特開 2024-16778 ＲＦＩＤタグ、パッシブ型ＲＦＩＤタグセンサー、ＲＦＩＤタグホルダー、および増幅アンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024016778

(43)【公開日】2024-02-07

(54)【発明の名称】ＲＦＩＤタグ、パッシブ型ＲＦＩＤタグセンサー、ＲＦＩＤタグホルダー、および増幅アンテナ

(51)【国際特許分類】

   G06K 19/077 20060101AFI20240131BHJP

   G06K 19/07 20060101ALI20240131BHJP

   H01Q 1/24 20060101ALI20240131BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

G06K19/077 248

G06K19/077 280

G06K19/07 170

H01Q1/24 Z

H01Q1/38

【審査請求】有

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022143255

(22)【出願日】2022-09-08

(31)【優先権主張番号】P 2022118623

(32)【優先日】2022-07-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】523107477

【氏名又は名称】渡辺 明

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 明

【テーマコード（参考）】

5J046

5J047

【Ｆターム（参考）】

5J046AA02

5J046AB06

5J046AB13

5J046PA04

5J047AA02

5J047AB06

5J047AB13

(57)【要約】

【課題】金属表面からの反射波を有効に使用することのできるＲＦＩＤタグ、パッシブ型ＲＦＩＤタグセンサー、ＲＦＩＤタグホルダー、および増幅アンテナを提供する
【解決手段】絶縁層と、絶縁層の上に設けられ、環状の開口を有する導体パターンと、開口の近傍で、導体パターンと電気的に接続されたＩＣチップ２０とからなるインピーダンス整合部３０と、インピーダンス整合部３０から第１端部まで第１方向に延伸する放射導体３１と、インピーダンス整合部３０から第２端部まで第２方向に延伸する伝熱部３２とを有している。金属表面に、伝熱部３２が平行に接触するよう配置され、インピーダンス整合部３０が、金属表面に対して、０度より大きく９０度より小さい角度θ１で配置されている。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられ、環状の開口を有する導体パターンと、前記開口の近傍で、前記導体パターンと電気的に接続されたＩＣチップとからなるインピーダンス整合部と、
前記インピーダンス整合部から第１端部まで第１方向に延伸する放射導体と、
前記インピーダンス整合部から第２端部まで第２方向に延伸する伝熱部とを有し、
金属表面に、前記伝熱部が平行に接触するよう配置され、
前記インピーダンス整合部が、前記金属表面に対して、０度より大きく９０度より小さい角度θ１で配置されていることを
特徴とするＲＦＩＤタグ。

【請求項2】

前記インピーダンス整合部に対向した反射板を備え、
前記反射板が、前記金属表面に対して、０度より大きく９０度より小さい角度θ２で配置されていることを
特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項3】

前記インピーダンス整合部および前記放射導体の上に配置されたスペーサーと、
前記スペーサーを介して、前記インピーダンス整合部および前記放射導体とは反対側に配置された増幅アンテナとを備え、
前記スペーサーと前記増幅アンテナとから成る組を、１または複数有し、
前記増幅アンテナの一端が前記インピーダンス整合部に接合されており、
前記スペーサーと前記増幅アンテナとの少なくとも１組が、前記インピーダンス整合部および前記放射導体に対向して配置されていることを
特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項4】

前記角度θ１が、３０度以上８０度以下であることを特徴とする請求項１、２または３記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項5】

前記角度θ１が、３０度以上８０度以下であり、
前記角度θ２が、３０度以上８０度以下であることを、
特徴とする請求項２記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項6】

前記スペーサーの厚さが、０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項7】

前記インピーダンス整合部および前記放射導体が、ＲＦＩＤリーダ・ライタから発信された電波の、前記金属表面からの反射波を利用して通信を行うよう構成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項8】

前記インピーダンス整合部および前記放射導体が、ＲＦＩＤリーダ・ライタから発信された電波の、前記金属表面および前記反射板からの反射波を利用して通信を行うよう構成されていることを特徴とする請求項２または５記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項9】

前記インピーダンス整合部および前記放射導体と、前記伝熱部と、
前記金属表面に保持するためのホルダーとを、
備えることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項10】

前記インピーダンス整合部および前記放射導体と、前記伝熱部と、前記反射板と、
前記金属表面に保持するためのホルダーとを
備えることを特徴とする請求項２記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項11】

前記インピーダンス整合部および前記放射導体と、前記スペーサーと、前記増幅アンテナと、
前記金属表面に保持するためのホルダーとを
備えることを特徴とする請求項３記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項12】

前記金属表面から前記インピーダンス整合部の前記ＩＣチップへの熱伝導を促進するよう、前記伝熱部が前記金属表面と接しており、
前記ＩＣチップの温度コードによって、温度変化および温度異常の検知を行うよう構成されていることを
特徴とする請求項９、１０または１１記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項13】

前記インピーダンス整合部および前記放射導体と、前記金属表面との間に、前記ホルダーに充填された吸水材を備え、
前記吸水材の交換、前記吸水材の乾燥後の再利用、および、異なる体積の吸水材の使用が可能であることを
特徴とする請求項９、１０または１１記載のＲＦＩＤタグ。

【請求項14】

ＵＨＦ入力で観測した請求項１３記載のＲＦＩＤタグのインピーダンスに関わる値であるセンサーコードＳの変化による、前記吸水材の水分変化の検出および漏水検知と、前記ＲＦＩＤタグの前記ＩＣチップの温度コードによる、温度変化および温度異常の検知とを、同時に行えるよう構成されていることを特徴とするパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサー。

【請求項15】

請求項９記載のＲＦＩＤタグ用のＲＦＩＤタグホルダーであって、
前記金属表面に対して、前記インピーダンス整合部を前記角度θ１で配置するためのＲＦＩＤタグ保持面と、
前記吸水材を、前記インピーダンス整合部および前記放射導体と前記金属表面との間に充填するための吸水材保持部とを、
備えることを特徴とするＲＦＩＤタグホルダー。

【請求項16】

請求項１０記載のＲＦＩＤタグ用のＲＦＩＤタグホルダーであって、
前記金属表面に対して、前記インピーダンス整合部を前記角度θ１で配置するためのＲＦＩＤタグ保持面と、
前記吸水材を、前記インピーダンス整合部および前記放射導体と前記反射板と前記金属表面との間に充填するための吸水材保持部と、
前記反射板を、前記角度θ２で配置するための反射板保持部とを、
備えることを特徴とするＲＦＩＤタグホルダー。

【請求項17】

請求項１１記載のＲＦＩＤタグ用のＲＦＩＤタグホルダーであって、
前記金属表面に対して、前記インピーダンス整合部を前記角度θ１で配置するためのＲＦＩＤタグ保持面と、
前記吸水材を、前記インピーダンス整合部および前記放射導体と前記金属表面との間に充填するための吸水材保持部とを、
備えることを特徴とするＲＦＩＤタグホルダー。

【請求項18】

請求項３記載のＲＦＩＤタグ用の増幅アンテナであって、
前記インピーダンス整合部および前記放射導体の上に、前記スペーサーを介して前記インピーダンス整合部および前記放射導体に対向して配置され、一端が前記インピーダンス整合部に接合していることを
特徴とする増幅アンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＲＦＩＤタグ、パッシブ型ＲＦＩＤタグセンサー、ＲＦＩＤタグホルダー、および増幅アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

電磁界や電波を用いて非接触でデータの読み書きを行い、それらのデータによって認証を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術においては、複数のＲＦＩＤタグを離れた位置から一括で読み込むことができ、また、ＲＦＩＤタグのＩＣに書き込まれた識別情報から、受信したデータがどのＲＦＩＤタグからのものであるかを判別することができる。

【0003】

また、ＲＦＩＤリーダ・ライタからの電波によって駆動するパッシブ型のＲＦＩＤタグによって、電池や外部電源を使用せずに検知結果を無線送信することができる。

【0004】

従来、このような特徴を有するＲＦＩＤタグを排水管の継ぎ目近傍に設置して、通信状態の変化に基づき排水管の水漏れを検知する、排水管保全ための漏水検出システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＲＦＩＤタグを用いることで、ＩＣに書き込まれた識別情報から、漏水箇所の特定が可能となる。

【0005】

上記のような、建物や設備の保全目的において、ＲＦＩＤタグを設置する場合、建物や設備の金属構造物にＲＦＩＤタグを貼り付けた状態で使用すると、金属の影響を受けて、ＲＦＩＤリーダ・ライタとの無線通信ができなくなるという問題がある。

【0006】

そこで、金属に貼付した場合の通信障害対策が施された、金属対応ＲＦＩＤタグが、これまでに考案されている。例えば、（ｉ）発泡体セパレータ等によって、ＲＦＩＤタグと金属面との間に距離を作ることで読み取りを可能にするタイプ、（ｉｉ）タグと金属面との間に軟磁性材料からなる磁性シートを設置して、入射磁束の反射方向を変えて読み取りを可能にするタイプ（例えば、特許文献２参照）、および（ｉｉｉ）貼付している金属自体をブースターアンテナ化して、読み取りを可能にするタイプ（例えば、特許文献３参照）等が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４４８４０６６号公報

【特許文献2】特許第３５７０５１２号公報

【特許文献3】特開２００６－２７７５２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

建物や設備の保全においては、漏水の検知に加えて、異常温度の検知を同時に行える必要がある。また、建物や設備内の保全のために検査を必要とする箇所は、壁、床、および天井等で覆われた場所であることが多く、赤外線温度計等の露出した表面温度を計測する手法を用いることはできない。また、温度や漏水を検知するためのセンサーを設置する場所は、建物や設備内でアクセスが難しいところである場合が多く、電池や外部電源を必要としない、メンテナンスフリーなセンサーデバイスである必要がある。

【0009】

建物や設備の保全目的で使用するＲＦＩＤタグは、建物や設備の金属構造物に貼付した場合の通信障害対策が施された、金属対応ＲＦＩＤタグである必要がある。従来の上記（ｉ）～（ｉｉｉ）に記載のような金属対応ＲＦＩＤタグにおいては、ＲＦＩＤタグを貼付した金属表面からの電磁波の反射の影響を低減することで通信障害対策を行っていた。しかし、この手法では、金属表面からの反射波を有効利用できないため、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダ・ライタとの間の通信距離ＣＬの改善に限界があるという課題があった。

【0010】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、金属表面からの反射波を有効に使用することのできるＲＦＩＤタグ、パッシブ型ＲＦＩＤタグセンサー、ＲＦＩＤタグホルダー、および増幅アンテナを提供することを目的とする。また、建物や設備の保全において、壁、床、および天井等で覆われた場所の、温度および漏水の検知を同時に行える、電池や外部電源を必要としない、メンテナンスフリーなＲＦＩＤタグ、パッシブ型ＲＦＩＤタグセンサー、ＲＦＩＤタグホルダー、および増幅アンテナを提供することもできる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

ＲＦＩＤタグを金属体に貼付した場合に、通信距離ＣＬが大幅に短くなり、通信不能になる現象は、金属体に入射した電磁波による渦電流の発生によって説明されている。この現象を、空気中から金属表面に入射した電磁波の位相の変化から見た場合、固定端反射となり、位相がπずれることで位相反転が起こり、入射波と反射波とは弱めあうことになる。金属対応タグで、発泡体セパレータ等によって、ＲＦＩＤタグと金属表面との間に距離を作ることで読み取りを可能にする上記（ｉ）のタイプは、金属表面の固定端反射面からＲＦＩＤタグを離すことにより、上記の問題の影響の低減を図っている。タグと金属面との間に軟磁性材料からなる磁性シートを設置する上記（ｉｉ）のタイプの場合には、入射磁束の反射方向を変えることで、固定端反射での電磁波の干渉の問題の解決を図っている。貼付している金属自体をブースターアンテナ化する上記（ｉｉｉ）のタイプの場合には、ＲＦＩＤタグの片端の一部を金属体の端に貼付し、反対側のアンテナ及びインピーダンス整合部は金属表面外のフリースペース（空気中）に配置されるため、ＲＦＩＤタグのほとんどの部分は、金属表面の固定端反射の影響を受けないことになる。しかし、ＲＦＩＤタグの金属体への貼付箇所には制限が生じることになる。

【0012】

上記の金属対応タグでは、いずれの場合にも、金属表面からの電磁波の反射波の影響を避けることによって、問題の解決を図っている。しかし、これでは、電磁波の金属表面からの反射波のエネルギーを有効利用できていないという課題がある。

【0013】

本発明に係るＲＦＩＤタグでは、上記の金属対応タグにおける課題を解決するために、金属体表面からの反射波をも利用できるようなＲＦＩＤタグ構造とし、さらに、ＲＦＩＤタグに対向する位置に、電磁波の反射板を配置することで、さらに電磁波のエネルギーの有効利用を可能とした構造であることを特徴とする。すなわち、本発明に係るＲＦＩＤタグは、絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられ、環状の開口を有する導体パターンと、前記開口の近傍で、前記導体パターンと電気的に接続されたＩＣチップとからなるインピーダンス整合部と、前記インピーダンス整合部から第１端部まで第１方向に延伸する放射導体と、前記インピーダンス整合部から第２端部まで第２方向に延伸する伝熱部とを有し、金属表面に、前記伝熱部が平行に接触するよう配置され、前記インピーダンス整合部が、前記金属表面に対して、０度より大きく９０度より小さい角度θ１で配置されていることを特徴とする。また、本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記インピーダンス整合部に対向した反射板を備え、前記反射板が、前記金属表面に対して、０度より大きく９０度より小さい角度θ２で配置されていることが好ましい。

【0014】

本発明に係るＲＦＩＤタグは、建物や設備の保全目的で使用するために、通信距離の長い、ＵＨＦ帯の周波数を使用することが好ましい。本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記角度θ１が、３０度以上８０度以下であることが好ましい。あるいは、前記角度θ１が、３０度以上８０度以下であり、前記角度θ２が、３０度以上８０度以下であることが好ましい。

【0015】

本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記インピーダンス整合部および前記放射導体が、ＲＦＩＤリーダ・ライタから発信された電波の、前記金属表面からの反射波を利用して通信を行うよう構成されていることが好ましい。あるいは、前記インピーダンス整合部および前記放射導体が、ＲＦＩＤリーダ・ライタから発信された電波の、前記金属表面および前記反射板からの反射波を利用して通信を行うよう構成されていることが好ましい。

【0016】

本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記インピーダンス整合部および前記放射導体の上に配置されたスペーサーと、前記スペーサーを介して、前記インピーダンス整合部および前記放射導体とは反対側に配置された増幅アンテナとを備え、前記スペーサーと前記増幅アンテナとから成る組を、１または複数有し、前記増幅アンテナの一端が前記インピーダンス整合部に接合されており、前記スペーサーと前記増幅アンテナとの少なくとも１組が、前記インピーダンス整合部および前記放射導体に対向して配置されていることが好ましい。この場合、前記スペーサーの厚さが、０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。

【0017】

本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記金属表面に保持するためのホルダーを備えていてもよい。このとき、前記インピーダンス整合部および前記放射導体と、前記金属表面との間に、前記ホルダーに充填された吸水材を備え、前記吸水材の交換、前記吸水材の乾燥後の再利用、および、異なる体積の吸水材の使用が可能であることが好ましい。この場合、温度センシングのための温度コードおよび、周囲の誘電率の違いによるインピーダンス変化に対応したセンサーコードＳの計測が可能なＩＣチップを採用していることが好ましい。これにより、ＲＦＩＤタグのＩＣチップが接続される導体パターンに連なる導体からなる伝熱部を金属体の表面に接触することで、金属体の測温を行い、ＩＣチップを配したインピーダンス整合部と接触して配した吸水材の吸水および保水によって、センサーコードＳが変化することを利用して、漏水の検知を行うことができる。

【0018】

本発明に係るＲＦＩＤタグは、ＩＣチップ以外の電子デバイスを有しないために、電池や外部電源を必要としない、ＲＦＩＤリーダ・ライタからの電波を受けたパッシブ型のセンサーであり、温度および漏水の検知を同時に行えることが好ましい。

【0019】

本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記金属表面から前記インピーダンス整合部の前記ＩＣチップへの熱伝導を促進するよう、前記伝熱部が前記金属表面と接しており、前記ＩＣチップの温度コードによって、温度変化および温度異常の検知を行うよう構成されていることが好ましい。

【0020】

本発明に係るパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーは、ＵＨＦ入力で観測した、吸水材を有する本発明に係るＲＦＩＤタグのインピーダンスに関わる値であるセンサーコードＳの変化による、前記吸水材の水分変化の検出および漏水検知と、前記ＲＦＩＤタグの前記ＩＣチップの温度コードによる、温度変化および温度異常の検知とを、同時に行えるよう構成されていることを特徴とする。

【0021】

本発明に係るＲＦＩＤタグホルダーは、吸水材を有する本発明に係るＲＦＩＤタグ用のＲＦＩＤタグホルダーであって、前記金属表面に対して、前記インピーダンス整合部を前記角度θ１で配置するためのＲＦＩＤタグ保持面と、前記吸水材を、前記インピーダンス整合部および前記放射導体と前記金属表面との間に充填するための吸水材保持部とを、備えることを特徴とする。あるいは、本発明に係るＲＦＩＤタグホルダーは、吸水材を有する本発明に係るＲＦＩＤタグ用のＲＦＩＤタグホルダーであって、前記金属表面に対して、前記インピーダンス整合部を前記角度θ１で配置するためのＲＦＩＤタグ保持面と、前記吸水材を、前記インピーダンス整合部および前記放射導体と前記反射板と前記金属表面との間に充填するための吸水材保持部と、前記反射板を、前記角度θ２で配置するための反射板保持部とを、備えることを特徴とする。この場合、インピーダンス整合部、放射導体、伝熱部、反射板、および吸水材を３次元的な配置に保持することができる。

【0022】

本発明に係る増幅アンテナは、スペーサーを有する本発明に係るＲＦＩＤタグ用の増幅アンテナであって、前記インピーダンス整合部および前記放射導体の上に、前記スペーサーを介して前記インピーダンス整合部および前記放射導体に対向して配置され、一端が前記インピーダンス整合部に接合していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、金属表面からの電磁波の反射波を有効に使うことのできるＲＦＩＤタグ、パッシブ型ＲＦＩＤタグセンサー、ＲＦＩＤタグホルダー、および増幅アンテナを提供することができる。これにより、金属体に貼付時の通信距離が向上し、温度および漏水の検知を同時に行える、建物や設備の保全を目的とした、ＲＦＩＤタグセンサーを提供することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施の形態１に係る（ａ）ＲＦＩＤタグ（形状Ａ０）の平面図及び（ｂ）断面図、（ｃ）ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ０）の平面図及び（ｄ）断面図、（ｅ）ＲＦＩＤタグ（形状Ｃ０）の平面図及び（ｆ）断面図である。

【図2】本発明の実施の形態に関し、ＲＦＩＤタグの通信距離の測定方法を示す斜視図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの、通信距離測定時における金属板への貼付位置を模式的に示す平面図である。

【図4】本発明の実施の形態１に係る（ａ）ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）、（ｂ）ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）、（ｃ）ＲＦＩＤタグ（形状Ｃ）の、通信距離測定時における金属板へのブースター型貼付配置を示す平面図である。

【図5】本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）の、アンテナ長と通信距離との関係を示す表である。

【図6】本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）の、アンテナ長と通信距離との関係を示す表である。

【図7】本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ｃ）の、アンテナ長と通信距離との関係を示す表である。

【図8】本発明の実施の形態１に係る（ａ）ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）、（ｂ）ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）、（ｃ）ＲＦＩＤタグ（形状Ｃ）の、通信距離測定時における、インピーダンス整合部、アンテナ部、伝熱部、および吸水材の金属板への配置状態を示す斜視図である。

【図9】本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ、Ｂ、およびＣ）の、インピーダンス整合部と金属板との間の角度θ１と、通信距離ＣＬとの関係を示す表である。

【図10】本発明の実施の形態１に係る（ａ）ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）、（ｂ）ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）、（ｃ）ＲＦＩＤタグ（形状Ｃ）の平面図である。

【図11】本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）の、インピーダンス整合部と金属板との間の角度θ１と、通信距離ＣＬとの関係を示すグラフである。

【図12】本発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）の、温度およびセンサーコードに及ぼす吸水量の影響の測定における、（ａ）インピーダンス整合部、アンテナ部、伝熱部、吸水材、およびホルダーの金属板への配置状態を示す斜視図、（ｂ） （ａ）の吸水材の変形例を示す斜視図である。

【図13】本発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ、図１２（ａ）の配置、θ１＝７０°、吸水材：セルローススポンジ）における、吸水（２分毎に０．１ｍｌの５５℃温水をセルローススポンジに滴下）にともなう（ａ）温度および（ｂ）センサーコードの時間変化を示すグラフである。

【図14】本発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ、図１２（ｂ）の配置、θ１＝７０°、吸水材：セルローススポンジ）における、吸水（２分毎に０．１ｍｌの５５℃温水をセルローススポンジに滴下）にともなう（ａ）温度および（ｂ）センサーコードの時間変化を示すグラフである。

【図15】本発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ、図８（ａ）の配置、θ１＝７０°、吸水材：セルローススポンジ）における、吸水（２分毎に０．１ｍｌの５５℃温水をセルローススポンジに滴下）にともなう（ａ）温度および（ｂ）センサーコードの時間変化を示すグラフである。

【図16】本発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤタグの、インピーダンス整合部を金属板に対してθ１の角度で保持するためのＲＦＩＤタグホルダーの形状を示す斜視図である。

【図17】本発明の実施の形態３に係るＲＦＩＤタグの、インピーダンス整合部を金属板に対してθ１の角度で保持し、反射板を金属板に対してθ２の角度で保持するためのＲＦＩＤタグホルダーの形状を示す斜視図である。

【図18】本発明の実施の形態３に係るＲＦＩＤタグの、反射板の有無および角度による通信距離の変化を示す表である。

【図19】本発明の実施の形態４に係るＲＦＩＤタグの、インピーダンス整合部を金属板に対してθ１の角度で保持するためのＲＦＩＤタグホルダーの形状を示す斜視図である。

【図20】本発明の実施の形態４に係るＲＦＩＤタグの、ＲＦＩＤリーダ・ライタアンテナと、金属板上にホルダーで配置したＲＦＩＤタグとの角度が（ａ）θ１、（ｂ）（１／２）θ１、（ｃ）０°（平行）のときの通信距離ＣＬを示す平面図である。

【図21】本発明の実施の形態４に係る増幅アンテナの（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。

【図22】本発明の実施の形態４に係るＲＦＩＤタグの、増幅アンテナを１段装着した状態での（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。

【図23】本発明の実施の形態４に係るＲＦＩＤタグ（θ１＝７０度）の、増幅アンテナ（スペーサー厚１０ｍｍ）を１段装着した時の、増幅アンテナのアンテナ長と通信距離との関係を示すグラフである。

【図24】本発明の実施の形態４に係るＲＦＩＤタグの、増幅アンテナ（アンテナ長１１２ｍｍ）を１もしくは２段装着した時の、スペーサーの厚さと通信距離との関係を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。理解の容易のため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向、ならびに、同一および等しいなどの用語には、実施形態の作用及び効果を損なわない程度のずれが許容される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。

【0026】

本発明の実施の形態のＲＦＩＤタグならびに温度および漏水センサーは、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグの構成要素である、インピーダンス整合部、ＩＣチップ、放射導体からなるアンテナに加えて、ＩＣチップに温度を伝熱によって伝えるための金属体に接触する略四辺形状の伝熱部、インピーダンス整合部と接触する位置に設置され、漏水した水を保持するための吸水材、およびインピーダンス整合部を、金属体表面に対して或る角度で設置し、吸水材を保持するためのホルダーからなる。

【0027】

ＲＦＩＤリーダ・ライタとＲＦＩＤタグとの間の通信特性をさらに改善するためには、前記の構成要素に、ＲＦＩＤリーダ・ライタからの電波をアンテナ側に反射するための反射板およびホルダーが加えられる。

【0028】

本発明の実施の形態のＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグは、金属体を多く含む建物や設備の保全目的で使用されるもので、金属体に貼付しても通信障害の起こらない金属対応ＲＦＩＤタグであることが必要となる。ＲＦＩＤリーダ・ライタから金属表面へ達する電波の反射を利用したＲＦＩＤタグの検討によって、３次元的な形状で金属表面へ貼付するＲＦＩＤタグによって、目的とする金属対応ＲＦＩＤタグを実現できるという着想に至った。本発明は、このような着想をもとになされたものである。

【0029】

次に、上記のＲＦＩＤタグおよび温度および漏水センサーの各要素を詳述する。

【0030】

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグ（形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０）の平面図及び断面図であり、本発明の実施の形態のＲＦＩＤタグの要素の一つとなる。本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグは、絶縁基材１０、導体層１２、インピーダンス整合部絶縁基材１１と開口２０を有するインピーダンス整合部導体層１３とＩＣチップ２０とから構成されるインピーダンス整合部３０，放射導体３１、および伝熱部３２を備える。

【0031】

絶縁基材１０と導体層１２とからなる放射導体３１は、アンテナとして機能し、絶縁基材１０と導体層１２とからなる伝熱部３２は、金属表面と接触して設置され、伝熱によって金属体からＩＣチップ２０に温度を伝える役割を担う。伝熱部３２と金属表面との接触は、伝熱部３２を金属表面に固定するための粘着テープや粘着剤、および金属表面の塗装やコーティングなどの絶縁層を介したものであってもよい。

【0032】

絶縁基材１０は板状又はフィルム状の部材で、その表面には導体層１２が形成され、平面視で、インピーダンス整合部３０の開口２１、放射導体３１、および伝熱部３２の形状に加工されている。

【0033】

図１では、インピーダンス整合部３０の開口２１の形状は、Ｘ軸方向に平行な一対の長辺と、Ｙ軸方向に平行な一対の短辺とを有する略四辺形である。しかし、開口２１の形状は、図示の形態に限られず、例えば、Ｘ軸方向に平行な一対の短辺と、Ｙ軸方向に平行な一対の長辺とを有する略四辺形でもよい。開口２１の形状である略四辺形には、完全な四辺形が含まれてもよい。ここでの“略”とは、角又は辺が丸みを帯びていることを表す。四辺形には、長方形、ひし形、平行四辺形、正方形が含まれてもよい。開口２１の形状は、四辺形以外の多角形、円形、楕円でもよい。

【0034】

図１では、放射導体３１の形状は、平面視で、複数の折れ曲がりを有するメアンダライン型となっている。しかし、放射導体３１の形状は、図示の形態に限られず、例えば、Ｘ軸方向を長手方向とする矩形状、短冊状の略矩形形状が、インピーダンス整合部３０の開口２１端でつながった形状でもよく、矩形以外の形状でもよい。また、メアンダライン型形状における屈曲の回数や、メアンダラインの幅、およびＸ軸方向とＹ軸方向の幅は限定されない。

【0035】

図１では、伝熱部３２の形状は、平面視で、略四辺形の形状となっている。しかし、伝熱部３２の形状は、図示の形態に限られず、四辺形以外の多角形、円形、楕円、および折れ曲がりのある構造でもよく、限定されない。また、伝熱部３２の面積は、金属体からＩＣチップ２０への伝熱の効率に影響を与えるものの、限定されない。

【0036】

絶縁基材１０の材質は、特に限定はされないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ素化樹脂共重合体、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエステルスルフォン、ポリエーテルイミド、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリアセタール等の樹脂基材や、紙基材等、紙フェノール基材、紙エポキシ基材、ガラスコンポジット基材、ガラスエポキシ基材等の複合基材等が挙げられる。可撓性の観点からは、樹脂基材や紙基材等が好ましい。絶縁基材１０の厚さは、その柔軟性、強度の観点から、４～１０００μｍが好ましく、８～１５０μｍがより好ましい。

【0037】

導体層１２、およびインピーダンス整合部３０の開口２１を有するインピーダンス整合部導体層１３の材質は、特に限定はされないが、導電性を有する導体から形成される。例えば、アルミニウム、銅、金、白金、銀、ニッケル、クロム、亜鉛、鉛、タングステン、鉄等の金属であってもよい。導体層１２およびインピーダンス整合部導体層１３の材質は、酸化スズもしくはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の金属酸化物、金、銀もしくは銅等の金属ナノワイヤーを用いた導電膜、樹脂に金属粉や導電性カーボン材料を混合した導電性樹脂混合物、または導電性樹脂のフィルム等であってもよい。導体層１２およびインピーダンス整合部導体層１３の厚さは、柔軟性、強度の観点から、０．０１～１０００μｍが好ましく、１～１００μｍがより好ましい。

【0038】

ＩＣチップ２０は、インピーダンス整合部３０の開口２１の近傍で、インピーダンス整合部導体層１３に電気的に接続された半導体部品である。ＩＣチップ２０は、ＲＦＩＤタグの外部に存在するリーダ・ライタ等の通信機器との間で、所定の情報を、放射導体３１からなるアンテナパターンによって送受するように構成されている。ＩＣチップ２０は、放射導体３１からなるアンテナパターンを介して、センサーにより検知された状態を表す情報を送信するように構成されている。

【0039】

ＩＣチップ２０は、インピーダンス整合部３０の開口２１を有するインピーダンス整合部導体層１３と同層に配置されてもよいし、開口２１を有するインピーダンス整合部導体層１３とは異なる層に配置されてもよい。ＩＣチップ２０は、開口２１を有するインピーダンス整合部導体層１３に引き出し線を介して電気的に接続されてもよいし、開口２１を有するインピーダンス整合部導体層１３に設けられた電極に実装されてもよい。ＩＣチップ２０は、開口２１を有するインピーダンス整合部導体層１３に形成されたスリット又は切り欠きを跨ぐように配置されてもよい。

【0040】

図１では、導体層１２とインピーダンス整合部導体層１３とは、接触した配置で図示されているが、導体層１２とインピーダンス整合部導体層１３とは、同種の導体からなる連結した構造でもよく、異なる導体からなる構造でもよく、導電性ペーストで接続した構造でもよく、また、接着材、粘着剤、もしくは粘着テープ等を用いて固定した構造でもよい。

【0041】

インピーダンス整合部３０は、ＩＣチップ２０と略四辺形の開口２１を有する環状導体とからなるループ回路を形成しており、開口２１の形状や大きさ等を調整して、複素インピーダンスの虚部（リアクタンス）を制御することで、放射導体３１からなるアンテナ部とＩＣチップとの間での信号の入出力におけるインピーダンス整合を担っている。

【0042】

インピーダンス整合部３０のインピーダンスは、フリースペース（空気中、周囲環境の誘電率１）で最適値となるように設計されているが、インピーダンス整合部３０が、高誘電率の物質に囲まれたり接触したりする場合には、最適なインピーダンス整合値が異なる値となる。或る種のＩＣチップ（ＩＣチップ２０）は、オートチューニング機構を有しており、周囲環境の変化に合わせて、ＩＣチップのインピーダンス整合値を最適化し、オートチューニング機構によって変化したインピーダンス値に関わるパラメータを、センサーコードＳとしてＲＦＩＤリーダ側に送信する機能を有している。

【0043】

インピーダンス整合部３０に接触する位置に、吸水材５０を配置し、漏水が起こった時の水を保持することで、センサーコードＳの変化として、漏水の有無を検知することができる。

【0044】

或る種のＩＣチップ（ＩＣチップ２０）は、温度センサー機能を有し、温度コードとしてＲＦＩＤリーダ側に送信する機能を有している。ＵＨＦ帯ＲＦＩＤ技術では、壁、床、および天井等で覆われた場所の間であっても、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダ・ライタとの間で送受信による通信を行えることから、建物や設備の保全用途の、電池や外部電源を必要としない、メンテナンスフリーな金属対応ＲＦＩＤタグセンサーが可能となる。

【0045】

建物や設備には、金属構造体が多く存在する。ＵＨＦ帯の電波は、金属体の周囲を回りこんで進むことができるが、ＲＦＩＤタグを金属体自体に貼付しなければならない場合には、金属表面での電波の干渉等の問題で、通信距離ＣＬが大幅に短くなり、通信不能になる現象が問題となる。

【0046】

図２は、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグの通信距離ＣＬの測定方法を示す概念図である。測定装置７０は、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１とＲＦＩＤリーダ・ライタ７１のアンテナ７２とを有する。通信距離ＣＬは、アンテナ７２の表面とＲＦＩＤタグ７３のＩＣチップとの間の距離として計測される。測定においてＲＦＩＤタグを固定するために、ベースプレート７４が設けられている。フリースペース（空気中）での通信距離ＣＬの測定においては、発泡スチロールプレートを用いた。金属体に貼付した場合の通信距離ＣＬの測定においては、金属板を用いた。

【0047】

図３は、前記の金属体の通信距離ＣＬへの影響を確認するために、形状Ａ０のＲＦＩＤタグ１０１を金属板４０（２００×１００×１ｍｍ）の中央に、平面状に貼付した状態を模式的に示す平面図である。形状Ａ０のＲＦＩＤタグ１０１は、フリースペース（空気中）においての通信距離ＣＬは５６４ｃｍであったが（２５０ｍＷリーダ・ライタおよび直線偏波アンテナを測定に使用）、図３の配置で金属板４０に貼付することで、通信距離ＣＬはゼロとなった。

【0048】

図４には、形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０のＲＦＩＤタグを、金属板４０（２００×１００×１ｍｍ）の長手方向の端に貼付した状態を模式的に示した。ＲＦＩＤタグの伝熱部３２の部分が金属板４０と接触するように貼付され、インピーダンス整合部３０および放射導体３１の部分は、金属板４０の表面から外れて、空気中のフリースペースに配置されている。このような配置は、ブースター型に分類され、インピーダンス整合部３０の周囲環境はフリースペースのままであるために、インピーダンス整合のための最適値の大きな変化はなく、また、ＲＦＩＤタグのアンテナの片端が接続した金属体が、ブースターアンテナとして作用する場合があり、通信障害を回避することができることが知られている。

【0049】

図５、６、および７は、それぞれ、形状Ａ、Ｂ、およびＣのＲＦＩＤタグのアンテナ長と通信距離との関係を示す表である。アンテナ長は、ＲＦＩＤタグの複数の折れ曲がりを有するメアンダラインアンテナ部を引き延ばして直線換算した長さとした。形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０のＲＦＩＤタグのアンテナ部をカットすることで、アンテナ長の長さを変化させた。形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０のＲＦＩＤタグは、それぞれ、異なるメアンダラインアンテナの幅およびアンテナの折れ曲がりの繰り返し回数を有しており、これらのアンテナ形状で、アンテナ長が異なるものを総称して、それぞれ、形状Ａ、Ｂ、およびＣのＲＦＩＤタグと呼ぶこととする。

【0050】

図５、６、および７において、いずれの場合にも、ＲＦＩＤタグを、ブースター型で金属板４０へ貼付することによって通信障害を回避できたが、それらの通信距離は、空気中での通信距離に比べて低下した。また、ブースター型での金属板４０への貼付において、形状ＡのＲＦＩＤタグが最も長い通信距離を示したが、これは、アンテナ部端がより金属板４０から遠ざかる形状であることに起因している。

【0051】

ブースター型のＲＦＩＤタグの配置においては、貼付する場所が金属体の端の部分に限定されることになり、建物や設備の保全目的での使用において、漏水を検知できる場所が限られるために好ましくない。また、インピーダンス整合部と接触する位置に、漏水した水を保持するための吸水材を設置したとしても、漏水の状況を敏感に捉えることが難しくなってしまう。

【0052】

図８に示すような、ＲＦＩＤタグと吸水材５０（乾燥したセルローススポンジ）とからなる３次元形状で、角度θ１をもって金属板４０に設置すれば、漏水を検知できる場所は金属体の端に限定されなくなり、漏水の状態を、より敏感に反映した検知を可能にできる。この場合の温度は、金属板４０の表面に接触して設置される伝熱部３２からインピーダンス整合部３０のＩＣチップへの伝熱によって検知される。

【0053】

図８の配置において、角度θ１が、３０および６０度の場合の通信距離を、形状Ａ、Ｂ、およびＣのタグに対して、図９に示した。この時用いたＲＦＩＤタグの平面図を、図１０に示した。形状ＡのＲＦＩＤタグ１０４、形状ＢのＲＦＩＤタグ１０５、および形状ＣのＲＦＩＤタグ１０６のメアンダライン型のアンテナ部の長さは、それぞれ、１５０、１６４、１６４ｃｍであった。いずれのＲＦＩＤタグにおいても、角度θ１が６０度の場合に、ブースター型の金属板４０への貼付の場合よりも長い通信距離であった。

【0054】

図１１には、形状ＡのＲＦＩＤタグ１０４を、図８（ａ）の配置で金属板４０（２００×１００×１ｍｍ）の中央に設置した場合の、通信距離ＣＬの角度θ１依存性を、ＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面にＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０が平行の場合、およびＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面に金属板４０の表面が平行の場合に関して示した。ＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面に、ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０が平行で、ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０を金属板４０の表面に対して角度θ１で配置したとき、ＲＦＩＤリーダ・ライタからの電波は、金属面に対して、（９０－θ１）度の角度で入射することになり、金属板４０の表面からＲＦＩＤタグに向かう反射波が生じる。ＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナから直接に入射する電波に加えて、金属板４０の表面からＲＦＩＤタグに向かう反射波を受けることになり、通信距離ＣＬが向上する。

【0055】

図１１に示されるように、金属板４０の表面からＲＦＩＤタグへの反射波が生じる状態となる、ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０が平行の場合のほうが、金属板４０の表面が平行の場合よりも、長い通信距離となった。また、ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０が平行の場合、角度θ１が７０度において、もっとも長い通信距離ＣＬとなった。これよりも角度θ１が大きい場合には、金属面への電波の入射角が浅くなりすぎて、金属板４０の表面からＲＦＩＤタグに向かう反射波が減少するために、通信距離ＣＬのさらなる増加は起こらなかった。角度θ１が３０度以上９０度以下の範囲で、通信距離ＣＬは２００ｃｍ以上となった。しかし、９０度の角度では吸水材５０をインピーダンス整合部３０の下に配置しづらくなる。

【0056】

図１１において、金属板４０の表面が平行の場合には、金属表面からの反射波による通信距離ＣＬ増加の影響は少ない。角度θ１が３０度より小さい範囲においては、金属板４０の影響による通信距離の低下がみられる。角度θ１が８０度より大きい範囲においては、ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０がＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナに対して垂直に近い配置となるために、ＲＦＩＤタグがＲＦＩＤリーダ・ライタから直接受ける電波が減り、通信距離の低下が起こる。上記の結果より、金属表面に対するインピーダンス整合部３０の角度θ１は、０度より大きくかつ９０度より小さい範囲であることが好ましく、３０度以上かつ８０度以下の範囲であることがさらに好ましい。

【0057】

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係るＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグについて説明する。実施の形態２の説明において、実施の形態１と同様の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

【0058】

本発明の実施の形態２での、ＲＦＩＤタグ１０４（形状Ａ）の温度およびセンサーコードＳに及ぼす吸水量の影響の測定における、インピーダンス整合部３０、放射導体３１からなるアンテナ部、伝熱部３２、吸水材５０、およびＲＦＩＤタグホルダーＡ６０の金属板４０への配置状態を、図１２に示す。金属板４０に対する、インピーダンス整合部３０の角度θ１は、吸水材５０およびＲＦＩＤタグホルダーＡ６０によって保持される。ＲＦＩＤタグホルダーＡ６０は、接着剤、粘着剤、および粘着テープ等によって、金属板４０の表面に保持される。

【0059】

吸水材５０は、乾燥したセルローススポンジを略三角柱状の形状に切り出したもので、図１２（ａ）に示すように、金属板４０の表面に対して角度θ１となる面に、インピーダンス整合部３０を配置している。吸水材５０の形状は限定されず、例えば、図１２（ｂ）に示すような、角度θ１を有する略台形柱状の形状でもよい。

【0060】

図１３に、図１２（ａ）の配置（θ１＝７０°、吸水材５０：セルローススポンジ、体積 １.９８ｃｍ^３）のＲＦＩＤタグ１０４（形状Ａ）において、２分毎に０．１ｍｌの５５℃の温水をセルローススポンジに滴下した場合の、温度およびセンサーコードＳの時間変化を示す。図１３（ａ）に示すように、０．１ｍｌの５５℃の温水をセルローススポンジに滴下するたびに、温度の上昇が起こり、その後、温度センサーとなるＩＣチップ２０を含むインピーダンス整合部３０と、伝熱部３２との間での熱伝導が起こり、伝熱部３２と接触している金属板４０の周囲温度（略２５℃）に低下している。

【0061】

図１３（ｂ）のセンサーコードＳは、０．１ｍｌの５５℃の温水をセルローススポンジに滴下するたびに低下を示した。滴下直後に低下したセンサーコードＳが、徐々に増加する挙動が起こっているが、これは、セルローススポンジに滴下した水が、滴下位置からセルローススポンジ全体に広がっていくことに起因している。４７分前後で急激なセンサーコードＳの低下が起こっているが、これはセルローススポンジの吸水量が限界に達したためで、セルローススポンジからの水滴の排出が観測された。

【0062】

センサーコードＳの値は、或る種のＩＣチップ（ＩＣチップ２０）のオートチューニング機構によって変化したインピーダンス値に関わるパラメータとなるため、ＲＦＩＤタグの形状やサイズ、および周囲環境によって変化し、その絶対値によって吸水状態の判断をすることはできない。このため、あらかじめ乾燥状態のセンサーコードＳ、および吸水量に伴うセンサーコードＳの変化、および吸水材５０の吸水限界でのセンサーコードＳを求めておき、それらの相対的な変化や検量線によって、吸水状態および漏水の検知を行う必要がある。

【0063】

図１４に、図１２（ｂ）の配置（θ１＝７０°、吸水材５０：セルローススポンジ、体積 １.０２ｃｍ^３）のＲＦＩＤタグ１０４（形状Ａ）における、２分毎に０．１ｍｌの５５℃の温水をセルローススポンジに滴下した場合の、温度およびセンサーコードの時間変化を示す。時間０分の乾燥状態のセンサーコードＳは、図１３の図１２（ａ）の配置の場合と同様である。図１４（ｂ）に示すように、センサーコードＳがほぼ一定値となる吸水材の吸水限界が、２７分前後で起こっている。吸水限界の起こる時間は、図１２（ａ）の配置の場合に比べて略１／２となっているが、これは吸水材であるセルローススポンジの体積の比である１．０２／１．９８にほぼ一致している。

【0064】

図１５に、図８（ａ）の配置（θ１＝７０°、吸水材５０：セルローススポンジ、体積 １．３８ｃｍ^３）のＲＦＩＤタグ１０４（形状Ａ）に、２分毎に０．１ｍｌの５５℃の温水をセルローススポンジに滴下した場合の、温度およびセンサーコードの時間変化を示す。図１２（ａ）の配置との違いは、ＲＦＩＤタグホルダーＡ６０が無く、セルローススポンジの吸水材５０が両面テープで直接に金属体表面に取り付けられている点である。この場合には、図１５に示すように、吸水によるセルローススポンジの膨張・変形の影響で、温度やセンサーコードＳの測定が不安定となり、また、２５分前後で、両面テープで金属体表面に取り付けたセルローススポンジ５０の脱離が起こって測定不能となった。

【0065】

ＲＦＩＤタグ１０４と吸水材５０とを用いた、吸水に伴うセンサーコードＳの測定は、図１２の簡易な形状のＲＦＩＤタグホルダーＡ６０によっても実験室的には可能であったが、建物や設備の保全で用いられる場合には、より安定にＲＦＩＤタグと吸水材とを保持するホルダーが必要となるため、図１６に示す３次元形状のＲＦＩＤタグホルダーＢ６１を作成した。ＲＦＩＤタグホルダーＢ６１は、吸水材保持部６４、放射導体３１からなるＲＦＩＤタグ保持部６６、および金属体表面に伝熱部３２を接触して配置するための伝熱部保持部６７を備えており、吸水材５０の吸水による膨張・変形によっても脱離や、インピーダンス整合部３０の角度θ１の変化が起こりづらい構造としている。ＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤタグ保持面６５に、粘着テープや粘着剤などで固定してもよいが、ＲＦＩＤタグ保持部６６のような、スリット状の開口部を通して設置することでも、角度θ１でより安定に保持される。また、ＲＦＩＤタグホルダーＢ６１は、吸水材５０を、金属板４０に直接に接触して保持できるようにして、漏水による水の吸収が起こりやすい構造としている。伝熱部３２と金属表面との接触は、伝熱部３２を金属表面に固定するための粘着テープや粘着剤、および金属表面の塗装やコーティングなどの絶縁層を介したものであってもよい。

【0066】

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に係るＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグについて説明する。実施の形態３の説明において、実施の形態１及び２と同様の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

【0067】

本発明の実施の形態３に係るＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグは、金属体に貼付する場合の通信障害の課題を解決するために、金属体表面からの反射波を利用したＲＦＩＤタグ構造を特徴としている。さらにＲＦＩＤリーダ・ライタからの電波のエネルギーを有効利用するために、図１７に示すような、反射板保持部６８を有する、ＲＦＩＤタグホルダーＣ６２を作成した。

【0068】

反射板保持部６８には、ＲＦＩＤリーダ・ライタからの電波を、対向した位置に配置されるＲＦＩＤタグに反射するように、金属表面を有する反射板が設置される。反射板からＲＦＩＤタグへの電波の効果的な反射を考えるとき、金属表面に対する反射の角度θ２は、０度より大きくかつ９０度より小さい範囲であることが好ましく、３０度以上かつ８０度以下の範囲であることがさらに好ましい。

【0069】

図１８に、本発明の実施の形態３に係るＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグにおける反射板の有無の影響、およびＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面への角度による通信距離の変化を示した。インピーダンス整合部３０と金属板４０との角度θ１が７０度で、ＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面と金属板４０とが平行（角度０度）の条件の時、反射板がない場合には、通信距離ＣＬは１１６ｃｍであったのに対して、反射板（アルミニウム箔／ＰＥＴ複合フィルム、２０×７０ｍｍ）を、反射板保持部６８に、反射板と金属板４０との角度が７０度になるように設置することで、通信距離ＣＬは略２倍の１９８ｃｍとなった。

【0070】

前記と同様な、インピーダンス整合部３０、反射板、金属板４０、角度θ１、および角度θ２の配置において、ＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面と金属板４０とが２０度（ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０がＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面に垂直）および－２０度（反射板がＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面に垂直）としたときの通信距離ＣＬを、図１８に示した。金属板４０をＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面と平行の位置（角度０度）から、２０ないし－２０度前後傾けることで、通信距離ＣＬは４００ｃｍ以上の値となり、反射板の顕著な効果が示された。

【0071】

反射板が無く、角度θ１が２０度である場合（図１１）での通信距離ＣＬ（１３２ｃｍ）に比べて、反射板があることで、通信距離ＣＬは４００ｃｍ以上の値となり、通信距離ＣＬを３倍以上大きくすることが可能であった。これによって、ＲＦＩＤリーダ・ライタのアンテナ面から、金属体の表面に広い角度範囲から入射する電波に対して良好な通信特性を保つことのできる、金属対応ＲＦＩＤタグと、それを用いた温度および漏水の検知を同時に行える、電池や外部電源を必要としない、メンテナンスフリーな金属対応ＲＦＩＤタグセンサーを実現した。

【0072】

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４に係るＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグについて説明する。実施の形態４の説明において、実施の形態１、２、及び３と同様の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

【0073】

図１９に、本発明の実施の形態４に係るＲＦＩＤタグホルダーＤ６３を示す。図１９に示すように、ＲＦＩＤタグホルダー６３は、インピーダンス整合部３０を金属板４０に対してθ１の角度で保持するためのＲＦＩＤタグ保持面６５と、吸水材５０を、インピーダンス整合部３０および放射導体３１と金属表面との間に充填するための吸水材保持部６４とを、備えている。

【0074】

図２０は、実施の形態４に係るＲＦＩＤタグ７３の通信距離の測定における、ＲＦＩＤリーダ・ライタアンテナ７２と、金属板４０上にＲＦＩＤタグホルダー６３で配置したＲＦＩＤタグとの角度を示す平面図である。図２０（ａ）で示される通信距離ＣＬ（θ１）は、金属板４０上にＲＦＩＤタグ７３がＲＦＩＤタグホルダー６３によってθ１の角度で保持され、ＲＦＩＤタグ７３がＲＦＩＤリーダ・ライタアンテナ７２と平行な位置関係にある場合の通信距離である。この時、ＲＦＩＤリーダ・ライタアンテナ７２に平行な面と金属板４０との角度は、θ１になる。

【0075】

図２０（ｂ）で示される通信距離ＣＬ（（１／２）θ１）は、金属板４０上にＲＦＩＤタグ７３がＲＦＩＤタグホルダー６３によってθ１の角度で保持され、ＲＦＩＤリーダ・ライタアンテナ７２に平行な面と金属板４０との角度が、（１／２）θ１である場合の通信距離である。この時、ＲＦＩＤリーダ・ライタアンテナ７２の面への法線に対して、ＲＦＩＤタグ７３及び金属板４０は、ともに（１／２）（１８０－θ１）度の角度で配置されている。

【0076】

図２０（ｃ）で示される通信距離ＣＬ（０）は、金属板４０上にＲＦＩＤタグ７３がＲＦＩＤタグホルダー６３によってθ１の角度で保持され、金属板４０がＲＦＩＤリーダ・ライタアンテナ７２と平行な位置関係にある場合の通信距離である。

【0077】

図２１は、実施の形態４に係る増幅アンテナ１０７の（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。図２１では、放射導体３１からなる増幅アンテナ１０７は、平面視で複数の折れ曲がりを有するメアンダライン型の形状となっている。しかし、増幅アンテナ１０７の形状は、図示の形態に限られず、例えば、Ｘ軸方向を長手方向とする矩形状、短冊状の略矩形形状が片端でつながった形状でもよく、矩形以外の形状でもよく、限定されない。また、メアンダライン型形状における屈曲の回数や、メアンダラインの幅、およびＸ軸方向とＹ軸方向の幅は限定されない。

【0078】

ここで、増幅アンテナ１０７とは、ＲＦＩＤタグの構造に加えることで、ＲＦＩＤタグの通信距離を向上させるための構成要素である。増幅アンテナ１０７は、増幅アンテナ接合点２２を、ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部導体層１３に接合することで使用される。この時、ＲＦＩＤタグの放射導体３１と、増幅アンテナ１０７とは、スペーサーを挟んだ対向した配置で保持される。ＲＦＩＤタグの放射導体３１からの信号と、増幅アンテナ１０７からの信号とが、インピーダンス整合部３０のＩＣチップ２０に供給されることで、ＲＦＩＤタグの通信距離を向上させることができる。

【0079】

増幅アンテナ１０７が、ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０の反対側に位置する放射導体３１の端に接合された場合には、放射導体３１のアンテナ長を変えるのと同等となるため、増幅アンテナ１０７の増幅アンテナ接合点２２をＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部導体層１３に接合する場合とは、効果を異にする。

【0080】

図２２は、本発明の実施の形態４に係るＲＦＩＤタグにおいて、増幅アンテナ１０７を１段装着した状態における、平面図および断面図である。図２２（ｂ）の断面図に示されるように、増幅アンテナ１０７は、スペーサー５１を介して、ＲＦＩＤタグ７３と対向して配置さる。このとき、増幅アンテナ１０７の、増幅アンテナ接合点２２が、ＲＦＩＤタグのインピーダンス整合部３０のインピーダンス整合部導体層１３に接合される。

【0081】

図２２では、増幅アンテナ接合点２２とインピーダンス整合部導体層１３とは、接触した配置で図示されているが、増幅アンテナ接合点２２とインピーダンス整合部導体層１３とは、同種の導体からなる連結した構造でもよく、異なる導体からなる構造でもよく、導電性ペーストで接続した構造でもよく、接着材、粘着剤、もしくは粘着テープ等を用いて固定した構造でもよく、また、絶縁層を介して接着材、粘着剤、もしくは粘着テープ等を用いて固定した構造でもよい。

【0082】

図２３は、実施の形態４に係るＲＦＩＤタグを、θ１＝７０度の角度で金属板４０に保持し、スペーサー５１として１０ｍｍの発泡スチロールを用い、増幅アンテナ１０７を１段装着した時の、増幅アンテナ１０７のアンテナ長と通信距離との関係を示すグラフである。増幅アンテナ１０７において、増幅アンテナ接合点２２と反対側の端からカットしていくことで、増幅アンテナ１０７のアンテナ長を変化させた。増幅アンテナ１０７のアンテナ長は、複数の折れ曲がりを有するメアンダラインアンテナ部を引き延ばして直線換算した長さとした。

【0083】

増幅アンテナ１０７を１段装着した時の通信距離ＣＬ（θ１）およびＣＬ（（１／２）θ１）は、増幅アンテナ１０７を装着しない場合の通信距離（図１１）と比べて、２倍前後の通信距離の増加を示した。これは、ＲＦＩＤタグの放射導体３１からの信号に加えて、増幅アンテナ１０７からの信号が、インピーダンス整合部３０のＩＣチップ２０に供給されることによる。

【0084】

図２４は、実施の形態４に係るＲＦＩＤタグを、θ１＝７０度の角度で金属板４０に保持し、増幅アンテナ１０７（アンテナ長１１２ｍｍ）を１もしくは２段装着した時の、スペーサー５１の厚さと通信距離との関係を示す表である。発泡体からなるスペーサー厚が、１ｍｍ前後で通信距離は最大となっている。

【0085】

図２４には、ＲＦＩＤタグに装着する増幅アンテナ１０７とスペーサー５１とからなる組を、１段から２段にした場合の通信距離への影響を示したが、ＲＦＩＤタグの放射導体３１からの信号に加えて、１段目の増幅アンテナ１０７からの信号と、２段目の増幅アンテナ１０７からの信号とを、インピーダンス整合部３０のＩＣチップ２０に供給することにより、通信距離を増加させることができた。

【0086】

ＲＦＩＤタグの放射導体３１の第１端部と増幅アンテナ１０７の端とを電気的に短絡すると、上記の効果は失われた。

【0087】

［具体例］
次に、本発明の実施の形態の具体的な実施例及び、比較の形態の具体的な比較例について説明する。本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。なお、具体例で使用した材料および装置は、以下のとおりである。

【0088】

［材料］
（１）アルミ箔/ＰＥＴ複合フィルム：パナック製；ＡＬ－ＰＥＴ９－１００、アルミ箔厚 ９μｍ、ＰＥＴ膜厚１００μｍ。
（２）ＩＣチップ２０：ＡＸＺＯＮ社製；Ｍａｇｎｕｓ－Ｓ３、サイズ １．６ＢＳＣ×１．６ＢＳＣ、厚さ ０．３５ｍｍ。
（３）ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグＴＤＢ：Ａｖｅｒｙ Ｄｅｎｎｉｓｏｎ Ｓｍａｒｔｒａｃ社；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｄｏｇｂｏｎｅ、ＩＣチップ：Ａｘｚｏｎ Ｍａｇｎｕｓ－Ｓ３、周波数帯:ＵＨＦ ８６０－９６０ＭＨｚ、ＩＣチップ：ＩＣチップ２０（Ｍａｇｎｕｓ－Ｓ３）。
（４）接着剤：コニシ株式会社製；ボンド ウルトラ多用途ＳＵ。
（５）吸水材５０：日本インソール工業製；セルローススポンジ（天然繊維素材１００％）。
（６）３Ｄプリンター用フィラメント：ＸＹＺｐｒｉｎｔｉｎｇ社製；ＡＢＳ ３Ｄプリンター用フィラメント ブラック。
（７）ラベルテープ：株式会社ミツキ；材質 ポリエチレンクロス、接着剤 アクリル糊。
（８）両面テープ：日東電工株式会社製；両面接着テープ、基材 発泡ブチルゴムシート、粘着剤 アクリル系。
（９）アルミニウムテープ：日東電工株式会社製；アルミテープ、軟質アルミ箔、厚さ略０．０５ｍｍ、裏面粘着層あり。
（１０）金属板４０：泰豊； 鉄板 縦１００ｍｍ横２００ｍｍ 厚１ｍｍ。
（１１）ＰＰシート：ダイソー製；材質ポリプロピレン、厚さ１．２ｍｍ。
（１２）銅テープ：３Ｍ製；導電性片面銅箔テープ Ｃｕ-３５Ｃ、軟質圧延銅箔、厚さ略０．０３５ｍｍ、テープ幅略５ｍｍ、導電性粒子分散アクリル系粘着剤。
（１３）３Ｍスコッチ はってはがせる両面テープ：スリーエム製；６６７-１-１９Ｄ、厚さ略０．０６５ｍｍ。
（１４）発泡スチロールボード：ダイソー製；発泡ポリスチレン、厚さ５ｍｍおよび２ｍｍ。
（１５）発泡ポリエチレンシート：ダイソー製；厚さ略１ｍｍ。

【0089】

［装置］
（１６）ＵＨＦ帯ＲＦＩＤリーダ・ライタ：タカヤ株式会社製；ＵＴＲ－Ｓ２０１，特定小電力無線局タイプ、送信周波数 ９１６．８ＭＨｚ～９２３．２ＭＨｚ（１８チャンネル）、送信出力 １０ｄＢｍ（１０ｍＷ）～２４ｄＢｍ（２５０ｍＷ）、インターフェース ＵＳＢインターフェース基板ＴＲ３－ＩＦ－Ｕ１Ｃ。
（１７）ＵＨＦ帯外付けアンテナ（直線偏波型）：タカヤ株式会社製；ＵＴＲ－ＵＡ１７０９－１。
（１８）３５５ｎｍナノ秒パルスレーザー光源：Ｉｎｎｇｕ ｌａｓｅｒ社；Ｐｕｌｓｅ ３５５－３Ａ，３５５ｎｍ、３Ｗ、繰り返し周波数 ３０ｋＨｚ、パルス幅 １３ｎｓ。
（１９）ガルバノスキャナー：ＭＡＳＴＥＲ ＬＡＳＥＲ社製；Ｍｏｄｅｌ ＧＨ２Ｄ１０Ｃ ｆ‐θレンズ焦点距離 １００ｍｍ、制御ソフトウェア ＢＪＪＣＺ社製 ＥｚＣＡＤ。
（２０）３Ｄプリンター：ＸＹＺｐｒｉｎｔｉｎｇ社製；ダヴィンチ １．０Ｐｒｏ３－ｉｎ－１。
［ソフトウェア］
（２１）ＵＨＦ帯ＲＦＩＤリーダ・ライタ用ソフトウェア：タカヤ株式会社製；ＵＴＲＲＷＭａｎａｇｅｒ Ｖｅｒｓｉｏｎ１．３．２およびＩＣチップ２０対応温度測定用デモソフトウェア

【実施例0090】

［ＲＦＩＤタグの作成と測定方法］
図１に示すＲＦＩＤタグ（形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０）を、以下のように作成した。略四辺形の孔状の開口（Ｘ軸方向長さ：略７．９ｍｍ、Ｙ軸方向幅：略２．７ｍｍ、四隅の半径：略０．５ｍｍ）と、切り欠き（Ｘ軸方向長さ：６ｍｍ）とを有する略四辺形の開口２１、平面視で、複数の折れ曲がりを有するメアンダライン型の放射導体３１、および略四辺形の伝熱部３２を備えた、絶縁基材１０上に形成された導体層１２からなるパターンは、３５５ｎｍのレーザー光をｆ‐θレンズで集光し、ガルバノスキャナーで走査することで、アルミ箔/ＰＥＴ複合フィルムのレーザーカットによって作成した。

【0091】

ＲＦＩＤタグの形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０ともに、図１の平面図での伝熱部３２のＹ軸方向の幅は、略２０ｍｍとした。複数の折れ曲がりを有するメアンダライン型の放射導体３１の寸法は、形状Ａ０およびＢ０の場合、折れ曲がった各導体の幅を略２ｍｍ、折れ曲がった各導体間の間隔を略２ｍｍとした。形状Ｃ０の場合、折れ曲がった各導体の幅を略１ｍｍ、折れ曲がった各導体間の間隔を略１ｍｍとした。メアンダライン型の放射導体３１の上端と下端との間の距離は、形状Ａ０の場合、略１０ｍｍ、形状Ｂ０およびＣ０の場合、略２０ｍｍとした。伝熱部３２の形状は、形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０ともに、略四辺形（略２０ｍｍ×２０ｍｍ）とした。

【0092】

ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグＴＤＢ（ＩＣチップ２０）から、インピーダンス整合部３０の開口２１を有するインピーダンス整合部導体層１３及びＩＣチップ２０を備える略四辺形のインピーダンス整合部絶縁基材１１（Ｘ軸方向長さ：略１４ｍｍ、Ｙ軸方向幅：略６ｍｍ）を切り出し、レーザーカットによって作成したアルミ箔/ＰＥＴ複合フィルムパターンの開口とインピーダンス整合部３０の開口２１との位置をあわせて、接着剤で固定した。この時、レーザーカットによって作成したアルミ箔/ＰＥＴ複合フィルムパターンのアルミ箔側を、インピーダンス整合部３０の側とした。ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグＴＤＢ（ＩＣチップ２０）から切り出したインピーダンス整合部３０は、ＩＣチップ２０保護用に非常に薄い樹脂フィルムで覆われているが、この樹脂フィルムの有無（除去の有無）による通信距離の変化はほとんど起こらなかった。

【0093】

インピーダンス整合部３０の裏面の粘着層を覆っている剥離紙を除去後、テープ（２０×６ｍｍ）で、インピーダンス整合部３０およびレーザーカットによって作成したアルミ箔/ＰＥＴ複合フィルムパターンの開口部裏側を覆った。

【0094】

図２に示す測定装置７０での測定において、通信距離ＣＬは、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１の出力が２４ｄＢｍ（２５０ｍＷ）の時の値とした。アンテナ７２には直線偏波型のＵＨＦ帯外付けアンテナを用いた。空気中に配置された状態でのＲＦＩＤタグの通信距離ＣＬを測定する場合には、ＲＦＩＤタグ７３を、プレート７４に発泡スチロールプレート（２２０ｍｍ×９０ｍｍ×５ｍｍ）を用いて固定した。発泡スチロールは内部に空隙を多く含む低誘電率材料であり、通信距離ＣＬに影響を与えない。通信距離ＣＬは、アンテナ７２の表面とＲＦＩＤタグ７３のＩＣチップとの間の距離として計測される。図２の測定装置で、ＲＦＩＤタグの通信距離に及ぼす金属体の影響を調べる場合には、プレート７４に金属板（２００×１００×１ｍｍ）を用いた。

【0095】

アンテナ７２は直線偏波型のＵＨＦ帯外付けアンテナであり、直線偏波が床面に対して平行になるように、三脚上に設置した。測定においては、ＲＦＩＤタグの長手方向（伝熱部３２からインピーダンス整合部３０へ伸びる方向）が、床面に対して平行になるように、偏波方向を合わせて保持した。ＵＨＦ帯ＲＦＩＤリーダ・ライタ用ソフトウェアでの通信が可能となるように、ＲＦＩＤタグの位置や配向を微調整しながら測定を行い、通信が可能な最長距離を、通信距離ＣＬとした。

【0096】

ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１のＵＨＦ帯外付けアンテナとしては、円偏波型のものも、本発明の実施の形態のＲＦＩＤタグとの通信に用いることができる。円偏波型のアンテナを用いた場合には、直線偏波型のアンテナを用いた場合に比べて、通信距離は減少するが、ＲＦＩＤタグに対して、より広い角度からの電波照射での通信が可能となる。

【実施例0097】

［ＲＦＩＤタグの特性評価］
図４には、形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０のＲＦＩＤタグを、金属板４０（２００×１００×１ｍｍ）の長手方向端に貼付した状態を模式的に示した。ＲＦＩＤタグの伝熱部３２の部分が金属板４０と接触するように貼付され、インピーダンス整合部３０および放射導体３１の部分は金属板４０の表面から外して、空気中のフリースペースに配置した。このようなＲＦＩＤタグ配置は、ブースター型に分類される。

【0098】

図５、６、および７は、それぞれ、形状Ａ、Ｂ、およびＣのＲＦＩＤタグのアンテナ長と通信距離ＣＬとの関係を示す表である。アンテナ長は、ＲＦＩＤタグの複数の折れ曲がりを有するメアンダラインアンテナ部を引き延ばして直線換算した長さとした。形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０のＲＦＩＤタグのアンテナ部をカットすることで、アンテナ長の長さを変化させた。形状Ａ０、Ｂ０、およびＣ０のＲＦＩＤタグは、それぞれ、異なるメアンダラインアンテナの幅およびアンテナの折れ曲がりの繰り返し長さを有しており、これらのアンテナ長を変化させたものを総称して、それぞれ、形状Ａ、Ｂ、およびＣのＲＦＩＤタグと呼ぶこととする。

【0099】

図５、６、および７において、いずれの場合にも、金属板へブースター型で貼付することによって通信障害を回避できたが、それらの通信距離は、空気中での通信距離に比べて低下した。

【0100】

［比較例１：ＲＦＩＤタグを金属板中央に貼付した場合の特性評価］
図３に示すように、形状Ａ０のＲＦＩＤタグ１０１を金属板４０（２００×１００×１ｍｍ）の中央に平面状に貼付した状態で測定を行ったところ、通信距離ＣＬはゼロであった。