JPWO2017038884A1 - 磁性体アンテナ及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

磁性体アンテナ１０は、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成される、直方体形状を有する磁心１２と、磁心１２に巻回されるコイル導体１４と、を備える。コイル導体１４の巻回軸Ｐは磁心１２の長手方向に直交している。Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、１３．５６ＭＨｚにおける透磁率の実数部が３０以上、虚数部が１未満である。

Description

本開示は、磁性体アンテナ及びアンテナ装置に関する。

無線通信を行うアンテナ装置として、磁性体アンテナを用いたものが知られている。磁性体アンテナは、磁気結合による通信を行うものであり、通常、磁性体コアとコイル導体とを備えている。

特許文献１では、アンテナ装置を小型化して、ＮＦＣ（Near Field Communication）及びＦｅｌｉｃａ等で使用される通信端末装置、並びに小型ラジオ等に用いることが提案されている。特許文献１では、第１コイル導体と同一方向に巻回するように形成された第２コイル導体の少なくとも一部を、磁性体コアの内部に形成することが提案されている。

特許文献２では、ＳＩＭ又はμＳＤ等の分離型モジュールにアンテナを一体モジュール化し、直接外部のコイルと通信を行うデバイス方式が提案されている。この方式では、分離型モジュールが、携帯端末などの制約を受けないターミナル機能と、ネットワークを介したサーバーアクセス機能とを有する。これによって、単なる通信機能を有する携帯端末から、アクセス方式やセキュリティに関する固有情報を格納するモジュールを心臓部として分離して取り換えることを可能にしている。

特開２０１３−２４７４３６号公報 特開２０１３−１８２４８１号公報

データキャリアとして、様々な無線通信技術が活用されている。例えば、ＮＦＣでは、近接するコイル導体同士が磁気結合して通信する。２つのコイル導体の磁気結合強度は相互インダクタンスＭで表される。相互インダクタンスＭは、下記式で求めることができる。

上式中、ＬＡ及びＬＢは、互いに近接するそれぞれのコイル導体のインダクタンスを示す。また、ｋは結合係数（０≦ｋ≦１）を示す。コイル導体間の交信距離を長くするためには、コイル導体の巻数を増やすことが考えられる。

一方、磁性体アンテナを、例えばマイクロＳＩＭ及びマイクロＳＤ等の分離型の記憶モジュールと一体化する場合、磁性体アンテナを小型化する必要がある。ところが、コイル導体を小型化すると相互インダクタンスＭが小さくなる。また、コイル導体の巻数を増やそうとすると、磁性体アンテナのサイズが大きくなり、小型化の要請に応えることが困難になる。このため、小型化と交信距離の両方を十分に高い水準で満足することが可能な磁性体アンテナ及びそれを備えるアンテナ装置が求められている。

本発明では、一つの側面において、小型化を可能にしつつ、交信距離を長くすることが可能な磁性体アンテナを提供することを目的とする。本発明では、別の側面において、小型化を可能にしつつ、交信距離を長くすることが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、一つの側面において、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成される、直方体形状を有する磁心と、磁心に巻回されるコイル導体と、を備え、コイル導体の巻回軸は磁心の長手方向に直交しており、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、１３．５６ＭＨｚにおける透磁率の実数部が３０以上、虚数部が１未満である磁性体アンテナを提供する。

上記磁性体アンテナは、コイル導体の巻回軸が直方体形状の磁心の長手方向に直交するように、コイル導体が磁心に巻回されている。このため、コイル導体の巻回軸が磁心の長手方向に平行な場合に比べて、コイル導体のループの断面積を大きくすることができる。そして、磁心が、透磁率の実数部（μ’）が比較的大きく且つ虚数部（μ”）が十分に小さいＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成されている。したがって、磁性体アンテナを小型化するためにコイル導体の巻数を減らしても、コイル導体のインダクタンス及び結合係数ｋを大きくして、相互インダクタンスＭを大きくすることができる。

上記磁性体アンテナは、コイル導体と磁心を所定の位置関係にするとともに、上述の特性を有する、磁気損失を低減できるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で磁心を構成している。これによって、磁性体アンテナの小型化を可能にするとともに交信距離を長くすることができる。

磁心を構成するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、構成元素としてＣｏを含有するフェライトで構成され、ＣｏをＣｏＯに換算して０．０５〜１．０質量％含有していてもよい。このようなフェライト焼結体であれば、通信周波数１３．５６ＭＨｚにおける磁気損失を一層低減することができる。これによって、磁心の透磁率の虚数部（μ”）が十分に小さくなって、クオリティファクターＱが３０以上となる。したがって、コイルの電流損失を一層小さくすることができる。クオリティファクターＱは、下記式で計算される。
Ｑ＝透磁率実数部（μｒ’）／透磁率虚数部（μｒ”）

上記Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、構成元素としてＦｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｃｏ及びＯを含有するフェライトで構成され、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ及びＣｕを、それぞれ、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ及びＣｕＯに換算したときに、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ及びＣｕＯの合計を基準として、Ｆｅ_２Ｏ_３を４６〜５０ｍｏｌ％、ＮｉＯを２０〜２７ｍｏｌ％、ＺｎＯを１５〜２２ｍｏｌ％、及びＣｕＯを９〜１１ｍｏｌ％、含有していてもよい。これによって、磁気損失を一層低減して、クオリティファクターＱを大きくできるため、磁性体アンテナの交信距離を一層長くすることができる。

上記磁性体アンテナは、幾つかの実施形態において、長手方向における磁心の長さＬ_ａに対する、巻回軸の軸方向における磁心の長さＬ_ｂの比（Ｌ_ｂ／Ｌ_ａ）が０．２〜０．６であってもよい。これによって、長さＬ_ａを長くしてコイル導体のループの断面積を増大させて、コイル導体のインダクタンス及び結合係数ｋを大きくすることができる。また、長さＬ_ｂを小さくして一層小型化することができる。すなわち、一層の小型化を図りつつ、交信距離を一層長くすることができる。

上記磁性体アンテナは、磁心の少なくとも一方面上に絶縁層を介して導体層を備えており、コイル導体は、磁心と絶縁層との間に挟まれていてもよい。これによって、電子機器に実装されて導電性部材が近接した状態であっても、十分に長い交信距離を確保することができる。

本発明は、別の側面において、上述の磁性体アンテナと、磁性体アンテナと電気的に接続されている電子部品とを備える、アンテナ装置を提供する。このアンテナ装置は、上記磁性体アンテナを備えることから、小型化が可能であるとともに、交信距離を十分に長くすることができる。

本発明は、一つの側面において、小型化を可能にしつつ、交信距離を長くすることが可能な磁性体アンテナを提供することができる。本発明は、別の側面において、小型化を可能にしつつ、交信距離を長くすることが可能なアンテナ装置を提供することができる。

図１は、一実施形態の磁性体アンテナを示す斜視図である。 図２は、図１の磁性体アンテナのＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、記憶モジュールの内部構造を模式的に示す図である。 図４は、記憶モジュールのブロック図である。 図５は、アンテナ装置の交信方法を説明するための図である。 図６は、磁性体アンテナとリーダライタの回路図である。 図７は、磁性体アンテナとリーダライタが磁気結合したときの等価回路モデルである。 図８は、フェライト成形シートの積層状態を示す分解斜視図である。 図９は、別の実施形態の磁性体アンテナを示す斜視図である。

以下、場合により図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態を説明する。ただし、以下の幾つかの実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は、一実施形態である磁性体アンテナ１０の斜視図である。磁性体アンテナ１０は、直方体形状を有する磁心１２と、磁心１２に巻回されるコイル導体１４を備える。磁性体アンテナ１０も略直方体形状を有している。コイル導体１４は、巻回軸Ｐ回りに巻回されている。コイル導体１４の両端には、端子１４ａ，１４ｂが形成されている。端子１４ａ，１４ｂは、ビア電極であり、磁心１２の一対の対向面のそれぞれに露出するように設けられている。端子１４ａ，１４ｂは、外部回路に接続することができる。図１では、コイル導体１４の巻数は、４回となっているが、これに限定されない。コイル導体１４の巻数を増やして、結合係数ｋを大きくしてもよい。

コイル導体１４は、巻回軸Ｐが磁心１２の長手方向に直交するように、磁心１２に巻回されている。これによって、コイル導体１４のループの断面積を大きくして、インダクタンス及び結合係数ｋを大きくすることができる。コイル導体１４の材質は、銅、銀、又はこれらの少なくとも一方を含む合金が挙げられる。

コイル導体１４は、磁心１２に密着していることが好ましい。このように、コイル導体１４と磁心１２との間に隙間が生じないように、コイル導体１４を磁心１２に密着させることによって、磁性体アンテナ１０を一層小型化することができる。また、記憶モジュール等の内部に搭載し易くすることができる。

図２は、図１の磁性体アンテナ１０のＩＩ−ＩＩ線断面図である。本明細書におけるコイル導体１４のループの断面積とは、図２に示すような断面で見たときのループの断面積である。すなわち、本明細書におけるコイル導体１４のループの断面積とは、巻回軸Ｐの軸方向から見たときに、コイル導体１４で形成されるループの内側の面積である。

コイル導体１４は、磁性体である磁心１２の表面に設けられている。したがって、磁性体の内部に埋設される場合に比べて、コイル導体１４のループの断面積を大きくすることができる。また、放射磁界が磁性体に取り込まれることが抑制され、交信距離を大きくすることができる。

図１において、磁心１２の長手方向における長さＬ_ａに対する、巻回軸Ｐの軸方向における磁心１２の長さＬ_ｂの比（Ｌ_ｂ／Ｌ_ａ）は、例えば０．２〜０．６であってもよく、０．２〜０．５であってもよい。上記比（Ｌ_ｂ／Ｌ_ａ）を上述の範囲にすることによって、コイル導体１４のループの断面積を大きくしつつ、コイル導体１４の巻数を多くすることができる。これによって、磁性体アンテナ１０の一層の小型化を図りつつ、交信距離を一層長くすることができる。

磁心１２の厚みＬ_ｃに特に制限はなく、厚みＬ_ｃに対する縦の長さＬ_ａの比（Ｌ_ａ／Ｌ_ｃ）は、例えば、５〜５０であってもよく、１０〜４０であってもよい。このような磁心１２であれば、積層体を焼結して磁心を得る際の変形の抑制と積層体の積層数の低減とを両立することができる。

磁心１２のサイズは、例えば、縦の長さＬ_ａ：５〜１５ｍｍ、横の長さＬ_ｂ：３〜５ｍｍ、厚みＬ_ｃ：０．３〜０．５ｍｍである。このようなサイズとすることによって、マイクロＳＤカード又はＳＩＭカード等に搭載することが十分に可能となる。磁性体アンテナ１０も同等のサイズを有する。

磁心１２は、複数のフェライト成形シートが積層された積層体を焼成して形成される。図２に示すように、磁心１２は、複数の磁性層１２ａ，１２ｂ，１２ｃの積層体で構成されていてもよいし、焼成によって複数のフェライト成形シートが一体化され、一つの磁性層で構成されていてもよい。また、一つのフェライト成形シートを焼成して形成してもよい。

磁心１２を構成するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、構成元素としてＦｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｃｏ及びＯを有するフェライトで構成される。Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を得るために原料として用いる酸化物としては、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ，ＣｕＯ及びＣｏＯが挙げられる。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、ＣｏをＣｏＯに換算して、０．０５〜１．０質量％含有していてもよく、０．１〜０．５質量％含有していてもよい。このような範囲でＣｏを含有することによって、通信周波数１３．５６ＭＨｚにおける磁気損失を十分に低減することができる。したがって、ＮＦＣ通信用の磁性体アンテナとして特に好適に用いることができる。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、構成元素としてＦｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｃｏ及びＯを有するフェライトで構成される。Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ及びＣｕを、それぞれ、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ及びＣｕＯに換算したときに、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ及びＣｕＯの合計を基準として、Ｆｅ_２Ｏ_３を４６〜５０ｍｏｌ％、ＮｉＯを２０〜２７ｍｏｌ％、ＺｎＯを１５〜２２ｍｏｌ％、ＣｕＯを９〜１１ｍｏｌ％含有する。

上記合計に対して、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は４７〜４９ｍｏｌ％であってもよい。上記合計に対してＮｉＯの含有量は２４〜２６ｍｏｌ％であってもよい。上記合計に対してＺｎＯの含有量は１５．５〜１６．５ｍｏｌ％であってもよい。上記合計に対してＣｕＯの含有量は９．４〜１１ｍｏｌ％であってもよい。各金属成分の含有量は、蛍光Ｘ線分析、又はＩＣＰ発光分光分析で求められる各金属元素の含有量を酸化物に換算して求めることができる。

上述の組成を有するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、透磁率の虚数部（μ”）が十分に小さい。磁性体アンテナ１０の磁心１２は、透磁率の実数部（μ’）を高く維持しつつ、透磁率の虚数部（μ”）が十分に低減されたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成されることから、交信距離を十分に長くすることができる。磁性層１２ａ，１２ｂ，１２ｃの組成は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の透磁率の虚数部（μ”）は、１未満、好ましくは０．５以下である。上記透磁率の実数部（μ’）は、３０以上であり、好ましくは５０以上であり、より好ましくは６０〜１５０である。本明細書における透磁率は、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚み１ｍｍの平板リング状のサンプルを用いて、市販のインピーダンス／マテリアルアナライザによって１３．５６ＭＨｚの周波数において測定される値である。

図３は、記憶モジュール１００の内部構造を模式的に示す図である。記憶モジュール１００としては、マイクロＳＤ、ＳＩＭ、ＵＳＢ等が挙げられる。記憶モジュール１００の筐体５０内には、アンテナ装置６０が内蔵されている。アンテナ装置６０は、プリント配線板４０と、プリント配線板４０の主面上に磁性体アンテナ１０及び電子部品３０とを備える。電子部品３０は、例えばＩＣチップである。電子部品３０は、ＩＣチップに限定されず、例えばコンデンサ又は整合回路であってもよい。別の幾つかの実施形態では、アンテナ装置６０は、複数の電子部品３０を備えていてもよい。

図４は、記憶モジュール１００のブロック図である。磁性体アンテナ１０と電子部品３０とは、プリント配線板４０における配線（不図示）によって電気的に接続されている。プリント配線板４０は、記憶モジュール１００に内蔵されるインターフェース部８２と電気的に接続されている。アンテナ装置６０は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数において共振し、リーダライタ等と通信する機能を有する。磁性体アンテナ１０を備えるアンテナ装置６０は、小型で且つ交信距離が十分に長いことから、記憶モジュール１００に好適に搭載することができる。

記憶モジュール１００は、内部に、アンテナ装置６０の他に、制御部８０、記憶部８４、及びインターフェース部８２等を備える。制御部８０は、インターフェース部８２を介して電子部品３０から送信された信号を処理するとともに、記憶部８４に当該信号から得られたデータを書き込む機能を有していてもよい。制御部８０は、記憶部８４からデータを読み出すとともに、当該データを処理して得られた信号を、インターフェース部８２を介して電子部品３０に送信する機能を有していてもよい。制御部８０は、例えばＣＰＵを有する。記憶部８４は、例えばＲＯＭ又はＲＡＭを有する。なお、記憶モジュール１００は、上述の構成に限定されない。

記憶モジュール１００は、磁性体アンテナ１０を備えることで通信機能を有する。記憶モジュール１００は、携帯端末などの制約を受けないターミナル機能とネットワークを介したサーバーアクセス機能を有する。例えば、携帯端末に記憶モジュール１００を取り付けて当該携帯端末を用いてネットワークに接続し、その後、別の携帯端末に記憶モジュール１００を取り付けて当該別の携帯端末を用いてネットワークに接続することも可能である。

図５は、記憶モジュール１００の筐体５０内に備えられる磁性体アンテナ１０（アンテナ装置６０）と、磁性体アンテナ１０の通信相手となるリーダライタ２００との無線通信の一例を示す図である。記憶モジュールは、携帯端末１５０に内蔵されている。

リーダライタ２００は、図５の上下方向にループが形成されるように巻回されたコイル状のアンテナ２１０を備える。リーダライタ２００には、図示しない基板と、該基板の上に搭載された電子回路及び電源等が設けられている。アンテナ２１０は、電子回路及び電源等に電気的に接続されている。リーダライタ２００は、例えば、スマートフォン等の携帯端末であってもよい。

アンテナ２１０には電流が流れており、磁界が発生している。図５では、アンテナ２１０のループを下から上に向かって貫通する磁力線が一点鎖線で描かれている。磁性体アンテナ１０は、リーダライタ２００と磁気結合している。このような状態において、磁性体アンテナ１０をリーダライタ２００に近づけると、磁性体アンテナ１０の磁心１２の内部において、コイル導体１４を貫通する方向（巻回軸方向）の磁束が変化する。これによって、コイル導体の端子１４ａ，１４ｂ間の電磁誘導起電力Ｅが変化する。これによって、図３及び図４に示す電子部品３０が作動し、記憶モジュール１００の記憶部８４に記憶されるデータの読み取り、及び記憶部８４へのデータの書き込みができる。このようにして、記憶モジュール１００とリーダライタ２００は交信することができる。

図６は、アンテナ装置６１と、リーダライタ２００の回路図である。図７は、アンテナ装置６１と、リーダライタ２００が磁気結合したときの等価回路モデルである。アンテナ装置６１は、磁性体アンテナ１０と電子部品としてコンデンサＣ２とを備える。ＬＡはリーダライタ２００のアンテナ２１０のインダクタンスを示し、ＬＢはアンテナ装置６１の磁性体アンテナ１０のインダクタンスを示す。Ｒ１は、アンテナ２１０の巻線抵抗を示し、Ｒ２は磁性体アンテナ１０の巻線抵抗と磁性体の透磁率の虚数部（μｒ”）磁気損失の合計を示す。Ｒｇは出力抵抗を、ＲＩは負荷抵抗をそれぞれ示す。

磁性体アンテナ１０とアンテナ２１０との磁気結合強度は相互インダクタンスＭである（図７）。相互インダクタンスＭは、下記式で表される。

上式中、ｋは結合係数（０≦ｋ≦１）を示す。結合係数ｋは、コイル導体のループ（アンテナ）の断面積とアンテナ間の距離に依存する。コイルインダクタンスＬＡ及びＬＢは、コイル導体の巻数、コイル導体のループの断面積、及び磁性体（磁心１２）の透磁率の積に依存する。本実施形態の磁性体アンテナ１０は、小型化してもコイル導体のループの断面積を大きくすることができる。また、磁性体アンテナ１０の磁心１２を構成するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、透磁率の実数部を維持しつつ虚数部を低減している。これらの相乗作用によってコイルインダクタンスＬＡ及びＬＢを大きくして相互インダクタンスＭを大きくすることができる。これによって、交信距離を長くすることができる。

次に、磁性体アンテナ１０の製造方法の一例を以下に説明する。まず、所定の組成を有するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトの仮焼粉を調製する。この仮焼粉は、所定量の酸化コバルトを含む。仮焼粉に溶剤、可塑剤、樹脂成分等を配合して、スラリーを調製する。スラリーは、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトの仮焼粉１０００質量部に対し、ポリビニルアルコール樹脂を７０〜１２０質量部、可塑剤としてブチルフタル酸ブチルを１５〜２５質量部、溶剤を４００〜６００質量部の割合で配合して調製される。溶剤としては、グリコールエーテル系、ＭＥＫ、トルエン、メタノール、エタノール、ｎ−ブタノール等を用いることができる。

次に、調製したスラリーを樹脂製のフィルムに塗布する。塗布方法は特に限定されるものではなく、ロールコータ、又はドクターブレードを用いることができる。フィルム上にスラリーを所望の厚みで塗布した後、８０〜１３０℃で３０〜６０分間乾燥させて、板状のフェライト成形シートを得ることができる。

続いて、幾つかのフェライト成形シートにスルーホールを形成し、導電性ペーストを充填する。導電性ペーストとしては、Ａｇペースト又はＡｇ系合金ペースト等の金属系導電性ペーストを使用することができる。幾つかのフェライト成形シートの主面上に、印刷又は刷毛塗り等の方法によって、導電性ペーストを塗布する。このとき、スルーホールを通るように導電性ペーストを塗布する。このようにして、コイル導体１４となる導電パターンを形成し、フェライト成形シートとする。

導電パターンが形成されたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトを含むフェライト成形シートを、スルーホールの中心を通る所定の直線に沿って切断する。切断して得られたフェライト成形シート１３ａ，１３ｂ，１３ｃを図８に示すように積層し、加圧して密着させ、積層体１３を得る。このとき、導電パターン１５がループを形成するとともに、その両端がビア電極を形成できるように位置合わせを行う。図８は、フェライト成形シートの積層状態を示す分解斜視図である。

その後、例えば８００〜１０００℃で焼成する。これによって、フェライト成形シートが磁心１２となり、導電パターン１５がコイル導体１４となる。このように、磁性体アンテナ１０は、所定の導電パターン１５を有するフェライト成形シート１３ａ，１３ｂ，１３ｃの積層体１３を焼成して製造される。このようにして、図１に示すような、直方体形状の磁心１２と、磁心１２に巻回されるコイル導体１４と、を備える磁性体アンテナ１０が得られる。磁性体アンテナ１０と電子部品３０とを電気的に接続することによって、アンテナ装置が得られる。

磁性体アンテナ１０と電子部品３０は、例えば、プリント配線板４０の上に搭載することによって、電気的に接続されてもよいし、磁性体アンテナ１０の磁心１２の上に電子部品３０を設けて、磁性体アンテナの端子１４ａ，１４ｂと電子部品３０とを、直接又は配線を介して接続してもよい。積層体１３におけるフェライト成形シート１３ａ，１３ｂ，１３ｃの積層数は特に限定されず、一枚のフェライト成形シートを用いて磁心１２を形成してもよい。

以上、幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。図９は、別の実施形態である磁性体アンテナ１１を示す斜視図である。

図９に示す磁性体アンテナ１１は、図１に示す磁性体アンテナ１０と同様に、磁心１２と、磁心１２に巻回されているコイル導体１４を備える。磁性体アンテナ１１は、磁心１２の一方面上に、絶縁層７１を介して導体層７２を備える点で、磁性体アンテナ１０と異なっている。絶縁層７１は、接着機能を有しており、例えば樹脂を含む。導体層７２は、例えば金属を含む。このように絶縁層７１を介して導体層７２を備えることによって、磁性体アンテナ１１の導体層７２側に導電性部材が近接した状態であっても、導電性部材による影響を抑制することができ、十分に長い交信距離を確保することができる。絶縁層７１及び導体層７２は、図９に示すように磁心１２の一方面上にのみ設けてもよいし、電子部品等を設けた後に、一方面と対向する他方面の上に設けてもよい。すなわち、磁心１２の一方面及び他方面の全体を覆うように、絶縁層７１及び導体層７２を設けてもよい。

実施例及び比較例を参照して本発明の内容をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
［磁性体アンテナの作製］
酸化鉄、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化銅及び酸化コバルトを秤量した。各原料の配合比率は以下のとおりとした。
・Ｆｅ_２Ｏ_３：４８．５ｍｏｌ％
・ＮｉＯ：２５．１ｍｏｌ％
・ＺｎＯ：１６ｍｏｌ％
・ＣｕＯ：１０．４ｍｏｌ％
・ＣｏＯ：０．３ｗｔ％

Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯは、上述の比率で配合した。ＣｏＯの質量比率は、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ及びＣｏＯの合計に対して、上記質量比率で配合した。配合して得られた原料を、ボールミルを用いて２０時間湿式混合した。その後、乾燥、仮焼成、及び粉砕を順次行ってフェライト仮焼粉を得た。このフェライト仮焼粉１００質量部に対し、溶剤８０質量部、ブチラール樹脂８質量部、及び可塑剤５質量部を配合し、ボールミルを用いて２０時間湿式混合を行った。

得られた混合スラリーを、ドクターブレード法によってＰＥＴフィルム上に塗布して乾燥し、フェライト成形シートを調製した。フェライト成形シートにスルーホールを形成し、Ａｇペーストを充填した。また、フェライト成形シートの主面上にＡｇペーストを印刷し、所定の導電パターンを形成した。

導電パターンを形成したフェライト成形シートを、スルーホールの中心を通る直線に沿って切断して、複数のフェライト成形シートに分割した。分割したフェライト成形シートを４枚積層して加圧し、積層方向に隣接するフェライト成形シート同士を密着させた。積層したフェライト成形シートを、９００℃，２時間の加熱条件で大気中で焼成して、図１に示すような構造を有する磁性体アンテナを作製した。

なお、磁性体アンテナに磁心として備えられるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の透磁率測定のため、上述のフェライト成形シートを別途作製した。フェライト成形シートを１０枚積層して、１ｍｍ厚みを有するリング形状の積層体を作製し、磁性体アンテナの磁心の作製時と同じ条件で焼成した。このようにして得られたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体を透磁率の測定に用いた。

磁心のサイズ、及びコイル導体の巻数は、表２に示すとおりであった。コイル導体の巻回軸の軸方向と磁心の長手方向とは直交していた。すなわち、Ｌ_ａ＝９．８ｍｍ、Ｌ_ｂ＝３．３ｍｍ、Ｌ_ｃ＝０．４ｍｍであった。コイル導体の線幅は０．５ｍｍであり、隣接するコイル導体の間隔（線間隔）は０．５ｍｍであった。磁心を構成するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体の組成は、原料の配合比率と同じであった。

［透磁率の測定］
市販のインピーダンス／マテリアルアナライザを用いて、１３．５６ＭＨｚの周波数における透磁率の実数部及び虚数部を測定した。測定結果を表１に示す。

［磁性体アンテナの評価］
周波数１３．５６ＭＨｚにおける磁性体アンテナのインダクタンス（Ｌ）及び抵抗（Ｒs）を、インピーダンスアナライザ（アジレントテクノロジー社、装置名：４２９４Ａ）を用いて測定した。測定結果を表２の「無負荷コイル特性」の欄に示す。

磁性体アンテナのコイル導体と、ＩＣ（ＡＭＳ社製、商品名：ＡＳ３９２２、ＲＦフロントエンド）と、別のＩＣ（ＡＭＳ社製、商品名：ＡＳ３９５３、デジタル処理用）と、コンデンサとを接続して、共振周波数が１３．５６ＭＨｚに調整されたアンテナ装置を作製した。このアンテナ装置のインピーダンス特性を、上述のインピーダンスアナライザを用いて測定した。測定結果を表３の「整合後インピーダンス」の欄に示す。また、作製したアンテナ装置と、携帯端末（Ｇｏｏｇｌｅ社製、商品名：Ｎｅｘａｓ−Ｓ Ｖｅｒ４．０．４）との交信距離を測定した。測定結果を表３に示す。

（実施例２〜５）
磁性体アンテナにおけるコイル導体の巻数、及び該巻数に応じてコイル導体の線幅及び線間隔を、表２、及び表４に示すとおりに変更したこと以外は、実施例１と同様にして透磁率測定用のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体及び磁性体アンテナを作製した。そして、実施例１と同様にして評価を行った。評価結果を表１〜３に示す。

（比較例１）
実施例１の磁心に代えて、当該磁心と同等のサイズを有する紙を準備した。この紙に、銅線を巻回して、比較例１のアンテナとした。紙のサイズ（表２の「磁心」の欄参照）、及びコイル導体の巻数は、表２に示すとおりであった。コイル導体の巻回軸の軸方向と紙の長手方向とは直交していた。なお、コイル導体の線幅は０．５ｍｍであり、隣接するコイル導体の間隔は０．５ｍｍであった。そして、実施例１と同様にして評価を行った。評価結果を表２及び表３に示す。

（比較例２）
コイル導体の巻回軸の軸方向が磁心の長手方向と平行になるようにしたこと以外は実施例１と同様にして磁性体アンテナを作製した。磁心のサイズ、コイル導体の線幅及び線間隔は、表２及び表４に示すとおりであった。そして、実施例１と同様にして評価を行った。評価結果を表２及び表３に示す。

（比較例３）
酸化鉄、酸化マンガン及び酸化亜鉛を秤量した。各原料の配合比率は以下のとおりとした。
・Ｆｅ_２Ｏ_３：５４ｍｏｌ％
・ＭｎＯ：３３ｍｏｌ％
・ＺｎＯ：１５ｍｏｌ％
磁心を構成するフェライト焼結体の原料として、上述の混合原料を用いたこと、及び１２００℃で焼成したこと以外は、実施例３と同様にして透磁率測定用のフェライト焼結体及び磁性体アンテナを作製した。そして、実施例３と同様にして評価を行った。評価結果を表１〜３に示す。

（比較例４）
酸化鉄、酸化ニッケル、酸化亜鉛、及び酸化銅を秤量した。各原料の配合比率は以下のとおりとした。
・Ｆｅ_２Ｏ_３：４８．５ｍｏｌ％
・ＮｉＯ：２５．１ｍｏｌ％
・ＺｎＯ：１６ｍｏｌ％
・ＣｕＯ：１０．４ｍｏｌ％
磁心を構成するフェライト焼結体の原料として、上述の混合原料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして透磁率測定用のフェライト焼結体及び磁性体アンテナを作製した。そして、実施例３と同様にして評価を行った。評価結果を表１〜３に示す。

（実施例６）
実施例２のアンテナ装置における磁心の一方面の全体を覆うように、当該一方面側から、絶縁層、及び金属導体層を積層して、インピーダンスを調整した。絶縁層としては、両面粘着テープ（テサテープ株式会社製、品番：８８５１、厚み：３０μｍ）、金属導体層としては、銅箔（厚み：２０μｍ）を用いた。コイル導体は、上記一方面において、磁心と絶縁層の間に挟まれていた。金属導体層とアルミ板（縦×横×厚さ＝５ｃｍ×５ｃｍ×１ｍｍ）が対向するようにして、アルミ板の上にアンテナ装置が配置された状態で評価を行った。評価結果を表１〜３に示す。

（実施例７）
実施例２のアンテナ装置における磁心の他方面上に、磁性体アンテナ評価用のＩＣ及びコンデンサを接続した後、磁心の一方面のみならず、他方面の全体も覆うように、当該他方面側から、絶縁層、及び金属導体層を積層したこと以外は、実施例６と同様にしてアンテナ装置を作製した。コイル導体は、上記一方面及び上記他方面において、磁心と絶縁層の間に挟まれていた。金属導体層とアルミ板（縦×横×厚さ＝５ｃｍ×５ｃｍ×１ｍｍ）が対向するようにして、一対のアルミ板の間にアンテナ装置が配置された状態で評価を行った。評価結果を表１〜３に示す。

各実施例及び各比較例で用いたコイル導体の巻数毎のコイル導体の線幅、及び線間隔を表４に示す。

表３に示すとおり、実施例１〜４のアンテナ装置では、交信距離を十分に長くすることができた。いずれの実施例も、ＮＦＣフォーラムで規定されている通信距離の下限値（２５ｍｍ）以上であった。一方、比較例１は、表３に示すインダクタンスＬが低く、交信距離が短かった。比較例２、３は、巻数が同じである実施例３に比べて、抵抗値Ｒｓが高かった。このため、交信距離が短かったものと考えられる。実施例６，７では、アルミ板の上に設置した状態でも交信距離を十分に長くすることができた。実施例７では、アルミ板に挟んだ状態でも、交信距離を十分に長くすることができた。これらの結果から、これらのアンテナ装置は、電子機器に実装され、導電性部材が近接した状態であってもその影響が軽微となるため、十分な交信距離を確保することができる。

本開示によれば、小型化を可能にしつつ、交信距離を長くすることが可能な磁性体アンテナを提供することができる。また、小型化を可能にしつつ、交信距離を長くすることが可能なアンテナ装置を提供することができる。

１０，１１…磁性体アンテナ、１２…磁心、１４…コイル導体、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…フェライト成形シート、１３…積層体、１４ａ，１４ｂ…端子、３０…電子部品、４０…プリント配線板、５０…筐体、６０，６１…アンテナ装置、８０…制御部、８２…インターフェース部、８４…記憶部、１００…記憶モジュール、１５０…携帯端末、２００…リーダライタ、２１０…アンテナ。

Claims (6)

1. Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成される、直方体形状を有する磁心と、
   前記磁心に巻回されるコイル導体と、を備え、
   前記コイル導体の巻回軸は前記磁心の長手方向に直交しており、
   前記Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、１３．５６ＭＨｚにおける透磁率の実数部が３０以上、虚数部が１未満である磁性体アンテナ。
2. 前記Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、構成元素としてＣｏを含有するフェライトで構成され、ＣｏをＣｏＯに換算して０．０５〜１．０質量％含有する、請求項１に記載の磁性体アンテナ。
3. 前記Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体は、構成元素としてＦｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｃｏ及びＯを含有するフェライトで構成され、
   Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ及びＣｕを、それぞれ、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ及びＣｕＯに換算したときに、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ及びＣｕＯの合計を基準として、
   Ｆｅ_２Ｏ_３を４６〜５０ｍｏｌ％、
   ＮｉＯを２０〜２７ｍｏｌ％、
   ＺｎＯを１５〜２２ｍｏｌ％、及び
   ＣｕＯを９〜１１ｍｏｌ％、含有する、請求項１又は２に記載の磁性体アンテナ。
4. 前記長手方向における前記磁心の長さＬ_ａに対する、前記巻回軸の軸方向における前記磁心の長さＬ_ｂの比が０．２〜０．６である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁性体アンテナ。
5. 前記磁心の少なくとも一方面上に絶縁層を介して導体層を備えており、
   前記コイル導体は、前記磁心と前記絶縁層との間に挟まれている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁性体アンテナ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁性体アンテナと、前記磁性体アンテナと電気的に接続されている電子部品と、を備える、アンテナ装置。
   

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