CN100438210C - 读/写器用天线及设有该天线的读/写器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供射频识别(RFID)系统的读/写器用天线，该天线即使连接在金属壳体等的导电性物品上也能抑制谐振频率的变化或耗损的增加。在以1圈以上的环圈构成的天线线圈(4)和设置天线线圈(4)的金属壳体等导电性物品的金属面(6)之间设置软磁性材料(5)或导电材料(7)，前者为由金属的粒状粉体或片状粉末、铁素体的粒状粉体和有机物的复合材料、铁素体等、非晶形箔或非晶形箔的叠层材料构成的10mm以下或其厚度满足与天线面积、周长、导磁率的预定关系的材料，后者为固有电阻约10×10-8Ωm以下最好约3×10-8Ωm以下、电阻约0.015Ω以下最好约0.005Ω以下的材料；通过软磁性材料(5)或导电材料(7)，将进入导电性物品的磁通屏蔽以抑制其影响。

Description

读/写器用天线及设有该天线的读/写器
技术领域
本发明涉及以对安装的IC芯片进行非接触数据读写为特征的RFID(Radio Frequency Identification：射频识别)系统的天线的结构，具体涉及能够接近金属使用的读/写器用天线的结构。
背景技术
近年来，进行设有IC芯片的发射应答器和读/写器(或阅读器)之间的数据通信的RFID系统正在得到普及。这种RFID系统使用设于各发射应答器和读/写器的天线进行数据的通信，即使发射应答器距离读/写器数cm至数十cm也能进行通信，并且具有耐污垢与静电等优点，被广泛用于工厂的生产管理、物流管理、房间进出管理等的各个领域。
用于这种RFID系统的读/写器和发射应答器的天线，由于廉价且性能优越的原因，一直采用空芯的线圈。作为这种空芯线圈的天线为人所知的例如有：将绝缘层被覆的导线涡旋状盘卷后贴附在基板上形成的天线，以及通过蚀刻除去基板上叠层的铝箔或铜箔等金属箔而形成的天线等(特开平4-321190号公报等)。
但是，上述的空芯线圈的天线中，由于在贯通基板的方向产生磁通，天线线圈紧密附着于金属制物品时，磁通贯通基板而到达金属制物品，由此引起金属内发生涡流，因而存在天线线圈和电容器形成的谐振电路的谐振频率改变，耗损增加的问题。
特别是，读/写器的情况与发射应答器不同，需要读/写器的驱动电路或控制电路、电源等许多电子电路，由于这些电子电路及其电路的保持构件含有很多金属材料，读/写器用天线会受到这些金属材料的影响，容易引起谐振频率的变化或耗损增加。因此，现有的读/写器中采用这样的结构：天线和电子电路被装于不同的壳体内，在它们之间用电缆连接的。
但是，采用这样的结构，每次搬运装置时必须将电子电路的壳体与天线的壳体分断，每次使用时再用电缆连接，使用上很不便。并且，考虑到搬运最好将壳体设计成铁或铝、镁等的金属制品，小型且强固，但是，将空芯线圈的天线连接到壳体进行配置时，谐振频率的变化或耗损的增加会变得非常显著。并且，即使壳体为塑料制品，若有铝等的蒸镀膜存在或充填材料或涂装层中含有铝粉等的金属成分时，也会有线圈的耗损变得非常显著的情况。
发明的公开
本发明鉴于上述问题而构思，其主要目的在于提供一种RFID用天线(尤其是读/写器用天线)，即使在设置为连接于金属壳体等的导电性物品时，该天线也能够抑制谐振频率的变化或耗损的增加。
为实现上述目的，本发明的读/写器用天线，作为以非接触方式进行数据通信的RFID系统中的读/写器用天线，在以1圈以上的环绕构成的天线线圈的物品设置面侧设有平板状的软磁性材料。
并且，本发明的读/写器用天线，作为以非接触方式进行数据通信的RFID系统中的读/写器用天线，在平面内涡旋状盘卷而构成的天线线圈的物品设置面侧设有平板状的软磁性材料。
本发明能够设置成这样的结构，从与所述天线线圈的天线面垂直的方向看，所述软磁性材料与所述天线线圈的一部分相重叠地形成，由所述天线线圈产生的磁通关于该天线线圈的中心轴成非对称地形成。
并且，本发明的读/写器用天线是以非接触方式进行数据通信的RFID系统中的读/写器用天线，其天线线圈在由软磁性材料构成的平板状的磁芯上将该平板的正、背面盘卷地形成。
并且，本发明的读/写器用天线是以非接触方式进行数据通信的RFID系统中的读/写器用天线，其天线线圈在由软磁性材料构成的圆柱状的磁芯上将该圆柱的圆周面盘卷地形成。
本发明的结构最好这样，所述软磁性材料或所述平板状的磁芯的厚度设定为10mm以下，或者设所述天线线圈的面积为S、所述天线线圈的周长为L、所述软磁性材料的导磁率为μ时，所述软磁性材料或所述平板状的磁芯的厚度t满足S/L＞t＞S/(L×μ)的关系。
并且，本发明的结构最好这样，所述软磁性材料可由金属粉、将所述金属粉扁平化而成的片状粉末或铁素体颗粒中的任一种与有机物的复合材料构成，所述金属粉由羰基铁粉、还原铁粉、雾化粉、或非晶形粉中的任一种构成，所述金属粉或所述片状粉末是将水雾化的铁基合金或水雾化的铁基合金粉末以机械方式扁平化后的片状粉末，所述复合材料是指射出成形材料、压缩成形材料、压延材料或涂料的涂敷材料等中的任一种。
并且，本发明的结构中，所述软磁性材料可以为非晶形合金、坡莫合金、电磁钢、硅铁、铁硅铝磁合金、Fe-Al合金或软磁性铁素体中的任一种，或由非晶形箔或非晶形箔的叠层材料构成。
并且，本发明的结构中，可在所述软磁性材料和所述物品之间配置非磁性且固有电阻为约10×10-8Ωm以下、最好约3×10-8Ωm以下的导电材料，或配置非磁性且长1cm、宽1cm的电阻为约0.015Ω以下、最好约0.005Ω以下的导电材料。
并且，本发明的读/写器是将上述读/写器用天线连接在用非磁性且固有电阻为约10×10-8Ωm以下的材料形成的壳体上配置而成，所述壳体可由非磁性且长1cm、宽1cm的电阻为约0.015Ω以下、最好约0.005Ω以下的导电材料构成。
如上所述，本发明中，在RFID用天线特别是读/写器用天线的天线线圈和金属壳体等的导电性物品之间，夹入金属颗粒状粉体或片状粉末、铁素体颗粒状粉体和有机物的复合材料、铁素体等非晶形箔或非晶形箔的叠层材料构成的软磁性材料，从而让天线线圈上发生的磁通通过软磁性材料，抑制金属内发生的涡流引起的谐振频率的变化或耗损的增加。特别是，通过采用控制片状粉末的配向而形成的复合材料，能够将软磁性材料的厚度减薄，使天线线圈能够设置在壳体表面等金属平板上。
并且，通过在软磁性材料和金属面之间插入预定电阻的导电材料，能够抑制因设置天线的导电性物品的材料的差异而造成的电感或耗损的变化，无论在何种场所设置天线线圈，都能获得常时稳定的天线性能。
另外，有各种电波从读/写器的电子电路泄漏，若这种泄漏电波进入天线，就会发生啸声等的故障，但是，通过在天线和壳体之间插入导电材料或将壳体设计成金属制品，能够将来自电子电路的泄漏电波屏蔽。
附图的简单说明
图1是表示本发明的RFID系统的结构的示图。
图2A和图2B是表示本发明实施例1的读/写器用天线的结构的示图，表示只夹入软磁性材料的示例。
图3A和图3B是表示本发明实施例1的读/写器用天线的结构的示图，表示夹入软磁性材料和导电材料的示例。
图4A和图4B是示意表示适用于本发明的读/写器用天线的软磁性材料的结构的剖面图。
图5A～图5D是表示本发明实施例1的读/写器用天线另一结构的示图。
图6A和图6B是表示本发明实施例1的读/写器用天线的设置位置的示图。
图7A和图7B是表示本发明实施例2的读/写器用天线的结构的示图，表示夹入软磁性材料和隔片的示例。
图8A和图8B是表示本发明实施例2的读/写器用天线的结构的示图，表示夹入软磁性材料、隔片和导电材料的示例。
图9A和图9B是表示本发明实施例3的读/写器用天线的结构的示图，表示在软磁性材料周围盘卷天线线圈的示例。
图10A和图10B是表示本发明实施例3的读/写器用天线的结构的示图，表示在软磁性材料周围盘卷天线线圈、在其下面夹入导电材料的示例。
图11A和图11B是表示本发明实施例3的读/写器用天线的设置位置的示图。
图12A和图12B是表示本发明实施例4的读/写器用天线的结构的示图，表示天线线圈盘卷在圆柱状的软磁性材料上的示例。
图13A和图13B是表示本发明实施例4的读/写器用天线的结构的示图，表示在圆柱状的软磁性材料下面夹入平板状的软磁性材料的结构。
图14A和图14B是表示本发明实施例4的读/写器用天线的结构的示图，表示在圆柱状的软磁性材料下面夹入平板状的软磁性材料和导电材料的示例。
图15A和图15B是表示现有的结构和夹有软磁性材料的本发明的结构中的磁通的状态的示图。
图16A和图16B是表示现有的读/写器用天线的结构的示图。
本发明的最佳实施方式
在本发明的RFID用读/写器天线的一种理想的实施方式中，在以1圈以上的环绕构成的天线线圈和设置天线线圈的金属壳体等的导电性物品之间，设置金属颗粒状粉体或片状粉末、铁素体颗粒状粉体和有机物复合材料、铁素体等非晶形箔或非晶形箔的叠层材料构成的约10mm以下的厚度的软磁性材料，或固有电阻约10×10-8Ωm以下、最好约3×10-8Ωm以下、或长1cm、宽1cm的电阻为约0.015Ω以下、最好约0.005Ω以下的金属板等的导电材料；通过软磁性材料或导电材料屏蔽进入导电性物品的磁通，从而能够抑制其不良影响。并且，通过导电材料能够有效隔断从读/写器的电子电路泄漏的电波。
也就是如图2所示，由薄层软磁性材料5和线圈构成的天线线圈4紧贴地配置在壳体等的金属面6上。即使这样的使用方式，也可以通过夹入了软磁性材料5，使天线线圈4发生的磁通9通过软磁性材料5内，从而不易受到壳体及其内部的电子电路等的影响。
另外，如图3所示，软磁性材料5和壳体等的金属面6之间，通过配置导电性的铝板、铜板等的预定电阻的导电材料7，能够将天线线圈4发生的磁通完全屏蔽，从而能够可靠防止金属面6的影响。这种导电性的铝板或铜板等的导电材料7导致的耗损增加很微小，且通过选定电子电路8的电容器的容量等来达到含导电材料7的状态下的最适谐振频率，能够与金属面6采用何种材料无关地将读/写器用天线线圈的性能保持一定。
并且，作为壳体等的金属面6的材料，采用铝板、镁压铸件等的非磁性且具有约10×10-8Ωm以下、最好约3×10-8Ωm以下的固有电阻的材料，或者长1cm、宽1cm的电阻约0.015Ω以下、最好约0.005Ω以下的材料时，通过在已装上该等材料的状态下选定谐振频率，也可将导电材料7省略。
再有，发射应答器2一般单独设置，可任意选择其设置场所，但读/写器3的本体和天线则成对地设置，为了保护本体内的电子电路，通常很多情况下都使用金属制壳体，需要采取对策防止金属对天线的影响。并且，注重RFID系统1的便携性的场合，最初发射应答器2做成小型、薄型，但是读/写器3由于加有电子电路，本体尺寸的缩小是有限的，于是如何设置天线就成为重要因素。如此，由于本射应答器2和读/写器3的形态不同，不能将两者视为同一，读/写器用天线要有其特有的结构，上述结构就是在考虑了这一读/写器特有的问题后提出的。
为了对上述的本发明的实施方式作更详细的说明，以下描述本发明的实施例。
[实施例1]
首先，参照图1A至图6B就本发明实施例1的读/写器用天线进行说明。图1是表示本发明的RFID系统结构的示图，图2A～图3B是表示实施例1的读/写器用天线的结构的示图，图2A和图3A是透视图、图2B和图3B是其剖面图。并且，图4A和图4B是示意表示用于本实施例的读/写器用天线的软磁性材料的结构的剖面图，图5A～图6B是表示本实施例的读/写器用天线的另一结构的示图。
如图1所示，RFID系统1由用读/写器用天线进行数据通信的读/写器3(或阅读器，以下记为读/写器)和标签型、片型、条型等的各种形状的发射应答器2(也称为tag)构成，读/写器3内设有进行收发信号变换的通信电路和对收发信号进行解码的运算处理电路等的电子电路，读/写器用天线例如设置在容纳这些电子电路的壳体等的金属面上。再有，图1中，为便于理解将读/写器用天线表现为大尺寸地设置在读/写器3表面的中央，但图示的结构为举例而已，实际上读/写器用天线的大小、其设置位置可以任意，例如，如图6A所示，也可设置在读/写器3的金属面的侧面6b，或如图6B所示，读/写器用天线从金属面露出。
图2A和图2B是表示在金属面上设置的读/写器用天线的结构的示图，在两端连接于电子电路8的线圈构成的天线线圈4和金属面6之间，配置用预定的材料、制法形成的软磁性材料5，天线线圈4发生的磁通如图2B所示通过软磁性材料5内部，几乎不到达金属面6内部，从而可以抑制起因于金属内发生的涡流的谐振频率的变化或耗损的增加。
再有，图中分别画出了连接于天线线圈4的电子电路8和金属面6，但是金属面6也可以为容纳电子电路8的读/写器3的壳体表面或容纳读/写器3的装置的壳体表面。并且，图2所示的金属面6是示意表示的金属制壳体等的导电性构件的表面的一部分，金属面6的厚度、形状等并不限于图中所示的结构。该金属面6可包括铁、铝、镁等的任意的金属材料，并且，也可以采用在绝缘材料形成金属的蒸镀膜的结构或充填材料或在涂装层中包含金属材料的结构等。
并且，图中，矩形的天线线圈4卷绕3圈的结构，但天线线圈4的结构并不限于图示的结构，也可以在与金属面6大致平行的面内形成的涡旋状卷绕的结构，其尺寸、形状、圈数、线宽等可以在考虑到读/写器3所要求的性能后适当设置。可用任意方法来形成该天线线圈4，如采用将表面被覆了绝缘层的导电材料贴附在基板的结构，或是在绝缘膜等的基板上形成铝箔或铜箔等的金属膜后、再用蚀刻或冲切法等形成涡旋状的线圈的结构等。
并且，软磁性材料5可以是非晶形合金、坡莫合金、电磁钢、硅铁、铁硅铝磁合金、Fe-Al合金或软磁性铁素体的急冷凝固材料、铸造材料、压延材料、锻造材料或烧结材料，或者是非晶形箔、非晶形箔的叠层材料，或者金属粉、羰基铁粉、还原铁粉、雾化粉(纯铁、含Si、Cr、Al等的铁、坡莫合金、Co-Fe等)，非晶形粉(含B、P、Si、Cr等的铁，将Co、Ni水雾化后制成的颗粒)等颗粒状的粉体或片状粉末，与塑料、橡胶等有机物的复合材料，或是含有上述粉体或片状粉末的涂料的涂膜。
再有，通常的硅铁的硅含量是5w％以下，固有电阻是67×10-8Ωm以下。若硅的含量为该值以上，则固有电阻增大，耗损减少，但会造成铸造时的偏析、锻造时的裂缝、因太硬而不能压延等的问题。若用水雾化法制造粉末，则即使含硅6w％以上，由于将微细的熔液急冷而并不存在偏析的问题，因组织细微而无脆性，能够以机械方式实现扁平化。扁平化可采用球磨机、碾磨机等进行。含硅量一旦增加，固有电阻就增加且耗损减少，并且熔液的粘性为减少，容易通过水雾化获得细微的粉末。若超过15w％，就会产生饱和磁通密度减少的问题。因此，硅的含量在6w％至15w％的范围为最理想。
并且，铁基合金中所含的各种金属材料的含量考虑以下各点因素后加以设定。
Al：具有若含量增加、固有电阻就增加的效果，但由于熔液的粘度提高，最好为1w％以下；
Cu、Ni：含量增加磁滞损耗减少，但若超过3w％，则饱和磁通密度减少，因此最好为3w％以下；
Cr：具有含量增加，则固有电阻增加、耗损减少，且耐高温酸化性提高的效果。由于超过5w％则饱和磁通密度减少，因此最好为5w％以下；
Co：若含量增加，则饱和磁通密度提高。超过10w％时饱和磁通密度不再提高，因此最好为10w％以下。
作为上述复合材料的制造方法，可以采用射出成形、涂敷、压缩成形、压延等。通过射出成形或压缩成形形成的软磁性材料5比铁素体形成的材料强韧，因此具有即使很薄也不容易裂缝的特征。涂敷的场合，例如将粒状粉体用碾磨、球磨、捣磨等方法扁平化成为片状粉末后，在膜上反复涂敷/干燥含片状粉末或粒状粉体的涂料而形成，这时，通过在涂敷中施加磁场，能够使片状粉末在一定的方向排列，从而改善其特性。
并且，作为复合材料中的塑料，可采用加工性能良好的热塑性塑料，或耐热性良好的热固性塑料，并且，具有绝缘性的丙烯酸、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、环氧等树脂。
可按照读/写器用天线线圈所要求的性能，适当选择上述各种材料、制法。例如，复合材料的场合，成为图4A所示的结构，粉体、片状粉末10在塑料、橡胶等树脂胶结料11中分散，以使该粉体或片状粉末10相互绝缘，因此作为软磁性材料5全体不具有导电性，即使受到高频电波也能减少涡流耗损，最适合作为用于本发明的结构的材料使用。并且，非晶形箔的叠层材料的场合，成为如图4B所示的非晶形箔12和绝缘层13和交互叠层的结构，其问题是：虽然制造容易，但非晶形箔12上耗损却很大。
这里，对在复合材料中分散的材料采用粒状粉时和采用扁平粉(片状粉末)时的效果，以及将片状粉末分散过程中施加磁场后定向的效果进行了实验。实验中，在铝板上夹着复合材料构成的软磁性材料5放置47mm×17mm、圈数为5的天线线圈4，测定了其特性(电感L和Q)。其结果在表1中给出。由表1可知：通过将分散材料加工成片状粉末状，能够在宽的频率范围内改善电感，另外，通过在分散过程中施加磁场，将片状粉末10定向，能够显著增加13.56MHz近傍的频率区域的Q值，图4A所示的将片状粉末10定向的结构具有最佳特性。
表1
Figure C0380550300121
并且，作为软磁性材料5的厚度，必须具有能有效导引天线线圈4发生的磁通的厚度，为了抑制天线线圈4设置于金属面6时的天线线圈4的突出，越薄越好，若厚度超过10mm，则由于天线突出不适合用于携带用设备。另一方面，很难获得厚度比0.02mm薄的磁芯，即使能够得到其特性也不稳定；并且将软磁性材料5做成0.02mm，无论在天线特性上还是在携带的容易程度上均无影响。综合以上可以判断：软磁性材料5的厚度的范围以10mm以下为宜，最好为0.02mm以上、10mm以下。
并且，软磁性材料5的厚度(t)能够用天线线圈4的面积(S)、天线线圈4的周长(L)、软磁性材料5的导磁率(μ)加以确定。以下参照附图进行说明，如图15A所示，天线线圈4在周边不存在妨碍导电材料等的磁通通过的构件而单独配置时，磁通9通过的面积中，磁通间隔最窄的区域是将天线线圈4的导体包围的区域(S)。并且，如图15B所示，将天线线圈4平行于金属面6等的导电材料配置时磁通9的通过面积中的磁通间隔最窄的区域，是天线线圈4的线圈和导电材料(金属面6)之间的区域。设天线线圈4和金属面6的间隔为t，该区域为天线线圈4的周长L×t。其面积为天线线圈4的面积S以上时，即使为导电材料，磁通也能与线圈单独的场合一样地通过。也就是，即使没有软磁性材料5也无妨。这里，由于采用软磁性材料5之目的在于减少天线线圈4从金属面6的突出程度，以方便携带，若软磁性材料5的厚度超过此厚度，就没有利用软磁性材料5优势。因此，若非S＞L×t、即S/L＞t，采用软磁性材料5就没有意义。
并且，若配置软磁性材料5，磁通9的通过量与导磁率成比例。换言之，金属面6和天线线圈4之间的实效面积成为μ×L×t。若该实效面积大于S，则磁通9容易从金属面6和天线线圈4之间通过。因此，S＜μ×L×t，也就是t＞S/(L×μ)即可。依据以上的结果，软磁性材料5的厚度t最好在S/L＞t＞S/(L×μ)的范围内。
将以这样的材料、制法、厚度形成的软磁性材料5隔在天线线圈4和金属面6之间，可抑制金属面6上发生的涡流的影响，能够将读/写器用天线直接配置在金属制壳体上，从而能够扩大设计的自由度。
并且，天线配置在何种材料的金属面6上不明确时，例如如图3所示，通过在软磁性材料5和金属面6之间夹入预定材料与厚度的导电材料7，即使天线线圈4发生的磁通9贯通软磁性材料5时，也能由导电材料7截留，从而可确实防止下面的金属面6的影响。
具体地说，天线线圈4设置的金属面6的材料明确时，可以预先估计金属面6的影响，而该材料不明确时所受影响就因材料不同而异。这里，天线的最合适的Q值由电路的设计确定，通过将导线变细等方式能够容易地降低Q值，但是要调高Q值则较为困难。因此，构成金属面6的金属材料不明确时，会有Q值的变化大而不能调到最佳值的情况。因此，若预先在软磁性材料5的下层夹入导电材料7，则无论金属面6的材料如何都能让Q值留在预定的范围内，从而能够将Q值设于最佳值。
这种场合，导电材料7需要将磁通可靠屏蔽，并将因导电材料7造成的Q值耗损控制在调整范围内，因此需要将电阻设定在预定的值上。因此，本申请发明人计算了使采用厚度7μm的箔的试样的固有电阻r变化时的天线线圈的Q值变化量。其结果如表2所示。
表2
  r(×10<sup>-8</sup>Ωcm)   Q
  1.6   13.65
  2.4   11.95
  5   8.573
  6   7.768
  7   7.121
  8   6.593
  9   6.156
  10   5.79
  15   4.64
  20   4.095
  25   3.84
  30   3.743
  35   3.741
这里，为了得到谐振时L或C的电压成为电源电压的Q值，Q值必须成为某个程度的值，至少5以上，多数情况下为10以上。因此，Q值5以下不能用于天线，若为10以上则可用于很多天线。而且，将Q值设于5以上、最好10以上，依据表2，采用厚度7μm的箔的场合，能够判断作为固有电阻，需要约10×10-8Ωcm以下、最好约3×10-8Ωcm以下。作为满足该电阻条件的金属，有纯铜、铝、黄铜、铝青铜、铜镍锌合金、钛、SUS304、镍铬铁合金(inconel)等，采用这些材料形成导电材料7，可抑制Q值耗损，并可完全防止金属面6的影响。相反地，金属面6由满足上述条件的材料构成时，可以将导电材料7省略。
表2中，讨论了采用厚度7μm的箔时最理想的固有电阻，但是若将箔的厚度加大，导电材料7的电阻就减低，Q值耗损也减小。表3给出了使表2中箔的膜厚变化时长1cm、宽1cm的长度方向的电阻(Ω)，依据表3，若箔的厚度改变，则固有电阻的理想值范围变化。也就是，箔层越厚，固有电阻的上限值变得越高。
表3
Figure C0380550300161
因此，对于上述各材料，测定了厚度改变后的电阻(宽1cm、长1cm的试样的长度方向的电阻)和Q值。其结果如表4中给出。各材料的固有电阻和成分在表5中给出。
表4
Figure C0380550300171
电阻为宽1cm、长1cm的导电材料在长度方向的电阻(Ω)
Figure C0380550300172
Q值为10以上的范围；
Figure C0380550300173
Q值为5以上的范围；
表5
 固有电阻(×10<sup>-8</sup>Ωm)   成分
  纯铜  1.6   Cu
  铝  2.4   Al
  黄铜  6.2   30％Zn残留Cu
  铝青铜  10   5％Al残留Cu
  铜镍锌合金  19.2   20％Zn-15％Ni残留Cu
  钛  48   Ti
  SUS304  70   18％Cr-8％Ni残留Fe
  镍铬铁合金  103   16％Cr-6％Fe残留Ni
从表4可知：Q值随着导电材料7的厚度增加、即电阻变小而增大，从而加大了对金属面6的影响的抑制效果。由此可知，为了将Q值设为5以上(表中加了阴影的部分)，根据铝青铜的0.0143判断，上述宽1cm、长1cm的长度方向的电阻可以为约0.015Ω以下；另外，为将Q值设为10以上(表中的粗框内)，根据SUS304的0.0035、铝的0.0034、铝青铜的0.0033综合判断，上述电阻可以为约0.005Ω以下。
为了确认以上说明的结构的效果，制作了夹入软磁性材料5的图2的结构和夹入软磁性材料5和导电材料7的图3的结构的读/写器用天线，并测定了单独为线圈的电感和Q值，以及分别设置在铝板、铁板、不锈钢板上时的电感和Q值。并且，为进行比较还以同样的条件测定了不夹入软磁性材料5和导电材料7的传统结构的天线线圈。其结果在表6和表7中给出。
表6
Figure C0380550300181
表7
由表6和表7可知：仅有线圈测定的场合，通过夹入软磁性材料5涡流的发生受到抑制，电感增加。并且，在各金属板上设置的场合，比较例的传统结构中电感为显著降低，而在夹入了软磁性材料5的本实施例的结构中，电感的减少变小，并且，Q值的变化量也变小。
另外，通过夹入导电材料7，使电感有些降低的元件的Q值变化与基底的金属面6的材料无关而大致一定，不管设置天线线圈4的金属面6为何种材料，也能够抑制Q值的可调整范围。
再有，图1至图3表现了在平面状的金属面6上设置读/写器用天线的结构，但是在读/写器用天线从金属面6突出而造成不便的场合，可以如图5A、B所示在金属面6上预先形成凹部，在该凹部内设置读/写器用天线来防止突出。并且，图5C所示，也可以在读/写器用天线表面覆盖保护片15，形成保护天线的结构。另外，如图5D所示，也可以将安装于读/写器用天线的导电材料7接合在金属面6上，将导电材料7作为壳体的一部分使用。
[实施例2]
接着，参照图7和图8就本发明实施例2的读/写器用天线进行说明。图7和图8是表示实施例2的读/写器用天线的结构的示图。再有，本实施例的特征在于将软磁性材料配置在天线线圈和金属面之间的一部分上，其他的结构、材料、制法等与所述的实施例1相同。
如图7A和图7B所示，对于本实施例的读/写器用天线，在天线线圈4和金属面6之间的一部分上，设置用实施例1中所示的材料、制法形成的软磁性材料，在其他部分上设置用以调整厚度的隔片14。在这样的结构中，天线线圈4发生的磁通9的对称性丧失，如图7B所示，在设有软磁性材料5的部分(图的右侧)磁通9较大，且在通过软磁性材料5内部后向斜向扩展。因此，通过调整软磁性材料5的配设位置或面积，可以控制磁通9的扩展方向，例如，在相对于天线设置面以预定的角度接近发射应答器2时等场合，读/写器3和发射应答器2之间的通信能够保持在良好状态。
再有，隔片14可为无磁性的材料或磁性体5和磁特性相异的材料，可采用塑料、橡胶等的有机物。并且，如图8所示，在软磁性材料5及隔片14和金属面6之间，也可以配置实施例1中所示的导电材料7，特别是，采用使磁通9透过的材料作为隔片14的场合，可取得抑制金属面6的影响、阻止因金属面6的材料不同而造成电感或Q值的变化之效果。
再有，图中，软磁性材料5和隔片14明确区分地配置，但是也可以采用例如调整分散于复合材料的粒状粉体或片状粉末的含量、使软磁性材料5的磁性缓慢变化的结构，通过这样的结构，能够控制磁通9的扩展方向。
为确认上述天线的效果，制作具有夹入软磁性材料5和隔片14的图7的结构和在其下层夹入导电材料7的图8的结构的读/写器用天线，与实施例1相同，测定仅有线圈时的电感和Q值以及分别设置在铝板、铁板、不锈钢板上等各种情况下的电感和Q值。其结果在前述的表6和表7(实施例2的一栏)中给出。
从表6和表7可知，与实施例1相同，通过夹入软磁性材料5或导电材料7，能够得到比比较例大的电感。并且，能够减少设置于各种金属板上时电感和Q值的变化量，无论设置天线线圈4的金属面6为何种材料，都能获得良好的天线性能。再有，本实施例中，尽管将软磁性材料5和隔片14的大小设定成大致相等，电感和Q值与实施例1相比并无大的改变，由此可知，只在天线面的一部分设置软磁性材料5也能得到充分的效果。
[实施例3]
接着，参照图9至图11就本发明实施例3的读/写器用天线进行说明。图9A～图10B是表示实施例3的读/写器用天线的结构的示图，图11A和图11B是表示读/写器用天线的设置位置的示图。再有，本实施例的特征在于将天线线圈卷绕在软磁性材料的周围，其他的结构、材料、制法等与所述的实施例1、2相同。
如图9所示，本实施例的读/写器用天线的结构是：将平板状的软磁性材料5大致平行地设置在金属面6上，以该软磁性材料5为磁芯，在其周围卷绕天线线圈4；这样的结构中，因天线线圈4为立体卷绕，天线线圈4突出量大，能够将天线线圈4内的磁通9设为与金属面6大致平行，使之不易受金属面6的影响，并且，通过增加圈数可容易地改善天线线圈4的性能。
并且，如图10A和图10B所示，也可在天线线圈4和金属面6之间设置实施例1、2中所示的导电材料7，通过导电材料7进一步抑制金属面6的影响，从而能够获得大的Q值。
为了确认上述天线的效果，制作了具有在软磁性材料5上卷绕天线线圈4的图9的结构以及在其下层夹入导电材料7的图10的结构的读/写器用天线，与实施例1、2相同地，测定仅为线圈时的电感和Q值，以及分别设于铝板、铁板、不锈钢板上时的电感和Q值。其结果在前述的表6和表7(实施例3的一栏)中给出。
从表6和表7可知，与实施例1、2相同地，通过夹入软磁性材料5或导电材料7，与比较例相比能够获得更大的电感和Q值；特别是，通过设有导电材料7的结构，使之不易受到金属面6的影响，能够获得比实施例1、2更大的Q值。
再有，采用本实施例的读/写器用天线的结构时，如图9A～图10B所示，由于天线线圈4的磁通9沿着与金属面6平行的方向，有时发射应答器2不是从金属面6的法线方向而是从磁通9的方向靠近为好。这种场合，如图11A和图11B所示，可以将软磁性材料5的磁通通过面设置在靠近金属面的侧面6b的一侧，将发射应答器2靠近侧面6b一侧使用。
接着，参照图12至图14就本发明实施例4的读/写器用天线进行说明。图12A～图14B是表示实施例4的读/写器用天线的结构的示图。再有，本实施例的特征在于：天线面与金属面大致平行地将天线线圈卷绕在圆柱状的软磁性材料的周围，其他的结构、材料、制法等与所述的实施例1～3相同。
如图12A和图12B所示，本实施例的读/写器用天线的特征在于：所用天线是以底面与金属面6大致平行的圆柱状的软磁性材料5a为磁芯，在其周围卷绕而成的天线线圈4；在这样的结构中，由于天线线圈4为立体卷绕，天线线圈4的突出量大，但是与实施例3的结构一样，通过设置较多的圈数可容易地提高天线线圈4的性能，并且，具有比实施例3大的天线面积。
并且，也可以如图13A和图13B所示，另外在卷绕天线线圈4的软磁性材料5a和金属面6之间设置平板状的软磁性材料5b，或者如图14A和图14B所示，在软磁性材料5b和金属面6之间设置导电材料7，能够通过软磁性材料5b或导电材料7来抑制金属面6的影响。
再有，上述各实施例中对读/写器用的天线作了描述，但是本发明并不以上述实施例为限定，也可以是接近金属壳体等导电性物品而设置的发射应答器用天线。
产业上的利用可能性
如上说明，依据本发明的读/写器用天线具有如下记载的效果。
本发明的第一效果是，即使天线线圈配置在金属面上时，也能够抑制金属面的影响，获得大的电感和Q值。
这是因为：在天线线圈和金属面之间夹入软磁性材料，将天线线圈发生的磁通通过软磁性材料内，从而能够抑制金属内发生的涡流的影响；并且，通过在软磁性材料和金属面之间夹入具有预定固有电阻的导电材料，将磁通可靠地截止。
并且，本发明的第二效果是，能够不易受到设置天线线圈的设备内的电子电路的影响。
这是因为：从读/写器的电子电路会有各种电波泄漏，该泄漏电波进入天线就会引起啸声等的故障，但是通过在天线和壳体之间插入导电材料，或者采用金属制壳体，就能将来自电子电路的泄漏电波屏蔽。
并且，本发明的第三效果是，能够在读/写器的壳体等的平板状金属面上贴近地设置天线线圈，从而可拓宽装置设计的自由度。
这是因为：采用粒状粉体或片状粉末分散在有机物中复合材料作为软磁性材料，能够将软磁性材料的厚度减薄，特别是采用在复合材料制造时施加磁场而使片状粉末定向的结构，即使将软磁性材料设计为数mm以下仍可实现所希望的性能，从而抑制了天线部分的突出。

Claims (5)

1.一种设于物品上的、以非接触方式进行数据通信的射频识别系统中的读/写器用天线，
包含：设于所述物品的表面的平板状软磁性体；
邻接所述软磁性体而设于所述物品的表面的平板状隔片；以及
在所述软磁性体和所述隔片的表面即与所述物品相反侧的表面延伸的天线线圈，
所述软磁性体和所述隔片设在所述物品和所述天线线圈之间，
所述天线线圈产生的磁通不对称于该天线线圈的中心轴。
2.如权利要求1所记载的读/写器用天线，其中，所述天线线圈以1圈以上的环绕构成。
3.如权利要求1所记载的读/写器用天线，其中，所述天线线圈在平面内涡旋状盘卷而构成。
4.如权利要求1所记载的读/写器用天线，其中，若设所述天线线圈的面积为S、所述天线线圈的周长为L、所述软磁性体的导磁率为μ，则所述软磁性体的厚度t满足如下关系：
S/L＞t＞S/(L×μ)。
5.如权利要求1所记载的读/写器用天线，其特征在于：
所述软磁性体由金属粉或所述金属粉扁平化后的片状粉末中任一种与有机物的复合材料构成，
所述金属粉或所述片状粉末是将水雾化的铁基合金或水雾化的铁基合金粉末以机械方式扁平化后的片状粉末，
所述铁基合金除含有6w％～15w％的硅以外，还含有下列金属的一种或多种：1w％以下的铝、3w％以下的铜或镍、5w％以下的铬、10w％以下的钴。
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