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明細書 :バッテリレス電子デバイス及び伝送システム

発行国

日本国特許庁(JP)

公報種別

公開特許公報(A)

公開番号

特開2020-198396 (P2020-198396A)

公開日

令和2年12月10日(2020.12.10)

発明の名称または考案の名称

バッテリレス電子デバイス及び伝送システム

国際特許分類

H01L  23/14        (2006.01)
H04B  13/00        (2006.01)
H02J  50/05        (2016.01)
H01L  23/12        (2006.01)
H05K   1/09        (2006.01)
A61B   5/0408      (2006.01)

ＦＩ

H01L 23/14 R
H04B 13/00 500
H02J 50/05
H01L 23/12 Q
H05K 1/09 A
A61B 5/04 300C

請求項の数または発明の数

出願形態

全頁数

出願番号

特願2019-104866 (P2019-104866)

出願日

令和元年6月4日(2019.6.4)

新規性喪失の例外の表示

特許法第３０条第２項適用申請有りｈｔｔｐ：／／ｒｏｂｏｍｅｃｈ．ｏｒｇ／２０１９／ｗｐ－ｃｏｎｔｅｎｔ／ｕｐｌｏａｄｓ／２０１９／０５／ＲＭ１９＿ｐｒｏｇｒａｍ＿ｖ０５．ｐｄｆ平成３１年４月２日ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｗａｓｅｌａｂ．ａｍｅｃｈ．ｗａｓｅｄａ．ａｃ．ｊｐ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ／平成３１年４月２６日

発明者または考案者

【氏名】岩田浩康
【氏名】和▲崎▼ 海里

出願人

【識別番号】899000068
【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

個別代理人の代理人

【識別番号】110002675、【氏名又は名称】特許業務法人ドライト国際特許事務所

審査請求

未請求

テーマコード

4C127
4E351

Ｆターム

4C127LL02
4C127LL21
4C127LL22
4E351AA01
4E351BB01
4E351BB31
4E351CC11
4E351DD04
4E351DD05
4E351DD06
4E351DD19
4E351DD29
4E351DD40
4E351GG20

要約

【課題】従来よりも装着性の向上を図りつつ、電子素子を安定して動作させることができ、かつ小型化可能なバッテリレス電子デバイスと、それを用いた伝送システムを提案する。
【解決手段】バッテリレス電子デバイス３では、膜厚が薄い高分子ナノシート１０により電極６，７を人体１００に貼着させることから、その分、装着性の向上を図ることができる。また、膜厚が薄い高分子ナノシート１０を用いることで、バッテリレス電子デバイス３が分子間力によって人体１００に密着し易くなり、電極６，７と人体１００との間の空気層の形成を防止し、静電容量Ｃの低下を抑制できる。従って、バッテリレス電子デバイス３では、インピーダンス整合におけるインダクタの設計を特に行わずに静電容量Ｃを大きくでき、電子素子８を安定して動作させることができる。また、電極６，７の表面積Ｓや電極間距離Ｌを小さくした状態でも電子素子８を動作させることが可能となる。
【選択図】図２

特許請求の範囲

【請求項1】
電子素子と、
前記電子素子と電気的に接続した、少なくとも２つ以上の電極と、
伝送媒体と密着し、前記電極を前記伝送媒体に貼着させる高分子ナノシートと、
を備え、
外部から前記伝送媒体に誘起された電界に基づいて、前記伝送媒体と前記電極との間の静電結合により前記電子素子に電力が供給される、バッテリレス電子デバイス。
【請求項2】
前記伝送媒体が人体であり、前記高分子ナノシートが分子間力により、前記人体の皮膚の表面形状に追従し前記皮膚に密着して貼着される、請求項１に記載のバッテリレス電子デバイス。
【請求項3】
前記電極及び前記電子素子を接続する配線と、前記電極とが、導電性インクにより形成されている、請求項１又は２に記載のバッテリレス電子デバイス。
【請求項4】
前記高分子ナノシート上に第２の高分子ナノシートが貼着されており、前記電子素子と前記電極とが、前記高分子ナノシートと前記第２の高分子ナノシートとの間に挟み込まれている、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリレス電子デバイス。
【請求項5】
前記高分子ナノシートの厚さが２μｍ未満である、請求項１～４のいずれか１項に記載のバッテリレス電子デバイス。
【請求項6】
前記伝送媒体に貼着される前記電極の表面積Ｓが４００ｍｍ^２以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載のバッテリレス電子デバイス。
【請求項7】
第１の前記電極と第２の前記電極との電極間距離Ｌが３０ｍｍ以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載のバッテリレス電子デバイス。
【請求項8】
所定箇所に設置され電界を発生させる伝送装置と、伝送媒体に設けられるバッテリレス電子デバイスと、を備える伝送システムであって、
前記バッテリレス電子デバイスは、
請求項１～７のいずれか１項に記載のバッテリレス電子デバイスであり、
前記伝送媒体が前記伝送装置に接触することで前記伝送媒体に誘起された電界に基づいて、前記伝送媒体と電極との間の静電結合により電子素子に電力が供給される、伝送システム。

発明の詳細な説明

【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリレス電子デバイス及び伝送システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、生体情報の連続的計測や個人認証等を目的としたウェアラブルエレクトロニクスの開発が進みつつある。腕や脚等に電子デバイスを直接固定する方法として、柔軟性を有する基板を用いる技術が開発されつつあり、皮膚のような伸縮性の高い生体組織に貼り付けることが可能なデバイスの研究も行なわれている。中でも、膜厚が薄い高分子ナノシートを用いた電子デバイスは、簡易な工程により電子素子を構成要素とする電子デバイスを製造可能であり、皮膚等の貼付対象物に追随して接着剤なしで貼り付けることが可能である（特許文献１参照）。
【0003】
上記した、近年のウェアラブルエレクトロニクスに関して、電池等を接続することなく、バッテリレスで電子デバイスに電力の供給や信号の伝送を行なう方法として様々な手法が考えられている。例えば、ワイヤレス電力伝送システムの一つとして、アンテナコイルを用いたＮＦＣ（Near Field Communication）が知られている。また、その他のワイヤレス電力伝送システムとしては、高周波信号を磁界から電界に変換して人体に電界を伝え、当該電界に基づいて、人体に取り付けた送受信部の結合電極と人体とを静電結合によって電気的に接続し、高周波信号と電力を、人体を通じて送受信部に伝える電界式ＮＦＣが考えられている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１６／１８１９５８号
【0005】

【非特許文献1】Takanori Washiro,"HF RFID Transponder with Capacitive Coupling"2017 IEEE International Conference on RFID Technology & Application (RFID-TA)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明者らは、高分子ナノシートを用いた電子デバイスにバッテリレスで電力供給を行なうために、アンテナコイルを有するＮＦＣ技術を用いたワイヤレス電力伝送を試みた。しかし、高分子ナノシートを用いた電子デバイスを皮膚に貼付すると所望の電力が供給されず、動作性が低下することを発見した。これはナノシートの膜厚が薄いため、皮膚に貼付すると静電容量が大きくなり起電力が減少するためと考えられる。そのため、ワイヤレスで電力を電子素子に供給し、安定して動作させるためには、基板の膜厚を厚くせざるを得ず、人体等への装着性の向上が図れないという問題があった。
【0007】
一方、従来の電界式ＮＦＣのワイヤレス電力伝送システムでは、硬質な金属板等でなる電極を硬質な樹脂材でなる筐体に設けた送受信部を、単にバンド等を使用して人体に取り付けているため、腕の曲面や皮膚の凹凸に送受信部が追従し難く、電極と皮膚との間に隙間が生じて空気層が形成される恐れがあり、静電結合が小さくなってしまう。
【0008】
そのため、電極と皮膚との間の静電容量の低下を解消する手段として、共振周波数を満たすインダクタンスをもつインダクタ(コイル)を使用してインピーダンス整合を行う必要があるが、実際に静電容量の測定は困難であるため、適切なインダクタンスの設定も難しく、インピーダンス整合の設計が困難である。また、静電容量は個人差が大きいために個人毎にインダクタンスを調整することは難しく、実際にはＲＦＩＤタグを安定して動作させることが難しいという問題があった。
【0009】
そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来よりも装着性の向上を図りつつ、電子素子を安定して動作させることができ、かつ小型化可能なバッテリレス電子デバイスと、それを用いた伝送システムを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のバッテリレス電子デバイスでは、電子素子と、前記電子素子と電気的に接続した、少なくとも２つ以上の電極と、伝送媒体と密着し、前記電極を前記伝送媒体に貼着させる高分子ナノシートと、を備え、外部から前記伝送媒体に誘起された電界に基づいて、前記伝送媒体と前記電極との間の静電結合により前記電子素子に電力が供給される。
【0011】
また、本発明の伝送システムでは、所定箇所に設置され電界を発生させる伝送装置と、伝送媒体に設けられるバッテリレス電子デバイスと、を備える伝送システムであって、前記バッテリレス電子デバイスは、電子素子と、前記電子素子と電気的に接続した、少なくとも２つ以上の電極と、前記伝送媒体と密着し、前記電極を前記伝送媒体に貼着させる高分子ナノシートと、を備え、前記伝送媒体が前記伝送装置に接触することで前記伝送媒体に誘起された電界に基づいて、前記伝送媒体と前記電極との間の静電結合により前記電子素子に電力が供給される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、膜厚が薄い高分子ナノシートにより電極を伝送媒体に貼着させることから、その分、伝送媒体への装着性の向上を図ることができる。また、膜厚が薄い高分子ナノシートを用いることで、分子間力によって伝送媒体に密着し易くなり、電極と伝送媒体との間の空気層の形成を防止し、静電容量の低下を抑制できる。従って、インピーダンス整合におけるインダクタの設計を特に行わずに静電容量を大きくでき、電子素子を安定して動作させることができる。さらに、電子素子に電力を供給するための、電極の表面積や電極間距離を小さくした状態でも電子素子を動作させることが可能となるため、バッテリレス電子デバイスを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明による伝送システムの全体構成を示した概略図である。
【図2】本発明のバッテリレス電子デバイスの構成を示した分解斜視図である。
【図3】バッテリレス電子デバイスの断面構成を示した断面図である。
【図4】図４Ａは、バッテリレス電子デバイスの製造工程（１）を示した概略図であり、図４Ｂは、バッテリレス電子デバイスの製造工程（２）を示した概略図であり、図４Ｃは、バッテリレス電子デバイスの製造工程（３）を示した概略図であり、図４Ｄは、バッテリレス電子デバイスの製造工程（４）を示した概略図である。
【図5】図５Ａは、検証試験に用いたバッテリレス電子デバイスを皮膚モデルの平板材に配置させた構成を示した概略図であり、図５Ｂは、皮膚モデルの平板材に配置したバッテリレス電子デバイスを電界アンテナに載置したときの断面構成を示した断面図である。
【図6】電極の表面積と電極間距離を変えたときのＩＣタグの動作率を示したグラフである。
【図7】貼着シートの膜厚を変えたときのＩＣタグの動作率を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。

【0015】
（１）本発明の伝送システムの概要
図１は、本発明の伝送システム１の全体構成を示した概略図であり、この伝送システム１は、伝送装置２とバッテリレス電子デバイス３とを有する。この伝送システム１は、ユーザが伝送装置２に触れたときに、伝送装置２で発生させた電界が、ユーザの人体１００に伝わり、人体１００との静電結合によりバッテリレス電子デバイス３へ電力の供給が行われ得る。

【0016】
一方、ユーザが伝送装置２に触れていないときには、伝送装置２で発生させた電界が人体１００に伝わらないため、バッテリレス電子デバイス３への電力の供給を停止させることができる。このように、伝送システム１では、ユーザが伝送装置２を触れている間だけバッテリレス電子デバイス３を動作させることができる。

【0017】
この場合、伝送装置２は、例えばリーダライタであり、机や筐体等の所定箇所に予め設置されており、設置部位において仮想的にグランドＶＧ１に短絡している。伝送装置２は、所定の高周波信号を磁界から電界に受動的に変換し、例えばユーザが指先で伝送装置２の電界アンテナ４に触れることでユーザの人体１００に電界を伝える。

【0018】
バッテリレス電子デバイス３は、例えば、腕等の皮膚に直接貼着され、人体１００に取り付けられる。この実施形態の場合、バッテリレス電子デバイス３は、２つの電極６，７を有しており、これら電極６，７に電子素子８が電気的に接続された構成を有する。

【0019】
図１では、バッテリレス電子デバイス３が人体１００に貼着される位置として腕が選定された例を示しており、例えば、腕において人体１００の手側から肩側に沿って２つの電極６，７が一列に並ぶように取り付けられている。なお、この実施形態においては、バッテリレス電子デバイス３の２つの電極６，７を腕に取り付けるようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば、手の甲や、手の平、手首、肩、胴体等の人体１００の種々の箇所に取り付けてもよい。また、２つの電極６，７は、腕の周方向等の種々の方向に一列に並べて取り付けてもよい。

【0020】
ここで、伝送システム１は、地面と接しているユーザが手により伝送装置２を触ったとき、バッテリレス電子デバイス３の肩側（伝送装置２から遠ざかる位置）にある電極７側の人体領域ＥＲ２が仮想的にグランドＶＧ２に短絡し、一方、バッテリレス電子デバイス３の手側（伝送装置２に近い位置）にある電極６側の人体領域ＥＲ１が伝送媒体として機能する。これにより、伝送システム１は、伝送装置２の電界アンテナ４と、バッテリレス電子デバイス３の手側（伝送装置２側）にある電極６とが、人体１００を介して接続される。

【0021】
このようにして、伝送システム１は、全体として、仮想的なグランドＶＧ１，ＶＧ２を介して、あたかも閉回路のように動作することによって、伝送装置２からバッテリレス電子デバイス３に電力を安定的に供給することができる。

【0022】
ここで、上述したように、誘電体である伝送媒体として人体１００を使用する場合には、伝送装置２により生成される高周波信号の周波数は、人体１００で伝送効率が高い周波数であることが望ましく、例えば、７～２１ＭＨｚや、３３～４５ＭＨｚ、さらに好ましくは１３．５６ＭＨｚであることが望ましい。

【0023】
（２）バッテリレス電子デバイスの詳細構成
次に、上述したバッテリレス電子デバイス３について詳細に説明する。図２は、皮膚１００ａに貼着させた本発明のバッテリレス電子デバイス３の分解斜視図である。バッテリレス電子デバイス３は、皮膚１００ａに密着するようにして貼着される高分子ナノシート１０と、一対の電極６，７と、電子素子８と、これら電極６，７及び電子素子８を電気的に接続する配線９と、高分子ナノシート１０上に貼着される第２の高分子ナノシート１１とで構成されている。

【0024】
高分子ナノシート１０には、一対の電極６，７、電子素子８及び配線９が表面に設けられており、これら電極６，７、電子素子８及び配線９の全体を覆うようにして、第２の高分子ナノシート１１が表面に貼着されている。これにより、電極６，７、電子素子８及び配線９は、高分子ナノシート１０と第２の高分子ナノシート１１との間に挟み込まれている。

【0025】
高分子ナノシート１０は、膜厚が薄く形成されており、糊等を用いずに分子間力によって皮膚１００ａに接着させることができる。また、高分子ナノシート１０は、膜厚を薄くすることにより生じる分子間力によって皮膚１００ａに密着して貼着されるため、皮膚１００ａの曲面や、凹凸した皮膚１００ａの表面形状に追従して皮膚１００ａに沿って密着することができる。

【0026】
図２のＡ－Ａ´部分の断面構成を示す図３のように、第２の高分子ナノシート１１は、分子間力によって、電極６，７、電子素子８及び配線９の凹凸形状に追従して、電極６，７、電子素子８、配線９及び高分子ナノシート１０に密着している。第２の高分子ナノシート１１は、ハンダ付け等の化学的接合がなくても、分子間力により、電極６，７、電子素子８及び配線９に密着した状態で、高分子ナノシート１０に貼着することができる。

【0027】
この場合、バッテリレス電子デバイス３は、電子素子８と配線９とを電気的に接続された状態で、電極６，７、電子素子８及び配線９を、高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１で挟み込み、高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１の分子間力により互いに密着している。これにより、分子間力により、電子素子８が配線９に圧着されて、配線９を電子素子８に強い接着力で接続することができるので、ハンダ付け等を一切行わずに、配線９を電子素子８に電気的に接続することができる。

【0028】
電子素子８としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子の他、トランジスタ、ダイオード、ＩＣ等の能動部品、及び、抵抗やインダクタ、コンデンサ等の受動部品を挙げることができる。また、電子素子８として、歪センサ等の各種センサや、ＲＦＩＤタグを設けることもできる。さらに、本発明のバッテリレス電子デバイス３では、例えば、機能・用途が異なる２つ以上の電子素子を、一体的又は別体にして１つの電子素子８として設けるようにしてもよい。

【0029】
電極６，７及び配線９は、例えば、金属ナノ粒子、半導体ナノ粒子、導電性高分子、及び、ナノ炭素材料のうちの少なくとも一つを含有した導電性インクにより形成することができる。特に、銀、金、銅又はニッケル等の金属ナノ粒子は比較的入手が容易で抵抗率の低い材料であるため、電極６，７及び配線９の形成材料として好ましい。また、電極６，７及び配線９のパターンの形成方法として、インクジェット印刷の他、オフセット印刷、スクリーン印刷等の簡便な方法を用いて、高分子ナノシート１０上に、電極６，７及び配線９を印刷して形成することができる。

【0030】
電極６，７及び配線９は、このような導電性インクにより高分子ナノシート１０上に形成することで、金属板のような硬質材料に比べて柔軟性が高く、高分子ナノシート１０の変形に追従して変形し得る。従って、本発明のバッテリレス電子デバイス３では、高分子ナノシート１０、電極６，７及び配線９全てが皮膚１００ａの曲面や、皮膚１００ａの凹凸した表面形状に追従し、全体を皮膚１００ａに沿って密着させることができる。これにより、バッテリレス電子デバイス３では、皮膚１００ａとの間に隙間が形成され難く、皮膚１００ａと電極６，７との間に空気層が形成されることを防止することができる。

【0031】
なお、この実施形態の場合、図２に示すように、電極６，７は同一形状からなり、四辺状に形成されているが、本発明はこれに限らず、電極６と電極７とで異なる形状としてもよく、また、五角形状等の多角形状や円形状に形成した電極を適用してもよい。

【0032】
電極６，７は、高分子ナノシート１０により皮膚１００ａに貼着される表面積Ｓが大きくなるほど、皮膚１００ａとの結合が強くなり、人体１００から電子素子８への電力の供給が安定し、電子素子８の動作率が向上することが、本発明者らの検証試験により確認されているが、電子素子８に電力を供給可能な電極６，７の表面積Ｓとしては、例えば、４００ｍｍ^２以下であることが好ましい。本実施形態では、膜厚ｄが薄く、かつ、人体１００に沿って密着可能な高分子ナノシート１０を用いるようにしたことから、電子素子８に電力を供給するための電極の表面積Ｓを小さくしても、電子素子８を動作させることが可能となり、その分、バッテリレス電子デバイス３を小型化することができる。なお、後述する検証試験により、電極６，７の表面積Ｓは１００ｍｍ^２超であれば電子素子８に電力を供給可能である。

【0033】
また、図３に示すように、第１の電極６の端部から、第１の電極６と対をなす第２の電極７の端部までの距離Ｌ（以下、単に電極間距離とも称する）が大きくなるほど、人体１００から電子素子８への電力の供給が安定し、電子素子８の動作率が向上することが、本発明者らの検証試験により確認されているが、電子素子８に電力を供給可能な電極間距離Ｌとしては、例えば、３０ｍｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、膜厚ｄが薄く、かつ、人体１００に沿って密着可能な高分子ナノシート１０を用いるようにしたことから、電子素子８に電力を供給するための電極間距離Ｌを小さくしても、電子素子８を動作させることが可能となり、その分、バッテリレス電子デバイス３を小型化することができる。なお、後述する検証試験により、電極間距離Ｌは１０ｍｍ以上でも電子素子８に電力を供給可能である。

【0034】
この実施形態の場合、電極６，７を皮膚１００ａに貼着付させる高分子ナノシート１０と、高分子ナノシート１０上に貼着される第２の高分子ナノシート１１は、同じ材料により形成されており、同一構成を有している。

【0035】
高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１としては、例えば、合成高分子や天然高分子、ゴム、エラストマー等の高分子を材料とすることができる。より具体的には、高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１は、ポリスチレンイソプレンスチレン、ポリジメチルシロキサン、シリコーン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸、ポリ乳酸、ポリ乳酸グリコール酸共重合体、ポリ酢酸ビニル、キトサン、アルギン酸、酢酸セルロース、ヒアルロン酸、ゼラチン、及び、コラーゲンのうちのいずれか一つからなることが好ましい。

【0036】
このような材料で高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１を作製することで、皮膚１００ａ等の貼着対象物への密着性や伸縮性の高い高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１を提供することができる。なお、高分子ナノシートについては、一例として以下の文献を参考に挙げることができる。T. Fujie and S. Takeoka, in Nanobiotechnology, eds. D. A. Phoenix and A. Waqar,One Central Press, United Kingdom, 2014, pp. 68-94.

【0037】
高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１は、貼着対象物への追従性の観点から膜厚ｄが薄く形成されていればよい。特に、高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１の膜厚ｄは、２μｍ以上であると、電子素子８や皮膚１００ａ等の貼着対象物に対する追従性が劣り、一方、２μｍ未満であると、電子素子８や皮膚１００ａ等の貼着対象物への追従性が高くなり、密着性を高めることができるため、２μｍ未満であることが好ましい。また、高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１の膜厚ｄは、１μｍ未満とすると、電子素子８や皮膚１００ａ等の貼着対象物に対する追従性がより高くなり、さらに分子間力も大きくなって密着性もより高まるため、１μｍ未満であることがより好ましい。さらに、高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１の膜厚が２５０ｎｍ以下であると、追従性がさらに一段と高くなり、密着性もさらに高まることから、２５０ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0038】
このように、高分子ナノシート１０は、膜厚ｄを極めて薄く形成できるとともに、さらには分子間力により皮膚１００ａと密着して空気層の形成を抑止し誘電率を高くすることができるので、その分、電極６，７と人体１００との間の静電容量Ｃ（Ｃ＝εo・ε・Ｓ／ｄ、εo：真空の誘電率、ε：比誘電率、Ｓ：電極の表面積、ｄ：高分子ナノシートの膜厚）を十分に高くすることができる。

【0039】
（３）バッテリレス電子デバイスの製造方法
次にバッテリレス電子デバイス３の製造方法について説明する。図４Ａに示すように、始めに、高分子ナノシート１０を作製するための基板１６を準備し、基板１６の表面に犠牲層１５及び高分子ナノシート１０を順に成膜してゆく。ここで、基板１６としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＣＯＰ（シクロオレフィン）、ＰＩ（ポリイミド）、アルミ箔、導電性高分子膜、紙、多糖膜、シリコーン樹脂、オブラート（ゼラチン）、シリコンウェハ、ガラス等を用いることができる。

【0040】
犠牲層１５は、高分子ナノシート１０を基板１６から分離するために用いられる。この場合、犠牲層１５の材料としては、例えば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＮＩＰＡＭ（ポリナイパム）、アルギン酸ナトリウム等を用いることができるが、その他、液体に溶ける性質（水溶性や油溶性等）を有し、かつ、生体適合性が高い(人体に害がない)材料であれば種々の材料を用いることができる。犠牲層１５は、グラビアコータ（図示せず）を用いたロールツーロール技術により成膜してもよく、スピンコータ（図示せず）を用いて成膜してもよい。ロールツーロール技術では、スピンコータを用いた場合より、大きな面積で成膜することができる。

【0041】
高分子ナノシート１０は、上述した犠牲層１５と同様に、グラビアコータ（図示せず）を用いたロールツーロール技術やスピンコータ等の成膜方法を用いて、犠牲層１５上に成膜する。

【0042】
次いで、高分子ナノシート１０上にインクジェットにより導電材料を吐出して、高分子ナノシート１０の表面に電極６，７及び配線９を描画することにより、図４Ｂに示すように、高分子ナノシート１０上に所定形状の電極６，７及び配線９を形成する。

【0043】
次いで、図４Ｃに示すように、高分子ナノシート１０上で配線９と電気的に接続するように電子素子８を配置し、電子素子８を高分子ナノシート１０に密着させる。次いで、高分子ナノシート１０と貼り合わせる第２の高分子ナノシート１１を準備する。このとき、第２の高分子ナノシート１１には、例えば、紙テープからなるフレーム１７が周縁に沿って設けられている。次いで、フレーム１７を持って高分子ナノシート１０に第２の高分子ナノシート１１を貼り合わせ、高分子ナノシート貼合体（図示せず）を作製する。

【0044】
次いで、この高分子ナノシート貼合体を、例えば水等の剥離液に浸漬し、犠牲層１５を溶解させ、高分子ナノシート１０から基板１６を分離させる。これにより、図４Ｄに示すように、第２の高分子ナノシート１１の周縁に沿ってフレーム１７を有したバッテリレス電子デバイス３を作製することができる。なお、フレーム１７は、バッテリレス電子デバイス３を人体１００に貼着する際等に、必要に応じて第２の高分子ナノシート１１から除去すればよい。

【0045】
なお、上述した実施形態においては、犠牲層１５を形成する工程を含むが、本発明はこれに限らず、犠牲層１５を形成する工程を省略して、基板１６上に直接、高分子ナノシート１０を成膜するようにしてもよい。この場合、基板１６は高分子ナノシート１０との密着性が低い材料で形成し、後の工程で設けた第２の高分子ナノシート１１のフレーム１７を使用する等して、最終的に高分子ナノシート１０から基板１６を分離することができる。

【0046】
また、電極６，７及び配線９を形成する工程の前に、高分子ナノシート１０上にインク受容層（図示せず）を形成する工程を設けるようにしてもよい。導電性インクによってインク受容層上に電極６，７や配線９を印刷することで、導電性インクが弾かれることなく、微細な電極６，７及び配線９をより精確に形成することができる。

【0047】
この場合、インク受容層には、キトサン、ポリ酢酸ビニル、酢酸セルロース、ゼラチン、シリカ、および、カチオン性アクリル共重合体が望ましい。インク受容層は、上述した犠牲層１５や高分子ナノシート１０と同様に、グラビアコータを用いたロールツーロール技術等を使用して、高分子ナノシート１０上に成膜することができる。

【0048】
（４）作用および効果
以上の構成において、バッテリレス電子デバイス３では、電子素子８と２つの電極６，７を電気的に接続し、伝送媒体となる人体１００に高分子ナノシート１０を密着させることで、電極６，７を人体１００に貼着させる。また、バッテリレス電子デバイス３では、外部から人体１００に誘起された電界に基づいて、人体１００と電極６，７との間の静電結合により電子素子８に電力を供給する。

【0049】
バッテリレス電子デバイス３では、膜厚が薄い高分子ナノシート１０により電極６，７を人体１００に貼着させることで、人体１００への装着性の向上を図ることができる。また、膜厚が薄い高分子ナノシート１０を用いることで、バッテリレス電子デバイス３が分子間力によって人体１００に密着し易くなり、電極６，７と人体１００との間の空気層の形成を防止し、静電容量Ｃの低下を抑制できる。従って、バッテリレス電子デバイス３では、インピーダンス整合におけるインダクタの設計を特に行わずに静電容量Ｃを大きくでき、電子素子８を安定して動作させることができる。さらに、電子素子８に電力を供給するための、電極６，７の表面積Ｓや電極間距離Ｌを小さくした状態でも、電子素子８を動作させることが可能となるため、バッテリレス電子デバイス３を小型化することができる。

【0050】
また、バッテリレス電子デバイス３は、ハンダ付け等を一切行わずに、高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１による分子間力により、電子素子８を配線９に圧着して、配線９を電子素子８に強い接着力で接続させることができる。これにより、バッテリレス電子デバイス３は、ハンダ等のような硬質な接着剤が用いられていない分、柔軟性があり、皮膚１００ａの曲面や、凹凸した皮膚１００ａの表面形状に追従して皮膚１００ａに沿って密着することができるので、電極６，７と人体１００との間の空気層の形成を防止し、人体１００と電極６，７との間において静電容量Ｃの低下を抑制できる。

【0051】
（５）検証試験
（５－１）高分子ナノシートを使用したバッテリレス電子デバイスの動作確認試験
ここで、図２に示したバッテリレス電子デバイス３を実際に作製し、市販のリーダライタ及び電界アンテナ（株式会社ｅＮＦＣ社製製品名ｅＮＦＣスターターキット）を利用して、本発明のバッテリレス電子デバイス３について動作確認を行った。

【0052】
ここで、検証試験に用いるバッテリレス電子デバイス３は、高分子ナノシート１０を成膜する際に使用する基板１６として、ＰＥＴフィルム（Ｌｕｍｉｒｒｏｒ２５Ｔ６０，パナック社製）を使用した。犠牲層１５は、水溶性のポリビニルアルコール（ＰＶＡ、関東化学社製、１０ｗｔ％ｉｎｗａｔｅｒ）を用い、グラビアコータ（ＭＬ－１２０，廉井精機社製）を用いて基板１６上に成膜した。

【0053】
高分子ナノシート１０は、スチレンブタジエンスチレン（ＳＢＳ，ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈＪａｐａｎ社製，３ｗｔ％ｉｎｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）を用い、グラビアコータを用いたロールツーロール技術を利用して犠牲層１５上に成膜した。

【0054】
そして、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、基板１６上の高分子ナノシート１０の膜厚を測定したところ、膜厚は８００ｎｍであった。

【0055】
そして、所望する形状・大きさの電極６，７及び配線９を形成したスクリーンマスクを用い、スクリーン印刷によって、導電性銀インク（ＴＢ３３０３Ｇ（ＮＥＯ）、Ｔｈｒｅｅｂｏｎｄ製）で電極６，７及び配線９を高分子ナノシート１０の表面に描画して、電極６，７及び配線９を形成した。電極６，７は２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形状に形成して表面積を４００ｍｍ^２とし、電極６，７の電極間距離Ｌは３０ｍｍとした。

【0056】
電子素子８として、ＩＣタグ（ＮＸＰＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ社製、動作電圧１．５Ｖ、消費電力４０μＷ）を用意し、第１の電極６から延びる配線９と、第２の電極７から延びる配線９とに、それぞれ電気的に接続するように当該ＩＣタグを設置した。そして、高分子ナノシート１０と同じＳＢＳで作製した第２の高分子ナノシート１１を用意し、電極６，７、配線９及び電子素子８を設けた高分子ナノシート１０上に第２の高分子ナノシート１１を貼着した後、剥離液である水に浸漬した。

【0057】
これにより、水により犠牲層１５を溶解させ、高分子ナノシート１０から基板１６を分離してバッテリレス電子デバイス３を作製した。

【0058】
次に、バッテリレス電子デバイス３を人体１００に貼着した状態を再現するために、皮膚１００ａと同じ電気的特性（比誘電率：１５０、導電率：０．６Ｓ/ｍ（参考：https://www.asahi-rubber.co.jp/products/denjiha/01.html 「人体通信用ラバーファントム／誘電率、導電率周波数特性」））を有するラバー製の平板材（株式会社朝日ラバー社製板状ファントム。以下、皮膚モデルとも称する）を用意し、この平板材の表面にバッテリレス電子デバイス３の高分子ナノシート１０を貼着させた。

【0059】
伝送装置２としては、市販のｅＮＦＣスターターキット（株式会社ｅＮＦＣ社製）を用いた。ｅＮＦＣスターターキットのリーダライタはタカヤ株式会社製の製品名ＴＲ３Ｘ－ＭＵ０１であり、周波数が１３．５６ＭＨｚ、送信出力が３００ｍＷ±２０％である。

【0060】
そして、リーダライタを動作させ、当該リーダライタに接続させた電界アンテナに、手で保持した平板材の裏面を単に接触させた。この際、平板材の表面に貼着したバッテリレス電子デバイス３のＩＣタグが、電界アンテナで発生している電界により動作するか否かを確認した。ＩＣタグが動作しているかは、リーダライタで読み取られたＩＣタグのＵＩＤ（Unique ID 固有ID番号）がパーソナルコンピュータの画面上に表示されるか否かにより確認した。その結果、平板材の裏面を電界アンテナに接触させることで、バッテリレス電子デバイス３のＩＣタグが動作することが確認できた。

【0061】
（５－２）電極の表面積及び電極間距離を変えたときのバッテリレス電子デバイスの動作率について
次に、バッテリレス電子デバイスの電極の表面積Ｓ及び電極間距離Ｌを変えてバッテリレス電子デバイスの動作率がどのように変化するかについて確認する検証試験を行った。

【0062】
この検証試験では、図５Ａ及び図５Ｂに示すようなバッテリレス電子デバイス２０を作製した。ここで、高分子ナノシート１０のみでは膜厚が薄すぎ、同じ大きさ・形状の電極６，７や、同じ電極間距離Ｌについて正確な寸法を再現し難い。そこで、この検証試験では、硬さを調整した支持基板２３上の高分子ナノシート１０の表面に所定の大きさ・形状の電極６，７や、所定の長さの電極間距離Ｌを正確に再現し、支持基板２３を高分子ナノシート１０から分離せずにそのまま使用した。

【0063】
なお、支持基板２３については、高分子ナノシート１０を成膜する際に用いた基板１６と犠牲層１５をそのまま用い、これら基板１６及び犠牲層１５を支持基板２３として使用した。この場合、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）で形成した基板１６を用い、犠牲層１５は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）により基板１６上に成膜した。

【0064】
そして、上述した検証試験と同様にして高分子ナノシート１０を支持基板２３上に成膜し、支持基板２３の表面に高分子ナノシート１０を成膜した複数の貼着シート２４を作製した。なお、この検証試験では、支持基板２３及び高分子ナノシート１０を合わせた貼着シート２４の膜厚ｄ１を全て３０μｍとした。

【0065】
次に、所望する大きさの電極６，７及び配線９を形成したスクリーンマスクを用い、スクリーン印刷によって、導電性銀インク（ＴＢ３３０３Ｇ（ＮＥＯ）、Ｔｈｒｅｅｂｏｎｄ製）により、正方形状の電極６，７と、帯状の配線９とを、高分子ナノシート１０上に形成した、この際、スクリーンマスクを変えることで、高分子ナノシート１０上の電極６，７の表面積Ｓと、電極間距離Ｌを、貼着シート２４毎にそれぞれ変えた。

【0066】
電子素子８としてＩＣタグ（ＮＸＰＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ社製、動作電圧１．５Ｖ、消費電力４０μＷ）を使用した。そして、第１の電極６に接続した配線９と、第２の電極７に接続した配線９とにＩＣタグが電気的に接続するように、高分子ナノシート１０上にＩＣタグを設置した。

【0067】
この検証試験では、正方形状の電極６，７の表面積Ｓを１０ｍｍ×１０ｍｍと２０ｍｍ×２０ｍｍと３０ｍｍ×３０ｍｍとにそれぞれ変え、これら表面積Ｓ毎にそれぞれ電極間距離Ｌを１０ｍｍと２０ｍｍと３０ｍｍに変えた９種類のバッテリレス電子デバイス２０を、それぞれ５つずつ作製した。

【0068】
次いで、バッテリレス電子デバイス２０を人体１００に貼着した状態を再現するために、上述した検証試験と同様に、皮膚モデルとしてラバー製の平板材１０１（株式会社朝日ラバー社製板状ファントム）を複数枚用意し、平板材（皮膚モデル）１０１毎に、各バッテリレス電子デバイス２０を平板材１０１の表面に貼着した。

【0069】
そして、上述した検証試験と同様に、市販のｅＮＦＣスターターキット（株式会社ｅＮＦＣ社製）を用い、ｅＮＦＣスターターキットのリーダライタを動作させ、当該リーダライタに接続させた電界アンテナ１０２に、各平板材１０１の裏面を単に接触させた。

【0070】
この際、各平板材１０１の表面にそれぞれ貼着したバッテリレス電子デバイス２０のＩＣタグが、電界アンテナ１０２で発生している電界により動作するか否かを確認した。その結果、図６に示すような結果が得られた。図６から、貼着シート２４の膜厚ｄ１が３０μｍの場合、電極６，７の表面積Ｓが３０ｍｍ×３０ｍｍ（図６中、√Ｓ＝３０ｍｍと表記）で電極間距離Ｌが２０ｍｍ、３０ｍｍとしたバッテリレス電子デバイス２０では、用意した５つ全てにおいてＩＣタグが動作し、動作率が１００％であった。また、電極６，７の表面積Ｓが２０ｍｍ×２０ｍｍ（図６中、√Ｓ＝２０ｍｍと表記）でも電極間距離Ｌを３０ｍｍとしたバッテリレス電子デバイス２０では、用意した５つ全てにおいてＩＣタグが動作し、動作率が１００％であった。

【0071】
図６から、バッテリレス電子デバイス２０の動作率を向上させるためには、電極６，７の表面積Ｓを大きくし、電極間距離Ｌを長くすることが好ましいが、貼着シート２４の膜厚ｄ１を薄くし、かつ平板材１０１との間に空気層が形成されないようにして電極６，７を設けることができれば、電極６，７の表面積Ｓが小さい４００ｍｍ^２以下であっても電子素子８を動作させることができることが確認できた。また、貼着シート２４の膜厚ｄ１を薄くし、かつ平板材１０１との間に空気層が形成されないようにして電極６，７を設けることができれば、電極間距離Ｌについても、電極６，７の表面積Ｓに依存するものの、３０ｍｍ以下の１０ｍｍでも電子素子８を動作させることができることが確認できた。

【0072】
また、この検証試験の結果を解析することで、高分子ナノシート１０の膜厚ｄを、貼着シート２４の膜厚ｄ１の１０分の１となる３μｍとした場合には、電極６，７の表面積Ｓを１０ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下としても、貼着シート２４の膜厚ｄ１が３０μｍのときと同じ静電容量を確保できることが分かった。

【0073】
さらに、この検証試験の結果を解析することで、高分子ナノシート１０の膜厚ｄを、貼着シート２４の膜厚ｄ１の１０分の１となる３μｍとした場合には、電極６，７の表面積Ｓを調整することで、電極間距離Ｌを２ｍｍ以上１０ｍｍ以下としても、貼着シート２４の膜厚ｄ１が３０μｍのときと同じ容量性インピ—ダンスを確保できることが分かった。

【0074】
（５－３）貼着シートの膜厚を変えたときのバッテリレス電子デバイスの動作率について
次に、貼着シート２４の膜厚ｄ１を変えたときにバッテリレス電子デバイス２０の動作率が変化するか否かについて確認した。ここでは、正方形状の電極６，７の表面積Ｓを２０ｍｍ×２０ｍｍとし、電極間距離Ｌを３０ｍｍとし、貼着シート２４の膜厚ｄ１を３０μｍとしたバッテリレス電子デバイス２０を５つ用意した。また、これとは別に、電極６，７の表面積Ｓと電極間距離Ｌを上記と同じにして、貼着シート２４の膜厚ｄ１を１００μｍ，１７０μｍとしたバッテリレス電子デバイス２０をそれぞれ５つずつ用意した。なお、ここでは、高分子ナノシート１０の単体の膜厚ｄは全て８００ｎｍとし、支持基板２３の膜厚を変えることで貼着シート２４の膜厚ｄ１を調整した。

【0075】
次いで、バッテリレス電子デバイス２０を人体１００に貼着した状態を再現するために、上述した検証試験と同様に皮膚モデルとしてラバー製の平板材１０１を複数枚用意し、平板材１０１毎に、各バッテリレス電子デバイス２０を平板材１０１の表面に貼着した。

【0076】
そして、上述した検証試験と同様に、市販のｅＮＦＣスターターキット（株式会社ｅＮＦＣ社製）を用い、ｅＮＦＣスターターキットのリーダライタを動作させ、当該リーダライタに接続させた電界アンテナ１０２に、各平板材１０１の裏面を接触させた。

【0077】
この際、各平板材１０１の表面にそれぞれ貼着したバッテリレス電子デバイス２０のＩＣタグが、電界アンテナ１０２で発生している電界により動作するか否かを確認した。その結果、図７に示すような結果が得られた。図７から、貼着シート２４の膜厚ｄ１が３０μｍのとき、バッテリレス電子デバイス２０の動作率が１００％であったが、当該膜厚ｄ１が厚くなるほど動作率が低下することが確認できた。

【0078】
よって、バッテリレス電子デバイス２０の動作率を向上させるためには、バッテリレス電子デバイス２０の貼着シート２４の膜厚ｄ１を薄くすることが望ましいことが確認できた。

【0079】
（６）他の実施の形態
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態においては、２つの電極６，７を設けたバッテリレス電子デバイス３，２０について説明したが、本発明はこれに限らず、３つや４つ等のように２つ以上の電極を設けたバッテリレス電子デバイスであってもよい。また、伝送媒体が伝送装置２と接触することで伝送媒体に貼着したバッテリレス電子デバイスが動作できれば、例えば、装置や動物等のような人体１００以外を伝送媒体として適用してもよい。

【0080】
また、上述した実施形態においては、伝送装置２に伝送媒体が接触することで、伝送装置２のコイルと、伝送媒体及び電極６，７間で形成されるコンデンサと、が直列に接続して伝送装置２の周波数にバッテリレス電子デバイス３を共振させる直列共振方式を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、伝送装置２及びバッテリレス電子デバイス３に、それぞれ並列共振回路がトランス結合した構成を設け、伝送媒体及び電極６，７間での静電結合が小さくてもバッテリレス電子デバイス３への電力供給が行える並列共振方式を適用してもよく、また、これら直列共振方式及び並列共振方式を複合した方式を適用してもよい。

【0081】
また、高分子ナノシート１０及び第２の高分子ナノシート１１の材料は上述した実施形態で例示したものに限られず、人体１００等の伝送媒体に分子間力で貼着可能な高分子ナノシート１０や、高分子ナノシート１０に分子間力で貼着可能な第２の高分子ナノシート１１であればよく、種々の材料が適用可能である。

【0082】
さらに、電極６，７の材料や配線９の材料も、導電性の材料であり、かつ、柔軟性のある高分子ナノシート１０を介して伝送媒体に密着させることができれば、種々の材料・形状が適用可能である。また、電極６，７や配線９の形成方法も、印刷により形成されるものに限定されない。

【0083】
さらに、上述した実施形態においては、高分子ナノシート１０上に第２の高分子ナノシート１１を貼着し、電極６，７と電子素子８と配線９とを高分子ナノシート１０と第２の高分子ナノシート１１との間に挟み込んだバッテリレス電子デバイス３を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、第２の高分子ナノシート１１を設けずに、電極６，７と電子素子８と配線９とを単に高分子ナノシート１０上に設けたバッテリレス電子デバイスとしてもよい。
【符号の説明】
【0084】
１伝送システム
２伝送装置
３，２０バッテリレス電子デバイス
６，７電極
８電子素子
９配線
１０高分子ナノシート
１１第２の高分子ナノシート
１００人体（伝送媒体）

図面

【図1】	【図2】
【図3】	【図4】
【図5】	【図6】
【図7】