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JP2009282874A - 構造体用rfidタグ - Google Patents

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JP2009282874A JP2008136182A JP2008136182A JP2009282874A JP 2009282874 A JP2009282874 A JP 2009282874A JP 2008136182 A JP2008136182 A JP 2008136182A JP 2008136182 A JP2008136182 A JP 2008136182A JP 2009282874 A JP2009282874 A JP 2009282874A
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Abstract

【課題】
コンクリート製構造物やコンクリート製品へのRFIDタグ実装において、コンクリート内の鉄筋をRFIDタグのサブアンテナとして利用でき、RFIDタグを容易に実装でき、RFIDタグに記録された情報を容易に読取ることができるRFIDタグを提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明のRFIDタグ10は、非接触で外部との情報を受け渡し可能なICチップを実装したRFIDタグ10であって、コンクリート構造物内に配筋されている鉄筋11をサブアンテナとする構造とした。
【選択図】図1

Description

本発明は、無線通信により情報を送受信する技術に関し、特に、建造物を含む構造体(内部)に設置されるものに関する。無線通信のデバイスの一例として、ICチップに記録されたID(Identification:識別情報)などの情報をRF(Radio Frequency:無線)で送信するRFID(Radio Frequency Identification)タグが含まれる。
近年、物品の組成、素材、製造プロセス、流通経路、さらには販売後のメンテナンス履歴などをトレースできることが重要視されて来ている。これらのトレース手段として、RFIDタグの応用例が報告されている。このような中、建築物や住宅設備へのトレーサビリティへの要求も強まっている。これは住宅及びその建築設備の耐久性を向上させ、住宅関連の産業廃棄物を減少させる。すなわち、環境負荷低減を目的としている。
建築物へのRFIDタグの装着方法については、特許文献1ではコンクリート内部の鉄筋に取り付ける形態のRFID実装方法が開示されている。さらに、特許文献2ではコンクリート製品の表面に凸部を形成し、その内部にRFIDタグを実装することが開示されている。
特開2006−348538号公報(図2) 特開2007−224654号公報(図1)
特許文献1、及び特許文献2にも共通の課題として記載されているコンクリート製構造物やコンクリート製品の主要構成材料である鉄筋とRFIDタグが情報を送受する電波との関係。すなわち、電波を使用するRFIDタグの近傍に鉄筋が配置されないことを開示している。
特許文献の技術では、コンクリート内の鉄筋からRFIDタグを遠ざけること、RFIDタグの取り付け面が常に一定であり、アンテナがコンクリート表面側に面していることが必要条件となっている。前記の課題でスペーサ又は磁性体シートを介在させることを示しているが、大きなスペーサを入れるとコンクリートの強度が低下したりすることが懸念される。後記の課題ではコンクリートのかぶり量が減少したり、RFIDタグ実装部のコンクリート亀裂や亀裂に起因したコンクリートの中性化を促進する原因となることが予測できる。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、コンクリート製構造物やコンクリート製品へのRFIDタグ実装において、コンクリート内の鉄筋をRFIDタグのサブアンテナとして利用でき、RFIDタグを容易に実装でき、RFIDタグに記録された情報を容易に読取ることができるRFIDタグを提供することを課題とする。なお、本発明は、コンクリート以外の物質を利用したものへ適用しても構わない。
本発明のRFIDタグは前記目的を達成するために創作されたものである。そのために本発明のRFIDタグは、非接触で外部との情報を受け渡し可能なICチップを実装したRFIDタグであって、コンクリート構造物内に配筋されているいわゆる鉄筋を含む構造体の材料をアンテナの少なくともその一部をして利用する構成とした。本発明では、鉄筋等をサブアンテナとする構造も含む。
本発明のRFIDタグによれば、コンクリート構造物内に配筋されている鉄筋をサブアンテナとする構造により、RFIDタグを鉄筋の近傍であってもRFIDタグを実装することができ、RFIDタグの大きさを小さくすることができ、さらにRFIDタグに実装されたICチップの情報が読取れる範囲を広くすることができるRFIDタグを提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態(以下「実施形態」という)に係わる好適な例をあげて説明する。
《第1の実施形態》
まず、図1を参照しながら第1の実施形態のRFIDタグを説明する。ICチップを実装したRFIDタグ10がコンクリート構造体内に配筋されている鉄筋11に接触するように取り付けられている。RFIDタグ10と鉄筋11は直接接触、もしくは絶縁体を介して接続してもよい。本発明の基本原理はコンクリート構造体内の鉄筋をRFIDタグのサブアンテナとして使用することにある。
次に、図2を用いて、第1の実施形態におけるRFIDタグ10の構造を説明する。RFIDタグ10は、接続部3とインレット部4からなり、インレット部4は導体から成るアンテナ1と、半導体からなるICチップ2と、アンテナ1とICチップ2とのインピーダンスマッチング回路を形成するスリット43から構成されている。アンテナ1とICチップ2との接続については後述する。本実施形態では鉄筋保持部3とインレット部4は一体の材料で形成している。具体的には0.5mm厚のFe板にSnメッキを施した金属板にICチップ2を実装したICチップ2の周囲にはエポキシ樹脂を使用し保護層13を形成した。この製造方法は半導体の製造方法であるリードフレームを用いたICパッケージの製造方法と同様である。ここで、アンテナ1の長さは、それが使用する波長の(約)1/4であると好適である。
鉄筋11とRFIDタグ10の接続形態を図3(a)〜(c)を用いて説明する。(a)は鉄筋11に鉄筋保持部3をC字型として巻きつけるようにして取り付けた例である。(b)は鉄筋11が太い場合、例えば20mmΦ以上のではRFIDタグ10を鉄筋に取り付ける場合、インレット部4のスリット3とICチップ2に大きな応力が掛かり、ICチップ2の破断やICチップ2とアンテナ1の接合が外れることが想定できる。RFIDタグ10の装着工程による不良率を低減するためにICチップ2の周辺の保護層13を大きくすることで取り付け時の応力に起因する不良が低減する形態を示している。(c)は鉄筋11とRFIDタグ10との結合をより強固にする形態を示している。(a)の形態のRFIDタグ10の外側に樹脂製のモールド9を形成した形態である。鉄筋保持部3の外側にモールド9が配置されるため鉄筋保持部3を強固に保持することができる。また、インレット部3全体も保護されるためより信頼性の高いRFIDタグ10を製造することができる。モールド9の材質としいてはポリカーボネート、ABS、ポリプロピレン、エポキシなどの樹脂が使用できる。
図4のRFIDタグ10Aは鉄筋11とRFIDタグ10Aとの取り付けをより強固にするために鉄筋保持部3Aの部材を厚くしたRFIDタグ10Aの形態を示したものである。インレット部4Aは前記のインレット部4と(ほぼ)同一形態で、前述のものより鉄筋保持部3Aの部材を厚くし、インレット部4Aと鉄筋保持部3はスポット溶接7により接合されている。RFIDタグ10Aの鉄筋11への取り付け形態を図5に示す。RFIDタグ10の取り付け形態と同様であるが、より大きな鉄筋11に強固に取り付けられる。また、鉄筋を用いないコンクリート構造体では、鉄筋保持部3Aの固定用の開口を形成し、H鋼などにボルトで固定する方法が可能である。
RFIDタグ10の簡易的な製造方法として、フィルム状のインレット部4Bを用いた例を図6(a)により説明する。インレット部4Bはベースフィルム5の上層にアンテナ1Bか形成されている。アンテナ1B上にはインピーダンスマッチング回路であるスリット43が形成されている。アンテナ1BにはICチップ2が実装されている。図6(b)はRFIDタグ10Bを横方向から示した図である。アンテナ1Bと鉄筋保持部3Bとの接続は接着層6を用いて接続する。接着層6は絶縁体である接着剤や粘着材であっても、導電性を有する導電性接着剤であってもよい。絶縁性の接着材を用いてもアンテナ1Bと鉄筋保持部3Bは接着層6を介して、静電結合するため、RFIDタグが使用する周波数では電気的に接続されていることになる。
図7は、ICチップ2とアンテナ1Cとの接続について説明する。鉄筋11にRFIDタグ10と取り付けるとき、ICチップ2とアンテナ1Cに応力が掛かり、ICチップ2の破断やICチップ2とアンテナ1Cとの接続不良が発生する可能性がある。そこで、図7に示すようにアンテナ1C上にICチップ2A実装し、ICチップ2Aの上面にある電極からワイヤ18を用いてアンテナ1C上にある2Bに接続する。このICチップ実装方法によりICチップ2Aはアンテナ1C上に配置されるのでアンテナ1Cにより保護される。また、アンテナとの接続はワイヤ18により応力が緩和される。ICチップ2Aとアンテナ1Cとの接続はICチップ2Aの裏面に導電性接着剤を塗ることで接続するか、ICチップの裏面にAuメッキを施し、超音波接続や金属共晶によって接続する。
《第2の実施形態》
第2の実施形態を、図8により説明する。鉄筋11が直行するように配筋されている部位への本発明のRFIDタグ実装方法を示している。2つの鉄筋保持部23で垂直な鉄筋を挟み込み、さらに水平な鉄筋を掴む形態となっており、結束線の働きをしている。さらにRFIDタグのモールド12が型枠との距離を保つスペーサの機能をも持つ構造となっている。
図9(a)に示すようにY字型のRFIDタグ20はU字型の鉄筋保持部23を持ち、鉄筋保持部25Aと25Bの間に鉄筋が納まる間隔とする。インレット部24は実施形態1と同様の構造である。図9(b)にはRFIDタグ20の断面を示している。RFIDタグ20はエポキシ樹脂等でモールド12し円筒形などの筒状の形状とする。モールド12をスペーサとして利用する場合は、モールド12の長さを所望のスペーサ長としてRFIDタグを製造する。
図10は、図9で示したRFIDタグ20の鉄筋保持部23を強化した鉄筋保持部23Aを実装したRFIDタグ20Aである。インレット部24Aと鉄筋保持部23Aはスポット溶接で接合されており、実施形態1で説明した構造となっている。t
《第3の実施形態》
第3の実施形態は型枠と鉄筋までの距離、すなわちコンクリートのかぶり量を維持するスペーサにRFIDタグを実装した形態である。本第3の実施形態について図11を用いて説明する。コンクリートのかぶり量を確保するために鉄筋11に対して図11(b)に示すような円形のプラスチック製のスペーサ13が良く使用される。鉄筋11が円形スペーサ13の中央部で保持される形態になっている。本実施形態では図11(a)に示すようなRFIDタグ30を先に説明したようなプラスチック製スペーサ13に実装した。鉄筋11が鉄筋保持部33に接続する形態とした。鉄筋保持部33はスペーサ33の中心開口部面形成する。RFIDタグ30はスペーサ13に接着剤やスペーサ33を樹脂形成するときに装着する方法とした。インレット34は前実施形態同様の形態である。本方式を用いることによりRFIDとして必要体積を最小とすることが可能になり、構造体の強度低下をより少なくしている。また、スペーサ13に装着しているためスペーサがRFIDタグの補強をしている形態となっている。さらに、鉄筋組み立て工程で、スペーサを取り付けることにより同時にRFIDタグも実装されるため、現場作業の工程を増加させることなくRFIDタグを利用することができるようになる。円形のスペーサへの取り付け例を示したが、円形に制限されることなく、型枠からの距離を保つことができる色々な形状のスペーサに対応することができる。
図12は、実施形態3の一変形例である。図11ではスペーサ13の上面にインレット部34を取り付けたが、図12ではスペーサ13の側面にインレット部34Aを取り付ける形態とした。RFIDタグ30Aの形状は直線的な形状となる。スペーサ13の側面から図を図12(c)に示し、スペーサ13の側面にRFIDタグ30Aが取り付けられていることを示している。
インレット部34をスペーサ13の側面に取り付けることにより、コンクリートを打設時の骨材による衝撃を緩和する効果がある。
尚、図11及び12のICチップの保護をするためにエポキシ樹脂等をコーティングすることによりICチップ2の補強を行うことができる。
《第4の実施形態》
第4の実施形態はコンクリート製壁、雍壁などに使用されるメッシュ筋への実装形態である。この第4の実施形態について、図13を用いて説明する。メッシュ筋14は主鉄筋11に結束線15により連結されていおり、この形態はPCパネル等に多用されている。本実施形態ではメッシュ筋14へのRFIDタグ10の実装形態を示す。図14(a)はメッシュ筋14の鉄筋タグ10を取り付けた形態を示している。RFIDタグ10は実施形態1で示したRFIDタグを直線形状にしたものである。メッシュ筋に使用される鉄筋の直径が4〜10mm程度のものが多く、図14(a)(b)に示す形態となる。図13に示すようにメッシュ筋の中央部付近にRFIDタグ10を取り付けることによりRFIDタグ10から離れた位置でもRFIDタグ10に実装されたICチップ2に記録された情報を読取ることができる。RFIDタグの直上がもっとも通信距離が大きい。本方式の利点は壁などの他の箇所に比較して広い面でRFIDタグの取り付け位置がわからない場合、容易にその位置を発見することが可能となる。
図15は、コンクリート打設の際にRFIDタグの取り付け位置ができるだけ移動しないようにしたものである。RFIDタグ10がコンクリート打設時に回転し型枠側に移動するとかぶり量が減少したことに相応する欠陥が発生するこが予測できる。この問題を防止するため、図15(a)に示すようにRFIDタグ40がメッシュ筋の(略)平行をなす2本の鉄筋に固定される形態とすることによりコンクリート打設時にRFIDタグ40が鉄筋を中心に回転することを防止することができる。RFIDタグ40の構造は図15(b)、(c)に示すようにアンテナ41、41Aに対向するように鉄筋保持部材35,35Aを配置する。これらをエポキシ樹脂等でモールドすることにより製造することができる。
《第5の実施形態》
第5の実施形態を示す図16は、歩道等に使用されている歩行者誘導ブロックへの応用形態である。図16(a)は歩行者誘導ブロック50の外観を示したもので、コンクリート製のブロックで、方面に突起が形成されている形態となっている。歩行者誘導ブロック50のコンクリート部の内部構造は、図16(b)に示すようにコンクリートブロックを補強するために内部に鉄筋14が配置されている形態となっている。この鉄筋にRFIDタグ40を実施形態4で示した実装形態で取り付ける。RFIDタグ40の取り付け形態を(c)に示す。この実装方法により300mm角の歩行者誘導ブロックにおいて大部分の表面でRFIDタグ40に記録されているICチップの情報を読取ることができる。
次に、図17を用いて歩行者誘導ブロック面上でのRFIDタグ40の情報読取り距離、すなわちRFIDタグ40の通信距離を測定した結果を示す。グラフの横軸はブロック上の位置を示しており、図17の最上部に図示している歩行者誘導ブロックの各々の位置に対応する。たて軸は通信距離を示しており、右下にスケールを示している。5個のグラフは下から、左側に示す歩行者誘導ブロックの(a)〜(e)の位置に対応する。これより鉄筋14が存在する範囲ではRFIDタグ40からの情報を読取ることができることが確認できる。したがって、鉄筋14を歩行者誘導ブロック50の端部に近い位置に配筋することにより、より広い範囲までRFIDタグの情報を読取ることができる。
従来、広い面積でRFIDタグの情報を読取ろうとすると大きなアンテナを有するRFIDタグが必要となり、コスト的に大きな課題となっていた。しかし、本実装形態ではRFIDタグは汎用の大きさで、歩行者誘導ブロックサイズに対応することができ、歩行者誘導システムの低コスト化を図ることができる。これにより、視覚障害者へのより高精度かつより安全な誘導、そして交通システムとして多くの情報を伝達することが可能となる。
なお、本実施形態は、歩行者誘導ブロックのみならず、電柱、コンクリート製枕木、PCパネル、道路への応用が可能である。
《アンテナとICチップのインピーダンスマッチングについて》
アンテナ41にインピーダンスマッチング用のスリットを設けてICチップ3を搭載する具体的な例を詳細に説明する。図18は、アンテナ41の給電部にICチップ3を搭載する工程を示す工程図であり、(a)はアンテナ41とICチップ2の給電部分を示し、(b)はアンテナ41にICチップ3を搭載したときの給電部分の透視拡大図を示し、(c)はアンテナ41とlCチップ3の接合部の断面図を示している。
図18(a)に示すように、アンテナ41の給電部分には、ICチップ3とアンテナ41との間でインピーダンスマッチングを行うためのL字型のスリット43が形成され、このスリット43でL字型のスリットで囲われた部分がスタブ41bとして形成される。また、ICチップ3には、スリット43を跨ぐような間隔で信号入出力電極3a,3bが形成されている。
すなわち、スリット43の幅は、lCチップ3の信号入出力電極3a,3bの電極間隔よりもやや狭い程度になっているので、図18(b)に示すようにアンテナ41にICチップ3を搭載すると、ICチップ3の信号入出力電極3a,3bが、スリット43を跨ぐようにしてアンテナ41に接続される。このようにして、スリット43の形成によってできたスタブ41aをアンテナ41とICチップ3との間に直列に接続することにより、アンテナ41とICチップ3との間ではスタブ41bが直列に接続されたインダクタンス成分として作用する。したがって、このインダクタンス成分によって、アンテナ41とlCチップ3の入出力インピーダンスとがマッチング(整合)される。つまり、スリット43とスタブ41bによってマッチング回路が形成される。なお、図18(c)に示すように、ICチップ3の信号入出力電極3a,3bは、超音波接合、金属共晶結合、または異方性導電フィルム(図示しない)を介してなどの接合方法により、金バンプによってアンテナ41と電気的に接合されている。
また、アンテナ41Aに形成するスリットはL字型ではなくT字型にすることもできる。図18(d)は、アンテナ41AにおいてT字型のスリット43Aの給電部にICチップ3を搭載した概念図である。図18(d)に示すように、アンテナ41Aのスリット43AをT字型に形成して、スタブ41c,41dをICチップ2とアンテナ41Aとの間に直列に接続しても、L字型のスリット43の場合と同様に、アンテナ41AとlCチップ2のインピーダンスをマッチングさせることができる。
本発明の基本原理を示す図。 本発明の第1の実施形態におけるRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第1の実施形態におけるRFIDタグの断面構造を示す図。 本発明の第1の実施形態における第2のRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第1の実施形態におけるRFIDタグの第2の断面構造を示す図。 本発明の第1の実施形態における第3のRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第1の実施形態におけるICチップの別実装方法を示す図。 本発明の第2の実施形態におけるRFIDタグの取り付け方法を示す図。 本発明の第2の実施形態におけるRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第2の実施形態における第2のRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第3の実施形態におけるRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第3の実施形態における第2のRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第4の実施形態におけるRFIDタグの取り付け方法を示す図。 本発明の第4の実施形態におけるRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第4の実施形態における第2のRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第5の実施形態におけるRFIDタグの構造を示す図。 本発明の第5の実施形態におけるRFIDタグの読取り範囲を示す図。 ICチップとアンテナの接続に関する説明図。
符号の説明
1,1A,1B,1C,11A,21,21A,31,31A,41,41A:アンテナ
2:ICチップ
3,3A,3B,3C,23,23A,25A,25B,33,33A,:鉄筋保持部
4,4A,4B,4C,24,24A,34,34A:インレット部
5:ベースフィルム
6:接着層
7:インピーダンスマッチング回路
8,13:保護層
9,12:モールド
10,10A,20,20A,30,30A,40,40A:RFIDタグ
11,16:鉄筋
13:スペーサ
14:メッシュ筋
15:結束線
18:ワイヤ
35,35A:取り付け部材
41,41A:アンテナ
41b:スタブ
43,43A:T字型スリット
50:歩行者誘導ブロック

Claims (13)

  1. ICチップに記録された情報を無線で送信するRFIDタグであって、
    前記ICチップと、
    前記ICチップに接続されたアンテナとからなるインレット部と、
    鉄筋保持部とからなり、
    前記アンテナが鉄筋保持部に接続されることを特徴とする鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  2. 前記アンテナには前記ICチップとのインピーダンスマッチング回路が形成されていること特徴とする請求項1に記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  3. 前記インレット部と前記鉄筋保持部が一体であることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  4. 前記アンテナの長さは、当該アンテナが使用する波長λである場合、電気的1/4λであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  5. 前記鉄筋保持部がC字型をなし、当該C字型の窪み部分にて鉄筋を保持することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  6. 前記鉄筋保持部がU字型をなし、当該U字型の窪み部分にて交差する2本の鉄筋を保持することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  7. 前記アンテナと前記鉄筋保持部がスポット溶接で結合していることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  8. 前記アンテナが、フィルム上に形成され、前記鉄筋保持部と接着材料により接続していることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  9. 前記ICチップを実装した前記アンテナと、前記鉄筋保持部の少なくとも一部を覆うモールドがスペーサとなることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  10. 型枠と鉄筋との間隔を保持するスペーサであって、
    前記スペーサの鉄筋を保持する部分に前記鉄筋保持部が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  11. さらに、前記鉄筋に取り付けるための鉄筋取り付け部材を有し、
    前記インレット部、前記鉄筋保持部および前記鉄筋取り付け部が同一面上になるように配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  12. 前記鉄筋取り付け部材は、メッシュ筋の略平行な2つの鉄筋の間に取り付けることを特徴とした請求項11に記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
  13. 前記鉄筋取り付け部材は、歩行者誘導ブロック内に取り付けることを特徴とする請求項11から請求項12のいずれかに記載の鉄筋コンクリート用RFIDタグ。
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