JP2021090125A

JP2021090125A - 無線センサ

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Publication number: JP2021090125A
Application number: JP2019218924A
Authority: JP
Inventors: 樹田辺; Ju Tanabe
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: CN114730985A; WO2021111836A1; JP7442306B2

Abstract

【課題】圧力を受けることができる無線センサを提供する。【解決手段】らせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナ１と、アンテナ１と電気的に接続され、測定対象を測定する測定部２と、を備える無線センサ１０。【選択図】図１

Description

本発明は無線センサに関する。

従来、センサは、有線により給電され、有線によりデータの送受信をしていた。しかし、近年、無線によりデータの送受信をする無線センサが広まっている（例えば、特許文献１、２参照。）。無線センサには、配線作業が不要であること、物理的に配線が難しい場所に配置が可能であること、また配線と物体との接触等により生じ得る配線不良が生じない等の利点がある。

国際公開第２０１６／１２３０６２号国際公開第２０１８／１７９３２７号

本発明者は、圧力に対して柔軟な無線センサが有用であることを見出した。そこで、本発明は、圧力を受けることができる無線センサを提供することを目的の一つとする。

本発明の態様によれば、らせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナと、アンテナと電気的に接続され、測定対象を測定する測定部と、を備える無線センサが提供される。

上記の無線センサにおいて、アンテナの径が、アンテナを収縮させた際に、隣接する径の大きい部分の内部に、径の小さい部分が収容されるように構成されていてもよい。

上記の無線センサにおいて、アンテナと測定部を接続する電線と、電線を内包する容器キャップと、をさらに備えていてもよい。

上記の無線センサにおいて、アンテナの最大直径が、容器キャップが挿入される容器を搬送する搬送路の幅以下になるよう構成されていてもよい。

上記の無線センサにおいて、アンテナが、電磁波を介して電力を受けるよう構成されていてもよい。

上記の無線センサにおいて、アンテナが、測定部が測定した測定対象の情報の電波を発っしてもよい。

上記の無線センサにおいて、測定対象が温度であってもよい。

また、本発明の態様によれば、らせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナと、アンテナと電気的に接続され、測定対象を測定する測定部と、アンテナと測定部を接続する電線と、電線を内包する容器キャップと、を備える無線センサを用意することと、アンテナが容器の外側になるよう、無線センサの測定部を容器内に入れ、容器を容器キャップで半打栓することと、容器内の測定対象を測定部で測定することと、アンテナの上からアンテナ及び容器キャップを押下し、アンテナを収縮させながら容器キャップを容器に押し込み、容器を打栓することと、を含む、容器内の測定対象の測定方法が提供される。

上記の容器内の測定対象の測定方法において、アンテナの径が、アンテナを収縮させた際に、隣接する径の大きい部分の内部に、径の小さい部分が収容されるように構成されていてもよい。

上記の容器内の測定対象の測定方法において、アンテナの最大直径が、容器キャップが挿入される容器を搬送する搬送路の幅以下になるよう構成されていてもよい。

上記の容器内の測定対象の測定方法において、アンテナが電磁波を介して電力を受けることをさらに含んでいてもよい。

上記の容器内の測定対象の測定方法において、アンテナが、測定部が測定した測定対象の情報の電波を発することをさらに含んでいてもよい。

上記の容器内の測定対象の測定方法において、測定対象が温度であってもよい。

また、本発明の態様によれば、らせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナと、アンテナと電気的に接続され、測定対象を測定する測定部と、アンテナと測定部を接続する電線と、電線を内包する容器キャップと、を備える無線センサを用意することと、液体を入れた容器を用意することと、アンテナが容器の外側になるよう、無線センサの測定部を容器内に入れ、容器を容器キャップで半打栓することと、容器内の液体を処理しながら、容器内の測定対象を測定部で測定することと、アンテナの上からアンテナ及び容器キャップを押下し、アンテナを収縮させながら容器キャップを容器に押し込み、容器を打栓することと、を含む、液体の処理方法が提供される。

上記の液体の処理方法において、アンテナの径が、アンテナを収縮させた際に、隣接する径の大きい部分の内部に、径の小さい部分が収容されるように構成されていてもよい。

上記の液体の処理方法において、アンテナの最大直径が、容器キャップが挿入される容器を搬送する搬送路の幅以下になるよう構成されていてもよい。

上記の液体の処理方法において、アンテナが電磁波を介して電力を受けることをさらに含んでいてもよい。

上記の液体の処理方法において、アンテナが、測定部が測定した測定対象の情報の電波を発することをさらに含んでいてもよい。

上記の液体の処理方法において、測定対象が温度であってもよい。

上記の液体の処理方法において、処理が凍結乾燥であってもよい。

また、本発明の態様によれば、らせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナと、アンテナと電気的に接続され、測定対象を測定する測定部と、アンテナと測定部を接続する電線と、電線を内包する容器キャップと、を備える無線センサを用意することと、液体を入れた容器を用意することと、アンテナが容器の外側になるよう、無線センサの測定部を容器内に入れ、容器を容器キャップで半打栓することと、容器内の液体を凍結乾燥しながら、容器内の温度を測定部で測定することと、凍結乾燥終了後、アンテナの上からアンテナ及び容器キャップを押下し、アンテナを収縮させながら容器キャップを容器に押し込み、容器を打栓することと、を含む、フリーズドライ製品の製造方法が提供される。

上記のフリーズドライ製品の製造方法において、アンテナの径が、アンテナを収縮させた際に、隣接する径の大きい部分の内部に、径の小さい部分が収容されるように構成されていてもよい。

上記のフリーズドライ製品の製造方法において、アンテナの最大直径が、容器キャップが挿入される容器を搬送する搬送路の幅以下になるよう構成されていてもよい。

上記のフリーズドライ製品の製造方法において、アンテナが電磁波を介して電力を受けることをさらに含んでいてもよい。

上記のフリーズドライ製品の製造方法において、アンテナが、測定部が測定した測定対象の情報の電波を発することをさらに含んでいてもよい。

本発明によれば、圧力を受けることができる無線センサを提供可能である。

第１実施形態に係る無線センサの模式的側面図である。第１実施形態に係る無線センサの模式的側面図である。第１実施形態に係る無線センサの模式的側面図である。第１実施形態に係る無線センサの模式的側面図である。第１実施形態に係る無線センサを挿入された容器の模式的側面図である。第１実施形態に係る無線センサを挿入された容器の模式的側面図である。参考例に係る無線センサを挿入された容器の模式的側面図である。第２実施形態に係る無線センサを挿入された容器の模式的上面図である。第２実施形態に係る無線センサを挿入された容器の模式的側面図である。第２実施形態に係る無線センサを挿入された容器の模式的側面図である。第２実施形態に係る無線センサを挿入された容器の模式的上面図である。第２実施形態に係る無線センサを挿入された容器の模式的上面図である。第２実施形態に係る無線センサを挿入された容器の模式的上面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る無線センサ１０は、図１（ａ）に示すように、らせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナ１と、アンテナ１と電気的に接続され、測定対象を測定する測定部２と、を備える。

アンテナ１の材料は特に限定されないが、例えば金属である。図１（ｂ）に示すように、らせん状のアンテナ１は、軸方向から圧力を受けると、アンテナ１はらせんのピッチを狭めながら収縮する。図１（ｃ）に示すように、軸方向からの圧力から解放されると、アンテナ１はピッチを広げながら伸長し、元の自由長さに戻ってもよい。

図２（ａ）に示すように、らせん状のアンテナ１は、円錐状であってもよい。円錐状のアンテナ１は、頂点側で測定部２と接続されてもよいし、頂点側とは反対側で測定部２と接続されてもよい。円錐状のアンテナ１の径は、アンテナ１を収縮させた際に、隣接する径の大きい部分の内部に、径の小さい部分が収容されるように構成される。これにより、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すようにアンテナ１を収縮させた場合、アンテナ１の密着長さがアンテナ１の１本の電線の直径とほぼ同じになる。

測定部２の測定対象は任意であるが、例えば、無線センサ１０の周囲の温度、湿度、乾き度、圧力、流速及び流量である。あるいは、測定対象は物質であってもよい。

図３に示すように、アンテナ１と測定部２は、電線３で接続される。例えば、アンテナ１は、マイクロ波等の電磁波を介して電力を受け、電力を測定部２に供給する。例えば、測定部２は、測定した測定対象の情報を含む電流信号をアンテナ１に出力し、アンテナ１は、測定対象の情報の電波を発する。アンテナ１は、必ずしも測定部２に電力を供給しなくともよい。例えば、測定部２がバッテリー駆動する場合、アンテナ１は測定部２に電力を供給しなくともよい。あるいは、例えば測定部２が水晶等の発振子を備え、照射されるマイクロ波等の電磁波によって発振子が温度に依存する周波数で発振することによって周囲の温度を測定し、アンテナ１が測定した温度の情報の電波を発してもよい。

図４及び図５に示すように、無線センサ１０は、容器２０に栓をするための容器キャップ４であって、電線３を内包する容器キャップ４を備えていてもよい。電線３は、容器キャップ４を貫通する。容器キャップ４に対して、アンテナ１は上方に配置される。容器キャップ４に対して、測定部２は下方に配置される。容器キャップは、例えば、高分子等の弾性材料から成る。無線センサ１０は、例えば、容器２０の開口に無線センサ１０の容器キャップ４が挿入されると、容器２０の内部に測定部２が配置され、容器２０の外部にアンテナ１が配置されるよう構成される。容器キャップ４には、容器キャップ４で容器２０を半打栓したときに、容器２０内外で気体等の流体が連通可能な凹部４１が設けられていてもよい。なお、半打栓とは、容器内外を流体が連通可能な程度に、容器の開口に容器キャップを軽く挿入することをいう。容器２０が容器キャップ４で半打栓された状態で、測定部２が容器２０内の測定対象を測定してもよい。

容器２０を容器キャップ４で打栓する場合、図６（ａ）に示すように、容器２０の開口に挿入された容器キャップ４上のアンテナ１の上方から、押圧部材６で、アンテナ１に圧力を加える。図６（ｂ）に示すように、押圧部材６から圧力を受けたアンテナ１は収縮し、容器キャップ４に圧力を伝達する。アンテナ１から圧力を受けた容器キャップ４は、容器２０の開口の内部方向に押し込まれる。図６（ｃ）に示すように、アンテナ１の長さが密着長さになるまで、アンテナ１と容器キャップ４は押圧部材６で押し込まれ、容器キャップ４は、容器２０の開口の内部方向に進行し、容器２０が打栓され、密閉される。

図７（ａ）に示すように、仮にアンテナ１０１がらせん状でない場合、らせん状でないアンテナ１０１が圧力を受けると、図７（ｂ）に示すようにアンテナ１０１が折れ曲がったり、図７（ｃ）に示すように、折れたアンテナ１０１が切断され破損したりし得る。これに対し、図１から図６に示した第１実施形態に係る無線センサ１０のらせん状のアンテナ１は、折れ曲がったり、切断されたり、破損したりしにくい。そのため、第１実施形態に係る無線センサ１０は、圧力を受けた後も、例えば、再利用することが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る液体の処理方法は、図１から図６に示したらせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナ１と、アンテナ１と電気的に接続され、測定対象を測定する測定部２と、アンテナ１と測定部２を接続する電線３と、電線３を内包する容器キャップ４と、を備える無線センサ１０を用意することと、液体を入れた容器２０を用意することと、アンテナ１が容器２０の外側になるよう、無線センサ１０の測定部２を容器２０内に入れ、容器２０を容器キャップ４で半打栓することと、容器２０が半打栓されている状態で、容器２０内の液体を処理しながら、容器２０内の測定対象を測定部２で測定することと、容器２０内の液体の処理が終了した後、アンテナ１の上からアンテナ１及び容器キャップ４を押下し、アンテナ１を収縮させながら容器キャップ４を容器２０に押し込み、容器２０を打栓することと、を含む。

以下、容器２０がバイアルであり、容器２０に入れられる液体が薬品であり、液体が受ける処理が凍結乾燥であり、測定部２が測定する測定対象が温度である例を説明するが、容器２０、液体、処理、及び測定対象は、それぞれ、こられに限定されない。

図８に示すように、それぞれ液体を入れられ、無線センサ１０の容器キャップ４で半打栓された複数の容器２０は、炉、槽及び保管庫等によって提供される閉空間１００のプレート１１０上に配置される。扉等により、閉空間１００は解放可能である。複数の容器２０のそれぞれは、例えば、円柱形状を含む。より多くの容器２０がプレート１１０上に配置されるよう、複数の容器２０は、千鳥配置（Ｓｔａｇｇｅｒｅｄａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）されていてもよい。

閉空間１００内のプレート１１０上に複数の容器２０が配置された後、閉空間１００が閉鎖され、閉空間１００内の環境が、容器２０内の液体を凍結乾燥するのに適した環境になる。容器２０は、容器キャップ４で半打栓されており、容器２０の内外は連通可能であるため、閉空間１００内の凍結乾燥に適した気体が容器２０内に進入し、容器２０内の液体が凍結乾燥される。容器２０内の液体が凍結乾燥されている間、無線センサ１０の測定部２が容器２０内の温度を測定し、アンテナ１が測定部２による測定結果を送信する。また、任意で、アンテナ１は電磁波を介して電力を受け、測定部２に電力を供給してもよい。例えば無線センサ１０で測定された温度に異常がある場合、凍結乾燥を中止してもよい。

容器２０内部の薬品が凍結乾燥されると、図９（ａ）に示すように、凍結乾燥炉等の閉空間１００内においてプレート１１０の上部に配置されている上部プレート１１１が下降し、無線センサ１０のアンテナ１を収縮させながら容器２０に半打栓されている容器キャップ４を押下し、図９（ｃ）に示すように、容器２０を打栓する。あるいは、プレート１１０が上部プレート１１１に向かって上昇し、アンテナ１の上部を上部プレート１１１に接触させて、容器２０を打栓してもよい。その後、図１０に示すように、上部プレート１１１は、容器２０を閉空間１００外に搬出可能なように上昇する。あるいは、プレート１１０が、容器２０を閉空間１００外に搬出可能なように下降してもよい。

図１１に示すように、閉空間１００の前には、ベルトコンベヤー等の搬送路４０が配置される。プレート１１０と搬送路４０の間には、ブリッジ５０が配置されてもよい。打栓が終了した後、複数の容器２０を閉空間１００から出す際には、閉空間１００を提供している炉等の扉が開かれ、搬出器具３０が、プレート１１０上の複数の容器２０を、ブリッジ５０を介して、搬送路４０に向けて押し出す。搬出器具３０は、例えば、閉空間１００内における複数の容器２０の一番奥の列に接触可能な形状を有する。換言すれば、搬出器具３０は、プレート１１０上の複数の容器２０のうち、搬送路４０の反対側の容器２０の列に接触可能な形状を有する。搬出器具３０の形状は、例えばバーである。搬出器具３０の進行方向は、例えば、プレート１１０及びブリッジ５０の上面と平行、かつ搬送路４０の搬送方向に対して垂直である。プレート１１０及びブリッジ５０近傍には、搬出器具３０で押された容器２０が、搬出器具３０の進行方向に対して横方向に広がらないようにするガイド７０が設けられていてもよい。

その後、図１２に示すように、搬送路４０が駆動し、容器２０を搬送する。搬送路４０の進行方向には、図１３に示すように、転倒している容器２０Ｚの進行方向を、転倒していない容器２０Ａの進行方向と異なる方向に誘導する分離ガイド９１が配置されていてもよい。分離ガイド９１は、搬送路４０上において、転倒している容器２０Ｚが搬送されてくる位置に配置される。転倒している容器２０Ｚは、分離ガイド９１に接触して、例えば搬送路４０から回収容器９２内に落下する。分離ガイド９１は、転倒していない容器２０Ａを両側から支え、列を保ったまま転倒していない容器２０Ａの進行方向を変えてもよい。

無線センサ１０のアンテナ１の最大直径は、容器キャップ４が挿入される容器２０を搬送する搬送路４０の幅以下になるよう構成されていてもよい。例えば、搬送路４０の幅が一本以下又は一列以下の容器２０が通れる幅である場合、無線センサ１０のアンテナ１の最大直径が搬送路４０の幅以下であれば、アンテナ１が搬送路４０による容器２０の搬送の妨げにならない。

図７に示したように、仮にアンテナ１０１がらせん状でない場合、らせん状でないアンテナ１０１を介して容器キャップ４で容器２０を打栓すると、アンテナ１０１が折れ曲がったり、破損したりする場合がある。しかし、折れ曲がったアンテナ１０１は、隣接する容器２０を傷つけたり、隣接する容器２０を倒したりする場合があり得る。また、折れ曲がったアンテナ１０１が容器２０の搬送路からはみ出すと、折れ曲がったアンテナ１０１が容器２０の搬送を妨げる場合があり得る。また、破損したアンテナ１０１が落下すると、落下したアンテナに容器２０が引っ掛かり、容器２０の転倒を誘引する場合があり得る。また、破損したアンテナ１０１の破片等が容器２０の内部に進入し、コンタミネーションの原因になり得る。これに対し、第２実施形態に係る無線センサ１０のらせん状のアンテナ１は、折れ曲がったり、切断されたり、破損したりしにくいため、らせん状ではないアンテナ１０１で生じ得るこれらの問題が生じにくい。

（他の実施形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、容器２０に入れられる液体は医薬品に限定されず、食品、飲料、及び化学薬品等でもよい。炉は、凍結乾燥炉に限定されず、発酵炉でもよく、あるいは内部の温度分布ムラの抑制が望まれる、あらゆる炉を含む。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。

１・・・アンテナ、２・・・測定部、３・・・電線、４・・・容器キャップ、６・・・押圧部材、１０・・・無線センサ、２０・・・容器、３０・・・搬出器具、４０・・・搬送路、４１・・・凹部、５０・・・ブリッジ、７０・・・ガイド、９１・・・分離ガイド、９２・・・回収容器、１００・・・閉空間、１０１・・・アンテナ、１１０・・・プレート、１１１・・・上部プレート

Claims

らせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナと、
前記アンテナと電気的に接続され、測定対象を測定する測定部と、
を備える無線センサ。
前記アンテナの径が、前記アンテナを収縮させた際に、隣接する径の大きい部分の内部に、径の小さい部分が収容されるように構成されている、請求項１に記載の無線センサ。
前記アンテナと前記測定部を接続する電線と、
前記電線を内包する容器キャップと、
をさらに備える、請求項１又は２に記載の無線センサ。
前記アンテナの最大直径が、前記容器キャップが挿入される容器を搬送する搬送路の幅以下になるよう構成されている、請求項３に記載の無線センサ。
前記アンテナが、電磁波を介して電力を受けるよう構成されている、請求項１に記載の無線センサ。
前記アンテナが、前記測定部が測定した前記測定対象の情報の電波を発する、請求項１に記載の無線センサ。
前記測定対象が温度である、請求項１に記載の無線センサ。
らせん状で可撓性を有し伸縮可能なアンテナと、前記アンテナと電気的に接続され、測定対象を測定する測定部と、前記アンテナと前記測定部を接続する電線と、前記電線を内包する容器キャップと、を備える無線センサを用意することと、
液体を入れた容器を用意することと、
前記アンテナが前記容器の外側になるよう、前記無線センサの前記測定部を前記容器内に入れ、前記容器を前記容器キャップで半打栓することと、
前記容器内の液体を処理しながら、前記容器内の測定対象を前記測定部で測定することと、
前記アンテナの上から前記アンテナ及び前記容器キャップを押下し、前記アンテナを収縮させながら前記容器キャップを前記容器に押し込み、前記容器を打栓することと、
を含む、
液体の処理方法。
前記アンテナの径が、前記アンテナを収縮させた際に、隣接する径の大きい部分の内部に、径の小さい部分が収容されるように構成されている、請求項８に記載の液体の処理方法。
前記処理が凍結乾燥である、請求項８又は９に記載の液体の処理方法。