JP5046092B2 - 温度センサ、生体の健康管理システム - Google Patents

Description

本発明は、温度センサ、およびそれを用いた生体の健康管理システムに関する。

従来より、最もよく使われる温度センサ素子として、半導体ピエゾ抵抗素子、サーミスタ素子がある。これらは温度によって電気抵抗が変化するものであるが、抵抗値を読み取るためには、素子に電流を流し、そのときの電圧降下あるいは電流値といったアナログ値を検出しなければならない。そのためには、素子に常時一定の電流を流しつづけ、安定した状態で動作させる必要があり、その結果、大きな電力を消費する。また、アナログ値をデジタル信号に変換するにはＡ／Ｄコンバータ回路が必要となり、その動作にも電力を必要とする。
他に温度センサ素子として、熱電対などの熱電変換素子がある。これらは電力を消費することなく温度に対応した起電力（電圧）を発生するため、素子自体の消費電力はゼロであるが、発生電圧はアナログ値であるため、やはりＡ／Ｄコンバータ回路が必要となり、電力を必要とする。
このような温度センサを、無線式とする場合、温度の計測対象に取り付けた状態での電源の確保が問題となる。また、Ａ／Ｄコンバータによっても電力が消費されるため、消費電力を抑え、無線式の温度センサを使用できる期間を少しでも長期化するための様々な工夫がこれまでにもなされている。（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−９８３９８号公報

しかし、温度センサを、動物等の生体に装着するような用途の場合、外部から電力を供給したり、バッテリに充電を行うのは困難であるうえ、電源を含めた温度センサ全体を小型化・軽量化する必要があるために、大型のバッテリ等を備えることもできない。したがって、このような用途においては、消費電力をさらに抑える必要性がある。
また、一般には温度センサで検出した温度データを、一定時間ごとに間欠的に送信しているが、温度変化に対する応答性を高めるには、より細かい時間間隔でデータを検出して送信せざるを得ず、その結果、消費電力が大きくならざるを得ない。また、間欠的に温度の検出・送信を行う場合、温度変化の有無に関わらず、検出した温度のデータは送信するため、いわば、無駄なデータ送信を行っているとも言え、消費電力を抑える余地がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、小型・軽量化を図ることを可能としつつも、省電力化を図ることのできる温度センサ等を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決すべく鋭意検討を行った本発明者らは、バイメタル構造を利用した温度スイッチに注目した。バイメタル構造を利用した温度スイッチは、素子自体の消費電力はゼロであり、また出力もＯＮ／ＯＦＦの電気的スイッチとなるため、直接デジタル信号として読み出すことが可能であり、読み出しに必要な電力は最小限とすることができる。しかし、バイメタル温度スイッチは、単体では、ある特定の温度で動作するスイッチであるため、広範囲の温度領域内における連続的な温度変化の検出には使用できない。

そこでなされた本発明の温度センサは、線膨張率の互いに異なる２種類の材料を積層してなるバイメタル式のカンチレバーと、カンチレバーの先端部に間隙を隔てて対向する電気接点部材と、カンチレバーまたは電気接点部材に電圧を印加する電圧印加部と、温度変化に応じて変形したカンチレバーが電気接点部材に対して接触または離間したときの電圧変動を検出する検出回路と、を複数組備える。そして、複数組のカンチレバーの長さまたはカンチレバーの先端部と電気接点部材との間隙が、互いに異なるよう形成されていることを特徴としている。このように、複数組間において、複数組のカンチレバーの長さまたはカンチレバーの先端部と電気接点部材との間隙を、互いに異ならせておくと、温度変化に応じてバイメタル式のカンチレバーが変形したとき、カンチレバーの先端部と電気接点部材とが接触するタイミングが異なる。カンチレバーが長いほど、カンチレバーの先端部と電気接点部材の間隙が狭いほど、少ない温度変化で接触する。このようにして、各組間における、カンチレバーの長さの差、またはカンチレバーの先端部と電気接点部材との間隙の差に応じて決まる温度ピッチに相当する温度変化が生じたときに、複数組のカンチレバーと電気接点部材との接触状態が変化し、検出回路では、その接触（または離間）を電圧変動により検出することができる。これにより、複数組のカンチレバーを用いることで広い温度範囲における温度検出を、デジタル的に行うことができる。
そこで、このような温度センサに、複数の検出回路から発する信号に基づいて、温度をデジタル的に測定する測定制御回路をさらに備えることもできる。

ところで、カンチレバーは、少なくとも電気接点部材に対向する側の層を導電性材料で形成するのが好ましい。
カンチレバーの電気接点部材に対向する側の層を非導電性材料で形成する場合、カンチレバーの電気接点部材に対向する側の面に、導電性材料からなり、温度変形に応じてカンチレバーが変形したときに電気接点部材に対して導通する配線等の導通部材を設けるのが好ましい。

また、電圧印加部は電源から給電されるコンデンサとすることができる。このような構成においては、常時電圧を印加する必要がなく、カンチレバーが電気接点部材に接触したときにコンデンサが放電し、これによって電圧変化を検出回路で検出することができる。そして、コンデンサが放電したときには、給電制御回路において、コンデンサへの電源からの給電が行われるようにすれば良い。

ところで、上記したような温度センサは、いかなる目的で用いても良いが、動物等の生体集団の健康管理等の目的で使用することが可能である。
我が国におけるＢＳＥ発生や鳥インフルエンザ流行などを契機に、最近「食の安全」に対する関心が急速に高まっている。しかし、これらの問題は、「人間にとっての安全」という観点からの個々の感染症などに対する対症療法的な対策だけでは根本的には解決できず、改めて、食とは何か、人間と自然（動植物）との関わりはどうあるべきか、というような大局的な観点から問題を捉えなおす必要性に迫られている。

動物の生態を調べる従来の方法としては、ＧＰＳ端末による渡り鳥の位置探査や、牛の歩行頻度から発情期を検出する試みが知られている。また、従来の動物健康管理センシングには、オフラインのバイオ的検査手法が主に開発されてきた。しかしこれらの方法では、検査を迅速に行うことができず、且つ高コストであり、一般に普及させることができるものではなかった。

そこで、本発明者らは、加速度・傾斜・温度・血流・血圧・脈拍等の物理量測定を行うセンサを管理対象となる動物等の生体に装着し、センサから送信された測定結果のデータに基づいて生体の行動状態を判定することで、生体の健康状態を判定する技術を開発した。
このような技術においては、ＭＥＭＳ技術により、物理センサや通信装置等を超小型のチップに収めることができる。このようなチップを多数の管理生体に装着してデータを逐次的に収集し、コンピュータを用いてデータを解析することで、多数の管理生体を一括して管理することができるのである。

さらに研究を重ねた過程で、本発明者らは、生体の健康状態を判定するのに生体の体温の変化を監視するのが好ましいことを見出した。
本発明の温度センサは、上記のような用途に用いるのに好適である。
そのような用途の生体の健康管理システムは、生体の健康管理を行うシステムであって、管理を行う生体に装着されて少なくとも温度を含む物理量を測定するとともに、測定の結果をデータとして無線送信するセンサと、センサから送信されたデータに基づき、生体の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う制御装置と、を備える。そして、センサは、線膨張率の互いに異なる２種類の材料を積層してなるバイメタル式のカンチレバーと、カンチレバーの先端部に間隙を隔てて対向する電気接点部材と、カンチレバーまたは電気接点部材に電圧を印加する電圧印加部と、温度変化に応じて変形したカンチレバーが電気接点部材に対して接触または離間したときの電圧変動を検出する検出回路と、を複数組備え、複数組のカンチレバーの長さまたはカンチレバーの先端部と電気接点部材との間隙が、互いに異なるよう形成されていることを特徴とする。
ここで、センサは、無線供給された電力を蓄電する遠隔蓄電部を備えるようにするのが好ましい。

本発明の温度センサによれば、複数組備えられたカンチレバーの電気接点部材への接触を検出回路からの信号で検出することで、温度変化をデジタル的に測定することが可能となる。このとき、各組間における、カンチレバーの長さの差、またはカンチレバーの先端部と電気接点部材との間隙の差を適切に設定することで、広い温度範囲の温度測定を行うことができ、しかも必要以上の最小単位・精度で温度を検出することもなく、消費電力を最小限に抑えた構成とすることができる。また、温度変化量が一定以上とならない限り、カンチレバーは電気接点部材には接触せず、ＯＮ信号も出力されないため、信号を出力するための電力も抑えることができる。また、このようにして測定を行う結果、温度変化が少なければ、無線で送出するデータ量も抑えることができ、これも省電力化につながる。
また、カンチレバーが電気接点部材に接触・離間することで生じる電圧変動が、そのまま検出回路からの出力信号となるので、ダイレクトにデジタル信号を出力することができ、ＡＤコンバータも不要となる。
このような温度センサは、ＭＥＭＳ技術によって小型に形成することができ、また消費電力を抑えることでバッテリ等を廃し、軽量化を図ることが可能となる。
また、このような温度センサを備えた生体の健康管理システムにおいては、センサの軽量化を図るとともに、消費電力を抑えることでロングライフ化を図ることができるため、その管理対象となる生体の種類を限定する意図はないが、特に行動のコントロールが困難な動物等を対象として健康管理を行う用途に特に適している。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。本実施の形態においては、本発明を、鳥インフルエンザの発生監視に用いる例を挙げる。
図１は、本発明による鳥インフルエンザ監視システム（生体の健康管理システム）１００を概念的に描いた図である。
図１に示すように、鳥インフルエンザ監視システム１００は、管理区域１１０内で管理される鳥（生体）に装着されるセンサ１２０、管理区域１１０内をカバーするように１つ又は複数個設置される中継局１３０、管理区域１１０内に設置される全ての中継局１３０を集中制御する中継局コントローラ１４０、送受信装置１５０、制御装置（判定装置）１６０などから構成される。

管理区域１１０は、本実施の形態においては、鳥舎等、鳥を飼育するために設けられたものである。鳥インフルエンザの監視以外に本発明を適用する場合、この管理区域１１０は、牧場などのような屋外区域である場合もあれば、牛舎などの屋内区域である場合もあり、或いは動物園内の各動物舎としたり、自然公園全体などとすることもできる。さらには、人間を対象とした場合においても、本発明の構成を適用することができる。
管理区域１１０内においては、センサ１２０と中継局１３０との間は無線により通信が行われる。このため、管理区域１１０は、中継局１３０がセンサ１２０からの信号を直接又は間接に取得し得る領域である。従って、管理区域１１０を広くする場合には、センサ１２０の無線通信の出力を上げるか、中継局１３０の数を増やせばよい。１つの中継局１３０によって、半径数１０ｍの領域をカバーできることが好ましい。このようなセンサ１２０と中継局１３０との間における通信方式として、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘの無線ＬＡＮ、ＰＨＳ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＵＷＢ等の規格があるが、消費電力と通信距離のバランスを考えると、現在ではＺｉｇＢｅｅ（登録商標）が好適な方式といえる。むろん、他の方式を用いても構わない。

センサ１２０は、鳥の姿勢や行動、バイタルサインなどを検出するセンサ群と、検出処理回路、通信回路、電源およびパワーマネージメントデバイスを高密度集積化した、鳥の健康状態をモニタするためのシステムインパッケージである。
このセンサ１２０における測定データは無線により送信される。送信された測定データは中継局１３０によって受信され、さらに、中継局コントローラ１４０に転送される。

中継局１３０と中継局コントローラ１４０とは、無線又は有線のイーサネット（登録商標）で接続されることができる。中継局コントローラ１４０は、管理区域１１０に設置される中継局１３０のみならず、他の管理区域１１２や１１４の中継局も制御し、これらの中継局で受信されたセンサ１２０のデータを集めて送受信装置１５０へと転送する。さらに、中継局コントローラ１４０には、中継局１３０からのデータを集めることの他に、管理区域１１０に設置される全ての中継局１３０へＩＰアドレス等の識別標識を付与したり、制御装置１６０から個々のセンサ１２０に与えられる命令の伝達を媒介したりする機能を付加することができる。別の実施態様において、複数の中継局１３０によってメッシュネットワークを形成する場合には、中継局コントローラ１４０は、中継局１３０間のハンドオーバの制御も行うように構成されることができる。
送受信装置１５０は、イーサネット（登録商標）・インターネット・電話回線・無線電話ネットワーク・などを通じて、センサ１２０の測定データを制御装置１６０へと送信する。

制御装置１６０は、ハードウエア的にはコンピュータ装置であり、必要な機能を備えたソフトウエアを汎用のコンピュータにインストールすることで、製造することができる。このため制御装置１６０の多くの機能は、一般的なコンピュータが備えている、ＣＰＵやメモリ、ネットワークアダプタ、モデム等のハードウエアと、ソフトウエアとの協働によって実現されている。
この制御装置１６０は、センサ１２０から送信された測定データを判定することで、鳥インフルエンザの発生の有無を監視している。そして、センサ１２０から送信された測定データが、鳥インフルエンザの発生を示すものであると判定された場合には、その判定結果、すなわち鳥インフルエンザが発生したことを表す情報を、アラームの出力、印刷物のプリントアウト、予めインプットされた送付先への電子メールの送信等によって出力することもできる。制御装置１６０は管理区域１１０の近辺に設置されていてもよいが、全く離れた遠隔地に設置されていても良い。

次に、図２を用いてセンサ１２０の構成について説明する。
図２はセンサ１２０の構成を示す図である。
図２に示すように、センサ１２０は、例えば、薄帯状のフィルム基板上に、所定の物理量を測定する物理量センサ２１０と、センサ１２０として所定の動作を行うように各部をコントロールするための回路が構成されたセンサ制御部（給電制御回路、測定制御回路）２２０と、センサ１２０の動作に必要な電力を蓄えるコンデンサ部２３０と、中継局１３０との間で電波の送受信を行うための通信制御を行うための通信制御部２４０と、アンテナ２５０を、薄帯状（フィルム状）の基板上に実装した超小型ネットワークセンサチップである。
このようなセンサ１２０は、最先端の超高密度実装技術およびＭＥＭＳ加工技術を駆使すると共に、センサ機能を絞り込むことにより、超小型なものとする。一つの例では、３ｃｍ角アンテナＦＰＣ上の真ん中１ｃｍ角領域に３次元積層チップ（５ｍｍ以下）を搭載したシステムインパッケージにより超小型センサチップを製造する。

物理量センサ２１０は、少なくとも温度を測定するような物理量センシングチップである。本実施の形態においては、物理量センサ２１０として、加速度センサ２１０Ａと、温度センサ２１０Ｔとが備えられている。

本実施の形態のセンサ１２０においては、加速度センサ２１０Ａや温度センサ２１０Ｔで検出した加速度情報や温度情報を含むセンサ情報を、逐次中継局１３０に送信するのではなく、送信頻度、送信データ量を抑えることで消費電力を低減できるような構成とすることができる。

センサ制御部２２０は、具体的にはＩＣとメモリとから構成されるもので、物理量センサ２１０から信号を受け取ったときに、所定の処理を行うイベントドリブン回路を備えている。ここで、所定の処理としては、物理量センサ２１０から受け取った信号の内容をメモリに蓄積する、というものがある。
さらに、本実施の形態において、センサ１２０は、中継局１３０から送信される電波をアンテナ２５０で受信することで誘導起電力により電力を発生し、この電力をコンデンサ部２３０に蓄えるようになっている。このため、センサ制御部２２０は、アンテナ２５０で受信した電波を直流電流に変換するＲＦ−ＤＣ変換回路と、ＲＦ−ＤＣ変換回路で変換した直流電流によって電力をコンデンサ部２３０に蓄える充電回路と、を備えている。このように、センサ１２０が電源を搭載して自らの電力で通信を行うアクティブセンサであるため、ＲＦ−ＩＤのようにリーダによるスキャンを必要とせず、その行動を制御することが決して容易ではない鳥の管理に適している。

通信制御を担う通信制御部２４０は、物理量センサ２１０による測定データを送信するための超小型の無線通信機としての機能を発揮するものであり、通信制御回路を有した制御チップと、送受信する電波のインピーダンスを整合するインピーダンス整合回路とを有する。ここで、制御チップは、独自の識別子を持つように構成され、物理量センサ２１０によるセンサ情報を送信する際には、当該識別子を共に送信するように構成される。

図３は、物理量センサ２１０において、温度を検出するための温度センサ２１０Ｔの構成を示す図である。
この図３に示すように、温度センサ２１０Ｔは、複数のバイメタルカンチレバーセンサ２１１を備えている。
バイメタルカンチレバーセンサ２１１は、高線膨張率材料２１２ａと低線膨張率材料２１２ｂとが接合あるいは積層された状態のバイメタル材からなるレバー（カンチレバー）２１２が、その基端部２１２ｃのみがベース２１３に固定されて片持ち梁状に支持された構成となっている。このレバー２１２と対向するように、導電材料からなる電気接点部材２１４が、予め定めたギャップを有して配置されている。

レバー２１２を構成する高線膨張率材料２１２ａとしては、例えば、Ａｌ（α＝２３．１Ｅ−６／℃）、Ａｕ（α＝１４．２Ｅ−６／℃）、Ｎｉ（α＝１３．４Ｅ−６／℃）などが利用できる。低線膨張率材料２１２ｂとしては、例えば、Ｗ（α＝４．５Ｅ−６／℃）、Ｍｏ（α＝５．５Ｅ−６／℃）、インバー合金（α＝０．１Ｅ−６／℃）、シリコン（α＝２．５Ｅ−６／℃）、シリコン酸化物（α＝０．５Ｅ−６／℃）、シリコン窒化物（α＝３Ｅ−６／℃）等を用いることができる。
このようなバイメタル材からなるレバー２１２は、高線膨張率材料２１２ａと低線膨張率材料２１２ｂの線膨張率の違いから、温度の変化に応じて基端部２１２ｃを中心として撓み変形し、その先端部２１２ｄが電気接点部材２１４に対し接近・離間する方向に移動し、所定の温度に達すると、先端部２１２ｄが電気接点部材２１４に接触するようになっている。
ここで、室温より高い温度の測定では通常、低線膨張率材料２１２ｂが、電気接点部材２１４に対向するように設けられ、電気接点部材２１４に対する電気接点を構成する。このため、低線膨張率材料２１２ｂは、導電性を有する材料で形成する必要がある。低線膨張率材料２１２ｂとして金属以外の材料を使う場合は、レバー２１２の低線膨張率材料２１２ｂ側の表面に、導電性材料からなる配線等の導通部材を付加する必要がある。

複数備えられたバイメタルカンチレバーセンサ２１１においては、レバー２１２の長さが互いに異なるように形成されている。各バイメタルカンチレバーセンサ２１１間において、レバー２１２を構成する高線膨張率材料２１２ａ、低線膨張率材料２１２ｂの材質が共通であれば、レバー２１２は、基端部２１２ｃからの距離が同じ位置であれば、温度変化に応じて同一の曲率半径で撓み変形する。このとき、各バイメタルカンチレバーセンサ２１１間において、レバー２１２の長さが互いに異なるので、長いレバー２１２ほど、その先端部２１２ｄの変位が大きい。したがって、レバー２１２の長いバイメタルカンチレバーセンサ２１１ほど、先端部２１２ｄが電気接点部材２１４に早いタイミングで接触する。つまり、各バイメタルカンチレバーセンサ２１１においては、レバー２１２の長さに応じて、先端部２１２ｄが電気接点部材２１４に接触するタイミング、すなわち温度が決まっている。
ここで、後に詳述するが、各バイメタルカンチレバーセンサ２１１間におけるレバー２１２の長さの差は、温度をデジタル的に測定する際の測定ピッチ、言い換えれば測定最小単位によって定まる。これに伴い、各バイメタルカンチレバーセンサ２１１間におけるレバー２１２の長さは、一定寸法ピッチで設けるのが好ましい。ここで、レバー２１２の長さは一定にし、レバー２１２と電気接点部材２１４の間隙を、複数のバイメタルカンチレバーセンサ２１１間で異ならせるようにすることも可能である。

各バイメタルカンチレバーセンサ２１１は、電気接点部材２１４に電圧が印加され、レバー２１２側は接地されている。
各バイメタルカンチレバーセンサ２１１には、信号処理回路２１５が接続されている。この信号処理回路２１５においては、電気接点部材２１４に、コンデンサ（電圧印加部）２１５ａで蓄電している電圧を印加する。バイメタルカンチレバーセンサ２１１において、温度変化によってレバー２１２が変形して電気接点部材２１４に接触して導通が図られると、電圧が変化するので、これをＦ／Ｆ（Ｆｌｉｐ Ｆｌｏｐ）回路からなる検出回路２１５ｂで検出する。検出回路２１５ｂで検出される電圧が変動すると、検出回路２１５ｂからの出力信号は、ＯＦＦからＯＮ、あるいはＯＮからＯＦＦに切り替わる。
また、センサ制御部２２０においては、検出回路２１５ｂからの出力信号がＯＦＦからＯＮに切り替わったことを検出したとき、一定の待ち時間を経過した後、レバー２１２と電気接点部材２１４の導通によって放電したコンデンサ２１５ａに対し、電源からの給電を一定時間だけ行うための給電制御信号を電源に出力する。
このような信号処理回路２１５は、センサ制御部２２０を構成するＩＣ中に形成することができる。

このような構成の温度センサ２１０Ｔにおいては、バイメタルカンチレバーセンサ２１１を複数組備え、レバー２１２の長さが複数段階に異なる長さとされている。これにより、温度が例えば上昇し、それぞれのバイメタルカンチレバーセンサ２１１のレバー２１２の長さによって決まる所定の温度に到達すると、レバー２１２が電気接点部材２１４に接触して信号処理回路２１５において検出回路２１５ｂからの出力信号がＯＮとなる。これにより、センサ制御部２２０においては、例えば温度が連続的に上昇していくと、各組の信号処理回路２１５からは、レバー２１２の長い順にＯＮの出力信号が順次出力されてくる。逆に、温度が低下していけば、電気接点部材２１４に接触していたレバー２１２が電気接点部材２１４から離れて、検出回路２１５ｂからの出力信号はＯＦＦとなる。このため、センサ制御部２２０においては、例えば温度が連続的に下降していくと、各組の信号処理回路２１５からは、レバー２１２の短い順に、ＯＦＦの出力信号が順次出力されてくる。
ここで、センサ制御部２２０においては、検出回路２１５ｂからの信号がＯＦＦからＯＮ、あるいはＯＮからＯＦＦに切り替わると、ＯＦＦからＯＮ、あるいはＯＮからＯＦＦに切り替わったこと、およびその時刻情報をメモリに記憶させ、所定のタイミングで、記憶したそれらの情報を、中継局１３０を介して制御装置１６０に送信するようになっている。

このような構成により、互いに長さの異なる複数のバイメタル式のレバー２１２の電気接点部材２１４への接触を、検出回路２１５ｂからの信号で検出することで、温度変化をデジタル的に測定することが可能となる。このとき、複数本のレバー２１２間におけるレバー２１２の長さの差を適切に設定することで、必要以上の最小単位・精度で温度を検出することもなく、消費電力を最小限に抑えた構成とすることができる。また、温度変化量が一定以上とならない限り、レバー２１２は電気接点部材２１４には接触せず、ＯＮ信号も出力されない。これにより、当然、信号を出力するための電力も抑えることができる。また、このようにして測定を行う結果、得られるデータは、温度変化が生じたときの温度と時刻情報である。つまり、温度変化が少なければ、無線で送出するデータ量も抑えることができ、これも省電力化につながる。
また、待機中においても、コンデンサ２１５ａに蓄電しておき、レバー２１２が電気接点部材２１４に接触して放電した場合にコンデンサ２１５ａへの給電を行うようになっているので、この点においても消費電力を抑えることができる。さらに、レバー２１２が電気接点部材２１４に接触・離間することで生じる電圧変動が、そのまま検出回路２１５ｂからの出力信号となるので、ダイレクトにデジタル信号を出力することができ、ＡＤコンバータも不要である。

このような温度センサ２１０Ｔは、ＭＥＭＳ技術によって形成することができる。
これには、図４に示すように、シリコン基板２６０上に、犠牲層となるシリコン酸化膜２６１を堆積し、その上に高線膨張率材料２２２ａとして厚さ０．５μｍのＮｉ（ヤング率２００ＧＰａ、線膨張率１３．４Ｅ−６／℃）膜２６２をスパッタあるいは蒸着によって作製する。さらにその上に低線膨張率材料２２２ｂとしてスパッタあるいは蒸着によって厚さ０．５μｍのＷ（ヤング率３４５ＧＰａ、線膨張率４．５Ｅ−６／℃）膜２６３を形成し、バイメタル構造のレバー２２２を形成する。これらの膜はフォトリソグラフィー法とエッチングを使用して、μｍレベルの精度で加工を行うことができる。長さ１９５μｍから２１５μｍのレバー２２２を、長さを１μｍづつ変えて２１個作製する。フォトリソグラフィーとエッチングを使うことで、これらの長さの異なる複数のレバー２２２は同時に製作できる。
次にＨＦ水溶液によりエッチングすることで、バイメタル構造のレバー２２２の下方の部分のシリコン酸化膜２６１を除去し、レバー２２２が自由に動作できるようにする。ＷとＮｉはＨＦに溶解しないため、レバー２２２を選択的に残すことができる。
このレバー２２２の上面に深さ５μｍの凹部２６４ａを有したガラス板２６４を接合し、その内部には電気接点部材２２４を接合する。ガラス板２６４と電気接点部材２２４は、５μｍの厚さの絶縁性のスペーサと電極を形成した基板の２層からなる構造を接合したものであっても良い。
このバイメタル式のレバー２２２は、低線膨張率材料２２２ｂからなるＷ膜２６３が電気接点部材２２４に対向しているため、温度が上昇すると電気接点部材２２４に向かって屈曲していく。ここで、２層の材料Ａ（厚さｔａ、ヤング率Ｅａ、線膨張率αａ）および材料Ｂ（厚さｔｂ、ヤング率Ｅｂ、線膨張率αｂ）を重ね合わせて作製したバイメタルの一端を固定して長さＬのカンチレバー構造とした場合、もう一端の温度変化ΔＴによる変位ｙは、次式で表される。この式から、レバー２２２の先端部２２２ｄにおいて５μｍの変位を作り出す温度差が計算できる。

数１を用い、上記した構成の温度センサ２１０Ｔにおいて、レバー２１２を長さ１９５〜２１５μｍとしたときの計算結果を図５に示す。
室温（２０℃）で曲がりのないレバー２１２が製造される場合、図５で示した温度差が発生すると、レバー２１２と電気接点部材２１４が接触してスイッチがＯＮになる。例えば、長さ２１５μｍのレバー２１２は室温に対して温度差１６．５１℃（実温度３６．５１℃）でスイッチがＯＮとなる。長さの違う２１本のレバー２１で、実温度３６．５１℃〜４０．０７℃の温度範囲を、約０．２℃おきにカバーできる。この温度センサ２１０Ｔを用いることで、体温を０．２℃の精度（測定ピッチ）で測定することが可能となる。
このセンサ１２０を他の生体に使用する場合は、その生体の種類に応じた測定温度範囲で同様な設計を行えばよい。

このようにして、ＭＥＭＳ技術で温度センサ２１０Ｔを形成することで、温度センサ２１０Ｔを小型・軽量化することができる。しかも、長さが異なるレバー２１２等についても、一括で形成できるので、低コストで量産が可能である。このような温度センサ２１０Ｔを備えたセンサ１２０は、小型・軽量化を図ることを可能としつつも、省電力化を図ることが可能となる。

以上、本願発明の好適な実施態様について例を挙げて説明してきたが、本願発明は、その範囲を逸脱することなく、ここで説明した実施態様の他にも様々な実施態様を取りうることは言うまでもない。
例えば、センサ１２０は、養鳥用・牧畜用・野生動物用等、その用途に応じて大きさ・センサの種類・通信機の出力等を専用設計されてもよい。
また、センサ１２０を、鳥インフルエンザの発生監視以外の用途に用いることも可能である。また、その動作の制御が困難な動物ではなく、他の用途に用いるのであれば、電波による電力供給を行うのではなく、センサ１２０にバッテリを備えるような構成とすることもできる。もちろん、このバッテリには、適宜タイミングで充電が行えるようにすることも可能である。
また、本願発明は、養鳥業に応用できるのみならず、その他の牧畜業や、野生動物の健康状態モニタリングにも応用が可能であり、野生動物を経由した感染症の伝搬を防止する大規模なネットワークの構築などのためにも利用が可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における鳥インフルエンザ監視システムの概念図である。 センサの構成を示す図である。 温度センサの具体的構成を示す図である。 温度センサをＭＥＭＳ技術により製造する場合の構成の例である。 カンチレバーの長さと作動温度差との関係を示す図である。

符号の説明

１００…鳥インフルエンザ監視システム（生体の健康管理システム）、１２０…センサ、１３０…中継局、１５０…送受信装置、１６０…制御装置（判定装置）、２１０…物理量センサ、２１０Ａ…加速度センサ、２１０Ｔ…温度センサ、２１１…バイメタルカンチレバーセンサ、２１２…レバー（カンチレバー）、２１２ａ…高線膨張率材料、２１２ｂ…低線膨張率材料、２１２ｃ…基端部、２１２ｄ…先端部、２１４…電気接点部材、２１５…信号処理回路、２１５ａ…コンデンサ（電圧印加部）、２１５ｂ…検出回路、２２０…センサ制御部（給電制御回路、測定制御回路）、２４０…通信制御部、２５０…アンテナ

Claims (2)

1. 生体に装着し生体の体温を測定する温度センサであって、
   シリコン基板と、
   前記シリコン基板上に犠牲層となるシリコン酸化膜を堆積し、その上にＮｉ、又は、Ａｕの高線膨張率材料膜を作成し、その上にＷ、Ｍｏ、インバー合金、シリコン酸化物、又は、シリコン窒化物の低線膨張率材料膜を作成し、フォトリソグラフィーとエッチングにより同時に作成された長さの異なる複数のバイメタル式のカンチレバーと、
   前記カンチレバーの上面に対向する凹部及び該凹部内部に電気接点部材を有し、前記犠牲層上に接合されたガラス板、又は、絶縁性のスペーサとカンチレバーの上面に対向して電気接点部材を有し、前記犠牲層上に接合された基板と、
   前記カンチレバーまたは前記電気接点部材に電圧を印加する電圧印加部と、
   温度変化に応じて変形した前記カンチレバーが前記電気接点部材に対して接触したときの電圧変動を検出する検出回路と、を複数組備え、
   前記長さの異なる複数のバイメタル式カンチレバーの長さの差は、体温をデジタル的に測定する際の測定ピッチ、すなわち、測定最小単位となる温度ピッチによって定められ、また、カンチレバーの本数は生体の種類に応じた測定温度範囲を前記温度ピッチでカバーできる本数によって定められ、
   前記電圧印加部は電源から給電されるコンデンサであり、
   前記カンチレバーが前記電気接点部材に接触して前記コンデンサが放電したときに、前記コンデンサへの前記電源からの給電が行われる給電制御回路をさらに備え、
   前記検出回路は、前記カンチレバーが前記電気接点部材に対して接触したときの電圧変動を検出することで、各組間での前記カンチレバーの長さによって決まる温度ピッチに相当する温度変化が生じたときのみ、ダイレクトにデジタル信号を出力することを特徴とする温度センサ。
2. 生体の健康管理を行うシステムであって、
   前記生体に装着されて少なくとも生体の体温である温度を含む物理量を測定するとともに、前記測定の結果をデータとして無線送信するセンサと、
   前記センサから送信された前記データに基づき、前記生体の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う判定装置と、を備えた生体の健康管理を行うシステムにおいて、
   前記センサは、
   シリコン基板と、
   前記シリコン基板上に犠牲層となるシリコン酸化膜を堆積し、その上にＮｉ、又は、Ａｕの高線膨張率材料膜を作成し、その上にＷ、Ｍｏ、インバー合金、シリコン酸化物、又は、シリコン窒化物の低線膨張率材料膜を作成し、フォトリソグラフィーとエッチングにより同時に作成された長さの異なる複数のバイメタル式のカンチレバーと、
   前記カンチレバーの上面に対向する凹部及び該凹部内部に電気接点部材を有し、前記犠牲層上に接合されたガラス板、又は、絶縁性のスペーサ及びカンチレバーの上面に対向して電気接点部材を有し、前記犠牲層上に接合された基板と、
   前記カンチレバーまたは前記電気接点部材に電圧を印加する電圧印加部と、
   温度変化に応じて変形した前記カンチレバーが前記電気接点部材に対して接触したときの電圧変動を検出する検出回路と、を複数組備え、
   前記長さの異なる複数のバイメタル式カンチレバーの長さの差は、体温をデジタル的に測定する際の測定ピッチ、すなわち、測定最小単位となる温度ピッチによって定められ、また、カンチレバーの本数は生体の種類に応じた測定温度範囲を前記温度ピッチでカバーできる本数によって定められ、
   前記電圧印加部は電源から給電されるコンデンサであり、
   前記カンチレバーが前記電気接点部材に接触して前記コンデンサが放電したときに、前記コンデンサへの前記電源からの給電が行われる給電制御回路をさらに備え、
   前記検出回路は、前記カンチレバーが前記電気接点部材に対して接触したときの電圧変動を検出することで、各組間での前記カンチレバーの長さによって決まる温度ピッチに相当する温度変化が生じたときのみ、ダイレクトにデジタル信号を出力する温度センサであることを特徴とする生体の健康管理システム。

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