WO2020084821A1 - Ｒｆｉｄシステム - Google Patents

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WO2020084821A1
WO2020084821A1 PCT/JP2019/021781 JP2019021781W WO2020084821A1 WO 2020084821 A1 WO2020084821 A1 WO 2020084821A1 JP 2019021781 W JP2019021781 W JP 2019021781W WO 2020084821 A1 WO2020084821 A1 WO 2020084821A1
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article
field antenna
reader
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越智　達也
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株式会社村田製作所
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    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the present invention relates to an RFID system that uses an RFID (Radio frequency Identification) tag to perform contactless information management of articles by near field communication.
  • RFID Radio frequency Identification
  • RFID information attached to the article and a reader / writer connected to an information management processing unit communicate tag information using an electromagnetic field in a non-contact manner. This manages the information about the article.
  • antennas formed on RFID tags There are two types of antennas formed on RFID tags: electric field antennas and magnetic field antennas.
  • the electric field antenna When the electric field antenna is used, the communication distance can be made longer than that of the magnetic field antenna.
  • an antenna pattern having a length of 1/2 wavelength of the communication frequency is usually formed in a plane.
  • the magnetic field antenna is easier to make smaller than the electric field antenna because it only needs to form a coiled antenna.
  • An example of this magnetic field antenna is described in Patent Document 1.
  • a magnetic field antenna unlike an electric field antenna, communication is not possible unless the magnetic flux (lines of magnetic force) of the reader / writer antenna passes through the magnetic field antenna. Therefore, it is desirable that the RFID tag attached to the article and the antenna of the reader / writer have a predetermined positional relationship, and it is necessary to attach the RFID tag with high accuracy. Especially when attaching a small magnetic field antenna to an article, the burden of attachment is large.
  • an object of the present invention is to provide an RFID system in which the labor of attaching an RFID tag to an article is reduced.
  • An RFID tag having a first magnetic field antenna; An article containing the RFID tag in a random direction, A transport path for transporting the article, A reader / writer that performs communication by magnetic field coupling with the first magnetic field antenna and has a second magnetic field antenna arranged along the transport path; The second magnetic field antenna radiates a magnetic flux while the transport path transports the RFID tag so that the opening surface of the second magnetic field antenna faces the RFID tag, A distance between the RFID tag and the second magnetic field antenna in a normal direction of the second magnetic field antenna is smaller than an opening diameter of the second magnetic field antenna, RFID system.
  • the RFID system of the present invention it is possible to provide an RFID system in which the labor of attaching an RFID tag to an article is reduced.
  • the top view which shows the RFID system of Embodiment 1.
  • Explanatory drawing showing an example of an article Explanatory drawing showing an example of an article Top view of reader / writer Explanatory diagram for explaining magnetic flux generated from the reader / writer Explanatory diagram showing the positional relationship between the article and the reader / writer Explanatory diagram showing the positional relationship between the article and the reader / writer Explanatory drawing showing the state of the RFID tag in the article Explanatory drawing showing the state of the RFID tag in the article Explanatory drawing showing the state of the RFID tag in the article Explanatory drawing showing the state of the RFID tag in the article RFID tag perspective view Cross section of RFID tag Exploded perspective view of multi-layer substrate in RFID tag Block diagram of the RFID system of the first embodiment Explanatory drawing showing an RFID tag that passes through the magnetic flux of a reader / writer Explanatory drawing showing an RFID tag that passes through the magnetic flux of a reader / writer Explanatory drawing showing an RFID tag that passes through the magnetic flux of a reader / writer Explanatory drawing showing an RFID tag that
  • An RFID system includes an RFID tag having a first magnetic field antenna, an article that stores the RFID tag in a random direction, a conveyance path that conveys the article, and a magnetic field coupling with the first magnetic field antenna. And a reader / writer having a second magnetic field antenna arranged along the transport path, and the transport path is configured such that the opening surface of the second magnetic field antenna faces the RFID tag. While carrying the RFID tag, the second magnetic field antenna radiates a magnetic flux, and the distance between the RFID tag and the second magnetic field antenna in the normal direction of the second magnetic field antenna is the second magnetic field antenna. Smaller than the opening diameter of.
  • the RFID tag may be displaceably accommodated in the article.
  • the RFID tag may be rotatably contained in the article.
  • the transport path may have a guide portion that regulates displacement of the RFID tag in a direction intersecting the transport direction.
  • the displacement range of the RFID tag may be included in the opening surface of the second magnetic field antenna in plan view.
  • the opening surface of the first magnetic field antenna of the RFID tag and the opening surface of the second magnetic field antenna of the reader / writer may be orthogonal to each other.
  • the article may have a curved surface, and the curved surface of the article may bulge toward the transport path.
  • the above-mentioned articles may be transported at a predetermined interval.
  • a plurality of the reader / writers may be arranged along the transport direction.
  • An antenna control unit that controls the plurality of reader / writers may be provided, and the antenna control unit may perform control so that magnetic flux is emitted from the plurality of reader / writers adjacent to each other with a time difference.
  • each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention, and the present invention is not limited to this configuration.
  • numerical values, shapes, configurations, steps, order of steps, and the like specifically shown in the following embodiments are examples and do not limit the present invention.
  • constituent elements in the following embodiments constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept are described as arbitrary constituent elements.
  • the configurations in the modified examples are the same, and the configurations described in the modified examples may be combined.
  • FIG. 1 is a plan view showing the RFID system of the first embodiment.
  • the XYZ coordinate system facilitates the understanding of the invention and does not limit the invention.
  • the X-axis direction represents the longitudinal direction of the belt conveyor 60, that is, the conveying direction of the article 4
  • the Y-axis direction represents the width direction of the belt conveyor 60
  • the Z-axis direction represents the height direction of the belt conveyor 60.
  • the X, Y and Z directions are orthogonal to each other.
  • the RFID system 2 includes an RFID tag 10, a carrier device 6 that conveys an article 4 containing the RFID tag 10, a reader / writer 8 that communicates with the RFID tag 10, and a personal computer that manages data that communicates with the RFID tag 10. 9 is provided.
  • the transport device 6 includes a belt conveyor 60 as a transport path for transporting the article 4, and a drive unit (not shown) that drives the belt conveyor 60 in the transport direction (X direction).
  • the article 4 has, for example, a spherical shape, a cylindrical shape, or an ellipsoidal shape, and is rotatable.
  • an RFID system used in an inspection system using a spherical article 4 will be described as an example.
  • the RFID tag 10 reads and writes the ID number of the sample to be inspected, the inspection history, and the like as RFID tag information.
  • the belt conveyor 60 includes a resin-made belt portion 60a on which the article 4 is placed, and a plate-shaped guide portion 60b for preventing the article 4 on the belt portion 60a from falling outward. .
  • the guide portion 60b regulates the displacement of the article 4 and the RFID tag 10 housed inside the article 4 in the direction intersecting the transport direction.
  • protruding portions 60d protruding upward at a predetermined pitch are formed on the surface 60c of the belt portion 60a.
  • the protrusion 60d can prevent the articles 4 from being arranged side by side in the width direction of the belt portion 60a. Therefore, the RFID tags 10 are not aligned in the width direction of the belt portion 60a.
  • the belt portion 60a moves in the carrying direction together with the article 4, passes over the reader / writer 8, and then folds back to move in a direction opposite to the carrying direction.
  • the belt portion 60a conveys the article 4 while circulating.
  • the drive unit that drives the belt conveyor 60 has a general structure.
  • a drive pulley driven by a motor drives the belt unit 60a in the transport direction.
  • a reader / writer 8 that wirelessly communicates with the RFID tag 10 housed in the article 4 is arranged between the belt portion 60a that advances in the conveying direction of the belt conveyor 60 and the belt portion 60a that returns in the opposite direction to the conveying direction (FIG. 6).
  • a plurality of reader / writers 8 are arranged along the belt conveyor 60, and in the first embodiment, four reader / writers 8 are arranged.
  • the reader / writer 8 is connected to a personal computer 9 that manages tag information.
  • the reader / writer 8 reads tag information from the RFID tag 10 and / or writes tag information from the reader / writer 8 to the RFID tag 10. Is included.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the article 4.
  • the article 4 has, for example, a spherical case 4a having a hollow interior, and a toy 62 housed in the case 4a.
  • the RFID tag 10 is also housed inside the case 4 a of the article 4. What is stored in the case 4a may be something other than the toy 62.
  • the RFID tag 10 may be embedded inside the toy 62.
  • the case 4a has a curved surface 4c, and the curved surface 4c of the article 4 bulges toward the belt portion 60a of the belt conveyor 60.
  • the RFID tag 10 can be displaced inside the case 4a without rotating.
  • the RFID tag 10 can also be displaced as the case 4a rotates.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an article 4A as a modified example of the article 4.
  • the article 4A is, for example, a spherical ball whose inside is filled with the filler 4Aa.
  • the RFID tag 10 is embedded and fixed inside the article 4A.
  • the filler 4Aa may be a curable member such as resin or a fiber member such as cotton.
  • the RFID tag 10 Since the RFID tag 10 is embedded inside the article 4A, displacement within the article 4A is limited. However, the posture of the RFID tag 10 with respect to the article 4A when it is embedded in the article 4A is not fixed. Further, when the article 4A rotates, the RFID tag 10 also rotates.
  • FIG. 4 is a plan view of the reader / writer 8.
  • the reader / writer 8 has a magnetic field antenna 8a as the second magnetic field antenna of the present invention.
  • the magnetic field antenna 8a has a loop-shaped conductor.
  • the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a is arranged parallel to the transport surface.
  • the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a is a surface of an opening 8b region surrounded by a loop-shaped conductor.
  • the opening diameter Lr of the magnetic field antenna 8a is, for example, 50 mm, but may be changed according to the size of the article to be detected.
  • the loop shape means that the start point and the end point of the conductor are close to each other in plan view, and includes not only a circular shape but also a rectangular shape and a coil shape.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the magnetic flux Br generated from the reader / writer 8.
  • a magnetic flux Br passing through the opening 8b of the magnetic field antenna 8a is generated.
  • a region Ar surrounded by a broken line shows a range in which the magnetic flux Br can communicate with the RFID tag 10. That is, the area Ar is a communicable area of the reader / writer 8.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the positional relationship in the height direction between the article 4 and the reader / writer 8.
  • the conveyance of the article 4 is set so that the RFID tag 10 passes directly above the magnetic field antenna 8a.
  • the magnetic field antenna 8a is arranged close to the RFID tag 10 housed in the conveyed article 4.
  • the distance Da between the uppermost end of the article 4 and the magnetic field antenna 8a in the normal direction of the magnetic field antenna 8a is smaller than the diameter of the opening 8b of the magnetic field antenna 8a.
  • the distance Da is, for example, 50 mm or less.
  • the metal plate and the magnetic field antenna 8a are separated by 50 mm or more.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the article 4 and the reader / writer 8 in a plan view.
  • the reader / writer 8 is arranged such that the magnetic field antenna 8a is located between the guide portions 60b of the belt conveyor 60.
  • the distance Db between the two guide portions 60b in the direction orthogonal to the conveyance direction (X direction) of the RFID tag 10 is less than or equal to the diameter of the magnetic field antenna 8a.
  • the article 4 is conveyed such that the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a and the RFID tag 10 overlap each other in a plan view.
  • the displacement of the RFID tag 10 includes rotation, movement on a plane (XY plane) parallel to the belt conveyor 60, and movement in the height direction.
  • the article 4 is transported within a predetermined interval Pi.
  • the RFID tags 10 housed in the article 4 sequentially pass through the communicable area Ar of the reader / writer 8, so that communication failure of tag information can be reduced.
  • FIGS. 8 to 10. 8 to 10 are explanatory views showing the posture state of the RFID tag 10 in the article 4, respectively. 8 to 10, the RFID tag 10 is shown in a large size for easy understanding, and therefore the size of the article 4, the RFID tag 10, and the reader / writer 8 shown in the respective figures are shown. The ratio is not the actual ratio.
  • the RFID tag 10 is accommodated on the curved surface 4c of the article 4 in a state where it is not fixed to the article 4. Thereby, when the article 4 is placed on the belt conveyor 60, the RFID tag 10 is in various position states and tilted postures in the article 4.
  • the RFID tag 10 passes over the reader / writer 8 in a state where the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 and the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 are orthogonal to each other. .
  • the RFID tag 10 passes over the reader / writer 8 in a state where the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 and the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 intersect each other. .
  • the RFID tag 10 passes over the reader / writer 8 in a state where the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 and the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 are parallel to each other. .
  • the RFID tag 10 is stored in the article 4 in a non-fixed state. Further, in the article 4 and the article 4A, when the RFID tag 10 is stored, the RFID tag 10 is stored in the article 4 in a random orientation. It can be said that random means that the relationship between the normal direction of the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 and the normal direction of the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 has not been determined. In other words, it can be said that random means that the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 and the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 are at arbitrary angles. Further, even during the transportation, the RFID tag 10 rotates in the article 4 or moves in a direction intersecting the transportation direction due to the vibration of the belt conveyor 60.
  • FIG. 11 is a perspective view of the RFID tag 10.
  • FIG. 12 is a sectional view of the RFID tag 10.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of the multilayer substrate in the RFID tag 10.
  • the abc coordinate system facilitates understanding of the invention and does not limit the invention.
  • the c-axis direction indicates the thickness direction of the RFID tag.
  • the a, b, and c directions are orthogonal to each other.
  • the RFID tag 10 is a rectangular parallelepiped ultra-small RFID tag having a size of 2 mm or less (for example, 1.2 mm) in the X-axis direction and the Y-axis direction. It is configured as an RFIC package with an antenna having an integrated circuit) chip 12 and a multilayer substrate 14.
  • the RFIC chip 12 is a component in which elements and circuits are provided on a semiconductor substrate, and is configured to be capable of wireless communication with an external reader / writer 8. In the case of the first embodiment, the RFIC chip 12 is configured to communicate at a UHF band communication frequency (for example, about 920 MHz).
  • the multilayer substrate 14 includes the main surface 14a on which the RFIC chip 12 is mounted.
  • a first land 16 for electrically connecting to the first input / output terminal 12a of the RFIC chip 12 and a second land 16 for electrically connecting to the second input / output terminal 12b.
  • the land 18 are provided.
  • the first and second lands 16 and 18 are conductor patterns formed on the main surface 14a and made of a conductor material such as copper.
  • the electrical connection between the first input / output terminal 12a and the first land 16 and the electrical connection between the second input / output terminal 12b and the second land 18 are performed via, for example, the solder member 20. Is being done.
  • a protective layer 22 made of a resin material is provided on the main surface 14a of the multilayer substrate 14. Has been formed.
  • the multilayer substrate 14 is provided with an antenna coil 30 (helical coil antenna) as the magnetic field antenna 10a.
  • the antenna coil 30 is provided in the multilayer substrate 14 so that the winding axis C intersects with the main surface 14a of the multilayer substrate 14 (orthogonal in the case of the present embodiment).
  • the winding axis C of the antenna coil 30 intersects with the RFIC chip 12. Details of the antenna coil 30 will be described with reference to FIG. 13, which is an exploded perspective view of the multilayer substrate 14.
  • the multilayer substrate 14 is formed by stacking a plurality of base material layers 32A to 32G made of a dielectric material or a non-magnetic material, for example, a resin material or a ceramic material. It is a laminated body.
  • the antenna coil 30 includes loop patterns 34A to 34E formed on these base material layers.
  • the loop patterns 34A to 34E have loop openings 34Ac to 34Ec, respectively.
  • the loop openings 34Ac to 34Ec form the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a.
  • the antenna coil 30 also includes interlayer connecting conductors 36 to 56 that penetrate these base material layers.
  • the plurality of loop patterns of the antenna coil 30 include the base material layers arranged at both ends of the plurality of base material layers 32A to 32G in the stacking direction (c-axis direction) of the multilayer substrate 14. It is formed on the five base material layers 32B to 32F except 32A and 32G.
  • the base material layer 32A on which the loop pattern is not formed has a surface that functions as the main surface 14a of the multilayer substrate 14, and the first and second lands 16 and 18 are formed on the surface.
  • the base material layer 32A has a larger thickness (for example, a thickness of 100 ⁇ m) than the remaining base material layers 32B to 32G.
  • the loop pattern 34A of the antenna coil 30 is arranged closest to the main surface 14a of the multilayer substrate 14 (that is, the RFIC chip 12) compared to other loop patterns. Further, the loop pattern 34A is formed in a substantially annular shape on the surface of the base layer 32B on the main surface 14a side of the multilayer substrate 14 so as to surround the winding axis C, and is made of a conductive material such as copper. Is.
  • One terminal 34Aa of the loop pattern 34A is electrically connected to the first land 16 on the base material layer 32A via an interlayer connecting conductor 36 such as a via-hole conductor that penetrates the base material layer 32A.
  • the loop pattern 34B is a conductor pattern formed on the surface of the base layer 32C on the main surface 14a side of the multilayer substrate 14 so as to surround the winding axis C, and is made of a conductor material such as copper. .
  • One terminal 34Ba of the loop pattern 34B is electrically connected to the other terminal 34Ab of the loop pattern 34A on the base material layer 32B via an interlayer connecting conductor 38 penetrating the base material layer 32B.
  • the loop pattern 34C is a conductor pattern formed in a substantially annular shape on the surface of the base layer 32D on the main surface 14a side of the multilayer substrate 14 so as to surround the winding axis C, and is made of a conductor material such as copper. .
  • One terminal 34Ca of the loop pattern 34C is electrically connected to the other terminal 34Bb of the loop pattern 34B on the base material layer 32C through the interlayer connection conductor 40 penetrating the base material layer 32C.
  • the loop pattern 34D is a conductor pattern formed in a substantially annular shape on the surface of the base layer 32E on the main surface 14a side of the multilayer substrate 14 so as to surround the winding axis C, and is made of a conductor material such as copper. .
  • One terminal 34Da of the loop pattern 34D is electrically connected to the other terminal 34Cb of the loop pattern 34C on the base material layer 32D via the interlayer connection conductor 42 penetrating the base material layer 32D.
  • the loop pattern 34E is arranged farthest from the main surface 14a of the multilayer substrate 14 (that is, the RFIC chip 12) as compared with other loop patterns. Further, the loop pattern 34E is formed in a substantially annular shape on the surface of the base material layer 32F on the main surface 14a side of the multilayer substrate 14 so as to surround the winding axis C, and is made of a conductive material such as copper. Is.
  • One terminal 34Ea of the loop pattern 34E is electrically connected to the other terminal 34Db of the loop pattern 34D on the base material layer 32E via the interlayer connection conductor 44 penetrating the base material layer 32E.
  • the other terminal 34Eb is electrically connected to the second land 18 on the base material layer 32A.
  • the electrical connection between the terminal 34Eb and the second land 18 is performed through the lands 46A to 46D formed on the base material layers 32B to 32E and the interlayer connection conductors 48 to 56 penetrating the base material layers 32A to 32E. Is being done.
  • each of the loop patterns 34A to 34E of the antenna coil 30 is a rectangular pattern having substantially the same pattern width PW.
  • the antenna coil 30 is formed in a helical shape, is provided in the multilayer substrate 14, and is electrically connected to the RFIC chip 12 via the first and second lands 16 and 18. There is.
  • FIG. 14 is a block diagram of the RFID system 2 according to the first embodiment.
  • the tag information read from the RFID tag 10 by the reader / writer 8 is sent to the data control unit 70 and the tag information of each RFID tag 10 is recognized.
  • the respective read tag information is stored in the storage unit 72.
  • the personal computer 9 includes a data control unit 70 and a storage unit 72.
  • the data control unit 70 is configured by, for example, any one of a CPU, a microprocessor, an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the storage unit 72 is configured by, for example, a hard disk, a memory, an SSD (Solid State Drive), or a combination thereof.
  • the writing tag information stored in the storage unit 72 is sent to the reader / writer 8 by the data control unit 70.
  • Each reader / writer 8 writes new tag information in the RFID tag 10 stored in the conveyed article 4.
  • FIGS. 15 to 20 are explanatory diagrams showing the posture state of each RFID tag 10 passing through the magnetic flux Br of the reader / writer 8. 15 to 20, since the RFID tag 10 is shown in a large size for easy understanding, the size ratios shown in the respective figures of the RFID tag 10 and the magnetic field antenna 8a are actual. Not a ratio.
  • FIG. 15 and 16 show a case where the article 4 is conveyed with the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 and the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 being parallel to each other.
  • the position state of the RFID tag 10 shown in FIG. 15 is inferior to the position state of the RFID tag 10 shown in FIG. 16, but becomes the state of FIGS. 15 to 16 as it is transported. Therefore, even when the article 4 is conveyed in a state where the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 and the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 are parallel to each other, the reader / writer 8 and the RFID tag 10 Can communicate well with.
  • FIG. 17 and 18 show a case where the article 4 is conveyed in a state where the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 and the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 are orthogonal to each other.
  • the position state of the RFID tag 10 shown in FIG. 18 is a state in which there is almost no magnetic flux passing through the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a, so that communication between the reader / writer 8 and the RFID tag 10 is not possible.
  • FIG. 17 which is the state before the position state shown in FIG. 18, there is a magnetic flux passing through the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10. Further, even after the state shown in FIG.
  • the state becomes the left-right symmetric state of FIG. Therefore, even when the article 4 is conveyed with the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 and the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 being perpendicular to each other, the reader / writer 8 and the RFID tag 10 Can communicate well with.
  • FIGS. 19 and 20 show a case where the article 4 is conveyed in a state where the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 and the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 intersect each other.
  • the position state of the RFID tag 10 shown in FIG. 19 is inferior to the position state of the RFID tag 10 shown in FIG. 20, but becomes the state of FIGS. 19 to 20 as it is transported. Therefore, even when the article 4 is conveyed in a state where the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 and the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 intersect, the reader / writer 8 and the RFID tag 10 Can communicate well with.
  • the RFID system 2 includes the RFID tag 10 having the magnetic field antenna 10a as the first magnetic field antenna, and the article 4 that houses the RFID tag 10 in random directions.
  • the RFID system 2 further communicates with a belt conveyor 60 as a conveyance path for conveying the article 4 by magnetic field coupling with the magnetic field antenna 10a, and a reader having a loop magnetic field antenna 8a arranged along the belt conveyor 60.
  • a writer 8 Further, the magnetic field antenna 8a radiates a magnetic flux while the belt conveyor 60 conveys the RFID tag 10 so that the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a and the RFID tag 10 face each other.
  • the distance between the RFID tag 10 and the magnetic field antenna 8a in the normal direction of the magnetic field antenna 8a is smaller than the opening diameter Lr which is the inner diameter of the magnetic field antenna 8a.
  • the magnetic field antenna 8a emits magnetic flux while the belt conveyor 60 conveys the RFID tag 10 so that the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 and the RFID tag 10 face each other. In other words, communication is performed while changing the relative positional relationship between the magnetic field antenna 8a and the RFID tag 10. Even if the RFID tag 10 is in a positional relationship where it is difficult to communicate with the reader / writer 8 temporarily, the RFID tag 10 changes to a communicable positional relationship as it is conveyed.
  • the RFID tag 10 communicates while changing the positional relationship with the magnetic field antenna 8a, so that the reader / writer 8 and the RFID tag 10 perform wireless communication at a communicable position. can do. Further, when the article 4 is being conveyed, the magnetic flux of the magnetic field antenna 8a is incident on the RFID tag 10 at various angles, which facilitates communication. In this way, since the RFID tag 10 may be housed in the article 4 in random directions, the labor of attaching the RFID tag 10 to the article 4 can be reduced.
  • the RFID tag 10 is housed in the article 4 so that it can be displaced. Therefore, since it is not necessary to fix the RFID tag 10 to the article 4, the complexity of fixing the RFID tag 10 to the article 4 can be omitted when the RFID tag 10 having a particularly small size is used. Further, the RFID tag 10 may be rotatably accommodated in the article 4.
  • the belt conveyor 60 has a guide portion 60b that regulates the displacement of the RFID tag 10 in the direction intersecting with the conveyance direction. Therefore, even if the RFID tag 10 is housed in the article 4 that can be displaced in the direction intersecting the transport direction, the RFID tag 10 can be displaced within the range of the magnetic field antenna 8a.
  • the displacement range of the RFID tag 10 is included in the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a in plan view. Thereby, the density of the magnetic flux Br generated from the magnetic field antenna 8a passing through the RFID tag 10 can be improved.
  • the opening surface 10b of the magnetic field antenna 10a of the RFID tag 10 and the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 are orthogonal to each other. Conventionally, in such a positional relationship, the RFID tag 10 and the reader / writer 8 could not communicate with each other, but the RFID tag 10 can communicate with each other by passing through the area Ar of the reader / writer 8 while being conveyed. is there.
  • the article 4 has a curved surface 4c, and the curved surface 4c of the article 4 bulges toward the belt conveyor 60. Even with the article 4 having such a curved surface 4c, it is not necessary to fix the RFID tag 10, so that the small RFID tag 10 can be housed in the article 4. Further, it is possible to communicate favorably with the RFID tag 10 that is not fixed.
  • the article 4 is transported at a predetermined interval.
  • the RFID tags 10 housed in the article 4 sequentially pass through the communication area of the reader / writer 8, so that communication failure of tag information can be reduced.
  • multiple reader / writers 8 are arranged along the transport direction. Since the plurality of reader / writers 8 are arranged along the carrying direction, it is possible to communicate with the RFID tag 10 contained in the carried article 4 a plurality of times. The plurality of reader / writers 8 communicate with all the RFID tags 10 passing through the respective communicable areas Ar. Therefore, since there are as many communication times as the number of the reader / writers 8 arranged with respect to the RFID tags 10 conveyed in order, it is possible to reduce communication failures.
  • FIG. 21 is a diagram showing the configuration of the RFID system according to the second embodiment.
  • the RFID system according to the second embodiment has a configuration in which the antenna control unit 80 is added to the RFID system 2 according to the first embodiment. Note that the RFID system 2 according to the second embodiment has the same configuration as the RFID system 2 according to the first embodiment except for the configuration described below.
  • the antenna control unit 80 controls communication of the plurality of reader / writers 8. When a plurality of reader / writers 8 simultaneously communicate with a plurality of RFID tags 10, they may interfere with each other. Therefore, the antenna control unit 80 sequentially supplies a current to each reader / writer 8 to perform sequence control so that each reader / writer 8 sequentially communicates. In the sequence control, only one of the plurality of reader / writers 8 may be controlled to sequentially emit magnetic flux, or the reader / writers 8 adjacent to each other may be controlled not to simultaneously emit magnetic flux.
  • the antenna control unit 80 is configured by, for example, any one of a CPU, a microprocessor, an FPGA (Field Programmable Gate Array) connected to a plurality of antenna ports, or a combination thereof.
  • the RFID system 2 includes the antenna control unit 80 that controls the plurality of reader / writers 8, and the antenna control unit 80 has a time difference from the plurality of reader / writers adjacent to each other. And control to radiate magnetic flux.
  • the antenna control unit 80 controls the plurality of reader / writers 8 and the antenna control unit 80 has a time difference from the plurality of reader / writers adjacent to each other. And control to radiate magnetic flux.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified and implemented as follows.
  • the article 4, 4A and the RFID tag 10 are displaceable, but the invention is not limited to this. If the belt conveyor 60 conveys the RFID tag 10 such that the opening surface 8ba of the magnetic field antenna 8a of the reader / writer 8 faces the RFID tag 10, only the RFID tag 10 may be displaceable.
  • the reader / writer 8 is arranged below the belt conveyor 60, but the invention is not limited to this. It may be arranged above the belt conveyor 60.
  • the plurality of reader / writers 8 are arranged parallel to the transport surface of the belt conveyor 60, but the invention is not limited to this.
  • the reader / writers 8 may be arranged so as to have different angles with respect to the transport surface of the belt conveyor 60. Thereby, since the plurality of reader / writers 8 face the RFID tag 10 of the conveyed article 4 at different angles, it is possible to further improve the communication accuracy of the tag information.
  • the articles 4 and 4A may be resin-molded articles.
  • the RFID tag 10 can be inserted into the molded product in a random posture when the resin is not yet cured. As a result, the RFID tag 10 can be easily attached to the resin molded product.
  • the resin molded product is not limited to the rotating body and may be a rectangular parallelepiped.
  • the present invention can be applied to an RFID system that uses an RFID tag and a reader / writer.
  • RFID system 4 article 4a case 4c curved surface 4A article 4Aa filler 6 carrier device 8 reader / writer 8a magnetic field antenna 8b opening 8ba opening surface 10 RFID tag 10a magnetic field antenna 10b opening surface 12 RFIC chip 12a first input / output terminal 12b input / output Terminal 14 Multilayer substrate 14a Main surface 16 First land 18 Second land 20 Solder member 30 Antenna coil 32A to 32G Base material layer 34A to 34E Loop pattern 34Ac to 34Ec Loop opening 36 to 56 Interlayer connection conductor 46A to 46D Land 60 Belt conveyor 60a Belt part 60b Guide part 60c Surface 60d Projection part 62 Toy 70 Data control part 72 Storage part 80 Antenna control part Ar area

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Abstract

第１磁界アンテナ（３０）を有するRFID タグ（１０）と、RFID タグ（１０）をランダムな方向で収容する物品（４）と、物品（４）を搬送する搬送路（６０）と、第１磁界アンテナ（３０）と磁界結合による通信を行い、搬送路（６０）に沿って配置された第２磁界アンテナ（８ａ）を有するリーダライタ（８）と、を備え、第２磁界アンテナ（８ａ）の開口面（８ｂａ）とRFID タグ（１０）とが対向するように搬送路（６０）がRFID タグ（１０）を搬送している間に、第２磁界アンテナ（８ａ）は磁束を放射し、第２磁界アンテナ（８ａ）の法線方向におけるRFID タグ（１０）と第２磁界アンテナ（８ａ）との距離は、第２磁界アンテナ（８ａ）の開口直径（Ｌｒ）よりも小さい、RFID システム（２）である。

Description

ＲＦＩＤシステム
　本発明は、RFID（Radio frequency Identification）タグを用いて、近距離無線通信により非接触で物品の情報管理等を行うRFIDシステムに関する。
　従来、物品の情報管理を行うシステムにおいて、物品に取り付けられたRFIDタグと、情報管理処理部と接続されたリーダライタとの間で、非接触方式で電磁界を利用してタグ情報を通信することで、物品に関する情報が管理される。
　RFIDタグに形成されるアンテナには、電界アンテナと磁界アンテナの２種類ある。電界アンテナを用いると磁界アンテナよりも通信距離を長くすることができる。しかしながら、例えば、ダイポール型アンテナなどの電界アンテナの場合、通常、通信周波数の１／２波長の長さのアンテナパターンを平面的に形成している。
　これに対して、磁界アンテナは、コイル状のアンテナを形成するだけでよいので、電界アンテナよりも小型化することが容易である。この磁界アンテナの一例が、特許文献１に記載されている。
国際公開第１１／１１８３７９号
　磁界アンテナの場合、電界アンテナと異なり、リーダライタのアンテナの磁束（磁力線）が磁界アンテナ内を通らないと通信することができない。したがって、物品に取り付けられたRFIDタグとリーダライタのアンテナとが予め定められた位置関係であることが望ましく、RFIDタグを精度良く取り付ける必要がある。特に小型の磁界アンテナを物品に取り付ける場合、取り付けの負担が大きい。
　したがって、本発明の目的は、RFIDタグを物品に取り付ける労力を軽減した、RFIDシステムを提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、
　第１磁界アンテナを有するRFIDタグと、
　前記RFIDタグをランダムな方向で収容する物品と、
　前記物品を搬送する搬送路と、
　前記第１磁界アンテナと磁界結合による通信を行い、前記搬送路に沿って配置された第２磁界アンテナを有するリーダライタと、を備え、
　前記第２磁界アンテナの開口面と前記RFIDタグとが対向するように前記搬送路が前記RFIDタグを搬送している間に、前記第２磁界アンテナは磁束を放射し、
　前記第２磁界アンテナの法線方向における前記RFIDタグと前記第２磁界アンテナとの距離は、前記第２磁界アンテナの開口直径よりも小さい、
　RFIDシステムである。
　本発明に係るRFIDシステムによれば、RFIDタグを物品に取り付ける労力を軽減した、RFIDシステムを提供することができる。
実施の形態１のRFIDシステムを示す平面図 物品の一例を示す説明図 物品の一例を示す説明図 リーダライタの平面図 リーダライタから発生する磁束を説明する説明図 物品とリーダライタとの位置関係を示す説明図 物品とリーダライタとの位置関係を示す説明図 物品内のRFIDタグの状態を示す説明図 物品内のRFIDタグの状態を示す説明図 物品内のRFIDタグの状態を示す説明図 RFIDタグの斜視図 RFIDタグの断面図 RFIDタグにおける多層基板の分解斜視図 実施の形態１のRFIDシステムのブロック図 リーダライタの磁束を通過するRFIDタグを示す説明図 リーダライタの磁束を通過するRFIDタグを示す説明図 リーダライタの磁束を通過するRFIDタグを示す説明図 リーダライタの磁束を通過するRFIDタグを示す説明図 リーダライタの磁束を通過するRFIDタグを示す説明図 リーダライタの磁束を通過するRFIDタグを示す説明図 実施の形態２のRFIDシステムのブロック図
　本発明の一態様のRFIDシステムは、第１磁界アンテナを有するRFIDタグと、前記RFIDタグをランダムな方向で収容する物品と、前記物品を搬送する搬送路と、前記第１磁界アンテナと磁界結合による通信を行い、前記搬送路に沿って配置された第２磁界アンテナを有するリーダライタと、を備え、前記第２磁界アンテナの開口面と前記RFIDタグとが対向するように前記搬送路が前記RFIDタグを搬送している間に、前記第２磁界アンテナは磁束を放射し、前記第２磁界アンテナの法線方向における前記RFIDタグと前記第２磁界アンテナとの距離は、前記第２磁界アンテナの開口直径よりも小さい。
　この態様によれば、RFIDタグを物品に取り付ける労力を軽減した、RFIDシステムを提供することができる。
　前記RFIDタグは、変位可能に前記物品に収容されていてもよい。
　前記RFIDタグは、回転可能に前記物品に収容されていてもよい。
　前記搬送路は、前記RFIDタグの搬送方向と交差する方向の変位を規制するガイド部を有してもよい。
　前記RFIDタグの変位範囲は、平面視で前記第２磁界アンテナの開口面内に含まれてもよい。
　前記RFIDタグの前記第１磁界アンテナの開口面と、前記リーダライタの前記第２磁界アンテナの開口面とが直交してもよい。
　前記物品は、曲面を有し、前記物品の曲面は、前記搬送路に向けて膨出していてもよい。
　前記物品は予め定められた間隔を空けて搬送されてもよい。
　複数の前記リーダライタが搬送方向に沿って配置されてもよい。
　前記複数のリーダライタを制御するアンテナ制御部を備え、前記アンテナ制御部は、互いに隣り合う前記複数のリーダライタから時間差を有して磁束を放射するように制御してもよい。
　以下、本発明に係るRFIDシステムについて、図面を参照しながら説明する。なお、図面において、実質的に同じ機能、構成を有する部材については同一の符号を付して、明細書においてはその説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものであり、本発明がこの構成に限定されるものではない。また、以下の実施の形態において具体的に示される数値、形状、構成、ステップ、ステップの順序などは、一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、全ての実施の形態において、各変形例における構成も同様であり、各変形例に記載した構成をそれぞれ組み合わせてもよい。
（実施の形態１）
　以下に、本発明の実施の形態１にかかるRFID（Radio-Frequency IDentification）システムについて説明する。図１は、実施の形態１のRFIDシステムを示す平面図である。図中において、Ｘ－Ｙ－Ｚ座標系は、発明の理解を容易にするものであって、発明を限定するものではない。Ｘ軸方向はベルトコンベア６０の長手方向、すなわち、物品４の搬送方向を示し、Ｙ軸方向はベルトコンベア６０の幅方向を示し、Ｚ軸方向はベルトコンベア６０の高さ方向を示している。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は互いに直交する。
　〈RFIDシステム〉
　RFIDシステム２は、RFIDタグ１０と、RFIDタグ１０が収容された物品４を搬送する搬送装置６と、RFIDタグ１０と通信を行うリーダライタ８と、RFIDタグ１０と通信するデータを管理するパソコン９を備える。
　搬送装置６は、物品４を搬送する搬送路としてのベルトコンベア６０と、ベルトコンベア６０を搬送方向（Ｘ方向）へ駆動する駆動部（図示省略）と、を備える。
　物品４は、例えば、球状、円筒状、または楕円体状を有しており、回転可能である。実施の形態１では、一例として、球状の物品４を用いた検査システムで用いられるRFIDシステムを説明する。RFIDタグ１０には、検査対象となる試料のIDナンバーや、検査履歴等がRFIDのタグ情報として読み書きされる。
　ベルトコンベア６０は、物品４が載置される樹脂製のベルト部６０ａと、ベルト部６０ａ上の物品４が両外側方へ落下するのを防止するための板状のガイド部６０ｂと、を備える。ガイド部６０ｂは、物品４および物品４の内部に収容されているRFIDタグ１０の、搬送方向と交差する方向の変位を規制する。また、ベルト部６０ａの表面６０ｃには、予め定められたピッチで上方に突出した突出部６０ｄが形成されている。突出部６０ｄにより、物品４がベルト部６０ａの幅方向に並ぶのを防止することができる。したがって、RFIDタグ１０がベルト部６０ａの幅方向に並ぶことがない。ベルト部６０ａは、物品４と共に搬送方向に移動し、リーダライタ８上を通過した後で、折り返して搬送方向と逆方向に移動する。このように、ベルト部６０ａは循環しながら物品４を搬送する。
　ベルトコンベア６０を駆動する駆動部は一般的な構造であるので詳細な説明を省略する。駆動部は、例えば、モータによって駆動される駆動プーリがベルト部６０ａを搬送方向に駆動する。
　ベルトコンベア６０の搬送方向に進むベルト部６０ａと搬送方向と逆方向に戻るベルト部６０ａとの間に、物品４に収容されたRFIDタグ１０と無線通信するリーダライタ８が配置されている（図６参照）。例えば、複数のリーダライタ８が、ベルトコンベア６０に沿って配置され、実施の形態１においては、４個のリーダライタ８が配置されている。リーダライタ８はタグ情報を管理するパソコン９と接続されている。なお、RFIDタグ１０とリーダライタ８との無線通信には、リーダライタ８がRFIDタグ１０からタグ情報を読み取ることと、リーダライタ８からRFIDタグ１０へタグ情報を書き込むことの両方またはいずれか一方が含まれる。
　〈物品〉
　図２を参照する。図２は、物品４の一例を示す説明図である。物品４は、例えば、球状で内部が空洞のケース４ａと、ケース４ａの内部に収容されたおもちゃ６２とを有する。RFIDタグ１０も、物品４のケース４ａの内部に収容されている。ケース４ａの内部に収容されるものは、おもちゃ６２以外のものでもよい。また、RFIDタグ１０は、おもちゃ６２の内部に埋め込まれていてもよい。ケース４ａは曲面４ｃを有し、物品４の曲面４ｃは、ベルトコンベア６０のベルト部６０ａに向けて膨出している。
　RFIDタグ１０は、ケース４ａが回転しなくてもその内部で変位可能である。また、RFIDタグ１０は、ケース４ａの回転と共に変位することも可能である。
　図３を参照する。図３は、物品４の変形例としての物品４Ａの一例を示す説明図である。物品４Ａは、例えば、内部が充填剤４Ａａで充填された球状のボールである。RFIDタグ１０は、物品４Ａの内部に埋め込まれて固定されている。充填剤４Ａａは、樹脂等の硬化性部材でもよいし、コットン等の繊維部材でもよい。
　RFIDタグ１０は、物品４Ａの内部に埋め込まれているので、物品４Ａ内での変位は制限されている。しかしながら、物品４Ａに埋め込まれる際の、RFIDタグ１０の物品４Ａに対する姿勢は定まっていない。また、物品４Ａが回転すると、RFIDタグ１０も回転する。
　図４を参照する。図４は、リーダライタ８の平面図である。リーダライタ８は、本発明の第２磁界アンテナとしての磁界アンテナ８ａを有する。磁界アンテナ８ａは、ループ状の導電体を有する。磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａが搬送面と平行に配置されている。磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとは、ループ状の導電体に囲まれた開口８ｂ領域の面である。図４において、磁界アンテナ８ａに時計回りに電流が流れると、磁界アンテナ８ａの開口８ｂを鉛直下方に通る磁束Ｂｒが発生する。磁界アンテナ８ａの開口直径Ｌｒは、例えば、５０ｍｍであるが、検出対象の物品の大きさに応じて変えてもよい。なお、ループ状とは、導電体の始点と終点とが平面視で近接していることを意味しており、円状だけでなく矩形状やコイル状も含まれる。
　図５を参照する。図５は、リーダライタ８から発生する磁束Ｂｒを説明する説明図である。リーダライタ８の磁界アンテナ８ａに電流が流れると、磁界アンテナ８ａの開口８ｂを通る磁束Ｂｒが発生する。破線で囲まれた領域Ａｒは、磁束ＢｒによりRFIDタグ１０と通信可能な範囲を示す。すなわち、領域Ａｒはリーダライタ８の通信可能領域である。
　図６を参照する。図６は、物品４とリーダライタ８との高さ方向の位置関係を示す説明図である。磁界アンテナ８ａの直上をRFIDタグ１０が通るように、物品４の搬送が設定されている。磁界アンテナ８ａは、搬送される物品４に収納されるRFIDタグ１０に対して近接して配置されている。磁界アンテナ８ａの法線方向における物品４の最上端と磁界アンテナ８ａとの距離Ｄａは、磁界アンテナ８ａの開口８ｂの直径よりも小さい。具体的には、実施の形態１では、距離Ｄａは、例えば、５０ｍｍ以下である。なお、磁界アンテナ８ａの下方に金属板を配置する場合、この金属板と磁界アンテナ８ａとは５０ｍｍ以上離れている方がよい。
　図７を参照する。図７は、物品４とリーダライタ８との平面視の位置関係を示す説明図である。リーダライタ８は、ベルトコンベア６０のガイド部６０ｂの間に磁界アンテナ８ａが位置するように配置されている。また、RFIDタグ１０の搬送方向（Ｘ方向）と直交する方向の２つのガイド部６０ｂの間の距離Ｄｂは、磁界アンテナ８ａの直径以下である。これにより、物品４に収納されるRFIDタグ１０がガイド部６０ｂ間を変位したとしても、RFIDタグ１０を磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａの垂直方向の空間を通るように搬送することができる。言い換えると、図１に示すように、磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０とが平面視で重なるように、物品４が搬送される。なお、RFIDタグ１０の変位とは、回転、ベルトコンベア６０と平行な面（ＸＹ平面）における移動及び高さ方向の移動を含める。
　また、物品４は予め定められた間隔Ｐｉ内を搬送される。これにより、物品４に収納されたRFIDタグ１０が順番にリーダライタ８の通信可能な領域Ａｒを通過するので、タグ情報の通信不良を低減することができる。
　図８から図１０を参照する。図８から図１０は、それぞれ物品４内のRFIDタグ１０の姿勢状態を示す説明図である。なお、図８から図１０において、理解しやすいようにRFIDタグ１０を大きく表示しているので、物品４と、RFIDタグ１０と、リーダライタ８とのそれぞれの図に示されている大きさの比率は実際の比率ではない。RFIDタグ１０は、物品４に固定されていない状態で、物品４の曲面４ｃ上に収容されている。これにより、物品４がベルトコンベア６０に載置された際に、RFIDタグ１０は、物品４内で様々な位置状態および傾斜姿勢にある。
　例えば、図８では、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとリーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとが互いに直交した状態で、RFIDタグ１０がリーダライタ８上を通過している。
　また、図９では、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとリーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとが互いに交差した状態で、RFIDタグ１０がリーダライタ８上を通過している。
　また、図１０では、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとリーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとが互いに平行な状態で、RFIDタグ１０がリーダライタ８上を通過している。
　このように、物品４において、RFIDタグ１０は、固定されていない状態で物品４に収納されている。また、物品４および物品４Ａにおいて、RFIDタグ１０の収納時に、RFIDタグ１０はランダムな向きで物品４に収納される。ランダムとは、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂの法線方向と、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａの法線方向との関係が決まっていないと言える。別の言い方をすると、ランダムとは、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂと、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとが任意の角度であるとも言える。また、搬送中においても、ベルトコンベア６０の振動により、物品４内にてRFIDタグ１０が回転または搬送方向と交差する方向に移動する。
　〈RFIDタグ〉
　次に、図１１から図１３を参照してRFIDタグ１０の構成について説明する。図１１は、RFIDタグ１０の斜視図である。図１２は、RFIDタグ１０の断面図である。図１３は、RFIDタグ１０における多層基板の分解斜視図である。図中において、ａ－ｂ－ｃ座標系は、発明の理解を容易にするものであって、発明を限定するものではない。ｃ軸方向はRFIDタグの厚さ方向を示している。ａ、ｂ、ｃ方向は互いに直交する。
　図１１および図１２に示すように、RFIDタグ１０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のサイズが２ｍｍ以下（例えば１．２ｍｍ）の直方体形状の超小型RFIDタグであって、RFIC（Radio-Frequency Integrated Circuit）チップ１２と多層基板１４とを有したアンテナ付きRFICパッケージとして構成されている。
　RFICチップ１２は、半導体基板上に素子や回路などが設けられた部品であって、外部のリーダライタ８と無線通信可能に構成されている。実施の形態１の場合、RFICチップ１２は、UHF帯の通信周波数（例えば約９２０ＭＨｚ）で通信するように構成されている。
　実施の形態１の場合、多層基板１４は、RFICチップ１２が搭載される主面１４ａを備える。その主面１４ａには、RFICチップ１２の第１の入出力端子１２ａと電気的に接続するための第１のランド１６と、第２の入出力端子１２ｂと電気的に接続するための第２のランド１８とが設けられている。第１および第２のランド１６、１８は、主面１４ａに形成され、銅などの導体材料から作製された導体パターンである。第１の入出力端子１２ａと第１のランド１６との間の電気的接続と、第２の入出力端子１２ｂと第２のランド１８との間の電気的接続は、例えばはんだ部材２０を介して行われている。
　また、実施の形態１の場合、多層基板１４の主面１４ａに搭載されたRFICチップ１２を覆って保護するために、多層基板１４の主面１４ａには樹脂材料から作製された保護層２２が形成されている。
　図１２に示すように、多層基板１４には、磁界アンテナ１０ａとしてのアンテナコイル３０（ヘリカルコイル状のアンテナ）が設けられている。具体的には、その巻回軸Ｃが多層基板１４の主面１４ａに対して交差（本実施の形態の場合は直交）するように、アンテナコイル３０が多層基板１４内に設けられている。また、アンテナコイル３０の巻回軸Ｃは、RFICチップ１２に交差している。このようなアンテナコイル３０の詳細について、多層基板１４の分解斜視図である図１３を参照しながら説明する。
　図１３に示すように、多層基板１４は、誘電体材料または非磁性体材料から作製された、例えば樹脂材料またはセラミック材料から作製された複数の基材層３２Ａ～３２Ｇを積層することによって構成された積層体である。アンテナコイル３０は、これらの基材層に形成されたループパターン３４Ａ～３４Ｅを含んでいる。ループパターン３４Ａ～３４Ｅは、それぞれ、ループ開口３４Ａｃ～３４Ｅｃを有する。ループ開口３４Ａｃ～３４Ｅｃは、磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂを構成する。また、アンテナコイル３０は、これらの基材層を貫通する層間接続導体３６～５６を含んでいる。
　実施の形態１の場合、アンテナコイル３０の複数のループパターンは、複数の基材層３２Ａ～３２Ｇの中における、多層基板１４の積層方向（ｃ軸方向）の両端それぞれに配置された基材層３２Ａ、３２Ｇを除く、５つの基材層３２Ｂ～３２Ｆ上に形成されている。
　なお、ループパターンが形成されていない基材層３２Ａは、多層基板１４の主面１４ａとして機能する表面を備え、その表面に第１および第２のランド１６、１８が形成されている。実施の形態１の場合、基材層３２Ａは、残りの基材層３２Ｂ～３２Ｇの厚さに比べて大きい厚さ（例えば１００μｍの厚さ）を備える。
　具体的には、アンテナコイル３０のループパターン３４Ａは、多層基板１４の主面１４ａ（すなわちRFICチップ１２）に対して、他のループパターンに比べて最も近くに配置されている。また、ループパターン３４Ａは、基材層３２Ｂにおける多層基板１４の主面１４ａ側の表面に巻回軸Ｃを囲むように略環状に形成され、例えば銅などの導体材料から作製されている導体パターンである。
　ループパターン３４Ａの一方の端子３４Ａａは、基材層３２Ａを貫通するビアホール導体などの層間接続導体３６を介して、基材層３２Ａ上の第１のランド１６に電気的に接続されている。
　ループパターン３４Ｂは、基材層３２Ｃにおける多層基板１４の主面１４ａ側の表面に巻回軸Ｃを囲むように略環状に形成され、例えば銅などの導体材料から作製されている導体パターンである。
　ループパターン３４Ｂの一方の端子３４Ｂａは、基材層３２Ｂを貫通する層間接続導体３８を介して、基材層３２Ｂ上のループパターン３４Ａの他方の端子３４Ａｂに電気的に接続されている。
　ループパターン３４Ｃは、基材層３２Ｄにおける多層基板１４の主面１４ａ側の表面に巻回軸Ｃを囲むように略環状に形成され、例えば銅などの導体材料から作製されている導体パターンである。
　ループパターン３４Ｃの一方の端子３４Ｃａは、基材層３２Ｃを貫通する層間接続導体４０を介して、基材層３２Ｃ上のループパターン３４Ｂの他方の端子３４Ｂｂに電気的に接続されている。
　ループパターン３４Ｄは、基材層３２Ｅにおける多層基板１４の主面１４ａ側の表面に巻回軸Ｃを囲むように略環状に形成され、例えば銅などの導体材料から作製されている導体パターンである。
　ループパターン３４Ｄの一方の端子３４Ｄａは、基材層３２Ｄを貫通する層間接続導体４２を介して、基材層３２Ｄ上のループパターン３４Ｃの他方の端子３４Ｃｂに電気的に接続されている。
　ループパターン３４Ｅは、多層基板１４の主面１４ａ（すなわちRFICチップ１２）に対して、他のループパターンに比べて最も遠くに配置されている。また、ループパターン３４Ｅは、基材層３２Ｆにおける多層基板１４の主面１４ａ側の表面に巻回軸Ｃを囲むように略環状に形成され、例えば銅などの導体材料から作製されている導体パターンである。
　ループパターン３４Ｅの一方の端子３４Ｅａは、基材層３２Ｅを貫通する層間接続導体４４を介して、基材層３２Ｅ上のループパターン３４Ｄの他方の端子３４Ｄｂに電気的に接続されている。一方、他方の端子３４Ｅｂは、基材層３２Ａ上の第２のランド１８に電気的に接続されている。この端子３４Ｅｂと第２のランド１８との電気的な接続は、基材層３２Ｂ～３２Ｅに形成されたランド４６Ａ～４６Ｄと基材層３２Ａ～３２Ｅを貫通する層間接続導体４８～５６とを介して行われている。
　なお、図１２に示すように、実施の形態１の場合、アンテナコイル３０のループパターン３４Ａ～３４Ｅそれぞれは、実質的に同一のパターン幅ＰＷを備える矩形状のパターンである。
　このような構成により、アンテナコイル３０は、ヘリカル状に形成され、多層基板１４内に設けられ、また、第１および第２のランド１６、１８を介してRFICチップ１２に電気的に接続されている。
　〈タグ情報管理〉
　次に、タグ情報の管理について図１４を参照して説明する。図１４は、実施の形態１のRFIDシステム２のブロック図である。リーダライタ８によりRFIDタグ１０から読み取られたタグ情報は、データ制御部７０に送られてそれぞれのRFIDタグ１０のタグ情報が認識される。読み取られたそれぞれのタグ情報は記憶部７２に記憶される。パソコン９は、データ制御部７０及び記憶部７２を備える。なお、データ制御部７０は、例えば、CPU、マイクロプロセッサ、FPGA(Field Programmable Gate Array)のいずれか、または、これらの組合せにより構成される。記憶部７２は、例えば、ハードディスク、メモリ、SSD(Solid State Drive)のいずれか、または、これらの組合せにより構成される。
　また、RFIDタグ１０に、タグ情報として新たに情報を書き込む場合は、記憶部７２に記憶されている書き込み用のタグ情報が、データ制御部７０によりリーダライタ８に送られる。それぞれのリーダライタ８は、搬送される物品４に収納されたRFIDタグ１０に新たなタグ情報を書き込む。
　次に、図１５から図２０を参照して、各姿勢状態のRFIDタグ１０と磁束Ｂｒとの関係を説明する。図１５から図２０は、リーダライタ８の磁束Ｂｒを通過する各RFIDタグ１０の姿勢状態を示す説明図である。なお、図１５から図２０において、理解しやすいようにRFIDタグ１０を大きく表示しているので、RFIDタグ１０と、磁界アンテナ８ａとのそれぞれの図に示されている大きさの比率は実際の比率ではない。
　図１５及び図１６は、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとが平行な状態で物品４が搬送される場合を示している。図１５に示すRFIDタグ１０の位置状態は、図１６に示すRFIDタグ１０の位置状態よりも通信特性は劣るが、搬送されるにつれて、図１５から図１６の状態になる。したがって、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとが平行な状態で物品４が搬送される場合であっても、リーダライタ８とRFIDタグ１０との間で良好に通信することができる。
　図１７及び図１８は、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとが直交する状態で物品４が搬送される場合を示している。図１８に示すRFIDタグ１０の位置状態は、磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂを通る磁束がほとんどない状態であるので、リーダライタ８とRFIDタグ１０との間で通信ができない状態である。しかしながら、図１８に示す位置状態の前の状態である図１７の状態では、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂを通る磁束がある。また、図１８に示す状態の後にも、図１７の左右対称な状態になるので、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂを通る磁束がある。したがって、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとが垂直な状態で物品４が搬送される場合であっても、リーダライタ８とRFIDタグ１０との間で良好に通信することができる。
　図１９及び図２０は、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとが交差する状態で物品４が搬送される場合を示している。図１９に示すRFIDタグ１０の位置状態は、図２０に示すRFIDタグ１０の位置状態よりも通信特性は劣るが、搬送されるにつれて、図１９から図２０の状態になる。したがって、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂとが交差する状態で物品４が搬送される場合であっても、リーダライタ８とRFIDタグ１０との間で良好に通信することができる。
　以上のように、RFIDシステム２は、第１磁界アンテナとしての磁界アンテナ１０ａを有するRFIDタグ１０と、RFIDタグ１０をランダムな方向で収容する物品４と、を備える。RFIDシステム２は、さらに、物品４を搬送する搬送路としてのベルトコンベア６０と、磁界アンテナ１０ａと磁界結合による通信を行い、ベルトコンベア６０に沿って配置されたループ状の磁界アンテナ８ａを有するリーダライタ８と、を備える。さらに、磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０とが対向するようにベルトコンベア６０がRFIDタグ１０を搬送している間に、磁界アンテナ８ａは磁束を放射する。また、磁界アンテナ８ａの法線方向におけるRFIDタグ１０と磁界アンテナ８ａとの距離は、磁界アンテナ８ａの内径である開口直径Ｌｒよりも小さい。これだけの構成により、RFIDタグ１０と磁界アンテナ８ａの距離は、磁界アンテナ８ａの開口直径Ｌｒよりも小さいので、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａとリーダライタ８の磁界アンテナ８ａとの通信距離を確保することができる。
　また、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０とが対向するようにベルトコンベア６０がRFIDタグ１０を搬送している間に、磁界アンテナ８ａは磁束を放射する。別の言い方をすると、磁界アンテナ８ａとRFIDタグ１０との相対位置関係を変化させながら通信する。RFIDタグ１０がリーダライタ８と一次的に通信が困難な位置関係にあっても、搬送されるにつれて通信可能な位置関係に変化する。したがって、RFIDタグ１０がランダムな方向で物品４に収容されていても、磁界アンテナ８ａとの位置関係を変えながら通信するので、通信可能な位置においてリーダライタ８とRFIDタグ１０とが無線通信をすることができる。また、物品４の搬送中であれば、様々な角度でRFIDタグ１０に磁界アンテナ８ａの磁束が入射されるので、より通信しやすくなる。このように、RFIDタグ１０がランダムな方向で物品４に収容されてもよいので、RFIDタグ１０を物品４に取り付ける労力を軽減することができる。
　また、RFIDタグ１０は、変位可能に物品４に収容されている。したがって、RFIDタグ１０は、物品４に固定する必要がないので、特にサイズの小さいRFIDタグ１０を用いる場合、物品４への固定の煩雑さを省略することができる。また、RFIDタグ１０は、回転可能に物品４に収容されてもよい。
　また、ベルトコンベア６０は、RFIDタグ１０の搬送方向と交差する方向の変位を規制するガイド部６０ｂを有する。これにより、RFIDタグ１０を、搬送方向と交差する方向に変位可能な物品４に収容しても、RFIDタグ１０を磁界アンテナ８ａの範囲内で変位させることができる。
　また、RFIDタグ１０の変位範囲は、平面視で磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａ内に含まれる。これにより、磁界アンテナ８ａから発生する磁束ＢｒがRFIDタグ１０を通る密度を向上することができる。
　また、RFIDタグ１０の磁界アンテナ１０ａの開口面１０ｂと、リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとが直交する。従来このような位置関係にある場合、RFIDタグ１０とリーダライタ８とは通信できなかったが、RFIDタグ１０が搬送されながらリーダライタ８の領域Ａｒを通過することで互いに通信することが可能である。
　また、物品４は、曲面４ｃを有し、物品４の曲面４ｃは、ベルトコンベア６０に向けて膨出している。このような曲面４ｃを有するような物品４であっても、RFIDタグ１０を固定する必要がないので、小型のRFIDタグ１０を物品４内に収容することができる。また、固定されていないRFIDタグ１０と良好に通信することができる。
　また、物品４は予め定められた間隔を空けて搬送される。これにより、物品４に収納されたRFIDタグ１０が順番にリーダライタ８の通信領域を通過するので、タグ情報の通信不良を低減することができる。
　また、複数のリーダライタ８が搬送方向に沿って配置されている。複数のリーダライタ８が搬送方向に沿って配置されているので、搬送される物品４に収容されているRFIDタグ１０に対して複数回通信することができる。複数のリーダライタ８は、それぞれの通信可能な領域Ａｒを通過するRFIDタグ１０の全てと通信する。したがって、順番に搬送されるRFIDタグ１０に対して、配置されたリーダライタ８の数の分だけ通信回数があるので、通信不良を低減することができる。
（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２のRFIDシステムについて図２１を参照して説明する。図２１は、実施の形態２のRFIDシステムの構成を示す図である。
　実施の形態２のRFIDシステムは、実施の形態１のRFIDシステム２に、アンテナ制御部８０が追加された構成である。なお、実施の形態２におけるRFIDシステム２は、以下に記載した事項以外の構成は、実施の形態１のRFIDシステム２と共通である。
　アンテナ制御部８０は、複数のリーダライタ８の通信制御をする。複数のリーダライタ８が同時に複数のRFIDタグ１０と通信すると、互いに干渉する場合がある。そこで、アンテナ制御部８０は、各リーダライタ８に順次電流を流して、各リーダライタ８が順次通信するようにシーケンス制御する。シーケンス制御は、複数のリーダライタ８のうち１つだけを順次磁束を放射するように制御してもよいし、互いに隣り合うリーダライタ８が同時に磁束を放射しないように制御してもよい。アンテナ制御部８０は、例えば、複数のアンテナポートと接続された、CPU、マイクロプロセッサ、FPGA(Field Programmable Gate Array)のいずれか、または、これらの組合せにより構成される。
　以上のように、実施の形態２によれば、RFIDシステム２は、複数のリーダライタ８を制御するアンテナ制御部８０を備え、アンテナ制御部８０は、互いに隣り合う複数のリーダライタから時間差を有して磁束を放射するように制御する。これにより、複数のリーダライタ８が同時に複数のRFIDタグ１０と通信することを防止し、通信時に互いに干渉するのを防止することができる。
　本発明は、上記実施の形態のものに限らず、次のように変形実施することができる。
　（１）上記各実施の形態において、物品４、４ＡおよびRFIDタグ１０が変位可能な構成であったがこれに限られない。リーダライタ８の磁界アンテナ８ａの開口面８ｂａとRFIDタグ１０とが対向するようにベルトコンベア６０がRFIDタグ１０を搬送していれば、RFIDタグ１０だけが変位可能であってもよい。
　（２）上記各実施の形態において、リーダライタ８は、ベルトコンベア６０の下方に配置されていたが、これに限られない。ベルトコンベア６０の上方に配置されてもよい。
　（３）上記各実施の形態において、複数のリーダライタ８は、ベルトコンベア６０の搬送面と平行に配置されていたが、これに限られない。それぞれのリーダライタ８がベルトコンベア６０の搬送面に対して異なる角度を有するように配置してもよい。これにより、搬送される物品４のRFIDタグ１０に対して、複数のリーダライタ８が異なる角度で対向しているので、タグ情報の通信精度をより向上させることができる。
　（４）上記各実施の形態において、物品４、４Ａは、樹脂モールドの成型品であってもよい。この場合、樹脂がまだ硬化されていない状態のときに、RFIDタグ１０をランダムな姿勢でモールド品の中に挿入することができる。これにより、樹脂モールド品へのRFIDタグ１０の装着を容易にすることができる。樹脂モールド品は、回転体に限らず、直方体でもよい。
　本発明は、RFIDタグとリーダライタとを用いるRFIDシステムに適用可能である。
　　　２　　　RFIDシステム
　　　４　　　物品
　　　４ａ　　ケース
　　　４ｃ　　曲面
　　　４Ａ　　物品
　　　４Ａａ　充填剤
　　　６　　　搬送装置
　　　８　　　リーダライタ
　　　８ａ　　磁界アンテナ
　　　８ｂ　　開口
　　　８ｂａ　開口面
　　１０　　　RFIDタグ
　　１０ａ　　磁界アンテナ
　　１０ｂ　　開口面
　　１２　　　RFICチップ
　　１２ａ　　第１の入出力端子
　　１２ｂ　　入出力端子
　　１４　　　多層基板
　　１４ａ　　主面
　　１６　　　第１のランド
　　１８　　　第２のランド
　　２０　　　はんだ部材
　　３０　　　アンテナコイル
　　３２Ａ～３２Ｇ　基材層
　　３４Ａ～３４Ｅ　ループパターン
　　３４Ａｃ～３４Ｅｃ　ループ開口
　　３６～５６　層間接続導体
　　４６Ａ～４６Ｄ　ランド
　　６０　　ベルトコンベア
　　６０ａ　　ベルト部
　　６０ｂ　　ガイド部
　　６０ｃ　　表面
　　６０ｄ　　突出部
　　６２　　　おもちゃ
　　７０　　　データ制御部
　　７２　　　記憶部
　　８０　　　アンテナ制御部
　　Ａｒ　　　領域

Claims (10)

  1. 　第１磁界アンテナを有するRFIDタグと、
    　前記RFIDタグをランダムな方向で収容する物品と、
    　前記物品を搬送する搬送路と、
    　前記第１磁界アンテナと磁界結合による通信を行い、前記搬送路に沿って配置された第２磁界アンテナを有するリーダライタと、を備え、
    　前記第２磁界アンテナの開口面と前記RFIDタグとが対向するように前記搬送路が前記RFIDタグを搬送している間に、前記第２磁界アンテナは磁束を放射し、
    　前記第２磁界アンテナの法線方向における前記RFIDタグと前記第２磁界アンテナとの距離は、前記第２磁界アンテナの開口直径よりも小さい、
    　RFIDシステム。
  2. 　前記RFIDタグは、変位可能に前記物品に収容されている、
    　請求項１に記載のRFIDシステム。
  3. 　前記RFIDタグは、回転可能に前記物品に収容されている、
    　請求項２に記載のRFIDシステム。
  4. 　前記搬送路は、前記RFIDタグの搬送方向と交差する方向の変位を規制するガイド部を有する、
    　請求項２または３に記載のRFIDシステム。
  5. 　前記RFIDタグの変位範囲は、平面視で前記第２磁界アンテナの開口面内に含まれる、
    　請求項２から４のいずれか１つに記載のRFIDシステム。
  6. 　前記RFIDタグの前記第１磁界アンテナの開口面と、前記リーダライタの前記第２磁界アンテナの開口面とが直交する、
    　請求項１から５のいずれか１つに記載のRFIDシステム。
  7. 　前記物品は、曲面を有し、
    　前記物品の曲面は、前記搬送路に向けて膨出している、
    　請求項１から６のいずれか１つに記載のRFIDシステム。
  8. 　前記物品は予め定められた間隔を空けて搬送される、
    　請求項１から７のいずれか１つに記載のRFIDシステム。
  9. 　複数の前記リーダライタが搬送方向に沿って配置されている、
    　請求項１から８のいずれか１つに記載のRFIDシステム。
  10. 　複数の前記リーダライタを制御するアンテナ制御部を備え、
    　前記アンテナ制御部は、互いに隣り合う前記複数のリーダライタから時間差を有して磁束を放射するように制御する、
    　請求項９に記載のRFIDシステム。
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