JP5943229B2 - 無線通信タグ付き物品 - Google Patents

Description

この発明は、無線通信用集積回路とこれに接続された導体とを備える無線通信タグが付属する物品に関する。

この種の背景技術の一例が、特許文献１に開示されている。この背景技術によれば、ＩＣタグは、金属構造物に収容装着される。金属構造物には、ＩＣタグの位置よりも深い凹部と構造物の外周面に到達する切り欠きとが設けられる。これによって、電波或いは磁界の通り道が確保され、金属の影響を受けやすい周波数対応のＩＣタグが金属材に装着されても読み取り装置と確実に交信できる。

特開２００３−６５９９号

しかし、背景技術では、切り欠きを形成し、かつこれを充填材によって塞ぐ必要があるため、製造コストが増大するという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、低コストで高周波伝送特性を高めることができる、無線通信タグ付き物品を提供することである。

この発明の無線通信タグ付き物品は、金属体を有しかつ無線通信タグが付属する物品であって、無線通信タグは、第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する第１導体、および第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する第２導体を備え、第１導体の開放された他端と第２導体の開放された他端とを結ぶ線が螺旋を描くように金属体の近傍に配置されており、第２導体の開放された他端と金属体との最短距離が、第１導体の開放された他端と金属体との最短距離よりも小さくなるように、金属体の近傍に配置されている。

好ましくは、第１入出力端子から第１導体の開放端までの電気長および第２入出力端子から第２導体の開放端までの電気長の各々はλ／４を示す。

好ましくは、無線通信タグは所定の共振周波数を有する給電回路をさらに備え、第１導体および第２導体はそれぞれ給電回路を介して第１入出力端子および第２入出力端子に接続される。

好ましくは、第１導体および第２導体はフレキシブルな金属膜で構成されており、かつ、フレキシブル基材に形成される。

好ましくは、金属体は柱状体を含み、第２導体の開放された他端が柱状体の一方端面に隣接配置されている。

或る局面では、螺旋の軸は柱状体の軸と平行に延びる。

他の局面では、柱状体はスピンドルである。

好ましくは、物品は金属体の近傍に設けられた絶縁性の筒体をさらに有し、無線通信タグは螺旋が描かれるように筒体に収められる。

無線通信タグをコンパクト化しつつ、周波数特性を安定化させるとともに通信距離を大きくし、高周波伝送特性を高めることができる。特に、物品そのものや、元来、物品に備えられている金属体を無線通信用に特別に加工する必要が無いため、高周波伝送特性の改善を低コストで実現できる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例のＲＦＩＤタグを斜め上から眺めた状態の一例を示す斜視図である。 （Ａ）は図１に示すＲＦＩＤタグを側部から眺めた状態の一例を示す側面図であり、（Ｂ）は図１に示すＲＦＩＤタグ（フレキシブル基材を除く）を下方から眺めた状態の一例を示す下面図である。 図１に示すＲＦＩＤタグに適用されるＲＦＩＣパッケージの構造の一例を示す図解図である。 図３に示すＲＦＩＣパッケージに設けられた給電回路の構成の一例を示す回路図である。 図１に示すＲＦＩＤタグがバルブに装着された状態の一例を示す図解図である。 バルブを構成するスピンドルとＲＦＩＤタグとの位置関係の一例を示す図解図である。 バルブを構成するスピンドルとＲＦＩＤタグとの位置関係の他の一例を示す図解図である。 （Ａ）はバルブを構成するスピンドルと他の実施例のＲＦＩＤタグとの位置関係の一例を示す図解図であり、（Ｂ）はバルブを構成するスピンドルとその他の実施例のＲＦＩＤタグとの位置関係の一例を示す図解図である。

本発明の無線通信タグは、代表的には、ＵＨＦ帯を通信周波数とするＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)タグである。

図１，図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、この実施例のＲＦＩＤタグ１０は直方体状のＲＦＩＣ(Radio Frequency Integration Circuit)パッケージ１２を含む。この実施例では、ＲＦＩＣパッケージ１２をなす直方体の長さ方向，幅方向および厚み方向にＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸をそれぞれ割り当てる。これを踏まえて、ＲＦＩＣパッケージ１２の下面（＝Ｚ軸方向の負側を向く面）には、Ｘ軸に沿って並ぶ２つのＩ／Ｏ端子１２ａおよび１２ｂが設けられる。

フレキシブル基材１８は、樹脂フィルムを材料として、Ｘ軸方向に直線状かつ帯状に延びる。また、フレキシブル基材１８の幅は、ＲＦＩＣパッケージ１２の幅を僅かに上回る。フレキシブル基材１８の上面（＝Ｚ軸方向の正側を向く面）には、フレキシブル基材１８の長さ方向中央部を除いて、導体が印刷される。このうち、Ｘ軸方向の正側に印刷された一部の導体が第１導体１４であり、Ｘ軸方向の負側に印刷された他の一部の導体が第２導体１６である。したがって、第１導体１４および第２導体１６もまた、フレキシブル基材１８とほぼ同幅の直線状かつ帯状に形成される。なお、フレキシブル基材１８，第１導体１４および第２導体１６を含んで構成される励振用ストラップＳＴ１がＲＦＩＤタグである。

第１導体１４の一端（＝Ｘ軸方向における負側端部）から第２導体１６の一端（＝Ｘ軸方向における正側端部）までの距離は、ＲＦＩＣパッケージ１２に設けられたＩ／Ｏ端子１２ａからＩ／Ｏ端子１２ｂまでの距離とほぼ一致する。Ｉ／Ｏ端子１２ａは導電性の接合材２０によって第１導体１４の一端に接続され、Ｉ／Ｏ端子１２ｂは導電性の接合材２２によって第２導体１６の一端に接続される。第１導体１４の他端および第２導体１６の他端は、いずれも開放端とされる。

図３を参照して、ＲＦＩＣパッケージ１２は、各々が板状に形成された給電回路基板１２ｃおよび封止層１２ｄを有する。封止層１２ｄは、その側面（＝Ｘ軸およびＹ軸の各々に直交する面）が給電回路基板１２ｃの側面と面一となるように、封止層１２ｃの上に積層される。無線通信用集積回路を構成するＲＦＩＣチップ１２ｅは給電回路基板１２ｃに搭載されており、これをもって、ＲＦＩＣパッケージ１２が構成されている。

上述したＩ／Ｏ端子１２ａおよび１２ｂは、給電回路基板１２ｃの下面に形成される。また、給電回路基板１２ｃの上面には、別のＩ／Ｏ端子１２ｆおよび１２ｇが形成される。封止層１２ｄにはＲＦＩＣ１２ｅが埋め込まれ、ＲＦＩＣ１２ｅの下面にはバンプ状の第１入出力端子１２ｈおよび第２入出力端子１２ｉが形成される。第１入出力端子１２ｈはＩ／Ｏ端子１２ｆと導電性の接合材を介して接続され、第２入出力端子１２ｉはＩ／Ｏ端子１２ｇと同じく導電性の接合材を介して接続される。

給電回路基板１２ｃには、図４に示す給電回路１２ｊが設けられる。図４によれば、コンデンサＣ１の一端はＩ／Ｏ端子１２ａと接続され、コンデンサＣ１の他端はＩ／Ｏ端子１２ｆひいては第１入出力端子１２ｈと接続される。また、コンデンサＣ２の一端はＩ／Ｏ端子１２ｂと接続され、コンデンサＣ２の他端はＩ／Ｏ端子１２ｇひいては第２入出力端子１２ｉと接続される。インダクタＬ１の一端はコンデンサＣ１の一端と接続され、インダクタＬ１の他端はコンデンサＣ２の一端と接続される。

ＲＦＩＣタグ１０の共振周波数は、給電回路１２ｊを構成するインダクタＬ１およびコンデンサＣ１〜Ｃ２によって規定される。規定された共振周波数は、無線通信用のキャリア周波数帯域（＝９００ＭＨｚ帯域）に相当する。第１導体１４の開放端から第２導体１６の開放端までの電気長は、給電回路１２ｊを含み、高周波信号の波長の１／２（＝λ／２）に設定される。また、第１入出力端子１２ｈから第１導体１４の開放端までの電気長はλ／４に設定され、第２入出力端子１２ｉから第２導体１６の開放端までの電気長もλ／４に設定される。この結果、ＲＦＩＣタグ１０は、ダイポール型アンテナとして機能する。

図５を参照して、高圧ガスバルブ３０は、弁３８を収納する弁室ＲＭ１が形成された弁箱３２と、スピンドル３６を介して弁３８の位置を調整するハンドル３４とを有する。高圧ガスバルブ３０は、弁箱３２の下面が高圧ガス容器４０の開口によって塞がれるように、高圧ガス容器４０に装着される。

ハンドル３４は、樹脂を材料とした絶縁体で構成されていて上下方向に延びる円筒をなし、弁箱３２の上方に配置される。円筒の上端は大きく開口し、円筒の下端は円の中心位置を上下方向の延びる貫通孔ＨＬ１を除いて閉口する。換言すれば、ハンドル３４は下に凹む凹部ＣＣ１を有し、凹部ＣＣ１の底面の中央に貫通孔ＨＬ１が形成される。

弁箱３２は、金属を材料として作製される。弁箱３２の下面には高圧ガスを弁室ＲＭ１に取り込むための吸気孔ＶＴ１が形成され、弁箱３２の側面には弁室ＲＭ１に取り込まれた高圧ガスを排出するための排気孔ＶＴ２が形成される。また、弁箱３２の上面には、貫通孔ＨＬ１の内径と一致する内径を有して弁室ＲＭ１に達する貫通孔ＨＬ２が形成される。

スピンドル３６は、金属を材料として円柱状に形成される。円柱の外径は、貫通孔ＨＬ１およびＨＬ２の各々の内径とほぼ一致する。スピンドル３６は上下方向に延び、その上端は貫通孔ＨＬ１を経て凹部ＣＣ１に達する一方、その下端は貫通孔ＨＬ２を経て弁室ＲＭ１に達する。

弁３８は、金属を材料として円板状に形成される。円板の一方主面は上方を向き、円板の他方主面は下方を向く。円板の外径はスピンドル３６の外径よりも大きく、弁室ＲＭ１に達したスピンドル３６の下端は円板の一方主面の中央で弁３８と結合される。弁３８はハンドル３４の操作に従って上下し、これによって排出孔ＶＴ２からの高圧ガスの排出量が調整される。

図６をさらに参照して、ＲＦＩＤタグ１０は、ハンドル３４に形成された凹部ＣＣ１の内周面に装着される。このとき、第１導体１４の開放端，第２導体１６の開放端を結ぶ線（＝ＲＦＩＤタグ１０の長さ方向に延びる仮想線）がスピンドル３６の中心軸と重なって上下方向に延びる軸ＡＸ１の周りで螺旋を描くように（つまり、捩れが掛かるように）、ＲＦＩＣパッケージ１２の上面，第１導体１４および第２導体１６が凹部ＣＣ１の内周面に貼着される。螺旋の周回数はほぼ１回であり、軸ＡＸ１の一端から眺めたときＲＦＩＤタグ１０はほぼ真円を描く。そして、ＲＦＩＤタグ１０は、第２導体１６の開放端とスピンドル３６の端部とを結ぶ距離が、第１導体１４の開放端とスピンドル３６の端部とを結ぶ距離よりも小さくなるように、スピンドル３６近傍に配置されている。

第２導体１６の開放端の位置は、軸ＡＸ１の径方向において第２導体１４の開放端の位置と重複せず、これによってダイポール型アンテナとしての初期の高周波伝送特性が維持される。つまり、第２導体１６の開放端が第１導体１４の開放端に近づくと、両開放端の間に形成された容量によって共振周波数が低下し、所望の周波数特性が得られなくなってしまうが、両開放端は互いに離されるため、所望の周波数特性が得られる。こうして装着されたＲＦＩＤタグ１０は、第２導体の開放端にて、スピンドル３６と電磁界結合（主に容量結合）し、ＲＦＩＤタグ１０から出力された高周波信号はスピンドル３６および弁３８、さらには弁箱３２やガス容器４０を介して外部に放射される。

以上の説明から分かるように、高圧ガスバルブ３０は、いずれもが金属を材料とするスピンドル３６、弁３８、弁箱３２およびガス容器４０を有し、かつＲＦＩＤタグ１０は、第１導体１４の開放端から第２導体１６の開放端を各導体に沿って結ぶ仮想線が螺旋を描くように、かつ、第２導体１６の開放端とスピンドル３６との最短距離が、第１導体１４の開放端とスピンドル３６との最短距離よりも小さくなるように、スピンドル３６の近傍に配置される。

第１導体１４の開放端から第２導体１６の開放端までの電気長をλ／２以上、特にλ／２に設定することで、ＲＦＩＤタグ１０はダイポール型アンテナとして機能する。このようなアンテナをスピンドル３６の近傍に、第１導体１４および第２導体１６からなる帯状導体を螺旋状に、かつ、第２導体１６の開放端とスピンドル３６とは容量結合するが、第１導体１４の開放端とスピンドル３６とは実質的に容量結合しないように（あるいは第２導体１６の開放端とスピンドル３６との間に形成される容量よりも極めて小さな容量になるように）配置することで、ＲＦＩＤタグ１０をコンパクト化しつつ、周波数特性を安定化させるとともに通信距離を大きくし、ゆえに、高周波伝送特性を高めることができる。また、第１導体１４および第２導体１６を螺旋状に配置したＲＦＩＤタグ１０をスピンドル３６の近傍に配置するだけでよいため（つまり、ハンドル３４の加工などの作業が不要であり、かつ、バルブや容器そのものを加工する必要も無いため）、コストを抑えることができる。また、深さがλ／２に満たないサイズのハンドル３４の内壁に配置できるので、バルブやボンベの外にタグを張り付ける場合に比べて、タグの信頼性を大幅に向上させることができる。

なお、この実施例では、スピンドル３６の中心軸と重なる軸ＡＸ１の周りで螺旋を描くようにＲＦＩＤデバイス１０を配置するようにしている。しかし、図７に示すように、軸ＡＸ１と平行に延びる軸ＡＸ２をスピンドル３６の周辺に定義し、この軸ＡＸ２の周りで螺旋を描くようにＲＦＩＤデバイス１０を配置するようにしてもよい。

また、この実施例では、ＲＦＩＤ１０が描く螺旋の周回数は、ほぼ１回である。しかし、螺旋の周回数は、図８（Ａ）に示すように１回を上回ってもよく、図８（Ｂ）に示すように１回未満であってもよい。

さらに、この実施例では、高圧ガスバルブ３０にＲＦＩＤタグ１０を装着するようにしている。しかし、ＲＦＩＤタグ１０を装着する対象は、高圧ガス容器４０の本体そのものであってもよいし、その他、金属体を有する物品である限り、高圧ガスバルブ３０以外の物品であってもよく、たとえばスパナなどの金属製の工具、ボリューム調整用のツマミ付きスピンドル等が想定される。

１０ …ＲＦＩＤタグ（無線通信タグ）
１２ｅ …ＲＦＩＣチップ（無線通信用集積回路）
１２ｈ …第１入出力端子
１２ｉ …第２入出力端子
１２ｊ …給電回路
１４ …第１導体
１６ …第２導体
１８ …フレキシブル基材
３０ …高圧ガスバルブ（物品）
３６ …スピンドル（金属体）
３８ …弁（金属体）

Claims (8)

1. 金属体を有しかつ無線通信タグが付属する物品であって、
   前記無線通信タグは、
   第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、
   前記第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する第１導体、および
   前記第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する第２導体を備え、
   前記第１導体の前記開放された他端と前記第２導体の前記開放された他端とを結ぶ線が螺旋を描くように前記金属体の近傍に配置されており、
   前記第２導体の前記開放された他端と前記金属体との最短距離が、前記第１導体の前記開放された他端と前記金属体との最短距離よりも小さくなるように、前記金属体の近傍に配置されている、無線通信タグ付き物品。
2. 前記第１入出力端子から前記第１導体の開放端までの電気長および前記第２入出力端子から前記第２導体の開放端までの電気長の各々はλ／４を示す、請求項１記載の無線通信タグ付き物品。
3. 前記無線通信タグは所定の共振周波数を有する給電回路をさらに備え、
   前記第１導体および前記第２導体はそれぞれ前記給電回路を介して前記第１入出力端子および前記第２入出力端子に接続される、請求項１または２記載の無線通信タグ付き物品。
4. 前記第１導体および前記第２導体はフレキシブルな金属膜で構成されており、かつ、フレキシブル基材に形成される、請求項１ないし３のいずれかに記載の無線通信タグ付き物品。
5. 前記金属体は柱状体を含み、前記第２導体の前記開放された他端が前記柱状体の一方端面に隣接配置されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の無線通信タグ付き物品。
6. 前記螺旋の軸は前記柱状体の軸と平行に延びる、請求項５記載の無線通信タグ付き物品。
7. 前記柱状体はスピンドルである、請求項５または６記載の無線通信タグ付き物品。
8. 前記物品は前記金属体の近傍に設けられた絶縁性の筒体をさらに有し、
   前記無線通信タグは前記螺旋が描かれるように前記筒体に収められる、請求項１ないし７のいずれかに記載の無線通信タグ付き物品。

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