JP7377490B2 - Rfidタグ - Google Patents

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    • H01Q9/24Shunt feed arrangements to single active elements, e.g. for delta matching

Description

本開示は、RFIDタグに関する。
物流管理や商品管理のため、貼付対象物に貼付されるRFID(Radio Frequency Identification)タグが普及している。RFIDタグは、ICチップとICチップに電気的に接続されるアンテナとを備える。RFIDタグは、無線タグ、ICタグ、RF-IDタグ、RFタグと呼ばれることもある。
このようなRFIDタグが貼付される貼付対象物が金属製である場合、タグ内のアンテナによる通信ができず、識別情報の読み出しに支障をきたすことがある。これは、金属がRFIDタグの周辺にあると、データを送受信するリーダライタからRFIDタグに送られた電磁波が、金属部で過電流として損失してしまうため、ICチップからデータを再びアンテナに打ち返すためのエネルギが効率的に得られないことが原因と推測される。
これらの問題を解決する手段として、磁性シートの使用が有効であることが知られている。RFIDタグと、貼付対象物である金属との間に磁性シートを挟むことで、アンテナが受けた電磁波を磁性シート内部で循環させ、ICチップに供給するエネルギを効率的に伝送することができる(例えば非特許文献1参照)。
深瀬美紀子、武本聡、「UHF帯金属対応RFIDタグ用磁性シートの開発」、電気製鋼、第82巻1号、p.23~30、2011年
ところで、RFIDタグの通信に用いられる周波数帯は、HF帯(13.56MHz、電磁誘導方式)と比較して長距離通信や複数の対象物の一括読み取りが可能となるUHF帯(電波方式)のニーズが高まっている。しかしながら、従来のRFIDタグと金属との間に磁性シートを挟む構成では、磁性シートが薄い場合にはUHF帯で通信ができない虞がある。
本開示は、通信性能を向上できるRFIDタグを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一観点に係るRFIDタグは、貼付対象物に添付されるRFIDタグであって、識別情報が記録されるICチップと、前記ICチップに接続されるループ状導体と、前記ループ状導体に接続されるアンテナ部と、を有するインレイと、前記インレイの前記貼付対象物側に積層される磁性シートと、前記磁性シートと前記貼付対象物との間に配置されるスペーサ層と、を備え、前記スペーサ層は、外力に応じて前記インレイ及び前記磁性シートと共に任意に変形可能な材料で形成される


本開示によれば、通信性能を向上できるRFIDタグを提供することができる。
実施形態に係るRFIDタグの積層断面図 図1中のRFIDタグの平面図 第1変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 第2変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 第3変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 第4変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 第5変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 第6変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 第7変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 第8変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 第9変形例に係るRFIDタグの構成例を示す図 比較例1~3のRFIDタグの周波数特性を示す図 実施例1~3のRFIDタグの周波数特性を示す図 実施例4~6のRFIDタグの周波数特性を示す図 実施例7~9のRFIDタグの周波数特性を示す図
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
なお、以下の説明において、X方向、Y方向、Z方向は互いに垂直な方向である。X方向は、後述するアンテナ部30の第1エレメント1や第2エレメント2の延在方向である。Y方向は、後述するアンテナ部30の第1エレメント1や第2エレメント2の配列方向である。Z方向は、RFIDタグ100のインレイ101、磁性シート102の積層方向である。また、以下では説明の便宜上、Z正方向側を上側、Z負方向側を下側とも表現する場合がある。
図1は、実施形態に係るRFIDタグ100の積層断面図である。RFIDタグ100は、貼付対象物200に貼付される略平面状の装置である。図1に示すように、RFIDタグは、インレイ101と、磁性シート102と、スペーサ層103とを備える。貼付対象物200は、例えば金属である。金属としては、鉄、アルミニウム、銅などの金属の他、鉄合金、アルミ合金、銅合金等の金属の合金を含む。
インレイ101は、RFIDタグ100の機能に関する要素を含む部分であり、識別情報が記録されるICチップ10と、ICチップ10に接続されるループ状導体20と、ループ状導体20に接続されるアンテナ部30と、を有する(図2参照)。インレイ101は、例えばPETフィルム上に、アルミシートをドライラミネートで貼り付けたアンテナ部30が形成され、規定の位置にICチップ10が実装されている。
磁性シート102は、磁性材料を含有するシート材であり、インレイ101の貼付対象物200側に積層される。磁性シート102は、例えばステンレス系合金などの磁性粉末をゴム材や樹脂等に均一かつ配向して分散するように練り込んで形成される。
スペーサ層103は、インレイ101及び磁性シート102を、貼付対象物200からその厚み分だけ離間させた状態で配置させる要素である。スペーサ層103は、磁性シート102の貼付対象物200側に積層され、磁性シート102と貼付対象物200との間に配置される。スペーサ層103は、例えば厚紙や合成樹脂等の繊維からなる織布や不織布、セラミックガラス等の無機材料のシートなどの絶縁体で形成されるのが好ましい。また、スペーサ層103は、外力に応じてインレイ101及び磁性シート102と共に任意に変形可能な材料で形成され、これにより貼付対象物200の貼付面が湾曲している場合でもRFIDタグ100を容易に貼付でき、汎用性を向上できるよう構成されるのが好ましく、厚紙が好ましい。なお、スペーサ層103の厚みは、300μm~2mm程度が好ましい。厚みが300μmより小さいと、RFIDタグ100の通信可能距離が短くなりすぎて通信性能が落ち、また、厚みが2mmより大きいと、貼付対象物200に対してRFIDタグ100が突出しすぎて使い勝手が悪くなるためである。
スペーサ層103は、少なくともインレイ101及び磁性シート102を貼付対象物200から所定距離だけ離間させることができる構造であればよく、図1に示すようなシート状の部材以外の構成でもよい。例えば磁性シート102から貼付対象物200へ向けて延在する複数の脚部を設け、磁性シート102と貼付対象物200との間に空気層を設ける構成でもよい。
このように、実施形態に係るRFIDタグ100は、識別情報が記録されるICチップ10と、ICチップ10に接続されるループ状導体20と、ループ状導体20に接続されるアンテナ部30と、を有するインレイ101と、インレイ101の貼付対象物200側に積層される磁性シート102と、磁性シート102と貼付対象物200との間に配置されるスペーサ層103と、を備える。
この構成により、通信機能を有するインレイ101と貼付対象物200との間に磁性シート102とスペーサ層103とが介在するので、磁性シート102によって、アンテナが受けた電磁波を磁性シート102内部で循環させ、インレイ101のICチップ10に供給するエネルギを効率的に伝送することができる。さらに、スペーサ層103によって、インレイ101を貼付対象物200から離して配置させることができ、貼付対象物200による通信への影響を抑制できる。この結果、RFIDタグ100の通信性能を向上できる。
また、貼付対象物200が金属製であると、従来のRFIDタグではタグ内のアンテナによる通信ができず、識別情報の読み出しに支障をきたすことがある。これに対して本実施形態のRFIDタグ100は、上述のとおりスペーサ層103を設けることによって貼付対象物200による通信への影響を抑制できるので、貼付対象物200の種類によらず通信可能である。そして、貼付対象物200が金属製であるときに通信性能を向上できるという効果が特に顕著となる。
図2は、図1中のRFIDタグ100の平面図であり、インレイ101の上方からアンテナ部30のパターンの一例を示す図である。RFIDタグ100のインレイ101は、帯状のシート40と、ICチップ10と、ループ状導体20と、アンテナ部30とを備える。
シート40は、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリプロピレン等の合成樹脂製フィルムを、複数枚積層して帯状に形成されるフィルムである。ICチップ10、ループ状導体20、及びアンテナ部30は、例えば積層される複数の合成樹脂製フィルムの間に、挟み込まれるように配置される。
ICチップ10は内部容量を有し、アンテナ部30が有するインダクタンスとICチップ10の内部容量とにより、整合回路が構成される。
ループ状導体20は、シート40をZ軸方向に平面視した形状が、1ターン以下のループ状(環状)の導電性配線パターンである。
ループ状導体20は、ICチップ10及びアンテナ部30と電気的に接続される。ICチップ10に記録された識別情報をリーダで読み出す場合、UHF帯の電波、例えば920MHz付近の電波をアンテナ部30が受信すると、共振作用によりループ状導体20に電流が流れる。これにより、ICチップ10を動作する起電力が発生する。ICチップ10が動作すると、ICチップ10に記録された識別情報は、ICチップ10によって符号化され、符号化されたデータは、920MHz付近の電波を搬送波として、リーダ等の通信装置に無線伝送される。この信号を受信したリーダは、信号を複合化して外部機器に転送する。このように本実施例のRFIDタグ100は、識別情報の保持や送信のための電力源(バッテリ)を持たない受動型の電波式の無線タグである。従って、バッテリを持つ能動型の無線タグと比べて、バッテリを持たない分、小型化と低価格化を実現できる。
アンテナ部30は、無線通信用電波の周波数(例えばUHF帯の周波数)に対して、ICチップ10との間で共振特性を示すように構成されるダイポールアンテナである。アンテナ部30は、全体でλ/2付近(λは通信波長)に相当する電気長を有する。
アンテナ部30は、例えば920MHz付近(例えば、860MHz~960MHz、より好ましくは、915MHz~935MHz)の周波数の電波に対して、ICチップ10とのインピーダンス共役整合を実現する構造を有する。アンテナ部30は、ICチップ10とのインピーダンス共役整合を実現する構造として、2つの導体部(導体部30A及び導体部30B)を備える。導体部30A及び導体部30Bは、ループ状導体20に接続されると共に、ループ状導体20から互いに離れる方向に伸びる導電性の配線パターンである。導電性の配線パターンは、銅箔やアルミ箔のプレス加工やエッチング加工、めっきによって形成する方法、金属ペーストのシルクスクリーン印刷、金属線などの既存の方法によって形成できるが、ここではアルミのエッチングにより形成した。
導体部30A及び導体部30Bは、ICチップ10の略中心を通る仮想線VLに対して、線対称に形成される。仮想線VLは、XY平面に平行で、かつ、Y軸方向に伸びる線である。仮想線VLは、RFIDタグ100をX軸方向の領域に略二等分する線でもある。
導体部30A及び導体部30Bのそれぞれは、λ/4付近(λは通信波長)に相当する電気長を有する。アンテナ部30のインピーダンス整合の条件は、負荷側から信号源を見たときのインピーダンスと信号源側から負荷を見たときのインピーダンスが、互いに複素共役になる場合である。従って、負荷側からの信号源インピーダンスZsがZs=Rs+jXsであれば、負荷インピーダンスZlがZl=Rs-jXsのとき、最大電力が伝達される。
なお、導体部30A及び導体部30Bは、仮想線VLに対して線対称の形状のため、以下では、導体部30Aの構成を説明する。導体部30Bの構成に関しては、導体部30AのX軸方向への延伸方向を逆に読み替えることで、その説明を省略する。
導体部30Aは、第1エレメント1、第2エレメント2、第3エレメント3及び第4エレメント4を備える。
第1エレメント1は、ループ状導体20からマイナスX軸方向に延伸するミアンダ(蛇行)形状の導電性配線パターンである。第1エレメント1は、ミアンダエレメントである。
第1エレメント1は、プラスX軸方向の端部がループ状導体20に接続される。第1エレメント1とループ状導体20との接続箇所は、例えばループ状導体20のプラスY軸方向側の周縁部である。第1エレメント1は、ループ状導体20との接続箇所から、マイナスX軸方向に対して所定角度(例えば30°~60°)で一定距離延伸し、一定距離延伸した箇所からマイナスX軸方向にさらに延伸する。なお、第1エレメント1の形状は図示例に限定されず、例えばループ状導体20との接続箇所からプラスY軸方向に対して一定距離延伸し、一定距離延伸した箇所から垂直に折れ曲がってマイナスX軸方向に延伸する形状でもよい。
第1エレメント1が、ループ状導体20のプラスY軸方向側の周縁部に接続されることによって、アンテナ部30全体のX軸方向の幅が狭くなり、縦幅と横幅の比率が小さなRFIDタグ100を実現できる。そのため、例えば、X軸方向の高さが比較的小さく、ラベルの小さな小容量のペットボトルなどに、当該RFIDタグ100を貼付する場合でも、ペットボトルのラベルの商品等表示を妨げない領域にRFIDタグ100を配置できる。
なお、第1エレメント1とループ状導体20との接続箇所は、これに限定されず、ループ状導体20のマイナスX軸方向の周縁部でもよい。この構成により、第1エレメント1を、ループ状導体20のマイナスX軸方向側の領域に配置できる。従って、アンテナ部30全体のY軸方向の幅が狭くなり、細長い形状のRFIDタグ100を実現できる。そのため、例えばX軸方向の高さが比較的大きな大容量のペットボトルなどに、当該RFIDタグ100を貼付する場合でも、ペットボトルの商品等表示を妨げない領域にRFIDタグ100を配置できる。
第2エレメント2は、例えばループ状導体20から、マイナスX軸方向に延伸する直線形状の導電性配線パターンである。第2エレメント2は、直線エレメントである。
第2エレメント2は、プラスX軸方向の端部が第1エレメント1、又はループ状導体20に接続される。
第2エレメント2が第1エレメント1に接続される場合、第2エレメント2は、例えば、第1エレメント1とループ状導体20との接続箇所付近に接続される。第2エレメント2は、当該接続箇所からマイナスX軸方向に一定距離延伸する。
第2エレメント2がループ状導体20に接続される場合、第2エレメント2は、例えば、ループ状導体20のプラスY軸方向側の周縁部に接続される。
第2エレメント2は、第1エレメント1のマイナスY軸方向側に設けられてもよいし、第1エレメント1のプラスY軸方向側に設けられてもよい。
図2に示すように、第1エレメント1のマイナスY軸方向側に、第2エレメント2が設けられる場合、ループ状導体20のマイナスX軸方向側の領域を有効に利用できる。従って、縦幅と横幅の比率が小さなRFIDタグ100を実現できる。
なお、第2エレメント2と第1エレメント1との間の隙間(Y軸方向における離間距離)は、例えば0.5mmから2.0mmまでの値に設定されると、アンテナとICチップのインピーダンスの複素共役を取りやすくなる点で好ましい。この距離が大きくなり過ぎるとインピーダンスの実数部が大きくなり、ICチップとの複素共役を取ることが難しくなる。第2エレメント2が主部であり、第1エレメント1が副部である。
第3エレメント3は、第2エレメント2のマイナスX軸方向の先端から、第2エレメント2が伸びる方向とは異なる方向に伸びるフック形状の導電性配線パターンである。第3エレメント3は、フックエレメントである。第3エレメント3は、U字形状のパターンでもよいし、L字形状のパターンでもよい。
なお、第2エレメント2と第3エレメント3が一体でフック形状に形成されてもよい。
図2に示すように、第3エレメント3は、第2エレメント2のマイナスX軸方向の先端から、マイナスY軸方向に一定距離延伸した後、プラスX軸方向に垂直に折れ曲がり、ループ状導体20に向かって一定距離延伸する。この形状により、ループ状導体20のマイナスX軸方向側の領域を有効に利用できる。従って、縦幅と横幅の比率が小さなRFIDタグ100を実現できる。
第3エレメント3がループ状導体20に向かって伸びる部分と、第2エレメントとの間には、隙間が形成される。この隙間(Y軸方向における離間距離)は、例えば1.0mmから30.0mmまでの値に設定される。この隙間に、複数の第4エレメント4が設けられる。
第4エレメント4は、第2エレメント2から第3エレメント3に向かって伸び、第2エレメント2及び第3エレメント3と共に、格子形状のパターンを形成する導電性配線パターンである。第4エレメント4は、格子エレメントである。
本実施の形態では、一例として、5つの第4エレメント4が用いられているが、第4エレメント4の数は、1つ以上であればよい。隣接する第4エレメント4のX軸方向の間隔は、例えば1.0mmから30.0mmまでの値に設定されると、通信可能な周波数帯が広帯域化する、また通信距離が伸びる点で好ましい。
各エレメントの電気長は、以下のように設定される。
例えば、第1エレメント1の長さは、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長に設定される。この場合、第2エレメント2の長さと、第3エレメント3の長さとの少なくとも一方は、λ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
なお、第1エレメント1の代わりに、第2エレメント2の電気長が、使用周波数の波長のλ/4の倍数に設定されてもよい。この場合、第1エレメント1の電気長と、第3エレメント3の電気長との少なくとも一方は、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。この場合の異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
また、第1エレメント1の代わりに、第2エレメント2の電気長と、L字(逆L字)形状の第3エレメント3の電気長とを合計した値が、使用周波数の波長のλ/4の倍数に設定されてもよい。この場合、第1エレメント1の電気長は、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。この場合の異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
また、第1エレメント1の代わりに、第2エレメント2の電気長と、第3エレメント3の電気長と、第4エレメント4(例えば3つの第4エレメント4の内の何れか1つ)の電気長とを合計した電気長が、使用周波数の波長のλ/4の倍数に設定されてもよい。この場合、第1エレメント1の電気長は、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。この場合の異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
本実施形態に係るRFIDタグ100によれば、形状が異なる複数のアンテナエレメントを組み合わせること、又は、電気長が異なる複数のエレメントを組み合わせることで、アンテナ部30での電波の受信強度を高めることができる。
なお本実施形態に係るRFIDタグ100は、以下のように構成してもよい。RFIDタグ100と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分について述べる。
図3は、第1変形例に係るRFIDタグ100-1の構成例を示す図である。RFIDタグ100-1は、第1エレメント1から第2エレメント2までのY軸方向における距離が広くなるように構成されている。RFIDタグ100-1では、第1エレメント1と第2エレメント2との間の隙間が、例えば2.0mmから5.0mmまでの値に設定されと、アンテナとICチップの複素共役を取りやすくなる点で好ましい。第1エレメント1と第2エレメント2との間の隙間が5.0mm以上になるとアンテナの抵抗が高くなり通信距離が落ちる可能性がある。
RFIDタグ100-1によれば、RFIDタグ100と同様の効果を得ることができる。またRFIDタグ100-1によれば、例えば、製造公差によってミアンダ形状の第1エレメント1の上下幅が均一でない場合でも、第1エレメント1と第2エレメント2との隙間が広がることで、第1エレメント1の第2エレメント2への接触を抑制できる。従って、第1エレメント1などの製造公差の管理が不要になる。また、第1エレメント1と第2エレメント2との隙間が広がることで、各配線パターンの製造が容易化される。その結果、RFIDタグ100-1の歩留まりが向上すると共に、製造コストを低減できる。
図4は、第2変形例に係るRFIDタグ100-2の構成例を示す図である。RFIDタグ100-2は、RFIDタグ100と比べて、第1エレメント1が省かれている。各エレメントの電気長は、以下のように設定される。
例えば、第2エレメント2の長さは、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長に設定される。この場合、第3エレメント3の長さは、λ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
なお、第2エレメント2の代わりに、第3エレメント3の電気長が、使用周波数の波長のλ/4の倍数に設定されてもよい。この場合、第2エレメント2の長さは、λ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
また、第2エレメント2の代わりに、第3エレメント3の電気長と、第4エレメント4(例えば3つの第4エレメント4の内の何れか1つ)の電気長とを合計した電気長が、使用周波数の波長のλ/4の倍数に設定されてもよい。この場合、第2エレメント2の電気長は、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。この場合の異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
RFIDタグ100-2によれば、電気長と形状の双方が異なる複数のエレメントを組み合わせることで、RFIDタグ100と同様の効果を得ることができる。
また、RFIDタグ100-2によれば、例えば、第1エレメント1が不要なため、第1エレメント1などの製造公差の管理が不要になるだけでなく、構造が簡素化される。その結果、RFIDタグ100-2の歩留まりが向上すると共に、製造コストをより一層低減できる。
図5は、第3変形例に係るRFIDタグ100-3の構成例を示す図である。RFIDタグ100-3は、RFIDタグ100-2と比べて、第4エレメント4の数が少ない。
RFIDタグ100-3によれば、電気長と形状の双方が異なる複数のエレメントを組み合わせることで、RFIDタグ100と同様の効果を得ることができる。
また、RFIDタグ100-3によれば、例えば、第4エレメント4の数を低減できる分、製造公差の管理が不要になるだけでなく、構造が簡素化される。その結果、RFIDタグ100-3の歩留まりが向上すると共に、製造コストをより一層低減できる。
図6は、第4変形例に係るRFIDタグ100-4の構成例を示す図である。RFIDタグ100-4は、RFIDタグ100-3と比べて、第3エレメント3及び第4エレメント4の代わりに、第5エレメント5が用いられる。第2エレメント2が主部であり、第5エレメント5が副部である。
第5エレメント5は、直線エレメントである第2エレメント2の途中から分岐するように第2エレメント2に接続され、第2エレメント2と平行に伸びる導体である。第5エレメント5は、分岐エレメントである。
第2エレメント2への第5エレメント5の接続点は、例えば第2エレメント2とループ状導体20との接続点から所定距離離れた位置である。所定距離は、例えば5.0mmから100.0mmまでの値に設定されと、アンテナの抵抗が高くなりすぎないため好ましい。
第2エレメント2と、第5エレメント5がループ状導体20側とは反対方向に伸びる部分との間には、隙間が形成される。この隙間(Y軸方向における離間距離)は、例えば1.0mmから30.0mmまでの値に設定されと、アンテナの抵抗が高くなりすぎないため好ましい。なお、この隙間には、前述した第4エレメント4を設けてもよい。
各エレメントの電気長は、以下のように設定される。
例えば、第2エレメント2の長さは、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長に設定される。この場合、第5エレメント5の長さは、λ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
また、第2エレメント2の代わりに、第5エレメント5の電気長が、使用周波数の波長のλ/4の倍数に設定されてもよい。この場合、第2エレメント2の電気長は、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。この場合の異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
RFIDタグ100-4によれば、電気長と形状の双方が異なる複数のエレメントを組み合わせることで、RFIDタグ100と同様の効果を得ることができる。
また、RFIDタグ100-4によれば、第4エレメント4を省略できる分、製造公差の管理が不要になるだけでなく、構造が簡素化される。その結果、RFIDタグ100-4の歩留まりが向上すると共に、製造コストをより一層低減できる。
また、RFIDタグ100-4によれば、第5エレメント5の分岐箇所、すなわち第2エレメント2からの第5エレメント5の引き出し位置を、調整しやすい構造のため、RFIDタグ100-4の設計条件に自由度を持たせることができる。例えば、貼付対象物200が、RFIDタグ100-4の表面積を極力狭くしなければならない特殊形状の容器の場合、第2エレメント2の下側(マイナスY軸方向側)の領域が狭くなることが想定される。この場合でも、第5エレメント5の分岐箇所を極力ループ状導体20に近づけた上で、第5エレメント5のX軸方向に伸びる部分の長さを短くすることで、特殊な容器にも適用可能となる。従って、RFIDタグ100-4を適用可能な容器が増える分、RFIDタグ100-4の生産量が増やすことができる、RFIDタグ100-4の製造単価をより一層低減することができる。
図7は、第5変形例に係るRFIDタグ100-5の構成例を示す図である。RFIDタグ100-5は、RFIDタグ100-4と比べて、第5エレメント5が省かれている。RFIDタグ100-5は、電気長と形状の双方が異なる複数のエレメントを組み合わせた構造に代えて、第2エレメント2を備える簡易的な構造を有する。
RFIDタグ100-5の第2エレメント2は、使用周波数の波長の略1/4の倍数の電気長に設定される直線形状の導体である。
FIDタグ100-5によるリーダとの通信距離は、RFIDタグ100~100-4によるリーダとの通信距離と比べて短くなる傾向になるが、少なくとも実用上の通信距離(例えば1m~7m程度)を確保できることが本願発明者によって確認された。なお通信距離が短くなる場合でも、例えば容器を搬送するベルトコンベアにリーダを配置することで、識別情報を読み取ることができるため、あらゆる商品の在庫管理などに活用ができる。
RFIDタグ100-5のインピーダンス特性が優れる理由は、アンテナエレメントを直線形状にすることで、ミアンダ形状のアンテナエレメントのみ利用される場合に比べて、アンテナエレメントと液体との間での電気的結合が弱められるためと考えられる。
従来では、アンテナ部30の無線通信に必要な電気長を確保するため、ミアンダ形状のアンテナエレメント、ループ形状のアンテナエレメントなどが採用されるケースが多い。ところが、このようなアンテナエレメントが利用されると、液体との電気的結合が強くなり、インピーダンス特性が大きく乱れることで、所望のアンテナ性能を確保できない。従って従来では、アンテナエレメントと容器の間にスペーサを設けることでアンテナエレメントから液体までの距離を離して電気的結合を低減する、アンテナエレメントと容器の間に金属製シートを挿入することで電気的結合を低減する、などの措置が採られていた。
第5変形例に係るRFIDタグ100-5によれば、このような措置が不要になるため、RFIDタグ100-5の製造の管理が容易化されると共に、RFIDタグ100-5の製造に要する材料を大幅に低減することができる。従って、RFIDタグ100-5の大幅な製造コストの低減を実現できる。
図8は、第6変形例に係るRFIDタグ100-6の構成例を示す図である。RFIDタグ100-6は、第3変形例に係るRFIDタグ100-3と比べて、第4エレメント4が省かれている。
たRFIDタグ100-6によるリーダとの通信距離は、RFIDタグ100-3によるリーダとの通信距離と同等であることが本願発明者によって確認された。
RFIDタグ100-6によれば、例えば、第4エレメント4を省略できる分、製造公差の管理が不要になるだけでなく、構造が簡素化される。その結果、RFIDタグ100-6の歩留まりが向上すると共に、製造コストをより一層低減できる。
図9は、第7変形例に係るRFIDタグ100-7の構成例を示す図である。RFIDタグ100-7は、RFIDタグ100と比べて、第3エレメント3及び第4エレメント4が省かれている。第1エレメント1が主部の場合、第2エレメント2が副部となり、第2エレメント2が主部の場合、第1エレメント1が副部となる。
各エレメントの電気長は、以下のように設定される。
例えば、第1エレメント1の長さは、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長に設定される。この場合、第2エレメント2の長さは、λ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
なお、第1エレメント1の代わりに、第2エレメント2の電気長が、使用周波数の波長のλ/4の倍数に設定されてもよい。この場合、第1エレメント1の電気長は、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。この場合の異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
RFIDタグ100-7によれば、例えば、第3エレメント3及び第4エレメント4を省略できる分、製造公差の管理が不要になるだけでなく、構造が簡素化される。その結果、RFIDタグ100-7の歩留まりが向上すると共に、製造コストをより一層低減できる。
図10は、第8変形例に係るRFIDタグ100-8の構成例を示す図である。RFIDタグ100-8は、RFIDタグ100と比べて、第3エレメント3及び第4エレメント4の代わりに、第5エレメント5が用いられる。第1エレメント1が主部の場合、第2エレメント2が副部となり、第2エレメント2が主部の場合、第1エレメント1が副部となる。
各エレメントの電気長は、以下のように設定される。
例えば、第1エレメント1の長さが、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長に設定される場合、第2エレメント2の長さと、第5エレメント5の長さとの少なくとも一方が、λ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
また、第2エレメント2の長さが、使用周波数の波長のλ/4の倍数の電気長に設定される場合、第1エレメント1の長さと、第5エレメント5の長さとの少なくとも一方が、λ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
また、第5エレメント5の電気長が、使用周波数の波長のλ/4の倍数に設定される場合、第1エレメント1の電気長と、第2エレメント2の長さとの少なくとも一方が、λ/4の倍数の電気長とは異なる電気長に設定される。異なる電気長は、例えば、使用周波数の波長のλ/3.5からλ/4.5までの範囲である。
RFIDタグ100-8によれば、例えば第4エレメント4を省略できる分、製造公差の管理が不要になるだけでなく、構造が簡素化される。その結果、RFIDタグ100-8の歩留まりが向上すると共に、製造コストをより一層低減できる。
図11は、第9変形例に係るRFIDタグ100-9の構成例を示す図である。図4に示すRFIDタグ100-2との違いは、RFIDタグ100-9では、第4エレメント4の数が増えている点である。
RFIDタグ100-9によれば、電気長が異なる複数のエレメントを組み合わせることで、アンテナ部30での電波の受信強度を高めることができる。特に第4エレメント4の数が増えることにより、水中での用途においても、アンテナ部30での電波の受信強度をより高めることができる。
なお、実施形態及び変形例に係るRFIDタグ100~100-9のそれぞれは、UHF帯の電波だけでなく、VHF帯、SHF帯などの電波にも適用可能である。RFIDタグ100~100-9の使用周波数がUHF帯の周波数、例えば860~960MHz、915~925MHzなどである場合、UHF帯はVHF帯に比べて、周波数が高いため、波長が短くなり、アンテナの小型化に有利である。従って、RFIDタグ100~100-9をUHF帯の電波に好適な形状にすることで、ICチップ10の小型化を図ることができると共に、メモリ容量も小さく安価な無線タグを得ることができる。
また、実施形態及び変形例に係るRFIDタグ100~100-9のそれぞれは、電磁誘導式の無線タグ、電波式の無線タグの何れにも適用可能である。特に、RFIDタグ100~100-9のそれぞれを、電波式の無線タグに適用した場合、リーダとの所定の無線通信距離を確保できる。所定の無線通信距離は、例えば0mから20mまでの範囲である。
なお、実施形態及び変形例に係るRFIDタグ100~100-9は、RFIDタグ100~100-9が存在する周囲が空気中(大気中)と水中の何れの場合でも、UHF帯、VHF帯、SHF帯などの電波を利用して無線通信が可能である。
なお、実施形態に係るRDIDタグ100は、少なくともインレイ101と、磁性シート102と、スペーサ層103とがこの順番で積層されて形成されればよく、アンテナ部30のアンテナパターンは上述したRFIDタグ100~100-9とは異なる形状でもよい。
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。
[実施例1]
インレイ101、厚さ80μmの磁性シート102、厚さ550μmの厚紙製のスペーサ層103を積層して図1に示すRFIDタグ100を作成した。インレイ101は、厚さ38μmのPETフィルム上に、10μmのアルミシートをドライラミネートで貼り付けたアンテナ部30を形成し、規定の位置にICチップ10を実装した。アンテナ部30のアンテナパターンは、図2に示す形状とした。
このように作成したRFIDタグ100を、SUS板の貼付対象物200に貼付した状態で、RFIDタグ性能検査装置(Tagformance Pro、Voyantic社製)を用いて、RFIDタグ100の周波数特性を計測した。計測時の無線通信用電波の測定周波数帯は700~1200MHzとし、EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power:等価等方輻射電力)は3.28Wとした。
[実施例2]
磁性シート102の厚さを120μmとしたこと以外は、実施例1と同様にRFIDタグ100を作成して、周波数特性を計測した。
[実施例3]
磁性シート102の厚さを200μmとしたこと以外は、実施例1と同様にRFIDタグ100を作成して、周波数特性を計測した。
[比較例1]
スペーサ層103を除外したこと以外は、実施例1と同様にRFIDタグ100を作成した。すなわち、インレイ101、厚さ80μmの磁性シート102を積層してRFIDタグを作成した。また、作成したRFIDタグについて、実施例1と同様の手法で周波数特性を計測した。
[比較例2]
スペーサ層103を除外したこと以外は、実施例2と同様にRFIDタグを作成して、周波数特性を計測した。
[比較例3]
スペーサ層103を除外したこと以外は、実施例3と同様にRFIDタグを作成して、周波数特性を計測した。
図12は、比較例1~3のRFIDタグの周波数特性を示す図である。図12中の(a)は比較例1、(b)は比較例2、(c)は比較例3の周波数特性を示す。各図の横軸は無線通信用電波の周波数を表し、縦軸はRFIDタグ100からリーダまでの通信可能距離を表す。図12で特性のグラフが図示されていない周波数帯では、RFIDタグ100とリーダとの間で無線通信を行うことができなかったことを表す。磁性シート102が最も厚い比較例3では約920MHz以下の周波数帯、次に厚い比較例2と最も薄い比較例3では、約1020MHz以下の周波数帯で無線通信を行うことができなかった。このように、比較例1~3では磁性シート102が薄い場合にはUHF帯で通信ができなかった。
図13は、実施例1~3のRFIDタグ100の周波数特性を示す図である。図13中の(a)は実施例1、(b)は実施例2、(c)は実施例3の周波数特性を示す。各図の横軸及び縦軸は図12と同様である。図13に示すように、実施例1~3では、比較例1~3よりも通信可能な周波数帯が低周波側に延びており、磁性シート102の厚さによらずUHF帯で充分に通信可能な特性となっている。
図12、図13に示した試験結果より、実施形態による、RFIDタグ100のインレイ101及び磁性シート102と、貼付対象物200としてのSUS板との間にスペーサ層103を配置することは、通信可能な周波数帯を低周波側に延ばすことができ、貼付対象物200が金属であってもUHF帯で充分に通信可能となり、RFIDタグ100の通信性能を向上できる点で有効であることが示された。
さらに実施例4~9を挙げてスペーサ層103の厚さの影響について説明する。
[実施例4]
スペーサ層103の厚さを1100μmと2倍に増やしたこと以外は、実施例1と同様にRFIDタグ100を作成して、周波数特性を計測した。
[実施例5]
スペーサ層103の厚さを1100μmと2倍に増やしたこと以外は、実施例2と同様にRFIDタグ100を作成して、周波数特性を計測した。
[実施例6]
スペーサ層103の厚さを1100μmと2倍に増やしたこと以外は、実施例3と同様にRFIDタグ100を作成して、周波数特性を計測した。
[実施例
スペーサ層103の厚さを1650μmと3倍に増やしたこと以外は、実施例1と同様にRFIDタグ100を作成して、周波数特性を計測した。
[実施例
スペーサ層103の厚さを1650μmと3倍に増やしたこと以外は、実施例2と同様にRFIDタグ100を作成して、周波数特性を計測した。
[実施例
スペーサ層103の厚さを1650μmと3倍に増やしたこと以外は、実施例3と同様にRFIDタグ100を作成して、周波数特性を計測した。
図14は、実施例4~6のRFIDタグ100の周波数特性を示す図である。図14中の(a)は実施例4、(b)は実施例5、(c)は実施例6の周波数特性を示す。各図の横軸及び縦軸は図12と同様である。図14に示すように、実施例4~6では、実施例1~3よりも通信可能な周波数帯が低周波側に延びており、磁性シート102の厚さによらずUHF帯で充分に通信可能な特性となっている。
図15は、実施例7~9のRFIDタグ100の周波数特性を示す図である。図15中の(a)は実施例7、(b)は実施例8、(c)は実施例9の周波数特性を示す。各図の横軸及び縦軸は図12と同様である。図15に示すように、実施例7~9では、実施例4~6よりも通信可能な周波数帯が低周波側にさらに延びており、磁性シート102の厚さによらずUHF帯で充分に通信可能な特性となっている。
図13~図15に示した試験結果より、スペーサ層103の厚みを増やして、RFIDタグ100のインレイ101及び磁性シート102と、貼付対象物200としてのSUS板との距離を増やすほど、通信可能な周波数帯を低周波側にさらに延ばすことができ、RFIDタグ100の通信性能をさらに向上できる点で有効であることが示された。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
1 :第1エレメント
2 :第2エレメント
3 :第3エレメント
4 :第4エレメント
5 :第5エレメント
10 :ICチップ
20 :ループ状導体
30 :アンテナ部
30A :導体部
30B :導体部
31 :エレメント
40 :シート
100 :RFIDタグ
100-1 :RFIDタグ
100-2 :RFIDタグ
100-3 :RFIDタグ
100-4 :RFIDタグ
100-5 :RFIDタグ
100-6 :RFIDタグ
100-7 :RFIDタグ
100-8 :RFIDタグ
100-9 :RFIDタグ
101 インレイ
102 磁性シート
103 スペーサ層
200 貼付対象物

Claims (13)

  1. 貼付対象物に貼付されるRFIDタグであって、
    識別情報が記録されるICチップと、前記ICチップに接続されるループ状導体と、前記ループ状導体に接続されるアンテナ部と、を有するインレイと、
    前記インレイの前記貼付対象物側に積層される磁性シートと、
    前記磁性シートと前記貼付対象物との間に配置されるスペーサ層と、
    を備え
    前記スペーサ層は、外力に応じて前記インレイ及び前記磁性シートと共に任意に変形可能な材料で形成される、
    RFIDタグ。
  2. 貼付対象物に貼付されるRFIDタグであって、
    識別情報が記録されるICチップと、前記ICチップに接続されるループ状導体と、前記ループ状導体に接続されるアンテナ部と、を有するインレイと、
    前記インレイの前記貼付対象物側に積層される磁性シートと、
    前記磁性シートと前記貼付対象物との間に配置されるスペーサ層と、
    を備え
    前記アンテナ部は、前記ループ状導体から互いに離れる方向に伸び、使用周波数の波長の略1/4の倍数の電気長に設定される直線形状の導体である2つの直線エレメントを有する、
    RFIDタグ。
  3. 貼付対象物に貼付されるRFIDタグであって、
    識別情報が記録されるICチップと、前記ICチップに接続されるループ状導体と、前記ループ状導体に接続されるアンテナ部と、を有するインレイと、
    前記インレイの前記貼付対象物側に積層される磁性シートと、
    前記磁性シートと前記貼付対象物との間に配置されるスペーサ層と、
    を備え
    前記アンテナ部は、前記ループ状導体に接続される共に前記ループ状導体から互いに離れる方向に伸びる導体である主部と、前記主部の途中から分岐するように前記主部に接続され、前記主部と平行に伸びる導体である副部とを有し、
    前記主部と前記副部との一方は、使用周波数の波長の略1/4の倍数の電気長に設定され、
    他方は、前記電気長とは異なる電気長に設定される、
    RFIDタグ。
  4. 貼付対象物に貼付されるRFIDタグであって、
    識別情報が記録されるICチップと、前記ICチップに接続されるループ状導体と、前記ループ状導体に接続されるアンテナ部と、を有するインレイと、
    前記インレイの前記貼付対象物側に積層される磁性シートと、
    前記磁性シートと前記貼付対象物との間に配置されるスペーサ層と、
    を備え
    前記アンテナ部は、前記ループ状導体に接続される共に前記ループ状導体から互いに離れる方向に伸びる導体である主部と、前記ループ状導体に接続されるミアンダ形状の導体である副部とを有し、
    前記主部と前記副部との一方は、使用周波数の波長の略1/4の倍数の電気長に設定され、
    他方は、前記電気長とは異なる電気長に設定される、
    RFIDタグ。
  5. 貼付対象物に貼付されるRFIDタグであって、
    識別情報が記録されるICチップと、前記ICチップに接続されるループ状導体と、前記ループ状導体に接続されるアンテナ部と、を有するインレイと、
    前記インレイの前記貼付対象物側に積層される磁性シートと、
    前記磁性シートと前記貼付対象物との間に配置されるスペーサ層と、
    を備え
    前記アンテナ部は、前記ループ状導体に接続されると共に前記ループ状導体から互いに離れる方向に伸び、使用周波数の波長の略1/4の倍数の電気長に設定される格子形状の導体である、
    RFIDタグ。
  6. 前記貼付対象物は金属である、
    請求項1~5の何れか一項に記載のRFIDタグ。
  7. 前記スペーサ層は絶縁体で形成される、
    請求項1~6の何れか一項に記載のRFIDタグ。
  8. 前記アンテナ部は、
    前記直線エレメントの途中から分岐するように前記直線エレメントに接続され、前記直線エレメントと平行に伸びる導体である分岐エレメントを備え、
    前記分岐エレメントの長さは、前記電気長とは異なる電気長に設定される、請求項に記載のRFIDタグ。
  9. 前記アンテナ部は、
    前記直線エレメントの先端に設けられ、前記直線エレメントの先端から前記直線エレメントが伸びる方向とは異なる方向に伸びるフック形状の導体であるフックエレメントを備え、
    前記フックエレメントの長さは、前記電気長とは異なる電気長に設定される、請求項に記載のRFIDタグ。
  10. 前記アンテナ部は、
    前記直線エレメントから前記分岐エレメントに向かって伸び、前記直線エレメント及び前記分岐エレメントと共に格子形状のパターンを形成する導体である格子エレメントを備える、請求項に記載のRFIDタグ。
  11. 前記アンテナ部は、
    前記直線エレメントから前記フックエレメントに向かって伸び、前記直線エレメント及び前記フックエレメントと共に格子形状のパターンを形成する導体である格子エレメントを備える、請求項に記載のRFIDタグ。
  12. 使用周波数がUHF帯の周波数である請求項1~11の何れか一項に記載のRFIDタグ。
  13. 電波式の無線タグである請求項1~12の何れか一項に記載のRFIDタグ。
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