JP2008263354A - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

Abstract

【課題】薄いスペーサを介して金属材料の表面に取り付けても所望の通信距離が得られると共に、被取付材料の種類によって通信距離が変化しないＲＦＩＤタグを提供する。
【解決手段】ＩＣチップ３を搭載した第１のアンテナ１１の端部から直角方向に第２のアンテナ１２が延在している。第１のアンテナ１１の電気的長さは任意であり、第２のアンテナ１２の電気的長さはλ／２、又はλ／２の整数倍である。また、第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２の裏面には５０μｍ程度の樹脂のベースフィルムが配置されている。このようなタグアンテナ４の構成により、第２のアンテナ１２が第１のアンテナ１１に共振して電波増幅作用を呈するので、第１のアンテナ１１の電気的長さを短くしたりベースフィルムを薄くしたりしても長い通信距離を確保できる。また、被取付材料の種類によって共振周波数が変化しないのでどのような被取付材料でも安定した通信距離を確保できる。
【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)タグに関する。

ＲＦＩＤタグはＩＣチップとタグ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などの情報をタグアンテナから無線（ＲＦ）で送信することができる。したがって、リーダ／ライタによってＲＦＩＤタグをかざせば、比較的長い通信距離（例えば、１４０ｍｍ程度）で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。そのため、ＲＦＩＤタグは工場などで組み立てられる物品の生産管理や物流管理などに好んで利用されている。ところが、ＲＦＩＤタグを金属材料の表面に直接取り付けると通信距離が著しく低下する。そこで、このような不具合を解決するために、例えば、全長で半波長（λ／２）のダイポールアンテナをＲＦＩＤタグのタグアンテナとして用いる場合は、厚さが約１ｍｍ以上の絶縁体のスペーサを介して金属材料の表面に取り付けることによって、所望の通信距離を確保するようにしている。また、タグアンテナと金属材料の取付け面との間に、比較的厚く（例えば、１ｍｍ以上の厚さ）、かつ誘電率の小さい樹脂などの絶縁体や軟磁性体を挟み込むことにより、タグアンテナが金属材料から受ける影響を小さくして通信距離の低下を防止する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３０９８１１号公報（段落番号００２３〜００２９、及び図１、図２）

しかしながら、タグアンテナと金属材料の取付け面との間に所定の厚さ（例えば、１ｍｍ以上の厚さ）の絶縁体や軟磁性体を挟み込むことにとって所望の通信距離は確保できるものの、ＲＦＩＤタグ全体の厚さが厚くなることによってＲＦＩＤタグが金属材料の表面から脱落しやすくなる。また、特許文献１に開示された技術はタグアンテナと軟磁性体とが積層構造となるため、ＲＦＩＤタグを金属材料の表面に取り付けた場合と金属以外の物品に取り付けた場合とでは、タグアンテナの共振点が変化するおそれがある。すなわち、金属表面の電位変化は小さいため、タグアンテナの電位分布が変化し、共振点が変化するおそれがある。また、軟磁性材料を介してＲＦＩＤタグを金属以外の物品に取り付けた場合は、タグアンテナ（第１のタグアンテナ）の共振点の変化によって通信距離が低下するおそれがある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、第１のアンテナの共振点が変化しても通信距離の変化量を低減することができるＲＦＩＤタグを提供することを課題とする。

前記課題を達成するために、本発明のＲＦＩＤタグは、ＩＣチップに記録された情報を無線で送信するＲＦＩＤタグであって、前記ＩＣチップを長手方向中間部に搭載した第1のアンテナと、前記第１アンテナの一端部に接続した第２のアンテナとを備え、前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナから放射される電波の波長をλとしたとき、長手方向の電気的長さがλ／２の整数倍であることを特徴とする。

これによれば、第１アンテナの一端部に接続した第２のアンテナが電気的にλ／２の整数倍の長さになっているので、第１のアンテナの長さにかかわらず、第２のアンテナが第１のアンテナを介して共振する。このため、第１のアンテナの共振点変化による通信距離の変化量が低減する。特に、第１のアンテナと第２のアンテナとが、略９０度の角度で電気的に接続され、あるいは静電結合された場合には、第１のアンテナと第２のアンテナとが放射する電磁波の偏波面が互いに略直交するので受信アンテナの偏波面の影響が低減される。これによっても、通信距離の変化が低減し、特に、金属面がタグアンテナにスペーサを介して近接している場合であっても所望の通信距離を確保することができる。なお、軟磁性材料ではない樹脂フィルムのスペーサを背面側に配置することにより、このＲＦＩＤタグを金属材料に取り付けても非金属材料に取り付けても共振周波数の変化は少ない。

本発明のＲＦＩＤタグによれば、第１のアンテナを介して第２のアンテナが共振するので、第１のアンテナの共振点が変化しても通信距離の変化量を低減することができる。特に、背面側が金属面に装着されるときであっても通信距離の変化量を低減することができる。

《第１実施形態》
以下、本発明に係るＲＦＩＤタグの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、ＲＦＩＤタグが金属材料の表面に貼付された状態を示す断面図である。樹脂性のベースフィルム２の表面にＩＣチップ３が搭載されたタグアンテナ４（以下、ＩＣチップ３とタグアンテナ４とを備える構成をインレット５といい、図示しない外被フィルムによってラミネートされた構成をＲＦＩＤタグという。）が接着剤などによって貼付され、スペーサとなるベースフィルム２は、金属材料１の表面とタグアンテナ４との間に介在されるようになっている。これによって、タグアンテナ４の近くにリーダ／ライタ（図示せず）をかざせば、そのリーダ／ライタによってＩＣチップ３に記録されている情報を読み書きすることができる。

図２は、図１に示すタグアンテナ４をダイポールアンテナとしたときのＲＦＩＤタグの表面図である。ダイポールアンテナ６は、使用電波の波長をλとしたとき、λ／２の電気的長さになっていて、ほぼ中心のλ／４の位置にマッチング回路７が形成されてＩＣチップ３が搭載されている。このようなダイポールアンテナ６とＩＣチップ３とからなるインレット５は、図１に示すように、約１ｍｍ以上の厚さのベースフィルム２をスペーサとして介在して金属材料１の表面に貼付されている。例えば、使用電波の周波数が２．４５ＧＨｚのときのダイポールアンテナ６の物理的長さは、ベースフィルム２の誘電率が小さくて波長短縮効果を無視した場合においては約５０ｍｍ程度である。

このような長さ（つまり、５０ｍｍ程度の長さ）のダイポールアンテナ６を図１に示すようなタグアンテナ４として用いた場合は、１ｍｍ以上の厚さのベースフィルム２を介して金属材料１の表面に貼付することにより、汎用のリーダライタによって３０ｍｍ程度の通信距離でＩＣチップ３の情報を読み書きすることができる。しかし、図２のようなダイポールアンテナ６を用いた構成では、ベースフィルム２が厚すぎるために金属材料１からインレット５を含むＲＦＩＤタグが脱落するおそれがある。

そこで、以下の実施形態では、ＩＣチップを搭載したダイポールアンテナを第１のアンテナ（主アンテナ）とし、この第１のアンテナを介して共振する第２のアンテナ（補助アンテナ）を設けることによって、インレット５を含むＲＦＩＤタグを金属材料の表面に取り付けても比較的長い通信距離が得られるようなタグアンテナを実現している。以下、本発明の第１実施形態に係るタグアンテナの幾つかのバリエーションについて説明する。

（帯状タグアンテナの第１バリエーション）
第１実施形態による帯状タグアンテナの第１バリエーションでは、ＩＣチップ３を搭載したダイポールアンテナを第１のアンテナとし、この第１のアンテナを介して共振する第２のアンテナを直角に配置することによって、図１に示すベースフィルム２の厚さを薄くしても所望の通信距離を確保できるようにしている。図３は、第１実施形態における帯状タグアンテナの第１バリエーションの構成図である。図３に示すように、ＩＣチップ３を搭載したダイポールアンテナである第１のアンテナ１１の一方の端部から直角方向に第２のアンテナ１２が延在している。このとき、第１のアンテナ１１の電気的長さは任意の長さであり、第１のアンテナ１１の端部から延在している第２のアンテナ１２の電気的長さはλ／２、又はλ／２のｎ倍である。なお、ｎは１以上の整数である。また、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の幅方向の寸法については、λ／２以下であれば、特に制限はなく任意の値でよいが、例えば、３ｍｍ程度の細い幅であっても構わない。

図３に示すようなタグアンテナ４の構成にすることによって、第２のアンテナ１２が第１のアンテナ１１を介して共振するので、第１のアンテナ１１の電気的な長さをλ／２よりも短くしたり、金属材料１のスペーサとなるベースフィルム２の厚さを約５０μｍ程度まで薄くしたりしても、比較的長い通信距離（例えば、３０ｍｍ程度）を確保することができる。したがって、汎用のリーダライタによって通常の通信距離でＲＦＩＤタグ５の情報を読み書きすることが可能となる。なお、金属材料１とタグアンテナ４とは、ベースフィルム２によって絶縁されており、金属材料１は等電位面を形成している。

また、第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２とからなる２つのアンテナエレメントを直角にするなど非直線的に配置することにより、タグアンテナ４は２方向に偏波する楕円偏波の特性を呈することができる。したがって、リーダ／ライタのアンテナが構造の簡単な直線偏波のアンテナであっても、タグアンテナ４の偏波面を意識することなく使用することが可能となるのでリーダ／ライタの読取範囲が広くなる。さらに、リーダ／ライタのアンテナが円偏波の場合は、偏波面の重なり領域が増えるのでタグアンテナの電波効率が向上して通信距離をさらに延ばすことができる。また、リーダ／ライタのアンテナの方向に関わらずタグアンテナ４との間で正常な通信を行うことができる。

さらに、第２のアンテナ１２を第１のアンテナ１１と直交するように配置することにより楕円偏波の回転方向を明確にすることができる。例えば、図３に示すタグアンテナ４の構成の場合は、第１のアンテナ１１の先端部から第２のアンテナ１２が右方向に延在しているので偏波の回転方向は右旋回となる。なお、直交する第１のアンテナ１１の長さを短くすると、第２のアンテナ１２の偏波方向の強度が強くなって直線偏波に近い特性を呈することになる。この場合は、リーダ／ライタのアンテナの向きを第２のアンテナ１２の直線偏波の方向に合わせれば、より強い電界強度で通信を行うことができる。

また、図３に示す第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２は、図１に示すような厚さが５０μｍ程度の樹脂フィルム（例えば、ポリイミド樹脂のフィルム）のベースフィルム２の上面に金属箔などを配置して形成することができる。なお、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２は、それぞれの厚さが数十μｍ程度であるので、ベースフィルム２の上面に金属蒸着を施すことによってアンテナエレメントを形成することも可能である。また、第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２とは、導体接続によって電気的に接続してもよいし、両者の端部付近に誘電体のフィルムを介在させ、それぞれの端部付近を重ね合わせて積層構造にし、第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２とを静電結合させて電気的に接続してもよい。このように第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２を静電結合させる場合は、出来るだけ誘電率の高い誘電体のフィルムを介在させることが望ましい。

また、第１のアンテナ１１には、インピーダンスマッチング（整合）用にＬ字状のスリットが形成されてマッチング回路７が設けられ、そのスリットを跨ぐようにしてＩＣチップ３が搭載されている。なお、第１のアンテナ１１の電気的長さがλ／２のときは、第１のアンテナ１１のほぼ中央部付近（つまり、λ／４の位置付近）にマッチング回路７が設けられるが、第１のアンテナ１１の電気的長さがλ／２よりも短くなるにつれて、マッチング回路７及びＩＣチップ３の位置は、第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２とが接続された位置の方へ移動する。

ここで、第１のアンテナ１１にインピーダンスマッチング用のスリットを設けてＩＣチップ３を搭載する具体的な例を詳細に説明する。図４は、第１のアンテナ１１の給電部にＩＣチップ３を搭載する工程を示す工程図であり、（ａ）は第１のアンテナ１１とＩＣチップ３の給電部分を示し、（ｂ）は第１のアンテナ１１にＩＣチップ３を搭載したときの給電部分の透視拡大図を示し、（ｃ）は第１のアンテナ１１とｌＣチップ３の接合部の断面図を示している。

図４（ａ）に示すように、第１のアンテナ１１の給電部分には、ＩＣチップ３と第１のアンテナ１１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１１ａが形成され、このスリット１１ａでかぎ状のスリットで囲われた部分がスタブ１１ｃとして形成される。また、ＩＣチップ３には、スリット１１ａを跨ぐような間隔で信号入出力電極３ａ，３ｂが形成されている。

すなわち、スリット１１ａの幅は、ｌＣチップ３の信号入出力電極３ａ，３ｂの電極間隔よりもやや狭い程度になっているので、図４（ｂ）に示すように第１のアンテナ１１にＩＣチップ３を搭載すると、ＩＣチップ３の信号入出力電極３ａ，３ｂが、スリット１１ａを跨ぐようにして第１のアンテナ１１に接続される。このようにして、スリット１１ａの形成によってできたスタブ１１ｃを第１のアンテナ１１とＩＣチップ３との間に直列に接続することにより、第１のアンテナ１１とＩＣチップ３との間ではスタブ１１ｃ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、第１のアンテナ１１とｌＣチップ３の入出力インピーダンスとがマッチング（整合）される。つまり、図４に示すようなスリット１１ａとスタブ１１ｃによって図２に示すようなマッチング回路７が形成される。なお、図４（ｃ）に示すように、ＩＣチップ３の信号入出力電極３ａ，３ｂは、超音波接合又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１１と電気的に接合されている。

また、第１のアンテナ１１に形成するスリットはＬ字型ではなくＴ字型にすることもできる。図５は、第１のアンテナ１１においてＴ字型のスリット１１ｂの給電部にＩＣチップ３を搭載した概念図である。図５に示すように、第１のアンテナ１１のスリット１１ｂをＴ字型に形成して、スタブ１１ｄ，１１ｅをＩＣチップ３と第１のアンテナ１１との間に直列に接続しても、Ｌ字型のスリット１１ａの場合と同様に、第１のアンテナ１１とｌＣチップ３のインピーダンスをマッチングさせることができる。

（帯状タグアンテナの第２バリエーション）
図６は、本発明の第１実施形態における帯状タグアンテナの第２バリエーションの構成図である。第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２とのなす角度は９０度に限定されるものでなく９０度以下の任意の角度でよい。例えば、図６に示すように、第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２とのなす角度は６０°であってもよい。この場合も第１のアンテナ１１の電気的長さは任意の長さであり、第１のアンテナ１１の端部から第２のアンテナ１２の端部までの電気的長さ（つまり、第２のアンテナ１２の電気的長さ）はλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）である。

図６のようなタグアンテナ４の形状であっても、第２のアンテナ１２が第１のアンテナ１１を介して共振するので、第１のアンテナ１１の電気的な長さをλ／２よりも短くしたり、金属材料１のスペーサとなるベースフィルム２の厚さを約５０μｍ程度まで薄くしたりしても、比較的長い通信距離を確保することができる。また、図６のようなタグアンテナ４の形状によっても２つの異なる偏波面を有する電磁波（すなわち、楕円偏波の電磁波）を放射することができる。したがって、リーダ／ライタのアンテナが直線偏波のアンテナであっても、タグアンテナ４の偏波面を意識する必要性が少なくなる。

（帯状タグアンテナの第３バリエーション）
図７（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態における帯状タグアンテナの第３バリエーションの構成図である。図７（ａ）に示すように、第１のアンテナ１１の電気的長さは任意の長さであり、第１のアンテナ１１の端部から直角方向に第２のアンテナ１２の直角部分１２ａが長さａだけ延在し、さらに、第１のアンテナ１１と平行な方向へ直角に折れ曲がって、直角部分１２ａの先端部から第２のアンテナ１２の平行部分１２ｂが長さｂだけ延在している。このとき、第２のアンテナ１２の直角部分１２ａと平行部分１２ｂとの合計の電気的長さ（つまり、（ａ＋ｂ）の長さ）がλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）であるが、第２のアンテナ１２における平行部分１２ｂの電気的長さｂは第１のアンテナ１１の電気的長さよりも短くなっている。

また、図７（ｂ）に示すタグアンテナの形状も基本的には図７（ａ）と同じであって、第２のアンテナ１２の直角部分１２ａと平行部分１２ｂとの合計の電気的長さ（つまり、ａ＋ｂの長さ）はλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）であるが、この場合は、第２のアンテナ１２における平行部分１２ｂの電気的長さｂは第１のアンテナ１１の電気的長さよりも長くなっている。

図７（ａ）、（ｂ）に示すようなタグアンテナ４の形状にしても、第２のアンテナ１２が第１のアンテナ１１に共振するので、第１のアンテナ１１の電気的な長さをλ／２よりも短くしたり、スペーサ２の厚さを約５０μｍ程度まで薄くしたりしても、比較的長い通信距離を確保することができる。また、このようなタグアンテナの形状にすることによって、図３及び図６のタグアンテナの形状に比べてＲＦＩＤタグ全体の投影面積を小さくすることができる。つまり、ＲＦＩＤタグの占有面積を小さくすることができる。

さらに、図７（ｂ）のようなタグアンテナの形状にすることによって、第２のアンテナ１２の平行部分１２ｂの長さが長くなるので直線偏波の特性を呈することができる。また、図７（ｂ）のようなタグアンテナの形状にすることによって、ＲＦＩＤタグ全体の幅を狭くすることができる。

（帯状タグアンテナの第４バリエーション）
図８（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態における帯状タグアンテナの第４バリエーションの構成図である。図８（ａ）のタグアンテナ４においては、第１のアンテナ１１の電気的長さはλ／２であり、第１のアンテナ１１の端部から直角方向に第２のアンテナ１２の直角部分１２ａがλ／２の電気的長さで延在し、さらに、第１のアンテナ１１と平行な方向へ直角に折れ曲がって第２のアンテナ１２の平行部分１２ｂがλ／２の電気的長さで延在している。つまり、第２のアンテナ１２の電気的な長さは（λ／２）×２であり、第１のアンテナ１１とそれに平行な第２のアンテナ１２の平行部分１２ｂは同じ長さになっている。

また、図８（ｂ）に示すタグアンテナ４の形状も基本的には図８（ａ）と同じであるが、第１のアンテナ１１が任意の電気的長さとなっている点のみが図７（ａ）と異なっている。つまり、電気的長さがλ／２である第２のアンテナ１２の平行部分１２ｂは第１のアンテナ１１よりも長くなっている。なお、この場合も第２のアンテナ１２の電気的な長さは（λ／２）×２である。

図８（ａ）、（ｂ）に示すようなタグアンテナ４の形状にしても、第２のアンテナ１２の直角部分１２ａが第１のアンテナ１１の端部の電位に共振し、第２のアンテナ１２の平行部分１２ｂが直角部分１２ａの端部の電位に共振するので、比較的長い通信距離を得ることができる。また、このような大きなタグアンテナ４の形状にすることによって、読取範囲をさらに広げることができる。

（帯状タグアンテナの第５バリエーション）
図９は、第１実施形態における帯状タグアンテナの第５バリエーションの構成図である。図９に示すように、ＩＣチップ３を搭載した任意の長さの第１のアンテナ１１の一方の端部から直角方向に第２のアンテナ１２がλ／２の電気的長さで延在している。また、第１のアンテナ１１の他方の端部から第２のアンテナ１２と反対の直角方向に第３のアンテナ１３がλ／２の電気的長さで延在している。第１のアンテナ１１に対して第２のアンテナ１２と第３のアンテナ１３とがそれぞれ反対方向に直角に延在したタグアンテナ４を形成することにより、読取範囲をより広くすることができる。

（帯状タグアンテナの第６バリエーション）
図１０は、第１実施形態における帯状タグアンテナの第６バリエーションの構成図である。図１０に示すように、ＩＣチップ３を搭載した任意の長さの第１のアンテナ１１の一方の端部から第１のアンテナ１１と同一方向に第２のアンテナ１２がλ／２の電気的長さで延在している。この場合は、第１のアンテナ１１および第２のアンテナ１２が共振し、第１のアンテナ１１と第２のアンテナ１２からなるタグアンテナ４は直線偏波の特性を呈することができる。

（帯状タグアンテナの第７バリエーション）
図１１は、第１実施形態における帯状タグアンテナの第７バリエーションの構成図である。図１１に示すように、ＩＣチップ３を搭載した任意の長さの第１のアンテナ１１の両方の端部には、それぞれ、電気的長さがλの第２のアンテナ１２と第３のアンテナ１３とがループ状に形成されている。この場合は、第２のアンテナ１２と第３のアンテナ１３がループ状の部分で磁気アンテナを形成しているが、第１のアンテナ１１によって第２のアンテナ１２と第３のアンテナ１３とが共振し、タグアンテナ４の通信距離を延ばすことができる。

《第２実施形態》
前記の第１実施形態では帯状タグアンテナの幾つかのバリエーションについて述べたが、第２実施形態では第２のアンテナの幅を広くした幅広タグアンテナの幾つかのバリエーションについて述べる。

（幅広タグアンテナの第１バリエーション）
図１２は、第２実施形態における幅広タグアンテナの第１バリエーションの構成図である。このバリエーションは、図３に示した第１実施形態における第１バリエーションの構成を変形して第２のアンテナの幅を広くしたものである。すなわち、図１２に示すように、ＩＣチップ３を搭載した第１のアンテナ２１の端部に第１のアンテナよりも幅の広い矩形状の第２のアンテナ２２の長辺端部が接続され、第２のアンテナ２２が第１のアンテナ２１の直角方向に延在している。このとき、第１のアンテナ２１の電気的長さは任意の長さであり、第１のアンテナ２１の端部から直角に延在している幅の広い第２のアンテナ２２の電気的長さはλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）である。なお、第２のアンテナ２２の幅の寸法はλ／２以下の任意の値である。

図１２に示すようなタグアンテナ４の構成にすることによって、第２のアンテナ２２が第１のアンテナ２１の長さに関係なく共振するので、第１のアンテナ２１の電気的な長さをλ／２よりも短くしたり、スペーサ２の厚さを約５０μｍ程度まで薄くしたりしても、タグアンテナ４としては比較的長い通信距離を確保することができる。また、第１のアンテナ２１と第２のアンテナ２２とを直角に配置することによって、第２のアンテナ２２の幅を広げることによって読取範囲をさらに広くすることが可能となる。

（幅広タグアンテナの第２バリエーション）
図１３は、本発明の第２実施形態における幅広タグアンテナの第２バリエーションの構成図である。このバリエーションは、図１２に示した第２実施形態における第１バリエーションの構成を変形して、第２のアンテナの長手方向の端部付近の一部をくり抜いて、この端部を第１のアンテナとしたものである。すなわち、図１３に示すように、幅の広い第２のアンテナ２２における長手方向の端部近傍を帯状にくり抜いて、ＩＣチップ３を搭載した第１のアンテナ２１を形成する。このとき、第１のアンテナ２１の電気的長さは第２のアンテナ２２の幅よりもやや短くなっており、第１のアンテナ２１の端部から直角方向に延在している幅の広い矩形状の第２のアンテナ２２の電気的長さはほぼλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）である。

図１３に示すようなタグアンテナ４の構成にすることによって、第２のアンテナ２２が第１のアンテナ２１を介して共振するので、第１のアンテナ２１の電気的な長さをλ／２よりも短くしたり、スペーサ２の厚さを約５０μｍ程度まで薄くしたりしても、比較的長い通信距離を確保することができる。また、第２のアンテナ２２の幅を広げることによって楕円偏波の特性を呈することができると共に、読取範囲をさらに広くすることができる。

（幅広タグアンテナの第３バリエーション）
図１４は、第２実施形態における幅広タグアンテナの第３バリエーションの構成図である。このバリエーションは、図７（ｂ）に示した第１実施形態における第３バリエーションの構成を変形して第２のアンテナ１２における平行部分１２ｂの幅を広くしたものである。すなわち、図１４に示すように、第２のアンテナ２２の直角部分２２ａと平行部分２２ｂの合計の電気的長さ（つまり、（ａ＋ｂ）の長さ）はλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）であるが、この場合は、第２のアンテナ２２における平行部分２２ｂの幅は任意の寸法であり、かつ長手方向の電気的長さｂは第１のアンテナ１１の電気的長さよりも長くなっている。

図１４に示すようなタグアンテナ４の形状にしても、第２のアンテナ２２が第１のアンテナ１１を介して共振するので、第１のアンテナ２１の電気的な長さをλ／２よりも短くしたり、スペーサ２の厚さを約５０μｍ程度まで薄くしたりしても、比較的長い通信距離を確保することができる。また、このようなタグアンテナ４の形状にすることによって、第２のアンテナ２２における平行部分２２ｂの幅を広くすれば楕円偏波の特性を呈することができると共に読取範囲を広くすることができる。

（幅広タグアンテナの第４バリエーション）
図１５は、第２実施形態における幅広タグアンテナの第４バリエーションの構成図である。このバリエーションは、図１２に示した第２実施形態における第１バリエーションの構成を変形して、第２のアンテナ２２の形状を、電気的長さでλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）の正方形にしたものである。このようなタグアンテナ４の形状にしても、比較的長い通信距離を確保することができると共に、楕円偏波の特性を呈して読取範囲を広くすることができる。

（幅広タグアンテナの第５バリエーション）
図１６は、第２実施形態における幅広タグアンテナの第５バリエーションの構成図である。このバリエーションは、図１３に示した第２実施形態における第２バリエーションの構成を変形して、第２のアンテナ２２の形状を、電気的長さでλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）の正方形にしたものである。このようなタグアンテナの形状にしても、比較的長い通信距離を確保することができると共に、楕円偏波の特性を呈して読取範囲を広くすることができる。

（幅広タグアンテナの第６バリエーション）
図１７は、第２実施形態における幅広タグアンテナの第６バリエーションの構成図である。このバリエーションは、図１２に示した第２実施形態における第１バリエーションの構成を変形して、第２のアンテナ２２の長手方向は電気的長さでλ／２、又はλ／２のｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）にしたまま、長手方向の先端部分に行くにしたがって幅を広くした、いわゆる末広がり形状の第２のアンテナ２２にしている。

《第３実施形態》
第３実施形態では、ベースフィルム上にタグアンテナを形成する実施形態、第１のアンテナと第２のアンテナとを電気的に結合させる実施形態、及びＩＣチップを搭載したタグアンテナからなるインレットを保護用フィルムでラミネートしてＲＦＩＤタグを形成する実施形態について詳細に説明する。

図１８は、第３実施形態において、ベースフィルム上にタグアンテナを形成する一実施形態を上面から見た概念図である。厚さが例えば３０μｍ程度の耐熱性のポリイミドフィルムからなるベースフィルム２の上に、厚さが数十μｍ程度の第１のアンテナ２１及び第２のアンテナ２２を連続して金属蒸着するか、又は金属箔によって形成する。そして、第１のアンテナ２１の所定の位置にスリットを形成してマッチング回路７を設け、その上にＩＣチップ３を搭載する。このようにしてタグアンテナ４は形成されるが、このとき、第１のアンテナ２１と第２のアンテナ２２とは導体接続されている。この場合には、ＩＣチップ３が第１のアンテナを駆動し、第１のアンテナの端部の電位変化が直接第２のアンテナを共振させる。すなわち、ＩＣチップ３は、第１のアンテナを介して第２のアンテナを共振させている。

図１９は、第３実施形態において、ベースフィルム上にタグアンテナを形成する他の実施形態を上面から見た概念図である。すなわち、図１９に示すように、第１のアンテナ２１を金属箔によって形成した後、第１のアンテナ２１と第２のアンテナ２２との重なり部分に粘着剤２６を介在させてから第２のアンテナ２２を金属箔によって形成する。粘着剤２６はアクリル系や耐熱性の有るシリコーン系の材料を使用し、第2のアンテナ全面に塗布されていてもよい。このようにして、第１のアンテナ２１、粘着剤２６、及び第２のアンテナ２２を積層構造にすることにより、第１のアンテナ２１と第２のアンテナ２２とは静電結合される。静電結合の場合には、第１のアンテナの端部の電位変化が間接的に第２のアンテナを共振させる。なお、このような積層構造にする場合は、第１のアンテナ２１及び第２のアンテナ２２は金属箔によって形成することが望ましい。なお、図１９の構成において樹脂フィルム２６を耐熱性にする理由は、ＲFＩＤタグ４を外被フィルムでラミネートする温度（例えば、１５０℃程度の温度）や高温下でＲＦＩＤタグ４を使用した場合の耐久性を向上させるためである。

図２０は、第３実施形態において、インレットを外被フィルムでラミネートして耐熱性のＲＦＩＤタグを形成したときの一実施形態の断面図である。図２０に示すように、厚さ３０μｍのポリイミドフィルムからなるベースフィルム２の上にＩＣチップ３が搭載されたタグアンテナ４が載置されてインレットが形成されている。なお、図２０ではインレットとしての形態では符号表示されていない。そして、それぞれ内面側にシリコーン系の接着剤３１ａ，３１ｂが塗布された厚さ１００μｍの耐熱性の保護用ポリイミドフィルム３２ａ，３２ｂをインレットの両側からラミネートする。このようにして、インレットが保護用ポリイミドフィルム３２ａ，３２ｂで外装されることにより耐熱性のＲＦＩＤタグ９が形成される。

また、保護用ポリイミドフィルム３２ｂの裏面（外面）側に、ＲＦＩＤタグ９を金属材料（図示せず）に取り付けるための耐熱性を有するシリコーン系などの粘着剤を塗布してもよい。このような構成にすることにより耐熱性が実現されるので、樹脂成形用金型などのように過熱される金属製品にＲＦＩＤタグ９を貼付して、樹脂成形の工程を管理したり樹脂成形される製品を管理したりすることができる。

図２１は、第３実施形態において、インレットを外被フィルムでラミネートして常温用のＲＦＩＤタグを形成したときの一実施形態の断面図である。図２１に示すように、厚さ３０μｍのポリイミドフィルムからなるベースフィルム２の上にＩＣチップ３が搭載されたタグアンテナ４を載置してインレットを形成し、その表面を厚さ５０μｍのＰＰ（ポリプロピレン）又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の樹脂フィルムからなるカバーフィルム３４で覆う。カバーフィルム３４の内面側にはアクリル系又はゴム系の粘着剤３１ｄが塗布されている。また、ベースフィルム２の裏面側にはアクリル系又はゴム系の粘着剤３１ｃを塗布し、その裏面に剥離紙３５を貼付する。これによって、常温用のＲＦＩＤタグ９が形成され、剥離紙３５を剥がせばそのままＲＦＩＤタグ５を常温で使用される金属材料の表面に接着させることができる。

《実験結果》
次に、前記実施形態で実現されたタグアンテナを用いたＲＦＩＤタグによる通信距離の実験結果について説明する。ここでは、図３を用いて第１実施形態の第１バリエーションで述べたような、第１のアンテナと第２のアンテナが直角に配置されたタグアンテナによるＲＦＩＤタグの通信距離の実験結果について述べる。なお、以下の実験データは、金属材料の表面に５０μｍのポリイミドフィルムを敷いてＲＦＩＤタグを搭載したときの通信距離の測定データである。また、使用電波の周波数は２．４５ＧＨｚである。

図２２は、一定長さの第１のアンテナの取付位置を可変して第２のアンテナを直角に配置したときの第２のアンテナの長さと通信距離の関係を示す特性図と、タグアンテナの形状を示す図である。なお、図２２の特性図において、横軸に第２のアンテナの長さ（ｍｍ）を示し、縦軸に通信距離（ｍｍ）を示している。タグアンテナのパラメータとしては、（ａ）は、第１のアンテナの中心から２３．５ｍｍの位置（つまり、第１のアンテナの先端部分の取付位置）に第２のアンテナを直角に取り付けた場合、（ｂ）は、第１のアンテナの中心から１３ｍｍの位置に第２のアンテナを直角に取り付けた場合を示している。

第１のアンテナと第２のアンテナとの取付構成が（ａ）、（ｂ）の場合とも、第２のアンテナの長さがλ／２（４０ｍｍ）のときに約３０ｍｍの最大通信距離が現われ、第２のアンテナの長さがλ（８０ｍｍ）及び（３/２）λ（１２０ｍｍ）のときにもやや大きい通信距離が現われている。すなわち、図２２から分かることは、第１のアンテナの長さを任意に変えても、第２のアンテナの長さがλ／２、又はその整数倍のときに長い通信距離が得られ、特に、第２のアンテナの長さがλ／２のときに最大の通信距離が得られるということである。

図２２の特性結果を裏付けるために、タグアンテナの実情に即した形状において通信距離を測定した結果について説明する。図２３は、第１のアンテナの長さを可変して第２のアンテナを直角に配置したときの第２のアンテナの長さと通信距離の関係を示す特性図と、タグアンテナの形状を示す図である。なお、図２３の特性図において、横軸に第２のアンテナの長さ（ｍｍ）を示し、縦軸に通信距離（ｍｍ）を示している。タグアンテナのパラメータとしては、（ａ）は第１のアンテナの長さはアンテナ中心から２３．５ｍｍにして第２のアンテナを直角に取り付けた場合、（ｂ）は第１のアンテナの長さはアンテナ中心から１３ｍｍにして第２のアンテナを直角に取り付けた場合を示している。

タグアンテナの構成が（ａ）、（ｂ）の場合ともに、第２のアンテナの長さがλ／２（４０ｍｍ）のときに約３０ｍｍの最大通信距離が現われ、第２のアンテナの長さがλ（８０ｍｍ）及び（３/２）λ（１２０ｍｍ）のときにもやや大きい通信距離が表われている。すなわち、図２３から分かるように第１のアンテナの長さを任意に変えても、第２のアンテナの長さがλ／２又はその整数倍のときに長い通信距離が得られ、特に、第２のアンテナの長さがλ／２のときに最大の通信距離が得られる。

図２４は、第１のアンテナの長さをアンテナ中心から４ｍｍにして第２のアンテナを直角に配置したときの第２のアンテナの長さと通信距離の関係を示す特性図と、タグアンテナの形状を示す図である。なお、横軸に第２のアンテナの長さ（ｍｍ）を示し、縦軸に通信距離（ｍｍ）を示している。すなわち、この特性図は、第１のアンテナにマッチング回路を形成してＩＣチップを搭載することが可能な最小限の大きさとして第１のアンテナの長さをアンテナ中心から４ｍｍにしたときの、第２のアンテナの長さと通信距離の関係を示している。図２４から分かるように、第１のアンテナの長さを４ｍｍとし、第２のアンテナの長さをλ／２（４０ｍｍ）としたときに約３０ｍｍの最大通信距離が現われ、第２のアンテナの長さをλ（８０ｍｍ）としたときは約２４ｍｍの通信距離が現われている。

図２５は、従来技術のタグアンテナと第２実施形態のタグアンテナによる通信距離の比較を示す特性図、及び第２実施形態のタグアンテナの形状を示す図である。なお、特性図の横軸はベースフィルムの厚さ（μｍ）を示し、縦軸は通信距離（ｍｍ）を示している。すなわち、図２５の特性図は、従来技術のタグアンテナと第２実施形態のタグアンテナを用いて、金属材料の表面に介在させるベースフィルムの厚さを変えたときの通信距離の変化を示している。なお、図２５で測定したタグアンテナは、図１６で示した第２実施形態の第５バリエーションの形状のものである。ここで、従来技術のタグアンテナとは、図２に示したような電気的長さがλ／２のダイポールアンテナである。

図２５に示すように、従来技術のλ／２ダイポールアンテナによるタグアンテナの場合は、ベースフィルムが６００μｍ以下では全く電波が飛ばず、ベースフィルムを１０００μｍ（１ｍｍ）にしても１５ｍｍ程度の通信距離しか得られない。一方、図２５の右図に示すような形状のタグアンテナの場合は、ベースフィルムの厚さが５０μｍ程度でも５０ｍｍの通信距離が得られ、ベースフィルムを厚くするにしたがって長い通信距離が得られる。例えば、ベースフィルムの厚さを１０００μｍ（１ｍｍ）にすると２００ｍｍの通信距離が得られる。

なお、ベースフィルム５０μｍの代わりに、粘着剤１０μｍと樹脂フィルム４０μｍとを合わせた厚さであっても約５０ｍｍの通信距離が得られる。一般的に使用されるビニール袋は５０μｍの厚さであり、スーパーのレジ袋等が２０μｍの厚さであることを考えると、極めて薄い樹脂フィルムを金属材料に介在させても、本実施形態のタグアンテナを用いたＲＦＩＤタグを正常な通信距離で動作させることができる。

また、前記実施形態のタグアンテナの自由空間での通信距離は２２０ｍｍであるので、ベースフィルムを１０００μｍ（１ｍｍ）程度にすることによって、金属、非金属に関わらず被取付部材を気にすることなく２００ｍｍ程度の通信距離が得られる。その結果、ＲＦＩＤタグの取付け上の利便性が一段と向上する。また、ＲＦＩＤタグのタグアンテナと金属の間に絶縁体を介在させる従来技術では、その絶縁体が６００μｍ（０．６ｍｍ）よりも薄い場合は汎用のリーダ／ライタではＲＦＩＤタグのデータを読み取ることができないし、絶縁体の厚さを３ｍｍ（３０００μｍ）程度まで厚くしても通信距離は３４ｍｍ程度しか得られないが、前記各実施形態によるタグアンテナを用いれば、絶縁体の厚さを３ｍｍ程度まで厚くした場合は３２０ｍｍ程度の通信距離が得られる。

本発明のＲＦＩＤタグは、極めて薄いフィルムを介して金属材料に取り付けても所望の通信距離が得られるので、金属部品の生産工程や物流などを情報管理するＲＦＩＤタグに有効に利用することができる。

本発明の一実施形態であるＲＦＩＤタグが金属材料の表面に貼付された状態を示す断面図である。 図１に示すタグアンテナ４をダイポールアンテナとしたときのＲＦＩＤタグの表面図である。 本発明の第１実施形態における帯状タグアンテナの第１バリエーションの構成図である。 第１のアンテナ１１の給電部にＩＣチップを搭載する工程を示す工程図であり、（ａ）は第１のアンテナとＩＣチップの給電部分、（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、（ｃ）は第１のアンテナとｌＣチップの接合部の断面を示している。 第１のアンテナ１１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。 本発明の第１実施形態における帯状タグアンテナの第２バリエーションの構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施形態における帯状タグアンテナの第３バリエーションの構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施形態における帯状タグアンテナの第４バリエーションの構成図である。 本発明の第１実施形態における帯状タグアンテナの第５バリエーションの構成図である。 本発明の第１実施形態における帯状タグアンテナの第６バリエーションの構成図である。 本発明の第１実施形態における帯状タグアンテナの第７バリエーションの構成図である。 本発明の第２実施形態における幅広タグアンテナの第１バリエーションの構成図である。 本発明の第２実施形態における幅広タグアンテナの第２バリエーションの構成図である。 本発明の第２実施形態における幅広タグアンテナの第３バリエーションの構成図である。 本発明の第２実施形態における幅広タグアンテナの第４バリエーションの構成図である。 本発明の第２実施形態における幅広タグアンテナの第５バリエーションの構成図である。 本発明の第２実施形態における幅広タグアンテナの第６バリエーションの構成図である。 本発明の第３実施形態において、ベースフィルム上にタグアンテナを形成する一実施形態を上面から見た概念図である。 本発明の第３実施形態において、ベースフィルム上にタグアンテナを形成する他の実施形態を上面から見た概念図である。 本発明の第３実施形態において、インレットを外皮フィルムでラミネートして耐熱性のＲＦＩＤタグを形成したときの一実施形態の断面図である。 本発明の第３実施形態において、インレットを外皮フィルムでラミネートして常温用のＲＦＩＤタグを形成したときの一実施形態の断面図である。 一定長さの第１のアンテナの取付位置を可変して第２のアンテナを直角に配置したときの第２のアンテナの長さと通信距離の関係を示す特性図と、タグアンテナの形状を示す図である。 第１のアンテナの長さを可変して第２のアンテナを直角に配置したときの第２のアンテナの長さと通信距離の関係を示す特性図と、タグアンテナの形状を示す図である。 第１のアンテナの長さを４ｍｍにして第２のアンテナを直角に配置したときの第２のアンテナの長さと通信距離の関係を示す特性図と、タグアンテナの形状を示す図である。 従来技術のタグアンテナと第２実施形態のタグアンテナによる通信距離の比較を示す特性図、及び第２実施形態のタグアンテナの形状を示す図である。

符号の説明

１ 金属材料
２ ベースフィルム
３ ＩＣチップ
３ａ，３ｂ 信号入出力電極
４ タグアンテナ
５ インレット
６ ダイポールアンテナ
７ マッチング回路
９ ＲＦＩＤタグ
１１，２１ 第１のアンテナ
１１ａ，１１ｂ スリット
１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ スタブ
１２，２２ 第２のアンテナ
１２ａ，２２ａ 直角部分
１２ｂ，２２ｂ 平行部分
１３ 第３のアンテナ
２６ 樹脂フィルム
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 粘着剤
３２ａ，３２ｂ 保護用ポリイミドフィルム
３４ カバーフィルム
３５ 剥離紙

Claims (13)

1. ＩＣチップに記録された情報を無線で送信するＲＦＩＤタグであって、
   前記ＩＣチップを長手方向中間部に搭載した第1のアンテナと、
   前記第１アンテナの一端部に接続した第２のアンテナとを備え、
   前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナから放射される電波の波長をλとしたとき、長手方向の電気的長さがλ／２の整数倍であることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
2. 前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナを介して共振することを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
3. 前記第１のアンテナの電気的長さは前記第２のアンテナよりも短い任意の長さであることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
4. 前記第２のアンテナの幅方向の寸法は、前記第１のアンテナから放射される電波の波長をλとしたとき、λ／２以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
5. 前記ＲＦＩＤタグは、背面側が金属面に装着され、
   前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、前記背面側に絶縁体のスペーサが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
6. 前記スペーサは、樹脂、樹脂の発泡体、紙、又はガラスの何れかであることを特徴とする請求項５に記載のＲＦＩＤタグ。
7. 前記第１のアンテナは、前記ＩＣチップの出力とインピーダンスマッチングを行うマッチング回路を備え、
   前記マッチング回路は、前記第１のアンテナに形成されたスリットとこのスリットによって形成されたスタブとによって実現されることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
8. 前記スリットは、Ｌ字型又はＴ字型に形成され、
   前記ＩＣチップは、前記スリットによって端子間がセパレートされるように、前記第1のアンテナに搭載されていることを特徴とする請求項７に記載のＲＦＩＤタグ。
9. 前記第1のアンテナと前記第２のアンテナとは９０度以下の任意の角度をなして電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
10. 前記第1のアンテナと前記第２のアンテナとは略９０度の角度をなして電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
11. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは、導体接続されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のＲＦＩＤタグ。
12. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは、誘電体フィルムを介在させた積層構造によって、静電結合されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のＲＦＩＤタグ。
13. 前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは、粘着剤を介した静電結合によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のＲＦＩＤタグ。

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