Транспондер для радиочастотной идентификации со втулкой

Полезная модель относится к области радиочастотной идентификации, в частности к радиочастотным меткам.
Далее по тексту будут использованы следующие термины и сокращения.
Радиочастотная идентификация (сокр. РЧИД, RFID – англ. Radio Frequency IDentification) — метод беспроводной передачи информации, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах или RFID метках. Как правило, RFID метки пассивные, то есть не содержат в своем составе элементов питания.
Чип – интегральная (микро)схема – микроэлектронное устройство с комплексами входных сопротивлений и/или согласующих контуров, изготовленная из полупроводниковой пластины. Чип выполняет функцию обработки сигналов при приеме-передаче информации посредством радиочастотного обмена со считывателем, содержит защищенную память, пользовательскую память, уникальный идентификационный номер, может содержать процессор для обработки криптографии, программируемую область для выполнения микропрограмм и др.
Антенна – конфигурация проводника, геометрически и технически выполненная в соответствии с применяемым типом чипа. Антенна может быть замкнутого (ВЧ диапазон) и открытого типа (СВЧ диапазон). Антенна имеет различную форму: круг, овал, квадрат, прямоугольник и другие свободные геометрические формы. Форма антенны проектируется в соответствии со спецификацией используемого чипа. Антенна выполняется из материалов, содержащих в своем составе токопроводящие вещества, такие как алюминий, медь, серебро, олово, золото, графит и другие материалы. Антенна наносится на подложку, выполненную из тонкопленочных синтетических материалов и бумаги методом укладки проволоки, травления, шелкографии (трафаретная печать), термотрансферного переноса, тиснения, струйной, офсетной, флексографской и цифровой печати специальными красками.
RFID инлей (англ. Inlay) – часть RFID изделия, состоящая из подложки и содержащая в своем составе не менее одного чипа и одной антенны. Расположение антенн и чипов может быть как синхронно относительно сторон листового материала с радиочастотной меткой, так и асинхронно, в зависимости от предполагаемого дизайна и конфигурации будущего RFID изделия. На инлее могут быть расположены дополнительные электронные компоненты, например, светодиоды, кнопки, конденсаторы, резисторы, сенсоры, микроконтроллеры и др.
RFID метка – совокупность чипа и антенны.
RFID изделие – конечный продукт, содержащий RFID метку, например, карта, бирка, этикетка, наклейка, упаковка, браслет и другие формы изделия, который можно получить методом высечки из листового RFID материала, внутри которого есть RFID инлей.
RFID считыватель (ридер) – устройство, предназначенное для обмена данными с RFID изделиями, например, чтение и запись информации.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является устройство, известное из патента RU 2629143, представляющее собой пластиковый брелок с полноцветной печатью, оснащенный встроенной RFID-меткой и имеющий круглое отверстие для крепления кольца.
Однако при эксплуатации ушко, образованное круглым отверстием, подвергается нагрузкам и со временем может отломиться.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является предотвращение деформаций и разрушения транспондера в области отверстия.
Техническим результатом является повышение надёжности и долговечности конструкции транспондера в области отверстия.
Кольцо, вставляемое в отверстие транспондера при его эксплуатации, истирает пластиковые слои, приводя в деформации ушка транспондера. Неровности на поверхности кольца обеспечивают дополнительный изнашивающий эффект на внутреннюю поверхность отверстия и его края. Интеграция дополнительного объекта внутрь отверстия нивелирует воздействие кольца на слои транспондера. Монтаж втулки до нанесения слоев композитного материала внешних слоёв транспондера увеличивает толщину композитного материала по краю отверстия, повышая прочность конструкции в области ушка.
Заявляемый технический результат достигается за счёт того, что в транспондере для радиочастотной идентификации, выполненном с отверстием и содержащем радиочастотную идентификационную метку, и последовательно расположенные слои:  лицевой внешний слой; слой пластиковой основы, в которой расположена радиочастотная идентификационная метка; оборотный внешний слой; при этом лицевой внешний слой и оборотный внешний слой выполнены из полимерного материала, в отверстии расположена втулка.
Полезная модель поясняется с помощью фиг. 1-4, на которых показаны:
на Фиг. 1 – общий вид транспондера;
на Фиг. 2 – разрез транспондера в области отверстия;
на Фиг. 3 – втулка в виде кольца, вид сверху;
на Фиг. 4 – втулка в виде кольца, поперечное сечение.
На фиг. 1-4 позициями 1-11 обозначены:
1 – транспондер;
2 – сквозное отверстие;
3 – втулка;
4 – слой пластиковой основы;
5 – лицевой внешний слой;
6 – оборотный внешний слой;
7 – радиочастотная идентификационная метка;
8 – внешний диаметр втулки;
9 – внутренний диаметр втулки;
10 – высота втулки;
11 – толщина втулки.
На фиг. 1 показан общий вид транспондера 1 со втулкой 3 в отверстии 2.
Транспондер 1 для радиочастотной идентификации представляет собой брелок, выполненный со сквозным отверстием 2 и содержащий радиочастотную идентификационную метку (RFID метку) 7. RFID метка 7 состоит из интегральной схемы и антенны (на фигурах не показаны).
На фиг. 2 показан разрез транспондера 1 в области отверстия 2, на котором видны слои транспондера 1. Транспондер 1 содержит последовательно расположенные слои: лицевой внешний слой 5, слой пластиковой основы 4, в которой расположена RFID метка 7, оборотный внешний слой 6. Слой пластиковой основы 4 может быть выполнен из одного или нескольких слоев пластика, например, по классической технологии изготовления пластиковых смарт-карт. Лицевой внешний слой 5 и оборотный внешний слой 6 выполнены из полимерного материала, например, на основе полиуретана. В сквозном отверстии 2 расположена втулка 3, которая может быть выполнена из металла, пластмасс, полиуретана, дерева, углепластика или другого материала.
В зависимости от используемого материала втулка 3 может быть изготовлена путем штамповки, литья, проката, резки, аддитивных технологий, в том числе 3D-печатью.
В качестве пластмассы для втулки 3 могут быть использованы поливинилхлорид (PVC), полиэтилентерефталат (PET), поликарбонат (PC), акрилнитрил-бутадиен-стирол (ABS), стеклопластик (GRP — Glassfiber Reinforced Plastic) или любой другой подходящий вид пластмасс.
В качестве металла для втулки 3 могут быть использованы алюминий, сталь, медь и любые другие подходящие металлы.
Втулка 3 может быть снабжена резьбой или запирающей арматурой для последующего крепления фурнитуры.
Форма отверстия 2, как и форма втулки 3 может быть любой и зависит от функционального назначения и дизайна изделия: круглое, овальное, четырёхугольное, треугольное или другой формы, а также само отверстие 2 внутри может иметь форму цилиндра, параллелепипеда или усечённого конуса.
Втулка 3 может быть выполнена высотой, соответствующей толщине слоя пластиковой основы 4, в частном случае высотой 0,8±0,05 мм.
Втулка 3 может быть выполнена высотой, превышающей толщину готового транспондера 1 для осуществления операции развальцовывания.
Внешняя поверхность втулки 3 может быть выполнена по форме усечённого конуса, так чтобы внешний диаметр втулки 3 в области максимального диаметра был больше максимального внутреннего радиуса отверстия 2 на 1-3%. Такое выполнение втулки 3 со скосом внешней поверхности обеспечивает более плотную фиксацию втулки 3 в отверстии 2 за счёт эффекта расклинивания, т.к. при монтаже втулки 3 внешний диаметр втулки 3 линейно увеличивается в области контакта втулки 3 с внутренней поверхностью отверстия 2 в слое пластиковой основы 4. Данная конструкция позволяет использовать роботизированный монтаж втулок 3.
В частном случае втулка может быть выполнена в виде симметричного кольца (фиг.3-4), высота которого соответствует толщине слоя пластиковой основы 4.
Устройство изготавливают следующим образом.
Устройство изготавливают на оборудовании, предназначенном для изготовления пластиковых смарт-карт, при этом используют листовые материалы одинакового размера, например, формата 295×480 мм. Вначале формируют центральный преламинат, для чего на лист с установленной RFID-меткой(ами), укладывают с двух сторон, лицевой и обратной стороны, пластиковые листы и термокомпрессионным способом соединяют листы между собой. Далее формируют многослойную конструкцию – пластиковую основу, для чего с обеих сторон центрального преламината укладывают по информационно-декоративному листу и защитному ламинирующему слою. Затем термокомпрессионным способом соединяют все листы между собой и из полученной многослойной конструкции высекают множество, например, 24, 48, 72 и более, заготовок транспондеров со сквозными отверстиями 2 каждый. При этом транспондеры 1 остаются на листе пластиковой основы, удерживаясь за угол вблизи отверстия 2.
Затем в каждое отверстие помещают втулку 3. Высота втулки 3 может быть больше толщины слоя пластиковой основы 4 или соответствовать толщине слоя пластиковой основы 4. Временная фиксация втулки 3 в отверстии 2 может быть обеспечена клеем, резьбой или использованием подложки с углублениями, глубина которых соответствует высоте выступающей части втулки над слоем пластиковой основы. Таким образом, осуществляют позиционирование втулок 3 в отверстии 2.
Далее на слой пластиковой основы 4 наносят жидкий полимерный материал на основе полиуретана и оставляют на 4-6 часов для полимеризации. В процессе полимеризации полимерный материал надёжно прилипает к слою пластиковой основы 4, что не позволяет ей отслаиваться в процессе использования и хранения транспондера 1, и фиксирует втулку 3 в отверстии 2. После полимеризации слой пластиковой основы 4 со втулками 3 и одним слоем полимерного материала, образующего лицевой внешний слой 5, переворачивают, покрывают жидким полимерным материалом на основе полиуретана с другой стороны для образования оборотного внешнего слоя 6 и дожидаются его полимеризации. Полученные таким способом готовые транспондеры 1 извлекают из основы и упаковывают.
Благодаря втулке 3 слой полимерного материала около отверстия 2 получается такой же толщины, как и в центральной части транспондера 1, повышая устойчивость ушка получаемого брелока к деформации.
Ещё одним вариантом монтажа втулки может быть способ монтажа в отверстие 2 с уже сформированными лицевым 5 и оборотным 6 слоями. Втулка 3 в этом случае может быть зафиксирована за счёт развальцовывания краев втулки 3, использования клея или резьбы, нагрева втулки 3 и/или слоёв транспондера 1.
В этом случае защита от деформации слоев транспондера 1 осуществляется благодаря втулке 3 и развальцованным краям втулки 3.
Примеры реализации.
Пример 1.
В частном случае высота втулки составляет 3,25±0,1 мм, внутренний диаметр втулки – 4±0,1 мм, внешний диаметр втулки – 4,5±0,1 мм, толщина транспондера – 3,25±0,1 мм, диаметр круглого отверстия транспондера – 4,5±0,1  мм.
Пример 2.
В частном случае внешняя поверхность втулки выполнена в виде усечённого конуса, высота втулки составляет 3,25±0,1 мм, минимальный внешний диаметр втулки – 4±0,1 мм, максимальный внешний диаметр втулки – 4,6±0,1 мм, толщина транспондера – 3,25 ±0,1 мм, диаметр круглого отверстия транспондера – 4,5±0,1 мм.
Пример 3.
В частном случае выполнения втулки для операции развальцовывания высота втулки составляет 4±0,1 мм, внутренний диаметр втулки – 4±0,1 мм, внешний диаметр втулки – 4,5±0,1 мм, толщина транспондера – 3,25±0,1 мм, внутренний диаметр круглого отверстия – 4,5±0,1 мм.
Пример 4.
Втулка выполнена высотой 0,8±0,05 мм и соответствует толщине слоя пластиковой основы, внутренний диаметр втулки – 4±0,1 мм, внешний диаметр втулки – 4,5±0,1 мм, толщина транспондера – 3,25±0,1 мм, диаметр круглого отверстия транспондера – 4,5±0,1  мм.
Пример 5.
В частном случае выполнения втулки в виде симметричного кольца внешний диаметр втулки 8 – 4,45±0,1 мм, внутренний диаметр втулки 9 – 2,85±0,1 мм, высота втулки 10 – 0,85±0,1 мм, толщина втулки 11 – 0,8±0,1 мм.