JPWO2016190008A1 - 水分検知方法、rficリーダ及び水分検知システム - Google Patents
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Abstract
Description
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を規制するスペーサ部材と、
を備える。
前記RFICデバイスは、
RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続され、容量結合可能な対向部を有する、アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の前記対向部の近傍に設けられた吸水材と、
を備え、
前記RFICデバイスは、水分の存在下で通信距離が変化し、
前記RFICリーダは、
前記RFICデバイスとの通信を行う通信部と、
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を規制するスペーサ部材と、
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を前記スペーサ部材で規制しながら通信させ、前記通信の成否に基づいて水分の有無を判断する判断部と、
を備える。
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を規制するスペーサ部材と、
を備える。
前記RFICデバイスは、
RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続され、容量結合可能な対向部を有する、アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の前記対向部の近傍に設けられた吸水材と、
を備え、
前記RFICデバイスは、水分の存在下で通信距離が変化し、
前記RFICリーダは、
前記RFICデバイスとの通信を行う通信部と、
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を規制するスペーサ部材と、
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を前記スペーサ部材で規制しながら通信させ、前記通信の成否に基づいて水分の有無を判断する判断部と、
を備える。
図1(a)は、実施の形態1に係る水分検知システム50における水分検知用RFICデバイス10をおむつ30に貼着した用途例を示す概略図である。図1(b)は、(a)の水分検知システム50における、おむつ30に貼着した水分検知用RFICデバイス10とRFICリーダ40との間隔の規制状態を示す概略図である。
実施の形態1に係る水分検知システム50は、例えば、UHF帯を利用したRFICシステムであり、おむつ(対象体)30に貼着され、水分の存在下で通信距離が変化するRFICデバイス10と、RFICリーダ40とを用いる。RFICデバイス10とRFICリーダ40との距離をスペーサ部材44で規制しながら通信させる。この通信の成否に基づいて、前記RFICデバイス10の周囲における水分の有無を検知する。具体的には、RFICデバイス10として、水分の存在下で通信距離が短くなるRFICデバイスを利用し、RFICデバイス10とRFICリーダとが通信不可状態になったとき、RFICデバイス10の周囲に水分が存在すると判定できる。スペーサ部材でRFICデバイスとRFICリーダとの距離、さらに具体的に言うと、RFICデバイスのアンテナとRFICリーダのアンテナとの最短距離を物理的に規制する。このため、RFICリーダをRFICデバイスに近づけすぎて通信可能となって、水分が存在しているのにもかかわらず、「水分が存在しない」と誤判定してしまうのを避けることができる。この水分検知システムでは、例えば、RFICデバイス10とRFICリーダ40との距離を、水分の存在下で変化するRFICデバイス10の通信距離の変化前後の通信距離の中間の距離としてスペーサ部材44によって設定できる。これによって、簡易且つ高精度に水分の存在を検知できる。
図2(a)は、実施の形態1に係る水分検知システム50における水分検知用RFICデバイス10の構成を示す平面図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A線の方向からみた断面構造を示す概略断面図であり、図2(c)は、実施の形態1に係る水分検知用RFICデバイスの等価回路図である。
実施の形態1に係る水分検知システム50における水分検知用RFICデバイス10は、RFIC素子1と、RFIC素子1に接続され、互いに反対方向に延在する第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12と、第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12を支持する吸水材2と、を備える。第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12は、それぞれミアンダ状であって、容量結合可能な複数の対向部13を有する。対向部13とは、アンテナ素子内で互いに対向する一対の素片とその間隙とを含む。吸水材2は、RFIC素子と、第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12と、を支持する基材シート2である。また、図1(c)の等価回路図に示すように、RFIC素子1と、第1及び第2アンテナ素子11、12と、キャパシタ9と、を有する。キャパシタ9は、例えば、RFIC素子1内のCパターン又は浮遊容量であってもよい。
RFIC素子1は、RFICチップ21と、RFICチップ21と導電性接合材22及び端子電極23を介して接続された多層基板25とを備える。RFICチップ21は封止樹脂24で封止されている。また、多層基板25には、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21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。そして、この給電回路は所定の基板内に構成されている。このように給電回路を設けることによって、周囲環境の変化によってアンテナ素子の電気長が変化しても、RFICデバイス側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。
つまり、初期状態でのアンテナ素子の電気長を所定値(例えば最大利得状態(2/λ))にあわせておけば、人体の近傍にアンテナ素子を配置した場合であっても、通信可能距離が低下するものの、ある一定距離においてはRFICデバイスの読み取りは可能である。そして、アンテナ素子の周囲の水分量が多くなってアンテナ素子の電気長が変化すると、通信可能距離がさらに低下する。例えば、一つのRFICデバイスについて、初期状態での通信可能距離が1〜2mであり、人体の近傍に配置した状態であって周囲環境が乾燥した状態では、通信可能距離が20cmであり、濡れ状態では通信可能距離が3cm以下であった。そこで、水分の存在下で低下した通信可能距離(一例:3cm以下)と、水分のない状態での通信可能距離(一例:20cm)と、の間の一定の距離、例えば、5cmの間隔でRFICデバイスとRFICリーダとを通信させる。一定の距離(一例:5cm)での通信で、通信不可状態を検出することによって、水分の有無を検知できる。もちろん、初期状態(人体の近傍に配置させる前の状態)でもRFICデバイスの読み取りが可能であるため、その特性測定や選別作業を高精度に行なうことができるし、RFICデバイスを利用した在庫管理や物流管理も可能である。なお、上記例は、例えば0.25W出力での通信可能距離であって、出力等が変化すると通信可能距離は当然に変化する。
なお、図3(a)及び(b)では、RFIC素子1において、給電回路を内蔵する多層基板25を設けているがこれに限られず、給電回路を設けない場合であってもよい。給電回路を設けない場合、第1及び第2アンテナ素子11、12の表面に設けられた対向部13に水分を保持すると、アンテナの電気長が変化してキャリア周波数が変化する。その結果、乾燥状態と同じキャリア周波数で通信した場合、水分保持状態では無線通信状態がより大きく変化し、無線通信自体が不可能になる。そこで、より水分を検知できる。
なお、アンテナ素子は、上記のように2つに限られるものではなく1つあるいは2つ以上であってもよい。また、延在する方向は、反対方向に限られず、例えば、互いに直角をなすように延在してもよい。また、第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12は、ミアンダ状の複数の折り返し部分を容量結合可能な複数の対向部13として用いることができる。なお、容量結合可能な対向部13は、例えば直列的な容量結合又は並列的な容量結合であってもよい。また、アンテナ素子の各素片がそれぞれ直列的に容量結合をしていてもよい。あるいは、アンテナ素子の素片に対して複数の素片が並列的に容量結合をしていてもよい。容量結合している対向部としては、直列的な容量結合の対向部又は並列的な容量結合の対向部のいずれであってもよい。これによって、アンテナ素子の構成の柔軟性を高めることができる。
第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12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。
図4に示す実施の形態1に係る水分検知用RFICデバイス10は、吸水材2が水分を吸収すると、第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12の複数の対向部13の間に容量結合14が生じ、浮遊容量が大きくなって第1及び第2アンテナ素子11、12の電気長が変化する。その結果、図4に示すように通信距離が短くなり無線通信状態が変化し、さらには無線通信自体が不可能になる。例えば、基材シート2を高分子吸水材で構成した場合、吸水していない状態での比誘電率εは5程度である。基材シート2が水分を吸収した場合の比誘電率εは約60となる。その結果、ミアンダ状の第1及び第2アンテナ素子11、12の複数の対向部13での浮遊容量が大きくなり、アンテナの長さが変化する。そのため、通信距離が短くなって無線通信状態が変化し、さらには無線通信自体ができなくなる。この無線通信状態の変化を検出することによって水分の存在を検知できる。
さらに、中継アンテナは、電波を放射できる導電性材料からなるものであればよい。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、アルミ板、アルミ膜、銀箔、銀板、銀めっき膜、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。また、薄膜等の形成は、めっきに限られず、印刷、蒸着等を用いてもよい。例えば、おむつ30の外面側に印刷工法で導電性インクからなる中継アンテナを形成してもよい。さらに、導電性繊維を用いて中継アンテナを構成してもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂シート又は樹脂フィルムにアルミ蒸着して中継アンテナを構成してもよい。
RFICリーダ40は、RFICデバイス10との通信を行う通信部42と、RFICデバイス10と通信部42との距離を規制するスペーサ部材44と、を備える。なお、「距離を規制する」とは、「RFICデバイス10と通信部42との距離を一定に保つ」ことである。つまり、使用者が代わっても同じ距離に設定できるようにすることである。
また、スペーサ部材44によって、RFICデバイス10と通信部42との距離を安定して規制できる。例えば、RFICデバイス10と通信部42との距離を自動計測して表示したとしても、人が表示のみを見て所定距離に合わせることは困難である。これに対して、スペーサ部材44を用いることでRFICデバイス10と通信部42との距離を簡易に安定して規制できる。また、スペーサ部材44によって、例えば、RFICデバイス10とRFICリーダ40との距離を、水分の存在下で変化するRFICデバイス10の通信距離の変化前後の通信可能距離(一例:変化前20cm、変化後3cm以下)の中間の距離(一例:5cm)として設定できる。なお、図1(a)、図1(b)では、スペーサ部材44は、棒形状であって単一の距離のみを規制しているが、これに限られず、スペーサ部材44によってRFICデバイス10とRFICリーダ40との距離を複数段階に規制してもよい。スペーサ部材44は、電磁波の伝搬を阻害しにくいことから、絶縁性材料で構成することが好ましい。これによってRFICデバイス10とRFICリーダ40との通信への影響を抑えることができる。
また、RFICリーダ40は、好適にはハンディ型であるが、ハンディ型に限られず、据え置き型であってもよい。
RFICリーダ40は、RFICデバイス10との通信を行うにあたって、乾燥状態と水分保持状態とについて中心周波数を変化させてもよい。あるいは、乾燥状態と水分保持状態とについて一定の中心周波数で通信してもよい。RFIC素子1によってRFICデバイス10の中心周波数が変化しにくい場合には、乾燥状態と水分保持状態とで一定の中心周波数で通信すればよい。一方、乾燥状態と水分保持状態とでRFICデバイス10の中心周波数が大きく変化する場合にも、乾燥状態と水分保持状態とで一定の中心周波数で通信することで、大きな変化を検知できる。
なお、「通信不可」の状態の判断は、後述するように、1回の通信の成否で判断してもよく、あるいは複数回の通信の成否の回数で判断してもよい。さらに、無線通信成否の計数について、通信できなかった回数があらかじめ定めた閾値の回数以上の場合に通信不可と判断し、RFICデバイス10による水分の存在状態を検知してもよい。
(1)水分検知用RFICデバイス10とRFICリーダ40との間隔を規制しながら、水分検知用RFICデバイス10とRFICリーダ40とを通信させる(S01)。RFICリーダ40は、据え置き型でもハンディタイプでもよい。また、例えば、RFICリーダ40の通信部42の下部に所定長さのスペーサ部材44を設けて、水分検知用RFICデバイス10とRFICリーダ40との間隔を規制してもよい。
(2)水分検知用RFICデバイス10とRFICリーダ40との通信が可能か判断する(S02)。
(3)水分検知用RFICデバイス10とRFICリーダ40との通信が不可能(NO)となっていれば、水分検知用RFICデバイス10の周囲に水分が存在すると判定する(S03)。この場合、おむつ30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。
(4)一方、水分検知用RFICデバイス10とRFICリーダ40との通信ができれば(YES)、水分検知用RFICデバイス10の周辺には水分が存在しないと判定する(S04)。この場合、おむつ30の中にはまだ水分は存在しないということである。
なお、通信の成否による水分の存在の有無の判断は、1回の通信の成否で判断してもよく、あるいは複数回の通信の成否の回数で判断してもよい。さらに、無線通信成否の計数について、通信できなかった回数があらかじめ定めた閾値の回数以上の場合に通信不可と判断し、RFICデバイス10による水分の存在状態を検知してもよい。また、RFICリーダ40におむつ30内の水分状態を表示してもよい。また、水分状態の表示は必ずしも行わなくてもよく、例えば、ランプの点滅等で水分の存在を知らせるようにしてもよい。
以上によって、水分検知用RFICデバイス10を含む水分検知システム50を用いた水分検知方法によって水分を検知できる。
なお、上記では、水分検知システム50及び水分検知方法の用途例として、水分検知用RFICデバイス10をおむつ30に装着する場合を挙げたが、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RFICデバイス10を貼り付けておき、水漏れを検出する、水漏れ検出用のRFICデバイスとしても使用できる。
図6(a)は、実施の形態2に係る水分検知システムにおける水分検知用RFICデバイス10aの側面図であり、図6(b)は、図6(a)のRFICデバイス10aの平面図であり、図6(c)は、図6(a)のRFICデバイス10aの底面図である。図7は、実施の形態2に係る水分検知システムにおける水分検知用RFICデバイス10aの吸水材4に水分を保持した場合のアンテナ素子11、12における電界分布を示す側面図である。
この水分検知用RFICデバイス10aは、実施の形態1に係る水分検知システムにおける水分検知用RFICデバイスと対比すると、第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12がミアンダ形状ではなく、細長矩形形状あるいは棒形状である点で相違する。また、吸水材4は、第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12と直接に接することなく、難吸水材(あるいは非吸水材)2aを介して、第1アンテナ素子11と第2アンテナ素子12との間隙部分にわたって設けられている点で相違する。この水分検知用RFICデバイス10aでは、さらに、この水分検知用RFICデバイス10aは、実施の形態1に係る水分検知システムにおける水分検知用RFICデバイスと対比すると、第1アンテナ素子11と第2アンテナ素子12との間隙部分を容量結合可能な対向部15としている点で相違する。また、図7に示すように、第1アンテナ素子11と第2アンテナ素子12との間隙部分の対向部15に対応する吸水材4において水分を保持することによって、第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12の電界を間隙部分15に集中させることができる。この場合、第1アンテナ素子11及び第2アンテナ素子12の間隙部分15以外の電界が弱くなるため、電気長を実質的に長くさせることができる。図7では、間隙部分15の電気力線16aを太く表示して、電界が強いことを表し、間隙部分15以外の電気力線16bを点線で表示して、電界が弱いことを表している。これによって、第1アンテナ素子11と第2アンテナ素子12との間隙部分15にわたって設けられた吸水材4に水分を保持することで水分検知用RFICデバイス10aの通信距離が短くなる。
これに対して、実施の形態2に係る水分検知システムにおける水分検知用RFICデバイス10aでは、RFIC素子1と第1及び第2アンテナ素子11、12との間には水分を吸収して電磁結合を変化させる絶縁材料を介在させていない点で特許文献1に記載の無線ICデバイスとは相違する。吸水材4に水分を保持した場合には、間隙部分の電界が変化するだけであって、RFIC素子1とアンテナ11、12との電磁結合には影響を与えないため、水分検知用RFICデバイス10aとして安定した性能を示すことができる。このため高い信頼性を有する。
なお、吸水材4は、第1アンテナ素子11と第2アンテナ素子12との対向部15を含む全体にわたって設けてもよい。ただ、第1アンテナ素子11と第2アンテナ素子12との対向部15を含む全体に設けた場合、対向部15への電界集中効果が得られなくなり、通信距離に及ぼす影響は大きくならない。そこで、吸水材4は、第1アンテナ素子11と第2アンテナ素子12の全体の2/3以下に設けることが好ましい。
また、吸水材4は、水に溶け難い繊維からなる紙又は織物、例えば、ガーゼやティッシュペーパー等を用いることができる。このほか、上述の吸収材を用いてもよい。吸水材4は、難吸水材2aの底面側への貼り付け、固定、吹き付け、印刷、浸漬等によって設けてもよい。吸水材4を設ける方法は上記例に限られず、通常用いられる方法によって吸水材4を設けてもよい。吸水材4は、その内部に水分を保持すると共に、吸水材4の表面にも水分を含んでいてもよい。吸水材4は、長時間にわたって水分を保持できることが好ましい。
図8(a)は、実施の形態3における水分検知システムにおけるRFICリーダ40aの構成を示す概略斜視図であり、図8(b)は、別例のRFICリーダ40bの構成を示す概略斜視図である。
このRFICリーダ40aは、水分検知用RFICデバイスと通信する通信部42と、水分検知用RFICデバイスと通信部42との距離を規制するスペーサ部材44aと、を備える。このスペーサ部材44aは、実施の形態1に係るRFICリーダのスペーサ部材と対比すると、柔軟性を有するクッション材料からなる点で相違する。スペーサ部材44aが柔軟性を有するので、スペーサ部材44aがRFICデバイス10を貼着したおむつにあたっても被介護者に優しく、違和感があまりない。
また、図8(b)に示す別例のRFICリーダ40bは、図8(a)のRFICリーダ40aと対比すると、スペーサ部材44bが中空であって、骨組みのみからなる点で相違する。このようにスペーサ部材44bが中空であって、骨組みのみであるので、RFICデバイスからの信号に対してスペーサ部材44bの影響を抑えることができる。
なお、スペーサ部材は、図8(a)、図8(b)に示すものに限定されるわけではなく、RFICデバイスとRFICリーダの通信部との距離を規制できるものであればよい。例えば、おむつに接する面をネット状として当たった際の衝撃を緩和し、支持部分を骨組みのみとしてもよい。
2 吸水材(基材シート)
2a 難吸水材(基材シート)
3 アンテナパターン
4 吸水材
10、10a 水分検知用RFICデバイス
11 第1アンテナ素子
12 第2アンテナ素子
13 対向部
14 容量結合
15 対向部
16a、16b 電気力線
21 RFICチップ
22 導電性接合材
23 端子電極
24 封止樹脂
25 多層基板
26a、26b 端子電極
30 おむつ(対象体)
40、40a、40b リーダ/ライタ
42 通信部
44、44a、44b スペーサ部材
50 水分検知システム
Claims (8)
- 対象体に貼着され、水分の存在下で通信距離が変化するRFICデバイスと、RFICリーダとを、前記RFICデバイスと前記RFICリーダとの距離をスペーサ部材を用いて規制しながら通信させ、前記通信の成否に基づいて、前記RFICデバイスの周囲における水分の有無を検知する、水分検知方法。
- 前記RFICデバイスとして、水分の存在下で通信距離が短くなるRFICデバイスを利用し、前記RFICデバイスと前記RFICリーダとが通信不可状態になったとき、前記RFICデバイスの周囲に水分が存在すると判定する、請求項1に記載の水分検知方法。
- 一定の中心周波数で前記RFICリーダと前記RFICデバイスとを通信させる、請求項1又は2に記載の水分検知方法。
- RFICデバイスとの通信を行う通信部と、
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を規制するスペーサ部材と、
を備えたRFICリーダ。 - 前記RFICデバイスと前記通信部との距離を前記スペーサ部材で規制しながら通信させ、前記通信の成否に基づいて、水分の有無を判断する判断部をさらに備えた、請求項4に記載のRFICリーダ。
- 前記スペーサ部材は、前記RFICデバイスを設けた対象体と接触する接触部材を有する、請求項4又は5に記載のRFICリーダ。
- 前記スペーサ部材は、絶縁性材料にて構成されている、請求項4から6のいずれか一項に記載のRFICリーダ。
- 対象体に貼着されたRFICデバイスと、RFICリーダと、を用いて、前記RFICデバイスの周囲における水分の有無を検知する、水分検知システムであって、
前記RFICデバイスは、
RFIC素子と、
前記RFIC素子に接続され、容量結合可能な対向部を有する、アンテナ素子と、
前記アンテナ素子の前記対向部の近傍に設けられた吸水材と、
を備え、
前記RFICデバイスは、水分の存在下で通信距離が変化し、
前記RFICリーダは、
前記RFICデバイスとの通信を行う通信部と、
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を規制するスペーサ部材と、
前記RFICデバイスと前記通信部との距離を前記スペーサ部材で規制しながら通信させ、前記通信の成否に基づいて水分の有無を判断する判断部と、
を備えた、水分検知システム。
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