(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気飽和に強い材料、及び構造を取り入れることで小型・薄型化を実現したコイルモジュールを提供する。【解決手段】磁性粒子を含有する磁性樹脂層４ａと、スパイラルコイル２とを備え、磁性樹脂層４ａは、球状、又は長径と短径との比で表される寸法比が６以下の回転楕円体状の形状の磁性粒子を含む。また、装置は、磁性材料を含む磁気シールド層と、スパイラルコイルとを有するコイルモジュールを備える。そして、コイルモジュールの磁気シールド層は、磁性粒子を含有する１つ以上の磁性樹脂層を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料を含む磁気シールド層と、
スパイラルコイルとを備え、
上記磁気シールド層は、磁性粒子を含有する１つ以上の磁性樹脂層を有し、
上記磁性樹脂層は、球状、又は長径と短径との比で表される寸法比が６以下の回転楕円体状の形状の磁性粒子を含むことを特徴とするコイルモジュール。
【請求項２】
上記磁気シールド層は、上記磁性樹脂層とは磁気特性が異なる磁性材料を含む磁性層を更に有することを特徴とする請求項１記載のコイルモジュール。
【請求項３】
上記磁性樹脂層は、金属磁性粉末と樹脂と潤滑剤とを含み、これらを混合して圧縮成型した圧粉磁心であることを特徴とする請求項１又は２記載のコイルモジュール。
【請求項４】
上記磁性樹脂層は、上記磁性粒子及び樹脂を混錬して形成することによって柔軟性を有することを特徴とする請求項１又は２記載のコイルモジュール。
【請求項５】
上記磁気シールド層は、上記スパイラルコイルの当該コイルモジュールの厚さ方向に突出する端子を収容することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のコイルモジュール。
【請求項６】
上記スパイラルコイルは、基板の少なくとも一面に形成された導電層のパターンのコイルからなることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のコイルモジュール。
【請求項７】
上記コイルモジュールの内径側又は外径側に他のコイルモジュールを備えることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のコイルモジュール。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載のコイルモジュールを備えるアンテナ装置。
【請求項９】
請求項１〜７いずれか１項記載のコイルモジュールを備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパイラルコイルと磁気シールド材からなる磁気シールド層とを備えるコイルモジュールに関し、特に磁気シールド層として磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有するコイルモジュール、このコイルモジュールを用いたアンテナ装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信機器においては、電話通信用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、無線ＬＡＮ／ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）用アンテナ、さらにはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）といった複数のＲＦアンテナが搭載されている。これらに加えて、非接触充電の導入に伴って、電力伝送用のアンテナコイルも搭載されるようになってきた。非接触充電方式で用いられる電力伝送方式には、電磁誘導方式、電波受信方式、磁気共鳴方式等が挙げられる。これらは、いずれも１次側コイルと２次側コイル間の電磁誘導や磁気共鳴を利用したものであり、上述したＲＦＩＤも電磁誘導を利用している。
【０００３】
これらのアンテナは、アンテナ単体で目的の周波数において最大の特性が得られるように設計されていても、実際に電子機器に実装されると、目的の特性を得ることは困難である。これは、アンテナ周辺の磁界成分が周辺に位置する金属等と干渉（結合）し、アンテナコイルのインダクタンスが実質的に減少するために、共振周波数がシフトしてしまうことによる。また、インダクタンスの実質的減少によって、受信感度が低下してしまう。これらの対策として、アンテナコイルとその周辺に存在する金属との間に磁気シールド材を挿入することによって、アンテナコイルから発生した磁束を磁気シールド材に集めることによって、金属による干渉を低減させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】伊志嶺、渡辺、上野、前田、徳岡、「高周波対応低ロス圧粉磁心材料の開発」、ＳＥＩテクニカルレビュー、２０１１年１月、第１７８号、Ｐ１２１〜１２７
【非特許文献２】Wireless Power Consortium， 「System Description Wireless PowerTransfer」， Volume I: Low Power, Part 1: Interface definition， Version 1.1.1，July 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非接触通信や非接触充電に用いられる磁気シールド材は、一般に透磁率が高いとシールド性能が良好となることから、高透磁率のフェライトや金属磁性箔が主に用いられてきた。しかしながら強い直流磁場の印加された環境下で、これらの磁気シールド材を使用する場合には、磁性体が磁気飽和を起こし実効的な透磁率が低下する。たとえば、非特許文献１には、フェライトコアでは磁気飽和による直流重畳特性の低下が著しいことが報告されている。また、高飽和磁束密度の金属磁性箔においては、一般的に厚みが数１０μｍと薄いため数１０枚重ねて用いるようにしないと同様に磁気飽和の問題が生じてしまう。
【０００６】
電磁誘導型の非接触充電について、ワイヤレスパワーコンソーシアム（Wireless Power Consortium、ＷＰＣ）において、マグネットを装着した送信コイルユニットが規定されており（非特許文献２に記載されたデザインＡ１）、すでに市販されている。薄型のコイルユニットを作製しようとする場合には、磁気シールドの厚みを薄くする必要があるが、上述した磁気飽和が顕著となりコイルのインダクタンスが大きく低下する。このため受電コイル側の共振周波数が大きくずれることとなり、１次側から２次側への伝送電力の伝送効率が低下し、また受電コイルの発熱が増加するとの問題を生ずる。さらに共振周波数のずれが著しい場合には伝送自体ができなくなるとの問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、磁気飽和に強い材料、及び構造を取り入れることで小型・薄型化を実現したコイルモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係るコイルモジュールは、磁性材料を含む磁気シールド層と、スパイラルコイルとを備える。そして、磁気シールド層は、磁性粒子を含有する１つ以上の磁性樹脂層を有する。また、磁性樹脂層は、球状、又は長径と短径との比で表される寸法比が６以下の回転楕円体状の形状の磁性粒子を含む。
【０００９】
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係るアンテナ装置は、磁性材料を含む磁気シールド層と、スパイラルコイルとを有するコイルモジュールを備える。そして、コイルモジュールの磁気シールド層は、磁性粒子を含有する１つ以上の磁性樹脂層を有する。また、磁性樹脂層は、球状、又は長径と短径との比で表される寸法比６以下の回転楕円体状の形状の磁性粒子を含む。
【００１０】
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係る電子機器は、磁性材料を含む磁気シールド層と、スパイラルコイルとを有するコイルモジュールを備える。そして、コイルモジュールの磁気シールド層は、磁性粒子を含有する１つ以上の磁性樹脂層を有する。また、磁性樹脂層は、球状、又は長径と短径との比で表される寸法比６以下の回転楕円体状の形状の磁性粒子を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るコイルモジュールは、磁気シールド層の全部あるいは一部に磁気飽和による磁気特性の劣化が少ない磁性樹脂層を有しているので、強い磁場が印加されている環境下においてもコイルインダクタンスの変化が少なく安定した通信ができる。
【００１２】
本発明に係るアンテナ装置は、磁気シールド層の全部あるいは一部に磁気飽和による磁気特性の劣化が少ない磁性樹脂層を有しているので、強い磁場が印加されている環境下においてもコイルインダクタンスの変化が少なく安定した通信ができる。
【００１３】
本発明に係る電子機器は、磁気シールド層の全部あるいは一部に磁気飽和による磁気特性の劣化が少ない磁性樹脂層を有しているので、強い磁場が印加されている環境下においてもコイルインダクタンスの変化が少なく安定した通信ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係るコイルモジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の一実施の形態の変形例に係るコイルモジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の一実施の形態の他の変形例に係るコイルモジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の他の実施の形態に係るコイルモジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。
【図５】コイルモジュールを用いた非接触通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図６】共振回路の主要部を示すブロック図である。
【図７】コイルモジュールを用いた非接触充電システムの構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の特性評価のためのコイルモジュールの構成を示す側面図である。（Ａ）は、単一のコイルモジュールの構成を示す側面図であり、（Ｂ）は、直流磁場を発生するマグネットを備えた送信コイルユニットとともに示すコイルモジュールの側面図である。
【図９】直流磁場印加のない場合のコイルのインダクタンス値に対する、直流磁場印加の場合のインダクタンスの変化値をインダクタンスの相対値ΔＬとして、ΔＬを磁気シールド層の厚さを変化させてプロットしたグラフである。（Ａ）は、球状アモルファス合金を磁性樹脂層に用いて比透磁率を２０程度とした場合、（Ｂ）は、球状センダストを磁性樹脂層に用いて比透磁率を１５程度とした場合のΔＬを示す。
【図１０】インダクタンスの相対値ΔＬを、磁気シールド層の厚さを変化させてプロットした比較例のグラフである。（Ａ）は、長径／短径が約５０のセンダストを用いた磁気シールド層に用いて比透磁率を１００程度とした場合、（Ｂ）は、ＭｎＺｎフェライトを磁気シールド層に用いて比透磁率を１５００程度とした場合のΔＬを示す。
【図１１】磁性樹脂層に磁性層を加えた場合のインダクタンス値の差異を測定したグラフである。（Ａ）は、直流磁場がない場合、（Ｂ）は直流磁場がある場合のインダクタンスの測定値を磁気シールド層の厚さに対してプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。
【００１６】
［第１の実施の形態］
＜コイルモジュールの構成＞
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、コイルモジュール１０は、導線１を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル２と、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａとを備える。スパイラルコイル２は、導線１の端部に引出部３ａ，３ｂを有しており、引出部３ａ、３ｂに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の２次側回路を構成する。図１（Ｂ）に示すように、スパイラルコイル２の内径側の引出部３ａは、巻回されている導線１の下面側を通って、導線１に交差するようにして磁性樹脂層４ａに設けられた切欠部２１を通してスパイラルコイル２の外径側に引き出される。
【００１７】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、コイルモジュール１０ａでは、後述する製造方法において、磁性樹脂層４ａの硬化前に、引出部３ａを磁性樹脂層４ａに埋設するようスパイラルコイル２を載置するようにしてもよい。
【００１８】
なお、スパイラルコイル２は、図１（Ａ）等に示すように、長方形状を呈するように形成されているが、円形や楕円形、その他任意の形状に形成されるのは言うまでもなく、磁性樹脂層４ａ等からなる磁気シールド層の平面形状も任意のものとすることができる。
【００１９】
磁性樹脂層４ａは、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。磁性粒子は、フェライト等の酸化物磁性体、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。磁性樹脂層４ａには上記磁性粒子の他に、熱伝導性や粒子充填性等を向上させるためのフィラーを含むことができる。
【００２０】
磁性樹脂層４ａに用いる磁性粒子には、粒径が数μｍ〜２００μｍの球状、又は細長（葉巻型）、あるいは扁平（円盤型）の回転楕円体形状で、その寸法比（長径／短径）が７以下の粉末を用いる。この際、単体の磁性粉のみならず粉径、材質、寸法比の異なる粉末を混合して用いてもよい。上述した磁性粒子のうち特に金属磁性粒子を用いる場合には、複素透磁率が周波数特性を有しており、動作周波数が高くなると表皮効果により損失が生じるので、使用する周波数の帯域に応じて粒径及び形状を調整する。また磁性樹脂層４ａの粒子形状は球形から寸法比の小さい回転楕円体としており、反磁界係数が大きく外部からの磁場に対して飽和しにくい形状となっている。これらの反磁界係数の大きい粒子が樹脂を介して磁性樹脂層４ａを形成しているので、磁場の大きな環境下においても磁気飽和の影響が少ない磁気特性を示す。
【００２１】
また、磁性樹脂層４ａは、磁性粒子と樹脂を混練して形成され、硬化後も適度な柔軟性を有しているため、電子機器の筐体内部の形状に合わせて加工して搭載することができる。
【００２２】
コイルモジュール１０のインダクタンス値は、磁性樹脂層４ａの実部平均透磁率（以下、単に平均透磁率という。）によって決定されるが、この平均透磁率は磁性粉と樹脂との混合比率により調整することができる。磁性樹脂層４ａの平均透磁率と、配合する磁性粉の透磁率の関係は、配合量に対して一般的に対数混合則にしたがうので、磁性粉の充填率は、粒子間の相互作用が増していく体積充填率４０ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。なお、磁性樹脂層４ａの熱伝導特性も磁性粉の充填率の増大とともに向上するので、磁性粉の充填率を上げるために、磁性樹脂層４ａとして金属磁性粉、樹脂及び潤滑剤等を混合し圧縮成型した圧粉磁心を用いることもできる。
【００２３】
結合剤は、熱、紫外線照射等により硬化する樹脂等を用いる。結合剤としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンブロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができる。これらに限られないことは言うまでもない。なお、上述の樹脂又はゴムに、難燃剤、反応調整材、架橋剤又はシランカップリング剤等の表面処理剤を適量加えてもよい。
【００２４】
スパイラルコイル２を形成する導線１は、５Ｗ程度の充電出力容量の場合であって、１２０ｋＨｚ程度の周波数で用いられるときには、０．２０ｍｍ〜０．４５ｍｍの径のＣｕ又はＣｕを主成分とする合金からなる単線を用いることが好ましい。あるいは、導線１の表皮効果を低減させるために、上述の単線よりも細い細線を複数本束ねた並行線、編線を用いてもよく、厚みの薄い平角線又は扁平線を用いて１層又は２層のα巻としてもよい。
【００２５】
さらに、コイル部を薄くするために導体を誘電体材料からなる基板の片面あるいは両面にパターニングして作製したＦＰＣ（Flexible printed circuit）コイルをスパイラルコイル２として用いることもできる。すなわち、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、コイルモジュール１０ｂは、誘電体基材からなる基板６の一面に、導電体からなる導線１を渦巻状にパターン形成されたスパイラルコイル２と、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａとを備える。導線の両端には、外部回路との接続をするための端子部３ｃ，３ｄを備える。基板６の両面に導線１をパターン配線して、それぞれをスルーホールを介して直列に接続することにより、巻数を増やすことができる。また、両面にパターン配線した導線１をスルーホールを介して並列に接続することによって、電流容量を増大させることもできる。基板として積層基板を用いることにより、さらに多層化をすることもでき、多層配線によって、さらなる巻回数や電流容量の増大が可能である。
【００２６】
スパイラルコイル２は、接着層５を介して磁気シールド層４と接続する。接着層５としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンブロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができる。接着層５は、直接塗布することで形成することができるが、基材の両面に接着性の層を形成した両面テープのようなものを貼り付けることによって形成することもできる。接着層５を形成する基材を誘電体で形成することによって、スパイラルコイル２のアンテナとしての長さを実質的長くすることができ、結合係数を向上させることができる。
【００２７】
＜コイルモジュールの製造方法＞
まず磁性樹脂層４ａのシートを作製する。磁性粉末と結合剤である樹脂やゴムとを混錬したものをＰＥＴ等の剥離処理されたシートの上に塗布し、ドクターブレード法等により所定の厚みの未硬化シートを得る。
【００２８】
その後、加熱、あるいは加圧加熱処理して硬化した磁性樹脂層４ａからなる磁気シールド層のシートを完成させる。このシート作製には押し出し法を用いることもでき、さらに成型金型にシートの材料である磁性粉末と結合剤等の混練物を流し込む方法、射出成型法等を用いることができる。
【００２９】
次に、上記シートの上に接着層５を形成して、スパイラルコイル２を所定の位置に乗せて、スパイラルコイル２の上面から一定の圧力で押しつけてコイルモジュール１０を完成させる。接着層５が主に熱により硬化するタイプの結合剤で構成されている場合には、加圧時に加熱処理を行う。つまり、接着層５による上記シートとスパイラルコイル２との接合は、接着層５の結合剤が硬化する条件を加圧時、あるいは加圧後に付加することで完成する。接着層５は、上記シートのスパイラルコイル２と接触する領域に形成すれば十分であるが、特に不具合が生じないのであれば上記領域を含む上記シートの一部の面、あるいは全面に形成してもよい。また上述の例では接着層５は、シート側に形成しているが、スパイラルコイル２側に形成して、上記シートに接合してもよい。
【００３０】
［第２の実施の形態］
＜コイルモジュールの構成＞
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、本発明のコイルモジュール２０は、導線１を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル２と、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａ、磁性層４ｂとを備える。スパイラルコイル２は、導線１の端部に引出部３ａ，３ｂを有しており、引出部３ａ，３ｂに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の２次側回路を構成する。図４（Ｂ）に示すように、スパイラルコイル２の内径側の引出部３ａは、巻回されている導線１に交差するようにして磁性樹脂層４ａ及び磁性層４ｂに設けられた切欠部２１を通してスパイラルコイル２の外径側に引き出される。図２では磁性樹脂層４ａ、磁性層４ｂに切欠部２１を形成しているが、第１の実施の形態と同様に、切欠部を設けず、引出部３ａを磁性樹脂層４ａ又は磁性層４ｂ、あるいは両方の層に埋設するようにしてもよい。
【００３１】
磁性樹脂層４ａ及び磁性層４ｂは、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。磁性粒子は、フェライト等の酸化物磁性体、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。
【００３２】
磁性樹脂層４ａに用いる磁性粒子には、粒径が数μｍ〜２００μｍの球状、あるいは細長（葉巻型）、あるいは扁平（円盤型）の回転楕円体形状で、その寸法比（長径／短径）が７以下の粉末を用いるが、単体の磁性粉のみならず粉径、材質、寸法比の異なる粉末を混合して用いてもよい。磁性樹脂層４ａの粒子形状は球形から寸法比の小さい回転楕円体としており、反磁界係数が大きく外部からの磁場に対して飽和し難い形状としている。これらの反磁界係数の大きい粒子が樹脂を介して磁性樹脂層４ａを形成しているので、磁場の大きな環境に対しても磁気飽和の影響が少ない磁気特性を示す。
【００３３】
磁性層４ｂには、透磁率の高いセンダスト、パーマロイ、アモルファス等の金属磁性体や、ＭｎＺｎ系フェライト、ＮｉＺｎ系フェライト、あるいは磁性樹脂層４ａに用いられる磁性粒子に少量のバインダーを加えて圧縮成型して作製する圧粉成型材料を用いることができる。また、磁性層４ｂは、磁性粒子を高充填した磁性樹脂層であってもよい。磁性層４ｂはコイルのインダクタンス値をさらに高めるために設けるものであり、平均透磁率は、磁性樹脂層４ａよりも大きくなるように設計される。このような関係が保てるものであれば、磁性体の種類、形状、大きさ、構造等によらず磁性層４ｂとして採用することができる。
【００３４】
磁性層４ｂは、磁気シールド性能を向上させ、コイルのインダクタンス値を効果的に向上させるために設けられるものである。したがって、図４に示す例では、磁性樹脂層４ａのスパイラルコイル２が搭載される面とは反対側の面に設けられているが、磁性樹脂層４ａの上に設けてスパイラルコイル２と磁性樹脂層４ａとの間に挟むように配置してもよい。また、磁性層４ｂは、磁性樹脂層４ａ中に一部あるいは全部が埋め込まれた形態であってもよい。
【００３５】
結合剤は、熱、紫外線照射等により硬化する樹脂等を用いる。結合剤としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンブロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができる。これらに限られないことは言うまでもない。なお、上述の樹脂又はゴムに、難燃剤、反応調整材、架橋剤又はシランカップリング剤等の表面処理剤を適量加えてもよい。
【００３６】
スパイラルコイル２を形成する導線１は、５Ｗ程度の充電出力容量の場合であって、１２０ｋＨｚ程度の周波数で用いられるときには、０．２０ｍｍ〜０．４５ｍｍの径のＣｕ又はＣｕを主成分とする合金からなる単線を用いることが好ましい。あるいは、導線１の表皮効果を低減させるために、上述の単線よりも細い細線を複数本束ねた並行線、編線を用いてもよく、厚みの薄い平角線又は扁平線を用いて１層又は２層のα巻としてもよい。さらに、コイル部を薄くするために導体を誘電体基材の片面あるいは両面に薄くパターニングして作製したＦＰＣ（Flexible printed circuit）コイルを用いることもできる。
【００３７】
なお、上述したコイルモジュールでは、１つのスパイラルコイル２を有するものとして説明したが、これに限られるものではなく、たとえば、コイルモジュールの内径側、又は外径側に他のアンテナモジュールを備えるように構成してもよい。また、上述したコイルモジュールは、非接触電力伝送（非接触充電）用アンテナユニットに適用可能であり、様々な電子機器に搭載することができる。
【００３８】
［非接触通信システム及び非接触充電システムを構成する場合の具体例］
＜非接触通信装置の構成例＞
本発明の一実施の形態に係るコイルモジュール１０は、共振コイル（アンテナ）として、共振コンデンサとともに共振回路からなるアンテナ装置を構成する。そして、構成されたアンテナ装置を非接触通信装置に搭載して、これと他の非接触通信装置と非接触で通信を行う。非接触通信装置は、たとえば携帯電話に搭載されたＮＦＣ（Near Field Communication）等の非接触通信モジュール１５０である。また、他の非接触通信装置は、たとえば非接触通信システムにおけるリーダライタ１４０である。
【００３９】
図５に示すように、非接触通信モジュール１５０は、共振コンデンサと、共振コイルとして機能するコイルモジュール１０とからなる共振回路を含む２次側アンテナ部１６０を備える。非接触通信モジュール１５０は、リーダライタ１４０から送信されてきた交流信号を、各ブロックの電源として用いるために、整流して直流電力に変換する整流部１６６と、各ブロックに対応する電圧を生成する定電圧部１６７とを備える。非接触通信モジュール１５０は、定電圧部１６７により供給される直流電力によって動作する復調部１６４と変調部１６３と受信制御部１６５とを備えており、また、全体の動作を制御するシステム制御部１６１を備えている。２次側アンテナ部１６０によって受信された信号は、整流部１６６による直流電力変換とともに、復調器で復調され、システム制御部１６１によって、リーダライタ１４０からの送信データが解析される。また、システム制御部１６１によって、非接触通信モジュール１５０の送信データが生成され、送信データは、変調部１６３によってリーダライタ１４０に送信するための信号に変調されて２次側アンテナ部１６０を介して送信される。受信制御部１６５では、システム制御部１６１の制御に基づいて、２次側アンテナ部１６０の共振周波数の調整を行うための信号を生成して、通信の状態に合わせて共振周波数の調整を行うことができる。
【００４０】
また、非接触通信システムのリーダライタ１４０は、共振コンデンサからなる可変容量回路とコイルモジュール１０とを有する共振回路を含む１次側アンテナ部１２０を備える。リーダライタ１４０は、リーダライタ１４０の動作を制御するシステム制御部１２１と、システム制御部１２１の指令に基づいて、送信信号の変調を行う変調部１２４と、変調部１２４からの送信信号により変調されたキャリア信号を１次側アンテナ部１２０に送出する送信信号部１２５とを備える。さらに、リーダライタ１４０は、送信信号部１２５によって送出される変調されたキャリア信号を復調する復調部１２３を備える。
【００４１】
図６に２次側アンテナ部１６０の構成例を示す。２次側アンテナ部１６０は、共振容量を構成する可変容量コンデンサＣＳ１，ＣＰ１，ＣＳ２，ＣＰ２と、インダクタンスを形成するコイルモジュール１０とからなる直並列共振回路を含む。１次側アンテナ部１２０についても同様の構成を備える。
【００４２】
可変容量回路の各コンデンサＣＳ１，ＣＰ１，ＣＳ２，ＣＰ２は、受信制御部１６５（リーダライタ１４０の場合には、送受信制御部１２２）によって直流バイアス電圧を制御され、適切な容量値に設定され、コイルモジュール１０（Ｌａｎｔ）とともに共振周波数が調整される。
【００４３】
＜非接触通信装置の動作＞
次に、コイルモジュール１０を含む共振回路からなる１次側アンテナ部１２０及び２次側アンテナ部１６０をそれぞれ備えるリーダライタ１４０及び非接触通信モジュール１５０の動作について説明する。
【００４４】
リーダライタ１４０は、送信信号部１２５によって送出されるキャリア信号に基づいて、１次側アンテナ部１２０とのインピーダンスマッチングを行い、受信側である非接触通信モジュール１５０の受信状態に基づいて、共振回路の共振周波数の調整を行う。変調部１２４では、一般的なリーダライタで用いられる変調方式、符号化方式は、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式等である。キャリア周波数は、典型的には１３．５６ＭＨｚである。
【００４５】
送信されるキャリア信号は、送受信制御部１２２が、送信電圧、送信電流をモニタすることによって、インピーダンスマッチングが得られるよう１次側アンテナ部１２０の可変電圧Ｖｃを制御して、インピーダンス調整を行う。
【００４６】
リーダライタ１４０から送信された信号は、非接触通信モジュール１５０の２次側アンテナ部１６０で受信され、復調部１６４によって信号が復調される。復調された信号の内容がシステム制御部１６１によって判断され、システム制御部１６１は、その結果に基づいて応答信号を生成する。なお、受信制御部１６５は、受信信号の振幅や電圧・電流位相に基づいて、２次側アンテナ部１６０の共振パラメータ等を調整して、受信状態が最適になるように、共振周波数の調整をすることができる。
【００４７】
非接触通信モジュール１５０は、応答信号を変調部１６３によって変調し、２次側アンテナ部１６０によってリーダライタ１４０に送信する。リーダライタ１４０は、１次側アンテナ部１２０で受信した応答信号を復調部１２３で復調し、復調された内容に基づいて、システム制御部１２１によって必要な処理を実行する。
【００４８】
＜非接触充電装置及び受電装置の構成例＞
本発明に係るコイルモジュール１０を用いた共振回路は、非接触充電装置１８０によって、非接触で携帯電話等の携帯端末に内蔵される２次電池を充電する受電装置１９０を構成することができる。非接触充電の方式としては、電磁誘導方式や磁気共鳴等が適応可能である。
【００４９】
図７には、本発明が適用された携帯端末等の受電装置１９０と、受電装置１９０を非接触で充電する非接触充電装置１８０とからなる非接触充電システムの構成例を示す。
【００５０】
受電装置１９０は、上述した非接触通信モジュール１５０とほぼ同じ構成を備える。また、非接触充電装置１８０の構成は、上述したリーダライタ１４０の構成とほぼ同じである。したがって、リーダライタ１４０、非接触通信モジュール１５０として図５に記載されたブロックと同じ機能を有するものについては、同じ符号で示す。ここで、リーダライタ１４０では、送受信するキャリア周波数が多くの場合に１３．５６ＭＨｚであるのに対して、非接触充電装置１８０では、１００ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの場合がある。
【００５１】
非接触充電装置１８０は、送信信号部１２５によって送出されるキャリア信号に基づいて、１次側アンテナ部１２０とのインピーダンスマッチングを行い、受信側である非接触通信モジュールの受信状態に基づいて、共振回路の共振周波数の調整を行う。
【００５２】
送信されるキャリア信号は、送受信制御部１２２が、送信電圧、送信電流をモニタすることによって、インピーダンスマッチングが得られるよう１次側アンテナ部１２０の可変電圧Ｖｃを制御して、インピーダンス調整を行う。
【００５３】
受電装置１９０は、２次側アンテナ部１６０で受信された信号を整流部１６６で整流し、整流された直流電圧を充電制御部１７０の制御にしたがって、バッテリ１６９を充電する。２次側アンテナ部１６０による信号の受信がない場合であっても、ＡＣアダプタ等の外部電源１６８によって充電制御部１７０を駆動してバッテリ１６９を充電することができる。
【００５４】
非接触充電装置１８０から送信された信号は、２次側アンテナ部１６０で受信され、復調部１６４によって信号は復調される。復調された信号の内容がシステム制御部１６１によって判断され、システム制御部１６１は、その結果に基づいて応答信号を生成する。なお、受信制御部１６５は、受信信号の振幅や電圧・電流位相に基づいて、２次側アンテナ部１６０の共振パラメータ等を調整して、受信状態が最適になるように、共振周波数の調整をすることができる。
【実施例】
【００５５】
［第１の実施の形態に係るコイルモジュール１０の特性評価］
本発明の第１の実施の形態に係るコイルモジュール１０の特性を、コイルのインダクタンス値に与える磁気飽和の影響として評価した。ここでは非接触給電用途を想定した評価としている。測定時の評価コイルの構成を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す。
【００５６】
図８（Ａ）では、外部直流磁界のない状態を評価する受電コイルユニットの構成を示す。受電コイルユニットは、本願発明の一実施の形態に係るコイルモジュール１０であり、スパイラルコイル２と磁性樹脂層４ａとを備える。磁性樹脂層４ａのスパイラルコイル２が搭載されている面とは反対側の面には、バッテリパックを模した金属板３１を配置した。受電コイルユニットは、１４Ｔの長方形コイル（外径３１×４３ｍｍ）である。
【００５７】
図８（Ｂ）では、マグネットによる外部直流磁界がある状態を評価する受電コイルユニットの構成を示す。図８（Ａ）の場合と同じく、受電コイルユニットは、本願発明の一実施の形態に係るコイルモジュール１０であり、スパイラルコイル２と磁性樹脂層４ａとを備える。磁性樹脂層４ａのスパイラルコイル２が搭載されている面とは反対側の面には、バッテリパックを模した金属板３１を配置した。受電コイルユニット（コイルモジュール１０）に対向するように送電コイルユニットを配置した。送電コイルユニットは、スパイラルコイル３０ａと磁気シールド材３０ｂとを備えており、受電コイルユニットの中心と中心軸を合わせるように配置した。送電コイルユニット３０の中心に、直流磁界発生のためのマグネット４０を配置した。このマグネットを装着した送信コイルユニットは、非特許文献２に記載されるデザインＡ１に基づいて作成されたものである。受電コイルユニットと送電コイルユニットの間に、厚さ２．５ｍｍのアクリル板を配置することによって一定の離間距離を設定した。アジレント社のインピーダンスアナライザ４２９４Ａを用いて、それぞれの場合に対して、磁性樹脂層４ａの構成を変えて、コイルのインダクタンス値を測定した。
【００５８】
図９及び図１０には、各種磁性材料を用いた磁気シールド層を搭載した受電コイルユニットのインダクタンス値を測定したものを示す。直流磁界がない状態におけるインダクタンスの測定値に対する、直流磁界がある状態におけるインダクタンスの測定値の変化量をパーセントで表し、インダクタンスの相対値と称する。磁気シールド層の厚さｔｍを変えて、インダクタンスの相対値をプロットした。マイナスのインダクタンスの相対値は、インダクタンス値が低下したことを表し、プラスの場合には、インダクタンス値が増加したことを示す。
【００５９】
＜実施例１＞
図９（Ａ）には、磁気シールド層として、寸法比（長径／短径）が６以下の球状アモルファス粉を配合した平均透磁率２０程度を有する磁性樹脂層４ａを用いた場合のインダクタンスの相対値を示す。
【００６０】
＜実施例２＞
図９（Ｂ）には、磁気シールド層として、寸法比（長径／短径）が６以下の球状センダスト粉を配合した平均透磁率１６程度を有する磁性樹脂層４ａを用いた場合のインダクタンスの相対値を示す。
【００６１】
＜比較例１＞
図１０（Ａ）には、磁気シールド層として、センダスト系の寸法比（長径／短径）５０程度の扁平粉を結合剤と混合して作製した平均透磁率１００程度を有する磁性シートを用いた場合のインダクタンスの相対値を示す。
【００６２】
＜比較例２＞
図１０（Ｂ）には、磁気シールド層として、透磁率１５００程度のＭｎＺｎ系のバルクフェライトを用いた場合のインダクタンスの相対値を示す。
【００６３】
＜結果＞
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、球状の磁性粉を用いた磁性樹脂層４ａを磁気シールド層とした本発明の実施の形態の構成例では、コイルのインダクタンス値は、直流磁場が印加されてもほとんど低下していない。なお、インダクタンス値がプラスになるのは送電コイルユニットを構成する磁気シールド層が大きいために磁束が受電コイルユニット近傍に集束したことによる。
【００６４】
一方、図１０（Ａ）に示すように、磁気シールド層として扁平形状の磁性粉からなる磁性シートを用いた場合には、送信コイルユニットに装着されたマグネットの直流磁場の影響によって、磁気シールド層に磁気飽和が生じ、インダクタンス値が大きく低下している。シールド層が薄くなるほど磁気飽和し易くなるので、この傾向はさらに顕著であることが示される。
【００６５】
図１０（Ｂ）に示すように、磁気シールド層としてフェライトを用いた場合には、図１０（Ａ）の場合と同様に、インダクタンス値が大きく低下することが示される。
【００６６】
このように本発明の構成にすることで、マグネット装着の送信コイルユニットに対しても、あるいは大きな直流磁場のある環境においてもコイルインダクタンスの変化が少なく、したがって受電モジュールの共振周波数の変化が少なく安定した電力伝送が可能となる。
【００６７】
［第２の実施の形態に係るコイルモジュール２０の特性評価］
上述のコイルモジュール１０の評価で用いた図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すものと同じ受電コイルユニットを使用した。受電コイルユニットは、１４Ｔの長方形コイル（外径３１ｍｍ×４３ｍｍ）である。
【００６８】
特性評価の方法としては、磁気シールド層４として、磁性樹脂層４ａのみの場合と、磁性樹脂層４ａの下面に、５０μｍ厚の磁性層４ｂを貼り付けて、それぞれのコイルのインダクタンス値を測定した。また、それぞれの場合において、磁性樹脂層４ａの厚さを変えてインダクタンス値を測定した。したがって、磁気シールド層４の全体の厚さは、磁性樹脂層４ａに、磁性層４ｂの厚さ５０μｍを加えたものとなる。
【００６９】
＜実施例３＞
評価用の受電コイルユニット（コイルモジュール２０）の磁性樹脂層４ａには、寸法比６以下の球状のアモルファス粉を配合した平均透磁率３０程度のものを用い、磁性層４ｂには、センダスト系の寸法比５０程度の扁平粉を結合剤と混合して作製した透磁率１００程度のものを用いた。
【００７０】
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に、磁気シールド層４の厚さｔｍに対するインダクタンス値Ｌをプロットしたグラフを示す。なお、インダクタンス値は、アジレント社のインピーダンスアナライザ４２９４Ａを用いて測定し、非接触充電システムで一般に用いられる周波数１２０ｋＨｚにおけるインダクタンス値としてプロットした。
【００７１】
図１１（Ａ）には、直流磁場の印加がない場合、すなわち、図８（Ａ）の受電コイルユニットの構成の場合のコイルのインダクタンス値の測定結果を示す。図１１（Ｂ）には、マグネットにより直流磁場が印加されている図８（Ｂ）の受電コイルユニットの構成の場合のインダクタンス値の測定結果を示す。
【００７２】
＜結果＞
図１１（Ａ）に示すように、磁性樹脂層４ａの一部を薄い磁性層４ｂで置き換えることによって、コイルのインダクタンス値を向上させることができる。
【００７３】
一方、図１１（Ｂ）で示すように、マグネットによる直流磁場が印加されると、磁気飽和の影響が大きいために、いずれのコイルについてもインダクタンス値が下がっている。磁性層４ｂは磁性樹脂層４ａよりもインダクタンスを増加させる効果が高いが、逆に強い磁場が印加された状態では磁性樹脂層４ａの方がインダクタンスを向上させる効果が高いので、上記２つの層の割合を調整することで、磁気シールド性や回路の共振条件に強く影響するコイルインダクタンスとその磁気飽和特性を所望の性能に調整することができる。
【００７４】
このように、本発明のコイルモジュールでは磁気飽和に強い磁性樹脂層を有しているので、強い磁場が印加されている環境下においてもコイルインダクタンスの変化が少なく安定した電力供給が可能である。さらにまた、磁性樹脂層と磁性層の厚みを調整することでコイルインダクタンスの大きさと強い磁場環境下でのコイルインダクタンスの変化率のバランスを調整することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  導線、２  スパイラルコイル、３ａ，３ｂ  引出部、４  磁気シールド層、４ａ  磁性樹脂層、４ｂ  磁性層、５  接着層、１０，１０ａ，１０ｂ，２０  コイルモジュール、２１  切欠部、３０  送信コイルユニット、３０ａ  スパイラルコイル、３０ｂ  磁気シールド、３１  金属板、４０  マグネット、１２０  １次側アンテナ部、１２１  システム制御部、１２２  送受信制御部、１２３  復調部、１２４  変調部、１２５  送信信号部、１４０  非接触通信装置、１５０  非接触通信モジュール、１６０  ２次側アンテナ部、１６１  システム制御部、１６３  変調部、１６４  復調部、１６５  受信制御部、１６６  整流部、１６７  定電圧部、１６８  外部電源、１６９  バッテリ、１７０  充電制御部、１８０  非接触充電装置、１９０  受電装置
【図１】
2014183428.tif 000003
【図２】
2014183428.tif 000004
【図３】
2014183428.tif 000005
【図４】
2014183428.tif 000006
【図５】
2014183428.tif 000007
【図６】
2014183428.tif 000008
【図７】
2014183428.tif 000009
【図８】
2014183428.tif 000010
【図９】
2014183428.tif 000011
【図１０】
2014183428.tif 000012
【図１１】
2014183428.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月31日(2013.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
磁性樹脂層４ａに用いる磁性粒子には、粒径が数μｍ〜２００μｍの球状、又は細長（葉巻型）、あるいは扁平（円盤型）の回転楕円体形状で、その寸法比（長径／短径）が６以下の粉末を用いる。この際、単体の磁性粉のみならず粉径、材質、寸法比の異なる粉末を混合して用いてもよい。上述した磁性粒子のうち特に金属磁性粒子を用いる場合には、複素透磁率が周波数特性を有しており、動作周波数が高くなると表皮効果により損失が生じるので、使用する周波数の帯域に応じて粒径及び形状を調整する。また磁性樹脂層４ａの粒子形状は球形から寸法比の小さい回転楕円体としており、反磁界係数が大きく外部からの磁場に対して飽和しにくい形状となっている。これらの反磁界係数の大きい粒子が樹脂を介して磁性樹脂層４ａを形成しているので、磁場の大きな環境下においても磁気飽和の影響が少ない磁気特性を示す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
スパイラルコイル２は、接着層５を介して磁気シールド層４と接続する。接着層５としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンブロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができる。接着層５は、直接塗布することで形成することができるが、基材の両面に接着性の層を形成した両面テープのようなものを貼り付けることによって形成することもできる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
磁性樹脂層４ａに用いる磁性粒子には、粒径が数μｍ〜２００μｍの球状、あるいは細
長（葉巻型）、あるいは扁平（円盤型）の回転楕円体形状で、その寸法比（長径／短径）
が６以下の粉末を用いるが、単体の磁性粉のみならず粉径、材質、寸法比の異なる粉末を
混合して用いてもよい。磁性樹脂層４ａの粒子形状は球形から寸法比の小さい回転楕円体
としており、反磁界係数が大きく外部からの磁場に対して飽和し難い形状としている。こ
れらの反磁界係数の大きい粒子が樹脂を介して磁性樹脂層４ａを形成しているので、磁場
の大きな環境に対しても磁気飽和の影響が少ない磁気特性を示す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
＜結果＞
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、球状の磁性粉を用いた磁性樹脂層４ａを磁気
シールド層とした本発明の実施の形態の構成例では、コイルのインダクタンス値は、直流
磁場が印加されてもあまり低下していない。なお、インダクタンス値がプラスになるの
は送電コイルユニットを構成する磁気シールド層が大きいために磁束が受電コイルユニッ
ト近傍に集束したことによる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
１  導線、２  スパイラルコイル、３ａ，３ｂ  引出部、３ｃ，３ｄ  端子部、４  磁気シールド層、４ａ  磁性樹脂層、４ｂ  磁性層、５  接着層、１０，１０ａ，１０ｂ，２０  コイルモジュール、２１  切欠部、３０  送信コイルユニット、３０ａ  スパイラルコイル、３０ｂ  磁気シールド、３１  金属板、４０  マグネット、１２０  １次側アンテナ部、１２１  システム制御部、１２２  送受信制御部、１２３  復調部、１２４  変調部、１２５  送信信号部、１４０  非接触通信装置、１５０  非接触通信モジュール、１６０  ２次側アンテナ部、１６１  システム制御部、１６３  変調部、１６４  復調部、１６５  受信制御部、１６６  整流部、１６７  定電圧部、１６８  外部電源、１６９  バッテリ、１７０  充電制御部、１８０  非接触充電装置、１９０  受電装置