JP2009210501A - サーモカラーセンサー、示温デバイス、温度検出方法および温度分布検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境温度による色の変化の程度が大きくて目立ちやすく、その変化前の色の消失の履歴が保存され、かつ、偽造が困難であるサーモカラーセンサーおよびこれを用いた示温デバイス、並びに当該示温デバイスを用いた温度検出方法および温度分布検出方法の提供。
【解決手段】 サーモカラーセンサーは、構造色を発現する示温エレメントを有するものであって、前記示温エレメントが、一種の可溶融性物質よりなる球体により形成されてなり、環境温度が可溶融性物質の溶融温度以上となることにより前記球体が溶融して前記示温エレメントの構造が不可逆的に変形することにより、構造色が消失されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、構造色の色発現を利用したサーモカラーセンサー、およびこれを用いた示温デバイス、並びに温度検出方法および温度分布検出方法に関する。

温度ダメージを受けやすい製品の貯蔵や運送時において、温度変化、特に最高温度の履歴を検知することは、必要不可欠なことであり、このような温度の検知に使用されるものとしては、サーモカラーセンサーが知られている。
一般的に、サーモカラーセンサーは、白濁した固形ワックスに熱を与えることによって透明化することを利用して、固形ワックスの下地の色を明視化させることにより示温表示を行うものである。

しかしながら、このようなサーモカラーセンサーは、固形ワックスの再固化による偽装が容易である、という問題があった。

一方、構造色の色発現を利用したセンサー類が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

しかしながら、これらのセンサー類は可逆的な反応を生ずるものであるため、検出結果の履歴を保存することができず、これを利用するためには当該センサー類が反応を生ずる際にユーザーがその現場にいて確認することや、反応を生ずる現場を撮影などして確認することが必要となり、従って高い利便性が得られない、という問題がある。
また、例えば特許文献２に開示されるインバースオパール型のセンサーは、センサー全体に対する空隙率が高いものであるため、機械的衝撃などに対する耐性が低く利便性に欠ける、という問題がある。

特表２００５−５１６２０９号公報 特開２００４−２７１９５号公報

本発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、その目的は、環境温度による色の変化の程度が大きくて目立ちやすく、その変化前の色の消失の履歴が保存され、かつ、偽造が困難であるサーモカラーセンサーおよびこれを用いた示温デバイス、並びに当該示温デバイスを用いた温度検出方法および温度分布検出方法を提供することにある。

本発明のサーモカラーセンサーは、構造色を発現する示温エレメントを有するものであって、
前記示温エレメントは、一種の可溶融性物質よりなる球体により形成されてなり、
環境温度が可溶融性物質の溶融温度以上となることにより前記球体が溶融して前記示温エレメントの構造が不可逆的に変形することにより、構造色が消失されることを特徴とする。

本発明のサーモカラーセンサーは、シート状であることが好ましい。

本発明の示温デバイスは、複数の、上記のサーモカラーセンサーが、面方向に並設されたものであって、
各々のサーモカラーセンサーの示温エレメントは、互いに溶融温度の異なる可溶融性物質よりなる球体により形成されていることを特徴とする。

本発明の温度検出方法は、複数の、上記のサーモカラーセンサーを、測定対象箇所に設置することによる温度検出方法であって、
各々のサーモカラーセンサーの示温エレメントは、互いに溶融温度の異なる可溶融性物質よりなる球体により形成されており、
構造色が消失されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度と、構造色が維持されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度との比較により、前記測定対象箇所の環境温度を検出することを特徴とする。

また、本発明の温度検出方法は、上記の示温デバイスを、測定対象箇所に設置することによる温度検出方法であって、
構造色が消失されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度と、構造色が維持されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度との比較により、前記測定対象箇所の環境温度を検出することを特徴とする。

本発明の温度分布検出方法は、測定対象空間内の複数箇所に、各々、上記のサーモカラーセンサーを設置することによる温度分布検出方法であって、
各々のサーモカラーセンサーの示温エレメントは、互いに溶融温度の同じ可溶融性物質よりなる球体により形成されており、
構造色が消失されたサーモカラーセンサーの設置箇所、および構造色が維持されたサーモカラーセンサーの設置箇所を調査することにより、前記測定対象空間内の温度分布を検出することを特徴とする。

また、本発明の温度分布検出方法は、測定対象空間内の複数箇所において、上記の温度検出方法を実行することにより、前記測定対象空間内の温度分布を検出することを特徴とする。

本発明のサーモカラーセンサーによれば、構造色を発現する示温エレメントが可溶融性物質よりなる球体により形成されたものであることにより、環境温度が可溶融性物質の溶融温度以上となると前記球体が溶融して前記球体により形成された周期構造が変化し、その構造色が消失される。そして、再度冷却して可溶融性物質を固体状態に変化させたとしても、球体の規則配列による周期構造の復元は不可能であり、従って、一度消失した構造色の復元は不可能である。また、元の色を偽装したとしても、構造色特有の観察角による色変化の確認によって偽装の判断が容易である。
また、本発明のサーモカラーセンサーによれば、構造色の変化の履歴が保存され、さらに、構造色は一般的な色素吸着による色に比して高い彩度を有するために、構造色の消失に係る色の変化の程度が大きくて目立ちやすい。

以下、本発明について具体的に説明する。

図１は、本発明のサーモカラーセンサーの構成の一例を模式的に示す説明用断面図である。
本発明のサーモカラーセンサーは、構造色を発現する示温エレメント１６を有するものであって、示温エレメント１６が、一種の可溶融性物質よりなる球体１２による周期構造体からなり、環境温度が可溶融性物質の溶融温度以上となることにより球体１２が溶融して周期構造体が不可逆的に変形することにより、構造色が消失され、その履歴が半永久的に保存されるものである。
以下、サーモカラーセンサーの構造色が消失される、当該サーモカラーセンサーに係る可溶融性物質の溶融温度を「色彩消失温度」ともいう。

〔示温エレメント〕
サーモカラーセンサーを構成する示温エレメント１６は、構造色を発現するものであり、具体的には、図１に示されるように、例えば一種の可溶融性物質よりなる球体１２のみが面方向に規則的に配された球体層１５の複数が厚み方向に規則的に配された周期構造体からなるものである。示温エレメント１６がこのような周期構造体からなることにより、可視域光の照射によって有彩色が視感される。
このような示温エレメント１６を構成する周期構造体は、例えば球体１２が面心立方構造などの立方最密構造や、六方最密構造などを形成するよう充填されて形成されている。

〔構造色〕
構造色は、ブラッグの法則から、下記式（１）で表される波長の色とされる。
式（１）：λ＝２ｎＤ（ｃｏｓθ）
この式（１）において、λは構造色のピーク波長、ｎは下記式（２）で表される示温エレメント１６の屈折率、Ｄは球体層１５の層間隔、θはサーモカラーセンサーの垂線との観察角である。
式（２）：ｎ＝{ｎａ・ｃ}＋{ｎｂ・（１−ｃ）}
この式（２）において、ｎａは球体１２の屈折率、ｎｂは大気の屈折率、ｃは示温エレメントにおける球体１２の体積率である。

示温エレメント１６の厚みは、例えば３〜３０μｍであることが好ましい。
示温エレメントの厚みが３μｍ未満である場合は、当該示温エレメントが発色性に劣ったものとなって得られるサーモカラーセンサーが色彩消失温度以下の環境において十分な明るさの構造色が得られず、従って十分な色変化の観察できるものとならないおそれがあり、一方、示温エレメントの厚みが３０μｍよりも大きい場合は、得られる周期構造体が光散乱を生じやすくなって得られるサーモカラーセンサーが色彩消失温度以下の環境においても白濁してくるため、視認しづらく、その結果、構造色の消失に係る色の変化の程度が小さいものとなってしまうおそれがある。

示温エレメント１６を構成する周期構造体においては、球体層１５の周期数は、少なくとも８以上である必要があり、好ましくは８〜５０である。
周期数が８未満である場合は、得られるサーモカラーセンサーが、周期構造体による構造色の発現が不十分なものとなってしまうおそれがある。

〔球体〕
示温エレメント１６を形成する球体１２は、可溶融性物質よりなるものであり、球体１２を構成する可溶融性物質は、得られるサーモカラーセンサーにおいて検知すべき色彩消失温度に従って、適宜の溶融温度のものが一種、選択されればよい。
ここに、「溶融温度」とは、可溶融性物質の融点や球体１２の大きさなどによって定められる、可溶融性物質による球体１２の保形性が消失される温度である。
このような可溶融性物質としては、一般にワックスとして市販されている物質が挙げられ、具体的にはポリプロピレン、ポリエチレンなどのパラフィンワックス、脂肪酸エステルワックス、アミド系ワックス、高級アルコールを含むアルコール類などが例示される。
可溶融性物質をより具体的に例示すると、例えば、２−メチル−２−プロパノール（２５℃）、ラウリルアルコール（２５℃）、ミリスチルアルコール（３５℃）、パルミチルアルコール（５０℃）、ステアリルアルコール（５５℃）、２−ブタノール（１００℃）、ベヘニルアルコール（６７℃）、ベヘン酸ベヘニル（７１℃）、ペンタエリスリトールベヘン酸エステル（８３℃）、オレイン酸アミド（７３℃）、パラフィンワックス「ＨＮＰ ３」（日本精鑞社製）（６０℃）などを挙げることができる。
なお、上記に例示した可溶融性物質の融点を、（ ）内に示した。

可溶融性物質としては、得られるサーモカラーセンサーの用途によって異なるが、例えばその用途が輸送庫内の環境温度変化の検知である場合、融点が例えば１５〜１００℃であるものを用いることが好ましく、特に２０〜１００℃であるものを用いることが好ましい。
可溶融性物質の融点は、当該可溶融性物質の吸熱ピークのピークトップの温度を表し、具体的には、「ＤＳＣ−７示差走査カロリメーター」（パーキンエルマー製）、「ＴＡＣ７／ＤＸ熱分析装置コントローラー」（パーキンエルマー製）などを用いて測定されるものである。
詳細には、可溶融性物質４．００ｍｇを小数点以下２桁まで精秤してアルミニウム製パン（ＫＩＴＮＯ．０２１９−００４１）に封入し、ＤＳＣ−７サンプルホルダーにセットし、測定温度０℃〜２００℃、昇温速度１０℃／分、降温速度１０℃／分の測定条件で、Ｈｅａｔ−ｃｏｏｌ−Ｈｅａｔの温度制御で行い、その２ｎｄ．Ｈｅａｔにおけるデータをもとに解析を行った。リファレンスの測定には、空のアルミニウム製パンを用いた。
なお、可溶融性物質の融点としては、サーモカラーセンサーの作製時に可溶融性物質を融点以上に加熱するために、２ｎｄ．Ｈｅａｔに係るデータを採用した。

また、可溶融性物質としては、上記の融点の測定方法におけるピークトップの半値幅が３〜５℃であるものを用いることが好ましい。

示温エレメント１６を構成する周期構造体の球体１２は、真球形状を有することが好ましい。
ここに、真球形状を有するとは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって１０，０００倍の倍率でＳＥＭ写真をランダムに球体１００個分撮影し、画像処理解析装置「ＬＵＺＥＸ ＡＰ」（ニレコ社製）を用いて解析し、さらに下記式（ＳＦ）によって導出されるＳＦ−１値の平均値が、１００〜１１０であることをいう。
式（ＳＦ）：ＳＦ−１値＝（粒子の最大長）² ／（粒子の投影面積）×（π／４）×１００
ただし、上記式（ＳＦ）において、粒子の最大長とは、球体の平面上への投影像を２本の平行線では挟んだとき、その平行線の間隔が最大となる粒子の幅であり、粒子の投影面積とは、球体の平面上への投影像の面積である。

球体１２の平均粒径は、例えば１００〜３００ｎｍとすることができ、特に１５０〜２５０ｎｍとすることが好ましい。
得られるサーモカラーセンサーについて、ある観察角から視認される構造色は、球体１２の平均粒径によって決定されるので、球体１２の平均粒径は、ある観察角から視認される構造色について求められる色を発現するよう適宜に設定されればよい。
また、球体１２は、周期構造体を形成させる際に規則配列させやすいことから単分散性の高いものであることが好ましく、粒径分布を表すＣＶ値が２０％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下である。
ＣＶ値が２０％より大きい場合は、球体１２を規則的に配列させることができず、その結果、構造色を発現する周期構造体が得られないおそれがある。
ここに、平均粒径とは、個数基準における平均径であり、ＣＶ値とは、個数基準における粒度分布による値である。平均粒径およびＣＶ値は、具体的には以下の方法によって測定されるものである。
すなわち、平均粒径は、走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ−７４１０」（日本電子社製）を用いて５０，０００倍の写真を撮影し、この写真画像における球体２００個について、それぞれ最大長を測定し、その個数平均値を算出することにより、得られるものである。ここに、「最大長」とは、球体の周上の任意の２点による２点間距離のうち、最大のものをいう。
また、ＣＶ値は、個数基準の粒度分布における標準偏差および上記の平均粒径の値を用いて下記式（ＣＶ）より算出されるものである。
式（ＣＶ）：ＣＶ値（％）＝（（標準偏差）／（平均粒径））×１００

本発明のサーモカラーセンサーは、シート状のものとすることができる。
また、本発明のサーモカラーセンサーは、用途や作製法などの必要に応じて基板や表面被覆層を設けることができ、例えば、透光性基板と、当該透光性基板の表面上に形成された示温エレメント１６と、当該示温エレメント１６上に透光性粘着層を介して設けられた表面被覆層とがこの順に積層されたものとして構成することができる。
透光性基板としては、例えばガラス、並びにポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのフィルム、シートなどを使用することができる。
表面被覆層を設ける場合は、当該表面被覆層として、透明性が高く、示温エレメント１６における構造色の発現を阻害しないポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などよりなるフィルム、ＵＶ硬化樹脂よりなるフィルムなどを用いることができる。

以上のようなサーモカラーセンサーは、これを構成する示温エレメント１６に係る色彩消失温度を超えた温度の環境に置かれた場合に、球体１２が溶融して示温エレメント１６が崩壊し、これにより発現していた構造色が消失して白濁する。この示温エレメント１６においては、環境温度が色彩消失温度以下となっても周期構造体は再構築されず、周期構造体について崩壊した状態が維持される。

〔サーモカラーセンサーの製造方法〕
以上のようなサーモカラーセンサーは、例えば、水、酸性溶液またはアルカリ性溶液に可溶なインバースオパール型周期構造体２７（図２（ｃ）参照。）を形成し、当該インバースオパール型周期構造体２７中の球体形状の空隙Ｓに溶融させた可溶融性物質を充填した後冷却し、可溶融性物質を再固化させ（図２（ｄ）参照。）、さらにインバースオパール型周期構造体２７を溶解させて除去することにより、得ることができる。

インバースオパール型周期構造体２７は、原型球体２２によって構造色を発現する原型周期構造体２６を形成させ（図２（ａ）参照。）、当該原型周期構造体２６における原型球体２２同士の間隙を隙間なく充填する鋳型用マトリックスＭを形成し（図２（ｂ）参照。）、その後、原型球体２２を溶解させて原型周期構造体２６を除去することにより、得ることができる。

インバースオパール型の周期構造体を形成するための原型球体２２としては、固体状態と、液体形状または気体形状との間で任意に状態変化させることができるものであれば限定されず、種々の組成のものを挙げることができる。
具体的には例えば、有機物としては、スチレン、メチルスチレン、メトキシスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、クロルスチレンなどのスチレン系単量体；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸（イソ）プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸エチルヘキシルなどのアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル系単量体；アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸などのカルボン酸単量体などの重合性単量体のうちの１種を重合した粒子、または２種以上を共重合した粒子を挙げることができる。
また、重合性単量体に架橋性単量体を加えて重合した粒子であってもよく、架橋性単量体としては、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどを挙げることができる。

原型球体２２は、単一組成の単一物であっても複合物であってもよいが、粒子の表面に粒子同士を接着させる物質が付着されたものとしてもよく、あるいは、粒子の内部に粒子同士を接着させる物質が導入されたものとしてもよい。このような接着物質を用いることによって、周期構造体を形成する際に自己配列などを生じにくい物質による粒子であっても、粒子同士を接着させることができる。

単分散性の高い原型球体２２を得るために、当該原型球体２２は、通常一般的に用いられるソープフリー乳化重合法、懸濁重合法、乳化重合などの重合法によって調製することが好ましい。
また、原型球体２２は、鋳型用マトリックスＭとの親和性を高いものとするため、あるいは規則配列させやすくするために、各種の表面処理を行ってもよい。

原型周期構造体２６は、例えば、原型球体２２の水分散液を調製し、これを適宜の基板などの表面に塗布して自己配列させる方法などによって形成することができる。
塗布方法としては、スクリーン塗布法、ディップ塗布法、スピンコート塗布法、カーテン塗布法、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）膜作成法などを利用することができる。
原型周期構造体２６を原型球体２２の水分散液を用いて作製する場合は、基板としては、表面の水に対する接触角はある程度低いものが好ましく、また、表面平滑性は高いものが好ましいことから、基板に適宜の表面処理を施すことが好ましい。また、ブラスト処理などを行って原型球体が付着し易い状態にして使用することもできる。

原型球体２２を溶解させる溶解剤としては、当該原型球体２２を溶解させることができ、かつ、鋳型用マトリックスＭを溶解させないものであれば特に限定されず、例えば原型球体２２がスチレンよりなり、鋳型用マトリックスＭがゼラチンよりなるものである場合は、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を挙げることができる。

原型周期構造体２６において、当該原型周期構造体２６を構成する原型球体２２同士の間隙に充填させる鋳型用マトリックスＭとしては、原型球体２２を固定化させることができるものであり、かつ、固体状態と、液体形状または気体形状との間で任意に状態変化させることができるものであれば特に限定されるものではなく、適宜に選択することができる。

鋳型用マトリックスＭを溶解させる溶解剤としては、当該鋳型用マトリックスＭを溶解させることができ、かつ、球体１２を溶解させないものであれば特に限定されず、例えば鋳型用マトリックスＭがゼラチンよりなり、球体１２が融点５０℃のパルミチルアルコールである場合は、ゼラチン分解酵素溶液を挙げることができる。

以上のようなサーモカラーセンサーによれば、これを複数用いて、測定対象箇所の環境温度を検出することができる。
具体的には、各々のサーモカラーセンサーの示温エレメントが、互いに溶融温度の異なる可溶融性物質よりなる球体による周期構造体によって構成されたサーモカラーセンサーの複数を、１つの測定対象箇所に設置し、測定後に、構造色が消失されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度と、構造色が維持されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度とを比較することにより、前記測定対象箇所の環境温度を検出することができる。

また、以上のようなサーモカラーセンサーによれば、これを複数用いて、測定対象空間の環境温度の分布を検出することができる。
具体的には、複数のサーモカラーセンサーを測定対象空間内の複数箇所に設置し、測定後に、構造色が消失されたサーモカラーセンサーの設置箇所、および構造色が維持されたサーモカラーセンサーの設置箇所を調査することにより、前記測定対象空間内の環境温度の分布を検出することができる。
前記測定対象空間内の複数箇所には、それぞれ１つのサーモカラーセンサーを設置してもよいし、それぞれ複数のサーモカラーセンサーを設置してもよい。
各箇所に１つずつサーモカラーセンサーを設置する場合は、各々のサーモカラーセンサーが、その示温エレメントが互いに溶融温度の同じ可溶融性物質よりなる球体による周期構造体によって構成されたものとされることが必要である。
また、各箇所にそれぞれ複数のサーモカラーセンサーを設置する場合は、各箇所における各々のサーモカラーセンサーが、その示温エレメントが互いに溶融温度の異なる可溶融性物質よりなる球体による周期構造体によって構成されたものとされることが必要である。

〔示温デバイス〕
本発明の示温デバイスは、複数の、互いに溶融温度の異なる可溶融性物質よりなる球体による周期構造体によって構成される示温エレメントによるサーモカラーセンサーが、面方向に並設されたものである。

以上のような示温デバイスは、複数の示温エレメントについて、示温エレメントを構成する周期構造体が崩壊し、これにより発現していた構造色が消失して白濁する示温エレメントと、構造色が消失せず所期の構造色が維持される示温エレメントとに分かれた場合に、当該示温デバイスが置かれた環境における最大温度を検知することができる。

以上のような示温デバイスによれば、これを複数用いて、測定対象空間の環境温度の分布を検出することができる。
具体的には、各々の示温デバイスを、複数、測定対象空間内の複数箇所に設置し、測定後に、構造色が消失されたサーモカラーセンサーの設置箇所、および構造色が維持されたサーモカラーセンサーの設置箇所を調査することにより、前記測定対象空間内の環境温度の分布を検出することができる。

以上のようなサーモカラーセンサーによれば、構造色を発現する周期構造体が可溶融性物質よりなる球体によるものであることにより、環境温度が可溶融性物質の溶融温度以上となることにより前記球体が溶融して前記周期構造体が不可逆的に変形するので、構造色が復元することができない状態に消失されるため、偽装が困難であり、しかも、その履歴が保存され、さらに、構造色は一般的な色素吸着による色に比して高い彩度を有するために、構造色の消失に係る色の変化の程度が大きくて目立ちやすい。

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明の実施の形態は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
〔球体の作製例１〕
スチレン１００質量部を８０℃に加温して単量体混合液を調製した。一方、ドデシルスルホン酸ナトリウム０．４質量部をイオン交換水２６３質量部に溶解させた界面活性剤溶液〔Ａ〕を８０℃に加熱し、この界面活性剤溶液と上記の単量体混合液とを混合した後、機械式分散機「クレアミックス（ＣＬＥＡＲＭＩＸ）」（エム・テクニック社製）によって３０分間分散処理を行うことにより、乳化分散液を調製した。
撹拌装置、加熱冷却装置、窒素導入装置、および原料・助剤仕込み装置を備えた反応容器に、上記の乳化分散液とドデシルスルホン酸ナトリウム０．２質量部をイオン交換水１４２質量部に溶解させた界面活性剤溶液〔Ｂ〕を仕込み、窒素気流下２００ｒｐｍの撹拌速度で撹拌しながら、内温を８０℃に昇温させた。この溶液に過硫酸カリウム１．４質量部、水５４質量部を投入し、３時間重合処理を行い、その後、重合反応物を濾過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、真空乾燥機を用いて乾燥させることによって、平均粒径が２２０ｎｍ、ＣＶ値が５％で単分散性の高いポリスチレンよりなる球体〔１〕を得た。なお、平均粒径およびＣＶ値の測定は、上記と同様にして行った。以下においても同じである。

〔サーモカラーセンサーの作製例１〕
球体〔１〕を２０質量％の割合で含有するサスペンジョン液を調製し、このサスペンジョン液を、プラズマ処理により表面を親水化した厚さ５０μｍの透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの表面に、水分を含む膜厚が３０μｍとなるよう塗工し、その後、乾燥させることにより、厚さ４μｍの塗膜よりなるポリスチレン球体シート〔１〕を得た。
このポリスチレン球体シート〔１〕についてＳＥＭ観察を行ったところ、粒子が六方最密構造の状態に規則配列されていることが確認された。このＳＥＭ観察によるＳＥＭ写真を図３に示す。

このポリスチレン球体シート〔１〕のポリスチレン球体層に、４０℃で溶解した１０％のゼラチン水溶液を流し込み、ビニルスルホン型の硬膜剤を用いて架橋反応を行ってゼラチンを硬化させてポリスチレン球体層の型取りを行った後、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液によって球体〔１〕を溶解させることにより、インバースオパール型シート〔１〕を得た。
このインバースオパール型シート〔１〕を、融点５０℃のパルミチルアルコールを６０℃に加温して溶融させたワックス液中に浸漬して当該インバースオパール型シート〔１〕内の空隙部分に隙間なく充填させた後、室温（２５℃）に冷却してワックスを固形化することにより、ワックス粒子−ゼラチンシート〔１〕を得た。
そして、このワックス粒子−ゼラチンシート〔１〕を、ゼラチン分解酵素溶液中に浸漬してゼラチンを分解することにより、ワックス粒子による周期構造体により構成されるサーモカラーセンサー〔１〕を得た。
このサーモカラーセンサー〔１〕は、当該サーモカラーセンサー〔１〕に垂直な正面方向から目視で観察したところ緑色の構造色を呈し、また、観察角により色が変化することが確認された。

このサーモカラーセンサー〔１〕を、温度５０℃の環境下に３分間置いたところ、正面方向から白濁色が観察され、また、観察角を変化させても白濁色しか観察されず、構造色の消失が確認された。
以上により、このサーモカラーセンサー〔１〕は色彩消失温度（５０℃）の熱を受けたことを検知することができ、かつ、その履歴が保存されることが確認された。

＜実施例２＞
〔示温デバイスの作製例１〕
サーモカラーセンサーの作製例１と同様にして、融点５０℃のワックス粒子によるセンサーエレメント〔Ａ〕を得た。
一方、サーモカラーセンサーの作製例１において、融点５０℃のワックスの代わりに、それぞれ、
融点２５℃の可溶融性物質：ラウリルアルコール、
融点３５℃の可溶融性物質：ミリスチルアルコール、
融点５５℃の可溶融性物質：ステアリルアルコール、
を用いたことの他は同様にして、センサーエレメント〔Ｂ〕〜〔Ｄ〕を得た。
以上のセンサーエレメント〔Ａ〕〜〔Ｄ〕は、当該センサーエレメント〔Ａ〕〜〔Ｄ〕に垂直な正面方向から目視で観察したところ、各々、緑色の構造色を呈し、また、各々について観察角により色が変化することが確認された。

以上のセンサーエレメント〔Ａ〕〜〔Ｄ〕を、各々の基板であるＰＥＴフィルムが面方向に並設される状態にガラス基板上に固定することにより、示温デバイス〔Ｈ〕を得た。

この示温デバイス〔Ｈ〕を、温度５０℃の環境下に３分間置いたところ、センサーエレメント〔Ａ〕〜〔Ｃ〕については、正面方向から白濁色が観察され、また、観察角を変化させても白濁色しか観察されず、構造色の消失が確認され、センサーエレメント〔Ｄ〕については、構造色が消失しないことが確認された。
以上により、この示温デバイス〔Ｈ〕は最高温度５０℃の熱を受けたことを検知することができ、かつ、その履歴が保存されることが確認された。

＜実施例３＞
示温デバイスの作製例１と同様にして、示温デバイスを８つ作製した。これらを示温デバイス〔ア〕〜〔ク〕とする。
一方、内部に幅３ｍ、長さ１０ｍ、高さ２ｍの密閉空間を有するステンレス製の箱を用意し、上記の示温デバイス〔ア〕〜〔ク〕を、それぞれ、密閉空間内の床面付近の四隅（前方右、前方左、後方右、後方左）および天井付近の四隅（前方右、前方左、後方右、後方左）に固定した。
そして、ステンレス製の箱に天井側の後方部分から５０℃の熱を３分間与えた後、冷却し、箱の中の示温デバイス〔ア〕〜〔ク〕の状況を調べた。

床面付近の前方に固定した示温デバイス〔ア〕〜〔イ〕については、いずれのセンサーエレメントについても構造色が消失しないことが確認された。
天井付近の前方に固定した示温デバイス〔オ〕〜〔カ〕については、融点２５℃の可溶融性物質に係るセンサーエレメントについては構造色が消失せず、融点３５℃、５０℃および５５℃の可溶融性物質に係るセンサーエレメントについては正面方向から白濁色が観察され、また、観察角を変化させても白濁色しか観察されず、構造色の消失が確認された。
床面付近の後方に固定した示温デバイス〔ウ〕〜〔エ〕については、融点２５℃および３５℃の可溶融性物質に係るセンサーエレメントについては構造色が消失せず、融点５０℃および５５℃の可溶融性物質に係るセンサーエレメントについては正面方向から白濁色が観察され、また、観察角を変化させても白濁色しか観察されず、構造色の消失が確認された。
天井付近の後方に固定した示温デバイス〔キ〕〜〔ク〕については、すべてのセンサーエレメントについて、正面方向から白濁色が観察され、また、観察角を変化させても白濁色しか観察されず、構造色の消失が確認された。
以上により、示温デバイス〔ア〕〜〔ク〕を用いることにより、測定対象空間内の最高温度分布を検知することができ、かつ、その履歴が保存されることが確認された。

本発明のサーモカラーセンサーの構成の一例を模式的に示す説明用断面図である。 本発明のサーモカラーセンサーの製造方法を模式的に示す説明用断面図である。 実施例１に係るポリスチレン球体シートのＳＥＭ写真である。

符号の説明

１２ 球体
１５ 球体層
１６ 示温エレメント
Ｄ 層間隔
２２ 原型球体
２６ 原型周期構造体
２７ インバースオパール型周期構造体
Ｍ 鋳型用マトリックス
Ｓ 空隙

Claims (7)

1. 構造色を発現する示温エレメントを有するサーモカラーセンサーであって、
   前記示温エレメントは、一種の可溶融性物質よりなる球体により形成されてなり、
   環境温度が可溶融性物質の溶融温度以上となることにより前記球体が溶融して前記示温エレメントの構造が不可逆的に変形することにより、構造色が消失されることを特徴とするサーモカラーセンサー。
2. シート状であることを特徴とする請求項１に記載のサーモカラーセンサー。
3. 複数の、請求項１に記載のサーモカラーセンサーが、面方向に並設された示温デバイスであって、
   各々のサーモカラーセンサーの示温エレメントは、互いに溶融温度の異なる可溶融性物質よりなる球体により形成されていることを特徴とする示温デバイス。
4. 複数の、請求項１に記載のサーモカラーセンサーを、測定対象箇所に設置することによる温度検出方法であって、
   各々のサーモカラーセンサーの示温エレメントは、互いに溶融温度の異なる可溶融性物質よりなる球体により形成されており、
   構造色が消失されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度と、構造色が維持されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度との比較により、前記測定対象箇所の環境温度を検出することを特徴とする温度検出方法。
5. 請求項３に記載の示温デバイスを、測定対象箇所に設置することによる温度検出方法であって、
   構造色が消失されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度と、構造色が維持されたサーモカラーセンサーの示温エレメントを構成する球体に係る可溶融性物質の溶融温度との比較により、前記測定対象箇所の環境温度を検出することを特徴とする温度検出方法。
6. 測定対象空間内の複数箇所に、各々、請求項１に記載のサーモカラーセンサーを設置することによる温度分布検出方法であって、
   各々のサーモカラーセンサーの示温エレメントは、互いに溶融温度の同じ可溶融性物質よりなる球体により形成されており、
   構造色が消失されたサーモカラーセンサーの設置箇所、および構造色が維持されたサーモカラーセンサーの設置箇所を調査することにより、前記測定対象空間内の温度分布を検出することを特徴とする温度分布検出方法。
7. 測定対象空間内の複数箇所において、請求項４または請求項５に記載の温度検出方法を実行することにより、前記測定対象空間内の温度分布を検出することを特徴とする温度分布検出方法。