JP4542472B2 - 無線ｉｃタグを内包した結束バンド - Google Patents

Description

本発明は、無線ＩＣ（Integrated Circuit）タグを内包した結束バンドに関する。

無線ＩＣタグとは、自身の識別コードなどの情報が記録され、情報処理機能および通信制御機能を有する集積回路と、アンテナとから主に構成され、電波を使って外部装置であるリーダライタとの間で、無線通信により情報の送受信をおこなうように構成された装置である。この無線ＩＣタグは、非接触で情報の読み書きが可能であり、汚れに強く、また金属以外の障害物の影響を受けにくいという特徴から、バーコードに代わる物品の識別・管理手段として注目され、様々な形状や種類が開発されている。特に電池を搭載せずに受信した電波から電力を得るタイプの無線ＩＣタグは、小型化と低コスト化とを実現できることから注目されている。

このような無線ＩＣタグを、識別・管理対象となる物品に添付する場合、接着剤を用いて、無線ＩＣタグをこの物品に直接貼付する方法や、無線ＩＣタグが取り付けられた荷札状や紐状などの形態を有する専用のタグを別途作成して、物品に結束して添付する方法が主に用いられている。例えば、特許文献１には、結束用バンドに所定間隔で扁平小片状の無線ＩＣタグを取り付けたＩＣタグ付結束用バンドが開示されている。

特開２００３−１２０２０号公報（段落００１７、図１）

しかしながら、特許文献１に記載されたＩＣタグ付き結束用バンドは、使用条件によっては、無線ＩＣタグが誤動作または破損したり、通信性能が低下するという問題が生じる。
現在、開発されている一般的な無線ＩＣタグの動作保証温度は、０℃〜５０℃程度の常温域であり、例えば、高温の流体が流通するパイプなどに、ＩＣタグ付き結束用バンドを結束すると、動作保証温度を超えてしまい、無線ＩＣタグが誤動作または破損するおそれがある。
また、金属製の被結束物に、例えば、マイクロ波方式のＩＣタグ付き結束用バンドを結束した場合、この被結束物の表面で反射される電波と無線ＩＣタグから放出される電波とが干渉して、通信性能が低下してしまうことがある。

また、例えば、無線ＩＣタグの通信距離を越える直径を有する球形状または筒形状を有する被結束物に、ＩＣタグ付き結束用バンドを結束した場合、外部装置に対して、無線ＩＣタグがこの被結束物の陰になると、通信性能が著しく低下する。さらに、無線ＩＣタグが、放射線に曝露される環境下では、放射線の照射により、無線ＩＣタグの半導体部品に発生する漏れ電流によって無線ＩＣタグが誤動作または損傷するおそれがある。

したがって、前記のような過酷な使用条件が重なる場所、例えば、プラント内では、特許文献１に記載されたＩＣタグ付結束用バンドを用いることは非常に困難であった。

したがって、本発明の課題は、過酷な使用条件下であっても、外部装置と通信できる無線ＩＣタグを内包した結束バンドを提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明は、無線ＩＣタグを内包した結束バンドであって、無線ＩＣタグのアンテナ部が、電波の干渉条件に基づいて算出した所定の位置かつ／または結束時に無線ＩＣタグが動作保証温度以下となる条件で算出した位置に付設される無線ＩＣタグを内包した結束バンドを提供する。また、この無線ＩＣタグのアンテナ部は、結束バンドの結束時に、被結束物の外周をすべて囲むように付設することができる。さらに、この無線ＩＣタグは、ＳＯＩ構造を有する半導体により形成することができる。

本発明に係る無線ＩＣタグを内包した結束バンドによると、プラント内などの過酷な使用条件下であっても、無線ＩＣタグを正常に動作させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付した図面を参照しつつ、詳細に説明する。

（第１実施形態例）
図１は、本発明の第１実施形態例による無線ＩＣタグを内包した結束バンド（以下、単に結束バンドとする）の外観を示す図面であり、図１（ａ）は、結束バンドを上面から見たときの部分断面図、図１（ｂ）は結束バンドの側面図である。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、結束バンド１は、無線ＩＣタグ６を内包して一体成形されたバンド部２と、矩形の筒状に形成された頭部３とから主に構成される。

この、結束バンド１は、使用される環境の温度条件や、雰囲気などに応じて、例えばポリエチレンや、ナイロンなどの一般的な可撓性材料や、ポリイミドやポリエーテルアミドなどの可撓性を有する耐熱性材料や、フッ素樹脂のような可撓性を有する耐食性材料などを適宜選択して形成することができる。

次に、結束バンド１を構成する各部位について説明する。
バンド部２は、無線ＩＣタグ６が内包される部分と、頭部３と反対側の端部に形成された係止部４とから構成され、この係止部４の上面には長手方向に向かって連続的に鋸歯状の係止歯５が設けられている。また、係止部４は、バンド部２のその他の部分よりも幅狭に形成されており、被結束物を結束した場合に、バンド部２の無線ＩＣタグ６が内包された部分が、頭部３のバンド挿入孔１０を通らない構造となっている。これは、結束バンド１で被結束物を結束した際に、余った係止部４を切断することが考えられ、このとき、誤って無線ＩＣタグ６のアンテナ部７を切断しないためである。

頭部３は、矩形の筒状に形成され、係止部４と反対側のバンド挿入孔１０から係止部４の先端部が挿入されて、係止部４側のバンド挿入孔１０から引き出すことで、被結束物を結束して係止する機能を有している。
この頭部３のバンド挿入孔１０の内面上部には、係止部４側に向ってＬ字状に延びて、可撓性を有する係止片９を備え、この係止片９は、係止部４の上面に設けられた係止歯５と係合して、係止部４を頭部３に係止する。このため、係止片９とバンド挿入孔１０の内底面との間隔は、バンド部２の厚さよりも薄く設定されている。

なお、バンド部２の係止部４と頭部３とは、特許請求の範囲の係止手段に相当している。また、係止部４および頭部３の形状およびその機構は、頭部３において、係止部４を係止できるものであれば、この実施形態例に限定せず適宜変更可である。

次に、結束バンド１のバンド部２に内包される無線ＩＣタグ６について説明する。
本実施形態例において、バンド部２に内包される無線ＩＣタグ６は、受信した外部からの電波を電力に変換して動作するタイプであり、図示しない外部装置と電波を送受信するアンテナ部７と、少なくともこの無線ＩＣタグ６に固有の識別情報が記憶され、外部装置との無線通信機能を有する回路部８とから構成される。

本実施形態例の結束バンド１は、被結束物の形状が予めわかっていることを前提として、被結束物の外周に対応させて結束バンド１の長さは決められており、バンド部２の長さは、係止部４を除いて被結束物を囲む長さに形成されており、無線ＩＣタグ６のアンテナ部７は、被結束物を囲むように内包されている。このとき、アンテナ部７として、図１に示したループアンテナを用いた場合には、アンテナ部７のコイルの全長が、使用する電波の波長の１０分の１以下とすることが望ましい。このようにアンテナ部７を構成することで、被結束物に結束された結束バンド１のすべての周方向から外部装置との通信が可能となる。

ここで、無線ＩＣタグ６が、放射線に曝露される使用条件下では、放射線により、漏れ電流が発生することで、ソフトエラーが発生して正常に動作しないことなどが考えられる。この場合、回路部８は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造を有する半導体で形成されることが望ましい。このＳＯＩ構造とは、シリカ（ＳｉＯ₂）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などからなる絶縁層上に、シリコン（Ｓｉ）層を形成した構造であり、このように形成されたＳＯＩ基板上に半導体部品の動作領域を形成することで、シリコン層下部からの漏れ電流が抑制され、無線ＩＣタグ６のソフトエラーの発生が抑制される。このとき、絶縁層の上下をシリコン層で挟んでＳＯＩ構造を形成した基板を用いることもでき、この場合、絶縁層下部のシリコン層を物理的な支持基板とし、絶縁層上部のシリコン層を１μｍ程度の厚さとすることで、消費電力を抑える効果も得られる。

また、本実施形態例において、無線ＩＣタグ６は、予め、エポキシ樹脂などで封止、または、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリ塩化ビニールなどの樹脂材料でラミネート加工されている。ここで、無線ＩＣタグ６を樹脂材料で封止またはラミネート加工することなく、回路部８およびアンテナ部７を、バンド部２に直接内包させて形成することも可能であるが、結束バンド１の形成時における熱からの無線ＩＣタグ６の保護、および、無線ＩＣタグ６の取り扱いの容易さから、無線ＩＣタグ６は樹脂材料で封止またはラミネート加工しておくことが望ましい。

なお、無線ＩＣタグ６には、その内部に電池を内蔵して、外部装置に電波を送信するタイプを用いることもできる。また、無線ＩＣタグ６には、その用途に応じて識別情報以外にも様々な情報を記憶しておくこともできる。

次に、図２は、本実施形態例の結束バンド１を用いて、被結束物の例である鋼管２０を結束した状態を示す図面である。ここで、図２（ａ）は、結束バンド１が鋼管２０を結束した状態の斜視図であり、図２（ｂ）は、結束バンド１が鋼管２０を結束した状態の側面図である。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように（適宜、図１参照のこと）、本実施形態例の結束バンド１は、バンド部２が底部を内側に丸めて被結束物である鋼管２０を囲んだ後、係止部４の先端部を、係止部４と反対側のバンド挿入孔１０から挿入する。そして、係止部４の先端部は、頭部３の係止片９の下部を通過して、反対側のバンド挿入孔１０から抜き出る。

図２に示すようにバンド挿入孔１０から抜き出された係止部４の先端部が、鋼管２０の周方向に引かれると、鋼管２０は結束バンド１により締め付けられて結束される。このとき、係止部４に設けられた係止歯５が、係止片９の可撓性により、係止部４の末端にラチェット式に係止されるため、結束バンド１は、鋼管２０を結束した状態で固定される。

次に、結束バンド１の底面つまり被結束物の表面とアンテナ部７との距離である厚さｔを決定する手順を説明する。

１）温度条件に基づく決定
無線ＩＣタグ６の動作保証温度は、予め決められており、一般に０℃〜５０℃程度である。したがって、結束バンド１を被結束物に結束した場合に、定常状態で、この動作保証温度を超えない厚さｔを有するように無線ＩＣタグ６を配置する必要がある。
このため、例えば、無線ＩＣタグ６の動作保証温度と、被結束物の表面温度と、結束バンド１が設置された場所の雰囲気の温度と、結束バンド１を形成する樹脂および無線ＩＣタグ６を囲む樹脂の物性値である熱伝導率と、予め決められた無線ＩＣタグ６を囲む樹脂または結束バンド１を形成する樹脂の厚さとに基づいて、フーリエの法則を用いて解析することにより無線ＩＣタグ６の温度が動作保証温度を超えない距離を決定し、この距離を最小値として厚さｔを決定することができる。

２）電波干渉条件に基づく決定
次に、無線ＩＣタグ６が、マイクロ波方式で通信を行うタイプであり、かつ、被結束物が金属製である場合、アンテナ部７から放出される電波と、被結束物の表面で反射される電波とが干渉して、無線ＩＣタグ６と外部装置との通信距離が短くなってしまうことがある。このため、アンテナ部７と、被結束物との距離を調節することで、無線ＩＣタグ６と外部装置との通信距離を伸ばすことができる。このとき、被結束物とアンテナ部７との距離が、アンテナ部７から放出される電波の波長の４分の１の場合に、通信距離が最大となる。

例えば、２．４５ＧＨｚ帯の電波を使う無線ＩＣタグ６であれば、その波長は約１２ｃｍであるので、アンテナ部７と被結束物の表面との距離が約３ｃｍになるように厚さｔを調節すると、その通信距離は最大となる。
したがって、マイクロ波方式で通信を行う無線ＩＣタグ６であれば、温度条件に基づいて求めた距離を最小値として、必要となる通信距離に応じて厚さｔを決定することができる。

なお、無線ＩＣタグ６が、電磁結合方式で通信を行うタイプであり、かつ、被結束物が金属製である場合、被結束物の表面に発生する渦電流により電波が打ち消されてしまい、外部装置との通信が困難になることが考えられるが、無線ＩＣタグ６のアンテナ部７とバンド部２との間に、例えばフェライトのような高透磁率材料で形成されるシートを間挿することで、金属製の被結束物の表面に発生する渦電流を抑制できる。このような高透磁率材料を用いることで、電磁結合方式で通信を行う無線ＩＣタグ６であれば、温度条件のみに基づいて厚さｔを決定することができる。

また、被結束物が金属製であり、定常状態において、被結束物の表面温度が、無線ＩＣタグ６の動作保証温度を超えない場合は、電波干渉条件のみに基づいて、厚さｔを決定することができ、さらに、被結束物が金属ではなく、定常状態において、被結束物の表面温度が、無線ＩＣタグ６の動作保証温度を超えない場合は、任意に厚さｔを決定することができる。

次に、図３は、本実施形態例の結束バンド１において、形状の異なる無線ＩＣタグ６ｂを用いた結束バンド１ｂを上面から見たときの部分断面図である。図３に示すように、この無線ＩＣタグ６ｂは、回路部８の左右にダイポールアンテナを形成するアンテナ部７ｂを有する。このように、無線ＩＣタグ（６，６ｂ）がさまざまに異なる場合であっても、アンテナ部（７，７ｂ）が被結束物を囲むように、バンド部２の係止部４以外の部分に内包し、前記の手順により厚さｔを決定することで、結束バンド（１，１ｂ）を形成することができる。
なお、このときアンテナ部７ｂの全長は、使用する電波の波長の約２分の１であることが望ましい。

以上、図１および図３に示した本実施形態例の結束バンド（１，１ｂ）によると、被結束物を囲む結束バンド１のすべての周方向から、外部装置との通信が可能となり、外部装置と無線ＩＣタグ（６，６ｂ）との通信を容易に行うことができる。また、無線ＩＣタグ（６，６ｂ）の動作保証温度を超える表面温度を有する被結束物であっても、所定の厚さｔを有する結束バンド（１，１ｂ）を形成することで、無線ＩＣタグ（６，６ｂ）を取り付けて使用することができる。
また、被結束物の表面が金属である場合でも、外部装置との通信が可能となり、無線ＩＣタグ（６，６ｂ）が樹脂材料により封止されているため、腐食性ガスの雰囲気下や、粉塵の多い雰囲気下でも無線ＩＣタグ（６，６ｂ）が損傷することがない。さらに、無線ＩＣタグ（６，６ｂ）が可撓性を有する樹脂により囲まれることで、無線ＩＣタグ（６，６ｂ）の耐衝撃性が向上する。

（第２実施形態例）
次に、本発明の第２実施形態例による無線ＩＣタグを内包した結束バンドについて説明する。以下の説明において、第１実施形態例の結束バンドと同様の構成要素には同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図４は、本発明の第２実施形態例による結束バンドの外観を示す図面であり、図４（ａ）は、結束バンドを上面から見たときの部分断面図、図４（ｂ）は結束バンドの側面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、本実施形態例の結束バンド１ｃは、第１実施形態例の結束バンド（１，１ｂ）と同様に、無線ＩＣタグ６が内包されるバンド部２と、矩形状筒体の頭部３とから主に構成される。

本実施形態例において、結束バンド１ｃの係止部４は、第１実施形態例の結束バンド（１，１ｂ）の係止部４と比べて長く形成されていることがわかる。これにより、必ずしも被結束物の外周全てをアンテナ部７が囲むことはないものの、さまざまな外形を有する被結束物を結束することができる。
また、本実施形態例の結束バンド１ｃにおいて、無線ＩＣタグ６は、樹脂材料で一体成形されてバンド部２の内部に封止されることなく、別途形成された板状の蓋部１２により、封止される。これにより、成形温度は無線ＩＣタグ６の動作保証温度を超えるものの、より高い耐熱性を有する耐熱樹脂材料を用いた結束バンド１ｃを形成することができる。

さらに、結束バンド１ｃの蓋部１２は、結束バンド１ｃのその他の部分と同様または異なる樹脂材料で形成することができ、バンド部２において無線ＩＣタグ６を囲むように形成された段部１１に、接着剤などにより固着することで、無線ＩＣタグ６を封止する。

なお、本実施形態例の結束バンド１ｃの結束時において、無線ＩＣタグ６のアンテナ部７が、被結束物の外周を囲まない場合も生じるため、結束バンド１ｃの形状から、目視により無線ＩＣタグ６の検知範囲を確認する必要がある。このため、蓋部１２は、結束バンド１ｃのその他の部分と異なる色を有することが望ましく、これにより、より正確に、目視にて無線ＩＣタグ６の検知範囲を確認することができる。

以上、説明した本実施形態例の結束バンド１ｃによると、第１実施形態例の結束バンド（１，１ｂ）に比べて係止部４の長さをより長くすることで、さまざまさ外周を有する被結束物を１種類の結束バンド１ｃで対応することができる。また、無線ＩＣタグ６の通信範囲を目視にて確認できるため、確実に外部装置と無線ＩＣタグ６とが通信できる。また、第１実施形態例の結束バンド（１，１ｂ）よりも成形温度の高い、より耐熱性の高い樹脂であっても無線ＩＣタグ６を内包させることができる。

以上、本発明の実施の形態を詳細に説明したが、前記した第１実施形態例および第２実施形態例の無線ＩＣタグ（６，６ｂ）を包含した結束バンド（１，１ｂ，１ｃ）は例示にすぎず、結束バンドの係止手段および無線ＩＣタグの形状は、前記した実施の形態に限定されるものではない。したがって、本発明は、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって定められる。

第１実施形態例による無線ＩＣタグを内包した結束バンドを示す図面であり、（ａ）はその正面部分断面図、（ｂ）はその側面図である。 図１に示した無線ＩＣタグを内包した結束バンドの結束状態を示す図面であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその側面から見た図面である。 異なる形状を有する無線ＩＣタグを内包した結束バンドの正面部分断面図である。 第２実施形態例による無線ＩＣタグを内包した結束バンドを示す図面であり、（ａ）はその正面部分断面図、（ｂ）はその側面図である。

符号の説明

１，１ｂ，１ｃ 結束バンド
６，６ｂ 無線ＩＣタグ
７，７ｂ アンテナ部
８ 回路部

Claims (3)

1. 外部との電波の送受信に使用するアンテナ部、および、少なくとも自身を識別する識別情報を記憶し、前記アンテナ部と接続されて所定の無線通信処理を実行する回路部を有する無線ＩＣタグと、
   自身の一端と他端とを係止する係止手段を備えた結束バンドとから構成され、
   前記アンテナ部は、
   前記アンテナ部が送受信する電波を反射する表面を有する被結束物を結束した状態において、
   前記被結束物の外周を囲むように、
   前記無線ＩＣタグが送受信する電波の波長を用いて、この電波が前記被結束物の表面に反射することによって生じる電波の干渉条件に基づいて算出した所定の距離を保持するように前記表面から離間する方向に配置されるように前記結束バンドに内包され、
   前記無線ＩＣタグは、樹脂材料で封止又はラミネート加工されてから、耐熱樹脂により熱成形がなされて前記結束バンドに内包して配置されること、
   を特徴とする無線ＩＣタグを内包した結束バンド。
2. 外部との電波の送受信に使用するアンテナ部、および、少なくとも自身を識別する識別情報を記憶し、前記アンテナ部と接続されて所定の無線通信処理を実行する回路部を有する無線ＩＣタグと、
   自身の一端と他端とを係止する係止手段を備えた結束バンドとから構成され、
   前記アンテナ部は、
   前記アンテナ部が送受信する電波を反射する表面を有する被結束物を結束した状態において、
   前記被結束物の外周を囲むように、
   前記無線ＩＣタグが送受信する電波の波長を用いて、この電波が前記被結束物の表面に反射することによって生じる電波の干渉条件に基づいて算出した所定の距離を保持するように前記表面から離間する方向に配置されるように前記結束バンドに内包され、
   前記無線ＩＣタグは、耐熱樹脂により生成された前記結束バンドに設けられた凹部に配置され、前記凹部の上部を蓋部により覆われて封止されること、
   を特徴とする無線ＩＣタグを内包した結束バンド。
3. 前記電波の干渉条件は、被結束物の表面と前記アンテナ部との距離が、前記無線ＩＣタグが送受信する電波の波長の４分の１となる条件であること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線ＩＣタグを内包した結束バンド。

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