JP2008077140A - 非接触ｉｃタグ - Google Patents

Abstract

【課題】 使用上十分な重量を備え、かつ外部の通信手段との間で十分な通信距離を確保することのできるコイン型の非接触ＩＣタグの構成を提供する。
【解決手段】 フェライト焼結体、パーマロイといった透磁率の大きな磁性材料からなる円板状の磁性体コア１１を巻き芯として、その縁部に溝１２を設け、円周方向に密着巻きの方法にて巻線を巻回してコイルアンテナ１３を形成する。さらに、前記磁性体コアの縁部、もしくは全体を被覆樹脂１５により被覆固定してコイン型の非接触ＩＣタグを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触にてデータの読み出しや書き込みを行う非接触情報通信媒体に関し、より具体的には、送受信アンテナコイルとＩＣモジュールを有するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：無線周波数識別）タグに関する。

一般に、データを記録するとともに記録されたデータの更新や送信を行う非接触ＩＣタグの一形態として、円板形の形状をなすものが用いられている。このようなＩＣタグは硬貨（現金）の代替として、もしくはコイン、トークン、メダルなどと称される金属製小円板の代替として、鉄道の駅や遊技施設、各種自動販売機などでの用途が期待されている。この場合は、非接触ＩＣタグが従来の硬貨やコイン類などと異なり双方向の通信機能を有することから、偽造硬貨やコイン類の識別、コイン類を発行した店舗情報などの付加的情報の確認、複数種類のコイン類の一括集計などが実現可能であり、導入の利点が大きいと考えられている。

このような非接触ＩＣタグは、一般にはＩＣモジュールおよびアンテナを樹脂材料によって被覆する構成であるために、通常はかなり軽量である。一般に硬貨や遊技施設で使用されるコイン類には銅を主体として亜鉛、スズ、ニッケルなどを含む合金である黄銅、青銅、白銅、洋白、もしくはステンレスなどが用いられており、それらの比重は７．７〜９程度である。それに対して一般的な樹脂の比重は１前後であるから、従来の硬貨やコイン類と形状や厚さをほとんど変えずに非接触ＩＣタグを作製すると、重量が数分の１となってしまう。非接触ＩＣタグは硬貨やコイン類の代替として、機械装置に投入転動させて使用する用途が想定されるが、非接触ＩＣタグが硬貨やコイン類よりも著しく軽量である場合は、従来の硬貨等を基準にした機械装置の使用環境においては必ずしも安定した動作が得られず、そのためデータ送受信において動作不良が生じる問題を有していた。

図３に構成を示す特許文献１は、そのような非接触ＩＣタグの重量を増加させる方法を提案したものである。図３において、非接触ＩＣタグはボビン３４の中央にＩＣチップ３２を設置し、周囲にコイルアンテナ３３を巻回したＲＦＩＤ付き小円板３１を円板３５の中央部に挿入してなる構成である。ボビン３４は樹脂からなり、円板３５は非磁性金属を円板状に加工したもの、もしくは金属粉末と樹脂との複合材料を射出成形もしくは圧縮成形したものである。スリット３６はコイルアンテナ３３による相互誘導によって円板３５に生じる電流を遮断してその経路を変え、非接触ＩＣタグに送受信される信号が誘導電流によって減衰することを防ぐためのものである。円板３５を樹脂とタングステン粉末の混合体とした場合には、非接触ＩＣタグの重量を同一形状、厚さの金属製のコイン類と同等以上とすることもできる。

しかし、非接触ＩＣタグの場合は一般に用途による制約により外形寸法が規格として決められており、内蔵されるアンテナの断面積が一定値以下に制限されることが原因で、外部の通信手段との間での必要な通信距離を得ることが困難な場合があるという問題があった。非接触ＩＣタグの通信距離は通信相手の出力および感度、コイルアンテナの巻き数、コイルアンテナの断面積によって左右されるが、コイルアンテナの巻き数は使用する電磁波の周波数により決定され、また通信相手の出力や感度の向上は法制度による規制や周囲のノイズの強度による制約などから困難である。

図４に断面の形状を示した特許文献２は、アンテナの構造を改良することによってこの通信距離の問題の解決をある程度図ったものである。図４において、非接触ＩＣタグであるトークン４１を構成する基体４５の内部には、円形のメインアンテナ４２の他に２つの補助アンテナ４３，４４が設けられており、これら３種類のアンテナはそれぞれ閉ループを構成し、各アンテナのループ面の向きは他の２つのアンテナに対して互いに直交している。これによりトークン４１がどのような向きであっても、少なくとも１つ以上のアンテナのループ面の向きが任意の方向に対して約３５°以上の角度を有することになり、これによって外部の通信手段との間で、トークン４１の通信距離の保証値が向きに依らず向上することとなる。なお図４においてはＩＣチップやそのアンテナへの接続手段等は省略してある。

特開２００３−３３１２５０号公報 特開２００２−２６９５１８号公報

従来技術である前記の特許文献１、特許文献２に示した方法は、それぞれ非接触ＩＣタグの重量が軽い問題、通信距離が制約される問題を個別に解決するためには有効であるが、これら２つの問題を同時に解決することはできなかった。前記特許文献１による解決方法では、非磁性金属もしくは金属粉末を含む樹脂による円板をコイルアンテナの外側に設置する必要があるので、前記コイルアンテナのループ面の面積は円板全体の面積に比べてかなり小さくなってしまい、外部の通信手段との間の送受信には通信距離の点で不利な構成である。

一方、前記特許文献２による解決方法では、非接触ＩＣタグの重量の問題は解決することができない。この場合は基体中に大きな金属板を埋設したり、非磁性金属粉末を基体中に高い比率で混合することにより重量の増加を図ることも考えられるが、このような金属板や非磁性金属粉末を各アンテナの周囲の近傍に配置することは電磁波の送受信の阻害要因となるので、これらの手段では解決を図ることができない。また特許文献１にて実施されたスリットを設ける解決方法は、コイルアンテナの内部に設置された金属材料においてはほとんど有効に作用しないという性質がある。

従って、本発明の目的は、基体内にＩＣチップとコイルアンテナを有するコイン型の非接触ＩＣタグに関し、従来の金属製コインのように機械装置に投入転動させて用いる場合にも十分な重量を備えることと、外部の通信手段との間で十分な通信距離を確保するという２つの問題を同時に解決しうる、非接触ＩＣタグの構成を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明ではフェライト、パーマロイといった比較的比重の大きな磁性材料を使用する。これらの磁性材料は大きな透磁率を有しているために、コアとして使用するとアンテナの感度を大きく向上させることができる。これらの磁性材料をまず円板状に成形して磁性体コアとなし、前記磁性体コアを巻き芯として、その縁部に巻線を円周方向に密着巻きの方法によって巻回してコイルアンテナ形成する。その後に前記コイルアンテナの保護のために前記円板状の磁性材料の少なくとも縁部を樹脂材料により被覆して、コイン型の非接触ＩＣタグを作製する。樹脂材料による被覆は前記磁性体コアの側面だけではなく、その上面や下面にも行うこともできる。

ＩＣチップに関しては、磁性体コアの加工性を考慮して、その縁部に切り欠き部を設けてそこに配設する構成が好適である。磁性体コアの縁部には巻線を密着巻きするための溝を設けてもよく、また代わりに側面に溝を有するリング状のボビンを設けてもよい。巻線の巻回の回数は外部との通信手段に用いられる通信周波数によって特定の値に決定される。さらに用いられる磁性体コアのみでは非接触ＩＣタグの重量が不足する場合には、前記の樹脂材料による被覆の少なくとも一部に金属粉末を含有させても構わない。この金属粉末の存在は非接触ＩＣタグのアンテナ感度を若干低下させる可能性があるが、磁性体コアの使用によるアンテナ感度の向上を打ち消してしまうことはない。

即ち、本発明は、略円板状に形成した磁性体コアの縁部に、巻線を円周方向に密着巻きの方法にて巻回することでアンテナを形成し、前記アンテナにＩＣチップを接続し、前記磁性体コアの少なくとも縁部に、樹脂材料を被覆してコイン型に形成したことを特徴とする非接触ＩＣタグである。

また、本発明は、前記磁性体コアがフェライト焼結体よりなることを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記磁性体コアがパーマロイよりなることを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記磁性体コアの縁部に切り欠き部を設け、前記ＩＣチップを前記切り欠き部に配設したことを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記磁性体コアの縁部に、前記巻線を巻回するための溝を形成してなることを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記磁性体コアの側面に、前記巻線を巻回するための溝を有するリング状ボビンを配設したことを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記アンテナにおける前記巻線の巻回数が、１２ないし１３ターンであることを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記アンテナにおける、前記巻線の巻回数が、８０ないし１００ターンであることを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記ＩＣタグコアの上面および／または下面に、樹脂材料を被覆したことを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記樹脂材料が、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリカＡＢＳ、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリ塩化ビニルのいずれかから選択されることを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記樹脂材料の少なくとも一部が金属粉末を含有してなることを特徴とする非接触ＩＣタグである。

さらに、本発明は、前記金属粉末がタングステン粉末であり、前記樹脂材料に対する容積含有率が１０％以上でかつ７０％以下の範囲であり、前記タングステン粉末を含む部分の前記樹脂材料の比重が３以上１２以下の範囲であることを特徴とする非接触ＩＣタグである。

本発明によれば、フェライト、パーマロイといった比較的比重の大きな磁性材料による円板状の磁性体コアを用い、その縁部に巻線を円周方向に密着巻きの方法によって巻回してコイルアンテナ形成してコイン型の非接触ＩＣタグを作製する。この方法によってＩＣタグを機械装置に投入転動させて用いる場合にも十分な重量を備えることと、外部の通信手段との間で十分な通信距離を確保するという従来の２つの課題を、同時に解決することができる。

本発明の実施の形態による非接触ＩＣタグについて、図１、図２に基づいて説明する。なお図１、図２においては説明のために半径方向に比べて厚さ方向の寸法の比率を実際よりも大きく表示している。

図１は本発明における非接触ＩＣタグの実施の形態を示す図であり、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の位置Ａ−Ａ’における断面図である。図１において、磁性体コア１１は円板形に成形されており、その縁部の側面には円周方向に溝１２が設けられている。また前記磁性体コア１１の側面の一部には切り欠きが設けられ、そこに非接触にてデータの送受信を行うためのＩＣチップ１４が配設されている。前記ＩＣチップ１４は一般に２〜３ｍｍ角、厚さ１〜２ｍｍの大きさである。前記切り欠きはＩＣチップ１４の形状に合わせて設ければよい。前記溝１２にはコイルアンテナ１３が所定の回数巻回されており、その両端の端子は前記ＩＣチップ１４の接点にはんだ付けにより接合されている。溝１２、コイルアンテナ１３およびＩＣチップ１４を含む磁性体コア１１の周辺部は被覆樹脂１５によって被覆固定されている。非接触ＩＣタグの直径および厚さは従来の金属製の硬貨、コイン、トークン、メダル類と同等であり、一般に直径２０〜４０ｍｍ程度、厚さ１〜３ｍｍ程度であるが、この外形寸法を外れる形状であってもよい。また円板状ではなく、多角形などの形状であっても構わない。なお、図１において、被覆樹脂１５は透明体として記載している。

ここで磁性体コア１１としては透磁率の高い材料であるフェライト焼結体、パーマロイが好適であるが、高透磁率の材料であるならばそれ以外の磁性材料でも構わない。コイルアンテナ１３の中央部に高透磁率の円板状部材を配置することによりアンテナとしての特性が向上するため、より断面積の大きな円形アンテナを配置した場合と同様の効果を得ることができる。一般に磁性材料の透磁率は周波数依存性を有し、高周波になるに従って実効的な透磁率は低下する傾向があるが、非接触ＩＣタグとして一般的に用いられる約２５０ｋＨｚ、および１３．５６ＭＨｚ付近の周波数においては、上記の磁性材料は空芯のアンテナに比べてより優れたアンテナ特性をもたらすことが判明している。

上記のフェライト焼結体、パーマロイの比重は組成によって若干変化するが、それぞれ４．８、８．６前後の値である。これら材料を磁性体コアとして使用した非接触ＩＣタグは、有機樹脂とアンテナ、ＩＣチップのみを用いた従来のコイン型のＩＣタグに比較すると重量が大きくなるが、それでも金属のみで形成されたコイン類に比較すると軽量である場合がある。その場合は被覆樹脂内に金属粉末を含有させることで重量の増加を図ることができる。含有させる金属粉末は非磁性で比重が大きく、毒性を有しない材料が適しており、とくにタングステン粉末が好適である。また被覆樹脂は磁性体コアの周辺部のみならず、その上面や下面も被覆し、磁性体コア全体が樹脂の中に埋設される構成としても構わない。

含有させる金属粉末は量が多いと被覆樹脂の成形を阻害し、少なければ含有の効果が小さい。このことから、金属粉末の含有量は、樹脂材料に対する容積含有率で１０％以上７０％以下の範囲が適している。また、前記樹脂材料の比重は、３以上１２以下の範囲の場合が好適である。

巻回するコイルアンテナのターン数は主に非接触ＩＣタグが使用する周波数により決定される。非接触ＩＣタグに一般的に用いられる周波数である１３．５６ＭＨｚの場合には１２〜１３ターン、２５０ｋＨｚ程度の場合には８０〜１００ターンの巻回が必要である。これらの巻回数の場合にコイルアンテナはそれぞれの周波数において共振周波数を持つことになる。非接触ＩＣタグの厚さの制約から磁性体コアの縁部に設けられた溝の幅はせいぜい１〜２ｍｍ、もしくはそれ以下であるので、前記の溝に必要なターン数を巻回するコイルアンテナの巻線の直径はかなり細いものでなければならない。好適には直径が５０〜１５０μｍの被覆銅線が用いられる。

図２は前記図１に示した非接触ＩＣタグとは異なる実施の形態を示す図であり、磁性体コアの側面にボビンを配設した場合の実施の形態である。図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の位置Ｂ−Ｂ’における断面図である。図２において、磁性体コア２１は円板形であってその側面の一部には切り欠きが設けられ、さらにその側面には溝２２を設けたボビン２６が配設されている。前記溝にはコイルアンテナ２３が所定の回数巻回されいる。また前記切り欠きには非接触でデータの送受信を行うためのＩＣチップ２４が配設されていて、コイルアンテナ２３の両端の端子がこのＩＣチップ２４の接点にはんだ付けにより接合されている。ＩＣチップ２４は図１の実施の形態の場合と同様に一般に２〜３ｍｍ角、厚さ１〜２ｍｍの大きさであり、切り欠きの深さはＩＣチップ２４の寸法形状に合わせればよい。なお、図２において、被覆樹脂２５は透明体として記載している。

さらに磁性体コア２１、ＩＣチップ２４、ボビン２６およびコイルアンテナ２３を含む全体が被覆樹脂２５によって被覆固定されている。この構成の場合には磁性体コア２１の直径は前記図１に示した実施の形態の場合よりも多少小さくなるためにコイルアンテナ２３の特性は若干低下するが、溝２２はボビン２６に形成されているので磁性体コア２１の側面に形成する必要がなく、製造工程の面では有利である。ボビン２６の材質は一般的な樹脂で構わない。また磁性体コア２１を含む全体を被覆する被覆樹脂２５内に金属粉末を含有させてもよく、その材質は前記の通りタングステン粉末が好適である。

以上図１および図２に示したコイン型の非接触ＩＣタグの側面もしくは全面を被覆する樹脂の材質としては、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリカＡＢＳ（ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂のアロイ）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの熱硬化性、もしくは熱可塑性の樹脂が適している。とくにエンジニアリングプラスチックと称される、耐熱性や強度の点で優れた性質を持つ樹脂の使用が好適である。

以上に示したように、本発明により、十分な重量を備えるとともに外部の通信手段との間で十分な通信距離を確保することのできる、コイン型の非接触ＩＣタグを提供することが可能になる。

本発明における非接触ＩＣタグの実施の形態を示す図（被覆樹脂は透明体として記載している）。図１（ａ）はこのＩＣタグの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の位置Ａ−Ａ’における断面図。 本発明における図１とは異なる非接触ＩＣタグの実施の形態を示す図（被覆樹脂は透明体として記載している）。図２（ａ）はこのＩＣタグの平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の位置Ｂ−Ｂ’における断面図。 特許文献１に記載の従来の非接触ＩＣタグの組立構成図。 特許文献２に記載の従来の非接触ＩＣタグの断面図。図４（ａ）はこのＩＣタグを上方から見た場合、図４（ｂ）は右側から見た場合、図４（ｃ）は前側方（正面）から見た場合の断面図。

符号の説明

１１，２１ 磁性体コア
１２，２２ 溝
１３，２３ コイルアンテナ
１４，２４ ＩＣチップ
１５，２５ 被覆樹脂
２６ ボビン
３１ ＲＦＩＤ付き小円板
３２ ＩＣチップ
３３ コイルアンテナ
３４ ボビン
３５ 円板
３６ スリット
４１ トークン
４２ メインアンテナ
４３，４４ 補助アンテナ
４５ 基体

Claims (12)

1. 略円板状に形成した磁性体コアの縁部に、巻線を円周方向に密着巻きの方法にて巻回することでアンテナを形成し、
   前記アンテナにＩＣチップを接続し、
   前記磁性体コアの少なくとも縁部に、樹脂材料を被覆してコイン型に形成したことを特徴とする非接触ＩＣタグ。
2. 前記磁性体コアがフェライト焼結体よりなることを特徴とする、請求項１に記載の非接触ＩＣタグ。
3. 前記磁性体コアがパーマロイよりなることを特徴とする、請求項１に記載の非接触ＩＣタグ。
4. 前記磁性体コアの縁部に切り欠き部を設け、前記ＩＣチップを前記切り欠き部に配設したことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の非接触ＩＣタグ。
5. 前記磁性体コア縁部に、前記巻線を巻回するための溝を形成してなることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の非接触ＩＣタグ。
6. 前記磁性体コアの側面に、前記巻線を巻回するための溝を有するリング状ボビンを配設したことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の非接触ＩＣタグ。
7. 前記アンテナにおける前記巻線の巻回数が、１２ないし１３ターンであることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の非接触ＩＣタグ。
8. 前記アンテナにおける前記巻線の巻回数が、８０ないし１００ターンであることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の非接触ＩＣタグ。
9. 前記ＩＣタグコアの上面および／または下面に、樹脂材料を被覆したことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の非接触ＩＣタグ。
10. 前記樹脂材料が、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリカＡＢＳ、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリ塩化ビニルのいずれかから選択されることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の非接触ＩＣタグ。
11. 前記樹脂材料の少なくとも一部が金属粉末を含有してなることを特徴とする、請求項１０に記載の非接触ＩＣタグ。
12. 前記金属粉末がタングステン粉末であり、前記樹脂材料に対する容積含有率が１０％以上でかつ７０％以下の範囲であり、前記タングステン粉末を含む部分の前記樹脂材料の比重が３以上１２以下の範囲であることを特徴とする、請求項１１に記載の非接触ＩＣタグ。

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