JP2007277080A - フェライト材料、フェライト膜及びそれを用いたｒｆｉｄタグ - Google Patents

Abstract

【課題】キャリア周波数が高い場合でも、ＲＦＩＤタグの送受信性能の特性改善に寄与し得る磁性体材料を提供すること。
【解決手段】フェライト材料の金属の組成をＦｅ_ａＮｉ_ｂＺｎ_ｃＣｏ_ｄ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝３．０，２．１≦ａ≦２．７，０≦ｂ≦０．４，０≦ｃ≦０．４，０．１≦ｄ≦０．５）で示されるようなものとする。好ましくは、かかるフェライト材料からなるフェライト膜１４４をフェライトめっき法により３０μｍ以下の厚さを有し且つ３０以上のアスペクト比を有するように成膜し、それをＲＦＩＤタグ１００のアンテナ導体１２０に近接配置する。アンテナ導体１２０にフェライト膜１４４が直接接触する構成としても良い。
【選択図】図２

Description

本発明は、フェライト材料及びフェライト膜並びにそれを用いたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグに関する。

ＲＦＩＤシステムは、概略、ＲＦＩＤタグのような非接触通信デバイス又は非接触通信モジュールと、リーダライタ機能を有する質問機からなるものであり、最近では、商品の入出庫管理などに利用されている。

ＲＦＩＤシステムにおけるＲＦＩＤタグの送受信性能は、ＲＦＩＤタグの使用環境、例えばどのような対象物に貼り付けられるか又は取り付けられるかによって大きな影響を受ける。特に、ＲＦＩＤタグの近傍に金属構成体がある場合にはＲＦＩＤタグの送受信性能が劣化するという問題がある。かかる問題を解決する手段として、例えば特許文献１には、非導電性の磁性シートを利用することが提案されている。特に、特許文献１の００１６欄においては、非導電性の磁性シートとして、絶縁性バインダー中に軟磁性粉末を含有させた複合材料や、軟磁性粉末のロール圧延体等の使用が推奨されている。

特開２００６−５８３６号公報

しかしながら、特許文献１において推奨されている磁性シートでは、キャリア周波数帯域によって、ＲＦＩＤタグの送受信性能の特性改善に寄与しない可能性があるという問題がある。例えば、現在、ＲＦＩＤシステムに利用されている周波数帯域としては１３．５６ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯及び２．４５ＧＨｚ帯などがあるが、９００ＭＨｚ帯や２．４５ＧＨｚ帯では所望とする特性は得られない。

そこで、本発明は、キャリア周波数が９００ＭＨｚ帯や２．４５ＧＨｚ帯又はそれ以上といったように高い場合でも、ＲＦＩＤタグの送受信性能の特性改善に寄与し得る磁性体材料、当該磁性体材料からなる磁性体膜及び当該磁性体膜を備えたＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。

ＲＦＩＤタグの送受信感度を改善するために磁性体に対して求められるのは、キャリア信号周波数における実部透磁率μ′を大きくする一方で虚部透磁率μ″を出来るだけ小さくすることである。従って、自然共鳴周波数ｆｒをキャリア周波数よりも高くすることが必要とされる。

研究の結果、本発明の発明者らは、少なくともＦｅとＣｏとを含む金属の酸化物であるフェライト材料、特に、特定の組成を有するＮｉＺｎＣｏフェライト材料が上記要件を満たすことを見出した。

即ち、本発明によれば、Ｆｅ_ａＮｉ_ｂＺｎ_ｃＣｏ_ｄ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝３．０，２．１≦ａ≦２．７，０≦ｂ≦０．４，０≦ｃ≦０．４，０．１≦ｄ≦０．５）で示される組成を有する金属の酸化物であることを特徴とするフェライト材料が得られる。

また、本発明によれば、自然共鳴周波数が１ＧＨｚ以上である前記フェライト材料が得られる。

また、本発明によれば、ｔａｎδ（＝μ″／μ′）の値が９００ＭＨｚにおいて１．０以下である前記フェライト材料が得られる。

更に、本発明によれば、０．１Ωｃｍ以上の比抵抗を有する前記フェライト材料が得られる。

また、本発明によれば、上述したいずれかのフェライト材料からなるフェライト膜が得られる。

また、本発明によれば、フェライトめっき法により形成されてなる前記フェライト膜が得られる。

また、本発明によれば、厚さが３０μｍ以下である前記フェライト膜が得られる。

更に、本発明によれば、アスペクト比が３０以上である前記フェライト膜が得られる。

また、本発明によれば、前記フェライト膜を、アンテナ導体を含む主部材に対して、接触配置又は近接配置してなるＲＦＩＤタグが得られる。

また、本発明によれば、前記主部材はタグ基体を更に備えており、前記アンテナ導体は該タグ基体の表面に設けられている、前記ＲＦＩＤタグが得られる。

また、本発明によれば、前記フェライト膜は前記タグ基体の裏面に接触配置されている、前記ＲＦＩＤタグが得られる。

また、本発明によれば、前記フェライト膜は前記アンテナ導体に接触配置されている、前記ＲＦＩＤタグが得られる。

また、本発明によれば、支持体を更に備えており、前記フェライト膜は前記支持体上に形成されている、前記ＲＦＩＤタグが得られる。

本発明のフェライト材料によれば、かなり高い周波数領域に至るまで大きな実部透磁率μ′を得ることができる。

特に、フェライトめっき法などにより緻密な膜構造を有するフェライト膜を構成し、主に搬送波周波数が９００ＭＨｚ帯または２．４５ＧＨｚ帯にあるようなＲＦＩＤタグに当該フェライト膜を用いると、ＲＦＩＤタグの近傍に金属構成物があったとしても送受信性能の劣化を抑えることができ、認識率の向上に寄与することができる。

なお、フェライト膜のｔａｎδ（＝μ″／μ′）の値が９００ＭＨｚにおいて１．０よりも大きいと損失が大きすぎることから特にアンテナなどの用途には不向きである。従って、アンテナ用途などのように損失が大きすぎると問題になるような場合には、ｔａｎδの値が９００ＭＨｚにおいて１．０以下であることが好ましい。加えて、フェライト材料の比抵抗が０．１Ωｃｍよりも小さいと、フェライト膜の導電性によりアンテナ特性が劣化してしまうことから、フェライト膜の比抵抗は０．１Ωｃｍ以上であることが好ましい。

ここで、フェライトめっき法とは、例えば特許第１４７５８９１号に示されているように、被めっき物の表面に、磁性を有する金属のイオンとして少なくとも第１鉄イオンを含む水溶液を接触させ、被めっき物表面にＦｅ^２＋またはこれと他の水酸化金属イオンを吸着させ、続いて吸着したＦｅ^２＋を酸化させることによりＦｅ^３＋を得、これが水溶液中の水酸化金属イオンとの間でフェライト結晶化反応を起こすことを利用して、被めっき物表面にフェライト薄膜を形成する方法である。このフェライトめっき膜は、結晶相同士が密に配列した構造を有し交換結合による小さな異方性分散が期待でき、組成を変えることで強磁性共鳴周波数も制御可能である。

フェライト膜は厚ければ厚い方が良いが３μｍ程度の厚さでも十分な効果を得ることができることから、ＲＦＩＤタグの小型化に寄与する。また、フェライト膜は支持体上に形成してもよいが、アンテナ導体上に直接成膜すると、ＲＦＩＤタグの薄型化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態によるＲＦＩＤタグについて図面を用いて詳細に説明する。

図１及び図２に示されるように、本発明の実施の形態によるＲＦＩＤタグ１００は、タグ基体１１０の表面にアンテナ導体１２０が形成され且つＩＣチップ１３０が登載されてなる主部材１０１と、主部材１０１の裏面に貼り付けられたフェライトシート１４０とを備えている。本実施の形態におけるタグ基体１１０はＰＥＴ（polyethylene terephthalate）からなるものであり、アンテナ導体１２０はその表面に印刷形成された平面状のものである。また、ＩＣチップ１３０は、アンテナ導体１２０の中央部に取り付けられている。

本実施の形態によるフェライトシート１４０は、支持体１４２の片面上にフェライトめっき法によりフェライト膜１４４を直接形成してなるものである。このフェライトシート１４０は、フェライト膜１４４がタグ基体１１０の裏面に当接するようにして、主部材１０１に貼り付けられている。本実施の形態によるフェライト膜１４４の面積は、主部材１０１の底面積、即ち、タグ基体１１０の裏面の面積と同じである。

本実施の形態によるフェライト膜１４４は、少なくともＦｅ及びＣｏを含む金属の酸化膜であり、詳しくは、Ｆｅ_ａＮｉ_ｂＺｎ_ｃＣｏ_ｄ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝３．０，２．１≦ａ≦２．７，０≦ｂ≦０．４，０≦ｃ≦０．４，０．１≦ｄ≦０．５）で示される組成を有する金属の酸化物からなる。膜の酸素量は、一般的には、フェライト組成Ｍ_３Ｏ_４（Ｍ：金属元素）によって決まるが、酸素欠陥または酸素過剰を許容する。

ＲＦＩＤタグ１００に用いることを考えると、キャリア周波数におけるフェライト膜１４４の実部透磁率μ′はできるだけ高い方がよく、また、厚さも比較的厚い方が良い。但し、厚さｔに関しては３μｍ程度でもある程度の効果を得ることができ、逆に、厚さｔが３０μｍを超えるとスピン共鳴現象がバルク状態に近づき自然共鳴周波数ｆｒが低下してしまうことからＲＦＩＤタグに用いても期待する効果を得られない可能性がある。そのため、厚さｔは３０μｍ以下であることが好ましく、また、アスペクト比、即ち、例えば、矩形の膜状体の場合を例にとると長さ及び幅の小さい方をｌと厚さｔとの比ｌ／ｔは３０以上であることが好ましい。

ここで、下記表１に示されるように、実施例１〜実施例１５のフェライト膜として上掲の組成を有する金属の酸化物からなる膜をフェライトめっき法により成膜すると共に、比較例１〜３のフェライト膜についても同様にして成膜し、それらの特性評価を行った。

なお、フェライト膜１４４の成膜は、図３に模式的に示されるような成膜装置を用いて行った。詳しくは、支持体１４２を回転台１３の上に設置し、メッキに必要な反応液を貯蔵するためのタンク１５，１６に貯蔵された溶液をガス導入口１７から導入した窒素ガスと共にノズル１１，１２を介して支持体１４２上に供給する。その際、例えば、ノズル１１を介して支持体１４２に溶液を供給した後、余剰の溶液を回転による遠心力で除去するステップと、ノズル１２を介して支持体１４２に供給された溶液を供給した後、余剰の溶液を回転による遠心力で除去するステップとを繰り返し行う。このようにして、支持体１４２の表面にフェライト膜１４４を形成してなるフェライトシート１４０を得た。

より具体的には、図３に示す構成のフェライトめっき装置の回転板１３の上に、支持体１４２として厚さ２５μｍのポリイミドシートを設置し、１５０ｒｐｍで回転させつつ脱酸素イオン交換水を供給しながら９０℃まで加熱した。次いで、成膜装置内にＮ_２ガスを導入し脱酸素雰囲気をつくり出した。反応液として脱酸素イオン交換水中にＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ、ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ、ＺｎＣｌ_２、ＣｏＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏをそれぞれ表１に示すモル比で溶かし、脱酸素イオン交換水中にＮａＮＯ_２とＣＨ_３ＣＯＯＮＨ_４をそれぞれ溶かした酸化液と前述の反応液をノズルによりそれぞれ約４０ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給した。以上の作業の後に取り出した支持体１４２には黒色のフェライト膜１４４が形成されていた。ＳＥＭを用いた組織観察の結果、膜厚が均一である組織が形成されていた。膜の化学組成は、３ｃｍ角〜５ｃｍ角程度の大きさの膜を塩酸により溶解し、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰＳ）により決定した。膜の透磁率はシールディドループコイル法を用いた透磁率計により測定した。このようにして測定した結果、上記表１に示されるような特性が得られた。

表１から理解されるように、実施例１〜１５のフェライトめっき膜は、いずれも１ＧＨｚ以上の自然共鳴周波数ｆｒ（実部透磁率μ′が１／２に低下する周波数）を有し、且つ、０．１Ωｃｍ以上の比抵抗を有している。これに対して、比較例１〜３のフェライト膜の自然共鳴周波数ｆｒは１ＧＨｚより低い値となっているか、比抵抗が０．１Ωｃｍよりも小さくなっている。

更に、実施例１によるフェライト膜１４４を用いて構成されたＲＦＩＤタグ１００の送受信特性についても評価検証を行った。評価対象として構成されたＲＦＩＤタグ１００は、９００ＭＨｚ帯用のものであり、アンテナ導体１２０は長さ約１０ｃｍ、幅約２ｃｍとした。かかるアンテナ導体１２０を有する主部材１０１に対して１枚のフェライトシート１４０を貼り付けたものを構成するとともに、３枚のフェライトシート１４０を重ねた上で主部材１０１に貼り付けたものも構成した。

このようにして構成したＲＦＩＤタグ１００の送受信特性を、図４及び図５に示されるような測定系を用いて、下記測定条件の下で電波暗室内にて測定した。
［測定条件］
ＲＦＩＤ リーダ・モジュール： MP9311，SAMSys Technologies, Inc. 製
送受信アンテナ（リーダ）：ダイポール，水平固定
ＲＦＩＤタグ：ダイポール状（約１０ｃｍ×２ｃｍ），水平
金属板：２５ｃｍ×１０ｃｍ
配置：ＲＦＩＤタグは送受信アンテナ正面，水平偏波
出力：５０ｍＷ

図４及び図５に示されるように、ＲＦＩＤタグ１００にフェライトシート１４０（フェライト膜１４４）を用いたことによる効果は、金属板２００とＲＦＩＤタグ１００との間の距離Ｄ_１を変化させつつ最大検知距離Ｄ_２（リーダ側ダイポールアンテナ３００とＲＦＩＤタグ１００との間の最大距離であってリーダ側ダイポールアンテナ３００にて検知可能であったときの距離）を調べることにより評価した。その結果、図６に示される評価結果が得られた。図６から明らかなように、従来のＲＦＩＤタグ（本実施の形態における主部材１０１）を金属板２００に近づけると最大検知距離Ｄ_２が大幅に減少してしまっていることと比較すると、フェライト膜１４４を備えた本実施の形態によるＲＦＩＤタグ１００の最大検知距離Ｄ_２は顕著に改善されていることが理解される。

以上説明してきた本発明の実施の形態によるＲＦＩＤタグ１００は、フェライト膜１４４がタグ基体１１０の裏面に当接するようにしてフェライトシート１４０を主部材１０１に貼り付けてなる構成を備えていたが、本発明はこれに限定されず、アンテナ導体１２０にフェライト膜が接触配置されているか又は近接配置されているような構成であれば良い。

例えば、図７に示されるように、フェライト膜が形成された面をアンテナ導体１２０上に直接搭載するようにして、フェライトシート１４０ａを主部材１０１に貼り付けることにより、ＲＦＩＤタグ１００ａを構成することとしても良い。また、図１又は図７に示される構成において、フェライト膜の形成されている面とは反対側の面を主部材１０１側の面とするようにして、フェライトシート１４０，１４０ａを主部材１０１に貼り付けることによりＲＦＩＤタグを構成することとしても良い。

また、図８に示されるように、支持体１４２を用いることなく、フェライト膜１４４ｂをアンテナ１２０上に直接成膜することにより、ＲＦＩＤタグ１００ｂを構成することとしても良い。この場合、フェライト膜１４４ｂの成膜処理は、例えば、ＩＣチップ１３０に対するマスキング処理をした後に行われる。同様に、主部材１０１の裏面に直接フェライト膜を成膜することによりＲＦＩＤタグを構成することとしても良い。更には、アンテナ導体１２０の剛性が高い場合などにおいては、タグ基体１１０を省略することとしても良い。

加えて、上述した実施の形態においては、フェライトめっき法により成膜したフェライトめっき膜を用いた場合についてのみ説明してきたが、例えば、スパッタ等の一般的な成膜方法によって作製したフェライト膜を用いてもよく、焼結法によるものフェライト膜を用いてもよい。

本発明の実施の形態によるＲＦＩＤタグの構成を示す斜視図である。 図１に示されるＲＦＩＤタグの分解斜視図である。 図２に示されるフェライト膜の成膜に用いられる成膜装置を模式的に示す図である。 図１のＲＦＩＤタグの評価系（リーダ側ダイポールアンテナを除く）を模式的に示す正面図である。 図４に示される評価系を模式的に示す側面図である。 図４及び図５に示される評価系にて評価した結果を示す図である。 ＲＦＩＤタグの変形例を示す斜視図である。 ＲＦＩＤタグの他の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１００ ＲＦＩＤタグ
１０１ 主部材
１１０ タグ基体
１２０ アンテナ導体
１３０ ＩＣチップ
１４０，１４０ａ フェライトシート
１４２ 支持体
１４４，１４４ｂ フェライト膜
２００ 金属板
３００ （リーダ側）ダイポールアンテナ

Claims (13)

1. Ｆｅ_ａＮｉ_ｂＺｎ_ｃＣｏ_ｄ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝３．０，２．１≦ａ≦２．７，０≦ｂ≦０．４，０≦ｃ≦０．４，０．１≦ｄ≦０．５）で示される組成を有する金属の酸化物である
   ことを特徴とするフェライト材料。
2. 自然共鳴周波数が１ＧＨｚ以上である、請求項１記載のフェライト材料。
3. ｔａｎδ（＝μ″／μ′）の値が９００ＭＨｚにおいて１．０以下である、請求項１又は請求項２に記載のフェライト材料。
4. ０．１Ωｃｍ以上の比抵抗を有する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフェライト材料。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフェライト材料からなるフェライト膜。
6. フェライトめっき法により形成されてなる請求項５記載のフェライト膜。
7. 厚さが３０μｍ以下である、請求項５又は請求項６に記載のフェライト膜。
8. アスペクト比が３０以上である、請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のフェライト膜。
9. 請求項５乃至請求項８のいずれかに記載のフェライト膜を、アンテナ導体を含む主部材に対して、接触配置又は近接配置してなるＲＦＩＤタグ。
10. μ 前記主部材はタグ基体を更に備えており、前記アンテナ導体は該タグ基体の表面に設けられている、請求項９記載のＲＦＩＤタグ。
11. 前記フェライト膜は前記タグ基体の裏面に接触配置されている、請求項１０記載のＲＦＩＤタグ。
12. 前記フェライト膜は前記アンテナ導体に接触配置されている、請求項９又は請求項１０記載のＲＦＩＤタグ。
13. 支持体を更に備えており、前記フェライト膜は前記支持体上に形成されている、請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載のＲＦＩＤタグ。

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