JP2004102747A - Ｉｃカードリーダライタ装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】漏洩磁束及びディジタルノイズが装置の外部に放射されるのを防止すべく非接触型送受信経路で発生する漏洩磁束をシールドする電磁シールド層４、及び（共用）ＩＣカード１０の内部で発生するディジタルノイズを吸収するディジタルノイズ吸収層５との双方がＩＣカードホルダ２の外側に設けられる。
【効果】ＩＣカードホルダ２の内部から装置外部への漏洩磁束がかなり減衰し、且つ、ディジタルノイズの放射が無くなる。その結果、周辺機器への悪影響を及ぼすことが無くなる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣカードシステムに用いられるＩＣカードリーダライタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報化社会におけるカードの役割は極めて大きい。金融機関における通帳の役割、流通過程における現金の役割、交通機関における乗車券の役割、等々多岐に渡っている。その結果、一人で何枚ものカードを持ち歩くことが当たり前の社会になっている。この状態を少しでも改善すべく記憶容量の大きいＩＣカードの普及が進んでいる。
【０００３】
同時に、ＩＣカード利用に際しての利便性向上を目指す技術開発が進められている。電磁波を用いた非接触のＩＣカードがその一例である。
図３は、従来のＩＣカードリーダライタ装置の側面断面図である。
この図は、特願２００２−１４７５８０（出願人は本願出願人と同一）によって始めて開示される、接触・非接触共用型ＩＣカードリーダライタ装置の側面断面図である。図中の主な構成要素のみについて説明する。
【０００４】
リーダライタ側電磁アンテナ１０１は、共用（又は非接触）カード１１１を非接触で用いる場合に、カード側電磁アンテナ１０２と共に電磁波又は磁界を介して非接触型送受信経路を形成する部分である。通常、巻き線コイル、又はプリント基板上にフォトエッチング技術を用いて形成されるパターンコイルによって構成される。
【０００５】
ＩＣカードホルダ１０３は、共用（又は非接触）カード１１１を所定の位置に一時保持して非接触型送受信経路を形成する部分であると共に、他の構成部分が固着されるＩＣカードリーダライタ装置の骨格となる部分である。通常、高分子材料を成型して作製される。
【０００６】
制御基板１０４は、共用（又は非接触）カード１１１と交信する制御回路や情報処理回路を搭載するプリントボードである。通常、後記電磁シールド材１０５の外側からビスなどによってＩＣカードホルダ１０３に固定される。更に、この基板には装置全体の動作を制御するＣＰＵや、リーダライタ側電磁アンテナ１０１に高周波電流を供給する高周波発振器なども搭載されている。
【０００７】
電磁シールド材１０５は、上記制御基板１０４と、上記リーダライタ側電磁アンテナ１０１との間に配置されて、上記リーダライタ側電磁アンテナ１０１の放射する電磁波が制御基板１０４に搭載されている制御回路などに侵入するのを遮蔽する部分である。更に、ＩＣカードホルダ１０３の下側の面（図中）に配置されて上記リーダライタ側電磁アンテナ１０１の放射する電磁波が装置の外側へ漏れるのを防止している部分でもある。通常、フェライトなどの磁性体の粉末を高分子材料で板状に固めた材料が用いられる。
【０００８】
放熱ファン１０６は、共用（又は非接触）カード１１１の温度上昇を防止するための放熱機（一種の扇風機）である。共用（又は非接触）カード１１１を非接触で使用する場合には、カード内に配置されているカード側電磁アンテナ１０２とリーダライタ側電磁アンテナ１０１との間で１３．５６ＭＨｚの電磁波又は磁束を介して交信が行われる。このときの磁界強度は約７．５Ａ／ｍと大きいため共用（又は非接触）カード１１１は動作すると発熱する場合がある。
【０００９】
共用（又は非接触）カード１１１は、通常、０℃〜５０℃に維持することが求められている。この要求を満足させるために、放熱ファン１０６が必要になってくる。
入出力アダプタ１０７は、リーダライタ装置が図示していない上位機種と接続して情報交換及び直流電源の供給を受ける部分である。通常ＲＳ２３２Ｃなどの専用アダプタが用いられている。
【００１０】
非接触型のＩＣカードシステムでは、以上説明した構成要素の働きによって、電磁波を介してＩＣカードリーダライタ装置１２０と非接触カード（図中では共用ＩＣカード１１１）との間の交信が実行される。
リーダライタ側接点１０８とＩＣカードコンタクト１０９は、共用（又は非接触）カード１１１との間で接触型送受信回路を形成するために必要とする部分であるが、本発明には直接関係がないので説明を割愛する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来技術（特願２００２−１４７５８０）には次に説明するような解決すべき課題が残されていた。
・課題１
非接触ＩＣカード中で発生するディジタルノイズの高域成分が、特に図中下側の電磁シールド材１０５を透過してＩＣカードリーダライタ装置１２０の周辺に配置されている上位機器等に悪影響を及ぼす可能性を無視することができなかった。
【００１２】
・課題２
非接触ＩＣカードの温度上昇を避けるために放熱ファン１０６を用いるため、装置全体としてのコストアップと消費電力の増大は不可避であった。あるいは又、非接触ＩＣカードの温度上昇を避けるために制御基板１０４と非接触ＩＣカードとをできる限り離して配置する必要があるため装置の全体容積が大型化することにも繋がった。
【００１３】
以上説明した解決すべき課題を解決して、ノイズの放射量が少なく、且つ、小型でローコストな非接触型（接触及び非接触共用型を含む）リーダライタ装置を実現することが本発明の目的である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
ＩＣカードに設けられるカード側電磁アンテナとの間で信号を送受信するリーダライタ側電磁アンテナと、上記ＩＣカードが挿抜可能に挿入されると上記カード側電磁アンテナと上記リーダライタ側電磁アンテナとの間で非接触型送受信経路を形成させるＩＣカードホルダと、上記非接触型送受信経路で発生する漏洩磁束をシールドする電磁シールド層と、上記ＩＣカード内で発生するディジタルノイズを吸収するディジタルノイズ吸収層とを含み、上記漏洩磁束及び上記ディジタルノイズが装置の外部に放射されるのを防止すべく上記電磁シールド層及び上記ディジタルノイズ吸収層との双方が上記ＩＣカードホルダの外側に設けられることを特徴とするＩＣカードリーダライタ装置。
【００１５】
〈構成２〉
構成１に記載のＩＣカードリーダライタ装置において、上記電磁シールド層及び上記ディジタルノイズ吸収層には上記ＩＣカードが挿抜可能に挿入されるＩＣカードホルダの内側と上記装置の外部との間を繋ぐ通気孔が設けられることを特徴とするＩＣカードリーダライタ装置。
【００１６】
〈構成３〉
構成１又は構成２に記載のＩＣカードリーダライタ装置において、上記電磁シールド層は、フェライト粉末含有高分子材板であり、上記ディジタルノイズ吸収層は、鉄、アルミ、銅等を主成分とする金属板であることを特徴とするＩＣカードリーダライタ装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明では、非接触型ＩＣカードリーダライタ装置が装置外へ放射するノイズを、リーダライタ側電磁アンテナに起因する漏洩磁束（磁界成分が主成分）と、ＩＣカードの中に備えるディジタル回路に起因するディジタルノイズの高周波成分（電磁波成分が主成分）とに分けて対処する。
【００１８】
即ち、漏洩磁束を減衰させるための電磁シールド層とディジタルノイズの高周波成分を減衰させるためのディジタルノイズ吸収層とを別個に上記装置の外側に積層する。更に、ＩＣカードの温度上昇を避けるために、電磁シールド層及びディジタルノイズ吸収層を貫通する通気孔を設けて装置内部の温度上昇を防止する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
図１は、本発明のＩＣカードリーダライタ装置の側面断面図である。
ここでは、接触非接触共用型ＩＣカードリーダライタ装置を例に挙げて、非接触型への対応において、本発明がどのように具体化されるかについて説明する。
【００２０】
図より、本発明のＩＣカードリーダライタ装置２０は、リーダライタ側電磁アンテナ１と、ＩＣカードホルダ２と、制御基板３と、電磁シールド層４と、ディジタルノイズ吸収層５と、通気孔６と、入出力アダプタ７と、ＩＣカードコンタクト８と、リーダライタ側接点９とを備える。
【００２１】
リーダライタ側電磁アンテナ１は、非接触型ＩＣカード及び共用カードに設けられるカード側電磁アンテナ１１と共に高周波電流によって励起される磁束に基づく磁界結合によって非接触型送受信経路を形成する部分である。巻き線コイル、又はプリント基板上にフォトエッチング技術を用いて形成されるパターンコイル等によって構成される。上記高周波電流の周波数は、通常１３．５６ＭＨｚである。
【００２２】
リーダライタ側電磁アンテナ１とカード側電磁アンテナ１１とは比較的近距離に配置されている。又、上記高周波電流の周波数が１３．５６ＭＨｚと低い（中波）。以上の点から両アンテナ間の結合は磁界成分と電界成分とを併せ持つ電磁波による電磁界結合よりは、むしろ磁界成分による磁界結合が主になると考えることができる。
【００２３】
ＩＣカードホルダ２は、ＩＣカード１０が挿抜可能に挿入されるとカード側電磁アンテナ１１とリーダライタ側電磁アンテナ１との間で非接触型送受信経路の形成が可能な位置に両者を保持する部分である。更に、他の構成部分が固着されるＩＣカードリーダライタ装置の骨格となる部分である。通常、高分子材料を成型して作製される。
【００２４】
制御基板３は、ＩＣカードリーダライタ装置２０と（共用）ＩＣカード１０とが交信するために必要とする制御回路や情報処理回路を搭載するプリントボードである。通常、後記電磁シールド層４の外側からビスなどによってＩＣカードホルダ２に固定される。更に、この基板には装置全体の動作を制御するＣＰＵや、リーダライタ側電磁アンテナ１に高周波電流を供給する高周波発振器なども搭載される。
【００２５】
電磁シールド層４は、非接触型受信経路で発生する漏洩磁束をシールドする部分である。上記の通り、リーダライタ側電磁アンテナ１とカード側電磁アンテナ１１とは、電磁界結合よりはむしろ磁界結合が主になると考えることができるので、電磁シールド層４は、上記制御基板３と、上記リーダライタ側電磁アンテナ１との間に配置されて、上記リーダライタ側電磁アンテナ１の放射する磁束が制御基板３に搭載されている制御回路などに侵入するのを遮蔽する部分である。
【００２６】
更に、ＩＣカードホルダ２の下側の面（図中）に配置されて上記リーダライタ側電磁アンテナ１の放射する磁束が装置の外側へ漏れるのを防止している部分でもある。通常、フェライトなどの磁性体の粉末を高分子材料で板状に固めた厚さ２ｍｍ位のフェライトシートが用いられる。
【００２７】
ディジタルノイズ吸収層５は、（共用）ＩＣカード１０内で発生するディジタルノイズを吸収する部分である。（共用）ＩＣカード１０は、カード側電磁アンテナ１１がリーダライタ側電磁アンテナ１から主に磁界結合によって１３．５６ＭＨｚの高周波電流を受け入れてスイッチング回路等を用いて整流し、自己が必要とする直流電源としている。又、内部に多くのパルス回路を有している。
【００２８】
そのため、ディジタルノイズを放射する。このディジタルノイズの高域成分は、ＶＨＦ帯からＵＨＦ帯にも及ぶ。更に、（共用）ＩＣカード１０はアースレスの状態に維持されている。かかる状況から、この高域成分は磁界成分と電界成分とを併せ持つ電磁波成分が主であると考えることができる。電磁波成分を減衰させるには、磁界成分又は電界成分のどちらか一方を減衰させることによって目的を達成することができる。この周波数帯域の広い電磁波の磁界成分を磁気シールドによって減衰させるには、上記電磁シールド層４をある程度厚くする必要がある。
【００２９】
一方、電界成分は導体中を透過しにくい（導体中では電界強度はゼロになる）ことから金属板でシールドすることによって容易に減衰させることができる。そこで金属材料（通常鉄材）で製作したディジタルノイズ吸収層５をＩＣカードホルダ２の外側に配置することによって電磁波、即ち、ディジタルノイズの高周波成分を大きく減衰させることを目的としている。
【００３０】
通気孔６は、ＩＣカードが挿抜可能に挿入されるＩＣカードホルダの内側と装置外部との間を繋ぐ孔である。（共用）ＩＣカード１０を非接触で使用する場合には、カード内に配置されているカード側電磁アンテナ１１とリーダライタ側電磁アンテナ１の双方に１３．５６ＭＨｚの高周波電流が流れる。このときの磁界強度は約７．５Ａ／ｍ前後と大きいため共用（又は非接触）カード１１１は発熱する。
【００３１】
共用（又は非接触）ＩＣカード１０は、通常、０℃〜５０℃に維持することが求められている。この要求を満足させるために、放熱ファン１０６（図３）に代えて、電磁シールド層４とディジタルノイズ吸収層５に通気孔６が設けられる。尚、図中では、通気孔６を通る対流経路はＩＣカードホルダ２によって遮断されるかに見える。しかし、ＩＣカードホルダ２には図示されていない複数の空隙部分が従来から設けられている。
【００３２】
入出力アダプタ７は、リーダライタ装置が、図示していない上位機種と接続して情報交換及び直流電源の供給を受ける部分である。通常ＲＳ２３２Ｃなどの専用アダプタが用いられている。
ＩＣカードコンタクト８と、リーダライタ側接点９は、ＩＣカードリーダライタ装置２０が（共用）ＩＣカード１０と接触型として交信する場合に必要となる部分であって本発明と直接関連しないので説明を割愛する。
【００３３】
以上説明した構成からなるＩＣカードリーダライタ装置２０に（共用）ＩＣカード１０を挿入して非接触対応で使用した時にその周辺に配置されている機器を注意深く観測し、以下のことが判明した。
【００３４】
上記従来技術に基づくＩＣカードリーダライタ装置１２０の使用中に周辺に配置されているブラウン管上の画像中に発生しがちであった１〜２本の白色の走査線が全く発生していないことを確認することができた。この白色走査線の発生は、ディジタルノイズに起因することは記すまでもない。
【００３５】
又、長時間に渡る実験にもかかわらず、ＩＣカードリーダライタ装置２０と（共用）ＩＣカード１０との間での、誤りデータの発生、誤動作等の発生を認識することもできなかった。この事実は、制御基板３とリーダライタ側電磁アンテナ１の間に配置される電磁シールド層４が、十分に磁気シールド効果を発揮しているものと考えることができる。従って、ＩＣカードホルダ２の内部から装置の外部に透過する漏洩磁束も十分に減衰しているものと考えることができる。
【００３６】
更に、（共用）ＩＣカード１０の温度を測定し、０℃〜５０℃の規格が十分に満足されることを確認した。
ここで、通気孔６について最適な孔の大きさ等を調べるために以下の実験を行った。
【００３７】
図２は通気孔群の平面図である。
（ａ）は、３φの通気孔を縦横とも３ｍｍ間隔で多数個配置した場合の図である。
（ｂ）は、６φの通気孔を９個配置した場合の図である。
（ｃ）は、１０φの通気孔を３個配置した場合の図である。
【００３８】
上記（ａ）（ｂ）（ｃ）３種類の通気孔６を電磁シールド層４及びディジタルノイズ吸収層５に配置して上記ディジタルノイズの吸収、漏洩磁束に対する遮蔽、（共用）ＩＣカード１０の温度上昇について試験したが、いずれも良好な結果を示し、差を認めることはできなかった。これはＩＣカードリーダライタ装置２０と（共用）ＩＣカード１０間の交信に用いられる信号の伝搬波長に比して孔径が極めて小さいからに他ならない。
【００３９】
以上の説明では、接触非接触共用型ＩＣカードリーダライタ装置の図面を用いて非接触対応時の場合について説明した。しかし、本発明はこの例に限定されるものではない。
即ち、非接触単独型のＩＣカードリーダライタ装置にも当然適合可能である。但し、外形が大きくなりがちである接触非接触共用型ＩＣカードリーダライタ装置には、より効果的に適合可能であることは記すまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、ＩＣカードホルダの外側に電磁シールド層とディジタルノイズ吸収層を積層し、更に、電磁シールド層とディジタルノイズ吸収層とを貫通する通気孔を設けることによって以下の効果を得ることができる。
１．ＩＣカードホルダの内部から装置外部への漏洩磁束がかなり減衰し、且つ、ディジタルノイズの放射が無くなる。その結果、周辺機器への悪影響を及ぼすことが無くなる。
２．ＩＣカードの温度上昇を避けるために放熱ファンを備える必要がなくなり、装置全体としてのコストアップと消費電力の増大を防止することができる。あるいは又、温度上昇を避けるために制御基板と非接触ＩＣカードとをできる限り離して配置する必要がなくなるため、装置の全体容積を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＩＣカードリーダライタ装置の側面断面図である。
【図２】通気孔群の平面図である。
【図３】従来のＩＣカードリーダライタ装置の側面断面図である。
【符号の説明】
１　リーダライタ側電磁アンテナ
２　ＩＣカードホルダ
３　制御基板
４　電磁シールド層
５　ディジタルノイズ吸収層
６　通気孔
７　入出力アダプタ
８　ＩＣカードコンタクト
９　リーダライタ側接点
１０　（共用）ＩＣカード
１１　カード側電磁アンテナ
１２　カード側接点
２０　ＩＣカードリーダライタ装置

Claims (3)

1. ＩＣカードに設けられるカード側電磁アンテナとの間で信号を送受信するリーダライタ側電磁アンテナと、
   前記ＩＣカードが挿抜可能に挿入されると前記カード側電磁アンテナと前記リーダライタ側電磁アンテナとの間で非接触型送受信経路を形成させるＩＣカードホルダと、
   前記非接触型送受信経路で発生する漏洩磁束をシールドする電磁シールド層と、
   前記ＩＣカードの内部で発生するディジタルノイズを吸収するディジタルノイズ吸収層とを含み、
   前記漏洩磁束及び前記ディジタルノイズが装置の外部に放射されるのを防止すべく前記電磁シールド層及び前記ディジタルノイズ吸収層との双方が前記ＩＣカードホルダの外側に設けられることを特徴とするＩＣカードリーダライタ装置。
2. 請求項１に記載のＩＣカードリーダライタ装置において、
   前記電磁シールド層及び前記ディジタルノイズ吸収層には前記ＩＣカードが挿抜可能に挿入されるＩＣカードホルダの内側と前記装置の外部との間を繋ぐ通気孔が設けられることを特徴とするＩＣカードリーダライタ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＩＣカードリーダライタ装置において、
   前記電磁シールド層は、フェライト粉末含有高分子材板であり、
   前記ディジタルノイズ吸収層は、鉄、アルミ、銅等を主成分とする金属板であることを特徴とするＩＣカードリーダライタ装置。

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