WO2005104298A1

WO2005104298A1 - アンテナモジュール用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末

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Publication number: WO2005104298A1
Application number: PCT/JP2005/008321
Authority: WO
Inventors: Hiraku Akiho; Isao Takahashi; Toshiaki Sugawara; Toshiaki Yokota
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2005-11-03
Also published as: TW200623531A; AU2005236752A1; JP2005340759A; US20090146898A1; TWI267235B; EP1744398A1; EP1744398A4; KR20070004064A

Abstract

モジュール厚を大きくすることなく通信距離の向上を図ることができるアンテナモジュール用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末を提供する。ループ状のアンテナコイルが形成されたアンテナ基板（２）に対し、シート状に形成した磁芯部材（４）が積層されてなるアンテナモジュール（１）において、磁芯部材（４）として、使用周波数における複素透磁率の実部μ’及び虚部μ”で表される損失係数（ｔａｎδ＝μ”／μ’）の逆数をＱとしたときに、μ’×Ｑで表される性能指数を３００以上のものを用いる。

Description

アンテナモジュール用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末技術分野

本発明は、 R F I D (無線周波数識別： Radio Frequency dent i f i cat i on) 技術を用いた非接触 I Cタグ等に用いて好適なアンテナモジュール用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末に関する。背景技術

従来、 R F I D技術を用いた非接触 I Cカード及び識別タグ（以下、これらを総称して「非接触 I Cタグ」ともいう。）として、情報を記録した I Cチップ及び共振用のコンデンサをアンテナコイルに電気的に接続したものが知られている。これらは、リーダーライタの送受信アンテナからアンテナコイルへ所定周波数の電波を発信することにより、非接触 I Cタグを活性化し、電波のデータ通信による読出しコマンドに応じて I Cチップに記録された情報を読み取ることにより、又は特定周波数の電波に対して共振するか否かにより識別又は監視するように構成されている。これに加えて、非接触 I Cタグの多くは、読み取った情報を更新したり履歴情報などを書込み可能に構成されている。

主に、識別タグに用いられる従来のアンテナモジュールとして、平面内に渦巻き状に巻回されたアンテナコイルに、このアンテナコイルの平面と略平行となるように磁芯部材を揷入したものがある（特許文献 1 (特開 2 0 0 0— 4 8 1 5 2号公報）参照）。このアンテナモジュールにおける磁芯部材は、アモルファスシー卜又は電磁鋼板といった高透磁率材料でなり、アンテナコイルの平面と略平行となるように磁芯部材を揷入することによって、アンテナコイルのインダク夕ンスを大きくし、通信距離の向上を図っている。

また、特許文献 2 (特開 2 0 0 0— 1 1 3 1 42号公報）には、平面内で渦巻き状に卷回されたアンテナコイルに対して、このアンテナコィルの平面と平行になるように平板状の磁芯部材を積層した構成のアンテナモジュールが開示されている。特許文献 3 (特開 2 0 0 4— 3 0 43 7 0号公報）には、磁芯部材として焼結フェライトを用いる構成が開示されている。

ところで、近年広く普及している P D A (Personal Digital

Assistants) や携帯型電話機等の携帯情報端末は、外出時等にも持ち歩かれ常にュ一ザ一によつて携帯されるものである。従って、非接触 I C タグの機能を携帯情報端末に設けることで、ユーザーは、常に携帯している携帯情報端末の他に、例えば非接触 I Cカードを持つ必要がなくなり、非常に便利である。なお、このように非接触 I Cタグの機能を携帯情報端末に組み込んだ技術が例えば特許文献 4 (特開 2 0 0 3 - 3 7 8 6 1号公報）に開示されているほか、本出願人により既に提案されている（特願 2 0 04— 042 1 4 9 ) 。

携帯情報端末は、小型である一方、多機能を有する機器であるため、小型の筐体内に高密度に金属部品が実装されている。例えば、使用するプリント配線基板は、導体層が多層のものもあり、多層プリント配線基板には、電子部品が高密度に実装されている。また、携帯情報端末には、電源となるバッテリパックが収納され、このバッテリパックには、フレ —ム等に金属部品が用いられている。

したがって、携帯情報端末の筐体内に配設されている非接触 I Cタグ用のアンテナモジュールは、筐体内に実装されている金属部品の影響で、筐体内に配設される前のアンテナモジュール単体の状態に比べて通信性能が劣化し、例えば、通信距離が短くなる傾向にある。

アンテナモジュールの通信距離が短くなると、実使用時にはリーダーライタにできるだけ近接させる必要性が生じ、簡易かつ迅速に情報を授受できる非接触カードシステムの利便性を損なわせる結果となりかねなレアンテナモジュールを携帯情報端末の筐体内に収容して使用する場合でも、少なくとも 1 0 0 mmの通信距離が必要とされている。これは現在一部で実施されている鉄道自動改札用非接触 I Cカードシステムの仕様に準拠している。発明の開示

アンテナモジュールの通信距離を向上させるために、従来より、磁芯部材として高透磁率磁性粉末が使用されている。バインダ一中に当該磁性粉末を混入させてシート状、又は、プレート状に形成したものを磁芯部材として使用する場合には、磁性粉末の粒子サイズを大きくすることによって磁芯部材全体の透磁率を高めることができる。

ところが、磁性粉末の粒子サイズを大きくすると、磁芯部材の渦電流損失に起因するパヮ一ロスが顕著となり、 I C読出し電圧の低下および通信距離の減少を招く。具体的に説明すると、高周波磁界中で磁性体を磁化させると、その周波数に対応する磁束の変化が生じる。このとき、電磁誘導の法則により、その磁束の変化を打ち消す方向の起電力が発生する。発生した起電力による誘導電流は磁性体内部におけるジュール熱に変換される。これが渦電流損失である。

そこで、磁芯部材の透磁率を高くしながら渦電流損失を低減するために、従来では、磁性粉末の粒子サイズの大型化に制限を加えるとともに、混入する磁性粉末の絶対量（配合比）を少なくする措置をとる例がほとんどである。

しかしながら、磁性粉末の絶対量を少なくすることは、即ち、必要な磁気特性を確保するために磁芯部材が厚大化し、これがアンテナモジュールのモジュール厚を大きくする原因となる。例えば、上述の従来の磁芯部材の構成で通信距離 1 0 0 mmを得るのに必要なシート厚は、磁芯部材単体で少なくとも 1 mm超の厚さが必要であり、これに、アンテナコイルを支持する基板や、筐体内部の金属部分の影響を避けるためのシールド板を積層すると、モジュール厚は更に大きくなる。

近年における携帯情報端末に対する小型化、薄型化の要求は益々高くなっており、大モジュールサイズあるいは高モジュール厚のアンテナモジュールを収納するスペースは、もはや筐体内に残されていない。このように、携帯情報端末等の小型電子機器に内蔵されるアンテナモジュ一ルには、通信距離の更なる向上とモジュール厚の更なる削減という相矛盾する 2つの要求を同時に応えることが必要とされている。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、モジュール厚を大きくすることなく通信距離の向上を図ることができるアンテナモジュ一ル用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、使用周波数（例えば 1 3 . 5 6 M H z ) における磁芯部材の損失係数に着目し、この損失係数の逆数と複素透磁率の実部との積が所定以上となる磁芯部材を構成することにより、モジュール厚を大きくすることなく通信距離の向上を図れることを見出した。

すなわち本発明は、バインダー中に磁性粉末を混入させてシート状、又は、プレート状に形成されてなり、ループ状のアンテナコイルに積層されるアンテナモジュール用磁芯部材であって、使用周波数における磁芯部材の複素透磁率の実部^ ' および虚部^ " で表される損失係数（ t a n (5 = " / ) の逆数を Qとしたときに、 X Qで表される性能指数が 3 0 0以上であることを特徴とする。

上記性能指数が 3 0 0以上の磁芯部材は、渦電流損失に起因するアンテナモジュールのパワーロスを低減することが可能となり、磁芯部材の層厚を大きくすることなく、通信距離の向上を図ることができるようになる。

本発明の原理について以下に説明する。一般に、高透磁率材料である軟磁性体（以下、単に磁性体という。）に高周波磁界を印加すると、磁壁の移動あるいは回転磁化といつた磁化機構により、磁性体が磁化される。このとき、磁化されやすさを示す透磁率は複素透磁率で示され、次式（ 1 ) で表される。

11— — \ · PL 、 1 )

ここで、は透磁率の実部であり、外部磁界に追従できる成分を表す。一方、 a " は透磁率の虚部であり、外部磁界に追従できず、位相が 9 0度遅れた成分を表し、透磁率の損失項と呼ばれている。なお、 i は虚数単位である。

透磁率の実部と虚部との間には密接な関係があり、透磁率の実部が大きい材料ほど虚部も大きくなる。磁性体に高周波磁界を印加して磁化させる場合、高周波数になるほど透磁率が低下することが知られている。磁性体の使用周波数における損失係数は、次式（ 2 )で示されるように、

( 1 ) 式で示した複素透磁率の実部 /2 ' と虚部; " とで表すことがでさる。

t Ά δ = a " / ιι ' ( 2 )

一方、磁性体の動的磁化における高周波損失は上記損失係数と等価であり、次式（3 ) で示されるように、 3つのタイプのエネルギー損失の和として表現される。

t a n 5 = t a n <5 h + t a n (5 e + t a n d r ( 3 ) ここで、 t a n <5 hはヒステリシス損失で、ヒステリシス曲線で示される磁化変化における仕事量で、周波数に比例して増加する。 t a n 3 eは渦電流損失で、導電性磁性体に交流磁界を印加したときに、磁束の変化に対応して材料の中に渦電流が誘起されジュール熱として消費されるエネルギー損失である。なお、 t a n <5 rは残留損失であり、上記いずれにも該当しない残りの損失とされている。

1 3. 5 6 MH zの高周波磁界において、渦電流損失（ t a η δ e ) は、次式（4) で示されるように導電率の影響を受け、使用周波数に比例して大きくなる。

t a. η δ e = e 2 · · f · σ 4

ここで、 e 2は係数、 iは透磁率、 ίは使用周波数、 σは磁性粉末の導電率である。

以上のように、磁性体である磁芯部材の渦電流損失（ t a η (5 e )は、導電率が小さい磁性粉末、換言すれば、抵抗率が大きい磁性粉末を使用することにより小さく抑えることが可能であり、渦電流損失が小さい磁性粉末を使用することにより、磁芯部材の複素透磁率の損失項//" 成分の減少をもたらし、損失係数の低減に貢献することがわかる。

磁芯部材の好適な導電率は、使用される磁性粉末の種類や粒子サイズ、配合比等によって異なり、特に限定できない。そこで本発明では、この導電率に代わって、使用周波数における磁芯部材の複素透磁率の実部 ' と虚部^" とで表される損失係数 " / II ' ) の逆数を Qとした場合、この Qと ' との積で定義される性能指数を用いている。

性能指数が 3 0 0以上の磁芯部材を具体的に挙げると、センダスト（F e— S i— A 1系）の磁性粉末の使用例では、配合比 4 5 [ v o 1 %] で、 ii , = 6 0 [H/m] 、 11 " = 1 2 [H/m] 、性能指数 3 0 0の磁芯部材が得られ、配合比 5 0 [ V o 1 %] で = 7 7 [H/m] 、 IX " = 1 7 [H/m] 、性能指数 34 9の磁芯部材が得られる。

F e - S i - C r ( 1 0 w t % S i ) 系の磁性粉末の使用例では、配合比 5 0 [v o l %] で ' = 4 5 [H/m] 、 " = 1 . 0 [H/m] 、性能指数 2 0 2 5の磁芯部材が得られる。また、これ以外の磁性粉末として、 F e - S i系アモルファス、フェライ卜等が挙げられる。

磁芯部材は、磁性粉末をバインダーに混入してシート状、又は、プレ一卜状に形成することにより製造することができる。シート状、又は、プレート状の形成には、例えば射出成形が好適である。バインダーとしては、ナイロン 1 2、 P P S (ポリフエ二レンサルファイド）、ポリエチレン等の合成樹脂材料が適用できる。

また、磁芯部材としてフェライト粉末の焼結体を用いることができる。用いられるフェライト材料は、その回転磁気共鳴の共鳴周波数が使用周波数よりも高周波数側にある材料組成で形成されているのが好ましい。これにより、使用周波数帯域におけるフェライト材料の自然共鳴による影響を排除して安定した通信特性を維持することができる。

上記構成の磁芯部材を用いてアンテナモジュールを構成することにより、例えば携帯情報端末の筐体内に収容した状態で 1 0 0 mm以上の通信距離を得るのに磁芯部材の厚さを 1 mm以内に抑えることができ、ァンテナモジュールの薄型化が容易に図れる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態によるアンテナモジュール 1 0の構成を示す分解斜視図である。図 2は、アンテナモジュール 1 0の要部側断面図である。

図 3は、アンテナモジュール 1 0を内蔵した携帯情報端末 1の内部の構成を側方側から見た模式図である。

図 4は、携帯情報端末 1の部分破断背面図である。

図 5は、 F e— 5 % S iの磁性粉末および F e— 1 0 % S i の磁性粉末に対してそれぞれ高周波磁界を印加したときの周波数（横軸）と

" (縦軸）の関係を示す図である。

図 6は、 F eに対する S iの添加量（横軸）と抵抗率（縦軸）との関係を示す図である。

図 7は、フェライト材料の透磁率と臨界周波数との関係を概略的に示す図である。

図 8は、 N i — Z n— C u系フェライト材料に関する N i _ Z n— F e ₂0₃の三元組成図である。

図 9は、組成比の異なる三サンプルの N i 一 Z n— C u系フェライトバルクにおける透磁率，、 " の周波数特性を示す図である。

図 1 0は、組成比の異なる三サンプルの N i 一 Z n _ C u系フヱライトを積層したときの透磁率; ' 、 " の周波数特性を示す図である。

図 1 1は、本発明の第 1実施例による複合材料製磁芯部材の各サンプルの通信距離および性能指数を示す図である。

図 1 2 Αおよび図 1 2 Βは、本発明の第 2実施例による焼結フェライト製磁芯部材の製造方法を説明する工程図である。

図 1 3は、複合材料性磁芯部材のーサンプルと積層したフェライト製磁芯部材のーサンプルとの通信距離を比較する周波数特性図である。図 1 4は、積層したフェライト製磁芯部材が適用されるアンテナモジユール 2 0の一構成例を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図 1および図 2は、本発明の実施の形態による非接触データ通信用のアンテナモジュール 1 0の構成を示す分解斜視図および側断面図である。アンテナモジュール 1 0は、支持体としてのベース基板 1 4と、磁芯部材 1 8と、金属シールド板 1 9との積層構造を有している。ベース基板 1 4と磁芯部材 1 8とは両面接着シート 1 3 Aを介して積層され、磁芯部材 1 8と金属シールド板 1 9との間は両面接着シ一ト 1 3 Bを介して積層されている。なお、図 2において両面接着シート 1 3 A， 1 3 B の図示は省略している。

ベース基板 1 4は、例えばポリイミドゃポリエチレンテレフタレート ( P E T ) 、ポリエチレンナフタレート（P E N ) 等のプラスチックフィルムでなる絶縁性フレキシブル基板で構成されているが、ガラスェポキシ等のリジッド性基板で構成されていてもよい。

このべ一ス基板 1 4には、平面内でループ状に巻回されたアンテナコィル 1 5が搭載されている。アンテナコイル 1 5は、非接触 I Cタグ機能のためのアンテナコイルで、外部のリーダ一ライ夕（図示略）のアンテナ部と誘導結合され通信を行う。このアンテナコイル 1 5は、ベース基板 1 4の上にパターニングされた銅、アルミニウム等の金属パターンで形成されている。

本実施の形態において、アンテナコイル 1 5は、平面内で巻回されたループ部分と、後述する信号処理回路部 1 6との電気的接続用の配線部分とからなるが、図では、ループ部分のみを示している。

なお、このアンテナモジュール 1 0にリーダーライタ機能のための第 2のアンテナコイルを設けることも可能であり、この場合は、ベース基板 1 4上に、例えばアンテナコイル 1 5の内周側に設けることができる。ベース基板 1 4の磁芯部材 1 8側表面には、信号処理回路部 1 6が搭載されている。この信号処理回路部 1 6は、アンテナコイル 1 5の内方側に配置されているとともに、アンテナコイル 1 5と電気的に接続されている。

信号処理回路部 1 6は非接触データ通信に必要な信号処理回路および情報を格納した I Cチップ 1 6 aや同調用コンデンサ等の電気 ·電子部品で構成されている。信号処理回路部 1 6は、図 1及び図 2に示したように複数の部品群で構成されていてもよいし、図 4に示すように、単一の部品 1 6 bで構成されていてもよい。なお、信号処理回路部 1 6は、ベース基板 1 4に取り付けられる外部接続部 1 7を介して、後述する携帯情報端末 1のプリント配線板 1 2 (図 3 ) に接続されている。

次に、磁芯部材 1 8は、例えば、合成樹脂材料やゴム等の絶縁性バインダ一中に、軟磁性粉末が混入あるいは充填されてシート状またはプレ一ト状に形成された射出成形体で構成することができる。軟磁性粉末としては、センダスト（F e— A 1 — S i系）、パーマロイ（F e— N i 系）、アモルファス（F e— S i — B系等）、フェライト（N i— Z n フェライト、 Mn— Z nフェライト等）などが適用可能であり、目的とする通信性能や用途に応じて使い分けられる。

また、磁芯部材 1 8は、後に詳述するように、フェライト材料の微粉末を有機溶剤中に分散させて形成した金属ペーストをシ一ト状に塗工した後、有機溶媒の加熱分解を行い、本焼成した焼結フェライト板で構成することができる。

磁芯部材 1 8は、アンテナコイル 1 5の磁芯（コア）として機能するとともに、ベース基板 1 4と下層の金属シールド板 1 9との間に介装されることによって、アンテナコイル 1 5と金属シールド板 1 9との間の電磁干渉を回避する。この磁芯部材 1 8の中央部には、ベース基板 1 4 に実装された信号処理回路部 1 6を収容するための開口 1 8 aが穿設されている。また、磁芯部材 1 8の一側方には、ベース基板 1 4との積層時に外部接続部 1 7のニゲ部 1 8 bが形成されている。

なお、磁芯部材 1 8の詳細については、後述する。

金属シールド板 1 9は、ステンレス板や銅板、アルミニウム板等で形成されている。本実施の形態のアンテナモジュール 1 0は、後述するように、携帯情報端末 1の端末本体 2の内部所定位置に収納されるので、金属シールド板 1 9は、端末本体 2内部のプリント配線板 1 2上の金属部分（部品、配線）との電磁干渉からアンテナコイル 1 5を保護するために設けられている。

また、この金属シールド板 1 9は、アンテナモジュール 1 0の共振周波数（本例では、 1 3 . 5 6 M H z ) の粗調整に用いられ、アンテナモジュール 1 0単体のときと、端末本体 2の内部に組み込んだ状態のときとで、アンテナモジュール 1 0の共振周波数に大きな変化を生じさせないようにするために設けられている。

図 3および図 4は、上述した構成のアンテナモジュ一ル 1 0が携帯情報端末 1に組み込まれている様子を示す模式図で、図 3は端末本体 2の内部を側方から見た模式図、図 4は端末本体 2の内部を背面側から見た部分破断図である。

図示する携帯情報端末 1は、端末本体 2と、この端末本体 2に対して回動可能に取り付けられたパネル部 3とを備えた携帯型電話機として構成されている。図 3において、端末本体 2は合成樹脂材料製の筐体部を構成しており、そのパネル部 3側の表面は、図示せずともテンキー入力ポタン等が配置された操作面とされている。

端末本体 2の内部には、携帯情報端末 1の機能あるいは動作を制御する制御盤としてのプリント配線板 1 2と、電源を供給するバッテリパック 4が内蔵されている。ここで、バッテリパック 4は、例えばリチウムイオン電池であり、全体が直方形状をなし、外筐がアルミニウム等の金属材料で形成されている。バッテリパック 4は、端末本体 2の内部に設けられたプラスチック製の仕切部材 5の内部に配置されている。

アンテナモジュール 1 0は、端末本体 2の内部に収納されている。特に本実施の形態では、バッテリパック 4を収容する仕切部材 5の直上位置であって、アンテナコイル 1 5が端末本体 2の背面 2 a側に対向するように、アンテナモジュール 1 0が収納されている。なお、アンテナモジュール 1 0の収納位置は、上述の例に限らない。

したがって、このアンテナモジュール 1 0を用いて外部のリーダ一ライタ（図示略）とデータ通信を行う際には、携帯情報端末 1の端末本体 2の背面 2 aをリーダーライ夕のアンテナ部に近接させる。そして、リ —ダーライタのアンテナ部から発信された電磁波あるいは高周波磁界がアンテナモジュール 1 0のアンテナコイル 1 5内を通過することで、ァンテナコイル 1 5に電磁波あるいは高周波磁界の強さに応じた誘導電流が発生する。この誘導電流は信号処理回路部 1 6において整流され、 I Cチップ 1 6 aに記録された情報の読出し電圧に変換される。読み出された情報は信号処理回路部 1 6において'変調され、アンテナコイル 1 5 を介してリーダーライタのアンテナ部へ送信される。

次に、アンテナモジュール 1 0を構成する磁芯部材 1 8の詳細について説明する。

磁芯部材 1 8は、合成樹脂等の絶縁材料（バインダー）に高透磁率材料である軟磁性粉末（以下、磁性粉末という）を混入あるいは充填した複合材料のシート状、又は、プレート状の射出成形体として構成することができる。

用いる磁性粉末は、例えば、センダスト（F e— A 1 — S i系）、パ一マロイ（F e— N i系）等の結晶質合金、アモルファス合金（C o— F e— S i — B系等）、フェライト（N i — Z nフェライト、 Mn— Z nフェライト等）などいずれでもよく、また、粒子形状も扁平状、針状、フレーク状など特に限定されない。

本発明では、バインダー中に磁性粉末を混入してなる磁芯部材 1 8をひとつの磁性体とみなし、この磁性体の使用周波数（本例では 1 3. 5 6 MH z ) における複素比透磁率（上記（ 1 ) 式参照）の実部 ' 及び虚部/ X " で表される損失係数（ t a n S = /i" /^ ' ) の逆数を Q (u ' / II " ) としたときに、 a , XQで定義される性能指数が 3 0 0以上となるように、当該磁芯部材 1 8が構成されている。

アンテナモジュール 1 0の通信距離を向上させるには、磁芯部材 1 8 で発生する渦電流損失成分を抑制する必要があり、そのために導電率の小さい磁性粉末を選択したり、バインダーに対する配合比を調整したり、更には粒子サイズを小さくする等、選択操作が多元的となるが、本発明によれば、完成品としての磁芯部材 1 8の上記性能指数を評価することにより、目標とする通信距離を確保できるかどうかの基準を確立させることができる。

性能指数が 3 0 0以上の磁芯部材によれば、後述の実施例に示すように、アンテナモジュールの通信距離（携帯情報端末に組み込まれた状態における通信距離） 1 0 0 mmを確保することができる。また、シート厚を大きくすることなく磁芯部材 1 8の透磁率を高めることが可能となるので、薄型 '軽量のアンテナモジュールを構成でき、筐体内部への設置スペースの低減が図れるようになる。例えば、通信距離 1 0 0mmを確保するのに従来の磁芯部材では 1 mm超のシート厚を必要としていたのに対し、本発明によれば 0. 5 mm前後のシート厚で十分とされる。磁芯部材を構成する磁性粉末は、例えば、同じ F e— S i — C r系合 W

14 金でも、組成比や使用周波数によって ' および/ " が変動する。囟 5 は、 F e— 5 % S iの磁性粉末および F e - 1 0 % S iの磁性粉末に対してそれぞれ高周波磁界を印加したときの周波数（横軸）と！！ ^, , ιι" (縦軸）の関係を示している。両者を比較すると、 1 3. 5 6 MH zの周波数帯域においては、 F e— 1 0 % S i の磁性粉末の方が損失（ " ) が少ないが、周波数が高くなると、 F e— 1 0 % S i の磁性粉末の方が損失が高くなる傾向がわかる。

また、磁芯部材の渦電流損失を低減するために、その構成磁性粉末としては、抵抗率が高い（導電率が小さい）ものが好適である。この抵抗率を基準とする場合、磁性粉末の種類で決めることも勿論可能であるが、磁性粉末の組成比で抵抗率を調整する手法も適用できる。図 6は、 F e に対する S i の添加量（横軸）と抵抗率（縦軸）との関係を示している。この図から明らかなように、 S iの添加量が 1 0〜 1 3 w t %で高い抵抗率を示すことがわかる。

更に、磁性粉末の導電率を基準とする場合には、その粒子サイズを小さくするのが渦電流損失低減に効果的である。即ち、導電率の高い磁性粉末ほど粒子サイズを小さくする必要があり、導電率が小さい磁性粉末であれば粒子サイズを大きくすることができる。

一例を挙げると、導電率が 1. 1 1 E+ 6 ( 1. 1 1 X 1 0⁶ ) 以下の磁性粉末は 5 0 以下の粒度分布、導電率が 0. 9 0 9 E+ 6以下の磁性粉末は 1 0 0 以下の粒度分布、導電率が 0. 1 E + 6以下の磁性粉末は 2 0 0 m以下の粒度分布とする。また、磁性粉末は、粒子形状を扁平形状にする。更に、配合比は 4 0〜 6 0 V o 1 %が好ましい。一方、磁芯部材 1 8は、フェライト材料の微粉末を有機溶剤中に分散させて形成した金属ペーストをシート状に成形した後、有機溶媒の加熱分解を行い、本焼成した焼結フェライトシ一トで構成することができる。また、この焼結フェライトシ一トを絶縁層を介して複数ラミネー卜した積層構造体とすることもできる。

この場合も同様に、この磁芯部材の使用周波数における複素比透磁率の実部^ ' 及び虚部 β " で表される損失係数（ t a n d = " / II ' ) の逆数を Q ( ' / β " ) としたときに、 X Qで定義される性能指数が 3 0 0以上となるように、当該磁芯部材 1 8が構成される。

一般に、高周波磁性材料は、初透磁率及びその限界周波数が高いことが要求されるが、高周波帯で安定した初透磁率の周波数特性をもつことも重要である。しかし、 N i — Ζ η系フェライトのようなスピネル型フエライトの初透磁率の周波数特性は、図 7に模式的に示すように、初透磁率 ' ) が高ければ限界周波数（； f r ) が低く、初透磁率が低ければ限界周波数が高くなるという関係があり、それらの限界周波数は、スネークの限界線と呼ばれる直線で近似される。フェライ卜の高周波域での限界周波数は、その回転磁気共鳴（自然共鳴）の共鳴周波数によって決まる。

従って、 1 3 . 5 6 M H zの使用周波数でアンテナモジュール 1 0を使用する場合、磁芯部材 1 8の自然共鳴（回転磁気共鳴）は、当該 1 3 . 5 6 M H zの周波数帯域よりも高周波数側でないと、この自然共鳴現象成分の支配的因子となり、アンテナモジュール 1 0の安定した通信特性が得られなくなる。このため、磁芯部材 1 8をフェライト材料で形成する場合には、その複素透磁率でいう ' の大きさに制限があり、これを超える材料を用いることは、の増大により性能指数が低下するので、好ましくない。

フェライト材料は、その構成元素の材料組成によって透磁率（，， a が大きく異なる。図 8は、 N i — Z n— C u系フェライト材料（バルク状態）に関して、 C u 0が 9 m o 1 %のときの N i 0— Z n〇一 F e ₂0₃の Ξ元系組成図である。図 8から、 N i — Ζ η— C u系フェライト材料は、 N i 0の組成比が高いほど、 a , 及び/ 2 " が小さくなり、自然共鳴周波数をアンテナモジュール 1 0の使用周波数（本例では 1 3. 5 6 MH z ) よりも高周波数側へ位置させることができる。この場合、磁性材料の X " 成分は、渦電流損失が支配的となる。

磁芯部材 1 8を焼結フェライ卜で形成する場合、バルク状態のフェライト材料よりも、粉末焼結させたシート体の方が、及び^" が小さくなる。図 9及び図 1 0に、図 8中の 3つの組成点におけるサンプル A, B， Cのバルク体及び粉末焼結体（後述する 4層ラミネート体）の ' 及びの周波数特性を示す。

アンテナモジュール 1 0の使用周波数が 1 3. 5 6 MH zである場合、磁芯部材 1 8として好適な N i 一 Z n— C u系フェライト材料は、 F e ₂ 0₃を 47. 0〜4 9. 8 m o 1 %、 N i 0を 1 6. 0〜 3 3. 0 m o 1 %、 Z n Oを 1 1. 0〜 2 5. 0mo l %、 C u Oを 7. 0〜 1 2. 0 mo 1 %含むバルク状フェライトの粉末焼結体とする（図 8において二点鎖線で示す四角形の範囲）。この組成範囲で、性能指数 3 0 0以上の磁芯部材 1 8を得ることができる。

ここで、 F e ₂〇₃が 4 9. 8 m o 1 %を超えると，が低下し、 4 7. O rno 1 %を下回るとキュリー点（T c ：磁気変態点）が低下し、使用環境に制限が生じる。 N i C^ 3 3. 0010 1 %を超ぇると，が低下し、 1 6. 0 mo l %を下回ると (自然共鳴による影響）が増大し安定した通信特性が得られなくなる。

また、 N i — Z n— C u系フェライトに、 C o Oを 0. 1〜； L . 0 w t %含有させることにより温度特性を安定化でき、アンテナモジュール 1 0の使用環境の温度変化に対する通信特性の変動を抑えることができる。 (実施例 1 )

磁性粉末の種類またはその配合比が異なる複合材料製の磁芯部材のサンプルを複数用意して図 1に示した構成のアンテナモジュール 1 0を作製し、それらに高周波磁界（ 1 3. 5 6 MH z ) を印加したときの H ' ， !1 " を基に、損失係数の逆数 Qおよび性能指数（Q X ' ) を算出し、通信距離（携帯情報端末に組み込まれた状態における通信距離）を評価した。バインダーは、「ナイロン 1 2」（商品名）を用いた。実験の結果を図 1 1および表 1に示す。

サンプル- 1 サンプル- 2 サンプル- 3 サンプル- 4 サンプル- 5 サンプル- 6 サンプル- 7

Fe-Si-AI Fe-Si-Cr Fe-Si-AI Fe-Si-AI Fe-Si-Cr アモルファスフェライ卜

M'(H/m) 30 50 60 77 45 50 50 磁

芯 "(H/m) 5 9 12 17 1 1 0.3 材

特 Q 6 5.6 5 4.5 45 50 166.7 性

180 278 300 349 2025 2500 8333 ァ通信距離 (mm) 92.6 98.2 103.5 104.5 114.2 115 120 ンコイレインダクタンス

ァ 3.6 4.3 4.5 4.4 4.3 4.3 4.3 ナ

コイル抵抗 (Ω)

特 12.7 14.6 15.8 15.8 10.1 10 8.5 性

コイル Q 24 25 24 24 36 37 43 粒子サイズ D50

(麵 30 30 50 80 30 80 300 磁

性配合比 (vol o/o) 40 50 45 50 50 50 50 粉

特導電率 (s/m) Ί.25Χ10⁶ 1.43X10⁶ 1.25X10⁶ Ί.25Χ10⁶ 0.91 XI 0⁶ 0.71X10⁶ 0.05 性

抵抗率 (Ω·ηι) 80ΧΊ 0"⁸ 70X10"⁸ 80X10"⁸ 80X10^-8 110X1CT⁸ 140X10'⁸ 20

なお、図 1 1において、各サンプルの棒グラフの高さは通信距離を示し、折れ線は性能指数を示している。また、表 1において「Qcoil」はアンテナコイルの Q値であり、損失係数の逆数としての Qとは区別されるものである。

ここで、各サンプルに用いられる磁性粉末について以下簡単に説明する。

サンプル 1 , サンプル 3およびサンプル 4は、それぞれ同一組成の F e— S i — A 1系磁性粉末（ 8 5 F e— 9. 5 S i - 5. 5 A 1 (w t %) ) が用いられているが、その配合比のみが異なり、サンプル 1は 4 0 V o 1 %、サンプル 2は 4 5 v o 1 %、サンプル 3は 5 0 v o 1 %である。

サンプル 2およびサンプル 5はともに F e— S i — C r系磁性粉末であるが、 S iの含有量が異なり、サンプル 2は 5 w t %、サンプル 5は 1 0 w t %である。

サンプル 6のアモルファス磁性粉は、 7 0 C o— 5 F e— 1 0 S i — 1 5 B (組成比は w t %) 合金でなるアモルファス磁性粉である。

サンプル 7のフェライト磁性粉は、 F e ₂0₃ 4 9. 3 (m o l %) 、 N i O 2 8. 9 (mo l %)、 Z n O 1 2. 6 (mo l %)、 C u O 9. 2 (mo 1 ) である。

表 1および図 7から明らかなように、通信距離と性能指数はほぼ比例関係にあり、性能指数が高いほど通信距離が大きくなる。特に、性能指数 3 0 0以上で通信距離 1 0 0 mm以上を確保することができる。また、サンプル 1， 3， 4の結果から、磁性粉末の配合比を大きくするほど高い性能指数が得られ、配合比 4 5 %以上で性能指数 3 0 0以上が得られることがわかる。

(実施例 2) N i一 Z n— Cu系フェライトの材料組成の異なる焼結フェライト製の磁芯部材のサンプルを複数用意して図 1に示したアンテナモジュール 1 0を作製し、それらに高周波磁界（1 3. 56MHz) を印加したときの^，， u" を基に損失係数の逆数 Q及び性能指数 (Q X ' ) を算出し、通信距離（携帯情報端末に組み込まれた状態における通信距離）を評価した。実験の結果を表 2に示す。

サンプル A サンプル B サンプル C サンプル- 5

フェライ卜フェライ卜フェライ卜 Fe-Si-Cr

磁 H， 65 42 20 45

芯

材 17 0.3 0.1 1

特

性 250 5800 4000 2025

ァ

ン通信距離 (mm) 105.6 122.0 114.5 114.2

丁コイルインダク夕ンス

ナ L("H) 4.5 4.3 3.5 4.3

特

性コイル抵抗 (Ω) 10.7 8,0 6.3 10.1

) ( 2 1 2 サンプル A〜Cは、図 8に示した N i 一 Z n— C u系フェライト材料の組成図の中の 3点（48 F e ₂0₃— 1 5 N i 〇一 2 8 Z n O— 9 C u O (サンプル A) 、 48 F e ₂0₃— 2 2 N i O— 2 1 Z n O— 9 C u O (サンプル B)、 4 8 F e ₂0₃- 3 I N i O— 1 2 Z n O- 9 C u O (サンプル C) ) とした。

サンプル A〜Cは、図 1 2 Aに示す工程を経て作製した。即ち、各サンプル毎に構成材料の秤量を行い、これらを混合 ·微粉砕、有機溶剤中に分散させてペースト状にし、脱泡処理の後、 P ET (ポリエチレンテレフ夕レート）フィルム上への塗布によりシート状に成形した。その後、加熱乾燥処理によりペースト中の溶剤成分を分解除去し、 P E Tフィルムの定寸切断、磁芯部材の外形形状に成形後、焼成した。次に、作製したフェライト焼結シートから P ETフィルムを剥離除去し、ホットメルト樹脂を介して厚さ 0. 1 5 mmの焼結シ一トを 3層又は 4層ラミネ一トし表面を P E T又は P P Sで被覆した後、図 1 2 Bに示す大きさに成形して完成させた。

表 2に示したように、サンプル Aに関しては、は大きいものの " も大きく、性能指数は 2 5 0と小さい。これは使用周波数（ 1 3. 5 6 MH z ) が当該フェライト磁性粉の限界周波数に接近し、自然共鳴の影響により損失係数（ ' / li " ) が増大したものと推察される。実験結果では、通信距離 1 0 0mmを超えてはいるものの、安定した通信特性は得られなかった。

一方、サンプル B, Cに関しては、性能指数が非常に大きく通信距離も大きい。表 2で比較して示す上記実施例 1のサンプル 5と比較して、 H ' は小さいが、 " もそれ以上に小さい。このことから、複合材料製の磁芯部材よりも、焼結フェライト製の磁芯部材の方が渦電流損失を小さくできることがわかる。これは、アンテナ特性のコイル抵抗を見ても明らかである。図 1 3に、サンプル Bと上記サンプル 5との通信距離を比較するアンテナ共振周波数特性を示す。全周波数領域にわたってサンプル 5 (複合材料）よりもサンプル B (焼結フェライト）の方が通信距離が大きいことがわかる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、ベース基板 1 4上にアンテナコイル 1 5とともに信号処理回路部 1 6を搭載したアンテナモジュール 1 0の構成例について説明したが、信号処理回路部 1 6は別基板（例えば携帯情報端末 1のプリント配線基板 1 2 ) に搭載し、ベース基板 1 4上にはァンテナコイル 1 5のみ搭載する場合にも、本発明は適用可能である。また、磁芯部材に焼結フェライトを用いる場合、アンテナモジュールを図 1 4に示すように構成してもよい。図示するアンテナモジュール 2 0では、アンテナコイル（及び信号処理回路部）を搭載したベース基板 1 4に焼結フェライト製の磁芯部材 1 8を積層後、全体を合成樹脂材料でモールドし、その封止層 2 1の非通信面（図 1 4において下面側）に金属シールド板 1 9を貼着している。この構成により、割れ易く取り扱い性の悪い焼結フェライトを容易に磁芯部材として適用することができる。産業上の利用可能性

以上述べたように、本発明の磁芯部材によれば、磁芯部材の層厚を大きくすることなく通信距離の向上を図ることが可能となるので、アンテナモジュールの薄型化および軽量化を図ることができる。これにより、携帯情報端末等の筐体内部に対して僅かな設置スペースでアンテナモジユールを内装することが可能となるとともに、筐体内に設置されたアンテナモジュールの通信性能の劣化を抑制し、所期の通信距離を確保することができる。

Claims

請求の範囲

1. アンテナコイルに積層されるアンテナモジュール用磁芯部材であつて、

使用周波数における複素透磁率の実部^ ' および虚部//" で表される損失係数（ t a n 5 = " ノ; ' ) の逆数を Qとしたときに、

H ' XQで表される性能指数が 3 0 0以上である

ことを特徴とするアンテナモジュール用磁芯部材。

2. 当該磁芯部材は、バインダー中に軟磁性粉末を混入させた複合磁性材料でなる

ことを特徴とする請求項 1に記載のアンテナモジュール用磁芯部材。

3. 前記軟磁性粉末は、 F e系の結晶質又は非晶質合金材料であることを特徴とする請求項 2に記載のアンテナモジュール用磁芯部材。

4. 当該磁芯部材は、フェライト材料でなる

5. 前記フェライト材料は、その回転磁気共鳴の共鳴周波数が使用周波数よりも高周波数側にある材料組成で形成されている

ことを特徴とする請求項 4に記載のアンテナモジュール用磁芯部材。

6. 前記フェライト材料は、 F e ₂〇₃を 4 7. 0〜4 9. 8mo l %、 N i Oを 1 6. 0〜 3 3. 0 mo l %、 Z n Oを 1 1. 0〜 2 5. 0 m o l %、 C u〇を 7. 0〜 1 2. 0 mo 1 %含むバルク状フェライトの粉末焼結体である

ことを特徴とする請求項 5に記載のアンテナモジュール用磁芯部材。

7. 前記バルク状フェライトは、（ 0〇を 0. 1〜 1. 0 w t %含んでいる

ことを特徴とする請求項 6に記載のアンテナモジュール用磁芯部材。

8. 前記使用周波数は、 1 3. 5 6 MH zである

9. アンテナコイルが形成された支持体に対して磁芯部材が積層されてなるアンテナモジュールにおいて、

前記磁芯部材は、

使用周波数における複素透磁率の実部 / ' および虚部^" で表される損失係数（ t a n δ = μ," / n ' ) の逆数を Qとしたときに、

H ' X Qで表される性能指数が 3 0 0以上である

ことを特徴とするアンテナモジュール。

1 0. 前記磁芯部材の、前記支持体に面する側とは反対側の面に、金属製のシールド板が積層されている

ことを特徴とする請求項 9に記載のアンテナモジュール。

1 1. 前記支持体上には、前記アンテナコイルの内周側領域に、前記アンテナコイルに電気的に接続された信号処理回路部が搭載されていることを特徴とする請求項 9に記載のアンテナモジュール。

1 2. 前記信号処理回路部は、前記支持体の磁芯部材側の面に搭載されており、前記磁芯部材には、前記信号処理回路部を収容するための開口が設けられている

ことを特徴とする請求項 1 1に記載のアンテナモジュール。

1 3. 前記磁芯部材は、焼結フェライトでなり、合成樹脂材料でモ一ルドさている

ことを特徴とする請求項 9に記載のアンテナモジュール。

1 4. アンテナコイルを支持する支持体と、前記アンテナコイルに電気的に接続され前記アンテナコイルの内周側に配置された信号処理回路部と、前記支持体に積層された磁芯部材と、前記磁芯部材に積層された金属製のシールド板とが、筐体内部に組み込まれている携帯情報端末であって、

前記磁芯部材は、

使用周波数における複素透磁率の実部 ' および虚部 2 " で表される損失係数（ t a n 3 = " /^，）の逆数を Qとしたときに、

11 ' XQで表される性能指数が 3 0 0以上である

ことを特徴とする携帯情報端末。