JP2019057263A

JP2019057263A - Ｉｃタグ

Info

Publication number: JP2019057263A
Application number: JP2017243023A
Authority: JP
Inventors: 誠敏中野; Masatoshi Nakano
Original assignee: KOBAYASHI, YOSHIO; NAGAO, TOSHIYUKI
Current assignee: KOBAYASHI, YOSHIO; NAGAO, TOSHIYUKI
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: JP6362759B1

Abstract

【課題】ＩＣタグのバッテリーを大容量化してＩＣタグシステムの適用範囲及び用途を拡げることを可能にするＩＣタグを提供する。【解決手段】ＩＣタグシステムＡについては、ＩＣタグ１００から送信されたデータをＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機1により非接触で受信可能になっている。このシステムに使用されるＩＣタグ１００は、ＩＣタグチップ１３０、通信アンテナ１２０及びバッテリー１４０が基板１１０に設けられている。基板１１０には、誘電体層１４２が導体層１４１，１４３により上下から挟まれた構造のキャパシタがバッテリー１４０として設けられている。導体層１４１，１４３には、その実効面積増大のために金属微粒子１４１１，１４３１が一面にわたって付着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物に固定されたＩＣタグ（ＩＤタグ）から送信されたデータをＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機により非接触で受信可能なＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグに関する。

この種のシステムに使用されるＩＣタグは、バッテリー（一次電池）を搭載したアクティブ型と、リード/ライタからの電磁波（搬送波）の電力を受けて駆動電力を生成する機能を有したパッシブ型とに大別される（アクティブ型に関しては特許文献１、パッシブ型に関しては特許文献２を参照）。

特開２００５−３１６７２４号公報特表２００６−５０３３７６号公報

しかしながら、ＲＦＩＤタグシステムのＩＣタグとしてアクティブ型、パッシブ型の何れのものを使用しても以下のような問題が指摘されている。即ち、アクティブ型のＩＣタグを用いた場合、バッテリーの点でＩＣタグの小型・薄型化や長時間使用が困難である。一方、パッシブ型のＩＣタグを用いた場合、電磁波から大きな電力を生成できないために消費電力の大きい高機能回路を搭載することが困難である。このように従来のＩＣタグにはバッテリーに関する上記欠点が内在しており、この点でシステムの適用範囲及び用途が大きく制約される結果になっているのが現状である。

本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、その主たる目的は、ＩＣタグのバッテリーを大容量化してシステムの適用範囲及び用途を拡げることが可能なＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグを提供することにある。

本発明に係るＩＣタグは、対象物に固定されたＩＣタグから送信されたデータをＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機により非接触で受信可能なＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグであって、少なくともＩＣタグチップ、通信アンテナ及びバッテリーが基板に設けられており、前記基板には、誘電体層が導体層により上下から挟まれた構造のキャパシタが前記バッテリーとして設けられている。

このようなＩＣタグによる場合、ＩＣタグチップ等を搭載するための基板内にバッテリーが設けられた構造になっていることから、ＩＣタグ自体の小型薄型化を図ることが容易となる。しかもバッテリーとしてキャパシタンスを用いたことから、電極間隔を小さくする等によりバッテリーの大容量化を容易に行うことが可能となる。よって、従来のＩＣタグに内在していた欠点が解消され、これに伴ってシステムの適用範囲及び用途を大きく拡げることが可能になる。

好ましくは、前記キャパシタを構成する導体層には、その実効面積増大のために金属微粒子が一面にわたって付着された構成にすると良い。

上記した構成のＩＣタグによる場合、キャパシタの電極面積の増大によりバッテリーの一層の大容量化を図ることが可能となる。

好ましくは、前記通信アンテナは、べタグラウンドを有したバッチアンテナであって、前記べタグラウンドが前記導体層の一方と共通にされた構成にすると良い。

上記した構成のＩＣタグによる場合、基板の内部構造がシンプルになり、これに伴ってＩＣタグ自体の低コスト化を図ることが可能になる。

（ａ）はＩＣタグシステムの概略構成図である。（ｂ）は同ＩＣタグシステムを構成するＩＣタグの構成図である。（ａ）は同ＩＣタグシステムを構成するＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機の概略構成図である。（ｂ）は同機のＩＣタグ用通信アンテナの平面図である。同ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機内のＩＣタグリーダーの取り付け位置を示す説明図である。同ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機の変形例を説明するための図であって、同機によってＷｅｂサイトにアクセスする状態を示した説明図である。

以下、本発明に係るＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグの実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。ここに例として挙げるＩＣタグシステムＡは、図１（ａ）に示されているように、輸送品等の物品２００に固定されたＩＣタグ１００と、ＩＣタグ１００から送信された物品輸送情報等に関するデータを非接触で受信可能なＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１とを備えている。ここではＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１として折り畳み式の携帯電話機を想定しているが、スマートフォン、ｉＰａｄ（登録商標）又はタブレットコンピュータ等の携帯型無線端末機に置き替えても良い。

ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１については、情報端末機本体５にＩＣタグリーダー４が内蔵された構成になっている。ＩＣタグリーダー４は、ＩＣタグ用通信アンテナ３の読取機能等を有したＩＣタグリーダーチップ２と、ＩＣタグリーダーチップ２に接続されるＩＣタグ用通信アンテナ３とを備え、ISO/IEC15963及びISO/IEC14443に準拠したものを用いている

ＩＣタグリーダー４については、図２（ａ）に示されているように、情報端末機本体５内のバッテリー及び電源回路(電源)により電源が供給され、情報端末機本体５内に搭載されるＩＣタグ専用読取りアプリケーション(情報端末機本体５にインストールされたＩＣタグリーダー用ソフトウエア)により作動し、これによりＩＣタグ用通信アンテナ３にて受信されたＩＣタグ１００のデータを読み取り、その読取結果を情報端末機本体５のディスプレイ７(表示部)に表示するように構成されている。

ここでは図３に示されているように、ＩＣタグリーダー４を情報端末機本体５の折り畳み時に於ける前面部６、具体的にはサブディスプレイの部位に取り付けている。なお、サブディスプレイ部分を取外して、ＩＣタグリーダー４を取り付ける形態でもかまわない。

ＩＣタグ用通信アンテナ３については、ここでは、図２（ｂ）に示すように２ｃｍ×２ｃｍ程度のアンテナ径のものが使用される。

ＩＣタグ１００については、図１（ｂ）に示されているように、ＩＣタグチップ１３０、通信アンテナ１２０及びバッテリー１４０が基板１１０に設けられている。ＩＣタグチップ１３０の通信出力ラインには通信アンテナ１２０が接続され、ＩＣタグチップ１３０の電源ラインにはバッテリー１４０が接続される。即ち、ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１等から送信された電波を通信アンテナ１２０にて受信する一方、その受信電力をＩＣタグチップ１３０により整流化等してバッテリー１４０に出力する。ＩＣタグチップ１３０はバッテリー１４０から出力された直流電圧により駆動可能になっている。ここではセミアクティブ型のものを用いているが、パッシブ型又はアクティブ型のものを用いても良い。なお、バッテリー１４０については、パッシブ型の場合、電力用コンデンサに相当し、アクティブ型の場合、駆動電池に相当することになる。

基板１１０については、ここでは素材がシリコン単結晶等である多層基板を用いている。その最上層の上面の中央部に通信アンテナ１２０の導体部１２１がパターン形成され、その周りにＩＣタグチップ１３０が実装されている。基板１１０の内部には、図１（ｂ）中の部分拡大断面図に示されているように、チタン酸バリウム等の誘電体層１４２が銅等の導体層１４１，１４３により上下から挟まれた構造のキャパシタがバッテリー１４０として設けられている。

通信アンテナ１２０については、ここではべタグラウンドを有したバッチアンテナを用いており、上記べタグラウンドが導体層１４１と共通にされている。即ち、導体層１４１の全面が上記べタグラウンドになっており、導体部１２１と導体層１４１により上記バッチアンテナが構成されている。アンテナ周波数については、13.56MHz、860〜960 MHz又は2.4GHz等を想定しているが、これより低い周波数帯、例えば125kHz等についてはバッチアンテナではなくスパイラルアンテナ等を用いると良い。

導体層１４１の下面、導体層１４３の上面には、キャパシタの電極としての実効面積増大のために金属微粒子１４１１、１４３１が一面にわたって各々付着されている。一方、導体層１４１の上面、導体層１４３の下面には、基板１１０を構成するシリコン単結晶等との反応を防ぐために、ＺｒＯ_２等のバッファ層１４１２、１４３２が各々形成されている。

金属微粒子１４１１等については、粒子径が200〜2000nm程度で且つ導体層１４１等と同一材料の金属粒子であって、スパッタリング等により導体層１４１等の表面に粒子径を制御しながら成形している。粒子の積層数は５層程度で成形され、1μm〜2μm程度の厚みに複合積層される（図１（ｂ）は１層の例を模式的に示している。）。この場合、キャパシタの電極の実効面積を数百倍に増大させることが可能になる。加えて、誘電体層１４２を高誘電率系の素材に変更したり、導体層１４１と導体層１４３との間の電極間隔を小さくすれば、バッテリー１４０の電気エネルギーの蓄積量を一層増大させることが可能になる。

なお、金属微粒子１４１１の材質を導体層１４１等とは異なるもの、
例えば、鉄コバルト合金等の軟磁性材料又はマンガン酸化物のようにコロッサル効果（超巨大磁気抵抗効果）により磁性抵抗が常温で極めて高い材料を選定してもよい。この場合、磁界の集電効果によりバッテリー１４０の電気エネルギーの蓄積量をさらに増大させることが可能になる。

上記のように構成されたＩＣタグ１００による場合、ＩＣタグチップ１３０等を搭載するための基板１１０内にバッテリー１４０が設けられた構造になっていることから、ＩＣタグ自体の小型薄型化を図ることが容易となる。しかもバッテリー１４０としてキャパシタを用い、その電極面積増大等により一層の大容量化を図ることが可能となった。それ故、従来のＩＣタグに内在していた欠点が解消され、これに伴ってシステムの適用範囲及び用途を大きく拡げることが可能になった。

このようなＩＣタグシステムＡに使用されるＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１については、本来の電話通信機能に加えてＩＣタグ１００の読取機能を有している。即ち、情報端末機本体５をオンにすると、ＩＣタグリーダー４が通電され、情報端末機本体５のキー操作によってＩＣタグ専用読取りアプリケーションが起動される。この状態で、物品２００に固定されたＩＣタグ１００にＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１を、例えば、数ｍｍ乃至２ｃｍ程度近づけると、ＩＣタグ１００から送信された物品輸送情報等に関するデータがＩＣタグリーダー４により読み取られ、読み取られたデータがディスプレイ７に表示出力される。

このようにＩＣタグ１００のリーダライタを用いることなく自己が保有する携帯電話機を用いてＩＣタグ１００の読み取りが可能となる。ＩＣタグ１００の読取り操作が容易になり、この面で使い勝手が良好になる。しかもＩＣタグリーダー４において、情報端末機本体５の有する機能（電源供給、ソフトウエア処理及びデータ表示出力）を十分に活用してＩＣタグ１００の読取機能を実現したことから、ＩＣタグリーダー４の構成が簡素化され、ひいてはＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１の低コスト化を図ることが可能になる。

次にＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１の変形例について図４を参照して説明する。具体的には上記ＩＣタグ専用読取りアプリケーションを一部設計変更することにより、ＩＣタグリーダー４がＩＣタグ１００から読み取ったデータにＷｅｂサイトアクセス情報が含まれているときは、その情報に基づきＷｅｂサイト４００にアクセス自在にする。

よって、ＩＣタグ１００から読み取られたデータにＷｅｂサイトアクセス情報が含まれているときは、そのＷｅｂサイト４００にアクセスされ、Ｗｅｂサイト４００から発信された情報がディスプレイ７に表示出力される。この状態で、情報端末機本体５の操作入力を通じて、Ｗｅｂサイト４００に向けて情報発信が可能になる。これに伴って、物品２００に関係した作業効率が高くなり非常に便利になる。

なお、本発明に係るＩＣタグについては、上記実施形態に限定されない。例えば、ＩＣタグチップ又は通信アンテナを基板の内部に設けたり、バッテリーとしてのキャパシタを複数設けて、これらを直列／並列接続する形態に設計変更しても良い。ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機に関しては、ＩＣタグのリーダライタの専用機に上記と同様に適用してもかまわない。

ＡＩＣタグシステム
１ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機
４ＩＣタグリーダー
２ＩＣタグリーダーチップ
３ＩＣタグ用通信アンテナ
５情報端末機本体
７ディスプレイ（表示部）
１００ＩＣタグ
１１０基板
１２０通信アンテナ
１３０ＩＣタグチップ
１４０バッテリー（キャパシタ）
１４１導体層（べタグラウンド）
１４２誘電体層
１４３導体層
１４１１，１４３１金属粒子

本発明は、非接触でデータ送信可能なＩＣタグに関する。

ＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグ（ＩＤタグ）は、バッテリー（一次電池）を搭載したアクティブ型と、リード/ライタからの電磁波（搬送波）の電力を受けて駆動電力を生成する機能を有したパッシブ型とに大別される（アクティブ型に関しては特許文献１、パッシブ型に関しては特許文献２を参照）。

本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、その主たる目的は、バッテリーを大容量化してシステムの適用範囲及び用途を拡げることが可能なＩＣタグを提供することにある。

本発明に係るＩＣタグは、非接触でデータ送信可能なＩＣタグであって、少なくともＩＣタグチップ、通信アンテナを基板に設け、かつバッテリーが基板内部に設けられており、前記基板内部には、誘電体層が導体層により上下から挟まれた構造のキャパシタが前記バッテリーとして設けられており、前記通信アンテナは、べタグラウンドを有したバッチアンテナであって、前記べタグラウンドが前記導体層の一方と共通されている。

このようなＩＣタグによる場合、ＩＣタグチップ等を搭載するための基板内にバッテリーが設けられた構造になっていることから、ＩＣタグ自体の小型薄型化を図ることが容易となる。しかもバッテリーとしてキャパシタを用いたことから、電極間隔を小さくする等によりバッテリーの大容量化を容易に行うことが可能となる。よって、従来のＩＣタグに内在していた欠点が解消され、これに伴ってシステムの適用範囲及び用途を大きく拡げることが可能になる。また、基板の内部構造がシンプルになるに伴ってＩＣタグ自体の低コスト化を図ることも可能になる。

以下、本発明に係るＩＣタグの実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。ここに例として挙げるＩＣタグシステムＡは、図１（ａ）に示されているように、輸送品等の物品２００に固定されたＩＣタグ１００と、ＩＣタグ１００から送信された物品輸送情報等に関するデータを非接触で受信可能なＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１とを備えている。ここではＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１として折り畳み式の携帯電話機を想定しているが、スマートフォン、ｉＰａｄ（登録商標）又はタブレットコンピュータ等の携帯型無線端末機に置き替えても良い。

なお、金属微粒子１４１１の材質を導体層１４１等とは異なるもの、例えば、鉄コバルト合金等の軟磁性材料又はマンガン酸化物のようにコロッサル効果（超巨大磁気抵抗効果）により磁性抵抗が常温で極めて高い材料を選定してもよい。この場合、磁界の集電効果によりバッテリー１４０の電気エネルギーの蓄積量をさらに増大させることが可能になる。

Claims

対象物に固定されたＩＣタグから送信されたデータをＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機により非接触で受信可能なＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグにおいて、少なくともＩＣタグチップ、通信アンテナ及びバッテリーが基板に設けられており、前記基板には、誘電体層が導体層により上下から挟まれた構造のキャパシタが前記バッテリーとして設けられていることを特徴とするＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグ。
請求項１記載のＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグにおいて、前記キャパシタを構成する導体層には、その実効面積増大のために金属微粒子が一面にわたって付着されていることを特徴とするＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグ。
請求項１又は２記載のＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグにおいて、前記通信アンテナは、べタグラウンドを有したバッチアンテナであって、前記べタグラウンドが前記導体層の一方と共通にされていることを特徴とするＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグ。