JP2009251942A

JP2009251942A - 無線タグおよびその使用方法

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Publication number: JP2009251942A
Application number: JP2008099223A
Authority: JP
Inventors: Akira Ikeda; 昌池田
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-07
Also published as: JP5137123B2

Abstract

【課題】リーダ・ライタとの通信可能な距離が長く、容器に無線タグを取り付ける際の作業性が良く、適用可能な容器の形状や印刷デザインへの制約が少なく、開封を確実に検知することが可能な無線タグおよびその使用方法を提供する。
【解決手段】無線タグ１００の給電線路１０２の一部または全部に、放射電極１０３のアンテナ軸に対して平行でない形状部分を備えるよう構成し、ケース２０１とカバー２０２の開封部が無線タグ１００の給電線路１０２を横断するように取り付け、無線タグ１００との通信の可否を確認することによって、ケース２０１とカバー２０２の開封の有無を検知する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電波方式にて情報通信を行う無線タグおよびその使用方法に関する。

情報を記憶するＩＣチップとアンテナ部から構成される無線タグは、電磁波を用いた無線通信によって、リーダ・ライタとの間でデータの送受信を行うものである。無線タグの技術は、物流や商品管理、セキュリティなど多くの分野で利用されており、その一例として非接触型ＩＣカードとその構造が特許文献１に開示されている。

通常の無線タグでは、伝送方式としては電磁誘導方式と電波方式が、通信方式としてはパッシブ型とアクティブ型が、使用する電磁波の周波数としては１３５ｋＨｚ以下、１３．５６ＭＨｚ帯、ＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ）、マイクロ波帯（２．４５ＧＨｚ）などが実用に供せられている。１３５ｋＨｚ以下と１３．５６ＭＨｚ帯の無線タグではコイルアンテナを用いて電磁誘導方式により伝送が行われ、ＵＨＦ帯とマイクロ波帯ではダイポールアンテナを用いて電波方式による伝送が行われる。

パッシブ型の無線タグは、リーダ・ライタから送出された所定周波数の電波を、ＩＣチップの内部で直流に整流して駆動電力としている。また、無線タグの内部にボタン型電池やフィルム状電池、大容量のコンデンサなどの電源を持つアクティブ型では、リーダ・ライタからの電波送出によらずに自発的に情報を発信することができる。

電波方式の無線タグは、電磁誘導方式と比べてリーダ・ライタとの通信可能な距離が長く、特にパッシブ型の無線タグは、アクティブ型と比べて内部に電源を搭載しないため低コストであることから、従来のバーコードを置き換える用途などが検討されている。

無線タグに用いられる一般的なＩＣチップは、直径６乃至１２インチのシリコンウェハ上に回路を形成し、個片にダイシングすることによって得られる。一方、アンテナ部は、特許文献１のように薄いポリエステルのフィルム基材上に貼り付けたアルミニウムや銅の箔を、エッチングによって所望のパターンに形成したり、特許文献２に開示されているように、基材の上に導電性塗料でパターンを印刷したりすることによって形成される。

一般に、無線タグとリーダ・ライタとの通信に使用される電波は、送信電力が大きいほど通信可能な距離が長くなる。また、使用される周波数が低いほど、空気中の伝播損失が小さくなるため通信距離が長くなる。

しかしながら、実際に使用することができる電波の周波数と送信電力に関しては、国ごとに定めた規制が存在するため、無線タグとリーダ・ライタとの通信系を設計するにあたっては、その規制のなかで所期の目的に対する最大の効果が得られるような周波数と送信電力が選択されている。

また、同一国内であっても用途により複数の周波数帯域が定められており、例えば日本国内における通常の電波方式の無線タグでは、９５３ＭＨｚ帯と２．４５ＧＨｚ帯が用いられる。使用されるアンテナは、例えば特許文献３に非接触型半導体タグとして開示されているようなダイポールアンテナや、ダイポールアンテナにＴ型整合したアンテナなどである。

無線タグは、対象とする物品に貼り付けたり、紐で繋いで吊るしたりすることで取り付けられ、物品の在庫管理や入出荷の履歴管理等に供される。ＩＣチップには、データとして識別番号や入出荷の履歴情報などが記憶され、近年、データの改ざんが難しいことを利用した高級品の真贋判定や、履歴情報を利用したリサイクル管理用途などに供されることもある。また、無線タグの応用例として、特許文献４に開示されているように、識別対象物から剥がしたことを検知するＩＤラベルがあり、包装や容器の開封の有無を検知するセキュリティ用途などに用いることもある。

使用周波数が１３．５６ＭＨｚ帯の電磁誘導方式の無線タグでは、アンテナを容器の開封部に配し、容器が開封されるとアンテナが切断されて、ＩＣチップに給電が行われないため通信が不能になることを利用して、容器の開封の有無を検知することができる。しかしながら、電磁誘導方式では周囲の金属の影響を受け易く、通信可能な距離は電波方式ほど長くはない。また、アンテナが大きくなるため、適用できる容器は限られる。

特開平１０−２００２２８号公報特表２００２−５１７８７０号公報特開２０００−２２２５４０号公報特開２００１−１３８７４号公報

通信可能な距離の長い９５３ＭＨｚ帯や２．４５ＧＨｚ帯の無線タグを用いて容器の開封検知を行う場合、容器の開封によってアンテナの一部が切断されても、切断部位やリーダ・ライタとの距離などの条件によっては通信が可能となる場合があり、開封を確実に検知できないことがあるという課題がある。

また、電波方式の無線タグは通常ダイポールアンテナを使用しており、電磁誘導方式で使用されるコイルアンテナよりもその面積が小さく、確実に開封を検知するためには、容器の開封部と無線タグの貼り付け位置や方向を正確に合致させる必要があり、容器に無線タグを取り付ける際の作業性が悪い上に、適用可能な容器の形状や印刷デザインが制約されるという課題がある。

本発明は、かかる従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的はリーダ・ライタとの通信可能な距離が長く、容器に無線タグを取り付ける際の作業性が良く、適用可能な容器の形状や印刷デザインへの制約が少なく、開封を確実に検知することが可能な無線タグおよびその使用方法を提供することにある。

本発明によれば、一対の放射電極と前記放射電極に一端を接続した給電線路によってダイポールアンテナを構成するアンテナ部と、前記給電線路の他端に接続したＩＣチップとを基材上に形成した無線タグであって、前記給電線路の一部または全部に、前記ダイポールアンテナのアンテナ軸に対して平行でない形状部分を備えるよう構成することを特徴とする無線タグが得られる。

本発明によれば、前記アンテナ軸と直交して一対の前記放射電極を等分に配する幾何学的中心軸と、前記アンテナ軸との交点を対称の中心として、前記給電線路の形状が点対称となるよう構成することを特徴とする無線タグが得られる。

本発明によれば、前記無線タグを、容器の開封部が前記給電線路を横断するように、粘着材を介して前記容器に取り付け、前記無線タグとの通信の可否を確認することによって、前記容器の開封の有無を検知することを特徴とする無線タグの使用方法が得られる。

電波方式の無線タグでは、電磁誘導方式のようにアンテナすなわち放射電極を切断しても、利得は低下するがリーダ・ライタとの距離によっては通信可能な場合がある。これは、開封時に放射電極が切断されても、一対の給電線路と放射電極の一部が残存してアンテナとしての機能が完全には失われない場合があるためであり、容器開封部に対して無線タグのアンテナ軸を平行方向に取り付けても、直交方向に取り付けても生じ得る。

本発明では、無線タグの放射電極ではなく、給電線路を切断することにより開封検知を行うよう構成する。従来のように給電線路がアンテナ軸と平行な構成の無線タグでは、開封部とアンテナ軸を平行に取り付けると、開封によって給電線路が切断されない場合があるため、開封部とアンテナ軸を直交方向に取り付けるか、意図的に無線タグを斜めに取り付けなければならない。従って、基材または台紙上に形成して外形が矩形となることの多い無線タグにおいては、適用できる容器や印刷デザインに制約を受けることになる。

給電線路の一部または全部に、ダイポールアンテナのアンテナ軸に対して平行でない形状部分を備えるよう構成することで、開封部とアンテナ軸が平行に配置されても、開封部が給電線路を横断するよう取り付けることができるため、一対の給電線路の少なくとも一方を切断することでダイポールアンテナとしての機能が失われ、リーダ・ライタと通信することができなくなる。従って、無線タグの通信の可否を確認すれば、給電線路の切断による容器開封の有無を確実に検知することが可能となる。

本発明の構成では、容器の開封部に対して無線タグのアンテナ軸を平行方向に取り付けても、直交方向に取り付けても、開封部が給電線路を横断するように取り付けることができるので、適用可能な容器や印刷デザインに対する制約が少なくなる。また、無線タグが容器と接する面に粘着材を介して貼り付けることで、容器への取り付けが容易になって作業性が高まるとともに、開封部と給電線路が密着することによって給電線路の切断がより確実に行われる。

本発明では、アンテナ軸と直交して一対の放射電極を等分に配する幾何学的中心軸と、アンテナ軸との交点を対称の中心として給電線路の形状が点対称となるよう構成することにより、容器の開封部と無線タグのアンテナ軸が平行に配置される場合に、開封部が給電線路を横断するために必要な無線タグの取り付け位置精度に対するズレの許容値を拡大することができるため、無線タグの取り付けが容易になって作業性が高まるとともに、給電線路の切断がより確実に行われる。

本発明によれば、リーダ・ライタとの通信可能な距離が長く、容器に無線タグを取り付ける際の作業性が良く、適用可能な容器の形状や印刷デザインへの制約が少なく、開封を確実に検知することが可能な無線タグおよびその使用方法を提供することが可能となった。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述する。

図１は、本発明の実施の形態による無線タグの構成を示す図であり、図１（ａ）は概略正面図、図１（ｂ）は概略側面図を表す。

図１において、無線タグ１００は、基材１０４上に導電材料の箔によって放射電極１０３および給電線路１０２を形成し、給電線路１０２はＩＣチップ１０１に接続する。基材１０４の容器に接する面には粘着材１０５を設けることが好ましい。

基材１０４の材質は、容器の開封手段によって適宜定めることができる。すなわち、容器の開封時に鋏やナイフなどの用具を用いない場合は、紙や容易に破断する樹脂フィルムなどを用い、容器を不用意に開封されるのを防ぐ意図がある場合は、機械的強度の高いＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリイミドのフィルム、ガラスエポキシ基板などを用いることが好ましい。

放射電極１０３および給電線路１０２は、アルミニウム、銅などの金属の箔をエッチングしたり、銀粒子を主成分とした導電性塗料を印刷することによって所望のパターンを形成することが好ましい。

放射電極１０３はダイポールアンテナを構成するが、無線タグの用途や各種条件により、図１のような矩形のみならず、種々変形して用いることができる。すなわち、一部が屈曲した形状や、折れ線状の所謂ミアンダパターンなど、用途や特性に応じて適宜選択すれば良い。

図２は、無線タグの実施の形態による構成を説明する正面図であり、図２（ａ）は従来の実施の形態、図２（ｂ）は本発明による実施の形態、図２（ｃ）は本発明による別の実施の形態を表す。

図２において、図２（ａ）の従来の実施の形態は、基材１０４上に形成された放射電極１０３のアンテナ軸１０６と、ＩＣチップ１０１に接続された給電線路１０２が同軸上に配された例である。構成によっては、給電線路１０２がアンテナ軸１０６と平行に配されているが、オフセットされて同軸上に無い場合もある。

図２（ａ）では、無線タグ１００のアンテナ軸１０６と容器の開封部が平行に取り付けられた場合、給電線路１０２を切断するためには無線タグ１００の取り付け位置のズレを給電線路幅Ｂの範囲に収める必要がある。一般的な無線タグにおける放射電極幅Ａに対する給電線路幅Ｂは数分の一から数十分の一であり、無線タグ１００の取り付け時の位置合わせが容易でない上に、ＩＣチップ１０１と給電線路１０２の接続が絶たれずに通信可能な状況もありえる。

一方、図２（ｂ）に示す本発明による無線タグでは、給電線路の中心軸１０７がアンテナ軸に対して傾斜角θを成すように配される。アンテナ軸１０６と容器の開封部を平行に取り付けた場合、給電線路１０２を切断するために無線タグ１００に許容される取り付け位置ズレＣは、放射電極幅Ａ、給電線路幅Ｂとすると式（１）で表される。

Ｃ＝Ａ−２（Ｂ／ｃｏｓθ）・・・・・・（１）

一例として、放射電極幅Ａが１０ｍｍ、給電線路幅Ｂが１ｍｍ、傾斜角θが４５°の無線タグにおいて、許容される取り付け位置ズレＣは式（２）で表される。

Ｃ＝１０−２×（１／ｃｏｓ４５°）≒７．２（ｍｍ）・・・・・（２）

図２（ａ）の構成では、許容される取り付け位置ズレＣは最大でも給電線路幅Ｂと同じであるが、その狭い範囲で給電線路１０２の切断が行われても開封を確実に検知することができない場合があることに比べ、図２（ｂ）の構成は許容される取り付け位置ズレＣが大きく拡大される。

また、図２（ｃ）に示す本発明による無線タグでは、給電線路１０２の放射電極１０３と接続する給電点部分はアンテナ軸１０６と平行な形状部分とし、その他の給電線路１０２は図２（ｂ）と同様にアンテナ軸１０６に対して平行でない形状部分とするよう構成する。この場合に、給電線路１０２を切断するために無線タグ１００に許容される取り付け位置ズレＣは、放射電極幅Ａ、給電線路幅Ｂとすると式（３）で表される。

Ｃ＝Ａ−２Ｂ・・・・・・（３）

この場合の一例として、放射電極幅Ａが１０ｍｍ、給電線路幅Ｂが１ｍｍの無線タグにおいて許容される取り付け位置ズレＣは式（４）で表される。

Ｃ＝１０−２×１＝８（ｍｍ）・・・・・・（４）

図２（ｃ）に示す構成では、図２（ｂ）に示す構成よりも更に許容される取り付け位置ズレＣが拡大されるとともに、傾斜角θに依存しないため、一対の放射電極１０３の間隔が狭くて、給電線路１０２を配する部位に制約を受ける場合などに、傾斜角θを９０°として対応することも可能になる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
図３は、本発明の実施例１による無線タグの配置を示す斜視図である。

本実施例は、プラスチック素材からなるケース２０１とカバー２０２の内部に収めた電気回路基板の改造を防止するために、開封の有無を検知する構成である。

無線タグ１００は、ＩＣチップ１０１、アンテナ軸と平行でない給電線路１０２、矩形の放射電極１０３からなる。給電線路１０２および放射電極１０３は、ＰＥＴからなる基材上に成膜したアルミニウム薄層をエッチングしてパターンを形成した。通信周波数が９５３ＭＨｚ帯であり、無線タグ１００の外形寸法は、縦１０ｍｍ、横１５０ｍｍである。放射電極１０３はダイポールアンテナとして機能し、アンテナ軸は放射電極１０３の長手方向の幾何学的中心線である。給電線路１０２の線幅は１ｍｍであり、傾斜角θは４５°である。ＩＣチップ１０１と給電線路１０２は、フリップチップ実装によって接続し、基材の容器と接する面には粘着材が塗布されている。

図３のように、無線タグ１００は、放射電極１０３と給電線路１０２によってダイポールアンテナを構成するアンテナ部を有し、給電線路１０２はダイポールアンテナのアンテナ軸に対して平行でない形状部分を備えるよう構成したもので、ケース２０１とカバー２０２の開封部を給電線路１０２が横断するよう配し、封緘するよう貼り付けた。ケース２０１とカバー２０２を開封するためには無線タグ１００を切断する必要があり、無線タグ１００の切断によって一対の給電線路１０２の少なくとも一方が切断され、放射電極１０３はダイポールアンテナとしての機能を失うため、リーダ・ライタとの通信の可否を確認することによって、切断による開封の有無を検知することができた。

本実施例による無線タグ１００で通信可能な距離は、ケース２０１とカバー２０２の開封前で約１ｍであったが、開封後は無線タグ１００とリーダ・ライタ（図示せず）を密着させても通信することができなかった。

図４は、本発明の実施例１による無線タグの他の配置を示す斜視図であり、図３に示す無線タグを、ＩＣチップ１０１を中心に９０°回転させて配した構成を表している。図３の構成は、ダイポールアンテナのアンテナ軸と直交して一対の放射電極１０３を等分に配する幾何学的中心軸と、アンテナ軸との交点を対称の中心として、給電線路１０２の形状が点対称となるよう構成してあり、図４の構成のように無線タグ１００の給電線路１０２を容器の開封部に配すれば、無線タグ１００を図３のように開封部に対して横に貼り付けても、図４のように開封部に対して縦に貼り付けても、同様の効果が得られるため、貼り付ける容器の構造や印刷デザインなどにより適宜選定することができる。

（比較例）
図５は、従来の無線タグの配置を示す斜視図である。図５における無線タグ１００は、図２（ａ）に示したアンテナ軸と平行な給電線路１０２を有する構成であり、図３のようにケース２０１とカバー２０２の開封部に無線タグ１００を貼り付けた場合、給電線路１０２の幅以内に配することが困難な上、開封されても給電線路１０２が切断されず、リーダ・ライタとの通信は可能であった。

（実施例２）
図６は、本発明の実施例２による無線タグの構成を示す正面図である。

図６において、無線タグ３００は、紙製の基材３０４上に、ＩＣチップ３０１、アンテナ軸と平行でない給電線路３０２、ミアンダパターンの放射電極３０３を配した。給電線路３０２および放射電極３０３は、銀粒子を主成分とする導電性塗料を印刷し、さらに表面に金メッキを施した。給電線路３０２とＩＣチップ３０１は、ワイヤボンディングによって接続した。

通信周波数は２．４５ＧＨｚ帯であり、基材３０４の外形寸法は縦１０ｍｍ、横４５ｍｍである。放射電極３０３はミアンダパターンを形成しているが、ダイポールアンテナとして機能する。給電線路３０２の幅は２ｍｍであり、傾斜角は４０°である。

放射電極３０３には、ＩＣチップ３０１との整合を取るために整合線路３０６を接続した。基材３０４は、容器と接する面に粘着材が塗布されたラベル３０７上に貼り付けた。ラベル３０７の大きさは縦６０ｍｍ、横６０ｍｍで、給電線路３０２を横断するように容器の開封部の位置を合わせるための目安として、貼り付け位置マーク３０８および３０９が印刷されている。

ラベル３０７は、貼り付けた後に剥がすと、文字が浮き上がって、剥がしたことがひと目で判るフィルムを用いた（図示せず）。また、ホログラムシールを貼り付けるなど、他のセキュリティ手段との組み合わせも可能である。

図７は、本発明の実施例２による無線タグの配置を示す斜視図である。

図７において、無線タグ３００は、金属製のキャビネット４００を封緘するように貼り付けた。無線タグ３００は、金属物質に対応した設計がなされており、通信可能な距離は約２０ｃｍである。ラベルの表面に印刷された貼り付け位置マーク３０８および３０９は、無線タグ３００をキャビネット４００に貼り付ける際、貼り付け位置マーク３０８同士、もしくは貼り付け位置マーク３０９同士を開封部に合わせることで、無線タグ３００の給電線路を横断する位置への貼り付けを容易に行うことができる。

本実施例によって得られた無線タグは、電波方式の無線タグを用いることによりリーダ・ライタとの通信可能な距離を長くすることができ、容器に無線タグを取り付ける際に許容される位置ズレも比較例よりも大幅に拡大される。また、比較例の無線タグよりも容器への貼り付け方向によらず開封検知が可能であり、適用可能な容器の形状や印刷デザインへの制約が少ない。従って、リーダ・ライタとの通信可能な距離が長く、容器に無線タグを取り付ける際の作業性が良く、適用可能な容器の形状や印刷デザインへの制約が少なく、開封を確実に検知することが可能な無線タグおよびその使用方法の提供が可能となった。

以上、実施例を用いて本発明を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、材質や構成の変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば当然なしえるであろう各種変形や修正もまた、本発明に含まれる。

本発明の実施の形態による無線タグの構成を示す図、図１（ａ）は概略正面図、図１（ｂ）は概略側面図。無線タグの実施の形態による構成を説明する正面図、図２（ａ）は従来の実施形態を示す図、図２（ｂ）は本発明による実施の形態を示す図、図２（ｃ）は本発明による別の実施の形態を示す図。本発明の実施例１による無線タグの配置を示す斜視図。本発明の実施例１による無線タグの他の配置を示す斜視図。従来の無線タグの配置を示す斜視図。本発明の実施例２による無線タグの構成を示す正面図。本発明の実施例２による無線タグの配置を示す斜視図。

符号の説明

１００、３００無線タグ
１０１、３０１ＩＣチップ
１０２、３０２給電線路
１０３、３０３放射電極
１０４、３０４基材
１０５、３０５粘着材
１０６アンテナ軸
１０７給電線路の中心軸
２０１ケース
２０２カバー
３０６整合線路
３０７ラベル
３０８、３０９貼り付け位置マーク
４００キャビネット
Ａ放射電極幅
Ｂ給電線路幅
Ｃ取り付け位置ズレ
θ 傾斜角

Claims

一対の放射電極と前記放射電極に一端を接続した給電線路によってダイポールアンテナを構成するアンテナ部と、前記給電線路の他端に接続したＩＣチップとを基材上に形成した無線タグであって、前記給電線路の一部または全部に、前記ダイポールアンテナのアンテナ軸に対して平行でない形状部分を備えるよう構成することを特徴とする無線タグ。
前記アンテナ軸と直交して一対の前記放射電極を等分に配する幾何学的中心軸と、前記アンテナ軸との交点を対称の中心として、前記給電線路の形状が点対称となるよう構成することを特徴とする請求項１記載の無線タグ。
請求項１乃至２記載の無線タグを、容器の開封部が前記給電線路を横断するように、粘着材を介して前記容器に取り付け、前記無線タグとの通信の可否を確認することによって、前記容器の開封の有無を検知することを特徴とする無線タグの使用方法。