(57)【要約】【課題】金属板上に密着させても正常に作動し、またタグ自身が可撓性を有することから曲面の対象物に対して貼付することが可能で高感度に作動する非接触式電子タグを得る。【解決手段】対象金属２０に取付けられる電子タグ１０であって、個別情報が記憶されたＩＣチップ１１と、上記ＩＣチップに電気的に接続された非接触でデータを送受信するための空芯アンテナコイル１２とを備え、構成部品全体を樹脂１５Ａ、１５Ｂで被覆した構造の非接触式電子タグにおいて、上記空芯アンテナコイル１２と上記対象金属との間に、アズキャストのアモルファス１４から成る磁性材料を備え、且つ全体を可撓性を損なわない厚さに形成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象金属に取付けられる電子タグであって、個別情報が記憶されたＩＣチップと、上記ＩＣチップに電気的に接続された非接触でデータを送受信するための空芯アンテナコイルとを備え、構成部品全体を樹脂で被覆した構造の非接触式電子タグにおいて、
上記空芯アンテナコイルと上記対象金属との間に、アズキャストのアモルファスから成る磁性材料を設け、且つ全体を可撓性を損なわない厚さに形成したことを特徴とする非接触式電子タグ。
【請求項２】
請求項１記載の非接触式電子タグにおいて、
上記磁性材料と空芯アンテナコイルとの間に絶縁材を設けたことを特徴とする非接触式電子タグ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の非接触式電子タグにおいて、
上記磁性材料が液体急冷法により製造したアズキャストのアモルファスから成ることを特徴とする非接触式電子タグ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の非接触式電子タグにおいて、
上記アモルファスの組成が８３％Ｃｏ−５％Ｆｅ−３％Ｎｉ−９％Ｓｉ或いは８３％Ｃｏ−５％Ｆｅ−２％Ｎｉ−３％Ｍｏ−７％Ｓｉであることを特徴とする非接触式電子タグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、特に金属製品の管理に適した電子タグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、目視或いはバーコード等で個々の情報を確認する荷札やタグが有るが、これらのタグに表示可能な情報量はロットＮｏ．、数量、価格等の極限られた情報でしかなかった。このため荷札やタグに電子的なＩＤ機能を付加した、即ちＩＣチップとこのＩＣチップに電気的に接続されたアンテナコイルとを有したＲＦＩＤ方式の電子タグが開発されている。
【０００３】
このＲＦＩＤ方式の電子タグは、固有の共振周波数を持つＬＣ共振回路をベースにしている。電子タグの共振回路が、質問器（リーダ）から発せられた交流磁界の近傍に移動すると、共振回路のコイルを経由して交流磁界からの磁束がエネルギー源となり、電子タグの共振回路に誘導起電力が誘起されて、電子タグとリーダ間で情報の授受が可能となる。
【０００４】
一方、交流磁界中に金属体が存在すると、金属体内に渦電流が発生する。この渦電流が作る磁束は、もとの磁束の変化を妨げる方向に生じる。従って、金属面上に電子タグを貼付して、電子タグとリーダ間で情報の授受を行う用途においては、リーダから電子タグのＩＣチップを起動させるのに十分なエネルギー供給を受けられず、通信不能となる。
【０００５】
そこで金属面上に貼付した電子タグでも通信が可能となるように、フェライトや珪素鋼板や或いは粉末アモルファスの加圧成形品等の高透磁率コア材で、金属と電子タグとを遮蔽した構造の電子タグや、高透磁率コア材の外周面にコイルを巻線成形したアンテナを使用した電子タグが、考案され実用化されている。
【０００６】
図６に従来例として特開２０００−２７６５６５号公報に開示された電子タグの構成を示す。電子タグ１は基板２を備え、この基板２上にＬＳＩ及びコンデンサ等の電子部品４が実装され、さらにアンテナコイル５が接続されてイントレット６が構成されている。このイントレット６は樹脂製の容器としてのカップ７内に収納され、さらに、カップ７内には樹脂材８が充填硬化されている。
【０００７】
この電子タグ１のカップ７の底面には、強磁性体であるアモルファスシート９が設けられている。アモルファスシート９はカップ７の底面より広い面積を有し、カップ７はアモルファスシート９の略中央部に設けられている。　このように構成される電子タグ１は取付体としての商品の金属フレーム３に取付けられて使用される。
【０００８】
無線リーダ／ライタ３０のアンテナコイル３１から発せられた磁力線３２は電子タグ１内のアンテナコイル５を通過したのち、アモルファスシート９内を通過することにより、無線リーダ／ライタ３０内のアンテナコイル３１に戻る。これにより、磁束が環をなし、無線リーダ／ライタ３０と電子タグ１との間の通信が可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、平坦な部分に電子タグを貼り付けるということだけではなく、曲面を有する材料（例えば、水道管の側面や地中埋設電力ケーブルの表面）に電子タグを貼り付け、線路番号や線路の容量等の必要な情報を管理するという要求がある。
【００１０】
しかしながら、従来の金属対応の非接触式電子タグは、一般的に硬質の材料で作成されているため、曲面を有する被対象物に貼り付けることが事実上不可能である。
【００１１】
従来実用化されている金属対応の電子タグの内、（１）　アンテナコイルの背面側において、フェライトや珪素鋼板や或いは粉末アモルファスの加圧成形品等の高透磁率材で、金属と電子タグとを遮蔽した構造の電子タグに関しては、（ａ）　構造上全体のタグ厚が厚くなり、タグの大型化の要因となる、（ｂ）　高透磁率の金属遮蔽材がバルク形状であるため、タグの可撓性を損なう、という課題がある。
【００１２】
一方、（２）　高透磁率コア材の外周面にコイルを巻線成形したアンテナを使用する構造の電子タグに関しては、コア材に平行に入射する電波に対しては感度良く作動するが、コア材に垂直に入射する電波に対しては感度が低下する特性があり、用途によっては使用しずらいという課題があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、金属板上に密着させてもアンテナコイルが正常に作動し、またタグ自身が可撓性を有することから曲面の対象物に対しても貼付することが可能であり、且つタグに垂直に入射する電波に対し高感度に作動する金属対応の非接触式電子タグを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１５】
請求項１の発明に係る非接触式電子タグは、対象金属に取付けられる電子タグであって、個別情報が記憶されたＩＣチップと、上記ＩＣチップに電気的に接続された非接触でデータを送受信するための空芯アンテナコイルとを備え、構成部品全体を樹脂で被覆した構造の非接触式電子タグにおいて、上記空芯アンテナコイルと上記対象金属との間に、アズキャストのアモルファスから成る磁性材料を設け、且つ全体を可撓性を損なわない厚さに形成したことを特徴とする。
【００１６】
本発明には次の形態が含まれる。対象金属に取付けられる電子タグであって、個別情報が記憶されたＩＣチップと、上記ＩＣチップに電気的に接続された非接触でデータを送受信するための空芯アンテナコイルとを備え、構成部品全体をＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等の樹脂シートでラミネートした構造の非接触式電子タグにおいて、上記空芯アンテナコイルと、対象金属に取付けられる側の外表面を形成するラミネート材との間に、上記空芯アンテナコイルを覆うシート状のアズキャストのアモルファスから成る磁性材料を設け、且つ全体を可撓性を損なわない厚さのシート状に形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載の非接触式電子タグにおいて、上記磁性材料と空芯アンテナコイルとの間に絶縁材を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の非接触式電子タグにおいて、上記磁性材料が液体急冷法により製造したアズキャストのアモルファスから成ることを特徴とする。この場合、液体急冷法の冷却速度の条件が、５×１０５℃／秒以上であるアズキャストのアモルファスを使用するとよい。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の非接触式電子タグにおいて、上記アモルファスの組成が８３％Ｃｏ−５％Ｆｅ−３％Ｎｉ−９％Ｓｉ或いは８３％Ｃｏ−５％Ｆｅ−２％Ｎｉ−３％Ｍｏ−７％Ｓｉであることを特徴とする。
【００２０】
＜発明の要点＞
本発明の非接触式電子タグは、電子タグに使用する空芯アンテナコイルと対象金属との間に高磁性材料を設けているので、リーダから発せられた交流磁束が電子タグのアンテナと鎖交する際に、電子タグが取り付けられている金属に直接作用を及ぼさない。またアズキャストのアモルファスから成る磁性材料は、空芯アンテナコイルの全面に設けられているため、コア材に垂直に入射する電波に対しても高感度に電子タグが動作する。従って高感度の電子タグが得られる。
【００２１】
また、高磁性材料にアズキャストのアモルファス、例えば液体急冷法により製造したアズキャストのアモルファスを用いているため、電子タグの薄型化並びに可撓性が維持される。そして、全体を可撓性を損なわない厚さに形成しているため、水道管の側面や地中埋設電力ケーブルの表面といった、対象金属の曲面に電子タグを貼り付けて、線路番号や線路の容量等の必要な情報を管理することができる。
【００２２】
従って、本発明によれば、液体急冷法により製造した厚さが数十ミクロンのアズキャストのアモルファスで、タグと金属対象物とを遮蔽することにより、金属板上に密着させてもアンテナコイルが正常に作動し、また比較的薄い成型品で物品に対する取付け性を損なわずに、タグ自身が可撓性を有することから曲面の対象物に対しても貼付することが可能であり、且つタグに垂直に入射する電波に対し高感度で作動する金属対応の非接触式電子タグが提供される。
【００２３】
上記アモルファスは、その組成が８３％Ｃｏ−５％Ｆｅ−２％Ｎｉ−３％Ｍｏ−７％Ｓｉか、或いは８３％Ｃｏ−５％Ｆｅ−３％Ｎｉ−９％Ｓｉのいずれでもよい。
【００２４】
表１に、各種アモルファス（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｓｉ系及びＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ系）の電磁気特性を比較して示す。表１の電磁気特性の最大透磁率に関し、物性値的には、アズキャスト材に比べ焼鈍材の方が高透磁率特性を示す。しかし、電子タグとしての使用方法を考慮すると、電子タグとリーダ間における磁束による通信は、空気を媒体としたもの、すなわち開磁路で行われるのであり、透磁率の実効値としては数百分の１となるため、両者共にほぼ同じ実効透磁率に収束する。従って、アモルファスをアズキャストの状態で使用することは実用上全く問題とならない。また液体急冷法によるアズキャストのアモルファスを焼鈍することにより、ガラス化が生じる結果、可撓性が消失する。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
本実施形態の非接触式電子タグ１０の概略構造を図１に、横断面の概略構造を図２に示す。この非接触式電子タグ１０は、図１に示すように金属対象物（対象金属）２０に取付けられる電子タグであって、個別情報が記憶されたＩＣチップ１１と、このＩＣチップに電気的に接続された非接触でデータを送受信するための空芯アンテナコイル１２とを備え、構成部品全体をＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等の樹脂シート１５Ａ、１５Ｂでラミネートした通常の構造を有する。ＩＣチップ１１の内部構造は図４に示す通りであり、復調回路１１ａ、通信制御回路１１ｂ、記憶素子１１ｃ及び整流回路１１ｄを具備している。
【００２８】
しかし従来と異なり、この非接触式電子タグ１０は、上記空芯アンテナコイル１２の全面と、対象金属に取付けられる側の外表面を形成するラミネート材１５Ｂとの間に、上記空芯アンテナコイル１２を覆うシート状の磁性材料としてアズキャストのアモルファス１４を挿入し、且つ全体を可撓性を損なわない厚さのシート状に形成した構造を有する。
【００２９】
この実施形態においては、図１及び図２に示すように、ＩＣチップ１１に両端末が電気的に接続された空芯アンテナコイル１２の対象金属と向い合う面に、絶縁材である樹脂シート１３を介し、磁性材料たるアモルファスシート１４を配置した。この磁性材料のアモルファスシート１４の大きさは、空芯アンテナコイル１２の外径に対し小さくては意味が無く、空芯アンテナコイル１２の外径よりも若干大きく形成される。ここで空芯アンテナコイル１２及びアモルファスシート１４は円形に形成されているが、円形以外の任意の形状とすることができる。
【００３０】
アモルファスの製造方法には、不平衡のアモルファス（ガラス）状態に移行させる過程の違いから、大別して、（ｉ）　金属ガスの凝集、（ｉｉ）　金属結晶への欠陥導入、（ｉｉｉ）　金属液体の凝固の３つがある。例えば（ｉ）　として真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、化学気相反応法（ＣＶＤ法）および還元めっき法がある。（ｉｉ）　として結晶表面に粒子線を照射する方法、衝撃波による強加工、イオンプランテーションがある。（ｉｉｉ）　として液体からの急冷法がある。液体急冷法とは、溶融した金属・合金を急速に冷却して過冷させ、その構造を凍結させてアモルファス（ガラス）状態とする方法の総称である。なお、ガラス状態とは、過冷却液体中の原子の移動度が温度低下とともに減少し、粘性が１０１３ｐｏｉｓｅ程度にまで増大して、ついにその温度に応じた熱平衡的液体構造をとることが不可能となって液体構造が凍結された状態として定義されている。
【００３１】
この実施形態では、可撓性を有する金属対応タグとする目的から、薄帯形状のアモルファスを工業的に大量生産することが可能な液体急冷法を用いた。
【００３２】
本実施形態で用いるアモルファスには、アモルファスシート１４となる薄板（薄帯）のものが用いられるが、この薄帯形状のアモルファスを製造するのに適する方法として、（ａ）　遠心法、（ｂ）　単ロール法、（ｃ）　双ロール法の３つがある。いずれの方法も電気炉あるいは高周波炉により金属・合金を溶融し、その溶融金属をガス圧によりるつぼの先端のノズルから噴出させ、回転する冷却用回転体の表面上で接触凝固させる。幅広薄帯を作る場合には単ロール法がもっとも適している。
【００３３】
本実施形態でのアモルファスの製造方法にも単ロール法を用いた。この単ロール法によるアモルファスシートの概略の製造工程を図３に示す。
【００３４】
図３に示すように、始めに原料を配合し、誘導加熱方式の溶解炉１００で溶融する。溶融金属をタンディッシュ１０１へ移行した後、溶融金属の流量を制御しながら水冷式の単ロール１０２に噴射する。噴射流は水冷式単ロール１０２上で５×１０５℃／秒で急冷されて、厚さが数十ミクロンのアモルファスが連続的に形成される。連続的に形成したアモルファスの厚さ及び幅を厚さ測定器１０３並びに幅測定器１０４でインライン計測した結果から、溶融金属の流量（噴射量）にフィードバック制御する。最終的に巻取装置１０５でアズキャストのアモルファスを連続的に巻取る。
【００３５】
Ｎｉ系フェライト及びＭｎ系フェライトを電子タグに使用した場合、これらは焼結材であるため、脆性であり、曲面対象物へ貼付する目的で電子タグに曲げ歪を与えると簡単に破損してしまう。すなわち、この構造では電子タグに可撓性を持たせることが不可能となる。これに対し、本実施形態に係るアモルファスシート１４（アズキャスト材）は、元来金属であるため、塑性変形が可能であり、これを電子タグに使用した場合、結果として、電子タグに一定の可撓性を持たせることができる。
【００３６】
なお、アモルファス粉末のガラス系バインダーによる熱間加圧成形品は、アズキャストのアモルファスとほぼ同等の引張強度並びに電磁気特性を有するが、その製造方法上の制約から厚さが１ｍｍ以上となり、電子タグに使用した場合タグ自身の可撓性が損なわれる。
【００３７】
本構成タグの封止方法としては、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の高分子材料の樹脂シートでラミネートする他、プラスチック製等のケース内に先の構成部材を配置後エポキシ等の樹脂を用いて固化する方法や、射出成形法等を採用することが可能である。
【００３８】
こうして得られた非接触式電子タグ１０のＩＣチップ１１に固有の情報を記憶させる。
【００３９】
次に上記固有の情報を記憶させた電子タグ１０のＩＣチップ１１に電磁結合方式により非接触に通信する使用例を図４において説明する。
【００４０】
管理対象である金属（金属対象物２０）の表面に上記電子タグ１０を貼付しておく。この貼付した非接触式電子タグ１０にリーダ（図示せず）を近づける。この際リーダのコイルから発せられた磁界が、電子タグ１０の空芯アンテナコイル１２と鎖交することで、リーダの１次コイルと電子タグ１０の２次コイルが電磁結合して、所定の電圧が電子タグ１０の空芯アンテナコイル１２に発生する。この電圧は、整流回路１１ｄで整流されてＩＣチップ１１の電力として供給される。
【００４１】
またリーダから送信される有効な信号の電圧は微弱であり、僅かな電圧変化を検出するためＡＳＫ（振幅変調）、ＦＳＫ（周波数変調）、ＰＳＫ（位相変調）等の変調された信号が電子タグ１０に送られる。電子タグ１０はこの信号を受取ると同時に復調回路１１ａで復調し、復調された信号がデータ読込み用の通信制御回路１１ｂを介して記憶素子１１ｃに記憶される。
【００４２】
【実施例】
次に本発明の実施例を詳細に説明する。
【００４３】
非接触式電子タグ１０のＩＣチップ１１には、市販のＡ社製のモジュールチップを使用した。また電子タグ１０のアンテナには、直径０．０４５ｍｍのエナメル被覆銅線を平面上で渦巻き状に巻いて、空芯アンテナコイル１２を作製した。作製したコイルの内径は３５ｍｍ、外径は４５ｍｍ、厚さは０．５ｍｍである。
【００４４】
電子タグ１０の金属対象物２０側の高透磁率材には、軟磁性Ｃｏ系のアモルファスシート１４（厚さ：０．０１５ｍｍ）を使用した。なお、アモルファスシート１４は熱処理を施さず、アズキャストの状態で使用した。
【００４５】
上記のアモルファスシート１４（アズキャスト材）を厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）から成る樹脂シート１３でラミネートした後、５０ｍｍ角の正方形に裁断し、電磁遮蔽材を作製した。この電磁遮蔽材上に先の空芯アンテナコイル１２を置いた。この空芯アンテナコイル１２のインダクタンスは、１２５ＫＨｚ共振とするために、７．７ｍＨとなるようにコイルの巻数を調整した。
【００４６】
空芯アンテナコイル１２の両端末を上記ＩＣチップ１１に接合した後、全体を再度厚さ０．１ｍｍのＰＶＣから成る樹脂シート１５Ａ、１５Ｂでラミネートして非接触型の電子タグ１０を得た。
【００４７】
この非接触式電子タグを実施例とした。また比較例として、実施例と同寸法の空芯コイル（コイルインダクタンス；７．７ｍＨ）をアンテナに用い、ＩＣチップに本実施例と同じＡ社製のモジュールチップを用いた従来の非接触式電子タグを作成した。
【００４８】
この本実施例の金属対応の非接触式電子タグ１０と、比較例である従来の非接触式電子タグとについて、それぞれの金属面上における最大通信距離を測定した。その測定結果を図５に示す。なお本比較試験の供試金属はＣｕ、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｆｅであり、大きさが１５０ｍｍ角で厚さが１ｍｍのものを使用した。
【００４９】
この比較試験の結果、比較例である従来の非接触式電子タグに関しては、いずれの金属に対しても通信が出来なかったのに対し、実施例の非接触式電子タグは試験に用いた全ての金属（銅、アルミニウム、ステンレス、鉄）に対し、安定した通信が出来た。
【００５０】
ところで、上記実施例では、磁性材料であるアモルファスシート１４と空芯アンテナコイル１２との間に絶縁材としてＰＶＣ等の樹脂シート１３を挿入し、ＩＣチップ及び空芯アンテナコイルと磁性材料とが直接接しない絶縁構造にしている。これは、アズキャストのアモルファス上にＩＣチップの両電極が接触した状態では、コイルのインダクタンスの最適化を図った電子タグでも安定した通信が得られないためであり、樹脂シート１３を絶縁材として挿入して、アモルファスとＩＣチップ間を電気的に遮断しようとするものである。ＩＣチップの起動電圧は、通常数ボルトと低電圧であるため、絶縁性を有するものであればその材質は特に考慮せずとも構わない。例えば、アモルファスとＩＣチップ間の絶縁材としては、樹脂シート１３の代わりに紙を用いても問題無く電子タグが作動することを確認している。
【００５１】
一方、本発明の非接触式電子タグでは、電子タグ自身にある程度の可撓性を持たせる必要がある。従って、この絶縁材にも可撓性があるＰＶＣやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等の高分子材料で、且つ可撓性を損なわない厚さのものを使用することが望ましい。
【００５２】
上記のように、本実施例の非接触式電子タグは、ＩＣチップに両端末が電気的に接続された空芯アンテナコイルの全面とその背面側の樹脂層との間に、ＰＶＣシートや紙等の絶縁材を介して、空芯アンテナコイルの外径よりも若干大きく成形した極薄のアズキャストのアモルファス材を配置し、これらの構成部品をＰＶＣ等の樹脂シートでラミネートした構成としたので、次のような効果が得られる。
【００５３】
（１）金属面上に貼付して使用する環境下においても、支障無く使用できる非接触式電子タグが得られる。
【００５４】
（２）比較的薄い成型品で、且つ可撓性を有する非接触式電子タグのため、物品に対する取付け性を損なわず金属対象物の管理が必要な広範な用途に対応できる非接触式電子タグが得られる。
【００５５】
（３）タグに垂直に入射する電波に対し高感度で作動する金属対応の非接触式電子タグが得られる。
【００５６】
従って、本実施例の非接触式電子タグは、マンホール貼付による地下埋設物の管理、金型の管理等の金属対象物の管理に適する。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００５８】
本発明の非接触式電子タグは、電子タグに使用する空芯アンテナコイルと上記対象金属との間に磁性材料を設けているので、リーダから発せられた交流磁束が電子タグのアンテナと鎖交する際に、電子タグが取り付けられている金属に直接作用を及ぼさない。
【００５９】
また、高磁性材料にアズキャストのアモルファス、例えば液体急冷法により製造したアズキャストのアモルファスを用いているため、電子タグの薄型化並びに可撓性が維持される。従って、水道管の側面や地中埋設電力ケーブルの表面といった、対象金属の曲面に電子タグを貼り付けて、線路番号や線路の容量等の必要な情報を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非接触式電子タグの概略構造の一例を示した図である。
【図２】本発明の非接触式電子タグの横断面構造の一例を示した図である。
【図３】単ロール法によるアモルファスの製造工程の概略を示した図である。
【図４】本発明の非接触式電子タグの電気的要素の構成例を示した図である。
【図５】本発明の非接触式電子タグと従来の非接触式電子タグの金属面上における最大通信距離を比較して示した図である。
【図６】従来の非接触式電子タグの構成と作用を示した図である。
【符号の説明】
１０　電子タグ
１１　ＩＣチップ
１２　空芯アンテナコイル
１３　樹脂シート（絶縁材）
１４　アモルファスシート
１５Ａ、１５Ｂ　樹脂シート
【図１】
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【図２】
2004038702.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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