JP2007248409A

JP2007248409A - 可撓性湿度センサ

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Publication number: JP2007248409A
Application number: JP2006076001A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Yoshida; 潤一郎吉田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】湾曲する部位に貼付して湿度を計測する可撓性湿度センサを提供する。
【解決手段】有機高分子からなる支持基板１０上に一対の櫛状電極１２ｂと該電極から延設されるリード線接続端子１２ａとで構成される貴金属からなる電極構成体１２が接着剤１１により貼設され、該リード線接続端子１２ａには半田付けが可能な金属を析出させ、一対の櫛状電極面１２ｂには湿度に応答性するイオン伝導性感湿膜１３を被覆する構造からなり、該感湿膜の抵抗値の変化を測定することにより湿度を検出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は生体に貼付し、生体湿度を連続的に計測する検湿装置に関わり、湾曲する生体部位に沿って貼付できる可撓性を備える湿度センサに関する。

湿度計測の歴史は古く、毛髪湿度計から始まり、乾湿球計、塩化リチウムを用いた湿度計などがある。最近は湿度計測センサとしてセラミック系湿度センサや高分子系湿度センサが広く実用に供されている。

現在実用化されているセラミック系湿度センサは、多孔質半導体粒子表面への水蒸気の化学的、物理的吸着により電気抵抗が変化することを利用しており、感湿材料にMgCr₂O₄−Ti0₂系セラミック、Ti0₂系セラミック、ZnO−LiZnVO₄ 系セラミック、MgAl₂FeO₄系セラミックなどがある。
特開昭４９−９７０２０号公報特開昭５２−１４９３８７公報特開昭５２−１４０８９３公報特開昭５５−１６３８０１公報特開昭５５−１２４９０２公報

このようなセラミック系湿度センサは多孔質体のため屈設すると容易に破損が起こり、湿度センサとして臀部などの部位に貼付し、体重下に押し付けられると湿度センサは破損し、セラミックの破片が体表面を傷つける恐れがあった。またセンサを繰り返し使用すると感応部に化学吸着水が生じ抵抗値が飽和するので定期的に２００度から４００度の温度で加熱クリーニングする必要があり、体表面に直接貼付して使用すると皮膚火傷の危険性があった。

有機高分子系湿度センサは感湿膜を構成する有機高分子の末端にカチオン基やアニオン基を導入し、吸着する水分の量に比例して変わるイオン移動量を電気抵抗の変化として計測する。感湿材料としてはビニルモノマーとカチオニックモノマーとの共重合体、ポリカチオンーテトラシアノキノジメタン錯体、スチレンスルホン酸とエステルモノマーとアクリル酸エステルモノマーとの共重合体、アルキル基とハロゲンイオンを持つアオイネンポリマー、イソシアネート基とエポキシ基とカルボンサン基を持ちカルボン酸を添加したアセチルセルロース、エチレンと不飽和カルボン酸を主成分とする共重合体ケン化物などがある。
特開昭５４−８０１９１公報特開昭５８−９７６５０公報特開昭６０−１００４０１公報特開昭６０−１１３１４０公報特開昭６０−１６８０４４公報特開昭６１−１７０６４４公報

これら感湿材料は湿度の変化に対する感度を得るため、また湿度の応答性を早くするため、支持基板上に描画された櫛状電極部に薄く塗布・乾燥し、感湿膜として実用に供される。また櫛状電極部は感湿膜を構成するカチオン基やアニオン基が水和反応で強酸、強アルカリ性を示し、塗膜下の電極が腐食されてしまうのを防ぐためガラスフリットを含有する焼付け金ペーストや酸化ルテニウムペーストが使われ、スクリーン印刷機でアルミナ基板上に描画され、略８００度の温度で焼き付けて電極部を形成する。

このような有機高分子系湿度センサにおいては支持基板のアルミナセラミックは可撓性が無いため湾曲する部位への装着が難しく、具体的には血行障害測定用の指サック内へのセンサの実装が困難であり、寝たきりのお年寄りの皮膚に長時間貼付し続けると血行障害が起こり、褥瘡を起こす原因となっていた。また、センサ基板が装着不良で直立した状態で体重がかかると皮膚を破り、血管、神経を傷つける懸念があり実用的ではなかった。

静電容量型湿度センサは無機物基板や金属基板を支持基板として基板上に下部電極と上部電極を形成し、電極間に有機高分子膜やセラミック膜を挟む積層構造で水分の吸収による膜体積の変化による静電容量の変化、あるいは膜内に吸着する水との複合誘電率の変化を計測する構造からなっている。代表的感湿手段としては、アルミナ薄膜や焼結体、鉄―ほう素酸化膜、１０μｍ厚以下のセルロースエステル膜、５μｍ厚以下のポリイミド膜、シアノエチルセルロース膜などがある。
特開昭５９−１６８３５４公報特開昭６０−１５２９４６公報特開昭６１−１９６１５１公報特開昭４９−７４５８８公報特開昭５５−６６７４９公報特開昭５９−３２８５７公報

しかし、これら静電容量型湿度センサの感湿層が多孔質セラミックや酸化膜からなるものは膜が不撓性で抗折力が低下しているため、屈曲すると容易に層内クラックが発生して、初期値の大幅な変動や湿度に対する感度に異常が生じる。一方感湿層を有機高分子とする場合、有機高分子の比誘電率が余りにも小さく、屈曲すると有機高分子の厚みが部分的に変化し、静電容量値が大きくドリフトする。さらにその支持基板はガラス、セラミック、無機物、金属などからなる平滑度の高い基板を使うため、屈服点を超えて変形させると基板は破損するか屈折したままの状態になり、元に復元できないなど実用上に問題があった。

一方、このような剛直な湿度センサに対して、可撓性を備える湿度センサが提案されている。これは多孔質のフィルム、繊維、編み物、不織布を感湿体とするもので、感湿体両面には多孔質電極として炭素繊維を使った織物、編み物、不織布や多孔質のイオンスパッタ金を付着させ、孔壁部分に親水性官能基を導入するものである。該湿度センサは可撓性素材を組み合わせて作られているので撓曲性に富むが、高湿度環境に晒されると多孔質素材間の毛細管現象で水分を吸収し、内蔵するため乾燥環境においても水分を放出せず、測定値に大きなヒステリシス現象を起こす。また、水分放出後に残存するイオン成分がセラミックタイプのように焼却処理できないので時間と共に蓄積され、測定される静電容量や電気抵抗値のドリフトの原因となる。また繊維、不織布などの繊維集合体は毛羽立つ、ほつれを起こすなどで性能のバラツキを大きくする原因となっており、実用性に乏しいものであった。
特開昭６０−２００１５２公報

また同様にフレキシブル湿度センサが提案されている。該湿度センサはおむつカバーを構成する繊維に湿度センサを織り込み湿度を計測する方法で、ポリビニルアルコールとイオン伝導性を示す可溶性ポリマーの混合物を貴金属線に被覆したものからなる。この湿度センサ繊維を他の繊維と共におむつカバーに編み込み湿度センサとするものである。このセンサはおむつカバーの布地と一体化するので従来のように異物感は無く、使用上の危険も無いので従来のセンサに比べて安全である。

しかしこのような構成のセンサは布地の縦糸と横糸が交差するポイントで抵抗値を計測するため、交差ポイントの荷重圧力による変形や体動による接触ポイント面の摩滅し接触面積に変化が起こるので長時間正しい湿度を計測することは困難であった。また、平行して織り込む場合には平行線の接触する線間接触長で湿度センサの抵抗値が決まるため、被験者の体動により平行線間に隙間が生じ、また使用中に感湿センサ繊維間に糸くず等絶縁体が挟まるとセンサの抵抗値は異常値を示す。また洗濯すると、このようにおむつの布地に織り込むと感湿糸は水で膨潤して布の隙間から感湿剤が膨出するので、布どうしの擦れあいで感湿剤はおむつから剥げ落ちてしまう問題点があった。
特開平１１−１０１７６６公報

近年、食生活の変化から生活習慣病にかかる高齢者の割合が多くなる一方で、小学生においても散見されるなど社会問題となっている。生活習慣病の主なものに糖尿病があるが、慢性患者になると恒久的にインシュリンにより血糖値を抑える必要がある。しかしその効果は人によって差があり、低血糖値状態になると発汗量が異常に多くなり湿度センサを貼付して発汗量をモニターすることで昏睡状態になる危険を回避することが可能となる。

また全身性多汗症では感染症、内分泌・代謝性疾患、膠原病(こうげんびょう)、悪性腫瘍、中枢神経疾患などが原因になっていることがあり、体表面に湿度センサを貼付しその湿度を計測することはこれらの病気に対する進行具合をモニターする指標となる。

また幼児、老人介護において、おむつ内に湾曲できるセンサを配置すればベッド内に寝た状態においても寝返り等によってセンサが破損する危険も無く、尿漏れによるおむつ内の蒸れをセンサで感知することができるので、尿によって起こる皮膚のかぶれを予防できるので快適な健康状態を保つことができる。

従来の湿度センサは体表面に接触させる構造の生体計測に適したものが見当たらない。たとえば前記のセラミックス湿度センサを代表するように物理的に固く加熱を必要としたり、加熱手段を必要としない有機高分子湿度センサであっても支持基板には薄く硬いアルミナセラミックやガラス基板が使われており、被験者の部位が術後の縫合場所であったり、腫瘍で爛れている状況では長時間硬いセンサを体に貼付して置くことは被験者に対して大きな負担を強いると共にセンサ基板が傷口の裂け目にめり込んだり、基板が破損して体内に刺さる事故が起きた場合には血管の損傷、神経や筋肉の損傷など致命的な危険が存在しており、従来のセンサではこれらの要求を満足するものが見当たらない。

また、可撓性湿度センサでも多孔質の感湿膜に炭素繊維や金属箔を付着させたものであれば体動や振動で容易に電極が剥離する懸念があり、多孔質の感湿膜や電極の穴径や数を再現よく制御し、量産することは難しい。また同様に、おむつカバーの布糸として縫いこんだ湿度センサは体動によって計測値に異常が発生し、またセンサの断線が起こり、安定した計測ができない。上述したような現状に鑑み、本発明の目的とするところは信頼性が高く、体表面に貼付できる湿度センサを再現良く安価に提供することにある。

前記目的に沿う本発明に係る可撓性湿度センサは図１の構成からなる。すなわち、可撓性、疎水性、電気絶縁性を備える有機高分子プレートまたはフィルム形状からなる支持基板１０と、該支持基板上に一対の櫛状電極１２ｂと該電極から延設するリード線接続端子１２ａから構成される貴金属箔の電極構成体１２が接着剤１１で貼設され、該リード線接続端子１２ａには半田付けが可能な金属をメッキ手段で析出させ、一対の櫛状電極面１２ｂには湿度に応答性するイオン伝導性感湿膜１３で被覆した構成からなる。

本発明の湿度センサは、使用に際しては湿度センサの感湿膜１３面にガーゼをあてて、図３―１に図示する如く、ガーゼが体表面部と対向貼付し、医療用サージカルテープ１０３で湿度センサ支持基板背面を繞設して皮膚に固定する。指先の計測には図３―２に図示する如く、指サック状の容器１０５の内側に湿度センサ１を湾曲配置し、容器内に指を挿入して計測する。これら発汗量を計測することは冷え性、白ろう病等毛細血管にかかわる疾患の進み具合を容易に計測できる。また寝たきりのお年寄りにおいて、固定テープによるかぶれが懸念される場合には防炎症性テープとの併用で湿度センサを臀部に長期間の貼付にも可能になる。

さらに、おむつ内面部に予め貼り付けておけば湿度センサ１は可撓性を有するので体形に沿って変形して患者さんが異物感を感じることなく装着でき、皮膚とセンサの感湿膜との界面には通気性のある疎水性保護膜を介在させれば体動によって感湿膜１３が損傷を受けることが無い。また湿度センサはおむつを洗濯する際、事前に湿度センサを剥がしておけば湿度センサは劣化することなく繰り返し使うこともできる。

本発明の可撓性湿度センサを構成する該支持基板１０はプレートまたはフィルムの形態からなり、その素材は液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリメチルペンテン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルニトリル、アラミドから選ばれた少なくとも一種からなり、適宜可塑性を促進するための可塑成分としてシリコーンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴムを少なくとも一種添加混合される。また或いはガラスクロス、有機不織布、炭素繊維などで強化された複合熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性ビスマレイミドトリアジン樹脂、熱硬化性変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱硬化性不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱硬化性ジアリルフタレート樹脂、熱硬化性シアネート樹脂から選ばれる素材が使われる。該支持基板１０の厚さは好ましくは０．０３ｍｍ以上１ｍｍ以下であるが、０．０３ｍｍより薄い支持基板１０には可撓性のあるゴムシートや発泡樹脂シート、和紙、不織布を適宜支持基板１０背面に張り合わせて補強することができる。

支持基板１０上の一対の櫛状電極１２ａと該櫛状電極から延設するリード線接続端子１２ｂとで構成される電極構成体１２は金、銀、白金、パラジウムから選ばれる単金属乃至は合金からなり、必要に応じてこれに銅、錫、インジウム、ガリウム、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、レニウムなどの金属が添加される。これら添加物は貴金属箔の引っ張り強度や膜の圧延性能の改善に効果があると共に貴金属のコストを引き下げる目的で添加される。これらの貴金属は多段ロールによる機械的圧延手段、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤによる乾式成膜手段、電解・無電解メッキによる湿式成膜手段で略１０μｍ以下に製箔され、接着剤１１を介して可撓性を有する支持基板１０に接合される。

ここで用いる接着剤１１はシリコーン系、エポキシ系、変性エポキシ系、フェノール系、エチレン系共重合体、アクリル系、ウレタン系、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリアミドイミド系、ポリイソイミド系、Ｂ−トリアジン系、ポリエーテルエーテルケトン系、ポリエーテルイミド系、ポリアリレート系接着剤で、適宜副成分を含む接着剤混合物からなる。

接着手段としては、液状接着剤を貴金属箔や支持基板１０に塗布・乾燥し、接着面を内側にして貴金属箔と支持基板とを熱間プレスで熱圧着接合する手段、またはフィルム形態乃至はシート形態で入手した接着剤を支持基板寸法に裁断し、支持基板１０と貴金属箔の間に挿入し、熱間プレスで熱圧着する手段などで接合される。この結果、接合層の厚さは１μｍ以下となり、センサ基板全体は可撓性を示す。

次いで該支持基板１０に接合される貴金属箔前面に紫外線感光液をスピンコータなどで一様に塗布、乾燥された後、電極構成体１２パターンが描画されたフォトマスクを被せて、紫外線照射を行う。ネガ型フォトレジストを使って行う場合はマスクで遮光された非露光面がレジスト除去液に浸漬することで除去され、該構成の電極構成体１２からなるレジストパターンが貴金属箔上に転写される。

該転写パターンの未露光レジストが除去され露出した貴金属面は王水、シアン化ナトリウム／過酸化水素液、沃素／沃化カリ液、塩酸／過酸化水素液、硝酸／塩酸／酢酸液から選ばれるエッチング液に漬けて腐蝕させる。この結果、支持基板上には上端に感光したレジスト膜を乗せる貴金属箔からなる該構成の電極構成体１２が形成される。

そしてレジスト剥離剤で支持基板１０に残存するすべてのレジストを除去して、一対の櫛状電極１２ｂと該電極から延設されるリード線接続端子１２ａとを構成した電極構成体１２が完成する。ここでポジ型フォトレジストでは露光された部分がレジスト除去液で除去される。このような基板上に貴金属パタ−ンを得る方法は前記化学的方法に限定されるものではなく、直接レーザ光線で電極パターンに焼き切って描画する方法も可能である。

このような貴金属からなる電極構成体１２のリード線接続端子１２ａにはニッケル、銅、鉄、銀、パラジウムから選ばれる単金属乃至は合金からなり、クロム、錫、亜鉛、コバルト、硼素、リン、カルシウム、マンガン、タングステンなどから選ばれる成分がメッキ性能を改善するために必要に応じて含まれるメッキ液で、電気メッキ手段、無電解メッキ手段により半田付けを可能とする金属を析出させる。

また、支持基板上に形成された一対の櫛状電極１２ｂ面には可溶性溶媒に溶解した末端にスルホン酸基や第四級アンモニウム塩基を導入する有機高分子液を感湿液として塗布し、乾燥させて湿度に応答性するイオン伝導性感湿膜１３を得る。

この高分子には必要に応じてエマルジョンゴムを可塑成分として微量添加してイオン伝導性感湿膜の可撓性が改善できる。また、高分子の一部にアクリル基やアリル基、メタクリル基、ビニルエーテル基、ビニルスルホン基、スチレン基等をラジカル重合反応で導入することで膜の溶解性が改善できる。

塗布手段は該イオン伝導性高分子を水溶媒、アルコール溶媒または両者の混合溶媒に一定濃度まで溶解し、これを定量吐出器のシリンダー容器に充填し、一定量の塗布液を一対の櫛状電極１２ｂ面全体を覆うように塗布する。塗布された該櫛状電極１２ｂは１００度で１時間の乾燥を行い、支持基板１０上に略５〜１０μｍの感湿膜１３を得る。

上記製作される湿度センサの塗膜方法は本発明を実践する方法の一手段であり、櫛状電極１２ｂの寸法の開口部を有する遮蔽マスクを支持基板１０に重ね、イオン伝導性高分子液を噴霧する手段、基板を櫛状電極側から浸漬する手段なども感湿膜１３を得る妥当な方法であり、これに限定されるものではない。

またイオン伝導性感湿膜１３の外膜上には、必要に応じて該感湿膜の体皮面や衣類との接触で起こる磨耗・剥離などに起因する電気性能の劣化を防ぐため、可撓性を有し通気性のある疎水性保護膜を繞設することも可能である。

以上のように、本発明による可撓性湿度センサ１は可撓性のある支持基板１０と薄く可撓性を示す電極構成体１２とを接着剤１１を介して接着することで、可撓性のある基板を得る。さらに一対の櫛状電極１２ｂ面には略１０μｍの薄く可撓性を示す感湿膜１３が被覆されるので、センサ基板全体が可撓性を示す湿度センサ１を得る。このように湿度センサ１は可撓性機能を持つので貼付する対象の外形形状に制約されること無く、筒状に丸めてパイプの内側に挿入して使用することも可能であり、湿度センサ１の可撓性を生かし揺振する振動板に貼付することも可能である。さらにはこれらの支持基板１０を何層か接着剤１１を介して積層することで部分的に厚く補強することも可能である。このようにすれば湿度センサの取り付け穴を確保することも可能であり、異形形状に打ち抜いて使用することもできる。また本発明の湿度センサ１を構成する支持基板１０が略１ｍｍの厚みを超えても従来のセラミックを素材とする基板やガラスやアルミナ基板に感湿膜を形成した基板のような破損に至ることが無く、強制的に直径１００ｍｍの円柱側面に押し付けて曲げる屈伸動作を１０回繰り返しても湿度センサの電気特性の劣化は起こらなかった。このように本発明の湿度センサは強制的に曲げ得る可撓性湿度センサも本発明に含むことができる。これらの用途としては医療用に限定されるものではなく、エアコン、加湿器、除湿器等の家庭用空調機器、自動車、電車、航空機等の輸送用機材、半導体関連装置、園芸ハウス、バイオ機器、健康機器、各種燃料電池等の湿度検出器、制御機器などあらゆる産業に使用できる。

可撓性、疎水性、電気絶縁性を備える有機高分子プレートまたはフィルムからなる支持基板１０と、該支持基板上に貴金属箔からなり一対の櫛状電極１２ｂと該電極から延設されるリード線接続端子１２ａとの電極構成体１２が接着剤１１で貼設され、該リード線接続端子１２ａ面には電気メッキ手段または無電解メッキ手段により半田付けが可能な金属を析出させ、一対の櫛状電極１２ｂ面には湿度に応答性するイオン伝導性感湿膜１３を被覆する構造からなる、体表面に貼付して湿度が計測できる可撓性湿度センサ１を実現した。

以下、本発明の具体的実施例と比較例とともに示し、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
図２は本発明の実施例１を示す。厚さ０．１ｍｍのポリイミドフィルム１０に、エポキシ樹脂を主成分にアクリルゴムと硬化剤を含有する厚さ０．０２５ｍｍの接着シート１１と厚さ２μｍの金箔１２を順次重ね合せた。図２−ｂの如く、該重ね合わせたフィルムをシリコーンゴム板とステンレス板に挟み、１７０℃／２ＭＰａの加圧下で３０分間保持し、金張り積層板を得た。次いで図２−ｃの如く、該金張り積層板の金箔上前面部にフォトレジスト１０１をコーティングし、７０度で２０分間の乾燥を行い、該レジスト面に櫛状電極とそこから延設するリード線接続端子を描画したフォトマスク１０２重ね合わせ真空下、紫外線装置で露光した。レジストの未露光部分はレジスト除去剤により除去し、それにより露出する金箔部分を沃素／沃化カリ液エッチング液に浸漬して基板から除去した。そして図２−ｄの如く、レジスト剥離剤で露光レジスト膜を除去して電極パターンを形成するセンサ基板を得て、そしてリード線接続端子には液温６５度に保温したニッケル硼素スルファミン酸浴で、白金電極を陽極として電流２Ａ／ｄｍ²で３０分のメッキ処理を行った。水洗い、乾燥後、該リード線接続端子１２ａにリード線を半田付けした。そして該支持基板の図２−ｅに図示する如く、櫛状電極１２ｂ面には純水５０重量％とメタノール５０重量％に溶解したアクリル樹脂の末端にスルホン酸基を持つ感湿液９９重量％とスチレンブタジエンラテックスエマルジョン１重量％とをスタータ混合した。該混合液を定量吐出器に充填し、該一対の櫛状電極面に塗布して、１００度１時間の乾燥を行い、感湿膜１３を得た。

この湿度センサを１KHｚの周波数で抵抗値を測ると初期値は相対湿度３５％ＲＨの環境では４００KΩの抵抗値を示し、相対湿度７５％ＲＨでは１０KΩに変化した。本湿度センサの背面を直径１００ｍｍの円柱側面に押し付けて曲げる屈伸動作を１０回繰り返し、評価した。試験後の外観を観察したところ湿度センサにはヒビ割れが全く無く、抵抗値の変化を測定したところ相対湿度３５％ＲＨでは４００KΩの抵抗値を示し、相対湿度７５％ＲＨでは１０KΩと試験後の抵抗値に変化は無かった。

この湿度センサの感湿膜１３の膜面上には保護膜面を配し、これを内側にして図３−１の如く上腕皮膚にサージカル１０３で固定した。結果は体動によるノイズの発生も無く、静止状態で６６KΩの抵抗値が運動と共に徐々に発汗し、５KΩに至った。
（実施例２）

厚さ０．４ｍｍのアラミド繊維を含有するエポキシプレート１０にボンディングシート１１（信越化学製Ｆ１３）と厚さ２μｍの純度２２Ｋ金箔１２を重ね合わせ、１６０度で４．９ＭＰａの加圧下、４０分間保持して熱圧着成形した。該金張り積層板はドライフィルムフォトレジスト１０１とフォトマスク１０２を重ね合わせて紫外線露光によりレジストを焼き付けた。未露光レジストはレジスト除去剤にて除去し、露出する金箔部分を王水液に浸漬して基板からエッチングにて除去した。次いでレジスト剥離剤で露光レジストを除去して櫛状電極１２ｂを形成する基板を得た。次いで該リード線接続端子１２ａには液温６０度に保温したピロリン酸銅メッキ液で、白金電極を陽極として電流１Ａ／ｄｍ²で３０分の電気メッキ処理を行い、リード線接続端子１２ａにはリード線を半田付けした。さらに一対の櫛状電極１２ｂ面にはエタノール／純水に溶解したアクリル樹脂の末端に４級アンモニウム塩基を持つ高分子液を定量吐出器で塗布し、１００度に設定した乾燥機で１時間乾燥した。さらに接着剤付きベントフィルター（ジャパンゴアテック製）の接着面を感湿膜１３周縁に貼り付けて保護膜とした。本発明の湿度センサを１KHｚの周波数で抵抗値を測ると、相対湿度３５％ＲＨでは４４０KΩで、７５％ＲＨでは１０．５KΩを得た。試作した湿度センサを６０℃／９０％ＲＨの環境に６ヶ月間曝露したところ、櫛状電極１２ｂ面は清浄であり、感湿膜にも異常は認められなかった。抵抗値を測ったところ相対湿度３５％ＲＨでは４４０KΩで、７５％ＲＨでは１０．５KΩと経時的な劣化は認められなかった。

この湿度センサの保護膜側を臀部皮膚に貼り付けて、バンドエイドで皮膚に固定した。おむつを装着した直後には周波数１KHｚでの抵抗値が６０KΩを示したが、おむつ内に排尿した結果抵抗値は徐々に下がり３KΩに至った。同一湿度センサで再度の測定を繰り返したところ、５６KΩが３KΩに減少し、湿度センサの繰り返し再現性を確認した。
（実施例３）

厚さ０．１ｍｍの変性ポリイミド基板１０にボンディングシート１１（ニッカン工業製ニカフレックスSAFV）と厚さ１μｍの銀パラジウム合金箔１２を重ね合わせ、１６０度で３ＭＰａの加圧下、３０分間保持して熱圧着成形した。以下実施例２に準じて作成し、未露光レジストを除去して支持基板１０上に露出した銀パラジウム合金箔は硝酸／塩酸／酢酸液に浸漬し、エッチングにて除去した。次いでレジスト剥離剤で露光レジストを除去し、櫛状電極１２ａ、ｂパターンを備える基板を得た。そしてこのリード線接続端子１２ａには液温６５度に保温したスルファミン酸鉄メッキ液で、白金電極を陽極として電流３Ａ／ｄｍ²で３０分のメッキ処理を行い、水洗い乾燥後、リード線を半田付けした。さらに一対の櫛状電極１２ｂ面にはエタノール５０重量％／純水５０重量％の混合溶液に溶解したアクリル樹脂の末端に４級アンモニウム塩基を持つ感湿液９９重量％とエマルジョン接着剤ＥＭ１２８ＬＬ（セメダイン株式会社）１重量％をスターラで攪拌し、定量吐出器で塗布し、その後１００度に設定した乾燥機で１時間乾燥した。この湿度センサを図３−２の如く指サック容器１０５の内側に屈曲配設し、配置前後の抵抗値を測ったところ、初期値は相対湿度３５％ＲＨで４２０KΩ、７５％ＲＨでは１０KΩであり、屈曲配設後は相対湿度３５％ＲＨで４２０KΩ、７５％ＲＨでは１０KΩを示し、ケースへの屈曲配設による抵抗値の変化は全く無かった。

この湿度センサをサック容器１０５に屈設配置し、指先からの水分蒸発を計測したところ、健康人の１KHｚでの抵抗値が１００KΩあったが、冷え症の患者さんは１MΩを示し、発汗量の減少が確認できた。さらにセンサが軽量なので長時間のモニター計測が可能になり、一日の生活サイクルの中での発汗作用との関係も明らかにできた。
（実施例４）

厚さ０．２ｍｍのポリイミド（東レデュポン製カプトン）を支持基板１０にポリイミド系接着剤シート１１を重ね、さらに白金をステンレス板にスパッター蒸着して製膜した０．１μｍの白金箔１２を対向して重ね合わせ、１５０度で３ＭＰａの加圧下、３０分間保持して熱圧着成形した。プレス後室温まで冷却して、支持基板１０からステンレス基板を剥がし、白金張り積層板を得た。以下実施例２に準じて作成し、未露光レジストを除去して支持基板１０上に露出した白金箔１２は８０度に加温した硝酸／塩酸液に浸漬し、エッチングにて除去した。次いでレジスト剥離剤で露光レジストを除去し、電極構成体１２を備える基板を得た。さらに電極構成体１２を形成するリード線接続端子１２ａには液温６５度に保温したニッケル中性浴で、６０分のメッキ処理を行い、水洗、乾燥後、リード線を半田付けした。そして一対の櫛状電極１２ｂ面にはエタノール／純水混合溶液に溶解したアクリルポリマーの末端に４級アンモニウム塩基を持つ感湿液を定量吐出器で塗布し、１００度に設定の乾燥機で１時間乾燥した。この湿度センサの抵抗値は相対湿度３５％ＲＨで４２０ＫΩあり、７５％ＲＨでは９．８ＫΩであった。この湿度センサの保護膜面側を皮膚に押し付けて、左右に各５ｃｍずつ１００回摺動させ、試験後の抵抗値を計測したところ相対湿度３５％ＲＨで４３０ＫΩ、７５％ＲＨでは１０ＫΩを得た。これを湿度に換算し評価すると、試験後の相対湿度ＲＨ３５％では−０．２５％、同７５％ＲＨでは−０．２％のドリフトであり、極めて小さく測定誤差範囲内であった。
（実施例５〜１０）

支持基板１０、貴金属電極の材質、接着剤１１の種類を表１に示される材料とした以外は実施例１と同様で湿度センサを得た。性能の評価はおもて全面を直径１００ｍｍの円柱側面に押し付けて曲げる屈伸動作を１０回繰り返し評価した。その結果はいずれの実施例においても試験後の外観にヒビ割れは無く、試験前後の抵抗値にも異常はなかった。

（比較例１）

市販の銅張りポリイミドフィルムを入手して、銅箔面にフォトレジストを塗布し、７０度で２０分間の乾燥を行い、該レジスト面に櫛状電極とそこから延長するリード線接続端子を描画したフォトマスク重ね合わせ真空下、紫外線装置で露光した。レジストの未露光部分はレジスト除去剤により除去し、露出した銅箔部分は塩化第二鉄エッチング液に浸漬して基板から除去した。さらにレジスト剥離剤で露光膜を除去してセンサ基板を得た。該基板の櫛状電極にはメタノールに溶解したアクリル樹脂の末端にスルホン酸基を持つ高分子液を定量吐出器に充填して櫛状電極全体に塗布し、１００度、１時間の乾燥を行い、感湿膜１３を得た。該湿度センサを６０℃／９０％ＲＨの環境下に曝露したところ、１日目から櫛状電極面全体に薄く緑青色に変化し、日を追って緑青は隆起し、３日後には櫛状電極パターンが欠落すると共に感湿膜が緑色に変色し基板から剥離した。この湿度センサの初期抵抗値は相対湿度３５％ＲＨでは４５０ＫΩ、７５％ＲＨでは１１ＫΩであったが、６０℃／９０％ＲＨの環境下に３日間曝露した結果３５％ＲＨでは１０ＭΩ、７５％ＲＨでは３００ＫΩと著しく抵抗値が上昇した。これを相対湿度に換算すると３５％ＲＨでは３３．４％のドリフトであり、７５％ＲＨでは３５．６％のドリフトであって実用となさないものであった。
（比較例２）

比較例１で製作したセンサ基板の銅張り電極部に５μｍの電気ニッケルメッキ処理と０．５μｍの電気金メッキ処理を行い、該櫛状電極部にはスルホン酸基を持つメタクリレートポリマーの塗布、乾燥処理を行った。湿度センサを６０℃／９０％ＲＨの環境下で観察したところ、１日目から櫛状電極面の側面部と平坦部から多数の緑青色の斑点が発生して日を追って大きく成長し、５日後には感湿膜を突き破り、感湿膜が剥離した。この湿度センサの初期抵抗値は相対湿度３５％ＲＨでは４３０ＫΩ、７５％ＲＨでは１０．７ＫΩであったが、６０℃／９０％ＲＨの環境下に５日間曝露した結果３５％ＲＨでは４ＭΩ、７５％ＲＨでは１２０ＫΩと著しく抵抗値が上昇し、実用的に使えなかった。
（比較例３）

市販の多孔質タイプのセラミック湿度センサを入手して、センサを直径１００ｍｍの円柱側面に押し付けて曲げる屈伸動作を行ったところセラミックは長手中央より半分に割れ、破片が周囲に飛び散った。
（比較例４）

市販の抵抗型ポリマー湿度センサのアルミナ基板を直径１００ｍｍの円柱側面に押し付けて曲げる屈伸動作を行ったが剛直で曲げることはできなかった。
（比較例５）

市販の静電容量型ポリマー湿度センサのガラス基板を直径１００ｍｍの円柱側面に押し付けて曲げる屈伸動作を行ったところ、ガラス基板は長手中央より半分に割れ、鋭利な破片が周囲に飛び散った。
（比較例６）

特開昭６０−２００１５２に従い、濃硫酸に1時間浸漬し、イオン交換水で洗浄・乾燥したポリイミド多孔質フィルムと炭素繊維布を不織布ホットメルト接着剤で固定し、抵抗値を測定したが、抵抗値は無限大を示し、湿度に対する応答性は確認できなかった。同様に静電容量値を測定したが５０ｐＦと小さく、測定中に炭素繊維のほつれが進行し、静電容量値は３倍から１０倍変化した。また、湿度の変化に対しても安定した計測値を得ることができなかった。
（比較例７）

特開平１１−１０１７６６に従い、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムとアセトアルデヒドで疎水化したポリビニルアルコールとの混合物を銀線に塗布し、感湿繊維を作り、これを布状に織り込み感湿布を得た。横糸と縦糸をそれぞれの共通電極として束ねて湿度センサを製作した。部屋の湿度凡そ５０％ＲＨの環境において抵抗値は５ＭΩを示した。この湿度センサをおむつの一部に貼り付け、尿漏れを計測したが、体動により抵抗値は不規則に変動し安定に湿度を測る事ができなかった。また、体動により交差する感湿膜が互いに擦れ合い、変形することで容易に銀線が切断され継続的測定ができなかった。

以上、本発明による効果は次のものが得られる。すなわち、
被験者に装着しても、軽量性と可撓性があるので装着負担を掛けない湿度センサを可能とした。
被験者の皮膚に直接貼付しても可撓性機能があるので、皮膚に傷を付ける恐れの少ない湿度センサを可能とした。
撓曲性のある性質を活用し、指サックのような狭窄容器内に配設できるので指先からの湿度を計測できる湿度センサを可能とした。
感湿膜による酸・アルカリでも櫛状電極が劣化せず、リード線接続端子に半田付けできる構造を具備する湿度センサを可能とした。
折り曲げても破損しない安全性の高い湿度センサを可能とした。
センサを筒状に曲げても湿度を測定できる湿度センサを実現した。
センサ基板の厚さを部分的に厚薄併せ持つ構造の湿度センサを実現した。
２００度以下の温度で製造できる、省エネルギータイプの湿度センサを実現した。

代表的可撓性湿度センサの構成、図１−ａは一部断面図を含む正面図、図１−ｂはA−A間断面図本発明に係る製造方法の一例本発明に係る応用例

符号の説明

１可撓性湿度センサ
１０支持基板
１１接着剤
１２電極構成体（１２ａはリード線接続端子、１２ｂは櫛状電極）
１３感湿膜
１０１フォトレジスト
１０２フォトマスク
１０３サージカルテープ
１０４交流抵抗計
１０５指サック容器
１０６指

Claims

有機高分子からなる支持基板上に一対の櫛状電極と該電極から延設されるリード線接続端子とで構成される貴金属からなる電極構成体が接着層を介して貼設され、該リード線接続端子面には半田付けが可能な金属を析出させ、一対の櫛状電極面には湿度に応答性するイオン伝導性感湿膜を被覆する構成からなり、該感湿膜の抵抗値の変化を測定することにより湿度を検知する可撓性湿度センサ。
前項記載の支持基板は有機高分子単独を乃至は繊維、クロス、不織布に含浸される有機高分子をプレート状またはフィルム状に加工した疎水性、電気絶縁性、可撓性機能を備える支持基板からなる可撓性湿度センサ。
前項記載の貴金属は金、銀、白金、パラジウムから選ばれる単金属乃至は合金からなり、箔または膜形状で接着層を介して該支持基板に貼設される構造からなる可撓性湿度センサ。
前項記載の貴金属リード線接続端子にはニッケル、銅、鉄、銀、パラジウムから選ばれる単金属乃至は合金からなるメッキ液で、電気メッキ手段、無電解メッキ手段により半田付けを可能とする金属を析出させた構造からなる可撓性湿度センサ。
前項記載の接着層は可撓性を持つ有機高分子接着剤乃至は可撓性成分を添加する有機高分子接着剤からなり、フィルム、シート、塗布膜のいずれかの形態により該貴金属からなる電極構成体と該支持基板とを貼設する可撓性湿度センサ。
前項記載の感湿膜は末端にスルホン酸基または第四級アンモニウム塩基を導入する有機高分子膜で、支持基板上の一対の櫛状電極面を被覆した構造からなる可撓性湿度センサ。