JP6978945B2 - Ｒｆｉｄタグ中に使用するためのアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（高周波識別）タグ中での使用に適したアンテナの分野に関する。本発明は、病院で使用される衣類およびベッドシーツなどの洗濯物に取り付け可能なものなどのＲＦＩＤタグに関する。

国際公開第２０１４／２０４３２２Ａ１号パンフレットには、リネン製品または洗濯物のタグとしての使用に特に適したＲＦＩＤタグが開示されている。特定の一実施形態におけるＲＦＩＤタグは、バッキング層と、バッキング層の上の第１の接着層と、第１の接着層の上のＲＦＩＤトランスポンダーおよびアンテナと、ＲＦＩＤトランスポンダーおよびアンテナの上の第２の接着層とを含む。これらの層は互いに積層され、ＲＦＩＤトランスポンダーおよびアンテナはＲＦＩＤタグ中に気密封止される。好ましい一実施形態では、アンテナは、たとえば４９本のストランドを有する細長いマルチストランドステンレス鋼ワイヤを含む。このワイヤは、好ましくは直径が０．３〜０．５ｍｍであり、ナイロンまたはその他のポリマーの絶縁体中に封入される。直径が０．３〜０．５ｍｍであり４９本のストランドを有するこのようなマルチストランドワイヤ構造は、十分な可撓性を有し、従来技術のアンテナよりもキンクの傾向が少ないことが分かっている。このアンテナは、積層前に強化接着層に縫合することができる。この縫合は、綿、ポリエステル綿、または他の実質的に耐久性の糸を含むことができ、好ましくは、これにより、積層中および強化接着層が併用されるＲＦＩＤタグの後の使用中にアンテナが所定の位置に維持される。

本発明の目的の１つは、ＭＲＩスキャナーなどの医療機器の内部または近傍で使用される織物上に取り付けるための改善されたＲＦＩＤアンテナを提供することである。本発明の特定の目的の１つは、織物上に取り付けるためのＲＦＩＤアンテナであって、ＭＲＩスキャナーなどの医療機器で結果として得られる医療画像に大きい影響を与えることがないＲＦＩＤアンテナを提供することである。さらなる目的の１つは、ＲＦＩＤタグとともに使用することができ、病院で使用されるガウンおよびベッドシーツなどの洗濯物に取り付けることができるＲＦＩＤアンテナを提供することである。

本発明の第１の態様は、ＲＦＩＤタグ中に使用するためのアンテナである。このアンテナはヤーンを含み、そのヤーンがステンレス鋼繊維を含むか、またはＲＦＩＤアンテナがステンレス鋼ワイヤを含む。ステンレス鋼とは、少なくとも１０．５重量％のクロムを含む鋼のグレードを意味する。これらのステンレス鋼繊維またはステンレス鋼ワイヤは、５％未満、好ましくは３％未満、より好ましくは２％未満、より好ましくは１％未満、より好ましくは０．３５％未満、より好ましくは０．２５％未満、より好ましくは０．１％未満のマルテンサイト重量パーセント値を有する。さらにより好ましくは、ステンレス鋼ワイヤまたはステンレス鋼繊維はマルテンサイトを含まない。

従来技術には、ＲＦＩＤタグ用のステンレス鋼ワイヤアンテナの使用が記載されている。ステンレス鋼ワイヤは、エンドドローン（ｅｎｄ ｄｒａｗｎ）微細構造を有する。エンドドローン微細構造は、実質的に等軸ではない結晶粒を特徴とする微細構造である。ステンレス鋼ワイヤ（またはステンレス鋼繊維）を伸線することにより、ワイヤまたは繊維は多量のマルテンサイトを含み、典型的にはマルテンサイト含有量はステンレス鋼の１０〜８０重量％の範囲である。

本発明の驚くべき利点の１つは、従来技術のアンテナと異なり、本発明のＲＦＩＤアンテナはＭＲＩスキャナーなどの医療機器と干渉しないことである。したがって、本発明によるＲＦＩＤアンテナは、たとえば、病院において、ＭＲＩスキャナー内またはその周囲で使用される衣料品またはベッドシーツ上のＲＦＩＤチップのために、医療機器によって得られる医療画像を妨害することなく使用することができる。

ステンレス鋼繊維中またはステンレス鋼ワイヤ中のマルテンサイトは、適切なエッチング化学物質を用いてエッチングした後のステンレス鋼の光学顕微鏡観察によって確認することができる。あるいは、ステンレス鋼中のマルテンサイトの存在および量はＸ線回折（ＸＲＤ）によって調べることができる。別の方法の１つでは、磁気測定によって飽和磁界が測定され、その後、１００％マルテンサイトステンレス鋼の測定値と比較することにより、試験したステンレス鋼試料の重量パーセント値を計算することができる。

好ましくは、本発明のアンテナ中のステンレス鋼繊維またはステンレス鋼ワイヤは焼きなまし微細構造を有する。焼きなまし微細構造は、実質的に等軸の結晶粒を含む再結晶した微細構造である。焼きなましは、ステンレス鋼をその再結晶温度よりも高温まで加熱し、適切な温度で特定の時間維持し、次に冷却する熱処理プロセスによって行うことができる。焼きなましプロセスにより、ステンレス鋼ワイヤまたはステンレス鋼繊維の伸線中に形成されたマルテンサイトが除去され、ステンレス鋼の再結晶が起こり、その結果として実質的に等軸の結晶粒が得られる。

再結晶温度よりも低い温度で十分な時間の焼きなましを行うことにより、本発明のための、低マルテンサイトのまたはマルテンサイトを含まないステンレス鋼ワイヤまたはステンレス鋼繊維を得ることもできる。次に、微細構造が完全に再結晶することなく、マルテンサイトがオーステナイトに変換される。

ステンレス鋼繊維またはステンレス鋼ワイヤは、ＡＳＴＭ Ａ２４０に準拠した（特にＡＳＴＭ Ａ２４０／Ａ２４０Ｍ−１５ａ，Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｈｒｏｍｉｕｍ ａｎｄ Ｃｈｒｏｍｉｕｍ−Ｎｉｃｋｅｌ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｔｅ，Ｓｈｅｅｔ，ａｎｄ Ｓｔｒｉｐ ｆｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌｓ ａｎｄ ｆｏｒ Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ，２０１５に準拠した）３００合金シリーズまたは２００合金シリーズのステンレス鋼、たとえば合金３１６または合金３１６Ｌからできていてよい。好ましくは、ステンレス鋼繊維またはステンレス鋼ワイヤは、少なくとも１２重量％のニッケルを含む合金からできている。より好ましくは、ステンレス鋼繊維またはステンレス鋼ワイヤは、少なくとも１２重量％のニッケル、および少なくとも１６重量％のクロム、および好ましくは２〜２．５重量％のモリブデンを含む合金からできている。合金３１６Ｌと同じ規格であるが（ＡＳＴＭ Ａ２４０／Ａ２４０Ｍ−１５ａに準拠する）、修正されたニッケル含有量（１２〜１５重量％）、修正されたクロム含有量（１７〜１８重量％）、および修正されたモリブデン含有量（２〜２．５重量％）を有する合金がさらにより好ましい。

好ましくは、本発明のアンテナは、１２〜１５重量％のニッケル、１７〜１８重量％のクロム、２〜２．５重量％のモリブデン、０．０３重量％未満の炭素、および０．１重量％未満の窒素を含むステンレス鋼合金を含むか、またはそれからできたステンレス鋼繊維またはステンレス鋼ワイヤを含む。このような合金は、集束伸線（ｂｕｎｄｌｅ ｄｒａｗｎ）繊維および伸線ワイヤのエンドドローン微細構造中のマルテンサイト量が少ないために好ましい。

好ましくは、ステンレス鋼繊維またはステンレス鋼ワイヤは、高窒素オーステナイトステンレス鋼（ＨＮＡＳＳ）を含むか、またはそれからできている。高窒素オーステナイトステンレス鋼合金の１つは、０．４重量％を超える窒素含有量を含むステンレス鋼合金である。ＨＮＡＳＳ鋼グレードは、ワイヤの伸線または束ねた繊維の伸線プロセス中に完全にオーステナイトのままであり、伸線プロセス中にひずみ誘起によるマルテンサイトは形成されない。本発明に使用できるＨＮＡＳＳ鋼グレードの第１の例は、０．２重量％の炭素、１７重量％のクロム、０．０５重量％のニッケル、０．５３重量％の窒素、３．３重量％のモリブデン、および１０．５０重量％のマンガンを含む。本発明に使用できるＨＮＡＳＳ鋼グレードの第２の例は、０．０８重量％の炭素、２１重量％のクロム、０．３重量％のニッケル、１重量％の窒素、０．７重量％のモリブデン、および２３重量％のマンガンを含む。

好ましくは、本発明のアンテナはヤーンを含み、そのヤーンはステンレス鋼繊維を含む。それらのステンレス鋼繊維は、フィラメントとしてヤーン中に存在することができるか、またはステンレス鋼繊維は、個別の長さの繊維としてヤーン中に存在することができる。フィラメントとは、実質的に無限の長さのステンレス鋼繊維を意味する。ステンレス鋼フィラメントを含むヤーンは、撚られた複数の平行のフィラメントの束として、または多子糸（たとえば、双糸）の撚られたヤーンもしくはケーブルヤーンとして提供することができる。個別の長さの繊維とは、有限の長さを有し、ほとんどの場合にある長さ分布を有する繊維を意味する。個別の長さの繊維からできたヤーンは、ヤーン紡糸方法、たとえばリング精紡によって製造される。個別の長さの繊維からできたヤーンは、単糸または多子糸（たとえば、双糸）のヤーンであってよい。フィラメントまたは個別の長さの繊維のいずれかの本発明に使用するためのステンレス鋼繊維は、たとえば、米国特許出願公開第２０５０２９８号明細書に記載されるような集束伸線（ｂｕｎｄｌｅｄ ｄｒａｗｉｎｇ）方法により製造することができる。このような繊維は特徴的な多角形断面を有する。好ましくは、本発明に使用するための集束伸線ステンレス鋼繊維の相当直径は、４μｍを超え、好ましくは１０μｍを超え、好ましくは３０μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満、より好ましくは１５μｍ未満である。非円形断面の繊維の相当直径は、非円形断面を有する繊維の断面積と同じ面積を有する円の直径である。単一のエンドドローンステンレス鋼フィラメントを本発明に使用することもできる。このようなフィラメントは、ほとんどの場合に円形断面を有する。４０μｍを超え、好ましくは１００μｍ未満、たとえば５０μｍ、６０μｍ、または８０μｍの断面を有する単一のエンドドローンステンレス鋼フィラメントが好ましい。一例は、１００回／メートルで互いに撚り合わされた直径５０μｍの２４本のステンレス鋼フィラメントからなるヤーンである。

好ましくは、本発明のアンテナはヤーンを含み、そのヤーンはステンレス鋼繊維を含む。このヤーンは、好ましくは撚り数が２００回／メートル未満、より好ましくは撚り数が１５０回／メートル未満である撚られたステンレス鋼マルチフィラメントヤーン（複数のステンレス鋼フィラメントを含むヤーンを意味する）である。

好ましくは、本発明のアンテナはヤーンを含み、そのヤーンはステンレス鋼繊維を含み、そのヤーンの線密度は３５０ｔｅｘ未満、より好ましくは２５０ｔｅｘ未満である。ヤーンの線密度はステンレス鋼繊維のみを考慮して求められ、ヤーン上に存在しうるコーティング層は、ヤーンの線密度の測定には考慮されない。

耐久性の目的で（たとえば、複数回の洗濯作業に耐えるため）、好ましいアンテナのヤーンまたはステンレス鋼ワイヤは、ポリマーコーティング、好ましくはポリマー中にフッ素を含むポリマーコーティング、たとえばＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｃｏｘｙ）ポリマー）、または熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）コーティングでコーティングすることができる。

本発明の第２の態様は、トランスポンダーと、本発明の第１の態様に記載のアンテナとを含むＲＦＩＤタグである。アンテナはトランスポンダーに連結される。

好ましくは、本発明のＲＦＩＤタグは、１つのトランスポンダーと、本発明の第１の態様に記載の２つのアンテナとを含む。これら２つのアンテナはそれぞれトランスポンダーに連結される。好ましくは２つのアンテナ間の夾角は１８０°である。

本発明の第３の態様は、織物と、本発明の第２の態様に記載のＲＦＩＤタグとの組立体である。ＲＦＩＤタグは織物上に固定される。

好ましくは、アンテナは織物上に固定され、それによってアンテナが織物上で起伏する。

好ましくは、アンテナは、１本または２本以上のステッチヤーンによって織物上に固定される。

本発明の第４の態様は、本発明の第３の態様に記載の組立体を含む衣料品、たとえばガウン、またはベッドシーツである。

本発明によるＲＦＩＤアンテナの一例を示す。 本発明によるＲＦＩＤアンテナの断面を示す。 織物と、その織物の上に固定されたＲＦＩＤタグとを示す。

図１は、代表的なＲＦＩＤアンテナ１００の長手方向図を示す。図２は、代表的なＲＦＩＤアンテナの断面２００を示す。この代表的なＲＦＩＤアンテナは、３１６Ｌステンレス鋼（ＡＳＴＭ Ａ２４０に準拠）からできた相当直径１２μｍの集束伸線ステンレス鋼フィラメントを用いて製造されている。これらのステンレス鋼フィラメントは、１０００℃で焼きなましを行って、ステンレス鋼フィラメントの焼きなまし微細構造を形成した。撚られたヤーンを得るために、２７５本のステンレス鋼フィラメント１１０の平行の束を１００回／メートルで撚った。この撚られたヤーンにＰＦＡをコーティングして、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｃｏｘｙ）ポリマー）コーティング層１２０をアンテナ１００上に形成した。このアンテナは、磁気測定によって飽和磁界を測定し、既知のマルテンサイト重量パーセント値を有するステンレス鋼試料の測定値と比較して、試験した試料のマルテンサイト重量パーセント値を計算することによって求める場合、マルテンサイトを実質的に含まなかった。

撚られたステンレス鋼マルチフィラメントヤーンの代案の１つとして、（低マルテンサイトまたはマルテンサイトを含まない微細構造を得るために）焼きなまし微細構造まで焼きなましたステンレス鋼ワイヤをアンテナとして使用することができる。

図３は、織物３３０と、その織物上に固定されたＲＦＩＤタグ３４０とを示す。ＲＦＩＤタグ３４０は、１つのトランスポンダー３５０と、本発明の第１の態様に記載の、たとえば例に記載のアンテナである２つのアンテナ３６０とを含む。２つのアンテナ３６０はトランスポンダー３５０と連結される。ＲＦＩＤタグ３４０は織物上に固定される。アンテナ３６０は織物３３０上に配置され、それによってアンテナ３６０は織物３３０上で起伏する。２つのアンテナ３６０間の夾角αは１８０°である。アンテナ３６０は、１本または２本以上のステッチヤーン３７０によって織物３３０上に固定される。

例に記載のアンテナを有する代表的なＲＦＩＤタグを有する織物について、ＭＲＩスキャナー画像に対する影響を試験した。この影響は十分低く、ＭＲＩ画像に対する悪影響はなかった。

Claims (14)

1. ＲＦＩＤタグ中に使用するためのアンテナであって、
   ヤーンを含み、前記ヤーンがステンレス鋼繊維を含むか、または
   前記ＲＦＩＤアンテナがステンレス鋼ワイヤを含み、
   前記ステンレス鋼繊維または前記ステンレス鋼ワイヤが５％未満のマルテンサイト重量パーセント値を有し、
   前記ステンレス鋼繊維または前記ステンレス鋼ワイヤが焼きなまし微細構造を有する、アンテナ。
2. 前記ステンレス鋼繊維または前記ステンレス鋼ワイヤがＡＳＴＭ Ａ２４０に準拠した３００シリーズまたは２００シリーズのステンレス鋼からできている、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記ステンレス鋼繊維または前記ステンレス鋼ワイヤが、１２〜１５重量％のニッケル、１７〜１８重量％のクロム、２〜２．５重量％のモリブデン、０．０３重量％未満の炭素、および０．１重量％未満の窒素を含むステンレス鋼合金を含むか、またはそれからできている、請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記ステンレス鋼繊維または前記ステンレス鋼ワイヤが高窒素オーステナイト鋼合金からできている、請求項１に記載のアンテナ。
5. ヤーンを含み、前記ヤーンがステンレス鋼繊維を含み、
   前記ステンレス鋼繊維がフィラメントとして存在するか、または
   前記ステンレス鋼繊維が個別の長さの繊維として存在する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ。
6. ヤーンを含み、前記ヤーンがステンレス鋼繊維を含み、前記ステンレス鋼繊維がフィラメントとして存在し、
   前記ヤーンが、２００回／メートル未満の撚り数で撚られたマルチフィラメントヤーンである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ。
7. ヤーンを含み、前記ヤーンがステンレス鋼繊維を含み、前記ヤーンの線密度が３５０ｔｅｘ未満である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンテナ。
8. 前記ヤーンまたは前記ステンレス鋼ワイヤがポリマーコーティングでコーティングされている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアンテナ。
9. トランスポンダーと、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアンテナとを含み、前記アンテナが前記トランスポンダーに連結されている、ＲＦＩＤタグ。
10. トランスポンダーと、請求項１〜８のいずれか一項に記載の２つのアンテナとを含み、前記２つのアンテナがそれぞれ前記トランスポンダーに連結されている、請求項９に記載のＲＦＩＤタグ。
11. 織物と、請求項９または１０に記載のＲＦＩＤタグとの組立体であって、前記ＲＦＩＤタグが前記織物上に固定されている、組立体。
12. 前記アンテナが前記織物上に固定され、それによって前記アンテナが前記織物上で起伏する、請求項１１に記載の組立体。
13. 前記アンテナが１本または２本以上のステッチヤーンによって前記織物上に固定されている、請求項１１または１２に記載の組立体。
14. 請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の組立体を含む衣料品またはベッドシーツ。
    

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