WO2022091440A1 - ゴム製品用ｒｆｉｄタグ及びゴム製品用ｒｆｉｄタグの製造方法 - Google Patents

ゴム製品用ｒｆｉｄタグ及びゴム製品用ｒｆｉｄタグの製造方法 Download PDF

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coil
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詩朗 杉村
達次 庭田
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an RFID tag for rubber products and an RFID tag for rubber products, which are compact and have excellent mass productivity and durability.
  • the RFID tag used in the RFID (Radio Frequency Identification) system contains an antenna and an RF chip, and the carrier received from the antenna of the reader / writer is received by the antenna, and the identification data recorded on the RF chip, etc. Is sent back to the reader / writer on the reflected wave, so that it can communicate in a non-contact manner.
  • an RFID tag By attaching or embedding an RFID tag in the tire of a vehicle such as an automobile, it is possible to manage the unique information of the tire and the history of tire manufacturing, distribution and maintenance. Of course, even if an RFID tag is attached or embedded in a rubber product other than a tire, it can be useful for managing the product.
  • the RFID tag built-in tire of Patent Document 1 is provided with a first antenna connected to an IC chip and a second antenna electromagnetically coupled to the first antenna, and the second antenna is made conductive.
  • a technique for electromagnetically coupling with a carcass ply cord is disclosed.
  • the second antenna has a pair of extension portions extending in the left-right direction from the electromagnetic field coupling portion, the left and right extension portions are pulled in the left-right direction around the electromagnetic field coupling portion when the tire is deformed. , May be damaged.
  • the RFID tag for a rubber product of the present invention includes a coupling transformer, an RF chip connected to the secondary side of the coupling transformer, a printed substrate on which the RF chip is mounted, and an antenna.
  • a coil portion, a first element extending from one end of the coil portion, and a second element shorter than the first element and extending in parallel with the first element from the other end of the coil portion are provided.
  • the number of windings of the coil portion is smaller than the number of windings on the secondary side of the coupling transformer, and the printed substrate is held in the gap between the strands of the coil portion so that the coil portion is coupled. It is characterized by constituting the primary side of the transformer. It is also characterized by being used for rubber products containing carbon black.
  • the coil portion, the first element and the second element are characterized by being composed of one conducting wire. Further, it is characterized in that the axis of the coil on the secondary side of the coupling transformer and the axis of the coil portion coincide with each other. Further, when the wavelength of the radio wave at the communication frequency is ⁇ , the electric length of the portion including the first element, the second element, and the coil portion is ⁇ / 4.
  • the method for manufacturing an RFID tag for a rubber product of the present invention includes a step of arranging a plurality of coils on the secondary side of a coupling transformer in the left-right direction on a printed circuit board and a plurality of the plurality of coils on the secondary side arranged in the left-right direction. It is characterized by including a step of providing openings on the front side and the rear side of the coil, and a step of making a notch between a plurality of coils on the secondary side arranged in the left-right direction. Further, a coil portion, a first element extending from one end of the coil portion, and a second element shorter than the first element and extending in parallel with the first element from the other end of the coil portion. A step of making the coil portion the primary side of the coupling transformer by inserting the coil on the secondary side into the gap between the strands of the coil portion using the opening on the front side. It is characterized by further providing.
  • the coupling transformer is configured by holding the printed circuit board in the gap of the coil portion. Therefore, it is possible to increase the mass productivity of RFID tags for rubber products. Further, in the present invention, since the first element and the second element that function as antennas extend in parallel, the RFID tag is less likely to be damaged and has excellent durability, and a smaller RFID tag can be obtained as compared with the conventional half-wavelength dipole antenna. .. Further, in the present invention, the number of windings of the coil portion on the primary side is made smaller than the number of windings of the coil on the secondary side to make the input on the primary side low impedance, and the secondary side is made high by the coupling transformer.
  • the efficiency of the coupling transformer can be improved by matching the axis of the coil on the secondary side of the coupling transformer with the axis of the coil portion. If the electrical length of the portion consisting of the first element, the second element, and the coil portion is set to ⁇ / 4, the length of the antenna can be shortened, and the RFID tag for rubber products can be further miniaturized.
  • the coil on the secondary side can be easily inserted into the gap between the coils by using the opening on the front side, so that the manufacturing efficiency can be improved.
  • a printed circuit board of a predetermined size can be easily obtained by utilizing the notch between the coils on the secondary side and the front and rear openings.
  • Plan view (a), bottom view (b), side view (c), deformation example (d) and deformation example (e) of the antenna A plan view (a) showing a state in which an RF chip and a coil on the secondary side are mounted on a printed circuit board, a plan view (b) showing a state in which the RF chip and a connection point are sealed, a bottom view (c), and a side view ( d) Plan view (a), bottom view (b) and side view (c) showing the state before inserting the printed circuit board into the gap of the coil part.
  • Equivalent circuit diagram of RFID tags for rubber products A vertical cross-sectional view showing a state in which both the front and back sides of an RFID tag for rubber products are covered with a rubber sheet. Vertical cross-sectional view showing the state where the RFID tag for rubber products is attached to the tire. Plan views (a) to (c) showing the manufacturing method of RFID tags for rubber products. Plan views (a) and (b) showing the manufacturing method of RFID tags for rubber products.
  • the RFID tag 1 for rubber products includes an RF chip 10, a printed circuit board 20, an antenna 30, and a coupling transformer 40.
  • the RFID tag 1 for rubber products may be simply referred to as "RFID tag 1".
  • the RF chip 10 is connected to the secondary side of the coupling transformer 40 described later. Although a commercially available product can be used as the RF chip 10, it is preferable to use one having resistance to a vulcanization temperature of about 120 ° C. As shown in FIG. 2A, the RF chip 10 is mounted on the surface of the printed circuit board 20 using an adhesive such as an epoxy-based die bond material. Further, a coil 41 on the secondary side of the coupling transformer 40 is formed on the surface of the printed circuit board 20. One of the two terminals of the coil 41 on the secondary side is connected to the terminal of the RF chip 10 by wire bonding. The other terminal of the coil 41 on the secondary side reaches the back surface of the printed circuit board 20 through the through hole 21 as shown in FIGS.
  • the number of turns of the coil 41 on the secondary side is about 4 (actually 3.96).
  • the coil 41 on the secondary side is not limited to a flat coil formed by vapor deposition or the like, and may be a coil made of a conducting wire.
  • FIG. 2 (b) it is preferable that the RF chip 10 and the connection portion are sealed with the insulating layer 27.
  • FIG. 2D the surface of the printed circuit board 20, that is, the surface of the RF chip 10 and the coil 41 on the secondary side is sealed with the insulating layer 23.
  • the back surface of the printed circuit board 20 is also sealed with the insulating layer 23.
  • an insulating resin such as an epoxy resin, an acrylic resin (a resin containing an acrylic resin and a derivative as a main component), and a urethane resin can be used.
  • the antenna 30 is provided to receive the carrier wave from the reader / writer and to send the reflected wave back to the reader / writer.
  • the antenna 30 includes a coil portion 31, a first element 32, and a second element 33.
  • a metal wire such as a copper wire, an iron wire, or a brass wire may be used.
  • the coil unit 31 functions as the primary side of the coupling transformer 40.
  • the number of windings of the coil portion 31 needs to be smaller than the number of windings on the secondary side.
  • the number of windings of the strands constituting the coil portion 31 is 1.5, and a gap 31a is formed between the strands.
  • the wires are naturally opened between the strands without applying an external force to the coil portion 31, and the opened portion may be a gap 31a, or the coil portion 31 may be used as shown in FIG. 1 (d).
  • the wires When no external force is applied to the coil, the wires are almost in close contact with each other, and by applying an external force in the vertical direction (axial direction) to the coil portion 31, the wires are elastically opened, and this open portion is formed. May be a gap 31a. It is preferable that the diameter of the coil portion 31 when viewed in a plan view is the same as or slightly larger than the outer diameter of the coil 41 on the secondary side.
  • the first element 32 is a member extending from one end of the coil portion 31.
  • the electrical length of the first element 32 is ⁇ / 4, ⁇ / 2, (3/4) ⁇ , (5/8) ⁇ .
  • the second element 33 is a member shorter than the first element 32 and extending in parallel with the first element 32 from the other end of the coil portion 31.
  • the first element 32 has a wavelength of about 0.185 ⁇
  • the second element 33 has a wavelength of about 0.046 ⁇
  • the total extension of the first element 32, the second element 33, and the coil portion 31 is about ⁇ / 4.
  • the coil portion 31, the first element 32, and the second element 33 are formed by bending one conducting wire. This facilitates the manufacture of the antenna 30 and enhances the reliability of the electrical connection between the coil portion 31, the first element 32 and the second element 33, but is not limited to this, and the ends of a plurality of conductors can be connected to each other. They may be joined to form the antenna 30. If the ends of the first element 32 and the second element 33 are folded back as shown in FIG. 1 (e), when the RFID tag 1 is attached to the rubber product, the ends of both elements 32 and 33 become the rubber product. It is possible to prevent the situation of being pierced or tearing the rubber product, and further preventing the situation where the RFID tag 1 is damaged.
  • the printed circuit board 20 is held by inserting the printed circuit board 20 into the gap 31a between the wires of the coil portion 31, and the coil portion 31 constitutes the primary side of the coupling transformer 40. become. It is preferable that the axis of the coil portion 31 and the axis of the coil 41 on the secondary side are aligned with each other. Since both the front and back surfaces of the printed circuit board 20 are sealed with the insulating layer 23, the coil portion 31 and the coil 41 on the secondary side are not electrically connected. Further, the portion between the wires of the coil portion 31 in the portion where the printed circuit board 20 is not inserted is naturally insulated in order to maintain the electric coil function.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram when RFID tag 1 is attached to a rubber product such as a tire.
  • the radio waves received by the first element 32 and the second element 33 are transmitted to the RF chip 10 via the coupling transformer 40. Specifically, a current in the inverted phase of the radio wave flows through the first element 32 and the second element 33, a current flows through the coil portion 31 on the primary side, and an AC voltage is induced in the coil 41 on the secondary side. Will be done.
  • the impedance of the RF chip 10 is about several k ⁇ to 10 k ⁇ , while the impedance between the first element 32 and the second element 33 is as small as about 100 ⁇ .
  • the small impedance between the first element 32 and the second element 33 is largely influenced by the resistance component such as carbon black contained in the rubber product in addition to the impedance of the antenna 30 itself.
  • Vulcanized rubber tires have a resistivity of several tens of k ⁇ ⁇ cm depending on the type. If the RFID tag 1 of the present invention is embedded in a vulcanized rubber tire and both terminals of the RF chip 10 are directly connected to the first element 32 and the second element 33, the received radio waves cannot be efficiently guided to the RF chip 10. ..
  • the impedance on the primary side of the coupling transformer 40 is Z / n 2 .
  • n is increased to make the input on the primary side low impedance, and the coupling transformer is used.
  • the secondary side is converted to high impedance and matched with the input impedance Z of the RF chip 10.
  • the impedance on the primary side for example, even when RFID tag 1 is used for a rubber product containing carbon black or the like, the influence of carbon black or the like can be suppressed.
  • the area of the coupling transformer 40 there are restrictions such as the area of the coupling transformer 40, and the ratio n of the number of windings on the secondary side and the primary side is the specifications of the RF chip 10 and rubber products. It is necessary to make appropriate adjustments depending on the material of the material and the content of carbon black, etc.
  • the antenna 30 of the RFID tag 1 operates in a similar manner to the monopole antenna 30 in which the second element 33 is the ground plane and the first element 32 is the antenna wire.
  • the ground plane is further strengthened by electrically connecting the second element 33 to the vulcanized rubber product.
  • two antenna elements having an electric length of ⁇ / 4 extend in the left-right direction from the printed circuit board on which the RF chip is mounted. In this configuration, if the rubber product is deformed and a force in the opposite direction is applied to each of the two antenna elements, the connection point between the antenna element and the printed circuit board may be damaged.
  • the connection point between the base of the first element 32 or the second element 33 and the printed circuit board 20 is damaged. It also has the advantage of being difficult and can be miniaturized.
  • both the front and back surfaces of the RFID tag 1 for rubber products may be covered with rubber sheets 50 and 51.
  • the RFID tag 1 is placed between the first rubber sheet 50 and the second rubber sheet 51, and the first rubber sheet 50 and the second rubber sheet 51 are crimped to be covered with rubber.
  • RFID tag 1 can be manufactured.
  • As the material of the rubber sheets 50 and 51 general natural rubber or various synthetic rubbers can be used, and further, an adhesive material such as a butyl rubber sheet may be used.
  • FIG. 7 shows a state in which the RFID tag 1 coated with rubber is attached to the inside of the tire 60 as an example of a rubber product.
  • the position where the RFID tag 1 is attached is not particularly limited.
  • the RFID tag 1 may be attached to the inside of the tire 60, or may be embedded in the rubber of the tire 60. Further, the RFID tag 1 not covered with rubber may be attached or embedded inside the tire 60.
  • the second element 33 is electrically connected to the tire 60, so that the tire 60 functions as the ground of the RFID tag 1. Therefore, the RFID tag 1 of the present invention can perform high-sensitivity communication even when attached to a rubber product such as a tire 60.
  • the connection between the second element 33 and the tire 60 may be a capacitive connection or a direct connection.
  • a method for manufacturing the RFID tag 1 for rubber products will be described.
  • a plurality of coils 41 on the secondary side of the coupling transformer 40 are arranged in the left-right direction on the printed circuit board 20 (step A).
  • openings 24 and 25 are provided on the front and rear sides of the plurality of coils 41 on the secondary side (step B). It is necessary to match the distance from the front opening 24 to the rear opening 25 with the length of the RFID tag 1 in the anteroposterior direction.
  • a notch 26 is made between the plurality of coils 41 on the secondary side (step C).
  • Steps A to C are in no particular order, and it is necessary to connect the RF chip 10 to the coil 41 on the secondary side at an appropriate timing, and after connecting the RF chip 10 to the coil 41 on the secondary side, the surface thereof. Is preferably covered with the insulating layer 27.
  • the coil 41 on the secondary side is inserted into the gap 31a between the strands of the coil portion 31 using the opening 24 on the front side.
  • the coil portion 31 functions as the primary side of the coupling transformer 40.
  • the first element 32 and the second element 33 are placed on the side edge portion 28 of the opening 24 on the front side, and the coil portion 31 is moved toward the coil 41 on the secondary side while sliding the surface of the side edge portion 28. Can be moved.
  • the first element 32 is placed on the side edge portion 28 with the coil 41 on the secondary side inserted in the gap 31a between the strands, there is no possibility that the antenna 30 will fall off from the printed circuit board 20. If necessary, the coil portion 31 and the printed circuit board 20 may be adhered to each other.
  • the printed circuit board 20 is cut at the notch 26 to complete the RFID tag 1 for rubber products.
  • the present invention is a method for manufacturing an RFID tag for rubber products and an RFID tag for rubber products, which are small in size and excellent in mass productivity and durability, and have industrial applicability.

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Abstract

小型で量産性及び耐久性に優れたゴム製品用RFIDタグ及びゴム製品用RFIDタグの製造方法を提供する。　本発明のゴム製品用RFIDタグ1は、結合トランス40と、結合トランスの2次側に接続されたRFチップ10と、RFチップが搭載されたプリント基板20と、アンテナ30とを備えており、アンテナはコイル部31と、コイル部の一方の端部からのびる第1エレメント32と、コイル部の他方の端部から第1エレメントよりも短く且つ第1エレメントと平行にのびる第2エレメント33とを備えており、コイル部の巻き線数が結合トランス40の2次側の巻き線数よりも少なく、コイル部の素線間の隙間でプリント基板20を保持することでコイル部が結合トランスの1次側を構成することを特徴とする。

Description

ゴム製品用ＲＦＩＤタグ及びゴム製品用ＲＦＩＤタグの製造方法
　本発明は、小型で量産性及び耐久性に優れたゴム製品用RFIDタグ及びゴム製品用ＲＦＩＤタグの製造方法に関する。
　RFID(Radio Frequency Identification)システムで使用するRFIDタグにはアンテナ及びRFチップが格納されており、リーダ・ライタのアンテナから送信された搬送波をアンテナで受信し、RFチップに記録されている識別データ等を反射波に乗せてリーダ・ライタへ返送することにより、非接触で交信する仕組みになっている。
　RFIDタグを例えば自動車等の車両のタイヤに貼り付けたり埋め込んだりすることでタイヤの固有情報の管理や、タイヤの製造、流通及びメンテナンス等の履歴を管理することができる。当然、タイヤ以外のゴム製品にRFIDタグを取り付けたり埋め込んだりした場合にも当該製品の管理に役立てることができる。
　特許文献1のRFIDタグ内蔵タイヤにはICチップに接続される第1のアンテナと、第1のアンテナに電磁界結合される第2のアンテナとを備えており、第2のアンテナを導電性のカーカスプライコードと電磁界結合させる技術が開示されている。
特開2017－132291号公報
　RFIDタグをタイヤに取り付ける場合には走行中のタイヤの変形によってRFIDタグが破損するという問題がある。また、タイヤに含まれるカーボンブラックの自由電子が電波を受けることでマイナスからプラスに電荷が移動し、これに伴い電流がプラスからマイナスに流れることでインピーダンスや比誘電率が変化するという問題がある。
　特許文献1では第1のアンテナと第2のアンテナとを電磁界結合させており、第2のアンテナの信号源インピーダンスが高いため、カーボンブラックの影響を受けてインピーダンスや比誘電率の変化の影響を受けやすいという問題がある。
　また、第2のアンテナが電磁界結合部から左右方向にのびる一対の延長部を備えているため、タイヤが変形した際に左右の延長部が電磁界結合部を中心にして左右方向に引張られ、破損するおそれがある。
　また、従来の半波長ダイポールアンテナを用いたRFIDタグはサイズが大きいという問題や、仮にアンテナの素子を折り曲げて小形化するメアンダラインアンテナを用いたとしてもカーボンブラックの影響で有効メアンダ長を定めることが困難という問題がある。
　このような問題はRFIDタグをタイヤ以外のゴム製品、特にカーボンブラック等のRFIDタグの通信性能に影響を及ぼす材料を含有するゴム製品に使用した場合にも生じ得る。
　本発明はこのような問題を考慮して小型で量産性及び耐久性に優れたゴム製品用RFIDタグ及びゴム製品用ＲＦＩＤタグの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明のゴム製品用RFIDタグは、結合トランスと、前記結合トランスの2次側に接続されたRFチップと、前記RFチップが搭載されたプリント基板と、アンテナとを備えており、前記アンテナはコイル部と、前記コイル部の一方の端部からのびる第1エレメントと、前記コイル部の他方の端部から前記第1エレメントよりも短く且つ前記第1エレメントと平行にのびる第2エレメントとを備えており、前記コイル部の巻き線数が前記結合トランスの2次側の巻き線数よりも少なく、前記コイル部の素線間の隙間で前記プリント基板を保持することで前記コイル部が前記結合トランスの1次側を構成することを特徴とする。
　また、カーボンブラックを含有するゴム製品用であることを特徴とする。
　また、前記プリント基板の表裏両面に絶縁層を備えることを特徴とする。
　また、前記コイル部、前記第1エレメント及び前記第2エレメントが一本の導線から成ることを特徴とする。
　また、前記結合トランスの2次側のコイルの軸心と、前記コイル部の軸心とが一致していることを特徴とする。
　また、通信周波数における電波の波長をλとしたとき、前記第１エレメントと前記第2エレメントと前記コイル部とからなる部分の電気長がλ/4であることを特徴とする。
　本発明のゴム製品用RFIDタグの製造方法は、プリント基板上に結合トランスの2次側のコイルを左右方向に複数個配置するステップと、左右方向に配置された複数個の前記2次側のコイルの前側と後側に開口を設けるステップと、左右方向に配置された複数個の前記2次側のコイルの間に切り込みを入れるステップとを備えることを特徴とする。
　また、コイル部と、前記コイル部の一方の端部からのびる第1エレメントと、前記コイル部の他方の端部から前記第1エレメントよりも短く且つ前記第1エレメントと平行にのびる第2エレメントとを備えるアンテナを用いて、前記前側の開口を利用して前記コイル部の素線間の隙間に前記2次側のコイルを挿入することで前記コイル部を前記結合トランスの1次側とするステップを更に備えることを特徴とする。
　本発明のゴム製品用RFIDタグではコイル部の隙間にプリント基板を保持することで結合トランスを構成する。したがってゴム製品用RFIDタグの量産性を高めることができる。
　また、本発明ではアンテナとして機能する第1エレメントと第2エレメントが平行にのびるのでRFIDタグが破損し難くなり耐久性に優れると共に従来の半波長ダイポールアンテナと比較して小型のRFIDタグを得られる。
　また、本発明では1次側となるコイル部の巻き線数を2次側のコイルの巻き線数よりも少なくすることで1次側の入力を低インピーダンスにし、結合トランスで2次側を高インピーダンスに変換してRFチップの入力インピーダンスと整合させる。1次側のインピーダンスを低くすることで、例えばRFIDタグをカーボンブラック等を含んだゴム製品に使用した場合でもカーボンブラック等による影響を抑えることができる。
　プリント基板の表裏両面に絶縁層を設けることでコイル部と2次側のコイルとが電気的に接続される事態を防止できる。
　コイル部、第1エレメント及び第2エレメントを一本の導線を屈曲させて成ることにすればアンテナの製造が容易になり、且つコイル部、第1エレメント及び第2エレメント相互の電気的接続の信頼性が高まる。
　結合トランスの2次側のコイルの軸心とコイル部の軸心とを一致させることで結合トランスの効率を高めることができる。
　第１エレメントと第2エレメントとコイル部とからなる部分の電気長をλ/4にすればアンテナの長さが最短になり、ゴム製品用RFIDタグを更に小型化できる。
　本発明のゴム製品用RFIDタグの製造方法によれば前側の開口を利用してコイルの隙間に2次側のコイルを容易に挿入できるので製造効率を高めることができる。
　また、2次側のコイル間の切り込みと前後の開口を利用して所定サイズのプリント基板を容易に得ることができる。
アンテナの平面図(a)、底面図(b)、側面図(c)、変形例(d)及び変形例(e) プリント基板にRFチップと2次側のコイルを搭載した状態を示す平面図(a)、RFチップ及び接続箇所を封止した状態を示す平面図(b)、底面図(c)及び側面図(d) コイル部の隙間にプリント基板を挿入する前の状態を示す平面図(a)、底面図(b)及び側面図(c) コイル部の隙間にプリント基板を挿入した後の状態を示す平面図(a)、底面図(b)及び側面図(c) ゴム製品用RFIDタグの等価回路図 ゴム製品用RFIDタグの表裏両面をゴムシートで被覆した状態を示す縦断面図 ゴム製品用RFIDタグをタイヤに取り付けた状態を示す縦断面図 ゴム製品用RFIDタグの製造方法を示す平面図(a)～(c) ゴム製品用RFIDタグの製造方法を示す平面図(a)及び(b)
　本発明のゴム製品用RFIDタグ1の実施の形態について図面を用いて説明する。
　図1～図4に示すようにゴム製品用RFIDタグ1はRFチップ10、プリント基板20、アンテナ30及び結合トランス40を備える。なお、以下の説明においてゴム製品用RFIDタグ1を単に「RFIDタグ1」と表記する場合がある。
　RFチップ10は後述する結合トランス40の2次側に接続される。RFチップ10としては市販品を使用することができるが、120℃程度の加硫温度に耐性を有するものを用いることが好ましい。
　図2(a)に示すようにプリント基板20の表面にエポキシ系ダイボンド材等の接着剤を用いてRFチップ10が搭載される。
　更にプリント基板20の表面に結合トランス40の2次側のコイル41が形成されている。2次側のコイル41の2つの端子のうち一方の端子はRFチップ10の端子にワイヤーボンディングにより接続されている。2次側のコイル41の他方の端子は図2(a)及び(c)に示すようにスルーホール21を介してプリント基板20の裏面に至り、更にスルーホール22を介してプリント基板20の表面に至り、RFチップ10の端子にワイヤーボンディングにより接続されている。本実施の形態では2次側のコイル41の巻き数は約4（実際には3.96）である。2次側のコイル41は蒸着等で形成される平面状のコイルに限られず、導線によるコイルでもよい。図2(b)に示すようにRFチップ10及び接続箇所は絶縁層27で封止しておくのが好ましい。
　図2(d)に示すようにプリント基板20の表面、すなわちRFチップ10と2次側のコイル41の表面は絶縁層23で封止される。また、プリント基板20の裏面も絶縁層23で封止される。絶縁層23としてはエポキシ樹脂、アクリル系樹脂（アクリル樹脂及び誘導体を主成分とした樹脂）、ウレタン樹脂等の絶縁性樹脂を使用することができる。
　アンテナ30はリーダ・ライタからの搬送波を受信し、また、反射波をリーダ・ライタに返信するために設けられる。
　アンテナ30はコイル部31、第1エレメント32及び第2エレメント33を備えている。アンテナ30の素線の素材としては銅線、鉄線、真鍮線等の金属線を使用すればよい。
　コイル部31は結合トランス40の1次側として機能する。コイル部31の巻き線数は2次側の巻き線数よりも少なくする必要がある。本実施の形態ではコイル部31を構成する素線の巻き線数は1.5であり、素線間に隙間31aが形成されている。なお、コイル部31に外力を付加していない状態で素線間が自然に開いており、この開いた箇所を隙間31aにしてもよいし、或いは図1(d)に示すようにコイル部31に外力を付加していない状態では素線間がほぼ密着しており、コイル部31に上下方向（軸心方向）の外力を付加することで素線間を弾性的に開き、この開いた箇所を隙間31aにしてもよい。平面視した場合のコイル部31の直径は2次側のコイル41の外径と同一又は僅かに大きいのが好ましい。
　第1エレメント32はコイル部31の一方の端部からのびる部材である。RFIDタグ1の通信周波数における電波の波長をλとしたとき、第1エレメント32の電気長をλ/4，λ/2，（3/4）λ，(5/8)λのいずれかにすると、第1エレメント32の共振周波数をRFIDタグ1の通信周波数λと一致させることができるので好ましい。
　第2エレメント33はコイル部31の他方の端部から第1エレメント32よりも短く且つ第1エレメント32と平行にのびる部材である。
　一例として、第1エレメント32を波長の約0.185λとし、第2エレメント33を波長の約0.046λ長とし、第1エレメント32、第2エレメント33及びコイル部31の総延長を約λ/4にすることにより、アンテナ30を概ね最短にすることができる。
　本実施の形態ではコイル部31、第1エレメント32及び第2エレメント33を一本の導線を屈曲させて形成している。これによりアンテナ30の製造が容易になり、且つコイル部31、第1エレメント32及び第2エレメント33相互の電気的接続の信頼性が高まるが、これに限らず複数本の導線の端部同士を接合してアンテナ30を形成してもよい。
　図1(e)に示すように第1エレメント32及び第2エレメント33の端部を折り返すことにすればRFIDタグ1をゴム製品に取り付けた場合、両エレメント32,33の端部がゴム製品に突き刺さったり、ゴム製品を切り裂いたりする事態を防止でき、更にRFIDタグ1が破損する事態を防止できる。
　図3及び図4に示すようにコイル部31の素線間の隙間31aにプリント基板20を挿入することでプリント基板20が保持され、コイル部31が結合トランス40の1次側を構成することになる。コイル部31の軸心と2次側のコイル41の軸心とを一致させるのが好ましい。プリント基板20の表裏両面は絶縁層23で封止されているので、コイル部31と2次側のコイル41とが電気的に接続されることがない。また、プリント基板20を挿入しない部分のコイル部31の素線間にあっては、電気的コイル機能を保持するために、当然絶縁されている。
　図5はRFIDタグ1をタイヤ等のゴム製品に取り付けた場合の等価回路図である。受信時には第1エレメント32と第2エレメント33で受信した電波が結合トランス40を介してRFチップ10に伝達される。具体的には第1エレメント32と第2エレメント33には電波の反転位相の電流が流れることとなり、1次側のコイル部31に電流が流れて、2次側のコイル41に交流電圧が誘起される。
　ここで、RFチップ10のインピーダンスが数ｋΩから10ｋΩ程度であるのに対して、第1エレメント32と第2エレメント33の間のインピーダンスは100Ω程度と小さい。第1エレメント32と第2エレメント33の間のインピーダンスが小さいのは、アンテナ30自体のインピーダンスに加えて、ゴム製品に含まれるカーボンブラック等の抵抗成分による影響が大きい。加硫ゴムタイヤは種類によっては数10ｋΩ・cm程度の抵抗率がある。仮に本発明のRFIDタグ1を加硫ゴムタイヤに埋め込み、RFチップ10の両端子を直接第1エレメント32と第2エレメント33に接続した場合、受信した電波を効率よくRFチップ10に導くことができない。
　そこで、本発明のRFIDタグ1では結合トランス40の2次側の巻き線数N2と1次側の巻き線数N1との比n(n=N2/N1)を調整している。具体的には、入力インピーダンスZのRFチップ10と、第1エレメント32及び第2エレメント33とを結合トランス40を介して接続した場合、結合トランス40の1次側のインピーダンスはZ/ｎ２となる。したがって、1次側となるコイル部31の巻き線数N1を2次側のコイル41の巻き線数N2よりも少なくすることでｎを大きくして1次側の入力を低インピーダンスにし、結合トランス40で2次側を高インピーダンスに変換してRFチップ10の入力インピーダンスZと整合させている。1次側のインピーダンスを低くすることで、例えばRFIDタグ1をカーボンブラック等を含んだゴム製品に使用した場合でもカーボンブラック等による影響を抑えることができる。
　ただし、2次側の巻き線数N2を大きくするには結合トランス40の面積などの制約があり、2次側と1次側との巻き線数の比ｎはRFチップ10の仕様、ゴム製品の材質やカーボンブラック等の含有量等によって適宜調整する必要がある。
　RFIDタグ1のアンテナ30は第2エレメント33をグランドプレーン、第1エレメント32をアンテナ線としたモノポールアンテナ30と類似した動作となる。RFIDタグ1を加硫ゴム製品に貼り付けたり埋め込んだりした場合には、第2エレメント33が加硫ゴム製品と電気的に接続することによりグランドプレーンがさらに強化されるという利点がある。
　また、従来のダイポールアンテナ形式のRFIDタグではRFチップを搭載したプリント基板から左右方向に電気長λ/4の2本のアンテナエレメントがのびている。この構成ではゴム製品が変形し、2本のアンテナエレメントにそれぞれ逆方向の力が加わった場合、アンテナエレメントとプリント基板との接続箇所が破損するおそれがある。これに対して本発明のRFIDタグ1では第1エレメント32と第2エレメント33が同一方向に平行にのびるので第1エレメント32又は第2エレメント33の基部とプリント基板20との接続箇所が破損しにくいという利点や小型化できるという利点もある。
　図6に示すようにゴム製品用RFIDタグ1の表裏両面をゴムシート50,51で被覆してもよい。具体的には、第1のゴムシート50と第2のゴムシート51との間にRFIDタグ1を配置し、第1のゴムシート50と第2のゴムシート51を圧着することでゴムで被覆したRFIDタグ1を製造できる。
　ゴムシート50,51の素材としては一般的な天然ゴムや各種合成ゴムを使用でき、更にブチルゴムシート等の粘着性を有する素材を使用してもよい。RFIDタグ1をゴムシート50,51で被覆することでゴム製品が変形した場合でもRFIDタグ1を構成する各部品が破損したり、部品相互の位置関係がずれたりする事態を防止でき、また、RFIDタグ1に防水性や防塵性を与えることができる。
　図7はゴムで被覆したRFIDタグ1をゴム製品の一例としてタイヤ60の内側に貼り付けた状態を示している。RFIDタグ1を貼り付ける位置は特に制限されない。RFIDタグ1をタイヤ60の内側に貼り付けてもよいし、タイヤ60のゴムに埋め込んでもよい。また、ゴムで被服していないRFIDタグ1をタイヤ60の内側に貼り付けたり埋め込んだりしてもよい。
　RFIDタグ1をタイヤ60に取り付けることによって、第2エレメント33がタイヤ60と電気的に接続され、その結果、タイヤ60がRFIDタグ1のグランドとして機能する。したがって、本発明のRFIDタグ1はタイヤ60等のゴム製品に取り付けた場合も高感度に通信を行うことができる。第2エレメント33とタイヤ60との接続は容量接続であってもよいし直接接続であってもよい。
　次に、ゴム製品用RFIDタグ1の製造方法を説明する。
　図8(a)に示すようにまずプリント基板20上に結合トランス40の2次側のコイル41を左右方向に複数個配置する(ステップA)。
　次に図8(b)に示すように複数個の2次側のコイル41の前側と後側に開口24，25を設ける(ステップB)。前側の開口24から後側の開口25までの距離をRFIDタグ1の前後方向の長さと一致させる必要がある。
　次に図8(c)に示すように複数個の2次側のコイル41の間に切り込み26を入れる(ステップC)。切り込み26を入れる間隔はRFIDタグ1の左右方向の長さと一致させる必要がある。
　ステップA～Cは順序不同であり、また、適当なタイミングで2次側のコイル41にRFチップ10を接続する必要があり、RFチップ10を2次側のコイル41に接続した後はその表面を絶縁層27で覆うのが好ましい。
　次に図9(a)に示すように前側の開口24を利用してコイル部31の素線間の隙間31aに2次側のコイル41を挿入する。これによりコイル部31が結合トランス40の1次側として機能する。このときに第1エレメント32及び第2エレメント33を前側の開口24の側縁部28に載せて、側縁部28の表面を摺動させながらコイル部31を2次側のコイル41の方に移動させることができる。また、素線間の隙間31aに2次側のコイル41を挿入した状態で第1エレメント32が側縁部28に載った状態になるのでアンテナ30がプリント基板20から脱落するおそれがない。必要に応じてコイル部31とプリント基板20を接着してもよい。
　最後に図9(b)に示すように切り込み26でプリント基板20を切断することでゴム製品用RFIDタグ1が完成する。
　本発明は、小型で量産性及び耐久性に優れたゴム製品用RFIDタグ及びゴム製品用RFIDタグの製造方法であり、産業上の利用可能性を有する。
1 ゴム製品用RFIDタグ
10 RFチップ
20 プリント基板
21 スルーホール
22 スルーホール
23 絶縁層
24 前側の開口
25 後側の開口
26 切り込み
27 絶縁層
28 側縁部
30 アンテナ
31 コイル部
31a 隙間
32 第1エレメント
33 第2エレメント
40 結合トランス
41 2次側のコイル
50 第1のゴムシート
51第2のゴムシート
60 タイヤ
 

Claims (8)

  1. 　結合トランスと、前記結合トランスの2次側に接続されたRFチップと、前記RFチップが搭載されたプリント基板と、アンテナとを備えており、
    　前記アンテナはコイル部と、前記コイル部の一方の端部からのびる第1エレメントと、前記コイル部の他方の端部から前記第1エレメントよりも短く且つ前記第1エレメントと平行にのびる第2エレメントとを備えており、
    　前記コイル部の巻き線数が前記結合トランスの2次側の巻き線数よりも少なく、
    　前記コイル部の素線間の隙間で前記プリント基板を保持することで前記コイル部が前記結合トランスの1次側を構成することを特徴とするゴム製品用RFIDタグ。
     
  2. 　カーボンブラックを含有するゴム製品用であることを特徴とする請求項1に記載のゴム製品用RFIDタグ。
     
  3. 　前記プリント基板の表裏両面に絶縁層を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のゴム製品用RFIDタグ。
     
  4. 　前記コイル部、前記第1エレメント及び前記第2エレメントが一本の導線から成ることを特徴とする請求項1～3のいずれか1項に記載のゴム製品用RFIDタグ。
     
  5. 　前記結合トランスの2次側のコイルの軸心と、前記コイル部の軸心とが一致していることを特徴とする請求項1～4のいずれか一項に記載のゴム製品用RFIDタグ。
     
  6. 　通信周波数における電波の波長をλとしたとき、前記第１エレメントと前記第2エレメントと前記コイル部とからなる部分の電気長がλ/4であることを特徴とする請求項1～5のいずれか一項に記載のゴム製品用RFIDタグ。
     
  7. 　プリント基板上に結合トランスの2次側のコイルを左右方向に複数個配置するステップと、
    　左右方向に配置された複数個の前記2次側のコイルの前側と後側に開口を設けるステップと、
    　左右方向に配置された複数個の前記2次側のコイルの間に切り込みを入れるステップとを備えることを特徴とするゴム製品用RFIDタグの製造方法。
     
  8. 　コイル部と、前記コイル部の一方の端部からのびる第1エレメントと、前記コイル部の他方の端部から前記第1エレメントよりも短く且つ前記第1エレメントと平行にのびる第2エレメントとを備えるアンテナを用いて、前記前側の開口を利用して前記コイル部の素線間の隙間に前記2次側のコイルを挿入することで前記コイル部を前記結合トランスの1次側とするステップを更に備えることを特徴とする請求項7に記載のゴム製品用RFIDタグの製造方法。
     
     
     
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