JP3866575B2

JP3866575B2 - データキャリア構造

Info

Publication number: JP3866575B2
Application number: JP2002005728A
Authority: JP
Inventors: 不二夫仙波; 仲麻呂兵頭; 茂木田; 知樹内山
Original assignee: Hanex Co Ltd
Current assignee: Hanex Co Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: JP2003208588A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナコイルと記憶部を有し電磁波により通信を行うデータキャリアを備えたデータキャリア構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アンテナコイルと記憶部を有し電磁波により非接触で通信を行うデータキャリアは種々の分野で広く使用されている。例えばカード型に形成されたデータキャリア構造は、ＩＣカードとして交通関係の定期券や金融関係のキャッシュカードに使用されており、通常、これらのＩＣカードはデータキャリアを樹脂モールドしてその両側を２枚の薄い保護用の樹脂板で挟んで形成される。
【０００３】
また、データキャリア構造は機械、工具、種々の製品等に取り付けられ、それらの特性、仕様、経歴等の情報をその記憶部に格納することにより、製造の工程管理、流通管理、メンテナンス管理等に利用される。
【０００４】
例えば、工作機械用の工具にデータキャリア構造用の設置溝部を設け、その設置溝部に保護用の樹脂容器内にモールドして形成したデータキャリア構造を接着等により取り付ける。
【０００５】
データキャリア構造は電磁波を利用して固定型または携帯型の端末装置と非接触で通信する。端末装置はアンテナコイルと制御回路、記憶部等により構成され、そのアンテナコイルを利用してデータキャリア構造との間に情報の送受信を行う。
【０００６】
例えば、データキャリア構造としての定期券は、自動改札口のカード通過部に挿通すると、その記憶部に格納された定期券区間等の情報をそこに設置された端末装置で非接触で読み取られ、または必要な情報がその記憶部に書き込まれる。
【０００７】
また、端末装置はコンピュータシステムにオンラインで接続され、個々の読み取りまたは書き込み情報がコンピュータシステムの大型記憶装置に格納される。
【０００８】
電磁波は非導電性材料である樹脂層を簡単に透過するので、樹脂板や樹脂容器で保護されたデータキャリア構造の場合には電磁波の減衰が少なく、端末装置と実用的な通信距離で通信が可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、樹脂層のみで保護されたデータキャリア構造の耐久性には限界がある。また、樹脂は紫外線で劣化すると共に樹脂層を通過した紫外線により内部のデータキャリアが損傷を受けることがある。
【００１０】
また、データキャリア構造の表面には刻印やレーザマーキングによる表示等をしたい場合があるが、樹脂層では困難である。
【００１１】
これらの要求を満たすには金属材料で保護したデータキャリア構造とすることが望ましい。しかし金属材料は電磁波を遮蔽するとされ、従来からデータキャリア構造には使用されていないのが現状である。
【００１２】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、金属層で保護したデータキャリア構造を提供せんとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るデータキャリア構造の代表的な構成は、アンテナコイルと記憶部を有し電磁波により通信を行うデータキャリアを備えたデータキャリア構造において、前記データキャリアが電磁誘導作用により通信可能な厚さに形成した金属層で形成された容器内に封入されて保護されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、上述の如く構成したので、データキャリアが電磁誘導作用により通信可能な厚さに形成した金属層で形成された容器内に封入されて保護されることで、耐久性に優れ、外部からの紫外線によるデータキャリアの損傷を防止出来、表面に刻印やレーザマーキングによる表示が可能なデータキャリア構造を提供することが出来る。
【００１５】
金属層の材質としてはオーステナイト系ステンレス、チタンまたは白銅が好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係るデータキャリア構造の一実施形態を具体的に説明する。図１は参考例としてデータキャリア構造をカードとして構成した一例を示す断面説明図及び正面説明図、図２は同心円盤状のアンテナコイルを有するデータキャリアの構成及び該アンテナコイルに発生する磁界の様子を示す図、図３はデータキャリアの制御系の構成を示すブロック図、図４は本発明に係るデータキャリア構造における通信原理を説明する図である。
【００１７】
図５は本発明に係るデータキャリア構造の一例であり、同心円盤状のアンテナコイルを有するデータキャリアを金属層で形成された容器に封入した構成を示す断面説明図、図６は本発明に係るデータキャリア構造の他の例であり、シリンダ状のアンテナコイルを有するデータキャリアを金属層で形成された容器に封入した構成を示す断面説明図、図７はシリンダ状のアンテナコイルを有するデータキャリアの構成及び該アンテナコイルに発生する磁界の様子を示す図である。
【００１８】
本発明は、図５及び図６に示すように、アンテナコイル２ａ，２ｂと記憶部となるメモリ４ｂとを有し、電磁波により通信を行うデータキャリア１ａ，１ｂを備えたデータキャリア構造Ａであり、そのデータキャリア１ａ，１ｂは電磁誘導作用により通信可能な厚さに形成した金属層５で保護される。
【００１９】
図４を参照して本発明の原理を説明する。データキャリア構造Ａはデータキャリア１ａ，１ｂとそれを保護する金属層５を備え、データキャリア１ａ，１ｂは金属層５を介してリーダライタ（Ｒ／Ｗ）機等の端末装置６との間で通信を行う。
【００２０】
例えば、端末装置６のアンテナコイルからからデータキャリア構造Ａに読み込み信号を電磁波Ｈ_１として送信すると、その電磁波Ｈ_１により金属層５の内部に表皮電流Ｉが発生し、その表皮電流Ｉによりデータキャリア構造Ａの内部に電磁波Ｈ_２が発生する。
【００２１】
即ち、端末装置６から送信された電磁波Ｈ_１は金属層５を通しての電磁誘導作用によりデータキャリア１ａ，１ｂに電磁波Ｈ_２を伝送することが出来る。逆にデータキャリア１ａ，１ｂのアンテナコイル２ａ，２ｂからの応答電磁波も金属層５を通しての電磁誘導作用により端末装置６に伝送される。
【００２２】
通信に使用される電磁波の周波数は数百Ｈｚ〜数ＭＨｚの範囲で種々選択されるが、そのような高周波の電磁波が金属層５に照射されると前記のように金属層５中には表皮電流Ｉが発生するが、その表皮電流Ｉの厚さｄは（πｆμρ）の１／２乗に反比例することが分かっている。ここでｆは電磁波の周波数、μは金属層５の誘電率、ρは金属層５の抵抗率である。
【００２３】
そして、金属層５を通しての電磁誘導作用により通信を行うには金属層５の厚さｔをｔ≦ｄとする必要があり、ｄを一定とすればｔの値がそれより小さいほど通信感度が向上することが分かった。
【００２４】
しかし、金属層５の厚さｔの値が小さいほど（即ち、薄いほど）、その強度が低下し、ある限界に達すると、データキャリア１ａ，１ｂを保護する機能が果たせなくなる。そこで実用的な保護強度を達成しながら電磁誘導作用で通信可能とするには、表皮電流Ｉの厚さｄを大きく出来る金属材料を選択する必要がある。
【００２５】
そこで、本発明者等は種々の金属材料を用いてデータキャリア１ａ，１ｂを保護する金属層５を種々の厚さで形成し、電磁誘導作用による通信を行なった実験によれば、金属層５の材質として、オーステナイト系ステンレス、白銅、チタン等がそのような目的に適合していることが判明した。また、真鍮等も使用可能である。
【００２６】
一方、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル等は表皮電流Ｉの厚さｄの値が小さく、金属層５を箔程度まで薄くしなければ通信が困難であることが分かった。
【００２７】
以下に示す表１は金属層５としてオーステナイト系ステンレス板（ＳＵＳ３０１，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６）及びフェライト系ステンレス板（ＳＵＳ４３０）を用いたデータキャリア構造Ａについて非接触での通信可能距離を測定した実験結果である。
【００２８】
実験は同心円盤状のアンテナコイル２ａを有するデータキャリア１ａとして外径直径５０mm、同じく２０mmの２種類のデータキャリア構造Ａであるタグ１、２について行い、端末装置４としてリーダライタ（Ｒ／Ｗ）機を使用して情報が正確に読み取れる読取距離（各データキャリア構造Ａと端末装置６との離間距離）を測定した。
【００２９】
尚、表１において、各種金属板の板厚に積層枚数を乗じた値を金属層５全体の層厚として示しており、各金属板の寸法は端部から磁束が漏洩しない十分な大きさとした。また、読取距離において「×」は読取出来なかった場合を示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
金属層５の厚さを変えるため、薄い金属板を複数重ねる方法も採用して種々実験したが、同じ層厚の場合、単層より積層のほうが通信距離は小さくなった。この原因は積層の場合には金属板間に空気層が介在するので、電磁誘導作用が多段階になるため電磁波の減衰が大きいためと推定される。
【００３２】
以下に示す表２は鉄板、銅板、白銅板、ニッケル板、チタン板、アルミニウム板、真鍮板について表１と同様な方法で行った実験結果である。
【００３３】
【表２】

【００３４】
上記表１、２に示したように、金属層５として、オーステナイト系ステンレス、白銅、チタン等が本発明のデータキャリア構造Ａに適していることが分かる。
【００３５】
図１は参考例としてデータキャリア構造Ａをカード型として構成した一例である。Ａはデータキャリア構造、１ａはデータキャリア、５は金属層、２ａは導線を空芯コイルに巻回して形成した同心円盤状のアンテナコイル、４は記憶部となるメモリ４ｂを有するＩＣ回路からなる半導体ＩＣチップ（制御チップ）、７は樹脂層である。
【００３６】
半導体ＩＣチップ４は図３に示すように送受信機４ｃ、ＣＰＵ（中央演算装置）４ａ、書き込み可能な不揮発性記憶素子を有する記憶部となるメモリ４ｂ及び電力貯蔵用のコンデンサ４ｄを有している。
【００３７】
上記データキャリア１ａの送受信方法を図３により説明すると、先ずリーダライタ機等の端末装置６が最初のステップでデータキャリア１ａの呼び出し及び電力送信用の電磁波を送信すると、データキャリア１ａはその電磁波をアンテナコイル２ａと送受信回路からなる送受信機４ｃの同調作用により受信し、その電力をコンデンサ４ｄに貯蔵する。これによってデータキャリア１ａは作動状態になるので、次のステップでリーダライタ機からデータキャリア１ａに読み出し用の電磁波を送信する。
【００３８】
電磁波はデータキャリア１ａのアンテナコイル２ａから送受信機４ｃを経てＣＰＵ４ａに入力され、該ＣＰＵ４ａはそれに応じて必要な情報をメモリ４ｂから読み出し、その情報を送受信機４ｃからアンテナコイル２ａを経て電磁波としてリーダライタ機に送信する。リーダライタ機からデータキャリア１ａのメモリ４ｂにデータを書き込む場合も上記方法に準じて実行される。尚、これ等一連のステップは略瞬時に行われる。
【００３９】
一般に電磁波は９０度の位相差をもって交流的に伝播する電界と磁界により表すことが出来、その磁界とアンテナコイル２ａが鎖交することにより該アンテナコイル２ａに流れる電流（高周波電流）を利用して送受信が行われる。
【００４０】
例えば、アンテナコイル２ａから電磁波が送信される場合は、アンテナコイル２ａに流れる高周波電流により高周波の磁界成分がアンテナコイル２ａの中心を通るループ（磁束ループ）として分布し、この磁束領域にリーダライタ機のアンテナコイルを置くと、リーダライタ機はデータキャリア１ａからの情報を受信出来る。
【００４１】
同様にリーダライタ機から電磁波を送信する場合にも、データキャリア１ａのアンテナコイル２ａの周囲に磁界成分が分布し、それをアンテナコイル２ａが受信することになる。
【００４２】
データキャリア１ａは同心円盤状のアンテナコイル２ａに半導体ＩＣチップ４を接続した状態で樹脂層７によりモールドして形成され、そのデータキャリア１ａの両面にオーステナイト系ステンレス板からなる金属層５を接着等により貼り付けてカード型で構成される。
【００４３】
尚、場合によっては金属層５をデータキャリア１ａの片面のみに形成することも出来る。また、データキャリア構造Ａの一例として図６及び図７に示すように、単線巻きでシリンダ状に形成されたアンテナコイル２ｂの内部に軸方向（図７の左右方向）に鉄心やフェライト等の円柱状のコア部材３が挿入されたシリンダ状のアンテナコイル２ｂを有するデータキャリア１ｂを金属層５で保護しても良い。
【００４４】
カード型のデータキャリア構造Ａは表面が金属層５で覆われているので、専ら屋外での使用や設置されるカードまたは金属銘板として利用出来る。特に外灯や街路樹に取り付けてそれらが位置している番地、名称、種類等を表示すると共に、内部の記憶部に病歴、メンテナンス情報、機器仕様等の情報を格納した銘板に好適に利用出来る。
【００４５】
また、リース用のクレーン、ショベルカー等の建機の銘板としても利用出来る。その場合には内部の記憶部に例えば貸与履歴情報や機器仕様等の情報が格納される。
【００４６】
図５及び図６は本発明に係るデータキャリア構造Ａの一例である。この例では図５に示すように、同心円盤状のアンテナコイル２ａを有するデータキャリア１ａ或いは、図６に示すように、シリンダ状のアンテナコイル２ｂを有するデータキャリア１ｂを、夫々オーステナイト系ステンレス板からなる金属層５で形成した容器８内に封入したもので、完全防水型となっている。
【００４７】
薄型の容器８内にデータキャリア１ａ，１ｂを封入したものは、例えばカジノ等のコインとして利用出来る。コインの記憶部に他施設と区別する情報を格納することにより不正両替等を防止する。特に同心円盤状のアンテナコイル２ａを使用する場合は、通信の方向性がなく且つ表裏どちらの方向からも通信可能なので、自動選別装置に設けた簡単な端末装置６であっても容易に読み取りが出来る。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、本発明のデータキャリア構造は金属層で保護されているので、耐久性に優れ、外部からの紫外線によるデータキャリアの損傷を防止出来る。また表面に刻印やレーザマーキングが可能である。更に、金属銘板としても利用出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例としてデータキャリア構造をカードとして構成した一例を示す断面説明図及び正面説明図である。
【図２】同心円盤状のアンテナコイルを有するデータキャリアの構成及び該アンテナコイルに発生する磁界の様子を示す図である。
【図３】データキャリアの制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るデータキャリア構造における通信原理を説明する図である。
【図５】本発明に係るデータキャリア構造の一例であり、同心円盤状のアンテナコイルを有するデータキャリアを金属層で形成された容器に封入した構成を示す断面説明図である。
【図６】本発明に係るデータキャリア構造の他の例であり、シリンダ状のアンテナコイルを有するデータキャリアを金属層で形成された容器に封入した構成を示す断面説明図である。
【図７】シリンダ状のアンテナコイルを有するデータキャリアの構成及び該アンテナコイルに発生する磁界の様子を示す図である。
【符号の説明】
Ａ…データキャリア構造
１ａ，１ｂ…データキャリア
２ａ，２ｂ…アンテナコイル
３…コア部材
４…半導体ＩＣチップ
４ａ…ＣＰＵ
４ｂ…メモリ
４ｃ…送受信機
４ｄ…コンデンサ
５…金属層
６…端末装置
７…樹脂層
８…容器

Claims

アンテナコイルと記憶部を有し電磁波により通信を行うデータキャリアを備えたデータキャリア構造において、前記データキャリアが電磁誘導作用により通信可能な厚さに形成した金属層で形成された容器内に封入されて保護されていることを特徴とするデータキャリア構造。
前記金属層の材質がオーステナイト系ステンレス、チタンまたは白銅であることを特徴とする請求項１に記載のデータキャリア構造。