JP2016131011A - モニタリングタグ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モニタリング対象物に設置してモニタリング対象物の状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが刺激応答性金属Aからなる部位を有する、モニタリングタグ。
【選択図】図1
Description
そこで、そのような構造物の内部又は表面の所定の変化状態を把握することが望まれており、近年、ID(IDentification)情報を埋め込んだRF(Radio Frequency)タグ(以下、RFIDタグという)を、非破壊検査又は品質管理等の用途に応用する技術が各種開発されている。
また、特許文献2には、コンクリート構造物内に埋設されたセンサ(pHセンサや温度センサ等)と、RFIDタグを用いてコンクリート構造物の品質管理を行う技術が開示されている。
特許文献2の技術を用いてモニタリングシステムを構築するためには、RFIDタグの設置作業の他に、RFIDタグの端子にセンサを接続する作業が必要となり、モニタリングシステムの構築に手間がかかるという問題があった。
そこで、本発明の課題は、モニタリング対象物を非破壊で容易に所定の変化状態を把握することができるモニタリングタグを提供することにある。
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが刺激応答性金属Aからなる部位を有する、モニタリングタグ。
[2]前記刺激応答性金属Aが腐食性金属である、上記[1]に記載のモニタリングタグ。
[3]前記刺激応答性金属Aからなる部位の少なくとも一部の厚みが1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmである、上記[1]又は[2]に記載のモニタリングタグ。
[4]モニタリング対象物に設置してモニタリング対象物の状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、刺激応答性金属Bからなる層と、該刺激応答性金属Bよりも刺激応答性の高い刺激応答性金属Cからなる層とから形成される2層構造部位を有している、モニタリングタグ。
[5]前記刺激応答性金属B及びCがいずれも腐食性金属である、上記[4]に記載のモニタリングタグ。
[6]前記2層構造部位において、刺激応答性金属Bからなる層の厚みが1.5μm〜10μm及び幅が1.5μm〜10mmであり、2層の厚みの合計が1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmである、上記[4]又は[5]に記載のモニタリングタグ。
[7]鉄筋コンクリートに設置して鉄筋コンクリートの状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、pH11以下の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Dから形成されてなる上層と、pH8以上の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Eから形成されてなる下層とから形成される2層構造部位を有しており、且つ、該2層構造部位において、刺激応答性金属Dから形成されてなる層(上層)の厚みが10nm〜100μm及び幅が1.5μm〜10mmであり、2層の厚みの合計が1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmである、モニタリングタグ。
[8]前記刺激応答性金属Dが、鉄、SUS又はSPCCであり、前記刺激応答性金属Eが、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、ニッケル、銅又はSUSである、上記[7]に記載のモニタリングタグ。
(I)モニタリング対象物に設置してモニタリング対象物の状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが刺激応答性金属Aからなる部位を有する、モニタリングタグである。以下、これを態様(I)と称する。
(II)モニタリング対象物に設置してモニタリング対象物の状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、刺激応答性金属Bからなる層と、該刺激応答性金属Bよりも刺激応答性の高い刺激応答性金属Cからなる層とから形成される2層構造部位を有している、モニタリングタグである。以下、これを態様(II)と称する。
(III)鉄筋コンクリートに設置して鉄筋コンクリートの状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、pH11以下の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Dから形成されてなる上層と、pH8以上の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Eから形成されてなる下層とから形成される2層構造部位を有しており、且つ、該2層構造部位において、刺激応答性金属Dから形成されてなる層(上層)の厚みが10nm〜100μm及び幅が1.5μm〜10mmであり、2層の厚みの合計が1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmである、モニタリングタグである。以下、これを態様(III)と称する。
まず、上記態様(I)においては、前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが刺激応答性金属Aからなる部位を有することが、該メカニズムに関与する。
上記態様(II)においては、前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、刺激応答性金属Bからなる層と、該刺激応答性金属Bよりも刺激応答性の高い刺激応答性金属Cからなる層とから形成される2層構造部位を有していることが、該メカニズムに関与する。
上記態様(III)においては、前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、pH11以下の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Dから形成されてなる上層と、pH8以上の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Eから形成されてなる下層とから形成される2層構造部位を有しており、且つ、該2層構造部位において、刺激応答性金属Dから形成されてなる層(上層)の厚みが10nm〜100μm及び幅が1.5μm〜10mmであり、2層の厚みの合計が1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmであることが、該メカニズムに関与する。なお、本発明において、「幅」とは、長尺方向に対して垂直方向の長さを意味する。
従来のRFIDタグは刺激が生じ得る環境下での使用は考慮されていなかったが、本発明においては、刺激が生じ得る環境下での使用を目的としており、前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路を形成する金属を、あえて刺激応答性金属とすることによって、モニタリング対象物の環境が変化したときに、環境の変化に伴って生じる刺激[例えば、pHの変化、塩害(塩化物イオン(Cl−)の増加又は減少)、温度変化、硫化化合物(硫化水素イオン、硫酸等)、酸(硝酸、塩酸、リン酸等)、塩基(苛性ソーダ等)、亜硫酸ガス等]の影響を受け易くし、その刺激によって当該刺激応答性金属の状態が優先的に変化(例えば腐食等)し、電気的な接続が切断される(断線する)態様となっている。
なお、上記の酸の影響及び塩基の影響は、いずれも、pHの変化の影響に含まれ得る。pHの変化には、例えば鉄筋コンクリートにおける二酸化炭素(CO2)による中性化等も含まれる。
前記態様(I)では、前述したとおり、前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが刺激応答性金属Aからなる部位を有する。
該刺激応答性金属Aとしては、環境の変化に伴って生じる刺激[例えば、pHの変化、塩害(塩化物イオン(Cl−)の増加又は減少)、温度変化、硫化化合物(硫化水素イオン、硫酸等)、酸(硝酸、塩酸、リン酸等)、塩基(苛性ソーダ等)、亜硫酸ガス等]の影響を受ける金属であれば特に制限はないが、中でも、腐食性金属が好ましい。腐食性金属としては、純金属及び合金のいずれであってもよい。純金属としては、例えば、亜鉛、アルミニウム、カドミニウム、鉄、錫、鉛、銅、ニッケル、銀、チタン、ジルコニウム等が好ましい。また、合金としては、例えば、炭素鋼(SPCC)(JIS G 3141、ISO 3574:1999)、SUS、アルミニウム合金、ニッケルオーステナイト鋳鉄等が好ましい。特に、コンクリート中における鉄の腐食環境を検知する場合には、刺激の受けやすさの観点から、鉄、SPCCがより好ましい。なお、SUSの種類としては、オーステナイト系ステンレス、オーステナイト・フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、フェライト系ステンレス等が挙げられる。
また、該刺激応答性金属Aからなる部位において、電気的な接続の切断されやすさの観点から、その少なくとも一部の厚みが1.5μm〜500μmであると好ましく、1.5μm〜100μmであるとより好ましく、5μm〜50μmであるとさらに好ましく、また、幅が1.5μm〜10mmであると好ましく、10μm〜10mmであるとより好ましく、100μm〜5mmであるとさらに好ましく、100μm〜3.5mmであると特に好ましい。ここで、「少なくとも一部」は、一部分と共に、全部をも含む意味であり、以下同様である。本明細書において、「少なくとも一部」とは、長さ基準で、1%以上であってもよく、3%以上であってもよく、5%以上であってもよく、10%以上であってもよく、30%以上であってもよく、50%以上であってもよく、80%以上であってもよく、90%以上であってもよい。
なお、上記「その少なくとも一部」以外の部位がある場合、その部位の厚みは、1.5μm〜1mmであってもよく、1.5μm〜500μmであってもよく、1.5μm〜100μmであってもよく、また、幅は、上記と同じ数値範囲(つまり、1.5μm〜10mm、好ましくは10μm〜10mm、より好ましくは100μm〜5mm、さらに好ましくは100μm〜3.5mm)であってもよい。
特に、内蔵ICアンテナにおいては、電気的な接続が切断された(断線した)ときの影響の大きさ(つまり、通信距離の低下度合い)の観点から、刺激応答性金属Aからなる部位は、ICチップからの距離が近いことが好ましい。
前記態様(II)では、前述したとおり、前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、刺激応答性金属Bからなる層と、該刺激応答性金属Bよりも刺激応答性の高い刺激応答性金属Cからなる層とから形成される2層構造部位を有している。
該刺激応答性金属B及びCとしては、環境の変化に伴って生じる刺激[例えば、pHの変化、塩害(塩化物イオン(Cl−)の増加又は減少)、温度変化、硫化化合物(硫化水素イオン、硫酸等)、酸(硝酸、塩酸、リン酸等)、塩基(苛性ソーダ等)、亜硫酸ガス等]の影響を受ける金属であれば特に制限はないが、いずれも腐食性金属であることが好ましい。腐食性金属としては、純金属及び合金のいずれであってもよい。純金属としては、例えば、亜鉛、アルミニウム、カドミニウム、鉄、錫、鉛、銅、ニッケル、銀、チタン、ジルコニウム等が好ましい。また、合金としては、例えば、炭素鋼(SPCC)(JIS G 3141、ISO 3574:1999)、SUS、アルミニウム合金、ニッケルオーステナイト鋳鉄等が好ましい。特に、コンクリート中における刺激の受けやすさの観点からは、鉄又はSPCCがより好ましい。なお、SUSの種類としては、オーステナイト系ステンレス、オーステナイト・フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、フェライト系ステンレス等が挙げられる。
刺激応答性金属Bと刺激応答性金属Cとの組み合わせとしては、例えば、[刺激応答性金属B−刺激応答性金属C]=鉄−アルミニウム、鉄−SUS、鉄−SPCC、鉄−亜鉛、鉄−ニッケル、鉄−銅、鉄−マグネシウム、SPCC−アルミニウム、SPCC−SUS、SPCC−亜鉛、SPCC−ニッケル、SPCC−銅、SPCC−マグネシウム等が挙げられる。
また、該刺激応答性金属Bから形成されてなる層の厚みは、電気的な接続の切断されやすさの観点から、好ましくは1.5μm〜10μm、より好ましくは1.5μm〜5μmであり、また、幅は、好ましくは1.5μm〜10mm、より好ましくは10μm〜10mm、さらに好ましくは100μm〜5mm、特に好ましくは100μm〜3.5mmである。
さらに、2層の厚みの合計は、電気的な接続の切断されやすさの観点から、好ましくは1.5μm〜500μm、より好ましくは1.5μm〜100μm、さらに好ましくは5〜50μmであり、また、幅は、好ましくは1.5μm〜10mm、より好ましくは10μm〜10mm、さらに好ましくは100μm〜5mm、特に好ましくは100μm〜3.5mmである。
なお、上記2層構造部位以外のその他の部位がある場合、その部位の厚みは、1.5μm〜1mmであってもよく、1.5μm〜500μmであってもよく、1.5μm〜100μmであってもよく、また、幅は、上記と同じ数値範囲(つまり、1.5μm〜10mm、好ましくは10μm〜10mm、より好ましくは100μm〜5mm、さらに好ましくは100μm〜3.5mm)であってもよい。
前記態様(III)では、モニタリング対象物が鉄筋コンクリートであり、前述したとおり、前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、pH11以下の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Dから形成されてなる上層と、pH8以上の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Eから形成されてなる下層とから形成される2層構造部位を有しており、且つ、該2層構造部位において、刺激応答性金属Dから形成されてなる層(上層)の厚みが10nm〜100μm及び幅が1.5μm〜10mmであり、2層の厚みの合計が1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmである。
pH11以下の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Dとしては、鉄、SUS、SPCC(JIS G 3141、ISO 3574:1999)が好ましく、pH8以上の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Eとしては、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、ニッケル、銅、SUSが好ましい。
また、上記2層構造部位において、刺激応答性金属Dから形成されてなる層(上層)の厚みは10nm〜100μmであるが、電気的な接続が切断され易さの観点から、好ましくは100nm〜50μm、より好ましくは100nm〜10μmであり、また、幅は1.5μm〜10mmであるが、好ましくは10μm〜10mm、より好ましくは100μm〜5mm、さらに好ましくは100μm〜3.5mmである。
さらに、2層の厚みの合計は1.5μm〜500μmであるが、好ましくは1.5μm〜300μm、より好ましくは5μm〜300μmであり、また、幅は1.5μm〜10mmであるが、好ましくは10μm〜10mm、より好ましくは100μm〜5mm、さらに好ましくは100μm〜3.5mmである。
なお、上記2層構造部位以外のその他の部位がある場合、その部位の厚みは、1.5μm〜1mmであってもよく、1.5μm〜500μmであってもよく、1.5μm〜100μmであってもよく、また、幅は、上記と同じ数値範囲(つまり、1.5μm〜10mm、好ましくは10μm〜10mm、より好ましくは100μm〜5mm、さらに好ましくは100μm〜3.5mm)であってもよい。
図4に示すように、モニタリングタグ10が正常な状態である場合、モニタリングタグ10は、モニタリング対象物120の外側のリーダライタ200からの電波を受信すると、リーダライタ200と通信する。
RFIDタグ20は、電池を内蔵しないパッシブタイプのタグである。RFIDタグ20は、以下に説明するように、全体で、シート状に弾性変形するよう構成されている。
ICチップ22は、例えば、0.4mmから1mm角程度の小さな半導体チップであり、基材28の中央に形成されている。ICチップ22が特定のID等を格納する媒体として機能するように、ICチップ22にはメモリ(図示せず)が搭載されている。
内蔵ICアンテナ24は、ICチップ22の周りを螺旋状に巻くように、基材28に形成されている。
本発明においては、ICチップ22内の回路、内蔵ICアンテナ24及び内蔵回路26は、いずれも、前述のとおり、電気的な接続を切断されることが可能である。内臓回路26としては、ワイヤボンド式又はスルーホール式であることが好ましいが、それら以外の一般的な方式であってもよい。
図1に示すように、送受信アンテナ30は、モニタリングタグ10がモニタリング構造物100に埋め込まれた状態において、内蔵ICアンテナ24からの電波をモニタリング構造物100の外側にあるリーダライタ200(図4参照)に届くように送信し、また、モニタリング構造物100の外側にあるリーダライタ200からの電波を受信するアンテナである。
本発明においては、送受信アンテナ30は、前述のとおり、電気的な接続を切断されることが可能である。
例えば、「リーダから信号を受けることで送受信アンテナ30に電流が流れ、その電流によって送受信アンテナ30周辺には磁束が発生し、発生した磁束が内臓ICアンテナ24に電流を発生させ、それによりICチップ22に電圧が印加されて動作する状態」も、送受信アンテナ30と内臓ICアンテナ24との間は、物理的に離れてはいるが、磁気的に接続し、ひいては、「電気的に接続している状態」となる。
したがって、内蔵ICアンテナ24と送受信アンテナ30とを電気的に接続する接続回路40とは、例えば、導電性を有する電気抵抗の低い材料で形成された導電性回路であったり、内蔵ICアンテナと送受信アンテナとの間に配置された絶縁体であったりする。
接続回路40が絶縁体で形成されている場合、接続回路40が電気的に接続している状態とは、内蔵ICアンテナ24からの電気によって送受信アンテナ30が想定した動作をする状態、及び、送受信アンテナ30からの電気によって内蔵ICアンテナ24が想定した動作をする状態をいう。つまり、接続回路40が絶縁体で形成されていても、内蔵ICアンテナ24と送受信アンテナ30との間の距離が近いと、相互作用によって、内蔵ICアンテナ24からの電波が送受信アンテナ30に届いたり、送受信アンテナ30からの電波が内蔵ICアンテナ24に届いたりする。
また、接続回路40が電気的に接続していない状態とは、内蔵ICアンテナ24からの電気によって送受信アンテナ30が想定した動作をしない状態(送受信アンテナ30として機能していない状態)、及び、送受信アンテナ30からの電気又は磁気によって内蔵ICアンテナ24が想定した動作をしない状態(内蔵ICアンテナ24として機能していない状態)をいう。
具体的には、以下のようにしてモニタリング構造物100を形成することができる。
既設のコンクリート構造物100aは、コンクリート等のモニタリング対象物120に複数の鉄筋110が埋め込まれている。複数の鉄筋110は、モニタリング対象物120であるコンクリートの、風雨又は塩害を受ける表面から所定の距離だけ離れた位置に配置されている。
次に、複数のモニタリングタグ10を、所定の間隔になるように、樹脂製又は金属製の棒140に固定する。
次に、複数のモニタリングタグ10が変化進行方向において、所定の間隔になるように、固定された棒140を凹部130に配置する(センサ工程)。
そして、凹部130にモニタリング対象物120であるコンクリートと同じ成分のコンクリートを充填し(埋め戻し工程)、モニタリング構造物100を得る。
モニタリング構造物100は、風雨又は塩害を受ける面と鉄筋110との間に複数のモニタリングタグ10が配置されている。
また、モニタリングタグ10は、モニタリング対象物120であるコンクリートに完全に埋め込まれている場合には、モニタリング構造物100の外観は損なわれないという利点がある。
具体的には、以下のような製造工程でモニタリング構造物100を形成する。
まず、型枠150内の所定の位置に複数の鉄筋110を配置する。
次に、型枠150内にセメント122を、複数のモニタリングタグ10と共に流し込む(セメント/センサ工程)。これにより、複数のモニタリングタグ10は、型枠150内にランダムな位置に散らばって配置する。
そして、セメント122が硬化し、モニタリング対象物120であるコンクリートとなった後に、型枠150を取り外すと(脱型工程)、モニタリング構造物100を得ることができる。
まず、型枠150内の所定の位置に複数の鉄筋110を配置した後、複数のモニタリングタグ10が所定の間隔となるように、複数のモニタリングタグ10を棒140に固定し、型枠150内に配置する(センサ工程)。この時、複数のモニタリングタグ10が変化進行方向(変化状態をモニタリングしたい方向)において、所定の間隔になるように、固定された棒140を型枠150内に配置する。
次に、型枠150にセメント122を充填する(セメント工程)。
そして、セメント122が硬化してモニタリング対象物120であるコンクリートになった後、型枠150を外して(脱型工程)、モニタリング構造物100を得る。
モニタリング構造物100は、風雨又は塩害を受ける面と鉄筋110との間に複数のモニタリングタグ10が配置されている。
まず、型枠150内の所定の位置に複数の鉄筋110を配置した後、型枠150にセメント122を充填する(セメント工程)。
次に、複数のモニタリングタグ10が所定の間隔となるように、複数のモニタリングタグ10を棒140に固定し、セメント122が充填された型枠150内に配置する(センサ工程)。この時、複数のモニタリングタグ10が鉄筋110の伸びる方向において、所定の間隔になるように、固定された棒140を型枠150内に配置する。
そして、セメント122が硬化してモニタリング対象物120であるコンクリートになった後、型枠150を外して(脱型工程)、内部に複数のモニタリングタグ10が配置されたモニタリング構造物100を得ることができる。
モニタリング構造物100は、風雨又は塩害を受ける面と鉄筋110との間に複数のモニタリングタグ10が配置されている。
なお、モニタリング構造物100の内部と共に表面にも、1つ又は複数のモニタリングタグ10を配置してもよいし、モニタリング構造物100の表面のみに、1つ又は複数のモニタリングタグ10を配置してもよい。
モニタリング構造物100の表面をモニタリングすることで、劣化が促進される思われる部位のスクリーニングが可能になる。これにより、従来モニタリング構造物100の表面に設置した、試験片等を分析していた(試験片等の劣化が塩化物イオンの場合には、イオンクロマト等が用いられる)であったが、モニタリングタグ10を用いることにより、従来のような分析が不要となる。
まず、以上のモニタリング構造物100は、モニタリング構造物100の変化状態をモニタリングするために、モニタリング対象構造体に埋め込まれる(埋込工程)。このとき、モニタリング対象物120は、モニタリング対象構造体と同じ材料で形成されていることが好ましいが、モニタリング対象物120の設置方法等によっては、モニタリング対象構造体とは異なる材料、例えば、異なるコンクリート又は樹脂で形成してもよい。
そして、長期に亘り、モニタリング対象構造体が風雨又は塩害に曝されると、風雨又は塩害がモニタリング対象物120の表面から複数の鉄筋110へ進行する。
このような状況下において、所定の日時が経過する毎に、モニタリングタグ10の外側(モニタリング対象物120であるコンクリートの外側)からリーダライタ200を用いて送受信アンテナ30を介してICチップ22との通信を試みる。
そして、試みた通信の結果によって、モニタリング対象構造体が、所定の変化状態になっているか否かを判断する(判断工程)。
このため、リーダライタ200をモニタリングタグ10に向けて所定の電波を出力しても、送受信アンテナ30、接続回路40、RFIDタグ20の内蔵回路26は、正常には作動しないので、リーダライタ200は、ICチップ22に記憶されているID等の情報を得ることができない。すなわち、取得できないIDに対応するモニタリングタグ10がある位置の近傍のモニタリング対象物120の状態は、所定の変化をしていると判断することができる。
モニタリングタグ10aは、別のRFIDタグ20aと、別の接続回路40aとを備える。
別のRFIDタグ20aは、別のICチップ22a、別の内蔵ICアンテナ24a、及び別のICチップ22aと別の内蔵ICアンテナ24aとを電気的に接続する別の内蔵回路26aを有する。
別の接続回路40aは、別の内蔵ICアンテナ24aと送受信アンテナ30とを電気的に接続する。
モニタリングタグ10bは、RFIDタグ20bと、送受信アンテナ30bと、接続回路(図示せず)とを備える。
接続回路は、ICチップ22と送受信アンテナ30bとを電気的に接続する回路であり、モニタリングタグ10の接続回路40と同じ機能、性質を有する。
送受信アンテナ30bは、螺旋状に巻かれたスプリング形状を有し、その送受信アンテナ30bの中にRFIDタグ20bが配置されている。このため、スプリング状の送受信アンテナ30bに発生した磁束がコイル状アンテナ20bに効率よく伝わるため、通信距離を長くすることができる。また、送受信アンテナ30bは螺旋状に巻かれているので、モニタリングタグ10bの大きさを小さくしつつ、送受信アンテナ30bの長さを長くすることができる。
モニタリングタグ10cは、ICチップ(図示せず)を有するRFIDタグ20cと、送受信アンテナ30cと、接続回路40cとを備える。
モニタリングタグ10のRFIDタグ20では、ICチップ22、内蔵ICアンテナ24、及び、内蔵回路26を有するとして説明したが、RFIDタグ20cは、ICチップを有するが、内蔵ICアンテナは有さない。
送受信アンテナ30cは、送受信アンテナ30cの長さが長くなるように、蛇行形状を有する。このため、モニタリングタグ10cの大きさを小さくしつつ、送受信アンテナ30cの長さを長くすることができる。
モニタリングタグ10cは、例えば、板状の基材28に配置されており、蛇行している送受信アンテナ30cは、基材28に積層され、RFIDタグ20cは、アンダーフィル材60を介して基材28に積層されている。
RFIDタグ20cのICチップと送受信アンテナ30cとは、接続回路40cで電気的に接続している。
接続回路40cは、例えば、ACP(異方性導電ペースト)で形成された接続回路である。ACPは、異方導電材料の一種で、回路と回路、又は、回路と部品等の接続に用いられる。
特開2014−67235号公報の実施例と同様の方法で、図8に示すモニタリングタグ10cを製造した。該モニタリングタグ10cの送受信アンテナはアルミニウムで形成されている。
該モニタリングタグ10cの送受信アンテナのうち、真中の上方部位の一部をカットし、カットされた部位へ、厚み10μm又は30μm、幅1mm又は2.5mm、長さ12mmの鉄箔(刺激応答性金属)を接続した。なお、該鉄箔の接続には銀ペーストを用いた。鉄箔の部位を除いて、全体的にエポキシ樹脂「エポマウント」(リファインテック株式会社製)で封止することにより、図9に示すサンプルを作成した。なお、封止されていない部位(開口部)に見える金属のサイズについて、表2に示す。
該サンプルを、速硬セメントの深さ1cmのところに埋め込み、次いで硬化させ、試験体を作製し、ハンディリーダライタ「AT880」(出力1W、Atid社製)を用いて初期応答を確認した。
JIS A 1193−2005に従って、コンクリート中に含まれる細孔溶液の組成に相当するアルカリ水溶液、つまり、塩化ナトリウム濃度1.0mol/L又は0.3mol/Lのアルカリ水溶液A−1及びA−2を調製した(下記表1参照)。
実施例1において、鉄箔の代わりに金箔を用いたこと以外は同様に実験を行なった。結果を表2に示す。
一方、比較例1のように、刺激応答性金属ではない金を用いた場合、RFIDは応答し続けるため、モニタリング対象物が所定の変化状態に変化したか否かが確認できないことがわかる。
20、20a、20b、20c RFIDタグ
22、22a ICチップ
24、24a 内蔵ICアンテナ
26、26a 内蔵回路
28 基材
30、30b、30c 送受信アンテナ
40、40a、40c 接続回路
60 アンダーフィル材
100 モニタリング構造物
100a コンクリート構造物
110 鉄筋
120 モニタリング対象物(コンクリート)
122 セメント
130 凹部
200 リーダライタ
Claims (8)
- モニタリング対象物に設置してモニタリング対象物の状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが刺激応答性金属Aからなる部位を有する、モニタリングタグ。 - 前記刺激応答性金属Aが腐食性金属である、請求項1に記載のモニタリングタグ。
- 前記刺激応答性金属Aからなる部位の少なくとも一部の厚みが1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmである、請求項1又は2に記載のモニタリングタグ。
- モニタリング対象物に設置してモニタリング対象物の状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、刺激応答性金属Bからなる層と、該刺激応答性金属Bよりも刺激応答性の高い刺激応答性金属Cからなる層とから形成される2層構造部位を有している、モニタリングタグ。 - 前記刺激応答性金属B及びCがいずれも腐食性金属である、請求項4に記載のモニタリングタグ。
- 前記2層構造部位において、刺激応答性金属Bからなる層の厚みが1.5μm〜10μm及び幅が1.5μm〜10mmであり、2層の厚みの合計が1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmである、請求項4又は5に記載のモニタリングタグ。
- 鉄筋コンクリートに設置して鉄筋コンクリートの状態を監視するモニタリングタグであって、
ICチップ、内蔵ICアンテナ、及び前記ICチップと前記内蔵ICアンテナとを電気的に接続する内蔵回路を有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部からの電波を送受信する送受信アンテナと、
前記内蔵ICアンテナと前記送受信アンテナとを電気的に接続する接続回路と、を備え、
前記ICチップ内の回路、前記内蔵ICアンテナ、前記内蔵回路、前記送受信アンテナ及び前記接続回路からなる群から選ばれる少なくとも1つが、pH11以下の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Dから形成されてなる上層と、pH8以上の環境下でのみ腐食し得る刺激応答性金属Eから形成されてなる下層とから形成される2層構造部位を有しており、且つ、該2層構造部位において、刺激応答性金属Dから形成されてなる層(上層)の厚みが10nm〜100μm及び幅が1.5μm〜10mmであり、2層の厚みの合計が1.5μm〜500μm及び幅が1.5μm〜10mmである、モニタリングタグ。 - 前記刺激応答性金属Dが、鉄、SUS又はSPCCであり、前記刺激応答性金属Eが、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、ニッケル、銅又はSUSである、請求項7に記載のモニタリングタグ。
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