(57)【要約】【課題】金属製の物品に密着させた金属対応タグとリーダライタとの間で、正常に動作するアンテナコイルを提供する。【解決手段】空芯コイル２が設けられた基板３の上に、磁性部材４を平行に積層し、ケース５内に収容する。空芯コイル２は、平面内に形成された電波の送受信用のコイルであり、ＲＦＩＤの回路に電気的に接続されている。基板３は、空芯コイル２が配設された絶縁性の部材である。磁性部材４は、磁芯として機能する材質で構成された平板状の部材である。ケース５は、絶縁性の材料で形成された薄型の筐体である。このケース５内に収容された基板３と磁性部材４の間には、空芯コイル２により間隙が形成されている。【選択図】図１
2008131116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面内で渦巻き状に巻回されたコイル部を備えたアンテナコイルにおいて、
その通信面側に、平板状の磁性部材が配設されていることを特徴とするアンテナコイル。
【請求項２】
前記磁性部材の上面に、間隙を設けたことを特徴とする請求項１記載のアンテナコイル。
【請求項３】
前記通信面と反対側に、平板状の磁性部材が配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアンテナコイル。
【請求項４】
前記通信面と反対側に、金属製のシールド部材が配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナコイル。
【請求項５】
前記通信面側の磁性部材の厚さが、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナコイル。
【請求項６】
前記通信面側の磁性部材が、軟磁性金属、アモルファス又はフェライトにより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナコイル。
【請求項７】
通信相手のタグのアンテナコイルよりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＲＦＩＤ（無線周波数識別：Radio  Frequency  Identification）技術を用いたＩＣカード、識別タグなどに用いられるアンテナコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報を電子的に記憶することができるＩＣチップと、このＩＣチップと外部との間で情報をやり取りするインタフェースを備えたカードやタグを利用したシステムが、その多様な可能性から注目を集めている。かかるシステムは、一般的には、ＲＦＩＤシステムと呼ばれ、小型の記録媒体（カードやタグ）とこれに読み書きを行うリーダライタとの組み合わせによって、様々な場面での固体認証やデータの送受信に利用することができる。
【０００３】
小型の記録媒体については、ＲＦＩＤカード、ＩＣカード、ワイヤレスカード、ＲＦＩＤタグ、ＩＣタグ等、種々の称呼がある。以下、タグと呼ぶが、特定の種類のものに限定する意図ではなく、上記のような種々のカードやタグ等を全て含む広い概念である。このようなタグは、従来のカードに用いられていた磁気記録方式のものに比べて、ＩＣチップのメモリに大量の情報を記憶しておくことができ、偽造の防止も可能となるため、クレジットカード、電子マネー、電子乗車券、テレフォンカード、ＩＤカード、貨物管理用タグ等として、広く利用されている。
【０００４】
また、リーダライタとの間で情報を送受信するための方式としては、タグの表面に設けられた電極接点とリーダライタに設けられた接触端子とを接触させる接触型、タグとリーダライタに設けられたアンテナコイルを介して無線により行う非接触型がある。特に、非接触型のタグは、接触による磨耗がないこと、リーダライタ側にタグを移動させる機構が必要ないこと、送受信の際の方向性の自由度が高いことなどから、高い耐久性と利便性を有するものとして、普及が期待されている。
【０００５】
ところで、上記のようにアンテナコイルを介して送受信を行う非接触型のＲＦＩＤシステムにおいては、タグの裏面に金属が有る場合、その通信距離が著しく低下する。これに対処するため、アンテナコイルと平行に平板状の磁性部材と金属製のシールド部材が配置されたものが提案されている（特許文献１〜３参照）。これを金属対応タグと呼ぶ。金属製の物品に密着させた金属対応タグは、タグで発生した磁束が金属を貫くため、渦電流が生じ、その渦電流が影響を与えてアンテナコイルが正常に動作しないことを防止している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０４３７０号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０７５９号公報
【特許文献３】特開２００６−１３９７６号公報
【特許文献４】特開２００２−３４４２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような金属製の物品（金属物品）は、一般的に金属対応タグよりも大きいため、金属対応タグによって覆われていない部分が生じている。一方、通信距離を大きくするためには、リーダライタ側のアンテナコイルを大きくする必要がある。
【０００８】
このため、例えば、図７に示すように、金属物品Ｘに密着させた金属対応タグＹをリーダライタ（Ｒ／Ｗ）のためのアンテナコイルに近づけると、金属対応タグＹで覆われていない部分において、Ｒ／Ｗ用のアンテナコイルからの磁束によって渦電流が生じ、反対向きの磁界（反磁界）が発生する。
【０００９】
この反磁界の影響で、Ｒ／Ｗ用のアンテナコイルのＬ値が減少して共振周波数が高周波側にシフトする。これにより、アンテナ回路のインピーダンスＺが増加して、通信できなくなる。なお、かかる問題は、特許文献４においても指摘されているが、その解決方法は本発明とは異なる。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、金属製の物品に密着させた金属対応タグとリーダライタとの間で、正常に動作するアンテナコイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明は、平面内で渦巻き状に巻回されたコイル部を備えたアンテナコイルにおいて、その通信面側に平板状の磁性部材が配設されていることを特徴とする。
【００１２】
他の望ましい態様としては、次のようなアンテナコイルが考えられる。
(1) 前記磁性部材の上面に、間隙を設ける。
(2) 通信面と反対側に、平板状の磁性部材を配設する。
(3) 通信面と反対側に、金属製のシールド部材を配設する。
(4) 通信面側の磁性部材の厚さが、２ｍｍ以下である。
(5) 通信面側の磁性部材が、軟磁性金属、アモルファス又はフェライトにより形成されている。
(6) 通信相手のタグのアンテナコイルよりも大きい。
【発明の効果】
【００１３】
以上の通り、本発明では、通信面側に平板状の磁性部材を配設することにより、金属製の物品に密着させた金属対応タグとリーダライタとの間で、正常に動作するアンテナコイルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態とする）を説明する。なお、本実施形態は、例えば、ＲＦＩＤリーダライタに適用されるアンテナコイルであるが、リーダライタ及びこれと通信を行うＲＦＩＤタグの具体的構造については、特定のものには限定されないため、説明を省略する。
【００１５】
また、以下の説明では、各実施形態の構成を説明し、それぞれに対応して作製した実施例に基づく測定結果によって、各実施形態の作用効果を説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
［構成］
まず、第１の実施形態の構成を、図１及び図２を参照して説明する。すなわち、本実施形態のアンテナコイル１（リーダライタ用）は、空芯コイル２が設けられた基板３の上に、磁性部材４を平行に積層し、ケース５内に収容することによって構成されている。
【００１７】
空芯コイル２は、平面内に形成された電波の送受信用のコイルであり、図示しないＲＦＩＤの回路に電気的に接続されている。この空芯コイル２の材質は、例えば、銅若しくはアルミニウム等で形成することが考えられるが、これには限定されない。
【００１８】
基板３は、空芯コイル２が配設された絶縁性の部材である。基板３の材質は、例えば、ポリミイド等によって形成することが考えられるが、これには限定されない。磁性部材４は、磁芯として機能する材質で構成された平板状の部材である。磁性部材４の材質は、例えば、軟磁性金属、アモルファス若しくはフェライトの粉末（又はフレーク）と、プラスチック若しくはゴムとの複合材を用いることが考えられるが、これには限定されない。
【００１９】
ケース５は、絶縁性の材料で形成された薄型の筐体である。このケース５内に収容された基板３と磁性部材４の間には、空芯コイル２により間隙が形成されている。この間隙内は、何も無い空間としてもよいし、非磁性材料かつ絶縁材料を配設若しくは充填してもよい。
【００２０】
なお、図１は、磁性部材４に近接した通信できない領域を、ケース５に包含させることによってケース５外では必ず通信できるようにするため、磁性部材４とケース５との間に間隙を設けたものである。この間隙についても、空間としてもよいし、非磁性材料かつ絶縁材料としてもよい。また、図２は、磁性部材４を厚くすることにより通信できなくなる領域を無くし、磁性部材４とケース５との間の間隙を少なくして薄型化を図ったものである。
【００２１】
［作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果を、実際に作製した複数の実施例と比較例に基づいて説明する。
［磁性部材の厚さが異なる実施例］
まず、磁性部材４の厚さが異なる複数の実施例を作製した。アンテナコイル１に用いた基板３の大きさは７５×７０ｍｍであり、空芯コイル２によるアンテナの大きさ、コイルの断面積は、以下の表１に示す通りである。
【表１】
2008131116.tif 000003
【００２２】
そして、表２に示すように、磁性部材４として用いる磁性シートの大きさは７５×７０ｍｍとして、厚さについて異なる実施例１〜７を作製した。実施例１〜７は、それぞれ厚さを、０．４、０．８、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ｍｍとした。
【表２】
2008131116.tif 000004
【００２３】
また、比較例１としては、図３に示すように、磁性部材４が無く（磁性シート厚さ０．０ｍｍ）、ケース５が無い以外は、実施例１〜７と同様のものを作製した。
【００２４】
［通信相手となる金属対応タグ］
上記の比較例１、実施例１〜７との通信相手として用いた金属対応タグを説明する。その基本的な構成は、図１〜図３に示す通り、空芯コイル２０が設けられた基板３０に、磁性部材４０、金属製物品６０を平行に積層したものである。実際の試験に用いたものは、表３に示すように、大きさの異なる４種類のタグＡ〜Ｄを、１２０×１２０ｍｍのアルミ板（厚さ２．０ｍｍ）の中央に貼り付けたものを用いた。
【表３】
2008131116.tif 000005
【００２５】
なお、実際に用いたこれらのタグＡ〜Ｄは、メーカーの異なる市販品であり、磁性部材４０の材料等は異なっている。したがって、各タグ相互の特性の相違は、大きさ、面積等の相違のみに依存するものではない。
【００２６】
［通信特性］
以上の比較例１、実施例１〜７と、金属対応の距離を変化させて、通信の可否を測定した結果を、表４〜表７に示す。これらの表において、通信可能は○、通信不可能は×で示している。
【００２７】
まず、比較例１とタグＡ〜Ｄとの通信結果を、表４に示す。
【表４】
2008131116.tif 000006
これによると、タグＡ，Ｃ，Ｄが近づいた場合には、金属の影響を受けて、通信不可能な距離（１２ｍｍ〜２６ｍｍ程度）が存在することが分かる。
【００２８】
次に、実施例１〜４とタグＡ〜Ｄとの通信結果を、表５〜８に示す。
【表５】
2008131116.tif 000007
【表６】
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【表７】
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【表８】
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【００２９】
これによると、アンテナコイル１の通信面に磁性部材４を配置することにより、その近傍で各タグＡ〜Ｄとの通信が不可能な距離を大幅に縮めたり、無くしたりすることができる。これは、タグＡ〜Ｄを、これよりも大きな金属製物品６０に密着させ、アンテナコイル１に近づけたとき、タグＡ〜Ｄが覆っていない部分で発生した渦電流による磁束を、磁性部材４が吸収することにより、アンテナコイル１が正常に動作するものである。
【００３０】
この通信が不可能な距離は、アンテナコイル１とタグＡ〜Ｄ（タグ側アンテナコイル）との面積比により、その範囲が変化する。このため、図１に示すように、使用が予想される最悪のアンテナコイル１の特性に合わせて、磁性部材４とケース５との間に間隙を設ければ、正常に動作しない範囲を吸収することができる。例えば、表５のタグＡとの通信を行う場合、１２ｍｍ以上の間隙を磁性部材４とケース５との間に設けるようにすることにより、通信不可能な部分をカバーして、ケース５外であれば必ず通信できるように構成できる。
【００３１】
さらに、実施例５〜７とタグＡ〜Ｄとの通信結果を、表９〜１１に示す。
【表９】
2008131116.tif 000011
【表１０】
2008131116.tif 000012
【表１１】
2008131116.tif 000013
【００３２】
このように、磁性部材４を厚くした場合（２．０、２．５、３．０ｍｍ）には、その近傍で通信不可能な距離は存在しなくなる。このため、図２に示すように、磁性部材４とケース５との間に間隙を設ける必要がなくなり、全体として薄型化を図ることができる。
【００３３】
一方、表４〜１１において、通信可能な最大距離を、図４のグラフにまとめた。この図４から明らかな通り、磁性部材４を厚くすると、アンテナコイル１からの磁束も低減し、通信距離が低下する傾向にあり、実施例７とタグDのように、通信できなくなる場合も発生する。このため、近傍における通信を確保しつつ、通信可能な最大距離が十分に得られるように、用途に応じて磁性部材４の適切な厚みを選択する必要がある。
【００３４】
［第２の実施形態］
［構成］
本発明の第２の実施形態の構成を、図５を参照して説明する。すなわち、本実施形態は、基本的には上記第１の実施形態（磁性部材４とケース５との間隙無し）と同様の構成である。但し、本実施形態は、リーダライタ側のアンテナコイル１も金属製の物品（導体板８）に接している場合であっても、通信距離を伸ばすために、基板３における通信面と反対側の面に、スペーサ７を介して磁性部材４a、シールド部材６を積層している点に特徴を有している。
【００３５】
磁性部材４aは、磁性部材４と同様の材質の平板である。シールド部材６は、金属製の平板である。シールド部材６の材質は、例えば、アルミニウム等にすることが考えられるが、これには限定されない。さらに、スペーサ７は、基板３と磁性部材４aとの間に間隙が形成されるように挿入されている。
【００３６】
［作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果を、実際に作製した複数の実施例と比較例に基づいて説明する。
［通信面と反対側に磁性部材を設けた実施例］
まず、図５に示したように、基板３の通信面と反対側に、厚さ２．０ｍｍの磁性部材４aを設けたものを実施例８とした。なお、通信面側の磁性部材４の厚さは１．０ｍｍ、シールド部材６の厚さは１．０ｍｍとし、磁性部材４，４ａ及びシールド部材６の大きさは７５×７０ｍｍとした。また、図６に示すように、通信面側に磁性部材４を設けていない以外は、実施例８と同じものを、比較例２とした。
【００３７】
［通信特性］
以上の実施例８、比較例２について、上記の実施形態と同様のタグＡ〜Ｄとの通信距離を測定した結果を、表１２及び表１３に示す。
【表１２】
2008131116.tif 000014
【表１３】
2008131116.tif 000015
【００３８】
この表１２、表１３から、以下のことが分かる。すなわち、磁性部材４aが無い場合には、タグＡ，Ｃ，Ｄが近づいたときに、通信不可能な距離（２ｍｍ〜８ｍｍ程度）が存在するが、磁性部材４aが有る場合には、近傍で通信不可能な距離は存在しなくなる。
【００３９】
なお、本実施形態においても、磁性部材４，４aが存在すると、通信距離が低下する傾向にあるため、近傍における通信を確保しつつ、通信可能な最大距離が十分に得られるように、用途に応じて磁性部材４，４ａの適切な厚みを選択する必要がある。
【００４０】
［他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、各部材の材質、大きさ、形状、数、配置等は、適宜変更可能であり、以下に説明する通り、種々の態様を含むものである。例えば、上記の実施形態において、磁性部材として、あらかじめ作製された平板状の部材を用いたが、磁性材料を含んだ樹脂をシールド部材上に印刷若しくは塗布することにより、磁性部材を形成してもよい。また、磁性材料の一部若しくは全部として、シールド特性を改善するために、扁平状の磁性粉末を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態のアンテナコイル（間隙有り）を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のアンテナコイル（間隙無し）を示す断面図である。
【図３】図１の実施形態の比較例を示す断面図である。
【図４】図１の実施形態における磁性シート厚みと通信距離との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のアンテナコイルを示す断面図である。
【図６】図１の実施形態の比較例を示す断面図である。
【図７】ＲＦＩＤタグを金属物品に貼り付けたときの問題を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…アンテナコイル
２，２０…空芯コイル
３，３０…基板
４，４ａ，４０…磁性部材
４a…磁性部材
５…ケース
６…シールド部材
７…スペーサ
８…導体板
６０…金属製物品
【図１】
2008131116.tif 000016
【図２】
2008131116.tif 000017
【図３】
2008131116.tif 000018
【図４】
2008131116.tif 000019
【図５】
2008131116.tif 000020
【図６】
2008131116.tif 000021
【図７】
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