JPH04276890A - 接続ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データを処理または記
憶するＩＣチップを内蔵した情報媒体と、そのリーダラ
イタとの間で、磁界を伝送媒体として非接触にデータを
送受信するための接続ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】データを処理あるいは記憶するＩＣチッ
プを内蔵し、リーダライタと機械的電気的に接続する一
連の端子をプラスチックカードの表面に露出配列したい
わゆるＩＣカードは広く用いられており、記憶容量が大
きく、機密保持の点で優れているため金融関係，医療関
係など多くの分野で実用化されつつある。

【０００３】しかしながら、このようなＩＣカードでは
、端子が外部に露出しているため屋外の特殊な環境では
端子管の汚損，磨耗などを生じて、リーダライタとの良
好な接続を確保することが必ずしも容易ではなかった。 このため、近年、リーダライタと情報媒体との間で、機
械的に接続する端子を介することなく、非接触でデータ
を授受する方式が提案されている。データを非接触で授
受する伝送媒体としては、光，電波，磁界などがあるが
、情報媒体が汚損されても信頼性がある点，互いに異な
る情報媒体の間でデータの混信がない点，情報媒体に外
部から電力を供給できる点などを考慮すると、磁界を用
いた伝送方式が最も有効であると考えられる。このよう
な、伝送媒体に磁界を用いた非接触情報媒体の従来例と
して、特開昭６０−２２７４０６号公報に記載の非接触
ＩＣカードとその接続ユニットがある。

【０００４】以下に、この従来例の非接触ＩＣカードと
その接続ユニットの構成について説明する。

【０００５】図５（ａ）および（ｂ）は、従来例の非接
触ＩＣカード１００およびその接続ユニット１１０のそ
れぞれ斜視図である。ＩＣカード１００は、回路１０２
と、回路１０２に接続されたコイル１０１とを備えてお
り、このコイル１０１は（図５（ａ）では１個しか示さ
れていないが）、接続ユニット１１０からの電力受け取
り用，データ送信用，データ受信用，クロック用など複
数個が個別に設けられ、カード基体１０３中に埋設され
ている。一方、接続ユニット１１０は、ＩＣカード１０
０が挿入される間隔をおいて対向する２つの対向壁を有
した断面コの字状の支持体１１１を備え、この両対向壁
のそれぞれにコイル１１２が互いに接続して埋設されて
いる。このコイル１１２もまた（図５（ｂ）には１個し
か示されていないが）ＩＣカードのコイル１０１に対応
して複数個が個別に設けられており、両対向壁間にＩＣ
カード１００が挿入された状態で、コイル１１２とそれ
に対応するＩＣカード１００内のコイル１０１とが磁気
的に結合し、カードをその場に固定して電力やデータの
授受を行うようになっている。

【０００６】このような磁界を用いた非接触ＩＣカード
は、従来のＩＣカードと同様に多くの分野で使用できる
と同時に、外部の環境に対する信頼性が向上しているた
め、海水浴場，プールなどを設置したレジャーランド，
スキー場，温泉地などの特殊な環境でも使用することが
可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＩＣカー
ドを、プリペイドカードとして乗り物やリフトの料金の
支払いに用いるような場合、それと連動して乗り場ゲー
トの開閉を行って利用者を通過させることが考えられる
。このような場合、利用者が立ち止まることなしにゲー
トを通過できるシステムとすることが好ましい。

【０００８】しかしながら、上記の従来の非接触ＩＣカ
ードとその接続ユニットとの間で通信を行う場合にはＩ
Ｃカードを所定の位置に精度よく設置し、しかもその場
で静止させなければならない。したがって、仮に利用者
がこのＩＣカードを手に持ったまま使用するとすれば、
通信の間ＩＣカードを静止させて終了を待たなければな
らない。また、接続ユニット側にＩＣカードの搬送機構
を設けてそこにＩＣカードを挿入する方式としても、そ
の搬送機構中に通信を行う際にＩＣカードを静止させる
過程を設けなければならないため、構成が複雑なものと
なる。さらに、駅の自動改札のように、すでに磁気カー
ドを使用しているシステム中に接続ユニットを組み込む
ような場合にも、前述のカード静止機構を設ける分だけ
大がかりな改造を加えなければならなくなる。上記のよ
うな理由から、従来の非接触ＩＣカードを料金所のゲー
ト開閉に使用することは困難である。

【０００９】本発明は、このような課題を解決するもの
で、情報媒体を静止することなく安定した磁気結合が得
られ、情報媒体が移動する状態でも通信が行えるような
接続ユニットを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、電磁結合を用いた非接触方式により、情報
媒体との間で電力の供給およびデータの授受を行う接続
ユニットであって、この接続ユニットが情報媒体に電力
およびデータを送信する第１のコイルと、この情報媒体
からデータを受信する第２のコイルと、この第１のコイ
ルおよび第２のコイルを支持した支持体と、この支持体
に設けた前記情報媒体が移動するための通路とを備え、
第１のコイルを、矩形状に巻線するとともに、その長辺
方向と情報媒体の移動方向とが等しくなるように通路に
沿って配置し、第２のコイルを、円状に巻線するととも
に通路に沿って配置した構成とするものである。

【００１１】

【作用】上記構成の本発明の接続ユニットは、接続ユニ
ットから発せられる磁束は第１のコイル上に集中すると
ともにその長辺方向にほぼ均一に分布し、この長辺方向
と情報媒体の移動方向とが等しくなるように第１のコイ
ルを通路に沿って配置するため、この通路を通過する情
報媒体に対して、常に安定した磁気結合を保ちながら電
力およびデータを供給することができる。一方、第２の
コイルを円状に巻線するとともに通路に沿って配置する
ため、この通路を通過する情報媒体から放射状に発せら
れる磁束を効率よく検出し、信号を高いＳ／Ｎ比で受信
することができる。したがって、情報媒体が接続ユニッ
トの通路上を通過するような場合にも、誤りなくかつ電
力効率よく通信を行うことが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の接続ユニットの一実施例の構
成について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）
および（ｂ）は、本発明の第一の実施例における接続ユ
ニットおよびそれらに用いられる情報媒体の斜視図、図
２は接続ユニットの平面図である。図１（ａ），（ｂ）
および図２に示すように、その構成要素として１は接続
ユニット、２は第１のコイル、２ａは第１のコイル２の
端子、３は第２のコイル、３ａは第２のコイル３の端子
、４は支持体、５は支持体４に設けられた情報媒体の通
路、１０は情報媒体、１１は第３のコイル、１２は回路
、１３はカード基体である。

【００１３】情報媒体１０は、カード基体１３が長さ８
．６ｃｍ幅５．４ｃｍ厚さ０．７６ｍｍのカード形状を
有し、その中央部に直径２．３ｃｍの真円形に巻線した
第３のコイル１１を埋設し、他の部分に回路１２を埋設
している。第３のコイル１１は、接続ユニット１から電
力およびデータを受信するとともに、接続ユニット１へ
データを送信するもので、線材は線径０．１ｍｍのエナ
メル被覆銅線、巻数は１０８ターンとしている。回路１
２は、電力の蓄積，データの検出，データの処理および
記憶，データの送出などの動作を行うもので、その入出
力端子には第３のコイル１１の両端がつながれている。

【００１４】一方、接続ユニット１は、支持体４が長さ
２９ｃｍ幅１６ｃｍ高さ５ｃｍの直方体の形状を有し、
その上面の長さ方向に溝を掘って情報媒体１０の通路５
を設け、この通路５の直下に第１のコイル２および第２
のコイル３を埋設している。通路５は、情報媒体１０が
その底面と当接して移動する際のガイドとなるもので、
幅を情報媒体１０の幅よりも若干大きく６．４ｃｍとし
、深さを情報媒体１０の厚さよりも大きく０．６ｃｍと
している。第１のコイル２は、情報媒体１０にデータを
送信するもので、線径０．６ｍｍのエナメル被覆銅線を
矩形に４ターン巻線している。さらにこの矩形の第１コ
イル２は、長辺を８．８ｃｍ，短辺を２．３ｃｍとし、
その長辺が情報媒体１０の移動方向と等しくなるように
通路５の底面に沿って配置している。一方、第２のコイ
ル３は、情報媒体１０からのデータを受信するもので、
線径０．１ｍｍのエナメル被覆銅線を長円形に巻数１１
７ターンで巻線している。さらにこの長円形の第２のコ
イル３は、直線部の長さを８．８ｃｍ，両端の半円の直
径を７ｃｍとし、その直線部が情報媒体１０の移動方向
と等しくなるように通路５の底面に沿って配置している
。この接続ユニット１は、第１のコイル２の端子２ａお
よび第２のコイル３の端子３ａを、後で述べるリーダラ
イタ（図示しない）の入出力端子に接続して用いる。

【００１５】つぎに、本実施例の接続ユニット１および
情報媒体１０の構成要素の関連動作について図４を用い
て説明する。図４は、通信の際の信号の流れを説明する
ブロック図である。情報媒体１０からデータを読み出す
場合には、最初にリーダライタ２０の切替部２３を送出
部２４につなげて送信状態とし、制御部２２から初期命
令と読み出し命令とを送出部２４に転送する。送出部２
４は、０，１のデジタル信号からなるこれらのデータを
周波数変調し、さらに電力増幅して接続ユニット１の第
１のコイル２に転送する。信号を転送し終えた後、リー
ダライタ２０は、切替部２２を検出部２５に切り替えて
受信状態となる。第１のコイル２に送られた信号は、こ
こで交流磁界に変換され、これが通路５に挿入された情
報媒体１０の第３のコイル１１に伝達され、そこに誘導
電圧を生じる。情報媒体１０は、受信状態すなわち切替
部１４が検出部１７および電源部１６とつながった状態
に設定されており、発生した誘導電圧の一部は検出部１
７に、残りは電源部１６に送られる。検出部１７では、
送られたきた信号の周波数を弁別し、０，１のデジタル
信号に復調して、制御部１８に転送する。一方電源部１
６では、送られてきた信号を整流して電荷をコンデンサ
に蓄積し、その電力を各部に供給して所定の動作を行わ
せる。とくに初期命令には、電力信号として高い周波数
成分を多く含む信号が含まれており、各部の動作の前に
充分な電力が電源部１６に供給されるようになっている
。また初期命令は、この電力信号に続いて、システム中
で統一された符号からなる同期信号を含んでおり、制御
部１８はこの同期信号と初期同期をとることによって後
に続く命令の解読を行う。同期が完了し、制御部１８が
読み出し命令を解読してその有効性を判定すると、記憶
部１９の指定されたアドレスからデータが読み出される
。そして制御部１８は、読み出されたデータに暗号化の
処理を施し、同期信号を加えて送出部１５に転送し、そ
れとともに切替部１４を送出部１５に切り替えて送信状
態とする。送出部１５は送られてきた信号を周波数変調
して、第３のコイル１１に転送する。前述のようにリー
ダライタはすでに受信状態となっているため、第３のコ
イル１１によって励起された交流磁界は接続ユニット１
の第２のコイル３に誘導電圧を生じ、それが検出部２５
に送られる。検出部２５はこの誘導電圧の周波数を弁別
し、１，０のデジタル信号に復調して制御部２２に転送
する。制御部２２は同期信号との同期をとった後、信号
を解読し、必要に応じてそのデータを記憶部２１に書き
込む。

【００１６】つぎに、情報媒体１０にデータを書き込む
場合には、リーダライタ２０から初期命令と書き込み命
令とを情報媒体１０に転送し、情報媒体１０はこの書き
込み命令に従ってデータを記憶部１８に書き込むととも
に、この書き込んだデータをリーダライタ２０に返送す
る。リーダライタ２０は情報媒体１０から返送されてき
たデータの正誤を判定する。その他の動作，電力供給，
同期のとり方，変調方法などは読み出しの場合と同様で
ある。このようにして、情報媒体１０からデータを読み
出し、情報媒体１０にデータを書き込む１サイクルが完
了する。

【００１７】こうした一連の読み出しおよび書き込み動
作を、情報媒体１０が通路５上を通過しながらも正確に
かつ電力効率よく行うためには、（１）送信側のコイル
と受信側のコイルとの間の相互インダクタンスを大きく
すること、（２）一方のコイルが他方のコイルに対して
移動しても、両者の相互インダクタンスを一定に保つこ
と、（３）送信側のコイルの自己インダクタンスを小さ
くすること、（４）受信側のコイルへのノイズの混入を
小さくすることが必要である。接続ユニット１から情報
媒体１０へ信号を送る際には、静止している第１のコイ
ル２が送信側コイルとなり、移動する第３のコイル１１
が受信側コイルとなる。このような場合、第１のコイル
２を矩形に巻線するとともに長辺が情報媒体１０の移動
方向と等しくなるように配置することによって、第３の
コイル１１が第１のコイル２上のどの位置に移動しても
両者の相互インダクタンスをほぼ一定にすることができ
る。また、第１のコイル２の短辺の長さを第３のコイル
１１の直径と等しくしているため、両者の相互インダク
タンスを保ちながら、第１のコイル２の自己インダクタ
ンスを小さくすることができる。一方、長辺の長さは、
通信の際に予想される第３のコイル１１の移動距離と同
等もしくはそれよりも大きくしている。

【００１８】つぎに、情報媒体１０から接続ユニット１
へ信号を返す際には、移動する第３のコイル１１が送信
側コイルとなり、静止している第２のコイル３が受信側
コイルとなる。この場合には、情報媒体１０の持つ電力
が小さく、信号が微弱となるため、第２のコイル３を円
状に巻線することによって、第３のコイル１１から放射
状に送出される信号を効率よく、ノイズの混入を少なく
受信することができる。さらに、それを長円形とし、そ
の直線部が通路５の方向と等しくなるように配置するこ
とによって、第３のコイル１１が第２のコイル３上のど
の位置に移動しても両者の相互インダクタンスをほぼ一
定にすることができる。この第２のコイル３の両端半円
の直径は、得られる信号の強度と混入するノイズの強度
との兼ねあいにより決定している。一方、直線部の長さ
は、第１のコイル２の場合と同様、通信の際に予想され
る第３のコイル１１の移動距離により決定している。な
お、情報媒体１０は第１のコイル２よりの電力供給で動
作する場合を示したが自ら電力を有する場合に第１のコ
イル２からの電力供給が不必要となる以外は同様である
。

【００１９】つぎに、図３に本発明の第二の実施例にお
ける接続ユニットの平面図を示す。図３に示すようにそ
の構成要素として、５ａは通路５の入口、５ｂは通路５
の出口、６ａは第１のセンサ、６ｂは第２のセンサ、６
ｃは第３のセンサ、６ｄは第４のセンサ、６ｅは第５の
センサ、６ｆはセンサの端子である。ここでは、第１の
コイル２を長辺６．６ｃｍ短辺３．１ｃｍの矩形コイル
とし、第２のコイル３を直線部６．６ｃｍ両端半円直径
７ｃｍの長円形コイルとし、第２のコイル３を第１のコ
イル２よりも２．２ｃｍだけ出口５ｂ側に変位して配置
している。また、通路５の底面には、第１から第５のセ
ンサ６ａから６ｅを配置している。第１のセンサ６ａは
、第３のコイル１１の中心が第１のコイル２の入口５ａ
側の短辺上に到達する時点で動作するように、その時点
で情報媒体１０の先頭が到達する場所に配置される。第
２から第５のセンサ６ｂから６ｅは、そこから通路の出
口５ｂの方向に、それぞれ２．２ｃｍずつの間隔をおい
て配置される。これらの第１から第５のセンサ６ａから
６ｅは、情報媒体１０がそこを通過したことを検出して
動作するものであって、光などを利用したセンサであっ
ても、機械的な接点を持つスイッチであってもよい。こ
れらのセンサは、それぞれセンサの端子６ｆからリーダ
ライタ２０の切替部２３に接続される。切替部２３は、
情報媒体１０の通過によって第１のセンサ６ａが動作す
ると送出部２４に、第２のセンサ６ｂが動作すると検出
部２５に、第３のセンサ６ｃが動作するとふたたび送出
部２４に、第４のセンサ６ｄが動作するとふたたび検出
部２５に切り替わって読み出しおよび書き込みの１サイ
クルを行い、最後に第５のセンサ６ｅが動作すると開放
して休止状態となるように設定されている。したがって
、各センサの間隔は、送信または受信が行われる間に予
想される情報媒体１０の移動距離によって決定され、必
ずしも全てが一定間隔である必要はない。また、移動速
度が毎回異なるような場合には、移動速度が最大の場合
の距離にあわせておく。そして、移動速度が遅い場合の
ために、送信時の信号は、命令を送信し終わってから受
信状態に切り替わるまでの間、電力信号を送信し続ける
ように設定しておく。一方、情報媒体１０側の切替部１
４は、この電力信号を受信している間は検出部１７につ
ながって受信を続け、電力信号が途切れると送出部１５
に切り替わって送信をはじめるように設定する。その他
の構成および動作は、第一の実施例と同様である。

【００２０】このように、第２のコイル３を第１のコイ
ル２に対して出口５ｂ側に変位させることによって、情
報媒体１０の移動をみこした位置にコイルを配置するこ
とができ、その分コイルを小型化できるため、送信側の
第１コイル２の自己インダクタンスを小さくすることが
できるとともに、受信側の第２のコイル３へのノイズの
混入を抑えることができる。また、通路５にセンサ６ａ
から６ｅを設けることによって、情報媒体１０の移動速
度が毎回異なるような場合でも、安定して読み出し書き
込みの１サイクルを行うことができる。さらに、情報媒
体１０が通路５上に存在しないときにはリーダライタを
休止状態にすることができるため、常に初期命令を送出
して情報媒体１０の到来を待つ必要がなく、消費電力を
小さくすることができる。

【００２１】なお、第二の実施例において、切り替えス
イッチの数を５個としたが、使用条件によってはそれ以
外の個数でもよい。たとえば、通路５に搬送機構を設け
て情報媒体１０を一定速度で搬送するような場合には、
切替部２３を搬送機構にあわせて切り替えるように設定
しておけば、センサは入口側に１個設けるだけでもよい
。また、第２のコイル３を第１のコイル２に対して変位
した状態としたが変位していない場合にセンサを用いる
ことができることは言うまでもない。

【００２２】また、第一および第二の実施例において第
２のコイル３は長円形コイルとしたが、情報媒体１０の
移動速度が通信速度に比べて充分遅く、通信の際の第３
のコイル１１の移動距離が無視できる場合などには、こ
れを楕円形や真円形のコイルとしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明は、支持体に情報媒
体の通路を設け、送信用の第１のコイルを矩形に巻線す
るとともにその長辺が情報媒体の移動方向と等しくなる
ように通路に沿って埋設し、受信用の第２のコイルを円
状に巻線するとともに通路に沿って埋設することにより
、電磁結合方式による非接触通信を、情報媒体を静止す
ることなく効率かつ低Ｓ／Ｎで正確に行うことを可能と
するものである。これによって、料金所のゲート開閉な
どに用いる場合に、利用者が立ち止ることなしにゲート
を通過することができるようになり、実用性が飛躍的に
向上する。

【００２４】さらに、情報媒体を搬送する機構を設ける
場合にも、その機構中に通信の際に情報媒体を静止させ
る過程を設ける必要がなくなる。したがって、現用の磁
気カードシステムの搬送機構をそのまま用いることがで
きるため、その中に組み込んで磁気カードと非接触カー
ドとを併用するシステムとすることも容易になる。この
ような応用は、単に鉄道の自動改札といった分野ばかり
でなく磁気カードシステム全般にわたり、たとえば銀行
のＡＴＭのようにカード搬送機構に特別に通信のための
静止過程を設けていないタイプであれば全てに有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第一の実施例の接続ユニット
の外観斜視図 （ｂ）は同実施例の接続ユニットに用いる情報媒体の外
観斜視図

【図２】同実施例の接続ユニットの平面図

【図３】本発
明の第二の実施例の接続ユニットの平面図

【図４】本発
明の実施例の情報の流れに示す接続ユニットおよびそれ
に用いる情報媒体のブロック図

【図５】（ａ）は従来の
非接触ＩＣカードの外観斜視図（ｂ）は従来の接続ユニ
ットの外観斜視図

【符号の説明】

１　　接続ユニット ２　　第１のコイル ３　　第２のコイル ４　　支持体 ５　　通路 １０　　情報媒体 １１　　第３のコイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持体に支持固定された矩形の第１のコイ
   ルと、前記第１のコイルの長辺に沿って前記支持体に設
   けられた通路と、前記支持体に支持固定され、前記通路
   に沿って設けられた円形状の第２のコイルとを具備し、
   第３のコイルを内蔵する情報媒体を前記通路を通過させ
   ることにより、前記第１のコイルから前記第３のコイル
   に情報の送信を行い、前記第２のコイルにより前記第３
   のコイルからの情報を受信する接続ユニット。
2. 【請求項２】第２のコイルが、通路に沿った直線部をす
   る長円形である請求項１記載の接続ユニット。
3. 【請求項３】情報媒体が、第１のコイルからの情報を前
   記情報媒体の電力に変換する請求項１または２記載の接
   続ユニット。
4. 【請求項４】第２のコイルの中心が、第２のコイルの中
   心に対して情報媒体が通路を進行する方向に変位した請
   求項１から３のいずれかに記載の接続ユニット。
5. 【請求項５】通路中に、情報媒体の通過を検出する手段
   を設けた請求項１から４のいずれかに記載の接続ユニッ
   ト。