JP4670587B2 - 非接触ｉｃカードリーダ装置 - Google Patents

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に、取付け枠，前面を保護する化粧パネル、化粧パネルを取り付けるベースを備えている。

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、取付け枠やベースや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。従って、筐体内に格納するループアンテナのサイズが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、取付け枠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、渦電流が発生して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ことも、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け手段を有している。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あり、それぞれコイルを横切って、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り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付けた技術が開示されている。
特開２００１−１２６０３６号公報 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、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べく、アンテナのサイズを大きくとれてアンテナ特性の劣化を防げる非接触ＩＣカードリーダ装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る非接触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および送受信データの変復調を行う無線回路部とを格納する絶縁質の筐体と、非接触ＩＣカード又はアクティブタグ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、枠体の中央部に設けられた開口周縁に前記筐体を係止保持する係止部材が形成された取付け枠と、この取付け枠と嵌合する面とは反対側の面である前面に化粧パネルが取り付けられて前記取付け枠と前記化粧パネルとを一体化する金属性のベースと、このベースと前記取付け枠と前記筐体とを覆って前記ベースに取り付けられる化粧パネルとを有し、非接触ＩＣカード又はアクティブタグ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、前記ベースを、前記ループアンテナとして用い、当該ベースが、取り付け先である壁面に向かう正対視で、前記筐体よりも大きく形成されたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１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、平面視でループ形状を重ね合わせたときに互いに異なる１個所がそれぞれ切り欠かれて形成された複数の導体板が、絶縁層を介して、切り欠かれた一端が隣接する導体板と順次導通するように重ね合わされて形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る非接触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、筐体より壁面寄り、つまりＩＣカード寄り）に配置されるベースと一体化して構成するので、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、任意ターン数のループアンテナに構成できるので、アンテナ性能のさらなる向上を図ることができる。

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。
（第一の実施の形態）
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、図４はそのアンテナ兼用ベースの正面図である。

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／または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（図３参照）と、送受信データの変復調を行う無線回路部４（図３参照）と、本体制御部３および無線回路部４を格納する筐体５とを有する。さらに、図１、２に示すように筐体５を壁面に取り付けるための取付け枠６、化粧板（以下では化粧パネルとも称する）８と、化粧パネル８を壁９に取り付けるためのベース７とを有している。

ループアンテナ２は、ＩＣカードに給電および／または通信を行うために、印加される交流電流の瞬間的な変化量に応じて交流磁界を発生する働きをするものであり、ＩＣカードリーダ側のベース７として正面略ロ字状の中空板状材導体板で一体に形成されている。そして、この実施例においては、ループアンテナ２は導体板に切り欠き７ａが設けられてループに形成されている。導体板が切り欠かれて形成されたループアンテナ２の端部に、一対のリード線１１が接続されて裏面側に導出されている。本発明において、導体板は導電性を有する板状部材であればよく、特に制限はない。

リード線１１は筐体５の中の本体制御部３に接続し、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を起点として生成された信号電流をループアンテナ２に流す。なお、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。

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内に格納されており、無線回路部４で復調された信号を受けてカードリーダ全体の動作をしたり、無線回路部４に変調信号を生成させたりする。無線回路部４はループアンテナ２で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内に格納されており、本体制御部３にコントロールされて通信動作するものである。
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）が表面に形成されたほぼ箱形をなし、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、その外面の爪構造（不図示）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、この開口に面して筐体５を係止保持する係止部材１２を形成されてある。また、取付け枠６の対向する１対の辺には壁９に取り付けるべく一対の挿通穴１０、１０が設けられている。そして、この挿通穴１０にねじ１３、１３を挿通し、壁９に取付け枠６を固定する。これにより、開口に嵌合した筐体５を壁９に取り付ける。

ベース７は薄板ではあるが薄板でも構造上強度を損なわないように金属製のものとして形成されており、ループアンテナ２と一体化され、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（不図示）を有するとともに、前面側に化粧パネル８を装着可能とするように化粧パネル８を固定する係合部１４が形成されている。

上記のように構成したＩＣカードリーダ装置１は、筐体５が取付け枠６に嵌合して係止保持され、取付け枠６を壁９面にねじ１３により固定して、更に取付け枠６に、前面側から（つまり壁裏面からではなく壁前面側である室内側から）ループアンテナ２と一体化したベース７及び化粧パネル８を、取り付ける。

ＩＣカードを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１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ＩＤなど情報信号が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で判断処理して所定のメンバーのものか否かを判定して現ポイント場所の通過を許可又は不許可に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。もちろん、ＩＣカードは、ＩＣカードリーダ装置１から非接触給電されないような、自動作用電池を内蔵した無線ＩＣタグの類であってもかまわない。

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ベース７に一体的に設けると、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。

また、ループアンテナ２は単一の導体板から構成されるため、ベース一体アンテナを薄くすることができ、壁９面に取付けた場合にアンテナ一体ベースの壁９面からの突出を小さくすることができる。

図５は、本発明に係るＩＣカードリーダ装置のベース１５と一体化したループアンテナ２の他の例を示す斜視図である。

本実施例のベース１５と一体化したループアンテナ２は、複数の導体板より一体に形成されている点で上記第一の実施例のループアンテナ２（ベース７）と相違している。第一の実施形態におけるループアンテナ２（ベース７）では、ループアンテナ２がｎ＝１つまり一巻きでしかないという欠点を抱えていた。すなわち、第一の実施形態におけるループアンテナ２（ベース７）では、ループアンテナ２を旧来のベース部材と同じ横幅の寸法に形成しておけば、その横幅寸法が或る程度は広くかせげるから、電流の流れる有効面積（有効断面積）も或る程度は広く、例えば単なるリード線を複数回巻いて形成したようなループアンテナに比べて劣らぬ通信可能距離を確保できる。この第一の実施形態に比べて更なる改善を施したものが、この第２実施形態である。

本実施例のＩＣカードリーダ装置のループアンテナ２とベース１５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カードリーダのループアンテナ２はベース１５と一体をなし、一箇所が切り欠かれてループ状に形成された導体板１６が絶縁層１７を介して４枚貼り合わされて形成される。

各導体板１６の切欠き部１６ａの位置は、正対平面視で、それぞれ一定寸法ずつ異なる位置に設けられている。各導体板１６のループの一端を隣り合う導体板１６のループの一端と互いに順次スルーホール等の導電部材１８により導通させており、最外面の導通板１６の他端でリード線１１にそれぞれ接続している。

絶縁層１７は隣接する導体板１６間に設けられ、複数の導体板１６は順次導電部材１８により導通され、複数段の縦つなぎによる複数巻きからなるループアンテナを形成している。

本実施例のように構成した取付け枠一体アンテナは、設置時に周囲構造物の影響によりループアンテナ２の共振周波数がずれてアンテナ特性が劣化してしまうのを、貼り合わせる導体板１６の枚数によりループアンテナ２のリアクタンス値および共振周波数を変化させることにより、周囲構造物の影響を無くして最適なアンテナ特性を得ることができる。その結果、ＩＣカードリーダの性能の向上を図ることができる。

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。 その筐体の構成を示す正面図である。 そのベース一体アンテナの正面図である。 ベース一体アンテナの他の例の斜視図、同図（ａ）は上側からの斜視図、同図（ｂ）は切り込み側の斜視図である。

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（ベース）
３ 本体制御部
４ 無線回路部
５ 筐体
６ 取付け枠
７ ベース
７ａ 導体板切り欠き
８ 化粧パネル
９ 壁
１１ リード線
１６ 導体板
１７ 絶縁層

Claims (2)

1. カードリーダ全体の動作を制御する本体制御部および送受信データの変復調を行う無線回路部とを格納する絶縁質の筐体と、非接触ＩＣカード又はアクティブタグ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、枠体の中央部に設けられた開口周縁に前記筐体を係止保持する係止部材が形成された取付け枠と、この取付け枠と嵌合する面とは反対側の面である前面に化粧パネルが取り付けられて前記取付け枠と前記化粧パネルとを一体化する金属性のベースと、このベースと前記取付け枠と前記筐体とを覆って前記ベースに取り付けられる化粧パネルとを有し、非接触ＩＣカード又はアクティブタグ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、
   前記ベースを、前記ループアンテナとして用い、当該ベースが、取り付け先である壁面に向かう正対視で、前記筐体よりも大きく形成された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、平面視でループ形状を重ね合わせたときに互いに異なる１個所がそれぞれ切り欠かれて形成された複数の導体板が、絶縁層を介して、切り欠かれた一端が隣接する導体板と順次導通するように重ね合わされて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカードリーダ装置。

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