JP2011186839A

JP2011186839A - 埋設用ｉｃタグ及び埋設用ｉｃタグシグナルの検出方法

Info

Publication number: JP2011186839A
Application number: JP2010052089A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Ogawa; 彰一小川; Shinji Nagaoka; 真二長岡; Rei Eriguchi; 玲江里口
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: JP5393541B2

Abstract

【課題】セメント組成物にＩＣタグを混入して使用する場合において、特に、振動締め固めを行う施工において、指向性を有するＩＣタグを用いて通信距離を確保し、安定的な通信を可能とするものである。セメント組成物中にＩＣタグを埋設し、外部読書装置を用いてＩＣタグのＩＤや各種情報を読書きにおいて、その通信距離の向上を図り、セメント組成物の硬化前、あるいは硬化後に外部読書装置から読取りやすくすることを課題とした。
【解決手段】ＩＣタグＬＳＩ、指向性のあるアンテナ、これらを内蔵した被覆体を含むＩＣタグであって、ＩＣタグＬＳＩに接続するアンテナの電波の放射が、被覆体の側面に対して垂直な成分を有し、前記側面に緩衝層を設けたことを特徴としたコンクリート、モルタル、又はセメント硬化体埋設用ＩＣタグを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート、モルタル、セメント混和物などに埋設して管理する埋設ＩＣタグ及び埋設用ＩＣタグシグナルの検出方法に関する。

コンクリート、モルタル、セメント混和物等のセメント組成物の品質管理、物流管理におけるＩＣタグが用いられている。

ＩＣタグは、電子マネー、入退出管理、あるいは、物に取り付けて物流におけるトレーサビリティや品質管理などに用いられている。ＩＣタグは、無線通信によって、ＩＣタグと外部読書装置との間で個別ＩＤや各種情報をやり取りするものであるが、電波を用いるため、ＩＣタグ内にはアンテナが必要となる。無線通信におけるアンテナは、３次元空間において、何れかの方向に指向性や偏波面を有し、アンテナに供給される高周波電源としての電波の周波数と、アンテナ形状、周囲の環境などに影響される。特定の方向に指向性を持たせた場合には、特定方向に対して利得が得られるため、２点間の通信において有利となり、通信距離を延長することができるが、逆に、指向性を有することによって特定の方向以外への利得や輻射が小さくなると、通信距離は短くなり、通信が困難となる。

このような課題に対して、通常は、アンテナの効率をあげることは勿論のこと、使用用途に応じて、アンテナの指向性を利用し、あるいは指向性を高めて、その指向性に応じてアンテナを設置し、通信が安定的に確保できるようにしている。

ＩＣタグについても、内蔵されるアンテナは、通常は指向性を有するために、特定方向に対して安定的に通信は可能であるが、一方で、方向によっては通信が困難となる場合がある。従って、ＩＣタグの利用では、通常、ＩＣタグの指向性の方向に対して、外部読書装置のアンテナの方向を向くように、ＩＣタグを持ったり、取り付けたりする。
また、ＩＣタグをコンクリート品質管理に用いる場合には、逆に指向性を広くしたＩＣタグが知られている（特許文献１）。

特開２００９−２８２６８８号公報

コンクリート、モルタル、セメント混和物等のセメント組成物の品質管理やトレーサビリティに、セメント組成物に指向性のあるＩＣタグを混入して使用する場合、セメント組成物は硬化前には流動性を有し、ＩＣタグの方向性が定まらず、また、硬化後にＩＣタグがランダムな配置となった場合に、特定方向からは読書き可能であるが、通信できなくなることが予想される。

さらに、アンテナ設計によって指向性を極力抑えることも可能ではあるが、このように無指向性にすることによって、電波は全方向に輻射されてエネルギーが分散されるため、通信距離は全体的に低下する、といった課題がある。

本発明はこれら問題点を解決し、セメント組成物にＩＣタグを混入して使用する場合において、特に、振動締め固めを行う施工において、指向性を有するＩＣタグを用いて通信距離を確保し、安定的な通信を可能とするものである。セメント組成物中にＩＣタグを埋設し、外部読書装置を用いてＩＣタグのＩＤや各種情報を読書きにおいて、その通信距離の向上を図り、セメント組成物の硬化前、あるいは硬化後に外部読書装置から読取りやすくすることを課題とした。

ＩＣタグＬＳＩ、指向性のあるアンテナ、これらを内蔵した被覆体を含むＩＣタグであって、ＩＣタグＬＳＩに接続するアンテナの電波の放射が、被覆体の側面に対して垂直な成分を有し、前記側面に緩衝層を設けたことを特徴としたコンクリート、モルタル、又はセメント硬化体埋設用ＩＣタグ、を提供する。

前記被覆体が、楕円球状又は、楕円柱状又は、多角柱状であることを特徴とする前記ＩＣタグ、を提供する。

前記被覆体の材質が樹脂あるいはセメント混練物であり、ＩＣタグの重心の位置が、楕円球状又は、楕円柱状又は、多角柱状の中心部になく、打設時のセメント組成物中で、ＩＣタグの中心から見て重心方向に配向することを特徴とする前記のＩＣタグ、を提供する。

ＩＣタグＬＳＩ、指向性のあるアンテナ、これらを内蔵した被覆体を含み、前記被覆体に緩衝層を設けたＩＣタグであって、ＩＣタグＬＳＩに接続するアンテナの電波の輻射方向が、緩衝層の面の法線方向に成分を有し、打設時のセメント組成物に投入し、セメント組成物の振動締固めの振動によって、緩衝層の面側を、前記振動面に配向させ、前記緩衝層の面の法線方向の輻射成分を検出することを特徴とするＩＣタグシグナルの検出方法、を提供する。

こうして、緩衝層の面の法線方向に輻射成分を有する、前記側面に緩衝層を設けたＩＣタグを、打設時のセメント組成物に投入し、セメント組成物の振動締固めの振動によって、前記被覆体の側面を、前記振動面に配向させ、あるいはさらに振動方向にＩＣタグが振動によって移動し、前記法線方向の輻射成分を検出することのできるＩＣタグを提供することができる。

ここで、アンテナからの電波は、電波の輻射方向と輻射強度で示すことができる。これは、アンテナの形状、用いる周波数帯によって変化する。通常、輻射角と輻射強度との関係として、例えば、送信アンテナであれば、送信アンテナを上下、左右に位置を変化させ、受診アンテナで得られた電波の強さ比としてデシベル（ｄＢ）として指向性図で示す。

電波の輻射は空間的であるため、通常は３次元的な輻射での指向性を示す。しかしながら、例えば、ダイポールアンテナのように特定の面に対して３６０°均等に電波が放射される場合を無指向性とする場合もあり、また、ＩＣタグでは、受信した電波エネルギーを使って送信するためアンテナの指向性を輻射強度として示すと実際の通信可能な距離と整合しない場合があり現実的ではなく、また、電波の偏波面が影響するという問題もある。

本願発明のＩＣタグは、緩衝層を設けたＩＣタグであり、少なくとも緩衝層の面の法線方向に輻射成分を有する。図１に、螺旋状タグアンテナ１０の例を示す。ｙ−ｚ平面上の平面１０１で、螺旋形状となるタグアンテナである。このアンテナは、ｘ軸方向に輻射強度の成分を有する。また、図１のように、底面である円の中心をｚ軸とする円柱状の被覆体で被覆し、ｘ軸の正の部分の側面に緩衝層２０を設けた。こうして、ＩＣタグＬＳＩに接続するアンテナの電波の輻射が、緩衝層の面の法線方向に輻射成分を有するＩＣタグを得ることができる。

本発明は、ＩＣタグに内臓するアンテナが特定の方向に指向性を有するために、前記アンテナの指向性が、全体として無指向の球体状とならないものが好ましい。

しかし、緩衝層の面の法線方向に輻射成分を有するものならば、無指向のアンテナも使用することができる。

前記被覆体が、楕円球状又は、楕円柱状又は、多角柱状であることを特徴とする前記ＩＣタグであることが好ましい。このとき、柱状被覆体を重心の調整によって、セメント組成物中で鉛直方向に柱を立てることが容易である。

前記被覆体の材質が樹脂あるいはセメント混練物であり、これらの比重差を利用したＩＣタグの重心の位置を調整して、楕円球状又は、楕円柱状又は、多角柱状の中心部を外して設定し、打設時のセメント組成物中で、ＩＣタグの長手方向が、深さ方向に配向することができる。このとき、楕円状あるいは柱状被覆体の重心の調整によって、セメント組成物中で鉛直方向に柱を立てることが容易である。

緩衝層は、これを設けない他の被覆体側面より動弾性係数が小さくなるように設ける。緩衝層は、空気層、ゴムなど、ヤング率の低いもの、剛性のないものを選定することができる。例えば、ヤング率が１０ＧＰａ〜５０ＧＰａなどのモルタル等のセメント組成物、あるいはヤング率が１GPa〜４GPaのポリエチレンなどの樹脂などを被覆体とし、ヤング率が０．５GPa以下、より好ましくは０．１GPa以下である。ゴムや空気等の緩衝層を一層以上設けることが好ましい。また、緩衝層の厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。空気層の場合、例えば、空気を閉じ込めて使用するエアーキャップも利用できる。ＩＣタグ被覆体の一方向に、被覆側面の面積が、全体側面の面積の１／２〜１／４であることが好ましい。

例えば、エアーキャップ層を円柱状タグの被覆体側面に用いることができる。円柱状タグは、重心の位置を調節することなどにより、打設時のセメント組成物中で、ＩＣタグの長手方向が、深さ方向に配向させることができる。例えば、円柱状の被覆体に中空部を設け、上部を空隙とし、下部に鉄鉱石、ステンレス、鉛、アルミナ、ジルコニア等の無機重量骨材の重しを装着して、円柱状タグをセメント組成物中で、円柱を鉛直方向に保ちながら、セメント組成物中で、浮かせ、沈め、或いは、浮沈子として使用することができる。

このとき、ヤング率の低い緩衝層がＩＣタグ側面表層の一部にあると、振動締固めの振動を与えると、このＩＣタグ振動方向に対して、ヤング率が低い緩衝層を振動面と一致させる力が働き、セメント組成物中でＩＣタグ側面の緩衝層側を振動面に向かせることができた。また、ヤング率の低い緩衝層が、こうして、振動機方向にＩＣタグが向くと、セメント組成物とＩＣタグに位相差が生じ、ＩＣタグ背面から振動方向に力が生じ、ＩＣタグ自体が振動機の方向に移動させることができた。

ＩＣタグに比重差を設けて、セメント組成物中で、鉛直方向に対して一定方向に配向させることができる。振動機の振動面が、鉛直線を含む平面又は曲面であるとき、振動面と交差しない位置関係にあるＩＣタグ側面に緩衝層２０を設けることにより、このＩＣタグ側面を振動方向に向かせことができた。

さらに、被覆体には、図２に示す方向制御版３０を２つ以上設けることで、スムースに振動面に向かせる制御と、振動面の震源方向への接近移動がなされた。方向制御版は、幅０．５ｍｍ〜１０ｍｍでより好ましくは幅２ｍｍ以上、厚さは特に限定されないが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍで、緩衝層を有する面以外の被覆体側面に取り付けたものであり、ＩＣタグが緩衝層を有する面の法線方向への移動において、最も抵抗が少なくなるように取り付けることが好ましい。

振動機は、コンクリート用棒型振動機、コンクリート用型枠振動機を用いた。振動数は、８００ｖｐｍ〜１５０００ｖｐｍが望ましく、より望ましくは１０００ｖｐｍ〜５０００ｖｐｍである。振動は縦波成分を含むよく、縦波と緩衝層との作用によって、ＩＣタグの方向制御が容易になされる。この振動は、セメント組成物中の細骨材、粗骨材にも振動を与え、ＩＣタグが移動しやすくなるとともに、ＩＣタグ自体が振動することで、方向制御とＩＣタグ自体の移動が生じる。

こうして、ＩＣタグＬＳＩ、指向性のあるアンテナ、これらを内蔵した被覆体を含むＩＣタグであって、ＩＣタグＬＳＩに接続するアンテナの電波が、緩衝層の面の法線方向に輻射成分を有することで、振動を与えた方向での通信距離を容易に確保できる。図１では、ｘ軸方向に被覆体の側面の法線方向輻射成分を有する。この側面に緩衝層を設けたＩＣタグを、打設時のセメント組成物に投入し、セメント組成物の振動締固めの振動によって、前記被覆体の側面を、前記振動面に配向させ、ＩＣタグシグナルの輻射成分を検出することができる。

以上のように、本発明によれば、振動締め固めをするセメント組成物の硬化前、あるいは硬化後に外部読書装置からタグ情報を読取りやすくする。

本願発明の内部構造の一例を示す模式図。本願発明の構造の一例を示す平面図と模式図。本願発明の緩衝部の一例を示す模式図。

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。本発明は、ＩＣタグにヤング率が異なる緩衝層を設けたＩＣタグ被覆体を有するＩＣタグであって、ＩＣタグアンテナ指向性を任意の方向に予め設定したタグである。

ＩＣタグ被覆体の一方向に、ヤング率が０．１ＧＰａ以下の緩衝層を、一層設けた。全体面積の１／３を被覆し、緩衝層の厚さは０．５ｍｍ〜５ｍｍである。層としては、空気を閉じ込めて使用するエアーキャップを使用した。

このとき、ヤング率の低い緩衝層がＩＣタグ表層にあることで、振動方向に対して、ヤング率が低い緩衝層を振動面と一致させる力が働き、流体中で方向を緩衝層振動面に向かせる制御が可能である。また、ヤング率の低い緩衝層が振動機方向にＩＣタグが向くと、セメント組成物とＩＣタグに位相差が生じ、ＩＣタグ背面から振動方向に力が生じ、ＩＣタグ自体が振動機の方向に移動した。

ＩＣタグに比重差を設けて、セメント組成物中で、鉛直方向に対して一定方向に配向させることができる。振動機の振動面が、鉛直線を含む平面又は曲面であるとき、振動面と交差しない位置関係にあるＩＣタグ側面に緩衝層を設けることにより、このＩＣタグ側面を振動方向に向かせことができた。

また、被覆体には、幅２ｍｍ以上の方向制御版を２つ以上設けることで、より、スムースに振動面に向かせる制御と、振動面の震源方向への接近移動がなされた。

振動機は、コンクリート用棒型振動機、コンクリート用型枠振動機を用いた。振動数は、８００ｖｐｍ〜１５０００ｖｐｍが望ましく、より望ましくは１０００ｖｐｍ〜５０００ｖｐｍである。

用いたＩＣタグＬＳＩおよびＩＣタグアンテナ
ＩＣタグ内に設置するＩＣタグＬＳＩおよびＩＣタグアンテナは予め接続し、ＩＣタグＬＳＩは９５０ＭＨｚ帯を使用した。ＩＣタグアンテナは、１．５ｃｍｘ３．５ｃｍの面上に螺旋状（ループ状）に形成したものであり、カードタイプのＩＣタグに相当するもので、このアンテナ面の直角方向に指向性を持つものである。

ＩＣタグＬＳＩとＩＣタグアンテナは、形成時に破損を防ぐため、予め、シリコーン樹脂で薄く被覆した。成型は、φ２ｃｍｘ高さ４ｃｍの円筒状とした。上層部２ｃｍおよび下層部２ｃｍの２層成型とし、上層部および下層部は、それぞれ、表１のＦおよびＡとした。緩衝層として、エアーキャップ（３層構造、粒径１０ｍｍ，粒高３．５ｍｍ品）、または、シリコンスポンジシート（厚さ２ｍｍ、見掛け比重約０．３）を、３．５ｃｍｘ３．５ｃｍに切断し、円筒状に成型した側面に瞬間接着剤を用いて貼り付け、ＩＣタグとした（それぞれ、ＩＣタグＮｏ．１およびＩＣタグＮｏ．２）。緩衝層の貼り付けは、ＩＣタグ指向性が最も強い方向としている。

また、ＩＣタグＮｏ．１に対して、方向制御板として、幅０．４ｃｍ、長さ４ｃｍ、厚さ０．３ｍｍのスチロール樹脂製の板を、ホットメルトを使用して、ＩＣタグに取り付けたＩＣタグＮｏ．３を製造した。また、同様に、緩衝層および方向制御版を用いないＩＣタグ（ＩＣタグＮｏ．４）を製作した。

通信の確認は、コンクリート組成物としてコンクリート壁面を模擬し、スランプ１８ｃｍの設計基準強度２４Ｎ／ｍｍ２の普通コンクリートを、幅２０ｃｍ、長さ８０ｃｍ、高さ８０ｃｍの木製（コンパネ）型枠に打設したセメント組成物中でおこなった。ここで、以後、８０ｃｍｘ８０ｃｍのコンパネ面を、壁面とする。次いで、前記ＩＣタグ２種類を深さ約１０ｃｍ、長さ方向に中心位置に、緩衝層の面を長さ方向と同一方向、すなわち壁面と直角となるように埋設した。

比較ＩＣタグでは、何れもＩＣタグアンテナの指向性がない方向を壁面に向けて埋設した。この状態では、何れのＩＣタグも壁面から外部読書装置を用いて、ＩＣタグとの通信はできない。

次いで、予めスライダックを挿入して振動数をおよそ２５００ｖｐｍに調整した型枠振動機を木製型枠壁面の中心部１箇所に取り付け、３０秒間振動を与えた。その結果、振動機取り付け面から、ＩＣタグＮｏ．１およびＮｏ．２のみ、それぞれＩＣタグＩＤを読取ることができた。さらに、１分間、同様にして振動を与えたところ、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３のタグを読取ることができ、また、Ｎｏ．３のタグは、木製型枠から外部読書装置アンテナまでの距離が、６ｃｍあり、Ｎｏ．１およびＮｏ．２のタグがそれぞれ２ｃｍであったのに対し、通信距離が長くなった。

Claims

ＩＣタグＬＳＩ、指向性のあるアンテナ、これらを内蔵した被覆体を含むＩＣタグであって、ＩＣタグＬＳＩに接続するアンテナの電波の放射が、被覆体の側面に対して垂直な成分を有し、前記側面に緩衝層を設けたことを特徴としたコンクリート、モルタル、又はセメント硬化体埋設用ＩＣタグ。
前記被覆体が、楕円球状又は、楕円柱状又は、多角柱状であることを特徴とする前記ＩＣタグ。
前記被覆体の材質が樹脂あるいはセメント混練物であり、ＩＣタグの重心の位置が、楕円球状又は、楕円柱状又は、多角柱状の中心部になく、打設時のセメント組成物中で、ＩＣタグの中心から見て重心方向に配向することを特徴とする前記のＩＣタグ。
ＩＣタグＬＳＩ、指向性のあるアンテナ、これらを内蔵した被覆体を含み、前記被覆体に緩衝層を設けたＩＣタグであって、ＩＣタグＬＳＩに接続するアンテナの電波の輻射方向が、緩衝層の面の法線方向に成分を有し、打設時のセメント組成物に投入し、セメント組成物の振動締固めの振動によって、緩衝層の面側を、前記振動面に配向させ、前記緩衝層の面の法線方向の輻射成分を検出することを特徴とするＩＣタグシグナルの検出方法。