JP2007183919A - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量であって厚さが薄く、充電により再利用可能であってかつ折り曲げ可能な電源を内蔵したＲＦＩＤタグを提供することにある。
【解決手段】ＩＣモジュール２、アンテナ３及び電源を有し、厚みが０．９ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグにおいて、上記の電源として、０．７ｍｍ以下の厚みの有機ラジカル電池が内蔵されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣ（集積回路）モジュール、アンテナ、電源を有するＲＦＩＤタグに関し、特に、充放電可能な二次電池を電源として有するＲＦＩＤタグに関する。

ＲＦＩＤタグ（ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）に用いられる無線デバイスの総称）のうち、人が持って、リーダーライタ（読み取り／書き込み）装置などに対して電磁波を利用して通信を行なうＩＣカードは、非接触式ＩＣカードと呼ばれる。非接触式ＩＣカードの基本構造は、プラスチックカードと、このカードに内蔵されたＩＣモジュール及びアンテナからなる。非接触式ＩＣカードとそのＩＣカードのためのリーダーライタ装置との間では、電力・クロック信号等の供給や、データ・コマンドなどの情報の入出力は、電磁波を用いて行われる。

また、非接触式ＩＣカードには、ＩＣモジュール及びアンテナのほかに、電源を備えているものもある（例えば特許文献１参照）。このようなＩＣカードは一般に、ＩＣモジュール及びアンテナと共に電源を２枚のプラスチッックシートの間に密閉した構造を持つ。電源を内蔵した非接触式ＩＣカードは、電源を内蔵していないカードに比べ、長い距離での情報送信（数十ｍ）が可能であるという利点を備える。そのようなＩＣカードに内蔵する電源としては、一次電池である薄型リチウムコイン電池や、充電が可能な電池（二次電池）であるリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、鉛蓄電池などが考えられる。

しかし、一次電池を内蔵したＩＣカードは、電池寿命が尽きるとそのＩＣカードは機能を果たさなくなってしまうという問題点を有する。これに対し、上記に挙げたような二次電池をＩＣカードに内蔵した場合は、その二次電池を充電することにより、ＩＣカードも繰り返し使用できるようになる。そのような試みとして、例えば特許文献２に記載されたものがある。しかしながら、上記に挙げられた二次電池を使用する場合には、その充電には最低１時間以上という長時間を要する。また、２年以上経過するとその二次電池における大きな容量低下が見られ、電池交換をしない限り、頻繁な充電を強いられる。

さらに、非接触式ＩＣカードのサイズは一般に、ＩＤ−１型カードと呼ばれる国際規格サイズに準じており、キャッシュカードやクレジットカードと同じ寸法・厚さ（縦５４．０ｍｍ×横８５．７ｍｍ×厚さ０．７６ｍｍ）である。但し、そのカード厚さは国際規格に準じた０．７６ｍｍが中心であるものの、実際にはばらつきもあり、０．９ｍｍ程度の厚みのものもある。したがって、このような国際規格サイズのＩＣカードに内蔵する電源としては、カード厚を鑑みて、電源の厚さが０．７ｍｍ程度以下に薄いものでなければならない。しかし、上記の挙げられた薄型リチウムコイン電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などでは１ｍｍ以上の厚さを要してしまい、前記国際規格サイズのＩＣカードを作製することはできなかった。現状において、０．７６ｍｍの厚さ内に内蔵可能な電源デバイスとして薄型キャパシタがあるが、これは蓄電容量が小さいという問題点がある。

さらに、非接触式ＩＣカードはズボンの後ろポケットに入れられて、屈んだときに折り曲げられることも想定される。また、ＲＦＩＤタグは、非接触式ＩＣカードとして人が持っている以外に、曲面を有する物体に貼付して使用されることも想定される。しかし、薄型キャパシタやリチウムコイン電池、従来のリチウムイオン二次電池などは固くて折り曲げることはできない。そのため、折り曲げるような状況に遭うＲＦＩＤタグおよび非接触式ＩＣカードには上記に挙げたような電源を内蔵できないという問題もある。
特開平７−２６２３３３号公報 国際公開ＷＯ０１／９７３００号 特開２００２−１５１０８４号公報 特開２００２−３０４９９６号公報 特開２００３−３０８８３９号公報

上述した実情により、折り曲げることも想定される非接触ＩＣカードなどのＲＦＩＤタグに内蔵される電源は、厚さが０．９ｍｍ以下のタグに内蔵できること、折り曲げ可能であることが望まれる。また、そのような電池は、充電により再利用が可能である二次電池であって、充電が短時間で完了することも望まれる。さらに、このような二次電池を使用期間に応じて新しいものと交換できるＲＦＩＤタグが望まれる。

そこで本発明の目的は、厚さが０．９ｍｍ以下のＲＦＩＤタグであって、充電により再利用可能であってかつ折り曲げ可能な電源が内蔵されたＲＦＩＤタグを提供することにある。

本発明のＲＦＩＤタグは、ＩＣモジュール、アンテナ及び電源、あるいはＩＣモジュール、アンテナ、表示素子及び電源を有するＲＦＩＤタグにおいて、前記電源として有機ラジカル電池が内蔵されていることを特徴とする。この有機ラジカル電池はＲＦＩＤタグの厚みが０．９ｍｍ以下でも内蔵可能である。

本発明において用いられる有機ラジカル電池は、活物質である有機ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池である。特許文献３には、ニトロキシドラジカル化合物、アリールオキシラジカル化合物及び特定のアミノトリアジン構造を有する高分子化合物などのラジカル化合物を正極材料として用いる有機ラジカル電池が開示されている。特許文献４に記載されている有機ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池では、ニトロキシル高分子と炭素（導電付与剤）を混合した正極が用いられている。また、特許文献５には、正極及び負極の少なくとも一方の電極反応がチアジル基を有するラジカル化合物を反応物もしくは生成物とする反応であるラジカル電池が開示されている。

このような有機ラジカル電池を用いることで、薄型軽量であり、折り曲げも可能で、かつ再充電可能なＩＣカード用電源が提供できる。有機ラジカル電池は短時間での充電も可能であり、ＩＣカードサイズ用デバイスに対する電源としては最適である。

本発明においては、ＲＦＩＤタグ内における電源とＩＣモジュールとの配置は種々考えられる。キャビティ部を有する基板を備え、少なくとも電源がキャビティ部に格納されている場合や、凹部を有する基板を備え、少なくとも電源が凹部に配置され、凹部内に配置された電源を被覆するシール層をさらに有する場合が考えられる。また、ＩＣモジュールが基板上に設けられ、電源が基板を被覆するシール層中に設けられている場合も考えられる。このように基板に電源を格納するキャビティ部や、電源が配置される凹部を設けることで、ＲＦＩＤタグの平坦性が確保できる。

さらに、電源が配置される基板面および該電源に対向するシール層表面に、酸化シリコン（ＳｉＯ_x；ｘ＝１〜２）層、窒化酸化シリコン（ＳｉＯ_xＮ；ｘ＝０．５〜１．５）層を設けることによって、防水性を高めることが可能となる。有機ラジカル電池は、使用環境として防水性が高いことが望まれるためである。電源をシール層中に設けて密封することでも防水性を高めることが可能となる。また、アンテナを電源及びＩＣモジュールと同一基板上に設けてもよく、シール型のアンテナを用い、アンテナをシール層と兼ねるようにしてもよい。あるいはアンテナが基板を兼ねるようにしてもよい。

また、少なくとも電源に対向する位置に存在するシール層を剥離可能とすることで、電池の交換も容易に行うことができるようなる。

さらに、本発明におけるＲＦＩＤタグには表示素子を配置することが可能である。表示素子としては薄型の液晶表示素子、ＥＬ素子、電子ペーパー、ＬＥＤ表示素子などが挙げられる。これにより、ＲＦＩＤタグ上に、残高などの有用な情報の表示が可能となる。

さらに、本発明におけるＲＦＩＤタグには温度センサを配置することが可能である。これにより、食品・飲料・生花・血液製剤・薬品・精密機器等に貼り付けてそれらの温度を外部に送信して監視することができる。

さらに、本発明におけるＲＦＩＤタグには脈拍、血圧、心電、筋電などの生体情報を検知するセンサを配置することが可能である。これにより、人体に貼り付けて生体情報を得るとともに他の者へ送信することが可能となる。

さらに、本発明におけるＲＦＩＤタグには位置情報センサを配置することが可能である。これにより、物・人の位置情報の把握に利用することができる。

さらに、本発明におけるＲＦＩＤタグには、報知手段を配置することが可能である。報知手段としては、光、音、振動、匂いなどで報知する手段が挙げられる。これにより、通信動作を光・音・振動で示したり、通信状態や通信結果を報知することが可能になる。

なお、本発明のＲＦＩＤタグには、上記表示素子、温度センサ、生体情報センサ、位置情報センサ、報知手段のうちの一つのみの配置に限られず、２以上の任意の組み合わせで配置することができる。

本発明によれば、薄型軽量で携帯に優れ、折り曲げることも可能な、電源を内蔵するＲＦＩＤタグが得られる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。

［１］ ＲＦＩＤタグ（非接触ＩＣカード）
まず、本発明に基づくＲＦＩＤタグについて説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、ＲＦＩＤタグの構造の一例を示している。図示されるＲＦＩＤタグは、オーバーレイ９ａ、コアシート８ａ、コアシート８ｂ及びオーバーレイ９ｂをこの順に重ね合わせた構造を有する。コアシート８ａ、コアシート８ｂは、基板として機能するものである。

図２Ａは、オーバーレイ９ｂをその上方から見た図であり、図２Ｂは、図２ＡのＸ−Ｙ断面を示している。オーバーレイ９ｂは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂からなる、厚さ０．１ｍｍ程度の透明性のあるプラスチックフィルムである。オーバーレイ９ｂには、コアシート８ａの充電端子７（図３Ａ）と重なる部分に穴１１があけられている。

図３Ａは、コアシート８ｂをその上方から見た図であり、図３Ｂは、図３ＡのＸ−Ｙ断面を示している。コアシート８ｂは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂からなる厚さ０．２５〜０．３５ｍｍのプラスチックシートである。コアシート８ｂには、充電配線用のスルーホール６と充電端子７が設けられており、また有機ラジカル電池１を収納するためのキャビティ部１０（凹部）を有する。

図４Ａは、コアシート８ａをその上方から見た図であり、図４Ｂは、図４ＡのＸ−Ｙ断面を示している。コアシート８ａは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂からなる厚さ０．２５〜０．３５ｍｍのプラスチックシートであり、その上に、有機ラジカル電池１、ＩＣモジュール２、アンテナ３、リード４及び充電用配線５が配置されている。ここで有機ラジカル電池１は、ＩＣモジュール２を駆動する電源として設けられている。アンテナ３は、ＩＣモジュール２と接続される平面コイルアンテナとして設けられている。

図５Ａは、オーバーレイ９ａをその上方から見た図であり、図５Ｂは、図５ＡのＸ−Ｙ断面を示している。オーバーレイ９ａは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂からなる厚さ０．１ｍｍ程度の透明性のあるプラスチックフィルムである。

オーバーレイ９ａ、コアシート８ａ、コアシート８ｂ及びオーバーレイ９ｂをこの順に重ね合わせ、熱圧着（温度：１００〜１５０℃、圧力１〜１０ｋｇ／ｃｍ²、圧着時間：３０秒〜１０分）してこれらを融着することにより、図１に示した本実施形態のＲＦＩＤタグが得られる。

以上説明したＲＦＩＤタグでは、電源（有機ラジカル電池１）は、コアシート８ａ上に、コアシート８ｂに形成されたキャビティ部１０に収納されるように設けられているが、本発明における電源の構成はこれに限られるものではない。例えば、基板を被覆するシール層中に電源が設けることが可能である。図６Ａは、有機ラジカル電池１を内蔵したシール層１００の断面図であり、図６Ｂは、シール層１００を下方から見た図である。シール層１００は裏面の外周部分１０２は接着性がある。また、有機ラジカル電池１は電池カバー１０１内に収納されており、有機ラジカル電池１からは金属もしくは炭素からなるタブ１１が出ている。タブ１１は、電池１の各電極に対して電気的に接続するものである。

図７Ａは、このように有機ラジカル電池１がシール層１００内にあるＲＦＩＤタグの平面図であり、図７ＡのＸ−Ｙ線での断面図である。このＲＦＩＤタグは、オーバーレイ９ａと、コアシート８ａと、コアシート８ｂと、オーバーレイ９ｂと、有機ラジカル電池１が内蔵されたシール層１００とをこの順に重ね合わせた構造を有する。シール層１００の裏面の外周部分の、接着性を有する部分１０２により、シール層１００をコアシート８ｂに接着することができる。シール層１００を装着するときに、電池１のタブ１１はＩＣモジュール２の端子１２と重なり合うようになる。これにより、電池１がＩＣモジュール２と電気的に接続する。また、オーバーレイ９ｂとコアーシート８ｂには、シール層１００の接着時にタブ１１及び電池１が入る開口が設けられている。

なお、防水性を高めるため、電池１が設置される開口部及び電池１に相対するシール層１００と電池カバー１０１の表面には、３０〜２００ｎｍ厚程度の酸化シリコン（ＳｉＯ_x；ｘ＝１〜２）層を蒸着などで形成してもよい。

図８Ａは、基板（コアシート）の一部と有機ラジカル電池１とを被覆するシール層を有するＲＦＩＤタグの平面図であり、図８Ｂは、図８ＡのＸ−Ｙ線での断面図である。コアシート８ｂには、上下面間を貫通する空間部が形成されており、コアシート８ａ上に配置された有機ラジカル電池１は、コアシート８ｂのこの空間部内に収容されている。そして、シール層１００は、有機ラジカル電池１を被覆し、この空間部を閉鎖するように、オーバーレイ９ｂ上に設けられている。ここでシール層１００は剥離可能であり、シール層１００を剥がすことによって、内部の有機ラジカル電池１の交換を容易に行うことができるようになっている。また、コアシート８ａ，８ｂ、オーバーレイ９ａ，９ｂは電池の折り曲げを容易にするために、可撓性を有するプラスチック材料を用いているが、シール層１００も同様に可撓性を有する樹脂材料または金属箔を用いることが好ましい。

図９Ａは、基板（コアシート）の一部と有機ラジカル電池１とを被覆するシール層を有する、表示素子付きＲＦＩＤタグの平面図である。図９Ｂは図９ＡのＸ−Ｙ線での断面図、図９Ｃは図９ＡのＷ−Ｚ線での断面図である。コアシート８ｂには、有機ラジカル電池１を収容するための空間部が形成されており、コアシート８ａ上に配置された有機ラジカル電池１は、コアシート８ｂの、この空間部内に収容されている。また、コアシート８ａとコアシート８ｂには、表示素子１０２を収容するための空間部が形成されており、オーバーレイ９ｂ上に配置された表示素子１０２は、コアシート８ａとコアシート８ｂの空間部内に収容されている。そして、シール層１００は、有機ラジカル電池１を被覆し、この空間部を閉鎖するように、オーバーレイ９ｂ上に設けられている。ここでシール層１００は剥離可能であり、シール層１００を剥がすことによって、内部の有機ラジカル電池１の交換を容易に行うことができるようになっている。

また、本例の表示素子１０２は、図１に示した例のように有機ラジカル電池１がコアシート８ａ，８ｂ間のキャビティ部１０に配置されているＲＦＩＤタグに用いることも可能である。

表示素子１０２は、表示素子用配線１０４によって、有機ラジカル電池１やＩＣモジュール２やスイッチ１０３と接続されている。これにより、オーバーレイ９ｂに露出するスイッチ１０３の操作によって、表示素子１０２はＩＣモジュール２内の情報を表示することができる。例えば、このＲＦＩＤタグをプリペイド型の非接触ＩＣカード（電子マネー用ＩＣカード）として使用する場合、スイッチ１０３を押すことで表示素子１０２に残高を表示することができる。

表示素子１０２の例としては、液晶表示素子、ＥＬ表示素子、電子ペーパなどが挙げられる。液晶表示素子の例としては、図１０ａに示すように対向電極３０１、液晶層３０２、駆動電極３０３、バックライト３０４からなる。また、ＥＬ表示素子の例としては、図１０ｂに示すようにガラス基板３０５、陽極（透明電極）３０６、ＥＬ膜３０７、陰極３０８からなる。また、電子ペーパーの例としては、図１０ｃに示すように透明樹脂基板３０９、透明電極３１０、マイクロカプセル層３１１、駆動電極（ＴＦＴ電極）３１２からなる。

なお、防水性を高めるため、電池が設置される凹部（空間部）及び電池に相対するシール層１００の表面に、３０〜２００ｎｍ厚程度のシリコン（ＳｉＯ_x；ｘ＝１〜２）層あるいは窒化シリコン（ＳｉＯ_xＮ；ｘ＝０．５〜１．５）層を蒸着などで形成してもよい。

図１１Ａは、任意のセンサおよび報知素子を備えたＲＦＩＤタグの平面図である。図１１Ｂは図１１ＡのＸ−Ｙ線での断面図、図１１Ｃは図１１ＡのＷ−Ｚ線での断面図である。コアシート８ｂには、有機ラジカル電池１を収納するためのキャビティ部１０（凹部）が形成されており、コアシート８ａ上に配置された有機ラジカル電池１は、コアシート８ｂのキャビティ部１０内に収容されている。また、コアシート８ａ上には、センサ１４および報知素子１５が配置されている。センサ１４および報知素子１５は配線１３によって、有機ラジカル電池１およびＩＣモジュール２に接続されている。さらに、センサ１４はコアシート８ｂに覆われているが、報知素子１５はオーバーレイ９ｂに設けられた穴から露出している。

なお、図１１Ａ〜図１１Ｃに示す例では有機ラジカル電池１をタグ内に固定したが、図７Ａ〜図９Ｂに示す構成のようにシール層１００を剥がすことで電池１を交換可能にしてもよい。この場合、防水性を高めるため、電池が設置される凹部（空間部）及び電池に相対するシール層１００の表面に、３０〜２００ｎｍ厚程度のシリコン（ＳｉＯ_x；ｘ＝１〜２）層あるいは窒化シリコン（ＳｉＯ_xＮ；ｘ＝０．５〜１．５）層を蒸着などで形成するのが良い。さらに、本例のＲＦＩＤタグには図９Ａに示したように表示素子１０２を付属することも可能である。

上記センサ１４の例としては、温度センサ、脈拍・血圧・心電・筋電などの生体情報センサ、位置情報センサ、などが挙げられる。

報知素子１５の例としては、光、音、振動、匂いなどを発する素子が挙げられる。発光素子としてはＬＥＤやＥＬ素子などが使用できる。発音素子はペーパ状の超薄型スピーカーが考えられる。振動素子は圧電素子や磁歪素子などが使用できる。

電気を使って匂いを出す素子としては、常温では無臭であるが周囲温度が上がると気化して香るような香料を、ヒータ等の電気熱変換体と組み合わせた素子が考えられる。あるいは、香料を内包させたマイクロカプセルに圧力をかけてカプセルを破り香りをだすという素子もあり得る。

上記に例示した温度センサを本発明のＲＦＩＤタグのセンサ１４として配置した場合、食品・飲料・生花・血液製剤・薬品・精密機器等に貼り付けてそれらの温度を監視することができる。例えば、それらの物流・保管の際の温度履歴をリアルタイムに監視することができ、異変があった際の追跡調査に役立てることができる。また、人間の体に貼り付けて使用する体温センサとしても利用することができる。例えば病院では、入院患者の体温変化を、ナースセンターでリアルタイムに把握することが可能となる。

さらに、温度センサと共に表示素子１０２を本ＲＦＩＤタグに搭載した場合は、検出した現在温度または温度履歴の送信に加えて、それらを表示素子１０２で表示することができる。

また、センサ１４として生体情報センサを本ＲＦＩＤタグに配置した場合、例えば、このＲＦＩＤタグが装着された高齢者や独居健康不安者の活動状況や健康状態の情報を得ることができ、その情報を医者や家族に送信することが可能となる。

さらに、生体情報センサと共に表示素子１２０を本ＲＦＩＤタグに搭載した場合は、検出した血圧や心拍数などを病院などの外部に送信するとともに、自らもそれを表示素子１２０で知ることができる。このタグにさらに温度センサを搭載すれば、体温の送信および表示も可能になる。

また、センサ１４として位置情報センサを本ＲＦＩＤタグに配置した場合、物または人に当該タグを貼り付けることで物または人の位置情報を外部から把握することができる。例えば遊園地での迷子の探知や、配達品の探索、高齢者や独居健康不安者の活動状況の情報を得ることなどが可能となる。

さらに、位置情報センサと、表示素子１２０と温度センサと生体情報センサのうちの１つ以上を本ＲＦＩＤタグに搭載した場合、例えば高齢者や独居健康不安者の位置情報とともに生体情報や体温情報も外部送信で把握でき、自らも生体情報や体温情報を表示素子１２０で知ることできる。

また、報知素子１５を本ＲＦＩＤタグに配置した場合、アンテナ３によるＲＦ通信時やセンサ１４の検出時に光や音や振動を発生させることができる。さらに、報知素子１５を備えた本ＲＦＩＤタグを電子マネー機能付きの非接触ＩＣカードとした場合、料金ゲートや改札を通過する際に、ＲＦ通信が成功したことをカード自体が光や音や振動で報知することができる。この場合、盲者には音で電子マネーの残高を通知することも可能となる。さらに、報知素子１５を備えた本ＲＦＩＤタグを財布や定期券入れに収納したり、財布や鍵束などに取り付けたりしておけば、在り処がわからなくなった時に音や光を発生させて探しやすくするようなことも可能となる。

さらに、報知素子１５と、表示素子１２０と温度センサと生体情報センサと位置情報センサのうちの１つ以上を本ＲＦＩＤに搭載した場合、前述した機能に加え、例えば、高齢者や独居健康不安者に生体情報や体温情報の異常を音声等で知らせて安静を促すといったことも可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明に基づくＲＦＩＤタグでは、アンテナ３は、有機ラジカル電地１と同一の基板（コアシート８ａ）上に設けられていてもよいし、あるいは、シール層１００上に設けられシール層１００を兼ねていてもよい。

本発明のＲＦＩＤタグに用いるＩＣモジュールの一例の概念図を図１２に示す。ＩＣモジュール２は、メモリ２ａ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、制御用マイクロプロセッサ２ｂ、変調器２ｃ、コマンド２ｄ、クロック２ｅ、フロントエンド２ｆを用いて構成されている。そして、有機ラジカル電池１からの電力が、ＩＣモジュール２を通して電波の発信やデータの書き変え、記録などに用いられる。

［２］ 薄型有機ラジカル電池
次に、本実施形態のＲＦＩＤタグに用いられる薄型有機ラジカル電池について説明する。図１３は薄型有機ラジカル電池の斜視図であり、図１４は、薄型有機ラジカル電池の内部構成を示す分解斜視図である。

薄型有機ラジカル電池は、その厚さが０．７ｍｍ以下である薄型の有機ラジカル電池のことである。薄型有機ラジカル電池の基本構成は、安定ラジカル化合物を正極活物質としたラジカル正極２０２と、多孔質ポリプロピレンやセルロースなどからなるセパレータ２０３と、金属リチウムなどからなる負極２０４がこの順に積層されたものである。この積層体はセパレータ２０３に電解液を浸透させ両側から外装用フィルム２０１で挟んで封止される。また、正極２０２及び負極２０４は、それぞれ正極リード２０５及び負極リード２０６に接続されており、これらのリードを介して電力を取り出せるように構成されている。外装用フィルム２０１としては、水蒸気透過性の低いアルミラミネートフィルムなどが使用される。

以下、本発明に用いられる有機ラジカル電池の各構成部分について説明する。

（１）ラジカル正極
ラジカル正極２０２における正極活物質として、還元状態において下記式（１）で表わされるニトロキシドラジカル、酸化状態において下記式（２）で表わされるオキソアンモニウム（ニトロキシドカチオン）を部分構造として分子中に有するニトロキシドラジカルポリマーを用いることができる。

有機ラジカル電池を一次電池として用いた場合、その放電時には下記式（１）で表されるニトロキシドラジカル基と、下記式（２）で表されるオキソアンモニウム基の間で電荷の授受を行っているものと考えられる。また、二次電池として用いた場合、その充放電時には、下記式（１）で表されるニトロキシドラジカル基と、下記式（２）で表されるオキソアンモニウム基の間で可逆的に電荷の授受を行っているものと考えられる。ここで、ニトロキシドラジカル基は、酸素原子と窒素原子を結合してなるニトロキシド基を構成する酸素原子が不対電子を有する置換基のことを表す。このニトロキシドラジカル基は、窒素原子の電子吸引性によって酸素上にある不対電子（ラジカル）が安定化されている。

このようなニトロキシドラジカルポリマーを用いることにより、安定して高エネルギー密度の電池を作動させることができる。

ニトロキシドラジカルポリマーの代表的な構造の例を下記式（３）〜（７）に示す。

これら式（３）〜（７）で表されるラジカルポリマーは、正極活物質として、還元状態において上記式（３）〜（７）で表されるニトロキシドラジカル、酸化状態においてそれぞれ下記式（８）〜（１２）で表されるオキソアンモニウム（ニトロキシドカチオン）となっている。そして、電池の作動時には上記式（３）〜（７）のニトロキシドラジカルと、下記式（８）〜（１２）のオキソアンモニウムとの間で電荷の授受を行っているものと考えられる。

なお、これらのニトロキシドラジカルポリマーの重量平均分子量は、５００以上であることが好ましく、さらには５０００以上であることがより好ましい。これは、重量平均分子量が５００以上であると電池用電解液に溶解しづらくなり、さらに分子量５０００以上になるとほぼ不溶となるからである。重合体のポリマーは、鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよい。また、架橋剤で架橋したような構造でもよい。

また、これらのニトロキシドラジカルポリマーは、単独で用いることができるが、二種類以上を組み合わせて用いても良い。また、他の活物質と組み合わせて用いても良い。

また、ニトロキシドラジカルポリマーを用いて電極を形成する場合に、インピーダンスを低下させる目的で、導電付与剤を混合させることもできる。導電付与剤の材料としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられる。

また、ニトロキシドラジカルポリマーと導電付与剤の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。

ラジカル正極２０２は、上記の正極活物質としてのニトロキシドラジカルポリマーを正極集電体上に形成してなり、正極集電体としては、ニッケルやアルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔または平板を用いることができる。特に、電池の折り曲げを容易にするためには、箔状の集電体材料にゲル状のニトロキシドラジカルポリマーを形成した正極を作製することが好ましい。

（２）負極
負極２０４における活物質としては、リチウム金属やリチウム合金を用いることができる。リチウム合金としては、ＬｉＡｌ合金、ＬｉＡｇ合金、ＬｉＰｂ合金、ＬｉＳｉ合金、Ｌｉ−Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ合金、Ｌｉ−Ｇａ−Ｉｎ合金などが挙げられる。これらの形状としては特に限定されるものではなく、例えば、薄膜状、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。また、これらの負極活物質を単独、もしくは組み合わせて使用できる。

負極２０４は、上記の活物質を集電体上に形成してなり、この集電体としては、正極を構成する集電体と同じ材料を用いることができる。勿論、活物質および集電体は電池の折り曲げを容易にする材料・厚みに選定される。

また、負極２０４の各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、部分カルボキシ化セルロース、各種ポリウレタン等が挙げられる。

（３）セパレータ
ラジカル正極２０２、および負極２０４が接触しないようにポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルム、セルロース膜、不織布などのセパレータ２０３を用いることができる。

（４）電解質
図１３に示す電池１は、電解液が浸透したセパレータ２０３を有している。

セパレータ２０３の電解液は、負極２０４と正極２０２の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には２０℃で１０^-5〜１０^-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有していることが好ましい。電解液としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。

この電解質塩として、例えばＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃、ＬｉＣ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃等が挙げられる。

このような電解質塩を溶解させる溶剤としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶剤を単独もしくは２種類以上混合して用いることもできる。

また、電池はセパレータ２０３の替わりに固体電解質を有するものでもよい。この固体電解質としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体や、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリルニトリル系重合体、さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。これらの固体電解質としては、上記高分子物質に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いたり、上記高分子物質の状態のものをそのまま用いたりすることができる。電池を折り曲げ易くするためには、ゲル状の電解質を用いるのが望ましい。

（５）電池形状
本発明に使用する薄型有機ラジカル電池の形状は、図１３に示すシート型に限定されるものではない。シート型の電池形状の他には、円筒型、角型、コイン型等が挙げられる。このような電池は、上述した正極、負極、電解質、セパレータなどの電極積層体あるいは巻回体を、金属ケース、樹脂ケース、金属箔、ラミネートフィルム等によって封止することによって作製される。しかしながら、薄くしやすいという観点で言えば、電池形状は、ラミネートフィルムによって封止しされたシート型とすることが好ましい。ラミネートフィルムには合成樹脂フィルム単独、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムを張り合わせたもの、合成樹脂フィルムにＳｉＯ₂などの酸化物を蒸着したものを用いることができる。

（ラジカルポリマーの合成例）
上記式（５）で表されるラジカルポリマーの合成例を以下に示す。

まず、モノマー（２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−ビニルオキシ−１−オキシル）を合成した。このモノマーの合成は、イリジウム触媒存在下、相当するラジカルを有するアルコールと酢酸ビニルを加熱還流する方法を用いて行った。具体的には、ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティ(Journal of The American Society、１２４巻，１５９０〜１５９１頁（２００２年）、石井康敬ら)や特開２００３−７３３２１号公報に記載の方法に従って、モノマーを合成した。

次に、この２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−ビニルオキシ−１−オキシル（モノマー）の重合を、下記式（１３）で表される反応により行った。その具体的な方法について以下に示す。

アルゴン雰囲気下、２００ｍＬの３口丸底フラスコに、上記のようにして合成した２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−ビニルオキシ−１−オキシル（モノマー）１０．０ｇ（５０．４ｍｍｏｌ）、ジクロロメタン１００ｍＬを加え、−７８℃に冷却した。さらに、三フッ化ホウ素−ジエチルエーテル錯体２８０ｍｇ（２ｍｍｏｌ）を加えて均一にした後、−７８℃で２０時間、反応させた。反応終了後、室温に戻し、得られた固形物をろ過した後メタノールで数回洗浄し、真空乾燥を行うことで、赤色固体として式（５）で表されるラジカルポリマーを得た（収率７０％）。

得られたラジカルポリマーのＩＲスペクトルを測定したところ、上記モノマーの場合に観測されていたビニル基に由来するピーク９６６、６７４（ｃｍ^-1）が消失していた。また、得られたラジカルポリマーは、有機溶媒等に不溶であった。ＥＳＲスペクトルにより求めたラジカルポリマーのスピン密度は、３．０５×１０²¹ｓｐｉｎ／ｇであった。これは、ポリマー中のすべてのラジカル基が重合によって失活せず、ラジカルのまま存在すると仮定した場合のスピン濃度とほぼ一致していた。

（薄型有機ラジカル電池の作製例）
次に、薄型有機ラジカル電池の作製例について説明する。

微粉化した式（５）で表されるラジカルポリマー１．６８ｇと、炭素粉末（ケッチェンブラクＥＣ３００Ｊ；ライオン社製）０．６ｇと、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ：ＨＢ−９；日本ゼオン社製）９６ｍｇと、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Ｆ−１０４；ダイキン社製）２４ｍｇと、水７．２ｍＬをホモジナイザーにて攪拌し、均一なスラリー状に調整した。このスラリーを電極作製用コーターにてアルミ箔（厚さ２０μｍ：正極の集電体）上に塗布し、さらに８０℃で３分間乾燥して、厚さ５０μｍのラジカル正極層を形成した。

次に、このようにして得られたラジカル正極を２０×２０ｍｍの正方形に打ち抜いた。この正極のアルミ箔面に、長さ３ｃｍ、幅０．５ｍｍのニッケルリードを溶接した。また、銅箔（負極集電体）上にリチウム箔（厚さ３０μｍ）を張り合わせた後、２０×２０ｍｍの正方形に打ち抜いて負極を形成した。この負極の銅箔面に、長さ３ｃｍ、幅０．５ｍｍのニッケルリードを溶接した。

次に、ラジカル正極のスラリーと負極のリチウム層とが対向するように、ラジカル正極、多孔質ポリプロピレンのセパレータ（２５×２５ｍｍの正方形）、負極をこの順に積層してニッケルリード付電極対を作製した。

この後、２枚の熱融着可能なアルミラミネートフィルム（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．７６ｍｍ）の三方を熱融着することにより袋状とし、この中に、上記のように作製したニッケルリード付電極対を入れた。さらに、電解液［１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ₆電解質塩を含むエチレンカーボネート（ＥＣ）／ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶液（混合比ＥＣ：ＤＥＣ＝３：７）］を、アルミラミネートケースの中に０．５ｃｃ入れた。この際、ニッケルリード付電極のニッケルリードの端を、アルミラミネートケースの外に１ｃｍ出し、アルミラミネートケースの未溶着の一辺を熱融着した。これにより、電極と電解液をアルミラミネートケース中に完全に密閉した。

以上のようにして薄型有機ラジカル電池（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ）を作製した。この電池を１００ｍＡで３０秒充電した後に、０．１ｍＡの定電流で放電した。その結果、平均電圧３．５Ｖで５時間放電を行えた（エネルギー量１．８ｍＷｈ）。

（ＲＦＩＤタグの作製例１）
次に、本実施形態に基づくＲＦＩＤタグの作製例を説明する。

図１に示す断面構成のＲＦＩＤタグとしてのＩＣカードは次のようにして得られる。

まず、厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製のオーバーレイ９ｂと、充電配線用のスルーホール６及び充電用端子７が配されるとともに有機ラジカル電池１を収納するためのキャビティ部１０を有する厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ｂと、薄型有機ラジカル電池１、ＩＣモジュール２、アンテナ３、リード４及び充電用配線５が配置された厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ａと、厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ａと、を用意する。そして、オーバーレイ９ａ、コアシート８ａ、コアシート８ｂおよびオーバーレイ９ｂを下からこの順に重ね合わせ、熱圧着（１２０℃、圧力２ｋｇ／ｃｍ²、２分）した。これにより、図１に示すＩＣカードが完成した。

（ＲＦＩＤタグの作製例２）
図７Ａ、図７Ｂに示すＲＦＩＤタグとしてのＩＣカードは次のようにして得られる。

有機ラジカル電池１及びタブ１１が通過可能な開口部を有する厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ｂと、充電配線用のスルーホール６及び充電用端子７が設けられるとともに有機ラジカル電池１を収納するための空間部を有する厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ｂと、ＩＣモジュール２、アンテナ３、リード４及び充電用配線５を配置した厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ａと、厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ａとを用意する。そして、オーバーレイ９ａ、コアシート８ａ、コアシート８ｂおよびオーバーレイ９ｂを下からこの順に重ね合わせ、熱圧着（１２０℃、圧力２ｋｇ／ｃｍ²、２分）し、カードを成型した。このカードのオーバーレイ９ｂの開口部を通してコアシート８ｂの空間部に有機ラジカル電池１を収納するように、薄型の有機ラジカル電池１（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ）を有するシール層１００をカードに貼り合わせた。こうして、図７Ａ、図７Ｂに示すＩＣカードが完成した。

（ＲＦＩＤタグの作製例３）
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに示すＲＦＩＤタグとしてのＩＣカードは次のようにして得られる。

有機ラジカル電池１及びタブ１１が通過可能な開口部を有する厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ｂと、充電配線用のスルーホール６及び充電用端子７が設けられるとともに有機ラジカル電池１および表示素子１０２を収納するための空間部を有する厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ｂと、ＩＣモジュール２、アンテナ３、リード４、充電用配線５、表示素子１０２、表示素子用スイッチ１０３、表示素子用配線１０４を配置した厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ａと、厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ａとを用意する。そして、オーバーレイ９ａ、コアシート８ａ、コアシート８ｂおよびオーバーレイ９ｂを下からこの順に重ね合わせ、熱圧着（１２０℃、圧力２ｋｇ／ｃｍ²、２分）し、カードを成型した。このカードのオーバーレイ９ｂの開口部を通してコアシート８ｂの空間部に有機ラジカル電池１を収納するように、薄型の有機ラジカル電池１（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ）を有するシール層１００をカードに貼り合わせた。こうして、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに示すＩＣカードが完成した。

本発明の実施の一形態のＲＦＩＤタグを示す断面図である。 オーバーレイ９ｂの平面図である。 図２ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 コアシート８ｂの平面図である。 図３ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 コアシート９ａの平面図である。 図４ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 オーバーレイ９ａの平面図である。 図５ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 薄型有機ラジカル電池を内部に有するシール層の断面図である。 図６Ａに示すシール層を下方から見た図である。 薄型有機ラジカル電池を内部に有するシール層を用いたＲＦＩＤタグを示す平面図である。 図７ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 基板及び薄型有機ラジカル電池を被覆するシール層を有するＲＦＩＤタグを示す平面図である。 図８ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 本発明の実施の一形態の表示素子付きＲＦＩＤタグを示す断面図である。 図９ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 図９ＡのＷ−Ｚ線断面図である。 液晶表示素子の構造を示す図である。 ＥＬ表示素子の構造を示す図である。 電子ペーパーの構造を示す図である。 任意のセンサおよび報知素子を備えたＲＦＩＤタグの平面図である。 図１１ＡのＸ−Ｙ線での断面図 図１１ＡのＷ−Ｚ線での断面図である。 本発明のＲＦＩＤタグに用いるＩＣモジュールの一例を示す概念図である。 薄型有機ラジカル電池の斜視図である。 薄型有機ラジカル電池の構成を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 薄型有機ラジカル電池
２ ＩＣモジュール
３ アンテナ
４ リード
５ 充電用配線
６ スルーホール
７ 充電用端子
８ａ，８ｂ コアシート
９ａ，９ｂ オーバーレイ
１０ キャビティ部
１１ タブ
１２ 端子
１３ 配線
１４ センサ
１５ 報知素子
１００ シール層
１０１ 電池カバー
１０２ 表示素子
１０３ 表示素子用スイッチ
１０４ 表示素子用配線
３０１ 対向電極
３０２ 液晶層
３０３ 駆動電極
３０４ バックライト
３０５ ガラス基板
３０６ 陽極（透明電極）
３０７ ＥＬ膜
３０８ 透明樹脂基板
３０９ 透明樹脂基板
３１０ 透明電極
３１１ マイクロカプセル層
３１２ 駆動電極（ＴＦＴ電極）
２０１ 外装用フィルム
２０２ ラジカル正極
２０３ セパレータ
２０４ 負極
２０５ 正極リード
２０６ 負極リード

Claims (23)

1. ＩＣモジュール、アンテナ及び電源を有するＲＦＩＤタグにおいて、前記電源として有機ラジカル電池が内蔵されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
2. ＲＦＩＤタグの厚みが０．９ｍｍ以下である請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
3. 表示素子をさらに有する請求項１または２に記載のＲＦＩＤタグ。
4. 前記表示素子が液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパーのいずれかである、請求項３に記載のＲＦＩＤタグ。
5. 基板を備え、前記電源と前記ＩＣモジュールとが前記基板内に配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
6. 前記基板がキャビティ部を有し、少なくとも前記電源が前記キャビティ部に格納されている、請求項５に記載のＲＦＩＤタグ。
7. 前記基板が凹部を有し、少なくとも前記電源が前記凹部に配置され、前記凹部内に配置された前記電源を被覆するシール層をさらに有する、請求項５に記載のＲＦＩＤタグ。
8. 基板と前記基板を被覆するシール層とを備え、前記ＩＣモジュールが前記基板上に設けられ、前記電源が前記シール層中に設けられている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
9. 前記基板は、前記電源が設置される位置に凹部を有する、請求項８に記載のＲＦＩＤタグ。
10. 前記アンテナは前記シール層に設けられている、請求項７乃至９のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
11. 前記アンテナは前記基板に設けられている、請求項５乃至９のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
12. 前記アンテナは、前記電源及び前記ＩＣモジュールとともに同一基板上に設けられている、請求項１１に記載のＲＦＩＤタグ。
13. 前記基板及び前記シール層は、それぞれ可撓性を有する材料から構成されている、請求項７乃至１２のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
14. 前記シール層は前記基板に対して剥離可能に設けられている、請求項７乃至１３のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
15. 前記電源が配置される基板面および、前記電源に相対する前記シール層の表面に、酸化シリコン層（ＳｉＯ_x；ｘ＝１〜２）が設けられている、請求項７乃至１４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
16. 前記電源が配置される基板面および、前記電源に相対する前記シール層の表面に、窒化酸化シリコン層（ＳｉＯ_xＮ；ｘ＝０．５〜１．５）が設けられている、請求項７乃至１４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
17. ＲＦＩＤタグが非接触ＩＣカードである、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
18. ＲＦＩＤタグが温度センサを有する、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
19. ＲＦＩＤタグが生体情報センサを有する、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
20. 前記生体情報センサが脈拍センサ、血圧センサ、心電センサ、筋電センサのいずれかである、請求項１９に記載のＲＦＩＤタグ。
21. ＲＦＩＤタグが位置情報センサを有する、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
22. ＲＦＩＤタグが報知手段を有する、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
23. 前記報知手段が光、音、振動、匂いのいずれかを発生させる手段である、請求項２２に記載のＲＦＩＤタグ。

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