JP2005078268A - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナが装着された、物品の表面に貼り付けるラベル部が欠落した場合でも、残りのＩＣモジュール等で構成される本体部分でデータの交信が可能なＲＦＩＤタグを提供する。
【解決手段】 物品の表面に取り付けるラベル１に装着された第１アンテナ２と、第２アンテナとＩＣモジュールから構成される本体部でＲＦＩＤタグを構成し、本体部から延びるリード線３と第１アンテナとのリード線との接続端子１０の接続を弱くし、選択的に切断させる構造とする。さらに、第１アンテナ２が欠落した時点で、自動的に第２アンテナに切り替わり交信できる構造とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触式のＲＦＩＤタグに関するものであり、特にトレーサビリティー等の能力に優れたＲＦＩＤタグに関するものである。

従来、ＲＦＩＤタグは、レンタルＣＤやビデオの管理タグ、アパレル商品の管理タグ、航空業界のバージタグ、運輸流通業界の配送タグ、図書館の蔵書タグなど様々な分野の自動認識システムに利用されてきている。近年、ユビキタス社会の到来で「あらゆる物」に細かな商品情報や流通経路、トレーサビリティー等をチェックすることができる超薄型のＲＦＩＤタグを取り付けることが普及してきている。なお、これらＲＦＩＤタグに用いられる交信周波数は一般的には１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、４３３ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚのいずれかの周波数が使用されている。

現在では、包装体や食品の表面にラベル化したＲＦＩＤタグを粘着するのが一般的であり、果物や肉といった食品を入れた包装部材表面の判別し易い位置に貼付することで、品質管理や保証を行っている。

ＩＣチップのメモリ部には、その物品特有の生産場所や生産日時、使われた農薬の種類、流通経路といった管理項目をトレーサビリティーにするために必要な情報が詰まっている。

このようにして使われるタグ用アンテナの製造方法が、特許文献１に開示されている。それは、非接触方式のアンテナとＩＣチップモジュールを基材シートに内包し、裏面に粘着部を設けた構造である。簡単に貼って使えるように、剥離紙に貼って保存してある。

さらに、流通過程において剥落することがないように包装体に包み込んだ構造のＲＦＩＤタグが、特許文献２に開示されている。

特開平１１−１３４４６０号公報

特開２００３−１５８４１４号公報

しかし、これらの方式ではラベル型のＲＦＩＤタグが包装部材に粘着されて使用される場合は、包装部材を外してしまうと、中に収めてある果物や肉といった個々の商品の判別がつかなくなってしまう欠点を有している。そこで、個々の商品のイメージを壊さない個所にラベル型のＲＦＩＤタグを貼り付けることもできるが、加工過程や流通過程においてＲＦＩＤタグが剥がれやすいこと、もしくは故意に剥離することが出来るために、せっかくの情報が所期の目的に利用されず無駄になってしまう場合も多く見られる。

そこで、流通過程や加工過程において、ＲＦＩＤタグのラベルが物品の表面から剥がれても、ＲＦＩＤタグ本体が物品の中に残り、ＩＣ内の情報が送受信できるＲＦＩＤタグの開発が望まれていた。

従って、本発明は、物品の表面に貼り付けるラベルにＩＤタグのアンテナが装着される様に使用され、このアンテナが装着されたラベルが欠落した場合でも、残りのＩＣモジュール等で構成される本体部分でデータの交信が可能なＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明は、物品の表面に取り付けるラベルに装着された第１アンテナの端子と、第２アンテナとＩＣモジュールから構成される本体部でＲＦＩＤタグを構成し、本体部と第１アンテナの端子に延びるリード線との接続を弱くし、選択的に切断させる構造とする。さらに、第１アンテナが欠落した時点で、自動的に第２アンテナに切り替わり交信できる構造とする。

即ち、本発明は、非接触式のＲＦＩＤタグにおいて、可撓性のシートに第１アンテナを装着し、この第１アンテナから離れてリード接続された本体部に第２アンテナおよび制御部やメモリ機能等を有するＩＣチップモジュールを実装したことを特徴とするＲＦＩＤタグである。

また、本発明は、前記本体部から第１アンテナへのリード接続部が選択的に切断されるように構成したことを特徴とするＲＦＩＤタグである。

また、本発明は、前記第１アンテナと第２アンテナとは交信周波数帯域を異ならせ、第１アンテナが第２アンテナよりも高周波数側の交信周波数帯域を使用することを特徴とするＲＦＩＤタグである。

また、本発明は、前記第１アンテナを通常時に交信に用い、前記第１アンテナを装着したシートが本体から取り外されたときに、前記第２アンテナに切り替えて交信することを特徴とするＲＦＩＤタグである。

本発明で得られるＲＦＩＤタグは、異なる２つのアンテナを併設することで、不慮の事故の際にはアンテナが切り替わりデータの交信が可能となるので、トレーサビリティー等の能力に優れたものとなる。さらに、２つのアンテナに異なる交信周波数を用いることにより、状況に応じた対処が可能となる。

本発明のＲＦＩＤタグの基本的なブロック図を図３に示す。ＲＦＩＤタグは、可撓性のあるシートに第１アンテナを装着し、この第１アンテナから離れてリード接続された本体部に第２アンテナおよび制御部やメモリ機能等を有するＩＣチップモジュールを実装する。

このように構成することによって、第１アンテナが本体から取り外されたときでも、交信可能なＲＦＩＤタグを提供できる。

また上記構成において、第１アンテナの端子と本体部の端子間のリード線の接続部を接合力の弱い接続とする。このように構成することでリード接続部が選択的に切断されるようにでき、ラベルが故意に剥がされたりしたときでも、第１アンテナが装着されたラベルのみ剥離するために、物品の中に残る第２アンテナを含むＩＣモジュール本体が正常に動作できる構造となる。

接合力の弱いリード線の接続は、接合強度が目的に合った導電接着剤を用いることや、前もってチョコブレークするときのようなノッチを入れることや、ピン挿入式の接続端子を設ける等によって実現できる。また、第１アンテナの端子間隔は、アンテナを取り去った後でも汚れやマイグレーションやホイスカーといった要因によるショートが発生する確率を少なくするために、０．５ｍｍ以上の間隔をあけることが望ましい。

ここで、ラベルに装着した第１アンテナは、ＩＣモジュール近傍に装着した第２アンテナよりも高周波側の交信周波数を使用するとよい。一般的に使われている１２５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、４３３ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚの交信周波数の中から、例えば、第１アンテナの交信周波数を２．４５ＧＨｚ、第２アンテナの交信周波数を１３．５６ＭＨｚを用いるというように選択することができる。

例として述べた第１アンテナを２．４５ＧＨｚとし、第２アンテナを１３．５６ＭＨｚの交信周波数とした場合の通信特性の利点について述べる。

１）交信距離に関しては、第１アンテナが〜２ｍ、第２アンテナが〜３０ｃｍと、第１アンテナは交信距離の長い点で有利である。第２アンテナは、事故が生じた場合の補助的な手段として活用するのが目的であり、交信距離が短くてもよい。

２）耐水性、耐油性に関しては、第１アンテナより第２アンテナが強い。第１アンテナは表面に貼られたラベルに装着されたアンテナであり、汚れ等を目視で判断し、適切な処置が行える。第２アンテナは、目視できない物品の中に挿入されているために、このような処置が不可能であり、最終的に残る方なので強いほうがよく、目的に合致する。

３）遮蔽物の影響に関しては、第１アンテナより第２アンテナの方が優良である。第２アンテナは外装が施されて、物品の内部に設置され交信する用途であり、遮蔽物の影響が少ない方がよいので目的に合致する。

上記の理由から、第１アンテナは第２アンテナよりも高周波側の交信周波数を用いて、次のように使用することが望ましい。第１アンテナを通常使用するアンテナとして遠くまで交信できるように物品表面層に配置する。また、第２アンテナは交信の距離が短いという欠点があるが、埋め込まれる度合いによる影響を受けることが少なく、さらに表面の汚れ等による影響を受け難いという利点を利用して物品内のＩＣモジュール近傍に装着する。

第１アンテナが正常に動作しているときには、第２アンテナが動作する必要はないが、第１アンテナが破壊されたときに、第１アンテナから第２アンテナに切り替える方法としては、ラベルに装着した第１アンテナが、第２アンテナとＩＣモジュールから構成される本体から切り離されたときに生じる抵抗等の変化から、自動的に第２アンテナが交信できる回路に切り替わることで、情報の交信ができる回路とすることが望ましい。

非接触状態でデータの送受信を行う第１アンテナを含むラベルは、始めに防湿処理された紙や可撓性プラスチック等のシートの裏面にアンテナコイルパターンを形成し、接続端子形成用のスルーホールを加工したカバーシートを熱圧着や接着剤を用いて貼り付ける。アンテナコイルパターンは、導電性ペーストを用いた印刷法、打ち抜いた金属箔を貼り付ける方法、コイルを貼り付ける方法、及びスパッタ法等の方法で形成することができる。

第１アンテナのコイルパターンは、ループアンテナ、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、板状アンテナ等交信周波数にあわせたいずれのパターンを採用してもよい。例として、折り返しダイポールアンテナでは全長が約５６ｍｍの長さ、折り返し間隔が約２ｍｍの寸法でパターン化することで良好な特性が得られる。

また、表面側シートの印字はラベル形成後に行っても、アンテナコイルパターンの形成前に前もって印刷しておいても、適宜使用目的にあった工程を採用すれば良い。

第２アンテナを近傍に装着したＩＣチップを含むモジュール本体を包む外装は、本体が簡単に引き抜くことができない構造で、かつ耐湿性や耐候性を向上させる構造とするために、表面に凹凸等を形成したプラスチック樹脂による封止構造とするとよい。また、第１アンテナから本体に接続するリード配線が、本体から簡単に引き抜くことが出来ない構造が望ましい。

第２アンテナは巻線型コイルとするとよい。巻線型コイルの磁心に用いる磁性体の基本構成としては、ポリイミド系等の有機絶縁基板の片面に、磁場中で長手方向を磁化困難軸方向に揃えたＣｏＦｅＳｉＢ系等の軟磁性体層を形成し短冊状に切断し、この短冊状の磁性体を所定枚数積層したものを用いると小型高性能のものが得られる。このような磁心に絶縁被覆平角銅線等で所定回数巻線すると、アンテナとして利用できる。他にもプラスチックフィルム上にスパイラルコイル状のループアンテナを形成し、さらに断面積を小さくするために折りたたんで細長い形状にして用いることもできる。

第１アンテナとＩＣモジュール本体との接続方法は、前にも述べたが、基本的に第１アンテナを取り外した時点で回路的にオープンになることが望ましい。このために、少なくとも第２アンテナを含むＩＣチップモジュール本体から第２アンテナが接続される表面層の接続部分までのリード線の引張強度よりも、第１アンテナを接合したリード線の引き剥がし強度のほうが弱くなるような設定とする。理由としては、第２アンテナを含むＩＣチップモジュール本体から表面層間の途中でリード線が切れると、配線間でショートする可能性があり、ショートした場合は物品内に埋め込まれているために修復できず、ＩＣチップが動作不能となると所期の目的が達成できなくなるためである。

また、第１アンテナ以外にエネルギー供給用のアンテナを必要とする場合は、第３のアンテナとして折り返しダイポールアンテナ等を設置し、電源再生回路を集積化されたＩＣチップの中に構成する。このアンテナで得られたエネルギーを制御部、メモリ部への供給することが出来る。さらに、エネルギーを蓄積するコンデンサについては、対向する電極を配したコンデンサを適宜配設すればよい。

以上のように、第１アンテナを物品の表面に貼るラベルに、第２アンテナと集積化されたＩＣチップモジュールとの本体を物品の中に食い込ませるようにして使用することで、物品の製品イメージが売り物にならない程度に破壊されない限り、所期の目的であるトレーサビリティー用等のデータが失われることのないＲＦＩＤタグが提供できることになる。

以下、図面を参照して、本発明の第一の実施例を説明する。図１は、本発明によるＲＦＩＤタグを示す全体図であり、図２はタグ本体内部の拡大図である。

第１アンテナ２が装着されたタグのラベル１は、プラスチックフィルムの裏面に２．４５ＧＨｚ用の第１アンテナ２を形成した。ここではアンテナを銅の金属箔を貼り付ける方法で形成した。このアンテナの形状は１／２λ（λ：波長）型の折り返しダイポールアンテナとした。アンテナ作製側に、前もって加工しておいたカバーシートを貼り付けた。カバーシートには、リード線を固着する穴と、カバーシートの両面に、アンテナ作製側と物品に貼り付けるための粘着剤を塗工しておき、さらに、物品に貼り付ける側の粘着剤の付着力が落ちないように、本体との接続用のリード線を通す穴を開けた離型紙に貼り付けておいた。

図３のブロック図の第２アンテナおよびアンテナ制御部、送信部、制御部、メモリ部を含むＩＣチップモジュールおよび適宜に配置されるコンデンサ等で構成されるタグ本体は、樹脂によって封止される構造とした。

通常のＲＦＩＤタグには、集積化されたＩＣチップ内にアンテナ制御部は必要ないが、本発明では２つのアンテナの送受信を制御する必要がある。そこで、第１アンテナが取り外されたときに、第２アンテナが作動するように切り替えるスイッチをＩＣチップモジュール内に追加した。切り替えは、第１アンテナがオープンもしくはショートしたときの抵抗変化で切り替えることとした。

本実施例では、第２アンテナとして、交信周波数が１３．５６ＭＨｚ用のアンテナを形成した。基本的にはフレキシブル基板に成膜した薄膜軟磁性体に巻線を施した薄膜巻線インダクタをアンテナとして使用したものである。１Ｐａ以下の真空度が得られるマグネトロンスパッタ装置を用いて基板表面に３〜６ｋＡ／ｍの直流磁界を印加しながら軟磁性薄膜基板を形成した。この軟磁性薄膜基板は、１２μｍの厚みを有するポリイミド系の有機絶縁基板の片面に、磁場中で長手方向を磁化困難軸方向に揃えた５μｍ厚みのＣｏＦｅＳｉＢ系のアモルファス状の軟磁性体層を作製している。図２に示すように、この軟磁性体を形成したフィルムを５層積層して磁心用の磁性体６を形成した。さらに、１２μｍ厚みのポリイミド基板にＩＣチップ搭載用の回路基板７を積層した。必要に応じて、コンデンサ部を形成した基板も積層する。この積層体の周囲を外径が１０μｍの絶縁被覆銅線で巻線してコイル５を形成した。巻線後、回路配線に金ワイヤーを用いてＩＣチップ４をボンディングした。

第１アンテナ端子と本体間は、シリコーン被覆リード線３で接続した。接続はアクリル、ポリイミド、シリコーン系樹脂と銅を混合した導電性接着剤を用いた。接合部分からシリコーン被覆リード線が外れるリード線の剥離強度の平均値を６００ｇｆに設定し、ばらつきが生じないように所定の面積に所定量の接着剤が塗工されるようにマイクロディスペンサーで塗布量を制御した。

さらに第２アンテナを含む本体を、ホットメルト材料である熱可塑性ポリアミド樹脂を用いてトランスファーモールドによるパッケージングを行っている。トランスファーモールドの際の代表的な条件を樹脂温度１８５℃、加熱加圧時間１２秒と設定して行った。このパッケージ外面には、物品への挿入がたやすいが、物品からすぐ外れることのない構造の凹凸を設けた。

図４は、本実施例で作製したＲＦＩＤタグを物品に取り付けた例を示す概略図である。本発明のＲＦＩＤタグは、果物、根菜類、魚肉類他各種取り付けることが出来るが、これはメロンの茎付近に取り付けた例である。「メロン」と書いたＲＦＩＤタグの第１アンテナが装着されたタグラベルをメロンの茎付近に貼り付けており、この図では見えないがタグラベルの直下もしくは直下近傍に第２アンテナと集積化されたＩＣチップが封止されたタグ本体が埋め込まれている。

手でタグを差し込むことも出来るが、ここでは簡単な治具を利用して埋め込んだ。この治具は、スライド式のタグクリップ兼用ガイド、押し込み棒、ストッパとがついている治具である。先ずスライド式のタグクリップにタグ本体をクリップし、所定の位置に差し込む。押し込み続けると、タグガイド先端がメロンの表面に当たるが、表面に当たっても押し込み続けると、タグガイドが表面に当接したままストップし、保持力を弱めながらスライドを開始する。さらに、押し込み続けると、今度はタグガイドが完全に外れるが、その後は押し込み棒だけで押し続ける。押し込み最終点の確認はストッパが表面に当接したときであり、この時点で押し込みをやめる。タグガイドはタグの方向性及びタグラベルとタグ本体とを接続するリード線が所定の間隔を保持しながら差し込まれるようにガイドするものである。このような治具を用いることで、正確にセットすることができる。このような貼り付け治具を応用すれば、ＲＦＩＤタグの貼り付けの自動化も比較的容易に出来る。また、タグラベル直下に取り付ける場合は、タグラベルに押し込み棒外径分の穴を開け、その穴を利用して押し込むようにすればよい。

ＲＦＩＤタグの全体図。 タグ本体内部の拡大図。 ＲＦＩＤタグのブロック図。 物品（メロン）にＲＦＩＤタグを取り付けた例を示す図。

符号の説明

１ ラベル
２ 第１アンテナ
３ シリコーン被覆リード線
４ ＩＣチップ
５ コイル
６ 磁性体
７ 回路基板
１０ 第１アンテナとリード線との接続端子

Claims (4)

1. 非接触式のＲＦＩＤタグにおいて、可撓性のシートに第１アンテナを装着し、この第１アンテナから離れてリード接続された本体部に第２アンテナおよび制御部やメモリ機能を有するＩＣチップモジュールを実装したことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
2. 前記本体部から前記第１アンテナへのリード接続部が選択的に切断されるように構成したことを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。
3. 前記第１アンテナと第２アンテナとは交信周波数帯域を異ならせ、前記第１アンテナが前記第２アンテナよりも高周波数側の交信周波数帯域を使用することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。
4. 前記第１アンテナを通常時に交信に用い、前記第１アンテナを装着したシートが前記本体部から取り外されたときに、前記第２アンテナに切り替えて交信することを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。

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