JP7410488B2 - Rfタグラベル及びrfタグラベル付きゴム系製品 - Google Patents

Rfタグラベル及びrfタグラベル付きゴム系製品 Download PDF

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Description

本発明は、少なくとも1つのRFID部品と、RFID部品を保持する保持部材とを有するRFタグラベル、および、RFタグラベルが一体に固定されるゴム系本体とを有するRFタグラベル付きゴム系製品に関する。
近年、製品や部品等の在庫管理、物流管理等を行う管理システムにおいて、RFID(Radio Frequency Identification)技術が利用されている。このRFID技術を用いたシステムでは、RFID部品とリーダライタ(以下、読取装置という。)との間で無線通信が行われ、RFID部品に記憶される識別情報等が読取装置により読み取られる。
自動車等の車両用のタイヤ等のゴム系製品においても、製造管理、流通管理、メンテナンス管理等において、仕様、製造履歴、使用履歴等について各タイヤの固有情報を把握することが行われており、RFID部品を備えるタイヤが提案されている。
例えば、特許文献1(特表2006-507967号公報)には、ゴム材料の誘電率より誘電率が小さい絶縁被覆材で覆われ、タイヤのゴム材料中に埋め込まれたアンテナを有する高周波装置(RFID部品)が記載されている。
この高周波装置のアンテナはダイポールアンテナであって、アンテナを誘電率がゴム材料の誘電率より小さく3以下である絶縁被覆材を用いて少なくとも0.02mmの厚さで覆うことで、カーボンブラックなどの補強充填材が含まれることによって導電性を有するゴム材料とアンテナとの直接接触を避け、導電性を有するゴム材料によるエネルギー損失の課題を克服している。
特許文献2(特開2004-013399号公報)には、タイヤに設けられた通信装置と外部の通信装置との通信性能を向上させることができるタイヤ用アンテナ装置および通信機能を有するタイヤであって、タイヤ100の全周にわたって取り付けられたベルト2の任意の点である点Cおよび点Dとをバイパス配線82により接続し、このバイパス配線82に通信回路部81を接続して、ベルト2の一部をループアンテナとして機能させること、および点Cと点Dの間におけるベルト2の近傍に磁性体83を設けることが記載されている。
特許文献3(特表2005-535497号公報)には、ゴム製タイヤの内部に納められたRFIDチップ(RFID部品)であって、RFIDチップは、ゴム製タイヤの内部に取り付けられると共に電波通信および受信用のアンテナを提供するようタイヤ内部に納められた導電性ベルトに容量結合されていることが記載されている。
特許文献4(特開2002-264617号公報)には、ループアンテナの作用によりタイヤの全周に亘って、どの方向からでも内部のRFIDタグ(RFID部品)と通信可能で、通信距離も長くすることが出来、更にはタイヤ内部に設置した内部状態検出部の検出値を外部から容易に読み取ることが出来るタイヤへのRFIDタグの設置構造であって、タイヤ7の周方向に沿ってループアンテナ8を設け、それに直列回路を構成する検出コイル9aと、その検出コイル9aに電磁的に結合されたアンテナコイル2aを有するRFIDタグ1aをタイヤ7内に設け、更にタイヤ7内部に空気圧や内部温度等を検出する内部状態検出部11を設置し、それをRFIDタグ1aに接続して構成したRFIDタグの設置構造が記載されている。
特許文献5(特開平10-166820号公報)には、タイヤ内外周部に使用されているコイル状の導電性ワイヤをトランスポンダに直接接続されたアンテナとして使用することで、質問機の送信出力を高めることなく、トランスポンダとの通信距離を大きくすることのできるトランスポンダ付きタイヤであって、トランスポンダ3とタイヤ内外周部に配置されたジョイントレスベルト13A内のワイヤ131とを電気的に直接接続することによって、該ワイヤをトランスポンダ3の受信および送信用アンテナとするトランスポンダ付きタイヤが記載されている。
特表2006-507967号公報 特開2004-013399号公報 特表2005-535497号公報 特開2002-264617号公報 特開平10-166820号公報
特許文献1には、比較的容易にタイヤに埋め込むことのできる高周波装置(RFID部品)が開示されている。そして、特許文献1では、自由空間では半波長ダイポール長83mmで読取レンジ48インチのRFID部品を、タイヤに埋め込む場合47mmに調整することにより、読取レンジ41インチ(約1m)を実現している。
しかし、特許文献1のRFID部品は、RFID部品のICチップとアンテナのインピーダンスを整合するための素子がないため、ICチップまたは通信周波数によってはICチップとアンテナ線とのインピーダンスが整合せず、通信性能が劣化するとの課題がある。
また、特許文献1に記載のアンテナをタイヤに埋め込んだ場合、タイヤ成形時の圧力によってアンテナの長さが変動する、および、加硫等におけるゴムの成分のばらつきによる誘電率の変動によって実効的な波長λが変動する、との2つのばらつき要因による通信距離の低下も課題となる。
一方、特許文献2から5に記載の発明では、それぞれ、ベルト2の一部(2a)を電気的に遮断に近い状態とするために磁性体83を設ける(特許文献2)、アンテナピン11を導電性ベルト74に容量結合し、さらにアースピン16をRFIDチップ10とタイヤ50の表面との間に設けられる接地面に接続する(特許文献3)、タイヤの周方向に沿って大口径のループアンテナ8を埋設し、さらにアンテナコイル2と検出コイル9を追加する(特許文献4)、用途が「ベルトストリップのゴムを非導電性ゴムとしたトランスポンダ付きタイヤ」に限定され、導電性の炭素粉末を使用したタイヤに対しては、RFタグを用いることができない(特許文献5)など、タイヤに追加の複雑な加工をする必要がある、あるいは、埋め込むことのできるタイヤが限定されるなどの課題があった。
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、タイヤ等のゴム系製品に追加の複雑な加工をすることなく容易にRFID部品を埋め込むことができ、かつ、加硫等におけるゴム系製品のゴムの成分のばらつきや成形時の圧力による影響を受けにくく、通信距離の低下を抑制できるRFタグラベル、および、RFタグラベルを内蔵したRFタグラベル付きゴム系製品を提供することを目的とするものである。
本発明のRFタグラベルは、少なくとも1つのRFID部品と、前記RFID部品を保持する保持部材とを有するRFタグラベルであって、前記RFID部品は、前記保持部材の一側面である固定面に固定され、前記RFID部品は、ICチップと、前記ICチップの2つの端子にそれぞれ接続される2本のアンテナ線と、前記ICチップの2つの端子間に接続されるインダクタと、前記インダクタと前記ICチップの内部等価容量とにより構成された整合回路とを含み、前記ICチップと前記アンテナ線とのインピーダンスを前記RFタグラベルの通信周波数において整合したことにより、前記課題を解決するものである。
本発明のRFタグラベル付きゴム系製品は、RFタグラベルと、前記RFタグラベルが一体に固定されるゴム系本体とを有するRFタグラベル付きゴム系製品であって、前記RFタグラベルが、請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のRFタグラベルであり、前記RFタグラベルの保持部材は、不飽和ゴムを備え、ゴム系本体の間の接触と続く前記ゴム系本体の加硫に際し、前記ゴム系本体の加硫中に前記ゴム系本体のゴムと架橋することにより、前記ゴム系本体の間の永続的付着を形成することにより、前記課題を解決するものである。
請求項1にかかる発明のRFタグラベルは、RFID部品が保持部材の一側面である固定面に固定されていることにより、RFID部品が固定された保持部材をゴム系製品と一体化することで、RFID部品がゴム系製品の所定の位置に正確に埋め込まれることとなるため、タイヤ等のゴム系製品に追加の複雑な加工をすることなく容易にRFID部品を埋め込むことができ、かつ、加硫等におけるゴム系製品のゴムの成分のばらつきや成形時の圧力による影響を受けにくく、通信距離の低下を抑制することが可能となる。
また、RFID部品は、ICチップと、前記ICチップの2つの端子にそれぞれ接続される2本のアンテナ線と、前記ICチップの2つの端子間に接続されるインダクタと、前記インダクタと前記ICチップの内部等価容量とにより構成された整合回路とを含み、前記ICチップと前記アンテナ線とのインピーダンスを前記RFタグの通信周波数において整合したことにより、RFID部品を加硫タイヤを含めた幅広いタイヤに埋め込んだ時にも通信距離の低下を抑制できる。
請求項2に記載の構成によれば、保持部材の一側面である固定面が、RFID部品が収容される凹部を有することにより、RFID部品の位置をより正確にかつ確実に固定でき、さらに、RFID部品がゴム系製品の所定の位置に正確に埋め込まれる。
また、RFID部品を固定面から突出しないように構成することで、ゴム系製品と一体化する前のRFタグラベルを取り扱う際のハンドリングが容易となるとともに、RFID部品の損傷や脱落を防止することができる。
請求項3に記載の構成によれば、RFID部品が保持部材に接着されていることにより、さらにゴム系製品と一体化した際のRFID部品の位置をより正確にかつ確実に固定できる。
請求項4に記載の構成によれば、保持部材は、不飽和ゴムを備え、ゴム系製品の間の接触と続く前記ゴム系製品の加硫に際し、前記ゴム系製品の加硫中に前記ゴム系製品のゴムと架橋することにより、前記ゴム系製品の間の永続的付着を形成することにより、RFタグラベルをさらに強固にゴム系製品と一体化することができるとともに、RFタグラベルをゴム系製品と一体化することによるゴム系製品自体の特性の変化を抑制することが可能となる。
請求項5に記載の構成によれば、インダクタがチップインダクタであることにより、保持部材や一体化されるゴム系製品との接触面積が小さくなり、ゴムの誘電率によるインダクタンスの変動を抑え、ICチップとアンテナ線とのインピーダンス整合を保つことができる。
請求項6に記載の構成によれば、インダクタがゴム系製品のゴム及び保持部材より誘電率の小さい材料で被覆されていることにより、保持部材や一体化されるゴム系製品の誘電率によるインダクタンスの変動をさらに抑え、ICチップとアンテナ線とのインピーダンス整合を保つことができる。
請求項7に記載の構成によれば、2本のアンテナ線は、ICチップから互いに逆方向に伸長し、通信周波数の波長をλとしたとき、2本のアンテナ線の長さはともに1/4λであることにより、最適値に合わせてアンテナを設計することができる。
請求項8に記載の構成によれば、2本のアンテナ線は、ともに導体の網線で形成されていることにより、ゴム系製品に埋め込まれる際の圧力等で損傷したり長さが変動することが抑制されるとともに、保持部材からの剥離が抑制される。
請求項9に記載の構成によれば、2本のアンテナ線は、ともに銅の網線で形成されていることにより、アンテナ線の抵抗を低くすることができる。
請求項10に記載の構成によれば、保持部材の固定面に、RFID部品を覆う剥離フィルムを備えることにより、一体化する前のRFタグラベルを取り扱う際のハンドリングがさらに容易となるとともに、RFID部品の損傷や脱落を防止することができる。
また、保持部材の表面の劣化や特性の変化を抑制することが可能となる。
請求項11にかかる発明のRFタグラベル付きゴム系製品は、RFタグラベルと、前記RFタグラベルが一体に固定されるゴム系本体とを有し、RFタグラベルの保持部材は、不飽和ゴムを備え、ゴム系本体の間の接触と続く前記ゴム系本体の加硫に際し、前記ゴム系本体の加硫中に前記ゴム系本体のゴムと架橋することにより、RFID部品がゴム系製品の所定の位置に正確に埋め込まれることとなるため、ゴム系製品に追加の複雑な加工をすることなく容易にRFID部品を埋め込むことができ、かつ、加硫等におけるゴムの成分のばらつきや成形時の圧力による影響を受けにくく、通信距離の低下を抑制することが可能となる。
また、RFタグラベルを一体化することによるゴム系製品自体の特性の変化を抑制することが可能となる。
請求項12に記載の構成によれば、ゴム系本体が、タイヤであることにより、タイヤの仕様、製造履歴、使用履歴等について各タイヤの固有情報を把握することが可能となる。
請求項13に記載の構成によれば、RFタグラベルは、ゴム系本体の側壁に貼付されることにより、ゴム系製品の成型時の圧力等でRFID部品が損傷したり変形することを防止できる。
請求項14に記載の構成によれば、RFタグラベルは、前記ゴム系本体に埋め込まれることにより、RFタグラベルとゴム系本体がより強固に一体化される。
請求項15に記載の構成によれば、2本のアンテナ線が前記ゴム系本体の回転軸を中心として放射状方向に沿うように前記ゴム系本体に固定されることにより、ゴム系本体の回転に伴う変形の影響を受けにくく、RFID部品が損傷したり変形することを防止できる。
本発明の第1実施形態に係るRFタグラベル付きタイヤ(ゴム系製品)100の断面説明図。 本発明の第1実施形態に係るRFタグラベル110の実物写真。 本発明の第1実施形態に係るRFタグラベル110の断面説明図。 本発明の第1実施形態に係るRFタグラベル110の保持部材111の説明図。 本発明の第1実施形態のRFID部品の説明図。
以下に本発明のRFタグラベル110及びRFタグラベル付きゴム系製品について、図面に基づいて説明する。
本発明の第1実施形態に係るRFタグラベル付きゴム系製品であるRFタグラベル付きタイヤ100は、図1に示すように、ゴム系本体であるタイヤ本体101の全体にカーカス103が、ホイールリム107側にビードワイヤ102が、トレッド106側にブレーカーコード105が埋め込まれている。
そして、タイヤ本体101のサイドウォール104にRFID部品120が埋め込まれている。
本実施形態では、RFID部品120は、図2乃至図4に示すように、保持部材111の一側面である固定面113に固定されてRFタグラベル110を構成し、RFタグラベル110をタイヤ本体101の成型時に成型形内に配置して一体成型することで、RFID部品120がサイドウォール104に埋め込まれる。
なお、タイヤ本体101の成型時にRFタグラベル110の貼付部(凹部等)を設け、成型後にRFタグラベル110を固着するようにしてもよい。
本実施形態では、RFタグラベル110の保持部材111は、図4に示すように、固定面113にRFID部品120が収容される凹部112を有し、RFID部品120を固定した際に、RFID部品120全体が凹部112に収容され、固定面113側にほとんど突出しないように構成されている。
なお、凹部112をスリット状にして保持部材111の弾性によりスリット内に収容するようにしてもよく、凹部112を設けず固定面113に接着剤等で固定してもよい。
保持部材111は、不飽和ゴムを備えるのが好ましく、タイヤ本体101の成型時の加硫中にタイヤ本体101のゴムと架橋することにより永続的付着を形成する。
また、本実施形態では、図3に示すように、保持部材111の固定面113にRFID部品120を覆う剥離フィルム114が設けられ、反対面にも剥離フィルム114が設けられている。
剥離フィルム114は、タイヤ本体101と一体化する工程の直前にはがすようにすることで、RFタグラベル110を取り扱う際のハンドリングが容易となり、RFID部品120の損傷や脱落を防止することができるとともに、保持部材111の表面の劣化や特性の変化を抑制することができる。
RFID部品120は、図5に示すように、2本のアンテナ線121、ICチップ122、およびチップインダクタ123を備えている。
コンデンサCはICチップの内部等価容量である。
RFID部品120はダイポールアンテナを備え、2本のアンテナ線121はICチップ122の2つの端子にそれぞれ接続され、ICチップ122から互いに逆方向に伸長してダイポールアンテナの2つのアンテナを構成している。
これら2本のアンテナ線121の長さはそれぞれ、RFID部品120の通信周波数における実効波長をλとした場合、1/4λである。
また、これらの2本のアンテナ線121は、導体の網線で形成されている。
本実施形態では導体として銅を用いているが、その他、鉄、真鍮なども用いることができる。
本実施形態では、アンテナ線121を網線で形成することで、曲げ、ひねり、若干の収縮を可能にしている。
網線のアンテナ線121は、タイヤ本体101に埋め込んだ場合、ゴムが網線内部まで浸透するため、RFID部品120がタイヤ本体101のゴムと一体化し、RFID部品120のタイヤ本体101からの剥離を防止することができる。
また、RFID部品120をタイヤ本体101に埋め込んだ場合、タイヤ本体101の誘電率に応じて実効波長が短くなるが、例えば、アンテナ線を最大誘電率に対応した長さに収縮しておいて、それぞれのタイヤ本体101の誘電率に合わせて、保持部材111に固定する際に伸長するという方法を採用することにより、1種類のRFID部品120で比誘電率が3から11までの範囲のタイヤに対応することができる。
ICチップ122は、電波の送受信を含むRFID部品120としての機能を備えている。
ICチップ122の電波の送受信端子は、通常、1kΩから2kΩ程度の抵抗成分と1pFから2pF程度の容量成分が並列接続された形の出力インピーダンスを備えている。
一方、半波長型ダイポールアンテナは基本の給電部インピーダンスが73.1+j42.55Ωであるので、この送受信端子をダイポールアンテナに接続した場合、インピーダンスが整合せず、RFID部品120の通信距離が短くなるとの課題がある。
本実施形態では、ICチップ122の2つの端子間にインダクタを接続してインダクタとICチップ122の内部等価容量とで整合回路を構成し、インダクタンスの値を調整することで、ICチップ122の電波の送受信端子とダイポールアンテナとのインピーダンスを整合させ、RFID部品120の通信距離2m以上を実現している。
また、このインダクタをコイルパターンで構成した場合、コイルパターンの上に重なったタイヤ本体101のゴムの誘電率によってコイルパターンのインダクタンスが変化してインピーダンスが整合しなくなり、通信距離が短くなる。
このため、本実施形態では、インダクタとして、ゴムとの接触面積が小さいチップインダクタ123を採用することによって、RFID部品120をタイヤ本体101に埋め込んだ時のインダクタンスの変動を小さくし、インピーダンス整合のずれを抑えている。
また、インダクタとしてチップインダクタ123を採用しない場合は、コイルパターンを誘電率の小さい保護材で被覆する等の手法により、インダクタンスの変動を小さくすることができるので好ましい。
保護材の誘電率としては、比誘電率が1以上2以下であることが望ましい。
本実施形態においては、RFID部品120はタイヤ本体101のサイドウォール104にアンテナ線121をタイヤ本体101の回転軸を中心として放射状方向に沿って埋め込んでいる。
これは、加減速時のタイヤ本体101の変形による損傷が少なくRFID部品120の剥離を防止できること、RFタグ読取装置を自動車に近づけた場合サイドウォール104に埋め込むことで読取装置との間の距離を短くできること、また、RFID部品120と読取装置との間に障害となるものが少ないことなどの理由によるものであるが、RFID部品120の埋め込み位置は上記に限定されず、ブレーカーコード105とトレッド106との間など、タイヤ本体101の任意の場所にRFID部品120を埋め込むことができる。
本発明のRFタグラベルは、タイヤの製造、流通、及び/又は在庫管理において有用であるが、例えば、ゴムサスペンション部品、ゴムクッション、ゴム減衰部品、及びその他のゴム系製品等、他のゴム系製品とともに利用することもできる。
また、RFID部品も、パッシブ型、アクティブ型等様々な形式のものであってもよく、アンテナの形状もいかなるものであってもよい。
100 ・・・ ゴム系製品(タイヤ) 101 ・・・ ゴム系本体(タイヤ本体)
102 ・・・ ビードワイヤ
103 ・・・ カーカス
104 ・・・ サイドウォール
105 ・・・ ブレーカーコード 106 ・・・ トレッド
107 ・・・ ホイールリム
110 ・・・ RFタグラベル
111 ・・・ 保持部材
112 ・・・ 凹部
113 ・・・ 固定面
114 ・・・ 剥離フィルム
120 ・・・ RFID部品
121 ・・・ アンテナ線
122 ・・・ ICチップ
123 ・・・ チップインダクタ



Claims (15)

  1. 少なくとも1つのRFID部品と、前記RFID部品を保持する保持部材とを有するRFタグラベルであって、
    前記RFID部品は、前記保持部材の一側面である固定面に固定され
    前記RFID部品は、ICチップと、前記ICチップの2つの端子にそれぞれ接続される2本のアンテナ線と、前記ICチップの2つの端子間に接続されるインダクタと、前記インダクタと前記ICチップの内部等価容量とにより構成された整合回路とを含み、
    前記ICチップと前記アンテナ線とのインピーダンスを前記RFタグラベルの通信周波数において整合したことを特徴とするRFタグラベル。
  2. 前記固定面は、前記RFID部品が収容される凹部を有することを特徴とする請求項1に記載のRFタグラベル。
  3. 前記RFID部品は、前記保持部材に接着されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のRFタグラベル。
  4. 前記保持部材は、不飽和ゴムを備え、ゴム系製品の間の接触と続く前記ゴム系製品の加硫に際し、前記ゴム系製品の加硫中に前記ゴム系製品のゴムと架橋することにより、前記ゴム系製品の間の永続的付着を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のRFタグラベル。
  5. 前記インダクタは、チップインダクタであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のRFタグラベル。
  6. 前記インダクタは、ゴム系製品のゴム及び保持部材より誘電率の小さい材料で被覆されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のRFタグラベル。
  7. 前記2本のアンテナ線は、前記ICチップから互いに逆方向に伸長し、
    通信周波数の波長をλとしたとき、前記2本のアンテナ線の長さはともに1/4λであることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のRFタグラベル。
  8. 前記2本のアンテナ線は、ともに導体の網線で形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のRFタグラベル。
  9. 前記2本のアンテナ線は、ともに銅の網線で形成されていることを特徴とする請求項8に記載のRFタグラベル。
  10. 前記保持部材の固定面に、前記RFID部品を覆う剥離フィルムを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載のRFタグラベル。
  11. RFタグラベルと、前記RFタグラベルが一体に固定されるゴム系本体とを有するRFタグラベル付きゴム系製品であって、
    前記RFタグラベルが、請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のRFタグラベルであり、
    前記RFタグラベルの保持部材は、不飽和ゴムを備え、ゴム系本体の間の接触と続く前記ゴム系本体の加硫に際し、前記ゴム系本体の加硫中に前記ゴム系本体のゴムと架橋することにより、前記ゴム系本体の間の永続的付着を形成することを特徴とするRFタグラベル付きゴム系製品。
  12. 前記ゴム系本体が、タイヤであることを特徴とする請求項11に記載のRFタグラベル付きゴム系製品。
  13. 前記RFタグラベルは、前記ゴム系本体の側壁に貼付されることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のRFタグラベル付きゴム系製品。
  14. 前記RFタグラベルは、前記ゴム系本体に埋め込まれることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のRFタグラベル付きゴム系製品。
  15. 前記RFタグラベルのRFID部品は、ICチップと、前記ICチップの2つの端子にそれぞれ接続される2本のアンテナ線を有し、
    前記2本のアンテナ線が前記ゴム系本体の回転軸を中心として放射状方向に沿うように前記ゴム系本体に固定されることを特徴とする請求項11乃至請求項14のいずれかに記載のRFタグラベル付きゴム系製品。
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