JP2016099876A

JP2016099876A - Ｒｆタグ

Info

Publication number: JP2016099876A
Application number: JP2014237930A
Authority: JP
Inventors: 耕一八谷; Koichi Yatani
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】ＲＦタグの取り付け自由度を高くでき、また広い面積で廃熱を利用することができ、しかも、小さい温度差でもＲＦタグを動作させるのに十分な電力を得ることができるＲＦタグを提供する。
【解決手段】ＲＦタグ１は、熱電変換素子２で得られる電力が充電されるバッテリ５と、
バッテリ５からの電力が供給される信号処理回路４と、信号処理回路４と外部のリーダ／ライタ５０との間でデータの送受信を行うためのアンテナ回路３とを有し、熱電変換素子２を、平面構造を有するとともに、可撓性を有するシート状構造体とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、個体識別に用いられるＲＦ（Radio Frequency）タグに関する。

近年、無線通信を利用した個体識別技術が注目を集めている。この個体識別技術を用いたものとしてＲＦタグがある。ＲＦタグは、個々の対象物の生産や管理等に役立てられ始めており、個人認証への応用も期待されている。なお、ＲＦタグは、ＩＣ（Integrated Circuit）タグ、ＩＣチップ、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ、無線タグ、電子タグとも呼ばれる。

ＲＦタグは、電源を内蔵するか、外部から電源供給を受けるかの違いにより、個体識別情報を含んだ電磁波を送信することが可能なアクティブタイプ（能動タイプ）のものと、外部からの電磁波（搬送波）の電力を利用して動作するパッシブタイプ（受動タイプ）の２つのタイプに分けられる。アクティブタイプのＲＦタグは、これを動作させるための電源として電池を内蔵しており、パッシブタイプのＲＦタグは、これを動作させるための電源を外部（例えば、リーダ／ライタ）からの電磁波（搬送波）の電力から作り出し、電池を備えることのない構成を実現している。なお、アクティブタイプのＲＦタグとして、例えば特許文献１に記載されたものが知られており、またパッシブタイプのＲＦタグとして、例えば特許文献２に記載されたものが知られている。

また、アクティブタイプのＲＦタグには、電源に熱電変換素子等の発電素子を備えたものもある。例えば特許文献３に記載されたＲＦタグがその１つである。特許文献３に記載されたＲＦタグが備える発電素子は、立体構造を有する微小構造体を成している。この発電素子で得られた電力でＲＦタグ内の信号処理回路が動作するとともに、バッテリが充電される。

特開２０１１−２３５９９７号公報特開２０１３−１５２４１８号公報特開２０１２−１８１８７７号公報

しかしながら、動作用の電源を得るための電池を備えたアクティブタイプのＲＦタグにおいては、データの送受信によって電池が経時的に消耗していき、最終的にはデータの送受信に必要な電力を発生できなくなる。このため、このタイプのＲＦタグを使用するには、電池の残存容量の確認や電池の交換をする作業が発生するという課題がある。

また、動作用の電源を外部から送信された電磁波を利用して作り出すパッシブタイプのＲＦタグにおいては、動作用の電源となる電磁波の送信元（例えば、リーダ／ライタ）が遠い位置にある場合、データを送受信するための電力の確保が難しく、良好な送受信状態を実現することが難しい。このため、このタイプのＲＦタグを常に良好に使用するには、動作用の電源となる電磁波の送信元（リーダ／ライタ）に近い場所に限られるという課題がある。

また、動作用の電源を得るための発電素子を備えたアクティブタイプのＲＦタグにおいては、発電素子が立体構造を採り、平面性が無いため、ＲＦタグの取り付け自由度が低く、また平面性が無いことから廃熱を収集する能力が低く、小さい温度差ではＲＦタグを動作させることが困難であるという課題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＲＦタグの取り付け自由度を高くでき、また広い面積で廃熱を利用することができ、しかも、小さい温度差でもＲＦタグを動作させるのに十分な電力を得ることができるＲＦタグを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）熱電変換素子を備えたＲＦタグであって、
前記熱電変換素子は、平面構造を有するシート状構造体であり、
前記熱電変換素子で得られる電力が充電されるバッテリと、
前記バッテリからの電力が供給される信号処理回路と、
前記信号処理回路と外部のリーダ／ライタとの間でデータの送受信を行うためのアンテナ回路と、
を更に備えたことを特徴とするＲＦタグ。
また、前記熱電変換素子は、可撓性を有することが好ましい。

本発明によれば、前記熱電変換素子は、平面構造を有するシート状構造体である。従って、平面性があるため、ＲＦタグの取り付け自由度が高まり、また広い面積で廃熱を利用できることから、小さい温度差でもＲＦタグを動作させることができる。

本発明の一実施形態に係るＲＦタグ１の分解斜視図である。図１の熱電変換素子２の外観図である。図１の熱電変換素子２の作成手順（工程（１）〜工程（５））を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るＲＦタグについて図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るＲＦタグ１の分解斜視図である。同図において、ＲＦタグ１は、熱電変換素子２と、アンテナ回路３と、信号処理回路４と、バッテリ５と、基板（以下、“ＲＦ−ＩＤベース”と呼ぶ）６とを有する。熱電変換素子２は、平面構造を有するシート状構造体であり、バッテリ５を充電するための電力を発電する。熱電変換素子２は、ゼーベック効果を利用した発電を行うもので、熱電変換材料として２種類のｐ型半導体とｎ型半導体を有している。図２は、熱電変換素子２の外観図である。同図に示すように、熱電変換素子２には、可撓性を有するフィルム状に形成された基板２１の一方の面上に多数のｐ型半導体材料２２とｎ型半導体材料２３が交互にかつ碁盤の目状に整列配置されている。熱電変換材料にｐ型半導体とｎ型半導体を用いることで、小さい温度差でも大きな電力を得ることが可能となる。

アンテナ回路３は、信号処理回路４と外部のリーダ／ライタ５０との間でデータの送受信に使用される。アンテナ回路３は、コイル状を成すアンテナ素子からなり、可撓性を有するフィルム状に形成されたＲＦ−ＩＤベース６上に設けられている。アンテナ回路３の２つのアンテナ端子のうち、一方のアンテナ端子３１が信号処理回路４の給電部（図示略）に接続され、他方のアンテナ端子３２が信号処理回路４のグランド（図示略）に接続されている。

信号処理回路４は、個体識別情報を含むデータを記憶し、アンテナ回路３で受信されたリーダ／ライタ５０からのデータを取得し、また記憶しているデータをアンテナ回路３からリーダ／ライタ５０に向けて送信する。信号処理回路４は、ＲＦ−ＩＤベース６上に設けられる。バッテリ５は、熱電変換素子２で得られる電力で充電される。バッテリ５は、信号処理回路４を動作させるための電力を供給する。バッテリ５は、ＲＦ−ＩＤベース６上に設けられる。

次に、熱電変換素子２の作成について説明する。
図３は、熱電変換素子２の作成手順（工程（１）〜工程（５））を示す図である。
工程（１）基板２１として１００ｕｍ厚のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いて、その一方の面にスクリーン印刷で銀ペーストを０．５ｕｍ厚で印刷し、下部電極を形成する。さらに、銀ペーストの表面酸化を防止するため、カーボンペーストを重ねて印刷する。

ＰＥＴとしては、例えばパナック株式会社製のパナクレア（登録商標）ＰＥＴ１００ＡＣなどの片面易接着シートが好適である。また、下部電極を形成するための銀ペーストとしては、例えば藤倉化成株式会社製のドータイト（登録商標）ＦＡ−３３３が好適である。また、銀ペーストの表面酸化を防止するためのカーボンペーストとしては、例えば藤倉化成株式会社製のドータイト（登録商標）ＦＣ−４１５，ＦＣ―４１３が好適である。

工程（２）工程（１）で印刷した下部電極上にフォトレジストを３０ｕｍ厚となるよう印刷する。フォトレジストとしては、例えば太陽インキ製造株式会社製のＰＳＲ（登録商標）−９００が好適である。

工程（３）熱電変換材料を保持及び隔離するため、フォトレジストをマスクにて感光／現像し、井桁状の熱電材料格納場所（すなわち、井桁状の窪み）２４を作成する。

工程（４）工程（３）で作成した井桁状の熱電材料格納場所２４に、熱電変換材料であるｐ型半導体材料２２及びｎ型半導体材料２３を交互に注入し、その後、乾燥する。ｐ型半導体材料２２は、溶媒処理で形成できるものが好ましく、アニオンドープした導電性高分子、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）分散体などを用いることができる。本実施形態では、ヘレウス株式会社製のＣｌｅｖｉｏｓ（登録商標）ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳＰＨ１０００を用いた。なお、他には、例えばアルドリッチ株式会社製のＯｒｇａｃｏｎ（登録商標）ＩＪ−１００５が好適である。
また、ｎ型半導体材料２３も溶媒処理で形成できるものが好ましく、カチオンドープした導電性高分子、ＣＮＴ分散体などを用いることができる。本実施形態では、Ｐｏｌｙｅｒａ社製のＡｃｔｉｖｅＩｎｋ（登録商標）Ｎ２２００を用いた。

工程（５）工程（４）の乾燥後、上部電極を印刷する。

次に、ＲＦタグ１の組み立てについて説明する。
作成した熱電変換素子２の上面に、アンテナ回路３と、信号処理回路４と、バッテリ５とを有したＲＦ−ＩＤベース６を貼り付け、熱電変換素子２と信号処理回路４及びバッテリ５を接続したのち筐体（図示略）に格納する。

このように本実施形態に係るＲＦタグ１によれば、熱電変換素子２で得られる電力が充電されるバッテリ５と、バッテリ５からの電力が供給される信号処理回路４と、信号処理回路４と外部のリーダ／ライタ５０との間でデータの送受信を行うためのアンテナ回路３とを有し、熱電変換素子２を、平面構造を有するとともに、可撓性を有するシート状構造体としたので、ＲＦタグ１の取り付け自由度を高くでき、また広い面積で廃熱を利用できるようになるため、小さい温度差でもＲＦタグ１を動作させるのに十分な電力を得ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。

１ＲＦタグ
２熱電変換素子
３アンテナ回路
４信号処理回路
５バッテリ
６ＲＦ−ＩＤベース
２１基板
２２ｐ型半導体材料
２３ｎ型半導体材料
２４熱電材料格納場所
３１，３２アンテナ端子
５０リーダ／ライタ

Claims

熱電変換素子を備えたＲＦタグであって、
前記熱電変換素子は、平面構造を有するシート状構造体であり、
前記熱電変換素子で得られる電力が充電されるバッテリと、
前記バッテリからの電力が供給される信号処理回路と、
前記信号処理回路と外部のリーダ／ライタとの間でデータの送受信を行うためのアンテナ回路と、
を更に備えたことを特徴とする、
ＲＦタグ。