JP2013235425A - 表示機能付きｉｃカード - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子により発電可能であり、かつ、発電時のカードに対する動作によって破損する恐れもない表示機能付きＩＣカードを提供する。
【解決手段】表示機能付きＩＣカード１は、制御部２１、ディスプレイ３、スイッチ４、ＩＣチップ２３、アンテナ２５、発電部３１、整流回路３３、蓄電部３５等を有する。発電部３１は、枠状部材３９の上下に圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂをそれぞれ取り付けたものである。表示機能付きＩＣカード１は、発電部３１に対応する部分を上下から押すことにより発電する。一方、カードを曲げた場合では、枠状部材３９が剛性により曲げに抵抗し圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂが変形することがなく、発電しない。
【選択図】図５

Description

本発明は表示機能を備えたＩＣカードに関し、より詳しくは、圧電素子により発電を行うＩＣカードに関する。

近年、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）カード本体に表示機能を備えたものが開発されている。このような表示機能付きのＩＣカードのひとつに、接触式、あるいは非接触式の通信により取得した電子マネー残額等のデータをＩＣチップに記憶し、これを表示用ＣＰＵ等の制御部の制御によりディスプレイに表示するものがある。

従来、このようなＩＣカードでは、リチウム電池等の一次電池により制御部に電力を供給して表示等を行っていた。しかしながら、カードは薄く小型に形成されるため、電池の容量も限られる。従って、電力を多量に消費すると何回も電池を交換する必要が生じ手間がかかる。

この問題を解決するために、カード自身で発電可能なＩＣカードが提案されている。発電手段の一つとして圧電素子によるものがあり、特許文献１や特許文献２には、圧電素子を搭載した表示機能付きＩＣカードが記載されている。これらの表示機能付きＩＣカードは、カードを曲げる等の動作によって圧電素子に力を加え変形させることにより電力を発生させ、これを用いてディスプレイでの表示を行うことができる。

特開２０１２−１８５９４号公報 特許第３９２８０８２号公報

ところで、特許文献１、２の表示機能付きＩＣカードは、発電のためのカードに対する動作をユーザに委ねているので、様々な動作により発電が行われることが想定される。しかしながら、このうち、発電のための動作としてカードを過度に曲げると、カードや圧電素子の破損の恐れがあるという問題がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、圧電素子により発電可能であり、かつ、発電時のカードに対する動作によって破損する恐れもない表示機能付きＩＣカードを提供することを目的とする。

前述した目的を達するための本発明は、制御部と、前記制御部により表示が行われる表示部と、圧電素子による発電部と、を具備し、前記発電部は、フィルム状の圧電素子の表面に枠状部材を取り付けたものであることを特徴とする表示機能付きＩＣカードである。

本発明の表示機能付きＩＣカードでは、発電部において、圧電素子が枠状部材に取り付けられているので、カードを曲げた際も、枠状部材により曲げに抵抗し、圧電素子が変形せず発電しないようにできる。従って、発電のための動作をカードの曲げ以外のものに構造的に限定でき、過度の曲げによるカードや圧電素子の破損を防止できる。
一方、この表示機能付きＩＣカードは、発電部に対応する位置を押すことにより圧電素子を湾曲させて発電することができる。この場合、カードや圧電素子に過度の曲げが加わることがなく、これらが破損する恐れがない。さらに、枠状部材の厚みによって圧電素子の湾曲時の変位幅が確保されるので、発電効率も高い。

前記発電部は、前記枠状部材の上部および下部に前記フィルム状の圧電素子を取り付けたものであることが好ましい。
この表示機能付きＩＣカードは、カードをつまむようにして発電部に対応する位置を上下から押すことにより、枠状部材の上下の圧電素子を同時に湾曲させて発電できる。従って、簡単な動作で高い発電効果を得ることが可能である。また、枠状部材の内側を上下の圧電素子等で容易に外部から密閉でき、カード内部に接着材として充填される樹脂が枠状部材の内側に侵入し、圧電素子の湾曲の妨げとなることがない。

また、カード内部において、前記フィルム状の圧電素子の外側に樹脂が設けられていることが好ましい。
これにより圧電素子のフィルムが補強され、適度な強度を与えることができ破損等がより確実に防止できる。また、万が一圧電素子が破損したとしても破片等が飛び散らないので、他の部位の動作に影響を与えることがなく、発電部の交換作業等も容易になる。

本発明により、圧電素子により発電可能であり、かつ、発電時のカードに対する動作によって破損する恐れもない表示機能付きＩＣカードを提供することが可能である。

表示機能付きＩＣカード１の外観図 表示機能付きＩＣカード１の内部構成を示すブロック図 発電部３１の構成を示す図 発電部３１付近の表示機能付きＩＣカード１の断面を示す図 圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの変形について示す図 発電部３１ａの構成を示す図 表示機能付きＩＣカード１ａの内部構成を示すブロック図

以下、図面を参照しながら、本発明の表示機能付きＩＣカードの実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
（表示機能付きＩＣカード１の構成）
図１は、第１の実施形態の表示機能付きＩＣカード１の外観図である。この表示機能付きＩＣカード１は、非接触式あるいは接触式の通信を行うことによりＩＣチップに電子マネー残額等のデータを記録し、制御部の制御により当該データを表示するＩＣカードである。

図に示すように、表示機能付きＩＣカード１は、外観上、カード本体２の表面にディスプレイ３、スイッチ４、接触端子９等を有する。

ディスプレイ３は、例えば液晶ディスプレイ、電子ペーパ等であり、数字や文字等のデータを表示する。ディスプレイ３としては、表示機能付きＩＣカード１に合わせた薄さのものを用いることができる。
スイッチ４は、表示機能付きＩＣカード１の制御部を起動させるためのスイッチである。
接触端子９は、接触式の通信を行う際に外部のリーダライタの端子と接触するもので、接触式の通信を行なう際は、接触端子９を介してデータやＩＣチップの駆動用の電力が供給される。

図２は、表示機能付きＩＣカード１の内部構成を示すブロック図である。図に示すように、表示機能付きＩＣカード１は、制御部２１、ディスプレイ３、スイッチ４、ＩＣチップ２３、アンテナ２５、発電部３１、整流回路３３、蓄電部３５等を有する。

ＩＣチップ２３は、接触式通信、非接触式通信の両方のインタフェースを備えるデュアルインタフェースＩＣチップであり、両インタフェース、およびＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only
Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable ROM）等を備える。ＩＣチップ２３は、外部のリーダライタとの間で通信を行い、ＲＯＭ等に格納されたプログラムに従って処理を実行する。

ＩＣチップ２３は、非接触式の通信の場合にはアンテナ２５を用いてリーダライタとの間で通信を行なう。接触式通信の場合には、接触端子９を介してリーダライタとの間で通信を行う。これにより、電子マネー残額等のデータを取得し、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリに記録する。

アンテナ２５は、ＩＣチップ２３がリーダライタと非接触式の通信を行なうためのものである。ＩＣチップ２３の通信時、アンテナ２５はリーダライタから生じている磁界により電力を発生し、これによりＩＣチップ２３が駆動する。アンテナ２５は、カード本体２の内部を周回して設けられ、両端がＩＣチップ２３に接続される。

なお、表示機能付きＩＣカード１は非接触式、接触式のいずれかの通信を行なうものであってもよく、ＩＣチップ２３はいずれかのインタフェースを備えているものでもよい。非接触式の通信のみを行なう場合、上記の接触端子９は不要である。

制御部２１は、ディスプレイ３へのデータの表示を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、外部入出力端子等がワンチップ化されたものである。

スイッチ４は、押下されてオンの状態となり、押下が解除されるとオフの状態となるスイッチである。制御部２１は、スイッチ４をオンとすると起動し、蓄電部３５からの電力供給を受けて、ＲＯＭ等のメモリに格納されたプログラムを実行する。

これにより、制御部２１は、ＩＣチップ２３がリーダライタから受信してＥＥＰＲＯＭ等に保存した電子マネー残額等のデータを取得し、当該データをディスプレイ３に表示する表示処理を行う。ディスプレイ３は、制御部２１の制御に従いデータの表示を行なう。

発電部３１は圧電素子等を有し、圧電素子が変形すると圧電変換により交流電力を発生するようになっている。発電部３１の構成については後述する。
整流回路３３は発電部３１と接続し、発電部３１で発生した交流電力を直流電力に変換する。
蓄電部３５は整流回路３３による変換後の直流電力を蓄電するものである。蓄電部３５としては、内部抵抗が低く、短時間で充放電が行なえる電気二重層キャパシタ等を利用することが好ましい。

（発電部３１の構成）
図３は、発電部３１の構成を示す図である。図３（ａ）は、発電部３１を上から見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面を示す図である。

図に示すように、発電部３１は、対向配置される２枚の圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂと、これらのフィルム間に配置された枠状部材３９で構成される。

圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂは円形のフィルムであり、例えば、圧電性セラミックやピエゾフィルム等を用いることができる。ピエゾフィルムを利用すれば、薄型で、変形性および加工性に優れるため、カードに内蔵するのに好適である。ピエゾフィルムとは、圧電材料をフィルム状に加工し金属膜で挟み込んだものである。圧電材料としては、ポリフッ化ビニリン、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム等が知られている。

枠状部材３９は、平面円周状の部材であり、その外周部の上部および下部に、圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの対向する面がそれぞれ取り付けられる。枠状部材３９は、カードの曲げに抵抗できる程度の剛性を有するように、素材や厚み等の形状が決定される。

図４は、発電部３１付近の表示機能付きＩＣカード１の断面を示す図である。

表示機能付きＩＣカード１では、外装材１５ａ、１５ｂの間に、発電部３１や図示しない制御部２１など前記した各部位が配置されており、残りの空間に充填された接着材１３ａ、１３ｂにより外装材１５ａ、１５ｂ等が接着されている。

接着材１３ａ、１３ｂは例えばエポキシ系またはウレタン系等の樹脂である。本実施形態では、圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの外側にも接着材１３ａが充填されている。なお、外側とは枠状部材３９で囲まれた空洞部の反対側を指す。

図において１１は制御部２１等が配置される回路基板を示す。本実施形態では、回路基板１１の一部に孔もしくは切欠きを設けて、その箇所に発電部３１を配置し、圧電素子フィルム３７ｂの下面が回路基板１１の下面と略同一の平面となるように取り付けている。これにより、上下の圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂがカード表面の押下により容易に変形できるようになっている。

また、発電部３１では、枠状部材３９の内側の空洞部が２枚の圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂで密閉されているので、この空洞部に接着材１３ａ、１３ｂが侵入し圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの変形を妨げることがない。

（圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの変形）
図５は、ユーザのカードに対する動作に応じた発電部３１の圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの変形について示す図である。なお、図では説明の簡略化のため発電部３１のみを表示している。

本実施形態では、図５（ａ）に示すように、カードを曲げる等の動作を行っても、枠状部材３９の剛性により曲げに抵抗でき、発電部３１において圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂに力が加わり変形することがない。従って、発電部３１による発電が行われない。

一方、図５（ｂ）に示すように、カードをつまむようにして発電部３１に対応する位置を上下から押す動作を行うと、枠状部材３９上部の圧電素子フィルム３７ａと、枠状部材３９下部の圧電素子フィルム３７ｂが、空洞部の方向に湾曲する。これにより発電部３１から電力が発生し、この電力が蓄電部３５に蓄えられる。

以上説明したように、本実施形態の表示機能付きＩＣカード１は、発電部３１において、圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂが枠状部材３９に取り付けられているので、カードを曲げた際も、枠状部材３９の剛性により曲げに抵抗し、圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂが変形せず発電しないようにできる。従って、発電のためのユーザの動作をカードの曲げ以外のものに構造的に限定でき、過度の曲げによる表示機能付きＩＣカード１や圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂ等の破損を防止できる。

一方、この表示機能付きＩＣカード１は、カードをつまむようにして発電部３１に対応する位置を上下から押すことにより圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂを湾曲させて発電することができる。この場合、表示機能付きＩＣカード１や圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂに過度の曲げが加わることがなく、これらが破損する恐れがない。さらに、枠状部材３９の厚みによって圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの湾曲時の変位幅が確保されるので、発電効率も高い。

また、発電部３１では、上下の圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂが同時に湾曲し発電するので、簡単な動作で高い発電効果を得ることが可能である。さらに、枠状部材３９の内側の空洞部を上下の圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂを用いて外部から容易に密閉できるので、カード内部に接着材１３ａ、１３ｂとして充填される樹脂が空洞部に侵入し、圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの湾曲の妨げとなることがない。

また、本実施形態では、圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂの外側に接着材１３ａ、１３ｂとして樹脂が充填されているので、これらの樹脂により圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂが補強され、適度な強度が付与されて破損等がより確実に防止できる。また、万が一フィルムが破損した場合にも破片が飛び散らず、他の部位の動作に影響を与えない。加えて発電部３１の交換作業等も容易になる。

ただし、発電部の構成はこれに限ることはない。例えば、図６（ａ）の発電部３１ａに示すように、枠状部材３９の上部にのみ圧電素子フィルム３７ａを取り付けるようにしてもよい。

この発電部３１ａも、前記と同様にして発電させることができる。また、１枚の圧電素子フィルム３７ａを用いるので低コストで製造できる。ただし、２枚の圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂを用いる発電部３１の場合に比べると発電効果はやや小さい。
また、枠状部材３９の内側の空洞部は、下方が閉じていないため、接着材の侵入を防ぐために、必要に応じて、図６（ｂ）に示すように枠状部材３９の下方をフィルム等の密閉材１７で閉じるなどして、空洞部を密閉することが望ましい。

さらに、圧電素子フィルム３７ａ、３７ｂや枠状部材３９の形状も上記に限ることはなく、平面が四角形その他の多角形、あるいはそれ以外の形状となっていてもよい。また、適切な剛性を確保できる限りにおいて、枠状部材３９が周方向に一部不連続となっていてもよい。

さらに、本実施形態では発電部３１により発生した電力を蓄電し、表示制御用の電源として用いているが、これに限ることはない。例えば、発電部３１をスイッチとして用いるような構成も考えられる。この場合、例えば発電部３１で電力が発生すれば制御部２１が起動し、別途設けた図示しない電源から電力供給を受けて駆動し表示処理を行うようにすればよい。

このように、発電部は図３等で説明したものに限らず、様々なものが考えられる。加えて、表示機能付きＩＣカードも、電子マネー用のカードに限ることはない。例えば、表示機能付きＩＣカードの別の例として、ワンタイムパスワードを生成し、これを表示するワンタイムパスワード生成器などもある。以下、ワンタイムパスワード生成器としての表示機能付きＩＣカードの例を第２の実施形態として説明する。

［第２の実施形態］
図７は、ワンタイムパスワード生成器の場合の表示機能付きＩＣカード１ａを示す図である。図７（ａ）は表示機能付きＩＣカード１ａの外観図であり、図７（ｂ）は表示機能付きＩＣカード１ａの内部構成を示すブロック図である。

図に示すように、表示機能付きＩＣカード１ａは、外観上、第１の実施形態の表示機能付きＩＣカード１から接触端子９が省略されたものであり、内部構成においては、ＩＣチップ２３とアンテナ２５が省略される。発電部３１を含め、その他の点は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

ワンタイムパスワード生成器では、制御部２１が、スイッチ４の押下により起動し、蓄電部３５から電力供給を受けて、ＲＯＭ等のメモリに格納されたプログラムをＣＰＵにより実行し、ワンタイムパスワードの生成と、ディスプレイ３への表示を行うようになっている。
ワンタイムパスワードは、例えばネットバンキング等に用いられる１回限りのパスワードであり、これを入力して本人認証用に用いることができる。ワンタイムパスワードは、生成されたパスワードをその場限りで使用するものであり、高度のセキュリティーを保つことが容易である。

第２の実施形態でも、前記と同様の発電部３１等を用いることで、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ………表示機能付きＩＣカード
２………カード本体
３………ディスプレイ
４………スイッチ
３１、３１ａ………発電部
３３………整流回路
３５………蓄電部
３７ａ、３７ｂ………圧電素子フィルム
３９………枠状部材

Claims (3)

1. 制御部と、
   前記制御部により表示が行われる表示部と、
   圧電素子による発電部と、
   を具備し、
   前記発電部は、フィルム状の圧電素子の表面に枠状部材を取り付けたものであることを特徴とする表示機能付きＩＣカード。
2. 前記発電部は、前記枠状部材の上部および下部に前記フィルム状の圧電素子を取り付けたものであることを特徴とする請求項１に記載の表示機能付きＩＣカード。
3. カード内部において、前記フィルム状の圧電素子の外側に樹脂が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示機能付きＩＣカード。
   

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