JP4779417B2 - Non-contact IC card reader / writer - Google Patents
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本発明は、非接触ICカードリーダ/ライタに関し、詳しくはそのアンテナ部の電磁シールド構造に係わる。 The present invention relates to a non-contact IC card reader / writer, and more particularly to an electromagnetic shield structure of an antenna portion thereof.
周知のように非接触ICカードリーダ/ライタは、電子マネーなどの非接触ICカード(データキャリア)との間でデータ信号の伝送(読取り/書込み)と併せて電磁誘導によりICカードへの電力供給を行う端末機器であり、基板にループアンテナをパターン形成したシート状のアンテナボードおよびRFボード(RF信号処理回路を備えたプリント板)を本体ケースに搭載し、アンテナボードに対向して本体ケースにはアンテナボードに対向して非接触ICカード,あるいはRFIDタグを内蔵した携帯電話などをタッチあるいはかざすカードタッチエリアを形成した構成になる。
なお、非接触ICカードリーダ/ライタは、ICカードとの間の交信距離により密着型,近接型,近傍型などに分類され、電子マネーなどのICカードをデータキャリアとする近接型,近傍型のRFIDシステムでは、国際標準規格でキャリア周波数帯域が13.56MHzに規定されている。また、その製品は使用形態によってモバイル型,据置型,壁掛型などがあり、さらに最近では自動販売機に搭載して使用する製品の開発も進められている。
As is well known, a non-contact IC card reader / writer supplies power to an IC card by electromagnetic induction together with transmission (reading / writing) of a data signal with a non-contact IC card (data carrier) such as electronic money. This is a terminal device that has a sheet antenna board and RF board (printed board with an RF signal processing circuit) with a loop antenna pattern formed on the board mounted on the main body case. Has a configuration in which a card touch area is formed to touch or hold a contactless IC card or a mobile phone with a built-in RFID tag facing the antenna board.
Non-contact IC card readers / writers are classified into close contact type, proximity type, proximity type, and the like according to the communication distance with the IC card, and are of proximity type and proximity type using an IC card such as electronic money as a data carrier. In the RFID system, the carrier frequency band is defined as 13.56 MHz in the international standard. In addition, there are mobile types, stationary types, wall-mounted types, etc., depending on the type of use, and more recently, development of products to be used in vending machines is also underway.
上記の非接触ICカードリーダ/ライタを製作,販売するアッセンブルメーカーは、アンテナボードとRFボードをセットした組込型のRFモジュールを専業のメーカーから購入し、製品の使用形態に合わせて作製した本体ケースに前記モジュールをアッセンブルした上で、さらに必要に応じて情報表示用のディスプレイなどを追加装備して製品を組み立てるようにしている。
ところで、前記のカードリーダ/ライタの製品をコンパクト設計にするには、本体ケースの前面に形成したカードタッチエリアに対向してケース内にアンテナボードを配置し、その背後にRFボードを配置した構成となるが、このような実装構造では使用状態でアンテナボードとRFボードとの間で不要な電磁干渉が生じるほか、ケースの筐体が板金製であったり自動販売機に搭載して使用する場合、さらにはカードリーダ/ライタを使用する場所の周囲に金属構造物(カードリーダ/ライタを設置するテーブルはるいは壁など)があると、アンテナボードがこれらの金属物によって電磁誘導の影響を受けるようになる。このために、アンテナのコイル特性(仕様のキャリア周波数に合わせてメーカー出荷時に調整されているコイルの共振周波数)が変化してしまい、その結果としてカードリーダ/ライタの通信距離が極端に低下してICカードとの間で交信が正常に行えなくなるといった不具合の生じることがある。
An assembly manufacturer that manufactures and sells the above non-contact IC card reader / writer purchases an embedded RF module with an antenna board and RF board from a specialized manufacturer and makes it according to the usage of the product. After assembling the module into the case, the product is assembled by additionally providing a display for displaying information as necessary.
By the way, in order to make the above-mentioned card reader / writer product compact, a configuration in which an antenna board is arranged in the case facing the card touch area formed on the front surface of the main body case, and an RF board is arranged behind the antenna board. However, in such a mounting structure, unnecessary electromagnetic interference occurs between the antenna board and the RF board in use, and the case housing is made of sheet metal or mounted on a vending machine. In addition, if there is a metal structure (such as a table or wall where the card reader / writer is installed) around the place where the card reader / writer is used, the antenna board will be affected by electromagnetic induction due to these metal objects. It becomes like this. For this reason, the coil characteristics of the antenna (the resonance frequency of the coil adjusted at the time of shipment from the manufacturer in accordance with the specified carrier frequency) change, and as a result, the communication distance of the card reader / writer is extremely reduced. There may be a problem that communication with the IC card cannot be normally performed.
なお、パーツメーカーから提供されるRFボードには、コイル特性の調整手段として、アンテナコイルの発振回路に調整可能な可変コンデンサを搭載してユーザーサイド(カードリーダ/ライタのアッセンブルメーカー)でもコイルの共振周波数を調整できるようにしている。しかしながら、カードリーダ/ライタの組立時にその製品の使用形態に合わせてRFモジュールのコイル特性を調整し直すことは、その調整作業に手間と時間がかかるほか、専用の調整ツールを要するなどのコスト上の問題がある。そこで、カードリーダ/ライタのアッセンブルメーカーとしては、購入したRFモジュールを無調整のまま組み立てて安定した交信機能が発揮できるようにするためには、EMI(不要輻射)対策が必要となる。
一方、昨今では電子機器に適用するEMI対策として各種の電磁シールド材が開発,製品化されており(例えば、非特許文献1参照)、非接触ICカードリーダ/ライタについても、アンテナボードの背後にプレート状の高透磁率フェライト材を配置したり、非特許文献1に開示されているシート状の電磁シールド材(フェライトなどの高透磁率材の微粒子を樹脂基材に混練してシート状に形成したもので、)をアンテナボードの背面,本体ケースを構成する金属製筐体の内面などに貼着して不要な電磁干渉を防ぐようにした対策が一部の製品に採用されている。
On the other hand, various electromagnetic shielding materials have recently been developed and commercialized as EMI countermeasures applied to electronic devices (see, for example, Non-Patent Document 1), and the contactless IC card reader / writer is also behind the antenna board. A plate-like high-permeability ferrite material is arranged, or a sheet-like electromagnetic shielding material disclosed in Non-Patent Document 1 (fine particles of a high-permeability material such as ferrite are kneaded into a resin substrate to form a sheet. In some products, measures are taken to prevent unnecessary electromagnetic interference by sticking to the back of the antenna board and the inner surface of the metal casing that constitutes the main body case.
ところで、先記の非特許文献1で紹介されているシート状の電磁シールド材(商品名:Flexield IRL04(TDK株式会社製))を周波数帯域が13.56MHzの非接触ICカードリーダ/ライタに採用した場合に、メーカーから提供されたRFボードを無調整のままでも所定の交信機能が確保できるか否かを検証するために、発明者は前記の電磁シールド材を本体ケースに組み込んだアンテナボードの背面に貼着してアンテナのコイル特性(共振周波数特性)に及ぼす影響を実験で調べたところ、周囲金属物との電磁干渉が低減する効果が得られるものの、アンテナボードを単体のまま使用する場合と比べてコイルの共振周波数が変化し、初期設定の周波数帯よりも低くなることが認められた。したがって、このままリーダ/ライタを組み立てたのでは交信距離が低下してしまうことになり、仕様通りの交信距離を確保するにはやはりRFボードを調整し直してコイル特性を所定の適正周波数帯域に整合させることが必要となる。なお、ちなみに電磁シールド材をアンテナボードから離間して後方に配置すると、その空隙長の増加に伴いアンテナボードに対する電磁シールド材の影響が小さくなってコイルの共振周波数が幾分高まるようになるが、一方ではアンテナボードと電磁シールド材との間の距離(空隙長)を大きくすると、それだけアンテナが周囲金属物の影響を受け易くなってデータ交信機能が不安定になるほか、アンテナボードと電磁シールド材との間の空きスペースが大きくなって本体ケースの外形寸法も大形になる。
By the way, the sheet-like electromagnetic shielding material (trade name: Flexield IRL04 (manufactured by TDK Corporation)) introduced in the above-mentioned Non-Patent
また、発明者は前記の電磁シールド材に代えて、通常の鋼板(磁性材)で作った板金部材(厚さ0.8〜1mm程度)をアンテナボードの背後に対面配置してアンテナ特性への影響を調べたところ、前記の電磁シールド材とは逆にアンテナの共振周波数を高める方向に影響し、かつ板金部材をアンテナボードに近づけるほど共振周波数がさらに高くなることが認められた。
そこで、本発明の目的は、前記の検証で得た知見を基に、EMI対策として市販の電磁シールド材(非特許文献1参照)を採用してアンテナボードに対する不要な電磁干渉を抑え、しかもメーカーから購入したRFモジュールのアンテナコイル特性を調整し直すことなくそのまま組み立てて所定の交信性能が発揮できるようにアンテナボードの電磁シールド構造を改良した非接触ICカードリーダ/ライタを提供することにある。
In addition, the inventor replaces the electromagnetic shielding material with a sheet metal member (thickness of about 0.8 to 1 mm) made of a normal steel plate (magnetic material) and faces the antenna board to achieve antenna characteristics. As a result of investigating the influence, it was recognized that, contrary to the electromagnetic shielding material, the resonance frequency of the antenna was affected and the resonance frequency was further increased as the sheet metal member was brought closer to the antenna board.
Therefore, the object of the present invention is to use a commercially available electromagnetic shielding material (see Non-Patent Document 1) as an EMI countermeasure based on the knowledge obtained in the above verification, and to suppress unnecessary electromagnetic interference on the antenna board. It is an object of the present invention to provide a non-contact IC card reader / writer with an improved electromagnetic shield structure of an antenna board that can be assembled as it is without re-adjusting the antenna coil characteristics of an RF module purchased from, and can exhibit a predetermined communication performance.
上記目的を達成するために、本発明によれば、非接触ICカードとの間でデータ信号の交信を行う非接触ICカードリーダ/ライタであり、本体ケース内にアンテナボードおよびその背後にこれとセットで組込型のRFモジュールを成す信号処理用のRFボードを配置した構成において、
前記アンテナボードの背後に、電磁波吸収機能を備えたシート状の電磁シールド材をその背面に磁性の板金部材を重ね合わせて対向配置し、前記電磁シールド材をアンテナボードから所定の空隙を隔てて配置することにより、前記本体内に配置されたRFモジュールのアンテナの共振周波数を所定の周波数帯に整合させる構成とする。
To achieve the above object, according to the present invention, a non-contact IC card reader / writer which communicates data signals to and from the contactless IC card, and this to the antenna board and behind in the body case In a configuration in which an RF board for signal processing forming an embedded RF module in a set is arranged,
Behind the antenna board, a sheet-like electromagnetic shielding material having an electromagnetic wave absorbing function is placed opposite to the back surface of a magnetic sheet metal member, and the electromagnetic shielding material is arranged with a predetermined gap from the antenna board. it allows a structure in which Ru is matched to the resonant frequency of the antenna of the RF module arranged in said body in a predetermined frequency band.
上記構成のように、電磁波吸収機能を備えたシート状の電磁シールド材に磁性の板金部材を重ねてアンテナボードの背後に対向配備することにより、電磁シールド材を単体で使用する場合に比べてアンテナコイルの共振周波数が高くなる方向にシフトするようになる。これは先述の検証で述べたように、電磁シールド材と板金部材とではアンテナボードに影響してコイルの共振周波数を変化させる方向が逆で、電磁シールド材の背面に板金材を組合せることにより、電磁シールド部材を透過した電磁波(シート状の電磁シールド材のみでは電磁波を完全に吸収しきれない)がその背面に重ね合わせた板金部材の影響を受けてコイルの共振周波数が高くなる方向にシフトするようになるためである。
したがって、カードリーダ/ライタの組立てに際して、前記のように電磁シールド材の背面に磁性の板金部材を重ね合わせた上で、アンテナボードの背後に近づけてその距離(空隙長)を適正に設定することにより、アンテナのコイル特性を適正周波数のキャリア周波数帯域を先記の標準規格(13.56MHz)に合わせて例えば13.2〜13.4MHzの帯域に整合させ、しかも電磁シールド材および板金部材によるシールド効果によりアンテナボードの背後に配置したRFボード,および周囲金属物との電磁干渉を低減して所定の交信距離を確保できる。これにより、メーカーから購入したRFモジュールを無調整のまま組み立てて各種の使用形態に対応したコンパクト設計の非接触ICカードリーダ/ライタを製作できる。
Compared to the case where the electromagnetic shielding material is used alone, the magnetic sheet metal member is overlapped on the sheet-shaped electromagnetic shielding material having an electromagnetic wave absorption function and arranged oppositely behind the antenna board as in the above configuration. The resonance frequency of the coil shifts in the direction of increasing. As described in the above-mentioned verification, the electromagnetic shield material and the sheet metal member have opposite directions in which the resonance frequency of the coil is changed by affecting the antenna board, and by combining the sheet metal material on the back surface of the electromagnetic shield material, , Electromagnetic waves that have passed through the electromagnetic shield member (the sheet-like electromagnetic shield material alone cannot completely absorb the electromagnetic waves) are affected by the sheet metal member superimposed on the back surface, and the resonance frequency of the coil is increased. It is because it comes to do.
Therefore, when assembling the card reader / writer, the magnetic sheet metal member is superimposed on the back surface of the electromagnetic shielding material as described above, and the distance (gap length) is set appropriately by approaching the back of the antenna board. Thus, the antenna coil characteristics are matched to the band of 13.2 to 13.4 MHz, for example, by matching the carrier frequency band of the appropriate frequency to the standard (13.56 MHz) described above, and the shield by the electromagnetic shielding material and the sheet metal member. Due to the effect, electromagnetic interference with the RF board disposed behind the antenna board and surrounding metal objects can be reduced, and a predetermined communication distance can be secured. As a result, it is possible to manufacture a non-contact IC card reader / writer having a compact design corresponding to various usage forms by assembling an RF module purchased from a manufacturer without adjustment.
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて説明する。
まず、据置型タイプのカードリーダ/ライタを例に、本発明の実施例による組立構造を図1(a),(b)および図2に示す。各図において、1は下部ケース1aと上部カバー1bからなる二分割構造の本体ケース、2は上部カバー1bの表面に形成したカードタッチエリア1cに対向してケースの内側に設置したアンテナボード、3はアンテナボード2の背後に並べて下部ケース1aに組み込んだ信号処理用のRFボード、4はEMI対策としてアンテナボード2の背後に配したシート状の電磁シールド材、5は電磁シールド材4の背面に貼り合わせた磁性の板金部材であり、板金部材5に担持した電磁シールド材4はアンテナボード2との間に所定の空隙長L(空隙長Lの設定については詳細を後述する)を隔てて対向配置されている。なお、1dはカードタッチエリア1cの上側に並べて上部カバー1bに装備した表示パネルである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the illustrated examples.
First, taking a stationary card reader / writer as an example, an assembly structure according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 (a), 1 (b) and FIG. In each figure, 1 is a main body case of a two-part structure comprising a
ここで、前記電磁シールド材4,板金部材5の詳細構造を図3,図4に示す。まず電磁シールド材4は、先記の非特許文献1に紹介されている電磁シールド材(商品名:Flexield IRL04(TDK株式会社製))を採用し、外形サイズ(縦Hs×横Ws)をアンテナボード2の外形対応したサイズに裁断した上で、その周縁にはアンテナボード2のコネクタ2a(図2参照)を逃がす凹溝が切欠き形成されている。また、板金部材5はその四隅に取付タブ5aを形成した厚さ0.8〜1.0mm程度の鋼板(磁性材)で、その外形サイズ(縦Hp×横Wp)は電磁シールド材4の外形サイズと同等もしくは一回り小さく設定し、図2のように電磁シールド材4(シールド材の裏面には粘着剤が塗布されている)を貼り合わせた状態で板金部材5の周縁がはみ出ないように設定している。
次に、前記のアンテナボード2,および電磁シールド材4と板金部材5とを貼り合わせた複合シールド体を本体ケース1の上部カバー1bに装着する組立構造を図5(a),(b)で説明する。すなわち、アンテナボード2はボードの右側縁を上部カバー1bの内側に立設した固定フック1a−5に差し込みながら、ボードの四隅に穿孔した取付穴を支持ピン1a−1に嵌合した後に、ボードの左側縁を固定フック1a−2に引っ掛けて定位置に固定する。
Here, the detailed structure of the
Next, an assembly structure in which the antenna board 2 and the composite shield body in which the
一方、電磁シールド材4に貼り合わせた板金部材5は、その四隅に形成した支持タブ5aのうち、左側のタブを先に前記の支持ピン1a−1と段差を付けてカバー1bの左内側に立設した固定フック1a−4の段部に差し込み係合し、次に右側のタブをカバーの右内側に立設した固定フック1a−3を撓ませながら引っ掛けて固定する。そして、この組立て状態で、アンテナボード2とその背後に配した電磁シールド材4との間に、図6の特性図に表示したコイル特性を基にその適正周波数に整合させるように設定した空隙長Lの間隔を確保するようにしている。
すなわち、図6は適正周波数を例えば13.2〜13.4MHzの範囲に指定したキャリア周波数帯域で使用する非接触ICカードカードリーダ/ライタのEMI対策として、アンテナボード2の背後に前記の電磁シールド材4と磁性の板金部材5とを貼り合わせた複合シールド体を配置した場合に、アンテナボード2との間の距離(空隙長L)がコイルの共振周波数にどのように影響を及ぼすかを検証するための実験で実測したコイル特性図であり、図中にはその比較例として電磁シールド材4のみを単独で使用した場合,および板金部材5のみを単独で使用した場合のコイル特性も併記している。
On the other hand, the
That is, FIG. 6 shows the above-mentioned electromagnetic shield behind the
このコイル特性図から判るように、板金部材5のみを単独使用した場合には、初期設定されているコイルの共振周波数(メーカーから購入したRFモジュールは、アンテナコイルの共振周波数が13.2〜13.4MHzの範囲の適正周波数に整合するように調整されている)に対して、板金部材が共振周波を高める方向に影響を与える。また、電磁シールド材4のみを単独使用した場合には、板金部材5とは逆に共振周波数を低める方向に影響し、特に電磁シールド材4をアンテナボード2に近づけて配置(空隙長L:10mm以下)した場合には、アンテナコイルの共振周波数が前記の適正周波数帯域(13.2〜13.4MHz)を超えて低い方に大きくずれてしまう。
これに対して、電磁シールド材4の背面に磁性の板金部材5を貼り合わせた図示実施例の複合シールド体では、電磁シールド材4のみ単独使用した場合に比べてアンテナのコイル特性(共振周波数)が高い方向にシフトするようになる。そして、アンテナボード2と電磁シールド材4との間の空隙長Lを4mmに設定すれば、アンテナコイルの共振周波数を13.2〜13.4MHzの範囲の適正周波数に整合できることが判る。なお、電磁シールド材4のみ使用してアンテナボード2との間の空隙長を前記と同じ4mmに設定した場合には、アンテナコイルの共振周波数は13.2〜13.4MHzの適正周波数帯域よりも低い方に変化してしまう。
As can be seen from this coil characteristic diagram, when only the
On the other hand, in the composite shield body of the illustrated embodiment in which the magnetic
そこで、図1に示した組立構造でアンテナボード2と電磁シールド材4との間の空隙長Lが4mmとなるよう、これに合わせて上部カバー1bに設けたアンテナボード2の支持座と金属部材の支持座(図5参照)との間に段差を設定してアンテナボード2,電磁シールド材4および板金部材5を組み付けてカードリーダ/ライタを組み立てることにより、メーカーから購入したRFモジュールについてそのアンテナ特性を調整し直す面倒な工程を省略しつつ、アンテナボードに対するRFボード,周囲金属物との不要な電磁干渉を抑えて非接触ICカードとの間で安定した交信機能を発揮できる高信頼性の製品を低コストで製作できる。
なお、図示実施例は据置型のカードリーダ/ライタについて述べたが、使用形態の異なるモバイル型,壁掛型,あるいは自動販売機に搭載するカードリーダ/ライタについても同様に実施適用できる。
Accordingly, the support seat of the
In the illustrated embodiment, the stationary card reader / writer is described. However, the present invention can be similarly applied to a card reader / writer mounted on a mobile type, a wall-hanging type, or a vending machine having a different usage pattern.
1 カードリーダ/ライタの本体ケース
1a カードタッチエリア
2 アンテナボード
3 RFボード
4 シート状の電磁シールド部材
5 磁性の板金部材
L アンテナボードと電磁シールド材との間の空隙長
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