JP2009237795A - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦＩＤタグの投影面積を小さくし、電子機器に搭載するときには、その設置面積を小さくすることができると共に容易に周波数を調整することができるようにする。
【解決手段】棒状に形成された磁性体コア３と、磁性体コア３に巻回されて装着されるコイル４と、を備えている。更に、コイル４が電気的に接続されたＩＣチップ５と、磁性体コア３、コイル４及びＩＣチップ５が収納される筐体２とを備えている。そして、筐体２に収納された磁性体コア４の軸方向の一側に配置された周波数調整コア６と、磁性体コア４の端面３ａと周波数調整コア６の第２端面６ｂとの距離を変化させる調整部を設けた。この周波数調整コア６は、磁性体コア３と対向する第２端面６ｂの面積が端面３ａの面積よりも大きく形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、商品・個人の特定や認証を行うＲＦＩＤ（Radio frequency Identification）タグに関し、特に、ＳＷ（short wave）帯用におけるＲＦＩＤタグに関するものである。

近年、電波を利用して人や物を識別すると共に管理する技術としてＲＦＩＤ（Radio frequency Identification）が注目されている。この技術は、商品等に添付したＲＦＩＤタグに情報の書き込みや読み取りを行うリーダ／ライタを利用して、非接触によりリーダ／ライタとの情報の交信が行われる。これにより、商品・個人の特定や認証が可能となり、物流管理や食品の生産履歴管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。特に、ＳＷ帯（１３．５６ＭＨｚ）用のＲＦＩＤタグは、電子マネー等に用いられ、近年では、携帯電話端末装置等の電子機器に搭載されている。

従来のＲＦＩＤタグは、略平板状をなす基板上に、アンテナ用のコイルが略平面をなして巻回して配置されている。アンテナ用のコイルに、情報の書き込み及び読み出しが可能なＩＣチップが電気的に接続されている。このように、従来のＲＦＩＤタグは、全体として略平板状に形成されている（特許文献１）。

なお、ＲＦＩＤタグを構成するアンテナ用のコイルやＩＣチップ等における製品毎のインダクタンスのばらつきによって、ＲＦＩＤタグの共振周波数にばらつきが生じる。そのため、特許文献２では、保護層上にＡｌ箔等からなる導電性部材、又は磁性部材を塗布することで、周波数を調整している。また、特許文献３では、容量可変素子を更に設けて、容量調整手段でこの容量可変素子にバイアス電圧を印加することで、容量可変素子のキャパシタンスを調整し、ＲＦＩＤタグの周波数を調整している。
特開２００５−２５２８５３号公報 特開２００３−１８８７６５号公報 特開２００７−２５１８５２号公報

しかしながら、従来のＲＦＩＤタグは、検出性能を向上させるために、アンテナ用のコイルにおける巻回の直径を大きくしなければならなかったため、ＲＦＩＤタグの投影面積が大きくなっていた。その結果、このＲＦＩＤタグを携帯電話端末装置等の電子機器に搭載するときには、ＲＦＩＤタグの設置面積が大きいため、電子機器自体が大型化していた、という問題があった。

また、特許文献２に記載されたＲＦＩＤタグの周波数の調整方法では、製品ができた後に、周波数のばらつきに応じて導電性部材又は磁性部材を塗布しなければならず、調整方法が大変煩雑なものとなっていた。更に、特許文献３に記載されたＲＦＩＤタグの周波数の調整方法では、容量可変素子だけでなく、この容量可変素子に電圧を印加するための容量調整手段を設ける必要がある。その結果、容量可変素子と容量調整手段の部品点数が増加するだけでなく、周波数調整方法が大変煩雑になるという不具合もあった。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、ＲＦＩＤタグの投影面積を小さくし、電子機器に搭載するときには、その設置面積を小さくすることができると共に容易に周波数を所望する周波数に調整することができるＲＦＩＤタグを提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のＲＦＩＤタグは、棒状に形成された磁性体コアと、磁性体コアに巻回されて装着されるコイルと、を備えている。更に、コイルが電気的に接続されたＩＣチップと、磁性体コア、コイル及びＩＣチップが収納される筐体とを備えている。そして、筐体に収納された磁性体コアの軸方向の一側に配置された周波数調整コアと、磁性体コアの端面と周波数調整コアの対向面との距離を変化させる調整部を設けた。この周波数調整コアは、磁性体コアと対向する対向面の面積が端面の面積よりも大きく形成されている。

本発明のＲＦＩＤタグによれば、棒状に形成された磁性体コアを設けて、磁束密度を高めている。これにより、磁束密度を高めてアンテナ部の検出精度を向上させることでＲＦＩＤタグの小型化を図ることができると共にＲＦＩＤタグを棒状に形成することができる。その結果、ＲＦＩＤタグを棒状に形成することで、ＲＦＩＤタグの投影面積を小さくすることができ、形状を問わず様々な電子機器に搭載し易くなるだけでなく、その設置面積を小さくすることができる。

更に、周波数調整コアと磁性体コアの距離を変化させることで、極めて容易にＲＦＩＤタグの周波数を調整することができる。また、この周波数調整用コアにおける磁性体コアと対向する面の面積が磁性体コアの端面の面積よりも大きく設定されているため、周波数調整の可変領域を大きくすることができ、細かく周波数を調整することができる。その結果、コイル、磁性体コア及びＩＣチップにおける製品毎のばらつきを調整し、確実に所望する周波数に設定することができる。

以下、本発明のＲＦＩＤタグの実施形態例について、図１〜図７を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。

まず、図１〜図４を参照して本発明のＲＦＩＤタグについて説明する。図１は本発明のＲＦＩＤタグを示す斜視図、図２はＲＦＩＤタグから筐体を外した状態を示す斜視図である。図３はＲＦＩＤタグの分解斜視図、図４は断面図である。

この図１〜図４に示す、本発明の実施の形態例（以下、「本例」という。）であるＲＦＩＤタグ１は、リーダ／ライタによって情報の書き込み及び／又は読み取りが行われ、物流管理や食品の生産履歴管理等に用いられるものである。特に、ＳＷ帯（周波数１３．５６ＭＨｚ）用に用いられるＲＦＩＤタグである。そして、このＲＦＩＤタグ１は、筐体２と、この筐体２に収納される磁性体コア３と、コイル４と、ＩＣチップ５と、周波数調整コア６と、ベース７から構成されている。

筐体２は、中空の略円柱状に形成されている。筐体２は、軸方向の一端が全面に開口された開口部１１を有し、軸方向の他端が閉じている。そして、この筐体２は、開口部１１側の内壁に本発明の係合受部の一具体例である雌ねじ部１２が形成されている。なお、筐体２を円柱状に形成した例を説明したが、筐体２の形状は、角柱状に形成してもよい。

磁性体コア３は、円柱状に形成されている。この磁性体コア３の材質としては、例えば強力な磁界を励起できるように、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトが挙げられる。ここで、一般的にＭｎ−Ｚｎ系フェライトは電気抵抗率が低いことから、後述するコイル４との絶縁性を確保するために、磁性体コア３の外周に絶縁テープや絶縁コーティングを形成しておくことが望ましい。

なお、磁性体コア３の材質は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトに限定されることなく、所望の磁気特性を有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトや、金属製磁性体等その他の磁性体を適用できるものである。更に、本例では、磁性体コア３を円柱状に形成した例を説明したが、磁性体コア３の形状は、角柱状に形成してもよい。そして、この磁性体コア３に、コイル４が巻回して装着されている。

磁性体コア３とコイル４が、ＲＦＩＤタグ１のアンテナとして作用する。このように、本発明のＲＦＩＤタグ１では、アンテナ部に磁性体コア３を用いてコイル４の磁束収束効果を高めると共にコイル４を磁性体コア３に円筒状に巻回している。これにより、本発明のＲＦＩＤタグ１のコイル４は、従来の平板状のＲＦＩＤタグの平板状に巻回したコイルよりも、投影面積を小さくすることができる。その結果、ＲＦＩＤタグ１自体の投影面積を小さくすることができ、電子機器にＲＦＩＤタグを搭載するときには、その設置面積を小さくすることが可能となる。

コイル４は、その端末部４ａがベース７に絡げ固定されている。ベース７は、略円筒形をなしており、軸方向の一端側の開口に磁性体コア３の軸方向の他端が挿入される（図４参照）。このベース７は、外周面の一部が矩形状に凹んだ溝部１３が形成されている。この溝部１３の角部に沿ってコイル４の端末部４ａが延在している。

また、ベース７の軸方向の他端部には、一対の第１の端子片１４ａと第２の端子片１４ｂが設けられている。この第１の端子片１４ａと第２の端子片１４ｂに、溝部１３に沿って延在するコイル４の端末部４ａが絡げ固定されている。これにより、コイル４と第１の端子片１４ａと第２の端子片１４ｂが、電気的に接続されている。第１の端子片１４ａと第２の端子片１４ｂは、例えば、抵抗溶接や超音波溶接等、半田固定等の様々な固定方法によって、ＩＣチップ５と電気的に接続されている。このような構成を有するベース７は、非導電性かつ非磁性の樹脂で形成されている。

ＩＣチップ７は、リーダ／ライタによって情報の書き込みや読み取りが行われるものである。このＩＣチップ７は、例えばＣＯＢ（Chip on Board）技術により形成されている。ＣＯＢとは、シリコンチップをプリント基板に取り付け、リード・フレームを回路パターンに接続した後、絶縁性樹脂を用いて封止する技術である。

次に、周波数調整コア６について説明する。周波数調整コア６は、略円柱形をなしており、その直径が、コイル４が巻回された磁性体コア３の直径よりも大きく、筐体２の開口部１１の内径と略等しいか或いは少し小さく設定されている。周波数調整コア６は、外周面に筐体２の雌ねじ部１２と螺合する本発明の係合部の一具体例を示す雄ねじ部１６が形成されている。そして、周波数調整コア６の軸方向の一端側の第１端面６ａには、矩形状の凹部１７が設けられている。周波数調整コア６の材質は、磁性体コア３と同様にＭｎ−Ｚｎ系フェライトが用いられる。

この周波数調整コア６は、雄ねじ部１６を筐体２の雌ねじ部１２に螺合することで、筐体２に移動可能に保持されている。そして、この雄ねじ部１６と雌ねじ部１２が本発明の調整部の一具体例を構成する。図４に示すように、周波数調整コア６の軸方向の他端側の第２端面６ｂが、磁性体コア３の軸方向の一端側の端面３ａと対向する。この第２端面６ｂが、本発明の対向面の一具体例を示している。

そして、作業者が、周波数調整コア６の第１端面６ａに設けた凹部１７に治具を挿入し、周波数調整コア６を回転させる。これにより、周波数調整コア６が筐体２の軸方向に沿って移動し、周波数調整コア６の第２端面６ｂと磁性体コア３の端面３ａ及びコイル４との距離が変化する。その結果、磁性体コア３及びコイル４と周波数調整コア６との磁気結合度が変化し、共振周波数の調整を容易に行うことができる。

また、周波数を調整するための周波数調整コア６が、筐体２の開口部１１の開口を閉じる蓋の役割も果たしている。そのため、ＲＦＩＤタグ１の部品点数を削減することができる。更に、この周波数調整コア６によって筐体２の開口部１１の開口を閉じることで、水や埃等が筐体２内部に水や埃等が侵入し難くすることが可能となる。その結果、筐体２に収納されたコイル４やＩＣチップ５が水や埃等によって劣化することを防止し、又は抑制することができる。

そして、このような構成を有するＲＦＩＤタグ１の大きさは、例えば、直径を３．０ｍｍ、軸方向の長さを２０ｍｍに設定されている。このように、ＲＦＩＤタグ１自体を小さく形成しているが、作業者が治具を用いて周波数を調整する部材である周波数調整コア６（断面積）は、磁性体コア３よりも大きく設定している。そのため、本発明のＲＦＩＤタグ１に係る周波数調整コア６は、他の構成部材よりも、比較的周波数の調整をし易いという利点を有している。

このような構成を有する本発明のＲＦＩＤタグ１は、例えば、次のようにして組み立てることができる。まず、磁性体コア３にコイル４を巻回して装着する。次に、磁性体コア３の軸方向の他端部にベース７を装着する。そして、ベース７の溝部１３に沿ってコイル４の端末部４ａを通し、この端末部４ａを第１の端子片１４ａ及び第２の端子片１４ｂに絡げ固定する。なお、予め第１の端子片１４ａ及び第２の端子片１４ｂは、ベース７の軸方向の他端部に、例えば、端子片１４ａ，１４ｂを金型へ設置した状態でベース成型を行う、所謂インサート成型方法や、接着剤を用いた接着等の固定方法により取り付けられている。

次に、ベース７の第１の端子片１４ａ及び第２の端子片１４ｂをＩＣチップ５に、抵抗溶接や超音波溶接、半田固定等の固定方法によって電気的に接続する。これにより、磁性体コア３、コイル４、ベース７及びＩＣチップ５からなるコイル組立体が完成する。

次に、コイル組立体をＩＣチップ５側から筐体２の開口部１１に挿入して、コイル組立体を筐体２に収納する。そして、筐体２内にコイル組立体を収納した状態で、筐体２の開口部１１を閉じるように周波数調整コア６を移動可能に取り付ける。即ち、筐体２の開口部１１の内壁に設けた雌ねじ部１２に、周波数調整コア６の雄ねじ部１６を螺合させる。これにより、筐体２の開口部１１が、周波数調整コア６によって閉じられるため、筐体２内部に水や埃等が侵入することを抑制することができる。

そして、後述するように、周波数調整コア６を移動させて、周波数調整コア６と磁性体コア３の距離を変化させることで、所望する共振周波数（１３．５６ＭＨｚ）に設定する。これにより、ＲＦＩＤタグ１の組み立てが完了する。なお、ＲＦＩＤタグ１の組立方法は、上記した方法に限定されるものではなく、その他の手順で組み立ててもよいことは、勿論である。

また、周波数を調整した後に、周波数調整コア６と筐体２の開口部１１の隙間を、樹脂を用いて埋めてもよい。即ち、コイル組立体を筐体２に収納する際に、樹脂を筐体２内に注入し、周波数調整コア６を取り付けた後に、筐体２の開口部１１を下側に向ける。これにより、樹脂が重力によって開口部１１側に下がり、周波数調整コア６と筐体２の隙間に樹脂が入り込む。従って、周波数調整コア６と筐体２の隙間を、樹脂によって確実に塞ぐことができ、筐体２内を密封することができる。その結果、筐体２内部に水や埃等が侵入することを確実に防止することが可能となる。

なお、本発明では、ＲＦＩＤタグ１を棒状に形成し、磁性体コア３を設けて、コイル４の磁束集束効果を高めている。そのため、ＩＣチップ５の特性のばらつきだけでなく、磁性体コア３によって高められたアンテナ用のコイル４のインダクタンスのばらつきを考慮しなければならない。そこで、本発明のＲＦＩＤタグ１は、周波数調整コア６を用いてＲＦＩＤタグ１を所望の周波数に調整している。

次に、本発明のＲＦＩＤタグに係る周波数調整コアによる、共振周波数の調整方法について図４〜図６を参照して説明する。
図５を参照して、ＲＦＩＤタグの共振周波数の調整に用いられる調整装置について説明する。調整装置２０は、交流電源２１と、ＲＦＩＤタグ１のアンテナ用のコイル４及び磁性体コア３と共振させるためのアンテナコイル２２と、回路内の電流を測定する電流計２３とから構成されている。この調整装置２０を用いてＲＦＩＤタグ１の共振周波数を調整する。

まず、ＲＦＩＤタグ１のコイル４と、調整装置２０のアンテナコイル２２との距離を所定の距離（例えば、５〜１０ｃｍ）に保つ。そして、調整装置２０の交流電源２１の周波数の値を変化させて、調整装置２０のアンテナコイル２２に発生する交流磁界を変化させる。すると、図６に示すように、通常、調整装置２０内に流れる電流は、一定であるが、ＲＦＩＤタグ１の共振周波数と一致すると、調整装置２０内の電流は、減少する。即ち、この電流が減少したときにおける調整装置２０の周波数が、共振周波数を調整する前の状態におけるＲＦＩＤタグ１の共振周波数である。

ここで、図４に示すように、周波数調整コア６を筐体２の軸方向に沿って移動させて、周波数調整コア６の第２端面６ｂと磁性体コア３の端面３ａとの距離を変化させる。すると、磁性体コア３と周波数調整コア６との磁気結合度が変化してＲＦＩＤタグ１の共振周波数が変化するため、図６に示すように、調整装置内２０に流れる電流が減少する点の周波数も変化する。

次に、調整装置２０内に流れる電流の減少点における周波数が、所望する周波数ｆｏ（１３．６５ＭＨｚ）になるように、周波数調整コア６を移動させる。そして、調整装置２０内に流れる電流が減少するときの周波数が所望する周波数ｆｏと一致するときには、周波数調整コア６を移動させることを止めて、その位置に周波数調整コア６を固定する。このように、本発明のＲＦＩＤ１タグによれば、周波数調整コア６を移動させて、周波数調整コア６と磁性体コア３との距離を変化させることで、ＲＦＩＤタグ１を極めて容易に所望する周波数に調整することができる。

更に、周波数調整コア６における磁性体コア３と対向する第２端面６ｂの面積は、コイル４が巻回された磁性体コア３の端面３ａの面積よりも大きく設定している。そのため、アンテナとして作用する磁性体コア３及びコイル４の軸方向に沿って通過する磁束に対する磁気的な影響度を大きくすることができ、コイル４の磁束収束効果を、大きく変化させることができる。このように、コイル４の磁束収束効果を大きく変化させることができるため、周波数調整コア６によって調整可能な周波数の可変領域を大きくすることができる。また、周波数調整コア６が螺合回転によって微小な距離の調整が可能であることから、結果、細かく周波数を調整でき、ＲＦＩＤタグ１の周波数を確実に所望の周波数（１３．５６ＭＨｚ）に設定することが可能である。

次に、図７を参照して、本発明のＲＦＩＤタグに係る係合受部の変形例を説明する。図７は、この変形例に係るＲＦＩＤタグの筐体を開口部側から見た図である。
この図７に示すように、筐体２の開口部１１側の内壁には、所定の角度間隔を開けて４つの突起１９，１９，１９，１９が設けられている。この４つの突起１９，１９，１９，１９は、それぞれ断面形状が三角形に形成されている。

そして、この筐体２の開口部１１に周波数調整コア６を挿入し、調整用の治具を用いて周波数調整コア６を螺合回転させると、４つの突起１９にねじ山が形成される。これにより、周波数調整コア６が、筐体２の開口部１１に回転可能に保持・固定される。その結果、筐体２の開口部１１を、周波数調整コア６によって、蓋のように閉じることができる。このように、突起１９を用いる場合の利点としては、第１の実施形態の例に比べて筐体２を製造する前段階の金型作成が極めて容易になることが挙げられる。

その他の構成は、前記第１の実施形態の例に係るＲＦＩＤタグと同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する係合受部を備えたＲＦＩＤタグによっても、前述した第１の実施形態の例に係るＲＦＩＤタグと同様の効果を得ることができる。

なお、図７に示すように、筐体２の開口部１１と二点鎖線で示す周波数調整コア６との間には、微小の隙間が空いている。しかしながら、上述したように、周波数を調整した後に、周波数調整コア６と筐体２の開口部１１の隙間を樹脂で塞ぐことで、筐体２内部に水や埃等が侵入することを確実に防止することが可能となる。その結果、筐体２に収納されたコイル４やＩＣチップ５が水や埃等によって劣化することを防止し、又は抑制することができる。

更に、この変形例では、突起の数を４つとしたが、これに限定されるものではない。突起の数は、少なくとも２つあれば、周波数調整コア６を筐体２に移動可能に保持することができる。なお、突起の数と配置は、周波数調整コア６と筐体２とのガタツキを考慮すると、等角度間隔に少なくとも３つ設けることが好ましい。

なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明のＲＦＩＤタグの第１の実施の形態を示す斜視図である。 本発明のＲＦＩＤタグの第１の実施の形態から筐体を外した状態を示す斜視図である。 本発明のＲＦＩＤタグの第１の実施の形態を示す分解斜視図である。 本発明のＲＦＩＤタグの第１の実施の形態を示す断面図である。 本発明のＲＦＩＤタグの調整方法を模式的に示す説明図である。 本発明のＲＦＩＤタグの周波数調整コアの位置を変化させたときの共振周波数を示すグラフである。 本発明のＲＦＩＤタグに係る係合受部の他の具体例を示す正面図である。

符号の説明

１…ＲＦＩＤタグ、 ２…筐体、 ３…磁性体コア、 ３ａ…端面、 ４…コイル、 ５…ＩＣチップ、 ６…周波数調整コア、 ６ａ…第１端面、 ６ｂ…第２端面（対向面）、 １１…開口部、 １２…雌ねじ部（係合受部）、 １６…雄ねじ部（係合部）、 １９…突起（係合受部）

Claims (3)

1. 棒状に形成された磁性体コアと、
   前記磁性体コアに巻回されて装着されるコイルと、
   前記コイルが電気的に接続されたＩＣチップと、
   前記磁性体コア、前記コイル及び前記ＩＣチップが収納される筐体と、
   前記筐体に収納された前記磁性体コアの軸方向の一側に配置され、前記磁性体コアと対向する対向面の面積が前記端面の面積よりも大きく形成された周波数調整コアと、
   前記磁性体コアの前記端面と前記周波数調整コアの前記対向面との距離を変化させる調整部と、
   を備えたＲＦＩＤタグ。
2. 前記筐体は、中空の円柱状に形成されていると共に、軸方向の一端に全面が開口された開口部を有しており、
   前記周波数調整コアは、前記筐体の前記開口部を閉じるように前記筐体に取り付けられる
   請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
3. 前記調整部は、
   前記周波数調整コアに設けられた係合部と、
   前記筐体の前記開口部側の内壁に設けられ、前記周波数調整コアの前記係合部と係合する係合受部とからなる
   請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。

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