JPH0554155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はカード状で集積回路を搭載した薄型電
子機器と、例えばキヤツシユデイスペンサのよう
にこの薄型電子機器との結合によつて一定のサー
ビスを提供したりあるいは当該ICカードをメモ
リとして使用する外部装置との間における電磁変
換トランス及びその製造方法に関するものであ
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来このような薄型電子機器と外部装置との結
合は、コネクタにより行われていた。すなわち、
コネクタには接点が設けられ、ICカードと外部
装置双方の接点を機械的に押し付けることによつ
てその接触を保障し、電力の供給や情報の送受を
行つてきた。

しかし、コネクタの接点は使用環境の悪化によ
り劣化してその接触抵抗が増大し、信号の送受や
電力の伝送特性が低下するという問題がある。

これに対し、薄型電子機器と外部装置とを非接
触接続すれば上述したような問題は解決される。
そこで、薄型電子機器側で必要な電力の供給をこ
の薄型電子機器自体に電池を内蔵させることによ
つて行い、かつ、信号の送受をホトカプラ等を用
いて行う方法が考えられる。

しかしながら、薄型電子機器の電力確保を内蔵
電池により行う場合、電池の電圧低下に伴いやは
り信号の伝送特性も悪くなるという問題が生じ
る。また、信号送受にホトカプラを用いる場合に
は、ホトカプラが使用環境（例えば昼と夜など）
によつて動作の仕方が異なり誤伝送を招くおそれ
があり、これを解決するために感度設定に工夫を
こらさなければならない等の問題があり、いずれ
も好ましくない。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みて成されたものであ
り、薄型電子機器側に電力確保手段を内蔵する必
要がなく、かつ、低周波から高周波に至るまでの
広範囲に亘つて信号や電力の伝送を非接触結合状
態で良好に行うことができるカード状電子機器用
電磁変換トランス及びその製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。

［発明の概要］ 上記目的を達成するための本発明の概要は、カ
ード状の基盤に集積回路を搭載した薄型電子機器
と、この薄型電子機器を所定の受部に結合させた
状態で当該薄型電子機器との間で信号の送受を行
い、かつ前記集積回路駆動用の電力を伝送するカ
ード状電子機器用電磁変換トランスにおいて、外
部装置側には一部に空隙を有するコアとこのコア
に巻回され、かつ空隙に臨ませて対向配置したシ
ート状の一次コイルを備え、薄型電子機器側には
シート状の二次コイルとこの二次コイルの中央部
に位置する薄型磁性体とを埋設し、薄型電子機器
を外部装置に結合させた状態で一次コイルと二次
コイルとが近接配置され、かつ、前記コアと薄型
磁性体とにより閉磁路を形成するようにしたこと
及び断面Ｈ状の一対のボビンを同軸上に対向配置
し、それぞれに巻線を施してシート状の一次コイ
ルを形成した後、両ボビンの位置関係を反転させ
た状態でこの両ボビンをそれぞれ外部装置側に設
置されるコアの空隙に臨ませつつ対向配置するこ
とを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下に本発明の原理及びこの原理を実現するた
めの実施例を詳細に説明する。

第２図は本発明の原理を示すもので、同図ａに
示す電磁変換トランス１０Ａは、カード状の薄型
電子機器の厚さと同等又は若干大きい（例えば１
mm程度）空隙Ｇを一部に有する磁性材料（例えば
フエライト）からなるコア１と、このコア１を形
成する一方の側片１Ａに巻回した一次コイル２
と、前記薄型電子機器に埋設されたシート状の二
次コイル３及びこの二次コイル３の中央部に位置
する薄型磁性体４から成る二次コイル部５とから
構成されている。

そして、同図ａに示すように薄型電子機器をコ
ア１の空隙Ｇに結合させた状態では、薄型磁性体
４が空隙Ｇの対向面の間に挟まれるようになつて
いる。

この電磁変換トランス１０Ａの等価回路を第３
図に示す。尚、一次コイル２は線径0.14mmで巻数
を100に、二次コイル３は線径0.1mmで巻数を100
にそれぞれ設定し、このときの一次コイルの駆動
インピーダンスは600（Ω）、二次コイル３の負荷
インピーダンスは600（Ω）であるとする。また、
一次コイル２のインダクタンスは6.28（ｍＨ）、二
次コイル３のインダクタンスは5.0（ｍＨ）である
ものとする。

この電磁変換トランス１０Ａの減衰量−周波数
特性（これを「Pa」とする）を第４図に示す。
尚、同図は横軸に周波数を対数目盛で、縦軸に減
衰量を平等目盛で示すものである。

次に、第２図ｂは別の構造の電磁変換トランス
１０Ｂを示すものである。尚、第２図ａに示すも
のと同一機能を有するものには同一符号を付し、
その詳細な説明は省略する。第２図ｃ，ｄの説明
においても同様とする。

この電磁変換トランス１０Ｂが第２図ａに示す
ものと異なる点は、コア１の両側片１Ａ，１Ｂに
50回づつ巻線し、これらを加極性となるように直
列接続して一次コイル２を形成したことである。
この一次コイル２のインダクタンスを5.58（ｍＨ）
とする。この電磁変換トランス１０Ｂの等価回路
は第３図で表わすことができ、また、その減衰量
−周波数特性（これを「Pb」とする）を第４図
に示す。

第２図ｃは、さらに別の電磁変換トランス１０
Ｃを示すものである。

この電磁変換トランス１０Ｃは間隙Ｇを形成す
るコア１の対向片にそれぞれ50回づつ巻線し、こ
れらを加極性となるように直列接続して一次コイ
ル２を形成している。この場合の一次コイル２の
インダクタンスを4.2（ｍＨ）とする。また、この
電磁変換トランス１０Ｃの等価回路は第３図で表
わすことができ、減衰量−周波数特性（これを
「Pc」とする）を第４図に示す。

第２図ｂは本発明の原理としての電磁変換トラ
ンス１０を示すものである。この電磁変換トラン
ス１０は、間隙Ｇを形成するコア１の対向面に可
能な限り接近させかつ対向面と平行になるように
一対のシート状コイルを巻線し（巻数はそれぞれ
50）、これらを加極性となるように直列接続して
一次コイル２を形成したものである。この一次コ
イル２のインダクタンスを4.38（ｍＨ）とする。

この電磁変換トランス１０の等価回路は第３図
で表わすことができ、また、その減衰量−周波数
特性（これを「Po」とする）を第４図に示す。

このような各電磁変換トランス１０Ａ，１０
Ｂ，１０Ｃ，１０Ｃの各一次コイル２の巻線方法
の相違は、それぞれの減衰量−周波数特性の顕著
な相違となつて表われる。すなわち、第４図に示
す各特性Pa，Pb，Pc，Poのうち、特に「Po」
が50kHz〜300kHzに亘り極めて低い減衰量を示
し、第２図ｄに示すものが薄型電子機器用の広帯
域の電磁変換トランスとして好適であることが理
解できる。

次に、前記電磁変換トランス１０の一次コイル
２とコア１の間隙Ｇとの位置関係について説明す
る。

第５図に示すように電磁変換トランス１０の二
次コイル２を構成する２個のシート状コイルを２
Ａ，２Ｂとし、この両シート状コイル２Ａ，２Ｂ
のコア１の間隙Ｇを形成する対向面からの距離を
ｌとする。

ｌ＝０mm、２mm、４mm、10mmとした場合、それ
ぞれの減衰量−周波数特性（Q₀，Q₁，Q₂，Q₄，
Q₁₀）を第６図に示す。

第６図から明らかなように特性Q₀、すなわち、
ｌ＝０とした場合の特性が50kHzから300kHz以上
に亘り極めて低い減衰量を示し、最も低損失であ
ることが理解できる。

このような間隙Ｇに可能な限りシート状コイル
２Ａ，２Ｂを接近させた方が良好な結果が得られ
る理由を以下に考察する。

一般に第５図に示すような電磁変換トランス１
０のインダクタンスＬは、下記(1)式で表わすこと
ができる。

Ｌ＝（4πμiN²）／C₁×10^-9 ＝（4πμiN²）／Σ（le／Ae） ×10^-9 ……(1) ここに、μiはコア１の実効透過率、Ｎはコイル
の巻数、C₁はコア定数（コアのリラクタンス）、
leは磁路長、Aeはコア１の断面積である。

上記(1)式において、磁路長leを除く他の要素を
不変とした場合、インダクタンスＬは磁路長leの
大小によりその値が変化する。

そして、前記距離ｌが大きいほど実質的な磁路
長leが小さくなる（これはシート状コイル２Ａ，
２Ｂとシート状の二次コイル３との間のリーケー
ジフラツクスに起因するものと考えられる。）の
で、インダクタンスＬが見掛上大きくなりこれに
伴ない減衰量も増加することになる。

したがつて、インダクタンスＬを小さくし減衰
量を低くするためには、シート状コイル２Ａ，２
Ｂを可能な限り間隙Ｇ側に接近させリーケージフ
ラツクスを減少させるようにすればよいことが見
出される。

次に上記原理に基づく本考案の実施例を第１図
ａ，ｂを参照して説明する。

同図に示す電磁変換トランス２０は、キヤツシ
ユデイスペンサ等の外部装置の所定の位置に配置
された薄型電子機器が挿入可能な空隙Ｇを有する
コア１と、このコア１の空隙Ｇを形成する対向片
にそれぞれ嵌着された一対の鼓状のボビン２１
Ａ，２１Ｂと、両ボビン２１Ａ，２１Ｂにそれぞ
れ巻回され、加極性となるように直列接続された
シート状コイル２Ａ，２Ｂからなる一次コイル２
と、第５図に示すものと同様な構成からなる二次
コイル部５とから構成されている。

鼓状のボビン２１Ａ，２１Ｂは、第１図ａ，ｂ
に示すようにシート状コイル２Ａの各巻回部２
２，２２の両側に、一方は厚く他方は薄い側至部
２３Ａ，２３Ｃ、側板部２３Ｂ，２３Ｄを有し、
かつ、中心部にはコア１に嵌着可能な抜孔２４が
設けられている。また、厚いほうの側板部２３
Ａ，２３Ｃには導電性を有するピン２５，２５の
一部が埋設され、このピン２５に巻回部２２，２
２に巻回したシート状コイル２Ａ，２Ｂの一端が
それぞれ半田付け等で接続されている。

そして、両ピン２５，２５には可撓性を有する
接続線２６の両端が半田付け等で接続され、これ
により両シート状コイル２Ａ，２Ｂは加極性とな
るように直列接続されている。

また、両ボビン２１Ａ，２１Ｂの薄いほうの側
板部２３Ｂ，２３Ｄはそれぞれ空隙Ｇ側に臨ませ
て対向配置されており、これにより両ボビン２１
Ａ，２１Ｂにそれぞれ巻回されたシート状コイル
２Ａ，２Ｂが可能な限り空隙Ｇ側に接近し、か
つ、対向配置する構成となつている。

上記構成の電磁変換トランス２０は、既述した
原理から明らかなように、薄型電子機器を外部装
置に結合した状態において、シート状の二次コイ
ル３を挾むような形で一次コイル２の両シート状
コイル２Ａ，２Ｂが対向配置されるものであり、
かつ、二次コイル部５の薄型磁性体４がコア１の
空隙Ｇに位置してこのコア１とともに閉磁路を形
成するものであるから、リーケージフラツクスが
少なく実質的な磁路長leが大きくなつて、インダ
クタンスが小さく減衰量の少ない良好な特性を得
ることができる。

次に前記電磁変換トランス２０の製造方法の一
例を第７図を参照して説明する。

まず、予め接続線２６により両ピン２５，２５
間を電気的に接続した両ボビン２１Ａ，２１Ｂ
を、巻線機の回転ロツド２７に装着する。この場
合、両ボビン２１Ａ，２１Ｂの厚いほうの側板部
２３Ａ，２３Ｃが接近して対向配置されるように
両ボビン２１Ａ，２１Ｂの回転ロツド２７に対す
る装着方向を設定する。これは、もし薄いほうの
側板部２３Ｂ，２３Ｄを近接配置させた場合、ピ
ン２５，２５間に予め接続されている接続線２６
のため両ボビン２１Ａ，２１Ｂの各巻回部２２，
２２に対する連続巻きが不可能となるからであ
る。

このようにして、回転ロツド２７に両ボビン２
１Ａ，２１Ｂ装着した後、第７図ｂに示すように
巻線機により各巻回部２２，２２に対し巻線を施
し、シート状コイル２Ａ，２Ｂを形成する。

このシート状コイル２Ａ，２Ｂの線材の線径や
巻数は前述した第２図ｄ、第５図に示すものと同
様の値に設定する、そして、シート状コイル２
Ａ，２Ｂの一方の端部をそれぞれボビン２１Ａ，
２１Ｂの外方に引き出し、これを端子２ａ，２ｂ
とするとともに、他方の端部は両ボビン２１Ａ，
２１Ｂにそれぞれ設けたピン２５，２５に巻き付
け、両シート状コイル２Ａ，２Ｂを接続線２６を
介して直列接続し、一次コイル２を形成する。

次に、第７図ｃに示すように一次コイル２が形
成された両ボビン２１Ａ，２１Ｂを回転ロツド２
７から取り外し、この両ボビン２１Ａ，２１Ｂの
薄いほうの側板部２３Ｂ，２３Ｄが対向配置され
るように両者の位置関係を反転させた後、第７図
ｄに示すようにこれら両ボビン２１Ａ，２１Ｂを
コア１の空隙Ｇを形成する対向片にそれぞれ装着
する。この場合、コア１はコ字状に形成された２
つのコア片を付き合せ配置することにより両対向
片間に空隙Ｇが形成されるものを用いればよく、
一方の対向片側の対向面にボビン２１Ａの側板部
２３Ｂの外面を、他方の対向片側の対向面にボビ
ン２１Ｂの側板部２３Ｄの外面をそれぞれ合致さ
せることにより、シート状コイル２Ａ，２Ｂがギ
ヤツプＧ側に接近し対向配置された電磁変換トラ
ンス２０を製造することができる。

このように上述した電磁変換トランス２０の製
造方法によれば、一次コイル２の製造工程におい
て予め接続線２６で電気的に接続した両ボビン２
１Ａ，２１Ｂの厚い方の側板部２３Ａ，２３Ｃを
対向配置して巻線を施し、次に両ボビン２１Ａ，
２１Ｂを回転ロツド２７から取り外した後両者の
位置関係を反転させた状態で空隙Ｇに臨ませつつ
コア１に装着するようにしたものであるから、両
ボビン２１Ａ，２１Ｂに対して巻線機による連続
的な巻線が可能で自動組立に適する利点がある。

尚、両ボビン２１Ａ，２１Ｂの各側板部２３
Ａ，２３Ｃに対し、第８図に示すように予め表示
マーク（例えば数字）を付した端子２８ａ，２８
ｂ，２８ｃ，２８ｄを設け、端子２８ｂ，２８ｄ
は接続線２６の両端子接続用として、端子２８
ａ，２８ｃは一次コイル２の両端子２ａ，２ｂ用
としてそれぞれ用いるようにしてもよい。このよ
うな端子２８ａ〜２８ｄを設けることにより、両
シート状コイル２Ａ，２Ｂを加極性となるように
接続する場合の便宜を図ることができる。

本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、その要旨の範囲内で種々の変形が可能であ
る。

例えば、前記コアの形状は円形状でも角形状で
もよい。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、外部装置側の一
次コイルを形成する一対のシート状コイルと薄型
電子機器側のシート状の二次コイルとをこれらの
結合時に可能な限り接近させて対向配置させると
ともに、二次コイルの中心部の薄型磁性体を外部
装置側のコアの空隙に位置させて閉磁路を形成す
るようにしたものであるから、薄型電子機器側の
電力確保手段が不要となり、かつ、信号や電力の
伝送特性の良好な薄型電子機器用の電磁変換トラ
ンスを提供することができる。

また、本発明によれば、電磁変換トランスの製
造工程の自動化の向上を図ることにも寄与し得る
電磁変換トランスの製造方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の実施例を示す正面図、第１
図ｂは第１図ａに示す装置におけるボビンの配置
状態を示す説明図、第２図ａ〜ｄはそれぞれ本発
明の原理を一次コイルの巻線方法の相違により説
明するための説明図、第３図は第２図ａ〜ｄに示
す各電磁変換トランスの等価回路図、第４図は第
２図ａ〜ｄに示す各電磁変換トランスの減衰量−
周波数特性を示すグラフ、第５図はシート状の一
次コイルの巻線位置を説明するための説明図、第
６図は、第５図に示す電磁変換トランスの巻線位
置の相違に基づく減衰量−周波数特性を示すグラ
フ、第７図ａ〜ｄはそれぞれ電磁変換トランスの
製造工程の一例を示す説明図、第８図はボビンの
変形例を示す正面図である。 １……コア、２……一次コイル、２Ａ，２Ｂ…
…シート状コイル、３……二次コイル、４……薄
型磁性体、２０……電磁変換トランス、２１Ａ，
２１Ｂ……ボビン、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２
３Ｄ……側板部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カード状の基盤に集積回路を搭載した薄型電
   子機器と、この薄型電子機器を所定の受部に結合
   させた状態で当該薄型電子機器との間で信号の送
   受を行い、かつ前記集積回路駆動用の電力を伝送
   するカード状電子機器用電磁変換トランスにおい
   て、外部装置側には一部に空隙を有するコアとこ
   のコアに巻回され、かつ空隙に臨ませて対向配置
   したシート状の一次コイルを備え、薄型電子機器
   側にはシート状の二次コイルとこの二次コイルの
   中央部に位置する薄型磁性体とを埋設し、薄型電
   子機器を外部装置に結合させた状態で一次コイル
   と二次コイルとが近接配置され、かつ、前記コア
   と薄型磁性体とにより閉磁路を形成するようにし
   たことを特徴とするカード状電子機器用電磁変換
   トランス。 ２ 断面Ｈ状の一対のボビンを同軸上に対向配置
   し、それぞれに巻線を施してシート状の一次コイ
   ルを形成した後、両ボビンの位置関係を反転させ
   た状態でこの両ボビンをそれぞれ外部装置側に設
   置されるコアの空隙に臨ませつつ対向配置するこ
   とを特徴とするカード状電子機器用電磁変換トラ
   ンスの製造方法。 ３ 前記両ボビンはコアの空隙側に配置される側
   板部が他方の側板部より板厚が薄く形成された特
   許請求の範囲第２項記載のカード状電子機器用電
   磁変換トランスの製造方法。