JPWO2020021768A1 - 無線通信デバイス - Google Patents
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Abstract
無線通信デバイスの一例であるＲＦＩＤタグ（１０１）は、通信信号を送受信する。ＲＦＩＤタグ（１０１）は、基材（１）と、基材（１）に形成されたアンテナパターン（２Ａ，２Ｂ）と、高損失部材（１９）とを備える。高損失部材（１９）は、アンテナパターン（２Ａ，２Ｂ）に近接配置され、アンテナパターン（２Ａ，２Ｂ）及び基材（１）に比べて、通信信号の周波数より高い周波数における損失が高い部材である。ＲＦＩＤタグ（１０１）が電磁波加熱用マイクロ波を受けて、高損失部材（１９）が発熱すると、アンテナパターン（２Ａ，２Ｂ）は高損失部材（１９）の位置で切断される。この構造により、食品などに付されて、食品加熱用の高周波電力を受ける状況でも、発火や燃焼を防止できる。
Description
本発明は、アンテナを備えた無線通信デバイス、特に、誘導電磁界又は電磁波を介して、近距離通信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ等の無線通信デバイスに関する。
無線通信デバイスの一形態であるＲＦＩＤタグは、リーダー・ライターとの通信を行って、所定の情報の読み書きが非接触で行われるため、様々な場面で利用される。例えば、全ての商品にＲＦＩＤタグを貼付しておくことにより、所謂セルフレジがスムースに行われる。また、トレーサビリティの確保やマーケティング等、販売・物流状況管理が円滑に行われる。
一方、コンビニエンスストアやスーパーマーケットなどの販売店においては多種多様な商品が取り扱われており、商品としての食料品の中には、商品購入の直後に商品を温めて持ち帰ったり、購入者がその場で直ぐに飲食したりする場合がある。例えば弁当や総菜は、販売店において電磁波加熱装置、所謂「電子レンジ」を用いて加熱される場合がある。
ところが、ＲＦＩＤタグが付された商品を電子レンジで加熱すると、次のような不具合が生じる場合がある。
ＲＦＩＤタグの通信信号の周波数としては、135kHz以下のLF帯、13.56MHz等のHF帯、860MHz〜960MHz帯などのUHF帯、2.45GHz等のマイクロ波帯が主に使用されるが、現在、食品に貼付されるタイプのＲＦＩＤタグはUHF帯を利用するＲＦＩＤタグである。UHF帯を利用するＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＣ（Radio-Frequency Integrated Circuit）素子と共に、金属膜体であるアンテナパターンなどの金属材料が紙や樹脂等の基材上に形成されている。
このようなＲＦＩＤタグが付された商品が電子レンジで加熱されると、商品と共にＲＦＩＤタグに電子レンジからの電磁波のエネルギーが吸収される。これにより、
・上記金属材料部分において電界強度が高くなる箇所での放電
・金属材料部分に過電流が流れることによる金属材料の発熱・昇華
・ＲＦＩＤタグの基材の発熱
等によってＲＦＩＤタグ又はＲＦＩＤタグが貼付された商品部分が発火するおそれがある。特に、コンビニエンスストアに設置されている電子レンジは３ｋＷ程度の大出力の電磁波が庫内に放射されて、加熱開始直後にＲＦＩＤタグが一気に加熱されるので、条件が揃えば上記発火のおそれも高いといえる。
・上記金属材料部分において電界強度が高くなる箇所での放電
・金属材料部分に過電流が流れることによる金属材料の発熱・昇華
・ＲＦＩＤタグの基材の発熱
等によってＲＦＩＤタグ又はＲＦＩＤタグが貼付された商品部分が発火するおそれがある。特に、コンビニエンスストアに設置されている電子レンジは３ｋＷ程度の大出力の電磁波が庫内に放射されて、加熱開始直後にＲＦＩＤタグが一気に加熱されるので、条件が揃えば上記発火のおそれも高いといえる。
上記のような「ＲＦＩＤタグ」における発火の危険性を少なくすることを目的として、「難燃性タグ」の構成が提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１に開示された「難燃性タグ」は、ＩＣチップ及びアンテナパターンが実装される基材を難燃性材料で構成したものである。このため、基材の燃焼は抑制される。しかし、基材上に形成された金属材料部分においては時間的に連続して放電する可能性が高く、基材が発火する危険性や商品に引火する可能性を確実に防止できる構成ではない。
本発明の目的は、食品などに付されて、食品加熱用の高周波電力を受ける状況でも、発火や燃焼を防止することのできる無線通信デバイスを提供することにある。
本発明の一態様の無線通信デバイスは、通信信号を送受信するための無線通信デバイスであって、基材と、前記基材に形成されたアンテナパターンと、前記アンテナパターン又は前記アンテナパターンに直列接続する導体パターンに近接配置され、前記通信信号の周波数より高い周波数における損失が前記アンテナパターン及び前記基材に比べて高い高損失部材と、を備えることを特徴とする。
上記構造によれば、電磁波加熱用マイクロ波帯の高周波電力が照射された際に、アンテナパターンに大電流が流れて発熱する。または、アンテナパターンの電位差の大きな箇所で放電されることにより発熱する。一方、高損失部材は高効率で発熱し、この熱に起因してアンテナパターン又はアンテナパターンに直列接続する導体パターンは切断される。アンテナパターン又は導体パターンが切断されれば、上記大電流は流れなくなり、発熱は停止される。または、アンテナパターン又は導体パターンの切断により、放電位置の電位差が無くなり、または低下し、放電が維持されず、アンテナパターンの発熱は停止される。いずれにせよ、基材が発火に至ることも無くなる。このようにして、無線通信デバイス又は無線通信デバイスが貼付された商品部分の融解や変形も防止される。
本発明によれば、食品などに付されて、食品加熱用の高周波電力を受ける状況でも、発火や燃焼を防止することのできる無線通信デバイスが得られる。
まず、本発明に係る無線通信デバイスにおける各種態様の構成について記載する。
本発明に係る第１の態様の無線通信デバイスは、通信信号を送受信するための無線通信デバイスであって、基材と、この基材に形成されたアンテナパターンと、このアンテナパターン又はこのアンテナパターンに直列接続する導体パターンに近接配置され、通信信号の周波数より高い周波数における損失がアンテナパターン及び前記基材に比べて高い高損失部材と、を備える。
上記のように構成された第１の態様の無線通信デバイスは、例えば電子レンジの庫内でマイクロ波の照射を受けると、上記高損失部材は特に発熱する。この熱に起因して、基材が局部的に変形してアンテナパターンに掛かる応力が増大する。また、高損失部材位置のアンテナパターン又は導体パターンが溶断又は昇華する。これらのことによってアンテナパターン又は導体パターンは切断される。アンテナパターン又は導体パターンが切断されれば、上記大電流は流れなくなり、発熱は停止される。または、アンテナパターン又は導体パターンが切断されることにより、放電位置の電位差が無くなり、または低下し、放電が維持されず、アンテナパターンの発熱は停止される。
つまり、本発明によれば、上記高損失部材を備えることによって、制御された、高効率で局所的な加熱が行われ、基材が発火に至る前にアンテナパターンによる発熱を停止することができる。そのため、無線通信デバイス又は無線通信デバイスが貼付された商品部分の融解や変形も防止される。
本発明に係る第２の態様の無線通信デバイスでは、前記高損失部材は、前記アンテナパターンの一部に接して配置される。この構成によれば、アンテナパターンの切断に要する熱がアンテナパターンの所定箇所に高効率で加わり、アンテナパターンが速やかに切断される。
本発明に係る第３の態様の無線通信デバイスでは、前記高損失部材は、前記アンテナパターン又は前記導体パターンが切断されることにより、電磁波加熱用マイクロ波の周波数での前記アンテナパターンの共振が維持されない、当該切断位置に形成される。この構成によれば、アンテナパターン又は前記導体パターンが高損失部材の位置で切断されると、アンテナパターンは電磁波加熱用マイクロ波帯の周波数での共振による発熱を直ちに停止するので、温度上昇が効果的に抑制される。
本発明に係る第４の態様の無線通信デバイスでは、前記高損失部材はチップフェライトビーズのフェライトであり、前記導体パターンは前記チップフェライトビーズに設けられた導体パターンである。この構成によれば、基材に対しての実装が容易であり、高損失部材を容易に設けることができる。
無線通信デバイスが付された商品を販売するコンビニエンスストアやスーパーマーケットでは、食品、日用雑貨品などの多種多様な商品が取り扱われる。近年、コンビニエンスストアに関して、購入した商品の会計、及び袋詰めを自動化する「無人コンビニエンスストア」の実用化に向けて、各種実験が行われている。
「無人コンビニエンスストア」における商品会計の自動化のために、無線通信デバイスである「ＲＦＩＤタグ」を全ての商品に付して対応することが考えられている。「無人コンビニエンスストア」においては、「ＲＦＩＤタグ」が付された商品を収容した買い物カゴが精算台に置かれると、「ＲＦＩＤタグ」からの情報が読み取られて商品代金が表示されるシステムである。購入者は、商品代金としての現金を現金投入口に投入するか、クレジットカードを差し込んで支払いを済ませて、自動的に買い物袋に詰められた商品を受け取ることにより、「無人コンビニエンスストア」における商品の購入を完了することができる。
以下、本発明に係る無線通信デバイスの具体的な例示としての実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。本発明に係る無線通信デバイスが付される商品としては、所謂「コンビニエンスストア」や「スーパーマーケット」などの販売店において取り扱われる全ての商品が対象である。
なお、以下の実施形態において説明する電磁波加熱装置としては、誘電加熱を行う所謂「電子レンジ」で説明するが、本発明おける電磁波加熱装置としては誘電加熱を行う機能を有する加熱装置が対象となる。また、以下の実施形態では、上記商品に付されるＲＦＩＤタグを無線通信デバイスの一例として説明する。
《第１の実施形態》
図１（Ａ）は、第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０１の平面図であり、図１（Ｂ）はアンテナパターンの一部が切断された後の状態を示すＲＦＩＤタグ１０１の平面図である。
図１（Ａ）は、第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０１の平面図であり、図１（Ｂ）はアンテナパターンの一部が切断された後の状態を示すＲＦＩＤタグ１０１の平面図である。
図１（Ａ）に示すように、ＲＦＩＤタグ１０１は、絶縁体又は誘電体の基材１と、この基材１に形成されたアンテナパターン２Ａ，２Ｂと、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに対して給電する給電回路９０とを備える。
本実施形態のＲＦＩＤタグ１０１は、UHF帯の通信信号の周波数（キャリア周波数）を含む高周波信号で無線通信（送受信）するよう構成されている。UHF帯とは、860MHzから960MHzの周波数帯域である。ここで、UHF帯の通信信号の周波数は本発明における「通信信号の周波数」の一例である。
給電回路９０は、例えば後に例示するＲＦＩＣ素子やＲＦＩＣパッケージ等である。本実施形態のＲＦＩＤタグ１０１において、基材１として、可撓性を有するフィルム材料又は難燃性のフィルム材料が用いられる。基材１の平面視での外形は矩形状である。また、基材１が難燃性ではない通常のフィルム材料の場合は、基材１の厚みを３８μｍ以下の薄さにしてもよい。これにより、基材１は、燃焼するまでに溶けて変形するので、基材形状を保てないようにすることができる。
基材１に難燃性フィルムを採用する場合、用いられる難燃性フィルム材料としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などの樹脂材料にハロゲン系難燃材料の添加や、難燃性コーティング材料を塗工したフィルムが用いられる。また、基材１の材料としては、耐熱性を有するＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂などの耐熱性、耐加水分解性、耐薬品性の面で高機能を有する樹脂材料を用いることも可能である。なお、基材１には必ずしも難燃性材料が必要なわけではなく、例えば紙材により構成することも可能である。
基材１の表面には、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが形成されている。また、基材１の表面に形成されたアンテナパターン２Ａ，２Ｂには給電回路９０が電気的に接続されている。
アンテナパターン２Ａ，２Ｂはアルミニウム箔や銅箔など導電率の高い金属材料である。なお、金属材料以外ではカーボン系の材料を用いてもよい。
図１（Ａ）に示すように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂは、給電回路９０から互いに反対方向にそれぞれ延伸されている。アンテナパターン２Ａ，２Ｂは、給電回路接続端ＦＥに給電回路９０が接続され、先端が開放端ＯＥである、ダイポール型の電界アンテナを構成するパターンである。
ＲＦＩＤタグ１０１は、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの所定の近接位置ＰＰに近接する、高損失部材１９を備える。本実施形態では、高損失部材１９は、平面視でアンテナパターン２Ａ，２Ｂに重なっている。つまり、高損失部材１９は厚み方向にアンテナパターン２Ａ，２Ｂに近接する。例えば、高損失部材１９の主成分は、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに比べて、ヒステリシス損又は渦電流損が大きなフェライトである。具体的には、溶媒にフェライト粉を分散させたフェライトペーストを基材１に印刷することによって高損失部材１９のパターンを形成する。または、微小な焼成フェライト板を基材１に接着することによって高損失部材１９を設ける。
ＲＦＩＤタグ１０１に電磁波加熱用マイクロ波が照射されると、高損失部材１９、アンテナパターン２Ａ，２Ｂ、及び基材１がそれぞれ加熱され昇温する。高損失部材１９の発熱効率は基材１やアンテナパターン２Ａ，２Ｂの発熱効率より高い。そのため、高損失部材１９は速やかに昇温し、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのうち高損失部材１９が重なる箇所が局部的に加熱される。また、基材１のうち高損失部材１９の形成箇所が局部的に加熱される。この熱に起因して、基材１が局部的に変形してアンテナパターン２Ａ，２Ｂに掛かる応力が増大する。または、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが溶断又は昇華する。これらのことによってアンテナパターン２Ａ，２Ｂは切断される。
図１（Ｂ）は、このようにしてアンテナパターン２Ａ，２Ｂが近接位置ＰＰで切断された後の状態を示している。
図１（Ｂ）に示したように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが、高損失部材１９の近接位置ＰＰで切断されると、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの実効長は短くなって、電磁波加熱用マイクロ波帯の周波数では共振しなくなり、電磁波加熱用マイクロ波の照射が続いても、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに、上記マイクロ波による共振電流が流れず、昇温は停止し、発火（燃焼）には至らない。
ここで、上記アンテナパターン２Ａ，２Ｂにおける、通信信号の周波数での共振モード及び電磁波加熱用マイクロ波の周波数での共振モードの例について、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）を基に例示する。図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）は、通信信号の周波数での共振モード又は電磁波加熱用マイクロ波の周波数での共振モードの例を電流分布及び電圧分布で示す図である。図２（Ａ）で示す共振モードは、共振周波数ｆｏにて、給電端から開放端までにおいて１／４波長で基本波共振する。図２（Ｂ）で示す共振モードは共振周波数２ｆｏにて、給電端から開放端までにおいて１／２波長で高調波共振する。図２（Ｃ）で示す共振モードは、共振周波数３ｆｏにて、給電端から開放端までにおいて３／４波長で高調波共振する。図２（Ｄ）で示す共振モードでは、共振周波数４ｆｏにて、給電端から開放端までにおいて１波長で高調波共振する。
アンテナパターン２Ａ，２Ｂによるダイポール型アンテナは、通信信号の周波数で、例えば図２（Ａ）に示した１／４波長で共振する。または、図２（Ｂ）に示した１／２波長で共振する。このダイポール型アンテナに、電磁波加熱用マイクロ波の周波数で、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）に示すような高次の共振モードが生じる条件であれば、その、マイクロ波の高電力によってアンテナパターン２Ａ，２Ｂに大電流が誘導され、発熱する。しかし、図１（Ｂ）に示したように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが、その途中位置で切断されることによって、アンテナパターン２Ａ，２Ｂは実質的に短くなって、電磁波加熱用マイクロ波帯の周波数では共振しなくなり、電磁波加熱用マイクロ波の照射が続いても、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに、上記マイクロ波による共振電流が流れず、昇温は停止し、発火（燃焼）には至らない。
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、基材１に対する高損失部材１９の形成位置の構造の例を示す部分断面図である。
図３（Ａ）に示す例では、基材１の上面にアンテナパターン２Ａが形成されていて、基材１の上面に、アンテナパターン２Ａの一部を覆うように、基材１上に高損失部材１９が形成されている。既に述べたとおり、高損失部材１９は、フェライトペーストの印刷後焼き付け、又は加熱乾燥によって形成される。また、高損失部材１９は、薄板状に成形されたフェライト板の張り付けによって形成される。
ＲＦＩＤタグ１０１に電磁波加熱用マイクロ波が照射されると、高損失部材１９、アンテナパターン２Ａ、及び基材１がそれぞれ加熱され昇温する。高損失部材１９の発熱効率は基材１やアンテナパターン２Ａ，２Ｂの発熱効率より高い。そのため、高損失部材１９は速やかに昇温し、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのうち高損失部材１９が重なる箇所が局部的に加熱される。また、基材１のうち高損失部材１９の形成箇所が局部的に加熱される。この熱に起因して、図３（Ｂ）に示すように、アンテナパターン２Ａは切断される。
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、基材１に対する高損失部材１９の形成位置の構造について別の例を示す部分断面図である。
図４（Ａ）に示す例では、基材１の上面に高損失部材１９が形成されていて、この高損失部材１９の上を通るように、基材１上にアンテナパターン２Ａが形成されている。高損失部材１９は、フェライトペーストの印刷後焼き付け、又は加熱乾燥によって形成される。また、高損失部材１９は、薄板状に成形されたフェライト板の張り付けによって形成される。この図４（Ａ）に示した構造であっても、ＲＦＩＤタグ１０１に電磁波加熱用マイクロ波が照射されることで高損失部材１９が速やかに昇温し、高損失部材１９の形成箇所が局部的に加熱される。この熱に起因して、アンテナパターン２Ａは切断される。
なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示した例では、アンテナパターン２Ａに関して示したが、アンテナパターン２Ｂに関しても同様である。
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、アンテナパターン及び高損失部材の形状が第１の実施形態で示した例とは異なるＲＦＩＤタグについて示す。
第２の実施形態では、アンテナパターン及び高損失部材の形状が第１の実施形態で示した例とは異なるＲＦＩＤタグについて示す。
図５（Ａ）は第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０２の平面図である。図５（Ｂ）は、後に示す高損失部材１９の形成前の基材１の平面図である。
図５（Ａ）に示すＲＦＩＤタグ１０２は、絶縁体又は誘電体の基材１と、この基材１に形成されたアンテナパターン２Ａ，２Ｂと、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに接続されたＲＦＩＣパッケージ３とを備える。そして、基材１上に複数の高損失部材１９が形成されている。
図５（Ａ）に示すように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂはミアンダライン状であり、ＲＦＩＣパッケージ３が実装される第１ランドパターン６ａから複数の折り返し部ＦＰを有して蛇行するミアンダライン状の第１アンテナパターン２Ａ、及びＲＦＩＣパッケージ３が実装される第２ランドパターン６ｂから複数の折り返し部分を有して蛇行するミアンダライン状の第２アンテナパターン２Ｂがそれぞれ延設されて構成されている。つまり、第１ランドパターン６ａからミアンダライン状の第１アンテナパターン２Ａが、基材１における長手方向の一方端に向かって（−Ｘ方向に）延設されている。また、第２ランドパターン６ｂからミアンダライン状の第２アンテナパターン２Ｂが、基材１における長手方向の他方端に向かって（＋Ｘ方向に）延設されている。
上記構成により、アンテナパターン２Ａ，２Ｂは、ダイポール型の電界アンテナとして作用する。
アンテナパターン２Ａ，２Ｂの折り返し部ＦＰとは、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの延びる方向が反転する箇所である。このアンテナパターン２Ａ，２Ｂの折り返し部ＦＰに高損失部材１９が形成されている。
ＲＦＩＤタグ１０２に電磁波加熱用マイクロ波が照射されると、高損失部材１９が速やかに昇温する。この高損失部材１９の熱に起因して、高損失部材１９の形成位置でアンテナパターン２Ａ，２Ｂが切断される。
このように構成されたＲＦＩＤタグ１０２によっても、第１の実施形態で示したＲＦＩＤタグ１０１と同様の作用効果を奏する。特に、本実施形態では、アンテナパターン２Ａ，２Ｂ毎に複数の高損失部材１９が形成されているので、仮に、幾つかの高損失部材１９の形成位置でアンテナパターン２Ａ，２Ｂが切断されなかったとしても、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのいずれかの位置で切断される確率が高い。
なお、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの折り返し部ＦＰで折り返されることによって、互いに対向する導体パターン（アンテナパターン２Ａ，２Ｂのうち、折り返し部ＦＰ以外の導体パターン）に高損失部材１９を形成してもよい。
図６は、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのランドパターン６（６ａ，６ｂ）上に実装されるＲＦＩＣパッケージ３の構成を示す分解斜視図である。図６に示すように、第１の実施形態におけるＲＦＩＣパッケージ３は、三層からなる多層基板で構成されている。具体的には、ＲＦＩＣパッケージ３の多層基板は、ポリイミド、液晶ポリマーなどの樹脂材料から作製されており、可撓性を有する三つの絶縁シート１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが積層されて構成されている。絶縁シート１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、平面視が略四角形状であり、本実施形態においては略長方形の形状を有している。図６に示すＲＦＩＣパッケージ３は、図５（Ａ）に示したＲＦＩＣパッケージ３を裏返して三層を分解した状態を示している。
図６に示すように、ＲＦＩＣパッケージ３は、三層の基板（絶縁シート１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）上において、ＲＦＩＣチップ９と、複数のインダクタンス素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに接続される外部接続端子１１（１１ａ，１１ｂ）と、が所望の位置に形成されている。
外部接続端子１１ａ，１１ｂは、最下層（アンテナパターン２Ａ，２Ｂに対向する基板）となる第１絶縁シート１２Ａに形成されており、アンテナパターン２Ａ，２Ｂのランドパターン６ａ，６ｂに対向する位置に形成されている。４つのインダクタンス素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、第２絶縁シート１２Ｂ及び第３絶縁シート１２Ｃに２つずつ分かれて形成されている。即ち、最上層（図６においては最も下に記載されている層）となる第３絶縁シート１２Ｃには第１インダクタンス素子１０Ａ及び第２インダクタンス素子１０Ｂが形成されており、中間層となる第２絶縁シート１２Ｂには第３インダクタンス素子１０Ｃ及び第４インダクタンス素子１０Ｄが形成されている。
本実施形態におけるＲＦＩＣパッケージ３においては、外部接続端子１１ａ，１１ｂ及び４つのインダクタンス素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、アルミニウム箔、銅箔などの導電材料により作製される導体パターンにより構成される。
図６に示すように、ＲＦＩＣチップ９は、最上層である第３絶縁シート１２Ｃ上に長手方向（図６におけるＸ方向）の中央部分に実装されている。ＲＦＩＣチップ９は、シリコンなどの半導体を素材とする半導体基板にＲＦ回路が形成された構造を有する。第３絶縁シート１２Ｃ上の長手方向の一方側（図６においては＋Ｘ方向の側）において渦巻き状に形成されている第１インダクタンス素子１０Ａは、ＲＦＩＣチップ９の一方の入出力端子９ａにランド１０Ａａを介して接続されている。第３絶縁シート１２Ｃ上の長手方向の他方側（図６においては−Ｘ方向の側）において渦巻き状に形成されている第２インダクタンス素子１０Ｂは、ＲＦＩＣチップ９の他方の入出力端子９ｂにランド１０Ｂａを介して接続されている。
中間層である第２絶縁シート１２Ｂ上の長手方向の一方側（図６においては＋Ｘ方向の側）には、渦巻き状の第３インダクタンス素子１０Ｃが形成されており、第２絶縁シート１２Ｂ上の長手方向の他方側（図６においては−Ｘ方向の側）には、渦巻き状の第４インダクタンス素子１０Ｄが形成されている。渦巻き状の第３インダクタンス素子１０Ｃの外周側の端部と、渦巻き状の第４インダクタンス素子１０Ｄの外周側の端部は直接接続されている。一方、第３インダクタンス素子１０Ｃの内周側の端部であるランド１０Ｃａは、第２絶縁シート１２Ｂを貫通するビア導体などの層間接続導体を介して、第３絶縁シート１２Ｃ上の渦巻き状の第１インダクタンス素子１０Ａの内周側の端部であるランド１０Ａｂに接続されている。また、第３インダクタンス素子１０Ｃの内周側の端部であるランド１０Ｃａは、最下層となる第１絶縁シート１２Ａを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体を介して、第１絶縁シート１２Ａ上の第１外部接続端子１１ａに接続されている。
第４インダクタンス素子１０Ｄの内周側の端部であるランド１０Ｄａは、第２絶縁シート１２Ｂを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体を介して、第３絶縁シート１２Ｃ上の渦巻き状の第２インダクタンス素子１０Ｂの内周側の端部であるランド１０Ｂｂに接続されている。また、第４インダクタンス素子１０Ｄの内周側の端部であるランド１０Ｄａは、最下層となる第１絶縁シート１２Ａを貫通するスルーホール導体などの層間接続導体を介して、第１絶縁シート１２Ａ上の第２外部接続端子１１ｂに接続されている。
第１絶縁シート１２Ａ上の第１外部接続端子１１ａは、基材１上に形成された第１アンテナパターン２Ａの第１ランドパターン６ａに接続されるよう配設されている。また、第１絶縁シート１２Ａ上の第２外部接続端子１１ｂは、基材１上に形成された第２アンテナパターン２Ｂの第２ランドパターン６ｂに接続されるよう配設されている。
また、中間層である第２絶縁シート１２Ｂには、第３絶縁シート１２Ｃ上に実装されたＲＦＩＣチップ９が収容される貫通孔１３が形成されている。ＲＦＩＣチップ９は、第１インダクタンス素子１０Ａと第２インダクタンス素子１０Ｂとの間、及び第３インダクタンス素子１０Ｃと第４インダクタンス素子１０Ｄとの間に配設されている。このため、ＲＦＩＣチップ９がシールドとして機能し、第１インダクタンス素子１０Ａと第２インダクタンス素子１０Ｂとの間における磁界結合及び電界結合が抑制され、同様に、第３インダクタンス素子１０Ｃと第４インダクタンス素子１０Ｄとの間における磁界結合及び電界結合が抑制される。その結果、ＲＦＩＣパッケージ３においては、通信信号の通過帯域が狭くなることが抑制されており、通過帯域を広いものとしている。
本実施形態では、ＲＦＩＣパッケージ３がアンテナパターン２Ａ，２Ｂ上に実装された形態を例示したが、ＲＦＩＣチップ９を直接アンテナパターン２Ａ，２Ｂ上に実装してもよい。また、このとき、ＲＦＩＣパッケージ３において複数のインダクタンス素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄとして構成されていたインダクタを、ループ状のパターンによって基材１上に構成してもよい。
図７は、ＲＦＩＤタグが付された商品の一例を示す図であり、ＲＦＩＤタグ１０２が付された弁当２０１の斜視図である。
このように、ＲＦＩＤタグ１０２が付された弁当２０１を電子レンジで加熱しても、ＲＦＩＤタグ１０２の発火、さらにはＲＦＩＤタグ１０２が付された弁当２０１のラッピングフィルムの融解や変形を防止できる。
なお、以上に示した例では、高損失部材１９が、平面視でアンテナパターン２Ａ，２Ｂに重なる、つまり、高損失部材１９がアンテナパターン２Ａ，２Ｂに対して厚み方向に近接する、構造のＲＦＩＤタグについて示した。本発明はこの構造に限るものではなく、高損失部材１９が、平面視でアンテナパターン２Ａ，２Ｂの近傍に配置されていてもよい。
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、第２の実施形態とは高損失部材の形状及び形成位置が異なるＲＦＩＤタグの例について示す。
第３の実施形態では、第２の実施形態とは高損失部材の形状及び形成位置が異なるＲＦＩＤタグの例について示す。
図８（Ａ）は第３の実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０３の平面図である。図８（Ｂ）は、後述するチップフェライトビーズ２０を実装する前の状態での基材１の平面図である。
図８（Ａ）に示すように、ＲＦＩＤタグ１０３は、絶縁体又は誘電体の基材１と、この基材１に形成されたアンテナパターン２Ａ，２Ｂと、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに接続されたＲＦＩＣパッケージ３とを備える。そして、基材１上の所定位置にチップフェライトビーズ２０が実装されている。図８（Ｂ）に示すように、チップフェライトビーズ２０の実装位置にはランドパターンＬＰが形成されている。このランドパターンＬＰにチップフェライトビーズ２０が接続される。つまり、アンテナパターン２Ａ，２Ｂに対してチップフェライトビーズ２０がそれぞれ直列に接続される。
上記チップフェライトビーズ２０は、電磁波加熱用マイクロ波を受けて損失によって内部のフェライトが発熱し、その発熱によって内部の導体パターンが断線する素子である。例えば、導電性ペーストによるコイルパターン及び層間接続導体が形成されたフェライトグリーンシートを積層し、一体化させて焼成することにより構成される。このチップフェライトビーズ２０がアンテナパターン２Ａ，２Ｂに直列接続されることで、チップフェライトビーズ２０内の導体パターンはアンテナパターン２Ａ，２Ｂに直列接続されることになる。また、チップフェライトビーズ２０内のフェライト部分が本発明の高損失部材に相当する。このチップフェライトビーズ２０が電磁波加熱用マイクロ波を受けると、チップフェライトビーズ２０のフェライト部分のヒステリシス損又は渦電流損によって発熱する。この熱によってチップフェライトビーズ２０内の導体パターンが断線する。
チップフェライトビーズ２０のフェライトによるヒステリシス損又は渦電流損は、周波数依存性があり、周波数が低い程、低損失である。したがって、通信信号の周波数帯が電磁波加熱用マイクロ波帯より低い周波数帯であれば、通信時にはチップフェライトビーズ２０での損失は小さい。
ＲＦＩＤタグ１０３が電磁波加熱用マイクロ波を受けると、チップフェライトビーズ２０内のフェライトは高効率で発熱し、導体パターンが断線する。チップフェライトビーズ２０の導体パターンが断線すると、アンテナパターン２Ａ，２Ｂは電磁波加熱用マイクロ波帯の周波数での共振による発熱を停止するので、温度上昇が効果的に抑制される。
特に、チップフェライトビーズ２０は、このチップフェライトビーズ２０の導体パターンの断線により、電磁波加熱用マイクロ波の周波数でのアンテナパターン２Ａ，２Ｂの共振が維持されない位置に接続されることが好ましい。つまり、電磁波加熱用マイクロ波の周波数での共振モードで電流密度の高い位置にチップフェライトビーズ２０を挿入することが好ましい。
アンテナパターン２Ａ，２Ｂが、電磁波加熱用マイクロ波の周波数で、例えば図２（Ｃ）に示した３／４波長共振するような条件であれば、図８（Ａ）に示したチップフェライトビーズ２０の挿入位置は、給電回路９０に近い位置であるので、３／４波長共振の電流密度の高い位置である。
一方、通信信号の周波数で、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが、例えば図２（Ｂ）に示した１／２波長共振するような条件であれば、チップフェライトビーズ２０の挿入位置（給電回路９０に近い位置）での電流密度は低いので、チップフェライトビーズ２０による通信信号の損失は低く抑制される。つまり、チップフェライトビーズ２０の上述の周波数依存性による低損失特性以外に、アンテナパターン２Ａ，２Ｂへの適切な挿入位置によっても、通信信号の損失は抑制される。
なお、本実施形態で示したように、高損失部材と電磁波加熱用マイクロ波の電力で断線する導体パターンを一体化した素子（例えば、チップフェライトビーズ２０）を、図１（Ａ）に示したように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの途中位置に挿入してもよい。また、図５（Ａ）に示したように、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの複数の位置に挿入してもよい。
以上、幾つかの実施形態で例示したように、電磁波加熱用マイクロ波を受けることで、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが、その途中位置で切断されることによって、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの発熱が抑制される。
なお、高損失部材１９は、第１アンテナパターン２Ａ、第２アンテナパターン２Ｂの一方にのみ設けてもよい。その場合でも、アンテナパターン２Ａ，２Ｂが上記高損失部材１９の近接位置ＰＰで切断すれば、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの実効長が短くなって、電磁波加熱用マイクロ波での共振が維持されず、アンテナパターン２Ａ，２Ｂの発熱が停止される。
また、図５（Ａ）、図５（Ａ）、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示した例では、第１アンテナパターン２Ａと第２アンテナパターン２Ｂの形状が、給電点（ＲＦＩＣパッケージ３の位置）を中心として線対称の関係にある例を示したが、二つのアンテナパターン２Ａ，２Ｂの形状の関係は、給電点を中心とする点対称であってもよい。さらには、非対称であってもよい。
以上のように、各実施形態において具体的な構成を用いて説明したように、これらの実施形態によれば、ＲＦＩＤタグが付された商品が電磁波加熱装置で加熱される場合において、ＲＦＩＤタグの発火、さらにはＲＦＩＤタグが付された商品における部材の融解や変形を防止できる。したがって、本発明は、食品、日用雑貨品などの多種多様な商品を取り扱うコンビニエンスストアなどの販売店において、購入した商品の会計、及び袋詰めを自動化するシステムを構築することが可能となり、「無人コンビニエンスストア」の実用化に向けて、大きく前進させることができる無線通信デバイスを提供するものである。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
本発明は、商品に付する無線通信デバイスとして汎用性が高く、有用なものであり、特に、「無人コンビニエンスストア」の実現においては必要な製品である。
ＦＥ…給電回路接続端
ＬＰ…ランドパターン
ＯＥ…開放端
ＰＰ…近接位置
１…基材
２Ａ…第１アンテナパターン
２Ｂ…第２アンテナパターン
３…ＲＦＩＣパッケージ
６…ランドパターン
６ａ…第１ランドパターン
６ｂ…第２ランドパターン
９…ＲＦＩＣチップ
９ａ，９ｂ…入出力端子
１０Ａ…第１インダクタンス素子
１０Ｂ…第２インダクタンス素子
１０Ｃ…第３インダクタンス素子
１０Ｄ…第４インダクタンス素子
１０Ａａ，１０Ａｂ，１０Ｂａ，１０Ｂｂ，１０Ｃａ，１０Ｄａ…ランド
１１…外部接続端子
１１ａ…第１外部接続端子
１１ｂ…第２外部接続端子
１２Ａ…第１絶縁シート
１２Ｂ…第２絶縁シート
１２Ｃ…第３絶縁シート
１３…貫通孔
１９…高損失部材
２０…チップフェライトビーズ
９０…給電回路
１０１，１０２，１０３…ＲＦＩＤタグ
２０１…弁当
ＬＰ…ランドパターン
ＯＥ…開放端
ＰＰ…近接位置
１…基材
２Ａ…第１アンテナパターン
２Ｂ…第２アンテナパターン
３…ＲＦＩＣパッケージ
６…ランドパターン
６ａ…第１ランドパターン
６ｂ…第２ランドパターン
９…ＲＦＩＣチップ
９ａ，９ｂ…入出力端子
１０Ａ…第１インダクタンス素子
１０Ｂ…第２インダクタンス素子
１０Ｃ…第３インダクタンス素子
１０Ｄ…第４インダクタンス素子
１０Ａａ，１０Ａｂ，１０Ｂａ，１０Ｂｂ，１０Ｃａ，１０Ｄａ…ランド
１１…外部接続端子
１１ａ…第１外部接続端子
１１ｂ…第２外部接続端子
１２Ａ…第１絶縁シート
１２Ｂ…第２絶縁シート
１２Ｃ…第３絶縁シート
１３…貫通孔
１９…高損失部材
２０…チップフェライトビーズ
９０…給電回路
１０１，１０２，１０３…ＲＦＩＤタグ
２０１…弁当
Claims (4)
- 通信信号を送受信するための無線通信デバイスであって、
基材と、
前記基材の面に沿って形成されたアンテナパターンと、
前記アンテナパターン又は前記アンテナパターンに直列接続する導体パターンに近接配置され、前記通信信号の周波数より高い周波数における損失が前記アンテナパターン及び前記基材に比べて高い高損失部材と、
を備えた無線通信デバイス。 - 前記高損失部材は、前記アンテナパターンの一部に接して配置される、
請求項１に記載の無線通信デバイス。 - 前記高損失部材は、前記アンテナパターン又は前記導体パターンが切断されることにより、電磁波加熱用マイクロ波の周波数での前記アンテナパターンの共振が維持されない、当該切断位置に配置される、
請求項２に記載の無線通信デバイス。 - 前記高損失部材はチップフェライトビーズのフェライトであり、前記導体パターンは前記チップフェライトビーズに設けられた導体パターンである、
請求項１から３のいずれかに記載の無線通信デバイス。
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