JP2014194597A - Rfタグ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ICチップ11とアンテナ12を備えたインレイ10と、インレイに絶縁状態で積層される面状の補助アンテナ20と、補助アンテナが積層されたインレイが搭載される基材50とを備え、補助アンテナが、対向する一対の短辺及びこの一対の短辺と隣接する一つの長辺が、インレイの電波周波数の波長の略1/2の長さの矩形状に形成されるとともに、一方の長辺の中央部に、当該長辺縁部に開口するインレイのICチップ11が配置可能な所定の幅と深さを有する凹形状に形成された中央切り欠き部21と、一方又は他方の長辺に、中央切り欠き部を挿んだ両側において、当該長辺の縁部に開口する一対の左右切り欠き部22a,22bを備える構成としてある。
【選択図】図1
Description
RFタグは、RFID(Radio Frequency Identification)タグ,ICタグ,非接触タグ等とも呼ばれ、ICチップと無線アンテナを備えた電子回路が樹脂フィルム等の基材によって封止・コーティングされた所謂インレイ(インレット)が、タグ(荷札)状に形成されてなる超小型の通信端末であり、読取・書込装置(リーダ・ライタ)によってタグ内のICチップに所定の情報が無線で読み取り/書き込み/読み書き(リードオンリー/ライトワンス/リード・ライト)されるようになっている。
そして、このようなRFタグに所定の情報を書き込んで任意の物品,対象物等に取り付けることにより、RFタグに記録された情報がリーダ・ライタによりピックアップされ、タグに記録された情報を当該物品に関する所定情報として認識,出力,表示,更新等させることができる。
そして、このようなRFタグを用いることで、タグを取り付ける物品に関する種々の情報、例えば当該物品の名称や識別記号,内容物,成分,管理者,使用者,使用状態,使用状況,日時などの種々の情報が記録可能となり、ラベル表面に印刷表示される文字やバーコード等では不可能であった多種多様な情報を、小型化・薄型化されたタグを物品に装着するだけで正確に読み書きすることが可能となる。
特に、UHF帯の高周波数帯を使用する電波方式のRFタグでは、135KHzや13.56MHz帯域を使用する電磁誘導方式の場合と比べて、通信距離は長くなる反面、金属による吸収や反射等によって通信特性が大きく損なわれやすいという問題があった。
このような移行後の920MHz帯を使用するRFタグにおいても、上述した金属の影響は避けられず、有効な対策が講じられることが強く望まれている。
RFタグの通信特性はアンテナサイズによる利得によって左右されることから、RFタグに備えられるアンテナを面状に形成してアンテナサイズを大きくすることで、通信距離を大きく確保して通信特性を向上させることが可能となる。
このため、アンテナが面状に形成されるだけで、RFタグの通信周波数によっては通信特性が向上しないおそれがあった。
同様に、特許文献2に記載されているのは、金属面の影響を低減するためにアンテナとして面状のパッチアンテナを採用するということだけであり、アンテナの大きさや形状がタグの通信周波数との関係で考慮されるようなことはなかった。
従って、金属製物品の導電性による影響を有効に回避することは困難であった。
一般に、アルミ製の金属容器や金属製の筐体を備えたヒーターでは、緩やかな湾曲形状を備えており、その場合、RFタグを取り付ける取り付け面は一定の曲率を有する曲面となることも少なくない。従って、金属対応用の構成を採用する場合には、そのような曲面に対して確実に取り付けることができ、かつ、不用意に剥離・脱落等が発生しない取付構造が必要となるが、上述した特許文献1,2に開示されているRFタグでは、そのような曲面部分へ取り付けることに対する考慮がなされていなかった。
また、取付箇所が曲面の場合にも、剥離や脱落等を生じさせることなく確実に取り付けることが可能となる。
これによって、特にアルミ製の金属容器や金属製の筐体を備えたヒーター等の表面の曲面部分に取り付けるのに好適なRFタグを実現することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係るRFタグを示す外観図であり、(a)はRFタグの完成状態の斜視図、(b)はRFタグを構成する表層,インレイ,補助アンテナ,基材を分解した状態の斜視図を示している。
同図に示すように、本実施形態に係るRFタグ1は、無線通信を行うRFタグを構成するインレイ10と面状の補助アンテナ20とが積層状態で配置され、それらインレイ10,補助アンテナ20が基材50の表面に搭載された状態で、表層40により被覆・保護されてRFタグ1を構成するようになっている。
そして、このようなRFタグ1は、図3に示すような、例えばアルミ製の金属容器や金属製の筐体を備えたヒーター等、緩やかな湾曲形状を備えた金属物品の曲面部分に貼着して使用できるようになっている。
そして、本実施形態に係るRFタグ1では、補助アンテナ20がインレイ10の通信周波数に対応して所定の形状・大きさに形成されるようになっており、その補助アンテナ20が、一定の柔軟性・可撓性と所定の比誘電率を備えた基材50上においてインレイ10に対して所定位置に積層配置されるようになっている。
以下、各部を詳細に説明する。
インレイ10は、図示しないリーダ・ライタ(読取・書込装置)との間で無線による所定の情報の読み取りや書き込み,読み書きが行われるRFタグを構成しており、例えばリードオンリー型,ライトワンス型,リード・ライト型等の種類がある。
具体的には、インレイ10は、ICチップ11と、ICチップ11に電気的に導通・接続されたアンテナ12とを有し、これらICチップ11及びアンテナ12が、基材となる例えばPET樹脂等で形成された1枚の封止フィルム13上に搭載,形成された後、もう1枚の封止フィルム13が重ね合わされて、2枚の封止フィルム13によって挟持された状態で封止・保護されている。
本実施形態では、ICチップ11とICチップ11の両側に伸びるアンテナ12を長方形状の封止フィルム13で挟持・封止した矩形状のインレイ10を用いている。
ICチップ11には、チップ周囲を囲むようにループ状の回路導体が接続されてループ部11aが形成されており、このループ部11aを経由して、ICチップ11の左右両側にアンテナ12が接続されている。
そして、このアンテナ12及び後述する補助アンテナ20を介して図示しないリーダ・ライタとの間で無線通信による読み書き(データ呼び出し・登録・削除・更新など)が行われ、ICチップ11に記録されたデータが認識されるようになっている。
ICチップ11に記録されるデータとしては、例えば、商品の識別コード、名称、重量、内容量、製造・販売者名、製造場所、製造年月日、使用期限等、任意のデータが記録可能であり、また、書換も可能である。
封止フィルム13は、例えばポリエチレン,ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリプロピレン,ポリイミド,ポリ塩化ビニル(PVC),アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂(ABS)等の可撓性を有するフィルム材からなり、封止するICチップ11・アンテナ12が外部から視認可能な透明のPET樹脂等で構成されることが好ましい。また、封止フィルム13の片面側のフィルム表面には、基材や物品への貼り付けができるように粘着層・接着層を備えることができる。
一般にRFタグで使用される周波数帯としては、例えば、135kHz以下の帯域、13.56MHz帯、UHF帯に属する860M〜960MHz帯、2.45GHz帯等の数種類の周波数帯がある。そして、使用される周波数帯によって無線通信が可能な通信距離が異なるとともに、周波数帯によって最適なアンテナ長などや配線パターンが異なってくる。
そこで、本実施形態では、インレイ10が小型化でき、また、後述する補助アンテナ20を所定のサイズに形成する関係上、波長が短くアンテナが小型化できるUHF帯を対象とするようにしてあり、具体的には920MHz帯を対象として、この920MHz帯において良好な通信特性が得られるようにしている。
但し、インレイ10や補助アンテナ20の大きさの制約がなければ、本発明に係る技術思想自体は、920MHz帯、UHF帯以外の周波数帯域についても適用できることは勿論である。
補助アンテナ20は、上述したインレイ10の通信特性を向上・調整するためのエクストラアンテナとして機能するものであり、図1(b)に示すように、インレイ10の片面側に積層配置される面状の導電性部材からなり、封止フィルム13によって樹脂封止されたインレイ10とは絶縁状態となっている。
すなわち、インレイ10は、封止フィルム13によって全体が樹脂封止されており、導電性部材からなる補助アンテナ20とは物理的には絶縁状態となっている。そして、このような補助アンテナ20がインレイ10に直接積層されることで、補助アンテナ20とインレイ10のICチップ11は、封止フィルム13を介して対向配置されるようになり、所謂コンデンサカップリングによって電気的接続がなされるようになる。
これによって、インレイ10には補助アンテナ20が縦方向(高さ方向)に積層されることで、インレイ10のアンテナ12と補助アンテナ20により二次元アンテナが構成され、補助アンテナ20が通信電波のブースターとして機能することになり、インレイ10の通信特性の調整・向上が図られることになる。
図2に本実施形態に係る補助アンテナの平面図を示してあり、同図(a)は補助アンテナ20にインレイ10を積層した状態を、また、同図(b),(c)は補助アンテナの長辺の寸法関係を示している。
同図に示すように、本実施形態では、補助アンテナ20は、長辺及び短辺がインレイ10の長辺及び短辺よりも長い、インレイ10よりも一回り大きい矩形・面状に形成されるようになっている。
また、矩形長辺の一方の長辺の中央部には、当該長辺の縁部に開口する、インレイ10のICチップ11が配置可能な所定の幅と深さを有する凹形状に形成された(中央)切り欠き部21が形成されるようになっている。
さらに、矩形長辺の一方又は他方の長辺には、(中央)切り欠き部21を挿んだ両側において、当該長辺の縁部に開口する一対の(左右)切り欠き部22a,22bが形成されている。
そして、RFタグ1の全体の大きさ(長さ)は、補助アンテナ20の長さによってほぼ規定されることになり、例えば補助アンテナ20の長さを1/2波長とすれば、RFタグ1の全体の大きさ(長さ)もほぼ1/2波長かそれよりやや大きい(長い)ものとなる。
この点、タグの全長が長くなり過ぎる(大き過ぎる)ことは小型化が要請されるRFタグの性質上好ましくない。
このような構成により、補助アンテナ20は、インレイ10の電波周波数の波長の略1/2の長さのアンテナの両端を折り曲げたのと同等となり、良好な通信特性が得られるようになる。
なお、(左右)切り欠き部22a,22bは、インレイ10のアンテナ12の一部を露出させる大きさに形成されていればよく、その幅及び深さは、使用するインレイ10に合わせて所定の範囲に設定・調整することができる。
すなわち、インレイ10のICチップ11近傍にはループ回路が形成されており(ループ部11a)、このループ部11aは、インピーダンスの整合を図る目的があり、かつ、磁界成分での通信を行うために設けられており、この磁界成分を補助アンテナ20の導体により阻害しないようにする必要がある。
そこで、補助アンテナ20をインレイ10に重ねて積層するにあたり、ICチップ11が位置する部分には補助アンテナ20の導電性部材が存在しないように、(中央)切り欠き部21を形成するようにしている。
そして、この(中央)切り欠き部21の幅(間口)と深さ(奥行き)を適切なものに設定することで、インレイ10のループ部11aの有効面積を調整(変更)することができ、ループ部11aのインピーダンス整合を図ることができる。
なお、(中央)切り欠き部21の大きさ(幅及び深さ)は、少なくともインレイ10のICチップ11に重ねて補助アンテナ20が存在しない大きさであれば良く、また、この(中央)切り欠き部21の幅及び深さを適宜調整することで、ICチップ11の電波周波数や後述する基材50の材質、RFタグ1を取り付ける物品からの影響等に応じて、インピーダンス整合を図ることができるようになる。
そして、このような(中央)切り欠き部21と(左右)切り欠き部22a,22bは、補助アンテナ20のいずれかの長辺に形成されていればよく、図2(b),(c)に示すように、補助アンテナ20の同一の長辺側に3つの切り欠き部21,22a,22bを形成することもでき(図2(b)参照)、また、(中央)切り欠き部21と、(左右)切り欠き部22a,22bとを、それぞれ異なる長辺側に形成することもできる(図2(c)参照)。
このため、本実施形態に係るインレイ10においても、導体である補助アンテナ20とインレイ10のアンテナ12に挟まれた、PET層との構造が波長短縮効果を生み、このPET層を利用することで、見かけの波長が短縮されることになる。PETの比誘電率はおよそ「4」である。
このため、本実施形態における補助アンテナ20の長辺及び隣接する両短辺の3辺の長さもおよその値であり、略λ/2の値となっていれば十分であり、RFタグ1の基材50の材質や誘電率,タグの使用環境,使用態様等による通信特性の変化に応じて長さが前後することはある。
従って、補助アンテナ20は、例えば長辺の長さを82mm、短辺の長さを25mm、長辺及び隣接する両短辺の3辺の長さを132mmの寸法に形成することができる。
具体的には、まず(中央)切り欠き部21の幅については、インレイ10のICチップ11のループ部11aの幅を基準にしており、補助アンテナ20の導体が、ICチップ11及びループ部11aに重ならず、又はICチップ11には重ならずループ部11aの周縁の一部に重なるような大きさに形成する。例えばループ部11aの幅のサイズが10〜15mm程度である場合には、切り欠き部21の幅は約8〜10mmの範囲の長さ(例えば上記した9mm)とする。
また、(中央)切り欠き部21の深さについては、インレイ10及び補助アンテナ20の幅(短手方向の長さ)と、ループ部11aの上部の位置を基準にして設定し、少なくともICチップ11にアンテナ導体が重ならないようにする。例えばインレイ10の幅が10〜15mm程度である場合、(中央)切り欠き部21の深さは約15〜20mmの範囲の長さとする。
同様に、(左右)切り欠き部22a,22bの幅・深さは、所定の範囲に設定することができ、(中央)切り欠き部21とほぼ同様に、幅約8〜10mm(例えば6mm),深さ約15〜20mmの範囲とすることができる。
そこで、補助アンテナ20は、上述した切り欠き部21,22a,22bを有する凹形状の周縁外形を有していれば、面状部分を例えばメッシュ(網目)状,格子状等に形成することができる。
このように補助アンテナ20をメッシュ状等に形成することで、表皮効果によりアンテナとしての機能は損なわれず、かつ、補助アンテナ20の全体の導体部分の面積を少なくすることができ、補助アンテナ20を形成する導電性インク等の導体材料を節減でき、RFタグ1の更なる低コスト化を図ることができるようになる。
基材50は、上述した積層されたインレイ10及び補助アンテナ20が搭載される基材層となるとともに、搭載されたインレイ10に対する誘電率調整層として機能する部材である。本実施形態では、インレイ10及び補助アンテナ20がはみ出さずに搭載・積層できるように、積層された状態のインレイ10及び補助アンテナ20の外形よりも一回り大きな帯状に形成されている。
そして、この基材50が、一定の可撓性・柔軟性を有しており、図3に示すように、例えばアルミ製の金属容器や金属製の筐体を備えたヒーター等、緩やかな湾曲形状を備えた金属物品100の曲面部分に沿って面接触状態で配設・貼着できるようになっている。
表層40は、インレイ10及び補助アンテナ20を搭載した基材50の一面に貼着・接着されるシート状部材であり、例えば、紙や合成紙、ポリエチレン,ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリプロピレン,ポリイミド等の樹脂からなる可撓性を有するシート材,フィルム材によって形成することがでる。
図3に、本実施形態に係るRFタグ1を緩やかな湾曲形状を備えた金属物品100の曲面部分に沿って面接触状態で配設・貼付した状態を示す。
例えば、基材50は、所定の部材によって、所定の厚みで形成されることにより、インレイ10の通信特定に対して好適な比誘電率を有する誘電率調整層として形成することができる。
これによって、使用するインレイ10の種類や通信特性,RFタグ1を使用する物品・使用環境・使用周波数帯域などの諸条件を考慮して、基材50として適切な材質と厚みを選定し、基材50のみを選択・交換することで、RFタグ1を異なる物品に使用したり、異なる通信周波数に対応させることが可能となる。
また、基材50の厚みとしては、1.5mm以上2.5mm以下、より好ましくは、1.6mm以上2.4mm以下とする。
一般に、基材50を構成する部材の比誘電率が高くなると、部材の硬度も高くなり、柔軟性・可撓性が低くなる傾向にある。また、基材50の厚みが大きくなっても、同様に柔軟性・可撓性が劣化する。その結果、基材50をアルミ製の金属容器や金属製の筐体を備えたヒーター等、湾曲形状を備えた金属物品100の曲面部分に取り付けた場合、基材50を曲面に沿って変形・湾曲させることが困難となり、基材縁部が浮いてしまったり、基材自体が折れ曲がってしまい、曲面に対して面接触させることができなくなる。
一方、基材50の比誘電率が低過ぎたり、厚みが小さ過ぎると、取付対象となる金属からの影響を回避することができなくなり、基材50をインレイ10に対する誘電率調整層として機能させることができず、RFタグ1の通信特性を向上させることが困難となる。
基材50をこのような範囲の比誘電率と厚みを有するように形成することで、基材50に一定の柔軟性・可撓性を付与することができ、アルミ製の金属容器や金属製の筐体を備えたヒーター等の金属物品100の曲面部分に対して、面接触状態で取付・貼着させることができるようになる(図3参照)。
また、基材50がこの範囲の比誘電率・厚みを有することにより、RFタグ1の取付対象となる金属からの影響を基材50によって回避・吸収することができ、RFタグ1の通信特性として、後述するような良好な通信距離を得ることができるようになる(図4参照)。
非中空(中実)の金属、例えば金属製の棒状部材や厚みが数cm以上の金属物体などの場合、上記のような中空筒状部材におけるようなインピーダンスの減少は発生せず、従って、RFタグ1の通信特性を確保するためには、誘電率調整層として備える比誘電率は2〜3以上が必要となる。このような比誘電率を有する部材は、一般に硬度が高くなり、そのような部材により基材を形成すると、柔軟性・可撓性がなく、また、基材の厚みを薄く形成することも困難となる。
また、アルミ製の金属容器やヒーター等の金属製の筐体は、一般に緩やかな曲面を備えており、そのような金属物品の表面は、通常、曲率が12.5以上(r=80mm以下)の曲面を備えている。
このような基材50を採用することにより、920MHz帯の通信周波数が使用されるRFタグ1を、曲率12.5以上(r=80mm以下)の曲面を備えた金属容器・金属筐体に取り付けることで、4.5m以上5.0m以下の範囲で良好な通信が行えるようになり(図4参照)、かつ、RFタグ1は、基材50が湾曲状に撓んで、金属物品100の表面に面接触状態で配設・貼着できるようになる(図3参照)。
また、基材50は、上記のような架橋ポリオレフィン発泡体により形成した単一の帯状部材によって構成することもでき、また、複数(例えば二層)の帯状部材を重ね合わせて一つの基材50を構成することもできる。
以上のような構成からなる本実施形態に係るRFタグ1の通信特性について、図4を参照しつつ説明する。
図4は、本実施形態に係るRFタグ1を、アルミ製の金属容器や金属製の筐体を備えたヒーター等、湾曲形状を備えた金属物品100の曲面部分(曲率12.5以上(r=80mm以下))の表面に、曲面方向に沿って貼付して交信距離評価を行った結果を示している。
同図から明らかなように、本実施形態に係るRFタグ1は、920MHzをピークとしてほぼ4.5m以上5.0m以下の通信距離が得られることが分かる。
このように補助アンテナ20を設計することで、補助アンテナ20を積層させるインレイ10の通信周波数に対応させて、インレイ10の通信特性を調整することができ、インレイ10の通信特性を周波数帯域に合わせて最適な状態に設定・調整することが可能となる。
これによって、金属物品100からの影響を回避しつつ、例えば大型で過剰なカバーやケース,ホルダー等を必要とすることなく、特定の通信周波数(920MHz帯)において、長く広い範囲で通信を行わせることができ、取付箇所が曲面であっても、剥離や脱落等が生じることなく面接触状態で取り付けることができるようになる。
従って、特にアルミ製の金属容器やヒーター等の金属製の筐体を構成する金属物品の表面の曲面部分に取り付けるのに好適なRFタグを実現することができる。
例えば、上述した実施形態では、本発明に係るRFタグを取り付けて使用する物品・対象物として、アルミ製の金属容器やヒーター等の金属製の筐体を例にとって説明したが、本発明のRFタグを使用できる物品,対象物としては、アルミ製の金属容器やヒーター等の金属製の筐体に限定されるものではない。
すなわち、RFタグが使用され、リーダ・ライタを介して所定の情報・データが読み書きされる物品,対象物であれば、どのような物品・対象物であっても本発明に係るRFタグを適用することができる。
特に、所定の曲率を有する曲面を備えた金属製の物品・対象物であることが好ましく、例えばアルミ製の金属容器やヒーター等の金属製の筐体以外では、金属製の食器,調理器具,家具,什器,自動車などに好適に用いることができる。
10 インレイ
11 ICチップ
11a ループ部
12 アンテナ
13 封止フィルム
20 補助アンテナ
21 (中央)切り欠き部
22a,22b (左右)切り欠き部
40 表層
50 基材
100 金属物品
Claims (6)
- ICチップとアンテナを備えたインレイと、
前記インレイと絶縁状態で積層される面状の補助アンテナと、
積層された前記インレイ及び補助アンテナが搭載される基材と、を備え、
前記補助アンテナが、
対向する一対の短辺及びこの一対の短辺と隣接する一つの長辺が、前記インレイの電波周波数の波長の略1/2の長さの矩形状に形成されるとともに、
一方の長辺の中央部に、当該長辺の縁部に開口する、前記インレイのICチップが配置可能な所定の幅と深さを有する凹形状に形成された中央切り欠き部と、
一方又は他方の長辺に、前記中央切り欠き部を挿んだ両側において、当該長辺の縁部に開口する一対の左右切り欠き部と、を備えることを特徴とするRFタグ。 - 前記中央切り欠き部が、
前記インレイのICチップを露出させるとともに、当該ICチップの周囲に形成されるループ回路の一部を覆う大きさに形成される請求項1記載のRFタグ。 - 前記一対の左右切り欠き部が、
前記インレイのアンテナの一部を露出させる大きさに形成される請求項1又は2記載のRFタグ。 - 前記基材が、所定の曲率を有する曲面に面接触状態で貼着可能な可撓性を有してなる請求項1乃至3のいずれか一項記載のRFタグ。
- 前記曲面が、曲率12.5以上(r=80mm以下)である請求項4記載のRFタグ。
- 前記基材が、搭載されたインレイに対する誘電率調整層として機能し、金属面に貼着可能な請求項1乃至5のいずれか一項記載のRFタグ。
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