JP2007280314A

JP2007280314A - Ｒｆｉｄタグ

Info

Publication number: JP2007280314A
Application number: JP2006109282A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Fujii; 藤井勝巳; Daisuke Matsuda; 松田大輔
Original assignee: MATE Co Ltd
Current assignee: MATE Co Ltd
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】ＲＦＩＤタグのアンテナサイズやリーダーライターの出力の制約などの理由で、実際の使用に際して安定的に信頼性の高い通信を行うの十分な通信距離を実現できない場合がある。このような場合に通信不能となったり、誤認識などの通信不具合が頻発することを防止する。
【解決手段】少なくともアンテナを含むＲＦＩＤタグのアンテナ近傍に磁石を設置することで、ＲＦＩＤタグとリーダーライターとの間の通信距離が飛躍的に伸ばせるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグに関するものである。

従来、小売りや流通などをはじめとした広い分野における商品等の管理に置いて、個別商品の商品情報を認識管理するための手段として、ＲＦＩＤタグと呼ばれる無線式非接触タグが実用化されている。また、カード型のRFIDタグを人が携帯し、リーダーライターへかざすことで様々な情報のやりとりを行うことが実用化されている。

ＲＦＩＤタグは、情報を処理および記憶するための処理回路を含むＩＣチップと、情報を伝達するためのアンテナコイルとを含んだユニットを、紙やプラスチックなどの絶縁性の基板、またはフィルムなどに固定されたものなど様々な形態がある。

RFIDタグの通信は次のように情報を非接触で通信することができる。まずリーダーライターから特定周波数の電磁波が発信され、ＲＦＩＤタグに設置されたアンテナコイルへ電磁波が到達し、アンテナが共鳴、活性化し、リーダーライターから受け取った情報をタグ内に配置したＩＣチップに記録、書き換えし、またはタグに記録されている情報をリーダーライターが読みとるなどの情報処理が行われる。しかしながら、RFIDタグのアンテナコイルが電気伝導性の高い物質、例えば鉄、アルミニウム、銅などの金属に近接して設置して使用された場合には、リーダーライターから発信された電磁波のうち、RFIDタグのアンテナを透過した電磁波が電気伝導性の高い物質内で渦電流を発生させ、RFIDタグとリーダーライターの間で行われる通信がうまくいかなくなるという問題がある。

これに対しては、例えばＲＦＩＤタグの裏側へ磁気シールド材料により製造されたシートを貼り付ける等の方法によって、RFIDタグと金属の間に磁気シールド材料を設置することによって、先ほど説明した様な通信障害を引き起こす不具合をなくす技術が公開されている（特許文献１）。磁気シールド材料をRFIDタグの裏面へ設置することによって、鉄などの電気伝導性の高い金属上へRFIDタグを添付しても通信が可能となるものである。
特開２００５―７０８５５

RFIDタグは非接触で情報通信することがメリットであるが、リーダーライターの出力の制限や使用されるＲＦＩＤタグの小型化の要望に対応したアンテナの大きさの制限等の理由によって、その通信距離が比較的短くなっている場合がある。このため実際に使用に際しては、タグの誤認識や読みとりエラーを発生しやすいという課題を抱えている。

本発明は、RFIDタグの通信における誤認識や読みとりエラーの発生を低減させるために、その通信距離を長くすることを可能とするRFIDタグを提供することである。

本発明では、上記課題を解決するために、RFIDタグのアンテナが構成する平面に対して垂直な方向に、磁界を発生させる様に設置された磁石をRFIDタグと一体化させた構造としたものである。

本発明においてＲＦＩＤタグと一体化させる磁石の設置位置は、ＲＦＩＤタグを構成するアンテナコイルによって形成されているアンテナ軸方向と略平行な平行な磁界を発生させるように磁石を配置されれば、特に限定はない。具体的にはアンテナコイルに囲まれた領域に設置された磁石の磁力線が貫通するのが望ましいため、アンテナコイルの占める領域の少なくとも一部へ設置する磁石の面積の一部が重なるように設置するのが望ましい。
その重なる部分はできるだけ多い方が望ましく、好ましくはアンテナ領域全体を含むように設置するのが望ましい。しかし、磁石から発生する磁力線は空間的な広がりを持つため、必ずしもアンテナコイルの占める領域全部を磁石がカバーする必要はない。例えば、磁石表面にＳ極とＮ極が交互に並ぶように磁極が配列されたシート状のボンド磁石をＲＦＩＤタグのアンテナ領域をカバーするように貼り付けると良い。また、板の厚さ方向に着磁された板状のボンド磁石をＲＦＩＤタグのアンテナ領域をカバーするように貼り付けると良い。

また、磁石の設置位置は、ＲＦＩＤタグのアンテナが構成する面の表側、つまりリーダーライターに違い側であっても、裏側、つまりＲＦＩＤタグのアンテナのリーダーライターとは遠い側に設置しても良い。ただし、磁石も電磁波シールドを若干吸収する可能性があるので、より通信に使用する電磁波の吸収ロスを小さくするため、磁石を設置する位置はリーダーライターとＲＦＩＤタグのアンテナコイルの間ではなく、ＲＦＩＤタグのアンテナコイルの裏側に磁石を設置するのが好ましい。

本発明で使用される磁石としては特に限定されるものではないが、体積抵抗値の高い磁石が好ましい。例えばストロンチウムフェライトやバリウムフェライトなどが上げられるが、金属酸化物系の磁石であれば、通信時に磁石へ到達した電磁波が渦電流損失によって、通信障害を引き起こしにくくなるため好ましい。取り扱いにおける磁石の割れ欠けの発生が少ないことから、フェライトボンド磁石が特に好ましい。

金属系希土類焼結磁石は、電気伝導性が高いためそのままでは使用できないが、磁気シールド材料などを併設すれば、使用可能である。金属系希土類磁性材料では、電気伝導性が高いため、樹脂と複合化することで電気伝導性を低くすることができ、ボンド磁石材料として利用するのが好ましい。

また、ＲＦＩＤタグを取り付けようとする商品の、鉄、アルミニウム、銅などの電気伝導性の高い金属部材からなる金属部へＲＦＩＤタグを固定する場合には、ＲＦＩＤタグが金属部材の影響を受けて通信障害を起こしやすくなるので、タグのアンテナ部と、金属部材との間に磁気シールド材料を設置するのが好ましい。設置位置は、アンテナと磁石の間であっても、磁石と金属部材の間であっても良い。

また、ＲＦＩＤと磁石を一体化させる際に、例えば金属系強磁性材料などの比較的体積抵抗値の低い磁石を使用する場合には、磁石とRFIDタグの中間に磁気シールド材料を設置することが好ましい。これによって磁石内で発生する渦電流損失によって引き起こされる通信障害を防ぐことが可能となるからである。具体的には、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系焼結磁石などを使用することができる。

同様にＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系などの金属系希土類磁性粉末を含む磁石を使用する場合には、磁石自体の電気伝導性が高いために使用に制限が出てくる。しかし、それ自体の電気伝導が低い性樹脂と複合化させた、金属系希土類磁性粉末含有ボンド磁石にすることで、金属系希土類焼結磁石などに比較して体積抵抗値が高くなるため、磁石とＲＦＩＤタグの間への設置が必要となる磁気シールド材料の厚さをより薄くすることが可能であるため好ましい。また、磁気シールド材料を設置することによって、希土類金属ボンド磁石を設置したのみの場合に比較して通信距離が伸びるため好ましい。

また、形状自由度があるために、磁性粉末を樹脂へ分散させて複合化させたボンド磁石材料を使用することができる。このとき使用される磁性粉末は体積抵抗値が高い方が好ましく、フェライトなど体積抵抗値の高い磁性粉が好ましい。

磁石の設置方法には特に限定はないが、アンテナと磁石の間の距離が小さい方が、磁石から発生する磁力線が有効にアンテナ部を貫通させることが可能となり好ましい。たとえば、熱可塑性ボンド磁石の場合には、射出成型や押し出し成型、トランスファー成型によってアンテナとＩＣチップからなるユニットをインサートした成型、つまり磁石内部へアンテナとＩＣチップを含むユニットを埋め込む構成としてもよい。この場合には、各種基板へ構成されたＲＦＩＤタグをインサート成型する方が、成型時にアンテナ形状の変形などが起こりにくいため好ましい。

また、各種の方法によって製造した磁石製の基板表面上へ、印刷、エッチング、スパッタリング等の方法によって直接アンテナコイルを形成して、半導体を磁石製の基板へ固定し、ＲＦＩＤタグとしても良い。例えば、カード形状に成型された板状のボンド磁石へアンテナを印刷し、ＩＣチップを含むユニットを基盤表面へ設置しても良い。

ＲＦＩＤタグのアンテナと磁石の位置関係には特に制限はないが、アンテナが形成する平面に垂直な方向へ磁力を発生するように磁石を固定すればよい。磁石の設置面積は、アンテナが専有する面積全体を網羅するように設置されるのが好ましい。磁石から発生する磁力線には空間的な広がりがあるので、必ずしもアンテナ全面を磁石でカバーする必要はない。選択する磁石の磁気特性、磁石の厚み、形状、アンテナ形状、リーダーライターとの通信距離など様々な要因があり、一概には決められない。

本発明において使用される磁石の着磁パターンに関しては、ＲＦＩＤタグのアンテナが形成される平面に対して概略垂直な方向へアンテナコイルを貫通するように磁力線を発生させればよい。例えば、磁石表面へ帯状に形成されたＳ極とＮ極が交互に現れるように着磁された様なシート磁石を貼り付けても良い。

ＲＦＩＤタグは固定用磁石と一体化する際にラミネート加工により一体化すると、ＲＦＩＤタグの表面が保護されるだけでなく、アンテナ、ＩＣチップ、磁気シールドシート、固定用磁石を一体化させる工程が簡単になるため好ましい。

本発明によるRFIDタグを使用することで、リーダーライターでRFIDタグを認識するための距離を飛躍的に伸ばすことが可能であり、RFIDタグの誤認識や読みとりエラーの発生を低減できるものである。

また本発明によれば、ＲＦＩＤタグと一体構成された永久磁石の磁気吸着力を利用して、金属性の商品や金属製のタグ取り付け版を介して、取り付けや取り外しが非常に簡単にでき、かつ繰り返し使用できるＲＦＩＤタグを提供することができる。

本発明の内容について、以下に実施例を用いて詳細に説明してゆくが、本発明の趣旨を超えない限り本実施例に限定されるものではない。

ＲＦＩＤタグは１３．５６ＭＨｚの周波数を使用したリーダーライターと以下に説明する各種構成のタグを用いて、それらの最大通信距離を測定した。タグをリーダーライターのアンテナへ直接触れる状態（距離０ｍｍ）から、互いが平行になるように保ちつつ、リーダーライターとタグとの距離を徐々に離してゆき、通信不能となった時の距離を最大通信距離と定義した。使用したタグはカード形状（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：１．２ｍｍ）のＲＦＩＤタグを使用し、そのカード型のＲＦＩＤタグへ各種構成の部材を組み合わせてタグを作製した。図１は、ＲＦＩＤタグとリーダーライターの通信状態を示した概略図である。

ＲＦＩＤタグの裏面へフェライト系ボンド磁石を貼り付けて一体化させた構成のタグの実施例、及び比較例について、タグの構成とその通信距離の測定結果を以下に説明する。なお、比較例１は、カード型のＲＦＩＤタグのみで構成されたタグの例である。測定した通信距離は、１１．０ｍｍであった。

実施例１は、カード型のＲＦＩＤタグ２の裏側へフェライトボンド磁石４を貼り付けて一体構成として構成のタグである。その構成を図２に示す。使用したシート状ボンド磁石はストロンチウムフェライトを含有したボンド磁石（縦：８５ｍｍ、横：４５ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍ）であり、表面磁束密度のピーク値は１０ｍＴであった。着磁パターンは面方向のアキシャル着磁であり、幅２．５ｍｍで帯状Ｓ極Ｎ極が表面へ交互に現れるように着磁されている。比較例に比べて通信距離が約１７％向上しており、本発明によって通信距離が増大することがわかる。

実施例２は、カード型のＲＦＩＤタグ２の裏側へシート状のフェライトボンド磁石４を貼り付け、さらにそれらの裏側へ板状磁気シールド材料５（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：０．６mm）を貼り付けた構成のタグである。その構成を図３に示す。使用した磁気シールド材料は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ―Ｓｉ系合金を４０体積％含んだナイロン１２をバインダに使用した樹脂複合材料であり、その特性値は、１３．５６ＭＨｚにおける複素透磁率μ‘＝４５、μ“＝１．５であった。比較例１に比べて通信距離は約４７％向上し、本発明によって飛躍的に通信距離が向上することがわかる。また、実施例１に比べて約３１％向上しており、フェライトボンド磁石と磁気シールド材料を組み合わせることでさらに通信距離が増大することがわかる。

実施例３は、カード型のＲＦＩＤタグの裏側へ板状のフェライトボンド磁石を貼り付けた構成のタグである。使用した板状ボンド磁石はストロンチウムフェライトを含有したボンド磁石（縦：８５ｍｍ、横：６０ｍｍ、厚さ：３．２ｍｍ）であり、その磁気特性は最大エネルギー積１５．９ｋJ／ｍ３であり、表面磁束密度のピーク値は５０ｍＴであった。着磁パターンは面方向のアキシャル着磁であり、幅１５ｍｍで４極が表面に現れるように着磁されている。比較例１に比較して通信距離が約３５％増大し、実施例１にくべて約１５％向上しており、ＲＦＩＤタグへ一体化させる磁石の磁力が強い方が通信距離がさらに増大することがわかる。

実施例４は、カード型のＲＦＩＤタグの裏面へ実施例３と同様の板状のボンド磁石を貼り付け、さらにそれらの裏側へ板状の磁気シールド材料（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：０．６mm）を貼り付けた構成のタグである。実施例２と同様に、実施例３に比べて約２１％通信距離が増大しており、磁石と磁気シールド材料を組み合わせることで通信距離がさらに増大していることがわかる。

実施例５は、カード型のＲＦＩＤタグの裏面へ実施例１と同様の板状のボンド磁石を貼り付け、さらに裏側へ板状の磁気シールド材料（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：１．２mm）を貼り付けた構成のタグである。実施例４と比べて通信距離がさらに約５％向上しており、磁気シールド材料の厚さを厚くすることによってさらに通信距離が増大することがわかる。

比較例１および実施例１〜実施例５の構成のタグについて、通信距離を測定した結果を表１にまとめた。

次に、カード型のＲＦＩＤタグの裏面へ板状ＮｄＦｅＢボンド磁石（縦：８５ｍｍ、横：４５ｍｍ、厚さ：３．２ｍｍ）を貼り付けて一体化させた構成のタグの実施例、比較例について説明する。ここで、ＮｄＦｅＢボンド磁石に含まれているＮｄＦｅＢ粉末は、電気伝導性が高く、そのまま使用すると通信障害のために全く通信できない。

比較例２は、カード型のＲＦＩＤタグの裏面へ板状ＮｄＦｅＢボンド磁石（縦：８５ｍｍ、横：４５ｍｍ、厚さ：３．２ｍｍ）を貼り付けて一体化させた構成のタグを使用した場合である。使用した板状ボンド磁石は異方性ＮｄＦｅＢを含有したボンド磁石（縦８５ｍｍ、横：６０ｍｍ、厚さ３．２ｍｍ）であり、その磁気特性は最大エネルギー積１２０ｋJ／ｍ３であり、表面磁束密度のピーク値は１５０ｍＴであった。この場合には通信距離が０ｍｍ、つまりリーダーライターの表面へタグを接触させても、通信不能であった。

実施例６は、比較例２の構成のＲＦＩＤタグにおいて、ＲＦＩＤタグとボンド磁石の間へ板状磁気シールド材料（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：１．２mm）を挟み込んだ構成としている。通信距離は１３．１ｍｍであり、大きく向上している。これは、比較例１に比べても通信距離が約１９％増大しており、磁気シールド材料と磁石を組み合わせることで通信距離増大効果があることがわかる。

比較例２および実施例６の構成のタグについて、通信距離を測定した結果を表２にまとめた。

次に、カード型のＲＦＩＤタグが鉄の部材に接している場合の実施例及び比較例を説明する。これはＲＦＩＤタグが鉄製の商品等へ貼り付けられる場合を想定した例である。具体的には、比較例３はカード型のＲＦＩＤタグの裏面へ鉄板（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：０．５mm）を貼り付けた構成とした。この場合には通信距離が０ｍｍ、つまりリーダーライターの表面へタグを接触させても、通信不能であった。

比較例４は、カード型ＲＦＩＤタグの裏面に板状の磁気シールド材料（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：１．２mm）を貼り付けて一体構成としたタグの裏面へ、さらに鉄板（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：０．５mm）を貼り付けた構成とした。この場合は通信距離が１１．３ｍｍであり、比較例１に比べてほぼ同等の通信距離であった。

実施例７は、カード型ＲＦＩＤタグの裏面に板状フェライトボンド磁石（縦：８５ｍｍ、横：４５ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍ）を貼り付け、さらにその裏面へ板状の磁気シールド材料（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：１．２mm）を貼り付けて一体構成としたタグの裏面へ、さらに鉄板（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：０．５mm）を貼り付けた構成とした。比較例４に比べて通信距離が約２０％増大し、磁石を一体化した本発明によって、通信距離が増大した。また、磁石と一体化された構成のタグは、磁石の磁気吸着力によって鉄板へ吸引され固定されていた。

実施例８は、カード型ＲＦＩＤタグの裏面に板状フェライトボンド磁石（縦：８５ｍｍ、横：４５ｍｍ、厚さ：３．２ｍｍ）を貼り付け、さらにその裏面へ板状の磁気シールド材料（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：１．２mm）を貼り付けて一体構成としたタグの裏面へ、さらに鉄板（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：０．５mm）を貼り付けた構成とした。比較例４に比べて通信距離が約４２％増大した。また実施例７に比べて通信距離がさらに約１９％向上しており、ＲＦＩＤタグへ一体化させる磁石として、より強力な磁力のものを使用することでさらに通信距離が向上したことがわかる。また、磁石と一体化された構成のタグは、磁石の磁気吸着力によって鉄板へ吸引され固定されていた。その吸着力は実施例７に比べて強いものであった。

実施例９は、カード型ＲＦＩＤタグの裏面へ板状の磁気シールド材料（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：１．２mm）を貼り付け、さらにその裏面へ板状ＮｄＦｅＢボンド磁石（縦：８５ｍｍ、横：４５ｍｍ、厚さ：３．２ｍｍ）を貼り付て一体構成としたタグの裏面へ、さらに鉄板（縦：８５ｍｍ、横：５４ｍｍ、厚さ：０．５mm）を貼り付けた構成とした。比較例４に比べて通信距離が約４２％増大した。また、実施例４に比べて通信距離が約８％向上した。ＮｄＦｅＢボンド磁石を単体で使用すると通信不能となるが、電磁波シールドシートと組み合わせて使用することで、通信可能となることがわかる。また、その際には電磁波シールドシートの設置位置は、磁石とRFIDタグの中間に位置するように設置されると良い。また、磁石と一体化された構成のタグは、磁石の磁気吸着力によって鉄板へ吸引され固定されていた。その吸着力は実施例７、実施例８に比べてさらに強いものであった。

比較例３、比較例４および実施例７〜実施例９の構成のタグについて、通信距離を測定した結果を表３にまとめた。

本発明は、ＲＦＩＤタグとして各種目的で利用可能である。

カード型ＲＦＩＤタグをリーダーライターへかざして通信する状態を表す概念図である。カード型ＲＦＩＤタグの裏面にフェライト磁石を貼り付けて一体構成としたタグの断面を示す概念図である。カード型ＲＦＩＤタグの裏面にフェライト磁石を貼り付け、さらにその裏面に磁気シールド材料を貼り付けて一体構成としたタグの断面を示す概念図である。カード型ＲＦＩＤタグの裏面に磁気シールド材料を貼り付け、さらにその裏面にＮｄＦｅＢボンド磁石を貼り付けて一体構成としたタグの断面を示す概念図である。

符号の説明

１リーダーライター
２カード型ＲＦＩＤタグ
３送受信用電磁波を示す矢印
４フェライトボンド磁石
５磁気シールド材料
６ＮｄＦｅＢボンド磁石

Claims

少なくとも電磁波の送受信をするためのアンテナコイルを含むＲＦＩＤタグにおいて、アンテナ軸方向から見たときに、アンテナコイルによって占められた領域内に少なくとも１部分が重なるように永久磁石を配置したことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
前記磁石がフェライトボンド磁石である請求項１のＲＦＩＤタグ。
少なくとも電磁波の送受信をするためのアンテナコイルと永久磁石を含むＲＦＩＤタグにおいて、アンテナコイルによって占められた領域内に少なくとも１部分が重なるように磁気シールド材料を配置したことを特徴とする請求項１のＲＦＩＤタグ。