(57)【要約】【課題】ＥＭＩ対策としてアンテナボードの背後に電磁シールド材を配置して周囲金属物との不要な電磁干渉を抑えつつ、しかもメーカーから購入したＲＦモジュールのアンテナコイル特性を調整し直すことなくそのまま組み立てて所定の交信性能が発揮できるように電磁シールド構造を改良した非接触ＩＣカードリーダ／ライタを提供する。【解決手段】本体ケース１にアンテナボード２およびその背後に信号処理用のＲＦボード３を配置した組立構造になる非接触ＩＣカードリーダ／ライタにおいて、前記アンテナボードの背後に、空隙を隔てて電磁波吸収機能を備えたシート状の電磁シールド材４をその背面に磁性の板金部材５を重ね合わせて対向配置し、アンテナボードとの間の空隙長Ｌをアンテナコイルの共振周波数が所定の適正周波数帯に整合するように設定する。【選択図】        図１
2006301901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触ＩＣカードとの間でデータ信号の交信を行う非接触ＩＣカードリーダ／ライタであり、本体ケース内にアンテナボードおよびその背後に信号処理用のＲＦボードを配置した構成において
前記アンテナボードの背後に、電磁波吸収機能を備えたシート状の電磁シールド材をその背面に磁性の板金部材を重ね合わせて対向配置したことを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ／ライタ。
【請求項２】
請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ／ライタにおいて、電磁シールド材をアンテナボードから空隙を隔てて配置し、かつその空隙長はアンテナコイルの共振周波数を所定の周波数帯に整合させる距離に設定したことを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ／ライタ。
【請求項３】
請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ／ライタにおいて、電磁シールド材の外形サイズがアンテナボードに対応し、板金部材は電磁シールド部材の外形サイズと同等ないしそれ以下に設定したことを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ／ライタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触ＩＣカードリーダ／ライタに関し、詳しくはそのアンテナ部の電磁シールド構造に係わる。
【背景技術】
【０００２】
周知のように非接触ＩＣカードリーダ／ライタは、電子マネーなどの非接触ＩＣカード（データキャリア）との間でデータ信号の伝送（読取り／書込み）と併せて電磁誘導によりＩＣカードへの電力供給を行う端末機器であり、基板にループアンテナをパターン形成したシート状のアンテナボードおよびＲＦボード（ＲＦ信号処理回路を備えたプリント板）を本体ケースに搭載し、アンテナボードに対向して本体ケースにはアンテナボードに対向して非接触ＩＣカード，あるいはＲＦＩＤタグを内蔵した携帯電話などをタッチあるいはかざすカードタッチエリアを形成した構成になる。
なお、非接触ＩＣカードリーダ／ライタは、ＩＣカードとの間の交信距離により密着型，近接型，近傍型などに分類され、電子マネーなどのＩＣカードをデータキャリアとする近接型，近傍型のＲＦＩＤシステムでは、国際標準規格でキャリア周波数帯域が１３．５６ＭＨｚに規定されている。また、その製品は使用形態によってモバイル型，据置型，壁掛型などがあり、さらに最近では自動販売機に搭載して使用する製品の開発も進められている。
【０００３】
上記の非接触ＩＣカードリーダ／ライタを製作，販売するアッセンブルメーカーは、アンテナボードとＲＦボードをセットした組込型のＲＦモジュールを専業のメーカーから購入し、製品の使用形態に合わせて作製した本体ケースに前記モジュールをアッセンブルした上で、さらに必要に応じて情報表示用のディスプレイなどを追加装備して製品を組み立てるようにしている。
ところで、前記のカードリーダ／ライタの製品をコンパクト設計にするには、本体ケースの前面に形成したカードタッチエリアに対向してケース内にアンテナボードを配置し、その背後にＲＦボードを配置した構成となるが、このような実装構造では使用状態でアンテナボードとＲＦボードとの間で不要な電磁干渉が生じるほか、ケースの筐体が板金製であったり自動販売機に搭載して使用する場合、さらにはカードリーダ／ライタを使用する場所の周囲に金属構造物（カードリーダ／ライタを設置するテーブルはるいは壁など）があると、アンテナボードがこれらの金属物によって電磁誘導の影響を受けるようになる。このために、アンテナのコイル特性（仕様のキャリア周波数に合わせてメーカー出荷時に調整されているコイルの共振周波数）が変化してしまい、その結果としてカードリーダ／ライタの通信距離が極端に低下してＩＣカードとの間で交信が正常に行えなくなるといった不具合の生じることがある。
【０００４】
なお、パーツメーカーから提供されるＲＦボードには、コイル特性の調整手段として、アンテナコイルの発振回路に調整可能な可変コンデンサを搭載してユーザーサイド（カードリーダ／ライタのアッセンブルメーカー）でもコイルの共振周波数を調整できるようにしている。しかしながら、カードリーダ／ライタの組立時にその製品の使用形態に合わせてＲＦモジュールのコイル特性を調整し直すことは、その調整作業に手間と時間がかかるほか、専用の調整ツールを要するなどのコスト上の問題がある。そこで、カードリーダ／ライタのアッセンブルメーカーとしては、購入したＲＦモジュールを無調整のまま組み立てて安定した交信機能が発揮できるようにするためには、ＥＭＩ（不要輻射）対策が必要となる。
一方、昨今では電子機器に適用するＥＭＩ対策として各種の電磁シールド材が開発，製品化されており（例えば、非特許文献１参照）、非接触ＩＣカードリーダ／ライタについても、アンテナボードの背後にプレート状の高透磁率フェライト材を配置したり、非特許文献１に開示されているシート状の電磁シールド材（フェライトなどの高透磁率材の微粒子を樹脂基材に混練してシート状に形成したもので、）をアンテナボードの背面，本体ケースを構成する金属製筐体の内面などに貼着して不要な電磁干渉を防ぐようにした対策が一部の製品に採用されている。
【非特許文献１】複合電磁シールド材［ｏｎｌｉｎｅ］、ＴＤＫ株式会社、［平成１７年３月    日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tdk.co.jp/tjbab01/bab00109.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、先記の非特許文献１で紹介されているシート状の電磁シールド材（商品名：Flexield IRL04（ＴＤＫ株式会社製））を周波数帯域が１３．５６ＭＨｚの非接触ＩＣカードリーダ／ライタに採用した場合に、メーカーから提供されたＲＦボードを無調整のままでも所定の交信機能が確保できるか否かを検証するために、発明者は前記の電磁シールド材を本体ケースに組み込んだアンテナボードの背面に貼着してアンテナのコイル特性（共振周波数特性）に及ぼす影響を実験で調べたところ、周囲金属物との電磁干渉が低減する効果が得られるものの、アンテナボードを単体のまま使用する場合と比べてコイルの共振周波数が変化し、初期設定の周波数帯よりも低くなることが認められた。したがって、このままリーダ／ライタを組み立てたのでは交信距離が低下してしまうことになり、仕様通りの交信距離を確保するにはやはりＲＦボードを調整し直してコイル特性を所定の適正周波数帯域に整合させることが必要となる。なお、ちなみに電磁シールド材をアンテナボードから離間して後方に配置すると、その空隙長の増加に伴いアンテナボードに対する電磁シールド材の影響が小さくなってコイルの共振周波数が幾分高まるようになるが、一方ではアンテナボードと電磁シールド材との間の距離（空隙長）を大きくすると、それだけアンテナが周囲金属物の影響を受け易くなってデータ交信機能が不安定になるほか、アンテナボードと電磁シールド材との間の空きスペースが大きくなって本体ケースの外形寸法も大形になる。
【０００６】
また、発明者は前記の電磁シールド材に代えて、通常の鋼板（磁性材）で作った板金部材（厚さ０．８〜１mm程度）をアンテナボードの背後に対面配置してアンテナ特性への影響を調べたところ、前記の電磁シールド材とは逆にアンテナの共振周波数を高める方向に影響し、かつ板金部材をアンテナボードに近づけるほど共振周波数がさらに高くなることが認められた。
そこで、本発明の目的は、前記の検証で得た知見を基に、ＥＭＩ対策として市販の電磁シールド材（非特許文献１参照）を採用してアンテナボードに対する不要な電磁干渉を抑え、しかもメーカーから購入したＲＦモジュールのアンテナコイル特性を調整し直すことなくそのまま組み立てて所定の交信性能が発揮できるようにアンテナボードの電磁シールド構造を改良した非接触ＩＣカードリーダ／ライタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、非接触ＩＣカードとの間でデータ信号の交信を行う非接触ＩＣカードリーダ／ライタであり、本体ケース内にアンテナボードおよびその背後に信号処理用のＲＦボードを配置した構成において
前記アンテナボードの背後に、電磁波吸収機能を備えたシート状の電磁シールド材をその背面に磁性の板金部材を重ね合わせて対向配置するものとし（請求項１）、具体的には次記のような態様で組立て構成する。
（１）前記の電磁シールド材をアンテナボードから空隙を隔てて配置し、かつその空隙長はアンテナコイルの共振周波数を所定の周波数帯に整合させる距離に設定する（請求項２）。
（２）前記構成において、電磁シールド材の外形サイズはアンテナボードに対応し、板金部材は電磁シールド部材の外形サイズと同等ないしそれ以下に設定する（請求項３）。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成のように、電磁波吸収機能を備えたシート状の電磁シールド材に磁性の板金部材を重ねてアンテナボードの背後に対向配備することにより、電磁シールド材を単体で使用する場合に比べてアンテナコイルの共振周波数が高くなる方向にシフトするようになる。これは先述の検証で述べたように、電磁シールド材と板金部材とではアンテナボードに影響してコイルの共振周波数を変化させる方向が逆で、電磁シールド材の背面に板金材を組合せることにより、電磁シールド部材を透過した電磁波（シート状の電磁シールド材のみでは電磁波を完全に吸収しきれない）がその背面に重ね合わせた板金部材の影響を受けてコイルの共振周波数が高くなる方向にシフトするようになるためである。
したがって、カードリーダ／ライタの組立てに際して、前記のように電磁シールド材の背面に磁性の板金部材を重ね合わせた上で、アンテナボードの背後に近づけてその距離（空隙長）を適正に設定することにより、アンテナのコイル特性を適正周波数のキャリア周波数帯域を先記の標準規格（１３．５６ＭＨｚ）に合わせて例えば１３．２〜１３．４ＭＨｚの帯域に整合させ、しかも電磁シールド材および板金部材によるシールド効果によりアンテナボードの背後に配置したＲＦボード，および周囲金属物との電磁干渉を低減して所定の交信距離を確保できる。これにより、メーカーから購入したＲＦモジュールを無調整のまま組み立てて各種の使用形態に対応したコンパクト設計の非接触ＩＣカードリーダ／ライタを製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて説明する。
まず、据置型タイプのカードリーダ／ライタを例に、本発明の実施例による組立構造を図１（ａ），（ｂ）および図２に示す。各図において、１は下部ケース１ａと上部カバー１ｂからなる二分割構造の本体ケース、２は上部カバー１ｂの表面に形成したカードタッチエリア１ｃに対向してケースの内側に設置したアンテナボード、３はアンテナボード２の背後に並べて下部ケース１ａに組み込んだ信号処理用のＲＦボード、４はＥＭＩ対策としてアンテナボード２の背後に配したシート状の電磁シールド材、５は電磁シールド材４の背面に貼り合わせた磁性の板金部材であり、板金部材５に担持した電磁シールド材４はアンテナボード２との間に所定の空隙長Ｌ（空隙長Ｌの設定については詳細を後述する）を隔てて対向配置されている。なお、１ｄはカードタッチエリア１ｃの上側に並べて上部カバー１ｂに装備した表示パネルである。
【００１０】
ここで、前記電磁シールド材４，板金部材５の詳細構造を図３，図４に示す。まず電磁シールド材４は、先記の非特許文献１に紹介されている電磁シールド材（商品名：Flexield IRL04（ＴＤＫ株式会社製））を採用し、外形サイズ（縦Ｈｓ×横Ｗｓ）をアンテナボード２の外形対応したサイズに裁断した上で、その周縁にはアンテナボード２のコネクタ２ａ（図２参照）を逃がす凹溝が切欠き形成されている。また、板金部材５はその四隅に取付タブ５ａを形成した厚さ０．８〜１．０mm程度の鋼板（磁性材）で、その外形サイズ（縦Ｈｐ×横Ｗｐ）は電磁シールド材４の外形サイズと同等もしくは一回り小さく設定し、図２のように電磁シールド材４（シールド材の裏面には粘着剤が塗布されている）を貼り合わせた状態で板金部材５の周縁がはみ出ないように設定している。
次に、前記のアンテナボード２，および電磁シールド材４と板金部材５とを貼り合わせた複合シールド体を本体ケース１の上部カバー１ｂに装着する組立構造を図５（ａ），（ｂ）で説明する。すなわち、アンテナボード２はボードの右側縁を上部カバー１ｂの内側に立設した固定フック１ａ−５に差し込みながら、ボードの四隅に穿孔した取付穴を支持ピン１ａ−１に嵌合した後に、ボードの左側縁を固定フック１ａ−２に引っ掛けて定位置に固定する。
【００１１】
一方、電磁シールド材４に貼り合わせた板金部材５は、その四隅に形成した支持タブ５ａのうち、左側のタブを先に前記の支持ピン１ａ−１と段差を付けてカバー１ｂの左内側に立設した固定フック１ａ−４の段部に差し込み係合し、次に右側のタブをカバーの右内側に立設した固定フック１ａ−３を撓ませながら引っ掛けて固定する。そして、この組立て状態で、アンテナボード２とその背後に配した電磁シールド材４との間に、図６の特性図に表示したコイル特性を基にその適正周波数に整合させるように設定した空隙長Ｌの間隔を確保するようにしている。
すなわち、図６は適正周波数を例えば１３．２〜１３．４ＭＨｚの範囲に指定したキャリア周波数帯域で使用する非接触ＩＣカードカードリーダ／ライタのＥＭＩ対策として、アンテナボード２の背後に前記の電磁シールド材４と磁性の板金部材５とを貼り合わせた複合シールド体を配置した場合に、アンテナボード２との間の距離（空隙長Ｌ）がコイルの共振周波数にどのように影響を及ぼすかを検証するための実験で実測したコイル特性図であり、図中にはその比較例として電磁シールド材４のみを単独で使用した場合，および板金部材５のみを単独で使用した場合のコイル特性も併記している。
【００１２】
このコイル特性図から判るように、板金部材５のみを単独使用した場合には、初期設定されているコイルの共振周波数（メーカーから購入したＲＦモジュールは、アンテナコイルの共振周波数が１３．２〜１３．４ＭＨｚの範囲の適正周波数に整合するように調整されている）に対して、板金部材が共振周波を高める方向に影響を与える。また、電磁シールド材４のみを単独使用した場合には、板金部材５とは逆に共振周波数を低める方向に影響し、特に電磁シールド材４をアンテナボード２に近づけて配置（空隙長Ｌ：１０mm以下）した場合には、アンテナコイルの共振周波数が前記の適正周波数帯域（１３．２〜１３．４ＭＨｚ）を超えて低い方に大きくずれてしまう。
これに対して、電磁シールド材４の背面に磁性の板金部材５を貼り合わせた図示実施例の複合シールド体では、電磁シールド材４のみ単独使用した場合に比べてアンテナのコイル特性（共振周波数）が高い方向にシフトするようになる。そして、アンテナボード２と電磁シールド材４との間の空隙長Ｌを４mmに設定すれば、アンテナコイルの共振周波数を１３．２〜１３．４ＭＨｚの範囲の適正周波数に整合できることが判る。なお、電磁シールド材４のみ使用してアンテナボード２との間の空隙長を前記と同じ４mmに設定した場合には、アンテナコイルの共振周波数は１３．２〜１３．４ＭＨｚの適正周波数帯域よりも低い方に変化してしまう。
【００１３】
そこで、図１に示した組立構造でアンテナボード２と電磁シールド材４との間の空隙長Ｌが４mmとなるよう、これに合わせて上部カバー１ｂに設けたアンテナボード２の支持座と金属部材の支持座（図５参照）との間に段差を設定してアンテナボード２，電磁シールド材４および板金部材５を組み付けてカードリーダ／ライタを組み立てることにより、メーカーから購入したＲＦモジュールについてそのアンテナ特性を調整し直す面倒な工程を省略しつつ、アンテナボードに対するＲＦボード，周囲金属物との不要な電磁干渉を抑えて非接触ＩＣカードとの間で安定した交信機能を発揮できる高信頼性の製品を低コストで製作できる。
なお、図示実施例は据置型のカードリーダ／ライタについて述べたが、使用形態の異なるモバイル型，壁掛型，あるいは自動販売機に搭載するカードリーダ／ライタについても同様に実施適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例によるカードリーダ／ライタの組立構造図で、（ａ）は本体の外観斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部を断面して内部の要部構造を表した側視図
【図２】図１の分解斜視図
【図３】図１（ｂ）に示した電磁シールド材と板金部材を組合せた複合シールド部材の構成図で、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ上面図，側面図および背面図
【図４】図３の分解斜視図
【図５】図１に示したアンテナボードおよび図３に示した複合シールド部材を組み込む本体ケースの詳細な内部構造，および部品の組み付け手順を表す図で、（ａ）はアンテナボード，（ｂ）は複合シールド部材の取り付け説明図
【図６】図３に示した複合シールド部材がアンテナのコイル特性に及ぼす影響を電磁シールド材のみ，板金部材のみの比較例と対比して表したアンテナコイルの共振周波数特性図
【符号の説明】
【００１５】
１    カードリーダ／ライタの本体ケース
１ａ  カードタッチエリア
２    アンテナボード
３    ＲＦボード
４    シート状の電磁シールド部材
５    磁性の板金部材
Ｌ    アンテナボードと電磁シールド材との間の空隙長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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