JPWO2017038885A1 - 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、直方体形状を有する磁心１２と、磁心１２に交互に並んで巻回されている第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５と、を備える。第１コイル導体１４と第２コイル導体１５の巻回軸は磁心１２の長手方向に直交している。第１コイル導体１４と第２コイル導体１５は並列に接続されている。

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。しかしながら、巻数を増やすと抵抗（Ｒ）が高くなるので電力損失が大きくなり、クオリティファクター（Ｑ＝２πｆＬ／Ｒ）が低下する。交信距離を長くするためには、Ｍ・Ｑ積を大きくする必要がある。

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、直方体形状を有する磁心と、磁心に交互に並んで巻回されている第１コイル導体及び第２コイル導体と、を備え、第１コイル導体と第２コイル導体は並列に接続されている磁性体アンテナを提供する。

上記磁性体アンテナでは、第１コイル導体と第２コイル導体とが並列に接続されている。ここで、第１コイル導体と第２コイル導体の抵抗及びインダクタンスが同一であり、それぞれの抵抗をＲ_０及びインダクタンスをＬ_０とすると、第１コイル導体と第２コイル導体を並列接続したときの合成抵抗及び合成インダクタンスは、通常、Ｒ_０／２及びＬ_０／２となる。ところが、上述の磁性体アンテナでは、第１コイル導体と第２コイル導体とが交互に並んで巻回されていることから、第１コイル導体と第２コイル導体との間における磁気相互誘導作用Ｍｃによって、実際の合成インダクタンスがＬ_０／２よりも大きくなる。このように、上記磁性体アンテナでは、並列接続によって抵抗を半減しつつ、合成インダクタンスＬを大きくすることができる。したがって、Ｍ・Ｑ積を大きくして、交信距離を長くすることができる。

上記磁性体アンテナは、第１コイル導体及び第２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、第１コイル導体及び第２コイル導体が磁心に巻回されていてもよい。このため、第１コイル導体及び第２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、第１コイル導体及び第２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。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、第１コイル導体及び第２コイル導体の合成インダクタンスＬ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。したがって、磁気結合強度を一層強くして、交信距離をさらに長くすることができる。

幾つかの実施形態では、第１コイル導体及び第２コイル導体のインダクタンスをＬ_１及びＬ_２、第１コイル導体及び第２コイル導体の合成インダクタンスをＬ、並びに、第１コイル導体及び第２コイル導体の抵抗をＲ_Ｌ１及びＲ_Ｌ２、第１コイル導体及び第２コイル導体の合成抵抗をＲとしたときに、下記式（１）及び（２）を満たしていてもよい。

幾つかの実施形態では、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、第１コイル導体及び第２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、直方体形状を有する磁心と、磁心に１巻ごとに並んで巻回されている複数のコイル導体と、を備え、複数のコイル導体は並列に接続されている磁性体アンテナを提供する。

上記磁性体アンテナでは、複数のコイル導体が並列に接続されている。ここで、複数（ｎ個）のコイル導体の抵抗及びインダクタンスが同一であり、それぞれの抵抗をＲ_０及びインダクタンスをＬ_０とすると、ｎ個のコイル導体を並列接続したときの合成抵抗及び合成インダクタンスは、通常、Ｒ_０／ｎ及びＬ_０／ｎとなる。ところが、上述の磁性体アンテナでは、ｎ個のコイル導体が１巻ごとに並んで巻回されていることから、隣り合うコイル導体の間における磁気相互誘導作用によって、実際の合成インダクタンスがＬ_０／ｎよりも大きくなる。このように、上記磁性体アンテナでは、並列接続によって抵抗を低減しつつ、Ｍ・Ｑ積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。

上記磁性体アンテナは、複数の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、複数のコイル導体が磁心に巻回されていてもよい。このため、複数の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、複数の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。したがって、磁性体アンテナを小型化するために複数のコイル導体の巻数を減らしても、複数のコイル導体の合成インダクタンスＬ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。

幾つかの実施形態では、複数のコイル導体はｎ個のコイル導体からなり、ｎは２以上の整数であり、複数のコイル導体のそれぞれのインダクタンスをＬ_ｎ、複数のコイル導体の合成インダクタンスをＬ、及び、複数のコイル導体のそれぞれの抵抗をＲ_Ｌｎ、複数のコイル導体の合成抵抗をＲ、としたときに、下記式（３）及び（４）を満たしてもよい。

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、複数のコイル導体は、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。

幾つかの実施形態において、磁心は、１３．５６ＭＨｚにおける透磁率の実数部が２０〜９０、虚数部が０．２〜２であるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成されていてもよい。このように、透磁率の虚数部（μ”）を十分に小さくすることによって、抵抗成分を小さくすることができる。したがって、クオリティファクターＱを大きくすることができる。したがって、磁性体アンテナを一層小型化することができる。

幾つかの実施形態において、磁心は、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Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成されていてもよい。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を長くして第１コイル導体及び第２コイル導体のループの断面積を増大させて、第１コイル導体及び第２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。

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の磁性体アンテナにおける第１コイル導体及び第２コイル導体の回路図である。 図３は、図１の磁性体アンテナのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４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５は、記憶モジュール１００のブロック図である。 図６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７は、磁性体アンテナとリーダライタの回路図である。 図８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９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１０は、別の実施形態の磁性体アンテナを示す斜視図である。 図１１は、比較例１の磁性体アンテナを示す図である。 図１２は、比較例１の磁性体アンテナにおけるコイル導体の回路図である。

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に並列に巻回される第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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。第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５は、一巻ごとに並んで巻回軸Ｐ回りに巻回されている。第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５は、磁心１２の表面に沿って並行して巻き付けられており、同一の巻回軸Ｐを有する。

第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５は、それぞれの端部において、並列回路を構成するように結合して、端子１６ａ，１６ｂを形成している。端子１６ａ，１６ｂは、外部回路に接続することができる。これによって、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５はアンテナとして機能する。図１では、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５の巻数は、それぞれ３回となっているが、これに限定されない。第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５の巻数を増やして、結合係数ｋを大きくしてもよい。第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５（複数のコイル導体）の巻数は、同じであってもよいし異なっていてもよい。巻数を同じにすることによって、加工を容易にすることができる。

第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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。第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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。

第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５と磁心１２とは、密着していることが好ましい。このように、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５と磁心１２との間に隙間が生じないように、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５と磁心１２とを密着させることによって、磁性体アンテナ１０を一層小型化するとともに、第１コイル導体１４と第２コイル導体１５の結合により、合成インダクタンスの低下を抑制することができる。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。第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５は、並列回路を形成できるように離間して設けられる。

図２は、磁性体アンテナ１０における第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５の回路図である。図２中、Ｍｃは、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５の相互インダクタンスを示す。第１コイル導体１４のインダクタンスをＬ_１、第２コイル導体１５のインダクタンスをＬ_２としたとき、第１コイル導体１４と第２コイル導体１５の合成インダクタンスＬは、下記式（１）を満たす。

式（１）に示すように、磁性体アンテナ１０の第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５の合成インダクタンスＬは、第１コイル導体１４のインダクタンスＬ_１と第２コイル導体１５のインダクタンスＬ_２とから計算される値よりも大きい。これは、第１コイル導体１４と第２コイル導体１５との間における磁気相互誘導作用によるものである。

一方、第１コイル導体１４の抵抗をＲ_Ｌ１、第２コイル導体１５の抵抗をＲ_Ｌ２としたとき、第１コイル導体１４と第２コイル導体の合成抵抗Ｒは、下記式（２）で表される。

並列接続された第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５の合成抵抗Ｒは上式（２）の計算値で表されるのに対し、合成インダクタンスＬは上式（１）で示すとおり、通常の計算値よりも大きくなる。これによって、通信時の磁性体アンテナ１０と通信相手のアンテナとの相互インダクタンスＭが大きくなり、磁気結合強度を強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。

図３は、図１の磁性体アンテナ１０のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。本明細書における第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５のループの断面積とは、図３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、コイル導体で形成されるループの内側の面積である。第１コイル導体１４のループの断面積と第２コイル導体１５のループの断面積は同一である。これによって、磁性体アンテナ１０の製造工程を容易にすることができる。

第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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。第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５（複数のコイル導体）は、互いに並行であり、巻数も同一である。これによって、磁性体アンテナ１０の製造工程を容易にすることができる。

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、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５の断面積を大きくしつつ、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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の積層方向に沿った厚み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、成形シートの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も同様のサイズを有する。

磁心１２は、複数の成形シートが積層された積層体を焼成して形成される。成形シートは、例えばフェライト成形シートである。図３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、一つの成形シートを焼成して形成してもよい。

磁心１２は、例えば焼結体で構成される。焼結体の組成は特に限定されず、例えば、構成元素としてＦｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｃｏ及びＯを有するＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトで構成されてもよい。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、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％含有していてもよく、０．１〜０．５質量％含有していてもよい。このような範囲でＣｏＯ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、Ｆｅ_２Ｏ_３，ＮｉＯ，ＺｎＯ及びＣｕＯにそれぞれ換算したときに、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、例えば０．１〜２であってもよく、０．１〜１であってもよい。上記透磁率の実数部（μ’）は、例えば、２０〜９０であってもよく、３０〜８０であってもよい。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４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５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（図１の端子１６ａ、１６ｂ）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する。その後、記憶モジュール１００を当該携帯端末から取り外し、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６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１００は、携帯端末１５０に内蔵されている。

リーダライタ２００は、図６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６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、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５の端子１６ａ，１６ｂ間の電磁誘導起電力Ｅが変化する。これによって、図４及び図５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７は、アンテナ装置６１と、リーダライタ２００の回路図である。図８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分（μ”）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８）。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（アンテナ）のループ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、小型化しても第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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ＬＢとクオリティファクターＱが大きくなる。これによって、磁気結合強度を大きくし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、スルーホール上を通るように導電性ペーストを塗布して、スルーホールに導電性ペーストを充填する。このようにして、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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９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１４’，１５’が交互にループを形成するように位置合わせを行う。図９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１４’及び導電パターン１５’が、それぞれ、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５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１４’，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、磁心１２と、磁心１２に巻回される第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５と、を備える磁性体アンテナ１０が得られる。また、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、端子１６ａ，１６ｂ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。

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。例えば、巻回軸Ｐと磁心の長手方向は、平行であってもよい。磁心１２は、フェライト焼結体に限定されず、他の磁性体であってもよい。

図１０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１０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に巻回されている第１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１０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。

また例えば、第１コイル導体１４と第２コイル導体１５は、必ずしも、磁心１２の表面において接続される必要はなく、例えば、プリント配線板４０上において接続されて並列接続となっていてもよい。また、磁心１２に巻回されるコイル導体は２つに限定されず、磁心１２に３個以上のコイル導体が並列に巻回されていてもよい。このような実施形態であっても、相互インダクタンスＭを大きくすることによって通信時における磁気結合強度を強くして、交信距離を長くすることができる。

例えば、ｎ個のコイル導体（ｎは２以上、又は３以上の整数である。）が磁心１２に順番に並んで巻回されている場合、ｎ個のコイル導体のそれぞれのインダクタンスをＬ_ｎ、複数のコイル導体の合成インダクタンスをＬとしたときに、下記式（３）を満たすことが好ましい。

このとき、ｎ個のコイル導体のそれぞれの抵抗をＲ_Ｌｎ、ｎ個のコイル導体の合成抵抗をＲとしたときに、複数のコイル導体の合成抵抗Ｒは、下記式（４）で表される。

並列接続されたｎ個のコイル導体の合成抵抗Ｒは上式（４）の計算値で表されるのに対し、合成インダクタンスＬは上式（３）で示すとおり、通常の計算値よりも大きくなる。これによって、通信時の磁性体アンテナ１０と通信相手のアンテナとの相互インダクタンスＭが大きくなり、磁気結合強度を強くすることができる。これによって、Ｍ・Ｑ積を大きくして、交信距離を長くすることができる。なお、複数のコイル導体のそれぞれの巻数は、必ずしも同一である必要はなく、異なっていてもよい。

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に示すような磁性体アンテナを作製した。この磁性体アンテナには、図２に示すように第１コイル導体と第２コイル導体とが並列となるように形成されていた。

磁心のサイズ、及び第１コイル導体及び第２コイル導体のそれぞれの巻数は、表１に示すとおりであった。第１コイル導体及び第２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。第１コイル導体及び第２コイル導体の線幅は０．２ｍｍであり、隣接する第１コイル導体と第２コイル導体の間隔（線間隔）は０．２ｍｍ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。

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の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。

［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を測定した。その結果、透磁率の実数部（μ’）は７０、虚数部（μ”）は０．２であった。

［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２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２に示す。

（実施例２）
第１コイル導体及び第２コイル導体の巻数、及び該巻数に応じて第１コイル導体及び第２コイル導体の線幅及び線間隔を、表１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２に示す。

（実施例３）
第１コイル導体及び第２コイル導体の巻回軸の軸方向と磁心の長手方向とが平行になるように、第１コイル導体及び第２コイル導体を形成したこと以外は、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、第１コイル導体及び第２コイル導体の巻数、並びに隣接するコイル導体の線幅及び線間隔は、表１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に示す。

（実施例４）
実施例２のアンテナ装置における磁心のＩＣを配置した面と、当該面と対向する面の全体を覆うように、磁心側から、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。第１コイル導体及び第２コイル導体は、磁心と一対の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２に示す。

（比較例１）
第１コイル導体及び第２コイル導体の巻回軸が磁心の長手方向と平行になるようにしたこと、及び、図１１に示すように、第１コイル導体１４及び第２コイル導体１５を、交互に配置せずに、磁心１２の左側と右側とに分けて設けたこと以外は、実施例１と同様にして磁性体アンテナを作製した。この比較例１の磁性体アンテナは図１１に示すような構造を有していた。比較例１の磁性体アンテナにおける第１コイル導体１４の両端には端子１４ａ，１４ｂが、第２コイル導体１５の両端には端子１５ａ，１５ｂがそれぞれ形成されている。磁心のサイズ、第１コイル導体及び第２コイル導体の巻数、並びに隣接するコイル導体の線幅及び線間隔は、表１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に示す。

（比較例２）
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２のアンテナとした。ただし、これらのループのサイズ及び形状は、実施例１と同一とした。すなわち、第１コイル導体及び第２コイル導体の巻数、並びに第１コイル導体及び第２コイル導体の線幅及び線間隔は、表１に示すとおりであった。なお、表１の磁心の欄には、紙のサイズを示した。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２に示す。

（比較例３）
一つのコイル導体のみを形成したこと、及び、コイル導体の巻数を２としたこと以外は、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１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に示す。

表２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。これは、第１コイル導体及び第２コイル導体の断面積を大きくしたこと、並びに、第１コイル導体及び第２コイル導体の間における磁気相互誘導作用によって、インダクタンス低下が抑制されるとともに抵抗が半減したことによるものと推察される。

図１２は、比較例１の磁性体アンテナにおけるコイル導体の回路図である。比較例１では、第１コイル導体１４と第２コイル導体１５との間の結合が小さいため、合成インダクタンスＬが低く、交信距離が短かった。比較例２も、合成インダクタンスＬが低く、交信距離が短かった。比較例３は、抵抗値Ｒｓが高く、交信距離が短かった。

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、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…フェライト成形シート、１３…積層体、１４…第１コイル導体、１５…第２コイル導体、１６ａ，１６ｂ…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 (13)

1. 直方体形状を有する磁心と、
   前記磁心に交互に並んで巻回されている第１コイル導体及び第２コイル導体と、を備え、
   前記第１コイル導体と前記第２コイル導体は並列に接続されている磁性体アンテナ。
2. 前記第１コイル導体と前記第２コイル導体の巻回軸は前記磁心の長手方向に直交する、請求項１に記載の磁性体アンテナ。
3. 前記第１コイル導体及び前記第２コイル導体のインダクタンスをＬ_１及びＬ_２、
   前記第１コイル導体及び前記第２コイル導体の合成インダクタンスをＬ、並びに、
   前記第１コイル導体及び前記第２コイル導体の抵抗をＲ_Ｌ１及びＲ_Ｌ２、
   前記第１コイル導体及び前記第２コイル導体の合成抵抗をＲ、としたときに、
   下記式（１）及び（２）を満たす、請求項１又は２に記載の磁性体アンテナ。
   

   

   
4. 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、
   前記第１コイル導体及び前記第２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１〜３のいずれか一項に記載の磁性体アンテナ。
5. 直方体形状を有する磁心と、
   前記磁心に１巻ごとに並んで巻回されている複数のコイル導体と、を備え、
   前記複数のコイル導体は並列に接続されている磁性体アンテナ。
6. 前記複数のコイル導体の巻回軸は前記磁心の長手方向に直交する、請求項５に記載の磁性体アンテナ。
7. 前記複数のコイル導体はｎ個のコイル導体からなり、ｎは２以上の整数であり、
   前記複数のコイル導体のそれぞれのインダクタンスをＬ_ｎ、
   前記複数のコイル導体の合成インダクタンスをＬ、及び
   前記複数のコイル導体のそれぞれの抵抗をＲ_Ｌｎ、
   前記複数のコイル導体の合成抵抗をＲ、としたときに
   下記式（３）及び（４）を満たす、請求項５又は６に記載の磁性体アンテナ。
   

   

   
8. 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、
   前記複数のコイル導体は、前記磁心と前記絶縁層との間に挟まれている、請求項５〜７のいずれか一項に記載の磁性体アンテナ。
9. 前記磁心は、１３．５６ＭＨｚにおける透磁率の実数部が２０〜９０、虚数部が０．１〜２であるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁性体アンテナ。
10. 前記磁心は、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Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト焼結体で構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁性体アンテナ。
11. 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１０に記載の磁性体アンテナ。
12. 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２又は６に記載の磁性体アンテナ。
13. 請求項１〜１２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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