JP2004287968A - 共振タグ及びそのキャパシタンス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の片面に対する処理のみで作製できる共振回路を備え、所望の共振周波数をもつように共振回路を作製後に変更できる共振タグを提供する。
【解決手段】本発明に係る共振タグ１０は、少なくとも電気的に絶縁性を示す片面を備えたシート状の基板１１と、基板１１の片面の面内に配され二重らせん構造をなす外側の第一導体１２と内側の第二導体１３からなるアンテナコイル１４と、基板１１の片面の面内に対向して配され櫛形をなす第三導体１５と第四導体１６からなる静電容量調整手段１７とで構成されており、第一導体１２と第二導体１３の内端１２ｂ、１３ｂ同士は接触し、第一導体１２と第二導体１３の外端はそれぞれ第三導体１５と第四導体１６の一端に接続され、第三導体と第四導体の他端１５ｂ、１６ｂはいずれも開放端を成しており、第一導体１２のインダクタンスＬ１と第二導体１３のインダクタンスＬ２は異なる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検知装置から発信される特定周波数の電波に共振する共振回路を基板上に設けた共振タグ及びそのキャパシタンス調整方法に係り、特に、共振回路を設けるにあたり基板の両面加工が不要で、かつ、共振回路の共振周波数を調整可能とした共振タグ及びそのキャパシタンス調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種商店において商品を販売する際に、存在感知型の非接触性ＩＤタグ（共振タグと呼ぶ）を、その商品に取り付け、万引き防止や在庫管理に利用するシステムが用いられている。
【０００３】
例えば、このような共振タグは、レジでの代金決済の際に取り外されるが、顧客が代金を支払うことなく、これらの共振タグを商品に付けた状態で、特定周波数の電波を発信する検知装置を備えたゲートを通過すると、音や光などを発する警報装置により警告が発令されるシステムにおいて利用される。
【０００４】
図２は、従来の共振タグの一例を示す構成図である。図２に示す共振タグ２１は、誘電体としてポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂フィルムまたは他の合成樹脂フィルム２２を用い、この樹脂フィルム（誘電体）２２の両面に、アルミニウム箔等の金属箔２３、２４を押し出しまたは熱圧着等の方法により貼り合わせた材料を基板材料として製造される（特許文献１参照）。
【０００５】
誘電体としての樹脂フィルム２２の両面に貼り合わされる金属箔２３、２４のうち、その片側の金属箔２３は、螺旋状パターンの回路であって、該螺旋状パターンによりコイルを形成すると共に、コンデンサ電極板部２３Ａと回路端子部２３Ｂとを両端に有する回路として使用され、この金属箔２３と反対側の金属箔２４は、コンデンサ電極板２４Ａと回路端子部２４Ｂとを有する回路として使用される。
【０００６】
そして、ある特定の共振周波数を得るため、上述の基板材料の両面、すなわち、金属箔２３、２４上に各種印刷方法により耐エッチング性を有するインクを用いて「共振周波数回路」を印刷し、その後酸またはアルカリ等の薬液を用いて化学的にエッチング処理を施し、共振回路を形成する。
【０００７】
なお、共振回路を形成するためには、片側の金属箔２３の螺旋状パターンの回路における回路端子部２３Ｂと、反対側の金属箔２４の回路端子部２４Ｂとを接続する必要がある。
【０００８】
この接続方法としては、両方の金属箔２３、２４を表面が凸凹状を呈している固い物質で上下に押し潰すようにした所謂圧接法等が好適に用いられる。この圧接により、金属箔２３、２４の間にある樹脂フィルム２２が破壊し両面にある金属箔２３、２４が導通し短絡する。
【０００９】
この短絡により、抵抗Ｒ、インダクタンスＬおよび静電容量（コンデンサ容量）Ｃの３要素からなる共振回路が構成され、共振タグ２１が所定の共振周波数を持つことになる。
【００１０】
この等価回路の共振周波数ｆは、ｆ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝となり、この周波数の信号を前記ゲートの検知装置から与えると共振し、その存在が発覚する。ここで、金属箔２３、２４と誘電体２２がコンデンサ容量を形成し、抵抗は金属箔２３、２４自体の抵抗により形成される。
【００１１】
しかしながら、図２に示す共振タグ２１の場合、樹脂フィルム２２の片面のみに、螺旋状パターンの回路を備え、この螺旋状パターンによりコイルを形成すると共に、コンデンサ電極板部と回路端子部とを両端に有する回路を形成した、所謂片面コイル式であるため、共振タグ２１のサイズを小さく制限し小型化を図ろうとしても、コイルおよびコンデンサの大きさに制限され、周波数の低いタイプを形成することは困難であった。また、周波数の可変範囲を拡げる場合にも制限があるという課題を有していた。
【００１２】
図３は、従来の共振タグの他の一例を示す構成図であり、上記課題すなわち共振タグの性能を向上しつつ小型化を図ることを目的として提案された共振タグの例である（特許文献２参照）。
【００１３】
図３の共振タグ３５は、誘電体となる樹脂フィルム３６の両面それぞれに、金属箔３７、３８を螺旋状パターンとした回路を設けて成り、該螺旋状パターンによりコイルを形成すると共に、螺旋状パターン略全体でコンデンサ電極板部を構成し、かつ一端部に回路端子部を有する回路を設け、共振周波数回路を形成した構成である。
【００１４】
上記構成からなる共振タグにおいて、共振回路の等価回路の共振周波数ｆは、ｆ＝√２／｛２π√（ＬＣ）｝若しくはｆ＝１／｛２π√（２ＬＣ）｝等となって、この周波数の信号を検知装置から与えると共振して、その存在が発覚する。
【００１５】
図３の共振タグ３５は、両面コイル式を採用しているので、共振タグのサイズを小さく制限した場合でも、図２に示すような片面コイル式の共振タグと比較して、コイルおよびコンデンサの大きさが制限されず、周波数の低いタイプを形成することが可能であると共に、周波数の可変範囲を拡げる場合にも制限が少ない等、性能面で有利であることが記載されている。
【００１６】
共振タグ３５では、ある特定の共振周波数を得るためには、樹脂フィルム３６の両面それぞれ設けた金属箔３７、３８を覆うように、各種印刷方法により耐エッチング性を有するインクを用いて「共振周波数回路」を印刷し、その後酸またはアルカリ等の薬液を用いて化学的にエッチング処理を施し、共振回路が形成されることが説明されている。つまり、共振タグ３５において共振回路を設けるには、さらなる積層プロセスが要求される。
【００１７】
なお、図３の共振タグ３５で積層形成した共振回路はこのまま使用してもよいが、片側の金属箔３７からなる螺旋状パターンの回路における適宜位置、例えば回路端子部３７Ａと、反対側の金属箔３８の螺旋状パターンの回路における適宜位置、例えば回路端子部３８Ａとを接続してもよい。
【００１８】
しかしながら、図２や図３に示した従来の共振タグは両方とも、基板をなす樹脂フィルムの表裏両面に、金属箔からなるコイルや回路を設ける必要があるので、基板両面に対する処理が必須であった。この両面処理は、製造工程を複雑化させると共に、製造コストを押し上げ、ひいては製造品質の向上を阻む要因となっていた。
【００１９】
また、図２や図３に示した従来の共振タグの共振回路では、作製時に決定した共振周波数でのみ検知可能であり、作製後に適宜この共振周波数を変更して利用するような用途、例えば商品の使用あるいは通過の度数に応じて共振周波数を適宜変更し、この共振周波数の検知により商品管理を行うような分野などへの適用は難しい状況にあった。
【００２０】
【特許文献１】
特開平１−１２９３９６号公報
【特許文献２】
特許第３３０６５６０号明細書
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑み、基板の片面に対する処理のみで作製できる共振回路を備え、所望の共振周波数をもつように共振回路を作製後に少なくとも一回以上変更できる共振タグを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、少なくとも絶縁性の片面を備えた基板と、前記片面の面内に配され二重らせん構造をなす外側の第一導体と内側の第二導体からなるアンテナコイルと、前記片面の面内に対向して配され櫛形をなす第三導体と第四導体からなる静電容量調整手段とで構成され、
前記第一導体と前記第二導体の内端同士は接触し、該第一導体と該第二導体の外端はそれぞれ前記第三導体と前記第四導体の一端に接続され、該第三導体と該第四導体の他端はいずれも開放端を成しており、該第一導体のインダクタンスＬ１と該第二導体のインダクタンスＬ２は異なることを特徴とする共振タグを提供する。
【００２３】
上記共振タグであれば、基板の片面のみに配されるアンテナコイルは、二重らせん構造をなす外側の第一導体と内側の第二導体から構成され、第一導体と第二導体の内端同士は接触し、該第一導体と該第二導体の外端はそれぞれ前記第三導体と前記第四導体の一端に接続された回路を成しているので、この共振タグが特定周波数の電波を発信する検知装置からこの電波を受信した際、フレミングの左手の法則に従い、第一導体と第二導体には逆向きの磁界が発生し、これに伴い、第一導体と第二導体に逆向きに電流が流れることになる。
【００２４】
上記二重らせん構造をなす外側の第一導体と内側の第二導体からなるアンテナコイルでは、第一導体が第二導体より外側に配されているので、第一導体の最外周内の面積Ｓ１は第二導体の最外周内の面積Ｓ２に比べてより大きな値をもつことになる。
【００２５】
面積が大きいほど通過する磁束が大きくなるので、第一導体のインダクタンスＬ１は第二導体のインダクタンスＬ２より大きな値を有することができる。したがって、この構成によれば、その差分Ｌ（＝Ｌ１−Ｌ２）をより大きく設定できるので望ましい。
【００２６】
上記共振タグでは、第一導体のインダクタンスＬ１と第二導体のインダクタンスＬ２は異なる状態にあるので、上記アンテナコイルはＬ１とＬ２の差分に相当する合成リアクタンスＬを有する回路を成しており、この回路の共振周波数Ｆは、Ｆ＝１／２π√（ＬＣ）で表記される。ここで、Ｃは寄生容量である。
【００２７】
上記共振周波数Ｆを表す式から、本発明に係る共振タグは、合成リアクタンスＬがゼロ以外であれば、原則的に成立し、Ｌが大きくなるほど共振周波数Ｆは低周波側にシフトすることが分かる。
【００２８】
したがって、上記構成からなる共振タグであれば、その共振周波数Ｆは、Ｆ＝１／２π√（ＬＣ）となり、この周波数の信号を検知装置から与えると共振して、その存在が発覚するという作用を有する。
【００２９】
本発明に係る共振タグは、基板の片面の面内に上述した特定形状のアンテナを設けるだけで上記作用が得られることから、従来の共振タグでは必要とした基板両面に対する処理が不要となるので、製造工程の簡単化や製造コストの抑制を図ることが可能となる。
【００３０】
また、上記構成の共振タグは、上述したアンテナコイルを設けた同じ基板の同一面内に、対向して配され櫛形をなす第三導体と第四導体からなる静電容量調整手段を備えている。
【００３１】
そして、第三導体と第四導体の一端はそれぞれ、アンテナコイルを構成する第一導体と第二導体の外端に接続されており、第三導体と第四導体の他端はいずれも開放端を成している。
【００３２】
つまり、上記の静電容量調整手段は、対向して配され櫛形をなす第三導体と第四導体から構成されているので、これらの第三導体と第四導体は狭い間隙をもって交互に配された形態を成す。
【００３３】
この形態によれば、個々の間隙を介して配置された第三導体と第四導体は個別にコンデンサとして機能することから、上記の静電容量調整手段は複数個のコンデンサが並列に配置されたものとして働く。
【００３４】
このような構成の静電容量調整手段であれば、並列に配置されたコンデンサのうち適当な箇所を切り離すという分断処理を施すことが可能なので、その結果、静電容量調整手段は分断されずに残されたコンデンサからなる容量をもつようにその静電容量を適宜変更できる。
【００３５】
したがって、本発明によれば、従来要した基板両面に対する処理が不要となるので、製造工程の簡単化や製造コストの抑制が図れると共に、所望の共振周波数をもつように共振回路を作製後に少なくとも一回以上変更できる共振タグの提供が可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明に係る共振タグについて図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に係る共振タグの一例を示す概略図であり、図１（ａ）は平面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面図を表す。
【００３７】
図１の共振タグ１０は、少なくとも電気的に絶縁性を示す片面を備えたシート状の基板１１と、基板１１の片面の面内に配され二重らせん構造をなす外側の第一導体１２と内側の第二導体１３からなるアンテナコイル１４と、基板１１の片面の面内に対向して配され櫛形をなす第三導体１５と第四導体１６からなる静電容量調整手段１７とで構成されている。
【００３８】
また、第一導体１２と第二導体１３の内端１２ｂ、１３ｂ同士は接触し、第一導体１２と第二導体１３の外端はそれぞれ第三導体１５と第四導体１６の一端に接続され、第三導体と第四導体の他端１５ｂ、１６ｂはいずれも開放端を成しており、第一導体１２のインダクタンスＬ１と第二導体１３のインダクタンスＬ２は異なることを特徴としている。
【００３９】
かかる構成の共振タグ１０では、第一導体１２のインダクタンスＬ１と第二導体１３のインダクタンスＬ２は異なる状態、すなわちＬ１≠Ｌ２の関係にあるので、上記アンテナコイル１４ではＬ１とＬ２の差分が必ず発生する。
【００４０】
ゆえに、アンテナコイルはこの差分に相当する合成リアクタンスＬを有する回路となる。このような回路の共振周波数Ｆは、Ｆ＝１／２π√（ＬＣ）と表記される。ここでＣは寄生容量である。
【００４１】
この共振周波数Ｆを表す式から、本発明に係る共振タグ１０は、合成リアクタンスＬがゼロ以外なので、Ｌがゼロ近傍のとき共振周波数Ｆは最も高い周波数となり、Ｌが大きくなるほど共振周波数Ｆは低周波側にシフトする傾向をもつことが分かる。
【００４２】
つまり、第一導体１２と第二導体１３の相対的な形態を変更し、Ｌ１とＬ２の大小関係を適宜変えることにより、所望の共振周波数Ｆに設定されたアンテナコイル１４を備えた共振タグ１０の提供が可能となる。
【００４３】
また、本発明に係る共振タグ１０は、アンテナコイル１４を設けた同じ基板の同一面内に、対向して配され櫛形をなす第三導体１５と第四導体１４からなる静電容量調整手段１７を備えている。
【００４４】
そして、第三導体１５と第四導体１６の一端１５ａ、１６ａはそれぞれ、アンテナコイル１４を構成する第一導体１２と第二導体１３の外端１２ａ、１３ａに接続されており、第三導体１５と第四導体１６の他端１５ｂ、１６ｂはいずれも開放端を成している。
【００４５】
上記の静電容量調整手段１７では、第三導体１５と第四導体１６が有する複数個の開放端が対向して配され櫛形を成している。第三導体が備える一つの開放端１５ｂと第四導体が備える一つの開放端１６ｂの相対的な配置から明らかなように、第三導体の開放端１５ｂと第四導体の開放端１６ｂは狭い間隙をもって交互に配された形態をとる。
【００４６】
この形態によれば、個々の間隙を介して配置された第三導体の開放端と第四導体の開放端は個別にコンデンサとして機能するので、上記の静電容量調整手段１７は複数個のコンデンサが並列に配置されたものとして働く。
【００４７】
特に、上記構成の静電容量調整手段１７であれば、並列に配置されたコンデンサのうち適当な箇所を切り離すという分断処理を施すことにより、静電容量調整手段１７は分断されずに残されたコンデンサからなる容量をもつようにその静電容量を適宜変更できる。
【００４８】
この切り離しを行うのに好適な箇所としては、例えば第三導体１５の場合は、一つの開放端の付け根と他の開放端の付け根との間の部分１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊが挙げられる。
【００４９】
例えば、１５ｊの部分で分断した場合には、第三導体の開放端と第四導体の開放端からなる一対のコンデンサのみが静電容量調整手段１７として働くのに対して、１５ｉの部分で分断した場合には、第三導体の開放端と第四導体の開放端からなる二対のコンデンサが静電容量調整手段１７として機能する。
【００５０】
同様に、分断箇所を１５ｈから１５ｃに変更することにより、対を成すコンデンサの数を変えることができる。
【００５１】
上述したように、本発明に係る共振タグの共振回路の共振周波数Ｆは、Ｆ＝１／２π√（ＬＣ）と表記されるので、上記分断処理による静電容量調整手段１７のコンデンサ容量の変化は、共振周波数の微調整を可能とする。
【００５２】
ここでは、分断処理の可能な箇所として、第三導体１５を例にとり詳細に説明をしたが、第三導体１５に代えて第四導体１６でも同様な箇所を分断処理することにより、同様の作用・効果が得られることは言うまでもない。
【００５３】
したがって、本発明によれば、従来要した基板両面に対する処理が不要となるので、製造工程の簡単化や製造コストの抑制が図れると共に、所望の共振周波数をもつように共振回路を作製後に少なくとも一回以上変更できる共振タグの提供が可能となる。
【００５４】
本発明に係る共振タグのキャパシタンス調整方法は、上述した共振タグ１７を用い、第三導体１５または第四導体１６の一部を分断加工することを特徴としているので、共振タグが所望の共振周波数をもつように、共振回路を作製した後においても、希望通りの時期に変更することができる。
【００５５】
例えば、作製された共振タグ１０を構成する静電容量調整手段１７に対して、先端側から順に分断処理を多段階に行うことで、静電容量を順次減らすことが可能となるので、これに伴い回路の共振周波数Ｆを長波長側にシフトさせることができる。
【００５６】
つまり、本発明に係る共振タグのキャパシタンス調整方法によれば、作製時に決定された共振周波数での検知はおろか、作製後に適宜この共振周波数を多段階に変更して利用するような用途、例えば商品の使用あるいは通過の度数に応じて共振周波数を適宜変更し、この共振周波数の検知により商品管理を行うような分野などへの適用が可能となる。
【００５７】
図２や図３に示ような従来の共振タグが搭載する共振回路は、作製時に決定した固有の共振周波数でのみ検知可能であり、作製後に適宜この共振周波数を変更して利用するような用途、例えば商品の使用あるいは通過の度数に応じて共振周波数を適宜変更し、この共振周波数の検知により商品管理を行うような分野などへの適用は難しい状況にあったが、本発明に係る共振タグ及びそのキャパシタンス調整方法はこの従来の問題を打破することに寄与する。
【００５８】
本発明に係る共振タグでは、第一導体のインダクタンスＬ１と第二導体のインダクタンスＬ２とを異ならせるために、第一導体と第二導体が互いに横断面積の異なる部分を少なくとも備える形態が好適に用いられる。
【００５９】
第一導体と第二導体が互いに横断面積の異なる部分を持たせることにより、第一導体のインダクタンスＬ１と第二導体のインダクタンスＬ２との差分、すなわち共振タグが作製時に備える共振回路の合成リアクタンスＬを適宜調整し、所望の値に設計することが可能となる。
【００６０】
特に、前記第一導体が前記第二導体に比べて横断面積の小さな部分を長く備えてなる形態を採用すれば、合成リアクタンスＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）がより大きくなるので、共振周波数を低く設定する場合には有効である。
【００６１】
第一導体と第二導体が互いに横断面積の異なる部分を有し、合成リアクタンスＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）を正の大きな数値とするためには、次に示す２つの代表的な設定が挙げられる。
【００６２】
（１）第一導体と第二導体の高さが略同一とした場合は、第一導体は第二導体に比べて幅の狭い部分を長く設ける。
【００６３】
（２）第一導体と第二導体の幅が略同一とした場合は、第一導体は第二導体に比べて高さの低い部分を長く設ける。
【００６４】
つまり、本発明に係る共振タグは、共振回路が有する合成リアクタンスＬを変えて設計することで共振周波数の初期値を広範囲に変えた形態とすることができると共に、静電容量調整手段における静電容量の順次削減により回路の共振周波数Ｆを長波長側にシフトさせることもできる。したがって、本発明は、従来の共振タグより広い帯域の共振周波数に対応可能な能力を備えた共振タグの提供に寄与する。
【００６５】
また、本発明に係る共振タグは、共振回路をなすアンテナコイルと静電容量調整手段を、基板の片面に設けることにより、上記の作用・効果が実現できる。ゆえに、従来要した基板両面に対する処理が不要となるので、製造工程の簡単化や製造コストの抑制が図れ、高品質で安価な共振タグの提供が可能となる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二重らせん構造をなす外側の第一導体と内側の第二導体からなり、第一導体と第二導体の内端同士は接触し、該第一導体と該第二導体の外端はそれぞれ前記第三導体と前記第四導体の一端に接続された回路をなすように構成されたアンテナコイルを基板の片面のみに設けるだけで、従来と同様に所望の共振周波数に設定されたアンテナコイルを有する共振タグが得られる。
【００６７】
つまり、本発明に係る共振タグは、基板の片面の面内に上述した特定形状のアンテナを設けるだけで所望の共振周波数の設定が可能であり、従来の共振タグで要した基板両面に対する処理が不要となる。ゆえに、本発明によれば、製造工程の簡単化により良品率の向上や製造コストの抑制が図れるので、安価でありながら高い信頼性を備えた共振タグの提供が可能となる。
【００６８】
また、本発明に係る共振タグは、上記アンテナコイルを設けた同じ基板の同一面内に、対向して配され櫛形をなす第三導体と第四導体からなる静電容量調整手段を備えており、この静電容量調整手段は並列に配置されたコンデンサとなっている。
【００６９】
ゆえに、第三導体あるいは第四導体の適当な箇所を切り離すという分断処理を施すことによって、所望の共振周波数をもつように共振回路を作製後に少なくとも一回以上変更できる共振タグの提供も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る共振タグの一例を示す概略図である。
【図２】従来の共振タグの一例を示す概略図である。
【図３】従来の共振タグの他の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 共振タグ、
１１、２１ 基板、
１２、２２ 第一導体、
１３、２３ 第二導体、
１４、２４ アンテナコイル。

Claims (2)

1. 少なくとも絶縁性の片面を備えた基板と、前記片面の面内に配され二重らせん構造をなす外側の第一導体と内側の第二導体からなるアンテナコイルと、前記片面の面内に対向して配され櫛形をなす第三導体と第四導体からなる静電容量調整手段とで構成され、
   前記第一導体と前記第二導体の内端同士は接触し、該第一導体と該第二導体の外端はそれぞれ前記第三導体と前記第四導体の一端に接続され、該第三導体と該第四導体の他端はいずれも開放端を成しており、該第一導体のインダクタンスＬ１と該第二導体のインダクタンスＬ２は異なることを特徴とする共振タグ。
2. 少なくとも絶縁性の片面を備えた基板と、前記片面の面内に配され二重らせん構造をなす外側の第一導体と内側の第二導体からなるアンテナコイルと、前記片面の面内に対向して配され櫛形をなす第三導体と第四導体からなる静電容量調整手段とで構成され、
   前記第一導体と前記第二導体の内端同士は接触し、該第一導体と該第二導体の外端はそれぞれ前記第三導体と前記第四導体の一端に接続され、該第三導体と該第四導体の他端はいずれも開放端を成しており、該第一導体のインダクタンスＬ１と該第二導体のインダクタンスＬ２は異なる共振タグを用い、
   前記第三導体または前記第四導体の一部を分断加工することにより静電容量の調整を行うことを特徴とする共振タグのキャパシタンス調整方法。

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