JP7360292B2

JP7360292B2 - 非接触型データ受送信体

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Publication number: JP7360292B2
Application number: JP2019177657A
Authority: JP
Inventors: 仁加賀谷; 駿梅津
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JP2021056650A

Description

本発明は、非接触型データ受送信体に関する。

近年、流通管理、履歴管理、物品管理、その他の各種管理を効率的に行うべく、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が様々な用途に用いられている。このＲＦＩＤは、ＲＦＩＤタグと呼ばれる電子機器と情報読出／書込装置（リーダ／ライタ）との間で電磁界や電波等を用いた近距離の無線通信を行うことで、ＲＦＩＤタグに対する情報の書き込みを非接触で行い、あるいはＲＦＩＤタグからの情報の読み出しを非接触で行うものである。

ＲＦＩＤタグは、被貼付体に貼付されて、比較的高温（１００℃～２００℃）の環境に曝されることがある。このような高温の環境でも通信を可能とした耐熱性に優れるＲＦＩＤタグとしては、例えば、絶縁性を有する無機材料からなる基板と、該基板に形成された主アンテナと、該主アンテナに接続された電子素子と、を有する電子基板と、主アンテナと非接触で共振するブースター用の副アンテナと、電子基板および副アンテナを覆う被覆部材と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６３９９３１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＲＦＩＤタグは、高温の環境に曝されると、第２アンテナの熱膨張によって生じる熱応力がインレットに対して加えられて、ＩＣチップが破損することがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、比較的高温（１００℃～２００℃）の環境に曝されても、ＩＣチップが破損することを抑制した非接触型データ受送信体を提供することを目的とする。

本発明の非接触型データ受送信体は、ＩＣチップおよび該ＩＣチップに接続された第１アンテナを有するインレットと、前記第１アンテナと非接触で電磁結合するブースター用の第２アンテナを有するアンテナ部と、前記インレットおよび前記アンテナ部の外周全体を被覆する樹脂からなる被覆材と、を備え、前記アンテナ部は、金属からなり、前記アンテナ部は、前記アンテナ部の外形を形成する第１部位と、前記第１部位の内側に配され、前記第１部位の内側面に沿う形状をなす第２部位とを有し、前記第１部位と前記第２部位は別体をなしている。

本発明の非接触型データ受送信体において、前記第１部位と前記第２部位の間に隙間があることが好ましい。

本発明の非接触型データ受送信体において、前記隙間の幅は２．０ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、比較的高温（１００℃～２００℃）の環境に曝されても、ＩＣチップが破損することを抑制した非接触型データ受送信体を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る非接触型データ受送信体の要部構成を示す平面透視図である。図１中のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による非接触型データ受送信体について詳細に説明する。尚、以下で説明する実施形態は、本発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであって、本発明を限定するものではない。また、以下で参照する図面においては、理解を容易にするために、必要に応じて各部材の寸法を適宜変えて図示している。

［非接触型データ受送信体］
図１は、本発明の実施形態による非接触型データ受送信体の要部構成を示す平面透視図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。
図１に示す通り、本実施形態の非接触型データ受送信体１０は、インレット２０と、アンテナ部３０と、インレット２０およびアンテナ部３０の外周全体を被覆する樹脂からなる被覆材４０とから概略構成されている。

非接触型データ受送信体１０は、図２に示すように、インレット２０とアンテナ部３０が同一面上に配置されている。
なお、被覆材４０は、インレット２０およびアンテナ部３０を収容する収容部を有し、樹脂からなる筐体であってもよい。

インレット２０は、基材２１と、基材２１の一方の面２１ａに設けられたＩＣチップ２２およびＩＣチップ２２に電気的に接続された第１アンテナ２３とから概略構成されている。

基材２１としては、比誘電率が１～１２である基材が好適に用いられ、４．８～１２である基材がより好適に用いられる。また、基材２１の比誘電率は、非接触型データ受送信体１０に要求される通信特性（通信距離、周波数帯域）等に応じて適宜調整される。
また、基材２１の一方の面２１ａには、後述する第１アンテナ２３が設けられる。そのため、基材２１は、平面視形状の外形が第１アンテナ２３とほぼ同一の形状をなしている。なお、本実施形態において、平面視とは、基材２１の一方の面２１ａ側から見たことを示す。

このような基材２１としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる基材、ポリイミドからなる基材、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂を染み込ませて熱硬化処理を施し板状にした基材（ＦｌａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔＴｙｐｅ４、ＦＲ－４）、セラミックスからなる基材等が挙げられる。ＦＲ－４としては、具体的には、パナソニック社製のＲ－１７００（商品名）等が挙げられる。
基材２１の厚みは、特に限定されず、非接触型データ受送信体１０に要求される通信特性（通信距離）等に応じて適宜調整される。基材２１の厚みは、例えば、５０μｍ～２．２ｍｍであることが好ましい。

本実施形態における比誘電率の測定方法は、ＩＥＣ６０２５０に規定された法が用いられる。

ＩＣチップ２２は、外部から非接触で第１アンテナ２３およびアンテナ部３０の第２アンテナ３１を介して供給される電力によって動作し、外部との間で第１アンテナ２３および第２アンテナ３１を介した無線通信を行って非接触状態でデータの書き込み及び読み出しを行う半導体集積回路である。このＩＣチップ２２としては、特に限定されず、第１アンテナ２３および第２アンテナ３１を介して非接触状態でデータの書き込みおよび読み出しが可能なものであれば、任意のものを用いることができる。

第１アンテナ２３は、ＩＣチップ２２に対して電気的に接続されるアンテナである。
図１に示す第１アンテナ２３は、平面視形状が四角環形状であるループ状のアンテナである。なお、図１においては、第１アンテナ２３が四角環形状のものを図示しているが、第１アンテナ２３の形状は、円環形状、楕円環形状、多角環形状、その他の任意の形状であってもよい。

第１アンテナ２３の厚みは、特に限定されないが、５０μｍ～２．２ｍｍであることが好ましい。
また、第１アンテナ２３の長さ（四角環形状を形成する部分の全長）は、特に限定されないが、周波数９２０ＭＨｚの１／２波長、１／３波長、１／４波長に相当する長さが好ましく、３０ｍｍ～９０ｍｍであることが好ましい。また、第１アンテナ２３の幅は、使用する部材の比誘電率に合せて調整することにより、非接触型データ受送信体１０の周波数特性を調整することができる。

第１アンテナ２３を構成する材料としては、例えば、公知のポリマー型導電インク、銀インク組成物等の導電性のインク、金属箔、電気メッキや静電メッキにより形成された金属薄膜、金属蒸着等の各種薄膜形成法により形成された金属薄膜、金属板等が挙げられる。

アンテナ部３０は、第２アンテナ３１からなる。
第２アンテナ３１は、第１アンテナ２３と非接触で電磁結合するブースター用のアンテナである。第２アンテナ３１は、第１アンテナ２３のみによって無線通信を行う場合よりも、通信距離を長くする（長距離通信を可能にする）ために設けられる。この第２アンテナ３１は、例えば、外形が板状または帯状をなす部材であり、インレット２０に設けられた第１アンテナ２３の近傍に配置され、第１アンテナ２３の外縁の少なくとも一部に沿うように設けられる。

なお、第２アンテナ３１が、第１アンテナ２３の外縁に沿うように設けられるとは、第１アンテナ２３と第２アンテナ３１との間で電気的な接続（電磁結合）が可能な位置に、両者が互いに配置されていることをいう。本実施形態において、第２アンテナ３１は、平面視形状が四角環形状であるループ状の第１アンテナ２３の３辺に沿うように設けられており、第１アンテナ２３に沿う部分の平面視形状はコ字状にされている。

より具体的に、第２アンテナ３１は、インレット２０（第１アンテナ２３）の外側に沿うように形成された中央部（インレット２０が配置される部分）３１Ａと、中央部３１Ａから第２アンテナ３１の長手方向の両端部まで延在する線状または帯状の放射部３１Ｂ，３１Ｂとからなるアンテナである。第２アンテナ３１の中央部３１Ａには切り欠きが形成されており、これにより、中央部３１Ａの平面視形状（中央部３１Ａの第１アンテナ２３に沿う部分の平面視形状）がコ字状にされている。

第２アンテナ３１の中央部３１Ａは、その内側に配されるインレット２０（第１アンテナ２３）とほぼ同一の形状に形成されていることが好ましい。また、インレット２０（第１アンテナ２３）は、第２アンテナ３１の中央部３１Ａと接触しないように設けられるが、両者の間の隙間ができる限り小さくなるように中央部３１Ａが形成され、かつ両者の間の隙間はできる限り小さくなるように中央部３１Ａ内にインレット２０（第１アンテナ２３）を配置することが好ましい。なお、第１アンテナ２３と第２アンテナ３１との間隔は、両者の間で電気的な接続（電磁結合）が可能な範囲であれば特に限定されない。

アンテナ部３０（第２アンテナ３１）は、アンテナ部３０の外形を形成する第１部位３２と、平面視にて第１部位３２の内側に配され、第１部位３２の内側面３２ａに沿う形状をなす第２部位３３とを有する。図１に示すように、本実施形態では、第１部位３２は平面視形状が略長方形環状をなしており、第２部位３３は平面視形状が略長方形板状をなしている。また、第１部位３２と第２部位３３は別体をなしている。第１部位３２と第２部位３３は別体をなしているとは、第１部位３２と第２部位３３が接合されて一体化されていないことをいう。なお、第１部位３２と第２部位３３は一体化されていなければよく、第１部位３２の内側に第２部位３３が配置された状態で、両者が部分的に接触していてもよい。

なお、本実施形態では、アンテナ部３０の第２部位３３の平面視形状が略長方形板状をなしている場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明では、アンテナ部の第２部位の平面視形状が略長方形環状をなしていてもよい。

アンテナ部３０において、第１部位３２と第２部位３３の間に隙間３４があることが好ましい。隙間３４があることにより、第１部位３２と第２部位３３の熱膨張によって生じる熱応力がインレット２０に対して加えられることを抑制できる。そのため、その熱応力により、インレット２０のＩＣチップ２２が破壊されることを抑制できる。

隙間３４の幅（図１に示す幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８）は、第１部位３２と第２部位３３の熱膨張によって生じる熱応力がインレット２０に対して加えられることが抑制される程度であれば、特に限定されないが、２．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。隙間３４の幅が上記上限値以下であれば、第１部位３２と第２部位３３の熱膨張によって生じる熱応力がインレット２０に対して加えられることが抑制されるばかりでなく、隙間３４内に多くの空気が入り込むことがない。隙間３４内に多くの空気が入り込むと、非接触型データ受送信体１０が高温の環境に曝された場合に、隙間３４内の空気が膨張して、被覆材４０や、インレット２０が変形し、これらが破損することがある。被覆材４０が破損すれば、非接触型データ受送信体１０の耐熱性が低下する。インレット２０が破損すれば、情報の書き込みや読み出しができなくなる。

第２アンテナ３１は、ＲＦＩＤで使用されるＵＨＦ帯やマイクロ波帯の電波帯の周波数（３００ＭＨｚ～３０ＧＨｚ）の１／２波長に相当する長さとなっている。つまり、ＩＣチップ２２を中心とする２つの領域に放射部３１Ｂ，３１Ｂを区分した場合、それぞれの長手方向における長さは、１／４波長に相当する長さとなっている。

第２アンテナ３１の厚みは、特に限定されないが、５０μｍ～２．２ｍｍであることが好ましい。

第２アンテナ３１は金属かなる。第２アンテナ３１を構成する金属としては、アンテナに使用可能なものであれば、特に限定されないが、熱膨張係数が小さい材料が好ましい。熱膨張係数が小さい材料としては、例えば、ステンレス鋼、ＪＩＳＧ３１４１「冷間圧延鋼板および鋼帯」に規定される極低炭素の鋼材である普通鋼（ＳＰＣＣ）等が挙げられる。

被覆材４０は、樹脂からなる。図１に示す被覆材４０は、インレット２０およびアンテナ部３０の外形に沿う形状をなしている。
被覆材４０は、熱可塑性樹脂からなる。
熱可塑性樹脂としては、エンプラ（エンジニアリングプラスチック）、スーパーエンプラ（スーパーエンジニアリングプラスチック）等が挙げられる。
エンプラとしては、ナイロン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が挙げられる。
スーパーエンプラとしては、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。
これらの中でも、被覆材４０を構成する熱可塑性樹脂は、高耐熱性を有するエンプラまたはスーパーエンプラが好ましい。

被覆材４０の厚みは、特に限定されないが、２ｍｍ～５０ｍｍであることが好ましい。

本実施形態の非接触型データ受送信体１０は、被貼付体である金属体等に貼付されて用いられる。非接触型データ受送信体１０は、ねじ止めや、粘着材を介した粘着等により、金属体等に貼付される。

本実施形態の非接触型データ受送信体１０によれば、アンテナ部３０は、金属からなり、アンテナ部３０は、アンテナ部３０の外形を形成する第１部位３２と、第１部位３２の内側に配され、第１部位３２の内側面に沿う形状をなす第２部位３３とを有し、第１部位３２と第２部位３３は別体をなしているため、第１部位３２と第２部位３３の熱膨張によって生じる熱応力がインレット２０に対して加えられ難くなる。そのため、その熱応力により、インレット２０のＩＣチップ２２が破壊され難くなる。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例］
ＩＣチップおよび第１アンテナを有するインレットと、第２アンテナを有するアンテナ部と、インレットおよびアンテナ部を被覆する被覆材とを有する、図１に示すような実施例の非接触型データ受送信体を作製した。
すなわち、実施例の非接触型データ受送信体では、アンテナ部が、アンテナ部の外形を形成する第１部位と、第１部位の内側に配され、第１部位の内側面に沿う形状をなす第２部位とを有し、第１部位と第２部位が別体をなしている。
アンテナ部の材料としては、普通鋼（ＳＰＣＣ）を用いた。
被覆材を構成する樹脂としては、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）を用いた。

［比較例］
アンテナ部が、平面視形状が略長方形板状をなす第２アンテナからなること以外は、実施例と同様にして、比較例の非接触型データ受送信体を作製した。

［非接触型データ受送信体の耐熱性の評価］
実施例および比較例の非接触型データ受送信体の熱衝撃試験を行った。熱衝撃試験では、０℃の雰囲気下に非接触型データ受送信体を６０分間曝し、２００℃の雰囲気下に非接触型データ受送信体を６０分間曝すことを１サイクルとした。
１００サイクル毎に、非接触型データ受送信体の通信特性を、次のようにして評価した。
情報読出／書込装置（商品名：ＴａｇＦｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｅ、Ｖｏｙａｎｔｉｃ社製）を用いて、電波暗箱内にて、非接触型データ受送信体の通信特性（通信距離、共振周波数帯域）を評価した。なお、通信距離を測定するに当たり、情報読出／書込装置の出力を一定とした。
その結果、実施例の非接触型データ受送信体は、５００サイクル後でも通信特性が変化しなかった。すなわち、実施例の非接触型データ受送信体は、耐熱性に優れることが確認された。
これに対して、比較例の非接触型データ受送信体は、２００サイクル後に通信特性が劣化した。すなわち、比較例の非接触型データ受送信体は、実施例の非接触型データ受送信体よりも耐熱性に劣ることが確認された。

１０非接触型データ受送信体
２０インレット
２１基材
２２ＩＣチップ
２３第１アンテナ
３０アンテナ部
３１第２アンテナ
３２第１部位
３３第２部位
３４隙間
４０被覆材

Claims

ＩＣチップおよび該ＩＣチップに接続された第１アンテナを有するインレットと、前記第１アンテナと非接触で電磁結合するブースター用の第２アンテナを有するアンテナ部と、前記インレットおよび前記アンテナ部の外周全体を被覆する樹脂からなる被覆材と、を備え、
前記アンテナ部は、金属からなり、
前記アンテナ部は、前記アンテナ部の外形を形成する第１部位と、平面視にて前記第１部位の内側に配され、前記第１部位の内側面に沿う形状をなす第２部位とを有し、
前記第１部位と前記第２部位は別体をなしていることを特徴とする非接触型データ受送信体。
前記第１部位と前記第２部位の間に隙間があることを特徴とする請求項１に記載の非接触型データ受送信体。
前記隙間の幅は２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の非接触型データ受送信体。