(57)【要約】  ウェアラブル機器として着衣に適用できる湿度センサ用の伸縮性を有する感湿複合材及びこの湿度センサを提供する。感湿複合材は、多孔質シリコーン樹脂からなる基材の内部の閉塞した気孔に潮解性を有する無機化合物を収容させたことを特徴とする。また、湿度センサは、多孔質シリコーン樹脂からなる基材の内部の閉塞した気孔に潮解性を有する無機化合物を収容させた感湿複合材からなるバルクを一対の透湿性素材からなる対向電極間に挟み込んでなることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質シリコーン樹脂からなる基材の内部の閉塞した気孔に潮解性を有する無機化合物を収容させたことを特徴とする感湿複合材。
【請求項２】
前記気孔は略球状に分散した独立気孔であることを特徴とする請求項１記載の感湿複合材。
【請求項３】
前記無機化合物は金属塩化物であることを特徴とする請求項２記載の感湿複合材。
【請求項４】
前記金属塩化物は、リチウム、マグネシウム、カリウム、カルシウムの塩化物のいずれか１つ又はその組み合わせであることを特徴とする請求項３記載の感湿複合材。
【請求項５】
多孔質シリコーン樹脂からなる基材の内部の閉塞した気孔に潮解性を有する無機化合物を収容させた感湿複合材からなるバルクを一対の透湿性素材からなる対向電極間に挟み込んでなることを特徴とする湿度センサ。
【請求項６】
周囲の湿度変化を誘電率の変化によって与えることを特徴とする請求項５記載の湿度センサ。
【請求項７】
前記気孔は略球状に分散した独立気孔であることを特徴とする請求項６記載の湿度センサ。
【請求項８】
前記無機化合物は金属塩化物であることを特徴とする請求項７記載の湿度センサ。
【請求項９】
前記金属塩化物は、リチウム、マグネシウム、カリウム、カルシウムの塩化物のいずれか１つ又はその組み合わせであることを特徴とする請求項８記載の湿度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性材料に感湿材料を複合化させた感湿複合材及びこれを用いた湿度センサに関し、特に、伸縮性を有する感湿複合材及びこれを用いた湿度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
空間中の湿度変化を検知する感湿（湿度）センサの１つとして、変色により湿度の変化を視認できるようにした感湿インジケータが知られている。これには、湿度によって色を変化させる材料を他の材料と組み合わせた感湿複合材からなる塗料が用いられ得る。【０００３】
例えば、特許文献１では、感湿インジケータの塗料として、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、多孔性粒子と、水系樹脂エマルジョンとからなる塗料を開示している。ここでは、多孔性粒子が潮解物質よりも先に湿気を吸収し、多孔性粒子の吸湿量が飽和に近づくと潮解物質が吸湿し始めて流動化することを利用している。多孔性粒子の添加量が増えるほど、感湿インジケータの検知湿度が高い領域にシフトして変色若しくは消色するとしている。【０００４】
また、電気的な変化として空間中の湿度の変化を検知する感湿センサも知られている。【０００５】
例えば、特許文献２では、多孔性の水酸アパタイトに塩化カルシウムや塩化アンモニウムなどの無機ハロゲン化物を組み合わせた湿度センサ用の感湿複合材が開示されている。かかる感湿複合材の成形体に一対の電極を与え、該電極間のインピーダンス値の変動によって、成形体に接するガス中の相対湿度の変動を検知することができるとしている。【０００６】
ところで、非特許文献１で述べられているように、熱中症の予防等に用いられる暑さ指数や、環境を評価する不快指数について、暑さや不快さを感じるヒト又はその近傍のモニタを行おうとする場合、ヒトの着用する衣服などに感湿センサを与えることが考慮される。ここでも感湿複合材が用いられ得るが、セラミックとポリマーとを複合化させた感湿複合材によれば、耐水性及び耐室温高湿性に優れ長期間に亘って高湿度雰囲気にて安定的に使用できると述べている。具体的には、チタニア／酸化銅をベースにしたセラミック焼成体をポリマーでコート処理した感湿複合材を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１８５７４５号公報
【特許文献２】特開平２−８６１０１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「感湿複合材を用いた湿度センサの開発および電子回路設計」；若林英親、歌代一朗著；サーキットテクノロジ誌、第４巻（１９８９）第７号、第３５３〜３５９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、ヒトの着用する衣服などに感湿センサを与えることが提案されている。かかるウェアラブル機器としての感湿センサでは、ヒトの動きに追従し、安定した湿度の測定を与えることを要求される。すなわち、伸縮性を有するとともに、この伸縮に伴って湿度応答性に大きな影響がないことを要求される。【００１０】
本発明は、上記したような状況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、ウェアラブル機器として着衣に適用できる湿度センサ用の伸縮性を有する感湿複合材及びこの湿度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による感湿複合材は、多孔質シリコーン樹脂からなる基材の内部の閉塞した気孔に潮解性を有する無機化合物を収容させたことを特徴とする。【００１２】
かかる発明によれば、ヒトの動きに追従し安定した湿度の測定を与える感湿センサなどの感湿性部品（部材）を与え得るのである。【００１３】
上記した発明において、前記気孔は略球状に分散した独立気孔であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、安定した湿度の測定を与える感湿センサを与え得るのである。【００１４】
上記した発明において、前記無機化合物は金属塩化物塩化カルシウムであることを特徴としてもよい。また、前記金属塩化物は、リチウム、マグネシウム、カリウム、カルシウムの塩化物のいずれか１つ又はその組み合わせであってもよい。かかる発明によれば、安定した湿度の測定を与える感湿センサを与え得るのである。【００１５】
また、本発明による湿度センサは、多孔質シリコーン樹脂からなる基材の内部の閉塞した気孔に潮解性を有する無機化合物を収容させた感湿複合材からなるバルクを一対の透湿性素材からなる対向電極間に挟み込んでなることを特徴とする。【００１６】
かかる発明によれば、ヒトの動きに追従し安定した湿度の測定を与え得るのである。【００１７】
上記した発明において、周囲の湿度変化を誘電率の変化によって与えることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、安定した湿度の測定を与え得るのである。【００１８】
上記した発明において、前記気孔は略球状に分散した独立気孔であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、安定した湿度の測定を与え得るのである。【００１９】
上記した発明において、前記無機化合物は金属塩化物塩化カルシウムであることを特徴としてもよい。また、前記金属塩化物は、リチウム、マグネシウム、カリウム、カルシウムの塩化物のいずれか１つ又はその組み合わせであってもよい。かかる発明によれば、安定した湿度の測定を与え得るのである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による実施例としての感湿複合材の断面図である。
【図２】本発明による実施例としての湿度センサの側面図である。
【図３】湿度センサの相対湿度と比誘電率の実部の関係を示すグラフである。
【図４】湿度センサの相対湿度と比誘電率の虚部の関係を示すグラフである。
【図５】無機化合物による相対湿度と静電容量との関係を示すグラフであり、（ａ）測定された静電容量のグラフ、（ｂ）湿度３０％のときの静電容量に対する静電容量の比のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明による１つの実施例である感湿複合材及び湿度センサについて、図１及び図２を用いて説明する。
【００２２】
図１に示すように、感湿複合材１０は、多孔質シリコーン樹脂からなる基材１の内部に閉塞した気孔２を多数備える。気孔２のそれぞれは、内部に潮解性を有する無機化合物３を収容させている。なお、気孔２としては、例えば、互いに連通することなく閉塞した独立気孔であることが好ましい。また、この独立気孔は略球状を呈して分散していることも好ましい。
【００２３】
潮解性を有する無機化合物３としては、例えば、臭化マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、臭化カルシウム、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、臭化ナトリウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム及びそれらの水和物が挙げられ、後述するように、所望とする感湿の程度により、これらの１つ又は組み合わせて使用し得る。好適には、金属塩化物であって、リチウム、マグネシウム、カリウム、カルシウムの塩化物のいずれか１つ又はその組み合わせであることが好ましい。
【００２４】
ここで、多孔質シリコーン樹脂からなる基材１は水蒸気を透過させるが液体となった水を透過させない。よって、感湿複合材１０は、独立した気孔２内に侵入した水蒸気を無機化合物３で吸収して潮解液を生成し、潮解液を気孔２内に保持することができる。
【００２５】
潮解性物質による水蒸気の吸収と放出とは水蒸気分圧に応じた平衡現象であるため、感湿複合材１０は周囲の水蒸気分圧と釣り合うまで多量の水蒸気を吸収して潮解液として内部に保持する。他方、潮解液は閉塞した気孔２内に保持されて漏洩せず、また、感湿複合材１０を電気的に短絡させることもない。
【００２６】
すなわち、感湿複合材１０の保持する潮解液の量を検出することで湿度センサを得ることができる。
【００２７】
例えば、図２に示すように、感湿複合材１０のバルクを一対の対向電極１１及び１２に挟み込むことで、湿度センサ２０を得ることができる。なお、対向電極１１及び１２のうち、少なくとも一方は透湿性素材からなることが好ましい。すなわち、感湿複合材１０の保持する潮解液の量に基づく誘電率の変化を検出することで周囲の水蒸気分圧の変化を検出できて、湿度変化を検出できる。
【００２８】
特に、シリコーン樹脂を基材１とする感湿複合材１０は可撓性や伸縮性を有し柔軟に変形し得る。よって、湿度センサ２０は、対向電極１１及び１２を可撓性及び伸縮性を有する素材とすることで、ウェアラブル機器として好適に着衣へ取り付けることができる。そして、ヒトの動きに追従することで安定した湿度の測定を与え得る。かかる感湿複合材１０を利用して各種の感湿性部品（部材）を得ることが出来る。
【００２９】
次に、感湿複合材１０を用いた湿度センサ２０を実際に製作した例について図３及び図４を用いて説明する。
【００３０】
基材１となるシリコーン樹脂としては、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を用いた。また、無機化合物３としては、塩化カルシウムを用いた。
【００３１】
まず、濃度０〜３０重量％の塩化カルシウム水溶液とＰＤＭＳプレポリマーとを重量比１：２で混合し、良く撹拌することで、塩化カルシウム水溶液を分散させたエマルションを得た。なお、濃度０重量％の塩化カルシウム水溶液は水のことである。このエマルションを板状のＡｌ電極上に約１０μｍの厚さでスピンコートし、加熱して硬化させた。硬化した塩化カルシウム−ＰＤＭＳ複合膜上にＡｕをスパッタし厚さ２０ｎｍの透湿電極を作製した。つまり、（透湿）電極で塩化カルシウム−ＰＤＭＳ複合膜上を挟んだ構造の素子である湿度センサ２０を作製した。
【００３２】
作製した湿度センサ２０を２５℃の恒温槽内に設置して、恒温槽の内部の湿度を３０〜９５％まで変化させつつ、湿度センサ２０の静電容量を測定することで、湿度センサ２０の湿度に対する比誘電率を得た。
【００３３】
図３に示すように、比誘電率の実部（εｒ’）は、塩化カルシウムを含有しない場合（０ｗｔ％）に殆ど値を変化させなかったのに対し、塩化カルシウムを含む場合に湿度の上昇に伴って値を増加させ、特に相対湿度８０％以上において急激に値を増加させた。
【００３４】
また、図４に示すように、比誘電率の虚部（εｒ’’）は、湿度の上昇に伴って値を増加させたが実部に比べて非常に小さい値であった。
【００３５】
以上のことから、作製した湿度センサ２０は、塩化カルシウムを無機化合物３として気孔２内に封じ込めて、高湿度領域であっても生成された潮解液の漏洩やそれに伴う短絡を発生させていないことが示された。
【００３６】
更に、無機化合物３を変えて感湿複合材１０による湿度センサ２０を製造して、それぞれについて湿度に対する静電容量の変化について調べた結果について説明する。無機化合物３として使用したものは、上記した塩化カルシウムと同様、金属塩化物のうちの塩化リチウム、塩化カリウム、塩化マグネシウムの３種類であり、それぞれ乾湿複合材１０に９重量％含まれるようにした。なお、感湿複合材１０の基材１となるシリコーン樹脂としてはＰＤＭＳを用いた。それぞれの感湿複合材１０を用いた湿度センサ２０について、相対湿度３０％、６０％、９０％の静電容量を測定した。
【００３７】
図５（ａ）及び（ｂ）には、測定された静電容量、及び、湿度３０％のときの静電容量を１としたときの静電容量の比をそれぞれ示した。塩化リチウムを用いた場合Ａ（以下、Ａと称する。）、塩化カリウムを用いた場合Ｂ（以下、Ｂと称する。）、及び、塩化マグネシウムを用いた場合Ｃ（以下、Ｃと称する。）のいずれについても相対湿度が高くなるほど静電容量を大きくする傾向にあった。Ａ、Ｂについては、相対湿度３０％から６０％までの間での変化は小さく、相対湿度６０％から９０％の間において変化が大きかった。特に、絶対値は異なるものの、湿度３０％のときの静電容量を１としたときの静電容量の比（図５（ｂ）参照）ではＡ、Ｂ共に非常に近い変化を示した。Ｃでは、相対湿度３０％から９０％までの全体の変化量はＡ及びＢに比べて小さいものの、全体的に変化が線形的であった。
【００３８】
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【符号の説明】
【００３９】
１  基材
２  気孔
３  無機化合物
１０  感湿複合材
２０  湿度センサ
【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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【国際調査報告】
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