JP6751297B2 - フレキシブルｒｆｉｄアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、販売時点情報管理（ＰＯＳ）装置に関し、具体的には、ＰＯＳ装置のための無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）に関する。

通信産業の発展とともに、ますます多くの分野においてＲＦＩＤ技術が幅広く応用されている。無線周波数識別技術は、識別システムと特定の物体との間に機械的接触又は光学的接触を確立することなく、無線信号に基づいて特定の物体の識別、並びに関連データの読み取り及び書き込みを行うことができる無線通信技術である。

ＲＦＩＤ技術は、多くの産業で応用されている。例えば、生産中の自動車にタグを取り付けて、工場関係者が、生産ライン上の自動車の進捗を追跡することができる。倉庫内で薬の位置を追跡することもできる。家畜及びペットに、これらの確実な識別を可能にする無線周波数タグを取り付けることもできる（「確実な識別」とは、複数の動物による同じ識別の使用を避けることを意味する」）。例えば、ＲＦＩＤ技術に基づく識別カードは、従業員が鍵の掛かったビルに入ることを可能にし、自動車内の無線周波数トランスポンダを用いて、有料道路及び駐車場に関連する料金を支払うこともできる。

ＰＯＳ装置などのポータブル電子装置では、時に安全保護装置を樹脂で覆ったり、或いは包装したりする必要があり、この結果、安全保護装置の構造が重くて厚いものになる。従って、ＰＯＳ装置の分野では、内部空間を広げてより多くのコンポーネントを収容するためにＲＦＩＤアンテナが広く用いられ、これによってＰＯＳ装置の小型化及び軽量化を実現している。

図１に、従来技術を用いたＲＦＩＤアンテナの製造工程を示す。基材１は、２５０ｍｍ×３２０ｍｍのフレキシブル基材であり、ここから８つのＲＦＩＤアンテナ基板２が切り取られる。アンテナ基板２上の層を形成する導体の螺旋コイルを印刷法又はエッチング法によって形成して螺旋アンテナを形成する。導体は、銅トレース又はその他の導電性トレースとすることができる。導体の端部は、内周及び外周に現れる。アンテナの内周の端部は、２つの端部が共に他のポートに接続されるように外周に導かれる必要があるので、基板上には、内周を外周に伝導的に接続する貫通穴が配置される。従って、フレキシブル基材は両面基材でなければならず、すなわち基材の両面に導電線が配置されることがあり、これによってコストが上昇し、生産工程が複雑化する。また、このアンテナ作製法では、廃棄材料率が高いことに起因して材料が効率的に使用されない。これにより、ＰＯＳ装置のコストがさらに上昇する。

従って、材料利用率の高いアンテナが要望されている。

従って、本発明は、その１つの態様において、フレキシブルＲＦＩＤアンテナであって、第１の端部及び第２の端部を有する片面フレキシブル基板と、基板上に配置され、互いに絶縁されて基板の第１の端部と第２の端部との間に延びる複数の導体と、基板に取り付けられたフレキシブル被覆層とを備え、導体は、基板と被覆層との間に挟まれ、基板の第１の端部における導体の端部は、基板の第２の端部における導体の端部にそれぞれ電気的に接続されて螺旋ＲＦＩＤコイルを形成するフレキシブルＲＦＩＤアンテナを提供する。

基板及び被覆層は、引き伸ばした細長い形状であることが好ましい。

基板は、１２μｍ〜１２５μｍの厚みを有するポリエステル（ＰＥＴ）フィルム又はポリイミド（ＰＩ）フィルムである第１の絶縁層を含むことが好ましい。

基板は、複数の導体を基板上に取り付ける第１の接着層をさらに含むことが好ましい。

被覆層は、１２μｍ〜５０μｍの厚みを有するポリエステル（ＰＥＴ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム又は絶縁インク層である第２の絶縁層を含むことが好ましい。

被覆層は、第２の絶縁層を基板上に取り付ける第２の接着層をさらに含むことが好ましい。

被覆層は、絶縁インク層を含むことが好ましい。

アンテナの基板は、アンテナを固定する複数の固定部を有することが好ましい。

第２の態様によれば、本発明は、ＰＯＳ装置であって、本体と、本体上の回路基板と、本体の周囲に配置されたＲＦＩＤアンテナとを備え、ＲＦＩＤアンテナは、第１の端部及び第２の端部を有する片面フレキシブル基板と、基板上に配置され、互いに絶縁されて基板の第１の端部から第２の端部に延びる複数の導体と、基板に取り付けられて導体を覆うフレキシブル被覆層と、本体上に配置されたコネクタとを含み、コネクタは、基板の第１の端部における導体の端部と、基板の第２の端部における導体の端部とに接続され、これによって複数の導体が螺旋コイルを形成するとともに、アンテナがコネクタによって回路基板に接続されるＰＯＳ装置を提供する。

基板及び被覆層は、細長い形状であることが好ましい。

アンテナは、第１の端部及び第２の端部から離れた位置に、アンテナを本体に固定する少なくとも１つの固定部を有することが好ましい。

アンテナは、接着剤によって本体に取り付けられることが好ましい。

第３の態様によれば、本発明は、電子装置であって、本体と、回路基板と、プリントアンテナとを備え、プリントアンテナは、第１の端部及び第２の端部を有する片面フレキシブル基板と、基板上に配置され、基板の第１の端部から第２の端部に延びる複数の平行導体と、基板に取り付けられて、基板との間に導体を挟み込むフレキシブル被覆層と、本体上に配置されたコネクタとを含み、コネクタは、基板の第１の端部における導体の端部を基板の第２の端部における導体の端部に接続し、これによって導体が螺旋コイルを形成するとともに、アンテナがコネクタを介して回路基板に接続され、アンテナが本体の周囲に配置された電子装置を提供する。

このようなアンテナを使用すると、生産効率が高くなり、アンテナ基板の片面のみに回路を印刷すればよいので、生産工程が単純化され、コストが大幅に削減される。

以下、添付図面の図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。図では、複数の図に出現する同一の構造、要素又は部品には、一般にこれらが出現する全ての図において同じ参照番号を付している。一般に、図に示す構成要素及び特徴部の寸法は、表現の便宜上明瞭にするために選択したものであり、必ずしも縮尺通りではない。以下、各図を列挙する。

先行技術のＲＦＩＤアンテナ基材を示す図である。 本発明の一実施形態によるＲＦＩＤアンテナ基材を示す図である。 図２に示すアンテナのうちの１つのアンテナの上面図である。 図３のアンテナのＡ−Ａに沿った概略的断面図である。 ５ａ−５ｃは本発明の一実施形態によるＲＦＩＤアンテナの、アンテナ本体の被覆層を省いた概略的接続図である。 図５のＲＦＩＤアンテナのコネクタの斜視図である。 アンテナに接続された図６のコネクタの一部の拡大断面図である。 本発明の一実施形態による、ＲＦＩＤアンテナを用いたＰＯＳ装置の概略的構造図である。

図２に、本発明の好ましい実施形態によるＲＦＩＤアンテナ基材の例示的な構造を示す。この実施形態では、基材１０全体が、矩形の片面フレキシブル基材であり、すなわち基材１０の片面のみに回路を印刷又はエッチングすることができる。アンテナ２０は、基本的に引き延ばした矩形などの細長い形状になるように設計され、回路を印刷又はエッチングできる基材１０の表面上に順に配置される。個々のアンテナ２０は、基材１０から切り取られる。各アンテナ２０上には、印刷法又はエッチング法によって複数の平行導体２２４が配置される（図５を参照）。このような工程を通じて、先行技術の方法を用いた８個のみのアンテナと比べ、６０９ｍｍ×３２０ｍｍの基材１０上に４４個のアンテナを形成することができる。従って、より良好な材料利用率によって生産効率が大幅に向上する。

通常、導体トレース２２４は銅材料で作製されるが、アルミニウム、銀、炭素、銀と炭素の混合物、透明な導電性ポリマー、又はその他の導電性インクで作製することもできる。これらの材料の各々は、ＲＦＩＤアンテナの動作及び機能に適した特定の特性を有する。導体トレース２２４の材料は、ＲＦＩＤアンテナの機能に応じて選択される。

図３に、図２の基材から切り取った例示的な１つのアンテナを示す。アンテナ２０は、２つの端部２６及び２８を有する細長い本体２２を含む。基板上には、導体を覆う被覆層２２８が設けられる（図４を参照）。コネクタ３０（図６を参照）への接続を可能にするように、端部２６及び２８からは被覆層２２８を除去して導体を露出させる。アンテナ本体２２は、２つの端部から離れた位置に２つの固定部２４を有する。２つの固定部２４の各々には、アンテナを電子装置に固定するための２つの固定穴が設けられる。当業者であれば、アンテナ本体は接着剤によって電子装置に取り付けることもでき、従って固定部は必須ではないと理解することができる。

図４は、図３のアンテナのＡ−Ａに沿った概略的断面図である。１つの実施形態では、アンテナが、片面絶縁基板２２２、接着層２２３、導電性トレースによって形成された複数の平行導体２２４、接着層２２６及び絶縁被覆層２２８を含む。接着層２２３及び接着層２２６は、いずれも絶縁材料で作製される。生産工程では、最初に接着層２２３を含む基板２２２上に印刷法又はエッチング法によって導体２２４を配置し、その後に接着層２２６を含む被覆層２２８を基板上に取り付け、従って基板２２２と被覆層２２８の間に平行導体２２４を挟み込む。複数の平行導体２２４は、互いに電気的に絶縁される。

別の実施形態では、接着層２２３を省略し、導電性インクを用いてトレースを印刷することなどにより、基板２２２上に導体２２４を直接固定することができる。

別の実施形態では、被覆層２２８及び接着層２２６を単一の絶縁インクの層に置き換え、これによってアンテナの厚みをさらに減少させることができる。

１つの実施形態では、基板２２２がポリマーフィルムであり、好ましくはポリエチレンテレフタレート（一般にＤａｃｒｏｎ（ダクロン）として知られているＰＥＴ）フィルムである。或いは、基板２２２は、１２μｍ〜１２５μｍの厚みを有するフレキシブルフィルムである。当然ながら、基板２２２は、必要に応じて厚くすることもできる。基板２２２は、以下に限定されるわけではないが、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド及びポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含む他のポリマーフィルムの変種であってもよいと理解することができる。基板２２２は、透明とすることも、或いは不透明な黒色又は白色などの有色とすることもできる。

接着層２２３及び２２６は、感熱接着層であることが好ましい。接着層２２３は、導体２２４を基板２２２に取り付けるように構成される。或いは、接着層は、エポキシ樹脂又は湿気硬化ポリウレタンなどの液状接着剤とすることもできる。最初に片面基板２２２と導体２２４との間に液状接着剤を配置又は印刷し、その後に湿潤エネルギー、熱エネルギー又は紫外線エネルギーによって液状接着剤を硬化させ、従って片面基板２２２と導体２２４との間に永久接合部を形成する。これらのタイプの接着剤は加圧接着剤ではないが、同じ原理に従って機能することができる。基板２２２の材料に応じて、特定の付着性を有する異なる加圧接着剤を使用することができ、例えば特定の接着要件のために専用の加圧接着剤を特別に開発することもできる。

図５ａ〜図５ｃは、本発明の一実施形態による、説明を明確にするためにアンテナ本体の被覆層２２８を省略したＲＦＩＤアンテナの概略図である。導体２２４は、細長い基板上に平行に配置される。基板２２２の一端は、導体の導体端部「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」及び「Ｄ」を有し、他端は、導体の導体端部「ａ」、「ｂ」、「ｃ」及び「ｄ」を有する。アンテナ本体２２は、空間的に渦を巻き、すなわちアンテナ本体２２は、電子装置（図示せず）に巻き回される。基板の端部をくっつけて両面コネクタ３０（図６を参照）に接続すると、導体の端部「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」及び「Ｄ」は、導体の他方の端部「ａ」、「ｂ」、「ｃ」及び「ｄ」に一致する。従って、コネクタが導体のそれぞれの端部を互いに接合すると、導体は完全な螺旋コイルを形成する。端部「ａ」に対応するコネクタのピン、及び端部「Ｄ」に対応するコネクタのピンは、アンテナの端部として電子装置に接続され、このため貫通穴によって導体をブリッジングした両面基板を使用する必要性が排除される。

図６及び図７に、ＲＦＩＤアンテナとコネクタ３０の間の特定の接続応用を示す。図６には、単純な構造、便利なバッチ生産、及び低い製造コストという利点を有する好ましい両面コネクタ３０を示す。コネクタ３０は、４つの上側導電ピン３６及び４つの下側導電ピン３６を備えたコネクタ本体３０を含む。上側導電ピン３６は、コネクタ３０の内部で下側導電ピン３４とそれぞれ連通し、すなわちピン「ａ」、「ｂ」、「ｃ」及び「ｄ」は、ピン「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」及び「Ｄ」にそれぞれ接続される。組み立て中、導体２２４の端部「ａ」、「ｂ」、「ｃ」及び「ｄ」は、コネクタ３０のピン「ａ」、「ｂ」、「ｃ」及び「ｄ」にそれぞれ接続され、導体２２４の端部「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」及び「Ｄ」は、コネクタ３０のピン「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」及び「Ｄ」にそれぞれ接続される。コネクタの上側及び下側導電ピンは、互いに接続されるので、導体の端部「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」及び「Ｄ」は、導体の他方の端部「ａ」、「ｂ」、「ｃ」及び「ｄ」に電気的に接続されて、図５に示すコイルが形成される。製造者は、電子装置の回路基板に接続すべきアンテナの２つの端子としてコネクタのピン「ａ」及び「Ｄ］のみを引き出せばよい。図７には、コネクタ３０の１対のピンと、対応するアンテナ端部における導体２２４との間の概略的接続構造を示す。アンテナ端部の被覆層２２８及び接着層２２３は除去されて導体２２４が露出している。アンテナ端部２６における基板２２２は、アンテナ端部２８における基板２２２と重なり合い、これらをＵ字形の金属クリップ３８に挿入して、クリップのアーム部がコネクタ３０の一対のピンを形成し、２つの導体２２４の端部が共に電気的に接続されるようになる。

図８に、本発明の一実施形態によるＲＦＩＤアンテナを用いたＰＯＳ装置の概略的構造図を示す。ＰＯＳ装置４０は、クレジットカード４４を挿入できるスロットを含む。ＰＯＳ装置のディスプレイ画面は、柱状の本体４２を備える。この柱状の本体４２にアンテナ２０巻き回し、ＰＯＳ装置の内部に回路基板（図示せず）を配置し、回路基板上にコネクタ３０を配置し、コネクタにアンテナの２つの端部を接続して組み立てが完了する。ＰＯＳ装置の使用時には、ユーザのクレジットカードを、スロットによってＰＯＳ装置と接触通信させることも、或いはクレジットカードをアンテナの近くに配置し、アンテナ２０を介してＰＯＳ装置と非接触通信させることもできる。

本発明は、空間的に配置されたアンテナを提供することによってアンテナのコイルのブリッジングを避け、従って生産コストを抑え、生産効率を向上させる。

ＰＯＳ装置は、電子装置の好ましい応用にすぎず、本開示によるアンテナは、コイルアンテナを使用する必要がある他の電子装置においても使用できると理解することができる。

本出願の明細書及び特許請求の範囲では、記述する項目又は特徴の存在を明示する一方でさらなる項目又は特徴の存在を排除しないように、「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ、ｃｏｎｔａｉｎ及びｈａｖｅ）」という動詞、並びにその派生形の各々を包括的な意味で使用している。

明確化のために別個の実施形態の文脈で説明した本発明のいくつかの特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできると理解されたい。これとは逆に、簡潔さを期すために単一の実施形態の文脈で説明した本発明の様々な特徴を別個に、又はいずれかの好適な下位の組み合わせで提供することもできる。

上述した実施形態はほんの一例にすぎず、当業者には、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が明らかになるであろう。

２０ アンテナ
４０ ＰＯＳ装置
４２ 本体
４４ クレジットカード

Claims (13)

1. フレキシブルＲＦＩＤアンテナであって、
   第１の端部及び第２の端部を有する片面フレキシブル基板と、
   前記基板上に配置され、互いに絶縁されて前記基板の前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びる複数の導体と、
   前記基板に取り付けられたフレキシブル被覆層と、
   を備え、前記導体は、前記基板と前記被覆層との間に挟まれ、
   両面コネクタは、複数の上側導電ピン及び複数の下側導電ピンが設けられたコネクタ本体を含み、前記複数の上側導電ピンのそれぞれは前記両面コネクタの内部で前記下側導電ピンのそれぞれと接続され、
   前記基板は、その第１の端部及び第２の端部が重なり合うよう曲げられ、
   前記第１の端部における前記導体と前記第２の端部における前記導体のそれぞれは、重なり合った前記第１及び第２の端部の２つの外側に位置し、前記両面コネクタに挿入され、そして前記両面コネクタを介して接続されて螺旋ＲＦＩＤコイルを形成する、
   ことを特徴とするフレキシブルＲＦＩＤアンテナ。
2. 前記基板及び前記被覆層は、引き伸ばした細長い形状であり、前記基板はさらに、前記第１の端部に位置する第１の導体と、前記第２の端部に位置する第２の導体とを有し、前記第１及び第２の導体はそれぞれ、前記導体の２つの側に配置されている、
   請求項１に記載のフレキシブルＲＦＩＤアンテナ。
3. 前記基板は、１２μｍ〜１２５μｍの厚みを有するポリエステル（ＰＥＴ）フィルム又はポリイミド（ＰＩ）フィルムである第１の絶縁層を含む、
   請求項１又は２に記載のフレキシブルＲＦＩＤアンテナ。
4. 前記基板は、前記複数の導体を前記基板上に取り付ける第１の接着層をさらに含む、
   請求項３に記載のフレキシブルＲＦＩＤアンテナ。
5. 前記被覆層は、１２μｍ〜５０μｍの厚みを有するポリエステル（ＰＥＴ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム又は絶縁インク層である第２の絶縁層を含む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のフレキシブルＲＦＩＤアンテナ。
6. 前記被覆層は、前記第２の絶縁層を前記基板上に取り付ける第２の接着層をさらに含む、
   請求項５に記載のフレキシブルＲＦＩＤアンテナ。
7. 前記被覆層は、絶縁インク層を含む、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のフレキシブルＲＦＩＤアンテナ。
8. 前記アンテナの前記基板は、前記アンテナを固定する複数の固定部を有する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のフレキシブルＲＦＩＤアンテナ。
9. ＰＯＳ装置であって、
   本体と、
   前記本体の周囲に配置されたＲＦＩＤアンテナと、
   を備え、前記ＲＦＩＤアンテナは、
   第１の端部及び第２の端部を有する片面フレキシブル基板と、
   前記基板上に配置され、互いに絶縁されて前記基板の前記第１の端部から前記第２の端部に延びる複数の導体と、
   前記基板に取り付けられて前記導体を覆うフレキシブル被覆層と、
   前記本体上に配置された両面コネクタと、
   を含み、
   前記両面コネクタは、複数の上側導電ピン及び複数の下側導電ピンが設けられたコネクタ本体を含み、前記複数の上側導電ピンのそれぞれは前記両面コネクタの内部で前記下側導電ピンのそれぞれと接続され、
   前記基板は、その第１の端部及び第２の端部が重なり合うよう曲げられ、
   前記第１の端部における前記導体と前記第２の端部における前記導体のそれぞれは、重なり合った前記第１及び第２の端部の２つの外側に位置し、前記両面コネクタに挿入され、そして前記両面コネクタを介して接続されて螺旋ＲＦＩＤコイルを形成する、
   ことを特徴とするＰＯＳ装置。
10. 前記基板及び前記被覆層は、細長い形状であり、前記基板はさらに、前記第１の端部に位置する第１の導体と、前記第２の端部に位置する第２の導体とを有し、前記第１及び第２の導体はそれぞれ、前記導体の２つの側に配置されている、
    請求項９に記載のＰＯＳ装置。
11. 前記アンテナは、前記第１の端部及び前記第２の端部から離れた位置に、前記アンテナを前記本体に固定する少なくとも１つの固定部を有する、
    請求項９又は１０に記載のＰＯＳ装置。
12. 前記アンテナは、接着剤によって前記本体に取り付けられる、
    請求項９又は１０に記載のＰＯＳ装置。
13. 電子装置であって、
    本体と、
    プリントアンテナと、
    を備え、前記プリントアンテナは、
    第１の端部及び第２の端部を有する片面フレキシブル基板と、
    前記基板上に配置され、前記基板の前記第１の端部から前記第２の端部に延びる複数の平行導体と、
    前記基板に取り付けられて、該基板との間に前記導体を挟み込むフレキシブル被覆層と、
    前記本体上に配置された両面コネクタと、
    を含み、
    前記両面コネクタは、複数の上側導電ピン及び複数の下側導電ピンが設けられたコネクタ本体を含み、前記複数の上側導電ピンのそれぞれは前記両面コネクタの内部で前記下側導電ピンのそれぞれと接続され、
    前記基板は、その第１の端部及び第２の端部が重なり合うよう曲げられ、
    前記第１の端部における前記導体と前記第２の端部における前記導体のそれぞれは、重なり合った前記第１及び第２の端部の２つの外側に位置し、前記両面コネクタに挿入され、そして前記両面コネクタを介して接続されて螺旋ＲＦＩＤコイルを形成し、
    前記アンテナは、前記本体の周囲に配置される、
    ことを特徴とする電子装置。