JPH0562027A - 読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的な接続部分を必要とせず、電磁誘導に
よって情報媒体からデータあるいは電力を授受する読み
取り装置に関するもので、小さな電力であっても、近接
から遠隔までの広範囲にわたり情報媒体に作用して、こ
の情報媒体とデータあるいは電力を授受することが可能
な読み取り装置を提供することを目的とする。 【構成】 読み取り装置の支持体１に螺線状に第１の導
体２を複数回巻き、この第１の導体２を構成する互いに
隣接した第１の導体３ａ〜３ｆの間の間隙には、第２の
導体４ａ〜４ｆを配置することにより、第１の導体３ａ
〜３ｆの間の相互インダクタンスを減少して、第１の導
体２の全体としての自己インダクタンスを増加すること
なく、情報媒体と読み取り装置との間の必要な相互イン
ダクタンスを確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データを処理あるいは
記憶するＩＣチップを内蔵した情報媒体と電磁誘導によ
ってデータあるいは電力を授受することが可能な読み取
り装置に関するものである。

【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、読み取り装置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、所謂、ＩＣカードは、記憶容量が大きく、機密保持
の点ですぐれているため金融関係，流通関係，医療関係
など多くの分野で実用化されつつある。しかしながら、
このようなＩＣカードとその読み取り装置では端子が外
部に露出しているため、屋外の特殊な環境では端子面の
汚損，磨耗などを生じて、ＩＣカードと読み取り装置と
の良好な接続を必ずしも確保することが困難であった。
このため、近年、読み取り装置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。データを非接触で伝
送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データの信頼性がある点、
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を考慮すると、磁
界を用いた伝送方法がもっとも有効であると考えられ
る。

【０００３】このように伝送媒体に磁界を用いた情報媒
体とその読み取り装置の従来例として、特開昭６１−１
０１８８６号公報に記載の情報カードがある。この情報
カードと読み取り装置の磁気結合部の断面図を図５に示
す。情報カード４０のカード本体４６には第２の磁芯４
１と第２のコイル４２とを埋設し、読み取り装置の第１
の磁芯４３には第１のコイル４４と、空隙４５とを設け
ている。そしてこの構成で情報カード４０を空隙４５に
挿入して第１の磁芯４３と第２の磁芯４１との間で磁気
回路を形成し、情報カード４０の厚み方向に磁界を発生
することによって情報カード４０と読み取り装置とを電
磁誘導によって効率良く結合し、データを授受するもの
である。このような非接触の情報カードは従来の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
ールを設置したレジャーランド，スキー場，温泉地など
特殊な環境でも使用することが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな特殊な環境で情報媒体を使用する場合は、従来例の
ように情報媒体を読み取り装置に挿入するのではなく、
情報媒体と読み取り装置とが比較的離れた位置にあって
もデータあるいは電力を授受できることが、この情報媒
体を利用するシステムの利便性を向上する上で重要であ
る。このように、比較的離れた距離にある情報媒体と読
み取り装置とを所定の磁界強度を確保しながら電磁誘導
によって結合するためには、情報媒体あるいは読み取り
装置には極めて大きな電力を必要とする。このことは情
報媒体あるいは読み取り装置の小型化、価格の低減を阻
害することとなる。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、小さ
な電力であっても、広範囲にわたりデータあるいは電力
を授受することが可能な読み取り装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の読み取り装置は、支持体に、外方に向けて広
がる螺線状に第１の導体を巻くとともに、この螺線状の
第１の導体の内線と外線部分の間隙に、第１の導体とは
電気的に分離した第２の導体とを設けたものである。

【０００７】

【作用】この読み取り装置の構成によって、螺線状とな
った第１の導体によって励起される第１の導体の近傍の
比較的大きな強度の交流磁界は、第１の導体の近傍の第
２の導体に生じる渦電流によって弱められる。このた
め、互いに隣接する第１の導体の内線と外線部分間の磁
気的な結合、即ち、相互インダクタンスが小さくなる。
また、螺線状の内側では、隣接した第１の導体の内線と
外線部分間の間隙が小さいため磁気的に密に結合し、そ
の部分の相互インダクタンスは大きいが、第１の導体が
囲む平面部の面積が小さいため、これらの第１の導体の
各々の自己インダクタンスは小さくなる。また、螺線状
の外側では、第１の導体の囲む平面部の面積が大きいた
め、これらの第１の導体の各々の自己インダクタンスは
大きいが、この外側部分では隣接した第１の導体の内線
と外線部分間の間隙が大きいため磁気的に粗に結合し、
これらの第１の導体の間の相互インダクタンスは小さく
なる。また、第１の導体の全体としての自己インダクタ
ンスは、第１の導体の各部の自己インダクタンスと相互
インダクタンスとによって決まる。この作用によって、
ほぼ一定の面積に環状に導体を所定の回数巻いた場合と
比較して、全体としての自己インダクタンスを増加する
ことなく、第１の導体の囲む面積を増加し、また、第１
の導体の自己インダクタンスの減少に応じて、第１の導
体の総巻回数を増加することによって、この第１の導体
と情報媒体に組み込んだ導体との間の相互インダクタン
スを増加することができる。従って、第１の導体から発
生した交流磁界は効率良く情報媒体に作用して、この情
報媒体とデータあるいは電力を授受できるとともに、第
１の導体を駆動するための電力が小さくなり、この第１
の導体を搭載した読み取り装置の省電力化が可能とな
る。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１，図２は本発明の第１の実施
例における読み取り装置の正面図とその側面から見た図
１のＡ−Ｏ−Ｂの部分断面図である。図１，図２におい
て、１は支持体、２は支持体１に外方に向けて広がる様
に螺線状に巻いた第１の導体である。５は第３の導体、
６はディスプレイ、７はサイドカバー、８はバックカバ
ー、９は配線基板である。図３は第１の実施例の読み取
り装置の支持体１の部分断面図である。図３において３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆは第１の導体２の内
側から外側に向けての１ターン分をそれぞれ示したもの
であり、３ｃと３ｄ、３ｄと３ｅ、３ｅと３ｆとの間に
は間隙が設けられている。４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４
ｅ，４ｆは第２の導体であり、上記第１の導体２の３ｃ
と３ｄ、３ｄと３ｅ、３ｅと３ｆとの間の間隙に螺線状
に巻いたもののそれぞれの１ターン分を示している。ま
た支持体１には第１，第２の導体３ａ〜３ｆ，４ａ〜４
ｆと第３の導体５とを螺線状に巻き付けるための溝１
ａ，１ｂを形成しており、プラスチック材料を円板状に
射出成型することにより得ている。さらに第１の導体３
ａ〜３ｆと第２の導体４ａ〜４ｆについて詳述すると、
これらは互いに絶縁被覆の色が異なる直径２mmの銅線を
使用している。そしてこれらは先ず第１の導体３ａ，３
ｂ，３ｃを支持体１の溝１ａに内方から３回巻き付けた
後、第２の導体４ａ，４ｂの２本と第１の導体３ｄの１
本、合計３本の銅線を束ねて巻き付ける。この後、同様
にして、第２の導体４ｃ，４ｄと第１の導体３ｅとを束
ねて１回巻き付け、更に、第２の導体４ｅ，４ｆと第１
の導体３ｆとを束ねて１回巻き付けて、全体として、第
１の導体３ａ，……，３ｆを６回、第２の導体４ａ，…
…，４ｆを６回支持体１に巻き付ける。第１の導体３ａ
〜３ｆと、第２の導体４ａ〜４ｆとはそれぞれ連続した
１本の銅線であるが、第１の導体３ａ〜３ｆと第２の導
体４ａ〜４ｆとには、互いに絶縁被覆の色を異ならせて
いるので、両者の巻き状態を支持体１の外方から内方に
向けて設けた切り欠き溝から目視で容易に確認すること
ができる。また、これら両線は同じ直径の銅線を使用し
ているので、支持体１の溝１ａにスムーズに巻き付ける
ことができる。さらに第２の導体４ａ〜４ｆの巻き始め
と巻き終わりの部分は開放状態にして第１の導体３ａ〜
３ｆとは電気的に分離する、なお第１の導体３ａが囲む
円の平均的直径は１００mm、３ｂは１０４mm、３ｃは１
０８mm、３ｄは１２０mm、３ｅは１３２mm、３ｆは１４
４mmであり、内側で隣接する第１の導体３ａと３ｂとの
間の間隙（第１の導体３ａ，３ｂの中心点間の距離）が
２mm、外側で隣接する第１の導体３ｅと３ｆの間の間隙
（第１の導体３ｅ，３ｆの中心点間の距離）は６mmとな
り、この第１の導体３ｅと３ｆの間の間隙に２本の第２
の導体４ｅ，４ｆが配置されている。このようにして支
持体１には、第１の導体３ａ〜３ｆの囲む面積が順次増
大するとともに、互いに隣接した第１の導体３ａ〜３ｆ
の間の間隙が、内側で狭く、外側で広くなるように巻か
れており、互いに隣接した第１の導体３ｃ〜３ｆの間の
間隙には第２の導体４ａ〜４ｆが配置される。第３の導
体５は下方の位置に、第１の導体２と同心状に、絶縁被
覆した直径０．２mmの銅線を支持体１に約直径４０mmで
２５回巻き付けて構成したもので、この銅線の巻き始め
と巻き終わりの部分を、リード部５ａに数回巻き付け、
半田で接続している。このリード部５ａは、絶縁被覆し
た直径１mmの銅線で、支持体１に設けた中継部１３に固
定している。そして第１の導体２は読み取り装置から情
報媒体２０へデータあるいは電力を伝送するために使用
し、第３の導体５は情報媒体２０からのデータを検出す
るために使用する。第１の導体２、第３の導体５を搭載
した支持体１は、筒状のサイドカバー７上に接着，固定
し、リード部２ａ，５ａの終端は配線基板９に接続して
いる。配線基板９にはデータを処理する処理回路１１、
第１の導体２あるいは第３の導体５を駆動する駆動回路
１２を搭載している。配線基板９は送受信する磁界に悪
影響がないように支持体１との間に所定の空間を設ける
とともに、駆動回路１２の放熱のために金属材料からな
るバックカバー８に固定している。バックカバー８とサ
イドカバー７とは密着固定し、支持体１の表面の中央部
には所望のデザインを施したラベル１０を貼り付けてい
る。また、バックカバー８の一部から外部の本体装置
（図示しない）に接続するための接続線１４を取り出し
ている。

【０００９】以上のように構成した読み取り装置につい
て、図１〜図３を用いてその動作について説明する。情
報媒体２０が読み取り装置に近づくと、読み取り装置は
駆動回路１２を動作して螺線状の第１の導体２からデー
タと電力とを含む変調した交流磁界を発生し、この交流
磁界を情報媒体２０に伝送して、ディスプレイ６に情報
媒体２０と通信中のメッセージを表示する。情報媒体２
０は前記交流磁界を螺線状の第４の導体２１によって検
出し、内部のＩＣチップ（図示しない）が動作するのに
必要な電力を蓄積するとともに、読み取り装置からのデ
ータを検出する。情報媒体２０はこの検出したデータに
基づいて、読み出し，書き込みなどの所定の処理をした
後、第４の導体２１からデータを変調した交流磁界を発
生し、この交流磁界を読み取り装置に伝送する。読み取
り装置は第３の導体５によって前記交流磁界を検出し、
処理回路１１を動作して情報媒体２０からのデータを検
出，復調した後、密番号の照合，減算，加算などの一連
のデータ処理をして、ディスプレイ６に通信完了のメッ
セージを表示する。情報媒体２０にデータを書き込む場
合は、情報媒体２０に書き込んだデータを再度読み出し
て、このデータの正否を判定する。必要に応じて、パー
ソナルコンピュータなどの本体装置と接続線１４によっ
てデータを授受する。このようにして、読み取り装置と
情報媒体２０との間で電磁誘導によってデータあるいは
電力の授受を行う。

【００１０】情報媒体２０が第１の導体２と近い位置に
ある場合は、第１の導体２の内側の第１の導体（例え
ば、３ａ，３ｂ）から発生する磁界が主に作用し、情報
媒体２０が第１の導体２から離れた位置にある場合は、
第１の導体２の外側の第１の導体（例えば、３ｅ，３
ｆ）から発生する磁界が主に作用する。なお、第１の導
体の内側の第１の導体３ａ，３ｂの囲む面積は、第４の
導体２１との間で必要な相互インダクタンスを確保する
程度に設定している。このため、第１の導体２から発生
する交流磁界は、近接から遠隔までの広範囲の情報媒体
２０に作用して、この情報媒体２０とデータあるいは電
力を授受することができる。この時、第１の導体２から
離れた位置にある情報媒体２０に作用するためには、第
１の導体２の外側の第１の導体３ｅ，３ｆの囲む面積を
大きくして、第１の導体２と情報媒体２０の第４の導体
２１との間の相互インダクタンスを増加する必要があ
る。しかしながら、このことは第１の導体２の自己イン
ダクタンスを増加して第１の導体２に流れる電流を減少
させることとなるために、第１の導体２から発生する磁
界の強度を弱めることとなる。その結果、第１の導体３
ｅ，３ｆの囲む面積を増加して、第１の導体２と第４の
導体２１との間の相互インダクタンスを増加した効果が
なくなることになる。また、所定の電流を確保するため
には、読み取り装置に大きな電力を必要とする。そこ
で、本実施例の読み取り装置の構成とすれば、外側の第
１の導体３ｅ，３ｆの囲む面積を大きくすることによっ
て各々の自己インダクタンスは増加するが、隣接する第
１の導体３ｄ，３ｅとの間の間隙には第２の導体４ｃ，
４ｄあるいは４ｅ，４ｆを配置して、第１の導体３ｄ，
３ｅ，３ｆの間の相互インダクタンスに寄与する第１の
導体３ｄ，３ｅ，３ｆの近傍の大きな強度の磁界を弱
め、また、第１の導体３ｄ，３ｅ，３ｆとの間の間隙を
広くしているために、第１の導体３ｅ，３ｆと第１の導
体３ｄ，３ｅとは磁気的に粗に結合して、これらの間の
相互インダクタンスが減少する。このため、第１の導体
２全体としての自己インダクタンスは減少しても増加す
ることはない。また第１の導体２の自己インダクタンス
が減少する場合は、この減少に応じて、第１の導体２の
第１の導体３ａ，……，３ｆの総巻き回数を増加するこ
とができる。このことは、第１の導体３ｅ，３ｆに限ら
ず第１の導体２の外側のその他の第１の導体ｃ，ｄにつ
いても同様である。むろん、第１の導体３ｃ，……，３
ｆの間の相互インダクタンスを小さくしても、第１の導
体３ａ，……，３ｆの近傍の磁界は情報媒体２０に対し
てほとんど作用しないため、第１の導体２と情報媒体２
０との相互インダクタンスを減少することはない。以上
のことから、ほぼ一定の面積に環状に導体を複数回巻い
た場合と比較して、第１の導体２は自己インダクタンス
を増加することなく、情報媒体２０の第４の導体２１と
の間の相互インダクタンスを増加することができる。こ
のため、第１の導体２を搭載した読み取り装置は省電力
化が可能となり、小さい電力で、より離れた情報媒体２
０に作用して、データあるいは電力を授受することがで
きる。

【００１１】レジャーランドなどのローカルなシステム
で第１の実施例の読み取り装置を運用する場合は、所有
者はコイン状にした上房媒体２０を腕輪に装着して携帯
し、この腕輪を腕に着けた状態で情報媒体２０をラベル
１０に軽く触れてまた離す操作をすると、読み取り装置
と情報媒体２０との間のデータの授受をする一連の動作
が完了する。情報媒体２０をペンダントやキーホルダー
に装着した場合も同様である。

【００１２】次に図４で本発明の第２の実施例を説明す
る。図４は支持体１の部分断面図（図２の点線で囲んだ
位置に対応する）を示す。第２の実施例では、第１の導
体２を構成する第１の導体３ａ．３ｂ，３ｃ．３ｄ．３
ｅ．３ｆと、第１の導体３ａ，……，３ｆの間の間隙に
配置する第２の導体４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４
ｆ，４ｇとを絶縁基板１５の上で、銅箔を螺線状にエッ
チング形成して得たものである。またこの絶縁基板１５
は支持体１下に接着，固定している。この第２の実施例
でも、隣接する第１の導体３ａ〜３ｆの間の間隙（中心
点間の距離）が円周方向に連続的に広がるように第１の
導体３ａ〜３ｆを螺線状に形成するとともに、第１の導
体３ａ〜３ｆの間には内側から外側に向けて徐々に広く
なる間隙を設け、これらの間隙には内側から外側に向け
て半径方向の幅が徐々に広くなる第２の導体４ｂ〜４ｆ
を配置し、最内周の第１の導体３ａの内側には第２の導
体４ａを、最外周の第１の導体３ｆの外側には第２の導
体４ｇを配置したものである。このように構成した第１
の導体２と第２の導体４ａ〜４ｇを搭載した読み取り装
置も第１の実施例の読み取り装置と同様な動作をする。

【００１３】第１及び第２の実施例の説明では同心円状
に第１の導体２を巻き付け、隣接する第１の導体３ａ〜
３ｆの間の間隙には第２の導体４ｂ〜４ｆを配置し、ま
た、前記間隙は、内側から外側に向けて、即ち、半径方
向に向けて徐々に広くなる間隙としているものである。
しかしながら、本発明の主旨に従う範囲内であれば、複
数回巻いた第１の導体３ａ〜３ｆの間の間隙の少なくと
も一部において、第２の導体４ａ〜４ｇを配置すれば良
い。また、第１の導体３ａ〜３ｆは螺線状に形成したも
のであれば円形でも矩形でも良く、完全な同心円ではな
く、その中心が互いに変異した同心状であっても良い。

【００１４】

【発明の効果】以上のように本発明の読み取り装置は、
電磁誘導によって情報媒体と結合する螺線状の第１の導
体を搭載し、この第１の導体の内線と外線部分間の間隙
には第２の導体を配置することによって、第１の導体の
自己インダクタンスを小さく、第１の導体と情報媒体と
の間の相互インダクタンスを大きくすることが可能とな
る。従って、小さい電力であっても、近接から遠隔まで
の広範囲の情報媒体に作用して、情報媒体との間でデー
タあるいは電力を授受できるものである。情報媒体と読
み取り装置とが比較的離れた位置にあってもデータある
いは電力を授受できるため、情報媒体を腕輪やペンダン
トなどの装身具に着けたまま動作することが可能とな
り、この読み取り装置を利用するシステムの利便性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における読み取り装置の
正面図

【図２】第１の実施例における読み取り装置の側面から
の部分拡大断面図

【図３】第１の実施例における第１の導体と第２の導体
とを搭載した支持体の部分拡大断面図

【図４】本発明の第２の実施例における第１の導体と第
２の導体とを搭載した支持体の部分断面図

【図５】従来の情報媒体と読み取り装置の磁気結合部の
断面図

【符号の説明】

１ 支持体 ２ 第１の導体 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ 第１の導体 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ 第２の導
体 ５ 第３の導体 ２０ 情報媒体 ２１ 第４の導体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持体と、この支持体に、外方に向けて広
   がる螺線状に巻いた第１の導体と、この第１の導体に接
   続した処理回路と、前記螺線状の第１の導体の内線と外
   線部分の間隙に配置するとともに、前記第１の導体とは
   電気的に分離した第２の導体とを備えた読み取り装置。
2. 【請求項２】螺線状の第１の導体の内線と外線部分間の
   間隙は、螺線状の内側で狭く、外側で広くなる請求項１
   記載の読み取り装置。
3. 【請求項３】螺線状の第１の導体の内線と外線部分間の
   間隙は、螺線状の内側から外側に向けて徐々に広くなる
   請求項１記載の読み取り装置。