JP5918609B2 - 薄型アンテナコイル - Google Patents

Description

本発明は薄型アンテナコイルに関し、特に、ＲＦＩＤにおいて、印加される磁界を受けたり、磁界を放射したりするのに適した機能を有し、適した薄型アンテナコイルに関する。

従来、特許文献１、２に記載されているように、空芯コイルに、薄いコアを通して薄いアンテナコイルを作る技術があった。

特開２０００−４８１５２号公報 特開昭５９−３９０５号公報

ＲＦＩＤに用いるアンテナコイルとしては、アンテナコイルを薄く作ること、ＲＦＩＤのタグに用いるのに適した機能を有することの両方が求められる。具体的な機能としては、親機から供給される交流磁界を受けて誘導電圧を発生しやすいこと、ＲＦＩＤ側からの信号を周囲に送り出す効率が良いことである。

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、コイルを薄くするには、特許文献１の図３の如く、コアを変形させる必要がある。このため、コアが変形しない材質であったり、変形させることで特性が変わったりする素材は使えない問題があった。

また、空芯コイルの厚みを薄くして、巻き線を周回させると、空芯コイルの外径が大きくなって面積が拡がってしまう問題があった。このため、高い機能を確保したい場合には、薄型アンテナコイルを薄くかつ面積を小さくするのに限界がある問題があった。

本発明は前述の問題点に鑑み、コイルを薄く作ること、親機から供給される交流磁界を受けて誘導電圧を発生しやすい機能と、ＲＦＩＤ側からの信号を周囲に送り出す効率の良さの両方を備え、かつ薄くかつ面積を小さくすることが可能な薄型アンテナコイルを構成することを目的とする。

本発明の薄型アンテナコイルは、薄型のアンテナコイルに於いて、第１のプリント基板、第２のプリント基板の間に磁性コアを挟んで積層した構造をしており、前記第１のプリント基板、磁性コア及び第２のプリント基板の積層構造体の最外周において、前記第１のプリント基板、磁性コア及び第２のプリント基板を貫通して電気的に接続する第１、第４の複数のスルーホール群を備えており、前記第１のスルーホール群と前記第４のスルーホール群は、互いに反対の側面のほぼ対称に位置しており、前記第１のプリント基板上の配線と、前記第１のスルーホール群のなかの一方の端の１個、前記第２のプリント基板上の配線、前記第４のスルーホール群のなかの対応する１個の順に配線し、この配線を繰り返して行うことにより、前記磁性コアの周囲を周回させて配線することでコイルの巻き線を構成することを特徴とする。

本発明によれば、薄型でありながら、外部から供給される交流磁界を効率よく受けて誘導起電圧を発生できるとともに、コイルの巻き線に流れる電流により、周囲に効率良く磁界を放射することが可能であり、ＲＦＩＤの用途に適した薄型アンテナコイルを構成することができる。これにより、ＲＦＩＤに用いて、薄型で通信距離を長いタグを作ることが出来る。

本発明の実施形態を示し、薄型アンテナコイルの第１の例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、薄型アンテナコイルの第２の例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、薄型アンテナコイルの第３の例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、薄型アンテナコイルの第４の例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、薄型アンテナコイルの第５の例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、薄型アンテナコイルの第６の例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、薄型アンテナコイルの第７の例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、薄型アンテナコイルの第８の例を示す図である。 本発明の薄型アンテナコイルを説明の為の図である。 本発明の薄型アンテナコイルを説明の為の図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１〜図１０に於いて、（ａ）は上面プリント基板の表面、（ｂ）は磁性コアの表面、（ｃ）は下面プリント基板の表面、（ｄ）は積層構造体の側面を表わしている。

図１に、本発明による薄型のＲＦＩＤ用コイルを示す。
図１に於いては、シート状の磁性コア１を、第１のプリント基板Ａ、第２のプリント基板Ｂで挟み込んだ構成をしている。

アンテナコイルを構成するための磁性コア１を周回させる巻き線Ｌが、第１のプリント基板Ａ上、及び第２のプリント基板Ｂ上にそれぞれ形成されている。
本実施形態においては、第２のプリント基板Ｂ上に、巻き線パターンＬＢ１〜ＬＢ８を形成している。

また、第１のプリント基板Ａ上に、第１の接続パッドＰＡＤ１、第２の接続パッドＰＡＤ２、第１の接続パッドＰＡＤ１に接続している巻き線パターンＬＡ１、第２の接続パッドＰＡＤ２に接続している巻き線パターンＬＡ９、及び巻き線パターンＬＡ１と巻き線パターンＬＡ９との間に、巻き線パターンＬＡ２〜ＬＡ８が形成されている。

また、シート状の磁性コア１、第１のプリント基板Ａ及び第２のプリント基板Ｂの長手方向に沿う最側面には、スルーホールＴＨ１〜ＴＨ１６をそれぞれ形成している。そして、これらのスルーホールＴＨ１〜ＴＨ１６の内面を金属メッキすることにより、スルーホールＴＨ１〜ＴＨ１６は電気的に導通して、電極として機能するようにしている。

前述した第２のプリント基板Ｂ上に形成された巻き線パターンＬＢ１は、スルーホールＴＨ１とスルーホールＴＨ２との間を接続している。また、巻き線パターンＬＢ８は、スルーホールＴＨ１５とスルーホールＴＨ１６との間を接続している。同様に、巻き線パターンＬＢ２は、スルーホールＴＨ３とスルーホールＴＨ４との間を接続し、巻き線パターンＬＢ３は、スルーホールＴＨ５とスルーホールＴＨ６との間を接続している。以下、巻き線パターンＬＢ４〜ＬＢ７が、スルーホールＴＨ７〜ＴＨ１４との間をそれぞれ接続している。

第１のプリント基板Ａにおいても同様に、ＰＡＤ１とスルーホールＴＨ１との間を巻き線パターンＬＡ１が接続し、ＰＡＤ２とスルーホールＴＨ１６との間を巻き線パターンＬＡ９が接続している。そして、巻き線パターンＬＡ２〜ＬＡ８により、スルーホールＴＨ２〜ＴＨ１５間がそれぞれ接続されている。

第１のプリント基板Ａ、第２のプリント基板Ｂ及びシート状の磁性コア１が前述したように構成されているので、第１のプリント基板Ａのパターン形成面をシート状の磁性コア１に対向させて重ねるとともに、第２のプリント基板Ｂのパターン形成面をシート状の磁性コア１に対向させて重ねると、第１のプリント基板Ａ上の配線パターンＬＡ１〜ＬＡ９、スルーホールＴＨ１〜ＴＨ１６、第２のプリント基板Ｂ上の配線パターンＬＢ１〜ＬＢ８は、スルーホールＴＨ１〜ＴＨ１６を介して、電気的に導通する。

これにより、ＰＡＤ１、巻き線パターンＬＡ１〜ＬＡ８、スルーホールＴＨ１〜ＴＨ１６、巻き線パターンＬＢ１〜ＬＢ８が電気的に導通し、シート状の磁性コア１の周面を、ＰＡＤ１からＰＡＤ２までの間において、アンテナコイルＬが巻き回されたことになる。

なお、第１のプリント基板Ａ上の第１、第２の接続パッドＰＡＤ１、ＰＡＤ２には、図示しない同調コンデンサや、インピーダンス整合回路を介してＲＦＩＤ―ＩＣチップが接続される。

以上説明した様に、本実施形態の薄型アンテナコイルは、第１のプリント基板Ａ、磁性コア１、第２のプリント基板Ｂに設けられたスルーホールＴＨ１〜ＴＨ１９は、コイルの側面の最外周に設けられている。このため、外部から磁界を印加すると、コイル周辺の磁束は、透磁率の高い磁性コア１に集中して通るので、プリント配線とスルーホールで構成された巻き線Ｌの中を集中して通る。したがって、外部からの磁界より有効に巻き線Ｌの誘導起電圧を発生できる。

図９に、スルーホールＴＨ１〜ＴＨ１６がコイルの側面の最外周に設けられていない場合を示す。
図９の例でも、外部からの磁束は磁性コア１に集められるが、磁性コア１の外周の側面の方が、コアの中心部より磁束が集中してしまう。巻き線Ｌの中を通った磁束で誘導電圧が発生するので、巻き線Ｌの誘導起電圧は、図１に示した本発明によるコイルよりも低くなっている。

以上説明した様に、薄型アンテナコイルの第１の例においては、第１のプリント基板Ａ、磁性コア１、第２のプリント基板Ｂに設けられたスルーホールＴＨ１〜ＴＨ１９は、コイルの側面の最外周に設けられているため、コイルの磁気モーメントを大きく出来ている。
このため、ＲＦＩＤから信号を送るため、巻き線Ｌに流れる電流に変調を掛けて周囲に供給する（図示しないＲＷに向かって）磁界に変調を掛けた場合に、強い磁界を供給することができる。

又、巻き線にプリントパターンを用いているので、電線により周回させたものよりも格段と薄く出来る利点がある。図９では、磁性材で出来たコアの材質の方が周囲（空気等）より、透磁率が高いため、巻き線Ｌから出た磁束はコイルの巻き線Ｌの外側にあるコア材の領域に集中して巻き線Ｌの反対側に戻るため周囲に届く磁界は弱くなっており、磁気モーメントは小さくなっている。

さらに、図１に示した第１の例では、製造工程が広く用いられている積層プリント基板と同様のため、製造コストが下げることが出来る利点がある。
例えば、特開２００１−２８５１０の例の様に、コイルの表面を金属素材で覆って指向性を調整したり周囲の影響で同調ズレを押える場合は、プリント基板の積層数を増やして配線層による面パターンを追加するだけで実現できる利点がある。

図２は、本発明による薄型アンテナコイルの第２の例を示す。
図２は、外形を変えコイルの全長を短くし、巾を拡げた例である。
スルーホールＴＨ１〜ＴＨ１０を、コイルＬが最外周に設けるには高い加工精度が要求されるので、スルーホールＴＨ１〜ＴＨ１０を多少内側に設けた場合である。このように設けた場合に、その影響を減らすために巾方向に寸法を大きくした例である。

図３は、本発明の薄型アンテナコイルの第３の例を示す図である。
図１では、スルーホールをコイルの最外周に設けていたが、図３ではさらに、スルーホールの位置で切断加工して、巻き線Ｌの外側にコア材が全く無い様にした例である。このようにすると、図１の例よりも高い加工精度は要求されるが、より効率が上げられる例である。

図４は、本発明の薄型アンテナコイルの第４の例を示す図である。
図１では、スルーホールをコイルの最外周に設けていたが、高い加工精度が要求されるので、スルーホールの間に切り込みを入れて、スルーホールの位置が最外周にあるのに近い効果を得るようにした例である。

図５は、本発明の薄型アンテナコイルの第５の例を示す図である。
第５の例は、図１の例に対し巻き線Ｌの巻き数を増やすために、スルーホールを最外周の他、その内側にも並べて形成した例である。コイルのＬ値を大きくしたいときに有効な例である。

図６、本発明の薄型アンテナコイルの第６の例を示す図である。
図１の例に対し、第１のプリント基板Ａに、図示しない同調コンデンサやＲＦＩＤ用ＩＣを実装するのに適した例である。
第１の接続パッドＰＡＤ１と第２の接続パッドＰＡＤ２を、巻き線Ｌに対し同じ側に設けるため、巻き線Ｌの中に線を通して戻している例である。

図１０に、第１の接続パッドＰＡＤ１と第２の接続パッドＰＡＤ２を、巻き線Ｌに対し同じ側に設けるため、巻き線Ｌの外に線を通して戻す例を示す。
図１０の方が、パターンは単純に出来る利点があるが、巻き線Ｌの外に線を通して戻すため、スルーホールが磁性コア１の側面の最外周に配置できない。このため、図９と同様に、磁気モーメントが小さくなってしまう問題がある。
図６の例では、このような問題点を発生させることなく、第１の接続パッドＰＡＤ１と第２の接続パッドＰＡＤ２を、巻き線Ｌに対し同じ側に設けることができる。

図７、本発明の薄型アンテナコイルの第７の例を示す図である。
図７に示す例も、第１のプリント基板Ａに、図示しない同調コンデンサやＲＦＩＤ用ＩＣを実装するのに適した例である。
この例の場合も、第１の接続パッドＰＡＤ１と第２の接続パッドＰＡＤ２を巻き線Ｌに対し同じ側に設けるため、巻き線Ｌの中に線を通して戻している。

スル―ホールスルーホールが、磁気コア１の両方の側面に２列に配列されており、第１の接続パッドＰＡＤ１から、外側と内側のスルーホール列を利用して巻き線Ｌが図７の左側から右側に周回しながら配線された後、残りのスルーホールを利用して右側から左側に周回しながら配線された後で第２の接続パッドＰＡＤ２に配線されている。
この例の場合も、図５に示した例と同様に、コイルのＬ値を大きく出来る効果もある。

図８は、本発明の薄型アンテナコイルの第７の例を示す図である。
図８の例は、コイルＬの磁気モーメントを大きくするため、磁性コア１の両端部の巾を拡げた例である。
さらに、磁気コア１の側面のエリアを磁性体でない絶縁物１０１に変えて、その部分にスルーホールを設けた例である。このように構成することにより、磁気モーメントを大きく出来、磁性コア１の側面の最外周にスルーホールを設けなくて良いので、加工が容易になる効果がある。

１ ・・・・・・磁性コア
２ ・・・・・・非磁性材
Ａ、Ｂ ・・・・・・プリント基板
ＬＡ，ＬＢ ・・・・・・配線パターン
ＰＡＤ ・・・・・・接続パッド
ＴＨ ・・・・・・スルーホール
Ｌ ・・・・・・巻き線

Claims (3)

1. 薄型のアンテナコイルに於いて、
   第１のプリント基板、第２のプリント基板の間に磁性コアを挟んで積層した構造をしており、
   前記第１のプリント基板、磁性コア及び第２のプリント基板の積層構造体の最外周において、前記第１のプリント基板、磁性コア及び第２のプリント基板を貫通して電気的に接続する第１、第４の複数のスルーホール群を備えており、
   前記第１のスルーホール群と前記第４のスルーホール群は、互いに反対の側面のほぼ対称に位置しており、
   前記第１のプリント基板上の配線と、前記第１のスルーホール群のなかの一方の端の１個、前記第２のプリント基板上の配線、前記第４のスルーホール群のなかの対応する１個の順に配線し、この配線を繰り返して行うことにより、前記磁性コアの周囲を周回させて配線することでコイルの巻き線を構成することを特徴とする薄型アンテナコイル。
2. 薄型のアンテナコイルに於いて、
   第１のプリント基板、第２のプリント基板の間に磁性コアを挟んで積層した構造をしており、
   前記第１のプリント基板、磁性コア及び第２のプリント基板の積層構造体の最外周において、前記第１のプリント基板、磁性コア及び第２のプリント基板を貫通して電気的に接続する第１、第４の複数のスルーホール群を備えており、
   前記第１のスルーホール群と前記第４のスルーホール群は互いに反対の側面のほぼ対称に位置しており、
   前記磁性コアの両方の側面の最外周に設けられた、第１、第４の複数のスルーホール群のそれぞれより内側の近傍に、前記第１のプリント基板、前記磁性コア、前記第２のプリント基板を貫通して、電気的に接続する第２、第３の複数のスルーホール群を備えており、
   前記第１のプリント基板上の配線、前記第１、第２のスルーホール群のなかの一方の端の１個、前記第２のプリント基板上の配線、前記第３，第４、第２のスルーホール群のなかの対応する１個、前記第１のプリント基板上の配線を行うことを繰り返して、前記磁性コアの周囲を周回させて巻き線を配線した後、前記第１、第２のスルーホール群の残りのスルーホールと、前記第３，第４のスルーホール群の残りのスルーホールと、前記第１のプリント基板上の配線と、前記第２のプリント基板上の配線により、前記磁性コアの周囲を同一方向に周回させながら、巻き始め側に巻き戻す配線することでコイルの巻き線を構成することを特徴とする薄型アンテナコイル。
3. 前記第１のプリント基板、磁性コア及び第２のプリント基板を、前記第１、第４のスルーホール群の位置で切断加工したことを特徴とする請求項１または２に記載の薄型アンテナコイル。

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