JP6671897B2 - アンテナコイル - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両のドアハンドルの内部空間に設置され、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コイルに関する。

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、近距離におけるＬＦ帯（低周波３０〜３００ｋＨｚ）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コイルが装備されている。
このようなアンテナコイルでは、小型・軽量化とともに、Ｑ値を抑えてブロードな特性が求められている。

このために例えば特許文献１には、磁性体コアを収容したボビンの外周部に巻回された導線を備えた送信アンテナコイルにおいて、ボビンの外周部に導線の巻回部分を区切るための複数の鍔部を形成し、鍔部によって区切られた巻回部分に磁性体コアの表面が露出する窓状開口部を形成し、導線はボビンの外周部に鍔部によって区切られた巻回領域に巻回されて一つのコイルとして形成されたものが開示されている。

また、特許文献２には、磁性材料からなるコアと、巻軸部を有しコアの周囲に装着されるコイルボビンと、巻軸部に巻回されたコイルワイヤとを備え、コイルボビンは、樹脂材料で一体成形された一部品からなるとともに、巻軸部の延在方向に対して交差する少なくとも一の方向に関して、コイルボビンのいずれの領域への投影もコイルボビンの他の領域と重ならないアンテナ用コイル装置が開示されている。また、このアンテナ用コイル装置では、巻軸部の周囲に、コイルワイヤの巻きずれを規制する突起部が形成されている。

特開２００５−１７５９６５号公報 特開２０１５−５８１０号公報

特許文献１や特許文献２に記載のアンテナコイルによれば、ボビンのコイルが巻回される領域の一部が欠如しているために軽量化が可能である。
また、特許文献１や特許文献２のアンテナコイルによれば、コイル導線が複数の鍔部もしくは突起部で分割されるため、Ｑ値を抑えてブロードな特性を得ることが可能である。

しかしながら、特許文献１に記載のアンテナでは、ボビンのコイル導線を巻回する部分の上下面がカットされ、磁性体コアの表面が露出する窓状開口部を形成しているため、コイル導線が緩むと磁性体コアにコイル導線が接触し易く、磁性体コアとして特に低抵抗の磁性材料（例えばＭｎ−Ｚｎ系フェライト、アモルファス金属やナノ結晶材料など）を用いると、絶縁距離を十分に確保できない場合がある。
また、特許文献１に記載のアンテナでは、ボビンのコイル導線を巻回する部分の上下面が無いため、コイル導線の張力が高いとボビンが内側に撓み変形し易い。ボビンが撓んで変形すると、インダクタンスにばらつきが生じ、安定したアンテナ特性が得られない問題がある。

一方、特許文献２に記載のアンテナでは、ボビンのコイル導線を巻回する部分の上下面に開口があるものの、この上下面に巻軸方向に沿ったベース片を形成しているため、導体が若干緩んだとしても磁性体コアにコイル導線が接触する可能性は特許文献１に記載のものに比べると小さい。
しかしながら、特許文献２に記載のアンテナにおいても、コイル導線の張力が高いとボビンが内側に撓み変形し易く、インダクタンスのばらつきによってアンテナ特性がばらつく問題がある。

そこで、本発明は、軽量化を図りつつ、従来技術が抱える上記の問題点を解消し得るアンテナコイル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ける各構成要素は、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、
軸方向に細長い略直方体形状の磁性体コアと、前記磁性体コアが収容された略直方体形状のボビンと、前記ボビンの外周に巻回されたコイル導線と、を備えるアンテナコイルにおいて、
前記ボビンの内側の寸法は、前記磁性体コアの外形寸法と略同一であるとともに、前記磁性体コアは外側が前記ボビンの内側と直接接するように収容され、
前記ボビンの外周には、鍔部によって仕切られ前記軸方向に連接し、前記コイル導線が直接巻回される複数の巻回部が形成されており、
前記巻回部の少なくとも１面には、複数の開口部が形成され、
前記巻回部の前記少なくとも１面には、隣接する２つの鍔部を連結し、前記開口部を介して前記磁性体コアに前記コイル導線が接触するのを防止するための軸方向架橋部と、隣接する他の２面を連結し、前記コイル導線の張力による前記ボビンの撓みを防止するための周方向架橋部が形成され、
前記軸方向架橋部と前記周方向架橋部は十字状に交差し、前記軸方向架橋部と前記周方向架橋部を除く部分に前記複数の開口部が形成されていること、
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、
「複数の前記開口部は、形状と大きさが略同じであり、前記周方向架橋部に隣接する側が半円状に形成されていること」、
「前記巻回部の対向する２面に、前記軸方向架橋部と前記周方向架橋部と前記開口部が形成されていること」、
「前記軸方向架橋部と前記周方向架橋部と前記開口部は、前記巻回部を構成している４面の内の広い面に形成されていること」、
を含む。

本発明のアンテナコイルによれば、軽量化を図りつつ、磁性体コアとコイル導線との絶縁距離の確保と、ボビンの撓み防止を図ることができ、安定したアンテナ特性を得ることができる。

本発明の一実施形態例に係るアンテナコイルに用いるボビンとベースを一体化した状態を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）底面図である。 本発明の一実施形態例に係るアンテナコイルに用いる磁性体コアを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の一実施形態例に係るアンテナコイルを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）底面図である。 本発明の別の実施形態例に係るアンテナコイルに用いるボビンとベースを一体化した状態を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は底面図である。 本発明のさらに別の実施形態例に係るアンテナコイルに用いるボビンとベースを一体化した状態を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は底面図である。

本発明の一実施形態例に係るアンテナコイル１を、図１から図３を参照して説明する。
本例のアンテナコイル１は、主に、磁性体コア３０と、この磁性体コア３０が収容されるボビン１０と、金属端子を備えるベース２０と、ボビン１０の外周に巻回されるコイル導線４０と、チップコンデンサ５０を備えており、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の一部として用いることができるものである。

ボビン１０は、絶縁性の樹脂材料で筒状に形成され、軸方向（図１の左右方向）に細長い略直方体形状を成している。
ボビン１０の幅Ｗ１は高さＨ１よりも大きく、上面１３と下面１４が２つの側面１５よりも広くなっている。ボビン１０の内側の寸法は、細長い板状の磁性体コア３０を安定した状態で収容し固定できるように、磁性体コア３０の外形寸法と略同一に設定されている。

ボビン１０には、外周面から突出するように５つの鍔部１１ａ〜１１ｅが設けられている。
ボビン１０の一端（図１の左端）に設けられた鍔部１１ａの側面１５には、コイル導線４０の巻き終わり側のコイル端末４１ａを絡げるための絡げ部１１ａ１と、コイル導線４０の巻き始め側のコイル端末４１ｂを絡げるための絡げ部１１ａ２が形成されている。
ボビン１０の他端（図１の右端）に設けられた鍔部１１ｅは、軸方向に開口しており、この開口から磁性体コア３０をボビン１０内に挿入することができる。

ボビン１０は、５つの鍔部１１ａ〜１１ｅによって軸方向に仕切られ、４つの巻回部１２ａ〜１２ｄが鍔部を介して軸方向に連接するように形成されている。図１の右端の巻回部１２ｄの側面１５には、コイル導線４０の巻き終わり側のコイル端末４１ａを絡げるための絡げ部１２ｄ１が形成されている。

各巻回部を構成する４つの平面の中で２つの広い方の面（すなわち上面１３と下面１４）には、所定形状の孔（開口部１８）が複数形成されている。
具体的には、巻回部１２ａ〜１２ｄの上面１３と下面１４には、隣接する２つの鍔部を連結する軸方向架橋部１６と、隣接する他の２面（すなわち２つの側面１５）を連結し軸方向架橋部１６と十字状に交差する周方向架橋部１７が形成され、軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７を除いた部分が開口部１８となっている。

本例では、４つのすべての巻回部１２ａ〜１２ｄに、それぞれ１本の軸方向架橋部１６と１本の周方向架橋部１７が形成され、各巻回部にそれぞれ４つの開口部１８が設けられている。
軸方向架橋部１６は、軸方向（図１（ａ）の左右方向）と平行に各巻回部の幅方向（図１（ａ）の上下方向）の中央に設けられている。周方向架橋部１７は、周方向（図１（ａ）の上下方向）と平行に各巻回部の軸方向の中央に設けられている。
各巻回部の４つの開口部１８の形状と大きさは略同一である。なお、本例では、開口部１８の周方向架橋部１７に隣接する側を半円状にすることにより、開口部１８の形成による巻回部の剛性低下を抑制している。

ボビン１０の一端側（鍔部１１ａ側）には、ベース２０が嵌合によって取り付けられている。このベース２０は、絶縁性の樹脂材料で形成され、３つの金属端子２１ａ〜２１ｃがインサート成形で一体化されている。なお、ボビン１０とベース２０は、同一樹脂で一体成形してもよい。

金属端子２１ａ〜２１ｃの一端（図１の左端）は回路基板等への接続端子となっており、金属端子２１ａ、２１ｂの他端（図１の右端）はそれぞれコイル導線４０との接続端子２１ａ１、２１ｂ１となっている。また、金属端子２１ａ、２１ｃのベース２０の内側から露出している部分に、それぞれチップコンデンサ５０と半田接続される半田接続部２１ａ２、２１ｃ２が設けられている。

磁性体コア３０は、軸方向（図２の左右方向）に細長い略直方体形状を成し、幅Ｗ２は高さＨ２よりも大きい。この磁性体コア３０は、ボビン１０の外周にコイル導線４０が巻回された後、鍔部１１ｅの開口からボビン１０内に挿入され、接着等によってボビンに固定される。
磁性体コア３０の材料としては、所望の磁気特性を有する金属磁性体や、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト等の任意の磁性材料を用いることができる。

コイル導線４０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、ボビン１０の外周に巻回される。
具体的には、巻き始め側のコイル端末４１ｂが接続端子２１ｂ１に接続されるとともに絡げ部１１ａ２に絡げられた後、巻回部１２ａ→１２ｂ→１２ｃ→１２ｄの順に所定回数だけ巻回され、絡げ部１２ｄ１に絡げられた後、最後に巻き終わり側のコイル端末４１ａが絡げ部１１ａ１に絡げられて接続端子２１ａ１に接続される。

チップコンデンサ５０は、コイル導体４０とともに共振回路を構成するものであり、金属端子２１ａの半田接続部２１ａ２と金属端子２１ｃの半田接続部２１ｃ２に半田接続されている。

以上のように構成されたアンテナコイル１では、ボビン１０の外周に鍔部１１ａ〜１１ｅによって仕切られ軸方向に連接する複数の巻回部１２ａ〜１２ｄが形成されている。また、巻回部１２ａ〜１２ｄの上面１３と下面１４には、隣接する２つの鍔部を連結する軸方向架橋部１６と、隣接する他の２つ面（２つの側面１５）を連結する周方向架橋部１７が形成されている。そして、軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７は互いに十字状に交差し、軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７を除く部分に複数の開口部１８が形成されている。
このように、ボビン１０の外周の大半を占める巻回部１２ａ〜１２ｄに、複数の開口部１８を形成することによって、ボビンを形成する樹脂量の削減とボビンの軽量化を図ることができる。

一方、コイル導線４０が巻回されるボビン１０の巻回部に開口部を設けた場合、コイル導線４０が緩んだ際に磁性体コア３０にコイル導線４０が接触し易くなり、特に磁性体コア３０として低抵抗の磁性材料を用いると、磁性体コア３０とコイル導線４０との空間距離・沿面距離を十分に確保できないおそれがある。
また、コイル導線４０が巻回されるボビン１０の巻回部に開口部を設けた場合、ボビン１０の剛性が低下し、コイル導線４０の張力によってボビン１０が内側に撓み易くなり、アンテナ特性にばらつきが生じるおそれがある。

しかしながら、本例のアンテナコイル１では、巻回部１２ａ〜１２ｄの軸方向とこれに直交する方向にそれぞれ軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７を形成しているため、これらの問題を効果的に抑制することができる。
すなわち、巻回されるコイル導線と略直交する方向に軸方向架橋部１６が設けられているため、緩んだコイル導線を軸方向架橋部１６で受け止めることができ、磁性体コア３０にコイル導線４０が接触するのを効果的に抑制することができる。
また、巻回されるコイル導線と略平行な方向に周方向架橋部１７が設けられているため、開口部１８の形成に伴うボビンの周方向の剛性の低下を抑制して、コイル導線の張力によるボビン１０の撓みを効果的に抑制することができる。
さらに、軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７は十字状に交差して一体化されているため、複数の開口部１８を設けたことによるボビンの強度低下を最小限に抑えることができる。

また、本例のアンテナコイル１では、各巻回部に形成された複数の開口部１８は形状と大きさが略同じである。このため、各巻回部の位置による強度のばらつきを抑制でき、ボビン１０の撓みをより一層効果的に抑制することができる。

また、本例のアンテナコイル１では、軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７と開口部１８を、巻回部を構成している４面の内の広い２面（互いに対向するボビンの上面１３と下面１４）に形成しているため、最大限の軽量化を図りつつも、磁性体コアとコイル導線との絶縁距離の確保と、ボビンの撓み防止を図ることができる。

以上、本発明の一実施形態例を説明したが、本発明は上記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。

具体的には、ボビンの巻回部に形成する軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７の本数は、各巻回部の幅や軸方向の長さに応じて適宜変更することができ、例えば図４に示すボビン１０Ａのように、巻回部１２ａ〜１２ｄに軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７をそれぞれ２本形成したり、図５に示すボビン１０Ｂのように、巻回部１２ａ〜１２ｄにそれぞれ２本の軸方向架橋部１６と１本の周方向架橋部１７を形成してもよい。

また、図１の例では巻回部１２ａ〜１２ｄの上面１３と下面１４に開口部１８を形成しているが、例えば図４に示すボビン１０Ａのように、巻回部１２ａ〜１２ｄの上面１３（もしくは下面１４）だけに軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７と開口部１８を形成してもよい。
また、図５に示すボビン１０Ｂのように、巻回部１２ａ、１２ｃについては下面１４に、巻回部１２ｂ、１２ｄについては上面１３にと、上下面交互に軸方向架橋部１６と周方向架橋部１７と開口部１８を形成してもよい。

また、巻回部に形成する開口部の形状についても特に限定されず、円形、楕円形の他に例えば図５に示すボビン１０Ｂのような長方形、菱形、台形等の任意の開口形状であってもよい。

また、上記の実施形態例ではアンテナコイルを車両のドアハンドルに装着する場合を説明したが、本発明のアンテナコイルは住宅や事務所等のドアにも適用できるものである。

１ アンテナコイル
１０、１０Ａ、１０Ｂ ボビン
１１ａ〜１１ｅ 鍔部
１１ａ１、１１ａ２ 絡げ部
１２ａ〜１２ｄ 巻回部
１２ｄ１ 絡げ部
１３ ボビンの上面
１４ ボビンの下面
１５ ボビンの側面
１６ 軸方向架橋部
１７ 周方向架橋部
１８ 開口部
２０ ベース
２１ａ〜２１ｃ 金属端子
２１ａ２、２１ｃ２ 半田接続部
３０ 磁性体コア
４０ コイル導線
４１ａ、４１ｂ コイル端末
５０ チップコンデンサ

Claims (4)

1. 軸方向に細長い略直方体形状の磁性体コアと、前記磁性体コアが収容された略直方体形状のボビンと、前記ボビンの外周に巻回されたコイル導線と、を備えるアンテナコイルにおいて、
   前記ボビンの内側の寸法は、前記磁性体コアの外形寸法と略同一であるとともに、前記磁性体コアは外側が前記ボビンの内側と直接接するように収容され、
   前記ボビンの外周には、鍔部によって仕切られ前記軸方向に連接し、前記コイル導線が直接巻回される複数の巻回部が形成されており、
   前記巻回部の少なくとも１面には、複数の開口部が形成され、
   前記巻回部の前記少なくとも１面には、隣接する２つの鍔部を連結し、前記開口部を介して前記磁性体コアに前記コイル導線が接触するのを防止するための軸方向架橋部と、隣接する他の２面を連結し、前記コイル導線の張力による前記ボビンの撓みを防止するための周方向架橋部が形成され、
   前記軸方向架橋部と前記周方向架橋部は十字状に交差し、前記軸方向架橋部と前記周方向架橋部を除く部分に複数の開口部が形成されていること、
   を特徴とするアンテナコイル。
2. 複数の前記開口部は、形状と大きさが略同じであり、前記周方向架橋部に隣接する側が半円状に形成されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のアンテナコイル。
3. 前記巻回部の対向する２面に、前記軸方向架橋部と前記周方向架橋部と前記開口部が形成されていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のアンテナコイル。
4. 前記軸方向架橋部と前記周方向架橋部と前記開口部は、前記巻回部を構成している４面の内の広い面に形成されていること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナコイル。
   

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