(57)【要約】【課題】センサー素子としての安定性を維持した状態で、繰り返し使用することが可能な水分検知センサー素子を提供する。【解決手段】水分検知センサー素子１は、電解質を形成するリチウムイオン導電性固体電解質板３０と、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の表面に形成される正極１０と、正極１０と隣接し、間隔を空けて形成される負極２０とを備え、正極１０と負極２０は、リチウムイオンの挿入と脱離が可能な材質を含有し、両極の間に水分が存在するか否かを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質を形成するリチウムイオン導電性固体電解質板と、
前記リチウムイオン導電性固体電解質板の表面に形成される正極と、
前記正極と隣接し、間隔を空けて形成される負極と
を備え、
前記正極と負極は、リチウムイオンの挿入と脱離が可能な材質を含有し、両極の間に水分が存在するか否かを検出することを特徴とする水分検知センサー素子。
【請求項２】
前記正極と負極は、コバルト、ニッケル、チタン、マンガン、及び鉄の何れかを含むことを特徴とする請求項１に記載の水分検知センサー素子。
【請求項３】
前記正極と負極は、前記リチウムイオン導電性固体電解質板の一つの表面に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の水分検知センサー素子。
【請求項４】
前記正極と負極のそれぞれを、２以上の偶数個備え、
前記正極と負極のそれぞれは、平行して配置され、両外側の極を除く一方の側から２個ずつの極同士が導電線で接続されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の水分検知センサー素子。
【請求項５】
前記正極と負極のそれぞれは、櫛歯状に形成され、一方の櫛歯の間に、他方の櫛歯の先端が挿入され、一方と他方の櫛歯は間隔を空けて配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の水分検知センサー素子。
【請求項６】
電解質を形成するリチウムイオン導電性固体電解質板と、
前記リチウムイオン導電性固体電解質板の片面に形成されたリチウムイオンの挿入と脱離が可能な正極と、
前記正極と所定の間隔を空けて隣接して配置されるチウムイオンの挿入と脱離が可能な負極と、
前記リチウムイオン導電性固体電解質板を保持し、前記正極と負極の間に水分を導入する水分導入孔を有する筐体と、
前記正極と負極の間に生じる電圧を検出する電圧検出部と
を備えることを特徴とする水分検知センサー。
【請求項７】
環境エネルギーを電力に変換する電源部と、
前記電力を間欠的に伝達する振動検出部と、
前記振動検出部が伝達する前記電力で、前記正極と負極の電圧が低下したことを無線送信する無線部と
を備えることを特徴とする請求項６に記載の水分検知センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分及び水分含有物を検出する繰り返し使用可能な水分検知センサー素子と水分検知センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
水分検知センサーは、一般家屋の台所などの水回り部分や工場などの排水パイプ設備において、漏水を検知するために用いられる。また、水分検知センサーは、介護の現場でも用いられる。
【０００３】
日本を含む先進諸国では、少子高齢化が進み、十分な人員の介護の担い手を確保するためにも介護の効率化が求められている。その中でも、排泄処理に関する負担軽減が求められている。
【０００４】
そこで、例えば、尿（水分）と便（水分含有物）を区別可能な排泄センサーが求められている。同様のセンサーは、育児の現場でも負担軽減に寄与すると考えられる。
【０００５】
また、高齢化の進展により、介護期間が長期間になる場合が多く、経済的負担も大きくなって来ている。そこで、上記の排泄センサーも繰り返し使用することができれば、経済的なメリットが大きい。
【０００６】
以上述べたような場面で使用される水分検知センサー素子としては、化学電池の原理を用いて排尿を検出するものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−５３０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている水分検知センサーは、電池の高出力化を目的に、吸湿性を持つ電解質塩を用いる。そのため、電解質塩の潮解性（吸湿性）によって、誤検出する場合があり、センサー素子として動作が不安定になる場合がある。
【０００９】
また、吸湿性を持つ電解質塩を用いるため、洗浄できない。つまり、水分検知センサーを洗浄して初期化することができない。したがって、センサー素子としての安定性を維持した状態で、繰り返し使用することが困難であるという課題がある。
【００１０】
本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、センサー素子としての安定性を維持した状態で、繰り返し使用可能な水分検知センサー素子と水分検知センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態に係る水分検知センサー素子は、電解質を形成するリチウムイオン導電性固体電解質板と、前記リチウムイオン導電性固体電解質板の表面に形成される正極と、前記正極と隣接し、間隔を空けて形成される負極とを備え、前記正極と負極は、リチウムイオンの挿入と脱離が可能な材質を含有し、両極の間に水分が存在するか否かを検出することを要旨とする。
【００１２】
また、本実施形態に係る水分検知センサーは、電解質を形成するリチウムイオン導電性固体電解質板と、前記リチウムイオン導電性固体電解質板の片面に形成されたリチウムイオンの挿入と脱離が可能な正極と、前記正極と所定の間隔を空けて隣接して配置されるチウムイオンの挿入と脱離が可能な負極と、前記リチウムイオン導電性固体電解質板を保持し、前記正極と負極の間に水分を導入する水分導入孔を有する筐体と、前記正極と負極の間に生じる電圧を検出する電圧検出部とを備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、センサー素子の洗浄が可能であり、繰り返し安定して使用可能な水分検知センサー素子と水分検知センサーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る水分検知センサー素子の外観の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水分検知センサー外観の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水分検知センサー素子に疑似尿を滴下した場合の開回路電圧の電圧変化を測定した結果を示す図である。
【図４】図３に示す開回路電圧からの放電特性を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る水分検知センサー素子を疑似尿に曝した場合の水分量と、電圧変化と出力密度の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る水分検知センサー素子の電極形状を櫛歯状にした例を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る水分検知センサー素子の一対の正極と負極を複数個並べた例を模式的に示す図である。
【図８】比較例の水分検知センサー素子の外観の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】図８に示す比較例の水分検知センサー素子に疑似尿を滴下した場合の開回路電圧の電圧変化を測定した結果を示す図である。
【図１０】図９に示す開回路電圧からの放電特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る水分検知センサーの構成を模式的に示す図である。
【図１２】図１１に示す水分検知センサーに、電源部と振動検出部と無線部を付加した水分検知センサーの機能構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
〔水分検知センサー素子の構成〕
図１は、本実施形態の水分検知センサー素子１の外観の一例を模式的に示す図である。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
水分検知センサー素子１は、リチウムイオン導電性固体電解質板３０、正極１０、及び負極２０を備える。リチウムイオン導電性固体電解質板３０の直径は、例えば20mm、正極と負極２０の間隔は、例えば1mmである。これらの寸法は任意の大きさでよい。
【００１８】
リチウムイオン導電性固体電解質板３０は、電解質を形成する。正極１０は、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の表面に、例えば半円形状で形成される。負極２０は、正極１０と隣接し、正極１０と一定の間隔を空けて、例えば正極１０と対称の形状で形成される。
【００１９】
水分検知センサー素子１は、リチウムイオン導電性固体電解質を用いたリチウムイオン二次電池である。正極１０と負極２０の材料としては、コバルト、ニッケル、チタン、マンガン、鉄の何れかを含む材料を用いる。
【００２０】
水分検知センサー素子１の構成要素について説明する。
【００２１】
（Ｉ）電解質
電解質としては、リチウムイオン導電性を有し、水分によって分解、腐食などの劣化が起こらない物質を用いる。例えば、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-Ti-O2系固体電解質を用いることができる。
【００２２】
（ＩＩ）正極
正極１０の材料としては、リチウムイオンの挿入と脱離が可能な材料であれば使用可能である。例えば、LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4,LiFePO4をベースとする材料を用いることができる。また、遷移金属サイトを、異種金属で置換した材料も同様に使用することができる。
【００２３】
正極１０での反応は、例えばLiCoO2を例に表記すると次式で表すことができる。
【００２４】
LiCoO2 ⇔ Li1-x1-xCoO2 + xLi+ + xe-  ＜右向き矢印が充電、左向き矢印が放電＞  （１）
本実施形態における正極１０は、導電性材料を少なくとも含み、必要に応じて結着剤を含むことができる。正極１０に含まれる導電性材料は、カーボンであることが好ましい。
【００２５】
導電性材料としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラック類、活性炭素、グラファイト類、カーボンファイバー類、カーボンシート、及びカーボンクロス等を用いることが可能である。なお、導電性材料は、上記の例に限定されない。
【００２６】
結着剤としては、ポリテトラルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニデン（ＰＶＦ）、ポリブタジエンゴム等を用いることができる。これらの結着剤は、粉末又は分散液として用いることができる。なお、結着剤は、上記の例に限定されない。
【００２７】
（ＩＩＩ）負極
負極２０の材料としては、リチウムイオンの挿入と脱離が可能な材料であれば使用可能である。例えば、Li4Ti5O12をベースとする材料を用いることができる。また、遷移金属サイトを、異種金属で置換した材料も同様に使用することができる。
【００２８】
また、酸化物系だけでなくリチウムイオン電池の正極材料であるカーボン材料も負極材料として使用可能である。
【００２９】
負極２０での反応は次式で表すことができる。
【００３０】
Li4Ti5O12 + xLi+ + xe- ⇔ Li4+xTi5O12  ＜右向き矢印が充電、左向き矢印が放電＞  （２）
負極２０の導電性材料及び結着剤に関しては、上記の正極１０と同じ物が使用可能である。
【００３１】
以上述べたように本実施形態に係る水分検知センサー素子１は、電解質を形成するリチウムイオン導電性固体電解質板３０と、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の表面に形成される正極１０と、正極１０と隣接し、間隔を空けて形成される負極２０とを備え、正極１０と負極２０は、リチウムイオンの挿入と脱離が可能な材質を含有し、両極の間に浸入する水分を検出する。
【００３２】
次に、本実施形態に係る水分検知センサーについて説明する。水分検知センサーは、上記の水分検知センサー素子１を用いて水分を検出するものである。
【００３３】
〔水分検知センサー〕
図２は、本実施形態に係る水分検知センサー２の外観の一例を模式的に示す図である。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。水分検知センサー２は、上記の水分検知センサー素子１を収納し、水分を検知するものである。
【００３４】
水分検知センサー２は、下ケース４１と上ケース４０とで構成される。下ケース４１の凹部に水分検知センサー素子１が収納される。下ケース４１と上ケース４０は、例えばポリエチレン等のプラスチック樹脂で作製する。下ケース４１と上ケース４０は、水分検知センサー素子１を収納する筐体４８を構成する。
【００３５】
水分検知センサー素子１は、正極１０と負極２０が形成された面を下側にして下ケース４１に収納される。なお、図２において正極１０と負極２０の表記は省略している。
【００３６】
下ケース４１の底部には、水分を導入する水分導入孔４９が複数空けられている。この例では、７×７＝４９個の水分導入孔４９１１〜４９７７が空けられている。以降において水分導入孔４９の位置を特定する必要が無い場合は、添え字の表記を省略する。
【００３７】
水分検知センサー素子１の正極１０には、平面形状がＬ字形の正極電極４２が接続されている。また、負極２０には、正極電極４２と同じ形状の負極電極４５が接続されている。正極電極４２と負極電極４５の材料は、例えばＳＵＳ等である。
【００３８】
下ケース４１と上ケース４０は、重ねて一体化される。一体化する方法は、いくつも考えられる。例えば、上ケース４０を下ケース４１に図示を省略しているネジで固定してもよい。
【００３９】
また、下ケース４１と上ケース４０は、ケースの一端に備えたヒンジで開閉可能な形で一体化させ、ヒンジと反対側に設けられたロック機構で、上ケース４０が開かないようにロックするようにしてもよい。ヒンジ及びロック機構は一般的な構造である。
【００４０】
下ケース４１と上ケース４０を一体化させると、正極電極４２は、上ケース４０に設けられた導通端子４３と接触する。正極電極４２と接触する導通端子４３の反対側の端は、導電線４４に接続される。導電線４４の導通端子４３と反対側の端は、電圧検出部５０の一端に接続される。
【００４１】
また、負極電極４５は、下ケース４１と上ケース４０を一体化させると、上ケース４０に設けられた導通端子４６と接触する。負極電極４５と接触する導通端子４６の反対側の端は、導電線４７に接続される。導電線４７の導通端子４６と反対側の端は、電圧検出部５０の他端に接続される。
【００４２】
このように下ケース４１と上ケース４０を一体化させると、水分検知センサー素子１の正極１０と負極２０は、電圧検出部５０と電気的に接続される。
【００４３】
電圧検出部５０は、水分の検知を例えば信号レベルの２値で知らせる。具体例は後述する。
【００４４】
水分導入孔４９から水分が浸入し、水分検知センサー素子１の正極１０と負極２０の間に水分が存在するようになると、正極１０と負極２０間の電圧が変化する。その電圧の変化に基づいて例えば２値の信号レベルを変化させることで、水分を検知したことを知らせることができる。
【００４５】
本実施形態に係る水分検知センサー２によれば、外部からの電源供給なしに水分の検知を精度良く判定できる。また、本実施形態に係る水分検知センサー素子１は、水分により、分解及び腐食などの劣化が起きない固体電解質によって構成されるため、水分検知センサー素子１を洗浄し、乾燥させることで繰り返し安定して使用することができる。
【００４６】
（水分検知センサー素子の作製）
正極１０と負極２０の材料は、市販試薬のLiCoO2, Li4Ti5O12（シグマアルドリッチ社製）を用いた。そして、それぞれの酸化物を含むスラリーを、酸化物：アセチレンブラック：ポリフッ化ビニデン＝80：10：10の重量比となるように、Ｎメチル２ピロリドン溶媒に分散することによって作製した。
【００４７】
（実験例１）
実験例１の水分検知センサー素子１の電極形状は、図１に示した形状とした。
【００４８】
負極２０は、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の表面をプラスッチ製マスクでマスキングし、Li4Ti5O12を含むスラリーを塗布し、一晩の乾燥を行った。負極２０の厚みは1μmとした。
【００４９】
正極１０は、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の表面にLiCoO2を塗布して負極２０と同様に作製した。
【００５０】
以上述べたように作製した水分検知センサー素子１は、充電して用いる。充電は、充放電測定装置（BioLogic社製VMP-3）を用いて、例えば充電電流密度：1.3μA/cm2（負極２０の面積で規格化）で1.2Vに達するまで定電流充電を行った。
【００５１】
（水分に対する応答）
実験例１の水分検知センサー素子１の水分に対する応答性を評価する目的で、2mlの疑似尿（0.9wt%食塩水）を正極１０−負極２０の間に滴下し、0CVの変化を測定した。
【００５２】
0CVは、正極１０−負極２０の間に電圧もしくは電流を印加しない状態の開回路電圧（開放電圧）である。0CVの測定には、充放電測定装置（BioLogic社製VMP-3）を用いた。
【００５３】
図３に0CV変化を示す。図３の横軸は、疑似尿の滴下後の時間（min）、縦軸は開回路電圧（mV）である。
【００５４】
疑似尿の滴下後すぐに電圧が増加し始める。6（min）後に0.45V以上の電圧変化を示した。
【００５５】
この電圧変化は、正極１０の固体電解質界面及び負極２０の固体電解質界面に水分が存在することによって、電池反応に変化が生じたためであると考えられる。このように、水分検知センサー素子１は、疑似尿に対して即座に応答し、センサー素子として機能することが確認された。
【００５６】
図４に、放電測定の結果を示す。図４の横軸は放電時間（min）、縦軸は放電電圧（mV）である。放電は電流密度1.3μA/cm2で放電させ、正極１０と負極２０間の電圧の変化を測定した。
【００５７】
放電を開始すると、0CVからの電圧降下が確認され、放電開始後3分後でも0.46Vの放電電圧を確認した。この時の出力密度は0.60μW/cm2を示した。比較例１は、300mVの放電電圧を示した。各放電電圧は、放電開始後5（min）の値である。
【００５８】
以上述べたように本実施形態に係る水分検知センサー素子１は、疑似尿に対する応答性が有り、一定の放電も可能である。よって、水分検知センサー素子１は、水分を検知する目的で用いることができる。
【００５９】
（疑似便に対する応答）
疑似尿に対して迅速な応答を示した実験例１の水分検知センサー素子１を用いて、疑似便に対する応答性を評価した。疑似便は、マッシュポテトに含ませる水分量を変えて複数種類を用意した。
【００６０】
評価は、疑似便投入から3分後の開回路電圧を測定した後に、放電特性を測定した。
【００６１】
図５に、水分量を変えた疑似便に対する応答性を示す。図５の横軸は疑似便の水分量、縦軸は電圧変化（V）と電流密度（μW/cm2）であり、一点鎖線で示す特性が電圧変化、実線で示す特性が出力密度である。水分量100%は疑似尿である。
【００６２】
図５に示すように、健康的な便の水分量である60〜80%において、電圧変化と出力密度が小さくなることが分かる。この特性から、便と尿の判別が可能である。
【００６３】
また、20〜600nW/cm2の電力が得られることからnWレベルで動作可能な電子回路を用いた水分検出が可能である。電子回路を用いた水分検知センサー２の具体例については後述する。
【００６４】
（繰り返し利用性）
本実施形態に係る水分検知センサー素子１は、繰り返し使用が可能である。繰り返し使用が可能であることを確認する実験を行った。
【００６５】
実験は、実験例１の水分検知センサー素子１に対して、疑似尿、疑似便（水分量70%）を滴下した後の出力密度の変化を測定した。測定は、疑似尿及び疑似便の滴下→測定→洗浄→乾燥→充電→疑似尿及び疑似便の滴下を繰り返して行った。
【００６６】
最初の充電後を１回目、１０回目の充電後、３０回目の充電後の出力密度の変化を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2018194487.tif 000003
表１に示すように、繰り返し使用に対して出力密度は、ほとんど変化しない。このことから、水分検知センサー素子１は、繰り返し使用が可能であることが確認できた。
【００６８】
本実施形態に係る正極１０と負極２０は、各種の材料を用いることができる。他の材料の組み合わせでも繰り返し使用が可能であるかを、正極１０の材料を変えて確認した。
【００６９】
実験例２はLiCoO2、実験例３はLiNiO2、実験例４はLiMn2O4、実験例５はLiFePO4として上記の繰り返しの評価を行った。なお、負極２０の材料はLi4Ti5O12の固定とした。
【００７０】
表２にその評価結果を示す。なお、評価は疑似尿についてのみ行った。
【００７１】
【表２】
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表２に示すように、正極１０と負極２０の材料の組み合わせを変えても、繰り返し使用に対する出力密度はほとんど変化しない。
【００７２】
（他の電極形状）
本実施形態に係る水分検知センサー素子１の正極１０と負極２０は、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の片面に形成されるが、その形状は任意である。
【００７３】
隣接する正極１０と負極２０の長さが長い程、出力密度は大きくなる。そこで、出力密度を大きくする目的で、例えば、検知電極１０，２０の一対のそれぞれの形状を、櫛歯状にする例が考えられる。
【００７４】
図６に、正極１０，負極２０のそれぞれを櫛歯状にした本実施形態に係る水分検知センサー素子１（実験例６）を示す。一対の正極１０，負極２０のそれぞれは、櫛歯状に形成され、一方の櫛歯の間に、他方の櫛歯の先端が挿入され、該両者は間隔を空けて配置される。
【００７５】
このように正極１０と負極２０を形成することで、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の形状を実験例１と同じにしても、隣接する電極長さを約3.7倍にすることができる。
【００７６】
表３に、実験例６の水分検知センサー素子１に対して、表１に示した測定結果と同じ測定を行った場合の結果を示す。
【００７７】
【表３】
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表１に示した結果に対して実験例６は、疑似便に対する出力密度が2.5〜3倍、疑似尿に対する出力密度が2倍以上の値を示す。
【００７８】
このように、隣接する正極１０と負極２０の電極長さを長くすると出力密度は大きくなることが確認できた。
【００７９】
また、一対の正極１０と負極２０を、２以上の偶数個備え、その一対の単位で直列に接続してもよい。複数の対を直列に接続することで開回路電圧を大きくすることができる。
【００８０】
図７に、３対の検知電極を直列に接続した水分検知センサー素子１の例を示す。なお、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の表記は省略している。
【００８１】
図８（ａ）は、検知電極２０ａと対を成す検知電極１０ａと、検知電極２０ｂとが導電線４０で接続され、検知電極２０ｂと対を成す検知電極１０ｂと、検知電極２０ｃとが導電線４１で接続される。図８（ｂ）は、検知電極の並びを図８（ａ）の反対にした例である。
【００８２】
図７に示す水分検知センサー素子１は、一対の検知電極１０，２０を、複数備え、それぞれの検知電極１０ａ，２０ａ，１０ｂ，２０ｂ，１０ｃ，２０ｃは、平行して配置され、両外側の検知電極１０ａ，２０ｃを除く一方の側から２個ずつの検知電極同士２０ａと１０ｂ、及び２０ｂと１０ｃとが導電線４０，４１で接続される。導電線４０，４１は、例えば安価なカーボンテープ等で構成してもよい。
【００８３】
このように構成することで、水分検知紙１の開回路電圧は、一対の検知電極１０，２０の3倍にすることができる。
【００８４】
また、複数の正極１０と負極２０を並列に接続してもよい。複数の正極１０と負極２０を並列に接続することで、出力密度を大きくすることができる。複数の正極１０と負極２０を並列に接続した電極の形状は、図６に示した櫛歯状になる。
【００８５】
（比較例）
本実施形態に係る水分検知センサー素子１は、正極１０と負極２０がリチウムイオン導電性固体電解質板３０の片面に形成されることを特徴にする。そこで、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の両面のそれぞれに、正極１０又は負極２０を形成した比較例１と比較を行った。
【００８６】
図８に、比較例１の水分検知センサー素子の外観を模式的に示す。図８（ａ）は平面図であり、図８（ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。
【００８７】
比較例１は、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の一方の面に正極１０、他方の面に負極２０を形成したものである。リチウムイオン導電性固体電解質板３０の厚み、及び正極１０と負極２０の厚み等の条件は、実験例１（図１）と同じである。また、その形成方法も同じである。
【００８８】
図９に、比較例１の0CV変化を示す。図１０に、比較例１の放電特性を示す。これらの実験条件は、図３と図４に示す測定結果が得られた実験条件と同じである。
【００８９】
疑似尿を滴下した6分後の電圧変化は0.61Ｖと大きく変化する（図９）が、放電特性の電圧は急激に低下しほとんど電力が得られない。このことから、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の片面に、正極１０と負極２０を形成する本実施形態に係る水分検知センサー素子の電極構成の有効性を確認することができた。
【００９０】
〔電子回路を用いた水分検知センサー〕
上記のように、本実施形態に係る水分検知センサー素子１は、20〜600nW/cm2の電力を発生する。次に、この電力を用いて電子回路を動作させ、検知信号を出力する水分検知センサーについて説明する。
【００９１】
図１１に、本実施形態に係る水分検知センサー２の正極１０と負極２０と、電圧検出部５０との関係例を示す。図１１では、図２に示した下ケース４１と上ケース４０から成る筐体４８等は表記していない。
【００９２】
水分検知センサー２は、リチウムイオン導電性固体電解質板３０と、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の片面に形成されたリチウムイオンの挿入と脱離が可能な正極１０と、正極１０と所定の間隔を空けて隣接して配置されるチウムイオンの挿入と脱離が可能な負極２０と、リチウムイオン導電性固体電解質板３０を保持し、正極１０と負極２０の間に水分を導入する水分導入孔４９を有する筐体４８と、正極１０と負極２０の間に生じる電圧を検出する電圧検出部５０とを備える。
【００９３】
電圧検出部５０は、例えば微弱信号検出ＩＣ（エスアイアイ・セミコンダクタ（株）製、S-5470シリーズ）を用いる。この微弱信号検出ＩＣは、約0.7nWで信号を検出することができるので、水分検知センサー素子１が発生する電力で動作することが可能である。
【００９４】
電圧検出部５０は、正極１０と負極２０の間に、水分が存在することによる電池反応の変化を検出し、例えば600mV（信号レベル「１」）を出力する。水分を検知しない場合は、0mV（信号レベル「０」）を出力する。
【００９５】
水分検知センサー素子１の起電力が大きけ（例えばmWオーダー）れば、上記の信号レベルに対応させてＬＥＤ等の発光素子を発光させるようにしてもよい。または、警報音を発生させてもよい。
【００９６】
なお、水分検知センサー２と環境発電とを組み合わせた水分検知センサーも考えられる。環境発電とは、太陽電池、温度差発電（ゼーベック素子）、及び振動発電等の環境エネルギーを電力に変換する発電のことである。
【００９７】
環境発電を用いることで、電池を用いずに水分検知センサーを構成することができる。次に、環境発電を用いた水分検知センサーについて説明する。
【００９８】
図１０に、環境発電を用いた水分検知センサー３の機能構成例を示す。水分検知センサー３は、電圧検出部５０、電源部６０、振動検出部８０、及び無線部１００を備える。なお、電源部６０と振動検出部８０の間と共通電極との間に接続されるコンデンサ７０は、電源部６０に含めてもよい。コンデンサ７０は、例えば太陽電池で発電した電力を蓄える。
【００９９】
また、振動検出部８０と無線部１００の間と共通電極との間に接続されるツェナーダイオード９０は、振動検出部８０に含めてもよい。ツェナーダイオード９０は、無線部１００の電源電圧を安定化させる作用をする。また、アンテナ１１０は、無線部１０に含めてもよい。
【０１００】
電圧検出部５０は、上記の水分検知センサー２を構成する電圧検出部である。図１０では、紙３０、及び検知電極１０，２０の表記を省略している。電圧検出部５０は、水分を検知した場合に例えば信号レベル「１」を出力し、水分を検知しない場合に信号レベル「０」を出力する。
【０１０１】
振動検出部８０は、例えばボール型センサを備え、振動検出部８０が傾くとコンデンサ７０に蓄えられた電力を無線部１００に伝達する。つまり、振動検出部８０は、自らが傾く度に、無線部１００に間欠的に電力を供給する。
【０１０２】
無線部１００は、間欠的に与えられる電力で高速に起動するリング発信器を備える。無線部１００は、振動検出部８０から電力が供給され、且つ電圧検出部５０が例えば信号レベル「１」を出力している場合に無線送信する。
【０１０３】
この無線送信の有無を、図示しない受信機で受信することで水分の有無を、離れた位置で検知することが可能である。
【０１０４】
電源部６０は、太陽電池以外の環境発電を用いてもよい。電源部６０に環境発電を用いることで、水分検知センサー３を電池レスで構成することができる。
【０１０５】
要するに、水分検知センサー３は、電解質を形成するリチウムイオン導電性固体電解質板３０と、リチウムイオン導電性固体電解質板３０の片面に形成されたリチウムイオンの挿入と脱離が可能な正極１０と、正極１０と所定の間隔を空けて隣接して配置されるリチウムイオンの挿入と脱離が可能な負極２０と、リチウムイオン導電性固体電解質板３０を保持し、正極１０と負極２０の間に水分を導入する水分導入孔４９を有する筐体４８と、正極１０と負極２０の間に生じる電圧を検出する電圧検出部５０とを備える。
【０１０６】
以上述べたように、本発明に係る水分検知センサー素子１は、水分により分解及び腐食などの劣化が起きない固体電解質によって構成されるため洗浄が可能である。したがって、洗浄と乾燥を繰り返すことで、繰り返し安定して使用することができる。
【０１０７】
また、本発明に係る水分検知センサー２によれば、水分の有無を、電気信号の２値で知らせることができる。また、水分検知センサー２を構成する水分検知センサー素子１の起電力を大きくすれば、水分の有無を例えば発光、警報音等で知らせることができる。
【０１０８】
また、本発明に係る水分検知センサー３によれば、水分の有無を無線信号で通知することができる。
【０１０９】
以上述べたように、本発明によれば、外部からの電力供給なしに水分の検知を精度良く行うことができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１：水分検知センサー素子
２、３：水分検知センサー
１０：正極
２０：負極
３０：リチウムイオン導電性固体電解質板
４０：上ケース
４１：下ケース
４２：正極電極
４３、４６：導通端子
４５：負極電極
４４、４７：導電線
４８：筐体
４９：水分導入孔
５０：電圧検出部
６０：電源部
７０：コンデンサ
８０：振動検出部
９０：ツェナーダイオード
１００：無線部
１１０：アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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