JP3831452B2

JP3831452B2 - 無線用識別シート

Info

Publication number: JP3831452B2
Application number: JP15970696A
Authority: JP
Inventors: 進寺西; 隆之冨田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2016-06-20
Also published as: JPH1013313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物品の個体識別を行う際に適用される無線用識別シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空港などのように一度に数多くの物品を取り扱う場所では、物品の個体識別を行うことができるように、電磁誘導方式の無線用識別装置が用いられることがある。
【０００３】
このような無線用識別装置は、電磁波の送受信機能を備えたリーダ装置と共に使用される。具体的には、リーダ装置は所定の周波数の電磁波を送信し、無線用識別装置は送信された所定周波数の電磁波を受信すると、予め設定された識別信号を送信する。リーダ装置は、この識別信号を解析して無線用識別装置が取り付けられた物品等の個体識別を行う。
【０００４】
従来の無線用識別装置は、例えば図１７に示されるように、直径数百ミクロンの銅線１０１を巻回したループアンテナコイル１０２と、このループアンテナコイル１０２と共に同調回路を形成する同調コンデンサ１０３および前述した識別信号が設定された送受信用集積回路１０４とを主構成要素としている。
【０００５】
ループアンテナコイル１０２を形成する銅線１０１の端子１０５，１０６と、同調コンデンサ１０３の足と、送受信用集積回路１０４のリード線１０７，１０８とは半田付けにより接続されている。また、ループアンテナコイル１０２、同調コンデンサ１０３および送受信用集積回路１０４は、底板１０９に接着剤で固定され、底板１０９および蓋１１０からなるケースによって構成要素全体が保護されている。
【０００６】
ループアンテナコイル１０２は、図１８に示されるように絶縁被覆された直径数百ミクロンの銅線１０１をソレノイド型に複数回かつ複数段に巻回したものである。銅線１０１による巻線束は、Ａ−Ａ′断面図に示されるように樹脂などの接着剤１１１によって固定され、銅線１０１の端子１０５，１０６の絶縁被覆は除去されている。なお、銅線１０１を巻回する時は、例えば図１９に示されるような巻線機械１１２を用い、銅線１０１を巻き枠１１３に所定巻き数だけ巻き付けてから接着剤１１１により固定し、この後に巻き枠１１３から取り外せばよい。
【０００７】
このようにループアンテナコイル１０２の製造においては、直径数百ミクロンの銅線１０１巻回する必要があるが、このような作業は自動化することが困難で、手作業による加工が中心でとなるため、作業に余計な時間や費用がかかり、生産性を向上させることが難しかった。
【０００８】
また、無線用識別装置の構成部品の半田付けや、それらを底板１０９へ接着する作業も手作業を中心としていたため、さらに生産性が低下していた。
さらに、ループアンテナコイル１０２は、銅線１０１の巻き数分の厚みがあり、この厚みによって無線識別装置全体が大きくなってしまっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の無線用識別装置では、製造工程の多くを手作業にたよっているため生産性を向上させることが困難であり、しかもループアンテナコイルの厚みによって装置全体が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は、生産性が高く、しかも小型軽量の無線用識別シートを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、非導電性材料によって形成されたシート状基材上に、シート状基材の表面および裏面に交互に導電性材料で平面的に形成される渦巻状のループコイルをシート状基材を折り曲げられることにより積層して形成されるループアンテナと、シート状基材の裏と表で隣接するループコイルを直列に接続するように形成されたランドと、このループアンテナに接続される同調用コンデンサと、ループアンテナを介して所定周波数の電磁波を受信した時、予め設定された識別信号をループアンテナを介して送信する送受信用集積回路とを配設する。
【００１１】
本発明では、ループアンテナを平面的に薄く形成するので、無線用識別シートを小型軽量にすることができる。また、ループアンテナを例えば導電性インクによってシート状基材上に渦巻状ループを直接印刷したり、または、シート状基材上に接着剤を塗布してから被覆銅線を渦巻状に置くことによって形成するようにすれば、自動機械等によってループアンテナを連続的に大量生産することができるので、低コストで無線用識別シートを製造することができる。
【００１２】
また、非導電性材料によって形成された二つのシート状基材上に導電性材料で平面的に形成された渦巻状のループコイルを接続することにより形成されるループアンテナと、渦巻状のループコイルが形成されたシート状基材に挟まれて静電容量を形成するシート状誘電体と、ループアンテナを介して所定周波数の電磁波を受信することにより、予め設定された識別信号を該ループアンテナを介して送信する送受信用集積回路とを備えると共に、ループアンテナとシート状誘電体によって各層間に自己コンデンサが自己形成されるようにしたことにより、個別素子としての同調コンデンサを用いることなく同調回路が形成されるので、無線用識別シートをより小型軽量にできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線用識別シートの概略構成を示す図である。この無線用識別シートは、シート状基材１上に、ループアンテナ２、同調用コンデンサ３および送受信用集積回路４を配設したものである。
【００１５】
シート状基材１上には、後述するように複数のループコイルが平面的に形成されており、このシート状基材１が折り曲げられることにより、複数のループコイルが積層されたループアンテナ２を形成している。
【００１６】
シート状基材１上のループアンテナ２の端子５ａ，５ｄには、リード線等を介して同調用コンデンサ３および送受信用集積回路４が並列に接続される。同調用コンデンサ３および送受信用集積回路４は、接着剤等によってシート状基材１上に固定される。
【００１７】
ループアンテナ２は、同調用コンデンサ３と共に同調回路を形成している。送受信用集積回路４は、ループアンテナ２および同調用コンデンサ３を介して所定周波数の電磁波を受信すると、予め設定されている識別信号をループアンテナ２を介して所定周波数の電磁波で送信する。
【００１８】
次に、図２を参照して、シート状基材１上に形成されたループアンテナ２の構造について具体的に説明する。なお、（ａ）はシート状基材１を折り曲げる前の平面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はシート状基材１を折り曲げたときの断面図である。
【００１９】
この例では、１枚のシート状基材１上に４つのループコイルを積層するため、シート状基材１上の４つの部分１ａ〜１ｄにそれぞれループコイルを形成する。まず、図３（ａ）に示されるように、紙、樹脂などの非導電性材料を用いて形成されたシート状基材１における部分１ａ，１ｃの表面および部分１ｂ，１ｄの裏面に導電性インクによってそれぞれ渦巻状のループコイル６ａ〜６ｄを印刷する。この時、ループコイル６ａと６ｃ、ループコイル６ｂと６ｄは、それぞれ一括して印刷を行うようにする。
【００２０】
導電性インクは、熱可塑性アクリル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの合成樹脂からなるバインダ中に、導電性フィラーとして銀、カーボンブラック、グラファイト、ニッケルもしくは銅等の微粉末や銀メッキされた銅粉等を分散させたものである。この場合、導電性インク８の体積固有抵抗値は原料金属の５〜２０倍程度に大きくなることから、ループコイル１ａ〜１ｄの断面積を通常の導線の断面積に比べて大きくする必要があり、さらにループアンテナとして動作させる有効面積を同等とする場合は、巻数の最大値が限定されるために、平面的なループコイルを多層に分割する必要がある。
【００２１】
シート状基材１における部分１ａ〜１ｄの境目付近、すなわちループコイル６ａ〜６ｄが裏と表で隣接する箇所には、ループコイル６ａ〜６ｄが直列に接続されるようにランド７が予め形成されるものとする。ランド７は、図３に示されるようにシート状基材１上に複数の点状孔８を設けたものであり、導電性インク９で印刷を行った場合、この点状孔８を通して導電性インク９がシート状基材１の裏表に浸透する。これにより、ループコイル６ａ，６ｂ間、ループコイル６ｂ，６ｃ間およびループコイル６ｃ，６ｄ間がそれぞれ接続され、ループコイル６ａ〜６が直列接続される。なお、（ａ）はランド７を表面から見た図であり、（ｂ）はその断面図である。
【００２２】
このようにして、シート状基材１における部分１ａ〜１ｄの裏表に交互にループコイル６ａ〜６ｄを印刷した後、図３（ｂ）に示されるように部分１ａ，１ｂの境目を谷折りに、部分１ｂ，１ｃの境目を山折りに、そして部分１ｃ，１ｄの境目を谷折りにして、それぞれの接触面を接着する。このようにすると、図３（ｃ）に示されるように、シート状基材１によって絶縁された積層構造のループアンテナ２が形成される。この場合、ルールコイル６ａ〜６ｂのインダクタンスをそれぞれＬａ〜Ｌｄと表すと、本実施形態の無線用識別シートは、図４に示されるような等価回路で表される。
【００２３】
次に、この無線用識別シートを用いた個体識別の例について説明する。ここでは、図５に示されるように、無線用識別シート１１と、送信アンテナ１２を介して所定周波数ｆ１の電磁波を送信する送信器１３および受信アンテナ１４を介して所定周波数ｆ２の電磁波を受信して解析する受信器１５からなるシステムを考える。ここで、無線用識別シート１１は、ループアンテナ２および同調用コンデンサ３によって同調周波数ｆ１の同調回路が形成され、送受信用集積回路４は、識別信号として２進数の”１１０１”が予め設定されて周波数ｆ２（ｆ２＝ｆ１／２）の電磁波をループアンテナ２を介して送信できるものとする。
【００２４】
送信器１３は、送信アンテナ１２を介して周波数ｆ１（長中波、特に数百ヘルツが望ましい）の電磁波を常時送信する。この電磁波の受信可能範囲に無線用識別シート１２が進入すると、無線用識別シート１２の送受信用集積回路４は、ループアンテナ２および同調用コンデンサ３を介してこの電磁波を受信し、例えば図６に示されるようにデータの始まりおよび識別信号”１１０１”を示す情報を周波数ｆ２の電磁波で変調して、ループアンテナ２を介して送信する。
【００２５】
一方、受信器１５は、受信アンテナ１４を介して周波数ｆ２の電波を常時受信している。無線用識別シート１２から送信された周波数ｆ２の電磁波を受信アンテナ１４を介して受信すると、この電磁波から識別信号”１１０１”を復調し、この識別信号”１１０１”を予め設定されている識別信号のデータと比較することで無線用識別シート１１を識別する。
【００２６】
ここで、ループアンテナ２が平面状であっても、ループアンテナ２と送信アンテナ１２および受信アンテナ１４とが一定角度の範囲内であれば通信が行えるため、平面状に薄膜化された無線用識別シート１１であっても個人識別を行うことができる。しかも、電磁波を媒体としてデータを伝送しているため、これらを使用する環境、すなわち雨、氷、塵埃等の影響が少ない。また、アンテナの指向性を緩やかにすることで通信範囲を広げることができ、アンテナを大きくすれば通信距離をのばすことができる。
【００２７】
なお、送信アンテナ１２、送信器１３、受信アンテナ１４および受信器１５は、リーダ装置として一体に構成することができる。この場合、リーダ装置と無線用識別シート１１との通信のやりとりを両方向として、例えば半二重方式によって伝送を片側ずつ行うようにすることができる。
【００２８】
このように、本実施形態ではループアンテナを平面的に薄く形成するので、無線用識別シートを小型軽量にすることができ、用途の拡大が期待できる。また、このループアンテナは導電性インクによる印刷によって形成されるので、無線用識別シートの製造工程の数を従来に比べて例えば１／３にすることができる。特に、自動印刷機械等によってループアンテナを連続的に生産すれば、従来に比べてコストを大きく低減させることができる
以下、図７〜図１６を参照して本発明の他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては図１〜図６と相対応する部分に同一符号を付して、第１の実施形態との相違点を中心に述べる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る無線用識別シートの概略構成を示す図である。本実施形態は、短冊状に形成された複数のシート状基材２１ａ〜２１ｄのそれぞれにループコイルを印刷して、これらのシート状基材２１ａ〜２１ｄを積み重ねることで、ループアンテナ２を形成するものである。ここで、ループアンテナ２の端子５ａおよび５ｄはシート状基材２１ａ〜２１ｄを積み重ねたときの底面および天面であるシート状基材２１ａおよび２１ｄに設けられており、シート状基材２１ｂ，２１ｂおよび２１ｄには、底面となるシート状基材２１ａ上の端子５ａからリード線等を引き出すための穴２２ｂ〜２２ｄが設けられている。
【００３０】
図８は、シート状基材２１ａ〜２１ｄの示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はシート状基材２１ａ〜２１ｄを積み重ねた時の断面図である。（ａ）に示されるように、シート状基材２１ａ〜２１ｄには、それぞれループコイル６ａ〜６ｄが印刷され、さらに、これらを直列接続するためのランド７が設けられている。なお、ループコイル６ａ〜６ｄのパターンは、積み重ねた状態で直列的に接続されるように終端部において異なる形状で印刷される。シート状基材２１ｂ，２１ｃおよび２１ｄには、上述したようにシート状基材１上の端子５ａからリード線を引き出すための穴２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄが設けられている。なお、穴２２ｂ〜２２ｄのかわりに、シート状基材２１ａに積み重ねたとき端子５ａの真上となるシート状基材２１ｂ〜２１ｄのそれぞれの位置にランドを設けるようにしてもよい。
【００３１】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る無線用識別シートの概略構成を示す図である。本実施形態は、ループアンテナ２を設けたシート状基材３１ａと高透磁率特性のシート状基材３１ｂとを重ねるようにしたものである。以下、本実施形態の構成について図１０を参照して具体的に説明する。なお、図１０において、（ａ）は正面図、（ｂ）はシート状基材３１ａと３１ｂとを積み重ねた時の断面図である。
【００３２】
図１０（ａ）に示されるように、シート状基材３１ａのみでループアンテナ２が形成されるようにループコイルを印刷する。一方、シート状基材３１ｂを紙、樹脂等の非導電性材料によって形成し、その上にフェライト材などの高透磁率材料の粉体とエポキシ樹脂などのバインダを混合したペーストを塗布した高透磁率部３２を形成する。高透磁率部３２は、シート状基材３１ａと３１ｂとを重ね合わせたとき、ループアンテナ２のコイル内側に位置するように形成される。
【００３３】
次に、（ｂ）に示されるようにシート状基材３１ａと３１ｂとを重ね合わせて接着し、ループアンテナの端子５ａ，５ｂに同調用コンデンサ３、送受信用集積回路４をそれぞれ接続する。なお、ループアンテナ２および高透磁率部３２によるインダクタンスをＬｘとすると、本実施形態の無線用識別シートは図１１に示されるような等価回路で示される。
【００３４】
このように、本実施形態ではループアンテナ２を設けたシート状基材３１ａと高透磁率のシート状基材３１ｂとを重ねたことで、ループアンテナのインダクタンスを保ったまま巻数を少なくすることができるので、例えば多層化による仕上り厚さが制約を受けるような場合に有効である。
【００３５】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る無線用識別シートを説明するための図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図を示している。
【００３６】
本実施形態は、シート状基材上に被覆銅線を用いてループアンテナを形成したものである。
まず、シート状基材４１ａ上に適当な接着剤を塗布して接着層４２を作り、この接着層４２上に、自動機械等によって被覆銅線４３を渦巻状に配置し、ループアンテナ２を形成する。一方、シート状基材４１ｂ上に第３の実施形態と同様に高透磁率部４４を形成する。
【００３７】
次に、図１３（ａ）に示されるように、ループアンテナ２に同調用コンデンサ３および送受信用集積回路４を接続した後、ループアンテナ２が形成されている面と高透磁性部４４が形成されている面とが対向するように、すなわちシート状基材４１ｂの高透磁率部４４を内側にして、シート状基材４１ｂでシート状基材４１ａを覆うように貼り合わせ、シート状基材４１ａおよび４１ｂを接着層４２を介して接着する。この場合、無線用識別シートは図１３（ｂ）に示されるような積層構造となる。
【００３８】
（第５の実施形態）
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る無線用識別シートを説明するための図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図を示している。本実施形態は、同調コンデンサのかわりにシート状誘電体を用いるようにしたものである。
【００３９】
まず、二つのシート状基材５１について、第４の実施形態と同様に接着層５２を形成し、被覆銅線５３を用いてそれぞれループコイル５４を形成する。
一方、適当な誘電体材料、例えばマイカやマイラーフィルム等を用いて誘電体シート５５を形成し、この誘電体シートに５５に被覆銅線５３が通るような二つの穴５６を設ける。
【００４０】
次に、図１５（ａ）に示されるように、二つのシート状基材５１の被覆銅線５３を誘電体シートの穴５６を通して接続することで積層的にループアンテナ２を形成し、このループアンテナ２を送受信用集積回路４に接続する。なお、二つのシート状基材５１のループコイル５４は加極性で直列接続される。
【００４１】
さらに、二つのシート状基材５１によって誘電体シート５４を覆うような形で挟み、接着層５２を介してこれらを接着することで無線用識別シートが形成される。
【００４２】
この場合、ループアンテナ２と誘電体シート５４によって各層間に自己コンデンサＣｘと称される静電容量が自己形成されるため、図１６に示されるように個別素子としての同調用コンデンサを用いることなく同調回路が形成される。この同調回路の同調周波数は、誘電体シートの厚さ等によって調節することができるので、予め所定周波数ｆ１に同調するように設定すればよい。
このように本実施形態では、同調用コンデンサを接続する必要がなくなるので、無線用識別シートを更に薄膜化することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、非導電性のシート状基材上に平面的にループアンテナを形成するので、生産性が高く、しかも小型軽量の無線用識別シートを提供することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線用識別シートの概略構成を示す図
【図２】同実施形態におけるシート状基材の構造を説明するための図
【図３】図２におけるランドを説明するための図
【図４】同実施形態の等価回路を示す図
【図５】同実施形態を用いたシステムを説明するための図
【図６】同実施形態による通信の例を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る無線用識別シートの概略構成を示す図
【図８】同実施形態におけるシート状基材の構造を説明するための図
【図９】本発明の第３の実施形態に係る無線用識別シートの概略構成を示す図
【図１０】同実施形態におけるシート状基材の構造を説明するための図
【図１１】同実施形態の等価回路を示す図
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る無線用識別シートにおけるシート状基材の構造を説明するための図
【図１３】同実施形態における無線用識別シートの形成工程を説明するための図
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る無線用識別シートにおけるシート状基材の構造を説明するための図
【図１５】同実施形態における無線用識別シートの形成工程を説明するための図
【図１６】同実施形態の等価回路を示す図
【図１７】従来の無線用識別装置を説明するための図
【図１８】従来の無線用識別装置のループアンテナコイルを説明するための図
【図１９】従来の無線用識別装置のループアンテナコイルの製造方法を説明するための図
【符号の説明】
１，２１ａ〜２１ｄ，３１ａ〜３１ｂ，４１ａ〜４１ｂ，５１…シート状基材
１ａ〜１ｄ…部分
２…ループアンテナ
３…同調用コンデンサ
４…送受信用集積回路
５ａ，５ｂ，５ｄ…端子
６ａ〜６ｄ…ループコイル
７…ランド
８…点状孔
９…導電性インク
１１…無線用識別シート
１２…送信アンテナ
１３…送信器
１４…受信アンテナ
１５…受信器
２２ｂ〜２２ｄ…穴
３２…高透磁率部
４２…接着層
４３…被覆銅線
４４…高透磁率部
５２…接着層
５３…被覆銅線
５４…ループコイル
５５…誘電体シート
５６…穴
Ｌａ〜Ｌｄ，Ｌｘ…インダクタンス
Ｃｘ…自己コンデンサ
１０１…銅線
１０２…ループアンテナコイル
１０３…同調コンデンサ
１０４…送受信用集積回路
１０５，１０６…端子
１０７，１０８…リード線
１０９…底板
１１０…蓋
１１１…接着剤
１１２…巻線機械
１１３…巻き枠

Claims

非導電性材料によって形成されたシート状基材上に、該シート状基材の表面および裏面に交互に導電性材料で平面的に形成された渦巻状のループコイルを該シート状基材を折り曲げられることにより積層して形成されるループアンテナと、該シート状基材の裏と表で隣接する該ループコイルを直列に接続するように形成されたランドと、このループアンテナに接続される同調用コンデンサと、該ループアンテナを介して所定周波数の電磁波を受信することにより、予め設定された識別信号を該ループアンテナを介して送信する送受信用集積回路とを配設したことを特徴とする無線用識別シート。
非導電性材料によって形成された二つのシート状基材上に導電性材料で平面的に形成された渦巻状のループコイルを接続することにより形成されるループアンテナと、該渦巻状のループコイルが形成された該シート状基材に挟まれて静電容量を形成するシート状誘電体と、該ループアンテナを介して所定周波数の電磁波を受信することにより、予め設定された識別信号を該ループアンテナを介して送信する送受信用集積回路とを備えると共に、該ループアンテナと該シート状誘電体によって各層間に自己コンデンサが自己形成されるようにしたことを特徴とする無線用識別シート。