JP2000306049A - 無線カード処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無線カードと無線カード処理装置との間の距離
に拘わりなく無線カードに電力を供給可能でかつ無線カ
ードへの過大な電力の供給を防止するカード処理装置を
提供する。 【解決手段】この発明のカード処理装置１１は、無線カ
ード１００に向けて電力およびデータを送信する送信ア
ンテナ１７と、送信アンテナと一体的に設けられ、無線
カードからデータを受信する配線パターンにより形成さ
れた受信アンテナ１８と、受信アンテナにより受信した
データを処理するための複数の電子部品とを含む回路基
板１４とを有し、回路基板を固定するための取付台座１
５の長さにより、送信アンテナと表面パネル１３の前面
との間の距離を、無線カードと処理装置との間の最大通
信距離の４％以上としている。

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ＩＣカー
ドすなわち無線カードにデータを書き込み、また無線カ
ードからデータを読みとるカード処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線カードは、磁気カードや接触式ＩＣ
カードに比較して、カード処理装置にカードを挿入する
動作と同装置からカードを取り出す動作が不要であり、
利便性に優れることから、今日、急速な伸びを示してい
る。

【０００３】なお、無線カードは、カード処理装置から
供給される電力を取り込むとともに、カード処理装置と
の間でデータをやり取りするためのアンテナを有してい
る。また、アンテナは、例えば樹脂により形成されるカ
ード本体の所定の位置に内装されている。

【０００４】カード処理装置は、無線カードに対して電
力を提供するとともに無線カードとの間でデータをやり
取りするための送信アンテナと受信アンテナを有してい
る。なお、送信アンテナから出力される電力の大きさ
は、無線カードの位置に拘わりなく、一定強度以上に設
定されている。また、カード処理装置内で送信アンテナ
が配置される位置はカード処理装置毎に定義されるた
め、カード処理装置の外装カバーと一体（無線カードに
近い位置）に配置されることが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、カー
ド処理装置から無線カードに向けて送信される電力の大
きさは無線カードとの距離に拘わりなく一定の出力であ
るため、カード処理装置の送信アンテナが外装カバーと
一体に配置されている場合、無線カードがカード処理装
置に近接して位置されることで、無線カードの送信アン
テナに過大な電力が供給されて無線カードが発熱する問
題がある。なお、発熱の程度（最大で８０度程度上昇す
ることがある）によって、無線カードのカード本体であ
る樹脂材料が変形し、その変形により無線カードを構成
する電子部品等が損傷を受ける虞れがある。

【０００６】その一方で、カード処理装置の送信アンテ
ナが、例えばプリント配線による薄い金属箔により形成
されている場合には、無線カードに供給可能な電力の大
きさが小さく、無線カードをカード処理装置の外装部分
に十分に接近させないと両者間の通信が確保されない問
題がある。

【０００７】この発明の目的は、無線カードに提供され
る電力の大きさを無線カードと無線カード処理装置との
間の距離に拘わりなく一定の範囲内に設定可能でかつ無
線カードへの過大な電力の供給を防止するカード処理装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、対象である無線カードへ
電力やデータを送信する無線カード処理装置において、
前記無線カードに向けて電力およびデータを送信する送
信アンテナと、この送信アンテナが、カード処理装置の
外装パネルの内側の所定の位置に位置されるよう固定す
る、予め決められた長さのスペーサを有することを特徴
とする無線カード処理装置を提供するものである。

【０００９】また、この発明は、対象である無線カード
に向けて電力およびデータを送信する送信アンテナと、
この送信アンテナと一体的に設けられ、上記無線カード
からデータを受信する受信アンテナと、前記送信アンテ
ナ、前記受信アンテナおよび前記回路基板のそれぞれを
収容する表面パネルと、を有し、前記送信アンテナは、
上記表面パネルから上記無線カードと前記送信アンテナ
との間に定義される最大通信可能距離の所定の割合を満
たす所定距離だけ離れた位置に設けられることを特徴と
する無線カード処理装置を提供するものである。

【００１０】さらに、この発明は、対象である無線カー
ドに向けて電力およびデータを送信する送信アンテナ
と、上記無線カードからデータを受信する受信アンテナ
がプリントパターンにより形成され、前記送信アンテナ
が送信すべきデータおよび信号を生成し、前記受信アン
テナが受信した信号の処理等に利用される電子部品が配
列された回路基板と、前記送信アンテナ、前記受信アン
テナおよび前記回路基板のそれぞれを収容する表面パネ
ルと、を有し、前記送信アンテナは、上記表面パネルと
の間に上記無線カードと前記送信アンテナとの間に定義
される最大通信可能距離の４％より大きなすき間を持っ
て設けられることを特徴とする無線カード処理装置を提
供するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、この発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００１２】図１は、非接触ＩＣカードすなわち無線カ
ードにデータを書き込み、また無線カードからデータを
読み出す無線カード処理装置を示す概略図である。

【００１３】図１に示すように、無線カード処理装置
（リーダライタ）１１は、取付面１に固定される背面パ
ネル１２と、背面パネル１２に対向されてリーダライタ
１１の外周を覆う表面パネル１３からなるハウジング内
の所定の位置に設けられた回路基板１４を有している。
なお、回路基板１４は、回路基板１４に搭載される詳述
しない電子部品が背面パネル１２側を向くように、複数
の取付台座（スペーサ）１５により、背面パネル１２か
ら所定の位置に固定されている。また、回路基板１４
は、ケーブル１６により図示しない外部装置、例えばホ
ストコンピュータ等に接続されている。

【００１４】回路基板１４には、無線カード（無線素
子）１００に電力を供給するとともにデータを送信する
送信アンテナ１７と無線カード１００からのデータを受
信する受信アンテナ１８とが設けられている。なお、受
信アンテナ１８は、図２に示すように、回路基板１４
に、プリント配線により一体的に形成されている。ま
た、送信アンテナ１７は、所定の断面径の導線が所定回
数巻きつけられたコイルアンテナである。なお、図２に
示されるように、受信アンテナ１８を回路基板１４と一
体に構成し、送信アンテナ１７を回路基板１４に固定す
ることで、両アンテナ相互の位置を正確に設定できる。
これにより、リーダライタ１１により受信した無線カー
ド１００からのデータが送信アンテナから無線カードへ
送信される信号等のノイズに埋もれることを防止でき
る。

【００１５】送信アンテナ１７はまた、取付台座１５の
長さに応じて、前面パネル１３に対して一定の間隔１９
を置いて配置されることになる。すなわち、取付台座１
５の長さを変化することで、送信アンテナ１７と前面パ
ネル１３との間の間隔を任意の間隔に設定できる。この
ことから、無線カード１００が前面パネル１３に密着さ
れたとしても、無線カード１００の図示しない送受信ア
ンテナや電子部品等が発熱して高温となったり、カード
本体の樹脂材料が変形することが防止される。

【００１６】図３は、無線カード１００の図示しない送
受信アンテナとリーダライタ１１の送信アンテナ１７と
の間の距離と無線カード１００の図示しない送受信アン
テナの温度上昇（発熱）との関係を説明するグラフであ
る。なお、ここでは、送受信アンテナと無線カードとの
位置は、同一とみなすことにする。

【００１７】図３に示されるように、無線カード１００
とリーダライタ１１の送信アンテナ１７との間の距離
が、無線カード１００が送信アンテナ１７から電力を受
信可能で、データを送信可能な最大の距離すなわち最大
通信距離Ｂ点（百分率において１００で示されている）
にあるとき、無線カード１００の温度は、ほとんど変化
しない。なお、最大通信距離は、リーダライタ１１が配
置される使用条件に基づいて任意に定義されるものであ
るが、例えば入退室管理用のゲートシステムにおいて
は、５０ｃｍである。

【００１８】図３によれば、無線カード１００がリーダ
ライタ１１に接近されるに従って、無線カード１００内
部の図示しない送受信アンテナおよび回路素子の温度が
次第に上昇し、最大通信距離に対して２０％程度の距離
に接近されると急峻となり、約４％の距離まで接近され
ると、約８０°Ｃに達することが認められる。

【００１９】換言すれば、無線カード１００を、リーダ
ライタ１１の送信アンテナ１７から最大通信距離の約４
％以内の位置に接近することのないよう送信アンテナ１
７との間の距離を置いてリーダライタ１１に近接させる
ことで、無線カード１００の温度が不所望に上昇してカ
ード内部の回路素子や送受信アンテナが損傷したり、カ
ード本体の樹脂材料が変形することが防止できる。この
ことは、図１に示したリーダライタ１１において、送信
アンテナ１７と表面パネル１３の間の距離１９を、最大
通信距離の約４％以上とすれば、無線カード１００が不
所望に発熱することを防止できることを示している。

【００２０】図４は、図３に示した無線カードとリーダ
ライタとの間の距離と無線カードの温度が上昇する要因
を説明するための概略図である。

【００２１】図４に示されるように、無線カードが送信
アンテナの送信コイルａの中心軸上で距離ｘだけ離れた
位置ｂにある場合、無線カードに提供される磁束密度Ｂ
は、透磁率をμ、送信コイルを流れる電流×巻数（ター
ン数）をＩ、送信コイルの半径をｒ、送信コイルと無線
カードとの間の距離をｘ、無線カードの大きさやリーダ
ライタの出力等により定義される係数をｋ_１とすると
き、 Ｂ＝ｋ_１・μ・Ｉ・ｒ^２／（２（ｒ^２＋ｘ^２）^３／２） により求められる。

【００２２】また、無線カードが、送信コイルａの導体
の近傍である位置ｃに位置する場合に無線カードに作用
する磁束密度Ｂ´は、透磁率をμ、送信コイルを流れる
電流×巻数（ターン数）をＩ、送信コイルと無線カード
との間の距離をｘ´、無線カードの大きさやリーダライ
タの出力等により定義される係数をｋ_２とするとき、 Ｂ＝ｋ_２・μ・Ｉ／（２πｘ^２） により求められる。

【００２３】このように、無線カードがリーダライタか
ら受ける磁束密度は、送信コイルとカードとの間の距離
の２乗ないし３乗に反比例することから、無線カードが
送信アンテナの近傍のある位置に位置された場合に、無
線カードに作用する磁束密度が急激に増大し、無線カー
ドの送受信アンテナや回路素子が大きな電力を受けて発
熱することが認められる。

【００２４】このことから、図３に示した無線カードの
回路素子等の温度上昇特性が、無線カードとリーダライ
タの送信アンテナとの間の距離がある距離以下に達する
ことで急峻に変化することが説明できる。従って、図１
に示したリーダライタ１１において、送信アンテナ１７
と表面パネル１３の間の距離１９を、最大通信距離の約
４％以上とすることで無線カード１００が不所望に発熱
することを防止できることが裏付けられる。

【００２５】以上説明したように、無線カード１００と
の間でデータをやり取りするリーダライタ１１の送信ア
ンテナ１７を、無線カードが最も接近して位置された場
合であっても、無線カードと送信アンテナとの間の最大
通信距離に比較して、所定の割合、例えば４％以上の距
離に位置するよう、リーダライタ内の送信アンテナの位
置を前面パネル１３よりも背面パネル１２側にシフトす
ることで、無線カードが最大に接近された場合であって
も無線カードの回路素子等が不所望に発熱することのな
いリーダライタ１１を提供できる。

【００２６】図５は、図１に示したリーダライタ（無線
カード処理装置）の別の実施の形態を説明する概略図で
ある。なお、図１に示した構成と同一の構成には同じ符
号を付して詳細な説明を省略する。

【００２７】図５に示されるように、リーダライタ２１
は、背面パネル１２により取付面１に固定されている。
回路基板１４は、回路基板１４に搭載される詳述しない
電子部品が前面パネル１３側を向くよう、複数の取付台
座２５により背面パネル１２から所定の位置に固定され
ている。また、回路基板１４は、ケーブル１６により図
示しない外部制御機構、例えばホストコンピュータ等に
接続されている。

【００２８】回路基板１４には、無線カード（無線素
子）１００に電力を供給するとともにデータを送信する
送信アンテナ１７と無線カード１００からのデータを受
信する受信アンテナ１８とが設けられている。なお、送
信アンテナ１７は、所定の断面径の導線が所定回数巻き
つけられたコイルアンテナである。

【００２９】また、送信アンテナ１７は、取付台座２５
の長さに基づいて前面パネル１３に対して一定の間隔１
９を置いて配置されることになる。これにより、無線カ
ード１００が前面パネル１３に密着されたとしても、無
線カード１００の図示しない送受信アンテナが、リーダ
ライタ２１の送信アンテナ１７から提供される電力によ
り不所望に発熱して高温になることが防止される。な
お、この構成は、図１に示したリーダライタ１１と同一
の回路基板１４を用いてリーダライタ１１に比較して無
線カード１００に供給する電力を少なくできるため、無
線カード１００の送受信アンテナの電力容量（大きさ）
が異なる場合の感度の調整が可能となる。

【００３０】図６は、図１および図５に示したリーダラ
イタ（無線カード処理装置）のさらに別の実施の形態を
説明する概略図である。なお、図１および図５に示した
構成と同一の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省
略する。

【００３１】図６に示されるように、リーダライタ３１
は、背面パネル１２により取付面１に固定されている。
回路基板１４は、回路基板１４に搭載される詳述しない
電子部品が背面パネル１２側を向くよう、複数の取付台
座１５により背面パネル１２から所定の位置に固定され
ている。また、回路基板１４は、ケーブル１６により図
示しない外部制御機構、例えばホストコンピュータ等に
接続されている。回路基板１４にはまた、無線カード１
００からデータを受信する受信アンテナ１８が設けられ
ている。

【００３２】送信アンテナ３７は、回路基板１４に接続
され、所定断面径の導線が所定回数巻きつけられたコイ
ルアンテナであり、前面パネル３３から突出されたアン
テナ保持部３３ａにより保持されている。このとき、送
信アンテナ３７と前面パネル３３の表面側（カードが近
接される側）との間の距離１９は、先に説明したと同様
に、最大通信可能距離に対して概ね４％以上に定義され
ている。これにより、無線カード１００が前面パネル１
３に密着されたとしても、リーダライタ３１の送信アン
テナ３７からの電力により無線カード１００の図示しな
い送受信アンテナや電子部品が発熱して高温となった
り、カード本体の樹脂材料が変形することが防止され
る。

【００３３】図７は、図１、図５および図６に示したリ
ーダライタ（無線カード処理装置）のさらに別の実施の
形態を説明する概略図である。なお、図１、図５および
図６に示した構成と同一の構成には同じ符号を付して詳
細な説明を省略する。

【００３４】図７に示されるように、リーダライタ４１
は、背面パネル１２により取付面１に固定されている。
回路基板１４は、回路基板１４に搭載される詳述しない
電子部品が背面パネル１２側を向くよう、複数の取付台
座１５により背面パネル１２から所定の位置に固定され
ている。また、回路基板１４は、ケーブル１６により図
示しない外部制御機構、例えばホストコンピュータ等に
接続されている。回路基板１４にはまた、無線カード１
００からデータを受信する受信アンテナ１８が図２に示
したと同様に一体に設けられている。

【００３５】送信アンテナ４７は、回路基板１４に接続
され、所定の断面径の導線が所定の回数巻きつけられた
コイルアンテナであり、背面パネル１２の近傍に固定さ
れている。この配列によれば、送信アンテナ４７と前面
パネル１３の表面側（カードが近接される側）との間の
距離１９は、先に説明したと同様に最大通信可能距離に
対して概ね４％以上に定義される。これにより、無線カ
ード１００が前面パネル１３に密着されたとしても、リ
ーダライタ４１の送信アンテナ４７からの電力により無
線カード１００の図示しない送受信アンテナや電子部品
が発熱して高温となったり、カード本体の樹脂材料が変
形することが防止される。

【００３６】以上説明したように、この発明のカード処
理装置は、無線カードに電力を供給するための送信アン
テナが、装置の表面カバーからカード処理装置と無線カ
ードとの間の最大通信距離に比較して僅かに内側に位置
されることで、無線カードに対して悪影響を与えること
のある大きな電力の移送を防止できる。

【００３７】また、送信アンテナとカード処理装置の表
面カバーとの距離は、任意に設定できることから、回路
基板および送信アンテナの仕様を変更することなく、複
数の種類の無線カードに対応させることができる。

【００３８】さらに、送信アンテナと受信アンテナの位
置関係を正確に設定できることから、カード処理装置に
より受信した無線カードからのデータが送信アンテナか
ら無線カードへ送信される信号等のノイズに埋もれるこ
とを防止できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の無線カー
ド処理装置においては、カード処理装置から無線カード
に向けて送信される電力の大きさに依存して無線カード
が発熱したり温度上昇によりカード本体を構成する樹脂
が変形したり、内部の電子部品が損傷することが防止さ
れる。なお、送信アンテナの位置（カード処理装置内の
無線カードとの間の距離）を最適に設定することで、仕
様の異なる無線カードにも対応可能である。

【００４０】また、この発明のカード処理装置において
は、受信アンテナに、送信アンテナから無線カードに供
給される電力用信号や、無線カード向けて送信されるデ
ータがノイズとなって入射されることが低減されること
から、動作が安定になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態である無線カード処理装
置（リーダライタ）の例を示す概略図。

【図２】図１に示したリーダライタ（カード処理装置）
の送信アンテナと受信アンテナの位置関係を示す概略
図。

【図３】リーダライタと無線カードとの間の距離とリー
ダライタから無線カードに供給される電力により無線カ
ードの電子部品やコイルの発熱の関係を示すグラフ。

【図４】図３に示した無線カードとリーダライタとの間
の距離と無線カードの温度上昇の関係を説明する概略
図。

【図５】図１に示したリーダライタの別の実施の形態を
示す概略図。

【図６】図１および図５に示したリーダライタとは異な
る別の実施の形態を示す概略図。

【図７】図１、図５および図６に示したリーダライタと
はさらに異なる別の実施の形態を示す概略図。

【符号の説明】

１１・・・無線カード処理装置（リーダライタ）、 １２・・・背面パネル、 １３・・・前面パネル、 １４・・・回路基板、 １５・・・取付台座、 １７・・・送信アンテナ、 １８・・・受信アンテナ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象である無線カードへ電力やデータを送
   信する無線カード処理装置において、 前記無線カードに向けて電力およびデータを送信する送
   信アンテナと、 この送信アンテナが、カード処理装置の外装パネルの内
   側の所定の位置に位置されるよう固定する、予め決めら
   れた長さのスペーサを有することを特徴とする無線カー
   ド処理装置。
2. 【請求項２】前記送信アンテナは、上記外装パネルか
   ら、上記無線カードとカード処理装置との間に定義され
   る最大通信可能距離に関連して設定される所定距離だけ
   離れた位置に設けられることを特徴とする請求項１記載
   のカード処理装置。
3. 【請求項３】対象である無線カードに向けて電力および
   データを送信する送信アンテナと、 この送信アンテナと一体的に設けられ、上記無線カード
   からデータを受信する受信アンテナと、 前記送信アンテナ、前記受信アンテナおよび前記回路基
   板のそれぞれを収容する表面パネルと、を有し、 前記送信アンテナは、上記表面パネルから上記無線カー
   ドと前記送信アンテナとの間に定義される最大通信可能
   距離の所定の割合を満たす所定距離だけ離れた位置に設
   けられることを特徴とする無線カード処理装置。
4. 【請求項４】前記送信アンテナおよび前記受信アンテナ
   は、前記送信アンテナが送信すべきデータおよび信号を
   生成し、前記受信アンテナが受信した信号を処理する電
   子部品と共に回路基板に形成されたことを特徴とする請
   求項３記載の無線カード処理装置。
5. 【請求項５】前記所定距離は、上記最大通信可能距離の
   ４％以上であることを特徴とする請求項４記載の無線カ
   ード処理装置。
6. 【請求項６】前記送信アンテナは、上記前面パネルに設
   けられた突起部を介して上記所定距離だけ離れた位置に
   設けられることを特徴とする請求項５記載の無線カード
   処理装置。
7. 【請求項７】前記送信アンテナは、前記回路基板に一体
   に形成されて、前記回路基板が固定される際のスペーサ
   の長さにより、上記所定距離の位置に設けられることを
   特徴とする請求項５記載の無線カード処理装置。
8. 【請求項８】前記送信アンテナは、前記回路基板に一体
   に形成されて、前記回路基板が固定される際の前記表面
   パネルに設けられた突起部の長さにより、上記所定距離
   の位置に設けられることを特徴とする請求項５記載の無
   線カード処理装置。
9. 【請求項９】前記送信アンテナは、前記回路基板に一体
   に形成されて、前記回路基板が固定される際の背面パネ
   ルに設けられた突起部の長さにより、上記所定距離の位
   置に設けられることを特徴とする請求項５記載の無線カ
   ード処理装置。
10. 【請求項１０】前記受信アンテナは、プリントパターン
    であることを特徴とする請求項５記載の無線カード処理
    装置。
11. 【請求項１１】対象である無線カードに向けて電力およ
    びデータを送信する送信アンテナと、 上記無線カードからデータを受信する受信アンテナがプ
    リントパターンにより形成され、前記送信アンテナが送
    信すべきデータおよび信号を生成し、前記受信アンテナ
    が受信した信号の処理等に利用される電子部品が配列さ
    れた回路基板と、 前記送信アンテナ、前記受信アンテナおよび前記回路基
    板のそれぞれを収容する表面パネルと、を有し、 前記送信アンテナは、上記表面パネルとの間に上記無線
    カードと前記送信アンテナとの間に定義される最大通信
    可能距離の４％より大きなすき間を持って設けられるこ
    とを特徴とする無線カード処理装置。