JP2001109861A - 非接触ｉｃカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非接触ＩＣカードであって、カード内のアンテ
ナ機構の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。 【解決手段】内部には、シート状樹脂材料のフレキシブ
ルなインレットが有り、インレットのほぼ中央には樹脂
表面にパターン形成された平面状コイルが有り、非接触
ＩＣチップと接続され、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
に複数配置されてあり、各共振ユニットの共振周波数
が、読み書き装置からの高周波電磁界の周波数および多
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、広帯域共振特性を得る構成と
した。

Description

【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 A
utomation 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Ｉ
Ｃ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 Orga
nisation 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（Cent
ral 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 IDentifica
tion。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Ｉ
Ｃ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Ｉ
Ｃ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる非接触ＩＣカードの概略構成図
である。

【図２】本発明にかかる非接触ＩＣカードの断面図であ
る。

【図３】従来の非接触ＩＣカードにおける概略構成図で
ある。

【図４】従来の非接触ＩＣカードにおける等価回路図で
ある。

【符号の説明】

１…………非接触ＩＣカード ２…………カード基材 ３…………非接触ＩＣチップ ４、４ａ、４ｂ…………平面状コイル ５…………コンデンサ ５ａ………主コンデンサ ５ｂ………調整用コンデンサ ５ｃ………切断部 ６…………インレット ７…………共振ユニット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。