JP2006050265A - アンテナモジュール用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 モジュール厚を大きくすることなく通信距離の向上を図ることができるアンテナモジュール用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末を提供する。
【解決手段】 本発明のアンテナモジュール１０用の磁芯部材１８は、そのアンテナコイル１５が積層される側の表面であって、当該アンテナコイル１５のループ部分が対向する領域に、凹所として環状溝１８ｃを形成する。高周波磁界中において磁芯部材１８に発生する渦電流は、アンテナコイル１５が積層される側の磁芯部材１８表面であって、当該アンテナコイル１５のループ部分が対向する領域に集中する。そこで、本発明では、当該領域に環状溝１８ｃを形成することにより、発生する渦電流量を低減し、アンテナモジュールの通信距離特性を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（無線周波数識別：Radio Frequency Identification）技術を用いた非接触ＩＣタグ等に用いて好適なアンテナモジュール用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末に関する。

従来、ＲＦＩＤ技術を用いた非接触ＩＣカード及び識別タグ（以下、これらを総称して「非接触ＩＣタグ」ともいう。）として、情報を記録したＩＣチップ及び共振用のコンデンサをアンテナコイルに電気的に接続したものが知られている。

非接触ＩＣタグは、そのアンテナコイルでリーダーライタの送受信アンテナからの所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の電波を発信することにより活性化し、電波のデータ通信による読出しコマンドに応じてＩＣチップに記録された情報が読み出されることにより、又は特定周波数の電波に対して共振するか否かにより、個体識別又は認証管理が可能とされている。これに加えて、非接触ＩＣタグの多くは、読み取った情報を更新したり履歴情報などを書込み可能に構成されている。

主に、非接触ＩＣタグに用いられる従来のアンテナモジュールとして、平面内に渦巻き状に巻回されたアンテナコイルに、このアンテナコイルの平面と略平行となるように磁芯部材を挿入したものがある（下記特許文献１参照）。このアンテナモジュールにおける磁芯部材は、アモルファスシート又は電磁鋼板といった高透磁率材料でなり、アンテナコイルの平面と略平行となるように磁芯部材を挿入することによって、アンテナコイルのインダクタンスを大きくし、通信距離の向上を図っている。

また、下記特許文献２には、平面内で渦巻き状に巻回されたアンテナコイルに対して、このアンテナコイルの平面と平行となるように平板状の磁芯部材を積層した構成のアンテナモジュールが開示されている。

ところで、近年広く普及しているＰＤＡ（Personal Digital Assistants）や携帯型電話機等の携帯情報端末は、外出時等にも持ち歩かれ常にユーザーによって携帯されるものである。従って、非接触ＩＣタグの機能を携帯情報端末に設けることで、ユーザーは、常に携行している携帯情報端末の他に、例えば非接触ＩＣカードを持つ必要がなくなり、非常に便利である。なお、このように非接触ＩＣタグの機能を携帯情報端末に組み込んだ技術が、例えば下記特許文献３に開示されているほか、本出願人により既に提案されている（特願２００４−０４２１４９）。

携帯情報端末は、小型である一方、多機能を有する機器であるため、小型の筐体内に高密度に金属部品が実装されている。例えば、使用するプリント配線基板は、導体層が多層のものもあり、多層プリント配線基板には、電子部品が高密度に実装されている。また、携帯情報端末には、電源となるバッテリパックが収納され、このバッテリパックには、パッケージ等に金属部品が用いられている。

したがって、携帯情報端末の筐体内に配設されている非接触ＩＣタグ用のアンテナモジュールは、筐体内に実装されている金属部品の影響で、筐体内に配設される前のアンテナモジュール単体の状態に比べて通信性能が劣化し、例えば、通信距離が短くなる傾向にある。

アンテナモジュールの通信距離が短くなると、実使用時にはリーダーライタにできるだけ近接させる必要性が生じ、簡易かつ迅速に情報を授受できる非接触ＩＣカードシステムの利便性を損なわせる結果となりかねない。アンテナモジュールを携帯情報端末の筐体内に収容して使用する場合でも、少なくとも１００ｍｍの通信距離が必要とされている。これは、現在実施されている鉄道自動改札用非接触ＩＣカードシステムの仕様に準拠している。

特開２０００−４８１５２号公報 特開２０００−１１３１４２号公報 特開２００３−３７８６１号公報 特開２００２−１７０７１８号公報

アンテナモジュールの通信距離を向上させるために、従来より、磁芯部材として高透磁率磁性粉末が使用されている。バインダー中に当該磁性粉末を混入させてシート状またはプレート状に形成したものを磁芯部材として使用する場合には、磁性粉末の粒子サイズを大きくすることによって磁芯部材全体の透磁率を高めることができる。

しかしながら、磁性粉末の粒子サイズを大きくすると、磁芯部材の渦電流損失に起因するパワーロスが顕著となり、ＩＣ読出し電圧の低下および通信距離の減少を招く。具体的に説明すると、高周波磁界中で磁性体を磁化すると、その周波数に対応する磁束の変化が生じる。このとき、電磁誘導の法則により、その磁束の変化を打ち消す方向の起電力が発生する。発生した起電力による誘導電流は、磁性体内部におけるジュール熱に変換される。これが渦電流損失である。

そこで、磁芯部材の透磁率を高くしながら渦電流損失を低減するために、従来では、磁性粉末の粒子サイズの大型化に制限を加えるとともに、混入する磁性粉末の絶対量を少なくする措置をとる例がほとんどである。

しかしながら、磁性粉末の絶対量を少なくすることは、即ち、磁芯部材の厚大化をもたらし、アンテナモジュールのモジュール厚を大きくする原因となっている。例えば、上述の従来の磁芯部材の構成で通信距離１００ｍｍを得るのに必要なシート厚は、磁芯部材単体で少なくとも１ｍｍ超の厚さが必要であり、これに、アンテナコイルを支持する基板や、筐体内部の金属部分の影響を避けるためのシールド板を積層すると、モジュール厚は更に大きくなる。

近年における携帯情報端末に対する小型化、薄型化の要求は益々高くなっており、大モジュールサイズあるいは高モジュール厚のアンテナモジュールを収納するスペースは、もはや筐体内に残されていない。このように、携帯情報端末等の小型電子機器に内蔵されるアンテナモジュールには、通信距離の更なる向上とモジュール厚の更なる削減という相矛盾する２つの要求を同時に応えることが必要とされている。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、モジュール厚を大きくすることなく通信距離の向上を図ることができるアンテナモジュール用磁芯部材、アンテナモジュールおよびこれを備えた携帯情報端末を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、磁芯部材に発生する渦電流は、アンテナコイルが積層される側の表面であって、当該アンテナコイルのループ部分が対向する領域に集中することを見出し、この領域に凹所を形成することによって渦電流の発生量を低減できることが判明した。

すなわち、本発明のアンテナモジュール用磁芯部材は、そのアンテナコイルが積層される側の表面であって、少なくとも当該アンテナコイルのループ部分が対向する領域に、凹所を形成したことを特徴とする。

上記凹所の形成により、磁芯部材の表面とアンテナコイルのループ部分との間に、当該凹所の深さに相当する空隙が形成されることになり、この空隙の介在によって磁芯部材表面の渦電流発生量が低減される。従って、凹所の深さは大きいほど渦電流発生量の低減を見込むことができる。しかし、磁芯部材をアンテナコイルのループ部分から遠ざける結果となるので、アンテナコイルのインダクタンスが低下し、通信距離の劣化を招くことになる。このため、本発明では、凹所の形成領域を少なくともアンテナコイルループ部分の対向領域とすることにより、渦電流発生量の低減とインダクタンス低下阻止との均衡を図るようにしている。

なお、凹所の深さは、磁芯部材の磁気特性等に応じて適宜設定することが可能である。つまり、渦電流は、磁芯部材の導電率が高いものほど発生し易いので、導電率の低い磁芯部材を用いれば、凹所の深さは小さくてもよい。例えば、アンテナコイルの通信周波数が１３．５６ＭＨｚで、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系の磁性粉末をバインダー中に混入して磁芯部材（厚さ０．５８ｍｍ）を形成した場合、携帯情報端末の筐体内部に収納した状態で１００ｍｍ以上の通信距離を確保するには、凹所の深さは、０．１ｍｍ以下とされる。

上記凹所の形状は特に限定されず、アンテナコイルのループ部分に対応して形成された環状溝としたり、磁芯部材表面の複数箇所に形成されたディンプル（dimple）とすることができる。

本発明のアンテナモジュール用磁芯部材によれば、アンテナコイルのループ部分と対向する領域に凹所を形成したので、磁芯部材の表面に発生する渦電流を低減でき、これにより磁芯部材の渦電流損失を低減して、アンテナコイルの通信距離を向上させることができる。

また、本発明のアンテナモジュールによれば、磁芯部材を厚大化することなくアンテナコイルの通信距離の向上を図ることができるとともに、例えば携帯情報端末の筐体サイズを大型化することなく、コンパクトに実装することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１および図２は、本発明の実施の形態による非接触データ通信用のアンテナモジュール１０の構成を示す分解斜視図および側断面図である。

アンテナモジュール１０は、支持体としてのベース基板１４と、磁芯部材１８と、金属シールド板１９との積層構造を有している。ベース基板１４と磁芯部材１８とは両面接着シート１３Ａを介して積層され、磁芯部材１８と金属シールド板１９との間は両面接着シート１３Ｂを介して積層されている。なお、図２において両面接着シート１３Ａ，１３Ｂの図示は省略している。

ベース基板１４は、例えばポリイミドやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のプラスチックフィルムでなる絶縁性フレキシブル基板で構成されているが、ガラスエポキシ等のリジッド性基板で構成されていてもよい。

このベース基板１４には、平面内でループ状に巻回されたアンテナコイル１５が搭載されている。アンテナコイル１５は、非接触ＩＣタグ機能のためのアンテナコイルで、外部のリーダーライタ（図示略）のアンテナ部と誘導結合され通信を行う。このアンテナコイル１５は、ベース基板１４の上にパターニングされた銅、アルミニウム等の金属パターンで形成されている。

本実施の形態において、アンテナコイル１５は、平面内で巻回されたループ部分と、後述する信号処理回路部１６との電気的接続用の配線部分とからなるが、図では、ループ部分のみを示している。

なお、このアンテナモジュール１０にリーダーライタ機能のための第２のアンテナコイルを設けることも可能であり、この場合は、ベース基板１４上に、例えばアンテナコイル１５の内周側に設けることができる。

ベース基板１４の磁芯部材１８側表面には、信号処理回路部１６が搭載されている。この信号処理回路部１６は、アンテナコイル１５の内方側に配置されているとともに、アンテナコイル１５と電気的に接続されている。

信号処理回路部１６は、非接触データ通信に必要な信号処理回路および情報を格納したＩＣチップ１６ａや同調用コンデンサ等の電気・電子部品で構成されている。信号処理回路部１６は、図１及び図２に示したように複数の部品群で構成されていてもよいし、図４に示すように、単一の部品１６ｂで構成されていてもよい。なお、信号処理回路部１６は、ベース基板１４に取り付けられる外部接続部１７を介して、後述する携帯情報端末１のプリント配線板１２（図３）に接続されている。

次に、磁芯部材１８は、例えば、合成樹脂材料やゴム等の絶縁性バインダー中に、軟磁性粉末が混入あるいは充填されてシート状またはプレート状に形成された射出成形体とされている。軟磁性粉末としては、センダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系）、アモルファス（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系）、フェライト（Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等）、焼結フェライト等が適用可能であり、目的とする通信性能や用途に応じて使い分けられる。

磁芯部材１８は、アンテナコイル１５の磁芯（コア）として機能するとともに、ベース基板１４と下層の金属シールド板１９との間に介装されることによって、アンテナコイル１５と金属シールド板１９との間の電磁干渉を回避する。この磁芯部材１８の中央部には、ベース基板１４に実装された信号処理回路部１６を収容するための開口１８ａが穿設されている。また、磁芯部材１８の一側方には、ベース基板１４との積層時に外部接続部１７のニゲ部１８ｂが形成されている。
なお、磁芯部材１８の詳細については、後述する。

金属シールド板１９は、ステンレス板や銅板、アルミニウム板等で形成されている。本実施の形態のアンテナモジュール１０は、後述するように、携帯情報端末１の端末本体２の内部所定位置に収納されるので、金属シールド板１９は、端末本体２内部のプリント配線板１２上の金属部分（部品、配線）との電磁干渉からアンテナコイル１５を保護するために設けられている。

また、この金属シールド板１９は、アンテナモジュール１０の共振周波数（本例では、１３．５６ＭＨｚ）の粗調整に用いられ、アンテナモジュール１０単体のときと、端末本体２の内部に組み込んだ状態のときとで、アンテナモジュール１０の共振周波数に大きな変化を生じさせないようにするために設けられている。

図３および図４は、上述した構成のアンテナモジュール１０が携帯情報端末１に組み込まれている様子を示す模式図で、図３は端末本体２の内部を側方から見た模式図、図４は端末本体２の内部を背面側から見た部分破断図である。

図示する携帯情報端末１は、端末本体１と、この端末本体１に対して回動可能に取り付けられたパネル部３とを備えた携帯型電話機として構成されている。図３において、端末本体２は合成樹脂材料製の筐体部を構成しており、そのパネル部３側の表面は、図示せずともテンキー入力ボタン等が配置された操作面とされている。

端末本体２の内部には、携帯情報端末１の機能あるいは動作を制御する制御盤としてのプリント配線板１２と、電源を供給するバッテリパック４が内蔵されている。ここで、バッテリパック４は、例えばリチウムイオン電池であり、全体が直方形状をなし、外筐がアルミニウム等の金属材料で形成されている。バッテリパック４は、端末本体２の内部に設けられたプラスチック製の仕切部材５の内部に配置されている。

アンテナモジュール１０は、端末本体２の内部に収納されている。特に本実施の形態では、バッテリパック４を収容する仕切部材５の直上位置であって、アンテナコイル１５が端末本体２の背面２ａ側に対向するように、アンテナモジュール１０が収納されている。なお、アンテナモジュール１０の収納位置は、上述の例に限らない。

したがって、このアンテナモジュール１０を用いて外部のリーダーライタ（図示略）とデータ通信を行う際には、携帯情報端末１の端末本体２の背面２ａをリーダーライタのアンテナ部に近接させる。そして、リーダーライタのアンテナ部から発信された電磁波あるいは高周波磁界が、アンテナモジュール１０のアンテナコイル１５内を通過することで、アンテナコイル１５に電磁波あるいは高周波磁界の強さに応じた誘導電流が発生する。この誘導電流は信号処理回路部１６において整流され、ＩＣチップ１６ａに記録された情報の読出し電圧に変換される。読み出された情報は信号処理回路部１６において変調され、アンテナコイル１５を介してリーダーライタのアンテナ部へ送信される。

一般に、高透磁率材料である軟磁性体（以下、単に磁性体という。）に高周波磁界を印加すると、磁壁の移動あるいは回転磁化といった磁化機構により、磁性体が磁化される。このとき、磁化されやすさを示す透磁率は複素透磁率で示され、次式（１）で表される。
μ＝μ’−ｉ・μ” ……（１）

ここで、μ’は透磁率の実部であり、外部磁界に追従できる成分を表す。一方、μ”は透磁率の虚部であり、外部磁界に追従できず、位相が９０度遅れた成分を表し、透磁率の損失項と呼ばれている。なお、ｉは虚数単位である。

透磁率の実部と虚部との間に密接な関係があり、透磁率の実部が大きい材料ほど虚部も大きくなる。磁性体に高周波磁界を印加して磁化する場合、高周波数になるほど透磁率が低下することが知られている。図５は、磁性粉としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系を用いた磁芯部材の磁気特性の一例を示している。高周波数になるにつれて、μ’が低下し、μ”が上昇する様子がわかる。磁性体の使用周波数における損失係数は、次式（２）で示されるように、（１）式で示した複素透磁率μの実部μ’と虚部μ”とで表すことができる。
ｔａｎδ＝μ”／μ’ ……（２）

一方、磁性体の動的磁化における高周波損失は上記損失係数と等価であり、次式（３）で示されるように、３つのタイプのエネルギー損失の和として表現される。
ｔａｎδ＝ｔａｎδｈ＋ｔａｎδｅ＋ｔａｎδｒ ……（３）

ここで、ｔａｎδｈはヒステリシス損失で、ヒステリシス曲線で示される磁化変化における仕事量で、周波数に比例して増加する。ｔａｎδｅは渦電流損失で、導電性磁性体に交流磁界を印加したときに、磁束の変化に対応して材料中に渦電流が誘起されジュール熱として消費されるエネルギー損失である。なお、ｔａｎδｒは残留損失であり、上記いずれにも該当しない残りの損失とされている。

１３．５６ＭＨｚの高周波磁界において、渦電流損失（ｔａｎδｅ）は、次式（４）で示されるように導電率の影響を受け、使用周波数に比例して大きくなる。
ｔａｎδｅ＝ｅ２・μ・ｆ・σ ……（４）
ここで、ｅ２は係数、μは透磁率、ｆは使用周波数、σは導電率である。

以上のように、アンテナモジュール１０を構成する磁芯部材１８は、その導電率が大きいほど渦電流損失が増大する。磁芯部材１８に生じる渦電流は、外部磁場を打ち消す方向に作用するため、アンテナコイル１５を流れる誘導電流の減少をもたらす。つまり、磁芯部材１８に発生する渦電流は、アンテナコイル１５を流れる電流の抵抗成分となり、ＩＣ読出し電圧を減少させたり、アンテナコイル１５から送信される電波の通信距離を短くする等の弊害をもたらす。従って、磁芯部材１８に発生する渦電流は、極力抑える必要がある。

磁芯部材１８に発生する渦電流は、アンテナコイル１５に対向する側の表面に強く現れる。特に、当該表面の、アンテナコイル１５のループ部分に対向する領域に集中して渦電流が発生することが判明している。そこで、本実施の形態では、この磁芯部材１８の表面の、アンテナコイル１５のループ部分に対向する領域に、当該ループ部分の全周にわたって凹所１８ｃを形成することにより、渦電流の発生量低減を図るようにしている。

図１および図６に示すように、本実施の形態の磁芯部材１８には、アンテナコイル１５のループ部分と対向する領域に、上記凹所として環状溝１８ｃが形成されている。環状溝１８ｃの溝幅は、アンテナコイル１５のループ部分の全幅よりも広く形成されている。

また、上記凹所として、上述の環状溝１８ｃの代わりに、図７に示す磁芯部材１８’のように、アンテナコイル１５の積層面に形成した複数のディンプル（dimple）１８ｄとしてもよい。なお、図の例では、ディンプル１８ｄを磁芯部材１８’の表面全域に形成しているが、少なくとも、アンテナコイルのループ部分と対向する領域にのみ形成されていればよい。

図８は、アンテナコイル１５のループ部分との対向領域において、磁芯部材の表面からその深さ方向に渦電流の発生分布を示した図であり、図８Ａは、環状溝１８ｃを形成した磁芯部材１８を示し、図８Ｂは、環状溝１８ｃ（ディンプル１８ｄ）を形成していない表面非加工の従来形状に相当する磁芯部材１８”を示している。図中の濃淡分布は、磁芯部材の厚さ方向における渦電流の発生量分布を境界線とともに示すもので、アンテナコイル１５側表面の最も濃い領域Ｓ１が渦電流の発生量が最も多く、以降、領域Ｓ２および領域Ｓ３の順で、渦電流の発生量が低くなる。

図８Ｂに示した磁芯部材１８”では、各領域Ｓ１〜Ｓ３の表面からの深さは、領域Ｓ１で１００μｍ、領域Ｓ２で２００μｍ、領域Ｓ３で３００μｍであるのに対して、図８Ａに示したように、環状溝（凹所）１８ｃを形成した磁芯部材１８では、各領域Ｓ１〜Ｓ３の表面（環状溝１８ｃの底面）からの深さは、領域Ｓ１で６０μｍ、領域Ｓ２で１２０μｍ、領域Ｓ３で２００μｍであった。環状溝１８ｃの深さは、１００μｍである。

なお、この渦電流発生分布は、コンピュータを用いた有限要素法による電磁界シミュレーションにより得られたもので、いずれの磁芯部材１８，１８”もＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系の磁性粉末をバインダー中に分散させてシート状に形成した同一の複合磁性材料製であり、厚さは０．５８ｍｍ、外部高周波磁界は１３．５６ＭＨｚとしている。

以上のように、環状溝１８ｃを形成した磁芯部材１８によれば、Ｓ１〜Ｓ３の各領域の磁芯部材厚さ方向における分布深さは、図８Ｂに示した表面非加工の磁芯部材１８”に比べて狭小化されており、特に、最表面側の領域Ｓ１における渦電流発生量は大きく低減されている。これは、環状溝１８ｃの形成により、アンテナコイル１５のループ部分と磁芯部材１８の表面との間に、環状溝１８ｃの深さに相当する大きさの空隙（ギャップ）が形成され、この空隙の介在によって磁芯部材１８の表面の渦電流発生量が低減されたと考えられる。

一方、形成する環状溝１８ｃの深さを更に大きくすることによって磁芯部材１８の表面に発生する渦電流量をより低減することができる。図９は、環状溝１８ｃの深さとアンテナコイル１５のインダクタンスＬ、抵抗ＲおよびＱ値の関係を示している。環状溝１８ｃの深さが大きくなるに従って、アンテナコイルの抵抗Ｒが低下する様子がわかる。このことは、磁芯部材１８表面の渦電流量が低下してアンテナコイルを電流が流れやすくなることを意味している。

また、図９より、環状溝１８ｃの深さを大きくすることによって、アンテナコイルのインダクタンスが０．１ｍｍを境として低下する傾向を示している。これは、環状溝１８ｃの深さを大きくすることにより、磁芯部材１８の表面がアンテナコイル１５のループ部分からより遠ざかることになる結果、磁芯部材１８の磁芯としての機能が低下するために、アンテナコイル１５のインダクタンスＬが低下するものと考えられる。また、同時に、（ωＬ）／Ｒで表されるＱの値も環状溝１８ｃの形成深さが０．１ｍｍを超えると低下傾向に転ずる。

更に、本実施の形態のように、環状溝１８ｃが形成される磁芯部材１８の表面領域を、アンテナコイル１５のループ部分と対向する領域のみとすることにより、磁芯部材１８の他の表面領域をアンテナコイル１５に近接配置させておくことができるので、アンテナコイルのインダクタンス低下を抑えられる。このように、環状溝１５ｃの形成による渦電流発生量の低減とインダクタンス低下阻止との均衡を考慮して、環状溝１５ｃの形成深さが設定される。

以上のように、本実施の形態の磁性部材１８においては、環状溝１８ｃの深さが０．１ｍｍ（１００μｍ）の場合に、アンテナコイル１５が最も高いＱ値を示し、最も優れた通信距離特性が得られることになる。

なお、環状溝１８ｃの深さは、磁芯部材１８を形成する磁性粉末や使用周波数によって異ならせることができる。つまり、磁芯部材の導電率が低ければ、発生する渦電流量も少なくなるので、形成する環状溝の深さは小さくすることができる。これは、渦電流損失が磁芯部材の透磁率の虚部（μ”）で表される損失項に比例するからである（上記（１）〜（４）式参照）。従って、μ”成分が大きい場合は、環状溝１８ｃの深さを大きくする。また、使用周波数が低ければ、渦電流発生量も少なくなるので、環状溝の深さを小さくすることができる。

図１０は、環状溝１８ｃ付きの磁芯部材（環状溝１８ｃを形成した磁芯部材１８）、ディンプル１８ｄ付きの磁芯部材（ディンプル１８ｄを形成した磁芯部材）１８’および従来形状の表面非加工の磁芯部材１８”のそれぞれに対して測定した、高周波磁界（１３．５６ＭＨｚ）中におけるアンテナコイル１５のインダクタンスＬ、抵抗ＲおよびＱ値を比較して示している。

なお、ディンプル１８ｄ付きの磁芯部材１８’は、母材は磁芯部材１８，１８”と同一の複合磁性材で、図７に示したように表面全域にディンプル１８ｄが形成されたものを用いており、ディンプル１８ｄの形成深さは１００μｍ、ディンプル１８ｄの形成比率は、面積比で５０％である。

図１０に示すように、インダクタンスＬは特に変化は見られないものの、表面非加工の磁芯部材１８”に比べて、ディンプル１８ｄ付きの磁芯部材１８’および環状溝１８ｃ付きの磁芯部材１８の抵抗Ｒは小さく、特に、環状溝１８ｃ付きの磁芯部材１８では、ディンプル１８ｄ付きの磁芯部材１８’よりも、抵抗Ｒが小さい。これにより、Ｑの値も、表面非加工の磁芯部材１８”に比べて、環状溝１８ｃ付きの磁芯部材１８およびディンプル１８ｄ付きの磁芯部材１８’の方が高いので、通信距離向上を図ることができる。

ここで、環状溝１８ｃ付き磁芯部材１８がディンプル１８ｄ付き磁芯部材１８’よりも低い抵抗Ｒが得られるのは、アンテナコイル１５のループ部分に対向する表面領域の全てが環状溝１８ｃによって一定の空隙を介してアンテナコイル（ループ部分）に対向しているため、当該表面に生じる渦電流発生量の低減効果が高くなるからである。

図１１は、環状溝１８ｃ付きの磁芯部材１８、ディンプル１８ｄ付きの磁芯部材１８’および表面非加工の磁芯部材１８”のそれぞれの通信距離（携帯情報端末１に組み込まれた状態における通信距離）を比較する図である。この例からも明らかなように、従来形状に相当する表面非加工の磁芯部材１８（通信距離１１２ｍｍ）に比べて、ディンプル１８ｄ付きの磁芯部材１８’（通信距離１１６ｍｍ）および環状溝１８ｃ付きの磁芯部材１８（通信距離１２３ｍｍ）によって通信距離を大きく向上させることができる。

なお、ここで挙げた表面非加工の磁芯部材１８”にあっても、携帯情報端末に組み込んだ状態で１００ｍｍ以上の通信距離が確保されているが、当該磁芯部材１８”は本発明者らによる新しい磁芯部材の開発過程で得られた新規な磁性材料で構成されるもので、その詳細は、本出願人により先に提案されている（特願２００４−１３１９２５）。

以上のように、本実施の形態によれば、アンテナコイル１５と対向する側の磁芯部材１８（１８’）の表面であって、アンテナコイル１５のループ部分と対向する領域に所定深さの凹所（環状溝１８ｃ、ディンプル１８ｄ）を形成したので、非接触データ通信時において磁芯部材１８（１８’）表面に発生する渦電流量を低減でき、これにより外部磁場のパワーロスを低減してアンテナモジュール１０の通信距離の向上を図ることができる。

また、磁芯部材１８（１８’）の表面に凹所（１８ｃ，１８ｄ）を形成するだけであるので、磁芯部材の厚さを大きくすることなくアンテナモジュール１０の通信距離向上を図ることができ、携帯情報端末１等の小型電子機器に対してもコンパクトにアンテナモジュール１０を搭載することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、磁芯部材１８の表面に凹所として環状溝１８ｃあるいは複数のディンプル１８ｄを形成したが、凹所の形状はこれに限定されず、他の形状とすることも可能である。また、本発明の磁芯部材は、磁性シート表面に、アンテナコイルのループ部分に対向する領域を除く他の領域に、アンテナ基板１４を支持する磁性支持層を積層した構成のものも含まれるものとし、この場合、当該磁性支持層の層厚が、上記凹所の深さに相当することになる。

また、以上の実施の形態において、磁芯部材１８の表面に形成した環状溝１８ｃあるいは複数のディンプル１８ｄの内部に、合成樹脂材料等の非導電性材料を充填するようにしてもよい。この場合、磁芯部材表面のアンテナコイルループ部分対向領域において渦電流の発生を阻止して、通信距離の向上を図ることができる。

更に、以上の実施の形態では、磁芯部材を構成する軟磁性粉末としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系を用いたが、勿論これ以外にも、センダスト系やアモルファス系、フェライト系等の他の合金系の軟磁性粉末を用いることができる。

本発明の実施の形態によるアンテナモジュール１０の分解斜視図である。 アンテナモジュール１０の要部側断面図である。 アンテナモジュール１０を内蔵した携帯情報端末１の内部の構成を側方側から見た模式図である。 携帯情報端末１の部分破断背面図である。 磁芯部材１８の透磁率の実部μ’、虚部μ”と周波数との関係の一例を示す図である。 磁芯部材１８の平面図である。 他の構成例の磁芯部材１８’の平面図である。 磁芯部材の表面に発生する渦電流の分布図であり、Ａは表面に環状溝１８ｃを形成した磁芯部材１８を示し、Ｂは表面非加工の磁芯部材１８”を示している。 環状溝１８ｃの溝深さとアンテナコイルのインダクタンスＬ、抵抗ＲおよびＱ値の関係を示す図である。 凹所（環状溝１８ｃ、ディンプル１８ｄ）付きの磁芯部材を用いたときのアンテナコイルのＬ，Ｒ，Ｑと、表面非加工品の従来形状の磁芯部材を用いたときのアンテナコイルのＬ，Ｒ，Ｑとを比較する図である。 凹所（環状溝１８ｃ、ディンプル１８ｄ）付きの磁芯部材を用いたときのアンテナコイルの通信距離と、表面非加工品の従来形状の磁芯部材を用いたときのアンテナコイルの通信距離とを比較する図である。

符号の説明

１…携帯情報端末、２…端末本体、４…バッテリパック、１０…アンテナモジュール、１２…プリント配線板、１４…ベース基板（支持体）、１５…アンテナコイル、１６…信号処理回路部、１８…磁芯部材、１８ｃ…環状溝（凹所）、１８ｄ…ディンプル（凹所）、１９…金属シールド板。

Claims (17)

1. ループ状のアンテナコイルに積層されるアンテナモジュール用磁芯部材であって、
   前記アンテナコイルが積層される側の表面には、少なくとも前記アンテナコイルのループ部分が対向する領域に、凹所が形成されている
   ことを特徴とするアンテナモジュール用磁芯部材。
2. 前記凹所は、前記アンテナコイルのループ部分に対応して形成された環状溝である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール用磁芯部材。
3. 前記凹所は、前記表面の複数箇所に形成されたディンプルである
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール用磁芯部材。
4. 前記凹所の深さは、０．１ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール用磁芯部材。
5. ループ状のアンテナコイルが形成された支持体に対し、磁芯部材が積層されてなるアンテナモジュールにおいて、
   前記磁芯部材は、前記支持体が積層される側の表面であって、少なくとも前記アンテナコイルのループ部分が対向する領域に、凹所が形成されている
   ことを特徴とするアンテナモジュール。
6. 前記凹所は、前記アンテナコイルのループ部分に対応して形成された環状溝である
   ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナモジュール。
7. 前記凹所は、前記表面の複数箇所に形成されたディンプルである
   ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナモジュール。
8. 前記凹所の深さは、０．１ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナモジュール。
9. 前記磁芯部材の、前記支持体が積層される面とは反対側の面に、金属製のシールド板が積層されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナモジュール。
10. 前記支持体上には、前記アンテナコイルに電気的に接続された信号処理回路部が搭載されている
    ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナモジュール。
11. 前記信号処理回路部は、前記支持体の磁芯部材側の面に搭載されており、前記磁芯部材には、前記信号処理回路部を収容するための開口が設けられている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のアンテナモジュール。
12. 前記磁芯部材は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系の磁性粉末をバインダー中に分散させてシート状に形成してなる
    ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナモジュール。
13. ループ状のアンテナコイルを支持する支持体と、前記支持体に積層された磁芯部材と、前記磁芯部材に積層された金属製のシールド板とが、筐体内部に組み込まれている携帯情報端末であって、
    前記磁芯部材は、前記支持体が積層される側の表面であって、少なくとも前記アンテナコイルのループ部分が対向する領域に、凹所が形成されている
    ことを特徴とする携帯情報端末。
14. 前記凹所は、前記アンテナコイルのループ部分に対応して形成された環状溝である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の携帯情報端末。
15. 前記凹所は、前記表面の複数箇所に形成されたディンプルである
    ことを特徴とする請求項１３に記載の携帯情報端末。
16. 前記凹所の深さは、０．１ｍｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の携帯情報端末。
17. 前記磁芯部材は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系の磁性粉末をバインダー中に分散させてシート状に形成してなる
    ことを特徴とする請求項１３に記載の携帯情報端末。
    

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