(57)【要約】【課題】コアの実効比透磁率を向上させ、小型化が可能となる非接触式電子タグを提供する。【解決手段】各種情報が記憶されたＩＣチップ２と、そのＩＣチップ２に接続されたアンテナコイル３とを備えた非接触式電子タグ１において、アンテナコイル３をフェライトからなる被覆材４で覆ったものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種情報が記憶されるＩＣチップと、そのＩＣチップに接続されたアンテナコイルとを備えた非接触式電子タグにおいて、上記アンテナコイルをフェライトからなる被覆材で覆ったことを特徴とする非接触式電子タグ。
【請求項２】
上記アンテナコイルは、両端に鍔を有するボビン状のフェライトからなるコアに導線を巻き付けて構成され、上記被覆材は、上記コア両端の鍔径を内径とする筒状に形成される請求項１記載の非接触式電子タグ。
【請求項３】
上記フェライトは、温度が２３℃で周波数が１０ｋＨｚにおける初比透磁率が１０００〜８０００であるＮｉ−Ｚｎ系あるいはＭｎ−Ｚｎ系フェライトからなる請求項１または２記載の非接触式電子タグ。
【請求項４】
上記被覆材に、上記アンテナコイルの両端末を引き出して上記ＩＣチップに接続するための切欠きを形成した請求項１〜３いずれかに記載の非接触式電子タグ。
【請求項５】
上記コアと上記ＩＣチップ間に絶縁材を設けた請求項１〜４いずれかに記載の非接触式電子タグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に物品の物流管理に使用され、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：無線周波数識別）技術を用いた非接触式電子タグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物品の物流管理において、目視あるいはバーコード等で個々の物品の各種情報を確認する荷札やタグがあるが、これら荷札やタグに表示可能な情報は非常に少なく、ロットＮｏ．、数量、価格等のごく限られた情報でしかない。このため、荷札やタグの代わりに、荷札やタグの機能に電子的なＩＤ機能を付加したＲＦＩＤ方式の非接触式電子タグが使用されている。この非接触式電子タグは、各種情報が記憶されるＩＣチップと、そのＩＣチップに電気的に接続されたアンテナコイルとを備えている。
【０００３】
非接触式電子タグは、固有の共振周波数を持つＬＣ共振回路（アンテナコイルを含む）をベースにしている。非接触式電子タグでは、ＬＣ共振回路が質問器（リーダ）から発せられた交流磁界の近傍に位置すると、ＬＣ共振回路のアンテナコイルを鎖交する交流磁界からの磁束がエネルギー源となり、ＬＣ共振回路に誘導起電力が誘起され、その誘電起電力によってＩＣチップが作動し、ＩＣチップが各種情報をアンテナコイルからリーダに送信することで、非接触式電子タグとリーダ間で各種情報の授受が非接触で可能となる。
【０００４】
一方、近年では、非接触式電子タグの小型化が要求されている。小型化対策として、アンテナコイルを鎖交する磁束の高効率化を目的に、空心コイルではなく、透磁性を高めるため、例えばフェライトなどの高透磁率材からなるコアに導線を巻き付けたアンテナコイルを使用している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図４に示すような非接触式電子タグ４１は、円柱状のフェライトからなるＲ型のコア４２に導線を巻き付けてアンテナコイル４３を構成し、アンテナコイル４３の両端末を基板４４に接続して基板４４上のＩＣチップ４５とアンテナコイル４３とを接続し、ＩＣチップ４５とアンテナコイル４３とを樹脂製ケース４６内に収納して樹脂４７で封止したものである。
【０００６】
また、図５に示すような非接触式電子タグ５１は、ボビン状のフェライトからなるＤＲ型のコア５２に導線を巻き付けてアンテナコイル５３を構成し、アンテナコイル５３の両端末を基板５４に接続して基板５４上のＩＣチップ５５とアンテナコイル５３とを接続し、ＩＣチップ５５とアンテナコイル５３とを樹脂製ケース５６内に収納して樹脂４７で封止したものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−４５３１７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電子タグ４１，５１は、コア４２，５２に高透磁特性のフェライトを使用したとしても、アンテナコイル４３，５３が磁気的に剥き出しになった構造上、コア４２，５２中に形成される磁路（磁束の通り路）はわずかで、ほとんどの磁路がコア４２，５２外で形成される。したがって、コア４２，５２はギャップが非常に大きい開磁路特性のコアとなり、アンテナコイル４３，５３のインダクタンスが小さくなるので、コア４２，５２の実効比透磁率がコア材質物性値の１／１００〜１／２００程度に低下し、小型化に限界があるという問題がある。
【０００９】
また、従来の電子タグ４１，５１は、アンテナコイル４３，５３がコア４２，５２に導線を巻き付けた構造上、コア４２，５２がリーダからの磁束に対して平行に配置されたとき、すなわち、リーダからの磁束がアンテナ４３，５３を鎖交するときは効率よく動作するが、アンテナコイル４３，５３のインダクタンスが小さいので、コア４２，５２がリーダからの磁束に対して垂直に配置されたときには、リーダとの通信距離が極端に短くなる。つまり、従来の電子タグ４１，５１は、指向性が強いという問題があり、使用方法や運用面に制約が生じてアプリケーションの拡充が図れない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、コアの実効比透磁率を向上させ、小型化が可能となる非接触式電子タグを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、アンテナコイルの指向性の緩和を図り、アプリケーションの拡充を図った非接触式電子タグを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、各種情報が記憶されるＩＣチップと、そのＩＣチップに接続されたアンテナコイルとを備えた非接触式電子タグにおいて、上記アンテナコイルをフェライトからなる被覆材で覆った非接触式電子タグである。
【００１３】
請求項２の発明は、上記アンテナコイルは、両端に鍔を有するボビン状のフェライトからなるコアに導線を巻き付けて構成され、上記被覆材は、上記コア両端の鍔径を内径とする筒状に形成される請求項１記載の非接触式電子タグである。
【００１４】
請求項３の発明は、上記フェライトは、温度が２３℃で周波数が１０ｋＨｚにおける初比透磁率が１０００〜８０００であるＮｉ−Ｚｎ系あるいはＭｎ−Ｚｎ系フェライトからなる請求項１または２記載の非接触式電子タグである。
【００１５】
請求項４の発明は、上記被覆材に、上記アンテナコイルの両端末を引き出して上記ＩＣチップに接続するための切欠きを形成した請求項１〜３いずれかに記載の非接触式電子タグである。
【００１６】
請求項５の発明は、上記コアと上記ＩＣチップ間に絶縁材を設けた請求項１〜４いずれかに記載の非接触式電子タグである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す非接触式電子タグの縦断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明に係る非接触式電子タグ１は、主に管理対象となる物品に取り付けられて物品の物流管理に使用され、例えば、棒状、ボタン状、カード状の応答器（例えば、ＩＣカード）に組み込まれて用いられる。この電子タグ１は、電磁結合方式により、すなわち、図示しない質問器（リーダ）からの磁束による誘導起電力を駆動電力として用いることにより、応答器（電子タグ１）とリーダ間で情報の授受を非接触で行うものである。
【００２０】
さて、電子タグ１は、管理対象となる物品ごとのロットＮｏ．、数量、価格、規格、製造者名、製造年月日、品質保持期限、耐用年数、生産地、製造場所、材質、等級、効能、用途、使用方法、リサイクル方法などの各種情報が記憶されるフラッシュメモリなどの記憶素子やＣＰＵを含むＩＣチップ２と、そのＩＣチップ２に電気的に接続され、リーダから送信された信号を受信すると共に、リーダのアンテナコイルで発生した磁束による誘導起電力をＩＣチップ２の駆動電力として用いてＩＣチップ２の各種情報をリーダに送信するためのアンテナコイル３とを備え、そのアンテナコイル３をフェライトからなる被覆材４で覆ったものである。
【００２１】
アンテナコイル３は、ボビン状のフェライトからなるＤＲ型のコア５に、導線（コイル導体）としてのエナメル被覆銅線（エナメル線）などの巻線（マグネットワイヤ）６を複数回巻き付けて構成される。
【００２２】
ＤＲ型のコア５は、外周に巻線が巻き付けられる円柱状あるいは筒状の巻き付け部５ｍの両端に、巻き付け部５ｍよりも外径（鍔径）が大きい円盤状の鍔５ａ，５ｂを設けたものである。
【００２３】
被覆材４は、コア５と同一材質のフェライトからなり、内径がコア５両端の鍔５ａ，５ｂの鍔径と同程度かあるいは若干大きく、軸方向の長さが鍔５ａ，５ｂ間の距離と同程度か若干長い筒状に形成される。被覆材４は、内周面の両端にコア５の鍔５ａ，５ｂが嵌合することにより、コア５と一体になる。また、接着剤によって被覆材４とコア５とを一体にしてもよい。
【００２４】
鍔５ａの近傍となる被覆材４の一部には、アンテナコイル３の両端末となる巻線６を被覆材４の内部から引き出してＩＣチップ２に電気的に接続するための切欠き７が形成される。
【００２５】
被覆材４およびコア５の材質であるフェライトとしては、例えば、温度が２３℃で周波数が１０ｋＨｚにおける初比透磁率が１０００〜８０００であるＮｉ−Ｚｎ系あるいはＭｎ−Ｚｎ系フェライトからなるものを使用する。
【００２６】
フェライトはハードフェライト（永久磁石用）とソフトフェライト（電磁石用）に分かれ、コア５としてはソフトフェライトのみ使用可能である。よって、被覆材４にもコア５と同一材質のソフトフェライトを使用する。ソフトフェライトとしては、主にＭｎ−Ｚｎ系あるいはＮｉ−Ｚｎ系フェライトがあり、どちらを使用してもよい。
【００２７】
ただし、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは電気抵抗が低く、アンテナコイル３の絶縁破壊が生じることがあるので、コア５としてＭｎ−Ｚｎ系フェライトを使用する場合は、コア５と巻線６間の絶縁性を向上させるために、コア５にパリレン系のコーティング材を塗布する。Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは電気抵抗が高いので、コア５としてＮｉ−Ｚｎ系フェライトを使用する場合には、コア５に巻線６を直接コイル巻してアンテナコイル３を構成できる。
【００２８】
温度が２３℃で周波数が１０ｋＨｚにおける初比透磁率が１０００〜８０００であるＭｎ−Ｚｎ系あるいはＮｉ−Ｚｎ系フェライトを使用するのは、コア５自身がその構造上開磁路特性となり、初比透磁率が下限の１０００でも上限の８０００でも、コア５自身の実効比透磁率が２０〜４０に収束し、大差がなくなるからである。また、電子タグ１を使用する際の周波数帯域（主に１００ｋＨｚ帯）において、比透磁率が低下しない点も考慮した。
【００２９】
コア５の鍔５ａの巻き付け部５ｍ側と反対側の面には、ＩＣチップ２とコア５とを互いに絶縁する絶縁材としての円盤状の絶縁隔壁８が設けられる。絶縁隔壁８には基板９が設けられ、基板９上にはＩＣチップ２が搭載される。
【００３０】
基板９上には、図２に示すように、フラッシュメモリなどの記憶素子２１やＣＰＵに組み込まれた通信制御回路２２を含むＩＣチップ２が搭載される他に、リーダのアンテナコイルからの磁束によってアンテナコイル３に発生した電圧を整流する整流回路２３と、リーダから送信されて受信した変調信号を復調する復調回路２４とが形成される。
【００３１】
通信制御回路２２は、復調された信号に基づいて記憶素子２１から各種情報の読み出しを行い、読み出した各種情報をアンテナコイル３から送信する。また、通信制御回路２２は、図示しない情報書き込み手段から送信されて受信した信号に基づいて記憶素子２１に各種情報の書き込みを行う。
【００３２】
ＩＣチップ２の代わりに、これら記憶素子２１、通信制御回路２２、整流回路２３、復調回路２４の全てを１チップ化したＩＣチップを使用してもよい。
【００３３】
図１に示すように、アンテナコイル３の両端末となる巻線６は、被覆材４の内部から切欠き７を通して引き出され、基板６に電気的に接続されることで、ＩＣチップ２とアンテナコイル３とを電気的に接続する。
【００３４】
以上説明したＩＣチップ２と、アンテナコイル３と、被覆材４と、絶縁隔壁８と、基板９とで構成される電子タグ本体１０は、片側が開放され反対側が有底の筒状に形成された樹脂製のケース１１内に、ＩＣチップ２側を有底側にしてケース１１の内壁に電子タグ本体１０が接触しないように収納され、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂１２で封止される。
【００３５】
電子タグ１は、その使用に先立ち、情報書き込み手段により、ＩＣチップ２に管理対象となる物品ごとの上述した各種情報が記憶された後、管理対象となる物品ごとにそれぞれ取り付けられる。
【００３６】
本実施の形態の作用を説明する。
【００３７】
電子タグ１にリーダを近づけると、アンテナコイル３がリーダのアンテナコイルから送信された変調信号を受信する。これと同時に、リーダのアンテナコイルで発生した磁束がアンテナコイル３を鎖交することで、リーダのアンテナコイルと電子タグ１のアンテナコイル３とが電磁結合し、所定の電圧がアンテナコイル３に発生する。アンテナコイル３に発生した電圧は、整流回路２３で整流されてＩＣチップ２の駆動電力としてＩＣチップ２に供給される。
【００３８】
リーダから送信される有効な信号の電圧は微弱なので、電子タグ１でわずかな電圧変化を検出するために、リーダからはＡＳＫ（振幅変調）、ＦＳＫ（周波数変調）、ＰＳＫ（位相変調）変調された変調信号が電子タグ１に送信される。アンテナコイル３で受信された変調信号は、復調回路２４で復調される。通信制御回路２２は、復調された信号に基づいて記憶素子２１から各種情報の読み出しを行い、読み出した各種情報をアンテナコイル３からリーダへ送信する。
【００３９】
ここで、電子タグ１は、アンテナコイル３がコア５と同じ材質の被覆材４で覆われ、アンテナコイル３が磁気的にも覆われた構造なので、ほとんどの磁路がコア５および被覆材４中に形成される。したがって、コア５と被覆材４とは、コア５のみの開磁路特性とは異なり、ギャップが非常に小さい閉磁路特性に近づき、アンテナコイル３のインダクタンスが、同じコイル巻数で被覆材４がないアンテナコイルよりも大きくなるので、コア５の実効比透磁率を向上させることができる。
【００４０】
したがって、被覆材４がないアンテナコイルと同じインダクタンスを有するアンテナコイル３を作製する場合、コイル巻数を大幅に低減でき、電子タグ１の小型化が可能となる。
【００４１】
また、被覆材４がないアンテナコイルと同じサイズで同じインダクタンスを有するアンテナコイル３を作製する場合には、コイル巻数が少ないので、太径の巻線６の使用が可能となる。この結果、アンテナコイル３の抵抗値が低下するので、Ｑ値が増加し、リーダとの通信距離の長距離化が可能となる。
【００４２】
さらに、電子タグ１は、アンテナコイル３のインダクタンスが大きいので、コア５が磁束に対して平行に配置されたときはもちろん、磁束に対して垂直に配置されたときにも、リーダとの通信距離が極端に短くなることはない。つまり、電子タグ１は、アンテナコイル３の指向性が緩和され、使用方法や運用面に制約が生じないのでアプリケーションの拡充が図れる。
【００４３】
本発明に係る電子タグ１は、小型化可能なので、慣用のキーホルダなどへの内蔵も可能である。例えば、電子タグ本体１０自身を樹脂製フィギュアなどでモールドして、携帯電話用のストラップに内蔵したＲＦＩＤタグシステムに応用展開できる。
【００４４】
【実施例】
（実施例）
ＩＣチップ２には、Ａ社製のモジュールチップを使用した。また、アンテナコイル３は、ＤＲ型のフェライトコア５に直径０．０３ｍｍのエナメル被覆銅線６を渦巻き状に巻いて作製した。使用したフェライトコア５は、通称ＤＲ  ３．５５×２．１と呼ばれているもので、鍔径が３．５５ｍｍ、軸径が１ｍｍ、軸長が１．９ｍｍのフェライトコアである。また、今回使用したフェライトの材質は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトで温度が２３℃で周波数が１００ｋＨｚにおける初比透磁率が１４００であるものを使用した。このアンテナコイル３を、内径が３．６ｍｍ、外径が３．８ｍｍ、長さが２．１ｍｍのコア５と同材質の一部切欠き７を有する筒状フェライト被覆材４で覆った。
【００４５】
ただし、アンテナコイル３のインダクタンスは、周波数が１２５ｋＨｚで共振とするために、筒状フェライト被覆材４がないとき７．７ｍＨとなるようにコイル巻数を６７０巻とした。
【００４６】
アンテナコイル３の両端末となるエナメル被覆銅線６を筒状フェライト被覆材４の切欠き７から引き出し、ＩＣチップ２に電気的に接続した後、電子タグ本体１０をＡＢＳ樹脂製のケース１１に収納し、電子タグ本体１０とケース１１の空隙にエポキシ樹脂を充填して電子タグ１を作製した。
【００４７】
（従来例）
筒状フェライト被覆材４がない以外は、実施例と同様にして電子タグを作製した。
【００４８】
実施例および従来例の電子タグをそれぞれ１５個（Ｎ＝１５）ずつ作製し、ＬＣＲメータを用いて各アンテナコイルのインダクタンスを測定し、その平均値を求めた。測定結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１に示すように、実施例の平均アンテナインダクタンスは２４．５ｍＨであり、従来例の平均アンテナインダクタンスが７．７ｍＨなので、従来例の約３倍の値であった。すなわち、実施例の電子タグは、従来例の電子タグに比べてコアの実効比透磁率が約３倍に向上した。
【００５１】
また、実施例および従来例の電子タグの通信特性を調べた。その結果を図３に示す。
【００５２】
図３では、横軸をリーダのアンテナコイル軸心からの水平距離（ｍｍ）にとり、縦軸を通信領域（リーダのアンテナコイル軸心からの垂直距離）（ｍｍ）にとった。
【００５３】
また、リーダと通信できる限界になる点を実施例では○で、従来例では△で示した。電子タグのアンテナコイルをリーダのアンテナコイルからの磁束に対して平行に配置（電子タグのアンテナコイルの軸方向をリーダのアンテナコイルの軸方向に対して平行に配置）したときの特性線を実線で、電子タグのアンテナコイルをリーダのアンテナコイルからの磁束に対して垂直に配置（電子タグのアンテナコイルの軸方向をリーダのアンテナコイルの軸方向に対して垂直に配置）したときの特性線を破線で示した。特性線と横軸で囲まれた部分の領域がリーダと通信できる領域である。
【００５４】
図３に示すように、磁束に平行配置された場合、実施例の電子タグは、比較例の電子タグに比べて、電子タグ自身が閉磁路特性に近づく分、リーダのアンテナコイルからの有効鎖交磁束が若干減少するので、実用上全く問題ないが、通信距離が若干短くなる。
【００５５】
磁束に垂直配置された場合、比較例の電子タグは、コアが鍔を除いて巻線で覆われており、外部に対して磁気的に露出した高透磁率部分が非常に少ないので、通信距離が短くなる。一方、実施例の電子タグは、アンテナコイルのほぼ全面が被覆材で覆われており、外部に対して磁気的に露出した高透磁率部分が非常に多いので、比較例の電子タグに比べて、通信距離が長くなり、電子タグの配置による指向性が緩和されているのがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
（１）コアの実効比透磁率が向上する。
（２）アンテナコイルのコイル巻数を大幅に低減でき、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示した非接触式電子タグの回路図である。
【図３】図１に示した非接触式電子タグおよび従来の非接触式電子タグの通信特性を示す図である。
【図４】従来の非接触式電子タグの一例を示す縦断面図である。
【図５】従来の非接触式電子タグの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  非接触式電子タグ
２  ＩＣチップ
３  アンテナコイル
４  被覆材
５  コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004362342.tif 000006
【図４】
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【図５】
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