JP5712539B2

JP5712539B2 - Ｒｆｉｄタグの取り付け方法

Info

Publication number: JP5712539B2
Application number: JP2010216716A
Authority: JP
Inventors: 片岡　慎; 慎片岡; 利明 ▲柳▼下
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP2012074815A

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグを高圧ガスを収容する金属製ガスボンベの口部等金属板近傍に取り付けるための取り付け方法に関する。

酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、アセチレンガス、水素ガス又はプロパンガス等のガスが充填されたガスボンベには、高圧ガス保安法等の法規制により、容器検査等を定期的に行うことが定められている。このようなガスボンベに対しては、内容物の種類と容積、耐圧、製造年月日、製造者、製造番号等のガスボンベに関する各種情報を管理しておくことが要求される。

これまでは、管理者が金属製ガスボンベに刻印された製造番号を目視で確認・照合することでガスボンベの管理がなされていたため、非常に不便であり多大な手間もかかり、管理効率が極めて悪かった。
そこで、ガスボンベ等金属筐体にＲＦＩＤタグを取り付けて、リーダ／ライタをかざしてＩＣチップに記録されている上記情報を非接触で読み取ることが考えられた（特許文献１参照）。

ＲＦＩＤタグ自体は、平面状に形成されたダイポールアンテナと該ダイポールアンテナの中央部に形成された給電部を跨ぐように微小なＩＣチップが設置されたものである（詳しくは、特許文献２参照）。ダイポールアンテナと樹脂製のスペーサを挟んで平行に配置された補助アンテナとによって積層化して通信性能を向上させた上で、絶縁スペーサを介して電子機器の筐体などの金属板に取り付けて使用されている。

ガスボンベにＲＦＩＤタグを取り付ける具体的な構成としては、ネックリングの溝部分に無線ＲＦＩＤタグを配置することが提案されている（特許文献３）。金属製ガスボンベ本体を加工してＲＦＩＤタグを埋め込む構造にすることは、高圧ガス保安法上問題があるので、その代わりに、金属性ネックリングに溝部を形成して、その中にＲＦＩＤタグを埋設するというものである。

特許文献３に開示されているＲＦＩＤタグの取り付け構造では、金属製ネックリングに対して溝部を機械的に加工する必要がるので、コストが高いという問題がある。また、現在流通しているガスボンベには、そのまま適用することができず、ガスボンベを一旦回収した上でネックリングに溝加工を施し、その後ガスボンベを元に戻すということになるので、簡単に設置できるというものでもない。さらにまた、ＲＦＩＤタグが金属製のネックリング内に埋設されているために、ＲＦＩＤタグの通信電波強度が大幅に低下するので、外部端末との通信が不安定になるという問題もある。

また、ガスボンベに対してＲＦＩＤタグを紐で吊るしたりガスボンベの表面に貼り付けたりする技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、ＲＦＩＤタグを紐で添付したり貼り付ける方法では、取り付けが容易である反面、ＲＦＩＤタグの紛失や故意・過失での取替え事故が簡単に発生してしまうという問題がある。したがって、特許文献３の方法では、ガスボンベとＲＦＩＤタグとを１対１で連関するというタグ本来の特定・同定機能が損なわれやすいということになる。

さらに別の取り付け構造として、リング状の部材を使用するもので、リング内側の周壁がガスボンベのネックリングに密着固定するかもしくはネジ部に螺合するようにし、リン
グの内部もしくはリングから延在する張り出し部分を設け、当該部位にインレットを埋設するようにしたものが開示されている（例えば、特許文献５）。これは、ＲＦＩＤタグがガスボンベのネックリングに対し容易にかつ強固に取り付け可能であって、電波強度も低下せず外部端末と通信することができると記載されている。

特開２００５−１４９００４号公報特開２００８−１２３１９６号公報特開２００２−１８１２９６号公報特開平０５−２８８２９９号公報特開２００９−２８８２９９号公報

しかしながら、上記いずれの場合においても、ＲＦＩＤタグは、当該タグが取り付けられる金属板に対して、ダイポールアンテナあるいはループ状アンテナのアンテナ面が平行になるように取り付けられており、アンテナ面を延長させた仮想平面と金属板が交差しないように配置されている。
しかしながら、金属ボンベの口部近辺のように金属円筒とボンベ肩部が交差しているような場合には、ＲＦＩＤタグを一方の金属板だけに着目して、当該金属板とＲＦＩＤタグ（アンテナ面）が平行になるように設置すると、交差する他方の金属板の存在によりＲＦＩＤタグの通信性能（通信距離）がばらつくという問題がある。
そこで、本発明は、金属板が交差するような部位にＲＦＩＤタグを設置しなければならない場合のＲＦＩＤタグの取り付け方法を提供することを課題とした。

また、請求項１に記載の発明は、外形が長方形である基材上に、放射素子部とマッチング回路とが、マッチング回路が長手方向中央に位置するように形成されており、該マッチング回路にはＩＣチップが接続されているＲＦＩＤタグを、二つの金属板が交差する交差部近傍に誘電体を介して取り付けるＲＦＩＤタグの取り付け方法であって、ＲＦＩＤタグを、一方の金属板とは基材面が該金属板と略平行になるように、また他方の金属板とは基材長辺が該金属板と略平行になるように、且つ前者の離間距離が後者の離間距離に比べて長くなるようにし、前記マッチング回路と放射素子は、長方形基材の短辺の中点を結ぶ線分から見て非対称に形成されており、かつ前記マッチング回路は前記短辺の中点を結ぶ線分から見て、放射素子面と略直交する金属面側に配置されていることを取り付けることを特徴とするＲＦＩＤタグの取り付け方法としたものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記長方形基材の短辺と長辺の長さの比が１：１０以上であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグの取り付け方法としたものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記マッチング回路は長方形基材の長手方向中央に、放射素子部の大部分は長方形の両端にそれぞれ対称に配置され、マッチング回路は長方形長手方向の中心から±１／４の範囲内に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの取り付け方法としたものである。

また、請求項４に記載の発明は、前記マッチング回路は単一のループ回路からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの取り付け方法としたものである。

また、請求項５に記載の発明は、前記マッチング回路が包摂される最小の長方形は、短辺と長辺の比が１：３以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの取り付け方法としたものである。

本発明によれば、放射素子(アンテナ）と近接する金属板との距離を制御する（広げる）ことができるため放射利得が向上する。すなわち通信距離が増大する。
また、長方形枠状に形成されたマッチング回路の長辺が近接する金属板と平行になることで、金属板が近接することによるマッチング回路のインピーダンスの低下を抑制できるので、ＲＦＩＤタグのアンテナ性能を安定させることが可能となる。

ＲＦタグ用アンテナの構造を説明する上面視の図。（ａ）マッチング回路、（ｂ）放射素子、（ｃ)アンテナの全体図（マッチング回路＋放射素子）。ＲＦタグの取り付け方法を説明する図。（ａ）金属板が一つの場合、（ｂ）二つの金属板が交差する場合、（ｃ)ガスボンベの口部のように湾曲する金属板が交差する場合。（ａ）（ｂ）はＲＦＩＤタグを金属板に固定するための固定用治具の一例である。

以下、本発明を図面を参照しながら説明する。

先ず、ＲＦＩＤタグを実質的に組成するインレット３に形成されるアンテナの構造を図１を用いて説明する。本明細書において、アンテナとは図１（ａ）に示すマッチング回路１と同図（ｂ）に示す放射素子部２（実質的にはダイポールアンテナである。）からなり、前者を後者の中央部に配置した同図（ｃ）に示す全体（黒く塗りつぶした部分）を指すものである。

マッチング回路１は長方形の縁の形状であって、短辺ａと長辺ｂの比は、１：３以上に設定するのが望ましい。また、一方の長辺中央部にスリット４が形成されている。ＩＣチップ（図示せず）はこのスリット４を跨ぐようにしてマッチング回路１と電気的に接続される。マッチング回路は、その金属枠内を磁場成分が貫通することでインダクタンス成分を有しており、このインダクタンス成分によってＩＣチップ内のキャパシタンス成分が相殺されて、放射素子部とＩＣチップのインピーダンスがマッチング（整合）される。
マッチング回路のパターン形状は必ずしも長方形縁状である必要はなく円形、楕円形等一定の対称性がある形状を適宜選択することができる。

放射素子部２は基本的にはダイポール型アンテナであり、ケーブルの先に２本の直線状のエレメントを左右対称に取り付けたタイプである。左右のエレメントの長さは通信波長λの１／４程度に設定され、したがって全長はλ／２となる。この場合、２．４５ＧＨｚの通信波長で２ｍ、９５０ＭＨｚで５ｍ程度の通信距離を得ることが可能である。

マッチング回路１と放射素子２を平面的に形成する際には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように長方形の基材５上に、マッチング回路１を中央にして両側に放射素子２を配してこれらが長方形内部にぴったりと収容されるように形成するのが好ましい。そしてこの長方形の短辺ｃと長辺ｄの長さの比が１：１０以上と細長いのが望ましい態様である。

マッチング回路１と放射素子２とが一体化された図１（ｃ）の場合には、アンテナ全体は、該アンテナが含まれる長方形基材５の短辺中央を結ぶ線分（破線横線）に関して非対称に形成するのが好ましい。そしてマッチング回路１は、放射素子２の長辺の中央から放射素子の長辺方向に対して長辺ｄの±１／４の範囲に収まるように形成するのが望ましい。

次に、上記に記載のアンテナを備えるＲＦＩＤタグを金属板近傍に取り付ける場合の金属板と基材面とのあるべき位置関係について述べる。尚、基材面はアンテナが形成された面であるのでアンテナ面とも記す。

先ず、ＲＦＩＤタグに近接する金属板が一枚の場合であるが、この時は、図２（ａ）に示すように、金属板６に対してアンテナ面５の長辺側が平行、且つアンテナ面５が垂直になるように配置すのがよい。但し、図中←→で示すように平行、垂直については傾く場合もあり得るが、いずれも±５度以内の誤差であれば許容される。

次に、金属板が交差している場合であって略直交している場合には、一方の金属板６に対しては、図２（ａ）に示すようにアンテナ面５が垂直になるようにして、他方の金属板７に対しては平行になるように配置する。長辺中央部（マッチング回路のスリット部）の金属板への距離は、直交している側の距離ａの方が平行な側の距離ｂよりも長くなるように取り付けるのが好ましい。すなわち最近接する金属板はアンテナ面５に対して垂直な金属板６であり、アンテナ面５を含む長方形縁の長辺と平行になる。

直交せずに図中破線で示すように傾斜している場合には、金属板７とアンテナ面５の平行性が維持されるようにアンテナ面５も傾けるのが好ましい。傾けてもアンテナ面５の長辺と他方の金属板６との平行性は維持されるようにする。
ＲＦＩＤタグは、後述するように誘電体材料で作製された固定用治具に収容されるか固定されるかして金属板近傍に、上記の位置関係を満たすようにして装着される。

ガスボンベの口部近傍のように円筒状の金属板８と紡錘状の金属板９の交差部にＲＦＩＤタグを設置する必要がある場合には、図２(ｃ)に示すように、一方の金属板８に対してはアンテナ面５が平行になるように、且つ他方の金属板９に対してはアンテナ面５が垂直から傾きはするが長辺が平行になるようにして取り付けるのが望ましい。図２（ｃ)に示すようにアンテナ面を金属板８と平行にするためにアンテナ面を湾曲させることが必要となる場合がある。
二つの金属板に対する距離については、上記図２（ｂ）の場合と同じようにするのが望ましい。

ＲＦＩＤタグ（インレット）は、樹脂等の誘電体を介して有限の距離隔てて金属板やガスボンベ口部の近傍に取り付ける必要がある。次に、そのために使用する取り付け治具について説明する。

取り付け治具は、充填用金型を使用し射出成型法にて製造する。
すなわち、取り付け治具と同一の形状を内部空間として有する金属塊を想定し、これを上金型と下金型とに、内容物が取り外しできるように上下一対に分割した２枚構成の金型を製造する。上下一対の金型を対抗させて型締めしてできる内部空間が取り付け治具の形状をなすものである。金型は内部空間に樹脂を注入するための注入口を備えている。

実際には、注入口から、内部空間内に加熱溶融した充填樹脂を注入し、成型された樹脂物を得る。成型後、冷却してから上金型を外し、成型された治具を下金型から取り出す。これにより、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すような一体型の取り付け治具１０が製造できる。ＲＦＩＤタグを収容する収容部１２と固定部１３を別々に成型加工して、それらを適切な手段で接合させても構わない。

充填用樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、芳香族系ポリエステル樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）などの有機高分子材料が使用できる。また、１種の樹脂又は、複数種の樹脂の混合樹脂を用いても構わない。

次に、取り付け冶具１０に収容されるインレットの製法について説明する。インレットは、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）により形成された可撓性を有する基材３上に、アンテナ（マッチング回路１及び放射素子部２）とＩＣチップを備えたものである。基材３の厚さは、例えば、１００μｍ〜５００μｍの範囲から適宜選択されるが１５０μｍ程度が好ましい。

これらのアンテナ回路は、例えば、基板表面に形成したアルミニウムの薄膜をエッチング等によりパターニングすることで形成される。枠状のマッチング回路は、一つの長辺の中央部にスリット４を有しており、スリット両側の回路パターン端部は略円形状に面積が拡大された端子部が形成されている。

上記端子部の中央部に対応する基板の部位では、エポキシ樹脂と金属微粒子を主成分とする異方導電性ペーストが塗布され、その上部からベアＩＣチップが載置され加圧された状態で過熱されることでＩＣチップの電極とアンテナ端子部との電気的接続が図られている。ＩＣチップと端子部の接続は、異方導電性ペースト以外にワイヤーボンディング、フリップチップ接続等があるが、ベアチップを使用するのかモジュールタイプのＩＣチップを使用するのかなど接続端子数や許容面積に依存して適宜選択することができる。

また、放射素子２は、図１（ｂ）に示すような幅広の板状形状で構わないが、マッチング回路１と該放射素子２の間の位置に、インダクタンス成分を付与するようにメアンダライン状に回路を形成して設置しても構わない。

最終的に、上記アンテナが形成されたインレット基材をコア基材として、カバー材で狭持する積層構成としてから適切な温度でラミネートすることによりＲＦＩＤタグを得ることができる。

図２（ｂ）で示すような形状の取り付け治具１０を、ポリプロピレン樹脂を使用して射出成型法にて製造した。本体は単一のスロット４（開口部高さ１３ｍｍ、厚み空間３ｍｍ、インレット挿入深さ１３０ｍｍ）を有し、内壁にはスペーサを所定数形成してＲＦＩＤタグが確実に固定されるようにした。
テスト用の金属板としては、図２（ｂ）の金属板が直交しているタイプのものを準備した。

インレットは厚さ１ｍｍのＰＥＴ基材上に、マッチングループ回路１と幅広直線状の放射部２を厚さ１０μｍで線幅が概ね１ｍｍとなるようにアルミニウム箔をエッチングして形成した。マッチング回路１に接続したＩＣチップの複素インピーダンスは周波数９５０ＭＨｚで２０−ｊ１８３Ω（ｊは虚数単位）であった。

次に、カバー材で保護したインレットをスロットに挿入して、インレットの最小動作電力を通信周波数の関数として測定した。直交する金属板とアンテナ面との距離は、図２（ｂ）に示すａ，ｂを用いて、ａ＝４．５ｍｍ、ｂ＝１５．０ｍｍとなるように調整した。一例として、マッチング回路が前記短辺の中点を結ぶ線分から見て、放射素子面と略直交する金属面側に配置した場合、タグの正面方向に対する放射利得の最大値は−４．４ｄＢｉであるのに対し、放射素子を前記金属面側に配置した場合、同放射利得は−９．３ｄＢｉに低下した（タグの通信距離的には約半分に低下した。）。

１、マッチング回路
２、放射素子
３、ＲＦＩＤタグ（インレット）
４、スリット
５、基材（又は、アンテナ面）
６、７、金属板
８，９、湾曲した金属板
１０、誘電体からなる取り付け用治具
１２、収容部
１３、固定部
１４、スロット

Claims

外形が長方形である基材上に、放射素子部とマッチング回路とが、マッチング回路が長手方向中央に位置するように形成されており、該マッチング回路にはＩＣチップが接続されているＲＦＩＤタグを、二つの金属板が交差する交差部近傍に誘電体を介して取り付けるＲＦＩＤタグの取り付け方法であって、ＲＦＩＤタグを、一方の金属板とは基材面が該金属板と略平行になるように、また他方の金属板とは基材長辺が該金属板と略平行になるように、且つ前者の離間距離が後者の離間距離に比べて長くなるように取り付け、前記マッチング回路と放射素子は、長方形基材の短辺の中点を結ぶ線分から見て非対称に形成されており、かつ前記マッチング回路は前記短辺の中点を結ぶ線分から見て、放射素子面と略直交する金属面側に配置されていることを特徴とするＲＦＩＤタグの取り付け方法。
前記長方形基材の短辺と長辺の長さの比が１：１０以上であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグの取り付け方法。
前記マッチング回路は長方形基材の長手方向中央に、放射素子部の大部分は長方形の両端にそれぞれ対称に配置され、マッチング回路は長方形長手方向の中心から±１／４の範囲内に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの取り付け方法。
前記マッチング回路は単一のループ回路からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの取り付け方法。
前記マッチング回路が包摂される最小の長方形は、短辺と長辺の比が１：３以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグの取り付け方法。