JP2008040904A - Ｒｆｉｄタグおよびその読み取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の狭い隙間に収納でき、かつ第１のアンテナと第２のアンテナに多少の位置ずれがあっても所定の通信距離を確保できるＲＦＩＤタグを提供する。
【解決手段】第１のアンテナ３は、第１のスペーサ２を介して金属ケース１１の表面に実装され、第２のアンテナ５は、第１のアンテナ３と対向する位置にある樹脂筐体１２の表面に実装される。このとき、樹脂筐体１２は誘電体として第２のスペーサの機能を果たす。このように第１のスペーサ２と第１のアンテナ３からなる構成要素のみを金属ケース１１と樹脂筐体１２との間の狭い隙間に収納すればよいので、冗長な空間を小さくし小型化を図った電子機器１０であってもＲＦＩＤタグを実装できる。しかも、第１のアンテナ３の長さは第２のアンテナ５の長さより短くなっているので、両者の相対位置が多少ずれてもＲＦＩＤタグとしては所望の通信距離を確保することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＩＣチップに記録されたＩＤ（Identification：識別情報）などの情報をＲＦ(Radio Frequency:無線周波数)で送信するＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグに関し、特に、金属製機器ユニットに装着して好適なＲＦＩＤタグおよびその読み取り方法に関する。

ＲＦＩＤタグは、識別情報などを記憶したＩＣチップと、このＩＣチップに接続された小型アンテナとを含み、小型アンテナを介してＩＣチップが無線周波数（ＲＦ）信号を送受する機能を有している。したがって、タグリーダ（のアンテナ）をＲＦＩＤタグにかざすことによって、ＩＣチップに記録されている情報を非接触で読み取ることができる。

ＲＦＩＤタグの一用途として、携帯電話機やデジタルビデオカメラなど、電子機器に取り付けたり、組み込んだりすることが考えられる。これら電子機器の多くは、内部の主要な電子回路からなる機器ユニットや電池などを合成樹脂製の筐体によって外装した構造を有する。機器ユニットや電池は、電磁遮蔽や内容物の封止のために、金属ケースなどに収められている。

ＲＦＩＤタグの一部または一形態であって、ポリイミド樹脂などからなる板状の基材上に銅箔などからなるアンテナを形成し、このアンテナをミューチップ（登録商標）などのＩＣチップに取り付けたものをインレットという。このインレットを、前記した金属ケースなどの金属面上に貼付してＲＦＩＤタグとして用いると、インレットのアンテナが金属面の影響を受け、通信距離が極端に短くなる。このため、金属製の物品に適した外部アンテナを使用することを余儀なくされ、ＲＦＩＤタグの実装が困難であった。

そこで、従来、インレットと、インレットの下面（金属製の部材側）に取り付けられる第１のスペーサと、インレットの上面（金属製の部材の反対側）に取り付けられる第２のスペーサと、第２のスペーサ上に取り付けられる第２のアンテナにより構成される無線用ＩＣタグが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この無線用ＩＣタグでは、第２のアンテナ長を、使用する電波の波長の１／２の長さとしたとき、通信距離が最も長くなるとしている。また、インレットのアンテナ長は、使用する電波の１／２波長である。したがって、この場合、インレットを構成する第１のアンテナの長さと、インレット上の第２のスペーサ上に取り付けられる第２のアンテナの長さは等しいと言える。
特開２００５−２１０６７６号公報（段落［００１５］〜［００２０］、図１，図２）

しかしながら、従来の無線用ＩＣタグ（特許文献１記載）では、所期の通信距離を得るために、２つのアンテナが正確に対面するように取り付けられている必要があった。ここで、２つのアンテナが正しく対面せず、長軸方向へずれていると、共振周波数が大きく変動したり、所定の通信周波数での利得が減少したりし、通信距離が短くなる。そのため、製造した無線用ＩＣタグごとの性能のばらつきが大きい問題点があった。また、通信距離を長くするには、第１のアンテナと第２のアンテナとを離隔する距離を長くする必要があり、実装スペースを要する問題点があった。

また、このような構造の電子機器において、従来の積層構造のＲＦＩＤタグを樹脂筐体の表面に取り付けると、ユーザの操作中にこのＲＦＩＤタグが誤って脱落したり、あるいは、故意にＲＦＩＤタグが取り外されてしまうおそれがある。そこで、ＲＦＩＤタグは樹脂筐体の内部であって金属ケースの表面に取り付ける必要がある。しかしながら、ＲＦＩＤタグは、少なくとも、第１のアンテナ、第２のアンテナ、および樹脂製の第２のスペーサの３層からなる積層構造であり、さらに、このＲＦＩＤタグを金属ケースの表面に取り付けるためには樹脂製の第１のスペーサを介在させる必要がある。ところが、金属ケースと樹脂筐体との間の隙間は一般的に２ｍｍ程度以下であるので、第１のスペーサを介して積層構造のＲＦＩＤタグを金属ケースの表面と樹脂筐体との間の狭い隙間に収納することはかなり困難であった。

本発明は、前記した問題点に鑑みてなされたものであり、電子機器における金属ケースと樹脂筐体との間の狭い隙間に収納することができ、かつ第１のアンテナと第２のアンテナとに多少の位置ずれがあっても所定の通信距離を確保することができるＲＦＩＤタグおよびその読み取り方法を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するために、本発明のＲＦＩＤタグは、導電体上に取り付けて使用可能なＲＦＩＤタグであって、第１のアンテナは、導電体上に配設されＩＣチップを搭載し、第２のアンテナは、第１のアンテナと電磁界結合するよう配設され所定の通信周波数で共振し、第１のアンテナの長さは第２のアンテナの長さより短いことを特徴とする。その具体的な技術的思想については、本発明の各実施形態の説明を通じ、詳細に表現するものとする。

本発明のＲＦＩＤタグおよびその読み取り方法によれば、通信周波数で共振する第２のアンテナに対し、ＩＣチップを搭載し第２のアンテナと電磁界結合する第１のアンテナの長さを短くしたため、第１のアンテナと第２のアンテナとの相対位置に多少のずれが生じても、共振周波数や利得などの特性の変化が生じにくく、ＲＦＩＤタグの製品の品質のばらつきを小さくできる。

本発明の別のＲＦＩＤタグおよびその読み取り方法によれば、前記した効果に加え、筐体を第２のスペーサとして利用したため、実装スペースが小さくなり、適用する電子機器の小型化に寄与できる。

すなわち、本発明のＲＦＩＤタグおよびその読み取り方法によれば、第１のアンテナと非導電性のスペーサ（第１のスペーサ）のみを金属ケースと樹脂筐体との間の狭い隙間に収納し、樹脂筐体を誘電体として介在させて第２のアンテナを装着することによってＲＦＩＤタグを構成している。これによって、電子機器を薄型化してもＲＦＩＤタグを実装することができるし、樹脂筐体の表面の突起を最小限に抑えることができる。また、第１のアンテナが第２のアンテナより短くなっているので、第１のアンテナと第２のアンテナの相互位置の精度を緩和しても所望の通信距離を確保することができる。さらに、必要に応じて第２のアンテナを樹脂筐体から着脱することにより、ＲＦＩＤタグの情報が無用に読み取られるおそれもなくなる。

以下、添付した各図を参照し、本発明を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係るＲＦＩＤタグ１を示す構造図であり、図１（ａ）は、各要素を分解した状態を示し、図１（ｂ）は、各要素を積層した状態を示す。

このＲＦＩＤタグ１ａは、図３を参照して後記するように、電子回路を収納する金属ケース１１を樹脂筐体１２で外装した構造の電子機器１０において、金属ケース１１の表面と樹脂筐体１２の内面との間の狭い隙間を利用して配設するのに好適な薄型構造を有する。樹脂筐体１２は、合成樹脂からなるが、硬質ゴムや乾燥した木材など他の非導電体製でもよい。また、金属ケース１１は、アルミニウムや銅などの金属からなり、その内外を電磁的に遮蔽する容器である。本実施形態のＲＦＩＤタグ１ａは、金属ケース１１のほか、表面またはその近傍が高周波電流の良導体となる面に、同様に適用することができる。

本実施形態では、このような薄型構造のＲＦＩＤタグ１ａを実現するために、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５とを分離すると共に、電子機器１０の金属ケース１１を外装する樹脂筐体１２を第２のスペーサ４として利用している。つまり、第１のスペーサ２を介して第１のアンテナ３を金属ケース１１の表面に貼り付けると共に、第１のアンテナ３と対向する位置の樹脂筐体１２の表面に第２のアンテナ５を貼り付ける。言い換えると、第１のスペーサ２と第１のアンテナ３からなる収納要素を薄型化して金属ケース１１の表面と樹脂筐体１２の内面との間の狭い隙間に収納し、かつ樹脂筐体１２を第２のスペーサ４としてその表面に第２のアンテナ５を貼り付けることによりＲＦＩＤタグ１ａを構成している。

このように、ＩＣチップ７を搭載した第１のアンテナ３と第２のアンテナ５が分離可能に構成されている。さらに、第１のアンテナ３の長さは第２のアンテナ５の長さより短くなっている。したがって、電子機器１０を、電子回路を収納する金属ケース１１とその金属ケース１１を外装する樹脂筐体１２とによって構成し、第１のアンテナ３を非導電性の第１のスペーサ２を介して金属ケース１１の表面に装着し、第２のアンテナ５を樹脂筐体１２の外側の表面に装着することによりＲＦＩＤタグ１ａを実現することができる。なお、第２のアンテナ５は樹脂筐体１２の表面に対して着脱自在に装着できるようにしてもよい。

また、図１に示すように、ＩＣチップ７を搭載した第１のアンテナ３の長さを、第２のアンテナ５の長さより短くすることによって、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との相対位置の位置決め精度を緩和させている。つまり、第１のアンテナ３の長さより第２のアンテナ５の長さが長くなることにより、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との間で多少の位置ずれが生じても第１のアンテナ３および第２のアンテナ５は、第２のアンテナ５の比較的長い通信距離を確保することができる。

なお、第１のアンテナ３および第２のアンテナ５を合わせた空中線回路の共振周波数は、長いほうの第２のアンテナ５の長さによってほぼ決まり、短いほうの第１のアンテナ３の長さにはあまり影響されない。より正確には、第２のアンテナ５を貼り付ける樹脂筐体１２の比誘電率が高いほど、波長短縮率の影響が大きくなり、所定の周波数に共振させるための第２のアンテナ５の長さは短くなる。

また、ＩＣチップ７を搭載した第１のアンテナ３の長さを、第２のアンテナ５の長さより短くすることによって、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との相互位置の位置決め精度を緩和させている。つまり、第１のアンテナ３の長さより第２のアンテナ５の長さを長くすることにより、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との間で多少の位置ずれが生じても第１のアンテナ３および第２のアンテナ５は適正に共振し、第２のアンテナ５の送受信利得が保たれ、比較的長い通信距離を確保することができる。

このとき、使用電波の周波数を２．４５ＧＨｚとした場合には、第１のアンテナ３の長さが１５ｍｍ程度であっても３００ｍｍ前後の通信距離を確保することができる。したがって、第１のアンテナ３が短縮アンテナであっても、第１のアンテナ３によって発生した電磁場は第２のアンテナ５へ充分に到達するので、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５とが密に電磁界結合して、第２のアンテナ５から強い電波または電磁場を外部に放射させ、所定の通信距離を確保することができる。

なお、ＲＦＩＤタグ１は、外部の電磁波からエネルギを取り出して動作するパッシブ型であり、ＩＣチップ７は、電源回路（図示せず）などに比較的大容量のコンデンサ（図示せず）を有しているため、入出力端が容量性である。しかし、第１のアンテナ３には、スリット３ａにより、後記するインピーダンスマッチング用のスタブ３ｃ（図５参照）が形成されているので、給電点が誘導性となり、第１のアンテナ３が短縮アンテナであっても所定の通信距離を確保することができる。

図１に示すＲＦＩＤタグ１は、ウレタンなどの樹脂発泡性材料からなる厚さが１ｍｍ程度の第１のスペーサ２の上面に、ＰＥＴ，ＰＥＮ，ポリイミドなどのベースフィルム（図示せず）上にアルミニウムや銅箔などの良導体からなる第１のアンテナ３が形成されている。この第１のアンテナ３の中央部付近にはインピーダンスマッチング用のスリット３ａが形成され、スリット３ａを跨ぐようにしてＩＣチップ７が搭載されている。

さらに、第１のアンテナ３の上面には所定の誘電率を有する厚さが１ｍｍ程度の樹脂製の第２のスペーサ４が配置され、第２のスペーサ４の上面には厚さが数十μｍ〜０．１ｍｍ程度の銅箔製の第２のアンテナ５が配置されている。この第２のスペーサ４は、損失を小さくするため、比誘電率が１に近い材質が好ましく、例えば、発泡材によって形成する。このようにして図１（ｂ）のように積層されたＲＦＩＤタグ１の厚さは、各要素を接着する接着剤も含めて２ｍｍ弱程度となる。したがって、このようにして構成されたＲＦＩＤタグ１は、第１のスペーサ２の裏面より金属ケース１１（図３参照）などのタグ取付部材６の表面に貼り付けることができる。

ところが、図３に示すように、携帯電話機やデジタルビデオカメラなどの携帯型の電子機器１０の場合は、電子回路を収納した金属ケース１１とその金属ケース１１を外装する樹脂筐体１２との間の隙間が２ｍｍ以下であるので、２ｍｍ弱程度の厚さのＲＦＩＤタグ１ａを金属ケース１１と樹脂筐体１２との間の隙間に収納することはかなり難しい。

そこで、図２に示すように、本実施形態の変形例のＲＦＩＤタグ１ａは、第１のアンテナ３を構成する要素と第２のアンテナ５を構成する要素とを分離する。
図２は、第１のアンテナ３を構成する要素と第２のアンテナ５を構成する要素を分離した本実施形態のＲＦＩＤタグ１ａの構成図である。

図２に示すように、このＲＦＩＤタグ１ａは、金属ケース１１（図３参照）などのタグ取付部材６の表面に第１のスペーサ２を介して第１のアンテナ３を貼り付ける。そして、第１のアンテナ３から僅かに離れた位置（例えば、約１ｍｍ離れた位置）において、長手方向を平行にして第２のスペーサ４を配置し、第２のスペーサ４の表面に第２のアンテナ５を貼り付ける。

図３は、本実施形態の変形例のＲＦＩＤタグ１ａが適用される電子機器１０を上方から見た透視平面図であって、図３（ａ）は、ＲＦＩＤタグ１ａが実装されていない状態を示し、図３（ｂ）は、ＲＦＩＤタグ１ａが実装された状態を示す。
このように、図２に示すＲＦＩＤタグ１ａを実現するために、電子機器１０の金属ケース１１を外装する樹脂筐体１２の一部を、第２のスペーサ４としても利用する。

図３（ａ）に示す電子機器１０は、図示しない電子回路を収納する金属ケース１１を樹脂筐体１２が外装した構成となっている。このとき、金属ケース１１の表面と樹脂筐体１２の内面との隙間は、例えば２ｍｍ程度である。したがって、図２に示すような、厚さが０．４ｍｍ程度の第１のスペーサ２と厚さが数十μｍ程度の第１のアンテナ３が金属製のタグ取付部材６へ貼り付けられて構成されたものは、図３（ｂ）に示すように、金属ケース１１に対して第１のスペーサ２および第１のアンテナ３を貼り付けて実現できる。つまり、第１のスペーサ２および第１のアンテナ３は、金属ケース１１の外表面と樹脂筐体１２の内表面との間の２ｍｍ程度の狭い隙間に対して充分に収納することができる。

さらに、図１（ｂ）に示した第１のスペーサ２および第１のアンテナ３の構成要素と僅かに隔てた位置に、第２のスペーサ４および第２のアンテナ５を配置した構成は、図３（ｂ）に示すように、第１のアンテナ３と対向する位置にある樹脂筐体１２の表面に第２のアンテナ５を貼り付けることによって実現することができる。すなわち、図３（ｂ）に示す樹脂筐体１２は、図１（ｂ）に示す第２のスペーサ４に相当する。このような構成のＲＦＩＤタグ１ａにすれば、第１のスペーサ２と第１のアンテナ３からなる構成要素のみを金属ケース１１と樹脂筐体１２との間の２ｍｍ程度の隙間に収納すればよいので、より狭い隙間であってもＲＦＩＤタグ１ａを実現することが可能となる。

すなわち、図３（ａ）に示すように、電子機器１０は、樹脂筐体１２によって、金属ケース１１を小さい間隙をおいて外装した構造になっている。このような小型化された電子機器１０においてＲＦＩＤタグ１ａを実現する場合は、図３（ｂ）に示すように、第１のアンテナ３が、第１のスペーサ２を介して金属ケース１１の表面に実装され、第２のアンテナ５が、第１のアンテナ３と対向する位置にある樹脂筐体１２の表面に実装された構成にする。このとき、樹脂筐体１２が第２のスペーサ４の機能を果たす。このような構成にすれば、第１のスペーサ２と第１のアンテナ３からなる構成要素のみを金属ケース１１と樹脂筐体１２との間の狭い隙間に収納すればよいので、小型化を図った電子機器１０であってもＲＦＩＤタグ１ａを実装することができる。しかも、第１のアンテナ３の長さは第２のアンテナ５の長さよりも短くなっているので、組み付けや、貼り付けの位置ずれなどで、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との相対位置が多少ずれても、ＲＦＩＤタグ１ａごとの通信距離のばらつきを小さくできる。

図４は、本発明による第１実施形態の変形例のＲＦＩＤタグ１ａを実装した電子機器１０の透視斜視図である。
すなわち、電子機器１０を外装する樹脂筐体１２の表面に第２のアンテナ５を貼り付け、樹脂筐体１２の内部にある金属ケース１１の表面に第１のスペーサ２（図示せず）を介して第１のアンテナ３を貼り付けた構成のＲＦＩＤタグ１ａを設ければ、図示しないタグリーダを、電子機器１０のＲＦＩＤタグ１ａにかざすことにより、電子機器１０の情報を読み書きしてこの電子機器１０を管理することができる。また、ＩＣチップ７が金属ケース１１の表面側にないので、後記するように、ＩＣチップ７を管理者などの意思に反して付け替えられたりするおそれを大幅に低減できる。

また、第２のアンテナ５は、樹脂筐体１２に対して脱着可能な構造にしてもよい。このようにすることにより、電子機器１０がユーザによって使用されているときは第２のアンテナ５を取り外しておき、修理やオーバホールなどで電子機器１０がメーカ側へ持ち込まれたときは、その電子機器１０の樹脂筐体１２に第２のアンテナ５を貼り付け、または仮置きし、タグリーダ（図示せず）によって情報の読み取りをして必要な対応を行うことができる。このようにして第２のアンテナ５を脱着可能な構造にすることにより、ユーザの使用中に第２のアンテナ５が脱落するおそれもなくなるので、電子機器１０の使い勝手が一段と向上する。また、ＲＦＩＤタグ１ａの情報を第三者によって読み取られることを防ぐこともできる。この場合、樹脂筐体１２に、第２のアンテナ５を貼り付ける位置または仮置きする位置の目印を付しておくとよい。

さらに、第２のアンテナ５の表面に、マーク、製造番号、型式、バーコードなどを印刷しておけば、電子機器１０から第２のアンテナ５を取り外したとき、電子機器１０に着脱したときに両者の対応関係を容易に知ることができる。また、第２のアンテナ５の表面にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの保護膜をコーティングしておけば、マーク、製造番号、型式、バーコードなどの印刷文字が消えるおそれもなくなるし、着脱を繰り返す過程で第２のアンテナ５が傷つくおそれもなくなる。また、マーク、製造番号、型式、バーコードなどは、第２のアンテナ５の表面に印刷する代わりに、第２のアンテナ５を被覆している保護膜の上面に印刷してもよい。

なお、図４から分かるように、ＩＣチップ７を搭載した第１のアンテナ３の長さは第２のアンテナ５の長さより短くなっている。また、前記したように第１のアンテナ３にスリット３ａを設け、インピーダンスマッチング用のスタブ３ｃを形成している（図５参照）。そのため、第１のアンテナ３の長さが０．２λ〜０．４λ（但し、λは使用電波の波長）程度であっても、第１のアンテナ３の放射電波または電磁場を強い状態で第２のアンテナ５へ到達させることができる。例えば、使用電波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合は、第１のアンテナ３が２０〜３０ｍｍぐらいの長さでも所望の強度の電波または電磁場を第２のアンテナ５へ放射させることができる。したがって、第２のアンテナ５はその長さに応じて共振し、電波を外部に放射し、また、受けることができる。なお、第２のアンテナ５の長さは、使用する電波の周波数と第２のスペーサ４の誘電率によって決定される。

ここで、図５を参照し、第１のアンテナ３にインピーダンスマッチング用のスリット３ａを設けてＩＣチップ７を搭載する具体的な例を説明する。
図５は、第１のアンテナ３の給電部にＩＣチップ７を搭載する工程を示す工程図であって、図５（ａ）は、第１のアンテナ３とＩＣチップ７の給電部分を示し、図５（ｂ）は、第１のアンテナ３にＩＣチップ７を搭載したときの給電部分の拡大図を示し、図５（ｃ）は、第１のアンテナ３とＩＣチップ７の接合部の断面図を示している。

図５（ａ）に示すように、第１のアンテナ３の中央部における給電部分には、ＩＣチップ７と第１のアンテナ３との間でインピーダンスマッチングを行うためのかぎ状（Ｌ字型）のスリット３ａが形成され、このスリット３ａでかぎ状に囲われた部分がスタブ３ｃとして形成される。また、ＩＣチップ７には、スリット３ａを跨ぐ間隔で、信号入出力電極７ａおよび信号入出力電極７ｂが形成されている。

すなわち、スリット３ａの幅は、ＩＣチップ７の信号入出力電極７ａ，７ｂの電極間隔よりやや狭い程度になっているので、図５（ｂ）に示すように第１のアンテナ３にＩＣチップ７を搭載すると、ＩＣチップ７の信号入出力電極７ａ，７ｂが、スリット３ａを跨ぐようにして第１のアンテナ３に接続される。このようにして、スリット３ａの形成によってできたスタブ３ｃを第１のアンテナ３とＩＣチップ７の間に直列に接続することにより、第１のアンテナ３とＩＣチップ７との間ではスタブ３ｃが直列に接続されたインダクタンス成分として作用する。したがって、このインダクタンス成分によってＩＣチップ７内のキャパシタンス成分が相殺され、第１のアンテナ３とＩＣチップ７のインピーダンスがマッチング（整合）される。なお、図５（ｃ）に示すように、ＩＣチップ７の信号入出力電極７ａ，７ｂは、超音波接合または金属共晶結合などの接合方法により、金バンプによって第１のアンテナ３と電気的に接合されている。

図６は、第１のアンテナ３においてＴ字型のスリット３ｂの給電部にＩＣチップ７を搭載した概念図である。このように、第１のアンテナ３にＬ字型のスリット３ａを形成する代わりに、Ｔ字型のスリット３ｂを形成してもよい。図６に示すように、第１のアンテナ３のスリット３ｂをＴ字型に形成して、スタブ３ｄ，３ｅをＩＣチップ７と第１のアンテナ３との間に直列に接続しても、Ｌ字型のスリット３ａの場合と同様に、第１のアンテナ３とＩＣチップ７のインピーダンスをマッチングさせることができる。

再び、図１に示した第１実施形態のＲＦＩＤタグ１に戻って説明する。ここでは、第１のアンテナ３の長さと第２のアンテナ５の長さを同じ長さにするのではなく、第１のアンテナ３の長さより第２のアンテナ５の長さを長くすることによる有利性を特性グラフに基づいて説明する。

図７は、図１に示した基本構成のＲＦＩＤタグ１における動作周波数と通信距離との関係を示す特性グラフであって、横軸に動作周波数[ＭＨｚ]を示し、縦軸に通信距離[ｍｍ]を示す。この特性グラフでは、設計中心周波数が２４４０ＭＨｚ（２．４４ＧＨｚ）である場合の動作周波数と通信距離との関係を示している。図７に示すように、設計中心周波数が２４４０ＭＨｚで最大通信距離４５０ｍｍが得られ、中心周波数から外れるほど通信距離が短くなり、動作周波数が３０ＭＨｚ低下した２４１０ＭＨｚでは、通信距離が約３００ｍｍに短くなる。したがって、あらかじめ使用する通信周波数を決めておき、その通信周波数にマッチングしたアンテナの長さのＲＦＩＤタグ１を用いれば最大の通信距離を確保することができることが分かる。

図８は、図１に示した基本構成のＲＦＩＤタグ１において、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５とを同じ長さとした場合、中心周波数が変化したときの特性図であり、横軸に動作周波数[ＭＨｚ]、縦軸に通信距離[ｍｍ]を示している。図８では、動作周波数の中心周波数（以下、動作中心周波数という）を２４４０ＭＨｚおよび２４１０ＭＨｚに変化させた例を示す。すなわち、動作中心周波数が２４４０ＭＨｚのときの通信距離４５０ｍｍが、動作中心周波数が３０ＭＨｚ変化することによって通信距離が３００ｍｍに低下している。つまり、動作中心周波数が３０ＭＨｚ変化することによって通信距離は３３％低下する。

このことは、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５とが同じ長さである場合、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との相互位置が変化すると、後記するように、ＲＦＩＤタグ１の動作中心周波数が大きく変化することが分かっているが、その動作中心周波数のずれの大きさにほぼ比例して通信距離が低下することを示している。したがって、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５が同じ長さである場合、製造工程において、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との位置ずれ量を少なくするように両者の位置合わせ精度を高くすることが必要であった。特に、必要に応じて第２のアンテナ５を貼り付けまたは仮置きするとき、注意深く位置合わせをする必要があった。

図９は、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との位置ずれ量が±５ｍｍのときの第１のアンテナ３の長さに対する動作中心周波数の変化量を示す特性グラフであって、横軸に第１のアンテナ３の長さ[ｍｍ]を示し、縦軸に動作中心周波数の変化量Δｆ[ＭＨｚ]を示す。

このように、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との位置ずれは、動作中心周波数を変化させる要因となるが、図９に示すように、動作中心周波数の変化量Δｆは第１のアンテナ３の長さに依存している。つまり、第２のアンテナ５に対して第１のアンテナ３の長さを短くすると、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５の相互位置ずれに対して動作中心周波数の変化量Δｆが小さくなる。図９の例では、第１のアンテナ３の長さを０．２λ〜０．３λ（つまり、使用周波数が２．４５ＧＨｚのときは２０〜３０ｍｍ）にすると、動作中心周波数の変化量Δｆは１０ＭＨｚ程度になって最小となる。また、０．４λ[４０ｍｍ]では、変化量Δｆは、２５ＭＨｚ程度である。

図１０は、使用周波数が２．４５ＧＨｚのときの第１のアンテナ３の長さと最大通信距離の関係を示す特性図であり、横軸に第１のアンテナ３の長さ[ｍｍ]を示し、縦軸に最大通信距離[ｍｍ]を示している。図１０に示すように、第１のアンテナ３の長さを２５ｍｍ（０．２５λ）よりも短くすると通信距離は低下するが、第１のアンテナ３の長さを２５ｍｍ（０．２５λ）以上にすれば通信距離を４５０ｍｍ程度に安定して保つことができる。

以上のような特性データに基づいて、第１のアンテナ３の長さを、好ましくは０．２λ〜０．４λ（２０〜４０ｍｍ）程度にして、より好ましくは、０．２λ〜０．３λ程度にして、第２のアンテナ５の長さを第１のアンテナ３の長さより長くすれば、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との位置ずれが生じても動作中心周波数の変化量を小さく抑えることができ、結果的に、ＲＦＩＤタグ１の通信距離が低下するのを防止することができる。

《第２実施形態》
図１１は、本発明による第２実施形態のＲＦＩＤタグ１ｂを実装した電子機器１０を示す平面透視図である。
第２実施形態のＲＦＩＤタグ１ｂは、電子機器１０における金属ケース１１と樹脂筐体１２との隙間がやや広い場合に適切に実装できる。すなわち、金属ケース１１の表面に第１のスペーサ２と第１のアンテナ３を接着剤によって貼り付け、さらに、樹脂筐体１２の内面で第１のアンテナ３と対向する位置に第２のアンテナ５を貼り付ける。この場合は、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との間の空隙が第２のスペーサ４の役目を果たす。すなわち、比誘電率が１である空気が第２のスペーサ４となるが、第１のアンテナ３の通信距離は第２のアンテナ５に充分に到達するに足る距離であるので、第２のアンテナ５から外部へ強い電波を放射させることができる。

《第３実施形態》
図１２は、本発明による第３実施形態のＲＦＩＤタグ１ｃを実装した電子機器１０を示す平面透視図である。
第３実施形態のＲＦＩＤタグ１ｃは、第１のスペーサ２（図３（ｂ）参照）を設けることなく、第１のアンテナ３を樹脂筐体１２の内面に直接貼り付ける。そして、第１のアンテナ３と対向する位置の樹脂筐体１２の外面に第２のアンテナ５を貼り付ける。
第３実施形態のＲＦＩＤタグ１ｃによれば、金属ケース１１と樹脂筐体１２との隙間が狭い場合でも好適に実装を行える。

《まとめ》
以上説明したように、本発明によるＲＦＩＤタグは、ＩＣチップ７を搭載した第１のアンテナ３と、この第１のアンテナ３と所定の周波数で共振する第２のアンテナ５とを備えたＲＦＩＤタグであり、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５が分離可能な構造になっていて、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との間のスペーサ（第２のスペーサ４）として電子機器１０の外装ケースである樹脂筐体１２を利用している。つまり、第１のアンテナ３は第１のスペーサ２を介して金属ケース１１に装着され、かつ第２のアンテナ５は樹脂筐体１２の外面に装着されている（図３（ｂ）参照）。このような構成によって、電子機器１０における金属ケース１１と樹脂筐体１２との隙間が狭くてもＲＦＩＤタグ１ｂを実装することが可能となる。なお、樹脂筐体１２の外面に装着された第２のアンテナ５を脱着可能な構造にして、必要に応じて樹脂筐体１２に着脱すれば電子機器１０の使い勝手をさらに向上させることができる。また、金属ケース１１と樹脂筐体１２との間の隙間が充分あれば、第２のアンテナ５を樹脂筐体１２の内部に装着してもよい。携帯電話機のリチウムイオンバッテリのようにバッテリ表面に樹脂カバーが施されている場合（いずれも図示せず）、第１のスペーサ２を省略し、バッテリ表面に第１のアンテナ３を取り付けることが可能である。これにより、ＲＦＩＤタグをより薄く構成することができる。

このような構成のＲＦＩＤタグにおいて、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５は長手方向に平行であって、かつ、第１のアンテナ３の長さは第２のアンテナ５の長さより短くなっている。つまり、ＩＣチップ７を搭載した第１のアンテナ３にはインピーダンスマッチング用のスリット３ａが形成されているので、第１のアンテナ３は、好ましくは、０．２λ〜０．４λ程度、より好ましくは、０．２λ〜０．３λ程度の長さであっても第２のアンテナ５まで強い電波を放射することができる。

また、第２のアンテナ５の裏面に粘着材を塗布しておけば、第２のアンテナ５を容易に樹脂筐体１２に接着することができる。さらに、第２のアンテナ５の表面にマーク、製品番号、型式、バーコードなどを印刷しておき、その表面をＰＥＴ、ＰＰ、ＰＶＣなどからなる保護膜で被覆しておけば、印刷文字が消えるおそれはなくなり、ＲＦＩＤタグと電子機器１０との対応関係の管理を確実に行える。

本発明のＲＦＩＤタグによれば、電子機器１０の内部機器が交換可能な場合、内部機器に第１のアンテナ３のみを装着して外装ケースである樹脂筐体１２に実装することにより、樹脂筐体１２の表面に第２のアンテナ５を貼り付ければ、タグリーダを第２のアンテナ５にかざすことによってＩＤなどの情報を読み取ることができる。また、内部機器が交換不可能な場合でも、あらかじめ内部機器に第１のアンテナ３のみを装着して樹脂筐体１２に実装すれば、樹脂筐体１２の表面に第２のアンテナ５を貼り付けるだけでタグリーダによってＩＤなどの情報を読み取ることができる。さらに、ＩＣチップ７が搭載された第１のアンテナ３は樹脂筐体１２の内部に収納されているので、機密要素であるＩＣチップ７を搭載した第１のアンテナ３を第三者によって取り外されたり、取り替えられたり、あるいは破壊されたりすることを防止することができる。

また、本発明のＲＦＩＤタグによれば、電子機器１０の外装ケースである樹脂筐体１２を第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との間のスペーサ（誘電体）として利用することができるので、新たなスペーサが不要になるために樹脂筐体１２を薄型化することができる。さらに、電子機器１０において、金属ケース１１と樹脂筐体１２との間の空隙（空気）を第１のアンテナ３と第２のアンテナ５との間のスペーサとして利用することにより樹脂筐体１２が小さくなり、電子機器１０の小型化を図ることができる。

また、本発明のＲＦＩＤタグによれば、第２のアンテナ５を樹脂筐体１２に取り付けたときのみＲＦＩＤタグとして通信を行うことができるので、第三者によるＲＦＩＤタグの不正な読み取りを防止することが可能となる。つまり、電子機器１０の管理者が必要に応じて第２のアンテナ５を樹脂筐体１２に着脱することにより、プライバシ保護機能を実現することができる。例えば、電子機器１０を点検したり修理したりするときのみ、第２のアンテナ５を樹脂筐体１２に装着してＲＦＩＤタグの情報を読み取れば、管理者に情報管理を徹底させることが可能となる。さらには、第２のアンテナ５を取り外すことにより、不特定な第三者によってＲＦＩＤタグ情報を読み取られることを防止することができる。

また、本発明のＲＦＩＤタグによれば、第１のアンテナ３の長さより第２のアンテナ５の長さを長くすることにより、第１のアンテナ３と第２のアンテナ５における相互位置の必要とされる精度を緩和することができる。さらに、金属ケース１１と樹脂筐体１２との間の隙間が少ない場合でも、金属ケース１１へ第１のスペーサ２と第１のアンテナ３を取り付けるだけでＲＦＩＤタグを実現することができる。また、第２のアンテナ５を樹脂筐体１２の表面に対して自在に着脱できるので、電子機器１０から外部へ突出する突起物を少なくすることができる。

本発明のＲＦＩＤタグは、狭い隙間でも実装することができるので、携帯電話機やデジタルビデオカメラ、リムーバブルハードディスク装置など、携帯型の電子機器１０の小型化に寄与し、その情報管理に有効に利用することができる。

本発明の第１実施形態に係るＲＦＩＤタグの基本構造を斜視図で示した構成図である。 第１のアンテナを構成する要素と第２のアンテナを構成する要素を分離した第１実施形態の変形例のＲＦＩＤタグの構成図である。 本発明のＲＦＩＤタグが適用される電子機器を上部から見た透視図であり、（ａ）はＲＦＩＤタグが実装されていない状態、（ｂ）はＲＦＩＤタグが実装された状態を示す。 本発明の第１実施形態によって実現されたＲＦＩＤタグを実装した電子機器の外観透視図である。 第１のアンテナの給電部にＩＣチップを搭載する工程を示す工程図であって、（ａ）は第１のアンテナとＩＣチップの給電部分を示し、（ｂ）は第１のアンテナにＩＣチップを搭載したときの給電部分の拡大図を示し、（ｃ）は第１のアンテナとＩＣチップの接合部の断面を示す。 第１のアンテナにおいてＴ字型のスリットの給電部にＩＣチップを搭載した概念図である。 図１に示すような基本構成のＲＦＩＤタグにおける動作周波数と通信距離の関係を示す特性グラフである。 図１に示すような基本構成のＲＦＩＤタグにおいて、第１のアンテナと第２のアンテナが同じ長さであるときに中心周波数が変化したときの特性グラフである。 第１のアンテナと第２のアンテナの位置ずれ量が±５ｍｍのときの第１のアンテナの長さに対する動作中心周波数の変化量を示す特性グラフである。 使用周波数が２．４５ＧＨｚのときの第１のアンテナの長さと最大通信距離の関係を示す特性グラフである。 本発明の第２実施形態によって実現されたＲＦＩＤタグを実装した電子機器の平面図である。 本発明の第３実施形態によって実現されたＲＦＩＤタグを実装した電子機器の平面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ ＲＦＩＤタグ
２ 第１のスペーサ
３ 第１のアンテナ
３ａ、３ｂ スリット
３ｃ、３ｄ、３ｅ スタブ
４ 第２のスペーサ
５ 第２のアンテナ
６ タグ取付部材
７ ＩＣチップ
７ａ、７ｂ 信号入出力電極
１０ 電子機器
１１ 金属ケース
１２ 樹脂筐体

Claims (22)

1. 導電体上に取り付けて使用可能なＲＦＩＤタグであって、
   前記導電体上に配設されＩＣチップを搭載した第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナと電磁界結合するよう配設され所定の通信周波数で共振する第２のアンテナと、
   前記第１のアンテナを前記導体から離隔して保持する第１のスペーサと、
   前記第２のアンテナを前記第１のアンテナから離隔して保持する第２のスペーサと、
   を具備し、
   前記第１のアンテナの長さは前記第２のアンテナの長さより短いことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
2. 導電体製のケースと、前記ケースを外装する非導電体製の筐体とを含む電子機器に取り付けて用いるＲＦＩＤタグであって、
   前記ケース上に配設されＩＣチップを搭載した第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナと電磁界結合するよう配設され所定の通信周波数で共振する第２のアンテナと、
   前記第１のアンテナを前記導体から離隔して保持する第１のスペーサと、
   前記第２のアンテナを前記第１のアンテナから離隔して保持する第２のスペーサと、
   を具備し、
   前記第２のスペーサとして前記筐体を用い、
   前記第１のアンテナの長さは前記第２のアンテナの長さより短いことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
3. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは、長手方向が平行であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
4. 前記第１のアンテナの長さは、前記通信周波数の電磁波の０．２波長以上、かつ、０．４波長以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
5. 前記第１のアンテナの長さは、前記通信周波数の電磁波の０．２波長以上、かつ、０．３波長以下であることを特徴とする請求項４に記載のＲＦＩＤタグ。
6. 前記第２のアンテナは前記筐体の内側の表面に装着されていることを特徴とする請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
7. 前記第２のアンテナは前記筐体の外側の表面に装着されていることを特徴とする請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
8. 前記第２のアンテナの一面には粘着剤が塗布されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のＲＦＩＤタグ。
9. 前記第２のアンテナは着脱自在に装着されていることを特徴とする請求項７に記載のＲＦＩＤタグ。
10. 前記第２のアンテナの表面に、前記電子機器と対応付けるための文字または記号が印刷されていることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
11. 前記文字または前記記号は、前記電子機器に対応するマーク、製品番号、型式、またはバーコードのいずれかを含むことを特徴とする請求項１０に記載のＲＦＩＤタグ。
12. 前記第２のアンテナの表面に形成した保護膜を具備していることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のＲＦＩＤタグ。
13. 前記第２のアンテナの表面には保護膜が形成され、その保護膜の表面には前記電子機器と対応付けたマーク、製品番号、型式、バーコードのうちの少なくとも１つが印刷されていることを特徴とする請求項５から請求項１１のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
14. 導電体製のケースと、前記ケースを外装する誘電体製の筐体とを含む電子機器に取り付けて用いるＲＦＩＤタグの読み取り方法であって、前記ＲＦＩＤタグは、
    前記ケース上に配設されＩＣチップを搭載した第１のアンテナと、
    前記第１のアンテナと電磁界結合するよう着脱可能に配設され所定の通信周波数で共振する第２のアンテナと、
    前記第１のアンテナを前記導体から離隔して保持する第１のスペーサと、
    前記第２のアンテナを前記第１のアンテナから離隔して保持する第２のスペーサと、
    を具備し、
    前記第２のスペーサとして前記筐体を用い、
    前記第１のアンテナの長さは前記第２のアンテナの長さより短く、
    前記ＲＦＩＤタグを読み取るときは、前記第２のアンテナを配設し、前記ＲＦＩＤタグの読み取るとき以外のときは、前記第２のアンテナを取り外す
    ことを特徴とするＲＦＩＤタグの読み取り方法。
15. 前記第２のアンテナは前記筐体の内側の表面に装着されていることを特徴とする請求項１４に記載のＲＦＩＤタグの読み取り方法。
16. 前記第２のアンテナは前記筐体の外側の表面に装着されていることを特徴とする請求項１４に記載のＲＦＩＤタグの読み取り方法。
17. 前記第２のアンテナの一面には粘着剤が塗布されていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のＲＦＩＤタグの読み取り方法。
18. 前記第２のアンテナの表面に、前記電子機器と対応付けるための文字または記号が印刷されていることを特徴とする請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの読み取り方法。
19. 前記文字または前記記号は、前記電子機器に対応するマーク、製品番号、型式、またはバーコードのいずれかを含むことを特徴とする請求項１８に記載のＲＦＩＤタグの読み取り方法。
20. 前記第２のアンテナの表面に形成した保護膜を具備していることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載のＲＦＩＤタグの読み取り方法。
21. 前記第２のアンテナの表面には保護膜が形成され、その保護膜の表面には前記電子機器と対応付けたマーク、製品番号、型式、バーコードのうちの少なくとも１つが印刷されていることを特徴とする請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの読み取り方法。
22. 前記筐体は、前記第２のアンテナの配設位置を記載してあることを特徴とする請求項１３から請求項２１のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの読み取り方法。

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