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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-01
(45)【発行日】2024-04-09
(54)【発明の名称】デュアルＩＣカード
(51)【国際特許分類】
G06K 19/077 20060101AFI20240402BHJP
B42D 25/305 20140101ALI20240402BHJP
H01Q 7/00 20060101ALI20240402BHJP
H01Q 19/02 20060101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
G06K19/077 296
B42D25/305 100
G06K19/077 244
H01Q7/00
H01Q19/02
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020099312
(22)【出願日】2020-06-08
(65)【公開番号】P2021193493
(43)【公開日】2021-12-23
【審査請求日】2023-05-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100139686
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 史朗
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(72)【発明者】
【氏名】片岡 慎
【審査官】後藤 彰
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／０７９７１８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１２２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５１３７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２５０４０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００９／０１１１５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１８０２１２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｋ １９／０７７
Ｂ４２Ｄ ２５／３０５
Ｈ０１Ｑ ７／００
Ｈ０１Ｑ １９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の通信周波数領域において通信可能なＩＣチップと、前記ＩＣチップに接続された接触通信用端子と、前記ＩＣチップに接続されたコイルと、を有するＩＣモジュールと、前記コイルに対向して配置され、前記コイルと電磁結合するアンテナプレートと、
を備え、
前記通信周波数領域における前記コイルの虚部インピーダンスの絶対値は、前記ＩＣチップの入力インピーダンスの虚部の絶対値の１１５％以上１３０％以下である、
デュアルＩＣカード。
【請求項2】
前記ＩＣチップの入力インピーダンスの虚部の絶対値は、前記ＩＣチップに動作可能な最小量の電力が供給されたときの値である、請求項１に記載のデュアルＩＣカード。
【請求項3】
前記アンテナプレートは、周縁から一定の幅で延びるスリットを有し、前記スリットの幅は、前記コイルの内径以上かつ前記コイルの外径未満である、
請求項１または２に記載のデュアルＩＣカード。
【請求項4】
前記コイルと前記アンテナプレートとの距離が０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のデュアルＩＣカード。
【請求項5】
前記接触通信用端子が配置される貫通孔を有する第一部材と、前記第一部材との間に前記アンテナプレートを挟むように配置される第二部材と、
をさらに備え、
前記第一部材および前記第二部材が金属で形成されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載のデュアルＩＣカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＩＣモジュールを備えたデュアルＩＣカードに関する。
【背景技術】
【0002】
接触通信と非接触通信との両方を行えるデュアルＩＣカードが知られている。
デュアルＩＣカードの一般的な構造が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載のデュアルＩＣカードは、接触通信用の端子を含むＩＣモジュールと、コイル状のブースタアンテナとを備えている。ＩＣモジュールは、ブースタアンテナと電気的に接続するためのコイルを有し、ＩＣモジュールとブースタアンテナとが電磁結合されている。
特許文献１に記載のデュアルＩＣカードにおいて、ＩＣチップの入力インピーダンスの虚部と、ブースタアンテナのコイルの虚部インピーダンスとは、概ね同等の大きさとされている。
デュアルＩＣカードの一般的な構造が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載のデュアルＩＣカードは、接触通信用の端子を含むＩＣモジュールと、コイル状のブースタアンテナとを備えている。ＩＣモジュールは、ブースタアンテナと電気的に接続するためのコイルを有し、ＩＣモジュールとブースタアンテナとが電磁結合されている。
特許文献１に記載のデュアルＩＣカードにおいて、ＩＣチップの入力インピーダンスの虚部と、ブースタアンテナのコイルの虚部インピーダンスとは、概ね同等の大きさとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６３５７９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、高級感等を高める観点から、樹脂に代えて金属でカードを形成することが検討されている。
これに伴って発明者がブースタアンテナの構成を変更したところ、詳細は後述するが、特許文献１に記載の虚部インピーダンス設定では通信性能が低下する現象が認められた。
これに伴って発明者がブースタアンテナの構成を変更したところ、詳細は後述するが、特許文献１に記載の虚部インピーダンス設定では通信性能が低下する現象が認められた。
【0005】
上記事情に鑑み、本発明は、金属でカードを構成する場合でも通信性能が低下しにくいデュアルＩＣカードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、所定の通信周波数領域において通信可能なＩＣチップと、ＩＣチップに接続された接触通信用端子と、ＩＣチップに接続されたコイルと、を有するＩＣモジュールと、コイルに対向して配置され、コイルと電磁結合するアンテナプレートとを備えるデュアルＩＣカードである。
このデュアルＩＣカードにおいて、ＩＣチップが通信可能な通信周波数領域におけるコイルの虚部インピーダンスの絶対値は、ＩＣチップの入力インピーダンスの虚部の絶対値の１１５％以上１３０％以下である。
このデュアルＩＣカードにおいて、ＩＣチップが通信可能な通信周波数領域におけるコイルの虚部インピーダンスの絶対値は、ＩＣチップの入力インピーダンスの虚部の絶対値の１１５％以上１３０％以下である。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、金属でカードを構成する場合でも通信性能が低下しにくいデュアルＩＣカードを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の第一実施形態に係るＩＣカードを模式的に示す断面図である。
【図2】同ＩＣカードに係るＩＣモジュールの平面図である。
【図3】同ＩＣモジュールの底面図である。
【図4】同ＩＣカードに係るアンテナプレートの平面図である。
【図5】同アンテナプレートと同ＩＣモジュールとの位置関係を示す図である。
【図6】コイルとアンテナプレートとの距離と、コイルの虚部インピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図7】ＩＣチップの入力インピーダンスの虚部の値と、ＩＣチップに供給される電力の大きさとの関係の一例を示すグラフである。
【図9】アンテナプレートに形成したスリットの幅と、通信特性との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の第一実施形態について、図１から図９を参照しながら説明する。
図１は、デュアルＩＣカード１の模式断面図である。図１に示すように、デュアルＩＣカード１は、板状のカード本体１０と、カード本体１０内に取り付けられたＩＣモジュール３０と、カード本体１０内に配置されたアンテナプレート５０とを備えている。
図１は、デュアルＩＣカード１の模式断面図である。図１に示すように、デュアルＩＣカード１は、板状のカード本体１０と、カード本体１０内に取り付けられたＩＣモジュール３０と、カード本体１０内に配置されたアンテナプレート５０とを備えている。
【0010】
カード本体１０は、デュアルＩＣカード１の表側を構成する第一部材１１と、デュアルＩＣカード１の裏側を構成する第二部材１６とを有する。第一部材には、ＩＣモジュールの接触通信用端子を露出するための貫通孔１２を有する。貫通孔１２の位置や大きさ等は適宜設定できるが、基本的にはカードに関する各種規格を満たすように設定される。
【0011】
図２にＩＣモジュール３０の平面図を、図３にＩＣモジュール３０の底面図を、それぞれ示す。ＩＣモジュール３０は、所定の通信周波数領域において通信可能なＩＣチップ３１を備え、上面にＩＣチップと接続された接触通信用端子３２を、下面にＩＣチップと接続されたコイル３３を、それぞれ有する。接触通信用端子３２の寸法や形状は、カードに関する各種規格を満たすように設定される。
コイル３３は、ＩＣチップ３１を封止する樹脂モールド３４の周囲に巻かれている。すなわち、コイル３３の内径は、樹脂モールド３４の寸法以上であるか、それよりも僅かに小さい程度である。
コイル３３は、ＩＣチップ３１を封止する樹脂モールド３４の周囲に巻かれている。すなわち、コイル３３の内径は、樹脂モールド３４の寸法以上であるか、それよりも僅かに小さい程度である。
【0012】
図４は、アンテナプレート５０の平面図である。アンテナプレート５０は、金属等の導体で形成された平面視矩形の部材である。アンテナプレート５０は、短辺の一つから所定幅で延びるスリット５１を有する。ＩＣモジュール３０は、図５に示すように、コイル３３をアンテナプレート５０に向けた状態で、スリット５１をまたぐように配置される。
【0013】
コイル３３とアンテナプレート５０とは、導通しないように非接触状態を保持して配置される。非接触状態を保持するための態様に特に制限はなく、コイル３３やアンテナプレート５０を樹脂で被覆する方法や、絶縁体製のスペーサーを配置する等の方法を例示できる。特に、接着性樹脂でコイルとアンテナプレートとを接合する方法は、後述するコイルとアンテナプレートとの距離制御も容易であり、好ましい。
【0014】
コイル３３およびアンテナプレート５０は、貫通孔１２から接触通信用端子３２を露出させた状態で、第一部材１１と第二部材１６との間に配置されている。
このように構成されたデュアルＩＣカード１は、接触通信用端子３２を用い接触通信ができる。さらに、コイル３３とアンテナプレート５０とが電磁結合することにより、ゲートやカードリーダー等の非接触型外部機器と非接触通信を行うことができる。
このように構成されたデュアルＩＣカード１は、接触通信用端子３２を用い接触通信ができる。さらに、コイル３３とアンテナプレート５０とが電磁結合することにより、ゲートやカードリーダー等の非接触型外部機器と非接触通信を行うことができる。
【0015】
デュアルＩＣカード１における非接触通信の原理は、特許文献１に記載のデュアルＩＣカード１と同様であり、アンテナプレート５０の外周に沿って電流が流れることにより、アンテナプレート５０が非接触通信用のブースタアンテナとして動作する。
【0016】
しかし、発明者が検討すると、ブースタアンテナとして機能する部材がコイルからアンテナプレートに変わることで、推測していなかった事象が起きることがわかった。
図６は、コイル３３とアンテナプレート５０との距離と、コイル３３の虚部インピーダンスとの関係を示すグラフである。通信周波数領域は、ＨＦ帯(１３．５６ＭＨｚ)とした。コイルとアンテナプレートとが十分離れている場合（図６における∞）を基準とした場合、コイルとアンテナプレートとの距離が０．３ｍｍになると、コイル３３の虚部インピーダンスの値は１５％程度低下し、コイルとアンテナプレートとの距離がほぼゼロとなると、虚部インピーダンスの値は２５％程度低下していることが図５よりわかる。したがって、コイルとアンテナプレートとが十分離れている状態で虚部インピーダンスの大きさをＩＣチップ３１の入力インピーダンスの虚部と同等に設定してしまうと、非接触通信時におけるエネルギー効率が悪くなってしまう。
図６は、コイル３３とアンテナプレート５０との距離と、コイル３３の虚部インピーダンスとの関係を示すグラフである。通信周波数領域は、ＨＦ帯(１３．５６ＭＨｚ)とした。コイルとアンテナプレートとが十分離れている場合（図６における∞）を基準とした場合、コイルとアンテナプレートとの距離が０．３ｍｍになると、コイル３３の虚部インピーダンスの値は１５％程度低下し、コイルとアンテナプレートとの距離がほぼゼロとなると、虚部インピーダンスの値は２５％程度低下していることが図５よりわかる。したがって、コイルとアンテナプレートとが十分離れている状態で虚部インピーダンスの大きさをＩＣチップ３１の入力インピーダンスの虚部と同等に設定してしまうと、非接触通信時におけるエネルギー効率が悪くなってしまう。
【0017】
本実施形態においては、上記知見を踏まえて、ＩＣチップ３１の通信周波数領域におけるコイル３３の虚部インピーダンスの絶対値を、予めＩＣチップ３１の入力インピーダンスの虚部の絶対値よりも大きく設定している。これにより、デュアルＩＣカード１内においてアンテナプレート５０と近接配置された際に、コイル３３の虚部インピーダンスの値の大きさとＩＣチップ３１の入力インピーダンスの虚部の大きさとが同等となり、コイル３３からＩＣチップ３１に効率良くエネルギーを伝達することができる。
【0018】
例えば、ＩＣチップ３１の入力インピーダンスの虚部の大きさが非接触通信を行う為の周波数において、－１６０ｊΩであり、デュアルＩＣカード１におけるコイル３３とアンテナプレート５０との距離を０．３ｍｍとする場合、図６に基づいてコイル３３の虚部インピーダンスを設定すると、
１６０×１００／８５＝約１８８ｊΩ
となる。すなわち、この場合は、コイル３３の虚部インピーダンスの絶対値をＩＣチップ３１の入力インピーダンスの虚部の絶対値の１１５％以上１３０％以下、より好ましくは１１５％以上１２５％以下程度とすることにより、完成したデュアルＩＣカード１において、両者を概ね同等とすることができる。
コイル３３とアンテナプレート５０との距離が０．３ｍｍよりも大きくなると互いの電気的な接合が弱まる為に通信性能の低下が生じる問題がある。さらに、カード厚（０．８ｍｍ程度）という物理的制約もあるため、両者の距離は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍに設定されることが好ましい。
１６０×１００／８５＝約１８８ｊΩ
となる。すなわち、この場合は、コイル３３の虚部インピーダンスの絶対値をＩＣチップ３１の入力インピーダンスの虚部の絶対値の１１５％以上１３０％以下、より好ましくは１１５％以上１２５％以下程度とすることにより、完成したデュアルＩＣカード１において、両者を概ね同等とすることができる。
コイル３３とアンテナプレート５０との距離が０．３ｍｍよりも大きくなると互いの電気的な接合が弱まる為に通信性能の低下が生じる問題がある。さらに、カード厚（０．８ｍｍ程度）という物理的制約もあるため、両者の距離は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍに設定されることが好ましい。
【0019】
図７に示すように、ＩＣチップの入力インピーダンスの虚部の値は、ＩＣチップに供給される電力の大きさによって変化する。したがって、想定されるＩＣチップへの供給電力の最小量や、完成したデュアルＩＣカードにおけるコイル３３とアンテナプレート５０との距離とに基づいて、コイル３３の虚部インピーダンスの値を設定することにより、金属でカードを構成する場合でも通信性能が低下しにくいデュアルＩＣカードを構成できる。
コイル３３の虚部インピーダンスの値は、コイルの線幅や巻き数等を変更することにより調節できる。
コイル３３の虚部インピーダンスの値は、コイルの線幅や巻き数等を変更することにより調節できる。
【0020】
上記の他に、スリット５１の幅も通信性能に影響を与える。図８は、図５の一部を裏側から見た図である。図８に示されるように、スリット５１の幅ｗにより、デュアルＩＣカード１の平面視におけるコイル３３とアンテナプレート５０との重なり量が変化する。
【0021】
図９は、アンテナプレートに形成したスリットの幅ｗと、通信特性との関係の一例を示すグラフである。スリットが小さすぎても大きすぎても通信特性が大きく低下することが図９よりわかる。したがって、コイル３３の内径ｄ１および外径ｄ２を考慮し、幅ｗをｄ１以上ｄ２以下とすることにより、通信特性を良好にできる。図９は、内径ｄ１：６ｍｍ、外径ｄ２：１２ｍｍの条件下におけるものであり、最適値の９ｍｍは、（ｄ２－ｄ１）／２に相当する。
幅ｗは、上記を踏まえて適宜設定できるが、ＩＣモジュール３０をアンテナプレートに取り付けた際に樹脂モールド３４がスリット５１と干渉しないように樹脂モールド３４の最大径よりも大きくする必要がある。
幅ｗは、上記を踏まえて適宜設定できるが、ＩＣモジュール３０をアンテナプレートに取り付けた際に樹脂モールド３４がスリット５１と干渉しないように樹脂モールド３４の最大径よりも大きくする必要がある。
【0022】
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。
【0023】
例えば、アンテナプレートは、導体のみで形成されなくてもよく、樹脂製のシートにスリットを有する導体層が形成された構成であってもよい。
【0024】
本発明のデュアルＩＣカードは、第一部材および第二部材を金属とし、メタリックな外観を呈するカードを提供する際に優れた構成であるが、第一部材および第二部材が金属製であることは必須でなく、一般的なデュアルＩＣカードと同様な樹脂製であってもよい。
【符号の説明】
【0025】
１ デュアルＩＣカード
１１ 第一部材
１２ 貫通孔
１６ 第二部材
３０ ＩＣモジュール
３１ ＩＣチップ
３２ 接触通信用端子
３３ コイル
５０ アンテナプレート
５１ スリット
１１ 第一部材
１２ 貫通孔
１６ 第二部材
３０ ＩＣモジュール
３１ ＩＣチップ
３２ 接触通信用端子
３３ コイル
５０ アンテナプレート
５１ スリット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】