(57)【要約】 【課題】通信可能距離の拡大を図った非接触通信用アンテナを提供する【解決手段】電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナであって、被覆線２ａを平面方向に密接させて巻回したアンテナコイル２を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナであって、
被覆線を平面方向に密接させて巻回したアンテナコイルを備えることを特徴とする非接触通信用アンテナ。
【請求項２】
前記アンテナコイルは、各端部が電気的に接続された複数の前記被覆線を並行に同時巻きして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触通信用アンテナ。
【請求項３】
前記被覆線と被覆線の間に樹脂材が介在されて成ることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の非接触通信用アンテナ。
【請求項４】
前記アンテナコイルの一部が厚さ方向に折曲されて成ることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の非接触通信用アンテナ。
【請求項５】
厚さ方向に折曲されたアンテナコイルと、非折曲のアンテナコイルを相互に接続して構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の非接触通信用アンテナ。
【請求項６】
前記被覆線として融着性被覆線が使用されていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載の非接触通信用アンテナ。
【請求項７】
前記アンテナコイルの一方の面の全面に渡り、または部分的にシート状の磁性体が配設されて成ることを特徴とする請求項１から請求項６までの何れかに記載の非接触通信用アンテナ。
【請求項８】
前記アンテナコイルが接続される基板を備え、当該基板に前記アンテナコイルと並列に接続され、容量調整が可能なコンデンサが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７までの何れかに記載の非接触通信用アンテナ。
【請求項９】
前記基板と前記アンテナコイルとが電気絶縁性のシートに一体的に固定されていることを特徴とする請求項８に記載の非接触通信用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁気が作用する近接領域内において、この電磁誘導を利用して書込装置と読出装置との間で相互にデータ通信を行い、電子決裁や本人認証等を行う非接触通信機器（例えば、携帯電話、ＩＤタグ等）が提案されている。
このような、非接触通信機器には、図８に示すように、樹脂基板１にエッチング加工で形成される平板状のアンテナコイル２を備えた非接触通信用アンテナ（ループアンテナ）が広く使用されている。係る構造のアンテナコイルは、例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００５−９３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述のループアンテナは、開口面積の大きさに比例して利得が大きくなることが知られており、利得を増大して通信可能距離を拡大するには、アンテナコイルの内面積を大きくすることが最も一般的とされている。  アンテナコイルの内面積を大きくするには、コイルの線幅を細くして線間隔を狭めることが考えられるが、パターンコイルは導体層が薄く抵抗分が大きいことから、コイルの線幅を細くすると、その分、コイル抵抗が増大し、且つ、線間隔を狭めると線間容量分も増大してアンテナ特性が劣化する弊害が生じるため、この方法には限界があるという問題があった。
【０００４】
また、通常、アンテナコイルの裏面側には非接触通信機器の回路基板等が配置されることから、その影響でアンテナコイルの表面側に比べて裏面側のアンテナ特性が劣化し、これに伴って裏面側の通信可能距離も短くなるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、係る問題を解消し、通信可能距離の拡大を図った効率の良い非接触通信用アンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、電磁誘導を利用した非接触通信によってデータ通信を行うための非接触通信用アンテナであって、被覆線を平面方向に密接させて巻回したアンテナコイルを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記アンテナコイルは、各端部が電気的に接続された複数の前記被覆線を並行に同時巻きして形成されていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２の何れかに記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記被覆線と被覆線の間に樹脂材が介在されて成ることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記アンテナコイルの一部が厚さ方向に折曲されて成ることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の非接触通信用アンテナにおいて、厚さ方向に折曲されたアンテナコイルと、非折曲のアンテナコイルを相互に接続して構成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１から請求項５までの何れかに記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記被覆線として融着性被覆線が使用されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７に記載の本発明は、請求項１から請求項６までの何れかに記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記アンテナコイルの一方の面の全面に渡り、または部分的にシート状の磁性体が配設されて成ることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に記載の本発明は、請求項１から請求項７までの何れかに記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記アンテナコイルが接続される基板を備え、当該基板に前記アンテナコイルと並列に接続され、容量調整が可能なコンデンサが設けられていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９に記載の本発明は、請求項８に記載の非接触通信用アンテナにおいて、前記基板と前記アンテナコイルとが電気絶縁性のシートに一体的に固定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜９に記載の本発明によれば、被覆線を平面方向に密接させて巻回することによりアンテナコイルを形成したので、アンテナコイルの厚みを厚くすること無くコイルの線間隔を詰めることができ、これにより、アンテナコイルの内面積を拡大することができる。また、被覆線はパターンコイルに比べて断面積を大きくできるため、コイル抵抗を小さくできる。これらの作用効果により、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
【００１６】
また、請求項２に記載の本発明によれば、複数の被覆線を並行に同時巻きすることによりアンテナコイルを形成したので、実質的にコイルの表皮面積が増大し、コイル抵抗をより小さくできることから、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
【００１７】
また、請求項３に記載の本発明によれば、被覆線と被覆線の間に樹脂材を介在すると、隣接する線間（導体間）に所定のギャップが確保され、線間容量を低減することができる。これにより、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
【００１８】
また、請求項４に記載の本発明によれば、アンテナコイルを厚さ方向に折り曲げることにとり、折り曲げ側の磁界強度を増大することができる。したがって、アンテナコイルを、非接触通信機器が配設される裏側方向に折り曲げることで、非接触通信機器の影響で劣化が見られる裏面側のアンテナ特性が改善され、裏面側の通信可能距離を拡大することができる。
この際、アンテナコイルに折り曲げない部分を残すことにより、折り曲げによる表面側のアンテナ特性への影響を制御することができる。
【００１９】
この場合、請求項５に記載の本発明のように、上述のような折り曲げの有るアンテナコイルと折り曲げの無いアンテナコイルを組み合わせることによっても、上記同様の効果が得られる。
【００２０】
また、請求項６に記載の本発明によれば、被覆線として融着性被覆線を使用してコイルを固めることにより、リング状やＵ字状等、実情に応じた任意のコイル形状を容易に実現できる。
【００２１】
また、請求項７に記載の本発明によれば、アンテナコイルの一方の面の全面に
シート状の磁性体を配設することにより、この磁性体による磁気的シールド効果により、コイル近傍に導電体（金属板等）が存在した場合の、磁界による渦電流を低減できるため、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
また、この磁性体を部分的に配置し、その大きさ等でコイルのインダクタンスを調整することにより、コイルの共振周波数を調整することができる。これにより、アンテナ特性のバラ付きを抑えて、アンテナ特性の最適化が図れるようになる。
【００２２】
また、請求項８に記載の本発明によれば、アンテナコイルと並列に容量可変のコンデンサを設けたので、このコンデンサの容量調整によってコイルの共振周波数を調整することができる。これにより、アンテナ特性のバラ付きを抑えて、アンテナ特性の最適化が図れるようになる。
【００２３】
また、請求項９に記載の本発明によれば、基板とアンテナコイルを電気絶縁性のシートに固定し、一体構造とすることにより、アンテナ単体での特性評価や調整が可能となるため、アンテナ特性の安定化に極めて有効となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明に係る非接触通信用アンテナの実施の形態を説明する。
【００２５】
本実施形態による非接触通信用アンテナは、図１に示すように、四角形リング状のアンテナコイル２と、このアンテナコイル２の両端が接続される樹脂基板１とで構成されている。
【００２６】
アンテナコイル２は、線径０．２φ程度の被覆線２ａ（絶縁処理が施された導体線）を平面方向に密接させて渦巻状に巻回して成る扁平コイルである。
本実施形態では、この被覆線２ａとして融着性被覆線を使用し、コイル巻回時に被覆線２ａを加熱するか、または、被覆線２ａに溶剤（例えば、アルコール等）を塗布することにより、被覆線同士を接着・固定して、巻数５ターンのアンテナコイル２を形成している。
【００２７】
また、単線（被覆線１本）に替えてこ被覆線２ａを複数本並行に同時巻きすることによってアンテナコイル２を形成することも可能である。この場合、被覆線２ａの各端部は電気的に短絡させる必要がある。
【００２８】
また、コイル巻数が多く、線間容量の影響が懸念される場合は、図５に示すように、必要に応じ、被覆線２ａと被覆線２ａの間に被覆線２ａと略同径の樹脂線１１を介在させて、隣接する被覆線２ａ間に所定のギャップを確保することにより、線間容量の影響を排除することも可能である。
このような樹脂線１１の介装は、コイル巻回時に、被覆線２ａの間に樹脂線１１を挟み込むことにより行うことができる。尚、図５の場合は、被覆線２ａを二巻きする毎に１本の樹脂線１１が介在されるコイル構造である。
【００２９】
そして、本実施形態では、上記構成のアンテナコイル２を含みコイル裏面側のほぼ全面を覆うように、シート状の磁性体８（例えば、金属磁性体）が両面粘着テープ等で貼着されている。尚、アンテナコイル２の機械的強度が確保できれば、この磁性体８をコイル形状に合わせた四角形のリング状やＵ字状にしてコイル部分にのみ貼着するようにしても良い。
【００３０】
他方、このアンテナコイル２の内側の一隅角部であって、上記した磁性体８が除去された部分１３に、四角形の樹脂基板１が配置されており、この樹脂基板１上にコイル接続用パターン４ａ、４ｂや外部接続用パターン５ａ、５ｂ（アンテナ特性の測定用パターンを兼ねる）等がエッチング加工等により形成されている。
尚、コイル接続用パターン４ａ、４ｂには、それぞれアンテナコイル２の端部が電気的に接続され、外部接続用パターン５ａ、５ｂには、図２に示すように、非接触通信機器２０側の回路基板２１に設けた接続端子２２が電気的に接続される。
【００３１】
また、この樹脂基板１の裏面であって、上述したコイル接続用パターン４ａと４ｂの間に複数（２個）のチップコンデンサ７が実装されていると共に、樹脂基板内部（樹脂基板１が多層構造の場合は内層）に、僅かな隙間を持って対向する一対の電極６ａ、６ｂで成る平板コンデンサ６が形成されており、この平板コンデンサ６が導体パターンやスルーホール３等を介して上述のチップコンデンサ７に並列に接続されている。
この平板コンデンサ６の電極６ａ、６ｂ部分をレーザ等によりパターン加工（切削）することで、その容量値を微調整することができる。
これら、チップコンデンサ７と平板コンデンサ６により、上述したアンテナコイル２と並列に介装される共振コンデンサ１０が構成され、その基本容量値が上述した平板コンデンサ６の可変容量値で調整できるように成されている。
【００３２】
上記構成の樹脂基板１にアンテナコイル２を接続すると共に、図２に示すように、アンテナコイル２の表面側より両面粘着テープや樹脂シート等の電気絶縁性のシート材１２を貼り付けて両者を一体的に固定することにより、非接触通信用アンテナが作製される。一体構造とすることにより、アンテナ単体での特性評価や調整が可能となる。
樹脂基板１の外部接続用パターン５ａ、５ｂと回路基板２１の接続端子２２が相互に接続されることにより、非接触通信用アンテナが非接触通信機器２０に固定される。
【００３３】
上記構成の非接触通信用アンテナでは、被覆線２ａを平面方向に密接させて巻回することによりアンテナコイル２が形成されるので、アンテナコイル２の厚みを厚くすること無くコイルの線間隔を詰めることができ、アンテナコイル２の内面積を拡大することが可能となる。また、被覆線２ａはエッチング加工によるパターンコイルに比べてコイルの断面積を大きくできるため、その分コイル抵抗を小さくできる。これらにより、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
【００３４】
また、この際、複数の被覆線２ａを用いて同時巻きすることで、アンテナコイル２の表皮面積が増大し、コイル抵抗をより小さくできることから、アンテナ特性が改善され、更なる通信可能距離の拡大を図ることができる。
【００３５】
また、被覆線２ａと被覆線２ａの間に樹脂材１１を介在して、隣接する線間に所定のギャップを確保することにより、巻線数が多いアンテナコイル２の線間容量を低減し、線間容量によるアンテナ特性の劣化を防止し、通信可能距離を拡大できる。
【００３６】
また、アンテナコイル２の裏面側のほぼ全面にシート状の磁性体８が配設されるので、この磁性体８による磁気的シールド効果により、コイル近傍に導電体（金属板等）が存在した場合の、磁界による渦電流を低減でき、アンテナ特性が改善され、通信可能距離を拡大できる。
さらには、アンテナコイル２上に貼り付けられた磁性体８の一部を切り取ったり、或いは、この磁性体８をアンテナコイル２のほぼ全面ではなく、その一部分（部分的）に貼り付けたりすることで、アンテナコイル２のインダクタンスを調整することができる。このようにして、アンテナコイル２の共振周波数を調整することにより、アンテナ特性のバラ付きを抑えて、アンテナ特性の最適化が図れるようになる。
【００３７】
また、平板コンデンサ６の電極６ａ、６ｂを切削することで、共振コンデンサ１０の容量値を調整し、アンテナコイル２の共振周波数を調整することにより、上記同様、アンテナ特性のバラ付きを抑えてアンテナ特性の最適化が図れる。  尚、共振周波数の調整については、アンテナコイル２のインダクタンス調整と、共振コンデンサ１０の容量調整を併用することも勿論可能である。
【００３８】
次ぎに、図３に示す実施の形態は、図１で示したアンテナコイル２を一部（短辺部分）を図３（ｂ）に示すように、非接触通信機器２０が配置されるコイル裏面側に折り曲げて成る非接触通信用アンテナである。アンテナコイル２の折り曲げは、非接触通信機器２０の形状に合わせて適宜行う。
【００３９】
アンテナコイル２を裏面側に折り曲げることで、アンテナコイル２の磁界が裏面側への回り込むようになり、裏面側の磁界強度を増大することができる。これにより、非接触通信機器２０を構成する電気部品２３搭載の回路基板２１が配置されることにより、特性劣化がみられる裏面側のアンテナ特性が改善され、裏面側の通信可能距離を拡大することができる。
また、このアンテナコイル２の長辺部分のように、折り曲げない部分を残すことにより、裏面側へ回り込む磁界の量を制御できる。これにより、アンテナコイル２表面側のアンテナ特性に及ぼす影響を制御し、特性劣化を極力少なくすることができる。このように構成することにより、アンテナコイル２の両面（表面側と裏面側）を能動面として有効に使用できるようになる。
【００４０】
次いで、図４に示す実施に形態は、図３に示したような、折り曲げの有るアンテナコイル２と、図１に示したような、折り曲げの無いアンテナコイル２を高さ方向に複数組み合わせて相互に接続した非接触通信用アンテナである。係る構造も、上記同様の作用効果が得られる。
【００４１】
以上、上述の実施の形態では、被覆線２ａを高さ方向一重に巻回して形成したアンテナコイル２について説明したが、図５に示すように、このアンテナコイル２を厚さ方向に複数積層（図５の場合は２層）することも勿論可能であり、このように構成することにより、各アンテナコイル２の巻数を少なくしてアンテナコイルの内面積を拡大することができること、小形サイズでコイル巻数の多いアンテナコイルが得られる等のメリットが有る。
【００４２】
次ぎに、本発明による非接触通信用アンテナの効果を確認するため、共振周波数１３．５６ＭＨｚにおけるアンテナ特性の確認試験を行った。
図７は非接触通信用アンテナにおける並列容量（すなわち、アンテナ周波数
）に対する認識距離の変移を示し、図中の（イ）は図１に示す本発明の非接触通信用アンテナの特性、（ロ）は図８に示す従来の非接触通信用アンテナの特性を示している。アンテナコイル２の巻数は、何れも５ターンとした。
尚、確認試験は、これらの非接触通信用アンテナを組み込んだ非接触通信機器を用い、外部書込装置との間でデータ通信を行い、その際の通信可能距離を測定した。
【００４３】
図７によれば、従来のアンテナ特性（ロ）では、共振周波数における認識距離が９０ｍｍであるのに対し、本発明のアンテナ特性（イ）では、認識距離が約９７ｍｍである。この結果より、本発明の非接触通信用アンテナは、従来に比べて認識距離が拡大されることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による非接触通信用アンテナの構成を示し、（ａ）表面側を示す図、（ｂ）は裏面側を示す図。
【図２】図１の非接触通信用アンテナを非接触通信機器に取り付けた状態を示す図。
【図３】本発明による折り曲げのある非接触通信用アンテナを非接触通信機器に取り付けた状態を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図。
【図４】本発明による折り曲げのある非接触通信用アンテナと折り曲げの無い非接触通信用アンテナを組み合わせて非接触通信機器に取り付けた状態を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図。
【図５】本発明によるアンテナコイルの構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図６】本発明による図５とは別のアンテナコイルの構造を示す断面図。
【図７】非接触通信装置用アンテナの特性を示す図。
【図８】従来の非接触通信用アンテナの構成を示し、（ａ）表面側を示す図、（ｂ）は裏面側を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１  基板（樹脂基板）
２  アンテナコイル
２ａ  被覆線
８  磁性体
１０  コンデンサ（共振コンデンサ）
１１  樹脂材（樹脂線）
【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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