JP2006127363A - 非接触ｉｃ媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池等の交換をする必要がなく、且つ、アクティブ型とほぼ同等の通信距離を得ること。
【解決手段】 電磁波を用いて外部のリーダ／ライタ装置と非接触で情報を送受信する非接触ＩＣ３を有する非接触ＩＣ媒体１において、送信される電磁波を受信するアンテナ部７と、電磁波によりアンテナ部７に生じる電力を整流して直流電力を供給する電源制御部５と、該整流された直流電力を蓄電する電気二重層コンデンサ４と、を備え、前記電源制御部５は、前記電気二重層コンデンサ４に蓄電されている電力を前記非接触ＩＣ３に対して供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁波を用いて外部のリーダ／ライタ装置と非接触で情報を送受信する非接触ＩＣを有する非接触ＩＣタグや非接触ＩＣカード等の非接触ＩＣ媒体に関する。

近年、これら非接触ＩＣタグや非接触ＩＣカード等を用いたＲＦ−ＩＤ技術が多く実用化されてきている。

これら非接触ＩＣタグや非接触ＩＣカードは、その動作電力の仕様により大きく２つに分類される。その１つは、電池等の電源手段を搭載せずにリーダ／ライタ装置から送信（供給）される電磁波による電力を使用して動作するものであるパッシブ型と、もう１つは、小型のボタン電池等の電源手段を搭載して該電源手段からの電力にて動作するものであるアクティブ型とが存在する。

しかしながら、パッシブ型のものは、リーダ／ライタ装置からの電磁波による電力にて動作することから、リーダ／ライタ装置から大きく離れた所では動作できず、その通信可能な距離が短いために用途が限定されるという問題があり、一方、アクティブ型のものは、リーダ／ライタ装置から大きく離れた所でも使用できるが、搭載している電池が消耗したときには、逐次、消耗した電池を取り替える必要があり、面倒であるという問題があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、電池等の交換をする必要がなく、且つ、アクティブ型とほぼ同等の通信距離を得ることのできる非接触ＩＣ媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の非接触ＩＣ媒体は、
電磁波を用いて外部のリーダ／ライタ装置と非接触で情報を送受信する非接触ＩＣを有する非接触ＩＣ媒体において、
前記リーダ／ライタ装置から送信される電磁波を受信するアンテナ部と、
前記電磁波によりアンテナ部に生じる電力を整流して直流電力を供給する電源制御部と、
前記電源制御部にて整流された直流電力を蓄電する電気二重層コンデンサと、
を備え、
前記電源制御部は、前記電気二重層コンデンサに蓄電されている電力を前記非接触ＩＣに対して供給することを特徴としている。
この特徴によれば、電気二重層コンデンサに蓄電されている電力が非接触ＩＣに供給されてリーダ／ライタ装置との非接触通信に使用されるようになるので、アクティブ型とほぼ同等の通信距離を得ることのできるばかりか、電源制御部により、リーダ／ライタ装置からの電磁波による整流された直流電力が電気二重層コンデンサに供給されて繰返し蓄電されるので、従来のように、電池等の交換をする必要もない。

本発明の請求項２に記載の非接触ＩＣ媒体は、請求項１に記載の非接触ＩＣ媒体であって、
前記アンテナ部が、前記非接触ＩＣが前記リーダ／ライタ装置と通信するための通信用アンテナとは個別に設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、非接触ＩＣのアンテナ仕様等に制約されることなく、アンテナ部を構成できるので、使用する電気二重層コンデンサの容量等に応じたアンテナ部の設計の自由度を向上できる。

本発明の請求項３に記載の非接触ＩＣ媒体は、請求項１または２に記載の非接触ＩＣ媒体であって、
前記アンテナ部がループアンテナで構成され、前記電気二重層コンデンサを該ループアンテナ内部に配置したことを特徴としている。
この特徴によれば、比較的に大きさが大きな部品となる電気二重層コンデンサをループアンテナ内部に配置することで、得られる非接触ＩＣ媒体を小型化するすることができる。

本発明の請求項４に記載の非接触ＩＣ媒体は、請求項１〜３のいずれかに記載の非接触ＩＣ媒体であって、
前記電源制御部は、前記電気二重層コンデンサに蓄電されている電力が少ないときに、前記直流電力を前記非接触ＩＣに供給する制御を実施することを特徴としている。
この特徴によれば、電気二重層コンデンサに蓄電されている電力が少なくても、前記直流電力が前記非接触ＩＣに供給されることで、通常のパッシブ型と同様に動作することができる。

本発明の請求項５に記載の非接触ＩＣ媒体は、請求項４に記載の非接触ＩＣ媒体であって、
前記電源制御部は、前記非接触ＩＣに前記直流電力を供給するときには、前記電気二重層コンデンサへの給電経路を遮断する制御を実施することを特徴としている。
この特徴によれば、前記電気二重層コンデンサへの給電経路を遮断することで、該電気二重層コンデンサへの給電により、非接触ＩＣに供給する電力が低下してしまうことを回避できる。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図1は、本発明の実施例における非接触ＩＣ媒体である非接触ＩＣタグ１の全体像を示す斜視図である。

本実施例の非接触ＩＣタグ１は、図１に示すように、その一面に電気二重層コンデンサ４を内蔵する突出部を有する四角い樹脂製のプレート状とされており、該突出部の反対面は平坦面とされていて、図示しない粘着剤によって非接触ＩＣタグ１を、例えば店舗内の商品に貼着可能とされている。尚、本実施例では、非接触ＩＣタグ１の形状を四角板状としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら非接触ＩＣタグ１の形状は、使用する用途や使用目的に応じて適宜に選択すれば良い。

この非接触ＩＣタグ１は、基台となる樹脂製プレート２内に、当該非接触ＩＣタグ１に固有に付与された識別ＩＤ等のデータを記憶可能とされているとともに、図示しない外部のリーダ／ライタ装置と無線による非接触データ通信により当該記憶しているデータの送信並びに受信による記憶データの書き換えが可能とされた非接触ＩＣチップ３と、これら非接触ＩＣチップ３が動作する電力を蓄電並びに給電する電気二重層コンデンサ４と、これら電気二重層コンデンサ４への充電の制御や非接触ＩＣチップ３に供給される電力の制御を行うための本発明における電源制御部となる電力制御部５とを内蔵しているとともに、その外周に沿うように、前記非接触ＩＣチップ３に接続されて非接触データ通信を実施するためのループアンテナから成る通信用アンテナコイル８と、前記電力制御部５に接続されて、リーダ／ライタ装置や商品棚等に配設された図示しない充電用アンテナから送信される電力用の電波を受信するためのループアンテナから成る電力用アンテナコイル７とが同心状に設けられている。

このように、本実施例では、通信用アンテナコイル８と電力用アンテナコイル７とを個別に設けており、このようにすることは、非接触ＩＣチップ３のアンテナ仕様等に制約されることなく、電力用アンテナコイル７を構成できるので、使用する電気二重層コンデンサ４の容量等に応じた電力用アンテナコイル７を形成することができ、該電力用アンテナコイル７の設計の自由度を向上できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら電力用アンテナコイル７と通信用アンテナコイル８とを共通のアンテナとしても良い。

また、本実施例に用いた電力制御部５は、前記電力用アンテナコイル７に接続されているとともに、前記電気二重層コンデンサ４並びに非接触ＩＣチップ３と接続されていて、リーダ／ライタ装置から送信される電力用の電波により電力用アンテナコイル７に生じる起電力を整流して直流電圧に変換して供給する整流回路や、整流した直流電力の供給先を電気二重層コンデンサ４或いは非接触ＩＣチップ３とするためのスイッチング回路や、整流した直流電力の電圧や電気二重層コンデンサ４の電圧並びに非接触ＩＣチップ３に供給される電流等を検出するための各種検出回路や、整流した電力により電気二重層コンデンサ４の充電や、電気二重層コンデンサ４に充電されている電力を非接触ＩＣチップ３へ供給、並びに整流した電力の非接触ＩＣチップ３への直接供給等の制御を実施するための制御回路から構成される。

また、本実施例に用いた非接触ＩＣチップ３は、公知の非接触ＩＣチップ、特には、パッシブ（低電力）並びにアクティブ（高電力）の双方で動作可能な非接触ＩＣを好適に使用することができ、これら使用する非接触ＩＣの仕様、具体的には、リーダ／ライタ装置との通信に使用する電波の周波数等に応じた電力用アンテナコイル７を、該非接触ＩＣに接続すれば良い。

この非接触ＩＣチップ３の構成は、図２に示すように、主に、アナログ部３２と、ディジタル制御部３３と、前記識別ＩＤ等のデータを記憶するための不揮発性のメモリ３４とで構成されており、該アナログ部３２に通信用アンテナコイル８が接続される。

アナログ部３２は、検波、変復調、クロック抽出など、通信用アンテナコイル８にて受信したアナログ信号の処理を行う。

また、非接触ＩＣチップ３は、例えば、リーダ／ライタ装置からの質問信号に対する応答信号に応じて自身のアンテナ間の負荷を変化させることによって、リーダ／ライタ装置側の受信回路に現れる信号に振幅変調をかけて通信を行うことができる。但し、これら非接触データ通信の方式自体はこれに限定されるものではなく、これらの振幅変調による方式以外のものを使用するようにしても良い。

ディジタル制御部３３は、送受信データの処理やその他、非接触ＩＣチップ３内の動作やメモリ３４の記憶データへのアクセスや書き換え等を統括的にコントロールする。

また、電気二重層コンデンサ４としては、例えば、約１６μｍ厚のアルミ集電体陽極及びアルミ集電体陰極の上に、それぞれ数十μｍ厚の活性炭層を設け、セパレータとして紙などを挟み、電解液を充填してアルミシート（図示せず）などで封止する構造とされた通常に市販されているものを使用することができ、本実施例では、電解液として水系ポリマーを使用した京セラ（株）から販売されている低ＥＳＲ電気二重層コンデンサＢｅｓｔＣａｐシリーズを使用した。尚、本実施例では、角形のものを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄型ボタン型のものを使用しても良い。

この電気二重層コンデンサ４は、活性炭層間に直流電圧を印加すると、プラス側に分極された活性炭層にはマイナスイオンが、マイナス側に分極された活性炭層にはプラスイオンが、それぞれ静電的に引き寄せられ、活性炭層と電解液の界面にはそれぞれ電気二重層が形成される。電気二重層コンデンサ４は、この電気二重層領域に電荷を蓄えることを原理とするものであり、通常の電解コンデンサの１０００倍以上の静電容量を得ることができ、ファラド（Ｆ）単位の大容量電力を蓄電できる。なお、定格電圧は、電解液の分解電圧によって決まり、約２．３Ｖ〜２．５Ｖであるが、電気二重層コンデンサのセルを直列に接続することで、充電電圧を整数倍にすることが可能である。

この本実施例に用いた電気二重層コンデンサ４は、前記ループアンテナからなる電力用アンテナコイル７と通信用アンテナコイル８の内部に配置しており、このようにすることは、比較的に大きさが大きな部品となる電気二重層コンデンサ４を電力用アンテナコイル７と通信用アンテナコイル８の外部に配置した場合に比較して、得られる非接触ＩＣタグ１の大きさを小型化するすることができることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。

以下、本発明の電力制御部５における電力制御の状況を、図３に基づき、非接触ＩＣタグ１の使用状況に沿って以下に説明する。尚、本実施例では、非接触ＩＣタグ１を例えばデパート等の商品に貼着して商品管理を実施する場合を例に説明する。

まず、非接触ＩＣタグ１が貼着された商品が陳列される商品棚等には、前記電力用アンテナコイル７に電力を供給するための充電用アンテナを配設しておき、該充電用アンテナから電力用の電波を、適宜に送信しておく。

電力制御部５は、この充電用アンテナから送信される電力用の電波による起電力を整流回路にて整流して直流電圧に変換し、電気二重層コンデンサ４の電圧に基づいて、電気二重層コンデンサ４の電圧が低下して充電が必要である場合に、図３（ｂ）に示すように、該電力用の電波から生成した直流電圧を電気二重層コンデンサ４に供給して電気二重層コンデンサ４を常に充電された状態としておく。

この電気二重層コンデンサ４が充電されている状態において、非接触ＩＣチップ３が外部のリーダ／ライタ装置と通信を実施するために電力が必要となった場合には、図３（ａ）に示すように、電力制御部５は、電気二重層コンデンサ４に蓄えられている電力を非接触ＩＣチップ３に供給することで、非接触ＩＣチップ３は、これら電力制御部５から供給される比較的高容量の電力をリーダ／ライタ装置との通信に使用することができ、よって、通常のアクティブ型と同等の通信能力（通信距離）を得ることができる。

このようにして電気二重層コンデンサ４に蓄えられている電力が非接触ＩＣチップ３に供給されて、電気二重層コンデンサ４の電力が少なくなった場合には、前述の図３（ｂ）に示すように、再度、電気二重層コンデンサ４への充電が繰返し電力制御部５により実施される。

このように、電気二重層コンデンサ４に蓄電されている電力が非接触ＩＣチップ３に供給されてリーダ／ライタ装置との非接触通信に使用されるようになるので、アクティブ型とほぼ同等の通信距離を得ることのできるばかりか、電力制御部５により、リーダ／ライタ装置からの電力用の電波による整流された直流電力が電気二重層コンデンサ４に供給されて繰返し蓄電されるので、従来のように、電池等の交換をする必要もない。

尚、本実施例の電力制御部５は、前記図３（ｂ）の充電時、つまり、電気二重層コンデンサ４の電力が少なくなっている状態において、非接触ＩＣチップ３が通信等を実施するために電力が必要となる場合には、リーダ／ライタ装置から送信される電力用の電波にて生成された直流電力を、電気二重層コンデンサ４に供給するのではなく、非接触ＩＣチップ３に供給することで、非接触ＩＣチップ３が、パッシブ型の非接触ＩＣタグと同様にして動作することで、非接触ＩＣチップ３との非接触通信が実施できる。尚、この際、電力制御部５は、電気二重層コンデンサ４への回路をスイッチング回路により切り離す（遮断する）ことで、電気二重層コンデンサ４への給電により、非接触ＩＣチップ３に供給する電力が低下してしまうことを回避でき、非接触ＩＣチップ３の十分な動作電力を確保できるようになる。

尚、電力制御部５は、非接触ＩＣチップ３の非接触通信が終了して非接触ＩＣチップ３に供給する電力が小さくなった場合には、電気二重層コンデンサ４への回路を再接続して、図３（ｂ）に示すように、電気二重層コンデンサ４への充電を再開して、電気二重層コンデンサ４を充電状態に維持する。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、上記実施例では、非接触ＩＣタグ１を例に説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら非接触ＩＣタグ１に代えて、更に薄型の電気二重層コンデンサ４を用いれば、本発明を非接触ＩＣカードに適用できることは言うまでもない。

本発明の実施例における非接触ＩＣタグの全体像を示す斜視図である。 本発明の実施例における非接触ＩＣタグの構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は、電力制御部による電力の供給制御の状況を示す説明図である。

符号の説明

１ 非接触ＩＣタグタグ
２ 樹脂製プレート
３ 非接触ＩＣチップ
４ 電気二重層コンデンサ
５ 電力制御部
７ 電力用アンテナコイル
８ 通信用アンテナコイル
３２ アナログ部
３３ ディジタル制御部
３４ メモリ

Claims (5)

1. 電磁波を用いて外部のリーダ／ライタ装置と非接触で情報を送受信する非接触ＩＣを有する非接触ＩＣ媒体において、
   前記リーダ／ライタ装置から送信される電磁波を受信するアンテナ部と、
   前記電磁波によりアンテナ部に生じる電力を整流して直流電力を供給する電源制御部と、
   前記電源制御部にて整流された直流電力を蓄電する電気二重層コンデンサと、
   を備え、
   前記電源制御部は、前記電気二重層コンデンサに蓄電されている電力を前記非接触ＩＣに対して供給することを特徴とする非接触ＩＣ媒体。
2. 前記アンテナ部が、前記非接触ＩＣが前記リーダ／ライタ装置と通信するための通信用アンテナとは個別に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣ媒体。
3. 前記アンテナ部がループアンテナで構成され、前記電気二重層コンデンサを該ループアンテナ内部に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触ＩＣ媒体。
4. 前記電源制御部は、前記電気二重層コンデンサに蓄電されている電力が少ないときに、前記直流電力を前記非接触ＩＣに供給する制御を実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触ＩＣ媒体。
5. 前記電源制御部は、前記非接触ＩＣに前記直流電力を供給するときには、前記電気二重層コンデンサへの給電経路を遮断する制御を実施することを特徴とする請求項４に記載の非接触ＩＣ媒体。

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