JP4370601B2

JP4370601B2 - Ｉｃカード

Info

Publication number: JP4370601B2
Application number: JP2007127865A
Authority: JP
Inventors: 雅宏武田
Original assignee: FEC Inc
Current assignee: FEC Inc
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2022-05-10
Also published as: JP2007200370A

Description

この発明は、非接触形のＩＣカードにおいて、搭載機能を容易に拡張することができるＩＣカードに関する。

非接触形のＩＣカードには、一般にアンテナ搭載形の１個の通信用のＩＣチップが組み込まれている。ただし、ここでいうＩＣカードとは、いわゆるＩＣタグを含むものとする。

アンテナ搭載形のＩＣチップには、通信用のチップ本体とともに、使用周波数に適合するアンテナが一体に搭載されている。そこで、ＩＣチップのアンテナは、外部のリーダライタからの電波を受信してチップ本体に作動用の電力を供給し、チップ本体とリーダライタとの間において必要なデータ交信を実現することができる。なお、ＩＣチップは、使用用途や必要な情報伝達距離に応じて通信方式や使用周波数が適切に選定されている。

かかる従来技術によるときは、ＩＣカードには、１個の通信用のＩＣチップしか組み込まれていないから、搭載機能が限定される上、ＩＣチップのアンテナが極めて小形であるため、十分な送受信感度を得ることができず、情報伝達距離が不足しがちであるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、複数のＩＣチップの共通の外部アンテナとして作動するブースタコイルを設けることによって、情報伝達距離の拡大を図ることができる上、搭載機能を容易に拡張することができるＩＣカードを提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、使用周波数が同一であり、チップ本体にアンテナを一体に搭載する複数のＩＣチップと、共振用のコンデンサを付設し、ＩＣチップの共通の外部アンテナとして作動するブースタコイルとをカード基材上に搭載してなり、ブースタコイルは、複数のターン数の２次元の螺旋状にしてカード基材の有効面積内に最大の開口面積に形成するとともに、少なくとも２個のＩＣチップのアンテナに対し、ブースタコイルに形成する個別の囲み部分を介して電磁結合させ、囲み部分は、それぞれＩＣチップを内部に設置してブースタコイルの全ターン数によりＩＣチップのまわりを囲むことをその要旨とする。

なお、囲み部分は、それぞれＩＣチップを設置するに必要な最小の開口面積に形成することができる。

また、ブースタコイルは、少なくとも１個のＩＣチップのアンテナに対し、ブースタコイルに直列接続する励磁コイルを介して電磁結合させ、励磁コイルは、カード基材上において、ブースタコイルより少ない複数のターン数の螺旋状にしてブースタコイルと同一巻き方向に形成することができる。

なお、ブースタコイルは、結合用のコンデンサを内蔵する少なくとも１個のＩＣチップに対して直接接続してもよい。

ただし、この発明において、カード基材の有効面積とは、カード番号や名前、有効期限などを表示するエンボス加工部分を除くカード基材の平面部分の面積をいう。また、ブースタコイルの囲み部分とは、ブースタコイルの全ターンにより、特定のＩＣチップの３辺以上を囲むように形成する部分をいう。

かかる発明の構成によるときは、複数のＩＣチップの共通の外部アンテナとして作動するブースタコイルは、外部のリーダライタからの電波を受信して各ＩＣチップに伝送し、各ＩＣチップからの応答データを外部のリーダライタに伝達することができる。また、ブースタコイルは、カード基材の有効面積内に最大の開口面積に形成することにより、十分高い送受信感度を容易に実現することができる。すなわち、各ＩＣチップは、ブースタコイルを共通の外部アンテナとして使用し、外部のリーダライタと個別にデータ交信することができ、ＩＣカードの情報伝達距離を必要十分に大きくすることができる上、１枚のＩＣカードの搭載機能を容易に拡張することができる。なお、ブースタコイルは、各ＩＣチップの通信方式が異なっていても、使用周波数が同一であれば、各ＩＣチップの共通の外部アンテナとして有効に作動することができる。

ブースタコイルは、囲み部分を介してＩＣチップのアンテナに電磁結合させることにより、ＩＣチップに対して格別な結線を行なうことなく、ＩＣチップの外部アンテナとして作動させることができる。なお、ＩＣチップは、ブースタコイルの囲み部分の内部に設置し、ＩＣチップのアンテナを囲み部分に十分密に電磁結合させるものとする。

ブースタコイルは、励磁コイルを介してＩＣチップのアンテナに電磁結合させることにより、同様に格別な結線をすることなく、ＩＣチップの外部アンテナとして作動させることができる。なお、励磁コイルは、ＩＣチップのアンテナに対する２次コイルとして作用し、両者のターン数比に従って信号増幅作用をすることができる。ただし、ＩＣチップは、励磁コイルの内部に設置し、ＩＣチップのアンテナを励磁コイルに十分密に電磁結合させるものとする。なお、励磁コイルは、ブースタコイルの内部または外部に設けることができる。

２次元の螺旋状に形成するブースタコイル、励磁コイルは、それぞれ所定のターン数に形成して必要なインダクタンスを実現するとともに、巻き方向を同一にすることにより、１本の導電パターンや線材により簡単に形成することができる。

ブースタコイルは、結合用のコンデンサを内蔵するＩＣチップに直接接続しても、ＩＣチップの外部アンテナとして作動させることができる。なお、ブースタコイルは、囲み部分による電磁結合、励磁コイルによる電磁結合、結合用のコンデンサによる直接接続の任意の組合せにより、２以上の任意の個数のＩＣチップに対し、共通の外部アンテナとして作動させることができる。

ブースタコイルは、共振用のコンデンサを付設することにより、Ｑを高くして良好な信号選択性を実現することができる。

ブースタコイル内に配設する別のＩＣチップ用のアンテナコイルは、ブースタコイルを使用するＩＣチップと異なる使用周波数により、異なる用途のデータ交信を実現し、さらに多用途のＩＣカードを構築することができる。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

ＩＣカードは、使用周波数が同一の複数の通信用のＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 と、ブースタコイルＬ2 とをカード基材ＣＤ上に搭載してなる（図１、図２）。

ブースタコイルＬ2 には、ＩＣチップＣＰ1 用の励磁コイルＬ1 が直列接続されており、ＩＣチップＣＰ2 用の囲み部分Ｇが形成されている。また、ブースタコイルＬ2 内には、別のＩＣチップＣＰa 用のアンテナコイルＬa が併せて配設されている。ただし、ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 は、それぞれたとえば使用周波数１３．５６MHz のチップ本体ＩＣにアンテナＡを一体に搭載して構成されており、ＩＣチップＣＰa は、たとえば使用周波数１２５kHz のチップ本体ＩＣに共振用のコンデンサＣa を付設して構成されている。

カード基材ＣＤは、紙材や合成樹脂材などの絶縁材料によって薄いカード状に形成されている。カード基材ＣＤには、カード番号や、保持者の名前、有効期限などを表示するために、エンボス加工部分ＣＤ1 、ＣＤ1 が形成されている。ブースタコイルＬ2 、励磁コイルＬ1 、アンテナコイルＬa は、それぞれ印刷やエッチングなどの手法により、または絶縁性の被膜を有する線材により、カード基材ＣＤ上に２次元の螺旋状の導電パターンとして形成されている。

ブースタコイルＬ2 は、カード基材ＣＤのエンボス加工部分ＣＤ1 、ＣＤ1 を除く有効面積内に、エンボス加工部分ＣＤ1 、ＣＤ1 を避けるようにして最大の開口面積に形成されている。ブースタコイルＬ2 内には、共振用のコンデンサＣが形成され、ブースタコイルＬ2 に付設されている。コンデンサＣは、相対向する櫛歯状の導電パターンを介して所定長さ、所定間隔の平行パターンを形成し、所要容量を確保することができる。また、ブースタコイルＬ2 の一部には、ＩＣチップＣＰ2 のまわりを囲む囲み部分Ｇが形成されている。ただし、囲み部分Ｇは、ＩＣチップＣＰ2 を設置するに必要な最小の開口面積に形成されており、ＩＣチップＣＰ2 のアンテナＡに対し、十分密に電磁結合することができる。なお、囲み部分Ｇは、カード基材ＣＤ上において、ブースタコイルＬ2 の全ターン数により、ブースタコイルＬ2 と同一線間間隔により形成されている。

励磁コイルＬ1 は、ブースタコイルＬ2 の外部に形成されている。励磁コイルＬ1 は、ブースタコイルＬ2 よりターン数が少なく、ＩＣチップＣＰ1 を設置するに必要な最小の開口面積に形成することにより、ＩＣチップＣＰ1 のアンテナＡに対して十分密に電磁結合することができる。なお、励磁コイルＬ1 は、ブースタコイルＬ2 と同一の巻き方向であり、コンデンサＣとともに、ジャンパ線Ｂ1 を介してブースタコイルＬ2 に直列接続されている。

励磁コイルＬ1 内には、ＩＣチップＣＰ1 が設置されており、ブースタコイルＬ2 の囲み部分Ｇ内には、ＩＣチップＣＰ2 が設置されている。また、アンテナコイルＬa 内には、ＩＣチップＣＰa が設置されている。ただし、アンテナコイルＬa は、ブースタコイルＬ2 内において、最大開口面積に形成されており、ＩＣチップＣＰa に直接接続されている。ただし、図２において、符号Ｍ、Ｍは、それぞれＩＣチップＣＰ1 のアンテナＡと励磁コイルＬ1 との電磁結合、囲み部分ＧによるＩＣチップＣＰ2 のアンテナＡとブースタコイルＬ2 との電磁結合を示している。

ブースタコイルＬ2 は、外部の図示しないリーダライタからの１３．５６MHz の電波Ｓ1 を受信し、励磁コイルＬ1 、アンテナＡを介してＩＣチップＣＰ1 のチップ本体ＩＣに電力を供給するとともに、囲み部分Ｇ、アンテナＡを介してＩＣチップＣＰ2 のチップ本体ＩＣに電力を供給し、電波Ｓ1 に含まれるデータをＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 のチップ本体ＩＣ、ＩＣに伝送することができる。このとき、ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 のアンテナＡ、Ａは、それぞれ励磁コイルＬ1 により励磁され、ブースタコイルＬ2 の囲み部分Ｇにより励磁される。

ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 の各チップ本体ＩＣは、必要に応じてリーダライタからの電波Ｓ1 に含まれるデータに応答し、応答データに従って電波Ｓ1 を負荷変調する。負荷変調の内容は、アンテナＡから励磁コイルＬ1 または囲み部分Ｇを介してブースタコイルＬ2 に伝送され、ブースタコイルＬ2 を介してリーダライタに伝達される。すなわち、ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 は、それぞれブースタコイルＬ2 を共通の外部アンテナとして作動し、外部からの電波Ｓ1 に含まれるデータに応じて、外部のリーダライタと個別にデータ交信して、異なる用途の異なる機能を実現することができる。

一方、ＩＣチップＣＰa は、アンテナコイルＬa を介し、図示しないリーダライタからの１２５kHz の電波Ｓa を受信すると、電波Ｓa に含まれるデータをチップ本体ＩＣに伝送する。また、ＩＣチップＣＰa は、応答データに従ってリーダライタからの電波Ｓa を負荷変調し、負荷変調の内容は、アンテナコイルＬa を介してリーダライタに伝達され、ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 と異なる機能を実現することができる。

他の実施の形態

ブースタコイルＬ2 には、ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 用の励磁コイルＬ1 、Ｌ1 を直列接続してもよい（図３）。ただし、図３（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれカード基材ＣＤの模式平面図、同図（Ａ）の等価回路図である。

励磁コイルＬ1 、Ｌ1 は、ジャンパ線Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 を介し、コンデンサＣとともに、ブースタコイルＬ2 に直列接続されている。なお、励磁コイルＬ1 、Ｌ1 は、ブースタコイルＬ2 の内部に設けてもよい（同図）。さらに、ＩＣチップＣＰa 、アンテナコイルＬa は、これらを省略してもよい（同図）。

ブースタコイルＬ2 には、ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 用の囲み部分Ｇ、Ｇを形成してもよい（図４）。ただし、図４（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれカード基材ＣＤの模式平面図、同図（Ａ）の等価回路図である。ブースタコイルＬ2 は、ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 のまわりを囲む囲み部分Ｇ、Ｇを介してＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 のアンテナＡ、Ａに密に電磁結合させることができる。

ブースタコイルＬ2 は、共振用のコンデンサＣ、ＩＣチップＣＰ1 用の励磁コイルＬ1 とともに、結合用のコンデンサＣc を内蔵するＩＣチップＣＰ2 に直接接続し（図５）、ＩＣチップＣＰ1 、ＣＰ2 の共通の外部アンテナとして作動させてもよい。ただし、図５において、ＩＣチップＣＰ2 は、共振用のコンデンサＣに並列接続してもよい。

以上の説明において、励磁コイルＬ1 、ブースタコイルＬ2 は、絶縁性の被膜を有する１本の線材を使用してカード基材ＣＤ上に形成してもよい。また、ブースタコイルＬ2 を共通の外部アンテナとして使用するＩＣチップＣＰi （ｉ＝１、２…）は、それぞれ囲み部分Ｇによる電磁結合、励磁コイルＬ1 による電磁結合、内蔵の結合用のコンデンサＣc による直接接続を任意に組み合わせ、２以上の任意の個数を設けることができる。

全体構成模式平面図等価回路図他の実施の形態を示す模式構成説明図（１）他の実施の形態を示す模式構成説明図（２）他の実施の形態を示す図２相当図

符号の説明

ＣＤ…カード基材
ＣＰ1 、ＣＰ2 、ＣＰa …ＩＣチップ
Ａ…アンテナ
Ｌ1 …励磁コイル
Ｌ2 …ブースタコイル
Ｌa …アンテナコイル
Ｇ…囲み部分
Ｃ、Ｃc …コンデンサ

特許出願人株式会社エフ・イー・シー
代理人弁理士松田忠秋

Claims

使用周波数が同一であり、チップ本体にアンテナを一体に搭載する複数のＩＣチップと、共振用のコンデンサを付設し、前記ＩＣチップの共通の外部アンテナとして作動するブースタコイルとをカード基材上に搭載してなり、前記ブースタコイルは、複数のターン数の２次元の螺旋状にして前記カード基材の有効面積内に最大の開口面積に形成するとともに、少なくとも２個の前記ＩＣチップのアンテナに対し、前記ブースタコイルに形成する個別の囲み部分を介して電磁結合させ、前記囲み部分は、それぞれ前記ＩＣチップを内部に設置して前記ブースタコイルの全ターン数により前記ＩＣチップのまわりを囲むことを特徴とするＩＣカード。
前記囲み部分は、それぞれ前記ＩＣチップを設置するに必要な最小の開口面積に形成することを特徴とする請求項１記載のＩＣカード。
前記ブースタコイルは、少なくとも１個の前記ＩＣチップのアンテナに対し、前記ブースタコイルに直列接続する励磁コイルを介して電磁結合させ、前記励磁コイルは、前記カード基材上において、前記ブースタコイルより少ない複数のターン数の螺旋状にして前記ブースタコイルと同一巻き方向に形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＩＣカード。
前記ブースタコイルは、結合用のコンデンサを内蔵する少なくとも１個の前記ＩＣチップに対して直接接続することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載のＩＣカード。