JP2014021815A - 情報記録冊子 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信機能を備えた冊子類において、冊子を何度開閉しても無線機能が毀損されず、且つＩＣチップに記録されている情報が不用意に読取られたり破壊されることのない情報記憶冊子を提供する。
【解決手段】第一の結合コイルにつながる第一のアンテナと、ＩＣチップとこれにつながるコイルとを備えるＩＣモジュールと、第二の結合コイルにつながる第二のアンテナとが、この順に表カバー、本紙、裏カバーのいずれかにそれぞれ別々に配設された情報記録冊子であって、第一のアンテナと第二のアンテナは、冊子を開いた時に左右同じ巻き方向に、閉じたときに上面視で重ならなく互いに逆巻きになるように敷設され、第一の結合コイルと、ＩＣモジュールのコイルと、第二の結合コイルは、冊子が閉じた時に上面視で重なって電磁結合するように敷設されていることを特徴とする情報記録冊子である。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線方式で情報伝送が可能な機能を備えた冊子体に係り、特にはＩＣモジュールとアンテナ配線の冊子内の位置及びその敷設形態に関する。

近年、情報記憶媒体として、種々の情報を記憶したＩＣを内蔵しているＩＣカードが知られ、同様に、このＩＣカードを利用した情報管理システムが提供されている。例えば、特開平１０−１５７３５２号公報には、個人情報をＩＣカードに記憶させ、予め登録、記憶された指紋情報とＩＣカードから読取った入力指紋情報とを照合することによって、個人情報を管理することを特徴としたＩＣカード及びそれを用いた個人情報管理システムが開示されている。

上記の管理システムは、各種個人情報をＩＣに記憶させ、記憶させた情報を読み出して所持者と照合することによりカードの所有者と携帯者とが同一人であることを確認するものである。これらの管理システムに用いられているＩＣカードは、主としてＩＣカード読み取り／書き込み機（以後、ＩＣカードＲ／Ｗと称する）にＩＣカードを挿入して記載情報の読み出し／書き換えを行う、接触型のＩＣカードで構成されている。

一方、近年、カード内に送受信用のコイル状アンテナと、このコイル状アンテナに接続されたＩＣとを内蔵させた無線ＩＣカードあるいは非接触ＩＣカードが提供され、その利便性から種々のシステムに用いられている。特に無線式のＩＣ機能が有効に活用されたものとして電子パスポート（以下、単にパスポートと記す）、通勤定期類あるいはセキュリティー性を備えた冊子類を挙げることができる。

これらの無線ＩＣカードは、コイル状アンテナが、カードの面内に所定の形状に設けられ変形しないように固定されている。そのため、コイル状アンテナに照射する交番磁界の強度を一定とすれば、コイル状アンテナの有効面積（交番磁界と直交する面に投影したコイル状アンテナの内面積）とコイルの巻き数とに比例した一定の電流が誘起され、ＩＣ回路を駆動可能な状態となる。

したがって、交番磁界中にＩＣカードが晒されると、送受信用のコイル状アンテナに電流が誘起され、コイルに接続されたＩＣを駆動することができ、ＩＣカードＲ／Ｗにカードを挿入することなく、非接触で情報の読み出しや書き込み等が可能となる。
したがって、ＩＣに記憶された情報を盗み取るスキミング行為が可能となり悪用される危険がある。すなわち、無線ＩＣカードの場合、特定の交番磁界が照射されさえすればＩＣ回路が駆動可能となるため、携帯者の意志に拘わらず個人情報が読みとられ、プライバシーが侵害される可能性や無線ＩＣカードに記憶されている情報が、第三者によって故意に盗まれたり破壊されるおそれがある。

そのため、ＩＣ内蔵型の冊子については、スキミング防止や電気的な破損防止を防止する技術として、コイル状のアンテナをパスポートの折り目部を中心としてほぼ左右対称に配置して、冊子が開かれると電波の送受信が可能となるアンテナ有効面積を有し、冊子が折りたたまれると有効面積がゼロとなり通信ができなくなる技術が開示されている（特許文献１）。しかしながら、この構成では、コイル状アンテナが冊子の折り曲げ部を跨ぐ構成となるため、何度も開閉を行うと折り曲げ部のアンテナ材料が疲労を起こし断線に至るという問題がある。

別のスキミング防止技術としては、ＩＣチップとアンテナを備えるＩＣモジュール（インレット）部を、アモルファス金属を含有するアンチスキミングシートで挟み込むように綴じて、電磁波を遮蔽する無線ＩＣ冊子やパスポートがある（特許文献２）。この構成では、入国審査の際、アンチスキミングシートを有する冊子部を折り曲げて、ＩＣモジュール部を含む頁を見開きにする必要があり、取り扱いが煩雑になるという問題がある。
類似技術としてＩＣモジュールの片面側だけにアンチスキミングシートを配置した例もあるが、これも同じ問題を抱えている。

特開２００１−９２９３４号公報 特開２００６−９９５６２号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、無線通信機能を備えた冊子類において、冊子を何度開閉しても無線機能が毀損されず、且つＩＣチップに記録されている情報が不用意に読取られたり破壊されることのない情報記憶冊子を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、第一の結合コイルにつながる第一のアンテナと、ＩＣチップとこれにつながるコイルとを備えるＩＣモジュールと、第二の結合コイルにつながる第二のアンテナとが、この順に表カバー、本紙、裏カバーのいずれかにそれぞれ別々に配設された情報記録冊子であって、
第一のアンテナと第二のアンテナは、冊子を開いた時に左右同一方向の巻き方で、閉じたときに上面視で重ならなく互いに逆巻きになるように敷設され、
第一の結合コイルと、ＩＣモジュールのコイルと、第二の結合コイルは、冊子が閉じた時に電磁結合するように敷設されていることを特徴とする情報記録冊子としたものである。

請求項２に記載の発明は、前記第一の結合コイルにつながる第一のアンテナが表カバーに、ＩＣチップとこれにつながるコイルとを備えるＩＣモジュールが本紙に、第二の結合コイルにつながる第二のアンテナが裏カバーにそれぞれ配設れていることを特徴とする請求項１に記載の情報記録冊子としたものである。

請求項３に記載の発明は、前記第一のアンテナと第二のアンテナは、冊子を閉じたときにアンテナに囲まれた面積換算で７０％以上重なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報記録冊子としたものである。

請求項４に記載の発明は、前記第一のアンテナと第二のアンテナは、冊子を閉じたときにアンテナに囲まれた面積換算で９０％以上重なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報記録冊子としたものである。

本発明になる情報記録冊子は、金属からなるアンテナパターンと結合コイルパターンが２組、ＩＣチップとこれにつながるコイルパターンが１組計３組の配線パターンからなり、これは別々の頁に分かれて配設されている。コイル同士の結合は配線同士の結合ではなく空間を介した電磁的結合を利用しているため、配線パターンは見開いた冊子（頁）の片側の冊子（頁）だけに敷設されており、綴じ部を跨って敷設されていない。したがって冊子を開閉しても配線パターンが折れ曲がることがなく、配線が疲労により断線に至るということがない。

また、本発明になる情報記録冊子は、ＩＣモジュールを電磁波から保護するための電磁波遮蔽層をＩＣモジュールの片側にも両側に配設していない。そのため、ＩＣから情報を読み出したり書き込んだりする際に、ＩＣモジュールのある頁を頁めくりして見開きにする必要がなくハンドリングが極めて容易である。また通信用信号が遮蔽層により減衰することがなくどんな置き方をしても安定して通信可能である。

また、本発明になる情報記録冊子は、冊子が開いた状態で第一のアンテナと第二のアンテナが同一巻き方向になるように敷設されており、綴じられた状態では、第一のアンテナが左巻きとなると第二のアンテナは右巻きとなり、読み取り機器から放射されてアンテナに入射した電磁波は有効に作用するが、これらのアンテナにつながる第一の結合コイルと第二の結合コイルに挟まれたＩＣモジュールに属するコイル上では電磁場が打ち消しあい、エネルギーがＩＣに伝達されない。したがって記録情報を読み取ったり改竄する等のスキミング行為が不可能になり、よりセキュリティー性の高い情報記録冊子の提供が可能となる。また電磁波でＩＣ等が損傷することもない。

また、表カバーもしくは裏カバーを開いて見開きにするだけで、電磁結合を利用した読み取り機器との通信が可能になる。ＩＣモジュールのある内側の冊子（頁）とアンテナのある冊子をより分ける手間が省け、使いやすい情報記録冊子が提供できるという効果があり、特にパスポートに好適である。

表カバー、裏カバー等情報記録冊子（典型的にはパスポート）の構成を説明する斜視図である。 アンテナパターン（ＩＣも含む）が敷設された表裏のカバーもしくは本紙の構造を説明する断面視の図である。 本発明になる情報記録冊子を見開き状態にした場合のアンテナと結合コイルの敷設状態を説明する上面視の図である。 ＩＣモジュール(インレット）のＩＣチップとコイルの敷設状態の一例を説明する上面視の図である。 ＩＣモジュールを構成するコイル上の磁場成分の様子を模式的に説明する図である。（ａ）冊子が閉じた場合（電流なし）、（ｂ）冊子の表カバーを開いた場合（電流あり）。尚、横向きの矢印→は誘導電流の存在を示している。

以下に本発明を図面を用いて説明するが、前半は構成面、後半は作用面についてである。本発明に係る情報記録冊子１の斜視図を図１に示すが、預金通帳類と同じ構成である。表カバー（表紙）２、裏カバー（裏表紙）３、とこれらに挟まれた文字や画像等が印刷された本紙（中紙）４、４’、６、及び綴じ部７からなっており、通常は折りたたまれている。図１で表カバー２と裏カバー３の見開き部の配線パターン１１，１２はアンテナを示し、本紙中央のセンターページ６にはＩＣモジュール１５敷設されている。

このような情報記録冊子１は、表カバー２と裏カバー３となる矩形状の冊子用シート５（図３参照）と同じ形状の複数の本紙（中紙）４とを綴じて構成されている。綴じ部７の綴じ目８は、冊子用シート２の短辺に平行且つ長辺の中心線であり、折り目を規定する折り曲げ線と一致している。綴じ目８は所定箇所で、綴じ目に平行にホチキス等で留められ２つに折りたたみ可能となっている。ＩＣチップと結合コイルからなるＩＣモジュール１５は、薄い部品として本紙の一部として適切な位置に敷設されており、通信用のアンテナ類も同様である。

冊子用シート２は、通常は紙である本紙（中紙）４とは異なりこれ自体が支持体として機能し、内部もしくは表面にＩＣチップあるいは送受信用のアンテナコイルを搭載・敷設している。冊子用シート２は、図２に示すようにアンテナ類１１，１２が形成されたベースシート１０にカバーシート９が積層された形態で、中央の一点鎖線の部分が綴じ目でありここで折り曲げられて積層されて冊子化される。ベースシート１０には、厚みが０．１ｍｍ程度のＰＥＴ、ポリエステル又はポリイミド等の絶縁性樹脂か厚めの紙基材が用いられ、カバーシート９とベースシート１０の表面には文字図形など印刷が可能である。カバーシート９は、紙の場合も絶縁性樹脂の場合もある。

従来の無線通信機能を備えた冊子は、情報記録用のＩＣチップとこれにつながるアンテナコイルからなっており、これらは紙基材やプラスチックシートの上に配線でつがって敷設され、一般には略同一面上にある。これに対し、本発明になる情報記録冊子は、通信用のアンテナコイルとＩＣチップが冊子を構成する別々の紙片（表カバー、裏カバー、本紙（中紙）のいずれか）内に配設されていることである。図１のようにアンテナ１１，１２が表裏カバーの見開き部に配設されれば、ＩＣチップは本紙内のいずれかの頁に配設される。

本発明では、同一の冊子用シートにＩＣチップとＩＣチップにつながるべき通信用アンテナが存在しないから、これらは配線によって直接には接続されてはいない。したがって、アンテナコイルで受信したエネルギーは配線によっては伝達できないので、ＩＣチップと別の頁にあるアンテナ間のエネルギーの授受は、アンテナとは異なる結合用コイルを用いて空間を介して間接的に行われる。結合コイルはアンテナよりは面積的に小さく同一紙片内にあり直接につながって形成されている。配線は全て冊子用シートの片側もしくは両側に分離して敷設されており、綴じ部を跨がないので折り曲げられることはない。

先ず、この方式における通信用アンテナの冊子用シート５上の敷設形態を図３に示した。綴じ部中心線８の左には第一のアンテナ１１と第一の結合コイル１３が、右側には第二のアンテナ１２と第二の結合コイル１４が敷設されている。アンテナは綴じ部中心線８に関して概ね左右対称に形成されている。上面視では、左が右巻きなら右も右巻きである。冊子を閉じるとコイルの巻き方向は反対になる。

図４にＩＣモジュール１５の（結合）コイル１６とＩＣチップ１８の配置の一例を示した。コイル１６の大きさは、結合コイル１３，１４の大きさとほぼ同じ大きさである。

アンテナ配線類１１，１２，１６やＩＣ接続用端子１７等を備える冊子用シート５，１５を製造するには、予め表面に銅やアルミの導電性金属箔が形成されたＰＥＴ−Ｇ等の絶縁性のベースシート１０をエッチング処理するか、あるいは導電性ペーストを用いてベースシート１０上に印刷するのが好ましい。抵抗の面からは銅箔の方がより好ましく、圧延銅箔か圧延銅箔のいずれかが使用出来る。ＩＣチップ１８を接続端子１７に接続するには異方導電性フィルムあるいはハンダ接続が使える。形成後は紙あるいは樹脂製のカバーシート９で被覆して保護するのが好ましい。

図３と図４から分かるように、アンテナ側の結合コイル１３と結合可能なコイルをＩＣモジュール側もコイル１６として備えている。アンテナコイル１１のループ内を電波の磁場成分が貫通すると、結合コイル１３にも電流が流れて結合コイル１３のループ内にも磁場が発現する。この磁場が別のコイル、ここではＩＣチップにつながるコイル１６のループ内を貫通すればこのコイル１６にも電流が誘起される。したがって空間的に離れていても２つのコイルをループ面が重なるように配置しておくとエネルギーが電流として取り出せる。誘起された電流はＩＣチップや半導体素子を駆動するのに使うことができる。

原理的には、アンテナが搭載された本紙（中紙）１頁（図３の片側のみ）とＩＣモジュールが搭載された本紙（中紙）が冊子内に分かれて配設されてあれば情報記録冊子とすることが可能である。アンテナをカバーと見返し部分の間、すなわち表カバーか裏カバーのいずれかに敷設し、ＩＣモジュールを本紙（中紙）のいずれかに敷設するのも好ましい。但し、それぞれの結合コイルが上面視で重なるように冊子内に配設すれ必要がある。

しかしながら、単にアンテナ機能とＩＣモジュールを空間的に分離して電磁的結合させるだけではスキミング行為あるいはＩＣチップの破損を防ぐことができない。
本発明は、結合コイルつきのアンテナをもう一つ用意して、（アンテナ１＋結合コイル１）／（ＩＣチップ＋コイル）／（アンテナ２＋結合コイル２）のサンドイッチ構成となるように、図３の綴じ部中心線８上にＩＣモジュールを備えた頁を配設した。

ＩＣモジュールを挟む第一のアンテナと第二のアンテナの配置形態については先述したが、問題となるのは第一の結合コイル１３と第二の結合コイル１４に挟まれたＩＣモジュール側のコイル１６である。これらのコイルは電磁結合が可能なように敷設され、ＩＣモジュール側のコイル面を対称面として、第一の結合コイル１３と第二の結合コイル１５の巻き方向が、冊子を閉じた状態で同方向になるよう配置される必要がある。

読み取り／書き込み装置から放射された電波の磁場は、冊子が閉じられた状態では、第一のアンテナと第二のアンテナを貫通する。アンテナコイルの巻く方向が逆であるので前記アンテナを流れる電流の方向も逆となる。第一の結合コイル１３と第二の結合コイル１４を流れる電流の方向（図５の１９）が逆方向になるように敷設してあれば、この電流によって誘導される磁場Ｈの方向（図５の２０）も逆方向になる（図５（ａ））。すると２つの結合コイル１３，１４の中間では磁場が打ち消しあって、そこに存在するＩＣモジュール６のコイル１６に電流を誘導しない。したがって、ＩＣチップ１８を作動させることがないから、ＩＣに記録された情報を悪意でスキミングしたり破壊させることがないということになる。

アンテナとＩＣモジュールの配置形態としては、全てを本紙（中紙）に配置することも可能であるが、表カバーと見返し部分の間に第一のアンテナを、裏カバーと見返し部分の間に第二のアンテナを、本紙（中紙）のほぼ中央のセンター頁にＩＣモジュールを配設するのが望ましい。ＩＣモジュールとそのコイルは必ずしもセンター頁内ではなく、冊子の構成上若干ずれた本紙（中紙）に敷設されることもあるが、中心から大きく外れない限り電流が誘導されることはない。

図５（ｂ）に示すように表カバーか裏カバーを開けば、ＩＣモジュール６のコイル１６は一方の結合コイル１４としか結合せず磁場成分Ｈの打消しはなくなるので通常の通信が可能となる。この操作だけなのでハンドリングは容易である。

冊子を閉じた時に、第一のアンテナと第二のアンテナ及び全ての結合コイルは、上面視で完全に重なり合うのが望ましいが冊子の構成上難しい場合もある。この場合重なり合う度合いが面積で７０〜８０％であれば、ＩＣモジュールのコイル上で磁場成分は打ち消しあう方向に作用して、通信ができなくなるが、９０％以上重なり合うのが好ましい配置である。

最後に公知の情報記録冊子と本発明になる情報記録冊子の性能比較について記載する。性能を比較した項目は、スキミング防止機能、取り扱いやすさ、アンテナ等の断線のしにくさである。スキミング防止機能については、複数の読み取り／書き込み装置を使用して冊子と通信可能か検証を行った。取り扱いやすさは、個人情報が印字されている頁を確認するまでの間に、通信が可能か検証を行った。

アンテナ断線のしにくさについては、先ず厚みが４０μｍのＰＥＴ−Ｇフィルムに、厚みが３μｍの接着層を介して厚みが３０μｍの圧延銅箔あるいは電界銅箔を貼り付け、フォトリソ法により長さが１５０ｍｍ、線幅が０．５〜３ｍｍの銅配線パターンを形成した。次いで、開き角度が１３５°となるように曲げ試験を行い、断線するまでの回数を調べた。これは冊子の綴じ部に金属配線がある状態を想定したものである。

判定基準は、
スキミング防止機能については、○：通信不可能、△：近接させるなど条件次第で読み取り可能、×：読み取り可能、である。
取り扱い易さについては、○：審査官の通常の身分確認時に通信可能と推測、△：少々取り扱いが複雑、×：通信確認時の扱いが煩雑、である。
アンテナ断線については、○：断線なし、×：断線あり、とした。

結果は表１に示した。本発明に係る情報記録冊子の優位性は明らかである。
尚、表中の通常構成とは、本紙の特定頁に通信機能を有するアンテナとＩＣチップを敷設したものである。
断線試験ついては、膜厚が一定の場合線幅に強く依存し、圧延銅箔（線幅が０．５〜１．５ｍｍ）と電界銅箔（１．５〜３．０ｍｍ）で結果が異なったが、圧延銅箔の場合、概ね５００回〜１０００回で、電解銅箔の場合、１５００回〜２０００回で断線に至った。

１、情報記録冊子
２、表カバー
３、裏カバー
４、４’、本紙（中紙）
５、冊子用シート
６、センター頁（ＩＣモジュール内蔵）
７、綴じ部（背表紙）
８、綴じ部中心線
９、カバーシート
１０、ベースシート
１１、第一のアンテナ
１２、第二のアンテナ
１３、第一の結合コイル
１４、第二の結合コイル
１５、ＩＣモジュール（インレット）
１６、コイル（ＩＣモジュール側）
１７、接続用電極
１８、ＩＣチップ
１９、第一の結合コイル１３と第二の結合コイル１４を流れる電流の方向
２０、コイル１３、コイル１４を流れる電流によって誘導される磁場Ｈの方向

Claims (4)

1. 第一の結合コイルにつながる第一のアンテナと、ＩＣチップとこれにつながるコイルとを備えるＩＣモジュールと、第二の結合コイルにつながる第二のアンテナとが、この順に表カバー、本紙、裏カバーのいずれかにそれぞれ別々に配設された情報記録冊子であって、
   第一のアンテナと第二のアンテナは、冊子を開いた時に左右同一方向の巻き方で、閉じたときに上面視で重ならなく互いに逆巻きになるように敷設され、
   第一の結合コイルと、ＩＣモジュールのコイルと、第二の結合コイルは、冊子が閉じた時に電磁結合するように敷設されていることを特徴とする情報記録冊子。
2. 前記第一の結合コイルにつながる第一のアンテナが表カバーに、ＩＣチップとこれにつながるコイルとを備えるＩＣモジュールが本紙に、第二の結合コイルにつながる第二のアンテナが裏カバーにそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１に記載の情報記録冊子。
3. 前記第一のアンテナと第二のアンテナは、冊子を閉じたときにアンテナに囲まれた面積換算で７０％以上重なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報記録冊子。
4. 前記第一のアンテナと第二のアンテナは、冊子を閉じたときにアンテナに囲まれた面積換算で９０％以上重なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報記録冊子。

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