(57)【要約】【課題】ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性が広いアンテナ装置を提供する。【解決手段】エレメントが少なくとも１以上の周回をもって巻回されたループアンテナと、ループアンテナの近傍に配置された磁性部材と、を備えるアンテナ装置であって、ループアンテナは、磁性部材の一面上にその全てが配置され、磁性部材は、ループアンテナから生じる磁界の生成範囲が、ループアンテナの中心軸に対して略垂直な方向において磁性部材が配置されない状態よりも広くなるように、ループアンテナに対して大きく設けられている。【選択図】図３
2009065280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレメントが少なくとも１以上の周回をもって巻回されたループアンテナと、
前記ループアンテナの近傍に配置された磁性部材と、を備えるアンテナ装置であって、
前記ループアンテナは、前記磁性部材の一面上にその全てが配置され、
前記磁性部材は、前記ループアンテナから生じる磁界の生成範囲が、前記ループアンテナの中心軸に対して略垂直な方向において前記磁性部材が配置されない状態よりも広くなるように、前記ループアンテナに対して大きく設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記磁性部材は、車両のボディを構成するボディ構成部材であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記ループアンテナは、前記磁性部材の一面に対して、高さ方向に複数周巻回されている特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記ループアンテナの巻回の中心軸が、前記磁性部材の一面と略垂直となっていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
磁性材料からなる柱状のコアを備え、
前記ループアンテナは、前記コアに巻回されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記コアは、前記磁性部材と磁気的に結合されていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記磁性部材の一面に凸部が形成され、
前記凸部に、前記ループアンテナが巻回されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記磁性部材は、使用周波数に対する比透磁率が１０よりも大きい材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループアンテナを有するアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ループアンテナを有するアンテナ装置として、例えば特許文献１，２に示されるように、磁性部材を備えたものが知られている。
【０００３】
特許文献１，２に示されるアンテナ装置では、金属部材とループアンテナとの間であってループアンテナの近傍に磁性部材を配置することで、金属部材の影響（例えば金属部材における渦電流損）を低減するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−４１９８６号公報
【特許文献２】特開２００２−２９８０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１，２に示されるアンテナ装置は、ＩＣカードなどの無線通信媒体や、非接触型ＩＣカードリーダなどの無線通信媒体に適用されるものであり、磁性部材の大きさは、ループアンテナとほぼ同じ大きさ（特許文献１の図１、特許文献２の図１，２参照）となっている。そして、ループアンテナから生じる磁界の生成範囲は、磁性部材への集磁により、ループアンテナの中心軸に対して略垂直な方向において、磁性部材が配置されない状態よりも狭くなっている（特許文献２の図２，３参照）。このように、特許文献１，２に示されるアンテナ装置は、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性が狭いアンテナ装置となっている。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性が広いアンテナ装置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】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エレメントが少なくとも１以上の周回をもって巻回されたループアンテナと、ループアンテナの近傍に配置された磁性部材と、を備えるアンテナ装置であって、ループアンテナは、磁性部材の一面上にその全てが配置され、磁性部材は、ループアンテナから生じる磁界の生成範囲が、ループアンテナの中心軸に対して略垂直な方向において磁性部材が配置されない状態よりも広くなるように、ループアンテナに対して大きく設けられていることを特徴とする。
【０００７】
このように本発明によれば、ループアンテナに対して磁性部材が十分に大きく、外部雰囲気よりも磁気抵抗の小さい磁性部材中を磁力線が通るので、ループアンテナの中心軸に対して略垂直な方向において、磁性部材が配置されない状態よりも磁力線がループアンテナに対して遠方まで到達する。これにより、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性が広いアンテナ装置（換言すれば、送信機として用いた場合にはループアンテナの中心軸に略垂直な方向の送信エリアが広く、受信機として用いた場合にはループアンテナの中心軸に略垂直な方向の受信エリアの広いアンテナ装置）となっている。
【０００８】
請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載のように、磁性部材として車両のボディを構成するボディ構成部材が好適である。このように、車両のボディ構成部材であれば、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性を広げるのに十分な大きさを有しているので、指向性を広げるとともに、車載用のアンテナ装置の部品点数を削減することができる。
【０００９】
請求項１又は請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載のように、ループアンテを、磁性部材の一面に対して高さ方向に複数周巻回されてなる構成とすると良い。これによれば、ループアンテナが磁性部材の一面と平行な面内で巻回されてなる構成に比べて、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性を広くすることができる。
【００１０】
請求項１〜３いずれかに記載の発明においては、請求項４に記載のように、ループアンテナの巻回の中心軸が、磁性部材の一面と略垂直とされた構成としても良い。これによれば、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向において、指向性のバランスを取ることができる。
【００１１】
請求項１〜４いずれかに記載の発明においては、請求項５に記載のように、磁性材料からなる柱状のコアを備え、ループアンテナがコアに巻回された構成としても良い。これによれば、外部雰囲気よりも磁気抵抗の小さいコア中を磁力線が通るので、指向性をより広げることができる。この場合、請求項６に記載のように、コアが磁性部材と磁気的に結合された構成とすると、磁気抵抗をさらに低減し、指向性をより広げることができる。
【００１２】
請求項１〜４いずれかに記載の発明においては、請求項７に記載のように、磁性部材の一面に凸部が形成され、凸部にループアンテナが巻回された構成としても良い。これによれば、凸部がコアとして機能するだけでなく、凸部が磁性部材の一部であるので、指向性をより広げることができる。また、別部材としてのコアが不要であるので、アンテナ装置の構成を簡素化することができる。
【００１３】
請求項１〜７いずれかに記載の発明においては、請求項８に記載のように、使用周波数に対する比透磁率が１０よりも大きい材料を用いて磁性部材が形成された構成とすると良い。これによれば、比透磁率が１０以下の材料を用いてなる磁性部材に比べて、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性を効果的に広くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。図２は、図１をループアンテナ配置側から見た平面図である。
【００１５】
本実施形態に係るアンテナ装置は、例えば車室内に配置されるスマートキーシステムのアンテナ装置（車室内にキーが存在するか否かを検出するための、車両側からキー側への送信機）として構成されている。
【００１６】
図１及び図２に示すように、アンテナ装置１００は、要部として、コア１０に巻回されたループアンテナ２０と、ループアンテナ２０の近傍に配置された磁性部材３０とを有している。
【００１７】
コア１０は、ループアンテナ１０から生じる磁界に対して磁気回路を形成できる公知の磁性体、好ましくは公知の磁性体のうちの強磁性体を磁性材料として柱状に形成されたものであり、その表面にループアンテナ２０が巻回されている。
【００１８】
本実施形態においては、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライトを材料として断面矩形状（長方形）のコア１０が形成されている。また、コア１０の長手方向が磁性部材３０の一面３１（図１に示すＸ−Ｙ面）に対して略垂直となるように、コア１０の一端が磁性部材３０の一面３１に接触した状態で固定されている。すなわち、コア１０が磁性部材３０と磁気的に結合されている。
【００１９】
ループアンテナ２０は、先端を短絡した伝送線路の一種で、使用周波数に応じてエレメントが少なくとも１以上の周回をもって巻回され（１周以上のループ部をもち）、エレメントの両端に電源が接続されたものである。ループアンテナ２０の形態としては、少なくともループアンテナ２０（ループ部）の中心軸が、磁性部材３０の一面３１に対して垂直方向（高さ方向）の成分を有する形態であれば採用することができる。また、ループ部の形状は特に限定されるものではない。
【００２０】
本実施形態においては、スマートキー用の送信機として、使用周波数１３４ｋＨｚに応じた電気長となるように、エレメントとしての導線（銅線）がコア１０の長手方向に沿ってコア１０の表面に複数周巻回されている。すなわち、ループアンテナ２０は、磁性部材３０の一面３１に略垂直な方向（図１に示すＺ軸方向）に沿って複数周巻回されており、ループアンテナ２０（ループ部）の中心軸が磁性部材３０の一面３１に対して略垂直となっている。また、コア１０の外形に対応して、ループ形状が矩形状となっている。
【００２１】
磁性部材３０は、コア１０同様、ループアンテナ２０から生じる磁界に対して磁気回路を形成できる公知の磁性体、好ましくは公知の磁性体のうちの強磁性体を、磁性材料として形成されたものである。具体的には、後述するように、使用周波数に対して比透磁率（磁性材料の透磁率／真空の透磁率）が１０よりも大きく、より好ましくは比透磁率が５０以上の材料を用いて形成されたものを採用すると良い。また、磁性部材３０は、磁性部材３０の一面３１上にループアンテナ２０の全てが配置され、且つ、ループアンテナ２０から生じる磁界の生成範囲が、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向（図１に示すＺ軸に垂直な方向）において磁性部材３０が配置されない状態よりも広くなるように、ループアンテナ２０に対して大きく設けられている。換言すれば、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向において、ループアンテナ２０の送信エリアを広げるように、ループアンテナ２０に対して磁性部材３０が十分に大きく設けられている。
【００２２】
本実施形態においては、車両のボディを構成するボディ構成部材としての鋼板（例えば床部）を磁性部材３０としており、ボディ鋼板（磁性部材３０）の内面（一面３１）上に、ループアンテナ２０が配置されている。
【００２３】
次に、このように構成されるアンテナ装置１００の効果について、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図３は、ループアンテナ２０から生じた磁界の磁力線分布を示す模式的な断面図であり、（ａ）は本実施形態（磁性部材３０のある場合）を示し、（ｂ）は比較例として磁性部材３０のない場合を示している。なお、図３（ａ），（ｂ）においては、ループアンテナ２０を流れる高周波電流による磁極の切り替えを考慮し、磁力線の両端に矢印を付している。
【００２４】
本実施形態に示すアンテナ装置１００においては、ループアンテナ２０（ループ部）の中心軸が磁性部材３０の一面３１に対して略垂直となっており、ループアンテナ２０の近傍に磁性部材３０が配置されている。したがって、送信時に、ループアンテナ２０に高周波電流を流すことで、ループアンテナ２０から生じる磁界の磁力線４０は、図３（ａ）に示すように、外部雰囲気（空気）よりも磁気抵抗の小さい磁性部材３０の内部を通ることとなる。ここで、磁性部材３０は、ループアンテナ２０に対して十分に大きく、磁性部材３０の大きさによって磁気回路が制限されていない。したがって、磁性部材３０内を通ることで磁気抵抗による減衰が少ない分、図３（ｂ）に示す磁性部材３０が配置されない構成よりも、磁力線４０が、ループアンテナ２０に対して遠方まで到達することとなる。
【００２５】
このように、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向の磁界生成範囲が、磁性部材３０が配置されない構成よりも広くなる。換言すれば、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向において、磁力線４０の間隔が広くなる（磁束密度が低くなる）。すなわち、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向の指向性が広い（送信エリアの広い）アンテナ装置となっている。
【００２６】
特に本実施形態においては、車両のボディ鋼板を磁性部材３０としている。したがって、磁性部材３０が、ループアンテナ２０に対して十分な大きさを有しているので、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向の指向性を広くすることができる。また、別途磁性部材が不要であるので、車載用のアンテナ装置１００の部品点数を削減することができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、ループアンテナ２０がコア１０に巻回されており、外部雰囲気（空気）よりも磁気抵抗の小さいコア１０中を磁力線４０が通る。また、コア１０が磁性部材３０と磁気的に結合され、コア１０と磁性部材３０との間の磁気抵抗が小さくなっている。したがって、磁力線４０が、ループアンテナ２０に対してより遠方まで到達するので、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向の指向性をより広くすることができる。
【００２８】
また、本実施形態においては、ループアンテナ２０が、磁性部材３０の一面３１に略垂直な方向（図１に示すＺ軸方向）に沿って複数周巻回されている。したがって、ループアンテナ２０が磁性部材３０の一面３１と平行な面内で巻回されてなる構成に比べて、磁性部材３０の一面３１に対する高さの分、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向の指向性を広くすることができる。
【００２９】
また、本実施形態においては、ループアンテナ２０（ループ部）の中心軸が、磁性部材３０の一面３１に対して略垂直となっている。したがって、ループアンテナ２０（ループ部）の中心軸が、磁性部材３０の一面３１に対して垂直方向（高さ方向）の成分を有するものの、磁性部材３０の一面３１に対して略垂直ではない（磁性部材３０の一面３１に対して斜めである）場合に比べて、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向（換言すれば、図１に示すＸ−Ｙ面）において、指向性のバランスを取ることができる。
【００３０】
また、本実施形態においては、ループアンテナ２０の近傍に、ループアンテナ２０よりも十分に大きい磁性部材３０が配置されている。したがって、ループアンテナ２０から生じる磁界が、磁性部材３０を介してループアンテナ２０とは反対側（磁性部材３０における一面３１の裏面側）に出なくなる。したがって、磁性部材３０における一面３１の裏面側に金属部材が配置されたとしても、磁性部材３０によって、金属部材による影響を低減することができる。
【００３１】
なお、本発明者は、シミュレーションにより、磁性部材３０の比透磁率と磁界強度（電界強度換算値）との関係を精査した。その結果を図４（ａ）〜（ｃ）、及び、図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図４は、磁性部材の比透磁率と磁界強度（電界強度換算値）との関係を示す図であり、（ａ）は比透磁率１、（ｂ）は比透磁率５、（ｃ）は比透磁率１０の場合を示している。また、図５において、（ａ）は比透磁率５０、（ｂ）は比透磁率１００、（ｃ）は比透磁率１０００の場合を示している。なお、図４（ａ）〜（ｃ）、及び、図５（ａ）〜（ｃ）においては、磁性部材３０の一面３１の中心を中心座標とし、磁性部材３０の一面３１の中心（ループアンテナ２０の中心軸）を通るＺ−Ｘ面（磁性部材３０の一面３１上）での磁界強度を示している。また、ループアンテナ２０を簡略化して図示している。
【００３２】
このシミュレーションにおいては、磁性部材３０として、１０００ｍｍ角、厚さ３ｍｍの鋼板を採用し、その中心をループアンテナ２０の中心軸と一致させた。また、コア１０として９ｍｍ×３．５ｍｍ、長さ２０ｍｍの断面矩形状（長方形）コアを採用し、コア１０に巻回されたループアンテナ２０として、線径０．５ｍｍ、１０．２ｍｍ×４．７ｍｍ、長さ１５ｍｍの矩形ループのループアンテナを採用した。そして、コア１０をフェライト、ループアンテナ２０のエレメントを銅、使用周波数を１３４ｋＨｚ、アンテナ電流を１１Ａとして、有限要素法により解析を行った。
【００３３】
その結果、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、比透磁率が１，５，１０では、磁界強度の変化はほとんど確認されなかった。これに対し、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、比透磁率が５０，１００，１０００では、比透磁率が大きいほど、Ｘ軸方向（ループアンテナ２０の中心軸に対して略垂直な方向）における同一位置で磁界強度が強くなっており、同じ磁界強度間の間隔（例えば１３０と１４０の間隔）が広くなっている。これは、磁力線４０がループアンテナ２０に対して遠方まで到達していることを示唆している。
【００３４】
以上から、使用周波数に対する比透磁率が１０よりも大きい材料を用いて磁性部材３０を形成すると、比透磁率が１０以下の材料を用いて磁性部材３０を形成する場合に比べて、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性を効果的に広くすることができることが明らかとなった。また、より好ましくは、比透磁率が５０以上の材料を用いて磁性部材３０を形成すると、より効果的にループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性を広くすることができることが明らかとなった。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図６に基づいて説明する。図６は、第２実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【００３６】
第２実施形態に係るアンテナ装置は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００３７】
第１実施形態においては、アンテナ装置１００が、磁性部材３０とは別にコア１０を有し、コア１０にエレメントが巻回されてループアンテナ２０が構成されている例を示した。これに対し、本実施形態においては、図６に示すように、アンテナ装置１００がコア１０を有しておらず、磁性部材３０の一面３１に凸部３２が形成され、凸部３２にエレメントが巻回されてループアンテナ２０が構成されている。すなわち、コア１０を凸部３２に置き換えた構成となっている。その他の点については、第１実施形態に示した構成と同じである。
【００３８】
このように、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、凸部３２が第１実施形態に示したコア１０と同じ機能を発揮する。また、凸部３２は、磁性部材３０の一部として構成されており、凸部３２と磁性部材３０との間の磁気抵抗が存在しない。したがって、ループアンテナの中心軸に略垂直な方向の指向性を、第１実施形態に示したアンテナ装置１００と同等かそれよりも広くすることができる。また、別部材としてのコア１０が不要であるので、アンテナ装置１００の構成を簡素化することができる。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００４０】
本実施形態においては、コア１０又は凸部３２にエレメントが巻回されてループアンテナ２０が構成され、磁性部材３０に対してループアンテナ２０が所定の位置関係とされるる例を示した。しかしながら、コア１０や凸部３２のない構成としても良い。非磁性材料からなるホルダなどで、ループアンテナ２０が磁性部材３０に固定された構成としても良いし、磁性部材３０の一面３１に直接的にループアンテナ２０が形成された構成としても良い。
【００４１】
本実施形態においては、ループアンテナ２０が磁性部材３０の一面３１に略垂直な方向に沿って複数周巻回される例を示した。しかしながら、ループアンテナ２０が磁性部材３０の一面３１と平行な面内で複数周巻回された構成としても良い。
【００４２】
本実施形態においては、ループアンテナ２０（ループ部）の中心軸が、磁性部材３０の一面３１に対して略垂直とされた例を示した。しかしながら、ループアンテナ２０の中心軸が、磁性部材３０の一面３１に対して垂直方向（高さ方向）の成分を有する形態であれば採用することができる。例えば、ループアンテナ２０の中心軸が磁性部材３０の一面３１に対して垂直方向（高さ方向）の成分を有するものの、磁性部材３０の一面３１に対して略垂直ではない（磁性部材３０の一面３１に対して斜めである）構成としても良い。
【００４３】
本実施形態においては、コア１０が磁性部材３０と磁気的に結合される例を示した。しかしながら、両者が磁気的に結合されない構成としても良い。この場合、コア１０と磁性部材３０との間の磁気抵抗が増加するので、磁気的に結合される構成に比べて、指向性が狭くなる。
【００４４】
本実施形態においては、ボディ鋼板を磁性部材３０とし、アンテナ装置１００が車両のスマートキーシステムにおける送信機として適用される例を示した。しかしながら、アンテナ装置１００を受信機として適用することもできる。この場合、ループアンテナ２０の中心軸に略垂直な方向の受信エリアを広くしたアンテナ装置１００とすることができる。また、磁性部材３０がボディ鋼板に限定されるものでもないし、アンテナ装置１００の適用範囲がスマートキーシステムに限定されるものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図１は、第１実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。図２は、図１をループアンテナ配置側から見た平面図である。
【図３】ループアンテナから生じた磁界の磁力線分布を示す模式的な断面図であり、（ａ）は本実施形態を示し、（ｂ）は比較例として磁性部材のない場合を示している。
【図４】磁性部材の比透磁率と磁界強度（電界強度換算値）との関係を示す図であり、（ａ）は比透磁率１、（ｂ）は比透磁率５、（ｃ）は比透磁率１０の場合を示している。
【図５】磁性部材の比透磁率と磁界強度（電界強度換算値）との関係を示す図であり、（ａ）は比透磁率５０、（ｂ）は比透磁率１００、（ｃ）は比透磁率１０００の場合を示している。
【図６】第２実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・コア
２０・・・ループアンテナ
３０・・・磁性部材
３１・・・一面
３２・・・凸部
４０・・・磁力線
１００・・・アンテナ装置
【図１】
2009065280.tif 000003
【図２】
2009065280.tif 000004
【図３】
2009065280.tif 000005
【図４】
2009065280.tif 000006
【図５】
2009065280.tif 000007
【図６】
2009065280.tif 000008