(57)【要約】 【課題】  ラベルプリンタなどの筐体内にて無線ＩＣタグとの双方向通信を行う際に、同時に所定の１つの無線ＩＣタグとアンテナとの間のみで確実な無線通信を実施することのできる、筐体組み込み用のアンテナと、それを用いたラベルプリンタを提供する。【解決手段】  ラベルプリンタなどの筐体内への筐体組み込み用アンテナとして、指向性が高いホーンアンテナ１を用いる。そしてホーンアンテナ１の開口部の内部に、双方向通信にて使用する周波数λに対応した、特定範囲の比誘電率を有する誘電体４を充填することで、ホーンアンテナ１の小型化を図る。また筐体内に組み込まれた前記ホーンアンテナ１とＲＦＩＤリーダライタとを接続するアンテナケーブルの外側導体に対し、前記周波数λに対してλ／４の長さ以下の間隔で筐体内の電位零の部位への接続点を設けることにより、前記アンテナケーブルからの無線ＩＣタグへの不要な放射を抑制する。【選択図】  図１
2009159240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向の無線通信により、無線ＩＣタグの記憶領域に格納された情報の読み出しおよび書き込みを非接触にて行うＲＦＩＤリーダライタに接続される、筐体内に配置されたアンテナであって、
前記アンテナがホーンアンテナであり、前記ホーンアンテナが、給電素子と、ホーン形状を有する金属体と、前記金属体のホーン形状の内部に充填された誘電体とを含むことを特徴とする筐体組み込み用アンテナ。
【請求項２】
前記無線通信を行う周波数帯が９５０ＭＨｚ帯であって、前記ホーン形状を有する金属体の内部に充填された誘電体の比誘電率が１６ないし２０であることを特徴とする請求項１に記載の筐体組み込み用アンテナ。
【請求項３】
前記無線通信を行う周波数帯が２．４５ＧＨｚ帯であって、前記ホーン形状を有する金属体の内部に充填された誘電体の比誘電率が４ないし８であることを特徴とする請求項１に記載の筐体組み込み用アンテナ。
【請求項４】
前記誘電体がガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂から選択される少なくとも１種類の樹脂を含み、さらに比誘電率が高いセラミクス製のフィラーを含むことを特徴とする請求項２に記載の筐体組み込み用アンテナ。
【請求項５】
前記誘電体がガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂から選択される少なくとも１種類の樹脂を含むことを特徴とする請求項３に記載の筐体組み込み用アンテナ。
【請求項６】
前記アンテナと、前記ＲＦＩＤリーダライタの間を接続されるアンテナケーブルの外側導体が、前記無線通信に使用される周波数の波長をλとして、互いにλ／４以下の間隔を有する１箇所もしくは複数箇所の接続点で前記筐体内の電位零の部位に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の筐体組み込み用アンテナ。
【請求項７】
前記筐体がラベルプリンタ用筐体であって、
前記ラベルプリンタが一定間隔に配列された無線ＩＣタグを含む印刷媒体に印刷を行う機能を有し、
前記筐体内に設置された前記ホーンアンテナによって、前記各無線タグと個別に双方向の無線通信を行う機能を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のラベルプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体内に組み込まれて使用されるホーンアンテナに関し、とくに無線ＩＣタグとの双方向の無線通信を行うアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが普及してきている。ＲＦＩＤシステムとは無線ＩＣ（Integrated Circuit）タグとそのリーダライタとから構成されるシステムであり、リーダライタが電磁波を用いて非接触にて無線ＩＣタグと双方向通信を行うことにより、無線ＩＣタグに格納された情報の読み出しや書き込みを行うシステムである。ＲＦＩＤシステムは商品管理における個体識別や物流における荷物の管理など、様々な分野で実用化されている。無線ＩＣタグとしては主に９５０ＭＨｚ帯を用いる無線ＩＣタグと、主に２．４５ＧＨｚ帯を用いる無線ＩＣタグの、２種類の無線ＩＣタグが実用化されている。
【０００３】
ここで９５０ＭＨｚ帯とは９５０ＭＨｚないし９５５ＭＨｚの周波数帯域のことであり、また２．４５ＧＨｚ帯とは２．４０ＧＨｚないし２．５０ＧＨｚの周波数帯域のことである。これらの周波数帯域の範囲については、社団法人電波産業会が制定した、ＡＲＩＢ  ＳＴＤ−Ｔ９０「特定小電力無線局  ９５０ＭＨｚ帯移動体識別用無線設備」およびＡＲＩＢ  ＳＴＤ−Ｔ８１「特定小電力無線局  周波数ホッピング方式を用いる２．４ＧＨｚ帯移動体識別用無線設備」のそれぞれの規格として規定されている。
【０００４】
無線ＩＣタグの製造の際には一般にラベルプリンタが使用される。ラベルプリンタは、無線ＩＣタグを内蔵したラベルの製造工程の途中で、その表面にバーコードや商品名などを印刷する装置である。最近ではラベルプリンタの内部に質問器であるＲＦＩＤリーダライタを内蔵し、印刷の際に内蔵したアンテナによって無線ＩＣタグとの間で双方向通信を行い、無線ＩＣタグに自分自身の固有ＩＤなどの必要な電子データの書き込みを行うことのできる装置が開発されている。なお、無線ＩＣタグを内蔵したラベルは紙や樹脂などからなり、一般には台紙に連続して貼り付けられた状態で供給され、使用者はラベルを台紙から剥がして１枚ずつ物品に取り付けて使用する。
【０００５】
ラベルプリンタを用いて無線ＩＣタグへの印刷と電子データの書き込みを行う場合には、無線ＩＣタグは一般にロール状の台紙に貼り付けられた、各々のラベルに内蔵された状態でラベルプリンタに供給される。この台紙はリールに巻かれた細長いテープ状で、そこに無線ＩＣタグを内蔵したラベルが１列に所定の間隔を設けて貼り付けられている。この台紙がラベルプリンタの内部を通過する際に、無線ＩＣタグは台紙に貼られたまま装置内の印刷ヘッドとＲＦＩＤリーダライタに接続されたアンテナの近傍を通過し、その際に個々のラベルへの印刷と無線ＩＣタグでの電子データの読み出しや書き込みが行われる。
【０００６】
印刷の際に電子データの書き込みを行う従来のラベルプリンタでは、無線ＩＣタグと双方向通信を行うアンテナとして、一般に平面マイクロストリップアンテナが用いられてきた。ラベルプリンタに内蔵される、従来の平面マイクロストリップアンテナの例を図４に斜視図として示す。図４に示す平面マイクロストリップアンテナ２１は、９５０ＭＨｚ帯の電磁波を用いる無線ＩＣタグに用いられるものであって、非導電性の長方形の誘電体からなる基板２２の片側の表面（図４では上面）に、導電体からなる箔状のアンテナ部２４を有している。このアンテナ部２４としては金属薄膜の使用が好適であり、銅箔、アルミ箔などが用いられる。
【０００７】
図４ではアンテナ部２４の設置領域のみを四角形状にて示しているが、実際のアンテナ部には１本以上のスリットにより方形や円形などのパターンが設けられていて、これによってある程度の指向性を有するアンテナエレメントが形成されている。このパターンは基板２２上に設けられた金属箔をエッチングすることにより作製される。基板２２におけるアンテナ部２４の反対面（図４では下面）には、同じく金属箔からなるアンテナグランド部２５が設けられている。このアンテナグランド部２５は、その反対面に設けられたアンテナ部２４を形成する金属箔よりも面積が広くなるように形成される。またアンテナ部２４およびアンテナグランド部２５は、基板２２に固定された給電コネクタ２３に電気的に接続されていて、この給電コネクタ２３はラベルプリンタの内部にアンテナケーブル（図示せず）により引き込まれている。
【０００８】
図５は、図４において示した平面マイクロストリップアンテナが組み込まれた従来のラベルプリンタの内部構成図の例である。図５において、ラベルプリンタ２６の筐体内に設置された平面マイクロストリップアンテナ２１は、アンテナケーブル２９によってＲＦＩＤリーダライタ２８に接続されている。一方、ラベルプリンタ２６の筐体内にはラベルロール２７が配置されており、そこに巻き取られて収納された台紙３２は、各々のガイドローラに導かれてその筐体内を移動する。台紙３２には、無線ＩＣタグ３０ａ〜３０ｄを内蔵した各々のラベルが一定の間隔を空けて連続して貼り付けられている。各ラベルがラベルプリンタ２６の内部を移動する間に、図示しない印刷ヘッドにより、各ラベルに対して各種コードなどの必要事項の印刷が行われる。
【０００９】
また、この印刷と前後して、ＲＦＩＤリーダライタ２８は各々の無線ＩＣタグとの間で無線による双方向通信を順次行い、無線ＩＣタグに対してその動作の確認や、個別ＩＤなどのデータの書き込みを行う。図５は、台紙３２上の無線ＩＣタグのうち、無線ＩＣタグ３０ｂのみが平面マイクロストリップアンテナ２１と双方向通信を行っている状態を示している。なお、各無線ＩＣタグの形状は、そのアンテナ領域を含めると一般にやや細長い扁平な長方形であるが、無線ＩＣタグを内蔵する台紙３２上の各ラベルは、各無線ＩＣタグの長手方向が台紙３２の長さ方向となる向きに、互いに一定の間隔を設けて連続して貼り付けられている。これは主としてユーザ側の要求により、無線ＩＣタグが一般にはリール形状にて提供されるという事情によるものであり、無線ＩＣタグどうしの取り付け間隔は、その用途に起因する規格に従って決められている。また図５に示すように、平面マイクロストリップアンテナと通信相手の無線ＩＣタグとは、ラベルプリンタ内にてそれぞれの長手方向が互いに一致する向きに配置される。
【００１０】
ここで、ＲＦＩＤリーダライタ２８はアンテナケーブル２９を介して平面マイクロストリップアンテナ２１に接続されているが、この平面マイクロストリップアンテナ２１による無線ＩＣタグとの通信可能範囲を示す放射指向性３１は、図５において点線の楕円形として示される領域の内部である。平面マイクロストリップアンテナ２１を用いた場合の、通信可能範囲を示す放射指向性３１の電力半値角（アンテナからの距離が同じで、しかもアンテナによる電界強度が最大の場合より３ｄＢ低下する角度領域の範囲）は、約６５°と非常に大きいことが知られている。図５より明らかな通り、この場合の平面マイクロストリップアンテナ２１との双方向通信が可能な領域には、通信対象である無線ＩＣタグ３０ｂだけではなく、それに隣り合う無線ＩＣタグ３０ａ、３０ｃが存在し、平面マイクロストリップアンテナ２１の放射指向性３１の広さのために、これらの隣り合う無線ＩＣタグとの間でも通信が同時に行われてしまう可能性がある。
【００１１】
このような複数の無線ＩＣタグとの同時通信の発生を避けるためには、平面マイクロストリップアンテナ２１から放射される電波強度を抑制する方法が考えられるが、この場合には、今度は電波強度が弱くなって通信対象の無線ＩＣタグ３０ｂとの読み出しや書き込みが不安定となる場合がある。従ってこの問題の解決には、双方向通信を行うアンテナとして、より指向性の高いアンテナを用いることが適切である。指向性が高く、双方向通信が可能なアンテナとしては、ホーン形状を有する、いわゆるホーンアンテナの存在が知られている。特許文献１の段落番号００５３、および特許文献２の段落番号００４８には、無線ＩＣタグへの読み出しや書き込みを行うラベルプリンタに内蔵する双方向通信のためのアンテナとして、平面パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、八木アンテナ、ループアンテナとともに、ホーンアンテナが使用可能であることがそれぞれ記載されている。
【００１２】
図６に、平面マイクロストリップアンテナおよびホーンアンテナのアンテナ方位に対する各アンテナの利得（受信感度）の分布の例の、シミュレーション結果のグラフを示す。このうち図６（ａ）はホーンアンテナの場合、図６（ｂ）は平面マイクロストリップアンテナの場合をそれぞれ想定してシミュレーションを行っている。このうち図６（ａ）は、ホーンアンテナのアンテナ面の中央位置から一定の距離に、所定の強度の点状の電磁波の発信源を置いて、この発信源を前記中央位置から一定の距離を保ったまま、アンテナ面の周囲を順次仮想的に移動させた際の、ホーンアンテナによる相対的な受信感度をグラフ化したものである。ホーンアンテナによる相対的な受信感度は、発信源がアンテナ面の中央正面に位置する場合が最大であり、このときの受信感度を０ｄＢと規定している。
【００１３】
なお図６（ａ）では発信源がホーンアンテナの裏側に位置する場合も含め、ホーンアンテナの周囲を３６０°移動させた場合を示しているが、実際にはホーンアンテナは一定の大きさを有するため、発信源がホーンアンテナ本体に十分に近い場合には、当然ながら、この発信源をホーンアンテナの横部や裏側に位置させることはできない。このシミュレーションでは、発信源が発する電磁波を９５０ＭＨｚ帯の電磁波、ホーンアンテナの開口部の長さを３０ｃｍ、ホーンアンテナの開口角を３２°、発信源とホーンアンテナとの距離を１０ｍｍと規定している。
【００１４】
一方、図６（ｂ）は、ホーンアンテナの代わりに平面マイクロストリップアンテナを用いたこと以外は、図６（ａ）の場合と同様の想定によってシミュレーションを行ったものである。従って発信源の電磁波の波長（９５０ＭＨｚ帯）や、平面マイクロストリップアンテナのアンテナ面の中央位置からの発信源までの距離（１０ｍｍ）、発信源がアンテナ面の中央正面に位置する場合の受信感度を０ｄＢと規定している点も同様である。また、平面マイクロストリップアンテナのアンテナ面の長さは１０ｃｍと想定している。
【００１５】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すシミュレーション結果から分かるとおり、電磁波の発信源として想定される、無線ＩＣタグからの受信感度の分布を示す電力半値角の値は、ホーンアンテナの場合で約３２°、平面マイクロストリップアンテナの場合で約６５°と大きな違いがある。このことから、近傍の無線ＩＣタグとの双方向通信の確立を防ぎ、通信対象とした所定の無線ＩＣタグとのみ双方向通信を行うためには、指向性の高いアンテナである、ホーンアンテナの使用が適していることが分かる。この傾向は、ホーンアンテナや平面マイクロストリップアンテナの側から電磁波を発信し、受信源の方を各アンテナの周囲で移動させた場合にも同様である。
【００１６】
ここでホーンアンテナの開口角を前記の規定の３２°より大きくすると、ホーンアンテナの全長を若干短縮させることができ、よってその容積を低減させることが可能である。しかしこの場合にはそれに伴って電力半値角の値が急激に大きくなってしまい、その指向性が低くなることが知られており、また同時にホーンアンテナの利得の値も低下することが分かっている。このことから、ホーンアンテナの全長を長くして容積をさほど増大させずにアンテナとしての良好な特性を維持するためには、その開口角を３２°前後として用いる場合が一般的である。
【００１７】
なお図６（ａ）および図６（ｂ）において、各アンテナの利得の分布を示すグラフによって囲まれる面積はホーンアンテナの場合よりも平面マイクロストリップアンテナの場合の方が大きくなっているが、これはグラフの軸が相対値であることが理由であり、従って平面マイクロストリップアンテナの方がホーンアンテナよりも平均的な利得が大きいことを意味するものではない。ホーンアンテナは高い指向性を持っていることから、アンテナ面のうち特定の向きに対しては、開口部の寸法形状がほぼ同一の平面マイクロストリップアンテナと比較して、一般により高い送受信の感度が得られることが多い。
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−００４１５０号公報
【特許文献２】特開２００６−００４１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ラベルプリンタなどへの筐体組み込み用アンテナとして、高い指向性を有するホーンアンテナを使用することは、隣り合う無線ＩＣタグとの同時通信の発生を防止し、ラベルプリンタが内蔵するＲＦＩＤリーダライタが常に１つの無線タグのみを通信対象として、双方向通信を確立するためには有利である。しかし従来は、ラベルプリンタへの筐体組み込み用アンテナとして、ホーンアンテナが実際に使用された例はほとんどなかった。これは、平面マイクロストリップアンテナなど、他の方式のアンテナに比べてホーンアンテナの形状がかなり大きいためであり、この大きさが筐体組み込み用アンテナとして使用する際の障害となっていたためである。
【００２０】
例えば、９５０ＭＨｚ帯の無線ＩＣタグと双方向通信を行うために必要なホーンアンテナの開口部の寸法は、一般に数十ｃｍに達することが知られており、またこの場合は、ホーン部の長さも前記開口部の長さと同等以上とする必要がある。平面マイクロストリップアンテナなど、より小型のアンテナという選択肢が存在する中で、このように形状の大きなホーンアンテナをラベルプリンタに内蔵することは実際には難しく、指向性が高いというホーンアンテナの利点は、筐体組み込み用アンテナとして生かされることは少なかった。
【００２１】
一方で、ラベルプリンタなどに筐体組み込み用アンテナを用いる際には、アンテナ直近に位置する通信対象の無線ＩＣタグ以外の離れた位置にある無線ＩＣタグが、筐体内に組み込まれたアンテナを介さずにＲＦＩＤリーダライタと双方向通信を行ってしまうという問題があった。図５に示した平面マイクロストリップアンテナを用いたラベルプリンタの場合であれば、ＲＦＩＤリーダライタ２８とアンテナ部２４とを接続するアンテナケーブル２９が、アンテナとしての役割を果たす場合が存在する。このような場合は、通信対象である無線ＩＣタグ１０ｂ以外の無線ＩＣタグ１０ａ，１０ｃ，１０ｄなどが、アンテナケーブル２９との間で独自に双方向通信を確立してしまう可能性がある。
【００２２】
従って、本発明は、台紙に連続して貼り付けられた各々のラベルが有する複数の無線ＩＣタグと、ラベルプリンタが内蔵するアンテナとの間で双方向の無線通信を実施する場合において、同時に所定の１つの無線ＩＣタグとアンテナとの間のみで確実な無線通信を実施することのできる、ＲＦＩＤリーダライタ用の筐体組み込み用アンテナと、それを用いたラベルプリンタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明においては、筐体組み込み用のＲＦＩＤリーダライタ用アンテナとしてホーンアンテナを用いるとともに、ホーンアンテナの開口部の内側に適切な比誘電率を有する誘電体を充填することにより、その開口部寸法の短縮を図り、同時にホーン部の長さも短縮する。これによってラベルプリンタに内蔵するなど、ＲＦＩＤリーダライタによる無線ＩＣタグとの双方向通信を実現するために十分な寸法形状とするための、ホーンアンテナの小型化を実現することができる。このときにホーンアンテナの内部に充填する誘電体の比誘電率の値はそれぞれ一定範囲内とする必要があり、９５０ＭＨｚ帯用無線ＩＣタグと双方向通信を行うホーンアンテナの場合は１６ないし２０、２．４５ＧＨｚ帯用無線ＩＣタグとの場合は、４ないし８の範囲の材質を用いることが条件である。
【００２４】
なお、このうち２．４５ＧＨｚ帯用無線ＩＣタグに対して用いられる、比誘電率が４ないし８の範囲の誘電体の材質としては、透磁率が低いことが必要であることや、その比誘電率の周波数特性が安定していることなどから、ガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂の中から選択される樹脂を用いることが好適である。一方、９５０ＭＨｚ帯用無線ＩＣタグに用いられる、比誘電率が１６ないし２０の範囲の材質としては、単一の材質でとくに好適なものは見出されていない。この場合は樹脂に対して比誘電率が高いセラミクス製のフィラーを適当な割合で混合させた材料が使用可能である。なお樹脂として前記のガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂などを用いた場合には、セラミクス製のフィラーによる比誘電率に、これらの樹脂の比誘電率が上乗せされることになるので、１６ないし２０の比誘電率を得るために混合するセラミクス製のフィラーの必要量を、若干減少させることが可能である。
【００２５】
一般にホーンアンテナの特性上、その開口部長さとして必要な寸法は、充填する誘電体の比誘電率の平方根の値に反比例するという特性がある。従ってアンテナの内側に充填する誘電体の比誘電率が小さい場合は、無線ＩＣタグとの通信特性を維持したままでホーンアンテナを十分に小型化することができないため、充填する誘電体の比誘電率の値には下限が存在する。
【００２６】
一方、ホーンアンテナの開口部寸法は、無線ＩＣタグが用いる周波数帯域の波長λに対して１λ〜３λ程度とする必要があるため、比誘電率の値が大き過ぎる誘電体を充填材料として用いた場合は、結果としてホーンアンテナの開口部長さを無線ＩＣタグのアンテナ部の長手方向の寸法よりもかなり短縮しなければならない。この場合は、無線ＩＣタグが備えるアンテナ部のうち、ホーンアンテナの開口部に対向する一部の領域のみしか両者の双方向通信に寄与しないことになるため、ホーンアンテナと無線ＩＣタグとの双方向通信の感度が結果として低下してしまうこととなる。従ってこのような感度の低下が生じることがない、適切な比誘電率の値の上限値までが、本発明にて使用可能な誘電体の比誘電率の範囲である。
【００２７】
また、一般に比誘電率の値が大きい誘電体は、フェライトのように同時に透磁率の値も大きい場合が多いが、このような材料はとくに高周波領域での電磁波の吸収率が大きいために、アンテナに用いる充填用の材料としては不適当である。一般に、比較的大きな透磁率を有し、しかも透磁率が小さい誘電体は特定の材料に限られる傾向がある。
【００２８】
一方、本発明におけるもう一つの課題として、アンテナ部とＲＦＩＤリーダライタとを接続するアンテナケーブルがアンテナの役割を果たすことにより、そこから放射される電磁波によって、周辺に位置する双方向通信の対象以外の無線ＩＣタグとの間で不要な通信が生じる問題があった。この問題については、以下の方法により解決を図るものとする。まずアンテナケーブルとして同軸ケーブルを用いた上で、その外側導体を、ホーンアンテナが組み込まれた筐体内の電位零の部位に電気的に接続（接地）することとする。一般にホーンアンテナには一定長さの奥行きが必要であるため、ここで使用するアンテナケーブルの全長は、平面マイクロストリップアンテナなどを用いた場合よりも多少短く設計することができ、この点においてはホーンアンテナの使用は構成上有利である。しかし、これだけではアンテナケーブルによる放射の問題を完全に解決することはできない。
【００２９】
アンテナケーブルによる放射の問題の本質的な解決には、アンテナケーブルの外側導体の筐体内の電位零の部位への接続を、一定間隔以下の頻度で実施することが必要である。この電気的な接続点は、無線通信に使用される周波数の波長をλとした場合に、少なくともλ／４以下の頻度の間隔で設けることが必要である。この接地位置の間隔がλ／４の長さを越える場合には、その２点の接地位置の間の領域が放射アンテナとしての機能を有してしまう場合があり、所定以外の無線ＩＣタグとの双方向通信を完全に防止することはできない。また、この筐体内の電位零の部位をある程度の面積を有する連続的な領域として確保できる場合には、この領域への接続点（接地点）を断続的ではなく、連続的に設ける（即ちアンテナケーブルの外側導体の全体をシールドする）ことができる。その場合は所定以外の無線ＩＣタグとの不要な通信をより好適に防止することが可能である。
【００３０】
即ち、本発明は、双方向の無線通信により、無線ＩＣタグの記憶領域に格納された情報の読み出しおよび書き込みを非接触にて行うＲＦＩＤリーダライタに接続される、筐体内に配置されたアンテナであって、前記アンテナがホーンアンテナであり、前記ホーンアンテナが、給電素子と、ホーン形状を有する金属体と、前記金属体のホーン形状の内部に充填された誘電体とを含むことを特徴とする筐体組み込み用アンテナである。
【００３１】
また、本発明は、前記無線通信を行う周波数帯が９５０ＭＨｚ帯であって、前記ホーン形状を有する金属体の内部に充填された誘電体の比誘電率が１６ないし２０であることを特徴とする筐体組み込み用アンテナである。
【００３２】
さらに、本発明は、前記無線通信を行う周波数帯が２．４５ＧＨｚ帯であって、前記ホーン形状を有する金属体の内部に充填された誘電体の比誘電率が４ないし８であることを特徴とする筐体組み込み用アンテナである。
【００３３】
さらに、本発明は、前記誘電体がガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂から選択される少なくとも１種類の樹脂を含み、さらに比誘電率が高いセラミクス製のフィラーを含むことを特徴とする筐体組み込み用アンテナである。
【００３４】
さらに、本発明は、前記誘電体がガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂から選択される少なくとも１種類の樹脂を含むことを特徴とする筐体組み込み用アンテナである。
【００３５】
さらに、本発明は、前記アンテナと、前記ＲＦＩＤリーダライタの間を接続されるアンテナケーブルの外側導体が、前記無線通信に使用される周波数の波長をλとして、互いにλ／４以下の間隔を有する１箇所もしくは複数箇所の接続点で前記筐体内の電位零の部位に電気的に接続されていることを特徴とする筐体組み込み用アンテナである。
【００３６】
さらに、本発明は、前記筐体がラベルプリンタ用筐体であって、前記ラベルプリンタが一定間隔に配列された無線ＩＣタグを含む印刷媒体に印刷を行う機能を有し、前記筐体内に設置された前記ホーンアンテナによって、前記各無線タグと個別に双方向の無線通信を行う機能を有することを特徴とするラベルプリンタである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、ラベルプリンタなど内部を搬送される無線ＩＣタグに対して情報の読み出しおよび書き込みを非接触にて行う装置において、無線ＩＣタグと双方向通信を行う筐体組み込み用アンテナとしてホーンアンテナを使用する。指向性が高いホーンアンテナを用いることにより、近傍に位置する他の無線ＩＣタグとの不要な通信の発生を防ぎ、所定の無線ＩＣタグとの確実な双方向通信を実現する。そして、このアンテナのホーン形状の内部に適切な比誘電率の誘電体を充填することにより、ホーンアンテナの寸法形状の小型化を図り、筐体組み込み用アンテナとして遜色のない大きさのアンテナを実現する。
【００３８】
また、本発明によれば、筐体組み込み用アンテナとＲＦＩＤリーダライタとの間を接続するアンテナケーブルとして同軸ケーブルを用い、その外側導体をホーンアンテナが組み込まれた装置の筐体内の電位零の部位に電気的に接続する。この接続点を、無線通信に使用される周波数の波長をλとした場合に、少なくともλ／４以下の間隔の頻度で設けることとする。このことにより、アンテナケーブルからの電磁放射が原因となって想定以外の無線ＩＣタグとの間での不要な通信の発生を防ぐように構成する。以上の方法により、本発明によって、所望の無線ＩＣタグとの間のみで安定した双方向通信を行うことが可能な、ＲＦＩＤリーダライタを内蔵するラベルプリンタ組み込み用のアンテナ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】
【００３９】
以下に、本発明の実施の形態による筐体組み込み用アンテナについて、図１ないし図３を参照しながら説明する。
【００４０】
このうち図１は、本発明の実施の形態におけるホーンアンテナの例を示す斜視図である。図１において、ホーンアンテナ１は４枚の台形状の金属の板材もしくは箔材によって構成される、四角形のホーン形状をなす金属体のアンテナグランド部５を有している。この金属体には、銅やアルミニウム、およびそれらを含む合金が好適に用いられる。図１でこのアンテナグランド部５の上方に形成された、アンテナグランド部５の長方形の開口部には、アンテナグランド部５内に充填されている誘電体４の表面が露出している。またこのアンテナグランド部５の下方には同軸状の給電コネクタ３が設けられており、これにはＲＦＩＤリーダライタとをつなぐ、図示しないアンテナケーブルが接続されて用いられる。給電コネクタ３の中心部に電気的に接続される内部導体２は、誘電体４の内部に突出して埋め込まれており、また給電コネクタ３の周辺部はアンテナグランド部５に電気的に接続されている。このため給電コネクタ３に接続されるアンテナケーブルの中心導体は内部導体２に、外側導体はアンテナグランド部５にそれぞれ電気的に接続されることとなる。
【００４１】
このホーンアンテナ１をラベルプリンタの筐体組み込み用アンテナとして使用する場合は、図のホーンアンテナ１の開口部の直上に各無線ＩＣタグを通過させて、その間にホーンアンテナ１と各無線ＩＣタグとの双方向通信を実施する。その際には、連続して通過する無線ＩＣタグのアンテナを含めた長手方向と、ホーンアンテナ１の開口部の長手方向の向きが一致するように、両者の相対位置を決める必要がある。この際に図１におけるホーンアンテナ１の開口部の長さＡが、無線ＩＣタグの長手方向の長さに比べて大き過ぎたり、逆に小さすぎたりしないことが、両者の双方向通信を確立するための条件である。一般にホーンアンテナ１の開口角を３２°程度の値よりも大きくすると、前記のようにその指向性やアンテナ利得が低下するという問題がある。従って、ホーンアンテナ１の開口角を３２°程度としたときに、開口部の長さＡが双方向通信の対象である無線ＩＣタグの長手方向の長さと同程度の寸法となるように、ホーン形状の金属体から構成されるアンテナグランド部５の内部に充填する、誘電体４の比誘電率を適切な値に選定することが、筐体組み込み用アンテナとして、このホーンアンテナ１が使用可能であることの条件である。
【００４２】
図２は、図１に示した本発明の実施の形態におけるホーンアンテナを筐体組み込み用アンテナとして用い、各々の無線ＩＣタグと双方向通信を行って、各無線ＩＣタグでの情報の読み出しや書き込みを連続的に行うラベルプリンタの例の内部構成図である。なお図２のラベルプリンタ６の内部構成は、アンテナとして従来の平面マイクロストリップアンテナの代わりにホーンアンテナ１を採用したこと以外は、図５に従来例として示したラベルプリンタの場合と基本的に同様である。ラベルプリンタ６の筐体内にはラベルロール７が配置され、そこに巻き取られて収納された台紙１３は、各々のガイドローラに導かれてラベルプリンタ６の筐体内を移動する。台紙１３には、無線ＩＣタグ１０ａ〜１０ｄを内蔵した各々のラベルがそれぞれ一定の間隔を空けて連続して貼り付けられている。各ラベルがラベルプリンタ６の内部を移動する間に、図示しない印刷ヘッドによって、各ラベルに対して各種コードなどの必要事項の印刷が行われる。
【００４３】
図２では、各々の無線ＩＣタグ１０ａ〜１０ｄのアンテナ部を含む長手方向が、台紙１３の面上で、それぞれ図の左右方向を向いた状態で搬送されており、この向きはホーンアンテナ１の開口部の長手方向（図１での開口部の長さＡの向き）と同一となるよう配置されている。ここで、ホーンアンテナ１の上向きの開口部を起点に図中に点線にて示している放射指向性１１の内部は、その直上に位置する無線ＩＣタグ１０ｂとの双方向通信が可能な領域の範囲を示している。この放射指向性１１の点線の範囲の起点の広がり角は、ホーンアンテナ１の開口角と一致しており、図２の場合は約３２°である。
【００４４】
ここで、図２では無線ＩＣタグ１０ｂは放射指向性１１の点線の領域内に完全に含まれるように位置しており、一方、それ以外の無線ＩＣタグ１０ａ、１０ｃ、１０ｄは全てこの領域の外に位置している。従って、ホーンアンテナ１は、この配置の場合は無線ＩＣタグ１０ｂとのみ双方向通信を確立することができ、それ以外の無線ＩＣタグとは双方向通信を行うことがない。なおこの場合にホーンアンテナ１を小さくすると、図２における放射指向性１１の点線の範囲も小さくなってしまい、無線ＩＣタグ１０ｂのアンテナの一部がこの範囲からはみ出すことになって、双方向通信の確立が不安定となってしまう。
【００４５】
ホーンアンテナ１は、その給電コネクタを介してアンテナケーブル９によってＲＦＩＤリーダライタ８に接続されている。このホーンアンテナ１は、誘電体が充填された開口角が約３２°のホーン形状のアンテナグランド部５を有しているため、その厚さ（奥行き）は平面マイクロストリップアンテナよりもはるかに大きい。従って、ラベルプリンタ６の小型化の観点からは、平面マイクロストリップアンテナに比較して奥行きの点で不利である。しかし、ホーンアンテナ１とＲＦＩＤリーダライタ８とを接続するためのアンテナケーブル９の長さを結果的に短縮できるという利点があり、このことはアンテナケーブル９と無線ＩＣタグ１０ａ〜１０ｄとの間の不要な通信を抑制するためには有利である。なお、図２では無線ＩＣタグ１０ａ〜１０ｄがラベルプリンタ６の筐体の内部を通過する際にホーンアンテナ１と双方向通信を行う場合を示している。しかしその表面への印刷やホーンアンテナ１との双方向通信が確保できるならば、無線ＩＣタグ１０ａ〜１０ｄは必ずしもラベルプリンタ６の内部を通過させる必要はなく、例えばラベルプリンタ６の上面に沿って搬送させる構成などとしてもよい。
【００４６】
また図３は、筐体組み込み用アンテナとしてホーンアンテナ１を用いたラベルプリンタ６において、アンテナケーブル９の外側導体を、ラベルプリンタ６内の複数箇所の電位零の部位に電気的に接続した構成の例の場合を示したものである。なお、アンテナケーブル９の引き回し方法や後記の金属筐体１２の存在以外は、このラベルプリンタ６の内部構成は図２の場合と同一である。アンテナケーブル９はホーンアンテナ１とＲＦＩＤリーダライタ８とを互いに接続する同軸ケーブルの導体線であり、ここには各無線ＩＣタグと双方向通信を行うための高周波の電気信号が直接流れている。このため、従来はアンテナケーブル９自身がアンテナとして作用することにより、双方向通信の対象以外の無線ＩＣタグ１０ａ、１０ｃ、１０ｄなどとの間で不要な双方向通信が行われる問題があった。前記のようにホーンアンテナ１がある程度の奥行きを有するために、アンテナケーブル９は他のアンテナ方式を用いた場合よりも若干短くなるため、アンテナとしての作用も多少は小さくなる。しかし、この種の不要な双方向通信を完全に阻止するためには不十分である。
【００４７】
本発明ではアンテナケーブル９を同軸ケーブルにて構成し、その外側導体をラベルプリンタ６の筐体やその内部に設けた金属筐体１２に適切な間隔を設けて電気的に接続することにより、アンテナケーブル９が原因となる、不要な双方向通信を完全に阻止している。図３において、アンテナケーブル９の外側導体が接続しているラベルプリンタ６の筐体、およびその内部の金属筐体１２の接続点は、全てラベルプリンタ６の筐体を介してシールドを施された電位零の等電位点である。またこのアンテナケーブル９の外側導体の複数の接続点による接地間隔は、無線通信に使用される周波数の波長をλとした場合に、互いにλ／４以下となるように設ける必要がある。もしこの接続点どうしの間のアンテナケーブル９の長さがλ／４を越える場合には、これら電位零の２点の接続点を節とする、仮想的なアンテナが形成されることとなり、アンテナケーブル９のこの領域から、無線ＩＣタグとの不要な双方向通信に用いられる周波数の電磁波が放射されることとなる。
【００４８】
この問題を回避するためには、アンテナケーブル９の外側導体に設ける接続点どうしの間隔を狭めるか、あるいはアンテナケーブル９の外側導体全体を、金属筐体１２などの電位零の等電位点に十分なシールド効果を発揮するように電気的に接続することが有効である。ただしこの場合にも、金属筐体１２やラベルプリンタ６の筐体の全体がアンテナとなって、不要な電磁波の放射を行うことがないように、ラベルプリンタ６の筐体や内部の金属筐体１２に対するシールド対策を十分に施しておく必要がある。
【００４９】
筐体組み込み用アンテナとしてホーンアンテナを用いる場合に、仮に内部に誘電体を全く充填せずにホーンアンテナを用いるならば、そのアンテナ開口部の長手方向の寸法（図１での開口部の長さＡ）は、無線ＩＣタグとの双方向通信に使用される周波数の波長をλとして、前記の通り１λ〜３λ程度の長さが必要である。即ち最短でも一般に波長λと同等程度の長さとしなければならない。従って開口部の長さＡとして必要な寸法は、２．４５ＧＨｚ帯の無線ＩＣタグを用いる場合で十数ｃｍ、９５０ＭＨｚ帯の場合では数十ｃｍに達する。一方、ホーンアンテナの内部にεrの比誘電率の誘電体を充填した場合には、ホーンアンテナ内部における送受信のための電磁波の実効波長λgは、λg＝λ／√εrとして表される。このため必要なホーンアンテナの開口部の長さＡも、Ａ≧λg、即ちＡ≧λ／√εrを満たす程度の長さであればよい。従ってホーンアンテナの内部を適切な比誘電率を有する誘電体にて充填することで、高い指向性や無線ＩＣタグとの良好な通信特性を維持したままで、ホーンアンテナの寸法形状の小型化が可能である。
【００５０】
一般にホーンアンテナは平面マイクロストリップアンテナ等に比較して高い指向性を有するものの、その奥行きはアンテナ開口部の長手方向の寸法よりもむしろ長くなってしまう。従って、筐体組み込み用アンテナとして用いる場合は、開口部の長手方向の寸法を他の平面型のアンテナの場合よりもさらに短縮して、筐体内での占有体積を小さくすることが必要である。ホーンアンテナとして一般的な約３２°の開口角を有するアンテナ形状の場合には、筐体内に搭載する他の装置の設計上、一般的な平面型のアンテナを用いた場合に比較して、前記寸法Ａの長さを２０％以上短縮することが求められる。
【００５１】
なおホーンアンテナの開口角を３２°よりも広げた場合は、開口寸法が同じ場合にホーンアンテナの奥行きをさらに短縮させることができるが、この場合は前記のように、指向性が高いというホーンアンテナの特徴が小さくなり、また利得の値も低下することとなる。そのため、本発明ではホーンアンテナの開口角の値を３２°から変更せずに、その外形寸法と内部に充填する誘電体の材質のみを変化させ、筐体組み込み用アンテナとして良好な特性が得られるホーンアンテナの提供を図っている。
【００５２】
９５０ＭＨｚ帯の周波数域における電磁波の波長は３１．６ｃｍであるので、内部に誘電体を充填しない場合に無線ＩＣタグとの双方向通信に必要なホーンアンテナの開口部の長さは前記波長と同じ、３１．６ｃｍ程度となる。一方、９５０ＭＨｚ帯で用いられる無線ＩＣタグのアンテナ部を含めた長手方向の寸法としては、１０ｃｍ程度とすることが一般的に多く用いられており、台紙上に貼り付けられたこれらの無線ＩＣタグの間隔は最短で５ｃｍ程度である。また従来の筐体組み込み用の平面マイクロストリップアンテナの長手方向の寸法も、無線ＩＣタグの寸法に合わせて同じ１０ｃｍ程度とされている。
【００５３】
このため筐体組み込み用のホーンアンテナの寸法Ａは、従来のアンテナよりも寸法をさらに２０％以上短縮した８ｃｍ程度以下とする必要がある。この場合、ホーンアンテナを用いる限り、その高い指向性のために、双方向通信の対象以外の無線ＩＣタグとの混信は全く生じることはない。一方、ホーンアンテナの開口部の寸法が著しく小さい場合には、ホーンアンテナの開口部内に誘電体を充填した場合でも、通信対象の無線ＩＣタグの長手方向のアンテナの一部がホーンアンテナの通信可能領域からはみ出してしまい、そのためこの無線ＩＣタグとの通信にエラーが発生する場合がある。発明者らの検討の結果、筐体組み込み用のホーンアンテナの寸法Ａを従来のアンテナよりも４０％程度以上短縮した場合にはエラー発生による通信安定性の劣化が顕著となり、ラベルプリンタなどに組み込んで使用した場合に運用上支障が生じることが判明している。なお、ホーンアンテナや平面マイクロストリップアンテナをラベルプリンタに適用して用いる場合での、これらのアンテナと通信対象の無線ＩＣタグとの相対的な距離は一般に１０ｍｍ程度である。
【００５４】
以上より、ラベルプリンタなどで９５０ＭＨｚ帯にて用いられる無線ＩＣタグに、情報の読み出しや書き込みを行うシステムにおいて、無線ＩＣタグとホーンアンテナを用いて双方向通信を行う場合の条件は以下のようになる。つまり通信対象である無線ＩＣタグの寸法が、一般的なサイズである１０ｃｍ程度の場合には、筐体内に組み込むホーンアンテナの開口部の長さＡを、その長さの約６０％〜約８０％、即ち６ｃｍ〜８ｃｍ程度とすることが必要である。９５０ＭＨｚ帯においてこのような寸法のホーンアンテナを実現するためには、ホーンアンテナの内部に充填する誘電体の比誘電率を、１６ないし２０とすることが条件である。９５０ＭＨｚ帯においてこの範囲の比誘電率をとり得る非導電性材料としては、価格や実際の製造工程での使用の容易性、長期安定性、低い透磁率などの条件を含めると、単一の材料で好適に用いられる材料は見当たらない。しかしゴムや各種樹脂材料に対して酸化チタンやチタン酸バリウムなどのセラミクス粉末を分散混合させた誘電体材料を用いることにより、適切な比誘電率の充填材料を実現することが可能である。
【００５５】
一方、２．４５ＧＨｚ帯の周波数域における電磁波の波長は、１２．２ｃｍと９５０ＭＨｚ帯の場合に比べるとかなり短くなる。２．４５ＧＨｚ帯における無線ＩＣタグのアンテナ部を含む長手方向の寸法は一般に８ｃｍ程度であり、従来の筐体組み込み用の平面マイクロストリップアンテナの長手方向の寸法も、一般に使用される無線ＩＣタグの寸法と同じ８ｃｍ程度である。ラベルプリンタなど筐体組み込み用のホーンアンテナの場合、その開口角を約３２°から大きくした場合は、指向性が高いというホーンアンテナの特性が低下してしまう。従って、開口角を変更しない場合には、前記９５０ＭＨｚ帯用のホーンアンテナの場合と同様に、このホーンアンテナの寸法Ａを従来のアンテナよりもさらに寸法を２０％以上短縮した、６．４ｃｍ程度以下とする必要がある。
【００５６】
なおこの場合にはホーンアンテナの高い指向性のために、双方向通信の対象以外の無線ＩＣタグとの不要な通信の発生は全く生じない。一方、ホーンアンテナの開口部の寸法が著しく短い場合には、やはり無線ＩＣタグとの双方向通信における送受信の感度の低下が生じるので、結果として通信対象の無線ＩＣタグとの双方向通信にエラーが発生する場合がある。発明者らの検討の結果、この場合の筐体組み込み用のホーンアンテナの寸法Ａの短縮量は５０％程度までに抑える必要があり、それ以上短縮した場合にはエラー発生による通信安定性の劣化が顕著となることが判明している。従って、２．４５ＧＨｚ帯における筐体に内に組み込むホーンアンテナの開口部の長さＡは、その長さの約５０％〜約８０％、即ち４ｃｍ〜６．４ｃｍの程度の範囲とすることが必要である。
【００５７】
２．４５ＧＨｚ帯域において、このような寸法のホーンアンテナを実現するためには、ホーンアンテナの内部に充填する誘電体の比誘電率を、４ないし８とすることが条件である。２．４５ＧＨｚ帯においてこの範囲の比誘電率をとり得る非導電性材料としては、価格や実際の製造工程における使用の容易性、品質の長期安定性、低い透磁率などの条件を含めると、ガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂などを含む材料の使用が好適である。また必要な場合はこれらの樹脂に、セラミクス粉末などの他の材料を分散させた誘電体材料を用いてもよい。
【実施例】
【００５８】
（実施例１〜４、比較例１〜４）
ラベルプリンタ内を台紙に貼り付けて連続的に搬送する、一連の無線ＩＣタグに対して印刷を行うと同時に、内部に誘電体材料を充填したホーンアンテナによって双方向通信を行い、前記無線ＩＣタグに格納された情報の読み出しや書き込みを行う実験を実施した。双方向通信を行った周波数は９５０ＭＨｚ帯である。この際に、ホーンアンテナの内部に充填する誘電体の組成を変更して比誘電率を順次変えることで、比誘電率がそれぞれ１０、１６、１７、１８、２０、２５である誘電体を作製した。次いでそれらを充填したホーンアンテナを作製して実験を行い、前記の比誘電率の順に試料名をそれぞれ比較例１、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、比較例２とした。この他にホーンアンテナの内部に誘電体を全く充填していない場合、およびホーンアンテナの代わりに平面マイクロストリップアンテナを用いた場合についても実験を行い、それぞれ比較例３、比較例４とした。なおこれらホーンアンテナのアンテナグランド部、平面マイクロストリップアンテナのアンテナ部はそれぞれ銅箔により形成している。
【００５９】
比較例４を除く各々のホーンアンテナの寸法は内部の誘電体の比誘電率に合わせて変更しており、各ホーンアンテナの開口部の実効長さが全て同じ（無線ＩＣタグと双方向通信を行う周波数の波長である、３１．６ｃｍ）となるように設定した。また、ホーンアンテナ内部にそれぞれ誘電体の充填を行った、実施例１〜４、および比較例１、２において使用した各々の誘電体は、全て９５０ＭＨｚにおける比誘電率が約３である、エポキシ樹脂を基材としたもので、そこに粒径を規定した酸化チタンおよびチタン酸バリウムの各粉末をそれぞれ適切な割合で混合したものである。この混合比率の調整によって、各誘電体の９５０ＭＨｚにおける比誘電率の値をそれぞれ前記の１０〜２５の範囲となるように変化させている。なお酸化チタンおよびチタン酸バリウムの比誘電率にはそれぞれ異方性があるものの、９５０ＭＨｚにおける最大値は各々１００、１２００である。
【００６０】
双方向通信の対象である無線ＩＣタグは、ロール状の台紙に連続的に貼り付けられた各ラベルにそれぞれ内蔵されており、その無線ＩＣタグのアンテナ部を含めた長手方向が、台紙の長手方向と同じ方向となるように配置されている。各無線ＩＣタグの長手方向の全長は１０ｃｍ、無線ＩＣタグどうしの間隔は５ｃｍである。実験に用いたラベルプリンタの構成は図３に示す通りで、ホーンアンテナの上方を無線ＩＣタグが貼り付けられた台紙が連続的に通過し、無線ＩＣタグがホーンアンテナの直上に位置したときに、そのホーンアンテナと双方向通信を行うものである。各実験におけるホーンアンテナの開口部の面上から各無線ＩＣタグとの距離は１０ｍｍである。
【００６１】
これら実施例１〜４、および比較例１〜４における実験結果の評価を表１に記す。なお比較例４における平面マイクロストリップアンテナを用いた場合も含め、評価の際の各実施例、および比較例での、ホーンアンテナの開口部の表面とその直上の無線ＩＣタグとの距離は全て１０ｍｍに統一している。なお表１での「比誘電率」の項目には、ホーンアンテナ内部に誘電体を充填していない比較例３については「誘電体なし」、平面マイクロストリップアンテナを用いた比較例４の場合はそのアンテナ方式をそれぞれ記載している。
【００６２】
【表１】
2009159240.tif 000003
【００６３】
実験では、無線ＩＣタグに格納された情報の読み出しや書き込みを行うラベルプリンタを１台用意し、双方向通信を行う最初の実験対象のアンテナをまずその筐体内に取り付けて各項目の評価を行い、その後はアンテナを順次交換しながらそれぞれの評価を行った。使用した各実施例および比較例に対応する交換用のアンテナは各１台ずつである。まず、通信対象外の無線ＩＣタグとの不要な双方向通信が発生したかどうかの結果を「他ＩＣタグの混信」項目に記載し（不要な通信発生の場合は表１に「混信発生」と記載）、また通信対象である無線ＩＣタグとの双方向通信の感度が低下して、実用上問題となる程度の通信不安定の状態が発生したかどうかの結果を「送受信感度」項目に記載（発生の場合は表１に「低下」と記載）した。さらに、ラベルプリンタの筐体内へのアンテナの収納の際にスペース上の問題があったかどうかの結果を「筐体への内蔵」項目に記載した（収納困難であった場合は表１に「困難」もしくは「やや困難」と記載）。
【００６４】
一方、表１の各実施例および比較例のアンテナにおける「開口部長さ」および「奥行き寸法」は実際の各アンテナの実測値を記載したものであり、「占有体積」は各アンテナの開口部がそれぞれ幅２．５ｃｍであって、表１に記した開口部の長さと奥行きを持つ直方体であると仮定した場合に各アンテナが占有する体積である。比較例１および比較例３の場合はホーンアンテナの奥行きが長過ぎるために、そのままの形状でのラベルプリンタ筐体内への設置は困難であり、筐体の下方に貫通孔を設けてその一部を突出させる必要があった。また比較例３の場合は、それに加えてラベルプリンタの筐体内の他の装置の配置の変更も必要であった。なおこれら実施例１〜４、比較例１〜４における実験では、各アンテナとＲＦＩＤリーダライタとを接続するアンテナケーブルとして同軸ケーブルを用い、その外側導体の全域をラベルプリンタの筐体内の電位零の部位へ接続した。これにより、アンテナケーブルの放射による他の無線ＩＣタグとの不要な通信の発生を防止している。
【００６５】
表１からは、実施例１〜４にて示される、比誘電率が１６ないし２０の場合には、「他ＩＣタグの混信」「送受信感度」「筐体への内蔵」のいずれの項目でも良好な結果が得られたことが分かる。一方、比較例１の場合は、前記の通りホーンアンテナの寸法形状がやや大き過ぎることから「筐体への内蔵」の項目が「やや困難」となった。比較例２の場合は「送受信感度」の項目が「低下」となったが、これは、実施例１とは逆にホーンアンテナの開口部の長さが短すぎることにより、ホーンアンテナの通信領域が狭くなって、双方向通信の対象の無線ＩＣタグのアンテナ部がこの通信領域から一部はみ出したのであろうと考えられる。また比較例３、比較例４では「他ＩＣタグの混信」の項目で「混信発生」となったが、これは各々のアンテナの放射指向性の分布領域が広過ぎたり、放射指向性の電力半値角が大き過ぎたりすることによって、双方向通信の対象以外の無線ＩＣタグとの不要な通信が行われたことが理由と思われる。
【００６６】
以上の結果により、ホーンアンテナを用いた筐体組み込み用アンテナを９５０ＭＨｚ帯の領域において使用する場合には、その内部に比誘電率が１６ないし２０の誘電体を充填したホーンアンテナを用いることにより、無線ＩＣタグに格納された情報の読み出しや書き込みを良好な条件にて実施可能であることが分かる。
【００６７】
（実施例５〜８、比較例５〜８）
前記実施例１〜４の場合と同様に、２．４５ＧＨｚ帯の周波数域の場合について、内部に誘電体材料を充填したホーンアンテナと無線ＩＣタグとの間で双方向通信を行い、無線ＩＣタグに格納された情報の読み出しや書き込みを行う実験を実施した。ホーンアンテナの内部に充填する誘電体の組成を変更してその比誘電率を変えることにより、比誘電率がそれぞれ２、４、５、６、８、１０である誘電体を作製した。次いでそれらを充填したホーンアンテナを作製して実験を行った。それぞれの試料名は前記比誘電率の順に、比較例５、実施例５、実施例６、実施例７、実施例８、比較例６である。またこの他に誘電体を充填していない場合、およびホーンアンテナの代わりに平面マイクロストリップアンテナを用いた場合についても実験を行い、それぞれ比較例７、比較例８とした。なお各試料のアンテナ部の材質が銅箔であることなど、実験の諸条件は前記実施例１〜４の場合と同様としている。
【００６８】
実験試料１種類ごとにアンテナを１台作製し、ラベルプリンタ内で台紙面上に貼り付けられて連続的に搬送される無線ＩＣタグの直下にこれらアンテナを順次設置して、各実験の終了後に交換して次の試料の実験を行った。各実験試料のアンテナ部の材質が銅箔であることや、アンテナ開口部から直上の双方向通信を行う無線ＩＣタグまでの距離（１０ｍｍ）などの実験の諸条件、実験ごとにアンテナを交換する方法などの一連の手順や各実験での評価項目、評価の方法などは、前記の９５０ＭＨｚ帯での評価の場合と全く同様である。ただし双方向通信の対象である無線ＩＣタグのアンテナ部を含む長手方向の全長は８ｃｍであり、また無線ＩＣタグどうしの間隔は９５０ＭＨｚ帯の場合と同じ５ｃｍとしている。通信周波数の違いにより、比較例７における内部に誘電体を充填しない場合のホーンアンテナの開口部の長手方向の寸法は、その波長と同じ１２．２ｃｍであり、前記比較例３の場合よりも短くなっている。またこの長さは実施例５〜８、比較例５〜７におけるホーンアンテナの、それぞれの開口部の長手方向の実効長さとも等しくなっている。
【００６９】
ホーンアンテナ内部にそれぞれ異なる比誘電率の誘電体を充填した、実施例５〜８と比較例５、６における各々の誘電体は以下の通りである。まず比較例５では、２．４５ＧＨｚにおける比誘電率が２であるが、この場合の誘電体はフッ素樹脂である。また２．４５ＧＨｚにおける比誘電率が４〜１０である実施例５〜８および比較例６の場合は、全て２．４５ＧＨｚでの比誘電率が約２．５のエポキシ樹脂を基材として、そこに粒径を規定した酸化チタンの粉末をそれぞれ適切な割合で混合したものである。この混合比の調整によって、各誘電体の２．４５ＧＨｚにおける比誘電率の値をそれぞれ前記４〜１０の範囲となるように変化させている。
【００７０】
これら実施例５〜８、および比較例５〜８における評価の結果を表２に記す。各評価項目の内容については「比誘電率」の項目の記述も含め、前記表１の場合と同様である。なお比較例８における平面マイクロストリップアンテナを用いた場合も含め、評価の際の各実施例、および比較例でのホーンアンテナの開口部の表面とその直上の無線ＩＣタグとの距離は、表１の実験の場合と同じく全て１０ｍｍに統一している。
【００７１】
【表２】
2009159240.tif 000004
【００７２】
表２の各実施例および比較例のアンテナにおける、「他ＩＣタグの混信」「送受信感度」「筐体への内蔵」「開口部長さ」および「奥行き寸法」の各項目の内容および結果の記載方法は、前記表１の場合と同様である。また「占有体積」についても同様に、各アンテナの開口部がそれぞれ幅２．５ｃｍの、表２に記した開口部の長さと奥行きを持つ直方体であると仮定した場合の各アンテナの占有体積を記載している。また各アンテナとＲＦＩＤリーダライタとを接続するアンテナケーブルも表１の場合と同じく同軸ケーブルであり、その外側導体の全域をラベルプリンタ内の電位零の部位へ接続している。
【００７３】
表２により、実施例５〜８にて示される比誘電率が４ないし８の場合には、「他ＩＣタグの混信」「送受信感度」「筐体への内蔵」のいずれの項目とも良好な結果が得られることが分かる。一方、比較例５〜８の場合は表１における結果と同じく、いずれかの項目において何らかの不良の結果が生じており、２．４５ＧＨｚ帯におけるラベルプリンタへの筐体組み込み用アンテナとして用いるには問題があることが分かる。
【００７４】
以上の結果により、ホーンアンテナを用いた筐体組み込み用アンテナを２．４５ＧＨｚ帯の領域にて使用する場合には、その内部に比誘電率が４ないし８の誘電体を充填したホーンアンテナを用いることにより、無線ＩＣタグに格納された情報の読み出しや書き込みを良好な条件にて実施可能であることが分かる。
【００７５】
（実施例９〜１１）
前記実施例５〜８の場合と同様に、２．４５ＧＨｚ帯の周波数帯域の場合について、内部に誘電体材料を充填したホーンアンテナと無線ＩＣタグとの間で双方向通信を行い、無線ＩＣタグに格納された情報の読み出しや書き込みを行う実験を実施した。このときにホーンアンテナに充填して使用可能な具体的な誘電体の材料を調べるために、候補としてガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂の３種類の材料を誘電体として用い、それぞれの２．４５ＧＨｚにおける比誘電率を測定した。次にその値を元に各々の誘電体を使用する場合の各ホーンアンテナの外形寸法を算出した。そして実施例５〜８の場合と同じく、銅箔を用いて開口角が３２°となるアンテナグランド部を作製し、最後に前記ガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂の３種類の誘電体材料をそれぞれ充填して、ホーンアンテナを計３種類（各１個ずつ）作製して実施例９〜１１とした。これら３種類の各ホーンアンテナの開口部の長手方向の実効長さはやはり実施例５〜８の場合と同じく、それぞれ１２．２ｃｍである。
【００７６】
これら実施例９〜１１における評価の結果を表３に記す。各評価項目の内容については全て前記表２の場合と同様である。なお評価の際の各実施例でのホーンアンテナの開口部の表面と、その直上の無線ＩＣタグとの距離は、全て１０ｍｍに統一している。
【００７７】
【表３】
2009159240.tif 000005
【００７８】
表３の各実施例のアンテナにおける「比誘電率」「他ＩＣタグの混信」「送受信感度」「筐体への内蔵」「開口部長さ」および「奥行き寸法」の各項目の内容および結果の記載方法は、前記表２の場合と同様である。また「占有体積」についても各アンテナの開口部がそれぞれ幅２．５ｃｍの、表２に記した開口部の長さと奥行きを持つ直方体であると仮定した場合の各アンテナの占有体積を記載している。また各アンテナとＲＦＩＤリーダライタとを接続するアンテナケーブルも表２の場合と同じく同軸ケーブルであり、その外側導体の全域をラベルプリンタ内の電位零の部位へ接続している。
【００７９】
表３により、実施例９〜１１にて示される、誘電体材料としてガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂の３種類の材料を用いたホーンアンテナの場合は、「他ＩＣタグの混信」「送受信感度」「筐体への内蔵」のいずれの項目とも良好な結果が得られることが分かる。またそれ以外に製造工程の困難さといった、特別な不具合が生じることもない。従って、ガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂の３種類の中から選択される誘電体材料は、２．４５ＧＨｚ帯にて使用されるラベルプリンタへの筐体組み込み用アンテナに充填される誘電体材料として、好適であることが分かる。
【００８０】
（実施例１２〜１４、比較例９〜１０）
前記実施例３と同様の条件において、ホーンアンテナとＲＦＩＤリーダライタとを接続するアンテナケーブルの外側導体を、ラベルプリンタの筐体やその内部に設けられた金属筐体の電位零の部位に、一定間隔で接続を行うことの効果について評価する実験を実施した。実施例３にて使用したホーンアンテナによる無線ＩＣタグとの双方向通信の周波数は９５０ＭＨｚ帯であるため、このときの通信周波数の波長λの１／４の長さは、λ／４＝７．９ｃｍである。なお各実施例および比較例にて使用したホーンアンテナの寸法形状、内部に充填した誘電体の材質と比誘電率、台紙面上に貼り付けられて連続的に搬送される無線ＩＣタグの寸法形状とその間隔、無線ＩＣタグとその直下のホーンアンテナの開口部表面との距離などの一連の条件は、全て実施例３の場合と同一としている。従って実施例３の場合との実験の条件における相違点は、アンテナケーブルの外側導体を電位零の部位に電気的に接続する、接続点どうしの間隔のみである。
【００８１】
各実施例および比較例におけるアンテナケーブルの全長は４７．４ｃｍで統一しており、このアンテナケーブルの外側導体のみに、それぞれ等間隔で接続点を設けた。使用したアンテナケーブルはその内部導体、外側導体がいずれも銅線よりなる同一太さ、同一インピーダンスの同軸ケーブルである。またアンテナケーブルの外側導体を接続するラベルプリンタの筐体、およびその内部に設けられている金属筐体の表面は、互いに電気的に接続されて電位零の等電位をなす部位となっており、これらの筐体の表面にアンテナケーブルの外側導体を電気的に接続すれば、その位置では電位零となるよう構成されている。
【００８２】
これらの筐体への接続点（接地点）は、比較例９の場合は１点も設けられておらず、比較例１０では４点、実施例１２では５点、実施例１３では９点設けられている。また実施例１４では、アンテナケーブルの外側導体の全体がラベルプリンタの筐体や内部の金属筐体に連続的に接続されている（連続接地）。さらに各実施例および比較例における、筐体への接続点の間隔は等間隔としている。従ってアンテナケーブルの両端も含む各接続点どうしの間隔（接地間隔）は、比較例９の場合は４７．４ｃｍ、比較例１０の場合は９．５ｃｍ、実施例１２の場合は７．９ｃｍ、実施例１３の場合は４．７ｃｍ、実施例１４の場合は連続接地であるために０ｃｍである。
【００８３】
これら実施例１２〜１４、および比較例９〜１０における評価の結果を表４に記す。なお各評価項目のうち「比誘電率」「他ＩＣタグの混信」「送受信感度」「筐体への内蔵」「開口部長さ」の内容については前記表３の場合と同様である。
【００８４】
【表４】
2009159240.tif 000006
【００８５】
表４の各実施例および比較例における「比誘電率」「開口部長さ」は、全試料にて前記実施例３の場合と同一である。表４によると、「接地間隔」が４７．４ｃｍおよび９．５ｃｍである比較例９、比較例１０の場合には「他ＩＣタグの混信」が発生しており、この場合には、ホーンアンテナとＲＦＩＤリーダライタとを接続するアンテナケーブルが、無線ＩＣタグとの不要な双方向通信を発生させる可能性があることが分かる。一方、「接地間隔」が７．９ｃｍ、４．７ｃｍおよび０ｃｍである、実施例１２〜１４の場合には「他ＩＣタグの混信」は発生していない。この場合の双方向通信に用いる通信波長λの１／４の長さは７．９ｃｍであり、実施例１２〜１４の場合はいずれも接地間隔がこの長さと同じか、もしくはそれを下回っている。
【００８６】
従って、表４により、９５０ＭＨｚ帯における無線ＩＣタグとの双方向通信の場合において、以下のことが分かる。即ち、アンテナケーブルの外側導体を接続する、筐体内の電位零の部位での各接続点どうしの接地間隔を、双方向通信に用いる通信波長の１／４の長さ、もしくはそれ以下の長さとなるように密に設けるか、もしくは外側導体に連続して設けることとする。この対策を行うことにより、筐体内を引き回されたアンテナケーブルが実質的にアンテナとして作用することで、無線ＩＣタグとの間に発生する不要な双方向通信を防止することが可能である。
【００８７】
以上示したように、本発明の実施の形態に基づく筐体組み込み用アンテナにおいては、無線ＩＣタグと双方向通信を行うアンテナとして、指向性の高いホーンアンテナを用いるとともに、ホーンアンテナの内部に適切な比誘電率を有する誘電体を充填させることによって、筐体内への組み込み用途として遜色のない程度にまでその小型化を図ることが可能である。また、上記各実施例の説明は、本発明の実施の形態に係る場合の効果について説明するためのものであって、これによって特許請求の範囲に記載の発明を限定し、あるいは請求の範囲を減縮するものではない。また、本発明の各部構成は上記の実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】ラベルプリンタに内蔵される本発明のホーンアンテナの例を示す斜視図。
【図２】本発明のホーンアンテナが組み込まれたラベルプリンタの例の内部構成図。
【図３】本発明のホーンアンテナが組み込まれたラベルプリンタの例の内部構成図。
【図４】ラベルプリンタに内蔵される従来の平面マイクロストリップアンテナの例を示す斜視図。
【図５】従来の平面マイクロストリップアンテナが組み込まれたラベルプリンタの例の内部構成図。
【図６】アンテナ方位ごとの各アンテナの利得（受信感度）の分布のシミュレーション結果の例を示すグラフ。図６（ａ）はホーンアンテナの場合、図６（ｂ）は平面マイクロストリップアンテナの場合をそれぞれ示したもの。
【符号の説明】
【００８９】
１    ホーンアンテナ
２    内部導体
３，２３    給電コネクタ
４    誘電体
５，２５    アンテナグランド部
６，２６    ラベルプリンタ
７，２７    ラベルロール
８，２８    ＲＦＩＤリーダライタ
９，２９    アンテナケーブル
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ    無線ＩＣタグ
１１，３１    放射指向性
１２    金属筐体
１３，３２    台紙
１４    外側導体の接触箇所
２１    平面マイクロストリップアンテナ
２２    基板
２４    アンテナ部
Ａ    開口部の長さ
【図１】
2009159240.tif 000007
【図２】
2009159240.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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