JP6079520B2 - 非接触icラベル - Google Patents
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Description
たとえば、13.56MHz帯の電波を用いる電磁誘導方式のRFIDタグでは、アンテナと被接着体の間に高透磁率の磁性体(磁性シート)を設けている。これにより、アンテナと被接着体との間にロスの少ない磁束のルートを確保し、金属製の被接着体に取付けても用いることができるRFIDタグを実現している。なお、通信性能は低下するが、磁性体の厚さを例えば100μm以下と薄くすることもできるので、金属製の被接着体に対応した薄手の金属対応RFIDタグも作ることができる。
しかしながら、この方法では、アンテナと被接着体との間に、100μmの厚さの誘電体を用いたり100μmの厚さの空気層を設けたりする場合には、電磁誘導方式のRFIDタグと同様に、金属製の被接着体の影響を強く受けてしまい通信不能となってしまう。よって、現状では、電磁誘導方式の薄手(厚さが数百μm以下)のRFIDタグを作ることは難しいとされている。
また、一般的に非接触ICラベルでは、外形が小さく低コストなものが望まれている。
本発明の非接触ICラベルは、磁性シートと、前記磁性シートの一方の面上に配置されたICチップと、前記ICチップに接続される第1端部から前記磁性シートの一方の面に沿う第1の方向に第2端部が延びるように前記磁性シート上に配置された第1のアンテナ部と、前記ICチップに接続される第1端部から前記第1の方向とは反対方向となる第2の方向に第2端部が延びるように前記磁性シート上に配置された第2のアンテナ部と、前記第1のアンテナ部の前記第1端部と前記第2のアンテナ部の前記第1端部との間に設けられ、前記第1のアンテナ部の前記第1端部、前記第2のアンテナ部の前記第1端部、および前記ICチップに接続された回路部と、前記第1のアンテナ部の前記第2端部から前記第1の方向に交差するとともに、前記第1のアンテナ部に対する前記回路部側に延びるように前記磁性シート上に配置された第1の補助アンテナ部と、前記第2のアンテナ部の前記第2端部から前記第2の方向に交差するとともに、前記第2のアンテナ部に対する前記回路部側に延びるように前記磁性シート上に配置された第2の補助アンテナ部と、を備え、前記磁性シートを一方の面側から見る平面視において、前記第1のアンテナ部および前記第2のアンテナ部は同一の矩形状に形成されていることを特徴としている。
また、上記の非接触ICラベルにおいて、前記磁性シートを一方の面側から見る平面視において、前記第1の補助アンテナ部の先端部は、先端側に向かって凸となる半円状に形成され、前記第2の補助アンテナ部の先端部は、先端側に向かって凸となる半円状に形成されていることがより好ましい。
また、上記の非接触ICラベルにおいて、データ読み取り装置との間の通信方式に電波方式を用いたことがより好ましい。
図1および図2に示すように、本実施形態の非接触ICラベル1は、磁性シート10と、磁性シート10の一方の面10a上に配置された通信部20とを備えている。
磁性シート10としては、磁性粒子または磁性フレークと、プラスチックまたはゴムとの複合材からなる、ラベル用途として柔軟性に富んだ公知の材料を用いることができる。
図2に示すように、磁性シート10を一方の面10a側から磁性シート10の厚さ方向に見る平面視において、磁性シート10は矩形状に形成されている。
回路部22は、所定の形状に蛇行させた配線により形成され、アンテナエレメント25の第1端部25aとアンテナエレメント26の第1端部26aとの間に設けられている。回路部22は、アンテナエレメント25の第1端部25a、アンテナエレメント26の第1端部26a、およびICチップ21の電気接点と電気的に接続されている。
このアンテナエレメント25の第1端部25aおよびアンテナエレメント26の第1端部26aは、後述する方向E1に並べて配置されている。
回路部22は、アンテナエレメント25の第1端部25aとICチップ21の電気接点との間、およびアンテナエレメント26の第1端部26aとICチップ21の電気接点との間に、互いに等しい所定のインピーダンスおよび抵抗値が生じるように構成されている。
アンテナエレメント25は、第1端部25aから磁性シート10の一方の面10aに沿う第1の方向D1に第2端部25bが延びるように形成されている。この第1の方向D1は、磁性シート10の辺10cに平行である。アンテナエレメント26は、第1端部26aから第1の方向D1とは反対方向となる第2の方向D2に第2端部26bが延びるように形成されている。
補助エレメント27は、アンテナエレメント25の第2端部25bから第1の方向D11に直交するとともに、アンテナエレメント25に対する回路部22側となる方向E1に延びるように形成されている。この方向E1は、磁性シート10の辺10cに隣合う辺10dに平行である。補助エレメント27は、アンテナエレメント25の第2端部25bから回路部22を超える位置まで延びている。補助エレメント27と回路部22とは、直接接触することなく離間している。アンテナエレメント25の第1の方向D1側の端と補助エレメント27の第1の方向D1側の端とは、面一になっている。
接着層40および接着層41は、合成ゴム系やアクリル系といった公知の接着剤などを適宜選択して用いることができる。
非接触ICラベル100における通信部120は、例えばPETで形成された不図示のフィルムの下面に、回路部22、アンテナエレメント25およびアンテナエレメント26を銀ペーストインキで印刷したものである。
この目的を達成する補助エレメントの配置を検討した実験について、以下に説明する。
実験には、下記に示す材料および機材を使用した。機材については、図4を参照のこと。
・磁性シート10:大同特殊鋼(株)製 NRC025(厚さ250μm)
磁性シート10の寸法 41mm×38mm、50mm×45mm
・ICチップ21:NXP社製 UCODE G2iL
・回路部22、およびアンテナエレメント25、26
:アンテナエレメント25、26の寸法 20mm×15mm
PETフィルム(厚さ50μm)上に銀ペーストインキでパターン印刷(厚さ
8μm)、ICチップ21以外は自社製
・補助エレメント:厚さ12μmのアルミニウムの薄膜
・リーダライタR1:950MHz帯RFID用リーダライタ 三菱電機社製
RF−RW002(最大出力1W 30dBm)
・読み取りアンテナR2:950MHz帯RFID用アンテナ(最大利得6dBi)
・固定減衰器R3:ヒロセ電機製 AT−105(減衰量 5dB)
なお、リーダライタR1、読み取りアンテナR2、および固定減衰器R3で、データ読み取り装置R10を構成する。
・金属板W:ステンレス製(250mm×250mm×0.5mm)
本実験では、アンテナエレメント25およびアンテナエレメント26の様々な位置に補助エレメントを取り付け、補助エレメントを取り付けた非接触ICラベルの通信距離を測定した。
図4に示すように、ステンレス製の金属板W上に磁性シート10を配置し、そして、この磁性シート10上の図3に示す位置に、前述の通信部120を重ねて配置する。ACP(異方性導電ペースト)接続手法を用いて、回路部22にICチップ21を実装した。
補助エレメントの一部をアンテナエレメント25、26に磁性シート10の厚さ方向に重ねて配置することで、アンテナエレメント25、26と補助エレメントとが電気的に接続された状態を作り出した。実験に使用する補助エレメントは、12μm厚のアルミニウム薄膜(アルミホイル、アルミニウムの薄膜)の導体であり、カッターを用いて加工し、後述の図に示すような補助エレメントの形状を作り出した。
ここで用いるPETフィルムは、その固有誘電率が接着層40、41に用いられる接着剤の誘電率と近似しているという前提で設けられ、さらには、フィルムの厚さにおいても接着層40、41と同様の厚さである。
PETフィルム上に不図示の発泡スチロールを載置するとともに、アンテナエレメント25、26と補助エレメントとの接続が確実になるように、また前述の接着層40、41に相当するPETフィルムおよび磁性シート10の各層の密着を高めるために、金属板Wから発泡スチロールまでをまとめて、絶縁性のバンドで固定した。
このような状態にした後、発泡スチロール側から図4に示す読み取りアンテナR2を近づけ、電波方式によりICチップ21に記憶された情報を読み取った。そして、読み取りアンテナR2が非接触で通信部120から情報を読み取ることができる距離の最大値(通信距離)を求めた。なお、発泡スチロールは、通信距離の測定結果にはほとんど影響を与えないことが分かっている。
1つの仕様の測定が終わると、バンドを取り外し、補助エレメントを取り外し、位置を変えるか、他の形状の補助エレメントと交換し、再びバンドで固定し、測定を行った。
リーダライタR1の最高出力は1W(30dBm)であるが、実験環境の都合上リーダライタR1と読み取りアンテナR2を結ぶ同軸ケーブル上に−5dBの固定減衰器R3を接続し、リーダライタR1の出力を0.3W(25dBm)に減衰させて実験をおこなった。
実験では、アンテナエレメント25、26に4つある辺のそれぞれに補助エレメントを設けて順次通信距離の測定をおこなった。なお、全ての実験におけるアンテナエレメント25、26の寸法は、どちらも20mm×15mm(第1の方向D1または第2の方向D2に20mm)であり、補助エレメントの寸法は、どちらも5mm×5mmである。
補助エレメントの辺がアンテナエレメント25の辺25c〜25fの一部、アンテナエレメント26の辺26c〜26fの一部に重なるように、アンテナエレメント25、26に補助エレメントを接続した。
始めに、図5に示すように、アンテナエレメント25の辺25cに補助エレメント127の方向E2側の辺が重なるとともに、アンテナエレメント25の辺25fと補助エレメント127の第1の方向D1側の辺とが同一線上になるように補助エレメント127を配置した。アンテナエレメント26の辺26cに補助エレメント128の方向E1側の辺が重なるとともに、アンテナエレメント26の辺26fと補助エレメント128の第2の方向D2側の辺とが同一線上になるように補助エレメント128を配置した。
これらの補助エレメント127、128を付加した状態と、これらの補助エレメント127、128が無い従来の非接触ICラベル100とで、それぞれ通信距離の測定する実験をおこなった。なおこの実験で用いた磁性シート10の寸法は41×38mmである。
実験結果を以下に示す。
・補助エレメント127、128がない状態の通信距離 : 290mm
・補助エレメント127、128がある状態の通信距離 : 350mm
上記の実験結果より、アンテナエレメント25の辺25c、アンテナエレメント26の辺26cに補助エレメント127、128を設けることで通信距離が改善することが分かった。
・補助エレメント127、128の長さが10mmの時の通信距離 : 350mm
・補助エレメント127、128の長さが15mmの時の通信距離 : 350mm
上記の実験結果より、補助エレメント127、128の長さを長くしても同様に通信距離が改善することが分かった。
次に、図6に示すように、アンテナエレメント25の辺25dに補助エレメント127の第1の方向D1側の辺が重なるとともに、アンテナエレメント25の辺25eと補助エレメント127の方向E2側の辺とが同一線上になるように補助エレメント127を配置した。アンテナエレメント26の辺26dに補助エレメント128の第2の方向D2側の辺が重なるとともに、アンテナエレメント26の辺26eと補助エレメント128の方向E1側の辺とが同一線上になるように補助エレメント128を配置した。
この状態で、前述の実験1と同様の実験をおこなった。なおこの実験2で用いた磁性シート10も、前述の実験1と同寸法の同じものを用いた。
実験結果を以下に示す。
・補助エレメント127、128がない状態の通信距離 : 290mm
・補助エレメント127、128がある状態の通信距離 : 280mm
上記の実験結果より、アンテナエレメント25の辺25dおよびアンテナエレメント26の辺26dに補助エレメント127、128を設けることで、通信距離は低下してしまうことが分かった。
追加の実験として、このように補助エレメント127を方向E1にずらすとともに補助エレメント128を方向E2にずらして測定をおこなった。実験結果の値は示さないが、補助エレメント127、128をどのように位置をずらしても通信距離が改善しないことが分かった。
次に、図7に示すように、アンテナエレメント25の辺25eに補助エレメント127の方向E1側の辺が重なるとともに、アンテナエレメント25の辺25fと補助エレメント127の第1の方向D1側の辺とが同一線上になるように補助エレメント127を配置した。アンテナエレメント26の辺26eに補助エレメント128の方向E2側の辺が重なるとともに、アンテナエレメント26の辺26fと補助エレメント128の第2の方向D2側の辺とが同一線上になるように補助エレメント128を配置した。
この状態で、前述の実験1と同様の実験をおこなった。
ただし、この実験で用いた磁性シート10は、図7に示すように補助エレメント127、128が、既存ラベル枠(磁性シート10の外縁)から外方に飛び出る形状となるために、磁性シート10は、前述の実験1に用いたものより大きい寸法の50mm×45mmのものを用いた。
実験結果を以下に示す。
・補助エレメント127、128がない状態の通信距離 : 360mm
・補助エレメント127、128がある状態の通信距離 : 340mm
上記の実験結果より、50mm×45mmという大きい磁性シート10を用いたことにより、補助エレメント127、128がない状態の通信距離が360mmと、上記の結果1および結果2に対して通信距離が増大している。アンテナエレメント25の辺25eおよびアンテナエレメント26の辺26eに補助エレメント127、128を設けることで、通信距離は低下してしまうことが分かった。
追加の実験として、このように補助エレメント127を第2の方向D2にずらすとともに補助エレメント128を第1の方向D1にずらして測定をおこなった。実験結果の値は示さないが、補助エレメント127、128をどのように位置をずらしても通信距離が改善しないことが分かった。
次に、図8に示すように、アンテナエレメント25の辺25fに補助エレメント127の第2の方向D2側の辺が重なるとともに、アンテナエレメント25の辺25eと補助エレメント127の方向E2側の辺とが同一線上になるように補助エレメント127を配置した。アンテナエレメント26の辺26fに補助エレメント128の第1の方向D1側の辺が重なるとともに、アンテナエレメント26の辺26eと補助エレメント128の方向E1側の辺とが同一線上になるように補助エレメント128を配置した。
この状態で、前述の実験3と同様の実験をおこなった。
なお、この実験で用いた磁性シート10も、前述の実験3と同様に補助エレメント127、128が既存ラベル枠から外方に飛び出る形状となるために、磁性シート10は前述の実験3と同寸法の同じものを用いた。
実験結果を以下に示す。
・補助エレメント127、128がない状態の通信距離 : 360mm
・補助エレメント127、128がある状態の通信距離 : 360mm
上記の実験結果より、前述の実験3と同様に大きい磁性シート10を用いたことにより、補助エレメント127、128がない状態の通信距離が360mmと、上記の結果1および結果2に対して通信距離が増大している。アンテナエレメント25の25fおよびアンテナエレメント26の26fに補助エレメント127、128を設けても、通信距離が改善しないことが分かった。
追加の実験として、このように補助エレメント127を方向E1にずらすとともに補助エレメント128を方向E2にずらし測定をおこなった。実験結果の値は示さないが、補助エレメント127、128をどのように位置をずらしても通信距離が改善しないことが分かった。
従来の非接触ICラベル100に、実験1の配置の補助エレメント127、128を設けたものが図2に示す本実施形態の非接触ICラベル1の構成となる。この場合、実験1の配置の補助エレメント127、128が補助エレメント27、28となる。
図2に示すように補助エレメント27、28は、従来の非接触ICラベル100に補助エレメント27、28を備えても非接触ICラベル100の外形が大きくならない位置に設けられている。このため、本非接触ICラベル1では、従来の非接触ICラベル100に対して外形を維持した状態で通信距離の改善を図ることができる。
補助エレメント27、28は、回路部22およびアンテナエレメント25、26と一体にフィルム上に銀ペーストインキを印刷することなどにより形成することができるため、非接触ICラベル1の製造コストの上昇を抑えることができる。
図9に示す非接触ICラベル2のように、補助エレメント51、52の第1の方向D1の長さ(幅)を2mmとしてもよい。これらの補助エレメント51、52の幅は、実験1における補助エレメント127、128の幅である5mmよりも狭い。
このように構成された非接触ICラベル2においても、追加の実験により、前述の実験1で用いた5mm幅の補助エレメント127、128よりは効果は少ないが、従来の非接触ICラベル100に比べて通信距離が改善することが分かっている。
このように構成された非接触ICラベル3においても、追加の実験によって前述の非接触ICラベル1と同等の通信距離の改善が確認されている。
付加エレメント71は、補助エレメント27が延びる先端部から第2の方向D2に延びるように磁性シート10上に配置されている。付加エレメント72は、補助エレメント28が延びる先端部から第1の方向D1に延びるように磁性シート10上に配置されている。付加エレメント71および付加エレメント72は、同一の矩形状に形成されている。付加エレメント71、72と回路部22とは、直接接触することなく離間している。
付加エレメント71、72は、回路部22、アンテナエレメント25、26、および補助エレメント27、28と一体にフィルム上に銀ペーストインキを印刷することなどにより形成することができる。
補助エレメント27および付加エレメント71、補助エレメント28および付加エレメント72は、それぞれが全体としてカギ状に形成されている。
いうまでもないが、これら変形例の全ての非接触ICラベル2から4においても、図9から図11に示すように、ラベルとしての外形が大きくならない補助エレメントおよび付加エレメントの形状および配置になっている。
例えば、前記実施形態では、補助エレメントおよび付加エレメントの形状を変形例も含めいくつか形状を示した。しかしながら、補助エレメントおよび付加エレメントの形状はこれに限定されず、通信距離の改善が得られる形状であれは、円形、楕円形、多角形状などでもよい。さらに、各非接触ICラベルが備える一対の補助エレメントは互いに異なる形状および配置であってもよい。一対の付加エレメントについても、互いに異なる形状および配置であってもよい。
非接触ICラベルには、接着層41は備えられなくてもよい。
10 磁性シート
10a 一方の面
21 ICチップ
22 回路部
25 アンテナエレメント(第1のアンテナ部)
25a 第1端部
25b 第2端部
26 アンテナエレメント(第2のアンテナ部)
26a 第1端部
26b 第2端部
27、51、61 補助エレメント(第1の補助アンテナ部)
28、52、62 補助エレメント(第2の補助アンテナ部)
61b、62b 先端部
71 付加エレメント(第1の付加アンテナ部)
72 付加エレメント(第2の付加アンテナ部)
D1 第1の方向
D2 第2の方向
Claims (5)
- 磁性シートと、
前記磁性シートの一方の面上に配置されたICチップと、
前記ICチップに接続される第1端部から前記磁性シートの一方の面に沿う第1の方向に第2端部が延びるように前記磁性シート上に配置された第1のアンテナ部と、
前記ICチップに接続される第1端部から前記第1の方向とは反対方向となる第2の方向に第2端部が延びるように前記磁性シート上に配置された第2のアンテナ部と、
前記第1のアンテナ部の前記第1端部と前記第2のアンテナ部の前記第1端部との間に設けられ、前記第1のアンテナ部の前記第1端部、前記第2のアンテナ部の前記第1端部、および前記ICチップに接続された回路部と、
前記第1のアンテナ部の前記第2端部から前記第1の方向に交差するとともに、前記第1のアンテナ部に対する前記回路部側に延びるように前記磁性シート上に配置された第1の補助アンテナ部と、
前記第2のアンテナ部の前記第2端部から前記第2の方向に交差するとともに、前記第2のアンテナ部に対する前記回路部側に延びるように前記磁性シート上に配置された第2の補助アンテナ部と、
を備え、
前記磁性シートを一方の面側から見る平面視において、前記第1のアンテナ部および前記第2のアンテナ部は同一の矩形状に形成されていることを特徴とする非接触ICラベル。 - 前記磁性シートを一方の面側から見る平面視において、
前記第1の補助アンテナ部および前記第2の補助アンテナ部は矩形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の非接触ICラベル。 - 前記磁性シートを一方の面側から見る平面視において、
前記第1の補助アンテナ部の先端部は、先端側に向かって凸となる半円状に形成され、
前記第2の補助アンテナ部の先端部は、先端側に向かって凸となる半円状に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の非接触ICラベル。 - 前記第1の補助アンテナ部が延びる先端部から第2の方向に延びるように前記磁性シート上に配置された第1の付加アンテナ部と、
前記第2の補助アンテナ部が延びる先端部から第1の方向に延びるように前記磁性シート上に配置された第2の付加アンテナ部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の非接触ICラベル。 - データ読み取り装置との間の通信方式に電波方式を用いたことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の非接触ICラベル。
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