(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材からなる細長のコアを固定し、かつコイルを巻くためのアンテナ用ボビンであって、
前記アンテナ用ボビンは外形が略細板状に一体成形されてなり、
前記アンテナ用ボビンは、前記コアを内部に納めるための空洞部と、前記ボビンの１面に形成された前記空洞部の中央を開口する窓部と、前記窓部が形成された面と反対側の面に形成された前記空洞部の少なくとも片方の端部を開口する孔部を有し、
前記窓部及び孔部は、ボビン長手方向に直交する方向の幅が前記コアの幅と同じかそれよりも広く、かつ、ボビン長手方向の長さが前記コアの長手方向の長さよりも短く形成されたことを特徴とするアンテナ用ボビン。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ用ボビンであって、
前記窓部と孔部が、ボビン厚み方向に見て部分的に重なるように形成されていることを特徴とするアンテナ用ボビン。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のアンテナ用ボビンであって、
前記空洞部を形成するボビン内壁に、前記コアを当接するための突起が形成されていることを特徴とするアンテナ用ボビン。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載のアンテナ用ボビンであって、
前記アンテナ用ボビンはコイルを巻き付けるための位置決め部がボビン中腹部に形成されていることを特徴とするアンテナ用ボビン。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載のアンテナ用ボビンと、前記アンテナ用ボビンの空洞部に保持された軟磁性材からなる細長のコアと、コイルを備えたことを特徴とする低周波アンテナ。
【請求項６】
請求項５に記載の低周波アンテナであって、
前記コアは厚さ５０μｍ以下の軟磁性金属薄帯を樹脂を介して積層したものであることを特徴とする低周波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性材を用いたコアを固定し、かつコイルを巻き付ける作業を容易にするためのアンテナ用ボビン、およびそのアンテナ用ボビンを用いた低周波アンテナの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のキーレスエントリーシステムやＴＰＭＳには、電磁波を送信するアンテナが用いられている。これらの機器は小型であることが要求される。使用される電磁波の周波数はキーレスエントリーシステム（以下、キーレスシステム）、ＴＰＭＳ共１３４ｋＨｚ、１２５ｋＨｚ等である。
【０００３】
例えばキーレスエントリーシステムの車載アンテナには、細長のコアが用いられることが多い。特に自動車のドアハンドル内にアンテナを配置する場合には、その限られたスペースを有効利用するために上記形状にならざるをえない。また、そのコアの太さも制限されることから、コアに用いる材料は電気抵抗率が高いことが必要である。更に、機器全体のコストを低下させるためには、アンテナ全体が安価であるということも重要である。
【０００４】
こうした要求を満たす材料として従来はフェライト材料が用いられて来た。しかしながら、フェライト材料は機械的に脆いという問題点があるため耐衝撃性という観点からは、好ましい材料ではない。キーレスエントリーシステム用のアンテナとして車体のドア内部に配置される場合、ドアを開閉する都度衝撃がアンテナに伝わるため、耐衝撃性を確保することは重要である。また、携帯キーの内部にアンテナが配置される場合でも落下の衝撃などに耐える構造とする必要がある。
【０００５】
フェライト材料に代わる材料として、Ｃｏ基等のアモルファス金属やナノ結晶材料等の軟磁性金属薄帯を用いたアンテナが使用されている（例えば特許文献１）。こうした軟磁性金属薄帯はフェライトと同等以上の高い透磁率をもつ軟磁性材料であり、フェライト材料と比べると高い機械的強度を有する。ただしこれらの材料は電気抵抗率がフェライト材料と比べると低いため、渦電流損失が大きくなる。渦電流損失は厚さの２乗に比例するため、薄い軟磁性金属薄帯は好ましい厚さではあるが、アンテナとして充分な感度を得るためにはコイルを巻く部分のコア断面積を確保する必要がある。
このため、この軟磁性金属薄帯は絶縁樹脂層を介して多数枚積層した積層アンテナの形態で使用される。軟磁性金属薄帯は５０μｍ以下の厚さであり、例えばロール急冷法等によって容易に製造することができる。これらの薄帯は絶縁層を介して積層されることでコアになり、このコアにコイルを巻回した構造のアンテナを用いて、耐衝撃性の高い携帯機器が得られる。コアに直接コイルを巻く構造よりも、アンテナを車体や携帯機器の内部に固定するために他の部材と組み合わせてアンテナとすることが一般的な構造であり、通常はボビンが用いられる。
【０００６】
例えば特許文献２に記載の構成は、コアを固定し、巻線を施すことができるボビンの構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２７８７６３号公報
【特許文献２】特開２００８−７８８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２は、棒状のフェライトコアを両端から挟む構造であり、複数の部材に分かれている。フェライトコアは変形できず且つ脆いため、フェライトコアをボビンに固定させるには複数の部材で周囲から挟むか、ケース状のボビンにフェライトコアを挿入し、挿入口の部分を別部材で塞ぐか、挿入口の部分に開閉可能な蓋を設けてコアを入れた後に蓋で塞ぐ構造をとるなどの複雑な構造が必要になる。その他、コアを嵌合させるような簡易な構造を採用する事も出来るが、フェライトコアは脆いために嵌め込む際に破損する可能性がある。
コアに、前記の軟磁性金属薄帯を樹脂で接着積層した積層体を用れば、例え軟磁性金属薄帯が熱処理により脆くなっていても樹脂層が柔軟性を持つため脆性に強くなり、コアを嵌め込む構造のボビンでも用いることができる。
しかし、複雑なボビン構造は製造コストが高くなる要因となるし、コアとの組立工数、コイルの巻線作業も難しくなることが多い。
【０００９】
したがって本発明の目的は、一体成形された簡易な構造であり、軟磁性材を用いたコアと容易に組立ができるアンテナ用ボビンおよびそれを用いた低周波アンテナを提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は軟磁性材からなる細長のコアを固定しかつコイルを巻くためのアンテナ用ボビンであって、
前記アンテナ用ボビンは外形が略細板状に一体成形されてなり、
前記アンテナ用ボビンは、前記コアを内部に納めるための空洞部と、前記ボビンの１面に形成された前記空洞部の中央を開口する窓部と、前記窓部が形成された面と反対側の面に形成された前記空洞部の少なくとも片方の端部を開口する孔部を有し、
前記窓部及び孔部は、ボビン長手方向に直交する方向の幅が前記コアの幅と同じかそれよりも広く、かつ、ボビン長手方向の長さが前記コアの長手方向の長さよりも短く形成されたことを特徴とする。
【００１１】
前記窓部と孔部が、ボビン厚み方向に見て部分的に重なるように形成されていることが好ましい。
また、前記空洞部を形成するボビン内壁に、前記コアを当接するための突起が形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記アンテナ用ボビンはコイルを巻き付けるための位置決め部がボビン中腹部に形成されていることが好ましい。
【００１３】
これらのアンテナ用ボビンと、前記アンテナ用ボビンの空洞部に保持された軟磁性材からなる細長のコアと、コイルを用いて低周波アンテナとすることができる。
前記コアは厚さ５０μｍ以下の軟磁性金属薄帯を樹脂を介して積層したものを用いることができる。
これらのボビンは、コアを曲げて空洞部に入れる、アンテナ用ボビンの組み立て方法により製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述のように、本発明のアンテナ用ボビンは、構造が簡易であるため、製造コストを抑えることができる。また、コアとの組立も容易であり組立工数を減らすことができる。
また複数の部材を用いる必要が無いので軽量化が容易である。
また、このボビンを用いて低周波アンテナとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のアンテナ用ボビンの一形態を示す図である。
【図２】本発明のアンテナの一形態を示す図である。
【図３】ボビンにコアを入れる方法を説明するための簡略図である。
【図４】ボビンの形状を示す部分拡大図である。
【図５】他のアンテナ用ボビンの一形態を示す図である。
【図６】他のアンテナ用ボビンの一形態を示す図である。
【図７】他のアンテナ用ボビンの一形態を示す図である。
【図８】他のアンテナ用ボビンの一形態を示す図である。
【図９】軟磁性金属薄帯の積層体からなるコアの断面簡略図である。
【図１０】ボビンを作るための金型を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
図１は本発明のアンテナ用ボビンを示す図である。図１（ａ）はボビン上面図、（ｂ）はボビン側面図、（ｃ）はボビン下面図である。なお図１（ｂ）の側面図は説明のために断面図とした。
アンテナ用ボビン１Ａは樹脂で細い板状に一体成形されている。このボビンの内部中央には空洞部２が形成され、この空洞部２はボビンの長軸方向にみて一端側から他端側まで直線的かつ連続的に形成され、略直方体のコアが内部に配置されるよう、コアとほぼ同形の空洞部となっている。ボビン１Ａの下面側には空洞部２の中央部と繋がる窓部３が形成されている。窓部３は空洞部２の両端側を避け、中央付近で開口している。なおこの開口部の図１（ｃ）での縦方向の幅は、コアの幅とほぼ同じかそれよりも広い幅を持つ。コアが空洞部２内で動かないように空洞部の幅はコアの幅とほぼ同じにすることが好ましい。また、窓部３の長手方向の長さは、上記のように端部を避けた分、空洞部の長さよりも短い。空洞部の長さはコアの長さと同じにしているため、窓部２の長さはコアの長さよりも短い範囲で開口することになる。窓部３の長軸方向外側の壁は端支持部６ａ、６ｂであり、後述する中央支持部５とともに内部のコアを図１（ａ）紙面奥方向に固定する。
また、ボビン上面には孔部４ａ，４ｂが形成されている。後述するようにこの孔部を設ける事で湾曲可能なコアを空洞部２に入れやすくすることができる。孔部４ａ、４ｂは空洞部２の端から開口するように形成される。孔部４の長手方向の長さは特に限定されないが、長さが短いとコアを入れずらく、長いと孔部４ａ，４ｂ間の壁面（中央支持部５）の幅が狭くなり、コアを保持するのが難しくなる。後述するコアの挿入での作業性とコアを保持する効果を適宜考慮してこの幅は決定すればよい。
窓部３と孔部４ａ、４ｂは、ボビンの厚み方向（図１（ｂ）では高さ方向）に見て部分的に重なるか、少なくとも窓部の外側と孔部の内側が同じ位置になるように形成される。これは図１０に示すように一軸方向に動く簡易構造の金型でボビン内の空洞部２を形成するためである。つまり、窓部３から挿入される金型２０の窓側型２２と孔部４ａ、４ｂから挿入される孔側型２１で、窓部３と孔部４ａ、４ｂのみならず、ボビンの一端から他端まで連通する空洞部も形成できる。よって従来では複雑構造であったボビンを、比較的安価な金型を用いて一体成形のボビンとすることができる。
【００１７】
ボビンの長手方向の両端は、図４に示すように、コアの両端を押さえるための内壁１０が形成される。ボビンにこの空洞部とほぼ同じサイズのコアを入れる場合、一方向から挿入できる開口部は無く、次に記載する方法でコアをボビン内に入れることができる。
【００１８】
図３は図１のボビン１に軟磁性金属薄帯の積層体からなるコアを入れる際の状態を説明するためのものである。
このボビン１では、空洞部２と同じサイズのコア８は、直方体状のままでは挿入できない。軟磁性金属薄帯は弾性変形するため、それを用いたコア８も円弧状に曲げる事ができる。コア８を湾曲させることで孔部４ａ、４ｂまたは窓部３からコア８が挿入される。つまり、図３に示すように孔部４ａ、空洞部２、窓部３、空洞部２、孔部４ｂの順に線を繋げれば略円弧状になるように、直方体形状のコアを弾性変形させて湾曲させ、円弧状に近づけることで孔部４ａ、４ｂからコア８が挿入できるようになる。
軟磁性金属薄帯同士を積層した場合には、薄帯同士の接着に用いた樹脂特性にも関係するが、コア８が大きく湾曲できる場合は、コア８を曲げて両端の幅を狭めた状態で、窓部３からコアを入れ込み、そのままコアの端部を孔部４ａ，４ｂそれぞれに通すことでもコア８を空洞部２内に配置することができる。孔部４ａ，４ｂがないと、コアを空洞部に差し込むにはコアをひらがなの「ひ」の字状に変形させる必要があり、コアが厚い場合には薄帯同士が剥離しやすくなるだけでなく、コアとボビンの組み付けが難しくなる。
【００１９】
前記したようにボビンは樹脂により一体成形されている。樹脂は既知の材質、例えば、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＰＥ（ポリエチレン）、ポリブチレンテレフタレート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＳ（ポリスチレン）を用いることができる。本実施例においては図に示すボビンをウィンテックポリマー社製のＰＢＴ樹脂を用いて射出成形により製造した。ボビンは細板状で、一般的な大きさは、長手方向の長さが５０−１００ｍｍ、幅が３−１０ｍｍ、厚みが０．５−２ｍｍである。本実施例のボビン外形は長手方向の長さが８５ｍｍ、幅６ｍｍ、厚み１．３  ｍｍの直方体状に形成した。また、空洞部２の大きさは長手方向の長さが８０ｍｍ、幅４．２  ｍｍ、厚み０．５ｍｍの直方体状に形成した。また、窓部３は長手方向の長さが７５ｍｍ、幅４．２ｍｍとした。また、孔部の長手方向の長さは７ｍｍ、幅は４．２ｍｍとした。
ボビンは製造条件や機器内への組みつけの容易性を考えると直方体状のものが好ましいが、これに限定されない。
【００２０】
図４は本発明のボビンの端部を拡大した図である。窓部３の外側の枠（端支持部６ａ，６ｂの内側）にはその内部側に孔部４ａ，４ｂに向けて突出する突起９ａが形成されている。また、孔部４の内側の枠（中央支持部５の外側）にもその内部側に突起部９ｂが形成されている。この突起部の高さは０．３ｍｍとした。この突起部９ａ，９ｂの先端が金属薄帯コア８と当接し、金属薄帯コア７はその厚み方向でボビンの内部に固定される。金属薄帯コア８の幅方向および長手方向を固定するのはボビンの内壁である。
【００２１】
本発明に用いるコア８は多少湾曲させても塑性変形しない、磁性金属、磁性合金等の軟磁性体を用いることができ、棒状、板状のものを用いることができる。最も好ましい材料は厚さが１０〜５０μｍ、好ましくは１５〜３０μｍの軟磁性金属薄帯である。この軟磁性金属薄帯を積層して細長の板状コアとすることが好ましい。この積層体のコアは、湾曲させやすく、接着させた薄帯同士が剥離しないように、軟磁性金属薄帯の総厚さが１００〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜８００μｍとすることが好ましい。また、軟磁性金属薄帯の幅と長さの比が５以上１００以下、好ましくは１０以上５０以下とすることが好ましい。軟磁性金属薄帯の総厚さが厚いと積層体が湾曲しなくなるので上記で説明したようにボビン内にコアを入れずらくなる。軟磁性金属薄帯の幅と長さの比が小さければ湾曲しずらい。比が大きすぎるとコアが変形しやすいのでボビンに固定しずらくなる。
【００２２】
軟磁性金属薄帯は、例えば、軟磁性材料であるＣｏ基（Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系）、Ｆｅ基のアモルファス金属やナノ結晶金属などを用いることができる。
アモルファス金属は例えば、合金組成がＴａＳｉｂＢｃＭｄ（但し、ＴはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉの１種以上の元素、ＭはＣｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａの１種以上の元素であり、原子％で、５０≦ａ≦９０、１．５≦ｂ≦３０、２≦ｃ≦１５、０≦ｄ≦１０）で表されるものが好ましい。不純物であるＣ，Ｐ，Ｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｏ，Ｎなどの元素が総和で０．５ｗｔ％以下の範囲に許容できる。
また、ナノ結晶金属は例えば、ＴｅＣｕｆＳｉｇＢｈＭ’ｉ（但し、ＴはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉの１種以上の元素、Ｍ‘はＮｂを必須として必要によりＣｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａから選択される１種以上の元素、５０≦ｅ≦８０、０．５≦ｆ≦５、８≦ｇ≦１８、５≦ｈ≦１５、１≦ｉ≦１０）で表されるものが好ましい。不純物であるＣ，Ｐ，Ｓ，Ｓｂ，Ｏ，Ｎなどの元素が総和で０．５ｗｔ％以下の範囲に許容できる。
これらの軟磁性金属薄帯は、熱処理する事で脆化するが、樹脂層を介して積層することで湾曲させても破損することがないコアとすることができる。
【００２３】
Ｔ量ａは５０原子％（以下、％と記載のものは原子％を表す）より少ないと耐蝕性が低下してしまい、長期安定性に優れたアンテナ用磁心を得ることが出来ない。また、９０％超では後述するＳｉ、Ｂなどが不足するため、非晶質金属薄帯を得ることが工業的に難しくなる。Ｔ量ａが５０原子％以上であれば、一部を他の遷移元素と置換してもよい。アンテナ用の磁心としてアモルファス金属が好ましく、また、アンテナとして高いＱ値を得るための材料としてＣｏ基のアモルファス材料とすることが好ましい。
【００２４】
Ｓｉ量やＢ量が前記の添加範囲にないと非晶質形成能が下がったり軟磁気特性が低下したりするので好ましくない。
【００２５】
アモルファス金属薄帯においてＭ元素は必須では無く、対してナノ結晶金属においてＣｕ，Ｍ‘元素は必須である。ナノ結晶金属において、Ｃｕ元素は微結晶組織の形成に大きく寄与する。Ｎｂ元素も同様に高い比透磁率を得るために必須の元素である。ただし、含有量が多すぎると飽和磁束密度が低下する。
【００２６】
これらの金属薄帯はロール冷却により得ることができる。単ロール、双ロールなどを用いた急冷法で製造することができ、これにより得られる薄帯の厚みは１０〜５０μｍ程度である。１０μｍ未満の金属薄帯を得ることは工業上困難であり、製造するには１０μｍ以上の厚みの金属薄帯を得てからエッチングなどで薄くする必要がありコスト的に量産品への適用は難しい。また、厚みが５０μｍを超えるとロール冷却の冷却能が不十分となり、非晶質の金属薄帯を作ることが困難で、軟磁気特性が低い薄帯になりやすい。なお、薄帯を薄くすることで積層体とした際の渦電流損を小さくできるので、薄帯の好ましい厚さは１５μｍ〜３０μｍである。
【００２７】
軟磁性金属薄帯は樹脂を介して積層接着される。樹脂としてエポキシ樹脂やポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂を用いることができる。また、公知の樹脂であれば適宜選択可能である。金属薄帯はアモルファス薄帯にしろナノ結晶薄帯にしろ鋳造後に熱処理をする必要があり、樹脂接着して積層体とした後に熱処理したり、また、ヒートロール等の装置で熱処理しながら積層したりできるよう、耐熱性の高い樹脂を選択することが好ましい。
また、本発明では軟磁性金属薄帯を積層した積層体コアを湾曲させた状態でボビンに入れるため、樹脂は乾燥した後も柔軟性と接着性を併せ持つ材料を選定することが好ましい。
【００２８】
本実施例では、金属薄帯コアとしてメトグラス社製のＳＡ１材（平均厚み２０μｍ）を用い、この軟磁性金属薄帯に熱硬化性のポリアミドイミド樹脂を平均厚み１．２μｍで塗布したものを用いた。軟磁性金属薄帯を重ねて積層させ、２８０℃で熱処理することで層間の樹脂を硬化させるとともに軟磁性金属薄帯の軟磁気特性を改善させるための最適加熱処理を行なった。この積層体の寸法は前記の空洞部にちょうど入る直方体状とした。
この積層体の金属薄帯コアの端部同士を挟んで湾曲させれば、上記のようにこのボビンの窓部又は孔部から挿入することができる。
【００２９】
図２は図３の方法でコア８をボビンの空洞部２に入れた後、ボビンの長手方向中央部にコイルを巻いた本発明のアンテナの一形態を示すものである。コイルとして線径φ０．４ｍｍの銅線を用いて、４０ターン巻いている。本実施例においてはコイルの両端は送信用の駆動回路に接続される。本発明のボビンはこのコイル端部を固定するための固定手段が形成されることもある。
【００３０】
本発明の低周波アンテナは２００ｋＨｚ以下、さらには１５０ｋＨｚ以下の周波数帯の電波を送信する用途に用いることができる。なお、受信用アンテナとして併用することもできる。
【００３１】
図５〜図７は、本発明の他のボビン形状を示す図であり、図１と同じ役割の部分には同じ番号が付けられている。
図５のボビンは、ボビンの厚み方向で見た場合、図１のボビンに比べて窓部３の幅方向側の枠が端支持部６の外面よりも内部側に凹むように形成されている。窓部３の幅方向側の枠は、ボビンの厚み方向で見て端支持部６の空洞部側の面と、同じ高さに形成されている。窓部３の幅方向の枠が凹むように形成されている事で、コイルを空洞部内のコアに近い位置で巻くことができるため、図１のアンテナよりもアンテナ特性を上げることができる。
図６のボビンは、中央支持部５の端部側がボビンの長軸に対して垂直方向に弾性変形するように形成されている。端部が弾性変形するので内部側からコアが入れられた際に孔部４が実質的に広がり、コアの挿入作業が容易になる。また、空洞部２に入れられたコアがこの中央支持部の端部を押し広げるよう、突起９ｂの大きさを調節すれば、この端部が戻ろうとする応力によってコアがさらに固定され、衝撃に強いアンテナとすることができる。
図７のボビンは、ボビン中腹部（ボビンの側面中央部）に二つのフランジを形成し、このフランジがコイルの巻きつける位置決めとして利用できる。
図８のボビンは、さらにその応用であり、ボビン中腹部が括れて外側が太くなるよう形成された、略バーベル状のボビンである。中央部の括れをコイルの巻き付ける位置決めとして利用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１：ボビン、２：空洞部、３：窓部、４：孔部、５：中央支持部、６：端支持部、７：コイル、８：コア、９：突起、１０：（長軸方向）内壁、１１：樹脂層、１２：軟磁性金属薄帯、２０：金型、２１：窓側型、２２：孔側型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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