JP2008123196A - Rfid tag and method for installing rfid tag - Google Patents
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Abstract
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)タグ等に関し、特に、金属板に装着して好適であって、かつリーダ/ライタとの通信距離をコントロールすることができるRFIDタグ、及びRFIDタグの実装方法に関する。 The present invention relates to an RFID (Radio Frequency Identification) tag that transmits information such as ID (Identification) recorded on an IC chip by RF (Radio Frequency: radio frequency), and particularly to an RFID (Radio Frequency Identification) tag attached to a metal plate. The present invention relates to an RFID tag that is suitable and capable of controlling a communication distance with a reader / writer, and an RFID tag mounting method.
RFIDタグは、微小なICチップと小型アンテナとによって構成されていて、ICチップに記録されているIDなどの情報を小型アンテナより無線(RF)で送信することができる。これによって、リーダ/ライタによってRFIDタグをかざせばICチップに記録されている情報が非接触で読み取られる。したがって、このようなRFIDタグを物品に貼付すれば、それぞれの物品を識別したり物品に関する情報を管理したりすることができる。例えば、生産現場などにおいて組立部品に貼付されているRFIDタグに各部品の属性などを記録しておけば、製品の製造履歴などを管理することができる(例えば、特許文献1参照)。 An RFID tag includes a small IC chip and a small antenna, and information such as an ID recorded on the IC chip can be transmitted wirelessly (RF) from the small antenna. As a result, when the RFID tag is held by a reader / writer, information recorded on the IC chip is read in a non-contact manner. Therefore, by attaching such an RFID tag to an article, it is possible to identify each article and manage information about the article. For example, if an attribute of each part is recorded on an RFID tag attached to an assembly part at a production site or the like, the manufacturing history of the product can be managed (for example, see Patent Document 1).
また、RFIDタグを、ICチップを搭載した主アンテナ(第1のアンテナ)と樹脂性のスペーサを挟んで平行に配置された補助アンテナ(第2のアンテナ)とによる積層構造のインレットの構成にすることにより、第2のアンテナの電波増幅作用によって通信距離をさらに長くすることができる。RFIDタグをこのような構造にすることにより、絶縁体のスペーサを介してこのRFIDタグを電子機器の筐体などの金属面に取り付けても、比較的長い通信距離(例えば、140mm程度)を確保することができる(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、工業製品の組立現場などにおいてRFIDタグの貼付された部品がラインを移動する場合、リーダ/ライタで読み取りたい部品が作業者のポジションの近くを流れる工程もあれば作業者のポジションの遠くを流れる工程もある。そのような場合、前述の特許文献2に記載されたRFIDタグでは通信距離が例えば140mm以内と決まっているので、部品が作業者のポジションの近くを流れるラインの場合はリーダ/ライタによって該当部品を容易に読み取ることができるが、該当部品が作業者のポジションより遠くを流れるラインの場合は、作業者が手を伸ばしてリーダ/ライタをその部品に近付けなければRFIDタグの情報を読み取ることができないので、作業効率を低下させる原因となる。また、ラインに流れている部品に貼付されたRFIDタグの情報をリーダ/ライタによって自動で読み取る場合においても、固定設置されたリーダ/ライタから140mm以内のラインを通過する部品は読み取ることができるが、ライン上においてリーダ/ライタから140mmより遠い位置を通過する部品を読み取ることはできない。
However, when an RFID tag-attached part moves on the line at an assembly site of an industrial product, etc., there are processes in which the part that the reader / writer wants to read flows near the worker's position, or far away from the worker's position. There is also a flowing process. In such a case, in the RFID tag described in the above-mentioned
本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、電子機器ユニットなどの金属ケースにRFIDタグを貼付したときに、必要に応じて通信距離をコントロールすることができるRFIDタグ、及びRFIDタグの実装方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when an RFID tag is attached to a metal case such as an electronic device unit, an RFID tag that can control a communication distance as necessary, And an RFID tag mounting method.
上記の目的を達成するために、本発明のRFIDタグは、主アンテナ(第1のアンテナ)にICチップを搭載して形成され、第1の面および前記第1の面とは表裏の関係にある第2の面を有するインレットと、インレットに近接的に配置され、インレットの第1の面に対向する対向面を有し、第1のアンテナの放射する電波を増幅する補助アンテナ(第2のアンテナ)と、インレットの第2の面に対向するように配置される金属板と、金属板とインレットの第2の面との間に介在され、所望の誘電率を有する誘電体とによって構成されている。 In order to achieve the above object, the RFID tag of the present invention is formed by mounting an IC chip on a main antenna (first antenna), and the first surface and the first surface are in a relationship of front and back. An auxiliary antenna (second antenna) that has an inlet having a second surface and an opposing surface that is disposed close to the inlet and faces the first surface of the inlet and that amplifies radio waves radiated from the first antenna. Antenna), a metal plate arranged to face the second surface of the inlet, and a dielectric having a desired dielectric constant interposed between the metal plate and the second surface of the inlet. ing.
このとき、誘電体は、インレットに対向する第1のエリア(例えば、第1のエリア17)とインレットの対向面からはみ出す第2のエリア(例えば、第2のエリア18)とを備えるシート状に形成されているので、第2のエリアの面積を変化させることによって、補助アンテナの電界強度を変化させて金属性タグ(タグ本体)の電波飛距離を可変させる。好適な実施形態としては、第1のエリアの面積を固定したときは、第2のエリアの面積を小さくするにしたがって、補助アンテナの電界強度が強くなって金属性タグの電波飛距離が増加する。 At this time, the dielectric is formed into a sheet shape including a first area (for example, the first area 17) facing the inlet and a second area (for example, the second area 18) protruding from the facing surface of the inlet. Since it is formed, by changing the area of the second area, the electric field intensity of the auxiliary antenna is changed to vary the radio wave distance of the metallic tag (tag body). As a preferred embodiment, when the area of the first area is fixed, as the area of the second area is reduced, the electric field strength of the auxiliary antenna increases and the radio wave distance of the metallic tag increases. .
すなわち、本発明のRFIDタグによれば、金属板の上に誘電体シートを介在させて金属性タグを載置したとき、金属性タグ内のインレットの真下に位置する誘電体シートのエリアにおいて波長短縮効果による電波増幅作用を呈するので、金属性タグの補助アンテナの電界強度はより強まる。その結果、金属性タグからの電波飛距離は延びる。一方、インレットの真下からはみ出した誘電体シートのエリアにおいては、電波減衰作用によって、主アンテナから金属板への電波は減衰し、金属板で反射して補助アンテナに照射される。したがって、インレットの真下からはみ出した誘電体シートのエリアが小さいほど電波減衰作用は小さくなるので、反射波の減衰量が減って補助アンテナの電界強度を強くするように作用し、金属性タグからの電波の飛距離をさらに延ばすことができる。つまり、誘電体シートの形状及び大きさを変えることによって、金属性タグとリーダ/ライタとの間の通信距離を変化させることができる。 That is, according to the RFID tag of the present invention, when the metallic tag is placed on the metal plate with the dielectric sheet interposed, the wavelength in the area of the dielectric sheet located directly under the inlet in the metallic tag. Since it exhibits a radio wave amplification effect due to the shortening effect, the electric field strength of the auxiliary antenna of the metallic tag is further increased. As a result, the distance of radio waves from the metallic tag is extended. On the other hand, in the area of the dielectric sheet that protrudes from directly under the inlet, the radio wave from the main antenna to the metal plate is attenuated by the radio wave attenuation action, reflected by the metal plate, and irradiated to the auxiliary antenna. Therefore, the smaller the area of the dielectric sheet that protrudes from directly under the inlet, the smaller the radio wave attenuation effect, so that the amount of attenuation of the reflected wave is reduced and the electric field strength of the auxiliary antenna is increased. The distance of radio waves can be further extended. That is, the communication distance between the metallic tag and the reader / writer can be changed by changing the shape and size of the dielectric sheet.
本発明のRFIDタグによれば、電子機器ユニットなどの金属ケースにRFIDタグを貼付したときに、必要に応じて通信距離をコントロールすることができる。 According to the RFID tag of the present invention, the communication distance can be controlled as necessary when the RFID tag is attached to a metal case such as an electronic device unit.
《発明の概要》
以下、図面を参照しながら、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。)に係るRFIDタグについて好適な例をあげて説明するが、理解を容易にするために、まず、本発明におけるRFIDタグの概要について説明する。
<< Summary of Invention >>
Hereinafter, an RFID tag according to the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described with reference to the drawings. First, an outline of the RFID tag in the present invention will be described.
本発明のRFIDタグは、ICチップを搭載した主アンテナ(第1のアンテナ)からなるインレットと主アンテナから電波を受信して電波増幅作用を行う補助アンテナ(第2のアンテナ)とによって構成される金属性タグ(タグ本体)が、所定の誘電率を有する誘電体シートを介して金属板に搭載された構成となっている。このとき、誘電体シートは、インレットに対向配置されたエリアにおいては誘電体の誘電率による波長短縮効果によって電波増幅作用を呈するが、インレットの対向位置からはみ出したエリアにおいては誘電体の誘電正接(tanδ)による分極作用によって電波減衰作用を呈する。したがって、誘電体シートの形状によって電波増幅作用の寄与する程度と電波減衰作用の寄与する程度とを適宜に変更すれば、金属性タグから放射される電波強度を可変することができる。その結果、誘電体シートの形状を変えることによって、金属性タグとリーダ/ライタとの通信距離をコントロールすることが可能となる。 The RFID tag according to the present invention includes an inlet including a main antenna (first antenna) on which an IC chip is mounted, and an auxiliary antenna (second antenna) that receives a radio wave from the main antenna and performs a radio wave amplifying function. A metallic tag (tag body) is mounted on a metal plate via a dielectric sheet having a predetermined dielectric constant. At this time, the dielectric sheet exhibits a radio wave amplification effect due to the wavelength shortening effect due to the dielectric constant of the dielectric in the area facing the inlet, but the dielectric tangent of the dielectric (in the area protruding from the inlet facing position ( The electric wave attenuation effect is exhibited by the polarization effect by tan δ). Therefore, the radio wave intensity radiated from the metallic tag can be varied by appropriately changing the degree of contribution of the radio wave amplification action and the degree of contribution of the radio wave attenuation action depending on the shape of the dielectric sheet. As a result, the communication distance between the metallic tag and the reader / writer can be controlled by changing the shape of the dielectric sheet.
以下、図面を参照しながら、本発明におけるRFIDタグの実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of an RFID tag according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
《好適な実施形態》
まず、本発明のRFIDタグを実現するためのインレットについて説明する。図1は、本発明の実施形態に係るRFIDタグに用いられるインレットの構造図であり、(a)はインレットを分解した状態を示す斜視図、(b)はインレットの上面図である。図1に示すインレット1は、ポリイミド樹脂などの樹脂材料からなる厚さが0.1mm程度のフィルム2の上面に、錫メッキなどを施した銅箔製の主アンテナ3が形成されている。なお、主アンテナ3は、厚さが数十ミクロン程度であるので、フィルム2の上面に金属蒸着を施すことによって主アンテナ3を形成することも可能である。この主アンテナ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、このスリット3aを跨ぐようにしてICチップ4が搭載されている。
<< Preferred Embodiment >>
First, an inlet for realizing the RFID tag of the present invention will be described. 1A and 1B are structural views of an inlet used in an RFID tag according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view showing a state in which the inlet is disassembled, and FIG. In the
すなわち、主アンテナ3の中央部における給電部分には、ICチップ4と主アンテナ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として形成される。また、ICチップ4には、スリット3aを跨ぐような間隔で複数の電極が形成されている。そして、スリット3aを跨ぐようにしてICチップ4の各電極を接続すると、スリット3aでかぎ状に囲われたスタブが、主アンテナ3とICチップ4の間に直列に接続されることになり、主アンテナ3とICチップ4との間ではスタブが直列のインダクティブ成分として作用する。したがって、このインダクティブ成分によってICチップ4内のキャパシティブ成分が相殺され、主アンテナ3とICチップ4のインピーダンスがマッチング(整合)される。
That is, a hook-like (L-shaped)
前記のように主アンテナ3にインピーダンスマッチング用のスリット3aを形成することにより、主アンテナ3をダイポールアンテナで形成した場合、電波周波数の波長をλとしたときに主アンテナ3の長さは、電気的長さがλ/4ぐらいでも通信距離は数センチメートル以上を確保することができる。例えば、周波数が2.45GHzの電波を使用した場合の主アンテナ3の長さは30mm程度であっても40mm程度の通信距離を実現することができる。なお、主アンテナ3の幅は、特に制約はないが、例えば2mm程度になっている。したがって、フィルム2と主アンテナ3とICチップ4を含めたインレット1の大きさは、例えば、幅が3mm、長さが35mm、厚さが0.6mm程度になっている。
When the
次に、図1に示す構造のインレットを収納した金属性タグについて説明する。前述の図1に示すようなインレット1においては通信距離が40mm程度しか確保することができないので、インレット1に形成された主アンテナ3に対してさらに補助アンテナを設けることによって通信距離を十数センチ(例えば、140mm)ぐらいまで延ばすことができる。そこで、インレット1の主アンテナ3に平行に補助アンテナを設けて金属性タグを形成した構成について説明する。
Next, a metallic tag containing the inlet having the structure shown in FIG. 1 will be described. In the
図2は、本発明のRFIDタグに用いられる金属性タグの分解図である。図2に示すように、アルミニューム合金などの薄い金属材料で形成された補助アンテナ11で覆われた中央部付近の内部にインレット1を収納し、ポリイミド樹脂などの樹脂材料を流し込んで補助アンテナ11とインレット1を一体化する。なお、補助アンテナ11に形成された切欠き11aは、インレット1のスリット3a及びICチップ4に対応して電波を効果的に放射させるように形成されたものである。また、補助アンテナ11の両端付近には、図示しない金属板に取り付けるための取付孔12が設けられている。
FIG. 2 is an exploded view of a metallic tag used in the RFID tag of the present invention. As shown in FIG. 2, the
図3は、図2に示す補助アンテナとインレットをポリイミド樹脂などで一体成形した金属性タグの外観斜視図であり、(a)は表面図、(b)は裏面図である。図3(b)に示すように、金属性タグ14は、補助アンテナ11の裏面側の中央部付近にインレット1が収納されて樹脂13でモールドされた構成となっている。このように構成された金属性タグ14は、図3(a)に示すように、表面側を上にして例えば樹脂製の筐体に対して直に取り付け、取付孔12にビスなどを挿入して固定することができる。このようにして取り付けた金属性タグ14は、図示しないインレットと補助アンテナ11の電波増幅作用によって、例えば140mm程度の通信距離を確保することができる。
3A and 3B are external perspective views of a metallic tag in which the auxiliary antenna and the inlet shown in FIG. 2 are integrally formed of polyimide resin, and FIG. 3A is a front view and FIG. 3B is a rear view. As shown in FIG. 3 (b), the
ところが、本発明では、この金属性タグ14を用いて通信距離を可変することができるRFIDタグを実現しているので、その実施形態について詳細に説明する。
However, in the present invention, an RFID tag capable of varying the communication distance using the
図4は、誘電体シートを介して金属性タグを金属板に取り付ける状態を示す概念図である。金属性タグ14は、表面側から裏面側の一部にかけて補助アンテナ11の金属部分が外装されているので、ポリプロピレンやガラスエポキシなどの誘電体シート15を絶縁体として介在させてから金属板16に装着する。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state in which a metallic tag is attached to a metal plate via a dielectric sheet. Since the metallic part of the
なお、誘電体シート15を介在させないで金属性タグ14を金属板16に直接取り付けると、金属性タグ14の内部にある図4では図示されていないインレットの主アンテナが、補助アンテナ11と金属板16で囲まれてシールドされてしまうので、ICチップを搭載した主アンテナを発生源とする電波が外部へ放射されにくくなる。そのため、金属性タグ14単体では140mm程度あった通信距離が、金属性タグ14を金属板16に直接取り付けると20mm程度に低下してしまう。
When the
次に、図4に示すような、金属性タグ14と誘電体シート15と金属板16の実装構成を等価的な構成で説明する。
Next, the mounting configuration of the
図5は、図4に示すように金属板の上に誘電体シートを介して金属性タグを搭載したときの等価的な構成図であり、(a)は各要素を分解した状態、(b)は各要素を積層した状態を示している。すなわち、図5に示すRFIDタグ20は、主アンテナ3の中央部付近に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4が搭載されている。そして、主アンテナ3の上面には、所望の誘電率を有し、厚さが1mm程度であって主アンテナ3より幅及び長さが大きい樹脂13が配置されている。また、その樹脂13の上面には、主アンテナ3より幅及び長さが大きい補助アンテナ11が配置されている。さらに、主アンテナ3の下面には、厚さが2mm程度の誘電体シート15を介してタグ取付部材となる金属板16が配置されている。このようにして図5(b)のように積層されたRFIDタグ20の厚さは、各要素を接着する接着剤なども含めて金属板16の上に4mmぐらい突出した程度となる。
FIG. 5 is an equivalent configuration diagram when a metallic tag is mounted on a metal plate via a dielectric sheet as shown in FIG. 4, (a) is a state in which each element is disassembled, (b) ) Shows a state in which each element is laminated. That is, the RFID tag 20 shown in FIG. 5 has a
本発明のRFIDタグ20では、図5に示す誘電体シート15の大きさ及び形状を変えることによってリーダ/ライタとの間の通信距離を変えることができるので、誘電体シート15の電気的作用について説明する。誘電体シート15の上にICチップ4を搭載した主アンテナ3が搭載されていると、その誘電体シート15の誘電率によって波長短縮効果を呈するので、主アンテナ3の物理的長さ(つまり、実際の長さ)は電気的長さλ/4より短くなるが、電気的長さはλ/4を維持している。
In the RFID tag 20 of the present invention, the communication distance between the reader / writer can be changed by changing the size and shape of the
例えば、電波周波数が2.45GHzであって、誘電体シート15が主アンテナ3の下面にない場合において、主アンテナ3の電気的長さがλ/4のときの物理的長さが30mmであるとしたとき、主アンテナ3の下面に誘電体シート15を配置した場合において、その誘電体シート15の誘電率による波長短縮効果によって波長λが1/2に短縮したとすると、主アンテナ3の電気的長さをλ/4に保持しても物理的長さは15mmとなる。すなわち、140mmの通信距離を確保するためには主アンテナ3の電気的長さはλ/4必要であるが、物理的長さは、誘電体シート15が主アンテナ3の下面にないときは30mm必要であるのに対し、誘電体シート15が主アンテナ3の下面にあるときは15mmでよいことになる。
For example, when the radio frequency is 2.45 GHz and the
言いかえると、図5のように主アンテナ3の下面に誘電体シート15を配置することによって、主アンテナ3の物理的長さは15mmで電気的長さλ/4を維持して140mmの通信距離を確保できるところを、実際には主アンテナ3の物理的長さは30mmになっているので、波長短縮効果による電気的長さはλ/2まで長くなったことになる。したがって、主アンテナ3の電気的長さはλ/4からλ/2に延びたことになるので、通信距離は140mmよりさらに延びることになる。つまり、誘電体シート15の誘電率が大きいほど、大きな波長短縮効果を呈して通信距離を延ばす方向に作用する。
In other words, by disposing the
ところが、他の面から見ると、誘電体シート15には、誘電体の分極作用によって生じる誘電正接(tanδ)が発生する。このtanδが大きくなると、誘電損失が多くなって電波の共振エネルギーが失われる原因となる。つまり、誘電体シート15を通過する電波は、tanδに起因して共振エネルギーが失われることによって電波強度が減衰する。なお、一般的に、tanδは誘電体の誘電率が大きいほど大きな値を示す。
However, when viewed from the other side, a dielectric loss tangent (tan δ) is generated in the
つまり、金属性タグ14の下面に誘電体シート15を配置した場合は、誘電体シート15の誘電率が大きいほど大きな波長短縮効果を呈して通信距離を延ばす方向に作用する現象(つまり、電波増幅作用)と、誘電体シート15の誘電率が大きいほどtanδが大きくなって電波強度を減衰させて通信距離を短くする方向に作用する現象(つまり、電波減衰作用)とがトレイドオフの関係となって発生する。
That is, when the
そこで、本発明のRFIDタグ20では、図5に示す誘電体シート15の大きさ及び形状の変え方を工夫して、誘電率に起因する波長短縮効果による電波増幅作用とtanδに起因する電波減衰作用のトレイドオフの関係をうまく利用して、適宜に通信距離を延ばす対策を採っている。
Therefore, in the RFID tag 20 of the present invention, the method of changing the size and shape of the
図5に示す主アンテナ3及び誘電体シート15の形状では、主アンテナ3より誘電体シート15の方が幅及び長さが大きくなっている。このような誘電体シート15の形状では、主アンテナ3の真下に位置する誘電体シート15のエリア(第1のエリア17)においては、波長短縮効果による電波増幅作用によって通信距離を延ばす方向に作用するが、主アンテナ3の真下からはみ出した誘電体シート15のエリア(第2のエリア18)においては、tanδによる電波減衰作用によって通信距離を短くする方向に作用する。したがって、図5に示す形状のRFIDタグ20では通信距離はそれ程延びない。なお、図1(b)においては、インレット1と主アンテナ3との大きさが異なるように図示しているが、ほぼ同等の大きさとしている。
In the shapes of the
さらに詳しく説明すると、主アンテナ3の真下に位置する誘電体シート15のエリアにおいては、波長短縮効果によって主アンテナ3は物理的長さがλ/4より長いアンテナとして作用し、強い電界強度で補助アンテナ11を励振させる。これによって、補助アンテナ11から放射する電波の電界強度は強くなるので、通信距離が延びる。しかし、主アンテナ3の真下からはみ出した誘電体シート15のエリアにおいては、tanδによって減衰した電波が金属板16に照射する。したがって、金属板16からは減衰した電波が反射して補助アンテナ11に照射されるため、補助アンテナ11は、金属板16からの反射波による電波では電界強度はそれ程加算されない。したがって、金属板16からの反射波によって通信距離をさらに延ばすことはできない。
More specifically, in the area of the
そこで、誘電体シート15を主アンテナ3と同じ幅で同じ長さにして両者を重ね合わせれば、誘電体シート15のエリアが主アンテナ3の真下からはみ出す部分はないので、tanδによる電波減衰作用は起こらず、主アンテナ3の真下に位置する誘電体シート15のエリアにおける波長短縮効果のみが作用する。
Therefore, if the
すなわち、主アンテナ3の真下に位置する誘電体シート15のエリアにおいては、波長短縮効果によって主アンテナ3は物理的長さがλ/4より長いアンテナとして作用して強い電界強度で補助アンテナ11を励振させるので、電界強度が強くなって通信距離が延びる。さらに、主アンテナ3の真下からはみ出した部分には誘電体シート15のエリアは存在していないので、金属板16は主アンテナ3から受信した強い電波を反射させて補助アンテナ11に照射させることができる。これによって、補助アンテナ11は金属板16からの反射波によってさらに強い電界が加算される。したがって、補助アンテナ11は、金属板16からの反射波による電界強度の増強作用によってさらに通信距離を延ばすことができる。
That is, in the area of the
このようなことから、理論的には、主アンテナ3と誘電体シート15を同じ大きさにして対向配置させて金属板16に設置すれば、波長短縮効果による電波増幅作用が最大に働き、かつtanδによる電波減衰作用が存在しなくなる。したがって、補助アンテナ11は、波長短縮効果による最大の電波増幅作用と、金属板16からの減衰しない反射波による電波の増強作用とによって、電界強度を最大にして最も通信距離を延ばすことが可能となる。
For this reason, theoretically, if the
《実験による立証》
次に、誘電体シート15の形状を種々変えたときの通信距離の実測データについて説明する。図6は、本発明を立証するための実験に用いた金属性タグ及びその金属性タグに内蔵されたインレットの大きさを示す外形図である。図6に示すように、金属性タグ14の大きさ(つまり、補助アンテナ11の大きさ)は、長さが52mmで幅が13mmである。また、インレット1の大きさは、長さが27mmで幅が3mmである。
《Experimental Verification》
Next, actual measurement data of the communication distance when the shape of the
図7は、本発明を立証するための実験に用いた誘電体シートの形状と通信距離の関係の実測データを示す図である。実験No.1として、金属性タグ14を金属板16に直接取り付けた場合は、主アンテナ3を形成するインレット1が金属性タグ14の補助アンテナ11と金属板16とで囲まれてシールドされてしまうため、インレット1から金属性タグ14の補助アンテナ11へは漏れ電波しか到達しない。そのため、金属性タグ14の補助アンテナ11から外部へ放射される電波による通信距離は20mm程度しか延びない。
FIG. 7 is a diagram showing measured data on the relationship between the shape of the dielectric sheet used in the experiment for verifying the present invention and the communication distance. Experiment No. 1, when the
実験No.2として、誘電体シート15の大きさを金属性タグ14の大きさ(長さ52mm、幅13mm)と同じにした場合は、金属性タグ14の下に敷いた誘電体シート15のうち、インレット1の真下に対向する誘電体シート15のエリアにのみ波長短縮効果が作用する。一方、インレット1の真下からはみ出した部分の誘電体シート15のエリアは、電波減衰作用が大きく作用して金属板16からの反射波による電界強度の増強作用は殆んど発生しない。
Experiment No. 2, when the size of the
すなわち、インレット1の真下からはみ出した部分の誘電体シート15のエリアは、電波減衰作用によってインレット1の主アンテナ3から放射された電波は減衰して金属板16に照射され、さらに金属板16から反射した電波は再び電波減衰作用によって減衰して補助アンテナ11に照射される。したがって、補助アンテナ11は、金属板16からの反射波によっては殆んど電界強度が増強されない。
That is, in the area of the
そのため、通信距離は、波長短縮効果で実現された電界強度に相当した120mm程度であって、金属性タグ14単体で用いたときの通信距離とほぼ同じ程度である。但し、金属性タグ14を金属板16に直接取り付けた実験No.1の場合に比べて、通信距離は6倍ほど延びている。
Therefore, the communication distance is about 120 mm corresponding to the electric field strength realized by the wavelength shortening effect, and is almost the same as the communication distance when the
実験No.3として、誘電体シート15の長さを金属性タグ14の長さより少し短くして、両者の幅を同じにした場合は(つまり、誘電体シート15の長さを40mm、幅を13mmとした場合は)、インレット1の真下に対向する誘電体シート15のエリアにおける波長短縮効果の作用に加えて、インレット1の真下からはみ出した部分の誘電体シート15のエリアがやや少なくなるので、電波減衰作用がやや少なくなって電界強度を増強する作用が少し加わるので、通信距離は290mm程度まで伸びる。この場合は、金属性タグ14を金属板16に直付けした場合に比べて通信距離は14.5倍ほど延びている。
Experiment No. 3, when the length of the
実験No.4として、図に示すように、金属性タグ14の中央部分及び両端部分に位置する領域において誘電体シート15の幅(13mm)を金属性タグ14の幅と同じにして、それ以外の部分では誘電体シート15の幅(3mm)をインレット1の幅と同じにした。これによって、インレット1の真下に対向する誘電体シート15のエリアにおける波長短縮効果は確保され、インレット1の真下からはみ出した部分の誘電体シート15のエリアがさらに小さくなるので、電波減衰作用がさらに少なくなって電界強度を増強する作用がやや大きく加わるので、通信距離は320mm程度まで伸びる。この場合は、金属性タグ14を金属板16に直付けした場合に比べて通信距離は16倍ほど延びている。
Experiment No. 4, the width (13 mm) of the
実験No.5として、図に示すように、金属性タグ14の中央部分に位置する領域のみにおいて誘電体シート15の幅(13mm)を金属性タグ14の幅と同じにして、それ以外の部分では誘電体シート15の幅(3mm)をインレット1の幅と同じにした。これによって、インレット1の真下に対向する誘電体シート15のエリアにおける波長短縮効果は確保され、インレット1の真下からはみ出した部分の誘電体シート15のエリアは殆んどなくなるので、電波減衰作用は殆んどなくなって電界強度を増強する作用が大きく加わるので、通信距離は430mm程度まで大きく伸びる。この場合は、金属性タグ14を金属板16に直付けした場合に比べて通信距離は21.5倍ほど延びている。
Experiment No. 5, the width (13 mm) of the
誘電体シート15を実験No.5のような形状にすることによって、誘電体シート15を実験No.4のような形状するのに比べて通信距離が飛躍的に延びる理由は次の通りである。インレット1を形成する主アンテナ3は中心部分に給電点が存在するので、主アンテナ3の中心部分は電圧が低いために電界強度も弱い。しかし、主アンテナ3の両端部分は電圧が高いために電界強度も強い。したがって、実験No.5の誘電体シート15に示す形状のように、主アンテナ3の両端部分の外側において誘電体シート15の占めるエリアを少なくすると(図の例では、主アンテナ3の両端部分の外側において誘電体シート15の占めるエリアを零にすると)、電波減衰作用がなくなることによる影響が大きく作用する。つまり、誘電体シート15を実験No.4のような形状から実験No.5のような形状に変えることによって、電界強度の大きい主アンテナ3の両端部分において電波減衰作用が殆んどなくなるので、電波を増強する作用が大きく加わって通信距離が著しく延びる。
The
実験No.6として、図に示すように、誘電体シート15の形状をインレット1の幅(3mm)及び長さ(27mm)と同じにした場合は、理論的には、波長短縮効果は確保されると共に、電波減衰作用は全くなくなって金属板16からの反射波による電波増強作用が最大に加わって、通信距離が最大に延びることになる。しかし、この場合の通信距離は実測では390mmであって、実験No.5の形状のときの通信距離430mmよりも通信距離が短くなっている。
Experiment No. 6, when the shape of the
実験No.6の誘電体シート15の形状において理論に反して通信距離が短くなった理由は次の通りである。すなわち、実験No.5の誘電体シート15の形状では、誘電体シート15の中央部分において金属性タグ14と幅が同じであるので、金属性タグ14と誘電体シート15の幅合せを行いやすい。そのため、誘電体シート15の幅細の部分においてもインレット1の幅と位置合せが必然的に行われることになる。これによって、インレット1に形成される主アンテナ3の波長短縮効果は確実に行われる。
Experiment No. The reason why the communication distance is shortened against the theory in the shape of the
しかし、実験No.6の誘電体シート15の形状においては金属性タグ14と幅合せを行う位置決めがないので、結果的に、誘電体シート15の幅細の部分とインレットの幅方向との位置が若干ずれるおそれがある。このとき、誘電体シート15及びインレットの幅は3mmであるので、両者の幅合せが例えば0.1mmずれても幅が3%ずれたことになる。その結果、主アンテナ3の波長短縮効果が完全に行われないために電界強度を最大に高めることができず、通信距離を理論通りに延ばすことができない。
However, experiment no. In the shape of the
さらに、前述したように、インレット1の中心部分は電界強度が弱いので、誘電体シート15の幅が中心部分においてインレット1の幅より広くても電波減衰作用は殆んど生じない。したがって、実験No.5のように、誘電体シート15の中心部分で幅が広くなっても電波減衰作用は殆んど生じないために、波長短縮効果による電界強度とほぼ最大に近い反射波による電界強度の増強作用とによって、ほぼ最大の通信距離となる。
Furthermore, as described above, since the electric field strength is weak in the central portion of the
すなわち、実験No.5に示す誘電体シート15の形状のように、誘電体シート15の中心部分の幅を金属性タグ14の幅まで広くすることは、金属性タグ14と誘電体シート15の幅合せが行い易くなり、かつ金属性タグ14を誘電体シート15の上に安定的に載置できるため、誘電体シート15の中心部分の幅を広くすることは極めて有用である。
That is, Experiment No. As in the shape of the
実験No.7として、図に示すように、誘電体シート15の形状を、幅5mm、長さ30mmとして、インレット1の形状(幅3mm×長さ27mm)よりやや大きくした。これによって、誘電体シート15とインレット1の位置関係のずれにマージンが生じるので、誘電体シート15とインレット1の対向位置が若干ずれても、インレット1の真下部分には誘電体シート15が存在しているので、インレット1の波長短縮効果は完全に行われる。しかも、誘電体シート15がインレット1からはみ出した領域は僅かであるので電波減衰作用は殆んど生じない。その結果、通信距離は450mmとなり、誘電体シート15を実験No.5のような形状にした場合より通信距離が幾分延びる。また、金属性タグ14を金属板16に直付けした場合に比べて通信距離は22.5倍ほど延びている。
Experiment No. 7, as shown in the figure, the shape of the
しかし、実験No.7の誘電体シート15の形状では、インレット1に対向する誘電体シート15の幅がやや広くなったけれども、やはり、誘電体シート15とインレット1の位置合せは難しいし、また、誘電体シート15の上に金属性タグ14を載置したときの安定度が悪くなる。そのためには、実験No.7の誘電体シート15の形状より通信距離は若干落ちるけれども、実験No.5に示す誘電体シート15の形状のように中央部分で幅広の形状にした方がよい。
However, Experiment No. 7, the width of the
図8は、誘電体シートの形状を変えたときの通信距離の変化特性を示す実測特性図である。図8では、誘電体シートとして、(a)発泡ポリプロピレン板(厚さ=2.0mm(2t)、比誘電率(ε)=2.0、tanδ=0.0015)、(b)ガラスエポキシ板(厚さ=1.6mm(1.6t)、比誘電率=3.7、tanδ=0.01)、及び(c)アクリル板(厚さ=2.0mm(2t)、比誘電率=2.6、tanδ=0.005)を用いた場合における誘電体シートの形状による通信距離の変化を示している。 FIG. 8 is an actual measurement characteristic diagram showing a change characteristic of the communication distance when the shape of the dielectric sheet is changed. In FIG. 8, as a dielectric sheet, (a) a foamed polypropylene plate (thickness = 2.0 mm (2 t), relative dielectric constant (ε) = 2.0, tan δ = 0.015), (b) glass epoxy plate (Thickness = 1.6 mm (1.6 t), relative permittivity = 3.7, tan δ = 0.01), and (c) acrylic plate (thickness = 2.0 mm (2 t), relative permittivity = 2) .6, tan δ = 0.005) shows a change in communication distance depending on the shape of the dielectric sheet.
誘電体シート15として発泡ポリプロピレン(PP)板を用いた場合は、特性(a)に示すように、誘電体シート15の形状によって通信距離の変化が顕著に現われている。すなわち、実験No.2のように、波長短縮効果に対して電波減衰作用の影響が大きく現われるように誘電体シート15の面積を大きくしたときは、金属板16からの反射波よる電波増強作用が少ないために通信距離はそれ程延びない。一方、実験No.4及び実験No.5のように、誘電体シート15の面積を小さくして電波減衰作用の影響を小さくして波長短縮効果の比率を大きくして行くにしたがって、金属板16からの反射波よる電波増強作用が大きく効いてきて通信距離は大きく延びている。
When a foamed polypropylene (PP) plate is used as the
ところが、誘電体シート15として比誘電率及びtanδの大きいガラスエポキシ板を用いた場合は、波長短縮効果の影響より電波減衰作用の影響の方が大きく作用して金属板16からの反射波が少なくなるために補助アンテナ11の電波増強作用が抑えられ、特性(b)に示すように、実験No.4に示す誘電体シート15の形状のようにインレット1からはみ出す部分の誘電体シート15の面積を小さくしていってもあまり通信距離は延びない。但し、実験No.5に示す誘電体シート15の形状のように、誘電体シート15がインレット1からはみ出す部分を最小にして波長短縮効果の影響が大きく現われるようにすれば通信距離は急激に延びる。
However, when a glass epoxy plate having a large relative dielectric constant and tan δ is used as the
しかし、波長短縮効果の影響が最も現われる誘電体シート15の形状(つまり、実験No.5の形状)にしても、比誘電率が大きい(例えば、ε=3.7)ガラスエポキシ板の方が、比誘電率が小さい(例えば、ε=2.0)発泡ポリプロピレンより通信距離が短いのは、比誘電率が大きくなることによってtanδが大きくなるために、実験No.5の形状における誘電体シート15全体の面積の中で電波減衰作用が大きく働いて、金属板16からの反射波を弱めているからである。したがって、比誘電率の大きいガラスエポキシ板の場合は、比誘電率の小さい発泡ポリプロピレン(PP)板ほどには通信距離は延びないと考えられる。
However, even if the shape of the
また、アクリル板の場合は、ガラスエポキシ板より比誘電率が小さいので電波減衰作用の影響の度合が小さくなるため、特性(c)に示すように、誘電体シート15の面積を小さくして、電波減衰作用の影響を少なくして波長短縮効果の比率を大きくして行くにしたがって通信距離は比較的延びている。しかし、比誘電率が2.0の発泡ポリプロピレン(PP)板ほどには通信距離は延びないのは、アクリル板のtanδが大きくて、発泡ポリプロピレン(PP)板より電波減衰作用の影響が大きく作用しているためと思われる。
Further, in the case of an acrylic plate, since the relative permittivity is smaller than that of a glass epoxy plate, the degree of influence of the radio wave attenuation action is reduced. Therefore, as shown in the characteristic (c), the area of the
以上のことから、比誘電率の大きい誘電体はtanδも大きいので、比誘電率があまり大きくなくて所望の比誘電率を有する誘電体シート15を用いて(例えば、比誘電率が2.0程度の誘電体シート15を用いて)、インレット1と対向するエリアのみに誘電体シート15を配置することにより、通信距離を最も延ばすことができる。さらに、誘電体シート15がインレット1と対向するエリアからはみ出す面積を大きくするにしたがって通信距離を短くして行くことができる。
From the above, since the dielectric having a large relative dielectric constant has a large tan δ, the
このようなことから、金属性タグ14と対向する誘電体シート15の面積を所望の形状で変化させることにより、金属性タグ14の通信距離をコントロールすることが可能となる。ただし、インレット1と対向するエリアのみに誘電体シート15を配置することは現実的には難しいので、最も電界強度の弱いインレット1の中心部分において誘電体シート15の幅を金属性タグ14の幅と同じにして位置合わせを行うことによって最大通信距離を確保することが望ましい。
For this reason, the communication distance of the
本発明のRFIDタグによれば、電子機器ユニットなどの筐体の金属板に対して誘電体シートを介して金属性タグを載置するとき、その誘電体シートの形状や大きさを変えることにより、誘電体の波長短縮効果によって電波増幅作用が寄与する程度と誘電正接による電波減衰作用が寄与する程度とを変化させることができる。これにより、金属性タグとリーダ/ライタとの間の通信距離をコントロールすることができる。したがって、工場の組立ラインなどにおいて、ラインを流れる部品の遠近位置に応じて通信距離の異なるRFIDタグを用いれば、部品に貼付されたRFIDタグの情報を効率的かつ確実に読み取ることができるので、作業効率が一段と改善される。 According to the RFID tag of the present invention, when a metallic tag is placed on a metal plate of a housing such as an electronic device unit via a dielectric sheet, the shape and size of the dielectric sheet are changed. Thus, the degree to which the radio wave amplification action contributes by the wavelength shortening effect of the dielectric and the degree to which the radio wave attenuation action by the dielectric loss tangent contributes can be changed. Thereby, the communication distance between the metallic tag and the reader / writer can be controlled. Therefore, in an assembly line of a factory or the like, if RFID tags having different communication distances are used according to the perspective position of the parts flowing through the line, information on the RFID tags attached to the parts can be read efficiently and reliably. Work efficiency is further improved.
1 インレット
2 フィルム
3 主アンテナ(第1のアンテナ)
3a スリット
4 ICチップ
11 補助アンテナ(第2のアンテナ)
11a 切欠き
12 取付孔
13 樹脂
14 金属性タグ
15 誘電体シート
16 金属板
17 第1のエリア
18 第2のエリア
20 RFIDタグ
1
3a slit 4
Claims (13)
前記インレットに近接的に配置され、前記インレットの第1の面に対向する対向面を有し、前記第1のアンテナの放射する電波を増幅する第2のアンテナと、
前記インレットの第2の面に対向するように配置される金属板と、
前記金属板と前記インレットの第2の面との間に介在し、所望の誘電率を有する誘電体とを具備する
ことを特徴とするRFIDタグ。 An inlet having an IC chip mounted on a first antenna and having a first surface and a second surface that is in a front-back relationship with the first surface;
A second antenna that is disposed in proximity to the inlet and has a facing surface that faces the first surface of the inlet, and that amplifies radio waves radiated from the first antenna;
A metal plate arranged to face the second surface of the inlet;
An RFID tag comprising: a dielectric having a desired dielectric constant and interposed between the metal plate and the second surface of the inlet.
前記インレットに近接的に配置され、前記インレットの第1の面に対向する対向面を有し、前記第1のアンテナの放射する電波を増幅する第2のアンテナと、
所望の誘電率を有し、前記インレットの第2の面の側に位置する誘電体と、
を具備して金属面に適用されるRFIDタグであって、
前記誘電体は、前記金属面と前記インレットの第2の面の間に介在し、前記インレットに対向する第1のエリアと該インレットの対向面からはみ出す第2のエリアとを備え、
前記第2のエリアは、前記金属面に適用された際における通信距離を考慮した所定の形状及び所定の面積とされている
ことを特徴とするRFIDタグ。 An inlet having an IC chip mounted on a first antenna and having a first surface and a second surface that is in a front-back relationship with the first surface;
A second antenna that is disposed in proximity to the inlet and has a facing surface that faces the first surface of the inlet, and that amplifies radio waves radiated from the first antenna;
A dielectric having a desired dielectric constant and located on the second face side of the inlet;
An RFID tag applied to a metal surface,
The dielectric is provided between the metal surface and the second surface of the inlet, and includes a first area facing the inlet and a second area protruding from the facing surface of the inlet,
The RFID tag, wherein the second area has a predetermined shape and a predetermined area in consideration of a communication distance when applied to the metal surface.
前記第2のエリアは、通信距離を考慮した所定の形状及び所定の面積とされている
ことを特徴とする請求項1に記載のRFIDタグ。 The dielectric is formed in a sheet shape including a first area facing the inlet and a second area protruding from the facing surface of the inlet,
The RFID tag according to claim 1, wherein the second area has a predetermined shape and a predetermined area in consideration of a communication distance.
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のRFIDタグ。 The relationship between the first area and the second area with respect to the communication distance is that when the area of the first area is fixed, the second antenna is reduced as the area of the second area is reduced. 4. The RFID tag according to claim 2, wherein the electric field strength of the radio wave increases and the radio wave flight distance increases. 5.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載のRFIDタグ。 When the inlet and the second antenna are used as a tag main body, the dielectric body has substantially the same width and length as the tag main body on a surface facing the tag main body. The RFID tag according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載のRFIDタグ。 When the inlet and the second antenna are used as a tag main body, the dielectric has a width substantially the same as the tag main body and a short length on a surface facing the tag main body. The RFID tag according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載のRFIDタグ。 When the inlet and the second antenna are used as a tag body, the dielectric body has substantially the same width as the tag body at both end portions and a center portion of the tag body on the surface facing the tag body. The RFID tag according to any one of claims 1 to 4, wherein the other portion has substantially the same width as the inlet.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載のRFIDタグ。 When the inlet and the second antenna are used as a tag main body, the dielectric is substantially the same width as the tag main body at the central portion of the tag main body on the surface facing the tag main body, and other portions. The RFID tag according to any one of claims 1 to 4, wherein the RFID tag has substantially the same width as that of the inlet.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載のRFIDタグ。 When the inlet and the second antenna are used as a tag main body, the dielectric body has substantially the same width and the same length as the inlet on the surface facing the tag main body. The RFID tag according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載のRFIDタグ。 The RFID tag according to any one of claims 1 to 9, wherein a relative dielectric constant of the dielectric is approximately 2.0.
前記第1のアンテナの電波放射面に対向する側の前記インレットの面に該インレットと同じ大きさで配置されて金属板に載置された、所望の誘電率を有する誘電体シートとによって構成される
ことを特徴とするRFIDタグ。 An inlet formed by mounting an IC chip on the first antenna;
A dielectric sheet having a desired dielectric constant, disposed on the surface of the inlet facing the radio wave radiation surface of the first antenna and having the same size as the inlet, and placed on a metal plate. An RFID tag characterized by
前記誘電体シートの表面に対して、ICチップが搭載された第1のアンテナと前記第1のアンテナの放射する電波を増幅する第2のアンテナとが樹脂材を介して配置された金属性タグを載置する第2のステップとを備え、
前記第1のステップにおいて、必要に応じて前記誘電体シートの形状を変化させることにより、前記第2のアンテナの電界強度を変化させて前記金属性タグの電波飛距離を可変させる
ことを特徴とするRFIDタグの実装方法。 A first step of placing a dielectric sheet of a desired shape having a desired dielectric constant on a metal plate;
A metallic tag in which a first antenna on which an IC chip is mounted and a second antenna that amplifies radio waves radiated from the first antenna are disposed on a surface of the dielectric sheet via a resin material. And a second step of placing
In the first step, by changing the shape of the dielectric sheet as necessary, the electric field intensity of the second antenna is changed to vary the radio wave distance of the metallic tag. RFID tag mounting method.
前記誘電体シートの表面に対して、ICチップが搭載された第1のアンテナと前記第1のアンテナの放射する電波を増幅する第2のアンテナとが樹脂材を介して配置された金属性タグを載置する第2のステップとを備え、
前記第1のステップにおいて、必要に応じて選択された形状の前記誘電体シートを配置することにより、前記第2のアンテナの電界強度を変化させて前記金属性タグの電波飛距離を可変させる
ことを特徴とするRFIDタグの実装方法。 A first step of placing a dielectric sheet of a desired shape having a desired dielectric constant on a metal plate;
A metallic tag in which a first antenna on which an IC chip is mounted and a second antenna that amplifies radio waves radiated from the first antenna are disposed on a surface of the dielectric sheet via a resin material. And a second step of placing
In the first step, by arranging the dielectric sheet having a shape selected as necessary, the electric field strength of the second antenna is changed to vary the radio wave distance of the metallic tag. An RFID tag mounting method characterized by the above.
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