(57)【要約】【課題】ＩＣタグ装置が金属面や水分を有する物品に貼付された場合であっても、タグ情報を読み取るときの交信の信頼性を高めることを目的とする。【解決手段】ＩＣタグ装置３は、タグ情報を記憶保持するタグＩＣチップ２１と、タグＩＣチップ２１に電気的に接続され、無線信号を受信すると共に、受信した無線信号により電力を生成するタグアンテナ部２０と、タグＩＣチップ２１に電気的に接続され、磁界により電力を生成する磁界電気変換部２２とを備えている。【選択図】図２
2009193117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タグ情報を記憶保持するタグＩＣチップと、
前記タグＩＣチップに電気的に接続され、無線信号を受信すると共に、受信した無線信号により電力を生成するタグアンテナ部と、
前記タグＩＣチップに電気的に接続され、磁界により電力を生成する磁界電気変換部とを備えたことを特徴とするＩＣタグ装置。
【請求項２】
前記磁界電気変換部は、互いに異なる方向の磁界により電力を発生する磁界電気変換デバイスを複数有し、
これら磁界電気変換デバイスを電気的に並列接続したことを特徴とする請求項１に記載のＩＣタグ装置。
【請求項３】
複数の前記磁界電気変換デバイスを、直交する方向の磁界により電力を発生するように設けたことを特徴とする請求項２に記載のＩＣタグ装置。
【請求項４】
前記磁界電気変換デバイスとして、コイルを用いたことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか一つに記載のＩＣタグ装置。
【請求項５】
前記タグＩＣチップと、前記タグアンテナ部と、前記磁界電気変換部とを収納する容器を備え、
前記容器は貼付面を有し、この貼付面には金属板を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のＩＣタグ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のＩＣタグ装置と、
前記ＩＣタグ装置が保持しているタグ情報を読み取るリーダライタ装置とを備えたことを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップに保持されたタグ情報をやりとりするＩＣタグ装置とそれを用いたＲＦＩＤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産管理、物流管理、物品管理などを効率化するために、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムが利用されている。このＲＦＩＤシステムは、ＩＣタグ装置と、このＩＣタグ装置が保持しているタグ情報を読み取るリーダライタ装置とを備えている。ＲＦＩＤシステムでは、管理物品に貼付されたＩＣタグ装置からタグ情報を読み取り、管理物品の管理をしていた。
【０００３】
ＩＣタグ装置は、タグアンテナ部とタグＩＣチップとを備え、リーダライタ装置の送信アンテナから出力される無線信号をタグアンテナ部で受信すると共に、受信した無線信号によりタグアンテナ部で生成した電力をタグＩＣチップに供給し、タグＩＣチップを作動させていた。そして、ＩＣタグ装置は、無線信号の一部をタグＩＣチップ内に記憶保持されているタグ情報に応じて変調し、タグアンテナ部を介してリーダライタ装置に応答信号を出力していた。
【０００４】
リーダライタ装置は、ＩＣタグ装置からの応答信号を受信アンテナで受信し、復調してタグ情報を得ていた（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００６−３１１２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＩＣタグ装置は、金属面や水分を有した管理物品に貼付されると、無線信号の一部が金属面や水に吸収され、タグアンテナで発生する電力が減り、タグＩＣチップに供給する電圧が下がってしまい、タグＩＣチップの動作が不安定になっていた。これにより、リーダライタ装置でタグ情報を読み取るときの交信の信頼性が低くなるといった課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は交信に対する信頼性を高くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明のＩＣタグ装置は、タグ情報を記憶保持するタグＩＣチップと、タグＩＣチップに電気的に接続され、無線信号を受信すると共に、受信した無線信号により電力を生成するタグアンテナ部と、タグＩＣチップに電気的に接続され、磁界により電力を生成する磁界電気変換部とを備えている。この構成により、初期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のごとく本発明は、タグＩＣチップと、このタグＩＣチップに電気的に接続され、無線信号を受信すると共に、受信した無線信号により電力を生成するタグアンテナ部と、タグＩＣチップに電気的に接続され、磁界により電力を生成する磁界電気変換部とを備え、タグアンテナ部で生成した電力をタグＩＣチップに供給すると共に、磁界電気変換部で生成した電力をタグＩＣチップに供給する。このため、金属面や水分を有する物品などに貼付され、タグアンテナ部で生成することができる電力が減った場合でも、磁界電気変換部で磁界により電力を生成すると共に、この電力をタグＩＣチップに供給することができ、電圧の低下を抑えることができる。その結果として、タグＩＣチップの動作を安定させ、リーダライタ装置でタグＩＣチップに記憶保持されているタグ情報を読み取るときの交信の信頼性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態）
まず、図１を参照しながら、本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステムついて説明する。図１は、本実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１の構成図である。
【００１１】
ここでは、高電圧の電力を送電する送電線を支える電柱の柱上に設けられた、電圧変換用の変圧器を保守管理する場合を例として説明する。
【００１２】
ＲＦＩＤシステム１は、図１に示すように、管理物品２（変圧器）に貼付されたＩＣタグ装置３と、このＩＣタグ装置３が記憶保持しているタグ情報を読み取るリーダライタ装置５とを備えている。
【００１３】
このＲＦＩＤシステム１では、電柱４の柱上に設置されている管理物品２としての変圧器にＩＣタグ装置３を取り付け、送信アンテナ８および受信アンテナ９を介してリーダライタ装置５でＩＣタグ装置３のタグ情報を読み取る。すなわち、リーダライタ装置５は、送信アンテナ８を介して問い合わせ信号をＩＣタグ装置３に送信し、ＩＣタグ装置３からの応答信号を受信アンテナ９で受信し、後述するように、復調してタグ情報を読み取る。
【００１４】
次に、ＲＦＩＤシステム１は、例えば、リーダライタ装置５で読み取った保守点検情報としてのタグ情報をパーソナルコンピュータなどの管理部６で管理する。管理部６には、タグ情報に係る管理情報を格納するデータベース７を備えている。
【００１５】
これにより、電柱それぞれの柱上に設置されている変圧器の保守作業を定期的に行い、その作業記録となる保守点検情報を管理することができる。作業者は保守点検するときにリーダライタ装置５を携帯し、各電柱に設置されている変圧器の保守作業を行う。作業者は、作業中にＩＣタグ装置３から取得したタグ情報（保守点検情報）を、例えばリーダライタ装置５内部の記憶部（図示せず）に順次記憶する。作業者は、各変圧器の保守点検作業を終了した後、リーダライタ装置５に記憶保持した保守点検情報を管理部６に転送する。リーダライタ装置５から管理部６に保守点検情報を転送するときには、無線または有線で行う。無線の場合には、公知の無線システムにより通信を行う。また、有線の場合には、リーダライタ装置５と管理部６とをケーブルを介して接続する。
【００１６】
管理部６は、このタグ情報に基づいてデータベース７に記憶した保守点検情報を検索し、管理物品２の管理を行う。すなわち、管理部６は、タグ情報から管理物品２ごとの個別識別情報（例えば、管理番号、製造番号、製造日など）を取得し、これにより、例えば、製造番号１番の管理物品２の製造日、使用期間、部品交換日、保守日などを管理することができる。
【００１７】
このような構成により、ＲＦＩＤシステム１では、電柱４の柱上に設置されている変圧器に貼付したＩＣタグ装置３のタグ情報をリーダライタ装置５で取得することで、変圧器の保守点検、保守管理を行うことができる。
【００１８】
次に、図２を参照しながら、ＲＦＩＤシステム１の動作について説明する。図２は、本実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００１９】
図２に示すように、ＩＣタグ装置３は、タグ情報を保持するタグＩＣチップ２１と、タグＩＣチップ２１に電気的に接続され、無線信号を受信すると共に、受信した無線信号により電力を生成するタグアンテナ部２０と、タグＩＣチップ２１に電気的に接続され、磁界により電力を生成する磁界電気変換部２２とを備えている。
【００２０】
これにより、ＩＣタグ装置３は、リーダライタ装置５から出力される無線信号である問い合わせ信号をタグアンテナ部２０で受信すると共に、この受信した無線信号によりタグアンテナ部２０で生成した電力を整流器（図示せず）で整流し、タグＩＣチップ２１を動作させるのに必要な直流電圧（以下、「ＤＣ電圧」と記す）を生成する。このため、ＩＣタグ装置３では、電池などの電源を搭載しなくてもタグＩＣチップ２１を動作させることができる。なお、ＩＣタグ装置３では、タグアンテナ部２０で生成した電力でも起動可能なように回路の消費電力を極力抑え、小さい電源容量でも動作するようにしている。
【００２１】
ＩＣタグ装置３は、さらに、磁界電気変換部２２で磁界により電力を生成する。よって、管理物品２が変圧器のように表面が金属であり、この金属面にＩＣタグ装置３を貼付し、タグアンテナ部２０で生成する電力が減った場合であっても、変圧器からの漏れ磁界や送電線からの磁界により電力を生成してタグＩＣチップ２１に供給することができる。これにより、ＩＣタグ装置３は、タグＩＣチップ２１に供給する電圧を安定させ、動作を安定させることができる。その結果として、ＲＦＩＤシステム１は、リーダライタ装置５とＩＣタグ装置３との交信の信頼性を高めることができる。よって、タグアンテナ部２０で生成することができる電力が小さい場合でも、リーダライタ装置５をＩＣタグ装置３に近づけてタグアンテナ部２０で生成する電力を増やす必要がない。そのため、タグアンテナ部２０のみで電力を生成する場合と比較して、通信距離を拡大することができるため、リーダライタ装置５をＩＣタグ装置３に近づける必要もなくなる。すなわち、作業者は、例えば、電柱４（図１）を登ってリーダライタ装置５をＩＣタグ装置３に近づけて読み取る必要がないため、高電圧の送電線から離れた安全な場所（地上）でリーダライタ装置５を使ってＩＣタグ装置３のタグ情報を読み取ることができる。これにより、安全に作業を行うと共に、保守作業の効率を高めることができる。
【００２２】
リーダライタ装置５は、図２に示すように、問い合わせ信号をＩＣタグ装置３に送信し、ＩＣタグ装置３からの応答信号を受信してタグ情報を読み取る。
【００２３】
まず、リーダライタ装置５は、ＩＣタグ装置３に、例えば「管理番号１は存在するのか？」という問い合わせが行われる。
【００２４】
次に、この問い合わせは、変調回路４２により、所定の搬送波を変調し、送信回路４３、送信アンテナ８を介して、ＩＣタグ装置３に向けて出力される。所定の搬送波として、ＵＨＦ帯（９５２ＭＨｚ〜９５５ＭＨｚ）やマイクロ波帯（２．４５ＧＨｚ）の周波数を利用することができる。
【００２５】
ＩＣタグ装置３は、タグＩＣチップ２１に電気的に接続されているタグアンテナ部２０（タグアンテナ２０ａ、２０ｂ）で問い合わせ信号（無線信号）を受信すると共に、受信した無線信号から生成した電力をダイオード２３、２４で整流し、ＤＣ電圧を発生させる。このＤＣ電圧をコンデンサ２５に充電すると共に、このＤＣ電圧をタグＩＣチップ２１に供給し、タグＩＣチップ２１を起動する。
【００２６】
また、ＩＣタグ装置３では、前述したように磁界電気変換部２２で変圧器の漏れ磁界や送電線周辺の磁界などから電力を生成し、この電力をダイオード２２ｃ、２２ｄで整流してＤＣ電圧に変換し、コンデンサ２５に充電すると共に、このＤＣ電圧をタグＩＣチップに供給する。
【００２７】
磁界電気変換部２２は、例えば、後述するように、直交する２つの方向の磁界により電力を発生する２個のコイル２２ａ、２２ｂを有する。磁界電気変換部２２は、この２つの方向、例えば、上下方向と前後方向の磁界により電力を生成する。
【００２８】
なお、磁界電気変換部２２における磁界電気変換デバイスの個数は２個に限定されない。磁界電気変換デバイスが１個でも、磁界により電力を発生させることができる。これにより、タグアンテナ部２０と併用してＤＣ電圧をタグＩＣチップ２１に供給することができる。さらに、磁界電気変換デバイスの個数を３個より増やすことで、３つの方向、例えば、上下方向、前後方向、斜め方向の磁界により電力に生成することができる。
【００２９】
次に、制御回路２８からの指示で復調回路２９は、受信した無線信号から上記「管理番号１は存在するのか？」という問い合わせを復調する。
【００３０】
また、制御回路２８は、上記復調回路２９への指示と同時にメモリ３１に記憶保持している個別情報を読み出している。
【００３１】
メモリ３１に記憶保持されたタグ情報、すなわち、個別識別情報が「管理番号１」であった場合には、制御回路２８は、その問い合わせに対して「管理番号１」が存在することを、変調回路３０を介してスイッチ２７をＯＮ、ＯＦＦさせて応答する。
【００３２】
つまり、スイッチ２７がＯＮすれば、タグアンテナ２０ａ、２０ｂの端子ａと端子ｂとが短絡され、スイッチ２７がＯＦＦされれば、タグアンテナ２０ａ、２０ｂの端子ａと端子ｂとが開放される。これによって、リーダライタ装置５から送信された電波を反射するか否かをタグ情報に応じて制御し、そのタグ情報の内容を伝達することができる。すなわち、タグ情報の「１」と「０」に対応させてスイッチ２７をＯＮまたはＯＦＦさせ、このスイッチ２７のＯＮ、ＯＦＦの繰り返しパターンにより、タグアンテナ２０ａ、２０ｂからリーダライタ装置５に応答出力し、「管理番号１」が存在することが報告される。例えば、タグ情報の「１」のときはスイッチ２７をＯＮにし、タグ情報の「０」のときはスイッチ２７をＯＦＦにする。なお、ＩＣタグ装置３では、タグアンテナ２０ａ、２０ｂの端子ａと端子ｂを開放させたときに、反射が起きないように、インピーダンスをマッチングさせるコンデンサ２６を有している。
【００３３】
リーダライタ装置５では、受信アンテナ９で受信した応答信号が受信回路４４を介して復調回路４５に伝達され、復調した信号により、制御回路４１は、「管理番号１」の存在を確認する。リーダライタ装置５は、この「管理番号１」の情報を、例えば、制御回路４１を介して管理部６に出力する。管理部６では、入力された「管理番号１」の情報に基づいてデータベース７から管理物品２の保守点検情報を検索し、製造日、使用期間、部品交換日、保守日などを管理する。
【００３４】
また、リーダライタ装置５は、管理部６からの指示を制御回路４１で受け、制御回路４１からＩＣタグ装置３に、「管理番号１は存在するのか？」と、問い合わせが行われたにも係わらず、「管理番号１」を記憶したＩＣタグ装置３が存在しない場合には、応答がないので、制御回路４１は、この「応答なし」から「管理番号１」は存在しないことを確認する。
【００３５】
なお、図２において、リーダライタ装置５は、変調、同期を行うためのクロック回路４６と、各回路にＤＣ電圧を供給するための電源回路４７を備えている。電源回路４７は、例えば、ＤＣ電圧を発生させる電池などを有する。
【００３６】
また、リーダライタ装置５は、メモリ３１が書き換え可能な場合には、ＩＣタグ装置３で記憶保持されているタグ情報を外部から書き換えることができる。
【００３７】
次に、図３から図５を参照しながら、ＩＣタグ装置３の構成について説明する。
【００３８】
図３は本実施の形態におけるＩＣタグ装置３の構成を示す平面図、図４は同ＩＣタグ装置３の構成を示す正面図、図５は同ＩＣタグ装置３の一部切り欠きの構成を示す斜視図である。
【００３９】
ＩＣタグ装置３は、図３に示すように、後述するＹ軸方向に長い長方形の容器５４内にタグＩＣチップ２１と、タグアンテナ部２０（タグアンテナ２０ａ、２０ｂ）と、コイル２２ａ、２２ｂとを収納している。
【００４０】
容器５４は、貼付面を有し、この貼付面には金属板５０を設けている。
【００４１】
また、金属板５０上に、金属緩衝材５１を介して基板５２を設けている。
【００４２】
金属板５０には、無線信号を反射する反射作用を有すると共に、管理物品２の影響を抑える効果もある。すなわち、ＩＣタグ装置３が金属容器や飲料水などが充填されたペットボトルに貼付された場合でも、金属板５０によりその影響を排除することができ、アンテナ特性を安定させることができる。
【００４３】
また、タグＩＣチップ２１、コイル２２ａ、２２ｂおよびタグアンテナ部２０は、長方形の基板５２上に形成された配線層５３を介して結線されている。
【００４４】
金属緩衝材５１は、所定の厚みを有し、この所定の厚みにより、タグアンテナ部２０を金属板５０から離すようにしている。これにより、タグアンテナ部２０のアンテナ特性の劣化を抑えている。
【００４５】
タグアンテナ部２０では、タグＩＣチップ２１の両側にコイル２２ａとコイル２２ｂとを対称に配置している。タグアンテナ部２０は、無線信号を受信すると共に、受信した無線信号によりタグアンテナ部２０で電力を生成し、その電力からＤＣ電圧を生成してタグＩＣチップ２１に供給している。
【００４６】
コイル２２ａ、２２ｂは、２つの直交する方向の磁界により電力を生成することができるように配置されると共に、電気的に並列接続されている。例えば、タグＩＣチップ２１の両側長手方向（Ｙ軸）に各１個設け、一方のコイル２２ａの面をＺ軸方向に向け、他方のコイル２２ｂの面をＸ軸方向に９０度回転させて設けている。これにより、前後方向（Ｘ軸方向）および上下方向（Ｚ軸方向）の磁界により電力を生成する。
【００４７】
このように、互いに異なる方向の磁界により電力を生成するようにすることで、ＩＣタグ装置３の取り付け方向の制約を緩和し、効果的に周囲の磁界を利用して電力を生成できる。
【００４８】
なお、周囲の磁界の変化が小さい場合には、コイル２２ａ、２２ｂの巻線の巻数増加、または、コイル２２ａ、２２ｂの磁界と直交する断面積を大きくすることで電力の生成量を増やすことができる。
【００４９】
次に、図４に示すように、金属緩衝材５１は、金属板５０と基板５２との間に絶縁材として設けられている。この絶縁材としては、高誘電率な材料を単層、あるいは異なる高誘電率な材料を積層したものを使用する。これにより、金属緩衝材５１では、入射してきた電波を屈折させ、電波路としての距離を長くすることができる。その結果として、金属緩衝材５１は、紙や空間を設けるためのスペーサなどの低誘電率な材料で絶縁する場合に比較して、その厚みを薄くすることができる。これにより、ＩＣタグ装置３を薄く製造することができる。
【００５０】
次に、容器５４について詳細に説明する。図５に示すように、容器５４は、長方形の形状をしており、カバー５４ａと、貼付面に金属板５０とを有する。カバー５４ａおよび金属板５０によって、タグＩＣチップ２１と、タグアンテナ部２０（タグアンテナ２０ａ、２０ｂ）と、コイル２２ａ、２２ｂとを保護する。
【００５１】
このように、容器５４の形状を長方形にすることで、タグアンテナ２０ａ、２０ｂおよびコイル２２ａ、２２ｂを長くするための配置スペースが確保される。長方形状にすることで、タグアンテナ２０ａ、２０ｂを使用する波長に対して長さを十分に確保することができ、アンテナ感度を高めることができる。また、コイル２２ａ、２２ｂの断面積を大きくして捕獲する磁束を増やすことができ、効果的に電力を生成することができる。
【００５２】
以上述べたように、本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１は、ＩＣタグ装置３が金属面や水分を有する管理物品２などに貼り付けられ、無線信号を受信したときにタグアンテナ部２０で生成することができる電力が小さい場合であっても、磁界電気変換部２２で磁界により電力を生成してタグＩＣチップ２１に供給することができる。このため、タグＩＣチップ２１に供給するＤＣ電圧の低下を抑え、動作を安定させることができる。この結果として、タグＩＣチップ２１の動作を安定させ、リーダライタ装置５でタグ情報を読み取るときの交信の信頼性を高くすることができる。
【００５３】
また、ＩＣタグ装置３は、磁界により電力を生成することができる環境では、タグアンテナ部２０での起電力を増やすために、リーダライタ装置５をＩＣタグ装置３に近づける必要がない。これにより、通信距離を拡大することができ、例えば、図１に示すように、高圧の送電線を支える電柱４の柱上に設置された変圧器にＩＣタグ装置３を貼付し、そこから離れた安全な場所、例えば、地上からリーダライタ装置５で読み取ることができる。これにより、安全に作業を行うと共に、保守作業の効率を高めることができる。
【００５４】
なお、ＩＣタグ装置３は、金属面や水の影響を受けにくいので、人物、動物などにも適用することができる。
【００５５】
また、湿気を含んだダンボールや水、ジュース、マヨネーズの入った瓶、飲料用のペットボトル、牛乳パック、りんごなどの果物、魚類、肉類、大根などの野菜、などＵＨＦ帯やマイクロ波帯の電波が影響を受けやすく、タグアンテナ部２０で発電する電力が減ってしまうような場合でも、本実施の形態におけるＩＣタグ装置３を用いることで、上記した効果が得られるため、リーダライタ装置５がＩＣタグ装置３からタグ情報を取得するときの交信の信頼性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、タグアンテナ部で生成した電力と、磁界電気変換部で磁界により生成した電力とをタグＩＣチップに供給することができ、金属面や水分を有する物品などに貼付された場合であっても、電圧低下を抑えることができ、タグＩＣチップの動作を安定させることができる。このため、タグＩＣチップからタグ情報を読み取るときの交信の信頼性を高めることが可能なＩＣタグ装置、このＩＣタグ装置を用いたＲＦＩＤシステム、物品管理装置、物流管理装置、生産管理装置、人物管理装置、動物管理装置などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステムの構成図
【図２】同ＲＦＩＤシステムの電気的な構成を示すブロック図
【図３】同ＩＣタグ装置の構成を示す平面図
【図４】同ＩＣタグ装置の構成を示す正面図
【図５】同ＩＣタグ装置の一部切り欠きの構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００５８】
１    ＲＦＩＤシステム
２    管理物品（変圧器）
３    ＩＣタグ装置
４    電柱
５    リーダライタ装置
６    管理部
７    データベース
８    送信アンテナ
９    受信アンテナ
２０    タグアンテナ部
２０ａ，２０ｂ    タグアンテナ
２１    タグＩＣチップ
２２    磁界電気変換部
２２ａ，２２ｂ    コイル
２２ｃ，２２ｄ，２３，２４    ダイオード
２５，２６    コンデンサ
２７    スイッチ
２８，４１    制御回路
２９，４５    復調回路
３０，４２    変調回路
３１    メモリ
４３    送信回路
４４    受信回路
４６    クロック回路
４７    電源回路
５０    金属板
５１    金属緩衝材
５２    基板
５３    配線層
５４    容器
５４ａ    カバー
【図１】
2009193117.tif 000003
【図２】
2009193117.tif 000004
【図３】
2009193117.tif 000005
【図４】
2009193117.tif 000006
【図５】
2009193117.tif 000007