JP6030903B2 - Ｒｆｉｄタグ付き銘板 - Google Patents

Description

本発明は、銘柄情報を提供する銘板を構成する技術に関し、特に、ＲＦＩＤタグを用いて銘柄情報を提供するＲＦＩＤタグ付き銘板に適用して有効な技術に関するものである。

機械や装置、建築物等の構造物には、その銘柄（仕様）の情報を表示した銘板が取り付けられる場合がある。一般的な銘板は、例えば、金属や樹脂、木材その他の材料によって構成され、表示される銘柄（仕様）は、例えば機械等の場合には、製造者や型式、製造年月日、用途、スペックなどの情報が含まれる。

従来、例えば金属板からなる銘板に対して、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを埋設等により設置して、銘板上に表示されている銘柄情報に相当する情報、さらには追加的な情報を電子的に提供可能とするような技術が検討されている。ここでは、機械等の構造物に取り付けられた状態の銘板の表面側に対する衝撃や攻撃などからＲＦＩＤタグ（ＩＣチップ）を保護するための構造をとりつつ、ＲＦＩＤタグとの通信を可能とする（リーダ／ライタにより読み取り可能とする）必要がある。

これに関連して、例えば、特開２００２−２０８８７６号公報（特許文献１）には、導電性部材に設置溝部を形成し、該設置溝部にＲＦＩＤタグを収納すると共に該ＲＦＩＤタグの表面側を導電性材料で作られた板体により覆った状態とし、導電性部材と板体との間に磁束漏洩路を形成し、その磁束漏洩路を通る漏洩磁束を利用してＲＦＩＤタグと導電性部材の外部との間で通信を行うように構成することで、周囲を金属等の導電性部材で覆われた状態のＲＦＩＤタグの通信を可能にする技術が記載されている。

また、例えば、特開２００７−１９９８６７号公報（特許文献２）には、金属板に設けた凹部や穴などにＲＦＩＤタグを固定する場合は凹部や穴の内面に磁性材を配設し、また、２枚の金属板の間にＲＦＩＤタグを固定する場合はＲＦＩＤタグのアンテナ軸を金属板の面方向に向けたり、少なくとも一方の金属板に磁束を通すための開口を形成することで、金属材料によってリーダ／ライタとの通信が阻害されないように銘板にＲＦＩＤタグを固定する技術が記載されている。

特開２００２−２０８８７６号公報 特開２００７−１９９８６７号公報

例えば、特許文献１に記載されたような技術では、ＲＦＩＤタグを金属の銘板の溝部などに埋設し、その表面を金属板などで覆った状態として、その間にＲＦＩＤタグとの通信で使用する周波数で磁界の向きが入れ替わる磁束漏洩路を形成することで、ＲＦＩＤタグを強力に保護しながら、漏洩磁束を利用して外部との通信を可能とする。

しかしながら、このような磁束漏洩路を通過することができる電磁波は低周波までであり、例えば、ＨＦ（High Frequency）やＵＨＦ（Ultra High Frequency）、マイクロ波などの高周波の場合は、磁束が金属面に向かうときにこれを打ち消すように金属表面に渦電流が流れるとともに反発磁束が誘起されることから、電磁波が遮断されてしまう。したがって、高周波動作のＲＦＩＤタグを用いる場合は通信ができないという課題を有する。

また、例えば、特許文献２に記載されたような技術では、金属の銘板の表面（情報表示面）側に凹部や穴を設けてＲＦＩＤタグを固定し、ここに磁性材を配設して磁気的に絶縁して設置することで、銘板の表面側からのＲＦＩＤタグとの通信を可能とする。しかしながら、この場合は、磁性材部分について、表面側からの機械的衝撃や攻撃に対する耐久性の確保という点で課題を有する。また、銘板に対して溶接を行う場合や、静電気、落雷などの大電流が流れる場合に、磁性材部分が絶縁破壊を起こすという可能性もある。これに対し、ＲＦＩＤタグを金属製の銘板の裏面に磁性材シートなどで磁気的に絶縁しながら設置し、これを金属製の構造物に取り付けた場合、ＲＦＩＤタグは２つの金属面に挟まれるため、銘板の表面側からの通信用電磁波が遮断されてしまうという課題が生じる。

そこで、本発明の目的は、ＲＦＩＤタグを設置した金属製の銘板において、銘板の表面側に対する衝撃や攻撃からＲＦＩＤタグを保護しつつ、金属製の構造物に取り付けることでＲＦＩＤタグが金属面に挟まれる状態となっても、ＲＦＩＤタグとの高周波による通信を可能とするＲＦＩＤタグ付き銘板を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

本発明の代表的な実施の形態によるＲＦＩＤタグ付き銘板は、ＲＦＩＤタグを設置した金属板からなり、前記金属板の裏面が接する状態で金属面に取り付けられるＲＦＩＤタグ付き銘板であって、前記金属板は、裏面の端部に凹部を有し、前記ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップと前記ＩＣチップに接続されたループ線からなり、全体が絶縁材により覆われた状態で構成され、前記金属板の前記凹部に、前記金属板の表面側から見て、前記ＩＣチップが前記金属板に隠れた位置に配置され、かつ前記ループ線のうち第１の部分が前記金属板の端部より外に露出するように設置されていることを特徴とするものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、ＲＦＩＤタグを設置した金属製の銘板において、銘板の表面側に対する衝撃や攻撃からＲＦＩＤタグを保護しつつ、金属製の構造物に取り付けることでＲＦＩＤタグが金属面に挟まれる状態となっても、ＲＦＩＤタグとの高周波による通信が可能となる。

本発明の実施の形態１であるＲＦＩＤタグ付き銘板の構成例について概要を示した図である。 本発明の実施の形態１におけるＲＦＩＤタグの構成と動作の例について説明した図である。 本発明の実施の形態２におけるＲＦＩＤタグを銘板に設置する他の手法の例について概要を示した図である。 本発明の実施の形態２におけるＲＦＩＤタグを銘板に設置する他の手法の例について概要を示した図である。 本発明の実施の形態３におけるＲＦＩＤタグを銘板に設置する他の手法の例について概要を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１であるＲＦＩＤタグ付き銘板は、銘板の表面に表示される銘柄情報に相当する情報、さらには必要に応じて追加的な情報を電子的に提供可能とするため、これらの情報、もしくはこれらの情報を特定する識別情報等を保持するＲＦＩＤタグが設置された金属製の銘板であり、金属面に取り付けられるものである。なお、ＲＦＩＤタグにより銘柄情報を提供することが可能であることから、本発明における銘板には、表面に銘柄情報が文字や記号、図形等により記載されている場合はもちろん、銘柄情報が視認できるように記載されていない金属板も広く含むものとする。

本実施の形態では、銘板の表面側からは隠れた（見えない）位置（例えば銘板の裏面側）にＩＣチップが存在するようＲＦＩＤタグを設置する。これにより、銘板の表面側に対する衝撃や攻撃から銘板自身によってＲＦＩＤタグを保護する。また、設置するＲＦＩＤタグについて、ループアンテナ（ループ線）を有し、絶縁被覆材で覆われた状態とするとともに、ループ線の一部分を銘板の側面（銘柄情報を表示する表面に対する側面であり、銘板の厚さ部分に相当する面）から外部に露出するようにして設置する。これにより、この部分に、外部の空間に存在するリーダ／ライタとの間で通信する際のアンテナの役割を持たせる。

一方、ＲＦＩＤタグのループ線のうち、銘板の表面側からは隠れた部分の領域は、アンテナとしては機能できない代わりに、一般的な平行２線式伝送線として機能する。従って、銘板の側面に（絶縁被覆された状態で）露出したアンテナ部分と、ＲＦＩＤタグのうち銘板の表面側からは隠れた部分に存在するＩＣチップとが電気的に接続される。この平行２線式伝送線は、一般的に低周波から高周波まで広い動作範囲を有する。従って、高周波のものも含め、対応周波数が異なるＩＣチップについて、選択の幅が広くなる。

図１は、本発明の実施の形態１であるＲＦＩＤタグ付き銘板の構成例について概要を示した図である。図１の上段の図では、金属製の銘板１００にＲＦＩＤタグ２００を設置してＲＦＩＤタグ付き銘板１とする状態を斜視図により模式的に示しており、下段の図では、当該ＲＦＩＤタグ付き銘板１を金属製の構造物２に金属製の止めネジ１１０で取り付けた状態を模式的に示している。

上段の図に示すように、本実施の形態では、銘板１００の裏面、すなわち銘板１００を構造物２に取り付ける際に構造物２に接する面の端部（側面に接する部分）に設けられた凹部１０１の位置に、ＲＦＩＤタグ２００を設置して固定する。ＩＣチップ２０１とループ線２０２からなるＲＦＩＤタグ２００は、図示するように、絶縁被覆材２１０によって覆われ、ループ線２０２部分の端部が折れ曲がった構造を有する。このＲＦＩＤタグ２００を、下段の図に示すように、ＲＦＩＤタグ２００の端部の折れ曲がった部分が銘板１００の側面から露出する状態で、銘板１００の凹部１０１に設置して固定する。これにより、ＲＦＩＤタグ２００のうちＩＣチップ２０１部分は、銘板１００の表面側からは隠れた位置に存在することになり、表面側からの衝撃や攻撃に対しては銘板１００によって保護されることになる。

ここで、ＲＦＩＤタグ２００の厚さはせいぜい約０．３ｍｍ程度以下であることから、凹部１０１の深さはせいぜい０．４ｍｍ程度となり、銘板１００の厚さはせいぜい０．５ｍｍ程度以上あればよいことになる。銘板１００の表面（情報表示面）の縦横方向の寸法は、銘板１００の取付対象の構造物により異なるが、一般的には一辺が数ｃｍ〜数十ｃｍ程度である。なお、図１の例では、構造の説明の便宜上、銘板１００の厚さを強調して厚く表現している。

ＲＦＩＤタグ２００の絶縁被覆材２１０は、樹脂等により図示するような形状の固体として形成してもよいし、凹部１０１に固定するための接着剤の層や塗料等による層として、シール状やシート状に形成し、端部を自由に折り曲げることができるような構成としてもよい。

図２は、ＲＦＩＤタグ２００の構成と動作の例について説明した図である。上段の図は、絶縁被覆材２１０に覆われた状態を示しており、下段の図は、ＲＦＩＤタグ２００のみの状態を示している。上段の図において、絶縁被覆材２１０の端部の折れ曲がった部分は、上記の図１の例で示した通り、銘板１００の凹部１０１に設置した場合に銘板１００の側面から露出する部分である（外部領域２１０ａ）。一方、他の部分は銘板１００の表面側からは隠れた（銘板１００により保護された）部分である（内部領域２１０ｂ）。

ここで、ＲＦＩＤタグ２００のループ線２０２（実際は薄い平行２線式線路により構成されるが１本の太線で省略して示している）のうち、外部領域２１０ａに含まれる部分により放出された磁束Φ_１は、当該領域が金属製である銘板１００や構造物２に覆われていないため外部空間に放射され（外部磁束２０３ａ）、リーダ／ライタとの間での通信に用いることができる。すなわち、ループ線２０２の当該部分はループアンテナとして機能する（下段の図におけるアンテナ領域２０２ａ）。

外部磁束２０３ａは、アンテナ領域２０２ａからの距離の二乗もしくは三乗に反比例して微弱になるため、半波長の何倍というような長い距離まで到達しにくい。従って、ＲＦＩＤタグ２００と通信を行うリーダ／ライタは、電磁誘導で通信することが望ましい。例えば、小型のタグを至近距離でピンポイントで検出するペン型のハンデイタイプのリーダや、特開２０１０−２１８５３７号公報、特開２００８−９０８１３号公報などに記載されているような公知技術による通信手法を利用することができる。

一方、ループ線２０２のうち、内部領域２１０ｂに含まれる部分により放出された磁束Φ_２は、当該領域が金属製である銘板１００および構造物２に挟まれているため絶縁被覆材２１０の内部に閉じ込められ（内部磁束２０３ｂ）、外部に出ていくことができない。すなわち、当該部分はループアンテナとして機能することはできず、単なる平行２線式伝送線として機能することになる（下段の図における伝送線領域２０２ｂ）。

これにより、アンテナ領域２０２ａとＩＣチップ２０１とが電気的に接続されることになり、この平行２線式伝送線は、一般的に低周波から高周波まで広い動作範囲を有するため、広範な周波数からＩＣチップ２０１を選択することが可能となる。また、ＵＨＦやマイクロ波などの高周波のＲＦＩＤタグ２００の場合、ＩＣチップ２０１が接続されるループ線２０２のインピーダンス整合回路がアンテナ領域２０２ａの一部に、残りの伝送線領域２０２ｂが平行２線式伝送線になるなど、不連続部のない一続きの構造体を形成し、組み込みの自由度を上げることができる。

下段の図に示すように、ＲＦＩＤタグ２００のループ線２０２のアンテナ領域２０２ａは、銘板１００に設置された際に、伝送線領域２０２ｂのループ線２０２がなす面からアンテナ角度θだけ折れ曲がって構成される。この角度θは、銘板１００の側面の傾きや形状に応じて適宜変更することができる。θ＝０として折り曲げないようにしてもよい。ただし、この場合は側面に露出した外部領域２１０ａの物理的強度が落ちることになる点を考慮する。また、θ＞９０°やθ＜−９０°とすることも可能である。

なお、ＲＦＩＤタグ２００におけるＩＣチップ２０１の位置は、ループ線２０２と接続することが可能であれば、例えば、図中のＩＣチップ配置位置２０１ａや２０１ｂなど任意の位置に設置することができるが、上述したように、ＩＣチップ２０１の物理的保護の観点からは、例えば伝送線領域２０２ｂ上などの内部領域２１０ｂに設置するのが望ましい。

以上に説明したように、本発明の実施の形態１であるＲＦＩＤタグ付き銘板１によれば、高周波で動作する薄いループ線２０２を持つＲＦＩＤタグ２００を、磁束漏洩路を形成する磁性体シートの代わりに絶縁被覆材２１０で覆い、金属製の銘板１００の裏面の端部に設けた凹部１０１に予め設置して一体化した構造とする。このとき、銘板１００の側面に、ＲＦＩＤタグ２００のループ線２０２のアンテナ領域２０２ａ部分を（絶縁被覆材２１０の外部領域２１０ａを介して）露出させることで、ＲＦＩＤタグ付き銘板１の表面側から到来する高周波の電磁波を入射させることが可能となる。

一方、ループ線２０２の伝送線領域２０２ｂは、金属面で挟まれているためアンテナとしての機能を有さなくなる反面、電磁波を放射せずに伝える平行２線式伝送線として機能することで、入射した電磁波をＩＣチップ２０１まで伝送することが可能である。ＩＣチップ２０１に保持されているタグ情報を伝達する信号は、伝送されてきた電磁波の逆の経路をたどって外部空間に放射されることで、リーダ／ライタとの間の通信が可能となる。このように、ＨＦやＵＨＦ、マイクロ波などの高周波動作を行うＲＦＩＤタグ２００であっても、金属製の銘板１００の裏面側に設置して、銘板１００の表面側への衝撃や攻撃から保護した状態でＲＦＩＤタグ付き銘板１を構成することが可能となる。

＜実施の形態２＞
図３、図４は、ＲＦＩＤタグ２００を銘板１００に設置する他の手法の例について概要を示した図である。ここでは、銘板１００が薄く、実施の形態１の図１の例に示すような凹部１０１を裏面側に形成することが困難な場合の設置手法の例を示している。このような場合であっても、ＩＣチップ２０１が銘板１００により保護され、ループ線２０２の一部が外部空間に外部磁束２０３ａを放出可能なようにＲＦＩＤタグ２００を設置することができれば、当該ループ線２０２の一部がアンテナ領域２０２ａとして機能し、電磁波を放射してリーダ／ライタとの間での通信が可能となる。

図３の例では、凹部１０１を設けていない銘板１００の裏面の端部に、接着等により、図１の例と同様に、薄いＲＦＩＤタグ２００（絶縁被覆材２１０）をループ線２０２の一部（絶縁被覆材２１０の外部領域２１０ａ）が銘板１００の外に露出するように設置してＲＦＩＤタグ付き銘板１を構成している。さらに、このＲＦＩＤタグ付き銘板１を、少なくともＲＦＩＤタグ２００（絶縁被覆材２１０）の厚さ分以上銘板１００をたわませた状態で止めネジ１１０により構造物２に取り付けた状態を示している。ここでは、明示的にたわませた場合だけでなく、銘板１００の大きさや構造物２の形状などに伴って自然に形成されるたわみや隙間を利用する場合も含むものとする。

図４の例では、例えば、銘板１００の表面側が鏡面仕上げされている場合など、銘板１００のたわみが許容されない場合に、たわみを回避するために、銘板１００の裏面側においてＲＦＩＤタグ２００（絶縁被覆材２１０）が設置された部分以外の全体にわたって、ＲＦＩＤタグ２００を覆う絶縁被覆材２１０と同じ厚さのシート状の絶縁被覆材１２０を敷き詰めてＲＦＩＤタグ付き銘板１を構成し、これを構造物２に取り付けた状態を示している。ここでは、絶縁被覆材１２０を裏面側に敷き詰めたことにより、ＲＦＩＤタグ２００（絶縁被覆材２１０）により形成されるたわみが打ち消されることになる。なお、たわみが生じない限り、必ずしも銘板１００の裏面の全体に絶縁被覆材１２０を敷き詰める必要はない。

以上に説明したように、ＲＦＩＤタグ２００（絶縁被覆材２１０）を設置するための凹部１０１を形成することが困難な薄い銘板１００であっても、簡易な設置手法により、ＩＣチップ２０１を銘板１００により物理的に保護しつつ、高周波による外部との通信を可能とすることができる。

＜実施の形態３＞
図５は、ＲＦＩＤタグ２００を銘板１００に設置する手法の他の例について概要を示した図である。上段の図では、銘板１００の上面図および中心を通る断面図を示しているが、図示するように、本実施の形態における銘板１００は、例えば座金などのドーナツ状の金属板としている。なお、銘板１００はこのような円形のものに限られず、方形等の他の形状であってもよいし、実施の形態１、２で示したような金属板であってもよい。下段の図では、銘板１００を金属製の構造物２に金属製の止めネジ１１０で取り付けた状態を断面図により模式的に示している。

本実施の形態では、例えば、上段の図に示すように、銘板１００の裏面側の端部の一部を側面にかけて斜めに切削した切削部１３０を有するよう形成し、この部分に、切削部１３０の形状と概ね同一形状の絶縁保護材２２０を接着やはめ込み等により取り付ける。絶縁保護材２２０は、例えば、図示するように、切削面に対応する面に凹部２２１を有し、この凹部２２１にＲＦＩＤタグ２００を貼付等により設置して一体化した状態で銘板１００に取り付ける。絶縁保護材２２０の内部にＲＦＩＤタグ２００を組み込んだ状態として構成してもよい。

銘板１００に取り付けたＲＦＩＤタグ２００からは、例えば、下段の図に示すように、絶縁保護材２２０を介して銘板１００の側面（銘板１００の厚さに相当する部分）の金属に囲まれていない部分から外部磁束２０３ａが放射される。これにより、実施の形態１、２と同様に、リーダ／ライタ等との間で通信を行うことができる。一方で、銘板１００の表面側からはＲＦＩＤタグ２００は隠れた位置に設置されることになるため、銘板１００の表面側に対する衝撃や攻撃からＲＦＩＤタグ２００（当然ながらＩＣチップ２０１も含まれる）を保護することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本発明は、ＲＦＩＤタグを用いて銘柄情報を提供するＲＦＩＤタグ付き銘板に利用可能である。

１…ＲＦＩＤタグ付き銘板、２…構造物、
１００…銘板、１０１…凹部、１１０…止めネジ、１２０…絶縁被覆材、１３０…切削部、
２００…ＲＦＩＤタグ、２０１…ＩＣチップ、２０１ａ、ｂ…ＩＣチップ配置位置、２０２…ループ線、２０２ａ…アンテナ領域、２０２ｂ…伝送線領域、２０３ａ…外部磁束、２０３ｂ…内部磁束、２１０…絶縁被覆材、２１０ａ…外部領域、２１０ｂ…内部領域、２２０…絶縁保護材、２２１…凹部。

Claims (5)

1. ＲＦＩＤタグを設置した金属板からなり、前記金属板の裏面が接する状態で金属面に取り付けられるＲＦＩＤタグ付き銘板であって、
   前記金属板は、
   裏面の端部に凹部を有し、
   前記ＲＦＩＤタグは、
   ＩＣチップと前記ＩＣチップに接続されたループ線からなり、全体が絶縁材により覆われた状態で構成され、
   前記金属板の前記凹部に、前記金属板の表面側から見て、前記ＩＣチップが前記金属板に隠れた位置に配置され、かつ前記ループ線のうち第１の部分が前記金属板の端部より外に露出するように設置されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ付き銘板。
2. ＲＦＩＤタグを設置した金属板からなり、前記金属板の裏面が接する状態で金属面に取り付けられるＲＦＩＤタグ付き銘板であって、
   前記ＲＦＩＤタグは、
   ＩＣチップと前記ＩＣチップに接続されたループ線からなり、全体が絶縁材により覆われた状態で構成され、
   前記金属板の裏面の端部に、前記金属板の表面側から見て、前記ＩＣチップが前記金属板に隠れた位置に配置され、かつ前記ループ線のうち第１の部分が前記金属板の端部より外に露出するように設置され、
   前記金属板は、
   前記金属面に取り付けられる際に、前記ＲＦＩＤタグの厚さに応じてたわませた状態で取り付けられることを特徴とするＲＦＩＤタグ付き銘板。
3. ＲＦＩＤタグを設置した金属板からなり、前記金属板の裏面が接する状態で金属面に取り付けられるＲＦＩＤタグ付き銘板であって、
   前記ＲＦＩＤタグは、
   ＩＣチップと前記ＩＣチップに接続されたループ線からなり、全体が絶縁材により覆われた状態で構成され、
   前記金属板の裏面の端部に、前記金属板の表面側から見て、前記ＩＣチップが前記金属板に隠れた位置に配置され、かつ前記ループ線のうち第１の部分が前記金属板の端部より外に露出するように設置され、
   前記金属板は、
   裏面における前記ＲＦＩＤタグが設置された部分以外の部分に、前記ＲＦＩＤタグを覆う前記絶縁材と同様の厚さのシート状の絶縁材が取り付けられていることを特徴とするＲＦＩＤタグ付き銘板。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ付き銘板において、
   前記ＲＦＩＤタグの前記ループ線における前記第１の部分は、前記金属板における前記ＲＦＩＤタグが設置された位置の側面の形状に応じて折り曲がった状態であることを特徴とするＲＦＩＤタグ付き銘板。
5. ＲＦＩＤタグを設置した金属板からなり、前記金属板の裏面が接する状態で金属面に取り付けられるＲＦＩＤタグ付き銘板であって、
   前記金属板は、
   裏面の端部の一部を側面にかけて切削した切削部を有し、前記切削部には、前記切削部の形状と同様の形状からなる絶縁材を取り付け可能であり、
   前記ＲＦＩＤタグは、
   前記絶縁材における前記切削部の切削面に対応する面もしくは前記絶縁材の内部に設置されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ付き銘板。