JP2012088210A - Indicator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はインジケータに係り、特に所定の温度と時間で変色するように設計された熱時間積算型インジケータに関する。 The present invention relates to an indicator, and more particularly to a thermal time integration type indicator designed to change color at a predetermined temperature and time.
食品には、消費期限が記載されているが、これらは特定の製品の予測される保存状態(温度、湿度、日当たりなど)に基づいていなければならない。そのため、推奨される保存状態も明記されている。しかしながら、実際の保存状態は予測制御できないため、時間−温度積算型のインジケータが必要とされる。また、医療用の滅菌では、滅菌に必要な温度と時間が滅菌対象物に加わったかどうかを目視で確認するためのケミカルインジケータ(CI)が用いられている。CIは一般的に、滅菌可能な温度と時間(例えば121℃が20分加わった時点)で変色するように設計された色素が台紙に塗布されたものである。ある温度になると変色する、いわゆるサーモラベルはこういった時間加算はできない。 Foods have expiry dates, but these must be based on the expected storage conditions (temperature, humidity, sunlight, etc.) of a particular product. Therefore, the recommended storage state is also specified. However, since the actual storage state cannot be predicted and controlled, a time-temperature integration type indicator is required. In medical sterilization, a chemical indicator (CI) is used for visually confirming whether the temperature and time required for sterilization have been applied to the object to be sterilized. CI is generally formed by applying a pigment designed to change color at a sterilizable temperature and time (for example, when 121 ° C. is added for 20 minutes). So-called thermolabels that change color at a certain temperature cannot add such time.
インジケータとは、広義の意味では、表示器、指示器、指示計、標識、表示、指針、指標であり、測定対象も幅広いが、ここでは時間計測に使用し、作業者が目視によって簡易的に必要条件を満たしたかどうかが変色などによって確認できる時間インジケータの種類について説明する。 In a broad sense, an indicator is a display, indicator, indicator, indicator, indicator, indicator, indicator, and a wide range of objects to be measured. The type of time indicator that can be confirmed by discoloration or the like whether or not the necessary conditions are satisfied will be described.
時間インジケータは、2種類に大別される。一つは、時間のみでなく対象物に加わった累積熱露出を考慮したものである。これはインジケータの変化速度をある関数で温度とともに増加させることで達成される。このようなインジケータには、温度の変化に継続的に反応するものと、ある温度以下では変色しないというように閾値温度に到達することが必要とされるものとがある。例えば、滅菌業務に使用されているインジケータの場合、滅菌可能な温度以上での累積時間を加味する必要がある。これらは、一般的に「時間−温度インジケータ」や「熱時間積算型インジケータ」(Time-Temperature Indicator:TTI)と呼ばれる。もう一つは、感熱性がなく、経過時間の視覚的表示を与えるものであり、一般的に「タイマー」と呼ばれる。 There are two types of time indicators. One considers not only time but also cumulative heat exposure applied to the object. This is accomplished by increasing the rate of change of the indicator with temperature as a function. Some of these indicators respond continuously to changes in temperature and others need to reach a threshold temperature so that they do not change color below a certain temperature. For example, in the case of an indicator used for sterilization work, it is necessary to take into account the accumulated time above the sterilizable temperature. These are generally called a “time-temperature indicator” or a “time-temperature indicator (TTI)”. The other is non-heat sensitive and provides a visual indication of elapsed time, commonly referred to as a “timer”.
TTIは、腐敗が懸念される品目、例えば、食品、食品添加物、生物材料、薬品、化粧品などの期限モニタリングや、食品や医療現場における殺菌、滅菌など、ある温度以上が一定時間加わったことを作業者が目視で確認する際に大変有用である。一方、タイマーは腐敗が生じない品目、例えば、ある品目の交換、完了または更新する必要のある注意喚起として有用である。ただし、以上は応用例であってこれらに限るものではない。 TTI indicates that a certain temperature or more has been applied for a certain period of time, such as deadline monitoring of items that are subject to corruption, such as food, food additives, biological materials, drugs, and cosmetics, and sterilization and sterilization in food and medical settings. This is very useful when an operator visually confirms. On the other hand, timers are useful for items that do not rot, such as alerts that need to be replaced, completed or updated. However, the above are application examples and are not limited thereto.
TTIやタイマーは、化学反応機構、拡散機構、毛管現象機構を用いて実現されている。時間インジケータは変色などによって目視で確認できるため、利用者が一目で不良を判断できる点は評価できる。しかし、変色度合いによって評価する場合、定量評価でないため、判定結果に個人差が出る可能性がある。したがって、色度計で定量化が行われている場合もあるが、色度計は高価であり、また、対象物が大量であると作業者の大きな負担となる。そこで、変色でなく、例えば毛管現象を利用し、細長い紙に液体が徐々に染み込んだ領域の長さによって、ある領域まで達した時点でアクセプトとするようなインジケータもある(住友スリーエム株式会社)。この方式であれば定量的な評価が可能である。 The TTI and the timer are realized using a chemical reaction mechanism, a diffusion mechanism, and a capillary phenomenon mechanism. Since the time indicator can be visually confirmed by discoloration or the like, it can be evaluated that the user can judge a defect at a glance. However, when the evaluation is performed based on the degree of discoloration, there is a possibility of individual differences in the determination result because it is not a quantitative evaluation. Therefore, although quantification may be performed with a chromaticity meter, the chromaticity meter is expensive, and a large amount of objects is a heavy burden on the operator. Therefore, there is an indicator that accepts when a certain area is reached (Sumitomo 3M Co., Ltd.) based on the length of the area where the liquid is gradually infiltrated into the slender paper, for example, by utilizing capillary action instead of discoloration. With this method, quantitative evaluation is possible.
また、近年、食品や医療の安全確保のため、物品の流通経路を生産段階から最終消費段階あるいは廃棄段階まで追跡が可能な状態であることを指すトレーサビリティが重要視されていることから、インジケータの情報をパーソナルコンピュータ(以下、PC)に取り込みたいといったニーズが高まっている。そのような場合にはインジケータの評価結果を作業者がPCに入力していることが多いのが現状であり、作業の省力化・無人化のため無線タグ(Radio Frequency Identification;RFID)が利用され始めている。 In recent years, in order to ensure food and medical safety, traceability indicating that the distribution channel of goods can be traced from the production stage to the final consumption stage or the disposal stage has been regarded as important. There is an increasing need to capture information into a personal computer (hereinafter referred to as a PC). In such a case, it is the present situation that the operator often inputs the evaluation result of the indicator into the PC, and a radio frequency identification (RFID) is used for labor saving and unmanned work. I'm starting.
RFIDは、バーコード等と同じ、自動認識・データキャリアの一種であり、バーコードでは2次元コードが光学的に読み取りを行うのに対して、RFIDは電波を使用する。RFIDは、バーコードと比較して、ダンボール箱などの遮蔽物があっても非接触で読み取り可能で、同時に複数のRFIDを読み取ることができ、一般に数百ビットのデータ書き込み/読み取りが可能である。 また、RFIDはタグやラベル状に加工されたアンテナ付ICチップを人や物に付与し、そこに記憶された情報をリーダ/ライタと呼ばれる装置で読み取ることで、物体認識や個人認証などを行うものである。RFIDを利用する利点としては、1つは認識対象物に接触することなく非接触で認証が行えるという点であり、もう1つは、そのような非接触認証を複数の対象に対して同時に行える複数同時認証という点である。これらの特長により、現在人の手により行われている多くの業務オペレーションを自動化、あるいは簡素化することができるため、莫大なコストを削減が可能であり、さらに、人為的なミスの防止やシステムのリアルタイム性が向上することにより、情報の質が向上し、企業リソースの正確な把握や、迅速な意思決定を支援するものとしても期待されている。 RFID is a kind of automatic recognition / data carrier similar to a bar code or the like. In a barcode, a two-dimensional code optically reads, whereas an RFID uses radio waves. Compared with barcodes, RFID can be read without contact even with a shield such as a cardboard box, and can read multiple RFIDs at the same time. In general, it can write and read hundreds of bits of data. . In addition, RFID performs object recognition, personal authentication, etc. by attaching IC chips with antennas processed into tags and labels to people and objects, and reading information stored there with a device called a reader / writer Is. One advantage of using RFID is that contactless authentication can be performed without touching a recognition object, and the other is that such contactless authentication can be performed simultaneously on multiple objects. This is a point of multiple simultaneous authentication. With these features, many business operations currently being performed by humans can be automated or simplified, enabling enormous cost savings, and preventing human error and systems. By improving the real-time nature of information, the quality of information is improved, and it is also expected to support accurate understanding of corporate resources and prompt decision making.
ところで、従来から食品などの温度履歴を記録する機器として「温度ロガー」と呼ばれる機器が存在し、食品メーカにおいて製造工程や物流段階の温度管理に用いられて来たが、ケーブルでPCなどに接続しないとデータの吸い上げができない。また、本体が大きく日常的に多頻度でデータ収集を行うには障害となっていた。 By the way, there is a device called “Temperature Logger” as a device that records the temperature history of food, etc., and it has been used by food manufacturers for temperature management in the manufacturing process and distribution stage, but it is connected to a PC with a cable. If you don't, you won't be able to download data. In addition, the main body is large, which is an obstacle to collecting data frequently on a daily basis.
一方、温度センサ付きRFIDは非接触で温度採集の起動/停止/データの吸い上げができるという大きな利便性があり、ワンチップ化(1つのシリコンチップ上にRFID回路/温度センサを搭載)により小型化されると共に部品点数の削減から低コスト化にも期待が持たれている。なお、温度センサとRFIDとの組み合わせによるインジケータは、特許文献1などに開示されている。 On the other hand, RFID with a temperature sensor has the great convenience of being able to start / stop temperature collection / sucking data without contact, and it is downsized by using one chip (equipped with an RFID circuit / temperature sensor on one silicon chip). At the same time, there are expectations for cost reduction due to the reduction in the number of parts. In addition, the indicator by the combination of a temperature sensor and RFID is disclosed by patent document 1.
図6は、特許文献1記載のインジケータの各例の断面図を示す。図6(a)に示すインジケータは、複数のチャネル4を画定する微細構造表面を有する基材1と、基材1の微細構造表面に近接配置された導電性層2と、絶縁体層3とで構成されている。チャネル4は流体が所望の一定速度で進行するように設計されている。導電性層2は、基材1の微細構造表面に近接配置されて、基材1のチャネル4を通って導電性あるいは誘電性の流体が移動する際、それと接触することで、抵抗、電流、電圧の変化として読み取ることができる。この導電性層2には図7に示すパターニングがあることが望ましいとされている。また、誘電性流体を用いる場合は図6(b)に示すように絶縁層5が設けられ、チャネル4の一部に電極を形成することで容量変化としても読み取ることができる。 FIG. 6 is a cross-sectional view of each example of the indicator described in Patent Document 1. The indicator shown in FIG. 6A includes a base material 1 having a microstructure surface that defines a plurality of channels 4, a conductive layer 2 disposed close to the microstructure surface of the base material 1, and an insulator layer 3. It consists of Channel 4 is designed so that the fluid travels at the desired constant speed. The conductive layer 2 is disposed in close proximity to the microstructure surface of the substrate 1, and comes into contact with the conductive or dielectric fluid moving through the channel 4 of the substrate 1, thereby causing resistance, current, It can be read as a change in voltage. The conductive layer 2 preferably has the patterning shown in FIG. When a dielectric fluid is used, an insulating layer 5 is provided as shown in FIG. 6B, and an electrode is formed on a part of the channel 4 so that it can be read as a capacitance change.
しかしながら、図6(a)の断面図に示す従来のインジケータは構造が複雑であり、同図(b)の断面図に示す従来の他の例のインジケータは更に構造が複雑である。 However, the conventional indicator shown in the sectional view of FIG. 6A has a complicated structure, and the other conventional indicator shown in the sectional view of FIG. 6B has a more complicated structure.
また、温度センサ付きRFIDは、タグ自体を目視することによる確認はできず、読み取り機を持っていない作業者が直接確認することはできないため、迅速な処理が行えず、取り違えや誤認識の可能性もある。望ましくは、変色などのバロメータが作業者の目視によっても確認でき、かつ、電気信号として取り出せるRFIDである。 In addition, RFID with temperature sensor cannot be confirmed by visual inspection of the tag itself, and cannot be confirmed directly by an operator who does not have a reader. Therefore, rapid processing cannot be performed, and mistakes and misrecognition are possible. There is also sex. Desirably, the barometer for discoloration or the like is an RFID that can be confirmed by an operator's visual observation and can be taken out as an electrical signal.
ここで、目視用のTTIと、電気信号取り出し用の温度センサ付きRFIDの併用も考えられるが、二重のコストがかかること、両者の表示の対応が取れていないと判断基準が難しくなり誤判断に繋がるため、好ましくない。 Here, the combination of TTI for visual observation and RFID with temperature sensor for electric signal extraction is also conceivable. However, the double cost is required, and if the correspondence between the two is not taken, the judgment standard becomes difficult and erroneous judgment is made. This is not preferable.
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、所定の温度と時間が対象物に加わったかどうかを目視で確認する機能と、温度センサとの機能とを兼ね備えたインジケータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an indicator having a function of visually confirming whether a predetermined temperature and time have been applied to an object and a function of a temperature sensor. To do.
また、本発明の他の目的は、低コストで簡単な構成のインジケータを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an indicator having a simple configuration at low cost.
上記の目的を達成するため、本発明のインジケータは、基材と、基材上に形成された第一の導線性膜及び第二の導電性膜と、第一の導電性膜と前記第二の導電性膜とを連結しており、分解温度で二重結合が切れて退色する材料による色素と、前記色素の分解温度よりも高い分解温度を有する導電性高分子との混合物と、を備え、前記色素の分解温度で前記第一及び第二の導電性膜の間の抵抗値が変化することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an indicator of the present invention includes a base material, a first conductive film and a second conductive film formed on the base material, a first conductive film, and the second conductive film. A mixture of a dye made of a material that discolors due to the breakage of a double bond at a decomposition temperature, and a conductive polymer having a decomposition temperature higher than the decomposition temperature of the dye. The resistance value between the first and second conductive films varies depending on the decomposition temperature of the dye.
本発明によれば、所定の温度と時間が対象物に加わったかどうかを目視で確認する機能と、温度センサとの機能とを兼ね備えたインジケータを、簡単な構成で実現することができる。 According to the present invention, an indicator having a function of visually confirming whether a predetermined temperature and time have been applied to an object and a function of a temperature sensor can be realized with a simple configuration.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)、(b)及び(c)は、本発明になるインジケータの一実施の形態の断面図、加熱前の上面図及び加熱後の上面図を示す。同図(a)〜(c)に示すように、本実施の形態のインジケータ10は、基材11と、基材11上に設けられた第一の導電性膜21と第二の導電性膜22、色素と導電性高分子の混合物13とで構成された熱時間積算型インジケータ(TTI)である。色素と導電性高分子の混合物13は第一の導電性膜21と第二の導電性膜22とを連結するように設けられている。また、これら、基材11、導電性膜21及び22、色素と導電性高分子の混合物13はカバー14で覆われている構成である。 1A, 1B, and 1C are a cross-sectional view of an embodiment of an indicator according to the present invention, a top view before heating, and a top view after heating. As shown in FIGS. 3A to 3C, the indicator 10 of the present embodiment includes a base material 11, a first conductive film 21 and a second conductive film provided on the base material 11. 22 is a thermal time integrating indicator (TTI) composed of a mixture 13 of a dye and a conductive polymer. The mixture 13 of the dye and the conductive polymer is provided so as to connect the first conductive film 21 and the second conductive film 22. In addition, the substrate 11, the conductive films 21 and 22, and the mixture 13 of the dye and the conductive polymer are covered with a cover 14.
基材11としては、一般的に大半の色素の分解温度は150℃を超えるため、使用温度に耐え得るものであって、絶縁性のもの、色素と導電性高分子の混合物を吸収浸透しないもの、物品を支持できるだけの強度があるものであればよく、ガラス基板等を用いても良いが、生産性とコスト面から考えるとポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアリレート(PAR)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリエステル(LCP)などの高耐熱性プラスチックが好ましい。 As the base material 11, the decomposition temperature of most dyes generally exceeds 150 ° C., so that it can withstand the use temperature and is insulative and does not absorb and penetrate the mixture of the dye and the conductive polymer Any glass substrate may be used as long as it has sufficient strength to support the article, but from the viewpoint of productivity and cost, polyphenylene sulfide (PPS), polyarylate (PAR), polysulfone (PSF), High heat-resistant plastics such as polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), polyamideimide (PAI), polyetheretherketone (PEEK), and liquid crystal polyester (LCP) are preferred.
基材11上の第一の導電性膜21と第二の導電性膜22とは、金属薄膜やITO(Indium Tin Oxide)などでもよいが、真空工程を要するため生産性を考慮すると、アルミ箔などの金属箔や、金属箔と積層一体となった樹脂や紙などといった導電性を有するシートであることが望ましい。基材11と第一の導電性膜21と第二の導電性膜22との接着に用いる材料は使用温度に耐え得るものを選択する必要がある。 The first conductive film 21 and the second conductive film 22 on the substrate 11 may be a metal thin film, ITO (Indium Tin Oxide), or the like. However, since a vacuum process is required, considering the productivity, the aluminum foil It is desirable that the sheet is a conductive sheet such as a metal foil such as a resin, paper or the like laminated with a metal foil. It is necessary to select a material that can withstand the operating temperature as a material used for bonding the base material 11, the first conductive film 21, and the second conductive film 22.
混合物13に使用される色素としては、分解温度で二重結合が切れる材料であればよく、例示すれば、シアニン色素やアゾ色素、フタロシアニン色素等を、単独または2種類以上で適宜混合して用いることができる。これらの分解温度は通常150℃程度〜250℃程度である。なお、シアニン色素などは、二重結合を多く含みπ電子が豊富であるが単体では導電性を示さない。 The dye used in the mixture 13 may be any material that can break the double bond at the decomposition temperature. For example, a cyanine dye, an azo dye, or a phthalocyanine dye may be used alone or in appropriate combination of two or more. be able to. These decomposition temperatures are usually about 150 ° C to about 250 ° C. Cyanine dyes and the like have many double bonds and are rich in π electrons, but they do not exhibit conductivity when used alone.
また、混合物13に使用される導電性高分子材料は、組み合わせて使用する色素の分解温度よりも高い分解温度を有するものを選択する必要がある。例えば、ポリピロール(分解温度300℃)、ポリエチレンジオキシチオフェン(分解温度350℃)が好適である。 Moreover, it is necessary to select the conductive polymer material used for the mixture 13 that has a decomposition temperature higher than the decomposition temperature of the pigment used in combination. For example, polypyrrole (decomposition temperature 300 ° C.) and polyethylene dioxythiophene (decomposition temperature 350 ° C.) are suitable.
カバー14は、基材11、導電性膜21及び22、色素と導電性高分子の混合物13の一部または全てをカバーする。カバー14は、可撓性、半剛性または剛性であってよく、インジケータの動作を妨げないようなものを選択するのが好ましい。また、カバー14は絶縁であって、高耐熱樹脂、紙など様々な材料から作製することができ、一体構造または、いくつかのピースを結合することにより形成された構造であってもよい。また、色素の退色度合いが見える透明な窓を備えた不透明材料で作製してもよい。カバー14は、例えば、テープバッキングがカバーとなるような感圧接着テープの基材11へのラミネーションをはじめとする様々なやり方で接合される。 The cover 14 covers part or all of the base material 11, the conductive films 21 and 22, and the mixture 13 of the dye and the conductive polymer. The cover 14 may be flexible, semi-rigid or rigid and is preferably selected such that it does not interfere with the operation of the indicator. Further, the cover 14 is insulating and can be made of various materials such as high heat-resistant resin and paper, and may be a single structure or a structure formed by joining several pieces. Moreover, you may produce with the opaque material provided with the transparent window which can see the discoloration degree of a pigment | dye. The cover 14 is joined in various ways including, for example, lamination of the pressure sensitive adhesive tape to the substrate 11 such that the tape backing is the cover.
本実施の形態のインジケータ10によれば、第一の導電性膜21と第二の導電性膜22とを連結している色素と導電性高分子との混合物13が、混合物を構成する色素の色素材料が分解温度で二重結合が切れて退色するため、例えば滅菌可能な温度と時間が滅菌対象物に加わったかどうかを変色により目視で確認できる熱時間積算型インジケータとして使用できる。 According to the indicator 10 of the present embodiment, the mixture 13 of the dye and the conductive polymer connecting the first conductive film 21 and the second conductive film 22 is the dye constituting the mixture. Since the dye material discolors because the double bond is broken at the decomposition temperature, for example, it can be used as a heat time integration type indicator that can visually confirm whether or not a sterilizable temperature and time have been applied to an object to be sterilized by discoloration.
また、本実施の形態のインジケータ10によれば、後述するように、色素の分解温度になると二重結合が切れ、抵抗値が上昇する現象を温度センサとしても利用することができる。 Further, according to the indicator 10 of the present embodiment, as described later, the phenomenon that the double bond is broken and the resistance value rises when the decomposition temperature of the dye is reached can also be used as a temperature sensor.
次に、本発明の実施例1について説明する。本発明のインジケータの動作原理確認のために試作した本発明のインジケータの実施例1の構成の詳細と、その実験結果を以下に示す。 Next, Example 1 of the present invention will be described. Details of the configuration of Example 1 of the indicator of the present invention that was experimentally manufactured for confirming the operating principle of the indicator of the present invention and the experimental results are shown below.
シアニン系色素(分解温度170℃)粉末とPEDOT/PSS(ポリ(2,3-ジヒドロチエノ-1,4-ダイオキシン)-ポリ(スチレンスルホナート))(以下、PEDOT/PSS)は直接混ざりにくいため、図2(a)に示すように、まずシアニン系色素0.03gをDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)2mlに分散させ(シアニン+DMF)、PEDOT/PSSと1:1で混合して混合液18を作成した。 Cyanine dye (decomposition temperature 170 ° C) powder and PEDOT / PSS (poly (2,3-dihydrothieno-1,4-dioxin) -poly (styrenesulfonate)) (hereinafter PEDOT / PSS) are difficult to mix directly. As shown in FIG. 2A, first, 0.03 g of a cyanine dye was dispersed in 2 ml of DMF (N, N-dimethylformamide) (cyanine + DMF) and mixed 1: 1 with PEDOT / PSS to obtain a mixed solution 18 It was created.
次に、図2(c)に示すような厚さ50μmのITO膜が100μmピッチでパターニングされたガラス基板15をホットプレート上で140℃程度まで熱しておき、そのパターン上に図2(b)に示すように混合液18を0.1ml滴下し、スピンコーターにて500rpmで10秒回転させた後、2000rpmで30秒回転させ混合膜181を成膜した。その後ホットプレート上で約5分間加熱乾燥を行った。図2(b)に示すようにITO電極16はテスタ17(例えば、日置電機株式会社製のディジタルハイテスタ 3801-50)に繋げられており抵抗を観察できるようにした。この試料の室温での抵抗値は97.1[kΩ]であった。 Next, a glass substrate 15 on which an ITO film having a thickness of 50 μm as shown in FIG. 2C is patterned at a pitch of 100 μm is heated to about 140 ° C. on a hot plate, and the pattern shown in FIG. Then, 0.1 ml of the mixed liquid 18 was dropped, and after rotating for 10 seconds at 500 rpm with a spin coater, the mixed film 181 was formed by rotating for 30 seconds at 2000 rpm. Thereafter, it was heated and dried on a hot plate for about 5 minutes. As shown in FIG. 2B, the ITO electrode 16 is connected to a tester 17 (for example, a digital high tester 3801-50 manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.) so that the resistance can be observed. The resistance value of this sample at room temperature was 97.1 [kΩ].
オーブン内では、このインジケータの試作品の動作の一部始終を観察することが難しいため、PID温度制御可能なホットプレートを用いて実験を行った。基板15をホットプレートに載せ、温度制御140℃から200℃まで5分間で徐々に上昇させたときの抵抗値測定結果を図3に示す。 In the oven, it was difficult to observe the entire operation of the prototype of this indicator, so an experiment was conducted using a hot plate capable of controlling the PID temperature. FIG. 3 shows the resistance measurement results when the substrate 15 is placed on a hot plate and the temperature is gradually increased from 140 ° C. to 200 ° C. in 5 minutes.
図3に示すように、およそ2分後に基板温度が170℃に達し、それまで温度上昇とともに減少していた抵抗値が、その瞬間より急激に増加し始めた。同様の実験を分解温度が210℃のシアニン色素でも試みたところ、やはり同様の傾向があり、抵抗が上昇し始める温度は色素の分解温度と等しいことが確認できた。また、濃い青色に着色していた混合膜181が、熱分解後はほぼ真黒となっており、色素が退色しPEDOT/PSSの色のみが残ったことが見て取れた。基板15を室温まで冷ましたときの抵抗値はおよそ200[kΩ]であった。 As shown in FIG. 3, the substrate temperature reached 170 ° C. after about 2 minutes, and the resistance value that had decreased with the temperature rise until then began to increase rapidly from that moment. When a similar experiment was conducted with a cyanine dye having a decomposition temperature of 210 ° C., the same tendency was observed, and it was confirmed that the temperature at which the resistance began to rise was equal to the decomposition temperature of the dye. In addition, it can be seen that the mixed film 181 colored in a dark blue color is almost black after pyrolysis, and the dye is faded and only the PEDOT / PSS color remains. The resistance value when the substrate 15 was cooled to room temperature was about 200 [kΩ].
同様に、温度制御を140℃から170℃まで5分間で上昇させ、その後170℃のまま5分間一定とした。加熱前室温での抵抗値は84.6[kΩ]であったが、加熱後は108[kΩ]となり混合膜181の色はやや青みが残っていた。また、170℃で10分間一定とした場合、抵抗値は加熱前の80.6[kΩ]が加熱後は144[kΩ]であった。このときの混合膜181の色は170℃で5分間一定とした場合に比べやや黒くなった。 Similarly, the temperature control was increased from 140 ° C. to 170 ° C. over 5 minutes, and then kept constant at 170 ° C. for 5 minutes. Although the resistance value at room temperature before heating was 84.6 [kΩ], it became 108 [kΩ] after heating, and the color of the mixed film 181 remained slightly bluish. When the temperature was constant at 170 ° C. for 10 minutes, the resistance value was 80.6 [kΩ] before heating and 144 [kΩ] after heating. At this time, the color of the mixed film 181 was slightly black as compared with a case where the color was constant at 170 ° C. for 5 minutes.
さらに、170℃で3分間一定にした後、一度150℃にし、再度170℃で5分間一定にした場合、抵抗値は加熱前の86.8[kΩ]であった抵抗が、加熱後120[kΩ]となり、混合膜181の色は170℃で5分間一定とした場合と170℃で10分間一定とした場合の中間色となった。 Furthermore, when the temperature is kept constant at 170 ° C. for 3 minutes and then once changed to 150 ° C. and again kept constant at 170 ° C. for 5 minutes, the resistance value is 86.8 [kΩ] before heating, but the resistance is 120 [ kΩ], and the color of the mixed film 181 was an intermediate color when the temperature was constant at 170 ° C. for 5 minutes and when it was constant at 170 ° C. for 10 minutes.
従って、室温での最終の抵抗値を測定することで分解温度に等しい一定温度がどれくらいの時間印加されたかを知ることができ、目視によっても変色から判断できる。 Therefore, by measuring the final resistance value at room temperature, it is possible to know how long a constant temperature equal to the decomposition temperature has been applied, and it can also be determined from discoloration by visual observation.
なお、DMF溶媒の色素をITO電極16上に滴下しても導電性は全くなく、PEDOT/PSSのみで同様の実験を行うと温度上昇とともに抵抗値が減少するが上昇はしない、また、加熱前後での抵抗値の変化量は多くて+(全角)5[kΩ]であり、混合液を用いた場合と比べ明らかに小さいことを事前に確認した。従って、この現象を用いれば、2つのITO電極16間の抵抗の増減を読むことで温度センサとして機能することが明らかとなった。また、ITO電極16を基板15上に図4(b)に示すようにパターニングした場合は、同図(a)の間隔が広い場合に比べ横方向の抵抗は低くなり、高感度に測定できる利点がある。 In addition, even when a DMF solvent pigment is dropped on the ITO electrode 16, there is no electrical conductivity. When the same experiment is performed using only PEDOT / PSS, the resistance value decreases with increasing temperature, but does not increase. It was confirmed in advance that the amount of change in the resistance value at the time was at most + (full-width) 5 [kΩ], which was clearly smaller than when the mixed solution was used. Therefore, using this phenomenon, it became clear that it functions as a temperature sensor by reading the increase / decrease in resistance between the two ITO electrodes 16. Further, when the ITO electrode 16 is patterned on the substrate 15 as shown in FIG. 4B, the lateral resistance is lower than when the interval in FIG. There is.
実施例1では、DMF溶媒の色素と、PEDOT /PSSとを1:1で混合したが、色素の割合を増やすことで分解温度での抵抗値変化量は大きくなる。ただし、混合液自体の抵抗は上昇するため適宜調節が必要である。 In Example 1, the DMF solvent dye and PEDOT / PSS were mixed at a ratio of 1: 1. However, increasing the ratio of the dye increases the amount of change in resistance at the decomposition temperature. However, since the resistance of the mixed liquid itself increases, it needs to be adjusted appropriately.
実施例1によれば複雑な電極パターニングは必要なく、また、単純構成であり極めて低コストで製造することができる。 According to the first embodiment, complicated electrode patterning is not necessary, and the structure is simple and can be manufactured at a very low cost.
このように、実施例1のインジケータは、色素と導電性高分子との混合物13を加熱していくと、徐々に抵抗は減少していき、色素材料の分解温度になると、二重結合が切れ抵抗値が上昇するという現象を利用して温度センサとして利用することができる。 Thus, in the indicator of Example 1, the resistance gradually decreases as the mixture 13 of the dye and the conductive polymer is heated, and the double bond is broken at the decomposition temperature of the dye material. It can be used as a temperature sensor by utilizing the phenomenon that the resistance value increases.
本発明のインジケータの抵抗値の変化は、導電性膜の導通の有無が電気信号として取り出し可能であるため、RFIDと組み合わせることで物品管理をスムーズに行うことができる。本発明のインジケータと組み合わせるRFIDは低コストで実現可能なパッシブタグであることが望ましい。パッシブタグはタグ側に電源を持たず、リーダ/ライタから照射された電波を利用して電力とする。 The change in the resistance value of the indicator of the present invention can be taken out as an electric signal indicating whether or not the conductive film is conductive. Therefore, it can be managed smoothly by combining with the RFID. The RFID combined with the indicator of the present invention is preferably a passive tag that can be realized at low cost. A passive tag does not have a power source on the tag side, and uses a radio wave emitted from a reader / writer as power.
実施例2のインジケータは、図1に示す本実施の形態の熱時間積算型のインジケータ(TTI)10とRFIDタグとを組み合わせた構成であり、図5(a)はその構成図、図5(b)は、RFIDタグの一例のブロック図を示す。なおこのRFIDタグの構成は、特開2007-111137号公報記載の「バッテリーレス型RFIDタグを用いた温度管理機能付き棚札システム」を参考にしている。 The indicator of Example 2 has a configuration in which the thermal time integration type indicator (TTI) 10 of the present embodiment shown in FIG. 1 and an RFID tag are combined, and FIG. b) shows a block diagram of an example RFID tag. The configuration of this RFID tag refers to “a shelf label system with a temperature management function using a battery-less RFID tag” described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-111137.
図5(a)において、本実施の形態のTTI10は、RFIDチップ31に接続されている。RFDIチップ31は、リーダ/ライタとの交信のためのアンテナ32を含むRFIDタグ33で構成されている。ここでRFIDチップ31は図5(b)のブロック図で示される。 In FIG. 5A, the TTI 10 of this embodiment is connected to the RFID chip 31. The RFDI chip 31 includes an RFID tag 33 including an antenna 32 for communication with a reader / writer. Here, the RFID chip 31 is shown in the block diagram of FIG.
図5(b)において、アンテナ32はリーダ/ ライタと電磁波による無線通信を行うため、同調回路34に接続され、キャリア周波数に同調させて共振回路を構成する。同調回路34の後段には、リーダ/ライタのアンテナから送信された電磁波がRFIDタグのアンテナ32を通過した時に発生する誘導起電力の電圧波形を検波し、その誘導起電力を半波又は全波整流して直流電圧を取り出すための整流回路35に接続される。 In FIG. 5B, an antenna 32 is connected to a tuning circuit 34 to perform radio communication with a reader / writer using electromagnetic waves, and is tuned to a carrier frequency to constitute a resonance circuit. At the subsequent stage of the tuning circuit 34, the voltage waveform of the induced electromotive force generated when the electromagnetic wave transmitted from the reader / writer antenna passes through the antenna 32 of the RFID tag is detected, and the induced electromotive force is detected as a half wave or a full wave. It is connected to a rectifier circuit 35 for rectifying and extracting a DC voltage.
次に、整流回路35の後段には、検波したキャリアを分周してシステム用のクロックを生成するためのクロック生成回路36と、信号受信時においてキャリアから信号を取り出す復調動作や、信号送信時においてスイッチング素子(図示せず)により変調動作のための変復調回路37が接続される。また、変復調回路37の後段には、変復調回路37の制御や、不揮発性メモリであるFRAM(Ferroelectric RAM:米国Ramtron社の登録商標)39に対するRFIDチップ31の固有ID情報及び本実施の形態のTTI10にて検出した容量、抵抗、電圧、電流のいずれかの信号のデータの書込み又は読出し制御を行うためのロジック回路38を接続する。また、本実施の形態のTTI10から出力される容量、抵抗、電圧、電流のいずれかの信号をA/D変換して適正なデジタル値に変換するA/Dコンバータと、TTI10と接続するためのインターフェース回路40が、ロジック回路38とFRAM39に接続されている。なお、FRAM39は強誘電体型の不揮発性メモリであり、回路電源がオフになってもRFIDチップ31の固有ID情報等のデータは消失することはない。使用する周波数は、通信距離や用途によって様々であり、それに見合った周波数帯を使用すればよい。 Next, after the rectifier circuit 35, a clock generation circuit 36 for generating a system clock by dividing the detected carrier, a demodulation operation for extracting a signal from the carrier at the time of signal reception, and a signal transmission time A modulation / demodulation circuit 37 for modulation operation is connected by a switching element (not shown). Further, following the modulation / demodulation circuit 37, the control of the modulation / demodulation circuit 37, the unique ID information of the RFID chip 31 for the FRAM (Ferroelectric RAM: registered trademark of Ramtron, USA) 39, and the TTI 10 of the present embodiment A logic circuit 38 is connected to perform data writing or reading control of any one of the capacitance, resistance, voltage, and current signals detected in (1). In addition, an A / D converter that converts any one of the capacitance, resistance, voltage, and current signals output from the TTI 10 of the present embodiment into an appropriate digital value, and the TTI 10 are connected. An interface circuit 40 is connected to the logic circuit 38 and the FRAM 39. The FRAM 39 is a ferroelectric nonvolatile memory, and data such as the unique ID information of the RFID chip 31 is not lost even when the circuit power is turned off. The frequency to be used varies depending on the communication distance and application, and a frequency band corresponding to the communication distance may be used.
従来のTTIは視覚的な化学的インジケータであり、変色によるインジケータは精度が低かった。また、その代替は電子機器であり表示のための電子ディスプレイを必要とし、高価で、大きく、電源を必要とした。 Conventional TTI is a visual chemical indicator, and the indicator due to discoloration has low accuracy. The alternative is an electronic device that requires an electronic display for display, is expensive, large and requires a power source.
これに対し、本実施の形態のTTI10は電子機器に比べ極めて低コストで作製可能である。さらに、本実施の形態のTTIをRFIDタグと組み合わせることにより、対象物に所定の温度が所定の時間加わったかを変色により直接目視にて確認できるだけでなく、その変色の情報がそのままRFIDタグの出力として取り出せるため、遠隔でも確認することができ、また、本実施の形態のTTIの抵抗変化をメモリに記録すれば温度履歴を読み取ることが可能となる。 On the other hand, the TTI 10 of this embodiment can be manufactured at an extremely low cost as compared with an electronic device. Furthermore, by combining the TTI of the present embodiment with an RFID tag, it is possible not only to visually confirm whether a predetermined temperature has been applied to a target object for a predetermined time by color change, but the information on the color change is directly output from the RFID tag. Therefore, the temperature history can be read by recording the resistance change of the TTI of the present embodiment in the memory.
本発明のインジケータは医療機器の高圧蒸気滅菌において、滅菌が可能な温度と時間が滅菌対象物に加わったかどうかを目視で確認するために、滅菌可能な温度と時間で変色するように設計された熱時間積算型インジケータとして使用でき、更に目視で確認できるだけでなく、所定の温度が一定時間加わったときに検出信号を出力する温度センサとしても使用できる。 The indicator of the present invention is designed to change color at the sterilizable temperature and time in order to visually check whether the sterilizable temperature and time have been applied to the object to be sterilized in the high pressure steam sterilization of the medical device. It can be used as a heat time integration type indicator and can be used not only for visual confirmation but also as a temperature sensor that outputs a detection signal when a predetermined temperature is applied for a certain period of time.
10 熱時間積算型インジケータ(TTI)
11 基材
13 色素と導電性高分子の混合物
15 ガラス基板
16 ITO電極
17 テスタ
21 第一の導電性膜
22 第二の導電性膜
31 RFIDチップ
32 RFIDタグ
34 同調回路
35 整流回路
36 クロック生成回路
37 変復調回路
38 ロジック回路
39 FRAM(Ferroelectric RAM)
40 インターフェース回路
10 Thermal time integration type indicator (TTI)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Base material 13 Mixture of pigment | dye and conductive polymer 15 Glass substrate 16 ITO electrode 17 Tester 21 First conductive film 22 Second conductive film 31 RFID chip 32 RFID tag 34 Tuning circuit 35 Rectifier circuit 36 Clock generation circuit 37 Modulation / demodulation circuit 38 Logic circuit 39 FRAM (Ferroelectric RAM)
40 Interface circuit
Claims (1)
前記基材上に形成された第一の導線性膜及び第二の導電性膜と、
前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜とを連結しており、分解温度で二重結合が切れて退色する材料による色素と、前記色素の分解温度よりも高い分解温度を有する導電性高分子との混合物と、
を備え、前記色素の分解温度で前記第一及び第二の導電性膜の間の抵抗値が変化することを特徴とするインジケータ。 A substrate;
A first conductive film and a second conductive film formed on the substrate;
The first conductive film and the second conductive film are connected to each other, and have a dye that is discolored due to a double bond being broken at the decomposition temperature, and a decomposition temperature that is higher than the decomposition temperature of the dye. A mixture with a conductive polymer;
The resistance value between the first and second conductive films changes at the decomposition temperature of the dye.
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