JP3595268B2 - Communication device, mounting structure thereof, and information reading method of communication device - Google Patents

Communication device, mounting structure thereof, and information reading method of communication device Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナコイルを使用して電磁波で通信を行う通信装置及びその取付構造及び通信装置の情報読出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電磁波による通信装置として、アンテナコイルと制御装置を有するRFIDタグや非接触式ICカード、及びそれ等との間で通信を行うリーダライタ装置(読取装置或いは読取書込装置)等が有る。
【0003】
例えば、RFIDタグは物品の管理等の用途に使用され、ICカードは通行券、定期券、或いはキャッシュカード等に使用されている。
【0004】
通信に使用される電磁波は互いに90度の異なる電界波と磁界波からなる。電磁波による通信は、この磁界成分を構成する磁束がアンテナコイルを鎖交することによって誘起する起電力(または電流)を利用して行う。
【0005】
電磁波による通信距離は、通信可能な磁束密度レベルを保持する磁界の領域内に、送信側と受信側のアンテナコイルが共に存在する必要がある。この通信可能な磁界領域の大きさ、即ち、通信距離は送信側のパワーレベルに依存するが、同一パワーであればアンテナコイルの指向性が大きく影響する。
【0006】
例えば、RFIDタグを金属面に取り付ける場合、タグ送受信用の電磁波によって生成する交流磁界により金属内に渦電流が発生する。この渦電流は送受信用の磁束に反発する磁束を生成し、それによって送受信用の磁束が減衰し、送受信が困難になることが多い。このような原磁束を減衰させる材料を、以下「導電性材料」という。
【0007】
そこで、導電性材料で作られた部材にRFIDタグを取り付ける場合、RFIDタグと導電性部材の取付面の間に磁性体を配置し、そこへ送受信用磁束を通すことによって導電性部材に磁束が入り込んで渦電流の発生を抑制する方法が知られている。
【0008】
そして、この磁性体として、より透磁率の高いシート状のアモルファス磁性体(以下、「シート状磁性体」という)を使用することによりスペースをあまり増加させることなく薄いシートでも磁束を効率よくバイパスさせるという方法も提案されている(特開平8-79127号公報)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例では、RFIDタグの送受信アンテナコイルの全面に亘ってシート状磁性体を配置していた。ところが、本発明者等が種々研究した結果、アンテナコイルの全面にシート状磁性体を配置した場合、RFIDタグに対する外部からの送受信感度は、それを配置しない場合よりは多少は改善されても実用上それ程変化はなく、場合によってはシート状磁性体を経る磁束の閉ループを生成し、それによって、かえって感度が低下することが判明した。
【0010】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、通信装置のアンテナコイルに形成される磁束発生部位から該アンテナコイルの外側に延長して高透磁率のシート状磁性体を配置することで通信装置が金属等の導電性部材に近接して取り付けられる場合であっても導電性部材による磁束の減衰を大幅に抑制して通信可能距離を伸ばすことが出来る通信装置及びその取付構造及び通信装置の情報読出方法を提供せんとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
通信装置に使用されるアンテナコイルには同心円盤状(空心の円形コイル)と、棒状の磁性体コアに導体を螺旋状に巻回したシリンダ状があるが、本発明者等の研究及び実験によれば、何れにおいても、その磁束発生部位(アンテナコイルに電流を流した時、アンペアの法則により磁束を発生する主要な部分)から該アンテナコイルの外側に延長して高透磁率を有するシート状の磁性体(以下、単に「シート状磁性体」という)を配置することにより、その延長方向における指向性が高くなり、通信距離が伸びることが判明した。
【0012】
そして、その延長方向における通信可能な磁束領域はシート状磁性体を延長しない場合よりも拡大する。
【0013】
例えば、同心円盤状のアンテナコイルの場合は、アンテナコイルの径中心と、該アンテナコイルの内周部との中間付近に磁束発生部位が存在し、磁束はその磁束発生部位を通ってアンテナコイルの導線の周りに比較的高い密度のループを形成する。
【0014】
尚、磁束発生部位は点ではなく、アンテナコイルの径中心と、該アンテナコイルの内周部の中間点を中心とする比較的狭い領域として存在する。そこで、同心円盤状のアンテナコイルにおける特定の面方向(半径方向)外側に指向性を高めたい時には、その磁束発生部位から指向性を高めたい面方向に、例えば、扇形状や方形状等に形成した高透磁率を有するシート状磁性体を延長して配置する。
【0015】
すると、磁束発生部位からの磁束のかなりの部分が高透磁率のシート状磁性体により面方向(半径方向)に導かれ、結果として、その面方向外側における通信可能な磁束領域が拡大される。尚、磁束は広がる特性を有するので延長した面方向外側を中心として三次元的に通信可能な磁束領域が拡大する。
【0016】
一方、磁束発生部位よりもアンテナコイルの内側、例えば、アンテナコイルの径中心に向かう方向へも同時にシート状磁性体を延長すると、その延長距離に比例して通信可能な磁束領域が次第に減少する傾向を示し、アンテナコイルの径中心まで延長すると、シート状磁性体を配置しない場合よりもかえって減少することが実験により判明した。
【0017】
尚、同心円盤状のアンテナコイルの面方向両側にシート状磁性体を延長すると、該シート状磁性体の効果は相殺されてしまうので好ましくない。
【0018】
従って、同心円盤状のアンテナコイルに配置するシート状磁性体は磁束発生部位よりも面方向外側の一方に延長することが好ましく、同時にアンテナコイルの径中心方向内側に延長する時は比較的小さな距離に留めるべきである。
【0019】
シリンダ状のアンテナコイルの場合は、コアの先端部付近に磁束発生部位が存在し、磁束は、その磁束発生部位から軸方向に出て反対側の先端部に向かうループを形成する。
【0020】
そこで、シリンダ状のアンテナコイルにおける軸方向外側の指向性を高めたい時には、その磁束発生部位から軸方向外側にシート状磁性体を延長する。すると、磁束発生部位からの磁束のかなりの部分が高透磁率のシート状磁性体により軸方向外側に導かれ、結果として、その軸方向における通信可能な磁束領域が拡大される。
【0021】
尚、この場合も延長した軸方向を中心として三次元的に通信可能な磁束領域が拡大する。また、このように構成すると、磁束のループが大きくなるので、結果として反対側の先端部から軸方向外側における通信可能な磁束領域も略同じ大きさで拡大される現象が起こる。
【0022】
尚、シート状磁性体を磁束発生部位から軸中心方向にも同時に延長すると、通信可能な磁束領域は次第に減少し、軸方向中心点を超えると急激に減少する。従って、シリンダ状アンテナコイルに配置するシート状磁性体は、磁束発生部位から軸方向外側に延長することが好ましく、同時に軸中心方向に延長する場合は比較的短い距離に留めるべきである。
【0023】
本発明では、高透磁率のシート状磁性体を使用する。ここで、高透磁率とは、鉄や一般の磁気コアより高い透磁率を有する場合を指し、例えば、一般の磁気コアの透磁率は、フェライトの場合で比透磁率が数百であるが、本発明に使用する磁性体は比透磁率が1万以上の高い透磁率を有するものを使用する。尚、比透磁率は磁性体の透磁率と真空の透磁率との比である。
【0024】
このような高透磁率磁性体として、シート状に形成したアモルファス磁性体を使用することが好ましい。アモルファス磁性体の透磁率は一般に比透磁率が1万乃至10万程度の範囲にある。
【0025】
高透磁率の磁性体を使用することにより、例えば通信装置であるRFIDタグが金属等の導電性部材に近接して取り付けられる場合でも、導電性部材に吸収される磁束を高透磁率の磁性体に効果的に導くことが出来るので、通信に利用出来る磁束の減少を大幅に抑制出来る。
【0026】
また、高透磁率の磁性体として代表的なものはアモルファス磁性体であるが、アモルファス磁性体の単位重量当たりの価格は現状では非常に高い。従って、アモルファス磁性体をシート状とすることで、少ない材料でも通信距離の拡大効果が高く、コスト的にも極めて有利である。
【0027】
また、アモルファス磁性体などのシート状磁性体は、例えば10μm〜50μm程度の厚さとすることにより、可撓性と実用上の強度の両者を満たすシートに形成できる。通信装置の一例であるRFIDタグ等は狭い場所に配置することも多く、そのようなときに可撓性を有するシート状磁性体を使用すると、変形可能なので湾曲させたりして容易にアンテナコイルに接近して配置することが出来る。
【0028】
また、シート状であるため重量増加が極めて少なく、軽量化を図ることが出来るため携帯用の通信装置等に使用される場合でも好ましい。
【0029】
そして、前記目的を達成するための本発明に係る通信装置は、アンテナコイルを使用して電磁波で通信を行う通信装置において、前記アンテナコイルが同心円盤状に形成され、該アンテナコイルの径中心と該アンテナコイルの内周部との中間に形成される磁束発生部位から該アンテナコイルの外側に延長して高透磁率のシート状磁性体が配置されたことを特徴とする。
【0030】
本発明は、上述の如く構成したので、アンテナコイルに形成される磁束発生部位から該アンテナコイルの外側に延長して配置された高透磁率のシート状磁性体により通信に利用出来る磁束の減少を大幅に抑制出来る。
【0031】
また、前記高透磁率のシート状磁性体がシート状のアモルファス磁性体である場合には好ましい。
【0032】
また、前記通信装置が前記アンテナコイル及び制御部を有するRFIDタグ若しくはそのリーダライタ装置、または前記アンテナコイル及び制御部を有するICカードであれば好ましい。
【0033】
また、前記RFIDタグは少なくとも2つに分割される導電性材料で作られた容器内に収容され、該容器を構成する分割体の境界面及び/または該分割体の少なくとも一方に磁束漏洩路が形成された場合には好ましい。
【0034】
また、本発明に係る通信装置の取付構造は、前述の通信装置であるRFIDタグが導電性材料で作られた取付部材に取り付けられ、RFIDタグの少なくとも表面が保護体で覆われたことを特徴とする。
【0035】
上記構成によれば、RFIDタグが保護体により覆われて保護され、導電性材料で作られた取付部材に取り付けられたとしてもアンテナコイルに形成される磁束発生部位から該アンテナコイルの外側に延長して配置された高透磁率のシート状磁性体により通信に利用出来る磁束の減少を大幅に抑制出来る。
【0036】
また、前記保護体が導電性材料で作られ、該保護体と前記取付部材との間及び/または前記保護体の一部に磁束漏洩路が形成された場合には、外部からの応力や衝撃に対して一層強いものとなり、且つ磁束漏洩路を介して電磁波が漏洩し、RFIDタグと外部のリーダライタ装置との間で電力送電媒体及び情報通信媒体である交流磁界を相互に送受信することが出来る。
【0037】
また、前記RFIDタグが導電性材料で作られた取付部材に取り付けられ、該取付部材が開閉機構で開閉自在とされており、その開閉面に磁束漏洩路が形成された場合には、取付部材の開閉面に形成された磁束漏洩路を介して電磁波が漏洩し、RFIDタグと外部のリーダライタ装置との間で電力送電媒体及び情報通信媒体である交流磁界を相互に送受信することが出来る。
【0038】
また、本発明に係る通信装置の情報読出方法によれば、前記通信装置における記憶装置に記憶された情報を磁束により外部から読み出すことが出来る。
【0039】
また、前記通信装置は導電性材料で作られた取付部材に取り付けたRFIDタグであり、該取付部材に形成された磁束漏洩路から漏洩する磁束を利用して、その情報を読み出す場合には取付部材に形成された磁束漏洩路を介して漏洩した電磁波により前記通信装置における記憶装置に記憶された情報を磁束により外部から読み出すことが出来る。
【0040】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る通信装置及びその取付構造及び通信装置の情報読出方法の一実施形態を具体的に説明する。図1及び図2は本発明に係る通信装置の一例であり、同心円盤状のアンテナコイルを有するRFIDタグにシート状磁性体を設けた様子を示す平面説明図及び断面説明図、図3は同心円盤状のアンテナコイルを有するRFIDタグの構成及び該アンテナコイルに発生する磁界の様子を示す図、図4はRFIDタグの制御系の構成を示すブロック図である。
【0041】
図5は本発明に係る通信装置の同心円盤状のアンテナコイルにより発生する磁束による電界特性であってシート状磁性体が有る場合と無い場合の比較を示す図、図6は電磁界を測定した実験装置の概略構成を示す図、図7は図2に示すRFIDタグにおけるアンテナコイル面方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)の実験結果を示す図である。
【0042】
また、図8はシート状磁性体の幅(角度)とアンテナコイル面方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)との関係を実験結果により示す図、図9はシート状磁性体の延長長さ(外径)とアンテナコイル面方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)との関係を実験結果により示す図である。
【0043】
また、図10〜図12は通信装置の参考例であり、シリンダ状のアンテナコイルを有するRFIDタグにシート状磁性体を設けた様子を示す断面説明図、図13はシリンダ状のアンテナコイルを有するRFIDタグの構成及び該アンテナコイルに発生する磁界の様子を示す図である。
【0044】
また、図14は通信装置のシリンダ状のアンテナコイルにより発生する磁束による電界特性を示す図、図15は図11に示すRFIDタグにおけるアンテナコイル軸方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)の実験結果を示す図である。
【0045】
また、図16は図15に示すシート状磁性体を磁束発生部位からシリンダ状アンテナコイルの軸方向中心側にも同時に延長した際の延長長さとアンテナコイル軸方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)との関係を実験結果により示す図である。
【0046】
また、図17〜図20は導電性材料で作られた取付部材に本発明に係る通信装置を取り付けた各種の取付構造を示す断面説明図、図21は本発明に係る通信装置が導電性材料で作られた開閉自在の取付部材に設けられた様子を示す側面説明図、図22は積み重ねた導電性部材の間に本発明に係る通信装置を配置した様子を示す側面説明図である。
【0047】
また、図23〜図25はシリンダ状のアンテナコイルを有する通信装置を導電性材料で作られた取付部材の穴に斜めに配置した各種の取付構造を示す断面説明図である。
【0048】
先ず、図1〜図4を用いて、通信装置の一例として、同心円盤状のアンテナコイル2aを有するRFIDタグ1aの構成について説明する。本実施形態で好適に採用されるRFIDタグ1aは、電磁結合方式、電磁誘導方式のRFIDタグであり、本実施形態では、電磁誘導方式のRFIDタグを用いた場合の一実施形態について以下に説明する。
【0049】
図1〜図3に示すRFIDタグ1aは、アンテナコイル2aを使用して電磁波で通信を行う通信装置の一例であって、同心円盤状のアンテナコイル2aと、制御部となる半導体ICチップ4とがプリント回路基板等を介さずに直結して構成されており、これによりRFIDタグ1aの小型化を実現している。
【0050】
半導体ICチップ4はIC(半導体集積回路)チップやLSI(半導体大規模集積回路)チップ等の一体的にパッケージされて構成されたものであり、該半導体ICチップ4の内部には、図4に示すように、制御部となるCPU4a、記憶部となるメモリ4b、送受信機4c及び蓄電手段となるコンデンサ4dが設けられている。
【0051】
図示しない外部のリーダライタ装置から発信された信号は、送受信機4cを介してCPU4aに伝達され、電力はコンデンサ4dに蓄電される。尚、蓄電手段となるコンデンサ4dが無く、外部のリーダライタ装置から連続的に半導体ICチップ4に電力が供給されるものでも良い。
【0052】
CPU4aは中央演算処理装置であり、メモリ4bに格納されたプログラムや各種データを読み出し、必要な演算や判断を行い、各種制御を行うものである。
【0053】
メモリ4bにはCPU4aが動作するための各種プログラムや電磁誘導タグ1aが設置された物品の各種固有情報が記憶されている。
【0054】
また、図3に示す同心円盤状のアンテナコイル2aの一例としては、直径30μm程度の銅線が単線巻きで径方向に多重層をなして同心円盤状に巻かれており、そのアンテナコイル2aのインダクタンスは9.5mH(周波数125kHz)程度で、該アンテナコイル2aに共振用に別途接続されたコンデンサの静電容量は170pF(周波数125kHz)程度であった。
【0055】
本実施形態のRFIDタグ1aは、無線周波が1波の振幅偏移変調(ASK;Amplitude Shift Keying)の無線通信方式を使い、共振周波数帯域も広い、線径も数十ミクロンの空心のアンテナコイル2aで特殊な送受信回路を組み込んだ消費電力の非常に少ないCMOS−ICを使ったRFIDタグ1aを採用した。
【0056】
従来、電磁誘導方式、電磁結合方式のRFIDタグは、内部に埋設されたアンテナコイルを貫く磁界の変化により電力の受電及び信号の送受信を可能にするものであるためRFIDタグの設置場所付近にRFIDタグの通信や電力搬送を行う際に生じる磁界により渦電流を発生して通信に影響を及ぼす磁性体や金属等の導電性部材が存在すると、その導電性部材の影響によって磁界が減衰して利用出来なくなるという固定観念があったためにRFIDタグの近辺から磁性体や金属物品を排除するのが常識であり、金属容器や金属物品にRFIDタグを取り付けようとする試みはこれまでなされていなかった。
【0057】
そこで、本発明者等は、金属や磁性体等の導電性部材へのRFIDタグの有効利用を目的として、RFIDタグの設置場所付近に導電性部材が存在すると、該導電性部材の影響によって磁界が減衰して使用出来なくなるという従来の固定観念を排除して、導電性部材により囲まれていてもRFIDタグを収容する容器の蓋等の僅かな隙間があれば外部との電磁波交信が可能であることを実験的に見い出し、これによりRFIDタグの保全を確保しつつ該RFIDタグの有効利用を実現させたものである。
【0058】
RFIDタグでは外部のリーダライタ装置から送信された交流磁界をRFIDタグに内蔵されたアンテナコイルの共振周波数により受信する。その際に従来のRFIDタグは、通信距離を伸ばすために周波数偏移変調(FSK;Frequency Shift Keying)方式で無線周波は、例えば、125kHzと117kHzの2波を使用し、尚且つ受信電力を増やすためアンテナコイルにフェライトコアを使い、コイルの線径を太くして複数巻きにして通信距離を伸ばす方式が一般的であった。
【0059】
無線周波を2波使う周波数偏移変調(FSK)方式は、金属や磁性体等の導電性部材が近づくと受信周波数がずれて受信電力が低下すると共に通信エラーが発生して通信が出来なくなり通信距離が極端に低下し、実用上、使用不可能になるためRFIDタグは、金属や磁性体等の導電性部材に取り付けて使用することは不可能であるとの固定観念が支配的であった。
【0060】
しかしながら、最近では無線周波は、1波の振幅偏移変調(ASK)の無線通信方式を使い、共振周波数帯域も広い、線径も数十ミクロンの空心アンテナコイルで特殊な送受信回路を組み込んだ消費電力の非常に少ないCMOS−ICを使ったRFIDタグが提案された。
【0061】
このRFIDタグは金属や磁性体等の導電性部材が近くにあっても振幅偏移変調(ASK)の無線通信方式を使い、FSKに比べて共振周波数帯域が広いため、周波数がずれても受信電力は低下せず、無線通信も殆んど影響を受けないことが本発明者等が行った実験結果により判明した。
【0062】
更に、本発明者等が行った実験結果によれば、磁界は狭い隙間であっても回析現象により狭い隙間から伝搬することが判明したものであり、導電性部材に囲まれた場合であっても、分割された導電性部材同士の接合面やネジ部等の接触面、或いはスリットや切り欠きや穴等の物理的な僅かな隙間である磁束漏洩路を実用的なレベルで送受信可能な量の磁束が漏洩し得るように形成し、それを検証することでRFIDタグと外部のリーダライタ装置との間で電力送電媒体及び情報通信媒体である交流磁界を相互に送受信することが出来ることを見い出したものである。
【0063】
図1では、同心円盤状のアンテナコイル2aの下側に高透磁率のシート状磁性体となるシート状のアモルファス磁性体シート5を配置し、アンテナコイル2aを含むRFIDタグ1aと、アモルファス磁性体シート5を一体的に樹脂6により封止したものである。
【0064】
また、図2では、アンテナコイル2aを含むRFIDタグ1aが樹脂6により封止されており、その樹脂6からなるケースの下側にアモルファス磁性体シート5を配置したものである。
【0065】
図5は同心円盤状のアンテナコイル2aを有するRFIDタグ1aに図6に示す測定方法により外部から電磁波(磁束)を与えた時、RFIDタグ1aの各部に誘起する電界特性(磁束密度特性)を測定したものであり、図5の実線で示す曲線aはアモルファス磁性体シート5を配置しない場合の電界特性、破線で示す曲線bはアモルファス磁性体シート5を配置した場合の電界特性である。
【0066】
尚、曲線bでは、アンテナコイル2aの径中心oを中心に図5の左側はアンテナコイル2aの左側にアモルファス磁性体シート5を配置した場合であり、図5の右側はアンテナコイル2aの右側にアモルファス磁性体シート5を配置した場合の総合的な電界特性を便宜的に示したものである。実際には図5の左右何れか一方の曲線bが現れる。
【0067】
図5に示すように、アモルファス磁性体シート5をアンテナコイル2aの磁束発生部位Aから該アンテナコイル2aの外側に延長して配置した場合には電界特性のピーク値が高くなり、感度が高くなったことを示す。
【0068】
同心円盤状のアンテナコイル2aでは、径中心oとアンテナコイル2aの内周部2a1との略中間位置に電界特性のピーク値が現れる磁束発生部位Aが存在し、アモルファス磁性体シート5は、その磁束発生部位Aからアンテナコイル2aの外側に延長して配置される。
【0069】
尚、図5の曲線a,bに示すように、アモルファス磁性体シート5の有無に関わらず磁束発生部位Aは移動しない。
【0070】
電界特性の測定装置は、図6に示すように、測定ステージ7上に、ソギマット(Sokymat)社製のWorld Disk Tagシリーズの同心円盤状のアンテナコイル2aを配置し、該アンテナコイル2aの両端部にSSG発振器(KENWOOD FG-273 Ser.7020087)9を電気的に接続して、周波数125kHz、12Vpp(ピークからピークまでの電圧振幅値が12V)の正弦波出力を付与した。
【0071】
アンテナコイル2aにより周囲に発生する電界強度を測定する手段として、ピックアップコイル8を採用する。ピックアップコイル8は1mHの開磁型インダクタと、1591pFの同調用セラミックコンデンサにより125kHzに同調したものを採用した。
【0072】
そして、ピックアップコイル8の両端にオシロスコープ(SONY-Tektronix TDS34OAP Ser.J300635)10 のプローブを電気的に接続して、該ピックアップコイル8を測定ステージ7上でX−Y平面、X−Z平面に沿ってアンテナコイル2aの径中心oからの同心円上で5mm毎にプロットしてピックアップコイル8に誘起された電圧値のピークからピークまでの電圧振幅値を測定した。
【0073】
図5は同心円盤状のアンテナコイル2aを有するRFIDタグ1aにおける各位置に対する実測した電界特性であり、該電界はピーク電圧で測定されるが、電界はその部分に発生する磁束に比例し、アンテナコイル2aの径中心oと該アンテナコイル2aの内周部2a1との中間点に磁束発生部位Aが存在する。
【0074】
ここで、アモルファス磁性体シート5は、アモルファス合金をシート状に形成したものであり、この非晶質合金は一般に超急冷法により靱性のある箔体に形成される。アモルファス磁性体シート5の特徴としては透磁率が高い、保磁力が小さい、鉄損が小さく、ヒステリシス損失、渦電流損失が少ない、磁歪を広い範囲で制御出来る、電気抵抗率が高く温度変化が小さい、熱膨張係数や剛性率の温度係数が小さいこと等がある。
【0075】
また、このアモルファス合金はフレーク状に形成することが出来る。このフレーク状に形成されたアモルファス合金は、例えば、株式会社リケン製のアモリシックシート(商品名)のようにシート状に形成される。
【0076】
即ち、このアモリシックシートは高透磁率コバルトアモルファス合金の笹の葉状フレークを絶縁フィルムに均一に分散し、サンドイッチ状に固定したシートである。
【0077】
また、フレーク状のアモルファス磁性体を散布した状態で、これをシート状に成形することにより構成した磁性保護シートを使用することでも良い。
【0078】
アモルファス磁性体シート5は、図1及び図2に示すように、扇形状に形成され、磁束発生部位Aから該アンテナコイル2aの外側に延長して配置される。扇形の角度θは90度程度が好ましく、実用上、好ましい範囲は60度〜180度である。
【0079】
図7は図示しない導電性材料となるステンレス板上に図2に示す扇形の角度θが90度のアモルファス磁性体シート5を同心円盤状のアンテナコイル2aの下側に配置し、該アモルファス磁性体シート5上に樹脂6により封止されたRFIDタグ1aを載置した時のRFIDタグ1aにおけるアンテナコイル2aの面方向(図2(b)の左右方向)の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離Lmax)を測定した結果である。
【0080】
図7において、同心円盤状アンテナコイル2aの外径の直径が25mm、内径の直径が20mmで、アモルファス磁性体シート5の扇形状の外径の直径が80mm、内径の直径が10mm、アモルファス磁性体シート5の厚さは30μmで、最大透磁率μが800000のFe−Ni−Mo−B−S系の米国のアライドシグナル社製のアモルファス磁性体シートを採用した。
【0081】
図7において、アモルファス磁性体シート5の扇形の外郭形状に近似して、その外側に通信可能な磁束領域Bが現れ、アンテナコイル2aの径中心oからアモルファス磁性体シート5方向の延長線上の最大点Bで通信可能最大距離Lmaxは50mmであった。
【0082】
尚、同じ条件でアモルファス磁性体シート5が無くステンレス板上にアンテナコイル2aを載置した状態での通信可能最大距離Lmaxは27mmであり、アモルファス磁性体シート5をアンテナコイル2aのコイル面全域に亘って配置し、ステンレス板上に載置した状態での通信可能最大距離Lmaxは25mmであり、ドーナツ形状のアモルファス磁性体シート5をアンテナコイル2aの下側全面に配置し、ステンレス板上に載置した状態での通信可能最大距離Lmaxは24mmであった。
【0083】
従って、アモルファス磁性体シート5が無い場合やアンテナコイル2aの全面にアモルファス磁性体シート5を配置した場合よりも図1、図2、図5及び図7に示すようにアンテナコイル2aに形成される磁束発生部位Aから該アンテナコイル2aの外側に延長してアモルファス磁性体シート5を配置した場合の方が、通信可能最大距離Lmaxが大きくなることが判明した。
【0084】
図8は図7に示すステンレス板上に載置されたアモルファス磁性体シート5の扇形の角度θを60度〜180度まで変化させて最大点Bにおける通信可能最大距離Lmaxの推移を実測したものである。
【0085】
アモルファス磁性体シート5の扇形の角度θが60度では最大点Bにおけるアンテナコイル2aの径中心oからの通信可能最大距離Lmaxは42mmであり、角度θが60度から90度に増加するに従って最大点Bにおける通信可能最大距離Lmaxが徐々に増大し、角度θが90度で通信可能最大距離Lmaxが最大の50mmに遷移する。
【0086】
更に角度θが90度から180度に増加するに従って最大点Bにおける通信可能最大距離Lmaxが徐々に減少し、角度θが120度では48mm、角度θが180度では通信可能最大距離Lmaxは40mmであった。
【0087】
これにより、アモルファス磁性体シート5の扇形の角度θは90度が最適であり、角度θが60度から180度の範囲では前述したアモルファス磁性体シート5が無い場合やアンテナコイル2aの全面にアモルファス磁性体シート5を配置した場合よりもアンテナコイル2aに形成される磁束発生部位Aから該アンテナコイル2aの外側に延長してアモルファス磁性体シート5を配置した場合の方が、通信可能最大距離Lmaxが大きくなることが判明した。
【0088】
図9はアモルファス磁性体シート5の扇形の外径R(延長長さ)と通信可能最大距離Lmaxとの関係を示す図であり、アンテナコイル2aの内径の直径が20mm、外径の直径が25mm、アモルファス磁性体シート5の厚さは30μmで、最大透磁率μが800000のFeーNiーMoーB−S系の米国のアライドシグナル社製のアモルファス磁性体シートを採用し、扇形の内径rの直径が10mm、扇形の角度θが90度、ステンレス板上に載置してアモルファス磁性体シート5の扇形の外径Rを変化させて、該外径Rと通信可能最大距離Lmaxとの関係を実測したものである。
【0089】
アモルファス磁性体シート5の扇形の外径Rが40mmの時、最大点Bにおける通信可能最大距離Lmaxは300mmであり、扇形の外径Rが40mmから80mmまでは徐々に増加し、外径Rが60mmでは通信可能最大距離Lmaxは350mmで、外径Rが80mmでは通信可能最大距離Lmaxは380mmに遷移して最大となる。
【0090】
外径Rが80mm以上になると通信可能最大距離Lmaxは飽和して380mmを維持する。従って、アモルファス磁性体シート5の扇形の外径Rは80mmが最適であり、それよりも大きいと、材料コストがかかるため不経済である。
【0091】
また、図9と同様にしてステンレス板の代りに導電性材料としてアルミニウム板或いは銅板上にアモルファス磁性体シート5とアンテナコイル2aを同様にして載置した場合ではアモルファス磁性体シート5の扇形の外径Rが80mm以上での通信可能最大距離Lmaxは230mmであった。また、導電性材料が無くアモルファス磁性体シート5も使用しない場合の通信可能最大距離Lmaxは200mmであった。
【0092】
これによりステンレス板やアルミニウム板或いは銅板等の導電性材料の上に上述のようなアモルファス磁性体シート5を介してアンテナコイル2aを載置した場合には導電性材料が無い場合よりも通信可能最大距離Lmaxが大きくなることが判明した。
【0093】
図10〜図12はシリンダ状に形成されたアンテナコイル2bを有するRFIDタグ1bにおいて、該アンテナコイル2bの軸方向(図10〜図12の左右方向)端部に形成される磁束発生部位A(図14参照)から該アンテナコイル2bの外側に延長して高透磁率のシート状磁性体となるアモルファス磁性体シート5を配置したものである。
【0094】
図13に示すように単線巻きでシリンダ状に形成されたアンテナコイル2bの内部には軸方向(図13の左右方向)に鉄心やフェライト等の円柱状のコア部材3が挿入されている。
【0095】
例えば、アンテナコイル2bの一例としては、直径30μm程度の銅線が単線巻きで径方向に多重層で軸方向にシリンダ状に巻かれており、そのアンテナコイル2bの内部にコア部材3が有る状態でのインダクタンスは9.5mH(周波数125kHz)程度で、アンテナコイル2aに共振用に別途接続されたコンデンサの静電容量は170pF(周波数125kHz)程度であった。
【0096】
図10ではアンテナコイル2bの下面で軸方向端部から方形状のアモルファス磁性体シート5を軸方向外側に延長して配置して接着し、アンテナコイル2b、コア部材3、半導体ICチップ4(図13参照)及びアモルファス磁性体シート5を一体的に樹脂6により封止して固定したものである。
【0097】
また、図11ではアンテナコイル2b、コア部材3及び半導体ICチップ4を樹脂6により封止した後、そのケースの下方でアンテナコイル2bの軸方向端部から方形状のアモルファス磁性体シート5を軸方向外側に延長して配置してケースに接着して固定したものである。
【0098】
尚、アモルファス磁性体シート5はアンテナコイル2bの軸方向端部を挟んで図10及び図11の上下2枚としても良く、更には1枚のアモルファス磁性体シート5をアンテナコイル2bの軸方向端部を挟んで断面U字形状に配置しても良い。更にはアンテナコイル2bの軸方向端部にキャップ状のアモルファス磁性体シート5を被せた状態でも良い。
【0099】
図12ではアンテナコイル2b、コア部材3及び半導体ICチップ4を樹脂6により封止した後、そのケースの周囲でアンテナコイル2bの軸方向端部から筒状のアモルファス磁性体シート5を軸方向外側に延長して配置してケースに接着して固定したものである。
【0100】
図12では筒状のアモルファス磁性体シート5の開放端部側を広げてラッパ状に形成した一例であるが単に同径の筒状やチューリップ形状に拡大したものであっても良い。
【0101】
図14はシリンダ状のアンテナコイル2bを有するRFIDタグ1bにおける各位置に対する電界特性であり、前述した図6に示す測定装置により同様に測定されたものである。図14に示すように、アンテナコイル2bの中心oが磁束による電界特性の極小点となり、該アンテナコイル2bの両端部が電界特性の極大点となる。
【0102】
図15は図11に示すRFIDタグ1bにおけるアンテナコイル2bの通信可能な磁束領域B(通信可能最大距離Lmax)の実験結果を示す。アモルファス磁性体シート5は厚さが30μmで、最大透磁率μが800000のFe−Ni−Mo−B−S系の米国のアライドシグナル社製のアモルファス磁性体シートで、一辺が10mm四方の正方形のものを採用しており、アンテナコイル2bの両端部に形成される磁束発生部位Aから該アンテナコイル2bの外側に延長して配置されたものである。
【0103】
RFIDタグ1bはステンレス板上に配置され、図6に示す測定装置により通信可能最大距離Lmaxを測定したものである。図15に示すように、通信可能な磁束領域Bはアンテナコイル2bの軸方向に沿って瓢箪形に形成され、該アンテナコイル2bの軸方向の延長線上でアモルファス磁性体シート5を配置した側に通信可能最大距離Lmaxの最大点Bが現れる。
【0104】
図15ではアンテナコイル2bの軸方向の延長線上でアモルファス磁性体シート5を配置した側におけるアンテナコイル2bの中心oから最大点Bまでの通信可能最大距離Lmaxが52mm、アンテナコイル2bの軸方向の延長線上でアモルファス磁性体シート5と反対側の通信可能最大距離Lmaxが50mm、アンテナコイル2bの軸方向と直交する方向の中心oからの通信可能最大距離Lmaxが13mmであった。
【0105】
図16は図15に示すアモルファス磁性体シート5を磁束発生部位Aからアンテナコイル2bの軸方向中心側(図15の右側)にも同時に延長した場合の通信可能最大距離Lmaxを測定した一例である。図15において、アモルファス磁性体シート5の右辺端部が磁束発生部位Aに位置する場合には通信可能最大距離Lmaxは前述したように52mmであり、アンテナコイル2bの中心oまでアモルファス磁性体シート5の右辺端部を延長した場合には通信可能最大距離Lmaxは40mmであり、アモルファス磁性体シート5をアンテナコイル2bの全長に亘って延長した場合には通信可能最大距離Lmaxは22mmであった。
【0106】
尚、RFIDタグ1a,1bの通信や電力搬送を行う際に生じる磁界Hにより渦電流を発生して元の磁束を減衰する反対方向の磁束を発生し、通信に影響を及ぼす導電性材料としては、前述したステンレス板、銅板、アルミニウム板の他に鉄、コバルト、ニッケル、及びそれ等の合金、フェライト等の強磁性を有する金属、或いはアルミニウム、銅、クローム等の常磁性を有する金属、更には導電性プラスチック等が適用可能である。
【0107】
図17は導電性材料で作られた取付部材11の断面円形凹状等の取付溝部11aに前述したようにアモルファス磁性体シート5を配置した同心円盤状のアンテナコイル2a若しくはシリンダ状のアンテナコイル2bを有するRFIDタグ1a,1bが収容され、保護体となる樹脂6により少なくとも表面が覆われて封止されたものである。
【0108】
図17では樹脂6の上方に漏洩する漏れ磁束により形成される磁界を利用してRFIDタグ1a,1bに記憶された情報を図示しない外部のリーダライタ装置により取り出すことが出来る。尚、取付溝部11aの断面は円形に限らず方形や長円形、船底形(円弧溝)等各種の形状であっても良い。
【0109】
また、図18は取付溝部11aにアモルファス磁性体シート5を配置したアンテナコイル2a,2bを有するRFIDタグ1a,1bが収容され、更に樹脂や陶器等の非磁性体或いは導電性材料で作られた保護体となる略平板状の蓋体12により少なくとも表面が覆われて保護されたものである。
【0110】
蓋体12は取付部材11に対してねじ込み式、ボルト止め、或いは接着により適宜固定される。蓋体12が導電性材料である場合には、取付部材11と蓋体12との接合部は、実用的なレベルで送受信可能な量の磁束が漏洩し得るように磁束漏洩路14が形成され、例えば、接着やボルト止めであれば所定の隙間が形成されるように略平滑な接触面が形成され、ネジ止めであればネジ螺合部に所定の隙間が形成されるようにネジ部の接触面が形成される。
【0111】
上記の接触面は特別な間隙を設計するのではなく、それ等の接触表面を所望の表面粗度で加工することによって形成することが現実的である。その場合の対向する両表面は互いに分散接触し、磁束漏洩路は分散した非接触部分を利用して形成される。
【0112】
接触面の表面粗度は、例えば、互いに対向する表面の一方の表面粗度が0.04μm程度に加工され、これにより接触面の隙間として少なくとも0.08μm程度が形成され、所望の電磁波の漏洩度が確保されるように実用的なレベルで検証されたものである。
【0113】
尚、磁束を漏洩させる磁束漏洩路としては、蓋体12に切り欠きや穴、或いはスリット12a等を設けて構成しても良い。そして、取付部材11と蓋体12との間に形成される磁束漏洩路14から漏洩する漏れ磁束により形成される磁界を利用してRFIDタグ1a,1bに記憶された情報を図示しない外部のリーダライタ装置により取り出すことが出来る。図18に示す形状のスリット12aでは同心円盤状のアンテナコイル2aを有するRFIDタグ1aの場合に特に有効である。
【0114】
尚、蓋体12が非磁性材料により作られた場合には樹脂6及び蓋体12の上方に漏洩する漏れ磁束により形成される磁界を利用してRFIDタグ1a,1bに記憶された情報を図示しない外部のリーダライタ装置により取り出すことが出来る。
【0115】
また、図19は取付溝部11aにアモルファス磁性体シート5を配置したアンテナコイル2a,2bを有するRFIDタグ1a,1bが収容され、更に樹脂や陶器等の非磁性体或いは導電性材料で作られた保護体となるキャップ状の蓋体13により少なくとも表面が覆われて保護されたものである。
【0116】
蓋体13も取付部材11に対してねじ込み式、或いは接着により適宜固定される。蓋体13が導電性材料である場合には、取付部材11と蓋体13との接合部は、実用的なレベルで送受信可能な量の磁束が漏洩し得るように磁束漏洩路14が形成され、例えば、接着であれば所定の隙間が形成されるように略平滑な接触面が形成され、ネジ止めであればネジ螺合部に所定の隙間が形成されるようにネジ部の接触面が形成される。
【0117】
尚、磁束を漏洩させる磁束漏洩路14としては、蓋体13に切り欠きや穴、或いはスリット13a等を設けて構成しても良い。そして、取付部材11と蓋体13との間に形成される磁束漏洩路14から漏洩する漏れ磁束により形成される磁界を利用してRFIDタグ1a,1bに記憶された情報を図示しない外部のリーダライタ装置により取り出すことが出来る。図19に示すスリット13aはキャップ状の蓋体13の天版中央部に一直線状或いは十字状、或いは放射形状で形成される。
【0118】
尚、キャップ状の蓋体13が非磁性材料により作られた場合には樹脂6及び蓋体13の上方に漏洩する漏れ磁束により形成される磁界を利用してRFIDタグ1a,1bに記憶された情報を図示しない外部のリーダライタ装置により取り出すことが出来る。
【0119】
図20はアモルファス磁性体シート5を配置した同心円盤状のアンテナコイル2a或いはシリンダ状のアンテナコイル2bを有するRFIDタグ1a,1bを少なくとも2つに分割される導電性材料で作られた収容容器15及び蓋体16からなる容器内に収容され、該容器を構成する分割体となる収容容器15と蓋体16との境界面或いは収容容器15、蓋体16の少なくとも一方に磁束漏洩路14が形成されたものである。
【0120】
蓋体16も収容容器15に対してねじ込み式、或いは接着等により適宜固定される。蓋体16が導電性材料である場合には、収容容器15と蓋体16との接合部は、実用的なレベルで送受信可能な量の磁束が漏洩し得るように磁束漏洩路14が形成され、例えば、接着であれば所定の隙間が形成されるように略平滑な接触面が形成され、ネジ止めであればネジ螺合部に所定の隙間が形成されるようにネジ部の接触面が形成される。
【0121】
尚、磁束を漏洩させる磁束漏洩路14としては、蓋体16や収容容器15に切り欠きや穴、或いはスリット16a等を設けて構成しても良い。そして、収容容器15と蓋体16との間に形成される磁束漏洩路14から漏洩する漏れ磁束により形成される磁界を利用してRFIDタグ1a,1bに記憶された情報を図示しない外部のリーダライタ装置により取り出すことが出来る。
【0122】
図21はアモルファス磁性体シート5を配置した同心円盤状のアンテナコイル2a或いはシリンダ状のアンテナコイル2bを有するRFIDタグ1a,1bが導電性部材で作られた取付部材となるノート型パソコン等の上蓋17或いは本体18に取り付けられ、上蓋17がヒンジ等の開閉機構19により本体18に対して開閉自在に構成されている。
【0123】
上蓋17と本体18との接合部である開閉面には、実用的なレベルで送受信可能な量の磁束が漏洩し得るように磁束漏洩路14が形成され、所定の隙間が形成されるように略平滑な接触面が形成される。
【0124】
そして、上蓋17と本体18との間に形成される磁束漏洩路14から漏洩する漏れ磁束により形成される磁界を利用してRFIDタグ1a,1bに記憶された情報を図示しない外部のリーダライタ装置により取り出すことが出来る。
【0125】
図22はアモルファス磁性体シート5を配置した同心円盤状のアンテナコイル2a或いはシリンダ状のアンテナコイル2bを有するRFIDタグ1a,1bが導電性材料で作られた取付部材として、積層された金属板や電気回路が形成されたプリント基板20に接着等により固定されたものである。
【0126】
積層されたプリント基板20の間にはスペーサ21等により隙間が形成されており、実用的なレベルで送受信可能な量の磁束が漏洩し得るように磁束漏洩路14が形成される。
【0127】
そして、積層されたプリント基板20相互間に形成される磁束漏洩路14から漏洩する漏れ磁束により形成される磁界を利用してRFIDタグ1a,1bに記憶された情報を図示しない外部のリーダライタ装置により取り出すことが出来る。
【0128】
図23〜図25はアモルファス磁性体シート5を配置したシリンダ状のアンテナコイル2bを有するRFIDタグ1bを導電性材料で作られた取付部材11の取付溝部11aの内部に傾斜して配置し、樹脂6により封止して固定したものである。
【0129】
図23は平面的なアモルファス磁性体シート5をシリンダ状のアンテナコイル2bの軸方向端部に形成される磁束発生部位Aから取付溝部11aの開口部に向けて開口面付近まで延長して配置したものであり、図24は円筒状のアモルファス磁性体シート5の先端部をラッパ状に広げて同じくシリンダ状のアンテナコイル2bの軸方向端部に形成される磁束発生部位Aから取付溝部11aの開口部に向けて開口面付近まで延長して配置したものである。
【0130】
また、図25は取付溝部11aの表面側周壁に沿ってアモルファス磁性体シート5が周回状に配置して接着等により固定され、シリンダ状のアンテナコイル2bを有するRFIDタグ1bが、そのアンテナコイル2bの先端部をアモルファス磁性体シート5に接近或いは接触させて傾斜配置されたものである。
【0131】
尚、前述の各実施形態では、通信装置としてRFIDタグ1aを適用した場合の一例について説明したが、他の通信装置としてRFIDタグ1aと交信するリーダライタ装置、或いはアンテナコイル及び制御部を有するICカード等のアンテナコイルに形成される磁束発生部位から該アンテナコイルの外側に延長して高透磁率のシート状磁性体であるアモルファス磁性体シート5を配置して構成することも出来る。
【0132】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、アンテナコイルに形成される磁束発生部位から該アンテナコイルの外側に延長して配置された高透磁率のシート状磁性体により通信に利用出来る磁束の減少を大幅に抑制出来る。
【0133】
更に高透磁率のシート状磁性体の延長方向における指向性が大きくなり、結果として通信感度を高めることが出来る。また上記シート状磁性体は可撓性を持たせることが出来るので、RFIDタグを狭い場所に配置する際にそれを湾曲させたり、最適な形状に変形させることが出来る。
【0134】
また、RFIDタグが保護体により覆われて保護され、導電性材料で作られた取付部材に取り付けられたとしてもアンテナコイルに形成される磁束発生部位から該アンテナコイルの外側に延長して配置された高透磁率のシート状磁性体により通信に利用出来る磁束の減少を大幅に抑制出来る。
【0135】
また、保護体が導電性材料で作られ、該保護体と前記取付部材との間及び/または前記保護体の一部に磁束漏洩路が形成された場合には、外部からの応力や衝撃に対して一層強いものとなり、且つ磁束漏洩路を介して電磁波が漏洩し、RFIDタグと外部のリーダライタ装置との間で電力送電媒体及び情報通信媒体である交流磁界を相互に送受信することが出来る。
【0136】
また、RFIDタグが導電性材料で作られた取付部材に取り付けられ、該取付部材が開閉機構で開閉自在とされており、その開閉面に磁束漏洩路が形成された場合には、取付部材の開閉面に形成された磁束漏洩路を介して電磁波が漏洩し、RFIDタグと外部のリーダライタ装置との間で電力送電媒体及び情報通信媒体である交流磁界を相互に送受信することが出来る。
【0137】
また、本発明に係る通信装置の情報読出方法によれば、通信装置における記憶装置に記憶された情報を磁束により外部から読み出すことが出来る。
【0138】
また、通信装置が導電性材料で作られた取付部材に取り付けたRFIDタグであり、該取付部材に形成された磁束漏洩路から漏洩する磁束を利用して、その情報を読み出す場合には取付部材に形成された磁束漏洩路を介して漏洩した電磁波により通信装置における記憶装置に記憶された情報を磁束により外部から読み出すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る通信装置の一例であり、同心円盤状のアンテナコイルを有するRFIDタグにシート状磁性体を設けた様子を示す平面説明図及び断面説明図である。
【図2】本発明に係る通信装置の一例であり、同心円盤状のアンテナコイルを有するRFIDタグにシート状磁性体を設けた様子を示す平面説明図及び断面説明図である。
【図3】同心円盤状のアンテナコイルを有するRFIDタグの構成及び該アンテナコイルに発生する磁界の様子を示す図である。
【図4】RFIDタグの制御系の構成を示すブロック図である。
【図5】本発明に係る通信装置の同心円盤状のアンテナコイルにより発生する磁束による電界特性であってシート状磁性体が有る場合と無い場合の比較を示す図である。
【図6】電磁界を測定した実験装置の概略構成を示す図である。
【図7】図2に示すRFIDタグにおけるアンテナコイル面方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)の実験結果を示す図である。
【図8】シート状磁性体の幅(角度)とアンテナコイル面方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)との関係を実験結果により示す図である。
【図9】シート状磁性体の延長長さ(外径)とアンテナコイル面方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)との関係を実験結果により示す図である。
【図10】通信装置の参考例であり、シリンダ状のアンテナコイルを有するRFIDタグにシート状磁性体を設けた様子を示す断面説明図である。
【図11】通信装置の参考例であり、シリンダ状のアンテナコイルを有するRFIDタグにシート状磁性体を設けた様子を示す断面説明図である。
【図12】通信装置の参考例であり、シリンダ状のアンテナコイルを有するRFIDタグにシート状磁性体を設けた様子を示す断面説明図である。
【図13】シリンダ状のアンテナコイルを有するRFIDタグの構成及び該アンテナコイルに発生する磁界の様子を示す図である。
【図14】通信装置のシリンダ状のアンテナコイルにより発生する磁束による電界特性を示す図である。
【図15】図11に示すRFIDタグにおけるアンテナコイル軸方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)の実験結果を示す図である。
【図16】図15に示すシート状磁性体を磁束発生部位からシリンダ状アンテナコイルの軸方向中心側にも同時に延長した際の延長長さとアンテナコイル軸方向の通信可能な磁束領域(通信可能最大距離)との関係を実験結果により示す図である。
【図17】導電性材料で作られた取付部材に本発明に係る通信装置を取り付けた各種の取付構造を示す断面説明図である。
【図18】導電性材料で作られた取付部材に本発明に係る通信装置を取り付けた各種の取付構造を示す断面説明図である。
【図19】導電性材料で作られた取付部材に本発明に係る通信装置を取り付けた各種の取付構造を示す断面説明図である。
【図20】導電性材料で作られた取付部材に本発明に係る通信装置を取り付けた各種の取付構造を示す断面説明図である。
【図21】本発明に係る通信装置が導電性材料で作られた開閉自在の取付部材に設けられた様子を示す側面説明図である。
【図22】積み重ねた導電性部材の間に本発明に係る通信装置を配置した様子を示す側面説明図である。
【図23】シリンダ状のアンテナコイルを有する通信装置を導電性材料で作られた取付部材の穴に斜めに配置した各種の取付構造を示す断面説明図である。
【図24】シリンダ状のアンテナコイルを有する通信装置を導電性材料で作られた取付部材の穴に斜めに配置した各種の取付構造を示す断面説明図である。
【図25】シリンダ状のアンテナコイルを有する通信装置を導電性材料で作られた取付部材の穴に斜めに配置した各種の取付構造を示す断面説明図である。
【符号の説明】
1a,1b…RFIDタグ
2a,2b…アンテナコイル
2a1…内周部
3…コア部材
4…半導体ICチップ
4a…CPU
メモリ4b
4c…送受信機
4d…コンデンサ
5…アモルファス磁性体シート
6…樹脂
7…測定ステージ
8…ピックアップコイル
9…SSG発振器
10…オシロスコープ
11…取付部材
11a…取付溝部
12,13…蓋体
12a,13a…スリット
14…磁束漏洩路
15…収容容器
16…蓋体
16a…スリット
17…上蓋
18…本体
19…開閉機構
20…プリント基板
21…スペーサ
A…磁束発生部位
B…通信可能な磁束領域
…最大点
a,b…曲線
H…磁界
max…通信可能最大距離
…径中心
…中心
r…扇形の内径
R…扇形の外径
θ…扇形の角度
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a communication device that performs communication by electromagnetic waves using an antenna coil, a mounting structure thereof, and an information reading method of the communication device.
[0002]
[Prior art]
As a communication device using electromagnetic waves, there are an RFID tag or a non-contact type IC card having an antenna coil and a control device, and a reader / writer device (reading device or reading / writing device) for performing communication between them.
[0003]
For example, RFID tags are used for purposes such as managing articles, and IC cards are used for toll tickets, commuter passes, cash cards, and the like.
[0004]
Electromagnetic waves used for communication are composed of electric field waves and magnetic field waves that differ from each other by 90 degrees. The communication by the electromagnetic wave is performed using an electromotive force (or a current) induced by a magnetic flux constituting the magnetic field component interlinking the antenna coil.
[0005]
As for the communication distance by electromagnetic waves, it is necessary that both the transmitting and receiving antenna coils exist within a magnetic field region that maintains a communicable magnetic flux density level. The size of the communicable magnetic field region, that is, the communication distance depends on the power level on the transmitting side, but the directivity of the antenna coil greatly affects the same power.
[0006]
For example, when attaching an RFID tag to a metal surface, an eddy current is generated in the metal by an AC magnetic field generated by an electromagnetic wave for transmitting and receiving the tag. This eddy current generates a magnetic flux that repels the magnetic flux for transmission and reception, and thereby the magnetic flux for transmission and reception is attenuated, making transmission and reception difficult. Such a material that attenuates the original magnetic flux is hereinafter referred to as “conductive material”.
[0007]
Therefore, when attaching an RFID tag to a member made of a conductive material, a magnetic body is arranged between the attachment surface of the RFID tag and the conductive member, and a magnetic flux for transmission / reception passes therethrough, whereby a magnetic flux is applied to the conductive member. There is known a method of suppressing the generation of an eddy current by entering.
[0008]
By using a sheet-shaped amorphous magnetic material having a higher magnetic permeability (hereinafter referred to as a “sheet-shaped magnetic material”) as a magnetic material, magnetic flux can be efficiently bypassed even in a thin sheet without increasing the space much. Has been proposed (JP-A-8-79127).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional example, the sheet-shaped magnetic body is arranged over the entire surface of the transmitting / receiving antenna coil of the RFID tag. However, as a result of various studies made by the present inventors, when a sheet-shaped magnetic material is arranged on the entire surface of the antenna coil, the external transmission / reception sensitivity to the RFID tag is slightly improved compared to the case where it is not arranged, but the practical use is possible. It has been found that there is no significant change, and in some cases, a closed loop of the magnetic flux passing through the sheet-like magnetic material is generated, thereby lowering the sensitivity.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to extend a magnetic flux generating portion formed in an antenna coil of a communication device to the outside of the antenna coil to form a sheet-shaped magnetic body having a high magnetic permeability. Even if the communication device is mounted close to a conductive member such as a metal by arranging the communication device, the attenuation of magnetic flux by the conductive member can be largely suppressed and the communication distance can be extended, and the mounting thereof. It is an object of the present invention to provide a structure and a method for reading out information of a communication device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
There are two types of antenna coils used in communication devices: concentric disk-shaped (air-core circular coil) and cylinder-shaped in which a conductor is spirally wound around a rod-shaped magnetic core. According to any of the above, in any case, a sheet-like sheet having a high magnetic permeability is extended from the magnetic flux generating portion (a main portion that generates a magnetic flux according to Ampere's law when a current is applied to the antenna coil) to the outside of the antenna coil. It has been found that by arranging the magnetic material (hereinafter simply referred to as “sheet-like magnetic material”), the directivity in the extension direction is increased and the communication distance is extended.
[0012]
The communicable magnetic flux area in the extension direction is larger than when the sheet-shaped magnetic body is not extended.
[0013]
For example, in the case of a concentric disk-shaped antenna coil, there is a magnetic flux generating portion near the center between the radial center of the antenna coil and the inner peripheral portion of the antenna coil, and the magnetic flux passes through the magnetic flux generating portion and passes through the antenna coil. A relatively dense loop is formed around the conductor.
[0014]
Note that the magnetic flux generation site is not a point but a relatively narrow area centered on the radial center of the antenna coil and an intermediate point between the inner peripheral portions of the antenna coil. Therefore, when it is desired to increase the directivity outward in a specific surface direction (radial direction) of the concentric disk-shaped antenna coil, the antenna coil is formed in a surface direction in which the directivity is to be enhanced from the magnetic flux generation portion, for example, in a fan shape or a square shape. The sheet-shaped magnetic body having high magnetic permeability is extended and arranged.
[0015]
Then, a considerable portion of the magnetic flux from the magnetic flux generating portion is guided in the surface direction (radial direction) by the sheet-like magnetic material having a high magnetic permeability, and as a result, the communicable magnetic flux region outside the surface direction is enlarged. Since the magnetic flux has the characteristic of spreading, the magnetic flux region which can be three-dimensionally communicated with the outer side in the extended plane as the center expands.
[0016]
On the other hand, if the sheet-shaped magnetic material is simultaneously extended from the magnetic flux generation part to the inside of the antenna coil, for example, in the direction toward the radial center of the antenna coil, the magnetic flux area in which communication is possible tends to gradually decrease in proportion to the extension distance. According to experiments, it has been found that when the antenna is extended to the center of the diameter of the antenna coil, the diameter is reduced as compared with the case where the sheet-shaped magnetic body is not arranged.
[0017]
It is not preferable to extend the sheet-like magnetic material on both sides in the surface direction of the concentric disk-shaped antenna coil because the effect of the sheet-like magnetic material is canceled.
[0018]
Therefore, it is preferable that the sheet-shaped magnetic body disposed on the concentric disk-shaped antenna coil extends to one side outward in the surface direction from the magnetic flux generating portion, and at the same time, when extending inward in the radial center direction of the antenna coil, the distance is relatively small. Should be kept.
[0019]
In the case of a cylindrical antenna coil, there is a magnetic flux generating portion near the tip of the core, and the magnetic flux forms a loop extending from the magnetic flux generating portion in the axial direction toward the opposite tip.
[0020]
Therefore, when it is desired to increase the directivity of the cylindrical antenna coil in the axial direction outside, the sheet-shaped magnetic body is extended from the magnetic flux generation portion to the axial direction outside. Then, a considerable portion of the magnetic flux from the magnetic flux generating portion is guided to the outside in the axial direction by the sheet-like magnetic material having high magnetic permeability, and as a result, the communicable magnetic flux region in the axial direction is expanded.
[0021]
In this case as well, the magnetic flux region capable of three-dimensionally communicating with the extended axial direction is expanded. Further, with this configuration, the magnetic flux loop becomes large, and as a result, a phenomenon occurs in which the communicable magnetic flux region on the axially outer side from the opposite end portion is also expanded with substantially the same size.
[0022]
When the sheet-like magnetic material is simultaneously extended from the magnetic flux generation portion in the axial center direction, the communicable magnetic flux region gradually decreases, and rapidly decreases beyond the axial center point. Therefore, it is preferable that the sheet-like magnetic material arranged in the cylindrical antenna coil extends axially outward from the magnetic flux generating portion, and when extending in the axial center direction at the same time, the distance should be kept relatively short.
[0023]
In the present invention, a sheet-shaped magnetic body having a high magnetic permeability is used. Here, the high permeability refers to a case where the permeability is higher than that of iron or a general magnetic core.For example, the permeability of a general magnetic core has a relative permeability of several hundred in the case of ferrite. The magnetic material used in the present invention has a high relative permeability of 10,000 or more. The relative magnetic permeability is a ratio of the magnetic permeability of a magnetic material to the magnetic permeability of a vacuum.
[0024]
It is preferable to use an amorphous magnetic material formed in a sheet shape as such a high magnetic permeability magnetic material. The magnetic permeability of an amorphous magnetic material generally has a relative magnetic permeability in the range of about 10,000 to 100,000.
[0025]
By using a magnetic material having a high magnetic permeability, for example, even when an RFID tag as a communication device is mounted in close proximity to a conductive member such as a metal, the magnetic flux absorbed by the conductive member can be reduced by the magnetic material having a high magnetic permeability. Therefore, it is possible to significantly suppress the decrease in the magnetic flux available for communication.
[0026]
A typical magnetic material having high magnetic permeability is an amorphous magnetic material, but the price per unit weight of the amorphous magnetic material is extremely high at present. Therefore, by forming the amorphous magnetic material into a sheet shape, the effect of extending the communication distance is high even with a small amount of material, and the cost is extremely advantageous.
[0027]
A sheet-like magnetic material such as an amorphous magnetic material can be formed into a sheet that satisfies both flexibility and practical strength by setting the thickness to, for example, about 10 μm to 50 μm. An RFID tag, which is an example of a communication device, is often placed in a narrow place. In such a case, if a flexible sheet-like magnetic material is used, it can be deformed and bent, so that the antenna coil can be easily formed on the antenna coil. Can be placed close together.
[0028]
Further, since the sheet-like shape is used, the weight increase is extremely small and the weight can be reduced, so that it is preferable even when used in a portable communication device or the like.
[0029]
The communication device according to the present invention for achieving the above object is a communication device that performs communication by electromagnetic waves using an antenna coil. Are formed in a concentric disk shape, and are intermediate between the radial center of the antenna coil and the inner peripheral portion of the antenna coil. And a sheet-shaped magnetic body having a high magnetic permeability is arranged to extend from the magnetic flux generating portion formed to the outside of the antenna coil.
[0030]
Since the present invention is configured as described above, the magnetic flux available for communication can be reduced by the high-permeability sheet-like magnetic material that extends from the magnetic flux generating portion formed on the antenna coil to the outside of the antenna coil. It can be greatly reduced.
[0031]
In addition, it is preferable that the high magnetic permeability sheet-like magnetic material is a sheet-like amorphous magnetic material.
[0032]
Further, it is preferable that the communication device be an RFID tag having the antenna coil and a control unit or a reader / writer device thereof, or an IC card having the antenna coil and a control unit.
[0033]
Further, the RFID tag is housed in a container made of a conductive material divided into at least two parts, and a magnetic flux leakage path is formed on at least one of the boundary surface of the divided parts constituting the container and / or at least one of the divided parts. It is preferable if formed.
[0034]
Further, the mounting structure of the communication device according to the present invention is characterized in that the RFID tag as the above-described communication device is mounted on a mounting member made of a conductive material, and at least the surface of the RFID tag is covered with a protective body. And
[0035]
According to the above configuration, even when the RFID tag is covered and protected by the protector, even when the RFID tag is attached to the attachment member made of a conductive material, the RFID tag extends outside the antenna coil from the magnetic flux generating portion formed on the antenna coil. The high magnetic permeability of the sheet-like magnetic material arranged in the manner described above makes it possible to greatly suppress a decrease in magnetic flux usable for communication.
[0036]
In the case where the protection body is made of a conductive material and a magnetic flux leakage path is formed between the protection body and the mounting member and / or in a part of the protection body, external stress or impact may occur. And an electromagnetic wave leaks through a magnetic flux leakage path, and an AC magnetic field, which is a power transmission medium and an information communication medium, can be mutually transmitted and received between the RFID tag and an external reader / writer device. I can do it.
[0037]
The RFID tag is mounted on a mounting member made of a conductive material, and the mounting member is openable and closable by an opening and closing mechanism. When a magnetic flux leakage path is formed on the opening and closing surface, the mounting member is Electromagnetic waves leak through a magnetic flux leakage path formed on the open / close surface of the RFID tag, and an AC magnetic field, which is a power transmission medium and an information communication medium, can be transmitted and received between the RFID tag and an external reader / writer device.
[0038]
Further, according to the information reading method of the communication device according to the present invention, the information stored in the storage device of the communication device can be read from the outside by the magnetic flux.
[0039]
Further, the communication device is an RFID tag attached to a mounting member made of a conductive material. When reading out information using a magnetic flux leaking from a magnetic flux leakage path formed in the mounting member, the communication device is mounted. The information stored in the storage device of the communication device can be read from the outside by the magnetic flux by the electromagnetic wave leaked through the magnetic flux leakage path formed in the member.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a communication device according to the present invention, a mounting structure thereof and an information reading method of the communication device will be specifically described with reference to the drawings. 1 and 2 are examples of a communication device according to the present invention, and are a plan explanatory view and a sectional explanatory view showing a state in which a sheet-shaped magnetic body is provided on an RFID tag having a concentric disk-shaped antenna coil, and FIG. 3 is a concentric circle. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an RFID tag having a board-shaped antenna coil and a state of a magnetic field generated in the antenna coil. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the RFID tag.
[0041]
FIG. 5 is a diagram showing electric field characteristics due to magnetic flux generated by a concentric disk-shaped antenna coil of the communication device according to the present invention, showing comparison between a case with and without a sheet-shaped magnetic body, and FIG. 6 shows a measurement of an electromagnetic field. FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of an experimental device, and FIG. 7 is a diagram illustrating an experimental result of a communicable magnetic flux region (communicable maximum distance) in a direction of an antenna coil surface in the RFID tag illustrated in FIG.
[0042]
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the width (angle) of the sheet-shaped magnetic body and the communicable magnetic flux area (maximum communicable distance) in the direction of the antenna coil surface by experimental results, and FIG. 9 is an extension of the sheet-shaped magnetic body. It is a figure which shows the relationship between length (outer diameter) and the magnetic flux area (communicable maximum distance) which can communicate in the direction of an antenna coil surface by an experimental result.
[0043]
10 to 12 Reference example of communication device FIG. 13 is a cross-sectional explanatory view showing a state in which a sheet-shaped magnetic material is provided on an RFID tag having a cylindrical antenna coil. FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an RFID tag having a cylindrical antenna coil and a magnetic field generated in the antenna coil. It is a figure showing a situation.
[0044]
Also, FIG. Communication device FIG. 15 is a diagram showing an electric field characteristic due to a magnetic flux generated by the cylindrical antenna coil of FIG. 15, and FIG. 15 is a diagram showing an experimental result of a communicable magnetic flux region (maximum communicable distance) in the antenna coil axial direction in the RFID tag shown in FIG. is there.
[0045]
Fig. 16 shows the extension length when the sheet-like magnetic material shown in Fig. 15 is simultaneously extended from the magnetic flux generation part to the axial center of the cylindrical antenna coil, and the magnetic flux area where communication is possible in the antenna coil axial direction (communicable FIG. 9 is a diagram showing the relationship with the maximum distance) based on experimental results.
[0046]
17 to 20 are cross-sectional explanatory views showing various mounting structures in which the communication device according to the present invention is mounted on a mounting member made of a conductive material. And FIG. 22 is a side view showing a state in which the communication device according to the present invention is arranged between stacked conductive members.
[0047]
FIGS. 23 to 25 have a cylindrical antenna coil. Communication device It is sectional explanatory drawing which shows the various mounting structures which were arrange | positioned diagonally in the hole of the mounting member made of the conductive material.
[0048]
First, a configuration of an RFID tag 1a having a concentric disk-shaped antenna coil 2a will be described as an example of a communication device with reference to FIGS. The RFID tag 1a suitably adopted in the present embodiment is an RFID tag of an electromagnetic coupling type or an electromagnetic induction type. In the present embodiment, an embodiment using an RFID tag of an electromagnetic induction type will be described below. I do.
[0049]
The RFID tag 1a shown in FIGS. 1 to 3 is an example of a communication device that performs communication using electromagnetic waves using the antenna coil 2a, and includes a concentric disk-shaped antenna coil 2a and a semiconductor IC chip 4 serving as a control unit. Are directly connected without a printed circuit board or the like, thereby realizing the miniaturization of the RFID tag 1a.
[0050]
The semiconductor IC chip 4 is formed by being integrally packaged such as an IC (semiconductor integrated circuit) chip or an LSI (large-scale semiconductor integrated circuit) chip. As shown, a CPU 4a as a control unit, a memory 4b as a storage unit, a transceiver 4c, and a capacitor 4d as power storage means are provided.
[0051]
A signal transmitted from an external reader / writer (not shown) is transmitted to the CPU 4a via the transceiver 4c, and power is stored in the capacitor 4d. Note that there may be no capacitor 4d serving as power storage means, and power may be continuously supplied to the semiconductor IC chip 4 from an external reader / writer device.
[0052]
The CPU 4a is a central processing unit that reads out programs and various data stored in the memory 4b, performs necessary calculations and determinations, and performs various controls.
[0053]
The memory 4b stores various programs for operating the CPU 4a and various kinds of unique information of the article on which the electromagnetic induction tag 1a is installed.
[0054]
Further, as an example of the concentric disk-shaped antenna coil 2a shown in FIG. 3, a copper wire having a diameter of about 30 μm is wound in a concentric disk shape with a single wire wound in a radially multiple layer. The inductance was about 9.5 mH (frequency 125 kHz), and the capacitance of a capacitor separately connected to the antenna coil 2a for resonance was about 170 pF (frequency 125 kHz).
[0055]
The RFID tag 1a of the present embodiment uses a wireless communication method of amplitude shift keying (ASK) with one radio frequency, and has an air-core antenna coil having a wide resonance frequency band and a wire diameter of several tens of microns. An RFID tag 1a using a CMOS-IC with very low power consumption incorporating a special transmission / reception circuit in 2a was adopted.
[0056]
2. Description of the Related Art Conventionally, an RFID tag of an electromagnetic induction type or an electromagnetic coupling type enables power reception and signal transmission / reception by a change in a magnetic field penetrating an antenna coil embedded therein. When there is a conductive member such as a magnetic material or metal that affects communication by generating an eddy current due to a magnetic field generated during tag communication or power transfer, the magnetic field is attenuated by the effect of the conductive member and used It is common sense to remove magnetic materials and metal articles from the vicinity of RFID tags due to the stereotype that they cannot be used, and no attempt has been made to attach RFID tags to metal containers or metal articles.
[0057]
Therefore, the present inventors have proposed that if a conductive member is present in the vicinity of an RFID tag installation position for the purpose of effectively using the RFID tag for a conductive member such as a metal or a magnetic material, the magnetic member is affected by the conductive member. Eliminating conventional stereotypes that attenuate the RFID tag and make it unusable, electromagnetic waves can be communicated with the outside if there is a slight gap such as the lid of the container that holds the RFID tag even if it is surrounded by a conductive member. The present inventors have experimentally found that the RFID tag is effectively used while ensuring the security of the RFID tag.
[0058]
The RFID tag receives an AC magnetic field transmitted from an external reader / writer at a resonance frequency of an antenna coil built in the RFID tag. At this time, the conventional RFID tag uses two waves of 125 kHz and 117 kHz, for example, in a frequency shift keying (FSK) system to extend the communication distance, and increases the reception power. Therefore, it has been common to use a ferrite core for the antenna coil, increase the wire diameter of the coil, and extend the coil to extend the communication distance.
[0059]
In the frequency shift keying (FSK) method using two radio frequencies, when a conductive member such as a metal or a magnetic material approaches, a reception frequency shifts, a reception power decreases, a communication error occurs, and communication becomes impossible and communication becomes impossible. The stereotype that the RFID tag cannot be used by attaching it to a conductive member such as a metal or a magnetic material is dominant because the distance is extremely reduced and becomes practically unusable. .
[0060]
However, recently, the radio frequency uses a single-wave amplitude shift keying (ASK) radio communication system, and has a wide resonance frequency band and a wire diameter of several tens of microns. An RFID tag using a CMOS-IC with very low power has been proposed.
[0061]
This RFID tag uses a radio communication method of amplitude shift keying (ASK) even when a conductive member such as a metal or a magnetic material is nearby, and has a wider resonance frequency band than FSK. It has been found from the results of experiments conducted by the present inventors that the power does not decrease and the wireless communication is hardly affected.
[0062]
Furthermore, according to the results of experiments conducted by the present inventors, it has been found that the magnetic field propagates from a narrow gap due to the diffraction phenomenon even in a narrow gap, and the magnetic field may be surrounded by a conductive member. Even at a practical level, it is possible to transmit and receive a magnetic flux leakage path, which is a contact surface such as a joint surface between divided conductive members or a screw portion, or a physical small gap such as a slit, a notch or a hole. It is possible to transmit and receive an AC magnetic field, which is a power transmission medium and an information communication medium, between the RFID tag and an external reader / writer device by verifying that the amount of magnetic flux can be leaked and verifying it. It was found.
[0063]
In FIG. 1, a sheet-like amorphous magnetic material sheet 5 which is a sheet-like magnetic material having a high magnetic permeability is arranged below a concentric disk-shaped antenna coil 2a, and an RFID tag 1a including the antenna coil 2a and an amorphous magnetic material The sheet 5 is integrally sealed with a resin 6.
[0064]
In FIG. 2, an RFID tag 1a including an antenna coil 2a is sealed with a resin 6, and an amorphous magnetic material sheet 5 is disposed below a case made of the resin 6.
[0065]
FIG. 5 shows an electric field characteristic (magnetic flux density characteristic) induced in each part of the RFID tag 1a when an electromagnetic wave (magnetic flux) is externally applied to the RFID tag 1a having the concentric disk-shaped antenna coil 2a by the measuring method shown in FIG. The curve a shown by the solid line in FIG. 5 is the electric field characteristic when the amorphous magnetic sheet 5 is not arranged, and the curve b shown by the broken line is the electric field characteristic when the amorphous magnetic sheet 5 is arranged.
[0066]
In the curve b, the radial center o of the antenna coil 2a is shown. 1 5 is a case where the amorphous magnetic material sheet 5 is arranged on the left side of the antenna coil 2a, and the right side of FIG. 5 is a general case where the amorphous magnetic material sheet 5 is arranged on the right side of the antenna coil 2a. The electric field characteristics are shown for convenience. Actually, one of the left and right curves b in FIG. 5 appears.
[0067]
As shown in FIG. 5, when the amorphous magnetic material sheet 5 is arranged so as to extend from the magnetic flux generating portion A of the antenna coil 2a to the outside of the antenna coil 2a, the peak value of the electric field characteristic increases, and the sensitivity increases. Indicates that
[0068]
In the concentric disk-shaped antenna coil 2a, the radial center o 1 A magnetic flux generating portion A where the peak value of the electric field characteristic appears at a substantially intermediate position between the magnetic flux generating portion A and the inner peripheral portion 2a1 of the antenna coil 2a, and the amorphous magnetic sheet 5 extends from the magnetic flux generating portion A to the outside of the antenna coil 2a. Placed.
[0069]
As shown by curves a and b in FIG. 5, the magnetic flux generating portion A does not move regardless of the presence or absence of the amorphous magnetic sheet 5.
[0070]
As shown in FIG. 6, the measuring device for electric field characteristics has a concentric disk-shaped antenna coil 2a of the World Disk Tag series manufactured by Sokymat on a measurement stage 7, and has both ends of the antenna coil 2a. An SSG oscillator (KENWOOD FG-273 Ser. 7020087) 9 was electrically connected to the power supply, and a sine wave output having a frequency of 125 kHz and 12 Vpp (voltage amplitude from peak to peak was 12 V) was provided.
[0071]
The pickup coil 8 is employed as a means for measuring the electric field intensity generated around the antenna coil 2a. The pickup coil 8 used was one tuned to 125 kHz by a 1 mH open-magnetic type inductor and a 1591 pF tuning ceramic capacitor.
[0072]
A probe of an oscilloscope (SONY-Tektronix TDS34OAP Ser. J300635) 10 is electrically connected to both ends of the pickup coil 8, and the pickup coil 8 is placed on the measurement stage 7 along the XY plane and the XZ plane. The center o of the antenna coil 2a 1 The voltage amplitude value from peak to peak of the voltage value induced in the pickup coil 8 was measured by plotting every 5 mm on a concentric circle from.
[0073]
FIG. 5 shows the measured electric field characteristics for each position in the RFID tag 1a having the concentric disk-shaped antenna coil 2a. The electric field is measured at the peak voltage, and the electric field is proportional to the magnetic flux generated at that portion. Center of diameter o of coil 2a 1 A magnetic flux generating portion A exists at an intermediate point between the magnetic flux generating portion A and the inner peripheral portion 2a1 of the antenna coil 2a.
[0074]
Here, the amorphous magnetic material sheet 5 is formed by forming an amorphous alloy into a sheet shape, and this amorphous alloy is generally formed into a tough foil body by a rapid quenching method. The characteristics of the amorphous magnetic sheet 5 are high magnetic permeability, small coercive force, small iron loss, small hysteresis loss and small eddy current loss, control of magnetostriction in a wide range, high electric resistivity and small temperature change. , The coefficient of thermal expansion and the temperature coefficient of rigidity are small.
[0075]
This amorphous alloy can be formed in a flake shape. The amorphous alloy formed in a flake shape is formed in a sheet shape, for example, as an amoric sheet (trade name) manufactured by Riken Corporation.
[0076]
That is, this amorisic sheet is a sheet in which bamboo leaf-like flakes of a high magnetic permeability cobalt amorphous alloy are uniformly dispersed in an insulating film and fixed in a sandwich shape.
[0077]
Alternatively, a magnetic protective sheet formed by forming a flake-like amorphous magnetic material in a state of being scattered and forming it into a sheet may be used.
[0078]
As shown in FIGS. 1 and 2, the amorphous magnetic material sheet 5 is formed in a fan shape, and is arranged to extend from the magnetic flux generating portion A to the outside of the antenna coil 2a. The angle θ of the sector is preferably about 90 degrees, and a practically preferable range is 60 degrees to 180 degrees.
[0079]
FIG. 7 shows a non-illustrated stainless steel plate which is a conductive material, in which a fan-shaped amorphous magnetic sheet 5 having a fan-shaped angle θ of 90 ° shown in FIG. 2 is arranged below a concentric disk-shaped antenna coil 2a. When the RFID tag 1a sealed with the resin 6 is placed on the sheet 5, a communicable magnetic flux area (maximum communicable area) in the surface direction of the antenna coil 2a (left-right direction in FIG. 2B) in the RFID tag 1a. Distance L max ) Is the measurement result.
[0080]
In FIG. 7, the concentric disk-shaped antenna coil 2a has an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 20 mm, a fan-shaped outer diameter of the amorphous magnetic material sheet 5 of 80 mm, an inner diameter of 10 mm, and an amorphous magnetic material. The thickness of the sheet 5 was 30 μm, and an Fe—Ni—Mo—BS—based amorphous magnetic material sheet manufactured by Allied Signal Corp. of the United States and having a maximum magnetic permeability μ of 800000 was used.
[0081]
7, a communicable magnetic flux area B appears outside the fan-shaped outer shape of the amorphous magnetic material sheet 5, and a radial center o of the antenna coil 2a. 1 The maximum point B on the extension line of the amorphous magnetic material sheet 5 from 1 Communication distance L max Was 50 mm.
[0082]
Under the same conditions, the maximum communicable distance L in a state where the amorphous magnetic material sheet 5 is not provided and the antenna coil 2a is mounted on the stainless steel plate. max Is 27 mm, and the maximum communicable distance L when the amorphous magnetic material sheet 5 is placed over the entire coil surface of the antenna coil 2a and placed on a stainless steel plate is max Is 25 mm, and the maximum communicable distance L in a state where the doughnut-shaped amorphous magnetic sheet 5 is disposed on the entire lower surface of the antenna coil 2a and placed on a stainless steel plate. max Was 24 mm.
[0083]
Accordingly, the antenna coil 2a is formed on the antenna coil 2a as shown in FIGS. 1, 2, 5, and 7, as compared with the case where the amorphous magnetic material sheet 5 is not provided or the case where the amorphous magnetic material sheet 5 is arranged on the entire surface of the antenna coil 2a. When the amorphous magnetic sheet 5 is disposed so as to extend from the magnetic flux generation portion A to the outside of the antenna coil 2a, the maximum communicable distance L is larger. max Turned out to be larger.
[0084]
FIG. 8 shows the maximum point B obtained by changing the sector angle θ of the amorphous magnetic material sheet 5 placed on the stainless steel plate shown in FIG. 1 Communication distance L max Is actually measured.
[0085]
The maximum point B is obtained when the angle θ of the sector of the amorphous magnetic material sheet 5 is 60 degrees. 1 Center o of the antenna coil 2a at 1 Communication distance L from max Is 42 mm, and the maximum point B increases as the angle θ increases from 60 degrees to 90 degrees. 1 Communication distance L max Gradually increases, and when the angle θ is 90 degrees, the maximum communicable distance L max Transitions to the maximum of 50 mm.
[0086]
Further, as the angle θ increases from 90 degrees to 180 degrees, the maximum point B 1 Communication distance L max Gradually decreases to 48 mm when the angle θ is 120 degrees, and the maximum communicable distance L when the angle θ is 180 degrees. max Was 40 mm.
[0087]
Thus, the optimal angle θ of the fan shape of the amorphous magnetic material sheet 5 is 90 degrees. When the angle θ is in the range of 60 degrees to 180 degrees, the amorphous magnetic material sheet 5 has no amorphous magnetic sheet 5 or the entire surface of the antenna coil 2a has an amorphous shape. The maximum communicable distance L is greater when the amorphous magnetic sheet 5 is disposed extending from the magnetic flux generating portion A formed on the antenna coil 2a to the outside of the antenna coil 2a than when the magnetic sheet 5 is disposed. max Turned out to be larger.
[0088]
FIG. 9 shows the fan-shaped outer diameter R (extended length) of the amorphous magnetic sheet 5 and the maximum communicable distance L. max It is a diagram showing the relationship between the inner diameter of the antenna coil 2a is 20mm, the outer diameter is 25mm, the thickness of the amorphous magnetic material sheet 5 is 30μm, the maximum magnetic permeability μ is 800000 Fe-Ni-Mo -Amorphous magnetic sheet made of a BS-based amorphous magnetic material sheet manufactured by Allied Signal Co., USA, with a fan-shaped inner diameter r of 10 mm, a fan-shaped angle θ of 90 °, and placed on a stainless steel plate. 5 by changing the outer diameter R of the sector, and the maximum distance L communicable with the outer diameter R max The relationship was actually measured.
[0089]
When the fan-shaped outer diameter R of the amorphous magnetic material sheet 5 is 40 mm, the maximum point B 1 Communication distance L max Is 300 mm. The outer diameter R of the sector gradually increases from 40 mm to 80 mm. When the outer diameter R is 60 mm, the maximum communication distance L is 60 mm. max Is 350 mm, and the maximum communicable distance L is 80 mm when the outer diameter R is 80 mm. max Transitions to 380 mm and reaches a maximum.
[0090]
When the outer diameter R is 80 mm or more, the maximum communicable distance L max Saturates and maintains 380 mm. Therefore, the fan-shaped outer diameter R of the amorphous magnetic material sheet 5 is optimally 80 mm, and if it is larger than that, the material cost increases, which is uneconomical.
[0091]
When the amorphous magnetic sheet 5 and the antenna coil 2a are similarly placed on an aluminum plate or a copper plate as a conductive material instead of the stainless steel plate in the same manner as in FIG. Maximum communication distance L when diameter R is 80 mm or more max Was 230 mm. In addition, the maximum communicable distance L when there is no conductive material and no amorphous magnetic sheet 5 is used. max Was 200 mm.
[0092]
Accordingly, when the antenna coil 2a is placed on a conductive material such as a stainless steel plate, an aluminum plate, or a copper plate via the amorphous magnetic material sheet 5 as described above, communication is possible more than when there is no conductive material. Distance L max Turned out to be larger.
[0093]
FIGS. 10 to 12 show an RFID tag 1b having a cylindrical antenna coil 2b, and a magnetic flux generating part A (formed at an axial end (left-right direction in FIGS. 10 to 12)) of the antenna coil 2b. An amorphous magnetic sheet 5 which is extended from the antenna coil 2b (see FIG. 14) to a sheet-like magnetic material having high magnetic permeability is arranged.
[0094]
As shown in FIG. 13, a cylindrical core member 3 such as an iron core or a ferrite is inserted in an axial direction (the left-right direction in FIG. 13) inside an antenna coil 2b formed by a single wire and formed in a cylindrical shape.
[0095]
For example, as an example of the antenna coil 2b, a copper wire having a diameter of about 30 μm is wound in a single wire in a radially multiple layer in a cylindrical shape in the axial direction, and the core member 3 is inside the antenna coil 2b. Was about 9.5 mH (frequency 125 kHz), and the capacitance of a capacitor separately connected to the antenna coil 2a for resonance was about 170 pF (frequency 125 kHz).
[0096]
In FIG. 10, a rectangular amorphous magnetic material sheet 5 extending from the axial end on the lower surface of the antenna coil 2b to the outside in the axial direction is disposed and adhered, and the antenna coil 2b, the core member 3, and the semiconductor IC chip 4 (FIG. 13) and an amorphous magnetic material sheet 5 are integrally sealed and fixed with a resin 6.
[0097]
In FIG. 11, after the antenna coil 2b, the core member 3 and the semiconductor IC chip 4 are sealed with the resin 6, the rectangular amorphous magnetic sheet 5 is axially moved from the axial end of the antenna coil 2b below the case. It is arranged so as to extend outward in the direction and adhered and fixed to the case.
[0098]
Note that the amorphous magnetic material sheet 5 may be two upper and lower sheets in FIGS. 10 and 11 with the axial end of the antenna coil 2b interposed therebetween. Further, one amorphous magnetic material sheet 5 may be connected to the axial end of the antenna coil 2b. The portions may be arranged in a U-shaped cross section. Further, a cap-shaped amorphous magnetic sheet 5 may be placed on the axial end of the antenna coil 2b.
[0099]
In FIG. 12, after the antenna coil 2b, the core member 3, and the semiconductor IC chip 4 are sealed with the resin 6, the cylindrical amorphous magnetic sheet 5 is axially outwardly disposed around the case from the axial end of the antenna coil 2b. And is fixed by bonding to the case.
[0100]
FIG. 12 shows an example in which the open end side of the cylindrical amorphous magnetic material sheet 5 is widened and formed into a trumpet shape, but may be simply expanded to a cylindrical or tulip shape having the same diameter.
[0101]
FIG. 14 shows the electric field characteristics at various positions in the RFID tag 1b having the cylindrical antenna coil 2b, which are similarly measured by the measuring device shown in FIG. As shown in FIG. 14, the center o of the antenna coil 2b 2 Is the minimum point of the electric field characteristic due to the magnetic flux, and both ends of the antenna coil 2b are the maximum points of the electric field characteristic.
[0102]
FIG. 15 shows a communicable magnetic flux area B (a communicable maximum distance L) of the antenna coil 2b in the RFID tag 1b shown in FIG. max 3) shows the experimental results. The amorphous magnetic material sheet 5 has a thickness of 30 μm and a maximum magnetic permeability μ of 800,000. It is an amorphous magnetic material sheet manufactured by Allied Signal Inc. of the U.S.A. and has a square shape of 10 mm square. The antenna coil 2b is disposed so as to extend from the magnetic flux generating portions A formed at both ends of the antenna coil 2b to the outside of the antenna coil 2b.
[0103]
The RFID tag 1b is disposed on a stainless steel plate, and has a maximum communicable distance L by the measuring device shown in FIG. max Is measured. As shown in FIG. 15, the communicable magnetic flux region B is formed in a gourd shape along the axial direction of the antenna coil 2b, and on the side where the amorphous magnetic material sheet 5 is disposed on the axial extension of the antenna coil 2b. Maximum communication distance L max Maximum point B of 1 Appears.
[0104]
In FIG. 15, the center o of the antenna coil 2b on the side where the amorphous magnetic material sheet 5 is arranged on the axial extension of the antenna coil 2b. 2 From the maximum point B 1 Maximum communication distance L up to max Is 52 mm, the maximum communicable distance L on the side opposite to the amorphous magnetic sheet 5 on the axial extension of the antenna coil 2b. max Is 50 mm, the center o in the direction orthogonal to the axial direction of the antenna coil 2b. 2 Communication distance L from max Was 13 mm.
[0105]
FIG. 16 shows the maximum communicable distance L when the amorphous magnetic sheet 5 shown in FIG. 15 is simultaneously extended from the magnetic flux generating portion A to the axial center side of the antenna coil 2b (the right side in FIG. 15). max This is an example of the measurement. In FIG. 15, when the right side edge of the amorphous magnetic material sheet 5 is located at the magnetic flux generation part A, the maximum communicable distance L max Is 52 mm as described above, and the center o of the antenna coil 2b is 2 When the right side edge of the amorphous magnetic sheet 5 is extended up to max Is 40 mm, and when the amorphous magnetic sheet 5 is extended over the entire length of the antenna coil 2b, the maximum communicable distance L max Was 22 mm.
[0106]
As a conductive material that generates an eddy current due to a magnetic field H generated when performing communication or power transfer of the RFID tags 1a and 1b to generate a magnetic flux in the opposite direction to attenuate the original magnetic flux, the conductive material may affect communication. In addition to the above-mentioned stainless steel plate, copper plate, aluminum plate, iron, cobalt, nickel, and alloys thereof, ferromagnetic metals such as ferrite, or aluminum, copper, chrome and other paramagnetic metals, Conductive plastics and the like are applicable.
[0107]
FIG. 17 shows a concentric disk-shaped antenna coil 2a or a cylindrical antenna coil 2b in which the amorphous magnetic material sheet 5 is disposed in the mounting groove 11a having a circular cross section or the like of the mounting member 11 made of a conductive material as described above. The RFID tags 1a and 1b are housed, and at least the surface is covered and sealed with a resin 6 serving as a protective body.
[0108]
In FIG. 17, information stored in the RFID tags 1a and 1b can be taken out by an external reader / writer device (not shown) using a magnetic field formed by a leakage magnetic flux leaking above the resin 6. The cross section of the mounting groove 11a is not limited to a circle, but may be various shapes such as a square, an ellipse, and a ship bottom (arc groove).
[0109]
FIG. 18 shows a case where the RFID tags 1a and 1b having the antenna coils 2a and 2b in which the amorphous magnetic sheet 5 is disposed in the mounting groove 11a are accommodated, and are made of a non-magnetic material such as resin or pottery or a conductive material. At least the surface is covered and protected by a substantially flat lid 12 serving as a protective body.
[0110]
The lid 12 is appropriately fixed to the mounting member 11 by screwing, bolting, or bonding. When the lid 12 is made of a conductive material, a magnetic flux leakage path 14 is formed at the joint between the mounting member 11 and the lid 12 so that a sufficient amount of magnetic flux that can be transmitted and received at a practical level can be leaked. For example, in the case of bonding or bolting, a substantially smooth contact surface is formed so that a predetermined gap is formed, and in the case of screwing, the screw portion is formed such that a predetermined gap is formed in a screwed portion. A contact surface is formed.
[0111]
It is realistic that the above-mentioned contact surfaces are formed by machining those contact surfaces with a desired surface roughness, rather than designing a special gap. In this case, the opposing surfaces are in distributed contact with each other, and the magnetic flux leakage path is formed using the dispersed non-contact portion.
[0112]
As for the surface roughness of the contact surface, for example, one of the surfaces facing each other is processed to have a surface roughness of about 0.04 μm, thereby forming at least about 0.08 μm as a gap between the contact surfaces, and a desired electromagnetic wave leakage It was verified at a practical level to ensure the degree.
[0113]
Note that the magnetic flux leakage path for leaking magnetic flux may be configured by providing a notch, a hole, a slit 12a, or the like in the lid 12. The information stored in the RFID tags 1a and 1b is stored in an external reader (not shown) by using a magnetic field formed by a leakage magnetic flux leaking from a magnetic flux leakage path 14 formed between the attachment member 11 and the lid 12. It can be taken out by a writer device. The slit 12a having the shape shown in FIG. 18 is particularly effective in the case of an RFID tag 1a having a concentric disk-shaped antenna coil 2a.
[0114]
When the lid 12 is made of a non-magnetic material, the information stored in the RFID tags 1a and 1b is illustrated by using a magnetic field formed by the resin 6 and a leakage magnetic flux leaking above the lid 12. Can be taken out by an external reader / writer device.
[0115]
In FIG. 19, the RFID tags 1a and 1b having the antenna coils 2a and 2b in each of which the amorphous magnetic sheet 5 is disposed in the mounting groove 11a are accommodated, and are further made of a non-magnetic material such as resin or pottery or a conductive material. At least the surface is covered and protected by a cap-shaped lid 13 serving as a protective body.
[0116]
The lid 13 is also appropriately fixed to the mounting member 11 by screwing or bonding. When the lid 13 is made of a conductive material, a magnetic flux leakage path 14 is formed at the joint between the attachment member 11 and the lid 13 so that an amount of magnetic flux that can be transmitted and received at a practical level can be leaked. For example, in the case of adhesion, a substantially smooth contact surface is formed so that a predetermined gap is formed, and in the case of screwing, the contact surface of the screw portion is formed such that a predetermined gap is formed in a screwed portion. It is formed.
[0117]
Note that the magnetic flux leakage path 14 for leaking magnetic flux may be configured by providing a notch, a hole, a slit 13a, or the like in the lid 13. Then, information stored in the RFID tags 1a and 1b is stored in an external reader (not shown) by utilizing a magnetic field formed by a leakage magnetic flux leaking from a magnetic flux leakage path 14 formed between the attachment member 11 and the lid 13. It can be taken out by a writer device. The slit 13a shown in FIG. 19 is formed at the center of the top plate of the cap-like lid 13 in a straight line, a cross, or a radial shape.
[0118]
When the cap-shaped lid 13 is made of a non-magnetic material, it is stored in the RFID tags 1a and 1b using a magnetic field formed by the resin 6 and a leakage magnetic flux leaking above the lid 13. The information can be taken out by an external reader / writer (not shown).
[0119]
FIG. 20 shows a container 15 made of a conductive material which is divided into at least two RFID tags 1a and 1b each having a concentric disk-shaped antenna coil 2a or a cylindrical antenna coil 2b on which an amorphous magnetic material sheet 5 is arranged. The magnetic flux leakage path 14 is formed in the container formed of the lid 16 and a boundary surface between the storage container 15 and the lid 16 which is a divided body constituting the container or at least one of the storage container 15 and the lid 16. It was done.
[0120]
The lid 16 is also appropriately fixed to the storage container 15 by a screw-in type or by adhesion or the like. When the lid 16 is made of a conductive material, a magnetic flux leakage path 14 is formed at the joint between the housing container 15 and the lid 16 so that an amount of magnetic flux that can be transmitted and received at a practical level can be leaked. For example, in the case of adhesion, a substantially smooth contact surface is formed so that a predetermined gap is formed, and in the case of screwing, the contact surface of the screw portion is formed such that a predetermined gap is formed in a screwed portion. It is formed.
[0121]
The magnetic flux leakage path 14 for leaking magnetic flux may be configured by providing a notch, a hole, a slit 16a, or the like in the lid 16 or the storage container 15. The information stored in the RFID tags 1a and 1b is stored in an external reader (not shown) by using a magnetic field formed by a leakage magnetic flux leaking from a magnetic flux leakage path 14 formed between the storage container 15 and the lid 16. It can be taken out by a writer device.
[0122]
FIG. 21 is a top view of a notebook-type personal computer or the like in which RFID tags 1a and 1b having a concentric disk-shaped antenna coil 2a or a cylindrical antenna coil 2b on which an amorphous magnetic material sheet 5 is disposed are attached members made of a conductive material. The upper cover 17 is attached to the main body 18 by means of an opening / closing mechanism 19 such as a hinge.
[0123]
A magnetic flux leakage path 14 is formed on the opening / closing surface, which is a junction between the upper lid 17 and the main body 18, so that a magnetic flux that can be transmitted and received at a practical level can be leaked, so that a predetermined gap is formed. A substantially smooth contact surface is formed.
[0124]
The information stored in the RFID tags 1a and 1b is stored in an external reader / writer device (not shown) by using a magnetic field formed by a leakage magnetic flux leaking from a magnetic flux leakage path 14 formed between the upper lid 17 and the main body 18. Can be taken out.
[0125]
FIG. 22 shows an RFID tag 1a, 1b having a concentric disk-shaped antenna coil 2a or a cylindrical antenna coil 2b on which an amorphous magnetic material sheet 5 is disposed, as a mounting member made of a conductive material, a laminated metal plate or the like. It is fixed to a printed circuit board 20 on which an electric circuit is formed by bonding or the like.
[0126]
A gap is formed between the stacked printed circuit boards 20 by a spacer 21 or the like, and a magnetic flux leakage path 14 is formed so that an amount of magnetic flux that can be transmitted and received at a practical level can be leaked.
[0127]
The information stored in the RFID tags 1a and 1b is stored in an external reader / writer device (not shown) by using a magnetic field formed by a leakage magnetic flux leaking from a magnetic flux leakage path 14 formed between the stacked printed circuit boards 20. Can be taken out.
[0128]
FIGS. 23 to 25 show an RFID tag 1b having a cylindrical antenna coil 2b on which an amorphous magnetic material sheet 5 is disposed, which is inclined and disposed inside a mounting groove 11a of a mounting member 11 made of a conductive material. 6 and sealed and fixed.
[0129]
In FIG. 23, a planar amorphous magnetic material sheet 5 is disposed extending from a magnetic flux generating portion A formed at an axial end of a cylindrical antenna coil 2b toward an opening of a mounting groove 11a to near an opening surface. FIG. 24 shows the opening of the mounting groove portion 11a from the magnetic flux generating portion A formed at the axial end of the cylindrical antenna coil 2b by expanding the tip of the cylindrical amorphous magnetic material sheet 5 in a trumpet shape. It is arranged so as to extend to the vicinity of the opening surface toward the portion.
[0130]
FIG. 25 shows that the amorphous magnetic material sheet 5 is arranged in a circular shape along the peripheral wall on the surface side of the mounting groove 11a and fixed by bonding or the like, and the RFID tag 1b having the cylindrical antenna coil 2b is attached to the antenna coil 2b. Are inclined and arranged so that the front end portion thereof is close to or in contact with the amorphous magnetic material sheet 5.
[0131]
In each of the above embodiments, the communication device RFID tag 1a Has been described as an example in the case of applying RFID tag 1a An amorphous magnetic material, which is a sheet-like magnetic material having a high magnetic permeability, extending from a magnetic flux generating portion formed on an antenna coil such as a reader / writer device or an IC card having an antenna coil and a control unit to communicate with the antenna coil. The body sheet 5 can also be arranged and configured.
[0132]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration and operation, it can be used for communication by a high-permeability sheet-like magnetic material that is arranged to extend from the magnetic flux generating portion formed on the antenna coil to the outside of the antenna coil. The decrease in magnetic flux can be greatly suppressed.
[0133]
Further, the directivity in the extension direction of the sheet-shaped magnetic body having high magnetic permeability is increased, and as a result, communication sensitivity can be increased. Further, since the sheet-shaped magnetic body can have flexibility, it can be bent or deformed into an optimal shape when the RFID tag is arranged in a narrow place.
[0134]
Further, even if the RFID tag is covered and protected by a protective body, even if it is attached to an attachment member made of a conductive material, the RFID tag extends from the magnetic flux generating portion formed on the antenna coil to the outside of the antenna coil. The reduced magnetic flux that can be used for communication can be significantly suppressed by the high-permeability sheet-shaped magnetic material.
[0135]
In the case where the protection body is made of a conductive material and a magnetic flux leakage path is formed between the protection body and the mounting member and / or in a part of the protection body, it is difficult to prevent external stress or impact. And an electromagnetic wave leaks through a magnetic flux leakage path, so that an AC magnetic field, which is a power transmission medium and an information communication medium, can be mutually transmitted and received between the RFID tag and an external reader / writer device. .
[0136]
Further, the RFID tag is attached to a mounting member made of a conductive material, and the mounting member is openable and closable by an opening / closing mechanism. Electromagnetic waves leak through a magnetic flux leakage path formed on the open / close surface, and an AC magnetic field, which is a power transmission medium and an information communication medium, can be transmitted and received between the RFID tag and an external reader / writer device.
[0137]
Further, according to the information reading method of the communication device according to the present invention, the information stored in the storage device of the communication device can be read from the outside by the magnetic flux.
[0138]
Further, the communication device is an RFID tag attached to an attachment member made of a conductive material, and when the information is read out by using a magnetic flux leaking from a magnetic flux leakage path formed in the attachment member, the attachment member is used. The information stored in the storage device of the communication device can be read from the outside by the magnetic flux due to the electromagnetic waves leaked through the magnetic flux leakage path formed in the communication device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view showing an example of a communication device according to the present invention, in which a sheet-shaped magnetic body is provided on an RFID tag having a concentric disk-shaped antenna coil.
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing an example of a communication device according to the present invention, in which a sheet-shaped magnetic body is provided on an RFID tag having a concentric disk-shaped antenna coil.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an RFID tag having a concentric disk-shaped antenna coil and a state of a magnetic field generated in the antenna coil.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the RFID tag.
FIG. 5 is a diagram showing electric field characteristics due to magnetic flux generated by a concentric disk-shaped antenna coil of the communication device according to the present invention, showing a comparison between a case with a sheet-shaped magnetic body and a case without a sheet-shaped magnetic body.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an experimental device that measures an electromagnetic field.
FIG. 7 is a diagram showing an experimental result of a communicable magnetic flux area (communicable maximum distance) in a direction of an antenna coil surface in the RFID tag shown in FIG. 2;
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the width (angle) of the sheet-shaped magnetic body and the communicable magnetic flux region (maximum communicable distance) in the direction of the antenna coil surface by experimental results.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between an extended length (outer diameter) of a sheet-shaped magnetic body and a communicable magnetic flux region (maximum communicable distance) in a direction of an antenna coil surface by experimental results.
[Figure 10] Reference example of communication device FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which a sheet-shaped magnetic body is provided on an RFID tag having a cylindrical antenna coil.
FIG. 11 Reference example of communication device FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which a sheet-shaped magnetic body is provided on an RFID tag having a cylindrical antenna coil.
[Fig. 12] Reference example of communication device FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which a sheet-shaped magnetic body is provided on an RFID tag having a cylindrical antenna coil.
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an RFID tag having a cylindrical antenna coil and a state of a magnetic field generated in the antenna coil.
FIG. 14 Communication device FIG. 6 is a diagram showing electric field characteristics due to magnetic flux generated by the cylindrical antenna coil of FIG.
15 is a diagram showing an experimental result of a communicable magnetic flux region (communicable maximum distance) in the antenna coil axial direction in the RFID tag shown in FIG. 11;
FIG. 16 shows the extension length when the sheet-shaped magnetic body shown in FIG. 15 is simultaneously extended from the magnetic flux generation portion to the axial center of the cylindrical antenna coil, and the communicable magnetic flux area in the antenna coil axial direction (communicable maximum). FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the distance and the distance based on experimental results.
FIG. 17 is an explanatory cross-sectional view showing various mounting structures in which the communication device according to the present invention is mounted on a mounting member made of a conductive material.
FIG. 18 is a cross-sectional explanatory view showing various mounting structures in which the communication device according to the present invention is mounted on a mounting member made of a conductive material.
FIG. 19 is a cross-sectional explanatory view showing various mounting structures in which the communication device according to the present invention is mounted on a mounting member made of a conductive material.
FIG. 20 is an explanatory cross-sectional view showing various mounting structures in which the communication device according to the present invention is mounted on a mounting member made of a conductive material.
FIG. 21 is an explanatory side view showing a state in which the communication device according to the present invention is provided on an openable and closable attachment member made of a conductive material.
FIG. 22 is an explanatory side view showing a state in which the communication device according to the present invention is arranged between stacked conductive members.
FIG. 23 has a cylindrical antenna coil Communication device It is sectional explanatory drawing which shows the various mounting structures which were arrange | positioned diagonally in the hole of the mounting member made of the conductive material.
FIG. 24 has a cylindrical antenna coil Communication device It is sectional explanatory drawing which shows the various mounting structures which were arrange | positioned diagonally in the hole of the mounting member made of the conductive material.
FIG. 25 has a cylindrical antenna coil Communication device It is sectional explanatory drawing which shows the various mounting structures which were arrange | positioned diagonally in the hole of the mounting member made of the conductive material.
[Explanation of symbols]
1a, 1b ... RFID tag
2a, 2b ... antenna coil
2a1… Inner circumference
3 ... Core member
4: Semiconductor IC chip
4a CPU
Memory 4b
4c ... Transceiver
4d ... capacitor
5. Amorphous magnetic sheet
6 ... Resin
7… Measuring stage
8 ... Pickup coil
9 ... SSG oscillator
10… Oscilloscope
11 ... Mounting member
11a ... Mounting groove
12, 13 ... lid
12a, 13a ... slit
14 ... Flux leakage path
15… Container
16 ... Lid
16a ... Slit
17 ... Top lid
18 ... body
19… Opening / closing mechanism
20 ... Printed circuit board
21 ... Spacer
A: Magnetic flux generation site
B: Magnetic flux area where communication is possible
B 1 … Maximum point
a, b ... curve
H: magnetic field
L max … Maximum communication distance
o 1 … Diameter center
o 2 …center
r: Fan-shaped inner diameter
R: Fan-shaped outer diameter
θ ... Sector angle

Claims (9)

  1. アンテナコイルを使用して電磁波で通信を行う通信装置において、
    前記アンテナコイルが同心円盤状に形成され、該アンテナコイルの径中心と該アンテナコイルの内周部との中間に形成される磁束発生部位から該アンテナコイルの外側に延長して高透磁率のシート状磁性体が配置されたことを特徴とする通信装置。
    In a communication device that performs communication using electromagnetic waves using an antenna coil,
    The antenna coil is formed in a concentric disk shape, and extends from a magnetic flux generating portion formed between a radial center of the antenna coil and an inner peripheral portion of the antenna coil to the outside of the antenna coil to have a high magnetic permeability sheet. A communication device, wherein a magnetic material is disposed.
  2. 前記高透磁率のシート状磁性体は、シート状のアモルファス磁性体であることを特徴とする請求項1に記載の通信装置。The communication device according to claim 1, wherein the high-permeability sheet-shaped magnetic material is a sheet-shaped amorphous magnetic material.
  3. 前記通信装置が前記アンテナコイル及び制御部を有するRFIDタグ若しくはそのリーダライタ装置、または前記アンテナコイル及び制御部を有するICカードであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。Wherein the communication device is a communication device according to claim 1 or claim 2, characterized in that an IC card having an RFID tag or a reader-writer device, or the antenna coil and a control unit having the antenna coil and a control unit .
  4. 前記RFIDタグは少なくとも2つに分割される導電性材料で作られた容器内に収容され、該容器を構成する分割体の境界面及び/または該分割体の少なくとも一方に磁束漏洩路が形成されたことを特徴とする請求項3に記載の通信装置。The RFID tag is housed in a container made of a conductive material that is divided into at least two parts, and a magnetic flux leakage path is formed at a boundary surface of a divided body constituting the container and / or at least one of the divided bodies. The communication device according to claim 3 , wherein:
  5. 請求項3に記載のRFIDタグが導電性材料で作られた取付部材に取り付けられ、RFIDタグの少なくとも表面が保護体で覆われたことを特徴とする通信装置の取付構造。A mounting structure for a communication device, wherein the RFID tag according to claim 3 is mounted on a mounting member made of a conductive material, and at least a surface of the RFID tag is covered with a protective body.
  6. 前記保護体が導電性材料で作られ、該保護体と前記取付部材との間及び/または前記保護体の一部に磁束漏洩路が形成されたことを特徴とする請求項5に記載の通信装置の取付構造。The communication according to claim 5 , wherein the protection body is made of a conductive material, and a magnetic flux leakage path is formed between the protection body and the mounting member and / or at a part of the protection body. Equipment mounting structure.
  7. 請求項3に記載のRFIDタグが導電性材料で作られた取付部材に取り付けられ、該取付部材が開閉機構で開閉自在とされており、その開閉面に磁束漏洩路が形成されたことを特徴とする通信装置の取付構造。4. The RFID tag according to claim 3 , wherein the RFID tag is mounted on a mounting member made of a conductive material, the mounting member is openable and closable by an opening and closing mechanism, and a magnetic flux leakage path is formed on the opening and closing surface. The mounting structure of the communication device.
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の通信装置における記憶装置に記憶された情報を磁束により外部から読み出すことを特徴とする通信装置の情報読出方法。An information reading method for a communication device, comprising: reading out information stored in a storage device of the communication device according to any one of claims 1 to 7 from outside using a magnetic flux.
  9. 前記通信装置は導電性材料で作られた取付部材に取り付けたRFIDタグであり、該取付部材に形成された磁束漏洩路から漏洩する磁束を利用して、その情報を読み出すことを特徴とする請求項8に記載の通信装置の情報読出方法。 Wherein said communication device is a RFID tag attached to a mounting member made of electrically conductive material, which uses a magnetic flux leaked from the magnetic flux leakage path formed in member with said mounting, characterized in that reading the information Item 9. The information reading method for a communication device according to Item 8 .
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