JP7574665B2 - アンテナおよび非接触型データ受送信体 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナおよび非接触型データ受送信体に関する。

流通管理などを目的として、ＲＦＩＤタグなどの非接触型データ受送信体が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。非接触型データ受送信体は、例えば、基材と、メアンダ形状の放射素子を有するアンテナとを備える。非接触型データ受送信体は、管理対象となる物品に設置される。

特許第４８１３３４４号公報

前述のアンテナでは、例えば、非接触型データ受送信体が設置された物品に変形が生じると、放射素子に外力が加えられる可能性がある。そのため、外力が加えられた場合でも放射素子の破損を抑えることが求められている。

本発明の一態様は、外力が加えられた場合でも放射素子の破損が起こりにくいアンテナおよび非接触型データ受送信体を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、放射素子を有するアンテナであって、前記放射素子は、主方向に間隔をおいて並んで配置され、前記主方向に交差して延在する複数の主延在部と、複数の前記主延在部のうち隣り合う前記主延在部の一端どうしおよび他端どうしを交互に接続する複数の折返し部と、により蛇行形状とされた線状体によって形成され、複数の前記折返し部のうち少なくとも１つは、前記線状体が１回以上巻回されたらせん状の巻回部を有するアンテナを提供する。

複数の前記折返し部のうち隣り合う前記折返し部は、前記巻回部の巻き方向が異なることが好ましい。

本発明の他の態様は、前記アンテナと、前記アンテナが設けられる基材と、前記基材に設けられたＩＣチップと、を備えた非接触型データ受送信体を提供する。

本発明の一態様によれば、放射素子の破損が起こりにくいアンテナおよび非接触型データ受送信体を提供することができる。

実施形態に係る非接触型データ受送信体の平面図である。 基材の平面図である。 第１実施形態に係るアンテナの放射素子の平面図である。 第１実施形態に係るアンテナの放射素子の一部の斜視図である。 第２実施形態に係るアンテナの放射素子の一部の平面図である。

［非接触型データ受送信体］
図１は、実施形態に係る非接触型データ受送信体１０の平面図である。図２は、基材１１の平面図である。
図１に示すように、非接触型データ受送信体１０は、基材１１と、第１実施形態に係るアンテナ１２と、ＩＣチップ１３と、を備える。

図２に示すように、基材１１は、矩形板状に形成されている。基材１１は、例えば、長方形状とされている。基材１１の一方の面を第１主面１１ａという。

以下の説明において、ＸＹ直交座標系を用いることがある。図２に示すように、Ｘ方向は第１主面１１ａの長手方向である。Ｘ方向は「主方向」の一例である。Ｙ方向は第１主面１１ａの短手方向である。Ｙ方向は第１主面１１ａに沿う面内においてＸ方向と直交する。Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向に直交する方向である。Ｚ方向から見ることを平面視という。Ｘ方向およびＹ方向に沿う平面をＸＹ平面という。

図２における右方はＸ方向の一方の向き（＋Ｘ方向）である。図２における左方は＋Ｘ方向とは反対の向き（－Ｘ方向）である。図２における上方はＹ方向の一方の向き（＋Ｙ方向）である。図２における下方は＋Ｙ方向とは反対の向き（－Ｙ方向）である。図２における紙面手前方向はＺ方向の一方の向き（＋Ｚ方向）である。図２における紙面奥方向は＋Ｚ方向とは反対の向き（－Ｚ方向）である。

基材１１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル樹脂からなる基材；ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン樹脂からなる基材；ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ４フッ化エチレンなどのポリフッ化エチレン系樹脂からなる基材；ナイロン６、ナイロン６，６などのポリアミド樹脂からなる基材；ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン－酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ビニロンなどのビニル重合体からなる基材；ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチルなどのアクリル系樹脂からなる基材；ポリスチレンからなる基材；ポリカーボネート（ＰＣ）からなる基材；ポリアリレートからなる基材；ポリイミドからなる基材；上質紙、薄葉紙、グラシン紙、硫酸紙などの紙からなる基材などが用いられる。

ＩＣチップ１３は、基材１１の第１主面１１ａに設けられている。ＩＣチップ１３は、第１主面１１ａのＸ方向のほぼ中央に位置する。ＩＣチップ１３は、特に限定されず、アンテナ１２を介して非接触で情報の書き込みおよび読み出しが可能であればよい。

［アンテナ］（第１実施形態）
図１に示すように、アンテナ１２は、マッチング回路１６と、放射素子１７，１８とを備える。
図２に示すように、マッチング回路１６は、ループ状の閉回路２０を有する。閉回路２０は、第１配線２１と、第２配線２２とを備える。マッチング回路１６は、パターン形状によってインピーダンスの調整が可能である。マッチング回路１６は「回路」の一例である。

第１配線２１は、第１経路２３と、第２経路２４とを備える。
第１経路２３の一端２３ａはＩＣチップ１３に電気的に接続されている。第１経路２３の他端２３ｂは第１接続箇所２５に電気的に接続されている。第２経路２４の一端２４ａはＩＣチップ１３に電気的に接続されている。第２経路２４の他端２４ｂは第２接続箇所２６に電気的に接続されている。

第１接続箇所２５は、ＩＣチップ１３に対して－Ｘ方向側に離れて位置する。第２接続箇所２６は、ＩＣチップ１３に対して＋Ｘ方向側に離れて位置する。第１接続箇所２５は、第１経路２３の他端２３ｂと第２配線２２の一端２２ａとを電気的に接続する。第２接続箇所２６は、第２経路２４の他端２４ｂと第２配線２２の他端２２ｂとを電気的に接続する。

第２配線２２の一端２２ａは第１接続箇所２５と電気的に接続されている。第２配線２２の他端２２ｂは第２接続箇所２６と電気的に接続されている。第２配線２２は、接続箇所２５，２６の一方（第１接続箇所２５）から他方（第２接続箇所２６）にかけて形成されている。

マッチング回路１６は、基材１１の第１主面１１ａに、ポリマー型導電インクを用いて、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの印刷法により形成することができる。マッチング回路１６は、導電性箔によって形成してもよい。マッチング回路１６は、金属メッキによって形成してもよい。

ポリマー型導電インクは、例えば、銀粉末、金粉末、白金粉末、アルミニウム粉末、パラジウム粉末、ロジウム粉末、カーボン粉末（カーボンブラック、カーボンナノチューブなど）などの導電微粒子と、樹脂組成物とを含む。樹脂組成物としては、例えば、熱硬化型、光硬化型、浸透乾燥型、溶剤揮発型などの樹脂組成物を使用できる。

マッチング回路１６をなす導電性箔としては、銅箔、銀箔、金箔、白金箔、アルミニウム箔などが挙げられる。マッチング回路１６をなす金属メッキとしては、銅メッキ、銀メッキ、金メッキ、白金メッキなどが挙げられる。

図１に示すように、放射素子１７，１８の平面視形状は、概略、メアンダ形状（蛇行形状）である。放射素子１７，１８のうち一方である第１放射素子１７は、第１接続箇所２５から蛇行しつつ－Ｘ方向に延出する。放射素子１７，１８のうち他方である第２放射素子１８は、第２接続箇所２６から蛇行しつつ＋Ｘ方向に延出する。

放射素子１７，１８は、線状体によって形成される。放射素子１７，１８は、例えば、スチール、ステンレス鋼、銅、銅合金などの金属で形成されている。放射素子１７，１８は、例えば、硬鋼線、銅合金線などで形成することが好ましい。
放射素子１７，１８を構成する線状体は、エナメル線などの絶縁被覆線材であってもよい。線状体として絶縁被覆線材を使用すれば、巻回部３３において線状体どうしの通電を抑えることができるため、インダクタ成分を生成することができる。

第１放射素子１７は、（ｉ）半田付け、（ｉｉ）ハトメまたはカシメ留め、（ｉｉｉ）超音波接合、などによって、第１接続箇所２５に電気的に接続するとともに、第１接続箇所２５に固定することができる。第２放射素子１８は、（ｉ）半田付け、（ｉｉ）ハトメまたはカシメ留め、（ｉｉｉ）超音波接合、などによって、第２接続箇所２６に電気的に接続するとともに、第２接続箇所２６に固定することができる。

以下、放射素子１７，１８の形状について詳しく説明する。
図３は、第１放射素子１７の平面図である。図４は、第１放射素子１７の一部の斜視図である。
図３に示すように、第１放射素子１７は、基延出部３０と、複数の主延在部３１と、複数の折返し部３２とを備える。
基延出部３０は、第１接続箇所２５から－Ｘ方向に延出する（図２参照）。

主延在部３１は、Ｙ方向に沿う直線状とされている。主延在部３１の延在方向（Ｙ方向）は、Ｘ方向に交差する方向である。複数の主延在部３１は、互いにほぼ平行である。複数の主延在部３１は、Ｘ方向（主方向）に間隔をおいて、Ｘ方向に並んで配置されている。この実施形態では、主延在部３１の数は１４である。これらの主延在部３１を、第１接続箇所２５に近い主延在部３１から並び順（－Ｘ方向の順）に、第１～第１４主延在部３１（３１Ａ～３１Ｎ）という。第１主延在部３１Ａは、基延出部３０の先端から－Ｙ方向に延出する。

折返し部３２は、Ｘ方向に隣り合う主延在部３１を接続する。この実施形態では、折返し部３２の数は１３である。これらの折返し部３２を、第１接続箇所２５に近い折返し部３２から並び順（－Ｘ方向の順）に、第１～第１３折返し部３２（３２Ａ～３２Ｍ）という。第ｎ折返し部３２は、第ｎ主延在部３１と、第ｎ＋１主延在部３１とを接続する（ｎは１以上の整数）。

複数の折返し部３２は、複数の主延在部３１のうち隣り合う主延在部３１の一端どうしおよび他端どうしを交互に接続する。詳しくは、第ｍ折返し部３２は、第ｍ主延在部３１の一端（－Ｙ方向の端）と、第ｍ＋１主延在部３１の一端（－Ｙ方向の端）とを接続する（ｍは１以上の奇数）。第ｍ＋１折返し部３２は、第ｍ＋１主延在部３１の他端（＋Ｙ方向の端）と、第ｍ＋２主延在部３１の他端（＋Ｙ方向の端）とを接続する。

例えば、第１折返し部３２Ａは、第１主延在部３１Ａの一端（－Ｙ方向の端）と、第２主延在部３１Ｂの一端（－Ｙ方向の端）とを接続する。第２折返し部３２Ｂは、第２主延在部３１Ｂの他端（＋Ｙ方向の端）と、第３主延在部３１Ｃの他端（＋Ｙ方向の端）とを接続する。第３折返し部３２Ｃは、第３主延在部３１Ｃの一端（－Ｙ方向の端）と、第４主延在部３１Ｄの一端（－Ｙ方向の端）とを接続する。

第４、第６、第８、第１０、第１２折返し部３２Ｄ，３２Ｆ，３２Ｈ，３２Ｊ，３２Ｌは、第２折返し部３２Ｂと同様に、隣り合う主延在部３１の他端（＋Ｙ方向の端）どうしを接続する。
第５、第７、第９、第１１、第１３折返し部３２Ｅ，３２Ｇ，３２Ｉ，３２Ｋ，３２Ｍは、第１折返し部３２Ａおよび第３折返し部３２Ｃと同様に、隣り合う主延在部３１の一端（－Ｙ方向の端）どうしを接続する。

このように、複数の折返し部３２は、隣り合う主延在部３１の一端どうしおよび他端どうしを交互に接続するため、第１放射素子１７は、全体として蛇行形状となっている。
第１放射素子１７は、蛇行形状とされているため、形状可変性を有する。第１放射素子１７は、例えば、Ｘ方向に沿って基材１１に対して離間または接近する方向の外力が作用したとき、その外力に応じてＸ方向に伸縮可能である。

図４に示すように、折返し部３２は、巻回部３３を有する。巻回部３３は、平面視において円形状とされている。
例えば、第１折返し部３２Ａの巻回部３３（第１巻回部３３Ａ）は、第１主延在部３１Ａの一端３１Ａａ（－Ｙ方向の端）を始点とし、第２主延在部３１Ｂの一端３１Ｂａ（－Ｙ方向の端）を終点とするらせん状に形成されている。第１巻回部３３Ａは、Ｚ方向に沿う軸（図示略）の周りを－Ｚ方向に前進しつつ周回する、右ねじ方向のらせん状とされている。

第１巻回部３３Ａは、第１周回部分３４Ａと半周回部分３５Ａとを有する１．５周回の構造を有する。第１周回部分３４Ａは、始点３４Ａａ（一端３１Ａａ）から延出し、１周回して、平面視において始点３４Ａａと重なる中間点３４Ａｂに至る部分である。第１周回部分３４Ａは、平面視において円形状とされている。中間点３４Ａｂは、始点３４Ａａに対して－Ｚ方向側に位置する。

半周回部分３５Ａは、中間点３４Ａｂから延出し、終点（一端３１Ｂａ）に至る部分である。半周回部分３５Ａは、平面視において第１周回部分３４Ａと同心かつ同径の半円形状とされている。半周回部分３５Ａは、平面視において第１周回部分３４Ａと重なる。

第３、第５、第７、第９、第１１、第１３折返し部３２Ｃ，３２Ｅ，３２Ｇ，３２Ｉ，３２Ｋ，３２Ｍは、それぞれ、第１巻回部３３Ａと同様の構成の巻回部３３（第３、第５、第７、第９、第１１、第１３巻回部３３Ｃ，３３Ｅ，３３Ｇ，３３Ｉ，３３Ｋ，３３Ｍ）を備える（図３参照）。

第２折返し部３２Ｂの巻回部３３（第２巻回部３３Ｂ）は、第２主延在部３１Ｂの他端３１Ｂｂ（＋Ｙ方向の端）を始点とし、第３主延在部３１Ｃの他端３１Ｃｂ（＋Ｙ方向の端）を終点とするらせん状に形成されている。第２巻回部３３Ｂは、Ｚ方向に沿う軸（図示略）の周りを＋Ｚ方向に前進しつつ周回する、右ねじ方向のらせん状とされている。

第２巻回部３３Ｂは、第１周回部分３４Ｂと半周回部分３５Ｂとを有する１．５周回の構造を有する。第１周回部分３４Ｂは、始点３４Ｂａ（他端３１Ｂｂ）から延出し、１周回して、平面視において始点３４Ｂａと重なる中間点３４Ｂｂに至る部分である。第１周回部分３４Ｂは、平面視において円形状とされている。中間点３４Ｂｂは、始点３４Ｂａに対して＋Ｚ方向側に位置する。

半周回部分３５Ｂは、中間点３４Ｂｂから延出し、終点（他端３１Ｃｂ）に至る部分である。半周回部分３５Ｂは、平面視において第１周回部分３４Ｂと同心かつ同径の半円形状とされている。半周回部分３５Ｂは、平面視において第１周回部分３４Ｂと重なる。

第２巻回部３３Ｂが＋Ｚ方向に前進しつつ周回するらせん状とされているのに対し、第１巻回部３３Ａは－Ｚ方向に前進しつつ周回するらせん状である。そのため、第２巻回部３３Ｂは、第１巻回部３３Ａとは巻き方向が異なる。

第４、第６、第８、第１０、第１２折返し部３２Ｄ，３２Ｆ，３２Ｈ，３２Ｊ，３２Ｌは、それぞれ、第２巻回部３３Ｂと同様の構成の巻回部３３（第４、第６、第８、第１０、第１２巻回部３３Ｄ，３３Ｆ，３３Ｈ，３３Ｊ，３３Ｌ）を備える（図３参照）。

第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３折返し部３２の巻回部３３は、－Ｚ方向に前進しつつ周回するらせん状である。第２、第４、第６、第８、第１０、第１２折返し部３２の巻回部３３は、＋Ｚ方向に前進しつつ周回するらせん状である。そのため、第１～第１３折返し部３２Ａ～３２Ｍのうち、隣り合う折返し部３２は、巻回部３３の巻き方向が異なる。

巻回部３３は、らせん状であるためトーションバネとしての弾性を有する。巻回部３３は弾性的に変形可能である。

第１放射素子１７は、基延出部３０の一部を除き、平面視において基材１１の外に延出している（図１参照）。
第２放射素子１８は、第１放射素子１７と同様の構成である。基材１１の長手方向の中央を通り、Ｙ方向に沿う中央線を想定する。第１放射素子１７と第２放射素子１８とは、この中央線を対称軸とする線対称形である。第２放射素子１８は、基延出部３０の一部を除き、平面視において基材１１の外に延出している（図１参照）。
放射素子１７，１８は、線状体にフォーミング加工を施すことによって作製することができる。

非接触型データ受送信体１０は、例えば、ゴム、樹脂などで構成される弾性体である成形品に設置することができる。成形品に伸び、曲げなどの変形が生じた場合、放射素子１７，１８に、外力が作用する可能性がある。例えば、放射素子１７，１８には、Ｘ方向に沿って基材１１から離れる方向の引張力が作用することが考えられる。放射素子１７，１８には、Ｘ方向に沿って基材１１に近づく方向（圧縮方向）の力が作用することも考えられる。放射素子１７，１８には、Ｘ方向に沿う軸の周りのねじれ方向の力が作用することも考えられる。

［実施形態のアンテナが奏する効果］
アンテナ１２は、折返し部３２がらせん状の巻回部３３を有する。そのため、折返し部３２の機械的強度を高め、折返し部３２に応力耐性を付与することができる。したがって、放射素子１７，１８に外力が作用した場合に、折返し部３２への応力集中を抑えることができる。よって、放射素子１７，１８の破損を起こりにくくすることができる。

巻回部３３は、弾性変形可能であるため、放射素子１７，１８に外力が作用した場合に、応力を吸収することができる。そのため、アンテナ１２では、放射素子１７，１８の基端部分（接続箇所２５，２６に接続された部分）に作用する応力を低くすることができる。よって、基端部分の破損を抑えることができる。

アンテナ１２では、隣り合う折返し部３２の巻回部３３の巻き方向は異なる。例えば、第１巻回部３３Ａのらせん前進方向は－Ｚ方向であり、第２巻回部３３Ｂのらせん前進方向は＋Ｚ方向である（図４参照）。

放射素子１７，１８が載置される基準面（図示略）を想定する。第１巻回部３３Ａと第２巻回部３３Ｂとは巻き方向が異なるため、第１巻回部３３Ａの終点（一端３１Ｂａ）と第２巻回部３３Ｂの始点（他端３１Ｂｂ）とは、基準面に近接して位置する（図４参照）。そのため、基準面に対する第２主延在部３１Ｂの傾斜は小さくなる。他の主延在部３１および巻回部３３についても傾斜は小さくなる。このように、アンテナ１２では、隣り合う巻回部３３の巻き方向が異なることによって、主延在部３１および巻回部３３の傾斜は小さくなる。よって、放射素子１７，１８の厚み方向の寸法を抑えることができる。

比較形態として、隣り合う折返し部の巻回部の巻き方向が同じであるアンテナを想定する。このアンテナでは、第１巻回部の終点は基準面に近い位置にあり、第２巻回部の始点は基準面から離れて位置する。そのため、主延在部の傾斜は大きくなる。巻回部の傾斜も大きくなる。よって、放射素子の厚み方向の寸法は大きくなりやすい。

［アンテナ］（第２実施形態）
第１実施形態のアンテナ１２の主延在部３１（図３参照）は、Ｘ方向（主方向）に直交する直線状に形成されているが、主延在部の形状はこれに限定されない。主延在部は、Ｘ方向（主方向）に交差する方向に形成されていればよい。主延在部は、Ｙ方向に対して傾斜して形成されていてもよい。

図５は、第２実施形態に係るアンテナの第１放射素子１１７の一部の平面図である。第１実施形態のアンテナ１２と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
図５に示すように、第１放射素子１１７は、主延在部３１に代えて、主延在部１３１を備える。主延在部１３１は、Ｙ方向に対して傾斜する直線状とされている。主延在部１３１は、例えば、Ｙ方向に対して０°を越え、９０°未満の角度で傾斜している。隣り合う主延在部１３１の傾斜方向は異なる。

図５において、第１主延在部１３１Ａは、基延出部３０の先端から折返し部３２Ａに向かって、－Ｘ方向に行くほど下降するように傾斜して延出する。第２主延在部１３１Ｂは、折返し部３２Ａから折返し部３２Ｂに向かって、－Ｘ方向に行くほど上昇するように傾斜して延出する。第３主延在部１３１Ｃおよび第５主延在部１３１Ｅは、第１主延在部１３１Ａと同様に傾斜している。第４主延在部１３１Ｄは、第２主延在部１３１Ｂと同様に傾斜している。
このアンテナは、主延在部１３１が傾斜しているため、放射素子１１７の形状は放射素子１７（図３参照）の形状とは異なる。そのため、第１実施形態のアンテナ１２とは異なる送受信特性を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
実施形態の非接触型データ受送信体１０では、図４に示すように、巻回部３３は１．５周回のらせん状の構造を有するが、巻回部における線状体の巻回数は特に限定されない。巻回数は１回以上（例えば、１．５回以上）であればよい。巻回部は、例えば、２．５周回、３．５周回、４．５周回などのらせん状の構造を有していてもよい。２．５周回の構造は、第１周回部分と第２周回部分と半周回部分とを有するらせん状の構造である。３．５周回の構造は、第１周回部分と第２周回部分と第３周回部分と半周回部分とを有するらせん状の構造である。

平面視における巻回部３３の形状としては、円形状を例示したが、巻回部の形状は特に限定されない。例えば、巻回部の平面視形状は、楕円形状であってもよい。
放射素子は、伸縮可能な軟質の樹脂シートに積層されてもよい。
図１に示すアンテナ１２では、主延在部３１は直線状に形成されているが、主延在部は、一部または全部が曲線状であってもよい。
図１に示すアンテナ１２では、すべての折返し部３２が巻回部３３を有するが、複数の折返し部のうち少なくとも１つに巻回部が設けられていればよい。

１０…非接触型データ受送信体、１１…基材、１１ａ…第１主面、１２…アンテナ、１３…ＩＣチップ、１６…マッチング回路（回路）、１７，１１７…第１放射素子（放射素子）、１８…第２放射素子（放射素子）、３１，３１Ａ～３１Ｎ，１３１，１３１Ａ～１３１Ｅ…主延在部、３２，３２Ａ～３２Ｍ…折返し部、３３，３３Ａ～３３Ｍ…巻回部。

Claims (3)

1. 放射素子を有するアンテナであって、
   前記放射素子は、
   主方向に間隔をおいて並んで配置され、前記主方向に交差して延在する複数の主延在部と、
   複数の前記主延在部のうち隣り合う前記主延在部の一端どうしおよび他端どうしを交互に接続する複数の折返し部と、
   により蛇行形状とされた線状体によって形成され、
   複数の前記折返し部のうち少なくとも１つは、前記線状体が１回以上巻回されたらせん状の巻回部を有する、アンテナ。
2. 複数の前記折返し部のうち隣り合う前記折返し部は、前記巻回部の巻き方向が異なる、請求項１記載のアンテナ。
3. 請求項１または２に記載のアンテナと、
   前記アンテナが設けられる基材と、
   前記基材に設けられたＩＣチップと、を備えた、非接触型データ受送信体。

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