JP6819262B2 - 無線端末および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線によるデータの収集、あるいは無線による駆動が容易で、電池の交換無しに長期間の使用が可能で、省エネルギーにも寄与する無線端末および無線通信システムに関する。

たとえば下記の特許文献１には、容器内に配置してあるセンサにより検出した温度などのデータを、無線端末により、容器の外部に送信することができる無線通信システムが開示してある。また、無線端末の電源として、電気二重層キャパシタや二次電池などを用いることが開示してある。

しかしながら、特許文献１に示すような従来の無線端末においては、電源からの電力が常に無線機（送信部と出力回路と制御部）に送られ、電源からの消費電力が大きく、電源が一次電池である場合には、電池交換をする必要があり、その交換作業が煩雑である。

また、特許文献１では、無線端末の電源として、電気二重層キャパシタを用いることが開示してある。しかしながら、特許文献１には、通信タイミングとキャパシタへの充電のタイミングとの関係に関しては何ら開示がない。

特開２００５−１６７９９５号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、無線によるデータの収集、あるいは無線による駆動が容易で、電池の交換無しに長期間の使用が可能で、省エネルギーにも寄与する無線端末と、それを用いた無線通信システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る無線端末は、
データを送受信可能な無線機と、
前記無線機に電力を供給する電源と、
前記無線機と協同して動作するアプリケーションデバイスと、
前記電源と前記無線機との間に接続され、前記無線機への電力供給を制御し、前記無線機による前記データの送受信が可能となる通信期間と、通信を行わない非通信期間とを繰り返し作り出す電力制御機と、を有する無線端末であって、
前記電源が、電力発生素子と、前記電力発生素子が発生する電力を蓄電可能な二次蓄電デバイスと、を有し、
前記電力制御機は、
前記通信期間では、主として前記二次蓄電デバイスからの電力が前記無線機に供給されるように制御し、前記非通信期間では、前記電力発生素子から前記二次蓄電デバイスに電力が蓄電されるように制御することを特徴とする。

本発明に係る無線端末の電源は、電力発生素子と、前記電力発生素子が発生する電力を蓄電可能な二次蓄電デバイスと、を有する。そのため、本発明の電源としては、一次電池を用いる必要がなく、一次電池の交換の必要がなく、長期間のメンテナンスフリーでの使用に適している。

また、本発明の無線端末では、無線機および電力制御機の作用により、通信期間で、二次蓄電デバイスからの電力（必要に応じて電力発生素子からの電力も）が、無線機（必要に応じてアプリケーションデバイスにも）に供給される。そして、非通信期間では、電力発生素子から二次蓄電デバイスへの蓄電が行われる。

このため、無線機とアプリケーションデバイスの動作は、所定周期でコントロールされ、無線機やアプリケーションデバイスが常時動作することがなくなる。したがって、省エネルギーにも寄与すると共に、二次蓄電デバイスへの蓄電も効率的に行われ、無線によるデータ（アプリケーションデバイスでの検出データ）の収集、あるいは無線による駆動（アプリケーションデバイスでの駆動）が容易になる。

好ましくは、前記電力制御機は、前記電源から前記無線機への電力を遮断および導通可能な電源スイッチと、
前記電源スイッチのオン・オフを制御するシステムタイマーと、を有する。

無線機（または無線機とアプリケーションデバイスの双方）を動作させない時は、それらの電源を切断することで効率的な充電が可能となる。

好ましくは、前記システムタイマーは、所定のタイマー期間毎に、前記電源スイッチをオン状態とし、
前記無線機からのオフ信号に基づき、前記電源スイッチをオフ状態に制御する。

このように電力制御機が制御されることで、必要最小限の期間にのみ、無線機（または無線機とアプリケーションデバイスの双方）を動作させることができ、省エネルギーに寄与する。

前記アプリケーションデバイスは、センサを含んでもよい。センサにより検出されたデータを、所定のタイマー期間毎に、無線機を通して送信することができる。

前記アプリケーションデバイスは、アクチュエータを含んでもよい。無線機を通して、所定のタイマー期間毎に、アクチュエータを動作させたり、連続する複数のタイマー期間でアクチュエータを連続して動作させたりすることができる。

前記二次蓄電デバイスは、二次電池、電気二重層キャパシタおよびその他の二次蓄電デバイスを含んでもよい。これらの二次蓄電デバイスに電力を蓄電することで、所定周期で、無線機に電力を供給してアプリケーションデバイスを起動することができる。

前記電力発生素子は、発電素子を含んでもよい。発電素子は、それ自体で発電を行うため、一次電池と異なり、頻繁に交換する必要はない。

前記電力発生素子は、受電素子を含んでもよい。受電素子は、外部から、好ましくは非接触式に給電されるために、一次電池と異なり、頻繁に交換する必要はない。

本発明に係る無線通信システムは、
上記に記載の無線端末から成る子機と、
前記無線端末からのデータを無線で受け取ることが可能な親機と、を有する無線通信システムであって、
前記親機は、前記子機から定期的または不定期に発せられるデータを受けて、処理を行うことを特徴とする。

子機である無線端末の電力発生素子または二次蓄電デバイスに、十分な電力が残っている状態では、定期的なタイミングで親機にデータが送られてくることになる。子機である無線端末の電力発生素子および二次蓄電デバイスに、十分な電力が残っていない状態では、電力発生素子に電力が発生する条件が満たされるタイミング、すなわち不定期なタイミングで、親機にデータが送られてくることになる。

親機に送られてくるデータは、通信期間の最初では、子機が受信可能である旨のデータのみでもよい。その後に、親機は、対応する子機に、命令信号を送り、子機は、アプリケーションデバイスとしてのセンサで検出されたデータを、親機に送る。その後に、子機の通信機は、電力制御機にオフ信号を送り、電源から通信機への電力供給を遮断または最小限にして、非通信期間の状態にする。

なお、通信期間の最初の段階で、アプリケーションデバイスとしてのセンサで検出されたデータを、親機に一度に送ってもよい。その後に、子機の通信機は、電力制御機にオフ信号を送り、電源から通信機への電力供給を遮断または最小限にして、非通信期間の状態にする。

前記親機が行う処理は、特に限定されないが、データの集計処理でもよく、集計されたデータを利用して何らかの予報処理を行ってもよい。また、たとえば前記親機が行う処理は、前記子機に具備してある前記アプリケーションデバイスのデータに基づき行われてもよい。具体的には、たとえばアプリケーションデバイスがセンサである場合には、センサで検出されたデータ（たとえば温度）に基づき、そのデータが一定の閾値以下、あるいは一定の閾値以上となるように、親機は、子機に関連する装置を制御する。子機に関連する装置としては、たとえば子機が内部に装着してある容器などの機器の内部雰囲気制御装置などが例示される。親機による内部雰囲気制御装置の制御は、有線で行ってもよく、無線により行ってもよい。無線により行う場合には、本発明の通信システムを利用してもよい。

前記親機が行う処理は、前記子機に具備してある前記アプリケーションデバイスのデータに基づき、前記子機が取り付けられた装置の制御に関することであってもよい。

図１は本発明の一実施形態に係る無線端末のブロック図である。 図２は図１に示す複数の無線端末から成る子機と親機との通信システムの概略図である。 図３Ａ（ａ）は図１に示すシステムタイマーにより生成されるリセットパルス信号のタイムチャート図、図３Ａ（ｂ）は図１に示す電源の放電および充電のタイムチャート図、図３Ａ（ｃ）は図１に示すアプリケーションデバイスの動作を示すタイムチャート図である。 図３Ｂ（ａ）は本発明の他の実施形態に係る無線端末におけるシステムタイマーにより生成されるリセットパルス信号のタイムチャート図、図３Ｂ（ｂ）はその実施形態に係る電源の放電および充電のタイムチャート図、図３Ｂ（ｃ）はその実施形態に係るアプリケーションデバイスの動作を示すタイムチャート図である。 図３Ｃ（ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係る無線端末におけるシステムタイマーにより生成されるリセットパルス信号のタイムチャート図、図３Ｃ（ｂ）はその実施形態に係る電源の放電および充電のタイムチャート図、図３Ｃ（ｃ）はその実施形態に係るアプリケーションデバイスの動作を示すタイムチャート図である。 図４は図２に示す通信システムのデータのやり取りを示すタイムチャート図である。 図５は本発明の一実施形態に係る通信システムをロードポートに適用した場合の概略図である。 図６は図５に示すロードポート装置のテーブル付近を示す要部斜視図である。 図７は図５に示す無線端末（子機）の具体例を示す斜視図である。 図８Ａは本発明の一実施形態に係る通信システムを搬送装置に適用した場合の概略図である。 図８Ｂは本発明の一実施形態に係る通信システムを屋外建造物に適用した場合の概略図である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

第１実施形態
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る無線端末２０は、データを送受信可能な無線機２１と、無線機２１と協同して動作するアプリケーションデバイス２２と、無線機２１に電力を供給する電源２３と、電力供給を制御する電力制御機２４とを有する。

無線機２１は、無線用アンテナ２１ａを有する。無線用アンテナ２１ａは、データを無線で送信および受信可能になっている。無線用アンテナ２１ａが使用する無線周波数は、特に限定されないが、ＷｉＦｉおよびブルートースの周波数帯域、或いは、サブギガＨｚの無線周波数が好ましい。

無線機に接続してあるアプリケーションデバイス２２としては、特に限定されないが、センサおよびアクチュエータなどが例示される。センサとしては、温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、酸素濃度センサ、窒素濃度センサ、炭酸ガスセンサ、振動センサ、加速度センサ、地磁気センサなどが例示される。また、アクチュエータとしては、モータの駆動ドライバ、電磁界開閉器、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）で接続される外部機器などが例示される。

無線機２１は、アプリケーションデバイス２２としてのセンサで検出されたデータをアンテナ２１ａを通して無線で送信可能になっている。あるいは無線機２１は、アンテナ２１ａを通して無線で受信されたデータに基づき、アプリケーションデバイス２２としてのアクチュエータ（そのドライバ回路を含む）を制御可能になっている。

電源２３は、電力発生素子２３ａと、電力発生素子２３ａが発生する電力を蓄電可能な二次蓄電デバイス２３ｂと、を有する。電力発生素子としては、特に限定されないが、発電素子および受電素子が例示される。発電素子としては、太陽電池、振動発電素子、温度差発電素子、電磁波発電素子などが例示される。発電素子は、それ自体で発電を行うため、一次電池と異なり、頻繁に交換する必要はない。

受電素子としては、非接触受電コイル、マイクロ波給電器などが例示される。受電素子は、外部から、好ましくは非接触式に給電されるために、一次電池と異なり、頻繁に交換する必要はない。

二次蓄電デバイス２３ｂとしては、特に限定されないが、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、リチウムイオン二次電池、電界キャパシタなどが例示される。

本実施形態では、電力発生素子２３ａと、二次蓄電デバイス２３ｂとは、電源２３において、並列に接続され、それらの間には、ダイオードなどの整流器２３ｃを具備させてもよい。たとえば整流器２３ｃは、電力発生素子２３ａから二次蓄電デバイス２３ｂへの電流の流れは許容し、逆の電流は通さないように機能する。

電源２３と無線機２１との間には、電力制御機２４が接続してある。電力制御機２４は、電源２３から通信機２１およびアプリケーションデバイス２２への電力供給を制御する。電力制御機２４は、電源２３から無線機２１（必要に応じてアプリケーションデバイス２２も含む／以下同様）への電力供給を制御し、無線機２１によるデータの送受信が可能となる通信期間Ｔ２（図３Ａ（ｂ）参照）と、通信を行わない非通信期間Ｔ３（図３Ａ（ｂ）参照）とを繰り返し作り出す。

図１に示すように、電力制御機２４は、電源２３から無線機２１への電力を遮断および導通可能な電源スイッチ２４ａと、電源スイッチ２４ａのオン・オフを制御するシステムタイマー２４ｂと、を有する。

システムタイマー２４ｂは、図３Ａ（ａ）に示す所定のタイマー期間Ｔ１毎に、リセットパルス信号２４ｂ１を出力し、電源スイッチ２４ａをオン状態とし、電源２３から無線機２１へ電力を供給する。その結果、図１に示す無線機２１は、図３Ａ（ｂ）に示す通信期間Ｔ２の間で、アンテナ２１ａを介して無線通信が可能になると共に、アプリケーションデバイス２２との間でデータのやり取りが可能になる。

図１に示す無線機２１は、図３Ａ（ｂ）に示す通信期間Ｔ２が終了すると、図１に示すシステムタイマー２４ｂに信号を送り、電源スイッチ２４ａをオフ状態に制御する。電源スイッチ２４ａがオフになると、電源２３から通信機２１への電力供給が遮断され、通信機２１は、図３Ａ（ａ）に示す次のリセットパルス信号２４ｂ１までの間の非通信期間Ｔ３（図３Ａ（ａ）参照）で、通信が遮断される。

タイマー期間Ｔ１は、システムタイマー２４ｂにより設定される期間であり、通信期間Ｔ２と非通信期間Ｔ３との和になる。Ｔ１は、好ましくは、Ｔ２の２倍〜１００倍であり、具体的には、好ましくは１秒〜３６００秒である。

通信期間Ｔ２では、たとえば図４に示す動作が行われる。その前提として、図１に示す無線端末２０は、図２に示すように、複数の子機２０ａとして、単一の親機３０ａとなる無線端末３０と通信可能である。親機３０ａとなる無線端末３０は、子機２０ａとなる無線端末２０と異なり、常時、固定電源により電力が供給されていることが好ましい。また、本実施形態では、子機２０ａ同士は、通信を行わないが、子機２０ａ同士でも通信を可能に構成してもよい。

図４に示すように、システムタイマー２４ｂから電源スイッチ２４ａにリセットパルス信号２４ｂ１が出力されると、電源スイッチ２４ａがオンとなり、図１に示す通信機２１に電源２３から電力が供給される。その状態では、主として、二次蓄電デバイス２３ｂから通信機２１に電力が供給されるが、電力発生素子２３ａから通信機２１へも電力が供給されてもよい。

通信機２１では、図３Ａに示す通信期間Ｔ２の最初に、子機２０ａが受信可能である旨の確認要求信号（たとえば図４に示す「I am here」の信号）のみを、親機３０ａに送る。その後に、親機３０ａは、対応する子機２０ａに、受取確認信号ＡＣＫを送信すると共に、何らかの命令信号ＣＭＤを送る。子機２０ａは、そのいずれかの信号を受け取り、通信機２１でアプリケーションデバイス２２を動作させる。

アプリケーションデバイス２２がセンサである場合には、子機２０ａは、命令信号ＣＭＤを受け取った後に、センサで検出されたデータ信号Ｄａｔａを親機３０ａに送る。その後に、子機２０ａの通信機２１は、電力制御機２４のシステムタイマー２４ｂまたは電源スイッチ２４ａにオフ信号を送り、電源２３から通信機２１への電力供給を遮断にして、図３Ａに示す非通信期間Ｔ３の状態にする。

なお、通信期間Ｔ２の最初の段階で、子機２０ａは、図４に示す確認要求信号（「I am here」の信号）を送ることなく、しかも、受取確認信号ＡＣＫおよび命令信号ＣＭＤを受け取ることなく、いきなり、データ信号Ｄａｔａを親機３０ａに送ってもよい。その後に、子機２０ａの通信機２０は、電力制御機２４にオフ信号を送り、電源２３から通信機２１への電力供給を遮断して、非通信期間Ｔ３の状態にする。

このようにして電力制御機２４は、図３Ａ（ｂ）に示す通信期間Ｔ２では、主として図１に示す二次蓄電デバイス２３ｂからの電力が無線機２１に供給されるように制御する。また図３Ａ（ｂ）に示す非通信期間Ｔ３では、図１に示す電力制御機２４は、電源スイッチ２４ａがオフとなり、電力発生素子２３ａから二次蓄電デバイス２３ｂに電力が蓄電されるように制御する。

図３Ａ（ｂ）に示す通信期間Ｔ２では、図３Ａ（ｃ）に示すように、アプリケーションデバイス２２が動作し、非通信期間Ｔ３では、アプリケーションデバイス２２の動作が完全に停止する。すなわち、無線機２１を動作させない時は、それらの電源２３を切断することで効率的な充電が可能となる。このように電力制御機２４を用いて電源２３と通信機２１との導通を制御することで、必要最小限の期間（通信期間Ｔ２）にのみ、無線機２１を動作させることができ、省エネルギーに寄与する。

本実施形態に係る無線端末２０の電源２３は、電力発生素子２３ａと、電力発生素子２３ａが発生する電力を蓄電可能な二次蓄電デバイス２３ｂと、を有する。そのため、電源２３としては、一次電池を用いる必要がなく、一次電池の交換の必要がなく、長期間のメンテナンスフリーでの使用に適している。

また、本実施形態の無線端末２０では、無線機２１および電力制御機２４の作用により、通信期間Ｔ２で、二次蓄電デバイス２３ｂからの電力（必要に応じて電力発生素子２３ａからの電力も）が、無線機２１（必要に応じてアプリケーションデバイス２２にも）に供給される。そして、非通信期間Ｔ３では、電力発生素子２３ａから二次蓄電デバイス２３ｂへの蓄電が行われる。

このため、無線機２１とアプリケーションデバイス２２の動作は、所定周期（図３Ａに示す期間Ｔ１）でコントロールされ、無線機２１やアプリケーションデバイス２２が常時動作することがなくなる。したがって、省エネルギーにも寄与すると共に、二次蓄電デバイス２３ｂへの蓄電も効率的に行われ、無線によるデータ（アプリケーションデバイス２２での検出データ）の収集、あるいは無線による駆動（アプリケーションデバイス２２での駆動）が容易になる。

本実施形態において、アプリケーションデバイス２２が、センサである場合には、センサにより検出されたデータを、所定のタイマー期間Ｔ１毎に、無線機２１を通して送信することができる。また本実施形態では、図３Ａ（ｂ）に示す非通信期間Ｔ３において、図１に示す二次蓄電デバイス２３ｂに電力を蓄電する。このため、十分に蓄電された二次蓄電デバイス２３ｂから、所定のタイマー期間Ｔ１毎に、図１に示す無線機２１に、蓄電された電力を供給（放電）してアプリケーションデバイス２２を起動することができる。

図３Ａ（ｃ）に示す非通信期間Ｔ３では、図１に示す電源スイッチ２４ａがオフとなり、通信機２１およびアプリケーションデバイス２２は、電力消費を行わない。このために、図３Ａ（ｂ）に示すように、非通信期間Ｔ３では、図１に示す二次蓄電デバイス２３ｂへの十分な充電が実現される。

本実施形態では、子機２０ａである無線端末２０の電力発生素子２３ａまたは二次蓄電デバイス２３ｂに、十分な電力が残っている状態では、定期的なタイミング（所定のタイマー期間Ｔ１）で親機３０ａにデータが送られてくることになる。たとえば子機２０ａである無線端末２０の電力発生素子２３ａが十分な電力を発生させることができない条件では、二次蓄電デバイス２３ｂに、十分な電力が充電されない場合がある。

電力発生素子２３ａが十分な電力を発生させることができない条件としては、電力発生素子２３ａが太陽電池である場合に、その素子２３ａが光を十分に受光できない場合が考えられる。また、電力発生素子２３ａが振動発電素子である場合に、その素子２３ａに振動が加えられない場合が考えられる。また、電力発生素子２３ａが非接触受電コイルなどの受電素子である場合には、非接触給電コイルが近い位置に無い場合でも、電力発生素子２３ａが十分な電力を発生させることができない。

このような場合には、本実施形態では、図１に示す電力発生素子２３ａに電力が発生する条件が満たされるタイミングで、すなわち不定期なタイミングで、子機２０ａから親機３０ａにデータが送られてくることになる。電力発生素子２３ａに電力が発生する条件が満たされるタイミングとは、上述した電力発生素子２３ａが十分な電力を発生させることができない条件の逆の条件となる。

本実施形態では、親機３０ａは、子機２０ａから定期的または不定期に発せられるデータを受けて、何らかの処理を行う。親機が行う処理は、データの集計処理でもよく、集計されたデータを利用して何らかの予報処理を行ってもよい。

また、たとえば親機３０ａが行う処理は、子機２０ａに具備してあるアプリケーションデバイス２２のデータに基づき行われてもよい。具体的には、たとえばアプリケーションデバイス２２がセンサである場合には、センサで検出されたデータ（たとえば温度）に基づき、そのデータが一定の閾値以下、あるいは一定の閾値以上となるように、親機３０ａは、子機２０ａに関連する装置を制御する。

子機２０ａに関連する装置としては、たとえば子機２０ａが内部に装着してある容器などの機器の内部雰囲気制御装置などが例示される。親機３０ａによる内部雰囲気制御装置の制御は、有線で行ってもよく、無線により行ってもよい。無線により行う場合には、本実施形態の通信システムを利用してもよい。

親機が行う処理３０ａは、子機２０ａに具備してあるアプリケーションデバイス２２のデータに基づき、子機が２０ａ取り付けられた装置の制御に関することであってもよい。子機２０ａが取り付けられた装置としては、特に限定されないが、ウエハを気密状態に保管するための容器、搬送可能な冷凍容器などであっても良い。

第２実施形態
本実施形態の無線端末および通信システムは、以下に示す以外は、第１実施形態の無線端末および通信システムと同様であり、同様な作用効果を奏し、重複する部分の説明は一部省略し、主として相違する部分について説明する。

本実施形態では、図１に示す電力制御機２４が電源スイッチ２４ａを持たず、電源２３と通信機２１とは、電源スイッチ２４ａを介さずに接続してある。そして、システムタイマー２４ｂが無線機２１に、図３Ｂ（ａ）に示すリセットパルス信号２４ｂ１を出力した場合にのみ、通信機２１は図３Ｂ（ｂ）に示すように、通信期間Ｔ２となる。

通信機２１は、通信期間Ｔ２の終了のタイミングで、通信機２１をスリープモードに設定し、電源２３から通信機２１への電力供給を最小限にする。その状態は、システムタイマー２４ｂが、図３Ｂ（ａ）に示すリセットパルス信号２４ｂ１を次に出力するまで続く。その状態が非通信期間Ｔ３となり、図１に示す電源２３から通信機２１へ電力は供給されるが、その量は少ない。非通信期間Ｔ３では、図１に示す電力発生素子２３ａから二次蓄電デバイス２３ｂへの充電が成される。非通信期間Ｔ３を第１実施形態に比較して長くすることで、十分な充電を図ることが可能である。

本実施形態では、第１実施形態と異なり、電源スイッチ２４ａを用いて電力を遮断するのではなく、通信機２１をスリープモードにして低消費電力モードにする。そのため、充電の量は、第１実施形態の場合よりも小さくなる。本実施形態では、図３Ｂ（ｃ）に示すように、非通信期間Ｔ３において、電源から通信機２１への放電が少なからず存在するが、その量は、通信期間Ｔ２に比較すれば、圧倒的に少ない。本実施形態では、電源２３から通信機２１への電力供給を最小限にして、非通信期間Ｔ３の状態にすることができる。

第３実施形態
本実施形態の無線端末および通信システムは、以下に示す以外は、第１実施形態の無線端末および通信システムと同様であり、同様な作用効果を奏し、重複する部分の説明は一部省略し、主として相違する部分について説明する。

本実施形態では、図１に示すアプリケーションデバイス２２が、アクチュエータである場合である。本実施形態では、図３Ｃ（ａ）〜図３Ｃ（ｃ）に示すように、連続する複数のタイマー期間Ｔ１、すなわち動作期間Ｔ４でアクチュエータを連続して動作させたりすることができる。

連続する複数のタイマー期間Ｔ１から成る動作期間Ｔ４は、第１実施形態における所定のタイマー期間Ｔ１を複数倍した期間である。その動作期間Ｔ４では、図２に示す親機３０ａは、対応する子機２０ａに、図１に示すアプリケーションデバイス２２を動作し続ける旨の図４に示す命令信号ＣＭＤを送り続ける。そして、動作期間Ｔ４の最終のタイミングに対応するリセットパルス信号２４ｂ１に基づき動作する通信期間Ｔ２では、親機３０ａからは、対応する子機２０ａに、図１に示すアプリケーションデバイス２２を停止する旨の図４に示す命令信号ＣＭＤを送る。

その後は、所定のタイマー期間Ｔ１毎に、図２に示す特定の子機２０ａは、親機３０ａに対して信号を送り、親機３０ａは、対応する子機２０ａに対して、図１に示すアプリケーションデバイス２２を停止する旨の図４に示す命令信号ＣＭＤを送る。その結果、アクチュエータから成るアプリケーションデバイス２２は、動作しないことを連続して行うことになる。

親機３０ａは、たとえば他の子機２０ａからの信号に基づき、あるいは特定の条件に基づき、対応する子機２０ａに図４に示す命令信号ＣＭＤを送り、アクチュエータから成るアプリケーションデバイス２２の再駆動を開始することができる。

第４実施形態
本実施形態の無線端末および通信システムは、以下に示す以外は、第１実施形態の無線端末および通信システムと同様であり、同様な作用効果を奏し、重複する部分の説明は一部省略し、主として相違する部分について説明する。

本実施形態の無線端末および通信システムは、図５〜図７に示すように、ロードポート装置１０の密封搬送容器２に適用した例である。まず、ロードポート装置１０について説明する。

図５に示すように、本発明の一実施形態に係るロードポート装置１０は、半導体処理装置６０に連結してある。ロードポート装置１０は、設置台１２と、その設置台１２に対して、Ｘ軸方向に移動可能な可動テーブル１４とを有する。なお、図面において、Ｘ軸が可動テーブル１４の移動方向を示し、Ｚ軸が鉛直方向の上下方向を示し、Ｙ軸がこれらのＸ軸およびＺ軸に垂直な方向を示す。

可動テーブル１４のＺ軸方向の上部には、複数のウエハ１を密封して保管して搬送するポットやフープなどで構成される密封搬送容器２が着脱自在に載置可能になっている。密封搬送容器２は、ケーシング２ａを有する。ケーシング２ａの内部には、被処理物たるウエハ１を内部に収めるための空間が形成されている。ケーシング２ａは、水平方向に存在するいずれか一面に開口を有する略箱状の形状を有する。なお、ケーシング２ａの底面は、図６に示す可動テーブル１４の平面形状と同じような形状になっている。

また、密封搬送容器２は、ケーシング２ａの開口２ｂを密閉するための蓋４を備えている。ケーシング２ａの内部に水平に保持されたウエハ１を鉛直方向に重ねるための複数の段を有する棚（不図示）が配置されており、ここに載置されるウエハ１各々はその間隔を一定として容器２の内部に収容される。

ロードポート装置１０は、密封搬送容器２の内部に密封状態で収容してあるウエハを、クリーン状態を維持しながら、半導体処理装置６０の内部に、移し替えるためのインターフェース装置である。このロードポート装置１０は、壁部材１１の受渡口１３を開閉するドア１８を有する。壁部材１１は、半導体処理装置６０の内部をクリーン状態に密封するケーシングの一部、または半導体処理装置６０とロードポート装置１０とを連結するイーフェム（ＥＦＥＭ）などの装置の内部をクリーン状態に密封するケーシングの一部として機能するようになっている。ドア１８の動きについては簡単に説明する。

テーブル１４の上に容器２が設置されると、パージポート５およびパージノズル２８によるボトムガスパージが行われる。そして、ボトムガスパージが行われた状態で、テーブル１４がＸ軸方向に移動し、容器２の開口２ｂを気密に塞いでいる蓋４が取り付けられている開口縁部が、壁部材１１の受渡口１３の内部に入り込む。

それと同時に、壁１１の内部（テーブル１４とは反対側）に位置するドア１８が、容器２の蓋４に係合する。その際に、開口縁部と受渡口１３の開口縁との間はガスケットなどによりシールされ、これらの間は良好に密封される。その後に、ドア１８を蓋４と共に、Ｘ軸方向に移動させ、あるいは回動移動させて、蓋４を開口縁部から取り外し、開口２ｂを開き、容器２の内部と壁１１の内部とを連通させる。その際にも、ボトムガスパージを継続させて動作させても良いし、ボトムパージに加えて、壁１１の内部から容器２の内部に向けて、窒素ガスやその他の不活性ガスなどのパージガス（清浄化ガス）を吹き出す（フロントパージ）ようにしても良い。

次に、壁１１の内部で、ドア１８をＺ軸下方に移動させれば、容器２の開口２ｂは、壁１１の内部に対して完全に開き、壁１１の内部に配置されたロボットハンドなどにより、開口２ｂを通して、壁１１の内部に、ウエハ１の受渡が行われる。その際にも、容器２の内部および壁１１の内部は、外気から遮断され、ボトムパージおよび／またはフロントパージが継続されても良く、容器２の内部はクリーンな環境に維持される。容器２の内部にウエハ１を戻して容器２をテーブル１４から取り外すには、上記の逆の動作を行えば良い。

図６に示すように、可動テーブル１４の上面１４ａには、１つ以上（好ましくは３つ）の位置決めピン１６が埋設されており、ケーシング２ａの下面に設けられた位置決め部３の凹部に位置決めピン１６が嵌合することにより、容器２と可動テーブル１４とのＸ軸−Ｙ軸位置関係が一義的に決定される。

また、可動テーブル１４の上面１４ａには、各位置決めピン１６の近くに、位置検出センサ４０が設置してある。位置検出センサ４０は、容器２がテーブル１４の上面１４ａでＸ−Ｙ軸方向に所定の位置に位置決めされて配置されているかを検出する。位置検出センサ４０としては、特に限定されず、接触式位置検出センサでも非接触式位置検出センサでも良い。

接触式位置検出センサとしては、容器２の底部の一部に接触してスイッチが入る電気式検出センサなどが例示される。また、非接触センサとしては、光検出センサや磁力検出センサなどが例示される。いずれにしても、位置検出センサ４０により検出された検出信号は、制御手段に入力される。制御手段は、たとえばＩＣチップなどの制御回路で構成される。

図６に示すように、テーブル１４の上面１４ａには、さらに、パージノズル２８の頭部が露出している。本実施形態では、パージノズル２８が、４箇所に設けられ、ドア１８の近くに配置してある二つのパージノズル２８が、排気用ノズルとなり、他の二つのパージノズル２８が給気用ノズルとなるが、その数や配置位置は特に限定されない。

図６に示すように、テーブル１４の上面１４ａで、テーブル１４のＹ軸に沿った中央部には、フック５２の頭部が露出している。図６に示す状態では、フック２の頭部は、テーブル１４の上面１４ａと略面一の位置にある。フック５２は、本実施形態では、テーブル１４の上面１４ａで、ドア１８の近くに配置してある（フロントリテーニング機構）が、テーブル１４のＸ軸方向の略中央部に配置しても良い（センターリテーニング機構）。

フック５２は、テーブル１４の上面１４ａに容器２が設置してある状態で、テーブル１４の上面１４ａから上方に飛び出し、容器２の底部に係合して、容器２をテーブル１４に固定する。

テーブル１４の上面１４ａで、受渡口１３の近くには、非接触給電コイルなどで構成してある非接触給電素子３３が装着してある。非接触給電素子３３は、その上に配置される容器２の底壁に接触してもよいが、接触しなくてもよい。

図５に示すように、非接触給電素子３３に対応して、テーブル１４の上面１４ａに設置される容器２における底壁内部には、子機２０ａとしての通信端末２０が設置される。半導体を製造する生産現場では、複数のロードポート装置１０が設置され、しかもロードポート装置１０毎に、複数の容器２が、代わり代わりに設置され、容器２の内部のウエハ１が複数の半導体処理装置６０で処理される。本実施形態では、各容器２の内部に、それぞれ単一または複数の無線端末２０が子機２０ａとして、好ましくは着脱自在に配置してある。

子機２０ａとしての無線端末２０は、図７に示すように、ボード２６に取り付けられる。無線端末２０の内の電力発生素子２３ａは、非接触受電コイルなどの受電素子で構成してあり、ボード２６の裏側に取り付けられる。その他の無線端末２０を構成する部材、たとえば二次蓄電デバイス２３ｂ、通信機２１、アプリケーションデバイス２２および電力制御機２４は、電力発生素子２３ａとは反対側のボード２６の表面に取り付けてある。子機２０ａとしての無線端末２０は、図１に示す第１実施形態と同様な回路ブロック構成である。

図７に示す電力発生素子２３ａが、図５および図６に示す非接触給電素子３３に非接触式で向き合う位置となるように、無線端末２０は、容器２における底壁の内面に取り付けられる。非接触受電コイルから成る電力発生素子２３ａは、容器２の底壁を挟んで、非接触給電素子３３と非接触状態で向き合い、非接触給電素子３３から電力を受け取り、その電力を図１に示す二次蓄電デバイス２３ｂに蓄電することができる。

なお、図面においては、理解を容易にするために、密封搬送容器２に比較して、無線端末２０、非接触給電素子３３、パージポート５、位置決めピン１６、フック５２などを拡大して図示してあるが、実際の寸法比とは異なる。

本実施形態においては、容器２がテーブル１４の上面１４ａに設置されている間は、非接触受電コイルから成る電力発生素子２３ａは、非接触給電素子３３から電力を受け取り、その電力を図１に示す二次蓄電デバイス２３ｂに蓄電することができる。

図１に示すアプリケーションデバイス２２としては、たとえば温度センサ、湿度センサ、窒素濃度センサ、不活性ガスセンサ、酸素濃度センサなどが用いられる。本実施形態では、各容器２の内部に取り付けられた子機２０ａである無線端末２０から親機３０ａに向けて、容器２の内部の温度データ、湿度データ、窒素濃度データ、不活性ガス濃度データ、酸素濃度データ、あるいはそれらの２つ以上のデータを所定のタイマー期間Ｔ１毎に送信することができる。

親機３０ａの無線端末３０は、たとえばロードポート装置１０の制御装置と無線または有線などで接続可能になっており、その制御装置に、子機２０ａから受け取ったデータを送信し、制御装置は、それらのデータに基づき、たとえばボトムパージ装置またはフロントパージ装置を制御する。

たとえば容器２の内部の窒素ガスなどの不活性ガスの濃度が低下していることを検知しているデータを、親機３０ａが子機２０ａから受信した場合には、そのデータをロードポート装置１０の制御装置へ送る。制御装置は、それらのデータに基づき、たとえばボトムパージ装置またはフロントパージ装置を制御して、パージ圧力を高くするなどの制御を行う。

第５実施形態
本実施形態の無線端末および通信システムは、以下に示す以外は、第１実施形態の無線端末および通信システムと同様であり、同様な作用効果を奏し、重複する部分の説明は一部省略し、主として相違する部分について説明する。

本実施形態の無線端末および通信システムは、図８Ａに示すように、複数の冷凍容器７０を搬送するための搬送装置に適用した例である。本実施形態では、各冷凍容器７０の内部に、無線端末２０から成る子機２０ａと、無線端末２０から成る子機２０ｂとが装着してある。

子機２０ａの無線端末２０に装着してある電力発生素子２３ａは、第４実施形態と同様に、非接触受電コイルなどで構成してある。また、子機２０ｂの無線端末２０に装着してある電力発生素子２３ａは、振動発電素子で構成してあり、搬送装置７２の搬送時の振動により発電が可能になっている。

搬送装置７２としては、特に限定されず、自動車、船舶、飛行機などが例示される。

また、子機２０ａの無線端末２０に装着してあるアプリケーションデバイス２２は、第４実施形態と同様に、各種のセンサで構成してある。また、子機２０ｂの無線端末２０に装着してあるアプリケーションデバイス２２は、冷却機のファンを駆動するためのアクチュエータとしての駆動ドライバなどで構成してある。

冷凍機のファンを駆動するためのモータへの電力は、図１に示す電源２３とは別の電源から供給されても良い。アプリケーションデバイス２２としての駆動ドライバを、無線機２１が駆動することで、モータへ別電源から電力が供給されてモータが駆動されるように構成してもよい。

本実施形態では、親機３０ａが、各冷凍容器７０の内部に装着してある子機２０ａから内部温度などのデータを定期的に受け取り、それらのデータに基づき、各冷凍容器７０の内部が一定温度以下となるように、子機２０ｂにデータを送り、子機２０ｂに付随するアプリケーションデバイス２２を起動させる。

また、センサから成るアプリケーションデバイス２２を持つ子機２０ａを、冷凍容器７０の内部に複数箇所に取り付けることで、容器７０の内部の温度や湿度のばらつきなどを検出することが可能になり、子機２０ｂに付随するファンを動作させて冷凍容器７０の内部の雰囲気を循環させ均一化することもできる。

第６実施形態
本実施形態の無線端末および通信システムは、以下に示す以外は、第１実施形態の無線端末および通信システムと同様であり、同様な作用効果を奏し、重複する部分の説明は一部省略し、主として相違する部分について説明する。

本実施形態の無線端末および通信システムは、図８Ｂに示すように、各子機２０ａとなる無線端末２０を、電信柱などの屋外建造物８０に取り付ける。各子機２０ａの無線端末２０に付随するアプリケーションデバイス２２は、たとえば温度センサなどであり、無線端末２０に付随する電力発生素子２３ａは、太陽電池である。

本実施形態では、各屋外建造物８０に取り付けた子機２０ａから定期的または不定期に送られてくるセンサの検出データを、親機３０ａである無線端末３０が読み取り、それらのデータを、有線または無線、あるいはインターネットを通して、コンピュータに送り、これらのデータを、たとえばビッグデータとして集計処理することもできる。親機３０ａも、複数の地域にそれぞれ配置することもでき、それらをネットなどで接続することもできる。集計されたデータを用いて、天気予報など、何らかの予報に用いることも可能である。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえばセンサなどのように、動作時間が短くて済むものをアプリケーションデバイス２２として用いる場合には、二次蓄電デバイス２３ｂとしては電気二重層キャパシタを用いることが好ましい。また、モータなどのように、動作時間が長くなるものをアプリケーションデバイス２２として用いる場合には、二次蓄電デバイス２３ｂとしては、比較的に蓄電容量が多い二次電池を用いるのが好ましい。

さらに、上述した実施形態では、二次蓄電デバイス２３ｂに蓄電が十分になされている前提となっているが、蓄電が不十分な場合は、アプリケーションデバイス２２を動作させずにアラームを出すなどの措置を行ってもよい。

１… ウエハ
２… 密封搬送容器
２ａ… ケーシング
２ｂ… 開口
３… 位置決め部
４… 蓋
５… パージポート
１０… ロードポート装置
１１… 壁部材
１２… 設置台
１３… 受渡口
１４… 可動テーブル
１６… 位置決めピン
１８… ドア
２０… 無線端末
２０ａ，２０ｂ… 子機
２１… 無線機
２１ａ… アンテナ
２２… アプリケーションデバイス
２３… 電源
２３ａ… 電力発生素子
２３ｂ… 二次蓄電デバイス
２３ｃ… 整流器
２４… 電力制御機
２４ａ… 電源スイッチ
２４ｂ… システムタイマー
２４ｂ１… リセットパルス信号
２６… ボード
３０… 無線端末
３０ａ… 親機
３３… 非接触給電素子
４０… 位置検出センサ
５０… クランプ機構
６０… 半導体処理装置
７０… 冷凍容器
７２… 搬送装置
８０… 屋外建造物

Claims (11)

1. データを送受信可能な無線機と、
   前記無線機に電力を供給する電源と、
   前記無線機と協同して動作するアプリケーションデバイスと、
   前記電源と前記無線機との間に接続され、前記無線機への電力供給を制御し、前記無線機による前記データの送受信が可能となる通信期間と、通信を行わない非通信期間とを繰り返し作り出す電力制御機と、を有する無線端末であって、
   前記電源が、電力発生素子と、前記電力発生素子が発生する電力を蓄電可能な二次蓄電デバイスと、を有し、
   前記電力制御機は、前記電源から前記無線機への電力を遮断および導通可能な電源スイッチと、
   前記電源スイッチのオン・オフを制御するシステムタイマーと、を有し、
   前記システムタイマーは、所定のタイマー期間（Ｔ１）毎に、リセットパルス信号を出力し、前記電源スイッチをオン状態とし、前記電源から前記無線機へ電力を供給し、
   前記無線機は、所定の通信期間（Ｔ２）の間で、無線通信を可能とすると共に、前記アプリケーションデバイスとの間でデータのやり取りを行い、
   前記無線機は、前記通信期間（Ｔ２）が終了すると、前記システムタイマーに信号を送り、前記電源スイッチをオフ状態に制御し、前記電源から前記無線機への電力供給を遮断し、前記無線機は、前記システムタイマーからの次のリセットパルス信号までの間の非通信期間（Ｔ３）で通信が遮断され、
   前記電力制御機は、
   前記通信期間では、主として前記二次蓄電デバイスからの電力が前記無線機に供給されるように制御し、前記非通信期間（Ｔ３）では、前記電力発生素子から前記二次蓄電デバイスに電力が蓄電されるように制御することを特徴とする無線端末。
2. データを送受信可能な無線機と、
   前記無線機に電力を供給する電源と、
   前記無線機と協同して動作するアプリケーションデバイスと、
   前記電源と前記無線機との間に接続され、前記無線機への電力供給を制御し、前記無線機による前記データの送受信が可能となる通信期間と、通信を行わない非通信期間とを繰り返し作り出す電力制御機と、を有する無線端末であって、
   前記電源が、電力発生素子と、前記電力発生素子が発生する電力を蓄電可能な二次蓄電デバイスと、を有し、
   前記電力制御機は、
   所定のタイマー期間（Ｔ１）毎に、リセットパルス信号を出力するシステムタイマーを有し、
   前記システムタイマーが前記無線機に、前記リセットパルス信号を出力した場合にのみ、前記電源から前記無線機へ電力を供給し、
   前記無線機は、所定の通信期間（Ｔ２）の間で、無線通信を可能とすると共に、前記アプリケーションデバイスとの間でデータのやり取りを行い、
   前記無線機は、前記通信期間（Ｔ２）の終了のタイミングで、前記無線機（２１）をスリープモードに設定し、前記電源から前記無線機への電力供給を最小限にし、前記システムタイマーが、前記リセットパルス信号を次に出力するまで続かせて非通信期間（Ｔ３）とし、
   前記電力制御機は、
   前記通信期間では、主として前記二次蓄電デバイスからの電力が前記無線機に供給されるように制御し、前記非通信期間（Ｔ３）では、前記電力発生素子から前記二次蓄電デバイスに電力が蓄電されるように制御することを特徴とする無線端末。
3. 前記アプリケーションデバイスは、センサを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の無線端末。
4. 前記アプリケーションデバイスは、アクチュエータを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の無線端末。
5. 前記二次蓄電デバイスは、二次電池を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線端末。
6. 前記二次蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線端末。
7. 前記電力発生素子は、発電素子を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無線端末。
8. 前記電力発生素子は、受電素子を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無線端末。
9. 請求項１〜８に記載の無線端末から成る子機と、
   前記無線端末からのデータを無線で受け取ることが可能な親機と、を有する無線通信システムであって、
   前記親機は、前記子機から定期的または不定期に発せられるデータを受けて、処理を行う無線通信システム。
10. 前記親機が行う処理は、前記子機に具備してある前記アプリケーションデバイスのデータに基づき行われることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
11. 前記親機が行う処理は、前記子機に具備してある前記アプリケーションデバイスのデータに基づき、前記子機が取り付けられた装置の制御に関することを特徴とする請求項９に記載の通信システム。

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