WO2025027996A1 - Rfid tag and tire - Google Patents
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- H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
Definitions
- the present invention relates generally to radio frequency identification (RFID) tags and tires, and more particularly to an RFID tag having a coupling module and a tire having an RFID tag.
- RFID radio frequency identification
- Patent document 1 discloses an RFID tag that includes a spring-shaped antenna and a power supply module that is disposed inside the spring-shaped antenna.
- a rectangular parallelepiped-shaped power supply module that is elongated in the longitudinal direction of the RFID tag is inserted into a spring-shaped antenna that is elongated in the longitudinal direction of the RFID tag to form the RFID tag.
- RFID tags are required to be lightweight and compact while ensuring the desired communication distance. For this reason, it is sometimes desirable to improve the antenna gain of RFID tags without increasing the inner diameter of the entire spring antenna.
- the object of the present invention is to provide an RFID tag and a tire that can improve antenna gain.
- An RFID tag includes a spring antenna and a coupling module.
- the coupling module includes a helical antenna and an RFIC element.
- the RFIC element is connected to the helical antenna.
- the spring antenna includes a helical coupling portion, a first helical radiating portion, a second helical radiating portion, a first intermediate portion, and a second intermediate portion.
- the coupling portion has the coupling module disposed inside.
- the first intermediate portion has less than one turn per length of the coupling module in a direction parallel to the winding axis of the coupling portion, and is located between the coupling portion and the first radiating portion.
- the second intermediate portion has less than one turn per length of the coupling module in the direction parallel to the winding axis of the coupling portion, and is located between the coupling portion and the second radiating portion.
- a tire according to one aspect of the present invention includes an RFID tag according to the above aspect and a tire casing in which the RFID tag is embedded.
- the RFID tag and tire according to the above aspect of the present invention can improve the antenna gain.
- FIG. 1 is a perspective view of an RFID tag according to a first embodiment.
- FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the RFID tag.
- FIG. 3 is a front view of the RFID tag.
- FIG. 4 is a side view of the coupling portion and the coupling module in the RFID tag as viewed in a direction parallel to the winding axis of the coupling portion.
- FIG. 5 is a perspective view showing the inside of the coupling module in the RFID tag.
- FIG. 6 is a transparent plan view of the inside of the coupling module in the RFID tag.
- FIG. 7 is a diagram showing antenna gain-frequency characteristics of the RFID tag according to the first embodiment and the RFID tags according to the first and second comparative examples. Fig.
- FIG. 8A is a perspective view of a tire equipped with an RFID tag according to embodiment 1.
- Fig. 8B is a front view of a main part of the tire equipped with the RFID tag.
- FIG. 9 is an explanatory diagram of the positional relationship between a first end and a second end of the coupling portion when the coupling portion is viewed from a direction parallel to the winding axis of the coupling portion, with respect to the spring antenna in the RFID tag described above.
- FIG. 10 is a perspective view of an RFID tag according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a perspective view of an RFID tag according to the third embodiment.
- FIG. 12 is a front view of the RFID tag.
- the RFID tag 1 is embedded in a tire casing 101 of a tire 100, for example, as shown in Figures 8A and 8B.
- the RFID tag 1 communicates with, for example, an external reader device.
- the coupling module 3 is, for example, a rectangular parallelepiped that is elongated in a first direction D31.
- the coupling module 3 is a rectangular parallelepiped whose length in the first direction D31 is longer than its length in a second direction D32 perpendicular to the first direction D31.
- the coupling module 3 has a helical antenna 6 and an RFIC element 7 connected to the helical antenna 6.
- the helical antenna 6 is an antenna that magnetically couples with the spring antenna 2.
- the helical antenna 6 is a magnetic field coupling element with the spring antenna 2, and is also an element for the matching circuit of the RFIC element 7 in the coupling module 3.
- the coupling module 3 has a printed wiring board 30, a resin block 31, and a protective layer 32.
- the helical antenna 6 of the coupling module 3 includes two conductor parts 61a, a plurality (12 in the example of FIG. 5) of first connection conductor parts 61b and one intermediate conductor part 61c, a plurality (28 in the example of FIG. 5), and a plurality (14 in the example of FIG. 5) of second connection conductor parts 63, which are included in the printed wiring board 30.
- the plurality of metal pins 62 are arranged on the printed wiring board 30.
- each of the 24 metal pins 62 is arranged on the first end or the second end of any one of the plurality of first connection conductor parts 61b, one metal pin 62 is arranged on the first end of the intermediate conductor part 61c, and one metal pin 62 is arranged on the second end of the intermediate conductor part 61c.
- the RFIC element 7 is disposed, for example, on the printed wiring board 30.
- the resin block 31 is disposed on the printed wiring board 30, and covers the side surfaces of each of the multiple metal pins 62 and the RFIC element 7.
- Each of the multiple second connection conductors 63 is disposed across two metal pins 62 aligned along a second direction D32 perpendicular to the first direction D31 in a plan view from the thickness direction D30 of the printed wiring board 30.
- the protective layer 32 is disposed on the resin block 31, and covers the multiple second connection conductors 63.
- each of the two conductor parts 61a, the multiple first connecting conductor parts 61b, and the intermediate conductor part 61c includes, for example, copper.
- the material of each of the multiple metal pins 62 includes, for example, copper or a copper alloy.
- the material of each of the multiple second connecting conductor parts 63 includes, for example, copper.
- the material of the resin block 31 includes a resin (e.g., epoxy resin).
- the material of the protective layer 32 includes, for example, a resin (e.g., epoxy resin, polyimide, etc.).
- the external shape of the coupling module 3 is composed of the printed wiring board 30, the resin block 31, and the protective layer 32, and is a rectangle when viewed from the first direction D31 parallel to the winding axis A6 of the helical antenna 6 (see Figs. 4 and 5).
- the length of the diagonal in the external shape of the coupling module 3 viewed from the first direction D31 may be shortened, and the gap between the helical antenna 6 and the spring antenna 2 may be narrowed, thereby strengthening the magnetic field coupling between the helical antenna 6 and the spring antenna 2.
- the corners of only the resin block 31 may be cut to make the external shape of the coupling module 3 viewed from the first direction D31, for example, a hexagon, or the printed wiring board 30 may also be cut to make it an octagon, and the gap between the helical antenna 6 and the spring antenna 2 may be narrowed.
- the entire coupling module 3 may be chamfered, for example, by barrel polishing.
- the helical antenna 6 of the coupling module 3 includes two conductor portions 61a, a plurality of first connecting conductor portions 61b, one intermediate conductor portion 61c, a plurality of metal pins 62, and a plurality of second connecting conductor portions 63.
- the winding axis A6 of the helical antenna 6 is parallel to the first direction D31.
- the RFIC element 7 is connected between the first end 611 and the second end 612 of the helical antenna 6.
- the RFIC element 7 is, for example, an RFIC chip.
- the RFIC element 7 has a first input/output terminal (not shown) and a second input/output terminal (not shown).
- the first input/output terminal of the RFIC element 7 is connected to the first land electrode 33 of the printed wiring board 30.
- the second input/output terminal of the RFIC element 7 is connected to the second land electrode 34 of the printed wiring board 30.
- the RFIC element 7 is connected to the first end 611 of the helical antenna 6 via the first wiring part 35 of the printed wiring board 30, and is connected to the second end 612 of the helical antenna 6 via the second wiring part 36 of the printed wiring board 30. Therefore, in the coupling module 3, an inductor formed by the helical antenna 6 is connected between the first input/output terminal and the second input/output terminal of the RFIC element 7.
- the spring antenna 2 is an antenna that functions as a radio wave emitter from the RFID tag 1, and functions as an antenna booster.
- the spring antenna 2 is elastically deformable.
- the spring antenna 2 includes a steel wire (e.g., piano wire or stainless steel wire).
- the material of the spring antenna 2 includes, for example, steel (e.g., stainless steel).
- the free length of the spring antenna 2 is determined based on half the wavelength of the radio waves communicated by the RFID tag 1.
- the communication frequency band of the RFID tag 1 is, for example, the UHF band, and as an example, is 860 MHz to 920 MHz.
- the length of the spring antenna 2 is, for example, 60 mm.
- the spring antenna 2 has a helical coupling portion 20, a first helical radiating portion 21, a second helical radiating portion 22, a first intermediate portion 23, and a second intermediate portion 24.
- the coupling module 3 is disposed on the inside of the coupling section 20. That is, in the spring antenna 2, the coupling module 3 is disposed on the inside of the coupling section 20. In the spring antenna 2, the coupling module 3 is disposed on the winding axis A20 of the coupling section 20. The winding axis A20 of the coupling section 20 is parallel to the winding axis A6 of the helical antenna 6 (see Figures 5 and 6).
- the winding axis A20 of the coupling section 20 is parallel to the winding axis A6 of the helical antenna 6" does not only mean strictly parallel, but also includes cases where the acute angle between the winding axis A20 of the coupling section 20 and the winding axis A6 of the helical antenna 6 is 10 degrees or less.
- the coupling portion 20 has a first end 201 and a second end 202.
- the second end 202 of the coupling portion 20 overlaps the coupling module 3 when viewed from a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20.
- the RFID tag 1 of this embodiment may be constructed by inserting the coupling module 3 into the coupling portion 20 from the first end 201 of the coupling portion 20 and fixing the coupling module 3 to the coupling portion 20 with an adhesive (not shown) made of a flexible resin material, for example a silicone rubber-based resin material.
- the second end 202 of the coupling part 20 overlaps the coupling module 3 when viewed from the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling part 20, but instead of the second end 202, the first end 201 may overlap the coupling module 3 when viewed from the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling part 20.
- the length H20 of the coupling portion 20 is longer than the length H3 of the coupling module 3, but may be less than or equal to the length H3 of the coupling module 3.
- the length H20 of the coupling portion 20 is shorter than each of the length H21 of the first radiating portion 21 and the length H22 of the second radiating portion 22, but may be the same length as each of the length H21 of the first radiating portion 21 and the length H22 of the second radiating portion 22.
- Each of the electrical length of the helical first radiating portion 21 and the electrical length of the helical second radiating portion 22 is determined based on the half wavelength of the radio waves communicated by the RFID tag 1.
- the length H21 of the first radiating portion 21 and the length H22 of the second radiating portion 22 are the same.
- the length H21 of the first radiating portion 21 and the length H22 of the second radiating portion 22 are the same means that the length H21 of the first radiating portion 21 and the length H22 of the second radiating portion 22 do not have to be exactly the same.
- the length H21 of the first radiating portion 21 and the length H22 of the second radiating portion 22 are the same includes cases where the length H21 of the first radiating portion 21 is 90% or more and 110% or less of the length H22 of the second radiating portion 22.
- the winding direction D21 of the first radiating portion 21 is opposite to the winding direction D20 of the coupling portion 20.
- the winding direction D22 of the second radiating portion 22 is opposite to the winding direction D20 of the coupling portion 20.
- the length H23 of the first intermediate portion 23 is longer than the length H3 of the coupling module 3, but may be the same as the length H3 of the coupling module 3.
- the first intermediate portion 23 has less than one turn per length H3 of the coupling module 3 in the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling unit 20, and is located between the coupling unit 20 and the first radiating portion 21.
- the first intermediate portion 23 has less than one turn per length H3 of the coupling module 3 in the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling unit 20" means that the number of turns of the first intermediate portion 23 is less than one in the range of the same length as the length H3 of the coupling module 3. Even if the first intermediate portion 23 has a twisted shape in the range of the same length as the length H3 of the coupling module 3, the number of turns is less than one.
- the first intermediate portion 23 has a linear shape and has zero turns per length H3 of the coupling module 3 in a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20.
- the first intermediate portion 23 is located on the winding axis A20 of the coupling portion 20.
- the first intermediate portion 23 constitutes a first connection portion that connects the coupling portion 20 and the first radiation portion 21.
- the length H24 of the second intermediate portion 24 is longer than the length H3 of the coupling module 3, but may be the same as the length H3 of the coupling module 3.
- the second intermediate portion 24 has less than one turn per length H3 of the coupling module 3 in the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20, and is located between the coupling portion 20 and the second radiation portion 22.
- the second intermediate portion 24 has less than one turn per length H3 of the coupling module 3 in the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20" means that the number of turns of the second intermediate portion 24 is less than one in the range of the same length as the length H3 of the coupling module 3. Even if the second intermediate portion 24 has a twisted shape in the range of the same length as the length H3 of the coupling module 3, the number of turns is less than one.
- the second intermediate portion 24 has a linear shape and has zero turns per length H3 of the coupling module 3 in a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20.
- the second intermediate portion 24 is located on the winding axis A20 of the coupling portion 20.
- the second intermediate portion 24 constitutes a second connection portion that connects the coupling portion 20 and the second radiation portion 22.
- the length H23 of the first intermediate portion 23 and the length H24 of the second intermediate portion 24 are the same.
- the length H23 of the first intermediate portion 23 and the length H24 of the second intermediate portion 24 are the same does not mean that the length H23 of the first intermediate portion 23 and the length H24 of the second intermediate portion 24 are strictly the same.
- the length H23 of the first intermediate portion 23 and the length H24 of the second intermediate portion 24 are the same includes cases where the length H23 of the first intermediate portion 23 is 80% or more and 120% or less of the length H24 of the second intermediate portion 24.
- a spring antenna 2 is prepared by forming a steel wire (e.g., piano wire or stainless steel wire) and then heat-treating it at a predetermined temperature (e.g., 400° C.).
- a predetermined temperature e.g. 400° C.
- the stress generated during the spring deformation process of the steel wire is released, so that the dimensional accuracy of each of the joint portion 20, the first radiating portion 21, the second radiating portion 22, the first intermediate portion 23, and the second intermediate portion 24 is improved, and an oxide coating containing Fe 3 O 4 is formed on the surface of the steel wire.
- the coupling module 3 is inserted into the inside of the coupling portion 20 of the spring antenna 2, which has the coupling portion 20, the first radiating portion 21, the second radiating portion 22, the first intermediate portion 23, and the second intermediate portion 24, in a direction along the winding axis A20 of the coupling portion 20 (direction D1), from the first intermediate portion 23 side (or the second intermediate portion 24 side), and the coupling module 3 is fixed to the spring antenna 2.
- the coupling portion 20 and the coupling module 3 may be molded with resin or rubber, or the spring antenna 2 and the coupling module 3 may be fixed with an adhesive. Alternatively, a part of the spring antenna 2 may be bent to prevent the coupling module 3 from coming off the coupling portion 20.
- the first and second steps can be performed separately, so compared to a manufacturing method in which a coupling module is placed while the steel wire is being processed into a spring and a spring is formed around the coupling module, the dimensional accuracy of the spring antenna 2 is improved and it is possible to prevent a load from being applied to the coupling module 3 when the coupling module 3 is inserted. This makes the coupling module 3 less likely to be damaged, making it possible to improve manufacturing quality.
- RFID tag 1 when spring antenna 2 receives radio waves (signals) in the UHF communication frequency band, the radio waves are transmitted to helical antenna 6 that is magnetically coupled to spring antenna 2, and a current corresponding to the signal flows in RFIC element 7.
- RFIC element 7 operates by receiving the current supplied from helical antenna 6, and outputs a current (signal) corresponding to information stored in a memory unit (not shown) inside RFIC element 7 to helical antenna 6.
- the radio waves (signals) corresponding to this current are radiated to the outside from spring antenna 2 that is magnetically coupled to helical antenna 6.
- the spring antenna 2 in the RFID tag 1 of embodiment 1 has a first intermediate portion 23 between the connecting portion 20 and the first radiating portion 21, and a second intermediate portion 24 between the connecting portion 20 and the second radiating portion 22, so it functions like an antenna with a dipole structure.
- FIG. 7 shows the antenna gain-frequency characteristics of the RFID tag 1 of one example of embodiment 1, the RFID tag of comparative example 1, and the RFID tag of comparative example 2.
- G1 in Fig. 7 shows the antenna gain-frequency characteristics of the RFID tag 1 of one example
- R1 in Fig. 7 shows the antenna gain-frequency characteristics of the RFID tag of comparative example 1
- R2 in Fig. 7 shows the antenna gain-frequency characteristics of the RFID tag of comparative example 2.
- the total length (free length) of the spring antenna is 60 mm, and the pitch of the spring constituting the spring antenna is larger than the pitch of the helical joint 20 of the first embodiment.
- the total length (free length) of the spring antenna is 37 mm, and the pitch of the spring constituting the spring antenna is larger than the pitch of the helical joint 20 of the first embodiment.
- the pitch of the spring constituting the spring antenna is the same as the inner diameter of the spring constituting the spring antenna.
- the pitch of the spring constituting the spring antenna is also the same as the pitch of the spring constituting the spring antenna in the RFID tag of Comparative Example 1.
- the inner diameter of the spring-shaped joint 20 of the spring antenna 2 is the same as the inner diameter of the spring constituting the spring antenna of Comparative Example 1 and the inner diameter of the spring constituting the spring antenna of Comparative Example 2.
- the RFID tag 1 of one embodiment has an improved antenna gain compared to Comparative Example 1. Furthermore, in “G1" showing the antenna gain-frequency characteristics of the RFID tag 1 of one embodiment, the resonance peak of the coupling module 3 appears near 0.90 GHz, and the resonance peak of the spring antenna 2 appears near 0.96 GHz.
- the coupling coefficient between the coupling module 3 and the spring antenna 2 can be made smaller without making the inner diameter of the coupling portion 20 of the spring antenna 2 larger than the inner diameter of the spring antenna of Comparative Example 1. From the above, it can be seen that the RFID tag 1 of one embodiment can improve the antenna gain in the communication frequency band by the RFID tag 1.
- the tire 100 includes an RFID tag 1 and a tire casing 101 in which the RFID tag 1 is embedded.
- the tire 100 further includes a wheel 104.
- the tire 100 is, for example, a tire used on a vehicle such as an automobile.
- the sidewall 103 has metal fibers arranged radially (radially), and therefore, in order to reduce deterioration of the antenna radiation characteristics due to the influence of the metal fibers, the RFID tag 1 is arranged perpendicular to the metal fibers.
- the RFID tag 1 may be enclosed, for example, between two layers of electrically insulating rubber that has a high affinity with the elastomer in the sidewall 103, or between two layers of elastomer.
- the spring antenna 2 has a helical coupling portion 20, a first helical radiating portion 21, a second helical radiating portion 22, a first intermediate portion 23, and a second intermediate portion 24.
- the first intermediate portion 23 has less than one turn per length H3 of the coupling module 3 in a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20, and is located between the coupling portion 20 and the first radiating portion 21.
- the second intermediate portion 24 has less than one turn per length H3 of the coupling module 3 in a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20, and is located between the coupling portion 20 and the second radiating portion 22.
- the above configuration makes it possible to improve the antenna gain. More specifically, in the RFID tag 1 according to embodiment 1, the current generated in the coupling part 20 due to the magnetic field coupling between the coupling part 20 and the helical antenna 6 of the coupling module 3 is less likely to be radiated to the outside as magnetic field energy in the first intermediate part 23 and the second intermediate part 24, and is efficiently transmitted to the first helical radiation part 21 and the second helical radiation part 22, thereby making it possible to improve the antenna radiation efficiency and the antenna gain.
- the winding direction D21 of the first radiating portion 21 and the winding direction D22 of the second radiating portion 22 are opposite to the winding direction D20 of the coupling portion 20.
- the above configuration may reduce the effect of magnetization when the coupling portion 20, the first radiating portion 21, and the second radiating portion 22 are magnetized, causing a change in the inductance of the spring antenna 2 and a change in the resonant frequency of the spring antenna 2, resulting in a phenomenon of wavelength shortening. If the effect of magnetization is not a concern, the winding direction D21 of the first radiating portion 21 and the winding direction D22 of the second radiating portion 22 may be the same as the winding direction D20 of the coupling portion 20.
- the tire 100 of the first embodiment includes an RFID tag 1 and a tire casing 101 in which the RFID tag 1 is embedded.
- the above configuration makes it possible to improve antenna gain.
- the above configuration allows the spring antenna 2 to be stably positioned on the jig or stage on which the spring antenna 2 is placed during the manufacture of the RFID tag 1, making it easier to insert the coupling module 3 inside the coupling portion 20 of the spring antenna 2 and to position the coupling module 3 relative to the coupling portion 20.
- the RFID tag 1A according to the second embodiment differs from the RFID tag 1 according to the first embodiment in that the winding axis A21 of the first radiating portion 21 and the winding axis A22 of the second radiating portion 22 are misaligned with the winding axis A20 of the coupling portion 20 in a direction perpendicular to the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20.
- the winding direction (winding direction) D20 of the coupling portion 20 when viewed from a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20, the winding direction (winding direction) D20 of the coupling portion 20 is a clockwise direction (right-handed winding), and the winding direction D21 of the first radiating portion 21 is a counterclockwise direction (left-handed winding).
- the winding direction D20 of the coupling portion 20 and the winding direction D21 of the first radiating portion 21 are opposite directions
- the winding direction D20 of the coupling portion 20 and the winding direction D22 of the second radiating portion 22 are opposite directions.
- the RFID tag 1A according to embodiment 2 has a spring antenna 2 that includes a helical coupling portion 20, a first helical radiating portion 21, a second helical radiating portion 22, a first intermediate portion 23, and a second intermediate portion 24, and therefore can improve antenna gain. Also, in the RFID tag 1A according to embodiment 2, it is easy to arrange the coupling module 3 inside the coupling portion 20.
- the winding axis A21 of the first radiating portion 21 and the winding axis A22 of the second radiating portion 22 are misaligned with the winding axis A20 of the coupling portion 20 in a direction perpendicular to the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the coupling portion 20.
- the first radiating portion 21 and the second radiating portion 22 are unlikely to get in the way when inserting the coupling module 3 into the coupling portion 20, making it easier to insert the coupling module 3 into the coupling portion 20.
- the winding direction D21 of the first radiating portion 21 and the winding direction D22 of the second radiating portion 22 are opposite to the winding direction D20 of the coupling portion 20.
- the above configuration may reduce the effect of magnetization when each of the coupling portion 20, the first radiating portion 21, and the second radiating portion 22 is magnetized, causing a change in the inductance of the spring antenna 2 and a change in the resonant frequency of the spring antenna 2, resulting in a phenomenon of wavelength shortening. If the effect of magnetization is not a concern, the winding direction D21 of the first radiating portion 21 and the winding direction D22 of the second radiating portion 22 may be the same as the winding direction D20 of the coupling portion 20.
- the RFID tag 1B of embodiment 3 differs from the RFID tag 1 of embodiment 1 in that the length H21 of the first radiating portion 21 and the length H22 of the second radiating portion 22 are different, and the length H21 of the first radiating portion 21 is longer than the length H22 of the second radiating portion 22.
- the RFID tag 1B according to the third embodiment can improve the antenna gain, similarly to the RFID tag 1 according to the first embodiment. Furthermore, in the RFID tag 1B according to the third embodiment, when the magnetic coupling between the coupling module 3 and the spring antenna 2 is too strong, the coupling value can be adjusted by changing the ratio between the length H21 of the first radiating portion 21 and the length H22 of the second radiating portion 22.
- the above-mentioned embodiments 1 to 3 are merely one of various embodiments of the present invention.
- the above-mentioned embodiments 1 to 3 can be modified in various ways depending on the design, etc., and can be combined as appropriate, as long as the object of the present invention can be achieved.
- the structure of the coupling module 3 is not limited to the examples shown in FIGS. 5 and 6, and may have other structures.
- the products to which the RFID tag 1 is applied are not limited to tires 100, but may also include, for example, clothing, linens, etc.
- the RFID tag (1; 1A; 1B) includes a spring antenna (2) and a coupling module (3).
- the coupling module (3) includes a helical antenna (6) and an RFIC element (7).
- the RFIC element (7) is connected to the helical antenna (6).
- the spring antenna (2) includes a helical coupling portion (20), a first helical radiating portion (21), a second helical radiating portion (22), a first intermediate portion (23), and a second intermediate portion (24).
- the coupling portion (20) has the coupling module (3) disposed inside.
- the first intermediate portion (23) has less than one turn per length (H3) of the coupling module (3) in a direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20), and is located between the coupling portion (20) and the first radiating portion (21).
- the second intermediate portion (24) has less than one turn per length (H3) of the coupling module (3) in a direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20), and is located between the coupling portion (20) and the second radiating portion (22).
- This aspect makes it possible to improve antenna gain.
- the length (H23) of the first intermediate portion (23) and the length (H24) of the second intermediate portion (24) are each longer than the length (H3) of the coupling module (3).
- connection module (3) inside the connection portion (20) during manufacturing.
- the winding direction (D21) of the first radiating portion (21) and the winding direction (D22) of the second radiating portion (22) are opposite to the winding direction (D20) of the connecting portion (20).
- the effect of magnetization may be offset.
- the length (H20) of the coupling portion (20) in the direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20) is shorter than each of the length (H21) of the first radiating portion (21) and the length (H22) of the second radiating portion (22).
- the coupling portion (20) has a first end (201) and a second end (202).
- the first end (201) or the second end (202) of the coupling portion (20) overlaps with the coupling module (3) when viewed from a direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20).
- the spring antenna (2) includes piano wire or stainless steel wire.
- This embodiment makes it possible to improve the durability of the spring antenna (2).
- the material of the spring antenna (2) contains Fe 3 O 4 .
- This aspect makes it possible to improve reliability.
- the tire (100) according to the ninth aspect includes an RFID tag (1; 1A; 1B) according to any one of the first to eighth aspects, and a tire casing (101) in which the RFID tag (1; 1A; 1B) is embedded.
- This aspect makes it possible to improve antenna gain.
- the tire casing (101) includes an electrically insulating elastomer.
- the tire casing (101) has a sidewall (103).
- the RFID tag (1; 1A; 1B) is embedded in the sidewall (103) of the tire casing (101).
- the RFID tag (1; 1A; 1B) is less susceptible to external forces while the vehicle equipped with the tire (100) is traveling, making it possible to improve the reliability of the RFID tag (1; 1A; 1B).
Landscapes
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Abstract
Description
本発明は、一般にRFID(Radio frequency Identification)タグ及びタイヤに関し、より詳細には、結合モジュールを備えるRFIDタグ、及び、RFIDタグを備えるタイヤに関する。 The present invention relates generally to radio frequency identification (RFID) tags and tires, and more particularly to an RFID tag having a coupling module and a tire having an RFID tag.
特許文献1は、スプリング状アンテナと、スプリング状アンテナの内側に配置されている給電モジュールと、を備えるRFIDタグを開示している。
特許文献1に開示されたRFIDタグでは、RFIDタグの長手方向に細長いスプリング状アンテナに対して、RFIDタグの長手方向に細長い直方体状の給電モジュールが挿入されて、RFIDタグが形成されている。
In the RFID tag disclosed in
RFIDタグでは、軽量化及び小型化を図るとともに所望の通信距離を確保することが要求されている。このため、RFIDタグでは、スプリングアンテナ全体の内径を大きくすることなくアンテナ利得を向上させることが望まれる場合がある。 RFID tags are required to be lightweight and compact while ensuring the desired communication distance. For this reason, it is sometimes desirable to improve the antenna gain of RFID tags without increasing the inner diameter of the entire spring antenna.
本発明の目的は、アンテナ利得の向上を図ることが可能なRFIDタグ及びタイヤを提供することにある。 The object of the present invention is to provide an RFID tag and a tire that can improve antenna gain.
本発明の一態様に係るRFIDタグは、スプリングアンテナと、結合モジュールと、を備える。前記結合モジュールは、ヘリカルアンテナと、RFIC素子と、を有する。前記RFIC素子は、前記ヘリカルアンテナに接続されている。前記スプリングアンテナは、ヘリカル状の結合部と、ヘリカル状の第1放射部と、ヘリカル状の第2放射部と、第1中間部と、第2中間部と、を有する。前記結合部は、前記結合モジュールが内側に配置されている。前記第1中間部は、前記結合部の巻回軸に平行な方向における前記結合モジュールの長さ当たりのターン数が1未満であり、前記結合部と前記第1放射部の間に位置する。前記第2中間部は、前記結合部の前記巻回軸に平行な前記方向における前記結合モジュールの長さ当たりのターン数が1未満であり、前記結合部と前記第2放射部の間に位置する。 An RFID tag according to one aspect of the present invention includes a spring antenna and a coupling module. The coupling module includes a helical antenna and an RFIC element. The RFIC element is connected to the helical antenna. The spring antenna includes a helical coupling portion, a first helical radiating portion, a second helical radiating portion, a first intermediate portion, and a second intermediate portion. The coupling portion has the coupling module disposed inside. The first intermediate portion has less than one turn per length of the coupling module in a direction parallel to the winding axis of the coupling portion, and is located between the coupling portion and the first radiating portion. The second intermediate portion has less than one turn per length of the coupling module in the direction parallel to the winding axis of the coupling portion, and is located between the coupling portion and the second radiating portion.
本発明の一態様に係るタイヤは、上記一態様に係るRFIDタグと、前記RFIDタグが内蔵されているタイヤケーシングと、を備える。 A tire according to one aspect of the present invention includes an RFID tag according to the above aspect and a tire casing in which the RFID tag is embedded.
本発明の上記態様に係るRFIDタグ及びタイヤは、アンテナ利得の向上を図ることが可能となる。 The RFID tag and tire according to the above aspect of the present invention can improve the antenna gain.
以下、実施形態1~3等について、図面を参照して説明する。以下の実施形態1~3等において参照する図は、模式的な図であり、図中の構成要素の大きさ及び厚さは必ずしも実際の寸法を反映しているとは限らず、構成要素間における大きさの比及び厚さの比も、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
(実施形態1)
(1)RFIDタグの構造
実施形態1に係るRFIDタグ1は、図1及び図2に示すように、スプリングアンテナ2と、結合モジュール3と、を備える。結合モジュール3は、例えば、スプリングアンテナ2と磁界結合するモジュールである。RFIDタグ1は、結合モジュール3とスプリングアンテナ2とが磁界結合する。
(Embodiment 1)
1 and 2, an
RFIDタグ1は、例えば、図8A及び図8Bに示すように、タイヤ100のタイヤケーシング101に内蔵される。RFIDタグ1は、例えば、外部のリーダ装置との間の通信を行う。
The
(1.1)結合モジュールの構造
図5及び図6に示すように、結合モジュール3は、例えば、第1方向D31に細長い直方体状である。結合モジュール3は、第1方向D31に直交する第2方向D32の長さよりも第1方向D31の長さが長い直方体状である。
5 and 6, the
結合モジュール3は、ヘリカルアンテナ6と、ヘリカルアンテナ6に接続されているRFIC素子7と、を有する。ヘリカルアンテナ6は、スプリングアンテナ2と磁界結合するアンテナである。ヘリカルアンテナ6は、スプリングアンテナ2との磁界結合要素であるとともに、結合モジュール3におけるRFIC素子7の整合回路用の要素である。
The
結合モジュール3は、プリント配線板30と、樹脂ブロック31と、保護層32と、を有する。結合モジュール3のヘリカルアンテナ6は、プリント配線板30に含まれる、2つの導体部61a、複数(図5の例では12)の第1接続導体部61b及び1つの中間導体部61cと、複数(図5の例では28)の金属ピン62と、複数(図5の例では14)の第2接続導体部63と、を含む。複数の金属ピン62は、プリント配線板30上に配置されている。より詳細には、28個の金属ピン62のうち2つの金属ピン62は、2つの導体部61a上に配置され、24個の金属ピン62の各々は、複数の第1接続導体部61bのうちいずれか1つの第1端の上又は第2端の上に配置され、1個の金属ピン62は、中間導体部61cの第1端の上に配置され、1個の金属ピン62は、中間導体部61cの第2端の上に配置されている。RFIC素子7は、例えば、プリント配線板30上に配置されている。樹脂ブロック31は、プリント配線板30上に配置されており、複数の金属ピン62の各々の側面及びRFIC素子7を覆っている。複数の第2接続導体部63の各々は、プリント配線板30の厚さ方向D30からの平面視で、第1方向D31に直交する第2方向D32に沿って並んでいる2つの金属ピン62に跨って配置されている。保護層32は、樹脂ブロック31上に配置されており、複数の第2接続導体部63を覆っている。
The
2つの導体部61a、複数の第1接続導体部61b及び中間導体部61cの各々の材料は、例えば、銅を含む。複数の金属ピン62の各々の材料は、例えば、銅又は銅合金を含む。また、複数の第2接続導体部63の各々の材料は、例えば、銅を含む。
The material of each of the two
樹脂ブロック31の材料は、樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を含む。また、保護層32の材料は、例えば、樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド等)を含む。
The material of the
また、結合モジュール3の外形は、プリント配線板30と、樹脂ブロック31と、保護層32と、で構成され、ヘリカルアンテナ6の巻回軸A6に平行な第1方向D31から見て、四角形となっている(図4及び図5参照)。RFIDタグ1では、第1方向D31から見た結合モジュール3の外形における対角線の長さを短くし、更にヘリカルアンテナ6とスプリングアンテナ2との間のギャップを狭くすることで、ヘリカルアンテナ6とスプリングアンテナ2との間の磁界結合を強めてもよい。具体的には、対角線の長さを短くするために、樹脂ブロック31のみの角部を削ることで第1方向D31から見た結合モジュール3の外形を例えば六角形にしたり、更にプリント配線板30も削って八角形にし、更にヘリカルアンテナ6とスプリングアンテナ2との間のギャップを狭くしてもよい。また、第1方向D31から見た結合モジュール3の外形における対角線の長さを短くする場合には、結合モジュール3全体に対して例えばバレル研磨を行うことで面取りを行ってもよい。
The external shape of the
結合モジュール3のヘリカルアンテナ6は、上述のように、2つの導体部61aと、複数の第1接続導体部61bと、1つの中間導体部61cと、複数の金属ピン62と、複数の第2接続導体部63と、を含む。ヘリカルアンテナ6の巻回軸A6は、第1方向D31に平行な方向である。
As described above, the
RFIC素子7は、ヘリカルアンテナ6の第1端611と第2端612との間に接続されている。RFIC素子7は、例えば、RFICチップである。本実施形態では、RFIC素子7は、第1入出力端子(図示せず)と、第2入出力端子(図示せず)と、を有する。RFIC素子7の第1入出力端子は、プリント配線板30の第1ランド電極33と接続されている。RFIC素子7の第2入出力端子は、プリント配線板30の第2ランド電極34と接続されている。これにより、RFIC素子7は、プリント配線板30の第1配線部35を介してヘリカルアンテナ6の第1端611に接続され、プリント配線板30の第2配線部36を介してヘリカルアンテナ6の第2端612に接続されている。したがって、結合モジュール3は、RFIC素子7の第1入出力端子と第2入出力端子との間に、ヘリカルアンテナ6により構成されるインダクタが接続されている。
The
(1.2)スプリングアンテナ
以下、スプリングアンテナ2について、図1~図4を参照して説明する。
(1.2) Spring Antenna The
スプリングアンテナ2は、RFIDタグ1からの電波放射体として機能するアンテナであり、アンテナブースタとして機能する。スプリングアンテナ2は、弾性変形可能である。スプリングアンテナ2は、鋼線(例えば、ピアノ線又はステンレス鋼線)を含む。スプリングアンテナ2の材料は、例えば、鋼(例えば、ステンレス鋼)を含む。
The
スプリングアンテナ2の自由長さは、RFIDタグ1での通信される電波の半波長に基づいて決められている。RFIDタグ1による通信周波数帯は、例えば、UHF帯であり、一例として、860MHz~920MHzである。スプリングアンテナ2の長さは、例えば、60mmである。
The free length of the
スプリングアンテナ2は、図1及び図3に示すように、ヘリカル状の結合部20と、ヘリカル状の第1放射部21と、ヘリカル状の第2放射部22と、第1中間部23と、第2中間部24と、を有する。
As shown in Figures 1 and 3, the
スプリングアンテナ2が弾性変形していない状態において、結合部20の巻回軸A20と第1放射部21の巻回軸A21と第2放射部22の巻回軸A22とは一直線上にある。結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合部20の長さH20、第1放射部21の長さH21及び第2放射部22の長さH22の各々は、自由長さである。
When the
結合部20は、結合モジュール3が内側に配置されている。つまり、スプリングアンテナ2では、結合部20の内側に結合モジュール3が配置されている。スプリングアンテナ2では、結合部20の巻回軸A20上に結合モジュール3が配置されている。結合部20の巻回軸A20は、ヘリカルアンテナ6の巻回軸A6(図5及び図6参照)と平行である。「結合部20の巻回軸A20は、ヘリカルアンテナ6の巻回軸A6と平行である」とは、厳密に平行である場合のみに限らず、結合部20の巻回軸A20とヘリカルアンテナ6の巻回軸A6とのなす鋭角の角度が10度以下である場合を含む。
The
図2に示すように、結合部20は、第1端201及び第2端202を有する。本実施形態では、図4に示すように、結合部20の第2端202は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1から見て、結合モジュール3に重なる。結合部20の第1端201と第2端202との少なくとも一方を図4のように結合モジュール3に重ねることで、結合モジュール3を結合部20に挿入したときに結合部20内に結合モジュール3を固定しやすくなる。例えば、結合部20の第1端201から結合モジュール3を結合部20に挿入し、可撓性を有する樹脂材、例えばシリコンゴム系の樹脂材からなる接着部(図示せず)により結合モジュール3を結合部20に固定することで、本実施形態のRFIDタグ1を構成してもよい。本実施形態では、結合部20の第2端202が結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1から見て、結合モジュール3に重なるが、第2端202ではなく、第1端201が結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1から見て、結合モジュール3に重なっていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように、結合部20の巻回方向D20は、巻回軸A20に平行な方向D1から見て右回り方向であり、ヘリカルアンテナ6の巻回方向(右回り方向)と同じである。
As shown in FIG. 1, the winding direction D20 of the
図3に示すように、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1において、結合部20の長さH20は、結合モジュール3の長さH3よりも長いが、結合モジュール3の長さH3以下でもよい。
As shown in FIG. 3, in a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the
また、本実施形態では、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1において、結合部20の長さH20が、第1放射部21の長さH21及び第2放射部22の長さH22の各々よりも短いが、第1放射部21の長さH21及び第2放射部22の長さH22の各々と同じ長さであってもよい。ヘリカル状の第1放射部21の電気長及びヘリカル状の第2放射部22の電気長の各々は、RFIDタグ1の通信される電波の半波長に基づいて決められている。
In addition, in this embodiment, in the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the
実施形態1では、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1において、第1放射部21の長さH21と第2放射部22の長さH22とが同じである。「第1放射部21の長さH21と第2放射部22の長さH22とが同じ」とは、第1放射部21の長さH21と第2放射部22の長さH22とが厳密に同じ長さでなくてもよい。「第1放射部21の長さH21と第2放射部22の長さH22とが同じ」とは、第1放射部21の長さH21が第2放射部22の長さH22の90%以上110%以下の値である場合を含む。
In the first embodiment, in the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the
本実施形態では、図1に示すように、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1から見て、第1放射部21の巻回方向D21は、結合部20の巻回方向D20と逆方向である。また、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1から見て、第2放射部22の巻回方向D22は、結合部20の巻回方向D20と逆方向である。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, when viewed from a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the
図3に示すように、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1において、第1中間部23の長さH23は、結合モジュール3の長さH3よりも長いが、結合モジュール3の長さH3と同じであってもよい。第1中間部23は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合モジュール3の長さH3当たりのターン数が1未満であり、結合部20と第1放射部21の間に位置する。「第1中間部23は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合モジュール3の長さH3当たりのターン数が1未満である」とは、第1中間部23のうち結合モジュール3の長さH3と同じ長さの範囲において第1中間部23のターン数が1未満であることを意味する。仮に第1中間部23が結合モジュール3の長さH3と同じ長さの範囲においてねじれた形状を有していてもターン数が1未満である。実施形態1では、第1中間部23は、直線状の形状であり、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合モジュール3の長さH3当たりのターン数がゼロである。第1中間部23は、結合部20の巻回軸A20上に位置している。実施形態1では、第1中間部23は、結合部20と第1放射部21とを接続する第1接続部を構成している。
3, in the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the
結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1において、第2中間部24の長さH24は、結合モジュール3の長さH3よりも長いが、結合モジュール3の長さH3と同じであってもよい。第2中間部24は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合モジュール3の長さH3当たりのターン数が1未満であり、結合部20と第2放射部22の間に位置する。「第2中間部24は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合モジュール3の長さH3当たりのターン数が1未満である」とは、第2中間部24のうち結合モジュール3の長さH3と同じ長さの範囲において第2中間部24のターン数が1未満であることを意味する。仮に第2中間部24が結合モジュール3の長さH3と同じ長さの範囲においてねじれた形状を有していてもターン数が1未満である。実施形態1では、第2中間部24は、直線状の形状であり、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合モジュール3の長さH3当たりのターン数がゼロである。第2中間部24は、結合部20の巻回軸A20上に位置している。実施形態1では、第2中間部24は、結合部20と第2放射部22とを接続する第2接続部を構成している。
In the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the
実施形態1では、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1において、第1中間部23の長さH23と第2中間部24の長さH24とが同じである。「第1中間部23の長さH23と第2中間部24の長さH24とが同じ」とは、第1中間部23の長さH23と第2中間部24の長さH24とが厳密に同じ長さでなくてもよい。「第1中間部23の長さH23と第2中間部24の長さH24とが同じ」とは、第1中間部23の長さH23が第2中間部24の長さH24の80%以上120%以下の値である場合を含む。
In the first embodiment, in the direction D1 parallel to the winding axis A20 of the
(2)RFIDタグの製造方法
RFIDタグ1の製造方法では、スプリングアンテナ2を準備する第1ステップと、結合モジュール3をスプリングアンテナ2の結合部20の内側に配置する第2ステップと、を順次行う。
(2) Method for Manufacturing RFID Tag In a method for manufacturing the
第1ステップでは、例えば、鋼線(例えば、ピアノ線又はステンレス線)を成型した後に所定温度(例えば、400℃)での熱処理が行われたスプリングアンテナ2を準備する。成型後に上記所定温度での熱処理が行われたスプリングアンテナ2では、鋼線のばね変形加工時の応力が解放されているので、結合部20、第1放射部21、第2放射部22、第1中間部23及び第2中間部24の各々の寸法精度が向上するとともに、鋼線の表面にFe3O4を含む酸化被膜が形成されている。
In the first step, for example, a
第2ステップでは、結合部20、第1放射部21、第2放射部22、第1中間部23及び第2中間部24を有するスプリングアンテナ2の結合部20の内側に、結合部20の巻回軸A20に沿った方向(方向D1)において、第1中間部23側(又は第2中間部24側)から結合モジュール3を挿入し、スプリングアンテナ2に対して結合モジュール3を固定する。スプリングアンテナ2に対して結合モジュール3を結合する際には、例えば、樹脂又はゴムで結合部20と結合モジュール3とをモールドしてもよいし、スプリングアンテナ2と結合モジュール3とを接着剤で固定してもよい。あるいは、スプリングアンテナ2の一部を曲げて結合モジュール3が結合部20から抜けないようにしてもよい。
In the second step, the
本実施形態のRFIDタグ1の製造方法では、第1ステップと第2ステップとを別々に行うことができるので、鋼線をばね加工している途中で結合モジュールを配置し、結合モジュールの周りにばねを形成する製造方法と比べて、スプリングアンテナ2の寸法精度が向上し、結合モジュール3の挿入時に結合モジュール3に荷重がかかることを防止することが可能となる。これにより、結合モジュールの3が破損しにくくなり、製造品質の向上を図ることが可能となる。
In the manufacturing method of the
(3)RFIDタグの動作
RFIDタグ1では、スプリングアンテナ2がUHF帯の通信周波数帯の電波(信号)を受信すると、電波はスプリングアンテナ2に磁界結合したヘリカルアンテナ6に伝達されるので、RFIC素子7に、信号に対応する電流が流れる。RFIC素子7は、ヘリカルアンテナ6から供給される電流を受けて動作し、RFIC素子7の内部の記憶部(図示せず)に記憶されている情報に対応する電流(信号)をヘリカルアンテナ6に出力する。この電流に対応する電波(信号)がヘリカルアンテナ6に磁界結合したスプリングアンテナ2から外部へ放射される。
(3) Operation of RFID Tag In
実施形態1に係るRFIDタグ1におけるスプリングアンテナ2は、結合部20と第1放射部21との間に第1中間部23があり、結合部20と第2放射部22との間に第2中間部24があるので、ダイポール構造のアンテナと同様に機能する。
The
(4)RFIDタグのアンテナ利得-周波数特性
図7は、実施形態1の一実施例のRFIDタグ1、比較例1のRFIDタグ、比較例2のRFIDタグそれぞれのアンテナ利得-周波数特性を示している。図7中の「G1」が一実施例のRFIDタグ1のアンテナ利得-周波数特性を示し、図7中の「R1」が比較例1のRFIDタグのアンテナ利得-周波数特性を示し、図7中の「R2」が比較例2のRFIDタグのアンテナ利得-周波数特性を示している。
(4) Antenna gain-frequency characteristics of RFID tags Fig. 7 shows the antenna gain-frequency characteristics of the
比較例1のRFIDタグは、スプリングアンテナの全長(自由長さ)が60mmであり、スプリングアンテナを構成するスプリングのピッチが、一実施例のヘリカル状の結合部20のピッチよりも大きい。比較例2のRFIDタグは、スプリングアンテナの全長(自由長さ)が37mmであり、スプリングアンテナを構成するスプリングのピッチが、一実施例のヘリカル状の結合部20のピッチよりも大きい。比較例1のRFIDタグでは、スプリングアンテナを構成するスプリングのピッチは、スプリングアンテナを構成するスプリングの内径と同じである。また、比較例2のRFIDタグにおいてもスプリングアンテナを構成するスプリングのピッチは、比較例1のRFIDタグにおいてスプリングアンテナを構成するスプリングのピッチと同じである。スプリングアンテナ2のスプリング状の結合部20の内径は、比較例1のスプリングアンテナを構成するスプリングの内径及び比較例2のスプリングアンテナを構成するスプリングの内径の各々と同じである。
In the RFID tag of Comparative Example 1, the total length (free length) of the spring antenna is 60 mm, and the pitch of the spring constituting the spring antenna is larger than the pitch of the helical joint 20 of the first embodiment. In the RFID tag of Comparative Example 2, the total length (free length) of the spring antenna is 37 mm, and the pitch of the spring constituting the spring antenna is larger than the pitch of the helical joint 20 of the first embodiment. In the RFID tag of Comparative Example 1, the pitch of the spring constituting the spring antenna is the same as the inner diameter of the spring constituting the spring antenna. In the RFID tag of Comparative Example 2, the pitch of the spring constituting the spring antenna is also the same as the pitch of the spring constituting the spring antenna in the RFID tag of Comparative Example 1. The inner diameter of the spring-shaped
図7から分かるように、比較例1のRFIDタグは、比較例2のRFIDタグよりもアンテナ利得が向上していることが分かる。図7では、比較例1のアンテナ利得-周波数特性を示す「R1」は、0.90GHz付近に結合モジュールの共振ピークが現れているが、スプリングアンテナのピークは、1.10GHzよりも高い周波数(1.3GHz付近)に現れる(図示せず)。比較例2のアンテナ利得-周波数特性を示す「R2」に関しては、0.90GHz付近に結合モジュールの共振ピークが現れているが、スプリングアンテナの共振ピークは、1.2GHz付近に現れる(図示せず)。 As can be seen from Figure 7, the RFID tag of Comparative Example 1 has an improved antenna gain compared to the RFID tag of Comparative Example 2. In Figure 7, for "R1" showing the antenna gain-frequency characteristics of Comparative Example 1, the resonance peak of the coupling module appears near 0.90 GHz, but the peak of the spring antenna appears at a frequency higher than 1.10 GHz (near 1.3 GHz) (not shown). For "R2" showing the antenna gain-frequency characteristics of Comparative Example 2, the resonance peak of the coupling module appears near 0.90 GHz, but the resonance peak of the spring antenna appears near 1.2 GHz (not shown).
図7から分かるように、一実施例のRFIDタグ1は、比較例1よりも更にアンテナ利得が向上している。また、一実施例のRFIDタグ1のアンテナ利得-周波数特性を示す「G1」は、0.90GHz付近に結合モジュール3の共振ピークが現れ、0.96GHz付近にスプリングアンテナ2の共振ピークが現れている。つまり、図7から、一実施例では、比較例1と比べて、スプリングアンテナ2の結合部20の内径を比較例1のスプリングアンテナの内径よりも大きくすることなく、結合モジュール3とスプリングアンテナ2との結合係数を小さくできることが分かる。以上より、一実施例のRFIDタグ1は、RFIDタグ1による通信周波数帯においてアンテナ利得を向上できることが分かる。
As can be seen from FIG. 7, the
(5)タイヤの構造
実施形態1に係るタイヤ100は、図8A及び図8Bに示すように、RFIDタグ1と、RFIDタグ1が内蔵されているタイヤケーシング101と、を備える。また、タイヤ100は、ホイール104を更に備える。タイヤ100は、例えば、自動車等の車両に用いられるタイヤである。
(5) Tire Structure As shown in Fig. 8A and Fig. 8B , the
タイヤケーシング101は、電気絶縁性のエラストマーを含む。エラストマーは、常温でゴム状弾性を有する高分子物質である。「エラストマー」は、例えばジエンポリマー、すなわちジエン単位を含むポリマー、シリコーン、ポリウレタン及びポリオレフィン等の熱可塑性エラストマーを含む。タイヤケーシング101は、トレッド102と、サイドウォール103と、を有する。RFIDタグ1は、タイヤケーシング101のサイドウォール103に内蔵されている。特にRFIDタグ1がサイドウォール103に内蔵される場合、サイドウォール103にはラジアル状(放射状)に金属繊維が配置されているので、金属繊維の影響によるアンテナ放射特性の劣化を低減するために、RFIDタグ1は金属繊維と直交するように配置されている。RFIDタグ1は、例えば、サイドウォール103においてエラストマーとの親和性の高い電気絶縁性のゴムを含む2つの層の間に封入されていてもよいし、エラストマーを含む2つの層の間に封入されていてもよい。
The
(6)効果
実施形態1に係るRFIDタグ1は、スプリングアンテナ2が、ヘリカル状の結合部20と、ヘリカル状の第1放射部21と、ヘリカル状の第2放射部22と、第1中間部23と、第2中間部24と、を有する。第1中間部23は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合モジュール3の長さH3当たりのターン数が1未満であり、結合部20と第1放射部21の間に位置する。第2中間部24は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1における結合モジュール3の長さH3当たりのターン数が1未満であり、結合部20と第2放射部22の間に位置する。
(6) Effects In the
上記構成によれば、アンテナ利得の向上を図ることが可能となる。より詳細には、実施形態1に係るRFIDタグ1は、結合部20と結合モジュール3のヘリカルアンテナ6との磁界結合により結合部20に発生した電流が、第1中間部23及び第2中間部24において磁界エネルギとして外部へ放射されにくくなり、ヘリカル状の第1放射部21及びヘリカル状の第2放射部22へ効率良く伝達されるので、アンテナ放射効率を高めることができ、アンテナ利得を向上させることが可能となる。
The above configuration makes it possible to improve the antenna gain. More specifically, in the
また、実施形態1に係るRFIDタグ1では、第1放射部21の巻回方向D21及び第2放射部22の巻回方向D22が、結合部20の巻回方向D20と逆方向である。
Furthermore, in the
上記構成によれば、結合部20、第1放射部21及び第2放射部22の各々が磁化し、スプリングアンテナ2のインダクタンスが変わりスプリングアンテナ2の共振周波数が変化して波長短縮の現象が起きた場合に、磁化の影響を低減できる場合がある。磁化の影響が懸念されない場合は、第1放射部21の巻回方向D21及び第2放射部22の巻回方向D22を、結合部20の巻回方向D20と同じにしてもよい。
The above configuration may reduce the effect of magnetization when the
実施形態1に係るタイヤ100は、RFIDタグ1と、RFIDタグ1が内蔵されているタイヤケーシング101と、を備える。
The
上記構成によれば、アンテナ利得の向上を図ることが可能となる。 The above configuration makes it possible to improve antenna gain.
(実施形態1の変形例)
実施形態1の変形例では、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1(図1参照)から見て、図9に示すように、結合部20の巻回軸A20と結合部20の第1端201とを通る直線SL1と、結合部20の巻回軸A20と結合部20の第2端202とを通る直線SL2と、のなす角度θ1が、90度以下である。
(Modification of the first embodiment)
In a modified example of
上記構成によれば、RFIDタグ1の製造時に、スプリングアンテナ2を配置する冶具又はステージ上に、スプリングアンテナ2を安定して配置することができ、スプリングアンテナ2の結合部20の内側に結合モジュール3を挿入しやすくなるとともに結合部20に対する結合モジュール3の位置決めが容易になる。
The above configuration allows the
実施形態1の変形例は、実施形態1に係るRFIDタグ1と同様、アンテナ利得の向上を図ることが可能となる。
The modified example of the first embodiment can improve the antenna gain, similar to the
(実施形態2)
実施形態2に係るRFIDタグ1Aについて、図10を参照して説明する。実施形態2に係るRFIDタグ1Aに関し、実施形態1に係るRFIDタグ1(図1~図7、図8A及び図8B参照)と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
An
(1)構成
実施形態2に係るRFIDタグ1Aは、第1放射部21の巻回軸A21及び第2放射部22の巻回軸A22は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1と直交する方向において、結合部20の巻回軸A20とずれている点で、実施形態1に係るRFIDタグ1と相違する。
(1) Configuration The
本実施形態では、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1から見て、結合部20の巻回方向(巻線方向)D20が右回り方向(右巻き)であり、第1放射部21の巻回方向D21が左回り方向(左巻き)である。本実施形態では、結合部20の巻回方向D20と第1放射部21の巻回方向D21とが逆方向であり、結合部20の巻回方向D20と第2放射部22の巻回方向D22とが逆方向である。
In this embodiment, when viewed from a direction D1 parallel to the winding axis A20 of the
(2)効果
実施形態2に係るRFIDタグ1Aは、実施形態1に係るRFIDタグ1と同様、スプリングアンテナ2が、ヘリカル状の結合部20と、ヘリカル状の第1放射部21と、ヘリカル状の第2放射部22と、第1中間部23と、第2中間部24と、を有するので、アンテナ利得の向上を図ることが可能となる。また、実施形態2に係るRFIDタグ1Aでは、結合部20の内側に結合モジュール3を配置しやすくなる。
(2) Effects As with the
また、実施形態2に係るRFIDタグ1Aでは、第1放射部21の巻回軸A21及び第2放射部22の巻回軸A22は、結合部20の巻回軸A20に平行な方向D1と直交する方向において、結合部20の巻回軸A20とずれている。
In addition, in the
上記構成によれば、RFIDタグ1Aの製造に際して、結合部20への結合モジュール3の挿入時に、第1放射部21、第2放射部22が邪魔になりにくいので、結合モジュール3を結合部20に挿入しやすくなる。
With the above configuration, when manufacturing the
また、実施形態2に係るRFIDタグ1Aは、第1放射部21の巻回方向D21及び第2放射部22の巻回方向D22が、結合部20の巻回方向D20と逆方向である。
Furthermore, in the
上記構成によれば、結合部20、第1放射部21及び第2放射部22の各々が磁化して、スプリングアンテナ2のインダクタンスが変わりスプリングアンテナ2の共振周波数が変化して波長短縮の現象が起きた場合に、磁化の影響を低減できる場合がある。磁化の影響が懸念されない場合は、第1放射部21の巻回方向D21及び第2放射部22の巻回方向D22を、結合部20の巻回方向D20と同じにしてもよい。
The above configuration may reduce the effect of magnetization when each of the
(実施形態3)
実施形態3に係るRFIDタグ1Bについて、図11及び図12を参照して説明する。実施形態3に係るRFIDタグ1Bに関し、実施形態1に係るRFIDタグ1(図1~図7、図8A及び図8B参照)と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
An
(1)構成
実施形態3に係るRFIDタグ1Bは、第1放射部21の長さH21と第2放射部22の長さH22とが異なり、第1放射部21の長さH21が第2放射部22の長さH22よりも長い点で、実施形態1に係るRFIDタグ1と相違する。
(1) Configuration The
(2)効果
実施形態3に係るRFIDタグ1Bは、実施形態1に係るRFIDタグ1と同様、アンテナ利得の向上を図ることが可能となる。また、実施形態3に係るRFIDタグ1Bでは、結合モジュール3とスプリングアンテナ2との間の磁気結合が強すぎる場合に、第1放射部21の長さH21と第2放射部22の長さH22との比を変えることで、結合値を調整することができる。
(2) Effects The
上記の実施形態1~3等は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態1~3等は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能であり、適宜組み合わせてもよい。
The above-mentioned
(その他の変形例)
例えば、結合モジュール3の構造は、図5及び図6の例に限らず、別の構造を有していてもよい。
(Other Modifications)
For example, the structure of the
RFIDタグ1が適用される商品は、タイヤ100に限定されず、例えば、衣服、リネン類等があってもよい。
The products to which the
(態様)
本明細書には、以下の態様が開示されている。
(Aspects)
The present specification discloses the following aspects.
第1の態様に係るRFIDタグ(1;1A;1B)は、スプリングアンテナ(2)と、結合モジュール(3)と、を備える。結合モジュール(3)は、ヘリカルアンテナ(6)と、RFIC素子(7)と、を有する。RFIC素子(7)は、ヘリカルアンテナ(6)に接続されている。スプリングアンテナ(2)は、ヘリカル状の結合部(20)と、ヘリカル状の第1放射部(21)と、ヘリカル状の第2放射部(22)と、第1中間部(23)と、第2中間部(24)と、を有する。結合部(20)は、結合モジュール(3)が内側に配置されている。第1中間部(23)は、結合部(20)の巻回軸(A20)に平行な方向(D1)における結合モジュール(3)の長さ(H3)当たりのターン数が1未満であり、結合部(20)と第1放射部(21)の間に位置する。第2中間部(24)は、結合部(20)の巻回軸(A20)に平行な方向(D1)における結合モジュール(3)の長さ(H3)当たりのターン数が1未満であり、結合部(20)と第2放射部(22)の間に位置する。 The RFID tag (1; 1A; 1B) according to the first aspect includes a spring antenna (2) and a coupling module (3). The coupling module (3) includes a helical antenna (6) and an RFIC element (7). The RFIC element (7) is connected to the helical antenna (6). The spring antenna (2) includes a helical coupling portion (20), a first helical radiating portion (21), a second helical radiating portion (22), a first intermediate portion (23), and a second intermediate portion (24). The coupling portion (20) has the coupling module (3) disposed inside. The first intermediate portion (23) has less than one turn per length (H3) of the coupling module (3) in a direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20), and is located between the coupling portion (20) and the first radiating portion (21). The second intermediate portion (24) has less than one turn per length (H3) of the coupling module (3) in a direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20), and is located between the coupling portion (20) and the second radiating portion (22).
この態様によれば、アンテナ利得の向上を図ることが可能となる。 This aspect makes it possible to improve antenna gain.
第2の態様に係るRFIDタグ(1;1A;1B)では、第1の態様において、結合部(20)の巻回軸(A20)に平行な方向(D1)において、第1中間部(23)の長さ(H23)及び第2中間部(24)の長さ(H24)の各々は、結合モジュール(3)の長さ(H3)よりも長い。 In the RFID tag (1; 1A; 1B) according to the second embodiment, in the first embodiment, in a direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20), the length (H23) of the first intermediate portion (23) and the length (H24) of the second intermediate portion (24) are each longer than the length (H3) of the coupling module (3).
この態様によれば、製造時において、スプリングアンテナ(2)における結合部(20)の内側に結合モジュール(3)を容易に配置することが可能となるので、スプリングアンテナ(2)の性能を向上させることが可能となる。 According to this embodiment, during manufacturing, it is possible to easily position the coupling module (3) inside the coupling portion (20) of the spring antenna (2), thereby improving the performance of the spring antenna (2).
第3の態様に係るRFIDタグ(1A)では、第1又は2の態様において、第1放射部(21)の巻回軸(A21)及び第2放射部(22)の巻回軸(A22)は、結合部(20)の巻回軸(A20)に平行な方向(D1)と直交する方向において、結合部(20)の巻回軸(A20)とずれている。 In the RFID tag (1A) according to the third aspect, in the first or second aspect, the winding axis (A21) of the first radiating portion (21) and the winding axis (A22) of the second radiating portion (22) are misaligned with the winding axis (A20) of the connecting portion (20) in a direction perpendicular to a direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the connecting portion (20).
この態様によれば、製造時に結合モジュール(3)を結合部(20)の内側に挿入しやすくなる。 This embodiment makes it easier to insert the connection module (3) inside the connection portion (20) during manufacturing.
第4の態様に係るRFIDタグ(1;1A;1B)では、第1~3の態様のいずれか一つにおいて、第1放射部(21)の巻回方向(D21)及び第2放射部(22)の巻回方向(D22)は、結合部(20)の巻回方向(D20)と逆方向である。 In the RFID tag (1; 1A; 1B) according to the fourth aspect, in any one of the first to third aspects, the winding direction (D21) of the first radiating portion (21) and the winding direction (D22) of the second radiating portion (22) are opposite to the winding direction (D20) of the connecting portion (20).
この態様によれば、結合部(20)、第1放射部(21)及び第2放射部(22)の各々が磁化して磁化率が上昇し、スプリングアンテナ(2)のインダクタンスが変わりスプリングアンテナ(2)の共振周波数が変化して波長短縮の現象が起きた場合に、磁化の影響を相殺できる場合がある。 According to this embodiment, when the coupling portion (20), the first radiation portion (21), and the second radiation portion (22) are magnetized and the magnetic susceptibility increases, the inductance of the spring antenna (2) changes, the resonant frequency of the spring antenna (2) changes, and a phenomenon of wavelength shortening occurs, the effect of magnetization may be offset.
第5の態様に係るRFIDタグ(1;1A;1B)では、第1~4の態様のいずれ一つにおいて、結合部(20)の巻回軸(A20)に平行な方向(D1)において、結合部(20)の長さ(H20)は、第1放射部(21)の長さ(H21)及び第2放射部(22)の長さ(H22)の各々よりも短い。 In the RFID tag (1; 1A; 1B) according to the fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, the length (H20) of the coupling portion (20) in the direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20) is shorter than each of the length (H21) of the first radiating portion (21) and the length (H22) of the second radiating portion (22).
この態様によれば、結合部(20)とヘリカルアンテナ(6)との結合係数を低減することが可能となり、磁気結合を弱めることが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to reduce the coupling coefficient between the coupling portion (20) and the helical antenna (6), thereby weakening the magnetic coupling.
第6の態様に係るRFIDタグ(1;1A;1B)では、第1~5の態様のいずれか一つにおいて、結合部(20)は、第1端(201)及び第2端(202)を有する。結合部(20)の第1端(201)又は第2端(202)は、結合部(20)の巻回軸(A20)に平行な方向(D1)から見て、結合モジュール(3)に重なる。 In the RFID tag (1; 1A; 1B) according to the sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, the coupling portion (20) has a first end (201) and a second end (202). The first end (201) or the second end (202) of the coupling portion (20) overlaps with the coupling module (3) when viewed from a direction (D1) parallel to the winding axis (A20) of the coupling portion (20).
この態様によれば、製造時において、スプリングアンテナ(2)における結合部(20)の内側に結合モジュール(3)を容易に配置するときに、結合モジュール(3)の位置決めが容易になるとともに、結合モジュール(3)が結合部(20)から脱落することを防止することが可能となる。 According to this embodiment, when the coupling module (3) is easily placed inside the coupling portion (20) of the spring antenna (2) during manufacturing, the positioning of the coupling module (3) becomes easy and it becomes possible to prevent the coupling module (3) from falling off the coupling portion (20).
第7の態様に係るRFIDタグ(1;1A;1B)では、第1~6の態様のいずれか一つにおいて、スプリングアンテナ(2)は、ピアノ線又はステンレス鋼線を含む。 In the RFID tag (1; 1A; 1B) according to the seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, the spring antenna (2) includes piano wire or stainless steel wire.
この態様によれば、スプリングアンテナ(2)の耐久性を向上させることが可能となる。 This embodiment makes it possible to improve the durability of the spring antenna (2).
第8の態様に係るRFIDタグ(1;1A;1B)では、第7の態様において、スプリングアンテナ(2)の材料は、Fe3O4を含む。 In the RFID tag (1; 1A; 1B) according to the eighth aspect, in the seventh aspect, the material of the spring antenna (2) contains Fe 3 O 4 .
この態様によれば、信頼性の向上を図ることが可能となる。 This aspect makes it possible to improve reliability.
第9の態様に係るタイヤ(100)は、第1~8の態様のいずれか一つのRFIDタグ(1;1A;1B)と、RFIDタグ(1;1A;1B)が内蔵されているタイヤケーシング(101)と、を備える。 The tire (100) according to the ninth aspect includes an RFID tag (1; 1A; 1B) according to any one of the first to eighth aspects, and a tire casing (101) in which the RFID tag (1; 1A; 1B) is embedded.
この態様によれば、アンテナ利得の向上を図ることが可能となる。 This aspect makes it possible to improve antenna gain.
第10の態様に係るタイヤ(100)では、第9の態様において、タイヤケーシング(101)は、電気絶縁性のエラストマーを含む。 In the tire (100) according to the tenth aspect, in the ninth aspect, the tire casing (101) includes an electrically insulating elastomer.
第11の態様に係るタイヤ(100)では、第10の態様において、タイヤケーシング(101)は、サイドウォール(103)を有する。RFIDタグ(1;1A;1B)は、タイヤケーシング(101)のサイドウォール(103)に内蔵されている。 In the tire (100) according to the eleventh aspect, in the tenth aspect, the tire casing (101) has a sidewall (103). The RFID tag (1; 1A; 1B) is embedded in the sidewall (103) of the tire casing (101).
この態様によれば、タイヤ(100)を備える自動車の走行中にRFIDタグ(1;1A;1B)が外部からの力を受けにくくなり、RFIDタグ(1;1A;1B)の信頼性の向上を図ることが可能となる。 According to this aspect, the RFID tag (1; 1A; 1B) is less susceptible to external forces while the vehicle equipped with the tire (100) is traveling, making it possible to improve the reliability of the RFID tag (1; 1A; 1B).
1、1A、1B RFIDタグ
2 スプリングアンテナ
20 結合部
201 第1端
202 第2端
21 第1放射部
22 第2放射部
23 第1中間部
24 第2中間部
3 結合モジュール
6 ヘリカルアンテナ
7 RFIC素子
100 タイヤ
101 タイヤケーシング
103 サイドウォール
A6 巻回軸
A20 巻回軸
A21 巻回軸
A22 巻回軸
D1 方向
D20 巻回方向
D21 巻回方向
D22 巻回方向
D31 第1方向
D32 第2方向
H3 長さ
H20 長さ
H21 長さ
H22 長さ
H23 長さ
H24 長さ
1, 1A,
Claims (11)
結合モジュールと、を備え、
前記結合モジュールは、
ヘリカルアンテナと、
前記ヘリカルアンテナに接続されているRFIC素子と、を有し、
前記スプリングアンテナは、
前記結合モジュールが内側に配置されている、ヘリカル状の結合部と、
ヘリカル状の第1放射部と、
ヘリカル状の第2放射部と、
前記結合部の巻回軸に平行な方向における前記結合モジュールの長さ当たりのターン数が1未満であり、前記結合部と前記第1放射部の間に位置する、第1中間部と、
前記結合部の前記巻回軸に平行な前記方向における前記結合モジュールの長さ当たりのターン数が1未満であり、前記結合部と前記第2放射部の間に位置する、第2中間部と、を有する、
RFIDタグ。 A spring antenna,
a coupling module;
The binding module comprises:
A helical antenna,
an RFIC element connected to the helical antenna;
The spring antenna is
a helical coupling part, the coupling module being disposed inside the helical coupling part;
A helical first radiating portion;
A helical second radiating portion;
a first intermediate portion having less than one turn per length of the coupling module in a direction parallel to the winding axis of the coupling portion and located between the coupling portion and the first radiating portion;
a second intermediate portion having less than one turn per length of the coupling module in the direction parallel to the winding axis of the coupling portion and located between the coupling portion and the second radiating portion;
RFID tag.
請求項1に記載のRFIDタグ。 In the direction parallel to the winding axis of the coupling portion, a length of the first intermediate portion and a length of the second intermediate portion are each longer than a length of the coupling module.
The RFID tag of claim 1 .
請求項1又は2に記載のRFIDタグ。 a winding axis of the first radiating portion and a winding axis of the second radiating portion are offset from the winding axis of the coupling portion in a direction perpendicular to the direction parallel to the winding axis of the coupling portion.
The RFID tag according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれか一項に記載のRFIDタグ。 a winding direction of the first radiating portion and a winding direction of the second radiating portion are opposite to a winding direction of the coupling portion;
The RFID tag according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4のいずれか一項に記載のRFIDタグ。 In the direction parallel to the winding axis of the coupling portion, a length of the coupling portion is shorter than each of a length of the first radiating portion and a length of the second radiating portion.
The RFID tag according to any one of claims 1 to 4.
前記結合部の前記第1端又は前記第2端は、前記結合部の前記巻回軸に平行な前記方向から見て、前記結合モジュールに重なる、
請求項1~5のいずれか一項に記載のRFIDタグ。 The coupling portion has a first end and a second end,
The first end or the second end of the coupling portion overlaps the coupling module when viewed from the direction parallel to the winding axis of the coupling portion.
The RFID tag according to any one of claims 1 to 5.
請求項1~6のいずれか一項に記載のRFIDタグ。 The spring antenna comprises a piano wire or a stainless steel wire.
The RFID tag according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載のRFIDタグ。 The material of the spring antenna includes Fe3O4 ;
The RFID tag according to claim 7.
前記RFIDタグが内蔵されているタイヤケーシングと、を備える、
タイヤ。 An RFID tag according to any one of claims 1 to 8;
and a tire casing having the RFID tag embedded therein.
tire.
請求項9に記載のタイヤ。 The tire casing includes an electrically insulating elastomer.
10. The tire of claim 9.
前記RFIDタグは、前記タイヤケーシングの前記サイドウォールに内蔵されている、
請求項10に記載のタイヤ。 The tire casing has a sidewall,
The RFID tag is embedded in the sidewall of the tire casing.
11. The tire of claim 10.
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