JP4089167B2 - Ｒｆｉｄ用タグ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＦＩＤ（無線周波数識別：Radio Frequency Identification）技術を用いたＲＦＩＤ用タグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フェライト等により棒状に形成された磁芯部材にこの磁芯部材の軸線を中心として螺旋状にコイル本体を巻回したアンテナコイルと、このアンテナコイルのコイル本体に電気的に接続され管理対象の物品に関する情報が記憶されたＩＣチップとを備えたタグが知られている。このタグは大気中の湿度や塵埃及び周囲の物に接触することに起因する外力から保護する専用の外装材により被覆され、識別又は監視される物品の平面部分に取付けられる。このようにして物品の平面部分に取付けられたタグは、ＩＣチップに記憶された情報を読みとることにより、又は特定周波数の電波に対して共振するか否かによりその物品を識別又は監視するように構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の外装材は一般的にタグを収容する容器とその容器を封止する蓋により構成されており、容器と蓋の接合部における密閉性を確実に確保することが困難であり、その密閉性が確保されていない場合にはタグを大気中の湿度や塵埃から有効に保護できない不具合があった。また、頻繁に移動させる物品に取付けるタグにあっては、タグが管理対象の物品から大きく突出することを回避してその物品を運搬する際にタグが周囲の物に接触することを回避する必要もある。更に、上記従来のタグではフェライト等からなる磁芯部材を用いていることからタグ自体を湾曲させることができない。しかし、近年では円板状の物品における湾曲した外側面や、円筒状の配管の湾曲した外側面にタグを取付けることも多くなり、タグ自体に可撓性を持たせ、そのタグを物品の湾曲した外面に相応して湾曲させ、その状態で物品に直接付設できれば便利である。
【０００４】
本発明の第１の目的は、ＩＣチップとアンテナコイルの密閉性を確実に確保しうるＲＦＩＤ用タグを提供することにある。
本発明の第２の目的は、タグを極めて薄く形成して物品の搬送中にその物品に取付けたタグが周囲の物に接触するのを防止できるＲＦＩＤ用タグを提供することにある。
本発明の第３の目的は、物品の湾曲した外表面に相応して湾曲可能なＲＦＩＤ用タグを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、物品１１に取付けられかつ物品１１毎に異なる固有の情報が記憶されたＩＣチップ１３と、物品１１に取付けられかつＩＣチップ１３に電気的に接続されたアンテナコイル１４とを備えたＲＦＩＤ用タグの改良である。
その特徴ある構成は、ＩＣチップ１３とアンテナコイル１４が射出成形又は注型成形により樹脂１６に一体的に包囲されれ、樹脂１６が可撓性を有する合成高分子ポリアミド、ウレタン又はシリコーンからなり、アンテナコイル１４が磁性材料により平板状に形成された磁芯部材１４ａとコイル本体１４ｂを有し、磁芯部材１４ａが磁性材料からなる粉末又はフレーク及びプラスチックの複合材により形成され、複合材が１０〜５６体積％の磁性材料と９０〜４４体積％のプラスチックからなるところにある。
この請求項１に係るＲＦＩＤ用タグでは、ＩＣチップ１３とアンテナコイル１４が樹脂により確実に包囲されて密封されるので、そのＩＣチップ１３及びアンテナコイル１４は外気から確実に隔離され、大気中の湿度や塵埃から有効に保護することができる。
ここで、樹脂１６を射出成形するとＲＦＩＤ用タグの生産性を向上させることができる。但し、ＩＣチップ１３やアンテナコイル１４が比較的脆弱なものである場合には、射出成形時の圧力による破損を回避するため、注型成形により樹脂１６でそのＩＣチップ１３とアンテナコイル１４を包囲することが好ましい。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、コイル本体１４ｂが磁芯部材１４ａにこの磁芯部材１４ａの平面内に延びる軸線を中心として螺旋状に巻回されて構成され、ＩＣチップ１３が磁芯部材１４ａの表面に接着されるか或いは磁芯部材１４ａの近傍に設けられたＲＦＩＤ用タグである。
この請求項２に記載されたＲＦＩＤ用タグでは、タグ１２に向って電波を発信すると、タグ１２が共振し、ＩＣチップ１３が活性化するので、ＩＣチップ１３に記憶されている固有の情報がアンテナコイル１４から再発信される。またアンテナコイル１４を極めて薄く形成できるので、タグ１２自体が薄いものになって取付けた物品１１の表面からの突出量は軽減し、物品１１の搬送中にそのタグ１２が周囲の物に接触するのを防止できる。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図５及び図６に示すように、コイル本体６４ｂが磁芯部材６４ａの外周縁を囲むように磁芯部材６４ａと同一平面上に渦巻き状に巻回されて構成され、ＩＣチップ１３が磁芯部材６４ａの表面に接着されたＲＦＩＤ用タグである。
この請求項３に記載されたＲＦＩＤ用タグでは、アンテナコイル６４を更に薄く形成でき、タグ６２自体を更に薄くすることができる。また、このタグ６２に向って電波を発信すると、電波の発信源とアンテナコイル６４との距離が比較的大きくても、磁芯部材６４ａによりコイル本体６４ｂの中心を通る磁束密度（この磁束は上記電波により発生する。）が増大する。この結果、アンテナコイル６４を含む共振回路の共振の振幅が大きくなるので、タグ６２を十分に活性化でき、ＩＣチップ１３に記憶されている固有の情報がアンテナコイル６４から再発信される。
【０００８】
また、磁芯部材１４ａ、６４ａが磁性材料からなる粉末又はフレーク及びプラスチックの複合材により形成され、その複合材が１０〜５６体積％の磁性材料と９０〜４４体積％のプラスチックからなるので、上記割合で磁性材料とプラスチックを配合することにより可撓性を有する磁芯部材１４ａ、６４ａを得ることができ、ＲＦＩＤ用タグ自体を湾曲させることができ、物品１１の被取付部が曲面であっても、そのタグを湾曲させた状態で取付けることが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、物品１１の表面にはＲＦＩＤ用タグ１２が取付けられる。このタグ１２は物品１１毎に異なる固有の情報が記憶されたＩＣチップ１３と、ＩＣチップ１３に電気的に接続されたアンテナコイル１４とを備える。物品１１はこの実施の形態では倉庫に保管された修理用の部品であり、プラスチック等の非磁性かつ非導電性の材料により形成される。アンテナコイル１４は磁性材料により平板状に形成された磁芯部材１４ａと、磁芯部材１４ａにこの磁芯部材１４ａの平面内に延びる軸線を中心として螺旋状に巻回されたコイル本体１４ｂとを有する。
【００１０】
磁芯部材１４ａは磁性材料からなる粉末又はフレークとプラスチックとの複合材により長方形板状に形成されるか、或いはＦｅ系（アライドケミカル社製のＭＥＴＧＬＡＳ２６０５Ｓ−２）やＣｏ系（アライドケミカル社製のＭＥＴＧＬＡＳ２７１４Ａ）等のアモルファス箔の積層材により長方形板状に形成される。上記磁性材料としては軟磁性フェライト又は軟磁性金属が挙げられ、上記プラスチックとしては加工性の良い熱可塑性のプラスチックを用いたり、或いは耐熱性の良い熱硬化性のプラスチックを用いたりすることができる。また上記磁性材料からなる粉末としては、カーボニル鉄粉末，鉄−パーマロイ等のアトマイズ粉末，還元鉄粉末等が用いられる。一方、磁性材料からなるフレークとしては、上記粉末をボールミル等で微細化して粉末を成形した後に、この粉末を機械的に扁平化して得られたフレークや、鉄系又はコバルト系アモルファス合金の溶湯粒を水冷銅に衝突させて得られたフレークが用いられる。
【００１１】
磁芯部材１４ａを複合材により形成する場合には、磁芯部材１４ａに可撓性を持たせるため、その磁芯部材１４ａは、１０〜５６体積％の磁性材料と、９０〜４４体積％のプラスチックからなる複合材により形成されることが好ましい。磁性材料からなる粉末又はフレークが１０体積未満であると、得られた磁芯部材１４ａの透磁率が低くなり、必要な透磁率を得るには磁芯部材１４ａ自体を大型にする必要があり、アンテナコイル１４自体の小型化を図ることができなくなる。一方、磁性材料からなる粉末又はフレークが５６体積％以上であると得られた磁芯部材１４ａが可撓性を有しなくなるおそれがある。なお、磁性材料からなる粉末又はフレークの特に好ましい範囲は２５体積％〜４５体積％である。
【００１２】
複合材により磁芯部材１４ａを形成する場合、複合材を射出成形又は圧縮成形することにより磁芯部材１４ａを形成することが好ましい。但し、タグ１２が特に薄い必要がある場合には、可撓性を有するフィルム又はシートに複合材を塗布乾燥させることにより、磁芯部材１４ａをそのフィルム又はシートと、そのフィルム又はシートに塗布された複合材からなる塗膜とにより形成しても良い。このように形成された磁芯部材１４ａは脆弱なフェライトにより形成された磁芯部材と比較して、可撓性を有するため薄くしても割れ難い。また磁性材料からなる粉末又はフレークがプラスチックに分散されている、即ち磁性粉又はフレークがプラスチックにより相互に絶縁されているため、磁芯部材１４ａ全体としては導電性を有することはなく、高周波の電波を受けても渦電流は発生しない。
コイル本体１４ｂは銅線であり、上述した磁芯材１４ａにこの磁芯部材１４ａの軸芯を中心として螺旋状に巻回される。このアンテナコイル１４の銅線には１Ｃチップ１３が電気的に接続される。
【００１３】
ＩＣチップ１３は図４に示すように、電源回路１３ａと、無線周波数（ＲＦ）回路１３ｂと、変調回路１３ｃと、復調回路１３ｄと、ＣＰＵ１３ｅと、このＣＰＵ１３ｅに接続され物品１１に固有の情報が記憶されるメモリ１３ｆとを有する。電源回路１３ａはコンデンサ（図示せず）を内蔵し、このコンデンサはアンテナコイル１４とともに共振回路を形成する。このコンデンサにはアンテナコイル１４が特定の周波数の電波（上記共振回路が共振する周波数）を受信したときにその相互誘導作用で生じる電力が充電される。電源回路１３ａはこの電力を整流し安定化してＣＰＵ１３ｅに供給し、ＩＣチップ１３を活性化する。メモリ１３ｆはＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（ramdom-access memory）及びＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read only memory）を含み、ＣＰＵ１３ｅの制御の下で識別手段１７からの電波のデータ通信による読出しコマンドに応じて記憶されたデータの読出しを行うとともに、識別手段１７からの書込みコマンドに応じてデータの書込みが行われる。
【００１４】
図１及び図２に戻って、ＩＣチップ１３はアンテナコイル１４の銅線に電気的に接続された状態で磁芯部材１４ａの表面に接着され、ＩＣチップ１３とアンテナコイル１４は注型成形により樹脂１６に一体的に包囲される。この実施の形態における注型成形は図３（ａ）に示すような上下に２分割可能な金型２１を用いて行われ、樹脂注入口２２ａが形成された上型２２が小ネジ２６により取り外し可能に下型２３に取付けられる。上型２２及び下型２３の内部にはＩＣチップ１３が表面に接着された磁芯部材１４ａをその中央に浮かして支持するためのピン２２ｂ，２３ｂがそれぞれ形成される。実際に樹脂を注型する際には、図３（ｂ）に示すように、ＩＣチップ１３が表面に接着された磁芯部材１４ａをそのピン２２ｂ，２３ｂにより金型２１の内部で浮かして支持し、その状態で注入孔２２ａから樹脂を注入して成型する。注入する樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、合成高分子ポリアミド（商標名「ナイロン」）、ウレタン、シリコーン等が挙げられる。
【００１５】
金型２１に注入した樹脂が硬化した後は上型２２を下型２３から取り外し、図３（ｃ）に示すようにその下型２３から樹脂成形品２４を取り出す。この樹脂成型品２４はＩＣチップ１３とアンテナコイル１４がその樹脂により一体的に包囲されたものであり、磁芯部材１４ａを支持していたピン２２ｂ，２３ｂに相応する小穴２４ａが形成される。この小穴２４ａは必要に応じて樹脂により封止され、ＩＣチップ１３とアンテナコイル１４が樹脂１６に一体的に包囲された図３（ｄ）に示す本発明のＲＦＩＤ用タグ１２が得られる。また、この小穴２４ａは上面を覆う図示しない外装用シール、又は後述する両面粘着テープ等で覆うことにより閉鎖しても良い。
【００１６】
このように構成されたＲＦＩＤ用タグ１２では、ＩＣチップ１３とアンテナコイル１４が樹脂により確実に包囲されて密封されるので、そのＩＣチップ１３及びアンテナコイル１４は外気から確実に隔離され、大気中の湿度や塵埃から有効に保護することができる。
また、本発明のＲＦＩＤ用タグ１２は図示しない接着剤又は両面粘着テープを介して物品１１の表面に取付けられてその物品１１を管理するために用いられる。この実施の形態におけるＲＦＩＤ用タグ１２は、平板状に形成された磁芯部材１４ａに螺旋状に巻回したコイル本体１４ｂからなるアンテナコイル１４を使用しているため、その厚さを比較的薄く形成できるので、タグ１２を物品１１に取付けた状態でタグ１２がその物品１１から著しく突出することを防止することができる。この結果、その物品１１を搬送する際にタグ１２が周囲の物に接触することを防止することができる。
【００１７】
更に、この実施の形態における磁芯部材１４ａは複合材により可撓性を有するように形成されているので、ＩＣチップ１３とアンテナコイル１４を包囲する樹脂１６が可撓性を有する合成高分子ポリアミド（商標名「ナイロン」）、ウレタン又はシリコーン等である場合には、ＲＦＩＤ用タグ１２自体の可撓性が確保され、たとえそのタグ１２を取付ける外表面が湾曲していても、そのタグ１２自体をその物品１１の外表面に相応して湾曲させることができ、そのように湾曲させて物品１１の外表面にタグ１２を付設させることが可能になる。
【００１８】
このようにＲＦＩＤ用タグ１２が取付けられた物品１１は、その管理者により持ち運び可能なハンディ型の識別手段１７を用いて管理される。具体的には図４に示すように、識別手段１７の送受信アンテナ１７ａをタグ１２に近付け、送受信アンテナ１７ａからタグ１２のアンテナコイル１４に向けて質問信号を特定周波数の電波により送信する。送信された質問信号の電波はタグ１２のアンテナコイル１４に受信される。アンテナコイル１４に電気的に接続されたＩＣチップ１３のＣＰＵ１３ｅは、この質問信号に基づいてメモリ１３ｆに書込まれていたその物品１１に関する情報を送信する。送信されたデータは識別手段１７の送受信アンテナ１７ａが受信し、その物品１１固有の情報を識別手段１７の表示部１７ｂに表示する。管理者は表示部１７ｂに表示された情報を見てその物品１１の管理を行う。
【００１９】
なお、上述した実施の形態では、プラスチック等の非磁性かつ非導電性の材料により形成された物品１１にタグ１２が取付けられる例を示したが、タグ１２を取付ける物品１１の被取付部分が金属である場合にはタグ１２とそのタグ１２を取付ける金属部分との間に導電性材料からなる導電板を介装させることが好ましい。この場合の導電板の厚さは０．０１〜２ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍである。ＲＦＩＤ用タグ１２を導電板を介して物品の金属部分に取付け、識別手段１７の送受信アンテナ１７ａからタグ１２のアンテナコイル１４に向って電波を発信すると、導電板が物品１１への電波の通過を遮蔽するため、その物品１１の金属部分には渦電流が発生しない。この結果、タグ１２が共振するので、ＩＣチップ１３が活性化し、ＩＣチップ１３に記憶されている固有の情報がアンテナコイル１４から再発信される。これにより識別手段１７はＩＣチップ１３のメモリに記憶された情報を確実に読出すことができる。
【００２０】
また、上述した実施の形態では、ＩＣチップ１３を磁芯部材１４ａの表面に接着される例を示したが、ＩＣチップ１３とアンテナコイル１４が樹脂１６に一体的に包囲される限り、ＩＣチップ１３を磁芯部材１４ａに接着することなく磁芯部材１４ａの近傍に設けても良い。
更に、上述した実施の形態では、注型成形により樹脂１６でＩＣチップ１３とアンテナコイル１４を包囲したが、ＩＣチップ１３とアンテナコイル１４の強度が比較的高く射出成形による圧力に十分耐え得るものである場合には、射出成形により樹脂１６でＩＣチップ１３とアンテナコイル１４を包囲しても良い。射出成形により樹脂１６を成形すると、注型成形により行う場合に比較してＲＦＩＤ用タグの生産性を向上させることが可能になる。
【００２１】
図５及び図６は本発明の第２の実施の形態を示す。図５及び図６において図１及び図２と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、物品１１はプラスチック等の非磁性かつ非導電性の材料により形成され、アンテナコイル６４は磁性材料により平板状に形成された磁芯部材６４ａと、磁芯部材６４ａの外周縁を囲むように磁芯部材６４ａと同一平面上に渦巻き状に巻回されたコイル本体６４ｂとを有する。磁芯部材６４ａは金属又はフェライトの粉末又はフレークとプラスチックとの複合材により円板状に形成されるか、或いはＦｅ系（アライドケミカル社製のＭＥＴＧＬＡＳ２６０５Ｓ−２）やＣｏ系（アライドケミカル社製のＭＥＴＧＬＡＳ２７１４Ａ）等のアモルファス箔の積層材により円板状に形成される。
【００２２】
コイル本体６４ｂは樹脂フィルム６４ｃ表面に接着された銅箔又はアルミ箔のエッチングにより形成され、磁芯部材６４ａはコイル本体６４ｂの中央に位置するように樹脂フィルム６４ｃに接着される。上記磁芯部材６４ａが複合材により形成される場合には、樹脂フィルム６４ｃに接着する前に複合材を円板状に射出成形又は圧縮成形する方法と、液状の複合材を上記コイル本体６４ｂに流込んで固化させる方法とがある。ＩＣチップ１３は磁芯部材６４ａの表面に接着され、ＩＣチップ１３とアンテナコイル６４は射出成形又は注型成形により樹脂に一体的に包囲される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００２３】
このように構成されたＲＦＩＤ用タグ６２は接着剤又は両面粘着テープを介して物品１１に取付けられるが、アンテナコイル６４は磁芯部材６４ａと同一平面上に渦巻き状に巻回されたコイル本体６４ｂとから成り極めて薄いものになる。このため、このタグ６２も極めて薄いものになり物品１１から極めて僅かしか突出せずに、その取付強度を十分に確保できる。また、識別手段の送受信アンテナからタグ６２のアンテナコイル６４に向って電波を発信すると、送受信アンテナとアンテナコイル６４との距離が比較的大きくても、磁芯部材６４ａの存在によりコイル本体６４ｂの中心を通る磁束密度（この磁束は上記電波により発生する。）が増大する。この結果、タグ６２が共振するので、ＩＣチップ１３が活性化し、ＩＣチップ１３に記憶されている固有の情報がアンテナコイル６４から送受信アンテナに向って再発信される。これにより識別手段はＩＣチップ１３のメモリに記憶された情報を読出すことができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＩＣチップとアンテナコイルを射出成形又は注型成形により樹脂に一体的に包囲させ、ＩＣチップとアンテナコイルをその樹脂により密封したので、そのＩＣチップ及びアンテナコイルは外気から確実に隔離され、大気中の湿度や塵埃から有効に保護することができる。この場合、磁性材料により平板状に形成された磁芯部材と、磁芯部材にこの磁芯部材の平面内に延びる軸線を中心として螺旋状に巻回されたコイル本体によりアンテナコイルを構成し、ＩＣチップを磁芯部材の表面に接着させるか或いは磁芯部材の近傍に設ければ、アンテナコイルを極めて薄く形成でき、タグ自体を薄くすることができる。
【００２５】
また磁性材料により平板状に形成された磁芯部材と、磁芯部材の外周縁を囲むように磁芯部材と同一平面上に渦巻き状に巻回されたコイル本体とによりアンテナコイルを構成し、ＩＣチップを磁芯部材の表面に接着すればアンテナコイルを更に薄く形成できる。この結果、物品の表面からのＲＦＩＤ用タグの突出量は軽減し、物品の搬送中にそのタグが周囲の物に接触するのを防止できる。
更に、磁芯部材を磁性材料からなる粉末又はフレーク及びプラスチックの複合材により形成し、その複合材を１０〜５６体積％の磁性材料と９０〜４４体積％のプラスチックとにより配合すれば、可撓性を有する磁芯部材を得ることができ、ＲＦＩＤ用タグ自体を湾曲させることができ、物品の被取付部が曲面であっても、そのタグを湾曲させた状態で取付けることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のＲＦＩＤ用タグを示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】そのタグの構成を示す図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】そのタグを注型成形により得る製造工程を示す図。
【図４】そのタグに識別手段の送受信アンテナを対向させた状態を示す構成図。
【図５】本発明の第２実施形態を示す図６のＥ−Ｅ線断面図。
【図６】そのタグの構成を示す図５のＦ−Ｆ線断面図。。
【符号の説明】
１１ 物品
１２，６２ ＲＦＩＤ用タグ
１３ ＩＣチップ
１４，６４ アンテナコイル
１４ａ，６４ａ 磁芯部材
１４ｂ，６４ｂ コイル本体
１６ 樹脂

Claims (3)

1. 物品(11)に取付けられかつ前記物品(11)毎に異なる固有の情報が記憶されたＩＣチップ(13)と、前記物品(11)に取付けられかつ前記ＩＣチップ(13)に電気的に接続されたアンテナコイル(14,64)とを備えたＲＦＩＤ用タグにおいて、
   前記ＩＣチップ(13)と前記アンテナコイル(14,64)が射出成形又は注型成形により樹脂(16)に一体的に包囲され、
   前記樹脂 (16) が可撓性を有する合成高分子ポリアミド、ウレタン又はシリコーンからなり、
   前記アンテナコイル (14,64) が磁性材料により平板状に形成された磁芯部材 (14a,64a) とコイル本体 (14b,64b) を有し、
   前記磁芯部材 (14a,64a) が磁性材料からなる粉末又はフレーク及びプラスチックの複合材により形成され、
   前記複合材が１０〜５６体積％の磁性材料と９０〜４４体積％のプラスチックからなる
   ことを特徴とするＲＦＩＤ用タグ。
2. コイル本体 (14b)が磁芯部材(14a)にこの磁芯部材(14a)の平面内に延びる軸線を中心として螺旋状に巻回されて構成され、
   ＩＣチップ(13)が前記磁芯部材(14a)の表面に接着されるか或いは前記磁芯部材(14a)の近傍に設けられた請求項１記載のＲＦＩＤ用タグ。
3. コイル本体 (64b) が磁芯部材(64a)の外周縁を囲むように前記磁芯部材(64a)と同一平面上に渦巻き状に巻回されて構成され、
   ＩＣチップ(13)が前記磁芯部材(64a)の表面に接着された請求項１記載のＲＦＩＤ用タグ。

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