RFID（電子タグ）のしくみを体験しよう

RFIDとは

RFID（Radio Frequency Identification）は、電波を使って、ICチップに記録されたデータを触れずに読み書きする自動認識技術です。日本では電子タグ、ICタグ、RFタグとも呼ばれます。ICチップと小さなアンテナからなるタグと、電波を送受信するリーダ（リーダライタ）でできています。

タグが返すのは、主に1枚ずつ違う識別番号（ID）です。商品名や値段などの詳しい情報は、そのIDをもとに、店や倉庫のデータベースから取り出します。洋服の値札、図書館の本、物流の箱や台車など、身の回りで使われる場面が増えています。

バーコードやQRコードとのちがい

RFIDにも苦手なものがあります。金属はどの周波数帯でも影響が大きく、よく使われるUHF帯では水の影響も大きく受けます。「バーコードとくらべる」で、飲み物や金属の缶を入れて確かめてください。

電池がなくても動くしくみ

商品や本に貼るタグの多くは、電池を持たないパッシブタグです。リーダが出す電波（搬送波）をアンテナで受け取り、その電力でICチップを動かします。電池を持ち、自分で電波を出すアクティブタグもありますが、高価で大きくなります。

電力の受け取り方は、使う周波数によって2通りあります。

電磁誘導方式では、リーダのコイルに流した電流が磁界をつくり、近づけたタグのコイルに電流が生まれます。磁界は距離が離れると急に弱くなるので、かざして使う用途に向いています。電波方式では、タグのアンテナが電波を受け取って電力に変えます。数メートル離れていても読めるので、商品の一括読み取りや倉庫の管理に使われます。

タグは「反射のしかた」で返事をする

パッシブタグは自分で電波を出せません。そこで、リーダが送り続けている電波のはね返し方を変えて返事をします。ICチップの中の電気の通りやすさ（インピーダンス）を2つの状態で切りかえると、反射する電波の強さが変わります。リーダはその変化を0と1として読み取ります。これをバックスキャッタ（後方散乱）といいます。

電波が届く距離を計算する

タグが受け取る電力は、距離の2乗に反比例して小さくなります。タグが動くのに必要な電力（読み取り感度）と等しくなる距離が、読み取り距離の上限です。

λは波長、τはICチップとアンテナの整合の度合い（0〜1）です。日本のUHF帯では、構内無線局はリーダの放射電力（EIRP）が最大36 dBm（約4 W）、特定小電力無線局は27 dBm（約0.5 W）と決められています。最近のICチップは、−24 dBm（約4 μW、100万分の4ワット）ほどの電力で動きます。

この式で計算すると、構内無線局では約33 m、特定小電力では約12 mになります。ただしこれは、障害物も反射もない理想的な場合の上限です。実際には、タグの向き、周りの金属・水・人体、壁や床からの反射波の重なりで短くなり、総務省の資料では最大通信距離の目安を約10 mとしています。「電波が届く距離」で、条件を変えながら確かめてください。

たくさんのタグを読み分けるしくみ

かごの中の10個のタグが、リーダの呼びかけに一斉に返事をすると、電波が重なって1つも読めません。これを衝突といいます。UHF帯のRFIDの国際的な規格（EPC Gen2）では、次のような手順で読み分けます。

1. リーダが「Q」という数を送る
2. 各タグは、0〜2^Q−1 の中から乱数で自分の番（スロット）を選ぶ
3. リーダが番号を1つずつ進め、自分の番になったタグだけが返事をする
4. 1つのスロットにタグが1個だけなら読める。2個以上なら衝突して読めないので、次のラウンドで選び直す

スロットが少なすぎると衝突ばかりになり、多すぎると空きばかりになります。N個のタグがL個のスロットから選ぶとき、1つのスロットにちょうど1個だけ入る割合は、次の式で表されます。

この効率は、スロットの数をタグの数とほぼ同じにしたときに最も高くなり、タグが多いときには約37％（1/e）に近づきます。規格では、リーダが空きや衝突の数を見ながら Q を調整できるようになっています。「読み分けのしくみ」で、Q を変えて確かめてください。

どこで使われているか

• 衣料品店：ユニクロやジーユーを運営するファーストリテイリングは、グループの全商品にRFIDタグを付けています。国内のユニクロでは2019年秋に全店舗にセルフレジを導入し、かごを置くだけで会計できるようにしました。欠品の把握や棚卸しが簡単になったと報告しています。
• 図書館：本にタグを付けると、棚の前でリーダをかざすだけで所在を確認できます。大日本印刷の報告では、約14万冊の蔵書点検が「10人で16時間」から「3人で8時間」になった例があります。
• 物流・在庫管理：アメリカの百貨店での実験では、約1,500点の棚卸しが、バーコードで2時間18.5分、RFIDで5.5分でした。

一方で、タグ1枚ごとに費用がかかります。2017年に経済産業省とコンビニ大手5社がまとめた「コンビニ電子タグ1000億枚宣言」では、全商品にタグを付ける条件の1つを「タグの単価が1円以下になること」としていました。便利さと費用の両方を考えて、バーコードとRFIDは使い分けられています。

使い方

• バーコードとくらべる：商品の数や、袋・飲み物・金属の缶の有無を選んで「レジに通す」を押すと、2つの方法で読み取る時間と結果を比べられます。
• 読み分けのしくみ：タグの数とQを決め、「1スロットすすむ」で、どのタグが返事をし、どこで衝突するかを1つずつ追えます。グラフでは、Qごとの効率の理論値を確かめられます。
• 電波が届く距離：リーダの種類、タグの読み取り感度、距離を変えて、タグに必要な電力が届くかどうかを確かめられます。

出典

• GS1 Japan「EPC/RFID（電子タグ）」https://www.gs1jp.org/standard/epc/
• GS1, EPC Radio-Frequency Identity Protocols Generation-2 UHF RFID Standard, Release 3.0.1（2026）
• 総務省 情報通信審議会 移動通信システム委員会 報告（案）（2011）、陸上無線通信委員会報告 概要（2017）
• 山添孝徳「ICタグ」映像情報メディア学会誌 Vol.60 No.3（2006）
• K. V. S. Rao, P. V. Nikitin, S. F. Lam, "Antenna design for UHF RFID tags: a review and a practical application," IEEE Trans. Antennas Propag., 53(12), 2005
• P. V. Nikitin, K. V. S. Rao, "Theory and measurement of backscattering from RFID tags," IEEE Antennas Propag. Mag., 48(6), 2006
• D. K. Klair, K.-W. Chin, R. Raad, "A Survey and Tutorial of RFID Anti-Collision Protocols," IEEE Commun. Surveys Tuts., 12(3), 2010
• NXP, UCODE 9 (SL3S1206) Data sheet（読み取り感度 −24 dBm）
• ファーストリテイリング「統合報告書2019」
• 大日本印刷 ニュースリリース「蔵書点検の作業時間を8割以上削減」（2023）
• B. C. Hardgrave et al., "Item-Level RFID for Apparel: The Dillard's RFID Initiative"（Auburn University RFID Lab 掲載）
• ファミリーマート ニュースリリース「コンビニ電子タグ1000億枚宣言」（2017年4月18日）