JP2007034393A - 非接触ｉｃカードリーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】壁付けの配線器具形態を有する非接触ＩＣカードリーダ装置において、従来の筐体内部配置にとらわれないアンテナを使用し、通信可能距離など通信性能を向上させる。
【解決手段】カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部と、送受信データの変復調を行う無線回路部と、前記本体制御部および前記無線回路部を格納する筐体５と、ＩＣカードへの給電および通信を行うための交流磁界を発生するループアンテナ２と、筐体５を壁面に取り付けるための取付け枠６と、化粧板８と、化粧板８を壁面に取り付けるためのベース７を備え、ＩＣカードと非接触に通信を行う非接触ＩＣカードリーダ装置１であって、取付け枠６またはベース７または化粧板８のいずれか１つ以上にループアンテナが設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣカードとの間において、非接触で通信を行うＩＣカードリーダ装置に関し、例えば入退室管理システム、自動改札システム、電子マネー等におけるＩＤカード、管理カード、定期券、回数券、キャッシュカード等の非接触式ＩＣカードとの間において、非接触で通信を行う非接触ＩＣカードリーダ装置に関するものである。

従来より、壁面に埋め込んで取り付ける非接触ＩＣカードリーダ装置では、ＩＣカードと通信を行うためのループアンテナと、送受信データの変復調を行うと共に、カードリーダを制御する制御部と、これらを格納する筐体を有するものがある。そして、筐体を壁面に埋め込んで取り付けるための取付け部材を有すると共に，取付け部材を覆ってその前面を保護する化粧パネルを備えている。

上記のような非接触ＩＣカードリーダ装置においては、ＩＣカードとの通信を行うためのループアンテナは筐体内に設けている。しかも、取付け部材および化粧パネルのサイズに対して相対的に筐体のサイズを小さくしなければならないので、筐体内に格納するループアンテナのサイズもそれに従って小さくなってしまった。

ループアンテナのサイズはＩＣカードの読取り可能距離を決める重要な要素であり、ループアンテナのサイズが小さくなることにより、ＩＣカードの読取り可能距離が短くなってしまうという問題点がある。

また、取付け部材が金属等の導体の場合にはループアンテナから発生する交流磁界により、渦電流が発生しアンテナ特性を劣化させ、ＩＣカードの読取り距離が短くなってしまうという問題点もある。

また、美観上の観点からループアンテナを含む筐体は壁面からの突出をさけるために、取付け枠よりも後方に配置されるので、壁面からのＩＣカードの読取り距離が短くなってしまう原因となっている。

非接触ＩＣカードリーダ装置のアンテナの取り付け方法について、アンテナの位置関係が大きくずれることなく、安定的に維持するようにした技術として、例えば、特許文献１が提案されている。

特許文献１の非接触ＩＣカードリーダ装置は、送信アンテナから電磁波を送信し非接触ＩＣカードから送信された電磁波を受信アンテナで受信する。これらのアンテナのうち少なくとも一方はコイルとし、コイルを保持する絶縁性を有する基板と、コイルを基板に固定する取付手段を有している。取付け手段は基板の所定位置にコイルを固定するためのもので、コイルを横切って、基板のコイル配置位置に配設された透孔に係合し、コイルを所定位置に固定する。

また、壁面埋め込み式の非接触ＩＣカードリーダ装置のアンテナについて、アンテナの操作面側表面近傍の金属体がアンテナの通信可能な距離に影響を与えないようにした非接触ＩＣカードリーダ装置が知られている（例えば、特許文献２）。この特許文献２には、アンテナの操作面側表面近傍の金属性化粧部材によって読みとり距離に影響を与えないように、化粧部材に切り込みを入れるようにした技術が開示されている。
特開２００１−１２６０３６公報 特開平４−８６９７４号公報

上記特許文献１の非接触ＩＣカードリーダ装置によれば、アンテナを効率よく固定できるようにしたことについて開示されている。しかし、特許文献１には、壁面に埋め込む非接触ＩＣカードリーダにおいてアンテナをできるだけ前面に出すことによって壁面からＩＣカードまでの通信可能距離をできるだけ延ばせるようにすることや、通信感度および通信可能距離をかせぐためにアンテナを大きくすることについては記載されていない。

また、特許文献２には、アンテナの操作面側表面近傍の金属性化粧部材によってＩＣカードを読み取り可能な距離（通信可能距離）に影響を与えないようにした非接触ＩＣカードリーダに関するもので、化粧部材に切り込みを付けた技術が開示されている。しかし、壁面からＩＣカードまでの通信可能距離をできるだけ延ばせるようにすることや、通信感度および通信可能距離をかせぐためにアンテナを大きくすることについては記載されていない。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、アンテナ特性の劣化を防ぐべく、壁面からＩＣカードまでの通信可能距離をできるだけ延ばせ、かつ、アンテナのサイズを大きくとれる非接触ＩＣカードリーダ装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明の非接触ＩＣカードリーダ装置は、上述のような目的を達成するために、カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部と、送受信データの変復調を行う無線回路部と、前記本体制御部および前記無線回路部を格納する筐体と、ＩＣカードとの通信を行うための交流磁界を発生するループアンテナと、前記筐体を壁面に取り付けるための取付け枠と、化粧板と、該化粧板を壁面に取り付けるためのベースとを備え、ＩＣカードと非接触に通信を行う非接触ＩＣカードリーダ装置であって、前記取付け枠または前記化粧板または前記ベースのいずれか１つ以上にループアンテナが設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置において、前記ループアンテナはエッチング又は印刷により導体パターンが形成されてなることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の非接触ＩＣカードリーダ装置において、前記ループアンテナは樹脂製の前記取付け枠または前記化粧板または前記ベースのいずれか１つ以上の中に、張り合わせにより挟み込められて設けられている。

請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置において、前記ループアンテナは樹脂製の前記取付け枠または前記化粧板または前記ベースのいずれか１つ以上に一体成形により埋設されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３または４に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置において、前記ループアンテナが内部ループアンテナとして設けられた前記取付け枠または前記化粧板または前記ベースの表面に、この内部ループアンテナとは異なる第二のループアンテナが設けられたことを特徴とする。

本発明の請求項１に非接触ＩＣカードリーダ装置によれば、筐体のサイズにとらわれずにアンテナのサイズすなわち正面寸法（有効送受信面積）を大きく設計できるとともに、前面（すなわち、筐体よりも壁面寄り、つまりＩＣカード寄り）に配置される部材に設けるので、アンテナ特性の劣化を招かず、通信可能距離など通信性能を向上させることができる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ装置の効果に加え、効率のよいアンテナの製作が可能となる。

請求項３に係る発明によれば、請求項１または２に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置の効果に加え、ループアンテナは樹脂製の取付け枠または化粧板またはベースのいずれか１つ以上の中に、張り合わせにより挟み込められて設けられているので、アンテナが、取り付けられた部材の表面に露出しないので、アンテナが断線等により破損する事を防ぐことができ、取扱い性が向上する。

請求項４に係る発明によれば、請求項１または２に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置の効果に加え、ループアンテナは樹脂製の取付け枠または化粧板またはベースのいずれか１つ以上に一体成形により埋設されているので、請求項３の場合と同様に、アンテナが、取り付けられた部材の表面に露出しないので、アンテナが断線等により破損する事を防ぐことができ、取扱い性が向上する。更に、取り付ける部材とアンテナとを一体成形するようにしているので、強度が向上する。

請求項５に係る発明によれば、請求項３または４に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置の効果に加え、ループアンテナが内部ループアンテナとして設けられた取付け枠または化粧板またはベースの表面に、この内部ループアンテナとは異なる第二のループアンテナが設けられているので、内部ループアンテナと第二のループアンテナとが極めて近接しているので磁気結合が強いことを利用して、内部ループアンテナと第二のループアンテナとの２つが同時に同じ送信をすることによって送信パワーを上げたり、または、内部ループアンテナと第二のループアンテナとの２つが同時に受信をすることによって受信感度を高めたりすることができる。さらに、内部ループアンテナと第二のループアンテナとのそれぞれが断線したり通信能力が低下する事象を検知する通信能力検知機能を、本体制御部に設けておけば、内部ループアンテナと第二のループアンテナとの一方だけでＩＣカードと通信可能な状態下で内部ループアンテナと第二のループアンテナとの一方が通信不能なる状態に陥った場合に、他方の内部ループアンテナまたは第二のループアンテナを代用すべく使用開始する様にもできる。

次に、本発明の最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の第一の実施例を示す分解斜視図、図２はそれを壁面に取り付けた状態の断面側面図、図３はその筐体の構成を示す断面図である。

図に示すように、本実施例の非接触ＩＣカードリーダ装置（以下、単にＩＣカードリーダ装置ともいう）１は、ＩＣカード（図示していない）への給電および通信を行うためのループアンテナ２と、カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部３と、送受信データの変復調を行う無線回路部４と、本体制御部３および無線回路部４を格納する筐体５を有する。さらに、筐体５を壁面に取り付けるための取付け枠６と、化粧板（以下では化粧パネルとも称する）８と、化粧板８を壁面９に取り付けるためのベース７を有している。

ループアンテナ２はＩＣカードに給電および通信を行うために交流磁界を発生する働きをするように、取付け枠６に設けられている。ループアンテナ２は樹脂製の基板面にエッチングまたは印刷により導体パターンが形成されて構成され、この基板を取付け枠６に接着することにより一体化している。

本体制御部３はカードリーダ全体の動作を制御する部分であり、基板に設けられて筐体５内に格納されている。無線回路部４はループアンテナ２と送受信するデータの変復調を行うものであり、これも本体制御部３と同様に基板に設けられて筐体５内に格納されている。

筐体５は取付け枠６の係止部材１２に係止可能な爪構造（不図示）を表面に形成された略箱形をなし、基板に設けられた本体制御部３および無線回路部４を内部に格納し、その爪構造を取付け枠６の係止部材１２に係止されることで取付け枠６に固定されて、その大部分は壁面の中に入り込んで設置される。

取付け枠６はプラスチックで形成され、中央部が開口し、この開口に面して中心側に付勢する係止部材１２を形成している。そして、この実施例においては、ループアンテナ２は取付け枠６の前面側に設けられ、裏面側に導出されたリード線１１に接続されている。このリード線１１は筐体５の中の本体制御部３と接続し、ループアンテナ２で受けた磁気信号を本体制御部３へ伝え、逆に本体制御部３を起点にして生成された信号電流をループアンテナ２に流す。もちろん、上述したように、ループアンテナ２で受けた磁気信号を電気信号に復調したり本体制御部３で生成された電気信号を信号電流に変換したりするのは、送受信データの変復調を行う無線回路部４である（図３）。
筐体５を係止部材１２によりはさみ付けて開口に嵌合して固定する。また、取付け枠６の対向する１対の辺には挿通穴１３が設けられ、壁面９に取り付けるために用いられるようにされている。そして、この挿通穴１３にねじ１４を挿通し、壁面９に取付け枠６を固定する。ねじ１４を覆う化粧パネル８を取付け枠６に固定するためにベース７を有している。

ベース７は、取付け枠６と係合して不用意に外れないようにする係止部を有すると共に、化粧パネル８を固定する係合部１５を有している。

上記のように構成したＩＣカードリーダ装置１は、筐体５を取付け枠６に嵌合し、取付け枠６を壁面９にねじ１４により固定して、更にベース７および化粧パネル８を取り付ける。

ＩＣカードを非接触ＩＣカードリーダ装置１の化粧パネル８面にかざすと、ＩＣカードリーダ装置から発する交流磁界により、ＩＣカードのアンテナに電流が流れてＩＣカード内部に給電がなされる。そして、ＩＣカードの制御回路が駆動され、記録されている情報信号がＩＣカードから返信されて、ループアンテナ２により受信され、その情報信号を無線回路部４で復調し、本体制御部３で判断処理してＩＣカードが所定のメンバーのものか否かを判定して通過を許可または不許可するなど所定の対応を行うとともに、処理信号を上位装置などへ出力する。

本実施例のようにループアンテナ２を筐体５より大きいサイズで前面に配置される取付け枠に設けると、ループアンテナ２を筐体５の内部に配置する場合に比べてＩＣカード寄りに配置できるとともに、ループアンテナ２を大きく設計できてループアンテナ２の通信有効面積を広くとれるので、通信性能の向上を図ることができる。
（第二の実施形態）
図４は本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の他の実施例を示す図で、同図（ａ）は分解斜視図、同図（ｂ）はその筐体の構成を示す断面図である。

本実施例のＩＣカードリーダ装置は、上記実施例とはループアンテナを取り付けるための部材をベースとした点で相違している。本実施例の非接触ＩＣカードリーダ装置において、上記実施例と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図４に示すように、本実施例のＩＣカードリーダ装置１は、ＩＣカード（図示していない）への給電および通信を行うための交流磁界を発生するループアンテナ２と、ループアンテナ２を取り付けたベース７ａと、カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部３と、送受信データの変復調を行う無線回路部４と、本体制御部３および無線回路部４を格納する筐体５を有する。さらに、筐体５を壁面に取り付けるための取付け枠６と、ＩＣカードリーダ装置の前面のねじの露出を覆う化粧板８を有している。

ループアンテナ２はＩＣカードリーダ側のベース７ａに設けられている。ループアンテナ２は樹脂製の基板面にエッチングまたは印刷により導体パターンが形成されて構成され、この基板をベース７ａに接着することにより一体化している。

本実施例のように、ループアンテナ２をベース７ａに設けると、筐体に設ける場合よりループアンテナ２のサイズを大きくすることができると共に、取付け枠６よりも前面においてループアンテナ２をＩＣカードに近く対向させることができるので、通信性能の向上を図ることができる。
（第三の実施形態）
図５は本発明に係るＩＣカードリーダ装置の他の実施例を示す図で、同図（ａ）は分解斜視図、同図（ｂ）はその筐体の構成を示す断面図である。

本実施例のＩＣカードリーダ装置は、上記実施例のＩＣカードリーダ装置とはループアンテナを設置する部材を化粧板とした点で相違している。本実施例のＩＣカードリーダ装置において、上記実施例と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示すように、本実施例のＩＣカードリーダ装置１は、ＩＣカード（図示していない）への給電および通信を行うための交流磁界を発生するループアンテナ２と、ループアンテナ２を取り付けた化粧板８ａと、カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部３と、送受信データの変復調を行う無線回路部４と、本体制御部３および無線回路部４を格納する筐体５を有する。さらに、筐体５を壁面に取り付けるための取付け枠６と、化粧板８ａを取り付けるベース７を有している。

ループアンテナ２はＩＣカードリーダ側の化粧板８ａに設けられている。ループアンテナ２は樹脂製の基板面にエッチングまたは印刷により導体パターンが形成されて構成され、この基板を化粧板８ａに接着することにより一体化している。

本実施例のように、ループアンテナ２を化粧板８ａに設けると、筐体に設ける場合よりループアンテナ２のサイズを大きくすることができると共に、取付け枠６よりもベース７よりも最前面でループアンテナ２をＩＣカードに近く対向させることができるので、通信性能の向上を図ることができる。
（第四の実施形態）
図６は本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置のアンテナを取付け枠に設ける場合を示す図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は一部を省略した分解側面図である。

本実施例のＩＣカードリーダ装置のループアンテナは取付け枠に挟み込んで設ける点で上記実施例と相違している。本実施例のＩＣカードリーダ装置において、上記実施例と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図６に示すように、本実施例の取付け枠６ａは、樹脂製で構成され、前部材１６ａと後部材１７ａとから構成し、前部材１６ａと後部材１７ａとの間に基板に形成されたループアンテナ２を挟んで接着して、ループアンテナ２を取付け枠６ａと一体の構造としている。

リード線１１は、ループアンテナ２と接続して後部材１７ａを挿通して後部材１７ａの外面から筐体に接続すればよい。このため、図示はしていないが、後部材１７ａには、リード線１１を挿通させる小孔が開けられている。

このようにループアンテナを構成すると、ループアンテナが筐体内に配置される場合と比較して、筐体サイズの制限を受けない為に、ループアンテナを筐体前面寸法より大きくすることができ、より前面に配置できる。そのため、通信性能の向上を図ることができる。さらに、アンテナが取付け枠一体アンテナ６ａの表面に露出しないので、アンテナパターンが断線等により破損する事を防ぐことができ、取付け枠一体アンテナの取扱い性が向上する。
（第五の実施形態）
図７は本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置のアンテナを取付け枠に設ける場合を示す図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は一部を省略した断面図である。

本実施例のＩＣカードリーダ装置のループアンテナは取付け枠と一体成形により設ける点で上記実施例と相違している。本実施例のＩＣカードリーダ装置において、上記実施例と同様な作用をなす部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図７に示すように、本実施例の取付け枠６ｂは、樹脂から基板に形成されたループアンテナ２と一体成形することで、ループアンテナ２と一体構造に埋設形成されている。

リード線１１は、ループアンテナ２と接続して取付け枠６ｂを挿通して取付け枠６ｂの後面から筐体に接続すればよい。このため、図示はしていないが、取付け枠６ｂの後面には、リード線１１を挿通させる小孔が開けられている。

このように構成すると、ループアンテナが筐体内に構成される場合と比較して、筐体サイズの制限を受けないために、ループアンテナを大きくすることができ、より前面に配置できる。そのため、通信性能の向上を図ることができる。また、アンテナが取付け枠一体アンテナ６ｂの表面に露出しないので、アンテナが断線等により破損する事を防ぐことができ、取付け枠一体アンテナ６ｂの取扱い性が向上する。更に、取付け枠一体アンテナ６ｂを一体成型するようにしているので、強度が向上する。
（第六の実施形態）
特に、図６で示したように張り合わせによって部材の内部に埋め込まれたループアンテナか、または、図７で示したように一体成形によって部材の内部に埋め込まれたループアンテナを内部ループアンテナと称するものとすると、この内部ループアンテナが設けられた取付け枠または化粧板またはベースの表面に、この内部ループアンテナとは異なる第二のループアンテナを設けてもよい（図示省略）。

内部ループアンテナと第二のループアンテナとは、同一の本体制御部３と各別のリード線でそれぞれ接続され、その本体制御部３から同一の制御を受ける。すなわち、内部ループアンテナと第二のループアンテナとが極めて近接しているので磁気結合が強いことを利用して、内部ループアンテナと第二のループアンテナとの２つが同時に同じ送信をすることによって送信パワーを上げたり、または、内部ループアンテナと第二のループアンテナとの２つが同時に受信をすることによって受信感度を高めたりすることができる。

また、内部ループアンテナと第二のループアンテナとのそれぞれが断線したり通信能力が低下する事象を検知する通信能力検知機能を、本体制御部３に設けておけば、内部ループアンテナと第二のループアンテナとの一方だけでＩＣカードと通信可能な状態下で内部ループアンテナと第二のループアンテナとの一方が通信不能なる状態に陥った場合に、他方の内部ループアンテナまたは第二のループアンテナを代用すべく使用開始する様にもできる。

なお、本発明においては、上述の第一乃至第六の実施形態に限られず、容易に考えつく程度で変更することも可能である。例えば、ループアンテナを基板にエッチング又は印刷で形成してこれを設置部材に貼り付けたり、挟み込んだり、一体成形したりする例で説明したが、コイルを設置部材に巻き付けて設けるようにしてもよい。また、ループアンテナと無線回路部との接続をリード線で行う例で説明したが他の接続方法によるものであってもよい。また、取付け枠、ベース、化粧板の構成はこの例に限られず、これらの機能を併せ持つように組み合わせたものであってもよく、例えば、取付け枠とベース、又はベースと化粧板の機能を合わせた部材の組み合わせとしても良い。

また、上記各実施形態では、ＩＣカードとして、非接触ＩＣカードリーダ装置の筐体のループアンテナから磁気磁束を高速で往復通過されることにより逆起電力を内部回路に生じてこの逆起電力を内部電源に使用するタイプを例示したが、これに限らず、ＩＣカードの内部電源はＩＣカード内蔵の電源によって自立生成されるものであってもよい。つまり、非接触ＩＣカードリーダ装置の本体制御部、無線回路部、ループアンテナは、ＩＣカードに電源供給せずに無線信号としての磁気磁束だけをＩＣカードに送出するものであってもかまわない。

本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の１実施例の分解斜視図である。 その側面図ある。 その筐体内の構成を示す断面図である。 本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の他の実施例を示す図で、同図（ａ）は分解斜視図、同図（ｂ）はその筐体の構成を示す断面図である。 本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の他の実施例を示す図で、同図（ａ）は分解斜視図、同図（ｂ）はその筐体の構成を示す断面図である。 本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置の他の例のアンテナを取付け枠に設ける場合を示す図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は製作課程での状態を説明する工程図である。 本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ装置のさらに他の例のアンテナを取付け枠に設ける場合を示す図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１ 非接触ＩＣカードリーダ装置
２ ループアンテナ
３ 本体制御部
４ 無線回路部
５ 筐体
６ 取付け枠
７ ベース
８ 化粧パネル（化粧板）
１１ リード線

Claims (5)

1. カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部と、送受信データの変復調を行う無線回路部と、前記本体制御部および前記無線回路部を格納する筐体と、ＩＣカードとの通信を行うための交流磁界を発生するループアンテナと、前記筐体を壁面に取り付けるための取付け枠と、化粧板と、該化粧板を壁面に取り付けるためのベースとを備え、ＩＣカードと非接触に通信を行う非接触ＩＣカードリーダ装置であって、前記取付け枠または前記化粧板または前記ベースのいずれか１つ以上にループアンテナが設けられていることを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ装置。
2. 前記ループアンテナはエッチング又は印刷により導体パターンが形成されてなることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。
3. 前記ループアンテナは樹脂製の前記取付け枠または前記化粧板または前記ベースのいずれか１つ以上の中に、張り合わせにより挟み込められて設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。
4. 前記ループアンテナは樹脂製の前記取付け枠または前記化粧板または前記ベースのいずれか１つ以上の中に一体成形により埋設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。
5. 前記ループアンテナが内部ループアンテナとして設けられた前記取付け枠または前記化粧板または前記ベースのいずれか１つの表面に、この内部ループアンテナとは異なる第二のループアンテナが設けられたことを特徴とする請求項３または４に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。

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