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無線ICタグを内包した結束バンド - 株式会社日立製作所
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発明の名称 無線ICタグを内包した結束バンド
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−8498(P2007−8498A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−189246(P2005−189246)
出願日 平成17年6月29日(2005.6.29)
代理人 【識別番号】100064414
【弁理士】
【氏名又は名称】磯野 道造
発明者 青木 昌隆 / 後田 孝一 / 小又 久 / 荒木 憲司 / 宇高 健司 / 宮尾 健 / 江幡 伸一
要約 課題
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。

解決手段
無線ICタグ6を内包した結束バンド1であって、この無線ICタグ6のアンテナ部7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6のアンテナ部7は、結束バンド1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6は、SOI構造を有する半導体により形成することができる。
特許請求の範囲
【請求項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、
前記無線ICタグは、前記結束バンドに内包されること、
を特徴とする無線ICタグを内包した結束バンド。
【請求項2】
前記アンテナ部は、前記無線ICタグが送受信する電波の波長を用いて、この電波の干渉条件に基づいて算出した所定の位置かつ/または被結束物への結束時に前記無線ICタグが動作保証温度以下となる条件で算出した所定の位置に付設されること、
を特徴とする請求項1に記載の無線ICタグを内包した結束バンド。
【請求項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2に記載の無線ICタグを内包した結束バンド。
【請求項4】
前記無線ICタグは、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、
を特徴とする請求項2に記載の無線ICタグを内包した結束バンド。
【請求項5】
前記蓋部は、前記結束バンドと異なる色を有すること、
を特徴とする請求項4に記載の無線ICタグを内包した結束バンド。
【請求項6】
前記アンテナ部は、前記結束バンドの結束時に、前記被結束物の外周をすべて囲むように付設されること、
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の無線ICタグを内包した結束バンド。
【請求項7】
前記結束バンドは、可撓性を有する耐熱樹脂により形成されること、
を特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の無線ICタグを内包した結束バンド。
【請求項8】
前記無線ICタグの前記回路部は、SOI(Silicon On Insulator)構造を有する半導体により形成されること、
を特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の無線ICタグを内包した結束バンド。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
【特許文献1】特開2003−12020号公報(段落0017、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
【発明の効果】
【0010】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
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。
【0012】
(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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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(Al23)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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
(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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】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2】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。
【図3】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。
【図4】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】
【0040】
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




 

 


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