JP4814842B2 - Ｉｃタグユニット - Google Patents

Description

本発明は，パッシブ型の無線ＩＣタグを備えたＩＣタグユニットに関するものである。

製造現場や物流現場では，完成品や生産途中の中間製品等の各種の物品が，その物品に装着されたパッシブ型の無線ＩＣタグを用いて管理されることが多い。一般に，前記パッシブ型の無線ＩＣタグは，パッシブ型のＲＦＩＤタグ，或いはパッシブタグなどと称される。以下では，パッシブタグと記載する。
前記パッシブタグはメモリを内蔵している。リーダ・ライタと呼ばれる無線通信装置は，前記パッシブタグが内蔵するメモリに対してデータの書き込みや読み出しを行う。
また，前記パッシブタグは，自らは電源（バッテリー）を備えていない。前記パッシブタグは，前記リーダ・ライタが放つ無線信号（電波）によって発生させた電力により動作する。このため，前記パッシブタグは，電源（バッテリー）を内蔵するアクティブタグと異なり，電池切れの心配がなく，また，製造コストも低廉である。
一方，前記パッシブタグは，前記リーダ・ライタとの間で交信可能な距離が短い。例えば，電磁誘導方式の前記パッシブタグの交信可能距離は１ｍ未満，２．４５ＧＨｚ帯やＵＨＦ帯の無線信号を用いる電波方式の前記パッシブタグの交信可能距離は数メートル程度までである。また，一般に，前記パッシブタグは，前記リーダ・ライタと交信可能な方向の範囲（以下，指向範囲という）にほとんど制限がなく，ほぼ無指向である。

ところで，前記パッシブタグは，例えば製造現場や物流現場などで用いられる場合に，前記リーダ・ライタに対する交信可能距離がより長いこと，及び前記指向範囲が狭いことが求められることが多い。
例えば，前記パッシブタグが取り付けられる物品のサイズが大きい場合や，その物品が高温である場合など，前記リーダ・ライタを前記パッシブタグに対して交信可能な範囲内に近づけることが難しい場合に，従来よりも交信可能距離が長いパッシブタグが必要とされる。従来の前記パッシブタグは，前記リーダ・ライタとの交信可能距離が短いため，製造現場や物流現場等での使用の阻害要因となるという問題点があった。
また，前記パッシブタグの交信可能距離が長くなるほど，複数の前記パッシブタグそれぞれの交信可能範囲が重複する状況が発生する頻度が高くなる。そのような状況において，１台の前記リーダ・ライタと複数の前記パッシブタグとの混信を回避するためには，前記パッシブタグの指向範囲が狭いことが求められる。しかしながら，従来の前記パッシブタグは，前記指向範囲にほとんど制限がない。さらに，交信可能距離が長い前記パッシブタグを提供することができた場合，そのようなパッシブタグは，他のパッシブタグと識別しにくいという問題点を有することになる。

一方，特許文献１には，リーダ・ライタと無線ＩＣタグとの交信可能距離を延長するため，無線信号における磁界成分と電界成分との両方を受信可能なアンテナが設けられた無線ＩＣタグが示されている。しかし，前記特許文献１に示される技術は，交信可能距離をたかだか数ｃｍレベル延長するものであり，製造現場や物流現場において取り扱われる大型の物品に取り付けられるパッシブタグにおいて望まれる効果は得られない。
また，特許文献２には，ＲＦＩＤタグのアンテナの指向性を調整するため，直線状の素子からなる放射器と，その両側に平行に配置した導波器とが配置されたＲＦＩＤデータキャリアが示されている。しかし，前記特許文献２に示される技術は，金属製品（物品）が段積みされたような状況の製造現場や物流現場においては，その金属製品の影響を受けてタグの通信距離や指向性等の特性が変化してしまうという問題点があった。
さらに，前記リーダ・ライタに対するＲＦＩＤタグの向きが変化すると，ＲＦＩＤタグの交信可能距離が変化する。そこで，特許文献３では，ＲＦＩＤタグの向きを一定に保持するための構成が提案されている。具体的には，外殻の内部で揺動可能な内殻に，ＲＦＩＤタグが設けられている。そして，その内殻に，ＲＦＩＤタグの向きを一定に保持するための錘が設けられている。

ところで，前記パッシブタグの交信可能距離の延長や指向範囲を狭くするために，該パッシブタグを円筒状の金属部材の中に配置することが考えられる。これにより，前記リーダ・ライタから送信される無線信号のエネルギーは，前記金属部材の間に蓄積される。即ち，前記無線信号は，前記金属部材の間において増幅された状態となる。そのため，前記パッシブタグは，前記無線信号の強度が比較的弱い場合でも動作する。したがって，前記パッシブタグと前記リーダ・ライタとの間の交信可能距離を従来よりも延長することができる。また，前記金属部材の間に入射された無線信号のみが増幅されるため，前記パッシブタグの指向範囲を狭くすることができる。なお，本出願人は，当該内容についての特許出願（特願２００６−２８６６２４）を行っている。
ところで，前記金属部材の中に電気的絶縁体である誘電体を充填すれば，該金属部材内におけるエネルギーの増幅率を増加させることができる（例えば，非特許文献１参照）。これにより，前記金属部材のサイズを小さくしても同様の効果を得ることができる。具体的に，前記金属部材内に誘電体を充填する場合には，充填しない場合に比べて√ε（ε：比誘電率）程度，該金属部材の管径を縮小することができる。例えば，前記金属部材内に誘電体を充填しない場合に該金属部材の管径として最適な寸法が１９ｃｍであるとする。この場合，前記金属部材内に比誘電率が９である誘電体を充填すると，前記金属部材の管径として最適な寸法は，１９ｃｍ／√ε＝６．３ｃｍ程度となり，該金属部材を小さくすることができる。
特開２００６−１８００４３号公報 特開２００６−６７４７８号公報 特開２００３−５８８４３号公報 中島将光著，「マイクロ波工学」，森北出版（１９７５年）

しかしながら，前記パッシブタグ自体の大きさは，前記パッシブタグに使用されるダイポールアンテナの長さによって決まる。そして，前記ダイポールアンテナの長さは，前記無線信号の周波数の波長によって定まる。例えば，周波数９５０ＭＨｚ，波長３２ｃｍ程度のＵＨＦ帯の前記無線信号を用いる場合，前記ダイポールアンテナの長さは，少なくとも半波長の約１６ｃｍであることが必要である。
そのため，前述したように，前記金属部材の中に誘電体を充填することで該金属部材の管径を小さくすることが可能であっても，その金属部材の中に前記パッシブタグを配置することができなくなる場合がある。そのため，前記金属部材を小さくするためには，前記パッシブタグを外部に配置する必要がある。しかしながら，前記パッシブタグを前記金属部材の外側に配置すると，交信可能距離を十分に長くすることができず，また指向範囲を十分に狭くすることができないという問題が生じる。
したがって，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，パッシブタグの交信可能距離の延長及び指向範囲の狭小化を図りつつ，ユニットサイズを縮小することのできるＩＣタグユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため，本発明は，パッシブ型の無線ＩＣタグであるパッシブタグを備えてなるＩＣタグユニットに適用されるものであって，下記の（１）及び（２）を備えることを特徴とするＩＣタグユニットとして構成される。
（１）相互に対向する対向面と該対向面各々の端部から略垂直方向外側に突出した前記パッシブタグを保持するための突出面とを有する金属部材。
（２）前記金属部材の前記対向面の間に設けられた電気的絶縁体である誘電体。
本発明に係るＩＣタグユニットでは，前記パッシブタグを前記金属部材の前記突出面で保持する。即ち，前記パッシブタグは，前記金属部材の前記対向面の外側に設置される。そのため，前記金属部材における前記対向面の間の寸法は，前記パッシブタグのサイズによって制限されない。したがって，前記対向面の間に前記誘電体を設けて前記対向面の間隔を狭くすることによって，当該ＩＣタグユニットのユニットサイズの縮小化を実現することができる。
ここで，本発明に係るＩＣタグユニットが，該ＩＣタグユニットを動作させるための無線信号（以下，タグ動作用無線信号という）の放射範囲内に入ると，前記金属部材の前記対向面では，前記タグ動作用無線信号のエネルギーが蓄積される。即ち，前記タグ動作用無線信号は，前記金属部材の前記対向面で増幅される。また，前記ＩＣタグユニットでは，前記突出面各々の間にも電界や磁界が発生することになる。この電界や磁界は，前記突出面に設置された前記パッシブタグを含む領域で発生する。
したがって，前記パッシブタグには，前記対向面で増幅された電界や磁界と，前記突出面各々の間で発生する電界や磁界とが作用することになる。これにより，前記パッシブタグは，前記ＩＣタグユニットに到達した前記タグ動作用無線信号の強度が比較的弱い場合でも動作する。即ち，本発明によれば，従来のパッシブタグを用いて，そのパッシブタグと前記タグ動作用無線信号を出力するリーダ・ライタとの間の交信可能距離を従来よりも延長することができる。
さらに，本発明に係るＩＣタグユニットでは，前記金属部材の前記対向面の間に入射される前記タグ動作用無線信号のみが増幅されることになる。また，前述したように，本発明に係るＩＣタグユニットにおける前記対向面の間の寸法は，前記パッシブタグを前記対向面の間に配置する場合に比べて小さくすることが可能である。したがって，本発明に係るＩＣタグユニットでは，前記対向面の間の寸法を狭くすることによって，従来よりも前記パッシブタグの指向範囲を狭くすること（指向性の向上）が可能である。そのため，１台の前記リーダ・ライタと複数の前記パッシブタグとの識別をより確実に行うことができる。

ここで，前記金属部材は，共振周波数が前記パッシブタグを動作させるための前記タグ動作用無線信号の周波数と略等しいものであることが望ましい。また，前記金属部材及び前記誘電体を含む筐体が，共振周波数が前記パッシブタグを動作させるための前記タグ動作用無線信号の周波数と略等しいものであってもよい。これにより，前記タグ動作用無線信号の増幅率が高くなるため，交信可能距離をより延長させることができる。
なお，本発明の具体例としては，前記金属部材が，その内面の一部が前記対向面を形成する断面が円形の管状（即ち，円筒状）の金属部材であって，前記突出面が，前記金属部材の端部に設けられたフランジであることが考えられる。
ところで，前記ＩＣタグユニットにおける前記パッシブタグの向きが変化すると，前記リーダ・ライタとの間の交信可能距離が大幅に変化することが考えられる。そこで，前記金属部材を揺動可能に支持する支持部材を更に設けておき，前記誘電体を前記パッシブタグが所定の向きで保持されるように前記金属部材の重心位置を定めるものとして利用することが考えられる。これにより，前記ＩＣタグユニットの向きが変化した場合，前記金属部材は，前記パッシブタグが所定の向きに保持されるように揺動するため，交信可能距離の変化を防止することができる。

本発明によれば，前記パッシブタグを前記金属部材の前記突出面で保持するため，前記対向面の間に前記誘電体を設けて前記対向面の間隔を狭くすることによって，当該ＩＣタグユニットのユニットサイズの縮小化を実現することができる。また，同時に，交信可能距離の延長を図りつつ，前記パッシブタグの指向範囲を狭くすることが可能である。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るＩＣタグユニットＸの概略構成図，図２は前記ＩＣタグユニットＸに設けられたパッシブタグ３の一例を示す図，図３は前記ＩＣタグユニットＸにおいて生じる電界Ａ及び磁界Ｂを模式的に表した図である。また，図４は前記ＩＣタグユニットＸに設けられた共振金属部材１の形状と最大読取距離Ｄとの関係を示す図，図５は前記共振金属部材１の形状と最小送信電力Ｗとの関係を示す図，図６は前記共振金属部材１の形状と最大読取距離Ｄとの関係を示す図である。なお，各図面において破線で表される形状は，各図面における視点からは外観上視認できない部分の形状である。
本発明の実施形態に係るＩＣタグユニットＸは，完成品や生産途中の中間製品等の各種の物品（以下「管理対象物品」という）を管理するために，その管理対象物品に装着される。前記ＩＣタグユニットＸは，後述するように，パッシブ型の無線ＩＣタグであるパッシブタグ３を備えている。前記パッシブタグ３は，通常，ＩＣチップとして提供されるものである。
前記パッシブタグ３は，それぞれメモリを内蔵し，リーダ・ライタ（不図示）と呼ばれる無線通信装置が，前記パッシブタグ３が内蔵するメモリに対してデータの書き込みや読み出しを行う。
前記パッシブタグ３は，自らは電源（バッテリー）を備えておらず，前記リーダ・ライタが放つ無線信号（以下，タグ動作用無線信号という）によって電力を発生させ，その電力により動作する。前記タグ動作用無線信号は，例えば，１３．５６ＭＨｚ帯の電波，９５０ＭＨｚ帯（ＵＨＦ帯）の電波，２．４５ＧＨｚ帯の電波などであるが，それらの無線信号に限定されるものではない。なお，前記リーダ・ライタ及び前記パッシブタグ３は周知のものであるので，その詳細についての説明は省略する。

まず，図１〜図３を参照しつつ，本発明の実施の形態に係るＩＣタグユニットＸについて説明する。ここで，図１（ａ），図１（ｂ）及び図１（ｃ）は，それぞれ前記ＩＣタグユニットＸの斜視図，側断面図及び正面図である。
図１に示すように，前記ＩＣタグユニットＸは，共振金属部材１，誘電体２及びパッシブタグ３を備えている。
前記共振金属部材１は，その共振周波数が前記パッシブタグ３の前記タグ動作用無線信号の周波数と等しい金属部材である。前記共振金属部材１の材質は，例えば，鉄，ステンレス，アルミニウム，銅などである。
前記共振金属部材１は，断面が管軸Ｓ１を中心とする円形の管状の部材である円筒部１１と，前記円筒部１１の一端に設けられたフランジ１２（突出面の一例）と，前記円筒部１１の他端に設けられた底板部１３とを有している。前記円筒部１１，前記フランジ１２及び前記底板部１３は，一体形成されている。なお，これに限られず，前記円筒部１１，前記フランジ１２及び前記底板部１３は，個別の部材であってもよい。この場合，その個別の部材を接合することによって前記共振金属部材１が構成される。
また，本発明に係るＩＣタグユニットの形状は，ここで説明する前記ＩＣタグユニットＸの形状に限られない。例えば，前記円筒部１１に換えて，断面が多角形（四角形など）である角形管を採用してもよい。また，前記円筒部１１及び前記フランジ１２に換えて，対向する平板状や湾曲板などの二つの対向面と，その対向面各々から略垂直外側方向に突出する突出面とを有する二つのアングル部材を用いてもよい。

前記共振金属部材１の共振周波数は，主に，前記円筒部１１の内側で共振する電磁波のモード（姿態），前記円筒部１１の円筒直径ｄ１（図１（ｂ）参照），前記円筒部１１の円筒長さｄ２（図１（ｂ）参照），前記円筒部１１の内側に存在する前記誘電体２の大きさや材質，前記共振金属部材１の材質等によって定まる。
なお，図１に示すような形状の前記共振金属部材１の共振周波数は，前記パッシブタグ３の影響を無視すれば，解析的に求めることができる。なお，前記共振金属部材１の厚みは，その共振周波数に与える影響が小さく，構造体としての変形を防止できる強度を確保するために必要な厚みにすればよい。

また，昨今は，周知の電磁界シミュレーションプログラムを実行する計算機により，任意の３次元形状の部材について，共振周波数や共振時に発生する電界や磁界の分布を算出することが可能である。したがって，当業者は，前記電磁界シミュレーションプログラムを実行する計算機を用いることにより，前記タグ動作用無線信号に対して共振する前記共振金属部材１の形状設計を容易に行うことが可能である。もちろん，試行錯誤的な実験により，前記タグ動作用無線信号に対して共振する前記共振金属部材１の形状設計を行うことも考えられる。
なお，本発明に係るＩＣタグユニットＸにおいて，前記共振金属部材１は，その共振周波数が必ずしも前記タグ動作用無線信号の周波数と全く同一である必要はない。即ち，前記共振金属部材１が，前記タグ動作用無線信号に対して共振するものであれば，前記共振金属部材１の共振周波数が前記タグ動作用無線信号の周波数と多少ずれているとしても，それらは実質的に等しいといえ，本発明に含まれる。また，前記共振金属部材１及び前記誘電体２を含む筐体の全体の共振周波数が，前記タグ動作用無線信号の周波数と略等しくなるように設計することも他の実施例として考えられる。

前記フランジ１２は，前記円筒部１１の一端から略垂直方向外側に向けて突出している。前記フランジ１２は，後述の対向面１１ａ，１１ｂ各々から略垂直方向外側に向けて突出する突出面に相当する。前記フランジ１２は，その一部に前記パッシブタグ３が接着剤や樹脂製固定具などにより取り付けられている。これにより，前記パッシブタグ３は，前記フランジ１２によって保持される。前記フランジ１２の形状は，前記パッシブタグ３を保持する機能を果たす形状であればよく，図１に示される形状はその一例に過ぎない。
前記底板部１３は，前記円筒部１１の前記フランジ１２と逆側の端部開口を塞ぐものである。前記底板部１３によって，前記円筒部１１への信号入力は，前記フランジ１２側の端部開口からに限定される。もちろん，前記底板部１３を省略する構成も他の実施例として考えられる。

前記誘電体２は，前記共振金属部材１の前記円筒部１１内に充填されている。これにより，前記誘電体２は，前記円筒部１１において対向する内面の一部（以下「対向面」という）１１ａ，１１ｂ（図１，３参照）の間に設けられる。
前記誘電体２は，空気よりも誘電率の高い電気的絶縁体である。例えば，前記誘電体２は，塩化ビニル，テフロン（デュポン社の登録商標），ポリスチレン，アクリル，ベークライト等である。また，前記誘電体２は，他に，アルミナであることも考えられる。前記誘電体２としてアルミナを用いる場合には，前記円筒部１１に多数のアルミナを充填すればよい。
このように，前記ＩＣタグユニットＸでは，前記円筒部１１内に前記誘電体２が充填されることにより，該円筒部１１におけるエネルギーの蓄積効率が高められている。これにより，前述したように，前記共振金属部材１内に前記誘電体２を充填する場合には，充填しない場合に比べて√ε（ε：比誘電率）程度，該共振金属部材１の円筒直径ｄ１（図１（ｂ）参照）を縮小することができる。
また，前記ＩＣタグユニットＸでは，前記パッシブタグ３が前記円筒部１１外に配置されている。そのため，前記パッシブタグ３のサイズにかかわらず前記円筒部１１の円筒直径ｄ１を縮小することができる。したがって，前記ＩＣタグユニットＸのユニットサイズの縮小化を実現することができる。

前記パッシブタグ３は，パッシブ型の無線ＩＣタグである。ここで，図２を用いて，前記パッシブタグ３の具体例について説明する。ここに，図２（ａ），（ｂ）各々は，前記パッシブタグ３の一例を示している。
図２（ａ）に示す前記パッシブタグ３は，メモリや集積回路が搭載されたＩＣチップ３１と，該ＩＣチップ３１に接続された電界型のロッドアンテナ３２とを有している。前記ロッドアンテナ３２は，前記ＩＣチップ３１から上下に直線状を成している。
一方，図２（ｂ）に示す前記パッシブタグ３は，メモリや集積回路が搭載されたＩＣチップ３１と，該ＩＣチップ３１に接続された電界型のロッドアンテナ３３とを有している。前記ロッドアンテナ３３は，前記ＩＣチップ３１の両側それぞれに前記タグ動作用無線信号の波長λの４分の１の長さ（両方合わせてλ／２の長さ）で矩形波状に形成されている。この構成では，前記パッシブタグ３の長手方向の長さを，直線状の前記ロッドアンテナ３２を備える構成（図２（ａ）参照）よりも短くすることができる。本実施の形態に係る前記ＩＣタグユニットＸでは，図２（ｂ）に示す前記パッシブタグ３の構成を採用する。

前記ＩＣタグユニットＸが，前記タグ動作用無線信号の放射範囲内に入ると，前記共振金属部材１が共振する。ここに，図３は，前記タグ動作用無線信号に対して共振する前記共振金属部材１において生じる電界Ａ及び磁界Ｂを模式的に表した図である。
図３に示すように，前記共振金属部材１が例えばＴＥ_１１モードの共振モードで共振すると，該共振金属部材１では高周波の電界Ａ（図示する太線矢印）が発生する。前記電界Ａは，前記円筒部１１内において前記対向面１１ａ，１１ｂの一方から他方へ向かう電界Ａ１と，前記円筒部１１外において前記フランジ１２の間に発生する電界Ａ２とを含んでいる。また，前記共振金属部材１では，前記電界Ａ１，Ａ２の周りに環状の磁界Ｂが発生する。
なお，前記共振金属部材１では，前記底板部１３近傍における電界はゼロとなり，前記フランジ１２近傍における電界が最大となる。したがって，前記フランジ１２に配置された前記パッシブタグ３では大きな電力を受信することができる。
さらに，前記パッシブタグ３は，前記ロッドアンテナ３３の長手方向と前記円筒部１１の直径方向とが一致する向きであって，前記電界Ａの方向に沿う向きに保持されている。これにより，前記タグ動作用無線信号が前記ロッドアンテナ３３によって高感度で受信される。

前記ＩＣタグユニットＸでは，前記タグ動作用無線信号のエネルギーが前記円筒部１１内（前記対向面１１ａ，１１ｂの間）に蓄積される。即ち，前記タグ動作用無線信号は，前記円筒部１１によって増幅される。
したがって，前記パッシブタグ３には，前記円筒部１１で増幅された前記タグ動作用無線信号の電界Ａ１と，前記フランジ１２の間で発生する電界Ａ２とが作用することになる。そのため，前記パッシブタグ３は，前記ＩＣタグユニットＸに到達した前記タグ動作用無線信号の強度が比較的弱い場合でも動作する。したがって，前記ＩＣタグユニットＸは，従来の一般的な前記パッシブタグ３を用いているにもかかわらず，そのパッシブタグ３と前記リーダ・ライタとの間の交信可能距離を従来よりも延長できる。具体的に，ある種の前記パッシブタグ３が単体で存在する場合に比べて，同じ前記パッシブタグ３を有する前記ＩＣタグユニットＸでは，交信可能距離が２倍になることを確認することができた。

ところで，前記ＩＣタグユニットＸにおいては，前記共振金属部材１の管軸Ｓ１上の方向，或いは前記管軸Ｓ１に対して鋭角の方向から前記タグ動作用無線信号が到達した場合には，そのタグ動作用無線信号が前記円筒部１１内に入力される。これにより，そのタグ動作用無線信号は前記円筒部１１内で増幅され，前記パッシブタグ３によって受信される。
一方，前記管軸Ｓ１方向に直交する方向から，或いはそれに近い方向から当該ＩＣタグユニットＸに到達した前記タグ動作用無線信号は，前記共振金属部材１によって遮られ，前記円筒部１１内に入力されない。そのため，そのタグ動作用無線信号は，前記パッシブタグ３によって受信されない。即ち，前記ＩＣタグユニットＸにおけるパッシブタグ３の指向範囲は，前記管軸Ｓ１に沿う方向を中心とした比較的狭い範囲に限られ，従来のパッシブタグよりも狭い。したがって，１台の前記リーダ・ライタが複数の前記パッシブタグ３の識別をより確実に行うことができる。
特に，前記ＩＣタグユニットＸでは，前記円筒部１１内に前記パッシブタグ３を収納する場合に比べて，前記円筒部１１の円筒直径ｄ１（図１（ｂ）参照）を縮小することが可能である。

以下，図４〜６を用いて，前記ＩＣタグユニットＸにおける前記共振金属部材１の形状の変化による性能の変化を測定する実験を行った結果について説明する。当該測定実験は，下記の（１）〜（４）の条件下で行った。
（１）高誘電率を有するアルミナ材料からなるアルミナ球（φ１２ｍｍ）を前記誘電体２として用い，前記円筒部１１に充填している。
（２）前記共振金属部材１の材質はアルミである。
（３）前記タグ動作用無線信号は９５０ＭＨｚ帯（ＵＨＦ帯）の電波である。
（４）前記パッシブタグ３の長さはロッドアンテナ３３を含めて１４ｃｍである。
まず，図４は，前記円筒部１１の円筒直径ｄ１（図１（ｂ）参照）を変えたときの前記パッシブタグ３による最大読取距離Ｄを測定した実験結果を示している。前記最大読取距離Ｄは，前記リーダ・ライタと前記パッシブタグ３との離間距離を，前記パッシブタグ３の記憶情報の読み出しが可能な所定の距離から徐々に大きくした場合に，前記パッシブタグ３の記憶情報の読み出しが可能な最大の距離である。当該実験では，前記円筒部１１の円筒長さｄ２（図１（ｂ）参照）は５ｃｍ，前記フランジ１２のフランジ長さｄ３（図１（ｂ）参照）は０ｃｍ（即ち，前記フランジ１２を有しない構成）である。また，前記リーダ・ライタによる前記タグ動作用無線信号の送信電力は所定値で一定である。
このような実験条件で実験を行った結果，図４に示すように，前記ＩＣタグユニットＸでは，前記円筒部１１の円筒直径ｄ１が８ｃｍのときに最大読取距離Ｄが最大の約２００ｃｍとなった。即ち，前記円筒部１１の円筒直径ｄ１が８ｃｍのときが交信可能距離の延長に最適である。そこで，以下の実験では，前記円筒部１１の円筒直径ｄ１を８ｃｍとする。

次に，図５は，前記円筒部１１の円筒長さｄ２を変えたときの前記リーダ・ライタからの前記タグ動作用無線信号の最小送信電力Ｗを測定した結果を示している。前記最小送信電力Ｗは，前記リーダ・ライタの前記タグ動作用無線信号の送信電力を，前記パッシブタグ３の記憶情報の読み出しが可能な所定のレベルから徐々に下げた場合に，前記パッシブタグ３の記憶情報の読み出しが可能な最小の電力である。ここでは，前記最小送信電力Ｗは，前記円筒部１１の円筒長さｄ２が５ｃｍである場合に必要な送信電力を基準とした相対値（ｄＢ）で示している。当該実験でも，前記フランジ１２のフランジ長さｄ３は０ｃｍ（即ち，前記フランジ１２を有しない構成）である。なお，前記リーダ・ライタと前記パッシブタグ３との離間距離は約２００ｃｍである。
このような実験条件で実験を行った結果，図５に示すように，前記ＩＣタグユニットＸでは，前記円筒部１１の円筒長さｄ２が５ｃｍのときに最小送信電力Ｗが最小となった。即ち，前記円筒部１１の円筒長さｄ２が５ｃｍのとき，電送効率が最適である。そこで，以下の実験では，前記円筒部１１の円筒長さｄ２を５ｃｍとする。

図６は，前記フランジ１２のフランジ長さｄ３を変えたときの最大読取距離Ｄを測定した実験結果を示している。ここで，前記リーダ・ライタによる前記タグ動作用無線信号の送信電力は図４に示した実験時と同じ所定値で一定である。
このような実験条件で実験を行った結果，図６に示すように，前記ＩＣタグユニットＸでは，前記フランジ１２のフランジ長さｄ３が８ｃｍのときに最大読取距離Ｄが最大の約２８０ｃｍとなった。一方，前記フランジ１２のフランジ長さｄ３が０ｃｍの場合には，最大読取距離Ｄは２００ｃｍである。これは，前記フランジ１２が無い場合（フランジ長さｄ３＝０ｃｍ）に比べて，交信可能距離が延長していることを示している。具体的に，前記フランジ１２のフランジ長さｄ３が８ｃｍのときは，前記フランジ１２が無い場合に比べて，約１．４倍程度，交信可能距離を延長することができる。したがって，前記ＩＣタグユニットＸは，前記パッシブタグ３が取り付けられる管理対象物品のサイズが大きい場合や，その管理対象物品が高温である場合など，前記リーダ・ライタを前記パッシブタグ３に対して近づけることが難しい場合に好適に用いることができる。なお，換言すると，前記フランジ１２を有する構成では，前記リーダ・ライタとの距離が同じである場合の最小送信電力Ｗを，前記フランジ１２を有しない構成に比べて低くすることが可能である。

ところで，前述したように，前記リーダ・ライタに対する前記パッシブタグ３の向きが変化すると，交信可能距離が変化することになる。そのため，前記リーダ・ライタに対する前記パッシブタグ３の向きを一定に維持することのできる構成が望ましい（例えば，特許文献３参照）。
以下，実施例１〜３では，前記パッシブタグ３の向きを一定に維持するための具体的な構成例について説明する。
ここに，図７は，本発明の実施例１に係るＩＣタグユニットＸ１の斜視図である。なお，前記ＩＣタグユニットＸと同様の構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
図７に示すように，本発明の実施例１に係るＩＣタグユニットＸ１は，前記フランジ１２における前記パッシブタグ３の長手方向上の一方の端部に錘４が設けられている。前記錘４は，前記パッシブタグ３が所定の向きで保持されるように前記共振金属部材１の重心位置を定めるものである。例えば，前記錘４は，前記パッシブタグ３の長手方向が鉛直方向と略一致するように，前記共振金属部材１の重心位置を定めるものである。
また，前記共振金属部材１の前記円筒部１１の外周には，前記管軸Ｓ１を中心とする断面円状の円筒支持部材２１が設けられている。前記円筒支持部材２１（支持部材の一例）は，前記円筒部１１を軸支することによって前記共振金属部材１を揺動可能（回動可能）に支持するものである。
このように構成されたＩＣタグユニットＸ１は，管理対象物品に前記円筒支持部材２１を固定することによって，該管理対象物品に装着される。このとき，前記ＩＣタグユニットＸ１では，前記共振金属部材１が，前記パッシブタグ３が所定の向きに保持されるように，前記円筒支持部材２１によって揺動可能に支持されることになる。したがって，前記ＩＣタグユニットＸ１が管理対象物品に装着される際に，前記円筒支持部材２１に前記管軸Ｓ１を中心とする周方向の向きにズレが生じても，前記パッシブタグ３は，前記共振金属部材１の揺動によって所定の向きに保持される。これにより，前記ＩＣタグユニットＸ１の交信可能距離の変化を防止することができる。

ここに，図８は，本発明の実施例２に係るＩＣタグユニットＸ２の斜視図である。なお，前記ＩＣタグユニットＸと同様の構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
図８に示すように，本発明の実施例２に係るＩＣタグユニットＸ２は，前記円筒部１１及び前記フランジ１２を有する共振金属部材１ａと，前記誘電体２が充填された断面円状の共振金属部材１ｂとを有している。なお，前記共振金属部材１ａには，前記底板部１３（図１参照）が設けられていない。前記パッシブタグ３は，前記共振金属部材１ａの前記フランジ１２に接着されている。
また，前記ＩＣタグユニットＸ１と同様に，前記フランジ１２における前記パッシブタグ３の長手方向上の一方の端部には錘４が設けられている。前記錘４は，前記パッシブタグ３が所定の向きで保持されるように前記共振金属部材１ａの重心位置を定めるものである。
前記共振金属部材１ｂは，前記管軸Ｓ１を中心とする断面円状の部材である。前記共振金属部材１ｂは，前記共振金属部材１ａの前記円筒部１１の内部に配置されている。前記共振金属部材１ｂは，前記共振金属部材１ａを軸支することによって前記共振金属部材１ａを揺動可能に支持している。また，前記共振金属部材１ｂには，一方の端部に底板部１ｃが設けられている。
このように構成されたＩＣタグユニットＸ２は，管理対象物品に前記共振金属部材１ｂの底板部１ｃを固定することによって，該管理対象物品に装着される。このとき，前記ＩＣタグユニットＸ２では，前記共振金属部材１ａが，前記パッシブタグ３が所定の向きに保持されるように，前記共振金属部材１ｂによって揺動可能に支持されることになる。したがって，前記ＩＣタグユニットＸ１が管理対象物品に装着される際に，前記共振金属部材１ｂに前記管軸Ｓ１を中心とする周方向の向きにズレが生じても，前記パッシブタグ３は，前記共振金属部材１ａの揺動によって所定の向きに保持される。これにより，前記ＩＣタグユニットＸ２の交信可能距離の変化を防止することができる。

ここに，図９は，本発明の実施例３に係るＩＣタグユニットＸ３の斜視図である。なお，前記ＩＣタグユニットＸ，Ｘ１と同様の構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
本発明の実施例３に係るＩＣタグユニットＸ３では，前記錘４に換えて，前記誘電体２を，前記パッシブタグ３を所定の向きに保持するべく前記共振金属部材１の重心位置を定めるものとして利用している。これにより，前記錘４を新たな構成要素として追加することなく，前記パッシブタグ３を所定の向きに保持する構成を具現することができる。
具体的に，図９（ａ）に示したＩＣタグユニットＸ３は，前記円筒部１１内における前記パッシブタグ３の長手方向上の一方の端部側の半分程度の領域だけに，前記誘電体２を充填する構成である。これにより，前記錘４を設けた場合と同様に，前記パッシブタグ３を所定の向きに保持するように前記共振金属部材１の重心位置を定めることができる。
また，図９（ｂ）に示したＩＣタグユニットＸ３は，前記誘電体２としてアルミナ球を用い，前記円筒部１１内の半分程度の領域に相当する量のアルミナ球を該円筒部１１内に充填する構成である。
図９（ａ），（ｂ）に示すように構成された前記ＩＣタグユニットＸ３では，該ＩＣタグユニットＸ３が管理対象物品に装着される際に，前記円筒支持部材２１（支持部材の一例）に前記管軸Ｓ１を中心とする周方向の向きにズレが生じても，前記パッシブタグ３は所定の向きに保持される。具体的には，前記共振金属部材１が前記誘電体２によって定められた重心位置によって揺動することにより，前記パッシブタグ３は所定の向きに保持される。したがって，前記ＩＣタグユニットＸ３の交信可能距離の変化を防止することができる。なお，前記誘電体２の充填量は，前記パッシブタグ３を所定の向きに保持することができれば，前記円筒部１１内の半分程度に限られず，それよりも多くても少なくともよい。
また前記実施例１及び本実施例３では，前記円筒部１１を揺動可能に支持する場合を例に挙げて説明したが，前記フランジ１２を揺動可能に支持する構成も他の実施例として考えられる。

本発明は，パッシブ型の無線ＩＣタグを備えたＩＣタグユニットに利用可能である。

本発明の実施の形態に係るＩＣタグユニットＸの概略構成図。 本発明の実施の形態に係るＩＣタグユニットＸに設けられたパッシブタグ３の一例を示す図。 本発明の実施の形態に係るＩＣタグユニットＸにおいて生じる電界及び磁界を模式的に表した図。 本発明の実施の形態に係るＩＣタグユニットＸに設けられた共振金属部材１の形状と最大読取距離Ｄとの関係を示す図。 本発明の実施の形態に係るＩＣタグユニットＸに設けられた共振金属部材１の形状と最小送信電力Ｗとの関係を示す図。 本発明の実施の形態に係るＩＣタグユニットＸに設けられた共振金属部材１の形状と最大読取距離Ｄとの関係を示す図。 本発明の実施例１に係るＩＣタグユニットＸ１の斜視図。 本発明の実施例２に係るＩＣタグユニットＸ２の斜視図。 本発明の実施例３に係るＩＣタグユニットＸ３の斜視図。

符号の説明

Ｘ…ＩＣタグユニット
１…共振金属部材
２…誘電体
３…パッシブタグ
３１…ＩＣチップ
３２，３３…ロッドアンテナ
１１…円筒部
１２…フランジ
１３…底板部
Ａ（Ａ１，Ａ２）：電界
Ｂ：磁界

Claims (5)

1. パッシブ型の無線ＩＣタグであるパッシブタグを備えてなるＩＣタグユニットであって，
   相互に対向する対向面を形成する円筒部と，前記円筒部の一端部から略垂直方向外側に突出した前記パッシブタグを保持するための突出面と，前記円筒部の前記突出面とは多端側に設けた底板部とを有する金属部材と，
   前記金属部材の前記対向面の間に設けられた電気的絶縁体である誘電体と，
   を備え，
   前記パッシブタグの少なくとも一方向の長さが前記円筒部の外径よりも大きいことを特徴とするＩＣタグユニット。
2. 前記金属部材の共振周波数が前記パッシブタグを動作させるためのタグ動作用無線信号の周波数と略等しいものである請求項１に記載のＩＣタグユニット。
3. 前記金属部材及び前記誘電体を含む筐体の共振周波数が前記パッシブタグを動作させるためのタグ動作用無線信号の周波数と略等しいものである請求項１に記載のＩＣタグユニット。
4. 前記突出面が，前記金属部材の端部に設けられたフランジである請求項１〜３のいずれかに記載のＩＣタグユニット。
5. 前記金属部材を揺動可能に支持する支持部材を更に備えてなり，
   前記誘電体が，前記パッシブタグが所定の向きで保持されるように前記金属部材の重心位置を定めるものである請求項４に記載のＩＣタグユニット。

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