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JP5569648B2 - 無線ｉｃデバイス - Google Patents

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Description

本発明は、無線ＩＣデバイス、特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線ＩＣデバイスに関する。
近年、物品の情報管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグ（無線ＩＣデバイスとも称する）とを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。このＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、高周波信号の送受信を行うアンテナ（放射体）とを備え、管理対象となる種々の物品（あるいはその包装材）に貼着して使用される。
この種のＲＦＩＤタグとして、特許文献１，２には、金属物品の表面に貼り付けても動作する金属対応タグが記載されている。この金属対応タグは、直方体形状の誘電体素体にアンテナとなる金属パターンを巻き付けたものである。ところで、この種のＲＦＩＤタグを貼り付ける対象となる物品の表面は、様々な形状を有している。例えば、ガスボンベの表面などの湾曲面にも貼着可能であることが要求される。そして、金属対応タグはその保護も兼ねて可撓性を有する外装ケースに収容された状態で使用される。
しかし、たとえ誘電体素体が可撓性材料で形成されていても、これを湾曲させた際には、無線ＩＣチップに応力が集中して該チップがダメージを受けるおそれがある。
特開２００６−０５３８３３号公報 特開２００７−２７２２６４号公報
そこで、本発明の目的は、曲面に取り付けた場合であっても、曲面に応じた形状を保持しやすく、無線ＩＣ素子がダメージを受けることのない無線ＩＣデバイスを提供することにある。
本発明の一形態である無線ＩＣデバイスは、
可撓性を有する誘電体素体と、該誘電体素体の周囲に巻き付けた金属膜又は金属箔からなる放射体と、該放射体に搭載された無線ＩＣ素子と、を備え、
前記放射体は、前記誘電体素体に対して、前記無線ＩＣ素子を搭載している部分以外であって、接着されている部分と接着されていない部分とを有しており、
前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体に直接対向した状態で配置されており、かつ、前記放射体が前記無線ＩＣ素子を搭載している部分は接着されていないこと、
を特徴とする。

前記無線ＩＣデバイスにおいては、該無線ＩＣデバイスを湾曲した物品（金属体）の表面に取り付けた際、誘電体素体が強制的に湾曲して応力が発生した場合であっても、放射体は誘電体素体に対して無線ＩＣ素子を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体の湾曲による放射体の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子が直接受けることが抑制される。
本発明によれば、誘電体素体の湾曲による放射体の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子が直接受けることが抑制される、曲面に取り付けた場合であっても、曲面に応じた形状を保持しやすく、かつ、無線ＩＣ素子のダメージを未然に防止できる。
第１実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 前記無線ＩＣデバイスを構成する放射体と無線ＩＣ素子を示す平面図である。 無線ＩＣ素子を搭載した放射体を樹脂フィルムに取り付けた状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 第２実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 第３実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 第４実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 第５実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 第６実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 第７実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 第８実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 第９実施例である無線ＩＣデバイスを示す斜視図である。 第９実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。 無線ＩＣデバイスをガスボンベに貼着した状態を示す斜視図である。
以下、本発明に係る無線ＩＣデバイスの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施例、図１〜図３参照）
第１実施例である無線ＩＣデバイス１Ａは、ＵＨＦ帯の通信に用いられるものであり、図１に示すように、誘電体素体２１と、該誘電体素体２１の周囲であって長辺方向に巻き付けた放射体３０と、該放射体３０に搭載（電気あるいは電磁的に結合）された無線ＩＣ素子４０とを備えている。
誘電体素体２１は、フッ素系樹脂材、ウレタン系樹脂材などの誘電体（絶縁性、磁性体であってもよい）からなる長尺の直方体形状をなし、可撓性を有している。放射体３０は、可撓性を有する銅箔やアルミ箔などの金属材からなり、誘電体素体２１の幅寸法より若干狭い幅寸法を有し、誘電体素体２１の上面から両端面を経て下面にわたって設けられている。放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外であって、接着されている部分と接着されていない部分とを有している。具体的には、本第１実施例において、放射体３０は接着剤２２（両面テープなどであってもよい）を用いて誘電体素体２１の下面側でスポット的に接着されている。なお、図１において、放射体３０が誘電体素体２１に接着されていない部分は便宜上隙間を有するように描いている。他の図４〜図１０、図１２においても同様である。
図２に示すように、放射体３０の中央部分には、開口３１とスリット３２とが形成され、スリット３２の対向部分である給電部３２ａ，３２ｂに無線ＩＣ素子４０が実装（固着）されている。無線ＩＣ素子４０は、ＲＦ信号を処理するもので、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。無線ＩＣ素子４０と給電部３２ａ，３２ｂとの結合は電磁界結合あるいは半田バンプなどによる電気的な直接結合（ＤＣ接続）である。無線ＩＣ素子４０は放射体３０の裏面側に搭載されており、誘電体素体２１の上面に直接対向するように配置されている。なお、本実施例や以下に説明する実施例では、無線ＩＣ素子４０として、ＩＣチップタイプのものを用いているが、ＩＣチップと所定の共振周波数を有する共振回路を含んだ給電回路基板とで構成されていてもよい。
前記放射体３０は、図３に示すように、可撓性を有する樹脂フィルム３５上（即ち、フィルム３５の一方主面）にラミネートされたものであってもよい。この場合、放射体３０を内側にして樹脂フィルム３５を誘電体素体２１を巻き込むように素体２１に貼着される。放射体３０を樹脂フィルム３５にラミネートしておけば、組立て工程での取扱いが容易である。また、樹脂フィルム３５に導電性ペーストを塗布して、あるいは、導電性金属を薄膜形成して放射体３０を設けてもよい。
なお、本明細書において、放射体３０とは、金属箔単体で形成したもの、あるいは、可撓性を有するシート（紙などを含む）にラミネートしたものの両方を意味する。
ここで、無線ＩＣデバイス１Ａの通信作用について概略的に説明すると、無線ＩＣ素子４０から所定の高周波信号が給電部３２ａ，３２ｂに伝達されると、開口３１の周囲に電流が集中する。この電流集中部分が所定長さのループ状磁界電極として機能し、給電部３２ａ，３２ｂに対して所定の電位差を有することになる。そして、ループ状磁界電極の所定の電位差が放射体３０の上面部分に伝達され、下面部分との電位差により、上面部分がパッチアンテナとして動作する。
このように、給電部３２ａ，３２ｂから供給される信号の特性（例えば、広帯域な周波数特性）をそのまま放射体３０から外部に伝えることができる。放射体３０が外部からの高周波を受信した場合も同様に開口３１の周囲に電流が誘起され、給電部３２ａ，３２ｂから無線ＩＣ素子４０に電力が供給される。この場合、ループ状磁界電極は、無線ＩＣ素子４０と放射体３０とのインピーダンスのマッチングを図っている。
放射体３０単体からの電磁界放射は弱く短い距離でしか通信できない。無線ＩＣデバイス１Ａを金属体に貼着すると、放射体３０の下面部分が金属体と容量結合し、金属体からその表面方向に垂直な強い電磁界が放射され、離れた位置にあるリーダライタとの通信が可能になる。なお、放射体３０と金属体との間に形成される容量は無限大であってもよい。換言すれば、放射体３０の下面部分は金属体と直接電気的に導通してもよい。
ところで、無線ＩＣデバイス１Ａは物品の平面部分に貼着されるのであれば支障を生じないのであるが、図１３に示すように、ガスボンベ６０などの曲面部分に貼着される場合がある。このように、無線ＩＣデバイス１Ａを曲面に貼着すると、無線ＩＣデバイス１Ａは誘電体素体２１や放射体３０が可撓性を有するために長辺方向に沿って湾曲する。
誘電体素体２１や放射体３０に図１３に示すような湾曲を生じると、誘電体素体２１や放射体３０の上面部分が伸び、下面部分が収縮し、無線ＩＣ素子４０は誘電体素体２１の上面と放射体３０との間に挟着され、応力が集中することになる。本第１実施例では、放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体２１の湾曲による放射体３０の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子４０が直接受けることが抑制される。それゆえ、無線ＩＣデバイス１Ａは曲面に取り付けた場合であっても曲面に応じた形状を保持しやすく、かつ、無線ＩＣ素子４０のダメージを未然に防止できる。
（第２実施例、図４参照）
第２実施例である無線ＩＣデバイス１Ｂは、図４に示すように、放射体３０に搭載した無線ＩＣ素子４０を誘電体素体２１の上面に配置し、放射体３０は誘電体素体２１の両側面に接着剤２２を用いて接着されている。放射体３０のその他の部分は誘電体素体２１に接着されていない。他の構成は前記第１実施例と同様である。本無線ＩＣデバイス１Ｂにおいても、第１実施例と同様に、放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体２１の湾曲による放射体３０の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子４０が直接受けることが抑制される。
（第３実施例、図５参照）
第３実施例である無線ＩＣデバイス１Ｃは、図５に示すように、放射体３０に搭載した無線ＩＣ素子４０を誘電体素体２１の上面に配置し、放射体３０は誘電体素体２１の上面にスポット的に接着剤２２を用いて接着されている。放射体３０のその他の部分は誘電体素体２１に接着されていない。他の構成は前記第１実施例と同様である。本無線ＩＣデバイス１Ｃにおいても、第１実施例と同様に、放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体２１の湾曲による放射体３０の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子４０が直接受けることが抑制される。
（第４実施例、図６参照）
第４実施例である無線ＩＣデバイス１Ｄは、図６に示すように、放射体３０に搭載した無線ＩＣ素子４０を誘電体素体２１の上面に配置し、放射体３０は誘電体素体２１の上面のほぼ全面に接着剤２２を用いて接着されている。放射体３０のその他の部分は誘電体素体２１に接着されていない。他の構成は前記第１実施例と同様である。本無線ＩＣデバイス１Ｄにおいても、第１実施例と同様に、放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体２１の湾曲による放射体３０の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子４０が直接受けることが抑制される。
（第５実施例、図７参照）
第５実施例である無線ＩＣデバイス１Ｅは、図７に示すように、放射体３０に搭載した無線ＩＣ素子４０を誘電体素体２１の上面に配置し、放射体３０は誘電体素体２１の下面のほぼ全面に接着剤２２を用いて接着されている。放射体３０のその他の部分は誘電体素体２１に接着されていない。他の構成は前記第１実施例と同様である。本無線ＩＣデバイス１Ｅにおいても、第１実施例と同様に、放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体２１の湾曲による放射体３０の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子４０が直接受けることが抑制される。
（第６実施例、図８参照）
第６実施例である無線ＩＣデバイス１Ｆは、図８に示すように、放射体３０に搭載した無線ＩＣ素子４０を誘電体素体２１の上面に配置し、放射体３０は誘電体素体２１の下面のほぼ全面及び両側面にわたって接着剤２２を用いて接着されている。放射体３０のその他の部分は誘電体素体２１に接着されていない。他の構成は前記第１実施例と同様である。本無線ＩＣデバイス１Ｆにおいても、第１実施例と同様に、放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体２１の湾曲による放射体３０の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子４０が直接受けることが抑制される。
（第７実施例、図９参照）
第７実施例である無線ＩＣデバイス１Ｇは、図９に示すように、放射体３０に搭載した無線ＩＣ素子４０を誘電体素体２１の上面に配置し、放射体３０は誘電体素体２１の上面のほぼ全面及び両側面にわたって接着剤２２を用いて接着されている。放射体３０のその他の部分は誘電体素体２１に接着されていない。他の構成は前記第１実施例と同様である。本無線ＩＣデバイス１Ｇにおいても、第１実施例と同様に、放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体２１の湾曲による放射体３０の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子４０が直接受けることが抑制される。
（第８実施例、図１０参照）
第８実施例である無線ＩＣデバイス１Ｈは、図１０に示すように、放射体３０に搭載した無線ＩＣ素子４０を誘電体素体２１の上面に配置し、放射体３０は誘電体素体２１の上面及び下面のそれぞれのほぼ全面に接着剤２２を用いて接着されている。放射体３０のその他の部分は誘電体素体２１に接着されていない。他の構成は前記第１実施例と同様である。本無線ＩＣデバイス１Ｈにおいても、第１実施例と同様に、放射体３０は誘電体素体２１に対して無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外にも接着されていない部分を有しているため、誘電体素体２１の湾曲による放射体３０の伸び縮みで生じる応力を無線ＩＣ素子４０が直接受けることが抑制される。
（第９実施例、図１１及び図１２参照）
第９実施例である無線ＩＣデバイス１Ｉは、図１１及び図１２に示すように、誘電体素体２１、放射体３０及び無線ＩＣ素子４０を収容する絶縁性の外装ケース１０を備えている。放射体３０としては前記第１実施例のものを示しているが、他の第２〜第８実施例のものであってもよい。
外装ケース１０は、例えばエラストマ樹脂にて成形されており、平板状の基台部１１と、箱形状の被覆部１５とで構成されている。無線ＩＣ素子４０を搭載した放射体３０を巻き付けた誘電体素体２１を被覆部１５に収容した状態で、被覆部１５の周囲に形成したフランジ部１６を基台部１１の周縁部に溶着することにより一体化される。即ち、外装ケース１０は、可撓性を有する樹脂材料からなり、誘電体素体２１を収容するほぼ気密な収容部１２を有している。
また、本第９実施例においても、無線ＩＣ素子４０は誘電体素体２１の上面に搭載されている。そして、誘電体素体２１と外装ケース１０とは、外装ケース１０の基台部１１と誘電体素体２１の下面とが接着剤２３（両面テープであってもよい）で接着されている。なお、誘電体素体２１と外装ケース１０とは、無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外の部分で接着されていればよく、接着部分以外は僅かな空隙を有している。
本第９実施例においては、外装ケース１０の裏面を物品に貼着することになり、被貼着面が曲面であれば、外装ケース１０、誘電体素体２１及び放射体３０がそれぞれの可撓性によって湾曲することになる。誘電体素体２１や放射体３０が湾曲しても無線ＩＣ素子４０に応力の集中を緩和できることは前記それぞれの実施例と同様である。しかも、誘電体素体２１と外装ケース１０とは、無線ＩＣ素子４０を搭載している部分以外の部分で接着されており、他の部分は接着されておらず空隙を有しているため、外装ケース１０は容易に湾曲し、かつ、その湾曲によって誘電体素体２１に大きな応力が発生することが抑制される。
なお、本発明に係る無線ＩＣデバイスは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
特に、誘電体素体は、必ずしも直方体形状である必要はなく、またその材料に関しては、ゴムやエラストマ、エポキシなどの熱硬化性樹脂やポリイミドなどの熱可塑性樹脂であってもよい、あるいは、表面に凹部を形成することにより必要な可撓性を有するのであれば、ＬＴＣＣなどのセラミックであってもよく、多層に形成されてもよい。
また、放射体におけるＲＦ信号の伝搬や放射体と無線ＩＣ素子との信号の受渡しは前記実施例で説明した形態に限定することはなく、種々の伝搬形態、受渡し形態を採用でき、放射体の形状やサイズも任意である。さらに、無線ＩＣ素子は誘電体素体に設けた凹部に収容されていてもよい。
以上のように、本発明は、無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、曲面に取り付けた場合であっても、曲面に応じた形状を保持しやすく、無線ＩＣ素子のダメージを未然に防止できる点で優れている。
１Ａ〜１Ｉ…無線ＩＣデバイス
１０…外装ケース
２１…誘電体素体
２２…接着剤
３０…放射体
３５…樹脂フィルム
４０…無線ＩＣ素子

Claims (10)

  1. 可撓性を有する誘電体素体と、該誘電体素体の周囲に巻き付けた金属膜又は金属箔からなる放射体と、該放射体に搭載された無線ＩＣ素子と、を備え、
    前記放射体は、前記誘電体素体に対して、前記無線ＩＣ素子を搭載している部分以外であって、接着されている部分と接着されていない部分とを有しており、
    前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体に直接対向した状態で配置されており、かつ、前記放射体が前記無線ＩＣ素子を搭載している部分は接着されていないこと、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  2. 前記放射体は可撓性を有する絶縁性フィルムの一方主面に設けられていること、を特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
  3. 前記誘電体素体、前記放射体、前記無線ＩＣ素子を収容する絶縁性の外装ケースをさらに備えたこと、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線ＩＣデバイス。
  4. 前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体の上面に配置されており、
    前記誘電体素体と前記外装ケースとは、前記無線ＩＣ素子を搭載している部分以外の部分で接着されていること、
    を特徴とする請求項３に記載の無線ＩＣデバイス。
  5. 前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体の上面に配置されており、
    前記放射体が前記誘電体素体に接着されている部分は、該誘電体素体の下面であること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  6. 前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体の上面に配置されており、
    前記放射体が前記誘電体素体に接着されている部分は、該誘電体素体の側面であること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  7. 前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体の上面に配置されており、
    前記放射体が前記誘電体素体に接着されている部分は、該誘電体素体の上面であること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  8. 前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体の上面に配置されており、
    前記放射体が前記誘電体素体に接着されている部分は、該誘電体素体の側面と下面であること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  9. 前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体の上面に配置されており、
    前記放射体が前記誘電体素体に接着されている部分は、該誘電体素体の上面と下面であること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  10. 前記無線ＩＣ素子は前記誘電体素体の上面に配置されており、
    前記放射体が前記誘電体素体に接着されている部分は、該誘電体素体の上面と側面であること、
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
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