JP2010063017A

JP2010063017A - Ｒｆｉｄタグ、ｒｆｉｄタグセット及びｒｆｉｄシステム

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Publication number: JP2010063017A
Application number: JP2008228819A
Authority: JP
Inventors: Hidekatsu Nogami; 英克野上
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: JP4618459B2; WO2010026939A1; CN102144332B; EP2330684A4; EP2330684A1; EP2330684B1; US20110227710A1; CN102144332A

Abstract

【課題】金属物体に付して無線通信を行っても通信距離の低下を起こさず、広帯域化および高利得化が可能なＲＦＩＤタグ、ＲＦＩＤタグセット及びＲＦＩＤシステムを提供すること。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ１において、第１の誘電体基板３上にアンテナ部４を設け、接地導体板２を第１の誘電体基板３と第２の誘電体基板５との間に設けるとともに、前記アンテナ部の電気長と前記接地導体板の電気長とが相違するよう設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグ、ＲＦＩＤタグセット及びＲＦＩＤシステムに関し、特に、金属物体に付して無線通信するのに好適なＲＦＩＤタグ、ＲＦＩＤタグセット及びＲＦＩＤシステムに関する。

従来、物流管理、商品管理などの効率化を図るべく、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムが利用されている。このＲＦＩＤシステムは、ＩＣチップを備えたＲＦＩＤタグと該ＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うリーダあるいはリーダライタとから構成されている。このＲＦＩＤタグは、様々なものに取り付けられて運用されるが、取付対象の影響により交信距離に変化が生ずることがある。特に、取付対象が金属面であると著しく交信距離が低下する。

また、全ての物品に対してＲＦＩＤタグを付して物品管理や商品管理などを行う場合、ＲＦＩＤタグの形状は、なるべく突起のない形状で、かつ薄型である方が扱いやすい。

従来、上記要請を充足するＲＦＩＤタグ、すなわち、金属面に取り付けても交信距離が低下せず、かつ、突起が少なく薄型形状のＲＦＩＤタグとして、特許文献１に記載のＲＦＩＤタグがある。このＲＦＩＤタグ「８」は、誘電体基板「１」と、誘電体基板「１」の一主面に設けられた接地導体部「２」と、誘電体基板「１」の他の主面に設けられ、スロット「４」を形成したパッチ導体部「３」と、スロット「４」の対向部分から内部にそれぞれ延びた電気接続部「５」と、スロット「４」の内部に配置され、電気接続部「５」に接続されたＩＣチップ「６」とを備えている（カギカッコ内の符号は特許文献１に使用されている符号である。）。すなわち、このＲＦＩＤタグ「８」は、パッチアンテナを利用したＲＦＩＤタグである。

パッチアンテナを用いれば、上記要請を充足することは可能である。しかしながら、パッチアンテナは、高利得であるが周波数帯域が非常に狭いという問題がある。ここで、比較的周波数帯域が広帯域であるアンテナとして、従来から、いわゆる逆Ｌ型アンテナがある。逆Ｌ型アンテナとは、接地型１／４λモノポールアンテナのエレメントの途中を、９０°の角度で曲げたアンテナで、アルファベットの“Ｌ”の字を天地逆にしたように見えるアンテナである。この逆Ｌ型アンテナを用いれば、パッチアンテナに比較して広帯域になるが、世界各国におけるＲＦＩＤタグの使用周波数、８６０ＭＨｚ（ＥＵ：欧州連合）〜９５５ＭＨｚ（ＪＰ：日本）全てをカバーすることは難しく、そのうえ、パッチアンテナと比較すると、高利得化が困難であるという問題がある。

特開２００７−２４３２９６号公報

本発明は、金属物体に付して無線通信を行っても通信距離の低下を起こさず、広帯域化および高利得化が可能なＲＦＩＤタグ、ＲＦＩＤタグセット及びＲＦＩＤシステムを提供することにある。

本発明に係るＲＦＩＤタグは、接地導体板と、該接地導体板の一の面に積層された第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板上に設けられた第１のアンテナ導体部及び第２のアンテナ導体部からなるアンテナ部と、該第１のアンテナ導体部と第２のアンテナ導体部とを接続するＩＣチップと、前記第１のアンテナ導体部あるいは第２のアンテナ導体部のいずれか一方と前記接地導体板とを接続する接続部と、前記接地導体板の他の面に設けられた第２の誘電体基板と、を有するとともに、前記アンテナ部の電気長と前記接地導体板の電気長とが相違することを特徴とする。

前記接続部は、ビアからなるあるいは前記第１のアンテナ導体部の一端側を折り曲げ形成してなるようにしてもよい。

前記第１のアンテナ導体部と第２のアンテナ導体部とは長さが異なるようにしてもよい。

前記第２のアンテナ導体部は、メアンダ状に形成されていてもよい。

前記第２のアンテナ導体部は、一端部側を折り返して形成されていてもよい。

前記接地導体板は、メアンダ状に形成されていてもよい。

本発明は、物体に取り付けられるとともに、前記いずれか１つのＲＦＩＤタグと、該ＲＦＩＤタグと接続可能な導体板と、からなるＲＦＩＤタグセットであって、該ＲＦＩＤタグセットは、前記導体板が、前記ＲＦＩＤタグと前記物体との間に介在した状態で物体に取り付けられることを特徴とする。

本発明に係るＲＦＩＤシステムは、前記いずれか１つのＲＦＩＤタグと、該ＲＦＩＤタグと無線通信するリーダあるいはリーダライタと、からなることを特徴とする。

また、本発明に係るＲＦＩＤシステムは、前記ＲＦＩＤタグセットと、該ＲＦＩＤタグセットと無線通信するリーダあるいはリーダライタと、からなることを特徴とする。

以上の構成から明らかなように、本発明によれば、第１の誘電体基板上には第１のアンテナ導体部及び第２のアンテナ導体部を設けるとともに、接地導体板を第１の誘電体基板と第２の誘電体基板との間に設けた。これにより、金属物体に付して無線通信を行っても通信距離の低下を起こさず、広帯域化および高利得化が可能となるといった効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明のＲＦＩＤシステムを示す模式図、図２は、本発明の第１実施形態に係るＲＦＩＤタグを説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は斜視図である。

まず、図１を参照して本発明のＲＦＩＤシステム１００の概略について説明する。本発明のＲＦＩＤシステム１００は、鉄鋼製品、金型や製造機器などの金属物体Ｍに取り付けられたＲＦＩＤタグ１と、ＲＦＩＤタグ１と非接触で情報の読み書きを行うリーダライタＲＷとからなる。ＲＦＩＤシステム１００は、例えば、ステンレスなど人間が目視で識別困難な鉄鋼製品にＲＦＩＤタグ１を取り付けて入出荷や棚卸作業において、携帯可能なリーダライタＲＷを用いて対象製品のピッキングや検品を行なったり、金型や製造機器にＲＦＩＤタグ１を取り付けて、棚卸や使用する際の現品確認を行なう際などに利用される。

なお、本発明のＲＦＩＤシステム１００においては、リーダライタＲＷは携帯可能なものでも固定式のものでも適用可能であるし、リーダライタＲＷは、リーダであってもよい。

次に図２を参照してＲＦＩＤタグ１の構成について説明する。

図２に示すように、ＲＦＩＤタグ１は、接地導体板２、第１の誘電体基板３、アンテナ部４、第２の誘電体基板５、ＩＣチップ６及びビア７から構成されている。

接地導体板２は、銅、アルミ、ステンレス等からなる導電性材料からなり、接地導体板２の上面（一の面）には、第１の誘電体基板３が積層されている。

第１の誘電体基板３は、ポリエチレン、ポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリイミド等の合成樹脂材を板状に形成してなり、第１の誘電体基板３の上面には、アンテナ部４が設けられている。

アンテナ部４は、例えば、銅、アルミ、ステンレス等の金属打ち抜き加工、若しくはエッチング加工により形成される。アンテナ部４は、離間する第１のアンテナ導体部４Ａと第２のアンテナ導体部４Ｂとからなり、第１のアンテナ導体部４Ａと第２のアンテナ導体部４Ｂとの間にはＩＣチップ６が実装され、ＩＣチップ６により第１のアンテナ導体部４Ａと第２のアンテナ導体部４Ｂとが接続される。第１のアンテナ導体部４Ａと接地導体板２とはビア７により電気的に接続される。なお、ここでは、第１のアンテナ導体部４Ａが短尺状に形成され、他方、第２のアンテナ導体部４Ｂが長尺状に形成されているが、第１のアンテナ導体部４Ａと第２のアンテナ導体部４Ｂとは長さが等しくてもよい。

第２の誘電体基板５は、ポリエチレン、ポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリイミド等の合成樹脂材を板状に形成してなり、接地導体板２の下面（他の面）に設けられる。

図２（ａ）に示すように、アンテナ部４の直線距離Ｌ１は、高周波の実行波長＝λ_ｇに対し、λ_ｇ／２に、接地導体板２の長さＬ２は、低周波の実行波長＝λ_ｇ´に対し、λ_ｇ´／２に設定されることが好適である。なお、ここでは、Ｌ１がアンテナ部４の電気長となり、Ｌ２が接地導体板２の電気長となる。

また、図２（ａ）に示すように、ＲＦＩＤタグ１の両端部近傍には、ＲＦＩＤタグ１を金属物体Ｍにネジ止め固着するための（図示しない）ネジを挿入する取付孔８、８が穿設されている。なお、本実施形態においては、ＲＦＩＤタグをネジ止めタイプのものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、貼付タイプ、結束バンドなどにより取り付けるタイプのものなどでもよい。

本発明者は、図１に示すように、上記構成のＲＦＩＤタグ１を金属物体Ｍに取り付けた状態で、ＲＦＩＤタグ１の低周波側及び高周波側の電界の発生状態を調べるシミュレーションを行った。なお、本シミュレーションにおいては、低周波側の電解強度を９００ＭＨｚとし、高周波側の電解強度を１ＧＨｚと設定した。すると、図２（ｂ）に示すように（図２（ｂ）においては、金属物体Ｍは略して示している）、ＲＦＩＤタグ１は、次のように作用する。

高周波側においては、上層側、すなわち、アンテナ部４、第１の誘電体基板３及び接地導体板２からなる部分が、いわゆる逆Ｌ型アンテナとして機能し、この逆Ｌ型アンテナを中心に電界を放射していた。一方、低周波側においては、下層側、すなわち、接地導体板２、第２の誘電体基板５及び金属物体Ｍからなる部分が、いわゆるパッチアンテナとして機能し、このパッチアンテナを中心に電界を放射していた。

本シミュレーションの結果、ＲＦＩＤタグ１のように構成することにより、広帯域性が確保されるとともに、接地導体板２が放射素子として機能し、高利得化も同時に実現できることが判明した。

また、本発明者は、従来からあるパッチアンテナを用いたＲＦＩＤタグと、本発明に係るＲＦＩＤタグ１と比較するために本発明者が製造した逆Ｌ型アンテナを用いたＲＦＩＤタグ（図９参照）と、本発明に係るＲＦＩＤタグ１と、を使用して、広帯域特性の比較をすべくシミュレーションを行った。その結果を示したものが図１０のグラフである。

図１０においては、横軸を周波数（ＭＨｚ）、縦軸をＲＦＩＤタグの起動電力（ｄＢｍ）とし、起動電力が低いほうが長距離通信可能であることを示している。図１０において、ＡＩＲとは、ＲＦＩＤタグを金属物体以外の物体に取り付けた場合あるいは何も取り付けない場合であり、Ｍｅｔａｌとは、ＲＦＩＤタグを金属物体に取り付けた場合である。また、逆Ｌとは図９に示す逆Ｌ型アンテナを用いたＲＦＩＤタグ、パッチとはパッチアンテナを用いたＲＦＩＤタグ、逆Ｌ改とは本発明に係るＲＦＩＤタグ１をそれぞれ示す。従って、例えば、逆Ｌ改（ＡＩＲ）とは、本発明に係るＲＦＩＤタグ１を金属物体以外の物体に取り付けた場合あるいは何にも取り付けない場合（以下、このような状態を「空気中」という）であり、逆Ｌ改（Ｍｅｔａｌ）とは、本発明に係るＲＦＩＤタグ１を金属物体に取り付けた場合を示す。

この結果から明らかなように、空気中においては、逆Ｌ型アンテナを用いたＲＦＩＤタグと同程度の帯域特性を有し、金属物体に取り付けた場合においては、パッチアンテナを用いたＲＦＩＤタグと同程度の高利得性を有する。すなわち、本発明に係るＲＦＩＤタグ１においては、上記のように構成したことから、逆Ｌ型アンテナ及びパッチアンテナの双方の機能を有し、広い周波数に渡って長距離通信が可能であり、広帯域化が図れ、その結果、金属面への取り付けも含め、長距離通信が各国周波数で対応可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について図３〜図７を参照して説明する。なお、上記第１実施形態に係るＲＦＩＤタグ１と相違する点を重点的に説明し、同一の構成については同一の符号を付し詳細な説明は省略する。

図３は、本発明の第２実施形態に係るＲＦＩＤタグの斜視図、図４は、本発明の第３実施形態に係るＲＦＩＤタグの斜視図、図５は、逆Ｌ型アンテナ側のアンテナ部の他の実施形態を示す平面図、図６は、逆Ｌ型アンテナ側のアンテナ部の他の実施形態を示す平面図、図７は、パッチアンテナ側のアンテナ部（接地導体板）の他の実施形態を説明するための図であり、（ａ）はＲＦＩＤタグにおける接地導体板の状況を示す平面図、（ｂ）は接地導体板の平面図である。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るＲＦＩＤタグ１Ａは、第１実施形態に係るＲＦＩＤタグ１において、ビア７の位置を第２のアンテナ導体部４Ｂ側に移動して接地導体板２とビア７により接続したものである。その他の構成は、ＲＦＩＤタグ１と同様である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係るＲＦＩＤタグ１Ｂは、第１実施形態に係るＲＦＩＤタグ１のように、アンテナ部４と接地導体板２とをビア７により接続するのではなく、第１のアンテナ導体部４０Ａの一端４０Ａ−１側を折り曲げて形成することにより第１のアンテナ導体部４０Ａと接地導体板２とを接続する。このような構成は次のようにして加工することにより実現可能である。例えば、一枚の導体板を角型（コの字状）に折り曲げる。この際、第１の誘電体基板３を内側に巻き込むようにする。この状態で、第１の誘電体基板３の上面側をエッチング加工し、第１のアンテナ導体部４０Ａと第２のアンテナ導体部４Ｂが形成されるようにする。なお、このように構成するときには、ＲＦＩＤタグ１Ｂを金属物体Ｍに取り付けるための取付孔８は、図４のようにＲＦＩＤタグ１Ｂの四方に形成されるようにするとよい。

＜第４実施形態〜第６実施形態＞
第４実施形態〜第６実施形態におけるＲＦＩＤタグの構成を概略すると、第４実施形態及び第５実施形態に係るＲＦＩＤタグ１Ｃ、１Ｄは、ＲＦＩＤタグ１のアンテナ部４の形状に手を加えたものであり、第５実施形態に係るＲＦＩＤタグ１Ｅは、ＲＦＩＤタグ１の接地導体板２の形状に手を加えたものである。なお、図５〜図７においては、これら相違点さえ分かればよいとの趣旨から、簡略化して図示してある。

具体的に説明すると、ＲＦＩＤタグ１Ｃにおいては、第２のアンテナ導体部の形状を図５に示すようにメアンダ状に形成した第２のアンテナ導体部４０Ｂを用いている点が上記ＲＦＩＤタグ１の構成と相違する。他方、ＲＦＩＤタグ１Ｄにおいては、第２のアンテナ導体部の形状を図６に示すように端部側をつづら折り状に矩形に折り返して形成した第２のアンテナ導体部４００Ｂを用いている点が上記ＲＦＩＤタグ１の構成と相違する。その他の構成は上記ＲＦＩＤタグ１と同様である。このように形成することにより、ＲＦＩＤタグ全体の小型化が図れる。

一方、ＲＦＩＤタグ１Ｅにおいては、接地導体板２の形状を図７（ｂ）に示すようにノッチＮ１、Ｎ２を形成することにより接地導体板全体をメアンダ状に形成した接地導体板２０を用いている点が上記ＲＦＩＤタグ１の構成と相違する点である。その他の構成は上記ＲＦＩＤタグ１と同様である。このように形成することにより、ＲＦＩＤタグ全体の小型化が図れる。

なお、図５に示すアンテナ部（４Ａ及び４０Ｂからなる部分）及び図７（ｂ）に示す接地導体板２０の双方を使用してＲＦＩＤタグを製造してもよい。このようにすることにより、更なるＲＦＩＤタグの小型化が図れる。

次に本発明に係るＲＦＩＤタグセットの構成について図８を参照して説明する。

図８は、本発明のＲＦＩＤタグセットを説明するための図であり、（ａ）はＲＦＩＤタグセットの構造を説明するための斜視図、（ｂ）はＲＦＩＤタグセットの使用状態を説明するための模式図である。

本発明のＲＦＩＤタグセット１０は、要するに、上記説明した第１実施形態〜第５実施形態に係るＲＦＩＤタグにおいて、予め導体板９を設けた構成である。すなわち、上記第１実施形態〜第５実施形態に係るＲＦＩＤタグにおいては、いずれも、取付対象である金属物体Ｍの金属面をパッチアンテナ側の接地導体として機能させることにより、その下層側において、パッチアンテナと同様の機能を発揮させるようにしていた。しかしながら、本実施形態におけるＲＦＩＤタグセット１０においては、予め導体板９を上記第１実施形態〜第５実施形態に係るＲＦＩＤタグのいずれかと取り外し可能に構成することにより、取付対象の属性（金属物体であるか否か）に関係なく、常に逆Ｌ型アンテナ及びパッチアンテナの双方の機能を発揮することが可能となる。

このようなＲＦＩＤタグセット１０としては、上記説明したＲＦＩＤタグ１と、ＲＦＩＤタグ１の２つの取付孔８、８の位置に対応して２つの取付孔９１、９１を穿設した導体板９とからなる。導体板９は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、２つの取付孔９１、９１と２つの取付孔８、８の位置を合わせた状態で、（図示しない）ネジにより、ＲＦＩＤタグ１と物体Ｍ１との間に介在させるようにして取り付けられる。このＲＦＩＤタグ１０を用いても上記ＲＦＩＤシステム１００と同様のシステムであるＲＦＩＤシステム１００Ａの運用が可能である。

なお、導体板９は、パッチアンテナの接地導体として機能することから、ＲＦＩＤタグ１の大きさに比して大きめに形成するとＲＦＩＤタグ１とリーダライタＲＷ間の通信が安定する。

本発明のＲＦＩＤシステムを示す模式図である。本発明の第１実施形態に係るＲＦＩＤタグを説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は斜視図である。本発明の第２実施形態に係るＲＦＩＤタグの斜視図である。本発明の第３実施形態に係るＲＦＩＤタグの斜視図である。逆Ｌ型アンテナ側のアンテナ部の他の実施形態を示す平面図である。逆Ｌ型アンテナ側のアンテナ部の他の実施形態を示す平面図である。パッチアンテナ側のアンテナ部（接地導体板）の他の実施形態を説明するための図であり、（ａ）はＲＦＩＤタグにおける接地導体板の状況を示す平面図、（ｂ）は接地導体板の平面図である。本発明のＲＦＩＤタグセットを説明するための図であり、（ａ）はＲＦＩＤタグセットの構造を説明するための斜視図、（ｂ）はＲＦＩＤタグセットの使用状態を説明するための模式図である。本発明が本発明のＲＦＩＤタグと比較するために製造した逆Ｌ型アンテナ採用型ＲＦＩＤタグの断面図である。本発明のＲＦＩＤタグの効果を説明するためのグラフである。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１ＥＲＦＩＤタグ
２、２０接地導体板
３第１の誘電体基板
４アンテナ部
４Ａ、４０Ａ第１のアンテナ導体部
４Ｂ、４０Ｂ、４００Ｂ第２のアンテナ導体部
５第２の誘電体基板
６ＩＣチップ
７ビア(接続部)
８取付孔
９導体板
１０ＲＦＩＤタグセット
１００、１００ＡＲＦＩＤシステム
Ｌ１アンテナ部の直線距離
Ｌ２設置導体板の長さ
Ｍコンテナ
ＲＷリーダライタ

Claims

接地導体板と、
該接地導体板の一の面に積層された第１の誘電体基板と、
該第１の誘電体基板上に設けられた第１のアンテナ導体部及び第２のアンテナ導体部からなるアンテナ部と、
該第１のアンテナ導体部と第２のアンテナ導体部とを接続するＩＣチップと、
前記第１のアンテナ導体部あるいは第２のアンテナ導体部のいずれか一方と前記接地導体板とを接続する接続部と、
前記接地導体板の他の面に設けられた第２の誘電体基板と、を有するとともに、
前記アンテナ部の電気長と前記接地導体板の電気長とが相違すること
を特徴とするＲＦＩＤタグ。
前記接続部は、ビアからなるあるいは前記第１のアンテナ導体部の一端側を折り曲げ形成してなることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
前記第１のアンテナ導体部と第２のアンテナ導体部とは長さが異なることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のＲＦＩＤタグ。
前記第２のアンテナ導体部は、メアンダ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
前記第２のアンテナ導体部は、一端部側を折り返して形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
前記接地導体板は、メアンダ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
物体に取り付けられるとともに、請求項１〜６いずれか１項に記載のＲＦＩＤタグと、該ＲＦＩＤタグと接続可能な導体板と、からなるＲＦＩＤタグセットであって、
該ＲＦＩＤタグセットは、
前記導体板が、前記ＲＦＩＤタグと前記物体との間に介在した状態で物体に取り付けられることを特徴とするＲＦＩＤタグセット。
請求項１〜６いずれか１項に記載のＲＦＩＤタグと、該ＲＦＩＤタグと無線通信するリーダあるいはリーダライタと、からなることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
請求項７に記載のＲＦＩＤタグセットと、該ＲＦＩＤタグセットと無線通信するリーダあるいはリーダライタと、からなることを特徴とするＲＦＩＤシステム。