(57)【要約】【課題】非接触型ＩＣカードリーダ装置のアンテナ基板と磁性体との距離の変動（不均一）によってアンテナ特性が変動するのを防止する。【解決手段】アンテナからの磁界が制御板に吸収されるのを防止するため、アンテナ基板１６Ａと制御基板１７間に磁性体１９Ｂを配置する場合に、前記アンテナ基板１６Ａと磁性体１９Ｂ間の距離を、その距離が多少変動してもアンテナの特性に実質的影響を与えない距離だけ離して配置する。そのため例えば、磁界に影響を与えない非金属物質Ｇをアンテナ基板１６Ａと磁性体１９Ｂ間に配置する。【選択図】　　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御基板と、前記制御基板の上部に配置されたアンテナ基板と、アンテナ基板と制御基板間に配置された磁性体、及びアンテナ基板上に形成され通電に基づき磁界を発生するアンテナコイルを備え、非接触型ＩＣカードと無線接続されて前記非接触型ＩＣカードに対しデータのリードライトを行う非接触型ＩＣカードリーダ装置において、
配置状態における前記アンテナ基板と前記制御基板間の距離の変動がアンテナの特性に実質的影響を与えない所定の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする非接触型ＩＣカードリーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載された非接触型ＩＣカードリーダ装置において、前記アンテナ基板と制御基板間が前記所定の間隔を隔てて配置されるよう両者間に非金属物質を配置したことを特徴とする非接触型ＩＣカードリーダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された非接触型ＩＣカードリーダ装置において、前記アンテナ基板と制御基板間の前記所定の間隔は約３ミリ以上であることを特徴とする非接触型ＩＣカードリーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触型ＩＣカードリーダ装置、とくにそのアンテナの取付け構造に特徴を有する非接触型ＩＣカードリーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、公衆電話器、自動販売機などでは、価値情報を記憶したＩＣカードの利用によるサービスの提供或いは物品の販売が行われるようになってきた。このようなＩＣカードと、例えば自動販売機内に設けられＩＣカードの価値情報の読み出し及び書き込みを行うＩＣカードリーダ間は、互いにアンテナを介して電磁結合される非接触形態のものが多くなっている。
【０００３】
図４は従来の非接触型ＩＣカードリーダのアンテナ基板の上面図であり、アンテナ基板１６Ａには中心部Ｏ１から一定距離ＤＸの周辺位置に所定間隔ＤＹを有するアンテナコイル１６Ｂが形成されている。このようなＩＣカードリーダのアンテナ基板１６Ａ上に、図５に示すようにＩＣカード２を載置すると、ＩＣカード２の図示しないアンテナコイルにはＩＣカードリーダのアンテナ基板１６Ａに形成されているアンテナコイル１６Ｂの通電に基づき各部分１６Ｂ１，１６Ｂ２の周囲から発生する磁界Ｈを受け、この磁界Ｈにより電流が誘導される。
【０００４】
こうした電磁誘導により、ＩＣカードリーダからＩＣカード２に電源が供給される。電源供給されたＩＣカード２は、その後ＩＣカードリーダ側からデータの送信要求があると、内部に記憶されている価値情報などのデータをＩＣカードリーダに送信する一方、ＩＣカードリーダ側からアンテナコイル１６Ｂを介して送信される価値情報の残額を受信すると、その残額データを記憶することにより価値情報を書き換える。
【０００５】
ところで、ＩＣカードリーダ装置では、図６Ａに示すように、アンテナ基板１６Ａの下部に制御基板１７が配設されている。このような場合、アンテナ基板１６Ａのアンテナコイル１６Ｂの通電に基づきアンテナコイルの各部分１６Ｂ１，１６Ｂ２の周囲から発生する磁界は制御基板１７上に形成されている導体パターンに吸収されてしまうため、アンテナ基板１６Ａと制御基板１７間を十分離して配置しないと、ＩＣカード２の価値情報の読み出しや書き換えができなくなる。しかし、十分離して配置すると装置が大型化するという別の問題が生じる。
【０００６】
また、図６Ｂに示すように、アンテナ基板１６Ａの上面側と筐体１８間にＩＣカード２が挿入されるカード挿入口２０を配置し、筐体１８を金属筐体とした場合、アンテナ基板１６Ａのアンテナコイル１６Ｂの通電に基づきアンテナコイルの各部分１６Ｂ１，１６Ｂ２の周囲から発生する磁界が同様に金属筐体１８により吸収されることから、ＩＣカードリーダ側からＩＣカードに対し的確なデータのリードライトを行うためにはアンテナ基板１６Ａと筐体１８間を十分離して配置しなければならず、装置の小型化が困難になっている。
【０００７】
そこで、本出願人はこのような課題を解決するため、図７に示すように、アンテナ基板１６Ａと制御基板１７間及び金属筐体１８とカード挿入口２０間にそれぞれ磁性体１９Ａ，１９Ｂを設け、アンテナ基板１６Ａのアンテナコイルのパターンへの通電によりその周囲から発生した磁界が磁性体１９Ａ，１９Ｂを透過して再びアンテナ基板１６Ａ側に到達して、制御基板１７の導体パターンにより吸収されることがないようにし、また、アンテナ基板から発生した磁界が磁性体を透過して再びアンテナ基板側に到達し、金属筐体１８により吸収されないようにした非接触型ＩＣカードリーダ装置を開発し、既に出願している［特願平１１−５９２９５号（特開平２０００−２５９７８５号）］。
【０００８】
しかしながら、アンテナ基板１６Ａと制御基板１７との間に磁性体を設ける構造では、磁性体の張り付けのための接着剤（粘着剤）の厚さが不均一であったり或いは磁性体１９Ｂがアンテナ基板１６Ａから部分的に剥離するなどしてアンテナ基板１６Ａと磁性体１９Ｂとの距離が変動するとその特性が安定せず、とくに、アンテナ基板に磁性体を完全に密着させた場合には、張り付けた粘着剤にかかる圧力で粘着剤の厚みが変わっただけでも、その距離変化でアンテナの特性が変化するという新たな問題が生じることが判明した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこの問題を解決すべくなされたものであって、具体的には、非接触型のＩＣカードリーダにおいて磁性体とアンテナ基板とを所定間隔離して配置することによって、磁性体とアンテナ基板との距離が多少不均一であってもアンテナの特性が実質的に変化しないようにして、ＩＣカードとの間で安定した通信できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、制御基板と、前記制御基板の上部に配置されたアンテナ基板と、アンテナ基板と制御基板間に配置された磁性体、アンテナ基板上に形成され通電に基づき磁界を発生するアンテナコイルを備え、非接触型ＩＣカードと無線接続されて前記非接触型ＩＣカードに対しデータのリードライトを行う非接触型ＩＣカードリーダ装置において、配置状態における前記アンテナ基板と前記制御基板間の距離の変動がアンテナの特性に実質的影響を与えない所定の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする非接触型ＩＣカードリーダ装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載された非接触型ＩＣカードリーダ装置において、前記アンテナ基板と制御基板間が前記所定の間隔を隔てて配置されるよう両者間に非金属物質を配置したことを特徴とする非接触型ＩＣカードリーダ装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された非接触型ＩＣカードリーダ装置において、前記アンテナ基板と制御基板間の前記所定の間隔は約３ミリ以上であることを特徴とする非接触型ＩＣカードリーダ装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に示す実施形態を参照して説明する。まず、本発明を適用する非接触型ＩＣカードリーダの構成を概略的に説明する。
図１Ａは本発明を適用したＩＣカードリーダの構成を示すブロック図である。図１Ａにおいて、このＩＣカードリーダ１は非接触型ＩＣカード２と電磁結合される非接触型ＩＣカードリーダ１であり、ＣＰＵ１１と、ゲートアレイ１２と、送信部１３と、受信部１４と、整合回路１５と、アンテナ部１６とから構成されている。
【００１４】
ここで、送信部１３は、常時は整合回路１５を介しアンテナ部１６を発振させるとともに、ゲートアレイ１２を介してＣＰＵ１１からデータを入力すると、そのデータを整合回路１５及びアンテナ部１６を介してＩＣカード２へ送信する。また、受信部１４は、アンテナ部１６及び整合回路１５を介してＩＣカード２からのデータを受信するとこの受信データをゲートアレイ１２を介してＣＰＵ１１に送出する。整合回路１５はアンテナ部１６にＩＣカード２が電磁結合されたときにアンテナ部１６のインピーダンスが一定となるように整合をとる回路であり、アンテナ部１６は、図１Ｂに示すように、アンテナコイル１６Ｂとコンデンサ１６Ｃとが並列接続された回路から構成され、アンテナコイル１６ＢのインダクタンスＬとコンデンサ１６Ｃの容量ＣとによりＬＣ発振を行って磁界を発生しＩＣカード２側に誘導電圧を発生させる。
【００１５】
一方、このＩＣカードリーダ１と電磁結合される非接触型の前記ＩＣカード２は、ＣＰＵ２１と、価値情報などが記憶されるメモリ２２と、前記ＩＣカードリーダ１の送信部及び受信部と同様構成の無線回路２３と、アンテナ部２４とからなっている。ここで、利用者が買い物などを行いその代金支払いのためにＩＣカード２をＩＣカードリーダ１のアンテナ部１６上に載置すると、ＩＣカードリーダ１のアンテナ部１６とＩＣカード２のアンテナ部２４とが電磁結合されることにより、ＩＣカードリーダ１からＩＣカード２の各部に電源が供給される。
【００１６】
ＩＣカード２のＣＰＵ２１は、電源供給され起動されると無線回路２３及びアンテナ部２４を介してＩＣカードリーダ１側へ応答信号を送出する。この応答信号はＩＣカードリーダ１のアンテナ部１６、整合回路１５を介し受信部１４で受信され、さらに受信部１４からゲートアレイ１２を介してＣＰＵ１１に伝達される。ＩＣカードリーダ１のＣＰＵ１１は、ＩＣカード２からの応答信号を入力することにより、ＩＣカード２の無線接続を検出して、この場合、ＩＣカード２に対し価値情報の送信要求を行う。この送信要求情報はゲートアレイ１２を介し送信部１３に送られ、さらに送信部１３から整合回路１５及びアンテナ部１６を介してＩＣカード２側に送信される。ＩＣカード２のＣＰＵ２１はアンテナ部２４及び無線回路２３を介して前記送信要求情報を入力すると、メモリ２２の価値情報を読み取りＩＣカードリーダ１側へ送信する。
【００１７】
ＩＣカードリーダ１のＣＰＵ１１はＩＣカード２の価値情報を入力すると、この価値情報から前記買い物の代金を減じ、その残額情報をゲートアレイ１２を介し送信部１３に送る。そして、その残額情報は送信部１３から整合回路１５及びアンテナ部１６を介してＩＣカード２側に送信される。ＩＣカード２のＣＰＵ２１はアンテナ部２４及び無線回路２３を介して前記残額情報を入力すると、メモリ２２に記憶する。なお、ＩＣカード２のメモリ２２は、電気的書き込み消去が可能なメモリが用いられ、ＩＣカードリーダ１から電源が供給されなくなってもメモリ２２の価値情報は保持されている。
【００１８】
次に本発明の基本原理である、アンテナ基板と磁性体との距離の変化とアンテナ特性を表すＬ値（リアクタンス）との関係について説明する。
図２は縦軸にアンテナのＬ値をとり、横軸にアンテナ−磁性体間の距離をとって、アンテナつまりアンテナ基板と磁性体間の距離との関係を示したアンテナ特性図である。このアンテナ特性図から明らかなように、アンテナと磁性体の距離が小さい場合には、その距離の僅かな変動でもアンテナのＬ値が大きく変化する。つまり、アンテナ基板と磁性体との間の距離が不均一であると、同じアンテナでもアンテナＬ値が異なった値となり均一な特性は得られない。この傾向はアンテナと磁性体の距離が０に近づくほど顕著であるから、粘着剤で磁性体を直接アンテナ基板に接着して密着するなどの場合には、粘着剤が圧力を受けて厚みが変化した程度の前記距離の変動でもアンテナの特性が大きく変動することを示している。
逆に、アンテナと磁性体との距離が拡がるに従って前記距離の変動がアンテナ特性に与える影響は小さくなる。この距離変動のアンテナ特性に与える影響は、例えば、図２中でアンテナと磁性体との距離が３ｍｍ前後のところから急激に小さくなり、多少の距離の変動があっても実質上アンテナ特性は変わらず、更に離れるに従って距離の変化の影響は低減し、６ｍｍ程度のところからはほぼ一定値に近づく。
従って、非接触型のＩＣカードリーダ装置において、アンテナ基板１６Ａと制御基板１７間に磁性体１９Ｂを配置する際に、アンテナ基板１６Ａと磁性体１９Ｂとを所定の間隔、例えば３ｍｍ以上隔てて配置することでその両者間の距離の不均一によるアンテナ特性の変動は無視し得るものとなる。
【００１９】
図３はこのように構成したＩＣカードリーダ１の要部断面を模式的に示す図である。ＩＣカードリーダ１には、上述したアンテナコイル１６Ｂのパターンが印刷されたアンテナ基板１６Ａが配設される。そして、このアンテナ基板１６Ａの上部側には金属筐体１８が設けられ、この金属筐体１８と前記アンテナ基板１６との間にＩＣカード２が挿入されるためのカード挿入口２０が形成される。また、前記アンテナ基板１６Ａの下部側には上述したＣＰＵ１１やゲートアレイ１２などが搭載された制御基板１７が設けられている。
【００２０】
ここで、アンテナ基板１６Ａと磁性体１９Ｂ間の前記所定の間隔は、アンテナ基板１６Ａと磁性体１９Ｂの間にアンテナが発信する磁界に影響を与えない物質、例えば、合成樹脂、硬質ゴム等の任意の非金属物質を介在させて両者を非接触ＩＣカードリーダ内に取り付けることで形成することができる。
この場合、所定の厚みを有する非金属物質を例えば両面テープを用いてそれぞれアンテナ基板１６Ａと磁性体１９Ｂに貼り付け一体化する。これによって所定の間隔を隔てた磁性体付きアンテナ基板を容易に形成することができる。
また、非金属物質を介在させずに、単に所定の距離の空隙を隔てて両者を前記カードリーダ内に取り付けてもよいし、或いは非金属物質の間隔片を用いることで一部空隙を残して両者を張り合わせてもよい。
いずれにしても、アンテナ基板１６Ａと磁性体１９Ｂを非接触ＩＣカードリーダに配置した状態において、両者間の距離の不均一がアンテナ特性に実質的な影響を与えない所定の距離だけ隔てられていればよい。
【００２１】
このように、アンテナ基板１６Ａと制御基板１７間に所定の間隔Ｇを介在させて磁性体１９Ｂを設けることにより、安定したアンテナ特性を得ることができる。また磁性体１９Ｂを設けたことで、従来どおりアンテナ基板１６Ａのアンテナコイル１６Ｂのパターンへの通電により各部分１６Ｂ１，１６Ｂ２の周囲から発生した磁界は、磁性体１９Ｂを通過して再びアンテナ基板１６Ａ側に到達し、制御基板１７上に形成されている導体パターンにより吸収されることがない。従って、磁性体を設けないものと比べ装置を小型化できると共に、ＩＣカードリーダ１はＩＣカード２と確実に無線接続されＩＣカード２に対しデータのリードライトを行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明では、アンテナ基板と磁性体とが、アンテナの特性に実質的影響を与えない所定の間隔を隔てて配置されているため、両者の間隔に多少の不均一があっても常に安定したアンテナの特性が得られ、ＩＣカードとの情報交信等を確実に行うことができる。
また、アンテナ基板と磁性体は、非金属物質を介在させて一体化するだけで所定の間隔を隔てた状態に容易に構成することが、そのまま非接触型のＩＣカードリーダに取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＩＣカードリーダの概略構成を示すブロック図（１Ａ）及びアンテナ部の回路構成（１Ｂ）である。
【図２】アンテナＬ値とアンテナ−磁性体間の距離との関係で示したアンテナの特性図である。
【図３】ＩＣカードリーダの要部断面を模式的に示す図である。
【図４】従来のＩＣカードリーダのアンテナ基板の上面を示す図である。
【図５】アンテナ基板から発生する磁界とこの磁界を受けるＩＣカードの状況を示す図である。
【図６】従来のＩＣカードリーダの要部断面を模式的に示す図である。
【図７】従来の他のＩＣカードリーダの要部断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…非接触型ＩＣカードリーダ、２…非接触型ＩＣカード、１１，２１…ＣＰＵ、１３…送信部、１４…受信部、１５…整合回路、１６，２４…アンテナ部、１６Ａ…アンテナ基板、１６Ｂ…アンテナコイル、１６１〜１６４…アンテナコイルのパターン、１７…制御基板、１８…金属筐体、１９Ａ，１９Ｂ…磁性体、２０…カード挿入口、２２…メモリ、２３…無線回路。
【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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【図７】
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