JP6657695B2 - モニタリングタグ - Google Patents
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Description
このため、特許文献1の技術では、タグが大型化してしまい、配置位置に制限が生じるという問題があった。また、コンピュータチップの演算処理に要する電力が、省電力の観点から好ましくないという問題もあった。
本明細書において、「モニタリング」とは、品質管理の対象物について所定の変化状態の監視をすること、を意味する。
本明細書において、刺激応答部位とは、モニタリング対象物の特性に影響を及ぼす特定の刺激に晒された場合に、「応答する」機能、具体的には、回路を開裂させる物理的反応あるいは化学的反応、もしくは回路の抵抗を変化させる物理的反応あるいは化学的反応を生じさせて、ICチップへのメモリ情報を変化させる機能、すなわち、外部環境の変化を検知するセンサ機能を有する部位を意味する。
このような構造の本発明によれば、モニタリングに際し、従来のようなセンサ(pHセンサ、温度センサ等)が不要となるため、モニタリングタグを構成するRFIDタグ内に、センサ情報を演算処理して測定値とするコンピュータチップが不要となる他、センサをコンピュータチップに接続する端子も不要となり、省電力で、コンパクトかつ簡易な構造で、配置の自由度が高いモニタリングタグを実現することができる。
(モニタリングタグ)
本明細書において「モニタリングタグ」とは、モニタリング用のタグを意味する。このモニタリングタグは、モニタリング対象物に埋設もしくは貼付して使用される。
図1に示すように、モニタリングタグ10には、RFIDタグ20が内蔵されている。
RFIDタグ20とは、図2に示すように、基材28に、ICチップ22と、内蔵ICアンテナ24と、内蔵回路26を搭載したデバイスであり、汎用のリーダやリーダライタ(以下リーダライタ等)と共に用いて、近距離の無線通信により情報の送受信を行うものである。
ICチップ22と内蔵ICアンテナ24は、内蔵回路26によって電気的に接続されている。本明細書において「電気的に接続する」とは、「電気抵抗の低い金属が形成する導通回路が物理的に接触又は接続している状態」と、「物理的に離れているが、想定した電気回路として機能している状態」とを含む概念である。
RFIDタグの形状は、ラベル型、カード型、コイン型、スティック型等の形状から、用途に応じて最適なものを選択することができる。RFIDタグの通信距離は、数mm〜数mの中から、用途に応じて最適なものを選択することができる。
ICチップ22には、簡単なマイクロコンピュータとEEPROM、RAM等が(図示せず)が搭載され、特定のID等を格納する媒体としてのメモリ機能を備えている。不正使用、改ざん、成りすまし等を防ぐための暗号化処理を行うためのプログラムを備えることもできる。
リーダライタ等に内蔵された外部アンテナから発信された電波が、図1の送受信アンテナ30を介して内蔵ICアンテナ24に伝達され、これによりICチップ22に電力が誘導されることにより、リーダライタ等とICチップ22との間で、非接触による情報の送受信が行われる。
RFIDタグ20と、送受信アンテナ30と、接続回路40と、ループ回路50は、封止材70を用いて一括に封止されている。
図1に示すモニタリングタグ10では、RFIDタグ20と送受信アンテナ30間を接続回路40で有線接続しているが、図3に示すRFIDタグ20のように、接続回路40を有さず、RFIDタグ20と送受信アンテナ30間を無線で電気的に磁気的あるいは磁気的に接続して電波の送受信を行わせることもできる。
このICチップ22内のメモリ情報の変化を利用したモニタリングシステムとして、例えば、メモリの所定アドレスの「フラグ」がOFFからONとなったこと(後述の実施例においては、「フラグが立つ」ともいう)をリーダライタ等で読み取って、刺激応答部位60が反応したこと、すなわち、モニタリング対象物80が特定の刺激に晒されたことを検知するシステムを構築することができる。
そして、この刺激応答部位60が、モニタリング対象物の特性に影響を及ぼす特定の刺激に応答した場合に、ループ回路50を開裂させる物理的反応あるいは化学的反応、もしくはループ回路50の抵抗を変化させる物理的反応あるいは化学的反応を生じさせて、ICチップのメモリ情報を変化させる機能、すなわち、モニタリング対象物80が特定の刺激に晒されていることを検知するセンサ機能を有するすものとした。
また、ループ回路を形成する金属の一部の厚みや幅を変更して刺激応答性を向上させて刺激性応答性金属とすることもできる。
ループ回路50に刺激応答部位60を設けた本発明によれば、ループ回路50を自在に配線して刺激応答部位60を所望の位置に配置することができるため、送受信アンテナ30をモニタリング対象物80の表面に貼付もしくは表層付近に埋設してリーダライタ等との通信距離を維持しつつ、所望の箇所のモニタリングを高い精度で行うことができる。
このため、正確な判断のためには、例えば、複数のモニタリングタグ10を使用して、全てのモニタリングタグ10がリーダライタ等に対して応答しなくなった場合には、刺激応答部位60が刺激に応答したものと判断し、何れかのモニタリングタグ10のみがリーダライタ等に対して応答しなくなった場合には、そのモニタリングタグ10の故障と判断する、等の手段が必要となる。
具体的には、例えば、刺激応答部位を、水素イオン指数(pH)に応答するものとしておくことで、その鉄筋コンクリート構造物における中性化進行を、非破壊で短時間に検知することができ、刺激応答部位を、鉄筋コンクリート構造物の劣化因子である塩素イオン濃度に応答するものとしておくことで、その鉄筋コンクリート構造物における塩害の進行を、非破壊で短時間に検知することができる。
絶縁性フィルム(厚さ25μmのポリエチレンテレフタレート)の表面に硬質アルミニウム箔(厚さ20μm)を張り合わせて長尺の基材28を用意した。次に、アルミニウム箔面に、グラビア印刷でエッチングレジストを形成した後、塩化第二鉄水溶液にてエッチングを行い、ICチップ22との整合回路を有する内蔵ICアンテナ24を形成した。
次に、ICチップ22の外部端子となるバンプを、内蔵ICアンテナ24の所定の位置にフリップチップ構造にて位置合わせし、超音波を印加して接合を行った。ICチップ22と内蔵ICアンテナ24の空隙には封止樹脂を充填し、120℃、2時間の条件で加熱硬化した。以上の工程により、複数個のICチップ22を搭載したアンテナテープを得、一旦紙芯に巻いた後、紙芯に巻かれたアンテナテープを少しずつ巻き出し、内蔵ICアンテナ24の間隙部を切断刃で順に切断し、長尺の粘着材付き表皮紙と離型紙付きの粘着材の間に、内蔵ICアンテナ24を配列し挟み込んだ3層テープを作製した。この前記3層テープを、表皮紙面からハーフカットし、余剰部分を取り除くことで、使用したICチップ22と同数のRFIDタグ20を作製した。
実施例1では、図1に示すモニタリングタグ10(ループ回路50に刺激性応答性金属を組み込んで形成した「刺激応答部位60」を有するモニタリングタグ10)を製造した。以下に製造工程を説明する。
まず、上記の方法で作製したRFIDタグ20のICチップ22に、アルミニウム線(厚み20μm)を銀ペーストで接続してループ回路50を形成した。
続いて、ループ回路50を1箇所切断して、そこに、厚み10μm、幅1mm、長さ1.5cmの鉄箔(刺激性応答性金属)を挟み込み、銀ペーストで接続した。
また、このRFIDタグ20には、アルミニウム製の接続回路40を介して、アルミニウム製の送受信アンテナ30(厚み20μm)を接続した。
その後、エポキシ樹脂(封止材70)を用いて、RFIDタグ20と、送受信アンテナ30と、接続回路40と、ループ回路50を一括に封止するとともに、この封止材70には、ループ回路50に接続した上記の鉄箔(刺激性応答性金属)の一部(幅1mm、長さ1cm)を露出させる開口部90を形成して、モニタリングタグ10を作製した。このモニタリングタグ10では、「開口部90から露出させた鉄箔(刺激性応答性金属)」が刺激応答部位60に該当する。
この「フラグ」は、刺激応答部位60が反応して、ループ回路50が開裂した場合、もしくは、ループ回路50の抵抗が変化した場合に、OFFからONとなって、モニタリング対象物80が特定の刺激に晒されたことを示すものである。以下、「フラグ」がOFFからONとなることを、「フラグが立つ」という。
また、塩化物イオン濃度が高濃度となるほど、早くフラグが立つこと、すなわち、刺激応答部が早く腐食して断線することが確認された。
実施例2では、図4に示すモニタリングタグ10(ループ回路50を刺激性応答性樹脂で被覆して形成した「刺激応答部位60」を有するモニタリングタグ10)を製造した。以下に製造工程を説明する。
上記の方法で作製したRFIDタグ20のICチップ22に、アルミニウム線(厚み20μm)を銀ペーストで接続してループ回路50を形成した。
また、このRFIDタグ20には、アルミニウム製の接続回路40を介して、アルミニウム製の送受信アンテナ30(厚み20μm)を接続した。
その後、エポキシ樹脂(封止材70)を用いて、RFIDタグ20と、送受信アンテナ30と、接続回路40と、ループ回路50を一括に封止した。
この封止材70に、ループ回路50の一部を露出させる開口部90を形成し、この露出したループ回路50をパラフィン100で被覆して、モニタリングタグ10を作製した。このモニタリングタグ10では、「パラフィンで被覆されたアルミニウム線(ループ回路の一部)」が刺激応答部位60に該当する。
このモニタリングタグを、コンクリートの表面から1cm深さ位置に埋め込み、硬化させて試験体bを作製した。
刺激応答部位60を有する試験体bでは、刺激応答部位60を構成するパラフィンが「加熱」という刺激に応答して溶融してアルミニウム線(ループ回路の一部)が剥き出しになって、1日後にはフラグが立つこと、すなわち、この剥き出しになったアルミニウム線が1日後にはアルカリ腐食して断線することが確認された。
また、刺激応答部位60(本実施例では、「開口部+パラフィン+パラフィンで被覆されたアルミニウム線(ループ回路の一部)」)を有さない試験体cでは、フラグが立たないことが確認された。
20 RFIDタグ
22 ICチップ
24 内蔵ICアンテナ
26 内蔵回路
28 基材
30 送受信アンテナ
40 接続回路
50 ループ回路
60 刺激応答部位
70 封止材
80 モニタリング対象物
90 開口部
100 パラフィン
Claims (4)
- モニタリング対象物に埋設もしくは貼付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チップを有するRFIDタグと、
前記モニタリング対象物の外部に位置する外部アンテナとの間で電波を送受信する送受信アンテナと、
前記ICチップに接続されたループ回路を備え、
このループ回路が、前記モニタリング対象物の特性に影響を及ぼす特定の刺激に応答して前記ICチップのメモリ情報を変化させる刺激応答部位を有し、
該刺激応答部位が、前記ループ回路を熱応答性樹脂材料で被覆してなる部位である、モニタリングタグ。 - 前記RFIDタグと、前記送受信アンテナと、前記ループ回路を封止する封止材を有し、
前記封止材は、開口部を備え、
この開口部から、前記刺激応答部位を露出させた、請求項1記載のモニタリングタグ。 - 前記ループ回路が、タンパー検知用ループ回路である、請求項1記載のモニタリングタグ。
- 前記熱応答性樹脂材料が、パラフィンである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモニタリングタグ。
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