JP6813089B2 - アンテナコイル - Google Patents

Description

本発明は、電波の送受信などに用いられるアンテナコイルに関する。

従来、この種のアンテナコイルとして、例えば、特許文献１（特許４１３４１７３号公報）に開示されたものが知られている。特許文献１には、棒形状のコアと、コアに沿って移動可能な筒状のボビンと、ボビンの周囲に巻回された巻線とを備えるアンテナコイルが開示されている。アンテナコイルにおけるインダクタンスは、主として、コア種（材質又は形状）、巻線のターン数、コアに対する巻線の位置によって決まる。特許文献１のアンテナコイルによれば、ボビンをコアに沿って移動させることで、コアに対する巻線の位置を変えることができ、インダクタンスを調整することができる。

特許４１３４１７３号公報

しかしながら、特許文献１のアンテナコイルでは、コアに対する巻線の位置が変わるため、アンテナコイルにとって重要な性能の１つである出力強度（通信距離）がばらつくという課題がある。特に、アンテナコイルを長距離通信の用途に用いる場合は、出力強度のばらつきが顕著になる。

従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができるアンテナコイルを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明に係るアンテナコイルは、磁性材料で構成される棒形状のコアと、
前記コアを収容するボビンと、
前記ボビンの周囲に巻回される巻線と、
を備え、
前記コアの一端部に対応する位置に配置される第１コイル部と前記コアの他端部に対応する位置に配置される第２コイル部との間に位置する第３コイル部が前記コアの延在方向に移動可能に構成されている。

本発明によれば、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができるアンテナコイルを提供することができる。

本発明の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図１のアンテナ装置の分解斜視図である。 コネクタにアンテナコイルが取り付けられた状態を示す斜視図である。 コネクタにアンテナコイルが取り付けられた状態を示す斜視図であって、スライド部材をコアの延在方向に移動させた状態を示す図である。 図１のアンテナ装置の製造方法の一例を示す斜視図である。 図５に続く工程を示す斜視図である。 図６に続く工程を示す斜視図である。 図７に続く工程を示す斜視図である。 図８に続く工程を示す斜視図である。 図９に続く工程を示す斜視図である。 図１０に続く工程を示す斜視図である。 スライド部材の移動量とインダクタンスの変化率との関係を示すグラフである。 アンテナコイルの第１変形例を示す斜視図である。 アンテナコイルの第２変形例を示す斜視図である。

本発明の一態様に係るアンテナコイルは、磁性材料で構成される棒形状のコアと、
前記コアを収容するボビンと、
前記ボビンの周囲に巻回される巻線と、
を備え、
前記コアの一端部に対応する位置に配置される第１コイル部と前記コアの他端部に対応する位置に配置される第２コイル部との間に位置する第３コイル部が前記コアの延在方向に移動可能に構成されている。

アンテナコイルの出力強度は、主として、コアの端部から出力される磁束に大きく影響される。このため、コアの端部から巻線までの距離が、出力強度に大きな影響を及ぼす。前記構成によれば、コアの一端部から第１コイル部までの距離及びコアの他端部から第２コイル部までの距離を変えずに、第１コイル部と第２コイル部との間に位置する第３コイル部を移動させることができる。その結果、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができる。

なお、前記コアの前記一端部と前記他端部との間の領域の周囲に配置され、前記コアの延在方向に移動可能なスライド部材を備え、前記第３コイル部は、前記スライド部材に巻回されて前記コアの延在方向に移動可能に構成されてもよい。この構成によれば、スライド部材を移動させることで、コアの一端部から第１コイル部までの距離及びコアの他端部から第２コイル部までの距離を変えずに、第１コイル部と第２コイル部との間に位置する第３コイル部を移動させることができる。その結果、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができる。

また、前記ボビンは、前記コアの延在方向に延在し、前記スライド部材は、前記ボビンの周囲に配置されて、前記コアの延在方向に移動可能に構成されてもよい。この構成によれば、スライド部材を移動させることで、コアの一端部から第１コイル部までの距離及びコアの他端部から第２コイル部までの距離を変えずに、第１コイル部と第２コイル部との間に位置する第３コイル部を移動させることができる。その結果、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができる。

また、前記ボビンは、前記コアの一端部を収容する第１収容部と、前記コアの他端部を収容する第２収容部とを備え、前記スライド部材は、前記第１収容部と前記第２収容部との間に配置され、前記ボビンと同じ材料で構成されてもよい。この構成によれば、ボビンを加工することによってスライド部材を製造することができ、製造工程、製造コスト等の低減を図ることができる。

また、前記ボビンは、前記コアの延在方向に延在し、前記ボビンの一端部と他端部との間の領域の一部がばね性を有してもよい。この構成によれば、ボビン自体がばね性を有することで、別部品としてスライド部材を設けることなく、第３コイル部を移動させることができる。その結果、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができる。

また、前記第３コイル部は、前記コアの中央部よりも前記コアの一端部又は他端部に近い範囲内で移動可能に構成されてもよい。コアの一端部又は他端部に近い範囲内に位置する巻線は、コアから出力される磁束に与える影響が大きいため、より少ない移動量でインダクタンスの調整を行うことができる。

また、前記第３コイル部は、前記コアの一端部又は他端部よりも前記コアの中央部に近い範囲内で移動可能に構成されてもよい。コアの中央部に近い範囲内に位置する巻線は、コアから出力される磁束に与える影響が小さいため、出力強度のばらつきを一層抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができる。

また、前記第３コイル部が前記コアの延在方向に移動されるとき、前記第３コイル部の近傍部分が前記コアから離れる方向に移動するのを規制する規制部材を備えてもよい。この構成によれば、第３コイル部の近傍部分が、振動等によって揺動して断線等の不具合が生じることを抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

《実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１のアンテナ装置の分解斜視図である。本実施形態に係るアンテナ装置は、例えば、スマートキーレスシステムなどの長距離通信（例えば、５ｍ以上）の用途に用いるアンテナ装置である。本実施形態に係るアンテナ装置は、例えば、車両のドアの下方に取り付けられるものである。

図１又は図２に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置は、アンテナケース１と、カバー２と、コネクタ３と、アンテナコイル４とを備えている。

図２に示すように、アンテナケース１は、一つの側面１ａが開口する略直方体形状の箱体であり、アンテナコイル４を収容するように構成されている。アンテナコイル４は、コネクタ３に接続されている。アンテナケース１におけるコネクタ３に隣接する側面１ｂには、アンテナコイル４とコネクタ３との接続部分が通る切欠部１ｃが形成されている。

また、カバー２は、アンテナケース１と同様に構成されている。すなわち、カバー２は、一側面が開口する略直方体形状の箱体であり、アンテナケース１内に挿入されることで、アンテナケース１と協働してアンテナコイル４を収容するように構成されている。カバー２におけるコネクタ３に隣接する側面２ｂには、アンテナコイル４とコネクタ３との接続部分が通る切欠部２ｃが形成されている。

コネクタ３は、樹脂製の筒状部材３Ａを備え、筒状部材３Ａの内部に一対のコネクタピン（図示省略）を備えている。一対のコネクタピンは、回路基板などに接続される接続端子である。

アンテナコイル４は、磁性材料で構成される棒形状のコア５と、コア５を収容するボビン６と、ボビン６の周囲に巻回される巻線７とを備えている。

コア５は、ボビン６の内部に挿入される磁性体である。本実施形態において、コア５は、断面矩形の棒状の磁性体である。コア５は、例えば、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトで構成されている。

ボビン６は、コア５を保護し、製造時や製品使用時に加わる変形や衝撃などによりコア５が破損するのを抑制する樹脂製の部材である。ボビン６には、コア５が複数箇所から外部に露出するように複数の開口部が設けられている。本実施形態において、ボビン６とコネクタ３の筒状部材３Ａとは、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）により一体成形されている。

また、ボビン６は、コア５の一端部５Ａを収容する第１収容部６１と、コア５の他端部５Ｂを収容する第２収容部６２とを備えている。第１収容部６１と第２収容部６２との間には、コア５の延在方向Ｘに移動可能なスライド部材６３が設けられている。スライド部材６３は、ボビン６と同じ材料で構成され、コア５の一端部５Ａと他端部５Ｂとの間の領域（すなわち、一端部５Ａ及び他端部５Ｂ以外の部分）の周囲に配置されている。第１収容部６１と第２収容部６２とスライド部材６３とは、別体で構成されている。

巻線７は、例えば、銅線などの金属製の線材である。本実施形態において、巻線７は、図２に示すように、それぞれ螺旋状に巻回された、第１コイル部７Ａ、第２コイル部７Ｂ、第３コイル部７Ｃ、及び第４コイル部７Ｄを備えている。第１コイル部７Ａ、第２コイル部７Ｂ、第３コイル部７Ｃ、及び第４コイル部７Ｄは、一本の金属製の線材により構成されている。第１コイル部７Ａ、第２コイル部７Ｂ、第３コイル部７Ｃ、及び第４コイル部７Ｄの巻数は、少なくとも１以上である。

巻線７の一端部７ａは、コネクタ３の一対のコネクタピンの一方に接続される。巻線７の他端部７ｂは、コネクタ３の一対のコネクタピンの他方に接続される。なお、巻線７の一端部７ａ又は他端部７ｂは、コンデンサ（図示せず）を介してコネクタ３の一対のコネクタピンの一方又は他方に接続されてもよい。これにより、各コイル部７Ａ〜７ＤとコンデンサとでＬＣ回路を構成することができる。

図３及び図４は、コネクタ３にアンテナコイル４が取り付けられた状態を示す斜視図である。なお、図３及び図４においては、スライド部材６３が移動する様子を分かり易くするため、スライド部材６３に斜線を付している。

第１コイル部７Ａは、コア５の一端部５Ａに対応する位置に配置される。第２コイル部７Ｂは、コア５の他端部５Ｂに対応する位置に配置される。第３コイル部７Ｃ及び第４コイル部７Ｄは、第１コイル部７Ａと第２コイル部７Ｂとの間に位置している。

第１コイル部７Ａは、ボビン６に設けられた一対のリブ６ａによって、コア５の延在方向Ｘへの移動が規制されている。第２コイル部７Ｂは、ボビン６に設けられた一対のリブ６ｂによって、コア５の延在方向Ｘへの移動が規制されている。第４コイル部７Ｄは、ボビン６に設けられた一対のリブ６ｄによって、コア５の延在方向Ｘへの移動が規制されている。

第３コイル部７Ｃは、図３及び図４に示すように、スライド部材６３に巻回されてコア５の延在方向Ｘに移動可能に構成されている。本実施形態において、各コイル部７Ａ〜７Ｄは、３０ｍｍ間隔で配置されている。スライド部材６３は、第１コイル部７Ａと第３コイル部７Ｃとの間、及び第４コイル部７Ｄと第３コイル部７Ｃとの間から露出するコア５の面積が過剰に大きくならないように、例えば、コア５の延在方向Ｘに５〜１０ｍｍ程度、移動可能に構成されている。

アンテナコイルの出力強度は、主として、コア５の一端部５Ａ及び他端部５Ｂから出力される磁束に大きく影響される。このため、コア５の一端部５Ａから第１コイル部７Ａまでの距離及びコア５の他端部５Ｂから第２コイル部７Ｂまでの距離が、出力強度に大きな影響を及ぼす。

本実施形態によれば、コア５の一端部５Ａから第１コイル部７Ａまでの距離及びコア５の他端部５Ｂから第２コイル部７Ｂまでの距離を変えずに、第３コイル部７Ｃを移動させることができる。その結果、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができる。

次に、本発明の実施形態に係るアンテナ装置の製造方法について説明する。図５〜図１０は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置の製造方法の一例を示す斜視図である。

まず、図５に示すように、ボビン６とコネクタ３とスライド部材６３とを、樹脂により一体成形する。なお、コネクタ３のコネクタピン（図示せず）は、ボビン６、コネクタ３、及びスライド部材６３の一体成形と同時にインサート成形されてもよい。また、コネクタ３のコネクタピンは、ボビン６、コネクタ３、及びスライド部材６３の一体成形後にアウトサート成形されてもよい。

次いで、図６に示すように、ボビン６の第１収容部６１、スライド部材６３、及びボビン６の第２収容部６２内にコア５を挿入する。なお、コア５は、ボビン６の第１収容部６１、スライド部材６３、及びボビン６の第２収容部６２に対して摩擦力で相対的な位置が保持されるように圧入されてもよい。また、コア５は、ボビン６の第１収容部６１及び第２収容部６２に対して接着剤等により固定されてもよい。

次いで、図７に示すように、ボビン６の第１収容部６１及び第２収容部６２からスライド部材６３を切断して切り離す。これにより、スライド部材６３がコア５の延在方向Ｘに移動可能になる。

次いで、図８に示すように、ボビン６の第１収容部６１、スライド部材６３、及びボビン６の第２収容部６２の周囲に、所定の張力を有するように巻線７を巻き付ける。これにより、第１コイル部７Ａ、第２コイル部７Ｂ、第３コイル部７Ｃ、及び第４コイル部７Ｄが形成される。このとき、巻線７の一端部７ａ及び他端部７ｂは、例えば、半田付け、ヒュージング、溶着などによって、コネクタ３のコネクタピンに接続される。

なお、本実施形態において、巻線７は、ボビン６の第２収容部６２に設けられたピン６２Ａ及び規制部材６２Ｂと、スライド部材６３に設けられたピン６３Ａにも、所定の張力を有するように巻き付けられる。ピン６２Ａとピン６３Ａとは、スライド部材６３が移動可能な空間を挟んで互いに隣接する位置に設けられている。また、規制部材６２Ｂには、ピン６２Ａとピン６３Ａとの間に位置する巻線７が掛けられる。規制部材６２Ｂは、第３コイル部７Ｃがコア５の延在方向Ｘに移動されるとき、第３コイル部７Ｃの近傍部分がコア５から離れる方向に移動するのを規制するように構成されている。

次いで、図９に示すように、コネクタ３のコネクタピンに、インピーダンスアナライザ等のインダクタンス測定機８を接続する。

次いで、図１０に示すように、スライド部材６３をコア５の延在方向Ｘに移動させ、インダクタンス測定機８により測定されるインダクタンスを所望のインダクタンスに変化させる。例えば、図１２に示すように、スライド部材６３を３．０ｍｍ移動させると、インダクタンスを約１．５％変化させることができる。また、例えば、スライド部材６３を４．０ｍｍ移動させると、インダクタンスを約２．０％変化させることができる。なお、出力強度はほぼ変化しないことを確認している。

なお、スライド部材６３を移動させると、巻線７の張力が過剰に大きくなり、巻線７が断線するおそれがある。このため、例えば、巻線７を巻き付ける際にボビン６又はスライド部材６３に設けた仮フック（図示せず）に巻線７を引っ掛け、スライド部材６３を移動させる前に仮フックから巻線７を外すことで、巻線７の張力を緩ませるようにしてもよい。この場合でも、規制部材６２Ｂによって第３コイル部７Ｃの近傍部分が振動等によって揺動することを抑えることができるので、断線等の不具合が生じることを抑えることができる。また、この場合、巻線７が揺動しないように、巻線７を接着剤などでボビン６又はスライド部材６３に固定してもよい。

次いで、図１１に示すように、アンテナケース１にアンテナコイル４を収容する。

次いで、アンテナコイル４を覆うようにアンテナケース１にカバー２を挿入する。これにより、図１に示すアンテナ装置が製造される。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記では、ボビン６の第１収容部６１、スライド部材６３、及びボビン６の第２収容部６２内にコア５を挿入した後に、第１収容部６１、第２収容部６２、及びスライド部材６３の周囲に巻線７を巻き付けるようにしたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、ボビン６の第１収容部６１、スライド部材６３、及びボビン６の第２収容部６２内にコア５を挿入する前に、第１収容部６１、第２収容部６２、及びスライド部材６３の周囲に巻線７を巻き付けるようにしてもよい。

また、前記では、ボビン６の第１収容部６１及び第２収容部６２からスライド部材６３を切断した後に、第１収容部６１、第２収容部６２、及びスライド部材６３の周囲に巻線７を巻き付けるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン６の第１収容部６１及び第２収容部６２からスライド部材６３を切断する前に、第１収容部６１、第２収容部６２、及びスライド部材６３の周囲に巻線７を巻き付けるようにしてもよい。但し、スライド部材６３を切断した後に巻線７を巻き付ける方が、スライド部材６３の切断時に誤って巻線７を切断してしまうことを抑えることができる。

また、前記では、アンテナコイル４をアンテナケース１に収容した後、すぐにアンテナケース１にカバー２を挿入するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、アンテナコイル４をアンテナケース１に収容した後、ウレタンなどの樹脂でポッティングして、防水性能を向上させてもよい。

また、前記では、巻線７が、４つのコイル部７Ａ〜７Ｄを備えるものとしたが、本発明はこれに限定されない。巻線７は、第１コイル部７Ａ及び第２コイル部７Ｂを含む少なくとも３つのコイル部を備えればよい。

また、前記では、各コイル部７Ａ〜７Ｄの間に隙間を設けたが、当該隙間は設けなくてもよい。すなわち、巻線７は、均一な間隔で螺旋状に巻回されてもよい。

また、前記では、第３コイル部７Ｃをコア５の延在方向Ｘに移動させるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第４コイル部７Ｄをコア５の延在方向Ｘに移動させるようにしてもよい。すなわち、コア５の延在方向Ｘに移動させるコイル部は、第１コイル部７Ａと第２コイル部７Ｂとの間に位置するコイル部であればよい。

また、前記では、ボビン６が第１収容部６１と第２収容部６２とで構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン６は、３つ以上の部材で構成されてもよい。また、図１３に示すように、ボビン６がコア５の延在方向に延在するように１つの部材で構成され、スライド部材６３がボビン６の周囲に配置されてコア５の延在方向に移動可能に構成されてもよい。この場合、スライド部材６３の材料として、樹脂だけでなく、金属や紙を用いることができる。

また、前記では、ボビン６とスライド部材６３とが別部品であるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボビン６自体がスライド部材６３を含むように構成されてもよい。この場合、例えば、ボビン６の一端部と他端部との間の領域（すなわち、一端部及び他端部以外の部分）の一部がばね性を有するように構成すればよい。より具体的には、図１４に示すように、第１収容部６１とスライド部材６３とをばね性を有する弾性部６４を介して一体化するとともに、第２収容部６２とスライド部材６３とをばね性を有する弾性部６５を介して一体化してもよい。この構成によれば、弾性部６４，６５の一方が伸びるとともに、弾性部６４，６５の他方が縮むことで、スライド部材６３をコア５の延在方向Ｘに移動させることができる。その結果、ボビン６とは別部品としてスライド部材６３を設けることなく、第３コイル部７Ｃを移動させることができ、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができる。

なお、第３コイル部７Ｃ又は第４コイル部７Ｄは、コア５の中央部よりもコア５の一端部５Ａ又は他端部５Ｂに近い範囲内で移動可能に構成されることが好ましい。コア５の一端部５Ａ又は他端部５Ｂに近い範囲内に位置する巻線は、コア５から出力される磁束に与える影響が大きいため、より少ない移動量でインダクタンスの調整を行うことができる。

また、第３コイル部７Ｃ又は第４コイル部７Ｄは、コア５の一端部５Ａ又は他端部５Ｂよりもコア５の中央部に近い範囲内で移動可能に構成されてもよい。コア５の中央部に近い範囲内に位置する巻線は、コア５から出力される磁束に与える影響が小さいため、出力強度のばらつきを一層抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができる。

本発明に係るアンテナコイルは、出力強度のばらつきを抑えつつ、インダクタンスの調整を行うことができるので、例えば、スマートキーレスシステムなどの長距離通信の用途に用いるアンテナコイルとして有用である。

１ アンテナケース
１ａ，１ｂ 側面
１ｃ 切欠部
２ カバー
２ｂ 側面
２ｃ 切欠部
３ コネクタ
３Ａ 筒状部材
４ アンテナコイル
５ コア
５Ａ 一端部
５Ｂ 他端部
６ ボビン
６ａ，６ｂ，６ｄ リブ
７ 巻線
７ａ 一端部
７ｂ 他端部
７Ａ 第１コイル部
７Ｂ 第２コイル部
７Ｃ 第３コイル部
７Ｄ 第４コイル部
８ インダクタンス測定機
６１ 第１収容部
６２ 第２収容部
６２Ａ ピン
６２Ｂ 規制部材
６３ スライド部材
６３Ａ ピン
６４，６５ 弾性部

Claims (7)

1. 磁性材料で構成される棒形状のコアと、
   前記コアを収容するボビンと、
   前記ボビンの周囲に巻回される巻線と、
   を備え、
   前記コアの一端部に対応する位置に配置される第１コイル部と前記コアの他端部に対応する位置に配置される第２コイル部との間に位置する第３コイル部が前記コアの延在方向に移動可能に構成され、
   前記第３コイル部が前記コアの延在方向に移動されるとき、前記第３コイル部の近傍部分が前記コアから離れる方向に移動するのを規制する規制部材を備える、アンテナコイル。
2. 前記コアの前記一端部と前記他端部との間の領域の周囲に配置され、前記コアの延在方向に移動可能なスライド部材を備え、
   前記第３コイル部は、前記スライド部材に巻回されて前記コアの延在方向に移動可能に構成されている、請求項１に記載のアンテナコイル。
3. 前記ボビンは、前記コアの延在方向に延在し、
   前記スライド部材は、前記ボビンの周囲に配置されて、前記コアの延在方向に移動可能に構成されている、請求項２に記載のアンテナコイル。
4. 前記ボビンは、前記コアの一端部を収容する第１収容部と、前記コアの他端部を収容する第２収容部とを備え、
   前記スライド部材は、前記第１収容部と前記第２収容部との間に配置され、前記ボビンと同じ材料で構成されている、請求項２に記載のアンテナコイル。
5. 前記ボビンは、前記コアの延在方向に延在し、
   前記ボビンの一端部と他端部との間の領域の一部がばね性を有する、請求項１に記載のアンテナコイル。
6. 前記第３コイル部は、前記コアの中央部よりも前記コアの一端部又は他端部に近い範囲内で移動可能に構成されている、請求項１〜５のいずれか１つに記載のアンテナコイル。
7. 前記第３コイル部は、前記コアの一端部又は他端部よりも前記コアの中央部に近い範囲内で移動可能に構成されている、請求項１〜５のいずれか１つに記載のアンテナコイル。

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