JP5621953B1 - アンテナ装置および通信装置 - Google Patents

Abstract

厚み方向に貫通した切欠き（１３）が外縁部から内側に向かって形成された面状導体（１０）と、切欠き（１３）に磁束が通ることで面状導体（１０）と磁界結合するコイルアンテナ（２０）と、切欠き（１３）の一部に充填され、少なくとも面状導体（１０）と接触する側面部分に金属酸化膜（４１）が形成されたはめ込み部材（４０）とを備える。これにより、金属筐体を用いることで強度を保ちつつ、美観を損ねることのないアンテナ装置およびそれを備えた通信装置を提供する。

Description

本発明はＲＦＩＤシステムや近距離無線通信システムに用いられるアンテナ装置およびそれを備えた通信装置に関するものである。

携帯端末に実装されているＮＦＣ（Near Field Communication）などの１３．５６ＭＨｚ帯のＲＦＩＤにおいては、ＲＦＩＤ用ＩＣチップや整合素子は主に回路基板に実装され、アンテナは樹脂製の端末筺体の内側に貼り付けられ、回路基板上の端子とアンテナとはスプリングピンなどを介して直流的に接続されるのが一般的である。

一方、最近の携帯電話端末などの無線通信装置は薄型化が進められ、薄型化による強度不足に対応するために樹脂筐体にマグネシウムメッキ加工を施したり、金属筐体を用いたりして、筐体の「金属化」によって強度を補う場合が増えてきている。しかし筐体を「金属化」した場合、端末に内蔵するアンテナが金属によって遮蔽されるため、相手側装置との通信ができなくなる問題が生じる。

そこで、特許文献１のようにアンテナコイルに対し、アンテナコイルよりも広い面積の金属板をアンテナコイルに近接（磁界結合）させて、金属板を放射体として使用する構造のアンテナ装置が提案されている。

特開２０１１−９７６５７号公報

しかしながら、特許文献１では金属板にスリットを形成しているため、金属板が無線通信装置の筐体の一部となっている場合、スリットが露出することで、意匠上の制約が生じる（美観が損なわれる）といった問題がある。

そこで、本発明の目的は、金属筐体の強度を保ちつつ、美観を損ねることのないアンテナ装置およびそれを備えた通信装置を提供することにある。

本発明は、厚み方向に貫通した切欠き部が外縁部から内側に向かって形成された金属筐体と、前記切欠き部に磁束が通ることで前記金属筐体と磁界結合するコイルアンテナと、前記切欠き部の一部または全部に充填され、少なくとも前記金属筐体と接触する部分に絶縁薄膜が形成された導電性部材と、を備えたことを特徴とする。

この構成では、アンテナ装置の放射板として作用させる金属筐体に形成された切欠き部に、絶縁薄膜が形成された導電性部材が設けられているため、平面視で切欠き部を視認し難くできる。この結果、金属筺体の強度を保ちつつ、金属筺体をアンテナの磁界放射素子として使用することが出来、さらに金属筐体における切欠き部の境界を分かり難くすることができ、外観が損なわれるおそれを低減できる。

この構成では、導電性部材における絶縁薄膜が形成された以外の部分を、金属筐体と同じ色または材質とすることができ、金属筐体における切欠き部の境界をさらに分かり難くすることができ、外観が損なわれるおそれを低減できる。

前記導電性部材は前記金属筐体と同一材質である構成が好ましい。

この構成では、金属筐体における切欠き部の境界をさらに分かり難くすることができ、外観が損なわれるおそれを低減できる。

前記切欠き部は、開口と、前記開口および前記外縁部を繋ぐスリットと、を有し、前記導電性部材は前記スリットに充填されている構成でもよい。

この構成では、例えば、アンテナ装置を携帯電話機などに用いた場合、カメラモジュール部分等の既存の開口を利用することで、携帯電話機の金属筐体を磁界信号の放射板として作用させることができる。

前記コイルアンテナは、絶縁体層に形成されたコイル導体を有し、平面視で前記コイル導体のコイル開口が前記開口に対し少なくとも一部と重なる位置に配置されている構成が好ましい。

この構成では、薄型のコイルアンテナを用いるために、アンテナ装置の薄型化を実現できる。

前記コイルアンテナは、コイル導体が形成された複数の絶縁体層が積層された積層構造であり、コイル開口が前記切欠き部に向けて配置されている構成でもよい。

この構成では、コイルアンテナの巻回軸が金属筐体の平面に対して垂直でなくても、巻回軸の延長方向に切り欠き部を配置することによって、金属筐体を放射板として作用させることができる。

本発明によれば、金属筐体の強度を保ちつつ、金属筺体をアンテナの磁界放射素子として使用出来、さらに美観を損ねることのないアンテナ装置およびそれを備えた通信装置を実現できる。

実施形態１に係るアンテナ装置の斜視図 アンテナ装置の分解斜視図 アンテナ装置に流れる電流および発生する磁束を示す概念図 実施形態に係るアンテナ装置を適用した無線通信装置の筐体内部の構造を示す図 実施形態２に係るアンテナ装置の平面図 実施形態２に係るアンテナ装置の正面図 実施形態２に係るアンテナ装置の別の例の正面断面図 実施形態３に係るアンテナ装置の平面図 図７ＡのVII-VII線の正面断面図

（実施形態１）
図１は実施形態１に係るアンテナ装置の斜視図である。図２はアンテナ装置の分解斜視図である。アンテナ装置１は、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ帯）の高周波信号をキャリア周波数とするアンテナ装置であり、ＮＦＣシステムに用いられるリーダライタ用として構成されている。アンテナ装置１は面状導体１０と、コイルアンテナ２０と、フェライト磁性体３０とを備えている。なお、図１では、フェライト磁性体３０の図示を省略している。

面状導体１０は、例えばアンテナ装置１が搭載される通信装置の金属筐体の一部である。この金属筐体は、例えばアルミニウムからなる。面状導体１０には、図２に示すように、外縁の一部から内部へ延びる矩形状の切欠き１３が形成されている。この切欠き１３の一部にはめ込み部材（導電性部材）４０が形成される。これにより、図１に示すように、面状導体１０には開口１２が形成されるようになる。はめ込み部材４０が設けられた切欠き１３の部分は、本発明に係る「切欠き部」及び「スリット」に相当する。

はめ込み部材４０の側面であって、はめ込み部材４０を切欠き１３に設けた場合に面状導体１０と接触する部分には、厚みが数μｍ程度の金属酸化膜（絶縁薄膜）４１が形成されている。本実施形態では、はめ込み部材４０は、面状導体１０と同じ材質のアルミニウムであり、金属酸化膜４１は酸化アルミニウムである。面状導体１０と同一材質とすることで、はめ込み部材４０および金属酸化膜４１は、面状導体１０とほぼ同色となり、面状導体１０とはめ込み部材４０との境界が視認し難くなる。また、金属酸化膜４１は絶縁性であるため、面状導体１０とはめ込み部材４０との間には、金属酸化膜４１の厚さ分だけの非絶縁のギャップが形成される。

コイルアンテナ２０は、不図示の絶縁体基材の一面に形成された矩形渦巻状の導体パターンで構成されている。コイルアンテナ２０は、開口１２よりも大きいコイル開口を有し、コイル開口が開口１２と重なるように面状導体１０に近接配置されている。このコイルアンテナ２０には、ＨＦ帯の信号を給電する給電回路としてのＲＦＩＣ（不図示）が接続されている。絶縁体基材の一面に矩形渦巻状にコイルパターンが形成されたコイルアンテナ２０を面状導体１０に近接配置することで、アンテナ装置１の薄型化が可能となる。このコイルアンテナ２０は、コイル開口内に開口１２が収まるように配置されてもよいし、コイル開口の一部が開口１２と重なるように配置されていてもよい。

コイルアンテナ２０の背面側（面状導体１０側と反対側）には、開口３１が形成されたフェライト磁性体３０が設けられている。開口３１は、コイルアンテナ２０のコイル開口および面状導体の開口１２とほぼ同じ形状および大きさである。このフェライト磁性体３０を配置することで、小さいコイルアンテナでも大きなインダクタンス値を得ることが出来る。また、コイルアンテナ２０に近接配置されている他の回路基板のグランドパターンなどとの不要な結合を防止することができる。

なお、切欠き１３にはめ込み部材４０を形成する方法として、面状導体１０よりも厚いはめ込み部材に金属酸化膜を形成し、そのはめ込み部材を切欠き１３に挟み込んだ後に、研磨して面状導体１０と面一とする方法が例として挙げられる。なお、はめ込み部材４０と面状導体は接着剤等で機械的に接合される。これにより金属筺体の機械的強度を保ちつつ、金属筺体をアンテナ素子の放射素子として使用することが出来、さらに金属筺体の美観を損ねることが無くなる。

図３は、アンテナ装置１に流れる電流および発生する磁束を示す概念図である。この図３では、説明の都合上、金属酸化膜４１は厚めに図示しているが、実際は数μｍの薄膜である。図３の破線矢印は、コイルアンテナ２０に流れる電流の向きを示す。この電流が流れると、図３に示す磁束φ１が生じる。この磁束φ１が開口１２を通り、コイルアンテナ２０と面状導体１０とが磁界結合する。この結果、面状導体１０には、図３の実線矢印に示す電流が誘導される。

面状導体１０とはめ込み部材４０との間は、金属酸化膜４１により絶縁されている。換言すれば、面状導体１０とはめ込み部材４０との間にはスリットが形成されていることと同視できる。このため、開口１２に沿って流れる電流は、そのスリットに沿って流れ、さらに、縁端効果によって面状導体１０の主に端縁に沿って流れる。また、はめ込み部材４０内にも端縁に沿って流れる。その結果、面状導体１０からは、図３の矢印方向の磁束φ２が生じる。これにより、面状導体１０がアンテナ装置１の放射板として作用する。

このアンテナ装置１では、面状導体１０のインダクタンスと、面状導体１０とはめ込み部材４０との間のキャパシタンス、具体的には、金属酸化膜４１により形成される非導通のギャップ部分のキャパシタンスとで、ＬＣ共振回路が構成される。このキャパシタンスは、面状導体１０とはめ込み部材４０との対向面積または距離によって変わるが、金属酸化膜４１は数μｍであるため、面状導体１０とはめ込み部材４０との距離は近く、キャパシタンスは大きい。すなわち、ＬＣ共振回路による共振周波数を低くすることができる。この共振周波数を使用周波数に近づけることによってアンテナ特性を改善することができる。

以上のように、面状導体１０をアンテナ装置１の放射板とするために切欠き１３を形成する必要があるが、面状導体１０と同一材質のはめ込み部材４０を切欠き１３に形成することで、平面視した場合に切欠き１３が形成されていることを分かり難くすることができる。また、面状導体１０とはめ込み部材４０とを絶縁する金属酸化膜４１を可能な限り薄くすることによって、面状導体１０とはめ込み部材４０との境界線を分かり難くすることができ、かつ、大きなキャパシタンスを確保することができる。

図４は、本実施形態に係るアンテナ装置１を適用した無線通信装置の筐体内部の構造を示す図である。図４では、無線通信装置１００の上部筐体９１と下部筐体９２とを分離して内部を露出させた状態での平面図である。この例では、下部筐体９２は樹脂製であり、強度の強化のため一部を面状導体１０としてあるが、ＵＨＦ帯アンテナの放射を妨げる箇所を除く部分が金属化されていてもよい。

上部筐体９１の内部には回路基板７１，８１、バッテリーパック８３等が収められている。回路基板７１には通信回路を備えたＲＦＩＣ６０等が実装されている。この回路基板７１にはＵＨＦ帯アンテナ７２、カメラモジュール７６等も搭載されている。また、回路基板８１にはＵＨＦ帯アンテナ８２等が搭載されている。回路基板７１と回路基板８１とは同軸ケーブル８４を介して接続されている。

下部筐体９２の面状導体１０には切欠きが形成されていて、その切欠きの一部にはめ込み部材４０が設けられている。切欠きにはめ込み部材４０が設けられることで、面状導体１０には開口１２が形成されることになる。なお、図４では開口１２は円形状としてある。上部筐体９１および下部筐体９２を装着した場合に、カメラモジュール７６のレンズが開口１２から光学的に露出するように配置されている。また、この開口１２には、接続ピン６１を介してＲＦＩＣ６０が接続されたコイルアンテナ２０が近接配置されている。

このように、筐体の一部である面状導体１０をアンテナ装置の放射板として機能させることができる。さらに、放射板として機能させるために形成した切欠きには、はめ込み部材４０が設けられるため、切欠きが形成されていることが分かり難くなり、かつ、面状導体１０とはめ込み部材４０との境界線も分かり難くなり、無線通信装置１００の外観を損ねることがない。

さらに、開口１２は、無線通信装置１００のカメラモジュール７６に用いるためのものであり、その開口１２を利用することで、面状導体１０に別途開口を形成する必要がない。すなわち、既存の構造を利用することで、無線通信装置１００の金属筐体を放射板として作用させることができる。

(実施形態２)
図５Ａは実施形態２に係るアンテナ装置の平面図、図５Ｂは実施形態２に係るアンテナ装置の正面図である。本実施形態では、実施形態１に係る開口１２を備えていない点、および、コイルアンテナが実施形態１と相違する。

アンテナ装置２は、矩形状の切欠き（不図示）が形成された面状導体１０と、その切欠きに形成されたはめ込み部材４０と、面状導体１０と磁界結合するコイルアンテナ２１とを備えている。はめ込み部材４０は、面状導体１０と同一の材質であって、面状導体１０に形成された切欠きとほぼ同じ大きさである。このはめ込み部材４０における面状導体１０との接触面には、厚さ数μｍの金属酸化膜４２が形成されている。はめ込み部材４０を、面状導体１０に形成された切欠き全体に設けるようにすることで、実施形態１と同様、面状導体１０とはめ込み部材４０との境界を分かり難くすることができる。

コイルアンテナ２１は、絶縁体層である磁性体コアとコイル導体とで構成されていて、コイル導体は磁性体コアの周囲を巻回するようなパターンに形成されている。コイル導体は磁性体コアに巻回された導線であってもよいし、磁性体層を含む積層体に導体パターンで形成されていてもよい。コイルアンテナ２１には給電回路であるＲＦＩＣが接続される。コイルアンテナ２１は、金属酸化膜４２により形成される面状導体１０とはめ込み部材４０との間のギャップ方向に、コイル開口を向けてそのギャップの近傍に配置されている。

上述のように配置されたコイルアンテナ２１からの磁束φ３は、図５Ｂに示したように、面状導体１０とはめ込み部材４０との間のギャップに通り、面状導体１０とコイルアンテナ２１とは磁界結合する。そして、図５Ａの実線矢印で示した方向に、縁端効果によって面状導体１０の主に端縁に沿って電流が流れる。その結果、実施形態１と同様、面状導体１０から磁束が生じる。これにより、面状導体１０がアンテナ装置２の放射板として作用する。

図６は、実施形態２に係るアンテナ装置２の別の例の正面断面図である。図６に示すアンテナ装置２Ａでは、はめ込み部材４０における面状導体１０と接触する部分だけでなく、はめ込み部材４０全体を覆うように金属酸化膜４３が形成されている。

これらアンテナ装置２，２Ａの構成であっても、面状導体１０とはめ込み部材４０との境界を分かり難くすることができる。そして、アンテナ装置２，２Ａを無線通信装置１００に搭載して、面状導体１０を筐体の一部として場合であっても、無線通信装置の外観を損ねることがない。

（実施形態３）
図７Ａは実施形態３に係るアンテナ装置の平面図、図７Ｂは、図７ＡのVII-VII線の正面断面図である。本実施形態では、はめ込み部材をねじ止めして、はめ込み部材を安定化させる点で、実施形態２と相違する。

実施形態２と同様、面状導体１０には、切欠きが形成されていて、その切欠きにはめ込み部材４４が形成されている。このはめ込み部材４４は矩形状であって、そのほぼ中央部が湾曲状に膨らんだ形状である。はめ込み部材４４の中央部には、ねじ穴４４Ａが形成されている。はめ込み部材４４における面状導体１０と接触する部分には、金属酸化膜４５が形成されていて、はめ込み部材４４は面状導体１０の切欠きに形成されている。

はめ込み部材４４は、図７Ｂで示すように、ねじ５０がねじ穴４４Ａに挿入される。そして、例えば、面状導体１０が図示しないプラスチックなどに固定されている場合、はめ込み部材４４もねじ５０によりプラスチックに固定することができる。なお、ねじ５０の表面には酸化膜が形成されているため、ねじ５０ではめ込み部材４４を固定したときに、ねじ５０がはめ込み部材４４および面状導体１０に接触しても導通しないようになっている。

以上説明したように、はめ込み部材４４をねじ５０で固定することで、はめ込み部材４４が面状導体１０から剥がれるおそれを防止できる。また、はめ込み部材４４を形成することで、面状導体１０とはめ込み部材４４との境界を視認し難くして、美観を損ねることを防止できるとともに、ねじ５０の頭部を意匠の一部として利用することもできる。

１，２，２Ａ，３−アンテナ装置
１０−面状導体
１２−開口
１３−切欠き（切欠き部、スリット）
２０，２１−コイルアンテナ
３０−フェライト磁性体
３１−開口
４０，４４−はめ込み部材（導電性部材）
４１，４２，４３，４５−金属酸化膜（絶縁薄膜）
４４Ａ−ねじ穴
５０−ねじ
６０−ＲＦＩＣ
６１−接続ピン
７１，８１−回路基板
７２，８２−ＵＨＦ帯アンテナ
８３−バッテリーパック
８４−同軸ケーブル
９１−上部筐体
９２−下部筐体
１００−無線通信装置

Claims (6)

1. 厚み方向に貫通した切欠き部が外縁部から内側に向かって形成された金属筐体と、
   前記切欠き部に磁束が通ることで前記金属筐体と磁界結合するコイルアンテナと、
   前記切欠き部の一部または全部に充填され、少なくとも前記金属筐体と接触する部分に絶縁薄膜が形成された導電性部材と、
   を備えたアンテナ装置。
2. 前記導電性部材は前記金属筐体と同一材質である、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記切欠き部は、
   開口と、
   前記開口および前記外縁部を繋ぐスリットと、
   を有し、
   前記導電性部材は前記スリットに充填されている、
   請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記コイルアンテナは、
   絶縁体層に形成されたコイル導体を有し、平面視で前記コイル導体のコイル開口が前記開口に対し少なくとも一部と重なる位置に配置されている、
   請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記コイルアンテナは、
   コイル導体が形成された複数の絶縁体層が積層された積層構造であり、コイル開口を前記切欠き部に向けて配置されている、
   請求項１から４の何れかに記載のアンテナ装置。
6. 請求項１から５の何れかに記載のアンテナ装置を備え、前記金属筐体を外装としている、
   通信装置。

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