JP6942954B2 - Ｒｆタグ - Google Patents

Description

本発明は、例えばアルミ製の容器や金属製の筐体のような金属容器，金属物品に貼り付けられて使用されるＲＦタグに関する。

一般に、任意の物品や対象物に対して、当該物品や対象物に関する所定情報を読み書き可能に記憶したＩＣチップを内蔵した所謂ＲＦタグが広く使用されている。
ＲＦタグは、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ，ＩＣタグ，非接触タグ等とも呼ばれ、ＩＣチップと無線アンテナを備えた電子回路が樹脂フィルム等の基材によって封止・コーティングされた所謂インレイ（インレット）が、タグ（荷札）状に形成されてなる超小型の通信端末であり、読取・書込装置（リーダ・ライタ）によってタグ内のＩＣチップに所定の情報が無線で読み取り／書き込み／読み書き（リードオンリー／ライトワンス／リード・ライト）されるようになっている。
そして、このようなＲＦタグに所定の情報を書き込んで任意の物品，対象物等に取り付けることにより、ＲＦタグに記録された情報がリーダ・ライタによりピックアップされ、タグに記録された情報を当該物品に関する所定情報として認識，出力，表示，更新等させることができる。

このようなＲＦタグは、ＩＣチップのメモリに数百ビット〜数キロビットのデータが記録可能であり、物品等に関する情報としては十分な情報量を記録でき、また、読取・書込装置側とは非接触で通信が行えるため接点の磨耗や傷、汚れ等の心配もなく、さらに、タグ自体は無電源にすることができるため対象物に合わせた加工や小型化・薄型化が可能となる。
そして、このようなＲＦタグを用いることで、タグを取り付ける物品に関する種々の情報、例えば当該物品の名称や識別記号，内容物，成分，管理者，使用者，使用状態，使用状況，日時などの種々の情報が記録可能となり、ラベル表面に印刷表示される文字やバーコード等では不可能であった多種多様な情報を、小型化・薄型化されたタグを物品に装着するだけで正確に読み書きすることが可能となる。

ところで、このようなＲＦタグは、例えばアルミ製の容器や金属製の筐体などに取り付けた場合には、金属の導電性の影響を受けてしまい、通信距離が変化したり正確な無線通信が行えなくなるといった問題があった。このため、通常の汎用されているＲＦタグを金属製の物品・対象物に直接取り付けると、タグが誤動作したり、リーダ・ライタとの無線通信が行えないという問題が発生する。
特に、ＵＨＦ帯の高周波数帯を使用する電波方式のＲＦタグでは、１３５ＫＨｚや１３．５６ＭＨｚ帯域を使用する電磁誘導方式の場合と比べて、通信距離は長くなる反面、金属による吸収や反射等によって通信特性が大きく損なわれやすいという問題があった。

我が国では、電波法の改正により、ＲＦタグについては、これまで使用されていたＵＨＦ帯の９５０ＭＨｚ帯（９５０−９５８ＭＨｚ：８ＭＨｚ幅）から、９２０ＭＨｚ帯（９１５−９３０ＭＨｚ：１５ＭＨｚ幅）へ移行されることになり、利用可能な周波数帯が拡大されるようになった。
このような移行後の９２０ＭＨｚ帯を使用するＲＦタグにおいても、上述した金属の影響は避けられず、有効な対策が講じられることが強く望まれている。

ここで、ＲＦタグにおける通信特性を向上させる手段として、ＲＦタグに対して面状に形成されたパッチアンテナを補助アンテナとして積層することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ＲＦタグの通信特性はアンテナサイズによる利得によって左右されることから、ＲＦタグに対して更に面上のパッチアンテナ（補助アンテナ）を積層することで、ＲＦタグのアンテナサイズを実質的に大きくすることで、通信距離を大きく確保して通信特性を向上させることが可能となる。

国際公開第２０１０／０３８８１３号

しかしながら、特許文献１に開示されているような従来提案されている補助アンテナを備えるＲＦタグは、面状の補助アンテナがＲＦタグの一部又は全部に重ねて配置されるようになっており、ＲＦタグに備えられているアンテナやループ回路が補助アンテナによって覆われてしまうという問題があった。
ＲＦタグは、それ自体がアンテナを備えており、アンテナの一部はループ回路として構成され、それによってＲＦタグ単独でも通信が行えるようになっている。
ところが、補助アンテナがＲＦタグに重ねて配置されると、ＲＦタグのアンテナやループ回路の一部又は全部が補助アンテナによって覆われてしまい、ＲＦタグの通信特性が向上せず、却って損なわれるような場合があった。

また、補助アンテナによってＲＦタグのアンテナが覆われてしまうと、アンテナの表面積（投影面積）が重なって無駄になってしまい、その分だけアンテナ利得も縮小・減少し、折角ＲＦタグに備えられているアンテナ資源を有効に活用することができなくなってしまう。
さらに、ＲＦタグに重なるように配置される補助アンテナは、積層するＲＦタグの形状や構成等に制約されて、アンテナの設計範囲も制限され、補助アンテナの形状や大きさなどの設計の自由度が制約を受けるという問題もあった。
このため、補助アンテナによってＲＦタグの通信特性を改善・向上させつつ、ＲＦタグ自体が備えるアンテナを有効活用し、かつ、補助アンテナの設計の自由度等も確保できるための技術が望まれたが、現在までのところ、有効な提案等はなされていなかった。

本発明は、以上のような従来の技術が有する課題を解決するために提案されたものであり、ＲＦタグの通信周波数に対応した面状のアンテナを形成することで、各通信周波数に応じた良好な通信特性を得ることができ、金属の影響を有効に回避・低減することができるとともに、ＲＦタグ自体が備えるアンテナやループ回路を有効に機能させつつ、補助アンテナの設計範囲等にも制限を与えず、補助アンテナの設計等の自由度を向上させることができるＲＦタグの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のＲＦタグは、ＩＣチップとアンテナを備えたインレイと、前記インレイと絶縁状態で積層される補助アンテナと、積層された前記インレイ及び補助アンテナが搭載される基材と、を備え、前記インレイのアンテナが、前記ＩＣチップの近傍にループ回路を形成し、前記補助アンテナが、前記ループ回路と対向する当該補助アンテナの共振軸に沿った辺の中心位置に凸部を有し、前記ループ回路と対向する前記補助アンテナの共振軸に沿った辺の中心位置が前記ＩＣチップとの間に前記ループ回路を挟んで前記ループ回路に対向するように前記ループ回路の近傍に位置するように配置される構成としてある。

本発明によれば、ＲＦタグの通信周波数に対応した面状のアンテナを形成することで、各通信周波数に応じた良好な通信特性を得ることができ、金属の影響を有効に回避・低減することができる。
そして、本発明によれば、ＲＦタグ自体が備えるアンテナやループ回路を有効に機能させることができ、かつ、補助アンテナの設計範囲等に制限を与えることなく、補助アンテナの設計等の自由度を向上させることが可能となる。
これによって、例えばアルミ製の金属容器や金属製の筐体等に好適な金属対応ＲＦタグを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るＲＦタグを示す外観斜視図であり、（ａ）はＲＦタグの完成状態、（ｂ）はＲＦタグを構成する表層，インレイ，補助アンテナ，基材を分解した状態を示している。 本発明の一実施形態に係るＲＦタグのインレイと補助アンテナの配置関係を示す平面図であり、（ａ）は補助アンテナをインレイと積層させずにループ回路部分に対向・離間させて配置した場合、（ｂ）は補助アンテナをインレイのループ回路部分に当接・積層させて配置した場合、（ｃ）は補助アンテナを配置しないインレイ単独の場合を示している。 本発明の一実施形態に係るＲＦタグのインレイと補助アンテナの外形寸法とアンテナの投影面積の関係を示す平面図であり、（ａ）は補助アンテナをインレイと積層させずにループ回路部分に対向・離間させて配置した場合、（ｂ）は補助アンテナをインレイの一部に積層させて配置した場合を示している。 図２に示すインレイと補助アンテナの配置関係に対応した、インレイのアンテナ及び補助アンテナの誘導電流の強度を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るＲＦタグのインレイと補助アンテナの配置関係を示す平面図であり、補助アンテナとインレイのループ回路部分との対向間距離を順次異ならせた場合を模式的に示している。 本発明の一実施形態に係るＲＦタグの通信特性（読み取り距離と周波数の関係）を示す折れ線グラフであり、補助アンテナとインレイのループ回路部分との対向間距離を順次異ならせた場合を示している。 本発明の一実施形態に係るＲＦタグの通信特性（読み取り距離と周波数の関係）を示す折れ線グラフであり、ＲＦタグの基材としてマグネットを備える場合を示している。 本発明の一実施形態に係るＲＦタグの通信特性（読み取り距離と周波数の関係）を示す折れ線グラフであり、ＲＦタグの基材としてマグネットを備える場合と備えない場合とを対比して示している。

以下、本発明に係るＲＦタグの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＲＦタグを示す外観図であり、（ａ）はＲＦタグの完成状態の斜視図、（ｂ）はＲＦタグを構成する表層，インレイ，補助アンテナ，基材を分解した状態の斜視図を示している。
同図に示すように、本実施形態に係るＲＦタグ１は、無線通信を行うＲＦタグを構成するインレイ１０と面状の補助アンテナ２０とが積層状態で配置され、それらインレイ１０，補助アンテナ２０が基材５０の表面に搭載された状態で、表層４０により被覆・保護されてＲＦタグ１を構成するようになっている。

そして、このようなＲＦタグ１は、インレイ１０のアンテナ１２が、ＩＣチップ１１の近傍にループ回路（ループ部１１ａ）を形成しており、補助アンテナ２０の共振軸に沿った辺の中心位置が、ＩＣチップ１１の近傍に位置するように配置されるようになっている。
また、補助アンテナ２０は、当該補助アンテナ２０の共振軸に沿った辺の中心位置が、インレイ１０のループ部１１ａと対向するように配置されて、ＩＣチップ１１の近傍に位置するようにすることが好ましい。
インレイ１０のＩＣチップ部分は、最も電力が供給される部分であり、その付近に補助アンテナの共振軸の中心位置を配置させることで、誘導電流の効果によって、補助アンテナ２０による通信利得を向上させることができるようになる。
また、補助アンテナ２０をインレイ１０のループ部１１ａと対向させることで、補助アンテナ２０がループ部１１ａに重なることなく離間・対向することによって、後述するようにＲＦタグ１の通信特性を向上させることができる。なお、インレイ１０にループ部１１ａが備えられない場合にも、ＩＣチップ１１の近傍に補助アンテナ２０の共振軸に沿った辺の中心位置が位置することで、誘導電流の効果により通信特性を向上させることが可能となる。

本実施形態では、補助アンテナ２０が、インレイ１０のループ部１１ａと対向する当該補助アンテナ２０の共振軸に沿った辺の中心位置に凸部２１を有し、この凸部２１がＩＣチップ１１の近傍に位置するように配置される。
特に、補助アンテナ２０は、図２（ａ），図３（ａ）に示すように、インレイ１０のアンテナ１２に接することなく、インレイ１０と投影面上で並列に配置されるようになっている。

具体的には、本実施形態に係るＲＦタグ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＩＣチップ１１とアンテナ１２を備えたインレイ１０と、インレイ１０に対して絶縁状態で同一平面上に配置される面状の補助アンテナ２０と、インレイ１０及び補助アンテナ２０が配置・搭載される基材層となるとともに、搭載されたインレイ１０に対する誘電率調整層として機能する基材５０と、基材５０に搭載されたインレイ１０及び補助アンテナ２０を覆うカバーとなる表層４０とを備えた構成となっている。
補助アンテナ２０は、インレイ１０の通信周波数に対応して所定の形状・大きさに形成されるようになっており、その補助アンテナ２０が、インレイ１０に対して所定位置となるように配置され（図２（ａ），図３（ａ）参照）、基材５０上に搭載されるようになっている。
以下、各部を詳細に説明する。

［インレイ］
インレイ１０は、図示しないリーダ・ライタ（読取・書込装置）との間で無線による所定の情報の読み取りや書き込み，読み書きが行われるＲＦタグを構成しており、例えばリードオンリー型，ライトワンス型，リード・ライト型等の種類がある。
具体的には、インレイ１０は、ＩＣチップ１１と、ＩＣチップ１１に電気的に導通・接続されたアンテナ１２とを有し、これらＩＣチップ１１及びアンテナ１２が、基材となる例えばＰＥＴ樹脂等で形成された１枚の封止フィルム１３上に搭載，形成された後、もう１枚の封止フィルム１３が重ね合わされて、２枚の封止フィルム１３によって挟持された状態で封止・保護されている。
本実施形態では、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１１の両側に伸びるアンテナ１２を長方形状の封止フィルム１３で挟持・封止した矩形状のインレイ１０を用いている。

ＩＣチップ１１は、メモリ等の半導体チップからなり、例えば数百ビット〜数キロビットのデータが記録可能となっている。
ＩＣチップ１１には、チップ周囲を囲むようにループ状の回路導体が接続されてループ部（ループ回路）１１ａが形成されており、このループ部１１ａを経由して、ＩＣチップ１１の左右両側にアンテナ１２が接続されている。
そして、このアンテナ１２及び後述する補助アンテナ２０を介して図示しないリーダ・ライタとの間で無線通信による読み書き（データ呼び出し・登録・削除・更新など）が行われ、ＩＣチップ１１に記録されたデータが認識されるようになっている。
ＩＣチップ１１に記録されるデータとしては、例えば、商品の識別コード、名称、重量、内容量、製造・販売者名、製造場所、製造年月日、使用期限等、任意のデータが記録可能であり、また、書換も可能である。

アンテナ１２は、基材となる１枚の封止フィルム１３の表面に、例えば導電性インクや導電性を有するアルミ蒸着膜等の金属薄膜をエッチング加工等により所定の形状・大きさ（長さ，面積）に成形することで形成される。
ここで、アンテナ１２は、ＩＣチップ１１の左右両側に伸びる長手方向の長さが、インレイ１０の電波周波数の波長の整数分の１、例えば電波周波数の波長の略１／２や略１／４の長さとなるように形成される。本実施形態に係るインレイ１０では、アンテナ１２は、ＩＣチップ１１の左右両側に伸びる長手方向がほぼ直角に２回曲折されることで、アンテナ１２の長手方向の両端が、互いにループ部１１ａに向かって伸びる鉤型形状に形成され、所定のアンテナ長となるように形成されている。
また、本実施形態に係るアンテナ１２は、金属薄膜の中央部分が、ＩＣチップ１１の近傍から長手方向の両端部分まで、長手方向に沿って金属薄膜が存在しない中空・打ち抜き状に形成されており、アンテナ１２の導電性部分が環状・ループ状となるように形成されている。これによって、アンテナ１２の導電性部分の距離が確保され、所定のアンテナ長が得られるようになっている。

封止フィルム１３は、例えばポリエチレン，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリプロピレン，ポリイミド，ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ），アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）等の可撓性を有するフィルム材からなり、封止するＩＣチップ１１・アンテナ１２が外部から視認可能な透明のＰＥＴ樹脂等で構成されることが好ましい。
また、封止フィルム１３の片面側のフィルム表面には、基材や物品への貼り付けができるように粘着層・接着層を備えることができる。
なお、封止フィルム１３は、２枚の封止フィルム１３によって、ＩＣチップ１１及びアンテナ１２を挟持した状態で封止してもよく、また、１枚の封止フィルム１３を折り曲げて、ＩＣチップ１１及びアンテナ１２を挟持して封止することもできる。

インレイ１０で使用される通信周波数帯としては、本実施形態のＲＦタグ１では、所謂ＵＨＦ帯に属する９２０ＭＨｚ帯（９１５−９３０ＭＨｚ：１５ＭＨｚ幅）を対象としている。
一般にＲＦタグで使用される周波数帯としては、例えば、１３５ｋＨｚ以下の帯域、１３．５６ＭＨｚ帯、ＵＨＦ帯に属する８６０Ｍ〜９６０ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯等の数種類の周波数帯がある。そして、使用される周波数帯によって無線通信が可能な通信距離が異なるとともに、周波数帯によって最適なアンテナ長などや配線パターンが異なってくる。

また、我が国では、電波法の改正により、ＲＦタグについては、これまで使用されていた９５０ＭＨｚ帯（９５０−９５８ＭＨｚ：８ＭＨｚ幅）から９２０ＭＨｚ帯（９１５−９３０ＭＨｚ：１５ＭＨｚ幅）へ移行されることになり、利用可能な周波数帯が拡大されるようになった。
そこで、本実施形態では、インレイ１０が小型化でき、また、後述する補助アンテナ２０を所定のサイズに形成する関係上、波長が短くアンテナが小型化できるＵＨＦ帯を対象とするようにしてあり、具体的には９２０ＭＨｚ帯を対象として、この９２０ＭＨｚ帯において良好な通信特性が得られるようにしている。
但し、インレイ１０や補助アンテナ２０の大きさの制約がなければ、本発明に係る技術思想自体は、９２０ＭＨｚ帯、ＵＨＦ帯以外の周波数帯域についても適用できることは勿論である。

［補助アンテナ］
補助アンテナ２０は、上述したインレイ１０の通信特性を向上・調整するためのエクストラアンテナとして機能するものであり、図１（ｂ）に示すように、基材５０上に搭載されて、インレイ１０と同一平面上に配置される面状の導電性部材からなり、封止フィルム１３によって樹脂封止されたインレイ１０とは絶縁状態となっている。
すなわち、インレイ１０は、封止フィルム１３によって全体が樹脂封止されており、導電性部材からなる補助アンテナ２０とは物理的には絶縁状態となっている。

そして、このような補助アンテナ２０がインレイ１０の近傍に配置されることで、補助アンテナ２０とインレイ１０のＩＣチップ１１は、封止フィルム１３を介して対向配置されるようになり、所謂コンデンサカップリングによって電気的接続がなされるようになる。
これによって、インレイ１０には補助アンテナ２０が同一平面上で対向して配置されることで、インレイ１０のアンテナ１２と補助アンテナ２０により二次元アンテナが構成され、補助アンテナ２０が通信電波のブースターとして機能することになり、インレイ１０の通信特性の調整・向上が図られることになる。

補助アンテナ２０は、例えばＰＥＴ樹脂等の基材となるフィルムの表面に導電性インクや導電性を有するアルミ蒸着膜等の金属薄膜をエッチング加工等により所定の形状・大きさ（長さ，面積）に成形することで形成することができる。
図２に本実施形態に係る補助アンテナの平面図を示してあり、同図（ａ）は補助アンテナをインレイと積層させずにループ回路部分に対向・離間させて配置した場合、（ｂ）は補助アンテナをインレイのループ回路部分に当接・積層させて配置した場合、（ｃ）は補助アンテナを配置しないインレイ単独の場合を示している。
同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、補助アンテナ２０は、長辺及び短辺がインレイ１０の長辺及び短辺とほぼ同じ長さの矩形・面状に形成されるようになっている。

補助アンテナ２０は、長手方向の長さが、インレイ１０の電波周波数の波長の整数倍あるいは整数分の１の長さ、例えば電波周波数の波長の略１／２の長さとなるように形成される。
補助アンテナ２０の長辺（長手方向）の長さは、パッチアンテナの原理により、通信電波の波長の整数倍又は整数分の１（１／２，１／４，１／８・・・）とすることにより整合を取ることができる。そして、ＲＦタグ１の全体の大きさ（長さ）は、補助アンテナ２０の長さによってほぼ規定されることになり、例えば補助アンテナ２０の長さを１／２波長とすれば、ＲＦタグ１の全体の大きさ（長さ）もほぼ１／２波長かそれよりやや大きい（長い）ものとなる。
この点、タグの全長が長くなり過ぎる（大き過ぎる）ことは小型化が要請されるＲＦタグの性質上好ましくない。

そこで、本実施形態では、補助アンテナ２０の大きさとして、長辺（長手方向）の長さ、あるいは、隣接する短辺・長辺・短辺の３辺の合計の長さが、インレイ１０の電波周波数の波長の例えば略１／２の長さとなるように形成されるようになっている。
このような構成により、補助アンテナ２０は、インレイ１０の電波周波数の波長の略１／２の長さのアンテナとして、良好な通信特性が得られるようになる。
具体的には、例えば対象とするインレイ１０の通信周波数９２０ＭＨｚの場合には、λ≒３２６．０ｍｍ，λ／２≒１６３．０ｍｍとなる。従って、補助アンテナ２０は、長辺の長さ、あるいは長辺と隣接する両短辺を合わせた３辺合計の長さが、１６３．０ｍｍ前後となるように形成されることになる。

なお、通常インレイは、アンテナ＋基材となるＰＥＴ層の２層（ＵＨＦタグ）あるいは、更にＰＥＴ層の下にインピーダンス調整アンテナとして３層として構成されている。
このため、本実施形態に係るインレイ１０においても、導体である補助アンテナ２０とインレイ１０のアンテナ１２に介在するＰＥＴ層の構造が波長短縮効果を生み、このＰＥＴ層を利用することで、見かけの波長が短縮されることになる。ＰＥＴの比誘電率はおよそ「４」である。
このため、本実施形態における補助アンテナ２０の長辺の長さ、あるいは長辺及び隣接する両短辺の３辺の長さもおよその値であり、その長さが例えば略λ／２の値となっていれば十分であり、ＲＦタグ１の基材５０の材質や誘電率，タグの使用環境，使用態様等による通信特性の変化に応じて長さが前後することはある。

そして、本実施形態では、上記のような形状・寸法に形成される補助アンテナ１２が、ＩＣチップ１１の近傍、特に、上述したインレイ１０のループ部１１ａと対向する当該補助アンテナ２０の共振軸に沿った辺の中心位置が、ＩＣチップ１１の近傍に位置するように配置されるようになっている。
本実施形態では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、補助アンテナ２０には、インレイ１０のループ部１１ａと対向する当該補助アンテナ２０の共振軸に沿った辺の中心位置に凸部２１が形成されており、この凸部２１がＩＣチップ１１の近傍に位置するように配置される。
さらに、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、上記の凸部２１を含めた補助アンテナ２０が、インレイ１０のアンテナ１２に接することなく、インレイ１０と投影面上で並列に配置されるようになっている。

補助アンテナ２０がインレイ１０に当接したり積層されて接触すると、特に、インレイ１０のループ部１１ａやＩＣチップ１１に補助アンテナ２０が重なって配置されると、補助アンテナ２０を形成する導電性部材によりＩＣチップ１１の通信特性が損なわれることがある。
すなわち、インレイ１０のＩＣチップ１１近傍にはループ回路が形成されており（ループ部１１ａ）、このループ部１１ａは、インピーダンスの整合を図る目的があり、かつ、磁界成分での通信を行うために設けられており、この磁界成分が補助アンテナ２０の導体により阻害されないようにする必要がある。

また、補助アンテナ２０がインレイ１０に重ねて配置されると、インレイ１０のループ部１１ａを含むアンテナ１２が補助アンテナ２０と重なることで、アンテナとしての表面積（投影面積）がインレイ１０と補助アンテナ２０とで重なってしまい、インレイ１０に備えられるアンテナ資源が無駄になり、その分だけアンテナ利得も小さくなってしまうことになる。
さらに、補助アンテナ２０がインレイ１０に重なるように配置されると、インレイ１０のアンテナ１２やループ部１１ａの制約を受けて補助アンテナ２０の設計範囲も制限され、補助アンテナの形状や大きさなどの設計の自由度が制約を受けることになる。
一方で、補助アンテナ２０とインレイ１０とが離れすぎてしまうと、封止フィルム１３を介した所謂コンデンサカップリングによる電気的接続が不十分となり、良好な通信特性が得られないことになる。

そこで、本実施形態では、補助アンテナ１２の一方の長辺（長手方向）を、インレイ１０のループ部１１ａに対して所定間隔（距離）をもって対向するように配置して、補助アンテナ２０のループ部１１ａに対向する長辺の中心位置、すなわち、補助アンテナ２０の共振軸に沿った長辺の中心位置が、ＩＣチップ１１の近傍に位置するように配置するようにしてある。
具体的には、本実施形態に係る補助アンテナ２０には、図２（ａ）に示すように、インレイ１０のループ部１１ａと対向する長辺の中心位置に凸部２１が形成されており、この凸部２１がＩＣチップ１１の近傍に、所定距離をもって対向配置されるようになっている。

したがって、補助アンテナ２０は、図２（ａ）に示すように、凸部２１を含めたアンテナ部分が、インレイ１０のループ部１１ａを含むアンテナ１２に接することなく、所定間隔をもって配置され、補助アンテナ２０とインレイ１０のアンテナ１２とは、アンテナ資源が投影面上で重なることなく並列に配置されるようになる。
このとき、インレイ１０の全体を被覆する封止フィルム１３は、補助アンテナ２０の一部に重なっており、補助アンテナ２０とインレイ１０のＩＣチップ１１は、封止フィルム１３を介して対向配置され、コンデンサカップリングによって電気的接続される。
このような配置構成によって、補助アンテナ２０とインレイ１０のアンテナ１２の双方のアンテナ面積を最大限に広く利用することができ、それによってアンテナ利得を最大限に増大させることができる。

ここで、補助アンテナ２０に形成される凸部２１は、使用するインレイ１０の寸法を基準にして形状・寸法が設定されるようになっており、対向配置されるインレイ１０のループ部１１ａに補助アンテナ２０の導電性部材が重ならないような大きさ（幅及び高さ）に形成される。
具体的には、補助アンテナ２０の凸部２１は、インレイ１０のＩＣチップ１１のループ部１１ａの幅を基準にしており、凸部２１を含む補助アンテナ２０の導体が、ＩＣチップ１１及びループ部１１ａに重ならず、かつ、凸部２１がループ部１１ａの長手方向の幅とほぼ同じ長さとなるような大きさに形成される。

図３に、インレイ１０と補助アンテナ２０の外形寸法とアンテナ部分の投影面積の関係を示す。
まず、図３（ａ）は、補助アンテナ２０をインレイ１０に積層させずループ部１１ａに対向・離間させて並列配置させた場合である。この場合、補助アンテナ２０の外形寸法は、例えば補助アンテナ２０の幅（長手方向の長さ）：１０５ｍｍ，高さ（短手方向の長さ）：１１ｍｍ、凸部２１の幅：２３ｍｍ，高さ７ｍｍとなり、インレイ１０のループ部１１ａを含むアンテナ１２と補助アンテナ２０のアンテナ部分は、投影面積：２０１４ｍｍ²となる。
一方、図３（ｂ）は、補助アンテナ２０をインレイ１０の一部に積層させて配置した場合である。この場合、補助アンテナ２０の外形寸法は、例えば補助アンテナ２０の幅：１０５ｍｍ，高さ：１３ｍｍ、凸部２１の幅：２５ｍｍ，高さ△２ｍｍとなり、インレイ１０のループ部１１ａを含むアンテナ１２と補助アンテナ２０のアンテナ部分は、投影面積：１７５５ｍｍ²となる。

このように、補助アンテナ２０を、インレイ１０のループ部１１ａを含むアンテナ１２に接触・積層させることなく、インレイ１０と投影面上で並列に配置させることで、凸部２１を含む補助アンテナ２０と、ループ部１１ａを含むインレイ１０のアンテナ１２との投影面積を最大限に広く大きく確保することできる。
図３に示す例では、（ａ）に示した並列配置と（ｂ）に示した積層配置の場合とでは、インレイ１０・補助アンテナ２０のアンテナ部分の投影面積は、２０１４ｍｍ²−１７５５ｍｍ²＝２５９ｍｍ²の面積差が生じることになる。

このようなインレイ１０・補助アンテナ２０のアンテナ部分の面積差によって、投影面積を広く大きく確保できる並列配置（図３（ａ））の場合、投影面積が小さくなる積層配置の場合と比較して、面積差の分だけアンテナ利得を増大・向上させることでき、より良好な通信特性を得ることができるようになる。
さらに、対向配置されるインレイ１０と補助アンテナ２０とは、所定の距離をもって離間して配置されるようになっている。このインレイ１０と補助アンテナ２０との離間する距離とその通信特性については、図４〜８を参照して後述する。

なお、インレイ１０に対してデータの読み書きが行われる際に補助アンテナ２０に流れる電流は、面状の補助アンテナ２０の周縁部分にしか流れない（表皮効果）。
そこで、補助アンテナ２０は、上述した大きさ・形状を有していれば、面状部分を例えばメッシュ（網目）状，格子状等に形成することができる。
このように補助アンテナ２０をメッシュ状等に形成することで、表皮効果によりアンテナとしての機能は損なわれず、かつ、補助アンテナ２０の全体の導体部分の面積を少なくすることができ、補助アンテナ２０を形成する導電性インク等の導体材料を節減でき、ＲＦタグ１の更なる低コスト化を図ることができるようになる。

［基材］
基材５０は、上述したインレイ１０及び補助アンテナ２０が搭載される基材層となるとともに、搭載されたインレイ１０に対する誘電率調整層として機能する部材である。
本実施形態では、インレイ１０及び補助アンテナ２０がはみ出さずに同一平面上に配置・搭載できるように、上述した並列配置された状態のインレイ１０及び補助アンテナ２０の外形よりも一回り大きな板状・面状等に形成されている。

具体的には、基材５０の一面側（図１の上面側）には、補助アンテナ２０及びインレイ１０が同一平面上で並列配置される。そして、インレイ１０・補助アンテナ２０が搭載された基材５０の一面（上面）は、カバー部材となる表層４０によって被覆・コーティングされる。これによって、インレイ１０及び補助アンテナ２０は、並列配置されて基材５０と表層４０によって挟持された状態で封止され、外部から保護されるようになる。
表層４０は、インレイ１０及び補助アンテナ２０を搭載した基材５０の一面に貼着・接着されるシート状部材であり、例えば、紙や合成紙、ポリエチレン，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリプロピレン，ポリイミド等の樹脂からなる可撓性を有するシート材，フィルム材によって形成することがでる。

一方、基材５０のもう一方の面側（図１の下面側）には、特に図示しないが、例えば両面テープ（粘着テープ）等からなる粘着材や、板状のマグネットなどが備えられ、粘着材の粘着力やマグネットの磁力によって、取付対象となる金属物品の表面に貼着・取付されるようになっている。
これによって、ＲＦタグ１は、基材５０が取付対象の表面に貼付・固定されて、容易に脱落・剥離等されないように金属物品の表面に配置・固着される。

ここで、このような本実施形態に係る基材５０としては、例えば、発泡ポリエチレン，発泡ポリプロピレン等の架橋ポリオレフィン発泡体によって形成することがでる。
また、基材５０は、上記のような架橋ポリオレフィン発泡体により形成した単一の帯状部材によって構成することもでき、また、複数（例えば二層）の帯状部材を重ね合わせて一つの基材５０を構成することもできる。

さらに、上述した金属対象物への取付のためのマグネットを基材５０の一部として構成することもできる（後述する図７，８参照）。
基材５０となるマグネットは、ＲＦタグ１の取付対象となる金属に対して磁力による貼付・取付が可能な磁石を、基材５０に対応する所定の大きさ・厚みを有する板状・帯状に形成して、樹脂製等の基材５０に積層・貼着して構成することができる。

また、以上のような基材５０は、補助アンテナ２０とともに並列配置されるインレイ１０の通信特性を調整する所定の比誘電率を有するように形成されることで、基材５０に対して搭載・積層されたインレイ１０に対する誘電率調整層として機能させることができる。
例えば、基材５０は、所定の部材によって、所定の厚みで形成されることにより、インレイ１０の通信特定に対して好適な比誘電率を有する誘電率調整層として形成することができる。

このように、基材５０が所定の比誘電率・厚みを有することにより、ＲＦタグ１の取付対象となる金属からの影響を基材５０によって回避・吸収することができ、ＲＦタグ１の通信特性として、後述するような良好な通信距離を得ることができるようになる。
したがって、使用するインレイ１０の種類や通信特性，ＲＦタグ１を使用する物品・使用環境・使用周波数帯域などの諸条件を考慮して、基材５０として適切な材質と厚みを選定し、基材５０のみを選択・交換することで、ＲＦタグ１を異なる物品に使用したり、異なる通信周波数に対応させることが可能となる。

［筐体］
以上説明した本実施形態に係るＲＦタグ１は、図１に示すように、基材５０及び表層４０によって挟持・封止された状態で使用することができるが、さらに、そのようなＲＦタグ１を所定の筐体（ケース）に収納して使用することも可能である。
筐体としては、特に図示しないが、内部に上述した並列配置されるインレイ１０及び補助アンテナ２０を収納することができる収納手段・保護手段であればどのような構成のものでも良い。例えば、基材５０及び表層４０で挟持・封止されたインレイ１０及び補助アンテナ２０を収納可能な内部空間を備えた、合成樹脂や金属製のケースなどで構成することができる。

このような筐体によってインレイ１０及び補助アンテナ２０が保護されることにより、ＲＦタグ１としての耐候性や耐熱性・防水性が高められるようになる。
なお、インレイ１０及び補助アンテナ２０が筐体に収納・保護される場合には、基材５０及び表層４０の一部又は全部を省略することができる。
この場合には、筐体を構成する収納部や蓋部材などが、基材５０や表層４０としての機能を果たすことになる。
また、その場合には、上述した基材５０が果たす誘電率調整層としての機能も、筐体の本体や蓋部材等が果たすことになる。

［通信特性］
次に、以上のような構成からなる本実施形態に係るＲＦタグ１の通信特性について、図４〜８を参照しつつ説明する。
図４は、図２に示したインレイ１０と補助アンテナ２０の配置関係に対応した、インレイ１０のアンテナ１２及び補助アンテナ２０に流れる誘導電流の強度を示す説明図である。
同図に示すように、まず、インレイ１０と補助アンテナ２０とを接触・積層せずに投影面上に離間・対向する並列配置とした場合には、インレイ１０のアンテナ１２及び補助アンテナ２０に流れる誘導電流は、１１Ａ／ｍ（アンペア／メートル）以上となっていることが分かる。

一方、補助アンテナ２０をインレイ１０のループ部１１ａの対向辺に当接・接触させて並列配置した場合には、インレイ１０のアンテナ１２及び補助アンテナ２０に流れる誘導電流は１１Ａ／ｍ以下となり、同じ並列配置させた場合でも、インレイ１０と補助アンテナ２０を接触させずに離間して配置させた場合と比較して、アンテナ部分に流れる誘導電流が減少することが分かる。
さらに、補助アンテナ２０を備えずにインレイ１０を単独で配置した場合には、インレイ１０のアンテナ１２に流れる誘導電流は、約９Ａ／ｍ程度であり、補助アンテナ２０を備える場合と比較して、誘導電流が大きく減少することが分かる。

このように、補助アンテナ２０を備えることで、インレイ１０のアンテナ１２を含めたＲＦタグ１のアンテナ部分の誘導電流は大幅に増大するが、さらに、インレイ１０と補助アンテナ２０とを接触させず離間させた状態で並列配置させることで、アンテナ部の誘導電流を更に増大させることができることが分かる。
したがって、本実施形態に係るインレイ１０と補助アンテナ２０とを離間して並列配置させたＲＦタグ１は、アンテナ部分の誘導電流を大きく確保して、アンテナ利得を向上・増大させて良好な通信特性が得られることが理解できる。

次に、上記のように所定の距離をもって離間して対向配置されるインレイ１０と補助アンテナ２０の離間距離とその通信特性について、図５〜８を参照して説明する。
図５は、補助アンテナ２０インレイ１０のループ部１１ａとの対向間距離を順次異ならせた場合を模式的に示す図であり、上から１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍ，５ｍｍ，６ｍｍと対向間距離を大きくした場合である。
図６は、図５に対応して補助アンテナ２０インレイ１０のループ部１１ａとの対向間距離を順次異ならせた場合における、ＲＦタグ１の通信特性（読み取り距離と周波数の関係）を示した折れ線グラフである。

これらの図に示すように、並列配置される補助アンテナ２０とインレイ１０とは、対向するインレイ１０のループ部１１ａと補助アンテナ２０の凸部２１との離間距離が近い程、通信距離（読み取り距離）が長く、対応可能な通信周波数の帯域も広くなることが分かる。
特に、図６に示されるように、インレイ１０のループ部１１ａと補助アンテナ２０の凸部２１との離間距離が１ｍｍ〜５ｍｍの範囲では、読み取り距離が４〜１０ｍ以上となり、十分な通信距離が得られることが分かる。
したがって、インレイ１０と補助アンテナ２０の離間距離は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましく、少なくとも６ｍｍ未満、５ｍｍ以内の範囲とすることが好ましい。

なお、図６に示されるように、インレイ１０のループ部１１ａと補助アンテナ２０の凸部２１との離間距離が０ｍｍの場合、すなわち、凸部２１がループ部１１ａに当接・接触している場合にも、離間距離が１ｍｍの場合に近い通信距離が得られている。
但し、この場合には、通信周波数の対応帯域が狭くなるため、離間距離は１ｍｍ程度あった方が、より好ましいことになる。
したがって、インレイ１０と補助アンテナ２０の離間距離は、少なくとも０ｍｍ以上の範囲に設定することが好ましい。

図７は、ＲＦタグ１の基材５０（図１参照）として、金属対象物となる金属板への貼付・取付用のマグネットを備えた場合における、ＲＦタグ１の通信特性（読み取り距離と周波数の関係）を示す折れ線グラフである。
また、図８は、図７に対応して、ＲＦタグ１の基材５０としてマグネットを備える場合と備えない場合におけるＲＦタグ１の通信特性を対比したグラフである。

まず、図７に示すように、ＲＦタグ１の基材５０としてマグネットを設けた場合、上述した図６の場合と同様に、インレイ１０のループ部１１ａと補助アンテナ２０の凸部２１との離間距離が１ｍｍの場合に、読み取り距離が１０ｍ以上となっており、十分な通信距離が得られていることが分かる。
また、この場合、インレイ１０のループ部１１ａと補助アンテナ２０の凸部２１との離間距離が０ｍｍの場合、離間距離が１ｍｍの場合に近い通信距離が得られているが、上述した図６の場合と同様に、対応可能な通信周波数の帯域が狭くなる。
このため、インレイ１０のループ部１１ａと補助アンテナ２０の凸部２１の離間距離は１ｍｍ程度あった方が良いことが分かる。

次に、図８に示すように、図７で示したＲＦタグ１の基材５０としてマグネットを備えない場合には、対応可能な通信周波数の帯域が変動するが、通信距離としては、マグネットを備える場合とほぼ同様の結果が得られていることが分かる。
特に、インレイ１０のループ部１１ａと補助アンテナ２０の凸部２１との離間距離が１ｍｍの場合には、読み取り距離がほぼ１２ｍとなっており、より長い通信距離が得られていることが分かる。
このように、本実施形態に係るＲＦタグ１によれば、インレイ１０のループ部１１ａと補助アンテナ２０の凸部２１とを、所定距離をもって離間して並列配置することで、ＲＦタグ１の基材５０としてマグネットを備える場合でも、マグネットを備えない場合とほぼ同様の十分な通信距離が確保され、ＲＦタグ１の良好な通信特性が得られるようになる。

以上説明したように、本実施形態のＲＦタグ１によれば、インレイ１０に対して絶縁状態で同一平面上に並列配置される補助アンテナ２０によって、インレイ１０の通信特性を周波数帯域に合わせて最適な状態に設定・調整して、各通信周波数に応じた良好な通信特性を得ることができ、金属の影響を有効に回避・低減することができる。
そして、本実施形態によれば、ＲＦタグ１の補助アンテナ１２を、インレイ１０のループ部１１ａに対して所定間隔（距離）をもって対向・離間して配置することで、補助アンテナ２０を、インレイ１０のループ部１１ａを含むアンテナ１２に接触・積層させることなく、補助アンテナ２０とインレイ１０のアンテナ１２とを、投影面上で重なることなく並列に配置されるようになっている。

これによって、補助アンテナ２０によってインレイ１０の一部又は全部が覆われることで、インレイ１０の電気的特性が影響を受けることがなく、かつ、補助アンテナ２０とインレイ１０のアンテナ１２の双方のアンテナ面積を可能な限り広く大きくすることができ、アンテナ利得を最大限に増大させることができる。
また、補助アンテナ２０は、インレイ１０のアンテナ１２やループ部１１ａの制約を受けず、アンテナの設計範囲を拡張することができる。
したがって、本実施形態に係るＲＦタグ１では、ＲＦタグ１自体が備えるアンテナ１２やループ回路１１ａを有効かつ最大限に機能させることができ、また、補助アンテナ２０の設計等の自由度を向上させることができ、使用するインレイ１０に最適な補助アンテナ２０を設計・調整等することができ、良好な通信特性が得られる金属対応のＲＦタグを実現することができるようになる。

以上、本発明のＲＦタグ及び金属容器について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係るＲＦタグは、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

例えば、上述した実施形態では、本発明に係るＲＦタグを取り付けて使用する物品・対象物として、例えばアルミ製の金属容器や金属製の筐体などを想定しているが、本発明のＲＦタグを使用できる物品，対象物としては、アルミ製の金属容器や金属製の筐体に限定されるものではない。
すなわち、ＲＦタグが使用され、リーダ・ライタを介して所定の情報・データが読み書きされる物品，対象物であれば、どのような物品・対象物であっても本発明に係るＲＦタグを適用することができる。例えばアルミ製の金属容器や金属製の筐体以外では、金属製のヒータや電気製品，食器，調理器具，家具，什器，コンテナ，自動車など、金属製の任意の物品・対象物に好適に用いることができる。

本発明は、例えばアルミ製の金属容器や金属製の筐体など任意の物品や対象物に取り付けられて使用される金属対応型のＲＦタグとして好適に利用することができる。

１ ＲＦタグ
１０ インレイ
１１ ＩＣチップ
１１ａ ループ部
１２ アンテナ
１３ 封止フィルム
２０ 補助アンテナ
２１ 凸部
４０ 表層
５０ 基材

Claims (3)

1. ＩＣチップとアンテナを備えたインレイと、
   前記インレイと絶縁状態で積層される補助アンテナと、
   積層された前記インレイ及び補助アンテナが搭載される基材と、を備え、
   前記インレイのアンテナが、前記ＩＣチップの近傍にループ回路を形成し、
   前記補助アンテナが、
   前記ループ回路と対向する当該補助アンテナの共振軸に沿った辺の中心位置に凸部を有し、
   前記ループ回路と対向する前記補助アンテナの共振軸に沿った辺の中心位置が前記ＩＣチップとの間に前記ループ回路を挟んで前記ループ回路に対向するように前記ループ回路の近傍に位置するように配置される
   ことを特徴とするＲＦタグ。
2. 前記補助アンテナが、前記インレイのアンテナに接することなく、前記インレイと投影面上で並列に配置される
   ことを特徴とする請求項１記載のＲＦタグ。
3. 前記補助アンテナの共振軸に沿った辺の中心位置が、前記インレイのループ回路に対して５ｍｍ以内で離間するように配置される
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のＲＦタグ。

Images