箔の副磁路部材15fを利用したもので、中央部にギャップGを形成している。よって、この例は中央一箇所に磁気ギャップ結合にて構成したものである。
アンテナ10d〜10fのように積層型は強度的に強いものが得られる。また図1(d)の積層タイプは、打ち抜きにより一体成形できるので難しい方向にも曲げることも可能で、板形状の自由度が増すので望ましい。また、積層型や図1(j)に示す複数の細線を束ねた細線型では、各薄帯の間あるいは個々の細線に絶縁膜を被膜し絶縁層を介して積層あるいは束ねることが望ましい。
The
The
The
As the
図1(g)のアンテナ10gは、凹部16gを有するフェライトからなる板状の磁心14gにコイル8を巻回して主たる磁気回路を形成し、磁心14gの両端部にフェライトからなる副磁路部材15gを載置して中央部にギャップGを設けたものである。
図1(h)のアンテナ10hは、アンテナ10gと同じ構造の磁心14hを用いており、この磁心1hの両端部に樹脂製の介在部材(図示せず)を挟んで両端にギャップGを設け、ギャップ付副磁路部材を形成したものである。本例では前記樹脂部材によりギャップGの距離を調整するようにしている。
アンテナ10g、10hは板状の磁心を用いて、かつ板状の副磁路部材を載せる構成であるので製造が容易で狭小な場所でも比較的配設がし易い。また、副磁路部材を樹脂等と磁性体の粉類を混ぜた複合材で形成した場合、その材料自身で既にギャップを所有している磁気特性となるので機械的なギャップが0mmであっても磁気的にはギャップを所有していると見なせる。このような複合材で副磁路部材を形成し、上記したようなアンテナを構成することも可能である。
図1(i)のアンテナ10iは、図1(e),(f)などと同じく、アモルファス金属箔から打ち抜いた薄帯を積層したものである。薄帯の端部11iは長方形状に打ち抜いた薄帯の両端を斜め上方向に折り曲げて形成している。ギャップ付副磁路部材は積層した薄帯の一部を副磁路部材15iとして利用し、中央にギャップGを形成している。
図1(j)のアンテナ10jは、複数の細線を束ねたものを磁心14jとし、両端部をギャップ付き副磁路部材15jから遠ざかるように曲げたものである。ギャップ付副磁路部材はフェライト材を用い、コイル8に隣接するよう固着させ、ほぼコイルの厚み分のギャップGを副磁路部材15jの両端部に形成している。
以上の実施例によれば、入射した磁束はコイルを巻いた磁心の主たる磁気回路を通過するだけでなく、一部がこのギャップ付副磁路部材を介して帰還し主たる磁気回路内を回ることになり、流入した磁束を主たる磁気回路と別の閉磁路で効率よく回し、結果的に高い出力電圧が得られる。
In the
The
Since the
The antenna 10i in FIG. 1 (i) is a laminate of thin ribbons punched from amorphous metal foil, as in FIGS. 1 (e) and 1 (f). The
The
According to the above embodiment, the incident magnetic flux not only passes through the main magnetic circuit of the magnetic core wound with the coil, but also partly feeds back through the gap sub magnetic path member and circulates in the main magnetic circuit. Thus, the introduced magnetic flux is efficiently rotated by a closed magnetic circuit different from the main magnetic circuit, and as a result, a high output voltage is obtained.
図2に、本発明によるアンテナの他の実施例を示す。図2(a)のアンテナ30aは、棒状のフェライト材の両端が垂直に立ち上がって曲がる端部31aを有し、さらにその先端部32aが磁心34aと並行な方向に曲がって形成したものである。そして中央部にコイル8を巻回し、その両端部を繋いで連絡する副磁路部材35aを設け、中央にギャップGを設けた副磁路部材としている。
図2(b)のアンテナ30bは、図1(d)のアンテナ10dと同様に金属箔の帯体から図のような端部31bと32bを一体に打ち抜いた薄帯を複数枚積層したもので、その中央部にコイル8を巻回し、ギャップGを形成するように副磁路部材35bを設けたものである。
図2(c)のアンテナ30cは、同じく図1(e)と同様のものであるが、端部31cをさらに曲げた先端部32cを形成し、また中央部にギャップGを形成したギャップ付副磁路部材となしたものである。
図2(d)のアンテナ30dは、図示する通りアンテナ30bと同様のものであるが、副磁路部材35dを磁心34dの側面に設け、中央のギャップGを介して設けたものである。
図2(e)のアンテナ30eは、同じく副磁路部材35eを磁心34eの側面に設けたものであるが、ギャップGを磁心34eの側面との間に設けたものである。
図2(f)のアンテナ30fは、図2(c)の端部を斜め上方向に曲げたものである。磁心34fの両端部を繋いで連絡する副磁路部材35fを設け、中央にギャップGを介している。
FIG. 2 shows another embodiment of the antenna according to the present invention. The
The
The
The
The
The
図3に、本発明によるアンテナの更に他の実施例を示す。図3(a)は先端部52aが2方向に曲がって延びたアンテナである。図3(b)は積層型であるが先端部52bを扇型となし広がりを持たせている。図3(c)は積層した薄帯の先端部52cを放射状に曲げて広がりをもたせている。図3(d)は図3(c)に対して先端部52dの曲がりの方向を変えて形成したものである。これらのアンテナ50a〜50dにおいても上記した実施例と同様の効果が得られるものである。
FIG. 3 shows still another embodiment of the antenna according to the present invention. FIG. 3A shows an antenna in which a
以下、実施例について説明する。ここでは図16に示す電波腕時計に模した試験装置と図17に示す等価回路に沿って本発明のアンテナと従来のアンテナの出力電圧等を測定し比較した。
図17において、Lがアンテナの磁心1と巻線8で構成されるコイルである。Rがコイルの直流抵抗と交流抵抗の総和である。このコイルに磁束の時間変化による電圧Vが検出される。ここでアンテナと並列にコンデンサCが接続され、このコンデンサCと先に述べたコイルLが電気的に共振し、コンデンサの両端にはQ倍の電圧が発生し、アンテナとして動作する。比較試験は図16に示す電波腕時計に模した厚さ1mmの金属製(ステンレスSUS403)の筐体70の中に評価アンテナを配置し、上記等価回路による電圧Vを測定した。
Examples will be described below. Here, the output voltage and the like of the antenna of the present invention and the conventional antenna were measured and compared along the test apparatus imitating the radio wave wristwatch shown in FIG. 16 and the equivalent circuit shown in FIG.
In FIG. 17, L is a coil composed of the
(実施例1、2)
実施例1として、図1(c)のアンテナ10cを製造した。磁心としてMn−Zn系フェライト(日立金属製フェライトMT80D)、断面部が1.5mm角、長さ16mm、曲がり部高さ7.5mmを使用し、巻線8はフェライトコアの表面を絶縁した線径0.07mmのエナメル被膜銅線1200ターンを、長さ12mmの範囲で巻き付けた。次に、副磁路部材15cは板厚0.5mm、幅1.5mmの上記と同じフェライトを用いて、プラスチック(PET)製の介在部材を置いて両端共にギャップG=0.2mmのギャップ付副磁路部材を形成した。このアンテナの設置面積は幅1.5mm、長さ16mmと同じに収まっている。尚、巻線コイルの形状は特に限定するものではないが、製造上は円形が望ましい。
従来例は、直線の磁心(副磁路部材なし)に巻線を巻いたアンテナを用いて行った。実施例1の磁心と同じフェライトを用いて、幅1.5mm、長さ16mm、巻線ストッパとしての立ち上がりを含めて高さ2.5mmとし、巻線8も実施例1と同じ細線を同じ条件で巻回したものである。
また、実施例2として、図1(d)のアンテナ10dを製造した。磁心としてコバルト基アモルファス(日立金属製ACO−5SF)製の金属箔(板厚15μm)から幅1mm、長さ16mm、曲がり部の高さ7.5mmの薄帯に打ち抜き、この薄帯を30枚積層して、磁心としての厚み0.45mmの積層体とした。そして、巻線8は積層体コアの表面を絶縁した後に線径0.07mmのエナメル被膜銅線1200ターンを、長さ12mmの範囲で巻き付けた。ギャップ付副磁路部材は、上記と同じアモルファス金属箔を用いて幅1.5mmの部材15dを1枚用意し、これとプラスチック(PET)製の介在部材により、両端共にギャップG=0.2mmに形成した。
以上のアンテナを図16に示す金属ケース70の中に設置し、外部より電磁波の磁界成分に相当する交流磁界の実効値として周波数40kHz、磁界強度14pTの磁界を印加して出力電圧を測定した。結果を表1に示す。
(Examples 1 and 2)
As Example 1, an
The conventional example is performed using an antenna in which a winding is wound around a straight magnetic core (without a secondary magnetic path member). Using the same ferrite as the magnetic core of the first embodiment, the width is 1.5 mm, the length is 16 mm, the height is 2.5 mm including the rise as a winding stopper, and the winding 8 is the same thin wire as in the first embodiment under the same conditions. It is the one wound by.
As Example 2, the
The above antenna was installed in a
(実施例3,4)
次に、アンテナを金属ケースの中に収容しない状況で、ギャップ付副磁路部材を設けたアンテナの効果について比較検討した。
実施例3として、図1(g)のアンテナ10gを製造した。磁心14gとしては図19に示す従来例と同じ構造のものを用いて、これに板厚0.5mm、幅1.5mmの同じフェライト製部材15gを設置した。そして、中央のギャップGをプラスチック(PET)製の部材により調整し変化させた。
実施例4は図1(h)のアンテナ10hである。磁心14hとしては図19に示す従来例と同じ構造のものを用いて、これに板厚0.5mm、幅1.5mm、長さ16mmの同じフェライト製部材15hを設けた。そして、両側のギャップGをプラスチック(PET)製の部材により調整し変化させた。
比較例として、図1(h)と同じアンテナ構造であるが、副磁路部材を磁性体ではなく、電気的な良導電体である銅板としたものを用いた。銅板は板厚0.25mm、幅10mm、長さ20mmを用いて、両側のギャップGをプラスチック(PET)製の部材により調整し変化させた。
従来例は、上記した図19のアンテナを用いた。
出力電圧の測定は外部より電磁波の磁界成分に相当する交流磁界の実効値として周波数40kHz、磁界強度14pTの磁界を印加して出力電圧を測定した。Q値の測定はインピーダンスメータを用い駆動電圧0.05Vでの値を求めた。結果を表2に示す。
(Examples 3 and 4)
Next, in a situation where the antenna is not housed in the metal case, the effect of the antenna provided with the sub magnetic path member with a gap was compared and examined.
As Example 3, the
Example 4 is the
As a comparative example, the same antenna structure as that shown in FIG. 1 (h) was used, but the sub magnetic path member was not a magnetic material but a copper plate that was a good electrical conductor. The copper plate had a thickness of 0.25 mm, a width of 10 mm, and a length of 20 mm, and the gap G on both sides was adjusted and changed with a plastic (PET) member.
The conventional example uses the antenna shown in FIG.
The output voltage was measured by applying a magnetic field having a frequency of 40 kHz and a magnetic field strength of 14 pT as an effective value of an alternating magnetic field corresponding to the magnetic field component of the electromagnetic wave from the outside. The Q value was measured using an impedance meter at a drive voltage of 0.05V. The results are shown in Table 2.
実施例3において、ギャップGは1.0〜4.0mmで出力電圧とQ値と共に従来例よりも高い値を示し、ギャップ付副磁路部材を設けた効果が確認された。しかし、このアンテナ構造の場合、ギャップGが4.0mmになると3.0mmに比べ出力電圧とQ値は低下する方向にある。また、ギャップGが1.0mm未満となってもQ値は大差ないが出力電圧は低下する方向にあると考えられる。しかしながら、いずれにしても従来例よりは高い特性が得られた。
実施例4において、出力電圧とQ値が共に高くバランスがとれたギャップGは0.5mmであった。ギャップが小さくなるとQ値は未だしも出力電圧は低くなる傾向にある。しかし、0.025mmでも従来例よりは高い値を得られた。
比較例は、前記特許文献3の導電性のシールド部材を設けた構造と類似であると考えられるが、出力電圧は上記実施例とは桁違いに小さくなるので測定はしていない。ギャップGが0mmでは磁束を捕らえる働きが抑制され出力電圧は急減する。また、ギャップGが8.0mm以上になるとQ値が高まるのは銅板の影響がなくなったからと考える。
以上のように本発明によれば、磁心の一部に磁気抵抗の高いギャップ付副磁路部材を設けたことにより、磁心の内部に流入した磁束の一部を内部に留め、高いQ値と高い出力電圧を得ることができる。また、ギャップGの距離はアンテナ構造の違いにより差はあるが、0.025〜3mmの間に調整することが有効である。尚、ギャップ付副磁路部材を用いたアンテナは共振電流による外部へ流出する磁束が減少するので、上記実施例3、4のアンテナを金属製筐体に収めた場合も有利な結果が得られた。
また、上述した通り、磁心を筐体底部に設置しつつその一部を曲げたことにより多くの磁束を収束しつつ、設置自由度を持つ高感度なアンテナが可能となった。磁心は実施例で述べたフェライト、アモルファス、微結晶材料の棒状、板状、線状のいずれでも可能である。また、文字盤を切り抜きコイル部や磁心端部を意匠的に外部に見せることも可能である。尚、磁心の端部を曲げるのは両端に限るものではなく片端だけを曲げても、また曲げる角度も任意で実施できる。また、複数本の細線を束ねてコイルで巻回したワイヤ型のアンテナでも本発明として実施できる。
In Example 3, the gap G was 1.0 to 4.0 mm, which was higher than the conventional example together with the output voltage and the Q value, and the effect of providing the sub magnetic path member with the gap was confirmed. However, in the case of this antenna structure, when the gap G is 4.0 mm, the output voltage and the Q value tend to be lower than those of 3.0 mm. Also, even if the gap G is less than 1.0 mm, the Q value does not differ greatly, but the output voltage is considered to decrease. However, in any case, characteristics higher than the conventional example were obtained.
In Example 4, the gap G in which both the output voltage and the Q value were high and balanced was 0.5 mm. When the gap becomes smaller, the Q value still tends to be lower than the output voltage. However, a value higher than the conventional example was obtained even at 0.025 mm.
The comparative example is considered to be similar to the structure provided with the conductive shield member of
As described above, according to the present invention, by providing a gap-added secondary magnetic path member having a high magnetic resistance in a part of the magnetic core, a part of the magnetic flux flowing into the magnetic core is retained inside, and a high Q value is obtained. A high output voltage can be obtained. Further, the distance of the gap G varies depending on the antenna structure, but it is effective to adjust the distance between 0.025 and 3 mm. In addition, since the magnetic flux flowing out to the outside due to the resonance current is reduced in the antenna using the sub magnetic path member with a gap, an advantageous result can be obtained even when the antennas of Examples 3 and 4 are housed in a metal casing. It was.
Further, as described above, a highly sensitive antenna having a degree of freedom of installation can be achieved while converging a large amount of magnetic flux by bending a part of the magnetic core installed at the bottom of the casing. The magnetic core can be any of the ferrite, amorphous, and microcrystalline material rods, plates, and lines described in the embodiments. It is also possible to cut out the dial and show the coil part and the magnetic core end part to the outside in design. The bending of the end portion of the magnetic core is not limited to both ends, and the bending angle can be arbitrarily set even if only one end is bent. Further, the present invention can also be implemented as a wire type antenna in which a plurality of fine wires are bundled and wound with a coil.
(実施例5)
実施例5として、図4(a)のアンテナ70を製造した。磁心71としてアモルファス合金、Fe−Cu−Nb−Si−B系等のナノ結晶磁性合金、Fe−Si系磁性合金等の軟磁性金属箔帯(板厚20μm以下)を長さ23mm、幅2.5mmとして20〜30層積層した。また、その積層した磁心の片側に、長さ40mm、幅2.5mmの軟磁性金属箔帯をおのおの絶縁被膜した後、4〜10層を積層した。巻線8はこの磁心71の周囲に線径0.07mmのエナメル被膜銅線1200ターンを、長さ12mmの範囲で巻き付けた。その後、後から積層した長い軟磁性金属箔帯の端部同士を対向させ、その中間部をプラスチック(PET)製の介在部材90により固定し、ギャップGを設けた副磁路部材7を形成した。この副磁路部材7により共振時の磁束の回帰ルートを作るが、この回帰量はアンテナの置かれた筐体金属の材質、形状、寸法によって最適値が異なるため、部材の比透磁率、断面積、主磁路部材との接触面積等を適宜増減させて最適値を決定するものである。また、アンテナ自体が小さかったり構造が複雑である場合、副磁路部材の組み付けは実質的に困難を伴い、またコストが増大する。一例として図4(b)のように磁性粉末を含んだ粘性を有する塗料を、コイル外径部を覆い、かつ磁心に連なるように塗布することで副磁路部材とすることも可能である。
(Example 5)
As Example 5, the
(実施例6)
次に、ギャップ介さずに副磁路部材を設置した場合の本発明の具体的なアンテナの実施態様を図面と共に説明する。
図5は第6の実施例を示すアンテナの正面図(a)と側面図(b)であり、ボビン等のケースは省略した説明用の概略図である(以下の実施例も同様)。アンテナの磁心1aは、アモルファス合金、Fe−Cu−Nb−Si−B系等のナノ結晶磁性合金、Fe−Si系磁性合金等の軟磁性金属箔帯(板厚20μm以下)を図示のようなバーベル状に打ち抜いたもので、この薄帯を30枚〜40枚を絶縁体を介して積層し一体化している。この磁心の中央部に800〜1400ターン程度のコイル8aを巻回して主磁路部材4aとしている。磁心1aの両端の下端面5aには、エアギャップを設けることなく比透磁率が100以下の副磁路部材3aを接続して閉磁路を構成している。この副磁路部材により共振時の磁束の回帰ルートを作るのであるが、この回帰量はアンテナの置かれた筐体金属の材質、形状、寸法によって最適値が異なるため、部材の比透磁率、断面積、主磁路部材との接触面積等を適宜増減させて最適値を決定する。これについては下述する。
(Example 6)
Next, a specific antenna embodiment of the present invention when a sub magnetic path member is installed without a gap will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a front view (a) and a side view (b) of an antenna showing a sixth embodiment, and is a schematic diagram for explanation in which a case such as a bobbin is omitted (the same applies to the following embodiments). As shown in the figure, the magnetic core 1a of the antenna is made of an amorphous alloy, a nanocrystalline magnetic alloy such as Fe—Cu—Nb—Si—B, or a soft magnetic metal foil strip (plate thickness of 20 μm or less) such as an Fe—Si based magnetic alloy. It is punched into a barbell shape, and 30 to 40 thin ribbons are laminated and integrated through an insulator. A main magnetic path member 4a is formed by winding a coil 8a of about 800 to 1400 turns around the center of the magnetic core. A secondary
(実施例7)
図6は第7の実施例を示すアンテナの正面図(a)と側面図(b)の概略図である。このアンテナは、上記磁心1aと同様に軟磁性金属薄帯の積層体からなる磁心1bと、これに同様に巻回したコイル8bとから主磁路部材4bを構成し、さらに磁心1bと同等あるいはそれ以下の比透磁率を有する第1の副磁路部材7bと前記主磁路部材の両端下端面5bと第1の副磁路部材7bとの間をエアギャップが生じないように比透磁率が100以下の第2の副磁路部材3bを介在させて接続し閉磁路を構成している。第1の副磁路部材7bは、軟磁性フェライト又はアモルファス合金、Fe−Cu−Nb−Si−B系等のナノ結晶磁性合金、Fe−Si系磁性合金等の軟磁性金属箔帯(板厚20μm以下)を積層したものでも良く、磁心1bと同様の積層体あるいはバルク材で良い。但し、その比透磁率としては磁心1bと同等あるいはそれ以下のものを用いる。例えば、磁心1bの比透磁率が100000〜80000であるとき、第1の副磁路部材7bのそれは100000〜300程度とする。その上で両者の間にさらに比透磁率の小さな第2の副磁路部材3bを介在させる。この比透磁率は100以下とし、さらに直交する断面積や主磁路部材との接触面積等を調節して共振時の磁束の回帰ルートを調整するのである。また、本例では主磁路部材4bと第1の副磁路部材7bの積層方向が同じになるようになし、つまり薄帯同士が交差しないようにして共振時の磁束の流れによる渦電流を生じ難くしている。
(Example 7)
FIG. 6 is a schematic diagram of an antenna front view (a) and a side view (b) showing a seventh embodiment. This antenna comprises a magnetic core 1b made of a laminated body of soft magnetic metal ribbons like the magnetic core 1a and a coil 8b wound in the same manner, and constitutes a main magnetic path member 4b, and is equivalent to the magnetic core 1b or Relative permeability so that an air gap does not occur between the first sub magnetic path member 7b having a lower relative permeability, the lower end surfaces 5b of both ends of the main magnetic path member, and the first sub magnetic path member 7b. Is connected via the second sub magnetic path member 3b of 100 or less to form a closed magnetic path. The first sub magnetic path member 7b is made of a soft magnetic metal foil strip (plate thickness) such as soft magnetic ferrite or amorphous alloy, nanocrystalline magnetic alloy such as Fe-Cu-Nb-Si-B, or Fe-Si based magnetic alloy. 20 μm or less), or a laminate or a bulk material similar to the magnetic core 1b. However, the relative permeability is equal to or less than that of the magnetic core 1b. For example, when the relative permeability of the magnetic core 1b is 100,000 to 80,000, that of the first sub magnetic path member 7b is about 100,000 to 300. In addition, a second secondary magnetic path member 3b having a smaller relative permeability is interposed between the two. The relative permeability is set to 100 or less, and the return route of the magnetic flux at resonance is adjusted by adjusting the cross-sectional area orthogonal to each other, the contact area with the main magnetic path member, and the like. Further, in this example, the lamination direction of the main magnetic path member 4b and the first sub magnetic path member 7b is made the same, that is, the eddy current due to the flow of magnetic flux at resonance is made so that the ribbons do not cross each other. It is difficult to occur.
(実施例8)
図7は第8の実施例を示すアンテナの正面図(a)と側面図(b)の概略図である。このアンテナは、磁心1cとコイル8cからなる主磁路部材4cは上記した実施例と同じ構成である。ここでは、第1の副磁路部材7cは磁心1cと同等あるいはそれ以下の比透磁率を有する薄帯を複数枚積層した積層体から構成している。このことは上記第2の実施例と同様である。そして第1の副磁路部材7cと主磁路部材4cの下端面5cとの間にはエアギャップが生じないように第2の副磁路部材3cを接続し、この第2の副磁路部材3cの他面に第1の副磁路部材7cを接続し閉磁路を構成している。また、本例では主磁路部材4cと第1の副磁路部材7cの積層方向が交差しており第2の実施例よりも渦電流を生じ易い構成ではあるが、主磁路部材4cと第1の副磁路部材7cの軸線をずらすことにより磁束の流れが出きるだけ平行に流れるように導き渦電流の抑制を図っている。そして、共振時の磁束の回帰ルートを調整は上記実施例と同様に行うことができる。
尚、主磁路部材の磁心、第1の副磁路部材は金属薄帯の他に、フェライト、アモルファス、ナノ結晶材料等の棒状、板状、線状のいずれの形態でも可能である。
(Example 8)
FIG. 7 is a schematic diagram of a front view (a) and a side view (b) of an antenna according to an eighth embodiment. In this antenna, a main magnetic path member 4c including a magnetic core 1c and a coil 8c has the same configuration as that of the above-described embodiment. Here, the first sub magnetic path member 7c is constituted by a laminated body in which a plurality of ribbons having a relative magnetic permeability equal to or lower than that of the magnetic core 1c are laminated. This is the same as in the second embodiment. Then, a second sub magnetic path member 3c is connected between the first sub magnetic path member 7c and the lower end surface 5c of the main magnetic path member 4c so as not to generate an air gap. A first sub magnetic path member 7c is connected to the other surface of the member 3c to constitute a closed magnetic path. Further, in this example, the main magnetic path member 4c and the first sub magnetic path member 7c cross each other and the eddy current is generated more easily than in the second embodiment. By shifting the axis of the first auxiliary magnetic path member 7c, the magnetic flux flows in parallel as much as possible so as to suppress the eddy current. And the return route of the magnetic flux at the time of resonance can be adjusted similarly to the said Example.
The magnetic core of the main magnetic path member and the first sub magnetic path member may be in the form of a rod, plate, or wire of ferrite, amorphous, nanocrystalline material, etc. in addition to the metal ribbon.
(実施例9)
図8は第9の実施例であり、第7の副磁路部材3bを取り除き、エアギャップで構成したアンテナの正面図(a)と側面図(b)の概略図である。副磁路部材7dは磁心4cと同等あるいはそれ以下の比透磁率を有する薄帯を複数枚積層した積層体から構成している。この副磁路部材は主磁路部材の端面5dとエアギャップを介して磁束が通り抜けるようボビン(図示せず)により固定され、閉磁路を構成している。また、本例では主磁路部材と副磁路部材7dの積層方向が交差しておらず第2の実施例と同様に渦電流の発生が生じ難い構成である。
Example 9
FIG. 8 shows a ninth embodiment, and is a schematic diagram of a front view (a) and a side view (b) of an antenna constructed by removing the seventh sub magnetic path member 3b and having an air gap. The secondary magnetic path member 7d is formed of a laminate in which a plurality of ribbons having a relative permeability equal to or less than that of the magnetic core 4c are laminated. The sub magnetic path member is fixed by a bobbin (not shown) so that the magnetic flux passes through the end face 5d of the main magnetic path member and the air gap, thereby forming a closed magnetic path. Further, in this example, the stacking direction of the main magnetic path member and the sub magnetic path member 7d does not intersect with each other, and the eddy current is hardly generated as in the second embodiment.
実施例で用いる副磁路部材あるいは第2の副磁路部材は、可撓性のある高分子材料(樹脂材あるいはゴム材)に金属磁性体粉(フェライト粉、アモルファス合金粉ほか)を分散して電磁波吸収機能を持たせた柔軟性複合材を用いることができる。例えば、可撓性高分子材料に導電性を有する繊維状の材料を分散した電磁波反射層と、その表裏両面に可撓性高分子材料に金属磁性体扁平形状粉を分散した第1の電磁波吸収層と、可撓性高分子材料に金属磁性体粒形状粉を分散した第2の電磁波吸収層とを順次積層し熱圧着したものがある。前記電磁波反射層に分散させる導電性を有する材料としては、例えばカーボン繊維や金属繊維であって、これを可撓性高分子材料中に分散させてシート状に成形する。また、電磁波吸収層に用いる金属磁性体粉としては、Fe−Cu−Nb−Si−B系等のナノ結晶磁性合金から水アトマイズ法により製造した粒形状粉をアトライタにて摩砕することにより製造した平均粒径が0.1〜50μmで平均厚さが3μmの扁平形状粉であって、これを可撓性高分子材料中に分散させてシート状に成形して電磁波吸収層としたものがある。一方、金属磁性体扁平形状粉としてカルボニル鉄合金、アモルファス合金、Fe−Si系合金、モリブデンパーマロイ、スーパーマロイ等の扁平形状粉を用いてこれを可撓性高分子材料中に分散させてシート状に成形して電磁波吸収層とすることができる。また、前記可撓性高分子材料としては、有機物で柔軟性があり、比重が1.5以下であり、好ましくは耐候性を有する樹脂で、例えばクロロプレンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、例えば上記した第1の電磁波吸収層と第2の電磁波吸収層をそれぞれ単独で用いるような単層構造も望ましく、従来から使用される低比透磁率の柔軟性複合材を用いることが出来る。結局、本発明においては、比透磁率さえ満足すれば複合材の構造は限定するものではない。 The sub magnetic path member or the second sub magnetic path member used in the embodiment is obtained by dispersing metal magnetic powder (ferrite powder, amorphous alloy powder, etc.) in a flexible polymer material (resin material or rubber material). Thus, a flexible composite material having an electromagnetic wave absorbing function can be used. For example, an electromagnetic wave reflection layer in which a conductive fibrous material is dispersed in a flexible polymer material, and a first electromagnetic wave absorption in which a metal magnetic material flat shape powder is dispersed in a flexible polymer material on both front and back surfaces There are layers in which a layer and a second electromagnetic wave absorbing layer in which metal magnetic particle-shaped powder is dispersed in a flexible polymer material are sequentially laminated and thermocompression bonded. The conductive material dispersed in the electromagnetic wave reflection layer is, for example, carbon fiber or metal fiber, which is dispersed in a flexible polymer material and formed into a sheet shape. In addition, the metal magnetic powder used for the electromagnetic wave absorbing layer is produced by grinding with an attritor particle-shaped powder produced from a nanocrystalline magnetic alloy such as an Fe-Cu-Nb-Si-B system by a water atomization method. A flat powder having an average particle diameter of 0.1 to 50 μm and an average thickness of 3 μm, which is dispersed in a flexible polymer material and formed into a sheet shape to form an electromagnetic wave absorbing layer. is there. On the other hand, flat metal powder such as carbonyl iron alloy, amorphous alloy, Fe-Si alloy, molybdenum permalloy, supermalloy, etc. is used as a metal magnetic flat powder and dispersed in a flexible polymer material to form a sheet. To form an electromagnetic wave absorbing layer. In addition, the flexible polymer material is an organic material that is flexible and has a specific gravity of 1.5 or less, preferably a weather-resistant resin, such as chloroprene rubber, butyl rubber, urethane rubber, silicone resin, chloride resin, and the like. A vinyl resin, a phenol resin, etc. are mentioned. In addition, for example, a single layer structure in which the first electromagnetic wave absorbing layer and the second electromagnetic wave absorbing layer described above are used independently is also desirable, and a conventionally used flexible composite material having a low relative permeability can be used. . After all, in the present invention, the structure of the composite material is not limited as long as the relative permeability is satisfied.
このような柔軟性複合材を用いることによって、その複合材を用いた部分はそれ自身でギャップを有している磁気特性となり、磁気的にはあたかもギャップを有しているように見なせる。これによって調整が面倒なエアギャップを設けることなく磁束を閉磁路内に帰還させることができる。また、エアギャップを設ける必要がないので微妙な精度を必要とせず製造がし易く、安定した性能を維持できる点で有利である。また、磁心とコイルは、従来から樹脂製ケース内に収容することが行われるが、これを副磁路部材をも収容するような樹脂ケースとなし、この空洞部分に溶融状態の上記柔軟性複合材の原料を射出成型されたコイルボビンの一部に流し込んで副磁路部材を一体成形することもできる。また、樹脂ケース内に上記で示したような第1の副磁路部材を収容した後、主磁路部材とこの第1の副磁路部材との間に形成される隙間に柔軟性複合材の原料を流し込んで第2の副磁路部材を一体成形して製造することができる。このような手段を用いればさらに安価で生産性に優れている。 By using such a flexible composite material, the part using the composite material has a magnetic characteristic having a gap by itself, and it can be regarded magnetically as if it has a gap. As a result, the magnetic flux can be returned to the closed magnetic path without providing an air gap that is troublesome to adjust. Moreover, since it is not necessary to provide an air gap, it is advantageous in that it is easy to manufacture without requiring subtle accuracy and can maintain stable performance. In addition, the magnetic core and the coil are conventionally housed in a resin case. However, the magnetic core and the coil are made into a resin case that also accommodates the secondary magnetic path member. It is also possible to integrally mold the sub magnetic path member by pouring the raw material of the material into a part of the injection-molded coil bobbin. Further, after the first sub magnetic path member as described above is accommodated in the resin case, the flexible composite material is formed in the gap formed between the main magnetic path member and the first sub magnetic path member. The second sub magnetic path member can be integrally formed by pouring the raw material. If such a means is used, it is further inexpensive and excellent in productivity.
(実施例10)
実施例10は、第1の副磁路部材と第2の副磁路部材は図6に示すアンテナ構造のもので、磁心としてMn−Zn系フェライト(日立金属製フェライトMT80D)、断面部が1.5mm角、長さ16mmを使用し、巻線8はフェライトコアの表面を絶縁した線径0.07mmのエナメル被膜銅線1200ターンを、長さ12mmの範囲で巻き付けた。次に、第1の副磁路部材は、板厚0.5mm、幅1.5mm、比透磁率500のフェライト板を用い、第2の副磁路部材は、比透磁率約50の柔軟性複合材を密着して介在させたもので、磁心との接触断面積を一定とし、柔軟性複合材の厚さtを変化させたときのQ値及び感度(出力電圧)を測定した。
このアンテナを図16に示す金属ケース70の中に設置し、外部より電磁波の磁界成分に相当する交流磁界の実効値として周波数40kHz、磁界強度14pTの磁界を印加して出力電圧を測定した。結果を表3に示す。
(Example 10)
In Example 10, the first sub magnetic path member and the second sub magnetic path member have the antenna structure shown in FIG. 6, and the magnetic core has Mn—Zn ferrite (Hitachi Metals ferrite MT80D), and the cross section is 1 .5 mm square and 16 mm length were used, and winding 8 was formed by winding 1200 turns of enamel-coated copper wire having a wire diameter of 0.07 mm, which insulated the surface of the ferrite core, in a range of 12 mm in length. Next, the first sub magnetic path member uses a ferrite plate having a plate thickness of 0.5 mm, a width of 1.5 mm, and a relative permeability of 500, and the second sub magnetic path member is a flexible having a relative permeability of about 50. The composite material was closely attached, and the Q value and sensitivity (output voltage) were measured when the cross-sectional area of contact with the magnetic core was constant and the thickness t of the flexible composite material was changed.
This antenna was installed in a
(実施例11)
実施例11は、副磁路部材は図5に示すアンテナ構造のもので、磁心としてMn−Zn系フェライト(日立金属製フェライトMT80D)、断面部が1.5mm角、長さ16mmを使用し、巻線8はフェライトコアの表面を絶縁した線径0.07mmのエナメル被膜銅線1200ターンを、長さ12mmの範囲で巻き付けた。副磁路部材は、板厚0.5mm、幅1.5mm、比透磁率50の柔軟性複合材を用いて主磁路部材(磁心)に密着して接続したものである。このとき、柔軟性複合材の厚さtを変化させたときのQ値及び感度(出力電圧)を測定した。
このアンテナを図16に示す金属ケース70の中に設置し、外部より電磁波の磁界成分に相当する交流磁界の実効値として周波数40kHz、磁界強度14pTの磁界を印加して出力電圧を測定した。結果を表4に示す。
(Example 11)
In Example 11, the sub magnetic path member has the antenna structure shown in FIG. 5 and uses Mn—Zn ferrite (Hitachi Metal Ferrite MT80D) as a magnetic core, a cross-section of 1.5 mm square, and a length of 16 mm. The winding 8 was formed by winding 1200 turns of enamel-coated copper wire having a wire diameter of 0.07 mm, which insulated the surface of the ferrite core, in a range of 12 mm in length. The sub magnetic path member is formed by using a flexible composite material having a plate thickness of 0.5 mm, a width of 1.5 mm, and a relative magnetic permeability of 50, in close contact with the main magnetic path member (magnetic core). At this time, the Q value and sensitivity (output voltage) when the thickness t of the flexible composite material was changed were measured.
This antenna was installed in a
以上の通り実施例10、11より副磁路部材を設けることによりQ値及び感度が向上することが確認された。柔軟性複合材の厚みを変化させることによりQ値及び感度が変化する。これにより副磁路部材の効果を引き出す最適値を調整することができる。例えば、本例ではQ値及び感度が共に高い値を示すのは実施例1の場合、t=0.5〜1.0mmであり、実施例2の場合、t=1.0〜2.0mmである。主磁路部材や第1の副磁路部材を積層体で構成した場合や材質を変更した場合であっても、第2の副磁路部材の厚みを変えることにより高いQ値及び感度を容易に出すことが出来る。尚、厚み調節、即ち断面積の調節に代えて接触面積を変えることによっても同様の調節が可能である。これらのことは、エアギャップを設けて調節する場合がミクロンオーダでギャップ調節が必要になることから比べると格段の効果である。 As described above, it was confirmed that the Q value and the sensitivity were improved by providing the sub magnetic path member from Examples 10 and 11. The Q value and sensitivity change by changing the thickness of the flexible composite material. Thereby, the optimal value which draws out the effect of a submagnetic path member can be adjusted. For example, in this example, the Q value and the sensitivity are both high in the case of Example 1 in the case of t = 0.5 to 1.0 mm, and in the case of Example 2, t = 1.0 to 2.0 mm. It is. Even when the main magnetic path member and the first sub magnetic path member are formed of a laminate or when the material is changed, a high Q value and sensitivity can be easily achieved by changing the thickness of the second sub magnetic path member. Can be put out. The same adjustment is possible by changing the contact area instead of adjusting the thickness, that is, adjusting the cross-sectional area. These are remarkable effects compared with the case where adjustment is performed by providing an air gap because gap adjustment is required on the order of microns.
(実施例12)
次に、アンテナを内蔵した電波腕時計の正面図および側面図を図11に示す。正面図のアンテナの図示は配置などが分かりやすいようにあえて実線で示している。電波腕時計は金属製(例えばステンレス製)の筐体ケース21と、ムーブメント22と周辺部品、ガラス製の蓋23と、金属製(例えばステンレス製)の裏蓋24とからなり、アンテナ10をムーブメント22と裏蓋24との間に配置している。図1に示すアンテナ10では磁心の端部11を底面から立ち上がるようにガラス蓋23の方向に曲げて配置している。よって、磁心の中央部は裏蓋側に隣接しているものの磁束の出入り口となる磁心端部11は電磁波の入射方向に向いた構造となっている。また、図12に示すように端部31の先端部32は端部とはさらに別の方向に曲げている構造としてもよい。これにより、磁束をさらに捉え易い電波腕時計とすることができる。
時計は駆動機能を集約したムーブメントが大部分の容積を占有し、また人間に対する表示面(文字盤)も必須である。このためアンテナは裏蓋近くに配置することを余儀なくされる。この場合アンテナは周囲を金属部品により囲まれることになるが、この実施例によれば、アンテナの共振電流による磁束が最も多く流出する磁心端部を磁気シールドされた筐体底部周辺の金属から離すように非金属部(ガラス製の蓋等)に向けて曲げて立設している。これにより、外部からの磁束の流入量が多く、筐体底部金属から遠いガラス面近くの磁束をより多く捕らえ、かつ筐体底部の金属接近の影響を最小限にできる。
尚、上記電波腕時計において、立ち上がった磁心の端部を時計文字盤のデザインの一部として表面に現われるようにしても良い。例えば、磁心端部が文字盤を貫き、表示面に現われるようにして、これをひとつのデザインとして利用することである。このとき磁心端部は表示部まで出ているのでより高感度となる。逆に、端部は垂直に立設している必要もない。周囲の状況によって磁束を受けとめやすい方向や角度を有していれば良い。
また、アンテナ1eの配置は、主磁路部材4e側が筐体内の内部(中央)側に向かい、第1、第2の副磁路部材を含む副磁路部材7e,3eが筐体の周縁部側に沿って配置している。この様な配置は、比較的自由度があり感度調整や組立て性に優れた配置である。
(Example 12)
Next, FIG. 11 shows a front view and a side view of a radio-controlled wristwatch with a built-in antenna. In the front view, the antenna is shown by a solid line for easy understanding of the arrangement. The radio-controlled wristwatch includes a metal (for example, stainless steel)
A watch is a movement that consolidates driving functions and occupies most of the volume, and a display surface (clockface) for humans is also essential. For this reason, the antenna must be arranged near the back cover. In this case, the antenna is surrounded by metal parts, but according to this embodiment, the end of the magnetic core where the magnetic flux due to the resonance current of the antenna flows out most is separated from the metal around the bottom part of the magnetically shielded casing. In this way, it is erected by bending toward the non-metal part (glass lid or the like). Thereby, the amount of magnetic flux flowing from the outside is large, more magnetic flux near the glass surface far from the housing bottom metal can be captured, and the influence of the metal approaching of the housing bottom can be minimized.
In the radio-controlled wristwatch, the end of the magnetic core that stands up may appear on the surface as part of the design of the clock face. For example, the end of the magnetic core penetrates the dial and appears on the display surface, which is used as a design. At this time, the end of the magnetic core protrudes to the display portion, so that the sensitivity becomes higher. On the contrary, the end portion does not need to be erected vertically. It is only necessary to have a direction and an angle at which magnetic flux can be easily received depending on the surrounding conditions.
Further, the antenna 1e is arranged such that the main magnetic path member 4e side is directed to the inside (center) side in the casing, and the sub magnetic path members 7e and 3e including the first and second sub magnetic path members are the peripheral portions of the casing. Arranged along the side. Such an arrangement has a relatively high degree of freedom and is excellent in sensitivity adjustment and assembly.
(実施例13)
他のアンテナを内蔵した電波腕時計の正面図を図13に示す。アンテナの形状が異なる以外は実施例12に示した電波腕時計と構成は同じである。アンテナ1は、電波腕時計の金属製(例えばステンレス製)の筐体ケース21の内周面にほぼ沿うように外形が形成されている。また、副磁路部材7は主磁路と外部の金属製筐体との間に形成した。このように副磁路部材を主磁路の外部の金属製筐体側に形成することで、副磁路部材を主磁路の筐体内部側に設けるよりも、主磁路に流れる磁束が筐体に逃げにくくなり、結果アンテナ特性が向上する。ムーブメントの機構により適宜形状は定められるが、副磁路部材を主磁路の外部の金属製筐体側に形成するように設計することが好ましい。
(Example 13)
FIG. 13 shows a front view of a radio wave wristwatch incorporating another antenna. Except for the difference in antenna shape, the configuration is the same as that of the radio-controlled wristwatch shown in the twelfth embodiment. The outer shape of the
(実施例14)
本発明のアンテナを内蔵したRFIDタグの一種であるキーレスエントリーシステム用のキー本体の正面図を図14に示す。正面図のアンテナの図示は配置などが分かりやすいようにあえて実線で示している。キー本体は金属製の筐体ケース74と、キーの開閉ボタン73と、受発信のための回路基板71と、アンテナ1から主に構成されている。また、図示するように筐体ケースの内面形状に合わせるように、両端の外周が略円弧形状に形成され、キー本体内のスペースを有効活用できるようにしている。副磁路部材7は、キー本体内のスペースを有効活用するために周縁部側に沿って設けている。
また、別のアンテナの配置として、図15に示すように、副磁路部材3,7をプリント配線基板200側として接着し、磁心の端部をプリント配線基板から離れるように曲げて設置することもできる。なお、図15における磁心はMn−Zn系フェライト(日立金属製フェライトMT80D)、副磁路部材3は品名:日立金属製K−E050のアブソシールド材、副磁路部材7は品名:日立金属製K−E025のアブソシールド材を用いた。サイズはアンテナ全体の長さが11mm、高さが2.9mm、幅3mmである。また、副磁路部材3の厚みは0.5mm、副磁路部材7の厚みは0.25mmとして製造した。なお、プリント配線基板は多種多様な配線および回路部品が組み込まれるため、今回の試験においてはプリント配線基板のアンテナ設置面の裏側に鉄板201を一面に貼り付け、周波数は125KHz感度測定(出力電圧測定)の磁界強度を45nTとして試験を行った。出力電圧とQ値を表5に示す。また、比較として副磁路部材を設けなかったアンテナで測定した出力電圧とQ値も併記する。
(Example 14)
FIG. 14 shows a front view of a key body for a keyless entry system, which is a kind of RFID tag incorporating the antenna of the present invention. In the front view, the antenna is shown by a solid line for easy understanding of the arrangement. The key body is mainly composed of a
As another antenna arrangement, as shown in FIG. 15, the sub
送受信器やタグを用いるキーレスエントリーシステムやRFIDシステムにおいては、電波時計と同様にアンテナを筐体内の金属で囲まれた狭いスペースに収容することが求められるので、本発明のアンテナが有効であり、その効果も上記実施例と同様に得ることができる。 In keyless entry systems and RFID systems that use transceivers and tags, the antenna of the present invention is effective because the antenna is required to be housed in a narrow space surrounded by metal in the housing, similar to a radio clock. The effect can also be obtained in the same manner as in the above embodiment.
本発明のアンテナは、電波時計に用いられる電波受信用アンテナや自動車、住宅等のキーレスエントリーシステム、RFIDタグシステムに用いることができる。特に形状の自由度が大きいので電波腕時計に適している。 The antenna of the present invention can be used for radio wave receiving antennas used in radio timepieces, keyless entry systems such as automobiles and houses, and RFID tag systems. In particular, it is suitable for radio wristwatches because of its great freedom of shape.
1a〜1d:磁心
3、7:副磁路部材
4a〜4d:主磁路部材
8:コイル、巻線
9:渦電流
10,30,50,70:アンテナ
21:金属製筐体
22:ムーブメント
23:ガラス製蓋
24:裏蓋
25:樹脂製筐体
26:周辺部品
70:金属製筐体
G:ギャップ、エアギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a-1d:
Claims (12)
前記主磁路部材と、前記主磁路部材とは別体の副磁路部材を設け、前記副磁路部材はその両端部が前記主磁路部材とギャップを介して隣接するように配置され、かつ前記主磁路部材と副磁路部材は互いの隣接する側の面の少なくとも一部が平面状に形成されていることを特徴とするアンテナ。 In a magnetic sensor type antenna having a main magnetic path member in which a coil is wound around a magnetic core made of a magnetic material, and receiving a magnetic field component of an electromagnetic wave by the main magnetic path member,
The main magnetic path member and a sub magnetic path member separate from the main magnetic path member are provided, and the sub magnetic path member is arranged so that both ends thereof are adjacent to the main magnetic path member via a gap. The antenna is characterized in that the main magnetic path member and the sub magnetic path member are formed to have at least a part of surfaces adjacent to each other.
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