無指向性アンテナ及びその製造方法
【課題】 平面ループコイル及び２つの立体ループコイルの一部を積層パターンにより形成した２枚の基板と、各基板に夫々形成された積層パターン間を接続する接続手段と、を備えることにより、軸が直交した無指向性アンテナを容易に製造する方法を提供する。
【解決手段】 この無指向性アンテナ３００は、平面ループコイル３１及び立体ループコイル３２、３４の一部を積層パターンにより形成した上面基板４０と、立体ループコイル３２、３４の他の一部を積層パターンにより形成した下面基板５４と、上面基板４０及び下面基板５４に夫々形成された積層パターン間を接続するコネクタ４２、４４、４６、５３と、上面基板４０及び下面基板５４との間に配置した磁心部材４７と、を備えて構成される。
【解決手段】 この無指向性アンテナ３００は、平面ループコイル３１及び立体ループコイル３２、３４の一部を積層パターンにより形成した上面基板４０と、立体ループコイル３２、３４の他の一部を積層パターンにより形成した下面基板５４と、上面基板４０及び下面基板５４に夫々形成された積層パターン間を接続するコネクタ４２、４４、４６、５３と、上面基板４０及び下面基板５４との間に配置した磁心部材４７と、を備えて構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無指向性アンテナ及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、非接触情報記録媒体の向きや姿勢に関わりなく、非接触情報記録媒体に記録された記録データを電波として受信可能とする無指向性アンテナ及びこの無指向性アンテナの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣカードと呼ばれる新しい情報記録媒体が、市場に広く出回っている。ＩＣカードとは、クレジットカード、銀行カード、ポイントカード等のカード状あるいはシート状の形状を備え、カード内、或いはカード上にＩＣが組み込まれている読み書き可能な記録媒体を総称した名称である。特に、非接触型ＩＣカードは、例えば、鉄道等の交通機関の駅構内への入退場時に使用される定期券、プリペイドカードとして多く使用されている。また、非接触型ＩＣカードの一種として、構造的には非接触型ＩＣカードと全く同様であり、且つ識別番号及び履歴情報等に関する管理情報を記録したＲＦタグ（Radio Frequency tag）があり、このＲＦタグの一種として郵便物あるいは荷物等を分類管理するために使用される非接触型ＲＦタグ（以下、単にＲＦタグと記す）が知られている。
【０００３】
従来例えばＲＦタグを取り付けた荷物をベルトコンベアにより搬送しながら、リーダライタにより管理情報を読み書きする場合、リーダライタのアンテナが決まった位置に固定されているときは、ベルトコンベアによる搬送開始前に荷物に取り付けられたＲＦタグの位置を確認してＲＦタグがリーダライタのアンテナ側に向くように、人手により予め荷物の向きを設定する必要があった。また、このような煩雑な事前操作を行わずに管理情報を読み書きすることを可能ならしめようとする場合には、ＲＦタグに対する情報の読み書きに最も適すると予想される他の方向にもリーダライタのアンテナを複数設置する必要があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許文献１の従来技術には、移動する応答器（ＩＣカード）に対して複数の質問器（リーダライタ等）が同一信号を無線通信する質問器システムであって、複数の質問器をアンテナの通信可能領域を重複させて設けて通信可能領域を拡大し、各質問器のアンテナによる送受信を同期させることにより、質問器に他の質問器からの送信信号が受信されるといった干渉を防止する質問器システムについて開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術や、ベルトコンベアにより搬送しながらリーダライタにより管理情報を読み書きする従来方法にあっては、複数のアンテナを各方向に設置しなければならず、アンテナの設置個数の増大によるコスト増、広い設置スペースの確保という問題の他に、ＲＦタグを取り付けた物品を全てのアンテナの位置まで必ず搬送しなければならないために搬送距離が長大化するといった問題がある。
【０００５】
この問題を解決する一つの手段として、複数のアンテナを一体化して無指向性アンテナを構成することが考えられる。しかし、無指向性アンテナは複数のループコイルにより構成されており、夫々のループコイルを立体的に構成する必要がある。これを実現する一つの方法として、線材を人手によりコアに巻いてループコイルを製造することが考えられるが、熟練の技が必要となるばかりでなく、ループコイルの特性にばらつきが発生する虞があり、且つ大量生産に向かない。他の方法として、コイル巻き専用の機械によりコイルを高速に巻くことで大量生産が可能になり、特性の揃ったものを作ることができるが、設備投資に多大の資金が必要となる。
【０００６】
このような課題を解決するために特許文献２には、渦巻状の導体パターンを有する平板状のプリントコイルを複数積層し、これらのプリントコイルの導体パターンの中心部を貫通するコアを有すると共に、各プリントコイルの導体パターンを電気的に接続するプリントコイル形ラインフィルタであって、この平板状のプリントコイルを上部部品実装板と下部部品実装板で挟むと共に、これら上部部品実装板と下部部品実装板にフィルタ回路用の電子部品を実装したプリントコイルの製造方法について開示されている。
しかしながら、特許文献２に開示されている従来技術は、ループコイルをプリントパターンにより形成することで、線材を巻きつける手間は省けるが、複数のプリントコイルをコアに貫通して積層しなければならず、組み立てに多くの時間を必要とし、製造コストが高くなるといった問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２８３３６７公報
【特許文献２】特開平６−３４９６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑み、Ｘ，Ｙ及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面にそれぞれ配置された立体ループコイルと、１つの軸平面に沿って配置された平面ループコイルを一体形成して１つのアンテナブロックを構成することにより、少ない面積で全方位のＲＦタグの電波を受信可能とした無指向性アンテナを提供することを目的とする。
また、他の目的は、平面ループコイル及び２つの立体ループコイルの一部を積層パターンにより形成した２枚の基板と、各基板に夫々形成された積層パターン間を接続する接続手段と、を備えることにより、軸が直交した無指向性アンテナを容易に製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルと、他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルと、を備えた無指向性アンテナであって、前記２つの立体ループコイルの各一部分及び前記平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと第２の積層パターンとの間を接続する接続手段と、を備え、前記接続手段により前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続することにより、前記２つの立体ループコイルが構成されることを特徴とする。
本発明の無指向性アンテナの特徴は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸平面のうちの２つの軸平面に立体ループコイルを配置し、残りの一つの軸平面に沿って平面ループコイルを配置して、各立体ループコイルの軸が互いに直交するように構成し、平面ループコイルをその軸に対して平行に配置するために、２枚の基板に各軸平面の立体ループコイルのパターンを形成し、その２枚の基板を接続手段により接続することにより、軸が直交した立体ループコイルを構成するものである。
【０００９】
請求項２は、前記第１の基板と前記第２の基板とは、対向配置された状態で前記接続手段により接続されることを特徴とする。
本発明の無指向性アンテナを構成するためには、２枚の基板にループコイルのパターンが形成されているので、可能な限り基板を対向させて配置する必要がある。その状態で接続手段により接続することにより、より完全な立体ループコイルを構成することができる。
【００１０】
請求項３は、前記接続手段は、コネクタ又は線材により構成されていることを特徴とする。
２枚の基板間を接続するためには、コネクタと線材による方法がある。コネクタの場合は、２枚の基板を組み立てることが容易であり、線材による方法は、組み立てには手間がかかるが、接続の信頼性の点で優れている。
【００１１】
請求項４は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に磁心部材を配置したことを特徴とする。
空芯のループコイルに電流を流すと磁界が発生する。この磁界は電流とループコイルの巻き数により一義的に決定される。電流と巻き数が決定されている場合、できるだけ磁界を強めるためには、磁界内に磁界を強める磁心部材を配置する必要がある。
【００１２】
請求項５は、前記磁心部材は、フェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコアであることを特徴とする。
磁界を強める磁心部材は、比透磁率が大きくヒステリシス現象の小さいものが良い。フェライトは高周波における鉄損が少なく、最大比透磁率や飽和特性が良い。また純鉄は、安価で比透磁率が大きい。また珪素鋼は、純鉄に比べて抵抗率、比透磁率が共に増加する。また鉄・ニッケル合金は、できるだけ大きい透磁率の磁心が必要なときに使用される。またダストコアは、高周波における比透磁率の減少を防ぐ。
【００１３】
請求項６は、互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルの各一部分及び他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続するコネクタと、を備えた無指向性アンテナの製造方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板に前記コネクタを取り付け、前記第１の基板と前記第２の基板とは、対向配置された状態で前記コネクタにより嵌合されることを特徴とする。
本発明の無指向性アンテナの製造方法は、立体ループコイルの一部のパターン及び平面ループコイルを形成した第１の基板と、立体ループコイルの他の一部のパターンを形成した第２の基板と、コネクタを備え、このコネクタを各基板に半田付けして、基板同士が対向配置されるようにコネクタを嵌合することにより実現することができる。
【００１４】
請求項７は、互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルの各一部分及び他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続する線材と、前記第１の基板と前記第２の基板間の間隔を保持する保持部材と、を備えた無指向性アンテナの製造方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板同士が対向配置されるように前記保持部材により保持し、前記第１の基板と前記第２の基板間とは、対向配置された状態で前記線材により接続されることを特徴とする。
本発明の無指向性アンテナの製造方法は、請求項６のコネクタに代えて線材により第１の基板と第２の基板間を接続するものである。
【００１５】
請求項８は、前記コネクタを嵌合する前、又は前記線材を接続する前に、磁心部材を前記第１の基板と前記第２の基板間に配置することを特徴とする。
コネクタを備えた基板の場合は、コネクタを嵌合する前に磁心部材を配置しておき、その状態でコネクタを嵌合する。線材により接続する基板の場合は、線材を接続する前に磁心部材を配置しておき、その状態で線材を半田付けする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸平面のうちの２つの軸平面に立体ループコイルを配置し、残りの軸平面に沿って平面ループコイルを配置して、各立体ループコイルの軸が互いに直交するように構成し、平面ループコイルをその軸に対して平行に配置するために、２枚の基板に各軸平面の立体ループコイルのパターンを形成し、その２枚の基板を接続手段により接続するので、簡単な構成で容易に立体ループコイルを構成することができると共に、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、一般的なリーダライタの構成を示すブロック図である。このリーダライタ１００は、リーダライタ１００との間でデータの授受を行ってシステム全体を制御するＰＣ５０によって制御される。リーダライタ１００は、外部のＰＣ５０とのデータの通信プロトコルを司る送受信装置１と、リーダライタ１００全体の動作を制御する制御装置２と、制御装置２を動作させる手順を記録したファームウェアと読み取ったデータを格納するメモリ装置３と、制御装置２からのデータを搬送波に乗せて変調する変調器４と、操作コマンドを入力する入力装置５と、制御装置２により制御された情報を表示する表示装置６と、制御装置２からの交流信号である電力供給用信号と変調器４からの書き込みコマンドを電力増幅する電力増幅器７と、ループアンテナ９から受信した搬送波から２値化データに変換する検波復調器８と、図示しないＩＣカード（ＲＦタグ）との電力用搬送波とデータの授受をするループアンテナ９とを備えて構成されている。
【００１８】
次に、本構成によるリーダライタ１００の動作を説明する前に、ＩＣカード（ＲＦタグ）（非接触情報記録媒体）の構成を先に説明しておく。図２は、ＩＣカード（ＲＦタグ）の構成を示すブロック図である。このＩＣカード（ＲＦタグ）２００は、リーダライタ１００からの電力用搬送波によりデータの授受をするアンテナ２０と、書き込みコマンド読み出しコマンドを生成する送受信回路２１と、アンテナ２０からの電力用搬送波を受け、それを整流して直流電力に変換する電力生成回路２２と、制御用ファームウェアとデータの記憶を司るメモリ装置２３と、制御回路２６からの送信コマンドに搬送波を乗せて変調する変調器２４と、送受信回路２１からの搬送波データから２値化データに変換する検波器２５と、ＩＣカード（ＲＦタグ）２００の全体の動作を制御する制御回路２６から構成されている。
【００１９】
次に、図１と図２を併せて参照してそれぞれ単独の動作について説明する。リーダライタ１００は、図示しない電源が入れられると制御装置２のイニシャル動作後、メモリ装置３に記憶されたプログラムに従い動作を開始する。まず、初期化が行われる。次に、制御装置２は、ＩＣカード（ＲＦタグ）２００に供給する電力供給用信号と、ポーリング信号を交互に電力増幅器７から送信する。その信号は、ループアンテナ９から電磁波として外部に放射される。次に、ＩＣカード（ＲＦタグ）２００がリーダライタ１００に近接すると、アンテナ２０が電力供給用信号を受信し、電力生成回路２２によりその搬送波を整流して直流電力に変換して、ＲＦタグ内の全ての回路に供給する。電力を供給されて制御回路２６が駆動すると、メモリ装置２３に格納されたプログラムに従って、制御を開始する。
【００２０】
次に、制御回路２６は、まず送受信回路２１からコマンドを検波器２５で復調して２値化信号に変換し、そのコマンドを解析する。その結果自分が呼び出されていることを認識すると、レスポンスを変調器２４により変調して送受信回路２１を介してアンテナ２０から送信する。このレスポンスをリーダライタ１００がループアンテナ９で受信して、検波復調器８で２値化コードに変換し、制御回路２により解析してＩＣカード（ＲＦタグ）２００が規格に合致したＩＣカード（ＲＦタグ）であると認識する。それにより、以後リーダライタ１００とＩＣカード（ＲＦタグ）２００の間でポーリングが行われる。
【００２１】
図３は本発明の無指向性アンテナの各軸平面のループコイルを分解し、ＩＣカードの向きと磁力線の関係を説明する図である。尚、説明の都合上、図３（ａ）の向きをＺ軸平面、図３（ｂ）の向きをＹ軸平面、図３（ｃ）の向きをＸ軸平面と呼ぶ。まずＺ軸平面では、ループコイル３１が平面上に構成されていると仮定すると、ループコイル３１に対して平行に配置されたＩＣカード２００ａに対して磁力線３０が略直角に交差するようになる。またＹ軸平面では、ループコイル３２はＺ軸平面に対して直交しているので、ＩＣカード２００ａに対して直交して配置されたＩＣカード２００ｂに対して磁力線３３が略直角に交差するようになる。またＸ軸平面では、ループコイル３４はＺ軸平面に対して直交して構成され、且つＹ軸平面に対して９０度回転しているので、ＩＣカード２００ｂに対して９０度回転したＩＣカード２００ｃに対して磁力線３５が略直角に交差するようになる。即ち、図３（ｄ）のように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸平面のＸ，Ｙ軸平面に立体ループコイル３４、３２を配置し、残りのＺ軸平面に沿って平面ループコイル３１を配置する。そして各立体ループコイル３４、３２の軸が互いに直交するように構成し、平面ループコイル３１をその軸に対して平行に配置するので、ＩＣカード２００の向きに関わらず、このＩＣカード２００に記録された情報を電波として受信することができる。
【００２２】
即ち、Ｘ，Ｙ及びＺ軸平面のループコイル３４、３２、３１を一体に構成して無指向性アンテナ３００を構成すると、例えば、ＩＣカード２００ａに対してはループコイル３１により電波の授受が行なわれ、ＩＣカード２００ｂに対してはループコイル３２により電波の授受が行なわれ、ＩＣカード２００ｃに対してはループコイル３４により電波の授受が行なわれことになる。従って、ＩＣカード２００がどのような方向に配置されても、無指向性アンテナ４０により電波を授受することができる。尚、各ＩＣカードに磁力線が直角に交差した場合が、最も起磁力が大きくなり、効率よく電波の授受が行なわれるが、所定の角度になっても電波の授受は可能である。また、ＩＣカードが傾いた場合、異なる２つの軸平面のループコイルからの磁力線がＩＣカードと交差することがあるが、この場合は、双方のループコイルから情報を受信してＯＲ処理することが行われる。
【００２３】
図４は本発明の第１の実施形態に係る無指向性アンテナの組み立て完成図を三角法により表示した図である。同じ構成要素には図３と同じ参照番号を付して説明する。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は平面図、図４（ｃ）は側面図である。この無指向性アンテナ３００は、平面ループコイル３１及び立体ループコイル３２、３４の各一部を積層パターンにより形成した上面基板（第１の基板）４０と、立体ループコイル３２、３４の他の各一部分を積層パターンにより形成した下面基板（第２の基板）５４と、上面基板４０及び下面基板５４に夫々形成された積層パターン間を接続するコネクタ（接続手段）４２、４４、４６、５３と、上面基板４０及び下面基板５４との間に配置した磁心部材４７と、を備えて構成される。尚、コネクタ４２、４４、４６、５３は上面基板４０（符号ａ）及び下面基板５４（符号ｂ）に半田付けされて分離する構成である。また、磁心部材としてフェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコアが使用される。
【００２４】
次に、本実施形態の無指向性アンテナ３００の構成について、更に詳細に説明する。この例では、上面基板４０に平面ループコイル３１及び立体ループコイル３２、３４のパターンが形成されている。即ち、平面ループコイル３１はパターン４１が上面基板４０の周囲を周回するように形成されている。また、立体ループコイル３２は、パターン４５（実線）とパターン４９（破線）により構成され、夫々のパターンは例えば２層基板の各層に個別に形成される。上面基板４０と下面基板５４はコネクタ４６と４４により接続される。また、立体ループコイル３４は、パターン４８（一点鎖線）とパターン５２（二点鎖線）により構成され、夫々のパターンは例えば２層基板の各層に個別に形成される。上面基板４０と下面基板５４はコネクタ４２と５３により接続される。例えば、立体ループコイル３４のパターンの回路は、まず、始点を上面基板４０のコネクタ４６のａとすると、「上面基板４０のコネクタ４６のａ」−「パターン４５」−「コネクタ４４のｂ」−「コネクタ４４の接点」−「下面基板５４のｂ」−「パターン４９」−「コネクタ４６のｃ」−「コネクタ４６の接点」−「上面基板４０のｃ」により、立体ループコイル３４の１ターンが構成される。以下、同様にしてこの例ではコネクタ４６のａからコネクタ４４のｆまでで、３ターンの立体ループコイルが構成される。同様にして、立体ループコイル３２もコネクタ４２のＡからコネクタ５３のＦまでで、３ターンの立体ループコイルが構成される。また、磁心部材４７は、フェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコア等で構成される。
【００２５】
以上のように、本発明では、上面基板４０にコネクタ４１ａ、４４ａ、４６ａ、５３ａが半田接続され、下面基板５４にコネクタ４１ｂ、４４ｂ、４６ｂ、５３ｂを半田接続することにより、上面基板４０と下面基板５４を対向配置するように各コネクタを接続するだけで、立体ループコイル３２、３４が電気的に接続されて３ターンの立体ループコイルを簡単に実現することができる。そして予め基板を製作しておき、汎用のコネクタを実装することにより、大量生産を容易に行うことができ、部品コストを低減することができる。また、上面基板４０と下面基板５４の間に挟むように磁心部材４７を配置することにより、立体ループコイルから発生する磁界を強めて、効率よくＩＣタグ２００との交信を行うことができる。尚、この磁心部材４７は必ず必要なものではなく、無くても構わない。
【００２６】
図５は本発明の第１の実施形態に係る無指向性アンテナを上下に分離したときの斜視図である。同じ構成要素には図４と同じ参照番号を付して説明する。尚、磁心部材４７と一部のコネクタは図示を省略している。この図では、コネクタ４６はプラグ側４６ａとソケット側４６ｂに分離する構成である。即ち、プラグ側４６ａには接続ピン６０があり、その端部が上面基板４０のスルーホール５７に挿入されて半田付けされる。また、ソケット側４６ｂには、ソケットピン６１があり、その端部が下面基板５４の図示しないスルーホールに挿入されて半田付けされる。従って、図示しない磁心部材４７を交換する場合は、コネクタの嵌合を解除するだけで容易に行うことができる。
【００２７】
図６は本発明の第２の実施形態に係る無指向性アンテナの組み立て完成図を三角法により表示した図である。同じ構成要素には図４と同じ参照番号を付して説明する。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は平面図、図６（ｃ）は側面図である。この無指向性アンテナ３１０が図４と異なる点は、コネクタの代わりに線材６６を使用した点である。そして、上面基板４０と下面基板５４の間隔を保持するためにスペーサ（保持部材）６４を４隅に備えた点である。尚、スペーサ６４はネジ６２とナット６５により上面基板４０と下面基板５４の間隔を保持しながら固定する構成である。また、線材６６は図４のコネクタのスルーホールを利用して半田付けされる。これにより、基板を共通化することができる。
【００２８】
図７は本発明の無指向性アンテナの各軸平面を模式的に表した図である。図７（ａ）は模式図であり、図７（ｂ）は斜視図である。図７（ａ）では、平面ループコイル３１と、磁心部材４７に巻回されたＹ軸平面の立体ループコイル３２と、磁心部材４７に巻回されたＸ軸平面の立体ループコイル３４と、を備えて無指向性アンテナ３００を構成する。図７（ａ）のような無指向性アンテナ３００を一体的に構成すると、図７（ｂ）のようになる。磁心部材４７の断面が矩形になるように構成し、この磁心部材４７に表面が絶縁された線材を図のように巻回することにより、図７（ａ）の機能を一体的に構成して実現することができる。
【００２９】
図８は本発明の無指向性アンテナを構成する上面基板と下面基板のパターンの一例を示す透視図である。図８（ａ）は上面基板４０のパターン図であり、図８（ｂ）は下面基板５４のパターン図である。同じ構成要素には図４と同じ参照番号を付して説明する。図８（ａ）のパターンから解るとおり、パターン４８ａは接続部ＡからＢに形成され、パターン４８ｂは接続部ＣからＤに形成され、パターン４８ｃは接続部ＥからＦに形成されている。また、パターン４５ａはパターン４８ａ、ｂ、ｃと直交するように接続部ａからｂに形成され、パターン４５ｂはパターン４８ａ、ｂ、ｃと直交するように接続部ｃからｄに形成され、パターン４５ｃはパターン４８ａ、ｂ、ｃと直交するように接続部ｅからｆに形成される。尚、パターン４５と４８は例えばパターン４５を基板の表層に形成し、パターン４８を基板の２層目に形成することにより、交差するパターンを同一の基板に形成することができる。
また図８（ｂ）のパターンから解るとおり、パターン５２ａは接続部ＢからＣに斜めに形成され、パターン５２ｂは接続部ＤからＥに斜めに形成されている。また、パターン４９ａはパターン５２ａ、ｂと交差するように接続部ｂからｃに斜めに形成され、パターン４９ｂはパターン５２ａ、ｂと交差するように接続部ｄからｅに形成される。尚、パターン４９と５２は例えばパターン４９を基板の表層に形成し、パターン５２を基板の２層目に形成することにより、交差するパターンを同一の基板に形成することができる。
【００３０】
以上の通り本発明によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸平面のＸ，Ｙ軸平面に立体ループコイル３４、３２を配置し、残りのＺ軸平面に沿って平面ループコイル３１を配置して、各立体ループコイル３４、３２の軸が互いに直交するように構成し、平面ループコイル３１をその軸に対して平行に配置するために、上面基板４０と下面基板５４に各軸平面の立体ループコイルのパターンを形成し、その２枚の基板を接続手段により接続するので、簡単な構成で容易に立体ループコイルを構成することができる。
また、上面基板４０と下面基板５４は、各基板同士が対向配置されるように接続手段により接続されるので、より完全な立体ループコイルを構成することができる。
また、接続手段は、コネクタ又は線材により構成されているので、組み立て性を重視するか接続の信頼性を重視するかで選択することができる。
また、上面基板４０と下面基板５４との間に磁心部材４７を配置したので、弱い電流でも磁界を強めることができる。
【００３１】
また、磁心部材４７は、フェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコアであるので、使用目的により選択することができる。
また、立体ループコイルの一部のパターン及び平面ループコイル３１を形成した上面基板４０と、立体ループコイルの他の一部のパターンを形成した下面基板５４と、コネクタとを備え、このコネクタを各基板に半田付けして、基板同士が対向配置されるようにコネクタを嵌合するので、製造方法が簡単で製造コストを安くすることができる。
また、コネクタに代えて線材により上面基板４０と下面基板５４間を接続するので、接続の信頼性を高めることができる。
また、コネクタを嵌合する前、又は線材を接続する前に、磁心部材４７を上面基板４０と下面基板５４間に配置するので、磁心部材４７を配置することを忘れる不具合を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一般的なリーダライタの構成を示すブロック図である。
【図２】ＩＣカード（ＲＦタグ）の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の無指向性アンテナの各軸平面のループコイルを分解し、ＩＣカードの向きと磁力線の関係を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る無指向性アンテナの組み立て完成図を三角法により表示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る無指向性アンテナを上下に分離したときの斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る無指向性アンテナの組み立て完成図を三角法により表示した図である。
【図７】本発明の無指向性アンテナの各軸平面を模式的に表した模式図及び斜視図である。
【図８】本発明の無指向性アンテナを構成する上面基板と下面基板のパターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
３１ 平面ループコイル、３２、３４ 立体ループコイル、４０ 上面基板、４２、４４、４６、５３ コネクタ、４７ 磁心部材、５４ 下面基板、６６ 線材、３００ 無指向性アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無指向性アンテナ及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、非接触情報記録媒体の向きや姿勢に関わりなく、非接触情報記録媒体に記録された記録データを電波として受信可能とする無指向性アンテナ及びこの無指向性アンテナの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣカードと呼ばれる新しい情報記録媒体が、市場に広く出回っている。ＩＣカードとは、クレジットカード、銀行カード、ポイントカード等のカード状あるいはシート状の形状を備え、カード内、或いはカード上にＩＣが組み込まれている読み書き可能な記録媒体を総称した名称である。特に、非接触型ＩＣカードは、例えば、鉄道等の交通機関の駅構内への入退場時に使用される定期券、プリペイドカードとして多く使用されている。また、非接触型ＩＣカードの一種として、構造的には非接触型ＩＣカードと全く同様であり、且つ識別番号及び履歴情報等に関する管理情報を記録したＲＦタグ（Radio Frequency tag）があり、このＲＦタグの一種として郵便物あるいは荷物等を分類管理するために使用される非接触型ＲＦタグ（以下、単にＲＦタグと記す）が知られている。
【０００３】
従来例えばＲＦタグを取り付けた荷物をベルトコンベアにより搬送しながら、リーダライタにより管理情報を読み書きする場合、リーダライタのアンテナが決まった位置に固定されているときは、ベルトコンベアによる搬送開始前に荷物に取り付けられたＲＦタグの位置を確認してＲＦタグがリーダライタのアンテナ側に向くように、人手により予め荷物の向きを設定する必要があった。また、このような煩雑な事前操作を行わずに管理情報を読み書きすることを可能ならしめようとする場合には、ＲＦタグに対する情報の読み書きに最も適すると予想される他の方向にもリーダライタのアンテナを複数設置する必要があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許文献１の従来技術には、移動する応答器（ＩＣカード）に対して複数の質問器（リーダライタ等）が同一信号を無線通信する質問器システムであって、複数の質問器をアンテナの通信可能領域を重複させて設けて通信可能領域を拡大し、各質問器のアンテナによる送受信を同期させることにより、質問器に他の質問器からの送信信号が受信されるといった干渉を防止する質問器システムについて開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術や、ベルトコンベアにより搬送しながらリーダライタにより管理情報を読み書きする従来方法にあっては、複数のアンテナを各方向に設置しなければならず、アンテナの設置個数の増大によるコスト増、広い設置スペースの確保という問題の他に、ＲＦタグを取り付けた物品を全てのアンテナの位置まで必ず搬送しなければならないために搬送距離が長大化するといった問題がある。
【０００５】
この問題を解決する一つの手段として、複数のアンテナを一体化して無指向性アンテナを構成することが考えられる。しかし、無指向性アンテナは複数のループコイルにより構成されており、夫々のループコイルを立体的に構成する必要がある。これを実現する一つの方法として、線材を人手によりコアに巻いてループコイルを製造することが考えられるが、熟練の技が必要となるばかりでなく、ループコイルの特性にばらつきが発生する虞があり、且つ大量生産に向かない。他の方法として、コイル巻き専用の機械によりコイルを高速に巻くことで大量生産が可能になり、特性の揃ったものを作ることができるが、設備投資に多大の資金が必要となる。
【０００６】
このような課題を解決するために特許文献２には、渦巻状の導体パターンを有する平板状のプリントコイルを複数積層し、これらのプリントコイルの導体パターンの中心部を貫通するコアを有すると共に、各プリントコイルの導体パターンを電気的に接続するプリントコイル形ラインフィルタであって、この平板状のプリントコイルを上部部品実装板と下部部品実装板で挟むと共に、これら上部部品実装板と下部部品実装板にフィルタ回路用の電子部品を実装したプリントコイルの製造方法について開示されている。
しかしながら、特許文献２に開示されている従来技術は、ループコイルをプリントパターンにより形成することで、線材を巻きつける手間は省けるが、複数のプリントコイルをコアに貫通して積層しなければならず、組み立てに多くの時間を必要とし、製造コストが高くなるといった問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２８３３６７公報
【特許文献２】特開平６−３４９６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑み、Ｘ，Ｙ及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面にそれぞれ配置された立体ループコイルと、１つの軸平面に沿って配置された平面ループコイルを一体形成して１つのアンテナブロックを構成することにより、少ない面積で全方位のＲＦタグの電波を受信可能とした無指向性アンテナを提供することを目的とする。
また、他の目的は、平面ループコイル及び２つの立体ループコイルの一部を積層パターンにより形成した２枚の基板と、各基板に夫々形成された積層パターン間を接続する接続手段と、を備えることにより、軸が直交した無指向性アンテナを容易に製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルと、他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルと、を備えた無指向性アンテナであって、前記２つの立体ループコイルの各一部分及び前記平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと第２の積層パターンとの間を接続する接続手段と、を備え、前記接続手段により前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続することにより、前記２つの立体ループコイルが構成されることを特徴とする。
本発明の無指向性アンテナの特徴は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸平面のうちの２つの軸平面に立体ループコイルを配置し、残りの一つの軸平面に沿って平面ループコイルを配置して、各立体ループコイルの軸が互いに直交するように構成し、平面ループコイルをその軸に対して平行に配置するために、２枚の基板に各軸平面の立体ループコイルのパターンを形成し、その２枚の基板を接続手段により接続することにより、軸が直交した立体ループコイルを構成するものである。
【０００９】
請求項２は、前記第１の基板と前記第２の基板とは、対向配置された状態で前記接続手段により接続されることを特徴とする。
本発明の無指向性アンテナを構成するためには、２枚の基板にループコイルのパターンが形成されているので、可能な限り基板を対向させて配置する必要がある。その状態で接続手段により接続することにより、より完全な立体ループコイルを構成することができる。
【００１０】
請求項３は、前記接続手段は、コネクタ又は線材により構成されていることを特徴とする。
２枚の基板間を接続するためには、コネクタと線材による方法がある。コネクタの場合は、２枚の基板を組み立てることが容易であり、線材による方法は、組み立てには手間がかかるが、接続の信頼性の点で優れている。
【００１１】
請求項４は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に磁心部材を配置したことを特徴とする。
空芯のループコイルに電流を流すと磁界が発生する。この磁界は電流とループコイルの巻き数により一義的に決定される。電流と巻き数が決定されている場合、できるだけ磁界を強めるためには、磁界内に磁界を強める磁心部材を配置する必要がある。
【００１２】
請求項５は、前記磁心部材は、フェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコアであることを特徴とする。
磁界を強める磁心部材は、比透磁率が大きくヒステリシス現象の小さいものが良い。フェライトは高周波における鉄損が少なく、最大比透磁率や飽和特性が良い。また純鉄は、安価で比透磁率が大きい。また珪素鋼は、純鉄に比べて抵抗率、比透磁率が共に増加する。また鉄・ニッケル合金は、できるだけ大きい透磁率の磁心が必要なときに使用される。またダストコアは、高周波における比透磁率の減少を防ぐ。
【００１３】
請求項６は、互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルの各一部分及び他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続するコネクタと、を備えた無指向性アンテナの製造方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板に前記コネクタを取り付け、前記第１の基板と前記第２の基板とは、対向配置された状態で前記コネクタにより嵌合されることを特徴とする。
本発明の無指向性アンテナの製造方法は、立体ループコイルの一部のパターン及び平面ループコイルを形成した第１の基板と、立体ループコイルの他の一部のパターンを形成した第２の基板と、コネクタを備え、このコネクタを各基板に半田付けして、基板同士が対向配置されるようにコネクタを嵌合することにより実現することができる。
【００１４】
請求項７は、互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルの各一部分及び他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続する線材と、前記第１の基板と前記第２の基板間の間隔を保持する保持部材と、を備えた無指向性アンテナの製造方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板同士が対向配置されるように前記保持部材により保持し、前記第１の基板と前記第２の基板間とは、対向配置された状態で前記線材により接続されることを特徴とする。
本発明の無指向性アンテナの製造方法は、請求項６のコネクタに代えて線材により第１の基板と第２の基板間を接続するものである。
【００１５】
請求項８は、前記コネクタを嵌合する前、又は前記線材を接続する前に、磁心部材を前記第１の基板と前記第２の基板間に配置することを特徴とする。
コネクタを備えた基板の場合は、コネクタを嵌合する前に磁心部材を配置しておき、その状態でコネクタを嵌合する。線材により接続する基板の場合は、線材を接続する前に磁心部材を配置しておき、その状態で線材を半田付けする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸平面のうちの２つの軸平面に立体ループコイルを配置し、残りの軸平面に沿って平面ループコイルを配置して、各立体ループコイルの軸が互いに直交するように構成し、平面ループコイルをその軸に対して平行に配置するために、２枚の基板に各軸平面の立体ループコイルのパターンを形成し、その２枚の基板を接続手段により接続するので、簡単な構成で容易に立体ループコイルを構成することができると共に、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、一般的なリーダライタの構成を示すブロック図である。このリーダライタ１００は、リーダライタ１００との間でデータの授受を行ってシステム全体を制御するＰＣ５０によって制御される。リーダライタ１００は、外部のＰＣ５０とのデータの通信プロトコルを司る送受信装置１と、リーダライタ１００全体の動作を制御する制御装置２と、制御装置２を動作させる手順を記録したファームウェアと読み取ったデータを格納するメモリ装置３と、制御装置２からのデータを搬送波に乗せて変調する変調器４と、操作コマンドを入力する入力装置５と、制御装置２により制御された情報を表示する表示装置６と、制御装置２からの交流信号である電力供給用信号と変調器４からの書き込みコマンドを電力増幅する電力増幅器７と、ループアンテナ９から受信した搬送波から２値化データに変換する検波復調器８と、図示しないＩＣカード（ＲＦタグ）との電力用搬送波とデータの授受をするループアンテナ９とを備えて構成されている。
【００１８】
次に、本構成によるリーダライタ１００の動作を説明する前に、ＩＣカード（ＲＦタグ）（非接触情報記録媒体）の構成を先に説明しておく。図２は、ＩＣカード（ＲＦタグ）の構成を示すブロック図である。このＩＣカード（ＲＦタグ）２００は、リーダライタ１００からの電力用搬送波によりデータの授受をするアンテナ２０と、書き込みコマンド読み出しコマンドを生成する送受信回路２１と、アンテナ２０からの電力用搬送波を受け、それを整流して直流電力に変換する電力生成回路２２と、制御用ファームウェアとデータの記憶を司るメモリ装置２３と、制御回路２６からの送信コマンドに搬送波を乗せて変調する変調器２４と、送受信回路２１からの搬送波データから２値化データに変換する検波器２５と、ＩＣカード（ＲＦタグ）２００の全体の動作を制御する制御回路２６から構成されている。
【００１９】
次に、図１と図２を併せて参照してそれぞれ単独の動作について説明する。リーダライタ１００は、図示しない電源が入れられると制御装置２のイニシャル動作後、メモリ装置３に記憶されたプログラムに従い動作を開始する。まず、初期化が行われる。次に、制御装置２は、ＩＣカード（ＲＦタグ）２００に供給する電力供給用信号と、ポーリング信号を交互に電力増幅器７から送信する。その信号は、ループアンテナ９から電磁波として外部に放射される。次に、ＩＣカード（ＲＦタグ）２００がリーダライタ１００に近接すると、アンテナ２０が電力供給用信号を受信し、電力生成回路２２によりその搬送波を整流して直流電力に変換して、ＲＦタグ内の全ての回路に供給する。電力を供給されて制御回路２６が駆動すると、メモリ装置２３に格納されたプログラムに従って、制御を開始する。
【００２０】
次に、制御回路２６は、まず送受信回路２１からコマンドを検波器２５で復調して２値化信号に変換し、そのコマンドを解析する。その結果自分が呼び出されていることを認識すると、レスポンスを変調器２４により変調して送受信回路２１を介してアンテナ２０から送信する。このレスポンスをリーダライタ１００がループアンテナ９で受信して、検波復調器８で２値化コードに変換し、制御回路２により解析してＩＣカード（ＲＦタグ）２００が規格に合致したＩＣカード（ＲＦタグ）であると認識する。それにより、以後リーダライタ１００とＩＣカード（ＲＦタグ）２００の間でポーリングが行われる。
【００２１】
図３は本発明の無指向性アンテナの各軸平面のループコイルを分解し、ＩＣカードの向きと磁力線の関係を説明する図である。尚、説明の都合上、図３（ａ）の向きをＺ軸平面、図３（ｂ）の向きをＹ軸平面、図３（ｃ）の向きをＸ軸平面と呼ぶ。まずＺ軸平面では、ループコイル３１が平面上に構成されていると仮定すると、ループコイル３１に対して平行に配置されたＩＣカード２００ａに対して磁力線３０が略直角に交差するようになる。またＹ軸平面では、ループコイル３２はＺ軸平面に対して直交しているので、ＩＣカード２００ａに対して直交して配置されたＩＣカード２００ｂに対して磁力線３３が略直角に交差するようになる。またＸ軸平面では、ループコイル３４はＺ軸平面に対して直交して構成され、且つＹ軸平面に対して９０度回転しているので、ＩＣカード２００ｂに対して９０度回転したＩＣカード２００ｃに対して磁力線３５が略直角に交差するようになる。即ち、図３（ｄ）のように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸平面のＸ，Ｙ軸平面に立体ループコイル３４、３２を配置し、残りのＺ軸平面に沿って平面ループコイル３１を配置する。そして各立体ループコイル３４、３２の軸が互いに直交するように構成し、平面ループコイル３１をその軸に対して平行に配置するので、ＩＣカード２００の向きに関わらず、このＩＣカード２００に記録された情報を電波として受信することができる。
【００２２】
即ち、Ｘ，Ｙ及びＺ軸平面のループコイル３４、３２、３１を一体に構成して無指向性アンテナ３００を構成すると、例えば、ＩＣカード２００ａに対してはループコイル３１により電波の授受が行なわれ、ＩＣカード２００ｂに対してはループコイル３２により電波の授受が行なわれ、ＩＣカード２００ｃに対してはループコイル３４により電波の授受が行なわれことになる。従って、ＩＣカード２００がどのような方向に配置されても、無指向性アンテナ４０により電波を授受することができる。尚、各ＩＣカードに磁力線が直角に交差した場合が、最も起磁力が大きくなり、効率よく電波の授受が行なわれるが、所定の角度になっても電波の授受は可能である。また、ＩＣカードが傾いた場合、異なる２つの軸平面のループコイルからの磁力線がＩＣカードと交差することがあるが、この場合は、双方のループコイルから情報を受信してＯＲ処理することが行われる。
【００２３】
図４は本発明の第１の実施形態に係る無指向性アンテナの組み立て完成図を三角法により表示した図である。同じ構成要素には図３と同じ参照番号を付して説明する。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は平面図、図４（ｃ）は側面図である。この無指向性アンテナ３００は、平面ループコイル３１及び立体ループコイル３２、３４の各一部を積層パターンにより形成した上面基板（第１の基板）４０と、立体ループコイル３２、３４の他の各一部分を積層パターンにより形成した下面基板（第２の基板）５４と、上面基板４０及び下面基板５４に夫々形成された積層パターン間を接続するコネクタ（接続手段）４２、４４、４６、５３と、上面基板４０及び下面基板５４との間に配置した磁心部材４７と、を備えて構成される。尚、コネクタ４２、４４、４６、５３は上面基板４０（符号ａ）及び下面基板５４（符号ｂ）に半田付けされて分離する構成である。また、磁心部材としてフェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコアが使用される。
【００２４】
次に、本実施形態の無指向性アンテナ３００の構成について、更に詳細に説明する。この例では、上面基板４０に平面ループコイル３１及び立体ループコイル３２、３４のパターンが形成されている。即ち、平面ループコイル３１はパターン４１が上面基板４０の周囲を周回するように形成されている。また、立体ループコイル３２は、パターン４５（実線）とパターン４９（破線）により構成され、夫々のパターンは例えば２層基板の各層に個別に形成される。上面基板４０と下面基板５４はコネクタ４６と４４により接続される。また、立体ループコイル３４は、パターン４８（一点鎖線）とパターン５２（二点鎖線）により構成され、夫々のパターンは例えば２層基板の各層に個別に形成される。上面基板４０と下面基板５４はコネクタ４２と５３により接続される。例えば、立体ループコイル３４のパターンの回路は、まず、始点を上面基板４０のコネクタ４６のａとすると、「上面基板４０のコネクタ４６のａ」−「パターン４５」−「コネクタ４４のｂ」−「コネクタ４４の接点」−「下面基板５４のｂ」−「パターン４９」−「コネクタ４６のｃ」−「コネクタ４６の接点」−「上面基板４０のｃ」により、立体ループコイル３４の１ターンが構成される。以下、同様にしてこの例ではコネクタ４６のａからコネクタ４４のｆまでで、３ターンの立体ループコイルが構成される。同様にして、立体ループコイル３２もコネクタ４２のＡからコネクタ５３のＦまでで、３ターンの立体ループコイルが構成される。また、磁心部材４７は、フェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコア等で構成される。
【００２５】
以上のように、本発明では、上面基板４０にコネクタ４１ａ、４４ａ、４６ａ、５３ａが半田接続され、下面基板５４にコネクタ４１ｂ、４４ｂ、４６ｂ、５３ｂを半田接続することにより、上面基板４０と下面基板５４を対向配置するように各コネクタを接続するだけで、立体ループコイル３２、３４が電気的に接続されて３ターンの立体ループコイルを簡単に実現することができる。そして予め基板を製作しておき、汎用のコネクタを実装することにより、大量生産を容易に行うことができ、部品コストを低減することができる。また、上面基板４０と下面基板５４の間に挟むように磁心部材４７を配置することにより、立体ループコイルから発生する磁界を強めて、効率よくＩＣタグ２００との交信を行うことができる。尚、この磁心部材４７は必ず必要なものではなく、無くても構わない。
【００２６】
図５は本発明の第１の実施形態に係る無指向性アンテナを上下に分離したときの斜視図である。同じ構成要素には図４と同じ参照番号を付して説明する。尚、磁心部材４７と一部のコネクタは図示を省略している。この図では、コネクタ４６はプラグ側４６ａとソケット側４６ｂに分離する構成である。即ち、プラグ側４６ａには接続ピン６０があり、その端部が上面基板４０のスルーホール５７に挿入されて半田付けされる。また、ソケット側４６ｂには、ソケットピン６１があり、その端部が下面基板５４の図示しないスルーホールに挿入されて半田付けされる。従って、図示しない磁心部材４７を交換する場合は、コネクタの嵌合を解除するだけで容易に行うことができる。
【００２７】
図６は本発明の第２の実施形態に係る無指向性アンテナの組み立て完成図を三角法により表示した図である。同じ構成要素には図４と同じ参照番号を付して説明する。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は平面図、図６（ｃ）は側面図である。この無指向性アンテナ３１０が図４と異なる点は、コネクタの代わりに線材６６を使用した点である。そして、上面基板４０と下面基板５４の間隔を保持するためにスペーサ（保持部材）６４を４隅に備えた点である。尚、スペーサ６４はネジ６２とナット６５により上面基板４０と下面基板５４の間隔を保持しながら固定する構成である。また、線材６６は図４のコネクタのスルーホールを利用して半田付けされる。これにより、基板を共通化することができる。
【００２８】
図７は本発明の無指向性アンテナの各軸平面を模式的に表した図である。図７（ａ）は模式図であり、図７（ｂ）は斜視図である。図７（ａ）では、平面ループコイル３１と、磁心部材４７に巻回されたＹ軸平面の立体ループコイル３２と、磁心部材４７に巻回されたＸ軸平面の立体ループコイル３４と、を備えて無指向性アンテナ３００を構成する。図７（ａ）のような無指向性アンテナ３００を一体的に構成すると、図７（ｂ）のようになる。磁心部材４７の断面が矩形になるように構成し、この磁心部材４７に表面が絶縁された線材を図のように巻回することにより、図７（ａ）の機能を一体的に構成して実現することができる。
【００２９】
図８は本発明の無指向性アンテナを構成する上面基板と下面基板のパターンの一例を示す透視図である。図８（ａ）は上面基板４０のパターン図であり、図８（ｂ）は下面基板５４のパターン図である。同じ構成要素には図４と同じ参照番号を付して説明する。図８（ａ）のパターンから解るとおり、パターン４８ａは接続部ＡからＢに形成され、パターン４８ｂは接続部ＣからＤに形成され、パターン４８ｃは接続部ＥからＦに形成されている。また、パターン４５ａはパターン４８ａ、ｂ、ｃと直交するように接続部ａからｂに形成され、パターン４５ｂはパターン４８ａ、ｂ、ｃと直交するように接続部ｃからｄに形成され、パターン４５ｃはパターン４８ａ、ｂ、ｃと直交するように接続部ｅからｆに形成される。尚、パターン４５と４８は例えばパターン４５を基板の表層に形成し、パターン４８を基板の２層目に形成することにより、交差するパターンを同一の基板に形成することができる。
また図８（ｂ）のパターンから解るとおり、パターン５２ａは接続部ＢからＣに斜めに形成され、パターン５２ｂは接続部ＤからＥに斜めに形成されている。また、パターン４９ａはパターン５２ａ、ｂと交差するように接続部ｂからｃに斜めに形成され、パターン４９ｂはパターン５２ａ、ｂと交差するように接続部ｄからｅに形成される。尚、パターン４９と５２は例えばパターン４９を基板の表層に形成し、パターン５２を基板の２層目に形成することにより、交差するパターンを同一の基板に形成することができる。
【００３０】
以上の通り本発明によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸平面のＸ，Ｙ軸平面に立体ループコイル３４、３２を配置し、残りのＺ軸平面に沿って平面ループコイル３１を配置して、各立体ループコイル３４、３２の軸が互いに直交するように構成し、平面ループコイル３１をその軸に対して平行に配置するために、上面基板４０と下面基板５４に各軸平面の立体ループコイルのパターンを形成し、その２枚の基板を接続手段により接続するので、簡単な構成で容易に立体ループコイルを構成することができる。
また、上面基板４０と下面基板５４は、各基板同士が対向配置されるように接続手段により接続されるので、より完全な立体ループコイルを構成することができる。
また、接続手段は、コネクタ又は線材により構成されているので、組み立て性を重視するか接続の信頼性を重視するかで選択することができる。
また、上面基板４０と下面基板５４との間に磁心部材４７を配置したので、弱い電流でも磁界を強めることができる。
【００３１】
また、磁心部材４７は、フェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコアであるので、使用目的により選択することができる。
また、立体ループコイルの一部のパターン及び平面ループコイル３１を形成した上面基板４０と、立体ループコイルの他の一部のパターンを形成した下面基板５４と、コネクタとを備え、このコネクタを各基板に半田付けして、基板同士が対向配置されるようにコネクタを嵌合するので、製造方法が簡単で製造コストを安くすることができる。
また、コネクタに代えて線材により上面基板４０と下面基板５４間を接続するので、接続の信頼性を高めることができる。
また、コネクタを嵌合する前、又は線材を接続する前に、磁心部材４７を上面基板４０と下面基板５４間に配置するので、磁心部材４７を配置することを忘れる不具合を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一般的なリーダライタの構成を示すブロック図である。
【図２】ＩＣカード（ＲＦタグ）の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の無指向性アンテナの各軸平面のループコイルを分解し、ＩＣカードの向きと磁力線の関係を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る無指向性アンテナの組み立て完成図を三角法により表示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る無指向性アンテナを上下に分離したときの斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る無指向性アンテナの組み立て完成図を三角法により表示した図である。
【図７】本発明の無指向性アンテナの各軸平面を模式的に表した模式図及び斜視図である。
【図８】本発明の無指向性アンテナを構成する上面基板と下面基板のパターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
３１ 平面ループコイル、３２、３４ 立体ループコイル、４０ 上面基板、４２、４４、４６、５３ コネクタ、４７ 磁心部材、５４ 下面基板、６６ 線材、３００ 無指向性アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルと、他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルと、を備えた無指向性アンテナであって、
前記２つの立体ループコイルの各一部分及び前記平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと第２の積層パターンとの間を接続する接続手段と、を備え、
前記接続手段により前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続することにより、前記２つの立体ループコイルが構成されることを特徴とする無指向性アンテナ。
【請求項２】
前記第１の基板と前記第２の基板とは、対向配置された状態で前記接続手段により接続されることを特徴とする請求項１に記載の無指向性アンテナ。
【請求項３】
前記接続手段は、コネクタ又は線材により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無指向性アンテナ。
【請求項４】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に磁心部材を配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項５】
前記磁心部材は、フェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコアであることを特徴とする請求項４に記載の無指向性アンテナ。
【請求項６】
互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルの各一部分及び他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続するコネクタと、を備えた無指向性アンテナの製造方法であって、
前記第１の基板と前記第２の基板に前記コネクタを取り付け、前記第１の基板と前記第２の基板とは、対向配置された状態で前記コネクタにより嵌合されることを特徴とする無指向性アンテナの製造方法。
【請求項７】
互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルの各一部分及び他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続する線材と、前記第１の基板と前記第２の基板間の間隔を保持する保持部材と、を備えた無指向性アンテナの製造方法であって、
前記第１の基板と前記第２の基板同士が対向配置されるように前記保持部材により保持し、前記第１の基板と前記第２の基板間とは、対向配置された状態で前記線材により接続されることを特徴とする無指向性アンテナの製造方法。
【請求項８】
前記コネクタを嵌合する前、又は前記線材を接続する前に、磁心部材を前記第１の基板と前記第２の基板間に配置することを特徴とする請求項６又は７に記載の無指向性アンテナの製造方法。
【請求項１】
互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルと、他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルと、を備えた無指向性アンテナであって、
前記２つの立体ループコイルの各一部分及び前記平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと第２の積層パターンとの間を接続する接続手段と、を備え、
前記接続手段により前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続することにより、前記２つの立体ループコイルが構成されることを特徴とする無指向性アンテナ。
【請求項２】
前記第１の基板と前記第２の基板とは、対向配置された状態で前記接続手段により接続されることを特徴とする請求項１に記載の無指向性アンテナ。
【請求項３】
前記接続手段は、コネクタ又は線材により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無指向性アンテナ。
【請求項４】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に磁心部材を配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項５】
前記磁心部材は、フェライト、純鉄、珪素鋼、鉄・ニッケル合金又はダストコアであることを特徴とする請求項４に記載の無指向性アンテナ。
【請求項６】
互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルの各一部分及び他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続するコネクタと、を備えた無指向性アンテナの製造方法であって、
前記第１の基板と前記第２の基板に前記コネクタを取り付け、前記第１の基板と前記第２の基板とは、対向配置された状態で前記コネクタにより嵌合されることを特徴とする無指向性アンテナの製造方法。
【請求項７】
互いに直交し合うＸ軸平面、Ｙ軸平面及びＺ軸平面のうちの２つの軸平面に対して夫々直交する軸を有した２つの立体ループコイルの各一部分及び他の１つの軸平面と平行に配置された平面ループコイルの全部を形成する第１の積層パターンを備えた第１の基板と、前記２つの立体ループコイルの他の各一部分を形成する第２の積層パターンを備えた第２の基板と、前記第１の積層パターンと前記第２の積層パターンとの間を接続する線材と、前記第１の基板と前記第２の基板間の間隔を保持する保持部材と、を備えた無指向性アンテナの製造方法であって、
前記第１の基板と前記第２の基板同士が対向配置されるように前記保持部材により保持し、前記第１の基板と前記第２の基板間とは、対向配置された状態で前記線材により接続されることを特徴とする無指向性アンテナの製造方法。
【請求項８】
前記コネクタを嵌合する前、又は前記線材を接続する前に、磁心部材を前記第１の基板と前記第２の基板間に配置することを特徴とする請求項６又は７に記載の無指向性アンテナの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２１４９２７（Ｐ２００７−２１４９２７Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３０８８（Ｐ２００６−３３０８８）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
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