JP6515756B2 - 水分検出用rfidタグ及びおむつ用吸水材 - Google Patents
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Description
一端が前記RFIC素子に接続され、他端が開放端であるアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、前記一端と前記他端との間の少なくとも一箇所に容量結合部を有し、
前記容量結合部には、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材を有する、
ことを特徴とする。
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、
一端が前記RFIC素子に接続され、他端が開放端であるアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、前記一端と前記他端との間の少なくとも一箇所に容量結合部を有し、
前記容量結合部には、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材を有し、
前記水分検出用RFIDタグは、前記アンテナ素子の前記他端を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。
一端が前記RFIC素子に接続され、他端が開放端であるアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、前記一端と前記他端との間の少なくとも一箇所に容量結合部を有し、
前記容量結合部には、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材を有する、
ことを特徴とする。
前記第2入出力端子から前記アンテナ素子の前記開放端までの電気長は、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。
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、
一端が前記RFIC素子に接続され、他端が開放端であるアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、前記一端と前記他端との間の少なくとも一箇所に容量結合部を有し、
前記容量結合部には、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材を有し、
前記水分検出用RFIDタグは、前記アンテナ素子の前記他端を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。
前記第2入出力端子から前記アンテナ素子の前記開放端までの電気長は、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。
図1(a)は、実施の形態1に係る水分検出用RFIDタグ10の上面図であり、図1(b)は、側面図であり、(c)は、等価回路図である。
実施の形態1に係る水分検出用RFIDタグ10は、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、一端と他端との間の少なくとも一箇所に容量結合部7a、7b、7cを有し、容量結合部7a、7b、7cには、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材6a、6b、6cを有する。また、水分検出用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より短く、アンテナ素子4と反対側に延在する。
図2(a)は、RFIC素子1の断面構造を示す概略断面図であり、図2(b)は、図2(a)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14等によって封止してもよい。RFICチップ11は、導電性接合材12と端子電極13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とアンテナ素子4と端子電極16を介して接続する。
RFIC素子1と、励振導体3とは、例えば、図1(b)では第1入力端子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、金めっき膜等の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に比べて短い。
アンテナ素子4は、第1電極5aと第2電極5bと第3電極5cと第4電極5dとを備える。第1電極5aと第2電極5bとは、吸水膨潤材6aを介する容量結合部7aで容量結合している。同様に、第2電極5bと第3電極5cとは吸水膨潤材6bを介する容量結合部7bで容量結合している。また、第3電極5cと第4電極5dとは吸水膨潤材6cを介する容量結合部7cで容量結合している。
RFIC素子1と、アンテナ素子4とは、例えば、図1(b)では第2入力端子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。
アンテナ素子12を構成する第1電極5aと第2電極5bと第3電極5cと第4電極5d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、金めっき膜等の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。
吸水膨潤材6a、6b、6cとしては、例えば高分子吸水材(ポリマー系吸水材)等を使用できる。また、無機系の吸水膨潤材を用いることもできる。吸水膨潤材としては、膨潤の程度が大きいことが好ましい。特に、吸水前に比べて吸水後の吸水膨潤材8a、8b、8c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。
この水分検出用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、電力を伝えることができる。
また、アンテナ素子4が励振導体3よりも長いので、吸水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、段階的な吸水状態を検出しやすくなる。この場合に、水分検出に寄与しない励振導体3の長さを短くできる。
図3(a)〜(d)は、実施の形態1に係る水分検出用RFIDタグ10のアンテナ素子4を構成する各容量結合部7a〜7cの吸水膨潤材6a〜6cが開放端側から順に吸水した場合に各電極5d、5c、5bが順にアンテナ素子として無効化される様子を示し、有効アンテナ長が短くなる様子を示す概略図である。
まず、いずれの吸水膨潤材6a、6b、6cも吸水していない状態では、第1電極5a、第2電極5b、第3電極5c、第4電極5dは、それぞれの容量結合部7a、7b、7cを介して容量結合している(図3(a))。アンテナ素子4のアンテナ長は、M1+M2+M3+M4である。図3(a)ではアンテナ長は15cmとなる。
次に、第3の吸水膨潤材6cが吸水し、膨潤した吸水膨潤材8cとなると、第3電極5cと第4電極5dとの間の容量値が小さくなり、第4電極5d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(図3(b))。つまり、第4電極5dは、無効化されたものとみなされ、アンテナ素子4の電気長は、全体の電気長Lから第4電極5dの電気長M4だけ短くなる。その結果、アンテナ素子の電気長は、M1+M2+M3の長さになる。図3(b)ではアンテナ長は11cmとなる。
さらに、第2の吸水膨潤材6bが吸水し、膨潤した吸水膨潤材8bとなると、第2電極5bと第3電極5cとの間の容量値が小さくなり、第3電極5cも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(図3(c))。つまり、第3電極5c及び第4電極5dは、無効化されたものとみなされ、アンテナ素子4の電気長は、全体の電気長Lから第3電極5cの電気長M3及び第4電極5dの電気長M4だけ短くなる。その結果、アンテナ素子の電気長は、M1+M2の長さになる。図3(c)ではアンテナ長は8cmとなる。
またさらに、第1の吸水膨潤材6aが吸水し、膨潤した吸水膨潤材8aとなると、第1電極5aと第2電極5bとの間の容量値が小さくなり、第2電極5bも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(図3(d))。つまり、第2電極5b及び第3電極5c及び第4電極5dは、無効化されたものとみなされ、アンテナ素子4の電気長は、全体の電気長Lから第2電極5bの電気長M2及び第3電極5cの電気長M3及び第4電極5dの電気長M4だけ短くなる。その結果、アンテナ素子の電気長は、M1の長さになる。図3(d)ではアンテナ長は5cmとなる。
具体的には、3つの容量結合部7c、7b、7aでのアンテナ長の段階的な変化に伴う読取距離の変化に対応するように受信信号強度(RSSI)にそれぞれ閾値T1、T2、T3を設けることで、3段階の吸水状態の判別が可能になる。
<おむつ用吸水材>
図4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、一端と他端との間の少なくとも一箇所に容量結合部7a、7b、7cを有し、容量結合部7a、7b、7cには、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材6a、6b、6cを有する。また、水分検出用RFIDタグ10は、アンテナ素子4の他端を吸水スポット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、吸水スポット24から尿流路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。
水分検出用RFIDタグ10は、上記水分検出用RFIDタグ10と同様のものであるので、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4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し、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。
図6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。例えば、4回吸収可能なおむつと6回吸収可能なおむつの場合について説明する。
(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T1以上か判断し(S13)、しきい値T1以上の信号強度があれば(YES)、水分検出用RFIDタグ10のいずれの吸水膨潤材6a〜6cも吸水していないことを示している(図3(a))。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T1未満である場合(NO)には、さらに信号強度がしきい値T2以上か判断する(S15)。このしきい値T2は、しきい値T1より低い値である。
信号強度がしきい値T2以上である場合には(YES)、第3の吸水膨潤材6cが吸水し、膨潤した吸水膨潤材8cとなり、アンテナ長が第4電極5dの長さM4分だけ短くなっていることを意味している(図3(b))。この場合、おむつ20の中に若干の水分、つまり小便又は大便等が存在することになる。例えば、4回吸収可能なおむつでは、1〜2回吸収の程度と考えられる。また、6回吸収可能なおむつの場合も1〜2回吸収の程度と考えられる。そこで、許容量の範囲と判断でき、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T2未満である場合(NO)には、さらに信号強度がしきい値T3以上か判断する(S16)。このしきい値T3は、しきい値T2より低い値である。
信号強度がしきい値T3以上である場合には(YES)、第2の吸水膨潤材6bが吸水し、膨潤した吸水膨潤材8bとなり、アンテナ長が第4電極5dの長さM4及び第3電極5cの長さM3だけ短くなっていることを意味している(図3(c))。この場合、おむつ20の中にある程度の水分、つまり小便又は大便等がある程度存在することになる。例えば、4回吸収可能なおむつでは、3回吸収の程度と考えられる。また、6回吸収可能なおむつの場合は3〜4回吸収の程度と考えられる。そこで、なお許容量の範囲と判断でき、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T3未満である場合(NO)には、第1の吸水膨潤材6aが吸水し、膨潤した吸水膨潤材8aとなっていると考えられる。つまり、アンテナ長が第4電極5dの長さM4及び第3電極5cの長さM3及び第2電極5bの長さだけ短くなっていることを意味している(図3(d))。この場合、おむつ20の中に相当量の水分、つまり小便又は大便等が相当量存在することになる。例えば、4回吸収可能なおむつでは、4回吸収の程度と考えられる。また、6回吸収可能なおむつの場合も5〜6回吸収の程度と考えられる。そこで、許容量の範囲いっぱいか、あるいは許容量を超えたと判断でき、次のステップS17に移る。
(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(S19)。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T1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(S19)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。
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電極
5b 第2電極
5c 第3電極
5d 第4電極
6a、6b、6c 吸水膨潤材
7a、7b、7c 容量結合部
8a、8b、8c 吸水膨潤材(膨潤状態)
10 水分検出用RFIDタグ
11 RFICチップ
12 導電性接合材
13 端子電極
14 封止樹脂
15 多層基板
16 端子電極
20 おむつ
22 吸水材
24 吸水スポット
26 尿流路
28 防水材
30 RFIDリーダ
Claims (9)
- RFIC素子と、
一端が前記RFIC素子に接続され、他端が開放端であるアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、前記一端と前記他端との間の少なくとも一箇所に容量結合部を有し、
前記容量結合部には、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材を有する、
ことを特徴とする、水分検出用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が接続されており、
前記第2入出力端子から前記アンテナ素子の前記開放端までの電気長は、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に記載の水分検出用RFIDタグ。 - 前記アンテナ素子は、前記容量結合部の前記吸水膨潤材に水分を吸収すると、全体の電気長が前記容量結合部から前記開放端までの電気長だけ短くなる、請求項1又は2に記載の水分検出用RFIDタグ。
- 前記アンテナ素子は、前記一端と前記他端との間の複数箇所にそれぞれ水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材を有する容量結合部を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の水分検出用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、
一端が前記RFIC素子に接続され、他端が開放端であるアンテナ素子と、
を備え、
前記アンテナ素子は、前記一端と前記他端との間の少なくとも一箇所に容量結合部を有し、
前記容量結合部には、水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材を有し、
前記水分検出用RFIDタグは、前記アンテナ素子の前記他端を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が接続されており、
前記第2入出力端子から前記アンテナ素子の前記開放端までの電気長は、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5に記載のおむつ用吸水材。 - 前記アンテナ素子は、前記容量結合部の前記吸水膨潤材に水分を吸収すると、全体の電気長が前記容量結合部から前記開放端までの電気長だけ短くなる、請求項5又は6に記載のおむつ用吸水材。
- 前記アンテナ素子は、前記一端と前記他端との間の複数箇所にそれぞれ水分を吸収すると膨潤する吸水膨潤材を有する容量結合部を有する、請求項5から7のいずれか一項に記載のおむつ用吸水材。
- 請求項5から8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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