JP6972985B2 - Ｒｆタグ内蔵杭 - Google Patents

Description

本発明は，ＲＦタグを内蔵した杭であるＲＦタグ内蔵杭に関する発明である。

地中に打ち込む杭にＲＦタグを内蔵させることが以前より検討されている。杭に内蔵させるＲＦタグそれぞれに異なるデータを記憶させれば，雑草が生い茂るなどして杭の上面が見えなくなっても，無線によりＲＦタグから読み出したデータから，杭を打ち込んだ地点に係る情報を得ることができる。

ＲＦタグを内蔵した杭であるＲＦタグ内蔵杭の利用分野としては，測量，自動走行または埋設物管理などがある。測量に係る分野では，ＲＦタグから読み出したデータから，ＲＦタグ内蔵杭を打ち込んだ地点の位置情報を得ることができる。また，自動走行に係る分野では，ＲＦタグから読み出したデータから，ＲＦタグ内蔵杭を打ち込んだ地点の位置情報や走行方向を得ることができる。更に，埋設物管理に係る分野では，ＲＦタグから読み出したデータから，ＲＦタグ内蔵杭を打ち込んだ地点に埋設している埋設物（水道管やガス管など）の情報を得ることができる。

ＲＦタグ内蔵杭は，特許文献１で開示されている標識のように，ＲＦタグの内蔵に用いる収納部を備え，この収納部にＲＦタグを内蔵する形態をなしている。また，ＲＦタグ内蔵杭に内蔵させるＲＦタグの周波数帯としては，特許文献１に記載があるように，電磁誘導方式の周波数帯の一つである短波帯（１３．５６Ｍｈｚ）も考えられるが，通信距離の観点からすると，電波方式の周波数帯の一つであるＵＨＦ帯（８６０〜９６０Ｍｈｚ）を利用することが望ましい。

ＲＦタグ内蔵杭に内蔵するＲＦタグの周波数帯をＵＨＦ帯にすることで，通信距離が延びるが，ＲＦタグの指向性が狭くなる問題がある。ＵＨＦ帯を用いるＲＦタグをＲＦタグ内蔵杭に内蔵させても，ＲＦタグの指向性を広くできる発明として，特許文献２で開示されている発明では，ＲＦタ内蔵納杭の上面に設けられた直方形状の収納部に，同じデータを記憶させた複数の棒形状のＲＦタグを，ＲＦタグが異なる方向に延びるように積み重ねて収納している。

特開２００４−２５１８５９号公報 特開２０１１−１８０９６０号公報

特許文献２で開示された発明のように，複数の棒形状のＲＦタグを，ＲＦタグが異なる方向に延びるように積み重ねてＲＦタグ内蔵杭の頭部に収納することで，ＵＨＦ帯を利用する場合であっても，ＲＦタグ内蔵杭に係る指向性が狭くならないが，複数の棒形状のＲＦタグを一つのＲＦタグ内蔵杭に収納する都合上，ＲＦタグ内蔵杭のコストがアップしてしまう。

そこで，本発明は，コストがアップせずに，ＵＨＦ帯を利用する場合であっても，ＲＦタグ内蔵杭に係る指向性が狭くならないＲＦタグ内蔵杭を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１発明は，地上に露出させる部分になる地上露出部と地中に埋設させる部分になる地中埋設部を有し，前記地上露出部から前記地中埋設部に連なる空洞を内部に形成した杭本体と，地上用アンテナ素子，ＩＣチップを実装しているＩＣチップ用アンテナ素子，および，前記地中埋設部に形成されている空洞の断面形状に応じた大きさで面状になっている地中用アンテナ素子を列状に並べた構成のＲＦタグを備え，前記地上用アンテナ素子と前記ＩＣチップ用アンテナ素子は，前記杭本体の内壁面と接しない状態で前記地上露出部の側に配置され，前記地中用アンテナ素子は，前記杭本体の内壁面と接する状態で前記地中埋設部の側に配置されていることを特徴とするＲＦタグ内蔵杭である。

更に，第２発明は，第１発明において，前記線状放射素子および前記ＩＣチップ用アンテナ素子に加え，前記ＩＣチップ用アンテナ素子と接続している面状の対極板素子をベースフィルム上に実装したインレイと，前記地中用アンテナ素子として用いる導体板により前記ＲＦタグを構成し，前記導体板の一部と前記対極板素子がコンデンサを形成するように，前記インレイと前記導体板を接着していることを特徴とする。

更に，第３発明は，第２発明において，金属箔膜を表面に形成した剛性のあるフィルムを前記導体板として用いたことを特徴とする。

更に，第４発明は，第１発明から第３発明のいずれか一つにおいて，前記地上露出部と前記地中埋設部の境目を示す段差を前記杭本体の外壁面に設けたことを特徴とする。

更に，第５発明は，第４発明において，前記杭本体の頭部を覆う保護キャップを備え，前記保護キャップと前記杭本体の段差を前記地中埋設部の境目を示す段差としたことを特徴とする。

本発明に係るＲＦタグ内蔵杭に内蔵するＲＦタグは，中をＲＦタグの電波の伝搬経路として利用する地上用アンテナ素子と，地中をＲＦタグの電波の伝搬経路として利用する地中用アンテナ素子を有し，ＲＦタグ内蔵杭に内蔵するＲＦタグの指向性を広くするために，空中に加えて地中をＲＦタグの電波の伝搬経路として利用できるように構成されている。

ＲＦタグ内蔵杭の構造を説明する図。 ＲＦタグ内蔵杭の内側に取り付けるＲＦタグを説明する図。 ＲＦタグ内蔵杭の断面図。 ＲＦタグを取り付けている部分の拡大図。 地中に打ち込んだ状態のＲＦタグ内蔵杭を説明する図。 地中における電波の伝搬状況を説明する図。 ＲＦタグ内蔵杭の指向性を示す概略図。 通信距離を測定した時のＲＦタグ内蔵杭の状態を説明する図。 ＲＦタグ内蔵杭の最大通信距離の測定結果を説明する図。 変形例に係るＲＦタグ内蔵杭を説明する図。

ここから，本発明の好適な実施形態を記載する。なお，以下の記載は本発明の技術的範囲を束縛するものでなく，本発明の理解を助けるために記述するものである。

図１は，本実施形態に係るＲＦタグ内蔵杭１の構造を説明する図である。図１で図示したＲＦタグ内蔵杭１は，無線による個体識別に用いるＲＦタグ３を内部に取り付けた杭で，ＲＦタグ３の指向性を広くするために，空中に加えて地中をＲＦタグ３の電波の伝搬経路として利用できるように構成されている。

本実施形態に係るＲＦタグ内蔵杭１は，地上に露出させる部分になる地上露出部２０と地中に埋設させる部分になる地中埋設部２１を有し，地上露出部２０から地中埋設部２１に連なる空洞２２を内部に形成した杭本体２と，メアンダ状になっている地上用アンテナ素子３１，ＩＣチップ３２０を実装したＩＣチップ用アンテナ素子３２，および，地中埋設部２１に形成されている空洞２２の断面形状に応じた大きさの地中用アンテナ素子３３を列状に接続した構成のＲＦタグ３を備え，ＲＦタグ３は，空洞２２を形成する杭本体２の内壁面に取り付けられている。ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２の材質としては，プラスチック樹脂を用いることが好適であるが，木材やセラミックを杭本体２の材質に用いることもできる。

本実施形態では，ＲＦタグ内蔵杭１を地中に打ち込めるように，杭本体２の先端側を先鋭状にしているが，杭本体２の先端側の形状は任意でよい。また，本実施形態では，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２の頭部側が開口しているため，ＲＦタグ内蔵杭１を地中に打ち込むときの衝撃に耐えるように設計された保護キャップ２３により，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２の頭部側を覆っている。なお，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２の頭部側を覆う保護キャップ２３の上面には，ＲＦタグ内蔵杭１の利用目的（例えば，「基準地点」）などを標示できる。

本実施形態に係るＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２が，地上に露出させる部分になる地上露出部２０と地中に埋設させる部分になる地中埋設部２１を有するのは，空中に加えて，地中をＲＦタグ３の電波の伝搬経路として利用できるようにするためである。地上露出部２０と地中埋設部２１の境目がＲＦタグ内蔵杭１の外観から目視で判断できないと，作業者は，地上露出部２０を地上に露出させた状態でＲＦタグ内蔵杭１を地中に打ち込むことができない。そこで，本実施形態では，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２の頭部側を覆う保護キャップ２３の断面のサイズをＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２よりも大きくし，杭本体２と保護キャップ２３間の段差を地上露出部２０と地中埋設部２１の境目を示す目印にしている。

図２は，ＲＦタグ内蔵杭１の内側に取り付けるＲＦタグ３を説明する図である。本実施形態に係るＲＦタグ３が使用する周波数帯はＵＨＦ帯（８６０〜９６０Ｍｈｚ）で，図２（ａ）で図示したように，本実施形態では，地上用アンテナ素子３１およびＩＣチップ用アンテナ素子３２に加え，ＩＣチップ用アンテナ素子３２と接続している面状の対極板素子３３０をベースフィルム３０ａに実装したインレイ３０と，インレイ３０のベースフィルム３０ａを介して対極板素子３３０と静電結合し，地中用アンテナ素子３３として用いる導体板３３１によりＲＦタグ３を構成している。

ＲＦタグ３のサイズは，ＲＦタグ３を取り付けるＲＦタグ内蔵杭１のサイズに依存することになるが，本実施形態において，インレイ３０のサイズは幅２０ｍｍ×長さ４４ｍｍで，導体板３３１のサイズは幅１８ｍｍ×長さ５５ｍｍになっている。なお，導電性を有する金属板を導体板３３１に用いることもできるが，金属箔膜(例えば，アルミ箔)を表面に形成したＰＥＴ素材のフィルムを導体板３３１に用いると，導体板３３１を安価にできる。

ＩＣチップ用アンテナ素子３２は，ＩＣチップ３２０とのインピーダンスの整合をとるためのアンテナ素子で，地上用アンテナ素子３１は，空中を電波の伝搬経路として利用するためのアンテナ素子になるため，地上用アンテナ素子３１とＩＣチップ用アンテナ素子３２は，杭本体２の内壁面と接しない状態で地上露出部２０の側に配置されている。また，地中用アンテナ素子３３として用いる導体板３３１は，地中を電波の伝搬経路として利用するためのアンテナ素子になるため，地中用アンテナ素子３３として用いる導体板３３１は，杭本体２の内壁面と接する状態で地中埋設部２１の側に配置されている。

本実施形態において，ＩＣチップ用アンテナ素子３２の形状はループ状になっている。ＩＣチップ３２０の入力端子間には容量性リアクタンス（キャパシタンス）が存在するので，ＩＣチップ３２０を実装するＩＣチップ用アンテナ素子３２の形状をループ状にし，ＩＣチップ３２０の入力端子間に存在する容量性リアクタンスに対応した誘導性リアクタンス（インダクタンス）をＩＣチップ用アンテナ素子３２に持たせている。

本実施形態において，空中を電波の伝搬経路として利用するためのアンテナ素子となる地上用アンテナ素子３１はメアンダ状になっている。地上用アンテナ素子３１をメアンダ状にしているのは，ＲＦタグ３の共振周波数を，ＲＦタグ３が使用する周波数帯であるＵＨＦ帯に合わせ易くするためである。地上用アンテナ素子３１をメアンダ状にすると，導線が鉤状に折れ曲がっている部分が誘導性リアクタンスを有するので，ＲＦタグ３の共振周波数がＵＨＦ帯（例えば，９２０Ｍｈｚ）に合うようにＲＦタグ３を設計することが容易になる。

地中を電波の伝搬経路として利用するためのアンテナ素子を面状の地中用アンテナ素子３３にしているのは，地中にある土との静電結合の度合いを高めるためである。地中用アンテナ素子３３は，一つの要素で構成することもできるが，本実施形態では，ＲＦタグ内蔵杭１の製造を考慮し，インレイ３０に実装した対極板素子３３０と，地中用アンテナ素子３３として用いる導体板３３１により地中用アンテナ素子３３を構成している。

地中にある土と地中用アンテナ素子３３との静電結合の度合いを高めるためには，地中用アンテナ素子３３のサイズを大きくする必要がある。ＲＦタグ３製造にはアルミ箔を利用することが一般的で，地中用アンテナ素子３３のサイズが大きくなると，杭本体２の内壁面にＲＦタグ３を取り付ける際，地中用アンテナ素子３３が折れ曲がるなどの不具合が発生し易くなる。そこで，本実施形態では，剛性のある導体板３３１を地中用アンテナ素子３３に用いることで，ＲＦタグ内蔵杭１の本体の内壁面にＲＦタグ３を取り付け易くしている。

図２（ｂ）で図示したように，本実施形態では，対極板素子３３０等を実装した面の反対側になるインレイ３０の面に接着層３０ｂを形成し，この接着層３０ｂを利用して，インレイ３０と導体板３３１を接着させている。このように，インレイ３０と導体板３３１を接着させることで，対極板素子３３０と導体板３３１の一部は，インレイ３０のベースフィルム３０ａおよび接着層３０ｂを介して対向するので，インレイ３０に実装した対極板素子３３０と導体板３３１の一部がコンデンサを形成し，対極板素子３３０と導体板３３１の電気的な接合は静電結合になる。

ここから，ＲＦタグ３の取り付け方について説明する。図３は，ＲＦタグ内蔵杭１の断面図，図４は，ＲＦタグ３を取り付けている部分の拡大図である。

図３を参照しながら説明する。上述したように，杭本体２は，先鋭状になっている先端側を除く部分が空洞２２になっており，地上露出部２０と地中埋設部２１の境目に従い，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２の内壁面にＲＦタグ３を取り付けている。

図４を参照しながら説明する。図４（ａ）で図示したように，杭本体２の内壁面に取り付ける接着層３ａを導体板３３１にのみ設け，導体板３３１が杭本体２の内壁面と接する状態で，地中埋設部２１側になる杭本体２の内壁面にＲＦタグ３を取り付けると，導体板３３１と接着していないインレイ３０の部分と杭本体２の間に，導体板３３１の厚みに応じた隙間が生じてしまい，導体板３３１と接着していないインレイ３０の部分の姿勢が不安定になってしまう。杭本体２の内壁面と接する状態で地中埋設部２１の側になる杭本体２の内壁面に取り付けられている。

このことを防止するには，導体板３３１と接着していないインレイ３０の部分と杭本体２の間に生じる隙間を埋める工夫が必要になる。図４（ｂ）は，この工夫を施したときの図で，図４（ｂ）では，導体板３３１と接着していないインレイ３０の部分と杭本体２の間に生じる隙間をなくすために，導体板３３１と接着していないインレイ３０の部分に，導体板３３１の厚みに応じた絶縁体・誘電体３４を設けている。

図５は，地中に打ち込んだ状態のＲＦタグ内蔵杭１を説明する図である。図５は，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２と保護キャップ２３の境目までＲＦタグ内蔵杭１を地中４に打ち込んだときの図で，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２と保護キャップ２３の境目まで地中４に打ち込むことで，地上露出部２０側に配置されているＩＣチップ用アンテナ素子３２と地上用アンテナ素子３１は地上に露出した状態になり，地上用アンテナ素子３１に係る電波の伝搬経路は空中になる。

これに対し，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２と保護キャップ２３の境目までＲＦタグ内蔵杭１を地中４に打ち込むことで，地中埋設部２１側に配置されている導体板３３１は，地中４に埋設した状態になる。地中４にある土は水分を含むため，杭本体２と保護キャップ２３の境目まで地中４に打ち込むと，地中用アンテナ素子３３として用いる導体板３３１は，ＲＦタグ内蔵杭１の杭本体２を介して，地中４にある土と静電結合し，電波の伝搬経路として地中４を利用できる状態になる。

図６は，地中４における電波の伝搬状況を説明する図である。インレイ３０に実装した対極板素子３３０と導体板３３１は静電結合するため，ＲＦタグ３の電波は対極板素子３３０を介して導体板３３１に伝搬される。また，導体板３３１と地中４にある土は静電結合するため，導体板３３１に伝搬された電波は地中４にある土に伝搬され，一部は地上に出ることになる。

図７は，ＲＦタグ内蔵杭１の指向性を示す概略図である。地上に近い地中４の層は，雨水や地下水の影響により導電性を有するため，導体板３３１から地中４に伝搬された電波は四方に広がるため，結果として，ＲＦタグ内蔵杭１の指向性は，図７のようになる。

本実施形態に係るＲＦタグ内蔵杭１の通信距離について説明する。図８は，通信距離を測定した時のＲＦタグ内蔵杭１の状態を説明する図である。ここでは，図８（ａ）〜（ｃ）の３通りの状態において，ＲＦタグ内蔵杭１の通信距離を測定した。

図８（ａ）の状態は，ＲＦタグ内蔵杭１に導体板３３１を設けず，インレイ３０の全てを地上に露出させた状態である。図８（ｂ）の状態は，ＲＦタグ内蔵杭１に導体板３３１を設けず，インレイ３０に実装されている対極板素子３３０のみを地中４に埋設させた状態である。図８（ｃ）の状態は，ＲＦタグ内蔵杭１に導体板３３１を設け，インレイ３０に実装されている対極板素子３３０と導体板３３１を地中４に埋設させた状態である。

図９は，ＲＦタグ内蔵杭１の最大通信距離の測定結果を説明する図である。図９で図示した結果からわかるように，ＲＦタグ内蔵杭１に内蔵するＲＦタグ３に地中用アンテナ素子３３（ここでは，導体板３３１）を設け，地中用アンテナ素子３３を地中４に埋設することで，最大通信距離が延びることを確認できた。

図１０は，変形例に係るＲＦタグ内蔵杭５を説明する図である。ＲＦタグ内蔵杭１では，保護キャップ２３を利用して，地上露出部２０と地中埋設部２１の境目を示す段差を杭本体２の外壁面に設けていたが，変形例に係るＲＦタグ内蔵杭５では，保護キャップ２３ａの長さを図１よりも短くし，地上露出部２０と地中埋設部２１の境目を示す突起物２４を杭本体２の外壁面に設けている。

１ ＲＦタグ内蔵杭１
２ 杭本体
２０ 地上露出部
２１ 地中埋設部
２２ 空洞
２３ 保護キャップ
３ ＲＦタグ
３０ インレイ
３１ 地上用アンテナ素子
３２ ＩＣチップ用アンテナ素子
３３ 地中用アンテナ素子
３３０ 対極板素子
３３１ 導体板

Claims (5)

1. 地上に露出させる部分になる地上露出部と地中に埋設させる部分になる地中埋設部を有し，前記地上露出部から前記地中埋設部に連なる空洞を内部に形成した杭本体と，
   地上用アンテナ素子，ＩＣチップを実装しているＩＣチップ用アンテナ素子，および，前記地中埋設部に形成されている空洞の断面形状に応じた大きさで面状になっている地中用アンテナ素子を列状に接続した構成のＲＦタグを備え，
   前記地上用アンテナ素子と前記ＩＣチップ用アンテナ素子は，前記杭本体の内壁面と接しない状態で前記地上露出部の側に配置され，前記地中用アンテナ素子は，前記杭本体の内壁面と接する状態で前記地中埋設部の側に配置されている，
   ことを特徴とするＲＦタグ内蔵杭。
2. 前記地上用アンテナ素子および前記ＩＣチップ用アンテナ素子に加え，前記ＩＣチップ用アンテナ素子と接続している面状の対極板素子をベースフィルムに実装したインレイと，前記地中用アンテナ素子として用いる導体板により前記ＲＦタグを構成し，前記導体板の一部と前記対極板素子がコンデンサを形成するように，前記インレイと前記導体板を接着している，ことを特徴とする，請求項１に記載したＲＦタグ内蔵杭。
3. 金属箔膜を表面に形成した剛性のあるフィルムを前記導体板として用いた，ことを特徴とする，請求項２に記載したＲＦタグ内蔵杭。
4. 前記地上露出部と前記地中埋設部の境目を示す段差を前記杭本体の外壁面に設けた，ことを特徴とする，請求項１から請求項３にいずれか一項に記載したＲＦタグ内蔵杭。
5. 前記杭本体の頭部を覆う保護キャップを備え，前記保護キャップと前記杭本体の段差を前記地中埋設部の境目を示す段差とした，ことを特徴とする，請求項４に記載したＲＦタグ内蔵杭。
   

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