JP2008097332A - Rfidタグ用ホルダー、rfidタグ及びrfid装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アンテナ13と、ICチップとを有するRFIDタグ2を着脱可能に保持するRFIDタグ用ホルダー27であって、被取付体に取り付けるための取付部6を有し、前記RFIDタグ2を保持するホルダー本体部28と、導電体からなり、前記ホルダー本体部28に設けられた非励振素子4とを備え、前記取付部6のうち、前記アンテナ13と対向する位置に貫通孔16が形成され、前記取付部6の取付面6bに、導電体からなり前記貫通孔16を塞ぐ蓋部17が設けられ、前記ホルダー本体部28によって前記RFIDタグ2が保持された状態で、前記アンテナ13と前記非励振素子4とが略同一平面上に配されることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
RFIDタグの最大通信距離を延ばす方法として、以下の方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。すなわち、RFIDタグ用ホルダーを非金属製コンテナの壁面に取り付け、そのコンテナのうち、RFIDタグ用ホルダーに保持されたRFIDタグに対向する面に、電波を反射する金属からなる反射部材を設ける。そして、入出力装置からの電波だけでなく、反射部材からの反射波をRFIDタグが受信することにより、通信距離を延ばすことができる。
また、上記特許文献1に記載のように、反射部材を設けたRFIDタグ用ホルダーでは、反射部材により外部金属の影響を遮断することができるため、金属部材からなる被取付体にも取り付けることができ、さらに反射部材によって通信距離を延ばすことができるものの、RFIDタグのアンテナと反射部材との間に、搬送波長に応じた、ある程度の間隔(10〜30mm位)が必要となり、全体の厚さ寸法が大きくなってしまう。
本発明に係るRFIDタグ用ホルダーは、アンテナと、このアンテナを利用して電波で通信を行うICチップとを有するRFIDタグを着脱可能に保持するRFIDタグ用ホルダーであって、被取付体に取り付けるための取付部を有し、前記取付部の前方において前記RFIDタグを保持するホルダー本体部と、導電体からなり、前記ホルダー本体部に設けられた非励振素子と、を備え、前記取付部のうち、前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、前記アンテナと対向する位置に、前記取付部の厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、前記取付部の前記被取付体への取付面に、導電体からなり前記貫通孔を塞ぐ蓋部が設けられ、前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、前記アンテナと前記非励振素子とが略同一平面上に配されることを特徴とする。
一方、非励振素子に到達した電波は、非励振素子によって再放射されて、その再放射された電波の一部がアンテナに到達する。そのため、入出力機器から放射された直接の電波だけでなく、より多くの電波がアンテナによって受信される。
これにより、ホルダー本体部が金属などに取り付けられても、蓋部によって外部金属の影響を遮断することができる。さらに、非励振素子により、受信した電波からより多くの電力を取り出すことができ、アンテナが設けられた平面に直交する方向のアンテナ利得を増大させることができる。また、非励振素子がアンテナと略同一平面上に配されることから、厚さ寸法を小さくすることができる。
尚、本発明で言う“RFIDタグを着脱可能に保持する”とは、使用中にRFIDタグが外れないように一時的に取り付けるか又は収納するという形態は勿論のこと、その他に、使用中はRFIDタグを単に載せておくだけという形態もあり得る。
すなわち、第一及び第二のスペーサによって、それぞれの距離寸法を調整することができる。また、タグ本体部の軽量化を図ることができる。
このアンテナを利用して前記電波で通信を行うICチップと、を備え、前記RFIDタグ用ホルダーによって保持された状態で、前記アンテナと前記貫通孔とが対向して配されるとともに、前記アンテナと前記非励振素子とが略同一平面上に配されることを特徴とする。
一方、非励振素子に到達した電波は、非励振素子によって再放射されて、その再放射された電波の一部がアンテナに到達する。そのため、入出力機器から放射された直接の電波だけでなく、より多くの電波がアンテナによって受信される。
これにより、ホルダー本体部が金属などに取り付けられても、蓋部によって外部金属の影響を遮断することができる。さらに、非励振素子により、受信した電波からより多くの電力を取り出すことができ、アンテナが設けられた平面に直交する方向のアンテナ利得を増大させることができる。また、非励振素子がアンテナと略同一平面上に配されることから、厚さ寸法を小さくすることができる。
一方、非励振素子に到達した電波は、非励振素子によって再放射されて、その再放射された電波の一部がアンテナに到達する。そのため、入出力機器から放射された直接の電波だけでなく、より多くの電波がアンテナによって受信される。
これにより、ホルダー本体部が金属などに取り付けられても、蓋部によって外部金属の影響を遮断することができる。さらに、非励振素子により、受信した電波からより多くの電力を取り出すことができ、アンテナが設けられた平面に直交する方向のアンテナ利得を増大させることができる。また、非励振素子がアンテナと略同一平面上に配されることから、厚さ寸法を小さくすることができる。
以下、本発明の実施形態におけるRFID装置について、図面を参照して説明する。
図1及び図2において、符号1はRFID装置を示すものである。
RFID装置1は、電波を利用して入出力装置と通信を行うRFIDタグ2と、RFIDタグ2を保持するホルダー(RFIDタグ用ホルダー)27とを備えている。
RFIDタグ2は、矩形板状のタグ本体部11を備えている。タグ本体部11は、紙、PET、塩化ビニール、ポリカーボネート、アクリルなどの非金属の物質(絶縁体)からなっている。タグ本体部11の両主面のうち一方の主面11aには、文字、絵等の記載情報や書き換え可能情報(リライタブル等)が設けられている。また、タグ本体部11内には、矩形状に延びるICインレット3が設けられている。ICインレット3は、その長さ方向と、タグ本体部11の幅方向(長さ方向)wとが揃えられている。また、ICインレット3は、タグ本体部11の幅方向wの中央部に設けられており、タグ本体部11の高さ方向hの中央部よりも一端側に偏心させて設けられている。なお、タグ本体部11のうち、ICインレット3が設けられていない領域が、差分領域15となる。
また、ホルダー27は、図1及び図2に示すように、矩形板状の基盤部(取付部)6と、基盤部6の一方の主面6aに設けられた保持部7とを有するホルダー本体部28を備えている。
ここで、非励振素子4の設置位置について詳述する。なお、アンテナ13と非励振素子4との位置関係を説明する場合は、特に表現していなくても、RFIDタグ2が保持部7に保持された状態であることを前提とする。非励振素子4は、図2に示すように、RFIDタグ2の差分領域15のうち、ICインレット3を偏心させて空けた領域に配されるように一方の主面6aに設けられている。すなわち、非励振素子4は、アンテナ13とその長さ方向に交差する方向に並べられ、アンテナ13と非励振素子4とが、幅方向wに向けられて互いに平行になるように配される。そして、アンテナ13と非励振素子4とは、同一平面上(タグ本体部11内、及び、基盤部6の一方の主面6a上)に配されるようになっている。なお、空洞部19やタグ本体部11の厚さ寸法によって、アンテナ13と非励振素子4との厚さ方向の位置関係は多少前後するが、タグ本体部11によって前方側と後方側とに分断された空洞部19のいずれか一方側に非励振素子4が配され、タグ本体部11内にアンテナ13が設けられている場合には、同一平面に配されているものとする。さらに、タグ本体部11によって前方側と後方側とに分断された空洞部19のいずれか一方側にアンテナ13と非励振素子4とのいずれもが配されるときも、同一平面に配されているものとする。
また、非励振素子4の長さ寸法は、図4に示すように、140mmに設定されている。これを搬送波長λに対する乗数Mで表わすと、約1.14λとなる。すなわち、乗数Mは、
乗数M=140/λ
によって算出される。なお、λは搬送波の波長(約122.4mm)を示している。
また、非励振素子4の高さ寸法Hは、40mmに設定されている。さらに、RFIDタグ2が保持部7に保持された状態におけるICインレット3と非励振素子4との設置間隔L、すなわち、ICインレット3と非励振素子4との対向するそれぞれの長辺部3aと長辺部4aとの間の距離寸法は、30mmに設定されている。これを搬送波長λに対する乗数で表わすと、上記と同様にして、0.25λとなる。
なお、基盤部6の他方の主面6bは、被取付体に取り付けられるものであり、取付面として機能するものである。
蓋板部17は、アルミニウム、銅等の金属板又は金属箔の導電体からなるものである。
このような構成のもと、基盤部6の厚さ方向におけるアンテナ13と蓋板部17との間には、貫通孔16により空間が配されている。
また、基盤部6の厚さ方向における非励振素子4の内面と基盤部6の他方の主面6bとの距離寸法d2は、3mmに設定されている。すなわち、基盤部6の厚さ寸法が3mmに設定されている。なお、この距離寸法d2は、3mm以上10mm以下であれば適宜変更可能である。
例えば、図5に示すように、前面部7cの内面22であって、上記と同様の所定位置に非励振素子4を設け、タグ本体部11の他方の主面11bにICインレット3を設けてもよい。なお、この場合、非励振素子4とアンテナ13とは、同一平面上(内面22及び他方の主面11b)に配される。
また、RFIDタグ2を表裏逆にして空洞部19に差し込むと、ICインレット3と非励振素子4とは、タグ本体部11を挟んで配され、この場合、アンテナ13と非励振素子4とは、ほぼ同一平面上に配されているものとする。
また、アンテナ13と非励振素子4との設置位置は適宜変更可能であるが、アンテナ13が設けられていない差分領域15から、アンテナ13が設けられた平面に直交する方向に20mm以内に非励振素子4を設けるのが好ましい。これを乗数で表わすと、0.16λとなる。
この状態で、RFIDタグ2及び非励振素子4は、図9に示すように、XY平面上に配されているものとする。なお、図9において、X軸、Y軸、Z軸は、それぞれ互いに直交する軸を示している。
また、距離寸法d1を4mmとして、さらに非励振素子4を設けたところ160cmまで通信距離が延びることが確認された。また、このホルダー27を30cm×30cmの鉄板に両面テープで張り付けて同様の通信距離を測定した結果、同様に160cmの通信距離が確保できていることも確認できた。
RFIDタグ2に非励振素子4を設けた場合と、非励振素子4を設けない場合とで、アンテナ13のビーム指向性がどのように変化するかを三次元シミュレーターで確認し、通信距離が変化するかどうかの3種の実験を行った。なお、本実験においては、貫通孔16及び蓋板部17などを設けないものとした。
非励振素子4の材質はアルミとし、サイズは高さ寸法40mm、幅寸法140mmとした。
図11のシミュレーション結果は、図10に示すX方向とZ方向のアンテナ13中央の断面(XZ平面)のアンテナ利得を表したグラフである。また図12のシミュレーション結果は、図10に示すY方向とZ方向のアンテナ13中央の断面(YZ平面)のアンテナ利得を表したグラフである。
図11及び図12に示す実験結果より、非励振素子4を設けない場合には、ライン8が示すように、2/λダイポールアンテナの指向性特性がそのまま現れている。また、設置間隔Lを30mmとした場合には、ライン9が示すように、2つの非励振素子4に挟まれたX方向の電磁界が狭められ、その結果Z方向に指向性が増大している。また、設置間隔Lを60mmとした場合には、ライン10が示すように、Z方向の指向性がさらに増大している。
そして、非励振素子4の幅寸法Wが40mmから200mmの範囲、及び高さ寸法Hが10mmから80mmの範囲で通信距離が延長されることが判る。これを搬送波長λの乗数で表わすと、幅に関しては約0.3λから約1.6λとなり、高さに関しては約0.08λから約0.6λとなる。このように、1つの非励振素子4でも、アンテナ13の指向ビーム成形がなされて利得が増大したと推測される。
図14に示すように、非励振素子4を設けない場合の通信距離は85cmである。
そして、設置間隔Lが10mmから80mmの範囲で通信距離が延長されることが判る。これを搬送波長λの乗数で表わすと、約0.08λから約0.6λの範囲となる。一方、設置間隔Lが90mmから120mmの範囲では、通信距離が低下することが判る。この実験より、ICインレット3と非励振素子4との設置間隔Lには搬送周波数の波長λの関係する作用が働いていると推測され、本発明では通信距離が延長される間隔を採用した。
そのため、金属部材からなる被取付体に取り付けても、ICインレット3を適正に作動させることができるだけでなく、通信距離を延ばし、さらに、ホルダー27全体の薄型化を図ることができる。
また、ホルダー27は、例えば非金属コンテナの中に金属部品等が収容されていても、その金属部品からの電波の反射波の影響を受けにくい構造になっているため、コンテナ内に入れるものの制限をなくすことができる。さらに、ホルダー27は金属面に直接取り付けることもできるため、金属製コンテナ、ドラム缶、スチール製品等に取り付けて使うことも可能であり、これらの金属対応で使用用途をさらに広げることができる。
また、最大通信距離を延ばすために、ICインレット3に設けられたアンテナ13を大型化したり、又はICインレット3に設けられたICチップ14の消費電力を抑制したりする必要もなく、既存のアンテナ13を利用することができる。
さらに、非励振素子4として、金属蒸着フィルム、アルミニウム金属箔等の比較的に安価な部材を使用することができるため、全体としてコストを削減することができる。
またアンテナ13の共振周波数を変更する必要がないため、安価に入手可能なアンテナ13を使用することができる。
このような構成により、距離寸法d1,d2を確保することができるだけでなく、ホルダー27の軽量化を図ることができる。
さらに、スペーサ30を別部品として第一のスペーサ及び第二のスペーサとし、これら第一のスペーサ及び第二のスペーサを、他方の主面6bと蓋板部17との間、及び、非励振素子4と対向する位置に設けるようにしてもよい。これにより、ホルダー27のさらなる軽量化を図ることができる。
なお、非励振素子4と被取付体との間は、上述したように、3mm〜10mmの間に設定される。そのためには、厚さ寸法3mm〜10mmのスペーサを設けたり、スペーサを設けずに3mm〜10mmの空間としたり、又はスペーサと空間とで総厚3mm〜10mmとなるようにすればよい。
さらに、アンテナ13と非励振素子4とを互いに中心に設けることとしたが、これに限ることはなく、適宜変更可能である。例えば、非励振素子4を長さ方向にずらしてもよい。ただし、その場合であっても、非励振素子4の長さ方向の一部が、仮想線R上に配されるようにするのが好ましい。
さらに、非励振素子4を一つ設けているが、これに限ることはなく、複数設けてもよい。この場合、アンテナ13の長さ方向に直交する方向に複数設けるのが好ましい。
また、RFIDタグ2の差分領域15にも、上記位置関係となる非励振素子4を設けるようにしてもよい。これにより、さらに効率よく電波をアンテナ13に到達させることができる。
また、本実施形態において、RFIDタグは最も代表的な“タグ状”のものを例示したが、本発明では必ずしも“タグ状”に限ることはなく、“シート状”、“カード状”、“ラベル状”、又はその他の形態であってもよく、更にはそれらに視認可能な情報や書き換え可能な情報を表示したものであってもよい。これら本発明におけるRFIDタグは、交通機関の乗車料金や小売店でのショッピング等に係る支払い、又は、商品などのモノに付けることによるトレーサビリティシステムや物品管理、又は、各種作業現場などにおいて作業工程における指示内容を表示することによる作業管理などに利用することができる。
また、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
2 RFIDタグ
4 非励振素子
6 基盤部(取付部)
6b 他方の主面(取付面)
13 アンテナ
14 ICチップ
15 差分領域
16 貫通孔
17 蓋板部(蓋部)
27 ホルダー(RFIDタグ用ホルダー)
28 ホルダー本体部
30 スペーサ(第一のスペーサ、第二のスペーサ)
R 仮想線
Claims (10)
- アンテナと、このアンテナを利用して電波で通信を行うICチップとを有するRFIDタグを着脱可能に保持するRFIDタグ用ホルダーであって、
被取付体に取り付けるための取付部を有し、前記取付部の前方において前記RFIDタグを保持するホルダー本体部と、
導電体からなり、前記ホルダー本体部に設けられた非励振素子と、を備え、
前記取付部のうち、前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、前記アンテナと対向する位置に、前記取付部の厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記取付部の前記被取付体への取付面に、導電体からなり前記貫通孔を塞ぐ蓋部が設けられ、
前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、前記アンテナと前記非励振素子とが略同一平面上に配されることを特徴とするRFIDタグ用ホルダー。 - 前記蓋部が、絶縁材料からなる第一のスペーサを介して前記取付面に設けられ、
前記取付面のうち、前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、前記非励振素子と対向する位置に、絶縁材料からなる第二のスペーサが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のRFIDタグ用ホルダー。 - 前記第一のスペーサと第二のスペーサとが一体的に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のRFIDタグ用ホルダー。
- 前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、
前記非励振素子が、
前記アンテナが設けられた前記RFIDタグの同一平面に、又は、
前記アンテナが設けられた前記RFIDタグの同一平面のうちの前記アンテナが設けられていない差分領域から、この差分領域に直交する方向に平行移動した位置に配されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のRFIDタグ用ホルダー。 - 前記アンテナ及び前記非励振素子が長尺状に形成されており、
前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、
前記アンテナ及び前記非励振素子が、それぞれの長さ方向が平行になるように配されるとともに、
前記非励振素子が、
前記アンテナの長さ方向の中心点を通り、かつ前記アンテナの長さ方向に直交する方向に延びる仮想線上に配されることを特徴とする請求項4に記載のRFIDタグ用ホルダー。 - 前記アンテナ及び前記非励振素子が長尺状に形成されており、
前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、
前記アンテナ及び前記非励振素子が、それぞれの長さ方向が平行になるように配されるとともに、
前記アンテナと前記非励振素子との設置間隔が、搬送波長λの0.08λ以上0.6λ以下に設定されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のRFIDタグ用ホルダー。 - 前記アンテナ及び前記非励振素子が長尺状に形成されており、
前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、
前記アンテナ及び前記非励振素子が、それぞれの長さ方向が平行になるように配され、
前記非励振素子の長さ寸法が、搬送波長λの0.5λ以上に設定されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のRFIDタグ用ホルダー。 - 前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、
前記非励振素子が、前記アンテナの長さ方向に交差する方向に複数配されることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のRFIDタグ用ホルダー。 - 被取付体に取り付けるための取付部を有するホルダー本体部と、このホルダー本体部に設けられた導電体からなる非励振素子とを備え、
前記取付部に、その厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、前記取付部の前記被取付体への取付面に、導電体からなり前記貫通孔を塞ぐ蓋部が設けられたRFIDタグ用ホルダーに着脱可能に保持されて、電波を利用して通信を行うRFIDタグであって、
アンテナと、
このアンテナを利用して前記電波で通信を行うICチップと、を備え、
前記RFIDタグ用ホルダーによって保持された状態で、前記アンテナと前記貫通孔とが対向して配されるとともに、前記アンテナと前記非励振素子とが略同一平面上に配されることを特徴とするRFIDタグ。 - 電波を利用して通信を行うRFIDタグと、
このRFIDタグを着脱可能に保持するRFIDタグ用ホルダーと、を備えており、
前記RFIDタグが、
アンテナと、
このアンテナを利用して前記電波で通信を行うICチップとを備え、
前記RFIDタグ用ホルダーが、
被取付体に取り付けるための取付部を有し、前記取付部の前方において前記RFIDタグを保持するホルダー本体部と、
導電体からなり、前記ホルダー本体部に設けられた非励振素子と、を備え、
前記取付部のうち、前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、前記アンテナと対向する位置に、前記取付部の厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記取付部の前記被取付体への取付面に、導電体からなり前記貫通孔を塞ぐ蓋部が設けられ、
前記ホルダー本体部によって前記RFIDタグが保持された状態で、前記アンテナと前記非励振素子とが略同一平面上に配されることを特徴とするRFID装置。
Priority Applications (1)
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