JP6483001B2 - Rfidタグ付き紙管 - Google Patents
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Description
前記紙管本体に取り付けられる筒状体と、
前記筒状体の周回方向に延設された金属部材と、
RFIC素子と、前記RFIC素子に一端が接続され、他端が前記金属部材に接続されたアンテナ素子と、を有するRFIDタグと、
を備える。
前記紙管本体に取り付けられる筒状体と、
前記筒状体の周回方向に延設された金属部材と、
RFIC素子と、前記RFIC素子に一端が接続され、他端が前記金属部材に接続されたアンテナ素子と、を有するRFIDタグと、
を備える。
前記アンテナ素子は、前記筒状体の周回方向に沿って配置されており、
前記アンテナ素子の前記他端は、前記金属部材の前記周回方向側の縁端部に接続されていてもよい。
前記アンテナ素子は、前記筒状体の前記周回方向と交差する方向に沿って配置されており、
前記アンテナ素子の前記他端は、前記金属部材の前記周回方向と交差する方向側の側端部に接続されていてもよい。
前記アンテナ素子は、前記筒状体の前記周回方向と交差する方向に沿って配置されており、
前記アンテナ素子の前記他端は、前記金属部材の前記周回方向と交差する方向側の側端部に接続されていてもよい。
前記第1入出力端子に前記アンテナ素子の一端が接続されており、
前記第2入出力端子に励振電極が接続されていてもよい。
前記第1入出力端子と前記第2入出力端子とがループ形状部で接続されており、
前記第1入出力端子に前記アンテナ素子の一端が接続されていてもよい。
図1(a)は、実施の形態1に係るRFIDタグ付き紙管30の構成を示す斜視図である。図1(b)は、紙管本体20の内径側の収容部21にRFIDタグ10を設けた筒状体22を挿入して図1(a)のRFIDタグ付き紙管30を構成する工程を示す斜視図である。図2(a)は、図1(b)のRFIDタグ10を設けた筒状体22の構成を示す斜視図である。図2(b)は、図2(a)のRFIDタグ10を設けた筒状体22をx軸の正方向から見た図である。図2(c)は、図2(a)のRFIDタグ10を設けた筒状体22をy軸の正方向から見た図である。なお、図1及び図2では、紙管30の軸方向をy軸とし、径方向をx軸及びz軸としている。
このRFIDタグ付き紙管30は、紙管本体20と、紙管本体20に取り付けられる筒状体22と、筒状体22の周回方向に延設された金属部材23と、RFIDタグ10とを備える。RFIDタグ10は、RFIC素子1と、RFIC素子1に一端が接続され、他端が金属部材23に接続されたアンテナ素子3と、を有する。
このRFIDタグ付き紙管30によれば、筒状体22の周回方向に延設された金属部材23にアンテナ素子3を接続している。そこで、紙管30の軸方向や周回方向への利得を大きくすることができ、様々な方向に通信距離が大きく、指向範囲の広いRFID通信を実現できる。例えば、径方向(x軸方向、z軸方向)及び軸方向(y軸方向)について通信距離が大きくとれる。これによって、紙管30、さらには捲装物のトレーサビリティをより安定的に行うことができる。
紙管30は、紙、糸、布、フィルム、線材、金属箔等の捲装物を巻きつけるために用いられるものであって、円筒形状を有する。その外径は、捲装物に対応して設定される。また、内径は、紙管を取り付ける装置に対応して設定すればよい。
紙管30は、紙管本体20と紙管本体20に取り付ける筒状体22とを含む。
紙管本体20は、筒状体22を収容する収容部21を有する。図1では、筒状体22を紙管本体20の内径側に収容しているので、収容部21は内径側に設けられているが、これに限られない。例えば、後述する実施の形態3に示すように外径側に筒状体22bを収容する場合、紙管本体20bの外径側に収容部21bを設けてもよい(図7)。また、
筒状体22は、紙管本体20に取り付けられるものであればよい。例えば、軸方向(y軸方向)に沿って紙管本体20と嵌合するものであってもよい。これによって、RFIDタグ10を含む筒状体22を軸方向に沿って紙管本体に嵌合できるので、紙管30の高速回転時におけるRFIDタグ10の損傷の発生を抑制できる。また、筒状体22は、紙管本体20の内径側の収容部21に嵌合する部品(図1(b))、又は、紙管本体20bの外径側の収容部21bに嵌合する部品(図7(b))であってもよい。なお、図1(b)及び図7(b)では、収容部21、21bは、紙管本体20の内径側又は外径側に薄肉部又は段部として設けられている。さらに、収容部21、21bは、筒状体22を取り付けた際に紙管本体20と筒状体22とが面一になるように設けることが好ましい。なお、筒状体22は、紙管本体20に嵌合するものに限られず、紙管本体20に外挿、内挿、収容等、その他の取り付けるものであればよい。
金属部材23は、通電可能な金属、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、鉄等を用いることができる。また、金属部材23は、例えば、金属膜、金属線、金属板等のいずれであってもよい。金属膜としては、塗布膜、蒸着膜、金属箔等のいずれであってもよい。金属線としては、銅線、金線、エナメル線等を用いることができる。金属板としては、アルミニウム板、銅板、銀板、金板、鉄板等を用いることができる。また、金属部材23の厚さは限定されないが、使用する通信周波数によっては高周波による表面効果によって厚さ方向は有効とならない場合があるので、厚さは薄くてもよい。
さらに、金属部材23は、図1(b)及び図2では、筒状体22の外周面に設けられているが、これに限られない。例えば、後述する実施の形態3に示すように筒状体22bの内周面に金属部材23を設けてもよい(図7)。また、金属部材として金属線23cを用いた場合には、後述する実施の形態4に示すように、筒状体22cの外周面又は内周面に沿って金属線23cを巻回してもよい。
図3(a)は、RFIDタグ10の構成を示す平面図である。図3(b)は、図3(a)の側面図である。このRFIDタグ10は、RFIC素子1と、RFIC素子1に接続されたアンテナ素子3と、を有する。具体的には、RFIC素子1は、第1入出力端子2a及び第2入出力端子2bを有している。第1入出力端子2aにアンテナ素子3の一端が接続されており、第2入出力端子2bに励振電極4が接続されている。また、アンテナ素子3は、励振電極4より長い。さらに、RFIDタグ10は、基材5の上に配置してもよい。この基材5としては、例えばフィルムを用いてもよい。
また、RFIDタグ10は、筒状体22の周回方向に沿って配置されている。これによって筒状体22の周回方向に沿ったアンテナ長を確保できる。なお、RFIDタグ10は、周回方向に沿って配置する場合に限られない。例えば、RFIDタグ10を周回方向と交差する方向に沿って配置してもよい。これによって、金属部材23の周回方向とRFIDタグ10のアンテナ素子3の延在方向とが交差するので、さらに指向性を改善できる。
<RFIC素子>
図4(a)は、RFIC素子1の断面構造を示す概略断面図である。図4(b)は、図4(a)の等価回路図である。
RFIC素子1は、RFID信号を処理するRFICチップ11と、RFICチップ11を実装する多層基板15とを有するRFICパッケージとして構成される。RFICチップ11は、メモリ回路や信号処理回路を内蔵し、かつエポキシ樹脂製の封止樹脂14等によって封止してもよい。RFICチップ11は、導電性接合材12と端子電極13とを介して給電回路を構成する多層基板15に実装されている。給電回路は、多層基板状に形成してもよい。
また、多層基板15は、LTCC等のセラミックを材料からなるセラミック多層基板であって、L1及びL2等のLパターン及びC1、C2及びCIC等のCパターンからなる給電回路が内蔵されている。CICは、RFICチップ11の浮遊容量である。給電回路によって共振回路が形成されており、その共振周波数はキャリア周波数に対応する。このように給電回路を設けることによって、RFIDタグ10のアンテナ素子3及びそれに接続する金属部材23とによる電気長が変化してもキャリア周波数の中心周波数は大きく変化しないようにすることができる。多層基板15は、端子電極16を介してアンテナ素子3及び励振電極4と接続する。
アンテナ素子3は、例えば、図3(b)では第1入出力端子2aによってRFIC素子1と直接接続されているが、これに限られない。例えば、アンテナ素子3とRFIC素子1とは、直接接続でなく、容量結合、磁界結合等のいずれの結合をしていてもよい。
このRFIDタグ10としては、通常の両側のアンテナが同じ長さのダイポール型ではなく、励振電極4よりもアンテナ素子3が長い一端子型タグを用いている。この一端子型タグの詳細は、例えば、国際出願公開WO2015/111466号パンフレット、WO2012/093541号パンフレット、WO2012/117843号パンフレットに記載している通りである。
通常の対称型のダイポール型アンテナでは、中心の給電点で電圧ゼロ、電流分布最大となり、低インピーダンスで実現できる。一方、この一端子型タグでは、左右のアンテナ素子3と励振電極4とはアンバランスな長さを有し、給電点で電圧ゼロとならず、電流分布も低い状態であり、高インピーダンスとなる。このため通常であればインピーダンス不整合によって電力が伝わらなくなる。これに対して、この一端子型タグでは、上記RFIC素子1を用いているので、高インピーダンスに対応することができ、電力を伝えることができる。
このような一端子型タグを用いることによって、RFIDタグ10を筒状体22の周回方向に沿って配置した際、周回方向におけるアンテナ素子の長さを十分に確保することができる。
RFIC素子1と、励振電極4とは、例えば、図3(b)では第1入出力端子2aによって直接接続されているがこれに限られない。例えば、RFIC素子1と励振電極4とは、直接接続でなく、容量結合、磁界結合等のいずれの結合をしていてもよい。
励振電極4は、通常のアンテナ素子に用いられるものであれば使用でき、例えば、銅箔、銅板、銅めっき膜、金箔、金板、金めっき膜等の材料を用いることができる。材料は上記の例に限られず、通常使用されるものであれば使用できる。
なお、上記の通り、励振電極4は、アンテナ素子3に比べて短い。
金属部材23とRFIDタグ10のアンテナ素子3との接続は、図1及び図2では、直接接続の場合を示しているが、これに限られない。例えば、図3に示すRFIDタグ10の場合には、基材5と接着剤(図示せず)とを介してアンテナ素子3と金属部材23とが容量結合によって接続されていてもよい。なお、金属部材23とアンテナ素子3とを直接接続する場合には、図3のRFIDタグ10の場合には、アンテナ素子3の他端側の基材5を一部除去して、アンテナ素子3と金属部材23とを接続してもよい。
また、アンテナ素子3は、図1及び図2では、筒状体22の周回方向に沿って配置されているが、これに限られない。例えば、アンテナ素子3は、筒状体22の周回方向と交差する方向に沿って配置されていてもよい。
さらに、アンテナ素子3は、図1及び図2では、金属部材23の周回方向側の縁端部24aに接続されているが、これに限られない。例えば、後述する実施の形態2に示すように、アンテナ素子3は、金属部材23aの周回方向と交差する方向側の側端部25aに接続されていてもよい。
なお、励振電極4は金属部材23の周回方向の縁端部24bとは接触していない。
図5は、実施の形態1に係るRFIDタグ付き紙管30に金属ワイヤ32を巻き付けた使用状態の一例を示す概略斜視図である。
このRFIDタグ付き紙管30は、紙管30に導電性材料である金属ワイヤ32を巻き付けて使用している。紙管30に導電性材料である金属ワイヤ32や金属フィルム等を巻き付けて使用する場合に、RFIDタグ10を設けた筒状体22は、巻き付ける金属ワイヤ32等と軸方向(図5におけるy軸)について重ならないように配置しておくことが好ましい。具体的には、筒状体22は、金属ワイヤ32等を巻き付ける位置から軸方向(y軸)の正方向又は負方向にシフトした位置、つまり紙管30の上端又は下端に配置することが好ましい。この場合、紙管30の上下端は、捲装物を巻き付けない部分と設定しておくことが好ましい。このように金属ワイヤ32等と筒状体22とを重ならないように配置することでRFIDタグ10の通信可能距離が大きくなる。
なお、導電性材料以外の材料、例えば、紙や樹脂フィルム等を紙管30に巻き付ける場合には、シールドされないので軸方向(y軸)について筒状体22と重なるように巻き付けてもよい。この場合、紙管30の上下端にも捲装物を巻き付けてもよい。
図6(a)は、実施の形態2に係るRFIDタグ付き紙管30aの構成要素のRFIDタグ10aを設けた筒状体22aの構成を示す斜視図である。図6(b)は、RFIDタグ10aの構成を示す平面図である。図6(c)は、図6(a)のRFIDタグ10aを設けた筒状体22aを紙管本体20aへ挿入する工程を示す斜視図である。なお、この筒状体22aは、紙管本体20aへ挿入する際には、補助内筒26を用いてRFIDタグ10aを紙管本体20aの内周側に収容している。
このRFIDタグ付き紙管30aは、実施の形態1に係るRFIDタグ付き紙管と対比すると、筒状体22aの外周面の全面に金属部材23aを設けている点で相違する。これによって、さらに指向性を改善できる。
また、RFIDタグ10aのアンテナ素子3を筒状体22aの周回方向と交差する方向に沿って配置している点で相違する。この「周回方向と交差する方向」は、例えば軸方向(y軸方向)であってもよく、あるいは軸方向から傾斜していてもよい。これによって、金属部材23aの周回方向とRFIDタグ10aのアンテナ素子3aの延在方向とが交差するので、さらに指向性を改善できる。アンテナ素子3aは、金属部材23aの周回方向と交差する方向側の側端部25aに接続されている。
さらに、RFIDタグ10aは、RFIC素子1の2つの入出力端子がループ形状部4aによって接続されており、一方の入出力端子にアンテナ素子3の一端が接続されている。これによって、ループ形状部4aを有するので、RFIDタグ10a自体での指向性を改善できる。
図7(a)は、実施の形態3に係るRFIDタグ付き紙管30bの構成を示す斜視図である。図7(b)は、紙管本体20bの外径側の収容部21bにRFIDタグ10を設けた筒状体22bを嵌合して図7(a)のRFIDタグ付き紙管30bを構成する工程を示す斜視図である。なお、図7では、紙管30bの軸方向をy軸とし、径方向をx軸及びz軸としている。
このRFIDタグ付き紙管30bは、実施の形態1に係るRFIDタグ付き紙管と対比すると、筒状体22bの内周面の周回方向に沿ってRFIDタグ10を設けると共に、内周面の周回方向に沿って金属部材23bを設けている点で相違する(図7(b))。また、紙管本体20bの外径側の収容部21bに筒状体22bを嵌合している点で相違する。そこで、RFIDタグ10を筒状体22bの内周面と紙管本体20bの外径側の収容部21bとの間に収容できる。そこで、紙管30bの高速回転時にもRFIDタグ10の損傷の発生を抑制できる。
図8(a)は、実施の形態4に係るRFIDタグ付き紙管30cの構成を示す斜視図である。図8(b)は、紙管本体20cの収容部21cにRFIDタグ10を設けた筒状体22cを挿入して図8(a)のRFIDタグ付き紙管30cを構成する工程を示す斜視図である。なお、図8では、紙管30cの軸方向をy軸とし、径方向をx軸及びz軸としている。
このRFIDタグ付き紙管30cは、実施の形態1に係るRFIDタグ付き紙管と対比すると、金属部材として金属線23cを用いて、筒状体22cの外周面に沿って金属線23cをらせん状に巻いている点で相違する。これによって金属膜に比べて金属線23cを容易に巻回させることができる。なお、金属膜をらせん状に設けて金属部材としてもよい。
2a 第1入出力端子
2b 第2入出力端子
3、3a アンテナ素子
4 励振電極
4a ループ形状部
5 基材
10、10a RFIDタグ
11 RFICチップ
12 導電性接合材
13 端子電極
14 封止樹脂
15 多層基板
16 端子電極
20、20a、20b、20c 紙管本体
21、21a 収容部
22、22a、22b、22c 筒状体
23、23a、23c 金属部材
24a、24b 筒状体の周回方向側の縁端部
25a、25b 筒状体の周回方向に交差する方向側の側端部
26 補助内筒
30、30b、30c 紙管
32 金属ワイヤ
Claims (9)
- 紙管本体と、
前記紙管本体に取り付けられる筒状体と、
前記筒状体の周回方向に延設された金属部材と、
RFIC素子と、前記RFIC素子に一端が接続され、他端が前記金属部材に接続されたアンテナ素子と、を有するRFIDタグと、
を備えたRFIDタグ付き紙管。 - 前記金属部材は、前記筒状体の周回方向に半周以上の長さで延設されており、
前記アンテナ素子は、前記筒状体の周回方向に沿って配置されており、
前記アンテナ素子の前記他端は、前記金属部材の前記周回方向側の縁端部に接続されている、請求項1に記載のRFIDタグ付き紙管。 - 前記金属部材は、前記筒状体の周回方向に半周以上の長さで延設されており、
前記アンテナ素子は、前記筒状体の前記周回方向と交差する方向に沿って配置されており、
前記アンテナ素子の前記他端は、前記金属部材の前記周回方向と交差する方向側の側端部に接続されている、請求項1に記載のRFIDタグ付き紙管。 - 前記金属部材は、前記筒状体の周回方向の全周に延設されており、
前記アンテナ素子は、前記筒状体の前記周回方向と交差する方向に沿って配置されており、
前記アンテナ素子の前記他端は、前記金属部材の前記周回方向と交差する方向側の側端部に接続されている、請求項1に記載のRFIDタグ付き紙管。 - 前記RFIC素子は、通信周波数に相当する共振周波数を有した共振回路を介して前記アンテナ素子の前記一端に接続されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のRFIDタグ付き紙管。
- 前記共振回路は、複数の基材層を積層してなる多層基板に内蔵されており、前記RFIC素子は前記多層基板に実装されている、請求項5に記載のRFIDタグ付き紙管。
- 前記RFIC素子は、第1入出力端子及び第2入出力端子を有しており、
前記第1入出力端子に前記アンテナ素子の一端が接続されており、
前記第2入出力端子に励振電極が接続されている、請求項1から6のいずれか一項に記載のRFIDタグ付き紙管。 - 前記RFIC素子は、第1入出力端子及び第2入出力端子を有しており、
前記第1入出力端子と前記第2入出力端子とがループ形状部で接続されており、
前記第1入出力端子に前記アンテナ素子の一端が接続されている、請求項1から6のいずれか一項に記載のRFIDタグ付き紙管。 - 前記筒状体は、軸方向に沿って前記紙管本体に嵌合されている、請求項1から7のいずれか一項に記載のRFIDタグ付き紙管。
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