特開 2024-33851 アンテナ装置及びこれを備えるＩＣカード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024033851

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】アンテナ装置及びこれを備えるＩＣカード

(51)【国際特許分類】

   H01Q 7/00 20060101AFI20240306BHJP

   H01Q 19/02 20060101ALI20240306BHJP

   G06K 19/077 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

H01Q7/00

H01Q19/02

G06K19/077 196

G06K19/077 244

G06K19/077 272

G06K19/077 296

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022137728

(22)【出願日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】梶木屋 翔磨

【テーマコード（参考）】

5J020

【Ｆターム（参考）】

5J020BC10

5J020DA02

(57)【要約】

【課題】カップリングコイルとブースターコイルの結合が高められたアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１は、第１コイル１１０と、第１コイル１１０と直列接続され、第１コイル１１０の開口１１０ａ内に配置される第２コイル１２０と、第１コイル１１０の開口１１０ａ内であって、第２コイル１２０の中心位置とは異なる位置に中心を有する第３コイル１３０と、第３コイル１３０の両端に接続された第１キャパシタＣ１とを備える。第１及び第２コイル１１０，１２０は、電流方向が互いに同じとなるよう周回している。第２コイル１２０は、第１コイル１１０の開口１１０ａの中心からＹ方向の一方側寄りにオフセットして配置される。第３コイル１３０は、Ｙ方向の他方側における第１コイル１１０との距離よりも、一方側における第２コイル１２０との距離の方が短い。これにより、第２コイルと第３コイルの結合が高められる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１コイルと、
前記第１コイルと直列接続され、前記第１コイルの開口内に配置される第２コイルと、
前記第１コイルの開口内であって、前記第２コイルの開口の中心位置とは異なる位置に開口の中心を有する第３コイルと、
前記第３コイルの両端に接続された第１キャパシタと、を備え、
前記第１及び第２コイルは、前記第１コイルの一端から前記第２コイルとの接続点に至る経路の周回方向と、前記接続点から前記第２コイルの当該接続点とは反対側の端部に至る経路の周回方向が同じとなるように接続されており、
前記第２コイルは、前記第１コイルの開口の中心から第１方向の一方側寄りにオフセットして配置され、
前記第３コイルは、前記第１方向の他方側における第１コイルとの距離よりも、前記一方側における第２コイルとの距離の方が短い、アンテナ装置。

【請求項2】

前記第１乃至第３コイルは、いずれもターン間のスペース幅よりもパターン幅の方が大きい、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記第３コイルは、前記第１方向におけるサイズが前記第１方向と直交する第２方向におけるサイズより大きく、且つ、前記第１コイルの開口の中心から前記第２方向における一方側寄りにオフセットして配置される、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第１コイルの両端に接続された第２キャパシタをさらに備え、
前記第２キャパシタのパターン配置領域は、前記第１方向におけるサイズが前記第１方向と直交する第２方向におけるサイズより大きく、且つ、前記第１コイルの前記第１方向に延在する最内周ターンに沿って配置されている、請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記第１及び第２キャパシタの少なくとも一方は、一方向に延在する第１キャパシタ電極パターンと、前記一方向に延在し、前記第１キャパシタ電極パターンと対向する第２キャパシタ電極パターンと、前記第１キャパシタ電極パターンから分岐する複数の第３キャパシタ電極パターンと、前記複数の第３キャパシタ電極パターンと対向する第４キャパシタ電極パターンとを含む、請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記第１キャパシタ電極パターンと前記第２キャパシタ電極パターンの対向面積は、前記複数の第３キャパシタ電極パターンと前記第４キャパシタ電極パターンの対向面積より大きい、請求項５に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記第１キャパシタ電極パターンは、前記第３コイルの周回方向に沿って延在する、請求項５に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

コイル軸方向から見て、前記第２コイルと前記第３コイルは重なりを有している、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

前記第２コイルのパターン幅は、前記第１コイルのパターン幅よりも細い、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアンテナ装置と、
貫通孔を有するメタルプレートと、
前記メタルプレートの前記貫通孔に配置されたＩＣモジュールと、を備え、
前記第２コイルの開口部は、前記貫通孔と重なる、ＩＣカード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナ装置及びこれを備えるＩＣカードに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、基材の表面に設けられたアンテナコイル、カップリングコイル及びブースターコイルを備えるアンテナ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１９５０４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されたアンテナ装置は、アンテナコイルとブースターコイルが重なっていることから、両者間において高い結合が得られるものの、カップリングコイルとブースターコイルの間では必ずしも高い結合が得られなかった。

【0005】

したがって、本開示は、カップリングコイルとブースターコイルの結合が高められた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】

本開示の一実施態様によるアンテナ装置は、第１コイルと、第１コイルと直列接続され、第１コイルの開口内に配置される第２コイルと、第１コイルの開口内であって、第２コイルの開口の中心位置とは異なる位置に開口の中心を有する第３コイルと、第３コイルの両端に接続された第１キャパシタとを備え、第１及び第２コイルは、第１コイルの一端から第２コイルとの接続点に至る経路の周回方向と、接続点から第２コイルの当該接続点とは反対側の端部に至る経路の周回方向が同じとなるように接続されており、第２コイルは、第１コイルの開口の中心から第１方向の一方側寄りにオフセットして配置され、第３コイルは、第１方向の他方側における第１コイルとの距離よりも、一方側における第２コイルとの距離の方が短い。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、第２コイルと第３コイルの結合が高められたアンテナ装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の一実施形態によるアンテナ装置を備えるＩＣカード３の外観を示す略斜視図である。

【図2】図２は、ＩＣカード３の構造を説明するための略分解斜視図である。

【図3】図３は、ＩＣカード３の構造を説明するための略断面図である。

【図4】図４は、基材２０の一方の表面２１に形成された導体パターンの略平面図である。

【図5】図５は、基材２０の他方の表面２２に形成された導体パターンの略平面図である。

【図6】図６は、キャパシタ電極パターン１５１～１５４の形状及びこれらの重なりを説明するための部分的な拡大図である。

【図7】図７は、ＩＣモジュール５０を裏面側から見た略斜視図である。

【図8】図８は、ＩＣカード３とカードリーダー６が通信を行う状態を示す模式図である。

【図9】図９は、第１の変形例を説明するための略平面図であり、基材２０の一方の表面２１に形成された導体パターンの形状を示している。

【図10】図１０は、第１の変形例を説明するための略平面図であり、基材２０の他方の表面２２に形成された導体パターンの形状を示している。

【図11】図１１は、第２の変形例を説明するための略平面図であり、基材２０の一方の表面２１に形成された導体パターンの形状を示している。

【図12】図１２は、第２の変形例を説明するための略平面図であり、基材２０の他方の表面２２に形成された導体パターンの形状を示している。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。

【0010】

図１は、本開示の一実施形態によるアンテナ装置を備えるＩＣカード３の外観を示す略斜視図である。

【0011】

図１に示すように、本開示の一実施形態によるＩＣカード３は、第１方向であるＹ方向を長手方向、第２方向であるＸ方向を短手方向、コイル軸方向であるＺ方向を厚み方向とする板状体であり、ＸＹ面を構成する上面３ａと裏面３ｂを有している。ＩＣカード３には後述するＩＣモジュールが内蔵されており、ＩＣモジュールの端子電極ＥがＩＣカード３の上面３ａに露出している。

【0012】

図２及び図３は、それぞれ本開示の一実施形態によるアンテナ装置１を備えるＩＣカード３の構造を説明するための略分解斜視図及び略断面図である。

【0013】

図２及び図３に示すＩＣカード３は、裏面３ｂ側から上面３ａ側に向かって、プラスチックプレート１０、基材２０、磁性シート３０及びメタルプレート４０がこの順に積層された構造を有している。プラスチックプレート１０は、磁束を妨げない樹脂材料からなる。プラスチックプレート１０の表面は、ＩＣカード３の裏面３ｂを構成する。メタルプレート４０は、ステンレスやチタンなどの金属材料からなる。メタルプレート４０の表面はＩＣカード３の上面３ａを構成する。メタルプレート４０には貫通孔４１が設けられており、貫通孔４１の内部にＩＣモジュール５０が配置されている。このように、ＩＣカード３は、本体にメタルプレートが用いられたカードである。

【0014】

基材２０は、絶縁性樹脂材料からなるフィルムであり、その一方の表面２１に第１コイル１１０及び第２コイル１２０を含む複数のコイルが設けられている。フィルム状の基材２０を構成する絶縁性樹脂材料の例としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＩ（ポリイミド）などが挙げられる。基材２０の一方の表面２１はプラスチックプレート１０と向かい合い、基材２０の他方の表面２２は、磁性シート３０を介してメタルプレート４０と向かい合う。プラスチックプレート１０と基材２０は、接着層６１を介して接着される。

【0015】

基材２０の他方の表面２２は、磁性シート３０で覆われる。磁性シート３０と基材２０は、接着層６２を介して接着される。磁性シート３０及び接着層６２には、ＩＣモジュール５０と重なる位置に、それぞれ貫通孔３１，６４が設けられている。本実施形態によるアンテナ装置１は、基材２０の表面２１，２２に形成された導体パターンによって構成される。メタルプレート４０に設けられた貫通孔４１は、Ｚ方向から見た平面視で、磁性シート３０の貫通孔３１と重なりを有している。

【0016】

図４は、基材２０の一方の表面２１に形成された導体パターンの略平面図である。尚、図４に示すＡ－Ａ線は、図３の断面位置を示している。図４においては、基材２０の他方の表面２２側に位置する磁性シート３０の貫通孔３１が破線で示されている。

【0017】

図４に示すように、基材２０の一方の表面２１には、第１コイル１１０、第２コイル１２０、第３コイル１３０及びキャパシタ電極パターン１５１，１５３，１６１，１６３が設けられている。これらのパターンは導電材料から構成されており、例えば、銅、アルミニウム、又はこれらの合金などが挙げられる。第１コイル１１０は、実使用時に外部のカードリーダーと結合するアンテナコイルとして機能してよい。第２コイル１２０は、ＩＣモジュール５０と結合するカップリングコイルとして機能してよい。第３コイル１３０は、第１コイル１１０及び第２コイル１２０と結合し、これによりアンテナ特性を高めるためのブースターコイルとして機能してよい。

【0018】

第１コイル１１０は、基材２０の外周に沿って約３ターン周回しており、その開口１１０ａ内に第２コイル１２０、第３コイル１３０及びキャパシタ電極パターン１５１，１５３，１６１，１６３が配置されている。第１コイル１１０のパターン幅はＷ１であり、ターン間のスペース幅よりも大きい。第１コイル１１０は、Ｘ方向に延在する区間１１１，１１３と、Ｙ方向に延在する区間１１２，１１４とを有しており、外周端を始点とした場合、区間１１１～１１４の順に周回する。これらの区間１１１～１１４は、いずれも磁性シート３０とＺ方向に重なる。第１コイル１１０のサイズは、Ｘ方向におけるサイズよりもＹ方向におけるサイズが大きい形状を有している。つまり、Ｘ方向に延在する区間１１１，１１３よりもＹ方向に延在する区間１１２，１１４の方が長い。なお、第１コイル１１０のＸ方向におけるサイズは、区間１１２の最外周ターンの外縁と区間１１４の最外周ターンの外縁との間のＸ方向と平行な方向に沿う距離であり、第１コイル１１０のＹ方向におけるサイズは、区間１１１の最外周ターンの外縁と区間１１３の最外周ターンの外縁との間のＹ方向と平行な方向に沿う距離である。また、第１コイル１１０のパターン幅Ｗ１は、第１コイル１１０のパターンの延在方向と直交する方向であって、第１コイル１１０の径方向に沿う方向の幅である。

【0019】

第１コイル１１０の外周端は、基材２０を貫通して設けられたビア導体１１５に接続される。また、第１コイル１１０の区間１１１のうち、最外周ターンから数えて２番目のターン（最内周ターンから数えて２番目のターン）の一部が分断されている。分断された一方及び他方の端部は、基材２０を貫通して設けられたビア導体１１６，１１７にそれぞれ接続される。第１コイル１１０の内周端は、キャパシタ電極パターン１５１，１５３に接続される。

【0020】

キャパシタ電極パターン１５１は、第１コイル１１０の最内周ターンに位置する区間１１１の一部と、第１コイル１１０の最内周ターンに位置する区間１１４から分岐したパターンを有し、いずれもＸ方向に延在する。図４に示す例では、区間１１１の一部となる１本のキャパシタ電極パターン１５１と、区間１１４から５本のキャパシタ電極パターン１５１が分岐しているが、キャパシタ電極パターン１５１の数については特に限定されない。なお、キャパシタ電極１５１は、いずれも第１コイル１１０の最内周ターンに位置する区間１１４から分岐したパターンであってもよい。また、１本のキャパシタ電極パターン１５１からは、複数のキャパシタ電極パターン１５３が分岐している。キャパシタ電極パターン１５３はいずれもＹ方向に延在する。図４に示す例では、１本のキャパシタ電極パターン１５１から７本のキャパシタ電極パターン１５３が分岐しているが、キャパシタ電極パターン１５３の数については特に限定されない。図４に示すように、キャパシタ電極パターン１５１，１５３が配置されたパターン配置領域Ｂは、Ｙ方向におけるサイズがＸ方向におけるサイズより大きく、且つ、第１コイル１１０の最内周ターンに位置する区間１１４に沿って配置されている。

【0021】

第２コイル１２０は、磁性シート３０の貫通孔３１と重なる位置に配置されており、その内周端は、基材２０を貫通して設けられたビア導体１２１に接続される。第２コイル１２０の外周端は、導体パターン１２３に接続され、導体パターン１２３の先端が基材２０を貫通して設けられたビア導体１２２に接続される。第２コイル１２０は、磁性シート３０の貫通孔３１と重なる位置で約３ターン周回しており、最外周ターンを含む各ターンが磁性シート３０の貫通孔３１と重なりを有している。第２コイル１２０のパターン幅はＷ２であり、ターン間のスペース幅よりも大きい。第２コイル１２０のパターン幅Ｗ２は、第１コイル１１０のパターン幅Ｗ１よりも小さくても構わない。これによれば、第１コイル１１０の交流抵抗値を低減しつつ、限られたスペースに配置される第２コイル１２０のターン数を十分に確保することが可能となる。また、第２コイル１２０のパターン幅Ｗ２は、第２コイル１２０のパターンの延在方向と直交する方向であって、第２コイル１２０の径方向に沿う方向の幅である。

【0022】

第２コイル１２０は、磁性シート３０の貫通孔３１を介して、メタルプレート４０の貫通孔４１に配置されたＩＣモジュール５０とＺ方向に重なる。ＩＣモジュール５０は、ＩＣカード３のＹ方向における一方側（＋Ｙ方向側）寄りにオフセットして配置されていることから、第２コイル１２０についても、第１コイル１１０の開口１１０ａの中心からＹ方向の一方側寄りにオフセットして配置される。

【0023】

第３コイル１３０は、Ｘ方向に延在する区間１３１，１３３と、Ｙ方向に延在する区間１３２，１３４とを有しており、外周端を始点とした場合、区間１３１～１３４の順に周回する。第３コイル１３０の周回数は約５ターンである。これらの区間１３１～１３４は、いずれも磁性シート３０とＺ方向に重なる。第３コイル１３０のサイズは、Ｘ方向におけるサイズよりもＹ方向におけるサイズが大きい形状を有している。つまり、Ｘ方向に延在する区間１３１，１３３よりもＹ方向に延在する区間１３２，１３４の方が長い。第３コイル１３０のパターン幅はＷ３であり、ターン間のスペース幅よりも大きい。第３コイル１３０のパターン幅Ｗ３は、第１コイル１１０のパターン幅Ｗ１よりも小さく、第２コイル１２０のパターン幅Ｗ２よりも大きくても構わない。第３コイル１３０の内周端は、基材２０を貫通して設けられたビア導体１３５に接続される。第３コイル１３０の外周端は、キャパシタ電極パターン１６１，１６３に接続される。なお、第３コイル１３０のＸ方向におけるサイズは、区間１３２の最外周ターンの外縁と区間１３４の最外周ターンの外縁との間のＸ方向と平行な方向に沿う距離であり、第３コイル１３０のＹ方向におけるサイズは、区間１３１の最外周ターンの外縁と区間１３３の最外周ターンの外縁との間のＹ方向と平行な方向に沿う距離である。また、第３コイル１３０のパターン幅Ｗ３は、第３コイル１３０のパターンの延在方向と直交する方向であって、第３コイル１３０の径方向に沿う方向の幅である。

【0024】

キャパシタ電極パターン１６１は、第３コイル１３０の最外周ターンに位置する区間１３１の一部であり、Ｘ方向に延在する。また、キャパシタ電極パターン１６１からは、複数のキャパシタ電極パターン１６３が分岐している。キャパシタ電極パターン１６３はいずれもＹ方向に延在する。したがって、キャパシタ電極パターン１６１は、第３コイル１３０の最外周ターンに沿って周回方向に延在する。或いは、キャパシタ電極パターン１６１を第２コイル１１０の最内周ターンに沿って周回方向に延在させても構わない。図４に示す例では、キャパシタ電極パターン１６１から２５本のキャパシタ電極パターン１６３が分岐しているが、キャパシタ電極パターン１６３の数については特に限定されない。また、キャパシタ電極パターン１６１を複数設け、各キャパシタ電極パターン１６１から複数のキャパシタ電極パターン１６３を分岐させても構わない。

【0025】

第３コイル１３０は、第１コイル１１０の区間１１３と第２コイル１２０の間に配置されている。したがって、第３コイル１３０の開口の中心位置は、第２コイル１２０の開口の中心位置とは異なっている。ここで、第３コイル１３０は、第１コイル１１０の区間１１３よりも第２コイル１２０に近くなるよう配置されている。つまり、第３コイル１３０の区間１３１と第１コイル１１０の区間１１３のＹ方向における距離Ｌ１よりも、第３コイル１３０の区間１３３と第２コイル１２０のＹ方向における距離Ｌ２の方が短い。これにより、第２コイル１２０と第３コイル１３０の結合が高められている。ここで、第３コイル１３０の区間１３１と第１コイル１１０の区間１１３の間にキャパシタ電極パターン１６１，１６３を配置しているため、第１コイル１１０の区間１１３と第３コイル１３０の区間１３１のＹ方向における距離が拡大される。これにより、第１コイル１１０と第３コイル１３０の結合を抑制することが可能となる。

【0026】

また、第３コイル１３０は、第１コイル１１０の開口１１０ａの中心からＸ方向の一方側（＋Ｘ方向側）寄りにオフセットして配置されている。つまり、第３コイル１３０の区間１３２と第１コイル１１０の区間１１４のＸ方向における距離Ｌ３よりも、第３コイル１３０の区間１３４と第１コイル１１０の区間１１２のＸ方向における距離Ｌ４の方が短い。これにより、第３コイル１３０とパターン配置領域Ｂが干渉することなく、互いのＹ方向位置が部分的に重なるよう配置することが可能となる。各コイル１１０～１３０の開口の中心は、コイルの最内周ターンの内縁によって画定される領域の中心である。

【0027】

図５は、基材２０の他方の表面２２に形成された導体パターンの略平面図である。尚、図５に示すＡ－Ａ線は、図３の断面位置を示している。

【0028】

図５に示すように、基材２０の他方の表面２２には、導体パターン１４１～１４４及びキャパシタ電極パターン１５２，１５４，１６２，１６４が設けられている。これらのパターンは導電材料から構成されており、例えば、銅、アルミニウム、又はこれらの合金などが挙げられる。

【0029】

導体パターン１４１は、キャパシタ電極パターン１５２，１５４に接続されるとともに、ビア導体１１５を介して第１コイル１１０の外周端に接続される。キャパシタ電極パターン１５２，１５４の平面位置は、それぞれキャパシタ電極パターン１５１，１５３と一致している。つまり、キャパシタ電極パターン１５１，１５２は基材２０を介して互いに対向し、キャパシタ電極パターン１５３，１５４は基材２０を介して互いに対向する。これにより、基材２０の一方の表面２１に設けられたキャパシタ電極パターン１５１，１５３と、基材２０の他方の表面２２に設けられたキャパシタ電極パターン１５２，１５４と、これの間に位置する基材２０によって、第２キャパシタＣ２が構成される。

【0030】

導体パターン１４２は、一端がビア導体１１６に接続され、他端がビア導体１２１に接続される。また、導体パターン１４３は、一端がビア導体１１７に接続され、他端がビア導体１２２に接続される。これにより、第１コイル１１０と第２コイル１２０が直列接続されるとともに、第１コイル１１０の内周端と外周端の間に第２キャパシタＣ２が接続されることになる。第１コイル１１０、第２コイル１２０及び第２キャパシタＣ２は、外部回路に接続されない閉回路を構成する。第２キャパシタＣ２は、共振周波数を調整することにより通信特性を高める役割を果たす。第１コイル１１０、第２コイル１２０及び第２キャパシタＣ２による共振周波数を１３．５６ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚ近傍の周波数帯に設定することで、近距離無線通信（ＮＦＣ）が可能となる。

【0031】

第１コイル１１０と第２コイル１２０は、電流方向が互いに同じとなるよう周回している。例えば、第１コイル１１０の外周端を始点とした場合、第１コイル１１０及び第２コイル１２０は、いずれも左回り（反時計回り）に周回する。具体的には、第１コイル１１０及び第２コイル１２０は、第１コイル１１０の外周端から内周に向かって左周り（反時計回り）に周回して最外周から２番目のターンにおいて第２コイル１２０の内周端に接続され、第２コイル１２０の内周端から外周に向かって左回り（反時計回り）に周回して第１コイル１１０の２番目のターンに接続され、第１コイル１１０の２番目のターンからさらに内周に向かって左回りに周回して終点である第１コイル１１０の内周端に至る。つまり、第１コイル１１０及び第２コイル１２０を流れる電流の電流方向は、コイル軸を中心とした電流の周回方向が第１コイル１１０と第２コイル１２０で互いに同じ向きとなる。本実施形態では、第１コイル１１０の外周端を一端とした場合は、第１コイル１１０の最外周ターンから数えて２番目のターンにおける分断された一方の端部と第２コイル１２０の内周端が接続される部分が接続点、当該接続点とは反対側の端部が第２コイル１２０の外周端となり、第１コイル１１０の一端から接続点に至る経路の周回方向と、当該接続点から第２コイル１２０の外周端に至る経路の周回方向は同じ左周りとなる。一方、第１コイル１１０の内周端を一端とした場合は、第１コイル１１０の最外周ターンから数えて２番目のターンにおける分断された他方の端部と第２コイル１２０の外周端が接続される部分が接続点、当該接続点とは反対側の端部が第２コイル１２０の内周端となり、第１コイル１１０の一端から接続点に至る経路の周回方向と、当該接続点から第２コイル１２０の内周端に至る経路の周回方向は同じ右周りとなる。これにより、第１コイル１１０によって生じる磁束の向きと第２コイル１２０によって生じる磁束の向きが一致することから、磁束の打ち消し合いが生じず、通信距離を拡大することができる。また、第２コイル１２０は、第１コイル１１０の最外周ターン又は最内周ターンに接続されているのではなく、これらの間に位置する２番目のターンに挿入されるように接続されている。第１コイル１１０の２番目のターンは、線路長の約中間位置にあることから、最外周ターン及び最内周ターンよりも電流密度が高く、この部分に第２コイル１２０を接続することにより、第２コイル１２０に流れる電流量を十分に確保することが可能となる。なお、第１コイル１１０及び第２コイル１２０は、第１コイル１１０の外周端から内周に向かって周回した後に第２コイル１２０の外周端に接続されても構わない。この場合、第２コイル１２０の外周端から内周端に向かう周回方向が、第１コイル１１０の外周端から内周に向かう周回方向と同じとなるように接続すればよい。

【0032】

導体パターン１４４は、キャパシタ電極パターン１６２，１６４に接続されるとともに、ビア導体１３５を介して第３コイル１３０の内周端に接続される。キャパシタ電極パターン１６２，１６４の平面位置は、それぞれキャパシタ電極パターン１６１，１６３と一致している。つまり、キャパシタ電極パターン１６１，１６２は基材２０を介して互いに対向し、キャパシタ電極パターン１６３，１６４は基材２０を介して互いに対向する。これにより、基材２０の一方の表面２１に設けられたキャパシタ電極パターン１６１，１６３と、基材２０の他方の表面２２に設けられたキャパシタ電極パターン１６２，１６４と、これの間に位置する基材２０によって、第１キャパシタＣ１が構成される。つまり、第１コイル１３０の内周端と外周端の間に第１キャパシタＣ１が接続されることになる。第３コイル１３０及び第１キャパシタＣ１は、外部回路に接続されない閉回路を構成する。また、第３コイル１３０は、第１コイル１１０及び第２コイル１２０にも接続されない。

【0033】

図６は、キャパシタ電極パターン１５１～１５４の形状及びこれらの重なりを説明するための部分的な拡大図である。

【0034】

図６に示すように、キャパシタ電極パターン１５１，１５２，１５４についてはＸ方向に直線的に延在するのに対し、キャパシタ電極パターン１５３はＹ方向に延在するとともに、キャパシタ電極パターン１５１との接続部である根元部分よりも、キャパシタ電極パターン１５４と重なる先端部分の方がＸ方向における幅が拡大された形状を有している。ここで、キャパシタ電極パターン１５２については、対向するキャパシタ電極パターン１５１とＸ方向に連続的に重なるのに対し、キャパシタ電極パターン１５４については、対向するキャパシタ電極パターン１５３がＸ方向に分断されている。このため、キャパシタ電極パターン１５１，１５２の対向面積は、キャパシタ電極パターン１５３，１５４の対向面積より大きい。また、キャパシタ電極パターン１５２は、キャパシタ電極パターン１５１のＸ方向における位置を超えて第１コイル１１０の最内周ターンに位置する区間１１４の一部と重なりを有しており、この部分においてもキャパシタンスが発生する。

【0035】

このようなパターン形状を有する第２キャパシタＣ２のキャパシタンスは、トリミングによっていくつかのキャパシタ電極パターン１５３を除去することによって微調整することができる。第１キャパシタＣ１を構成するキャパシタ電極パターン１６１～１６４についても同様である。

【0036】

図７は、ＩＣモジュール５０を裏面側から見た略斜視図である。

【0037】

図７に示すように、ＩＣモジュール５０は、モジュール基板５１と、モジュール基板５１に搭載又は内蔵されたＩＣチップ５２と、カップリングコイル５３とを備えている。ＩＣチップ５２は、ドーム状の保護樹脂５４で覆われることにより保護されている。保護樹脂５４は絶縁部材からなる。モジュール基板５１の表面側には、図１に示す端子電極Ｅが設けられる。このような構成を有するＩＣモジュール５０は、メタルプレート４０に設けられた貫通孔４１に収容される。ＩＣモジュール５０が貫通孔４１に収容されると、カップリングコイル５３と基材２０に設けられた第２コイル１２０が電磁界結合する。そして、第２コイル１２０は、第１コイル１１０に直列接続されていることから、第１コイル１１０及び第２コイル１２０を介して、ＩＣモジュール５０が外部と通信可能となる。また、本実施形態によるアンテナ装置１は、ブースターコイルとして機能する第３コイル１３０を備えていることから、アンテナ特性が向上する。

【0038】

これにより、図８に示すように、ＩＣカード３の裏面３ｂをカードリーダー６と向かい合わせれば、カードリーダー６とＩＣチップ５２との間で通信を行うことができる。つまり、カードリーダー６は、第１コイル１１０及び第２コイル１２０を経由して、ＩＣモジュール５０のカップリングコイル５３と結合し、これによりＩＣチップ５２との通信が実現される。

【0039】

以上説明したように、本実施形態によるアンテナ装置１は、第１コイル１１０の開口１１０ａ内に第２コイル１２０と第３コイル１３０が配置されているとともに、第２コイル１２０と第３コイル１３０の距離が近づけられていることから、カップリングコイルとして機能する第２コイル１２０とブースターコイルとして機能する第３コイル１３０の間において高い結合を得ることが可能となる。

【0040】

図９及び図１０は、第１の変形例を説明するための略平面図であり、図９は基材２０の一方の表面２１に形成された導体パターンの形状を示し、図１０は基材２０の他方の表面２２に形成された導体パターンの形状を示している。

【0041】

第１の変形例は、第３コイル１３０のサイズがＹ方向よりもＸ方向に大きい点において、上述した実施形態と相違している。つまり、Ｙ方向に延在する区間１３２，１３４よりもＸ方向に延在する区間１３１，１３３の方が長い。第１の変形例においても、第３コイル１３０は、第１コイル１１０の区間１１３よりも第２コイル１２０に近くなるよう配置されている。つまり、第３コイル１３０の区間１３１と第１コイル１１０の区間１１３のＹ方向における距離Ｌ１よりも、第３コイル１３０の区間１３３と第２コイル１２０のＹ方向における距離Ｌ２の方が短い。距離Ｌ１は、図４に示す構造よりも拡大されている。これにより、より多くのキャパシタ電極パターン１６１，１６３を配置することが可能である。

【0042】

また、第１の変形例においては、第３コイル１３０のＸ方向における中心が第１コイル１１０の開口１１０ａのＸ方向における中心とほぼ一致している。これにより、第３コイル１３０の区間１３２と第１コイル１１０の区間１１４のＸ方向における距離Ｌ３は、第３コイル１３０の区間１３４と第１コイル１１０の区間１１２のＸ方向における距離Ｌ４とほぼ同じである。その結果、パターン配置領域ＢのＹ方向におけるサイズが図４に示す構造よりも縮小されており、区間１１４から分岐するキャパシタ電極パターン１５１の本数が４本に減少している。これに伴い、基材２０の他方の表面２２に形成されるキャパシタ電極パターン１５２についても４本となっている。

【0043】

第１の変形例のように、第３コイル１３０のＸ方向におけるサイズを拡大すれば、第１コイル１１０と第３コイル１３０の結合を高めることが可能となる。

【0044】

図１１及び図１２は、第２の変形例を説明するための略平面図であり、図１１は基材２０の一方の表面２１に形成された導体パターンの形状を示し、図１２は基材２０の他方の表面２２に形成された導体パターンの形状を示している。

【0045】

第２の変形例は、第３コイル１３０及びキャパシタ電極パターン１６１，１６２が基材２０の他方の表面２２に形成され、キャパシタ電極パターン１６２，１６４が基材２０の一方の表面２１に形成されている点において、上述した実施形態と相違している。このように、第１コイル１１０及び第２コイル１２０を基材２０の一方の表面２１に形成し、第３コイル１３０を基材２０の他方の表面２２に形成しても構わない。これによれば、第１コイル１１０又は第２コイル１２０と重なるよう、第３コイル１３０を配置することが可能となり、設計自由度が向上する。図１１及び図１２に示す例では、第３コイル１３０の区間１３３の一部が貫通孔３１とＺ方向に重なりを有しており、これにより、第３コイル１３０の一部と第２コイル１２０の一部が重なっている。このような構造によれば、第３コイル１３０と第２コイル１２０の結合をより高めることが可能となる。

【0046】

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記の実施形態に限定されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本開示の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【0047】

例えば、第１～第３コイル１１０，１２０，１３０は、導線を巻回させて導体パターンを構成しても構わない。

【0048】

また、基材２０の表面２１，２２に設けられる導体パターンは、間に樹脂を含む他の材料層を介して基材２０の表面２１，２２に設けられていても構わない。

【0049】

本開示に係る技術には、以下の構成例が含まれるが、これに限定されるものではない。

【0050】

本開示によるアンテナ装置は、第１コイルと、第１コイルと直列接続され、第１コイルの開口内に配置される第２コイルと、第１コイルの開口内であって、第２コイルの開口の中心位置とは異なる位置に開口の中心を有する第３コイルと、第３コイルの両端に接続された第１キャパシタとを備え、第１及び第２コイルは、第１コイルの一端から第２コイルとの接続点に至る経路の周回方向と、接続点から第２コイルの当該接続点とは反対側の端部に至る経路の周回方向が同じとなるように接続されており、第２コイルは、第１コイルの開口の中心から第１方向の一方側寄りにオフセットして配置され、第３コイルは、第１方向の他方側における第１コイルとの距離よりも、一方側における第２コイルとの距離の方が短い。これによれば、第２コイルと第３コイルの結合を高めることが可能となる。

【0051】

上記アンテナ装置において、第１乃至第３コイルは、いずれもターン間のスペース幅よりもパターン幅の方が大きくても構わない。これによれば、第１乃至第３コイルの抵抗値を低減することが可能となる。

【0052】

上記アンテナ装置において、第３コイルは、第１方向におけるサイズが第１方向と直交する第２方向におけるサイズより大きく、且つ、第１コイルの開口の中心から第２方向における一方側寄りにオフセットして配置されていても構わない。これによれば、第１コイルと第３コイルの結合を抑制しつつ、両者間に第２方向の空きスペースを確保することが可能となる。

【0053】

本開示によるアンテナ装置は、第１コイルの両端に接続された第２キャパシタをさらに備え、第２キャパシタのパターン配置領域は、第１方向におけるサイズが第１方向と直交する第２方向におけるサイズより大きく、且つ、第１コイルの第１方向に延在する最内周ターンに沿って配置されていても構わない。これによれば、第１コイルと第３コイルの間に形成される空きスペースに第２キャパシタを配置することが可能となる。

【0054】

上記アンテナ装置において、第１及び第２キャパシタの少なくとも一方は、一方向に延在する第１キャパシタ電極パターンと、一方向に延在し、第１キャパシタ電極パターンと対向する第２キャパシタ電極パターンと、第１キャパシタ電極パターンから分岐する複数の第３キャパシタ電極パターンと、複数の第３キャパシタ電極パターンと対向する第４キャパシタ電極パターンとを含んでいても構わない。これによれば、十分なキャパシタンスを得ることが可能となるとともに、トリミングによってキャパシタンスの調整を行うことが可能となる。

【0055】

上記アンテナ装置において、第１キャパシタ電極パターンと第２キャパシタ電極パターンの対向面積は、複数の第３キャパシタ電極パターンと第４キャパシタ電極パターンの対向面積より大きくても構わない。これによれば、十分なキャパシタンスを得ることが可能となる。

【0056】

上記アンテナ装置において、第１キャパシタ電極パターンは、第３コイルの周回方向に沿って延在しても構わない。これによれば、第３コイルの一部を第１キャパシタ電極パターンとして用いることが可能となる。

【0057】

上記アンテナ装置において、コイル軸方向から見て、第２コイルと第３コイルは重なりを有していても構わない。これによれば、第２コイルと第３コイルの結合を高めることが可能となる。

【0058】

上記アンテナ装置において、第２コイルのパターン幅は、第１コイルのパターン幅よりも細くても構わない。これによれば、第２コイルのターン数を十分に確保することが可能となる。

【0059】

本開示によるＩＣカードは、上記いずれかのアンテナ装置と、貫通孔を有するメタルプレートと、メタルプレートの貫通孔に配置されたＩＣモジュールとを備え、第２コイルの開口部は貫通孔と重なる。これによれば、第２コイルとＩＣモジュールを結合させることが可能となる。

【符号の説明】

【0060】

１ アンテナ装置
３ ＩＣカード
３ａ ＩＣカードの上面
３ｂ ＩＣカードの裏面
６ カードリーダー
１０ プラスチックプレート
２０ 基材
２１ 基材の一方の表面
２２ 基材の他方の表面
３０ 磁性シート
３１，４１，６４ 貫通孔
４０ メタルプレート
５０ ＩＣモジュール
５１ モジュール基板
５２ ＩＣチップ
５３ カップリングコイル
５４ 保護樹脂
６１，６２ 接着層
１１０ 第１コイル
１１０ａ 第１コイルの開口
１１１～１１４ 区間
１１５～１１７ ビア導体
１２０ 第２コイル
１２１，１２２ ビア導体
１２３ 導体パターン
１３０ 第３コイル
１３１～１３４ 区間
１３５ ビア導体
１４１～１４４ 導体パターン
１５１～１５４，１６１～１６４ キャパシタ電極パターン
Ｂ パターン配置領域
Ｅ 端子電極
Ｌ１～Ｌ４ 距離
Ｗ１～Ｗ３ パターン幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】