VAZQUES ESPINOZA DE LOS MONTERO DIANA MARISOL (MX)
RUIZ ESPARZA FLORES EMILIO CUAUHTEMOC (MX)
AROCHA FERRINO VICTOR MANUEL (MX)
VAZQUES ESPINOZA DE LOS MONTERO DIANA MARISOL (MX)
RUIZ ESPARZA FLORES EMILIO CUAUHTEMOC (MX)
| US6518886B1 | 2003-02-11 | |||
| US20050174241A1 | 2005-08-11 |
REIVINDICACIONES
1. Una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID que comprende: un cuerpo principal hecho de un elastómero termoplástico vulcanizado que tiene un alojamiento interno que termina en una cavidad inferior abierta que tiene una pared circundante; una estructura encapsuladora interna que rodea completamente a Ia porción superior del Tag RFID; en donde Ia etiqueta RFID rodeada por Ia estructura encapsuladora, está colocada dentro del alojamiento interno y en donde Ia antena de Ia etiqueta RFID está orientada hacia Ia cavidad inferior abierta y queda protegida por Ia pared circundante.
2. Una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de conformidad con Ia reivindicación 1 en donde Ia estructura de encapsulamiento interna comprende: un capuchón hueco que tiene un alojamiento interno abierto y un extremo inferior abierto, estando el capuchón hecho de caucho ajustado dentro del alojamiento interno del cuerpo principal y rodeado completamente por el cuerpo principal, excepto por su base abierta, que se orienta hacia Ia cavidad inferior abierta del cuerpo principal; una etiqueta RFID rodeada por una coraza protectora , dicha coraza protectora comprende: un papel de fibra cerámica que cubre Ia capa interna de Ia etiqueta RFID, el cual protege térmicamente Ia etiqueta RFID de las altas temperaturas; una capa de elastómero termoplástico que rodea el papel de fibra cerámica, que es resistente a Ia corrosión por ácidos y solventes, Ia cual puede resistir altas temperaturas y que es resistente a Ia flexión, impactos y rupturas; un cuerpo de resina que rodea el elastómero termoplástico, excepto en Ia porción inferior de Ia etiqueta RFID, que es donde se encuentra Ia antena de Ia etiqueta RFID, dicho cuerpo de resina proporcionando resistencia mecánica a Ia coraza protectora;
3. Una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID, como se reivindico en Ia reivindicación 2, en donde: el cuerpo principal está hecho de de un elastómero termoplástico vulcanizado que comprende un polisiloxano y que tiene un alojamiento interno en forma de cilindro con domo, que termina en una cavidad circular inferior que tiene una pared circundante circular; el capuchón hueco tiene una configuración cilindrica con domo y está hecho de caucho EPDM en donde el material de caucho se seleccionó sin cambio de humo a fin de evitar interferencia cuando se lee Ia etiqueta RFID;
Ia etiqueta RFID comprende una etiqueta RFID pasiva; el papel de fibra cerámica tiene un espesor de 0.25 pulgadas y protege térmicamente Ia etiqueta RFID de las altas temperaturas hasta un máximo de
126O 0 C;
Ia capa de elastómero termoplástico puede resistir una temperatura máxima de 250 0 C ; y
Ia pared circular de Ia cavidad inferior abierta del cuerpo principal tiene un espesor máximo que corresponde al diámetro del capuchón, mas 25% y una longitud mínima que es igual al diámetro del capuchón.
4. Una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID, como se reivindico en Ia reivindicación 1 , en donde: las propiedades de resistencia de estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID son: una resistencia máxima a Ia temperatura: 200 0 C durante 90 minutos; una temperatura interna de operación máxima (cuando se está leyendo Ia etiqueta RFID) 130 0 C; resistencia máxima al agua: profundidad 2 metros durante 2 horas; resistencia a substancias acidas y alcalinas que tienen un pH de entre 4 y 13. resistencia a las vibraciones que tienen una aceleración máxima de 14.7 G y una frecuencia máxima de 40 Hz, en 3 direcciones durante 2 horas; resistencia a los impactos que tienen una aceleración de 6 G mínimo durante un máximo de 40 impactos; resistencia mínima a Ia tensión: 120 Kg; y resistencia a Ia flexión: 60 Kg x cm.
5. Una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID, como se reivindico en Ia reivindicación 1 , en donde el elastómero termoplástico vulcanizado tiene las siguientes características: • Resistencia a aceites.
• Baja densidad.
• Resistencia a Ia tracción.
• Resistencia a Ia ruptura. • Resistencia a Ia fatiga por flexión.
• Resistencia a Ia abrasión.
• Alta capacidad para absorber fluidos.
• Resistencia ambiental y al envejecimiento.
• Dureza Shore "A": 65. • Resistencia mínima a Ia tensión: 819 psi.
• Resistencia a Ia temperatura: entre -40 a 250 0 C.
En donde las propiedades mecánicas del elastómero termoplástico vulcanizado fueron probadas usando los métodos ASTM D-2240 y ASTM D- 412. 6. Una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID 1 como se reivindico en Ia reivindicación 2, en donde el capuchón hueco está hecho de caucho EPDM el cual tiene las siguientes características:
• Sureza Shore "A": 65.
• Resistencia máxima a Ia tensión: 825 psi. • Elongación máxima: 350%.
• Resistencia a Ia temperatura; entre -20 0 C a 170 0 C
En donde las propiedades mecánicas del caucho EPDM fueron probadas usando los métodos ASTM D-2240 y ASTM D-412.
7. Una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID, como se reivindico en Ia reivindicación 2, en donde Ia fibra cerámica tiene las siguientes características:
• Bajo peso.
• Baja retención del calor.
• Resistencia a choques térmicos. • Térmicamente eficiente.
• Resistencia a Ia intemperie
• Resistencia a ataques químicos • Punto de fusión: 3200 0 F (1760 0 C).
• Resistencia máxima a Ia temperatura: 2300°F (1260 0 C).
• Compuestos (%): AI 2 O 3 46.50 %; SiO 2 53.40 %; otros 0.10 %; LOI 6 %.
• Densidad Ib/ft 3 (Kg/m 3 ): 10 (160). • Resistencia dieléctrica: (volts/mil): 50
8. Una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID, como se reivindico en Ia reivindicación 2, en donde el cuerpo de resina está hecho de resina epóxica Ia cual tiene las siguientes características:
• Rigidez dieléctrica: 100 Kv/cm 25 Kv/mm. • Resistividad: 10 a 10 Ohm/cm.
• Constante dieléctrica: 3.2 a 3.7.
• Densidad: 1.2.
• Resistencia al arco: 70 a 80 seg.
• Temperatura de distorsión (flama directa): 70 a 80 0 C. • Resistencia a Ia tracción: 480 Kg/cm 2 .
• Resistencia a Ia compresión: 680 Kg/cm. |
ESTRUCTURA DE ENCAPSULAMIENTO DE ETIQUETAS RFID ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN. A CAMPO DE LA INVENCIóN.
La presente invención se relaciona con estructuras de encapsulamiento de etiquetas RFID para proteger etiquetas de ambientes industriales hostiles y, más particularmente, a una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID que comprende una fibra cerámica endurecida sobre una resina que tiene una cubierta externa en forma de campana hecha de caucho vulcanizado. B. DESCRIPCIóN DEL ARTE RELACIONADO. En Ia industria, existen varios procesos productivos en los cuales Ia maquinaria, materiales, herramientas, etc., necesitan ser identificados mediante etiquetas RFID. Un ejemplo de tal aplicación reside en Ia industria automotriz en Ia cual los chasises básicos del vehículo se identifican con una etiqueta RFID que contiene los datos de ensamble tales como color de Ia pintura, partes y accesorios que constituyen el vehículo, etc., de manera que cuando el vehículo es ensamblado en una línea de producción automatizada, varios lectores de RFID leen dicha identificación y el vehículo es ensamblado de acuerdo con dicha información. Como es de esperarse, el chip de RFID debe resistir ambientes industriales hostiles y, a fin de proteger el chip de dichos ambientes, típicamente es protegido mediante una estructura de encapsulamiento que está constituida típicamente por una capa de gel dieléctrico que cubre el chip de RFID y Ia batería contenida en un cilindro de plástico que está rodeado por arcilla y papel de fibra de vidrio y que está separado de Ia antena por una distancia de aproximadamente 1 pulgada. Uno de los ambientes más severos del proceso de ensamble de un vehículo está en Ia etapa de pintura, en Ia cual el vehículo que está siendo ensamblado se somete a impactos, a varios baños de ácido y a varías capas de pintura aplicadas y tratadas a altas temperaturas en los hornos de secado. Cuando Ia actual estructura de encapsulamiento de etiquetas es expuesta a tales ambientes severos (calor, vibraciones, impactos, contacto con ácidos y solventes), el papel de fibra de vidrio se rompe permitiendo a las substancias corrosivas que entren en el cilindro de plástico y dañen el chip de RFID.
En vista de los problemas anteriores, el solicitante desarrolló una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID que comprende una fibra cerámica endurecida sobre una resina que tiene una cubierta externa en forma de campana hecha de caucho vulcanizado, que esta diseñada específicamente para soportar temperaturas de hasta 200 0 C durante un tiempo máximo de 90 minutos, una temperatura de operación máxima (cuando se lee) de 130 0 C, inmersiones en agua hasta una profundidad máxima de 2 metros durante un tiempo máximo de 2 horas, contactos con álcalis y ácidos a un pH entre 4 y 13, contactos con solventes, vibraciones severas que tienen una aceleración máxima de 14.7 g., una frecuencia de 40 Hz en tres direcciones durante un tiempo máximo de 3 horas, impactos a una aceleración de 6g., durante un mínimo de 40 veces, una tensión mínima de 120 Kg., y ser flexionada a 60 Kg x cm. SUMARIO DE LA INVENCIóN. Es por Io tanto un objetivo principal de Ia presente invención, proporcionar una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID que comprende una fibra cerámica endurecida sobre una resina que tiene una cubierta externa en forma de campana hecha de caucho vulcanizado. Es otro objetivo principal de Ia presente invención, proporcionar una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de Ia naturaleza anteriormente referida, que puede resistir ambientes industriales severos.
Es un objetivo adicional de Ia presente invención, proporcionar una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de Ia naturaleza anteriormente referida, que puede resistir temperaturas de hasta 200 0 C durante un tiempo máximo de 90 minutos, una temperatura de operación máxima (cuando se lee) de 130 0 C, inmersiones en agua hasta una profundidad máxima de 2 metros durante un tiempo máximo de 2 horas, contactos con álcalis y ácidos a un pH entre 4 y 13, contactos con solventes, vibraciones severas que tienen una aceleración máxima de 14.7 g., una frecuencia de 40 Hz en tres direcciones durante un tiempo máximo de 3 horas, impactos a una aceleración de 6g., durante un mínimo de 40 veces, una tensión mínima de 120 Kg., y ser flexionada a 60 Kg x cm.
Etos y otros objetivos y ventajas de Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de Ia presente invención, se harán aparentes a las personas que tengan un habilidad ordinaria en el arte, de Ia siguiente descripción detallada de Ia invención que será hecha con referencia a los dibujos que se acompañan.
BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS.
La Figura 1 es una vista de Ia sección transversal de Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de conformidad con una primera modalidad de Ia presente invención. La Figura 2 es una vista de Ia sección transversal del capuchón de Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de conformidad con una primera modalidad de Ia presente invención
La Figura 3 es una vista superior de Ia de Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de conformidad con una primera modalidad de Ia presente invención.
La Figura 4 es una vista en perspectiva de Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de conformidad con una segunda modalidad de Ia presente invención.
La Figura 5 es una vista inferior en perspectiva de Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de conformidad con una segunda modalidad de Ia presente invención.
DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN.
La estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de Ia presente invención será descrita enseguida haciendo referencia a los dibujos que se acompañan y a una modalidad preferida de Ia misma.
En una modalidad preferida, Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas
RFID comprende: un cuerpo circular principal 1 hecho de un elastómero termoplástico vulcanizado que comprende polisiloxano, que tiene un alojamiento en forma de un cilindro interno con domo 2 y un extremo inferior abierto (no mostrado) que termina en una cavidad circular inferior abierta 3 que tiene una pared circular 4;
un par de soportes 5 integrados a una porción superior del cuerpo principal; una estructura encapsuladora interna que comprende: un capuchón hueco 6 que tiene una configuración cilindrica con domo, un alojamiento interno abierto 7 y un extremo inferior abierto (no mostrado), estando el capuchón hecho de caucho EPDM y ajustado dentro del alojamiento interno en forma de cilindro con domo 2 y rodeado completamente por el cuerpo principal 1, excepto por su extremo inferior abierto, que se orienta hacia Ia cavidad circular inferior abierta 3. El material de caucho EPOM se seleccionó sin carga de humo a fin de evitar interferencia cuando se lee Ia etiqueta RFID. una etiqueta RFID pasiva 8 rodeada por una coraza protectora que comprende: un papel de fibra cerámica (no mostrado) que tiene un espesor de 0.25 pulgadas que rodea completamente Ia etiqueta RFID pasiva, el cual protege térmicamente Ia etiqueta RFID de las altas temperaturas hasta un máximo de 1260 0 C; una capa de elastómero termoplástico (no mostrada) que rodea el papel de fibra cerámica, que es resistente a Ia corrosión por ácidos y solventes, Ia cual puede resistir una temperatura máxima de 250°C y que es resistente a Ia flexión, impactos y rupturas; un cuerpo de resina 9 que rodea el elastómero termoplástico, excepto en Ia porción inferior de Ia etiqueta RFID pasiva 7, que es donde se encuentra Ia antena 10 de Ia etiqueta RFID pasiva 7, dicho cuerpo de resina proporcionando resistencia mecánica a Ia coraza protectora; en donde Ia etiqueta RFID pasiva 7 rodeada por Ia coraza protectora, está colocada dentro del capuchón hueco 6 y está completamente rodeada por el capuchón 6, excepto por su porción inferior, en donde se localiza Ia antena 10 de etiqueta RFID pasiva 7 Ia cual se orientad hacia Ia cavidad circular inferior abierta 3 del cuerpo principal 1 ;
La pared circular 4 de Ia cavidad circular inferior abierta 3 del cuerpo principal 1 protege dicha cavidad circular inferior abierta 3 y a Ia antena 10 de Ia etiqueta RFID pasiva de agentes externos tales como pintura y sustancias
corrosivas, evitando que Ia antena 10 sea cubierta por dichas substancias y de esta manera evitando problemas de lectura de Ia etiqueta RFID pasiva. La pared circular 4 de Ia cavidad circular inferior abierta 3 del cuerpo principal 1 tiene un espesor máximo que corresponde al diámetro del capuchón 6, mas 25% y una longitud mínima que es igual al diámetro del capuchón 6.
De acuerdo a Io anterior, el espesor de Ia pared circular 4 de Ia cavidad circular inferior abierta 3 del cuerpo principal 1 puede ser calculado como sigue:
THmax = DTAG + DTAG(0.25) THmin = DTAG
En donde: TH = espesor de Ia pared circular; DTAG = diámetro del capuchón. Durante las pruebas, Ia distancia máxima obtenida entre Ia antena 10 y un lector de RFID fue de 1.5 metros, incluyendo pruebas efectuadas usando una estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de conformidad con Ia presente invención que fue sometida al proceso de producción de vehículos 10 veces, y el cual gracias a al diseño de Ia pared circular 4 de Ia cavidad circular inferior abierta 3 del cuerpo principal 1 , Ia pintura y otras sustancias no pudieron llegar a Ia porción superior de de Ia cavidad circular inferior abierta 3. La forma cilindrica con domo de Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID proporciona una alta tolerancia a los impactos.
En otras modalidades, el cuerpo principal 1 puede tener una forma cuadrangular (o cualquier otra forma)(figuras 4 y 5) de Ia misma manera que su alojamiento interno 2. En Ia misma forma, el capuchón hueco 6 y Ia coraza protectora de Ia etiqueta RFID puede tener una forma que se conforme a Ia forma del alojamiento interno 2 del cuerpo principal 1.
La estructura de encapsulamiento de etiqueta puede también ser usada para proteger una etiqueta RFID activa.
Las propiedades de resistencia de estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID de Ia presente invención son: • Resistencia máxima a Ia temperatura: 200 0 C durante 90 minutos.
• Temperatura interna de operación máxima (cuando se está leyendo Ia etiqueta RFID) 130 0 C.
• Resistencia máxima al agua: profundidad 2 metros durante 2 horas.
• Resistencia a substancias acidas y alcalinas que tienen un pH de entre 4 y 13.
• Resistencia a los solventes.
• Resistencia a las vibraciones: resistencia máxima a Ia aceleración 14.7 G, resistencia máxima a Ia frecuencia 40 Hz, en 3 direcciones durante 2 horas.
• Resistencia a los impactos que tienen una aceleración de 6 G mínimo durante un máximo de 40 impactos.
• Resistencia mínima a Ia tensión: 120 Kg. • Resistencia a Ia flexión: 60 Kg x cm.
Propiedades de los materiales de Ia estructura de encapsulamiento de etiquetas RFID.
Elastómero termoplástico vulcanizado (polisiloxano). Los elastómeros termoplásticos son una mezcla de una matriz termoplástica con un caucho vulcanizado. Características generales:
• Resistencia a aceites.
• Baja densidad.
• Resistencia a Ia tracción. • Resistencia a Ia ruptura.
• Resistencia a Ia fatiga por flexión.
• Resistencia a Ia abrasión.
• Alta capacidad para absorber fluidos.
• Resistencia ambiental y al envejecimiento. Propiedades específicas:
• Dureza Shore "A": 65.
• Resistencia mínima a Ia tensión: 819 psi.
• Resistencia a Ia temperatura: entre -40 á 250 0 C.
Las propiedades mecánicas originales del elastómero termoplástico vulcanizado usado, fueron probadas usando los métodos ASTM D-2240 y ASTM D-412. Caucho EPDM.
El caucho EPDM es un termo-polímero que tiene una buena resistencia a Ia abrasión y al desgaste. Es especialmente usado para sellado de líquidos y tiene buenas propiedades dieléctricas, una buena resistencia a los agentes ambientales, substancias acidas, alcalinas y a productos químicos generalmente conocidos, pero es susceptible de ser degradado por aceites. Propiedades específicas:
• Sureza Shore "A": 65.
• Resistencia máxima a Ia tensión: 825 psi.
• Elongación máxima: 350%. • Resistencia a Ia temperatura; entre -20 0 C a 170 0 C
Las propiedades mecánicas del caucho EPDM usado fueron probadas usando los métodos ASTM D-2240 y ASTM D-412.
Fibra cerámica.
La fibra cerámica es un aislante de baja masa térmica hecha de silicato de aluminio y tiene las siguientes características generales:
• Bajo peso.
• Baja retención del calor.
• Resistencia a choques térmicos.
• Térmicamente eficiente. • Resistente a Ia intemperie
• Resistencia a ataques químicos excepto a ataques por ácidos fluorhídrico y fosfórico y álcalis concentrados.
Propiedades específicas:
• Punto de fusión: 3200°F (1760°C). • Resistencia máxima a Ia temperatura: 2300 0 F (126O 0 C).
• Compuestos (%): AI 2 O 3 46.50 %; SiO 2 53.40 %; otros 0.10 %; LOI 6 %.
• Densidad Ib/ft 3 (Kg/m 3 ): 10 (160).
• Resistencia dieléctrica: (volts/mil): 50 Resina epóxica La resina epóxica es un polímero termoplástico que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador. La resina seleccionada actúa como un encapsulador para Ia etiqueta RFID y Ia protege contra Ia humedad, cortos
circuitos, polvo, químicos y ataques térmicos, es un excelente aislante eléctrico.
Cuando se endurece, Ia resina epóxica proporciona a Ia etiqueta RFID resistencia mecánica y actúa como un soporte para las paredes de Ia capucha. Proporciona adicionalmente forma y dureza al encapsulador.
En ambientes industríales, se requiere que el encapsulador tenga resistencia mecánica que pueda resistir impactos y vibraciones que pudieran estar presentes a Io largo de Ia línea de ensamble. Propiedades específicas: • Rigidez dieléctrica: 100 Kv/cm 25 Kv/mm.
• Resistividad: 10 a 10 Ohm/cm.
• Constante dieléctrica: 3.2 a 3.7.
• Densidad: 1.2.
• Resistencia al arco: 70 a 80 seg. • Temperatura de distorsión (flama directa): 70 a 80 0 C.
• Resistencia a Ia tracción: 480 Kg/cm 2 .
• Resistencia a Ia compresión: 680 Kg/cm.