JP5953978B2 - Rfタグ - Google Patents
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Description
RFタグは、RFID(Radio Frequency Identification)タグ,ICタグ,非接触タグ等とも呼ばれ、ICチップと無線アンテナを備えた電子回路が樹脂フィルム等の基材によって封止・コーティングされた所謂インレイ(インレット)が、タグ(荷札)状に形成されてなる超小型の通信端末であり、読取・書込装置(リーダ・ライタ)によってタグ内のICチップに所定の情報が無線で読み取りや書き込み,読み書き(リードオンリー,ライトワンス,リード・ライト)が行えるようになっている。
そして、このようなRFタグに所定の情報を書き込んで任意の物品,対象物等に取り付けることにより、RFタグに記録された情報がリーダ・ライタによりピックアップされ、タグに記録された情報を当該物品に関する所定情報として認識,出力,表示,更新等させることができる。
そして、このようなRFタグを用いることで、タグを取り付ける物品に関する種々の情報、例えば当該物品の名称や識別記号,内容物,成分,管理者,使用者,使用状態,使用状況などの種々の情報が記録可能となり、ラベル表面に印刷表示される文字やバーコード等では不可能であった多種多様な情報を、小型化・薄型化されたタグを物品に装着するだけで正確に読み書きすることが可能となる。
特に、UHF帯の高周波数帯を使用する電波方式のRFタグでは、135KHzや13.56MHz帯域を使用する電磁誘導方式の場合と比べて、通信距離は長くなる反面、水による吸収や金属による反射等によって通信特性が大きく損なわれやすいという問題があった。
RFタグの通信特性はアンテナサイズによる利得によって左右されることから、RFタグに備えられるアンテナを面状に形成してアンテナサイズを大きくすることで、通信距離を大きく確保して通信特性を向上させることが可能となる。
このため、アンテナが面状に形成されるだけで、RFタグの通信周波数によっては通信特性が向上しないおそれがあった。
同様に、特許文献2に記載されているのは、金属面の影響を低減するためにアンテナとして面状のパッチアンテナを採用するということだけであり、アンテナの大きさや形状がタグの通信周波数との関係で考慮されるようなことはなかった。
従って、例えば液体等を充填して使用されるプラスチックボトルやガラス瓶に取り付けた場合の容器内容物(水分)の影響や、金属製物品の導電性による影響を有効に回避することは困難であった。
また、このように通信距離が短く、リーダ・ライタとの間で一対一の通信しか行えない特許文献1,2に記載されているようなRFタグでは、複数のRFタグをリーダ・ライタで一括して認識させるようなことは不可能であり、例えば複数物品のそれぞれにRFタグを貼付して一括してデータの読み取り等を行うことはできなかった。
これによって、水分や金属の影響を有効に回避・低減することができ、複数のRFタグについても一括してデータの読み取りが可能となり、複数の容器が一括して箱詰めされて搬送される液体等を充填して使用されるプラスチックボトルやガラス瓶,特にウイスキーやワイン、日本酒といった高級酒用のボトルなどに貼付されるラベル用タグに好適なRFタグを実現することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係るRFタグ1を示す、タグの基材50として容器に貼付されるラベルを使用した形態の平面図であり、(a)はラベル裏面(貼付面)側から見た状態、(b)はラベル表面側から見た状態を示している。
また、図2は、図1に示すRFタグ1のインレイ10と補助アンテナ20及び基材50を分解した状態の斜視図であり、図1(a)に対応してラベル裏面(貼付面)側から見た状態を示している。
これらの図に示すように、本実施形態に係るRFタグ1は、無線通信を行うRFタグを構成するインレイ10に面状の補助アンテナ20が積層配置され、それらインレイ10,補助アンテナ20が基材50の表面に積層されてRFタグ1を構成するようになっている。
そして、本実施形態に係るRFタグ1では、補助アンテナ20がインレイ10の通信周波数に対応して所定の形状・大きさに形成されるようになっており、その補助アンテナ20が基材50上においてインレイ10に対して所定位置に積層配置されるようになっている。
以下、各部を詳細に説明する。
インレイ10は、図示しないリーダ・ライタ(読取・書込装置)との間で無線による所定の情報の読み取りや書き込み,読み書きが行われるRFタグを構成しており、例えばリードオンリー型,ライトワンス型,リード・ライト型等の種類がある。
具体的には、インレイ10は、ICチップ11と、ICチップ11に電気的に導通・接続されたアンテナ12とを有し、これらICチップ11及びアンテナ12が、基材となる例えばPET樹脂等で形成された1枚の封止フィルム13上に搭載,形成された後、もう1枚の封止フィルム13が重ね合わされて、2枚の封止フィルム13によって挟持された状態で封止・保護されている。
本実施形態では、ICチップ11とICチップ11の両側に伸びるアンテナ12を長方形状の封止フィルム13で挟持・封止した矩形状のインレイ10を用いている。
ICチップ11には、チップ周囲を囲むようにループ状の回路導体が接続されてループ部11aが形成されており、このループ部11aを経由して、ICチップ11の左右両側にアンテナ12が接続されている。
そして、このアンテナ12及び後述する補助アンテナ20を介して図示しないリーダ・ライタとの間で無線通信による読み書き(データ呼び出し・登録・削除・更新など)が行われ、ICチップ11に記録されたデータが認識されるようになっている。
ICチップ11に記録されるデータとしては、例えば、商品の識別コード、名称、重量、内容量、製造・販売者名、製造場所、製造年月日、使用期限等、任意のデータが記録可能であり、また、書換も可能である。
封止フィルム13は、例えばポリエチレン,ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリプロピレン,ポリイミド等の可撓性を有するフィルム材からなり、封止するICチップ11・アンテナ12が外部から視認可能な透明のPET樹脂等で構成されることが好ましい。また、封止フィルム13の片面側のフィルム表面には、基材や物品への貼り付けができるように粘着層・接着層を備えることができる。
一般にRFタグで使用される周波数帯としては、例えば、135kHz以下の帯域、13.56MHz帯、UHF帯に属する860M〜960MHz帯、2.45GHz帯等の数種類の周波数帯がある。そして、使用される周波数帯によって無線通信が可能な通信距離が異なるとともに、周波数帯によって最適なアンテナ長などや配線パターンが異なってくる。
本実施形態では、インレイ10が小型化でき、また、後述する補助アンテナ20を所定のサイズに形成する関係上、波長が短くアンテナが小型化できるUHF帯を対象とするようにしてあり、例えば953MHz帯や920MHz帯を対象としており、これらの周波数帯において良好な通信特性が得られるようにするものである。
但し、インレイ10や補助アンテナ20の大きさの制約がなければ、本発明に係る技術思想自体は、UHF帯以外の周波数帯域についても適用できることは勿論である。
前記補助アンテナ20は、上述したインレイ10の通信特性を向上・調整するためのエクストラアンテナとして機能するものであり、図2及び図3に示すように、インレイ10の片面側に積層配置される面状の導電性部材からなり、封止フィルム13によって樹脂封止されたインレイ10とは絶縁状態となっている。
すなわち、インレイ10は、封止フィルム13によって全体が樹脂封止されており、導電性部材からなる補助アンテナ20とは物理的には絶縁状態となっている。そして、このような補助アンテナ20がインレイ10に直接積層されることで、補助アンテナ20とインレイ10のICチップ11は、封止フィルム13を介して対向配置されるようになり、所謂コンデンサカップリングによって電気的接続がなされるようになる。
これによって、インレイ10には補助アンテナ20が縦方向(高さ方向)に積層されることで、インレイ10のアンテナ12と補助アンテナ20により二次元アンテナが構成され、補助アンテナ20が通信電波のブースターとして機能することになり、インレイ10の通信特性の調整・向上が図られることになる。
図3に本実施形態に係る補助アンテナの平面図を示してあり、同図(a)は補助アンテナをインレイに積層した状態を、また、同図(b)は補助アンテナの長辺の寸法関係を示している。
同図に示すように、本実施形態では、補助アンテナ20は、短辺がインレイ10の短辺よりも長く、長辺がインレイ10の長辺よりやや短い矩形・面状に形成されるようになっている。
そして、特に矩形の長辺がインレイ10の電波周波数の波長の略1/4の長さとなるように形成される。
さらに、矩形長辺の一方の長辺には、当該長辺をインレイ10の電波周波数の波長の略1/8ずつの長さに二分割する切り欠き部21が形成されるようになっている。
切り欠き部21は、補助アンテナ20の一方の長辺の縁部に開口した、インレイ10のICチップ11が配置可能な所定の幅と深さを有する凹形状に形成されている。
そこで、本実施形態では、補助アンテナ20の長辺の長さを、インレイ10の電波周波数の波長の略1/4の長さとしてある。
すなわち、インレイ10のICチップ11近傍にはループ回路が形成されており(ループ部11a)、このループ部11aは、インピーダンスの整合を図る目的があり、かつ、磁界成分での通信を行うために設けられており、この磁界成分を補助アンテナ20の導体により阻害しないようにする必要がある。
そこで、補助アンテナ20をインレイ10に重ねて積層するにあたり、ICチップ11が位置する部分には補助アンテナ20の導電性部材が存在しないように、切り欠き部21を形成するようにしている。
なお、切り欠き部21の大きさ(幅及び深さ)は、少なくともインレイ10のICチップ11に重ねて補助アンテナ20が存在しない大きさであれば良く、また、この切り欠き部21の幅及び深さを適宜調整することで、ICチップ11の電波周波数や後述する筐体50の材質、RFタグ1を取り付ける物品からの影響等に応じて、インピーダンス整合を図ることができるようになる。
従って、切り欠き部21は、少なくともICチップ11が配置可能な大きさであって、その幅及び深さは補助アンテナ20の大きさの範囲内で適宜調整・変更することができるものであれば良い。
従って、補助アンテナ20は、長辺の長さが78.7mm前後となるように形成し、これによって切り欠き部21が形成される一方の長辺は、それぞれが39.4mm前後の長さに2分割されることになる。
また、例えばインレイ10の通信周波数が920MHzの場合には、λ≒326.0mm,λ/4≒81.5mm,λ/8≒40.8mmとなる。
従って、補助アンテナ20は、長辺の長さが81.5mm前後となるように形成し、これによって切り欠き部21が形成される一方の長辺は、それぞれが40.8mm前後の長さに2分割されることになる。
このため、本実施形態に係るインレイ10においても、導体である補助アンテナ20とインレイ10のアンテナ12に挟まれた、PET層との構造が波長短縮効果を生み、このPET層を利用することで、見かけの波長が短縮されることになる。PETの比誘電率はおよそ「4」である。
このため、本実施形態における補助アンテナ20の長辺の長さもおよその値であり、略λ/4,略λ/8の値となっていれば十分であり、RFタグ1の筐体50の材質、タグの使用環境,使用態様等による通信特性の変化に応じて長さが前後することはある。
具体的には、まず切り欠き部21の幅については、インレイ10のICチップ11のループ部11aの幅を基準にしており、補助アンテナ20の導体が、ICチップ11及びループ部11aに重ならず、又はICチップ11には重ならずループ部11aの周縁の一部に重なるような大きさに形成する。例えばループ部11aの幅のサイズが15〜18mm程度である場合には、切り欠き部21の幅は約10〜20mmの範囲の長さとする。
また、切り欠き部21の深さについては、インレイ10の幅(短手方向の長さ)と、ループ部11aの上部の位置を基準にして設定し、少なくともICチップ11にアンテナ導体が重ならないようにする。例えばインレイ10の幅が10〜30mm程度である場合、切り欠き部21の深さは約5〜20mmの範囲の長さとする。
そこで、補助アンテナ20は、上述した切り欠き部21を有する凹形状の周縁外形を有していれば、面状部分を例えばメッシュ(網目)状,格子状等に形成することができる。
図4は、補助アンテナ20をメッシュ(網目)状に形成した形態を示す分解斜視図である。
同図に示すように補助アンテナ20をメッシュ状等に形成することで、表皮効果によりアンテナとしての機能は損なわれず、かつ、補助アンテナ20の全体の導体部分の面積を少なくすることができ、補助アンテナ20を形成する導電性インク等の導体材料を節減でき、RFタグ1の更なる低コスト化を図ることができるようになる。
基材50は、上述したインレイ10及び補助アンテナ20が積層される台紙,基材となるシート状,フィルム状の部材である。
本実施形態では、図1及び図5に示すように、基材50が、ボトル100などの飲料ボトル,飲料容器等の表面に貼付されるラベルシートからなり、インレイ10及び補助アンテナ20が、ラベルシートの飲料ボトル貼付面側に積層されるようになっている。
図5は、本実施形態に係るRFタグ1を構成するラベルを表面(ボトル背面)に貼付したボトル100の外観図である。
そして、この基材50の一面側、具体的には、基材50を構成するラベルシートのボトル100の表面と対向する面(ボトル貼付面,ラベル裏面)側に、インレイ10と補助アンテナ20が積層配置されるようになっている。
一方、基材50のもう一方の面(ラベル表面)側には、ボトル100に充填される内容物に関する所定の情報(内容物名,種類,産地,成分,国名,価格,バーコード等)が印刷等によって表示されるようになっている(図1(b)参照)。
ここで、基材50は、例えば、紙や合成紙、ポリエチレン,ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリプロピレン,ポリイミド等の樹脂からなる可撓性を有するシート材,フィルム材によって形成することがでる。
これによって、基材50のラベル裏面に配設されたインレイ10及び補助アンテナ20は、基材50によって全体が覆われ、外部からの衝撃や環境変化等から保護されることになり、RFタグとして機能できるようになる。
また、インレイ10と補助アンテナ20は、基材50によって隠された状態となるためボトル100の表面に露出せず、外部からはインレイ10と補助アンテナ20が配置されてラベルがRFタグ1を構成していることは分からないようになる。
従って、RFタグ1の存在が分からなくなり、RFタグ1に対する剥離・破壊等が行われることも有効に防止できるようになる。
以上のような構成からなる本実施形態に係るRFタグ1の通信特性について、図6,図7を参照しつつ以下に説明する。
図6は、本実施形態に係るRFタグ1の通信距離及び通信範囲を示す説明図であり、(a)は本発明に係るRFタグ、(b)は従来のRFタグの場合である。
同図において、斜線(ハッチ)で示す範囲は、容器の表面に貼付したRFタグに記録されたデータをリーダ・ライタで読み取った場合の読み取り可能な距離と範囲(角度)を示しており、リーダ・ライタがラベル(RFタグ)の正面に対向する位置を0°として、リーダ・ライタとラベル(RFタグ)の対向位置を360°回転方向に回転させた場合の読み取り可能な距離と範囲(角度)を模式的に示したものである。
なお、ここでは、RFタグ1は、通信周波数920MHz,出力27dBmのタグを使用した場合を示している。
また、リーダ・ライタでデータの読み取りが可能となる通信距離も、ラベル(RFタグ1)の正面側前方315°〜45°の範囲では100cm以上の通信距離があり、ラベル(RFタグ1)の真横方向90°・270°から真後ろ方向180°の位置においても50cm以上の通信距離があることが分かる。
さらに、通信距離が最も短くなるラベル(RFタグ1)の斜め後方135°の位置においても10cm前後の通信距離があり、容器の360°全周方向において、リーダ・ライタによる読み取りが可能であることが分かる。
また、通信距離も、リーダ・ライタによるデータ読み取り可能なラベル(RFタグ1)の正面前方の0°〜45°の範囲において、10cm前後の通信距離が得られるのみであり、その他の範囲ではまったくデータの読み取りが行えないことが分かる。
また、図7は、本実施形態に係るRFタグ1(又は従来のRFタグ)を構成するラベルが貼付されたボトル100を複数本(6本)同時に箱詰め・梱包した状態の外観図である。
このことから、本実施形態に係るRFタグ1では、ボトル100を複数本(6本)箱詰めにした状態においても、個々のRFタグ1のデータがリーダ・ライタによって読み取られてRFタグとして有効に機能することが分かる。
このことから、従来のRFタグでは、ボトル100を複数本(6本)箱詰めにした状態では、RFタグとしては機能し得ないことが分かる。
従って、例えば複数・大量・多種類の容器を管理して出荷処理等を行う場合にも、本実施形態のRFタグ1を使用することにより、製品管理ミスを大幅に低減することができ、出庫時の製品管理が極めて容易となり、労働時間の短縮や商品(ブランド)の価値向上等を図ることができるようになる。
従って、例えばインレイ10の種類や通信特性に応じて、補助アンテナ20の外形・面積を設定することで、そのインレイ10に最適な通信特性を得ることができ、リーダ・ライタとの間の通信距離を長くすることができる。また、補助アンテナ20を交換するのみで異なる通信周波数に対応させることができるようになり、RFタグとしての汎用性や拡張性を向上させることもできるようになる。
従って、例えば複数の容器が一括して箱詰めされて搬送されるような場合にも、個々の容器に貼付されたRFタグ1をそれぞれ読み取ることが可能となり、内容物入り容器の出荷や輸出入における商品管理等に好適なRFタグを実現することができる。
従って、インレイ10を構成するICチップ11やアンテナ12が異なることで通信周波数が異なる場合や、同一のICチップ11及びアンテナ12構成からなるインレイ10が、例えば使用可能な通信周波数帯域が異なる国や地域で使用される場合にも、誘電率調整プレート30を変更・調整することにより対応することができるようになり、RFタグとしての汎用性・拡張性を格段に向上させることができる。
例えば、上述した実施形態では、本発明に係るRFタグを使用する物品として、飲料用容器を例にとって説明したが、本発明のRFタグを使用できる物品,対象物としては、ウイスキーやワイン、日本酒といった高級酒用のボトル,飲料用容器に限定されるものではない。
すなわち、RFタグが使用され、リーダ・ライタを介して所定の情報・データが読み書きされる物品,対象物であれば、どのような物品・対象物であっても本発明に係るRFタグを適用することができる。
10 インレイ
11 ICチップ
12 アンテナ
13 封止フィルム
20 補助アンテナ
21 切り欠き部
22 メッシュ部
50 基材
Claims (3)
- ICチップと、ICチップの周囲をループ状に囲む導体からなるループ部と、ループ部を経由してICチップと接続されるアンテナを備え、全体が絶縁部材によって封止されたインレイと、
前記インレイと絶縁状態で積層される面状の補助アンテナと、
前記インレイ及び補助アンテナが積層される基材と、を備え、
前記補助アンテナが、
当該補助アンテナの長辺が前記インレイの電波周波数の波長の略1/4の長さの矩形状をなす面状に形成されるとともに、
当該補助アンテナの一方の長辺を前記インレイの電波周波数の波長の略1/8ずつの長さに二分割する切り欠き部を有し、
前記切り欠き部が、
前記一方の長辺の縁部に開口した、前記インレイのICチップが配置可能な所定の幅と深さを有する凹形状に形成され、
前記補助アンテナが、
前記切り欠き部が前記インレイの前記ループ部に重なるように、前記インレイの表面に直接積層されて配置され、
前記補助アンテナと前記インレイとがコンデンサカップリングによって電気的に接続されることを特徴とするRFタグ。 - 前記補助アンテナが、前記切り欠き部を有する凹形状の周縁外形を有するとともに、周縁内側の面状部分がメッシュ状に形成された請求項1記載のRFタグ。
- 前記基材が、
飲料ボトルの表面に貼付されるラベルシートからなり、
前記インレイ及び補助アンテナが、前記ラベルシートの飲料ボトル貼付面側に積層される請求項1又は2記載のRFタグ。
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