(57)【要約】  【課題】静電気防止用の電極を有するループアンテナモジュールにおいて、電極に渦電流が流れないようにする。  【解決手段】ループアンテナモジュール１は、絶縁性の基板３、基板３の一方の側に設けられた電極２、および基板３の他方の側に設けられたループアンテナ４から構成される。ループアンテナ４の一端は通信部に接続され、他端は接地される。電極２は接地される。電極２の形状は櫛形であり、多数の歯５を備える。歯５の幅は、交流磁界がループアンテナ４を貫通しても、歯５に渦電流が実質的に流れない幅である。また、電極２の形状は櫛形であるので、電極２は閉ループを形成しない。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流磁界を発生するためのループアンテナと、
前記ループアンテナの表面に設けられた接地される線状導電体と、
前記ループアンテナと前記線状導電体との間に設けられた絶縁体と、を備え、
前記表面に垂直な方向から見て、前記線状導電体は前記ループアンテナに交わり、前記線状導電体の線は閉ループを形成しないことを特徴とするループアンテナモジュール。
【請求項２】
交流磁界を発生するためのループアンテナと、
前記ループアンテナの表面に設けられた接地される線状導電体と、
前記ループアンテナと前記線状導電体との間に設けられた絶縁体と、を備え、
前記線状導電体の線の幅は当該線に渦電流が発生したときにアンテナ特性に影響しない幅であり、前記線状導電体の線は閉ループを形成しないことを特徴とするループアンテナモジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のループアンテナモジュールにおいて、
前記線状導電体の線の幅は０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とするループアンテナモジュール。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のループアンテナモジュールにおいて、
前記線状導電体の線を構成する部分であって、互いに離間して対向する部分の間隔は、前記ループアンテナの表面に垂直な方向における前記ループアンテナと前記線状導電体との距離よりも小さいことを特徴とするループアンテナモジュール。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のループアンテナモジュールにおいて、
前記ループアンテナの表面と反対側の面に設けられた接地された第２線状導電体と、
前記ループアンテナと前記第２線状導電体との間に設けられた第２絶縁体と、を更に備えることを特徴とするループアンテナモジュール。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のループアンテナモジュールにおいて、
前記線状導電体の形状は櫛形であることを特徴とするループアンテナモジュール。
【請求項７】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のループアンテナモジュールにおいて、
前記線状導電体の線は曲線を含むことを特徴とするループアンテナモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループアンテナモジュール、特に耐静電気特性に優れたループアンテナモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、駅の自動改札システム、入退室管理システムなどにおいて、ループアンテナを内蔵した非接触型ＩＣカードが定期券、入退室カードとして使用されている。これらのシステムで使用される自動改札機、入退室管理装置には、ループアンテナを備えた当該ＩＣカード用リーダ・ライタが設けられており、このリーダ・ライタによって当該ＩＣカードの読み書きが行われる。このリーダ・ライタのループアンテナの表面はプラスチックなどのカバーで覆われているが、静電気を帯びた人間の手がカバーに接触することがある。このため、カバーに印加された静電気がループアンテナを流れ、ループアンテナに接続された電子回路が破損することがある。
【０００３】
また、静電気対策がされたアンテナとして以下のものが知られている。特許文献１には、放送受信用アンテナと通電加熱式のデフォッガとが上下に離間して配置された車両用ガラスアンテナ装置において、アンテナまたはデフォッガにかかる静電気から生じるサージ電圧によって放送受信回路が破損するのを防止するために、放送受信回路の前段にサージ電圧吸収素子を設け、サージ電圧をアースに逃がすことが示されている。
【０００４】
特許文献２には、矩形状の放射電極と接地電極とが誘電体材料を介して配置されたアンテナモジュールにおいて、放射電極にかかる静電気から生じるサージ電流によって放射電極に接続されている送受信回路の能動素子が破損するのを防止するために、放射電極の略中央部を接地し、そこからサージ電流をアースに逃すことが示されている。
【０００５】
特許文献３には、図１２に示すように、導線（明細書中では絶縁線と記されている）により形成されたループアンテナ１０１の上に、ループアンテナ１０１に沿って帯状の導電テープ１０２が配設されるとともに、閉ループが形成されないように導電テープ１０２の中途部にスリット１０３が設けられることが示されている。この導電テープ１０２およびループアンテナ１０１の一端は接地され、ループアンテナ１０１の他端は送信回路内のドライバ１０４に接続されている。このループアンテナ１０１は無線カードリーダ・ライタに用いられる。また、導電テープ１０２は、ループアンテナ１０１の放射電界強度を大きくすることなくループアンテナ１０１の通信エリアを改善するために配設される。
【０００６】
また、特許文献３には、ループアンテナがツイストペア線で構成され、ツイストペア線の一方の線の一端は接地され、他端は開放状態とされ、ツイストペア線の他方の線の一端は接地され、他端は送信回路内のドライバに接続されることも示されている。さらに、ループアンテナが同軸ケーブルの芯線で構成され、同軸ケーブルの芯線の一端は接地され、他端は送信回路内のドライバに接続され、同軸ケーブルのシールド線の中途部は接地されると共に、シールド線の両端部は開放状態とされることも示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１８８５０７号公報（段落００２８〜００３３）
【特許文献２】特開平１０−１４５１３３号公報（段落０００２〜００１０）
【特許文献３】特開平１１−９８０６１号公報（段落００４４〜００４８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１のものにおいては、サージ電圧吸収素子を設けなければならず、アンテナ装置がコストアップする。また、アンテナにサージ電流が流れるので、アンテナが細いパターンで形成されている場合には、アンテナを損傷する恐れもある。上記特許文献２のものは、ループアンテナが中間部で接地されるとアンテナとして機能しなくなるので、ループアンテナには適用できない。
【０００９】
特許文献３に示される導電テープ１０２（図１２参照）は、線状ではなく帯状であるので、ループアンテナ１０１が発生する交流磁界によって導電テープ１０２に渦電流が流れる。このため、渦電流による磁界によってループアンテナ１０２の動作が阻害されるという問題がある。また、ループアンテナとしてツイストペア線が使用される場合には、ツイストペア線は２つの線が互いに捻られたものであるので、ループアンテナとなる線が他方の線の上部に位置する箇所では、ループアンテナから静電気が侵入し、ドライバが破損する恐れがある。また、ループアンテナとして同軸ケーブルが使用される場合には、ループアンテナの巻数を多くするとサイズが大きくなるという問題が生じる。また、ツイストペア線の製造に手間がかかるという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、渦電流が発生しにくい耐静電気特性に優れたループアンテナモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明のループアンテナモジュールは、交流磁界を発生するループアンテナと、ループアンテナの表面に設けられた接地された線状導電体と、ループアンテナと線状導電体との間に設けられた絶縁体と、を備え、当該表面に垂直な方向から見て、線状導電体はループアンテナに交わり、線状導電体の線は閉ループを形成しないように構成される。
【００１２】
このように導電体を線状にすることで、渦電流による損失を抑えることができ、線状導電体の線が閉ループを形成しないようにすることで、誘導電流による損失をなくすことができる。これにより、ループアンテナが発生する交流磁界の損失が低減でき、線状導電体がジュール熱で発熱することもない。また、表面に垂直な方向から見て、線状導電体はループアンテナに交わるので、ループアンテナのサイズ、形状に応じて様々な形状の線状導電体を容易に製造することができる。さらに、ループアンテナの表面に接地された線状導電体が設けられているので、静電気がループアンテナに流れ込むことがなく、ループアンテナに接続された回路の破損が防止される。
【００１３】
第２の発明のループアンテナモジュールは、交流磁界を発生するループアンテナと、ループアンテナの表面に設けられた接地された線状導電体と、ループアンテナと線状導電体との間に設けられた絶縁体と、を備え、線状導電体の線の幅は当該線に渦電流が発生したときにアンテナ特性に影響しない幅であり、線状導電体の線は閉ループを形成しないように構成される。
【００１４】
このようにすることで、線状導電体に渦電流が発生しにくくなる。これにより、ループアンテナが発生する交流磁界が阻害されることもなく、線状導電体がジュール熱で発熱することもない。また、ループアンテナの表面に接地された線状導電体が設けられているので、静電気がループアンテナに流れ込むことがなく、ループアンテナに接続された回路の破損が防止される。
【００１５】
第１または第２の本発明においては、線状導電体の線の幅は０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下にすることができる。このようにすることで、線状導電体の線に渦電流が発生することがさらに防止される。
【００１６】
また、第１または第２の本発明においては、線状導電体の線を構成する部分であって、互いに離間して対向する部分の間隔を、ループアンテナの表面に垂直な方向におけるループアンテナと線状導電体との距離よりも小さくすることができる。これによって、静電気を帯びた物体がアンテナに対して近づいたとき、物体から線状導電体までの距離が、物体からループアンテナまでの距離よりも短くなる。このため、ループアンテナへ静電気が流れることを防止することができる。
【００１７】
さらに、第１または第２の本発明においては、ループアンテナの表面と反対側の面に設けられた接地された第２線状導電体と、ループアンテナと第２線状導電体との間に設けられた第２絶縁体と、を更に備えることができる。このようにすることで、非接触型ＩＣカードなどがループアンテナ面のいずれの側にある場合であっても、当該ＩＣカードに対してデータの送受信を行うことができる。また、静電気発生源がループアンテナ面のいずれの側にある場合であっても、ループアンテナへの静電気の流入が防止される。
【００１８】
さらに、第１または第２の本発明においては、線状導電体の形状を櫛形にすることができる。このようにすることで、線状導電体の形状がシンプルとなり、アンテナモジュールの製造が容易となる。また、互いに歯の向きの異なる櫛形の線状導電体を組み合わせることにより、または歯が互い違いになる櫛形の線状導電体を組み合わせることなどにより、様々な形状の線状導電体が実現される。
【００１９】
さらに、第１または第２の本発明においては、線状導電体の線は曲線を含むことができる。このようにすることで、ループアンテナの形状およびサイズに応じて、直線のみでは実現できない形状の線状導電体が実現され、当該形状およびサイズに最適なアンテナモジュールを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ループアンテナに発生する交流磁界が渦電流によって受ける損失を低減することができる。また、ループアンテナに接続された回路の静電気による破損が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、非接触型ＩＣカード用リーダ・ライタ（以下、リーダ・ライタという）などに使用されるループアンテナモジュールおよび通信部を示す図である。図２は、第１の実施形態のループアンテナモジュールの各部を上下方向に分離した状態で示す斜視図である。図３は当該ループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。ループアンテナモジュール１は、非磁性体で絶縁性の基板３、基板３の下面に設けられたループアンテナ４、および基板３の上面に設けられた電極２から構成される。ここで、製造を容易にするため、電極２、基板３およびループアンテナ４は、それぞれ平面状であり、互いに平行に配置されている。
【００２２】
このループアンテナ４の一端は通信部１０の送信回路１１と受信回路１２とに接続され、他端は接地（アース）されている。線状の電極２の形状は櫛形であり、多数の歯５を有する。多数の歯５は、ループアンテナ４全体を覆うようになっている。多数の歯５には、ループアンテナ４と交わるものと、平行なものとがある。この電極２は、静電気がループアンテナ４に流れ込むのを防止するためのものであり、接地されている。電極２の歯５は粗い間隔で図示されているが、後述するように、実際には密な間隔で配置されている。尚、図２、図３に示すループアンテナ４は、矩形で巻数が３ターンであるが、形状および巻数はこれに限定されるものではなく、円形であってもよく、１ターンであってもよい。また、リーダ・ライタのループアンテナ４としては、２０ｍｍ×３０ｍｍ〜１００ｍｍ×１５０ｍｍ程度の矩形のものが多く使用される。
【００２３】
基板３は、例えば厚さが０．６ｍｍ〜２ｍｍ程度のガラスエポキシ製の板である。電極２、基板３およびループアンテナ４からなるループアンテナモジュール１は、平板状のプリント基板の上面および下面に導電性のパターンを形成することにより、またはガラスエポキシ製の板の上面および下面に導電性ペーストを印刷することなどにより製造される。ループアンテナ４の材質としては、導電性の良い銅、アルミニウムなどが好ましく、特に銅が好ましい。また、電極２の材質としては、導電性の良い非磁性体である銅、アルミニウムなどが好ましく、特に銅が好ましい。また、電極２は、ループアンテナ４の空間的な電位を接地電位にする機能も有する。
【００２４】
ループアンテナモジュール１の基板３は、不図示の取り付け具によって筐体１４内に水平に固定されており、筐体１４の上部開口はプラスチック製のカバー１５で覆われている。また、筐体１４の下方にリーダ・ライタを備えた自動改札機などの演算制御回路、機構部駆動回路などが配置されていて、それらから発生する磁界がループアンテナ４の動作に影響を与える場合がある。この影響を排除するために、すなわち、磁界をシールドするために、筐体１４の底部にフェライト板またはアルミニウム板などの金属板が取り付けられる。また、フェライト板とアルミニウム板などの金属板とを組み合わせたものが取り付けられる。
【００２５】
通信部１０は、送信回路１１、受信回路１２および制御回路１３から構成される。制御回路１３で作成された送信データは送信回路１１で変調、増幅される。この変調された信号がループアンテナ４を流れることによって交流磁界が発生し、この交流磁界の変化がカバー１５の上方の非接触型ＩＣカード１６（以下、ＩＣカード１６という）のループアンテナ（不図示）で検出される。また、ＩＣカード１６からの信号は、ループアンテナ４によって磁界の変化として検出され、この信号は受信回路１２で復調される。そして、復調された信号に対する判定などが制御回路１３で行われる。上記の変調信号の周波数として、１３．５６ＭＨｚが一般的に使用されるが、このループアンテナモジュール１は、これ以外の周波数（例えば、１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚ）おいても使用可能である。
【００２６】
上述のように、電極２の材質の導電性が良いので、静電気を帯びた人間がカバー１５に触れた場合でも、静電気はループアンテナ４の上方に配された電極２を通ってアースに流れる。これにより、静電気がループアンテナ４へ流れ込むことがなく、通信部１０の回路の破損が防止される。また、電極２の材質が非磁性体であるので、電極２はループアンテナ４の動作に対して影響を与えない。尚、図１では、アンテナの他端を接地しているが、送信回路１１および受信回路１２を差動回路で構成し、アンテナの両端をそれぞれ送信回路１１および受信回路１２に接続するようにしてもよい。
【００２７】
図４はループアンテナ４と電極２の歯５とが交わる箇所の拡大図であり、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。電極２の歯５の幅Ｗは、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度になっている。歯５の幅Ｗが２ｍｍ以下であれば、ループアンテナ４が発生する交流磁界によって、歯５には渦電流がアンテナ特性に影響を与えるほど流れないので、２ｍｍを幅Ｗの上限値としている。一方、渦電流を更に小さくするためには、幅Ｗは更に小さくする必要があるが、アンテナモジュール１の製造の容易性、基板３の撓みに対する電極２の強度などを考慮して、幅Ｗの下限値を０．１ｍｍとしている。また、電極２に渦電流が発生しないように、線状の電極２は、閉じない形状、つまり閉ループを形成しない形状となっている。
【００２８】
電極２の歯５と歯５との間隔Ｇ（隙間）は、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。間隔Ｇの上限値は、ループアンテナ４の表面に垂直な方向（図５の上下方向）における電極２とループアンテナ４との距離、つまり基板３の厚さＤよりも小さくする。例えば、基板３の厚さが１．６ｍｍであれば、間隔Ｇは１．６ｍｍよりも小さくする。このようにすることで、静電気発生源がアンテナモジュール１の上方の何処にある場合であっても、電極２の方がループアンテナ４よりも静電気発生源に近くなり、静電気はループアンテナ４に流れることなく、電極２に流れ込み、アースに逃げる。一方、静電気がループアンテナ４に流れないようにするためには、間隔Ｇは小さいほど好ましい。しかし、アンテナモジュール１の製造の容易性、基板３が撓んだときの隣り合う歯５，５同士の接触防止などを考慮して、間隔Ｇの下限値を０．１ｍｍとしている。
【００２９】
尚、上記の幅Ｗおよび間隔Ｇの下限値は、製造上の理由などによるものであるので、これらの機能的な下限値は０．０１ｍｍであってもよい。一方、電極２に静電気を流れやすくするためには、電極２の総表面積は大きい方が良い。以上のことから、渦電流が発生しない狭い幅Ｗの歯５が狭い間隔Ｇで密に配置されるのが好ましい。従って、電極２の歯５の幅Ｗおよび間隔Ｇは、渦電流の発生防止、静電気の流れやすさ、基板３の厚さＤ、製造の容易性などを総合的に判断して決定される。
【００３０】
図６、図７を参照して第２の実施形態のループアンテナモジュールについて説明する。図６はループアンテナモジュール１Ａの各部を上下方向に分離した状態で示す斜視図である。図７は当該ループアンテナモジュール１Ａをその上面から見た透視図である。このループアンテナモジュール１Ａでは、櫛形の電極２Ａと櫛形の電極２ＡＡとの間には絶縁性の基板３Ａが介装され、電極２ＡＡとループアンテナ４との間には絶縁性の基板３ＡＡが介装され、電極２Ａおよび電極２ＡＡが静電気防止電極として機能する。
【００３１】
図７に示すように、電極２Ａの歯５Ａは電極２ＡＡの歯５ＡＡの隙間に配置され、電極２ＡＡの歯５ＡＡは電極２Ａの歯５Ａの隙間に配置されている。従って、電極２Ａの歯５Ａの幅と電極２ＡＡの歯５ＡＡの隙間とを等しくし、電極２ＡＡの歯５ＡＡの幅と電極２Ａの歯５Ａの隙間とを等しくすれば、図４に示す間隔Ｇは０になる。また、電極２Ａの歯５Ａの隙間および電極２ＡＡの歯５ＡＡの隙間が大きくても、ループアンテナ４の面を上から見たときの、組み合わされた電極２Ａ，２ＡＡの歯５Ａ，５ＡＡの隙間は小さくなるので、微細加工をしなくとも、間隔Ｇの小さい電極を容易に製造できる。また、このループアンテナモジュール１Ａは、電極２Ａとループアンテナ４とをプリント基板の各表面のパターンとして、電極２ＡＡをプリント基板の内層のパターンとして形成することなどにより製造される。
【００３２】
図８は、第３の実施形態のループアンテナモジュールの各部を上下方向に分離した状態で示す斜視図である。このアンテナモジュール１Ｂでは、櫛形の電極２Ｂとループアンテナ４との間に絶縁性の基板３Ｂが介装され、ループアンテナ４と櫛形の電極２ＢＢとの間に絶縁性の基板３ＢＢが介装され、電極２Ｂおよび電極２ＢＢが静電気防止電極として機能する。このようにループアンテナ４の両面に電極２Ｂ，２ＢＢが配置されているので、ループアンテナ４の両側に静電気の発生源があるときであっても、ループアンテナ４への静電気の流入が防止される。尚、ループアンテナモジュール１Ｂは、その上方（一方の側）および下方（他方の側）にあるＩＣカード１６（図１）に対してデータを送受信するときに好適に使用される。また、図６に示す電極２ＡＡに代えて図８の電極２ＢＢと同じ向きの櫛形の電極を使用すれば、図６において格子状の静電気防止電極を形成することができる。
【００３３】
図９は、第４の実施形態のループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。このアンテナモジュール１Ｃでは、線状の電極２Ｃの線はループアンテナ４に対して傾斜して交わっている。つまり、電極２Ｃの線はループアンテナ４に対して直交していなくても、第１の実施形態（図２参照）と同様な効果が得られる。
【００３４】
図１０は、第５の実施形態のループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。このアンテナモジュール１Ｄでは、線状の電極２Ｄの線は、ループアンテナ４に交わることなく、ループアンテナに対して平行になっている。尚、図を見やすくするために、電極２Ｄは破線で図示されている。
【００３５】
図１１は、第６の実施形態のループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。このアンテナモジュール１Ｅでは、線状の電極２Ｅの線は波状の曲線を含む。このように曲線を使用することで、ループアンテナ４の形状に応じて、最適な形状の電極２Ｅを実現することができる。尚、波の周期は粗く図示されているが、実際には密な周期である。
【００３６】
以上述べた実施形態においては、ＩＣカード１６に対してデータを送受信するループアンテナモジュール１、１Ａ〜１Ｅについて説明したが、本発明のループアンテナモジュールは、密着型、近接型、近傍型などのいずれのＩＣカードに対しても使用できる。また、ループアンテナモジュールの送受信対象はＩＣカード１６に限定されるものではなく、ＩＣタグなどでもよい。さらに、上記実施形態では、ループアンテナモジュール１などの製造方法についても例示したが、本発明は製造方法によって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ループアンテナモジュールおよび通信部を示す図である。
【図２】第１の実施形態のループアンテナモジュールの斜視図である。
【図３】図２のループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。
【図４】ループアンテナと電極の歯とが交わる箇所の拡大図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】第２の実施形態のループアンテナモジュールの斜視図である。
【図７】図６のループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。
【図８】第３の実施形態のループアンテナモジュールの斜視図である。
【図９】第４の実施形態のループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。
【図１０】第５の実施形態のループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。
【図１１】第６の実施形態のループアンテナモジュールをその上面から見た透視図である。
【図１２】従来のループアンテナを示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、１Ａ〜１Ｅ    ループアンテナモジュール
２、２Ａ〜２Ｅ、２ＡＡ、２ＢＢ    電極（線状導電体）
３、３Ａ、３ＡＡ、３Ｂ、３ＢＢ    基板（絶縁体）
４    ループアンテナ
５、５Ａ、５ＡＡ    歯
１０  通信部
【図１】
2005244841.tif 000003
【図２】
2005244841.tif 000004
【図３】
2005244841.tif 000005
【図４】
2005244841.tif 000006
【図５】
2005244841.tif 000007
【図６】
2005244841.tif 000008
【図７】
2005244841.tif 000009
【図８】
2005244841.tif 000010
【図９】
2005244841.tif 000011
【図１０】
2005244841.tif 000012
【図１１】
2005244841.tif 000013
【図１２】
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