JP6327459B2 - 起電モジュール、及び、着用物品 - Google Patents

Description

本発明は、起電モジュール、及び、着用物品に関する。

おむつ等の着用物品において、排泄を検知して信号を発生させ、当該信号に基づいておむつの着用者やその世話をする人に対して排泄があったことを知らせる排泄検知機能に関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、おむつの吸収体に１対の電極を設けておき、おむつ内に排泄された尿と当該電極とが接触したときに生じる起電力を利用して、おむつの外部に設けられた情報処理端末等に排泄情報を送信することで排泄検知を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、曲げ剛性を適当に調整した電極を用いることにより、おむつ着用時において吸収体が変形した場合であっても、安定的に起電力を発生して排泄情報等を送信することが可能な技術が開示されている。

特開２０１１−１３６０５５号 特開２０１３−９４１７５号

特許文献１及び２に開示された発明では、おむつの吸収体表面に薄板状の電極を設け、当該電極において膜状に露出した電極成分が尿と接触するときに発生する起電力を用いて情報の送信が行われる。従来、電極の材料としてはマンガン（Ｍｎ）等の金属が用いられることが一般的であったが、近年、安全性や加工性確保の目的で電極材料としてカーボン（Ｃ）を用いることが要望されている。
一方、情報を送信するための送信手段を起動させるには最低０．８Ｖ程度の起電力が必要であるところ、尿とカーボン電極との接触によって得られる起電力は微小であり、十分な大きさのエネルギーを蓄えるためには、別途昇圧装置等を利用して昇圧する必要があった。このような昇圧装置を使用する場合、昇圧に時間がかかると排泄情報をタイミングよく発信することができず、良好な排泄検知性能を発揮することが難しくなる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、尿と接触することによって起電力を発生する電極を有する起電モジュールにおいて、十分な大きさの起電力を短時間で発生させることである。

上記目的を達成するための主たる発明は、排泄物を受ける吸収体を有する着用物品に備えられた起電モジュールであって、
イオン化傾向の異なる材料によって構成された１対の電極を有し、
前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙部を有する骨格構造であり、
前記１対の電極が前記吸収体に排泄された尿と接触することによって起電力を発生し、
前記１対の電極のうち前記骨格構造を有する第１の電極が前記吸収体の肌側に配置され、
前記１対の電極のうち前記第１の電極と異なる第２の電極が前記吸収体の非肌側に配置される、ことを特徴とする起電モジュールである。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、尿と接触することによって起電力を発生する電極を有する起電モジュールにおいて、十分な大きさの起電力を短時間で発生させることが可能になる。

実施形態に係る排泄検知システム１の全体概略構成図である。 おむつ１０の平面展開図である。 図２のＡ−Ａ線に沿ったおむつ１０の断面図である。 おむつ１０に備えられる起電モジュール１００及び無線送信モジュール１５０の構成を表すブロック図である。 図５Ａは、第１電極１０１の表面の状態を拡大して表した図である。図５Ｂは、図５Ａの破線で囲まれる領域を拡大して表した図である。 比較例と本実施形態とで同条件で実験を行った場合における時間変化に対する起電力の大きさの変化の違いについて説明する図である。 変形例１で、第１電極１０１及び第２電極１０２の配置を入れ替えた場合のおむつ１０の断面図である。 変形例２で、第１電極１０１及び第２電極１０２をおむつ１０の幅方向に並べて配置した場合のおむつ１０の断面図である。 変形例３で、おむつ１０のセカンドシート１２に第１電極の機能を持たせた場合のおむつ１０の断面図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
排泄物を受ける吸収体を有する着用物品に備えられた起電モジュールであって、イオン化傾向の異なる材料によって構成された１対の電極を有し、前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、骨格及び該骨格間に設けられた空隙を有する骨格構造であり、前記１対の電極が前記吸収体に排泄された尿と接触することによって起電力を発生する、ことを特徴とする起電モジュール。

このような起電モジュールによれば、尿と接触することによって起電力を発生する電極を有する起電モジュールにおいて、十分な大きさの起電力を短時間で発生させることが可能になる。

かかる起電モジュールであって、前記骨格構造を有する電極は、互いに隣接する複数の前記空隙部を有し、隣接する２つの前記空隙部の間では液体が自在に移動可能である、ことが望ましい。

このような起電モジュールによれば、排泄された尿が、互いに隣接する空隙間を自由に移動することができるため、電極が液体透過性を有するようになる。これにより、電極面に尿が滞留することが抑制され、吸収体による吸収性能を悪化させることなく、起電力を発生させることができるようになる。

かかる起電モジュールであって、前記１対の電極のうち前記骨格構造を有する第１の電極において、前記骨格部には複数のカーボン粒子が付着している、ことが望ましい。

このような起電モジュールによれば、排泄された尿が、空隙間を流れる際に、骨格部に付着したカーボン粒子と接触する可能性が高くなる。これにより、電解液である尿が電極材料となるカーボンの成分と接触する表面積が大きくなり、酸化還元反応を進行させやすくなる。

かかる起電モジュールであって、前記１対の電極のうち前記第１の電極と異なる第２の電極は、膜状のアルミニウムによって形成されている、ことが望ましい。

このような起電モジュールによれば、１対の電極をカーボン骨格構造電極とアルミニウム膜状電極とで構成することにより、安全性が高く、かつ、必要な起電力を短時間で発生可能な起電モジュールを実現することができる。

かかる起電モジュールであって、前記１対の電極のうち前記骨格構造を有する第１の電極が前記吸収体の肌側に配置され、前記１対の電極のうち前記第１の電極と異なる第２の電極が前記吸収体の非肌側に配置される、ことが望ましい。

このような起電モジュールによれば、１対の電極が吸収体を上下に挟み込むような配置となるため、電極間で尿が接触しやすくなり、起電力を発生させやすくなる。その際、骨格構造を有する第１電極を吸収体の上側（肌側）に配置することで、尿が速やかに第１電極を透過するため、電極面に尿が滞留することによって着用者に不快感を与えたり、吸収体による尿の吸収が妨げられたりすることが抑制される。

かかる起電モジュールであって、前記着用物品は、前記吸収体と着用者の肌との間において前記吸収体と接するように設けられたシート部材を備え、前記シート部材は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙を有する骨格構造であり、前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、前記シート部材の所定の領域にカーボンインクを用いて印刷を施すことにより形成される、ことが望ましい。

このような起電モジュールによれば、着用物品を構成するシート部材（おむつのセカンドシート）自体に第１の電極を形成することが可能となり、第１の電極を別途設ける必要がなくなる。これにより、おむつを構成する部品点数を減らすことが可能となり、おむつの製造コストを削減するとともに、おむつの製造工程を簡略化することができる。

また、排泄物を受ける吸収体と、前記吸収体を肌側から覆う液体透過性のトップシートと、前記吸収体を非肌側から覆う液体不透過性のバックシートと、前記吸収体と接するように配置され、イオン化傾向の異なる材料によって構成された１対の電極を備える起電モジュールであって、前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙を有する骨格構造であり、前記１対の電極が前記吸収体に排泄された尿と接触することによって起電力を発生する起電モジュールと、を備える、ことを特徴とする着用物品、が明らかとなる。

このような着用物品によれば、当該着用物品に設けられた起電モジュールであって、尿と接触することによって起電力を発生する電極を有する起電モジュールにおいて、十分な大きさの起電力を短時間で発生させることが可能となる。

かかる着用物品であって、前記起電モジュールによって発生した起電力を利用して、所定の情報を含む無線信号を無線送信する無線送信モジュールを更に備える、ことが望ましい。

このような着用物品によれば、起電モジュールによって発生した起電力を用いて排泄があったことを示す情報を含む信号を外部に発信することができる。これにより、効率的な排泄検知システムを実現することができる。

＝＝＝実施形態＝＝＝
はじめに、本実施形態に係る起電モジュールを用いた排泄検知システムについて説明する。起電モジュールは着用物品として、例えば使い捨ておむつ等に取り付けて使用される。

＜排泄検知システムの全体構成＞
図１は、本実施形態に係る排泄検知システム１の全体概略構成図である。図１に示すように、排泄検知システム１は、使い捨ておむつ１０、無線中継局２０、及び検知サーバ３０によって構成される。

使い捨ておむつ１０（以下単におむつ１０とも呼ぶ）は、いわゆるオープンタイプ（テープ固定式）やパンツタイプの紙おむつであり、尿と接触することによって起電力を発生する起電モジュール１００と、無線中継局２０に向けて無線信号を送信する無線送信モジュール１５０とが搭載されている。

起電モジュール１００は１対の起電電極を有し、当該起電電極がおむつ１０に排泄された尿と接触することによって、尿を電解液として或る大きさの起電力を発生させる。無線送信モジュール１５０は、所定の無線通信方式に従った無線信号を無線中継局２０に向けて送信する。本実施形態の無線送信モジュール１５０は、起電モジュール１００が尿と接触した際に発生する起電力を利用して、排尿があったことを示す排泄情報を含んだ無線信号を無線中継局２０に向けて送信する。また、無線送信モジュール１５０は、排泄情報以外の他の情報を含む信号を無線中継局２０に向けて送信してもよい。例えば、不図示の温度センサーによって検出される温度データを含む無線信号を送信するのであってもよい。

無線中継局２０は、無線送信モジュール１５０から送信された無線信号を受信して、検知サーバ３０に対して無線信号が送信されたことを示す信号を送信する。検知サーバ３０は、無線中継局２０からの信号を受信すると、当該信号に基づいて使い捨ておむつ１０における排泄の有無等を検出し、必要に応じて外部の情報処理端末（例えば携帯電話）や表示装置に、排泄を検知したことを通知する。

＜着用物品の構成＞
次に、本実施形態において用いられる着用物品としての使い捨ておむつ１０の構成について説明する。図２は、おむつ１０の平面展開図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿ったおむつ１０の断面図である。また、図２及び図３に示されるように、展開状態のおむつ１０の長手方向、長手方向と交差する幅方向、長手方向及び幅方向と交差する厚さ方向を定義する。また、図３に示されるように、厚さ方向の上側を（着用者の）肌側とし、厚さ方向の下側を（着用者の）非肌側とする。

図２及び図３に示されるように、おむつ１０は、トップシート１１と、セカンドシート１２と、吸水紙１３と、吸収体１４と、バックシート１５と、バック不織布１６と、ギャザー不織布１７と、ギャザー用弾性部材１８と、を備える。

トップシート１１はおむつ１０の着用時において着用者の肌と直に接する液体透過性のシート状部材であり、例えば密度２５ｇ／ｍ^２程度のスルーエア不織布によって構成される。セカンドシート１２は、トップシート１１と重ねて着用者の非肌側に設けられる液体透過性のシート状部材であり、トップシート１１と同様に密度２５ｇ／ｍ^２程度のスルーエア不織布等によって構成される。また、トップシート１１及びセカンドシート１２の厚さ方向の間に弾性部材を伸長させた状態で接着固定して保持させることにより、当該弾性部材による伸縮力をトップシート１１及びセカンドシート１２に作用させることができる。これにより、おむつ１０には適度な伸縮性が付与され、着用時における良好なフィット感を実現することができる。

吸収体１４は、セカンドシート１２及びバックシート１５の厚さ方向の間に設けられた液体吸収性の部材であり、おむつ１０に排泄された尿等の排泄物を受ける部材である。吸収体１４は、例えば、密度３４０ｇ／ｍ^２程度で重量比率が５０％：５０％のパルプ及びＳＡＰによって構成される。おむつ１０の着用者が尿等を排泄すると、排泄物はトップシート１１及びセカンドシート１２を透過して吸収体１４に到達し、吸収体１４によって吸収される。また、吸収体１４の表面を覆うようにしてティッシュ等の給水紙１３が設けられる。

バックシート１５は、吸収体１４の厚さ方向下側に設けられる液体不透過性のシート状部材であり、例えば密度１８ｇ／ｍ^２程度のポリエチレンフィルムによって構成される。おむつ１０では、吸収体１４と着用者の衣服との間に液体不透過性のバックシート１５が設けられているため、吸収体１４によって吸収しきれなかった尿等の排泄物があふれた場合でも、バックシート１５によって排泄物が衣服側に移動することが抑制されるので、当該排泄物によって衣服が濡れたり汚れたりするといった問題は生じにくい。バック不織布１６はバックシート１５に重ねて設けられるシート状部材であり、例えば。密度１７ｇ／ｍ^２程度のスパンボンド不織布によって構成される。バック不織布１６はおむつ１０の最も外側の面を構成し、着用者の衣服と接触する部材である。なお、バックシート１５とバック不織布１６との間にも伸長状態の弾性部材が保持され、おむつ１０に伸縮性を付与している。

吸収体１４の幅方向外側には、一対のギャザー不織布１７が備えられる。ギャザー不織布１７は、例えば密度１５ｇ／ｍ^２程度のスパンボンド‐メルトブロン‐スパンボンド不織布によって構成される。そして、ギャザー不織布１７の自由端部には、糸ゴム等からなるギャザー用弾性部材１８が長手方向に沿って備えられる。おむつ１０の着用状態においては、ギャザー用弾性部材１８の伸縮力によって、図３に示されるようにギャザー不織布１７が厚さ方向に起立し、尿等の排泄物が吸収体１４の幅方向外側に漏出するのを抑制する壁部として機能する。

図２に示されるように、おむつ１０には、起電モジュール１００及び無線送信モジュール１５０が備えられる。起電モジュール１００は、第１電極１０１及び第２電極１０２からなる１対の電極を有している。本実施形態では、図３に示されるように第１電極１０１がセカンドシート１２と吸収体１４との間、すなわち吸収体１４の肌側に設けられる。また、第２電極１０２が吸収体１４とバックシート１５との間、すなわち吸収体１４の非肌側に設けられている。１対の電極は、それぞれおむつ１０の幅方向の中央部付近で長手方向に沿って配置され、吸収体１４を厚さ方向に挟み込むことで、吸収体１４に吸収された排泄物（尿）と接触しやすい構造となっている。第１電極１０１及び第２電極１０２の詳細については後で説明する。

無線送信モジュール１５０は、起電モジュール１００に対して外付けできるように構成され、起電モジュール１００の端部において起電モジュール１００と電気的に接続される。
本実施形態において、起電モジュール１００の無線送信モジュール１５０との接続部は、ておむつ１０のバックシート１５側より取り出した構造となっており、当該接続部に無線送信モジュール１５０が接続される。

＜起電モジュール１００及び無線送信モジュール１５０の構成＞
続いて、起電モジュール１００及び無線送信モジュール１５０の構成について説明する。図４は、おむつ１０に備えられる起電モジュール１００及び無線送信モジュール１５０の構成を表すブロック図である。

（起電モジュール１００）
起電モジュール１００は第１電極１０１及び第２電極１０２からなる１対の起電電極を有する。第１電極１０１と第２電極１０２とはそれぞれイオン化傾向の異なる材料によって構成され、おむつ１０に排泄された尿と接触することによって、当該尿を電解液として或る大きさの起電力を発生させる。

本実施形態の起電モジュール１００が備える１対の起電電極のうち、第１電極１０１はスポンジ状の薄板基材にカーボンインクを含ませたもの（カーボン印刷シート）である。具体的には、長手方向の長さが２８０ｍｍ程度、幅が１０〜２８０ｍｍ程度、厚さが０．２５〜１．５ｍｍ程度の略長方形形状のスポンジ基材にカーボン印刷を施した部材である。なお、第１電極１０１の形状や大きさはおむつ１０のサイズや使用用途、もしくは必要起電力の大きさに応じて適宜変更可能である。本実施形態では、実験を行った結果から安定して起電力を得やすいように、第１電極１０１の幅を４０ｍｍ程度としている。カーボン印刷に用いるカーボンインクとしては、以下で説明する骨格構造の空隙部を塞いでしまうことが無い程度の流動性を有するインクが適しており、例えば、カーボン６０％、ポリエステル系の樹脂溶剤が４０％の組成を有する液体（インク）が用いられる。このようなカーボンインクをスポンジ状薄板基材の片面側に塗布しつつ逆面側から該カーボンインクを吸引することで、第１電極１０１を形成する。

第１電極１０１における「スポンジ状」とは、骨格及び該骨格の間に設けられた空隙を有する骨格構造体のことである。図５Ａは、第１電極１０１の表面の状態を拡大して表した図である。図５Ｂは、図５Ａの破線で囲まれる領域をさらに拡大して表した図である。図５Ａに示されるように、第１電極１０１は、ウレタン等の繊維が絡み合った骨格部１０１ａと、当該骨格部１０１ａの間に形成される空隙部１０１ｂとを有する。また、電極の表面部分だけでなく電極の内部も同等の構造となっており、第１電極１０１は全体に亘ってこのような空隙部１０１ｂを複数有する骨格構造である。骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙部を複数有することにより、第１電極１０１は、隣接する気泡同士が繋がることで気体や液体を通すことができる連続気泡体のような構造（連泡構造）となっている。これにより、第１電極１０１は、互いに隣接する空隙間で液体を自在に移動させることが可能な液体透過性を有する。

そして、このような骨格構造体にカーボン印刷が施されることによって、図５Ｂに示されるように、骨格部１０１ａの表面にはカーボン（Ｃ）の微粒子が多数付着した状態となっている。この状態で第１電極１０１に尿が接触すると、尿は空隙部１０１ｂを流れながら電極内を移動し、その際、骨格部１０１ａに付着したカーボンの微粒子と接触しやすくなる。すなわち、骨格構造をとることによって、電解液である尿が第１電極１０１の電極材料であるカーボンの成分と接触する面積（表面積）が大きくなる。なお、図５Ｂにおけるカーボン粒子は概念的に表されたものであり、実際のカーボン粒子の形状や大きさ、数量は図５Ｂに表される限りではない。

また、本実施形態では、図３に示されるように、第１電極１０１が吸収体１４の厚さ方向上側（肌側）に配置されているため、排泄された尿を第１電極１０１が吸収体１４よりも先に受ける構成となる。従来、液体不透過性の電極が吸収体の上に配置される場合、電極の表面に尿が滞留して着用者に不快感を与えたり、吸収体による尿の吸収が妨げられたりするおそれがあった。特に、電極の幅が広い場合（例えば本実施形態のように４０ｍｍ程度の幅を有する場合）には問題となりやすい。しかし、本実施形態の第１電極１０１では、上述したような液体透過性を有する骨格構造により、尿は第１電極１０１を透過して速やかに吸収体１４０に吸収されるため、電極の表面に尿が滞留したり、吸収体１４０の吸収性を妨げたりすることが抑制される。逆に、第１電極１０１を吸収体１４の厚さ方向上側に配置することで、電極成分（カーボン）と尿とがより接触しやすくなるため、安定して起電力を発生させやすくなる。

さらに、第１電極１０１は骨格構造を有することから、それ自体の柔軟性が高い。従来、おむつ１０内に電極を備える場合、着用者の身体の動きによるおむつ１０（吸収体１４）の変形に伴って該電極と尿とが接触しにくくなり、排泄検知機能が正常に働かなくなる場合があった。しかし、本実施形態の第１電極１０１はおむつ１０の変形に追随して柔軟に変形可能であるため、着用者の身体の動きに関わらず尿と電極とが接触しやすく、起電力を発生させやすい。そして、柔軟性が高いことから、第１電極１０１が着用者の肌に近い位置（図３において、トップシート１１及びセカンドシート１２を介して着用者の身体と対向する位置）に配置される場合であっても、着用者に対しておむつ１０着用時における違和感を与えにくい。

なお、上述の例では第１電極１０１としてスポンジの薄板を用いる場合について説明したが、骨格構造を有する電極であれば、スポンジ以外の部材を使用しても良い。例えば、不織布にカーボンインクを塗工した電極を使用することも可能である。不織布は、繊維が絡み合って骨格部を構成し、当該骨格部の間に空隙部を有する骨格構造であることから、骨格部（繊維）にカーボン粒子を付着させることより、スポンジを用いた場合と同等の効果を得ることができる。ただし、不織布はスポンジと比較して骨格間（繊維間）の空隙部が小さくなる場合があるため、カーボンインクを塗工する際に該空隙部がカーボンインクによって埋まってしまい、骨格構造を維持できなくなる可能性がある。そのため、不織布を用いて第１電極１０１を構成する場合には、骨格構造を維持できるようにカーボン印刷を行う必要がある。

第２電極１０２はアルミニウム（ＡＬ）製のシート部材であり、電極材料となるアルミニウム（ＡＬ）を長手方向の長さが２８０ｍｍ程度、幅が４ｍｍ程度、厚さが５０μｍ程度の略長方形の薄膜となるように構成したものである。なお、加工性の確保や破断防止のため、ＡＬ単独で第２電極１０２を構成するのではなく。ＰＥＴ等のフィルムシート状基材と膜状のＡＬシートとを張り合わせることで第２電極１０２を構成することが望ましい。図３に示すように、第２電極１０２は吸収体１４の厚さ方向下側に配置され、第１電極１０１と第２電極１０２とで吸収体１４を上下（厚さ方向）に挟み込むように構成される。なお、おむつ１０に第２電極１０２を配置する際には、第２電極１０２の電極面、すなわちアルミニウム（ＡＬ）が露出した面が吸収体１４の表面と接するように配置することで、電極成分であるアルミニウム（ＡＬ）と尿とが接触しやすい状態にしておく。

（無線送信モジュール１５０）
図４に示すように、無線送信モジュール１５０は、蓄電電源部１５１と、制御部１５２と、無線送信部１５３とを有する。蓄電電源部１５１は、キャパシタ１５１Ｃを有し、起電モジュール１００によって起電された起電力を蓄え、必要な時に電力を出力する。制御部１５２は、蓄電電源部１５１に蓄えられた起電力を用いて無線送信部１５３を制御する。また、制御部１５２には不図示の温度センサー等が接続され、当該温度センサーによって取得された温度データを無線送信部１５３から送信するようにしても良い。無線送信部１５３は、制御部１５２による制御に基づいて排泄情報などが多重された無線信号を無線中継局２０に向けて送信する。

＜起電モジュール１００による起電力の発生について＞
イオン化傾向の異なる金属によって１対の電極を構成し、尿を電解液として起電力を発生させる場合、出力される電圧の大きさは、電極の材料の種類（電位差）によって決定される。例えば、特開２０１３−９４１７５号公報に開示されている電極では、１対の電極のうち一方の電極は二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）とカーボン（Ｃ）との混合物を平板の膜状（平面状）に構成したものであり、他方の電極はアルミニウム（ＡＬ）を平板の膜状に構成したものである。このような電極の組み合わせであれば、無線送信モジュール１５０から情報を送信するための十分な起電力である０．８Ｖ／（１００μＡ）のエネルギーを発生させやすい。一方、二酸化マンガンは衛生材料物品として安全性や加工性に難があることから、近年では、人体にとってより安全な材料であるカーボン（Ｃ）を用いて電極を構成することが要望されている。

しかし、従来型の平板の膜状電極において電極材料をマンガン（Ｍｎ）からカーボン（Ｃ）に変更しただけでは、十分な起電力を得ることが難しい。ここで、比較例として、カーボンを膜状にした電極について説明する。比較例の電極は、７５μｍ程度の厚さのＰＥＴ樹脂フィルムシートの表面に、本実施形態の第１電極１０１と同様の組成のカーボンインク（カーボン：６０％，ポリエステル系樹脂：４０％）を厚さ４０μｍ程度の膜状となるように塗布することにより構成される。

図６は、比較例と本実施形態とで同条件で実験を行った場合における時間変化に対する起電力の大きさの変化の違いについて説明する図である。図６Ａでは、第１電極として比較例のカーボン膜状電極を用い、図６Ｂでは、第１電極として本実施形態のカーボン骨格電極を用いている。図６Ａ及び図６Ｂで、第１電極以外の構成は同様である。すなわち、第２電極として本実施形態と同様のＡＬシートを用い、図３に示されるようにおむつ１０において吸収体１４の厚さ方向上側に第１電極を、厚さ方向下側に第２電極を配置する。この状態で、おむつ１０（吸収体１４）の中央部に人口尿（塩濃度：０．９％）８０ｃｃを注水し、両電極間で発生した起電力の大きさ（出力電圧）を時間経過とともに測定した。

比較例の場合、起電力上昇の傾きが小さく、測定開始後、時間経過とともに緩やかに起電力が上昇していく（図６Ａ参照）。そして、人口尿注入後１８０秒が経過した時点でも発生する起電力は０．６Ｖ程度であり、必要な起電力である０．８Ｖまで到達しない。一方、本実施形態の場合、人口尿注入直後より起電力が上昇し、注入後３０秒程度で必要起電力である０．８Ｖに到達する（図６Ｂ参照）。その後、起電力上昇の傾きは緩やかとなり、約０．９Ｖで一定値となる。なお、０．９Ｖは、カーボン（Ｃ）とアルミ（ＡＬ）の組み合わせによって電極を構成した場合の最高出力電圧である。

このように、同じ材質の電極を用いた場合であってもその構造の違いよって単位時間あたりに発生する起電力の大きさが大きく異なることがわかる。比較例のような膜状構造を有する電極の場合、電極表面において膜状に露出した電極成分（上述の例ではカーボン）のみが電解液である尿と接触する。したがって、電極成分と尿とが接触可能な面積は最大でも電極の表面積と同じ大きさである。これに対して、本実施形態のような骨格構造を有する電極では、図５で説明したように、骨格部に電極成分（カーボン粒子）が付着していることから、電極成分が露出する部分の表面積が大きくなる。したがって、電解液である尿が空隙部を通過する間に骨格部に付着した電極成分と接触する確率が高くなり、酸化還元反応が進行しやすくなる。これにより、所定の大きさの起電力を短時間で発生させることができる。

なお、本実施形態では、カーボン（Ｃ）からなる第１電極１０１のみが骨格構造を有していたが、アルミ（ＡＬ）からなる第２電極１０２が骨格構造であっても良い。ただし、アルミ（ＡＬ）は酸化還元反応が進行しやすいため、構造の如何に関わらず、短時間で起電力を発生させることが可能である。実際に、図６Ｂの例では、第２電極として膜状構造のアルミ電極を用いているのにもかかわらず、必要な起電力を短時間で発生させることが可能となっている。したがって、本実施形態では少なくとも一方の電極、より具体的にはカーボンによって構成される第１電極１０１が骨格構造を有していれば必要な起電力を短時間で発生させることが可能である。

＜変形例＞
図３において、おむつ１０に備えられる１対の電極の構成及び配置について説明したが、第１電極１０１及び第２電極１０２の構成を以下のように変形することも可能である。

図７は、第１電極１０１及び第２電極１０２の配置を入れ替えた場合のおむつ１０の断面図である（変形例１）。図８は、第１電極１０１及び第２電極１０２をおむつ１０の幅方向に並べて配置した場合のおむつ１０の断面図である（変形例２）。図９は、おむつ１０のセカンドシート１２に第１電極の機能を持たせた場合のおむつ１０の断面図である（変形例３）。

変形例１では、吸収体１４の上側（肌側）に第２電極１０２が配置され、下側（非肌側）に第１電極１０１が配置される（図７参照）。この場合、排泄された尿は、第２電極１０２と接触した後に吸収体１４に吸収され、吸収された尿が第１電極１０１と接触する構造となる。変形例１では、図３の例と比較して、第１電極１０１と尿とが接触しにくくなる場合があるが、電解液としての尿が十分に供給され、第１電極１０１及び第２電極１０２と尿とが接触するのであれば、上述の実施形態と同様に短時間で起電力を発生させることが可能である。また、液体不透過性のＡＬシートである第２電極１０２が吸収体１４の上側に配置されるため、排泄された尿が第２電極１０２の表面に滞留してしまう可能性がある。しかし、上述した通り第２電極１０２は幅が４ｍｍ程度のシートであるため、実際に当該電極の表面に長時間にわたって尿が滞留することは起こりにくい。逆に、上側（肌側）に配置される電極の幅が図３の場合よりも狭くなることにより、おむつ１０の着用時において着用者に与える違和感も小さくなる。一方で、変形例１の構成では、吸収体１４による尿の吸収状況によっては第１電極１０１と尿との接触状態が悪くなり、出力電圧が不安定となる可能性がある。したがって、本実施形態では、図３のように上側に骨格構造を有する第１電極１０１を配置している。

変形例２では、第１電極１０１及び第２電極１０２が、吸収体１４の厚さ方向上側において幅方向に並ぶように配置される（図８参照）。変形例２の電極は、共通の基材シート１０５に対して、第１電極１０１及び第２電極１０２が長手方向に沿って並行に形成されている。具体的には、目付量２５〜３５ｇ／ｍ^２程度のスルーエア不織布のシートを基材シート１０５とし、当該基材シート１０５上の所定の領域に、カーボンインク（カーボン：６０％，ポリエステル系樹脂：４０％）を厚さ４０μｍ程度となるように塗工することで第１電極１０１を形成する。不織布にカーボンインクを塗工することで、上述した骨格構造を有するカーボン電極が形成される。そして、基材シート１０５上で第１電極１０１に対して幅方向に隣り合う位置に、幅４ｍｍ、厚さ５０μｍ程度のＡＬシートを接合し、第２電極１０２を形成する。ＡＬシートと基材シート１０５（不織布）とはアクリル系接着剤によって接合される。このとき、カーボンインクによる印刷部（第１電極１０１）と、ＡＬシート（第２電極１０２）との間には、幅方向に３ｍｍ程度の間隔を確保することにより、第１電極１０１と第２電極１０２とが互いに接触しないようにする。また、当該電極を吸収体１４の上側に配置する際には、電極面（すなわち、ＡＬシートが接合された方の面）が吸収体１４の表面と接触するように配置する。

変形例２によれば、吸収体１４に吸収された尿と第１電極１０１及び第２電極１０２とを接触させることで起電力を発生できるようになる。変形例２では、液体透過性の骨格構造を有するスルーエア不織布を基材として起電モジュール１００が構成されるため、起電モジュール１００が図８のように吸収体１４の上側に配置されたとしても、排泄された尿は起電モジュール１００を透過して下側へ流れやすい。したがって、排尿時において当該起電モジュール１００によって吸収体１４への尿の吸収が阻害される可能性は低い。また、起電モジュール１００を１ユニットで構成することによりおむつ１０の構成部品を減らすことができるため、おむつ１０の製造コストを削減するとともに、おむつ１０の製造工程を簡略化することができる。

変形例３では、おむつ１０を構成するセカンドシート１２の一部に第１電極１０１が形成される（図９参照）。言い換えると、セカンドシート１２の一部の領域にカーボン印刷を行うことにより、セカンドシート１２自体を第１電極１０１として機能させる。上述したように、セカンドシート１２はスルーエア不織布によって形成されているため、セカンドシート１２の所定の領域にカーボンインク（カーボン：６０％，ポリエステル系樹脂：４０％）を厚さ４０μｍ程度となるように塗工することで、セカンドシート１２自体にカーボン骨格構造を有する第１電極１０１を形成することができる。
変形例３の場合も、おむつ１０の構成部品を減らすことができるため、１対の電極をそれぞれ別個に設ける場合と比較して、おむつ１０の製造コストを削減することが可能となる。また、図３において着用者の肌に近い部分に設けられていた第１電極１０１が不要となるため、おむつ１０の着用時における違和感をより少なくすることができる。なお、セカンドシート１２へのカーボン印刷は、セカンドシート１２の製造時に行っても良いし、おむつ１０の製造過程においてセカンドシート１２に印刷を行うのであっても良い。このとき、インクジェットプリンター等を用いてカーボン印刷を行えば、製造ラインを大幅に変更することなく、簡単に第１電極を形成することができる。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。例えば、以下に示すような変形が可能である。

上述の実施形態では、第２電極１０２を構成する物質としてアルミニウム（ＡＬ）を用いていたが、何等これに限らない。カーボンとの組み合わせによって尿を電解液として起電力を発生することが可能であり、安全性の高い部材であれば、他の金属を用いて第２電極を構成するのであっても良い。

上述の実施形態では、図２に示すように、起電モジュール１００に供えられる起電電極が長手方向に沿って直線状に配置されていたが、何等これに限らない。すなわち起電電極が長手方向に沿って配置されていれば、長手方向の位置に応じて幅方向の位置が多少変化していても良い。例えば、尿が排泄される腹側において幅方向が太く、背側では細くなるような構成としても良い。

上述の実施形態では、起電モジュール１００は、無線送信モジュール１５０と接続されていたが、無線送信モジュール１５０は必ずしも必須ではない。例えば、無線送信モジュール１５０に代えて、温度センサーのデータを蓄積する記憶デバイスや、他の計測システムと接続するようにしてもよい。

１ 排泄検知システム、
１０ 使い捨ておむつ、
１１ トップシート、１２ セカンドシート、１３ 吸水紙、１４ 吸収体、
１５ バックシート、１６ バック不織布、
１７ ギャザー不織布、１８ ギャザー用弾性部材、
２０ 無線中継局、
３０ 検知サーバ、
１００ 起電モジュール、
１０１ 第１電極、１０１ａ 骨格部、１０１ｂ 空隙部、１０２ 第２電極、
１０５ 基材シート、
１５０ 無線送信モジュール、
１５１ 蓄電電源部、１５１Ｃ キャパシタ、
１５２ 制御部、１５３ 無線送信部

Claims (8)

1. 排泄物を受ける吸収体を有する着用物品に備えられた起電モジュールであって、
   イオン化傾向の異なる材料によって構成された１対の電極を有し、
   前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙部を有する骨格構造であり、
   前記１対の電極が前記吸収体に排泄された尿と接触することによって起電力を発生し、
   前記１対の電極のうち前記骨格構造を有する第１の電極が前記吸収体の肌側に配置され、
   前記１対の電極のうち前記第１の電極と異なる第２の電極が前記吸収体の非肌側に配置される、ことを特徴とする起電モジュール。
2. 排泄物を受ける吸収体を有する着用物品に備えられた起電モジュールであって、
   イオン化傾向の異なる材料によって構成された１対の電極を有し、
   前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙部を有する骨格構造であり、
   前記１対の電極が前記吸収体に排泄された尿と接触することによって起電力を発生し、
   前記着用物品は、前記吸収体と着用者の肌との間において前記吸収体と接するように設けられたシート部材を備え、
   前記シート部材は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙部を有する骨格構造であり、
   前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、前記シート部材の所定の領域にカーボンインクを用いて印刷を施すことにより形成される、ことを特徴とする起電モジュール。
3. 請求項１または２に記載の起電モジュールであって、
   前記骨格構造を有する電極は、互いに隣接する複数の前記空隙部を有し、
   隣接する２つの前記空隙部の間では液体が自在に移動可能である、ことを特徴とする起電モジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の起電モジュールであって、
   前記１対の電極のうち前記骨格構造を有する第１の電極において、
   前記骨格部には複数のカーボン粒子が付着している、ことを特徴とする起電モジュール。
5. 請求項４に記載の起電モジュールであって、
   前記１対の電極のうち前記第１の電極と異なる第２の電極は、
   膜状のアルミニウムによって形成されている、ことを特徴とする起電モジュール。
6. 排泄物を受ける吸収体と、
   前記吸収体を肌側から覆う液体透過性のトップシートと、
   前記吸収体を非肌側から覆う液体不透過性のバックシートと、
   前記吸収体と接するように配置され、イオン化傾向の異なる材料によって構成された１対の電極を備える起電モジュールであって、前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙部を有する骨格構造であり、前記１対の電極が前記吸収体に排泄された尿と接触することによって起電力を発生する起電モジュールと、
   を備える着用物品であって、
   前記１対の電極のうち前記骨格構造を有する第１の電極が前記吸収体の肌側に配置され、
   前記１対の電極のうち前記第１の電極と異なる第２の電極が前記吸収体の非肌側に配置される
   、ことを特徴とする着用物品。
7. 排泄物を受ける吸収体と、
   前記吸収体を肌側から覆う液体透過性のトップシートと、
   前記吸収体を非肌側から覆う液体不透過性のバックシートと、
   前記吸収体と接するように配置され、イオン化傾向の異なる材料によって構成された１対の電極を備える起電モジュールであって、前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙部を有する骨格構造であり、前記１対の電極が前記吸収体に排泄された尿と接触することによって起電力を発生する起電モジュールと、
   を備える着用物品であって、
   前記着用物品は、前記吸収体と着用者の肌との間において前記吸収体と接するように設けられたシート部材を備え、
   前記シート部材は、骨格部及び該骨格部の間に設けられた空隙部を有する骨格構造であり、
   前記１対の電極のうちの少なくとも一方は、前記シート部材の所定の領域にカーボンインクを用いて印刷を施すことにより形成される、ことを特徴とする着用物品。
8. 請求項６または７に記載の着用物品であって、
   前記起電モジュールによって発生した起電力を利用して、所定の情報を含む無線信号を無線送信する無線送信モジュールを更に備える、ことを特徴とする着用物品。

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