JP6448385B2

JP6448385B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP6448385B2
Application number: JP2015009658A
Authority: JP
Inventors: 昌彦青柳
Original assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Current assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: JP2016134848A

Description

本発明は、例えばキーレスエントリーシステムを搭載した車両のドアハンドルの内部に設置され、ドアの施解錠を遠隔制御で行う通信システムなどに適用することができるアンテナ装置に関する。

近年、自動車には、ドアの施解錠をキー操作なしで行うことができるキーレスエントリーシステムが装備されることが多い。キーレスエントリーシステムは、ワイヤレス方式の通信システムによって車両のドアの施解錠を遠隔制御で行うものであり、車両のユーザが携帯する携帯機と通信を行うために、車両外側のドアハンドル内にアンテナ装置が装備されている。

このようなアンテナ装置として、例えば特許文献１には、磁性体コアと、磁性体コアに巻回されたコイルとからなり、コイルは、第１の端部と、第１の端部の反対側に位置する第２の端部とを有し、疎巻き部と、疎巻き部より大きいピッチで巻回されるインダクタンス調整機構部と、第１の端部に位置してかつ疎巻き部のどの部分のピッチよりも小さいピッチで巻回された密巻き部とを設けたものが開示されている。

特許文献１に記載のアンテナ装置によれば、インダクタンス調整機構部の形成位置によりアンテナ装置の共振周波数の調整を行なうことができる。

特許第５５３３１３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のアンテナ装置では、磁性体コアの端部側に密巻き部を配しているため実効透磁率が低下し、ユーザが携帯する携帯機との交信可能距離が低下する傾向がある。

また、特許文献１に記載のアンテナ装置において、磁性体コアの一端部側だけに密巻き部を配した場合には、以下のような問題がある。
すなわち、上記のようなアンテナ装置は、磁性体コアの軸方向が車両の前後方向を向くようにドアハンドル内に配されるため、磁性体コアの一端部側だけに密巻き部が配されていると、ドアハンドルを中心として車両の斜め前方と斜め後方とでは交信可能距離に比較的大きな差が生じ易い。このため、車両の斜め前方から近づいた場合と車両の斜め後方から近づいた場合とではユーザが携帯する携帯機との交信可能距離が著しく異なったり、例えばユーザが背負った荷物に携帯機を入れておいた場合には、ドアハンドルに手を掛けた状態でも携帯機との交信が成立せずに、ドアを開けることができなくなる可能性がある。

そこで、本発明は、アンテナ装置の共振周波数の調整を行なう場合であっても、携帯機との交信可能距離の低下を防止しつつ、交信可能距離の均一性を保つことができるアンテナ装置を実現しようとするものである。

以下、上記の課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意な組み合わせで採用することができる。また、本発明の態様あるいは技術的特徴は以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載されたもの、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものである。

本発明の一実施態様は、
磁性体コアと、前記磁性体コアの軸方向に沿って前記磁性体コアの外周面に巻回されたコイル導体と、を備えるアンテナ装置において、
前記コイル導体は、密巻部と、前記密巻部の巻回ピッチよりも大きな巻回ピッチで巻回された疎巻部と、前記疎巻部の巻回ピッチよりも大きな巻回ピッチで巻回された大疎巻部とが、前記軸方向で略対称に巻回されたものであり、
前記密巻部は、前記軸方向の中央部分に巻回され、
前記大疎巻部は、前記密巻部と前記疎巻部の巻数よりも少なく、数ターン以下で前記密巻部の前記軸方向の両側に巻回され、
前記疎巻部は、前記大疎巻部の前記軸方向の両外側に巻回されている、
ことを特徴とする。

本発明の他の実施態様では、更なる特徴として、
「前記疎巻部の巻回ピッチは、前記密巻部の巻回ピッチの２倍以上５倍以下であること」、
「前記密巻部の巻数は、前記疎巻部の巻数の１倍以上５倍以下であること」、
「前記大疎巻部の巻数は、１ターン以上３ターン以下であること」、
を含む。

本発明のアンテナ装置によれば、共振周波数の調整を行なう場合であっても、交信可能距離の低下を防止しつつ、交信可能距離の均一性を保つことができる。

本発明の一実施形態例に係るアンテナ本体を説明するための平面図である。本発明の一実施形態例に係るアンテナ本体を説明するための平面図である。本発明の一実施形態例に係るアンテナ装置を説明するための断面図である。比較例１に係るアンテナ本体を説明するための平面図である。比較例２に係るアンテナ本体を説明するための平面図である。比較例３に係るアンテナ本体を説明するための平面図である。比較例４に係るアンテナ本体を説明するための平面図である。

以下、図面を参照して本発明を説明する。

本発明の一実施形態例に係るアンテナ装置１を、図１から図３を参照して説明する。なお、図１は磁性体コアにコイル導体を巻回した状態を説明するための平面図、図２はアンテナ本体の平面図、図３はアンテナ本体をケース内に収容した状態を示す断面図である。

図３に示すように、本例のアンテナ装置１は、アンテナ本体１０と、ケース２０と、蓋３０を備えている。このアンテナ装置１は、キーレスエントリーシステムを搭載した車両のドアハンドルの内部に設置され、ドアの施解錠を遠隔制御で行う通信システムの一部として用いることができるものである。

アンテナ本体１０は、磁性体コア１１と、コイル導体１２と、保持具１３と、端子部材１４と、リード線１５を備えている。

磁性体コア１１は、磁性材料によって角柱状に形成されている。なお、磁性材料として例えば電気抵抗の比較的小さい金属磁性体を用いる場合には、磁性体コア１１の外側に絶縁テープ１６を巻いた状態で使用するのが好ましい。

コイル導体１２は、ポリイミド等の耐熱性樹脂を被覆した一本の導線からなり、磁性体コア１１の軸方向（磁性体コア１１の長手方向を意味し、図１では左右方向）に沿って磁性体コアの外周面に多数回巻回されている。

磁性体コア１１の軸方向の一端には、保持具１３が装着されている。この保持具１３は、絶縁性の耐熱性樹脂からなり、導電性金属からなる２つの端子部材１４がインサート成形されている。

コイル導体１２の両端部である２つの端末は、２つの端子部材１４の一端に半田等によって電気的に接続されている。また、２つの端子部材１４の他端には、リード線１５が半田等によって電気的に接続されている。

アンテナ本体１０は、絶縁性樹脂からなるケース２０内に保持具１３が装着されていない側から挿入され、ケース２０の開口端は絶縁性樹脂からなる蓋３０によって閉塞されている。また、２本のリード線１５は、蓋３０に設けられている２つの孔から外部に引き出されている。
なお、必要に応じてケース２０内には軟質樹脂からなる充填材が充填される。

次に、コイル導体１２について詳細に説明する。
コイル導体１２は、磁性体コア１１の軸方向の中央部分に巻回された密巻部１２ａと、密巻部１２ａの軸方向の両側に巻回された２つの大疎巻部１２ｂ、１２ｂと、２つの大疎巻部１２ｂ、１２ｂの軸方向の外側に巻回された２つの疎巻部１２ｃ、１２ｃを有している。

コイル導体１２を構成する密巻部１２ａと大疎巻部１２ｂ、１２ｂと疎巻部１２ｃ、１２ｃは、磁性体コア１１の軸方向で略対称に巻回される。つまり、２つの大疎巻部１２ｂ、１２ｂはほぼ同じピッチとターン数で巻回されており、２つの疎巻部１２ｃ、１２ｃはほぼ同じピッチとターン数で巻回されている。
これは、アンテナ装置の前後方向における送信距離（ユーザが携帯する携帯機との交信可能距離）のバラツキを抑制するためである。
なお、本明細書において「軸方向で略対称に巻回」とは、視覚的に対称もしくはコイル導体で発生する磁束が磁性体コア１１の軸方向で概ね対称であることを意味し、例えば図１のように視覚的には２つの大疎巻部１２ｂ、１２ｂが軸方向（図１の左右方向）で対称でないものも含まれる。

密巻部１２ａの巻回ピッチＰ１は、相対的に小さく設定されて密に巻回されている。大疎巻部１２ｂ、１２ｂの巻回ピッチＰ２は、相対的に非常に大きく設定されて非常に疎に巻回されている。疎巻部１２ｃ、１２ｃの巻回ピッチＰ３は、相対的に比較的大きく設定されて疎に巻回されている。
そして、これらの巻回ピッチは、以下の関係を満たしている。
Ｐ１＜Ｐ３＜Ｐ２

大疎巻部１２ｂ、１２ｂは、密巻部１２ａと疎巻部１２ｃ、１２ｃの位置関係を調整するとともにインダクタンスの調整を行うものであるため、その巻数は密巻部１２ａと疎巻部１２ｃ、１２ｃの巻数よりも少なく、数ターン以下に設定される。ドアハンドル内に配されるアンテナ装置の現実的な寸法のもとでは、大疎巻部１２ｂ、１２ｂの巻数は１ターン以上３ターン以下であることが好ましい。

例えば、アンテナ装置１と組み合わせるコンデンサ容量のばらつきや磁性体コア１１の材質や寸法のばらつき等によって、共振周波数の調整を行なう必要がある場合であっても、上記のようにコイル導体１２を巻回してインダクタンスの調整を行うことにより、携帯機との交信可能距離の低下を防止しつつ、方位毎の交信可能距離のばらつきを抑制して均一性を保つことができる。この点について、本発明の実施例といくつかの比較例のアンテナ装置の測定結果に基づいて説明する。

測定では図１に示したような本発明の実施例１のアンテナ本体と、図４〜図７に示したような比較例１〜４のアンテナ本体を用いた。
なお、これらのアンテナ本体を用いたアンテナ装置と、同一規格のコンデンサとをそれぞれ組み合わせ、樹脂成形体の表面にニッケルメッキを施したドアハンドル内に組み込んだ状態で、共振周波数が略１２５ｋＨｚになるように各アンテナ本体のコイル導体の巻回ピッチや巻数等を調整した。

上記のように調整された各アンテナ本体におけるコイル導体の巻回ピッチと巻数の詳細を表１に纏めて示す。なお、表１中の例えば「４Ｐ×１４Ｔ」は、巻回ピッチが導線径の４倍で巻数が１４ターンであることを示している。

表１に示すように、実施例１のアンテナ本体１０では、密巻部１２ａの巻回ピッチが導線径の１倍（導線間に隙間のない状態）で巻数が３５ターン、２つの大疎巻部１２ｂ、１２ｂの巻回ピッチが導線径の１０倍で巻数が１ターン、２つの疎巻部１２ｃ、１２ｃの巻回ピッチが導線径の４倍で巻数が１４ターンであり、総巻数は６５ターンである。
図４の比較例１のアンテナ本体１０Ａは、全体に亘って疎巻部に相当する巻回ピッチで巻回したものであり、巻回ピッチが全て導線径の２．５倍で、総巻数は７２ターンである。
図５の比較例２のアンテナ本体１０Ｂは、磁性体コアの中央部分だけに密巻部に相当する巻回ピッチで集中して巻回したものであり、巻回ピッチが全て導線径の１倍で、総巻数は５１ターンである。
図６の比較例３のアンテナ本体１０Ｃは、左側から密巻部・大疎巻部・疎巻部に相当する巻回ピッチで巻回したものであり、左側から、巻回ピッチが導線径の１倍で巻数が３６ターン、巻回ピッチが導線径の３５倍で巻数が１ターン、巻回ピッチが導線径の３倍で巻数が３３ターンであり、総巻数は７０ターンである。
図７の比較例４のアンテナ本体１０Ｄは、左側から密巻部・大疎巻部・疎巻部・大疎巻部・密巻部に相当する巻回ピッチで巻回したものであり、左側から、巻回ピッチが導線径の１倍で巻数が２４ターン、巻回ピッチが導線径の２０倍で巻数が１ターン、巻回ピッチが導線径の３倍で巻数が２５ターン、巻回ピッチが導線径の２０倍で巻数が１ターン、巻回ピッチが導線径の１倍で巻数が２４ターン、総巻数は７５ターンである。

実施例１と比較例１〜４のアンテナ本体を用いたアンテナ装置の交信可能距離を方位毎に測定した結果を、表２に示す。なお、表２には交信可能距離の平均値と標準偏差も示している。

表２の測定結果から分かるように、実施例１と比較例１はほぼ同程度の交信可能距離が得られ、また方位毎の交信可能距離のばらつきも小さい。しかしながら、比較例１は実施例１に比べて総ターン数が１割程度増加するため、導線のコスト及び製造時間が増加し、総合的に見ると実施例１に劣っている。
また、比較例２のように磁性体コアの中央部分だけに集中して密に巻回した場合には、方位毎の交信可能距離のばらつきは小さいものの、交信可能距離が全体的にかなり短くなる問題がある。
また、比較例３のように密巻部を片側端部だけに設けて非対称に巻回した場合には、交信可能距離が短くなるだけではなく、方位毎の交信可能距離のばらつきが大きくなる問題もある。
また、比較例４のように密巻部を両側端部に設けた場合には、実施例１とほぼ同程度の交信可能距離が得られ、また方位毎の交信可能距離のばらつきも比較的小さいものの、実施例１に比べて総ターン数が１．５割程度増加するため、導線のコスト及び製造時間が増加し、総合的に見ると実施例１に劣っている。

したがって、実施例１のように、磁性体コア１１の軸方向の中央部分に密巻部１２ａ、この密巻部１２ａの軸方向の両側に２つの大疎巻部１２ｂ、１２ｂ、この２つの大疎巻部１２ｂ、１２ｂの軸方向の外側に２つの疎巻部１２ｃ、１２ｃを設けつつ、コイル導体を磁性体コア１１の軸方向で略対称に巻回することにより、共振周波数の調整を行なう場合であっても、交信可能距離の低下を抑制しつつ、方位毎の交信可能距離のばらつきを抑制することができる。

次に、実施例１の密巻部１２ａ、大疎巻部１２ｂ、１２ｂ、及び疎巻部１２ｃ、１２ｃの巻回ピッチとターン数を様々に変化させた本発明の実施例２〜５を説明する。
なお、実施例２〜５のアンテナ装置についても先と同一規格のコンデンサとそれぞれ組み合わせ、樹脂成形体の表面にニッケルメッキを施したドアハンドル内に組み込んだ状態で、共振周波数が略１２５ｋＨｚになるように各アンテナ本体のコイル導体の巻回ピッチや巻数等を調整した。調整された各アンテナ本体におけるコイル導体の巻回ピッチと巻数の詳細を表３に纏めて示す。表３には、比較を容易にするために実施例１についても再度記載している。

実施例２〜４のアンテナ本体を用いたアンテナ装置の交信可能距離を方位毎に測定した結果を、表４に示す。なお、表４には、交信可能距離の平均値と標準偏差も示し、比較を容易にするために実施例１の結果も再度記載している。

表４の測定結果から分かるように、本発明のアンテナ装置では、大疎巻部の巻回数を数ターン以下、好ましくは３ターン以下に設定すれば、密巻部と疎巻部と大疎巻部の巻回ピッチの比や、密巻部と疎巻部の巻数の比を比較的大きく変更しても、ほぼ同程度の交信可能距離が得られ、また方位毎の交信可能距離のばらつきも小さい。
なお、本発明においては、密巻部１２ａの巻数は、疎巻部１２ｃの巻数の１倍以上５倍以下であることが好ましい。密巻部１２ａの巻数を疎巻部１２ｃの巻数よりも少なくすると、実施例２のようにほぼ同じ性能であっても総ターン数が増加する傾向がある。一方、密巻部１２ａの巻数が疎巻部１２ｃの巻数の５倍を超えると、交信可能距離が若干低下する傾向がある。
また、本発明においては、疎巻部１２ｃの巻回ピッチは、密巻部１２ａの巻回ピッチの２倍以上５倍以下であることが好ましい。この範囲を外れると、交信可能距離が低下もしくは総ターン数が増加する傾向がある。
また、本発明においては、大疎巻部１２ｂの巻回ピッチは、疎巻部１２ｃの巻回ピッチの２倍以上１０倍以下であることが好ましい。

以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明はこれらの実施形態例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態例を適宜に変形等できることは言うまでもない。
また、上記の実施形態例ではアンテナ装置を車両のドアハンドルに装着した場合を説明したが、本発明のアンテナ装置は住宅や事務所等のドアにも適用できるものである。

１アンテナ装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄアンテナ本体
１１磁性体コア
１２コイル導体
１２ａ密巻部
１２ｂ大疎巻部
１２ｃ疎巻部
１３保持具
１４端子部材
１５リード線
１６絶縁テープ
２０ケース
３０蓋

Claims

磁性体コアと、前記磁性体コアの軸方向に沿って前記磁性体コアの外周面に巻回されたコイル導体と、を備えるアンテナ装置において、
前記コイル導体は、密巻部と、前記密巻部の巻回ピッチよりも大きな巻回ピッチで巻回された疎巻部と、前記疎巻部の巻回ピッチよりも大きな巻回ピッチで巻回された大疎巻部とが、前記軸方向で略対称に巻回されたものであり、
前記密巻部は、前記軸方向の中央部分に巻回され、
前記大疎巻部は、前記密巻部と前記疎巻部の巻数よりも少なく、数ターン以下で前記密巻部の前記軸方向の両側に巻回され、
前記疎巻部は、前記大疎巻部の前記軸方向の両外側に巻回されている、
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記疎巻部の巻回ピッチは、前記密巻部の巻回ピッチの２倍以上５倍以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記密巻部の巻数は、前記疎巻部の巻数の１倍以上５倍以下である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
前記大疎巻部の巻数は、１ターン以上３ターン以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。