JP7325944B2 - Ｉｃタグおよび無線通信体 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣタグおよび無線通信体に関する。

近年、物品等のタグ情報のキャリアとして、非接触通信機能を有するＩＣチップを搭載したＩＣタグ（無線タグ、ＲＦＩＤ）が使用されている。ＩＣタグの主たる構成要素は、データを保持するＩＣチップと、このＩＣチップに接続されたアンテナとである。アンテナを構成するため、ＩＣチップが実装された配線基板にコイルアンテナパターンを形成したものがある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１は、ねじを通すことが可能な貫通穴をほぼ中央に有し、かつ、該貫通穴を囲むように渦巻き形状に形成されたアンテナパターンを備えているリジッドな配線基板と、前記配線基板の前記アンテナパターンに重なってまたは前記配線基板の前記アンテナパターンの外側の領域に該アンテナパターンに重ならずに位置して前記アンテナパターンに電気的に接続されるように前記配線基板に実装された、データを格納可能なＩＣチップとを具備するＩＣタグを開示している。

取り付け部材（樹脂ケース等）となる筐体にＩＣタグを格納して使用する場合、接着層、粘着層などを用意して配線基板を筐体に接着する方法が考えられるが、この方法はコストアップにつながる。そこで特許文献１のＩＣタグは、配線基板のほぼ中央に設けられた貫通穴を利用してねじによって筐体に取り付けることができる構造を有する。貫通穴の位置にアンテナパターンを設けることはできないが、この貫通穴が配線基板のほぼ中央に位置するため比較的容易に貫通穴の位置を避けてアンテナパターンを配置することはできる。配線基板を用いてこれをＩＣタグとして小型化する技術との整合性がよい。

特許第４８５３０９５号公報

ＩＣタグは、リーダー・ライターの外部アンテナと通信するために、外部アンテナとＩＣタグとの共振周波数を調整して設計する必要がある。共振周波数ｆ０と、ＩＣタグの配線基板における、コイル（コイルアンテナパターン）のインダクタンスＬと、コンデンサの容量Ｃとの関係は次式で示される。

したがって、配線基板の設計要素はインダクタンスＬと容量Ｃであり、この２つの要素を調整することで共振周波数を調整する。インダクタンスＬは配線基板におけるコイルアンテナパターンの巻き数で調整し、容量Ｃは配線基板に搭載されたコンデンサの容量によって調整することができる。

特許文献１のＩＣタグの配線基板は、プリント基板のため、コイルアンテナパターンのパターン間に一定のスペースが必要である。そのため、コイルアンテナパターンの巻き数を稼ごうとすると、アンテナの開口面積が小さくなり、その結果、通信可能な距離が短くなる。また、コイルアンテナパターンを避けるように貫通穴を配置する必要があるため、貫通穴を配置できる場所が配線基板のほぼ中央などに限られ、外観の自由度が制約される。

配線基板に物理的なコンデンサを載せて容量Ｃを増やすことも考えられるが、コストが高く、物理的な高さが高くなるというデメリットがある。

また、特許文献１のＩＣタグの配線基板は、ねじなどによって配線基板を筐体に固定することを前提としているが、この方法では、固定後に振動などによってねじがゆるんだり、配線基板が回転して動いてしまう恐れがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、筐体への取り付け構造を備え、かつ無線通信体の組み立て後に筐体内部で配線基板が動くことを防ぐことができるＩＣタグおよび無線通信体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るＩＣタグは、配線基板と、前記配線基板の表面に配置されたＩＣチップと、前記配線基板の少なくとも表面に形成され、前記ＩＣチップと電気的に接続した金属パターンであるコイルアンテナパターンと、前記コイルアンテナパターンに対して並列に接続された面状の金属パターンであるコンデンサ用面状パターンと、を備えるＩＣタグであって、前記コンデンサ用面状パターンの内側において、前記配線基板を貫通する貫通穴が形成され、前記コンデンサ用面状パターンは、前記配線基板の両面において前記コイルアンテナパターンの内側に対称的に形成されており、前記コンデンサ用面状パターンの内側には金属パターンが形成されていない領域が設けられ、前記領域より小さい範囲に、前記貫通穴が形成されていることを特徴とする。

前記コンデンサ用面状パターンの内側において、前記金属パターンが形成されていない領域が複数あってもよい。

本発明の一態様に係る無線通信体は、上述のＩＣタグと、ピンが形成された筐体と、を有する無線通信体であって、前記貫通穴を前記ピンに差し込むことにより、前記配線基板が前記筐体に固定されていることを特徴とする。

前記ピンは、テーパー形状であってもよい。

本発明の一態様に係る無線通信体は、上述のＩＣタグと、ピンが形成された筐体と、を有する無線通信体であって、前記金属パターンが形成されていない領域において、前記ピンにより前記配線基板を厚さ方向の一方から押さえることで、前記配線基板が前記筐体に固定されていることを特徴とする。

本発明の各態様によれば、配線パターンによりコンデンサを形成するので小型化を図ることができ、筐体への取り付け構造を備え、かつ無線通信体の組み立て後に筐体内部で配線基板が動くことを防ぐことができるＩＣタグおよび無線通信体を提供することができる。

本発明の実施形態に係る、ＩＣタグの平面図および側面図である。 本発明の実施形態に係る、ＩＣタグおよび無線通信体の側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るＩＣタグおよび無線通信体について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る、ＩＣタグの平面図である。図１（ａ）はＩＣタグを上から見た平面図であり、図１（ｂ）はＩＣタグを下から見た平面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）におけるＡ－Ａ断面図である。

ＩＣタグ１は、ガラエポ樹脂などからなる配線基板２と、配線基板２の表面に搭載されたＩＣチップ３を備える。配線基板２の表面と裏面には、銅のパターンが面として形成され、プリント基板を形成している。配線基板２の表面には、銅のパターンとして、コイルアンテナパターン１１およびコンデンサ用面状パターン１２が設けられる。配線基板２の裏面には、銅のパターンとして、コンデンサ用面状パターン１３が設けられる。

なお、図示していないが、配線基板２の裏面にもコイルアンテナパターンを設けてもよい。配線基板２の両面にコイルアンテナパターンを形成すると、コイルアンテナパターンの巻き数を稼ぐことができるので好ましい。また、配線基板２の両面は、銅のパターンが形成された上からニス（樹脂）などを塗ることによりレジスト層２１、２２が形成されている。

図１に示すように、配線基板２にコイルアンテナパターン１１を形成した上で、このコイルアンテナパターン１１と並列に接続して、両面の配線基板に対称的な面状の金属パターン（コンデンサ用面状パターン）１２、１３を、コイルアンテナパターン１１の内側に形成する。面状の金属パターン１２、１３を配線基板２を挟んで両面に形成することでコンデンサを形成することができ、物理的なコンデンサを搭載する代わりに容量を稼ぐことができる。これにより、共振周波数を調整する際に、コイルアンテナパターンの巻き数を減らすことができ、アンテナ開口面積を広げることができる。

このように、本発明では、コンデンサを別部品として積むのではなく、金属パターンとして形成することで、容量を調整して共振周波数を調整している。すなわち、コイルアンテナパターンと同じ構造を使って、一部はコンデンサとして形成する。なお、図１の例では、コンデンサ用面状パターン１２、１３の形状は四角形であるが、形状はこれに限定されない。

さらに、図１に示すように、取り付け部材（樹脂ケース等）となる筐体内部にＩＣタグ１を格納する際に固定するための貫通穴４を、コンデンサ用面状パターン１２、１３の内側に形成する。図２に示すように、筐体内部には、配線基板２を格納するとき配線基板２を固定するためのピン５が設けられている。貫通穴４は、配線基板２が製造された最後に、筐体に設けられたピン５の位置に合わせてドリル等で形成される。貫通穴４の形状はピン５の形状に合わせて形成され、図１の例では貫通穴４の形状は円形であるが、貫通穴４の形状は四角形など任意の形状を採用できる。貫通穴４の形状が四角形の場合は、筐体内部で配線基板２が回転することを防ぐことができる。

なお、コンデンサ用面状パターン１２、１３において、ドリル等で貫通穴４を形成する場所には、あらかじめ面状の金属パターンを形成しないようにしておく。すなわち、図１に示すように、貫通穴４を形成する場所を含みそれよりわずかに大きい領域４０には、金属パターンが形成されていない。これにより、図１（ｃ）に示すように、貫通穴４の断面に金属パターン（コンデンサ用面状パターン１２、１３）がむき出しにならず、金属パターンの腐食等を防ぐことができる。

コンデンサの容量としてはコンデンサの面積が大きい方が良いため、貫通穴４をコンデンサ用面状パターン１２、１３の内側に形成することにより容量は減ってしまう。ただし、コイルアンテナループの中央付近に貫通穴４が開いている方が磁束は通りやすくなり、リーダー・ライターからのアンテナ感度が向上するため、貫通穴４をコンデンサ用面状パターン１２、１３の内側に形成する方が好ましい。

筐体内部にＩＣタグ１を格納した場合、筐体のピン５が貫通穴４に差し込まれる（貫通する）ことにより、配線基板２の位置決めをして筐体に固定する。配線基板２においてピン５が当たる部分には、面状の金属パターンは形成されていないので、筐体の振動や摩擦等によってピン５が当たる部分が繰り返し擦れても、金属パターンが傷つくことを防止することができる。

上述のように、筐体には差し込み用のピン５が設けられ、配線基板２に設けた貫通穴４をそのピン５に差し込むことで、配線基板２の位置決めをして筐体に固定する。この時、貫通穴４の加工精度を考慮して、図２に示すように、ピン５にはテーパーをつけてもよい。貫通穴４をテーパー形状のピン５に差し込むことで、より安定して配線基板２が筐体に固定される。なお、貫通穴４は１つとは限らず、ピン５の数に合わせて複数の貫通穴４が設けられてもよい。複数の貫通穴４およびピン５が設けられている場合、貫通穴４の形状が円形であっても、筐体内部で配線基板２が回転することを防ぐことができる。

さらに、図２（ｂ）に示すように、筐体に、配線基板２を厚さ方向の一方から、すなわち上側または下側から押さえるためのピン５１を設けてもよい。この場合、図１に示すように、コンデンサ用面状パターン１２、１３において、筐体のピン５１が当たる部分には、金属パターンが形成されていない領域４１、４２を設ける。すなわち、配線基板２においてピン５１が当たる部分には、面状の金属パターンは形成されていないので、筐体の振動や摩擦等によってピン５１が当たる部分が繰り返し擦れても、金属パターンが傷つくことを防止することができる。

なお、配線基板２を厚さ方向の一方から（上側または下側から）押さえるためのピン５１は、配線基板２の表面と裏面とで同じ位置にある必要はないので、金属パターンが形成されていない領域４１、４２も配線基板２の表面と裏面とで同じ位置にある必要はない。筐体のピン５１の位置に合わせて、金属パターンが形成されていない領域４１、４２を形成すればよい。

上述のようにして、ＩＣタグ１を筐体に格納して固定した後、筐体を組み立てて溶着などにより無線通信体を形成する。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

図１の例では、配線基板２の形状は正方形であったが、配線基板２の形状はこれに限定されず、筐体の形状に合わせて任意の形状を採用することができる。また、配線基板２に設けられる貫通穴４としては、ピン５を差し込むための貫通穴４に限らず、例えば筐体に貫通穴が開けられている場合に、筐体の貫通穴に合わせて配線基板に貫通穴を設ける場合もある。

また、上述の実施形態の説明では貫通穴４が設けられていることを前提として説明したが、本発明において、配線基板２を筐体に固定するために、貫通穴４が設けられていることが必須ではない。筐体のピン５１によって配線基板２を厚さ方向の一方から（上側または下側から）押さえることができるような構成になっていれば、貫通穴４が設けられていなくても配線基板２を筐体に固定できる。この場合、コンデンサ用面状パターン１２、１３においてピン５１が当たる部分に、金属パターンが形成されていない領域４１、４２が設けられていればよい。

上述の実施形態の説明では、コンデンサ用面状パターン１２、１３の内側において、金属パターンが形成されていない領域をあらかじめ設け、この領域より小さい範囲に、ドリル等で貫通して貫通穴４を形成した。ただし、金属パターンが形成されていない領域をあらかじめ設けずに、金属パターンが形成されている領域をドリル等で貫通して貫通穴４を形成してもよい。この場合は、貫通穴４において金属パターンが露出しているので、貫通穴４の断面をコーティングすることにより、金属パターンが露出することによる劣化を防ぐことができる。

１…ＩＣタグ、２…配線基板、３…ＩＣチップ、４…貫通穴、５、５１…ピン、１１…コイルアンテナパターン、１２、１３…コンデンサ用面状パターン、２１、２２…レジスト層、４０、４１、４２…金属パターンが形成されていない領域

Claims (5)

1. 配線基板と、
   前記配線基板の表面に配置されたＩＣチップと、
   前記配線基板の少なくとも表面に形成され、前記ＩＣチップと電気的に接続した金属パターンであるコイルアンテナパターンと、
   前記コイルアンテナパターンに対して並列に接続された面状の金属パターンであるコンデンサ用面状パターンと、
   を備えるＩＣタグであって、
   前記コンデンサ用面状パターンの内側において、前記配線基板を貫通する貫通穴が形成され、
   前記コンデンサ用面状パターンは、前記配線基板の両面において前記コイルアンテナパターンの内側に対称的に形成されており、
   前記コンデンサ用面状パターンの内側には金属パターンが形成されていない領域が設けられ、前記領域より小さい範囲に、前記貫通穴が形成されていることを特徴とする、ＩＣタグ。
2. 前記コンデンサ用面状パターンの内側において、前記金属パターンが形成されていない領域が複数あることを特徴とする、請求項１に記載のＩＣタグ。
3. 請求項１または請求項２に記載のＩＣタグと、
   ピンが形成された筐体と、
   を有する無線通信体であって、
   前記貫通穴を前記ピンに差し込むことにより、前記配線基板が前記筐体に固定されていることを特徴とする、無線通信体。
4. 前記ピンは、テーパー形状であることを特徴とする、請求項３に記載の無線通信体。
5. 請求項２に記載のＩＣタグと、
   ピンが形成された筐体と、
   を有する無線通信体であって、
   前記金属パターンが形成されていない領域において、前記ピンにより前記配線基板を厚さ方向の一方から押さえることで、前記配線基板が前記筐体に固定されていることを特徴とする、無線通信体。

Images