JP3649128B2 - Ｉｄタグ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーダライタから磁気的な作用により電力用磁気信号が供給されることによりリーダライタとの間で通信を行うＩＤタグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、磁気的な作用を利用したＩＤタグシステムにおけるリーダライタのコイル１とＩＤタグ２との送受信原理を示している。
リーダライタは、離れた位置に存在する金属製のコンテナ３の外面に付されるＩＤタグ２の制御回路４の記憶部４ａ中のデータを読みこみコンテナ３の中身（図示せず）を把握したり、逆にＩＤタグ２の制御回路４の記憶部４ａにデータを書きこみコンテナ３の中身を管理するものである。金属に貼付する用途に使用されるＩＤタグ２は、そのコンテナ３の外部に貼付されて、ＩＤタグ２の外部からリーダライタのコイル１によりデータが送受信されることにより、リーダライタで管理を行う物品管理システムがある。
【０００３】
このとき、ＩＤタグ２内部に設置されるアンテナコイル５は、制御回路４に対して最大限の電力用磁気信号を供給するように整合される必要がある。すなわち制御回路４は、アンテナコイル５から供給される電力が低下すると、その性能が変化して正常に動作させられなくなることがあるため、アンテナコイル５から制御回路４に供給する電力を増大させることがＩＤタグ２を動作させる上で、不可欠な技術的要素となっている。
【０００４】
一方、アンテナコイル５をコンテナ３等の金属製の被装着体に直接貼付すると、金属にリーダライタから発せられる磁力線が吸収されるため、ＩＤタグ２のアンテナコイル５に十分な起電力を生じなくなることがあり、確実に通信することができなくなることもある。そこで、図９に示すように、アンテナコイル５の内部に強磁性体製の磁気コア６を挿入してアンテナコイル５を貫く磁束を向上させる。これにより、アンテナコイル５から制御回路４に供給する電力を増大させることができる。さらに、強磁性体製のフランジ部６ａを磁気コア６の外周部に設けて、その上部に制御回路４を搭載することにより、磁束は、図９中の矢印に示すように強磁性体製の磁気コア６の上面部６ｂからフランジ部６ａに向けて主体として導かれ、リーダライタとＩＤタグ２との通信を行うことができる。尚、図９に示す横断側面図における磁気コア６は、リーダライタ側から見ると、円筒状をなしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来構成におけるＩＤタグ２は、薄型化，小型化を図る上で次のような技術的課題があった。
ＩＤタグ２を貼り付ける相手方となるコンテナ３は、内容物を移動させるべく運ばれて用いることを前提としており、その移動の際には様々なものに衝突や接触する可能性があることから、そのような場合でも、ＩＤタグ２が破損したり、故障することのないように薄型化，小型化を図る必要がある。
【０００６】
磁気コア６の円柱状のコア部６ｃは、電力用磁気信号を効率的に通過させるために設けるものであるため、その径を小さくすることで全体の小型化を図ろうとすると電力を十分に制御回路４に供給できなくなる懸念がある。そこで、径方向に小型化を図るために、フランジ部６ａの外径を制御回路４のプリント配線基板の外径より短くすることを考えると、これに伴って制御回路４の配設場所が問題となる。すなわち、磁気コア６の上面部６ｂに制御回路４を配置する場合には、磁束の流れの中に設置することになり、リーダライタのコイル１からアンテナコイル５に鎖交する磁束が、制御回路４上に搭載されるＩＣのパッケージや制御回路基板に阻まれることになり、リーダライタのコイル１は、電力用磁気信号を制御回路４に対して効率良く供給することができなくなる問題がある。
【０００７】
また、制御回路４を設置する場所が磁気コア６の上面部６ｂに必要となり、最終的に製品となるＩＤタグ２の厚さが増すことから好ましくない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、金属に貼り付けて使用できるようにアンテナコイルの内部に強磁性体製の磁気コアを挿入して電力用磁気信号を効率的に通過させる構成のもとで、リーダライタからＩＤタグの制御回路に供給する電力用磁気信号を維持しながら、小型化を実現したＩＤタグを提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、次のように作用する。すなわち、コア部の他端部（上面部）側のリーダライタから供給される磁束が、強磁性体製のコア部からアンテナコイルに鎖交して、強磁性体製のフランジ部を介してコア部の他端側に向けて放射されリーダライタに導かれる。従って、ＩＤタグを金属に貼付しても、その金属に導かれる磁束は少なく、強磁性体製のフランジ部を介してリーダライタに導かれる磁束は多い。スリットは、コア部やフランジ部の断面積に比較して非常に狭い領域に形成され、磁気コア及びフランジ部に鎖交する磁束の経路を妨げないようになり、また、制御回路は、コア部の一端部（すなわち、コンテナ装着側）の凹部に収容されるため、コア部の他端部側のリーダライタから供給される磁束の経路を妨げることはないため、リーダライタからＩＤタグの制御回路に供給する電力用磁気信号を維持しながら、ＩＤタグを薄型化、小型化を図ることができる。
【００１０】
さらに、コア部の一端部の凹部に収容された制御回路は、上記したスリットを介してアンテナコイルと接続することができるので、アンテナコイルと制御回路との接続に要する配線を短くできると共に、あらかじめ制御回路とアンテナコイルとを接続した状態のままで磁気コアに取りつけることができ、組立容易性，生産性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、次のように作用する。すなわち、リーダライタからＩＤタグに供給される磁束の大部分が、コア部を介してアンテナコイルに鎖交し、コア部の高さよりも低く形成されているフランジ部の溝部を形成する部分を介して再びリーダライタに導かれる。これにより、ＩＤタグは、ＩＤタグに供給された磁束を有効利用することができる。すなわち、フランジ部の外径が小さくなり、ＩＤタグの外径が小さくなったとしても、ＩＤタグは、アンテナコイルを鎖交する磁束を効率良くリーダライタに導くことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を図１ないし図７を参照して説明する。
図２は、金属製のコンテナ３に貼付されたコイン型形状のＩＤタグ１１とリーダライタ１２との送受信時の位置関係を概略的に示している。ＩＤタグ１１は、リーダライタ１２から発生される電力用磁気信号を正面から受信することにより、リーダライタ１２との通信を行うように構成されている。
【００１３】
図１は、ＩＤタグ１１の構成の縦断側面図である。
ＩＤタグ１１は、上面が開口された扁平な円筒状をなすプラスチック容器製のケース１３と、この上面開口部を閉塞する蓋１４と、ケース１３内に収容される強磁性体製の磁気コア１５と、この磁気コアの中央部に立設された円柱状のコア部１５ａに巻回されるアンテナコイル１６と、コア部１５ａの下面側に形成された凹部１５ｂ内に収容される通信用の制御回路１７等から構成されている。
【００１４】
上記構成において、ケース１３の外径寸法は、例えば直径が２０〜３０ｍｍ程度で厚さ寸法が３〜５ｍｍ程度である。ケース１３内部に収容する磁気コア１５は、中央に位置する直径１０ｍｍ程度のコア部１５ａと、この一端部の外周部に形成されたフランジ部１５ｃとを強磁性体により一体に形成したものである。コア部１５ａの一端部すなわち下面側には上述の制御回路１７を収容するための凹部１５ｂが形成されている。またフランジ部１５ｃの外周部には全周にわたってコア部１５ａの上面部１５ｅに向けて立設部が一体に形成されており、これにより磁路を形成している。尚、フランジ部１５ｃとコア部１５ａとにおいて溝部１５ｄが形成されており、このフランジ部１５ｃの立設部の高さ寸法は、アンテナコイル１６を収容した状態でそれよりも高い寸法で且つコア部１５ａの高さ寸法よりも低くなるように設定されている。そして、フランジ部１５ｃには、コア部１５ａの中心から外周方向に向けて放射状にスリット１８が形成されており、またコア部１５ａにはスリット１８に対応する位置に高さ方向に溝が形成されている。
【００１５】
アンテナコイル１６は、例えば線径が０．１〜０．１５ｍｍφの銅線を１００回程度巻回してなるもので、リーダライタ１２との間で通信を行う際に必要な共振周波数となるようにインダクタンスが調整されている。なお、アンテナコイル１６の共振周波数は、磁気コア１５に実装した状態ではインダクタンスが変化するので、その変化したときのインダクタンスが、予定している共振周波数となるようにあらかじめ設定されている。
【００１６】
制御回路１７は、図３にも示すようにプリント基板に実装した制御用ＩＣ１９，平滑用コンデンサ２０及び共振用コンデンサ２１から構成されるもので、アンテナコイル１６との間を電気的に接続した状態で設けられている。尚、アンテナコイル１６と制御回路１７とを電気的に接続する際の配線は、磁気コア１５のスリット１８の部分を介してなされている。これは、後述するように組み立て上での作業性の向上を図ることができる構成となっている。磁気コア１５は、アンテナコイル１６及び制御回路１７を実装した状態でケース１３内に収容されており、その状態で空間部分に図示しない樹脂が充填されて蓋１４が装着されて構成されている。
【００１７】
図４は、ＩＤタグの電気的構成を示すものである。制御回路１７に装着される制御用ＩＣ１９は、電力用磁気信号から動作用電力を直流電力として得る整流部２２と、通信制御動作を制御するＭＰＵ(Micro Processing Unit)２３と、送受信する信号を変調及び復調する変復調部２４と、メモリ部２５とをワンチップ化した半導体素子であり、共振用コンデンサ２１の両端子がアンテナコイル１６と端子１７ａ，１７ａにおいて並列に接続された状態として構成されている。
【００１８】
このとき、上記構成において、アンテナコイル１６及び制御回路１７は以下のようにして磁気コア１５に装着される。図５に示すように、アンテナコイル１６の巻回された部分が磁気コア１５のコア部１５ａに嵌められ、制御回路１７は、スリット１８を介してアンテナコイル１６と接続された状態で、磁気コア１５の一端部に形成された凹部１５ｂに設置される。
【００１９】
図６及び図７は、制御回路１７が磁気コア１５の下面部に装着された状態を示している。
アンテナコイル１６は、上述したように、共振用コンデンサ２１と並列に接続されて共振回路２６を構成しており、制御用ＩＣ１９に接続されている。制御用ＩＣ１９の整流部２２は、共振回路２６から送信されてきた電力用磁気信号を整流、平滑化し且つ一定電圧の直流電力（動作用電力）にしてＭＰＵ２３などに供給するようになっている。メモリ部２５にはあらかじめ所定のタグ情報が書きこまれていたり、タグ情報が適宜書きこまれるようになっている。このタグ情報は、コンテナ３内部の物品等の内容が記憶されている。尚、リーダライタ１２は、ＩＤタグ１１からタグ情報を入手することによりコンテナ３内部の物品を管理するようになっている。
【００２０】
次に上記構成の作用について説明する。
リーダライタのコイル１２ａから所定の周波数の電力用磁気信号が磁気的な作用で送信されてくると、起電力を発生して整流部２２に送信する。コイル１２ａから送信されてくるデータなどの信号は、電力用磁気信号の電波信号に重畳して送信され、その信号は、変復調部２４により復調されてＭＰＵ２３に与えられる。ＭＰＵ２３は、メモリ部２５が有する図示しないＲＯＭに記憶された動作プログラムに従って動作して，変復調部２４から入力される信号に応じた処理を実行し、受信したデータをメモリ部２５が有する図示しないＥＥＰＲＯＭなどの消去可能な不揮発性メモリに書き込んだり、メモリ部２５からデータを読み出して変復調部２４により変調し、アンテナコイル１６から電力用磁気信号として送信する。
【００２１】
このとき、リーダライタのコイル１２ａから所定の周波数の電力用磁気信号が磁気的な作用で送信される際に、一般的に磁束は、透磁率の高い部位に磁束が導かれる。横断面積が広い部分が多く形成されたコア部１５ａは磁気抵抗が小さい。このため、強磁性体製のコア部１５ａの他端部たる上面部１５ｅ側から供給される磁束は、プラスチック製の蓋１４を通過して、コア部１５ａをコンテナ３に対して略垂直に導かれる。すなわち、磁束は、コア部１５ａに巻回されたアンテナコイル１６を鎖交する。また、この磁束は、強磁性体製のフランジ部１５ｃを介してコア部１５ａの他端側に向けて放射され充填材，蓋１４を介して、リーダライタのコイル１２ａに再び導かれる。
【００２２】
同様に、強磁性体製のコア部１５ａの上面部１５ｅ側から供給される磁束は、フランジ部１５ｃ及びコア部１５ａを介してリーダライタのコイル１２ａに導かれることにもなる。しかしながら、コア部１５ａは、磁気コア１５のフランジ部１５ｃより高く形成されるため、コア部１５ａを介してフランジ部１５ｃへ鎖交する磁束の量は、その逆の経路で生じる磁束の量に比較して多くなる。
【００２３】
このとき、スリット１８がコア部１５ａの一部及びフランジ部１５ｃに形成されているが、発明者らの実験によれば、スリット１８は、磁束が導かれる方向を横切らないように形成されている場合、スリット１８が形成されていてもいなくとも、アンテナコイル１６に誘起される起電力にほとんど変化は無いことが確認されている。すなわち、スリット１８は、コア部１５ａやフランジ部１５ｃの横断面積に比較して非常に狭い領域にあると共に、磁束が導かれる方向を横切らないように形成されているため、アンテナコイル１６に生じる起電力にほとんど変化を生じない。また、制御回路１７は、コア部１５ａの一端部の凹部１５ｂに収容されるため、ＩＤタグ１１全体は薄く形成されることになる。このとき、コア部１５ａの上面部１５ｅ側のリーダライタのコイル１２ａから供給される磁束の経路を妨げることはない。
【００２４】
このような第１の実施の形態によれば、制御回路１７は、コア部１５ａの一端部の凹部１５ｂに収容されるため、コア部１５ａの上面部１５ｅ側のリーダライタのコイル１２ａから供給される磁束の経路を妨げることはなく、リーダライタからＩＤタグ１１の制御回路１７に供給する電力用磁気信号を維持しながら、薄くしながら小型化を実現することができる。
【００２５】
また、制御回路１７は、コア部１５ａやフランジ部１５ｃの横断面積に比較して非常に狭い領域に形成されるスリット１８を介してアンテナコイル１６と接続されるため、アンテナコイル１６と制御回路１７との接続に要する配線を短くできると共に、あらかじめ制御回路１７とアンテナコイル１６とを接続した状態のままで磁気コア１５に取りつけることができ、組立容易性，生産性を向上させることができる。
【００２６】
さらに、リーダライタのコイル１２ａから供給される磁束が、コア部１５ａを介してアンテナコイル１６に鎖交し、フランジ部１５ｃを介して再びコイル１２ａに導かれることになる。これにより、フランジ部１５ｃが小さくなり、ＩＤタグ１１の外径が小さくなったとしても、ＩＤタグ１１は、アンテナコイル１６を鎖交する磁束を効率良くリーダライタのコイル１２ａに導くことができる。
【００２７】
また、ＩＤタグ１１をコンテナ３等の金属製の被装着体に装着しても、リーダライタのコイル１２ａから供給される磁束は、強磁性体製の磁気コア１５に効率良く通過する。これにより、ＩＤタグ１１の共振周波数を強磁性体を含めた系で所定の最適周波数となるように設定することで、ＩＤタグ１１のアンテナコイル１６と制御回路１７との整合をとり、ＩＤタグ１１に対する電力用磁気信号の供給を効率良く行うことができ、また、リーダライタ及びＩＤタグ１１間の通信が良好に行われる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態を示すＩＤタグ３１の縦断側面図である。
尚、第１の実施の形態と同様の部分に付いては、その説明を省略する。
【００２９】
コア部１５ａに設けられたスリット３２は、高さ方向に設けているが、図８に示すように、フランジ部１５ｃのスリット３２に沿ってコア部１５ａとフランジ部１５ｃとの接続部分にアンテナコイル１６が通る程度の第２凹部３３が設けられていても良い。これにより、ＩＤタグ３１の組立時にケース１３とコア部１５ａの第２凹部３３とによって形成される孔を通してアンテナコイル１６が制御回路１７と接続され、上述した効果を損なうことなく、コア部１５ａの磁気抵抗を更に下げることができ、リーダライタのコイル１２ａに効率良く磁束を導くことができる。また、第２凹部３３が狭く作られているので、アンテナコイル１６の位置を固定することができ、組立容易性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すＩＤタグの縦断面側面図
【図２】ＩＤタグとリーダライタとの位置関係を使用状態で示す外観斜視図
【図３】制御回路及びアンテナコイルの実体的構成図
【図４】電気的構成図
【図５】制御回路及びアンテナコイルを磁気コアに装着する方法を示す縦断面側面図
【図６】制御回路及びアンテナコイルを磁気コアに装着した状態で示す外観斜視図
【図７】制御回路及びアンテナコイルを磁気コアに装着した状態で示す上面図
【図８】本発明の第２の実施の形態を示すＩＤタグの図１相当図
【図９】従来例を示す図１相当図
【符号の説明】
３はコンテナ、１１，３１はＩＤタグ、１５は磁気コア、１５ａはコア部、１５ｃはフランジ部、１５ｄは溝部、１６はアンテナコイル、１７は制御回路、１８，３２はスリット、２７は共振回路である。

Claims (3)

1. 一端部に凹部を設けたコア部とこのコア部の一端部の外周に形成されたフランジ部とこのフランジ部に前記コア部の他端側に向けて開放するように設けられた溝部とを備えた強磁性体製の磁気コアと、
   前記磁気コアの溝部内に装着するアンテナコイルと、
   前記コア部の凹部内に収容する制御回路とを備え、
   前記磁気コアは、前記フランジ部に前記コア部の中心から外周方向に向けてスリットが形成され、このスリットを介して前記アンテナコイルと前記制御回路とが電気的に接続されていることを特徴とするＩＤタグ。
2. 前記磁気コアのフランジ部は、前記溝部を形成する部分の高さが前記コア部の高さよりも低く形成されていることを特徴とする請求項１記載のＩＤタグ。
3. 前記アンテナコイルは、前記磁気コアに装着した状態でその共振周波数が所定の最適周波数となるように設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のＩＤタグ。

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