JP6143485B2 - 電子機器及びアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ループコイルと磁性シートとを備えたコイルモジュールが内蔵された電子機器及びアンテナ装置に関する。

近年の無線通信機器においては、電話通信用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、無線ＬＡＮ／ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）用アンテナ、さらにはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）といった複数のＲＦアンテナが搭載されている。これらに加えて、非接触充電の導入に伴って、電力伝送用のループコイルも搭載されるようになってきた。非接触充電方式で用いられる電力伝送方式には、電磁誘導方式、電波受信方式、磁気共鳴方式等が挙げられる。これらは、いずれも一次側コイルと二次側コイル間の電磁誘導や磁気共鳴を利用したものであり、たとえば非接触充電のＱｉ規格やＲＦＩＤのＮＦＣ（Near Field Communication）規格では、電磁誘導を利用している。

これらのアンテナは、アンテナ単体で目的の周波数において最大の特性が得られるように設計されていても、実際に電子機器に実装されると、目的の特性を得ることは困難である。これは、アンテナ周辺の磁界成分が周辺に位置する金属等と干渉（結合）し、アンテナコイルのインダクタンスが実質的に減少するために、共振周波数がシフトしてしまうことによる。また、インダクタンスの実質的減少によって、受信感度が低下してしまう。これらの対策として、アンテナコイルとその周辺に存在する金属との間にフェライト等の磁性材料からなる磁気シールド材を介在させることによって、アンテナコイルから発生した磁束を磁気シールド材に集めることによって、金属による干渉を低減させることができる。

特開２００８−３５４６４号公報

携帯端末機器等の電子機器の小型化、高機能化による部品点数の増大、消費電力の増加によるバッテリ容量の増加等に伴い、電子機器筐体内において、上述のようなコイルモジュールを搭載するのに割り当てられるスペースは極めて小さくなってきている。そこで、ＲＦＩＤ用のアンテナモジュールや非接触充電用の充電モジュールを狭小化されたスペースに搭載するために、モジュールの薄型化の要求が強まっている。

ここで、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すように、一般的なアンテナモジュール６０は、スパイラルコイル状のアンテナコイル６１に磁束集束用の磁性シート６２を、接着剤を塗布した接着剤層６３によって貼付した構成となっている。そして、図１８に示すように、シート状のアンテナモジュール６０は、電子機器に搭載される際、配置スペースの制約上、多くの場合バッテリ６５の金属筐体６５ａの主面部と重畳する位置に配置される。

このため、この電子機器は、バッテリ６５の厚さに加えてアンテナモジュール６０全体の厚さが加わることから、さらなる薄型化が求められていた。一方で、アンテナモジュール６０全体の薄型化を図るべく、磁性シート６２を薄く形成すると、磁気シールドの効果が減少し、通信特性に影響が出るため、薄型化を図るにも限界があった。

そこで、本発明は、コイルモジュールの特性を損なうことなく、薄型化を実現し、狭小化されたスペースにも搭載可能なコイルモジュールを用いた電子機器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る電子機器は、面状に巻回されたループコイルと、磁性材料により形成され、上記ループコイルの少なくとも一部と重畳するシート状の磁性シートとを有するコイルモジュールを備え、上記コイルモジュールは、上記ループコイルの一部が筐体の内部構造物と重畳されるとともに、上記磁性シートが、上記ループコイルの上記内部構造物と重畳する面側の上記内部構造物と重畳しない位置に設けられ、上記内部構造物は、一部又は全部が金属体であるものである。

また、本発明に係る電子機器は、面状に巻回されたループコイルと、磁性材料により形成され、ループコイルの少なくとも一部と重畳するシート状の磁性シートとを有するコイルモジュールと、ループコイルの一部に重畳する導電体とを備える。磁性シートは、導電体と重畳するループコイルの面とは反対側で導電体と重畳しない位置に設けられているものである。

また、本発明のアンテナ装置は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置である。このアンテナ装置は、面状に巻回されたループコイルと、磁性材料により形成され、ループコイルの少なくとも一部と重畳するシート状の磁性シートとを有し、電子機器の筐体を構成する一方の部材の内面に設けられたコイルモジュールと、一方の部材の一部を構成する導電体とを備える。そして、コイルモジュールは、ループコイルの一部が導電体と重畳されるとともに、磁性シートが、導電体と重畳するループコイルの面側とは反対側で導電体と重畳しない位置に設けられている。

本発明によれば、磁性シートが内部構造物又は導電体と重畳しない位置に設けられているため、電子機器筐体内において、コイルモジュールは、ループコイルのみが内部構造物又は導電体と重畳し、磁性シートは重畳されない。したがって、電子機器筐体は、内部構造物の厚さ方向において、磁性シート及び接着剤層の厚み分、薄型化を図ることができる。

また、本発明では、磁性シートが、内部構造物の主面部又は導電体の側縁部近傍に配置されることで、強磁界領域における多くの磁束を効率よく引き込み、コイルモジュールの特性を維持、向上させることができる。

本発明が適用されたコイルモジュールを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 本発明に係る電子機器筐体の内部におけるコイルモジュールの配置を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 本発明が適用されたコイルモジュールの他の例を示す平面図である。 本発明が適用されたコイルモジュールの他の例を示す平面図である。 本発明が適用されたコイルモジュールの他の例を示す平面図である。 本発明が適用されたコイルモジュールの他の例を示す平面図である。 本発明に係る電子機器筐体の内部におけるコイルモジュールの他の配置を示す断面図であり、内部構造物及び磁性シートの配置によって、磁界が集中することを説明する図である。 本発明に係る電子機器筐体の内部におけるコイルモジュールの他の配置を示す断面図であり、内部構造物、金属箔及び磁性シートの配置によって、磁界が集中することを説明するための図である。 本発明に係る電子機器筐体の内部におけるコイルモジュールの他の配置を示す断面図である。 ２つに分割された筐体部材からなる筐体の一方が、その一部を金属で構成されている場合に、コイルモジュールの一部が、金属部分を覆うように配置される構成例を示す図である。 磁性シートの配置のバリエーションを示す図である。 無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。 比較例の構成を示す斜視図である。 実施例の構成を示す斜視図である。 比較例の結合係数とリーダライタとの移動距離の相関を示すグラフである。 実施例及び比較例の結合係数とリーダライタとの移動距離の相関を示すグラフである。 従来のアンテナモジュールを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は厚さ方向の断面図である。 従来のアンテナモジュールを用いた電子機器筐体の内部を示す断面図である。

以下、本発明が適用された電子機器について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［アンテナ装置の構成］
本発明が適用されたコイルモジュール１は、携帯電話等の電子機器に組み込まれるものであって、近距離無線通信機能を実現するものである。具体的に、本発明が適用されたコイルモジュール１は、図１に示すように、ＮＦＣ等のＲＦＩＤ用のモジュールであり、磁性材料により形成されたシート状の磁性シート４と、磁性シート４上に設けられ、面状に巻回されたスパイラルコイル状のアンテナコイル５とを備える。

磁性シート４は、たとえば、ＮｉＺｎ系フェライトの焼結体からなる。磁性シート４は、あらかじめ薄くシート状に塗布したフェライト粒子を高温環境下で焼結させることによりシート化し、その後、所定の形状に型抜きすることにより形成される。あるいは、磁性シート４は、あらかじめ最終形状と同形状にフェライト粒子をシート状に塗布し、焼結することにより形成することもできる。その他、磁性シート４は、長方形断面を持った型に、フェライト粒子を詰め込み、平面視矩形状の直方体にフェライト粒子を焼結し、この焼結体を薄くスライスすることにより、所定の形状を得ることもできる。

なお、磁性シート４は、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合材としての樹脂とを含んでいてもよい。

また、磁性粒子は、フェライト等の酸化物磁性体、センダスト、パーマロイ等のＦｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子を用いることができる。

なかでも、ＮＦＣ等のＲＦＩＤ用アンテナモジュールに用いられる磁性シート４は、磁性材料として上述したＮｉＺｎ系フェライトが好適に用いられる。

結合材は、熱、紫外線照射等により硬化する樹脂等を用いることができる。結合材としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等の周知の材料を用いることができる。なお、結合材は、上述の樹脂又はゴムに、難燃剤、反応調整剤、架橋剤又はシランカップリング剤等の表面処理剤を適量加えてもよい。

なお、磁性シート４は、単一の磁性材料で構成する場合のみに限らず、２種類以上の磁性材料を、混合して用いてもよく、あるいは多層に積層して形成してもよい。また、磁性シート４は、同一の磁性材料であっても、磁性粒子の粒径及び／又は形状を複数選択して混合してもよく、あるいは多層に積層して形成してもよい。

アンテナコイル５は、ポリイミド等によるフレキシブル基板７にＣｕ箔等からなる導電パターンがスパイラルコイル状に形成されてなる。

磁性シート４は、フレキシブル基板７の一面７ａ上に、接着剤層６を介して重畳されている。接着剤層６は、接着剤や接着テープなど公知のものを用いることができる。また、磁性シート４は、アンテナコイル５の少なくとも一部と重畳される。これにより、コイルモジュール１は、磁束をアンテナコイル５に効率よく引き込み、リーダライタと誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信する。受信信号は、アンテナコイル５と連続された端子部を介してメモリに供給される。

［本願構成］
ここで、コイルモジュール１は、図２に示すように、アンテナコイル５の一部が電子機器筐体の内部構造物１０と重畳される重畳部１ａと内部構造物１０の主面部１０ａより外側に張り出す張出部１ｂとを有する。コイルモジュール１は、磁性シート４が、アンテナコイル５の内部構造物１０と重畳する面側の内部構造物１０と重畳しない位置、すなわち張出部１ｂに設けられている。

ここで、内部構造物１０は、通信を行うリーダライタと対向する主面部１０ａを有し、シート状のコイルモジュール１は、この主面部１０ａに重畳して配置されるものとする。すなわち、コイルモジュール１は、アンテナコイル５が形成されたフレキシブル基板７が、電子機器筐体内に設けられたバッテリ缶等の内部構造物１０と一部が重畳するとともに、この内部構造物１０の外縁部から外側へ張り出すように配置される。

これにより、コイルモジュール１は、アンテナコイル５も、一部が内部構造物１０と重畳するとともに、他の一部が内部構造物１０と重畳しないこととなる。そして、磁性シート４は、このアンテナコイル５の内部構造物１０と重畳する面側の、アンテナコイル５の内部構造物１０と重畳しない位置に重畳される。

したがって、コイルモジュール１は、張出部１ｂに設けられている磁性シート４がバッテリ缶等の内部構造物１０と重畳されない。これにより、この電子機器筐体内において、コイルモジュール１は、アンテナコイル５が形成されたフレキシブル基板７のみが内部構造物１０と重畳し、磁性シート４は重畳されない。したがって、電子機器筐体は、内部構造物１０の厚さ方向において、磁性シート４及び接着剤層の厚み分、薄型化を図ることができる。

たとえば、磁性シート４は０．３〜０．４ｍｍ程度の厚みを確保することが磁気シールド効果上、好ましい。携帯電話の筐体厚みが７ｍｍ程度であるため、磁性シート４及び接着剤層の厚さを合わせた分、筐体厚みが薄くできる効果は大きいといえる。

また、コイルモジュール１は、内部構造物１０と重畳しない張出部１ｂにおいて、磁性シート４がアンテナコイル５と重畳して配置されているため、磁界を効率的に引き込むことができ、通信特性を損なうことがない。特に、内部構造物１０の主面部１０ａに向かう磁束は主面部１０ａによって両側縁に向かって流れるため、主面部１０ａの両側縁部の磁界強度が高い。そして、コイルモジュール１は、磁性シート４が、内部構造物１０の主面部１０ａの側縁部近傍に配置されることで、強磁界領域における多くの磁束を効率よく引き込み、コイルモジュール１の通信特性を向上させることができる。

特に、内部構造物１０が、バッテリ缶等の金属体である場合、コイルモジュール１周辺の磁界成分が金属体と干渉（結合）し、アンテナコイル５のインダクタンスが実質的に減少するために、共振周波数がシフトしてしまうおそれや、また、インダクタンスの実質的減少によって、受信感度が低下してしまうおそれがある。しかし、コイルモジュール１は、アンテナコイル５の少なくとも一部に磁性シート４を介在させることによって、磁束を磁性シート４に集めることによって、金属体による干渉を低減させることができる。

［他の構成１］
また、コイルモジュール１は、図１に示すように、内部構造物１０と重畳しない張出部１ｂを内部構造物１０の主面部１０ａの両側に設け、両側の張出部１ｂにアンテナコイル５の中心を挟んだ一方側及び他方側を形成するとともに、磁性シート４を、アンテナコイル５の当該一方側及び他方側と重畳するようにしてもよい。

この場合も、コイルモジュール１は、磁性シート４を張出部１ｂに設けることで、内部構造物１０と重畳する位置に磁性シート４を貼着することなく、内部構造物１０を含めた電子機器筐体の薄型化を図ることができる。また、コイルモジュール１は、アンテナコイル５の中心を介した一方側及び他方側に設けられた各磁性シート４によって、内部構造物１０の主面部１０ａを両側縁に向かって流れる磁束を引き込み、アンテナコイル５の一方側及び他方側に効率よく同一方向の電流を発生させることができ、互いに反対向きの電流の発生を防止することで効率のよい通信を行うことができる。

なお、コイルモジュール１は、図３に示すように、内部構造物１０との重畳部を主面部１０ａの一側縁まで形成すると共に、張出部１ｂを内部構造物１０の主面部１０ａの他方の側に設け、張出部１ｂにアンテナコイル５の中心を挟んだ他方側を形成するとともに、磁性シート４を、アンテナコイル５の当該一方側と重畳するようにしてもよい。さらに、コイルモジュール１は、図４に示すように、張出部１ｂを内部構造物１０の主面部１０ａの３辺に沿って設け、各辺における張出部１ｂにアンテナコイル５の中心を挟んだ３方の各一方側を形成するとともに磁性シート４をそれぞれ重畳するようにしてもよい。

これらの場合も、内部構造物１０を含めた電子機器筐体の薄型化を図るとともに、磁性シート４によって、主面部１０ａの外縁部に向かって流れる磁束を引き込み、通信特性を維持することができる。

［他の構成２］
また、コイルモジュール１は、図５に示すように、磁性シート４を張出部１ｂに形成されたアンテナコイル５の当該一方側及び／又は他方側と重畳させる場合において、磁性シート４を、アンテナコイル５の一方側及び／又は他方側の一部と重畳させるようにしてもよい。また、コイルモジュール１は、図６に示すように、磁性シート４を、張出部１ｂに形成されたアンテナコイル５の一方側又は他方側のみと重畳させるようにしてもよい。これにより、張出部１ｂ上にスイッチやボタン等の他の構成部品を配置する場合にも、当該構成部品と干渉することなく磁性シート４を配置することができる。この場合も、張出部１ｂに磁性シート４を設けることで、磁界を効率よく引き込み、通信特性を維持、向上させることができる。

［他の構成３］
また、コイルモジュール１は、図７に示すように、アンテナコイル５の中心Ｃを、内部構造物１０の主面部１０ａの外縁部に合わせて配置するようにしてもよい。すなわち、アンテナコイル５は、中心Ｃを介して一方側が重畳部１ａに形成され、他方側が張出部１ｂに形成されるとともに、当該他方側に磁性シート４が貼着される。

これにより、コイルモジュール１は、アンテナコイル５を通過するリーダライタからの磁束Ｆが、コイルの導線が一方向に周回するループコイルの一方側と、コイルの導線が他方向に周回するループコイルの他方側とで、反対方向の電流を生じさせ、効率よく結合させることができないという問題を軽減することができる。

すなわち、図７に示すように、コイルモジュール１は、内部構造物１０の主面部１０ａと重畳する重畳部１ａには磁性シート４が設けられていないため、重畳部１ａ周辺の磁界成分が主面部１０ａを構成する金属と干渉し、受信感度が低下する。一方、コイルモジュール１は、内部構造物１０の主面部１０ａと重畳しない張出部１ｂに磁性シート４を設けることで、磁束を効率よく引き込む。これにより、重畳部１ａにおける結合を抑制して、張出部１ｂにおいて発生する電流と反対向きの電流量を相対的に低くするとともに、重畳部１ａから張出部１ｂへ磁束を誘導させ、張出部１ｂにおける結合を促進させ、通信特性の向上を図ることができる。

また、リーダライタからの磁界は、内部構造物１０の主面部１０ａを構成する金属と干渉するが、内部構造物１０に沿うように、すなわち図中Ｙ軸方向に沿って、内部構造物の端部に向かって流れるようになる。内部構造物の端部１０ｂ付近（図の破線の円内Ｄ）では、磁束が集まっており、磁界の強度が強まり、強まった磁界が張出部１ｂに設けられた磁性シート４に導かれるので、アンテナの感度が高まり、通信特性の向上が図られる。

［他の構成４］
上述したように、導電性のある内部構造物１０の端部１０ｂの位置によって、アンテナの感度を向上させることができる。その一方で、電子機器の内部は狭く、各部品、各モジュール等内部構造物の配置の自由度は少ないのが一般的である。そのため、内部構造物１０の端部１０ｂの位置と磁性シート４の位置とを、上述した位置に設定することが困難な場合が多い。このように、各部品等の配置の自由度が少ない場合であっても、限られたスペースに、高い通信性能を実現するアンテナを搭載する手法について述べる。

図８（Ａ）に示すように、電子機器の内部には、バッテリパック等の内部構造物１０が存在する。ここで、他の部品等による配置の制限によって、アンテナを構成するコイルモジュール１を内部構造物１０に近接して配置できない場合には、Ｃｕ等の高導電率を有する導電体からなる金属箔１１がコイルモジュール１の一部を覆うように配置される。この場合において、金属箔１１の端部１１ｄは、コイルモジュール１の中心Ｃの近傍に配置されるのが好ましく、金属箔１１の他方の端部は、内部構造物１０に近接するように、又は近傍に配置される。内部構造物１０は、バッテリパックの金属缶のような金属製であることが好ましいが、金属箔１１と内部構造物１０とは、必ずしも電気的に接続されている必要はない。このように、金属箔１１を配置し、金属箔１１が重畳する面の反対側の面に磁性シート４を配置することによって、リーダライタから放射された電波の磁束は、金属箔１１の端部１１ｄの付近に集まるようになる。磁界Ｆは、張出部に設けられた磁性シート４に導かれるので、アンテナの感度が高まり、通信特性の向上が図られる。

金属箔１１は、たとえば図８（Ｂ）に示すように、Ｃｕ等の高導電率金属１１ｂの一方の面に接着剤を塗布することによって形成される接着剤層１１ａと、他方の面に形成される樹脂等からなる絶縁層１１ｃとを有するようにしてもよい。接着剤層１１ａをフレキシブル基板７及び内部構造物１０に接するようにして接続する。金属箔１１は、絶縁層１１ｃによって、他の構成部品等の金属部分から絶縁される。

電子機器の内部に配置されたアンテナを構成するコイルモジュール１の一部を覆うように金属箔１１を貼付することによって、コイルモジュール１の位置と金属箔１１との位置を最適にすることができ、電子機器の内部構造によらず、アンテナの性能を最適にし、通信性能を向上させることができる。

また、このように両面が加工された金属箔１１からなるテープを用意することによって、後発的に、アンテナ近傍、周辺に金属箔１１を付加することによって、アンテナの受信感度を最適に調整することも可能である。

［他の構成５］
また、コイルモジュール１は、図９に示すように、内部構造物１０と重畳しない張出部１ｂが、電子機器の筐体２０の側壁２０ａや他の構成部品等の形状に応じて、折り曲げるようにしてもよい。たとえば、コイルモジュール１は、筐体２０の側壁２０ａが湾曲している場合、この側壁に応じて張出部１ｂを折り曲げることにより、省スペース化が図られた筐体２０内に収納することができる。なお、張出部１ｂは、筐体２０ａの曲面に沿って円弧状（曲面状）に曲げてもよい。

［他の構成６］
図１０に示すように、スマートフォンのような電子機器の筐体２０は、内面にコイルモジュール１が搭載される一方の筐体部材２０ｂと、バッテリパックのバッテリ缶４５やＣＰＵ等を含む本体の制御回路等が制御基板４４上に搭載される他方の筐体部材２０ｃとからなる。筐体２０は、一方の筐体部材２０ｂによって蓋をするようにして、バッテリ缶４５等が含まれる筐体部材２０ｃに結合させることによって構成される。筐体部材２０ｂ，２０ｃは、互いにネジ止めや係合爪と係合孔と組合せ等周知の方法によって、取り外し可能に結合される。筐体部材２０ｂには、コイルモジュール１のほかに、カメラモジュール等他の機能モジュールがあらかじめ単一であるいは複合して搭載されていてもよい。コイルモジュール１等の機能モジュールが搭載された筐体部材２０ｂは、スマートフォン等の電子機器のユーザによって、筐体部材２０ｃから取り外されて、他の機能モジュールを搭載する筐体部材が取り付けられるようにしてもよい。

筐体部材２０ｂは、電子機器自体で美観を呈するようなデザイン上の目的や筐体の薄型化による強度不足を補うために、マグネシウム合金等の金属材料と樹脂材料とを複合的に組み合わせた複合材料によって形成される場合が増えている。すなわち、筐体部材２０ｂは、金属材料からなるメタルカバー２１ａと、樹脂材料からなる樹脂部分２１ｂとを含んでいる。

蓋状に用いられる筐体部材２０ｂには、コイルモジュール１があらかじめ搭載されており、コイルモジュール１は、アンテナコイル５を含む面が、筐体部材２０ｂを介してリーダライタに対向するように配置される。好ましくは、コイルモジュール１は、筐体部材２０ｂの外周壁付近に配置される。図１０に示すように、アンテナコイル５の一部が、筐体部材２０ｂを構成するメタルカバー２１ａを覆うように配置される。アンテナコイル５は、メタルカバー２１ａの端部が、アンテナコイル５の中心Ｃに近接するように配置されるのが好ましい。

上述のように、コイルモジュール１を配置することによって、アンテナコイル５の中心Ｃ付近（図中のＤ円内）の磁界の強度が強まり、コイルモジュール１上の磁性シート４に磁界が導かれることになる。これによって、通信特性を安定させることができる。

図１１（Ａ）に示すように、通信特性をより安定させるために、磁性シート４は、アンテナコイル５の中心Ｃよりも、金属部分２１ａ側に延設されるようにしてもよい。図１１（Ｂ）に示すように、磁性シート４をアンテナコイル５の中心Ｃよりもさらに金属部分２１ａ側に延設することによって、より安定した通信特性を得ることができる。なお、アンテナコイル５が図８のように、他方の筐体側にある場合おいても、磁性シート４の位置を延設させることによって、より安定した通信特性を実現できる。また、図９のように、張出部１ｂを筐体の側壁の形状に応じて折り曲げたり、曲面状に加工してもよいのは言うまでもない。また、基材の強度や美観の向上を図るために、筐体部材２０ｂの全体の基材を樹脂等により形成し、その内面、あるいは外面を金属コートすることによってメタルカバーを構成してもよい。そのような場合についても同様に、アンテナコイル５の一部が、メタルカバー２１ａの一部を覆うように配置される。

［近距離無線通信システム］
次に、コイルモジュール１による近距離無線通信機能について説明する。たとえば図１２に示すように、コイルモジュール１は、たとえば携帯電話機３０の筐体２０内部に組み込まれ、コイルモジュール１は、ＲＦＩＤ用の無線通信システム４０として使用される。

無線通信システム４０は、リーダライタ４１が、コイルモジュール１とともに携帯電話機３０に組み込まれたメモリモジュール４２に対してアクセスするものである。ここで、コイルモジュール１とリーダライタ４１とは、三次元直交座標系ｘｙｚのｘｙ平面において互いに対向するように配置されているものとする。

リーダライタ４１は、ｘｙ平面において互いに対向するコイルモジュール１のアンテナコイル５に対して、ｚ軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナコイル５に向けて磁界を発信するアンテナ４３と、メモリモジュール４２と通信を行う制御基板４４とを備える。

すなわち、リーダライタ４１は、アンテナ４３と電気的に接続された制御基板４４が配設されている。この制御基板４４には、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナコイル５を介してメモリモジュール４２から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。たとえば、制御回路は、メモリモジュール４２に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数（たとえば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ４３を駆動する。また、制御回路は、メモリモジュール４２からデータを読み出す場合、アンテナ４３で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、たとえば、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式が用いられている。

コイルモジュール１は、アンテナコイル５が、リーダライタ４１から発信される磁界を受けリーダライタ４１と誘導結合して、携帯電話機３０に組み込まれた記憶媒体であるメモリモジュール４２に信号を供給する。

アンテナコイル５は、リーダライタ４１から発信される磁界を受けると、リーダライタ４１と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部８ａ、８ｂを介して受信信号をメモリモジュール４２に供給する。

メモリモジュール４２は、アンテナコイル５に流れる電流により駆動し、リーダライタ４１との間で通信を行う。具体的に、メモリモジュール４２は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該メモリモジュール４２が有する内部メモリに書き込む。また、メモリモジュール４２は、リーダライタ４１に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナコイル５を介して変調された電波をリーダライタ４１に送信する。

以上、本発明に係るコイルモジュール１として、ＲＦＩＤ用のアンテナモジュールに適用した場合を例に説明したが、本発明は、ＲＦＩＤ用のアンテナモジュールの他にも、たとえばＱｉ等の非接触充電用のモジュールやその他のアンテナモジュールに適用してもよい。

次いで、本発明が適用されたコイルモジュール１と従来のコイルモジュールとを比較した実施例について説明する。実施例及び比較例ともに、図１３及び図１４に示すように、コイルモジュールをリーダライタに対向させて配置し、徐々にリーダライタを図１３及び図１４中矢印Ｙ軸方向へ移動させたときの結合係数ｋ値の変化をシミュレーションで求めた。

＜比較例＞
比較例に係るアンテナ装置では、図１３に示すように、コイルモジュール５０の全体を金属製のバッテリ缶４５の主面部４５ａに重畳させるとともに、コイルモジュール５０とリーダライタ４１とを対向させて、リーダライタ４１とコイルモジュール５０との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

具体的な評価条件としては、次のようにした。すなわち、リーダライタ４１のアンテナ４３は、ＸＹ軸方向で規定される外形が７０ｍｍ×７０ｍｍで１．５ｍｍピッチの２巻コイルとした。また、バッテリ缶４５はＸＹＺ軸方向で規定される寸法が６０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミブロックとした。コイルモジュール５０のアンテナコイル５１は、ＸＹ軸方向で規定される外形が５０ｍｍ×４０ｍｍで１ｍｍピッチの４巻のコイルである。コイルモジュール５０の磁性シート５２は、非透磁率１２０で、厚さ０．２ｍｍのフェライトシートを保護フィルムで覆ったものを用い、アンテナコイル５１の全面に亘って接着剤層を介して接着した。

バッテリ缶４５の主面部４５ａとアンテナコイル５１との距離は０．５ｍｍである。さらに、Ｚ軸方向で規定される、リーダライタ４１のアンテナ４３からアンテナコイル５１までの距離は４０ｍｍとした。そして、電子機器筐体に見立てたステンレス製の補強プレート５３の上に、バッテリ缶４５、コイルモジュール５０を、この順で重畳させた。

ここで、リーダライタ４１とアンテナコイル５１との相対的な位置関係を示す値として、次のａを用いた。すなわち、ａは、リーダライタ４１のアンテナ４３の中心を通るＺ軸方向の軸線４３ａとアンテナコイル５１の中心を通るＺ軸方向の軸線５１ａとを想定したときに、両軸線４３ａ，５１ａが一致した位置から、図１３中矢印Ｙ軸方向にリーダライタ４１を移動させたときの、両軸線４３ａ，５１ａ間の距離である。

以上のような条件の下、ａの値を０ｍｍから３０ｍｍまで変化させたときの、アンテナコイル５１の結合係数をシミュレーションで求めた。結合係数の変化を図１５に示す。

＜実施例＞
本実施例では、図１４に示すように、金属製のバッテリ缶４５と重畳する重畳部１ａとバッテリ缶４５の一側縁より外方に張り出す張出部１ｂとを備えたコイルモジュール１を用いた。張出部１ｂにはアンテナコイル５の一部が形成されるとともに、磁性シート４が貼着されている。そして、本実施例においても、コイルモジュール１とリーダライタ４１とを対向させて、リーダライタ４１とコイルモジュール１との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

具体的な評価条件は、リーダライタ４１、バッテリ缶４５、補強プレート５３、リーダライタ４１のアンテナ４３からアンテナコイル５までの距離については、上述した比較例と同じである。コイルモジュール１のアンテナコイル５は、比較例に係るアンテナコイル５１と略同面積となるように、ＸＹ軸方向で規定される外形が３３．３ｍｍ×６０ｍｍで１．５ｍｍピッチの２巻コイルとした。磁性シート４は、比較例に係る磁性シート５２と同じ非透磁率１２０で、厚さ０．２ｍｍのフェライトシートを保護フィルムで覆ったものを用い、コイルモジュール１の張出部１ｂに接着剤層を介して接着した。実施例に係る磁性シート４は、比較例に係る磁性シート５２に比して、フェライトの使用量を２０％に削減している。

実施例においては、バッテリ缶４５と重畳する重畳部１ａに磁性シート４が設けられていないため、バッテリ缶４５の主面部４５ａとアンテナコイル５との距離は０．１ｍｍである。すなわち、実施例の構成によれば、比較例の構成に比して、バッテリ缶４５の厚さ方向に０．４ｍｍの薄型化が図られたこととなる。これは、実施例によれば、比較例に比して、磁性シート４の厚さに加え、磁性シート４を保護する保護フィルムや、磁性シート４を貼着する接着剤層の厚さも削減できたことによる。

また、実施例では、電子機器筐体に見立てたステンレス製の補強プレート５３の上に、バッテリ缶４５、コイルモジュール１を、この順で重畳させた。リーダライタ４１とアンテナコイル５との相対的な位置関係を示す値としては、比較例と同様に、リーダライタ４１のアンテナ４３の中心を通るＺ軸方向の軸線４３ａとアンテナコイル５の中心を通るＺ軸方向の軸線５ａとを想定したときに、両軸線４３ａ，５ａが一致した位置から、図１４中矢印Ｙ軸方向にリーダライタ４１を移動させたときの、両軸線４３ａ，５ａ間の距離ａを用いた。

以上のような条件の下、ａの値を０ｍｍから３０ｍｍまで変化させたときの、アンテナコイル５の結合係数をシミュレーションで求めた。結合係数の変化を図１６に示す。実施例によれば、比較例に比して結合係数が向上されていることが分かる。これは、アンテナコイル５の長手方向にリーダライタ４１を移動させている点で、アンテナコイル５１の短手方向にリーダライタ４１を移動させている比較例に比して、実施例は有利であることにもよるが、少なくとも実施例は比較例と同等以上の結合係数を有するといえる。

すなわち、実施例に係る構成によれば、コイルモジュールの特性を損なうことなく、バッテリ缶４５の厚さ方向に薄型化を図ることができ、狭小化されたスペースにも搭載可能なコイルモジュールを用いた電子機器を提供することができる。

１ コイルモジュール、１ａ 重畳部、１ｂ 張出部、４ 磁性シート、５ アンテナコイル、６ 接着剤層、７ フレキシブル基板、１０ 内部構造物、１０ａ 主面部、１０ｂ 端部、２０ 電子機器筐体、１１ 金属箔、１１ａ 接着剤層、１１ｂ 高導電率金属、１１ｃ 絶縁層、１１ｄ 端部、２０ａ 側壁、２０ｂ，２０ｃ 筐体部材、２１ａ メタルカバー、２１ｂ 樹脂部分、３０ 携帯電話機、４０ 無線通信システム、４１ リーダライタ、４２ メモリモジュール、４３ アンテナ、４４ 制御基板、４５ バッテリ缶、４５ａ 主面部

Claims (16)

1. 面状に巻回されたループコイルと、磁性材料により形成され、上記ループコイルの少なくとも一部と重畳するシート状の磁性シートとを有するコイルモジュールを備え、
   上記コイルモジュールは、上記ループコイルの一部が筐体の内部構造物と重畳されるとともに、上記磁性シートが、上記ループコイルの上記内部構造物と重畳する面側の上記内部構造物と重畳しない位置に設けられ、
   上記内部構造物は、一部又は全部が金属体である、
   電子機器。
2. 上記コイルモジュールは、上記内部構造物と重畳しない位置に、上記ループコイルの中心を介した一方側及び／又は他方側が形成され、上記磁性シートは、上記ループコイルの上記一方側及び／又は他方側と重畳する請求項１記載の電子機器。
3. 上記磁性シートは、上記ループコイルの上記一方側の一部と重畳する請求項２記載の電子機器。
4. 上記コイルモジュールは、上記ループコイルの中心が、上記内部構造物の外縁部に合わせて設けられている請求項１記載の電子機器。
5. 上記コイルモジュールは、上記内部構造物と重畳しない部分が折り曲げられている請求項１〜４いずれか１項記載の電子機器。
6. 面状に巻回されたループコイルと、磁性材料により形成され、該ループコイルの少なくとも一部と重畳するシート状の磁性シートとを有するコイルモジュールと、
   上記ループコイルの一部に重畳する導電体とを備え、
   上記磁性シートは、上記導電体と重畳する上記ループコイルの面とは反対側で該導電体と重畳しない位置に設けられている電子機器。
7. 上記導電体は、一部が筐体の内部構造物に重畳又は接続され、
   上記内部構造物は、一部又は全部が金属体である、請求項６記載の電子機器
8. 上記コイルモジュールは、上記導電体と重畳しない位置に、上記ループコイルの中心を介した一方側及び／又は他方側が形成され、
   上記磁性シートは、上記ループコイルの上記一方側及び／又は他方側と重畳する請求項６記載の電子機器。
9. 上記磁性シートは、上記ループコイルの上記一方側の一部と重畳する請求項８記載の電子機器。
10. 上記コイルモジュールは、上記ループコイルの中心が、上記導電体の外縁部に合わせて設けられている請求項６又は請求項７記載の電子機器。
11. 上記コイルモジュールは、上記導電体と重畳しない部分が折り曲げられている請求項６〜１０いずれか１項記載の電子機器。
12. 電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置において、
    面状に巻回されたループコイルと、磁性材料により形成され、該ループコイルの少なくとも一部と重畳するシート状の磁性シートとを有し、上記電子機器の筐体を構成する一方の部材の内面に設けられたコイルモジュールと、
    上記一方の部材の一部を構成する導電体とを備え、
    上記コイルモジュールは、上記ループコイルの一部が上記導電体と重畳されるとともに、上記磁性シートが、該導電体と重畳する該ループコイルの面側とは反対側で該導電体と重畳しない位置に設けられているアンテナ装置。
13. 上記コイルモジュールは、上記導電体と重畳しない位置に、上記ループコイルの中心を介した一方側及び／又は他方側が形成され、上記磁性シートは、上記ループコイルの上記一方側及び／又は他方側と重畳する請求項１２記載のアンテナ装置。
14. 上記磁性シートは、上記ループコイルの上記一方側の一部と重畳する請求項１３記載のアンテナ装置。
15. 上記コイルモジュールは、上記ループコイルの中心が、上記導電体の外縁部に合わせて設けられている請求項１２又は請求項１３記載のアンテナ装置。
16. 上記コイルモジュールは、上記導電体と重畳しない部分が折り曲げられている請求項１２〜１５いずれか１項記載のアンテナ装置。

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