JP7063546B2

JP7063546B2 - 非接触型データ受送信体

Info

Publication number: JP7063546B2
Application number: JP2017096653A
Authority: JP
Inventors: 仁加賀谷
Original assignee: Toppan Forms Co Ltd
Current assignee: Toppan Edge Inc
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2037-05-15
Also published as: JP2018194960A

Description

本発明は、非接触型データ受送信体に関する。

近年、流通管理、履歴管理、物品管理、その他の各種管理を効率的に行うべく、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が様々な用途に用いられている。このＲＦＩＤは、ＲＦＩＤタグと呼ばれる電子機器と情報読出／書込装置（リーダ／ライタ）との間で電磁界や電波等を用いた近距離の無線通信を行うことで、ＲＦＩＤタグに対する情報の書き込みを非接触で行い、あるいはＲＦＩＤタグからの情報の読み出しを非接触で行うものである。

ＲＦＩＤタグは、金属体に近接すると通信性能が損なわれ、例えば、通信距離が短くなってしまう。このため、金属体に近接した状態で使用されるＲＦＩＤタグにおいて、通信距離をより長くするために、次のような構成のＲＦＩＤタグが知られている。
このようなＲＦＩＤタグとしては、例えば、金属体に接するように配置される誘電体シートと、その誘電体シート上に配置され、ＩＣチップおよびそのＩＣチップに接続された第１アンテナを有するインレットと、そのインレットを覆うようにモールドされた樹脂と、その樹脂上に配置され、第１アンテナと非接触で電磁結合するブースター用の第２アンテナとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４８７８２６６号公報

上記のような構成のＲＦＩＤタグでは、インレットを射出成形等の成形法により被覆すると、インレットの共振周波数の極大値が、目的とする周波数よりも低周波数側にシフトしてしまい、目的とする周波数特性が得られないという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、インレットを射出成形等の成形法により被覆しても目的とする周波数特性が得られる非接触型データ受送信体を提供することを目的とする。

本発明の非接触型データ受送信体は、ＩＣチップおよび該ＩＣチップに接続された第１アンテナを有するインレットと、前記第１アンテナと非接触で電磁結合するブースター用の第２アンテナを有するアンテナ部と、前記インレットおよび前記アンテナ部を支持する高誘電材と、該高誘電材における前記インレットおよび前記アンテナ部を支持する側とは反対側に積層された金属材と、前記インレットおよび前記アンテナ部と前記高誘電材の間に設けられ、前記高誘電材よりも比誘電率が低い絶縁材と、前記インレット、前記アンテナ部、前記高誘電材、前記金属材および前記絶縁材からなる積層体の外周全体を被覆する樹脂からなる被覆材と、を備えたことを特徴とする。

本発明の非接触型データ受送信体において、前記絶縁材は、前記インレットを構成する基材よりも比誘電率が低いことが好ましい。

本発明によれば、インレットを射出成形等の成形法により被覆しても目的とする周波数特性が得られる非接触型データ受送信体を提供することができる。

本発明の実施形態による非接触型データ受送信体の要部構成を示す図であって、（ａ）は平面透視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。実験例における非接触型データ受送信体の特性を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による非接触型データ受送信体について詳細に説明する。尚、以下で説明する実施形態は、本発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであって、本発明を限定するものではない。また、以下で参照する図面においては、理解を容易にするために、必要に応じて各部材の寸法を適宜変えて図示している。

図１は、本発明の実施形態による非接触型データ受送信体の要部構成を示す図であって、（ａ）は平面透視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。
図１に示す通り、本実施形態の非接触型データ受送信体１０は、インレット２０と、アンテナ部３０と、インレット２０およびアンテナ部３０を支持する高誘電材４０と、高誘電材４０におけるインレット２０およびアンテナ部３０を支持する側とは反対側に積層された金属材５０と、インレット２０およびアンテナ部３０と高誘電材４０の間に設けられ、高誘電材４０よりも比誘電率が低い絶縁材６０と、インレット２０、アンテナ部３０、高誘電材４０、金属材５０および絶縁材６０からなる積層体７０の外周全体を被覆する樹脂からなる被覆材８０とから概略構成されている。

非接触型データ受送信体１０は、非接触型データ受送信体１０は、図１に示すように、インレット２０、アンテナ部３０、高誘電材４０、絶縁材６０および金属材５０からなる積層体７０を、この順に備えている。
なお、被覆材８０は、積層体７０を収容する収容部を有し、樹脂からなる筐体であってもよい。

非接触型データ受送信体１０では、インレット２０およびアンテナ部３０が、絶縁材６０の一方の面（上面）６０ａに配置されている。

インレット２０は、基材２１と、基材２１の一方の面２１ａに設けられたＩＣチップ２２およびＩＣチップ２２に電気的に接続された第１アンテナ２３とから概略構成されている。

基材２１としては、比誘電率が１～１２である基材が好適に用いられ、４．８～１２である基材がより好適に用いられる。また、基材２１の比誘電率は、非接触型データ受送信体１０に要求される通信特性（通信距離、周波数帯域）等に応じて適宜調整される。
また、基材２１の一方の面２１ａには、後述するアンテナ部３０を構成する第２アンテナ３１が設けられる。そのため、基材２１は、平面視形状の外形が第２アンテナ３１とほぼ同一の形状をなしている。

このような基材２１としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる基材、ポリイミドからなる基材、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂を染み込ませて熱硬化処理を施し板状にした基材（ＦｌａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔＴｙｐｅ４、ＦＲ－４）等が挙げられる。ＦＲ－４としては、具体的には、パナソニック社製のＲ－１７００（商品名）等が挙げられる。
基材２１の厚みは、特に限定されず、非接触型データ受送信体１０に要求される通信特性（通信距離）等に応じて適宜調整される。基材２１の厚みは、例えば、５０μｍ～２．２ｍｍであることが好ましく、一般流通量が多い１ｍｍ、１．６ｍｍがコスト的に最も好ましい。

本実施形態における比誘電率の測定方法は、ＩＥＣ６０２５０に規定された法が用いられる。

ＩＣチップ２２は、外部から非接触で第１アンテナ２３およびアンテナ部３０の第２アンテナ３１を介して供給される電力によって動作し、外部との間で第１アンテナ２３および第２アンテナ３１を介した無線通信を行って非接触状態でデータの書き込み及び読み出しを行う半導体集積回路である。このＩＣチップ２２としては、特に限定されず、第１アンテナ２３および第２アンテナ３１を介して非接触状態でデータの書き込みおよび読み出しが可能なものであれば、任意のものを用いることができる。

第１アンテナ２３は、ＩＣチップ２２に対して電気的に接続されるアンテナである。
図１に示す第１アンテナ２３は、平面視形状が四角環形状であるループ状のアンテナである。なお、図１においては、第１アンテナ２３が四角環形状のものを図示しているが、第１アンテナ２３の形状は、円環形状、楕円環形状、多角環形状、その他の任意の形状であってもよい。また、第１アンテナ２３は、二重ループ状のアンテナであってもよい。
第１アンテナ２３の厚みは、特に限定されないが、５０μｍ～２．２ｍｍであることが好ましく、一般流通量が多い１ｍｍ、１．６ｍｍがコスト的に最も好ましい。
また、第１アンテナ２３の長さは、特に限定されないが、周波数９２０ＭＨｚの１／２波長、１／３波長、１／４波長に相当する長さが好ましく、３０ｍｍ～９０ｍｍであることが好ましい。また、第１アンテナ２３の幅は、使用する部材の比誘電率に合せて調整することにより、非接触型データ受送信体１０の周波数特性を調整することができる。

第１アンテナ２３を構成する材料としては、例えば、公知のポリマー型導電インク、銀インク組成物等の導電性のインク、金属箔、電気メッキや静電メッキにより形成された金属薄膜、金属蒸着等の各種薄膜形成法により形成された金属薄膜、金属板等が挙げられる。

アンテナ部３０は、基材２１と、基材２１の一方の面２１ａに設けられた第２アンテナ３１とから概略構成されている。
アンテナ部３０の第２アンテナ３１は、第１アンテナ２３と非接触で電磁結合するブースター用のアンテナである。第２アンテナ３１は、第１アンテナ２３のみによって無線通信を行う場合よりも、通信距離を長くする（長距離通信を可能にする）ために設けられる。この第２アンテナ３１は、例えば、外形が板状または帯状をなす部材であり、インレット２０に設けられた第１アンテナ２３の近傍に配置され、第１アンテナ２３の外縁の少なくとも一部に沿うように設けられる。

なお、第２アンテナ３１が、第１アンテナ２３の外縁に沿うように設けられるとは、第１アンテナ２３と第２アンテナ３１との間で電気的な接続（電磁結合）が可能な位置に、両者が互いに配置されていることをいう。本実施形態において、第２アンテナ３１は、平面視形状が四角環形状であるループ状の第１アンテナ２３の３辺に沿うように設けられており、第１アンテナ２３に沿う部分の平面視形状はコ字状にされている。

より具体的に、第２アンテナ３１は、インレット２０（第１アンテナ２３）の外側に沿うように形成された中央部（インレット２０が配置される部分）３１Ａと、中央部３１Ａから高誘電材４０の長手方向の両端部まで延在する線状または帯状の放射部３１Ｂ，３１Ｂとからなるアンテナである。第２アンテナ３１の中央部３１Ａには切り欠きが形成されており、これにより、中央部３１Ａの平面視形状（中央部３１Ａの第１アンテナ２３に沿う部分の平面視形状）がコ字状にされている。

第２アンテナ３１の中央部３１Ａは、その内側に配されるインレット２０（第１アンテナ２３）とほぼ同一の形状に形成されていることが好ましい。また、インレット２０（第１アンテナ２３）は、第２アンテナ３１の中央部３１Ａと接触しないように設けられるが、両者の間の隙間ができる限り小さくなるように中央部３１Ａが形成され、かつ両者の間の隙間はできる限り小さくなるように中央部３１Ａ内にインレット２０（第１アンテナ２３）を配置することが好ましい。なお、第１アンテナ２３と第２アンテナ３１との間隔は、両者の間で電気的な接続（電磁結合）が可能な範囲であれば特に限定されない。

第２アンテナ３１は、ＲＦＩＤで使用されるＵＨＦ帯やマイクロ波帯の電波帯の周波数（３００ＭＨｚ～３０ＧＨｚ）の１／２波長に相当する長さとなっている。つまり、ＩＣチップ２２を中心とする２つの領域に放射部３１Ｂ，３１Ｂを区分した場合、それぞれの長手方向における長さは、１／４波長に相当する長さとなっている。例えば、第２アンテナ３１は、長手方向の長さが６５ｍｍ程度に設定され、短手方向の長さが１２ｍｍ程度に設定される。

第２アンテナ３１を構成する材料としては、第１アンテナ２３を構成する材料と同様のものが用いられるが、導電性を有した異なる材質でもよい。
第２アンテナ３１の厚みは、特に限定されないが、１８μｍ～３２μｍであることが好ましい。

このように構成されたインレット２０とアンテナ部３０は、絶縁材６０を介して、高誘電材４０に支持されて、インレット２０の第１アンテナ２３とアンテナ部３０の第２アンテナ３１が、高誘電材４０の一方の面４０ａ側（絶縁材６０の一方の面６０ａ上）において、同一面上に配置されている。

高誘電材４０は、誘電材からなり、絶縁材６０を介して、インレット２０とアンテナ部３０を紙面の下側から支持する。図１に示す高誘電材４０は、平面視形状が長方形状の板状の部材であり、平面視形状がアンテナ部３０とほぼ同一の形状をなしている。
高誘電材４０を構成する誘電材としては、比誘電率が基材２１の比誘電率以上の４．８～１２の材料であることが好ましく、８～１２の材料であることがより好ましい。また、高誘電材４０の比誘電率は、非接触型データ受送信体１０に要求される通信特性（通信距離、共振周波数帯域）等に応じて適宜調整される。
このような誘電材としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド系樹脂にチタン酸カリウム繊維を含んだポリプラスチックス社製のＦＲＥＱＴＩＳ（登録商標）Ｐ１２３１Ａ等が挙げられる。

高誘電材４０の厚みは、特に限定されず、非接触型データ受送信体１０に要求される通信特性（通信距離）等に応じて適宜調整される。高誘電材４０の厚みは、例えば、１ｍｍ～３ｍｍであることが好ましい。

金属材５０は、金属からなり、高誘電材４０におけるインレット２０およびアンテナ部３０を支持する一方の面４０ａとは反対側の面（以下、「他方の面」と言う。）４０ｂに積層されている。図１に示す金属材５０は、平面視形状が長方形状の部材であり、平面視形状が高誘電材４０とほぼ同一の形状をなしている。すなわち、金属材５０は、金属板であっても、金属箔であってもよい。
金属材５０を構成する金属としては、特に限定されないが、アルミニウム、銅、金、銀、ステンレス、銀パラジウム、半田等が挙げられる。

金属材５０の厚みは、特に限定されないが、１８μｍ～３２ｍｍであることが好ましい。

絶縁材６０は、比誘電率が低い樹脂からなり、基材２１の一方の面２１ａとは反対側の面（以下、「他方の面」と言う。）２１ｂに積層されている。図１に示す絶縁材６０は、平面視形状が長方形状の部材であり、平面視形状が高誘電材４０とほぼ同一の形状をなしている。

絶縁材６０は、高誘電材４０よりも比誘電率が低い。また、絶縁材６０は、インレット２０を構成する基材２１よりも比誘電率が低いことが好ましい。
絶縁材６０の比誘電率は、１．０～４．８であることが好ましく、２．０～３．０であることがより好ましい。
絶縁材６０の比誘電率は、特に限定されないが、特に限定されず、非接触型データ受送信体１０に要求される通信特性（通信距離、共振周波数帯域）等に応じて適宜調整される。

絶縁材６０の厚みは、特に限定されず、非接触型データ受送信体１０に要求される通信特性（通信距離、共振周波数帯域）等に応じて適宜調整される。絶縁材６０の厚みは、例えば、５０μｍ～１ｍｍであることが好ましい。絶縁材６０の厚みを調整することにより、後述するように、非接触型データ受送信体１０の通信距離や共振周波数帯域を制御することができる。

絶縁材６０を構成する樹脂としては、比誘電率が上記の範囲内にあるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、比誘電率：２．４）、ポリカーボネート（比誘電率：３．１）等が挙げられる。

被覆材８０は、樹脂からなる。図１に示す被覆材８０は、インレット２０、アンテナ部３０、高誘電材４０、絶縁材６０および金属材５０からなる積層体７０の外形に沿う形状をなしている。
被覆材８０を構成する樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリオレフィン樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。

被覆材８０の厚みは、特に限定されないが、５０μｍ～５ｍｍであることが好ましい。

本実施形態の非接触型データ受送信体１０は、被貼付体である金属体１００に貼付されて用いられる。非接触型データ受送信体１０は、ねじ止めや、粘着材を介した粘着等により、金属体１００に貼付される。

本実施形態の非接触型データ受送信体１０によれば、インレット２０およびアンテナ部３０と高誘電材４０の間に、高誘電材４０よりも比誘電率が低い絶縁材６０が設けられているため、インレット２０、アンテナ部３０、高誘電材４０、金属材５０および絶縁材６０からなる積層体７０の外周全体が、射出成形等の成形法により被覆材８０で被覆されても目的とする周波数特性が得られる。また、本実施形態の非接触型データ受送信体１０によれば、インレット２０およびアンテナ部３０と高誘電材４０の間に設けられている絶縁材６０の厚みを調整することにより、通信距離や共振周波数帯域を制御することができる。

なお、本実施形態では、絶縁材６０とは反対側に、インレット２０および第２アンテナ３１が設けられた場合を例示したが、本発明の非接触型データ受送信体はこれに限定されない。本発明の非接触型データ受送信体にあっては、絶縁材側に、インレットおよび第２アンテナが設けられていてもよい。

以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。

［実験例１］
ＩＣチップおよび第１アンテナを有するインレットと、基材（厚みが１．６ｍｍ）および第２アンテナ（長手方向の長さが６５ｍｍ、短手方向の長さが１２ｍｍ）を有するアンテナ部と、絶縁材（長手方向の長さが６５ｍｍ、短手方向の長さが１２ｍｍ、厚みが１５０μｍ）と、高誘電材（長手方向の長さが６５ｍｍ、短手方向の長さが１２ｍｍ、厚みが２ｍｍ）と、金属材（長手方向の長さが６５ｍｍ、短手方向の長さが１２ｍｍ、厚みが０．１ｍｍ）と、被覆材とを有する、図１に示すような実験例１の非接触型データ受送信体を作製した。
インレットの基材およびアンテナ部の基材としては、パナソニック社製のＦＲ－４（商品名：Ｒ－１７００）を用いた。
絶縁材としては、東レ社製のＰＥＴフィルムルミラー（商品名、比誘電率ε＝２．４）を用いた。
高誘電材としては、ポリプラスチックス社製のＦＲＥＱＴＩＳ（登録商標）Ｐ１２３１Ａ（商品名、比誘電率ε＝１２）を用いた。
金属材としては、ステンレス板を用いた。
被覆材を構成する樹脂としては、ポリカーボネートを用いた。

非接触型データ受送信体を金属板上に配置し、情報読出／書込装置（商品名：ＴａｇＦｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｅ、Ｖｏｙａｎｔｉｃ社製）を用いて、電波暗箱内にて、それぞれの非接触型データ受送信体の通信特性（通信距離、共振周波数帯域）を評価した。なお、通信距離を測定するに当たり、情報読出／書込装置の出力を一定とした。結果を図２に示す。

［実験例２］
絶縁材として、厚みが３００μｍのＰＥＴフィルムを用いたこと以外は実験例１と同様にして、実験例２の非接触型データ受送信体を作製した。
実験例２の非接触型データ受送信体について、実験例１と同様にして、通信特性（通信距離、共振周波数帯域）を評価した。結果を図２に示す。

［実験例３］
絶縁材を設けなかったこと以外は実験例１と同様にして、実験例３の非接触型データ受送信体を作製した。
実験例３の非接触型データ受送信体について、実験例１と同様にして、通信特性（通信距離、共振周波数帯域）を評価した。結果を図２に示す。

図２に示す結果から、インレットおよびアンテナ部と高誘電材の間に絶縁材を設けることにより、非接触型データ受送信体の共振周波数帯域が高周波数側にシフトすることが確認された。また、絶縁材の厚みを厚くすることにより、非接触型データ受送信体の共振周波数帯域が高周波数側にシフトするとともに、通信距離が長くなることが確認された。

１０・・・非接触型データ受送信体、２０・・・インレット、２１・・・基材、２２・・・ＩＣチップ、２３・・・第１アンテナ、３０・・・アンテナ部、３１・・・第２アンテナ、４０・・・高誘電材、５０・・・金属材、６０・・・絶縁材、７０・・・積層体、８０・・・被覆材、１００・・・金属体。

Claims

ＩＣチップおよび該ＩＣチップに接続された第１アンテナを有するインレットと、
前記第１アンテナと非接触で電磁結合するブースター用の第２アンテナを有するアンテナ部と、
前記インレットおよび前記アンテナ部を支持する高誘電材と、
前記高誘電材における前記インレットおよび前記アンテナ部を支持する側とは反対側に積層された金属材と、
前記インレットおよび前記アンテナ部と前記高誘電材の間に設けられ、前記高誘電材よりも比誘電率が低い絶縁材と、
前記インレット、前記アンテナ部、前記高誘電材、前記金属材および前記絶縁材からなる積層体の外周全体を被覆する樹脂からなる被覆材と、
を備え、
前記インレットの前記第１アンテナと、前記アンテナ部の前記第２アンテナとは、同一平面上に配置されており、
前記被覆材は、前記積層体の外形に沿う形状をなしている、
ことを特徴とする非接触型データ受送信体。
前記絶縁材は、前記インレットを構成する基材よりも比誘電率が低いことを特徴とする請求項１に記載の非接触型データ受送信体。