JP5105490B2

JP5105490B2 - 無線ｉｃタグ、該無線ｉｃタグを用いた管理システム

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Publication number: JP5105490B2
Application number: JP2009187641A
Authority: JP
Inventors: 規矩男加賀; 重夫芦澤
Original assignee: Mitomo Corp
Current assignee: Mitomo Corp
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2029-08-13
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Description

本発明は、ＲＦＩＤタグと該ＲＦＩＤタグと呼ばれる無線ＩＣタグと該ＩＣタグを用いた管理システムに関するものであり、特に、大容量データの蓄積が可能であって、広い通信エリアをもつ無線ＩＣタグと該無線ＩＣタグを用いた製品管理システムに関するものである。

近年、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用したＦｅＲＡＭを用いた不揮発性記憶装置が開発されている。この不揮発性記憶装置は、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と、無線通信するためのアンテナ部と、これらを制御する制御部とからなる（特許文献１）。

特許文献１に示された不揮発性記憶装置は、従来ＩＣタグに用いられていたＥＥＰＲＯＭ等と比較し、書換回数、書き込み電圧の低さ、電源が不要であること、使用寿命の長さ、セルサイズが小型である等、様々な面で利点がある。そして現在、一個のＩＣタグは、約８Ｋｂｙｔｅの記憶容量を有し、それ自身が記憶装置として機能するとともに、演算装置としてのＣＰＵとして機能するようになっている。

ＲＦＩＤタグとも呼ばれるこの電磁誘導方式によるパッシヴ型の無線ＩＣタグは、コイルアンテナに印加する１３５ｋＨｚのＬＦ帯、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯により、アンテナ周囲に発生する磁界を伝送媒体とし、アンテナに誘起される誘導起電力により外部と通信を行うものである。

しかしながら、上述のＬＦ帯やＨＦ帯を用いた通信は、安定した通信が可能ではあるが、通信範囲が広いとはいえず、また、移動通信に適したものとはいえなかった。特に、コンクリートを用いて施工される建築物や、建築現場のように大型の施設において無線ＩＣタグを用いた品質管理を行う場合には、できるだけ広い通信範囲を有する通信を行いたい等のように、管理する対象物やシステムに適した周波数帯での通信を行いという要請がある。また、大容量データの読み取り、書きこみが可能な大容量メモリを有する無線ＩＣタグを使用したいという要請がある。

そして、ＦｅＲＡＭを用いた不揮発性記憶装置に特殊な加工を加えずとも、一つの無線ＩＣタグでＬＦ帯とＵＨＦ帯のようなという特性の異なる二つ以上の帯域の通信を行いたいという要請がある。
特開２００７−２４１５７６号公報特開２００８−０６３９００号公報

そこで、本発明は上記課題を解決すべく、アンテナを小型化でき通信範囲の広い無線ＩＣタグであって、ＬＦ帯からＵＨＦ帯に及ぶ使用したい各周波数帯域の特性に応じた通信機能を有するとともに大容量メモリを備えた無線ＩＣタグを提供することを目的とし、該無線ＩＣタグを用いた製品等の管理システムを提供することを目的とする。

上記課題を達成するため、本発明の無線ＩＣタグ(本体)は、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップとを電気的に接続して基板上に実装し、ＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、ＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行い、前記データを前記強誘電体メモリに記憶させることを特徴とする。

また、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信アンテナチップとを制御部を介して基板上に実装し、これらを絶縁材料で覆ってなることを特徴とする。

また、無線ＩＣタグ（本体）は、抗アルカリ性の熱可塑性樹脂材で被覆してなることを特徴とする。

また、無線ＩＣタグ（本体）は、ポリアミド樹脂材をガラス繊維、無機質フィラーにより強化した熱可塑性樹脂材で被覆してなることを特徴とする。

また、無線ＩＣタグは、セメント製品に混練される骨材と略同一形状かつ略同一重量に形成したことを特徴とする。

また、無線ＩＣタグ（本体）を被覆する被覆体には、凹部を形成し前記凹部にセメントが入りこみセメントとの結合を強固にしたことを特徴とする。

無線ＩＣタグ（本体）は、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなることを特徴とする。

電池は、充電装置からの所定の周波数帯の電波により非接触で充電される電池であることを特徴とする。

電池は、基板上に実装されてなることを特徴とする。

電池に充電する充電装置は、書き込み・読み取り装置に備えられてなることを特徴とする。

無線ＩＣタグ(本体)は、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなることを特徴とする。

発電機構は、基板上に実装されてなることを特徴とする。

書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップとを電気的に接続して基板上に実装し、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させる前記無線ＩＣタグを管理客体に貼着、接着、埋設、携帯等により搭載し、前記搭載した無線ＩＣタグに対し、書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることを特徴とする。

書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップとを電気的に接続して基板上に実装するとともに充電装置から非接触で充電される電池を電気的に接続した無線ＩＣタグに対し、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させる前記無線ＩＣタグを管理客体に貼着、接着、埋設、携帯等により搭載し、前記搭載した無線ＩＣタグに対し、書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることを特徴とする。

書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップと基板上に実装するとともに、振動、熱または電波により自己発電する発電機構を電気的に接続した無線ＩＣタグに対し、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させる前記無線ＩＣタグを管理客体に貼着、接着、埋設、携帯等により搭載し、前記搭載した無線ＩＣタグに対し、書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることを特徴とする。

書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップとを電気的に接続して基板上に実装して該基板を絶縁材料で覆い、ＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、ＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行い、前記データを前記強誘電体メモリに記憶させる前記無線ＩＣタグ本体と、前記無線ＩＣタグ本体の周部を抗アルカリ性の熱可塑性樹脂で被覆する被覆体とからなり、前記被覆体表面に複数の凹部を形成してなる無線ＩＣタグを、セメント、骨材、水等を混練するセメント製品の製造工程で混入し、前記無線ＩＣタグに前記セメント製品の測定行程に配置された自動測定装置により該セメント製品の製品特性値を測定するとともに自動測定装置と連結したＩＣタグ書き込み装置が前記自動測定装置により測定した製品特性値及び製造年月日等の製造情報を書き込み、前記セメント製品が現場で打設されて構造物となった後、この構造物中の前記無線ＩＣタグに対して、ＩＣタグ書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることを特徴とする。

上記構成によれば、書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップとを電気的に連結して基板上に実装し、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させることにより、強誘電体メモリと既存のＵＨＦ帯通信用アンテナチップを電気的に接続するだけで、ＵＨＦ帯を超えるＶＨＦ帯、ＨＦ帯、ＭＦ帯、ＬＦ帯等の周波数帯域通信と、ＵＨＦ帯の通信を行うことのできるハイブリット型の無線ＩＣタグを提供することが可能であり、このハイブリット型の無線ＩＣタグを用いて通信を行うことで、無線ＩＣタグの通信周波数を設定しなおさずとも、安定的な通信が必要とされるときに用いる例えばＬＦ帯等長周波数帯通信と、広い通信範囲が必要とされるときに用いるＵＨＦ帯通信の双方を行うことができるとともに、書き込み・読み取り装置により書き込まれたデータは、大容量の強誘電体メモリに記憶させることができる。

また、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップとを制御部を介して基板上に実装し、これらを絶縁材料で覆ってなることにより、強誘電体メモリに搭載された制御部の制御により、例えばＬＦ帯の新信頼性の高い安定した通信と、広い通信エリアを有するＵＨＦ帯の通信を切り替えてまたは併用して行うことのできるハイブリット型の無線ＩＣタグを提供することが可能であり、このハイブリット型の無線ＩＣタグを用いて通信を行うことで、書き込み・読み取り装置により書き込まれた容量の大きなデータも、大容量の強誘電体メモリに記憶させることができる。

また、無線ＩＣタグの周部は、抗アルカリ性の熱可塑性樹脂材で被覆してなることにより、無線ＩＣタグを生コンクリート等のセメント製品中に投入しても無線ＩＣタグが強アルカリ性のセメント製品中で溶解等により破損することなく、セメント製品やコンクリート構造物等の製品管理に適した無線ＩＣタグを提供することができる。

また、無線ＩＣタグの周部は、ポリアミド樹脂材をガラス繊維、無機質フィラーにより強化した熱可塑性樹脂材で被覆してなることにより、上記無線ＩＣタグをセメント製品を打設したときに無線ＩＣタグが圧力により破損することなく、セメント製品やコンクリート構造物等の製品管理に適した無線ＩＣタグを提供することができる。

また、セメント製品に混練される骨材と略同一形状かつ略同一重量に形成したことにより、無線ＩＣタグをセメント製品中に投入したときに、セメント製品中で均等に分散させることができる。

また無線ＩＣタグを被覆する被覆体には、凹部を形成し前記凹部にセメントが入りこみセメントとの結合を強固にしたことにより、無線ＩＣタグをセメント製品中に投入したときに、セメント製品との親和性を高めることができ、コンクリート構造物に打設したときに、無線ＩＣタグの埋設部分からコンクリート構造物が破損するおそれがない。

無線ＩＣタグは、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなることにより、コンクリート構造物に無線ＩＣタグを埋設、取り付けする場合のように無線ＩＣタグに対して有線により電気供給し難い場所に無線ＩＣタグが位置する場合であっても、外部から無線により充電をすることができる。よって、無線充電式の無線ＩＣタグを提供することができる。

電池は、充電装置からの所定の周波数帯の電波により非接触で充電される電池であることにより、無線通信装置やその他発信機器からの電波で充電することができ、例えば電磁誘導を利用した充電等に比べて発熱等のおそれがなく安全に非接触の充電をすることができる。

電池は、基板上に実装されてなることにより、モジュール化された充電のできる小型の無線ＩＣタグを提供することができる。

電池に充電する充電装置は、データ書き込み・読み取り装置に備えられてなることにより、無線ＩＣタグへのデータ書き込みまたはデータ読み取りを利用して無線ＩＣタグに対して充電することができる。

無線ＩＣタグは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなることより、コンクリート構造物や橋梁に無線ＩＣタグを埋設、取り付けする場合のように無線ＩＣタグに対して有線により電気供給し難い場所に無線ＩＣタグが位置する場合であっても、無線ＩＣタグは、振動、熱、電波等の外部エネルギーにより自己発電し、必要に応じて発電した電力を蓄電することができる。よって、自己発電式の無線ＩＣタグを提供することができる。

発電機構は、基板上に実装されてなることにより、モジュール化された発電のできる小型の無線ＩＣタグを提供することができる。

書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップとを電気的に接続して基板上に実装し、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させる前記無線ＩＣタグを管理客体に貼着、接着、埋設、携帯等により搭載し、前記搭載した無線ＩＣタグに対し、書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることにより、たとえば工場の出荷管理、キャビネットに収納された書籍や書類の管理、人や車両の通行管理等、書き込み・読み取り装置からの通信距離が変化する管理システムにおいても、迅速かつ確実に大容量データの書き込みと読み込みを行うことができ、迅速な管理と長期的な管理に適した管理システムを提供することができる。

書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップとを電気的に接続して基板上に実装するとともに充電装置から非接触で充電される電池を電気的に接続した無線ＩＣタグに対し、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させる前記無線ＩＣタグを管理客体に貼着、接着、埋設、携帯等により搭載し、前記搭載した無線ＩＣタグに対し、書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることにより上記効果に加え、外部から無線による充電をすることができるので、コンクリート構造物に無線ＩＣタグを埋設する場合のように無線ＩＣタグまたは無線ＩＣタグと接続されてなる装置に対して有線による電気供給がし難い場所に無線ＩＣタグが位置する場合であっても必要な電力を提供することができる当該システムを利用することができる。

書き込み・読み取り装置との間で無線通信によりデータの書き込み・読み取りが可能な無線ＩＣタグであって、外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯通信用アンテナチップと基板上に実装するとともに、振動、熱または電波により自己発電する発電機構を電気的に接続した無線ＩＣタグに対し、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、データの書き込み・読み取り装置によるＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させる前記無線ＩＣタグを管理客体に貼着、接着、埋設、携帯等により搭載し、前記搭載した無線ＩＣタグに対し、書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることを特徴とすることにより、上記効果に加え、自己発電により充電をすることができるので、コンクリート構造物に無線ＩＣタグを埋設する場合のように無線ＩＣタグまたは無線ＩＣタグと接続されてなる装置に対して外部から電気供給がし難い場所に無線ＩＣタグが位置する場合であっても必要な電力を発電できる当該システムを利用することができる。

無線ＩＣタグをセメント、骨材、水等を混練するセメント製品の製造工程で混入し、前記無線ＩＣタグに前記セメント製品の測定行程に配置された自動測定装置により該セメント製品の製品特性値を測定するとともに自動測定装置と連結したＩＣタグ書き込み装置が前記自動測定装置により測定した製品特性値及び製造年月日等の製造情報を書き込み、前記セメント製品が現場で打設されて構造物となった後、この構造物中の前記無線ＩＣタグに対して、書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることにより、セメント製品の出所、混練の割合や、打設後の構造物に関するデータに関し、迅速かつ確実に大容量データの書き込みと読み込みを行うことができ、迅速な管理と長期的な管理に適したコンクリート品質管理システムを提供することができ、ひいてはコンクリート構造物の安全等に資する。

図１は、本発明のハイブリット型の無線ＩＣタグの斜視図、図２は、本発明の無線ＩＣタグの断面図、図３乃至図５は、本発明の無線ＩＣタグに対し被覆体を被覆した状態の無線ＩＣタグの平面図、長手方向断面図、短手方向断面図、図６および図７は本発明の無線ＩＣタグを用いた管理システムの例を示す模式図、図８は、本発明のハイブリット型の無線ＩＣタグの第二の実施の形態の斜視図、図９は、図８に示す無線ＩＣタグの充電の例を示す模式図、図１０は、本発明のハイブリット型の無線ＩＣタグの第三の実施の形態の斜視図である。

本発明の実施の形態の構成図を示す本発明の無線ＩＣタグ１は、ＲＦＩＤタグとも呼ばれるデータの書き込みおよび読み取りができる記憶装置であって、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用した強誘電体メモリと呼ばれるＦｅＲＡＭと、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップ４が電気的に接続されて一つの基板２上に実装されたハイブリッド型の無線ＩＣタグである。

無線ＩＣタグ１は、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用したＦｅＲＡＭを搭載したＦｅＲＡＭチップ３と、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップ４が実装されていて、ＦｅＲＡＭチップ３とＵＨＦ帯通信アンテナチップ４は配線２１により回路構築され、相互にデータ交換可能になっている。

ＦｅＲＡＭチップ３を構成するＦｅＲＡＭのタイプは、どのようなものであってもよく、キャパシター型、トランジスタ型いずれのタイプであってもよい。尚、製品等の管理システムに用いやすいのは、電源を搭載せず外部からのデータアクセス用の電波を整流して電源とするパッシヴ型のＦｅＲＡＭである。このＦｅＲＡＭチップ３には、強誘電体を利用した不揮発性メモリであるＦｅＲＡＭと、駆動用に電池を内蔵する代わりに外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と、無線交信するためのフィルム状のアンテナ部と、ＦｅＲＡＭチップ３およびＵＨＦ帯通信アンテナチップ４を制御する制御部が搭載されている。

このＦｅＲＡＭは、従来の無線ＩＣタグに用いられていたＥＥＰＲＯＭと比較すると、その書き換え回数が、ＥＥＰＲＯＭが１０の５乗回程度であるのに対し、ＦｅＲＡＭは１０の１３乗回以上と優れた性能を備えている。また、書き込み電圧は従来のＥＥＰＲＯＭが１２Ｖであるのに対して、ＦｅＲＡＭはＤＣ１．１Ｖ〜３Ｖと極めて低い電圧で書き込みを行うことができ、無線ＩＣタグ内部に電池を内蔵することなく、外部からの電波に共振して発電する電源部を備えたパッシブタイプでも十分足りるとともに、従来のＩＣタグに用いられていたＥＥＰＲＯＭと比較して５０００倍もの書き込み速度を有している。データの保存期間が１０年以上と長い。さらに、書き換えのアクセスにあっても、従来のＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリーではほとんどがブロック単位の書き込みであったのに対し、ＦｅＲＡＭはワード単位でランダムに書き込みを行えるという利点がある。

制御部は、一旦書き込まれた情報が改ざんされることがないように、追記はできるものの、上書きをできない設定とすることも可能で、データの書き込み・読み取りは暗号化したプロトコルを用いて行うことがよい。よって、約８ＫＢのメモリ容量中に、各種データを、その都度、書き込み・読み取り装置としてのリーダーライター６と間の無線通信により、書き込み・読み取りができる。

ＦｅＲＡＭチップ３が無線交信可能な電波の帯域は、自由に設定することができ小型無線通信に適したＬＦ帯からＵＨＦ帯まで用いることができるが、アンテナ部は地表波による安定した通信が可能で、指向性が弱く、水や埃、金属の影響を比較的受けにくく、信頼性の高いデータ通信のできるＬＦ帯の通信に設定することが適している。尚、ＶＨＦ帯、ＨＦ帯、ＭＦ帯の周波数帯通信用に設定してもよい。

一方で、移動体の管理や、広いエリアでの管理を行う場合のために、リーダーライター６を用いたデータの読み取り、書き込みの通信距離が数メートルと広い通信エリアを有するＵＨＦ帯の通信に設定されたＵＨＦ帯通信アンテナチップ４を搭載する。このＵＨＦ帯通信アンテナチップ４は、ＵＨＦ帯通信アンテナのみの機能を備えているものであれば足りるが、既存のメモリ容量の少ないＵＨＦメモリチップを搭載し、このＵＨＦメモリチップをＵＨＦ帯通信アンテナとして用いることで、ハイブリット型の無線ＩＣタグ１を安価に提供することができる。

ＦｅＲＡＭチップ３とＵＨＦ帯通信アンテナチップ４の制御は、ＦｅＲＡＭチップ３に搭載された制御部が行う。読み取り・書き込み装置としてのリーダーライター６の通信周波数帯に応じて、ＦｅＲＡＭチップ３のアンテナ部または、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ４で通信を行うとともに、伝達されたデータを制御部が制御し、ＦｅＲＡＭチップ３の大容量メモリに記録する。

例えば、リーダーライター６からＬＦ帯の周波数の電波が出力されたときには、ＦｅＲＡＭチップ３のアンテナ部がこの電波を受信し、制御部は、送られたデータをＦｅＲＡＭチップ３のメモリ部に記憶するように制御する。一方、リーダーライター６からＵＨＦ帯の周波数の電波が出力されたときには、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ４がこの電波を受信し、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ４が電波を受信すると、送られたデータをＦｅＲＡＭチップ３のメモリ部に記憶するように制御し、データは、ＵＨＦ帯通信アンテナチップ４を介してＦｅＲＡＭチップ３のメモリ部に記憶される。尚、制御部をＦｅＲＡＭチップ３と別個に設け、ＦｅＲＡＭチップ３とＵＨＦ帯通信アンテナチップ４をこの制御部を介して回路構築するようにしてもよい。

尚、無線ＩＣタグ１のＦｅＲＡＭチップ３には、リーダーライター６で読み取り可能な管理フラグを、あらかじめ、または、書き込み時に記憶させ、リーダーライター６で情報の書き込み・読み取りを行う際にこの管理フラグを読み取ることにより、所定の管理システムを構成する無線ＩＣタグ１であることが識別可能になっている。尚、必要に応じて、無線ＩＣタグ１には、アンチコリジョン機能を搭載し、複数の無線ＩＣタグ１が近傍に位置していても混信して通信できないという事態がないようにできる。

図２に示すごとく、無線ＩＣタグ１は、管理対象物への貼付、埋設、携帯時に破損することがないように、各チップを実装した基板２は絶縁材料からなる絶縁体５で覆われている。絶縁体５を形成する絶縁材料は、プラスチック樹脂等が好適であり、この絶縁体５は基板２の上方を覆ってもよいし、基板２全体をコーティングするように樹脂成形してもよい。

次に本発明の第二の実施の形態として、充電装置から非接触で充電される電池が電気的に接続された状態の無線ＩＣタグ１５について説明する。図８に示す如くこの無線ＩＣタグ１５は、第一の実施の形態の無線ＩＣタグ１に、無線通信にて充電が可能な電池を配設したものであり充電機構を備えてなる無線ＩＣタグである。そして、例えば、図９に示す如く充電装置を搭載したまたは充電装置を兼ねたリーダーライター６からの通信により充電される。他の構成については第一の実施の形態の無線ＩＣタグ１と同様である。

無線ＩＣタグ１５は、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用したＦｅＲＡＭを搭載したＦｅＲＡＭチップ３と、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップ４と無線通信にて充電が可能な電池１６が実装されている。特定の周波数帯域の電波を受信する無線通信機構を備えた二次電池である電池１６は基板２上に配設されＦｅＲＡＭチップ３や必要に応じて各種装置と電気的に接続されている。図９に示すように、リーダーライター６に備えられた充電装置の無線通信機構と無線ＩＣタグ側に設けられた電池との間で近距離無線技術を用いて通信し無線ＩＣタグ側の二次電池に充電される。この蓄積された電力を無線ＩＣタグ１５や前記無線ＩＣタグ１５に接続された装置を駆動させる電源として用いるようになっている。

例えばコンクリート構造物等に埋設された無線ＩＣタグ１５と充電装置を備えたリーダーライター６が無線通信をするときに電池１６に充電されるようになっている。

尚、充電の方式は、上述の近距離無線技術の他、充電装置と電池とにコイルを配設し、充電装置側のコイルに電流を流すとこれと対になる電池側のコイルに電流が流れこれを蓄電する電磁誘導を利用した方式によるものであってもよい。また、充電装置はリーダーライター６に搭載することなく、別途充電装置を用意してもよい。また、電池１６は基板２上に配設しなくてもよく、無線ＩＣタグと電気的に接続するようにしてもよい。

次に本発明の第三の実施の形態として、発電機構が電気的に接続された状態の無線ＩＣタグ１７について説明する。図１０に示す如くこの無線ＩＣタグ１７は、第一の実施の形態の無線ＩＣタグ１に自己発電する発電機構を配設したものであり、発電機構を備えてなる無線ＩＣタグである。他の構成については第一の実施の形態の無線ＩＣタグ１と同様である。

無線ＩＣタグは、ＩＣタグ用のメモリ素子として強誘電体を利用したＦｅＲＡＭを搭載したＦｅＲＡＭチップ３と、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップ４と発電機構１８が実装されている。発電機構１８は基板上に配設されＦｅＲＡＭチップ３や必要に応じて各種装置と電気的に接続される。この発電機構１８は、振動により発電する振動発電素子であり、人間の動作や、装置の駆動による振動、建物や橋梁の車両通過等による振動により比較的微弱な電気を発電する。そしてこの発電機構により発電された電力をそのまま用いてもよいし発電機構に配設された二次電池に蓄電してもよい。この発電機構１８は無線ＩＣタグや前記無線ＩＣタグに接続された装置を駆動させる電源として用いるようになっている。

例えば、無線ＩＣタグ１７を携帯した人間が動作したときや、コンクリート構造物や。橋梁、または製品等に埋設、貼付などの手法で取り付けられた無線ＩＣタグ１７が車両等の通過や運搬中の揺れによって振動したときに発電機構１８はこの振動をエネルギーとして発電するようになっている。

尚、発電機構１８は、上述の発電機構は振動発電素子に限られるものではなく熱電素子として、外部からの熱により発電する機構であってもよいし、ＲＦ波等外部からの電波により発電する無線通信による発電機構であってもよく、一般にハーベスタ技術と呼ばれる種々の外部エネルギーを用いる機構とすることができる。尚、発電機構１８は基板２上に配設しなくてもよく、無線ＩＣタグ１７と電気的に接続するようにしてもよい。

以下、無線ＩＣタグの第四の実施の形態として、後述するセメント製品およびコンクリート構造物を管理するためのコンクリート品質管理システムに用いるために無線ＩＣタグ１(本体)を被覆体９で覆った無線ＩＣタグ８について説明する。この無線ＩＣタグ８は、管理システムでも、特に管理対象物をセメント製品とコンクリート構造物とし、セメント工場での水、骨材、セメントを混練するセメント製品製造工程においてセメント製品に対して投入し、セメント製品の管理、打設後のコンクリート構造物の管理を行うことを目的としたシステムのためのものである。したがって、無線ＩＣタグには、セメントとの親和性、投入後の分散性、投入時および打設後のデータの読み取りと書き込みに適した強度と形状であることが求められる。

無線ＩＣタグ８は、無線ＩＣタグ１（本体）を被覆体９で被覆している。被覆体９の表面には、凹部９１が加工されている。この凹部９１は被覆体９表面に設けられた複数の細かな凹部がディンプル加工形成されていて、この凹部にセメント製品が潜り込み、無線ＩＣタグ１とセメント製品との密着性、親和性が得られる。また、凹部９１を形成することにより無線ＩＣタグ１の強度を高めることもできる。本実施の形態においては、射出成型時にディンプル加工を施すべく、無線ＩＣタグ８の両面に各２５個所、計５０個所のディンプル加工を施しているが、全面に施してもよいし、一部に施してもよい。また、本実施の形態の凹部の深さは、０．２〜０．５ｍｍ程度であるがこれに限られるものではない。凹部９１はディンプル加工に限られるものではなく、被覆体９の表面に凹穴を形成したり、被覆体９を湾曲させたり、被覆体９を凹レンズ状に形成して凹部を設けてもよい。

尚、無線ＩＣタグ８の比重は、骨材の比重に近い１．３〜１．９の範囲であることが望ましく、本実施の形態においては、比重１．５に形成されている。無線ＩＣタグ８のコンクリート中での分散試験によれば１．３以下の比重で形成すると無線ＩＣタグ８はセメント製品中で浮いてしまいセメント製品表面に露出するおそれがある、１．９以上の比重で形成すると無線ＩＣタグ１はセメント製品中に分散することなく沈んだり偏在したりしてしまう。比重１．５付近で形成した無線ＩＣタグ１が最も均等にセメント製品の表面付近で分散することが確認されている。すなわち、骨材、セメント、水等を混練するセメント製品製造工程において、１立方メートルのセメント製品中に比重１．５の無線ＩＣタグ１を複数個投入したところ、セメント製品の表面からは平均９．３センチメートルの位置に無線ＩＣタグが位置し、標準偏差３．８２６、中央値８．００、最小値４．１７、最大値１１．８３が得られた。したがって、無線通信による書き込み・読み取り距離が１０センチメートル程度の無線ＩＣタグ１にあっても、確実に情報の書き込み・読み取りを行うことができる。

無線ＩＣタグ８の大きさは、骨材と同程度の大きさとすることが望ましく、本実施の形態においては、長手方向１７ｍｍ、短手方向１２ｍｍの略楕円球体（俵型）に形成し、セメント製品との親和性を高め、セメント製品中で沈下しないようにしている。

被覆体９は、熱可塑性樹脂材により形成され、被覆体９の中央に無線ＩＣタグ１が位置するように被覆している。具体的に被覆体９は、ＰＨ１２．０〜１３．０のセメントの強アルカリ性に抗することができ、骨材、水、セメントの混練時にかかる温度約１００℃に耐えうる、抗アルカリ性の樹脂材を用いる。本発明の実施の形態においては、ポリアミド系樹脂を用い、特に、ポリアミドＭＸＤ６系複合樹脂を被覆体９の材料として用いた場合には、広い温度範囲にわたり優れた機械的強度、弾性率を示し、また、吸水率が低く、骨材、水、セメント等と混練したときに吸水による寸法変化や機械的強度の低下が低いことが確認された。

尚、ポリアミドＭＸＤ６を非透磁性のガラス繊維、無機質フィラー等で強化したレニー材（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製）を被覆体９として用い、この被覆体９で無線ＩＣタグ本体を被覆し射出成形した。この場合、無線ＩＣタグ８は、強度は長手方向からの荷重では平均１９７ｋｇｆ、短手方向からの荷重では少なくとも平均１４８ｋｇｆに耐えうることが確認されている。さらに、アルカリ骨材反応の促進法によるタグの膨張試験によれば、骨材、水、セメント等を混練するセメント製品の製造工程で無線ＩＣタグ１を投入したところ、平均膨張率は０．４９パーセントであり、硬化後のセメント製品への影響がない程の膨張率であった。また、非透磁性のガラスファイバーを含有しているが、フェライト等の磁性を有する物質は含有しないため、無線通信に影響も及ぼさない。尚、被覆体９に用いる熱可塑性樹脂材は、ポリアミド系樹脂の他、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂であってもよい。

尚、被覆体９で被覆する無線ＩＣタグは、上述した無線ＩＣタグ１の他、外部から無線で充電できる電池１６を備えた無線ＩＣタグ１５、発電機構１８を備えた無線ＩＣタグ１７であってもよい。

無線ＩＣタグ１を用いた管理システムについて、以下いくつか例を挙げて説明する。無線ＩＣタグ１を用いた管理システムは、図１に示ように無線ＩＣタグ１を構成するＦｅＲＡＭチップ３とＵＨＦ帯通信アンテナチップ４が基板２上に実装されており、図６に示すように、ＦｅＲＡＭチップ３とＵＨＦ帯通信アンテナチップ４は相互にデータ交換可能にシステム構築されている。そして、それぞれが有するアンテナ部がリーダーライター６との間でＬＦ波またはＵＨＦ波の周波数帯域で通信可能となっている。

リーダーライター６は、ＬＦ波、ＵＨＦ波いずれかの周波数帯域または両周波数帯域を切り替えて無線ＩＣタグ１との間でデータ通信可能な装置であり、管理の対象物に関するデータを無線ＩＣタグ１との間で無線通信により読み取り、書き込みするようになっている。

リーダーライター６から書き込みデータが出力されると、リーダーライター６から出力される周波数帯に対応する無線ＩＣタグ１のＦｅＲＡＭチップ３またはＵＨＦ帯通信アンテナチップ４のアンテナ部が該データを受信し、このデータはＦｅＲＡＭチップ３のメモリに記憶される。また、リーダーライター６から読み取り信号が出力されると、リーダーライター６から出力される周波数帯に対応する無線ＩＣタグ１のＦｅＲＡＭチップ３またはＵＨＦ帯通信アンテナチップ４のアンテナ部が該信号を受信し、当該アンテナ部から、ＦｅＲＡＭチップ３に記憶されたデータをリーダーライター６へと出力するようになっている。そしてリーダーライター６で読み取ったデータは、コンピュータ７に格納するようにしてもよい。

このような構成からなる無線ＩＣタグ１を用いた管理システムの一実施例として、コンクリート品質管理システムについて、図７に基づいて説明する。始めに、生コン会社において、無線ＩＣタグ１を被覆体９で被覆した初期状態の無線ＩＣタグ８を多数用意し、これをセメント、砂利等の骨材、水等を混練するセメント製品の製造工程において、例えばセメント製品１立方メールにつき１個程度の割合で混入するときに、セメント製品の測定工程に配置された自動測定装置がセメント製品の水／セメント比、セメント混和剤、温度等の製品特性値を測定するとともに、自動測定装置と連結したＩＣタグ書き込み装置１１が、混入している無線ＩＣタグ１に、自動測定装置により測定した製品特性値および製造年月日等からなる製造情報を自動的に書き込む。さらに、この無線ＩＣタグ１に書き込まれた製造情報は、同時にコンクリート品質管理システムを集中管理する集中管理サーバー１２にも記録され、コンクリート会社のコンピュータ１０等関係機関においてデータの連携を図っている。

また、無線ＩＣタグ８を混入したセメント製品をミキサー車１３に載せ、運搬年月日等の運搬情報を運搬担当者等が、ＰＤＡ（携帯情報端末）に組み込まれ、予め暗号化された信号で無線交信するように設定されているリーダーライターによりミキサー車１３でセメント製品に混入している無線ＩＣタグ８に書き込む。

さらに、ミキサー車１３が現場に到着すると、現場の担当者は同じくＰＤＡに組み込まれたリーダーライター１４を用いて、受け入れ日時、試験結果、混入確認等の受入情報を暗号化された信号で無線ＩＣタグ１に書き込み、それと同時に集中管理サーバー１２にも記録する。そして、この無線ＩＣタグ１を混入したセメント製品が打設され、コンクリート構造物が形成される。現場の工事を担当するゼネコンにあっても、コンクリート構造物の工区ごと、部位ごとに、そこに位置する無線ＩＣタグ８に対してリーダーライター１４を用いて配筋データ等の構造物情報を随時追記で記録することができる。

このようにしてコンクリート構造物が完成した後は、予め暗号化された信号で無線交信するように設定されているＰＤＡに組み込んだリーダーライター１４を用いて、コンクリート構造物中の無線ＩＣタグ８に記録されている各種情報を読み取ることができる。

また、上述した集中管理サーバー１２は、多数の現場における無線ＩＣタグ１に書き込まれた情報を統括するもので、必要に応じて現場の施工業者、施工依頼主、利用者、各種業界団体等にそれらの情報を提供するものである。

無線ＩＣタグ１を用いた他の管理システムの例につき説明する。無線ＩＣタグ１を用いた出荷管理システムは、製品に無線ＩＣタグ１を貼付して、工場出荷時や製品製造時にリーダーライター６にて製品情報、製造情報、配送先情報等を書き込み、配達業者の配送先管理や、製品のトレーサビリティーのための物流管理システムに用いることができる。工場内のラインでは広い通信範囲を有し移動体通信に適するＵＨＦ帯通信アンテナチップ４を介して情報を書き込み、出荷後はＬＦ帯の周波数帯域で用いるハンディタイプのリーダーライターによりＦｅＲＡＭチップ３のアンテナ部を介して情報を読み取り、書きこみすることができる。

また、無線ＩＣタグ１を用いた本、書類管理システムは、書庫やキャビネットにおいて、本や書類に無線ＩＣタグ１を貼付して、出入庫時や販売貸出時にリーダーライター６にて本や書類の分類情報、出入庫情報、借用者のＩＤ等を書き込み、図書館の貸し出し管理や、企業の書類管理のための出入庫管理システムに用いることができる。書庫等では広い通信範囲を有するＵＨＦ帯通信アンテナチップ４を介して分類情報から本や書類の収納位置を検索し、貸出時や販売時にはＬＦ帯の周波数帯域で用いるハンディタイプのリーダーライターによりＦｅＲＡＭチップ３のアンテナ部を介して情報を読み取り、書きこみすることができる。

また、無線ＩＣタグ１を用いた通行量等管理システムは、無線ＩＣタグ１を人や車両に携帯させて、リーダーライター６を設置した観測点通過時にリーダーライター６が識別情報等を書き込み、読み取りし、交通量、通過履歴調査や現在地情報提供のための管理システムに用いることができる。広いエリアでのデータ通信や高速道路ゲート等での高速のデータ通信を必要とするときにはＵＨＦ帯通信アンテナチップ４を介して通信を行い、鉄道の改札口等、確実なデータ通信を必要とするときにＦｅＲＡＭチップ３のアンテナ部を介して情報を読み取り、書きこみすることができる。

尚、管理システムの例は、上記したものに限られることはなく、無線ＩＣタグは対象物に、貼付、埋設し、または携帯させることにより様々な管理システムに用いることができる。

尚、管理システムに用いる無線ＩＣタグは、上述した無線ＩＣタグ１の他、外部から無線で充電できる電池１６を備えた無線ＩＣタグ１５、発電機構１８を備えた無線ＩＣタグ１７であってもよい。

本発明の第一の実施の形態のハイブリット型の無線ＩＣタグの斜視図。本発明の第一の実施の形態の無線ＩＣタグの断面図。本発明の第一の実施の形態の無線ＩＣタグに対し被覆体を被覆した状態の第四の実施の形態の無線ＩＣタグの平面図。図３に示す無線ＩＣタグの長手方向断面図。図４に示す無線ＩＣタグの短手方向断面図。本発明の無線ＩＣタグを用いた管理システムの例を示す模式図である。本発明の無線ＩＣタグを用いたコンクリート品質管理システムの例を示す模式図である。本発明の第二の実施の形態のハイブリット型の無線ＩＣタグの斜視図。図８に示す無線ＩＣタグを用いた充電システムの例を示す模式図。本発明の第三の実施の形態のハイブリット型の無線ＩＣタグの斜視図。

１無線ＩＣタグ
２基板
２１配線
３ＦｅＲＡＭチップ
４ＵＨＦ帯通信アンテナチップ
５被覆体
６リーダーライター
７コンピュータ
８無線ＩＣタグ
９被覆体
９１凹部
１０コンピュータ
１１ＩＣタグ書き込み装置
１２集中管理サーバー
１３ミキサー車
１４リーダーライター
１５無線ＩＣタグ
１６電池
１７無線ＩＣタグ
１８発電機構

Claims

外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップとを電気的に接続して基板上に実装するとともに、該基板上の前記強誘電体メモリと、前記ＵＨＦ帯通信アンテナチップを絶縁材料で覆ってなる無線ＩＣタグ本体と、
抗アルカリ性の熱可塑性樹脂材で形成するとともに表面に複数の凹部を形成し、前記無線ＩＣタグ本体を被覆する被覆体とからなり、
ＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、ＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行い前記データを前記強誘電体メモリに記憶させることを特徴とする無線ＩＣタグ。
無線ＩＣタグ本体は、ポリアミド樹脂材をガラス繊維、無機質フィラーにより強化した熱可塑性樹脂材で被覆してなることを特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣタグ。
無線ＩＣタグは、セメント製品に混練される骨材と略同一形状かつ略同一重量に形成した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。
無線ＩＣタグは、充電装置から非接触で充電される電池と電気的に接続されてなる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。
電池は、充電装置からの所定の周波数帯の電波により非接触で充電される電池であることを特徴とする請求項４に記載の無線ＩＣタグ。
電池は、基板上に実装されてなることを特徴とする請求項４または５に記載の無線ＩＣタグ。
電池に充電する充電装置は、書き込み・読み取り装置に備えられてなることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
無線ＩＣタグは、振動、熱または電波により自己発電する発電機構と電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の無線ＩＣタグ。
発電機構は、基板上に実装されてなることを特徴とする請求項８に記載の無線ＩＣタグ。
外部からの電波を受信しこれと共振して電流を発生する電源部と所定の周波数帯域で無線交信するためのアンテナ部を有する強誘電体を利用した強誘電体メモリと、ＵＨＦ帯域の電波を受信するＵＨＦ帯通信アンテナチップとを電気的に接続して基板上に実装するとともに、該基板上の前記強誘電体メモリと、前記ＵＨＦ帯通信アンテナチップを絶縁材料で覆ってなる無線ＩＣタグ本体と、
抗アルカリ性の熱可塑性樹脂材で形成するとともに表面に複数の凹部を形成し、前記無線ＩＣタグ本体を被覆する被覆体とからなり、
ＵＨＦ帯を超える長い周波数帯の通信を前記強誘電体メモリのアンテナ部で行いデータを前記強誘電体メモリに記憶させるとともに、ＵＨＦ帯の通信を前記ＵＨＦ帯通信用アンテナチップで行い前記データを前記強誘電体メモリに記憶させる無線ＩＣタグを、セメント、骨材、水等を混練するセメント製品の製造工程で混入し、前記無線ＩＣタグに前記セメント製品の測定行程に配置された自動測定装置により該セメント製品の製品特性値を測定するとともに自動測定装置と連結したＩＣタグ書き込み装置が前記自動測定装置により測定した製品特性値及び製造年月日等の製造情報を書き込み、前記セメント製品が現場で打設されて構造物となった後、この構造物中の前記無線ＩＣタグに対して、ＩＣタグ書き込み・読み取り装置でデータ書き込みまたは読み取りすることを特徴とする管理システム。