CN116529735B - 橡胶产品用rfid标签以及橡胶产品用rfid标签的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小型且量产能力及耐久性优异的橡胶产品用RFID标签，以及橡胶产品用RFID标签的制造方法。本发明的橡胶产品用RFID标签(1)的特征在于，具有：耦合变压器(40)；与耦合变压器的次级侧连接的RF芯片(10)；搭载有RF芯片的印制板(20)；以及天线(30)，天线具有：线圈部(31)；从线圈部的一端部延伸的第一元件(32)；以及从线圈部的另一端部比第一元件短且平行于第一元件地延伸的第二元件(33)，线圈部的匝数少于耦合变压器(40)的次级侧的匝数，通过在线圈部的股线之间的间隙中保持印制板(20)，线圈部构成耦合变压器的初级侧。

Description

橡胶产品用RFID标签以及橡胶产品用RFID标签的制造方法
技术领域
本发明涉及一种小型且量产能力及耐久性优异的橡胶产品用RFID标签，以及橡胶产品用RFID标签的制造方法。
背景技术
在RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)系统中所使用的RFID标签中存储有天线和RF芯片，其结构为，通过天线接收从读写器的天线发送的载波，将记录在RF芯片的识别数据等载入反射波上并送回至读写器，从而进行非接触通信。
通过将RFID标签例如粘贴或埋入至汽车等车辆的轮胎，可以进行轮胎的固有信息的管理、轮胎的制造、流通及维护等的履历的管理。当然，在将RFID标签安装或埋入于轮胎以外的橡胶产品的情况，也能够有助于该产品的管理。
在专利文献1的RFID标签内置轮胎中具有与IC芯片连接的第一天线、以及与第一天线电磁场耦合的第二天线，并且公开了将第二天线电磁场耦合至导电性的胎体帘布层帘线的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－132291号公报
发明内容
发明要解决的问题
在将RFID标签安装于轮胎的情况下，存在由于行驶过程中的轮胎的变形而导致RFID标签破损的问题。另外，还存在这样的问题，即，包含在轮胎中的炭黑的自由电子因接收电波而使电荷从负向正移动，伴随于此，电流会从正向负流动，从而使阻抗和相对介电常数变化。
在专利文献1中，将第一天线与第二天线电磁场耦合，并且第二天线的信号源阻抗较高，因而存在的问题是，受到炭黑的影响而容易受到阻抗和相对介电常数的变化的影响。
此外，由于第二天线具有一对延长部，其从电磁场耦合部沿左右方向延伸，因而当轮胎变形时，左右的延长部会以电磁场耦合部为中心向左右方向被拉伸，从而有可能破损。
另外，使用传统的半波长偶极天线的RFID标签具有尺寸大的问题，以及即使使用将天线的元件弯折而使其小型化的弯折线天线，也存在因炭黑的影响而难以确定有效弯折长度的问题。
将RFID标签使用于轮胎以外的橡胶产品上，特别是使用在含炭黑等对RFID标签的通信性能产生影响的材料的橡胶产品上时，也可能会产生此类的问题。
考虑到这样的问题，本发明的目的在于提供一种小型且量产能力及耐久性优异的橡胶产品用RFID标签，以及橡胶产品用RFID标签的制造方法。
用于解决问题的手段
本发明的橡胶产品用RFID标签的特征在于，具有：耦合变压器；与所述耦合变压器的次级侧连接的RF芯片；搭载有所述RF芯片的印制板；以及天线，所述天线具有：线圈部；从所述线圈部的一端部延伸的第一元件；以及从所述线圈部的另一端部比所述第一元件短且平行于所述第一元件地延伸的第二元件，所述线圈部的匝数少于所述耦合变压器的次级侧的匝数，通过在所述线圈部的股线之间的间隙中保持所述印制板，所述线圈部构成所述耦合变压器的初级侧。
另外，其特征在于，其用于含炭黑的橡胶产品。
另外，其特征在于，在所述印制板的正反两面具有绝缘层。
另外，其特征在于，所述线圈部、所述第一元件及所述第二元件由一根导线构成。
另外，其特征在于，所述耦合变压器的次级侧线圈的轴心与所述线圈部的轴心一致。
另外，其特征在于，在将通信频率的电波的波长设为λ时，由所述第一元件、所述第二元件和所述线圈部所组成的部分的电长度为λ/4。
本发明的橡胶产品用RFID标签的制造方法的特征在于，具有如下步骤：在印制板上沿左右方向配置多个耦合变压器的次级侧线圈；在沿左右方向配置的多个所述次级侧线圈的前侧和后侧设置开口；以及在沿左右方向配置的多个所述次级侧线圈之间切出切割线。
另外，其特征在于，还具有如下步骤：使用具有线圈部、从所述线圈部的一端部延伸的第一元件、以及从所述线圈部的另一端部比所述第一元件短且平行于所述第一元件地延伸的第二元件的天线，利用所述前侧开口，在所述线圈部的股线之间的间隙中插入所述次级侧线圈，从而将所述线圈部作为所述耦合变压器的初级侧。
发明的效果
本发明的橡胶产品用RFID标签，通过在线圈部的间隙中保持印制板而构成耦合变压器。因此，可以提高橡胶产品用RFID标签的量产能力。
另外，在本发明中，作为天线发挥作用的第一元件与第二元件平行地延伸，因此，RFID标签变得不易破损，具有优异的耐久性，并且相较于传统的半波长偶极天线，能够得到更小型的RFID标签。
另外，在本发明中，通过使作为初级侧的线圈部的匝数少于次级侧线圈的匝数，使初级侧的输入为低阻抗，利用耦合变压器将次级侧转变为高阻抗，以与RF芯片输入阻抗相匹配。通过降低初级侧的阻抗，例如即使在将RFID标签使用于含炭黑等的橡胶产品中的情况下，也可以抑制炭黑等带来的影响。
通过在印制板的正反两面设置绝缘层，能够防止线圈部与次级侧线圈电连接的情况。
如果由一根导线弯曲而形成线圈部、第一元件以及第二元件，则天线的制造变得容易，而且线圈部、第一元件以及第二元件彼此之间的电连接的可靠性会提高。
通过使耦合变压器的次级侧线圈的轴心与线圈部的轴心一致，能够提高耦合变压器的效率。
如果使由第一元件、第二元件和线圈部组成的部分的电长度为λ/4，则天线的长度最短，能够使橡胶产品用RFID标签进一步小型化。
根据本发明的橡胶产品用RFID标签的制造方法，能够利用前侧开口轻易地插入次级侧线圈至线圈的间隙，因此，能够提高制造效率。
另外，利用次级侧线圈之间的切割线与前后的开口，能够容易地得到预定尺寸的印制板。
附图说明
图1中的(a)是天线的俯视图、图1中的(b)是其仰视图、图1中的(c)是其侧视图、图1中的(d)是其变形例、以及图1中的(e)是其变形例。
图2中的(a)是示出在印制板上搭载了RF芯片和次级侧线圈的状态的俯视图、图2中的(b)是示出密封了RF芯片和连接部位的状态的俯视图、图2中的(c)是其仰视图、以及图2中的(d)是其侧视图。
图3中的(a)是示出将印制板插入至线圈部的间隙之前的状态的俯视图、图3中的(b)是其仰视图、以及图3中的(c)是其侧视图。
图4中的(a)是示出将印制板插入至线圈部的间隙之后的状态的俯视图、图4中的(b)是其仰视图、以及图4中的(c)是其侧视图。
图5是橡胶产品用RFID标签的等效电路图。
图6是示出用橡胶片覆盖橡胶产品用RFID标签的正反两面的状态的纵向剖视图。
图7是出将橡胶产品用RFID标签安装于轮胎的状态的纵向剖视图。
图8中的(a)～图8中的(c)是示出橡胶产品用RFID标签的制造方法的俯视图。
图9中的(a)及图9中的(b)是示出橡胶产品用RFID标签的制造方法的俯视图。
具体实施方式
对于本发明的橡胶产品用RFID标签1的实施方式，使用附图来进行说明。
如图1～图4所示，橡胶产品用RFID标签1具有RF芯片10、印制板20、天线30及耦合变压器40。此外，在以下说明中，有时会将橡胶产品用RFID标签1简单地表示为“RFID标签1”。
RF芯片10与后述的耦合变压器40的次级侧连接。可以使用市售品作为RF芯片10，但优选的是使用对120C左右的硫化温度具有耐受性的产品。
如图2中的(a)所示，用环氧系芯片接合材料等的粘合剂来搭载RF芯片10于印制板20的表面上。
此外，在印制板20的表面上形成有耦合变压器40的次级侧线圈41。次级侧线圈41的两个端子中的一个端子通过引线接合与RF芯片10的端子连接。次级侧线圈41的另一个端子，如图2中的(a)和图2中的(c)所示，通过通孔21到达印制板20的反面，进而通过通孔22到达印制板20的正面，并通过引线接合连接至RF芯片10的端子。在本实施方式中，次级侧线圈41的匝数约为4(实际上为3.96)。次级侧线圈41并不限定于通过蒸镀等方式形成的平面状的线圈，也可以是用导线的线圈。如图2中的(b)所示，优选的是，对RF芯片10和连接部位用绝缘层27进行密封。
如图2中的(d)所示，印制板20的正面，即RF芯片10和次级侧线圈41的表面通过绝缘层23密封。另外，印制板20的反面也通过绝缘层23密封。作为绝缘层23可以使用环氧树脂、丙烯酸系树脂(以丙烯酸树脂及衍生物为主要成分的树脂)、聚氨酯树脂等的绝缘性树脂。
天线30是用于接收来自读写器的载波，并将反射波送回至读写器而设置的。
天线30具有线圈部31、第一元件32以及第二元件33。作为天线30的股线的材料，使用铜线、铁线、黄铜线等金属线即可。
线圈部31起着耦合变压器40的初级侧的作用。线圈部31的匝数必须少于次级侧的匝数。在本实施方式中，构成线圈部31的股线的匝数为1.5，在股线之间形成有间隙31a。此外，在未对线圈部31施加外力的状态下股线之间是自然打开的，可以将该打开的部位设为间隙31a，或如图1中的(d)所示，在未对线圈部31施加外力的状态下股线之间是大致紧贴的，通过对线圈部31施加上下方向(轴心方向)的外力使股线之间有弹性地打开，可以将该打开的部位作为间隙31a。优选的是，俯视时的线圈部31的直径与次级侧线圈41的外径相同或比它稍大。
第一元件32是从线圈部31的一端部延伸的部件。优选的是，在将RFID标签1的通信频率的电波的波长设为λ时，若将第一元件32的电长度设为λ/4、λ/2、(3/4)λ、(5/8)λ中的任一个，则能够使第一元件32的共振频率与RFID标签1的通信频率λ一致。
第二元件33是从线圈部31另一端部比第一元件32短且平行于第一元件32地延伸的部件。
作为一例，通过使第一元件32为波长的约0.185λ、使第二元件33为波长的约0.046λ长度、使第一元件32、第二元件33和线圈部31的总延长为约λ/4，可以使天线30大致最短。
在本实施方式中，使一根导线弯曲而形成线圈部31、第一元件32和第二元件33。因此，天线30的制造变得容易，而且线圈部31、第一元件32和第二元件33彼此之间的电连接的可靠性会提高，但不限于此，也可以将多根导线的端部彼此接合而形成天线30。
如图1中的(e)所示，如果将第一元件32和第二元件33的端部折回，则在将RFID标签1安装于橡胶产品时，可以防止两个元件32、33的端部刺入到橡胶产品，或划破橡胶产品的情况，进而能够防止RFID标签1被破损的情况。
如图3和图4所示，通过将印制板20插入至线圈部31的股线之间的间隙31a，来保持印制板20，从而线圈部31会构成耦合变压器40的初级侧。优选的是，使线圈部31的轴心与次级侧线圈41的轴心一致。由于印制板20的正反两面被绝缘层23密封，因此，线圈部31与次级侧线圈41不会电连接。另外，在未插入印制板20的部分的线圈部31的股线之间，为了保持电线圈的功能，当然是绝缘的。
图5是将RFID标签1安装于轮胎等橡胶产品时的等效电路图。在进行接收时，由第一元件32和第二元件33接收的电波通过耦合变压器40传送至RF芯片10。具体而言，在第一元件32和第二元件33中流通电波的反转相位的电流，在初级侧的线圈部31中流通电流，在次级侧线圈41中感应出交流电压。
在此，RF芯片10的阻抗为几kΩ至10kΩ左右，而第一元件32与和第二元件33之间的阻抗相对地小，仅为100Ω左右。第一元件32与第二元件33之间的阻抗小的原因在于，除了天线30自身的阻抗之外，包含在橡胶产品中的炭黑等电阻成分的影响也大。硫化橡胶轮胎根据不同种类具有几10kΩ·cm左右的电阻率。假设将本发明的RFID标签1埋入在硫化橡胶轮胎中，并将RF芯片10的两个端子直接连接到第一元件32和第二元件33时，则无法将所接收到的电波高效地引导至RF芯片10。
于是，本发明的RFID标签1中，调整了耦合变压器40的次级侧的匝数N2与初级侧的匝数N1的比例n(n＝N2/N1)。具体而言，若将输入阻抗Z的RF芯片10与第一元件32和第二元件33通过耦合变压器40连接时，耦合变压器40的初级侧的阻抗为Z/n2。因此，通过使作为初级侧的线圈部31的匝数N1少于次级侧线圈41的匝数N2，来增大n而使初级侧的输入为低阻抗，通过耦合变压器40将次级侧转变为高阻抗，使其与RF芯片10的输入阻抗Z相匹配。通过降低初级侧的阻抗，例如即使在将RFID标签1使用于含炭黑等的橡胶产品中的情况下，也可以抑制炭黑等带来的影响。
但是，增加次级侧的匝数N2会受到耦合变压器40的面积等的约束，而对于次级侧与初级侧的匝数之比n，需要根据RF芯片10的规格、橡胶产品的材质以及炭黑等的含量等而进行适当的调整。
RFID标签1的天线30的运作，与将第二元件33作为接地平面、将第一元件32作为天线用线的单极天线30类似。在将RFID标签1粘贴或埋入于硫化橡胶产品的情况下，具有的优点是，第二元件33与硫化橡胶产品电连接从而进一步强化接地平面。
另外，在传统的偶极天线形式的RFID标签中，两个电长度为λ/4的天线元件从搭载有RF芯片的印制板沿左右方向延伸。在此构造中，在橡胶产品变形并且两个天线元件分别受到反方向的力时，天线元件与印制板的连接部位有可能会破损。与此相对，在本发明的RFID标签1中，第一元件32与第二元件33朝着相同方向平行地延伸，因此，具有第一元件32或第二元件33的基部与印制板20的连接部位不易破损的优点，还具有可以小型化的优点。
如图6所示，橡胶产品用RFID标签1的正反两面也可以用橡胶片50、51覆盖。具体而言，在第一橡胶片50与第二橡胶片51之间配置RFID标签1，压接第一橡胶片50与第二橡胶片51，由此，可以制造由橡胶覆盖的RFID标签1。
作为橡胶片50、51的材料可以使用一般的天然橡胶或各种合成橡胶，此外，还可以使用丁基橡胶片等具有粘着性的材料。通过将RFID标签1用橡胶片50、51覆盖，即使在橡胶产品变形的情况下，也可防止构成RFID标签1的各部件破损，或部件彼此之间的位置关系偏移的情况，此外，可以赋予RFID标签1防水性、防尘性。
图7示出了将用橡胶覆盖的RFID标签1粘贴在作为橡胶产品的一例的轮胎60的内侧的状态。粘贴RFID标签1的位置并没有特别限制。RFID标签1可以粘贴在轮胎60内侧，也可以埋入在轮胎60的橡胶中。此外，还可将没有用橡胶覆盖的RFID标签1粘贴或埋入于轮胎60的内侧。
通过将RFID标签1安装于轮胎60，第二元件33与轮胎60电连接，结果，轮胎60作为RFID标签1的接地而发挥功能。因此，本发明的RFID标签1在安装于轮胎60等的橡胶产品的情况下，也可以进行高灵敏度的通信。第二元件33与轮胎60的连接可以是电容耦合，也可以是直接连接。
接着，说明橡胶产品用RFID标签1的制造方法。
如图8中的(a)所示，首先将多个耦合变压器40的次级侧线圈41沿左右方向配置于印制板20上(步骤A)。
接着，如图8中的(b)所示，在多个次级侧线圈41的前侧和后侧设置开口24、25(步骤B)。需要使从前侧开口24到后侧开口25的距离与RFID标签1的前后方向的长度一致。
接着，如图8中的(c)所示，在多个的次级侧线圈41之间切出切割线26(步骤C)。切出切割线26的间隔需要与RFID标签1左右方向的长度一致。
步骤A～C的顺序是不同的，另外，需要在适当的时刻将RF芯片10连接至次级侧线圈41，优选的是，在将RF芯片10连接到次级侧线圈41之后用绝缘层27覆盖其表面。
接着，如图9中的(a)所示，利用前侧开口24来将次级侧线圈41插入到线圈部31的股线之间的间隙31a。由此，线圈部31作为耦合变压器40的初级侧发挥作用。此时，可以将第一元件32和第二元件33载置于前侧开口24的侧缘部28，并在使侧缘部28的表面滑动的同时使线圈部31朝次级侧线圈41的方向移动。另外，在将次级侧线圈41插入到股线之间的间隙31a的状态下，第一元件32成为载置在侧缘部28上的状态，因此，天线30不会从印制板20脱落。根据需要，也可以将线圈部31与印制板20相粘接。
最后，如图9中的(b)所示，沿着切割线26切割印制板20，即可完成橡胶产品用RFID标签。
工业实用性
本发明是一种小型且量产能力及耐久性优异的橡胶产品用RFID标签，以及橡胶产品用RFID标签的制造方法，具有工业实用性。
附图标记说明
1橡胶产品用RFID标签
10RF芯片
20印制板
21通孔
22通孔
23绝缘层
24前侧开口
25后侧开口
26切割线
27绝缘层
28侧缘部
30天线
31线圈部
31a间隙
32第一元件
33第二元件
40耦合变压器
41次级侧线圈
50第一橡胶片
51第二橡胶片
60轮胎。

Claims (7)

1.一种橡胶产品用RFID标签，其特征在于，
具有：耦合变压器；与所述耦合变压器的次级侧连接的RF芯片；搭载有所述RF芯片的印制板；以及天线，
所述天线具有：线圈部；从所述线圈部的一端部延伸的第一元件；以及从所述线圈部的另一端部比所述第一元件短且平行于所述第一元件地延伸的第二元件，
所述线圈部的匝数少于所述耦合变压器的次级侧的匝数，
通过在所述线圈部的股线之间的间隙中保持所述印制板，所述线圈部构成所述耦合变压器的初级侧。
2.根据权利要求1所述的橡胶产品用RFID标签，其特征在于，用于含炭黑的橡胶产品。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶产品用RFID标签，其特征在于，在所述印制板的正反两面具有绝缘层。
4.根据权利要求1所述的橡胶产品用RFID标签，其特征在于，所述线圈部、所述第一元件及所述第二元件由一根导线构成。
5.根据权利要求1所述的橡胶产品用RFID标签，其特征在于，所述耦合变压器的次级侧线圈的轴心与所述线圈部的轴心一致。
6.根据权利要求1所述的橡胶产品用RFID标签，其特征在于，在将通信频率的电波的波长设为λ时，由所述第一元件、所述第二元件和所述线圈部所组成的部分的电长度为λ/4。
7.一种橡胶产品用RFID标签的制造方法，其特征在于，具有如下步骤：
在印制板上沿左右方向配置多个耦合变压器的次级侧线圈；
在沿左右方向配置的多个所述次级侧线圈的前侧和后侧设置开口；
在沿左右方向配置的多个所述次级侧线圈之间切出切割线；以及
使用具有线圈部、从所述线圈部的一端部延伸的第一元件、以及从所述线圈部的另一端部比所述第一元件短且平行于所述第一元件地延伸的第二元件的天线，利用所述前侧开口，在所述线圈部的股线之间的间隙中插入所述次级侧线圈，从而将所述线圈部作为所述耦合变压器的初级侧。
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