JP2011241567A - ボルト緩み検出システム、ボルト緩み検出装置、及びボルト管理具 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構造でボルトの緩みを正確に効率良く検出できるボルト緩み検出システムを提供する。
【解決手段】 ＲＦＩＤタグ１１をボルト２０の頭部に設置し、ＲＦＩＤタグ１１及びボルト２０を電波遮蔽カバー１２で覆う。ＲＦＩＤタグ１１から送信された応答波のうち、電波遮蔽カバー１２に設けられたスリット１３を通過したものを、ＲＦＩＤリーダライタで受信する。ボルト２０の緩み角度に応じてスリット１３を通過する電波の強度が変化するため、応答波に含まれるＩＤ情報の読み取り可否や受信電界強度に基づき、ボルト２０の緩みを検出する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（以下、ＲＦＩＤと称す）システムを用いて、ボルトの緩みを検出するシステムに関する。

ＲＦＩＤシステムは、ＩＣチップを備えたＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタとの間で無線通信を行うシステムである。ＲＦＩＤタグには、バッテリーを搭載し、その電力で駆動するアクティブ型タグと、ＲＦＩＤリーダライタからの電力を受けて、これを電源とし駆動するパッシブ型タグとがある。アクティブ型はパッシブ型に比べ、バッテリーを搭載しているため、通信距離、通信の安定度などのメリットがある反面、構造の複雑化、サイズの大型化、高コスト化などのデメリットもある。

近年の半導体技術の向上により、パッシブ型タグ用のＩＣチップの小型化、高性能化が進み、パッシブ型タグの幅広い分野での利用が期待されている。パッシブ型タグにおいては、周波数帯が長波帯、短波帯の場合は電磁誘導方式が適用されている。電磁誘導方式では、ＲＦＩＤリーダライタの送信アンテナコイルとＲＦＩＤタグのアンテナコイルとの間の電磁誘導作用でＲＦＩＤタグに電圧が誘起され、この電圧によりＩＣチップを起動して通信を可能としている。従って、ＲＦＩＤリーダライタによる誘導電磁界内でしかＲＦＩＤタグが動作せず、通信距離は数十ｃｍ程度に限られてしまう。

一方、ＵＨＦ帯またはマイクロ波帯などの高い周波数帯のＲＦＩＤタグでは、電波通信方式が適用されている。電波によりＲＦＩＤタグのＩＣチップに電力を供給しているため、通信距離は１〜７ｍ程度と大幅に向上している。従って、通信距離の短い長波帯、短波帯のＲＦＩＤシステムでは実現が困難であった移動中の通信が可能となり、その利用範囲は大幅に広がると考えられる。

機械類や設備類には多数のボルトが使用されるが、ＲＦＩＤシステムを用いて、ボルトの締結状態を管理する方法が提案されている。従来のボルト管理具は、ボルト近傍に配置されたスイッチが、ボルトの締結状態に応じて閉成・開成が切り換わり、このスイッチの状態に応じてＲＦＩＤタグが応答する。スイッチは、ボルトが正常に締結されている場合は閉成し、ボルトが緩んだ場合に開成する構造となっている。ボルト管理具に備わるＲＦＩＤタグからの応答情報をＲＦＩＤリーダライタで読み取ることで、ボルトの緩みを検出している（例えば、特許文献１参照）。

例えば、鉄道分野では地上設備のメンテナンスを簡略化したいという要求がある。鉄道分野の地上装置では、鉄道用レール（以下、レールと記す。）を枕木に固定するために複数のボルトが使用されるが、このボルトの緩みを検出するために、上記ボルト管理具を利用することが提案されている。レールを枕木に固定するためのボルトの近傍にボルト管理具を配置し、レール上を走行する列車にＲＦＩＤリーダライタを配置することで、列車が走行中にＲＦＩＤリーダライタとボルト管理具のＲＦＩＤタグとの間で通信を行い、ボルトの緩みを検出している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−０６６６６７号公報 特開２００９−０６４１１１号公報

従来のボルト管理具は、ボルトの締結状態に応じて閉成・開成が切り換わる機械的なスイッチを必要とし、当該スイッチとボルト及びＲＦＩＤタグとを接続しなければならないため構造が複雑である。ボルト管理具に使用するスイッチが故障した場合は、ボルト緩み検出システムにおいて正確にボルトの緩みを検出できないという問題点がある。このため、ボルト管理具自体をメンテナンスする必要が生じ、結局のところ、機械類や設備類のメンテナンスを簡略化できず、実現性、運用性が低いという問題点がある。特に、鉄道分野においては、地上設備のメンテナンスを簡略化したいという要求があるが、機械的なスイッチを含むボルト管理具自体のメンテナンスを要するため、地上設備のメンテナンスの簡略化が実現できない。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、簡易な構造でボルトの緩みを正確に効率良く検出することができるボルト緩み検出システム、これを構成するボルト緩み検出装置及びボルト管理具を得ることを目的とする。

本発明に係るボルト緩み検出システムは、ボルトに固定されたＲＦＩＤタグと、スリットが設けられた電波遮蔽カバーとを有するボルト管理具と、ＲＦＩＤタグから放射されスリットを通過した電波を受信するアンテナ部と、アンテナ部で受信した電波を復調して、ＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み取るＲＦＩＤリーダライタと、ＲＦＩＤタグのＩＤ情報の読み取り可否に基づき、ボルトの緩みを検出する検出部とを有するボルト緩み検出装置と、を備えたものである。

本発明に係るボルト緩み検出装置は、スリットを有する電波遮蔽カバーにより覆われたＲＦＩＤタグから放射されスリットを通過した電波を受信するアンテナ部と、アンテナ部で受信した電波を復調して、ＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み取るＲＦＩＤリーダライタと、ＲＦＩＤタグのＩＤ情報の読み取り可否に基づき、ボルトの緩みを検出する検出部と、を備えたものである。

本発明に係るボルト管理具は、ボルトに固定されたＲＦＩＤタグと、スリットが設けられ、ボルトとＲＦＩＤタグとを覆う電波遮蔽カバーと、を備えたものである。

本発明は、ボルトの緩みにより電波遮蔽カバーのスリットを通過する電波の強度が変化することを利用して、ボルトの緩みをボルト管理具からボルト緩み検出装置へ通知するため、ＲＦＩＤタグと電波遮蔽カバーという簡易な構成でボルト管理具を実現でき、正確に効率良くボルトの緩みを検出できる。

本発明の実施の形態１におけるボルト緩み検出システムを示す説明図である。 図１のＸ部を示す拡大図である。 本発明の実施の形態１におけるボルト管理具を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１におけるボルト管理具を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるボルト緩み検出装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態１におけるアンテナ部及びボルト管理具を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１におけるボルト緩み検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるボルト緩み検出装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態２におけるアンテナ制御部を示す構成図である。 本発明の実施の形態２におけるアンテナ制御部を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるアンテナ部の放射パターン図である。 本発明の実施の形態２におけるアンテナ制御部を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるアンテナ部の放射パターン図である。 本発明の実施の形態２におけるアンテナ部の放射パターン図である。 本発明の実施の形態２におけるボルト緩み検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるアンテナ部の放射パターン図である。 本発明の実施の形態２におけるボルト緩み検出装置の動作を示すフローチャートである。

本発明に係る各実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の各図において、同一符号は、同一または相当の構成を示す。なお、以下に示す各実施の形態では、本発明を鉄道分野で利用する場合について説明するが、本発明は以下に示す各実施の形態に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるボルト緩み検出システムを示す説明図である。図２は、図１のＸ部を示す拡大図である。図３は、本発明の実施の形態１におけるボルト管理具を示す斜視図である。なお、図２の一部、及び図３は、ボルト管理具の内部構造を示すため、後述する電波遮蔽カバー１２を透視した図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるボルト管理具を示す断面図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるボルト緩み検出装置を示す構成図である。以下、図１乃至図５を参照してボルト緩み検出システムの構成を説明する。

ボルト緩み検出システムは、ボルト緩み検出装置１とボルト管理具１０とを備える。本実施の形態のボルト緩み検出システムを用いて、レールを枕木に固定するための固定具であるボルト２０の緩みを検出する場合には、レール上を走行する列車（検測車等を含む鉄道車両全般を指す）にボルト緩み検出装置１を設置し（図１及び図２では図示せず）、ボルト２０の近傍にボルト管理具１０を設置する。

ボルト管理具１０は、枕木にレールを固定するためのボルト２０の頭部に取付けたパッシブ型のＲＦＩＤタグ１１と、当該ＲＦＩＤタグ１１とボルト２０とを覆う電波遮蔽カバー１２とを備える。電波遮蔽カバー１２は電波を遮蔽する素材により形成され、スリット１３を有している。

ＲＦＩＤタグ１１は、ボルト２０の頭部に接着剤等で固定してもよいし（図３参照）、図４に示すように、ボルト２０の頭部を覆うためのボルトキャップ１４を用いて固定してもよい。ＲＦＩＤタグ１１を備えたボルトキャップ１４をボルト２０の頭部に被せることにより、ＲＦＩＤタグ１１をボルト２０の頭部に簡単に固定でき、ＲＦＩＤタグ１１のボルト２０への固定作業の効率が高まる。また、ボルト２０の頭部よりも大きなボルトキャップ１４を熱硬化性樹脂により形成すれば、ボルトキャップ１４をボルト２０の頭部へ被せる際に、ＲＦＩＤタグ１１が所望の方向に向くように自由にボルトキャップ１４の向きを決定した後、ボルトキャップ１４を熱硬化させてボルト２０の頭部へ被せることができる。

図５に示すように、ボルト緩み検出装置１は、アンテナ部２と、ＲＦＩＤリーダライタ部３と、検出部４とを備える。ＲＦＩＤリーダライタ３は、アンテナ部２を介してボルト管理具１０のＲＦＩＤタグ１１との間で無線通信を行い、検出部４は、ＲＦＩＤリーダライタ３からの入力データに基づきボルト２０の緩みを検出する。

ＲＦＩＤリーダライタ３からＲＦＩＤタグ１１に対する質問波と、ＲＦＩＤタグ１１からＲＦＩＤリーダライタ３に対する応答波とは、電波遮蔽カバー１２のスリット１３を通過してそれぞれ伝達される。ＲＦＩＤリーダライタ３からの質問波を受信したＲＦＩＤタグ１１は、固有のＩＤ情報を付加した応答波をＲＦＩＤリーダライタ３へ返信する。アンテナ部２で受信した応答波を復調したＲＦＩＤリーダライタ３は、ＲＦＩＤタグ１１から送信された固有のＩＤ情報、受信電界強度、時刻情報等を検出部４へ出力する。検出部４では、ＲＦＩＤリーダライタ３から出力されたデータを用いてボルト２０の緩みを検出する。

なお、検出部４の換わりに、ＲＦＩＤリーダライタ３から出力されるデータを保存する記憶部を備えても良い。例えば、記録部を持ち出し可能な記録媒体で構成すれば、検出部４がＲＦＩＤリーダライタ３と直接接続しておらず、物理的に離れた場所に設置されていても、当該記録媒体に対して検出部４がアクセスすることで、ボルト２０の緩みを検出できる。

図６は、本発明の実施の形態１におけるアンテナ部及びボルト管理具を示す斜視図である。図６（ａ）は、ボルトに緩みがない正常な状態の斜視図であり、図６（ｂ）は、ボルトが緩んだ状態の斜視図である。図６を参照して、ボルト２０の緩み検出の原理を説明する。なお、図６は、ボルト管理具１０の内部構造を説明するため、電波遮蔽カバー１２を透視した図である。

ボルト緩み検出装置１のアンテナ部２から射出された電波（質問波）は、電波遮蔽カバー１２のスリット１３を通過して電波遮蔽カバー１２の内部に配置されたＲＦＩＤタグ１１へと到達する。ボルト緩み検出装置１からの電波により電力を供給されたＲＦＩＤタグ１１は、固有のＩＤ情報を付加した応答波を射出する。

ＲＦＩＤタグ１１を取付けているボルト２０が、図６（ａ）に示す正常な状態から、振動や温度変化等の要因により緩んで、図６（ｂ）に示す状態に変化した場合について説明する。ＲＦＩＤタグ１１はボルト２０の頭部に固定されているため、ボルト２０の緩み角度に応じて、ＲＦＩＤタグ１１のスリット１３に対する相対角度が変化する。この相対角度の変化に伴い、スリット１３を通過する電波の強度も変化する。例えば、図６（ａ）に示すＲＦＩＤタグ１１とスリット１３との位置関係において、スリット１３を通過する電波の強度が最大（即ち、電波遮蔽カバー１２により遮蔽される電波の強度が最小）になるものとする。一方、図６（ｂ）に示すＲＦＩＤタグ１１とスリット１３との位置関係においては、ＲＦＩＤタグ１１のスリット１３に対する相対角度が図６（ａ）に示す状態とは異なるため、図６（ａ）に示す状態と比較すると、スリット１３を通過する電波の強度が減少（即ち、電波遮蔽カバー１２により遮蔽される電波の強度が増加）する。

図６（ａ）に示すボルト２０の締め付けが正常な状態においては、ＲＦＩＤリーダライタ３でのＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報の読み取りが可能である。一方、図６（ｂ）に示すボルト２０に緩みが生じた状態では、電波遮蔽カバー１２により遮蔽される電波の強度が図６（ａ）に示す状態よりも増加するため、ＲＦＩＤリーダライタ３でのＲＦＩＤタグ１１の読み取りが不能となる。もしくは、ＲＦＩＤタグ１１の読み取りが可能であっても、正常な状態と比較するとＲＦＩＤリーダライタ３での受信電界強度は減少する。即ち、ボルト２０の緩み発生前後において、ＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報の読み取り可否状態が変化するか、もしくは読み取り可否状態は変化しなくともＲＦＩＤリーダライタ３での受信電界強度は変化する。この状態変化を利用して、ボルト２０の緩みを検出する。ＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報の読み取り可否に基づき、または、読み取り可否と受信電界強度とに基づき、ボルト２０の緩みを検出する。

以下、ボルト緩み検出システムの動作について説明する。図７は、本発明の実施の形態１におけるボルト緩み検出装置の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０において、ＲＦＩＤリーダライタ３はＲＦＩＤタグ１１からの応答波を復調し、ＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報を読み取る。次に、ＲＦＩＤリーダライタ３は、ＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報が読み取れたか否かを判断する（ステップＳ２０）。

ステップＳ２０において、ＩＤ情報が読み取れなかった場合は、ステップＳ６０へ移行して終了するか否かを判断し、継続する場合はステップＳ１０へ戻って再度ＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報を読み取る。一方、ステップＳ２０において、ＩＤ情報を読み取れた場合は、検出部４においてＩＤ情報の読み溢しの有無を判断する（ステップＳ３０）。例えば、隣り合うボルト２０に連番でＩＤ情報を設定しておけば、新たに読み取ったボルト２０のＩＤ情報が、一つ前のボルト２０（新たに読み取ったボルト２０の隣に設置されたボルト２０）のＩＤ情報と連番であるか否かを判断すればよい。なお、列車が停車中の場合は、同一のボルト２０に設置されたＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報を連続して読み取ることが考えられる。このため、ＩＤ情報が連番ではなく同一であっても、番号飛びがなければＩＤ情報の読み溢しは無いものと判断する。

ステップＳ３０において、ＩＤ情報の読み溢しがあると判断した場合は、ステップＳ３５へ移行し、読み溢したＩＤ情報を抽出して記録する。一方、ステップＳ３０において、ＩＤ情報の読み溢しがないと判断した場合は、ＲＦＩＤタグ１１からの応答波の受信電界強度が適当であるか否かを判断する（ステップＳ４０）。受信電界強度の適否については、例えば、所定の閾値と受信電界強度とを比較して、所定の閾値よりも受信電界強度が高ければ適当であると判断する。もしくは、同一のＩＤ情報において、前回のボルト緩み検出時に取得した受信電界強度と新たに取得した受信電界強度との差が、所定の判定値よりも大きければ不適当であると判断する。

ステップＳ４０において、応答波の受信電界強度が適当でないと判断した場合は、ステップＳ４５へ移行し、受信電界強度が異常であることを記録する。一方、ステップＳ４０において、応答波の受信電界強度が適当であると判断した場合は、ＩＤ情報の読み取り実績を保存する（ステップＳ５０）。ＩＤ情報の読み取り実績とは、例えば、ＩＤ情報、受信電界強度、時刻等が考えられる。ステップＳ６０において、ボルト緩み検出を終了するか否かを判断し、継続する場合はステップＳ１０へ戻る。

上述のボルト緩み検出の原理で説明したとおり、ボルト２０が緩むとスリット１３に対するＲＦＩＤタグ１１の相対角度が変化し、スリット１３を通過する電波の強度が変化する。このため、当初（ボルト締め付け時）はＩＤ情報をＲＦＩＤリーダライタ３で読み取れていたものが、緩んだボルト２０に固定したＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報については、読み取り不可となり、ステップＳ３０においてＩＤ情報の読み溢しと判断される。また、読み取り不可とならずとも、ボルト２０が緩んだ場合、スリット１３で遮蔽される電波の強度が増加するため、ＲＦＩＤリーダライタ３で受信する応答波の受信電界強度が低くなり、ステップＳ４０において受信電界強度が適当でないと判断される。ステップＳ３５において読み溢したＩＤ情報を記録し、また、受信電界強度が適正でない場合にもＩＤ情報をステップＳ４５で記録するため、当該ＩＤ情報に対応するボルト２０が緩んでいることを検出できる。ＩＤ情報の読み取り可否にのみ基づき、ボルト２０の緩みを検出してもよいし、ＩＤ情報の読み取り可否に加えてさらに受信電界強度に基づき、ボルト２０の緩みを検出してもよい。

電波遮蔽カバー１２のスリット１３に対するＲＦＩＤタグ１１の相対角度が、ボルト２０の緩みにより変化し、スリット１３を通過する電波の強度が変化することを利用してボルト２０の緩みを通知するため、本実施の形態１におけるボルト管理具１０は、ＲＦＩＤタグ１１と電波遮蔽カバー１２という簡易な構成で実現できる。

本実施の形態１におけるボルト緩み検出システムは、ボルト管理具１０のスリット１３を通過した応答波から得られるＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報に基づき、またはＩＤ情報及び受信電界強度に基づき、ボルト緩み検出装置１でボルト２０の緩みを検出するため、正確に効率良くボルト２０の緩みを検出できる。

実施の形態２．
ボルト緩み検出装置を、列車のように高速で移動するものに設置する場合、一度に複数のＲＦＩＤタグと通信を行ってしまい、目的のボルトのＲＦＩＤタグではなく、隣のボルトに設置されたＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み込んでしまうおそれがある。識別対象のＲＦＩＤタグとのみ通信するためには、アンテナ部のビーム幅を狭くすれば良い。しかし、アンテナ部のビーム幅を狭くするためには、アンテナ部の形状を大きくしなければならず、実用的でない。本実施の形態２は、アンテナ部２を複数の素子アンテナで構成し、アンテナ部２をアンテナ制御部５からビーム制御する。

以下では、実施の形態１におけるボルト緩み検出システムとの相違点について説明する。図８は、本発明の実施の形態２におけるボルト緩み検出装置１を示す構成図である。アンテナ部２は、第１の素子アンテナ２ａと第２の素子アンテナ２ｂとを備える。アンテナ制御部５は、ＲＦＩＤリーダライタ３からの制御信号に基づき、アンテナ部２のビーム制御をする。

図９は、本発明の実施の形態２におけるアンテナ制御部５を示す構成図である。アンテナ制御部５内のスイッチ回路であるＳ１スイッチ５０ａは、ＲＦＩＤリーダライタ３に接続されている。Ｓ１スイッチ５０ａは、スイッチ回路であるＳ２スイッチ５０ｂに接続されている（Ｐ１−ＰＣ）。Ｓ２スイッチ５０ｂは、スイッチ回路であるＳ３スイッチ５０ｃとハイブリッド結合器（１８０°）５１とに接続されている（Ｐ１−Ｐ２、Ｐ２−ＰＣ）。Ｓ３スイッチ３０ｃは、Ｓ２スイッチ５０ｂとの接続（Ｐ１−Ｐ２）に加えて、ハイブリッド結合器（１８０°）５１とも接続されている（Ｐ１−ＰＣ）。

Ｓ１スイッチ５０ａは、スイッチ回路であるＳ４スイッチ５０ｄとも接続されている（Ｐ２−ＰＣ）。Ｓ４スイッチ５０ｄは、スイッチ回路であるＳ５スイッチ５０ｅとハイブリッド結合器（１８０°）５１とに接続されている（Ｐ１−Ｐ２、Ｐ１−ＰＣ）。Ｓ５スイッチ５０ｅは、Ｓ４スイッチ５０ｄとの接続（Ｐ１−Ｐ２）に加えて、ハイブリッド結合器（１８０°）５１とも接続されている（Ｐ２−ＰＣ）。なお、Ｐ１，Ｐ２，ＰＣは各スイッチ回路やハイブリッド結合器（１８０°）５１のポート（端子）名であり、ハイブリッド結合器（１８０°）５１のポートに関しては、説明の簡略化のために４端子を全て「ＰＣ」としているが、実際の接続関係は図９に示すとおりで、異なるポートであることはいうまでもない。

このような構成をアンテナ制御部５が採っているので、スイッチ回路であるＳ１スイッチ５０ａ，Ｓ２スイッチ５０ｂ，Ｓ３スイッチ５０ｃ，Ｓ４スイッチ５０ｄ，Ｓ５スイッチ５０ｅの接続を変更することにより、アンテナ制御部５は、アンテナ部２に対してビーム制御を行うことができる。なお、各スイッチ回路の接続の制御は、ＲＦＩＤリーダライタ３から供給される制御信号に基づき行われる。つまり、ＲＦＩＤリーダライタ３が、アンテナ制御部５を介して、アンテナ部２に対してビーム制御を行っているともいえる。

次に、アンテナ部２のビーム制御について、図１０〜図１７を参照して説明する。なお、図１０以降で、図９に記載のアンテナ制御部５の結線状態を示す図が複数あるが、それらにおいて、結線されていない部分は模式的に配線を省いて記している。また、図１１以降で、放射パターンを示す図が複数あるが、縦軸のＸ［ｍ］は、アンテナ部２のアンテナ面に沿った放射パターンの大きさを示し、横軸のＺ［ｍ］は、アンテナ部２のアンテナ面の前方に向かった放射パターンの大きさを示す。

図１０は本発明の実施の形態２におけるアンテナ制御部５を示す機能ブロック図である。図１１は本発明の実施の形態２におけるアンテナ部２の放射パターン図である。図１１に示す放射パターン３１は、第１の素子アンテナ２ａと第２の素子アンテナ２ｂとを同位相で合成したときの放射パターンである。ＲＦＩＤリーダライタ３からの制御信号により、図１０に示すように、アンテナ制御部５内の各スイッチ回路及びハイブリッド結合器５１が切り替えられ、Ｓ１スイッチ５０ａ−Ｓ２スイッチ５０ｂ−ハイブリッド結合器５１−Ｓ３スイッチ５０ｃ−第１の素子アンテナ２ａ，Ｓ１スイッチ５０ａ−Ｓ２スイッチ５０ｂ−ハイブリッド結合器５１−Ｓ５スイッチ５０ｅ−第２の素子アンテナ２ｂと接続される。第１の素子アンテナ２ａと第２の素子アンテナ２ｂとはハイブリッド結合器５１により同位相で合成される。

なお、第１の素子アンテナ２ａのみを用いた場合の放射パターン３２を図１１に破線で示す。放射パターン３２と放射パターン３１とを比較すると、放射パターン３１のビーム幅が狭くなっていることがわかる。アンテナ制御部５により第１の素子アンテナ２ａと第２の素子アンテナ２ｂとを同位相で合成することで、アンテナ部２のビーム幅を狭くできる。

図１１に示すようにＲＦＩＤタグ１１ａ〜１１ｃが配置されている場合、同位相で合成された放射パターン３１では、ＲＦＩＤタグ１１ａと通信可能であるが、ＲＦＩＤタグ１１ａの両隣に配置されるＲＦＩＤタグ１１ｂ、１１ｃとは通信不能であり、識別対象となるＲＦＩＤタグ１１ａとのみ通信することができる。なお、第１の素子アンテナ２ａのみを用いた場合は、放射パターンが３２となるため、複数のＲＦＩＤタグ１１ａ、１１ｂと通信可能となってしまう。第１及び第２の素子アンテナ２ａ、２ｂを同位相で合成した方がビーム幅を狭くでき、識別対象となるＲＦＩＤタグ１１ａとのみ通信するため、近傍のＲＦＩＤタグ１１ｂ、１１ｃの誤検出がなくなり、ボルトの緩みをより正確に検出できる。

図１２は本発明の実施の形態２におけるアンテナ制御部５を示す機能ブロック図である。図１３は本発明の実施の形態２におけるアンテナ部２の放射パターン図である。図１３に示す放射パターン３３は、第１の素子アンテナ２ａと第２の素子アンテナ２ｂとを逆位相で合成したときの放射パターンである。

ＲＦＩＤリーダライタ３からの制御信号により、図１２に示すように、アンテナ制御部５内の各スイッチ回路及びハイブリッド結合器５１が切り替えられ、Ｓ１スイッチ５０ａ−Ｓ４スイッチ５０ｄ−ハイブリッド結合器５１−Ｓ３スイッチ５０ｃ−第１の素子アンテナ２ａ，Ｓ１スイッチ５０ａ−Ｓ４スイッチ５０ｄ−ハイブリッド結合器５１−Ｓ５スイッチ５０ｅ−第２の素子アンテナ２ｂと接続される。第１の素子アンテナ２ａと第２の素子アンテナ２ｂとはハイブリッド結合器５１により逆位相で合成される。

第１及び第２の素子アンテナ２ａ、２ｂを同位相で合成した放射パターン３１と、逆位相で合成した放射パターン３３とを用いることにより、ＲＦＩＤタグの検出エリアを狭めることができる。図１４は本発明の実施の形態２におけるアンテナ部１の放射パターン図である。図１５は本発明の実施の形態２におけるボルト緩み検出装置の動作を示すフローチャートであり、図７に示すステップＳ１０のＩＤ情報読み取り動作の詳細を示すものである。

まず、ＲＦＩＤリーダライタ３から制御信号によりアンテナ制御部５の各スイッチ及びハイブリッド結合器５１を切り替えて、第１及び第２の素子アンテナ２ａ、２ｂを同位相で合成した放射パターン３１で電波を放射し（ステップＳ１１）、ＲＦＩＤタグからの応答波を復調してＩＤ情報を取得する（ステップＳ１２）。ここでは、放射パターン３１の領域内に存在するＲＦＩＤタグ１１ａ及び１１ｂのＩＤ情報が取得される。

次に、ＲＦＩＤリーダライタ３から制御信号によりアンテナ制御部５の各スイッチ及びハイブリッド結合器５１を切り替えて、第１及び第２の素子アンテナ２ａ、２ｂを逆位相で合成した放射パターン３３で電波を放射し（ステップＳ１３）、ＲＦＩＤタグからの応答波を復調してＩＤ情報を取得する（ステップＳ１４）。ここでは、放射パターン３３の領域内に存在するＲＦＩＤタグ１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄのＩＤ情報が取得される。

検出エリア３４（図１４に示す斜線部分）の領域に含まれるＲＦＩＤタグを識別対象と認識し、そのＩＤ情報を読み取る（ステップＳ１５）。即ち、放射パターン３１で検出され、且つ放射パターン３３では未検出のＲＦＩＤタグ１１ａが識別対象となる。例えば、ＲＦＩＤタグ１１ｂは放射パターン３１及び３３の両方で検出されているため識別対象とはならない。検出エリア３４は、放射パターン３１から放射パターン３３を差し引いたものであり、放射パターン３１よりも更に狭い領域となっている。

他にも、第１及び第２の素子アンテナ２ａ、２ｂを同位相で合成した放射パターン３１と、第１の素子アンテナの放射パターン３２とを用いることにより、ＲＦＩＤタグの検出エリアを狭めることもできる。図１６は本発明の実施の形態２におけるアンテナ部２の放射パターン図である。図１７は本発明の実施の形態２におけるボルト緩み検出装置の動作を示すフローチャートであり、図７に示すステップＳ１０のＩＤ情報読み取り動作の詳細を示すものである。

まず、ＲＦＩＤリーダライタ３から制御信号によりアンテナ制御部５の各スイッチ及びハイブリッド結合器５１を切り替えて、第１及び第２の素子アンテナ２ａ、２ｂを同位相で合成した放射パターン３１で電波を放射し（ステップＳ１１）、ＲＦＩＤタグからの応答波を復調してＩＤ情報を取得する（ステップＳ１２）。ここでは、放射パターン３１の領域内に存在するＲＦＩＤタグ１１ａ及び１１ｂのＩＤ情報が取得される。

次に、ＲＦＩＤリーダライタ３から制御信号によりアンテナ制御部５の各スイッチ及びハイブリッド結合器５１を切り替えて、第１の素子アンテナ２ａ単独の放射パターン３２で電波を放射し（ステップＳ１６）、ＲＦＩＤタグからの応答波を復調してＩＤ情報を取得する（ステップＳ１７）。ここでは、放射パターン３２の領域内に存在するＲＦＩＤタグ１１ａ及び１１ｃのＩＤ情報が取得される。

放射パターン３１と放射パターン３２との共通読取範囲である検出エリア３５（図１６に示す斜線部分）に含まれるＲＦＩＤタグを識別対象と認識し、そのＩＤ情報を読み取る（ステップＳ１８）。検出エリア３５は、放射パターン３１及び放射パターン３２の共通部分であり、放射パターン３１よりも更に狭い領域となっている。ここでは、放射パターン３１の領域内に存在し、且つ放射パターン２の領域内に存在するＲＦＩＤタグ１１ａが識別対象となる。

なお、検出エリアについては、図１４及び図１６に示す斜線部分に限られるものではない。第１の放射パターンと第２の放射パターンとの共通エリア、またはどちらか一方の放射パターンにのみ属するエリアを検出エリアとし、当該検出エリアで取得されたＩＤ情報を識別対象のＲＦＩＤタグ１１のＩＤ情報として読み取る。第１及び第２の放射パターンとしては、放射パターン３１、放射パターン３３、第１の素子アンテナの放射パターン３２、及び第２の素子アンテナの放射パターンを組み合わせて、システムに合わせた検出エリアを生成できる。

本実施の形態２では、アンテナ部２を２つの素子アンテナ２ａ、２ｂで構成する場合について例示的に説明したが、素子アンテナの数はこれに限られたものではない。例えば、アンテナ部２をｎ個の素子アンテナを有するフェイズドアレイアンテナで構成し、アンテナ制御部５でフェイズドアレイアンテナのビーム制御を行ってもよい。

本実施の形態２におけるボルト緩み検出システムは、アンテナ制御部によりアンテナ部のビーム制御を行うことで、アンテナ部のビーム幅を狭くして、ＲＦＩＤタグを読み取る検出エリアを狭めることができる。また、アンテナ部の放射パターンを切り替え可能とし、複数の放射パターンを用いて検出エリアを狭めることもできる。検出エリアを狭めることで、識別対象となるＲＦＩＤタグのＩＤ情報のみを正確に検出し、近傍に位置するＲＦＩＤタグのＩＤ情報の誤検出を防止することができる。これにより、ボルト管理具とボルト緩み検出装置との相対速度が大きなシステムにおいても、ボルトの緩みを正確に検出することができる。

１ ボルト緩み検出装置
２ アンテナ部
２ａ 第１の素子アンテナ
２ｂ 第２の素子アンテナ
３ ＲＦＩＤリーダライタ
４ 検出部
５ アンテナ制御部
１０ ボルト管理具
１１ ＲＦＩＤタグ
１２ 電波遮蔽カバー
１３ スリット
２０ ボルト
３１ 放射パターン
３２ 放射パターン
３３ 放射パターン

Claims (7)

1. ボルトに固定されたＲＦＩＤタグと、
   スリットが設けられ、前記ボルトと前記ＲＦＩＤタグとを覆う電波遮蔽カバーと、
   を有するボルト管理具と、
   前記ＲＦＩＤタグから放射され前記スリットを通過した電波を受信するアンテナ部と、
   前記アンテナ部で受信した電波を復調して、前記ＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み取るＲＦＩＤリーダライタと、
   前記ＲＦＩＤタグのＩＤ情報の読み取り可否に基づき、前記ボルトの緩みを検出する検出部と、
   を有するボルト緩み検出装置と、
   を備えたボルト緩み検出システム。
2. 前記ＲＦＩＤタグから放射された電波の受信電界強度に基づき、前記ボルトの緩みを検出することを特徴とする請求項１記載のボルト緩み検出システム。
3. 前記ＲＦＩＤタグから放射された電波の受信電界強度と、同一のＩＤ情報について前回取得した受信電界強度との差が、所定の判定値より大きいとき、前記ボルトの緩みを検出することを特徴とする請求項２記載のボルト緩み検出システム。
4. 前記アンテナ部は複数の素子アンテナを有し、
   前記ボルト緩み検出装置は、前記アンテナ部のビーム制御を行うアンテナ制御部を備え、
   前記アンテナ制御部が前記アンテナ部に第１の放射パターンを形成させたときに取得されたＩＤ情報と、前記アンテナ制御部が前記アンテナ部に第２の放射パターンを形成させたときに取得されたＩＤ情報とのうち、共通のＩＤ情報、またはどちらか一方の放射パターンでのみ取得されたＩＤ情報を、識別対象のＲＦＩＤタグのＩＤ情報として読み取ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のボルト緩み検出システム。
5. 前記ボルトは、鉄道用レールを枕木に固定するための固定具であり、
   前記ボルト緩み検出装置は、前記鉄道用レール上を走行する列車に設置することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のボルト緩み検出システム。
6. スリットを有する電波遮蔽カバーにより覆われたＲＦＩＤタグから放射され前記スリットを通過した電波を受信するアンテナ部と、
   前記アンテナ部で受信した電波を復調して、前記ＲＦＩＤタグのＩＤ情報を読み取るＲＦＩＤリーダライタと、
   前記ＲＦＩＤタグのＩＤ情報の読み取り可否に基づき、前記ボルトの緩みを検出する検出部と、
   を備えたボルト緩み検出装置。
7. ボルトに固定されたＲＦＩＤタグと、
   スリットが設けられ、前記ボルトと前記ＲＦＩＤタグとを覆う電波遮蔽カバーと、
   を備えたボルト管理具。

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