(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動発電を行う発電装置を備えたカードにおいて、
カードの動きにより回転される回転部材と、前記回転部材の回転を増速する歯車と、磁性材料から形成され、前記歯車と連結されたロータと、磁性材料から形成され、前記ロータの回転により磁束が変化するステータとが、抜き穴に組み込まれた第１のカード基材と、
前記第１のカード基材の両側面にそれぞれ積層された第２及び第３のカード基材とを備え、
前記第１、第２、及び第３のカード基材にわたって、前記ステータの所定軸を巻回するように、導電材料からなるパターンが形成されていることを特徴とするカード。
【請求項２】
前記パターンの端部は充電回路に接続され、前記充電回路にはＩＣモジュールが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のカード。
【請求項３】
前記回転部材は歯車であり、前記回転部材の半円部分は、より密度が高く形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカード。
【請求項４】
前記ＩＣモジュール及び前記充電回路は、前記第２のカード基材に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のカード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カード内部に発電装置を設けたカードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、キャッシュカードやクレジットカードにおいて、磁気ストライプ等を設け、カードのＩＤ等のデータを磁気的手段により記録した磁気カードが知られている。しかし、データを磁気的に記録したものは、今日における製造技術では、偽造や改ざん等を完全に防止することはできない。
【０００３】
そこで、今日では、カードの偽造防止に対応したものとして、ＩＣカードが利用されている。ＩＣカードとは、ＩＣチップをモジュール化したＩＣモジュールを、カード基材表面に形成した凹部に装着したカードである。ＩＣカードは、磁気カードと比較して、セキュリティ性が高く、かつ、記憶容量が大きいというメリットを有する。また、記録内容の解読は専用の装置が必要となる。したがって、ＩＣカードの偽造は現実的に不可能であることから、近年では、次第にその用途が拡大されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来のＩＣカードでは、ＩＣモジュールに記録されたデータを読み取る場合において、非接触方式を用いるときは、マイクロウェーブ等で外部からＩＣモジュールにエネルギーを与える必要があった。したがって、消費電力の大きいＩＣモジュール、例えばＣＰＵを有するＩＣモジュールに対しては、十分なエネルギーを与えることができなかった。
ここで、ＩＣカードに厚みの薄い（シート状の）電池等を取り付け、この電池からＩＣモジュールに電力を供給することは可能である。しかし、電池交換が必要となり、さらには、環境保護の観点から、使用済みの電池の処理に問題があった。
【０００５】
また、板状に形成されたバッテリを取り付けてＩＣモジュールに電力を供給することが考えられるが、そのバッテリの寿命は、消費電力や使用頻度によるが、約１年程度が限界であるという問題があった。
さらにまた、太陽光を用いてＩＣモジュールに電力を供給することが考えられるが、カードを収納等してしまうと、電力を供給することができなくなるという問題があった。
本発明の課題は、交換の必要のない発電装置をカード内に設け、電力供給対象部品に電力を供給することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、自動発電を行う発電装置を備えたカードであって、カードの動きにより回転される回転部材と、前記回転部材の回転を増速する歯車と、磁性材料から形成され、前記歯車と連結されたロータと、磁性材料から形成され、前記ロータの回転により磁束が変化するステータとが、抜き穴に組み込まれた第１のカード基材と、前記第１のカード基材の両側面にそれぞれ積層された第２及び第３のカード基材とを備え、前記第１、第２、及び第３のカード基材にわたって、前記ステータの所定軸を巻回するように、導電材料からなるパターンが形成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のカードにおいて、前記パターンの端部は充電回路に接続され、前記充電回路にはＩＣモジュールが接続されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のカードにおいて、前記回転部材は歯車であり、前記回転部材の半円部分は、より密度が高く形成されていることを特徴とする。請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のカードにおいて、前記ＩＣモジュール及び前記充電回路は、前記第２のカード基材に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明においては、カードが所有者によって携帯されていると、カードに動きが加わり、その運動の変化が生じる。すると、カードに設けられた回転部材は回転運動し、歯車は回転部材の回転を増速させて、ロータに伝える。ロータは、歯車により高速で回転し、それにより、ステータの磁束が変化し、ステータの所定軸を巻回しているパターンに起電力が発生する。請求項２の発明においては、パターンに発生した起電力は、充電回路に伝えられて充電される。ＩＣモジュールは充電回路に接続されているため、電池等を設けずにＩＣモジュールに電力を供給することができる。
【００１０】
請求項３の発明においては、回転部材の半円部分はより密度が高く形成されているため、回転錘としての機能を有する。請求項４の発明においては、第２のカード基材に設けられた充電回路からＩＣモジュールに電力が供給される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるＩＣカード１０を示す外観図である。図１のＩＣカード１０において、カード基材１１は、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂からなるセンタコアの両面に、透明なオーバーシートをプレスラミネートした積層体である。カード基材１１には、通常、ポリ塩化ビニル樹脂が使用されるが、この他に、ガラスエポキシ，ＡＢＳ，ポリエステル，ポリプロピレン，ポリスチレン，ポリカーボネート，アクリル樹脂等を使用することもできる。カード基材１１には、必要に応じて、後述するＩＣモジュール１２と重ならない領域に、ＩＣカード１０の所有者の氏名等をエンボス文字（凹凸文字）により表示しても良く、また、ＩＣカード１０の所有者のＩＤ等を磁気情報として記録するための磁気ストライプを設けても良い。
【００１２】
ＩＣモジュール１２は、ＩＣチップをモジュール化したものであり、例えばＩＣカード１０の所有者に関する情報や、そのカードの利用履歴等を記録している。ＩＣモジュール１２は、カード基材１１表面に凹部を形成し、この部分に接着等によって固定されている。本実施形態では、ＩＣモジュール１２は、非接触で情報の授受を行うものである。
【００１３】
発電部１３は、ＩＣモジュール１２に電力を供給するためのものであり、電池は設けられていない。発電部１３は、カード基材１１の厚み以下の厚みに形成されており、カード基材１１の一部の領域を抜いて、その部分に配置されている。
図２は、発電部１３の詳細な構造を示す斜視図である。発電部１３は、ＩＣカード１０に生じた運動の変化を電力に変換して、自動発電を行うものである。すなわち、所有者がＩＣカード１０を常時携帯することにより、例えば歩行によって発電可能としたものである。
【００１４】
回転錘１３ａは、半円板状に形成されており、その中心部が支持されて回転自在となっている。回転錘１３ａは、タングステン合金等の密度の高い材料から形成されている。
歯車列１３ｂは、複数個の歯車から構成されており、ギヤ比によって、回転錘１３ａの回転速度を数１０倍〜数１００倍に増速するためのものである。
ロータ１３ｃは、磁性材料から形成されており、歯車列１３ｂからの伝達力を受けて回転するものであり、例えば数千〜数十万ｒｐｍで高速回転される。
ステータ１３ｄは、磁性材料、例えば高透磁率を有するパーマロイから形成されている。
【００１５】
駆動コイル１３ｅは、ステータ１３ｄの一部に巻き付けられており、例えば銅線から構成される。ここで、銅線の断面を略六角形に形成したものが知られており、これにより断面積を数十％小さくすることができる。駆動コイル１３ｅとＩＣモジュール１２とは、電気的に接続されており、駆動コイル１３ｅに発生した起電力は、ＩＣモジュール１２に供給されるようになっている。
【００１６】
次に、ＩＣカード１０の作用について説明する。
ＩＣカード１０の所有者は、ＩＣカード１０を携帯する。例えば所有者が歩行することで、ＩＣカード１０に運動の変化が生じる。この運動の変化により回転錘１３ａが中心部を支点として回転する。この回転は、歯車列１３ｂにより増速され、ロータ１３ｃに伝達される。ロータ１３ｃが回転すると、ステータ１３ｄを通して駆動コイル１３ｅを横切る磁束が変化し、電磁誘導により駆動コイル１３ｅには交流電圧が発生する。この交流電圧は、整流充電・定電圧回路（図示せず）を介して、ＩＣモジュール１２に供給される。ＩＣモジュール１２は、これを電力として駆動する。
【００１７】
以上の動作により、ＩＣカード１０に電池を用いなくても、ＩＣモジュール１２に供給すべき起電力を発生することができる。したがって、ＩＣカード１０の読み取りの際に、読み取り装置側から電力を供給しなくてもＩＣモジュール１２を駆動することができる。これにより、ＩＣモジュール１２がＣＰＵを有するものであっても、駆動するのに十分な起電力を供給することができる。
【００１８】
図３は、本発明の第２の実施形態であるＩＣカード２０を分解して示す斜視図である。ＩＣカード２０は、ＩＳＯ規格に準じた形状としたものである。
このときのカード基材２１の外形は、縦が約５４ｍｍ、横が約８６ｍｍである。また、カード基材２１の厚みは、約０．７６ｍｍである。
【００１９】
図３において、カード基材２１は、３つの板状のカード基材２１ａ，２１ｂ及び２１ｃから構成されている。カード基材２１ａには、ＩＣモジュール２２が入り込むための穴２１ａ−１が形成されている。さらに、ＩＣモジュール２２が取り付けられる部分の近傍には、充電・定電圧回路２１ａ−２が設けられている。取り付けられたＩＣモジュール２２と充電・定電圧回路２１ａ−２とは、カード基材２１ａに設けられたパターン２１ａ−３によって電気的に接続されている。
【００２０】
カード基材２１ｂには、歯車列２３、ロータ２４及びステータ２５が入り込むための抜き穴２１ｂ−１が形成されている。そして、カード基材２１ｂの厚みと略同一の厚みに形成された歯車列２３、ロータ２４及びステータ２５が、この抜き穴２１ｂ−１内に配置される。ここで、歯車列２３の一番外側の大きな歯車は、第１の実施形態の回転錘１３ａの機能も有するように、半円部分の密度が高く形成されている。また、ロータ２４は、歯車列２３とギヤ結合され、歯車としての機能も有するように形成されている。
【００２１】
また、カード基材２１ａ〜２１ｃには、ステータ２５の１つの軸部２５ａを巻回するように、導電材料からなるパターン２６が設けられている。図４及び 図５は、それぞれ、パターン２６の詳細な構成を示す斜視図及び断面図である。図４において、実線及び破線で示す部分がパターン２６であり、２点鎖線で示す部分がステータ２５の軸部２５ａである。また、パターン２６のうち実線で示す部分は、カード基材２１ａ側に形成されたものである。
【００２２】
先ず、カード基材２１ａ側のパターン２６（実線で示す部分）は、ステータ２５の軸部２５ａ上において、軸部２５ａの延在方向と略垂直方向に所定間隔で設けられた多数のパターン２６ａと、そのパターン２６ａのうち端部の２つのパターン２６ａと充電・定電圧回路２１ａ−２とを連結するパターン２６ｂとから構成されている。
【００２３】
そして、パターン２６ａの各端部には、カード基材２１間を貫通するパターン２６ｃが形成されている（図５）。さらにカード基材２１ｃでは、これらの貫通した部分を連結するようにパターン２６ｄが形成されている。これにより、図４に示すように、ステータ２５の軸部２５ａをパターン２６が巻回するように形成される。したがって、ステータ２５を通る磁束が変化することにより、パターン２６に交流電圧が発生する。
発電装置を以上のような構成とすることにより、ステータ２５に巻回すべき導電材料の厚みを最小限にすることができるので、ＩＳＯ規格に準じたカードの厚みに対しても、発電装置を実装することができる。
【００２４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、均等の範囲内で以下のような種々の変形が可能である。例えば、実施形態ではＩＣモジュール１２，２２を取り付けたＩＣカード１０，２０を例にあげて説明したが、光学素子を実装したカードに対しても、本発明を適用することができる。すなわち、光学素子を実装したカードにおいては、発電装置から光学素子に電力を供給することができる。これにより、例えば、電子機器の電源をオン／オフするためのリモコンカードに対して本発明を適用することができる。また、本発明のカードは、キャッシュカード、クレジットカード又はテレフォンカード等の種々の用途に使用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１〜４の発明によれば、カードを携帯等しておくだけで、発電することができる。これにより、省エネルギー化を図ることができる。請求項２の発明によれば、ＩＣモジュールに電力を供給することができる。請求項３の発明によれば、回転部材は回転錘の機能を有する。請求項４の発明によれば、ＩＣモジュールに十分な電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるＩＣカード１０を示す外観図である。
【図２】発電部１３の詳細な構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態であるＩＣカード２０を分解して示す斜視図である。
【図４】パターン２６を詳細に示す斜視図である。
【図５】パターン２６を詳細に示す断面図である。
【符号の説明】
１０  ＩＣカード
１１  カード基材
１２  ＩＣモジュール
１３  発電部
１３ａ  回転錘
１３ｂ  歯車列
１３ｃ  ロータ
１３ｄ  ステータ
１３ｅ  駆動コイル
【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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