JP6103168B1 - 液体検出用rfidタグ及びおむつ用吸水材 - Google Patents
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Abstract
液体検出用RFIDタグは、RFIC素子と、RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、を備え、アンテナ素子は、一方端にてRFIC素子に接続された第1アンテナ部と、第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、第1アンテナ部と第2アンテナ部とが液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、接続部分に液体を吸収すると、接続部分の膨潤または溶解によって接続部分が開放され、接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されている。
Description
本発明は、液体の存在を明確に検出できる液体検出用RFIDタグ及びこれを用いたおむつ用吸水材に関する。
従来、液体のうち水分の存在を検出するには湿度検出用半導体センサ等の高価な部品を用いる必要があった。
これに対して、より簡易に水分の有無を検出する無線ICデバイスが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この無線ICデバイスでは、給電回路基板とアンテナとの間に絶縁材料を介在させ、湿度が上昇すると、給電回路基板とアンテナとの結合度が変化して通信可能距離が短くなることを検知して湿度を検出している。
従来技術では吸水に伴って通信可能距離が短くなることを検出している。つまり、通信距離に対応する信号強度の低下を検出し、吸水に伴って信号が検出できなくなった状態を吸水状態と判断している。しかし、実使用に際しては吸水以外の要因で信号を検出できなくなることがあるため、信号が検出できなくなった状態を吸水状態と判断することは、必ずしも正確では無い。
本発明の目的は、簡易かつ正確に吸液状態を検出できる液体検出用RFIDタグを提供することである。
本発明に係る液体検出用RFIDタグは、RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に液体を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に液体を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
本発明に係るおむつ用吸水材は、最初に吸水するとして設定された吸水スポットと、
前記吸水スポットから延在する尿流路と、
前記尿流路に沿って配置された水分検出用RFIDタグと、
を備え、
前記水分検出用RFIDタグは、
RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に水分を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に水分を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されており、
前記水分検出用RFIDタグは、前記アンテナ素子の前記接続部分を前記一端より前記吸水スポットに近い側とし、前記一端を前記吸水スポットから遠い側とするように前記尿流路に配置されている。
前記吸水スポットから延在する尿流路と、
前記尿流路に沿って配置された水分検出用RFIDタグと、
を備え、
前記水分検出用RFIDタグは、
RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に水分を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に水分を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されており、
前記水分検出用RFIDタグは、前記アンテナ素子の前記接続部分を前記一端より前記吸水スポットに近い側とし、前記一端を前記吸水スポットから遠い側とするように前記尿流路に配置されている。
本発明に係る液体検出用RFIDタグによれば、アンテナ素子を構成する第1アンテナ部と第2アンテナ部とが液体(例えば、水、アルコール、その他の有機液体等)に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されている。接続部分が吸液すると接続部分が開放(オープン)されて、接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなる。そこで、通信距離や信号強度の増大を検出することで、簡易かつ正確に吸液状態を知ることができる。
第1の態様に係る液体検出用RFIDタグは、RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に液体を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に液体を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、アンテナ素子を構成する第1アンテナ部と第2アンテナ部とが液体(例えば、水、アルコール、その他の有機液体等)に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されている。つまり、接続部分が液体を吸収していない状態では、アンテナ素子は第1アンテナ部と第2アンテナ部とで構成されている。接続部分が吸液すると接続部分が開放(オープン)されて、アンテナ素子は第1アンテナ部で構成される。第1アンテナ部および第2アンテナ部の長さを適宜調整しておく。具体的には、接続部分が吸液すると接続部分が開放されて、接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成しておく。これにより、液体を吸収した状態の通信距離や信号強度を増大させることができ、これを検出することで、簡易かつ正確に吸液状態を知ることができる。
第2の態様に係る液体検出用RFIDタグは、上記第1の態様において、前記アンテナ素子の一端は前記RFIC素子に接続されており、他端は開放端であってもよい。
第3の態様に係る液体検出用RFIDタグは、上記第1又は第2の態様において、前記RFIC素子は、第1入出力端子及び第2入出力端子を備え、前記第1入出力端子に励振導体が接続されており、前記第2入出力端子に前記アンテナ素子の前記第1アンテナ部が接続されており、
前記第1アンテナ部の電気長は、前記第1入出力端子から前記励振導体の端部までの電気長より長くてもよい。
前記第1アンテナ部の電気長は、前記第1入出力端子から前記励振導体の端部までの電気長より長くてもよい。
上記構成によれば、励振導体より第1アンテナ部のほうが長い一端子型タグであり、長手方向に配置しやすい。
第4の態様に係る液体検出用RFIDタグは、上記第1から第3のいずれかの態様において、前記アンテナ素子は、前記接続部分に液体を吸収すると、前記アンテナ素子全体の電気長が前記第1アンテナ部の電気長となってもよい。
上記構成によれば、接続部分に液体を吸収することで接続部分が開放され、第2アンテナ部が無効化され、前記アンテナ素子全体の電気長が前記第1アンテナ部の電気長となる。第1アンテナの電気長を最大の信号強度が得られる電気長に設定しておくことによって、第1アンテナ部による最大の信号強度を検出することで、吸液状態を明確に判断することができる。
第5の態様に係る液体検出用RFIDタグは、上記第1から第4のいずれかの態様において、前記アンテナ素子は、さらに前記第2アンテナ部と第2の接続部分で接続された第3アンテナ部を有し、前記第2の接続部分は、液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含んでもよい。
上記構成によれば、接続部分を複数設けることによって、段階的に信号強度が増大することを検出でき、多段階の吸液状態を検出できる。
第6の態様に係る液体検出用RFIDタグは、上記第1から第5のいずれかの態様において、前記第1アンテナ部は、液体に対して非膨潤性または不溶性の材料で構成されていてもよい。
上記構成によれば、第1アンテナ部は、吸液状態でも無効化されないので通信状態を維持できる。
第7の態様に係るおむつ用吸水材は、
最初に吸水するとして設定された吸水スポットと、
前記吸水スポットから延在する尿流路と、
前記尿流路に沿って配置された水分検出用RFIDタグと、
を備え、
前記水分検出用RFIDタグは、
RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に水分を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に水分を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されており、
前記水分検出用RFIDタグは、前記アンテナ素子の前記接続部分を前記一端より前記吸水スポットに近い側とし、前記一端を前記吸水スポットから遠い側とするように前記尿流路に配置されている。
最初に吸水するとして設定された吸水スポットと、
前記吸水スポットから延在する尿流路と、
前記尿流路に沿って配置された水分検出用RFIDタグと、
を備え、
前記水分検出用RFIDタグは、
RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に水分を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に水分を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されており、
前記水分検出用RFIDタグは、前記アンテナ素子の前記接続部分を前記一端より前記吸水スポットに近い側とし、前記一端を前記吸水スポットから遠い側とするように前記尿流路に配置されている。
上記構成によれば、アンテナ素子の第1アンテナ部と第2アンテナ部とが水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されている。接続部分が吸水すると接続部分が開放されて、接続部分に水分を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなる。そこで、信号強度の増大を検出することで、簡易に吸水状態を知ることができる。これによって吸水スポットから吸水される尿等の有無を明確に知ることができ、適切なおむつ交換が可能となる。
第8の態様に係るおむつ用吸水材は、上記第7の態様において、前記RFIC素子は、第1入出力端子及び第2入出力端子を備え、前記第1入出力端子に励振導体が接続されており、前記第2入出力端子に前記アンテナ素子の前記第1アンテナ部が接続されており、
前記第1アンテナ部の電気長は、前記第1入出力端子から前記励振導体の端部までの電気長より長くてもよい。
前記第1アンテナ部の電気長は、前記第1入出力端子から前記励振導体の端部までの電気長より長くてもよい。
上記構成によれば、励振導体より第1アンテナ部のほうが長い一端子型タグであり、長手方向に配置しやすい。
第9の態様に係るおむつ用吸水材は、上記第7又は第8の態様において、前記アンテナ素子は、前記接続部分に水分を吸収すると、前記アンテナ素子全体の電気長が前記第1アンテナ部の電気長となってもよい。
上記構成によれば、接続部分に水分を吸収することで接続部分が開放され、第2アンテナ部が無効化され、前記アンテナ素子全体の電気長が前記第1アンテナ部の電気長となる。第1アンテナの電気長を最大の信号強度が得られる電気長に設定しておくことによって、第1アンテナ部による最大の信号強度を検出することで、吸水状態を明確に判断することができる。
第10の態様に係るおむつ用吸水材は、上記第7から第9のいずれかの態様において、前記アンテナ素子は、さらに前記第2アンテナ部と第2の接続部分で接続された第3アンテナ部を有し、前記第2の接続部分は、水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含み、
前記アンテナ素子の前記第2の接続部分を前記接続部分よりも前記吸水スポットに近い側としてもよい。
前記アンテナ素子の前記第2の接続部分を前記接続部分よりも前記吸水スポットに近い側としてもよい。
上記構成によれば、接続部分を複数設けることによって、段階的に信号強度が増大することを検出でき、多段階の吸水状態を検出できる。
第11の態様に係るおむつ用吸水材は、上記第7から第10のいずれかの態様において、前記第1アンテナ部は、水分に対して非膨潤性または不溶性の材料で構成されていてもよい。
上記構成によれば、第1アンテナ部は、吸水状態でも無効化されないので通信状態を維持できる。
第12の態様に係るおむつは、上記第7から第11のいずれかの態様に係るおむつ用吸水材を有する。
上記構成によれば、おむつ本体を取り替えることなく、吸水材だけを取り替えるタイプのおむつにも対応することができる。
以下、実施の形態に係る液体検出用RFIDタグ及びおむつ用吸水材について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
(実施の形態1)
図1Aは、実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10の上面図であり、図1Bは、側面図であり、図1Cは、等価回路図である。
実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10は、RFIC素子1と、RFIC素子1に接続されたアンテナ素子4と、を備える。アンテナ素子4は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部5aと、第1アンテナ部5aの他方端に接続された第2アンテナ部5bとを含んでいる。第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは、液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分7で接続されている。接続部分7は、液体を吸収すると膨潤する吸液膨潤材(例えば、吸水性ポリマー)6を有する。また、液体検出用RFIDタグ10は、RFIC素子1に接続された励振導体3を有してもよい。この励振導体3は、アンテナ素子4の第1アンテナ部5aより短く、アンテナ素子4と反対側に延在する。
図1Aは、実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10の上面図であり、図1Bは、側面図であり、図1Cは、等価回路図である。
実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10は、RFIC素子1と、RFIC素子1に接続されたアンテナ素子4と、を備える。アンテナ素子4は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部5aと、第1アンテナ部5aの他方端に接続された第2アンテナ部5bとを含んでいる。第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは、液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分7で接続されている。接続部分7は、液体を吸収すると膨潤する吸液膨潤材(例えば、吸水性ポリマー)6を有する。また、液体検出用RFIDタグ10は、RFIC素子1に接続された励振導体3を有してもよい。この励振導体3は、アンテナ素子4の第1アンテナ部5aより短く、アンテナ素子4と反対側に延在する。
この液体検出用RFIDタグ10によれば、アンテナ素子4の第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとを接続する接続部分7が液体に対して膨潤性または可溶性の材料を有している。そのため、接続部分7に液体を吸収すると接続部分7が開放され、接続部分7に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されている。つまり、接続部分7が吸液することで、第2アンテナ部5bが無効化され、アンテナ素子4全体の電気長が第1アンテナ部5aの電気長となる。この液体検出用RFIDタグ10では、図1Aに示すように、第1アンテナ部5aの電気長を使用するキャリア信号のほぼλ/2と設定し(λはキャリア信号の波長)、第2アンテナ部5bの電気長をほぼλ/4と設定している。つまり、吸液前のアンテナ素子4は、第1アンテナ部5a(λ/2)と第2アンテナ部(λ/4)とが接続されているので通信距離及び信号強度は比較的小さい。吸液後のアンテナ素子4では、接続部分7が開放され、第1アンテナ部5aのみとなるので、比較的大きな通信距離及び信号強度が得られる。そこで、通信距離や信号強度の増大を検出することで、液体検出用RFIDタグ10の吸液状態を明確に知ることができる。
この液体検出用RFIDタグ10の上記効果をさらに説明すれば、吸液していないときは、図1Aでは、アンテナ素子4は、第1アンテナ部5a(λ/2)と第2アンテナ部(λ/4)とを含むので、その利得が最大ではない。そのため、通信距離が短く、または信号強度が小さくなる。一方、吸液したときには接続部分7が開放されて第1アンテナ部5aのみとなり、利得が最大になるため、通信距離が大きくなる、あるいは、信号強度が大きくなる。そこで、通信距離の増加又は信号強度の増大を検出すれば吸液状態を明確に検出できる。
従来、通信距離の減少や信号強度の減少を検出する場合、たとえば、タグ側アンテナとリーダライタ側アンテナとの位置関係が変わったり、各アンテナの周囲環境が変わってしまったりすることで、通信状態が変わってしまい、その変化は明確ではないため、吸液状態を明確に判断できなかった。この液体検出用RFIDタグ10では、従来とは逆に、吸液状態での通信距離の増加又は信号強度の増大を検出できるので、明確に吸液状態を知ることができる。
なお、ここで液体とは、例えば、水、アルコール、その他の有機系液体であってもよい。
従来、通信距離の減少や信号強度の減少を検出する場合、たとえば、タグ側アンテナとリーダライタ側アンテナとの位置関係が変わったり、各アンテナの周囲環境が変わってしまったりすることで、通信状態が変わってしまい、その変化は明確ではないため、吸液状態を明確に判断できなかった。この液体検出用RFIDタグ10では、従来とは逆に、吸液状態での通信距離の増加又は信号強度の増大を検出できるので、明確に吸液状態を知ることができる。
なお、ここで液体とは、例えば、水、アルコール、その他の有機系液体であってもよい。
以下に、この液体検出用RFIDタグ10の構成要素について説明する。
<RFIC素子>
図2Aは、RFIC素子1の断面構造を示す概略断面図であり、図2Bは、RFIDタグ10の等価回路図である。RFIC素子1は、RFID信号を処理するRFICチップ11と、RFICチップ11を実装する多層基板15とを有するRFICパッケージとして構成される。RFICチップ11は、メモリ回路や信号処理回路を内蔵し、かつエポキシ樹脂製の封止樹脂等によって封止されている。RFICチップ11は、導電性接合材12と端子電極13a、13bとを介して給電回路を構成する多層基板15に実装されている。給電回路は、多層基板状に形成してもよい。
また、多層基板15は、LTCC等のセラミックを材料からなるセラミック多層基板であって、L1及びL2等のLパターン及びC1、C2及びCIC等のCパターンからなる給電回路が内蔵されている。CICは、RFICチップ11の浮遊容量である。給電回路によって共振回路が形成されており、その共振周波数はキャリア周波数に対応する。このように給電回路を設けることによって、アンテナ素子4の電気長が変化してもキャリア周波数の中心周波数は大きく変化しないようにすることができる。多層基板15は、励振導体3及びアンテナ素子4と端子電極16a、16bを介して接続する。
図2Aは、RFIC素子1の断面構造を示す概略断面図であり、図2Bは、RFIDタグ10の等価回路図である。RFIC素子1は、RFID信号を処理するRFICチップ11と、RFICチップ11を実装する多層基板15とを有するRFICパッケージとして構成される。RFICチップ11は、メモリ回路や信号処理回路を内蔵し、かつエポキシ樹脂製の封止樹脂等によって封止されている。RFICチップ11は、導電性接合材12と端子電極13a、13bとを介して給電回路を構成する多層基板15に実装されている。給電回路は、多層基板状に形成してもよい。
また、多層基板15は、LTCC等のセラミックを材料からなるセラミック多層基板であって、L1及びL2等のLパターン及びC1、C2及びCIC等のCパターンからなる給電回路が内蔵されている。CICは、RFICチップ11の浮遊容量である。給電回路によって共振回路が形成されており、その共振周波数はキャリア周波数に対応する。このように給電回路を設けることによって、アンテナ素子4の電気長が変化してもキャリア周波数の中心周波数は大きく変化しないようにすることができる。多層基板15は、励振導体3及びアンテナ素子4と端子電極16a、16bを介して接続する。
また、多層基板15は、LTCC等のセラミックを材料からなるセラミック多層基板であって、Lパターン及びCパターン等からなる給電回路が内蔵されている。給電回路によって共振回路が形成されており、その共振周波数はキャリア周波数に実質的に相当する。このような給電回路を設けることによって、アンテナ素子4の電気長が変化してもキャリア信号の中心周波数は大きく変化しないようにすることができる。例えば、UHF帯のキャリア信号の共振周波数を設定できる。なお、通常のRFIDタグでは、空間への電波の放射(空間からの電波の受取り)、中心周波数の決定、インピーダンス整合(広帯域化)等は、アンテナ素子4が担っている。これに対して、上記給電回路では、中心周波数の決定やインピーダンス整合や広帯域化は、給電回路が担い、空間への電波の放射(空間からの電波の受取り)をアンテナ素子4が担う。つまり、アンテナ素子4の電気長が変わっても、通信距離や受信信号強度は変わるが、インピーダンス整合や中心周波数の変動は実質的に無く、信号読取は可能である。
<励振導体>
RFIC素子1と、励振導体3とは、例えば、図1Bでは第1入出力端子2aによって直接接続されているがこれに限られない。例えば、RFIC素子1と励振導体3とは、直接接続でなく、容量結合、磁界結合等のいずれの結合をしていてもよい。
励振導体3は、通常のアンテナ素子に用いられるものであれば使用でき、例えば、銅箔、銅板、銅めっき膜、金箔、金板、金めっき膜、アルミ箔等の金属材料を用いることができる。材料は上記の例に限られず、通常使用されるものであれば使用できる。
なお、上記の通り、励振導体3は、アンテナ素子4の第1アンテナ部5aに比べて短い。
RFIC素子1と、励振導体3とは、例えば、図1Bでは第1入出力端子2aによって直接接続されているがこれに限られない。例えば、RFIC素子1と励振導体3とは、直接接続でなく、容量結合、磁界結合等のいずれの結合をしていてもよい。
励振導体3は、通常のアンテナ素子に用いられるものであれば使用でき、例えば、銅箔、銅板、銅めっき膜、金箔、金板、金めっき膜、アルミ箔等の金属材料を用いることができる。材料は上記の例に限られず、通常使用されるものであれば使用できる。
なお、上記の通り、励振導体3は、アンテナ素子4の第1アンテナ部5aに比べて短い。
<アンテナ素子>
アンテナ素子4は、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとを備える。第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは、吸液膨潤材6を介した接続部分7によって接続されている。この接続部分7では、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは吸液膨潤材6を介して容量結合している。
第1アンテナ部5aは、その電気長を使用するキャリア信号のλ/2に相当する長さと設定し、第2アンテナ部5bは、その電気長を使用するキャリア信号のλ/4に相当する長さと設定している。つまり、第1アンテナ部5aは、利得が最大になるように設計してある。一方、吸液前のアンテナ素子4は、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとが接続されており、利得が比較的小さくなるように設計している。例えば、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとを接続する接続部分7の吸水性ポリマー6が吸水すると、吸水性ポリマー6が膨潤して第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとの間の距離が大きくなって、その間の容量値が小さくなる。その結果、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとを接続する接続部分7が開放され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長となる。つまり、アンテナ素子4の電気長は、3λ/4相当であることが好ましく、第1アンテナ部の電気長はλ/2相当であることが好ましい。なお、上記のようなRFICパッケージを利用すれば、吸液状態でないときでも比較的近距離の通信は可能であるため、非吸液状態での管理も可能であって、たとえばRFIDタグの通信特性の検査工程やRFIDタグ付き物品(おむつ)の在庫管理などにも利用できる。
また、RFIC素子1と、アンテナ素子4とは、例えば、図1Bでは第2入出力端子2bによって直接接続されているが、これに限られない。例えば、RFIC素子1とアンテナ素子4とは、直接接続でなく、容量結合、磁界結合等のいずれの結合をしていてもよい。なお、「アンテナ素子の電気長」は、第1アンテナ部と第2アンテナ部の物理的長さの合計ではなく、第1アンテナ部と第2アンテナ部との間のキャパシタンスや給電回路のインダクタンスやキャパシタンスを含めた電気長である。同様に、「第1アンテナ部の電気長」は、第1アンテナ部の物理的長さではなく、給電回路のインダクタンスやキャパシタンスを含めた電気長である。
アンテナ素子4は、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとを備える。第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは、吸液膨潤材6を介した接続部分7によって接続されている。この接続部分7では、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは吸液膨潤材6を介して容量結合している。
第1アンテナ部5aは、その電気長を使用するキャリア信号のλ/2に相当する長さと設定し、第2アンテナ部5bは、その電気長を使用するキャリア信号のλ/4に相当する長さと設定している。つまり、第1アンテナ部5aは、利得が最大になるように設計してある。一方、吸液前のアンテナ素子4は、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとが接続されており、利得が比較的小さくなるように設計している。例えば、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとを接続する接続部分7の吸水性ポリマー6が吸水すると、吸水性ポリマー6が膨潤して第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとの間の距離が大きくなって、その間の容量値が小さくなる。その結果、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとを接続する接続部分7が開放され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長となる。つまり、アンテナ素子4の電気長は、3λ/4相当であることが好ましく、第1アンテナ部の電気長はλ/2相当であることが好ましい。なお、上記のようなRFICパッケージを利用すれば、吸液状態でないときでも比較的近距離の通信は可能であるため、非吸液状態での管理も可能であって、たとえばRFIDタグの通信特性の検査工程やRFIDタグ付き物品(おむつ)の在庫管理などにも利用できる。
また、RFIC素子1と、アンテナ素子4とは、例えば、図1Bでは第2入出力端子2bによって直接接続されているが、これに限られない。例えば、RFIC素子1とアンテナ素子4とは、直接接続でなく、容量結合、磁界結合等のいずれの結合をしていてもよい。なお、「アンテナ素子の電気長」は、第1アンテナ部と第2アンテナ部の物理的長さの合計ではなく、第1アンテナ部と第2アンテナ部との間のキャパシタンスや給電回路のインダクタンスやキャパシタンスを含めた電気長である。同様に、「第1アンテナ部の電気長」は、第1アンテナ部の物理的長さではなく、給電回路のインダクタンスやキャパシタンスを含めた電気長である。
<第1アンテナ部、第2アンテナ部>
アンテナ素子4を構成する第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは、通常のアンテナ素子に用いられる銅箔、銅板、銅めっき膜、金箔、金板、金めっき膜、アルミ箔等の金属材料を用いることができる。材料は上記の例に限られず、通常使用されるものであれば使用できる。
なお、第1アンテナ部5aは、液体に対して非膨潤性または不溶性の材料で構成されていることが好ましい。これによって、第1アンテナ部5aは、吸液状態でもアンテナとしての形状や特性を保ち、無効化されないので通信状態を維持できる。
一方、第2アンテナ部5aは、後述する実施の形態4に示すように、例えば、液体溶解性の基材(例えば、ティッシュペーパー、トイレットペーパー等のパルプ材を紙状に成形した水溶紙、ポリアクリル酸やポリエチレンオキシド等の水溶性ポリマー)上に導電性インクでアンテナパターンを描いたものであってもよい。これによって、吸液時に第2アンテナ部5a自体が液体(例えば、水)に溶解し、無効化される。
アンテナ素子4を構成する第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは、通常のアンテナ素子に用いられる銅箔、銅板、銅めっき膜、金箔、金板、金めっき膜、アルミ箔等の金属材料を用いることができる。材料は上記の例に限られず、通常使用されるものであれば使用できる。
なお、第1アンテナ部5aは、液体に対して非膨潤性または不溶性の材料で構成されていることが好ましい。これによって、第1アンテナ部5aは、吸液状態でもアンテナとしての形状や特性を保ち、無効化されないので通信状態を維持できる。
一方、第2アンテナ部5aは、後述する実施の形態4に示すように、例えば、液体溶解性の基材(例えば、ティッシュペーパー、トイレットペーパー等のパルプ材を紙状に成形した水溶紙、ポリアクリル酸やポリエチレンオキシド等の水溶性ポリマー)上に導電性インクでアンテナパターンを描いたものであってもよい。これによって、吸液時に第2アンテナ部5a自体が液体(例えば、水)に溶解し、無効化される。
<吸液膨潤材>
吸液膨潤材6、6a、6bとしては、例えば高分子吸水材(アクリル系のポリマー系吸水材)等を使用できる。また、無機系の吸液膨潤材を用いることもできる。吸液膨潤材としては、膨潤の程度が大きいことが好ましい。特に、吸液前に比べて吸液後では10倍以上に膨張することが好ましく、20倍以上に膨張することがさらに好ましい。
なお、この液体検出用RFIDタグ10では、接続部分7として第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとが吸液膨潤材6を介して容量結合している場合を挙げたが、これに限られない。例えば、後述する実施の形態3のように液体溶解性の電極を接続部分としてもよい。また、実施の形態4のように第2アンテナ部5bの全体を液体溶解性の電極としてもよい。
吸液膨潤材6、6a、6bとしては、例えば高分子吸水材(アクリル系のポリマー系吸水材)等を使用できる。また、無機系の吸液膨潤材を用いることもできる。吸液膨潤材としては、膨潤の程度が大きいことが好ましい。特に、吸液前に比べて吸液後では10倍以上に膨張することが好ましく、20倍以上に膨張することがさらに好ましい。
なお、この液体検出用RFIDタグ10では、接続部分7として第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとが吸液膨潤材6を介して容量結合している場合を挙げたが、これに限られない。例えば、後述する実施の形態3のように液体溶解性の電極を接続部分としてもよい。また、実施の形態4のように第2アンテナ部5bの全体を液体溶解性の電極としてもよい。
<一端子型タグ>
この液体検出用RFIDタグ10としては、通常の両側のアンテナが同じ長さのダイポール型ではなく、励振導体3よりもアンテナ素子4が長い一端子型タグを用いている。この一端子型タグの詳細は、例えば、国際出願公開WO2015/111466号パンフレット、WO2012/093541号パンフレット、WO2012/117843号パンフレットに記載している通りである。
通常の対称型のダイポール型アンテナでは、中心の給電点で電圧ゼロ、電流分布最大となり、低インピーダンスで実現できる。一方、この一端子型タグでは、左右の励振導体3とアンテナ素子4とはアンバランスな長さを有し、給電点で電圧ゼロとならず、電流分布も低い状態であり、高インピーダンスとなる。このため通常であればインピーダンス不整合によって電力が伝わらなくなる。これに対して、この一端子型タグでは、上記RFIC素子1を用いているので、高インピーダンスに対応することができ、主アンテナ素子が一本であるにもかかわらず、電力を伝えることができる。
また、アンテナ素子4の第1アンテナ部5aの電気長が励振導体3よりも長いので、吸液が一軸方向に沿って進行する流路に沿って長尺状のアンテナ素子4を配置することで、吸液状態を検出しやすくなる。この場合に、液体検出に寄与しない励振導体3の長さを短くできる。ただし、上記のような一端子型タグに限定されるものではなく、ダイポール型タグを利用してもよいし、ループ型タグを利用してもよい。
この液体検出用RFIDタグ10としては、通常の両側のアンテナが同じ長さのダイポール型ではなく、励振導体3よりもアンテナ素子4が長い一端子型タグを用いている。この一端子型タグの詳細は、例えば、国際出願公開WO2015/111466号パンフレット、WO2012/093541号パンフレット、WO2012/117843号パンフレットに記載している通りである。
通常の対称型のダイポール型アンテナでは、中心の給電点で電圧ゼロ、電流分布最大となり、低インピーダンスで実現できる。一方、この一端子型タグでは、左右の励振導体3とアンテナ素子4とはアンバランスな長さを有し、給電点で電圧ゼロとならず、電流分布も低い状態であり、高インピーダンスとなる。このため通常であればインピーダンス不整合によって電力が伝わらなくなる。これに対して、この一端子型タグでは、上記RFIC素子1を用いているので、高インピーダンスに対応することができ、主アンテナ素子が一本であるにもかかわらず、電力を伝えることができる。
また、アンテナ素子4の第1アンテナ部5aの電気長が励振導体3よりも長いので、吸液が一軸方向に沿って進行する流路に沿って長尺状のアンテナ素子4を配置することで、吸液状態を検出しやすくなる。この場合に、液体検出に寄与しない励振導体3の長さを短くできる。ただし、上記のような一端子型タグに限定されるものではなく、ダイポール型タグを利用してもよいし、ループ型タグを利用してもよい。
<アンテナ素子の吸液による一部無効化と電気長の変化>
まず、吸液膨潤材6が吸液していない状態では、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは、接続部分7を介して容量結合している(図1A)。この場合のアンテナ素子4の物理的な長さは22cmである。次に、吸液膨潤材6が吸液すると、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとの間の容量値が小さくなり、接続部分7は開放され、第2アンテナ部5bはアンテナ素子として実質的に機能していないとみなすことができる。つまり、第2アンテナ部5bは、無効化されたものとみなされ、アンテナ素子4の物理的な長さLは、第1アンテナ部5aの物理的な長さ、14cmとなる。
まず、吸液膨潤材6が吸液していない状態では、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとは、接続部分7を介して容量結合している(図1A)。この場合のアンテナ素子4の物理的な長さは22cmである。次に、吸液膨潤材6が吸液すると、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとの間の容量値が小さくなり、接続部分7は開放され、第2アンテナ部5bはアンテナ素子として実質的に機能していないとみなすことができる。つまり、第2アンテナ部5bは、無効化されたものとみなされ、アンテナ素子4の物理的な長さLは、第1アンテナ部5aの物理的な長さ、14cmとなる。
この液体検出用RFIDタグ10は、上記のように一端子型タグであって、キャリア周波数865MHzの場合には約14cm(電気長λ/2に相当)のアンテナ長で最大の読取距離となる。一方、約22cm(電気長3λ/4に相当)のアンテナ長で通信距離が極小となる。キャリア周波数915MHzの場合には約13cm(電気長λ/2に相当)のアンテナ長で最大の読取距離となる。一方、約22〜23cm(電気長3λ/4に相当)のアンテナ長で通信距離が極小となる。
これに対して、キャリア周波数865MHzの場合、アンテナ長が22cmから短くなるにつれて読取距離が長くなる。読取距離は、液体検出用RFIDタグ10とリーダとの距離を変化させて読み取り限界となる距離を調べることによって検出できるが、その検出には時間を要する。これに対して、読取距離が変化すると、一定距離での信号強度自体も変化する。そこで、一定距離での信号強度の増大を調べることで簡易的に読取距離の増加を検出し、アンテナ長の変化を検出できる。これによってアンテナ長が短くなったことを検出でき、この液体検出用RFIDタグ10の吸液膨潤材6が吸液したことを明確に知ることができる。つまり、従来の信号強度が小さくなることを検出する場合よりも、信号強度の増大を検出することで、吸液状態を明確に知ることができる。
具体的には、受信信号強度(RSSI;Received Signal Strength Indicator)に閾値を設けることで、吸液状態を明確に判別することができる。
これに対して、キャリア周波数865MHzの場合、アンテナ長が22cmから短くなるにつれて読取距離が長くなる。読取距離は、液体検出用RFIDタグ10とリーダとの距離を変化させて読み取り限界となる距離を調べることによって検出できるが、その検出には時間を要する。これに対して、読取距離が変化すると、一定距離での信号強度自体も変化する。そこで、一定距離での信号強度の増大を調べることで簡易的に読取距離の増加を検出し、アンテナ長の変化を検出できる。これによってアンテナ長が短くなったことを検出でき、この液体検出用RFIDタグ10の吸液膨潤材6が吸液したことを明確に知ることができる。つまり、従来の信号強度が小さくなることを検出する場合よりも、信号強度の増大を検出することで、吸液状態を明確に知ることができる。
具体的には、受信信号強度(RSSI;Received Signal Strength Indicator)に閾値を設けることで、吸液状態を明確に判別することができる。
なお、各アンテナ素子4ごとにアンテナ長と読取距離との関係はそれぞれ異なる。つまり、各アンテナ素子4ごとに表1の関係は異なる。そこで、あらかじめ得られたアンテナ長と読取距離との関係に基づいて、アンテナ長の減少と読取距離(信号強度)の増大とが相関するように最初のアンテナ長を設定しておく。具体的には、表1の場合、キャリア周波数が865MHzの場合には、アンテナ長が短くなるにつれて読取距離が長くなるように、最初のアンテナ長を22cm前後の21cm〜23cmの範囲に設定しておくことが好ましい。キャリア周波数が915MHzの場合にも、最初のアンテナ長を22cm前後の21cm〜22cmの範囲に設定しておくことが好ましい。
次に、上記水分検出用RFIDタグ10を用いたおむつ用吸水材について説明する。
<おむつ用吸水材>
図3は、実施の形態1に係るおむつ用吸水材22を含むおむつ20の構成を示す概略図である。このおむつ用吸水材22は、最初に吸水するとして設定された吸水スポット24と、吸水スポット24から延在する尿流路26と、尿流路26に沿って配置された水分検出用RFIDタグ10と、を備える。この水分検出用RFIDタグ10は、上記水分検出用RFIDタグ10と同様であって、RFIC素子1と、一端がRFIC素子1に接続され、他端が開放端であるアンテナ素子4と、を備える。アンテナ素子4は、一端と他端との間で第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとが水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分7で接続されている。接続部分7は、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材(例えば、吸水性ポリマー)6を有する。また、水分検出用RFIDタグ10は、アンテナ素子4の接続部分7を一端より吸水スポット24に近い側とし、一端を吸水スポット24から遠い側とするように尿流路26に配置されている。具体的には、水分検出用RFIDタグ10は、接続部分7を吸水スポット24に対向させて、尿流路26に沿って配置されている。
このおむつ用吸水材22は、おむつ20の一部を構成するようにしてもよい。あるいは、このおむつ用吸水材22は、おむつ20本体を取り替えることなく、おむつ20の防水材28の上に配置する取り替え用吸水材として使用してもよい。
<おむつ用吸水材>
図3は、実施の形態1に係るおむつ用吸水材22を含むおむつ20の構成を示す概略図である。このおむつ用吸水材22は、最初に吸水するとして設定された吸水スポット24と、吸水スポット24から延在する尿流路26と、尿流路26に沿って配置された水分検出用RFIDタグ10と、を備える。この水分検出用RFIDタグ10は、上記水分検出用RFIDタグ10と同様であって、RFIC素子1と、一端がRFIC素子1に接続され、他端が開放端であるアンテナ素子4と、を備える。アンテナ素子4は、一端と他端との間で第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとが水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分7で接続されている。接続部分7は、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材(例えば、吸水性ポリマー)6を有する。また、水分検出用RFIDタグ10は、アンテナ素子4の接続部分7を一端より吸水スポット24に近い側とし、一端を吸水スポット24から遠い側とするように尿流路26に配置されている。具体的には、水分検出用RFIDタグ10は、接続部分7を吸水スポット24に対向させて、尿流路26に沿って配置されている。
このおむつ用吸水材22は、おむつ20の一部を構成するようにしてもよい。あるいは、このおむつ用吸水材22は、おむつ20本体を取り替えることなく、おむつ20の防水材28の上に配置する取り替え用吸水材として使用してもよい。
このおむつ用吸水材22をおむつ20に装着して、読取距離に対応する信号強度の増大を検出することで、水分検出用RFIDタグ10のアンテナ素子4のアンテナ長の変化を知ることができる。その結果、接続部分7の吸水状態を明確に知ることができる。これによって、吸水スポット24から吸水される尿等の有無を明確に知ることができ、適切なおむつ交換が可能となる。
以下に、このおむつ用吸水材22の構成要素について説明する。
<水分検出用RFIDタグ>
水分検出用RFIDタグ10は、上記液体検出用RFIDタグ10と同様のものであって、特に、液体のうちの水分を検出するものであるので、その構成の詳細についての説明を省略する。
水分検出用RFIDタグ10は、図3では吸水材22の尿流路26に沿って設けられているが、これに限られない。水分検出用RFIDタグ10は、例えば、吸水材22と防水材28の間に設けられていてもよい。また、吸水材22が多層構造の場合はその間に設けられていてもよい。吸水材22の表面に表面材(図示せず)が配されている場合は、表面材と吸水材22との間に設けられていてもよい。
水分検出用RFIDタグ10は、上記液体検出用RFIDタグ10と同様のものであって、特に、液体のうちの水分を検出するものであるので、その構成の詳細についての説明を省略する。
水分検出用RFIDタグ10は、図3では吸水材22の尿流路26に沿って設けられているが、これに限られない。水分検出用RFIDタグ10は、例えば、吸水材22と防水材28の間に設けられていてもよい。また、吸水材22が多層構造の場合はその間に設けられていてもよい。吸水材22の表面に表面材(図示せず)が配されている場合は、表面材と吸水材22との間に設けられていてもよい。
<吸水材>
吸水材22は、おむつ20に用いるおむつ用吸水材であって、高分子吸水材等を配置した吸水材を使用できる。また、吸水スポット24とは、おむつ20に用いた場合に尿を最初に吸水するエリアを意味している。そのため、おむつ20の装着状況や使用者の性別によって実際の尿が最初に吸水されるエリアと、設定された吸水スポット24とがずれる場合がある。ここで用いる水分検出用RFIDタグ10は、吸水スポット24から尿流路26に沿って配置する。そこで、設定された吸水スポット24と、実際の尿が最初に吸水されるエリアとのずれを可能なかぎり小さくなるように、吸水スポット24を設定しておくことが好ましい。このため、使用者の性別ごとに対応する位置におむつ用吸水材22を配置して、設定された吸水スポット24と、実際の尿が最初に吸水されるエリアとが対応するようにすることが好ましい。
吸水材22は、おむつ20に用いるおむつ用吸水材であって、高分子吸水材等を配置した吸水材を使用できる。また、吸水スポット24とは、おむつ20に用いた場合に尿を最初に吸水するエリアを意味している。そのため、おむつ20の装着状況や使用者の性別によって実際の尿が最初に吸水されるエリアと、設定された吸水スポット24とがずれる場合がある。ここで用いる水分検出用RFIDタグ10は、吸水スポット24から尿流路26に沿って配置する。そこで、設定された吸水スポット24と、実際の尿が最初に吸水されるエリアとのずれを可能なかぎり小さくなるように、吸水スポット24を設定しておくことが好ましい。このため、使用者の性別ごとに対応する位置におむつ用吸水材22を配置して、設定された吸水スポット24と、実際の尿が最初に吸水されるエリアとが対応するようにすることが好ましい。
<防水材>
防水材28は、おむつ20の外面を濡らさないようにするために設けられるものであれば使用できる。
防水材28は、おむつ20の外面を濡らさないようにするために設けられるものであれば使用できる。
<おむつ>
おむつ20は、乳幼児用のおむつ、成人用の尿漏れ用パンツ、尿漏れ用パッド、介護用パンツ、介護用おむつ等のいずれであってもよい。また、使用者の年齢、性別は限定されない。
おむつ20は、乳幼児用のおむつ、成人用の尿漏れ用パンツ、尿漏れ用パッド、介護用パンツ、介護用おむつ等のいずれであってもよい。また、使用者の年齢、性別は限定されない。
<おむつ交換方法>
図5は、図1の水分検出用RFIDタグ10を有するおむつ用吸水材22を含むおむつ20におけるおむつ交換のフローチャートである。
(1)水分検出用RFIDタグ10を装着したおむつ20を要介護者が装着するか、又は装着させる(S11)。
(2)おむつ交換の定期巡回時に、介護者が要介護者のおむつ20に対して、例えば、一定距離に配置したスマートフォン合体型のリーダ30によって、水分検出用RFIDタグ10の読み取りを行う(S12)。
(3)水分検出用RFIDタグ10との通信における信号強度がしきい値以上か判断し(S13)、信号強度がしきい値未満であれば(NO)、水分検出用RFIDタグ10の吸水膨潤材6は吸水していないことを示している。つまり、おむつ20の中にはまだ水分は存在しないということであり、おむつ交換は行わず(S14)、定期巡回時のRFIDタグ10の読み取り(S12)にもどる。
一方、水分検出用RFIDタグ10との通信における信号強度がしきい値以上である場合(YES)には、吸水膨潤材6が吸水し、接続部分7が開放されている。つまり、第2アンテナ部5bが無効化され、アンテナ素子4の電気長は第1アンテナ部5aのアンテナ長となっていることを意味している。この場合、おむつ20の中に水分、つまり小便又は大便等が存在することになる。そこで、次のステップS17に移る。
図5は、図1の水分検出用RFIDタグ10を有するおむつ用吸水材22を含むおむつ20におけるおむつ交換のフローチャートである。
(1)水分検出用RFIDタグ10を装着したおむつ20を要介護者が装着するか、又は装着させる(S11)。
(2)おむつ交換の定期巡回時に、介護者が要介護者のおむつ20に対して、例えば、一定距離に配置したスマートフォン合体型のリーダ30によって、水分検出用RFIDタグ10の読み取りを行う(S12)。
(3)水分検出用RFIDタグ10との通信における信号強度がしきい値以上か判断し(S13)、信号強度がしきい値未満であれば(NO)、水分検出用RFIDタグ10の吸水膨潤材6は吸水していないことを示している。つまり、おむつ20の中にはまだ水分は存在しないということであり、おむつ交換は行わず(S14)、定期巡回時のRFIDタグ10の読み取り(S12)にもどる。
一方、水分検出用RFIDタグ10との通信における信号強度がしきい値以上である場合(YES)には、吸水膨潤材6が吸水し、接続部分7が開放されている。つまり、第2アンテナ部5bが無効化され、アンテナ素子4の電気長は第1アンテナ部5aのアンテナ長となっていることを意味している。この場合、おむつ20の中に水分、つまり小便又は大便等が存在することになる。そこで、次のステップS17に移る。
(4)介護者が要介護者のおむつ20を除去し(S15)、要介護者が水分検出用RFIDタグ10を装着した新しいおむつ20を装着するか、又は、装着させる(S16)。
(5)おむつ交換直後におむつ20に対して一定距離に配置したリーダ30によって、水分検出用RFIDタグ10の読み取りを行う(S17)。その後、水分検出用RFIDタグ10との通信における信号強度がしきい値以上か判断するステップS13に移行する。このようにおむつ交換直後に水分検出用RFIDタグ10の読み取りを行うことによって、水分検出用RFIDタグ10の初期不良を検出できる。この場合には、おむつ交換が行われてもフローは終了しない。
なお、おむつ交換直後の水分検出用RFIDタグ10の読み取り(S17)を行わず、定期巡回時のRFIDタグ10の読み取り(S12)にもどるようにしてもよい。つまり、おむつ交換直後の水分検出用RFIDタグ10の読み取りを省略してもよい。
以上によって、スマートフォン合体型のリーダ30を用いた定期巡回によるおむつ交換を行うことができる。また、このフローチャートでは、実際の状態に合わせておむつ交換を必要な回数だけ繰り返して行うことができる。
(5)おむつ交換直後におむつ20に対して一定距離に配置したリーダ30によって、水分検出用RFIDタグ10の読み取りを行う(S17)。その後、水分検出用RFIDタグ10との通信における信号強度がしきい値以上か判断するステップS13に移行する。このようにおむつ交換直後に水分検出用RFIDタグ10の読み取りを行うことによって、水分検出用RFIDタグ10の初期不良を検出できる。この場合には、おむつ交換が行われてもフローは終了しない。
なお、おむつ交換直後の水分検出用RFIDタグ10の読み取り(S17)を行わず、定期巡回時のRFIDタグ10の読み取り(S12)にもどるようにしてもよい。つまり、おむつ交換直後の水分検出用RFIDタグ10の読み取りを省略してもよい。
以上によって、スマートフォン合体型のリーダ30を用いた定期巡回によるおむつ交換を行うことができる。また、このフローチャートでは、実際の状態に合わせておむつ交換を必要な回数だけ繰り返して行うことができる。
ここでは水分検出用RFIDタグ10からの信号強度の増大を検出して、おむつ20の濡れ状態をより明確に把握でき、おむつ交換の要否をより確実に判断できる。なお、例えば、おむつ20内の水分状態の表示の際に、おむつ20の濡れ状態を視覚化して表示してもよい。例えば、おむつ20の濡れ状態を黄色、赤色等によって表示して、おむつ交換の必要性を把握しやすくしてもよい。
上記のように実施の形態1に係る水分検出用RFIDタグ10をおむつ20に装着して、水分を検出できるので、小便又は大便、あるいは汗等による濡れ状態を検知できる。また、水分検出用RFIDタグ10を用いるので、湿度検出用半導体センサのような高価な部品を用いる必要がなく、安価に構成できる。また、構成自体がシンプルなので、信頼性も高い。なお、水分検出用RFIDタグ10の吸水膨潤材6は、その吸水性がおむつ20の吸水性と同等か高い方が好ましい。吸水膨潤材6の吸水性がおむつ20より低いと水分の検出性能が低下する。
(実施の形態2)
<液体検出用RFIDタグ>
図6Aは、実施の形態2に係る液体検出用RFIDタグ10aの上面図である。図6Bは、図6Aの側面図である。図6Cは、この水分検出用RFIDタグ10aの等価回路図である。
この液体検出用RFIDタグ10aは、実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10と対比すると、アンテナ素子4において、さらに第2アンテナ部5bと第2の接続部分7bで接続された第3アンテナ部5cを有する点で相違する。この第2の接続部分7bは、液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含んでいる。この液体検出用RFIDタグ10aは、複数の接続部分7a、7bを有するので、段階的に信号強度が増大することを検出でき、多段階の吸液状態を検出できる。
<液体検出用RFIDタグ>
図6Aは、実施の形態2に係る液体検出用RFIDタグ10aの上面図である。図6Bは、図6Aの側面図である。図6Cは、この水分検出用RFIDタグ10aの等価回路図である。
この液体検出用RFIDタグ10aは、実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10と対比すると、アンテナ素子4において、さらに第2アンテナ部5bと第2の接続部分7bで接続された第3アンテナ部5cを有する点で相違する。この第2の接続部分7bは、液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含んでいる。この液体検出用RFIDタグ10aは、複数の接続部分7a、7bを有するので、段階的に信号強度が増大することを検出でき、多段階の吸液状態を検出できる。
なお、第2アンテナ部5bと第3アンテナ部5cとは、それぞれキャリア周波数のλ/8の電気長を有する。つまり、第2アンテナ部5bと第3アンテナ部5cとを合わせた電気長がλ/4となるように設定している。これによって、吸液時にまず第2の接続部分7bが開放され、次いで第1の接続部分7aが開放される。この場合に、電気長が22cmから段階的に短くなって、それに伴って信号強度が段階的に増大するように構成できる。
つまり、アンテナ素子4の電気長を上記のように設計しておくことによって、吸液の進行に伴う信号強度の単調増加と、段階的な吸液状態とを一義的に対応させることができる。
具体的には、第2の接続部分7bが開放されると、第3アンテナ部5cが無効化され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長と第2アンテナ部5bの電気長との合計となる。第1の接続部分7aが開放されると、第2アンテナ部5bが無効化され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長となる。
つまり、アンテナ素子4の電気長を上記のように設計しておくことによって、吸液の進行に伴う信号強度の単調増加と、段階的な吸液状態とを一義的に対応させることができる。
具体的には、第2の接続部分7bが開放されると、第3アンテナ部5cが無効化され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長と第2アンテナ部5bの電気長との合計となる。第1の接続部分7aが開放されると、第2アンテナ部5bが無効化され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長となる。
<おむつ用吸水材>
図7は、実施の形態2に係るおむつ用吸水材22aを含むおむつ20aの構成を示す概略図である。このおむつ用吸水材22aは、実施の形態1に係るおむつ用吸水材22と対比すると、水分検出用RFIDタグ10aが第2の接続部分を介して接続された第3アンテナ部5cをさらに備えている点で相違する。また、吸水スポット24に対して、アンテナ素子4の他端が近い側となるように配置している点で相違する。なお、その他の点では実質的に実施の形態1に係るおむつ用吸水材22aと同様であるので説明を省略する。
このおむつ用吸水材22aでは、この水分検出用RFIDタグ10aを用いているので、複数の接続部分7a、7bを有するので、段階的に信号強度が増大することを検出でき、多段階の吸水状態を検出できる。
図7は、実施の形態2に係るおむつ用吸水材22aを含むおむつ20aの構成を示す概略図である。このおむつ用吸水材22aは、実施の形態1に係るおむつ用吸水材22と対比すると、水分検出用RFIDタグ10aが第2の接続部分を介して接続された第3アンテナ部5cをさらに備えている点で相違する。また、吸水スポット24に対して、アンテナ素子4の他端が近い側となるように配置している点で相違する。なお、その他の点では実質的に実施の形態1に係るおむつ用吸水材22aと同様であるので説明を省略する。
このおむつ用吸水材22aでは、この水分検出用RFIDタグ10aを用いているので、複数の接続部分7a、7bを有するので、段階的に信号強度が増大することを検出でき、多段階の吸水状態を検出できる。
具体的には、吸水スポット24にはアンテナ素子4の他端を近い側となるように配置し、吸水スポット24からアンテナ素子4の他端、第2の接続部分7b、第1の接続部分7a、一端の順に尿流路26に沿って配置している。吸水スポット24から吸水された尿等の水分は尿流路26に沿って流れ、まず第2の接続部分7bに達し、その後、第1の接続部分7aに達する。そこで第2の接続部分7b、第1の接続部分7aの順に吸水が行われ、段階的な吸水を検出できる。
(実施の形態3)
図8Aは、実施の形態3に係る液体検出用RFIDタグ10bの上面図であり、図8Bは、側面図である。この液体検出用RFIDタグ10bは、実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10と対比すると、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとが水に対する溶解性を持った電極8を含む接続部分7cを介して接続されている点で相違する。具体的には、液体溶解性の電極8は、例えば、液体溶解性の基材9(例えば、ティッシュペーパー等)上に導電性インクで描いたものであってもよい。接続部分7cが吸液すると、液体溶解性基材9及び液体溶解性の電極8が溶けて、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとの接続部分7cが開放され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長となる。
なお、液体溶解性の基材9としては、ティッシュペーパーを挙げたがこれに限られない。例えば、トイレットペーパー等の水溶紙であれば使用できる。
図8Aは、実施の形態3に係る液体検出用RFIDタグ10bの上面図であり、図8Bは、側面図である。この液体検出用RFIDタグ10bは、実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10と対比すると、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとが水に対する溶解性を持った電極8を含む接続部分7cを介して接続されている点で相違する。具体的には、液体溶解性の電極8は、例えば、液体溶解性の基材9(例えば、ティッシュペーパー等)上に導電性インクで描いたものであってもよい。接続部分7cが吸液すると、液体溶解性基材9及び液体溶解性の電極8が溶けて、第1アンテナ部5aと第2アンテナ部5bとの接続部分7cが開放され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長となる。
なお、液体溶解性の基材9としては、ティッシュペーパーを挙げたがこれに限られない。例えば、トイレットペーパー等の水溶紙であれば使用できる。
(実施の形態4)
図9Aは、実施の形態4に係る液体検出用RFIDタグ10cの上面図であり、図9Bは、側面図である。この液体検出用RFIDタグ10cは、実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10と対比すると、第2アンテナ部5bは、液体に対する溶解性を持った電極で構成されている点で相違する。具体的には、第2アンテナ部5bは、例えば、液体溶解性の基材9(例えば、ティッシュペーパー等)上に導電性インクで描いたものであってもよい。この場合、接続部分7dが吸液すると、液体溶解性の基材9及び液体溶解性の電極からなる第2アンテナ部5b自体が溶けるので、第2アンテナ部5bは無効化され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長となる。
なお、液体溶解性の基材9としては、ティッシュペーパーを挙げたがこれに限られない。例えば、トイレットペーパー等の水溶紙であれば使用できる。
図9Aは、実施の形態4に係る液体検出用RFIDタグ10cの上面図であり、図9Bは、側面図である。この液体検出用RFIDタグ10cは、実施の形態1に係る液体検出用RFIDタグ10と対比すると、第2アンテナ部5bは、液体に対する溶解性を持った電極で構成されている点で相違する。具体的には、第2アンテナ部5bは、例えば、液体溶解性の基材9(例えば、ティッシュペーパー等)上に導電性インクで描いたものであってもよい。この場合、接続部分7dが吸液すると、液体溶解性の基材9及び液体溶解性の電極からなる第2アンテナ部5b自体が溶けるので、第2アンテナ部5bは無効化され、アンテナ素子4の電気長は、第1アンテナ部5aの電気長となる。
なお、液体溶解性の基材9としては、ティッシュペーパーを挙げたがこれに限られない。例えば、トイレットペーパー等の水溶紙であれば使用できる。
なお、上記では、液体検出用RFIDタグの用途例として、おむつ用吸水材に装着し、これを有するおむつの用途例を挙げたが、上記用途例に限定されるものではない。例えば、水道管の外側に液体検出用RFIDタグを貼り付けておき、水漏れを検出する、水漏れ検出用のRFIDタグとしても使用できる。
液体検出用RFIDタグを使用する周波数帯としては、LF帯、HF帯、UHF帯、SHF帯等のいずれの帯域であってもよい。また、液体検出用RFIDタグは、いわゆるタグ機能を有したものに限定されるわけではなく、リーダライタ機能を有したもの等、他の機能を持っていてもよい。
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態が有する効果を奏することができる。
本発明に係るこの液体検出用RFIDタグによれば、アンテナ素子の第1アンテナ部と第2アンテナ部とが液体(例えば、水、アルコール、その他の有機液体等)に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されている。接続部分が吸液すると接続部分が開放されて、接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなる。そこで、信号強度の増大を検出することで、簡易に吸液状態を知ることができる。
1 RFIC素子
2a 第1入出力端子
2b 第2入出力端子
3 励振導体
4 アンテナ素子
5a 第1アンテナ部
5b 第2アンテナ部
5c 第3アンテナ部
6、6a、6b、6c 吸液性膨潤材
7、7a、7b、7c、7d 接続部分
8 液体溶解性電極
9 液体溶解性基材
10、10a、10b、10c 液体検出用RFIDタグ(水分検出用RFIDタグ)
11 RFICチップ
15 多層基板
16a、16b 端子電極
20、20a おむつ
22、22a 吸水材
24 吸水スポット
26 尿流路
28 防水材
30 RFIDリーダ
2a 第1入出力端子
2b 第2入出力端子
3 励振導体
4 アンテナ素子
5a 第1アンテナ部
5b 第2アンテナ部
5c 第3アンテナ部
6、6a、6b、6c 吸液性膨潤材
7、7a、7b、7c、7d 接続部分
8 液体溶解性電極
9 液体溶解性基材
10、10a、10b、10c 液体検出用RFIDタグ(水分検出用RFIDタグ)
11 RFICチップ
15 多層基板
16a、16b 端子電極
20、20a おむつ
22、22a 吸水材
24 吸水スポット
26 尿流路
28 防水材
30 RFIDリーダ
Claims (12)
- RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に液体を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に液体を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されていることを特徴とする、液体検出用RFIDタグ。 - 前記アンテナ素子の一端は前記RFIC素子に接続されており、他端は開放端である、請求項1に記載の液体検出用RFIDタグ。
- 前記RFIC素子は、第1入出力端子及び第2入出力端子を備え、前記第1入出力端子に励振導体が接続されており、前記第2入出力端子に前記アンテナ素子の前記第1アンテナ部が接続されており、
前記第1アンテナ部の電気長は、前記第1入出力端子から前記励振導体の端部までの電気長より長い、請求項1又は2に記載の液体検出用RFIDタグ。 - 前記アンテナ素子は、前記接続部分に液体を吸収すると、前記アンテナ素子全体の電気長が前記第1アンテナ部の電気長となる、請求項1から3のいずれか一項に記載の液体検出用RFIDタグ。
- 前記アンテナ素子は、さらに前記第2アンテナ部と第2の接続部分で接続された第3アンテナ部を有し、前記第2の接続部分は、液体に対して膨潤性または可溶性の材料を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の液体検出用RFIDタグ。
- 前記第1アンテナ部は、液体に対して非膨潤性または不溶性の材料で構成されている、請求項1から5のいずれか一項に記載の液体検出用RFIDタグ。
- おむつ用吸水材であって、
最初に吸水するとして設定された吸水スポットと、
前記吸水スポットから延在する尿流路と、
前記尿流路に沿って配置された水分検出用RFIDタグと、
を備え、
前記水分検出用RFIDタグは、
RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続されたアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、一方端にて前記RFIC素子に接続された第1アンテナ部と、前記第1アンテナ部の他方端に接続された第2アンテナ部とを含んでいて、前記第1アンテナ部と前記第2アンテナ部とが水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含む接続部分で接続されており、前記接続部分に水分を吸収すると、前記接続部分の膨潤または溶解によって前記接続部分が開放され、前記接続部分に水分を吸収していない状態の通信距離または信号強度よりも通信距離または信号強度が大きくなるように構成されており、
前記水分検出用RFIDタグは、前記アンテナ素子の前記接続部分を前記一端より前記吸水スポットに近い側とし、前記一端を前記吸水スポットから遠い側とするように前記尿流路に配置されている、
おむつ用吸水材。 - 前記RFIC素子は、第1入出力端子及び第2入出力端子を備え、前記第1入出力端子に励振導体が接続されており、前記第2入出力端子に前記アンテナ素子の前記第1アンテナ部が接続されており、
前記第1アンテナ部の電気長は、前記第1入出力端子から前記励振導体の端部までの電気長より長い、請求項7に記載のおむつ用吸水材。 - 前記アンテナ素子は、前記接続部分に水分を吸収すると、前記アンテナ素子全体の電気長が前記第1アンテナ部の電気長となる、請求項7又は8に記載のおむつ用吸水材。
- 前記アンテナ素子は、さらに前記第2アンテナ部と第2の接続部分で接続された第3アンテナ部を有し、前記第2の接続部分は、水分に対して膨潤性または可溶性の材料を含み、
前記アンテナ素子の前記第2の接続部分を前記接続部分よりも前記吸水スポットに近い側とする、請求項7から9のいずれか一項に記載のおむつ用吸水材。 - 前記第1アンテナ部は、水分に対して非膨潤性または不溶性の材料で構成されている、請求項7から10のいずれか一項に記載のおむつ用吸水材。
- 請求項7から11のいずれか一項に記載のおむつ用吸水材を有するおむつ。
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