非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置
【課題】リーダライタにおける通信不可領域の低減ができ、しかも価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことない非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の提供。
【解決手段】矩形環状の平面形をなすループコイルアンテナ１０の内側の空間である、ループコイルアンテナ１０における対向する２つのその内側縁に沿って、互いに離れた領域に金属板２０ａおよび２０ｂを配置する。リーダライタのループコイルアンテナで生成された磁束により、金属板２０ａおよび２０ｂに渦電流が流れる。この渦電流による反発磁束がリーダライタのループコイルアンテナで生成された磁束をループコイルアンテナ１０の内側空間側に曲げるので、ループコイルアンテナ１０とリーダライタのループコイルアンテナとの電磁誘導結合が増大する。
【解決手段】矩形環状の平面形をなすループコイルアンテナ１０の内側の空間である、ループコイルアンテナ１０における対向する２つのその内側縁に沿って、互いに離れた領域に金属板２０ａおよび２０ｂを配置する。リーダライタのループコイルアンテナで生成された磁束により、金属板２０ａおよび２０ｂに渦電流が流れる。この渦電流による反発磁束がリーダライタのループコイルアンテナで生成された磁束をループコイルアンテナ１０の内側空間側に曲げるので、ループコイルアンテナ１０とリーダライタのループコイルアンテナとの電磁誘導結合が増大する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーダライタ等の外部通信装置との通信によりデータの授受をする非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯電話機等の携帯端末装置に関し、特に、ループコイル式アンテナを有する非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触ＩＣカードは、ＩＣカード乗車券（Suica，Felica等）、キャッシュカード（バンクカードとも称される。）、クレジットカード（VISA，JCB等），電子マネー（Edy，Suica，nanaco等）などとして広範な分野で実用に供されている（Suica，Felica，VISA，JCB，Edy，nanacoは登録商標。）。また、携帯電話機等の携帯端末装置にこれら非接触ＩＣカード機能を備えるようにし、電子マネー等として利用することも既に実用されている。携帯端末装置に搭載され、非接触ＩＣカードと同一の機能を備えるハードウエアは、カードの形状を有す必要はないが、現用されているものはカード型であるので、以下では、そのような非接触ＩＣカードと同一の機能を備える携帯端末装置搭載のハードウエアをも非接触ＩＣカードと称することとする。
【０００３】
携帯端末装置に搭載された非接触ＩＣカードは、アンテナを有し、このアンテナをリーダライタのアンテナに近接させることにより、リーダライタとの情報の授受を行う。非接触ＩＣカードのアンテナ及びリーダライタのアンテナとしては、何れにもループコイルアンテナが主に用いられている。ループコイルアンテナは、アンテナ導体を基板上にプリントして形成され、そのアンテナ導体を渦巻状に複数回巻いてなる。渦巻状に複数回巻かれるアンテナ導体は、前記基板に直交する方向から見たとき、環状の形状をなす。その環状形状の中央領域はアンテナ導体のない空間となり、アンテナ導体はその環状形状の周縁領域にのみある。
【０００４】
非接触ＩＣカードのアンテナ及びリーダライタのアンテナは、互いに近接し、一方の磁束が他方のコイルと鎖交するときに、電磁誘導により結合される。いま、ループコイルアンテナにおいて、渦巻状に巻かれたアンテナ導体の芯を含む面であり、前記基板に平行な面をループ面と称することとする。非接触ＩＣカードは、そのループコイルアンテナにおけるループ面がリーダライタのループコイルアンテナにおけるループ面にほぼ平行になる姿勢で、リーダライタのループコイルアンテナに近接される。非接触ＩＣカードのループコイルアンテナの軸は、そのループ面に直交し、前記環状形状の中心を通る。同様に、リーダライタのループコイルアンテナの軸は、そのループ面に直交し、前記環状形状の中心を通る。
【０００５】
非接触ＩＣカードのアンテナがリーダライタのアンテナから所定の範囲にまで近接したときだけに、非接触ＩＣカードとリーダライタとの情報の授受（非接触ＩＣカードに記憶されている情報の読取り、および非接触ＩＣカードへの情報の書込み）が可能となる。いま、非接触ＩＣカードのループコイルアンテナ及びリーダライタのループコイルアンテナのループ面を互いに平行にして、両アンテナを近接させるとき、リーダライタと非接触ＩＣカードとの情報の授受の可否は、両アンテナにおける前記電磁誘導結合により、一方のアンテナの磁束が他方のアンテナにどの程度鎖交するかによる。そして、これら両アンテナの形、寸法、材料が一定で、かつループ面が互いに平行で、両アンテナの前記軸の距離が一定であるとき、その鎖交する磁束数は、それら両アンテナが配置される周囲の磁気的環境に依存する。
【０００６】
いま、駅の改札口から駅構内に入る際に、その改札口におけるリーダライタのアンテナに近接されたＩＣカード乗車券からチャージ金額をリーダライタで読取り、リーダライタから駅コードをＩＣカード乗車券に書き込むという状況を例に挙げて検討する。この状況では、ＩＣカード乗車券の所持者（駅構内に入ろうとする者）は、思い思いにＩＣカード乗車券をリーダライタのアンテナに近接させる。そこで、ＩＣカード乗車券のアンテナとリーダライタのアンテナとのループ面の平行度や両アンテナの軸間距離は、近接されるＩＣカード乗車券毎に相違する。そして、そのループ面の平行度が一定であったとしても、両アンテナの軸間距離はかなりの範囲に分散する。もし、両アンテナの軸間距離が、リーダライタによるＩＣカード乗車券の情報の読取り、リーダライタによるＩＣカード乗車券への情報の書込みが可能な所定値を越えると、その読取り又は書込みができず、ＩＣカード乗車券の利用者はリーダライタのアンテナへの近接動作を再度行うことが必要となり、改札口の混雑の要因となる。
【０００７】
図７は、リーダライタ３におけるループコイルアンテナ３０のループ面と接触ＩＣカードのループコイルアンテナのループ面とを平行にして、両アンテナを最接近させるとき、ループコイルアンテナ３０の軸から非接触ＩＣカードのループコイルアンテナの軸がどの程度離れていれば、リーダライタ３と非接触ＩＣカードとの情報の接受が不可能になるかを例示する図である。ここで、ループコイルアンテナ３０のループ面と接触ＩＣカードのループコイルアンテナのループ面とを平行にして、両アンテナを最接近させるとは、両アンテナの表面をそれぞれ覆っているプラスチック製のケースを互いに接触させることをいう。
【０００８】
図７において、Ｘ軸およびＹ軸は、Ｘ−Ｙ直交座標における各軸であり、リーダライタ３における書込読取面（ループコイルアンテナ３０の表面）にあるものとする。このＸ−Ｙ直交座標における斜線領域３ａ，３ｂが、リーダライタ３と非接触ＩＣカードとの情報の接受が不可能となる通信不可領域である。本図において、リーダライタ３を示す枠線は、リーダライタ３における書込読取面の外周縁に対応している。図７に示す通信不可領域３ａ，３ｂは、非接触ＩＣカードのループコイルアンテナの軸がその書込読取面内領域に位置したとしても、リーダライタ３と非接触ＩＣカードとの情報の授受が不可能になる領域を示している。図７に示すように、ループコイルアンテナ３０のパターンとは別の要因、即ちリーダライタ３におけるループコイルアンテナ３０が配置された領域の磁気的環境により、通信不可領域３ａ，３ｂはリーダライタ３の書込読取面内において偏った領域に生じる。図７の例では、ループコイルアンテナ３０のパターン（平面形）がほぼ正方形であるにも拘わらず、Ｙ軸方向における端の領域に通信不可領域３ａ，３ｂが生じる。
【０００９】
非接触ＩＣカードとリーダライタとの軸間距離ができるだけ大きい範囲で、両アンテナ間の情報の授受を可能にしようとする提案が、特許文献１（特開２００２−２９８０９５）に開示されている。即ち、特許文献１の技術は、図７において通信不可領域３ａ，３ｂができるだけ少なくすることを目的とするものである。この特許文献１には、リーダライタのアンテナコイル（２）の周囲の磁気的環境を改善し、アンテナコイル（２）に鎖交する磁束（３）を増大するために、フレキシブルシート状の磁性体（５）をリーダライタケース（１）内におけるアンテナコイル（２）の底側および側面側に貼り付ける技術が示されている（段落００２１−００２６、図１、図２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２９８０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の技術では、その図１及び図２によく現れているように、円環状のアンテナコイル（２）の底面より広い範囲に亘って、リーダライタケース（１）の内側の底面および側面に、フレキシブルシート状の磁性体（５）を貼り付けている。そのフレキシブルシート状の磁性体（５）は、センダストやパーマロイ等の軟磁性体粉末を有機結合材で練り固めたものを１から３ｍｍ程度の厚みでシート状にしたものである（段落００２２）。
【００１２】
特許文献１のように、フレキシブルシート状の磁性体（５）を広い範囲に張ることにより、アンテナコイル（２）に鎖交する磁束（３）の増大を図り、リーダライタにおける通信不可領域を小さくする技術では、その磁性体（５）の厚みを増すか、或いは磁性体（５）の面積を増すことにより、効果の改善が期待できる。ところが、センダストやパーマロイ等の軟磁性体粉末を有機結合材で練り固めてなるような磁性体は高価である。更に、磁性体（５）の厚みや面積を増すことは、リーダライタにおける読取書込部の厚み、大きさ、重量の増大を招くこととなる。アンテナコイル（２）に鎖交する磁束（３）の増大を図るために、磁性体（５）の厚みや面積を増すことにより、リーダライタにおける通信不可領域を小さくする技術では、装置の価格、厚み、大きさ、重量の低減を図る上で、障害となる。
【００１３】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、リーダライタにおける通信不可領域の低減ができ、しかも価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことない非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の課題を解決するため、本発明による非接触ＩＣカードおよび非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１５】
（１）本発明による非接触ＩＣカードは、環状の平面形をなすループコイルアンテナの内側の空間であって、該ループコイルアンテナの内側縁に沿った限定された領域に金属板を配置したことを特徴とする。
（２）本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置は、前記（１）に記載の非接触ＩＣカードを筐体に搭載してなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、リーダライタにおける通信不可領域の低減ができ、しかも価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことない非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の携帯端末装置における非接触ＩＣカード部のＡ−Ａ'矢視断面図である。
【図３】（ａ）は図１の携帯端末装置における非接触ＩＣカード部のＢ−Ｂ'矢視断面図、（ｂ）は図１の携帯端末装置における非接触ＩＣカード部の変形例のＢ−Ｂ'矢視断面図である。
【図４】図１の非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置とリーダライタとの位置関係を説明する斜視図である。
【図５】図１の携帯端末装置の非接触ＩＣカード部における金属板の作用を説明する断面図である。
【図６】本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図７】リーダライタにおける通信不可領域の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明による非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の一実施形態を示す分解斜視図である。また、図２は図１の携帯端末装置１における非接触ＩＣカードのＡ−Ａ'矢視断面図であり、図３（ａ）は図１の携帯端末装置における非接触ＩＣカードのＢ−Ｂ'矢視断面図である。図において、１は携帯端末装置、１０はこの携帯端末装置１の筐体内に搭載された非接触ＩＣカードにおけるループコイルアンテナ、１１はループコイルアンテナ１０を構成するアンテナ導体、１１ａ，１１ｂ，１１ｃはループコイルアンテナ１０のアンテナ導体１１における各巻回線、１２は磁性シート、１３は可撓性のある絶縁シート、１４は接着テープでなる保護シートをそれぞれしめす。また１６は、携帯端末装置１の筐体の一部をなし、ループコイルアンテナ１０を覆う部分を占めるプラスチック製の外装ケースを示し、２０ａ及び２０ｂは金属板を示す。ループコイルアンテナ１０は、アンテナ導体１１、絶縁シート１３、接着テープ１４及び磁性シート１２を含んでなる。
【００２０】
アンテナ導体１１は、箔でなり、絶縁シート１３にプリントされている。アンテナ導体１１及び絶縁シート１３は、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）を構成している。金属板２０ａ，２０ｂは、アルミニューム、ステンレス等の汎用されている金属製であり、１ｍｍの厚みを有する。金属板２０ａ，２０ｂは、後に説明するように、交番磁束により、渦電流を生ずることを目的に配置するものであり、その厚みは、渦電流を生じ得る寸法であれば足り、１ｍｍに限る必然性はない。携帯端末装置１における非接触ＩＣカードは、ループコイルアンテナ１０、金属板２０ａ，２０ｂおよびＩＣ（半導体集積回路）を有してなる。ＩＣは、受信、発信等の機能回路を構成している。図では、ＩＣチップそのもの、ＩＣチップを保護するプラスチックカード、ループコイルアンテナ１０とＩＣチップとの接続部等の図示は省略してある。
【００２１】
アンテナ導体１１は矩形の渦巻状に、平面的にフレキシブルシート１３にプリントされてなる１本の導体であるが、図２の断面図では、アンテナ導体１１を構成する各巻回線１１ａ，１１ｂ，１１ｃが互いに離れて現れている。このように、ループコイルアンテナ１０におけるアンテナ導体は、１本の導体であるから、その１本の導体をアンテナ導体１１と称する。アンテナ導体１１の平面形は、中央部（巻回線１１ｃの内側）には空間を有する矩形、すなわち矩形の環状である。このように、ループコイルアンテナ１０は、内側に空間を有する環状体である。
【００２２】
金属板２０ａおよび２０ｂは、本発明における特徴的な要素であり、本実施の形態では、矩形環状のループコイルアンテナ１０の内側の空間における限定された領域、即ち、ループコイルアンテナ１０における対抗する２つの内側縁に沿って、互いに離れて、配置してある。
【００２３】
図３では、金属板２０ａおよび２０ｂは包括して、符号２０で示してある。図３にハッチングで示す部材５０は、携帯端末装置１における端末装置内部の金属製筐体である。図３（ａ）に現れているように、金属板２０は、ループコイルアンテナ１０の脇であって金属製筐体５０上に設けてある。携帯端末装置１における金属板２０の厚み方向の配置は、図３（ａ）の位置に限られず、同図（ｂ）の示すように、ループコイルアンテナ１０の真横でも差し支えない。
【００２４】
図４は、図１の非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置１とリーダライタとの位置関係を説明する斜視図である。但し、本図では、携帯端末装置１は、図１とは上下逆の姿勢で示してある。図におけるＸ−Ｙ直交座標は、リーダライタ３における書込み読取り面（上側の面）にある。符号３０は、リーダライタ３におけるループコイルアンテナを示す。携帯端末装置１のループコイルアンテナ１０とリーダライタ３のループコイルアンテナ３０とは、互いにループ面をほぼ平行にして近接される。ループコイルアンテナ１０及びループコイルアンテナ３０の表面には何れも保護絶縁膜が設けてあるから、それら保護絶縁膜は接触されることはあるが、両アンテナが直接に接触することはない。
【００２５】
図５は、図１の携帯端末装置１の非接触ＩＣカード部における金属板２０の作用を説明する断面図である。いま、リーダライタ３のループコイルアンテナ３０で生成された磁束３００は、磁束３００ａ，３００ｂ及び３００ｃでなるとする。磁束３００ａは携帯端末装置１のループコイルアンテナ１０に向かい、磁束３００ｂは金属板２０に向かうものであるとする。磁束３００ｂにより、金属板２０に渦電流が流れ、この渦電流による磁束、即ち反発磁束３０１ａ及び３０１ｂが発生する。金属板２０に向かう磁束３００ｂは、反発磁束３０１ａ及び３０１ｂにより弱められるとともに、その一部は曲げられて、磁束３００ｃとしてループコイルアンテナ１０に向かる。この磁束３００ｃは、ループコイルアンテナ１０と鎖交し、磁束３００ａに加えられる。そこで、ループコイルアンテナ１０と鎖交する磁束は、金属板２０が無いループコイルアンテナに比べ、磁束３００ｃ分だけ増大する。
【００２６】
このように、金属板２０の作用により、本実施の形態の携帯端末装置１におけるループコイルアンテナ１０は、リーダライタ３のループコイルアンテナ３０で生成された磁束３００のうちのより多くの磁束と鎖交することができる。即ち、本実施の形態の携帯端末装置１では、自己のループコイルアンテナ１０とリーダライタ３のループコイルアンテナ３０との電磁誘導結合をより増大することができる。リーダライタ３との電磁誘導結合が増大する携帯端末装置１を用いてリーダライタ３との通信（情報の読取りおよび書込み）をすることにより、リーダライタ３における通信不可領域を低減できる。そして、金属板２０は、安価な汎用の導電性のある金属製の板であれば足り、環状のループコイルアンテナ１０の中央部の空間に設置でき、また渦電流が発生するに足る程度にまで薄くしても差し支えない。そこで、非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置に金属板２０を設けることは、価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことがない。
【００２７】
特許文献１に開示された技術では、アンテナコイル（２）に鎖交する磁束（３）の増大を図り、リーダライタにおける通信不可領域を小さくするには、磁性体（５）の厚みや面積を増さざるを得ないので、リーダライタにおける読取書込部の厚み、大きさ、重量の増大を招くことは不可避であり、ひいては、装置の価格、厚み、大きさ、重量の低減を図ることが困難となることは、前述のとおりである。これに対し、本実施の形態の非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置１では、ループコイルアンテナ１０に鎖交する磁束の増大を図り、リーダライタ３における通信不可領域を小さくするのに、矩形環状の平面形をなすループコイルアンテナ１０の内側の空間である、ループコイルアンテナ１０の内側縁に沿った限定された領域であって、対向する２つのその内側縁に沿って、互いに離れた領域に金属板２０ａおよび２０ｂを配置するだけであるから、価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことがない。
【００２８】
図６は、本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の別の実施形態を示す分解斜視図である。本実施の形態では、金属板２１は、ループコイルアンテナ１０の中央部の空間に配置され、矩形の環状の平面形をなしている。本発明における金属板は、このように、ループコイルアンテナの内側縁の全域に沿った、一定の幅の環状領域に配置しても実現できる。本実施の形態によっても、図１乃至図５に示した実施の形態と同様の効果を上げることができる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。例えば、金属板の平面形は図１に示した矩形、図６に示した矩形環状の他に、更に多くの金属片で構成しても差し支えない。
【符号の説明】
【００３０】
１ 携帯端末装置
３ リーダライタ
１０ 携帯端末装置１のループコイルアンテナ
１１ アンテナ導体１１
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ アンテナ導体１１における各巻回線
１２ 磁性シート
１３ 絶縁シート
１４ 保護シート
１６ プラスチック製の外装ケース
２０，２０ａ，２０ｂ 金属板
３０ リーダライタ３のループコイルアンテナ
５０ 金属製筐体
Ｘ，Ｙ リーダライタ３における書込読取面にあるＸ−Ｙ直交座標系の軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーダライタ等の外部通信装置との通信によりデータの授受をする非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯電話機等の携帯端末装置に関し、特に、ループコイル式アンテナを有する非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触ＩＣカードは、ＩＣカード乗車券（Suica，Felica等）、キャッシュカード（バンクカードとも称される。）、クレジットカード（VISA，JCB等），電子マネー（Edy，Suica，nanaco等）などとして広範な分野で実用に供されている（Suica，Felica，VISA，JCB，Edy，nanacoは登録商標。）。また、携帯電話機等の携帯端末装置にこれら非接触ＩＣカード機能を備えるようにし、電子マネー等として利用することも既に実用されている。携帯端末装置に搭載され、非接触ＩＣカードと同一の機能を備えるハードウエアは、カードの形状を有す必要はないが、現用されているものはカード型であるので、以下では、そのような非接触ＩＣカードと同一の機能を備える携帯端末装置搭載のハードウエアをも非接触ＩＣカードと称することとする。
【０００３】
携帯端末装置に搭載された非接触ＩＣカードは、アンテナを有し、このアンテナをリーダライタのアンテナに近接させることにより、リーダライタとの情報の授受を行う。非接触ＩＣカードのアンテナ及びリーダライタのアンテナとしては、何れにもループコイルアンテナが主に用いられている。ループコイルアンテナは、アンテナ導体を基板上にプリントして形成され、そのアンテナ導体を渦巻状に複数回巻いてなる。渦巻状に複数回巻かれるアンテナ導体は、前記基板に直交する方向から見たとき、環状の形状をなす。その環状形状の中央領域はアンテナ導体のない空間となり、アンテナ導体はその環状形状の周縁領域にのみある。
【０００４】
非接触ＩＣカードのアンテナ及びリーダライタのアンテナは、互いに近接し、一方の磁束が他方のコイルと鎖交するときに、電磁誘導により結合される。いま、ループコイルアンテナにおいて、渦巻状に巻かれたアンテナ導体の芯を含む面であり、前記基板に平行な面をループ面と称することとする。非接触ＩＣカードは、そのループコイルアンテナにおけるループ面がリーダライタのループコイルアンテナにおけるループ面にほぼ平行になる姿勢で、リーダライタのループコイルアンテナに近接される。非接触ＩＣカードのループコイルアンテナの軸は、そのループ面に直交し、前記環状形状の中心を通る。同様に、リーダライタのループコイルアンテナの軸は、そのループ面に直交し、前記環状形状の中心を通る。
【０００５】
非接触ＩＣカードのアンテナがリーダライタのアンテナから所定の範囲にまで近接したときだけに、非接触ＩＣカードとリーダライタとの情報の授受（非接触ＩＣカードに記憶されている情報の読取り、および非接触ＩＣカードへの情報の書込み）が可能となる。いま、非接触ＩＣカードのループコイルアンテナ及びリーダライタのループコイルアンテナのループ面を互いに平行にして、両アンテナを近接させるとき、リーダライタと非接触ＩＣカードとの情報の授受の可否は、両アンテナにおける前記電磁誘導結合により、一方のアンテナの磁束が他方のアンテナにどの程度鎖交するかによる。そして、これら両アンテナの形、寸法、材料が一定で、かつループ面が互いに平行で、両アンテナの前記軸の距離が一定であるとき、その鎖交する磁束数は、それら両アンテナが配置される周囲の磁気的環境に依存する。
【０００６】
いま、駅の改札口から駅構内に入る際に、その改札口におけるリーダライタのアンテナに近接されたＩＣカード乗車券からチャージ金額をリーダライタで読取り、リーダライタから駅コードをＩＣカード乗車券に書き込むという状況を例に挙げて検討する。この状況では、ＩＣカード乗車券の所持者（駅構内に入ろうとする者）は、思い思いにＩＣカード乗車券をリーダライタのアンテナに近接させる。そこで、ＩＣカード乗車券のアンテナとリーダライタのアンテナとのループ面の平行度や両アンテナの軸間距離は、近接されるＩＣカード乗車券毎に相違する。そして、そのループ面の平行度が一定であったとしても、両アンテナの軸間距離はかなりの範囲に分散する。もし、両アンテナの軸間距離が、リーダライタによるＩＣカード乗車券の情報の読取り、リーダライタによるＩＣカード乗車券への情報の書込みが可能な所定値を越えると、その読取り又は書込みができず、ＩＣカード乗車券の利用者はリーダライタのアンテナへの近接動作を再度行うことが必要となり、改札口の混雑の要因となる。
【０００７】
図７は、リーダライタ３におけるループコイルアンテナ３０のループ面と接触ＩＣカードのループコイルアンテナのループ面とを平行にして、両アンテナを最接近させるとき、ループコイルアンテナ３０の軸から非接触ＩＣカードのループコイルアンテナの軸がどの程度離れていれば、リーダライタ３と非接触ＩＣカードとの情報の接受が不可能になるかを例示する図である。ここで、ループコイルアンテナ３０のループ面と接触ＩＣカードのループコイルアンテナのループ面とを平行にして、両アンテナを最接近させるとは、両アンテナの表面をそれぞれ覆っているプラスチック製のケースを互いに接触させることをいう。
【０００８】
図７において、Ｘ軸およびＹ軸は、Ｘ−Ｙ直交座標における各軸であり、リーダライタ３における書込読取面（ループコイルアンテナ３０の表面）にあるものとする。このＸ−Ｙ直交座標における斜線領域３ａ，３ｂが、リーダライタ３と非接触ＩＣカードとの情報の接受が不可能となる通信不可領域である。本図において、リーダライタ３を示す枠線は、リーダライタ３における書込読取面の外周縁に対応している。図７に示す通信不可領域３ａ，３ｂは、非接触ＩＣカードのループコイルアンテナの軸がその書込読取面内領域に位置したとしても、リーダライタ３と非接触ＩＣカードとの情報の授受が不可能になる領域を示している。図７に示すように、ループコイルアンテナ３０のパターンとは別の要因、即ちリーダライタ３におけるループコイルアンテナ３０が配置された領域の磁気的環境により、通信不可領域３ａ，３ｂはリーダライタ３の書込読取面内において偏った領域に生じる。図７の例では、ループコイルアンテナ３０のパターン（平面形）がほぼ正方形であるにも拘わらず、Ｙ軸方向における端の領域に通信不可領域３ａ，３ｂが生じる。
【０００９】
非接触ＩＣカードとリーダライタとの軸間距離ができるだけ大きい範囲で、両アンテナ間の情報の授受を可能にしようとする提案が、特許文献１（特開２００２−２９８０９５）に開示されている。即ち、特許文献１の技術は、図７において通信不可領域３ａ，３ｂができるだけ少なくすることを目的とするものである。この特許文献１には、リーダライタのアンテナコイル（２）の周囲の磁気的環境を改善し、アンテナコイル（２）に鎖交する磁束（３）を増大するために、フレキシブルシート状の磁性体（５）をリーダライタケース（１）内におけるアンテナコイル（２）の底側および側面側に貼り付ける技術が示されている（段落００２１−００２６、図１、図２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２９８０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の技術では、その図１及び図２によく現れているように、円環状のアンテナコイル（２）の底面より広い範囲に亘って、リーダライタケース（１）の内側の底面および側面に、フレキシブルシート状の磁性体（５）を貼り付けている。そのフレキシブルシート状の磁性体（５）は、センダストやパーマロイ等の軟磁性体粉末を有機結合材で練り固めたものを１から３ｍｍ程度の厚みでシート状にしたものである（段落００２２）。
【００１２】
特許文献１のように、フレキシブルシート状の磁性体（５）を広い範囲に張ることにより、アンテナコイル（２）に鎖交する磁束（３）の増大を図り、リーダライタにおける通信不可領域を小さくする技術では、その磁性体（５）の厚みを増すか、或いは磁性体（５）の面積を増すことにより、効果の改善が期待できる。ところが、センダストやパーマロイ等の軟磁性体粉末を有機結合材で練り固めてなるような磁性体は高価である。更に、磁性体（５）の厚みや面積を増すことは、リーダライタにおける読取書込部の厚み、大きさ、重量の増大を招くこととなる。アンテナコイル（２）に鎖交する磁束（３）の増大を図るために、磁性体（５）の厚みや面積を増すことにより、リーダライタにおける通信不可領域を小さくする技術では、装置の価格、厚み、大きさ、重量の低減を図る上で、障害となる。
【００１３】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、リーダライタにおける通信不可領域の低減ができ、しかも価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことない非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の課題を解決するため、本発明による非接触ＩＣカードおよび非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１５】
（１）本発明による非接触ＩＣカードは、環状の平面形をなすループコイルアンテナの内側の空間であって、該ループコイルアンテナの内側縁に沿った限定された領域に金属板を配置したことを特徴とする。
（２）本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置は、前記（１）に記載の非接触ＩＣカードを筐体に搭載してなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、リーダライタにおける通信不可領域の低減ができ、しかも価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことない非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の携帯端末装置における非接触ＩＣカード部のＡ−Ａ'矢視断面図である。
【図３】（ａ）は図１の携帯端末装置における非接触ＩＣカード部のＢ−Ｂ'矢視断面図、（ｂ）は図１の携帯端末装置における非接触ＩＣカード部の変形例のＢ−Ｂ'矢視断面図である。
【図４】図１の非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置とリーダライタとの位置関係を説明する斜視図である。
【図５】図１の携帯端末装置の非接触ＩＣカード部における金属板の作用を説明する断面図である。
【図６】本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図７】リーダライタにおける通信不可領域の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明による非接触ＩＣカード及び非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の一実施形態を示す分解斜視図である。また、図２は図１の携帯端末装置１における非接触ＩＣカードのＡ−Ａ'矢視断面図であり、図３（ａ）は図１の携帯端末装置における非接触ＩＣカードのＢ−Ｂ'矢視断面図である。図において、１は携帯端末装置、１０はこの携帯端末装置１の筐体内に搭載された非接触ＩＣカードにおけるループコイルアンテナ、１１はループコイルアンテナ１０を構成するアンテナ導体、１１ａ，１１ｂ，１１ｃはループコイルアンテナ１０のアンテナ導体１１における各巻回線、１２は磁性シート、１３は可撓性のある絶縁シート、１４は接着テープでなる保護シートをそれぞれしめす。また１６は、携帯端末装置１の筐体の一部をなし、ループコイルアンテナ１０を覆う部分を占めるプラスチック製の外装ケースを示し、２０ａ及び２０ｂは金属板を示す。ループコイルアンテナ１０は、アンテナ導体１１、絶縁シート１３、接着テープ１４及び磁性シート１２を含んでなる。
【００２０】
アンテナ導体１１は、箔でなり、絶縁シート１３にプリントされている。アンテナ導体１１及び絶縁シート１３は、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）を構成している。金属板２０ａ，２０ｂは、アルミニューム、ステンレス等の汎用されている金属製であり、１ｍｍの厚みを有する。金属板２０ａ，２０ｂは、後に説明するように、交番磁束により、渦電流を生ずることを目的に配置するものであり、その厚みは、渦電流を生じ得る寸法であれば足り、１ｍｍに限る必然性はない。携帯端末装置１における非接触ＩＣカードは、ループコイルアンテナ１０、金属板２０ａ，２０ｂおよびＩＣ（半導体集積回路）を有してなる。ＩＣは、受信、発信等の機能回路を構成している。図では、ＩＣチップそのもの、ＩＣチップを保護するプラスチックカード、ループコイルアンテナ１０とＩＣチップとの接続部等の図示は省略してある。
【００２１】
アンテナ導体１１は矩形の渦巻状に、平面的にフレキシブルシート１３にプリントされてなる１本の導体であるが、図２の断面図では、アンテナ導体１１を構成する各巻回線１１ａ，１１ｂ，１１ｃが互いに離れて現れている。このように、ループコイルアンテナ１０におけるアンテナ導体は、１本の導体であるから、その１本の導体をアンテナ導体１１と称する。アンテナ導体１１の平面形は、中央部（巻回線１１ｃの内側）には空間を有する矩形、すなわち矩形の環状である。このように、ループコイルアンテナ１０は、内側に空間を有する環状体である。
【００２２】
金属板２０ａおよび２０ｂは、本発明における特徴的な要素であり、本実施の形態では、矩形環状のループコイルアンテナ１０の内側の空間における限定された領域、即ち、ループコイルアンテナ１０における対抗する２つの内側縁に沿って、互いに離れて、配置してある。
【００２３】
図３では、金属板２０ａおよび２０ｂは包括して、符号２０で示してある。図３にハッチングで示す部材５０は、携帯端末装置１における端末装置内部の金属製筐体である。図３（ａ）に現れているように、金属板２０は、ループコイルアンテナ１０の脇であって金属製筐体５０上に設けてある。携帯端末装置１における金属板２０の厚み方向の配置は、図３（ａ）の位置に限られず、同図（ｂ）の示すように、ループコイルアンテナ１０の真横でも差し支えない。
【００２４】
図４は、図１の非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置１とリーダライタとの位置関係を説明する斜視図である。但し、本図では、携帯端末装置１は、図１とは上下逆の姿勢で示してある。図におけるＸ−Ｙ直交座標は、リーダライタ３における書込み読取り面（上側の面）にある。符号３０は、リーダライタ３におけるループコイルアンテナを示す。携帯端末装置１のループコイルアンテナ１０とリーダライタ３のループコイルアンテナ３０とは、互いにループ面をほぼ平行にして近接される。ループコイルアンテナ１０及びループコイルアンテナ３０の表面には何れも保護絶縁膜が設けてあるから、それら保護絶縁膜は接触されることはあるが、両アンテナが直接に接触することはない。
【００２５】
図５は、図１の携帯端末装置１の非接触ＩＣカード部における金属板２０の作用を説明する断面図である。いま、リーダライタ３のループコイルアンテナ３０で生成された磁束３００は、磁束３００ａ，３００ｂ及び３００ｃでなるとする。磁束３００ａは携帯端末装置１のループコイルアンテナ１０に向かい、磁束３００ｂは金属板２０に向かうものであるとする。磁束３００ｂにより、金属板２０に渦電流が流れ、この渦電流による磁束、即ち反発磁束３０１ａ及び３０１ｂが発生する。金属板２０に向かう磁束３００ｂは、反発磁束３０１ａ及び３０１ｂにより弱められるとともに、その一部は曲げられて、磁束３００ｃとしてループコイルアンテナ１０に向かる。この磁束３００ｃは、ループコイルアンテナ１０と鎖交し、磁束３００ａに加えられる。そこで、ループコイルアンテナ１０と鎖交する磁束は、金属板２０が無いループコイルアンテナに比べ、磁束３００ｃ分だけ増大する。
【００２６】
このように、金属板２０の作用により、本実施の形態の携帯端末装置１におけるループコイルアンテナ１０は、リーダライタ３のループコイルアンテナ３０で生成された磁束３００のうちのより多くの磁束と鎖交することができる。即ち、本実施の形態の携帯端末装置１では、自己のループコイルアンテナ１０とリーダライタ３のループコイルアンテナ３０との電磁誘導結合をより増大することができる。リーダライタ３との電磁誘導結合が増大する携帯端末装置１を用いてリーダライタ３との通信（情報の読取りおよび書込み）をすることにより、リーダライタ３における通信不可領域を低減できる。そして、金属板２０は、安価な汎用の導電性のある金属製の板であれば足り、環状のループコイルアンテナ１０の中央部の空間に設置でき、また渦電流が発生するに足る程度にまで薄くしても差し支えない。そこで、非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置に金属板２０を設けることは、価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことがない。
【００２７】
特許文献１に開示された技術では、アンテナコイル（２）に鎖交する磁束（３）の増大を図り、リーダライタにおける通信不可領域を小さくするには、磁性体（５）の厚みや面積を増さざるを得ないので、リーダライタにおける読取書込部の厚み、大きさ、重量の増大を招くことは不可避であり、ひいては、装置の価格、厚み、大きさ、重量の低減を図ることが困難となることは、前述のとおりである。これに対し、本実施の形態の非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置１では、ループコイルアンテナ１０に鎖交する磁束の増大を図り、リーダライタ３における通信不可領域を小さくするのに、矩形環状の平面形をなすループコイルアンテナ１０の内側の空間である、ループコイルアンテナ１０の内側縁に沿った限定された領域であって、対向する２つのその内側縁に沿って、互いに離れた領域に金属板２０ａおよび２０ｂを配置するだけであるから、価格、厚み、大きさ、重量の増大を殆ど招くことがない。
【００２８】
図６は、本発明による非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置の別の実施形態を示す分解斜視図である。本実施の形態では、金属板２１は、ループコイルアンテナ１０の中央部の空間に配置され、矩形の環状の平面形をなしている。本発明における金属板は、このように、ループコイルアンテナの内側縁の全域に沿った、一定の幅の環状領域に配置しても実現できる。本実施の形態によっても、図１乃至図５に示した実施の形態と同様の効果を上げることができる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。例えば、金属板の平面形は図１に示した矩形、図６に示した矩形環状の他に、更に多くの金属片で構成しても差し支えない。
【符号の説明】
【００３０】
１ 携帯端末装置
３ リーダライタ
１０ 携帯端末装置１のループコイルアンテナ
１１ アンテナ導体１１
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ アンテナ導体１１における各巻回線
１２ 磁性シート
１３ 絶縁シート
１４ 保護シート
１６ プラスチック製の外装ケース
２０，２０ａ，２０ｂ 金属板
３０ リーダライタ３のループコイルアンテナ
５０ 金属製筐体
Ｘ，Ｙ リーダライタ３における書込読取面にあるＸ−Ｙ直交座標系の軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の平面形をなすループコイルアンテナの内側の空間であって、該ループコイルアンテナの内側縁に沿った限定された領域に金属板を配置したことを特徴とする非接触ＩＣカード。
【請求項２】
前記金属板は、前記内側縁に沿った、互いに離れた領域に配置してあることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
【請求項３】
前記ループコイルアンテナの平面形が矩形であるとき、前記金属板は対向する２つの前記内側縁に沿って配置してあることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
【請求項４】
前記金属板は、前記内側縁の全域に沿った、一定の幅の環状領域に配置してあることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
【請求項５】
前記一定の幅の環状領域の外縁は前記内側縁から一定の距離にあることを特徴とする請求項４に記載の非接触ＩＣカード。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の非接触ＩＣカードを筐体に搭載してなる非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置。
【請求項７】
前記非接触ＩＣカードにおける前記ループコイルアンテナのループ面は、前記筐体の一部分をなす金属製ケースの１つの平面に平行に、該平面から所定の距離にあり、
前記金属板は、前記平面上または該平面から前記ループ面に至る間の位置に配置してある
ことを特徴とする請求項６に記載の非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置。
【請求項８】
前記ループコイルアンテナの平面形が矩形であるとき、該ループコイルアンテナにおける対向する２つの外縁は、前記筐体の２つの側縁にそれぞれほぼ平行であることを特徴とする請求項６または７の何れかに記載の非接触ＩＣカード。
【請求項１】
環状の平面形をなすループコイルアンテナの内側の空間であって、該ループコイルアンテナの内側縁に沿った限定された領域に金属板を配置したことを特徴とする非接触ＩＣカード。
【請求項２】
前記金属板は、前記内側縁に沿った、互いに離れた領域に配置してあることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
【請求項３】
前記ループコイルアンテナの平面形が矩形であるとき、前記金属板は対向する２つの前記内側縁に沿って配置してあることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
【請求項４】
前記金属板は、前記内側縁の全域に沿った、一定の幅の環状領域に配置してあることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
【請求項５】
前記一定の幅の環状領域の外縁は前記内側縁から一定の距離にあることを特徴とする請求項４に記載の非接触ＩＣカード。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の非接触ＩＣカードを筐体に搭載してなる非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置。
【請求項７】
前記非接触ＩＣカードにおける前記ループコイルアンテナのループ面は、前記筐体の一部分をなす金属製ケースの１つの平面に平行に、該平面から所定の距離にあり、
前記金属板は、前記平面上または該平面から前記ループ面に至る間の位置に配置してある
ことを特徴とする請求項６に記載の非接触ＩＣカード機能付き携帯端末装置。
【請求項８】
前記ループコイルアンテナの平面形が矩形であるとき、該ループコイルアンテナにおける対向する２つの外縁は、前記筐体の２つの側縁にそれぞれほぼ平行であることを特徴とする請求項６または７の何れかに記載の非接触ＩＣカード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７５４９３（Ｐ２０１２−１７５４９３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６７１８（Ｐ２０１１−３６７１８）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（３１０００６８５５）ＮＥＣカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（３１０００６８５５）ＮＥＣカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
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