JP5464303B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、相手側機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムや短距離無線通信（NFC：Near Field Communication）システムに用いられるアンテナ装置に関するものである。

近年、利用が拡大しているＲＦＩＤシステムや短距離無線通信システムにおいては、携帯電話端末等の携帯電子機器とリーダ・ライタとで通信を行うために、または携帯電子機器同士で通信を行うために、各々の機器に通信用のアンテナが搭載されている。これらのアンテナのうち携帯電子機器に搭載されるアンテナが特許文献１に開示されている。

図８は特許文献１に開示されているアンテナ装置のうち一つの構成を示す図であり、図８（Ａ）はフレキシブル基材１０に対して二つの磁性体コア３１，３２を装着する状態の斜視図、図８（Ｂ）は磁性体コア３１，３２を装着した状態の斜視図である。図９はフレキシブル基材１０に形成されるコイル導体パターンの例を示す図であり、フレキシブル基材を展開した状態での平面図である。

図９の例では、フレキシブル基材１０にコイル導体１１ｃ，１２ｃを形成するとともに、このフレキシブル基材１０を二点鎖線部分で折り曲げて、スリット２１，２２にそれぞれ磁性体コア３１，３２が挿入される。この状態で、前記二つの磁性体コアにより二つのコイル導体１１ｃ，１２ｃを内外方向に貫通する磁束により発生する電流が同相となる向きに、この二つのコイル導体１１ｃ，１２ｃが接続されている。そしてそれぞれの一方端をコイル導体接続部１１ｔ，１２ｔとして形成されている。

国際公開第２００９／０７８２１４号

図８、図９に示されるように、導体パターンが形成されたフレキシブル基材と磁性体コアとを備え、導体パターンが、巻回中心部を導体開口部とする二つのコイル部を備えたアンテナ装置においては、フレキシブル基材のサイズが大きくなり、コイル部以外の領域が広がるので材料使用効率が悪い。すなわち、サイズの大きなフレキシブル基材に多数のアンテナ装置形成用の導体パターンを形成してフレキシブル基材による集合基板を構成した後、この集合基板をアンテナ装置用の個別の基板に分割する方法で製造されるが、コイル部以外の領域は単に距離を保つ（稼ぐ）ため存在することになる。また、二つのコイル部以外の領域を細くして配線導体のみが通るようにするためには、フレキシブル基材の不要な部分を除去する工程が必要になり工程数が増す。また、フレキシブル基材を廃棄せざるをえない部分が増加してコストアップにつながるおそれがある。

また、二つのコイル部の形成領域の間に屈曲部（例えば９０°折れ曲がった箇所）を設けるアンテナ装置を得ようとする場合においても、上記と同様の問題が生じる。

上述の問題は、特にコイル部以外の領域が広がった、幅方向に広いアンテナ装置を構成する場合に顕著となる。

本発明は上述の課題を解決するためになされ、フレキシブル基材の利用効率を高めることのできるアンテナ装置を提供することを目的としている。

本発明のアンテナ装置は次のように構成される。

（１）導体パターンが形成されたフレキシブル基材と磁性体コアとを備え、前記導体パターンは、巻回中心部を導体開口部とする二つのループ状または渦巻き状の第１コイル部および第２コイル部ならびに第１コイル部と第２コイル部との間に設けられる配線部を備え、前記フレキシブル基材は前記導体開口部に形成された第１スリットおよび第２スリットを備え、前記磁性体コアは、前記スリットにそれぞれ挿入されていて、前記配線部に、前記第１コイル部および前記第２コイル部の少なくとも一方の位置が折り曲げ前の状態から変化するように折り曲げられた１箇所以上の折り曲げ部を有することを特徴とする。

（２）前記第１スリットと第２スリットとが平行またはほぼ平行になるように折り曲げられていることが好ましい。

（３）前記フレキシブル基材の折り曲げ前の状態で前記第１スリットおよび前記第２スリットは同一方向から前記磁性体コアが挿入されるように向いていることが好ましい。

（４）前記フレキシブル基材は前記折り曲げ前の状態で、前記第１コイル部形成領域および前記第２コイル部形成領域は前記配線部形成領域に隣接し、前記第１コイル部形成領域は前記第２コイル部形成領域に隣接し、前記フレキシブル基材は、前記第１コイル部形成領域および前記第２コイル部形成領域と前記配線部形成領域との境界で切り込みが形成され、前記第１コイル部形成領域と前記第２コイル部形成領域との境界で切り込みが形成されていることが好ましい。

（５）前記フレキシブル基材は前記折り曲げ前の状態で、前記第１コイル部形成領域、前記配線部形成領域および前記第２コイル部形成領域がこの順に直線状に配置されていることが好ましい。

（６）前記フレキシブル基材は折り曲げ前の状態で矩形状の外形を有することが好ましい。

本発明によれば、フレキシブル基材の利用効率が高まり、フレキシブル基材の不要部分を除去する必要がない。特に集合基板を構成して分割する場合に取り個数が増える。そのため低コスト化が図れる。

図１は第１の実施形態のアンテナ装置１０１の構造と製造手順について示す図である。 図２はアンテナ装置１０１が通信相手（リーダ・ライターのアンテナ等）と磁界結合している状態での磁束の経路を示す図である。 図３は第２の実施形態のアンテナ装置１０２の構造と製造手順について示す図であり、図３（Ａ）は導体パターンが形成されたフレキシブル基材１０の平面図、図３（Ｂ）はフレキシブル基材１０のスリット２１，２２に磁性体コア３１，３２が挿入された状態を示す平面図、図３（Ｃ）はフレキシブル基材１０に切り込みＳを形成した状態の平面図、図３（Ｄ）はアンテナ装置１０２の平面図である。 図４は第３の実施形態のアンテナ装置１０３の構造と製造手順について示す図であり、図４（Ａ）は導体パターンが形成されたフレキシブル基材１０の平面図、図４（Ｂ）はフレキシブル基材１０のスリット２１，２２に磁性体コア３１，３２が挿入された状態を示す平面図、図４（Ｃ）はアンテナ装置１０３の平面図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は第５の実施形態のアンテナ装置１０４Ａ，１０４Ｂの平面図である。 図６は第５の実施形態のアンテナ装置１０５の平面図である。 図７は通信端末装置に対するアンテナ装置１０５の実装構造を示す概略図である。 図８は特許文献１に開示されているアンテナ装置のうち一つの構成を示す図であり、図８（Ａ）はフレキシブル基材２３に対して二つの磁性体コア２２−１，２２−２を装着する状態の斜視図、図８（Ｂ）は磁性体コア２２−１，２２−２を装着した状態の斜視図である。 図９はフレキシブル基材２３に形成されるコイル導体パターンの例を示す図であり、フレキシブル基材を展開した状態での平面図である。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態のアンテナ装置１０１の構造と製造手順について示す図である。図１（Ｄ）はアンテナ装置１０１の平面図である。

図１（Ａ）は導体パターンが形成されたフレキシブル基材１０の平面図である。フレキシブル基材１０には導体パターンが設けられている。この導体パターンは、巻回中心部を導体開口部ＣＷ１，ＣＷ２とする二つの渦巻き状の第１コイル部１１ｃおよび第２コイル部１２ｃならびに第１コイル部と第２コイル部とを電気的に接続する配線部１１２ｉを備えている。第１コイル部１１ｃの端部は接続部１１ｔに導通していて、第２コイル部１２ｃの端部は接続部１２ｔに導通している。フレキシブル基材１０の導体開口部ＣＷ１，ＣＷ２には第１スリット２１および第２スリット２２が形成されている。

図１（Ｂ）はフレキシブル基材１０のスリット２１，２２に磁性体コア３１，３２が挿入された状態を示す平面図である。

図１（Ｃ）はフレキシブル基材１０に切り込みＳを形成した状態の平面図である。フレキシブル基材１０は、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２および第３領域Ａ３に区分するようにＴ字形状の切り込みＳが形成される。この切り込みは例えばトムソン型やピナクルダイによるカットまたはレーザー加工により形成される。

切り込みＳは、フレキシブル基材１０を第１領域Ａ１、第２領域Ａ２および第３領域Ａ３に区分するとともに、第１領域Ａ１と第３領域Ａ３との間で折り曲げ、第２領域Ａ２と第３領域Ａ３との間で折り曲げるために設けられる。第１領域Ａ１は第１コイル部１１ｃの形成領域、第２領域Ａ２は第２コイル部１２ｃの形成領域、第３領域Ａ３は配線部１１２ｉの形成領域である。

フレキシブル基材１０は、折り曲げ前の状態で、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２は第３領域Ａ３に隣接し、第１領域Ａ１は第２領域Ａ２に隣接する。

したがって、フレキシブル基材１０は、第１領域Ａ１と第３領域Ａ３との境界、および第２領域Ａ２と第３領域Ａ３との境界に切り込みが形成されていて、さらに第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界に切り込みが形成されている。

図１（Ｄ）はアンテナ装置１０１の平面図である。このアンテナ装置１０１は、図１（Ｃ）に示した状態からフレキシブル基材１０を折り曲げることによって構成される。具体的には、フレキシブル基材１０の第３領域（配線部の形成領域）Ａ３と第１領域（第１コイル部の形成領域）Ａ１との間が折り曲げられ、第３領域Ａ３と第２領域（第２コイル部の形成領域）Ａ２との間が折り曲げられる。なお、折り曲げた状態で形状を保つ場合には、折り曲げ部に両面粘着シートを挟み込むか、接着剤で接着する。この折り曲げにより、第１スリット２１と第２スリット２２とが平行になる。

図１に示したように、フレキシブル基材１０は単純な矩形形状でありながら、その折り曲げにより最適な形状にできるので、集合基板からの取り個数が最も増えて効率的であり、廃棄せざるをえないゴミも殆ど生じない。

また、フレキシブル基材１０の折り曲げ前の状態で第１スリット２１および第２スリット２２に対して磁性体コア３１，３２を同一方向から挿入できるので製造が容易である。

図２はアンテナ装置１０１が通信相手（リーダ・ライターのアンテナ等）と磁界結合している状態での磁束の経路を示す図である。磁束は磁性体コア３１，３２の内側と外側との間を通過する。したがって第１コイル部１１ｃおよび第２コイル部１２ｃに対して磁束が鎖交することになる。二つのコイル導体１１ｃ，１２ｃは、この磁束の鎖交状態でコイル導体１１ｃ，１２ｃに発生する電流が同相となる向きに接続されている。

なお、図２に示した状態でアンテナ装置１０１の下面に金属板などの導体面が存在していても、磁束は磁性体コア３１，３２を通るので、導体面で渦電流が殆ど生じることなく、低損失状態を保てる。また、共振周波数のずれを回避できる。

《第２の実施形態》
図３は第２の実施形態のアンテナ装置１０２の構造と製造手順について示す図である。図３（Ｄ）はアンテナ装置１０２の平面図である。

図３（Ａ）は導体パターンが形成されたフレキシブル基材１０の平面図である。フレキシブル基材１０には導体パターンが設けられている。またフレキシブル基材１０にはスリット２１，２２が形成されている。導体パターンは、巻回中心部を導体開口部ＣＷ１，ＣＷ２とする二つの渦巻き状の第１コイル部１１ｃおよび第２コイル部１２ｃならびに第１コイル部と第２コイル部とを電気的に接続する配線部１１２ｉを備えている。第１コイル部１１ｃの端部は接続部１１ｔに導通していて、第２コイル部１２ｃの端部は接続部１２ｔに導通している。フレキシブル基材１０は導体開口部ＣＷ１，ＣＷ２に形成された第１スリット２１および第２スリット２２を備えている。第１の実施形態で図１（Ａ）に示したフレキシブル基材１０とはスリット２１，２２の向きが異なる。

図３（Ｂ）はフレキシブル基材１０のスリット２１，２２に磁性体コア３１，３２が挿入された状態を示す平面図である。

図３（Ｃ）はフレキシブル基材１０に切り込みＳを形成した状態の平面図である。フレキシブル基材１０は、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２および第３領域Ａ３に区分するようにＴ字形状の切り込みＳが形成される。

切り込みＳは、フレキシブル基材１０を第１領域Ａ１、第２領域Ａ２および第３領域Ａ３に区分するとともに、第１領域Ａ１で折り曲げ、また第２領域Ａ２で折り曲げるために設けられる。第１領域Ａ１は第１コイル部１１ｃの形成領域、第２領域Ａ２は第２コイル部１２ｃの形成領域、第３領域Ａ３は配線部１１２ｉの形成領域である。

フレキシブル基材１０は、折り曲げ前の状態で、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２は第３領域Ａ３に隣接し、第１領域Ａ１は第２領域Ａ２に隣接する。

したがって、フレキシブル基材１０は、第１領域Ａ１と第３領域Ａ３との境界、および第２領域Ａ２と第３領域Ａ３との境界に切り込みが形成されていて、さらに第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界に切り込みが形成されている。

図３（Ｄ）はアンテナ装置１０２の平面図である。このアンテナ装置１０２は、図３（Ｃ）に示した状態からフレキシブル基材１０を折り曲げることによって構成される。具体的には、フレキシブル基材１０の第１領域（第１コイル部の形成領域）Ａ１の一辺付近が折り曲げられ、第２領域（第２コイル部の形成領域）Ａ２の一辺付近が折り曲げられる。なお、折り曲げた状態で形状を保つ場合には、折り曲げ部に両面粘着シートを挟み込むか、接着剤で接着する。フレキシブル基材１０の折り曲げ後も第１スリット２１と第２スリット２２とは平行である。

アンテナ装置１０２が通信相手（リーダ・ライターのアンテナ等）と磁界結合している状態での磁束の経路は図２に示した例と同じである。そして、二つのコイル導体１１ｃ，１２ｃは、その磁束の鎖交状態でコイル導体１１ｃ，１２ｃに発生する電流が同相となる向きに接続されている。

図３に示したように、フレキシブル基材１０は単純な矩形形状でありながら、その折り曲げにより最適な形状にできるので、集合基板からの取り個数が最も増えて効率的であり、廃棄せざるをえないゴミも殆ど生じない。

《第３の実施形態》
図４は第３の実施形態のアンテナ装置１０３の構造と製造手順について示す図である。図４（Ｃ）はアンテナ装置１０３の平面図である。

図４（Ａ）は導体パターンが形成されたフレキシブル基材１０の平面図である。フレキシブル基材１０には導体パターンが設けられている。またフレキシブル基材１０にはスリット２１，２２が形成されている。導体パターンは、巻回中心部を導体開口部ＣＷ１，ＣＷ２とする二つの渦巻き状の第１コイル部１１ｃおよび第２コイル部１２ｃならびに第１コイル部と第２コイル部とを電気的に接続する配線部１１２ｉを備えている。第１コイル部１１ｃの端部は接続部１１ｔに導通していて、第２コイル部１２ｃの端部は接続部１２ｔに導通している。フレキシブル基材１０は導体開口部ＣＷ１，ＣＷ２に形成された第１スリット２１および第２スリット２２を備えている。

図４（Ｂ）はフレキシブル基材１０のスリット２１，２２に磁性体コア３１，３２が挿入された状態を示す平面図である。

図４（Ｃ）はアンテナ装置１０３の平面図である。このアンテナ装置１０３は、図４（Ｃ）に示した状態からフレキシブル基材１０を折り曲げることによって構成される。

フレキシブル基材１０は、折り曲げ前の状態で、第１領域（第１コイル部形成領域）Ａ１、第３領域（配線部形成領域）Ａ３および第２領域（第２コイル部形成領域）Ａ２がこの順に直線状に配置されている。フレキシブル基材１０は第１領域Ａ１と第３領域Ａ３との間で９０°（折り曲げラインの角度は４５°）に折り曲げられ、第２領域Ａ２と第３領域Ａ３との間で９０°（折り曲げラインの角度は４５°）に折り曲げられる。なお、折り曲げた状態で形状を保つ場合には、折り曲げ部に両面粘着シートを挟み込むか接着剤で接着する。この折り曲げにより、第１スリット２１と第２スリット２２とが平行になる。

アンテナ装置１０３が通信相手（リーダ・ライターのアンテナ等）と磁界結合している状態での磁束の経路は図２に示した例と同じである。そして、二つのコイル導体１１ｃ，１２ｃは、その磁束の鎖交状態でコイル導体１１ｃ，１２ｃに発生する電流が同相となる向きに接続されている。

図４に示したように、フレキシブル基材１０は単純な矩形形状でありながら、その折り曲げにより最適な形状にできるので、集合基板からの取り個数が最も増えて効率的であり、廃棄せざるをえないゴミも殆ど生じない。

また、フレキシブル基材１０の折り曲げ前の状態で第１スリット２１および第２スリット２２に対して磁性体コア３１，３２を同一方向から挿入できるので、製造が容易である。

《第４の実施形態》
図５（Ａ）、図５（Ｂ）は第５の実施形態のアンテナ装置１０４Ａ，１０４Ｂの平面図である。

アンテナ装置１０４Ａの基本的な構造は、第３の実施形態で図４（Ｃ）に示したアンテナ装置１０３と同様である。図５（Ａ）に示す例では、第１スリット２１に挿入する磁性体コア３１と第２スリット２２に挿入する磁性体コア３２とのサイズが異なる。図５（Ａ）の例では磁性体コア３２の幅が磁性体コア３１の幅より大きい。そのため、第１領域Ａ１より第２領域Ａ２が長い。

アンテナ装置１０４Ｂの基本的な構造は、第３の実施形態で図４（Ｃ）に示したアンテナ装置１０３と同様である。但し、第１スリット２１に対する磁性体コア３１の挿入方向を逆にするとともに、第１領域Ａ１の折り曲げ方向を第２領域Ａ２の折り曲げ方向とは逆方向にしている。このような構造であっても、第３領域Ａ３の中央から磁性体コア３１方向および磁性体コア３２方向へそれぞれ磁束が通る。そして、スリット２１，２２の周囲に巻回されているコイル導体は、磁束の鎖交状態で二つのコイル導体に発生する電流が同相となる向きに接続されている。

なお、二つの磁性体コア３１，３２のそれぞれの軸が同じ直線に重なるように、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の折り曲げ角度を９０°より大きく折り曲げてもよい。

《第５の実施形態》
図６は第５の実施形態のアンテナ装置１０５の平面図である。アンテナ装置１０５のフレキシブル基材１０の基本的な構造は、第３の実施形態で図４（Ａ）に示したものと同様である。また、第１領域Ａ１は折り曲げず、第２領域Ａ２のみを折り曲げている。このような構造であっても、第３領域Ａ３のほぼ中央から磁性体コア３１方向および磁性体コア３２方向へそれぞれ磁束が通る。そして、スリット２１，２２の周囲に巻回されているコイル導体は、磁束の鎖交状態で二つのコイル導体に発生する電流が同相となる向きに接続されている。なお、二つの磁性体コア３１，３２のそれぞれの軸が成す角度が小さくなるように、第２領域Ａ２の折り曲げ角度を９０°より大きく折り曲げてもよい。

図７は通信端末装置に対するアンテナ装置１０５の実装構造を示す概略図である。第５の実施形態で示したアンテナ装置１０５は通信端末装置２０１の筐体４０の角部に配置することができる。そのことにより、図７に示すｘ軸方向成分を含む磁束およびｙ軸方向成分を含む磁束の両方に結合するアンテナ装置として使用できる。

《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、フレキシブル基材１０に渦巻き状の導体パターンによるコイル部を設けたが、このコイル部は渦巻き状に限らずループ状であってもよい。

また、以上に示した各実施形態では、フレキシブル基材１０の片面にコイル部の主要部を形成したが、フレキシブル基材の両面に渦巻き状の導体パターンを形成することによりコイル部を設けてもよい。

また、各実施形態において磁性体コア３１，３２の挿入方向は逆になっていてもよく、磁性体コアのうち一方の挿入方向が他方と逆になっていても構わない。すなわち、通信相手との関係で適宜選択し得る。

Ａ１…第１領域
Ａ２…第２領域
Ａ３…第３領域
ＣＷ１，ＣＷ２…導体開口部
Ｓ…切り込み
１０…フレキシブル基材
１１ｃ…第１コイル部
１１ｔ…接続部
１２ｃ…第２コイル部
１２ｔ…接続部
２１…第１スリット
２２…第２スリット
３１，３２…磁性体コア
４０…筐体
１０１〜１０３…アンテナ装置
１０４Ａ，１０４Ｂ…アンテナ装置
１０５…アンテナ装置
１１２ｉ…配線部
２０１…通信端末装置

Claims (6)

1. 導体パターンが形成されたフレキシブル基材と磁性体コアとを備え、前記導体パターンは、巻回中心部を導体開口部とする二つのループ状または渦巻き状の第１コイル部および第２コイル部ならびに第１コイル部と第２コイル部との間に設けられる配線部を備え、前記フレキシブル基材の前記導体開口部に第１スリットおよび第２スリットが形成されていて、前記磁性体コアが前記第１スリットおよび第２スリットにそれぞれ挿入されているアンテナ装置において、
   前記配線部に、前記第１コイル部および前記第２コイル部の少なくとも一方の位置が折り曲げ前の状態から変化するように折り曲げられた１箇所以上の折り曲げ部を有することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１スリットと第２スリットとが平行またはほぼ平行になるように折り曲げられた、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記フレキシブル基材の折り曲げ前の状態で前記第１スリットおよび前記第２スリットは同一方向から前記磁性体コアが挿入されるように向いている、請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記フレキシブル基材は前記折り曲げ前の状態で、前記第１コイル部の形成領域および前記第２コイル部の形成領域は前記配線部の形成領域に隣接し、前記第１コイル部の形成領域は前記第２コイル部の形成領域に隣接し、
   前記フレキシブル基材は、前記第１コイル部の形成領域および前記第２コイル部の形成領域と前記配線部の形成領域との境界で切り込みが形成され、前記第１コイル部の形成領域と前記第２コイル部の形成領域との境界で切り込みが形成された、請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記フレキシブル基材は前記折り曲げ前の状態で、前記第１コイル部の形成領域、前記配線部の形成領域および前記第２コイル部の形成領域がこの順に直線状に配置されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記フレキシブル基材は折り曲げ前の状態で矩形状の外形を有する、請求項１から請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置。

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