JP3821083B2

JP3821083B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP3821083B2
Application number: JP2002299053A
Authority: JP
Inventors: 一郎吉田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP2004135455A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部機器によって送信される無線信号を受信することで得た電力を給電可能な給電装置を備え、前記電力により動作すると共に携帯可能に構成される電子機器に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＩＣカードやＲＦＩＤタグなどが普及しつつある。これらの内部にはマイクロコンピュータ（マイコン）チップが埋め込まれており、そのチップ上のメモリに個人や物品のＩＤ情報やデータが記憶され、人が携帯したり物に付帯された状態で使用される。そして、記憶されているデータを読み出すカードリーダに接近すると、ＩＣカード等のマイコンは、そのカードリーダより送信される電磁信号或いは電波信号により給電されて起動し、カードリーダとの間で通信を行うようになっている。
【０００３】
図１６は、ＩＣカードの構成を示すもので、（ａ）はＩＣカードの内部を透視して示す平面図、（ｂ）は側面図（厚さ寸法を若干拡大して示す）、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’断面を拡大して示す図である。ＩＣカード１は、ベース基板２の表面に制御用ＬＳＩ３とアンテナを構成するコイルパターン４とを配置し、その上層及び下層に保護フィルム５及び６を貼り付けて構成されている。
【０００４】
このようなＩＣカード１を用いた通信システムでは、専ら装置の構造や製造方法の制約によって通信距離が短いという問題があった。例えば、ＩＣカード１を入退場管理用のＩＤカードとして使用する場合、図１７に示すように、カードリーダ７を配置したゲートを設け、ＩＣカード１を携帯している者にそのゲートを通過させるが、その際、ＩＣカード１をゲートに配置されているカードリーダ７の通信用アンテナ８に対して数センチ程度まで近づけなければ通信ができない。そのため、ユーザは、ＩＣカード１を手にして通信用アンテナ８が配置されている部位にかざすという行為が必要となる。
【０００５】
従って、例えば、荷物を運搬するためにユーザの両手が塞がっている場合、ユーザは、ゲートの前で立ち止まり、荷物を下ろして衣服のポケットなどからＩＣカード１を取り出し、そのカード１をアンテナにかざして入場登録を行い、カード１をしまった後荷物を手にしてゲートを通過する、という手順を踏む必要となり、利便性が良いとは言えない場合があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、無線信号を用いて電力を送信する機器との間がより長い距離で隔たっている場合でも、通信が可能となる電子機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子機器によれば、ベース基板の外縁部分に複数回巻き回される第１アンテナコイルと、この第１アンテナコイルの内周側に、前記ベース基板面上に並ぶように配列される複数の第２アンテナコイルと、これら複数の第２アンテナコイル間の接続を、直列，並列に切り替えるためのスイッチング部と、このスイッチング部におけるスイッチングを制御する制御手段とを備え、前記第１アンテナコイルは、受信した電力を前記制御手段に供給し、前記第２アンテナコイルは、受信した電力を前記機器の本体に供給するように構成される。
【０００８】
そして、制御手段は、スイッチング部におけるスイッチングを制御することで複数の第２アンテナコイル間の接続を直列，並列に切替える。即ち、複数の第２アンテナコイルを直列に接続すれば誘起される電圧が大きくなり、並列に接続すれば得られる電流が増加する。従って、複数の第２アンテナコイル間の接続を適宜切替えることで、最適な電圧及び電流が得られるように調整することができる。
【０００９】
請求項２記載の電子機器によれば、第２アンテナコイルが配置されているベース基板を複数積層し、第２アンテナコイルを、前記積層方向について直列に接続して構成する。従って、電波信号を受信することで第２アンテナコイルを介して給電される電力が大きくなるので、外部機器と電子機器との通信可能距離をより長くすることができ、利便性を向上させることが可能となる。
【００１０】
請求項３記載の電子機器によれば、第１アンテナコイルが配置されているベース基板を複数積層し、第１アンテナコイルを、前記積層方向について直列に接続して構成する。従って、電波信号を受信することで第１アンテナコイルを介して給電される電力が大きくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明をＩＣカードに適用した場合の第１実施例について図１乃至図７を参照して説明する。図１（ａ）は、本実施例におけるＩＣカードの内部を透視して示す平面図、（ｂ）は側面図（厚さ寸法を若干拡大して示す）、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’断面を拡大して示す図である。
【００１３】
ＩＣカード１１は、熱可塑性樹脂フィルム１２にアンテナを構成するコイルパターン（アンテナコイル）１３を配置すると共に、各層間を電気的に接続するためのビアホール１４に導電ペースト１５を充填してなるベース基板（コイル配置層）１６を複数層重ね合わせて、一体成形されている。マイクロコンピュータである制御用ＬＳＩ１７は、どの層のベース基板１６に配置しても良い。複数層重ね合わされたベース基板１６の上層及び下層には、従来構成と同様に所定の表示が印刷された保護フィルム１８及び１９が貼り付けられている。尚、制御用ＬＳＩ１７が内層に配置される場合、保護フィルム１８及び１９は必ずしも必要ではない。
【００１４】
図３は、ＩＣカード１１の製造プロセスを示すものである。先ず、絶縁基材である樹脂フィルム１２の片面に銅箔２０（厚さは、例えば１８μｍ）などの導体を貼り付け（図３（ａ）参照）、エッチングによってコイルパターン１３をパターニングする（図３（ｂ）参照）。樹脂フィルム１２の組成は、例えば、ポリエーテルケトン樹脂３５〜６５重量％、ポリエーテルイミド６５〜３５重量％からなり、その厚さは２５〜７５μｍ程度に形成される。
【００１５】
パターニングの完了後、樹脂フィルム１２の逆側の面に保護フィルム２１を貼り付け、保護フィルム２１側から炭酸ガスレーザを照射してコイルパターン１３のコンタクトポイント１３ａを底面とする有底ビアホール１４を形成する（図３（ｃ）参照）。この時、コンタクトポイント１３ａを貫通することがないようにレーザの出力と照射時間とを調整する。
【００１６】
次に、ビアホール１４の内部に導電ペースト１５を充填する（図３（ｄ）参照）。導電ペースト１５は、銅、銀、錫などの金属粒子にバインダ樹脂や有機溶剤を加え混練してペースト状にしたものであり、メタルマスクを用いたスクリーン印刷機によりビアホール１４内に印刷充填される。その後、保護フィルム２１は剥離される（図３（ｅ）参照）。以上で１枚のベース基板１６が形成される。
【００１７】
続いて、ベース基板１６のコイルパターン１３が形成されている面を下方にして所定枚数積層する（図３（ｆ）参照）。尚、最下層には上層のコイルパターン１３を保護するためカバーレイヤ２２を配置する。カバーレイヤ２２の弾性率は、各フィルム１２間の熱融着性を考慮すると１〜１０００Ｍｐａとするのが好ましい。それを超える値になると、熱融着が困難となる。
【００１８】
そして、図３（ｆ）のように積層した状態で、それらを一括して真空加圧プレス機により２００〜３５０℃で加熱すると共に０．１〜１０Ｍｐａの圧力で加圧する。すると、各フィルム１２間が熱融着するため、それらは一体に形成される（図３（ｇ）参照）。尚、フィルム１２の材料特性の一例を図６に示し、加圧条件を図７に示す。また、制御用ＬＳＩ１７を内層に配置する場合は、図３（ｆ）の段階でベース基板１６を積層する際に配置する層のコイルパターン１３に接続を行ってから、加圧及び加熱を行なえば良い。
【００１９】
図４は、互いに上下に配置され、コンタクトポイント１３ａを介して直接接続される２つのベース基板１６を、同じ面側で示すものである。コイルパターン１３は、ベース基板１６毎に巻数が「３」で配置されており、上層のベース基板１６における外側のコンタクトポイント１３ａOUTは、その更に上層のベース基板１６のコンタクトポイント１３ａOUTに接続される。
【００２０】
そして、上層のベース基板１６における内側のコンタクトポイント１３ａINは、下層のベース基板１６における内側のコンタクトポイント１３ａINに接続され、下層のベース基板１６における外側のコンタクトポイント１３ａOUTは、その更に下層のベース基板１６のコンタクトポイント１３ａOUTに接続される。また、図５には、積層後の各層のコイルパターン１３の接続状態を三次元的に斜視図で示す（巻き回しが連続して同じ方向となるように接続されている）。
【００２１】
即ち、コイルの起電力は巻数に比例するため、積層されるベース基板１６の数に応じてカードリーダより送信される電磁信号によりＩＣカード１１側に電磁誘導で誘起される起電力は大きくなる。
【００２２】
従って、例えば斯様に構成されるＩＣカード１１を社員番号などが記憶されているＩＤカードとして用いることを想定すると、カードリーダ側の送信出力は現行の仕様のままとした上で、図２に示すように、カードリーダ（外部機器）２３のアンテナ２４をユーザの通路頭上に配置する。
【００２３】
そして、ユーザがＩＣカード１１を例えば上衣のポケット中やかばんの中に入れた状態でアンテナ２４の通信可能領域２５の内部に入れば、ＩＣカード１１はカードリーダ２３が送信する電波信号（例えば、１３ＭＨｚ帯）を受信して給電されるようになり、両者は自動的に通信が可能となる。即ち、ユーザは、ＩＣカード１１をポケットの中やかばんの中から取り出してアンテナ２４に近づけるという動作を行なわずとも、ＩＣカード１１に記憶された社員番号はカードリーダ２３に自動的に読取られて照合が行なわれるようになる。
【００２４】
以上のように本実施例によれば、ＩＣカード１１を、カードリーダ２３より送信される無線信号を受信するためのコイルパターン１３が平面的に配置されるベース基板１６を複数積層して、それらの各層に配置されているコイルパターン１３を電気的に接続して構成した。従って、電波信号を受信することでそれらのコイルパターン１３を介して給電される電力が大きくなるので、カードリーダ２３とＩＣカードとの通信可能距離をより長くすることができ、利便性を向上させることが可能となる。
【００２５】
また、ベース基板１６を、熱可塑性樹脂フィルム１２を基材として構成し、ＩＣカード１１を、複数のベース基板１６を積層した状態で加熱と加圧とを一括して行うことで一体成形したので、積層されたベース基板１６全体の厚さを薄くすることができると共に、従来の複数の層を積層する方式よりも極めて短時間で製造することができる。
【００２６】
（第２実施例）
図８乃至図１２は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。図８は、給電システム全体の構成を示すものである。ユーザの通路３１の頭上には、外部機器たる電力送信装置３２の送信用アンテナ３３が複数並べて配置されており、それらの通信可能領域３４は、互いにオーバーラップするようになっている。
【００２７】
そして、ユーザが電子機器３５を携帯してその通路３１に位置すると、電子機器３５は、送信用アンテナ３３より送信される電波信号を受信することで給電され、動作可能となっている。即ち、電子機器３５は、例えばＰＤＡ(Personal Digital Assistants)，パーソナルコンピュータ，携帯電話機，テレビ，ラジオ，デジタルカメラなどのように携帯可能に構成されるものであり、給電装置３６を備えている。
【００２８】
図９乃至図１２は、給電装置３６の構成を示すものである。給電装置３６は、第１実施例におけるＩＣカード１１と同じ製法で形成される。図９は、ベース基板（コイル配置層）３７の内１層の平面図を示す。矩形をなすベース基板３７の外縁部分には、複数回巻き回された受信用アンテナとしてのコイルパターン（第１アンテナコイル）３８が配置されている。このコイルパターン３８は制御用ＬＳＩ（制御手段）３９に給電を行なうものであり、ＩＣカード１１と同様に、複数のベース基板に同じようなコイルパターン３８が配置され、それらが直列に接続されている。
【００２９】
そして、コイルパターン３８の内周側には、複数のコイルパターン（第２アンテナコイル）４０が４行５列の配列で２０個配置されている。これらのコイルパターン４０は、各行毎に直列に接続されていると共に、図１１に示すように（図示の都合上３層，３行分だけ）複数のベース基板に同じ配列のコイルパターン４０が配置され、それらが積層方向について直列に接続されている。
【００３０】
電源出力線４１は、コイルパターン４０の１行１列目に接続されていると共に、コイルパターン４０の行末部に配置されているスイッチング部４２Ａ〜４２Ｃの切替え用端子ｃにも接続されている。また、電源出力線４３は、コイルパターン４０の４行５列目に接続されていると共に、スイッチング部４２Ａ〜４２Ｃの切替え用端子ｄにも接続されている。
【００３１】
スイッチング部４２は、複数のスイッチング素子で構成され、コイルパターン４０の電気的接続を切替えるために、制御用ＬＳＩ３９によって制御される。そして、電源出力線４１，４３は、電子機器３５の本体に電力を給電するための電源線である。また、制御用ＬＳＩ３９には、電子機器３５の本体との間で制御指令などを通信するための信号線４４が接続されている。
【００３２】
スイッチング部４２Ａの切替え用端子ａは、１行目末のコイルパターン４０に接続されており、切替え用端子ｂは、２行１列目のコイルパターン４０に接続されている。同様に、スイッチング部４２Ｂの切替え用端子ａは２行目末のコイルパターン４０に接続され、切替え用端子ｂは３行１列目のコイルパターン４０に接続されており、スイッチング部４２Ｃの切替え用端子ａは３行目末のコイルパターン４０に接続され、切替え用端子ｂは４行１列目のコイルパターン４０に接続されている。また、スイッチング部４２の切替え用端子ｃ，ｄは、電源出力線４１，４３に夫々接続されている。
【００３３】
図１０は、コイルパターン４０の接続切替え形態を判り易く説明するために簡単化したものである。３つのコイルパターン４０（１）〜４０（３）を直列に接続する場合、制御用ＬＳＩ３９は、スイッチング部４２（１），４２（２）の切替え用端子ａ−ｂ間を接続するように制御する（端子ａ−ｄ間，端子ｂ−ｃ間は開離する）。一方、３つのコイルパターン４０（１）〜４０（３）を並列に接続する場合、制御用ＬＳＩ３９は、スイッチング部４２（１），４２（２）の切替え用端子ａ−ｄ間，端子ｂ−ｃ間を接続するように制御する。
【００３４】
このように構成される給電装置３６は、図９に示すように、電子機器３５の表面上に貼り付けられた状態で配置され、電源出力線４１，４３を介して電子機器３５に給電を行なう。そして、図１２に示すように、複数のコイルパターン４０を直列に接続すると、受信した電力の電圧レベルを上昇させることができ、複数のコイルパターン４０を並列に接続すると、受信した電力の電流レベルを上昇させることができる。尚、図１２において、電圧，電流夫々についてコイル接続数が増加する方は逆になっている。
【００３５】
電子機器３５側に配置されている図示しない制御回路は、その時々の受信電力状態をモニタリングすることで、電圧レベルを上昇させたい場合は各行のコイルパターン４０を直列に接続するように給電装置３６の制御用ＩＣ３９に制御指令を送信する。また、電流レベルを上昇させたい場合は各行のコイルパターン４０を並列に接続するように制御用ＩＣ３９に制御指令を送信する。すると、制御用ＩＣ３９は、その制御指令を受けてスイッチング部４２の切り替えを行う。
【００３６】
以上のように第２実施例によれば、給電装置３６を、電力送信装置３２の送信用アンテナ３３より送信される電波信号を受信して、携帯可能に構成される電子機器３５に給電するために配置した。即ち、給電装置３６は極めて薄型に構成可能であるから電子機器３５と一体に構成することができ、電力送信装置３２が設置されている場所に近付けば電子機器３５は動作が可能となるので、その領域では電池を使用したり電源に接続するための電源線を接続する必要がなく、ユーザは、電子機器３５を動作させる機会を確実に得ることができる。
【００３７】
そして、給電装置３６の制御用ＬＳＩ３９は、スイッチング部４２のスイッチングを制御することで複数のコイルパターン４０間の接続を直列，並列に切替えるようにした。従って、電子機器３５が最適な電圧及び電流が得られるように調整することができる。
【００３８】
（第３実施例）
図１３は本発明の第３実施例を示すものである。第３実施例は、電子機器５１と給電装置５２とを一体に構成する他の例を示すものである。電子機器５１，給電装置５２の電気的構成は、第２実施例における電子機器５１，給電装置５２と同様である。そして、図１３に示すように、電子機器５１の表面側には、ディスプレイや操作パネルなどの表示操作部５３配置されており、その裏側に給電装置５２が配置されている。また、表示操作部５３には、給電装置５２より給電された状態となり、電子機器５１が動作可能であることを示すインジケータ（ＬＥＤなど）５４が配置されている。
【００３９】
（第４実施例）
図１４及び図１５は本発明の第４実施例を示すものである。第４実施例は、電子機器５５が例えばパーソナルコンピュータである場合に、給電装置５６を一体に構成する他の例を示すものである。電子機器５５は、例えば、ラップトップ型であり、図示しないヒンジ機構を介して上蓋５７を開くとディスプレイ５８,操作パネル５９が現われて使用可能な状態となる。そして、給電装置５６はその上蓋５７に内蔵されている。また、給電装置５６側には第３実施例と同様のインジケータ６０が配置されている。図１５に示すように、給電装置５６と電子機器５５の本体とは、電源線及び通信線６１並びにコネクタ５２を介して接続されている。
以上の第３，第４実施例のようにして、電子機器と給電装置とを一体に構成することもできる。
【００４０】
本発明は上記しかつ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
第２実施例における給電装置３６の構成を、第１実施例におけるＩＣカード１１の動作電源用として適用しても良い。
第２実施例において、電子機器３５の制御回路は、単に電圧レベル，電流レベルの過不足のみを給電装置３６側に伝えて、制御用ＩＣ３９がその通知に応じてコイルパターン４０をどのように直並列接続するかを決定しても良い。
【００４１】
また、給電装置は、第２実施例の構成に限ることなく、例えば、第１実施例の構成において受信される電力を電子機器に給電する構成であっても良い。
給電装置は、第２，第３実施例においても、電子機器が備えている二次電池を充電するようにしても良い。
また、電子機器が太陽電池を備えている場合、その太陽電池より得られる電源と併用するように構成しても良い。
第４実施例において、上蓋５７側にディスプレイ５８を配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をＩＣカードに適用した場合の第１実施例であり、（ａ）はＩＣカードの内部を透視して示す平面図、（ｂ）は側面図（厚さ寸法を若干拡大して示す）、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’断面を拡大して示す図
【図２】カードリーダがＩＣカードよりデータを読取る状態を示す図
【図３】ＩＣカードの製造プロセスを示す図
【図４】互いに上下に配置され、コンタクトポイントを介して直接接続される２つのベース基板を、同じ面側で示す図
【図５】積層後の各層コイルパターンの接続状態を示す斜視図
【図６】熱可塑性樹脂フィルムの材料特性の一例を示す図
【図７】熱可塑性樹脂フィルムの加圧条件を示す図
【図８】本発明の第２実施例であり、給電システム全体の構成を示す図
【図９】ベース基板の内１層の平面図
【図１０】コイルパターンの接続切替え形態を判り易く説明するために簡単化して示す図
【図１１】各層のコイルパターンの接続状態を３次元的に示す斜視図
【図１２】コイルパターンを直列，並列に夫々接続する場合に、その接続数に応じて出力電圧、出力電流が変化する状態を示す図
【図１３】本発明の第３実施例であり、電子機器と給電装置とを示す斜視図
【図１４】本発明の第４実施例を示す図１３相当図
【図１５】給電装置を含む電子機器の上蓋部分を示す図
【図１６】従来のＩＣカードの構成を示す図１相当図
【図１７】図２相当図
【符号の説明】
１１はＩＣカード、１２は熱可塑性樹脂フィルム、１３はコイルパターン（アンテナコイル）、１６はベース基板（コイル配置層）、２３はカードリーダ（外部機器）、３２は電力送信装置（外部機器）、３５は電子機器、３６は給電装置、３７はベース基板（コイル配置層）、３８はコイルパターン（第１アンテナコイル）、３９は制御用ＬＳＩ（制御手段）、４０はコイルパターン（第２アンテナコイル）、４２はスイッチング部、５１は電子機器、５２は給電装置、５５は電子機器，５６は給電装置を示す。

Claims

外部機器によって送信される無線信号を受信することで得た電力を給電可能な給電装置を備え、前記電力により動作すると共に携帯可能に構成される電子機器において、
前記給電装置は、
ベース基板の外縁部分に複数回巻き回される第１アンテナコイルと、
この第１アンテナコイルの内周側に、前記ベース基板面上に並ぶように配列される複数の第２アンテナコイルと、
これら複数の第２アンテナコイル間の接続を、直列，並列に切り替えるためのスイッチング部と、
このスイッチング部におけるスイッチングを制御する制御手段とを備え、
前記第１アンテナコイルは、受信した電力を前記制御手段に供給し、
前記第２アンテナコイルは、受信した電力を前記機器の本体に供給するように構成されることを特徴とする電子機器。
前記第２アンテナコイルが配置されているベース基板が複数積層されており、
前記第２アンテナコイルは、前記積層方向について直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
前記第１アンテナコイルが配置されているベース基板が複数積層されており、
前記第１アンテナコイルは、前記積層方向について直列に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子機器。