CN1181144A - 卡阅读器 - Google Patents

Abstract

本发明旨在一种接口,该接口用来阅读存储在卡上一个记录条上的数据。该接口包括一个其上可滑动地安装一个托架组件的基座,该基座装有与一种能量存储结构连接的驱动构造。在所述能量存储构造中,托架从第一位置到第二位置的运动存储能量。在第二位置构造处,托架被释放并由所述能量存储构造供给动力的驱动构造驱动,托架返回第一位置。托架组件带有一个安装在其上的磁阅读头,还带有一个用来啮合插入该装置中的卡边缘的卡啮合装置。卡在该装置中的插入可把托架组件从第一位置滑动地运动到第二位置。一个致动装置在第二位置处释放该托架组件,让托架组件扫过卡并阅读卡磁条上的信息。该接口还能包含对智能卡的阅读和书写。

Description

卡阅读器

本发明涉及一种用来阅读存储在卡条上信息的卡阅读器的接口。在一个最佳实施例中，该接口还提供一个IC阅读器/书写器。

信用卡和借方卡通常带有一个靠近其一个边缘的磁条，并且该磁条存储关于该卡的某些信息。这些卡中的一些还包括嵌进塑料卡中的一个集成电路(IC)芯片。这种类型的卡一般称作“智能卡”。集成电路可以供存储附加信息之用，并且除了允许阅读包含在芯片中的信息之外，还允许把信息写到芯片上。用这种方法能修改卡。

为了阅读磁条卡，有从手动阅读器到自动阅读器的多种不同的构造。或许最普通的阅读器是一种用手强制卡穿过一个卡槽而通过一个磁阅读头的“猛击(swipe)”阅读器。滑动或猛击卡通过磁阅读头的运动，使阅读头阅读包含在磁条上的信息。当引导卡以恒定速度通过阅读头或经过阅读头而没有突然变化时，最通常地是发生信息的准确阅读。例如，卡能加速通过阅读头，并且只要加速度基本均匀，就能发生卡的准确阅读。当卡的速度或加速度有突然变化时，就会出现问题。

为了克服与“猛击”阅读器有关的问题，已经提出了多种手动和电动机驱动的系统。在这些系统中，把卡插入一个槽中到一个操作位置，在这里沿磁条驱动阅读头。机动化的构造包括某类托架或驱动构造，以便为了阅读信息以基本恒定的速度相对于磁条运动阅读头。这些类型的系统工作良好，不过主要缺点是关于成本和由于高度机械化产生的高额保养费用。

多种手动阅读器使用某类弹簧偏置装置，该偏置装置带有连接到托架上的一个端部和把弹簧连接到支撑壳体上的另一个端部。当卡完全插入该装置时，由于托架从初始位置运动到一个第二位置，而在弹簧中产生势能。然后释放托架，并且托架经过卡且沿着磁条运动。已经证明这些系统不是完全令人满意的，并且受托架相对运动程度的限制。

另一种卡阅读器被称为“插入”阅读器。在这种结构中，把卡完全插入一个槽中，并且当从装置中取出卡时执行阅读步骤。某些人相信从该装置中取出卡比猛击使它通过磁头容易。这些类型的阅读器具有与“猛击”阅读器相同的问题。

各种卡阅读器的例子公开在如下的美国专利中：美国专利4,833,310、美国专利4,048,476、美国专利4,423,320、美国专利4,575,703、美国专利3,976,858、美国专利4,581,523、美国专利3,940,796、美国专利3,866,827、和美国专利4,529,872。

特别是，美国专利4,529,872描述了一种用来阅读记录在卡磁条上的信号的卡阅读器。阅读头安装在包含在一个壳体内的一个支撑体上，并且通过该壳体上的一个槽插入卡以与该支撑体上的一个挡块啮合。挡块和支撑体克服一个螺旋弹簧的力而运动，直到支撑体到达壳体内的一个端部位置，在该处挡块与一个反向挡块相啮合以把该挡块降低到卡下方。借此释放支撑体以便响应弹簧力返回运动，并且在返回运动期间阅读在卡上的磁条。

本发明旨在一种手动卡阅读器，该卡阅读器允许准确地阅读包含在磁条记录媒体上的信息，该磁条记录媒体提供在一个卡上。

根据本发明的卡阅读器用来阅读记录在磁条记录媒体上的信息，该磁条记录媒体提供在一个卡上。该阅读器包括用来支撑卡的装置，以便在第一位置与第二位置之间运动。一个托架与卡啮合，同时在第一位置与第二位置之间运动，该托架包括一种驱动构造。该驱动构造又与一种能量存储构造有关。该能量存储构造由托架实现，并且随托架运动。当卡把托架从第一位置运动到第二位置时，能量存储构造存储能量；而当一个致动器装置释放所述托架时，该能量存储构造与驱动构造相配合，利用存储的能量在托架本身的动力下把托架从所述第一位置驱动到所述第二位置。当卡把托架运动到第二位置时，致动装置自动地释放托架。托架包括一个阅读头，当把托架从第二位置驱动到第一位置通过卡时，该阅读头对准磁条以便沿其运动并阅读之。

采用以上构造，托架包括一种在其上的能量存储构造，该能量存储构造随托架运动。当用户强迫他的卡进入该装置时，就产生了存储在能量存储构造中的某些势能。然后用这种能量把托架从第二位置驱动到第一位置。

根据本发明的一个最佳方面，能量存储构造包括一个扭力弹簧，该扭力弹簧带有克服相对于托架的转动而保持的一端和连接到驱动构造上的另一端。托架从第一位置到第二位置的运动以存储能量的方式使扭力弹簧加载，存储能量用来把托架从第二位置驱动到第一位置。通过使用一根多圈的扭力弹簧，能够预加载以产生把托架推动到第一位置的偏置力。弹簧的附加加载仅提供更多的能量，并且仅处在弹簧大得多的工作范围中的一个非常小的区域。例如在最佳实施例中，扭力弹簧大约加载两圈，这与弹簧的最大加载相比非常小。因此，插入卡所必需的力基本上相同，与托架的位置无关，并且偏置力可以很大。对于这种构造可以明白这样的事实，弹簧被托架运送并跨过托架延伸，该装置不受托架运动程度的过度支配。例如，如果你想要附加加载，则你只能改变托架运动与弹簧加载之间的驱动比。已经发现这能提供一个非常可靠的系统，该系统不易遭受损坏，并且能容易地处理不同的因素，如由于各种卡产生的摩擦阻力增大或卡的各种条件。

根据本发明的一个方面，用来阅读存储在磁条卡上的数据的接口，包括一个带有其上可滑动地安装一个托架组件的基座，该基座至少装有一个齿条，以便与安装在托架组件上的、可随托架组件轴转动的一个互补滚子齿齿轮相啮合。该轴装有一个扭力弹簧偏置装置，该扭力弹簧偏置装置带有一个所连接的随滚子齿齿轮转动的第一端和一个克服转动的由托架组件保持的第二端。托架组件带有一个安装在其上的磁阅读头，并且还带有一个用来与插入该装置中的卡边缘相啮合的卡啮合装置。卡在该装置中的插入，把托架组件从一个初始位置克服扭力弹簧的偏置向一个阅读开始位置滑动地运动。基座装有一个卡啮合装置释放装置，用来在所述阅读开始位置处释放卡啮合装置，脱开与插入该装置的卡边缘的啮合，以便扭力弹簧把托架组件返回其初始位置，并运动磁阅读头通过卡以阅读存储在卡上磁条中的数据。

在本发明的一个方面，接口还适用于阅读和书写智能卡。基座装有一个接触区域，以便当把卡插入该装置时提供与卡上IC的电气连接。

在本发明的另一个方面，提供了一种用来阅读在磁条卡中存储的数据的方法。该方法包括，提供包括一个带有其上可滑动地安装一个托架组件的基座的接口，该基座至少装有一个齿条，以便把安装在托架组件上的一个互补滚子齿齿轮与用于随之转动的一个轴装置相啮合。该轴装置装有一个扭力弹簧偏置装置，该扭力弹簧偏置装置带有一个以允许随滚子齿齿轮转动的方式所连接的第一端和一个连接于该托架组件的第二端。托架组件带有一个安装在其上的磁阅读头，并且还带有一个卡啮合装置。该方法包括，把磁条卡插入该接口中，从而使卡边缘与卡啮合装置啮合，克服卡啮合装置把卡插入该接口中，以便克服扭力弹簧偏置装置的偏置而从其初始位置滑动地运动托架组件，直到卡啮合装置接触在基座上提供的一个卡啮合装置释放装置，该卡啮合装置释放装置用来释放卡啮合装置，脱开与插入该装置的卡边缘的啮合，以便使扭力弹簧偏置装置把托架组件返回其初始位置，并运动磁阅读头通过卡以阅读存储在卡上磁条中的数据。

根据本发明的一个最佳实施例，更详细地描述以上的以及其他的优点和特征，其中：

图1是包括本发明的接口的一种卡阅读器的轴测图；

图2是本发明卡阅读器接口的轴测图；

图3是图2接口的沿图2的线3，3所取的横截面；

图4是图2接口的沿图2的线4，4所取的横截面；

图5是闭合侧垂直剖面图，表示图2接口的卡抓紧装置的细节；

图6是闭合侧垂直剖面图，表示图2接口的卡抓紧装置在抓紧卡动作中的细节；

图7是图2的接口的一个正垂直剖面图；

图8是图7正垂直剖面图的放大；

图9是要进入图2接口的卡的俯视图；

图10是正在进入图2接口的卡的俯视图；及

图11是卡完全插入接口时图2接口的俯视图。

图1表明一种包括本发明的接口的手动操作磁条阅读器，该阅读器用10表示。这一接口还能用来阅读和书写智能卡的IC。可以利用阅读器10来阅读磁条卡12。一次插入的卡可以供两种功能之用。磁条卡12装有一个带有其中存储有关信息的磁条14。阅读器10阅读磁条14上的信息，并把该信息以连接电缆16传送给其他装置(未表示)。一个智能卡一般带有一个磁条，该磁条由接口以及IC阅读以便对该卡阅读和书写信息。形成与IC的一个单独的电气连接。

通过11把接口20及其操作的细节表明在图2中。接口20带有一个其上可滑动地安装一个托架组件24的基座22。托架组件24装有一个安装在轴28上的滚子齿齿轮26。滚子齿齿轮26与安装在基座22上的互补齿条30相紧密地啮合。轴28的端部装在托架组件24的侧面32的孔口中。滚子齿齿轮26与扭力弹簧34的端部36相啮合，并且当滚子齿齿轮26转动时使扭力弹簧的圈数35改变。扭力弹簧34的另一端38保持与托架组件24相固定地啮合。托架的运动使滚子齿齿轮26转动，并改变扭力弹簧34的状态。

托架组件24带有一个在适当位置安装的磁阅读头40，以便阅读在插入接口20中的磁条卡12上的磁条14。托架组件24还装有一个卡啮合装置，该卡啮合装置表示为挡块42，用来与插入接口20中的卡12的边缘相啮合。挡块42通过一个柔性臂44安装在托架组件24的侧面32。定位这一柔性臂44以便沿一系列提供在基座22上的棘轮齿46行驶并与之啮合。基座22还装有一个用来释放托架、脱开与卡的驱动啮合的斜面48。托架组件24在较低位置都装有向里延伸的脚50，脚50保持在提供在基座22每一侧的槽52中。脚基本上浮在槽52中并在其运动期间引导托架。

托架组件24通过在基座22的槽52中行驶的脚50，可滑动地安装在基座22上。为了防止在返回动作期间托架组件24与基座22脱开，基座22在槽52的前面装有挡块54以限制托架组件24的向前运动。基座22还装有一个卡抓紧装置56，当卡完全插入接口20到一个第二位置时用来抓紧和保持卡。基座22还可以提供一个用于位于适当区域的智能卡的接触区域58，当把卡插入接口20中时用来接触智能卡上的诸触点。注意托架是一种桁架结构，该结构离开便于与智能卡的IC相连接的卡上下表面而与基座22侧面相啮合。这一点可能是重要的，因为不是所有的IC都位于卡上的相同地方。

基座还装有用来举升由阅读头40的柔性弹簧臂60所容纳的阅读头40。这就允许托架在阅读头接触卡之前开始加速。采用这种结构，减小了在磁条扫掠开始时的振动。

在操作中，如图2和9所示，托架组件24位于基座22的前面，通过脚50和槽52的互补作用保持在基座上，托架组件24靠在基座上的挡块54上。预加载扭力弹簧34以把托架组件24的定位保持在其相邻卡槽的初始位置。设计扭力弹簧34，从而除了托架在其初始位置被部分加载之外，还在接口操作期间在弹簧的线性范围内操作弹簧34。多圈扭力弹簧还加载滚子齿齿轮26的约两个完整转。弹簧约预加载四个完整转。弹簧易于在高达至少八个完整转的范围内工作。于是，弹簧在从约百分之50到百分之75的范围内工作，并且这个受限制的百分之25具有非常好的可预测性和线性。这就使该装置变得非常可靠和易于制造。弹簧力易于迅速和平稳地把托架组件从第二位置运动到第一位置，由此实现磁条的准确阅读。

当把磁条12插入接口20中时，卡12的前边缘初始接触安装在托架组件24上的卡啮合挡块42，并且在卡啮合挡块42之前在阅读头下方部分地滑动。磁阅读头40通过一个柔性弹簧60安装到托架组件24上，从而使该阅读头悬臂在托架组件前面并且稍在挡块42之前。这个柔性臂60通过一个两点固定件62和64安装到托架组件24上，从而把卡12插入接口20中的动作就克服柔性臂62的偏置而向上推动磁阅读头40。定位磁阅读头40，从而在把卡12插入接口20期间，使磁阅读头40的前部抬起，并骑在卡前边缘的顶部。虽然卡抬起阅读头，但卡不足以使阅读头从磁条拾取任何信号。采用这种结构，阅读头的拾取位置被抬起，并且在卡插入槽中和托架从初始位置到第二位置的运动期间不接触基座。还定位磁阅读头，从而在释放托架时使拾取完全扫过磁条。为了有助于把卡引导进接口，基座22装有槽或引导件66，以在把卡12插入接口的同时接收卡12的边缘。这些槽或引导件66为阅读操作，提供了在接口20中卡12的适当定位和对准，以及在卡12弯曲时允许卡12的某些矫直。当把卡12推入接口20中时，卡12与卡啮合挡块42相接触，并迫使托架组件24随卡运动。这种强迫运动通过安装在滚子齿齿轮26上弹簧端36的转动，增加扭力弹簧34的加载。当托架运动时由于其与齿条30的啮合关系，滚子齿齿轮26转动。

由于通过卡12的插入使托架组件24向后运动，所以当柔性臂44骑在每个齿47的向前凸出表面上时沿稍稍升起的棘齿47行驶，然后当落在棘齿的挡块上时返回停止位置。这样，如果用户释放强制卡进入接口的压力，则该柔性臂将与相邻棘齿的挡块相啮合，并防止托架组件返回初始位置。棘齿的提供还有助于以另一种方式插入卡，在这种方式中，最初用户一般把卡抓在其母指和食指之间，以便把卡插入接口的槽中。然而，根据阅读器的设计，当以这种方式抓住卡时，用户把卡完全插入接口20中可能是困难的。通过提供配合起来把托架组件和卡保持在中间位置的齿和柔性臂，用户能松开他握住的卡并改变握住位置，以便更容易地把卡完全推入接口中。当把卡12完全插入接口20中时，卡啮合挡块42接触斜面48，斜面48使卡啮合挡块42和安装的柔性臂44向上抬起，由此分别脱开与卡12的边缘和棘齿46的啮合。这种构造确定了一种释放托架组件并允许托架组件24在卡上方被驱动的传动结构。在加载的扭力弹簧34影响下转动且与齿条啮合的滚子齿齿轮26，把托架驱动到初始位置。在托架组件24的返回期间，挡块42沿卡12的上表面滑动，保持柔性臂44在棘齿46上方的一个无束缚位置。在托架组件24的返回其初始位置期间，磁阅读头40沿卡上的磁条14滑动，通过柔性臂60的偏置保持与磁条14的适当阅读接触，由此阅读包含在磁条14上的信息。当托架组件24返回其初始位置时，可以从准备用于其他阅读的接口20中取出卡12。卡的取出允许臂60返回其原始状态。

对于智能卡，还可以通过在基座22上包含一个用来提供与智能卡电气接触的适当接触区域58，来利用接口20，以便阅读和书写包含在智能卡IC芯片上的信息。一般当卡接近完全把卡插入槽中的第二位置时，进行接触。接触界面58装有一个卡抓紧引导件68，以抓紧卡的上表面，并且对于智能卡下表面上的接触区域形成一个适当接触区域70。抓紧区域68和接触区域70可以通过弹簧(未表示)来偏置，从而在卡插入期间，向后和向上偏置抓紧区域68和接触区域70，以增大接口接触区域70与智能卡接触区域之间的接触力。

本发明提供了一种简单的手动操作的卡接口，这种接口显著减少了已知的导致阅读错误的人为因素。该接口紧凑使阅读器的占地面积很小，和/或为其他元件提供了更大的空间。这种结构还允许良好地接近卡的上下表面，以便与其方便地进行电气接触。

就由托架组件携带和支撑的多圈扭力弹簧而论，已经描述了该结构。可以理解，扭力弹簧可以位于壳体内并且仅由一种驱动构造加载和卸载。例如，把一根电缆安装到托架上，该托架转动安装到扭力弹簧一端的传动装置。这样一种构造具有这里所描述的扭力弹簧传动装置的好处，但结构更复杂些。托架组件相当轻，当被驱动时能迅速加速，并且当突然撞到挡块54时不会损坏。

尽管这里已经详细描述了本发明的各种最佳实施例，但熟悉本专业的技术人员将会理解，可以对其进行各种变更而不脱离本发明的精神或附属权利要求书的范围。

Claims (23)

1.一种用来阅读存储在磁条卡中的数据的接口，该接口包括：

一个带有可在其上滑动地安装一个托架组件的基座，基座至少装有一根齿条，用来与安装在一个轴装置上的托架组件上的一个互补小滚子齿齿轮啮合，以便随其转动，轴装置装有一个扭力弹簧偏置装置，扭力弹簧偏置装置带有一个以允许随滚子齿齿轮转动的方式连接的第一端和一个通过托架组件保持防止转动的第二端，托架组件带有一个安装在其上的磁阅读头，并且还带有一个用来与插入该装置中的卡边缘相啮合的卡啮合装置，卡在该装置中的插入可克服扭力弹簧偏置装置的偏置，滑动地运动托架组件，使其离开一个初始位置，基座装有一个卡啮合装置释放装置，用来释放卡啮合装置，脱开与插入该装置中的卡边缘的啮合，以便让扭力弹簧偏置装置把托架组件返回其初始位置，并运动磁阅读头经过卡以阅读存储在卡上磁条中的数据。

2.根据权利要求1所述的接口，适用于阅读和书写智能卡，其中，基座装有一个接触区域，用来与插入该装置中的智能卡上的IC进行电气接触。

3.根据权利要求2所述的接口，其中，卡啮合装置包括利用一个柔性臂安装到托架组件上的一个挡块。

4.根据权利要求3所述的接口，其中，挡块从柔性臂向下延伸。

5.根据权利要求4所述的接口，其中，挡块的高度是这样的，以致于定位在接口中的卡接触在其上和下端部的中间的挡块。

6.根据权利要求5所述的接口，其中，基座装有一列棘齿，用来在卡插入接口期间与卡啮合装置的柔性臂相啮合。

7.根据权利要求6所述的接口，其中，磁阅读头安装到柔性臂的一端，而柔性臂的第二端通过一个两点固定件安装到托架组件上以允许阅读头偏置。

8.根据权利要求6所述的接口，其中，一个卡抓紧装置提供在基座上，用来抓紧完全插入接口中的卡，以便在托架组件返回期间把卡保持在适当的位置。

9.根据权利要求6所述的接口，其中，卡啮合装置释放装置包括一个用来把挡块和柔性臂向上运动到卡上方的一个位置的斜面，以便在托架组件返回期间让挡块沿卡的上表面行驶，并把柔性臂保持在基座上的棘齿上方并脱离与棘齿的接触。

10.一种用来阅读记录在条记录媒体上的信息的卡阅读器，磁条记录媒体提供在一个卡上，所述阅读器包括一个用来支撑所述卡的装置，以便在一个第一位置与一个第二位置之间运动，一个托架与卡相啮合并且与卡一起可在所述第一与第二位置之间运动，所述托架包括一种驱动构造，该驱动构造带有一种有关的能量存储构造，所述能量存储构造被携带并随所述托架运动，当所述卡把所述托架从所述第一位置运动到所述第二位置时所述能量存储构造存储能量，而当所述托架由一个致动器装置释放时所述能量存储构造与所述驱动构造一起利用所述的存储能量在其本身的动力下把所述托架从第二位置驱动到所述第一位置，当所述托架由一个卡运动到所述第二位置时所述致动器装置自动释放所述托架，所述托架包括一个与所述条对准的阅读头，以便当所述托架从所述第二位置驱动到述第一位置经过所述卡时，该阅读头可沿该条运动并阅读该条。

11.根据权利要求10所述的卡阅读器，其中，所述能量存储构造是一根扭力弹簧，该弹簧带有一个由所述托架保持防止转动的第一端和一个连接到所述驱动构造上且可与其一起转动的相对端。

12.根据权利要求11所述的卡阅读器，其中，所述扭力弹簧的长度基本上恒定，与所述托架在所述壳体内的位置无关。

13.根据权利要求10所述的卡阅读器，其中，所述能量存储构造包括一个盘簧，并且所述弹簧的圈数随托架在所述壳体中的位置而变。

14.根据权利要求10所述的卡阅读器，其中，所述能量存储构造包括一根弹簧，该弹簧按其穿过所述托架的纵向轴线取向。

15.根据权利要求10所述的卡阅读器，其中，所述驱动构造包括一个转动件，该转动件以枢轴固定到所述托架上并与所述基座啮合，使所述转动件随所述托架在所述位置之间的运动而转动。

16.根据权利要求15所述的卡阅读器，其中，所述转动件是一个齿轮，并且所述基座包括一根与所述齿轮啮合的齿条。

17.根据权利要求10所述的卡阅读器，其中，所述托架包括一个被偏置成与一个纵向制动件啮合的制动臂，该纵向制动件允许所述托架从所述第一位置运动到所述第二位置，同时提供在其之间的诸挡块，这些挡块与所述制动臂啮合并限制所述托架的返回运动，并且其中所述托架一旦到达所述第二位置，所述制动臂就运动到一个无束缚的位置，从而允许所述托架从所述第二位置自由地运动到所述第一位置。

18.根据权利要求17所述的卡阅读器，其中，所述制动臂与所述托架成为整体。

19.一种阅读记录在卡磁条上的信息的方法，该方法包括：

利用卡把卡阅读器的托架从一个第一位置运动到一个第二位置，

存储把所述托架从所述第一位置运动到所述第二位置所得出的能量，

利用所述的存储能量，给所述托架的一个驱动件提供动力，使所述托架在所述第二位置与所述批一位置之间被迅速驱动，在其下方经过卡，并且当在所述第二与所述第一位置之间驱动所述托架时，使所述托架的一个阅读头与磁条对准以扫过该磁条。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述存储能量的步骤包括：当所述托架从所述第一位置运动到所述第二位置时，通过转动所述扭力弹簧的一端改变所述扭力弹簧的圈数。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述传动件是一个以枢轴安装到所述托架上的转动件，并且当所述托架在所述位置之间运动时，该转动件转动。

22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述存储能量的步骤在所述托架上存储所述能量。

23.在一种卡阅读器中，一种通过一个磁头来阅读记录在卡磁条上信息的接口，所述接口包括一个其中带有一个卡槽的壳体和一个其上带有一个磁阅读头的可运动托架，该磁阅读头相对于所述卡槽定位，对准卡的磁条，所述托架被偏置成，当卡没有插入所述槽中时运动到相邻所述卡槽的一个初始位置，而当卡完全插入所述槽时运动到一个托架释放位置，所述托架包括一个驱动件和有关的能量存储构造，在所述托架从所述初始位置运动到所述托架释放位置期间，该驱动件与所述能量存储构造一起存储能量，并利用所述的存储能量，以预定的方式在所述托架释放位置与所述初始位置之间驱动所述托架经过所述卡以扫过所述磁条。

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