JP7481775B1

JP7481775B1 - スマートリング

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Publication number: JP7481775B1
Application number: JP2023204988A
Authority: JP
Inventors: 英之岡田
Original assignee: Whitelab
Current assignee: Whitelab
Priority date: 2023-12-04
Filing date: 2023-12-04
Publication date: 2024-05-13
Anticipated expiration: 2043-12-04

Abstract

【課題】外部から給電をせずに持続的に動作させることが可能なスマートリングを、熱発電素子を用いて実現する。【解決手段】リング内周の少なくとも一部を構成しており装着者の指の皮膚に接触する接触部を介して体温が伝わり発電する熱発電素子と、前記熱発電素子が発電した電気を蓄える蓄電部と、前記装着者の身体活動に関する情報を取得するセンサ部と、前記センサ部が取得した情報を送信する送信部と、前記蓄電部に蓄えられる電気を用いて、前記センサ部および前記送信部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部を動作させるスマートリング。【選択図】図１

Description

本発明は、身体に装着して用い、通信機能を有する指輪型のスマートリングに関する。

身体に装着して用い、装着者の体温や血中酸素濃度、体の動きなどを測定し、測定結果をスマートフォンなどに通信する各種のスマートデバイスが提案されている。たとえば、手首に装着する時計型のスマートウォッチとしては、多種の機能を有するものが提案されている。

一方、スマートウォッチなどのスマートデバイスの課題として、外部からの給電が必要であることが挙げられる。商用電源や外部バッテリーなどに接続して充電している時間は、スマートデバイスを装着者から外す必要があったり、装着者の移動範囲を制限したりする問題がある。このような課題を解決する方法の一つとして、装着者の熱や装着者の動きによって発電する発電部を有する指輪型健康状態モニタリングデバイスが提案されている（特許文献１、２参照）。

国際公開第２０１６／１２３２１６号公報国際公開第２０１６／１２３２０６号公報特許第６８０３０７６号明細書

しかしながら、指輪型のスマートリングのような小型のデバイスに搭載する発電部で発電可能な発電量には限りがある。そのため、従来の指輪型のスマートリングでは、各部の制御や通信等に必要な電気エネルギーが発電量に対して大きすぎ、外部から給電をせずに持続的に動作させることが難しいという課題を有する。

そこで、本発明は、外部から給電をせずに持続的に動作させることが可能なスマートリングを、熱発電素子を用いて実現する技術に関する。

本発明に係るスマートリングは、
リング内周の少なくとも一部を構成しており装着者の指の皮膚に接触する接触部を介して体温が伝わり発電する熱発電素子と、
前記熱発電素子が発電した電気を蓄える蓄電部と、
前記装着者の身体活動に関する情報を取得するセンサ部と、
前記センサ部が取得した情報を送信する送信部と、
前記蓄電部に蓄えられる電気を用いて、前記センサ部および前記送信部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部を動作させる。

本発明に係るスマートリングは、接触部を介して体温が伝わり発電する熱発電素子を有しており、熱源である体温はほぼ一定であり、指輪型であるため皮膚と接触部との接触面積もほぼ変動せず、かつ、常時装着していても邪魔にならない。そのため、このようなスマートリングでは、継続的かつ安定的な発電が可能である。また、スマートリングの制御部は、蓄電部に蓄える電気量が所定値を超えたことを検知してセンサ部や送信部を動作させる。このようなスマートリングでは、センサ部や送信部の動作時以外は、制御部、通信部およびセンサ部の動作について、制御部が蓄電部の電気量を検知できれば足りるため、各部の制御や通信等に必要な電気エネルギーを低減し、外部から給電をせずに持続的に動作することが可能である。

また、たとえば、前記送信部は、情報の送信のみを行い、受信を行わないものであってもよい。

スマートリング等に備えられる送信部としては、受信部を兼ねるものを採用することも考えられるが、情報の送信のみを行い、受信を行わないものとすることにより、回路構成をシンプルにして小型化・低消費電力化することができる。また、送信機能のみを行うことにより、このような送信部を用いるスマートリングは、受信待機時の電力消費がなく、また、受信待機のON・OFFを切り換えるスイッチも必要ないため、動作に必要な電気エネルギーを低減できる。

また、たとえば、前記制御部は、前記センサ部および前記送信部を動作させたのち、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知するまでの間、前記センサ部および前記送信部に給電しないものであってもよい。

このような制御部を有するスマートリングは、センサ部や送信部の動作時以外の電力消費を低減し、外部から給電をせずに持続的に動作することが可能である。

また、たとえば、前記蓄電部はコンデンサであってもよい。

蓄電部を、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、電気二重層キャパシタなどのコンデンサとすることは、化学変化による充電式電池を用いる場合にくらべて、スマートリング全体としての小型化・省電力化に関して有利である。

また、たとえば、前記制御部は、前記蓄電部に蓄える電気量が、前記センサ部による情報の取得および前記送信部による情報の送信を含む一連の動作を行うことができる第１の値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部に前記一連の動作を行わせるものであってもよい。

制御部が、電気量が第１の値を超えたことを検知して一連の動作を行わせることにより、スマートリング内に情報を記憶しておく必要がないため、小型化・省電力化に関して有利である。また、制御部による検知および制御を、センサ部と送信部とをまとめて行うことにより、制御部の構成をシンプルにすることができる。

また、たとえば、前記センサ部は、体温を測定する体温センサ部と、体の動きを測定する体動センサ部と、血中酸素飽和度を測定するSｐO_２センサ部との少なくとも一つを有してもよい。

スマートリングが有するセンサ部としては、特に限定されないが、体温センサ部や体動センサ部やSｐO_２センサ部が、指輪型のスマートリングに搭載するセンサ部として好適である。

また、たとえば、前記熱発電素子が発電し前記蓄電部が蓄える電気を所定の電圧値に変換する電圧変換部を有し、前記電圧変換部は、第１の電圧を出力する第１電圧変換部と、第１の電圧より低い第２の電圧を出力する第２電圧変換部と、を有してもよい。

このようなスマートリングでは、高い電圧が必要な部分には第１の電力を供給して動作させるとともに、低い電圧で動作可能な部分については、第２の電圧を供給することで、消費電力を低減することができる。

また、たとえば、前記制御部を構成する第１のＩＣは、前記送信部を構成する第２のＩＣとは別体であってもよい。

送信部と制御部とを別のＩＣとすることで、送信部および制御部をシンプルで小型の構成にしてリング状のケースに収納しやすくするとともに、発熱部分を分散することにより、安定した効率的な動作が可能である。また、制御部のＩＣを独立させることで、送信部、センサ部および蓄電部を包括的に制御するものとして制御部を設計しやすい利点がある。

図１は、本発明の第１実施形態に係るスマートリングの外観図である。図２は、図１に示すスマートリングの分解斜視図である。図３は、図１に示すスマートリングの概略構成を示すブロック図である。図４は、図１に示すスマートリングで採用する回路の一例を示す概念図である。図５は、蓄電部の電気量の時間変化を表す概念図である。図６は、第２実施形態に係るスマートリングで採用する回路の一例を示す概念図である。図７は、第１変形例に係るスマートリングを、リングの軸方向から見た模式的な外観図である。図８は、第２変形例に係るスマートリングにおけるリングの半径方向に沿う方向の断面を示す概略断面図である。図９は、第３変形例に係るスマートリングに用いる基板の断面構造を示す模式図である。

図１は、本発明の第１実施形態に係るスマートリング１０の外観図である。図１に示すように、スマートリング１０は、円環状の外形状を有しており、たとえば、リング内周１０ａに、人の手のいずれかの指を通して装着して使用する。リングの内径は１０．０～３０．０ｍｍ程度、リングの幅（軸方向の長さ）は２．０～２０ｍｍ程度、リングの厚み（半径方向の幅）は１．０～８．０ｍｍ程度である。

図２は、図１に示すスマートリング１０の分解斜視図である。スマートリング１０は、外ケース１２、基板１４、熱発電素子２０、内ケース１８などを有する。スマートリング１０の外ケース１２は、円環をなすリング形状を有する。外ケース１２は、外ケース１２の内周側に基板１４や熱発電素子２０等を収納できるように、軸方向の両端に内径側へ突出する縁が形成されている。

基板１４は、フレキシブルプリント基板（FＰＣ）や、リジット基板などで構成される。基板１４には、後述する熱発電素子２０が接続される他、蓄電部３０、センサ部４０としての体温センサ部４１、制御部５０、電圧変換部６０などが実装されている。基板１４は、表裏両面に実装可能であることが、小型化および各種ＩＣを装着者の皮膚７２（図３参照）側と、皮膚７２側とは反対側の外ケース１２側とに配置できる点などから好ましいが、特に限定されない。

熱発電素子２０は、装着者の体温が伝わることにより発電する。熱発電素子２０は、半導体の熱励起電荷を用いるもの（「半導体増感型熱利用発電」とも言う。）や、導体や半導体のゼーベック効果を利用したものなどが挙げられるが、特に限定されない。熱発電素子２０は、装着者の指の皮膚７２に接触する接触部２２を介して熱が伝わり発電する。図１に示すように、接触部２２はスマートリング１０のリング内周１０ａの少なくとも一部を構成しており、装着者の指の皮膚７２に接触する（図３参照）。接触部２２は、たとえば、熱発電素子２０の半導体等に効率的に熱を伝えられるように、熱伝導性のよい金属等で構成することができる。

内ケース１８は、Ｃリング状の外形状を有しており、スマートリング１０のリング内周１０ａの少なくとも一部を構成する。内ケース１８は、外ケース１２との間に基板１４を収納するとともに、リングの途切れ部分から接触部２２を露出させる。また、内ケース１８は、体温センサ部４１の検出部４１ａを、スマートリング１０のリング内周１０ａに露出させる貫通孔が形成されている。

ただし、内ケース１８としては、図２にしめすようなＣリング状のもののみには限定されず、外ケース１２と同様に円環状の外形状を有していてもよい。この場合、内ケース１８自体が、熱発電素子２０の接触部２２であってもよく、このような態様も、接触部２２の皮膚７２との接触面積を広げる観点から好ましい。

図３は、図１に示すスマートリング１０の概略構成を示すブロック図である。また、図４は、図１に示すスマートリング１０で採用する回路の一例を示す概念図である。図３に示すように、スマートリング１０は、熱発電素子２０が発電した電気を蓄える蓄電部３０を有する。熱発電素子２０が発電した電気は、蓄電部３０に送られ、蓄電部３０に溜められる。蓄電部３０は、図２に示す基板１４に実装されている。

図４に示す例では、蓄電部３０はコンデンサであり、蓄電部３０を、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、電気二重層キャパシタなどのコンデンサとすることは、スマートリング１０の小型化・省電力化に関して有利である。ただし、蓄電部３０としてはコンデンサのみには限定されず、化学変化による充電式電池を用いてもよい。

また、図３には示されていないが、スマートリング１０は、熱発電素子２０で発電した電気を蓄電部３０に溜める際や、蓄電部３０で溜めた電気を制御部５０等に送る際に、電気を所定電圧に変換するDＣーＤＣコンバータなど（フライバックコンバータ７６や電圧変換部６０等参照）を有していてもよい。図４に示す例では、スマートリング１０には、熱発電素子２０と蓄電部３０との間、より具体的には熱発電素子２０と電圧変換部６０との間に、フライバックコンバータ７６が設けられている。フライバックコンバータ７６は、熱発電素子２０の発電した電気を所定の電圧まで昇圧して、電圧変換部６０や蓄電部３０に送ることができる。

また、図４に示す例では、スマートリング１０には、熱発電素子２０と蓄電部３０との間、より具体的にはフライバックコンバータ７６と蓄電部３０との間に、電圧変換部６０が設けられている。電圧変換部６０は、熱発電素子２０が発電し蓄電部３０が蓄える電気を所定の電圧値に変換する。図４に示すように、電圧変換部６０は、蓄電部３０で溜まった電気を所定の電圧値（ＶＳＹＳ）に変換して出力する。電圧変換部６０によって出力される所定の電圧値（ＶＳＹＳ）の電気は、制御部５０や、送信部８０や、体温センサ部４１の動作に用いられる。

図３に示すセンサ部４０は、後述する制御部５０からの制御を受けて動作し、スマートリング１０の装着者の身体活動に関する情報７８を取得する。制御部５０は、たとえば、センサ部４０へ給電することによりセンサ部４０を動作させ、また、センサ部４０への給電を停止することでセンサ部４０を動作させないようにすることができる。

図４に示す例では、センサ部４０として装着者の体温を測定する体温センサ部４１を有する。体温センサ部４１は、たとえば、皮膚の表面温度を抵抗変化等により検出するサーミスタを有するものや、皮膚表面から生じる赤外線を集光して温度を検出するものなどが挙げられる。センサ部４０は、制御部５０から給電されると、装着者の体温に関する情報７８を取得し、取得した情報７８を直接または制御部５０を介して送信部８０に伝える。

スマートリング１０が有するセンサ部４０としては、図４に示す体温センサ部４１のみには限定されず、体の動きを測定する体動センサ部や、血中酸素飽和度を測定するSｐO_２センサ部など、装着者の身体活動に関する各種の情報を取得できるセンサを採用可能である（図６参照）。また、センサ部４０は、装着者の身体活動に関する１種類の情報を取得するものであってもよいが、複数のセンサ部を組み合わせ、装着者の身体活動に関する複数種類の情報を取得可能であってもよい。

図３に示す送信部８０は、後述する制御部５０からの制御を受けて動作し、センサ部４０が取得した情報７８を送信する。送信部８０は、たとえばＢＬＥモジュール等で構成される。制御部５０は、たとえば、送信部８０へ給電することにより送信部８０を動作させ、また、送信部８０への給電を停止することで送信部８０を動作させないようにすることができる。

送信部８０は、たとえば、情報７８の送信先である外部機器に対する所定の通信プロトコルを確立し、センサ部４０が取得した情報７８を所定の周波数帯の信号に変換し、外部機器に対して情報７８を送信する。スマートリング１０が情報７８を送信する外部機器としては、たとえばスマートフォンのような携帯型情報端末や、パーソナルコンピュータや、スマートリング専用の受信端末などが挙げられるが、特に限定されない。また、送信部８０としては、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｈ（登録商標）等として規格化される２．４ＧＨｚ帯で情報７８を送信するものや、Ｗｉ－ｆｉ（登録商標）等として規格化される２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯で情報７８を送信するものが挙げられるが、特に限定されない。

また、図２に示すように、制御部５０を構成する第１のＩＣと、送信部８０を構成する第２のＩＣとは別体となっており、基板１４に対して個別に実装されている。すなわち、送信部８０を制御する制御部５０を、送信部８０自体とは別体のＩＣとしている。このような構成とすることで、送信部８０および制御部５０をシンプルで小型の構成にして、リング状のケースに収納しやすくするとともに、発熱部分を分散することにより、安定した効率的な動作が可能となる。また、制御部５０のＩＣをセンサ部４０や送信部８０から独立させることで、送信部８０、センサ部４０および蓄電部３０を包括的かつ効率的に制御する制御部５０を実現できる。

また、送信部８０は、情報７４の送信のみを行い、送信部８０およびスマートリング１０の他の部分は、無線通信による情報の受信を行わないものであることが、スマートリング１０の電力消費を低減し、持続的な動作を可能とする発電量を低減する観点から好ましい。ただし、送信部８０は、情報の送受信機能を有していてもよい。なお、制御部５０、送信部８０およびセンサ部４０は、モジュール化されていてもよい。

図３に示す制御部５０は、蓄電部３０に蓄えられる電気を用いて、センサ部４０および送信部８０を制御する。制御部５０は、マイクロコントローラ等の制御回路で構成される。制御部５０は、蓄電部３０に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、センサ部４０および送信部８０を動作させることができる。

図４に示すように、蓄電部３０に蓄えられる電気は、電圧変換部６０により所定の電圧値VSYSに変換され、制御部５０、センサ部４０（体温センサ部４１）および送信部８０に給電されるようになっている。ただし、センサ部４０および送信部８０への給電および給電停止の切り換えは、制御部５０によって制御される。

たとえば、制御部５０は、センサ部４０および送信部８０を動作させたのち、蓄電部３０に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知するまでの間、センサ部４０および送信部８０に給電しないように制御することができる。図５は、スマートリング１０における制御部５０による制御の一例を表したものであり、蓄電部３０が蓄える電気量の時間変化を示すグラフである。

図５に示すｔ０～ｔ１、ｔ２～ｔ３、ｔ４～ｔ５の間、図３に示す蓄電部３０が蓄える電気量は、所定の値Q１を超えていない。この間、図４に示す制御部５０は、センサ部４０および送信部８０への給電を停止しており、センサ部４０の検知動作は行われず、送信部８０による情報の送信も行われない。なお、制御部５０は、図４に示す蓄電部３０を構成するコンデンサの電圧（電位差）ＶＳＴＲＧ等により、蓄電部３０が蓄える電気量を検知することができる。

また、スマートリング１０では、熱源である体温はほぼ一定であり、指輪であるため皮膚と接触部２２との接触面積もほぼ変動しないので、熱発電素子２０による単位時間当たりの発電量は略一定である。また、上述したように、スマートリング１０での電力消費は、制御部５０によって低く抑えられている。したがって、ｔ０～ｔ１、ｔ２～ｔ３、ｔ４～ｔ５の間、蓄電部３０が蓄える電気量は、略一定のペースで増加する（蓄電時間）。

次に、蓄電部３０が蓄える電気量が増加して所定の値Q１を超えると、これを制御部５０が、コンデンサの電圧ＶＳＴＲＧの変化から検知する（図５のｔ１、ｔ３、ｔ５）。蓄電部３０が蓄える電気量が所定の値Q１を超えたことを検知した制御部５０は、センサ部４０および送信部８０への給電を開始し、センサ部４０に装着者の身体活動に関する情報を取得させ、さらに、取得した情報を送信部８０に送信させる。

センサ部４０による情報の取得および送信部８０による情報の送信が終了すると、制御部５０は、センサ部４０および送信部８０への給電を停止する（図５のｔ２、ｔ４、ｔ６）。センサ部４０と送信部８０が動作しているｔ１～ｔ２、ｔ３～ｔ４、ｔ５～ｔ６の間、蓄電部３０の電気量は、これらの動作により消費されて減少する（検出・送信時間）。

ここで、センサ部４０による情報の取得と、送信部８０による情報の送信に必要な電気量（図５におけるQ１ーQ０）は予め把握しておくことができる。したがって、制御部５０が検知する所定の値Q１は、蓄電部３０が蓄える電気量がセンサ部４０による情報の取得および送信部８０による情報の送信を含む一連の動作を行うことができる第１の値（図５におけるQ１ーQ０）とすることができる。

このように、制御部５０が、センサ部４０による情報の取得および送信部８０による情報の送信を含む一連の動作を連続して行わせるように制御することで、スマートリング１０内に情報を記憶しておく必要がないため、小型化・省電力化に関して有利である。また、図４に示すような構成であれば、制御部５０が検知する所定の値Q１は、センサ部４０および送信部８０の一連の動作を連続して行うための１つの値で足り、検知後の制御も１パターンで足りるため、制御部５０の回路を単純化することができる。

また、図５に示すように、制御部５０は、たとえ時間に関する情報を取得しなくても、蓄電部３０が蓄える電気量が所定の値Q１を超えたことを検知する度に、センサ部４０および送信部８０による一連の動作を周期的に行うことができる。したがって、このようなスマートリング１０では、時間情報を取得できる振動素子などを常時動作させなくても、熱発電素子による発電によって蓄電部３０の電気量が時間に略比例して増加する性質を用いて、周期的な情報の取得および送信を行うことができるため、消費電力の抑制および小型化の観点で効果的である。ただし、スマートリング１０の制御部５０は、時間情報を取得できるタイマー等を用いて動作するものであってもかまわない。

上述のように、スマートリング１０は、接触部２２を介して体温が伝わり発電する熱発電素子２０を有しており、熱源である体温はほぼ一定であり、指輪型であるため皮膚７２と接触部２２との接触面積もほぼ変動せず、かつ、常時装着していても邪魔にならない。また、スマートリング１０の制御部５０は、蓄電部３０に蓄える電気量が所定の値Q１を超えたことを検知してセンサ部４０や送信部８０を動作させる。このようなスマートリング１０では、センサ部４０や送信部８０の動作時以外は、制御部５０が蓄電部３０の電気量を検知できれば足りるため、各部の制御や通信等に必要な電気エネルギーを低減し、外部から給電をせずに持続的に動作することが可能である。

また、スマートリング１０では、時間計測素子や受信部を省略したりすることにより、特に制御部５０および送信部８０についてシンプルに構成することで、小型化・低消費電力化することができる。

図６は、本発明の第２実施形態に係るスマートリング１１０で採用する回路の一例を示す概念図である。第２実施形態に係るスマートリング１１０は、センサ部１４０が体温センサ部４１に加えて体動センサ部１４２およびSｐO_２センサ部１４３を有する点や、電圧変換部１６０が第１電圧変換部１６１と第２電圧変換部１６２を有する点で、図４に示すスマートリング１０とは異なるが、その他の点ではスマートリング１０と同様である。スマートリング１１０の説明では、スマートリング１０との相違点を中心に行い、スマートリング１０との共通点については説明を省略する。

図６に示すように、スマートリング１１０は、センサ部１４０が、図４と同様の体温センサ部４１に加えて、体動センサ部１４２およびSｐO_２センサ部１４３を有する。体動センサ部１４２およびSｐO_２センサ部１４３も、体温センサ部４１と同様に、制御部５０が給電・給電停止を切り換えることにより、制御部５０により制御される。

体動センサ部１４２は、ジャイロセンサ等を有しており、装着者の体の動きを検出する。SｐO_２センサ部１４３は、ＬＥＤによる発光部と、光電変換素子などによる受光部を有しており、装着者の血中酸素飽和度（SｐO_２）を検出する。体動センサ部１４２およびSｐO_２センサ部１４３で取得された装着者の身体活動に関する各種の情報は、体温センサ部４１で取得された情報７８（図３参照）と同様に、送信部８０に伝えられる。送信部８０は、図４に示す送信部８０と同様に制御部５０によって制御され、センサ部１４０の各部分で取得された情報を、外部機器に送信する。

図６に示すように、スマートリング１１０の蓄電部１３０は、並列接続した複数（図６では３つ）のコンデンサにより構成される。蓄電部１３０を構成するコンデンサの数や、蓄電部１３０の静電容量については、センサ部１４０等の構成により適宜変更することができる。

スマートリング１１０の電圧変換部１６０は、第１電圧変換部１６１と第２電圧変換部１６２とを有する。電圧変換部１６０は、図４に示す電圧変換部６０と同様に、熱発電素子２０が発電し蓄電部１３０が蓄える電気を、所定の電圧値に変換する。図６に示すように、電圧変換部１６０の第１電圧変換部１６１は第１の電圧ＶＳＹＳを出力し、第２電圧変換部１６２は、第１の電圧ＶＳＹＳより低い第２の電圧１Ｖ８を出力する。第１電圧変換部１６１および第２電圧変換部１６２は、ＤＣーＤＣコンバータ等で構成される。

第１の電圧ＶＳＹＳは、比較的高い電圧を必要とする制御部５０、送信部８０およびSｐO_２センサ部１４３の一部の動作に用いられ、第２の電圧１Ｖ８は、比較的低い電圧で動作する体温センサ部４１、体動センサ部１４２およびSｐO_２センサ部１４３の他の一部の動作に用いられる。スマートリング１１０の制御部５０は、図４に示す制御部５０と同様に、蓄電部１３０に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、体温センサ部４１、体動センサ部１４２およびSｐO_２センサ部１５３を含むセンサ部１４０と、送信部８０とを動作させることができる。

制御部５０は、たとえば、体温センサ部４１、体動センサ部１４２およびSｐO_２センサ部１４３による複数の異なる情報の取得動作と、これら複数の異なる情報の送信部８０による送信動作を全て行うことができる電気量が、蓄電部１３０に蓄えられたことを検知する。さらに、制御部５０は、所定の電気量が蓄電部１３０に蓄えられたことを検知した後、センサ部１４０による情報の取得動作と取得した情報の送信部８０による送信動作が連続的に行われるように、センサ部１４０および送信部８０等を制御する。

図６に示すスマートリング１１０は、高い電圧が必要な部分には第１の電圧ＶＳＹＳを供給して動作させるとともに、低い電圧で動作可能な部分については、第２の電圧１Ｖ８を供給することで、センサ部１４０の各部分で必要とされる電圧が異なる場合などにおいて、消費電力を低減することができる。その他、スマートリング１１０は、スマートリング１０との共通点については、スマートリング１０と同様の効果を奏する。

上述のように、複数の実施形態を挙げて本発明に係るスマートリング１０、１１０を説明してきたが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態や変形例が、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。たとえば、本発明に係るスマートリングは、熱発電素子２０による発電のみで消費する全ての電力を賄うものであってもよいが、太陽電池のような他の発電素子や、充電式の電池などを併用する構成もあり得る。本発明に係るスマートリングは、他の電池等を併用する場合であっても、電池の充電頻度や交換頻度を下げる効果を有し、また、熱発電素子２０による安定的な発電により、他の電池等からの電力が途絶えた場合であっても、一定レベル以上の動作を持続できる。

また、たとえば、図２に示す熱発電素子２０の大きさ等は特に限定されないが、スマートリング１０におけるより大きい角度範囲に配置されていてもよい。図７は、第１変形例に係るスマートリング２１０を、リングの軸方向から見た模式的な外観図である。図７に示すように、スマートリング２１０の熱発電素子２２０および接触部２２２は、スマートリング２１０の周方向における角度θの範囲に配置されている。熱発電素子２２０または接触部２２２が配置される角度範囲θは、１８０～３６０度とすることが、熱発電素子２２０の発電量を高める観点から好ましい。ただし、基板２１４の配置スペースを広く確保したい場合などには、熱発電素子２２０または接触部２２２が配置される角度範囲θを１８０度未満としてもよい（図２参照）。なお、図７では、ケースなどについては、図示を省略している。

図８は、第２変形例に係るスマートリング３１０におけるリングの半径方向に沿う方向の断面を示す概略断面図である。スマートリング３１０は、センサ部等が実装される基板（図２参照）や熱発電素子３２０などの外周側の少なくとも一部を覆う固体断熱材部３９６を有する。図８に示すように、固体断熱材部３９６は、熱発電素子３２０における接触部３２２とは反対側を向く外周側表面を覆うように、外ケース１２と熱発電素子３２０の間に充填されている。固体断熱材部３９６としては、熱伝導率が０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）より小さいものであれば特に限定されないが、絶縁性を有するマトリクス（基材）に中空マイクロビースが分散されているものなどが挙げられる。図８に示すようなスマートリング３１０では、発電に用いる熱がスマートリング３１０から散逸することを防止することができ、熱発電素子３２０における発電量を高めることができる。なお、固体断熱材部３９６は、ゲル状であってもよい。また、固体断熱部３９６は、センサ部等が実装される基板の外周側を覆うことにより、センサ部の検出値が外部からの熱の影響を受ける問題を防止することも好ましい。固体断熱部３９６は、基板や熱発電素子３２０を直接覆ってもよいが、外ケース１２などの他の部材や空間を間に挟んで、基板や熱発電素子３２０の外側を覆う形態であってもよい。

図９は、第３変形例に係るスマートリングに用いる基板４１４の断面構造を示す模式図である。図９では図示されていないが、基板４１４には、制御部および送信部（図２参照）が少なくとも実装される。基板４１４は、リングの半径方向に重なる３層以上の多層構造を有する。基板４１４は、最も外周側に位置する最外層４１４ａと、最も内周側に位置する最内層４１４ｂの間に挟まれた中間層４１４ｃを有し、中間層４１４ｃには、蓄電部４３０を構成するコンデンサが形成されている。このようなスマートリングでは、基板４１４の最外層４１４ａと最内層４１４ｂとの間に、蓄電部４３０を構成するコンデンサを配置しており、基板４１４が蓄電部４３０を内蔵する構成である。このようなスマートリングでは、蓄電部４３０を薄型化できるため、基板の外側表面または内側表面にコンデンサ等を実装する場合にくらべて、実装した素子を含めて考えた場合における基板４１４の半径方向に関する最大厚みを低減することができる。

１０、１１０…スマートリング
１０ａ…リング内周
１２…外ケース
１４…基板
１８…内ケース
２０…熱発電素子
２２…接触部
３０、１３０…蓄電部
４０、１４０…センサ部
４１…体温センサ部
４１ａ…検出部
８０…送信部
５０…制御部
６０、１６０…電圧変換部
１６１…第１電圧変換部
１６２…第２電圧変換部
７２…皮膚
７８…情報
７６…フライバックコンバータ
１４２…体動センサ部
１４３…SｐO_２センサ部

Claims

リング内周の少なくとも一部を構成しており装着者の指の皮膚に接触する接触部を介して体温が伝わり、半導体の熱励起電荷を用いる半導体増感型熱利用発電により発電し、単位時間当たりの発電量が略一定である熱発電素子と、
前記熱発電素子が発電した電気を蓄える蓄電部と、
前記装着者の身体活動に関する情報を取得するセンサ部と、
前記センサ部が取得した情報を送信する送信部と、
前記蓄電部に蓄えられる電気を用いて、前記センサ部および前記送信部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部を周期的に動作させるスマートリング。
前記送信部は、情報の送信のみを行い、受信を行わない請求項１に記載のスマートリング。
前記制御部は、前記センサ部および前記送信部を動作させたのち、前記蓄電部に蓄えられる電気量が所定値を超えたことを検知するまでの間、前記センサ部および前記送信部に給電しない請求項１に記載のスマートリング。
前記蓄電部はコンデンサである請求項１に記載のスマートリング。
前記制御部は、前記蓄電部に蓄える電気量が、前記センサ部による情報の取得および前記送信部による情報の送信を含む一連の動作を行うことができる第１の値を超えたことを検知し、前記センサ部および前記送信部に前記一連の動作を行わせる請求項１に記載のスマートリング。
前記センサ部は、体温を測定する体温センサ部と、体の動きを測定する体動センサ部と、血中酸素飽和度を測定するSｐO_２センサ部との少なくとも一つを有する請求項１に記載のスマートリング。
前記熱発電素子が発電し前記蓄電部が蓄える電気を所定の電圧値に変換する電圧変換部を有し、前記電圧変換部は、第１の電圧を出力する第１電圧変換部と、第１の電圧より低い第２の電圧を出力する第２電圧変換部と、を有する請求項１に記載のスマートリング。
前記制御部を構成する第１のＩＣは、前記送信部を構成する第２のＩＣとは別体である請求項１に記載のスマートリング。
前記センサ部が少なくとも実装される基板および前記熱発電素子の外周側の少なくとも一部を覆う固体断熱材部をさらに有する請求項１に記載のスマートリング。
前記制御部および前記送信部が少なくとも実装される基板を有し、前記基板は半径方向に重なる３層以上の多層構造を有し、
前記蓄電部は、前記基板において最も外周側に位置する最外層と、最も内周側に位置する最内層の間に配置される請求項１に記載のスマートリング。