JP2005346521A - 非接触通信タグ - Google Patents

Abstract

【課題】 動作環境の電磁的影響を抑制して安定した通信動作を確保できる非接触通信タグを提供する。
【解決手段】 本発明の非接触通信タグ２０は、ループ状のアンテナコイル２３を有し、一方の表面側を信号処理回路部の実装面２１Ｂ、他方の表面側をリーダーライタ２８との通信面２１Ａとされたアンテナモジュール２１と、信号処理回路部を収容し上記実装面２１Ｂおよびその周囲を外部から遮蔽する非導電性の磁性シールド体２５とを備えている。この構成により、アンテナモジュール２１の通信面２１Ａ以外の周囲およびその実装面が磁気シールド体２５で覆われることにより、外装筐体２７の表面あるいはその上面の構造体２９に存在する金属部分との電磁干渉を抑制して、通信面２１Ａにおける安定した通信動作を確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いた非接触通信タグに関し、更に詳しくは、動作環境の電磁的影響を排除して安定した通信動作を確保できる非接触通信タグに関する。

近年、非接触ＩＣカードに代表されるＲＦＩＤ技術を用いた非接触通信タグが広く用いられている。この非接触通信タグは、所定情報を記録したＩＣチップと通信用のアンテナコイルを備えており、社員証や交通定期券等の既存のカード機能に限らず、非接触通信タグを個々の物品に取り付けて在庫管理や製品管理等を行う利用形態（例えば下記特許文献１参照）や、ゲーム機器や玩具等、アミューズメント分野における利用形態も提案されている（例えば下記特許文献２参照）。

この種の非接触通信タグの構成例を図５に示す。図５に示す非接触通信タグ１０は、板状またはコイン状のアンテナモジュール１を内蔵するケース本体５を外装筐体７の内部に収容した構成を備えている。

アンテナモジュール１は、ベース基板２と、その通信面を構成する一方側の表面に形成されたループ状のアンテナコイル３と、その反対側の実装面に実装された所要情報を記憶したＩＣチップ４を含む信号処理回路部とで構成されている。ケース本体５は例えばプラスチック製の容器であり、その蓋体６は、アンテナモジュール１の通信面を支持してケース本体５の内部空間を閉塞している。

外装筐体７もまたプラスチックの成形体等でなり、当該非接触通信タグ１０の製品外観を構成しており、その外観形状は、直方形状あるいは円板形状を有している。また、外装筐体７は、その上面にテレビキャラクタを模したフィギュア等の構造体９を支持する台座として構成されるものもある。

以上のような構成の非接触通信タグ１０は、外装筐体７の内部に収容したアンテナモジュール１の通信面をリーダーライタ８に載置あるいは近接させることにより、リーダーライタ８との間で通信が行われ、ＩＣチップ４に記録された所定の情報が読み出される。これにより、当該タグ１０の個体識別が行われたり、当該タグ１０の固有情報が図示しない表示部に表示される。

特開２００２−２６１５２４号公報 特開２００２−３０６８３５号公報

ところで、この種の非接触通信タグにおいては、その通信周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）における確実な動作環境が求められており、通信特性においても、できるだけ長い通信距離や、リーダーライタとタグとが相対する場合の平面状の広い通信エリアが求められている。

しかしながら、図５を参照して説明した従来の非接触通信タグ１０においては、外観によりリアリティや重厚感をもたせるために、外装筐体７の表面の一部または全部に金属めっきを施したり、あるいは構造体９に金属材料を用いたりした場合、当該金属部分がアンテナモジュール１の通信特性を劣化させ、非接触通信タグに要求される所期の通信性能が確保できなくなるという問題がある。

また、従来の非接触通信媒体タグの構成では、この種の非接触通信タグが複数近接して置かれた場合に、相互に電磁的な相互作用を及ぼし合う結果、通信特性が変動し、リーダーライタとの適正な通信動作に悪影響をもたらすおそれもある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、動作環境の電磁的影響を抑制して安定した通信動作を確保することができる非接触通信タグを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の非接触通信タグは、ループ状のアンテナコイルを有し、一方の表面側を信号処理回路部の実装面、他方の表面側をリーダーライタとの通信面とされたアンテナモジュールと、信号処理回路部を収容し上記実装面およびその周囲を外部から遮蔽する非導電性の磁性シールド体とを備えている。

この構成により、アンテナモジュールの通信面以外の周囲およびその実装面が磁気シールド体で覆われることにより、動作環境中の金属あるいは電波発生体との電磁干渉を抑制して、通信面における安定した通信動作を確保することができる。

磁性シールド体は、プラスチック材料やゴム材料等の合成樹脂材料中に軟磁性粉末を分散させた複合材の射出成形体で構成することができ、当該シールド体を非接触通信タグの外装筐体としてそのまま用いたり、あるいは、別途用意された外装筐体の内部に収容して用いることが可能である。

特に後者の例では、外装筐体に金属が含まれている場合等は、この外装筐体の収容面に対向して当該シールド体を配置することによって、内部のアンテナモジュールの通信特性の劣化を抑制することができる。

また、磁性シールド体として可塑性のコンパウンドを用い、アンテナモジュールを収容する外装筐体の内部空間に当該シールド体を充填させることによっても、同様な効果を得ることができる。

本発明の非接触通信媒体によれば、アンテナモジュールの通信面以外の周囲およびその実装面側を覆う磁性シールド体を備えているので、動作環境中の金属あるいは電波発生体との電磁干渉を抑制でき、これにより、通信面においてリーダーライタとの安定した通信動作を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態による非接触通信タグ２０の概略構成を示す側断面図である。非接触通信タグ２０は、アンテナモジュール２１を内蔵するケース本体２５を外装筐体２７の内部に収容した構成を備えている。

アンテナモジュール２１は、ベース基板２２と、その通信面２１Ａを構成する一方側の表面に形成されたループ状のアンテナコイル２３と、その反対側の実装面２１Ｂを構成する他方側の表面に実装された所要情報を記憶したＩＣチップ２４を含む信号処理回路部とで構成されている。なお、アンテナコイル２３はベース基板２２の他方側の表面に形成されてもよい。

ベース基板２２は絶縁性のプラスチックフィルムあるいはリジッド基板で構成されている。アンテナコイル２３は、このベース基板２２の一方側の表面（通信面２１Ａ）に貼着あるいは蒸着させた銅、アルミニウム等の金属層をエッチング処理したり、金属ワイヤをループ状にスポット溶着等により固定させて形成されている。信号処理回路部は、ＩＣチップ２４およびこれとアンテナコイル２３との間を電気的に接続するコンデンサ等の受動部品等で構成され、ベース基板２２の他方側の表面（実装面２１Ｂ）上のアンテナコイル２３の内方側に実装されている。

アンテナモジュール２１を内蔵するケース本体２５は、プラスチック材料（バインダ）中に軟磁性粉末を分散させた非導電性複合材の射出成形体で構成され、アンテナモジュール２１の外形よりも大きな形状の開口と、アンテナモジュール２１の周囲およびその実装面２１Ｂを収容する空間部２５Ａとを備えている。このケース本体２５は、本発明に係る「磁性シールド体」を構成し、アンテナモジュール２１の実装面２１Ｂおよびその周囲を外部から磁気的に遮蔽する機能を有している。

軟磁性粉末としては、例えばセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系）、アモルファス（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系等）、フェライト（Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｍｎ−Ｚｎ系、Ｆｅ−Ｓｉ系等）などが適用可能であり、用途に応じて選定される。本実施の形態では、この磁性シールド体をアンテナコイル２３の磁芯部材として用いる場合に適した軟磁性粉末が適用されている。

なお、アンテナモジュール２１は、ケース本体２５の開口を閉塞する蓋体２６の内面側に接着等で一体固定されている。この蓋体２５は、非磁性かつ非導電性の材料（プラスチック材料）製とされ、アンテナモジュール２１の通信面２１Ａ側を支持している。

外装筐体２７は、この非接触通信タグ２０の製品外観を構成しており、その表面あるいは全体に所定のデザイン的意匠が施され、例えば、表面に金属めっきが施されていたり、金属粉末を顔料として含有する塗膜が形成されている。また、この外装筐体２７は、その上面に設けられたアニメキャラクタ等の模型あるいはフィギュア等の構造体２９の台座として形成されていてもよい。この構造体２９もまた、表面に金属層が設けられていたり、あるいは構造体２９の一部または全体が金属で構成されていてもよい。

外装筐体２７の外観形状は特に限定されず、図２Ａに示す円板状や、図２Ｂに示す直方形状のほか、他の幾何学的形状が適用可能である。また、この外装筐体２７に収容されているケース本体２５およびアンテナモジュール２１に関しても同様に、外装筐体２７の内部空間またはケース本体２５の空間部２５Ａの形状に合わせて、これらの形状または大きさが決められる。

例えば、図２Ａの構成例では、円形（コイン状）のアンテナモジュール２１を収容したケース本体２５が、断面円形の外装筐体２７の内部空間に合致する所定厚の円板形状に構成された例を示し、図２Ｂの構成例では、矩形板状のアンテナモジュール２１を収容したケース本体２５が、断面矩形状の外装筐体の内部空間に合致する直方体形状に構成された例を示している。

ケース本体２５は外装筐体２７の内部の収容面に対向しており、アンテナモジュール２１の通信面２１Ａ以外の周囲およびその実装面２１Ｂを外装筐体２７から遮蔽している。なお、ケース本体２５の外面と外装筐体２７の内部収容面との間には隙間あるいは空間が形成されていてもよい。

また、本実施の形態においては、蓋体２６が外装筐体２７の底面を構成するとともに、この蓋体２６の外面が、外装筐体２７の内部空間の開口面とほぼ面一となるように構成されている。これにより、当該非接触通信タグ２０が外部のリーダーライタ２８の通信面上の載置された際、蓋体２７の外面がリーダーライタ２８の通信面に接触し、アンテナモジュール２１とリーダーライタ２８との間の対向距離が極力短くなる。
なお、当該蓋体２６は、外装筐体２７の底部開口面よりもやや奥まった位置に取り付けられる構成も勿論可能である。

以上のように構成される本実施の形態の非接触通信タグ２０においては、外装筐体２７の底面側に位置するアンテナモジュール２１の通信面２１Ａをリーダーライタ２８に載置または近接させることによって所定の動作周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）におけるデータ通信が行われる。

すなわち、アンテナコイル２３がリーダーライタ２８の送受信部から発信された問合せ信号に相当する磁界あるいは電磁波を検出すると、その磁界あるいは電磁波の強さに応じた電流（電気信号）を発生させ、信号処理回路部へ供給する。このアンテナコイル２３で発生した電流は、信号処理回路部において整流され、ＩＣチップ２４に記憶された情報の読出し電圧に変換される。そして、情報が読み出された後、アンテナコイル２３の負荷を変動させ、応答信号に相当する磁界あるいは電磁波をアンテナコイル２３から発信する。リーダーライタ２８は、アンテナコイル２３から発信された磁界あるいは電磁波を検出して、ＩＣチップ２４から読み出した情報を抽出する。

リーダーライタ２８は、非接触通信タグ２０（ＩＣチップ２４）から読み出した情報をＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部（図示略）を介して文字情報あるいは映像情報として再生したり、スピーカ（図示略）を介して音声情報として再生する。

さて、外装筐体２７あるいは構造体２９に金属が含まれていると、従来の非接触通信タグにおいては、アンテナモジュールのアンテナコイルが当該金属による影響を受け、アンテナコイルのインダクタンスが低下し、これにより、リーダーライタとの磁気結合時の誘導起電力が低下する結果、アンテナモジュールの通信距離が短くなって、リーダーライタとの通信が不安定となったり、通信が不可能になるという問題があった。

そこで、本実施の形態の非接触通信タグ２０においては、アンテナモジュール２１を収容するケース本体２５を非導電性の磁性材料で構成しているので、このケース本体２５によって、外装筐体２７あるいは構造体２９と、アンテナモジュール２１の通信面２１Ａ以外の周囲およびその実装面２１Ｂ側との間に、磁気的なシールド効果を生じさせることが可能となる。これにより、アンテナコイル２３に対する外装筐体２７あるいは構造体２９の金属部分の影響を抑制でき、アンテナコイル２３のインダクタンス低下を抑えて、リーダーライタ２８との安定した通信動作を確保することができる。

また、本実施の形態の非接触通信タグ２０によれば、その通信性能に悪影響を与えることなく、外装筐体２７あるいは構造体２９に対して金属層あるいは導電層を付与して種々の趣向を凝らした意匠を施すことが可能となるので、設計あるいはデザインの自由度を高めることができるとともに、利用者のニーズに合わせた商品の提供が可能となる。

更に、本実施の形態によれば、当該非接触通信タグ２０の近傍に他の同種または異種の非接触通信タグが存在しても、ケース本体２５の磁気シールド効果によって、これらタグ間の電磁的な相互干渉を回避でき、これにより個々のタグの安定した通信動作を確保することができる。

図３は本発明の他の実施の形態による非接触通信タグ３０の構成を模式的に示す側断面図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態の非接触通信タグ３０は、アンテナモジュール２１が外装筐体２７の内部に収容されているとともに、この外装筐体２７の内部収容面２７ａとアンテナモジュール２１との間の空間部に、非導電性磁性材料でなる充填体３１が充填された構成を備えている。

充填体３１は、合成樹脂材料中に軟磁性粉末を分散させた可塑性の複合材（コンパウンド）で構成され、外装筐体２７の内部において、アンテナモジュール２１の周囲およびその実装面２１Ｂを被覆している。これにより、外装筐体２７の内部収容面２７ａとアンテナモジュール２１の周囲およびその実装面２１Ｂとの間の空間部が、充填体３１によって充填された構成となっている。

このような構成の非接触通信タグ３０においても、上述の第１の実施の形態と同様な作用効果が得られ、外装筐体２７の表面に金属めっきや金属顔料を含む塗膜が形成されていたり、その上面に金属物を含む構造体が設けられているとしても、充填体３１によりアンテナコイル２３のインダクタンスの低下をもたらすことなく、所期の通信特性を安定した発揮させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、外装筐体２７とアンテナモジュール２１との間に介在させた磁性シールド体をそれぞれケース本体２５および充填体３１で構成したが、これに限らず、例えば当該磁性シールド体を外装筐体２７の内部収容面に全域に貼着させたシート体として構成したり、外装筐体２７自体を上述の構成の複合磁性材料で構成するようにしてもよい。

また、以上の実施の形態では、アンテナモジュール２１をその通信面２１Ａ側に蓋体２６を固定させて外装筐体２７に収容するようにしたが、アンテナモジュール２１のベース基板２２をリジッド性の有するもので構成し、当該ベース基板を蓋体２６の代わりとして構成することも可能である。

また、本発明に係る非接触通信タグは、例えば図４に示すように、縦横複数の線で形成された複数のマス目３５を有し、各マス目３５の下にそれぞれ小型のリーダーライタ（図示略）が配置された盤面の上で遊ぶゲームの駒４０として用いることができる。そして、これら駒４０の通信面（下面）を盤面に向ける遊戯形態では、上記リーダーライタによりどの駒４０がどのマス目３５に位置しているかを駒４０相互間で通信の干渉を起こすことなく的確に識別できる。また、駒４０の表裏面を利用する遊戯形態では、内蔵された磁性シールド体によって盤面に向く面が通信面か非通信面かに応じてリーダーライタの受信特性を異ならせることが可能となり、これにより駒４０の表裏面を容易に識別できるようになる。

更に、以上の実施の形態では、非接触通信タグとして、ＩＣチップ２４を有する非接触ＩＣタグとして説明したが、これ以外にも、アンテナコイルを備えた他のパッシブ型センサ、例えば弾性表面波を利用したいわゆるＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）センサに対しても本発明は適用可能である。

本発明の実施の形態による非接触通信タグ２０の概略構成を示す側断面図である。 非接触通信タグ２０の平面視形状の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態による非接触通信タグ３０の概略構成を示す側断面図である。 本発明を用いた非接触通信タグ４０の利用形態の一例を説明する図である。 従来の非接触通信タグの概略構成を示す側断面図である。

符号の説明

２０，３０，４０…非接触通信タグ、２１…アンテナモジュール、２１Ａ…通信面、２１Ｂ…実装面、２２…ベース基板、２３…アンテナコイル、２４…ＩＣチップ、２５…ケース本体（磁性シールド体）、２６…蓋体、２７…外装筐体、２８…リーダーライタ、２９…構造体、３１…充填体（磁性シールド体）。

Claims (5)

1. ループ状のアンテナコイルを有し、一方の表面側を信号処理回路部の実装面、他方の表面側をリーダーライタとの通信面とされたアンテナモジュールと、
   前記信号処理回路部を収容し前記実装面およびその周囲を外部から遮蔽する非導電性の磁性シールド体とを備えた
   ことを特徴とする非接触通信タグ。
2. 前記磁性シールド体は、前記アンテナモジュールを収容する外装筐体の収容面に対向して配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触通信タグ。
3. 前記外装筐体の少なくとも一部には金属が含まれている
   ことを特徴とする請求項２に記載の非接触通信タグ。
4. 前記磁性シールド体は、合成樹脂材料中に軟磁性粉末を分散させた複合材の射出成形体でなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触通信タグ。
5. 前記磁性シールド体は、合成樹脂材料中に軟磁性粉末を分散させた可塑性の複合材でなり、前記アンテナモジュールを収容する外装筐体の内部空間に充填されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触通信タグ。
   

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