JPH04275694A - Ｉｃカードシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣカードシステムに
関し、詳しくは、非接触状態でＩＣカードリーダ・ライ
タ（以下リーダ・ライタ）などの外部装置との間でデー
タの送受信を行う磁気結合と容量結合を応用したＩＣカ
ードシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気回路などの非接触結合を利用したＩ
Ｃカードシステムが種々提案されている。図２に従来の
非接触形のＩＣカードシステムの一例の要部ブロック図
を示す。１００は非接触形のリーダ・ライタ、１０２は
ＩＣカードである。１０４はリーダ・ライタの電源回路
であり、リーダ・ライタの各部に電力を供給する。ＩＣ
カード１０２の電源となる電力は、まず、リーダ・ライ
タ１００の発振回路１０６から、例えば正弦波の電力信
号が発生され、電力送信結合回路１１４を介して送信さ
れる。そして、電力送信結合回路１１４と非接触状態で
結合されているＩＣカード１０２の電力受信結合回路１
２０により受信される。電力受信結合回路１２０で磁気
エネルギー、あるいは、静電エネルギーの形で受信され
たこの交流電力は、ＩＣカード１０２の電源回路となる
整流・平滑回路１２６を通ることにより、所定の直流電
圧の電力が得られる。そして、この整流・平滑回路１２
６を通った電力は、定電圧回路１２８で、例えば、ＩＣ
カードの内部回路の消費電流の変化による電圧変動や、
ＩＣカードのリーダ・ライタへの装着時のリーダ・ライ
タとの間隔の相違による電圧変動が吸収され、電源電圧
が安定化された後、ＩＣカード各部の回路に供給される
。

【０００３】データの送受信に関しては、まず、リーダ
・ライタ１００からＩＣカード１０２へ送信されるデー
タは、マイクロプロセッサー、メモリを有するデータ処
理回路１１２から送出され、データ送信回路１０８によ
って所定の方式で変調され、スイッチ回路１１８とデー
タ送受信結合回路１１６を介して、ＩＣカード１０２に
送信される。そして、電力伝送の場合と同様に、データ
送受信結合回路１１６と非接触状態で結合されているＩ
Ｃカード１０２のデータ送受信結合回路１２２で受信さ
れる。受信されたデータは、スイッチ回路１２４を介し
て、データ受信回路１３０で復調され、マイクロプロセ
ッサー、メモリを有するデータ処理回路１３４へ送られ
、処理される。

【０００４】一方、ＩＣカード１０２からリーダ・ライ
タ１００へ送信されるデータは、ＩＣカード１０２のデ
ータ処理回路１３４から送出され、データ送信回路１３
２によって所定の方式で変調され、スイッチ回路１２４
とデータ送受信結合回路１２２を介してリーダ・ライタ
１００に送信される。そしてデータ送受信結合回路１２
２と非接触状態で結合されているリーダ・ライタ１００
側のデータ送受信結合回路１１６により受信される。受
信されたデータは、スイッチ回路１１８を介して、デー
タ受信回路１１０で復調され、データ処理回路１１２に
送られ、処理される。

【０００５】図３は従来の磁気結合による非接触形のＩ
Ｃカードシステムのリーダ・ライタの各磁気コイルと各
コアおよびＩＣカードの各磁気コイルの構造、配置を示
す斜視図である。ただし図２と同一の機能のものには同
一の番号を付してある。リーダ・ライタ側の電力送信コ
イル２１４、データ送受信コイル２１６は、コの字形の
コア３００，３０２にそれぞれ巻回されている。これら
コイルの端子２２０、２２２は図３には図示していない
が、図２に示すリーダ・ライタ１００の発振回路１０６
と、データ送信回路１０８とデータ受信回路１１０にス
イッチ回路１１８を介して、それぞれ接続されている。

【０００６】ＩＣカード１０２には電力受信コイル３２
０、データ送受信コイル３２２が備えられており、電力
受信コイル３２０は、ＩＣカード１０２の整流・平滑回
路１２６に接続され、データ送受信コイル３２２は、ス
イッチ回路１２４を介してデータ受信回路１３０、デー
タ送信回路１３２に接続されている。リーダ・ライタ１
００の各コアは、ＩＣカードが挿入あるいは、装着され
るときにＩＣカードに備えられた各コイルが、リーダ・
ライタの各コイルのギャップ内に位置するように配置さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図３の場合、電力の送
受信、データの送受信の各磁気結合回路のギャップ部に
おいては、ＩＣカードの表面から裏面、あるいは裏面か
ら表面の方向に磁束が変化する。すなわちこの非接触磁
気コイルの磁束変化の方向は、座標軸で示すとＺ軸方向
に変化することになる。したがって、磁気結合によりデ
ータを伝送するデータ送受信コイルが電力送受信コイル
と隣接して配置される場合、磁束変化の方向が平行であ
るため、各磁気結合回路の閉磁路からの漏れ磁束が鎖交
しやすく、他の磁気結合コイルに飛び込み、干渉しやす
くなる。このためリーダ・ライタ側のクロック信号や各
種の制御信号やデータ信号であるパルス信号がパルス状
ノイズとしてＩＣカードの電力送受信系に飛び込む可能
性が極めて大きい。従って、電力を供給するための磁気
結合回路に、パルス状ノイズが混入してしまうと、この
ノイズは整流・平滑回路でも除ききれず、その電源出力
の直流電圧にパルス状ノイズが現れてしまう。そのため
十分な電圧の安定化も図れない上に、このパルス状ノイ
ズが電力を供給している各部回路の誤動作を引き起こす
原因となる。特に、ＩＣカードでは、データ処理回路、
すなわち、マイクロプロセッサー、メモリが内蔵されて
いて、パルス状ノイズによる誤動作の発生の確率が極め
て高く、その影響は極めて重大である。

【０００８】このような問題点を解決するためにリーダ
・ライタから特定の周波数の磁気エネルギーの形で電力
の供給を受ける非接触形のＩＣカードにおいては、電力
供給の磁気エネルギーの周波数のみ、あるいは、その近
傍の周波数のみを通過させるバンドパスフィルタをその
電力受信系の電源回路に挿入することにより、リーダ・
ライタや信号系からのパルス状ノイズの飛び込みを取り
除くことが提案されている（特開平１ー１８１１７９号
）。しかしながら、これら各種の制御信号のパルス状ノ
イズの周波数成分は０Ｈｚ〜数十ＭＨｚの広帯域にきわ
めて密に分布する。従って、電力供給の磁気エネルギー
の周波数のみ、あるいは、その近傍の周波数のみを通過
させるバンドパスフィルタをＩＣカードの電力受信系の
電源回路に挿入する場合や、ＩＣカードからの送信の磁
気エネルギーの周波数のみ、あるいは、その近傍の周波
数のみを通過させるバンドパスフィルタをリーダ・ライ
タの受信コイルに挿入する場合、極めて、急峻な特性を
持つ多段のフィルタを挿入せざるを得ない。このため、
そのフィルタを構成するコンデンサやコイルの部品点数
が増え、ＩＣカードシステムの小型化、低価格化は困難
になる。特にＩＣカードの小型化、薄型化は困難になる
。本発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、ＩＣカードの直流電源にパルス状ノイズが重畳
し、ＩＣカードの各部回路の誤動作を引き起こすという
欠点を解決し、安定した電力とデータの送受信を行うこ
とができる低価格で、小型の非接触形のＩＣカードシス
テムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、ＩＣカードとリーダ・ライタから成り、
前記ＩＣカードに前記リーダ・ライタから電力を送る電
力用の非接触の結合回路と前記ＩＣカードと前記リーダ
・ライタとの間でデータの送受信をするデータ用の非接
触の結合回路を有するＩＣカードシステムにおいて、前
記ＩＣカードに前記電力用の結合回路、データ用の結合
回路の一方となる磁気結合回路のコイルを該コイルによ
り形成される磁路の２つの端部がＩＣカードの対抗面に
面するように設け、結合回路の他方となる容量結合回路
の電極板を前記磁路の２つの端部の面する面と平行な面
内に設け、前記リーダ・ライタにも前記コイルと電極板
に対応して結合回路を構成するコイルと電極板を設けた
ことを特徴としている。

【００１０】

【作用】このようにリーダ・ライタがＩＣカードに対し
て電力を供給する結合回路と、リーダ・ライタとＩＣカ
ードの間でデータを送受信する結合回路とを備え、一方
の結合回路を磁気エネルギーの形で送受信を行う磁気結
合回路とし、他の一方の結合回路を静電エネルギーの形
で行う容量結合回路とし、ＩＣカードとリーダ・ライタ
が非接触結合したときに、電力送受信と、データ送受信
のエネルギーの形態を変えることにより、結合路同志の
干渉を防ぐ。さらに磁気結合回路のギャップ部の磁束変
化の方向と容量結合回路の内部の変位電流による磁束変
化の方向が同一にならないようにする。すなわち互いの
結合回路の磁束変化の方向が直交するように配置するこ
とにより、漏れ磁束が鎖交する事を防ぐことができる。 このため、リーダ・ライタ内部の各信号系からのパルス
状ノイズの飛び込み、混入を防ぐことができ、ＩＣカー
ドの直流電源にパルス状ノイズが重畳し、ＩＣカードの
各部回路の誤動作を引き起こすという欠点を解決するこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて、詳細に説明する。図
１は、本発明の非接触形のＩＣカードシステムのリーダ
・ライタの磁気コイルとコアそして電極板およびＩＣカ
ードの磁気コイルと電極板の構造、配置を示す斜視図で
あり、この場合は、電力の送受信に磁気結合回路を用い
、データの送受信に容量結合回路を用いたＩＣカードシ
ステムである。ただし図２、図３と同一の機能のものに
は同一の番号を付してある。ＩＣカード１０２側には電
力受信コイル３２０、データ送受信電極板４２２が備え
られている。電力受信コイル３２０の中央部には、磁性
体を埋め込むことが望ましい。磁性体を埋め込むことに
より、リーダ・ライタ１００に装着した時の磁気結合回
路の閉磁路の形成が容易になり、コアのギャップ部から
の漏れ磁束が少なくなる。この場合、電力受信コイル３
２０においては、図から明らかなように磁気結合回路の
ギャップ部において、磁束はＩＣカードの表面から裏面
、あるいは裏面から表面の方向に変化する。すなわちこ
の磁気結合回路のギャップ部の磁束変化の方向は、座標
軸で示すとＺ軸方向に変化することになる。データ送受
信電極板４２２は、図に示すように、リーダ・ライタ１
００のデータ送受信電極板４１６と対になって平行平板
コンデンサを形成するように配置する。このコンデンサ
内に変位電流が流れるが、この変位電流は伝導電流とま
ったく同じように磁界をつくる。この時の磁界の向きは
、変位電流がＺ軸の方向に流れるため、Ｘ−Ｙ平面内で
変化する。また、データ送受信電極板４２２の一方の電
極板は接地され、帰線ループを形成する。この場合、後
に詳述するが、外力によるたわみ力の影響を軽減するた
めに、角部分に近接して配置する事が望ましい。これら
のコイル、電極板はＩＣカードにあらかじめその形状に
刻設された溝部内に変位しないように固定する。その外
表面はプラスチックの被覆材で覆う。電力受信コイル３
２０はＩＣカードの整流・平滑回路１２６へ、データ送
受信電極板４２２はスイッチ回路１２４を介してデータ
受信回路１３０とデータ送信回路１３２にそれぞれ接続
される。

【００１２】リーダ・ライタ１００の電力送信コイル２
１４、データ送受信電極板４１６は、ＩＣカード１０２
が挿入、あるいは装着されるときにＩＣカード１０２に
備えられた電力受信コイル３２０、データ送受信電極板
４２２と結合するように所定の位置に配置される。電力
送信コイル２１４は、コの字形のコア３００に巻回され
ている。データ送受信電極板４１６の上には誘電体片４
３０を配置する方が望ましい。ＩＣカードを装着したと
きにデータ送受信電極板４１６、４２２で形成される平
行平板コンデンサの中に誘電体片４３０がはさまれるよ
うに配置することにより、リーダ・ライタに装着した時
の容量結合回路のインピーダンスが下がる。またデータ
送受信電極板４１６の一方の電極板は接地され、帰線ル
ープを形成している。電力送信コイル２１４、データ送
受信電極板４１６の端子２２０、２２２は、図１には図
示していないが、図２に示されるリーダ・ライタ１００
の発振回路１０６、データ送信回路１０８とデータ受信
回路１１０にスイッチ回路１１８を介して、それぞれ接
続される。

【００１３】電力受信コイル３２０の中心部に埋め込む
磁性体や、コの字形のコア３００の材質は、例えばフェ
ライトなどを使用する。フェライトは周波数特性に優れ
るため、送受信の行われる周波数が例えば、数１００Ｋ
Ｈｚ〜数１０ＭＨｚにおいても磁気飽和しにくく、また
コア損失も少ないという長所を持つ。送受信の周波数が
もっと低い場合、例えば１００ＫＨｚ程度までの場合、
ニッケルと鉄の合金のパーマロイや、あるいは鉄とシリ
コン、アルミを素材としたセンダストや、あるいはボロ
ン系で、鉄、コバルト、ニッケルなどの溶融合金を高温
状態から急冷したアモルファス合金などは透磁率の面で
フェライトよりも優れている。またフェライトを用いる
場合は、多孔質フェライトにフェノール樹脂を含浸させ
、抗折強度を高めたものを用いると良く、カード本体を
落とした時の衝撃による破損を招くこともほとんどない
。

【００１４】ＩＣカード１０２のデータ送受信電極板４
２２とリーダ・ライタ１００のデータ送受信電極板４１
６の上に配置する誘電体片４３０の材質には例えば、マ
イカ、ポリプロピレン、ポリエステルなどが使用される
。マイカは電気的にも熱に対してきわめて安定で経年変
化の安定度も高い。ポリプロピレンは比重０．９とプラ
スチック材料中で最も軽く静電容量安定性、周波数特性
、さらには内部発熱が小さいなど、プラスチック材料の
中でも最高の部類に入る。ポリエステルは、低い周波数
で使うならば、安価である。

【００１５】カード本体は、プラスチックなどで形成さ
れるため、使用中、あるいは携行中に、外力が加わって
たわむことが考えられるが、この場合、一般的にカード
本体の中心部に最大の応力が加えられることになるため
、各結合回路は集積回路と同様に中心部への配置を避け
ることが望ましい。すなわちカード本体の偏心した位置
に内蔵することにより外力によるたわみ力の影響を軽減
する事ができる。特に方形のカードにおいては対角線上
にあって、かつ外側近傍の角部分においては、さらにた
わみ力の影響が軽減される。また角部分はリーダ・ライ
タとの磁気コイルが構造的に有利になる利点もある。 さらにコイルの回りに非磁性体、例えばカード本体と同
様のプラスチックなどによる補強材をいれることにより
、カード本体が受ける曲げ応力に対しても影響を軽減で
きる。

【００１６】実施例においては、電力送受信用には磁気
結合回路を使用し、データの送受信用には、容量結合回
路を使用した例について説明したが、電力送受信用に容
量結合回路を使い、データ送受信用に磁気結合回路を使
用できることはいうまでもないため説明は省略する。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ＩＣ
カードに対しリーダ・ライタを非接触結合にして電力の
供給とデータの送受信とを行うよう構成したＩＣカード
システムにおいて、一方の結合回路を磁気エネルギーの
形で送受信を行う磁気結合回路とし、他の一方の結合回
路を静電エネルギーの形で行う容量結合回路とし、ＩＣ
カードとリーダ・ライタが非接触結合したときに、電力
送受信と、データ送受信のエネルギーの形態を変えるこ
とにより、結合路同志の干渉を防ぐ。さらに磁気結合回
路のギャップ部の磁束変化の方向と容量結合回路の内部
の変位電流による磁束変化の方向とが直交するように配
置することにより、漏れ磁束が鎖交する事を防ぐことが
できる。このため、リーダ・ライタ内部の各信号系から
のパルス状ノイズの飛び込み、混入を防ぐことができ、
ＩＣカードの直流電源にパルス状ノイズが重畳し、ＩＣ
カードの各部回路の誤動作を引き起こすという欠点を解
決することができる。したがって、これらのパルス状ノ
イズを除くためのフィルタを必要としないため、小型で
低価格のＩＣカードシステムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す非接触形のＩＣカード
システムの要部の斜視図である。

【図２】従来の非接触形のＩＣカードシステムの要部ブ
ロック図である。

【図３】従来の非接触形のＩＣカードシステムの要部の
斜視図である。

【符号の説明】

１００　　リーダ・ライタ １０２　　ＩＣカード １１４　　電力送信結合回路 １２０　　電力受信結合回路 １１６　　データ送受信結合回路 １２２　　データ送受信結合回路 １１８　　スイッチ回路 １２４　　スイッチ回路 ３００　　コア ３０２　　コア １０８　　データ送信回路 １３２　　データ送信回路 １１０　　データ受信回路 １３０　　データ受信回路 ２１４　　電力送信コイル ２１６　　データ送受信コイル ３２０　　電力受信コイル ３２２　　データ送受信コイル ４１６　　データ送受信電極板 ４２２　　データ送受信電極板 ４３０　　誘電体片

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＩＣカードとリーダ・ライタから成り
   、前記ＩＣカードに前記リーダ・ライタから電力を送る
   電力用の非接触の結合回路と前記ＩＣカードと前記リー
   ダ・ライタとの間でデータの送受信をするデータ用の非
   接触の結合回路を有するＩＣカードシステムにおいて、
   前記ＩＣカードに前記電力用の結合回路、データ用の結
   合回路の一方となる磁気結合回路のコイルを該コイルに
   より形成される磁路の２つの端部がＩＣカードの対抗面
   に面するように設け、結合回路の他方となる容量結合回
   路の電極板を前記磁路の２つの端部の面する面と平行な
   面内に設け、前記リーダ・ライタにも前記コイルと電極
   板に対応して結合回路を構成するコイルと電極板を設け
   たことを特徴とするＩＣカードシステム。