情報記憶媒体
【課題】 無線ＩＣタグを用いて無線通信を行うことが可能で、さらに変形、小型が可能な情報記憶媒体を提供する。
【解決手段】 情報記憶媒体１は、無線通信改善シート体１０と無線ＩＣタグ２０とからなり、シート体１０は、第１のスペーサ２、補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５からなる。補助アンテナ３を、外形が円形または正五角形以上の正多角形とし、切欠きＳが設けられた金属層で構成する。切欠きＳを設けることで、補助アンテナの電流分布を円形パッチアンテナとは異ならせ、外形小さくとも同じ共振長さを確保することができるので、情報記憶媒体として小型化が可能となり、さらに、円形や正多角形など種々の形状に変形することも可能である。
【解決手段】 情報記憶媒体１は、無線通信改善シート体１０と無線ＩＣタグ２０とからなり、シート体１０は、第１のスペーサ２、補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５からなる。補助アンテナ３を、外形が円形または正五角形以上の正多角形とし、切欠きＳが設けられた金属層で構成する。切欠きＳを設けることで、補助アンテナの電流分布を円形パッチアンテナとは異ならせ、外形小さくとも同じ共振長さを確保することができるので、情報記憶媒体として小型化が可能となり、さらに、円形や正多角形など種々の形状に変形することも可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＩＣタグを用いた情報記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信の分野のみならず、物流管理などの分野でも無線通信技術が応用され、無線通信用のＩＣタグ（以下では単に「無線ＩＣタグ」という。）は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術の一翼を担う製品として広く知られている。
【０００３】
無線ＩＣタグは、自ら電源を持たないパッシブタイプと電源を持つアクティブタイプとがある。低価格で汎用性を有するパッシブタイプは、リーダからの電波を受信し、このエネルギを利用してＩＣ回路を起動し、無線通信が可能となる。
【０００４】
無線ＩＣタグは、識別番号などのデータを記憶するＩＣチップと、電波を送受信するためのアンテナとからなり、可撓性を有し、薄型、軽量で無線通信が実現できることが大きな利点となっている。ＩＣチップにはメモリ領域を設けているため、ここに格納される情報を用いて情報管理が可能となる。
【０００５】
薄型、軽量の利点を生かして、無線ＩＣタグを、物流管理や安価な情報記憶媒体として使用することができるが、その用途が多岐にわたることから、様々な使用環境に置かれることになる。
【０００６】
たとえば、金属材料に無線ＩＣタグを貼り付けて使用しようとすると、アンテナの通信特性が劣化し、通信可能距離が短くなってしまう。金属材料に貼り付けて使用する場合には、特許文献１に開示されているような無線通信改善シート体を用いればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３４７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
物流管理や在庫管理のために無線ＩＣタグを使用する場合、管理の対象となる物品が金属材料であれば、特許文献１記載の無線通信改善シート体を用いることで通信可能となるが、対象の物品には種々の形状、大きさがあり、特許文献１記載のような矩形状の無線通信改善シート体では、十分に対応することができない。
【０００９】
通信周波数は、使用する無線ＩＣタグによって決まるので、無線通信改善シート体に必要な共振長さも自ずと決まってしまい、容易に無線通信改善シート体を変形、小型化することはできない。
【００１０】
本発明の目的は、無線ＩＣタグを用いて無線通信を行うことが可能で、さらに変形、小型が可能な情報記憶媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アンテナ、および該アンテナに接続され、識別情報が記憶される集積回路素子からなる無線ＩＣタグと、
誘電材料からなり、前記無線ＩＣタグが配置される第１のスペーサと、
外形が円形または正五角形以上の正多角形であり、切欠きが設けられた金属層からなる補助アンテナと、
誘電材料からなり、前記補助アンテナと同一の外形を有する第２のスペーサとを含み、無線ＩＣタグ、第１スペーサ、補助アンテナおよび第２のスペーサがこの順に積層されてなることを特徴とする情報記憶媒体である。
【００１２】
また本発明は、前記補助アンテナの放射源が、前記切欠きが設けられた側に位置することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記第２のスペーサの補助アンテナとは反対側に積層される、前記補助アンテナと同一の外形を有する金属層からなる裏面導体層をさらに含むことを特徴とする。
また本発明は、前記アンテナは、ループアンテナを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、補助アンテナを、外形が円形または正五角形以上の正多角形とし、切欠きが設けられた金属層で構成する。
【００１５】
切欠きを設けることで、補助アンテナの電流分布を円形パッチアンテナとは異ならせ、外形小さくとも同じ共振長さを確保することができるので、情報記憶媒体として小型化が可能となり、さらに、円形や正多角形など種々の形状に変形することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態である情報記憶媒体１の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の小型化作用について説明するための模式図である。
【図３Ａ】補助アンテナおよび裏面導体層における電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｂ】補助アンテナおよび裏面導体層における電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｃ】補助アンテナおよび裏面導体層における電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】裏面導体層５における電荷分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】切欠きＳの形状の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態である情報記憶媒体１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は、情報記憶媒体１の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の切断面線Ａ−Ａ´における情報記憶媒体１の断面図である。情報記憶媒体１は、無線通信改善シート体（以下では単に「シート体」という）１０と無線ＩＣタグ２０とからなる。なお、図１（ａ）では理解を容易にするために、無線ＩＣタグ２０について、斜線（ハッチング）を施して示した。
【００１８】
シート体１０は、第１のスペーサ２、補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５からなる。
【００１９】
無線ＩＣタグ２０は、無線電波を送受信するためのアンテナ２１と、アンテナ２１に接続され識別情報が記憶される集積回路素子（以下では「ＩＣチップ」という）２２とを有する。図１に示す実施形態では、アンテナ２１は、ループアンテナ（以下では「ループアンテナ２１」という）からなるものであるが、これに限らずパターンアンテナなどをさらに有するものであってもよい。
【００２０】
第１のスペーサ２は、無線ＩＣタグ２０を結線しないで配置する配置面２ａを有し、無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１と補助アンテナ３との間を絶縁する誘電体層で構成される。
【００２１】
補助アンテナ３は、第１のスペーサ２の配置面２ａとは反対側の面に設けられる金属薄層からなり、無線ＩＣタグ２０の通信周波数で共振することで、無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１と電磁的に結合し、しかもそれ自身が共振アンテナとして機能する。
【００２２】
第２のスペーサ４は、補助アンテナ３を挟んで第１のスペーサ２とは反対側に設けられ、補助アンテナ３と裏面導体層５との間を絶縁する誘電体層で構成される。
【００２３】
裏面導体層５は、金属薄層からなり、第２のスペーサ４を挟んで補助アンテナ３とは反対側に設けられる。
【００２４】
補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５は、それぞれ同一の外形寸法を有し、この順に積層される。
【００２５】
補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５を積層方向から見たときの平面形状は、外形が円形または正五角形以上の正多角形である。後述のように補助アンテナ３には、切欠きＳが設けられるが、輪郭の概形は第２のスペーサ４および裏面導体層５と同一である。また、シート体１０の総厚みは、たとえば、０．５〜１５ｍｍである。
【００２６】
第１のスペーサ２は、補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５と同一の外形を有するものであってもよいが、少なくとも補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５よりも小さい外形を有するものであれば特に限定されるものではない。
【００２７】
第１のスペーサ２は、たとえば、無線ＩＣタグ２０の基材である樹脂フィルムで構成されていてもよく、基材である第１のスペーサ２の表面にループアンテナ２１およびＩＣチップ２２が一体的に形成されてもよい。
【００２８】
本発明では、補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５（以下では「補助アンテナ３など」という場合がある）の平面形状に特徴があり、円形または正五角形以上の正多角形とすることで、小型化および変形が容易に可能となる。
【００２９】
本発明において、円形とは、真円および楕円を含み、正五角形以上の正多角形とは、正三角形および正方形を除く正多角形である。正五角形以上の正多角形としては、たとえば、正六角形、正八角形、正十二角形などが特に好適に用いられる。
【００３０】
さらなる特徴として、補助アンテナ３には、切欠き（スリット）Ｓが設けられる。この切欠きにより、さらなる小型化が可能となっている。切欠きＳは、その長手方向が、補助アンテナ３の外形の図心から外方に向かう方向に略平行となるように設けられる。本実施形態のような、補助アンテナ３などの外形が真円の場合は、長手方向が半径方向に平行となるように設けられる。
【００３１】
また、無線ＩＣタグ２０は、ループアンテナ２１が切欠きＳを跨ぐような位置であって、ＩＣチップ２２が切欠きＳの上方に位置するように設けることが好ましい。
【００３２】
切欠きＳは、図１（ｂ）の断面図に示すように、補助アンテナ３を積層方向に貫通する。本実施形態のように補助アンテナ３の外形が真円の場合は、寸法の一例として、直径が１０〜１００ｍｍであり、切欠きＳの長さが、直径に対して４０〜９８％となる長さとすればよい。
【００３３】
切欠きＳの幅は、特に限定されるものではなく、たとえば、ＩＣチップ２２よりも大きければよい。
【００３４】
無線ＩＣタグ２０は、図１（ａ）に示すように、略矩形状のループアンテナ２１を有し、ＩＣチップ２２は、ループアンテナ２１に接続されている。本実施形態では、ループアンテナ２１の長手方向と切欠きＳの延びる方向とが直交するように、無線ＩＣタグ２０を、第１のスペーサ２の配置面２ａに配置している。
【００３５】
なお、本実施形態では、無線ＩＣタグ２０の全体形状およびループアンテナ２１の形状を略矩形状としたが、これに限らず円形状、楕円形状であってもよい。
【００３６】
さらに、ループアンテナ２１の、配置位置については、シート体１０の積層方向から見たときに、ＩＣチップ２２が切欠きＳ内に位置するように設けることが好ましい。
【００３７】
無線ＩＣタグ２０については、市販品を使用することが可能であり、通信周波数帯域も限定されるものではないが、特に通信周波数帯域がＵＨＦ帯の無線ＩＣタグ２０が、長距離通信可能であることから好ましい。
【００３８】
ここで、本発明の小型化が可能となった機構について説明する。図２は、本発明の小型化作用について説明するための模式図である。なお、本発明における小型化とは、外形のうち最長となる長さが、短くなった場合のことをいう。
【００３９】
従来の技術において、シート体１００の外形は矩形状であり、シート体１００が無線ＩＣタグの通信改善を行うためには、少なくともシート体１００を構成する補助アンテナが、無線ＩＣタグの通信周波数に対して共振するための共振長さとなる部分を有している必要があった。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、外形が矩形状の場合は、共振長さＬは長手方向長さとなるため、搭載する無線ＩＣタグの通信周波数によって、自ずと補助アンテナの長手方向長さは決まってしまう。すなわち、従来の矩形状のシート体１００では、搭載する無線ＩＣタグの通信周波数によって、最小となる外形が決定され、それ以上に小さくしようとすると、共振長さが短くなり、無線ＩＣタグの通信距離が短くなったり、通信不可能となってしまう。
【００４１】
ところで、パッチアンテナの技術では、指向性の改善などを目的としてアンテナの外形状を円形とする構成が存在する。たとえば、無線ＩＣタグの通信改善のための補助アンテナとして、この円形の構成を適用すると、図２（ｂ）に示すように、円形の外周の半分の長さが共振長さＬとなる。
【００４２】
したがって、同じ通信周波数の無線ＩＣタグを搭載する、すなわち同じ共振長さＬを確保する必要がある場合、補助アンテナの外形を、矩形状から円形状にすることで、円形の場合の外形の最長長さは、共振長さＬの２倍の長さを円周とする円の直径となり、矩形状の場合の外形の最長長さである長手方向長さよりも短くなるので、小型化が可能となる。
【００４３】
さらに、本発明のシート体１０における補助アンテナ３に切欠きＳを設けた場合は、図２（ｃ）に示すように、補助アンテナ３の共振長さＬは、補助アンテナ３の外形を円形とみなしたときの外周の半分の長さよりもさらに長くなる。
【００４４】
したがって、切欠きの無い円形の補助アンテナと、切欠きを設けた本発明の補助アンテナ３とを比較した場合、本発明の補助アンテナ３は、より短い直径の円形状で共振長さＬを確保することができるため、切欠きＳの無い円形の補助アンテナを用いたシート体２００よりも、本発明のシート体１０は、さらに小型化が可能となる。
【００４５】
図３Ａ〜図３Ｃは、補助アンテナおよび裏面導体層における電流分布のシミュレーション結果を示す図である。図において、明度の高い（白い）部分が、明度の低い（黒い）部分よりも電流密度が高いことを示している。
【００４６】
図３Ａ（ａ）は矩形状のパッチアンテナの接地層に対向する側の面における電流分布を示し、図３Ａ（ｂ）は円形状のパッチアンテナの接地層に対向する側の面における電流分布を示している。図３Ａ（ａ）に示すシミュレーション結果によると、矩形状パッチアンテナの互いに平行な長辺に電流分布が集中していることがわかる。したがって、矩形状のパッチアンテナの場合、電流の分布が少なく、電荷が貯まっている短辺が、通信電波の放射源となり、共振長さは長辺の長さとなる。
【００４７】
図３Ａ（ｂ）に示すシミュレーション結果によると、円形状パッチアンテナの円周の半分の部分にそれぞれ電流密度が集中していることがわかる。したがって、円形状のパッチアンテナの場合、共振長さは円周の半分の長さとなる。
【００４８】
図３Ｂ（ｃ）は切欠きを有する矩形状の補助アンテナの裏面導体層に対向する側の面における電流分布を示し、図３Ｂ（ｄ）は矩形状の裏面導体層の補助アンテナに対向する側の面における電流分布を示している。
【００４９】
図３Ｂ（ｃ）および図３Ｂ（ｄ）に示すシミュレーション結果によると、矩形状補助アンテナでは、切欠きが設けられた長辺とは反対側の長辺に電流分布が集中していることがわかる。したがって、矩形状の補助アンテナの場合、共振長さは矩形状パッチアンテナと同じで長辺の長さとなる。したがって、外形が矩形状である場合は、切欠きを設けたとしても小型化することはできないことがわかる。
【００５０】
図３Ｃ（ｅ）および図３Ｃ（ｆ）は、本発明の情報記憶媒体１における補助アンテナ３および裏面導体層５それぞれの電流分布を示している。図３Ｃ（ｅ）は切欠きを有する円形状の補助アンテナ３の裏面導体層５に対向する側の面における電流分布を示し、図３Ｃ（ｆ）は円形状の裏面導体層５の補助アンテナ３に対向する側の面における電流分布を示している。
【００５１】
図３Ｃ（ｅ）および図３Ｃ（ｆ）に示すシミュレーション結果によると、円形状の補助アンテナ３では、切欠きが設けられた側とは反対側の円周に電流分布が集中していることがわかる。さらに、円形状の補助アンテナ３の電流密度の分布は、図３Ａ（ｂ）に示した円形状パッチアンテナの分布とは明らかに異なっており、電流密度の集中する部分が、円周の半分を越えてさらに切欠きＳの近傍にまで至っている。
【００５２】
図４は、裏面導体層５における電荷分布のシミュレーション結果を示す図である。図４は、図３Ｃ（ｆ）と同様に、円形状の裏面導体層５の補助アンテナ３に対向する側の面における電荷分布を示している。図において、明度の高い（白い）部分が、明度の低い（黒い）部分よりも電荷密度が高いことを示している。シミュレーション結果から、補助アンテナ３の放射源は、切欠きＳの近傍であって、切欠きＳが設けられた側に位置することがわかる。
【００５３】
切欠きを有する円形状の補助アンテナ３においては、この電流密度の高い部分が共振長さとなるため、外形である円形の直径は、円形パッチアンテナよりも短くなる。このように、電流分布のシミュレーション結果によっても本発明の小型化の機構が明らかとなった。
【００５４】
以上のことから、補助アンテナ３の外形を円形とすることで、小型化が可能となり、無線ＩＣタグ２０を搭載した情報記憶媒体１として、貼り付ける対象の物品形状に合わせて、真円や楕円形状に変形することも可能となった。
【００５５】
たとえば、高圧容器であるガスボンベの管理を行う場合に、従来であればボンベの肩部分にＩＣタグを貼り付ける場合が多い。しかしながら、容量が小さな小型のボンベでは、肩部分の曲率半径が小さく、ＩＣタグを貼り付けるのが困難であり、さらにボンベが密集して保管されている場合には、ボンベに貼り付けられたＩＣタグをリーダによって読み取ることも困難となる。
【００５６】
特に小型のボンベに適用する場合に、情報記憶媒体１の外形を円形とすることで、ボンベのバルブ開閉用のハンドルに貼り付けることが可能となる。従来の矩形状のシート体を用いた情報記憶媒体では小型化できないために、ハンドルからはみ出してしまうので、ハンドルには貼り付けることができない。本発明の情報記憶媒体１は、小型化され、さらに外形が円形であるので、ハンドルに貼り付けることができる。バルブ開閉用のハンドルは、ボンベの頂部に装着されるので、ハンドルに情報記憶媒体を貼り付けることによって、リーダが無線ＩＣタグ２０を容易に読み取ることができる。本発明の情報記憶媒体は、上記のボンベに限らず、配管バルブ、キャップ、容器の栓、容器の蓋、試薬瓶の蓋、試験管、ワッペンなど情報記憶媒体の貼り付け面が比較的小さく、円形または正六角形などの正多角形である物品を管理するために好適に用いられる。また、これらの物品は、たとえば工場、病院、学校、住宅および店舗など使用環境を問わず、本発明の情報記憶媒体を用いることによって好適に管理される。
【００５７】
なお、上記の説明では、補助アンテナ３などの外形が、真円および楕円を含む円形としたが、正五角形以上の正多角形であっても、同じように小型化が可能となる。電流密度の分布は、正多角形であれば、円形と同様の分布となるので、小型化を達成することができる。
【００５８】
また、補助アンテナ３の設けられる切欠きＳの形状は、本実施形態では、直線形状としたがこれに限らず種々の形状とすることができる。図５は、切欠きＳの形状の例を示す図である。
【００５９】
切欠きＳの形状は、たとえば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、切欠きＳの延びる方向に、その幅が大小に変化するような形状であってもよい。また、図５（ｃ）に示すような波型であってもよく、図５（ｄ）に示すようなジグザグ型であってもよい。さらに、図５（ｅ）に示すような中央にさらに直交する切欠きを組合わせたＴ字型であってもよく、図５（ｆ）に示すような周縁部が凹凸を繰り返すような形状であってもよい。またさらに、周縁部がフラクタル形状であってもよい。
【００６０】
以下では、シート体１０についてさらに説明する。
本発明のシート体１０は、補助アンテナ３に切欠きＳを設けることで、少なくとも通信改善機能を発揮する。通信改善機能は、配置面２ａに配置された無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１と、補助アンテナ３とが、この切欠きＳを介して電磁的に結合し、補助アンテナ３が共振アンテナとして機能することにより発揮される。
【００６１】
補助アンテナ３に切欠きＳを設けることで、無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１の共振動作に応じて切欠きＳに、電界が発生するため、これを介することでループアンテナ２１およびＩＣチップ２２と補助アンテナ３間の電磁的結合が活性化することになる。さらに、切欠きＳは補助アンテナ３の電気抵抗を上昇させるので、無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１に対応して補助アンテナ３に発生する誘導電流を抑えることが可能となる。
【００６２】
切欠きＳを介することで補助アンテナ３は、無線ＩＣタグ２０と電気的に接続しなくとも電磁エネルギを受け渡す機能を有することやＩＣチップ２２への情報とＩＣチップ２２からの情報の伝搬経路もその内部で重畳化することにより、従来の遠方とのアンテナ動作に加え近傍での無線ＩＣタグ２０との電磁エネルギの受け渡しという動作メカニズムにも対応している。
【００６３】
このように、情報記憶媒体１は、シート体１０と無線ＩＣタグ２０とを互いに貼り合わせるだけで無線ＩＣタグ２０の通信改善を行うことが可能となる。市販の無線ＩＣタグはそれぞれの設計により、チップインピーダンスの値が異なっている。このインピーダンスは静置の場合と動作時の場合でも異なるし、また動作条件でも受信するエネルギ量に依存して変化する。これら不安定で、変動しやすいインピーダンスを持つ無線ＩＣタグに、シート体１０を後から貼り付けるだけでインピーダンス整合および改善を実現できるところが本発明のシート体１０の特徴である。
【００６４】
第１のスペーサ２および第２のスペーサ４は、それぞれ無線ＩＣタグ２０と補助アンテナ３とを絶縁し、補助アンテナ３と裏面導体層５とを絶縁するとともに、誘電体層として波長短縮効果を与えることで、補助アンテナ３の共振周波数を調整する。補助アンテナ３と裏面導体層５との間には電界＝０となる部分が形成される場合があり、その場合は電界＝０の部分にビアを設けるなど補助アンテナ３と裏面導体層５とを導通させても動作は可能である。
【００６５】
第１のスペーサ２および第２のスペーサ４は、無線ＩＣタグ２０と補助アンテナ３、および補助アンテナ３と裏面導体層５の間隔など位置関係を保つことができればよく、用いる材料としては、電磁エネルギの損失の低い、すなわち通信周波数帯域で誘電正接ｔａｎδ（ε”／ε’）または磁性正接ｔａｎδ（μ”／μ’）の低い材料を用いることが好ましい。たとえば、単に間隔を空けた空気層などであってもよいが、一般には下記に例示するような有機材料を用いることが好ましい。
【００６６】
有機材料としては、たとえばゴム、熱可塑性エラストマー、各種プラスチック、木材、紙材、などの高分子有機材料等を用いることができる。またそれらの多孔質体も用いることができる。前記ゴムとしては、天然ゴムのほか、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、エチレン−酢酸ビニル系ゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレンアクリル系ゴム、エピクロロヒドリンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）などの合成ゴム単独、それらの誘導体、もしくはこれらを各種変性処理にて改質したものなどが挙げられる。これらのゴムは、単独で使用するほか、複数をブレンドして用いることができる。
【００６７】
熱可塑性エラストマーとしては、たとえば塩素化ポリエチレンのような塩素系、エチレン系共重合体、アクリル系、エチレンアクリル共重合体系、ウレタン系、エステル系、シリコーン系、スチレン系、アミド系、オレフィン系などの各種熱可塑性エラストマーおよびそれらの誘導体が挙げられる。
【００６８】
さらに、各種プラスチックとしては、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエステル、不飽和ポリエステル、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニルおよびポリ塩化ビニリデン等の塩素系樹脂；フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂などの熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂およびこれらの誘導体、さらには共重合体やリサイクル樹脂等が挙げられる。
【００６９】
以上の材料をそのままか、複合化、変性化して用いることができる。たとえば、カーボン、黒鉛、グラファイト、酸化チタン、炭素繊維、カーボンチューブ、黒鉛繊維等のフィラーを複合化して誘電率を上げることで波長短縮効果によりシート体１０の小型化が実現する。また補強材を充填した強化樹脂を用いてもよいし、無線ＩＣタグや補助アンテナの構成材料、たとえば基材、粘着材、接着剤、被覆材などをスペーサ材としてもよい。
【００７０】
たとえば、ＥＰＤＭゴムに酸化チタンをフィラーとして混合し、可塑剤、充填材および老化防止剤などの添加物を添加することで、高誘電率材料であって、さらに柔軟性を有するスペーサ材が実現できる。
【００７１】
可塑剤としては、パラフィン系オイル、アロマ系オイル、ナフテン系オイル、アジピン酸系ポリエステル、トリメット酸系エステル、ジペンタエリスリトールまたはピロメリット酸エステル、アジピン酸、フタル酸エステル、ポリエーテルエステル系などの１種または２種以上を用いることができる。充填剤としては、コロイド炭酸カルシウム、炭酸カルシウム、タルクなどの１種または２種以上を用いることができる。老化防止剤としては、ワックス、モノフェノール系、ビスフェノール系、ポリフェノール系、ベンズイミダゾール系、チオウレア系、アミン-ケトン系、アミン系などの１種または２種以上を用いることができる。
【００７２】
また、第１のスペーサ２と第２のスペーサ４とは、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。異なる材料である場合、たとえば、第１のスペーサ２としてＰＥＴフィルムを用い、第２のスペーサ４として軟質ポリエチレンを用いてもよい。
【００７３】
これにより、情報記憶媒体１として、貼り付けようとする部材の表面形状に十分に追従することができる柔軟性を付与することができる。
【００７４】
第１のスペーサ２および第２のスペーサ４を構成する誘電体材料は、たとえば密度が１．０ｇ／ｃｍ３未満の低密度材料であることが好ましい。
【００７５】
このような低密度の誘電体材料としては、多孔質有機材料、多孔質無機材料から選ばれる１または複数の材料を使用する。発泡しない材料を用いてもよいし、発泡しない材料と発泡材料を組み合わせてもよい。以上の他、スペーサの材料としてはダンボールなどの紙材、木材、ガラス、ガラス繊維、土系材料なども使用可能である。
【００７６】
発泡方法として手段は問わないが、発泡剤添加、または熱膨張性微粒子添加等に分類される。発泡剤は有機系発泡剤と無機系発泡剤がある。
【００７７】
有機系発泡剤としては、たとえばジニトロソペンタメチレンテトラミン(ＤＰＴ)、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ｐ，ｐ’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）、ヒドラジドジカルボンアミド（ＨＤＣＡ）等が添加されるが、それに限られたものではない。
【００７８】
無機系発泡剤としては、炭酸水素ナトリウムなどが添加されるがそれに限られたものではなく、材料に応じて適宜選択して添加してもよい。
【００７９】
また熱膨張性微粒子としては、マイクロカプセル化した熱膨張性微粒子小球などが添加される。さらにガラスビーズ、ガラス中空体などの無機および有機材料から成る中空材料を添加するものでもよい。
【００８０】
発泡倍率も特に限定されるものではないが、強度が保持され、かつ軽量化ができるような形態にする必要がある。これらから好ましくは、発泡倍率は２〜３０倍程度が好ましい。発泡構造についても特に限定されるものではない。
【００８１】
木材として、合板、ラワン材、パーチクルボード、ＭＤＦ等の木質材料でありその材料に本質的な制限を受けるものではなく、複数の材料を組み合わせて用いることもできる。
【００８２】
多孔質無機材料として、各種セラミック材料、石膏ボード、コンクリート、発泡ガラス、軽石、アスファルト、土材などが挙げられるが、それに限られるものではない。
【００８３】
また無線ＩＣタグ２０の基材や各層を貼り合わせるための粘着材層をスペーサの材料とすることも可能である。粘着材層は全面でなく、部分的に設けられていてもよい。第１のスペーサ２の機能としては、無線ＩＣタグ２０と補助アンテナ３とが電気的に導通しなければ十分であるので、空気層すなわち無線ＩＣタグ２０と補助アンテナ３との間に空間が設けられていてもよい。
【００８４】
第１のスペーサ２および第２のスペーサ４は、受信した電波エネルギをできる限り損失無く送信エネルギに変える必要があるため、できる限りエネルギ損失が少ない材料を選定する必要がある。そのためには無線ＩＣタグ２０が無線通信に利用する電磁波の周波数において誘電正接ｔａｎδ（ε”／ε’）が０．５以下であることが好ましく、より好ましくは０．２以下である。
【００８５】
スペーサ材としては高誘電率、柔軟性および低誘電正接ｔａｎδ（ε”／ε’）を兼ねているのが好ましいが、より重要なのは通信周波数帯域（ＵＨＦ帯等）で低い誘電正接ｔａｎδを示すことである。
【００８６】
さらに複素比誘電率の実部ε’が高ければシート寸法の薄型化、小型化が可能となり得るため、ε’としては１〜５０であることが好ましい。ただし、様々なパラメーターによりシートは構成されるため上記数値に限ったものではない。
【００８７】
補助アンテナ３および裏面導体層５は、導電性を有する導電性材料から構成される。補助アンテナ３および裏面導体層５を構成する導電性材料としては、金、白金、銀、ニッケル、クロム、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、タングステン、鉄などの金属であってもよく、樹脂に上記金属の粉末、導電性カーボン系材料の混入された樹脂混合物、あるいは導電性樹脂のフィルム等であってもよい。上記金属等を、箔状、板状、シート状、フィルム状等に加工されたものであってもよい。あるいはまた合成樹脂性フィルム上に、膜厚たとえば６００Åの金属薄層が形成された構成を有してもよい。金属箔をフィルムもしくはクロスなどの基材に転写したものでもよい。また、導電インク（たとえば抵抗率１０Ω／ｓｑ．以下）を第１のスペーサ２、第２のスペーサ４に塗布してもよい。
【００８８】
補助アンテナ３は、機械的、化学的加工を用いて孔または切り欠きとなる所定の部分を除去すればよい。また、予め切り欠きが設けられた形状となるように、ＰＥＴフィルムなどの誘電体層に直接印刷、蒸着、塗工することも可能である。
【００８９】
切欠きＳは、補助アンテナ３に設けるものであるが、第１のスペーサ２と補助アンテナ３のそれぞれに、補助アンテナ３に設けた切欠きＳと同様の切欠きＳを形成してもよく、第１のスペーサ２に予め補助アンテナ３を積層しておき、両者に同時の孔または切り欠きを形成してもよい。
【００９０】
本来、無線ＩＣタグ２０は、導電性材料からなる金属部材などの近傍では無線通信が妨害されて通信距離が短くなってしまうが、シート体１０を用いることで通信距離が改善される。
【００９１】
（実施例）
情報記憶媒体１についてシミュレーションを行い、放射特性について検討した。実施例として以下のような条件でモデル化し、シミュレーションを行った。
【００９２】
シート体１０は、外形が直径４４ｍｍの真円形状とした。第１のスペーサ２は、厚み８０μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム（比誘電率が３、誘電正接が０．０１）を想定した。補助アンテナ３は、厚み０．０２ｍｍのアルミニウム箔層を想定し、切欠きＳは、長さＬが２６ｍｍ、幅Ｗが１０ｍｍの直線状とした。第２のスペーサ４は、厚み３ｍｍの誘電体（比誘電率が６、誘電正接が０．０１）を想定し、裏面導体層５は、厚み０．０２ｍｍのアルミニウム箔層を想定した。
【００９３】
また比較例として、矩形状のシート体についてモデル化し、シミュレーションを行った。シート体１０は、外形が縦２６ｍｍ、横５０ｍｍの矩形状とした。第１のスペーサ、補助アンテナおよび第２のスペーサについて、外形以外は実施例と同様とした。また、切欠きは、矩形状の補助アンテナの中央に長さ１６ｍｍ、幅６ｍｍの直線状とした。
これらの実施例および比較例について、絶対利得の周波数特性の結果を表１に示す。
【００９４】
【表１】
【００９５】
ここで、絶対利得Ｇａ［ｄＢｉ］は、無線ＩＣタグのアンテナから自由空間への放射における利得を示すものである。また、表１に示した各周波数は、実際に使用される無線ＩＣタグの通信周波数を想定した周波数である。
【００９６】
表１に示す結果からわかるように、実施例と比較例とでは、絶対利得Ｇａにほとんど差が見られず、本発明のような円形に切欠きを設けた補助アンテナ３を用いた場合であっても、十分に通信改善機能を発揮していることがわかる。
【００９７】
また、モデルによれば、実施例のシート体では最長長さが円形の直径である４４ｍｍであり、比較例のシート体では最長長さが矩形の長辺である５０ｍｍであり、実施例は、比較例と同等の通信改善機能を保持しながら小型化が可能となることがわかった。
【符号の説明】
【００９８】
１ 情報記憶媒体
２ 第１のスペーサ
３ 補助アンテナ
４ 第２のスペーサ
５ 裏面導体層
Ｓ 切欠き
１０ 無線通信改善シート体
２０ 無線ＩＣタグ
２１ アンテナ
２２ ＩＣチップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＩＣタグを用いた情報記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信の分野のみならず、物流管理などの分野でも無線通信技術が応用され、無線通信用のＩＣタグ（以下では単に「無線ＩＣタグ」という。）は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術の一翼を担う製品として広く知られている。
【０００３】
無線ＩＣタグは、自ら電源を持たないパッシブタイプと電源を持つアクティブタイプとがある。低価格で汎用性を有するパッシブタイプは、リーダからの電波を受信し、このエネルギを利用してＩＣ回路を起動し、無線通信が可能となる。
【０００４】
無線ＩＣタグは、識別番号などのデータを記憶するＩＣチップと、電波を送受信するためのアンテナとからなり、可撓性を有し、薄型、軽量で無線通信が実現できることが大きな利点となっている。ＩＣチップにはメモリ領域を設けているため、ここに格納される情報を用いて情報管理が可能となる。
【０００５】
薄型、軽量の利点を生かして、無線ＩＣタグを、物流管理や安価な情報記憶媒体として使用することができるが、その用途が多岐にわたることから、様々な使用環境に置かれることになる。
【０００６】
たとえば、金属材料に無線ＩＣタグを貼り付けて使用しようとすると、アンテナの通信特性が劣化し、通信可能距離が短くなってしまう。金属材料に貼り付けて使用する場合には、特許文献１に開示されているような無線通信改善シート体を用いればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３４７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
物流管理や在庫管理のために無線ＩＣタグを使用する場合、管理の対象となる物品が金属材料であれば、特許文献１記載の無線通信改善シート体を用いることで通信可能となるが、対象の物品には種々の形状、大きさがあり、特許文献１記載のような矩形状の無線通信改善シート体では、十分に対応することができない。
【０００９】
通信周波数は、使用する無線ＩＣタグによって決まるので、無線通信改善シート体に必要な共振長さも自ずと決まってしまい、容易に無線通信改善シート体を変形、小型化することはできない。
【００１０】
本発明の目的は、無線ＩＣタグを用いて無線通信を行うことが可能で、さらに変形、小型が可能な情報記憶媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アンテナ、および該アンテナに接続され、識別情報が記憶される集積回路素子からなる無線ＩＣタグと、
誘電材料からなり、前記無線ＩＣタグが配置される第１のスペーサと、
外形が円形または正五角形以上の正多角形であり、切欠きが設けられた金属層からなる補助アンテナと、
誘電材料からなり、前記補助アンテナと同一の外形を有する第２のスペーサとを含み、無線ＩＣタグ、第１スペーサ、補助アンテナおよび第２のスペーサがこの順に積層されてなることを特徴とする情報記憶媒体である。
【００１２】
また本発明は、前記補助アンテナの放射源が、前記切欠きが設けられた側に位置することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記第２のスペーサの補助アンテナとは反対側に積層される、前記補助アンテナと同一の外形を有する金属層からなる裏面導体層をさらに含むことを特徴とする。
また本発明は、前記アンテナは、ループアンテナを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、補助アンテナを、外形が円形または正五角形以上の正多角形とし、切欠きが設けられた金属層で構成する。
【００１５】
切欠きを設けることで、補助アンテナの電流分布を円形パッチアンテナとは異ならせ、外形小さくとも同じ共振長さを確保することができるので、情報記憶媒体として小型化が可能となり、さらに、円形や正多角形など種々の形状に変形することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態である情報記憶媒体１の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の小型化作用について説明するための模式図である。
【図３Ａ】補助アンテナおよび裏面導体層における電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｂ】補助アンテナおよび裏面導体層における電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｃ】補助アンテナおよび裏面導体層における電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】裏面導体層５における電荷分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】切欠きＳの形状の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態である情報記憶媒体１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は、情報記憶媒体１の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の切断面線Ａ−Ａ´における情報記憶媒体１の断面図である。情報記憶媒体１は、無線通信改善シート体（以下では単に「シート体」という）１０と無線ＩＣタグ２０とからなる。なお、図１（ａ）では理解を容易にするために、無線ＩＣタグ２０について、斜線（ハッチング）を施して示した。
【００１８】
シート体１０は、第１のスペーサ２、補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５からなる。
【００１９】
無線ＩＣタグ２０は、無線電波を送受信するためのアンテナ２１と、アンテナ２１に接続され識別情報が記憶される集積回路素子（以下では「ＩＣチップ」という）２２とを有する。図１に示す実施形態では、アンテナ２１は、ループアンテナ（以下では「ループアンテナ２１」という）からなるものであるが、これに限らずパターンアンテナなどをさらに有するものであってもよい。
【００２０】
第１のスペーサ２は、無線ＩＣタグ２０を結線しないで配置する配置面２ａを有し、無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１と補助アンテナ３との間を絶縁する誘電体層で構成される。
【００２１】
補助アンテナ３は、第１のスペーサ２の配置面２ａとは反対側の面に設けられる金属薄層からなり、無線ＩＣタグ２０の通信周波数で共振することで、無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１と電磁的に結合し、しかもそれ自身が共振アンテナとして機能する。
【００２２】
第２のスペーサ４は、補助アンテナ３を挟んで第１のスペーサ２とは反対側に設けられ、補助アンテナ３と裏面導体層５との間を絶縁する誘電体層で構成される。
【００２３】
裏面導体層５は、金属薄層からなり、第２のスペーサ４を挟んで補助アンテナ３とは反対側に設けられる。
【００２４】
補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５は、それぞれ同一の外形寸法を有し、この順に積層される。
【００２５】
補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５を積層方向から見たときの平面形状は、外形が円形または正五角形以上の正多角形である。後述のように補助アンテナ３には、切欠きＳが設けられるが、輪郭の概形は第２のスペーサ４および裏面導体層５と同一である。また、シート体１０の総厚みは、たとえば、０．５〜１５ｍｍである。
【００２６】
第１のスペーサ２は、補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５と同一の外形を有するものであってもよいが、少なくとも補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５よりも小さい外形を有するものであれば特に限定されるものではない。
【００２７】
第１のスペーサ２は、たとえば、無線ＩＣタグ２０の基材である樹脂フィルムで構成されていてもよく、基材である第１のスペーサ２の表面にループアンテナ２１およびＩＣチップ２２が一体的に形成されてもよい。
【００２８】
本発明では、補助アンテナ３、第２のスペーサ４および裏面導体層５（以下では「補助アンテナ３など」という場合がある）の平面形状に特徴があり、円形または正五角形以上の正多角形とすることで、小型化および変形が容易に可能となる。
【００２９】
本発明において、円形とは、真円および楕円を含み、正五角形以上の正多角形とは、正三角形および正方形を除く正多角形である。正五角形以上の正多角形としては、たとえば、正六角形、正八角形、正十二角形などが特に好適に用いられる。
【００３０】
さらなる特徴として、補助アンテナ３には、切欠き（スリット）Ｓが設けられる。この切欠きにより、さらなる小型化が可能となっている。切欠きＳは、その長手方向が、補助アンテナ３の外形の図心から外方に向かう方向に略平行となるように設けられる。本実施形態のような、補助アンテナ３などの外形が真円の場合は、長手方向が半径方向に平行となるように設けられる。
【００３１】
また、無線ＩＣタグ２０は、ループアンテナ２１が切欠きＳを跨ぐような位置であって、ＩＣチップ２２が切欠きＳの上方に位置するように設けることが好ましい。
【００３２】
切欠きＳは、図１（ｂ）の断面図に示すように、補助アンテナ３を積層方向に貫通する。本実施形態のように補助アンテナ３の外形が真円の場合は、寸法の一例として、直径が１０〜１００ｍｍであり、切欠きＳの長さが、直径に対して４０〜９８％となる長さとすればよい。
【００３３】
切欠きＳの幅は、特に限定されるものではなく、たとえば、ＩＣチップ２２よりも大きければよい。
【００３４】
無線ＩＣタグ２０は、図１（ａ）に示すように、略矩形状のループアンテナ２１を有し、ＩＣチップ２２は、ループアンテナ２１に接続されている。本実施形態では、ループアンテナ２１の長手方向と切欠きＳの延びる方向とが直交するように、無線ＩＣタグ２０を、第１のスペーサ２の配置面２ａに配置している。
【００３５】
なお、本実施形態では、無線ＩＣタグ２０の全体形状およびループアンテナ２１の形状を略矩形状としたが、これに限らず円形状、楕円形状であってもよい。
【００３６】
さらに、ループアンテナ２１の、配置位置については、シート体１０の積層方向から見たときに、ＩＣチップ２２が切欠きＳ内に位置するように設けることが好ましい。
【００３７】
無線ＩＣタグ２０については、市販品を使用することが可能であり、通信周波数帯域も限定されるものではないが、特に通信周波数帯域がＵＨＦ帯の無線ＩＣタグ２０が、長距離通信可能であることから好ましい。
【００３８】
ここで、本発明の小型化が可能となった機構について説明する。図２は、本発明の小型化作用について説明するための模式図である。なお、本発明における小型化とは、外形のうち最長となる長さが、短くなった場合のことをいう。
【００３９】
従来の技術において、シート体１００の外形は矩形状であり、シート体１００が無線ＩＣタグの通信改善を行うためには、少なくともシート体１００を構成する補助アンテナが、無線ＩＣタグの通信周波数に対して共振するための共振長さとなる部分を有している必要があった。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、外形が矩形状の場合は、共振長さＬは長手方向長さとなるため、搭載する無線ＩＣタグの通信周波数によって、自ずと補助アンテナの長手方向長さは決まってしまう。すなわち、従来の矩形状のシート体１００では、搭載する無線ＩＣタグの通信周波数によって、最小となる外形が決定され、それ以上に小さくしようとすると、共振長さが短くなり、無線ＩＣタグの通信距離が短くなったり、通信不可能となってしまう。
【００４１】
ところで、パッチアンテナの技術では、指向性の改善などを目的としてアンテナの外形状を円形とする構成が存在する。たとえば、無線ＩＣタグの通信改善のための補助アンテナとして、この円形の構成を適用すると、図２（ｂ）に示すように、円形の外周の半分の長さが共振長さＬとなる。
【００４２】
したがって、同じ通信周波数の無線ＩＣタグを搭載する、すなわち同じ共振長さＬを確保する必要がある場合、補助アンテナの外形を、矩形状から円形状にすることで、円形の場合の外形の最長長さは、共振長さＬの２倍の長さを円周とする円の直径となり、矩形状の場合の外形の最長長さである長手方向長さよりも短くなるので、小型化が可能となる。
【００４３】
さらに、本発明のシート体１０における補助アンテナ３に切欠きＳを設けた場合は、図２（ｃ）に示すように、補助アンテナ３の共振長さＬは、補助アンテナ３の外形を円形とみなしたときの外周の半分の長さよりもさらに長くなる。
【００４４】
したがって、切欠きの無い円形の補助アンテナと、切欠きを設けた本発明の補助アンテナ３とを比較した場合、本発明の補助アンテナ３は、より短い直径の円形状で共振長さＬを確保することができるため、切欠きＳの無い円形の補助アンテナを用いたシート体２００よりも、本発明のシート体１０は、さらに小型化が可能となる。
【００４５】
図３Ａ〜図３Ｃは、補助アンテナおよび裏面導体層における電流分布のシミュレーション結果を示す図である。図において、明度の高い（白い）部分が、明度の低い（黒い）部分よりも電流密度が高いことを示している。
【００４６】
図３Ａ（ａ）は矩形状のパッチアンテナの接地層に対向する側の面における電流分布を示し、図３Ａ（ｂ）は円形状のパッチアンテナの接地層に対向する側の面における電流分布を示している。図３Ａ（ａ）に示すシミュレーション結果によると、矩形状パッチアンテナの互いに平行な長辺に電流分布が集中していることがわかる。したがって、矩形状のパッチアンテナの場合、電流の分布が少なく、電荷が貯まっている短辺が、通信電波の放射源となり、共振長さは長辺の長さとなる。
【００４７】
図３Ａ（ｂ）に示すシミュレーション結果によると、円形状パッチアンテナの円周の半分の部分にそれぞれ電流密度が集中していることがわかる。したがって、円形状のパッチアンテナの場合、共振長さは円周の半分の長さとなる。
【００４８】
図３Ｂ（ｃ）は切欠きを有する矩形状の補助アンテナの裏面導体層に対向する側の面における電流分布を示し、図３Ｂ（ｄ）は矩形状の裏面導体層の補助アンテナに対向する側の面における電流分布を示している。
【００４９】
図３Ｂ（ｃ）および図３Ｂ（ｄ）に示すシミュレーション結果によると、矩形状補助アンテナでは、切欠きが設けられた長辺とは反対側の長辺に電流分布が集中していることがわかる。したがって、矩形状の補助アンテナの場合、共振長さは矩形状パッチアンテナと同じで長辺の長さとなる。したがって、外形が矩形状である場合は、切欠きを設けたとしても小型化することはできないことがわかる。
【００５０】
図３Ｃ（ｅ）および図３Ｃ（ｆ）は、本発明の情報記憶媒体１における補助アンテナ３および裏面導体層５それぞれの電流分布を示している。図３Ｃ（ｅ）は切欠きを有する円形状の補助アンテナ３の裏面導体層５に対向する側の面における電流分布を示し、図３Ｃ（ｆ）は円形状の裏面導体層５の補助アンテナ３に対向する側の面における電流分布を示している。
【００５１】
図３Ｃ（ｅ）および図３Ｃ（ｆ）に示すシミュレーション結果によると、円形状の補助アンテナ３では、切欠きが設けられた側とは反対側の円周に電流分布が集中していることがわかる。さらに、円形状の補助アンテナ３の電流密度の分布は、図３Ａ（ｂ）に示した円形状パッチアンテナの分布とは明らかに異なっており、電流密度の集中する部分が、円周の半分を越えてさらに切欠きＳの近傍にまで至っている。
【００５２】
図４は、裏面導体層５における電荷分布のシミュレーション結果を示す図である。図４は、図３Ｃ（ｆ）と同様に、円形状の裏面導体層５の補助アンテナ３に対向する側の面における電荷分布を示している。図において、明度の高い（白い）部分が、明度の低い（黒い）部分よりも電荷密度が高いことを示している。シミュレーション結果から、補助アンテナ３の放射源は、切欠きＳの近傍であって、切欠きＳが設けられた側に位置することがわかる。
【００５３】
切欠きを有する円形状の補助アンテナ３においては、この電流密度の高い部分が共振長さとなるため、外形である円形の直径は、円形パッチアンテナよりも短くなる。このように、電流分布のシミュレーション結果によっても本発明の小型化の機構が明らかとなった。
【００５４】
以上のことから、補助アンテナ３の外形を円形とすることで、小型化が可能となり、無線ＩＣタグ２０を搭載した情報記憶媒体１として、貼り付ける対象の物品形状に合わせて、真円や楕円形状に変形することも可能となった。
【００５５】
たとえば、高圧容器であるガスボンベの管理を行う場合に、従来であればボンベの肩部分にＩＣタグを貼り付ける場合が多い。しかしながら、容量が小さな小型のボンベでは、肩部分の曲率半径が小さく、ＩＣタグを貼り付けるのが困難であり、さらにボンベが密集して保管されている場合には、ボンベに貼り付けられたＩＣタグをリーダによって読み取ることも困難となる。
【００５６】
特に小型のボンベに適用する場合に、情報記憶媒体１の外形を円形とすることで、ボンベのバルブ開閉用のハンドルに貼り付けることが可能となる。従来の矩形状のシート体を用いた情報記憶媒体では小型化できないために、ハンドルからはみ出してしまうので、ハンドルには貼り付けることができない。本発明の情報記憶媒体１は、小型化され、さらに外形が円形であるので、ハンドルに貼り付けることができる。バルブ開閉用のハンドルは、ボンベの頂部に装着されるので、ハンドルに情報記憶媒体を貼り付けることによって、リーダが無線ＩＣタグ２０を容易に読み取ることができる。本発明の情報記憶媒体は、上記のボンベに限らず、配管バルブ、キャップ、容器の栓、容器の蓋、試薬瓶の蓋、試験管、ワッペンなど情報記憶媒体の貼り付け面が比較的小さく、円形または正六角形などの正多角形である物品を管理するために好適に用いられる。また、これらの物品は、たとえば工場、病院、学校、住宅および店舗など使用環境を問わず、本発明の情報記憶媒体を用いることによって好適に管理される。
【００５７】
なお、上記の説明では、補助アンテナ３などの外形が、真円および楕円を含む円形としたが、正五角形以上の正多角形であっても、同じように小型化が可能となる。電流密度の分布は、正多角形であれば、円形と同様の分布となるので、小型化を達成することができる。
【００５８】
また、補助アンテナ３の設けられる切欠きＳの形状は、本実施形態では、直線形状としたがこれに限らず種々の形状とすることができる。図５は、切欠きＳの形状の例を示す図である。
【００５９】
切欠きＳの形状は、たとえば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、切欠きＳの延びる方向に、その幅が大小に変化するような形状であってもよい。また、図５（ｃ）に示すような波型であってもよく、図５（ｄ）に示すようなジグザグ型であってもよい。さらに、図５（ｅ）に示すような中央にさらに直交する切欠きを組合わせたＴ字型であってもよく、図５（ｆ）に示すような周縁部が凹凸を繰り返すような形状であってもよい。またさらに、周縁部がフラクタル形状であってもよい。
【００６０】
以下では、シート体１０についてさらに説明する。
本発明のシート体１０は、補助アンテナ３に切欠きＳを設けることで、少なくとも通信改善機能を発揮する。通信改善機能は、配置面２ａに配置された無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１と、補助アンテナ３とが、この切欠きＳを介して電磁的に結合し、補助アンテナ３が共振アンテナとして機能することにより発揮される。
【００６１】
補助アンテナ３に切欠きＳを設けることで、無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１の共振動作に応じて切欠きＳに、電界が発生するため、これを介することでループアンテナ２１およびＩＣチップ２２と補助アンテナ３間の電磁的結合が活性化することになる。さらに、切欠きＳは補助アンテナ３の電気抵抗を上昇させるので、無線ＩＣタグ２０のループアンテナ２１に対応して補助アンテナ３に発生する誘導電流を抑えることが可能となる。
【００６２】
切欠きＳを介することで補助アンテナ３は、無線ＩＣタグ２０と電気的に接続しなくとも電磁エネルギを受け渡す機能を有することやＩＣチップ２２への情報とＩＣチップ２２からの情報の伝搬経路もその内部で重畳化することにより、従来の遠方とのアンテナ動作に加え近傍での無線ＩＣタグ２０との電磁エネルギの受け渡しという動作メカニズムにも対応している。
【００６３】
このように、情報記憶媒体１は、シート体１０と無線ＩＣタグ２０とを互いに貼り合わせるだけで無線ＩＣタグ２０の通信改善を行うことが可能となる。市販の無線ＩＣタグはそれぞれの設計により、チップインピーダンスの値が異なっている。このインピーダンスは静置の場合と動作時の場合でも異なるし、また動作条件でも受信するエネルギ量に依存して変化する。これら不安定で、変動しやすいインピーダンスを持つ無線ＩＣタグに、シート体１０を後から貼り付けるだけでインピーダンス整合および改善を実現できるところが本発明のシート体１０の特徴である。
【００６４】
第１のスペーサ２および第２のスペーサ４は、それぞれ無線ＩＣタグ２０と補助アンテナ３とを絶縁し、補助アンテナ３と裏面導体層５とを絶縁するとともに、誘電体層として波長短縮効果を与えることで、補助アンテナ３の共振周波数を調整する。補助アンテナ３と裏面導体層５との間には電界＝０となる部分が形成される場合があり、その場合は電界＝０の部分にビアを設けるなど補助アンテナ３と裏面導体層５とを導通させても動作は可能である。
【００６５】
第１のスペーサ２および第２のスペーサ４は、無線ＩＣタグ２０と補助アンテナ３、および補助アンテナ３と裏面導体層５の間隔など位置関係を保つことができればよく、用いる材料としては、電磁エネルギの損失の低い、すなわち通信周波数帯域で誘電正接ｔａｎδ（ε”／ε’）または磁性正接ｔａｎδ（μ”／μ’）の低い材料を用いることが好ましい。たとえば、単に間隔を空けた空気層などであってもよいが、一般には下記に例示するような有機材料を用いることが好ましい。
【００６６】
有機材料としては、たとえばゴム、熱可塑性エラストマー、各種プラスチック、木材、紙材、などの高分子有機材料等を用いることができる。またそれらの多孔質体も用いることができる。前記ゴムとしては、天然ゴムのほか、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、エチレン−酢酸ビニル系ゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレンアクリル系ゴム、エピクロロヒドリンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）などの合成ゴム単独、それらの誘導体、もしくはこれらを各種変性処理にて改質したものなどが挙げられる。これらのゴムは、単独で使用するほか、複数をブレンドして用いることができる。
【００６７】
熱可塑性エラストマーとしては、たとえば塩素化ポリエチレンのような塩素系、エチレン系共重合体、アクリル系、エチレンアクリル共重合体系、ウレタン系、エステル系、シリコーン系、スチレン系、アミド系、オレフィン系などの各種熱可塑性エラストマーおよびそれらの誘導体が挙げられる。
【００６８】
さらに、各種プラスチックとしては、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエステル、不飽和ポリエステル、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニルおよびポリ塩化ビニリデン等の塩素系樹脂；フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂などの熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂およびこれらの誘導体、さらには共重合体やリサイクル樹脂等が挙げられる。
【００６９】
以上の材料をそのままか、複合化、変性化して用いることができる。たとえば、カーボン、黒鉛、グラファイト、酸化チタン、炭素繊維、カーボンチューブ、黒鉛繊維等のフィラーを複合化して誘電率を上げることで波長短縮効果によりシート体１０の小型化が実現する。また補強材を充填した強化樹脂を用いてもよいし、無線ＩＣタグや補助アンテナの構成材料、たとえば基材、粘着材、接着剤、被覆材などをスペーサ材としてもよい。
【００７０】
たとえば、ＥＰＤＭゴムに酸化チタンをフィラーとして混合し、可塑剤、充填材および老化防止剤などの添加物を添加することで、高誘電率材料であって、さらに柔軟性を有するスペーサ材が実現できる。
【００７１】
可塑剤としては、パラフィン系オイル、アロマ系オイル、ナフテン系オイル、アジピン酸系ポリエステル、トリメット酸系エステル、ジペンタエリスリトールまたはピロメリット酸エステル、アジピン酸、フタル酸エステル、ポリエーテルエステル系などの１種または２種以上を用いることができる。充填剤としては、コロイド炭酸カルシウム、炭酸カルシウム、タルクなどの１種または２種以上を用いることができる。老化防止剤としては、ワックス、モノフェノール系、ビスフェノール系、ポリフェノール系、ベンズイミダゾール系、チオウレア系、アミン-ケトン系、アミン系などの１種または２種以上を用いることができる。
【００７２】
また、第１のスペーサ２と第２のスペーサ４とは、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。異なる材料である場合、たとえば、第１のスペーサ２としてＰＥＴフィルムを用い、第２のスペーサ４として軟質ポリエチレンを用いてもよい。
【００７３】
これにより、情報記憶媒体１として、貼り付けようとする部材の表面形状に十分に追従することができる柔軟性を付与することができる。
【００７４】
第１のスペーサ２および第２のスペーサ４を構成する誘電体材料は、たとえば密度が１．０ｇ／ｃｍ３未満の低密度材料であることが好ましい。
【００７５】
このような低密度の誘電体材料としては、多孔質有機材料、多孔質無機材料から選ばれる１または複数の材料を使用する。発泡しない材料を用いてもよいし、発泡しない材料と発泡材料を組み合わせてもよい。以上の他、スペーサの材料としてはダンボールなどの紙材、木材、ガラス、ガラス繊維、土系材料なども使用可能である。
【００７６】
発泡方法として手段は問わないが、発泡剤添加、または熱膨張性微粒子添加等に分類される。発泡剤は有機系発泡剤と無機系発泡剤がある。
【００７７】
有機系発泡剤としては、たとえばジニトロソペンタメチレンテトラミン(ＤＰＴ)、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ｐ，ｐ’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）、ヒドラジドジカルボンアミド（ＨＤＣＡ）等が添加されるが、それに限られたものではない。
【００７８】
無機系発泡剤としては、炭酸水素ナトリウムなどが添加されるがそれに限られたものではなく、材料に応じて適宜選択して添加してもよい。
【００７９】
また熱膨張性微粒子としては、マイクロカプセル化した熱膨張性微粒子小球などが添加される。さらにガラスビーズ、ガラス中空体などの無機および有機材料から成る中空材料を添加するものでもよい。
【００８０】
発泡倍率も特に限定されるものではないが、強度が保持され、かつ軽量化ができるような形態にする必要がある。これらから好ましくは、発泡倍率は２〜３０倍程度が好ましい。発泡構造についても特に限定されるものではない。
【００８１】
木材として、合板、ラワン材、パーチクルボード、ＭＤＦ等の木質材料でありその材料に本質的な制限を受けるものではなく、複数の材料を組み合わせて用いることもできる。
【００８２】
多孔質無機材料として、各種セラミック材料、石膏ボード、コンクリート、発泡ガラス、軽石、アスファルト、土材などが挙げられるが、それに限られるものではない。
【００８３】
また無線ＩＣタグ２０の基材や各層を貼り合わせるための粘着材層をスペーサの材料とすることも可能である。粘着材層は全面でなく、部分的に設けられていてもよい。第１のスペーサ２の機能としては、無線ＩＣタグ２０と補助アンテナ３とが電気的に導通しなければ十分であるので、空気層すなわち無線ＩＣタグ２０と補助アンテナ３との間に空間が設けられていてもよい。
【００８４】
第１のスペーサ２および第２のスペーサ４は、受信した電波エネルギをできる限り損失無く送信エネルギに変える必要があるため、できる限りエネルギ損失が少ない材料を選定する必要がある。そのためには無線ＩＣタグ２０が無線通信に利用する電磁波の周波数において誘電正接ｔａｎδ（ε”／ε’）が０．５以下であることが好ましく、より好ましくは０．２以下である。
【００８５】
スペーサ材としては高誘電率、柔軟性および低誘電正接ｔａｎδ（ε”／ε’）を兼ねているのが好ましいが、より重要なのは通信周波数帯域（ＵＨＦ帯等）で低い誘電正接ｔａｎδを示すことである。
【００８６】
さらに複素比誘電率の実部ε’が高ければシート寸法の薄型化、小型化が可能となり得るため、ε’としては１〜５０であることが好ましい。ただし、様々なパラメーターによりシートは構成されるため上記数値に限ったものではない。
【００８７】
補助アンテナ３および裏面導体層５は、導電性を有する導電性材料から構成される。補助アンテナ３および裏面導体層５を構成する導電性材料としては、金、白金、銀、ニッケル、クロム、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、タングステン、鉄などの金属であってもよく、樹脂に上記金属の粉末、導電性カーボン系材料の混入された樹脂混合物、あるいは導電性樹脂のフィルム等であってもよい。上記金属等を、箔状、板状、シート状、フィルム状等に加工されたものであってもよい。あるいはまた合成樹脂性フィルム上に、膜厚たとえば６００Åの金属薄層が形成された構成を有してもよい。金属箔をフィルムもしくはクロスなどの基材に転写したものでもよい。また、導電インク（たとえば抵抗率１０Ω／ｓｑ．以下）を第１のスペーサ２、第２のスペーサ４に塗布してもよい。
【００８８】
補助アンテナ３は、機械的、化学的加工を用いて孔または切り欠きとなる所定の部分を除去すればよい。また、予め切り欠きが設けられた形状となるように、ＰＥＴフィルムなどの誘電体層に直接印刷、蒸着、塗工することも可能である。
【００８９】
切欠きＳは、補助アンテナ３に設けるものであるが、第１のスペーサ２と補助アンテナ３のそれぞれに、補助アンテナ３に設けた切欠きＳと同様の切欠きＳを形成してもよく、第１のスペーサ２に予め補助アンテナ３を積層しておき、両者に同時の孔または切り欠きを形成してもよい。
【００９０】
本来、無線ＩＣタグ２０は、導電性材料からなる金属部材などの近傍では無線通信が妨害されて通信距離が短くなってしまうが、シート体１０を用いることで通信距離が改善される。
【００９１】
（実施例）
情報記憶媒体１についてシミュレーションを行い、放射特性について検討した。実施例として以下のような条件でモデル化し、シミュレーションを行った。
【００９２】
シート体１０は、外形が直径４４ｍｍの真円形状とした。第１のスペーサ２は、厚み８０μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム（比誘電率が３、誘電正接が０．０１）を想定した。補助アンテナ３は、厚み０．０２ｍｍのアルミニウム箔層を想定し、切欠きＳは、長さＬが２６ｍｍ、幅Ｗが１０ｍｍの直線状とした。第２のスペーサ４は、厚み３ｍｍの誘電体（比誘電率が６、誘電正接が０．０１）を想定し、裏面導体層５は、厚み０．０２ｍｍのアルミニウム箔層を想定した。
【００９３】
また比較例として、矩形状のシート体についてモデル化し、シミュレーションを行った。シート体１０は、外形が縦２６ｍｍ、横５０ｍｍの矩形状とした。第１のスペーサ、補助アンテナおよび第２のスペーサについて、外形以外は実施例と同様とした。また、切欠きは、矩形状の補助アンテナの中央に長さ１６ｍｍ、幅６ｍｍの直線状とした。
これらの実施例および比較例について、絶対利得の周波数特性の結果を表１に示す。
【００９４】
【表１】
【００９５】
ここで、絶対利得Ｇａ［ｄＢｉ］は、無線ＩＣタグのアンテナから自由空間への放射における利得を示すものである。また、表１に示した各周波数は、実際に使用される無線ＩＣタグの通信周波数を想定した周波数である。
【００９６】
表１に示す結果からわかるように、実施例と比較例とでは、絶対利得Ｇａにほとんど差が見られず、本発明のような円形に切欠きを設けた補助アンテナ３を用いた場合であっても、十分に通信改善機能を発揮していることがわかる。
【００９７】
また、モデルによれば、実施例のシート体では最長長さが円形の直径である４４ｍｍであり、比較例のシート体では最長長さが矩形の長辺である５０ｍｍであり、実施例は、比較例と同等の通信改善機能を保持しながら小型化が可能となることがわかった。
【符号の説明】
【００９８】
１ 情報記憶媒体
２ 第１のスペーサ
３ 補助アンテナ
４ 第２のスペーサ
５ 裏面導体層
Ｓ 切欠き
１０ 無線通信改善シート体
２０ 無線ＩＣタグ
２１ アンテナ
２２ ＩＣチップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ、および該アンテナに接続され、識別情報が記憶される集積回路素子からなる無線ＩＣタグと、
誘電材料からなり、前記無線ＩＣタグが配置される第１のスペーサと、
外形が円形または正五角形以上の正多角形であり、切欠きが設けられた金属層からなる補助アンテナと、
誘電材料からなり、前記補助アンテナと同一の外形を有する第２のスペーサとを含み、無線ＩＣタグ、第１スペーサ、補助アンテナおよび第２のスペーサがこの順に積層されてなることを特徴とする情報記憶媒体。
【請求項２】
前記補助アンテナの放射源が、前記切欠きが設けられた側に位置することを特徴とする請求項１記載の情報記憶媒体。
【請求項３】
前記第２のスペーサの補助アンテナとは反対側に積層される、前記補助アンテナと同一の外形を有する金属層からなる裏面導体層をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の情報記憶媒体。
【請求項４】
前記アンテナは、ループアンテナを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の情報記憶媒体。
【請求項１】
アンテナ、および該アンテナに接続され、識別情報が記憶される集積回路素子からなる無線ＩＣタグと、
誘電材料からなり、前記無線ＩＣタグが配置される第１のスペーサと、
外形が円形または正五角形以上の正多角形であり、切欠きが設けられた金属層からなる補助アンテナと、
誘電材料からなり、前記補助アンテナと同一の外形を有する第２のスペーサとを含み、無線ＩＣタグ、第１スペーサ、補助アンテナおよび第２のスペーサがこの順に積層されてなることを特徴とする情報記憶媒体。
【請求項２】
前記補助アンテナの放射源が、前記切欠きが設けられた側に位置することを特徴とする請求項１記載の情報記憶媒体。
【請求項３】
前記第２のスペーサの補助アンテナとは反対側に積層される、前記補助アンテナと同一の外形を有する金属層からなる裏面導体層をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の情報記憶媒体。
【請求項４】
前記アンテナは、ループアンテナを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の情報記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図２】
【図５】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１１４６３２（Ｐ２０１３−１１４６３２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３０９８（Ｐ２０１１−２６３０９８）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
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