JP2019052893A

JP2019052893A - 感湿シート及び感湿システム

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Publication number: JP2019052893A
Application number: JP2017176154A
Authority: JP
Inventors: 広泰長谷川; Hiroyasu Hasegawa; 暁生吉田; Akio Yoshida
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: JP6933937B2; US20190079038A1

Abstract

【課題】常に対象者の身体表面に接触し、対象者の発汗を速やかに検知することができる感湿シートを提供する。【解決手段】伸縮性を有する伸縮性基板１１と、伸縮性基板１１の主面１１ｂに設けられ、吸収された水分量に応じて電気的特性が変化する吸湿膜１２と、主面１１ｂに設けられると共に、伸縮性を有して吸湿膜の電気的特性を測定する伸縮性電極１４と、によって感湿シートを作成する。【選択図】図２

Description

本発明は、感湿シート及びこの感湿シートを用いた感湿システムに関する。

人にとって、発汗の量や発汗する箇所は自律神経の状態を把握することに有効な情報であることが知られている。例えば、糖尿病の合併症やバセドウ病等においては、大量の発汗が起こる場合がある。また、熱中症においても、大量の発汗が起こったり、逆に発汗量が減少したりといった症状が表れる。このことにより、市場には、体調の監視対象となる者（以下、「対象者」と記す）に直接装着して使用できる感湿センサの需要がある。
対象者に感湿センサを装着する方法としては、対象者の身体に直接感湿センサを接触させて装着することが感湿センサの感度の観点から好ましい。対象者の身体に接触するように装着可能な感湿センサとしては、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。
特許文献１に記載の可撓性湿度センサは、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に電極を形成して湿度センサとすることにより、湾曲形状に沿って貼付可能である。特許文献１には、このような感湿センサの基板背面を医療用のテープを繞設させて生体に貼り付けることが記載されている。
特許文献２には、センサの感応部に高分子材料に湿度への応答性を有する可溶性ポリマーが混合された感応材を用いたフレキシブルな感湿センサが記載されている。特許文献２に記載の感応部は、紐状、あるいは布状に形成できるから、オシメや衣服に編み込み、あるいは縫い込むことによって生体の皮膚に直接接触するようにすることができる。

特開２００７−２４８４０９号公報特開平１１−１０１７６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の湿度センサ、特許文献２に記載の感湿センサは、いずれも可撓性（フレキシビリティ）を有するものの、伸縮性を有するものではない。このため、例えば、特許文献１に記載の湿度センサを、医療用テープを使って対象者の身体に装着した場合、湿度センサが身体の動きに追従しきれずに身体表面との間に隙間が生じる可能性がある。また、特許文献２の感湿センサは、対象者の着衣と一体的に形成されるので、着衣と身体表面との間に隙間がある場合には身体表面と接触しなくなる。このことから、特許文献１に記載の湿度センサ、特許文献２に記載の感湿センサは、対象者の発汗を速やかに検知するという観点からは改良の余地があるものであった。
また、対象者の発汗から検知までに時間的遅延が生じた場合、熱中症等の検知が遅れて対象者の症状が重篤化する恐れがある。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、常に対象者の身体表面に接触し、対象者の発汗を速やかに検知することができる感湿シート、この感湿シートを用いた感湿システムに関する。

本発明の感湿シートの一態様は、伸縮性を有する伸縮性基板と、前記伸縮性基板の主面に設けられ、吸収された水分量に応じて電気的特性が変化する吸湿膜と、前記主面に設けられると共に、伸縮性を有して前記吸湿膜の電気的特性を測定する伸縮性電極と、を含む。
本発明の感湿システムは、上記感湿シートと、前記感湿シートの前記伸縮性電極が測定した電気的特性を取得する特性取得部と、前記特性取得部によって取得された前記電気的特性の経時変化を求める演算部と、前記演算部の演算の結果に基づいて信号を出力する信号出力部と、を含む。

本発明は、常に対象者の身体表面に接触し、対象者の発汗を速やかに検知することができる感湿シート、この感湿シートを用いた感湿システムを提供することができる。

本発明の第一実施形態の感湿シート１及びこの感湿シートを利用した感湿システムを説明するための図である。（ａ）は第一実施形態の感湿シートの上面図、（ｂ）は第一実施形態の感湿シートの断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）に示した伸縮性電極の等価回路を示す図である。図１に示した情報端末装置のアプリケーションを説明するための機能ブロック図である。図４に示したログ部によって記録された検知信号を例示したグラフを示す図である。第一実施形態の感湿シートの他の例を説明するための図である。（ａ）は第二実施形態の感湿シートの上面図、（ｂ）は第二実施形態の感湿シートの断面図である。（ａ）は第二実施形態の変形例の感湿シートの上面図、（ｂ）は第二実施形態の変形例の感湿シートの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。また、以下に示す図面は、図面が示す各構成を説明するための模式的な図であって、本発明の実施形態を限定するものではない。模式的な図は、本発明の実施形態を構成する部材や部材同士の関係等を示すものであり、その形状や大きさ、長さ、高さ及び幅等を正確に示すものとは限らない。

［第一実施形態］
＜概要＞
図１は、本発明の第一実施形態の感湿シート１及びこの感湿シートを利用した感湿システムを説明するための図である。
図１に示すように、第一実施形態の感湿システムは、例えば、対象者Ｏ_Ａ、あるいは対象者Ｏ_Ｂに装着される感湿シート１を含んでいる。第一実施形態の感湿システムは、スポーツのトレーニング中の選手の発汗の状態を検知して熱中症を予防する、あるいは医療施設内において対象者の発汗の状態を計測し、糖尿病等の疾病の状態を検査することに使用できる。熱中症の予防にあっては、感湿シート１はトレーニング中の対象者Ｏ_Ａの身体に直接貼り付けられる。また、疾病の検査にあっては、感湿シート１は検査中の対象者Ｏ_Ｂの身体に直接貼り付けられる。

感湿シート１は、対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの身体の表面において身体表面の動きに追従して伸張する。このため、対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂが動いても感湿シート１と身体表面との間に間隙が生じることがなく、身体の表面において発汗が生じたときに感湿シート１は速やかに汗を感知することができる。このようにすれば、第一実施形態は、対象者Ｏ_Ａに異常な量の発汗が生じたことを速やかに検知することができる。また、第一実施形態は、対象者Ｏ_Ｂに異常な量の発汗が生じたタイミングを正確に検出することができ、発汗と食事や運動との関係を高精度に検査することができる。
なお、感湿シート１の対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂに対する貼付位置は、特に限定されないが、検知の目的に応じて最も高い精度が得られる位置に貼り付けることが好ましい。具体的な貼付位置としては、例えば、背中、わき腹、首筋及び大腿等発汗量が比較的多いと考えられる場所がある。

また、第一実施形態では、感湿シート１と情報端末装置６とを接続し、感湿シート１の検知結果を情報端末装置６に通知することができる。情報端末装置６を個人で携帯可能なスマートフォン等の小型の機器とすると、情報端末装置６を感湿シート１と共に対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂが装着することができる。このようにすれば、感湿シート１と情報端末装置６とを信号線で接続することができる。また、第一実施形態は、感湿シート１の側に小型の送信器を設けて情報端末装置６と無線通信するようにしてもよい。
このようにすれば、情報端末装置６が感湿シート１の検知信号を受信して音や光を発することができる。対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂは、情報端末装置６が発した音や光によって自身の体調の異常を認識することができる。そして、トレーニング中の対象者Ｏ_Ａは早期に疾病に対応した処置に移り、対象者Ｏ_Ｂは検査の担当者等に異常を通知して指示を受けることができる。
以下、上記システムを実現するための各構成について説明する。

＜感湿シート＞
図２（ａ）、図２（ｂ）は、第一実施形態の感湿シート１を説明するための図であって、図２（ａ）は感湿シート１を生体Ｓに貼り付けた状態の外面（以下、「上面」と記す）図、図２（ｂ）は図２（ａ）中に示した矢線Ｉ−Ｉで感湿シート１を切った断面を矢線Ｉ−Ｉ方向に見た断面図である。
感湿シート１は、伸縮性を有する伸縮性基板１１と、伸縮性基板１１の主面１１ｂに設けられ、吸収された水分量に応じて電気的特性が変化する吸湿膜１２と、主面１１ｂに設けられると共に、伸縮性を有して吸湿膜１２の電気的特性を測定する伸縮性電極１４と、を含んでいる。
さらに、感湿シート１は、伸縮性基板１１の一部領域に形成され、粘着性を有する粘着層１３をさらに有している。第一実施形態では、このような感湿シート１を、ガーゼＧを挟んで対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの身体（以下、「生体」と記す）Ｓに貼り付けている。
以下、上記構成について順次説明する。

（伸縮性基板）
伸縮性基板１１は、面内方向の少なくとも一方向に伸縮が可能なシート状の部材であり、面内方向の二方向に伸縮が可能であることが好ましい。伸縮性基板１１の面内方向の伸縮性は等方性でもよく、または面内の複数方向への伸縮性が互いに異なる異方性でもよい。伸縮性基板１１を構成する好ましい素材としては、ニトリルゴム、ラテックスゴム、ウレタン系エラストマー、またはシリコーン系エラストマー等のエラストマー材料を挙げることができるが、これに限定されない。特に、医療用に用いられるウレタン系エラストマーシートを用いることで、人体の皮膚に貼り付けた場合でも高い安全性を得ることができる。ここで、「シート状」とは、厚さに比べて広さが充分大きい形状を指していて、シート状の厚さや広さについては特に定義されるものではない。伸縮性基板１１は、一枚のシート状の部材でなる単層のものであってもよいし、複数のシート状の伸縮性基板で構成される多層のものであってもよい。
また、第一実施形態でいう「主面」とは、シート状の部材の他の面（幅方向の面）よりも明らかに面積が大きな面をいう。伸縮性基板１１は主面１１ａ、１１ｂを有している。

伸縮性基板１１の厚みは特に限定されない。ただし、伸縮性基板１１が貼り付けられる対象物（対象面、例えば、生体表面）の伸縮や動きを阻害しないという観点から、伸縮性基板１１の厚みは１００μｍ以下であることが好ましい。伸縮性基板１１の厚みは、より望ましくは２５μｍ以下であり、更に望ましくは１０μｍ以下である。
第一実施形態は、このように、伸縮性を有し、かつ薄いシート状の伸縮性基板１１を使用することにより、感湿シート１が貼り付けられた対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの動作が阻害されず、貼り付けによる違和感を充分小さくすることができる。また、エラストマー材料は透湿性、通気性を有するため、いっそう感湿シート１を身体表面に貼り付けた際の対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂに与える違和感を低減することができる。

（吸湿膜）
吸湿膜１２は、吸収された水分量に応じて電気的特性が変化する膜である。第一実施形態の吸湿膜１２は、電気的特性としてインピーダンスが変化する。ただし、吸湿膜１２は、インピーダンスが変化するものに限定されず、吸湿膜１２内を流れる電流が変化するものであってもよいし、直流を供給した場合の電圧値が変化するものであってもよい。なお、第一実施形態では、吸湿膜１２が、伸縮性電極１４の全てを覆っているが、第一実施形態はこのような構成に限定されるものでなく、伸縮性電極１４の少なくとも一部を覆うものであればよい。
第一実施形態では、吸湿膜１２を、イオン伝導性の膜とする。イオン導電性の膜は、吸水量が多くなると導電性が高まって伸縮性電極１４を構成する第一電極部１４１、第二電極部１４２の間に導通が起こり易くなる。

吸湿膜１２は、吸水量に応答性を有するポリマーが分配されているＰＶＡ−シリカ複合体であってもよい。このような吸湿膜１２は、例えば、ポリマーが混合されている溶液内に伸縮性電極１４がパターンニングされた伸縮性基板１１を漬浸した後、定速でゆっくりと引き上げ、乾燥させることによって形成することができる。伸縮性基板１１が漬浸される溶液としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とポリスチレンスルホン酸ナトリウム（ＰＳＳＮａ）を水とエタノールの混合溶媒（４：１）で還流することにより溶解させたものにテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と触媒である塩酸を加えた溶液が使用できる。伸縮性基板１１の乾燥方法は自然乾燥でも、強制乾燥でも構わない。この際、振動を与えないよう細心の注意が必要となる。
また、吸湿膜１２は、純水５０質量％とメタノール５０質量％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質量％とスチレンブタジエンラテックスエマルジョン１質量％とをスタータ混合した混合液を伸縮性電極１４に塗付することによっても形成できる。塗付は、例えば、該混合液を吐出器に充填し、伸縮性電極１４に塗布して、１００℃、１時間の条件で乾燥させることによって実現できる。

（伸縮性電極）
伸縮性電極１４は、一対の第一電極部１４１、第二電極部１４２によって構成される。第一電極部１４１は、第一縦電極部１４ａ、第一横電極部１４ｃを含んでいる。第二電極部１４２は、第二縦電極部１４ｂ、第二横電極部１４ｄを含んでいる。伸縮性電極１４は、所謂櫛歯電極であって、第一電極部１４１は第一縦電極部１４ａ、第一縦電極部１４ａに接続され、かつ第二縦電極部１４ｂに向かって延出する第一横電極部１４ｃを複数有している。また、第二電極部１４２は、第二縦電極部１４ｂ、第二縦電極部１４ｂに接続され、かつ第一縦電極部１４ａに向かって延出する第二横電極部１４ｄを複数有している。第一横電極部１４ｃ、第二横電極部１４ｄは、それぞれ等しいピッチに形成され、かつ、互いに交互になるように配置されている。第一横電極部１４ｃのピッチ、第二横電極部１４ｄのピッチは、例えば、電極幅：電極間隔が１：１から１：２程度が好ましい。櫛歯電極では、横電極部の間隔が小さいほど第一電極部１４１と第二電極部１４２との間に導通が起こり易い。

図２（ａ）に示すように、第一電極部１４１は、外部電極１５ａ及び配線部１６ａと電気的に接続されている。第二電極部１４２は、外部電極１５ｂ及び配線部１６ｂと電気的に接続されている。外部電極１５ａ、１５ｂは、伸縮電極１４の形成と同時に伸縮性導電材料で形成する事が好ましい。このようにすることにより、第一実施形態は、伸縮性電極１４に外部電極１５ａ、１５ｂを取り付けた後にも感湿シート１の柔軟性が損なわれることがない。また、外部電極１５ａ、１５ｂを導電性の柔軟材にて形成し、主面１１ｂとの間を導電性高柔軟性粘着剤の様な固定強化用粘着剤で物理的に固定しても良い。この様に形成しても、感湿シート１の柔軟性が損なわれることはない。外部電極１５ａと配線部１６ａ、外部電極１５ｂと配線部１６ｂとは互いに融合一体化していることが好ましい。
外部電極１５ａ、１５ｂは、第一電極部１４１、第二電極部１４２と外部の機器とを接続する。第一実施形態では、外部電極１５ａ、１５ｂが図示しない交流電源と接続し、第一電極部１４１、第二電極部１４２には交流の電力が供給される。
このとき、第一実施形態では、第一電極部１４１、第二電極部１４２間にかかる抵抗値を交流インピーダンス法により測定する。高周波パルスを発散させることによって得られるインピーダンスは、抵抗値に略等しいとして取り扱われる。

伸縮性電極１４は、導電材料を含んで構成されており導電性を有する。導電材料としては、銀、金、白金、カーボン、銅、アルミニウム、コバルトもしくはニッケル、またはこれらの合金等の導電性の良好な材料を選択することができる。導電材料の形状は特に限定されないが、顆粒または粉体等の粒子状とすることができる。粒子形状は特に限定されず、球状、針状、フレーク状、ナノワイヤ状等とすることができる。粒子のアスペクト比は、例えば１以上１００以下、特には１以上５０以下とすることができる。ここで、アスペクト比とは、三次元体の最長寸法と最短寸法の比を意味する。伸縮性電極１４を構成する粒子のアスペクト比を５以上２０以下とすることで、伸縮性基板１１が面内方向に伸長して長さ方向に変形した場合の抵抗変化を低く抑制することができる。

伸縮性電極１４は、さらに樹脂バインダを含むことが好ましい。即ち、第一実施形態の伸縮性電極１４は、樹脂材料に導電性粒子が分散して配合された導電性材料で形成されている。伸縮性電極１４が樹脂バインダを含むことにより、伸縮性電極１４が伸縮によって破断することが抑制される。樹脂バインダとしては、例えばウレタンやポリエステル等の樹脂を主成分とするバインダ、シリコーンゴム等の熱可塑性のエラストマー材料を挙げることができるが、これに限定されない。樹脂バインダとしては、塗膜化された状態における伸縮性電極１４の弾性率が伸縮性基板１１の弾性率に比して同等か、又はより小さくなるように低ヤング率のものを選定することが望ましい。エラストマー材料は一種類で用いてもよく、または複数種類のエラストマー材料を混合して用いてもよい。

伸縮性電極１４の製造方法は特に限定されないが、第一実施形態では、伸縮性電極１４を印刷法により形成した。即ち、伸縮性電極１４は、伸縮性を有する導電性ペーストを主面１１ｂに印刷塗布して形成された印刷パターンである。具体的な印刷法は特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷方法、インクジェット印刷方法、グラビア印刷方法、オフセット印刷方法等を例示することができる。このうち、微細解像性や厚膜安定性の観点から、スクリーン印刷が好適に用いられる。印刷法で伸縮性電極１４を形成する場合、上述した導電性粒子および樹脂バインダならびに有機溶剤を含む導電性ペーストを調製して用いることが好ましい。伸縮性電極１４に、銀等の金属粒子を主成分とする伸縮性の導電性ペーストを用いることによって、例えば５０％以上７０％以下程度の伸び率を実現することができ、伸長特性に優れた配線の形成が可能となる。

伸縮性電極１４の厚み寸法及び幅寸法は、無負荷時の抵抗率及び伸縮性基板１１の伸張時の抵抗変化のほか、伸縮性基板１１の全体の厚み寸法および幅寸法の制約に基づいて決定することができる。伸縮性基板１１の伸張時の寸法変化に追従させて良好な伸縮性を確保するという観点からは、伸縮性電極１４の幅寸法は、１０００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましく、２００μｍ以下であることがさらに好ましい。伸縮性電極１４の厚み寸法は、２５μｍ以下とすることができ、望ましくは１０μｍ以上１５μｍ以下である。

図３は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示した伸縮性電極１４の等価回路を示す図である。第一実施形態は、図３中の外部電極１５ａ、外部電極１５ｂ間の電圧を測定することにより、図３に示した等価回路を交流インピーダンス法によって解析することができる。図３に示した等価回路から導かれる感湿シート１のインピーダンスＺ_ｐは、以下の式（１）によって表される。なお、式（１）中の記号は以下の通りである。
Ｚ_ｐ＝Ｒ_ｐ＋２Ｒ_ｓ／（１＋Ｒ_ｓ・ｉｗＣｄ） ...式（１）
Ｒ_ｐ：溶液抵抗，Ｒ_ｓ：分極抵抗，Ｃｄ：二重層容量

なお、第一実施形態では、式（１）中の分極抵抗Ｒ_ｓをファラデーインピーダンスＺｆの値と略等しいものとして取り扱う。ファラデーインピーダンスＺｆは、電極界面における電荷や物質の移動に起因する値である。
図３に示した等価回路に無限大の高周波パルス、実際的には１０ＫＨｚ以上の高周波パルスを印加すると、式（１）のｉｗＣｄは無限大に向かう（発散する）。その結果、式（１）は、以下の式（２）のように表される。
Ｚｐ≒Ｒｐ ...式（２）
式（２）によれば、インピーダンスＺｐは、溶液抵抗Ｒｐに略均しい値となることが分かる。溶液抵抗Ｒｐは吸湿膜１２の抵抗値である。ここでは、このように求めた抵抗値を吸湿膜の抵抗値Ｒとして扱う。抵抗値Ｒは吸湿膜１２の吸湿の程度に応じて線形的に変化する。このため、測定した抵抗値Ｒを溶液抵抗Ｒｐとみなす方が、インピーダンスＺｐを溶液抵抗Ｒｐとみなすよりもより好ましい値となる。
また直流電源から直流を伸縮性電極１４に印加した場合の抵抗値は、分極抵抗Ｒｓが溶液抵抗Ｒｐに加算されてしまうため、吸湿膜の抵抗Ｒとしてみなす事は適切性に欠ける。このため、吸湿膜の抵抗値Ｒの測定には、上記した交流インピーダンス法を用いる事が好ましい。

（粘着層）
粘着層１３は、吸湿膜１２が設けられている主面１１ｂにおいて、吸湿膜１２の少なくとも一部が露出するように形成されている。このような点は、感湿シート１が吸湿膜１２の側を生体Ｓに向けて貼り付けられることによる。つまり、第一実施形態の感湿シート１は、吸湿膜１２がガーゼＧを介して生体Ｓに対向する。生体Ｓで発生した汗は、ガーゼＧを通り、吸湿膜１２に向かう。このため、粘着層１３が吸湿膜１２の全域を覆うと吸湿膜１２が十分に水分を吸収できなくなり、感湿シート１が湿度を検知する機能が果たせなくなる。
粘着層１３の厚みは吸湿膜１２と同等または適宜、それよりも厚くしても薄くしても良い。厚い場合または薄い場合、粘着層１２が塗布された伸縮基板１１の端部がやや伸縮された状態で生体Ｓへと貼着される。
吸湿膜１２の少なくとも一部は、特に吸湿膜１２のうちの露出部分の割合を規定するものではなく、生体Ｓに発生した汗に応じて外部電極１５ａ、外部電極１５ｂで測定される抵抗値が変化する面積が確保できればよい、

また、吸湿膜１２が生体Ｓに向かう第一実施形態の感湿シート１は、伸縮性基板１１が透湿性の低い不透湿膜としてもよい。ここで、不透湿膜とは、透湿度が著しく低い膜をいう。透湿度とは、一定時間に単位面積の膜状物質を通過する水蒸気の量をいう。透湿度の規格では、例えば、温度２５℃または４０℃において膜状物質を境界面とし、一方の側の空気を相対湿度９０％，他の側の空気を吸湿剤によって乾燥状態に保つ。透湿度は、このような状態において２４時間に境界面を通過する水蒸気の質量（ｇ）を、膜状物質１ｍ^２当たりに換算した値で表される。第一実施形態でいう不透湿膜は、例えば、透湿度が１００ｇ以下のものを指す。
伸縮性基板１１を不透湿膜とすることにより、吸湿膜１２に吸収された汗の水分は伸縮性基板１１を通過することなく吸湿膜１２内に留まるようになる。このため、吸湿膜１２では、吸収された水分が充分に広がり、感湿シート１から出力される信号を安定させることができる。ただし、第一実施形態は、伸縮性基板１１を不透湿膜とすることに限定されず、透湿性の高い透湿膜としてもよい。このようにすれば、吸湿膜１２に吸収された汗の水分は伸縮性基板１１を通過して上方へ抜けていく。このため、感湿シート１は、生体Ｓにおいて発生した汗の量の変化に高精度に反応し、実際の発汗量を正確に測定することができる。

＜感湿システム＞
次に、以上説明した感湿シート１を利用した第一実施形態の感湿システムを説明する。
図１に示したように、第一実施形態の感湿システムは、対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの身体に装着された感湿シート１と、図１に示した情報端末装置６によって構成されている。第一実施形態では、情報端末装置６が感湿に必要なアプリケーションを備えている。
図４は、情報端末装置６の感湿制御部６０を説明するための機能ブロック図である。感湿制御部６０は、感湿シート１の伸縮性電極１４が測定した電気的特性を取得する特性取得部である取得部６１と、取得部６１によって取得された抵抗値の経時変化を求める演算部６２と、を有している。演算部６２は、抵抗値の経時変化を求めるため、抵抗値を時系列に記録するログ部６２１、ログ部６２１の記録から抵抗値が変化する時間及び変化の大きさを検知する検知部６２２を有している。また、演算部６２の演算の結果に基づいて信号を出力する信号出力部６３を有している。
また、情報端末装置６を使って感湿シート１の検知信号を処理して発汗の以上を検知する第一実施形態では、上記信号出力部６３として情報端末装置６のサウンド機能、音楽再生機能、バイブレーション機能等を利用してもよい。図４に示した感湿制御部６０は、情報端末装置６上で動作するソフトウェア（アプリケーションプログラム）であり、情報端末装置６が有する既存のハードウェアを利用して動作するものである。

（動作）
図４に示した感湿制御部６０は、以下のように動作する。即ち、取得部６１は、感湿シート１が出力した検知信号を有線または無線により取得する。取得部６１は、検知信号の入力インターフェイスや受信機能を使って実現される。取得部６１によって取得された検知信号は、演算部６２に渡される。演算部６２では、ログ部６２１によって検知信号が入力順に記録される。
図５は、ログ部６２１によって記録された検知信号を例示したグラフを示す図である。図５のグラフは、横軸に時間ｔを、縦軸に検知信号が示す抵抗値Ｒを示している。図５に示した例は、対象者Ｏ_Ｂに取り付けた感湿シート１の検知信号を記録した例である。

感湿シート１は、第一電極部１４１、第二電極部１４２間の抵抗値Ｒを検知信号として時間Δｔごとに出力する。取得部６１は検知信号を順次取得し、ログ部６２１は取得された抵抗値を時間に対応付けて時系列に記録する。検知部６２２は、ログ部６２１の記録から、抵抗値の時間微分値（以下、ΔＲ／Δｔと記す）を検出する。ΔＲ／Δｔは、測定の開始から時刻ｔ直前まで連続して負の値をとり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間において正の値をとる。このような現象は、感湿シート１が生体Ｓに貼付された直後から吸湿膜１２の抵抗値が安定した後、伸縮性電極１４が伸張することによって発生する、あるいは吸湿膜１２から水分が気化することによって発生する。
さらに、ΔＲ／Δｔは、時刻ｔ３まで正の値をとり、時刻ｔ３、時刻ｔ４間において負の値をとる。このような現象は、吸湿膜１２が生体Ｓの汗を吸収し、抵抗値が下がったことによって発生する。なお、ΔＲ／Δｔが０である場合、発汗と吸湿膜１２内の水分の気化または伸縮性電極１４の伸長が定常状態にあると考えられる。

第一実施形態では、ΔＲ／Δｔの値が予め設定されている閾値以上になったとき、検知部６２２が発汗の異常を検知し、信号出力部６３に信号の出力を指示するようにしてもよい。また、第一実施形態では、ΔＲ／Δｔの値が連続して負の値をとる時間や回数が予め設定されている閾値に達したとき、信号出力部６３に信号の出力を指示するように信号出力部６３に信号の出力を指示するようにしてもよい。ΔＲ／Δｔの値の閾値や回数の閾値は、例えば、発汗を観測する目的に応じて決定することができる。
例えば、糖尿病の合併症の有無を判定する場合、検知部６２２は、設定された食事の時間後の一定の時間範囲において閾値以上の負のΔＲ／Δｔが検知されたことを検知するように設定することができる。

また、熱中症防止のために発汗をモニタリングする場合、検知部６２２は、例えば、負のΔＲ／Δｔが閾値以上の回数連続して検知されたことを検知するように設定することができる。さらに、熱中症を発症したことを検知する場合、負のΔＲ／Δｔが連続して検知された後、正または０のΔＲ／Δｔが検知されたときに信号出力部６３に熱中症を発症した可能性があることを示す警報を出力させるようにしてもよい。このような処理は、熱中症の初期症状においては汗が止まらなくなり、中度の熱中症においては汗が出なくなることに基づいて行われる。

以上説明した第一実施形態の感湿シート１は、伸縮性を有する伸縮性基板１１を対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂに装着して使用されるので、感湿シート１が対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの動きに追従して伸縮し、常に対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの身体表面に接触する。このため、感湿シート１は、対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂとの間に隙間が生じることがなく、対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂ発汗を速やかに検知することができる。また、第一実施形態の感湿シート１は、伸縮性基板１１を不透湿膜とし、生体Ｓの表面で発生した汗を吸湿膜１２に充分いきわたらせて安定した抵抗値を得ることができる。
さらに、このような感湿シート１を用いて感湿システムを構築すれば、疾病の状態や熱中症等の自律神経の乱れに起因する身体の状態を客観的に評価することが可能になる。

（変形例）
なお、第一実施形態の感湿システムは、このような構成に限定されるものではない。例えば、以上説明した感湿システムは感湿シート１から第一電極部１４１、第二電極部１４２間の抵抗値を出力し、これを情報端末装置６において処理している。しかし、第一実施形態の感湿システムは、図４に示した感湿制御部６０の機能の少なくとも一部の機能を感湿シート１の側に設けるものであってもよい。
図６は、上記構成の第一実施形態の感湿システムに適用される感湿シート４（変形例）を説明するための図である。図６に示した感湿シート４は、制御回路５を有する点で図２に示した感湿シート１と相違する。制御回路５は、図４に示した機能のうち、例えば、取得部６１、演算部６２を備え、検知部６２２の検知結果を情報端末装置６に無線または有線によって出力し、情報端末装置６において音やバイブレーション等を発生させるものであってもよい。また、このような構成では、感湿制御部６０は、汎用的な情報端末装置において動作するアプリケーションプログラムではなく、組み込みプロセッサ等の専用のシステムであってもよい。制御回路５は、１チップマイコン等の小型のＩＣ（Integrated Circuit）として構成することができる。

制御回路５は、一対の端子５ａ、５ｂを備えている。配線部１６ａ、１６ｂは、それぞれ端子５ａ、５ｂと重ねられる。図６においては、制御回路５が伸縮性基板１１上に搭載されている例を示したが、本変形例は、このような構成に限定されるものではない。例えば、制御回路５を１１とは別の伸縮性を有する基板に設けてもよいし、感湿シート１の伸縮性を損なわない範囲の厚さを有し、伸縮性基板１１よりも硬い膜を伸縮性基板１１に設けて制御回路５を搭載するようにしてもよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態の感湿シート２は、伸縮性電極１４及び吸湿膜１２が、感湿シート２が貼り付けられた状態において外部に向けて形成されている点で第一実施形態の感湿シート１と相違する。
図７（ａ）、図７（ｂ）は、第二実施形態の感湿シート２を説明するための図であって、図７（ａ）は感湿シート２の上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中に示した矢線ＩＩ−ＩＩで感湿シート２を切った断面を矢線ＩＩ−ＩＩ方向に見た断面図である。図７（ｂ）に示すように、第二実施形態の感湿シート２は、伸縮性基板１１の主面１１ａに伸縮性電極１４及び吸湿膜１２が形成されている。

上記第二実施形態の感湿シート２は、伸縮性電極１４及び吸湿膜１２が、感湿シート２の貼付面の裏面に形成されることになる。このため、感湿シート２は、生体Ｓで発生した汗の水分が伸縮性基板１１の主面１１ｂから吸湿膜１２に吸収される。このため、感湿シート２の伸縮性基板１１は、透湿性を有する透湿膜である。なお、第二実施形態でいう透湿膜の透湿性膜は、例えば、透湿度が２０００ｇ以上のもの指す。

また、主面１１ａに吸湿膜１２が形成される感湿シート２では、主面１１ａに吸湿膜１２が形成されている領域の裏面（主面１１ｂ）の全域を粘着層２３が覆うとすると、水分が主面１１ｂから吸湿膜１２に浸透することができず、吸湿膜１２が感湿機能を果たせなくなる。このため、第二実施形態の粘着層２３は、吸湿膜１２が設けられている主面１１ａの裏面（主面１１ｂ）において、主面１１ａに吸湿膜１２が形成されている領域の裏面の少なくとも一部が露出するように形成されている。
吸湿膜１２が形成されている領域の裏面の少なくとも一部は、特に裏面のうちの露出部分の割合を規定するものではなく、生体Ｓに発生した汗に応じて外部電極１５ａ、外部電極１５ｂで測定される抵抗値が変化する面積が確保できればよい、すなわち粘着層２３は、主面１１ｂのうち、主面１１ａに吸湿膜１２が形成されている領域の裏面の少なくとも一部に非形成である。

さらに、伸縮性基板１１を通して汗の水分が吸湿膜１２に吸収される感湿シート２では、吸湿膜１２は、第一電極部１４１、第二電極部１４２がある位置から汗を吸収することができない。第二実施形態では、伸縮性電極１４が複数の第一電極部１４１、第二電極部１４２を含んでいる。このため、第二実施形態では、汗が、第一電極部１４１、第二電極部１４２間の隙間や第一横電極部１４ｃと第二横電極部１４ｄとの隙間を通って吸湿膜１２に吸収される。このような機構の第二実施形態において、伸縮性電極１４において生じる隙間の裏面を粘着層２３が覆うとすると、汗が吸湿膜１２に吸収されずに吸湿膜１２の感湿機能が果たせなくなる。
以上のことから、第二実施形態の粘着層２３は、主面１１ａの第一電極部１４１、第二電極部１４２の間の領域の裏面の少なくとも一部が露出するように形成されている。
このような第二実施形態によれば、汗の水分が第一電極部１４１、第二電極部１４２間に集中して吸収されて、第一電極部１４１、第二電極部１４２間の抵抗が吸収された水分量に応じて高精度に変化するようになる。

（変形例）
また、第二実施形態は、上記感湿シート２に限定されるものではない。例えば、感湿シート２は、対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの身体表面に貼り付けた際、吸湿膜１２が表面に露出する。このような感湿シート２においては、外気に含まれる水分等が吸湿膜１２に吸収される、あるいは吸湿膜１２に吸収された水分が気化して外部に放出される等して発汗量の検知に影響が及ぶ恐れがある。また、吸湿膜１２が保護されずに剥き出しになっていることから、吸湿膜１２への接触時などには吸湿膜１２が傷つく恐れがある。
上記点に鑑みて、第二実施形態の感湿シートは、吸湿膜１２を覆い、伸縮性を有する伸縮性保護膜１８をさらに有するものであってもよい。
図８（ａ）、図８（ｂ）は、このような第二実施形態の変形例の感湿シート３を示した図であって、図８（ａ）は感湿シート３の上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中に示した矢線ＩＩＩ−ＩＩＩで感湿シート３を切った断面を矢線ＩＩＩ−ＩＩＩ方向に見た断面図である。伸縮性保護膜１８は、吸湿膜１２の全面を覆い、外気が吸湿膜１２に影響を及ぼすことや吸湿への接触を防いでいる。

伸縮性保護膜１８は、伸縮性及び通気性を有し、かつ、透湿性を有さない膜であることが好ましい。このような伸縮性保護膜１８に使用される材料としては、例えば、エラストマー材料を用いることができる。また、伸縮性保護膜１８には、伸縮性基板１１と共通の樹脂材料を用いてもよい。これにより、伸縮性基板１１の伸縮性を損なうことなく吸湿膜１２を保護することができる。伸縮性保護膜１８は、エラストマー系のペーストを吸湿膜１２上に塗布及び乾燥させて作成することができる。このほか、予めシート状に作成された伸縮性保護膜１８を、吸湿膜１２に対して貼付してもよく、または接着剤を用いて接合してもよい。
伸縮性保護膜１８の厚みは特に限定されないが、伸縮性基板１１の伸縮性を妨げないという観点からは、１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましく、３０μｍ以下であることがさらに好ましい。

このような第二実施形態によれば、通気性の伸縮性基板１１において汗の水分が拡散されて吸湿膜１２に達する。また、水分は、伸縮性電極１４の第一電極部１４１、第二電極部１４２間を通って吸湿膜１２に吸収されるので、第一電極部１４１、第二電極部１４２間の抵抗値が水分の吸収に対して高い応答性を持つ。このため、第二実施形態の感湿シート２は、発汗量の変化に対して高い感度を持つことができる。さらに、変形例によれば、吸湿膜１２が外気から水分を吸収することや吸湿膜１２への接触を防ぎ、より正確に発汗量を検知することができ、傷つかない感湿シート３を提供することができる。

上記実施形態および実施例は、以下の技術思想を包含するものである。
＜１＞伸縮性を有する伸縮性基板と、前記伸縮性基板の主面に設けられ、吸収された水分量に応じて電気的特性が変化する吸湿膜と、前記主面に設けられると共に、伸縮性を有して前記吸湿膜の電気的特性を測定する伸縮性電極と、を含む感湿シート。
＜２＞前記伸縮性基板の一部領域に形成され、粘着性を有する粘着層をさらに有する、＜１＞の感湿シート。
＜３＞前記粘着層は、前記吸湿膜が設けられている前記主面において前記吸湿膜の少なくとも一部が露出するように形成される、＜２＞の感湿シート。
＜４＞前記伸縮性基板が透湿性の低い不透湿膜である、＜３＞の感湿シート。
＜５＞前記粘着層は、前記吸湿膜が設けられている前記主面の裏面において、前記主面に前記透湿膜が形成されている領域の裏面の少なくとも一部が露出するように形成される、＜２＞の感湿シート。
＜６＞前記伸縮性電極が複数の電極部を有し、前記粘着層は、前記主面の複数の前記電極部の間の領域の裏面の少なくとも一部が露出するように形成される、＜５＞の感湿シート。
＜７＞前記伸縮性基板が、透湿性を有する透湿膜である、＜５＞または＜６＞の感湿シート。
＜８＞前記吸湿膜を覆い、伸縮性を有する伸縮性保護膜をさらに有する、＜５＞から＜７＞のいずれか一つの感湿シート。
＜９＞＜１＞から＜８＞のいずれか一つの感湿シートと、前記感湿シートの前記伸縮性電極が測定した電気的特性を取得する特性取得部と、前記特性取得部によって取得された前記電気的特性の経時変化を求める演算部と、前記演算部の演算の結果に基づいて信号を出力する信号出力部と、を含む感湿システム。

感湿シート...１、２、３、４
制御回路...５
端子...５ａ、５ｂ
情報端末装置...６
伸縮性基板...１１
主面...１１ａ、１１ｂ
吸湿膜...１２
粘着層...１３、２３
伸縮性電極...１４
第一縦電極部...１４ａ
第二縦電極部...１４ｂ
第一横電極部...１４ｃ
第二横電極部...１４ｄ
外部電極...１５ａ、１５ｂ
配線部...１６ａ、１６ｂ
伸縮性保護膜...１８
アプリケーション...６０
取得部...６１
演算部...６２
信号出力部...６３
第一電極部...１４１
第二電極部...１４２
ログ部...６２１
検知部...６２２
ガーゼ...Ｇ
対象者...Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂ
生体...Ｓ

吸湿膜１２は、吸水量に応答性を有するポリマーが分散されているＰＶＡ−シリカ複合体であってもよい。このような吸湿膜１２は、例えば、ポリマーが混合されている溶液内に伸縮性電極１４がパターンニングされた伸縮性基板１１を漬浸した後、定速でゆっくりと引き上げ、乾燥させることによって形成することができる。伸縮性基板１１が漬浸される溶液としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とポリスチレンスルホン酸ナトリウム（ＰＳＳＮａ）を水とエタノールの混合溶媒（４：１）で還流することにより溶解させたものにテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と触媒である塩酸を加えた溶液が使用できる。伸縮性基板１１の乾燥方法は自然乾燥でも、強制乾燥でも構わない。この際、振動を与えないよう細心の注意が必要となる。
また、吸湿膜１２は、純水５０質量％とメタノール５０質量％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質量％とスチレンブタジエンラテックスエマルジョン１質量％とをスタータ混合した混合液を伸縮性電極１４に塗付することによっても形成できる。塗付は、例えば、該混合液を吐出器に充填し、伸縮性電極１４に塗布して、１００℃、１時間の条件で乾燥させることによって実現できる。

（変形例）
また、第二実施形態は、上記感湿シート２に限定されるものではない。例えば、感湿シート２は、対象者Ｏ_Ａ、Ｏ_Ｂの身体表面に貼り付けた際、吸湿膜１２が表面に露出する。このような感湿シート２においては、外気に含まれる水分等が吸湿膜１２に吸収される、あるいは吸湿膜１２に吸収された水分が気化して外部に放出される等して発汗量の検知に影響が及ぶ恐れがある。また、吸湿膜１２が保護されずに剥き出しになっていることから、吸湿膜１２への接触時などには吸湿膜１２が傷つく恐れがある。
上記点に鑑みて、第二実施形態の感湿シートは、吸湿膜１２を覆い、伸縮性を有する伸縮性保護膜１８をさらに有するものであってもよい。
図８（ａ）、図８（ｂ）は、このような第二実施形態の変形例の感湿シート３を示した図であって、図８（ａ）は感湿シート３の上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中に示した矢線ＩＩＩ−ＩＩＩで感湿シート３を切った断面を矢線ＩＩＩ−ＩＩＩ方向に見た断面図である。伸縮性保護膜１８は、吸湿膜１２の全面を覆い、外気が吸湿膜１２に影響を及ぼすことや吸湿膜１２への接触を防いでいる。

上記実施形態および実施例は、以下の技術思想を包含するものである。
＜１＞伸縮性を有する伸縮性基板と、前記伸縮性基板の主面に設けられ、吸収された水分量に応じて電気的特性が変化する吸湿膜と、前記主面に設けられると共に、伸縮性を有して前記吸湿膜の電気的特性を測定する伸縮性電極と、を含む感湿シート。
＜２＞前記伸縮性基板の一部領域に形成され、粘着性を有する粘着層をさらに有する、＜１＞の感湿シート。
＜３＞前記粘着層は、前記吸湿膜が設けられている前記主面において前記吸湿膜の少なくとも一部が露出するように形成される、＜２＞の感湿シート。
＜４＞前記伸縮性基板が透湿性の低い不透湿膜である、＜３＞の感湿シート。
＜５＞前記粘着層は、前記吸湿膜が設けられている前記主面の裏面において、前記主面に前記吸湿膜が形成されている領域の裏面の少なくとも一部が露出するように形成される、＜２＞の感湿シート。
＜６＞前記伸縮性電極が複数の電極部を有し、前記粘着層は、前記主面の複数の前記電極部の間の領域の裏面の少なくとも一部が露出するように形成される、＜５＞の感湿シート。
＜７＞前記伸縮性基板が、透湿性を有する透湿膜である、＜５＞または＜６＞の感湿シート。
＜８＞前記吸湿膜を覆い、伸縮性を有する伸縮性保護膜をさらに有する、＜５＞から＜７＞のいずれか一つの感湿シート。
＜９＞＜１＞から＜８＞のいずれか一つの感湿シートと、前記感湿シートの前記伸縮性電極が測定した電気的特性を取得する特性取得部と、前記特性取得部によって取得された前記電気的特性の経時変化を求める演算部と、前記演算部の演算の結果に基づいて信号を出力する信号出力部と、を含む感湿システム。

Claims

伸縮性を有する伸縮性基板と、
前記伸縮性基板の主面に設けられ、吸収された水分量に応じて電気的特性が変化する吸湿膜と、
前記主面に設けられると共に、伸縮性を有して前記吸湿膜の電気的特性を測定する伸縮性電極と、を含む感湿シート。
前記伸縮性基板の一部領域に形成され、粘着性を有する粘着層をさらに有する、請求項１に記載の感湿シート。
前記粘着層は、前記吸湿膜が設けられている前記主面において前記吸湿膜の少なくとも一部が露出するように形成される、請求項２に記載の感湿シート。
前記伸縮性基板が透湿性の低い不透湿膜である、請求項３に記載の感湿シート。
前記粘着層は、前記吸湿膜が設けられている前記主面の裏面において、前記主面に前記透湿膜が形成されている領域の裏面の少なくとも一部が露出するように形成される、請求項２に記載の感湿シート。
前記伸縮性電極が複数の電極部を有し、前記粘着層は、前記主面の複数の前記電極部の間の領域の裏面の少なくとも一部が露出するように形成される、請求項５に記載の感湿シート。
前記伸縮性基板が、透湿性を有する透湿膜である、請求項５から６のいずれか一項に記載の感湿シート。
前記吸湿膜を覆い、伸縮性を有する伸縮性保護膜をさらに有する、請求項５から７のいずれか一項に記載の感湿シート。
請求項１から８のいずれか一つの感湿シートと、
前記感湿シートの前記伸縮性電極が測定した電気的特性を取得する特性取得部と、
前記特性取得部によって取得された前記電気的特性の経時変化を求める演算部と、
前記演算部の演算の結果に基づいて信号を出力する信号出力部と、を含む感湿システム。