JPWO2020090319A1 - Rfタグアンテナ、rfタグ、rfタグを備えたタイヤ、およびrfタグ内蔵タイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
しかも、特許文献1乃至3には、炭素粉末を含むタイヤにアンテナを取り付けることは記載されていない。
一局面に従うRFタグアンテナは、炭素粉末およびスチールワイヤを含むタイヤに取り付けて用いられるRFタグアンテナであって、RFタグアンテナは、グランド部と、グランド部に対して電位差を形成する電位差形成部と、を含み、電位差形成部およびグランド部は、絶縁体からなるスペーサを介して対向して配置され、RFタグアンテナのインダクタンスと、電位差形成部、グランド部、およびスペーサから構成されるコンデンサのキャパシタンスと、により受信する電波の周波数帯域で共振する共振回路が構成され、前記グランド部のみが前記スチールワイヤと電気的に導通しているものである。
しかしながら、本発明においては、電位差形成部とグランド部の間に高いインピーダンスを形成し、かつ、グランド部をタイヤのスチールワイヤに接続することにより、スチールワイヤおよび炭素粉末を含むタイヤをアンテナの一部として利用することができる。
さらに、RFタグアンテナのインダクタンスと、電位差形成部、グランド部、およびスペーサから構成されるコンデンサとにより受信する電波の周波数帯域で共振する共振回路が形成され、かつグランド部がスチールワイヤと導通しているため、炭素粉末を含むタイヤのばらつきによる共振周波数の変動を防止することができる。
そして、上記2つの効果により、一局面に従うRFタグアンテナでは、タイヤの外側からでもRFタグと通信可能となり、さらにタイヤを重ねても通信可能となる。
第2の発明にかかるRFタグアンテナは、一局面に従うRFタグアンテナにおいて、アンテナの構造が板状逆Fアンテナからなり、前記スペーサの側面に前記電位差形成部と前記グランド部とを電気的に導通する短絡部と、前記電位差形成部と前記グランド部とに給電する給電部と、が設けられていてもよい。
第3の発明にかかるRFタグアンテナは、第2の発明にかかるRFタグアンテナにおいて、電位差形成部、グランド部、短絡部、および給電部によりインダクタンスが構成される。
第4の発明にかかるRFタグアンテナは、一局面に従うRFタグアンテナにおいて、アンテナの構造が、逆Lアンテナ、パッチアンテナ、またはヘリカルアンテナである。
第5の発明にかかるRFタグアンテナは、一局面から第4の発明のいずれかにかかるRFタグアンテナにおいて、グランド部および電位差形成部は、連続した平板から形成される。
第6の発明にかかるRFタグアンテナは、一局面から第5の発明のいずれかにかかるRFタグアンテナにおいて、電位差形成部の側辺の長さの合計が、読取装置から送信された電波の波長をλとして、λ/4、λ/2、3λ/4、5λ/8のいずれかからなる。
第7の発明にかかる接続部材付きRFタグアンテナは、一局面から第6の発明のいずれかにかかるRFタグアンテナと導電性の接続部材とを備えた接続部材付きRFタグアンテナであって、RFタグアンテナのグランド部は、タイヤの内周面に密着して固定され、導電性の接続部材によってスチールワイヤとグランド部とが電気的に導通される。
第8の発明にかかる接続部材付きRFタグアンテナは、第7の発明にかかる接続部材付きRFタグアンテナにおいて、導電性の接続部材とグランド部との接続点が、グランド部側の給電部の近傍に配置される。
第9の局面にかかるRFタグアンテナは、一局面から第6の発明のいずれかにかかるRFタグアンテナと導電性の衝撃振動吸収部材とを備えた衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナであって、衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナのグランド部が衝撃振動吸収部材によりタイヤの内周面と離間して固定され、衝撃振動吸収部材によってグランド部とスチールワイヤが電気的に導通される。
第10の発明にかかるRFタグアンテナは、第9の発明にかかる衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナにおいて、衝撃振動吸収部材が、ステンレス、板バネ、燐青銅、炭素繊維、または導電性樹脂で形成される。
第11の発明にかかるRFタグは、一局面から第6の発明のいずれかにかかるRFタグアンテナと、RFタグアンテナに設けられたICチップと、を含む。
第12の発明にかかるRFタグは、第7の発明から第8の発明のいずれかにかかる接続部材付きRFタグアンテナと、接続部材付きRFタグアンテナに設けられたICチップと、を含む。
第13の発明にかかるRFタグは、第9の発明から第10の発明のいずれかにかかる衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナと、衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナに設けられたICチップと、を含む。
第14の発明にかかるタイヤは、第12または第13にかかる発明のRFタグを備えたタイヤである。
第15の発明にかかるRFタグ内蔵タイヤは、第11の発明にかかるRFタグを内蔵し、RFタグアンテナのグランド部は、タイヤ内部のスチールワイヤに直接固定され、RFタグは、RFタグ内蔵タイヤのスチールワイヤより内周面側に埋め込まれる。
第16の発明にかかるRFタグ内蔵タイヤは、第15の発明にかかるRFタグ内蔵タイヤにおいて、RFタグアンテナの少なくとも電位差形成部は、気泡材または低誘電率の絶縁体を用いたアンテナ保護用のレドーム内に配置され、前記RFタグ内蔵タイヤのゴムと直接接触しないように構成されている。
第17の発明にかかるRFタグ内蔵タイヤは、第16の発明にかかるRFタグ内蔵タイヤにおいて、RFタグアンテナの前記電位差形成部が、前記アンテナ保護用のレドームと所定の距離離れて配置され、直接接触しないように構成されている。
第1の実施形態に係るRFタグアンテナ10およびRFタグ100について図面を用いて説明する。
なお、本願において「同一形状」とは、厳密な意味での同一に限られるものではなく、アンテナの構造に起因して僅かな差異が生じる場合も「同一形状」に含むものとする。例えば、後述のICチップ80を電位差形成部20と同一平面上に設ける場合、ICチップ80を配置するために、図1に示すように、例えば四角形状の電位差形成部20の一部に凹部を設ける必要がある。
この場合、電位差形成部20とグランド部30との形状は厳密には同一ではない。しかし、電位差形成部20は、グランド部30と同様の四角形状であるので、電位差形成部20とグランド部30とは同一形状であるというものとする。
図1に示すように、給電部50および短絡部60は、電位差形成部20とグランド部30とに架け渡されるようにシート70上に互いに平行に設けられる部材である。
後ほど詳しく説明するように、片面に電位差形成部20、グランド部30、給電部50および短絡部60が形成された可撓性のシート70を、給電部50および短絡部60とともに屈曲させてスペーサ40に貼り付けることにより容易にRFタグアンテナ10を製造することができる。
また、電位差形成部20、短絡部60、グランド部30、および給電部50により形成されるインダクタンスと、電位差形成部20、グランド部30、およびスペーサ40により形成されるキャパシタンスにより共振回路を構成することができる。
図3は、本実施の第1の実施形態にかかるRFタグ100の一例を示す模式的断面図である。
本発明にかかるRFタグ100は、主にタイヤに取り付けられ、リーダライタと送受信を行うことができるものである。RFタグアンテナ10の内部にICチップ80が搭載される。RFタグアンテナ10のグランド部30がタイヤ920の内周面921に密着して固定され、グランド部30は導電性の接続部材90を介してタイヤ920のスチールワイヤ925と電気的に導通している。
図1から図3に記載の実施形態ではRFタグアンテナ10は板状逆Fアンテナを構成しているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、逆Lアンテナ、パッチアンテナ、ヘリカルアンテナも使用できる。
逆Lアンテナ、パッチアンテナ、およびヘリカルアンテナの場合の模式的断面図をそれぞれ、図4から図6に示す。
逆Lアンテナでは給電部が電位差形成部20およびグランド部30の端部にあり、電位差形成部20及びグランド部30は給電部を介して接続されている。パッチアンテナでは給電部が電位差形成部20およびグランド部30の中心付近に設けられ、電位差形成部20の面積はグランド部30の面積より小さい。また、ヘリカルアンテナでは電位差形成部20としてヘリカルコイルが用いられている。なお、図3から図6において、ICチップ80は給電点の位置を示している。
図7は、図6に記載のヘリカルアンテナのRFタグ100のヘリカルコイル(電位差形成部20)の部分に絶縁体のカバー25をかぶせた形態を示す模式的断面図である。
ヘリカルコイルの部分に絶縁体のカバー25をかぶせることにより、衝撃、振動に対する強度を高めることができる。なお、ヘリカルアンテナのRFタグ100では、ICチップ80をグランド部30に配置し、ICチップ80の給電出力をヘリカルコイルに接続している。
図3、および図4に示した、逆Fアンテナ、および逆Lアンテナでは、グランド部30に接続されたスチールワイヤ925から電波を吸収、または放射する要素を備えており、本願発明のようにグランド部30をスチールワイヤ925に接続することで、より送受信感度を向上させることができる。
また、図3、および図4に示した逆Fアンテナ、および逆Lアンテナでは、接続部材90とグランド部30との接続点をグランド部30と給電回路(ICチップ80)の接続点の近傍に配置することで、RFタグの送受信感度をより向上させることができる。
なお、図4から図7において、タイヤ920は簡便のため略長方形に描かれているが、実際の形状は図3のタイヤ920と同一である。
また、図13から図16はそれぞれ、図4から図7のタイヤ920を図3と同様に湾曲させた状態でのRFタグ100を示す模式的断面図であり、他は図4から図7と同一であるため、説明を省略する。
図3に示すように、グランド部30は、アルミニウムなど導電性金属の金属薄膜からなる。一般的に本実施の形態における薄膜は3μm以上35μm以下の厚みから形成される。樹脂フィルム上に金属薄膜からなるグランド部30を形成してもよい。グランド部30は、エッチングまたはパターン印刷等の手法によって形成される。グランド部30はタイヤ920のスチールワイヤ925と電気的に導通している。
電位差形成部20は、アルミニウムなど導電性金属の金属薄膜からなる。一般的に本実施の形態における薄膜は3μm以上35μm以下の厚みから形成される。樹脂フィルム上に金属薄膜からなる電位差形成部20を形成してもよい。
電位差形成部20は、エッチングまたはパターン印刷等の手法によって形成される。本実施の形態においては、グランド部30および電位差形成部20は、同一素材からなる。
つまり、グランド部30および電位差形成部20は、連続する金属薄膜を切断および/または加工することによって形成することができる。なお、グランド部30および電位差形成部20の素材は同一であってもよく、異なってもよい。
例えば、グランド部30を構成する金属素材と電位差形成部20を構成する金属素材とは異なっていてもよく、あるいはグランド部30を構成する金属素材と電位差形成部20を構成する金属素材は同一とし、かつそれらの厚みを異ならせ、またはそれらの表面処理を異ならせるようにしてもよい。
ICチップ80は、RFタグアンテナ10の電位差形成部20とグランド部30との間に配置されている。ICチップ80は、RFタグアンテナ10の板状アンテナが受信した電波に基づいて動作する。
具体的に本実施の形態にかかるICチップ80は、まず、読取装置から送信される搬送波の一部を整流して、ICチップ80自身が、動作するために必要な電源電圧を生成する。そして、ICチップ80は、生成した電源電圧によって、ICチップ80内の制御用の論理回路、商品の固有情報等が格納された不揮発性メモリを動作させる。
また、ICチップ80は、読取装置(リーダ)との間でデータの送受信を行うための通信回路等を動作させる。
なお、タイヤ920は回転して使用されるので、タイヤ920の内周面921の幅方向の中央部に取り付けられることが好ましい。RFタグ100のグランド部30は導電性の接続部材90によってタイヤ920のスチールワイヤ925と電気的に導通されている。さらに、タイヤ920は、通常横置きで、かつ積層して保管されるが、本発明にかかるRFタグ100は、電位差形成部20とグランド部30により共振回路が構成され、かつ、グランド部30をスチールタイヤ925と電気的に導通することでタイヤ920に含有されたスチールワイヤ925および炭素粉末(カーボンブラック)をアンテナとして利用することができるので、横置きでかつ積層して保管されている場合にも送受信を行うことができる。
図8に示す使用態様ではRFタグ100はタイヤ920の内周面921に直接貼着されているが、走行時の静穏性のために、内周面921の中央部にスポンジを取り付け、スポンジにRFタグ100を固定してもよい。
一般的なタイヤ920に使用されている硬質ゴムは炭素粉末を加えて加硫することで硬度を保っている。また、炭素粉末は、電波吸収体としても多く利用されることが知られている。
したがって、タイヤ920の内部は、スチールワイヤ925で覆われた電波シールドと、電波吸収体と、を含むものとなる。その結果、タイヤ920等のスチールワイヤ925および炭素粉末(カーボンブラック)を含むタイヤにおいては、RFタグ100の送受信が困難であることがわかる。したがって、RFタグ100をタイヤ920の内部に設置すると、タイヤ920に含まれるスチールワイヤ925および炭素粉末の影響によって、RFタグ100はタイヤ920の外部との通信が困難となる。
また、グランド部30をスチールワイヤ925に接続することで、スチールワイヤ925および炭素粉末(カーボンブラック)をアンテナとしてRFタグ100のICチップ80に電界として取り込むことができる。
そして、タイヤ920のスチールワイヤ925および炭素粉末をアンテナにすることができるため、タイヤ920の内側にRFタグ100を設置した場合でも、タイヤ920の外部と通信不良が生じにくくすることができる。さらに、コンデンサCを高インピーダンスにすることによって、タイヤごとに異なる炭素粉末のばらつきの影響を最小限に抑えることができる。
スペーサ40は、軽量で、かつ柔軟性な耐熱性部材から構成することが好ましい。例えば、発泡部材(発泡スチロール)等が好ましい。
本来は、スペーサ40の代わりに空気を用いることが最も好ましいが、電位差形成部20の所定の間隔維持および接触を防止するため、90容量%以上空気を有する発泡スチロールを利用することが好ましい。さらに好ましくは95容量%以上99容量%以下の空気を有する独立発泡の発泡スチロールである。
しかしながら、本発明においては、電位差形成部20とグランド部30で(LC)共振回路を構成し、かつ、グランド部30をタイヤ920等のスチールワイヤ925に接続することにより、スチールワイヤ925および炭素粉末を含むタイヤをアンテナの一部として利用することができる。
図9は、本実施の第2の実施形態にかかるRFタグ100の一例を示す模式的断面図である。
図9において、RFタグ100自体の構造は第1の実施形態と同一である。
ただし、第1の実施形態では、RFタグアンテナ10のグランド部30がタイヤ920の内周面921に密着して固定されているのに対して、第2の実施形態ではRFタグアンテナ10のグランド部30が導電性の衝撃振動吸収部材95によりタイヤ920の内周面921と離間して固定されている点で異なる。
また、第1の実施形態では、グランド部30とスチールワイヤ925が導電性の接続部材90によって電気的に導通されているのに対して、第2の実施形態ではグランド部30とスチールワイヤ925が導電性の衝撃振動吸収部材95によって電気的に導通されている点でも異なる。
なお、衝撃振動吸収部材は、ステンレス、板バネ、燐青銅、炭素繊維、または導電性樹脂で形成されることが望ましい。
また、第2の実施形態においても、逆Lアンテナ、逆Fアンテナ、パッチアンテナ、およびヘリカルアンテナを備えたRFタグ100を使用することができる。
なお、図17は逆Fアンテナを備えた、第2の実施形態にかかるRFタグ100の一例を示す模式的断面図である。
図10から図13は第3の実施形態におけるRFタグ100の一例を示す模式的断面図である。
第3の実施形態では、RFタグ100自体の構造は第1の実施形態と同一である。
ただし、RFタグ100はタイヤに内蔵されており、RFタグアンテナ10のグランド部30は直接RFタグ内蔵タイヤのスチールワイヤ925に密着して固定され、電気的にも導通している。したがって、RFタグ100には導電性の接続部材90は含まれていない。
図10から図13において、電位差形成部20からの送受信の際にスチールワイヤ925による電波シールドの影響を受けないよう、RFタグ100は、スチールワイヤ925よりRFタグ内蔵タイヤの内周面921側に配置されている。
また、図10から図13においては、タイヤに含まれる炭素粉末の影響を避けるため、RFタグアンテナ10の少なくとも電位差形成部20が、気泡材または低誘電率の絶縁体を用いたアンテナ保護用のレドーム923の内部に配置されている。
さらに、RFタグ100の送受信感度を向上させるためには、RFタグアンテナ10の電位差形成部20をレドーム923に直接接触しないよう配置することが望ましい。
なお、図10から図12において、タイヤ920は簡便のため略長方形に描かれているが、実際の形状は図3のタイヤ920と同一である。
また、図18から図20はそれぞれ、図10から図12のタイヤ920を図3と同様に湾曲させた状態でのRFタグ100を示す模式的断面図であり、他は図10から図12と同一であるため、説明を省略する。
そして、上記構成を備えることによって、通常は電波シールドとなるタイヤのスチールワイヤ925と、電波吸収体となるタイヤの炭素粉末をアンテナの一部として利用し、RFタグ100の送受信感度を向上させることができる。
さらに、アンテナは、ダイポールアンテナ、タブレットアンテナ、モノポールアンテナ等、各種のアンテナに適用することができる。
20 電位差形成部
30 グランド部
40 スペーサ
50 給電部
60 短絡部
80 ICチップ
90 接続部材
95 衝撃振動吸収部材
100 RFタグ
920 タイヤ
921 内周面
925 スチールワイヤ
930 直流抵抗
Claims (17)
- 炭素粉末およびスチールワイヤを含むタイヤに取り付けて用いられるRFタグアンテナであって、
前記RFタグアンテナは、
グランド部と、
前記グランド部に対して電位差を形成する電位差形成部と、を含み、
前記電位差形成部および前記グランド部は、絶縁体からなるスペーサを介して対向して配置され、
前記RFタグアンテナのインダクタンスと、前記電位差形成部、前記グランド部、および前記スペーサから構成されるコンデンサのキャパシタンスと、により受信する電波の周波数帯域で共振する共振回路が構成され、
前記グランド部のみが前記スチールワイヤと電気的に導通している、RFタグアンテナ。 - 前記RFタグアンテナは、板状逆Fアンテナからなり、
前記スペーサの側面に前記電位差形成部と前記グランド部とを電気的に導通する短絡部と、
前記電位差形成部と前記グランド部とに給電する給電部と、が設けられている、請求項1に記載のRFタグアンテナ。 - 前記RFタグアンテナのインダクタンスは、前記電位差形成部、前記グランド部、前記短絡部、および前記給電部により構成される、請求項2に記載のRFタグアンテナ。
- 前記RFタグアンテナは、逆Lアンテナ、パッチアンテナ、またはヘリカルアンテナである、請求項1に記載のRFタグアンテナ。
- 前記グランド部および前記電位差形成部は、それぞれ連続した平板から形成される、請求項1から4のいずれか1項に記載のRFタグアンテナ。
- 前記電位差形成部の側辺の長さの合計は、読取装置から送信された電波の波長をλとして、λ/4、λ/2、3λ/4、5λ/8のいずれかからなる、請求項1から5のいずれか1項に記載のRFタグアンテナ。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のRFタグアンテナと導電性の接続部材とを備えた接続部材付きRFタグアンテナであって、
前記RFタグアンテナの前記グランド部は、前記タイヤの内周面に密着して固定され、
前記導電性の接続部材によって前記スチールワイヤと前記グランド部とが電気的に導通される、接続部材付きRFタグアンテナ。 - 前記導電性の接続部材と前記グランド部との接続点が、前記グランド部側の給電部の近傍に配置された、請求項7に記載の接続部材付きRFタグアンテナ。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のRFタグアンテナと導電性の衝撃振動吸収部材とを備えた衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナであって、
前記RFタグアンテナの前記グランド部が前記衝撃振動吸収部材により前記タイヤの内周面と離間して固定され、
前記衝撃振動吸収部材によって前記グランド部と前記スチールワイヤとが電気的に導通される、衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナ。 - 前記衝撃振動吸収部材は、ステンレス、板バネ、燐青銅、炭素繊維、または導電性樹脂で形成される、請求項9に記載の衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナ。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のRFタグアンテナと、
前記RFタグアンテナに設けられたICチップと、を含むRFタグ。 - 請求項7または8に記載の接続部材付きRFタグアンテナと、
前記接続部材付きRFタグアンテナに設けられたICチップと、を含むRFタグ。 - 請求項9または10に記載の衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナと、
前記衝撃振動吸収部材付きRFタグアンテナに設けられたICチップと、を含むRFタグ。 - 請求項12または13に記載のRFタグを備えたタイヤ。
- 請求項11に記載のRFタグを内蔵する、RFタグ内蔵タイヤであって、
前記RFタグアンテナのグランド部は、タイヤ内部の前記スチールワイヤに直接固定され、
前記RFタグは、前記RFタグ内蔵タイヤの前記スチールワイヤより内周面側に埋め込まれた、RFタグ内蔵タイヤ。 - 前記RFタグアンテナの少なくとも前記電位差形成部は、気泡材または低誘電率の絶縁体を用いたアンテナ保護用のレドーム内に配置され、前記RFタグ内蔵タイヤのゴムと直接接触しないように構成されている、請求項15に記載のRFタグ内蔵タイヤ。
- 前記RFタグアンテナの前記電位差形成部は、前記アンテナ保護用のレドームと所定の距離離れて配置され、直接接触しないように構成されている、請求項16に記載のRFタグ内蔵タイヤ。
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