(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1の電極部及び前記第2の電極部は、前記基材の流れ方向への前記第1のアンテナパタンと前記第2のアンテナパタンの形成状況に応じたキャパシタンスの変動を補償する、請求項8に記載の非接触通信アンテナ。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0012】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
<1.既存のRFIDアンテナ>
<2.本開示の一実施形態>
[RFIDアンテナの構造例]
[RFIDアンテナの製造方法例]
[共振周波数の変化例]
<3.まとめ>
【0013】
<1.既存のRFIDアンテナ>
まず、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する前に、一般的な既存のRFIDアンテナの構造について説明する。
【0014】
RFIDの内、13.56Mhzをキャリア周波数とするISO/IEC 18092(NFC IP−1)で使用されているアンテナの等価回路は、LCR並列共振回路にモデリングされる。
図1は、13.56Mhzをキャリア周波数とするISO/IEC 18092(NFC IP−1)で使用されているアンテナの等価回路であるLCR並列共振回路を示す説明図である。
【0015】
図1には、インダクタンスLを有するコイル、レジスタンスRを有する抵抗、キャパシタンスCを有するキャパシタが示されており、コイルと抵抗が直列に接続され、コイル及び抵抗とキャパシタとが並列に接続されている状態が示されている。
【0016】
この
図1に示したような等価回路を実現するために、一般的なRFIDアンテナでは、両面に導体箔(Al、Cu)を接着した、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、(ポリイミド)PI等のプラスチックフィルムの原反に、インダクタンスであるコイル及び容量成分のキャパシタの等価回路パタンが形成される。この等価回路パタンの形成は、導体の表面にレジスト材を印刷し、導体をエッチングすることで行われる。
【0017】
図2は、既存の工法で作成したRFIDアンテナのアンテナパタンを示す説明図であり、
図3は、
図2のA−A’線の断面を示す説明図である。
【0018】
図2に示した符号11は、フィルム基材10の一の面に形成されるコイル部であり、符号12は、コイル11が形成されるフィルム基材10の面の反対側の面に形成されるコイル部である。また符号13、14は、所定のキャパシタンスを生成し得る電極部である。
【0019】
上述のように、導体の表面にレジスト材を印刷し、導体をエッチングすることで形成されるアンテナによるキャパシタンスは、表の導体と裏の導体の位置を一致させることで形成される。
【0020】
ロール・ツー・ロール工法でレジスト材を導体表面に印刷することによって、フィルム基材10の表面と裏面とにそれぞれコイル部11、12を形成した場合、原反の表裏へのアンテナパタンの印刷精度の問題から、RFIDアンテナ全体でのキャパシタンスに変動が生じ得る。
【0021】
既存の技術においては、フィルム基材10の表面と裏面のアンテナパタン形成の誤差は、製造時に意図する位置に対して最大で±0.5mm程度である。つまり、アンテナパタンの形成において、コイル部11とコイル部12とが最大で±0.5mmずれることになる。なお、ここではロール・ツー・ロール工法でアンテナパタンを形成する際に原反が進行する方向(流れ方向)を正とする。
【0022】
図2のように、例えば直径1センチ以下程度の小径のRFIDアンテナでは、そのパタンレイアウトの制約やエッチング量から、アンテナ線幅や線間が0.3mm程度である。従って、表面と裏面のアンテナパタンの最大のずれ量±0.5mmは、コイル1本分程度のずれに相当し、アンテナ単体の共振周波数が大きく変動する。
【0023】
アンテナ単体の共振周波数の変動は、表面と裏面のアンテナパタンの形成ずれによって、コイル部11、12による、または電極部13、14によるキャパシタンスが、発生または消失することに伴うものである。この共振周波数の変動によって、アンテナが実装されたRFIDのICチップが受ける電力が変動し、リーダライタとの通信距離が安定しなくなってしまっていた。
【0024】
そこで、以下で説明する本開示の一実施形態では、仮に表面と裏面のアンテナパタンの形成ずれが生じてしまった場合であっても、キャパシタンスの変動を抑えることで、共振周波数の変動を抑えることが可能なRFIDアンテナとその製造方法について説明する。
【0025】
<2.本開示の一実施形態>
[RFIDアンテナの構造例]
図4は、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナの構造例を示す説明図である。以下、
図4を用いて本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナの構造例について説明する。
【0026】
図4に示したRFIDアンテナ100の構造例は、RFIDアンテナ100を一の面から見た場合を示したものである。
図4に示したように、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、アンテナパタン110、120を有する。アンテナパタン110は、コイル部111と、電極部112、を有し、アンテナパタン120は、コイル部121と、電極部122と、を含んで構成される。コイル部111及び電極部112を有するアンテナパタン110は、レジスト印刷によってフィルム基材101の一の面に形成されうる。コイル部121及び電極部122を有するアンテナパタン120は、レジスト印刷によってフィルム基材101のアンテナパタン110が形成された面の反対側の面に形成されうる。
【0027】
コイル部111、121は、
図1に示した等価回路における、インダクタンスLを有するコイルに相当する。コイル部111及びコイル部121により生成されるキャパシタンスと、電極部112及び電極部122により生成されるキャパシタンスの和が、
図1に示した等価回路におけるキャパシタンスCに相当する。
図4に示した例では、コイル部111、121は、フィルム基材101の双方の面でコイルの位置が一致するように形成される。
【0028】
RFIDアンテナ100は、グラビア印刷機などを用いたロール・ツー・ロール工法により生成されうる。すなわち、例えばグラビア胴の表面に形成されたグラビア版の微細線パタンの型溝に圧入された導電性ペーストが、フィルム基材101の両面に転写されることで、フィルム基材101の両面にアンテナパタンが形成される。そして酸化鉄などのエッチング溶液でレジスト印刷されていない領域を除去(エッチング)することにより、RFIDアンテナ100が形成される。
【0029】
上述したように、ロール・ツー・ロール工法でフィルム基材101の表面および裏面へアンテナパタンを形成する際に、フィルム基材101の表面および裏面へのアンテナパタンの印刷精度によっては、製造時に意図する場所にアンテナパタンを形成出来ない場合がある。製造時に意図する場所にアンテナパタンを形成出来ないと、上述したようにRFIDアンテナ100の全体でのキャパシタンスに変動が生じ得る。
【0030】
そこで、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120を形成出来ない場合であっても、RFIDアンテナ全体でのキャパシタンスの変動を抑制するのが、電極部112及び電極部122の役割である。
【0031】
電極部112及び電極部122は、アンテナパタン110、120の形成の際に、仮にフィルム基材101の双方の面で、コイル部111、121のコイルの位置が一致しなくなった場合に、その位置ずれによって消失するコイル部111、121によるキャパシタンスを、その位置ずれによって発生するキャパシタンスで補償する役割を有する。
【0032】
図5は、
図4に示したRFIDアンテナ100の断面の例を示す説明図である。
図5に示したRFIDアンテナ100の断面は、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120を形成した場合の例を示したものである。
【0033】
図5に示したように、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できると、フィルム基材101の双方の面で、コイル部111、121のコイルの位置が一致する。また、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できると、フィルム基材101の双方の面で、電極部112、122の位置が一致しない。
【0034】
このように製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できると、コイル部111、121によってキャパシタンスが生じるとともに、電極部112、122によってキャパシタンスは生じない。設計時には、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できたことを前提に、適切な共振周波数となるようなアンテナパタンが設計される。
【0035】
しかし、このように製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できなくなると、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できた場合と比べ、コイル部111、121によるキャパシタンスが減少する。
図6は、
図4に示したRFIDアンテナ100の断面の例を示す説明図であり、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できなかった場合のRFIDアンテナ100の断面の例を示す説明図である。
【0036】
図5に示したように、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できないと、フィルム基材101の双方の面で、コイル部111、121のコイルの位置が一致しなくなる。特に、製造時のフィルム基材101の進行方向に沿った方向で、コイル部111、121のコイルの位置が一致しなくなる。従って、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できなくなると、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できた場合と比べ、コイル部111、121によるキャパシタンスが減少することが、
図5と
図6との比較により分かる。
【0037】
そこで、このコイル部111、121によるキャパシタンスの減少を補うのが電極部112、122である。
図6に示したように、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できなかった場合には、フィルム基材101の双方の面で、電極部112、122の位置が一致する。フィルム基材101の双方の面で、電極部112、122の位置が一致することで、電極部112、122によってキャパシタンスが生じる。
【0038】
このように、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できなかった場合に、コイル部111、121によるキャパシタンスの減少を、電極部112、122によって生じるキャパシタンスで補償する。本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、電極部112、122を設けることで、アンテナパタン110、120の形成状態に応じたRFIDアンテナ100全体でのキャパシタンスの変動が抑えられる。
【0039】
図4に示した例では、コイル部111、121のコイルは略円状であったが、本開示は係る例に限定されるものではない。
図7は本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100の変形例であるRFIDアンテナ100’の構造例を示す説明図である。
図7に示したように、コイル部111’、121’のコイルは略矩形状であってもよい。もちろん、本開示では、コイル部の形状は係る例に限定されないことは言うまでもなく、円形、矩形以外の形状を有していても良い。
【0040】
また
図4に示した例では、電極部112、122はコイル部111、121のコイルの内側に設けられていたが、本開示は係る例に限定されるものではなく、電極部112、122はコイル部111、121のコイルの外側に設けられていても良い。しかし、アンテナの面積を増大させないようにするためには、電極部112、122はコイル部111、121のコイルの内側に設けられることが望ましい。
【0041】
また
図4に示した例では、製造時に意図する場所にアンテナパタン110、120が形成できなかった場合に、コイル部111、121の形成状況に応じて生じ得るキャパシタンスの減少を、電極部112、122によって生じるキャパシタンスで補償したが、本開示は係る例に限定されるものではない。
【0042】
例えば本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、正確に形成されている場合は電極部112、122によるキャパシタンスが生じているが、アンテナパタン110、120の位置が表裏でずれて正確に形成されなかった場合は電極部112、122によるキャパシタンスが減少するようなアンテナパタン110、120が形成されても良い。
【0043】
アンテナパタン110、120の位置が表裏でずれて正確に形成されずに、電極部112、122によるキャパシタンスが減少する場合には、コイル部111、121によってキャパシタンスを発生させることで、RFIDアンテナ100全体でのキャパシタンスの変動が補償され得る。
【0044】
以上、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナの構造例について説明した。次に、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナの製造方法について説明する。
【0045】
[RFIDアンテナの製造方法例]
図8は、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100の製造方法の例を示す流れ図である。以下、
図8を用いて本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100の製造方法について説明する。
【0046】
図8に示した流れ図は、フィルム基材101としてPETフィルムを、導体箔としてアルミニウム箔を用いた場合の、RFIDアンテナ100の製造方法を示したものである。もちろん、フィルム基材101及び導体箔の材料は係る例に限定されるものではない。また上述したように、RFIDアンテナ100は、ロール・ツー・ロール工法により形成され得る。
【0047】
まず、所定の厚さを有するPETフィルムの両面に、所定の厚さを有するアルミニウム箔を接着する(ステップS101)。次に、レジスト印刷によって、アルミニウム箔が接着されたPETフィルムの両面に、アンテナパタン110、120の形状を印刷する(ステップS102)。アンテナパタン110、120は、上述したように、それぞれ
図4に示したようなコイル部111、121と、電極部112、122と、を有する。上述したように、電極部112、122は、PETフィルムの進行方向へのアンテナパタン110、120の形成状況に応じたキャパシタンスの変動を補償する、
【0048】
上記ステップS102でアンテナパタン110、120を印刷すると、続いて上記ステップS101でPETフィルムに接着したアルミニウムをエッチングする(ステップS103)。最後に、酸化鉄などのエッチング溶液を用いて、レジスト印刷されていない領域を除去する(ステップS104)。
【0049】
本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100,
図8に示したような製造方法によって製造されることで、上記ステップS102でのアンテナパタン110、120の印刷状態に応じたRFIDアンテナ100全体でのキャパシタンスの変動が抑えられる。
【0050】
以上、
図8を用いて本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100の製造方法について説明した。次に、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100の共振周波数の変化例を、既存の一般的なRFIDアンテナと比較することで示す。
【0051】
[共振周波数の変化例]
図9は、
図2に示した既存の一般的なRFIDアンテナと、
図4に示した本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100との、共振周波数及びキャパシタンスの変化を比較して示す説明図である。
【0052】
既存の一般的なRFIDアンテナでは、
図9に示したように、量産時の工程能力を想定した±0.5mmの形成ずれにより、アンテナ全体としてのキャパシタンスはおよそ6pFの範囲で、共振周波数がおよそ2.65MHzの範囲で、それぞれ変化する。
【0053】
これに対し、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、
図9に示したように、量産時の工程能力を想定した±0.5mmの形成ずれにより、アンテナ全体としてのキャパシタンスはおよそ1pFの範囲で、共振周波数がおよそ500kHzの範囲で、それぞれ変化する。つまり、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、既存の一般的なRFIDアンテナに比べ、アンテナ全体のキャパシタンスの変化をおよそ1/6に抑え、共振周波数の変動範囲をおよそ1/5以下に抑えることができる。
【0054】
従って、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、電極部112、122によってアンテナ全体のキャパシタンスの変化を抑えることが出来るので、低コストで生産性の高いRFIDアンテナとして提供され得る。
【0055】
上述してきた本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、ICチップと接続されることでインレットを形成し得る。かかるインレットは、フィルムや紙が接着されることによってRFIDタグとして製造され得る。従って、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100を備えるRFIDタグは、量産時の工程能力に起因する形成ずれに伴う共振周波数の変動が抑えられる。
【0056】
また、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100を備えた通信装置を提供することが可能になる。本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100を備えた通信装置としては、例えば上述のようなRFIDアンテナ100を備えたRFIDタグ、RFIDアンテナ100を備えたICカード等がある。
【0057】
<3.まとめ>
以上説明したように本開示の一実施形態によれば、フィルム基材101の両面に形成される電極部112、122によって、フィルム基材101へのアンテナパタン110、120の印刷ずれにより生じうる、コイル部111、121によるキャパシタンスの変動を補償する、RFIDアンテナ100が提供される。
【0058】
本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、フィルム基材101の両面に電極部112、122が形成されていることで、アンテナ全体としてのキャパシタンスの変動を抑えることができる。本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、アンテナ全体としてのキャパシタンスの変動を抑えることができるので、共振周波数の変動も抑えることが出来る。従って、本開示の一実施形態に係るRFIDアンテナ100は、量産時の工程能力に起因するアンテナパタンの形成ずれが生じたとしても、リーダライタとの間の通信距離が安定する。
【0059】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【0060】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
基材の一の面に形成された第1のアンテナパタンと、
前記基材の前記一の面の裏面に形成された第2のアンテナパタンと、
を備え、
前記第1のアンテナパタンは、第1のコイル部及び第1の電極部を備え、
前記第2のアンテナパタンは、第2のコイル部及び第2の電極部を備え、
前記第1の電極部及び前記第2の電極部によるキャパシタンスで、前記第1のコイル部及び前記第2のコイル部の形成状況に応じたキャパシタンスの変動を補償する、非接触通信アンテナ。
(2)
前記第1のコイル部の位置と前記第2のコイル部の位置とが対応しないことにより消失するキャパシタンスを、前記第1の電極部と前記第2の電極部とにより発生するキャパシタンスで補償する、前記(1)に記載の非接触通信アンテナ。
(3)
前記第1の電極部と前記第2の電極部とにより消失するキャパシタンスを、前記第1のコイル部の位置と前記第2のコイル部の位置とが対応することにより発生するキャパシタンスで補償する、前記(1)に記載の非接触通信アンテナ。
(4)
前記第1のコイル部及び前記第2のコイル部は、略円状である、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の非接触通信アンテナ。
(5)
前記第1のコイル部及び前記第2のコイル部は、略矩形状である、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の非接触通信アンテナ。
(6)
前記第1の電極部及び前記第2の電極部は、前記第1のコイル部及び前記第2のコイル部の内側に形成される、前記(1)〜(5)のいずれかに記載の非接触通信アンテナ。
(7)
前記第1のコイル部は、前記第2のコイル部より大きい径を有する、前記(1)〜(6)のいずれかに記載の非接触通信アンテナ。
(8)
前記第1のアンテナパタン及び前記第2のアンテナパタンは、レジスト印刷により形成される、前記(1)〜(7)のいずれかに記載の非接触通信アンテナ。
(9)
ロール・ツー・ロール工法により形成される、前記(1)〜(8)のいずれかに記載の非接触通信アンテナ。
(10)
前記第1の電極部及び前記第2の電極部は、前記基材の流れ方向への前記第1のアンテナパタンと前記第2のアンテナパタンの形成状況に応じたキャパシタンスの変動を補償する、前記(9)に記載の非接触通信アンテナ。
(11)
前記(1)〜(10)のいずれかに記載の非接触通信アンテナを備える、通信装置。
(12)
基材の一の面に、第1のコイル部及び第1の電極部を有する第1のアンテナパタンを形成するステップと、
前記基材の前記一の面の裏面に、第2のコイル部及び第2の電極部を有する第2のアンテナパタンを形成するステップと、
を備え、
前記第1のアンテナパタンを形成するステップで形成される前記第1の電極部及び前記第2のアンテナパタンを形成するステップで形成される前記第2の電極部は、前記第1のアンテナパタンを形成するステップ及び前記第2のアンテナパタンを形成するステップでの前記第1のコイル部及び前記第2のコイル部の形成状況に応じたキャパシタンスの変動を補償する、非接触通信アンテナの製造方法。
(13)
前記非接触通信アンテナは、ロール・ツー・ロール工法により形成される、前記(12)に記載の非接触通信アンテナの製造方法。
(14)
前記第1の電極部及び前記第2の電極部は、前記基材の進行方向への前記第1のアンテナパタンと前記第2のアンテナパタンの形成状況に応じたキャパシタンスの変動を補償する、前記(13)に記載の非接触通信アンテナの製造方法。