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発明の名称 非接触ICカード
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−109861(P2001−109861A)
公開日 平成13年4月20日(2001.4.20)
出願番号 特願平11−285690
出願日 平成11年10月6日(1999.10.6)
代理人
発明者 中島 英実 / 江森 晋 / 五十嵐 進
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】読み書き装置との間で、情報の伝達を又は情報と電力との伝達を非接触で行う場合に使用可能なアンテナ機構と非接触ICチップとを備え、該アンテナ機構は、電磁誘導によって伝達エネルギーを受信可能とする平面状コイルと、該平面状コイルと共振回路を形成するコンデンサから成る共振ユニットを複数備えていることを特徴とする非接触ICカード。
【請求項2】請求項1に記載の非接触ICカードにおいて、前記複数の共振ユニットの一つに非接触ICチップが取り付けてあることを特徴とする非接触ICカード。
【請求項3】請求項2に記載の非接触ICカードにおいて、非接触ICチップが取り付けてある共振ユニットの周囲を取り囲むように、その他の複数の共振ユニットを配置したことを特徴とする非接触ICカード。
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の非接触ICカードにおいて、前記複数の共振ユニットの各共振周波数を、読み書き装置との間で、情報の伝達を又は情報と電力の伝達を行うのに必要な周波数よりも多少上下にシフトさせ、非接触ICカード全体の共振周波数を広帯域化したことを特徴とする非接触ICカード。
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載の非接触ICカードにおいて、前記コンデンサは非接触ICカード部材に印刷配線により得られる平面状コイルと同一部材にあり、該部材の両面に該コンデンサを形成するための平行平板電極が対向するように、パターン状に印刷配線されたことを特徴とする非接触ICカード。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非接触情報媒体に関し、詳しくは、オフィス・オートメーション(Office Automation すなわちOA)、ファクトリー・オートメーション(Factory Automation すなわちFA)、あるいはセキュリティー(Security)の分野等で使用されるICカード等に代表される情報媒体において、電源電力の受電、並びに信号の授受を電磁結合方式によってICカードに電気接点を設けることなく非接触状態で行う非接触ICカードに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリー等を内蔵するICカードの登場により、従来の磁気カード等に比べて、記憶容量が飛躍的に増大するとともに、マイクロコンピュータ等の半導体集積回路装置を内蔵することによってICカード自体が演算処理機能を有することで情報媒体に高いセキュリティー性を付与することができるようになった。
【0003】ICカードはISO(International Organisation for Standardisation)で国際的に規格化されており、一般的にICカードはプラスチックなどを基材とするカード本体に半導体メモリー等のICが内蔵され、カード表面に外部読み書き装置との接続のために金属製の導電性端子が設けられており、そのICカードと外部読み書き装置とのデータの交信のためにICカードを外部読み書き装置のカードスロットに挿入して用いるものである。これは、大量データ交換や決済業務等交信の確実性と安全性が求められる用途、例えばクレジットや電子財布応用では好都合である。
【0004】一方、入退室等のゲート管理への適用に際しては、認証が主たる交信内容であって、交信データ量も少量の場合が多く、より簡略な処理が望まれる。この問題を解決するために考案された技術が非接触ICカードである。これは、空間に高周波電磁界や超音波、光等の振動エネルギーの場を設けて、そのエネルギーを吸収、整流してカードに内蔵された電子回路を駆動する直流電力源とし、この場の交流成分の周波数をそのまま用いるか、或いは逓倍や分周して識別信号とし、この識別信号をアンテナコイルやコンデンサ等の結合器を介してデータを半導体素子の情報処理回路に伝送するものである。
【0005】特に、認証や単純な計数データ処理を目的とした非接触ICカードの多くは、電池とCPU(Central Processing Unit ;中央処理装置)を搭載しないハードロジックの無線認証(Radio Frequency IDentification。以下ではこれを単にRF−IDと呼ぶ)であり、この非接触ICカードの出現によって、磁気カードに比較して偽造や改竄に対する安全性が高まるとともに、ゲート通過に際してカードの携帯者は ゲート装置に取り付けられた読み書き装置のアンテナ部に接近させるか、携帯したカードを読み書き装置のアンテナ部に触れるだけでよく、カードをケースから取り出して読み書き装置のスロットに挿入するというデータ交信のための煩雑さは軽減された。
【0006】非接触ICカードの構成についてその一般論を以下に述べる。図3を参照すると、非接触ICカード1は、非接触ICチップ3を平面状コイル4と共振用コンデンサ5からなる非接触伝達機構が金属皮膜をエッチングして形成されたプラスチックフィルム上に実装してインレット6としてカード基材2に封止したものである。
【0007】また、図4はこの非接触ICカードの等価回路であり、非接触ICチップ3に平面状コイル4および共振用コンデンサ5が並列接続されている。
【0008】短波帯を使用する非接触ICカードにおいては、充分な通信特性を得るために平面状コイル4と共振コンデンサ5からなる同調回路の定数を正確に決定しなければならない。しかしながら、非接触ICチップ3とプラスチックフィルムを用いた共振用コンデンサ5の形成は、その製造工程においてその容量値に大きなばらつきを発生させている。
【0009】従来、このような非接触ICカードの製造においては、インレット6を製作した後に、共振用コンデンサ5の容量調整部の導線切断部5cをパンチ機構などを用いて切断することで共振用コンデンサ5をトリミングして同調させていた。この時の共振用コンデンサの容量値は等価回路 図4における切断されていない容量値C0からCnの総和になる。
【0010】その結果、パンチによりバリが発生しカードの平滑さを損なうなど、カードの品質に悪影響を与えていた。また、共振用コンデンサの容量調整が製造工程を複雑にし、製造原価を引き上げる要因ともなっていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のような従来の技術が持つ問題点に着目してなされたものであって、カード内部に封入される平面状コイルとコンデンサからなるアンテナ機構における共振回路の共振周波数設定のためのコンデンサ容量調整を不要にし、カード構成要素に対する機械的損傷を最小限にし、さらに生産性向上を可能にすることが出来る非接触ICカードを提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために本発明が提供する手段とは、すなわち、請求項1に示すように、読み書き装置との間で、情報の伝達を又は情報と電力との伝達を非接触で行う場合に使用可能なアンテナ機構と非接触ICチップとを備え、該アンテナ機構は、電磁誘導によって伝達エネルギーを受信可能とする平面状コイルと、該平面状コイルと共振回路を形成するコンデンサから成る共振ユニットを複数備えていることを特徴とする非接触ICカードである。
【0013】そして、請求項2に示すように、請求項1に記載の非接触ICカードにおいて、前記複数の共振ユニットの一つに非接触ICチップが取り付けてあることを特徴とする非接触ICカードである。
【0014】そして、請求項3に示すように、請求項2に記載の非接触ICカードにおいて、非接触ICチップが取り付けてある共振ユニットの周囲を取り囲むように、その他の複数の共振ユニットを配置したことを特徴とする非接触ICカードである。
【0015】さらに、請求項4に示すように、前記複数の共振ユニットの各共振周波数を、読み書き装置との間で、情報の伝達を又は情報と電力の伝達を行うのに必要な周波数よりも多少上下にシフトさせ、非接触ICカード全体の共振周波数を広帯域化したことを特徴とする非接触ICカードである。このような構成とすることで、カード部材の製造上のばらつきによるコンデンサの容量変化が生じても、非接触ICカード全体の共振周波数を広帯域にしてあるため、通信特性にあまり影響を与えず、よって、共振用コンデンサの調整作業が不要になる。
【0016】さらに好ましくは、請求項5に示すように、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明を基本とし、前記コンデンサは非接触ICカード部材に印刷配線により得られる平面状コイルと同一部材にあり、該部材の両面に該コンデンサを形成するための平行平板電極が対向するように、パターン状に印刷配線されたことを特徴とする非接触ICカードである。この構成とすることで、カード全体の厚みを増大させることなく、所定の容量値のコンデンサを形成することができ、平面状コイルと一体であるために生産性に優れている。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明における非接触伝達部であるアンテナ機構の基本的構成と基本原理について図面を用いて説明する。図1は本発明にかかる非接触ICカードの概略構成図であり、図2は非接触ICチップ実装部を横切る横断面図である。
【0018】本発明の非接触ICカード1におけるインレット6は、シート状の樹脂材料で構成されたフレキシブルな基板である。インレット6のほぼ中央にはシート状樹脂の表面にプリントパターンで形成された平面状コイル4aがあり、そのコイルの両端は非接触ICチップ3と接続するための電極として形成され、非接触ICチップ3はこの電極に接続するように実装されている。
【0019】そして、非接触ICチップ3が接続された平面状コイル4aを取り囲むようにして、複数の別の平面状コイル4bがプリントパターンにより形成されている。この周囲を取り囲む平面状コイル4bの両端は、それぞれのコイルごとに形成されたコンデンサ、つまり、シート状樹脂の誘電体を介して表面・裏面それぞれ対向した平行平板からなるコンデンサ5に接続され、共振回路を構成している。そして、図示しない読み書き装置から放射される電磁波を受信するための共振ユニット7として動作する。
【0020】インレット6はカード基材2に封入しカード化され、表面を印刷や保護等の処理がなされ非接触ICカード1となる。このカード化する手段は射出成形方式、ラミネート方式、接着剤充填方式、その他何れの方法であっても構わない。また、インレット6の樹脂材料としては塩化ビニルが使用されたが、その他、ポリイミド、ポリカーボネート、PETなども適用でき、材料は一種に固定されるものではない。カード基材についても、塩化ビニルを用いたが、その他、ポリカーボネートなど十分な強度と耐性などカードの特性が得られるもので有ればすべて適用できる。
【0021】さらに、同一工程で複数の非接触ICカードを製造し製造効率を高めるために、複数のインレットを整列配置させた樹脂シートをカード基材で封入し、その後、所定の大きさになるように切断加工され非接触ICカードを得る方法にも適用できる。
【0022】次に、本発明における非接触伝達部であるアンテナ機構の動作について説明する。
【0023】先ず、図示しない読み書き装置で発生された高周波信号により、図示しない送受信アンテナコイルに高周波電磁界が誘起される。そして、この高周波信号は電磁エネルギーとして空間上に放射される。
【0024】このとき、図1における非接触ICカード1がこの高周波電磁界中に位置すると、図示しない送受信アンテナコイルにより発生された高周波電磁界により、非接触ICカード1内の非接触ICチップ3が接続された平面状コイル4aを取り囲むようにして配置されている別の複数による平面状コイル4bおよび該コイル4bに接続されたコンデンサ5から構成された共振ユニット7に高周波電流が流れる。このとき、平面状コイル4bとコンデンサ5による共振回路の定数は、図示しない読み書き装置が放射する高周波電磁界の周波数に鋭く共振するように定数設定されているので、最大の電磁エネルギーを受けられ、また、この共振ユニット(共振回路)は閉ループを形成しているので受信エネルギーは蓄積エネルギーとして存在する。
【0025】それぞれの共振ユニット7は、非接触ICチップ3が接続された平面状コイル4aに近接して周囲を取り囲むようにして配置されているため、それぞれの共振ユニット7に存在する蓄積エネルギーは平面状コイル4aと結合し、非接触ICチップ3へと送り込まれる。そして、非接触ICチップ3が動作するに必要なエネルギーとして用いられる。
【0026】ここで、本発明では各共振ユニット7の共振周波数が、図示しない読み書き装置から放射される高周波電磁界の周波数に一致したものや、多少、高い周波数または低い周波数にシフトしたものがお互いに干渉しないように組み合わされて数種類の共振ユニット7で構成されている。そのため、非接触ICチップ3から非接触ICカード1としてのアンテナ機構における共振周波数特性をみたとき、図示しない読み書き装置から放射される高周波電磁界の周波数を中心にして、多少、高い方・低い方に広がった広帯域特性を得ることができる。
【0027】よって、インレット6の製造工程において、インレット部材であるシート状樹脂の誘電体を介し表面・裏面それぞれ対向した平行平板からなるコンデンサ5の容量等のばらつきが生じて、それにより共振ユニット7の共振周波数が変化しても、非接触ICカード1として非接触ICチップ3からみた広帯域共振周波数特性から極端に離脱する範囲でなければ、図示しない読み書き装置との通信にあまり悪影響を及ぼすことはない。
【0028】また、インレット6の製造工程におけるコンデンサ5の容量ばらつきの最大値・最小値を考慮して、各共振ユニット7の共振回路定数を設定することにより、インレット製造上の容量ばらつきを見込んだ、非接触ICチップ3からみたアンテナ機構における広帯域共振周波数特性としておくことで、製造上のばらつきを気にせず、常に安定した通信が得られる非接触ICカードができる。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明における非接触ICカードは、内部にシート状樹脂材料で構成されたフレキシブルなインレットを有し、そのインレットのほぼ中央には樹脂表面にプリントパターンで形成された平面状コイルがあり、非接触ICチップと接続されている。
【0030】さらに、その周囲には複数の、別の平面状コイルとインレット樹脂の表裏面を介した電極構造によるコンデンサとで形成された共振ユニットが、取り囲むように複数配置されている構造である。そして、各共振ユニットの共振周波数が、読み書き装置から放射される高周波電磁界の周波数に一致したものや、多少、上下に周波数シフトしたもの等、お互いに干渉しないように数種類組み合わせ、非接触ICチップからみたアンテナ機構が広帯域共振特性を得るものとした。そして、各共振ユニットの受信エネルギーは中央部の平面状コイルを介して非接触ICチップへ送り込まれる構成である。
【0031】このような構成とすることで、インレットの製造工程におけるコンデンサ容量ばらつきによる、読み書き装置との通信劣化等が発生せず、常に安定した通信特性が得られる非接触ICカードが製造できる。また、従来の非接触ICカード製造方法のように、インレットを製作した後、共振用コンデンサの容量調整部をパンチ機構などを用いて切断するトリミング同調調整が不要になるので、カード製造工程が簡素化され生産性が向上し、強いては製造原価を低減することが可能になる。また、従来のパンチ機構により発生するバリが引き起こす、カードの平滑性劣化など機械的損傷がなくなり、外観上のカード品質も格段に向上する。




 

 


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