JP7742761B2 - センサ、検出システム、及び、検出方法 - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 令和３年８月２４日開催 Ｔｈｅ ２０２１ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＡＴＡＩＴ ２０２１） ＷＥＢ開催 ＵＲＬ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｔａｉｔ．ｓｅ．ｒｉｔｓｕｍｅｉ．ａｃ．ｊｐ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ にて発表

本開示は、センサ、検出システム、及び、検出方法に関する。

特許文献１は、電極における液体との非接触範囲の大きさに応じて変化する寄生抵抗の大きさを利用して、吸収部材において、電極における液体との非接触範囲の大きさを検出することを開示している。

特開２０１９－１６６０４０号公報

本発明者らは、例えばおむつなどの、液体の存在を重点的に検出する位置と予備的に検出する位置とがあるものに対してセンサを用いる場合、位置に応じてセンサの感度を異ならせることが有効であることを見出した。本開示は、位置に応じて感度が異なるセンサ、そのセンサを利用した検出システム、及び、検出方法を提供することを目的の１つとする。

ある実施の形態に従うと、センサは、第１の電極及び第２の電極を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の電極間に発電電力を生じさせる液体の存在を、前記発電電力によって検出するセンサであって、前記第１の電極及び前記第２の電極は、糸状あるいは帯状の構造であり、長手方向に交差する方向に並設されているとともに、電極間に存在する液体の検出用であり、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、第１の位置とは異なる長手方向の第２の位置において、第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を備える。

ある実施の形態に従うと、検出システムは、被検出体に搭載された、第１の電極及び第２の電極を有し、前記第１の電極及び前記第２の電極の電極間に発電電力を生じさせる液体の存在を、前記発電電力によって検出するシステムであって、前記第１の電極及び前記第２の電極の電極間に生じる発電電力によって前記液体の存在を検出するセンサと、センサに接続され、センサでのセンシング結果を無線通信によって出力する通信機と、センシング結果を受信する受信機と、を備え、第１の電極及び第２の電極は、糸状あるいは帯状の構造であり、長手方向に交差する方向に並設されているとともに、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、第１の位置とは異なる長手方向の第２の位置において、第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を有する。

ある実施の形態に従うと、検出方法は、第１の電極及び第２の電極の電極間に発電電力を生じさせる液体の存在を、前記発電電力によって検出する方法であって、糸状あるいは帯状の構造の前記第１の電極及び前記第２の電極を、長手方向に交差する方向に並設し、第１の電極及び第２の電極は、異種材料で構成され、電極間に存在する液体に接することで、電極間に液体が存在すると電極間に発電電力が生じ、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、第１の位置とは異なる長手方向の第２の位置において、第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を備え、発電電力量が閾値を超えたことを検出することで、液体が所定量存在することを検出する、ことを含み、閾値は、第１部分による発電電力量の最大値より大きく、第２部分における発電電力量の最大値より小さい値である。

更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。

図１は、実施の形態に係る検出システム１００の概略図である。 図２は、吸収部材本体の、図１のＭ－Ｍ断面図である。 図３は、検出装置の構成を表した概略図である。 図４は、発明者らによるセンサの発電電流の測定結果を表した図である。 図５は、発明者らによるキャパシタの充電電圧の時間変化の測定結果を表した図である。 図６は、発明者らによる検出システムによって吸収部材本体の交換時期を検知する実験で得られた、無線信号の測定結果を表した図である。

＜１．センサ、検出システム、及び、検出方法の概要＞

（１）実施の形態に係るセンサは、液体の存在を検出するセンサであって、第１の電極及び第２の電極を備え、第１の電極及び第２の電極は、糸状あるいは帯状の構造であり、長手方向に交差する方向に並設され、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、第１の位置とは異なる長手方向の第２の位置において、第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を備える。

第２部分の第２表面積を第１部分の第１表面積より大きくすることによって、第１部分より第２部分の方が液体に接する面積が大きくなる。そのため、電極間の第１部分と第２部分とに同じ量の液体が存在した場合に、第１部分の電極間より第２部分の電極間の方が、液体の存在検出感度が向上する。つまり、センサの長手方向に、位置に応じて感度を異ならせることができる。

（２）好ましくは、第１の電極及び第２の電極は、異種材料で構成される電極間に液体が存在すると電極間に発電電力が生じ、第１部分によって生じる第１発電電力より、第２部分によって生じる第２発電電力が大きい。第２発電電力が第１発電電力より大きいことによって、発電電力を利用して液体の存在を検出するセンサの感度を、長手方向に異ならせることができる。

（３）好ましくは、センサは、液体の検出を示す検出信号を出力する出力部をさらに備え、出力部は、第１の電極及び第２の電極に接続されている。これにより、センサは、発電電力に応じた検出信号を出力することができる。

（４）好ましくは、第１の電極及び第２の電極は、排泄物を受ける吸収体を有する着用物品の、吸収体に接するよう設けられており、第１の位置は第２の位置より、着用物品を着用者が着用する際に前方に位置する。排泄物を受ける吸収体を有する着用物品は、例えば、おむつである。

第１の電極及び第２の電極が排泄物を受ける吸収体を有する着用物品の、吸収体に接するよう設けられることによって、センサは、排泄物に含まれる液体によって、着用物品への排泄の有無を検出することができる。第１の位置が第２の位置より、着用物品を着用者が着用する際に前方に位置するように第１の電極及び第２の電極を設けることによって、後方の感度を前方の感度より高くすることができる。排泄が着用物品の前方より行われ、着用者が仰臥位である場合に、吸収体に吸収された液体は後方に進行し、吸収体全体が液体を吸収した状態となる。後方の感度を前方の感度より高くすることで、吸収体全体が液体を吸収した状態、つまり、おむつである場合には交換のタイミングを検出することができる。

（５）好ましくは、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、生地に縫い付けられている。これにより、第１部分と第２部分とで、容易に表面積を異ならせることができる。

（６）好ましくは、第１部分と第２部分とは、生地に対する電極の縫構造が異なる。縫構造は、生地に対して電極が縫い付けられることによって電極が生地に対して形成する構造を指す。電極が糸状あるいは帯状の構造であることによって、縫構造を異ならせることで、第１部分と第２部分とで、容易に表面積を異ならせることができる。

（７）好ましくは、第２部分の縫構造は、第１部分の縫構造より、単位当たりの生地に対する電極の密度が高い。これにより、液体に接し得る第２表面積を第１表面積より大きくすることができる。

（８）好ましくは、第１の電極及び第２の電極は吸水体を介して接触されており、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、吸水体を生地として縫い付けられており、第２部分の縫構造は第１部分の縫構造より、縫い付けるピッチが短い。これにより、液体に接し得る第２表面積を第１表面積より大きくすることができる。

（９）好ましくは、第２部分の縫構造は第１部分の縫構造より、液体に接触する生地の表面に現れる電極の面積が大きい。これにより、生地の表面が吸収体に接している場合に、液体に接し得る第２表面積を第１表面積より大きくすることができる。

（１０）好ましくは、第２部分の縫構造は、電極の縫製方向に対する重複を有する。これにより、液体に接し得る第２表面積を第１表面積より大きくすることができる。

（１１）実施の形態に係る検出システムは、被検出体における液体の存在を検出するシステムであって、被検出体に搭載された、第１の電極及び第２の電極を有するセンサと、センサに接続され、センサでのセンシング結果を無線通信によって出力する通信機と、センシング結果を受信する受信機と、を備え、第１の電極及び第２の電極は、糸状あるいは帯状の構造を有し、長手方向に交差する方向に並設され第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、第１の位置とは異なる長手方向の第２の位置において、第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を有する。

第２部分の第２表面積を第１部分の第１表面積より大きくすることによって、センサの長手方向に、位置に応じて感度を異ならせることができる。このセンサを被検出体に搭載することによって、被検出体が、例えばおむつなどの、液体の存在を重点的に検出する位置と予備的に検出する位置とがあるものである場合に、液体の存在を位置に応じて検出することができる。センサでのセンシング結果を無線通信によって出力する通信機と、センシング結果を受信する受信機とを有することによって、受信機で受信した信号でセンシング結果を得ることができる。そのため、遠隔でセンシング結果を得たり、被検出体に触れずにセンシング結果を得たり、することができる。

（１２）実施の形態に係る検出方法は、液体の存在を検出する方法であって、糸状あるいは帯状の構造の第１の電極及び第２の電極を、長手方向に交差する方向に並設し、第１の電極及び第２の電極は、異種材料で構成され、電極間に液体が存在すると電極間に発電電力が生じ、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、第１の位置とは異なる長手方向の第２の位置において、第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を備え、発電電力量が閾値を超えたことを検出することで、液体が所定量存在することを検出する、ことを含み、閾値は、第１部分による発電電力量の最大値より大きく、第２部分による発電電力量の最大値より小さい値である。

第２部分の第２表面積を第１部分の第１表面積より大きいセンサを用いることによって、センサの長手方向に、異なる感度で液体の存在を検出することができる。このセンサを被検出体に搭載することによって、被検出体が、例えばおむつなどの、液体の存在を重点的に検出する位置と予備的に検出する位置とがあるものである場合に、閾値と第２部分の発電量とを比較することによって、第２部分における液体の存在を検出することができる。

＜２．センサ、検出システム、及び、検出方法の例＞

図１は、本実施の形態に係る検出システム１００の概略図である。検出システム１００は、被検出体における液体の存在を検出するシステムである。本実施の形態において、被検出体を吸収部材本体５とする。検出システム１００は、吸収部材本体５に設置されたセンサ１によって、吸収部材本体５に存在する液体を検出する。図２は、吸収部材本体５の、図１のＭ－Ｍ断面図である。

本実施の形態において、吸収部材本体５は、おむつとしての基本構成を備える。すなわち、吸収部材本体５は、表面シート５１、裏面シート５２、及び、吸収体５３を備える。吸収体５３は、表面シート５１と裏面シート５２との間に配置されている。吸収部材本体５は、装着者に装着されたときに、装着者正面側に位置する前側５４と、装着者背面側に位置する後側５５と、を有する。装着者の排泄物は、表面シート５１側から吸収体５３へ与えられる。吸収部材本体５は、展開状態における平面視において、ほぼ矩形状である。

表面シート５１は、ほぼ矩形状の液透過性シートである。表面シート５１は、例えば、不織布又は織布によって形成されている。表面シート５１は、装着者への装着時において、装着者の肌に接触する。表面シート５１は、液体の透過性を向上させ、透過した液体が装着者側へ逆戻りし難いように構成されている。これにより、装着者から排泄された尿を吸収体５３へ迅速に透過させることができる。したがって、表面シート５１は、排尿があっても、吸収体５３の吸水能力に余力がある限り、実質的に尿を保持せず、実質的に乾燥状態にある。この結果、装着者の肌に尿が接触するのが抑制される。

裏面シート５２は、ほぼ矩形状の非液透過性シートである。裏面シート５２は、防水フィルム等を有する防水材によって形成されている。裏面シート５２は、吸収体５３によって吸収された尿が、外部に漏れ出すのを防止する。

吸収体５３は、パルプなどの吸収性繊維と、高吸収性ポリマーと、によって構成されている。高吸収性ポリマーによって、多くの液体を吸収体５３に保持することができる。吸収体５３は、前後に長い、ほぼ矩形状のマット体である。吸収体５３は、長手方向が吸収部材本体５の前後方向と概ね一致し、吸収部材本体５の前側５４と後側５５とに跨って配置されている。したがって、吸収体５３は、前側５４で排泄された尿を吸収するとともに、前側５４の吸収量を超えた尿を後側５５で吸収することができる。

吸収体５３と裏面シート５２との間にセンサ１が配置されている。すなわち、センサ１は、吸収体５３の裏面シート５２側に配置されている。センサ１は、尿発電電池として機能する。センサ１は、一対の電極１１，１２を有する。電極１１，１２は、それぞれ、糸状あるいは帯状の構造を有している。センサ１は、一対の電極１１，１２が、長手方向に交差する幅方向に間隔を有して、吸収体５３に接するように配置されている。一対の電極１１，１２は、前後に長い吸収体５３に沿って、前後に伸びるように配置されている。すなわち、電極１１，１２は、長手方向が吸収体５３の長手方向に概ね一致するよう配置されている。

電極１１，１２は、それぞれ、正極、負極として機能する。電極１１，１２は、電極間に存在する液体に接することで発電する。センサ１は、電極１１，１２の発電電力によって電極１１，１２間に液体が存在することを検出する。

電極１１，１２の少なくとも一方は、生地１３に縫い付けられている。この例では、電極１１，１２のいずれもが導電性を有する糸状構造であって、生地１３に縫い付けられている。正極として機能する電極１１は、一例として、銀糸で構成されている。負極として機能する電極１２は、一例として、アルミニウム糸で構成されている。生地１３は、布地であって、例えば、綿素材の布地で形成されている。生地１３は、吸収体５３の裏面シート５２側に接して配置されている。これにより、生地１３に縫い付けられた糸で形成された電極１１，１２は、吸収体５３の裏面シート５２側に接する。

電極１１，１２の少なくとも一方として電極１１は、吸収部材本体５の前側５４に対応した位置（長手方向の第１の位置）において第１表面積Ｓ１を有する第１部分１１１を備えるとともに、吸収部材本体５の後側５５に対応した位置（長手方向の第２の位置）において第２表面積Ｓ２を有する第２部分１１２を有する。第２表面積Ｓ２は第１表面積Ｓ１より大きい（Ｓ２＞Ｓ１）。表面積は、吸収体５３に接する面積を指し、生地１３に縫い付けられた糸で形成された電極１１，１２の、生地１３の少なくとも吸収体５３側の表面に露出した部分の表面積を指す。

電極１１の、第１部分１１１と第２部分１１２とは、生地１３に対する糸の縫構造が異なる。縫構造は、生地１３に対して糸が縫い付けられることによって糸が生地に対して形成する構造を指す。第１部分１１１と第２部分１１２との縫構造が異なることは、一例として、第１部分１１１と第２部分１１２とで電極１１を形成する糸の縫い方が異なることである。具体的には、第２部分１１２の方が第１部分１１１より、単位当たりの生地１３に対する密度が高い縫い方である。

単位当たりの生地１３に対する密度が高い縫い方は、一例として、電極１１を形成する糸の、生地１３の吸収体５３側の表面に現れる面積が大きい縫い方である。例えば、第１部分１１１は波縫いで生地１３に縫い付けられ、第２部分１１２は返し縫いで生地１３に縫い付けられている。返し縫いは、本返し縫い、又は、半返し縫いを指す。

他の例として、図１に示されたように、第２部分１１２は、第１部分１１１より縫製長さが長く縫い付けられている。図１の例では、第１部分１１１が１回、波縫いで縫い付けられているのに対して、第２部分１１２は、糸の縫製方向に対する重複を有する縫い方で縫い付けられている。

生地１３は、布地で形成されており、吸収体５３の一部として機能してもよい。この場合、生地１３に縫い付けられた電極１１，１２は吸水体を間に挟んで配置されている。この場合の単位当たりの生地１３に対する密度が高い縫い方は、一例として、電極１１を形成する糸の、生地１３に縫い付けるピッチが短い縫い方である。具体的には、第１部分１１１は長いピッチの波縫いで生地１３に縫い付けられ、第２部分１１２は短いピッチの波縫いで生地１３に縫い付けられている。

これにより、第２部分１１２の方が第１部分１１１より、電極１１を形成する糸の、生地１３の吸収体５３側の表面への露出が多くなる。そのため、第２部分１１２の方が第１部分１１１より、電極１１が吸収体５３に多く接する。

なお、上記例では、電極１１，１２のいずれもが導電性を有する糸状構造の場合で説明したが、電極１１，１２のいずれか一方が、導電性を有する帯状構造であっても良い。

電極１１，１２は、吸収体５３に接して配置されるため、液体を吸収した吸収体５３が、電極１１，１２間の電流の発生経路となる。そのため、電極１１，１２には、吸収体５３が吸収した液体に接することで、電流が発生する。電極１１，１２は吸収体５３が吸収した液体によって発電するため、センサ１は、吸収体５３への液体吸収の検出用に用いられる。

センサ１は、検出装置３に接続されている。検出装置３は、電極１１，１２の、前側５４の端部に接続されている。これにより、吸収部材本体５を着用した着用者が仰臥位となったときに検出装置３が身体を圧迫することが防がれる。

図３は、検出装置３の構成を表した概略図である。図３を参照して、検出装置３は、キャパシタ３１を備える。キャパシタ３１は、センサ１に接続されて、電極１１，１２により発電された電力を蓄える。

検出装置３は、間欠電源変換回路３２を備える。間欠電源変換回路３２の電源端子には、キャパシタ３１が接続されている。間欠電源変換回路３２は、キャパシタ３１を動作電源として動作する。間欠電源変換回路３２は、キャパシタ３１の充電電圧を監視する。

間欠電源変換回路３２には、無線送信機３３が接続されている。無線送信機３３は、受信機７との間で無線通信を行う。無線通信は、例えば、Bluetooth（登録商標）や、Bluetooth Low Energy（登録商標）などである。

間欠電源変換回路３２は、キャパシタ３１の充電電圧が、無線送信機３３の駆動条件として設定された設定電圧Ｖｔに達したことを検出すると、間欠電源変換回路３２は、キャパシタ３１に充電された電力を無線送信機３３に供給する。これにより、無線送信機３３から無線信号ＳＧが出力される。

間欠電源変換回路３２が無線送信機３３に供給することによってキャパシタ３１の電力を消費すると、キャパシタ３１の電位が低下し、間欠電源変換回路３２は、動作を停止する。これにより、無線送信機３３への電力の供給が停止する。電極１１，１２の発電が行われていれば、キャパシタ３１には再び充電がなされる。

電極１１，１２の発電が行われていれば、キャパシタ３１は充放電を繰り返す。これに伴って、無線送信機３３からの無線信号ＳＧの出力は間欠的となる。従って、無線送信機３３から出力される無線信号ＳＧは、電極１１，１２間に存在する液体の検出を示す検出信号となる。

無線送信機３３からの無線信号ＳＧの出力の間隔Ｈは、キャパシタ３１への充電スピードに依存する。充電スピードは、発電量が多いほど早くなる。したがって、無線送信機３３からの無線信号ＳＧの出力の間隔Ｈは、電極１１，１２の発電量が多いほど、短くなり、発電量が少ないほど、長くなる。

電極１１，１２が液体に接しているほど、発電量は多くなる。すなわち、電極１１，１２は、長手方向を吸収体５３の長手方向と概ね一致させ、吸収体５３に接して配置されていることから、吸収体５３に吸収された液体の量が多いほど、発電量は多くなる。従って、無線送信機３３からの無線信号ＳＧの出力の間隔Ｈは、吸収体５３に吸収された液体の量を表している。

送信機９５から送信された無線信号ＳＧは、受信機７によって受信される。受信機７は管理装置９に接続されて、受信した無線信号ＳＧを管理装置９に与える。管理装置９は、プロセッサ９１及びメモリ９２を有するコンピュータであって、一例として、スマートフォンなどの端末装置である。

プロセッサ９１は、メモリ９２に格納されたプログラムを実行することにより、吸収部材本体５の吸収体５３の吸水度合に関する処理を行うことができる。吸収部材本体５の吸収体５３の吸水度合に関する処理は、例えば、おむつ交換の要否判断の処理である。吸収部材本体５は、吸収体５３の後側５５まで液体が達すると、交換時期とする。おむつ交換が必要と判断された場合、管理装置９の出力装置９３は、おむつ交換が必要であることを出力する。

発明者らは、銀糸で形成された電極１１、及び、アルミニウム糸で形成された電極１２を有するセンサ１を吸収部材本体５に配置し、吸収部材本体５に液体を注入しながらセンサ１の発電電流を測定して図４の発電電流特性を得た。計測では、吸収部材本体５の前側５４から液体を注入し、時間経過に沿ってセンサ１の発電電流を測定した。時間経過は、図４において、前側５４の端部からの長手方向の、吸収体５３が液体を吸収した長さ、すなわち、電極が液体に接した長さ（濡れ長さ）によって表現されている。図４の横軸は濡れ長さ、縦軸は発電電流の大きさを表わしている。

図４の測定結果Ｌ１１は、電極１２は、綿素材の生地１３に対してアルミニウム糸を波縫いにして形成され、電極１１は、第１部分１１１においては波縫い、第２部分１１２においては本返し縫いを５回、縫製方向に重複させて形成されたセンサ１での発電電流の測定結果を表している。なお、図４の測定結果Ｌ２１は、比較例としての測定結果であって、電極１１が銀糸を縫製方向に重複させずに波縫いにして形成されたセンサでの、センサ１と同条件として発電電流を測定した結果を表している。用いたセンサ１の電極１１，１２の長手方向の長さは５２０ｍｍであり、電極１１の第１部分１１１は４４０ｍｍ、第２部分１１２は８０ｍｍであった。

値Ａは、測定結果Ｌ１１の、濡れ長さが約３１０ｍｍにおける測定値を表している。吸収部材本体５の前側５４の端部から約３１０ｍｍの位置Ｐ１は、第１部分１１１に含まれる点である。従って、値Ａは、吸収体５３に、位置Ｐ１までは液体が吸収され、第２部分１１２には液体が吸収されていない状態での測定値である。

値Ｂは、測定結果Ｌ１１の、濡れ長さが約４５０ｍｍにおける測定値を表している。値Ｃは、測定結果Ｌ２１の、濡れ長さが約４４０ｍｍにおける測定値を表している。吸収部材本体５の前側５４の端部から約４４０ｍｍの位置Ｐ２、及び、約４５０ｍｍの位置Ｐ３は、第２部分１１２に含まれる点である。従って、値Ｂ，Ｃは、いずれも、第２部分１１２まで液体が吸収された状態での測定値である。

図４を参照して、発電電流は、測定結果Ｌ１１，Ｌ２１ともに、電極の濡れ長さが長くなるほど増加する傾向を有することは確認された。濡れ長さが第１部分１１１である４４０ｍｍより大きくなると、測定結果Ｌ１１における測定値の増加速度は測定結果Ｌ２１における測定値の増加速度よりも急激に大きくなり、値Ｂは値Ｃよりも１５０μＡ以上大きくなるという発電電流特性が得られた。

図４の発電電流特性より、電極１１の、第２部分１１２における第２表面積Ｓ２を第１部分１１１における第１表面積Ｓ１よりも大きくすることによって、表面積を変化させない場合より、液体が第２部分１１２まで達したときの発電量を、第１部分１１１まで液体が吸収されたときの発電量より格段に大きくできることが検証された。すなわち、吸収体５３の、第２部分１１２まで液体が達する前と後とのセンサ１の発電量を大きく異ならせることができることが検証された。

センサ１では、液体が第２部分１１２まで達したときの発電量が、第１部分１１１まで液体が吸収されたときの発電量より格段に大きくなることによって、第１部分１１１まで液体が吸収されたときと液体が第２部分１１２まで達したときとのキャパシタ３１への充電速度の差を大きくすることができる。

なお、第２部分１１２への給水を検出する場合、電極１１又は１２を第２部分１１２のみ、つまり、後側５５のみとすることも考えられる。しかしながら、電極１１第１部分１１１まで有することにより、センサ１は長手方向全体で発電を行うようになって、発電量を増加させることができる。

発明者らは、図４の測定に用いたセンサ１及び比較例に係るセンサに検出装置３を接続し、キャパシタ３１の充電電圧の時間変化を測定して図５の充電特性を得た。キャパシタ３１の充電には、図４の値Ｂ，Ｃを得た点Ｐ２，Ｐ３まで吸収体５３に液体が吸収した状態でのセンサ１及び比較例に係るセンサの発電電力を用いた。キャパシタ３１には、負荷容量は４．４ｍＦのアルミ電解コンデンサを用いた。図５の横軸は充電開始からの経過時間、縦軸は充電電圧を表している。

図５の測定結果Ｌ１２はセンサ１を用いたときの充電電圧の測定結果を表し、測定結果Ｌ２２は比較例に係るセンサを用いたときの充電電圧の測定結果を表している。測定結果Ｌ１２，Ｌ２２ともに充電開始から１０秒程度の時刻Ｔ１において急激に充電電圧が上昇し、その後、緩やかに上昇している。

図５では、測定結果Ｌ１２では時刻Ｔ１において充電電圧が０．６Ｖを上回るのに対し、測定結果Ｌ２２では、時刻Ｔ１での充電電圧は０．５Ｖ程度までしか上昇しない。測定結果Ｌ２２では、時刻Ｔ１の後の緩やかな上昇によって、充電電圧が０．６Ｖに達するのに充電開始から１５０秒かかっている。

この結果より、第２部分１１２の第２表面積Ｓ２を第１部分１１１の第１表面積Ｓ１より大きくすることで、しない場合よりもキャパシタ３１を急速充電できることがわかった。つまり、吸収体５３の、第２部分１１２まで液体が達する前と後とのキャパシタ３１の充電速度を大きく異ならせることができることが検証された。

これらの検証を踏まえて、検出装置３の間欠電源変換回路３２の設定電圧Ｖｔは、時刻Ｔ１でセンサ１を用いたときのキャパシタ３１の充電電圧より低く、比較例に係るセンサを用いたときの充電電圧より高い電圧とする。言い換えると、第１部分１１１における発電量の最大値より大きく、第２部分１１２における発電量の最大値より小さい値である。図４，図５の検証で用いたセンサ１の場合、一例として、設定電圧Ｖｔは０．６Ｖ以上（Ｖｔ≦０．６Ｖ）とする。好ましくは、設定電圧Ｖｔは０．６Ｖ（Ｖｔ＝０．６Ｖ）とする。

これにより、吸収体５３に液体が第１部分１１１に対応した位置まで吸収され、第２部分１１２に対応した位置まで達していない状態においては無線送信機３３が起動されない。その結果、この状態では、無線信号ＳＧが出力されない。液体が第２部分１１２まで達すると、無線送信機３３が起動される。その結果、無線信号ＳＧが出力される。そのため、受信機７で無線信号ＳＧを受信することによって、すなわち、このように長手方向で表面積を異ならせることによって、センサ１の長手方向の液体の検出精度を異ならせることができる。管理装置９は、吸収体５３に液体が十分に吸収されたこと、つまり、おむつ効果の要を判定することができる。

発明者らは、図４，図５の測定に用いたセンサ１を吸収部材本体５（おむつ）に搭載して検出システム１００を構築し、検出システム１００によって吸収部材本体５の交換時期を検知する実験を行った。用いた吸収部材本体５は、前側５４から注水することで吸収体５３の吸水は前側５４から後側５５に向かって進む。吸収体５３は、合計で６００ｍｌ程度の注水によって後側５５まで吸水した状態となる。液体は、生理食塩水を用いた。

実験では、１回当たりの注入量とし、１回目の注入から６００秒以上経過後に２回目を注いで、合計６００ｍｌの液体を吸収部材本体５に注入した。注入開始からの受信機７での無線信号ＳＧの受信の有無を測定して、図６の測定結果を得た。図６の横軸は注入開始からの経過時間、縦軸は無線信号ＳＧの受信の有無を表している。値「０」が受信なし、値「１」が受信ありを示している。

図６の結果より、１回目の注入の後、２回目の注入前の期間Ｔ２に、７１秒後に無線信号ＳＧが１回受信されている。２回目の注入の後の期間Ｔ３には、注入の２２秒後に１回目が受信され、その後、４回受信されている。期間Ｔ３には、６００秒間で無線信号ＳＧが５回受信された。

この結果より、期間Ｔ２より期間Ｔ３の方がセンサ１の発電量が急激に増加していることがわかる。つまり、１回目の注入では第１部分１１１まで液体に接し、第２部分１１２は液体に接していないのに対し、２回目の注入で第２部分１１２まで液体に接したのが分かる。よって、検出システム１００を用いることによって、管理装置９において、無線信号ＳＧの受信間隔Ｈが閾値より小さく、無線信号ＳＧを所定回数以上受信した場合に、おむつの取替え時期であると判定することが検証された。

なお、管理装置９において、無線信号ＳＧの受信間隔Ｈの閾値は、第１部分１１１による最大発電電力量での受信間隔より短く、第２部分１１２による最大発電電力量での受信間隔より長い値に設定する。これにより、第１部分１１１による発電電力量の最大値よりも大きく、第２部分１１２による発電電力量の最大値よりも小さい値に、発電電力量の閾値を設定でき、この閾値を超えたことを、受信間隔の閾値より短くなったことで検出できる。つまり、本検出システム１００は、第２部分１１２に液体が接したことを確実に検出でき、おむつの取り換え時期が確実に判定できる。

＜３．付記＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

１ ：センサ
３ ：検出装置
５ ：吸収部材本体
７ ：受信機
９ ：管理装置
１１ ：電極
１２ ：電極
１３ ：生地
３１ ：キャパシタ
３２ ：間欠電源変換回路
３３ ：無線送信機
５１ ：表面シート
５２ ：裏面シート
５３ ：吸収体
５４ ：前側
５５ ：後側
９１ ：プロセッサ
９２ ：メモリ
９３ ：出力装置
９５ ：送信機
１００ ：検出システム
１１１ ：第１部分
１１２ ：第２部分
Ｈ ：受信間隔
Ｌ１１ ：測定結果
Ｌ１２ ：測定結果
Ｌ２１ ：測定結果
Ｌ２２ ：測定結果
Ｓ１ ：第１表面積
Ｓ２ ：第２表面積
ＳＧ ：無線信号
Ｔ２ ：期間
Ｔ３ ：期間
Ｖｔ ：設定電圧

Claims (12)

1. 第１の電極及び第２の電極を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の電極間に発電電力を生じさせる液体の存在を、前記発電電力によって検出するセンサであって、
   前記第１の電極及び前記第２の電極は、糸状あるいは帯状の構造であり、長手方向に交差する方向に並設され、
   前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、前記第１の位置とは異なる長手方向の第２の位置において、前記第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を備える
   センサ。
2. 前記第１の電極及び前記第２の電極は、異種材料で構成され、
   前記第１部分によって生じる第１発電電力より、前記第２部分によって生じる第２発電電力が大きい
   請求項１に記載のセンサ。
3. 
   前記液体の検出を示す検出信号を出力する出力部をさらに備え、
   前記出力部は、前記第１の電極及び前記第２の電極に接続されている
   請求項２に記載のセンサ。
4. 前記第１の電極及び前記第２の電極は、排泄物を受ける吸収体を有する着用物品の、前記吸収体に接するよう設けられており、
   前記第１の位置は前記第２の位置より、前記着用物品を着用者が着用する際に前方に位置する
   請求項１～３のいずれか一項に記載のセンサ。
5. 前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、生地に縫い付けられている
   請求項１～４のいずれか一項に記載のセンサ。
6. 前記第１部分と前記第２部分とは、前記生地に対する前記電極の縫構造が異なる
   請求項５に記載のセンサ。
7. 前記第２部分の前記縫構造は、前記第１部分の前記縫構造より単位当たりの前記生地に対する電極の密度が高い
   請求項６に記載のセンサ。
8. 前記第１の電極及び前記第２の電極は吸水体を介して接触されており、
   前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、前記吸水体を前記生地として縫い付けられており、
   前記第２部分の前記縫構造は前記第１部分の前記縫構造より、縫い付けるピッチが短い
   請求項７に記載のセンサ。
9. 前記第２部分の前記縫構造は前記第１部分の前記縫構造より、前記液体に接触する前記生地の表面に現れる電極の面積が大きい
   請求項６に記載のセンサ。
10. 前記第２部分の前記縫構造は、前記電極の縫製方向に対する重複を有する
    請求項９に記載のセンサ。
11. 被検出体に搭載された、第１の電極及び第２の電極を有し、前記第１の電極及び前記第２の電極の電極間に発電電力を生じさせる液体の存在を、前記発電電力によって検出するシステムであって、
    前記第１の電極及び前記第２の電極の電極間に生じる発電電力によって前記液体の存在を検出するセンサと、
    前記センサに接続され、前記センサでのセンシング結果を無線通信によって出力する通信機と、
    前記センシング結果を受信する受信機と、を備え、
    前記第１の電極及び前記第２の電極は、糸状あるいは帯状の構造であり、長手方向に交差する方向に並設され、
    前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、前記第１の位置とは異なる長手方向の第２の位置において、前記第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を有する
    検出システム。
12. 第１の電極及び第２の電極の電極間に発電電力を生じさせる液体の存在を、前記発電電力によって検出する方法であって、
    糸状あるいは帯状の構造の前記第１の電極及び前記第２の電極を、長手方向に交差する方向に並設し、
    前記第１の電極及び前記第２の電極は、異種材料で構成され、前記電極間に前記液体が存在すると前記電極間に発電電力が生じ、
    前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、長手方向の第１の位置において第１表面積を有する第１部分を備えるとともに、前記第１の位置とは異なる前記長手方向の第２の位置において、前記第１表面積より大きい第２表面積を有する第２部分を備え、
    前記発電電力量が閾値を超えたことを検出することで、前記液体が所定量存在することを検出する、ことを含み、
    前記閾値は、前記第１部分による発電電力量の最大値より大きく、前記第２部分による発電電力量の最大値より小さい値である
    検出方法。