JP4678285B2 - 非接触ｉｃカードリーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣカードとの間において、非接触で通信を行うＩＣカードリーダ装置に関し、例えば入退室管理システム、自動改札システム、電子マネー等におけるＩＤカード、管理カード、定期券、回数券、キャッシュカード等の非接触式ＩＣカードとの間において、非接触で通信を行う非接触ＩＣカードリーダ装置に関するものである。

従来より、壁面に埋め込んで取り付ける非接触ＩＣカードリーダ装置では、ＩＣカードと通信を行うためのループアンテナと、送受信データの変復調を行うと共に、カードリーダを制御する制御部と、これらを格納する筐体を有するものがある。そして、その筐体を壁面に埋め込んで取り付けるための取付け枠と，前面を覆って保護する化粧パネルと、化粧パネルを取り付けるためのベースを備えている。

上記のような非接触ＩＣカードリーダ装置においては、ＩＣカードと通信を行うためのループアンテナは筐体内に設けている。しかも、取付け枠やベースや化粧パネルのサイズに対して相対的に筐体のサイズを小さくしなければならない。従って、筐体内に格納するループアンテナのサイズが小さくなってしまった。

ループアンテナのサイズはＩＣカードの読取り可能距離を決める重要な要素であり、ループアンテナのサイズが小さくなることにより、ＩＣカードの読取り可能距離が短くなってしまうという問題点がある。

また、取付け枠が金属等の導体の場合にはループアンテナから発生する交流磁界により、渦電流が発生してアンテナ特性を劣化させ、ＩＣカードの読取り距離が短くなってしまうという問題点もある。

また、美観上の観点からループアンテナを含む筐体は壁面からの突出をさけるために、ベースよりも後方に配置されることも、ＩＣカードの読取り距離が短くなってしまう原因となっている。

非接触ＩＣカードリーダ装置のアンテナの取り付け方法について、アンテナの位置関係が大きくずれることなく、安定的に維持するようにした技術として、例えば、特許文献１が提案されている。

特許文献１の非接触ＩＣカードリーダ装置は、送信アンテナから電磁波を送信し非接触ＩＣカードから送信された電磁波を受信アンテナで受信する。これらのアンテナのうち少なくとも一方はコイルとし、コイルを保持する絶縁性を有する基板と、コイルを基板に固定する取付け手段を有している。取付け手段は基板の所定位置にコイルを固定するためのものであり、コイルを横切って、基板のコイル配置位置に配設された透孔に係合し、コイルを所定位置に固定する。

また、壁面埋め込み式の非接触ＩＣカードリーダ装置のアンテナについて、アンテナの操作面側表面近傍の金属体がアンテナの通信可能な距離に影響を与えないようにした非接触ＩＣカードリーダ装置が知られている（例えば、特許文献２）。この特許文献２には、アンテナの操作面側表面近傍の金属製化粧部材により読みとり距離に影響を与えないように、化粧部材に切り込みを付けた技術が開示されている。
特開２００１−１２６０３６号公報 特開平４−８６９７４号公報

上記特許文献１の非接触ＩＣカードリーダ装置によれば、アンテナを効率よく固定できるようにしたことについて開示されている。しかし、特許文献１には、壁面に埋め込む非接触ＩＣカードリーダにおいて、アンテナをできるだけ前面に出してＩＣカードとの距離をできるだけ小さくすることや、できるだけ通信可能距離を延ばせるようにすることや、アンテナを大きくすることについては記載されていない。

また、特許文献２は、アンテナの操作面側表面近傍の金属製化粧部材によって読み取り距離（通信可能距離）に影響を与えないようにした非接触ＩＣカードリーダに関するもので、化粧部材に切り込みを付けた技術が開示されている。しかし、壁面からＩＣカードとの距離そのものを小さくする手段や、通信感度および通信可能距離をかせぐためにアンテナを大きくすることについては記載されていない。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、アンテナのサイズを大きくとれるようにしてアンテナ特性を向上させることで、アンテナとＩＣカードとの距離をできる限り延ばせるようにした非接触ＩＣカードリーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る非接触ＩＣカードリーダ装置は、上述のような目的を達成するために、カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部および送受信データの変復調を行う無線回路部とを格納する筐体と、非接触ＩＣカード又はアクティブタグとの通信を行うための交流磁界を発生するループアンテナと、枠体の中央部に設けられた開口周縁に前記筐体を係止保持する係止部材が形成された取付け枠と、当該非接触ＩＣカードリーダ装置の取り付け先である壁面に向かう正対視で前記取付け枠と前記筐体とのいずれをも隠蔽する大きさに形成された樹脂製の化粧パネルとを備え、非接触ＩＣカード又はアクティブタグと非接触に通信を行う非接触ＩＣカードリーダ装置であって、
前記ループアンテナが、前記化粧パネルの内部に、前記筐体よりも大きく巻回して形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ装置において、前記ループアンテナが、２枚の樹脂製の部材の内部に挟み込まれて張り合わされて前記化粧パネルと一体化されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ装置において、前記ループアンテナが、前記化粧パネル内部に一体成形により埋設されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項２記載の非接触ＩＣカードリーダ装置において、前記ループアンテナが、２枚の樹脂製の部材の内部に磁性体層と導体層とともに挟み込まれて張り合わされて前記化粧パネルと一体化されていることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項３記載の非接触ＩＣカードリーダ装置において、前記ループアンテナが、磁性体層と導体層とともに前記化粧パネル内部に一体成形により埋設されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る非接触ＩＣカードリーダ装置によれば、筐体のサイズにとらわれずにアンテナのサイズ、すなわち正面寸法（有効送受信面積）を大きく設計できるとともに、前面（すなわち、筐体より壁面寄り、つまりＩＣカード寄り）に配置される化粧パネルと一体化して構成するので、アンテナ特性の劣化を小さくでき、通信可能距離など通信性能を向上させることができる。また、製造の容易化とコストの低減を図りながら、壁面に取り付けた場合に化粧パネル一体アンテナの壁からの突出を小さくすることができる。また、アンテナは化粧パネル内部に化粧パネルと一体化されているので、アンテナが表面に露出せず、アンテナが断線等により破損するのを防ぐことができ、取り扱い性が向上する。

請求項２に係る発明によれば、請求項１の効果に加えて、アンテナが断線等により破損するのを確実に防ぐことができ、取り扱い性の向上を図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、請求項１および２の効果に加えて、さらに、化粧パネル一体アンテナの製造の容易化とコストの低減と壁からの突出をさらに小さくすることと取扱い性の向上を図ることができる。

請求項４に係る発明によれば、請求項１の効果に加えて、化粧パネルの内部に形成されたスパイラル形状のアンテナパターンと磁性体層及び導体層から構成するようにしたので、裏面への不要な磁界放射を抑制することができる。さらに、製造の容易化とコストの低減を図ることができる。

請求項５に係る発明によれば、請求項４の効果に加えて、製造の容易化とコストの低減と壁からの突出をさらに小さくすることと取扱い性の向上を図ることができる。

次に、本発明の最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の第一の実施形態を示す分解斜視図、図２はそれを壁面に取り付けた状態の側面図、図３はその化粧パネル一体化アンテナの構成を説明する図で、同図（ａ）は前面斜視図、同図（ｂ）は側面断面図、同図（ｃ）は分解側面図、図４はその筐体の構成を示す正面図である。

図に示すように、本形態の非接触ＩＣカードリーダ装置（以下、単にＩＣカードリーダ装置ともいう）１は、ＩＣカード（図示していない）への給電および通信を行うためのループアンテナ２と、カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部３と、送受信データの変復調を行う無線回路部４と、本体制御部３および無線回路部４を格納する筐体５を有する。さらに、筐体５を壁９に取り付けるための取付け枠６と、化粧板（以下では化粧パネルとも称する）８と、化粧パネル８を壁９に取り付けるためのベース７を有している。

ループアンテナ２はＩＣカードに給電および通信を行うために交流磁界を発生する働きをするものであり、樹脂、磁性体、誘電体等の基板面に印刷又はエッチングによりスパイラル状に導体パターンが形成されるかまたは導体が巻かれて形成され、後述するように化粧パネル８に挟み込まれて化粧パネル８と一体化されている。

そして、ループアンテナ２の端部に、リード線１１が接続されて筐体５の中の本体制御部３に接続し、ループアンテナ２で受けた磁気信号を本体制御部３へ伝え、逆に本体制御部３を起点として生成された信号電流をループアンテナ２に流す。

本体制御部３はカードリーダ全体の動作を制御する部分であり、基板に設けられて筐体５内に格納されている。そして、変復調された信号を受けてカードリーダ全体の動作をする電気信号を発信する。無線回路部４はループアンテナ２で送受信するデータの変復調を行うものであり、これも本体制御部３と同様に基板に設けられて筐体５内に格納されている。

筐体５は取付け枠６の係止部材６ｂに係止可能な爪構造（不図示）が表面に形成されたほぼ箱形をなし、基板に設けられた本体制御部３および無線回路部４を内部に格納し、その爪構造を取付け枠６の係止部材６ｂに係止されることで取付け枠６に固定されて、その大部分は壁９の中に入り込んで設置される。

取付け枠６は樹脂から形成され、中央部に開口６aを有し、この開口６aに面して中心側に付勢する係止部材６ｂを形成している。また、取付け枠６の対向する１対の辺には壁９に取り付けるねじを挿通する挿通穴６ｃが設けられている。そして、この挿通穴６ｃにねじ１０を挿通し、壁９に取付け枠６を固定する。これにより、開口６aに嵌合した筐体５を壁９に取り付ける。

ベース７は樹脂から形成され、中央部に開口７aを有し、取付け枠６と係合して不用意に外れないようにする係止部（不図示）を有するとともに、化粧パネル８を固定する係合部７ｂを有している。

化粧パネル８は、１対のそれぞれ樹脂からなる化粧パネル８を形成する部材の表部材８ａ、裏部材８ｂ間にループアンテナ２を挟み込み、接着、嵌合等により張り合わせることでアンテナと一体化されている。ループアンテナ２の端部に接続されたリード線１１は化粧パネル８の裏面側に導出されている。

上記のように構成したＩＣカードリーダ１は、筐体５を取付け枠６の開口６ａに嵌合し、取付け枠６を壁９にねじ１０により固定する。そして、取付け枠６をベース７に固定し、更にループアンテナ２と一体化した化粧パネル８をベース７に取り付ける。そしてループアンテナ２に接続したリード線１１を筐体５内の無線回路部４に電気的に接続する。

ＩＣカードをＩＣカードリーダ装置１の化粧パネル８面にかざすと、ＩＣカードリーダ装置１からループアンテナ２に電流を流して発生されている交流磁界により、ＩＣカードのアンテナに電流が流れて、ＩＣカード内部に給電がなされる。そして、ＩＣカードの制御回路が駆動され、記録されている情報信号がＩＣカードから返信されて、ループアンテナ２により受信され、その情報信号を無線回路部４で復調し、本体制御部３で判断処理して所定のメンバーのものか否かを判定して通過を許可又は不許可にするなど所定の対応を行うとともに、処理信号を上位装置などへ出力する。

本形態のようにループアンテナ２を筐体５より大きいサイズで前面に配置される化粧パネル８に一体的に設けると、ループアンテナ２を筐体５の内部に配置する場合に比べてＩＣカード寄りに配置できるとともに、筐体５のサイズにとらわれずにＩＣカードに対向するアンテナのサイズ、すなわち正面寸法（有効送受信面積）を大きく設計できる。従って、ループアンテナ２を大きく設計できるので、アンテナ特性の劣化を小さくでき、通信可能距離など通信性能を向上させることができる。また、製造の容易化とコストの低減を図りながら、壁９に取り付けた場合に化粧パネル８と一体化したアンテナの、壁９からの突出を小さくすることができる。また、アンテナは化粧パネル８内部に化粧パネル８と一体化されているので、アンテナが表面に露出せず、アンテナが断線等により破損するのを防ぐことができ、化粧パネル８と一体化したアンテナの取扱い性が向上する。
（第二の実施形態）
図５は本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の他の実施形態の、アンテナと一体化した化粧パネルを示す図で、同図（ａ）は前面斜視図、同図（ｂ）はその側面断面図である。

本形態のＩＣカードリーダ装置１のループアンテナ２は化粧パネル８内部に一体成形により埋設して一体化している点で上記形態と相違している。本形態のＩＣカードリーダ装置１において、上記形態と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示すように、本形態の化粧パネル８は樹脂から構成され、基板に形成されたループアンテナ２と一体成形することで、ループアンテナ２と一体構造に形成されている。

リード線１１はループアンテナ２と接続して化粧パネル８を挿通して、筐体５に接続し、筐体５の中の本体制御部３に接続している。

本形態によれば、化粧パネル８とループアンテナ２を一体に形成するようにしているので、上記形態の効果に加えて、さらに強度が向上する。
（第三の実施形態）
図６は本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置のさらに他の実施形態の、アンテナと一体化した化粧パネルを示す図で、同図（ａ）は前面斜視図、同図（ｂ）は側面断面図、同図（ｃ）は分解側面図である。

本形態のＩＣカードリーダ装置１のループアンテナ２は磁性体層１２と導体層１３と積層されて化粧パネル８と一体化されている点で上記形態と相違している。本形態のＩＣカードリーダ装置１において、上記形態と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図６に示すように、本形態の化粧パネル８は、樹脂製の表部材８ａと裏部材８ｂとから構成され、表部材８ａ側から順にループアンテナ２、磁性体層１２を形成する磁性部材、導体層１３を形成する導電性部材が配置されて挟み込まれ、表部材８ａと裏部材８ｂとが接着、嵌合等により張り合わされて化粧パネル８と一体化したアンテナが構成されている。

リード線１１はループアンテナ２と接続して化粧パネル８を挿通して、筐体５に接続し、筐体５の中の本体制御部３に接続している。

このようにループアンテナ２を、アンテナパターン（ループアンテナ２）と磁性体層１２および導体層１３から構成するので、裏面への不要な磁界放射を抑制することができる。また、上記形態と同様に、アンテナが筐体５内や取付け枠６に配置される場合と比較して、より前面に配置できる。そのため、通信性能の向上を図ることができる。さらに、壁９に取り付けた場合に化粧パネル８と一体化したアンテナの、壁９からの突出を小さくすることができる。また、アンテナパターン（ループアンテナ２）が化粧パネル８の表面に露出しないので、アンテナパターンが断線等により破損する事を防ぐことができ、化粧パネル８と一体化したアンテナの取扱い性が向上する。
（第四の実施形態）
図７は本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置のさらに他の実施形態の、アンテナと一体化した化粧パネルを示す図で、同図（ａ）は前面斜視図、同図（ｂ）はその側面断面図である。

本形態のＩＣカードリーダ装置１のループアンテナ２は磁性体層１２と導体層１３が形成された層と積層されて化粧パネル８と一体成形により一体化する点で上記形態と相違している。本形態のＩＣカードリーダ装置１において、上記形態と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図７に示すように、基板に形成されたループアンテナ２に、磁性体層１２および導体層１３が形成されるように積層され、一体成形することで、ループアンテナ２は化粧パネル８内部に埋設されて一体構造に形成されている。

リード線１１はループアンテナ２と接続して化粧パネル８を挿通して、筐体５に接続し、筐体５の中の本体制御部３に接続している。

このように、アンテナパターン（ループアンテナ２）と磁性体層１２および導体層１３から構成するように一体成形するので、強度が向上する。また、壁面に取り付けた場合に化粧パネル８一体アンテナの壁９からの突出を小さくすることができる。また、アンテナパターンが表面に露出しないので、アンテナパターンが断線等により破損することを防ぐことができ、化粧パネル８と一体化したアンテナの取扱い性が向上する。

なお、上述において、取付け枠６とベース７を樹脂で構成する例で説明したが、これに限られないことは勿論であり、金属製としても良い。また、ループアンテナ２と無線回路部４との接続をリード線１１で行う例で説明したが、他の接続方法によるものであってもよい。また、上記では、筐体５、取付枠６、ベース７の各固定を嵌合により実現しているが、これに限定するものではなく、ビス止め、粘着テープ等の他の手段でもかまわない。また、化粧パネル８の取り付けについても、係合させるとしているが、嵌合、ビス止め、粘着テープ等によってもかまわない。

さらに、上記では、ＩＣカードとして、非接触ＩＣカードリーダ装置１のループアンテナ２から磁束を高速で往復通過させることにより内部回路に生じさせた逆起電力を内部電源として利用するタイプについて説明したが、これに限らず、ＩＣカード自体に電源を内蔵させたものであってもよい。つまり、非接触ＩＣカードリーダ装置１のループアンテナ２からは無線信号としての磁束だけをＩＣカードに送出するものであってもかまわない。

本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の第１の実施形態の分解斜視図である。 その側面図ある。 その化粧パネル一体アンテナを示す図で、同図（ａ）は前面斜視図、同図（ｂ）は側面断面図、同図（ｃ）は分解側面図である。 その筐体の構成を示す正面図である。 本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の化粧パネル一体アンテナの他の実施形態を示す図で、同図（ａ）は前面斜視図、同図（ｂ）は側面断面図である。 本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の化粧パネル一体アンテナのさらに他の実施形態を示す図で、同図（ａ）は前面斜視図、同図（ｂ）は側面断面図、図（ｃ）は分解側面図である。 本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の化粧パネル一体アンテナのさらに他の実施形態を示す図で、同図（ａ）は前面斜視図、同図（ｂ）は側面断面図である。

符号の説明

１ 非接触ＩＣカードリーダ装置
２ ループアンテナ（化粧パネル）
３ 本体制御部
４ 無線回路部
５ 筐体
６ 取付け枠
７ ベース
８ 化粧パネル
９ 壁
１１ リード線
１２ 磁性体層
１３ 導体層

Claims (5)

1. カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部および送受信データの変復調を行う無線回路部とを格納する筐体と、非接触ＩＣカード又はアクティブタグとの通信を行うための交流磁界を発生するループアンテナと、枠体の中央部に設けられた開口周縁に前記筐体を係止保持する係止部材が形成された取付け枠と、当該非接触ＩＣカードリーダ装置の取り付け先である壁面に向かう正対視で前記取付け枠と前記筐体とのいずれをも隠蔽する大きさに形成された樹脂製の化粧パネルとを備え、非接触ＩＣカード又はアクティブタグと非接触に通信を行う非接触ＩＣカードリーダ装置であって、
   前記ループアンテナが、前記化粧パネルの内部に、前記筐体よりも大きく巻回して形成されていることを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ装置。
2. 前記ループアンテナが、２枚の樹脂製の部材の内部に挟み込まれて張り合わされて前記化粧パネルと一体化されていることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。
3. 前記ループアンテナが、前記化粧パネル内部に一体成形により埋設されていることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。
4. 前記ループアンテナが、２枚の樹脂製の部材の内部に磁性体層と導体層とともに挟み込まれて張り合わされて前記化粧パネルと一体化されていることを特徴とする請求項２記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。
5. 前記ループアンテナが、磁性体層と導体層とともに前記化粧パネル内部に一体成形により埋設されていることを特徴とする請求項３記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。

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