JP4477961B2 - Ｉｃタグ付きボルト - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣチップに記録されている情報を無線で送信する無線用ＩＣタグ等に関し、特に、無線用ＩＣタグを収納したＩＣタグ付きボルトに関する。

近年、物品の情報管理や物流管理などに無線用ＩＣタグが広く利用されている。また、構造物の基材として用いられる金属材料などにも無線用ＩＣタグが貼付されていて、構造物の組立管理や在庫管理などに利用されている。このような無線用ＩＣタグは、情報を記録する小さなＩＣチップとＩＣチップの情報を無線で送信する小さなアンテナとによって構成されている。このような無線用ＩＣタグは、例えば、半波長（λ/２）の長さのダイポールアンテナの中央部付近に幅０．４ｍｍ×奥行き０.４ｍｍ×高さ０.１ｍｍ程度の小さなＩＣチップが取り付けられていて金属材料などに貼付されて利用されている。

図７は、金属パイプに従来の無線用ＩＣタグを貼付した状態を示す図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）はそのＥ−Ｅ断面の部分断面図である。図７に示すように、無線用ＩＣタグ４１が金属パイプ４２の表面に接着剤などによって貼付されているので、読取装置（図示せず）を無線用ＩＣタグ４１に近づければ、非接触でＩＣチップに記録されている情報（つまり、金属材料の材質や寸法などの属性などに関する管理情報）を読み取ることができる。

また、アルミニウム包装材料や金属缶などの金属物にＩＣタグを貼り付けて、内容物情報、製造情報および消費期限などの各種情報を管理する技術も広く知られている。このようにしてＩＣタグを金属物に貼り付ける場合は、金属物による磁界の影響でＩＣタグの読取りに誤動作が生じないようにするために、所定の透磁率のフェライト粉末を含む樹脂板と絶縁フィルムとＩＣタグとを積層にして金属物に貼付している（例えば、特許文献１）。
特開２００４−１２７０５７号公報（段落番号００１４〜００２９、及び図１参照）

しかしながら、前記従来技術においては、図７に示すように、無線用ＩＣタグ４１が金属パイプ４２の表面に貼り付けられているので、無線用ＩＣタグ４１が金属パイプ４２の表面から突出してしまうために、無線用ＩＣタグ４１が金属パイプ４２から剥がれ落ちやすいなどの不具合がある。特に、ストリップアンテナを用いた無線用ＩＣタグを金属材料に貼付する場合は、金属材料によってアンテナの電波特性が影響されないようにするために、無線用ＩＣタグに比較的厚い絶縁フィルムなどを介在させて金属材料に貼り付けているので、無線用ＩＣタグ４１がかなりの突起状態となって剥がれ落ちやすくなってしまう。
また、特許文献１の技術においても、ＩＣタグの電波が金属物の影響を受けないようにするために、樹脂板と絶縁フィルムとＩＣタグとを積層して金属物に貼付しているので、ＩＣタグがかなりの突起状態となって剥がれやすくなるという不具合がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、金属材料から剥がれ落ちないような取り付け構造であって、かつ、アンテナの電波が金属材料によって影響を受けないようにした無線用ＩＣタグと、無線用ＩＣタグを収納したＩＣタグ付きボルトを提供することを目的とする。

本発明は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、情報を記録するＩＣチップと、そのＩＣチップに記録されている情報を無線で送信するアンテナとを備えた無線用ＩＣタグであって、一面のほぼ中央部にＩＣチップを搭載すると共に、ＩＣチップが搭載されていないエリアにＩＣチップと電気接続されたグランドパターンを形成した、所定の誘電率を有するアンテナ基材と、アンテナ基材の他の一面に搭載され、ＩＣチップの電極端子と電気接続されたアンテナ放射部と、アンテナ基材とアンテナ放射部とを収納する外被ケースとを備えた構成を採っている。
このとき、外被ケースは、例えば外装が円柱の状態またはネジが形成された状態にする。

情報を記録するＩＣチップと、そのＩＣチップに記録されている情報を無線で送信するアンテナとによって構成された無線用ＩＣタグをボルトに取り付けたＩＣタグ付きボルトであって、前記ボルトの頭部に前記無線用ＩＣタグを収納するための孔が形成され、前記無線用ＩＣタグは前記孔から突出しないように収納されている。
このとき、アンテナは、例えばボルトの頭部の表面部分に配置された円板を有し、円板の中央部分から接続線が延在されＩＣチップの電極端子と接続され、そのＩＣチップの他の電極端子はボルトに接続され、円板からＩＣチップの電極端子までの距離が、電波のアンテナ基材上での波長をλとしたときλ/４に設定され、かつモノポールアンテナを構成する。

本発明の無線用ＩＣタグによれば、無線用ＩＣタグを金属棒や金属管の表面位置まで圧入したり螺合したりして埋め込むことができる。したがって、無線用ＩＣタグが金属棒や金属管の表面から突出することなく固着することができる。金属棒などを取り扱う際に無線用ＩＣタグが脱落したり破損したりすることを有効に防止し、無線用ＩＣタグの使用状態における信頼性を一段と向上させることができる。また、金属棒や金属管の表面にアンテナ放射部が露出しているので、高いアンテナ指向性を維持して正確に電波をキャッチすることができる。よって、無線用ＩＣタグに記録された情報を読取装置によって正確かつ確実に読み取ることができる。

本発明のＩＣタグ付きボルトによれば、無線用ＩＣタグがボルトの頭部の孔に収納されているので、無線用ＩＣタグがボルトから脱落したり破損したりすることを有効に防止することができる。
また、無線用ＩＣタグのアンテナは、ボルトの頭部の表面部分に配置された円板を有し、円板と接続線によって電気接続されたＩＣチップの電極端子間の距離を電波のアンテナ基材上での波長λに応じて設定し、かつモノポールアンテナを構成するとき、高いアンテナ指向性を維持して正確に電波をキャッチすることができる。

＜発明の概要＞
まず、本発明における無線用ＩＣタグの概要について説明する。本発明の無線用ＩＣタグは、マイクロストリップ構成のアンテナにすることによって金属材料へ取り付けてもアンテナ特性が劣化しないようにし、かつ、アンテナ放射部を厚い金属で形成して電波の放射面を確保する構造とした。また、厚い金属のアンテナ放射部及びＩＣチップの周囲を樹脂等によって封止することにより、無線用ＩＣタグを堅牢かつ防水性のある樹脂封止構造とした。さらに、無線用ＩＣタグ全体を金属材料に埋め込んで固着すると共に電波の放射面となる厚い金属のアンテナ部分を金属材料の表面に露出させる構造とした。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る無線用ＩＣタグについて幾つかの実施の形態を詳細に説明する。なお、各実施の形態で用いる図面で共通する構成要素は同一の符号を付する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１における無線用ＩＣタグの構成図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）に示すように、無線用ＩＣタグ１は、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属、またはＰＣＢ、ＡＢＳなどの樹脂によって形成された外被ケース２の内部に、エポキシなどのアンテナ基材３と金属製のアンテナ放射部４が収納された構成となっている。さらに詳しく説明すると、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、外被ケース２の底部に形成された樹脂製の支持部材８の上にアンテナ基材３が載置され、その上に厚い円柱形に形成された金属製のアンテナ放射部４が搭載された構成となっている。なお、支持部材８は、外被ケース２の底部に対するアンテナ基材３の高さを管理するための突起物である。

また、アンテナ基材３の中央部よりややずれた位置において、貫通電極６が裏面から表面の上部までスルーホールによって貫通している。そして、アンテナ基材３の裏面側における貫通電極６の位置から中央部分にかけてＩＣチップ５が配置され、ＩＣチップ５の一方の電極端子（図示せず）が貫通電極６に接続されている。さらに、アンテナ基材３の裏面において、ＩＣチップ５が配置された領域を除くほぼ全面にグランドパターン（図示せず）が形成され、ＩＣチップ５のもう一方の電極端子がグランドパターンに接続されている。一方、アンテナ基材３の表面側の中央部分には、厚い円柱形に形成された金属製のアンテナ放射部４が搭載され、このアンテナ放射部４は貫通電極６と接続されている。また、アンテナ放射部４の円柱頭部は外被ケース２とほぼ同じ高さあるいは僅か下方に位置している。このように構成された外被ケース２の内部へ半導体のパッケージ材料として使用されるエポキシ樹脂などの封止剤７を注入して硬化させた状態で、図１に示すような構成の無線用ＩＣタグ１を実現している。

ここで、アンテナ基材３の裏面にグランドパターン（図示せず）が形成され、アンテナ基材３の表面にアンテナ放射部４が形成された構成により、マイクロストリップ構造のアンテナを実現している。したがって、アンテナ放射部４の電波は、グランドパターンのシールド作用によって周囲に存在する金属部分の影響を回避することができるので、被管理部材として金属棒などに取り付けられた場合、外被ケース２の底部より下側に存在する金属材料によってアンテナの電波が吸収されるおそれはなくなる。そのため、アンテナ放射部４は円柱頭部において有効に電波の指向性を確保することができる。つまり、通常のストリップアンテナ（基板の裏面にグランドパターンのないアンテナ）は、金属の表面などに配置するとアンテナの電波がその金属に吸収されて電波の指向性が無くなってしまうが、前記のようなマイクロストリップアンテナにすることによって、金属の表面などに配置しても電波の指向性を確実に維持することができる。

また、アンテナ基材３において、貫通電極６がアンテナ放射部４の中央部分よりずれた位置に配置されているのは、アンテナのインピーダンスマッチングをとるためである。つまり、アンテナ放射部４の中央部分はゼロ電位であるので、アンテナ放射部４の中央部分から若干ずらした位置でＩＣチップの電極端子を接続することにより、ＩＣチップとアンテナとのインピーダンスマッチングをとっている。

また、アンテナ放射部４の円柱の直径は、電波のアンテナ基材３上での波長をλとすると、λ/２の長さに設定されている。すなわち、アンテナ基材３の誘電率を変えることによってその共振周波数が変わるので、結果的に、アンテナ基材３の誘電率を変えればアンテナ放射部４の直径を選択的に可変することができる。言い換えれば、アンテナ基材３の誘電率を選定することによって（つまり、アンテナ基材３の材質を選定することによって）、アンテナ放射部４の直径を決定することができる。このとき、アンテナ基材３の誘電率を大きくすれば、アンテナ放射部４の直径を小さくして無線用ＩＣタグを小さくすることができるが、アンテナ放射部４の直径が小さくなることによって電波の放射特性が悪くなる。したがって、アンテナ基材３の小型化と電波の放射特性の劣化とのトレイドオフの関係を最適にするようにアンテナ基材３の材料を選定して、アンテナ放射部４の直径を最適に決定することが望ましい。
ここで、比較的にサイズの大きい金属棒または金属管での使用を想定し、小型化より電波の放射特性重視という観点で、例えば誘電率が１０のアンテナ基材３を選定した場合に、アンテナ放射部４の円柱の直径が２４ｍｍとなる。このとき、直径が３６ｍｍで高さが１６.６ｍｍ程度の円柱形の無線用ＩＣタグを実現することができる。なお、アンテナ放射部４の高さは、無線用ＩＣタグ１が装着される被管理部材（例えば金属棒など）を加工する場合の加工代より高く設定される。

図２は、図１に示す無線用ＩＣタグを金属棒に実装した状態を示す図であり、（ａ）は実装の外観を示す斜視図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面の部分断面図である。すなわち、金属棒９に、所望の直径及び深さの孔を開けておき、図１に示すように構成された無線用ＩＣタグ１をその孔に圧入すれば、無線用ＩＣタグ１は安定的に金属棒９に固着される。このとき、無線用ＩＣタグ１におけるアンテナ放射部４の頭部が金属棒９の表面と略一致する高さまで無線用ＩＣタグ１を圧入すれば、無線用ＩＣタグ１が金属棒９の表面から突出することはなくなるので、より安定した状態で金属棒９に固着することができる。そして、読取装置（図示せず）を金属棒９に固着された無線用ＩＣタグ１のアンテナ放射部４に近づければ、読取装置とアンテナ放射部４との間の電波の送受信によって、読取装置は容易にＩＣチップ５に記録された情報を読み取ることができる。また、アンテナ放射部４の直径が比較的に大きくなっていて広い電波の指向性を持っているので、読取装置は比較的広い範囲で容易に無線用ＩＣタグ１のデータを読み取ることができる。

また、無線用ＩＣタグ１が金属棒９に圧入された後にその金属棒９に研磨などの加工を施した場合においても、無線用ＩＣタグ１におけるアンテナ放射部４の円柱の高さが加工代に応じてそれより高く設定されるので、金属棒９に加工を施しても、アンテナ放射部４の円柱部分が残りその結果、アンテナ特性が維持される。したがって、構造物の組立て段階で必要に応じて金属棒９を加工しても、無線用ＩＣタグ１が機能しなくなるおそれはなく、使い勝手が向上する。

すなわち、このような構成の無線用ＩＣタグにすることによって、被管理部材としての金属材料内に埋め込むことができるので、無線用ＩＣタグが金属材料から剥がれ落ちることがなくなるし、無線用ＩＣタグが他の物体に接触して破損するおそれもなくなる。したがって、無線用ＩＣタグと読取装置との間で常に安定した通信を行うことができるので、ＩＣチップに記録された情報を正確かつ確実に読み取ることができる。

＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２における無線用ＩＣタグの構成図であり、（ａ）は上面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
図３に示す実施の形態２における無線用ＩＣタグ１１の構成が、図１に示す実施の形態１における無線用ＩＣタグ１の構成と異なるところは、外被ケース１２’の外周面にネジ１２ａを形成して、上端面に複数の取付冶具用ホール１３を設けたところのみである。外被ケース１２’の材質は、実施の形態１と同様に、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属またはＰＣＢ、ＡＢＳなどの樹脂を用いる。無線用ＩＣタグ自体の構成は図１と同様のためここでの説明を省略する。

図４は、図３に示す無線用ＩＣタグを金属棒に実装した状態を示す図であり、（ａ）は実装の外観を示す斜視図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ断面の部分断面図である。すなわち、金属棒９にあらかじめ所望の直径及び深さのネジ孔を形成しておき、外被ケース１２’の上端面に設けられた取付冶具用ホール１３に取付冶具（図示せず）を挿入して無線用ＩＣタグ１１を金属棒９に螺合して行けば、アンテナ放射部４の頭部が金属棒９の表面と略一致する高さで無線用ＩＣタグ１１が金属棒９に固着される。これによって、無線用ＩＣタグ１１が金属棒９の表面から突出することなく、安定した状態で無線用ＩＣタグ１を金属棒９に固着することができる。なお、無線用ＩＣタグ１１が金属棒９に螺合された後に実施の形態１の場合と同様に金属棒９に加工を施すことができる。

＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３における無線用ＩＣタグの取付け構成図である。すなわち、図５に示すように、被管理部材としてのボルト２１の頭部に所望の直径と深さの孔２１ａを開け、その孔２１ａに無線用ＩＣタグ２２を埋め込んで使用することもできる。無線ＩＣタグ２２のアンテナ２４は、孔２１ａより径の小さい円板２４ａを有し、円板２４ａの中央部分から接続線２４ｂが延在され、ＩＣチップ２３の電極端子と接続されている。ＩＣチップ２３の他の電極端子がボルト２１と接続されている。

円板２４ａからＩＣチップ２３の電極までの距離は使用する電波の封止剤２５（アンテナ基材）上での波長をλとしたとき、λ／４に設定されている。このようにしてモノポールアンテナとしてのアンテナ２４が構成され、ボルト２１の頭部の表面部分にある円板２４ａから電波を放射させることができる。
ボルト２１への無線用ＩＣタグ２２の固定は、ＩＣチップ２３などをボルト２１の孔２１ａに収納した状態で、円板２４ａをボルト２１の頭部表面と略一致した位置に固定した後、半導体のパッケージ材料として使用されるエポキシ樹脂などの封止剤２５を孔２１ａに注入し、硬化させることによって固定する。
これによってボルト２１に読取装置（図示せず）を接近させれば、金属性のボルトでもそれに影響されることなく、読取装置は比較的容易にアンテナ２４からの電波をキャッチしてＩＣチップ２３の情報を読み取ることができる。

＜実施の形態４＞
図６は、本発明の実施の形態４における無線用ＩＣタグの取付け構成図である。ここでは、被管理部材としてスタッドボルト３１が用いられている。すなわち、図６に示すように、スタッドボルト３１の部品固定部３１ｂの頭部に対して、図５で説明した要領で無線用ＩＣタグ２２を埋め込むことができる。そして、無線用ＩＣタグ２２の埋め込まれたスタッドボルト３１の本体固定部３１ａを構造物（図示せず）に固着すれば、部品固定部３１ｂ側に組立部材を螺合して取り付けることができる。このとき、スタッドボルト３１の頭部に固着された無線用ＩＣタグ２２の情報を読み取ることによって、それぞれのスタッドボルト３１に螺合させる組立部材が何であるかを管理することができる。

本発明によれば、金属パイプや金属棒に無線用ＩＣタグを実装した後に金属表面を再研磨したり再加工しても、ＩＣタグ機能を維持することができるので、本発明の無線用ＩＣタグを金属材料に取り付けて例えば建築構造物などに有効に利用することができる。また、無線用ＩＣタグをボルトの中に埋め込むことができるので、エンジンや工作機械などの金属製装置における部品の取付位置や部品の内容を管理することが可能となり、複雑な構造物の組立作業を有効にサポートすることができる。

本発明の実施の形態１における無線用ＩＣタグの構成図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図１に示す無線用ＩＣタグを金属棒に実装した状態を示す図であり、（ａ）は実装の外観を示す斜視図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面の部分断面図である。 本発明の実施の形態２における無線用ＩＣタグの構成図であり、（ａ）は上面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。 図３に示す無線用ＩＣタグを金属棒に実装した状態を示す図であり、（ａ）は実装の外観を示す斜視図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ断面の部分断面図である。 本発明の実施の形態３における無線用ＩＣタグの取付け構成図である。 本発明の実施の形態４における無線用ＩＣタグの取付け構成図である。 金属パイプに従来の無線用ＩＣタグを貼付した状態を示す図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）はそのＥ−Ｅ断面の部分断面図である。

符号の説明

１，１１，２２ 無線用ＩＣタグ
２，１２ 外被ケース
３ アンテナ基材
４ アンテナ放射部
５，２３ ＩＣチップ
６ 貫通電極
７，２５ 封止剤
８ 支持部材
９ 金属棒
１２ａ ネジ
１３ 取付冶具用ホール
２１ ボルト
２１ａ 孔
２４ アンテナ
２４ａ 円板
２４ｂ 接続線
３１ スタッドボルト
３１ａ 本体固定部
３１ｂ 部品固定部

Claims (3)

1. 情報を記録するＩＣチップと、前記ＩＣチップに記録されている情報を無線で送信するアンテナとによって構成された無線用ＩＣタグをボルトに取り付けたＩＣタグ付きボルトであって、
   前記ボルトに前記無線用ＩＣタグを収納するための孔が形成され、前記無線用ＩＣタグは前記孔に収納され、
   前記アンテナは、電波を放射する円板と、当該電波を放射する円板と前記ＩＣチップとを接続する接続線と、を備え、
   前記ＩＣチップは２つの電極端子を有し、一つの電極端子は前記接続線と接続し、他の電極端子は前記ボルトに接続している
   ことを特徴とするＩＣタグ付きボルト。
2. 前記電波を放射する円板は前記ボルトの表面部分に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＩＣタグ付きボルト。
3. 前記無線用ＩＣタグと前記ボルトの間に封止剤が充填されていて、
   前記接続線の長さは、使用する電波の前記封止剤中での波長をλとしたとき、λ／４に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＩＣタグ付きボルト。
   

Images