JP6151647B2 - センサ付きｉｃタグ構造 - Google Patents

Description

本発明は、浮上式鉄道用地上コイル、モールド変圧器、モールド変流器などの高電圧モールド機器に適用されるセンサ付きＩＣタグ構造に関する。

高電圧モールド機器とは、導体金属を絶縁用の樹脂で覆った電気機器であって、浮上式鉄道用地上コイル、モールド変圧器、モールド変流器などに適用されている。
具体的には、特許文献１に示される、樹脂材料による成形体（モールド）にコイルを埋め込み状態に一体化したモールド変圧器が知られている。

また、上記のような高電圧モールド機器には、機器の状態を監視して記憶するＩＣチップと、該記憶データを送信するアンテナとからなるセンサ付きＩＣタグが設置される場合がある。
例えば、特許文献２に示されるセンサ付きＩＣタグ適用の高電圧機器では、検知対象の物理量を取得できるセンサ付きＩＣタグを、外部にあるＩＣタグリーダと通信が可能な位置に着脱自在に取り付けた構成が示されている。

そして、このような特許文献２に示されるセンサ付きＩＣタグにより、機器の状態に関する監視データを無線送信してコントロールセンターに送り、該コントロールセンターにて機器の管理を行うことが可能となる。

特開２００８−２８２２２号公報 特開２００８−９９４５９号公報

ところで、上記のようなセンサ付きＩＣタグでは、高電圧機器に設置した場合、センサタグ内のＩＣチップなどの電子部品に高電圧が加わり、故障する恐れがある。さらに、センサタグを設置する高電圧機器の材質などの影響で、アンテナの共振周波数が基準値よりずれてしまい、通信エリアが顕著に縮小する問題や、通信ができなくなるという問題もあった。
また、このような通信エリア縮小を改善するためにアンテナの共振周波数を調整すれば良いが、高電圧機器に設置した後でセンサ付きＩＣタグの共振周波数を調整するのは面倒であり、該センサ付きＩＣタグに特別な周波数調整用の回路を事前に組み込むなどの余計な作業も必要となっていた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、高電圧機器に設置した場合であっても、簡易な手段で共振周波数の調整を行うことが可能なセンサ付きＩＣタグ構造を提供する。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、高電圧機器に設置されるタグ本体と、該タグ本体に設けられかつ前記高電圧機器の状態を監視するセンサを有するＩＣチップと、前記タグ本体上にループ状に配置されて前記ＩＣチップに記憶された監視データを送信するアンテナ線と、を具備するセンサ付きＩＣタグ構造であって、前記アンテナ線は絶縁被覆電線から構成され、前記タグ本体が設置される前記高電圧機器の設置面には、半導電塗装が施されていることを特徴とする。

本発明によれば、センサ付きＩＣタグのアンテナ線を絶縁被覆電線から構成し、かつタグ本体が設置される高電圧機器の設置面に半導電塗装を施すことにより、センサタグ内のＩＣチップなど電子部品を高電圧から保護できる。
また、該アンテナ線を所定値（例えば０．４ｍｍ）以下の小径に形成することができ、これにより該アンテナ線の間隔を密にして線間容量（Ｃ）を大きくすることにより、アンテナ線と半導電塗装間の容量成分（Ｃ）がアンテナの共振周波数に及ぼす影響を抑えることができ、センサ付きＩＣタグの設置環境（特に半導電塗装）に依存した共振周波数の低下、および、通信エリアの縮小を改善することができる。

さらに、タグ本体を構成するカード基体を絶縁フィルムにより形成する／高電圧機器内における導体の設置箇所の側方にセンサ付きＩＣタグを設置する／アンテナ線の一部の長さを変更して共振周波数を調整する可変長部を設ける／アンテナ線のループ内に該アンテナのループ面積を調整するための導体部材を設置する／タグ本体上にＩＣチップ及びアンテナ線を覆って外的環境から電子部品を保護する絶縁体の保護フィルムを設置する、などの各種手段を追加的、選択的に設けることによって、センサ付きＩＣタグを高電圧機器に設置した場合であっても、ＩＣチップなど電子部品が高電圧から保護され、さらに、通信エリアの顕著な縮小や、通信ができなくなる問題を防止できる。

本発明の一実施形態に係るセンサ付きＩＣタグの全体構成を示す平面図である。 図１のセンサ付きＩＣタグが高電圧機器の外面に設置された状態を示す断面図である。 （Ａ）センサ付きＩＣタグにおけるアンテナ線の設置状態を示す断面図、（Ｂ）は通常のセンサ付きＩＣタグに印刷されたアンテナ線を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ線と、比較対象となる印刷されたアンテナ線における線幅と共振周波数との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るアンテナ線と、比較対象となる印刷されたアンテナ線における（Ａ）高電圧機器設置面に半導電塗装を塗布した場合の共振周波数とアンテナ線幅との関係を示すグラフ、および、（Ｂ）高電圧機器設置面に半導電塗装を塗布した場合の共振周波数のシフト量とアンテナ線幅との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るセンサ付きＩＣタグの変形例１を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ付きＩＣタグの変形例２を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ付きＩＣタグの変形例３を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ付きＩＣタグの変形例４を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ付きＩＣタグの変形例５を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るセンサ付きＩＣタグの変形例６を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

本発明の実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
図１は本願発明に係るセンサ付きＩＣタグ１であり、図２はセンサ付きＩＣタグ１が設置された高電圧機器５０である。
これらの図に示されるように、センサ付きＩＣタグ１は、高電圧機器５０に設置されるタグ本体２と、該タグ本体２に設けられて高電圧機器５０の状態を監視して記憶するＩＣチップ３と、タグ本体２上にループ状に配置されてＩＣチップ３に記憶された監視データを送信するアンテナ線４と、を具備するものであって、アンテナ線４は絶縁被覆電線から構成されている。
ＩＣチップ３は、内部に固定コンデンサ３Ａを有しかつ接続ライン５を介してセンサ６に接続される構成であって、該センサ６にて、高電圧機器５０に関する情報（例えば、温度・振動加速度などの現状の監視データの他、機器の運用履歴データ）を検出し、その内部に設置されたメモリ（図示略）に記憶する。

また、センサ付きＩＣタグ１のタグ本体２を構成するカード基体７は、絶縁フィルムにより形成されており、この絶縁フィルムによって、高電圧機器５０の高電圧に対するＩＣタグ本体２の絶縁性能を向上する。
なお、高電圧機器５０の具体例としては、リニアモーターカーに使用される浮上式鉄道用地上コイルの他、モールド変圧器、モールド変流器などの高電圧モールド機器がある。また、本例の高電圧機器５０は、内部に導体５１を有し、該導体５１を樹脂５２でモールドした構造となっている。

また、図３（Ａ）に示されるように、センサ付きＩＣタグ１のタグ本体２の背面で、かつ該タグ本体２が設置される高電圧機器５０の設置面には、半導電塗装Ｄが施されている。
この半導電塗装Ｄは高電圧機器５０の電界集中を緩和して、ＩＣタグ本体２が高電圧によって故障するのを防止する。
具体的には、タグ本体２の背面に金属を配置した場合は、該金属からの反射波の影響により通信ができなくなる場合や、基準値から共振周波数が増加して、通信エリアが顕著に狭くなる場合がある。また、タグ本体２全体を半導電性塗装で覆った場合は、電磁波が遮蔽されて通信ができなくなるという問題がある。このような問題の発生を防止するために、本例では、タグ本体２が設置される高電圧機器５０の設置面のみに、半導電塗装Ｄを施している。
なお、半導電塗装Ｄには、金属の粒や炭素をフィラーとして混入した塗料が使用される。ただし、通常の金属と同じ抵抗値にすると、先に述べたとおり、該金属からの反射波の影響によって通信ができなくなる場合や、共振周波数が増加して、通信エリアが顕著に狭くなる場合があるため、一般的な金属に対して抵抗値が充分に大きいこと（例えば、１００Ω〜１０，０００Ω）が求められる。また、図２では、半導電塗装Ｄをモールド５２の全面に施したが、塗装箇所はモールド５２の全面に限定されず、センサ付きＩＣタグ１の設置面のみ、及びその設置面の周辺のみであっても、これら半導電塗装Ｄが接地されていれば良い。

また、図２に示されるように、高電圧機器５０に対するセンサ付きＩＣタグ１のタグ本体２の設置位置は、該高電圧機器５０内における導体５１の設置箇所の側方に設置されている。
これは、高電圧機器５０における導体５１の背面側にセンサ付きＩＣタグ１を設置した場合には、アンテナ４からの電磁波が該導体５１からの反射波の影響を受けるためであり、図２に示されるように、その影響（矢印ｍで示す）を防止するために、センサ付きＩＣタグ１を、高電圧機器５０の導体５１側方に設置している。

次に、図３〜図５を参照して本実施形態のアンテナ線４の構成について具体的に説明する。
上述したセンサ付きＩＣタグ１のアンテナ線４は、図３（Ａ）に示されるように、線幅が０．４ｍｍ以下の絶縁被覆電線によって構成され、かつタグ本体２上に接着されている。また、通常のアンテナ線（符号６０で示す）は、図３（Ｂ）に示されるように印刷処理によりタグ本体２上に設置されている。

次に、図４を参照して、本発明に係るアンテナ線４の線幅と共振周波数との関係について説明する。
図４において、符号（１）〜（３）で示すアンテナ線４は、絶縁被覆電線により製作した本発明に係るアンテナ線であって、それぞれの線幅（ｄ１）が、０．２６ｍｍ、０．３２ｍｍ、０．４ｍｍに設定されている。また、符号（４）で示すアンテナ線は、印刷により製作したものあって、線幅（ｄ２）が０．８ｍｍ、線間が０．３ｍｍにそれぞれ設定されている。
なお、符号（１）〜（４）で示す各アンテナにおいて、左側の棒グラフ（斜線あり）はタグ本体２が設置される高電圧機器５０の設置面に半導電塗装Ｄが塗布される前の形態、また、右側の棒グラフ（斜線なし）は、該半導電塗装Ｄが塗布された後の形態の測定結果を示している。

また、本発明に係るアンテナ線４（アンテナ線（１）〜（３））の線幅は、０．４ｍｍ以下であるが、印刷によりアンテナ線を作製する場合（アンテナ線（４））には、膜厚が薄くなるので、アンテナ線の抵抗値を下げるために線幅を拡大する必要があり、このため、線幅を０．８ｍｍに設定している。
さらに、印刷によるアンテナ線の場合、ショートを防ぐために線間も広げる必要があるが、本発明に係る絶縁被覆電線のアンテナ線４ではアンテナ線の抵抗値が低く、さらに、絶縁されているため、線幅を細くして、線間を密にできる。

そして、上述した符号（１）〜（４）で示すアンテナ線を比較した場合、絶縁被覆電線により製作した本発明に係る０．４ｍｍ以下のアンテナ線４（アンテナ線（１）〜（３））では、半導電塗装Ｄの塗布の有無に係らず、基準値（本例では、１３．５６ＭＨｚ付近）からの共振周波数の低下が低く抑えられ、通信への影響がほとんどないことが確認されている。これに対して、比較例として示した印刷されたアンテナ線（アンテナ線（４））では、特に、半導電塗装Ｄが施されている場合に、共振周波数が、１２．４８５ＭＨｚまで低下し、通信が困難となることが確認されている。
すなわち、本実施形態では、高電圧機器５０の電界集中を緩和して、ＩＣタグ本体２が高電圧によって故障するのを防止するために、センサ付きＩＣタグ１のタグ本体２が設置される高電圧機器５０の設置面に半導電塗装Ｄを施した場合であっても、線幅が０．４ｍｍ以下の絶縁被覆電線でアンテナ線４（アンテナ線（１）〜（３））を構成して、線間を密にすれば、共振周波数の低下を抑えられ、通信エリアの縮小が抑えられることが確認されている。

上記半導電塗装Ｄを施した形態におけるアンテナ線（アンテナ線（１）〜（４））の線幅と共振周波数をまとめたものを、図５（Ａ）（Ｂ）に示す。
これらの図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、センサ付きＩＣタグ１のタグ本体２が設置される高電圧機器５０の設置面に半導電塗装Ｄを施し、かつ線幅が０．４ｍｍ以下の絶縁被覆電線でアンテナ線４（アンテナ線（１）〜（３））を構成したセンサ付きＩＣタグ１であれば、共振周波数の低下が抑えられ、通信エリアの縮小が抑えられることが確認されている。

上記実施形態に示すセンサ付きＩＣタグ１では、高電圧機器５０の設置面に半導電塗装Ｄを施し、かつ線幅が０．４ｍｍ以下の絶縁被覆電線でアンテナ線４（アンテナ線（１）〜（３））を構成したが、高電圧機器に設置した後でセンサ付きＩＣタグの共振周波数を微調整して、さらに通信エリアの縮小を抑える場合は、以下の変形例１〜６のようにしても良い。

（変形例１）
図６に示すように、センサ付きＩＣタグ１のアンテナ線４の一部に、該アンテナ線４の一部の長さを変更して共振周波数を微調整する可変長部１０を設けても良い。
この可変長部１０は、アンテナ線４とＩＣチップ３との間に位置する可変長ループ部１１により構成されるものであって、該可変長ループ部１１の大きさ（面積Ｓ）を変更することにより、インダクタンス（Ｌ成分）を微調整してアンテナ線４の共振周波数を使用条件に一致させる。

具体的には、高電圧機器５０にセンサ付きＩＣタグ１を設置した後、アンテナ線４の末端に位置しかつ該アンテナ線４の一部を構成する導線４Ａ，４Ｂによって可変長ループ部１１を構成し、該導線４Ａ，４Ｂのループ面積（符号Ｓで示す）を拡大することにより、インダクタンスを上昇させて共振周波数を低下させることができ、また、該導線４Ａ，４Ｂのループ面積Ｓを縮小することにより、インダクタンスを低下させて共振周波数を上昇させることができる。
これによって、高電圧機器５０にセンサ付きＩＣタグ１を設置及び固定した後であっても、導線４Ａ，４Ｂのループ面積Ｓを変更することによって、容易にアンテナ線４の共振周波数の微調整を行うことができる。

（変形例２）
図６に示す変形例１では、アンテナ線４の末端に可変長部１０として、２本の導線４Ａ，４Ｂのループ面積Ｓを調整可能な可変長ループ部１１を設置したが、本変形例２の可変長ループ部１２では、図７に示すように、これら２本の導線４Ａ，４Ｂの内、１本の導線４Ａの長さを調整することにより、ループ面積Ｓを変更して共振周波数を微調整しても良い。
具体的には、図７に示すように、アンテナ線４を構成する一方の導線４Ｂを直線に配置した状態で、他方の導線４Ａに弛みを持たせ、この導線４Ａの弛みにより共振周波数を微調整しても良い。具体的には、ループ面積（符号Ｓ１、Ｓ２で示す）のうち、Ｓ１を縮小、または、Ｓ２を拡大することにより、インダクタンスを上昇させて共振周波数を低下させることができ、また、該導線４Ａ，４Ｂのループ面積Ｓ１を拡大、または、Ｓ２を縮小することにより、インダクタンスを低下させて共振周波数を上昇させることができる。

（変形例３）
図７に示す変形例２の可変長部１０では、アンテナ線４を構成する２本の導線４Ａ，４Ｂのループ面積Ｓ１、Ｓ２を変更したが、本変形例３の可変長ループ部１３では、図８に示すように、これら２本の導線４Ｃ，４Ｄの内、１本の導線４Ｄの長さを調整することにより、該導線４Ｄと、アンテナ線４の本体部４Ｅとの間のループ面積Ｓ３を変更して共振周波数を微調整しても良い。
具体的には、図８に示すように、アンテナ線４を構成する一方の導線４Ｃを、ＩＣチップ３からアンテナ線４の本体部４Ｅに接続した状態で、他方の導線４Ｄを、アンテナ線４の中心を貫通させつつ弛ませ、この導線４Ｄの弛みの位置により共振周波数を微調整しても良い。
具体的には、矢印ａ方向に導線４Ｄを移動させて該導体４Ｄの上側に位置するループ面積（符号Ｓ３で示す）を拡大することにより、インダクタンスを上昇させて共振周波数を低下させることができ、また、矢印ｂ方向に導線４Ｄを移動させて該導線４Ｄのループ面積Ｓ３を縮小することにより、インダクタンスを低下させて共振周波数を上昇させることができる。

（変形例４）
変形例１〜３では、アンテナ線４の末端に位置する可変長ループ部１１〜１３（可変長部１０）のループ面積を変更することで共振周波数を微調整したが、この変形例４では、図９に示すように、アンテナ線４の途中に可変長部１０を設置して共振周波数を微調整しても良い。
具体的には、図９に示すように、アンテナ線４を構成する一方の導線４Ｆを、ＩＣチップ３からアンテナ線４の本体部４Ｇに接続させた状態で、該アンテナ線４の途中に位置する導線４Ｈに弛みを持たせ、この導線４Ｈの弛みの位置により共振周波数を微調整しても良い。
具体的には、矢印ｃ方向に導線４Ｈを移動させて該該導線４Ｈの図中右側に位置するループ面積（符号Ｓ４で示す）を拡大することにより、インダクタンスを上昇させて共振周波数を低下させることができ、また、矢印ｄ方向に導線４Ｈを移動させてループ面積Ｓ４を縮小することにより、インダクタンスを低下させて共振周波数を上昇させることができる。

（変形例５）
上記変形例１〜４では、センサ付きＩＣタグ１のアンテナ線４の一部に、該アンテナ線４の一部の長さを変更して共振周波数を微調整する可変長部１０を設けたが、これに限定されず、図１０に示すように、導体部材２０を設置しても良い。
この導体部材２０は、タグ本体２上のＩＣチップ３及びアンテナ線４のループ内に設置されて、該アンテナ線４のループ面積を調整するものである。また、この導体部材２０は、タグ本体２上の平面に脱着自在に設置されるものであって、共振周波数を最適に調整するためのその設置位置も変更可能に構成されている。

（変形例６）
上記変形例１〜５に加えて、タグ本体２上に、ＩＣチップ３及びアンテナ線４を覆って外的環境から電子部品を保護する保護フィルム２１を設置しても良い。この保護フィルム２１は、図１１（Ａ）の平面図および（Ｂ）の断面図に示すように、タグ本体２を構成するカード基体７と同一か、もしくは、より若干小さい形状に形成された絶縁体であって、最上部に積層することにより、埃、水分、紫外線などの外的環境からＩＣチップ３及びアンテナ線４を保護する。

以上詳細に説明したように本実施形態に示すセンサ付きＩＣタグ１によれば、ＩＣチップ３に接続されたアンテナ線４を絶縁被覆電線から構成し、かつタグ本体２が設置される高電圧機器５０の設置面に半導電塗装Ｄを施すことにより、ＩＣタグ本体２が該高電圧機器５０の高電圧から保護される。
さらに、該アンテナ線４を所定値（例えば０．４ｍｍ）以下の小径に形成することができ、これにより該アンテナ線４の間隔を密にして線間容量（Ｃ）を大きくすることで、アンテナ線と半導電塗装間の容量成分（Ｃ）がアンテナの共振周波数に及ぼす影響を抑えることができ、その結果、センサ付きＩＣタグを、高電圧機器５０の近くに設置した場合であっても、設置環境（特に半導電塗装）に依存した共振周波数の顕著な低下、および、通信エリアの顕著な縮小を改善することができる。
また、本実施形態のセンサ付きＩＣタグ１のアンテナ線４を絶縁被覆電線から構成し、かつタグ本体２が設置される高電圧機器５０の設置面に半導電塗装Ｄを施すという簡易な手段で、高電圧機器に設置しても、ＩＣチップなど電子部品が高電圧から保護され、さらに、共振周波数の低下は抑えられ、従来のように、特別な周波数調整用の回路を組み込むなどの余計な構成も必要がない。

なお、上記実施形態のセンサ付きＩＣタグ１では、ＩＣチップ３に接続されたアンテナ線４を絶縁被覆電線からなり、かつタグ本体２が設置される高電圧機器５０の設置面に半導電塗装Ｄを施すという構成を基本とするが、これに加えて、アンテナ線４の一部の長さを変更して共振周波数を微調整する可変長部１０を設ける／ＩＣチップ３ループ内にアンテナのループ面積を調整するための導体部材２０を設置する／タグ本体２上にアンテナ線４を覆って外的環境から保護する絶縁体の保護フィルム２１を設置する、などの変形例１〜６に示す各種手段を追加的、選択的に設けることによって、センサ付きＩＣタグを高電圧機器５０に設置した場合であっても、ＩＣチップなど電子部品が高電圧から保護され、さらに、通信エリアの縮小や、通信ができなくなる問題を確実に防止することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、浮上式鉄道用地上コイル、モールド変圧器、モールド変流器などの高電圧モールド機器に適用されるセンサ付きＩＣタグ構造に関する。

１ センサ付きＩＣタグ
２ タグ本体
３ ＩＣチップ
４ アンテナ線
４Ａ 導線
４Ｂ 導線
４Ｃ 導線
４Ｄ 導線
４Ｅ 本体部
４Ｆ 導線
４Ｇ 本体部
４Ｈ 導線
６ センサ
７ カード基体
１０ 可変長部
１１ 可変長ループ部
１２ 可変長ループ部
１３ 可変長ループ部
２０ 導電部材
２１ 保護フィルム
５０ 高電圧機器
５１ 導体
５２ モールド
Ｄ 半導電塗装

Claims (10)

1. 高電圧機器に設置されるタグ本体と、該タグ本体に設けられかつ前記高電圧機器の状態を監視するセンサを有するＩＣチップと、前記タグ本体上にループ状に配置されて前記ＩＣチップに記憶された監視データを送信するアンテナ線と、を具備するセンサ付きＩＣタグ構造であって、
   前記アンテナ線は絶縁被覆電線から構成され、
   前記タグ本体が設置される前記高電圧機器の設置面には、半導電塗装が施され、
   前記アンテナ線を構成する絶縁被覆電線の一部には、位置の変更が可能な弛み部が設けられていることを特徴とするセンサ付きＩＣタグ構造。
2. 前記タグ本体を構成するカードフィルムは、絶縁フィルムにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。
3. 前記高電圧機器に対する前記タグ本体の設置位置は、該高電圧機器内の導体設置箇所の側方であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。
4. 前記アンテナ線を構成する絶縁被覆電線は線幅が０．４ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。
5. 前記アンテナ線の一部には、該アンテナ線の一部の位置を変更して共振周波数を調整する可変長部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。
6. 前記可変長部は、前記アンテナ線と前記ＩＣチップとの間に位置する可変長ループ部により構成されることを特徴とする請求項５に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。
7. 前記可変長ループ部は、２本の前記アンテナ線の導線内、１本の導線の位置を調整することにより形成されることを特徴とする請求項６に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。
8. 前記可変長部は、前記アンテナ線の途中に配置されることを特徴とする請求項５に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。
9. 前記タグ本体上の前記アンテナ線の近傍には、該アンテナの利得を調整するための導体部材が設置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。
10. 前記タグ本体上には、ＩＣチップ及びアンテナ線を覆って外的環境から電子部品を保護する保護フィルムが設置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ付きＩＣタグ構造。

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