(57)【要約】 【課題】  非接触ＩＣカードやＩＣタグなどの非接触データキャリアにおいて、内蔵される共振回路の設計自由度を高め、容易に共振周波数を調整することを可能にするアンテナを備えた非接触データキャリアおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  アンテナコイル２は線状または面状パターンにより形成され、かつ該パターンを延長してこれと同様のパターン形成方法でインダクタ４を形成しアンテナコイル２とインダクタ４とが直列に接続されたことを特徴とし、アンテナコイル２の巻数、巻線間隔を変えずに共振周波数並びにＱ値を調整する。【選択図】  図１
2006202174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップとアンテナからなり、特定の周波数で共振する共振回路を内蔵する非接触データキャリアにおいて、前記アンテナの本体部にインダクタを直列に接続したことを特徴とする非接触データキャリア。
【請求項２】
ＩＣチップとアンテナからなり、特定の周波数で共振する共振回路を内蔵する非接触データキャリアの製造方法において、前記アンテナの本体部を線状または面状パターンにより形成し、かつ該パターンを延長して前記アンテナの本体部と同様のパターン形成方法でインダクタを形成することを特徴とする非接触データキャリアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＤカードや定期券等として使用される非接触ＩＣカード、あるいは物流管理等で使用されるＩＣタグなど、非接触でデータの読出し／書込みを行ういわゆる非接触データキャリアに関し、特に非接触データキャリアのアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、個人データのセキュリティ管理、人の流通や物流管理あるいは交通システムの改札など外部のリーダライタ装置と非接触でデータ授受を行う非接触ＩＣカードやＩＣタグといった非接触データキャリアと称される記録媒体が普及しつつある。従来、この種の非接触データキャリアは、ＩＣチップとアンテナを基本構成とし、アンテナのインダクタンス成分とＩＣチップ内部の静電容量成分により共振回路を形成している。非接触データキャリアとリーダライタ間で良好な通信を維持するためには、双方の共振周波数を一致させることが望ましい。しかし、実際には非接触データキャリアの共振回路のインダクタンス成分および静電容量成分にはばらつきが存在する。そのため、所望の共振周波数を得るには非接触データキャリアのインダクタンス成分あるいは静電容量成分のいずれかまたは両方を調整する必要がある。
【０００３】
一般に、この共振回路を調整する場合には、アンテナパターンの巻数または巻線間隔を変更しインダクタンス成分の調整を行うか、あるいは必要な静電容量がＩＣチップのみで得られないときは、これと並列に別個のコンデンサを付加し静電容量成分の調整を行うかのいずれか、あるいは両方の方法が試みられる。
【０００４】
図５は、従来の非接触データキャリアの説明図である。従来の非接触データキャリア１のＩＣチップ３およびアンテナ２を含む回路構成をカード状の基体５上に模式的に示している。基体５の外周に沿って周回させてループ状にアンテナ２を形成し、このアンテナ２両端部にＩＣチップ３を接続する。アンテナ２は被覆銅線等からなる巻線、蒸着導体をエッチング処理して形成したパターンコイルまたは導体ペーストによる印刷パターンコイル等からなる。これにチップコンデンサ、またはエッチング・印刷処理による並行平板形のコンデンサパターンからなるコンデンサ６を並列に接続し、回路の静電容量成分を調整する。または、アンテナ２を構成する巻線あるいはコイルパターンの巻数、巻線間隔の設定条件を変えることによりインダクタンス成分を調整して所望の共振周波数を得るようにしている。
【０００５】
さらに、この共振回路における性能指数Ｑ値を適正な値に設定することも良好な通信を行うには重要な要素となる。共振回路の内部抵抗が小さい場合、Ｑ値は高くなる。このＱ値が高い場合には、非接触データキャリア側とリーダライタ側との共振周波数が一致する際は良好な通信を維持できるが、逆に、共振周波数がわずかでもずれると良好な通信状態が確保されない。つまり、Ｑ値が高い場合、回路の先鋭度が高くなることによって、所定の通信品質を得るために必要な周波数のマッチング範囲が狭くなってしまう。従って、所望のＱ値を得るために、先に述べた共振回路のインダクタンス成分、静電容量成分とあわせて抵抗成分を加味した回路設計を行う必要がある。
【０００６】
これら一連の技術としてその一例が特許文献１に記載されている。これは非接触型ＩＣカードのアンテナ特性調整方法に関するものであり、カード基体内にアンテナコイルと平面状の調整用抵抗、調整用コンデンサからなる共振回路を有し、この調整用抵抗の抵抗値を調整することにより共振回路のＱ値を調整し、また調整用コンデンサのコンデンサ容量を調整することにより共振周波数を調整して良好な通信状態を確保するものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１０２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、アンテナの巻数、巻線間隔を変更して共振周波数を調整する場合は、アンテナ形状自体から設計を始める必要があるため、アンテナ形状自体を含めた設計に相当の時間を要し、さらに巻数などの設計条件が制約され設計の自由度が低下する。つまり、アンテナ形状を変更せずに回路のインダクタンス成分のみを調整することは実質的に不可能であった。また、コンデンサを並列に接続して共振周波数を調整する場合は、非接触データキャリアの形状寸法、特に厚さ方向に制限があることから、使用するコンデンサの厚さ寸法に制約が生じる。そのため、市販のチップコンデンサ等を使用する場合に、その選択範囲が狭められてしまい設計の自由度が低下する。また同時に、並列コンデンサを使用すると共振回路のＱ値が高くなりすぎる傾向があり、良好な通信を維持するための共振周波数のマッチング範囲を狭めてしまうことになる。また、前述の特許文献１に記載された調整方法では、基体上に抵抗パターンおよびコンデンサパターン回路を形成した後、これの一部をトリミングして除去・切断する処理作業を伴うため工数が増え生産性が向上しないなどの問題が生じていた。
【０００９】
従って、本発明は、ＩＣチップとアンテナを基本構成とする共振回路のインダクタンス成分を容易に調整することを可能とし、これにより所望の共振周波数を得ることができるアンテナを備えた非接触データキャリアおよびその製造方法を提供することにある。また、これによって回路設計の自由度の向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、ＩＣチップとアンテナからなり、特定の周波数で共振する共振回路を内蔵する非接触データキャリアにおいて、前記アンテナの本体部にインダクタを直列に接続したことを特徴とする非接触データキャリアとするものである。
【００１１】
また、本発明は、ＩＣチップとアンテナからなり、特定の周波数で共振する共振回路を内蔵する非接触データキャリアの製造方法において、前記アンテナの本体部を線状または面状パターンにより形成し、かつ該パターンを延長して前記アンテナの本体部と同様のパターン形成方法でインダクタを形成することを特徴とする非接触データキャリアの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アンテナの本体部に直列にインダクタを設けることにより、アンテナの本体部の巻数、巻線間隔を変更せずに共振回路の共振周波数を調整することが可能となる。すなわち、アンテナ本体部に接続したインダクタのインダクタンス値を制御することにより共振回路条件を変更することができる。同時に回路のＱ値を所望の値に調整または固定することも可能である。また、アンテナパターンと同様の形成方法によってインダクタを形成することから、厚み方向の制約に関係なく容易に回路パターンを形成することが可能となる。よって、回路設計の自由度の高いアンテナを備えた非接触データキャリアを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について図面を参照しながら詳述する。図１は、本発明の一例を示す非接触データキャリアの説明図である。カード状の基体５へのＩＣチップ３アンテナの本体部２、インダクタ４の平面的な配置を模式的に示している。非接触データキャリア１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ＰＥＴ−Ｇまたはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの樹脂シートからなる基体５、アンテナの本体部２、平面インダクタ４およびＩＣチップ３により構成される。まず、アンテナの本体部２を設計する際に、電界や磁界を介して情報を送受信するためのアンテナとしての大きさ（面積、長さ等）と、あらかじめアンテナの本体部（アンテナコイル）２のインダクタンス、浮遊容量および内部抵抗を考慮した上で、巻数、巻線間隔および導体幅等を設定しこの条件を固定する。同時に、所望の共振周波数を得るために必要となるＩＣチップ３の容量成分を含めた共振条件を満足する平面インダクタ４の諸条件を決定する。この条件のもとで樹脂シートからなる基体５上に被覆銅線等からなる巻線や蒸着導体をエッチング処理して形成したパターンコイルまたは導体ペーストによる印刷パターンコイルを配しアンテナコイル２を形成する。アンテナコイル２の一方の端部には、渦巻き型の平面インダクタ４の端部のうちの一方が接続されている。この平面インダクタ４はアンテナコイル２形成と同時に基体５上に形成されるものであり、実際には、アンテナコイル２の一方の端部と平面インダクタ４の一方の端部は連続しており、この平面インダクタ４はアンテナコイル２を延長して形成されたものである。この平面インダクタ４の他方の端部にＩＣチップ３の一方の端子を接続、さらにＩＣチップ３の他方の端子とアンテナコイル２の他方の端部とを接続し、アンテナコイル２とインダクタ４とで直列回路を構成する。
【００１４】
一般に、ＩＣチップ３は４０ｐＦ前後の静電容量成分を有している。また、アンテナコイル２は自身の浮遊容量を、また基体５自体にも微小ではあるが容量成分を有している。さらに、アンテナコイル２は固有のインダクタンス成分を有し、平面インダクタ４も固有のインダクタンス成分を有している。これらのうち、ＩＣチップ３、アンテナコイル２および基体５の容量成分、そして、アンテナコイル２のインダクタンス成分は既知であり、かつ上記の如く確定されている要素である。所望の共振周波数を得るためには、これらの静電容量成分およびインダクタンス成分によって構成される共振回路の調整が必要である。この場合、前述したようにＩＣチップ３、アンテナコイル２および基体５の容量成分、アンテナコイル２のインダクタンス成分は確定されているから、共振周波数は、アンテナコイル２に対し付加的に直列接続した平面インダクタ４のインダクタンス値のみを制御することによって、すなわちインダクタ４の巻数、巻線間隔や巻線形状などを変更して共振条件を制御することによって調整することができる。ただし、この時、インダクタ４自体からの浮遊容量も生じるが、ＩＣチップ３の静電容量と比較すると非常に微小であり、厳密な設計でない場合は無視してもかまわない。
【００１５】
一般に、共振周波数ｆｃは共振回路の静電容量成分をＣ、インダクタンス成分をＬとした時に式（１）で示される。
ｆｃ＝１／（２π・（Ｌ・Ｃ）1/2）    ・・・（１）
【００１６】
式（１）において、Ｃは前述の共振回路全体の容量成分、Ｌも同じく全体のインダクタンス成分を示すものではあるが、ここでは分かり易く説明するため、ＣをＩＣチップ３の容量成分、Ｌをインダクタ４のインダクタンス成分とし、アンテナコイル２のインダクタンス成分は固定されているものとし、この場合その値をゼロと仮定し、さらに他の寄生成分も無視して説明する。ここで所望の共振周波数が１３．５６ＭＨｚであって、ＩＣチップ３の容量成分Ｃが４０ｐＦであった場合のインダクタ４のインダクタンス値を計算してみる。式（１）により、アンテナコイル２に接続されるべきインダクタ４のインダクタンス値は式（２）によって与えられる。
Ｌ＝１／（(２π・ｆｃ)2・Ｃ）    ・・・（２）
【００１７】
式（２）にｆｃ＝１３．５６ＭＨｚ、Ｃ＝４０ｐＦを代入して計算すると、Ｌ≒３．４μＨとなる。よって、このインダクタンス値と合致するインダクタ４を設計し、アンテナコイル２に直列に接続することで所望の共振周波数を得ることができる。このように、アンテナコイル２の巻数または巻線間隔条件を固定したまま、これに接続するインダクタ４のインダクタンス値のみを調整することで共振条件の変更が可能となる。ただし、実際の設計においては、先に述べた浮遊容量等の寄生成分、アンテナコイル２のインダクタンス成分等を考慮して、調整する必要がある。
【００１８】
また、前述のとおり、これを直列共振回路とみなした場合、一般に直列共振回路の先鋭度となるＱ値は式（３）で与えられる。
Ｑ＝（ωｃ・Ｌ）／Ｒ    ・・・（３）
【００１９】
ここで、Ｒは共振回路の内部抵抗、Ｌはインダクタンス成分、ωｃ＝２πｆｃである。ここでもまた先と同じように、Ｌをインダクタ４のインダクタンス成分のみとし、アンテナコイル２のインダクタンス成分を無視して簡略化して計算した場合、式（３）において、Ｒはほぼ確定されているからＬ値の増減にともなってＱ値が変動することになる。よって、アンテナ２の巻回条件は固定したままに、これに接続するインダクタ４の条件を変更するのみで所望のＱ値を設定することができ、応答周波数の許容幅を広げるために意図的にＱ値を低くすることも可能である。概略の設計には、この計算で間に合うが、実際の設計においては、接続するインダクタ４の内部抵抗分を考慮して、調整する必要がある。
【００２０】
アンテナコイル２およびこれに接続されるインダクタ４は、基本的に同じ材質、同じ形成方法によって作製することができる。具体的には、所定のアンテナパターンおよびこれを延長して形成したインダクタパターンを設定し、基体５上にスパッタあるいは蒸着して形成された導体膜に対してこれらのパターンを残してエッチング除去して形成する方法、または、所定のアンテナコイル２およびインダクタ４のマスクパターンを同一スクリーン上に設け導体ペーストにてスクリーン印刷して形成する方法などがある。これらの方法によれば、一度にアンテナコイル２およびインダクタ４を形成でき、同時に同様な方法でパターンを形成することで、工数を増すことなく容易に製造することが可能であり、生産性の向上が見込まれる。
【００２１】
また、図２から図４は、本発明の他の例を示す非接触データキャリアの説明図である。アンテナコイル２に接続されるインダクタ４の形状は、図１に示した方形渦巻き型インダクタ４以外にも図２の如く長方形の渦巻き形状、図３に示すような実効断面積を大きく取った渦巻き形状などが考えられる。また、図４に示す如くジグザグパターンを模したミアンダ型インダクタなども考えられる。これらのインダクタ４のパターン形状は、上記のような製法で、アンテナコイル２と同一のパターン形成法で形成することができる。また、このインダクタ４のパターン形状は、必要なインダクタンス条件に合わせて設計されるならば、特に制限されるものではない。また、アンテナコイル２に接続する際のインダクタ４の配置も、図１に示すようなＩＣチップ３の近隣に限らず、アンテナコイル２に直列に接続されるならば基本的にいかなる配置であっても構わない。
【００２２】
実際にはアンテナコイル２とインダクタ４は物理的に連続して接続され、かつ電気的に結合しているわけだが、本発明による非接触データキャリア用アンテナは、上述したようにアンテナコイル２のインダクタンス成分とインダクタ４のインダクタンス成分とを分離するという発想のもとで回路を構成し、アンテナの本体部２の設計条件は固定したままに、インダクタ４のみを変更することで回路全体のインダクタンス成分を調整するものである。この場合に、電界や磁界を介して情報を送受信するためのアンテナとしての大きさ（面積、長さ等）を確保するように、このアンテナの本体部２を設計し、その後はこの設計条件は変えずにインダクタンス成分はインダクタ４により調整することができる。その結果、回路設計が容易になると共に、回路設計の自由度が向上し、共振周波数およびＱ値を容易に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一例を示す非接触データキャリアの説明図。
【図２】本発明の他の例による非接触データキャリアの説明図。
【図３】本発明の他の例による非接触データキャリアの説明図。
【図４】本発明の他の例による非接触データキャリアの説明図。
【図５】従来の非接触データキャリアの説明図。
【符号の説明】
【００２４】
１    非接触データキャリア
２    アンテナ、又はアンテナの本体部（アンテナコイル）
３    ＩＣチップ
４    インダクタ
５    基体
６    コンデンサ
【図１】
2006202174.tif 000003
【図２】
2006202174.tif 000004
【図３】
2006202174.tif 000005
【図４】
2006202174.tif 000006
【図５】
2006202174.tif 000007