ＲＦＩＤトランスポンダのアンテナ構造

【課題】無線信号送信時の指向性を弱めて、アンテナの有効通信距離を増加し、且つ同時に近距離と遠距離通信（送信/受信）の機能を具備し、高い寸法精度が要求されない、RFIDトランスポンダのアンテナ構造を提供すること。
【解決手段】内側に間隙１２を形成したカップリング部１１を有するアンテナ本体１０と、アンテナ本体１０上に設置された絶縁層２０及びループ式回路３０とを備え、絶縁層２０をカップリング部１１とループ式回路３０との間に設け、ループ式回路３０にRFIC５０を設置し、ループ式回路３０の一部を間隙１２の近傍に配置し、電磁誘導によりループ式回路３０とカップリング部１１との間で無線信号を伝送する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術を利用したRFIDトランスポンダのアンテナ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
RFID（無線タグ、Radio Frequency Identification）システムは、リーダ（Reader）を利用して無線電波をトランスポンダ（Transponder）に送受信し、データ識別、読取り、管理を行うものであり、その原理は、アンテナを利用して形成した共振回路により、チップIDコード（ID Code）を含んだ無線信号を送信/受信し、データの識別及び伝送を行う。このため、RFIDトランスポンダは、情報を収納するRFICと、送受信のためのアンテナとを備え、物流管理、生産ライン自動化、倉庫管理、出入口管理、空港荷物管理等において、インテリジェント型タグ及び各種再充填式カード等に広く応用されている。
【０００３】
トランスポンダ中のアンテナは導電性材料から構成されており、図１に示すように、従来のアンテナ１は、その適切な位置に屈折状のカップリング部２及びRFIDチップ３（RFIC）が設置されている。そして、RFIDチップ３により前述のチップIDコード（ID Code）を含んだ無線信号（共振信号）を生成する。この信号はアンテナ１を介してリーダに伝送される。
さらに、RFIDチップ３は屈折状のカップリング部２の開位置に電気的に接続されて回路を形成し、RFIDチップ３の制御信号をカップリング部２上に伝送することができるようになっている。
【０００４】
ところが、アンテナ１が無線信号を送信するとき、カップリング部２で囲まれた間隙４部分を中心として、エレメントに垂直な方向への強い指向性（Directivity）があるため、アンテナ１の通信可能なカバー範囲が狭くなってしまっている。
また、このようなRFIDトランスポンダのアンテナ１は、通常、近距離通信（Near Field、電波波長が約３倍の距離以内）と遠距離通信（Far Field、電波波長が約３倍の距離を超過する）の機能を同時に具備していない。
【０００５】
さらに、特許文献１には、カップリングアンテナが記載されている。
図２に示すように、このアンテナ１のカップリング部２には、一組の磁場カップリング素子５（Magnetic coupling element）が設置され、磁場カップリング素子５には、RFIDチップ３を含有する容量カップリング素子６（Capacitive coupling element）が上下に重ねて設置され、磁場カップリング素子５と容量カップリング素子６のカップリング効果を利用して信号を伝送するようになっている。
このような容量性カップリングを利用したアンテナ１では、製造時にアンテナ１上に別途磁場カップリング素子５を設置する必要があり、また容量カップリング素子６と磁場カップリング素子５は上下に対応して重ね合わせられるため、高い精度が要求される。また、導電部を設置する等のような対応方法を施さないと、アンテナの指向性、信号カバー範囲の問題を解決することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許ＵＳ７１５８０３３Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、無線信号送信時の指向性（Directivity）を弱めて、アンテナの有効通信距離（Read Range）を増加し、且つ同時に近距離と遠距離通信（送信/受信）の機能を具備し、高い寸法精度が要求されない、RFID（Radio Frequency Identification）トランスポンダのアンテナ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のRFIDトランスポンダのアンテナ構造は、内側に間隙を形成したカップリング部を有するアンテナ本体と、該アンテナ本体上に設置された絶縁層及びループ式回路とを備え、前記絶縁層を前記アンテナ本体のカップリング部と前記ループ式回路との間に設け、前記ループ式回路に、該回路の電気導通路となるRFICを設置し、前記ループ式回路の一部を前記カップリング部の間隙近傍に配置し、電磁誘導により前記ループ式回路とカップリング部との間で無線信号を伝送する。
【０００９】
RFICを含むループ式回路は、一部分のみがアンテナ本体のカップリング部と上下に重ねられるか、平面方向において接近して配置されればよく、カップリング部と電気的に接続させる必要がないだけでなく、特別に磁場または容量カップリング素子を設置しなくともアンテナ本体と信号伝送を行うことができる。
【００１０】
アンテナ本体とループ式回路は、導電性インク（conductive ink）、例えば、銀成分を含んだ導電性インクや、銀成分を含んだ紫外線乾燥型導電性インク（UV Curable Silver Conductive Ink）を利用して、非導電性のアンテナ基材及び絶縁層にプリントにより形成した後貼り付け、製造コストを抑えることができる。導電性インクとしては、特に、銀成分を含んだ紫外線乾燥型導電性インク（UV Curable Silver Conductive Ink）が適している。
なお、銅やアルミエッチング（copper/aluminum etch）、電気めっき、蒸着/スパッタリング等の製造プロセスを利用しても実施可能である。
【００１１】
さらに、従来のRFIDチップに代えて、プリント配線回路であるRFICを使用してもよく、それにより大幅に製造コストを抑えることができ、且つ全自動化生産計画に有利である。
ループ式回路とアンテナ本体との間に絶縁層を設けるには、まず、ループ式回路及びRFICを該絶層に設置した後、感圧接着剤、両面テープ、接着剤、ホットメルト接着剤、超音波溶接、高週波溶接、ホットプレス等でアンテナ本体のカップリング部と対応する位置に絶縁層を固定することができる。
アンテナ本体は外側に向かって延伸されアンテナ部を有する。該アンテナ部は、必要に応じて、分割式ダイポールアンテナ、シングルフォールデッドダイポールアンテナ及びダブルフォールデッドダイポールアンテナ、円形ループアンテナ、及び方形/矩形ループアンテナなどに分けることができるが、上述のどの種類のアンテナでも適用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、カップリング部の間隙の近傍に、絶縁層を介して、RFICを有するループ式回路が設置されているので、垂直方向への強い送信指向性をループ式回路の電界で干渉して弱め、これにより、アンテナの有効通信距離（Read Range）を増加し、近距離及び遠距離の通信（送信/受信）に対応することができる。
また、ループ式回路とアンテナ本体のカップリング部とを、正確に上下に重ねて設置しなくても、ループ式回路とアンテナ本体との間で信号伝送ができるため、製造時にループ式回路の位置決めにおける上下左右の位置と角度の誤差の許容度が大きく、高精度且つ高コストの製造設備を必要とせずにループ式回路をアンテナ上に固定してトランスポンダを生産できるため、効果的に製造コストを抑えることができる。
そして、RFIC、さらには、アンテナ本体及びループ式回路をもプリント配線すれば、大幅に製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】RFIDトランスポンダのアンテナ構造の従来例を示す平面図である。
【図２】RFIDトランスポンダのアンテナ構造の他の従来例を示す斜視図である。
【図３】実施例１を示すアンテナ構造の分解斜視図である。
【図４】実施例１を示すアンテナ構造の平面図である。
【図５】実施例１を示すアンテナ構造の要部拡大平面図である。
【図６】実施例２を示すアンテナ構造の要部拡大平面図である。
【図７】実施例３を示すアンテナ構造の要部拡大平面図である。
【図８】実施例４を示すアンテナ構造の斜視図である。
【図９】実施例５を示すアンテナ構造の斜視図である。
【図１０】実施例６を示すアンテナ構造の分解斜視図である。
【図１１】実施例６を示すアンテナ構造の斜視図である。
【図１２】実施例７を示すアンテナ構造の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図３〜図５は、本発明の実施例１を示す。
図３及び図４に示すように、RFIDトランスポンダのアンテナは、カップリング部１１を有するアンテナ本体１０と、アンテナ本体１０上に設置された絶縁層２０及びループ式回路３０とを備え、絶縁層２０をアンテナ本体１０のカップリング部１１とループ式回路３０の間に設けてある。
【００１５】
アンテナ本体１０は、非導電性のアンテナ基材４０の表面に設置され、カップリング部１１の両外側に向かってそれぞれアンテナ部１３が延伸されている。
カップリング部１１は、間隙１２を囲むよう屈曲又は湾曲されており、間隙１２は一側に開口している。
なお、アンテナ部１３は、図に示す形状に限定されず、例えばダイポールアンテナなど、必要に応じて各種異なる形状とすることができる。
【００１６】
アンテナ本体１０は、銀成分を含んだ熱硬化型導電性インク（Thermo Cure Conductive Ink）或いは銀成分を含んだ紫外線乾燥型導電性インク（UV Curable Silver Conductive Ink）を利用して非導電性のアンテナ基材４０上にプリントすることもでき、これにより大幅に製造コストを抑えることができる。
また、アンテナ本体１０は、銅またはアルミエッチング（copper/aluminum etch）、電気めっき、蒸着/スパッタリング等の方法でアンテナ基材４０上に設置（形成）することが可能である。
【００１７】
絶縁層２０は、ループ式回路３０の底材とすることができる材料、例えばプラスチック、紙等を用い、カップリング部１１に相対する位置に貼り付けて固定する。貼り付けには、両面テープ、接着剤、超音波溶接、高週波溶接、ホットプレス等を利用することができる。
または、非導電性の絶縁インク、塗料、ホットメルト接着剤、感圧接着剤等の材料を用いて、少なくともアンテナ本体１０のカップリング部１１と対応する位置に印刷或いは塗布して絶縁層２０を形成してもよい。
【００１８】
ループ式回路３０は、空洞部３１を囲むよう屈曲又は湾曲しており、その一辺両側には先端が接近するよう延伸された導電部３２が設けられ、両側の導電部３２の先端間において空洞部３１が開口している。また、両側の導電部３２の間には、ループ式回路３０の電気導通路となるRFIC５０が架設されている。
また、図５に示すように、ループ式回路３０は、カップリング部１１の間隙１２の開口した一側に臨んで、RFIC５０をカップリング部１１に向けて配置される。そして、ループ式回路３０の一辺縁とカップリング部１１の一辺縁とが平面方向において一致している。
なお、図に示す例では、ループ式回路３０の形状は方形となっているが、円形、楕円形、矩形、三角形、多辺形等としてもよい。
また、RFIC５０は、空洞部３１を跨ぐように設置しても良い。
【００１９】
ループ式回路３０は、銅またはアルミエッチング（copper/aluminum etch）、電気めっき、蒸着/スパッタリング等で絶縁層２０上に設置（形成）することも可能である。
プリンテッド・エレクトロニクス（Printed Electronics）技術が成熟してきているため、従来のRFIDチップを代えて、プリント配線回路より成るRFIC５０を利用してもよい。即ち、ループ式回路３０を絶縁層２０にプリントした後、印刷技術を利用してRFIC５０をループ式回路３０上にプリントすると、工程手順を減少できるだけでなく、全自動化生産計画に有利であり、大幅に製造コストを抑えることができる。
【００２０】
アンテナの作動時に、送信/受信される無線信号は、ループ式回路３０とカップリング部１１との間で電磁場誘導により伝送され、送信の際、ループ式回路３０をカップリング部１１の間隙１２近傍に設置したことにより、無線信号の指向性を弱めて、アンテナの有効読取り距離を増加することができる。
【００２１】
図６に示す実施例２では、ループ式回路３０の一辺部とカップリング部１１の一辺部とを、絶縁層２０を介して上下に重ねてある。
また、図７に示す実施例３では、ループ式回路３０の一辺縁とカップリング部１１の一辺縁とが、近傍の離れた位置に配置されている。
実施例２及び３において、他の構造は実施例１と同様である。
【００２２】
図８は、本発明の実施例４を示す。
本実施例では、アンテナ本体１０は非導電性のアンテナ基材４０の背面に設置され、RFIC５０を設置したループ式回路３０が絶縁層２０上に設置され、絶縁層２０がアンテナ基材４０の表面に貼り付けられている。
その他の構成は、実施例１〜３のいずれかと同様である。
【００２３】
図９は本発明の実施例５を示す。
本実施例では、アンテナ本体１０が非導電性のアンテナ基材４０の背面に設置され、ループ式回路３０及びRFIC５０がアンテナ基材４０の表面においてカップリング部１１の間隙１２の近傍に直接設置され、アンテナ基材４０が、アンテナ本体１０とループ式回路３０及びRFIC５０との間に介在された絶縁層となっている。
その他の構成は、実施例１〜３のいずれかと同様である。
【００２４】
図１０及び図１１は本発明の実施例６を示す。
この実施例では、アンテナ本体１０が非導電性のアンテナ基材４０の背面に設置され、ループ式回路３０及びRFIC５０がアンテナ基材４０の表面に直接設置され、アンテナ基材４０によって形成された絶縁層を、アンテナ本体１０とループ式回路３０及びRFIC５０との間に介在してある。
【００２５】
また、ループ式回路３０のアンテナ基材４０と逆側の面に、プラスチック、紙等より成る他の絶縁層２０’を貼り付けて固定し、ループ式回路３０の底材としてある。絶縁層２０’の貼り付けには、感圧接着剤、両面テープ、接着剤、ホットメルト接着剤、超音波溶接、高週波溶接、ホットプレス等を用いることができる。
なお、非導電絶縁インク、塗料、感圧接着剤でループ式回路３０の表面に印刷/塗布して、他の絶縁層２０’を形成してもよい。
【００２６】
実施例６では、ループ式回路３０を設置した後、ループ式回路３０の表面に他の絶縁層２０’を設置するのに対し、図１２に示す実施例７では、まず、非導電性のアンテナ基材４０の背面にアンテナ本体１０をプリントし、他の絶縁層２０’の背面にループ式回路３０を設置し、且つループ式回路３０にRFIC５０を設置した後、絶縁層２０とこれに設置されたループ式回路３０をアンテナ基材４０の表面に貼り付け、アンテナ基材４０をループ式回路３０とアンテナ本体１０との間に介在させ、他の絶縁層２０’をループ式回路３０のアンテナ基材４０と逆側の面に配置してある。
実施例６及び７の他の構成は、実施例１〜３のいずれかと同様である。
【符号の説明】
【００２７】
１０アンテナ本体
１１カップリング部
１２間隙
１３アンテナ部
２０，２０’絶縁層
３０ループ式回路
３１空洞部
３２導電部
４０アンテナ基材
５０ RFIC

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に間隙を形成したカップリング部を有するアンテナ本体と、該アンテナ本体上に設置された絶縁層及びループ式回路とを備え、前記絶縁層を前記アンテナ本体のカップリング部と前記ループ式回路の間に設け、前記ループ式回路に、該回路の電気導通路となるRFIC（無線周波数集積回路；Radio Frequency Integrated Circuit）を設置し、前記ループ式回路の一部を前記カップリング部の間隙近傍に配置し、電磁誘導により前記ループ式回路とカップリング部との間で無線信号を伝送することを特徴とした、RFID（Radio Frequency Identification）トランスポンダのアンテナ構造。
【請求項２】
前記アンテナ本体が非導電性のアンテナ基材上に設置され、前記ループ式回路が絶縁層上に設置され、前記絶縁層が前記アンテナ本体上に貼り付けられたことを特徴とする、請求項１に記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項３】
前記RFICがプリント配線回路であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項４】
前記カップリング部は、前記間隙を囲むように屈曲又は湾曲されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項５】
前記ループ式回路の一辺縁とアンテナ本体のカップリング部の一辺縁とが、平面方向において一致するよう配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項６】
前記ループ式回路の一辺部とアンテナ本体のカップリング部の一辺部とが上下に重ねられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項７】
前記ループ式回路の一辺縁と前記アンテナ本体のカップリング部の一辺縁とが、近傍の離れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項８】
前記ループ式回路が、方形、円形、楕円形、矩形、三角形及び多辺形のいずれかの形状であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項９】
内側に間隙を形成したカップリング部を有するアンテナ本体と、非導電性のアンテナ基材と、ループ式回路とを備え、前記アンテナ本体を前記アンテナ基材の表面に設置し、前記ループ式回路を前記アンテナ基材の背面に設置し、前記アンテナ基材を前記ループ式回路と前記アンテナ本体の間に介在して絶縁層とし、前記ループ式回路にRFICを設置し、前記ループ式回路の一部を前記カップリング部の間隙近傍に配置し、電磁誘導により前記ループ式回路とカップリング部との間で無線信号を伝送することを特徴とした、RFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項１０】
前記ループ式回路の前記アンテナ基材と逆側の面に他の絶縁層を設けたことを特徴とする、請求項９に記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項１１】
前記カップリング部は、前記間隙を囲むように屈曲又は湾曲されていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項１２】
前記RFICがプリント配線回路であることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項１３】
前記ループ式回路の一辺縁とアンテナ本体のカップリング部の一辺縁とが、平面方向において一致するよう配置されていることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項１４】
前記ループ式回路の一辺部とアンテナ本体のカップリング部の一辺部とが上下に重ねられていることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項１５】
前記ループ式回路の一辺縁と前記アンテナ本体のカップリング部の一辺縁とが、近傍の離れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。
【請求項１６】
前記ループ式回路が、方形、円形、楕円形、矩形、三角形及び多辺形のいずれかの形状であることを特徴とする、請求項９〜１５のいずれかに記載のRFIDトランスポンダのアンテナ構造。

【図１】