JP2013140466A - 作業用具のデータ記録装置及びそれに用いるリーダライタ - Google Patents

Abstract

【課題】小型の作業用具にＲＦＩＤタグ取り付けることができ、ＲＦＩＤタグに記録させたデータを読み取り、書き込むことができる作業用具のデータ記録装置を提供する。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ１０、リーダライタ及びコンピュータとから作業用具のデータ記録装置を構成する。ＲＦＩＤタグ１０として、動作周波数が短波帯（ＨＦ帯）又は極超短波帯（ＵＨＦ帯）の小型のものを使用し、ＲＦＩＤタグ１０を収納した保持部材を作業用具６０にレーザー溶接によって取り付ける。アンテナユニットとして、アンテナ部３１に接続用ケーブル３２を接続したものを使用し、アンテナ部３１を保持部材に収納したＲＦＩＤタグ１０に近接させることによって、データの読み取り及び書き込みを行う。
【選択図】図９

Description

本発明は、小型の作業用具にＲＦＩＤタグを取り付け、そのＲＦＩＤタグにデータを書き込むと共に、読み取ることができるようにした作業用具のデータ記録装置及びそれに用いるリーダライタに関するものである。

近年、器具、工具、小物等の物品の識別、管理等において、導電性を有する金属箔や銅線等をコイル状に巻き回したアンテナにＩＣチップを装着したタグと、このＩＣチップにデータを書き込み、読み取りするリーダライタとから構成され、非接触でデータの交信を行うＲＦＩＤ ( Radio Frequency Identification ）システムが広く採用されている。

しかし、ＲＦＩＤシステムでは、ＲＦＩＤタグを導電性を有する物体や金属体、あるいは透磁率の高い物体（以降、これら全てを金属体と呼ぶ）に貼り付け、埋め込んで使用すると、タグアンテナが生成する磁束が金属体によって影響を受け、タグの感度が大幅に低下して、リーダライタとの間でデータの交信を行うことができない、あるいは通信距離が大幅に短くなるという問題点があった。

そこで、本出願人は、このような問題点を解消すべく、金属製の手術器具、工具等の作業用具にＲＦＩＤタグを取り付け、そのＲＦＩＤタグにデータを書き込むと共に、読み取ることができるようにした作業用具のデータ記録装置を開発した（特許文献１参照）。

この作業用具のデータ記録装置では、金属製の手術器具、工具等の作業用具に装着孔を穿設してセラミック製のＲＦＩＤタグを嵌合、取り付け、又は、作業用具に保持部材を固定し、その保持部材にセラミック製のＲＦＩＤタグを取り付けるようにしている。

特開２００７−１８３８４０号公報

上記作業用具のデータ記録装置においては、ＲＦＩＤタグとして、動作周波数１３．５６ＭＨｚという短波帯（ＨＦ帯）のものを使用しているが、実用的な読み取り距離を確保するために、外径φ６．３ｍｍのセラミック製のＲＦＩＤタグを使用している。

しかし、上記セラミック製のＲＦＩＤタグでは、これ以上小型化することは困難であるため、手術器具の中でも小型の眼科用手術器具、脳外科用手術器具等、小型の作業用具に取り付けることはできず、データ管理を行うことはできなかった。

本発明は、かかる問題点に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、小 型の眼科用手術器具、脳外科用手術器具等、小型の作業用具にＲＦＩＤタグ取り付けることができ、かつ、ＲＦＩＤタグに記録させたデータを読み取ることができる作業用具のデータ記録装置及びそれに用いるリーダライタを提供することにある。

本発明は、又、作業用具のデータ記録装置の構成要素であり、小型の作業用具に取り付けたＲＦＩＤタグに記録させたデータを確実に読み取ることができるリーダライタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の作業用具のデータ記録装置は、超小型のＩＣチップと無線通信用のアンテナとを一体化し、動作周波数を短波帯（ＨＦ帯）又は極超短波帯（ＵＨＦ帯）としたＲＦＩＤタグと、プリント基板上にパターンでアンテナコイルを形成するか、又は、銅線を巻き回してアンテナコイルを形成してなるアンテナ部を有するアンテナユニットとコントローラとから構成したリーダライタと、コンピュータとから構成したことを特徴とする。

ここで、ＲＦＩＤタグは、保持部材に収納され、前記作業用具に取り付けられることを特徴とする。

又、前記保持部材は、前記作業用具に接着、ロウ付け、半田付け又は溶接等の接合方法によって取り付けられることが好ましい。
特には、レーザー溶接によって取り付けられることが好ましい。

前記保持部材は、薄肉板状を呈し、中央部に収納凹部を形成したものであることを特徴とする。

又、前記アンテナユニットは、アンテナ部に接続用ケーブルを接続したものであることを特徴とする。

さらに、前記アンテナユニットは、アンテナ部を小型化するために、アンテナパターンの内側にフェライトコアを配置したアンテナ部とするのが好ましい。

本発明のリーダライタは、プリント基板上にパターンでアンテナコイルを形成したアンテナ部を有するアンテナユニットとコントローラとから構成したことを特徴とする。

ここで、前記アンテナユニットは、アンテナ部に接続用ケーブルを接続したものであることを特徴とする。

さらに、前記アンテナユニットは、アンテナ部を小型化し、かつ、アンテナの効率を上げるために、アンテナパターンの内側にフェライトコアを配置したアンテナ部とするのが好ましい。

本発明の作業用具のデータ記録装置の構成図である。 ＲＦＩＤタグの斜視図である。 保持部材の（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 ＲＦＩＤタグを保持部材に装着した状態の斜視図である。 ＲＦＩＤタグを装着した保持部材を眼科用鑷子に取り付けた状態の斜視図である。 本発明のアンテナユニットの斜視図である。 図５に示すアンテナユニットのアンテナ部の斜視図である。 図５に示すアンテナユニットによって、眼科用鑷子に取り付けたＲＦＩＤタグを読み取る状態を示す斜視図である。 図８において、ＲＦＩＤタグを取り付けた部分を拡大して示した斜視図である。

以下、本発明の作業用具のデータ記録装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の作業用具のデータ記録装置１は、図１に示すように、ＲＦＩＤタグ１０と、リーダライタ２０と、コンピュータ５０とから構成される。

本発明においては、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ１０として、超小型のＩＣチップと無線通信用のアンテナとを一体化し、動作周波数が短波帯（ＨＦ帯）又は極超短波帯（ＵＨＦ帯）のものを使用する。

ここで、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグの場合は、タグのサイズが小さいために、大きなアンテナを配置することができない。よって、通常は、ＨＦ帯のＲＦＩＤタグと同様、コイル同士を対向させ、電磁誘導の原理を適用して通信を行っている。

このようなＲＦＩＤタグを導電体に包囲された状態で使用すると、読み取り、書き込み性能が極端に悪化する。
この原因は、周囲に導電体が存在するために、ＲＦＩＤタグのＩＣチップとアンテナとで形成する共振回路の共振周波数がずれてしまい、リーダライタのアンテナからの電磁エネルギが十分に伝送されないためと、ＲＦＩＤタグの周囲に存在する導電体がショートリングのような作用を奏し、リーダライタから伝送される電磁エネルギを消費してしまうためである。

このような原因を鑑みて、本発明では、ＲＦＩＤタグのアンテナサイズを小さくすることによって、アンテナと周囲の導電体との距離が小さくとも、大きな比率（導電体との距離÷アンテナサイズ）が得られるようにして、周囲の導電体の影響を極力小さくすることを可能にした。

又、リーダライタ側のアンテナサイズもＲＦＩＤタグのアンテナサイズと対応させて小さくすることによって、両アンテナコイルの結合係数を大きくするようにした。
さらに、リーダライタ側のアンテナコイルの心材として高透磁率のコアを配置すれば、磁束を集中させ、効率を高めることが可能である。

ＲＦＩＤタグ１０は、図２に示すように、基板１０ａ上にパターンにより形成したアンテナコイル１０ｂとＩＣチップ１０ｃとを接合して一体化したＩＣチップ装着体を合成樹脂１０ｄで被覆したものである。
ＲＦＩＤタグ１０のサイズとしては、縦（Ｌ）＝０．５〜２．０ｍｍ、横（Ｗ）＝１．０〜４．０ｍｍ、厚さ（Ｔ）＝０．２〜１．０ｍｍである。特には、Ｌ＝０．５〜１．０ｍｍ、Ｗ＝１．０〜２．０ｍｍ、Ｔ＝０．２〜０．４ｍｍという極小のタグを実現することができる。
基板１０ａとしては、通常のプリント基板材、高周波用基板材、フッソ樹脂基板材、セラミック基板材等を用いる。

ＲＦＩＤタグ１０の構造は、基板１０ａ上にパターンによりアンテナコイル１０ｂを形成すると共に、基板１０ａ上にＩＣチップ１０ｃを載置し、アンテナコイル１０ｂに接続したものである。そして、ＩＣチップ１０ｃとアンテナコイル１０ｂを保護するために、それら表面を耐熱性樹脂１０ｄによってコーティングしてある。
本発明のＲＦＩＤタグ１０では、その耐熱温度を１８０〜２１０℃としてあるから、滅菌器において使用する最高温度であっても十分に耐久性を有する。

このＲＦＩＤタグ１０を図３に示す保持部材１１に装着することによって、ＲＦＩＤタグ１０を外部からの衝撃、繰り返し行われる滅菌器から加えられる高圧、高温から保護するようにしてある。

保持部材１１は、図３に示すように、ステンレス等の防錆性の高い金属からなる薄肉板状を呈するものであって、ＲＦＩＤタグ１０のサイズに対応させて、縦１．５〜５．０ｍｍ、横３．０〜６．０ｍｍ、厚さ０．３〜１．５ｍｍものを使用する。
又、保持部材１１は、図３に示すように、中央部に収納凹部１１ａを形成してあり、この収納凹部１１ａにＲＦＩＤタグ１０を収納するようになっている。

ここで、保持部材１１の収納凹部１１ａにＲＦＩＤタグ１０を収納すると、ＲＦＩＤタグ１０の周囲は導電性の高い物質で包囲されることになるから、ＲＦＩＤタグ１０のアンテナ回路の共振周波数がずれてしまう。そこで、本発明のＲＦＩＤタグ１０では、予め、共振周波数のずれ量を補正するようにアンテナ回路を設計しておく。

先ず、保持部材１１の収納凹部１１ａにＲＦＩＤタグ１０を収納し、その収納凹部１１ａに溶融した合成樹脂を充填して、図４に示すように、タグ装着体１２を構成する。

次に、図５に示すように、タグ装着体１２を眼科用鑷子６０の平旦部６０ａに載置し、レーザー溶接によって眼科用鑷子６０に取り付ける。

ここで、保持部材１１をレーザー溶接するので、タグ装着体１２を眼科用鑷子６０に強固に取り付けることができ、容易に取り外れることはない。

又、タグ装着体１２の形態とすることによって、眼科用鑷子６０の手術器具等を工場に一旦引き取ることなく、病院等の現場においてＲＦＩＤタグ１０の取付作業を短時間で行うことができる。よって、病院等における通常の診療業務に殆ど影響を及ぼすこともないから、本発明のシステムは高い利便性を有するものである。

リーダライタ２０は、アンテナユニット３０とコントローラ４０とから構成され、本発明においては、アンテナユニット３０として、図６に示すように、アンテナ部３１に剛性を有する保持杆３２を接続したものを使用する。

アンテナ部３１は、図７に示すように、プリント基板３３上にパターンでアンテナコイル３４を形成し、その内側にフェライトコア３５を配置してある。

アンテナ部３１が極端に小さいと、そのままの形状では十分なインダクタンスが得られないため、通常は、直列にインダクタを接続する必要がある。このように、インダクタを追加すれば、アンテナ回路の整合をとることが可能となるのであるが、損失は増加するという問題点があった。
そこで、本発明においては、アンテナコイル３４にフェライトコア３５を配置することによって、必要なインダクタンスを確保し、磁力線を増強すると共に損失を極力少なくするようにした。
ここで、フェライトコア３５としては、透磁率μ＝１０〜１０^５のものを採用するのが好ましい。尚、蒸着、スパッタリング等の製造方法を採用することにより、１０^５に近い高透磁率のものを製造するこが可能である。

又、プリント基板３３上には、アンテナコイル３４を５０Ωに変換するため、整合回路３６を接続してある。
そして、整合回路３６の両端部に接続した接続用ケーブル３７を前記保持杆３２内に挿通してある。

このアンテナ回路の特徴は、アンテナの放射面積が極端に小さいため、アンテナから放射される電磁波エネルギを小さく抑えることができる点にある。
このため、電磁波障害（ＥＭＩ）のレベルが低く、環境に対する影響が少ない設計となっており、各国の要求するＥＭＩの規格に適合させることも技術的に容易である。

本発明においては、ＲＦＩＤタグ１０は金属によって包囲されているが、ＲＦＩＤタグ１０のアンテナを十分に小型化すると共に周囲の金属から十分に離して設置することと、リーダライタ側のアンテナサイズを同様に小型化することによって、磁力線がＲＦＩＤタグ１０のアンテナに効率よく伝送される構造としてある。

下記実施例では、ＲＦＩＤタグ１０のアンテナの最外周と周囲の金属との距離（Ｄ１＋Ｄ２）は、約０．２ｍｍに設定してあるが、０．２〜１．０ｍｍの範囲で設定するのが好ましい。
又、実施例では、アンテナの横幅は１．４ｍｍであり、アンテナの最外周と周囲の金属との距離（Ｄ１＋Ｄ２）は０．２ｍｍであるから、導電体との距離とアンテナサイズとの比率Ｒは約０．１４である。試験によれば、この比率Ｒは大凡０．１２〜０．１６程度である必要があるので、タグのアンテナサイズを小さくすれば、アンテナの最外周と周囲の金属との距離（Ｄ１＋Ｄ２）も小さくすることが可能である。

さらに、リーダライタのアンテナに高透磁率の心材を配置することによって、磁力線を中央部に集中させ、周囲の金属部分への磁力線を減少させる効果があるため、心材を配置しないアンテナよりも効率が高いものとなっている。
かかる構成によって、金属に包囲されたＲＦＩＤタグ１０と安定した通信を行うことが可能となった。

本システムでは、システムの小型化を実現するために、小型のペン型アンテナを採用して組み合わせたが、当然ながら、小型から大型の据置型アンテナを使用しても、ＲＦＩＤタグ１０の読み書きは可能である。

本発明の作業用具のデータ記録装置１は、以上のような構成であり、以下のように使用することによって、所期の作用・効果を奏する。

先ず、図８に示すように、アンテナユニット３０の保持杆３２を把持して、眼科用鑷子６０のタグ装着体１２を取り付けた部分にアンテナ部３１を近接させる。

次に、図９に示すように、アンテナ部３１を保持部材１１に収納したＲＦＩＤタグ１０に近接させ、データの読み取り及び書き込みを行う。

（実施例）
本発明による効果を確認するため、ＲＦＩＤタグ１０として、縦１．０ｍｍ、横１．６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのＵＨＦ帯のタグを、保持部材１１として、縦２．６ｍｍ、横４．０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのステンレス製の薄肉板状の保持部材を使用し、ＲＦＩＤタグ１０を保持部材１１に収納してタグ装着体１２を構成した。尚、ＲＦＩＤタグ１０のアンテナ最外周と周囲の金属との距離（Ｄ１＋Ｄ２）は、約０．２ｍｍに設定した。
このタグ装着体１２にアンテナユニット３０のアンテナ部３１を近接させたところ、アンテナ部３１とＲＦＩＤタグ１０との距離が２．５ｍｍの場合において、十分なデータ通信を行うことができた。
本発明のシステムでは、アンテナ部３１をＲＦＩＤタグ１０に近接させて使用できる形態に構成してあるから、通信距離２．５ｍｍというのは、使用に際して支障のない十分な距離である。

上記説明において、必要なインダクタンスを確保し、磁力線を増強すると共に損失を極力少なくするようにするため、アンテナコイル３４にフェライトコア３５を配置する構成としたが、損失がそれ程問題にならない場合には、直列にインダクタを接続する構成を採用してもよい。又、多層基板等を使用して複数回巻きのコイルとするという構成を採用してもよい。

このように、本発明のデータ記録装置１によれば、従来にあっては不可能であった小型の眼科用手術器具、脳外科用手術器具等にＲＦＩＤタグ１０を取り付けることができ、かつ、ＲＦＩＤタグ１０に記録させたデータを読み取ることができるから、病院内で使用している殆ど１００％の器具にＲＦＩＤタグ１０を取り付けて、個体管理を行うことができる。

又、ＲＦＩＤタグ１０及びアンテナユニット３０が極めて小型であるから、データ記録装置自体も非常にコンパクトなものとなる。

よって、本発明のデータ記録装置１によれば、個人経営の病院、小規模なクリニックに
おいても、手術器具の個体管理システムを容易に導入でき、院内感染の防止、手術過誤の
おいても、手術器具の個体管理システムを導入し、院内感染の防止、手術過誤の防止、資産の有効管理等、医療業界に望まれていることを僅かな投資によって実現することができる。

尚、本発明は、手術器具の個体管理システムに適用できるだけでなく、他の小型の作業用具の管理にも適用できること勿論である。

１ 作業用具のデータ記録装置
１０ ＲＦＩＤタグ
１１ 保持部材
１１ａ 収納凹部
２０ リーダライタ
３０ アンテナユニット
３１ アンテナ部
３３ プリント基板
３４ アンテナコイル
３５ フェライトコア
３７ 接続用ケーブル
４０ コントローラ
５０ コンピュータ
６０ 作業用具

Claims (12)

1. 超小型のＩＣチップと無線通信用のアンテナとを一体化し、動作周波数を短波帯（ＨＦ帯）又は極超短波帯（ＵＨＦ帯）としたＲＦＩＤタグと、プリント基板上にパターンでアンテナコイルを形成するか、又は、銅線を巻き回してアンテナコイルを形成してなるアンテナ部を有するアンテナユニットとコントローラとから構成したリーダライタと、コンピュータとから構成される作業用具のデータ記録装置。
2. 前記ＲＦＩＤタグは、保持部材に収納され、前記作業用具に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の作業用具のデータ記録装置。
3. 前記保持部材は、前記作業用具に接着、ロウ付け、半田付け又は溶接によって取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の作業用具のデータ記録装置。
4. 前記保持部材は、前記作業用具にレーザー溶接によって取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の作業用具のデータ記録装置。
5. 前記保持部材は、薄肉板状を呈し、中央部に収納凹部を形成したものであることを特徴とする請求項２乃至４に記載の作業用具のデータ記録装置。
6. 前記ＲＦＩＤタグを前記保持部材に収納した状態において、前記ＲＦＩＤタグのアンテナ端と周囲の導電体との距離を０．２ｍｍ以上に設定して、導電体からの影響を極力小さくしたことを特徴とする請求項２乃至５に記載の作業用具のデータ記録装置。
7. 前記アンテナユニットは、アンテナ部に接続用ケーブルを接続したものであることを特徴とする請求項１乃至６に記載の作業用具のデータ記録装置。
8. 前記アンテナ部のアンテナコイルのサイズと前記ＲＦＩＤタグのアンテナコイルのサイズとを対応させることによって、両アンテナコイルの結合係数を高めたことを特徴とする
   請求項１乃至７に記載の作業用具のデータ記録装置。
9. 前記アンテナユニットは、アンテナコイルの内側にフェライトコアを配置したアンテナ部を有することを特徴とする請求項１乃至８に記載の作業用具のデータ記録装置。
10. プリント基板上にパターンでアンテナコイルを形成したアンテナ部を有するアンテナユニットとコントローラとから構成したことを特徴とするリーダライタ。
11. 前記アンテナユニットは、アンテナ部に接続用ケーブルを接続したものであることを特徴とする請求項１０に記載のリーダライタ。
12. 前記アンテナユニットは、アンテナコイルの内側にフェライトコアを配置したアンテナ部を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のリーダライタ。

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