專利名稱：天線用片狀線圈及片狀線圈式天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線用片狀線圈及片狀線圈式天線，尤其涉及一種在非接觸IC卡用讀寫器內(nèi)組裝并使用的天線用片狀線圈及片狀線圈式天線。
以往，人們所知的是利用磁場結(jié)合、以非接觸進行通訊的IC卡用讀寫器。在IC卡用讀寫器上，例如組裝專利文獻1中所記載的線圈式收發(fā)天線。該線圈式收發(fā)天線，如圖20所示，是由天線用線圈105和裝有該天線用線圈105的電路基板130構(gòu)成的。
天線用線圈105，由磁性體芯110和繞線120構(gòu)成。磁性體芯110為平板狀，在其上面，沿著外周邊形成環(huán)狀槽111。由此，在磁性體芯110的中央部，相對地凸出了長方體狀的軸柱112。
繞線120是以軸柱112作為芯并在其周圍進行多次卷繞后被收容在環(huán)狀槽111內(nèi)。繞線120的終端部121、122從環(huán)狀槽111內(nèi)被引導(dǎo)到外部，與未圖示的收發(fā)電路相連接。
天線用線圈105，被設(shè)置在電路基板130的略中央部，在電路基板130的下面，形成了大面積的未圖示的接地圖案。
但是，以往的天線用線圈105存在有下述問題，即，從軸柱112的敞開上面向指向上方的磁通密度較低，因而與通訊時的IC卡距離短。要想提高磁通密度來提高天線效率，其可能的對策就是增加繞線120的匝數(shù)，但這樣做就會使線圈105本身趨于大型化，不是一個好的解決方法。
另外，由于在磁性體芯110的上面存在凹凸，所以就有在將天線用線圈105安裝在電路基板130上時、安裝機的吸咀不能可靠地吸附天線用線圈105的上面的情況。
特開平8-279714號公報。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于提供一種不會招致繞線的大型化并可提高指向線圈上方的磁通密度和天線效率的天線用片狀線圈及使用該線圈的片狀線圈式天線。
而且，除了上述目的之外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種在往電路基板上安裝時、能由安裝機的吸咀可靠地進行吸附的小型天線用片狀線圈及使用該線圈的片狀線圈式天線。
為了達到上述目的，本發(fā)明的天線用片狀線圈，由磁性體芯和繞線構(gòu)成，所述磁性體芯，由底肩部和相對于該底肩部垂直設(shè)置的主體部構(gòu)成；所述繞線，卷繞于該磁性體芯主體部上；其特征在于所述繞線的高度高于所述磁性體芯的主體部高度。
根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，可產(chǎn)生以線圈軸為中心、指向上方的磁通，并通過將繞線的高度設(shè)定為高于主體部的高度，可在線圈軸上使指向上方的磁通密度變高。另外，由磁性體芯的底肩部形狀也可控制水平方面的指向性。
換言之，本發(fā)明涉及的天線用片狀線圈，即使其繞線的高度與以往的片狀線圈的繞線高度相同，但通過降低磁性體芯的主體部高度，也不會招致繞線的大型化，可使指向線圈上方的磁通密度提高，并提高天線效率。
在本發(fā)明的天線用片狀線圈上，磁性體芯的主體部高度最好是在繞線高度的90％以上100％以下，最理想的是在93.3～96.7％之間。
而且，最好是具有覆蓋磁性體芯的主體部的敞開上面和繞線的上面的非磁性部件，且該非磁性部件上面為平面狀。通過把非磁性部件上面形成為平面狀，當(dāng)把天線用片狀線圈安裝在電路基板上時，可提高由安裝機的吸咀實施的吸附性，同時，在由吸咀進行吸附時，可防止繞線發(fā)生繞亂的現(xiàn)象。
另外，在磁性體芯的主體部外周面上，為了使敞開上面的面積小于與底肩部接合的部分面積，也可設(shè)置成錐面，這樣，可進一步增強從主體部的敞開上面指向上方的磁通指向性。
另外，磁性體芯的底肩部和主體部由不同材料構(gòu)成，構(gòu)成底肩部的材料的復(fù)數(shù)相對磁導(dǎo)率的虛數(shù)部，可設(shè)定為在使用頻率數(shù)帶上低于構(gòu)成主體部的材料復(fù)數(shù)相對磁導(dǎo)率的虛數(shù)部。通過在與磁通上方的指向性沒有直接關(guān)系的底肩部上使用低損失的材料，不會使磁通的指向性產(chǎn)生惡化，并能提高天線效率。
而且，磁性體芯的底肩部可以是由沿相對于底肩部的主面平行的方向配置易磁化軸的各方異性磁性體構(gòu)成，尤其是可由六方晶鐵素體材料構(gòu)成。如果是顯示出磁性各向異性的材料，那么，通過把易磁化軸沿相對于底肩部的主面平行的方向配置，可使得從底肩部的底面穿過底側(cè)的泄漏磁通少于Ni-Zn類的鐵素體，從而可提高天線效率。
另外，本發(fā)明的片狀線圈式天線，包括具有上述特征的天線用片狀線圈、和繞線終端部與電相連接的電極部。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，能得到小型且天線效率好的片狀線圈式天線。另外，可由安裝機來完成天線用片狀線圈的自動安裝。
在本發(fā)明的片狀線圈式天線中，最好是把天線用片狀線圈、多個鄰近地配置，并將各天線用片狀線圈進行電連接，以使各天線用片狀線圈所產(chǎn)生的磁通形成同一極性。這樣，分別在天線用片狀線圈上流動的電流所產(chǎn)生的磁通在相鄰的天線用片狀線圈間被抵消，從而可等效地得到近似一個大型線圈的磁通分布。因此，能夠加長與IC卡的通訊距離。
根據(jù)本發(fā)明的天線用片狀線圈，即使是與以往相同高度的繞線，但由于指向線圈上方的磁通密度變高，所以能加長IC卡的通訊距離。其結(jié)果，能得到不會招致大型化、天線效果又好的片狀線圈式天線。


圖1表示本發(fā)明的片狀線圈式天線的第1實施例的立體圖。
圖2是圖1所示的片狀線圈式天線的縱截面圖。
圖3是表示把圖1所示的片狀線圈式天線安裝在電路基板上的狀態(tài)的立體圖。
圖4是把圖1所示的片狀線圈式天線組裝后的IC卡用讀寫器的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖5是圖4所示的IC卡用讀寫器的電路方塊圖。
圖6是表示圖1所示的片狀線圈式天線的繞線高度與磁性體芯的主體部高度關(guān)系的局部擴大截面圖。
圖7是表示線圈軸上的磁通密度的坐標(biāo)圖。
圖8是表示線圈軸上的磁通密度的坐標(biāo)圖。
圖9是表示線圈軸上的磁通密度的坐標(biāo)圖。
圖10是表示線圈軸上的磁通密度的坐標(biāo)圖。
圖11是表示線圈軸上的磁通密度的坐標(biāo)圖。
圖12是表示本發(fā)明的片狀線圈式天線的第2實施例的立體圖。
圖13是表示本發(fā)明的片狀線圈式天線的第3實施例的立體圖。
圖14是表示本發(fā)明的片狀線圈式天線的第4實施例的截面圖。
圖15是表示本發(fā)明的片狀線圈式天線的第5實施例的截面圖。
圖16是表示第5實施例中的磁通密度分布的坐標(biāo)圖。
圖17是表示本發(fā)明的片狀線圈式天線的第6實施例的立體圖。
圖18是表示第6實施例的變形例的立體圖。
圖19是表示繞線的變形例的立體圖。
圖20是表示以往的線圈型天線的立體圖。
圖中1、1A、1B、1C、1D、80-片狀線圈式天線，5-片狀線圈，6-電極，51-磁性體芯，51a-底肩部，51b-主體部，51ba-敞開上面，51bb-外周面，52-繞線，53-非磁性部件，61-非磁性殼體，H1-繞線高度，H2-磁性體芯的主體部高度。
具體實施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明的天線用片狀線圈及片狀線圈式天線的 圖1是片狀線圈式天線1的外面立體圖，圖2是其縱截面圖。片狀線圈式天線1具有縱繞型的片狀線圈5。片狀線圈5由底肩部51a與主體部51b構(gòu)成的磁性體芯51和卷繞在主體部51b上的繞線52和上面是平面狀非磁性部件53構(gòu)成。
磁性體芯51的主體部51b，其底部與底肩部51a接合，且相對于底肩部51a垂直設(shè)置。即，片狀線圈5，將主體部51b的敞開上面51ba置于上側(cè)，是將磁通φ在上方敞開的開磁路型的線圈，其作為天線線圈而發(fā)揮作用。
繞線52，一般是在銅線上施加了聚氨脂等絕緣包膜的繞線。繞線52的兩個終端部52a，在從底肩部51a的底面跨過側(cè)面而形成的電極6上、通過熱壓接方法進行電連接。另外，繞線52的高度被設(shè)定為比磁性體芯51的主體部51b的高度稍微高一些，關(guān)于這方面的效果作用將于后述。
而且，非磁性部件53，以覆蓋住主體部51b的敞開上面51ba和繞線52上面的方式而形成。把非磁性部件53的上面形成平面狀的理由，如圖3所示，是在把片狀線圈式天線1安裝在電路基板16上時，能夠由安裝機的吸咀可靠地吸著，并在由吸咀實施吸著時，可防止繞線52發(fā)生繞亂的情況。該非磁性部件53，例如，是把卷繞了繞線52的磁性體芯51、從主體部51b的敞開上面51ba側(cè)起浸漬在樹脂熔池中，當(dāng)在繞線52的上部及主體部51b的上部附著了樹脂之后，從樹脂熔池中提出，再通過光或熱使樹脂硬化而形成。而且，這時為了在繞線52的外周面上也形成樹脂，也可在樹脂熔池中進行浸漬。另外，非磁性部件53也通過貼附板狀部件而形成。
其上面安裝了片狀線圈式天線1的電路基板16，例如如圖4所示，被組裝在非接觸IC卡用讀寫器31內(nèi)。另外，雖未圖示，但在電路基板16的上面，除了片狀線圈式天線1之外，還設(shè)置了收發(fā)電路等。另外，在電路基板16的下面，設(shè)置了大面積的接地電極。
電路基板16被貼付在絕緣盒35的內(nèi)側(cè)底面上。圖5是表示這樣得到的IC卡用讀寫器31的電路方塊圖。
由上述結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的片狀線圈式天線1，由于從磁性體芯51的主體部51b的敞開上面起主要指向上方(垂直方向)的磁通φ的指向性好，所以，即使是小型的，也能使得與IC卡20的通訊距離長。另一方面，從主體部51的底部出來的磁通φ，主要經(jīng)過底肩部51a從底肩部側(cè)面脫離。因此，片狀線圈式天線1所發(fā)生的磁通φ，在設(shè)置于電路基板16下面的大面積接地電極上難以產(chǎn)生渦電流。
為了進一步增強從磁性體芯51的主體部51b的敞開上面51ba向上方指向的磁通φ的指向性，如圖6所示，使繞線52的高度H1高于主體部51b的高度H2。這時，在主體部51b的敞開上面51ba與繞線52的上面之間形成了高度差h，不過，例如，以使敞開上面51ba的非磁性部件53的厚度加厚，也能確保了非磁性部件53上面的平坦性。
圖7～圖11表示了相對于繞線52的高度H1(固定為3.0mm)，把主體部2的高度H2漸漸降低時、其線圈軸上的磁通密度。圖中橫軸是表示始于線圈最上部Z(參照圖6)的高度，縱軸表示磁通密度。
在圖7中，特性曲線A表示把主體部51b的高度H2設(shè)定為2.9mm(高度差h＝0.1mm)時的磁通密度。在圖8中，特性曲線B表示把主體部51b的高度H2設(shè)定為2.8mm(高度差h＝0.2mm)時的磁通密度。在圖9中，特性曲線C表示把主體部51b的高度H2設(shè)定為2.7mm(高度差h＝0.3mm)時的磁通密度。在圖10中，特性曲線D表示把主體部51b的高度H2設(shè)定為2.6mm(高度差h＝0.4mm)時的磁通密度。在圖11中，特性曲線E表示把主體部51b的高度H2設(shè)定為2.5mm(高度差h＝0.5mm)時的磁通密度。
另外，圖7～圖11中，為了便于分別比較，把H1＝H2(高度差h＝0)時的磁通密度用虛線狀的特性曲線F來表示。
這時，片狀線圈5的電感都是0.94μH，磁性體芯51的相對磁導(dǎo)率為1600，在繞線52上流動1.0A的電流。而且，高度H2為3.0mm的繞線52的卷繞數(shù)是10匝。
從上述圖7～圖11中可清楚地看到，通過相對于繞線52的高度H1、使主體部51b的高度H2降低，可在繞線52的軸上使指向上方的磁通密度變高，從而提高了天線效率。但是，當(dāng)主體部51b的高度H2降低到2.6mm(參照圖10)或降低到2.5mm(參照圖11)左右時，在線圈最上部Z附近的磁通密度較大，并且在稍稍離開位置上的磁通密度與其說和高度差h＝0的情況相等，還不如說是降低。
因此，主體部51b的高度H2，最好是在繞線52的高度H1的90％以上并且不足100％，理想的是在93.3～96.7％之間。
另外，為了不使磁通φ的指向性惡化、提高磁通φ的放射效率(天線效率)，可將磁性體芯51的底肩部51a和主體部51b分別由不同的材料制作。而且，將構(gòu)成底肩部51a的材料的復(fù)數(shù)相對磁導(dǎo)率的虛數(shù)部、在片狀線圈式天線1上所使用頻率帶上設(shè)定得低于構(gòu)成主體部51b的材料復(fù)數(shù)相對磁導(dǎo)率的虛數(shù)部。即，在與磁通φ上方的指向性沒有直接關(guān)系的底肩部51a上，使用低損失的材料。例如，如果在用于IC卡用讀寫器的情況下，進行材料的選定，以便其在13.56MHz頻帶上、使構(gòu)成底肩部51a的材料的復(fù)數(shù)相對磁導(dǎo)率的虛數(shù)低于構(gòu)成主體部51b的材料復(fù)數(shù)相對磁導(dǎo)率的虛數(shù)部。
另外，作為提高其他天線效果率的方法，具有用沿相對于底肩部51a的主面平行的方向配置易磁化軸的各向異性磁性體(例如六方晶鐵素體材料)來制作磁性體芯51的底肩部51a的方法。由于六方晶鐵素體材料顯示了磁的各向異性，所以，通過把易磁化軸沿相對于底肩部51a的主面平行的方向配置，從底肩部51a的底面穿過底側(cè)的泄漏磁通可少于Ni-Zn類的鐵素體。因此，泄漏磁通很難到達設(shè)置在電路基板16下面的大面積接地電極上，這樣可減少接地電極中的渦電流損失。因此，磁通φ的放射效率不會變壞，從而能加長與IC卡20的通訊距離。
圖12所示的片狀線圈式天線1A，設(shè)置有具有圓板狀底肩部51a的磁性體芯51。另外，圖13所示的片狀線圈式天線1B，設(shè)置有具有四方柱形主體部51b的磁性體芯51。這些片狀線圈5，在其底肩部51a上沒有形成電極，繞線52的終端部52a被引出到外部并被焊接到設(shè)在電路基板上的電極上。
圖14所示的片狀線圈式天線1C，是用非磁性殼體61覆蓋住磁性體芯51的主體部51b的敞開上面和繞線52的上面。非磁性殼體61的上面是平坦的。
圖15所示的片狀線圈式天線1D，在磁性體芯51的主體部51b上，以敞開上面51ba的面積小于與底肩部51a接合的底面面積、而在主體部51的外周面51bb上設(shè)置錐面。這樣，能進一步增強從磁性體芯51的主體部51b的敞開上面51ba起向上方指向的磁通φ的指向性。
圖16是上述片狀線圈式天線1D的磁通密度分布。在圖16中，橫軸表示相對于繞線52中心軸的距離。特性曲線G1表示始于電路基板16表面高度H3(參照圖6)在6.5mm位置上的磁通密度分布。同樣，特性曲線G2、G3、G4、G5分別表示始于電路基板16表面高度H3在7.5mm、8.5mm、9.5mm、10.5mm位置上的磁通密度分布。
這時，片狀線圈5的電感是0.944μH，磁性體芯51的相對磁導(dǎo)率為1600，在繞線52上流動1.0A的電流。繞線52的卷繞數(shù)是12.1匝。
如圖17所示，片狀線圈式天線80，是把多個(4個)片狀線圈5以軸對稱狀的方式設(shè)置在電路基板16上。各片狀線圈5雖然可以進行電串聯(lián)連接，也可并聯(lián)連接，但是，由各片狀線圈5產(chǎn)生的磁通為同一極性。
根據(jù)這點，由分別流過片狀線圈5上的電流所產(chǎn)生的磁通，在相鄰的片狀線圈5間部分被抵消，從而可等效地得到近似一個大型線圈的磁通分布。因此，能夠加長與IC卡20的通訊距離。而且，這時如圖18所示，當(dāng)把片狀線圈5暫時安裝在磁性體基板85上、再裝在電路基板16上并加以配線時，可進一步可靠地使磁通抵消，所以，能得到更顯著的效果。其結(jié)能夠擴大片狀線圈式天線80與IC卡20的通訊距離。
本發(fā)明的天線用片狀線圈及片狀線圈式天線不僅限于上述實施例，在其宗旨范圍內(nèi)可進行種種變更。
例如，一般來講，在繞線52上使用被覆有聚氨脂的軟銅線等，不過也可以是預(yù)先卷繞如圖19所示的片狀平板繞線52并將其嵌入磁性體芯51的主體部51b內(nèi)的結(jié)構(gòu)。另外，主體部51b不僅限于圓柱狀，也可以采用方柱狀或橢圓柱狀。
權(quán)利要求
1.一種天線用片狀線圈，由磁性體芯和繞線構(gòu)成，所述磁性體芯，由底肩部和相對于該底肩部垂直設(shè)置的主體部構(gòu)成；所述繞線，卷繞于該磁性體芯主體部上；其特征在于所述繞線的高度高于所述磁性體芯的主體部高度。
2.如權(quán)利要求1所述的天線用片狀線圈，其特征在于所述磁性體芯的主體部高度是所述繞線高度的90％以上、不到100％。
3.如權(quán)利要求1所述的天線用片狀線圈，其特征在于還具有覆蓋所述磁性體芯的主體部的敞開上面和所述繞線上面的非磁性部件，該非磁性部件上面為平面狀。
4.如權(quán)利要求1所述的天線用片狀線圈，其特征在于所述磁性體芯的主體部外周面，以該主體部的敞開上面的面積小于與底肩部接合的部分的面積而形成為錐面。
5.如權(quán)利要求1所述的天線用片狀線圈，其特征在于所述磁性體芯的底肩部和主體部由不同的材料構(gòu)成，構(gòu)成底肩部的村料的復(fù)數(shù)相對磁導(dǎo)率的虛數(shù)部，在所使用頻率帶上，低于構(gòu)成主體部的材料的復(fù)數(shù)相對磁導(dǎo)率的虛數(shù)部。
6.如權(quán)利要求1所述的天線用片狀線圈，其特征在于所述磁性體芯的底肩部，由沿相對于底肩部的主面平行的方向配置易磁化軸的各向異性磁性體構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的天線用片狀線圈，其特征在于所述各向異性磁性體由六方晶鐵素體材料構(gòu)成。
8.一種片狀線圈式天線，其特征在于具有權(quán)利要求1所述的天線用片狀線圈，和與所述繞線的終端部構(gòu)成電連接的電極部。
9.如權(quán)利要求8所述的片狀線圈式天線，其特征在于所述天線用片狀線圈、以多個鄰近配置，并將各天線用片狀線圈構(gòu)成電連接，以便使各天線用片狀線圈所產(chǎn)生的磁通成為同一極性。
全文摘要
一種天線用片狀線圈及使用它的片狀線圈式天線，該片狀線圈式天線，具有縱繞型的片狀線圈(5)。該片狀線圈(5)，由磁性體芯(51)和被卷繞在主體部(51b)上的繞線(52)構(gòu)成，其中，磁性體芯(51)由底肩部(51a)及主體部(51b)構(gòu)成。繞線(52)的高度(H1)被設(shè)定為高于主體部(51b)的高度(H2)。在繞線(52)和主體部(51b)上，設(shè)置有其上面是平面狀的非磁性部件。根據(jù)這個結(jié)構(gòu)，不會招致繞線的大型化且可提高線圈指向上方的磁通密度、增強天線效率。
文檔編號H01F17/04GK1581580SQ20041005771
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月13日
發(fā)明者三原秀幸, 山口公一, 森長哲也, 前田英一, 佐佐木茂雄 申請人:株式會社村田制作所