(57)【要約】【課題】ＲＦＩＤ又はそのリーダ装置に含まれるループコイルと電波妨害体との間に配置される磁性シートに用いる材料選択の幅を広げる。【解決手段】本発明による磁性シートは、表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であり、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'が２０以上、３０未満であることを特徴とする。本発明によれば、磁性シートの表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であることから、μ'が３０未満であっても、２０以上あれば良好な通信特性を得ることが可能となる。このため、磁性シートに用いる材料選択の幅を広げることが可能となる。つまり、μ'が２０以上、３０未満というありふれた材料を選択することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤ又はそのリーダ装置に含まれるループコイルと電波妨害体との間に配置される磁性シートであって、
表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であり、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'が２０以上、３０未満であることを特徴とする磁性シート。
【請求項２】
複素比透磁率の実部μ'と虚部μ"の比であるｔａｎδが通信周波数帯において０．０２以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁性シート。
【請求項３】
表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１０Ω／□未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性シート。
【請求項４】
ループコイルと、前記ループコイルと電波妨害体との間に配置された磁性シートとを備えるＲＦＩＤであって、
前記磁性シートは、表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であり、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'が２０以上、３０未満であることを特徴とするＲＦＩＤ。
【請求項５】
ループコイルと、前記ループコイルと電波妨害体との間に配置された磁性シートとを備えるＲＦＩＤ用のリーダ装置であって、
前記磁性シートは、表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であり、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'が２０以上、３０未満であることを特徴とするリーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性シートに関し、特に、ＲＦＩＤ又はそのリーダ装置に含まれるループコイルと電波妨害体との間に配置される磁性シートに関する。また、本発明は、このような磁性シートを備えるＲＦＩＤ及びリーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）を用いた電子マネーや交通機関の乗車券などが普及している。ＲＦＩＤは、ループコイルとこれに接続されたＩＣによって構成されており、リーダ装置側のループコイルと誘導結合することによって、ＩＣに対して電力と信号が供給される。このため、ＲＦＩＤ自体が電源を持つ必要がなく、しかも、非接触の状態で通信を行うことができる。
【０００３】
ＲＦＩＤは、薄型のカードに内蔵されるほか、携帯電話機の筐体に貼り付けて使用されることがある。しかしながら、携帯電話機にはプリント基板が内蔵されていることから、これが電波妨害体となって誘導結合の妨げとなることがあった。これは、プリント基板には多くの金属パターンが形成されているため、リーダ装置側のループコイルから発せられた磁束によって金属パターンに渦電流が生じ、これが磁束を打ち消す方向に作用してしまうからである。その結果、ＩＣを駆動させるだけの誘起電圧が得られず、通信距離が短くなるなどの問題が発生してしまう。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、ループコイルと金属パターンとの間に磁性シートを配置し、これによって金属パターンに達する磁束を軽減させる方法が知られている（特許文献１〜４参照）。磁性シートの材料としては、磁束を確保し、金属パターンの影響緩和を高めるために、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'ができるだけ高いことが望ましいと考えられている。例えば、特許文献１〜３には、十分なシールド性を足るためには３０以上のμ'が必要であると説明されている。
【特許文献１】特開２００４−１６６１７６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２７９３９号公報
【特許文献３】特開２００７−２９５５５８号公報
【特許文献４】特開２００７−１４３１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、磁性シートの材料としてμ'が３０以上である材料に制限すると、材料選択の範囲が狭くなり、場合によっては材料コストが高くなるおそれが生じる。
【０００６】
したがって、本発明は、磁性シートに用いる材料選択の幅を広げることを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、このような磁性シートを用いたＲＦＩＤ及びリーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、磁性シートの電磁特性と得られるＱ値との関係について鋭意研究を行ったところ、ある範囲までは磁性シートの表面抵抗が大きくなるほど、ループコイルのＱ値も大きくなることが分かった。その一方で、表面抵抗がある一定以上に大きくなると、Ｑ値は十分な値が得られるが、μ'の低下が顕著となることも判明した。
【０００９】
本発明は、このような技術的知見に基づきなされたものであり、本発明による磁性シートは、ＲＦＩＤ又はそのリーダ装置に含まれるループコイルと電波妨害体との間に配置される磁性シートであって、表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であり、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'が２０以上、３０未満であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明によるＲＦＩＤは、ループコイルと、ループコイルと電波妨害体との間に配置された磁性シートとを備えるＲＦＩＤであって、磁性シートは、表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であり、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'が２０以上、３０未満であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明によるリーダ装置は、ループコイルと、ループコイルと電波妨害体との間に配置された磁性シートとを備えるＲＦＩＤ用のリーダ装置であって、磁性シートは、表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であり、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'が２０以上、３０未満であることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、磁性シートの表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満であることから、μ'が３０未満であっても、２０以上あれば良好な通信特性を得ることが可能となる。つまり、表面抵抗が１０９Ω／□未満の材料を用いると、磁性材の絶縁性が不十分であり、コイルのＱ値が低下するため、μ'が３０以上の材料を選択する必要が生じ、材料選択の幅が狭くなってしまう。他方、表面抵抗が１０１２Ω／□以上の材料を用いると、μ'の低下が顕著となる。これに対し、表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満の材料を用いると、磁性材の導電性をほとんど無視できるため、十分なＱ値を得ることが可能となり、μ'が３０未満であっても、２０以上あれば良好な通信特性を得られることから、磁性シートに用いる材料選択の幅を広げることが可能となる。ここで、Ω／□は、単位面積当たりの抵抗値を示す。
【００１３】
本発明の磁性シートは、複素比透磁率の実部μ'と虚部μ"の比であるｔａｎδが通信周波数帯において０．０２以下であることが好ましい。これによれば、磁性シートを通る磁束の損失が小さくなることから、良好な通信特性を得ることが可能となる。
【００１４】
本発明の磁性シートは、表面抵抗が１０９Ω／□以上、１０１０Ω／□未満であることが好ましい。これは、表面抵抗が高くなると、多くの材料は、表面抵抗が１０９Ω／□〜１０１０Ω／□の領域にてＱ値が飽和するからである。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明によれば、磁性シートの材料として、μ'が２０以上、３０未満というありふれた材料を用いつつ、ループコイルのＱ値を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、ＲＦＩＤシステムの構成を示す模式図である。
【００１８】
図１に示すように、ＲＦＩＤシステム１０は、ＲＦＩＤ２０とリーダ装置３０によって構成される。ＲＦＩＤ２０は、ループコイル２１及びこれに接続されたＩＣ２２を備え、リーダ装置３０は、ループコイル３１及びこれに接続されたＩＣ３２を備える。
【００１９】
リーダ装置３０に含まれるＩＣ３２は、読み出し用の搬送波をループコイル３１に周期的に流しており、その電磁誘導効果によってループコイル３１には磁界が発生している。このため、ＲＦＩＤ２０をリーダ装置３０に近づけると、ＲＦＩＤ２０に含まれるループコイル２１には、上記磁界によって搬送波が流れる。
【００２０】
ＲＦＩＤ２０のループコイル２１に流れた搬送波は、ＲＦＩＤ２０のループコイル２１に反磁界を発生させる。この磁界はリーダ装置３０のループコイル３１に反射波を流すので、結果的にリーダ装置３０のループコイル３１には、搬送波と反射波の重畳波が流れることになる。
【００２１】
ＲＦＩＤ２０のＩＣ２２には、オンオフ可能な負荷切替スイッチ（図示せず）が含まれており、搬送波を受信したＲＦＩＤ２０は、ＩＣ２２に記憶されたデータに従って負荷切替スイッチのスィッチングを行う。これを負荷変調といい、スイッチングに伴って少なくともループコイル２１のＱ値が変化する。Ｑ値が変化すると、それに伴って反射波の振幅や位相回転量（搬送波に対する位相回転の量）が変化する。この変化は重畳波にも反映されるので、リーダ装置３０はこの重畳波の変化を検知することにより負荷切替スイッチのオンオフを検知し、それによってＲＦＩＤ２０のＩＣ２２に記憶されたデータを読み出すことができる。
【００２２】
図２はＲＦＩＤ２０の構造を説明するための図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。尚、リーダ装置３０についても、図２に示すＲＦＩＤ２０と同様の構造を有しているため、重複する説明は省略する。
【００２３】
図２に示すように、ＲＦＩＤ２０は、ＩＣ２２が実装されたプリント基板１０１と、表面にループコイル２１が形成されたアンテナ基板１０２と、ループコイル２１とプリント基板１０１との間に配置された磁性シート１０３とを備えている。
【００２４】
プリント基板１０１にはＩＣ２２が実装されているほか、図示しない多くの金属パターンが形成されている。このため、リーダ装置３０側のループコイル３１から発せられた磁束がプリント基板１０１に達すると、プリント基板１０１上の金属パターンに渦電流が生じ、これが磁束を打ち消す方向に作用する。このため、プリント基板１０１は、ループコイル２１に対する電波妨害体となる。
【００２５】
ループコイル２１は、アンテナ基板１０２の表面に形成された平面的なスパイラル状のアンテナパターンである。アンテナ基板１０２は、プリント基板１０１とは異なる他の基板又は筐体（図示せず）によって支持されており、このため、プリント基板１０１とはある一定の距離をもって離間している。特に限定されるものではないが、アンテナ基板１０２の材料としてはガラスエポキシなどを用いることができる。
【００２６】
次に、磁性シート１０３について説明する。
【００２７】
磁性シート１０３は、プリント基板１０１へ向かおうとする磁束を集めることによって、プリント基板１０１に到達する磁束を軽減させる役割を果たす。このような効果を十分に発揮するためには、磁性シート１０３の材料として、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'ができるだけ高いことが望ましい。μ'が高ければ、より多くの磁束が磁性シート１０３を通過することから、ループコイル２１によってＩＣ２２を駆動させるのに十分な誘起電圧を得やすくなるからである。磁性シート１０３の具体的な材料としては、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、スーパーパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金などを挙げることができる。
【００２８】
一方で、磁性シート１０３のμ'を上げるためには、材料に含まれる金属粉末の密度を上げることが必要であり、結果的に磁性シートの表面抵抗が下がってしまう。この磁性シート１０３の表面抵抗は、ループコイル２１のＱ値に大きく影響する。具体的には、磁性シート１０３の表面抵抗が大きくなるほど、ループコイル２１のＱ値も大きくなる。これは、磁性シート１０３の表面抵抗が小さいと、磁性シート１０３自体に渦電流が生じ、これが磁束を打ち消す方向に作用するからである。その一方で、表面抵抗がある一定以上に大きくなると、Ｑ値は変わらないが、μ'の低下により、プリント基板１０１上の金属パターンの影響を緩和する効果が不十分となる。
【００２９】
この点を考慮して、本発明では、磁性シート１０３の表面抵抗を１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満、好ましくは１０９Ω／□以上、１０１０Ω／□未満に設定し、通信周波数帯における複素比透磁率の実部μ'を２０以上、３０未満に設定している。特に限定されるものではないが、本実施形態における通信周波数帯は１３．５６ＭＨｚである。
【００３０】
図３は、磁性シート１０３を構成する種々の材料についての表面抵抗Ｒとμ'との関係を示すグラフである。表面抵抗Ｒは（株）ダイアインスツルメンツ製ハイレスタＵＰ  ＭＣＰ−ＨＴ４５０型によって測定した値であり、μ'は凌和電子（株）製ＰＭＦ３０００により測定した値である。図３に示すように、表面抵抗Ｒが大きくなるとμ'が低下する傾向が見られる。この傾向は、表面抵抗Ｒが大きくなるほど強くなり、表面抵抗Ｒが１０１２Ω／□以上となるとμ'の低下が顕著となる。
【００３１】
図４は、磁性シート１０３を構成する種々の材料についての表面抵抗ＲとＱ値との関係を示すグラフである。図４に示すように、表面抵抗Ｒが１０９Ω／□未満の領域では、表面抵抗Ｒが大きくなるにつれてＱ値が大きくなる傾向が見られるが、１０９Ω／□以上、１０１０Ω／□未満の領域では、表面抵抗Ｒに対してＱ値はほぼ飽和し、それ以上はほとんど高くならない。このような傾向が見られる理由は、１０１０Ω／□未満の領域では、表面抵抗Ｒを上昇させるために加える添加物などによるμ'の低下よりも、表面抵抗Ｒの上昇に伴う絶縁効果が支配的となるからであると考えられる。
【００３２】
そして、１０１０Ω／□以上、１０１２Ω／□未満の領域では、表面抵抗Ｒに対してＱ値はほぼ飽和する傾向が見られる。このような傾向が見られるのは、１０１０Ω／□以上の領域では、表面抵抗Ｒの上昇に伴う絶縁効果よりも、表面抵抗Ｒの上昇のために加える添加物などによるμ'の低下が支配的となるからであると考えられる。
【００３３】
このような観点から、本発明では、磁性シート１０３の表面抵抗を１０９Ω／□以上、１０１２Ω／□未満、好ましくは１０９Ω／□以上、１０１０Ω／□未満に設定している。もちろん、μ'自体が非常に低ければ、磁性シート１０３としての役割を十分に果たすことができない。このため、磁性シート１０３のμ'は少なくとも２０は必要であると考えられる。その一方、磁性シート１０３の表面抵抗を上記の範囲に設定すれば、磁性シート１０３のμ'がそれほど高い必要はなく、３０未満であっても十分なＱ値を得ることが可能である。すなわち、磁性シート１０３の材料として、μ'が２０以上、３０未満というありふれた材料を選択することが可能となる。
【００３４】
図５は、磁性シート１０３を構成する種々の材料についての表面抵抗Ｒと、複素比透磁率の実部μ'と虚部μ"の比であるｔａｎδとの関係を示すグラフである。μ"は凌和電子（株）製ＰＭＦ３０００により測定した値である。図５に示すように、ｔａｎδは表面抵抗Ｒにほとんど依存しない。このため、表面抵抗Ｒを任意の値に設定しても、ｔａｎδを十分に低い値に保つことが可能である。具体的には、通信周波数帯においてｔａｎδが０．０２以下であることが好ましい。
【００３５】
磁性シート１０３の表面抵抗を高めるためには、磁性シート１０３の材料となる磁性粉末と溶媒とを混合することによってスラリーを作製する際、溶媒にリン酸などの薬液を添加すればよい。磁性シート１０３の表面抵抗は、添加するリン酸の濃度にほぼ比例する。
【００３６】
次に、磁性シート１０３の作製方法について説明する。
【００３７】
図６は、磁性シート１０３の作製方法を説明するためのフローチャートである。
【００３８】
図６に示すように、まず原料として、例えばＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金の水アトマイズ粉末を用意し（ステップＳ１）、トルエンなどの有機溶媒中、媒体撹拌ミルで扁平化処理を行う（ステップＳ２）。次に、乾燥を行い（ステップＳ３）、窒素雰囲気にて熱処理を行う（ステップＳ４）。そして、分級により微粉を除去する（ステップＳ５）。これにより、磁性粉末が完成する。
【００３９】
また、この磁性粉末に対して、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などで希釈したリン酸を添加し、２時間程度撹拌した後乾燥させることで、表面抵抗を上げた磁性粉末を作製する。この磁性粉末に、溶媒を加えたスラリーを作製し（ステップＳ６）、２時間程度撹拌した後（ステップＳ７）、ジグで厚みを一定（例えば５０μｍ）に調整する（ステップＳ８）。このようにして作製されたシートを複数枚重ね、熱プレスする（ステップＳ９）。これにより、磁性シート１０３が完成する。
【００４０】
上述の通り、磁性シート１０３の表面抵抗は、スラリー作製時（ステップＳ６）において添加するリン酸の濃度によって制御することができる。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ＲＦＩＤシステムの構成を示す模式図である。
【図２】ＲＦＩＤ２０の構造を説明するための図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。
【図３】磁性シート１０３を構成する種々の材料についての表面抵抗Ｒとμ'との関係を示すグラフである。
【図４】磁性シート１０３を構成する種々の材料についての表面抵抗ＲとＱ値との関係を示すグラフである。
【図５】磁性シート１０３を構成する種々の材料についての表面抵抗Ｒとｔａｎδとの関係を示すグラフである。
【図６】磁性シート１０３の作製方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１０      ＲＦＩＤシステム
２０      ＲＦＩＤ
２１，３１      ループコイル
２２，３２      ＩＣ
３０      リーダ装置
１０１    プリント基板
１０２    アンテナ基板
１０３    磁性シート
【図１】
2009246158.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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