JP2020106942A

JP2020106942A - Ｒｆｉｄタグ

Info

Publication number: JP2020106942A
Application number: JP2018243048A
Authority: JP
Inventors: 範高新納; Noritaka Shinno
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP7123785B2

Abstract

【課題】通信可能距離が短くなることを抑制しつつ、ＩＣ及びアンテナの保護を図れるＲＦＩＤタグを提供する。【解決手段】このＲＦＩＤタグ（１）は、ＲＦＩＤ用ＩＣ及びアンテナシート（２Ｂ）を含んだタグモジュール（２）と、タグモジュール（２）が搭載されたベース体（４）と、発泡樹脂を主材とし、タグモジュール（２）のベース体（４）とは反対側を覆う蓋体（５）とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）タグに関する。

以前より、無線を介してリーダライタから各種の情報を読み書きできるＲＦＩＤタグが様々な分野で利用されている。ＲＦＩＤタグは、物品管理、工程管理、その他の様々な目的で、物品又はその搬送手段などに固定されて使用される。

特許文献１には、ＲＦＩＤタグが固定される対象物と、ＲＦＩＤタグのＩＣ及びアンテナとの間に、ポリエチレン発泡樹脂で形成されたスペーサ部材が配置されたＲＦＩＤタグについて開示されている。

特開２００９−０４８５５０号公報

ＲＦＩＤタグを何かに固定して使用する場合、外界からＲＦＩＤタグに加わる力又は衝撃からＲＦＩＤ用のＩＣ（Integrated Circuit）及びアンテナが保護されると好ましい。一方、ＩＣ及びアンテナを何らかの材料で覆った場合、その分、無線信号が減衰し、ＲＦＩＤタグの通信可能距離が短くなるという課題が生じる。

本開示は、通信可能距離が短くなることを抑制しつつ、ＩＣ及びアンテナの保護を図れるＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。

本開示のＲＦＩＤタグは、
ＲＦＩＤ用ＩＣ及びアンテナシートを含んだタグモジュールと、
前記タグモジュールが搭載されたベース体と、
発泡樹脂を主材とし、前記タグモジュールの前記ベース体とは反対側を覆う蓋体と、
を備える。

本開示によれば、通信可能距離が短くなることを抑制しつつ、ＲＦＩＤ用ＩＣ及びアンテナシートが保護されたＲＦＩＤタグを提供できる。

本開示の実施形態に係るＲＦＩＤタグを示す斜視図である。実施形態のＲＦＩＤタグを示す分解斜視図である。図２の蓋体を裏側から見た斜視図である。図２のベース体を裏側から見た斜視図である。実施形態のＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。図２のタグモジュールを示す図である。通信可能距離と蓋体の厚みとの関係を示すグラフである。通信可能距離とベース体の厚みとの関係を示すグラフである。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本開示の実施形態に係るＲＦＩＤタグを示す斜視図である。図２は、実施形態のＲＦＩＤタグを示す分解斜視図である。図３は、図２の蓋体を裏側から見た斜視図である。図４は、図２のベース体を裏側から見た斜視図である。図５は、実施形態のＲＦＩＤタグの縦断面図である。

本実施形態のＲＦＩＤタグ１は、無線を介してリーダライタから情報の読み出しが可能なタグモジュール２と、タグモジュール２を収容するケース３とを備える。ＲＦＩＤタグ１は、所定の対象物に取り付けられて使用される。本実施形態では、ＲＦＩＤタグ１の固定先の対象物として、金属の円柱が想定されている。ケース３は、固定先の対象物と接触れるベース体４と、タグモジュール２を覆う蓋体５とを有する。

タグモジュール２は、詳細は後述するが、ＲＦＩＤ用ＩＣ２１（図６を参照）を含んだブロック形状のＲＦＩＤデバイス２Ａと、ＲＦＩＤデバイス２Ａが接着されたアンテナシート２Ｂとを有する。アンテナシート２Ｂは、一方に長いシート形状を有する。ＲＦＩＤデバイス２Ａは、アンテナシート２Ｂより縦寸と横寸が小さく、アンテナシート２Ｂの一面側の中央に接着等により固定される。

ベース体４は、タグモジュール２が搭載される搭載部４２と、固定先の対象物に接触して固定される固定部４４とを有する。ベース体４は、タグモジュール２の長手方向と同一方向に長い立体形状を有する。搭載部４２は、固定部４４の反対側に配置される。搭載部４２はアンテナシート２Ｂよりも大きな面積を有し、アンテナシート２Ｂがはみ出さないように配置される。搭載部４２は、平面状であるが、曲面状であってもよいし、タグモジュール２からはみ出した部分に段差が設けられていてもよい。搭載部４２には接着剤又は粘着シートを介してタグモジュール２が固定される。固定部４４は、固定先の対象物の形状に対応する凹凸を有し、凹凸には滑り止めシート４５が貼り付けられている（図４を参照）。本実施形態では、固定先の対象物の取付箇所として円柱を想定しているので、固定部４４の凹凸形状として、長手方向に延びる半円筒内面の形状が採用されている。

ベース体４は、ＲＦＩＤタグ１をバンド固定するときに、バントが係止（例えば遊嵌）される凹溝４７ａ１、４７ａ２、４７ｂ１、４７ｂ２を有する。凹溝４７ａ１、４７ａ２、４７ｂ１、４７ｂ２は、長手方向に沿った互いに対向する２つの側面に２個ずつ設けられているが、その配置及び個数は適宜変更可能である。

ベース体４は、主材が発泡樹脂である。ベース体４は、例えば滑り止めシート４５と、搭載部４２に塗布される接着剤（あるいは粘着シート）の部分を除いて、残りの部分の全てが発泡樹脂から構成されているが、例えば外面が他の材料によりコーティングされるなど、一部に他の材料が使用されていてもよい。発泡樹脂としては、例えば、発泡ポリエチレン（ＰＥ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ビオセラン（ＰＯ：登録商標）などのポリスチレンとポリオレフィンの発泡複合体、ポリスチレンとポリオレフィンとポリエチレンの発泡複合体など、様々な発泡樹脂を適用できる。

蓋体５は、ベース体４の長手方向と同一方向に長い立体形状を有し、裏側がベース体４の搭載部４２に重ね合わされる。蓋体５は、図３に示すように、その裏側に、環状のエッジ部５１と、エッジ部５１の内側に配置された第１凹部５２と、第１凹部５２の中央に配置された第２凹部５３とを有する。エッジ部５１は、ベース体４の搭載部４２のエッジに対向し、この部分に接着される。第１凹部５２は、搭載部４２に搭載されたタグモジュール２のアンテナシート２Ｂ分の厚みを逃がす。第２凹部５３は、搭載部４２に搭載されたタグモジュール２のＲＦＩＤデバイス２Ａの厚みを逃がす。第１凹部５２の深さは、アンテナシート２Ｂの厚みとほぼ同一である。第２凹部５３の深さは、ＲＦＩＤデバイス２Ａの高さよりも大きく、第２凹部５３の縦寸と横寸は、ＲＦＩＤデバイス２Ａの縦寸と横寸よりも大きい。具体的には、第２凹部５３の深さは、ＲＦＩＤデバイス２Ａの高さ、並びに、アンテナシート２ＢとＲＦＩＤデバイス２Ａとを接合する接合部材の高さ、の合計の１．２倍以上としてもよい。これらにより、ＲＦＩＤデバイス２Ａと蓋体５との間は離間し、ＲＦＩＤデバイス２Ａと蓋体５との間には縦方向と横方向と高さ方向とに間隙Ｇ１が設けられる（図５を参照）。

蓋体５は、図２に示すように、その表側に、ベース体４の２つの凹溝４７ａ１、４７ａ２に連続する凹溝５７ａと、ベース体４の別の２つの凹溝４７ｂ１、４７ｂ２に連続する凹溝５７ｂとを有する。凹溝５７ａ、５７ｂは、本発明に係る溝の一例に相当する。ベース体４と蓋体５とが接合され、かつ、固定部４４が対象物に接触された状態で、対象物（金属円柱）ごと凹溝４７ａ１、４７ａ２、５７ａ、４７ｂ１、４７ｂ２、５７ｂにバンドを巻くことで、ＲＦＩＤタグ１を対象物に固定することができる。

蓋体５は、主材が発泡樹脂である。例えば、蓋体５は、全ての部分が発泡樹脂から構成されるが、例えば外面が他の材料によりコーティングされるなど、一部に他の材料が使用されていてもよい。発泡樹脂としては、例えば、発泡ポリエチレン（ＰＥ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ビオセラン（ＰＯ：登録商標）などのポリスチレンとポリオレフィンの発泡複合体、ポリスチレンとポリオレフィンとポリエチレンの発泡複合体など、様々な発泡樹脂を適用できる。

図６は、図２のタグモジュールを示す図である。タグモジュール２は、先にも述べたが、ＲＦＩＤ用ＩＣ２１を含んだＲＦＩＤデバイス２Ａと、ＲＦＩＤデバイス２Ａが接着されたアンテナシート２Ｂとを有する。ＲＦＩＤデバイス２Ａは、単体で、電波を介してリーダライタから電力を受け、リーダライタと無線通信を行うことができる。ＲＦＩＤデバイス２Ａは、特に制限されないが、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波を用いて無線通信を行う。

アンテナシート２Ｂは、例えばＦＰＣ（Flexible printed circuits）から構成され、可撓性を有する。アンテナシート２Ｂに含まれるアンテナ導体は、直線状のパターンであっても、蛇行したミアンダパターンであってもよい。アンテナ導体の長さは無線信号の半波長に調整されていてもよいし、これと異なる長さであってもよい。ＦＰＣが採用されることで、水分に対するアンテナ導体の耐性が向上する。

ＲＦＩＤデバイス２Ａは、ＲＦＩＤ用ＩＣ２１が搭載される絶縁基板２２と、ＲＦＩＤ用ＩＣ２１を埋め込んだモールド樹脂２３とを有する。絶縁基板２２には、電極パッド２５ａ、２５ｂが設けられ、ＲＦＩＤ用ＩＣ２１の端子がこれらに電気的に接続される。絶縁基板２２には、アンテナシート２Ｂと略平行な方向に広がる第１面導体２６及び第２面導体２７と、第１面導体２６及び第２面導体２７の間を短絡させる短絡導体２８ａとを備え、これらにより板状逆Ｆアンテナが構成される。板状逆Ｆアンテナは、接続導体２８ｃ、２８ｄと電極パッド２５ａ、２５ｂとを介してＲＦＩＤ用ＩＣ２１と接続される。さらに、板状逆Ｆアンテナは、第２面導体２７と組み合わさって静電容量を構成する容量用面導体２９を有してもよい。この場合、容量用面導体２９は、接続導体２８ｂを介して第１面導体２６に接続され、接続導体２８ｃを介して電極パッド２５ａに接続される。

なお、絶縁基板２２及び板状逆Ｆアンテナの構成は、上記の例に限られない。例えば絶縁基板２２は、図６のようにＲＦＩＤ用ＩＣ２１を搭載する箇所がフラットな形状に限られず、例えば凹状のキャビティ空間を有し、ここにＲＦＩＤ用ＩＣ２１が収容される構成であってもよい。また、板状逆Ｆアンテナには容量用面導体２９が含まれなくてもよいし、含まれる場合でも、第１面導体２６と組み合わさって静電容量を構成してもよい。これらの構成に合わせて、電極パッド２５ａ、２５ｂの一方及び他方が、適宜、容量用面導体２９、第１面導体２６、第２面導体２７のいずれかに接続導体等を介して接続されればよい。また、容量用面導体２９は、第１面導体２６と第２面導体２７との間において図６の高さとは別の高さに設けてもよい。

板状逆Ｆアンテナを含んだＲＦＩＤデバイス２Ａと、アンテナシート２Ｂとを有するタグモジュール２によれば、アンテナシート２Ｂのアンテナ導体と板状逆Ｆアンテナとが容量結合し、無線信号の電界強度を増すことができる。これにより、ＲＦＩＤデバイス２Ａ単体のときよりも、長い距離の無線通信が可能となる。タグモジュール２は、全方向から電波の送信と受信を行うことができるが、特に、アンテナシート２Ｂのシート面に垂直な両方向において送信電波の高い電界強度が得られる。

また、ＲＦＩＤデバイス２Ａの板状逆Ｆアンテナとアンテナシート２Ｂとは容量結合するので、アンテナシート２Ｂに含まれるアンテナ導体の端子を露出する必要がない。したがって、アンテナシート２Ｂは、アンテナ導体が例えばポリイミド等の基材に全て覆われた構成とすることができる。これにより、ＲＦＩＤデバイス２Ａ及びアンテナシート２Ｂの箇所に水分が浸入しても、ＲＦＩＤデバイス２Ａ及びアンテナシート２Ｂの劣化を抑制できる。また、ＲＦＩＤデバイス２Ａの板状逆Ｆアンテナと、アンテナシート２Ｂのアンテナ導体とは、非接触なので、両者に異なる大きさの熱膨張が生じた場合でも、これらの接続に異常が生じることを抑制できる。

＜ケースと通信距離の関係＞
図７は、通信可能距離と蓋体の厚みとの関係を示すグラフである。図８は、通信可能距離とベース体の厚みとの関係を示すグラフである。

ベース体４の固定部４４を金属の円柱に接触させてＲＦＩＤタグ１を固定し、リーダライタとＲＦＩＤタグ１との通信可能距離をテストすると、図７及び図８の結果が得られた。テストでは、蓋体５とベース体４の材料として、発泡倍率を４０倍、３０倍、１０倍とした３種類の発泡樹脂材料（発泡ポリエチレン）と、ゴム材料（ニトリルゴム）とを比較した。さらに、テストでは、蓋体５の厚みＬ１（図６参照）とベース体４の厚みＬ２（図６参照）とが異なる複数種類のケースについて比較した。図７は、ベース体４を蓋体５と同一材料として厚みを２０ｍｍに固定したテストの結果を示している。図８は、蓋体５をベース材４と同一材料として厚みを１０ｍｍに固定したテストの結果を示している。

ベース体４と蓋体５とは、金型の中で発泡材を含んだ原料ビーズを発泡させて形成される。上記の発泡倍率は、泡を含まない合成樹脂成形品（「ソリッド」と呼ばれる）の体積と、発泡体の全体の体積（ソリッドと空気の体積）との比率を示す。

図７の結果、蓋体５は、厚みが４０ｍｍ以下、材料が発泡倍率１０倍以上の発泡樹脂において、２．５ｍ以上の通信可能距離が達成されるなど、良好な通信特性が得られることが分かった。一方、蓋体５としてゴム材料を適用した場合には、通信可能距離が短縮するといった通信特性の低下が見られた。これは、ゴム材料は発泡樹脂と比較して比誘電率が大きく、タグモジュール２の電波を減衰させやすいためである。また、蓋体５の発泡倍率が大きいほど蓋体５の比誘電率が小さくなるので通信可能距離が長くなっている。

蓋体５のタグモジュール２への緩衝作用及び蓋体５自体の強度を考慮すると、蓋体５の材料としては、発泡倍率１０倍以上かつ６０倍未満の発泡樹脂が採用されてよく、蓋体５の厚みＬ１としては、１０ｍｍ以上かつ４０ｍｍ以下が採用されてよい。これにより良好な通信特性、緩衝作用及び強度を得ることができる。さらに、蓋体５の材料としては、発泡倍率３０倍以上かつ４０倍以下の発泡樹脂が採用されてよく、蓋体５の厚みＬ１としては、１５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下が採用されてよい。これにより、十分な通信特性、緩衝作用及び強度を得ることができる。

図８の結果、ベース体４は、厚みが１５ｍｍ以上、材料が発泡倍率１０倍以上の発泡樹脂において、２．５ｍ以上の通信可能距離が達成されるなど、良好な通信特性が得られることが分かった。一方、ベース体４としてゴム材料を適用した場合には、通信可能距離が短縮するといった通信特性の低下が見られた。金属の円柱が存在する方向に位置するベース体４の厚みが大きくなることで、金属の円柱の影響が低減し、さらに、ベース体４の比誘電率が小さくなることで、通信可能距離が長くなっている。通信可能距離に影響を及ぼす主要因は、タグモジュール２の蓋５側から放射される電波の強度であるが、タグモジュール２のベース体４側に比誘電率の高い物体があると、これに電波が引っ張られ（吸収され）、蓋５側に放射される電波にも影響を与えてしまう。そこで、ベース体４についても比誘電率を小さくすることで、通信可能距離がより長くなっている。

ベース体４のタグモジュール２への緩衝作用及びベース体４自体の強度を考慮すると、ベース体４の材料としては、発泡倍率１０倍以上かつ６０倍未満の発泡樹脂が採用されてよく、ベース体４の厚みＬ２としては、１０ｍｍ以上かつ４０ｍｍ以下が採用されてよい。これにより良好な通信特性、緩衝作用及び強度を得ることができる。さらに、ベース体４の材料としては、発泡倍率３０倍以上かつ４０倍以下の発泡樹脂が採用されてよく、ベース体４の厚みとしては１５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下が採用されてよい。これにより、十分な通信特性、緩衝作用及び強度を得ることができる。

以上のように、本実施形態のＲＦＩＤタグ１によれば、発泡樹脂を主材とし、タグモジュール２のベース体４とは反対側を覆う蓋体５を備える。これにより、外界から加わる力又は衝撃からタグモジュール２を保護することができ、かつ、蓋体５が発泡樹脂を主材としていることで、タグモジュール２の電波の主な放射方向に位置する蓋体５の比誘電率が小さくなるので、蓋体５による電波の減衰を抑制し、良好な通信特性を得ることができる。

さらに、本実施形態のＲＦＩＤタグ１によれば、蓋体５のタグモジュール２と対向する面が、ＲＦＩＤ用ＩＣ２１を含むＲＦＩＤデバイス２Ａと離間し、これらの間に間隙Ｇ１が設けられている。間隙Ｇ１により、ＲＦＩＤデバイス２Ａの緩衝作用が向上し、外界から加わる力又は衝撃に対して、より強固にタグモジュール２を保護できる。

さらに、本実施形態のＲＦＩＤタグ１によれば、蓋体５にバンド係止用の凹溝５７ａ、５７ｂが設けられている。これにより、バンドを用いて容易にかつ強固にＲＦＩＤタグ１を対象物に固定することができる。

さらに、本実施形態のＲＦＩＤタグ１によれば、ベース体４の搭載部４２とは反対側（固定部４４）に配置された滑り止めシート４５を備える。これにより、固定先の形状に隆起等が少ない場合でも、ＲＦＩＤタグ１が向きを変えないよう、ＲＦＩＤタグ１を強固に固定することができる。

以上、本開示の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態においては、タグモジュール２として、板状逆Ｆアンテナを含むＲＦＩＤデバイス２Ａと、アンテナシート２Ｂとを組み合わせた構成を一例として示した。しかし、タグモジュール２としては、ＲＦＩＤ用ＩＣがアンテナシートに固定され、かつ、ＲＦＩＤ用ＩＣの端子がアンテナ導体と導通するように接続された構成が採用されてもよい。また、上記実施形態では、蓋体５に、アンテナシート２Ｂ及びＲＦＩＤデバイス２Ａの厚みを逃がす第１凹部５２及び第２凹部５３を設けた例を示したが、ベース体４の搭載部４２にアンテナシート２Ｂの厚みを逃がす凹部が設けられていてもよい。また、タグモジュール２は、ＲＦＩＤデバイス２Ａ側をベース体４の方に向けて配置されてもよく、この場合には、ベース体４の搭載部４２にＲＦＩＤデバイス２Ａの厚みを逃がす凹部が設けられていてもよい。また、上記実施形態では、ベース体の主材として発泡樹脂を適用した例を示したが、ベース体の材料は、例えばエラストマー又はシリコーンなどの発泡樹脂以外であってもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ＲＦＩＤタグ
２タグモジュール
２ＡＲＦＩＤデバイス
２Ｂアンテナシート
３ケース
４ベース体
５蓋体
２１ＲＦＩＤ用ＩＣ
２２絶縁基板
２３モールド樹脂
２６第１面導体
２７第２面導体
２８ａ短絡導体
２９容量用面導体
４２搭載部
４４固定部
４５滑り止めシート
４７ａ１、４７ａ２、４７ｂ１、４７ｂ２凹溝
５１エッジ部
５２第１凹部
５３第２凹部
５７ａ、５７ｂ凹溝
Ｇ１間隙

Claims

ＲＦＩＤ用ＩＣ及びアンテナシートを含んだタグモジュールと、
前記タグモジュールが搭載されたベース体と、
発泡樹脂を主材とし、前記タグモジュールの前記ベース体とは反対側を覆う蓋体と、
を備えるＲＦＩＤタグ。
前記蓋体における前記タグモジュールに対向する面が、前記タグモジュールの少なくとも前記ＲＦＩＤ用ＩＣを含む部分と離間している、
請求項１記載のＲＦＩＤタグ。
前記蓋体は、前記ＲＦＩＤタグを固定するためのバンドを係止するための溝を有する、
請求項１又は請求項２記載のＲＦＩＤタグ。
前記ベース体の前記タグモジュールの搭載部とは反対側に配置された滑り止め材料を更に備える、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ。