(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁心および該磁心に巻回されたコイルを有するコイルアンテナと、該コイルアンテナの近傍に設置された金属筐体または金属めっき付き樹脂筐体との間に、第１の軟磁性体粉末と第１の有機結合剤の混成物からなり、可とう性を有し曲げ変形できる磁性体シートが、２分割され、前記コイルアンテナの両端部が前記コイルアンテナの長手方向と垂直な方向の対応する位置に存在し、前記コイルアンテナの磁束が前記金属筐体または前記金属めっき付き樹脂筐体の外側を通るように配設されたことを特徴とする送信コイルアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の軟磁性体粉末は、高周波透磁率の大きな、鉄シリコンアルミニウム合金、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉末、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄の軟磁性材料のいずれかまたはそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の有機結合剤は、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、塩素化ポリエチレン、ニトリルブタジエン系ゴム、スチレンブタジエン系ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂およびそれらの共重合体の内から選ばれる１つを含んでなることを特徴とする請求項２記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１の有機結合剤はハロゲン化物または臭素化ポリマーを有する有機難燃剤を含んでなることを特徴とする請求項３記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項５】
前記磁心は、第２の軟磁性体粉末および第２の有機結合剤とからなる絶縁性軟磁性体であり、前記第２の軟磁性体粉末は、高周波透磁率の大きな、鉄シリコンアルミニウム合金、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉末、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄の軟磁性材料のいずれかまたはそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項６】
前記第２の有機結合剤は、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、塩素化ポリエチレン、ニトリルブタジエン系ゴム、スチレンブタジエン系ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂およびそれらの共重合体の群から選ばれるいずれか１つを含んでなることを特徴とする請求項５記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項７】
前記第２の有機結合剤はハロゲン化物、臭素化ポリマーまたはそれらの組み合わせからなる有機難燃剤を含むことを特徴とする請求項６記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項８】
前記第１または第２の軟磁性体粉末が、偏平状もしくは針状の粉末またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項２または５記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項９】
前記第１または第２の軟磁性体粉末が、酸化被膜もしくは第３の有機結合剤により絶縁コーティングされた粉末であることを特徴とする請求項８記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項１０】
前記磁心は層状であり、少なくとも一方の面に形成された誘電体層を有する絶縁性軟磁性体層からなり、前記絶縁性磁性体層は第３の軟磁性体粉末と第４の有機結合剤とを含み、前記誘電体層は第１の誘電体粉末と第５の有機結合剤を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項１１】
前記磁心は多層状であり、各層は絶縁性の軟磁性体層からなり、前記各層は第４の軟磁性体粉末、第２の誘電体粉末および第６の有機結合剤を含んでなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項１２】
前記コイルアンテナは、全体として可とう性を有することを特徴とする請求項５から１１のいずれか１項に記載の送信コイルアンテナ装置。
【請求項１３】
前記磁心の形状は角板状であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の送信コイルアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低中波帯の送受信に使用する送信コイルアンテナ装置に関し、特に１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲内の周波数の無線信号の送受信に際し、送信コイルアンテナ装置近傍に導電性および／または磁性を有する金属物が配置された装置、システム、端末などにおいても無線信号の送信に適した送信コイルアンテナ装置に関する。特に自動車用または住宅用の携帯キー用に情報を送信する送信コイルアンテナ装置またはＲＦ−ＩＤ用の送信コイルアンテナ装置に好適に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信端末の小型化、多用途化が進み、低中波帯の電波を利用した端末が、多く見られる。そのとき用いる低中波帯のアンテナとして、たとえば、特許文献１に開示されたような車両用キーレスシステムコイルアンテナがある。この低中波帯のアンテナとしてフェライト材料のコア（焼結フェライト）を使用した、コイルアンテナが普及している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４９８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フェライト材料のコア（焼結フェライト）を使用したコイルアンテナは、耐衝撃性（コア割れ等の不具合防止）、形状の多様化（異形状、指向性の多軸化、軽薄短小、大型化）が市場から要求されているが、耐衝撃、製作性が悪いなどの問題が起きている。特に最近の自動車用リモートキー等はポケットにキーを入れたままでキーの開閉が可能で便利である。しかしながら、ドアハンドル、ドアミラー等狭い空間に送信アンテナを組み込む等の自動車用のその特徴性から薄型・軽量化が強く求められる一方、落下衝撃によるコア破損は、致命的な故障となるため耐衝撃性が必要となる。
【０００５】
これらの要求を満足するためにはフェライト等のセラミック材では薄型になるとコア割れを起こし、耐衝撃性が確保できず、アモルファスコアの様な、メタル系コアの積層も試みられているが、高価でまた、製作性に於いても、硬度が高く加工が難しいためコストが高くなると言う問題がある。このため樹脂と複合したプラスチックフェライトなども検討されているが、ある程度、衝撃性、製作性については、改善はされるが、アンテナとしての特性を追求すると、フェライトの充填率を上げる必要があり、結局はアンテナ特性を満たすプラスチックフェライト材は焼結フェライトと同じように耐衝撃性が弱くなるという問題が発生している。
【０００６】
また、焼結フェライトコアは、長い形状や薄板形状になると、そりを生じプレス・焼結の後に平坦度を出すため機械加工の仕上げを必要とし、大きなプレス機が必要となるが、本発明のアンテナは、大きなプレス機を必要とせず、焼結フェライトでは、現実的には不可能な大きさの送信アンテナを作ることが可能となる。  
【０００７】
またこれら自動車用のドアハンドルやドアミラーでは外観上のデザイン性から金属筐体の使用や樹脂筐体であっても金属めっきを施して豪華さを出すなどの金属体との使用が増えている。これらの金属筐体（金属めっき）は上記送信コイルアンテナの近傍にあって、送信コイルアンテナと干渉し、送信コイルアンテナ装置のインダクタンス値を低下させ、そのことが送信アンテナとしての同調周波数を変動させて送信アンテナ特性を劣化させたり、あるいは金属筐体（金属めっき）が送信コイルアンテナに干渉することで近傍金属に高周波電流が流れコイルのＱ特性が劣化するために送信アンテナ効率が低下したり、あるいは送信コイルアンテナの送受信間に金属筐体（金属めっき）が入ることで電磁シルードとなりアンテナの送受信を抑制したりして送信コイルアンテナの特性を劣化させていた。
【０００８】
ここで送信アンテナ効率とは送信コイルアンテナから発生する電界の大きさを指し、電界が大きい方が送信アンテナ効率が良好である。ただし、送信アンテナが発生する電界は電波法に定められた電界の大きさ以下とする。送信アンテナ効率の評価は電界そのものでなくともよく、受信ループアンテナの電圧、受信コイルアンテナの電圧等でもよい。さらに受信コイルアンテナや受信ループアンテナと電子回路を組み合わせた任意の受信アンテナシステムで受信可能な距離で評価してもよい。  
【０００９】
上記の状況にあって、本発明の課題は、耐衝撃性に優れ、金属筐体または金属めっきされた筐体に設置されたときに、アンテナ効率の低下を抑制できる送信コイルアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、これらの問題を解決するため、軟磁性体粉末と有機結合材としてのエラストマーやプラストマーとからなる磁性体シートを送信コイルアンテナと金属筐体（あるいは金属めっき）間に挿入配置することによりインダクタンス値を安定させ、また送信コイルアンテナと金属筐体（あるいは金属めっき）間の干渉を分離することでＱ特性の劣化を抑え、また金属筐体（あるいは金属めっき）の空間インピーダンスに対する見かけ上のインピーダンスを上げることで電磁シルード効果を抑制してコイルアンテナからの送信信号の透過性を向上させる。さらに、磁性体シートを分割配置することで、金属筐体の開口部に磁束を導き、アンテナ効率の低下を抑制する。
【００１１】
すなわち本発明によれば、磁心および該磁心に巻回されたコイルを有するコイルアンテナと、該コイルアンテナの近傍に設置された金属筐体または金属めっき付き樹脂筐体との間に、第１の軟磁性体粉末と第１の有機結合剤の混成物からなり、可とう性を有し曲げ変形できる磁性体シートが、２分割され、前記コイルアンテナの両端部が前記コイルアンテナの長手方向と垂直な方向の対応する位置に存在し、前記コイルアンテナの磁束が前記金属筐体または前記金属めっき付き樹脂筐体の外側を通るように配設されたことを特徴とする送信コイルアンテナ装置が得られる。
【００１２】
前記第１の軟磁性体粉末は、高周波透磁率の大きな、鉄シリコンアルミニウム合金、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉末、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄の軟磁性材料のいずれかまたはそれらの組み合わせからなるとよい。
【００１３】
前記第１の有機結合剤は、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、塩素化ポリエチレン、ニトリルブタジエン系ゴム、スチレンブタジエン系ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂およびそれらの共重合体の内から選ばれる１つを含んでなるとよい。
【００１４】
前記第１の有機結合剤はハロゲン化物または臭素化ポリマーを有する有機難燃剤を含んでなるとよい。
【００１５】
前記磁心は、第２の軟磁性体粉末および第２の有機結合剤とからなる絶縁性軟磁性体であり、前記第２の軟磁性体粉末は、高周波透磁率の大きな、鉄シリコンアルミニウム合金、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉末、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄の軟磁性材料のいずれかまたはそれらの組み合わせからなるとよい。
【００１６】
前記第２の有機結合剤は、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、塩素化ポリエチレン、ニトリルブタジエン系ゴム、スチレンブタジエン系ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂およびそれらの共重合体の群から選ばれるいずれか１つを含んでなるとよい。
【００１７】
前記第２の有機結合剤はハロゲン化物、臭素化ポリマーまたはそれらの組み合わせからなる有機難燃剤を含むとよい。
【００１８】
前記第１または第２の軟磁性体粉末が、偏平状もしくは針状の粉末またはそれらの混合物であるとよい。
【００１９】
前記第１または第２の軟磁性体粉末が、酸化被膜もしくは第３の有機結合剤により絶縁コーティングされた粉末であるとよい。
【００２０】
前記磁心は層状であり、少なくとも一方の面に形成された誘電体層を有する絶縁性軟磁性体層からなり、前記絶縁性磁性体層は第３の軟磁性体粉末と第４の有機結合剤とを含み、前記誘電体層は第１の誘電体粉末と第５の有機結合剤を含むとよい。
【００２１】
前記磁心は多層状であり、各層は絶縁性の軟磁性体層からなり、前記各層は第４の軟磁性体粉末、第２の誘電体粉末および第６の有機結合剤を含んでなるとよい。
【００２２】
また、本発明によれば、前記コイルアンテナは、全体として可とう性を有する送信コイルアンテナ装置が得られる。
【００２３】
そして、本発明によれば、前記磁心の形状は角板状である送信コイルアンテナ装置が得られる。  
【発明の効果】
【００２４】
本発明による送信コイルアンテナ装置ではコイルアンテナの近傍に分割された磁性体シートを配置することで、磁性体シートを介して磁心の一端から出て他端に戻る閉磁路の形成が抑制され、磁心からの磁束が開磁路となって低インピーダンスのシールド材を迂回するように外部に延びるので、金属筐体や金属めっき部を有する低インピーダンスのシールド材がコイルアンテナ近傍に装着されているキーレスシステムや電波時計、その他、電子機器において、送信アンテナ効率の劣化を抑制する送信コイルアンテナ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の送信コイルアンテナ装置の一実施の形態を示す。３×１２×５０ｍｍの角板状の磁心に１２０Ｔ（ターン）のポリウレタン線を巻回して送信コイルアンテナ装置とする。その磁心は軟磁性体粉末と有機結合材とからなる混成物で可とう性がある。本実施の形態での軟磁性体粉末は鉄シリコンアルミニウム合金（センダスト）粉末である。その軟磁性体粉末は他の粉末であってもよい。たとえば、その軟磁性体粉末はカーボニル鉄、フェライト粉末（酸化物磁性粉末）、または純鉄であってもよい。また、その軟磁性体粉末は鉄ニッケルコバルト合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、またはモリブデンパーマロイからなる粉末であってもよい。さらに軟磁性体粉末は上述した粉末の組み合わせであってもよい。
【００２６】
本実施の形態での軟磁性体粉末は扁平状の粉末である。各粉末は５以上のアスペクト比を有し、かつ３５μｍの粒径を有する。軟磁性体粉末のそれぞれの表面に形成される絶縁体層は非磁性体からなる。具体的には絶縁体層は酸化膜であり、軟磁性体粉末をアニールすることにより形成される。あるいは絶縁体層を有機結合剤で形成することにしてもよい。その絶縁体層を有機結合剤で形成する場合、当該有機結合剤は磁心の混成物における有機結合剤と同じであってもよいし、異なるものであってもよい。本実施の形態での、混成物に含まれる有機結合剤は塩素化ポリエチレン（エチレン、塩化ビニル、１，２-ジクロロエチレンの共重合体とみなしてもよい）であり、本実施の形態では、そこにチタネート系カップリング剤が添加されている。これに代えて、シラン系カップリング剤やアルミネート系カップリング剤を用いてもよいし、カップリング剤を用いなくてもよい。
【００２７】
この有機結合剤に換えて、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリルブタジエン系ゴム、スチレンブタジエン系ゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂およびそれらの共重合体の１種以上によるエラストマーまたはプラストマーを使用することもできる。
【００２８】
本実施の形態では、磁心を形成する混成物における軟磁性体粉末の配合比率は８０重量％であり有機結合剤およびカップリング剤の総配合比率は２０重量％である。実用に適するアンテナ特性を得るとともに磁心に可とう性を持たせるためには、混成物における軟磁性体粉末の配合比率は６０重量％以上９５重量％以下であることが好ましく、また混成物における有機結合剤の配合比率が５重量％以上４０重量％以下であることが好ましい。カップリング剤を用いる場合カップリング剤の混成物における配合比率は５重量％以下とする。
【００２９】
本実施の形態による磁心はＪＩＳ  Ｋ６２５３に従い、タイプＡデュロメータを用いて測定した結果、６０以上のゴム硬度を有していた。また、ＪＩＳ  Ｋ６２６３に従って測定された引っ張り強さは３．８ＭＰａであった。
【００３０】
このようにして作製したコイルアンテナを車両用キーレスシステムに実装して送信距離を比較した。以下、図１〜図３に基づいて説明する。図１は本実施の形態での送信コイルアンテナ装置を示す模式的な断面図、図２は比較例の送信コイルアンテナ装置を示す模式的な断面図、図３は従来技術による送信コイルアンテナ装置を示す模式的な断面図であり、１は磁心、２は金属製または金属めっきを施したドアハンドル、３は磁性体シート、４はコイル、１０はコイルアンテナである。
【００３１】
送信コイルアンテナ効率の評価は受信コイルアンテナと電子回路を組み合わせた受信アンテナシステムで受信可能な距離をもって比較データとした。具体的には、自動車のドアハンドル２に、５０×１２×３ｍｍの磁心１を使用したコイルアンテナ１０を実装した。そのコイルアンテナ１０に、１３０ｋＨｚ、１６Ｖｐｐのパルス信号を入力したとき、金属めっきなしの樹脂性ドアハンドルでは送信距離が１３０ｃｍであったが、図３に対応する外側表面に金属めっきを施した樹脂ドアハンドルでは送信距離が９０ｃｍと低下した。
【００３２】
次に図２のように磁性体シート３をコイルアンテナと金属めっき付きドアハンドルの間に挿入する。（この際、磁性体シートは巻線部から少し離して配置する）。その磁性体シートは透磁率６０以上、シートの厚み５０μｍ以上で、本実施の形態で使用したコイルアンテナの磁心と同じ磁性材を使用した。
【００３３】
この磁性体シート付きコイルアンテナの送信距離は９０ｃｍから１０５ｃｍに改善した。次に図１のように磁性体シート３を中心部分で２分割して配置した。この分割磁性体シート付き送信コイルアンテナ装置の送信距離は１０５ｃｍから１１０ｃｍに改善した。これはコイルアンテナ１０の近傍の磁性体シート３を介して閉磁路を組んでいた磁束が開磁路になり磁束の効率が良くなったことを示唆している。
【００３４】
その様子を図４〜図６に基づいて詳しく説明する。図４は本実施の形態での送信コイルアンテナ装置の磁束の流れを示す模式的な断面図であり、図５は比較例の送信コイルアンテナ装置での磁束の流れを示す模式的な断面図であり、図６は従来技術による送信コイルアンテナ装置での磁束の流れを示す模式的な断面図である。
【００３５】
まず、従来技術による図３の配置に対応する磁束２０の流れを示す図６にはドアハンドルの外側面に施された金属めっきにより、これが電磁シールドとなり、透過できる磁束は少ない様子が示されている。比較例の図２の配置に対応する磁束２０の流れを示す図５には磁束の一部はドアハンドル２の外部に伸びているが、コイルアンテナ１０近傍で閉磁路を組む磁束があるため効率が良くない様子が示されている。それに対し本発明の実施の形態に係る図１の配置に対応する図４にはコイルアンテナ１０の磁束２０がドアハンドル２の外部に効率よく延びている様子が示されている。
【００３６】
このように分割された磁性体シートを付加したコイルアンテナは送信用のアンテナとして使用するとき、受信用のアンテナとして使用するときと比べて、用いる共振回路の相違に起因して、磁性体シートの分割による効果が大きくなる。
【００３７】
ところで、使用する有機結合剤にはその難燃性を高めるために、ハロゲン化物、臭素化ポリマーまたはその組み合わせからなる難燃剤を含有させてもよい。
【００３８】
またアンテナコイルの磁心を、少なくとも一方の面に形成された誘電体層を有する絶縁性軟磁性体層を用いて層状に形成し、その絶縁性磁性体層は軟磁性体粉末と有機結合剤とを含み、その誘電体層は誘電体粉末と有機結合剤を含むように形成することにより、広い周波数帯で所望の透磁率特性を得ることができる。その誘電体粉末にはチタン酸バリウム系セラミック、チタン酸ジルコン酸系セラミックなどが好適である。
【００３９】
またアンテナコイルの磁心を多層状に形成し、各層には絶縁性の軟磁性体層を用い、その各層を軟磁性体粉末、誘電体粉末および有機結合剤を含んで形成してもよく、このように絶縁性が高い軟磁性体層を多層に合わせることで、より高周波の周波数帯で所望の透磁率特性を得ることができる。そのとき用いる誘電体粉末にはチタン酸バリウム系セラミック、チタン酸ジルコン酸系セラミックなどが好適である。
【００４０】
以上のように本発明による送信コイルアンテナ装置を使用することで、金属筐体や、金属めっき部を有する低インピーダンスのシールド材がコイルアンテナ近傍に装着されているキーレスシステムや電波時計、電子機器において、送信アンテナ効率の低下を抑制することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態での送信コイルアンテナ装置を示す模式的な断面図。
【図２】比較例の送信コイルアンテナ装置を示す模式的な断面図。
【図３】従来例の送信コイルアンテナ装置を示す模式的な断面図。
【図４】本発明の一実施の形態での送信コイルアンテナ装置の磁束の流れを示す模式的な断面図。
【図５】比較例の送信コイルアンテナ装置での磁束の流れを示す模式的な断面図。
【図６】従来例の送信コイルアンテナ装置での磁束の流れを示す模式的な断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１    磁心
２    ドアハンドル
３    磁性体シート
４    コイル
１０    コイルアンテナ
２０    磁束
【図１】
0004656512.tif 000002
【図２】
0004656512.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004656512.tif 000005
【図５】
0004656512.tif 000006
【図６】
0004656512.tif 000007