JP3607217B2 - データキャリア構造及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁波を利用して通信を行えるデータキャリアを備えたデータキャリア構造に関し、特に円盤状のアンテナコイルを有するデータキャリアの通信距離を拡大したデータキャリア構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナコイルとＩＣ回路を埋込んだＩＣカードやＲＦＩＤタグ（Ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＴＡＧ）等のデータキャリアが各分野に広く普及している。これ等データキャリア（子機）には携帯型、または装置や機械もしくは各種部品に装着する固定型の２種があり、いずれも無線通信領域である高周波の電磁波を利用して、親機であるリーダライタ機（またはリーダ機）との間で非接触によりデータの送受信（通信）を行う。
【０００３】
尚、通常、データキャリア自体は作動用としてのバッテリー等の電源を保有せず、リーダライタ機から送信される電磁波の一部を電源として利用するように構成されている。
【０００４】
図１２はデータキャリアの構造等を説明する図であり、図１３はそのブロック図である。図１２（ａ）に示すように、一般的なデータキャリア１は導線を空芯コイルに巻回して形成した円盤状のアンテナコイル２と、そのアンテナコイル２の両端に接続されたＩＣ回路３を有する。
【０００５】
ＩＣ回路３は図１３に示すように送受信回路４、ＣＰＵ（中央演算装置）５、書き込み可能な不揮発性記憶素子を有するメモリ６及び電力貯蔵用のコンデンサ７を有している。そしてこれ等アンテナコイル２及びＩＣ回路３は非導電性材料である樹脂材を用いて薄い円盤状もしくはカード状に一体成形するか、またはラミネート加工されて外部環境から保護された密封型に形成される。
【０００６】
上記データキャリア１の送受信方法を図１３により説明すると、先ず図示しないリーダライタ機が最初のステップでデータキャリア１の呼び出し及び電力送信用の電磁波を送信する。するとデータキャリア１はその電磁波をアンテナコイル２と送受信回路４の同調作用により受信し、その電力をコンデンサ７に貯蔵する。これによってデータキャリア１は作動状態になるので、次のステップでリーダライタ機からデータキャリア１に読み出し用の電磁波を送信する。
【０００７】
電磁波はデータキャリア１のアンテナコイル２から送受信回路４を経てＣＰＵ５に入力し、ＣＰＵ５はそれに応じて必要な情報をメモリ６から読み出し、その情報を送受信回路４からアンテナコイル２を経て電磁波としてリーダライタ機に送信する。リーダライタ機からデータキャリア１のメモリにデータを書き込むときも上記方法に準じて実行される。尚、これ等一連のステップはほぼ瞬時に行われる。
【０００８】
図１２（ｂ）はアンテナコイル２と電磁波の関係を説明するものである。一般に電磁波は９０度の位相差をもって交流的に伝播する電界と磁界により表すことができ、その磁界とアンテナコイル２が鎖交することにより該アンテナコイル２に流れる電流（高周波電流）を利用して送受信が行われる。
【０００９】
例えば、アンテナコイル２から電磁波が送信される場合は、アンテナコイル２に流れる高周波電流により図示のような高周波の磁界成分Ｈがアンテナコイル２の中心を通るループ（磁束ループ）として分布し、この磁束領域にリーダライタ機のアンテナコイルを置くと、リーダライタ機はデータキャリア１からの情報を受信できる。同様にリーダライタ機から電磁波を送信するときにも、データキャリア１のアンテナコイル２の周囲には図示のような磁界成分Ｈが分布し、それをアンテナコイル２が受信することになる。
【００１０】
上記のように構成されたデータキャリア１がリーダライタ機との間で通信できる距離、即ち、通信距離は通常数ｍｍ〜数ｃｍ程度である。例えば鉄道の自動改札口の場合には、定期券等のデータキャリアをその挿入口に差し込んで装置内部に設けたリーダ部に近接通過させて読み取ることができるので、通信距離の問題はほとんどない。
【００１１】
しかし、データキャリアとしてのＲＦＩＤタグ等を物品に装着して管理を行う場合等においては、通信距離が短いとその利用範囲が制限される。また、管理形態によっては特定方向の通信指向性の高いことが要求されることもある。そこで従来からデータキャリアの通信距離の延長方法または指向性向上方法について種々の提案がされている。
【００１２】
図１４は特開２０００−４８１５２号公報で提案されている方法を説明する図である。データキャリア１は、エナメル線等の絶縁電線を巻回して形成した円形空芯コイルからなる円盤状のアンテナコイル２と、その両端に接続されたＩＣ回路３を有し、アンテナコイル２にはアモルファスシートからなる細長いシート状磁性体８が挿通される。そしてシート状磁性体８はその鋭いエッジでアンテナコイル２の表面に形成された絶縁被覆を傷つけないように、その周囲が絶縁シートで覆われている。
【００１３】
シート状磁性体８はアンテナコイル２に挿入できるように、アンテナコイル２の中空部の直径より小さい幅のものを選択し、挿入後にアンテナコイル２とシート状磁性体８を平坦に押圧整形する。
【００１４】
そしてシート状磁性体８は空中よりも磁気抵抗が著しく小さいので、アンテナコイル２と鎖交する磁束はシート状磁性体８の長手方向に容易に延長してその先端部を通る磁束ループとして空気中に分布する。従って、通信距離は主としてシート状磁性体８の長手方向に延長され、且つ該方向の通信指向性が高くなる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記提案された方法は、アンテナコイル２にシート状磁性体８を挿通させるので、製造が難しく手間がかかるという問題がある。また、一般にＲＦＩＤタグ等のデータキャリア１はアンテナコイル２とＩＣ回路３を一体的に樹脂封止して大量生産され、短い通信距離の標準品が安価な価格で市販流通している。しかし上記方法では製造過程でシート状磁性体８をアンテナコイル２に挿入するので、標準品とは別の特別な製造工程で作らなければならず、コスト的に不利になる。
【００１６】
更に、上記方法は、シート状磁性体８をアンテナコイル２に挿入してから両者を平坦に押圧整形する際に、アンテナコイル２の絶縁皮膜を損傷する恐れがあり、その対策が必要になる。そこで本発明は、このような問題を解決することを課題とし、そのための新しいデータキャリア構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するための本発明に係る第１の発明は、円盤状のアンテナコイルを有し電磁波により通信を行うデータキャリアを備えたデータキャリア構造であり、前記アンテナコイルの片面から外側に向けて第１のシート状磁性体が延長され、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体が延長され、前記第１のシート状磁性体と前記第２のシート状の磁性体は前記アンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成していることを特徴とする。
【００１８】
上記データキャリア構造において、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を高比透磁率の磁性材料で作ることができる。
【００１９】
上記いずれかのデータキャリア構造において、データキャリアを薄型の非導電性材料で作られた密封容器内に封入し、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を前記密封容器の外面に沿って延長することができる。
【００２０】
更に、上記いずれかのデータキャリア構造において、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を含めた全体を、薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することができる。そして、その場合、前記保護容器の少なくとも一方の表面部分をアルミニウムもしくはその合金で作ることができる。更に、前記保護容器の少なくとも一方の表面部分を磁性金属で作り、その内面にアルミニウムもしくはその合金の薄層を形成することができる。それ等表面部分は銘板として利用することもできる。
【００２１】
また、前記課題を達成するための本発明に係る第２の発明は、データキャリア構造の製造方法であり、薄型の非導電性材料で作られた密封容器に封入されたデータキャリアを使用し、その密封容器の片面から外側に向けて第１のシート状磁性体を延長して配置すると共に、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体を延長して配置し、その際、前記第１のシート状磁性体と前記第２のシート状の磁性体が前記アンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成するようにし、前記密封容器、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に図面により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係るデータキャリア構造の基本的構成を示す平面図、図２は図１を拡大した側面図である。これ等の図において、データキャリア構造１０は電磁波により通信を行なうデータキャリア１と、第１のシート状磁性体１１と及び第２のシート状磁性体１２を備えている。
【００２３】
データキャリア１は図１２及び図１３に示したものと同様に構成され、図２に示すような円盤状のアンテナコイル２とＩＣ回路３を有している。データキャリア１の通信方式には、例えば１２５ｋＨｚと１１７ｋＨｚの２波を使用する周波数偏移変調方式（ＦＳＫ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）及び１波のみ使用する振幅偏移変調方式（ＡＳＫ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）の２種存在するが、データキャリア１の近くに金属等の導電性部材が存在しても比較的安定してリーダライタ機等と通信できるＡＳＫ方式が望ましい。
【００２４】
第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２はいずれも１０μｍ〜５０μｍ程度の厚さを有するシート状磁性体を方形に切断加工して形成される。第１のシート状磁性体１１はアンテナコイル２の上面に沿って、図１におけるその中央部やや左側から右方向外側まで延長され、その一部がアンテナコイル２の上面側に接着等により固定されている。
【００２５】
また第２のシート状磁性体１２はアンテナコイル２の下面に沿って、図１におけるその中央部やや右側から左方向外側まで延長され、その一部がアンテナコイル２の下面側に接着等により固定されている。
【００２６】
その結果、アンテナコイル２の中央部側に位置する第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の端部は、それ等一部が互いに重なって（オーバラップして）いる。
【００２７】
そして図１２（ｂ）に示した磁束の少なくとも一部は、この場合には空中よりも著しく磁気抵抗の少ない第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２をそれぞれ通り、アンテナコイル２を介する図２の破線で示すような扁平に拡大された磁束路（磁束ループ）φを形成する。
【００２８】
尚、図面を見易くするために、図１における第２のシート状磁性体１２は第１のシート状磁性体１１よりも幅が若干小さくなっているが、実際は同じ幅とされる。
【００２９】
図２に示すように、磁束路φはアンテナコイル２の面に平行な方向に拡大されるので、該方向の通信距離が延長し且つその方向への通信指向性が高くなる。尚、このように通信距離が拡大する原理は前記した図１４の場合と同様に考えることができる。
【００３０】
しかし、図１４に示した従来例ではシート状磁性体８をアンテナコイル２に貫通させているが、本実施形態ではそのような貫通方式を採用せず、アンテナコイル２の片面から外側に向けて第１のシート状磁性体１１を延長し、更に、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体１２を延長し、それ等第１、第２のシート状磁性体１１，１２がアンテナコイル２を通る連続的な磁束路φを形成していることに特徴がある。
【００３１】
データキャリア構造１０の通信感度は磁束路φの磁束密度に比例し、その磁束密度は第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の比透磁率に比例する。従って第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２は比透磁率のできるだけ高いものを選択すべきであり、少なくとも１万以上の比透磁率を有する磁性体が望ましい。このような高い比透磁率を有する磁性材料からなる磁性体として、シート状に形成したアモルファス磁性体を挙げることができる。
【００３２】
一般にアモルファス磁性体の比透磁率は数万から数百万の範囲にあり、極めて比透磁率が高い。例えば米国のアライドケミカル社から市販されているＦｅ―Ｎｉ―Ｍｏ―Ｂ−Ｓ系で比透磁率が８０万のシート状アモルファス磁性体があり、更に、類似組成でより高比透磁率のシート状アモルファス磁性体が日立金属（株）から市販されており、いずれも本発明に使用できる。
【００３３】
図３は他の実施形態によるデータキャリア構造１０である。この例は図１に示すデータキャリア１、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器１３内に収容して構成される。
【００３４】
保護容器１３は円板状の上蓋１４と下蓋１５及びそれ等を連結するリング状の中間枠体１６により構成される。保護容器１３は樹脂のような非導電性材料またはアルミニウムもしくはその合金（例えばジュラルミン）で作ることができる。
【００３５】
図３のデータキャリア構造１０を構成するには、先ずデータキャリア１の上側と下側にそれぞれ第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２を接着等により貼り付けて延長させる。次に下蓋１５の上に中間枠体１６を配置し、その内側に前記データキャリア１等を収容する。次に容器内に接着剤もしくは充填剤を充填し、上蓋１４で封鎖して固化させることにより、下蓋１５、中間枠体１６及び上蓋１４が一体化されると共に、その内部にデータキャリア１等が安定に固定される。
【００３６】
このような保護容器１３内にデータキャリア構造１０の主要部を収容することにより、保管、運搬及び使用上において外部からの物理的、化学的な影響や浸水による影響を回避でき、更に、良好な外観を有するデータキャリア構造１０を構成できる。
【００３７】
また本発明におけるデータキャリア構造１０は、例えば機械、装置またはそれ等を構成する部品等の表面に取り付けて、情報格納型の銘板として利用することができる。その場合には保護容器１３の全体または少なくともその表面部分（例えば、上蓋１４部分）をアルミニウムもしくはその合金、或いは磁性金属で構成し、該表面部分に文字、記号等を刻印すると耐久性のよい銘板とすることができる。
【００３８】
一般に、データキャリア１を導電性部材、特に電気抵抗の小さい金属部材等の保護容器で覆うと、通信に際しての磁束（高周波磁束）により導電性部材に渦電流が発生し、その渦電流により生じる反対方向の打消し磁束により通信に必要な磁束が減少する傾向があり、更に、保護容器の内外に磁束が通らないことにより、多くの場合通信が不可能になる。
【００３９】
しかし、本発明者等の実験によれば、保護容器１３を導電性部材であるアルミニウムもしくはその合金で作り、更に、保護容器１３を磁束漏洩型とすることにより、通信が可能であることが分かった。保護容器１３を磁束漏洩型とするには、該保護容器１３に何らかの方法で磁束を漏洩させる空隙を形成すればよい。
【００４０】
従って、保護容器１３を樹脂で形成する場合は、樹脂自体が磁束を漏洩するので問題はない。アルミニウムもしくはその合金で構成する場合には、図３のように保護容器１３を上蓋１４、下蓋１５及び中間枠体１６のように分割可能に形成し、例えば上蓋１４と中間枠体１６の間及び下蓋１５と中間枠体１６の間に磁束漏洩用の空隙１７を設け、その空隙１７にゴム等の非導電性物質を介在させるか、またはその空隙１７を維持するようにして、前記のような非導電性物質である接着剤等を内部に充填して固定する。
【００４１】
尚、空隙１７の厚さ、即ち、上蓋１４及び下蓋１５と中間枠体１６の間に形成する隙間量は所望する磁束漏洩量にもよるが、通常の通信には数百μｍ〜数ｍｍ程度の範囲に設定すれば十分である。
【００４２】
上記のように構成すると、保護容器１３内のデータキャリア１からの磁束は、例えば図３に示すように第２のシート状磁性体１２から図３の左側の空隙１７を通って外部に漏洩し、図３の右側の空隙１７からアンテナコイル２を経て第１のシート状磁性体１１に戻る破線のような磁束路φが形成される。そしてこの磁束路φを利用してデータキャリア１と外部のリーダライタ機との間で通信ができる。
【００４３】
第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の先端部を空隙１７に近づけるほど通信感度は向上する。例えば、それ等先端部を保護容器１３の外部に臨む程度まで空隙１７に挿入すると通信感度は最も高くなる。
【００４４】
図４は更に、他の実施形態によるデータキャリア構造１０を示す断面図、図５は図４の平面図である。この例は大量生産され市場に流通している標準的なデータキャリアを利用し、それに図１と同様な第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２を組み合わせて保護容器１３内に収容したものである。これ等の図において、データキャリア１は薄型で樹脂等の非導電性材料で作られた密封容器１８内に円盤状のアンテナコイル２とＩＣ回路３を封入して構成される。
【００４５】
密封容器１８の上面に沿って第１のシート状磁性体１１を平行に配置して接着等によって固定し、該密封容器１８の下面に沿って第２のシート状磁性体１２を同様に平行に配置して接着等によって固定する。
【００４６】
そして第１のシート状磁性体１１の先端部は密封容器１８内に配置されたアンテナコイル２の図５における中央部よりやや右側から左方向の外側まで延長させ、第２のシート状磁性体１２の先端部は密封容器１８内に配置されたアンテナコイル２の図５における中央部よりやや左側から右方向の外側まで延長させる。
【００４７】
そして、それ等第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２を密封容器１８と共に保護容器１３内に収容し、接着剤等を充填してモールドすることにより図４に示すデータキャリア構造１０が形成される。尚、図４の保護容器１３も図３と同様に構成され、それを金属材料で構成する場合には、例えば、上蓋１４及び下蓋１５と中間枠体１６の間に同様に空隙１７を形成する。
【００４８】
上記のように構成されたデータキャリア構造１０は、図１の例と同様に、アンテナコイル２の中央部側に位置する第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の端部は一部が互いに重なって（オーバラップして）いる。
【００４９】
そして、図４に示すように、磁束の少なくとも一部は空中よりも著しく磁気抵抗の少ない第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２、及びアンテナコイル２を通って破線で示すような扁平で拡大された磁束路（磁束ループ）φを形成する。
【００５０】
尚、この例においても図３と同様に、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の先端部を保護容器１３の外部に臨む程度まで空隙１７に挿入すると通信感度は最も高くなる。
【００５１】
保護容器１３を導電性材料で形成する場合には、前記のようにアルミニウムもしくはその合金を用いることにより良好な通信を確保できることが分かっている。しかし実験によれば、それ以外の導電性材料、例えば鉄、ステンレス、銅、真鍮等の磁性金属で作られた保護容器１３であっても、その内面にアルミニウムもしくはその合金の薄層１９を形成することによって使用できることが分かった。
【００５２】
図６はそのようなデータキャリア構造１０を示す断面図である。尚、図６は図４に準じて描かれており、図４と同じ部分には同一符号が付されている。保護容器１３は上蓋１４、下蓋１５及び中間枠体１６により構成され、上蓋１４及び下蓋１５と中間枠体１６の間に磁束を漏洩するための空隙１７が形成される。
【００５３】
これ等は鉄、ステンレス、銅、真鍮等の導電性材料（磁性金属）で作られ、その上蓋１４と下蓋１５の内面にそれぞれアルミニウムもしくはその合金の薄層１９が接着等により固定される。このような薄層１９を設けると、理由は明らかではないが、アルミニウムもしくはその合金で作られた図４の保護容器１３と同様に作用して通信可能になる。
【００５４】
尚、この例においても図３と同様に、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の先端部を保護容器１３の外部に臨む程度まで空隙１７に挿入すると通信感度は最も高くなる。
【００５５】
図７は更に、他の実施形態によるデータキャリア構造１０を示す平面図である。この例では第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の形状を三角形とし、それぞれの１つの頂部をアンテナコイル２の中央部に対向させ、そこから面積が次第に拡大するように外側に延長させている。
【００５６】
このように構成した場合においても、図１及び図２と同様にアンテナコイル２の面方向外側に磁束路φが拡大され、それによって通信距離が広がり、その方向における通信指向性も向上する。
【００５７】
尚、図７にはアンテナコイル２、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２が二点鎖線で示す保護容器１３に収容される場合を示しているが、この例においても図４のような密封容器１８を用いて構成できる。
【００５８】
図８は更に、他の実施形態によるデータキャリア構造１０を示す平面図である。この例でも第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の形状を三角形とし、それぞれの１つの辺部をアンテナコイル２の中央部に対向させ、そこから面積が次第に縮小するように外側に延長させている。
【００５９】
このように構成しても図１及び図２と同様にアンテナコイル２の面方向外側に磁束路φが拡大され、それによって通信距離が広がり、その方向における通信指向性が向上する。
【００６０】
尚、図８もアンテナコイル２、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２が二点鎖線で示す保護容器１３に収容される場合を示しているが、この例においても図４のような密封容器１８を用いて構成できる。
【００６１】
図９は更に、他の実施形態によるデータキャリア構造１０を示す平面図である。この例では第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の形状をＬ型に形成している。
【００６２】
第１のシート状磁性体１１は１辺を図９の左右方向に平行に配置し、その先端部をアンテナコイル２の上面側中央部に位置させ、他辺を図９の上方（縦方向）に延長するように配置する。第２のシート状磁性体１２は１辺を図９の左右方向に平行に配置し、その先端部をアンテナコイル２の下面側中央部に位置させ、他辺を図９の下方（縦方向）に延長するように配置する。
【００６３】
第１のシート状磁性体１１の先端部と第２のシート状磁性体１２の先端部はアンテナコイル２を上下から挟んで一部が互いに重なって配置される。そしてアンテナコイル２を挟んで第１のシート状磁性体１１における図９の左右方向の辺と、第２のシート状磁性体１２における図９の左右方向の辺により第１の磁束路φ１が形成され、アンテナコイル２を挟んで第１のシート状磁性体１１における図９の左右方向及び縦方向の辺と第２のシート状磁性体１２における図９の左右方向及び縦方向の辺により第２の磁束路φ２が形成される。
【００６４】
このように構成することにより、通信距離は磁束路φ１による図９の左右方向及び磁束路φ２による図９の上下方向のいずれにも延長できると共に、それ等両方向における通信指向性も向上する。従って、このように構成することにより、平面的な方向における方向性のない（もしくは少ない）データキャリア構造１０を得ることができる。
【００６５】
尚、図９もアンテナコイル２、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２が二点鎖線で示す保護容器１３に収容される場合を示しているが、この例においても図４のような密封容器１８を用いて構成できることは言うまでもない。
【００６６】
図１０は図４及び図５に示すデータキャリア構造１０の通信距離を測定した結果である。実験に使用したデータキャリア構造１０は次のように製造した。先ず円盤状のアンテナコイル２とＡＳＫ方式で通信を行うＩＣ回路３を樹脂製の密封容器１８でモールドしたデータキャリア１を用意し、その密封容器１８の上面に第１のシート状磁性体１１を接着し、下面に第２のシート状磁性体１２を接着し、次にそれ等を一体としてアルミニウム製の保護容器１３に収容した。
【００６７】
第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２は前記したアライドケミカル社の比透磁率８０万のシート状アモルファス磁性体を使用した。保護容器１３は図４のように上蓋１４、下蓋１５及び中間枠体１６により構成し、それ等全てをアルミニウム材で作った。
【００６８】
そして、上蓋１４と中間枠体１６の連結部に磁束漏洩路として厚さ数百μｍ程度の空隙１７を全周に沿って設けた。尚、保護容器１３は、横方向の長さ（図５の左右方向の長さ）８５ｍｍ、縦方向の長さ５５ｍｍ、厚さ１ｍｍとした。
【００６９】
上記のようなデータキャリア構造１０を３種、即ち、アンテナコイル２の口径（平均直径）が１０ｍｍ、２５ｍｍ及び５０ｍｍの３種のものについて、それぞれ第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の重なり関係を変えて通信距離を測定した。
【００７０】
尚、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の幅はそれぞれ対応するアンテナコイル２の口径に一致させ、長さは保護容器１３の横方向の長さ（図５の左右方向の長さ）８５ｍｍに略一致させた。
【００７１】
図１０の横軸は、アンテナコイル２の中心部における第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の重なり関係で、＋は重なり幅（オーバラップ幅）、−は間隙幅（離反幅）である。また縦軸は測定された通信距離である。通信距離の測定はリーダライタ機を各データキャリア構造１０の長手方向延長上（図４の左右方向）に配置し、データキャリア１との間で電磁波により送受信が可能な距離をｍｍ単位で計測した。
【００７２】
図１０の結果から、アンテナコイル２の口径にもよるが、アンテナコイル２の中心部における第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の端部関係が、５ｍｍ程度の間隙幅を有するものから２５ｍｍ程度重なり幅を有するものまで通信可能であることが分かった。
【００７３】
しかし、好ましい範囲は０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の重なり幅の範囲であり、より好ましくは１０ｍｍ±５ｍｍ程度の範囲である。但し最適な範囲はアンテナコイル２の口径に比例して重なり幅の大きい領域にシフトする傾向がある。更に、アンテナコイル２の口径が大きくなるほど通信距離が拡大することも分かった。
【００７４】
参考までに、口径５０ｍｍφのアンテナコイル２を有するデータキャリア構造１０について、その第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の重なり幅を０ｍｍとしたときに、それ等シートの幅を１０ｍｍ、５ｍｍとした場合の通信距離を測定したところ、それぞれ１５０ｍｍ、９０ｍｍであった。
【００７５】
更に、各データキャリア構造１０について、保護容器１３の上蓋１４のみをアルミニウム性から非導電性材料の樹脂製に代えて同様に通信距離の測定をした。その結果、通信距離は図１０に比べて約２倍程度それぞれ拡大した。
【００７６】
図１１は図９に示すデータキャリア構造１０を図４及び図５のように保護容器１３に収容して図１０の場合と同様にして通信距離を測定した結果である。データキャリア構造１０は、口径２５ｍｍφのアンテナコイル２と、ＡＳＫ方式で通信するＩＣ回路３を樹脂製の密封容器１８に封入したデータキャリア１を使用し、それに第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２としてＬ型で幅２０ｍｍの前記アライドケミカル社シート状アモルファス磁性体を接着してからアルミニウム製の保護容器１３内にモールドした。
【００７７】
また、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２におけるそれぞれのＬ型の寸法は図９のように保護容器１３の長さ及び幅に一致させた。図１１の結果から、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の重なり０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で図９の縦方向及び左右方向共に１００ｍｍ以上の通信距離が得られることが分かった。
【００７８】
この場合において、データキャリア構造１０における保護容器１３の上蓋１４のみをアルミニウム製から非導電性材料の樹脂製に代えて同様に通信距離の測定をしたところ、通信距離は図１１に比べて約２倍程度拡大することが分かった。
【００７９】
更に、図７または図８に示すデータキャリア構造１０を図４及び図５のように保護容器１３に収容して同様に通信距離を測定した。実験に使用したデータキャリア構造１０は、先ず口径２５ｍｍφのアンテナコイル２と、ＡＳＫ方式で通信するＩＣ回路３を樹脂製の密封容器１８に封入したデータキャリア１を用意し、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２として、前記アライドケミカル社シート状アモルファス磁性体を、図７及び図８の縦方向における辺長が５５ｍｍ、左右方向の垂線長が４５ｍｍとなるように三角形型に加工した。
【００８０】
次にそれ等シートを前記密封容器１８の上下の面に沿って接着し、最後にそれ等を一体としてアルミニウム製の保護容器１３内にモールドすることにより製造した。
【００８１】
尚、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２との重なり幅はそれぞれ１０ｍｍとした。その結果、図７、図８のデータキャリア構造１０における図面左右方向の通信距離はそれぞれ１２０ｍｍ、６０ｍｍであった。
【００８２】
これ等の場合において、データキャリア構造１０における保護容器１３の上蓋１４のみをアルミニウム製から非導電性材料の樹脂製に代えて同様に通信距離の測定をした結果、通信距離は上述の通信距離と比べて約２倍程度拡大した。
【００８３】
これまでの説明では、図３、図４及び図６に示す保護容器１３は上蓋１４、下蓋１５及び中間枠体１６により構成され、それ等は同じ材料で作られている。しかし、これ等各部材は互いに別の材料を組み合わせて作ることもできる。また場合によっては上蓋１４を省略することもできる。上蓋１４を省略する場合には下蓋１５と中間枠体１６で構成される保護容器１３の内部を耐久性のある樹脂などで封鎖する。
【００８４】
また、図６の保護容器１３における上蓋１４をアルミニウムもしくはその合金、或いは樹脂で作る場合には、その内面に設けるアルミニウムもしくはその合金の薄層１９を省略できる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るデータキャリア構造は、アンテナコイルの片面から外側に向けて第１のシート状磁性体が延長され、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体が延長され、それ等磁性体はアンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成していることを特徴とする。
【００８６】
そのため磁性体を延長した方向に通信距離を拡大することができる。またアンテナコイルの上面とした面にそれぞれシート状磁性体を配置するだけでよいので、製造が簡単で手間がかからない。更に、従来のようにシート状磁性体をアンテナコイルに挿入しないので構造が簡単になり、アンテナコイルがシート状磁性体によって損傷を受ける恐れもない。
【００８７】
上記データキャリア構造において、第１のシート状磁性体及び第２のシート状磁性体をアモルファス磁性体のような高比透磁率の磁性材料で作ることができ、それによって通信距離をより拡大することができる。
【００８８】
上記いずれかのデータキャリア構造において、データキャリアを薄型の非導電性材料で作られた密封容器内に封入し、第１のシート状磁性体及び第２のシート状磁性体を密封容器の外面に沿って延長することができる。このように構成すると、標準品として市販され流通している樹脂封入のデータキャリアをそのまま利用することができ、低コストで信頼性の高いデータキャリア構造を提供することができる。
【００８９】
更に、上記いずれかのデータキャリア構造において、第１のシート状磁性体及び第２のシート状磁性体を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することができる。そのように構成すると、保管、運搬及び使用上において、データキャリアに対する外部からの物理的、化学的な影響や浸水による影響を回避でき、更に、良好な通信性及び外観性を有するデータキャリア構造とすることができる。
【００９０】
上記データ構造において、保護容器の少なくとも一方の表面部分をアルミニウムもしくはその合金で作ることができる。そのように構成すると、物理的強度がより向上すると共に、耐久性を有する銘板として使用することができる。
【００９１】
また、本発明に係るデータキャリア構造の製造方法は、薄型の非導電性材料で作られた密封容器に封入されたデータキャリアを使用し、その密封容器の片面から外側に向けて第１のシート状磁性体を延長して配置すると共に、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体を延長して配置し、その際、第１のシート状磁性体と第２のシート状の磁性体がアンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成するようにし、密封容器、第１のシート状磁性体及び第２のシート状磁性体を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することを特徴とする。
【００９２】
そのため市販され流通している樹脂封入のデータキャリアをそのまま利用してデータキャリア構造を低コストで且つ容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るデータキャリア構造の基本的構成を示す平面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す断面図である。
【図４】本発明に係るデータキャリア構造の更に、他の実施形態によるデータキャリア構造を示す断面図である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す断面図である。
【図７】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す平面図である。
【図８】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す平面図である。
【図９】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す平面図である。
【図１０】図４及び図５に示すデータキャリア構造の通信距離を測定した結果を示すグラフである。
【図１１】図９に示すデータキャリア構造の通信距離を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】一般的なデータキャリアの構造を説明する図である。
【図１３】図１２のデータキャリアのブロック図である。
【図１４】通信距離を拡大した従来のデータキャリアの構造を説明する図である。
【符号の説明】
１…データキャリア
２…アンテナコイル
３…ＩＣ回路
４…送受信回路
５…ＣＰＵ
６…メモリ
７…コンデンサ
８…シート状磁性体
１０…データキャリア構造
１１…第１のシート状磁性体
１２…第２のシート状磁性体
１３…保護容器
１４…上蓋
１５…下蓋
１６…中間枠体
１７…空隙
１８…密封容器
１９…薄層
φ，φ１，φ２…磁束路
Ｈ…磁界成分
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁波を利用して通信を行えるデータキャリアを備えたデータキャリア構造に関し、特に円盤状のアンテナコイルを有するデータキャリアの通信距離を拡大したデータキャリア構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナコイルとＩＣ回路を埋込んだＩＣカードやＲＦＩＤタグ（Ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＴＡＧ）等のデータキャリアが各分野に広く普及している。これ等データキャリア（子機）には携帯型、または装置や機械もしくは各種部品に装着する固定型の２種があり、いずれも無線通信領域である高周波の電磁波を利用して、親機であるリーダライタ機（またはリーダ機）との間で非接触によりデータの送受信（通信）を行う。
【０００３】
尚、通常、データキャリア自体は作動用としてのバッテリー等の電源を保有せず、リーダライタ機から送信される電磁波の一部を電源として利用するように構成されている。
【０００４】
図１２はデータキャリアの構造等を説明する図であり、図１３はそのブロック図である。図１２（ａ）に示すように、一般的なデータキャリア１は導線を空芯コイルに巻回して形成した円盤状のアンテナコイル２と、そのアンテナコイル２の両端に接続されたＩＣ回路３を有する。
【０００５】
ＩＣ回路３は図１３に示すように送受信回路４、ＣＰＵ（中央演算装置）５、書き込み可能な不揮発性記憶素子を有するメモリ６及び電力貯蔵用のコンデンサ７を有している。そしてこれ等アンテナコイル２及びＩＣ回路３は非導電性材料である樹脂材を用いて薄い円盤状もしくはカード状に一体成形するか、またはラミネート加工されて外部環境から保護された密封型に形成される。
【０００６】
上記データキャリア１の送受信方法を図１３により説明すると、先ず図示しないリーダライタ機が最初のステップでデータキャリア１の呼び出し及び電力送信用の電磁波を送信する。するとデータキャリア１はその電磁波をアンテナコイル２と送受信回路４の同調作用により受信し、その電力をコンデンサ７に貯蔵する。これによってデータキャリア１は作動状態になるので、次のステップでリーダライタ機からデータキャリア１に読み出し用の電磁波を送信する。
【０００７】
電磁波はデータキャリア１のアンテナコイル２から送受信回路４を経てＣＰＵ５に入力し、ＣＰＵ５はそれに応じて必要な情報をメモリ６から読み出し、その情報を送受信回路４からアンテナコイル２を経て電磁波としてリーダライタ機に送信する。リーダライタ機からデータキャリア１のメモリにデータを書き込むときも上記方法に準じて実行される。尚、これ等一連のステップはほぼ瞬時に行われる。
【０００８】
図１２（ｂ）はアンテナコイル２と電磁波の関係を説明するものである。一般に電磁波は９０度の位相差をもって交流的に伝播する電界と磁界により表すことができ、その磁界とアンテナコイル２が鎖交することにより該アンテナコイル２に流れる電流（高周波電流）を利用して送受信が行われる。
【０００９】
例えば、アンテナコイル２から電磁波が送信される場合は、アンテナコイル２に流れる高周波電流により図示のような高周波の磁界成分Ｈがアンテナコイル２の中心を通るループ（磁束ループ）として分布し、この磁束領域にリーダライタ機のアンテナコイルを置くと、リーダライタ機はデータキャリア１からの情報を受信できる。同様にリーダライタ機から電磁波を送信するときにも、データキャリア１のアンテナコイル２の周囲には図示のような磁界成分Ｈが分布し、それをアンテナコイル２が受信することになる。
【００１０】
上記のように構成されたデータキャリア１がリーダライタ機との間で通信できる距離、即ち、通信距離は通常数ｍｍ〜数ｃｍ程度である。例えば鉄道の自動改札口の場合には、定期券等のデータキャリアをその挿入口に差し込んで装置内部に設けたリーダ部に近接通過させて読み取ることができるので、通信距離の問題はほとんどない。
【００１１】
しかし、データキャリアとしてのＲＦＩＤタグ等を物品に装着して管理を行う場合等においては、通信距離が短いとその利用範囲が制限される。また、管理形態によっては特定方向の通信指向性の高いことが要求されることもある。そこで従来からデータキャリアの通信距離の延長方法または指向性向上方法について種々の提案がされている。
【００１２】
図１４は特開２０００−４８１５２号公報で提案されている方法を説明する図である。データキャリア１は、エナメル線等の絶縁電線を巻回して形成した円形空芯コイルからなる円盤状のアンテナコイル２と、その両端に接続されたＩＣ回路３を有し、アンテナコイル２にはアモルファスシートからなる細長いシート状磁性体８が挿通される。そしてシート状磁性体８はその鋭いエッジでアンテナコイル２の表面に形成された絶縁被覆を傷つけないように、その周囲が絶縁シートで覆われている。
【００１３】
シート状磁性体８はアンテナコイル２に挿入できるように、アンテナコイル２の中空部の直径より小さい幅のものを選択し、挿入後にアンテナコイル２とシート状磁性体８を平坦に押圧整形する。
【００１４】
そしてシート状磁性体８は空中よりも磁気抵抗が著しく小さいので、アンテナコイル２と鎖交する磁束はシート状磁性体８の長手方向に容易に延長してその先端部を通る磁束ループとして空気中に分布する。従って、通信距離は主としてシート状磁性体８の長手方向に延長され、且つ該方向の通信指向性が高くなる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記提案された方法は、アンテナコイル２にシート状磁性体８を挿通させるので、製造が難しく手間がかかるという問題がある。また、一般にＲＦＩＤタグ等のデータキャリア１はアンテナコイル２とＩＣ回路３を一体的に樹脂封止して大量生産され、短い通信距離の標準品が安価な価格で市販流通している。しかし上記方法では製造過程でシート状磁性体８をアンテナコイル２に挿入するので、標準品とは別の特別な製造工程で作らなければならず、コスト的に不利になる。
【００１６】
更に、上記方法は、シート状磁性体８をアンテナコイル２に挿入してから両者を平坦に押圧整形する際に、アンテナコイル２の絶縁皮膜を損傷する恐れがあり、その対策が必要になる。そこで本発明は、このような問題を解決することを課題とし、そのための新しいデータキャリア構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するための本発明に係る第１の発明は、円盤状のアンテナコイルを有し電磁波により通信を行うデータキャリアを備えたデータキャリア構造であり、前記アンテナコイルの片面から外側に向けて第１のシート状磁性体が延長され、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体が延長され、前記第１のシート状磁性体と前記第２のシート状の磁性体は前記アンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成していることを特徴とする。
【００１８】
上記データキャリア構造において、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を高比透磁率の磁性材料で作ることができる。
【００１９】
上記いずれかのデータキャリア構造において、データキャリアを薄型の非導電性材料で作られた密封容器内に封入し、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を前記密封容器の外面に沿って延長することができる。
【００２０】
更に、上記いずれかのデータキャリア構造において、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を含めた全体を、薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することができる。そして、その場合、前記保護容器の少なくとも一方の表面部分をアルミニウムもしくはその合金で作ることができる。更に、前記保護容器の少なくとも一方の表面部分を磁性金属で作り、その内面にアルミニウムもしくはその合金の薄層を形成することができる。それ等表面部分は銘板として利用することもできる。
【００２１】
また、前記課題を達成するための本発明に係る第２の発明は、データキャリア構造の製造方法であり、薄型の非導電性材料で作られた密封容器に封入されたデータキャリアを使用し、その密封容器の片面から外側に向けて第１のシート状磁性体を延長して配置すると共に、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体を延長して配置し、その際、前記第１のシート状磁性体と前記第２のシート状の磁性体が前記アンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成するようにし、前記密封容器、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に図面により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係るデータキャリア構造の基本的構成を示す平面図、図２は図１を拡大した側面図である。これ等の図において、データキャリア構造１０は電磁波により通信を行なうデータキャリア１と、第１のシート状磁性体１１と及び第２のシート状磁性体１２を備えている。
【００２３】
データキャリア１は図１２及び図１３に示したものと同様に構成され、図２に示すような円盤状のアンテナコイル２とＩＣ回路３を有している。データキャリア１の通信方式には、例えば１２５ｋＨｚと１１７ｋＨｚの２波を使用する周波数偏移変調方式（ＦＳＫ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）及び１波のみ使用する振幅偏移変調方式（ＡＳＫ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）の２種存在するが、データキャリア１の近くに金属等の導電性部材が存在しても比較的安定してリーダライタ機等と通信できるＡＳＫ方式が望ましい。
【００２４】
第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２はいずれも１０μｍ〜５０μｍ程度の厚さを有するシート状磁性体を方形に切断加工して形成される。第１のシート状磁性体１１はアンテナコイル２の上面に沿って、図１におけるその中央部やや左側から右方向外側まで延長され、その一部がアンテナコイル２の上面側に接着等により固定されている。
【００２５】
また第２のシート状磁性体１２はアンテナコイル２の下面に沿って、図１におけるその中央部やや右側から左方向外側まで延長され、その一部がアンテナコイル２の下面側に接着等により固定されている。
【００２６】
その結果、アンテナコイル２の中央部側に位置する第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の端部は、それ等一部が互いに重なって（オーバラップして）いる。
【００２７】
そして図１２（ｂ）に示した磁束の少なくとも一部は、この場合には空中よりも著しく磁気抵抗の少ない第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２をそれぞれ通り、アンテナコイル２を介する図２の破線で示すような扁平に拡大された磁束路（磁束ループ）φを形成する。
【００２８】
尚、図面を見易くするために、図１における第２のシート状磁性体１２は第１のシート状磁性体１１よりも幅が若干小さくなっているが、実際は同じ幅とされる。
【００２９】
図２に示すように、磁束路φはアンテナコイル２の面に平行な方向に拡大されるので、該方向の通信距離が延長し且つその方向への通信指向性が高くなる。尚、このように通信距離が拡大する原理は前記した図１４の場合と同様に考えることができる。
【００３０】
しかし、図１４に示した従来例ではシート状磁性体８をアンテナコイル２に貫通させているが、本実施形態ではそのような貫通方式を採用せず、アンテナコイル２の片面から外側に向けて第１のシート状磁性体１１を延長し、更に、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体１２を延長し、それ等第１、第２のシート状磁性体１１，１２がアンテナコイル２を通る連続的な磁束路φを形成していることに特徴がある。
【００３１】
データキャリア構造１０の通信感度は磁束路φの磁束密度に比例し、その磁束密度は第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の比透磁率に比例する。従って第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２は比透磁率のできるだけ高いものを選択すべきであり、少なくとも１万以上の比透磁率を有する磁性体が望ましい。このような高い比透磁率を有する磁性材料からなる磁性体として、シート状に形成したアモルファス磁性体を挙げることができる。
【００３２】
一般にアモルファス磁性体の比透磁率は数万から数百万の範囲にあり、極めて比透磁率が高い。例えば米国のアライドケミカル社から市販されているＦｅ―Ｎｉ―Ｍｏ―Ｂ−Ｓ系で比透磁率が８０万のシート状アモルファス磁性体があり、更に、類似組成でより高比透磁率のシート状アモルファス磁性体が日立金属（株）から市販されており、いずれも本発明に使用できる。
【００３３】
図３は他の実施形態によるデータキャリア構造１０である。この例は図１に示すデータキャリア１、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器１３内に収容して構成される。
【００３４】
保護容器１３は円板状の上蓋１４と下蓋１５及びそれ等を連結するリング状の中間枠体１６により構成される。保護容器１３は樹脂のような非導電性材料またはアルミニウムもしくはその合金（例えばジュラルミン）で作ることができる。
【００３５】
図３のデータキャリア構造１０を構成するには、先ずデータキャリア１の上側と下側にそれぞれ第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２を接着等により貼り付けて延長させる。次に下蓋１５の上に中間枠体１６を配置し、その内側に前記データキャリア１等を収容する。次に容器内に接着剤もしくは充填剤を充填し、上蓋１４で封鎖して固化させることにより、下蓋１５、中間枠体１６及び上蓋１４が一体化されると共に、その内部にデータキャリア１等が安定に固定される。
【００３６】
このような保護容器１３内にデータキャリア構造１０の主要部を収容することにより、保管、運搬及び使用上において外部からの物理的、化学的な影響や浸水による影響を回避でき、更に、良好な外観を有するデータキャリア構造１０を構成できる。
【００３７】
また本発明におけるデータキャリア構造１０は、例えば機械、装置またはそれ等を構成する部品等の表面に取り付けて、情報格納型の銘板として利用することができる。その場合には保護容器１３の全体または少なくともその表面部分（例えば、上蓋１４部分）をアルミニウムもしくはその合金、或いは磁性金属で構成し、該表面部分に文字、記号等を刻印すると耐久性のよい銘板とすることができる。
【００３８】
一般に、データキャリア１を導電性部材、特に電気抵抗の小さい金属部材等の保護容器で覆うと、通信に際しての磁束（高周波磁束）により導電性部材に渦電流が発生し、その渦電流により生じる反対方向の打消し磁束により通信に必要な磁束が減少する傾向があり、更に、保護容器の内外に磁束が通らないことにより、多くの場合通信が不可能になる。
【００３９】
しかし、本発明者等の実験によれば、保護容器１３を導電性部材であるアルミニウムもしくはその合金で作り、更に、保護容器１３を磁束漏洩型とすることにより、通信が可能であることが分かった。保護容器１３を磁束漏洩型とするには、該保護容器１３に何らかの方法で磁束を漏洩させる空隙を形成すればよい。
【００４０】
従って、保護容器１３を樹脂で形成する場合は、樹脂自体が磁束を漏洩するので問題はない。アルミニウムもしくはその合金で構成する場合には、図３のように保護容器１３を上蓋１４、下蓋１５及び中間枠体１６のように分割可能に形成し、例えば上蓋１４と中間枠体１６の間及び下蓋１５と中間枠体１６の間に磁束漏洩用の空隙１７を設け、その空隙１７にゴム等の非導電性物質を介在させるか、またはその空隙１７を維持するようにして、前記のような非導電性物質である接着剤等を内部に充填して固定する。
【００４１】
尚、空隙１７の厚さ、即ち、上蓋１４及び下蓋１５と中間枠体１６の間に形成する隙間量は所望する磁束漏洩量にもよるが、通常の通信には数百μｍ〜数ｍｍ程度の範囲に設定すれば十分である。
【００４２】
上記のように構成すると、保護容器１３内のデータキャリア１からの磁束は、例えば図３に示すように第２のシート状磁性体１２から図３の左側の空隙１７を通って外部に漏洩し、図３の右側の空隙１７からアンテナコイル２を経て第１のシート状磁性体１１に戻る破線のような磁束路φが形成される。そしてこの磁束路φを利用してデータキャリア１と外部のリーダライタ機との間で通信ができる。
【００４３】
第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の先端部を空隙１７に近づけるほど通信感度は向上する。例えば、それ等先端部を保護容器１３の外部に臨む程度まで空隙１７に挿入すると通信感度は最も高くなる。
【００４４】
図４は更に、他の実施形態によるデータキャリア構造１０を示す断面図、図５は図４の平面図である。この例は大量生産され市場に流通している標準的なデータキャリアを利用し、それに図１と同様な第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２を組み合わせて保護容器１３内に収容したものである。これ等の図において、データキャリア１は薄型で樹脂等の非導電性材料で作られた密封容器１８内に円盤状のアンテナコイル２とＩＣ回路３を封入して構成される。
【００４５】
密封容器１８の上面に沿って第１のシート状磁性体１１を平行に配置して接着等によって固定し、該密封容器１８の下面に沿って第２のシート状磁性体１２を同様に平行に配置して接着等によって固定する。
【００４６】
そして第１のシート状磁性体１１の先端部は密封容器１８内に配置されたアンテナコイル２の図５における中央部よりやや右側から左方向の外側まで延長させ、第２のシート状磁性体１２の先端部は密封容器１８内に配置されたアンテナコイル２の図５における中央部よりやや左側から右方向の外側まで延長させる。
【００４７】
そして、それ等第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２を密封容器１８と共に保護容器１３内に収容し、接着剤等を充填してモールドすることにより図４に示すデータキャリア構造１０が形成される。尚、図４の保護容器１３も図３と同様に構成され、それを金属材料で構成する場合には、例えば、上蓋１４及び下蓋１５と中間枠体１６の間に同様に空隙１７を形成する。
【００４８】
上記のように構成されたデータキャリア構造１０は、図１の例と同様に、アンテナコイル２の中央部側に位置する第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の端部は一部が互いに重なって（オーバラップして）いる。
【００４９】
そして、図４に示すように、磁束の少なくとも一部は空中よりも著しく磁気抵抗の少ない第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２、及びアンテナコイル２を通って破線で示すような扁平で拡大された磁束路（磁束ループ）φを形成する。
【００５０】
尚、この例においても図３と同様に、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の先端部を保護容器１３の外部に臨む程度まで空隙１７に挿入すると通信感度は最も高くなる。
【００５１】
保護容器１３を導電性材料で形成する場合には、前記のようにアルミニウムもしくはその合金を用いることにより良好な通信を確保できることが分かっている。しかし実験によれば、それ以外の導電性材料、例えば鉄、ステンレス、銅、真鍮等の磁性金属で作られた保護容器１３であっても、その内面にアルミニウムもしくはその合金の薄層１９を形成することによって使用できることが分かった。
【００５２】
図６はそのようなデータキャリア構造１０を示す断面図である。尚、図６は図４に準じて描かれており、図４と同じ部分には同一符号が付されている。保護容器１３は上蓋１４、下蓋１５及び中間枠体１６により構成され、上蓋１４及び下蓋１５と中間枠体１６の間に磁束を漏洩するための空隙１７が形成される。
【００５３】
これ等は鉄、ステンレス、銅、真鍮等の導電性材料（磁性金属）で作られ、その上蓋１４と下蓋１５の内面にそれぞれアルミニウムもしくはその合金の薄層１９が接着等により固定される。このような薄層１９を設けると、理由は明らかではないが、アルミニウムもしくはその合金で作られた図４の保護容器１３と同様に作用して通信可能になる。
【００５４】
尚、この例においても図３と同様に、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の先端部を保護容器１３の外部に臨む程度まで空隙１７に挿入すると通信感度は最も高くなる。
【００５５】
図７は更に、他の実施形態によるデータキャリア構造１０を示す平面図である。この例では第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の形状を三角形とし、それぞれの１つの頂部をアンテナコイル２の中央部に対向させ、そこから面積が次第に拡大するように外側に延長させている。
【００５６】
このように構成した場合においても、図１及び図２と同様にアンテナコイル２の面方向外側に磁束路φが拡大され、それによって通信距離が広がり、その方向における通信指向性も向上する。
【００５７】
尚、図７にはアンテナコイル２、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２が二点鎖線で示す保護容器１３に収容される場合を示しているが、この例においても図４のような密封容器１８を用いて構成できる。
【００５８】
図８は更に、他の実施形態によるデータキャリア構造１０を示す平面図である。この例でも第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の形状を三角形とし、それぞれの１つの辺部をアンテナコイル２の中央部に対向させ、そこから面積が次第に縮小するように外側に延長させている。
【００５９】
このように構成しても図１及び図２と同様にアンテナコイル２の面方向外側に磁束路φが拡大され、それによって通信距離が広がり、その方向における通信指向性が向上する。
【００６０】
尚、図８もアンテナコイル２、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２が二点鎖線で示す保護容器１３に収容される場合を示しているが、この例においても図４のような密封容器１８を用いて構成できる。
【００６１】
図９は更に、他の実施形態によるデータキャリア構造１０を示す平面図である。この例では第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２の形状をＬ型に形成している。
【００６２】
第１のシート状磁性体１１は１辺を図９の左右方向に平行に配置し、その先端部をアンテナコイル２の上面側中央部に位置させ、他辺を図９の上方（縦方向）に延長するように配置する。第２のシート状磁性体１２は１辺を図９の左右方向に平行に配置し、その先端部をアンテナコイル２の下面側中央部に位置させ、他辺を図９の下方（縦方向）に延長するように配置する。
【００６３】
第１のシート状磁性体１１の先端部と第２のシート状磁性体１２の先端部はアンテナコイル２を上下から挟んで一部が互いに重なって配置される。そしてアンテナコイル２を挟んで第１のシート状磁性体１１における図９の左右方向の辺と、第２のシート状磁性体１２における図９の左右方向の辺により第１の磁束路φ１が形成され、アンテナコイル２を挟んで第１のシート状磁性体１１における図９の左右方向及び縦方向の辺と第２のシート状磁性体１２における図９の左右方向及び縦方向の辺により第２の磁束路φ２が形成される。
【００６４】
このように構成することにより、通信距離は磁束路φ１による図９の左右方向及び磁束路φ２による図９の上下方向のいずれにも延長できると共に、それ等両方向における通信指向性も向上する。従って、このように構成することにより、平面的な方向における方向性のない（もしくは少ない）データキャリア構造１０を得ることができる。
【００６５】
尚、図９もアンテナコイル２、第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２が二点鎖線で示す保護容器１３に収容される場合を示しているが、この例においても図４のような密封容器１８を用いて構成できることは言うまでもない。
【００６６】
図１０は図４及び図５に示すデータキャリア構造１０の通信距離を測定した結果である。実験に使用したデータキャリア構造１０は次のように製造した。先ず円盤状のアンテナコイル２とＡＳＫ方式で通信を行うＩＣ回路３を樹脂製の密封容器１８でモールドしたデータキャリア１を用意し、その密封容器１８の上面に第１のシート状磁性体１１を接着し、下面に第２のシート状磁性体１２を接着し、次にそれ等を一体としてアルミニウム製の保護容器１３に収容した。
【００６７】
第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２は前記したアライドケミカル社の比透磁率８０万のシート状アモルファス磁性体を使用した。保護容器１３は図４のように上蓋１４、下蓋１５及び中間枠体１６により構成し、それ等全てをアルミニウム材で作った。
【００６８】
そして、上蓋１４と中間枠体１６の連結部に磁束漏洩路として厚さ数百μｍ程度の空隙１７を全周に沿って設けた。尚、保護容器１３は、横方向の長さ（図５の左右方向の長さ）８５ｍｍ、縦方向の長さ５５ｍｍ、厚さ１ｍｍとした。
【００６９】
上記のようなデータキャリア構造１０を３種、即ち、アンテナコイル２の口径（平均直径）が１０ｍｍ、２５ｍｍ及び５０ｍｍの３種のものについて、それぞれ第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の重なり関係を変えて通信距離を測定した。
【００７０】
尚、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の幅はそれぞれ対応するアンテナコイル２の口径に一致させ、長さは保護容器１３の横方向の長さ（図５の左右方向の長さ）８５ｍｍに略一致させた。
【００７１】
図１０の横軸は、アンテナコイル２の中心部における第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の重なり関係で、＋は重なり幅（オーバラップ幅）、−は間隙幅（離反幅）である。また縦軸は測定された通信距離である。通信距離の測定はリーダライタ機を各データキャリア構造１０の長手方向延長上（図４の左右方向）に配置し、データキャリア１との間で電磁波により送受信が可能な距離をｍｍ単位で計測した。
【００７２】
図１０の結果から、アンテナコイル２の口径にもよるが、アンテナコイル２の中心部における第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の端部関係が、５ｍｍ程度の間隙幅を有するものから２５ｍｍ程度重なり幅を有するものまで通信可能であることが分かった。
【００７３】
しかし、好ましい範囲は０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の重なり幅の範囲であり、より好ましくは１０ｍｍ±５ｍｍ程度の範囲である。但し最適な範囲はアンテナコイル２の口径に比例して重なり幅の大きい領域にシフトする傾向がある。更に、アンテナコイル２の口径が大きくなるほど通信距離が拡大することも分かった。
【００７４】
参考までに、口径５０ｍｍφのアンテナコイル２を有するデータキャリア構造１０について、その第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の重なり幅を０ｍｍとしたときに、それ等シートの幅を１０ｍｍ、５ｍｍとした場合の通信距離を測定したところ、それぞれ１５０ｍｍ、９０ｍｍであった。
【００７５】
更に、各データキャリア構造１０について、保護容器１３の上蓋１４のみをアルミニウム性から非導電性材料の樹脂製に代えて同様に通信距離の測定をした。その結果、通信距離は図１０に比べて約２倍程度それぞれ拡大した。
【００７６】
図１１は図９に示すデータキャリア構造１０を図４及び図５のように保護容器１３に収容して図１０の場合と同様にして通信距離を測定した結果である。データキャリア構造１０は、口径２５ｍｍφのアンテナコイル２と、ＡＳＫ方式で通信するＩＣ回路３を樹脂製の密封容器１８に封入したデータキャリア１を使用し、それに第１のシート状磁性体１１及び第２のシート状磁性体１２としてＬ型で幅２０ｍｍの前記アライドケミカル社シート状アモルファス磁性体を接着してからアルミニウム製の保護容器１３内にモールドした。
【００７７】
また、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２におけるそれぞれのＬ型の寸法は図９のように保護容器１３の長さ及び幅に一致させた。図１１の結果から、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２の重なり０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で図９の縦方向及び左右方向共に１００ｍｍ以上の通信距離が得られることが分かった。
【００７８】
この場合において、データキャリア構造１０における保護容器１３の上蓋１４のみをアルミニウム製から非導電性材料の樹脂製に代えて同様に通信距離の測定をしたところ、通信距離は図１１に比べて約２倍程度拡大することが分かった。
【００７９】
更に、図７または図８に示すデータキャリア構造１０を図４及び図５のように保護容器１３に収容して同様に通信距離を測定した。実験に使用したデータキャリア構造１０は、先ず口径２５ｍｍφのアンテナコイル２と、ＡＳＫ方式で通信するＩＣ回路３を樹脂製の密封容器１８に封入したデータキャリア１を用意し、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２として、前記アライドケミカル社シート状アモルファス磁性体を、図７及び図８の縦方向における辺長が５５ｍｍ、左右方向の垂線長が４５ｍｍとなるように三角形型に加工した。
【００８０】
次にそれ等シートを前記密封容器１８の上下の面に沿って接着し、最後にそれ等を一体としてアルミニウム製の保護容器１３内にモールドすることにより製造した。
【００８１】
尚、第１のシート状磁性体１１と第２のシート状磁性体１２との重なり幅はそれぞれ１０ｍｍとした。その結果、図７、図８のデータキャリア構造１０における図面左右方向の通信距離はそれぞれ１２０ｍｍ、６０ｍｍであった。
【００８２】
これ等の場合において、データキャリア構造１０における保護容器１３の上蓋１４のみをアルミニウム製から非導電性材料の樹脂製に代えて同様に通信距離の測定をした結果、通信距離は上述の通信距離と比べて約２倍程度拡大した。
【００８３】
これまでの説明では、図３、図４及び図６に示す保護容器１３は上蓋１４、下蓋１５及び中間枠体１６により構成され、それ等は同じ材料で作られている。しかし、これ等各部材は互いに別の材料を組み合わせて作ることもできる。また場合によっては上蓋１４を省略することもできる。上蓋１４を省略する場合には下蓋１５と中間枠体１６で構成される保護容器１３の内部を耐久性のある樹脂などで封鎖する。
【００８４】
また、図６の保護容器１３における上蓋１４をアルミニウムもしくはその合金、或いは樹脂で作る場合には、その内面に設けるアルミニウムもしくはその合金の薄層１９を省略できる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るデータキャリア構造は、アンテナコイルの片面から外側に向けて第１のシート状磁性体が延長され、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体が延長され、それ等磁性体はアンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成していることを特徴とする。
【００８６】
そのため磁性体を延長した方向に通信距離を拡大することができる。またアンテナコイルの上面とした面にそれぞれシート状磁性体を配置するだけでよいので、製造が簡単で手間がかからない。更に、従来のようにシート状磁性体をアンテナコイルに挿入しないので構造が簡単になり、アンテナコイルがシート状磁性体によって損傷を受ける恐れもない。
【００８７】
上記データキャリア構造において、第１のシート状磁性体及び第２のシート状磁性体をアモルファス磁性体のような高比透磁率の磁性材料で作ることができ、それによって通信距離をより拡大することができる。
【００８８】
上記いずれかのデータキャリア構造において、データキャリアを薄型の非導電性材料で作られた密封容器内に封入し、第１のシート状磁性体及び第２のシート状磁性体を密封容器の外面に沿って延長することができる。このように構成すると、標準品として市販され流通している樹脂封入のデータキャリアをそのまま利用することができ、低コストで信頼性の高いデータキャリア構造を提供することができる。
【００８９】
更に、上記いずれかのデータキャリア構造において、第１のシート状磁性体及び第２のシート状磁性体を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することができる。そのように構成すると、保管、運搬及び使用上において、データキャリアに対する外部からの物理的、化学的な影響や浸水による影響を回避でき、更に、良好な通信性及び外観性を有するデータキャリア構造とすることができる。
【００９０】
上記データ構造において、保護容器の少なくとも一方の表面部分をアルミニウムもしくはその合金で作ることができる。そのように構成すると、物理的強度がより向上すると共に、耐久性を有する銘板として使用することができる。
【００９１】
また、本発明に係るデータキャリア構造の製造方法は、薄型の非導電性材料で作られた密封容器に封入されたデータキャリアを使用し、その密封容器の片面から外側に向けて第１のシート状磁性体を延長して配置すると共に、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体を延長して配置し、その際、第１のシート状磁性体と第２のシート状の磁性体がアンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成するようにし、密封容器、第１のシート状磁性体及び第２のシート状磁性体を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することを特徴とする。
【００９２】
そのため市販され流通している樹脂封入のデータキャリアをそのまま利用してデータキャリア構造を低コストで且つ容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るデータキャリア構造の基本的構成を示す平面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す断面図である。
【図４】本発明に係るデータキャリア構造の更に、他の実施形態によるデータキャリア構造を示す断面図である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す断面図である。
【図７】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す平面図である。
【図８】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す平面図である。
【図９】本発明に係るデータキャリア構造の他の実施形態によるデータキャリア構造を示す平面図である。
【図１０】図４及び図５に示すデータキャリア構造の通信距離を測定した結果を示すグラフである。
【図１１】図９に示すデータキャリア構造の通信距離を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】一般的なデータキャリアの構造を説明する図である。
【図１３】図１２のデータキャリアのブロック図である。
【図１４】通信距離を拡大した従来のデータキャリアの構造を説明する図である。
【符号の説明】
１…データキャリア
２…アンテナコイル
３…ＩＣ回路
４…送受信回路
５…ＣＰＵ
６…メモリ
７…コンデンサ
８…シート状磁性体
１０…データキャリア構造
１１…第１のシート状磁性体
１２…第２のシート状磁性体
１３…保護容器
１４…上蓋
１５…下蓋
１６…中間枠体
１７…空隙
１８…密封容器
１９…薄層
φ，φ１，φ２…磁束路
Ｈ…磁界成分
Claims (8)
- 円盤状のアンテナコイルを有し電磁波により通信を行うデータキャリアを備えたデータキャリア構造において、前記アンテナコイルの片面から外側に向けて第１のシート状磁性体が延長され、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体が延長され、前記第１のシート状磁性体と前記第２のシート状磁性体は前記アンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成していることを特徴とするデータキャリア構造。
- 前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体が高比透磁率の磁性材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載のデータキャリア構造。
- 前記データキャリアが薄型の非導電性材料で作られた密封容器内に封入され、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体が前記密封容器の外面に沿って延長されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデータキャリア構造。
- 前記データキャリア、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を含めた全体が薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータキャリア構造。
- 前記保護容器の少なくとも一方の表面部分がアルミニウムもしくはその合金で作られていることを特徴とする請求項４に記載のデータキャリア構造。
- 前記保護容器の少なくとも一方の表面部分が磁性金属で作られ、その内面にアルミニウムもしくはその合金からなる薄層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のデータキャリア構造。
- アルミニウムもしくはその合金、または磁性金属で作られた前記保護容器の表面部分が銘板を構成することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のデータキャリア構造。
- データキャリア構造の製造方法において、薄型の非導電性材料で作られた密封容器に封入されたデータキャリアを使用し、その密封容器の片面から外側に向けて第１のシート状磁性体を延長して配置すると共に、反対面から逆方向の外側に向けて第２のシート状磁性体を延長して配置し、その際、前記第１のシート状磁性体と前記第２のシート状磁性体が前記アンテナコイルを通る連続的な磁束路を形成するようにし、前記密封容器、前記第１のシート状磁性体及び前記第２のシート状磁性体を含めた全体を薄型で磁束が漏洩する保護容器内に収容することを特徴とするデータキャリア構造の製造方法。
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