JP4878266B2

JP4878266B2 - Ｒｆｉｄタグ

Info

Publication number: JP4878266B2
Application number: JP2006305402A
Authority: JP
Inventors: 米満新村; 聡大石; 隆司吉澤; 辰栄石井; 保治小野寺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: JP2008123196A

Description

本発明は、ＩＣチップに記録されたＩＤ（Identification：識別情報）などの情報をＲＦ(Radio Frequency:無線周波数)で送信するＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)タグ等に関し、特に、金属板に装着して好適であって、かつリーダ／ライタとの通信距離をコントロールすることができるＲＦＩＤタグに関する。

ＲＦＩＤタグは、微小なＩＣチップと小型アンテナとによって構成されていて、ＩＣチップに記録されているＩＤなどの情報を小型アンテナより無線（ＲＦ）で送信することができる。これによって、リーダ／ライタによってＲＦＩＤタグをかざせばＩＣチップに記録されている情報が非接触で読み取られる。したがって、このようなＲＦＩＤタグを物品に貼付すれば、それぞれの物品を識別したり物品に関する情報を管理したりすることができる。例えば、生産現場などにおいて組立部品に貼付されているＲＦＩＤタグに各部品の属性などを記録しておけば、製品の製造履歴などを管理することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、ＲＦＩＤタグを、ＩＣチップを搭載した主アンテナ（第１のアンテナ）と樹脂性のスペーサを挟んで平行に配置された補助アンテナ（第２のアンテナ）とによる積層構造のインレットの構成にすることにより、第２のアンテナの電波増幅作用によって通信距離をさらに長くすることができる。ＲＦＩＤタグをこのような構造にすることにより、絶縁体のスペーサを介してこのＲＦＩＤタグを電子機器の筐体などの金属面に取り付けても、比較的長い通信距離（例えば、１４０ｍｍ程度）を確保することができる（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１４９００４号公報（段落００１１〜００１３、図１、図２）特開２００５−２１０６７６号公報（段落００１５〜００２０、図１、図２）

しかしながら、工業製品の組立現場などにおいてＲＦＩＤタグの貼付された部品がラインを移動する場合、リーダ／ライタで読み取りたい部品が作業者のポジションの近くを流れる工程もあれば作業者のポジションの遠くを流れる工程もある。そのような場合、前述の特許文献２に記載されたＲＦＩＤタグでは通信距離が例えば１４０ｍｍ以内と決まっているので、部品が作業者のポジションの近くを流れるラインの場合はリーダ／ライタによって該当部品を容易に読み取ることができるが、該当部品が作業者のポジションより遠くを流れるラインの場合は、作業者が手を伸ばしてリーダ／ライタをその部品に近付けなければＲＦＩＤタグの情報を読み取ることができないので、作業効率を低下させる原因となる。また、ラインに流れている部品に貼付されたＲＦＩＤタグの情報をリーダ／ライタによって自動で読み取る場合においても、固定設置されたリーダ／ライタから１４０ｍｍ以内のラインを通過する部品は読み取ることができるが、ライン上においてリーダ／ライタから１４０ｍｍより遠い位置を通過する部品を読み取ることはできない。

本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、電子機器ユニットなどの金属ケースにＲＦＩＤタグを貼付したときに、必要に応じて通信距離をコントロールすることができるＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のＲＦＩＤタグは、主アンテナ（第１のアンテナ）にＩＣチップを搭載して形成され、第１の面および前記第１の面とは表裏の関係にある第２の面を有するインレットと、インレットに近接的に配置され、インレットの第１の面に対向する対向面を有し、第１のアンテナの放射する電波を増幅する補助アンテナ（第２のアンテナ）と、インレットの第２の面に対向するように配置される金属板と、金属板とインレットの第２の面との間に介在され、所望の誘電率を有する誘電体とによって構成されている。

このとき、誘電体は、インレットに対向する第１のエリア（例えば、第１のエリア１７）とインレットの対向面からはみ出す第２のエリア（例えば、第２のエリア１８）とを備えるシート状に形成されているので、第２のエリアの面積を変化させることによって、補助アンテナの電界強度を変化させて金属性タグ（タグ本体）の電波飛距離を可変させる。好適な実施形態としては、第１のエリアの面積を固定したときは、第２のエリアの面積を小さくするにしたがって、補助アンテナの電界強度が強くなって金属性タグの電波飛距離が増加する。

すなわち、本発明のＲＦＩＤタグによれば、金属板の上に誘電体シートを介在させて金属性タグを載置したとき、金属性タグ内のインレットの真下に位置する誘電体シートのエリアにおいて波長短縮効果による電波増幅作用を呈するので、金属性タグの補助アンテナの電界強度はより強まる。その結果、金属性タグからの電波飛距離は延びる。一方、インレットの真下からはみ出した誘電体シートのエリアにおいては、電波減衰作用によって、主アンテナから金属板への電波は減衰し、金属板で反射して補助アンテナに照射される。したがって、インレットの真下からはみ出した誘電体シートのエリアが小さいほど電波減衰作用は小さくなるので、反射波の減衰量が減って補助アンテナの電界強度を強くするように作用し、金属性タグからの電波の飛距離をさらに延ばすことができる。つまり、誘電体シートの形状及び大きさを変えることによって、金属性タグとリーダ／ライタとの間の通信距離を変化させることができる。

本発明のＲＦＩＤタグによれば、電子機器ユニットなどの金属ケースにＲＦＩＤタグを貼付したときに、必要に応じて通信距離をコントロールすることができる。

《発明の概要》
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）に係るＲＦＩＤタグについて好適な例をあげて説明するが、理解を容易にするために、まず、本発明におけるＲＦＩＤタグの概要について説明する。

本発明のＲＦＩＤタグは、ＩＣチップを搭載した主アンテナ（第１のアンテナ）からなるインレットと主アンテナから電波を受信して電波増幅作用を行う補助アンテナ（第２のアンテナ）とによって構成される金属性タグ（タグ本体）が、所定の誘電率を有する誘電体シートを介して金属板に搭載された構成となっている。このとき、誘電体シートは、インレットに対向配置されたエリアにおいては誘電体の誘電率による波長短縮効果によって電波増幅作用を呈するが、インレットの対向位置からはみ出したエリアにおいては誘電体の誘電正接（ｔａｎδ）による分極作用によって電波減衰作用を呈する。したがって、誘電体シートの形状によって電波増幅作用の寄与する程度と電波減衰作用の寄与する程度とを適宜に変更すれば、金属性タグから放射される電波強度を可変することができる。その結果、誘電体シートの形状を変えることによって、金属性タグとリーダ／ライタとの通信距離をコントロールすることが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明におけるＲＦＩＤタグの実施形態について詳細に説明する。

《好適な実施形態》
まず、本発明のＲＦＩＤタグを実現するためのインレットについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＲＦＩＤタグに用いられるインレットの構造図であり、（ａ）はインレットを分解した状態を示す斜視図、（ｂ）はインレットの上面図である。図１に示すインレット１は、ポリイミド樹脂などの樹脂材料からなる厚さが０．１ｍｍ程度のフィルム２の上面に、錫メッキなどを施した銅箔製の主アンテナ３が形成されている。なお、主アンテナ３は、厚さが数十ミクロン程度であるので、フィルム２の上面に金属蒸着を施すことによって主アンテナ３を形成することも可能である。この主アンテナ３の中央部付近には、インピーダンスマッチング用のスリット３ａが形成され、このスリット３ａを跨ぐようにしてＩＣチップ４が搭載されている。

すなわち、主アンテナ３の中央部における給電部分には、ＩＣチップ４と主アンテナ３との間でインピーダンスマッチングを行うためのかぎ状（Ｌ字型）のスリット３ａが形成され、このスリット３ａでかぎ状に囲われた部分がスタブとして形成される。また、ＩＣチップ４には、スリット３ａを跨ぐような間隔で複数の電極が形成されている。そして、スリット３ａを跨ぐようにしてＩＣチップ４の各電極を接続すると、スリット３ａでかぎ状に囲われたスタブが、主アンテナ３とＩＣチップ４の間に直列に接続されることになり、主アンテナ３とＩＣチップ４との間ではスタブが直列のインダクティブ成分として作用する。したがって、このインダクティブ成分によってＩＣチップ４内のキャパシティブ成分が相殺され、主アンテナ３とＩＣチップ４のインピーダンスがマッチング（整合）される。

前記のように主アンテナ３にインピーダンスマッチング用のスリット３ａを形成することにより、主アンテナ３をダイポールアンテナで形成した場合、電波周波数の波長をλとしたときに主アンテナ３の長さは、電気的長さがλ／４ぐらいでも通信距離は数センチメートル以上を確保することができる。例えば、周波数が２．４５ＧＨｚの電波を使用した場合の主アンテナ３の長さは３０ｍｍ程度であっても４０ｍｍ程度の通信距離を実現することができる。なお、主アンテナ３の幅は、特に制約はないが、例えば２ｍｍ程度になっている。したがって、フィルム２と主アンテナ３とＩＣチップ４を含めたインレット１の大きさは、例えば、幅が３ｍｍ、長さが３５ｍｍ、厚さが０．６ｍｍ程度になっている。

次に、図１に示す構造のインレットを収納した金属性タグについて説明する。前述の図１に示すようなインレット１においては通信距離が４０ｍｍ程度しか確保することができないので、インレット１に形成された主アンテナ３に対してさらに補助アンテナを設けることによって通信距離を十数センチ（例えば、１４０ｍｍ）ぐらいまで延ばすことができる。そこで、インレット１の主アンテナ３に平行に補助アンテナを設けて金属性タグを形成した構成について説明する。

図２は、本発明のＲＦＩＤタグに用いられる金属性タグの分解図である。図２に示すように、アルミニューム合金などの薄い金属材料で形成された補助アンテナ１１で覆われた中央部付近の内部にインレット１を収納し、ポリイミド樹脂などの樹脂材料を流し込んで補助アンテナ１１とインレット１を一体化する。なお、補助アンテナ１１に形成された切欠き１１ａは、インレット１のスリット３ａ及びＩＣチップ４に対応して電波を効果的に放射させるように形成されたものである。また、補助アンテナ１１の両端付近には、図示しない金属板に取り付けるための取付孔１２が設けられている。

図３は、図２に示す補助アンテナとインレットをポリイミド樹脂などで一体成形した金属性タグの外観斜視図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図である。図３（ｂ）に示すように、金属性タグ１４は、補助アンテナ１１の裏面側の中央部付近にインレット１が収納されて樹脂１３でモールドされた構成となっている。このように構成された金属性タグ１４は、図３（ａ）に示すように、表面側を上にして例えば樹脂製の筐体に対して直に取り付け、取付孔１２にビスなどを挿入して固定することができる。このようにして取り付けた金属性タグ１４は、図示しないインレットと補助アンテナ１１の電波増幅作用によって、例えば１４０ｍｍ程度の通信距離を確保することができる。

ところが、本発明では、この金属性タグ１４を用いて通信距離を可変することができるＲＦＩＤタグを実現しているので、その実施形態について詳細に説明する。

図４は、誘電体シートを介して金属性タグを金属板に取り付ける状態を示す概念図である。金属性タグ１４は、表面側から裏面側の一部にかけて補助アンテナ１１の金属部分が外装されているので、ポリプロピレンやガラスエポキシなどの誘電体シート１５を絶縁体として介在させてから金属板１６に装着する。

なお、誘電体シート１５を介在させないで金属性タグ１４を金属板１６に直接取り付けると、金属性タグ１４の内部にある図４では図示されていないインレットの主アンテナが、補助アンテナ１１と金属板１６で囲まれてシールドされてしまうので、ＩＣチップを搭載した主アンテナを発生源とする電波が外部へ放射されにくくなる。そのため、金属性タグ１４単体では１４０ｍｍ程度あった通信距離が、金属性タグ１４を金属板１６に直接取り付けると２０ｍｍ程度に低下してしまう。

次に、図４に示すような、金属性タグ１４と誘電体シート１５と金属板１６の実装構成を等価的な構成で説明する。

図５は、図４に示すように金属板の上に誘電体シートを介して金属性タグを搭載したときの等価的な構成図であり、（ａ）は各要素を分解した状態、（ｂ）は各要素を積層した状態を示している。すなわち、図５に示すＲＦＩＤタグ２０は、主アンテナ３の中央部付近にインピーダンスマッチング用のスリット３ａが形成され、スリット３ａを跨ぐようにしてＩＣチップ４が搭載されている。そして、主アンテナ３の上面には、所望の誘電率を有し、厚さが１ｍｍ程度であって主アンテナ３より幅及び長さが大きい樹脂１３が配置されている。また、その樹脂１３の上面には、主アンテナ３より幅及び長さが大きい補助アンテナ１１が配置されている。さらに、主アンテナ３の下面には、厚さが２ｍｍ程度の誘電体シート１５を介してタグ取付部材となる金属板１６が配置されている。このようにして図５（ｂ）のように積層されたＲＦＩＤタグ２０の厚さは、各要素を接着する接着剤なども含めて金属板１６の上に４ｍｍぐらい突出した程度となる。

本発明のＲＦＩＤタグ２０では、図５に示す誘電体シート１５の大きさ及び形状を変えることによってリーダ／ライタとの間の通信距離を変えることができるので、誘電体シート１５の電気的作用について説明する。誘電体シート１５の上にＩＣチップ４を搭載した主アンテナ３が搭載されていると、その誘電体シート１５の誘電率によって波長短縮効果を呈するので、主アンテナ３の物理的長さ（つまり、実際の長さ）は電気的長さλ／４より短くなるが、電気的長さはλ／４を維持している。

例えば、電波周波数が２．４５ＧＨｚであって、誘電体シート１５が主アンテナ３の下面にない場合において、主アンテナ３の電気的長さがλ／４のときの物理的長さが３０ｍｍであるとしたとき、主アンテナ３の下面に誘電体シート１５を配置した場合において、その誘電体シート１５の誘電率による波長短縮効果によって波長λが１／２に短縮したとすると、主アンテナ３の電気的長さをλ／４に保持しても物理的長さは１５ｍｍとなる。すなわち、１４０ｍｍの通信距離を確保するためには主アンテナ３の電気的長さはλ／４必要であるが、物理的長さは、誘電体シート１５が主アンテナ３の下面にないときは３０ｍｍ必要であるのに対し、誘電体シート１５が主アンテナ３の下面にあるときは１５ｍｍでよいことになる。

言いかえると、図５のように主アンテナ３の下面に誘電体シート１５を配置することによって、主アンテナ３の物理的長さは１５ｍｍで電気的長さλ／４を維持して１４０ｍｍの通信距離を確保できるところを、実際には主アンテナ３の物理的長さは３０ｍｍになっているので、波長短縮効果による電気的長さはλ／２まで長くなったことになる。したがって、主アンテナ３の電気的長さはλ／４からλ／２に延びたことになるので、通信距離は１４０ｍｍよりさらに延びることになる。つまり、誘電体シート１５の誘電率が大きいほど、大きな波長短縮効果を呈して通信距離を延ばす方向に作用する。

ところが、他の面から見ると、誘電体シート１５には、誘電体の分極作用によって生じる誘電正接（ｔａｎδ）が発生する。このｔａｎδが大きくなると、誘電損失が多くなって電波の共振エネルギーが失われる原因となる。つまり、誘電体シート１５を通過する電波は、ｔａｎδに起因して共振エネルギーが失われることによって電波強度が減衰する。なお、一般的に、ｔａｎδは誘電体の誘電率が大きいほど大きな値を示す。

つまり、金属性タグ１４の下面に誘電体シート１５を配置した場合は、誘電体シート１５の誘電率が大きいほど大きな波長短縮効果を呈して通信距離を延ばす方向に作用する現象（つまり、電波増幅作用）と、誘電体シート１５の誘電率が大きいほどｔａｎδが大きくなって電波強度を減衰させて通信距離を短くする方向に作用する現象（つまり、電波減衰作用）とがトレイドオフの関係となって発生する。

そこで、本発明のＲＦＩＤタグ２０では、図５に示す誘電体シート１５の大きさ及び形状の変え方を工夫して、誘電率に起因する波長短縮効果による電波増幅作用とｔａｎδに起因する電波減衰作用のトレイドオフの関係をうまく利用して、適宜に通信距離を延ばす対策を採っている。

図５に示す主アンテナ３及び誘電体シート１５の形状では、主アンテナ３より誘電体シート１５の方が幅及び長さが大きくなっている。このような誘電体シート１５の形状では、主アンテナ３の真下に位置する誘電体シート１５のエリア（第１のエリア１７）においては、波長短縮効果による電波増幅作用によって通信距離を延ばす方向に作用するが、主アンテナ３の真下からはみ出した誘電体シート１５のエリア（第２のエリア１８）においては、ｔａｎδによる電波減衰作用によって通信距離を短くする方向に作用する。したがって、図５に示す形状のＲＦＩＤタグ２０では通信距離はそれ程延びない。なお、図１（ｂ）においては、インレット１と主アンテナ３との大きさが異なるように図示しているが、ほぼ同等の大きさとしている。

さらに詳しく説明すると、主アンテナ３の真下に位置する誘電体シート１５のエリアにおいては、波長短縮効果によって主アンテナ３は物理的長さがλ／４より長いアンテナとして作用し、強い電界強度で補助アンテナ１１を励振させる。これによって、補助アンテナ１１から放射する電波の電界強度は強くなるので、通信距離が延びる。しかし、主アンテナ３の真下からはみ出した誘電体シート１５のエリアにおいては、ｔａｎδによって減衰した電波が金属板１６に照射する。したがって、金属板１６からは減衰した電波が反射して補助アンテナ１１に照射されるため、補助アンテナ１１は、金属板１６からの反射波による電波では電界強度はそれ程加算されない。したがって、金属板１６からの反射波によって通信距離をさらに延ばすことはできない。

そこで、誘電体シート１５を主アンテナ３と同じ幅で同じ長さにして両者を重ね合わせれば、誘電体シート１５のエリアが主アンテナ３の真下からはみ出す部分はないので、ｔａｎδによる電波減衰作用は起こらず、主アンテナ３の真下に位置する誘電体シート１５のエリアにおける波長短縮効果のみが作用する。

すなわち、主アンテナ３の真下に位置する誘電体シート１５のエリアにおいては、波長短縮効果によって主アンテナ３は物理的長さがλ／４より長いアンテナとして作用して強い電界強度で補助アンテナ１１を励振させるので、電界強度が強くなって通信距離が延びる。さらに、主アンテナ３の真下からはみ出した部分には誘電体シート１５のエリアは存在していないので、金属板１６は主アンテナ３から受信した強い電波を反射させて補助アンテナ１１に照射させることができる。これによって、補助アンテナ１１は金属板１６からの反射波によってさらに強い電界が加算される。したがって、補助アンテナ１１は、金属板１６からの反射波による電界強度の増強作用によってさらに通信距離を延ばすことができる。

このようなことから、理論的には、主アンテナ３と誘電体シート１５を同じ大きさにして対向配置させて金属板１６に設置すれば、波長短縮効果による電波増幅作用が最大に働き、かつｔａｎδによる電波減衰作用が存在しなくなる。したがって、補助アンテナ１１は、波長短縮効果による最大の電波増幅作用と、金属板１６からの減衰しない反射波による電波の増強作用とによって、電界強度を最大にして最も通信距離を延ばすことが可能となる。

《実験による立証》
次に、誘電体シート１５の形状を種々変えたときの通信距離の実測データについて説明する。図６は、本発明を立証するための実験に用いた金属性タグ及びその金属性タグに内蔵されたインレットの大きさを示す外形図である。図６に示すように、金属性タグ１４の大きさ（つまり、補助アンテナ１１の大きさ）は、長さが５２ｍｍで幅が１３ｍｍである。また、インレット１の大きさは、長さが２７ｍｍで幅が３ｍｍである。

図７は、本発明を立証するための実験に用いた誘電体シートの形状と通信距離の関係の実測データを示す図である。実験Ｎｏ．１として、金属性タグ１４を金属板１６に直接取り付けた場合は、主アンテナ３を形成するインレット１が金属性タグ１４の補助アンテナ１１と金属板１６とで囲まれてシールドされてしまうため、インレット１から金属性タグ１４の補助アンテナ１１へは漏れ電波しか到達しない。そのため、金属性タグ１４の補助アンテナ１１から外部へ放射される電波による通信距離は２０ｍｍ程度しか延びない。

実験Ｎｏ．２として、誘電体シート１５の大きさを金属性タグ１４の大きさ（長さ５２ｍｍ、幅１３ｍｍ）と同じにした場合は、金属性タグ１４の下に敷いた誘電体シート１５のうち、インレット１の真下に対向する誘電体シート１５のエリアにのみ波長短縮効果が作用する。一方、インレット１の真下からはみ出した部分の誘電体シート１５のエリアは、電波減衰作用が大きく作用して金属板１６からの反射波による電界強度の増強作用は殆んど発生しない。

すなわち、インレット１の真下からはみ出した部分の誘電体シート１５のエリアは、電波減衰作用によってインレット１の主アンテナ３から放射された電波は減衰して金属板１６に照射され、さらに金属板１６から反射した電波は再び電波減衰作用によって減衰して補助アンテナ１１に照射される。したがって、補助アンテナ１１は、金属板１６からの反射波によっては殆んど電界強度が増強されない。

そのため、通信距離は、波長短縮効果で実現された電界強度に相当した１２０ｍｍ程度であって、金属性タグ１４単体で用いたときの通信距離とほぼ同じ程度である。但し、金属性タグ１４を金属板１６に直接取り付けた実験Ｎｏ．１の場合に比べて、通信距離は６倍ほど延びている。

実験Ｎｏ．３として、誘電体シート１５の長さを金属性タグ１４の長さより少し短くして、両者の幅を同じにした場合は（つまり、誘電体シート１５の長さを４０ｍｍ、幅を１３ｍｍとした場合は）、インレット１の真下に対向する誘電体シート１５のエリアにおける波長短縮効果の作用に加えて、インレット１の真下からはみ出した部分の誘電体シート１５のエリアがやや少なくなるので、電波減衰作用がやや少なくなって電界強度を増強する作用が少し加わるので、通信距離は２９０ｍｍ程度まで伸びる。この場合は、金属性タグ１４を金属板１６に直付けした場合に比べて通信距離は１４．５倍ほど延びている。

実験Ｎｏ．４として、図に示すように、金属性タグ１４の中央部分及び両端部分に位置する領域において誘電体シート１５の幅（１３ｍｍ）を金属性タグ１４の幅と同じにして、それ以外の部分では誘電体シート１５の幅（３ｍｍ）をインレット１の幅と同じにした。これによって、インレット１の真下に対向する誘電体シート１５のエリアにおける波長短縮効果は確保され、インレット１の真下からはみ出した部分の誘電体シート１５のエリアがさらに小さくなるので、電波減衰作用がさらに少なくなって電界強度を増強する作用がやや大きく加わるので、通信距離は３２０ｍｍ程度まで伸びる。この場合は、金属性タグ１４を金属板１６に直付けした場合に比べて通信距離は１６倍ほど延びている。

実験Ｎｏ．５として、図に示すように、金属性タグ１４の中央部分に位置する領域のみにおいて誘電体シート１５の幅（１３ｍｍ）を金属性タグ１４の幅と同じにして、それ以外の部分では誘電体シート１５の幅（３ｍｍ）をインレット１の幅と同じにした。これによって、インレット１の真下に対向する誘電体シート１５のエリアにおける波長短縮効果は確保され、インレット１の真下からはみ出した部分の誘電体シート１５のエリアは殆んどなくなるので、電波減衰作用は殆んどなくなって電界強度を増強する作用が大きく加わるので、通信距離は４３０ｍｍ程度まで大きく伸びる。この場合は、金属性タグ１４を金属板１６に直付けした場合に比べて通信距離は２１．５倍ほど延びている。

誘電体シート１５を実験Ｎｏ．５のような形状にすることによって、誘電体シート１５を実験Ｎｏ．４のような形状するのに比べて通信距離が飛躍的に延びる理由は次の通りである。インレット１を形成する主アンテナ３は中心部分に給電点が存在するので、主アンテナ３の中心部分は電圧が低いために電界強度も弱い。しかし、主アンテナ３の両端部分は電圧が高いために電界強度も強い。したがって、実験Ｎｏ．５の誘電体シート１５に示す形状のように、主アンテナ３の両端部分の外側において誘電体シート１５の占めるエリアを少なくすると（図の例では、主アンテナ３の両端部分の外側において誘電体シート１５の占めるエリアを零にすると）、電波減衰作用がなくなることによる影響が大きく作用する。つまり、誘電体シート１５を実験Ｎｏ．４のような形状から実験Ｎｏ．５のような形状に変えることによって、電界強度の大きい主アンテナ３の両端部分において電波減衰作用が殆んどなくなるので、電波を増強する作用が大きく加わって通信距離が著しく延びる。

実験Ｎｏ．６として、図に示すように、誘電体シート１５の形状をインレット１の幅（３ｍｍ）及び長さ（２７ｍｍ）と同じにした場合は、理論的には、波長短縮効果は確保されると共に、電波減衰作用は全くなくなって金属板１６からの反射波による電波増強作用が最大に加わって、通信距離が最大に延びることになる。しかし、この場合の通信距離は実測では３９０ｍｍであって、実験Ｎｏ．５の形状のときの通信距離４３０ｍｍよりも通信距離が短くなっている。

実験Ｎｏ．６の誘電体シート１５の形状において理論に反して通信距離が短くなった理由は次の通りである。すなわち、実験Ｎｏ．５の誘電体シート１５の形状では、誘電体シート１５の中央部分において金属性タグ１４と幅が同じであるので、金属性タグ１４と誘電体シート１５の幅合せを行いやすい。そのため、誘電体シート１５の幅細の部分においてもインレット１の幅と位置合せが必然的に行われることになる。これによって、インレット１に形成される主アンテナ３の波長短縮効果は確実に行われる。

しかし、実験Ｎｏ．６の誘電体シート１５の形状においては金属性タグ１４と幅合せを行う位置決めがないので、結果的に、誘電体シート１５の幅細の部分とインレットの幅方向との位置が若干ずれるおそれがある。このとき、誘電体シート１５及びインレットの幅は３ｍｍであるので、両者の幅合せが例えば０．１ｍｍずれても幅が３％ずれたことになる。その結果、主アンテナ３の波長短縮効果が完全に行われないために電界強度を最大に高めることができず、通信距離を理論通りに延ばすことができない。

さらに、前述したように、インレット１の中心部分は電界強度が弱いので、誘電体シート１５の幅が中心部分においてインレット１の幅より広くても電波減衰作用は殆んど生じない。したがって、実験Ｎｏ．５のように、誘電体シート１５の中心部分で幅が広くなっても電波減衰作用は殆んど生じないために、波長短縮効果による電界強度とほぼ最大に近い反射波による電界強度の増強作用とによって、ほぼ最大の通信距離となる。

すなわち、実験Ｎｏ．５に示す誘電体シート１５の形状のように、誘電体シート１５の中心部分の幅を金属性タグ１４の幅まで広くすることは、金属性タグ１４と誘電体シート１５の幅合せが行い易くなり、かつ金属性タグ１４を誘電体シート１５の上に安定的に載置できるため、誘電体シート１５の中心部分の幅を広くすることは極めて有用である。

実験Ｎｏ．７として、図に示すように、誘電体シート１５の形状を、幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍとして、インレット１の形状（幅３ｍｍ×長さ２７ｍｍ）よりやや大きくした。これによって、誘電体シート１５とインレット１の位置関係のずれにマージンが生じるので、誘電体シート１５とインレット１の対向位置が若干ずれても、インレット１の真下部分には誘電体シート１５が存在しているので、インレット１の波長短縮効果は完全に行われる。しかも、誘電体シート１５がインレット１からはみ出した領域は僅かであるので電波減衰作用は殆んど生じない。その結果、通信距離は４５０ｍｍとなり、誘電体シート１５を実験Ｎｏ．５のような形状にした場合より通信距離が幾分延びる。また、金属性タグ１４を金属板１６に直付けした場合に比べて通信距離は２２．５倍ほど延びている。

しかし、実験Ｎｏ．７の誘電体シート１５の形状では、インレット１に対向する誘電体シート１５の幅がやや広くなったけれども、やはり、誘電体シート１５とインレット１の位置合せは難しいし、また、誘電体シート１５の上に金属性タグ１４を載置したときの安定度が悪くなる。そのためには、実験Ｎｏ．７の誘電体シート１５の形状より通信距離は若干落ちるけれども、実験Ｎｏ．５に示す誘電体シート１５の形状のように中央部分で幅広の形状にした方がよい。

図８は、誘電体シートの形状を変えたときの通信距離の変化特性を示す実測特性図である。図８では、誘電体シートとして、（ａ）発泡ポリプロピレン板（厚さ＝２．０ｍｍ（２ｔ）、比誘電率（ε）＝２．０、ｔａｎδ＝０．００１５）、（ｂ）ガラスエポキシ板（厚さ＝１．６ｍｍ（１．６ｔ）、比誘電率＝３．７、ｔａｎδ＝０．０１）、及び（ｃ）アクリル板（厚さ＝２．０ｍｍ（２ｔ）、比誘電率＝２．６、ｔａｎδ＝０．００５）を用いた場合における誘電体シートの形状による通信距離の変化を示している。

誘電体シート１５として発泡ポリプロピレン（ＰＰ）板を用いた場合は、特性（ａ）に示すように、誘電体シート１５の形状によって通信距離の変化が顕著に現われている。すなわち、実験Ｎｏ．２のように、波長短縮効果に対して電波減衰作用の影響が大きく現われるように誘電体シート１５の面積を大きくしたときは、金属板１６からの反射波よる電波増強作用が少ないために通信距離はそれ程延びない。一方、実験Ｎｏ．４及び実験Ｎｏ．５のように、誘電体シート１５の面積を小さくして電波減衰作用の影響を小さくして波長短縮効果の比率を大きくして行くにしたがって、金属板１６からの反射波よる電波増強作用が大きく効いてきて通信距離は大きく延びている。

ところが、誘電体シート１５として比誘電率及びｔａｎδの大きいガラスエポキシ板を用いた場合は、波長短縮効果の影響より電波減衰作用の影響の方が大きく作用して金属板１６からの反射波が少なくなるために補助アンテナ１１の電波増強作用が抑えられ、特性（ｂ）に示すように、実験Ｎｏ．４に示す誘電体シート１５の形状のようにインレット１からはみ出す部分の誘電体シート１５の面積を小さくしていってもあまり通信距離は延びない。但し、実験Ｎｏ．５に示す誘電体シート１５の形状のように、誘電体シート１５がインレット１からはみ出す部分を最小にして波長短縮効果の影響が大きく現われるようにすれば通信距離は急激に延びる。

しかし、波長短縮効果の影響が最も現われる誘電体シート１５の形状（つまり、実験Ｎｏ．５の形状）にしても、比誘電率が大きい（例えば、ε＝３．７）ガラスエポキシ板の方が、比誘電率が小さい（例えば、ε＝２．０）発泡ポリプロピレンより通信距離が短いのは、比誘電率が大きくなることによってｔａｎδが大きくなるために、実験Ｎｏ．５の形状における誘電体シート１５全体の面積の中で電波減衰作用が大きく働いて、金属板１６からの反射波を弱めているからである。したがって、比誘電率の大きいガラスエポキシ板の場合は、比誘電率の小さい発泡ポリプロピレン（ＰＰ）板ほどには通信距離は延びないと考えられる。

また、アクリル板の場合は、ガラスエポキシ板より比誘電率が小さいので電波減衰作用の影響の度合が小さくなるため、特性（ｃ）に示すように、誘電体シート１５の面積を小さくして、電波減衰作用の影響を少なくして波長短縮効果の比率を大きくして行くにしたがって通信距離は比較的延びている。しかし、比誘電率が２．０の発泡ポリプロピレン（ＰＰ）板ほどには通信距離は延びないのは、アクリル板のｔａｎδが大きくて、発泡ポリプロピレン（ＰＰ）板より電波減衰作用の影響が大きく作用しているためと思われる。

以上のことから、比誘電率の大きい誘電体はｔａｎδも大きいので、比誘電率があまり大きくなくて所望の比誘電率を有する誘電体シート１５を用いて（例えば、比誘電率が２．０程度の誘電体シート１５を用いて）、インレット１と対向するエリアのみに誘電体シート１５を配置することにより、通信距離を最も延ばすことができる。さらに、誘電体シート１５がインレット１と対向するエリアからはみ出す面積を大きくするにしたがって通信距離を短くして行くことができる。

このようなことから、金属性タグ１４と対向する誘電体シート１５の面積を所望の形状で変化させることにより、金属性タグ１４の通信距離をコントロールすることが可能となる。ただし、インレット１と対向するエリアのみに誘電体シート１５を配置することは現実的には難しいので、最も電界強度の弱いインレット１の中心部分において誘電体シート１５の幅を金属性タグ１４の幅と同じにして位置合わせを行うことによって最大通信距離を確保することが望ましい。

本発明のＲＦＩＤタグによれば、電子機器ユニットなどの筐体の金属板に対して誘電体シートを介して金属性タグを載置するとき、その誘電体シートの形状や大きさを変えることにより、誘電体の波長短縮効果によって電波増幅作用が寄与する程度と誘電正接による電波減衰作用が寄与する程度とを変化させることができる。これにより、金属性タグとリーダ／ライタとの間の通信距離をコントロールすることができる。したがって、工場の組立ラインなどにおいて、ラインを流れる部品の遠近位置に応じて通信距離の異なるＲＦＩＤタグを用いれば、部品に貼付されたＲＦＩＤタグの情報を効率的かつ確実に読み取ることができるので、作業効率が一段と改善される。

本発明の実施形態に係るＲＦＩＤタグに用いられるインレットの構造図であり、（ａ）はインレットを分解した状態を示す斜視図、（ｂ）はインレットの上面図である。本発明のＲＦＩＤタグに用いられる金属性タグの分解図である。図２に示す補助アンテナとインレットをポリイミド樹脂などで一体成形した金属性タグの外観斜視図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図である。誘電体シートを介して金属性タグを金属板に取り付ける状態を示す概念図である。図４に示すように金属板の上に誘電体シートを介して金属性タグを搭載したときの等価的な構成図であり、（ａ）は各要素を分解した状態、（ｂ）は各要素を積層した状態を示している。本発明を立証するための実験に用いた金属性タグ及びその金属性タグに内蔵されたインレットの大きさを示す外形図である。本発明を立証するための実験に用いた誘電体シートの形状と通信距離の関係の実測データを示す図である。誘電体シートの形状を変えたときの通信距離の変化特性を示す実測特性図である。

符号の説明

１インレット
２フィルム
３主アンテナ（第１のアンテナ）
３ａスリット
４ＩＣチップ
１１補助アンテナ（第２のアンテナ）
１１ａ切欠き
１２取付孔
１３樹脂
１４金属性タグ
１５誘電体シート
１６金属板
１７第１のエリア
１８第２のエリア
２０ＲＦＩＤタグ

Claims

第１のアンテナにＩＣチップを搭載して形成され、第１の面および前記第１の面とは表裏の関係にある第２の面を有するインレットと、
前記インレットに近接的に配置され、前記インレットの第１の面に対向する対向面を有し、前記第１のアンテナの放射する電波を増幅する第２のアンテナと、
前記インレットの第２の面に対向するように配置される金属板と、
前記金属板と前記インレットの第２の面との間に介在し、所望の誘電率を有する誘電体とを具備するＲＦＩＤタグであって、
前記誘電体は、前記インレットに対向する第１のエリアと該インレットの対向面からはみ出す第２のエリアとを備えるシート状に形成され、
前記第２のエリアは、通信距離を考慮した所定の形状及び所定の面積とされている
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
第１のアンテナにＩＣチップを搭載して形成され、第１の面および前記第１の面とは表裏の関係にある第２の面を有するインレットと、
前記インレットに近接的に配置され、前記インレットの第１の面に対向する対向面を有し、前記第１のアンテナの放射する電波を増幅する第２のアンテナと、
所望の誘電率を有し、前記インレットの第２の面の側に位置する誘電体と、
を具備して金属面に適用されるＲＦＩＤタグであって、
前記誘電体は、前記金属面と前記インレットの第２の面の間に介在し、前記インレットに対向する第１のエリアと該インレットの対向面からはみ出す第２のエリアとを備え、
前記第２のエリアは、前記金属面に適用された際における通信距離を考慮した所定の形状及び所定の面積とされている
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
前記通信距離に対する前記第１のエリアと前記第２のエリアとの関係は、前記第１のエリアの面積を固定したとき、前記第２のエリアの面積を小さくするにしたがって、前記第２のアンテナの電界強度が強くなって、電波飛距離が増加する関係である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
前記インレットと前記第２のアンテナとをタグ本体としたとき、前記誘電体は、前記タグ本体との対向面において、前記タグ本体の両端部分と中央部分で前記タグ本体とほぼ同じ幅であり、その他の部分で前記インレットとほぼ同じ幅である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
前記インレットと前記第２のアンテナとをタグ本体としたとき、前記誘電体は、前記タグ本体との対向面において、前記タグ本体の中央部分で前記タグ本体とほぼ同じ幅であり、その他の部分で前記インレットとほぼ同じ幅である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。