JPWO2015111466A1 - 無線通信タグ付き物品および無線通信タグ - Google Patents

Abstract

ＲＦＩＣパッケージ１２には、２つの入出力端子を有するＲＦＩＣチップが内蔵される。励振導体１４の一端は、ＲＦＩＣチップの一方の入出力端子に接続される。この入出力端子から励振導体１４の他端（＝開放端）までの電気長は、１／４λに調整される。接続用導体１６の一端はＲＦＩＣチップの他方の入出力端子に接続され、接続用導体１６の他端は開放される。高圧ガスバルブを構成するスピンドルの一方端は、接続用導体１６の開放端に接続される。

Description

この発明は、２つの入出力端子を有する無線通信用集積回路とこの２つの入出力端子にそれぞれ接続された２つの導体とを備える無線通信タグ、およびこのような無線通信タグが付属する物品に関する。

この種の背景技術の一例が、特許文献１に開示されている。この背景技術によれば、無線ＩＣチップは、ダイポール型アンテナとして機能する第１放射素子および第２放射素子に結合される。ここで、無線ＩＣチップおよび第１放射素子は小サイズの給電基板に設けられ、第２放射素子は給電基板とは異なる大サイズのプリント配線板に設けられる。つまり、第２放射素子は、無線通信デバイスの本体部分から分離して設けられる。これによって、第２放射素子のサイズを大きくすることができるとともに、無線通信デバイスの本体部分のサイズを小さくすることができる。

国際公開第２０１２／０９３５４１号

しかし、第２放射素子はダイポール型アンテナに専用の素子であるため、コストが増大するという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、低コストで高周波伝送特性を高めることができる、無線通信タグ付き物品または無線通信タグを提供することである。

この発明の無線通信タグ付き物品は、無線通信タグが付属する物品であって、無線通信タグは、第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する励振導体、および第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する接続用導体を備え、物品は一端が接続用導体の開放された他端に接続されかつ他端が開放された金属体を備える。

好ましくは、第１入出力端子から励振導体の他端までの電気長は１／２波長未満である。

さらに好ましくは、第１入出力端子から励振導体の他端までの電気長はほぼ１／４波長である。

好ましくは、第２入出力端子から金属体の開放端までの電気長は１／２波長以上である。

好ましくは、無線通信タグは所定の共振周波数を有する給電回路をさらに備え、励振導体および接続用導体はそれぞれ給電回路を介して第１入出力端子および第２入出力端子に接続される。

好ましくは、励振導体および接続用導体の各々はフレキシブル基材に形成される。

好ましくは、金属体は柱状体を含み、無線通信タグは柱状体の一方端面に接続されている。

さらに好ましくは、柱状体は円柱状のスピンドルである。

この発明の無線通信タグは、第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する励振導体、および第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する接続用導体を備える無線通信タグであって、接続用導体の開放された他端は物品の少なくとも一部をなしかつ他端が開放された金属体の一端に接続される。

第２入出力端子は所定の面積を有する接続用導体に接続されていて、第１入出力端子に接続された励振導体の他端が開放端であるため、励振導体はモノポール型アンテナとして機能する。高周波信号に対応する電流が励振導体を流れると、鏡像効果によって、同様の電流が接続用導体を流れようとする。ここで、接続用導体には金属体が接続されるため、金属体にも電流が流れる。つまり、接続用導体および金属体に流れる電流は接続用導体および金属体が恰もダイポール型アンテナ素子であるかのように金属体を流れ、これに対応する高周波信号が金属体から放射される。

金属体をダイポール型アンテナとして機能させることで、高周波伝送特性を高めることができる。また、物品を構成する金属体を無線通信にも利用することで、高周波伝送特性の向上に掛かるコストを抑えることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例のＲＦＩＤタグを斜め上から眺めた状態の一例を示す斜視図である。 （Ａ）は図１に示すＲＦＩＤタグを側部から眺めた状態の一例を示す側面図であり、（Ｂ）は図１に示すＲＦＩＤタグ（フレキシブル基材を除く）を下方から眺めた状態の一例を示す下面図である。 図１に示すＲＦＩＤタグに適用されるＲＦＩＣパッケージの構造の一例を示す図解図である。 図３に示すＲＦＩＣパッケージに設けられた給電回路の構成の一例を示す回路図である。 図１に示すＲＦＩＤタグがバルブに装着された状態の一例を示す図解図である。 バルブに装着されたＲＦＩＤタグの近傍を示す拡大図である。 （Ａ）はＲＦＩＤタグを構成する励振導体がモノポール型アンテナをなす場合の動作の一例を示す図解図であり、（Ｂ）はＲＦＩＤタグを構成する励振導体および高圧ガスバルブを構成するスピンドルを流れる電流の動きの一例を示す図解図であり、（Ｃ）は高圧ガスバルブを構成するスピンドルがダイポール型アンテナをなす場合の動作の一例を示す図解図である。 図１に示すＲＦＩＤタグが装着される測定器の外観の一例を示す図解図である。 測定器の前面に設けられたスイッチと測定器の内部に設けられたプリント基板上の可変抵抗素子との接続状態の一例を示す図解図である。 図１に示すＲＦＩＤタグがスイッチに装着された状態の一例を示す図解図である。 スイッチに装着されたＲＦＩＤタグの近傍を示す拡大図である。

本発明の無線通信タグは、代表的には、ＵＨＦ帯を通信周波数とするＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)タグである。

図１，図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、この実施例のＲＦＩＤタグ１０は、直方体状のＲＦＩＣ(Radio Frequency Integration Circuit)パッケージ１２を含む。ＲＦＩＣパッケージ１２は、ＲＦＩＤ信号を処理するＲＦＩＣチップ（無線通信用集積回路チップ）１２ｅとこれを実装する給電回路基板１２ｃとを含んで構成される。この実施例では、ＲＦＩＣパッケージ１２をなす直方体の長さ方向，幅方向および厚み方向にＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸を割り当てる。これを踏まえて、ＲＦＩＣパッケージ１２の下面（＝Ｚ軸方向の負側を向く面）には、Ｘ軸に沿って並ぶ２つのＩ／Ｏ端子１２ａおよび１２ｂが設けられる。ＲＦＩＣパッケージ１２のＩ／Ｏ端子１２ａおよび１２ｂは、給電回路基板１２ｃに設けられている給電回路を介して、ＲＦＩＣチップ１２ｅの第１入出力端子１２ｈおよび第２入出力端子１２ｉにそれぞれ接続されている。

フレキシブル基材１８および２０は樹脂フィルムを材料とし、これらの主面はいずれも長方形をなす。フレキシブル基材１８の主面には励振導体１４が印刷され、フレキシブル基材２０の主面には接続用導体１６が印刷される。なお、励振導体１４および接続用導体１６は同一のフレキシブル基材に形成されていてもよい。

ただし、フレキシブル基材１８の主面がなす長方形の幅はＲＦＩＣパッケージ１２の幅を格段に上回るのに対して、フレキシブル基材２０の主面がなす長方形の幅はＲＦＩＣパッケージ１２の幅を僅かに上回るに留まる。また、励振導体１４はストラップ状に形成されるのに対して、接続用導体１６はフレキシブル基材２０の主面の全体を覆うように形成される。

励振導体１４の一端は導電性の接合材２２によってＩ／Ｏ端子１２ａと接続され、励振導体１４の他端は開放端とされる。したがって、フレキシブル基材１８は、ＲＦＩＣパッケージ１２よりもＸ軸方向の正側に延在する。また、フレキシブル基材１８の主面上で、励振導体１４は、ミアンダ状の導体パターンによって構成されており、その一端を起点としてＹ軸方向の負側に蛇行し、Ｘ軸方向の正側に突出してＹ軸方向の正側に折れ、その後に一直線に延びて他端に達する。

これに対して、接続用導体１６がなす長方形の一方端は導電性の接合材２４によってＩ／Ｏ端子１２ｂに接続され、接続用導体１６がなす長方形の他端は開放端とされる。したがって、フレキシブル基材２０は、ＲＦＩＣパッケージ１２よりもＸ軸方向の負側に延在する。

図３を参照して、ＲＦＩＣパッケージ１２は、各々が板状に形成された給電回路基板１２ｃおよび封止層１２ｄを有する。封止層１２ｄは、その側面（＝Ｘ軸およびＹ軸の各々に直交する面）が給電回路基板１２ｃの側面と面一となるように、封止層１２ｄの上に積層される。

上述したＩ／Ｏ端子１２ａおよび１２ｂは、給電回路基板１２ｃの下面に形成される。また、給電回路基板１２ｃの上面には、Ｉ／Ｏ端子１２ｆおよび１２ｇが形成される。封止層１２ｄにはＲＦＩＣチップ１２ｅが埋め込まれ、ＲＦＩＣチップ１２ｅの下面にはバンプ状の第１入出力端子１２ｈおよび第２入出力端子１２ｉが形成される。第１入出力端子１２ｈはＩ／Ｏ端子１２ｆと接続され、第２入出力端子１２ｉはＩ／Ｏ端子１２ｇと接続される。

給電回路基板１２ｃには、図４に示す給電回路１２ｊが設けられる。図４によれば、コンデンサＣ１の一端はＩ／Ｏ端子１２ａと接続され、コンデンサＣ１の他端はＩ／Ｏ端子１２ｆひいては第１入出力端子１２ｈと接続される。また、コンデンサＣ２の一端はＩ／Ｏ端子１２ｂと接続され、コンデンサＣ２の他端はＩ／Ｏ端子１２ｇひいては第２入出力端子１２ｉと接続される。インダクタＬ１の一端はコンデンサＣ１の一端と接続され、インダクタＬ１の他端はコンデンサＣ２の一端と接続される。

ＲＦＩＤタグ１０の共振周波数は無線通信用高周波信号のキャリア周波数に相当し、給電回路１２ｊを構成するインダクタＬ１およびコンデンサＣ１〜Ｃ２と励振導体１４のインダクタ成分とによって規定される。第１入出力端子１２ｈから励振導体１４の開放端までの電気長は、こうして規定された共振周波数を有する高周波信号の波長の１／４（＝１／４λ）に設定される。この結果、接続用導体１６をグランドＧＮＤ（この実施例では、後述するスピンドル３６および弁３８）に接続すると、ＲＦＩＣパッケージ１２および励振導体１４は、モノポール型アンテナとして機能する。しかしながら、放射体として十分な環境に置かれるわけではないため、遠方へは電磁波を放射できない。

図５を参照して、高圧ガスバルブ３０は、弁３８を収納する弁室ＲＭ１が形成された弁箱３２と、スピンドル３６を介して弁３８の位置を調整するハンドル３４とを有する。高圧ガスバルブ３０は、弁箱３２の下面が高圧ガス容器４０の開口によって塞がれるように、高圧ガス容器４０に装着される。高圧ガス容器４０は、金属製の容器である。

ハンドル３４は、樹脂の成型体であって、上下方向に延びる円筒をなして、弁箱３２の上方に配置される。弁箱３２は金属製の容器である。ハンドル３４において、円筒の上端は大きく開口し、円筒の下端は円の中心位置を上下方向の延びる貫通孔ＨＬ１を除いて閉口する。換言すれば、ハンドル３４は下に凹む凹部ＣＣ１を有し、凹部ＣＣ１の底面の中央に貫通孔ＨＬ１が形成される。

弁箱３２の下面には高圧ガスを弁室ＲＭ１に取り込むための吸気孔ＶＴ１が形成され、弁箱３２の側面には弁室ＲＭ１に取り込まれた高圧ガスを排出するための排気孔ＶＴ２が形成される。また、弁箱３２の上面には、貫通孔ＨＬ１の内径と一致する内径を有して弁室ＲＭ１に達する貫通孔ＨＬ２が形成される。

スピンドル３６は、金属を材料として円柱状に形成される。円柱の外径は、貫通孔ＨＬ１およびＨＬ２の各々の内径とほぼ一致する。スピンドル３６は上下方向に延び、その上端は貫通孔ＨＬ１を経て凹部ＣＣ１に達する一方、その下端は貫通孔ＨＬ２を経て弁室ＲＭ１に達する。

弁３８は、金属を材料として円板状に形成される。円板の一方主面は上方を向き、円板の他方主面は下方を向く。円板の外径はスピンドル３６の外径よりも大きく、弁室ＲＭ１に達したスピンドル３６の下端は円板の一方主面の中央で弁３８と結合される。弁３８はハンドル３４の操作に従って上下し、これによって排気孔ＶＴ２からの高圧ガスの排出量が調整される。

図６をさらに参照して、ＲＦＩＤタグ１０は、ハンドル３４に形成された凹部ＣＣ１に上下逆向きの姿勢で装着される。ＲＦＩＣパッケージ１２の上面は凹部ＣＣ１の底面に接合され、励振導体１４は凹部ＣＣ１の内周面に接合され、接続用導体１６はスピンドル３６の上端に接合される。特に、接続用導体１６は、導電性の接合材４２によって、スピンドル３６の上端に接合される。

なお、スピンドル３６の長さは、図３に示す第２入出力端子１２ｉから弁３８までの電気長が上述した共振周波数を有する高周波の波長の１／２（＝１／２λ）以上となるように調整される。

図７（Ａ）を参照して、ＲＦＩＤタグ１０を図５に示すように高圧ガスバルブ３０に装着すると、スピンドル３６および弁３８がグランドＧＮＤをなし、ＲＦＩＣチップ１２ｅおよび励振導体１４がモノポール型アンテナと同様の動作状態で、励振器として機能する。したがって、ＲＦＩＣチップ１２ｅの共振周波数に対応する電流Ｉが励振導体１４に流れると、鏡像効果によって同じ電流Ｉが接続用導体１６にも流れようとする。ここで、第２入出力端子に接続用導体しかない場合、第２入出力端子から接続用導体の開放端までの電気長はλ／４未満であるが、接続用導体１６の先には金属製のスピンドル３６および弁３８が存在し、その結果、第２入出力端子からの電気長は１／２λ以上になるため、スピンドル３６および弁３８上に電流Ｉを素として、電流の定在波Ｉ´が発生する（図７（Ｂ）参照）。このとき、電流Ｉ´はスピンドル３６および弁３８が恰もダイポール型アンテナであるかのように、つまり第２入出力端子より先の金属部分でλ／２の共振が生じ、その結果、これらの金属体を流れ（図７（Ｃ）参照）、電流Ｉ´の大きさに対応する強度の高周波信号がこれらの金属体から出力される。

以上の説明から分かるように、ＲＦＩＤタグ１０において、ＲＦＩＣチップ１２ｅは第１入出力端子１２ｈおよび第２入出力端子１２ｉを有する。励振導体１４は、第１入出力端子１２ｈに接続された一端と第１入出力端子１２ｈからの電気長が１／２λ未満、特に１／４λを示す位置で開放された他端とを有する。接続用導体１６は、第２入出力端子１２ｉに接続された一端と開放された他端とを有する。高圧ガスバルブ３０を構成するスピンドル３６の一方端は接続用導体１６の開放端に接続され、スピンドル３６の他方端は弁３８に接続される。

スピンドル３６および弁３８をダイポール型アンテナとして機能させることで、高周波伝送特性を高めることができる。また、高圧ガスバルブ３０を構成する部材を無線通信にも利用することで、高周波伝送特性の向上に掛かるコストを抑えることができる。また、弁箱３２や高圧ガス容器４０を金属物で構成し、これをスピンドル３６や弁３８に接続すれば、弁箱３２や高圧ガス容器４０の一部を放射素子として利用することができるようになり、通信距離をさらに大きくすることができる。

なお、この実施例では、高圧ガスバルブ３０にＲＦＩＤタグ１０を装着するようにしている。しかし、ＲＦＩＤタグ１０を装着する対象は、高圧ガス容器４０であってもよいし、その他、金属体を有する物品である限り、高圧ガスバルブ３０以外の物品であってもよく、たとえばスパナなどの金属製の工具が想定される。

他の実施例として、図８に示す測定器５０を想定する。図９も追加的に参照して、測定器５０は筐体５２を有し、筐体５２の内部にはプリント基板６２が収められる。プリント基板６２の一方主面は上方を向き、プリント基板６２の他方主面は下方を向く。プリント基板６２には、板状のグランド電極６４が埋め込まれる。グランド電極６４もまた、その一方主面および他方主面がそれぞれ上方および下方を向く姿勢でプリント基板６２に埋め込まれる。プリント基板６２には、可変抵抗素子６６が実装される。可変抵抗素子６６は、プリント基板６２に埋め込まれたグランド電極６４と電気的に接続される。

筐体５２の前面には、ボリューム調整用のスイッチ５４が設けられる。スイッチ５４は、樹脂製のつまみ５６と金属製のスピンドル６０とによって形成される。つまみ５６は円筒をなす一方、スピンドル６０は円柱をなす。また、スピンドル６０の長さはつまみ５６の長さを上回り、スピンドル６０の外径はつまみ５６の外径を下回る。

図１０に示すように、つまみ５６をなす円筒の一方端は開口し、つまみ５６をなす円筒の他方端は閉口する。換言すれば、つまみ５６には、一方端から他方端に向かって凹む凹部ＣＣ２が形成される。凹部ＣＣ２の底面には、つまみ５６をなす円筒の内径よりも小さい外径を有し、つまみ５６をなす円筒と同じ方向に延びる円筒状の支持体５８が設けられる。

支持体５８をなす円筒の内径はスピンドル６０の外径とほぼ一致し、スピンドル６０は支持体５８に挿入される。具体的には、スピンドル６０の一方端が開放端となり、スピンドル６０の他方端が支持体５８と螺合される。スイッチ５４が筐体５２の前面に設けられたとき、スピンドル６０は筐体５２の前面に直交し、スピンドル６０の一方端は筐体５２の内側に貫通して可変抵抗素子６６に達する。スピンドル６０は導電性を有するため、つまみ５６を用いてスピンドル６０を軸周り方向に回転させることで可変抵抗素子６６の抵抗値が調整される。

なお、上述のように可変抵抗素子６６はグランド電極６４と電気的に接続されるため、スピンドル６０もまた可変抵抗素子６６を介してグランド電極６４と電気的に接続される。

図１１をさらに参照して、ＲＦＩＤタグ１０は、つまみ５６に形成された凹部ＣＣ２に収められる。このとき、励振導体１４を支持するフレキシブル基材１８は凹部ＣＣ２の内周面に接合され、接続用導体１６はスピンドル６０の他方端に接合される。特に、接続用導体１６は、導電性の接合材６８によってスピンドル６０の他方端に接合される。

この実施例においても、スピンドル６０およびグランド電極６４をダイポール型アンテナとして機能させることで、高周波伝送特性を高めることができる。また、測定器５０を構成する部材を無線通信にも利用することで、高周波伝送特性の向上に掛かるコストを抑えることができる。

１０ …ＲＦＩＤタグ（無線通信タグ）
１２ｅ …ＲＦＩＣチップ（無線通信用集積回路）
１２ｈ …第１入出力端子
１２ｉ …第２入出力端子
１２ｊ …給電回路
１４ …励振導体
１６ …接続用導体
１８，２０ …フレキシブル基材
３０ …高圧ガスバルブ（物品）
３６ …スピンドル（金属体）
３８ …弁（金属体）
５０ …測定器（物品）
６０ …スピンドル（金属体）
６４ …グランド電極（金属体）

この発明の無線通信タグ付き物品は、無線通信タグが付属する物品であって、無線通信タグは、第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する励振導体、および第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する接続用導体を備え、物品は一端が接続用導体の開放された他端に接続されかつ他端が開放された金属体を備え、励振導体の他端は金属体から離れる方向に引き回されている。

この発明の無線通信タグは、第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する励振導体、および第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する接続用導体を備える無線通信タグであって、接続用導体の開放された他端は物品の少なくとも一部をなしかつ他端が開放された金属体の一端に接続され、励振導体の他端は金属体から離れる方向に引き回されている。

この発明の無線通信タグ付き物品は、無線通信タグが付属する物品であって、無線通信タグは、第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、フレキシブル基材に形成されていて、第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する励振導体、および、第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する接続用導体を備え、物品は、一端面を有する金属体を備え、励振導体および接続用導体は、一端面の法線方向から見たとき、金属体と重なるように配置されており、接続用導体はその主面が一端面に面して配置されており、励振導体の他端は金属体から離れる方向に折り曲げて配置されており、金属体が放射素子として利用されている。

Claims (9)

1. 無線通信タグが付属する物品であって、
   前記無線通信タグは、
   第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、
   前記第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する励振導体、および
   前記第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する接続用導体を備え、
   前記物品は一端が前記接続用導体の前記開放された他端に接続されかつ他端が開放された金属体を備える、無線通信タグ付き物品。
2. 前記第１入出力端子から前記励振導体の前記他端までの電気長は１／２波長未満である、請求項１記載の無線通信タグ付き物品。
3. 前記第１入出力端子から前記励振導体の前記他端までの電気長はほぼ１／４波長である、請求項２記載の無線通信タグ付き物品。
4. 前記第２入出力端子から前記金属体の開放端までの電気長は１／２波長以上である、請求項１ないし３のいずれかに記載の無線通信タグ付き物品。
5. 前記無線通信タグは所定の共振周波数を有する給電回路をさらに備え、
   前記励振導体および前記接続用導体はそれぞれ前記給電回路を介して前記第１入出力端子および前記第２入出力端子に接続される、請求項１ないし４のいずれかに記載の無線通信タグ付き物品。
6. 前記励振導体および前記接続用導体の各々はフレキシブル基材に形成される、請求項１ないし５のいずれかに記載の無線通信タグ付き物品。
7. 前記金属体は柱状体を含み、前記無線通信タグは前記柱状体の一方端面に接続されている、請求項１ないし６のいずれかに記載の無線通信タグ付き物品。
8. 前記柱状体は円柱状のスピンドルである、請求項７記載の無線通信タグ付き物品。
9. 第１入出力端子および第２入出力端子を有する無線通信用集積回路、
   前記第１入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する励振導体、および
   前記第２入出力端子に接続された一端と開放された他端とを有する接続用導体を備える無線通信タグであって、
   前記接続用導体の前記開放された他端は物品の少なくとも一部をなしかつ他端が開放された金属体の一端に接続される、無線通信タグ。

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