JP2005070855A - Rfid用タグ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非金属物品に貼付するタグ用に製造されたインレイ6を用いて金属物品に貼付可能なタグ2を製造できるようにするために、共振回路が配列され、各々の共振回路にICが実装されたインレイ6の両面の各々に、磁性材料が配設された磁性体シート7と所定の金属パターン9aが形成された補償用シート9とを積層する。これにより、磁性体シート7を用いてアンテナコイルのインダクタンスを高め、一方、補償用シート9を用いてインダクタンスを減少させ、両者の効果を相殺することができ、オンメタル用に磁性材料を挿入しても共振周波数をキャリア周波数に一致させることをできる。
【選択図】図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、RFID(Radio Frequency Identification)用タグ及びその製造方法に関し、特に、非金属物品に貼付して使用されるタグ用に設計、製造されたインレイを用いて形成された金属物品に貼付可能なタグ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ICチップを備えたタグとリーダ/ライタ(又はリーダ)との間でデータの交信を行うRFIDシステムが普及している。このRFIDシステムは、タグ及びリーダ/ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、タグをリーダ/ライタから数cm乃至数十cm離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。
【0003】
このタグの基本的な回路要素は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路及び情報を記憶するICチップであり、例えば、フレキシブルな絶縁性シートの一方の面にアンテナコイルを形成し、他方の面にアンテナコイルと対向する電極を形成し、絶縁性シートを誘電体とするコンデンサを設けて共振回路を形成し、該共振回路にICチップを実装して製造される。そして、共振回路の共振周波数を所望の周波数(キャリア周波数)に合わせることによりリーダ/ライタとデータの交信を行う。
【0004】
このタグは単体として使用される場合もあるが、通常は物品に貼付された状態で使用されるため、アンテナコイルを貫通する磁束はタグを貼付した物品を通過する。ここで、物品に金属が含まれている場合は、通過する磁束により金属部分に渦電流が発生し、その渦電流によってアンテナコイルのインダクタンスが減少し、その結果、共振周波数が高周波側にシフトしてキャリア周波数からずれてしまい、リーダ/ライタとデータの交信ができなくなるという問題が生じる。
【0005】
この問題を解決するために、特許第3255221号には、物品に金属が含まれている場合でも共振回路の共振周波数が変化しないように、物品の取付け面と共振回路(アンテナコイル)との間に軟磁性材料を介装する構成が開示されている。このような構成により、アンテナコイルの磁束は物品に到達することなく軟磁性材料を通過するために、金属の影響による共振周波数の変化を抑制することができ、金属を含む物品に対してもタグを貼付して用いることができる。
【0006】
【特許文献1】
特許第3255221号(第3−5頁、第1図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
RFID用のタグとしては、カード型、コイン型、シート型等、各種形状があるが、タグを安価に製造するためには、1つ1つ個別に製造するのではなく、数10μm厚程度の絶縁性シートの表裏にアンテナパターンや、コンデンサ、IC用のパッドなどのパターンを複数並べて形成し、それにICを実装した状態のシート(以下、このように複数の回路パターンが配列された状態のシートをインレイと称する。)を製造し、このインレイに樹脂加工等を施した後、個片に分断する方法が用いられる。
【0008】
ここで、非金属材料からなる物品に貼付して用いるタグ(自由空間用に設計、製造されるタグ)の場合は、樹脂加工によるL、C値の変化やタグ同士が近接することによる共振周波数の低減を見込んで、インレイの状態で共振回路の共振周波数がキャリア周波数よりも若干高くなるようにアンテナコイルやコンデンサが設計されるが、上記特許記載の金属材料を含む物品に貼付可能なタグ(いわゆるオンメタル型タグ)の場合は、物品とアンテナコイルとの間に挿入する磁性材料によりアンテナコイルのインダクタンスが増加し、その結果、共振周波数が低周波側に大きくシフトしてしまうため、インレイ状態では更に共振周波数が高くなるように共振回路が設計される。
【0009】
このように、タグを貼付する物品が非金属であるか金属であるかによって共振回路の設計が異なるため、非金属物品に貼付して用いるタグ用に製造されたインレイを用い、そのインレイに磁性材料を配設して金属物品に貼付可能なタグを製造することはできず、このような場合は別途、共振周波数を調整する必要がある。
【0010】
ここで、共振回路の共振周波数f0は、アンテナコイルのインダクタンスLとコンデンサの容量Cを用いると式1のように表されるため、アンテナコイルのインダクタンスL又はコンデンサの容量Cのいずれかを増減させることにより、共振周波数f0を調整することは可能であり、例えば、フィルムコンデンサをトリミングしたり(特開平10−84075号公報等)、アンテナコイルの経路を選択する方法(特開平4−321190号公報、特開2000−215288号公報等)を用いて、ある程度は共振周波数を調整することは可能である。
【0011】
【0012】
しかしながら、上記公報記載の方法は、アンテナコイルやコンデンサの製造誤差による共振周波数のずれを微調整することを本来の目的としているために、その調整範囲は限定されており、磁性材料による共振周波数の大きなずれを調整することはできない。従って、タグを貼付する物品に応じて回路設計を変更しなければならず、設計工数の増加により、安価にタグを製造することができなくなってしまう。
【0013】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、非金属物品に貼付するタグ用に製造されたインレイを用いて形成された、金属物品に貼付可能なタグ及びその製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグにおいて、前記タグは、単体で所望の共振周波数となるように前記共振回路が形成された回路形成層と、前記回路形成層の一方の面に配設され、アンテナ軸方向から見て少なくとも前記アンテナコイル及びその内側を覆う形状の磁性体層と、前記回路形成層の他方の面に配設され、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルのループの一部と相重なる金属パターンを備えた金属パターン形成層と、を備えるもの、若しくは、更に、前記磁性体層の前記回路形成層配設面と反対側の面に、アンテナ軸方向から見て前記磁性体層と略等しい形状の金属板を備えるものであり、前記磁性体層に含まれる磁性材料の透磁率、構造、又は膜厚、前記金属パターンの導電率、膜厚、又は前記アンテナコイルのループと相重なる面積のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、前記金属パターンによる前記アンテナコイルのインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることが好ましい。
【0015】
また、本発明は、絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグにおいて、前記タグは、単体で所望の共振周波数となるように前記共振回路が形成された回路形成層と、前記回路形成層の一方の面に配設され、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイル及びその内側の一部を覆う形状の磁性体層と、前記磁性体層の前記回路形成層配設面と反対側の面に配設され、アンテナ軸方向から見て少なくとも前記アンテナコイル及びその内側を覆う形状の金属板と、を備えるものであり、前記磁性体層に含まれる磁性材料の透磁率、構造、膜厚、又は前記アンテナコイルと相重なる面積、前記金属板の導電率、膜厚、又はアンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルとの間に前記磁性体層が介在しない部分の面積のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、前記金属板による前記アンテナコイルのインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることが好ましい。
【0016】
また、本発明は、絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグにおいて、前記タグは、単体で所望の共振周波数となるように前記共振回路が形成された回路形成層と、前記回路形成層の一方の面に配設され、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイル及びその内側の一部を覆う形状の磁性体層と、前記磁性体層の前記回路形成層配設面と反対側の面に配設され、アンテナ軸方向から見て前記磁性体層と略同一形状の金属板と、を備え、前記回路形成層の前記磁性体層又は前記金属板が配設されてない領域が、前記回路形成層の前記磁性体層配設面と反対側に折り返されているものであり、前記磁性体層に含まれる磁性材料の透磁率、構造、膜厚、又は前記アンテナコイルと相重なる面積、前記回路形成層の折り返し位置のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、折り返しによる前記アンテナコイルの有効面積の減少に伴うインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることが好ましい。
【0017】
本発明においては、前記回路形成層は、前記共振回路が非金属部材から構成される物品に貼付して使用する用途に設計製造されたものであり、前記タグは、金属材料を含む物品に貼付して使用可能なものであることが好ましい。
【0018】
また、本発明は、絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグの製造方法において、単体で所望の共振周波数となるように設計された前記共振回路が複数配列された回路形成シートの一方の面に、前記回路形成シートと略等しい形状の磁性体シートを配置し、前記回路形成シートの他方の面に、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルのループの一部と相重なる金属パターンが前記アンテナコイルに対応して複数配列された金属パターン形成シートを配置し、前記磁性体シートと前記回路形成シートと前記金属パターン形成シートとを積層、固定した後、個片のタグに分割するものである。
【0019】
また、本発明は、絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグの製造方法において、単体で所望の共振周波数となるように設計された前記共振回路が複数配列された回路形成シートの一方の面に、前記回路形成シートと略等しい形状の磁性体シートと、前記回路形成シートと略等しい形状の金属板とをこの順に配置し、前記回路形成シートの他方の面に、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルのループの一部と相重なる金属パターンが前記アンテナコイルに対応して複数配列された金属パターン形成シートを配置し、前記金属板と前記磁性体シートと前記回路形成シートと前記金属パターン形成シートとを積層、固定した後、個片のタグに分割するものである。
【0020】
また、本発明は、絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグの製造方法において、単体で所望の共振周波数となるように設計された前記共振回路が複数配列された回路形成シートの一方の面に、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイル及びその内側の一部を覆う形状の磁性体が個別に又は前記アンテナコイルに対応して複数配列された磁性体シートと、前記回路形成シートと略等しい形状の金属板とをこの順に配置し、前記金属板と前記磁性体シートと前記回路形成シートとを積層、固定した後、個片のタグに分割するものである。
【0021】
また、本発明は、絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグの製造方法において、単体で所望の共振周波数となるように設計された前記共振回路が複数配列された回路形成シートの一方の面に、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイル及びその内側の一部を覆う形状の磁性体が個別に又は前記アンテナコイルに対応して複数配列された磁性体シートと、前記磁性体と略同一形状の金属材料が個別に又は前記アンテナコイルに対応して複数配列された金属板とをこの順に配置、前記金属板と前記磁性体シートと前記回路形成シートとを積層、固定した後、個片のタグに分割し、前記回路形成シートの前記磁性体又は前記金属材料が配置されていない領域を、前記回路形成シートの前記磁性体シート配設面と反対側に折り返すものである。
【0022】
このように、本発明では、個別にタグの共振周波数を調整するのではなく、複数の回路パターンが形成された回路形成シート(図2におけるインレイ6)に、磁性体シートと金属パターンが形成された回路パターン形成シート(図2における補償用シート9)とを積層し、磁性体によるインダクタンスの増加と金属パターンによるインダクタンスの減少とを相殺することにより、非金属物品に貼付するタグ用に製造されたインレイを用いて、金属物品に貼付可能な(オンメタル型)タグを製造することが可能となる。従って、用途毎に専用のインレイを製造する必要がなくなり、また、個別に共振周波数を調整する必要もなくなるため、金属物品に貼付可能なタグを安価に製造することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
従来技術で説明したように、通常のタグは単体で又は非金属の物品に貼付して使用することを想定して製造されており、このタグを金属製の物品に貼付すると渦電流によりアンテナコイルのインダクタンスが減少し、その結果、共振周波数がキャリア周波数からずれてしまう。そこで、特許第3255221号では、タグの物品取付面とアンテナコイルとの間に軟磁性材料を挿入し、磁束を軟磁性材料に導くことにより、金属製の物品に貼付しても共振周波数が変動することがないようにしている。
【0024】
しかしながら、上記特許記載の金属物品に貼付可能なタグの場合、軟磁性材料を挿入することによりアンテナコイルのインダクタンスが増加し、共振周波数が低周波側にシフトしてしまうため、インレイ状態では予め共振周波数を目標とする値(例えば、13.56MHz)よりも高くなるように共振回路を設計しておき、インレイを分割して各々のタグに軟磁性材料を取り付けた段階でキャリア周波数と一致するようにしている。
【0025】
従って、非金属物品に貼付して用いられるタグ(自由空間用に設計、製造されたタグ)と、金属物品に貼付可能なタグとでは、インレイ状態における共振回路の共振周波数が異なり、一方の用途で製造されたインレイを他方の用途で用いることができない。また、フィルムコンデンサのトリミングやアンテナコイルの経路を選択する方法を用いたとしても、共振周波数の大幅なずれを調整することができず、更に共振周波数の調整を個別のタグで行う方法ではタグの製造工程が複雑になり価格の上昇を招いてしまう。
【0026】
そこで、本願発明では、インレイを枚葉に切り離した後に共振周波数を調整するのではなく、非金属物品に貼付するタグ用に製造されたインレイを用いて金属物品に貼付可能なタグを製造できるようにするために、インレイの両面の各々に、磁性体シートと所定の金属パターンが形成された補償用シートとを積層する構成としている。このような構成とすることにより、磁性体シートを用いてアンテナコイルのインダクタンスを高め、一方、補償用シートを用いてインダクタンスを減少させ、両者の効果を相殺することができ、共振周波数をキャリア周波数に一致させることをできる。
【0027】
なお、アンテナコイルに磁性体を近接させることによりアンテナコイルのインダクタンスが増加し、共振周波数が低周波側にシフトするという性質や、アンテナコイルに金属を近接させることによりアンテナコイルのインダクタンスが減少し、共振周波数が高周波側にシフトするという性質は公知であるが、タグの製造途中段階(複数の回路パターンがシート上に配列された状態)でインレイを磁性体シートを補償用シートとで挟み込むことにより、非金属物品貼付用のインレイを用いて金属物品に貼付可能なタグを一括して製造するという方法は本願発明者が案出した新規な方法であり、タグを安価に製造するためには共振回路とICチップとが実装されるインレイを共用できるようにすることが重要であるとの認識に基づいてなされたものである。
【0028】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について説明する。
【0029】
[実施例1]
まず、本発明の第1の実施例に係るRFID用タグ及びその製造方法について、図1乃至図5を参照して説明する。図1は、RFIDシステムの全体構成を模式的に示す図であり、図2は、第1の実施例に係るRFID用タグの構造を示す図である。また、図3は、本実施例のタグの製造方法を模式的に示す図であり、図4は、その概略の工程を示すフローチャート図である。また、図5は本実施例の効果を確認するための各々の試料の形態を示す図である。
【0030】
図1に示すように、RFIDシステム1は、リーダ/ライタ用アンテナ3aを用いてデータの交信を行うリーダ/ライタ(又はリーダ)3と、ラベル型、シート型等の種々の形状のタグ2とからなり、リーダ/ライタ3には、送受信信号を変換するための通信回路部3bと、送受信信号をデコードするための演算処理部3cとが設けられている。また、タグ2は、その内部にアンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路2aを備え、タグ2側でも信号を生成する場合には、共振回路2aにデータの演算、記憶を行うIC2bが接続され、内蔵する電源又はリーダ/ライタ3から供給される電源を用いて駆動される。そして、タグ2のアンテナの共振周波数とリーダ/ライタ用アンテナ3aの共振周波数をキャリア周波数に合わせることによりデータの交信が行われる。
【0031】
図2は、本実施例のタグ2(複数配列された製造途中段階のタグの1つ)の構造を示す図であり、(a)はアンテナ軸方向から見た平面図、(b)及び(c)は、そのA−A´線における断面図である。図2(a)及び(b)に示すように、タグ2は、共振周波数がキャリア周波数とほぼ一致するように設計されたアンテナコイル5とコンデンサ(図示せず)とからなる共振回路と、その共振回路に接続されるICチップ(図示せず)とが絶縁性シート4に形成されたインレイ6(請求項における回路形成シートと同義)の両面に、所定の材料、構造の磁性体が所定の厚さで形成された磁性体シート7と、所定の材料、厚さ、形状の金属パターン9aが形成された補償用シート9(請求項における金属パターン形成シートと同義)とが配置された3層構造、又は、図2(c)に示すように、更に、物品の表面の材料によって共振周波数が影響を受けないようにし、また、タグ2の強度を保持するために、所定の材料、厚さの金属板8が配設された4層構造の積層体からなる。
【0032】
なお、図ではアンテナコイル5を3回巻回する構成を例示しているが、アンテナコイル5は、絶縁性シート4上に導電材パターンが外周に沿って巻回された構造であれば良く、アンテナコイル5の配置、形状、巻き数、絶縁性シート4の厚さ等は任意である。
【0033】
また、磁性体シート7を構成する磁性材料としては、アモルファス合金、パーマロイ、電磁鋼、珪素鋼、センダスト合金、Fe−Al合金又は軟磁性フェライトの急冷凝固材、鋳造材,圧延材,鍛造材又は焼結材や、アモルファス箔やアモルファス箔の積層材、金属粉、カーボニル鉄、還元鉄、アトマイズ粉(純鉄、Si、Cr、Al等を含む鉄、パーマロイ、Co−Fe等)、アモルファス粉(B、P、Si、Cr等を含む鉄、コバルト、ニッケルを水アトマイズして製造したもの)等の粒状の粉体若しくはフレークとプラスチック、ゴム等の有機物との複合材等を用いることができ、上記粉体若しくはフレークを含む塗料の塗膜であっても良く、その厚さも任意に設定することができる。
【0034】
また、補償用シート9に形成される金属パターン9aは、アンテナコイル5の内側(磁束通過面)まで形成すると、磁束が遮蔽されてしまい、またループを形成すると金属パターンに電流が流れ、磁束を相殺してしまうため、アンテナの軸方向から見て、アンテナコイル5の一部と相重なる形状とすることが好ましい。例えば、図に示すようにアンテナコイル5の所定の辺に沿った長方形のパターンとすることができるが、図の構成に限定されず、鎖交磁束の減少を抑制しつつアンテナコイル5のインダクタンスを低下させるパターンであればよい。また、金属パターンとしてはAlが一般的に用いられるが、アンテナコイル5のインダクタンスを低下させる材料であればよい。なお、磁性材料によるインダクタンスの増加を金属パターン9aで相殺できるように、磁性材料の透磁率、構造、厚さ、金属パターン9aの導電率、厚さ、面積、形状などが設定されることが好ましい。
【0035】
このような構造のタグ2は、図3及び図4に示すような方法を用いて製造される。例えば、まず、ステップS101で、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンシート、ポリイミド等からなる絶縁性シート4に形成された導電性箔を所定のパターンでエッチング若しくは打ち抜くことにより、又は絶縁性シート4に導電材料を所定のパターンでスクリーン印刷若しくは蒸着することにより、アンテナコイル5とコンデンサとからなる共振回路を形成する。次に、ステップS102で、この共振回路にICチップを実装してインレイ6を形成する。なお、このインレイ6は非金属物品に貼付するタグ用に形成されるものであり、共振回路の共振周波数はキャリア周波数にほぼ等しくなるように設定される(正確にはタグ同士が近傍に存在することを考慮して、キャリア周波数よりも若干高めに共振周波数が設定される。)。
【0036】
また、インレイ6と共に、ステップS103で、インレイ6上の各々のアンテナコイル5の一部と相重なるように金属パターン9aを形成して補償用シート9を形成する。この金属パターン9aの形成方法も特に限定されず、インレイ6と同様に絶縁性シート上に形成した導電性箔のエッチング、型抜き、又は、導電材料のスクリーン印刷、蒸着等の任意の方法を用いることができる。
【0037】
また、インレイ6と共に、磁性材シート7を形成する。この磁性材シート7の形成方法も限定されず、どのような方法で製造されたものであってもよい。また、タグ2を貼付する物品の材質の影響を抑制する場合には金属板8を形成する。この金属板8の材料も特に限定されず、例えば、純銅、アルミニウム、黄銅、アルミ青銅、洋銀、チタン、SUS304、インコネル等を用いることができ、その厚さも限定されない。
【0038】
そして、ステップS104で、インレイ6の両面に磁性材シート7(及び必要に応じて金属板8)と補償用シート9とを積層した後、ステップS105でラベル加工を行い、ステップS106で、型抜きして枚葉に切り離すことによりタグ2が形成される。
【0039】
なお、図では個別のタグが3行4列に配置された構成としているが、配列数は任意であり、インレイ6や磁性体シート7、補償用シート9がロール状に巻き付けられたものであってもよい。特に、ロール状の場合、指定の部材を積層、接着し、型抜することで、量産化も容易になる。また、インレイ6と磁性材シート7(及び必要に応じて金属板8)と補償用シート9とは粘着層を介して相互に固定されていてもよいが、インレイ6の片側に設ける磁性体シート7と他側に設ける補償用シート9とを用いてインレイ6を挟み込むことにより、層間の接着材、工数などを簡素化することが可能となる。
【0040】
このように、インレイ6に磁性シート7と補償用シート9と金属板8とを積層することによる効果を確認するために、図5に示す4種類の試料(共に、長辺90mm、短辺55mm)を作成した。(a)はインレイ6単体の試料であり、(b)はインレイ6の一方の面にオンメタル化するための磁性体シート7(材料:軟磁性粉末とプラスチックの複合材、厚さ0.5mm)及び金属板8(厚さ0.1mmのAl板を1枚)を積層した試料であり、(c)はインレイ6の一方の面に磁性体シート7及び金属板8を積層し、他方の面にアンテナ軸方向から見てアンテナコイル5の2辺上に金属パターン9a(厚さ10μm程度のAL箔、幅15mm)が形成された補償用シート9を配設した試料であり、(d)は(c)の補償用シート9に代えて、アンテナコイル5の3辺上に金属パターン9a(厚さ10μm程度のAL箔、長辺側の幅15mm、短辺側の幅15mm)が形成された補償用シート9を配設した試料であり、その各々について、共振周波数を測定した。その結果を表1に示す。
【0041】
【表1】
【0042】
表1から分かるように、インレイ6のみの試料は、非金属物品用のタグ(自由空間用のタグ)として利用できるように共振周波数が設定され、かつ、複数タグが隣接した場合、コイル同士の結合による相互インダクタンスで、コイルのインダクタンスが上昇し、式1から共振周波数が低下することを考慮しているため、目標とする13.56MHzよりもやや高めの13.89MHzとなっている。また、インレイ6の片面に磁性体シート7とAl板を積層した金属板8を配置した構造では、磁性体シート7によりインダクタンスが上昇し、その結果共振周波数が低周波側にシフトしており、非金属物品に貼付するタグ用に形成されたインレイ6に磁性体シート7を配置しても共振周波数が大幅にずれ、タグ2として使用できないことが分かる。
【0043】
これに対して、インレイ6の片面に磁性体シート7と金属板8を配置し、反対側の面に金属パターン9aがアンテナコイルの2辺と相重なるように形成された補償用シート9を配置した(c)の試料では、金属パターン9aにより共振周波数が高周波側にシフトし、磁性体シート7による共振周波数の低下が抑制されていることが分かる。また、金属パターン9aがアンテナコイルの3辺と相重なるように形成された補償用シート9を配置した(d)の試料では、更に(a)の状態に近づいていることが分かる。
【0044】
従って、非金属物品に貼付するタグ用に製造されたインレイ6を用いても、その両面の各々に、磁性材料を含む磁性体シート7と金属パターン9aを含む補償用シート9とを対向して配置することにより、共振周波数の変動を相殺してキャリア周波数に近づけることが可能となる。なお、この金属パターン9aは、アンテナ軸方向から見て、アンテナコイル5の内側領域は覆わないように形成されているため、アンテナコイル5内側領域を通過する磁束は遮断されず、タグの通信性能の劣化は殆どない。
【0045】
[実施例2]
次に、本発明の第2の実施例に係るRFID用タグ及びその製造方法について、図6乃至図8を参照して説明する。図6は、第2の実施例に係るRFID用タグの構造を示す図であり、図7及び図8は、その製造方法を模式的に示す図である。
【0046】
第1の実施例では、既成のインレイ6を用い、オンメタル化を可能とするために、インレイ6の一方の面に磁性体シート7(及び、必要に応じて金属板8)を配置し、他方の面に金属パターン9aが形成された補償用シート9を配置し、磁性材料によるインダクタンスの増加と金属パターン9aによるインダクタンスの減少とを相殺する構成としたが、この構成では、インレイ6の両面に磁性体シート7、金属板8、補償用シート9を形成しなければならず、タグ2の厚みが増してしまい、また構造が複雑になるため製造コストが上昇してしまう。
【0047】
そこで、本実施例では、磁性シート7の下面に設ける金属板8を有効に利用することにより、補償用シート9を用いることなく、磁性体シート7によるインダクタンスの増加を相殺できるようにしている。具体的には、図6に示すように、磁性体シート7を配設する領域をアンテナコイル5の外形よりも小さくすることにより、インレイ6と金属板8との間に磁性体シート7が介在しない領域(スペーサ10が配設された領域)を作り、この領域により、インダクタンスを低下させ、共振周波数を高周波側に調整している。
【0048】
このような構成のタグ2を製造する場合は、図7に示すように、既成のインレイ6の一方に、各々のアンテナコイル5の一部を覆う形状の磁性材料が配設された磁性体シート7と、金属板8とを積層、接着し、型抜きすることにより製造することができる。また、磁性体シート7を複数のタグ用に磁性材料が配列された構造とするのではなく、図8に示すように、各々のタグ用に形成された磁性体シート7とスペーサ10とをインレイ6と金属板8の間に挿入した後、これらを接着し、型抜きすることにより製造することもできる。
【0049】
なお、第1の実施例と同様に、磁性材シート7及び金属板8の材料は特に限定されず、また、どのような方法で製造されたものであってもよい。また、磁性材料を配設する位置は、縦割、横割など、特に限定されず、分割比は、磁性材料の透磁率や厚さ、金属板8の導電率や厚さなどを参照して適宜設定することができる。
【0050】
このような構造のタグでは、アンテナコイル5内部を通過する磁束の一部が金属板8に吸収されるが、補償用シート9を設けなくてもタグ2の共振周波数をキャリア周波数に合わせ込むことができ、第1の実施例の構造に比べてタグ2の厚みを薄くすることができるとともに、補償用シート9を省略することによりタグ2を安価に製造することが可能となる。
【0051】
[実施例3]
次に、本発明の第3の実施例に係るRFID用タグ及びその製造方法について、図9乃至図11を参照して説明する。図9は、第2の実施例に係るRFID用タグの構造を示す図である。また、図10は、その製造方法を模式的に示す図であり、図11は、タグの概略の製造方法を示すフローチャート図である。
【0052】
前記した第2の実施例では、磁性体シート7をアンテナコイル5の一部に設け、磁性体シート7が介在しない部分の金属板8によるインダクタンスの減少により、磁性体シート7によるインダクタンスの増加を補償する構成としたが、インレイ6の片面のみに磁性体シート7と金属板8を設置する構造において、アンテナコイル5のインダクタンスそのものを低減させることによっても同様に共振周波数をキャリア周波数に合わせ込むことができる。
【0053】
アンテナコイル5のインダクタンスを低減させる方法として、アンテナコイル5の面積を減少させればよいが、アンテナコイル5のパターンそのものを変えてしまうと、そのインレイ6を非金属物品に貼付するタグ用途に用いることができなくなり好ましくない。そこで、本実施例では、図9に示すように、所定の部分でインレイ6を折り曲げることにより、アンテナコイル5の有効面積を減少させることを特徴としている。これにより、アンテナコイル5自体のインダクタンスが減少し、共振周波数が高周波側にシフトするため、磁性体シート7により低周波側にシフトした分を相殺することができ、共振周波数をキャリア周波数に合わせることが可能となる。なお、インレイ6を折り曲げる位置は特に限定されず、縦方向、横方向、斜め方向など任意の方向に折り曲げることができる。また、この折り曲げ位置は、アンテナコイル5の有効面積や磁性材料の透磁率や構造、厚さ等を参照して適宜設定することができる。
【0054】
上記構造のタグは、図10及び図11に示すような方法を用いて製造される。まず、第1の実施例と同様に、ステップS201で、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンシート、ポリイミド等からなる絶縁性シート4に形成された導電性箔をエッチング若しくは打ち抜き、又は、導電材料をスクリーン印刷若しくは蒸着することにより、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を形成し、ステップS202で、この共振回路にICチップを実装してインレイ6を形成する。
【0055】
また、ステップS203及びS204で、インレイ6の各々のアンテナコイル5の一部と相重なる位置に磁性材料が配設された磁性材シート7と、同じ位置に金属材料が配設された金属板8を形成する。そして、ステップS205で、インレイ6に磁性材シート7と金属板8とを積層した後、ステップS206でラベル加工を行い、ステップS207で、型抜きして枚葉に切り離す。その後、ステップS208で、各々のタグの磁性材料及び金属材料が配設されていない部分を折り曲げることによりタグ2が形成される。なお、磁性体シート7及び金属板8を複数のタグ用に磁性材料又は金属材料が配列された構造とするのではなく、第2の実施例と同様に、各々のタグ用に形成された磁性体シート7と金属板8とをインレイ6に積層した後、これらを接着し、型抜きすることにより製造することもできる。
【0056】
このような構成のタグでは、アンテナコイルの有効面積が減少するために通信距離が低下するが、補償用シート9を設けなくてもタグの共振周波数をキャリア周波数に合わせ込むことができ、既成のインレイを用いて金属物品に貼付可能なタグを製造することができる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のRFID用タグ及びその製造方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【0058】
本発明の第1の効果は、従来のインレイでは、交信できなかった金属上での交信が可能となり、また、既成のインレイを何ら改良することなく、金属製物品に対応するタグ(オンメタル型タグ)を製造することができるということである。
【0059】
その理由は、既成のインレイの一方の面に、磁性材料が配設された磁性体シート(及び、必要に応じて金属板)を配置し、他方の面にアンテナコイルの少なくとも一部と相重なる領域に金属パターンが形成された補償用シートを配置し、これらを積層、接着したのち、型抜きして個別のタグが製造されるため、磁性材料によるアンテナコイルのインダクタンスの増加と、金属パターンによるインダクタンスの減少とが相殺され、共振周波数をキャリア周波数に合わせ込むことができるからである。
【0060】
また、本発明の第2の効果は、既成のインレイの片面に設けた磁性体シートと金属板のみで同様の構造を実現することができるということである。
【0061】
その理由は、磁性材料をアンテナコイル全面ではなく、一部と重なるように設置し、磁性材料が介在しない部分の金属板によりインダクタンスを低下させたり、インレイの一部を折り曲げてアンテナコイルの有効面積を減少させてインダクタンスを低下させることにより、磁性材料によるインダクタンスの増加を相殺し、共振周波数をキャリア周波数に合わせ込むことができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】RFIDシステムの概略構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施例に係るタグの構造を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施例に係るタグの製造方法を模式的に示す図である。
【図4】本発明の第1の実施例に係るタグの概略の製造方法を示すフローチャート図である。
【図5】本発明の効果を確認するための各々の試料の構造を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施例に係るタグの構造を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施例に係るタグの製造方法を模式的に示す図である。
【図8】本発明の第2の実施例に係るタグの製造方法を模式的に示す図である。
【図9】本発明の第3の実施例に係るタグの構造を示す図である。
【図10】本発明の第3の実施例に係るタグの製造方法を模式的に示す図である。
【図11】本発明の第3の実施例に係るタグの概略の製造方法を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
1 RFIDシステム
2 タグ
2a 共振回路
2b IC
3 リーダ/ライタ
3a リーダ/ライタ用アンテナ
3b 通信回路部
3c 演算処理部
4 絶縁性シート
5 アンテナコイル
6 インレイ
7 磁性体シート
8 金属板
9 補償用シート
9a 金属パターン
10 スペーサ
Claims (16)
- 絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグにおいて、
前記タグは、単体で所望の共振周波数となるように前記共振回路が形成された回路形成層と、前記回路形成層の一方の面に配設され、アンテナ軸方向から見て少なくとも前記アンテナコイル及びその内側を覆う形状の磁性体層と、前記回路形成層の他方の面に配設され、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルのループの一部と相重なる金属パターンを備えた金属パターン形成層と、を備えることを特徴とするタグ。 - 更に、前記磁性体層の前記回路形成層配設面と反対側の面に、アンテナ軸方向から見て前記磁性体層と略等しい形状の金属板を備えることを特徴とする請求項1記載のタグ。
- 前記磁性体層に含まれる磁性材料の透磁率、構造、又は膜厚、前記金属パターンの導電率、膜厚、又は前記アンテナコイルのループと相重なる面積のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、前記金属パターンによる前記アンテナコイルのインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載のタグ。
- 絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグにおいて、
前記タグは、単体で所望の共振周波数となるように前記共振回路が形成された回路形成層と、前記回路形成層の一方の面に配設され、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイル及びその内側の一部を覆う形状の磁性体層と、前記磁性体層の前記回路形成層配設面と反対側の面に配設され、アンテナ軸方向から見て少なくとも前記アンテナコイル及びその内側を覆う形状の金属板と、を備えることを特徴とするタグ。 - 前記磁性体層に含まれる磁性材料の透磁率、構造、膜厚、又は前記アンテナコイルと相重なる面積、前記金属板の導電率、膜厚、又はアンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルとの間に前記磁性体層が介在しない部分の面積のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、前記金属板による前記アンテナコイルのインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることを特徴とする請求項4記載のタグ。
- 絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグにおいて、
前記タグは、単体で所望の共振周波数となるように前記共振回路が形成された回路形成層と、前記回路形成層の一方の面に配設され、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイル及びその内側の一部を覆う形状の磁性体層と、前記磁性体層の前記回路形成層配設面と反対側の面に配設され、アンテナ軸方向から見て前記磁性体層と略同一形状の金属板と、を備え、
前記回路形成層の前記磁性体層又は前記金属板が配設されてない領域が、前記回路形成層の前記磁性体層配設面と反対側に折り返されていることを特徴とするタグ。 - 前記磁性体層に含まれる磁性材料の透磁率、構造、膜厚、又は前記アンテナコイルと相重なる面積、前記回路形成層の折り返し位置のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、折り返しによる前記アンテナコイルの有効面積の減少に伴うインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることを特徴とする請求項6記載のタグ。
- 前記回路形成層は、前記共振回路が非金属部材から構成される物品に貼付して使用する用途に設計製造されたものであり、前記タグは、金属材料を含む物品に貼付して使用可能なものであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一に記載のタグ。
- 絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグの製造方法において、
単体で所望の共振周波数となるように設計された前記共振回路が複数配列された回路形成シートの一方の面に、前記回路形成シートと略等しい形状の磁性体シートを配置し、前記回路形成シートの他方の面に、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルのループの一部と相重なる金属パターンが前記アンテナコイルに対応して複数配列された金属パターン形成シートを配置し、前記磁性体シートと前記回路形成シートと前記金属パターン形成シートとを積層、固定した後、個片のタグに分割することを特徴とするタグの製造方法。 - 絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグの製造方法において、
単体で所望の共振周波数となるように設計された前記共振回路が複数配列された回路形成シートの一方の面に、前記回路形成シートと略等しい形状の磁性体シートと、前記回路形成シートと略等しい形状の金属板とをこの順に配置し、前記回路形成シートの他方の面に、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルのループの一部と相重なる金属パターンが前記アンテナコイルに対応して複数配列された金属パターン形成シートを配置し、前記金属板と前記磁性体シートと前記回路形成シートと前記金属パターン形成シートとを積層、固定した後、個片のタグに分割することを特徴とするタグの製造方法。 - 前記磁性体シートに含まれる磁性材料の透磁率、構造、又は膜厚、前記金属パターンの導電率、膜厚、又は各々の前記アンテナコイルのループと相重なる面積のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、前記金属パターンによる前記アンテナコイルのインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることを特徴とする請求項9又は10に記載のタグの製造方法。
- 絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグの製造方法において、
単体で所望の共振周波数となるように設計された前記共振回路が複数配列された回路形成シートの一方の面に、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイル及びその内側の一部を覆う形状の磁性体が個別に又は前記アンテナコイルに対応して複数配列された磁性体シートと、前記回路形成シートと略等しい形状の金属板とをこの順に配置し、前記金属板と前記磁性体シートと前記回路形成シートとを積層、固定した後、個片のタグに分割することを特徴とするタグの製造方法。 - 前記磁性体シートに含まれる磁性材料の透磁率、構造、膜厚、又は各々の前記アンテナコイルと相重なる面積、前記金属板の導電率、膜厚、又はアンテナ軸方向から見て前記アンテナコイルとの間に前記磁性体が介在しない部分の面積のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、前記金属板による前記アンテナコイルのインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることを特徴とする請求項12記載のタグの製造方法。
- 絶縁性シート上に形成されたループ状のアンテナコイルと、コンデンサとからなる共振回路を備えたRFID用タグの製造方法において、
単体で所望の共振周波数となるように設計された前記共振回路が複数配列された回路形成シートの一方の面に、アンテナ軸方向から見て前記アンテナコイル及びその内側の一部を覆う形状の磁性体が個別に又は前記アンテナコイルに対応して複数配列された磁性体シートと、前記磁性体と略同一形状の金属材料が個別に又は前記アンテナコイルに対応して複数配列された金属板とをこの順に配置、前記金属板と前記磁性体シートと前記回路形成シートとを積層、固定した後、個片のタグに分割し、前記回路形成シートの前記磁性体又は前記金属材料が配置されていない領域を、前記回路形成シートの前記磁性体シート配設面と反対側に折り返すことを特徴とするタグの製造方法。 - 前記磁性体シートに含まれる磁性材料の透磁率、構造、膜厚、又は前記アンテナコイルと相重なる面積、前記回路形成シートの折り返し位置のいずれかが、前記磁性材料による前記アンテナコイルのインダクタンスの増加と、折り返しによる前記アンテナコイルの有効面積の減少に伴うインダクタンスの減少とを相殺するように設定されることを特徴とする請求項14記載のタグの製造方法。
- 前記回路形成シートとして、前記共振回路が非金属部材から構成される物品に貼付して使用する用途に設計製造されたものを用い、前記タグを、金属材料を含む物品に貼付して使用することを特徴とする請求項9乃至15のいずれか一に記載のタグの製造方法。
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