JP5639606B2

JP5639606B2 - 無線ｉｃタグ

Info

Publication number: JP5639606B2
Application number: JP2012040775A
Authority: JP
Inventors: 規矩男加賀
Original assignee: Mitomo Corp
Current assignee: Mitomo Corp
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: US9016588B2; JP2013175140A; US20130221111A1

Description

本発明は、各種の製品データの書込み、読出しを行う無線ＩＣタグに関する。特に、指向性と、通信距離を向上させたＲＦＩＤタグを用いた無線ＩＣタグに関するものである。

例えば生コンクリートや熱可塑性樹脂等のように、製造工程で液体状、粘性体状あるいは半固体状の性状をもつ製品について、予め各種のデータを書き込んだＩＣタグを硬化前の製品に投入して製品内部に封入し、硬化した製品内のＩＣタグと無線通信手段によりデータの読出し、あるいは新たなデータの書込みを行うことにより、製品ごとの品質管理を行うことは既に知られている。

このような無線ＩＣタグは通常、コンデンサやＲＦＩＤタグモジュール、アンテナコイル等を組み込んだタグチップを樹脂成形で球体状、角柱状、円柱状等の小塊形状に囲包し、投入装置によって硬化前の混練物質に投入している。無線による信号の書込み、読み出しを有効に行えるように、前記タグ基板は小塊状の成形樹脂の中心に、かつ一定の向きに揃えて封入される。また、無線ＩＣタグを前記混練物質に投入し、攪拌、混合したとき、前記ＩＣタグが混練物質と隙間なく、かつ適切な付着力をもって密着するように前記ＩＣタグの樹脂外殻体の表面に小形状の複数の窪みや溝を形成したものも知られている。

特開２００６−１４５３８５号公報特開２００９−２８２６８８号公報特開平８−１６７０１５号公報特開２００５−６４４６８号公報

この種の無線ＩＣタグは、投入装置によってデータが書き込まれ混練時の混練物質、特に、セメントやモルタル、砂利、水等に投入され混練される。この無線ＩＣタグ入りのセメント製品やモルタル製品は、空気圧送により、ビルディング、橋梁、トンネルなどのコンクリート構造物として打設される。したがって、無線ＩＣタグは、構造物内の壁からある程度の距離をもち、様々な方向を向いた状態でランダムに埋設される。

セメント製品やモルタル製品の荷卸し時、打設時あるいは硬化後には、無線によるデータ信号の書込みがなされるが、無線ＩＣタグが壁面から遠い位置に埋設されている場合に通信する場合や、リーダーライターに対してアンテナの向きが傾いている状態で通信する場合に、通信が有効になされにくいという問題があった。

本発明は、投入装置で書き込むことができ、混練物質の強度に影響を与えない大きさに形成した無線ＩＣタグにおいて、データの書込みや読み取りに必要な通信距離を確保することができ、かつ、アンテナの指向性のよい無線ＩＣタグを提供することを目的とする。

また、本発明はセメント製品や、モルタル製品などの混練物質に投入しても、無線ＩＣタグ本体に影響がない強度と化学的安定性を有する無線ＩＣタグを提供することを目的とする。さらには、混練物質と噛み合いのよい無線ＩＣタグを提供することを目的とする。

本発明による無線ＩＣタグは、ＲＦＩＤタグモジュールを平板矩形状フェライトコアに実装するとともに、該ＲＦＩＤタグモジュールに接続されてなるアンテナを前記平板矩形状フェライトコア表面に配設し、前記平板矩形状フェライトコアの信号送受信方向の中心軸線が円柱状外殻体の中心軸線と整合して前記平板矩形状フェライトコアの信号送受信面が前記円柱状外殻体の端面に対峙するように前記平板矩形状フェライトコアを前記円柱状外殻体の略中心にモールドした無線ＩＣタグであって、前記平板矩形状フェライトコア表面に配設するアンテナは、平板矩形状フェライトコアの略中央位置に、かつ該フェライトコアに巻き付けるように一次アンテナ、該一次アンテナの両側に一対の二次アンテナを巻回してなることを特徴とする。

上記の如く本発明においては、前記平板矩形状フェライトコア表面に配設するアンテナは、平板矩形状フェライトコアの略中央位置に、かつ該フェライトコアに巻き付けるように一次アンテナ、該一次アンテナの両側に一対の二次アンテナを巻回してなることを特徴とする。

また本発明による無線ＩＣタグは、ＲＦＩＤタグモジュールを平板矩形状フェライトコアに実装するとともに、該ＲＦＩＤタグモジュールに接続されてなるアンテナを前記平板矩形状フェライトコア表面に配設し、前記平板矩形状フェライトコア表面に配設するアンテナは、平板矩形状フェライトコアの一方向から第１の一次アンテナと一対の第１の二次アンテナを巻回するとともに、前記平板矩形状フェライトコアの一方向に直交する他方向から第２の一次アンテナと一対の第２の二次アンテナを巻回し、前記第１，第２の一次アンテナおよび前記第１，第２の二次アンテナを含む前記平板矩形状フェライトコアの全体を円柱状外殻体で囲包したことを特徴とする。

また、本発明による無線ＩＣタグにおいて、前記平板矩形状フェライトコア表面に配設するアンテナは、前記平板矩形状フェライトコアの上下面に配設することを特徴とする。

また、本発明による無線ＩＣタグにおいて、前記平板矩形状フェライトコア上下面に配設するアンテナは、前記平板矩形状フェライトコアの平板形状に沿う渦巻状に配設されることを特徴とする。

また、本発明による無線ＩＣタグにおいて、前記平板矩形状フェライトコアに配設されるアンテナは印刷により形成されることを特徴とする。

前記アンテナを含むＲＦＩＤタグモジュールが実装された平板矩形状のフェライトコアの全体を、保護体でモールドしてなることを特徴とする。

前記保護体は、円柱状の外殻体であることを特徴とする。

また、本発明による無線ＩＣタグにおいて、前記円柱状外殻体の両端部外周に円周形突部を形成したことを特徴とする。

また、本発明による無線ＩＣタグにおいて、前記円柱状外殻体の表面に複数個の凹部を形成したことを特徴とする。

また、本発明による無線ＩＣタグにおいて、前記円柱状外殻体の胴部に軸方向に延びる複数個の凹溝を形成したことを特徴とする。

本発明に係る無線ＩＣタグによれば、アンテナの通信距離、アンテナの指向性が向上する。また、保護体でモールドされた無線ＩＣタグがセメント製品、モルタル製品、樹脂成形品などの混練物質の表面から距離をおいて埋設された場合、傾いた状態で埋設された場合などのように、ランダムな位置や角度で混練された場合にも確実なデータ通信を行うことができる。

本発明の実施例に係る無線ＩＣタグ本体部の斜視図である。図１に示す無線ＩＣタグ本体部の模式的な回路図である。本発明の実施例に係る無線ＩＣタグ本体部の斜視図である。本発明の実施例に係る無線ＩＣタグ本体部の斜視図である。図１に示す無線ＩＣタグ本体部を保護体でモールドした状態の無線ＩＣタグを示す斜視図である。保護体の正面図である。図１に示す無線ＩＣタグ本体部を図６に示す保護体でモールドした状態の無線ＩＣタグを示す斜視図である。無線ＩＣタグの竪型投入機の全体外観斜視図である。

次に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例では混練時の生コンクリートに投入される無線ＩＣタグに関して例示するが、本発明に係る無線ＩＣタグはこのような生コンクリートの場合に限るものではなく、液体状、粘性体状あるいは半固体状のもの、例えばモルタルや溶融状態の熱可塑性樹脂材、硬化前の石膏材などにも同様に適用可能である。

（実施例１）
第１の実施例に係る無線ＩＣタグ１について図１，２を参照して説明する。無線ＩＣタグ本体部１は、偏平で矩形状のフェライトコア２、該フェライトコア２に実装されるＲＦＩＤタグモジュール４、フェライトコア２に巻回されるアンテナ３１〜３３で形成される。

フェライトコア２は、一枚の平板状フェライトから成るか、あるいは複数枚の薄板状フェライトが積層されて平板状のフェライトコア２を形成している。この実施例においてフェライトコア２は、一辺（Ｌ×Ｗ）が１６mm〜１８mm、厚み（Ｈ）が２mm〜３mmの平板状に形成され、後述する保護体に収まるようになっている。

フェライトコア２の表面にはＲＦＩＤタグモジュールが実装される。フェライトコア２の表面２１に実装されるＲＦＩＤタグモジュール４は、強誘電体を利用した不揮発メモリであるＦｅＲＡＭ（８ＫＢｙｔｅ）を用いたＲＦＩＤタグであって、ＦｅＲＡＭ、アナログ復調器、マイコン、周辺回路などの部品４２をチップ化してフェライトコア２に搭載し、ここにコンデンサ４１が接続されるとともに、１次アンテナ３１が接続されている。このＲＦＩＤタグモジュール４においては、電源間容量（本実施例においては約３０μＦ）を付加し通信律速の要因に対して対策を施している。

本実施例では、アンテナの指向性を向上させるため、２段ブースターフェライトコアアンテナを用いる。フェライトコア２の周面の一方向からアンテナが巻回される。本実施例においてはフェライトコア２の短手方向に平行な状態で長手方向の一端２３から他端に向かってアンテナが巻回され、フェライトコア２の長手方向中央位置にＲＦＩＤタグモジュール４に接続されてなる１次アンテナ３１、その両側に２次アンテナ３２，３３が巻回される。本実施例の場合、１次アンテナ３１は２回巻き、２次アンテナは４回巻きのアンテナとしている。これらのアンテナ３１，３２，３３を成すコイルは、フェライトコア２にプリント配線により形成されている。このような無線ＩＣタグ本体部１は、１次コイル、２次コイルの軸線方向からデータを書き込むようになっている。実施例では、ＩＣタグ投入装置９０やリーダーライター(不図示)との間で１３．５６ＭＨｚの周波数帯で通信を行うように設定されている。

このような構成にすることで無線ＩＣタグ本体部１は、低磁界で動作させることができ、アンテナの指向性に優れ、リーダーライターとの間で通信距離、通信速度に優れた無線ＩＣタグ１を提供することができる。

（実施例２）
第２の実施例に係る無線ＩＣタグ本体部５について図３を参照して説明する。無線ＩＣタグ本体部５は、偏平で矩形状のフェライトコア６、該フェライトコア６に実装されるＲＦＩＤタグモジュール８ａ，８ｂ、フェライトコア６に巻回されるアンテナ７１（ａｂ），７２（ａｂ），７３（ａｂ）で形成される。

平板状のフェライトコア６は、一枚のフェライトから成るか、あるいは複数枚の薄板状のフェライトが積層されて平板状のフェライトコアを形成している。この実施例においてフェライトコア６は、一辺（Ｌ×Ｗ）が１６mm〜１８mm、厚み（Ｈ）が２mm〜３mmの平板状に形成されており、後述する保護体に収まるようになっている。

フェライトコア６の表面６１には２個のＲＦＩＤタグモジュール８ａ、８ｂが実装されており、後述するようにＲＦＩＤタグモジュール８ａ、８ｂに接続される各アンテナは、フェライトコア６の周面に２方向から巻回される。ＲＦＩＤタグモジュール８ａ，８ｂは、強誘電体を利用した不揮発メモリＦｅＲＡＭ（８ＫＢｙｔｅ）を用いたＲＦＩＤタグであって、ＦｅＲＡＭ、アナログ復調器、マイコン、周辺回路などの部品８２ａ、８２ｂをチップ化してフェライトコア上に搭載し、ここにコンデンサ８１ａ，８１ｂがそれぞれ接続されるとともに、１次アンテナ７１ａ，７１ｂが接続されている。このＲＦＩＤタグモジュール８ａ，８ｂにおいては、電源間容量（本実施例においては約３０μＦ）を付加し通信律速の要因に対して対策を施している。

本実施例では、アンテナの指向性を向上させるため、２段ブースターフェライトコアアンテナを用いる。フェライトコア６の周面の一方向から第１のアンテナが巻回される。本実施例においてはフェライトコア６の短手方向に平行な状態で長手方向の一端６３から他端に向かってアンテナが巻回され、フェライトコア６の長手方向中央位置にＲＦＩＤタグモジュール６に接続されてなる１次アンテナ７１ａ、その両側に２次アンテナ７２ａ，７３ａが巻回される。本実施例の場合、１次アンテナ７１ａは２回巻き、２次アンテナ７２ａ，７３ａは４回巻きのアンテナとしている。これらのアンテナは、フェライトコア６にプリント配線により形成される。

アンテナ７１ａ，７２ａ，７３ａに直交するように、フェライトコア６の他方向から第２のアンテナが巻回される。本実施例においてはフェライトコア６の短手方向の一端６２から他端に向かってＲＦＩＤタグモジュール８ｂに接続されてなる１次アンテナ７１ｂ、その両側に２次アンテナ７２ｂ，７３ｂが巻回される。１次アンテナ７１ｂは２回巻き、２次アンテナ７２ｂ，７３ｂは４回巻きのアンテナとしている。また、これらのアンテナも、フェライトコア６にプリント配線により形成される。

このような無線ＩＣタグ本体部は、２方向から巻回されたそれぞれの１次コイル、２次コイルの軸線方向からデータを書き込むようになっている。尚、本実施例ではＲＦＩＤタグモジュール８を２個設けたが一方向から巻回されるアンテナ７１ａ，７２ａ，７３ａとこれに直交する方向から巻回されるアンテナ７１ｂ，７２ｂ，７３ｂに共通のＲＦＩＤタグモジュールをフェライトコア６上に１個実装するようにしてもよい。また、一方向から巻回されるアンテナ７１ａ，７２ａ，７３ａと他方向から巻回されるアンテナ７１ｂ，７２ｂ，７３ｂの電波が干渉しないように、それぞれ異なる周波数帯で通信するよう設定してもよい。

このような構成にすることで無線ＩＣタグ本体部１は、アンテナの指向性に優れ、リーダーライターとの間で通信距離、通信速度に優れた無線ＩＣタグ１を提供することができる。

（実施例３）
第３の実施例に係る無線ＩＣタグ本体部９について図４を参照して説明する。無線ＩＣタグ本体部９は、偏平で矩形状のフェライトコア１１、該フェライトコア１１に実装されるＲＦＩＤタグモジュール(不図示)、フェライトコア１１の上面、下面１１ａ，１１ｂ、すなわち本実施例では、扁平状フェライトコア１１の対向する面のそれぞれにアンテナ１２ａ，１２ｂが配設される。

平板状のフェライトコア１１は、一枚のフェライトから成るか、あるいは複数枚の薄板状のフェライトが積層されて平板状のフェライトコアを形成している。この実施例においてフェライトコア１１は、一辺（Ｌ×Ｗ）が１６mm〜１８mm、厚み（Ｈ）が２mm〜３mmの平板状に形成されており、後述する保護体に収まるようになっている。

フェライトコア１１の上下面１１ａ、１１ｂにそれぞれ２個のＲＦＩＤタグモジュール（不図示）が実装されており、後述するようにＲＦＩＤタグモジュールに接続される各アンテナは、フェライトコア１１の上面１１ａと下面１１ｂにそれぞれ渦巻き状に配設される。ＲＦＩＤタグモジュールは、強誘電体を利用した不揮発メモリＦｅＲＡＭ（８ＫＢｙｔｅ）を用いたＲＦＩＤタグであって、ＦｅＲＡＭ、アナログ復調器、マイコン、周辺回路などのＲＦＩＤタグモジュールを（不図示）をチップ化して搭載し、このＲＦＩＤタグモジュールにコンデンサ（不図示）がそれぞれ接続されるとともに、さらに渦巻き状のアンテナ１２ａ，１２ｂが接続されている。

本実施例では、アンテナの指向性を向上させるため、フェライトコア１１の上下面１１ａ，１１ｂには、フェライトコア１１の配線面の形状に沿うように渦巻き状のアンテナ１２ａ，１２ｂがプリント配線により形成される。尚、本実施例ではＲＦＩＤタグモジュールを２個設けたが一面に印刷されるアンテナ１２ａと他面に印刷されるアンテナ１２ｂに共通のＲＦＩＤタグモジュールをフェライトコア１１内に１個実装するようにしてもよい。フェライトコア１１に印刷されるアンテナ１２ａ，１２ｂの電波が干渉しないように、それぞれ異なる周波数帯で通信するよう設定してもよい。

(実施例４)
図５に示す無線ＩＣタグ１０は、図１に示す無線ＩＣタグ本体部１を保護体でモールドしたものである。保護体は、全体として円柱状の外形を成す外殻体１０１であり、直径（φ）１７mm、高さ２０mm程度の円柱状に形成される。また、円柱状外殻体１０１の胴部には軸方向に延びる複数個の底の浅い凹溝１０４が形成されている。この円柱状外殻体１０１の内部には、図１に示すような偏平で矩形状のフェライトコア２を有する無線ＩＣタグ本体部１のアンテナ軸線方向の端面２２が外殻体１０１の軸方向の端面１０２，１０３に対峙するような向きで封入されている。なお、この外殻体１０１は無線ＩＣタグ本体部１を囲包するように射出成形によって形成される。

外殻体１０１は、混練物質内で混練され、その後混練物質が硬化した後まで内蔵されている無線ＩＣタグ本体部１を保護するべく、強度に優れ、化学的安定性を有する合成樹脂が選択される。特に混練物質が強アルカリ性のセメントである場合には、ポリプロピレン樹脂、または、ポリアミド樹脂が用いられる。また、これらの樹脂をガラスファイバーや無機質フィラーなどの強化材で強化することもある。さらに、無線ＩＣタグ１０が混練物質内で分散するように、比重を調節するため外殻体１０１を成す樹脂に比重調整用のガラス質材が添加、混練されることもある。例えば、セメント製品に混練する無線ＩＣタグに好適な比重は、１．３〜２．３程度である。

(実施例５)
また、図６、７に示すように、無線ＩＣタグ本体部１を内蔵する円柱形状の外殻体２００の両端部外周に円周形の状突部２０３，２０２をフランジ状に形成してなる外殻体２００で無線ＩＣタグ本体部１をモールドして無線ＩＣタグ２０を構成してもよい。そして、突部２０３，２０２の稜部をＲ面取り形状で外殻体両端面に連接するボビン形状に形成し、外殻体２００の胴部２０１には底の浅い凹溝２０５を複数個設けてもよい。このように突部２０３，２０２を設けることにより金型成型時に射出成型注入口に対応した不規則な形状のバリ状の突起２０４,２０８が生じたとしても、後述するＩＣタグ投入機９０でデータを書き込む際や投入機放出口９１からホースを介して混練槽上に搬送する際に、胴部２０１の突起２０４が引っかかったり、ホースと外殻体２００の隙間から圧縮空気の空気漏れが生じることなく、無線ＩＣタグ２０を遠くまで飛ばすことができる。この場合も、無線ＩＣタグ本体部１のアンテナ軸線方向の端面２２が外殻体２００の軸方向の端面２０７に対峙するような向きで封入されている。なお、この外殻体２００は無線ＩＣタグ本体部１を囲包するように射出成形によって形成される。

実施例４では、無線ＩＣタグ本体部１をモールドした無線ＩＣタグ１０を示したが、外殻体１０１にモールドされる無線ＩＣタグ本体部は、フェライトコア６に対して双方からアンテナを巻回した無線ＩＣタグ本体部５、あるいは、フェライトコア１１に渦巻き状のアンテナ１２ａ，１２ｂを設けた無線ＩＣタグ本体部９をモールドした無線ＩＣタグ１０としてもよい。その他、外殻体の形状としては、球状、楕円球状、俵型状、樽型状、直方体状など様々な形状が挙げられる。

図８は、無線ＩＣタグ本体部を保護体でモールドした無線ＩＣタグ１０または無線ＩＣタグ２０を利用するのに有用なＩＣタグ投入機９０の前面側の外観を示した斜視図である。この例は複数のタグ放出口９１ａ〜ｄが上下に並んで配置された竪型の投入機であり、上部にＩＣタグの供給ホッパ９２を有し、複数のタグ放出口９１には図示しないホースが接続されて生コンクリートの混練槽（図示省略）に各放出口から順次無線ＩＣタグが放出される。円柱状無線ＩＣタグは上部の供給ホッパ９２からＩＣタグの向きを揃える振動整列装置９３を経て無線ＩＣタグの端面が落下方向に向いた形態で傾斜落下シュート９４を所定間隔で落下し、下方の垂直落下通路９５のストッパー位置でリーダライター(不図示)によりデータが書き込まれた後、垂直落下通路９５から側方の放出口９１へと順次送られ、この放出口９１からホースを介して空気圧で混練槽上へ飛ばされる。

さらに混練槽で生コンクリートとともに混練された無線ＩＣタグは、コンクリートミキサー車などにより打設現場へ搬送され、生コンクリートとともに圧送されてコンクリート構造物に打設される。打設後は、コンクリート構造物内に留まり外部からのリーダーライターとの間で無線通信するようになっている。

１無線ＩＣタグ本体部
２フェライトコア
２２,２３フェライトコア端面
３１１次アンテナ
３２，３３２次アンテナ
４ＲＦＩＤタグモジュール
４１コンデンサ
４２ＲＦＩＤタグモジュール部品
５無線ＩＣタグ本体部
６フェライトコア
６２,６３フェライトコア端面
７１ａ，ｂ１次アンテナ
７２ａ，ｂ７３ａ，ｂ２次アンテナ
８ａ，ｂＲＦＩＤタグモジュール
８１ａ，ｂコンデンサ
８２ａ，ｂＲＦＩＤタグモジュール部品
９無線ＩＣタグ本体部
１１フェライトコア
１２ａフェライトコア上面１２ｂフェライトコア下面
１０無線ＩＣタグ
１０１外殻体
１０２外殻体端面
１０３外殻体端面
１０４凹溝
２０無線ＩＣタグ
２００外殻体
２０１胴部
２０２突部
２０３突部
２０４,２０８バリ状突起
２０５凹溝
２０７外殻体端面
９０ＩＣタグ投入機
９１タグ放出口
９２供給ホッパ
９３振動整列装置
９４傾斜落下シュート
９５垂直落下通路

Claims

ＲＦＩＤタグモジュールを平板矩形状フェライトコアに実装するとともに、該ＲＦＩＤタグモジュールに接続されてなるアンテナを前記平板矩形状フェライトコア表面に配設し、前記平板矩形状フェライトコアの信号送受信方向の中心軸線が円柱状外殻体の中心軸線と整合して前記平板矩形状フェライトコアの信号送受信面が前記円柱状外殻体の端面に対峙するように前記平板矩形状フェライトコアを前記円柱状外殻体の略中心にモールドした無線ＩＣタグであって、前記平板矩形状フェライトコア表面に配設するアンテナは、平板矩形状フェライトコアの略中央位置に、かつ該フェライトコアに巻き付けるように一次アンテナ、該一次アンテナの両側に一対の二次アンテナを巻回してなることを特徴とする無線ＩＣタグ。
ＲＦＩＤタグモジュールを平板矩形状フェライトコアに実装するとともに、該ＲＦＩＤタグモジュールに接続されてなるアンテナを前記平板矩形状フェライトコア表面に配設し、前記平板矩形状フェライトコア表面に配設するアンテナは、平板矩形状フェライトコアの一方向から第１の一次アンテナと一対の第１の二次アンテナを巻回するとともに、前記平板矩形状フェライトコアの一方向に直交する他方向から第２の一次アンテナと一対の第２の二次アンテナを巻回し、前記第１，第２の一次アンテナおよび前記第１，第２の二次アンテナを含む前記平板矩形状フェライトコアの全体を円柱状外殻体で囲包したことを特徴とする無線ＩＣタグ。
前記平板矩形状フェライトコアに配設されるアンテナは印刷により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の無線ＩＣタグ。
前記円柱状外殻体の両端部外周に円周形突部を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
前記円柱状外殻体の表面に複数個の凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
前記円柱状外殻体の胴部に軸方向に延びる複数個の凹溝を形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。