(57)【要約】【課題】金属製コンテナ壁面等の金属物体上に設置した場合にも十分な通信距離を確保できるＲＦＩＤタグを提供する。  【解決手段】ＲＦＩＤタグ１は、アンテナ層２、電気絶縁スペーサ層３、軟磁性粉末を有機結合材に混入して形成される磁性材からなる電波吸収層４、および金属の薄膜からなる電波反射層５をこの順に積層してなり、アンテナ層２はリーダライタに対し返信波を発するアンテナ２２を備えており、電波反射層５は返信波のうち当該電波反射層５へ向かったものを電波吸収層４へ向けて反射するものであり、かつ電波吸収層４は電波反射層５で反射されて至った電波を減衰吸収するものである。電波反射層５は金属物体６に接合される。電波反射層５としては金属薄膜が使用でき、金属薄膜としては銅材ないしアルミニウム材の薄膜が使用できる。  【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ層、電気絶縁スペーサ層、軟磁性粉末を有機結合材に混入して形成される磁性材からなる電波吸収層、および金属の薄膜からなる電波反射層をこの順に積層してなり、前記アンテナ層はリーダライタに対し返信波を発するアンテナを備えており、前記電波反射層は前記返信波のうち当該電波反射層へ向かったものを前記電波吸収層へ向けて反射するものであり、かつ前記電波吸収層は前記電波反射層で反射されて至った電波を減衰吸収するものであることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項２】
前記金属薄膜は銅材ないしアルミニウム材の薄膜である請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグに関し、特に、金属製のコンテナ壁面等の金属物品（以下、金属物品には、金属単体以外に金属を含有する物品も含む）に設置した場合にも十分に長い通信距離を確保できるＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグに関する。  
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグは無線通信を利用して、これを付した物品に接触することなくリーダライタによって物品情報を得ることができるもので、従来の接触式バーコードに代わるものとして注目されている。かかるＲＦＩＤタグを使用した通信システムの概略は以下の通りである。すなわち、コンピュータ等の上位システムから指令を受けたリーダライタが上記タグに対して要求信号を出力する。リーダライタからの要求信号を受信可能なエリア（無線フィールド）内に入ったタグに、リーダライタからの電力が供給され（パッシブ型の場合）、タグはリーダライタの要求信号に対応する自身のＩＤデータを出力する。リーダライタはタグからのＩＤデータを受信し、これをコンピュータに送信する。コンピュータは送信されたＩＤデータを照合して特定の操作を実行する。なお、以下の明細書中においては、リーダライタから出力される要求信号を含む電波を送信波といい、タグから出力されるＩＤデータを含む電波を返信波という。このようなＲＦＩＤタグの中でＵＨＦ帯を使用したものはその波長が身の回りの物品の大きさと近いために物品背後への電波の回り込みにより通信距離を確保するのに有利である。
【０００３】
しかし、一方では、こうしたＲＦＩＤタグを鉄製コンテナ壁面等の金属物品に直接設置するなど、磁性金属に近接させると、その影響を受けて作動しない。この問題に対応するため、アンテナと金属物品との間にスペーサを設け、金属物品から一定距離隔てることで、その影響を緩和する方法が採られているが、これではタグ全体の厚みが増してしまう。そこで、特許文献１では、アンテナと金属物品との間に軟磁性層を介在させて、金属の影響を軟磁性層によって緩和することが提案されている。
【特許文献１】特開２００５−３０９８１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記提案のＲＦＩＤタグは、磁性金属物品上に設置した場合にも通信が可能にはなるものの、その通信距離は未だ十分ではないという問題があった。その理由は、図７に示すように、リーダライタ８からの送信波Ｓｄに応答してアンテナ層７１のアンテナから発せられた返信波はリーダライタへ向かうものＳｒ1以外にその一部Ｓｒ2が金属物品６方向へも向かう。スペーサ層７２を経て軟磁性層７３に至った返信波Ｓｒ2は一部がここで吸収されるものの、残部が金属物品６内に入射して磁路Ｍｐを形成し、再び金属物品６表面から放射され（以下、放射電波Ｒｗという）、この放射電波Ｒｗがリーダライタ方向へ向かう。これがアンテナからリーダライタ方向へ向かった返信波Ｓｒ1に混入して通信距離を低下させるのである。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、金属製コンテナ壁面等の金属物品上に設置した場合にも十分な通信距離を確保できるＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のＲＦＩＤタグ（１）では、アンテナ層（２）、電気絶縁スペーサ層（３）、軟磁性粉末を有機結合材に混入して形成される磁性材からなる電波吸収層（４）、および金属の薄膜からなる電波反射層（５）をこの順に積層してなり、アンテナ層（２）はリーダライタに対し返信波を発するアンテナ（２２）を備えており、電波反射層（５）は返信波のうち当該電波反射層（５）へ向かったものを電波吸収層（４）へ向けて反射するものであり、かつ電波吸収層（４）は電波反射層（５）で反射されて至った電波を減衰吸収するものである。上記電波反射層としては金属薄膜が使用できる。金属薄膜としては銅材ないしアルミニウム材の薄膜が好ましい。なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【０００７】
上記構成のＲＦＩＤタグは電波反射層側を金属物品に接合して使用される。リーダライタに対してアンテナ層のアンテナから発せられた返信波のうち金属物品方向へ向かったものは電波吸収層で一部が減衰吸収されつつ電波反射層へ入射して金属物品に入射することなく反射される。電波反射層で反射された反射波は再び電波吸収層に入射してここで減衰吸収される。このようにして、本発明によれば、アンテナから発射された返信波のうち、ＲＦＩＤタグが設置される金属物品に向かったものが、当該金属物品に入射することがない。したがって、金属物品内での磁路形成による放射電波を生じることはなく、リーダライタに向かう返信波が放射電波の影響を受けて通信可能距離が短くなるという問題は生じない。
【０００８】
上記金属物品がアルミ等の非磁性金属の場合は、従来のような例えばアンテナ層、スペーサ層、軟磁性層を積層した構造のＲＦＩＤタグを使用しても、金属物品表面に到達した返信波は当該表面で反射されて軟磁性層で吸収されるから、金属物品内へ入射して磁路を形成し放射電波を発するという問題は生じない。ところが非磁性金属物品の場合であっても、その表面に凹凸があると、これに入射した返信波が乱反射されることによってやはり放射電波を生じる。ここにおいて本発明によれば、電波反射層を設けたことにより、返信波が金属物品に入射するのが阻止されるから、リーダライタに向かう返信波が金属物品からの放射電波の影響を受けて通信可能距離が短くなるという問題は生じない。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明のＲＦＩＤタグによれば、金属製コンテナ壁面等の金属物品上に設置した場合にも十分な通信距離を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ＲＦＩＤタグを構成するアンテナ層は絶縁性樹脂フィルム上に蒸着、スパッタ、型抜き、メッキ、印刷やエッチングによって銅材、銀ペースト（印刷インキ）あるいはアルミ材のアンテナを形成するとともに、ＩＣチップを搭載したもので、ＩＣチップには識別情報等を記憶したメモリ回路や、パッシブ型の場合には電源用整流回路等が備えられる。このアンテナ層は２５μｍ程度の厚みで形成される。
【００１１】
電気絶縁スペーサ層はゴムシートや発泡体で構成することができる。ここで、発泡体は、誘電率を１に近い値まで小さくでき、透磁率を十分に大きくできるから好ましい。発泡体の基材としてはポリスチレン、ウレタン、炭酸カルシウム等が使用できる。この電気絶縁スペーサ層の厚みは０．３〜０．５ｍｍ程度とする。０．３ｍｍより薄いと後述する電波吸収層の影響がアンテナ層に及んでリーダライタに対する返信波が弱められ、通信距離が短くなってしまう。一方、０．５ｍｍよりも厚くするとタグの全体厚が厚くなって好ましくない。
【００１２】
電波吸収層はＦｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｃｒ系等の軟磁性材の金属粉末を樹脂材ないしゴム材に混入させてシート状にすることにより実現される。金属粉末は、アトマイズにより生成された粉粒をアトライターボールミル等で偏平化処理して、平均粒径Ｄ５０が３０μｍとなるように分級して得る。このような金属粉末をさらに焼鈍処理した後、酸化膜等の非良導性皮膜で覆ったものが好ましい。このような金属粉末をゴム材等と混合してニーダーで混練し、シート状に圧延した後、加熱架橋させることによって電波吸収層を得ることができる。この電波吸収層の複素透磁率は、通信周波数の９５０ＭＨｚにおいて、その実数部μ´が１０より大きく、磁気損失項の虚数部μ´´が１０より小さいものである必要がある。電波吸収に寄与するのは虚数部μ´´であるから、この値は大きい方が好ましいが、この値が１０以上になると、電波吸収層の影響がアンテナ層に及んでリーダライタに対する返信波そのものが弱められ、通信距離が短くなってしまうからである。一方、返信波の強度を維持するには上記実数部μ´の値は１０より大きくしておく必要がある。
【００１３】
電波反射層は導電率の大きい金属薄膜で構成することができる。金属薄膜としては、銅材やアルミ材、あるいは鉄材等が使用できる。ここで、鉄材は磁性材であるからＲＦＩＤタグ全体のインダクタンスが変化し、アンテナの共振点がずれる可能性がある。この場合にはアンテナ層のアンテナ形状を変更してそのリアクタンス（Ｌ成分）を調整することにより上記共振点のずれを修正することができる。電波反射層の厚みは０．０１〜０．１ｍｍとする。０．０１ｍｍより薄いと電波反射の効果が小さくなり、一方、０．１ｍｍ以上にしても電波反射の効果は変わらない上にＲＦＩＤタグ全体の厚みが増すから好ましくない。
【００１４】
上記アンテナ層、電気絶縁スペーサ層、電波吸収層、および電波反射層をこの順に積層して構成されるＲＦＩＤタグは全体の厚みを２ｍｍ以下と十分薄くできるとともに、湾曲させて使用することができるから設置場所が限定されない。
【実施例】
【００１５】
図１にパッシブ型ＲＦＩＤタグ１の断面図を示し、図２にはその平面図を示す。ＲＦＩＤタグ１は直方体状に成形されており、最上層がアンテナ層２となっている。当該アンテナ層２は長方形のＰＥＴ樹脂フィルムの中間位置に識別情報を備えたＩＣチップ２１が搭載され、当該ＩＣチップ２１の両側にダイポールアンテナ２２が印刷等によって延伸形成されて、全体がＰＥＴ樹脂フィルムでラミネートされている。このアンテナ層２は厚みが２０μｍである。
【００１６】
アンテナ層２の下面には電気絶縁スペーサ層３が接着剤で接合されている。当該スペーサ層３はウレタンの発泡体であり、その厚みは０．５ｍｍである。
【００１７】
電気絶縁スペーサ層３の下面には電波吸収層４が接着剤で接合されている。電波吸収層４は平均粒径Ｄ５０が３０μｍ、アスペクト比が２０のＦｅ−１３Ｃｒの軟磁性材粉末を塩素化ポリエチレンに含有させたものである。混合割合は軟磁性材粉末を約５５体積％、塩素化ポリエチレンを約４５体積％とし、これに架橋材、架橋助材を適量添加して、カレンダー圧延によりシート化する。その複素透磁率は通信周波数の９５０ＭＨｚ帯において、実数部μ´が１１、虚数部μ´´が７であった。電波吸収層４の厚みは０．５ｍｍとした。
【００１８】
電波吸収層４の下面に電波反射層５が接着剤で接合されている。電波反射層５は銅の薄膜で、その厚みは６０μｍとした。
【００１９】
以上の構造のＲＦＩＤタグ１の電波反射層５を、滑らかな表面（表面最大高さＲmax１００μｍ）の鉄製の金属物品６上に接着剤で接合して９５０ＭＨｚのＵＨＦ帯で通信試験を行った。この試験は、電波暗室内でリーダライタ（ＮＥＣトーキン製  ＩＣＴ−５０５５）と上記タグ１を所定距離離して設置し、上記タグ１を０．１ｍ単位で移動させてこれとリーダライタとの間の通信が可能か否かを判定した。なお、リーダライタにはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）が接続されており、当該ＰＣ上で通信強度を判定するソフトウエアを起動して上記判定を行った。試験結果を図３に示す。電波反射層５を設けた本発明のＲＦＩＤタグ１では、通信可能距離は６ｍに達している（図中Ｘ）。これに対して、本実施例と同様のアンテナ層２、電気絶縁スペーサ層３、電波吸収層４のみを設け、６０μｍの上記電波反射層５を設けていないＲＦＩＤタグでは、金属物品６からの放射電波の影響を受けて通信可能距離は５．３ｍ程度に短くなる（図中Ｙ）という結果が得られた。これは、電波反射層５を設けた本実施形態のタグでは、アンテナ層２のアンテナから発せられた返信波のうち金属物品６方向へ向かったものが電波反射層５で全て反射されて金属物品６に入射しないから当該物品６内での磁路形成による放射電波が生じず、返信波が放射電波の影響を受けない。これに対して、電波反射層５が無いと、金属物品６方向へ向かった返信波の一部が当該物品６内に入射して磁路を形成し、放射電波を生じて、これが返信波に混入して通信可能距離を低下させるのである。
【００２０】
次に、上記と同様のタグ（電波反射層５を設けた本実施例のものと、電波反射層５を設けていないもの）を準備し、これらを滑らかな表面のアルミ製の金属物品６に貼り付け、同様に通信試験を行った。その結果を図４に示す。図示するように、電波反射層５を設けたＲＦＩＤタグ１（図４のＸ）と設けないもの（図４のＹ）とで通信距離はいずれも６ｍと有意差は生じなかった。これは、アルミ製の金属物品６は非磁性金属であるため、その表面が滑らかであると、送信波がその表面に到達しても内部に進入することなく反射され、電波吸収層４で吸収されるためである。
【００２１】
これに対し、上記と同様のタグを、図５に示すような表面に凹凸を形成したアルミ製金属物品６上に設置して同様の通信試験を行った結果を図６に示す。なお、上記金属物品６として凹凸の表面最大高さＲmaxが５００μmのものを使用した。図６に示すように、電波反射層５を設けた本実施形態のＲＦＩＤタグ１では通信可能距離は６ｍを維持している（図中Ｘ）のに対して、電波反射層５を設けないものでは、通信可能距離は４．６ｍ程度に短くなる（図中Ｙ）という結果が得られた。これは、金属物品６の凹凸面での乱反射により放射電波が生じ、これが返信波に混入して通信可能距離を低下させるためであると考えられる。
【００２２】
以上のように、本実施例のＲＦＩＤタグ１は、アンテナ層２、電気絶縁スペーサ層３、電波吸収層４、電波反射層５をこの順に接着した構造で、電波反射層５を金属物品６に接着することによって当該金属物品６に取り付けられる。このような構造によれば、アンテナ層２のアンテナ２２から発射された返信波のうち金属物品６方向へ向かったものは電波反射層５で反射されて、金属物品６内に入射することなく電波吸収層４で減衰吸収される。したがって、金属物品６が鉄等の磁性体である場合に、これに入射した返信波が当該金属物品６内に磁路を形成し、放射電波としてリーダライタ方向へ向かって、返信波に混入し通信距離を低下させるという問題は生じず、リーダライタとの間で十分な通信距離を確保することができる。一方、金属物品６がアルミ等の非磁性体である場合にも、その表面に凹凸があると、電波反射層５を備えていない構造のタグでは、入射した返信波が乱反射されてやはり放射電波を生じる。この場合にも、本実施例のＲＦＩＤタグ１によれば、電波反射層５によって返信波が金属物品６の表面に入射するのが防止されるから、乱反射により生じた放射電波がリーダライタ方向へ向かって返信波に混入し通信距離を低下させるという問題は生じず、リーダライタとの間で十分な通信距離を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例を示す鉄製金属物品上に設けたＲＦＩＤタグの概念的断面図である。
【図２】ＲＦＩＤタグの概念的平面図である。
【図３】ＲＦＩＤタグを鉄製金属物品上に設けた場合の、電波反射層の有無による通信可能距離を比較した図である。
【図４】ＲＦＩＤタグをアルミ製金属物品上に設けた場合の、電波反射層の有無による通信可能距離を比較した図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す、凹凸のあるアルミ製金属物品上に設けたＲＦＩＤタグの概念的断面図である。
【図６】ＲＦＩＤタグを凹凸のあるアルミ製金属物品上に設けた場合の、電波反射層の有無による通信可能距離を比較した図である。
【図７】鉄製金属物品上に設けた従来のＲＦＩＤタグの概念的断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…ＲＦＩＤタグ、２…アンテナ層、２１…ＩＣチップ、２２…ダイポールアンテナ、３…スペーサ層、４…電波吸収層、５…電波反射層、６…金属物品。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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