JP2012173126A - トレーサー - Google Patents

Abstract

【課題】流体の中で指向性アンテナを有するＲＦＩＤタグの姿勢を制御することのできるトレーサーを提供することを目的とする。
【解決手段】流体に混入されて該流体の流れをモニタリングするトレーサー１００であって、指向性のアンテナ１１２を有するＲＦＩＤタグ１１０と、ＲＦＩＤタグ１１０を保持する基体１２０と、基体１２０に設けられ流体から抵抗を受ける複数の突起部１２２とを備え、トレーサー１００の重心Ｇが基体１２０に対して偏心しており、重心Ｇを下方向にした姿勢において、ＲＦＩＤタグ１１０のアンテナ１１２の指向性がほぼ水平方向に向くように、基体１２０がＲＦＩＤタグ１１０を保持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動性粉体や液体などの流体に混入されて該流体の流れをモニタリングするトレーサーに関するものである。

ＲＦＩＤタグは、電磁的な方法により非接触でリーダライタ（読取装置）との間で媒体の識別情報等を送受信できるものであり、通常ＩＣチップと小型のアンテナで構成される。ＲＦＩＤタグは、近年の利用機運の高まりに伴い、製品の製造から販売、保守、リサイクルや消費者の日常生活などの場面で、広範囲に適用される。このＲＦＩＤタグは、物品等に貼り付けられ、その物品に関する情報をリーダライタとの間でやりとりして、物品の識別等を行うことができる。

このようなＲＦＩＤタグはシールなどによって物品等に貼り付けられる場合が多いが、外装部材を備えている場合もある。例えば特許文献１には、プラスチック系の外装部材の内部に、プラスチック系の内部保護部材を介して内部空間を形成し、この内部空間内にインレット（ＩＣチップとアンテナを含む）を配置した技術が開示されている。特許文献１によれば、柔軟性のある素材にＲＦＩＤタグを貼り付けた場合であっても、ＩＣチップ周りおよびアンテナへの外圧を十分に緩和して保護することができるとしている。

上記のようにＲＦＩＤタグは本質的に物品の識別に利用されるものであるが、ＲＦＩＤタグを流体の流れをモニタリング（追跡）するためのトレーサーとして利用することが考えられる。流体としては、水などの液体のほか、流動性粉体（粉体にエアを混入したもの）も対象となる。流動性粉体としては、例えば小麦粉や穀類、砂、工業製品などの粉体であって、エアを混入することによって流動性をもたせて搬送するものについて適用される。

しかし、従来技術においてＲＦＩＤタグを液体のトレーサーに利用した例は少ない。特許文献２はトランクルームなどに収容するためのＲＦＩＤタグ収容ケースが提案されているが、流体に適用することについても言及がある数少ない例である。その構成としては、球形のケース本体の内面に断熱材よりなる支持壁を保持し、この支持壁にＲＦＩＤタグを支持した構造が提案されている。特許文献２によれば、ＲＦＩＤタグが狭い隙間に入り込み難くすることができる（トランクルーム等に適している）と共に、耐久性および耐熱性を高めることができるとしている。また流体に用いた場合には、流体に浮かぶことができるため、アンテナが液体に漬かってしまって通信の感度が低下することを防止できるとしている。

特開２０１０−２７７３０６号公報 特開２００５−０３８０４０号公報

しかしながら、流体の中でも、管内の流れをモニタリングすることに特に需要がある。管内の流れをモニタリングしようとする場合、いくつかの課題がある。まず１つには、トレーサーが必ず流体中に埋没することから、ＲＦＩＤタグと通信する際の電波の減衰が大きく、感度の低下が著しいという点である。次に、トレーサーが流体の流れに追従しなくてはならず、浮いても沈んでも滞留を招いてしまうという点である。

特許文献２に記載のＲＦＩＤタグ収容ケースは、流体に適用した場合には、流体に浮かぶことが想定されている。そのため管内の流体に投入した場合、管路のいずれかの位置に滞留し、適切に流れを追跡することは困難であると考えられる。また重りによる姿勢制御を行っているが、トレーサー全体が流体に埋没してしまうことから、特許文献２の技術では感度の低下を防止することはできない。

本発明は、このような課題に鑑み、ＲＦＩＤタグを用いて流体のモニタリングを行うことに適したトレーサーを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるトレーサーの代表的な構成は、流体に混入されて流体の流れをモニタリングするトレーサーであって、指向性アンテナを有するＲＦＩＤタグと、ＲＦＩＤタグを保持する基体と、基体に設けられ流体から抵抗を受ける複数の突起部とを備え、トレーサーの重心が基体に対して偏心しており、重心を下方向にした姿勢において、ＲＦＩＤタグのアンテナの指向性がほぼ水平方向に向くように、基体がＲＦＩＤタグを保持していることを特徴とする。

上記構成によれば、基体に流体から抵抗を受ける複数の突起部を備えていることにより、突起部が流体から抵抗を受けて流れに乗るようになり、沈殿や滞留を防止し、また流速を反映させることができる。さらに突起部は、流体が流動性粉体であって、粉体が堆積した状態の時に、沈み込みを防止することができる。

また、ＲＦＩＤタグのアンテナが電界強度に指向性を有していて、その指向性の方向をほぼ水平方向に制御することにより、配管の外にある読取装置によりＲＦＩＤタグの情報を読み取れる確率を飛躍的に向上させることができる。すなわち、トレーサーは重力によってその重心を下にした姿勢で移動するため、ＲＦＩＤタグのアンテナの指向性は必然的に水平方向に向く。そこで、この姿勢で読取装置によりＲＦＩＤタグの情報を読み取ることができる。

また、ＲＦＩＤタグと基体をあわせたトレーサー全体の比重を、対象とする流体の比重とほぼ一致させるようにするとよい。上記構成によれば、トレーサーは流れに乗りやすくなり、流速を反映させることができる。また流体の表面に浮いてしまったり、底面に沈んで滞留してしまったりすることを防止することができる。

本発明によれば、流体の中で指向性アンテナを有するＲＦＩＤタグの姿勢を制御することのできるトレーサーを提供することができる。

本実施形態のトレーサーの構成を示す図である。 トレーサーの使用態様を説明する図である。 トレーサーの他の構成の例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態のトレーサー１００の構成を示す図である。トレーサー１００は、液体や流動性粉体などを含む流体に混入されて流体の流れあるいは挙動をモニタリング（追跡）するために用いられるものである。トレーサー１００は、指向性を有するアンテナ１１２を内蔵するＲＦＩＤタグ１１０と、このＲＦＩＤタグ１１０を保持する基体１２０と、突起部１２２を備えている。

ＲＦＩＤタグ１１０は、平板状の部品であって、一例として長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み５ｍｍ程度である。むろん部品のサイズは採用する商品の仕様によって大きく異なるため、上記の数値は例示に過ぎない。ＲＦＩＤタグ１１０は、アンテナ１１２とＩＣチップ１１４が内蔵されている。アンテナ１１２は平板状の部品の中でループを形成していて、ＲＦＩＤタグ１１０の主表面に垂直な方向Ｐに電波強度の指向性を有している。本実施形態では、ＲＦＩＤタグ１１０として、情報交換時に外部から受けた電波による誘導起電力によってＩＣチップ１１４が動作するパッシブ型を想定しているが、電池を内蔵したアクティブ型であってもよい。

ＲＦＩＤタグ１１０は、基本的には識別情報を読み取ることによって利用する。例えば全てのＲＦＩＤタグ１１０の識別情報を異ならせておいて追跡に利用してもよいし、複数種類の流体をモニタリングする場合には対象とする流体の種類ごとに識別情報を異ならせてもよい。

基体１２０は、図１（ａ）の例では矩形板状をなしているが、円板形状や紡錘形状、多角形状など任意の形状とすることができる。また、ＲＦＩＤタグ１１０の上部のみを挟み込む形状や、上部と下部を個別に挟み込む形状、周囲全体を挟み込む形状であってもよい。さらに基体１２０の下部の形状は、流線型状、円弧形状、三角形状、直線形状であってもよい。図１（ｂ）に示すトレーサー１０２は、個別の上部基体１２０ａと下部基体１２０ｂによってＲＦＩＤタグ１１０を挟み込む構造であって、下部基体１２０ｂの下端が円弧形状をしている例である。また、基体１２０の材質は、例えばセラミックやプラスチックなどの非金属等であればよい。

また、基体１２０は流体（液体や流動性粉体）から受ける抵抗を高くすることにより、流れに乗りやすくなるため好ましい。したがって例えば、基体１２０の表面を粗くしたり、梨地処理などによって微細な凹凸を形成してもよい。また流体が流動性粉体である場合には、基体１２０の表面に媒質となる粉体を塗布（吹き付け等によって固定）してもよい。

基体には爪１３０が設けられていて、ＲＦＩＤタグ１１０を爪１３０によって保持している。なお、ＲＦＩＤタグ１１０は基体１２０に接着することによって取り付けてもよい。ここで本実施形態では、ＲＦＩＤタグ１１０の中心を基体１２０の重心ｇからずれた位置に固定していることにより、トレーサー１００全体の重心Ｇを基体１２０の重心ｇに対して偏心させている。

なお、図示しないが、基体１２０の一方の端部に重りを設けて、トレーサー１００の重心Ｇを偏心させてもよい。ただし重りによって偏心させると全体の重量が重くなり、流体に比重を合わせる際に全体の体積が大きくなりがちであるため、ＲＦＩＤタグ１１０の位置によって偏心させることが好ましい。

ここで、爪１３０によってＲＦＩＤタグ１１０を保持する姿勢は、重心Ｇを下方向にした姿勢において、ＲＦＩＤタグ１１０のアンテナ１１２の指向性の方向Ｐがほぼ水平方向に向くようにしている。図では基体１２０の主表面とＲＦＩＤタグ１１０の主表面を平行にして示しているが、それぞれの垂直方向の軸を中心に相対的に回転した姿勢であってもよい。これらのことから、トレーサー１００が流体中を移動しているときその姿勢を制御することができ、ひいては指向性の方向を水平方向に制御することができる。

突起部１２２は、図１の例では基体１２０の一端に取り付けられていて、複数本の可撓性を有するひげ状の線材から構成されている。突起部１２２はできる限り多くの方向に対してトレーサー１００の表面積を増やすことにより、流体から抵抗を受けることを目的としている。したがって突起部１２２は、揃って突出しているよりは複数の方向に延びていることが好ましい。

また、突起部１２２は、それ自身が軽量であるため（密度が粗になるため）、トレーサー１００の重心をＲＦＩＤタグ１１０側に偏らせる役割も有している。

突起部１２２の材質は、破損しない程度に柔軟性を有していることが好ましいが、あまり軟らかいと流体からの抵抗を受けることができないため、ある程度の剛性を有していることが好ましい。具体例としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂で形成することができる。なお、突起部１２２は基体１２０と一体成型するのが好ましく、さらに後加工によって様々な方向に曲げてもよい。

トレーサー１００の全体の比重は、対象とする流体の比重とほぼ一致させることが好ましい。具体的には、ＲＦＩＤタグは一般に流体よりも比重が重いと考えられることから、基体１２０および突起部１２２の比重を流体よりも軽いものを用いて、その体積を適宜設定することにより、比重を設定することができる。これによりトレーサー１００は流れに乗りやすくなり、流速を反映させることができる。また流体の表面に浮いてしまったり、底面に沈んで滞留してしまったりすることを防止することができる。

ただしトレーサー１００の比重を後から調整するのは難しいのに対し、例えば水の比重は温度によって比較的大きく変動する。このため厳密に比重を一致させることは難しいが、おおむね一致させていれば流れに巻き込まれて追従することができるため、トレーサー１００の比重を可変にする必要はない。なお流体が流動性粉体である場合には、粉体とエアの混合物の比重と一致させればよい。

図２はトレーサーの使用態様を説明する図である。
図２（ａ）は流体２２０を略水平に移送する場合を示している。この場合は、流体２２０が液体であっても流動性粉体であっても同様である。トレーサー１００の姿勢制御により電波の指向性が水平方向に強いことがわかっているから、水平配管２００（非金属）の水平横方向にリーダー２１０を設置することにより、極めて高い確率で通信を行うことができ、流体２２０の動きをモニタリングすることができる。モニタリングとしては、現在流れている流体を識別するほか、複数のリーダー２１０を設置して読み取ることにより流速（流量）を検出することもできる。なお、指向性の方向が流れ方向を向いている場合には電波強度が若干弱くなるが、ＲＦＩＤタグの指向性はさほど狭いものではないため、十分に読み取り可能である。

また、略水平に流れている場合、流れが加速する箇所は突起部１２２が基体１２０よりも先に進むように傾き、流れが減速する箇所では突起部１２２が基体１２０よりも遅れる方向に傾くと考えられる。しかしながらその場合においても、ＲＦＩＤタグ１１０の主表面が上下方向を向いてしまうほどに傾くことはなく、水平横方向に設置したリーダー２１０によって十分に読み取り可能である。

図２（ｂ）はサイロ２０２に流動性粉体を堆積する場合を示している。この場合は、流体は流動性粉体である。図２（ｂ）の例では、種類の異なる粉体が流動性粉体としてサイロ２０２へと搬入され、複数の層２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃが形成されている。

トレーサー１００は粉体を識別するために使用され、粉体ごとにＲＦＩＤタグ１１０の識別情報を変えて混入するか、または特定の粉体のみにトレーサー１００を混入する。サイロ２０２は一般に鉄製であるためＲＦＩＤタグ１１０と通信することはできないが、トレーサー１００が突起部１２２を備えていることから、沈み込んでしまうことを防止することができ、混入した粉体の層２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの中に留まることができる。そして後に粉体を排出する際には、当初混入された粉体と共に排出される。したがってトレーサー１００は、粉体の種類を識別するための指標としての機能を果たすことができる。

図２（ｃ）は略垂直に移送する場合、例えばサイロ２０２から排出する場合を示している。この場合は、流体が液体であっても流動性粉体であっても同様である。この場合においても、トレーサー１００の姿勢制御により電波の指向性が水平方向に強いことがわかっているから、垂直配管２０４（非金属）の水平横方向にリーダー２１０を設置することにより、極めて高い確率で通信を行うことができる。なお、垂直配管２０４を中心に９０°回転した位置に２つのリーダー２１０を設置することにより、さらに確実に通信を行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態のトレーサー１００によれば、流体の中で指向性のアンテナ１１２を有するＲＦＩＤタグ１１０の姿勢を制御することができ、ＲＦＩＤタグ１１０の電波の指向性の方向を制御することができる。これにより、管内の流れであっても、ＲＦＩＤタグ１１０を用いて流体のモニタリングを行うことができる。

図３はトレーサーの他の構成の例を示す図である。上記実施形態において突起部１２２は線材として説明したが、流体から抵抗を受けやすい形状であればよい。図３（ａ）に示すトレーサー１４０は、羽根形状の突起部１４２を備えた例である。また突起部は、必ずしも基体１２０の一端に取り付けられていなくてもよい。図３（ｂ）に示すトレーサー１５０は、基体１２０の複数の位置から各々の方向に延びる突起部１５２を備えた例である。これらのような構成であっても、流体からの抵抗を受けることができ、トレーサー１４０、１５０が流体の動きに追従し、また粉体が堆積した際に沈み込みを防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、流動性粉体や液体を含む流体に混入されて該流体の流れをモニタリングするトレーサーとして利用することができる。

１００、１０２…トレーサー、１１０…ＲＦＩＤタグ、１１２…アンテナ、１１４…ＩＣチップ、１２０…基体、１２０ａ…上部基体、１２０ｂ…下部基体、１２２…突起部、１３０…爪、１４０…トレーサー、１４２…突起部、１５０…トレーサー、１５２…突起部、２００…水平配管、２０２…サイロ、２０４…垂直配管、２１０…リーダー、２２０…流体

Claims (2)

1. 流体に混入されて該流体の流れをモニタリングするトレーサーであって、
   指向性アンテナを有するＲＦＩＤタグと、
   前記ＲＦＩＤタグを保持する基体と、
   基体に設けられ流体から抵抗を受ける複数の突起部とを備え、
   当該トレーサーの重心が前記基体に対して偏心しており、
   前記重心を下方向にした姿勢において、前記ＲＦＩＤタグのアンテナの指向性がほぼ水平方向に向くように、前記基体が前記ＲＦＩＤタグを保持していることを特徴とするトレーサー。
2. 前記ＲＦＩＤタグと基体をあわせた当該トレーサー全体の比重を、対象とする流体の比重とほぼ一致させていることを特徴とする請求項１に記載のトレーサー。

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