(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取り器と接触することなく、ＩＣタグのアンテナコイルを貫く磁界の変化によって通信を行う電磁誘導型のワイヤレスＩＣタグシステムにおいて、金属の表面に開けた底の有る金属表面に垂直方向の穴、もしくは、金属板に開けた金属板に厚さ方向の貫通穴の内部に、交流磁界を通信媒体とし、通信用のアンテナコイルと、半導体メモリ等の記憶素子と、送受信回路、及びこれらを制御する回路部分からなる電磁誘導型のワイヤレスＩＣタグを、該アンテナコイルの両面が穴の金属側壁面に対向するように、穴の内部に設置し、電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグの情報通信媒体である交流磁界の金属に開けた穴の内部での減衰を低減する事を特徴とするワイヤレスＩＣタグの設置装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＣメモリを利用したワイヤレスＩＣタグの設置装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代のデータキャリアとして注目されているＩＣメモリを利用したデータキャリア（以後ＩＣタグと呼ぶ）システムは、従来の磁気テープによるカード等に比べ大きなメモリ容量を有することや、データの解読や偽造がしにくいといった安全性の高さが特徴となっている。とりわけ、読み取り器と接触することなく通信できるワイヤレスＩＣタグシステムは、ＩＣタグに記憶された情報の読み取り動作が簡単であるため、近年急速に普及しつつある。これらの中で、長波帯で電磁誘導を利用するシステムでは、ＩＣタグの動作に必要な電力を読取り器から供給する事が可能で、かつ１ｍ程度の通信距離が確保できるため、利用範囲は非常に広く、各方面へのシステムの導入が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら電磁誘導型のワイヤレスＩＣタグシステムでは、ＩＣタグのアンテナコイルを貫く磁界の変化によって通信を行うため、ＩＣタグの設置場所付近に金属が存在すると、金属の影響によって磁界が減衰したり、アンテナコイルの特性が変化しチューニングが取れなくなり、通信距離が大幅に低下したり、通信が全くできない等の問題が生じていた。そのため、電磁誘導型のワイヤレスＩＣタグの導入にあたっては、原則的に、設置するＩＣタグや読み取り器の近辺には金属を排除する事が求められており、やむを得ず金属の近くで使用する場合には、通信距離が低下した状態で使用していた。金属の影響を考慮する場合においても、金属の近くにＩＣタグを設置した場合に、ＩＣタグのアンテナコイルが受ける影響を考慮するのみで、ＩＣタグを設置する場所での磁界について考慮される事は無かった。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、バッテリが無くても１ｍ程度の通信が可能な電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグを、金属製の物品に対しても使用可能となるワイヤレスＩＣタグの設置装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のワイヤレスＩＣタグの設置装置は、読み取り器と接触することなく、ＩＣタグのアンテナコイルを貫く磁界の変化によって通信を行う電磁誘導型のワイヤレスＩＣタグシステムにおいて、金属の表面に開けた底の有る金属表面に垂直方向の穴、もしくは、金属板に開けた金属板に厚さ方向の貫通穴の内部に、交流磁界を通信媒体とし、通信用のアンテナコイルと、半導体メモリ等の記憶素子と、送受信回路、及びこれらを制御する回路部分からなる電磁誘導型のワイヤレスＩＣタグを、該アンテナコイルの両面が穴の金属側壁面に対向するように、穴の内部に設置し、電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグの情報通信媒体である交流磁界の金属に開けた穴の内部での減衰を低減する事を特徴とし、電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグの情報通信媒体である交流磁界が、金属に開けた穴の内部で最も減衰しない方向へ、ＩＣタグのアンテナコイルの面が向くようにＩＣタグを設置することを最も主要な特徴とする。
【０００６】
従来、電磁誘導型のワイヤレスＩＣタグシステムは、金属の近傍での使用を極力避けるように指示されており、金属に開けた穴の内部にＩＣタグを設置する事は想定されていなかった。
【０００７】
本発明において、金属表面に開けた穴の内部では、穴の開口面に直角な方向（以後法線方向と呼ぶ）の交流磁界は、穴の開口部の周囲に誘起される電流によって打ち消されるため、磁界強度は急激に低下する。一方、穴の側壁面に直角な方向（以後接線方向と呼ぶ）の交流磁界は、開口部周囲に誘起される電流によって打ち消され無いため、穴の内部でも大きな磁界が存在する。したがって、ＩＣタグのアンテナコイルの両面を、金属表面に開けた穴の側壁面に対向させて配置する事で、ＩＣタグは穴の内部においても、大きな強度の磁界を受信する事ができる。同様に、ＩＣタグが送信する磁界も、それを打ち消すような電流が誘起され無いため、効率よくＩＣタグからの情報を読み取り器へ送ることが出来る。さらに、ＩＣタグのアンテナコイルと穴内部の金属壁との結合を弱くする事が出来るため、コイルのインダクタンス変化を低く押さえられ、ＩＣタグの送受信に関する性能を維持する事ができる。
以上の作用があいまって、金属に開けた穴の内部においても、通常使用する場合とほぼ同程度の距離で、電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグの通信が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１（ａ），（ｂ）に、本発明による一実施形態例として、マンホールの鉄蓋に開けた貫通穴の中にＩＣタグを設置した例を示す。１はマンホール鉄蓋、２はマンホール鉄蓋１に開けた貫通穴、３は電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグであり、３１はアンテナコイル、３２はＩＣメモリ，制御回路，送受信回路等からなる回路部であり、アンテナコイル３１と回路部３２は、電気的に接続されている。
【０００９】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグ３のアンテナコイル３１は、その両面が貫通穴２の側壁面に対向する方向（接線方向）に設置されている。すなわち、アンテナコイル３１の受信特性が最大になる方向は、貫通穴２の開口部方向ではなく、貫通穴２の側壁面に直角な方向（図中のＨ）になり、接線方向の磁界に対しての受信特性が最大になる。
【００１０】
図２は金属板に開けた貫通穴の内部における接線方向の磁界強度の深さ依存性を示し、図３は金属板に開けた貫通穴の内部における法線方向の磁界強度の深さ依存性を示す。これらの図で、実線は有限要素法で計算した結果を、丸印は実際に測定した値を示している。計算では、板の厚さはマンホールの平均的な厚さである５０ｍｍに、穴の直径は、ワイヤレスＩＣタグを設置するのに実際的な寸法である４ｃｍとしてある。図２より、接線方向成分の磁界において、穴の内部では金属板が無い場合に比べ、通常ＩＣタグが設置される深さ２ｃｍ程度の位置で、磁界強度は５ｄＢ程度低下する。一方、図３より、法線方向成分の磁界において、穴の内部では金属板が無い場合に比べ、通常ＩＣタグが設置される深さ２ｃｍ程度の位置で、磁界強度はおよそ２５ｄＢ低下する。図４は、誘導型ワイヤレスＩＣタグの通信距離と、磁界強度の関係を示したものである。電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグが利用する磁界の強度は、距離の３乗に逆比例する。よって、穴の内部の磁界強度が金属板が無い場合に比べ５ｄＢ低い事は、金属板の無い通常の通信距離より４／５倍の距離で、２５ｄＢの磁界強度の低下は４／９の距離で通信できる事を意味する。図５に、直径４ｃｍの金属板に開けた穴内部に設置したＩＣタグの、アンテナコイルのインダクタンス変化を示す。アンテナコイルを接線方向に向けた場合では、インダクタンスの変化は僅か１％程度である。ＩＣタグの受信感度が最大となる共振周波数は、送受信回路のコンデンサとインダクタンスの積の平方根の逆数で計算されるため、共振周波数のずれは１％程度であり、ＩＣタグの通信能力には殆ど影響しない事が分かる。一方、アンテナコイルを法線方向に向けた場合、アンテナコイルのインダクタンス変化は１０％以上であり、周波数のずれは５％以上になり、ＩＣタグの通信能力が低下する。
【００１１】
すなわち、本実施形態例によるワイヤレスＩＣタグの設置構造を採用することで、金属表面に開けた直径４ｃｍの穴の中でも、ＩＣタグの通信特性を維持しながら、大きな強度の磁界を受信できるため、通常に使用した場合の８０％程度の通信距離を確保できることになる。
【００１２】
図６（ａ），（ｂ）に、本発明による他の実施形態例として、金属の表面に開けた底の有る穴の中に、ワイヤレスＩＣタグを設置した場合を示す。図６（ａ），（ｂ）において、４は金属、５は金属表面に開けた底の有る穴、３は電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグであり、３１はアンテナコイル、３２はＩＣメモリ，制御回路，送受信回路等からなる回路部であり、アンテナコイル３１と回路部３２は、電気的に接続されている。本実施形態例においても、アンテナコイル３１の受信特性が最大になる方向は、穴５の側壁面に直角な方向（図中のＨ）で、接線方向の磁界に対しての受信特性が最大になるように、電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグ３が設置されている。図７は金属の表面に開けた深さ５ｃｍの穴内部の、接線方向の磁界強度の深さ依存性を示し、図８は金属の表面に開けた深さ５ｃｍの穴内部の、法線方向の磁界強度の深さ依存性を示す。これらの図においても、穴の直径は４ｃｍとし、有限要素法で計算した結果と実測値を示している。図７より、金属が無い場合に比べ穴の内部での接線方向の磁界強度は、深さ２ｃｍの位置で１０ｄＢ程度低下し、図４から通信距離の低下は３／４程度と計算される。一方、穴の内部での法線方向成分の磁界では、金属が無い場合に比べて磁界強度は深さ２ｃｍの位置で３０ｄＢ程度低下し、通信距離は２／５になる。本実施形態例の場合においても、ＩＣタグのアンテナコイルのインダクタンス変化は、一実施形態例の場合と同様であり、本実施形態例によるワイヤレスＩＣタグの設置構造を採用する事で、金属表面に開けた底の有る穴の内部においても、通常の７５％程度の通信距離を確保できることになる。
【００１３】
あらためて言うまでもなく、機械的強度が強く加工性に富む金属は、各方面で広く使われている。データキャリアで管理する対象となりうる物品においても、金属製の物は多数存在する。これらにワイヤレスＩＣタグを設置する場合に、単に金属表面にＩＣタグを張り付けるより、その優れた加工性を活かし、穴を開けてＩＣタグを設置するほうが、安全性や破損等に対するＩＣタグの耐久性の観点から、より好ましい設置構造である事は言うまでもなく、ワイヤレスＩＣタグを金属に開けた穴に設置する構造を確立する意義は大きい。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によるワイヤレスＩＣタグの設置装置を用いることで、金属に開けた穴の内部に電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグを設置しても、金属板が無い場合の８０％程度の距離で通信が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明に係る金属板に開けた貫通穴内部での接線方向の磁界強度の深さ依存性の一例を示す特性図である。
【図３】本発明に係る金属板に開けた貫通穴内部での法線方向の磁界強度の深さ依存性の一例を示す特性図である。
【図４】本発明に係る磁界強度と電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグの通信距離の関係の一例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る金属に開けた穴の中に設置したアンテナコイルのインダクタンス変化の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図７】本発明に係る金属に開けた底の有る穴の内部での接線方向の磁界強度の深さ依存性の一例を示す特性図である。
【図８】本発明に係る金属に開けた底の有る穴の内部での法線方向の磁界強度の深さ依存性の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
１…マンホール鉄蓋、２…マンホール鉄蓋に開けた貫通穴、３…電磁誘導型ワイヤレスＩＣタグ、４…金属、５…金属表面に開けた底の有る穴、３１…アンテナコイル、３２…ＩＣメモリ，制御回路，送受信回路等からなる回路部。
【図１】
0003585142.tif 000002
【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】
0003585142.tif 000008
【図８】
0003585142.tif 000009