JP2000090221A

JP2000090221A - 非接触型ｉｃカード

Info

Publication number: JP2000090221A
Application number: JP10255591A
Authority: JP
Inventors: Koji Daikyo; 康次大饗; Susumu Imai; 奨今井
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電波を介した電磁誘導による電力供給において
安定な動作をさせることができる非接触型ＩＣカードを
提供することにある。【解決手段】アンテナコイルを介して供給される電波に
より得られる電力がＩＣカードとして可動可能な電圧値
以上か否かを検出する検出手段と、供給電力が可動可能
な電圧値以上のときには、余剰電力を二次電池あるいは
コンデンサに充電する充電回路と、検出手段の検出結果
に応じて供給電力が可動可能な電圧値未満のときには二
次電池あるいはコンデンサからの電力によりＩＣカード
を動作させ、供給電力が可動可能な電圧値以上のときに
は供給電力によりＩＣカードを動作させかつ余剰電力を
充電回路により二次電池あるいはコンデンサに充電する
切換手段とを備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、非接触ｌＣカー
ドに関し、詳しくは、電波を介した電磁誘導による電力
供給において安定な動作をさせることができる非接触型
ＩＣカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣモジュールを搭載したＩＣカード
は、磁気カードに比較して格段に高いセキュリティーを
実現できることから、近年、急速に普及しつつある。特
に、最近では、ＩＣカードを用いた電子マネーシステム
が注目されており、ＡＴＭ端末装置（以下ＡＴＭ端末）
をキャッシュレス化することが可能であるため、従来の
ＡＴＭ端末のセキュリティー上の問題点であった現金の
出し入れを不要とする点で、ＩＣカードの普及が期待さ
れている。ＩＣカードで現在普及しているものは、ＩＣ
モジュールが接点として露出した形態の接触型ＩＣカー
ドであるが、電波を介した電磁誘導等によるデータ伝送
を用いた非接触型ＩＣカードも徐々に広まりつつある。
非接触型ＩＣカードは、ＩＣモジュールが露出していな
いため、塵埃の多い環境下でも、高信頼性を保ちなが
ら、動作する利点がある。

【０００３】近年、この非接触型（コンタクトレス）Ｉ
Ｃカードの標準化が進められていて、これには、密着型
（〜２mm）、近接型（２mmから１０mm程度まで）、近傍
型（１０mm〜７０cm程度）のものが提案されている。こ
れは、ＩＣカードリーダとＩＣカードとを、例えば、中
心周波数１３．５６ＭＨｚの電波で結合して電力を供給
し、データの授受を行うものであるが、その具体的な構
想はこれからの問題である。こうしたＩＣカードへの電
源供給として、充電可能な二次電池を搭載した形態のＩ
Ｃカードがすでに提案されている。例えぱ、特開平５−
１６６０１９号公報においては、ＩＣカード本体部の少
なくとも一方のカード面に、シート状のポリマー二次電
池が配置されているＩＣカードが示されている。さら
に、特開平９−３２６０２１号公報には、カード表面に
充電のための複数の接触端子を有し、さらに端末装置と
非接触でデータ交換するために非接触インタフェース装
置および送受信用コイルと、入力されたデータを処理す
るデータ処理装置と、充電可能なバッテリと、接触によ
り端末装置からの供給電力でバッテリを充電するための
充電装置とを備えている複合ＩＣカードが開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】さて、ＩＣカードへの
電力供給に関する前記した従来の技術では、外部から電
力を受ける非接触型ＩＣカードを考慮した電源供給とい
う観点からみていまだ十分なものとはなってはいない。
その理由は、非接触型ＩＣカードが電波という媒体を介
して電力供給を受ける関係で常時安定な電力を受けられ
るとは限らないからである。例えば、前記の特開平５−
１６６０１９号公報には、非接触型ＩＣカードを考慮し
た記述はなく、一般的なＩＣカードへの電源供給という
点では優れた技術ではあるが、非接触型ＩＣカードの特
性である、電波を介した電磁誘導等による電力供給の問
題が取り上げられていない。また、前記の特開平９−３
２６０２１号公報は、接触式および非接触方式の２方式
にてデータ交換を可能とした複合ＩＣカードについての
技術であるが、電力供給を電磁誘導で行わない場合はペ
ーパーバッテリからの供給電力を用いる構成となってい
る。そのために、接触端子がカード表面に露出する形態
を採る必要がある。その結果、非接触型ＩＣカードの利
点が犠牲になってしまう。それは、非接触型ＩＣカード
が塵埃の多い環境下でも高信頼性を保つことができ、挿
抜に対する耐久性が強い等といった点である。この発明
の目的は、このような従来技術の間題点を解決すること
であり、電波を介した電磁誘導による電力供給において
安定な動作をさせることができる非接触型ＩＣカードを
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の非接触型ＩＣカードの構成としては、アン
テナコイルを介して供給される電波により得られる電力
がＩＣカードとして可動可能な電圧値以上か否かを検出
する検出手段と、二次電池あるいはコンデンサに充電す
る充電回路と、検出手段の検出結果に応じて供給電力が
可動可能な電圧値未満のときには二次電池あるいはコン
デンサからの電力によりＩＣカードを動作させ、供給電
力が可動可能な電圧値以上のときには供給電力によりＩ
Ｃカードを動作させかつ余剰電力を充電回路により二次
電池あるいはコンデンサに充電する切換手段とを備える
ものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】このように、電波によりアンテナ
コイルで受けた電力の電圧値を監視して電波による電力
供給において供給電力の電圧が可動可能な電圧値未満の
ときには二次電池あるいはコンデンからの電力によりＩ
Ｃカードを動作させ、供給電力の電圧が可動可能な電圧
値以上のときには動作中あるいは動作後の余剰電力によ
り充電回路を介して二次電池あるいはコンデンサを充電
するようにする。これにより電波による安定しない電力
供給において可動可能な電圧値未満のときには、電波に
よる不安定な電力を使用することなく電池あるいはコン
デンサの安定した電力を使用してＩＣモジュールを動作
させ、かつ、余分な電力は充電に使用されるので、電力
の無駄がなくなる。しかも、電波によりアンテナコイル
で受けた電力を使用する場合にも、余分な電力は充電側
に回せるので、電波の出力が強すぎてもＩＣモジュール
側では安定した電圧の電力を使用することができる。な
お、充電のための電力は、多少安定していない電力を受
けても充電は可能であり、あるいは動作中においては、
強力な電波に応じて電力供給を受けて充電される。ま
た、余剰電力の電圧が低いときには、昇圧回路を設けて
充電することもできる。さらに、二次電池あるいはコン
デンサからの電力を利用しているときに、その電圧が低
下しているときには、電波による電力供給側に対して電
力供給要求の信号を発信する発信手段を設けるようにす
れば、これによりこれら二次電池あるいはコンデンサに
対して充電することが可能になる。

【０００７】以上の場合、電池としては可とう性を有す
る二次電池を使用することができる。このような場合に
は、可とう性を有する二次電池は、カード表面のいずれ
にも露出されていない形態を採ることで塵埃の多い環境
下でも高信頼性を保つことができる。可とう性を有する
二次電池としては、ポリマーリチウム二次電池であれ
ば、３Ｖ以上の電圧を供給できることから、ＩＣモジュ
ールを駆動する電力供給にあたって好ましい。なお、可
とう性を有する二次電池の充電時に過充電を防止するた
めに、可とう性を有する二次電池の充電電流を監視する
手段を具備するとよく、あらかじめ定めた電流値以下に
なったときに充電を終了することが好ましい。また、充
電時間を監視する手段を設けて、規定の充電時間になっ
たとき充電を終了することが好ましい。これらにより、
過充電による発火あるいは発煙等を防止することができ
る。さらに、可とう性を有する二次電池の過放電を防止
するために、放電電圧を監視する手段を具備し、規定の
放電電圧以下になったとき放電を停止することが好まし
い。また、放電電流を監視する手段を設けておき、規定
の放電電流以上になったとき放電を停止するようにして
もよい。このようにすることで、たとえ短絡等が生じた
場合でも、過大な電流が電池から流れることを回避でき
る。

【０００８】ところで、前記二次電池は、アンテナコイ
ルの閉曲線の内部に配置するとよく、これにより、二次
電池の実装体積を大きく採ることができるので、二次電
池の容量の点で有利となる。さらに、それによりアンテ
ナコイルの閉曲線が囲む面積を大きくすることも可能と
なり、電磁誘導によって伝送される電力供給の点で有利
になる。また、アンテナコイルの閉曲線の内部に、二次
電池と、真空透磁率以上の透磁率を有する磁性材料が位
置する構成を採れば、磁気コイルの閉曲線を交差する磁
束密度を高めることができ、電磁誘導によって伝送され
る電力供給がさらに効率的にできる。磁性材料は、電力
伝送に用いる周波数帯域にも依存するが、ＭｎＺｎフェ
ライトあるいはＮｉＺｎフェライトが好適である。特
に、近接型や近傍型で使用される周波数が１３．５６Ｍ
Ｈｚの場合はＮｉＺｎフェライトが好ましい。

【０００９】

【実施例】図１は、この発明の非接触型ＩＣカードを適
用した一実施例のブロック図であり、図２は、その全体
的な構成例の分解説明図である。図２において、１は、
非接触型ＩＣカードであり、非接触型ＩＣカード１は、
上面カバーシート１０１、アンテナコイル１０２を有す
るコアシート１０３、ポリマーリチウム二次電池１０
４、ＩＣモジュール１０５、下面カバーシート１０６か
ら構成されている。コアシート１０３は、アンテナコイ
ル１０２を磁気結合コイルとするためのシート状の基板
であり、内側に開口１０８または凹部１０８が設けられ
ており、非接触型ＩＣカード１は、可とう性を有する二
次電池１０４（ここではポリマーリチウム二次電池）を
このシートの前記の開口１０８または凹部１０８にはめ
込んで、上部と下部の少なくとも一方から上面カバーシ
ート１０１あるいは下面カバーシート１０６の絶縁性材
料で挟み込んだ構造となっている（図４（ｃ）の断面図
参照）。なお、二次電池１０４の端部には端子１０７
ｃ，１０７ｄが設けられ、これらの端子１０７ｃ，１０
７ｄ（図１参照）を介してＩＣモジュール１０５が接続
されている。

【００１０】すなわち、非接触型ＩＣカード１は、可と
う性を有する二次電池であるポリマーリチウム二次電池
１０４と、アンテナコイル１０２と、ＩＣモジュール１
０５を有していて、ここでは、ＩＣモジュール１０５に
おける電源供給手段として、ポリマーリチウム二次電池
１０４（以下二次電池１０４）からの電源供給およびア
ンテナコイル１０２による電源供給の少なくとも一方を
電波による電力供給量（その電圧）に応じて選択する構
成を採る。その選択回路としてＩＣモジュール１０５に
は後述する電源供給回路２０４が内蔵されている。

【００１１】ＩＣモジュール１０５は、図１に示すよう
に、ＩＣカードコントローラ２０１、二次電池１０４の
保護回路２０２、充電放電制御回路２０３、電源供給回
路２０４とで構成される。ＩＣカードコントローラ２０
１は、ＣＰＵ２１０、ＲＡＭ２１１、ＲＯＭ２１２、Ｅ
ＥＰＲＯＭ２１３、入出力制御回路２１４を有し、これ
ら回路が相互にバス２１５を介して接続されている。さ
らに、電源供給回路２０４もバス２１５に接続されてい
て、この回路はＣＰＵ２１０の制御下にある。入出力制
御回路２１４は、アンテナコイル１０２に連結された端
子１０７ａおよび端子１０７ｂからの信号を受けてある
いはこれらに信号を送出してデータ伝送の制御する回路
である。端子１０７ａ，１０７ｂは、ここでは電力供給
の端子にもなっていて、先の電源供給回路２０４にも接
続されている。そこで、受信した電波が変調された電波
であるときには、入出力制御回路２１４により信号とし
てそれが取出され、復調されてＣＰＵ２１０等のデータ
処理回路に送られる。搬送波の電波（キャリア）だけの
送信となる無変調状態のときあるいは一定振幅状態のと
きで特に電力用の強い出力の電波による搬送波ときに
は、それが電力として電源供給回路２０４に受け入れら
れ、電源供給回路２０４により電力として取り出され
る。なお、非接触型ＩＣカード１とそのリーダ（ここで
はＩＣカードリーダ・ライタ２）との間のデータ伝送の
ときの変調は、通常、ＡＳＫ，ＰＳＫあるいはＦＳＫの
いずれかである。

【００１２】電源供給回路２０４は、同調回路２０４
ａ、整流回路２０４ｂ、レギュレータ２０４ｃ、整流回
路２０４ｂの出力電圧を検出する電圧検出回路２０４
ｄ、そして出力電圧検出回路２０４ｄの検出信号に応じ
て電源の切換処理を行う供給電力切換回路２０４ｅとが
設けられている。ここで、供給電力切換回路２０４ｅ
は、ＩＣモジュール１０５等の供給電力をレギュレータ
２０４ｃの出力あるいは端子１０７ｃ，１０７ｄに接続
された二次電池１０４の出力のいずれかに切換えるとと
もに、二次電池１０４への充放電制御を行う。前記の同
調回路２０４ａには、二次電池１０４から微量の電力が
供給された起動回路２０５が接続されている。起動回路
２０５は、微弱な所定の周波数の電波による電流信号を
アンテナコイル１０２を介して受けたときにＩＣモジュ
ール１０５を動作させるものであって、同調回路２０４
ａからの信号を高周波増幅する高周波増幅回路、整流回
路、整流回路の出力を受けて動作するパワーオンリセッ
ト回路、電源スイッチ回路等で構成され、アンテナコイ
ル１０２が所定値以上の微弱な電波を受信したときに、
電源スイッチ回路を作動させるとともにパワーオンリセ
ット回路を動作させて、ＩＣモジュール１０５を起動さ
せてこれを動作状態にする。

【００１３】供給電力切換回路２０４ｅは、アンテナコ
イル１０２から端子１０７ａおよび端子１０７ｂを介し
て整流回路２０４ｂからレギュレータ２０４ｃに供給さ
れる電力の電圧を電圧検出回路２０４ｄの検出信号を受
けて監視し、例えば、出力電圧検出回路２０４ｄにより
検出される整流回路２０４ｂの電圧が４．０Ｖ以上の電
力であるとき、レギュレータ２０４ｃから安定化した電
圧、例えば３．６Ｖの電力を内部の各種回路に送出する
とともにレギュレータ２０４ｃに供給される電力の一部
を充放電回路２０３、保護回路２０２を介して二次電池
１０４へ充電電流として供給する。あるいは、整流回路
２０４ｅのコンデンサ２０４ｆに余剰電力を充電してお
き、動作後にこの余剰の電力を二次電池１０４へ充電す
る。なお、後者の場合、コンデンサ２０４ｆは、容量が
大きくなるので、ＩＣに対して外付けされるコンデンサ
であってもよい。

【００１４】供給電力切換回路２０４ｅは、出力電圧検
出回路２０４ｄにより検出される整流回路２０４ｂの電
圧が、例えば、４．０Ｖ以下であっても３．６Ｖ以上の
ときには、レギュレータ２０４ｃから安定化された電圧
の電力を内部の各種回路の送出するが、このときには、
充放電回路２０３、保護回路２０２を介して行う二次電
池１０４への充電を停止して単に整流回路２０４ｅのコ
ンデンサ２０４ｆに充電してその電力を確保する。一
方、端子１０７ａおよび端子１０７ｂを介して整流回路
２０４ｂからレギュレータ２０４ｃに供給される電力の
電圧が前記の３．６Ｖ未満のときには、供給電力切換回
路２０４ｅは、レギュレータ２０４ｃからの出力電力を
遮断して保護回路２０２、充放電回路２０３を介して二
次電池１０４から電力を受けて内部の各種回路へ電力供
給をする。

【００１５】これにより電波の受信状態が弱い、いわゆ
る弱電界の状態の時であっても内部の各種回路は、安定
した動作をすることができる。そして、供給電力切換回
路２０４ｅの前記のような切換え制御は、ＣＰＵ２１０
が実行するプログラムにより行われる。そのための電圧
監視プログラム２１３ａと充電要求処理プログラム２１
３ｂとがＥＥＰＲＯＭ２１３に記憶されている。電圧監
視プログラム２１３ａは、定期割込み処理によりＣＰＵ
２１０により定期的に実行され、電源供給回路２０４を
介して出力電圧検出回路２０４ｄにより検出される整流
回路２０４ｂの現在の電圧値をデジタル値の形で得て供
給電力切換回路２０４ｅに対してＣＰＵ２１０が所定の
制御信号を送出して切り換え制御を行う。なお、電源供
給回路２０４は、内部にＡ／Ｄ変換回路を有している。

【００１６】図３は、非接触型ＩＣカードの充電および
電源供給動作のフローチャートである。非接触型ＩＣカ
ード１を、非接触型ＩＣカード対応のＩＣカードリーダ
あるいはＩＣカードリーダ・ライタ２（図１参照）に近
づけると、非接触型ＩＣカード１のアンテナコイル１０
２は、非接触型ＩＣカード対応リーダ（リーダ・ライ
タ）から発信される電磁波を受信する（ステツブ１０
１）。このとき、アンテナコイル１０２に微弱な所定の
周波数の電波、例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数の電
波が供給される。これをアンテナコイル１０２が受ける
と、同調回路２０４ａにより同調が採られて受信電波レ
ベルが一定レベルに達した時点で起動回路２０５が動作
してＩＣモジュール１０５を起動する。これによりＩＣ
モジュール１０５が動作状態に入る。これと同時にこの
受信によりアンテナコイル１０２の端子間に電圧が誘起
され、それを電源供給回路２０４内の整流回路２０４ｂ
が受けて整流して所定の電圧の電力とする（ステップ１
０２）。また、電源供給回路２０４に対しては、ＣＰＵ
２１０による定期的な電圧監視プログラム２１３ａの実
行によりステップ１０２におけるアンテナコイル１０２
を介して受給され、整流回路２０４ｂで整流された電力
の電圧とＩＣカード駆動可能電圧値とが比較される（ス
テップ１０３）。

【００１７】ここで、アンテナコイル１０２を介して得
られた電力の整流された電圧値がＩＣカード駆動可能電
圧以上（例えば、先の３．６Ｖ）ならば、ＩＣカードコ
ントローラにアンテナコイル１０２からの電力をレギュ
レータ２０４ｃを介して供給する（ステップ１０４）。
さらに、点線で示すように、ステップ１０８へと移り、
前記電圧値が４．０Ｖ以上の場合には、同時に充電処理
を行う。なお、このときには、終了することなく、点線
で示すように、ステップ１０８から後述するステップ１
０６へと処理が移る。逆に、アンテナコイル１０２から
整流された電圧がＩＣカード駆動可能電圧未満ならば、
ＣＰＵ２１０が供給電力切換回路２０４ｅを制御して充
電放電制御回路２０３を通して、二次電池１０４からの
電力供給に切り替える（ステップ１０５）。また、後述
するように、この二次電池１０４からの電力供給に切り
替えるられた時点で、ＣＰＵ１２０が電圧監視プログラ
ム２１３ａの実行により電池の電圧を監視して電池の電
圧が所定値以下になったとき、例えば、３．３Ｖ以下に
なったときには、点線で示すように、充電要求信号４１
（図５参照）を発生してＩＣカードリーダ側（電波送信
側）に電力供給の電波発生の要求をする充電要求処理に
入る。

【００１８】このようにして、アンテナコイル１０２か
らの電力または、二次電池１０４からの電力を得て、Ｉ
Ｃモジュール１０５を起動し、アンテナコイル１０２と
の通信、信号の処理を行う（ステップ１０６）。データ
の伝送処理が終了した時点では、ＣＰＵ２１０が供給電
力切換回路２０４ｅを制御して充電放電制御回路２０３
を介して、コンデンサ２０４ｆに蓄電されている余剰電
力を二次電池１０４に充電する（ステップ１０７，１０
８）。この場合、余剰電力が充電電圧に満たないときに
は、昇圧回路等を設けて昇圧して充電するようにすると
よい。

【００１９】ところで、図２のうち、上面カバーシート
１０１および下面カバーシート１０６は、任意の絶縁性
材料または表面に絶縁性が付与された導電性材料を用い
ることが可能であるが、量産性に優れ安価に製造できる
ことから、絶縁性のプラスチックシートを用いることが
好ましい。絶縁性のブラスチックシートとして、ポリエ
チレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタ
レート（ＰＥＮ）、ポリイミド等を用いることができ
る。アンテナコイル１０２は、電磁誘導を用いたデータ
伝送および電力伝送に用いるコイルとなるので、アンテ
ナコイル１０２としては、例えばアルミニウム、銅、
銀、金、スズ、鉛、インジウム、クロム、ニッケル等の
良導性金属材料を用いるとよい。導線を巻いた形態にお
いては、短絡を回避するため、良導性金属材料を絶縁体
で被覆した線が好ましい。良導性金属材料の箔をＰＥＴ
に貼り付け、エッチングする形態であれば、絶縁体の被
覆は必ずしも必要ではない。

【００２０】コアシート１０３は、図４（ａ）に示すよ
うに、アンテナコイル１０２を有して、中心部に開口１
０８があいており、端子１０７ａおよび端子１０７ｂが
アンテナコイル１０２に接続されている。コアシート１
０３は、アンテナコイル１０２をＰＥＴ等で挟み込む形
態としてもよいが、アンテナコイル１０２のパターンを
ポリエチレンテレフタレート等の上に、例えばアルミニ
ウム、銅、銀、金、スズ、鉛、インジウム、クロム、ニ
ッケル等の良導性金属材料またはこれらの金属材料を少
なくとも１種類以上含む合金の箔を貼り付け、エッチン
グする形態とすることができる。あるいは、ペースト印
刷を用いてもよい。さらに、ポリエチレンテレフタレー
ト等の基板上に、例えばアルミニウム、銅、銀、金、ス
ズ、鉛、インジウム、クロム、ニッケル等の良導性金属
材料またはこれらの金属材料を少なくとも１種類以上含
む合金の薄膜を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオ
ンプレーティング法等により形成した後、当該薄膜に精
密エッチングやレーザービームカッティング等を施すこ
とより、アンテナコイル１０２のパターンをポリエチレ
ンテレフタレート等の上に薄膜として形成してもよい。
コアシート１０３の作製の好適な一例として、周囲を絶
縁体で被覆された銅線を巻いてアンテナコイル１０２を
作製し、接着剤とともに２枚のＰＥＴで挟んで熱圧着し
た後、開口１０８を打ち抜いてコアシート１０３を作製
することができる。二次電池１０４は、放電時に３．６
Ｖの電圧を与えることができ、可とう性を有する二次電
池として特に好ましい電池であるが、その他の可とう性
を有する二次電池で代用してもよい。

【００２１】図４（ｂ）に示すように、コアシート１０
３の開口１０８に二次電池１０４がはめ込まれる。二次
電池１０４からは、絶縁体で被覆された銅線１０９ａ，
１０９ｂが連結され、端子１０７ｃ、１０７ｄを介し
て、ＩＣモジュール１０５に連結される。アンテナコイ
ル１０２は、端子１０７ａ、１０７ｂを介して、ＩＣモ
ジュール１０５に連結される。これにより、非接触型Ｉ
Ｃカード１において、アンテナコイル１０２の閉曲線が
囲む面積を大きくすることが可能となる。これは、電磁
誘導によって伝送される電力供給の点で有利となる。ま
た、ここでの実施例として、図４（ｃ）の断面図に示す
ように、上面カバーシート１０１と下面カバーシート１
０６の間に、アンテナコイル１０２を有するコアシート
１０３と、二次電池１０４と、ＩＣモジュール１０５が
挟まれている構成となっている。上面カバーシート１０
１と下面カバーシート１０６の間の隙問は、樹脂で封止
されており、二次電池１０４は、カード表面のいずれに
も露出されていない形態である。これにより塵埃の多い
環境下でも高信頼性を保つことができる非接触型ＩＣカ
ードが実現できる。

【００２２】図５は、この二次電池１０４の電力供給に
おいて、供給電圧が所定値以下、例えば３．３Ｖ以下に
なったときの電圧監視プログラム２１３ａによる電力供
給要求の送信処理（充電要求処理）のフローチャートで
ある。まず、アンテナコイル１０２に微弱な所定の周波
数の電波、例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数の電波を
受けると、同調回路２０４ａにより同調が採られて受信
電波のレベルが一定レベルに達した時点で起動回路２０
５が動作して二次電池１０４からの電力を受けてＩＣモ
ジュール１０５が起動され、動作状態になる。ＩＣモジ
ュール１０５が動作状態に入ると、通常の状態では、非
接触型ＩＣカード１内のＩＣモジュール１０５が出力電
圧検出回路２０４ｄにより整流回路２０４ｂの出力電圧
を監視する。整流回路２０４ｂの出力電圧が３．６Ｖ以
下になると、今度は、出力電圧検出回路２０４ｄにより
二次電池１０４の電圧が監視される。すなわち、ＣＰＵ
２１０は、電圧監視プログラム２１３ａを定期的に実行
して出力電圧検出回路２０４ｄにより得られる二次電池
１０４の端子間電圧と、あらかじめ設定したしきい値電
圧を比較して電池の残量検出を行う（ステップ２０
１）。二次電池１０４の残量が減って規定の端子間電圧
以下（３．３Ｖ以下）になると、ＣＰＵ２１０は、充電
要求処理プログラム２１３ｂを実行して非接触ｌＣカー
ド１側からアンテナコイル１０２を介してリーダライタ
に向けて充電要求信号４１を送信する（ステップ２０
２）。

【００２３】ＩＣカードリーダ・ライタ２側は、充電要
求信号４１を検出し（ステップ２０３）、電力搬送波４
２を非接触型ＩＣカード１に向けて一定期間だけ送出す
る（ステップ２０４）。これにより非接触ｌＣカード１
側は、二次電池１０４の充電処理を行う（ステップ２０
５）。そしてＩＣカードリーダ・ライタ２側は、電力搬
送波の出力動作を停止する（ステップ２０６）。このと
き、電力搬送波４２は、送受信を行うデータ内容には依
存しない、充電時のみの波形となっている。電力搬送波
４２としては、特定の周波数に設定された正弦波を用い
ることが、伝送ロスを滅らし、非接触型ＩＣカード１側
で効率的に電力を取込むことが可能となり、好ましい。
この電力搬送波４２は、非接触型ＩＣカード１へと送出
開始されてから、あらかじめ設定された時間を経た後
に、ＩＣカードリーダ・ライタ２からの送出が停止され
るが、この場合のあらかじめ設定された一定期間として
は、例えば１０秒を設定できる。電力搬送波４２の送出
が停止された後は、通常の、非接触型ＩＣカード１内の
ＩＣモジュール１０５が二次電池１０４の端子間電圧を
監視する状態に戻り、再びステップ２０１〜２０６とし
て示す同様な処理動作をし、この動作が電池が充電され
るまで定期的に行われる。そして、ステップ２０７にお
いて満充電と判定されたときに、前記の充電要求信号４
１の送出処理が終了する。なお、電力搬送波４２の受信
中を含めてレギュレータ２０４ｃからの電力が利用でき
る電圧のときには、特に、その電力がＩＣモジュール１
０５等へ供給される。

【００２４】図６は、充放電回路２０３による二次電池
１０４の充電動作の一例である。充電は、はじめ定電流
充電を行ったのち定電圧充電を行う（ステップ２０
１）。定電流充電は、充電電圧が規定電圧になるまで一
定の電流値で充電を行う（ステップ２０２）。充電電圧
が規定電圧に達した時点で定電圧充電に移る。なお、定
電流充電を開始して充電経過時間が規定時間を超えるよ
うであれば、電池に異常があったと判断し充電を終了す
る（ステップ２０３）。定電圧充電は、充電電流が規定
電圧になるまで、一定の電圧で充電を行う（ステップ２
０４）。充電電流が規定電流に達した時点で終了する。
なお、定電流充電と同様に、定電圧充電を開始して充電
経過時間が規定時間を超えるようであれば、電池に異常
があったと判断し充電を終了する（ステップ２０５）。

【００２５】図７に、充放電回路２０３による二次電池
１０４の電力供給動作（放電動作）の一例を示す。負荷
に対して放電を開始するとともに、放電電圧を監視し
（ステップ３０１）、放電電圧が規定電圧以下になった
場合、過放電防止のため放電を中止する（ステップ３０
３）。また、放電電流が規定電流を監視し（ステップ３
０２）、上回る場合にも放電を中止する（ステップ３０
３）。放電中止後、放電電流または放電電圧が規定値内
に収まるまえ放電を中止し、電力供給を停止する（ステ
ップ３０４）。規定値内に収まるようになったときに
は、点線で示すように、ステップ３０１へと戻り、電力
供給（放電）を再開する。なお、電力供給中（放電中）
は、常に放電電圧、放電電流を監視する（ステップ３
０５）。

【００２６】次に、このような充放電回路を持つ非接触
型ＩＣカードの実際の例について説明する。ＰＥＴを用
いて、縦５４．０ｍｍ、横８５．６ｍｍ、厚さ０．７６
ｍｍの外形寸法の非接触型ＩＣカード１において、例え
ば、二次電池（ポリマーリチウム）１０４の外形寸法と
して、縦４３．０ｍｍ、横６０．０ｍｍ、厚さ０．５ｍ
ｍを用いたとする。二次電池１０４の質量は２．１３
ｇ、電圧は３．６Ｖで、容量は２２．４ｍＡｈとし、ア
ンテナコイル１０２を用いてデータ伝送する場合、最大
１０ｍＡ、平均３ｍＡの電流を流したとすると、データ
伝送をせずに待機している場合には、最大１５０μＡ、
平均３５μＡの電流を流すことができる。これらの電流
値と、前記の二次電池の容量２２．４ｍＡｈとにより、
二次電池１０４が十分に充電した後に待機のみの場合は
約１６０日間もつことができる。また、二次電池１０４
が十分に充電した後に連続したデータ伝送を行う場合
は、約２．２時間可能である。

【００２７】ところで、コアシート１０３としては、二
次電池を収納する開口１０８を持つ図８のような構造の
磁芯３０１を用いることができる。なお、開口１０８
は、ＩＣモジュール１０５を収納するためにこれに対応
して設けられた開口であって、この例では、ここにＩＣ
モジュール１０５がはめ込まれる。磁芯３０１は、絶縁
体で被覆された線状の磁性体（実線縦線部）を多数平行
並列に配列したものであって、磁芯３０１は真空透磁率
以上の透磁率を有する磁性材料を用いる。アンテナコイ
ル１０２の閉曲線の内部に、真空透磁率以上の透磁率を
有する磁性材料が位置することによって、アンテナコイ
ル１０２の閉曲線を交差する磁束密度を高め、電磁誘導
によって伝送される電力供給がさらに効率的に行われ
る。磁性材料は、電力伝送に用いる周波数帯域にも依存
するが、ＭｎＺｎフェライトあるいはＮｉＺｎフェライ
トが好ましい。特に、周波数が１３．５６ＭＨｚの場合
はＮｉＺｎフェライトが好ましい。ところで、前記のＩ
Ｃカードにおいては、可とう性を有する二次電池の端子
間の電圧を検出し、残存容量に換算する手段を具備する
とよく、さらに、可とう性を有する二次電池上および付
近に温度検出素子を配置して、下限の規定温度以下また
は上限の規定温度以上になったとき、放電および充電を
停止するようにするとよい。また、実施例では、ポリマ
ーリチウム二次電池を例としているが、他の二次電池や
電力蓄電用のコンデンサを二次電池に換えて用いてもよ
いことはもちろんである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にあって
は、電波によりアンテナコイルで受けた電力の電圧値を
監視して電波による電力供給において供給電力の電圧が
可動可能な電圧値未満のときには二次電池あるいはコン
デンからの電力によりＩＣカードを動作させ、供給電力
の電圧が可動可能な電圧値以上のときには動作中あるい
は動作後の余剰電力により充電回路を介して二次電池あ
るいはコンデンサを充電するようにする。これにより電
波による安定しない電力供給において可動可能な電圧値
未満のときには、電波による不安定な電力を使用するこ
となく電池あるいはコンデンサの安定した電力を使用し
てＩＣモジュールを動作させ、かつ、余分な電力は充電
に使用されるので、電力の無駄がなくなる。しかも、電
波によりアンテナコイルで受けた電力を使用する場合に
も、余分な電力は充電側に回せるので、電波の出力が強
すぎてもＩＣモジュール側では安定した電圧の電力を使
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の非接触型ＩＣカードを適用
した一実施例のブロック図である。

【図２】図２は、その全体的な構成例の分解説明図であ
る。

【図３】図３は、非接触型ＩＣカードの充電および電源
供給動作のフローチャートである。

【図４】図４は、非接触型ＩＣカードの構造の説明図で
あって、（ａ）は、コアシートとアンテナコイルとの関
係の説明図、（ｂ）は、コアシートに二次電池をはめ込
んだ状態の説明図、（ｃ）は、非接触型ＩＣカードの断
面図である。

【図５】図５は、この二次電池の電力供給において、供
給電圧が所定値以下になったときの電力供給要求の送信
処理のフローチャートである。

【図６】図６は、充放電回路による二次電池１０４の充
電動作の説明図である。

【図７】図７は、充放電回路による二次電池１０４の電
力供給動作（放電動作）の説明図である。

【図８】図８は、他のコアシートの構造の説明図であ
る。

【符号の説明】

１…非接触型ＩＣカード、１０１…上面カバーシート、
１０２…アンテナコイル、１０３…コアシート、１０４
…二次電池（ポリマーリチウム二次電池）、１０５…Ｉ
Ｃモジュール、１０６…下面カバーシート、１０７ａ、
１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ…
端子、１０８…開口、２０１…ＩＣカードコントロー
ラ、２０２…保護回路、２０３…充電放電制御回路、２
０４…電源供給回路、２０４ａ…同調回路、２０４ｂ…
整流回路、２０４ｃ…レギュレータ、２０４ｅ…供給電
力切換回路、２１０…ＣＰＵ、２１１…ＲＡＭ、２１２
…ＲＯＭ、２１３…ＥＥＰＲＯＭ、２１４…入出力制御
回路、２１５…バス、３０１…磁芯。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０６Ｋ 19/00 Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池あるいはコンデンサと、アンテナ
コイルと、ＩＣとを有し、前記アンテナコイルから受け
た電波により得られる電力を受ける非接触型ＩＣカード
において、前記アンテナコイルを介して供給される電力がＩＣカー
ドとして可動可能な電圧値以上か否かを検出する検出手
段と、前記二次電池あるいは前記コンデンサに充電する
充電回路と、前記検出手段の検出結果に応じて前記供給
電力が可動可能な電圧値未満のときには前記二次電池あ
るいは前記コンデンサからの電力により前記ＩＣカード
を動作させ、前記供給電力が可動可能な電圧値以上のと
きには前記供給電力により前記ＩＣカードを動作させか
つ余剰電力を前記充電回路により前記二次電池あるいは
前記コンデンサに充電する切換手段とを備える非接触型
ＩＣカード。
【請求項２】さらに前記アンテナコイルからの電流信号
を整流して所定の電圧の電力を発生する整流回路と前記
ＩＣを動作状態にする起動回路とを有し、前記起動回路
は、微弱な所定の周波数の電波による電流信号を前記ア
ンテナコイルを介して受けて動作し、前記充電回路は、
前記整流回路を介して得られる余剰電力を前記ＩＣカー
ドが動作中および動作終了後のいずれかにおいて前記二
次電池あるいは前記コンデンサに充電するものであり、
前記二次電池が可とう性を有するポリマーリチウムであ
ることを特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカー
ド。
【請求項３】さらに、前記検出手段の検出結果に応じて
前記供給電力が可動可能な電圧値未満のときにおいて前
記二次電池あるいは前記コンデンサから供給される電力
の電圧が所定値以下であるときには、電波による電力供
給側に対して電力供給要求の信号を発信する発信手段を
有する請求項１または２記載の非接触型ＩＣカード。
【請求項４】前記二次電池の充電電流を監視する手段を
具備し、あらかじめ定めた電流値以下になったときに充
電を終了することを特徴とする請求項１または２項記載
の非接触型ＩＣカード。
【請求項５】前記二次電池の充電時間を監視する手段を
具備し、規定の充電時間になったときに充電を終了する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の非
接触型ＩＣカード。
【請求項６】前記二次電池の放電電圧を監視する手段を
具備し、規定の放電電圧以下になったときに放電を停止
させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記
載の非接触型ＩＣカード。
【請求項７】前記二次電池が、前記ＩＣカード表面のい
ずれにも露出されていないことを特徴とする請求項１〜
６のいずれか１項記載の非接触型ＩＣカード。
【請求項８】前記アンテナコイルを具備したシート状の
基板を有し得この基板に開口または凹部を設け、前記二
次電池をはめ込み、上部と下部の少なくとも一方から絶
縁性材料で挟み込む構造を有する請求項１〜７のいずれ
か１項記載の非接触型ＩＣカード。
【請求項９】前記二次電池が、前記アンテナコイルの閉
曲線の内部に位置することを特徴とする請求項１〜８の
いずれか１項記載の非接触型ＩＣカード。
【請求項１０】前記アンテナコイルの閉曲線の内部に、
前記二次電池と、真空透磁率以上の透磁率を有する磁性
材料が配置されていることを特徴とする請求項９に記載
の非接触型ＩＣカード。