JP6555427B2 - Rfidタグ付き金属製キャップおよびそれを備える容器 - Google Patents

Rfidタグ付き金属製キャップおよびそれを備える容器 Download PDF

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Description

本発明は、RFIDタグを備えた金属製キャップと、その金属製キャップによって開口が覆われる容器とに関する。
従来より、容器の不正な開封やその内容物の偽造を防止するために、容器の開口を覆うキャップに、RFID(Radio Frequency Identification Device)タグを設けることが行われている。
例えば、特許文献1に記載されたキャップは、プラスチック材料から作製され、その天板部の裏側にRFIDタグが設けられている。
特表2009−525930号公報
特許文献1に記載されたキャップのように、キャップがプラスチック材料などの非金属材料から作製されている場合、そのキャップに内部に設けられたRFIDタグは、キャップの外部の通信装置との間で通信を行うことができる。しかしながら、キャップが金属材料から作製されている場合、その金属製キャップの内部にRFIDタグを配置すると、RFIDタグはキャップの外部の通信装置と通信することができない。
この対処として、金属製キャップの外側にRFIDタグを設けると、そのRFIDタグが容易に取り除かれ、容器の不正な開封やその内容物の偽造を防止できない可能性がある。
そこで、本発明は、金属製キャップの外部の通信装置と通信可能に、RFIDタグを金属製キャップの内部に設けることを課題とする。
上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
筒状本体部、前記筒状本体部の一端に形成された天板部、および前記筒状本体部の他端に形成された開口部を備える金属製キャップと、
前記金属製キャップに設けられたRFIDタグと、を有し、
前記RFIDタグが、
前記金属製キャップ内に設けられるRFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されているループアンテナと、を備え、
前記ループアンテナのループ開口の少なくとも一部が、前記金属製キャップの開口部の開口縁から該金属製キャップの外部に露出した状態で、前記金属製キャップの周方向に延在している、金属製キャップが提供される。
また、本発明の別の態様によれば、
開口を備える容器であって、
筒状本体部と、前記筒状本体部の一端に形成された天板部と、前記筒状本体部の他端に形成された開口部とを備え、前記容器の開口を覆う金属製キャップと、
前記金属製キャップに設けられたRFIDタグと、を有し、
前記RFIDタグが、
前記金属製キャップ内に設けられるRFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されているループアンテナと、を備え、
前記ループアンテナのループ開口の少なくとも一部が、前記金属製キャップの開口部の開口縁から該金属製キャップの外部に露出した状態で、前記金属製キャップの周方向に延在している、容器が提供される。
本発明によれば、金属製キャップの内部に設けても、RFIDタグは、金属製キャップの外部の通信装置との通信を実行することができる。
本発明の一実施の形態に係る容器の部分断面図 本発明の一実施の形態に係る金属製キャップの斜視図 金属製キャップの内部を示す斜視図 金属製キャップの展開図 RFIDタグのシート状態のアンテナ部材を示す図 RFIDタグの給電モジュールを示す斜視図 RFIDタグの給電モジュールの内部構造を示す斜視図 RFIDタグの給電モジュールの内部構造を示す断面図 RFIDタグの回路図 金属製キャップの開口部周辺における、金属製キャップとループアンテナ部とを示す斜視図 図10に示すループアンテナ部周辺に発生する磁界分布を示す図 別の実施の形態に係る、金属製キャップの開口部周辺における、金属製キャップとループアンテナ部とを示す斜視図 図12に示すループアンテナ部周辺に発生する磁界分布を示す図 比較例に係る、ループアンテナ部に発生する磁界分布を示す図 さらに別の実施の形態に係る、金属製キャップの開口部周辺における、金属製キャップとループアンテナ部とを示す斜視図 図15に示すループアンテナ部周辺に発生する磁界分布を示す図 さらに異なる別の実施の形態に係る、金属製キャップの開口部周辺における、金属製キャップとループアンテナ部とを示す斜視図 図17に示すループアンテナ部を含むRFIDタグの分解図 図17に示すループアンテナ部周辺に発生する磁界分布を示す図
本発明の一態様のRFIDタグ付き金属製キャップは、筒状本体部、前記筒状本体部の一端に形成された天板部、および前記筒状本体部の他端に形成された開口部を備える金属製キャップと、前記金属製キャップに設けられたRFIDタグと、を有し、前記RFIDタグが、前記金属製キャップ内に設けられるRFIC素子と、前記RFIC素子に接続されているループアンテナと、を備え、前記ループアンテナのループ開口の少なくとも一部が、前記金属製キャップの開口部の開口縁から該金属製キャップの外部に露出した状態で、前記金属製キャップの周方向に延在している。
この態様によれば、金属製キャップの内部に設けても、RFIDタグは、金属製キャップの外部の通信装置との通信を実行することができる。
例えば、前記ループアンテナが、前記周方向に延在して全体が前記金属製キャップの外部に位置する第1の導体部と、前記第1の導体部に対して前記ループ開口を挟んで対向して前記周方向に延在し、少なくとも一部分が前記金属製キャップの筒状本体部に重なる第2の導体部とを備えてもよい。
前記第2の導体部の幅は、前記第1の導体部の幅に比べて大きいのが好ましい。これにより、第2の導体部が金属製キャップの筒状本体部により確実に重なることができ、金属製キャップを、ループアンテナが発生する磁界を増強するブースタとして機能させることができる。
前記ループアンテナが、第1のループ開口を備える第1のループアンテナと、前記第1のループ開口に対向する第2のループ開口を備える第2のループアンテナとであって、前記第1および第2のループ開口の対向方向視で同一方向に電流が流れるように、前記第1のループアンテナと前記第2のループアンテナとが直列に接続されてもよい。これにより、より広範囲に拡がる磁界を形成することができ、その結果、通信可能範囲がより拡がる。
前記RFIC素子と前記ループアンテナとが、磁性体に覆われたインダクタを備える磁気シールド型インダクタチップを介して接続されてもよい。これにより、RFIDタグは、所望の共振周波数を得ることができる。また、インダクタチップが磁気シールド型インダクタチップであるため、インダクタチップのインダクタからの磁界によって金属製キャップに電流が流れ、その電流によって発生する磁界によってRFIDタグの共振周波数が変化することが抑制される。
本発明の別態様の容器は、開口を備える容器であって、筒状本体部と、前記筒状本体部の一端に形成された天板部と、前記筒状本体部の他端に形成された開口部とを備え、前記容器の開口を覆う金属製キャップと、前記金属製キャップに設けられたRFIDタグと、を有し、前記RFIDタグが、前記金属製キャップ内に設けられるRFIC素子と、前記RFIC素子に接続されているループアンテナと、を備え、前記ループアンテナのループ開口が、少なくとも一部が前記金属製キャップの開口部を介して該金属製キャップの外部に露出した状態で、前記金属製キャップの周方向に延在している。
この態様によれば、容器に取り付けられた金属製キャップの内部に設けても、RFIDタグは、金属製キャップの外部の通信装置との通信を実行することができる。その結果、容器の不正な開封やその内容物の偽造を防止することができる。
前記容器はワインボトルであって、前記金属製キャップがキャップシールであってもよい。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る容器の部分断面図である。本実施の形態の場合、容器10は、ワインを収容するワインボトル(ガラス瓶)であって、金属製キャップ12を備える。
本実施の形態の場合、容器10内にはスティルワインが収容され、容器10のネック部10aの先端に形成された注ぎ口(開口)10bがコルク栓14によって閉塞されている。その注ぎ口10bを覆うように金属製キャップ12が容器10のネック部10aに嵌められている。なお、本実施の形態のような金属製キャップ12は、キャップシールやホイルシールと呼ばれている。
図2は、金属製キャップ12の斜視図である。図2に示すように、金属製キャップ12は、有底筒状であって、筒状本体部12aと、筒状本体部12aの一端に形成された天板部12bと、筒状本体部12aの他端に形成された開口部12cとを備える。なお、図2において、方向Hは金属製キャップ12の高さ方向を示しており、方向Dは径方向を示し、方向Rは周方向を示している。
図3は、金属製キャップ12の内部を示している。図3に示すように、金属製キャップ12の内部には、RFID(Radio Frequency Identification Device)タグ18が設けられている。
RFIDタグ18は、容器10内の不正な開封やその内容物(本実施の形態の場合はワイン)の偽造を防止するために、容器10の注ぎ口10bを覆う金属製キャップ12内に設けられている。金属製キャップ12内に配置されてもその外部の通信装置(例えばRFIDタグリーダ/ライタ)と通信できるように、RFIDタグ18は構成されている。そのRFIDタグ18の構成の詳細について説明する。
RFIDタグ18は、図3に示すように、アンテナ部材20と、給電モジュール22とを有する。
アンテナ部材20は、図2に示すように、一部が外部に露出した状態で金属製キャップ12の筒状本体部12a内に配置される筒状のベース部20aと、金属製キャップ12の天板部12bの裏側に配置され、給電モジュール22が取り付けられる給電モジュール支持部20bと、ベース部20aとモジュール支持部20bとを連結する連結部20cとを備える。
なお、図3に示すようなRFIDタグ18の立体形状は、金属製キャップ12の作製過程で形成される。その金属製キャップ12の作製過程について説明する。
図4は、金属製キャップ12の展開図である。すなわち、キャップ形状に加工される前の金属製キャップ12のシート状の材料を示している。図4に示すように、金属製キャップ12は、プラスチックコーティングされたアルミニウムや錫などの金属シート16から作製されている。金属シート16は、筒状にされて金属製キャップ12の筒状本体部12aに加工される矩形状部16aと、金属製キャップ12の天板部12bに加工される円形状部16bとを備える。
図4に示す金属シート16から作製された図2に示す金属製キャップ12は、天板部12bの裏側面が容器10の注ぎ口10bに対向するように該容器10のネック部10aに嵌められた後、ネック部10aの外部形状にならうように、すなわち金属製キャップ12がネック部10aに密着するように変形される。例えば、金属製キャップ12の天板部12bをネック部10aに向かって押圧しつつ、金属製キャップ12の筒状本体部12aをねじることにより、金属製キャップ12がネック部10aに密着して注ぎ口10bをシールする。
本実施の形態の場合、RFIDタグ18は、図4に示すように、シートの形態で作製され、金属シート16の一方の表面(金属製キャップ12の内側面になる表面)に貼り付けられている。すなわち、ベース部20aと連結部20cとが金属シート16の矩形状部16aに貼り付けられ、給電モジュール支持部20bが円形状部16bに貼り付けられている。
このようにシート状のRFIDタグ18が貼り付けられた金属シート16を金属製キャップ12に加工することにより、図2に示すように、アンテナ部材20のベース部20aが筒状にされ、金属製キャップ12の筒状本体部12a内に配置される。また、アンテナ部材20の給電モジュール支持部20bと連結部20cも、金属製キャップ12の内部に配置される。
また、図2に示すように、アンテナ部材20ベース部20aの一部は、金属製キャップ12の開口部12cの開口縁12dから、金属製キャップ12の外部に突出している。すなわち、図4に示すように、ベース部20aは、金属シート16の矩形状部16aの端16c(後に開口縁12dになる端)から一部がはみ出た状態で、矩形状部16aに貼り付けられている。その理由については後述する。
RFIDタグ18のアンテナ部材20のさらなる詳細を、シート形態のアンテナ部材20を示す図5を参照しながら説明する。
図5に示すように、アンテナ部材20は、基材フィルム24上またはその内部に形成されたアンテナパターン26で構成される。
図5に示すように、基材フィルム24は、PETなどのプラスチック材料または紙材料などの絶縁材料から作製された可撓性を備えるフィルムである。
アンテナパターン26は、アルミニウムや銅などの導電性材料によって基材フィルム24に形成された導体パターンである。アンテナパターンも可撓性である。信号を送受信するためのループアンテナ部26aと、給電モジュール22と接続するための接続端子部26b、26cと、ループアンテナ部26aの一端と接続端子部26bとを接続する配線部26dと、ループアンテナ部26aの他端と接続端子部26cとを接続する配線部26eとを備える。
アンテナパターン26のループアンテナ部26aは、アンテナ部材20のベース部20aに設けられている。ループアンテナ部26aはまた、矩形状であって、金属製キャップ12の周方向Rに延在するループ開口26fを備える。ループ開口26fは、ループアンテナ部26aの一部であって、周方向Rに延在する第1の導体部26gと、第1の導体部26gに対して間隔をあけて周方向Rに延在する第2の導体部26hとの間に挟まれている。本実施の形態の場合、第1の導体部26gと第2の導体部26hは、実質的に平行である。
アンテナパターン26のループアンテナ部26aのループ開口26fは、図2に示すように、その少なくとも一部が金属製キャップ12の外部に位置する。本実施の形態の場合、図4に示すように、ループ開口26f全体が金属シート16に重ならないように、アンテナ部材20の基材フィルム24が金属シート16に貼り付けられている。
具体的には、図4に示すように、本実施の形態の場合、ループ開口26f全体を金属製キャップ12の外部に配置するために、第1の導体部26gは金属シート16の矩形状部16aに対してオーバーラップしていない。その結果、第1の導体部26gは、その全体が金属製キャップ12の外部に配置されている。
一方、第2の導体部26hは、理由は後述するが、その一部が金属シート16の矩形状部16aに対してオーバーラップしている。その結果として、第2の導体部26hは、その一部が金属製キャップ12の筒状本体部12aに重なっている。
本実施の形態の場合、図5に示すように、第2の導体部26hの幅W3(金属製キャップ12の高さ方向Hの寸法)は、第1の導体部26gの幅W2に比べて大きい。例えば、第1の導体部26gの幅W2は、例えば0.5mmであり、第2の導体部26hの幅W3は、例えば2.5mmである。これにより、金属シート16に対するアンテナ部材20(基材フィルム24)の貼り付け精度にバラツキが生じても、第2の導体部26hの一部が金属シート16に確実にオーバーラップする。なお、ループ開口26fの幅W1は、例えば1mmである。
このように、図2に示すように、ループ開口26fの少なくとも一部が金属製キャップ12の外部に露出することにより、ループアンテナ部26aは、外部の通信装置(例えば、RFIDタグのリーダ/ライタ)に対して信号のやりとりを実行することができる。
図5に示すように、アンテナパターン26の接続端子部26b、26cは、アンテナ部材20の給電モジュール支持部20bに設けられている。
図5に示すように、アンテナパターン26の配線部26d、26eは、アンテナ部材20の連結部20cに設けられている。配線部26d、26eは、互いに平行に、ループアンテナ部26aから接続端子部26b、26cに向かって延在している。
なお、図3に示すように、配線部26d、26eは、アンテナ部材20の連結部20cと給電モジュール支持部20bとの間の移行部Sにおいて、概ね90度曲げられている。そこで、90度に曲げられる配線部26d、26eの部分26j、26kは、曲げによる断線を抑制するために、図5に示すように、他の部分に比べて高い延伸性を備える、例えば銀(Ag)ペーストで作製されるのが好ましい。なお、アンテナパターン26全体を銀ペーストで作製してもよい。
図6は、アンテナ部材20に取り付けられる給電モジュール22を示している。また、図7は、給電モジュール22の内部構造を示す斜視図であり、図8は給電モジュール22の内部構造を示す断面図である。さらに、図9は、RFIDタグ18の回路図である。なお、図6〜図8において、X軸方向は給電モジュール22の長手方向を示し、Y軸方向は幅方向を示し、Z軸方向は厚さ方向を示している。なお、金属製キャップ12の高さ方向HとZ軸方向は、同一方向である。
給電モジュール22は、回路が形成されたプリント配線板30と、プリント配線板30を保持する樹脂ブロック32とを有する。
図7に示すように、プリント配線板30は、エポキシ樹脂等のリジッドな基板であって、その主面30aに、RF(Radio Frequency)IC素子34と、コンデンサチップ36、38と、インダクタチップ40とが搭載されている。また、これらのRFIC素子34、コンデンサチップ36、38、およびインダクタチップ40を電気的に接続する導体パターン42、44、46が、プリント配線板30上に形成されている。これらにより、図9に示すインダクタとコンデンサの並列回路、すなわち共振回路が構成されている。具体的に言えば、図9に示す回路図におけるインダクタL1はインダクタチップ40に対応し、インダクタL2はアンテナパターン26に対応し、コンデンサC1はコンデンサチップ36に対応し、コンデンサC2はコンデンサチップ38に対応する。これにより、RFIC素子34は、例えばHF帯の所定の周波数(共振周波数)で、外部の通信装置(例えば、RFIDタグのリーダ/ライタ)と通信のやりとりをすることができる。例えば、RFIC素子34は、所定の周波数の信号をアンテナパターン26(そのループアンテナ部26a)を介して受信すると、その内部のメモリなどの記憶部に記憶されている情報をアンテナパターン26を介して外部に送信する。
図6および図8に示すように、プリント配線板30は、一部が外部に露出した状態で樹脂ブロック32内に設けられている。具体的には、プリント配線板30の主面30a全体を覆う一方で、裏面30bは露出するように、プリント配線板30は樹脂ブロック32内に設けられている。
図6および図8に示すように、プリント配線板30の裏面30bが露出する樹脂ブロック32の一方の表面32aには、給電モジュール22の長手方向(X軸方向)に延在する導体パターン48、50が形成されている。導体パターン48の一端は、プリント配線板30を厚さ方向(Z軸方向)に貫通する導体52を介して、プリント配線板30の導体パターン42に接続されている。また、導体パターン50の一端は、プリント配線板30を厚さ方向に貫通する導体54を介して、プリント配線板30の導体パターン46に接続されている。導体52、54は、例えば、ビアホール導体やスルーホール導体などの層間接続導体である。
導体パターン48の他端は、樹脂ブロック32を厚さ方向(Z軸方向)に貫通する金属ピン56を介して、樹脂ブロック32の他方の表面32b上に形成された外部接続端子58に接続されている。導体パターン50の他端は、樹脂ブロック32を厚さ方向に貫通する金属ピン60を介して、外部接続端子62に接続されている。
給電モジュール22(樹脂ブロック32)の外部接続端子58は、アンテナ部材20(アンテナパターン26)の接続端子部26cに接続される。また、外部接続端子62は、アンテナ部材20の接続端子部26bに接続される。これにより、アンテナ部材20と給電モジュール22が接続されてRFIDタグ18が構成される。
このような構成のRFIDタグ18によれば、金属製キャップ12の内部に配置されても、金属製キャップ12の外部の通信装置、例えばRFIDタグリーダ/ライタと通信することができる。
例えば、RFIDタグリーダ/ライタからの信号を、RFIDタグ18は、ループ開口26fの少なくとも一部が金属製キャップ12の外部に露出しているループアンテナ部26aによって受信する。ループアンテナ部26aが信号を受信すると、アンテナパターン26に電流が流れ、給電モジュール22のRFIC素子34が駆動する。駆動後、RFIC素子34は、その内部の記憶部に記憶されている情報データを、ループアンテナ部26aを介して、RFIDタグリーダ/ライタに送信する。なお、RFIDタグ18が送信する情報は、容器の内容物に関する情報であって、本実施の形態の場合、ワインの銘柄、製造年、流通履歴などの情報である。
このような構成の金属製キャップ12によれば、金属製キャップ12の開口部12cの周辺に、無線通信を行うための磁界が形成される。その磁界について説明する。
図10は、金属製キャップ12の開口部12c周辺を示す斜視図であって、金属製キャップ12の一部と、RFIDタグ18のアンテナ部材20のアンテナパターン26の一部を示している。なお、アンテナ部材20の基材フィルム24は省略されている。
図10に示すように、アンテナパターン26のループアンテナ部26aにおける第1の導体部26gは、金属製キャップ12の筒状本体部12a内にはなく、その全体が金属製キャップ12の外部に位置する。また、第1の導体部26gは、金属製キャップ12の周方向Rに、金属製キャップ12の概ね全周にわたって延在している。
一方、アンテナパターン26のループアンテナ部26aにおける第2の導体部26hは、一部が金属製キャップ12の外部に位置し、残りが金属製キャップ12の筒状本体部12a内に位置する。また、第2の導体部26hは、金属製キャップ12の周方向Rに、金属製キャップ12の概ね全周にわたって延在している。
したがって、ループアンテナ部26aにおける第1の導体部26gと第2の導体部26hとの間のループ開口26fは、金属製キャップ12の筒状本体部12a内にはなく、その全体が金属製キャップ12の外部に位置する。また、ループ開口26fは、金属製キャップ12の周方向Rに、金属製キャップ12の概ね全周にわたって延在している。
図11は、金属製キャップ12における磁界の分布を示している。点線は、磁力線を示している。
図11に示すように、ループアンテナ部26aの第1の導体部26gには、その周りを周回するとともにループ開口26fを通過する磁力線が発生するような磁界が形成される。
一方、第2の導体部26hは、第1の導体部26gと異なり、一部分が金属製キャップ12の筒状本体部12aに重なる。そのため、第2の導体部26hと対向する金属製キャップ12の筒状本体部12aの部分およびその近傍に磁界が形成される。
具体的に説明すると、第2の導体部26hの一部とそれに対向する金属製キャップ12の筒状本体部12aの部分とが、基材フィルム24(それに加えて金属製キャップ12に施されているプラスチックコーティング層)を介して容量結合する。その容量結合により、金属製キャップ12の筒状本体部12aにおける開口部12cの近傍の部分に、第2の導体部26hを流れる電流の強度に対応する強度を備えて周方向Rに流れる電流が発生する。その電流により、第2の導体部26hと対向する金属製キャップ12の筒状本体部12aの部分およびその近傍に磁界が形成される。その結果、金属製キャップ12がない場合に比べて、金属製キャップ12のあらゆる径方向Dにより広がり、且つ、金属製キャップ12の筒状本体部12aの一部にまでおよぶように高さ方向Hにより広がる磁界が、ループアンテナ部26aによって発生する。
このように、金属製キャップ12は、あたかも、ループアンテナ部26aによって発生する磁界を増強するブースタとして機能する。その理由は、図11に示すように、ループ開口26fが金属製キャップ12の外部に存在するからである。すなわち、ループ開口26fを通過して金属製キャップ12の筒状本体部12aの外側面または内側面の一方から他方に至る磁力線が発生するからである。
なお、図11に示すように、金属製キャップ12の天板部12bの裏側に配置された給電モジュール22周辺にも磁界は発生する。しかしながら、その磁界は、金属製キャップ12の開口部12cから遠いために、金属製キャップ12の外部にまではいたらない。すなわち、給電モジュール22周辺の磁界は、金属製キャップ12によって磁気シールドされている。
このように、金属製キャップ12の開口部12cの周辺に磁界が形成されることにより、RFIDタグ18は、金属製キャップ12内に設けられても、外部の通信装置と通信することができる。
RFIDタグ18の通信に関して言えば、その通信能力(すなわち、その共振周波数)を安定に維持することができるように、RFIDタグ18を構成するのが好ましい。
上述したように、例えば図2に示すように、給電モジュール22は、金属製キャップ12内に配置されている。本実施の形態の場合、天板部12bの裏側に給電モジュール22に基材フィルム24を介して取り付けられている。
その結果として、図8に示すように、給電モジュール22のプリント配線板30上のインダクタチップ40が金属製キャップ12の近傍に対向配置される。
金属製キャップ12の近傍に配置されることによる影響を考慮して、インダクタチップ40として、外部への磁気の放出が抑制された、すなわち、そのインダクタが磁性体に覆われている(磁気シールドされている)、磁気シールド型インダクタチップを使用するのが好ましい。
磁気シールド型インダクタチップを使用する理由を説明する。これとは異なり、インダクタチップ40が、磁気シールド型ではなく、そのために、外部に磁気を放出する場合、RFIDタグ18の共振周波数が変化するとともに、安定しない場合がある。
具体的に説明すると、磁気シールド型ではない場合、インダクタチップ(そのインダクタ)から発生した磁界によって対向する金属製キャップの部分に反電流(渦電流)が発生する。その結果、インダクタチップのQ値が、金属製キャップに対向配置されていない場合に比べて低下し、RFIDタグの共振周波数が変化する。またこの反電流が大きくなるとインダクタチップのインダクタンス値が小さくなる。反電流は金属製キャップとインダクタチップ間の距離により変化するので、この距離バラツキにより、RFIDタグの共振周波数のバラツキが大きくなってしまう。特に、本実施の形態のように、金属製キャップがワインなどに使用されるキャップシールの場合、すなわち金属製キャップが変形しやすい場合、インダクタチップのQ値の劣化およびインダクタンス値の変化量に大きなバラツキが生じ、その結果、RFIDタグの共振周波数に大きなバラツキが生じうる。それにより、例えば、あるワインのRFIDタグとは良好に通信できるが、別のワインのRFIDタグとは良好に通信できない(読取エラーが生じる)という状況が生じうる。このような状況が生じないように、インダクタチップ40として、外部への磁気放出が抑制された磁気シールド型インダクタチップが使用するのが好ましい。
なお、共振周波数が安定に維持されるのであれば、磁気シールド型ではないインダクタチップも使用可能である。
また、金属製キャップ12と給電モジュール22との間の位置関係で言えば、図8に示すように、プリント配線板30上の導体パターン42〜46と金属製キャップ12は、樹脂ブロック32によって距離をあけて離れている。これにより、導体パターン42、44、46に流れる電流によって金属製キャップ12に反電流(渦電流)が発生することが抑制される。その結果、その反電流によって金属製キャップ12から発生する磁界の影響を受けて、導体パターン42〜46、これに加えてRFIC素子34、コンデンサチップ36、38、インダクタチップ40の電気的特性が変化することが抑制される。なお、プリント配線板30の厚さが十分である場合、その裏面30bをアンテナ部材20(基材フィルム24)側に向けて、プリント配線板30の導体54、52をアンテナパターン26の接続端子部26b、26cに接続することも可能である。
また、RFIDタグ18の共振周波数を安定に維持させるために、本実施の形態の場合、アンテナ部材20は、すなわちアンテナパターン26は、そのインダクタンスが小さくなるように構成されている。
本実施の形態の場合、金属製キャップ12が変形しやすいキャップシールであるため、その金属製キャップ12の変形のバラツキによって金属製キャップ12とアンテナパターン26との間の距離にバラツキが生じ、それによりアンテナパターン26のインダクタンスにバラツキが生じやすい。また、アンテナパターン26のインダクタンスが大きい場合、その変化量は大きくなる。インダクタンスが大きく変化すると、RFIDタグ18の共振周波数が使用周波数から大きくはずれ、通信ができなくなる可能性がある。したがって、金属製キャップ12の変形を原因とするインダクタンスのバラツキ幅を低減するために、また共振周波数の変化を小さくするために、アンテナパターン26は、そのインダクタンスが極力小さくなるように構成されている。
インダクタンスが小さくなるように、図3に示すように、アンテナパターン26において、例えば、ループアンテナ部26aのループ開口26fの幅W1が極力小さくされている。また例えば、互いに平行に延在する配線部26d、26eの間の距離G1が極力小さくされている。
さらに、RFIDタグ18の共振周波数を安定に維持させるために、本実施の形態の場合、給電モジュール22は、変形に対する剛性が高められている。また、金属製キャップシールを図1のようなワインボトルに取り付ける場合、金属性キャップシールの筒状本体部12aには金属性キャップを変形させる大きな圧力がかかるので、給電モジュール22は直接の圧力がかかりにくい筒状本体の天板部12bに配置する。
本実施の形態の場合、給電モジュール22は、変形しやすい金属製キャップ12(キャップシール)の天板部12bの裏側に取り付けられている。ワインの場合、その金属製キャップ12の天板部12bに刻印が打たれる場合がある。刻印が打たれると、天板部12bとともに、その裏側に取り付けられた給電モジュール22は圧縮を受ける。その圧縮による変形量を小さく抑制するために、図8に示すように、給電モジュール22の樹脂ブロック32はエポキシ樹脂等のリジッドな樹脂を用いており、さらには、樹脂ブロック32の厚み方向に延びる複数の金属ピン56、60が内蔵されている。なお、この金属ピン56、60は、上述したように、層間接続導体である。この金属ピン56、60によって樹脂ブロック32の変形が抑制され、それによりプリント配線板30の変形も抑制され、その結果として、これらに形成された導体パターン42〜50の変形も抑制される。導体パターン42〜50の変形が抑制されることにより、これらの電気的特性の変化も抑制される。その結果、RFIDタグ18の共振周波数が安定に維持される。
このような本実施の形態によれば、金属製キャップ12の内部に設けても、RFIDタグ18は、金属製キャップ12の外部の通信装置との通信を実行することができる。
以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。
例えば、上述の実施の形態の場合、図4および図10に示すように、アンテナパターン26のループアンテナ部26aは、金属製キャップ12の周方向Rに、金属製キャップ12の概ね全周にわたって延在している。すなわち、ループ開口12fが、周方向Rに金属製キャップ12の概ね全周にわたって延在している。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らない。
例えば、図12は、別の実施の形態に係る、金属製キャップ112の開口部112c周辺を示す斜視図であって、金属製キャップ112の一部と、RFIDタグのアンテナ部材のアンテナパターン126の一部を示している。
図12に示すように、アンテナパターン126のループアンテナ部126aにおける第1の導体部126gは、金属製キャップ112の筒状本体部112a内にはなく、その全体が金属製キャップ112の外部に位置する。また、第1の導体部26gは、金属製キャップ112の周方向Rに、金属製キャップ112の概ね半周にわたって延在している。
一方、アンテナパターン126のループアンテナ部126aにおける第2の導体部126hは、一部が金属製キャップ112の外部に位置し、残りが金属製キャップ112の筒状本体部112a内に位置する。また、第2の導体部126hは、金属製キャップ112の周方向Rに、金属製キャップ112の概ね半周にわたって延在している。
したがって、ループアンテナ部126aにおける第1の導体部126gと第2の導体部126hとの間のループ開口126fは、金属製キャップ12の筒状本体部112a内にはなく、その全体が金属製キャップ112の外部に位置する。また、ループ開口126fは、金属製キャップ112の周方向Rに、金属製キャップ112の概ね半周にわたって延在している。
図13は、図12に示す金属製キャップ112における磁界の分布を示している。点線は、磁力線を示している。
図13に示すように、ループアンテナ部126aの第1の導体部126gには、その周りを周回するとともにループ開口126fを通過する磁力線が発生するような磁界が形成される。
一方、第2の導体部126hは、第1の導体部126gと異なり、一部分が金属製キャップ112の筒状本体部112aに重なる。そのため、上述の実施の形態と同様に、金属製キャップ112がブースタとして機能し、第2の導体部126hと対向する金属製キャップ112の筒状本体部112aの部分およびその近傍に磁界が形成される。
金属製キャップ112がブースタとして機能することにより、図13に示すように、ループアンテナ部126aに対して径方向Dの反対側にまでおよぶ磁界が形成される。なお、参考までに、金属製キャップ112が存在しない場合、比較例を示す図14に示すように、ループアンテナ部126aの径方向Dの反対側には磁界が形成されない。これは、図13に示すように、第2の導体部126hとの容量結合によって金属製キャップ112の筒状本体部112aに電流が流れ、その電流が開口部112cの縁に沿ってループアンテナ部126aと対向していない筒状本体部112aの部分にまで流れるからである。その結果、方向によって強度は異なるものの、磁界が、金属製キャップ112のあらゆる径方向Dにより広がり、且つ、金属製キャップ112の筒状本体部112aの一部にまでおよぶように高さ方向Hにより広がる。その結果、この場合のRFIDタグ118は、図10に示すようにループアンテナ部26aが金属製キャップ12の概ね全周にわたって延在するRFIDタグ18とほぼ同様に、外部の通信装置との通信を実行することができる。
また例えば、上述の実施の形態の場合、図10に示すように、ループアンテナ部26aの第2の導体部26hの一部が金属製キャップ12の筒状本体部12aに重なって容量結合することにより、金属製キャップ12を磁界を増強させるブースタとして機能させている。しかしながら、本発明の実施の形態は、これに限らない。
説明すると、金属製キャップをブースタとして機能させることが困難である場合がある。例えば、金属製キャップが肉厚である、金属製キャップの電気抵抗が高い、ループアンテナ部に流れる電流が低いなどの場合、金属製キャップをブースタとして機能させることが困難である。金属製キャップがブースタとして機能できない場合、金属製キャップは、磁気シールドとして機能し、ループアンテナ部26aから発生する磁界をシールドする。その結果、RFIDタグは、短い通信距離でしか通信ができなくなる。
図15は、その問題に対処することができる、さらに別の実施の形態に係る金属製キャップ212の開口部212c周辺を示す斜視図であって、金属製キャップ212の一部と、RFIDタグ218のアンテナ部材のアンテナパターン226の一部を示している。
図15に示すように、アンテナパターン226のループアンテナ部226aにおける第1の導体部226gは、金属製キャップ212の筒状本体部212a内にはなく、その全体が金属製キャップ212の外部に位置する。また、第1の導体部226gは、金属製キャップ212の周方向Rに、金属製キャップ212の概ね全周にわたって延在している。
同様に、アンテナパターン226のループアンテナ部226aにおける第2の導体部226hも、金属製キャップ212の筒状本体部212a内にはなく、その全体が金属製キャップ212の外部に位置する。また、第2の導体部226hは、金属製キャップ212の周方向Rに、金属製キャップ212の概ね全周にわたって延在している。
特に、第2の導体部226hは、金属製キャップ212の開口部212cの開口縁212dから高さ方向Hに離れるように延在し、それにより、金属製キャップ212の筒状本体部222aとの間に隙間Aを形成している。
図16は、図15に示す金属製キャップ212における磁界の分布を示している。点線は、磁力線を示している。
図16に示すように、ループアンテナ部226aの第1の導体部226gには、その周りを周回するとともにループ開口部226fを通過する磁力線が発生するような磁界が形成される。
一方、第2の導体部226hには、その周りを周回するとともにループ開口部226fと隙間Aとを通過する磁界が形成される。
その結果、金属製キャップ212の筒状本体部212aの一部までおよぶように高さ方向Hに広がることはないが、磁界が、金属製キャップ212のあらゆる径方向Dに広がる。その結果、この場合のRFIDタグ218は、図10に示すようにループアンテナ部26aの第2の導体部26hの一部が金属製キャップ12の筒状本体部12aに重なるRFIDタグ18とほぼ同様に、外部の通信装置との通信を実行することができる。
このように、ループアンテナ部の第2の導体部が、その一部が金属製キャップの筒状本体部に重なる場合にも、また、その全体が金属製キャップの外部に位置する場合にも、RFIDタグは通信可能である。同様に、ループアンテナ部の第2の導体部全体が金属製キャップの筒状本体部に重なる場合にも、RFIDタグは通信可能である。すなわち、ループ開口の少なくとも一部が金属製キャップの外部に位置すれば、ループアンテナ部の形状は問わない。
ただし、ループアンテナ部のループ開口は、金属製キャップの周方向に延在するのが好ましい。金属製キャップの高さ方向に延在すると、RFIDタグを備える金属製キャップ全体の高さ方向のサイズが大きくなり、金属製キャップを含む容器全体の意匠性を損なう可能性がある。また、高さ方向に延在する場合、ループアンテナが断線する可能性が、周方向に延在する場合に比べて高くなる。
なお、ループ開口の形状は、上述の実施の形態の場合、例えば図3に示すループ開口26fのように、金属製キャップ12の外部で該金属製キャップの周方向Rに延在する矩形状であるが、これに限らない。すなわち、金属製キャップから露出しているループ開口の部分が、周方向に延在するのであれば、ループ開口全体の形状は問わない。
さらに例えば、上述の実施の形態の場合、図10に示すように、アンテナパターン26のループアンテナ部26aは1つであるが、本発明の実施の形態はこれに限らない。
例えば、図17は、さらに異なる別の実施の形態に係る、金属製キャップ312の開口部312c周辺を示す斜視図であって、金属製キャップ312の一部と、RFIDタグ318のアンテナ部材のアンテナパターンの一部を示している。また、図18は、RFIDタグ318の分解図を示している。
図18に示すように、RFIDタグ318は、2つの異なるアンテナパターンとして、第1および第2のアンテナパターン326、328を備える。第1のアンテナパターン326には、第1のループアンテナ部326aが設けられている。第2のアンテナパターン328には、第2のループアンテナ部328aが設けられている。ここでは、これらの第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部328aは、2ターンループアンテナである。
図17に示すように、第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部328aは、それぞれのループ開口326f、328fが互いに対向するように配置される。また、ループ開口326f、328fの対向方向視で同一方向に電流が流れるように、第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部328aとが直列に接続されている。この第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部328aの位置関係を実現するRFIDタグ318の構造について、図18を参照しながら説明する。
図18に示すように、第1のアンテナパターン326は、絶縁材料から作製された第1の基材フィルム324上に形成されている。第2のアンテナパターン328は、第1の基材フィルム324と異なる第2の基材フィルム325上に形成されている。第1のアンテナパターン326が形成された第1の基材フィルム324と第2のアンテナパターン328が形成された第2の基材フィルム325とを貼り合わせることにより、アンテナ部材320が構成される。
第1のアンテナパターン326は、給電モジュール22と接続するための接続端子部326b、326cを備える。また、接続端子部326bと第1のループアンテナ部326aの一端とを接続する配線部326mを備える。
第1のアンテナパターン326の第1のループアンテナ部326aの他端326nは、第2のアンテナパターン328の接続端子部328mに接続されている。具体的には、第1のループアンテナ部326aの他端326nと第2のアンテナパターン328の接続端子部328mは、例えば、第1の基材フィルム324を貫通するビアホール導体やスルーホール導体などの層間接続導体によって接続されている。
第2のアンテナパターン328は、接続端子部328mと第2のループアンテナ部328aの一端を接続する配線部328nを備える。
第2のアンテナパターン328の第2のループアンテナ部328aの他端328pは、第1のアンテナパターン326の接続端子部326pに接続されている。具体的には、第2のループアンテナ部328aの他端328pと第1のアンテナパターン326の接続端子部326pは、例えば、第1の基材フィルム324を貫通するビアホール導体やスルーホール導体などの層間接続導体によって接続されている。
第1のアンテナパターン326の接続端子部326pは、配線部326qによって接続端子部326cに接続されている。
このようなRFIDタグ318(アンテナ部材320)によれば、図17および図18に示すように、給電モジュール22から第1のアンテナパターン326の接続端子部326bに流れた電流Iは、配線部326mを介して第1のループアンテナ部326aに向かう。第1のループアンテナ部326aを通過した電流Iは、その他端326nから層間接続導体を介して第2のアンテナパターン328の接続端子部328mに向かう。第2のアンテナパターン328に流入した電流Iは、配線部328nを介して第2のループアンテナ部328aに向かう。第2のループアンテナ部328aを通過した電流Iは、その他端328pから層間接続導体を介して第1のアンテナパターン326の接続端子部326pに向かう。そして、第1のアンテナパターン326に流入した電流Iは、配線部326qと接続端子部326cとを介して給電モジュール22に流入する。
このような電流Iの流れによれば、図17に示すように、ループ開口326f、328fの対向方向視で、第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部328aに同一方向の電流Iが流れる。その結果、ループ開口326f、328fの両方を同一方向に通過する磁力線MFが発生する。
図19は、図17に示す金属製キャップ312における磁界の分布を示している。点線は、磁力線を示している。
図17に示すように、第1のループアンテナ部326aのループ開口326fと第2のループアンテナ部328aのループ開口328fとの両方を同一方向に通過する磁力線MFが発生することにより、図19に示すように、第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部328aの周りに強力な磁界(磁束密度が高い磁界)が形成される。それにより、第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部328aとに容量結合している金属製キャップがより強くブースタとして機能する。その結果、磁界の分布は、金属製キャップ312の高さ方向Hに拡がり、その天板部312bまで及ぶ。本実施の形態の場合、ループ開口326f、328fの高さ方向のサイズが大きいほど、磁界はその高さ方向により大きく拡がる。それより、RFIDタグ318は、より広範囲な通信可能範囲を備えることができる。また、本実施の形態の場合、第1および第2のループアンテナ部326a、328aは2ターンループアンテナであるが、ターン数が少ないほど、磁界は高さ方向により拡がる。
なお、図18に示すように、第1のアンテナパターン326には磁界の発生に寄与しない部分326rが存在し、第2のアンテナパターン328にも同様の部分328qが存在する。第1のアンテナパターン326の部分326rは、第2のアンテナパターン328の配線部328nと重なることによって該配線部328nを補強する補強部として機能する。同様に、第2のアンテナパターン328の部分328qも、第1のアンテナパターン326の配線部326mに重なることによって該配線部326mを補強する補強部として機能する。これにより、上述したように、容器10のネック部10aの外部形状にならうように金属製キャップ312を変形させたときに、第1のアンテナパターン326の配線部326mと第2のアンテナパターン328の配線部328nとが断線することが抑制される。
また、第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部328aによって広範囲に拡がる磁界が形成される原理は、以下のように簡単に説明することができる。
原理的に言えば、第1のループアンテナ部326aと第2のループアンテナ部aの組み合わせは、1つのループアンテナを「8」の字状にして2つのループを形成し、その2つのループが重なるように「8」の字状のループアンテナを2つ折りしたものに相当する。このような2つ折りされた「8」の字状のループアンテナによれば、重なる2つのループ開口を通過する磁束密度は、元の1つのループ開口を通過する磁束密度に比べて略2倍になる。その結果、元のループアンテナに比べて、2つ折りされた「8」の字状のループアンテナは大きく拡大した磁界を形成することができる。
加えてまた、上述の実施の形態の場合、例えば図2に示すように、RFIDタグ18の給電モジュール22(すなわちRFIC素子34)は、金属製キャップ12の天板部12bの裏側に配置されている。しかしながら、本発明に係る実施の形態の金属製キャップは、これに限らない。例えば、RFIC素子は、金属製キャップの筒状本体部の裏側に設けることも可能である。
すなわち、本発明に係る金属製キャップは、広義には、筒状本体部、前記筒状本体部の一端に形成された天板部、および前記筒状本体部の他端に形成された開口部を備える金属製キャップと、前記金属製キャップに設けられたRFIDタグと、を有し、前記RFIDタグが、前記金属製キャップ内に設けられるRFIC素子と、前記金属製キャップ内に部分的に設けられ、前記RFIC素子に接続されているループアンテナと、を備え、前記ループアンテナのループ開口の少なくとも一部が、前記金属製キャップの開口部の開口縁から該金属製キャップの外部に露出した状態で、前記金属製キャップの周方向に延在している。
なお、金属製キャップが、上述の実施の形態のように、ワインのように使用時に裂開されるキャップシールの場合、RFIDタグの基材フィルムに裂開用タブを設けてもよい。すなわち裂開用タブを容器の開口に向かって引くと、それによって持ち上がる基材フィルムのエッジによってキャップシールが裂開される。
また、基材フィルムに関して言えば、上述の実施の形態の場合、図4に示すように、金属シート16の一部分に貼り付けられるサイズおよび形状であるが、金属シート16の略全体に貼り付けられるサイズおよび形状であってもよい。これにより、金属製キャップ12の外側面に、基材フィルム24が貼り付けられている部分と貼り付けられていない部分との間の境界が段差として出現することが抑制される。その結果、金属製キャップ12の意匠性が損なわれることが抑制される。
さらに、基材フィルムに関して言えば、基材フィルム自体を省略することも可能である。例えば、上述の実施の形態のように金属製キャップがプラスチックコーティングされている場合、そのコーティング層上にRFIDタグのアンテナパターンを形成することも可能である。
さらに例えば、上述の実施の形態の場合、金属製キャップは、ワインなどに使用される変形しやすいキャップシールであるが、本発明の実施の形態はこれに限らない。例えば、ワインなどに使用されるスクリューキャップであってもよい。さらに言えば、容器はワインボトルに限らず、ウイスキーボトル等の高価なアルコール飲料用ボトルを含め、金属製キャップによって覆われる開口を備える容器であればよい。
なお、金属製キャップがスクリューキャップの場合、金属製キャップの内部(例えば天板部の裏側)に設けられたRFIDタグが容器の内容物で濡れないように、RFIDタグに防水処理を施すのが好ましい。例えば、給電モジュールとアンテナパターンとを2枚のプラスチックシートに挟んでRFIDタグを構成してもよい。
加えて、本発明の実施の形態に係るRFIDタグは、HF帯の周波数の信号を送受信するように構成されることに限定されるものではなく、様々な帯域の周波数の信号を送受信するように構成可能である。本発明の実施の形態に係る金属製キャップに設けられるRFIDタグは、例えば、UHF帯の周波数の信号を送受信するように構成されてもよい。
以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、ある実施の形態に対して少なくとも1つの実施の形態を全体としてまたは部分的に組み合わせて本発明に係るさらなる実施の形態とすることが可能であることは、当業者にとって明らかである。
本発明は、理由は限らず、RFIDタグを設ける必要がある金属製キャップであれば適用可能である。
10 容器
12 金属製キャップ
12a 筒状本体部
12b 天板部
12c 開口部
12d 開口縁
18 RFIDタグ
26a ループアンテナ(ループアンテナ部)
26f ループ開口
34 RFIC素子
R 周方向

Claims (7)

  1. 筒状本体部、前記筒状本体部の一端に形成された天板部、および前記筒状本体部の他端に形成された開口部を備える金属製キャップと、
    前記金属製キャップに設けられたRFIDタグと、を有し、
    前記RFIDタグが、
    前記金属製キャップ内に設けられるRFIC素子と、
    前記RFIC素子に接続されているループアンテナと、を備え、
    前記ループアンテナのループ開口の一部のみが、前記金属製キャップの開口部の開口縁から該金属製キャップの外部に露出した状態で、前記金属製キャップの周方向に延在している、RFIDタグ付き金属製キャップ。
  2. 前記ループアンテナが、前記周方向に延在して全体が前記金属製キャップの外部に位置する第1の導体部と、前記第1の導体部に対して前記ループ開口を挟んで対向して前記周方向に延在し、少なくとも一部分が前記金属製キャップの筒状本体部に重なる第2の導体部とを備える、請求項1に記載のRFIDタグ付き金属製キャップ。
  3. 前記第2の導体部の幅が、前記第1の導体部の幅に比べて大きい、請求項2に記載のRFIDタグ付き金属製キャップ。
  4. 前記ループアンテナが、第1のループ開口を備える第1のループアンテナと、前記第1のループ開口に対向する第2のループ開口を備える第2のループアンテナとであって、
    前記第1および第2のループ開口の対向方向視で同一方向に電流が流れるように、前記第1のループアンテナと前記第2のループアンテナとが直列に接続されている、請求項1から3のいずれか一項に記載のRFIDタグ付き金属製キャップ。
  5. 前記RFIC素子と前記ループアンテナとが、磁性体に覆われたインダクタを備える磁気シールド型インダクタチップを介して接続されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のRFIDタグ付き金属製キャップ。
  6. 開口を備える容器であって、
    筒状本体部と、前記筒状本体部の一端に形成された天板部と、前記筒状本体部の他端に形成された開口部とを備え、前記容器の開口を覆う金属製キャップと、
    前記金属製キャップに設けられたRFIDタグと、を有し、
    前記RFIDタグが、
    前記金属製キャップ内に設けられるRFIC素子と、
    前記RFIC素子に接続されているループアンテナと、を備え、
    前記ループアンテナのループ開口の一部のみが、前記金属製キャップの開口部の開口縁から該金属製キャップの外部に露出した状態で、前記金属製キャップの周方向に延在している、容器。
  7. 前記容器はワインボトルであって、
    前記金属製キャップはキャップシールである、請求項6に記載の容器。
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