JP7777459B2 - Stretchable food freshness sensor module, food packaging wrap and food container equipped with the same - Google Patents
Stretchable food freshness sensor module, food packaging wrap and food container equipped with the sameInfo
- Publication number
- JP7777459B2 JP7777459B2 JP2022013526A JP2022013526A JP7777459B2 JP 7777459 B2 JP7777459 B2 JP 7777459B2 JP 2022013526 A JP2022013526 A JP 2022013526A JP 2022013526 A JP2022013526 A JP 2022013526A JP 7777459 B2 JP7777459 B2 JP 7777459B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stretchable
- food
- food freshness
- sensor module
- freshness sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23B—PRESERVATION OF FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES
- A23B2/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/02—Food
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Zoology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
本発明は、伸縮性食品鮮度センサーモジュール、それを備えた食品包装用ラップ及び食品容器に関する。 The present invention relates to an expandable food freshness sensor module, and a food packaging wrap and food container equipped with the same.
食品ロスはSDGs(Sustainable Development Goals(持続可能な開発目標))などで取り上げられ、世界的に関心が高まっている。 Food waste has been highlighted in the SDGs (Sustainable Development Goals) and is attracting growing attention worldwide.
生鮮食品が腐敗することにより生成されるアミンを検知して、生鮮食品の鮮度あるいは腐敗状態を確認できる食品鮮度ラベルが知られている(特許文献1)。 A food freshness label is known that can detect amines produced when fresh food spoils, and confirm the freshness or state of spoilage of the food (Patent Document 1).
特許文献1の食品鮮度ラベルによれば、消費者が生鮮食品を可食か否かを簡単に知ることができる。しかしながら、生鮮食品を扱う小売業者や流通業者等が個々の生鮮食品の鮮度あるいは腐敗状態を管理することは困難である。 The food freshness label in Patent Document 1 allows consumers to easily know whether or not fresh food is edible. However, it is difficult for retailers and distributors that handle fresh food to manage the freshness or spoilage state of each individual fresh food item.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、個々の生鮮食品の鮮度あるいは腐敗状態を測定し管理することが可能で、生鮮食品の包装ラップや容器に離脱着が容易な伸縮性食品鮮度センサーモジュール、並びに、それを備えた食品包装用ラップ及び食品容器を提供する。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and provides a stretchable food freshness sensor module that can measure and manage the freshness or state of spoilage of individual fresh foods and can be easily attached and detached from fresh food packaging wrap or containers, as well as food packaging wrap and food containers equipped with the same.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 To solve the above problems, the present invention provides the following means.
本発明の第1態様に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールは、伸縮性樹脂基材と、食品の鮮度を検知可能な食品鮮度センサーと、前記食品鮮度センサーで検知した鮮度情報データを外部に送信する無線通信部と、前記食品鮮度センサー及び前記無線通信部に電力を供給する電池と、を備え、前記食品鮮度センサー、前記無線通信部及び前記電池は前記伸縮性樹脂基材に直接又は間接的に配設されている。 The stretchable food freshness sensor module according to the first aspect of the present invention comprises a stretchable resin substrate, a food freshness sensor capable of detecting the freshness of food, a wireless communication unit that transmits freshness information data detected by the food freshness sensor to the outside, and a battery that supplies power to the food freshness sensor and the wireless communication unit, and the food freshness sensor, the wireless communication unit, and the battery are disposed directly or indirectly on the stretchable resin substrate.
上記態様に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールにおいて、前記伸縮性樹脂基材の破断伸び率が13%以上であってもよい。 In the stretchable food freshness sensor module according to the above aspect, the stretchable resin substrate may have a breaking elongation of 13% or more.
上記態様に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールは、前記食品鮮度センサーを2種類以上備えてもよい。 The stretchable food freshness sensor module according to the above aspect may include two or more types of food freshness sensors.
上記態様に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールにおいて、前記2種類以上の食品鮮度センサーが食品から出るガス成分を2種類以上検知できてもよい。 In the stretchable food freshness sensor module according to the above aspect, the two or more types of food freshness sensors may be able to detect two or more types of gas components emitted from food.
上記態様に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールにおいて、前記2種類以上のガス成分がアンモニア、ジエチルアミン、トリメチルアミン、エチレン、アルコール、低級脂肪酸、アルデヒド、硫化水素、水素イオン、メタン、及び、二酸化炭素からなる群から選択されたガス成分であってもよい。 In the stretchable food freshness sensor module according to the above aspect, the two or more gas components may be selected from the group consisting of ammonia, diethylamine, trimethylamine, ethylene, alcohol, lower fatty acids, aldehydes, hydrogen sulfide, hydrogen ions, methane, and carbon dioxide.
上記態様に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールにおいて、前記電池が太陽電池であってもよい。 In the stretchable food freshness sensor module according to the above aspect, the battery may be a solar cell.
上記態様に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールにおいて、前記食品鮮度センサー、前記無線通信部及び前記電池の各機能デバイスを接続する電極配線の破断伸び率が40%以上であってもよい。 In the stretchable food freshness sensor module according to the above aspect, the electrode wiring connecting the functional devices of the food freshness sensor, the wireless communication unit, and the battery may have a breaking elongation rate of 40% or more.
本発明の第2態様に係る食品包装用ラップは、上記態様に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールが接着されて備えられている。 The food packaging wrap according to the second aspect of the present invention is provided with the stretchable food freshness sensor module according to the above aspect adhered to it.
本発明の第3態様に係る食品容器は、開口部を有し、前記伸縮性食品鮮度センサーモジュールが前記開口部を塞ぎ、食品側を向いて配置されている。 A food container according to a third aspect of the present invention has an opening, and the stretchable food freshness sensor module covers the opening and is positioned facing the food.
本発明に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールによれば、個々の生鮮食品の鮮度あるいは腐敗状態を測定し管理することが可能で、生鮮食品の包装ラップや容器に離脱着が容易な伸縮性食品鮮度センサーモジュールを提供できる。 The stretchable food freshness sensor module of the present invention can measure and manage the freshness or state of spoilage of individual fresh foods, and can provide a stretchable food freshness sensor module that can be easily attached and detached from the packaging wrap or container of fresh foods.
以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 The present invention will now be described in detail, with appropriate reference to the drawings. The drawings used in the following description may show characteristic portions enlarged for the sake of clarity, and the dimensional proportions of each component may differ from the actual proportions. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them. Appropriate modifications can be made within the scope of the present invention's effectiveness.
(伸縮性食品鮮度センサーモジュール)
図1は、本実施形態に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールの概略構成を示す平面模式図である。図2は、本実施形態に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールの必須構成要素の概略構成を示す機能ブロック図である。図3は、図1に示す伸縮性食品鮮度センサーモジュールの変形例の概略構成を示す平面模式図である。図4は、図3に示す伸縮性食品鮮度センサーモジュールの機能ブロック図である。
(Stretchable food freshness sensor module)
Fig. 1 is a plan view showing the general configuration of a stretchable food freshness sensor module according to this embodiment. Fig. 2 is a functional block diagram showing the general configuration of essential components of the stretchable food freshness sensor module according to this embodiment. Fig. 3 is a plan view showing the general configuration of a modified example of the stretchable food freshness sensor module shown in Fig. 1. Fig. 4 is a functional block diagram of the stretchable food freshness sensor module shown in Fig. 3.
図1に示す伸縮性食品鮮度センサーモジュール100は、伸縮性樹脂基材10と、食品の鮮度を検知可能な食品鮮度センサー20と、食品鮮度センサー20で検知した鮮度情報データを外部の外部装置200に送信する無線通信部30と、食品鮮度センサー20及び無線通信部30に電力を供給する電池40と、を備え、食品鮮度センサー20、無線通信部30及び電池40は伸縮性樹脂基材10上に配設されている。
伸縮性食品鮮度センサーモジュール100は上記の必須構成要素以外に、伸縮性樹脂基材10上にさらに食品鮮度センサー20以外のセンサー21をさらに備える。
伸縮性食品鮮度センサーモジュール100は図3に示すように、さらに蓄電部50を備えてもよい。
The stretchable food freshness sensor module 100 shown in Figure 1 comprises a stretchable resin substrate 10, a food freshness sensor 20 capable of detecting the freshness of food, a wireless communication unit 30 that transmits freshness information data detected by the food freshness sensor 20 to an external device 200, and a battery 40 that supplies power to the food freshness sensor 20 and the wireless communication unit 30, and the food freshness sensor 20, the wireless communication unit 30 and the battery 40 are arranged on the stretchable resin substrate 10.
In addition to the above essential components, the stretchable food freshness sensor module 100 further includes a sensor 21 other than the food freshness sensor 20 on the stretchable resin substrate 10 .
The stretchable food freshness sensor module 100 may further include a power storage unit 50 as shown in FIG.
伸縮性食品鮮度センサーモジュール100によれば、生鮮食品を扱う小売業者や流通業者等が個々の生鮮食品の鮮度あるいは腐敗状態を管理することが可能である。また、個々の生鮮食品のリアルタイムの鮮度あるいは腐敗状態を把握することが可能である。 The stretchable food freshness sensor module 100 enables retailers and distributors that handle fresh food to manage the freshness or spoilage state of each fresh food item. It also makes it possible to grasp the freshness or spoilage state of each fresh food item in real time.
伸縮性食品鮮度センサーモジュール100は、食品鮮度センサー20、無線通信部30、電池40などの各機能デバイスを、伸縮性を有する伸縮性樹脂基材10に備える構成であり、ストレッチャブルな電子部品である。従って、包装用ラップフィルムや食品容器(食品パッケージ)に必要に応じて接着層を設けることによって取り付けて用いることができる。
後で詳述するが、各機能デバイスの配置構成によって伸縮性の程度を高め、より伸縮自在性の高いストレッチャブルシートにすることができる。
The stretchable food freshness sensor module 100 is a stretchable electronic component that includes functional devices such as a food freshness sensor 20, a wireless communication unit 30, and a battery 40 mounted on a stretchable resin substrate 10. Therefore, it can be attached to wrapping film or food containers (food packages) by providing an adhesive layer as needed.
As will be described in detail later, the degree of stretchability can be increased by adjusting the arrangement of the functional devices, resulting in a stretchable sheet with greater flexibility in stretching.
<食品鮮度センサー>
食品鮮度センサー20は、食品の鮮度を検知することができる。
本明細書において、「食品の鮮度」とは、野菜、魚、肉などの生鮮食品の新鮮さ(活きのよさ)や腐敗の程度を意味し、こららは、アンモニア、ジエチルアミン、トリメチルアミン、エチレン、アルコール、低級脂肪酸、アルデヒド、硫化水素、水素イオン、メタン、二酸化炭素、湿度などの量を測定し、これらの量を評価指標として直接的又は間接的に評価することができる。
<Food freshness sensor>
The food freshness sensor 20 can detect the freshness of food.
In this specification, "food freshness" refers to the freshness (liveliness) and degree of spoilage of fresh foods such as vegetables, fish, and meat, and can be evaluated directly or indirectly by measuring the amounts of ammonia, diethylamine, trimethylamine, ethylene, alcohol, lower fatty acids, aldehydes, hydrogen sulfide, hydrogen ions, methane, carbon dioxide, humidity, etc., and using these amounts as evaluation indicators.
食品鮮度センサー20としては、ガスセンサ、PH測定、バイオセンサー(抗原抗体、酵素)、画像センサー、温度センサー、超音波センサー、可視UVセンサーなどを用いることができる。
食品鮮度センサー20として、原理が異なる2種類以上の食品鮮度センサーを備えてもよい。また、食品鮮度センサー20として、原理が同じ食品鮮度センサーを複数個備えてもよい。
The food freshness sensor 20 may be a gas sensor, a pH sensor, a biosensor (antigen-antibody, enzyme), an image sensor, a temperature sensor, an ultrasonic sensor, a visible UV sensor, or the like.
Two or more types of food freshness sensors operating under different principles may be provided as the food freshness sensor 20. Also, the food freshness sensor 20 may include a plurality of food freshness sensors operating under the same principle.
食品鮮度センサー20として、アンモニアを検出するアンモニアセンサーを用いる場合、下記の一般式(1);
M1xFey(ピラジン)s[Ni1-tM2t(CN)4]・zH2O ・・・(1)
(M1=Co、Cu;0.6≦x≦1.05;0≦y≦0.4;0≦s≦1;M2=Pd、Pt;0≦t<0.15;0≦z≦6)
で表される金属錯体をアンモニア検知材として用いたアンモニア検知器を用いてもよい(特許文献2参照)。従来技術のアンモニアガスを検知する材料では、アルコールやアセトンなどのガスも検知してしまい、選択的にアンモニアガスを検出できなかった。しかし、上記一般式(1)のアンモニア検知材を用いることにより、例えば、桃色から黄色へ色が変化することを利用して選択的にアンモニアを検知することが可能となる。一般式(1)で表される金属錯体を用いることにより、アンモニアを選択的に吸着し、色が変化する。
かかるアンモニア検知器としては、光学式センサー(画像センサー)、共振式センサー、電気抵抗式センサーなどが挙げられる。光学式センサーは、CCDカメラなどによりアンモニアガスの吸着前後の色調変化を検知することができる。この場合、CCDカメラなどで撮影したアンモニア検知材の画像を無線通信で外部装置に送信する。共振式センサーは、アンモニアガスの吸着量を、共振駆動する圧電材料の共振周波数の変化として捉えることで検知することができる。電気抵抗式センサーは、基板上に設けた電極間にアンモニア検知材を担持し、電極間に電圧を印加して、アンモニアの吸着量を電極間の電気抵抗の変化として捉えることで検知することができる。
一般式(1)で表される金属錯体の具体例としては、Co0.9Fe0.1[Ni(CN)4]・3.2H2O、Co0.8Fe0.2[Ni(CN)4]・3.2H2O、Co[Ni(CN)4]・2.7H2O、Co(ピラジン)[Ni(CN)4]などが挙げられる。
When an ammonia sensor that detects ammonia is used as the food freshness sensor 20, the sensor is represented by the following general formula (1):
M1 x Fe y (pyrazine) s [Ni 1-t M2 t (CN) 4 ].zH 2 O ... (1)
(M1=Co, Cu; 0.6≦x≦1.05; 0≦y≦0.4; 0≦s≦1; M2=Pd, Pt; 0≦t<0.15; 0≦z≦6)
An ammonia detector using a metal complex represented by the formula (1) as an ammonia detecting material may be used (see Patent Document 2). Prior art materials for detecting ammonia gas also detect gases such as alcohol and acetone, making it impossible to selectively detect ammonia gas. However, by using the ammonia detecting material represented by the formula (1), it becomes possible to selectively detect ammonia, for example, by utilizing the color change from pink to yellow. By using the metal complex represented by the formula (1), ammonia is selectively adsorbed, resulting in a color change.
Examples of such ammonia detectors include optical sensors (image sensors), resonance sensors, and electrical resistance sensors. Optical sensors can detect color changes before and after adsorption of ammonia gas using a CCD camera or the like. In this case, an image of the ammonia detection material taken by the CCD camera or the like is transmitted to an external device via wireless communication. Resonance sensors can detect the amount of adsorption of ammonia gas by capturing it as a change in the resonance frequency of a resonantly driven piezoelectric material. Electrical resistance sensors can detect the amount of adsorption of ammonia by supporting an ammonia detection material between electrodes provided on a substrate, applying a voltage between the electrodes, and capturing the amount of adsorption of ammonia as a change in the electrical resistance between the electrodes.
Specific examples of metal complexes represented by general formula (1) include Co0.9Fe0.1 [Ni(CN) 4 ] .3.2H2O , Co0.8Fe0.2 [Ni(CN) 4 ].3.2H2O, Co[Ni(CN)4 ] .2.7H2O , and Co(pyrazine)[Ni(CN) 4 ].
本発明に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールは、食品鮮度センサー20以外のセンサー21を備えてもよい。
食品鮮度センサー20以外のセンサー21として例えば、湿度センサーを備えることができる。湿度センサーとしては、抵抗式や容量式の湿度センサーを用いることができる。
湿度センサーとして例えば、電極にグラフェンを使ったグラフェンセンサーを用いることができる(特許文献3参照)。
食品鮮度センサー20以外のセンサー21を、食品鮮度センサー20で得られた鮮度情報データの補正のために用いてもよい。例えば、食品鮮度センサー20としてアンモニアセンサーと、アンモニアセンサー以外に湿度センサーとを備える構成において、アンモニアセンサーで測定されたアンモニア量のうち、湿度に依存する量を、湿度センサーで測定された湿度の値に基づいて補正して、より精度の高い測定を行ってもよい。この場合、補正処理を行う補正処理部を、伸縮性食品鮮度センサーモジュール自体が備える構成、あるいは、外部装置200が備える構成とする。
The stretchable food freshness sensor module according to the present invention may include a sensor 21 other than the food freshness sensor 20 .
For example, a humidity sensor may be provided as a sensor 21 other than the food freshness sensor 20. The humidity sensor may be a resistive or capacitive humidity sensor.
As a humidity sensor, for example, a graphene sensor using graphene for electrodes can be used (see Patent Document 3).
A sensor 21 other than the food freshness sensor 20 may be used to correct the freshness information data obtained by the food freshness sensor 20. For example, in a configuration including an ammonia sensor as the food freshness sensor 20 and a humidity sensor in addition to the ammonia sensor, the amount of ammonia measured by the ammonia sensor that depends on humidity may be corrected based on the humidity value measured by the humidity sensor, thereby achieving more accurate measurements. In this case, the correction processing unit that performs the correction processing may be provided in the stretchable food freshness sensor module itself or in the external device 200.
本発明に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールは、食品鮮度センサー20で得られた鮮度情報データや補正処理部で補正されたデータ等を記憶する記憶部(メモリ)、各センサーを制御・駆動する制御回路、後述する太陽電池で生成された電力を蓄電部へ送って充電する作動を制御する電力制御回路などを備えてもよい。また、これら記憶部や制御回路など伸縮性食品鮮度センサーモジュールの全体を制御管理するプロセッサを外部装置が備える構成としてもよい。 The stretchable food freshness sensor module of the present invention may include a storage unit (memory) that stores freshness information data obtained by the food freshness sensor 20 and data corrected by the correction processing unit, a control circuit that controls and drives each sensor, and a power control circuit that controls the operation of sending power generated by the solar cell described below to the power storage unit for charging. Furthermore, an external device may be configured to include a processor that controls and manages the entire stretchable food freshness sensor module, including the storage unit and control circuit.
<無線通信部>
無線通信部30は、食品鮮度センサー20で得られた鮮度情報データを例えば、外部装置200へ無線により送信する(図2参照)。伸縮性食品鮮度センサーモジュールが記憶部を備えている場合には、記憶部に記憶された鮮度情報データを外部の外部装置200へ無線により送信する。
<Wireless communication section>
The wireless communication unit 30 wirelessly transmits the freshness information data obtained by the food freshness sensor 20 to, for example, an external device 200 (see FIG. 2). If the stretchable food freshness sensor module is equipped with a memory unit, the freshness information data stored in the memory unit is wirelessly transmitted to the external device 200.
無線通信部30と外部装置200との間で行われる無線通信の方式は任意であり、例えば、Wi-Fi(登録商標)等の無線LAN(Local Area Network)に係る無線通信の方式、Bluetooth(登録商標)等の近距離無線通信に係る無線通信の方式などが用いられてもよい。 The wireless communication method used between the wireless communication unit 30 and the external device 200 is arbitrary, and may be, for example, a wireless communication method related to a wireless LAN (Local Area Network) such as Wi-Fi (registered trademark), or a wireless communication method related to short-range wireless communication such as Bluetooth (registered trademark).
<外部装置>
外部装置200は例えば、スマートフォンやパソコンなど、鮮度情報データを記憶する記憶部(メモリ)や鮮度情報データを処理する情報処理部を備えるものを用いることができる。
<External device>
The external device 200 may be, for example, a smartphone, a personal computer, or the like, which is equipped with a storage unit (memory) for storing freshness information data and an information processing unit for processing the freshness information data.
<電池>
電池40は、食品鮮度センサー20及び無線通信部30に電力を供給する。
電池40は太陽電池であることが好ましい。光を受光することで電力を発電できる自立型あるいは自己発電型の電源だからである。
<Battery>
The battery 40 supplies power to the food freshness sensor 20 and the wireless communication unit 30 .
The battery 40 is preferably a solar cell, since it is a stand-alone or self-powered power source that can generate electricity by receiving light.
電池40が自己発電型の電源である太陽電池である場合、図3に示すように蓄電部50を有することが好ましい。
伸縮性食品鮮度センサーモジュールが蓄電部50を有する場合には、電池40の電力は蓄電部50に供給され、蓄電部50から、食品鮮度センサー20及び無線通信部30に電力が供給される(図4参照)。
When the battery 40 is a solar cell, which is a self-power generating power source, it is preferable to have a power storage section 50 as shown in FIG.
If the stretchable food freshness sensor module has a power storage unit 50, power from the battery 40 is supplied to the power storage unit 50, and power is supplied from the power storage unit 50 to the food freshness sensor 20 and the wireless communication unit 30 (see Figure 4).
<蓄電部>
蓄電部50は例えば、電気二重層コンデンサ(EDLC)や二次電池であり、太陽電池が発電した電力を蓄電する。
<Electricity storage unit>
The power storage unit 50 is, for example, an electric double layer capacitor (EDLC) or a secondary battery, and stores the power generated by the solar cell.
<<太陽電池>>
太陽電池としては特に制限なく、公知の太陽電池を用いることができる。
例えば、電極配置の観点では、両面電極型太陽電池セル、裏面電極型太陽電池セルのいずれも用いることができる。
また、太陽電池セルをシリコン系、化合物半導体系、有機系に3つに分類した観点でも上述の通り、いずれの種類の太陽電池セルも用いることができる。
太陽電池としては、セルが1個の構成でも複数個の構成でもよいが、以下では複数個の構成の場合を例に挙げて説明する。
<<Solar Cells>>
The solar cell is not particularly limited, and any known solar cell can be used.
For example, in terms of electrode arrangement, either a double-sided electrode solar cell or a back-side electrode solar cell can be used.
Furthermore, as described above, even from the viewpoint of classifying solar cells into three types, silicon-based, compound semiconductor-based, and organic-based, any type of solar cell can be used.
The solar cell may have a single cell or multiple cells, but the following description will be given taking the multiple cell configuration as an example.
図5は、図1に示した伸縮性食品鮮度センサーモジュール10における太陽電池40の構成の一例の平面模式図である。以下では、太陽電池40を太陽電池モジュール40ということがある。
図6は、図5中のI-I’に沿った断面を、太陽電池セルと伸縮性樹脂基材及び伸縮性電極とを分解して模式的に示す分解断面模式図である。図7は、図5に示す太陽電池モジュール40から太陽電池セルを外した状態を模式的に示す平面模式図である。
Fig. 5 is a plan view schematic diagram of an example of the configuration of the solar cell 40 in the stretchable food freshness sensor module 10 shown in Fig. 1. Hereinafter, the solar cell 40 may be referred to as the solar cell module 40.
Fig. 6 is an exploded cross-sectional view showing a cross section taken along II' in Fig. 5, with the solar cell, the stretchable resin substrate, and the stretchable electrode disassembled. Fig. 7 is a plan view showing the solar cell module 40 shown in Fig. 5 with the solar cell removed.
図5に示す太陽電池モジュール40は、伸縮性樹脂基材10の表面に、15個の個片の太陽電池セル40Aと、15個の個片の太陽電池セル40Aを電気的に接続させるようなパターンで形成された伸縮性電極40Bとを備えている。
以下では、「伸縮性電極」を、伸縮性電極パターンということがある。
The solar cell module 40 shown in Figure 5 comprises, on the surface of an elastic resin substrate 10, 15 individual solar cell pieces 40A and an elastic electrode 40B formed in a pattern that electrically connects the 15 individual solar cell pieces 40A.
Hereinafter, the "stretchable electrode" may be referred to as a stretchable electrode pattern.
ここで、「個片の太陽電池セル」とは、太陽電池セル同士が繋がっていないことを意味している。各太陽電池セルは、伸縮性電極を介して、あるいは、伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤(後述)を介して伸縮性樹脂基材に接合されている。従来の太陽電池モジュールでは、複数の伸縮しない(あるいは伸縮率が非常に小さい)太陽電池セル同士が繋がっている構造であるため、従来の太陽電池モジュールは伸縮しない。これに対して、図5に示す太陽電池モジュール40では、複数の太陽電池セル同士が繋がっておらず、各太陽電池セルが伸縮性電極を介して、あるいは、伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤を介して伸縮性樹脂基材に接合されている構成である。そのため、隣接する太陽電池セル同士間の接合されていない部分が伸縮可能であり、太陽電池モジュール40を備える部分の伸縮自在性(ストレッチャブル性)が向上する。 Here, "individual solar cell" means that the solar cells are not connected to each other. Each solar cell is bonded to the stretchable resin substrate via a stretchable electrode, or via a stretchable electrode and a stretchable conductive adhesive (described below). Conventional solar cell modules are structured so that multiple non-stretchable (or very small stretchability) solar cells are connected to each other, making the conventional solar cell modules non-stretchable. In contrast, in the solar cell module 40 shown in Figure 5, the multiple solar cells are not connected to each other, but rather each solar cell is bonded to the stretchable resin substrate via a stretchable electrode, or via a stretchable electrode and a stretchable conductive adhesive. As a result, the unbonded portions between adjacent solar cells are stretchable, improving the stretchability (stretchability) of the portion comprising the solar cell module 40.
同じ発電量が得られる太陽電池モジュールであっても、小型サイズで多数個の太陽電池セルによって構成されているタイプの方が、それより大型サイズでより少ない数の太陽電池セルによって構成されているタイプよりも、単位長さ当たりの伸縮可能な部位数が多いので屈曲部密度が高く、細かな変形が可能となり、伸縮自在性が向上する。伸縮自在性の指標として、「屈曲部密度」(単位長さ当たりに曲がることができる部位(屈曲部)の数)を用いることができる。
例えば、図5に示す各太陽電池セルのサイズがx方向及びy方向のそれぞれでLx=1mm、Ly=1mmであり、隣接する太陽電池セル間の間隔が0.2mmであるとき、x方向の屈曲部密度は0.86[個/mm](=5個/5.8mm)とあり、y方向の屈曲部密度は0.88[個/mm](=3個/3.4mm)である。
太陽電池モジュール40を備える部分の屈曲部密度は0.05個/mm以上であることが好ましい。
Even for solar cell modules that can generate the same amount of power, a small-sized type composed of many solar cells has a larger number of stretchable parts per unit length than a larger-sized type composed of fewer solar cells, resulting in a higher density of bends, allowing for finer deformations and improving stretchability.The "bend density" (the number of parts (bends) that can be bent per unit length) can be used as an indicator of stretchability.
For example, when the size of each solar cell shown in FIG. 5 is Lx = 1 mm and Ly = 1 mm in the x and y directions, respectively, and the spacing between adjacent solar cells is 0.2 mm, the density of bends in the x direction is 0.86 [pieces/mm] (= 5 pieces/5.8 mm), and the density of bends in the y direction is 0.88 [pieces/mm] (= 3 pieces/3.4 mm).
The density of bends in the portion where the solar cell module 40 is provided is preferably 0.05/mm or more.
本発明の食品鮮度センサーシートを、包装用ラップフィルムや食品容器に貼り、剥がして再利用する用途において、伸縮自在性の高い部分である屈曲部密度が高い部分を離脱開始部として、離脱開始部から剥がすようにすることができる。 When the food freshness sensor sheet of the present invention is applied to wrapping film or food containers and then peeled off for reuse, the area with the highest density of bends, which is a highly flexible part, can be used as the detachment initiation point, and the sheet can be peeled off from this point.
個片の太陽電池セルの配置は規則的であっても不規則的であっても、また、一部が規則的でありかつ他の部分が不規則的であってもよい。 The arrangement of the individual solar cells may be regular or irregular, or some parts may be regular and other parts may be irregular.
図5に示す太陽電池モジュール40においては、15個の裏面電極型太陽電池セル40Aは、X方向に直列接続された太陽電池セル列がY方向に複数配置され、太陽電池セル列の端部同士が接続されることによって、通電経路が蛇行するようにして電気的に直列に接続されている例である。 In the solar cell module 40 shown in Figure 5, 15 back electrode type solar cells 40A are arranged in the Y direction as multiple solar cell rows connected in series in the X direction, with the ends of the solar cell rows connected together, creating a meandering electrical current path, making them electrically connected in series.
図6に示すように、各太陽電池セル40Aは、p型半導体に電気的に接続する電極(以下、p型側電極という。)25と、n型半導体に電気的に接続する電極26(以下、n型側電極という。)と、を有する。各太陽電池セル40Aのp型側電極(第1導電用電極)25は伸縮性電極40Bを介して次の太陽電池セル40Aのn型側電極(第2導電用電極)26に電気的に接続され、太陽電池セル40Aのp型側電極25は伸縮性電極40Bを介してさらに次の太陽電池セル40Aのn型側電極26に電気的に接続されるというように、各太陽電池セル40Aのp型側電極25及びn型側電極26が交互に電気的に接続されることによって、15個の個片の太陽電池セルが直列接続する。 As shown in FIG. 6 , each solar cell 40A has an electrode 25 electrically connected to the p-type semiconductor (hereinafter referred to as the p-type electrode) and an electrode 26 electrically connected to the n-type semiconductor (hereinafter referred to as the n-type electrode). The p-type electrode (first conductive electrode) 25 of each solar cell 40A is electrically connected to the n-type electrode (second conductive electrode) 26 of the next solar cell 40A via a stretchable electrode 40B, and the p-type electrode 25 of one solar cell 40A is electrically connected to the n-type electrode 26 of the next solar cell 40A via the stretchable electrode 40B. In this way, the p-type electrodes 25 and n-type electrodes 26 of each solar cell 40A are electrically connected alternately, thereby connecting the 15 individual solar cell segments in series.
図7に示すように、伸縮性電極パターン40Bは、15個の個片の太陽電池セルが直列接続するように電極パターンが形成されている。具体的には、15個の個片の太陽電池セルについて、隣接する太陽電池セル同士を順に接続するために、伸縮性電極パターン40Bは14個の離間した伸縮性電極(40Ba~40Bn)からなるものである。
太陽電池モジュール40においては、個片の太陽電池セルが直列接続するようにパターンが形成されるパターンであれば、伸縮性電極パターン40Bは任意の電極パターン形状をとることができる。また、個片の太陽電池セルが一部並列接続する場合にもそれに応じて、伸縮性電極パターン40Bは任意の電極パターン形状をとることができる。
7, the stretchable electrode pattern 40B is formed such that 15 individual solar cell segments are connected in series. Specifically, for the 15 individual solar cell segments, the stretchable electrode pattern 40B is made up of 14 spaced apart stretchable electrodes (40Ba to 40Bn) in order to connect adjacent solar cell segments in sequence.
In the solar cell module 40, the stretchable electrode pattern 40B can have any electrode pattern shape as long as the pattern is formed so that the individual solar cell segments are connected in series. Also, even when the individual solar cell segments are connected in parallel, the stretchable electrode pattern 40B can have any electrode pattern shape accordingly.
図8は、太陽電池モジュールの構成の他の例の平面模式図である。この例に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが直列に接続されたセルストリングを複数備え、伸縮性電極パターンがそのセルストリング同士が直列に接続するように形成されている点が、図5~図7に示した太陽電池モジュールと異なる。
なお、太陽電池セルを直列に接続したものがセルストリングである。
Fig. 8 is a plan view schematic diagram of another example of the configuration of a solar cell module. This solar cell module differs from the solar cell modules shown in Figs. 5 to 7 in that it includes a plurality of cell strings, each of which has a plurality of solar cells connected in series, and the stretchable electrode patterns are formed so that the cell strings are connected in series.
A cell string is a series connection of solar cells.
図8に示す太陽電池モジュール40-1は、伸縮性樹脂基材10の表面に、太陽電池セル40Aが直列に接続された4本のセルストリング40AL1~40AL4と、隣接するセルストリング40AL1~40AL4間を互いに直列に接続することによって、太陽電池セル40Aを直列接続させるようなパターンで形成された伸縮性電極40Bとを備えている。
図8に示す伸縮性電極40Bは、セルストリング40AL1とセルストリング40AL2とを接続する伸縮性電極40BAと、セルストリング40AL2とセルストリング40AL3とを接続する伸縮性電極40BBと、セルストリング40AL3とセルストリング40AL4とを接続する伸縮性電極40BCとからなる。
The solar cell module 40-1 shown in Figure 8 includes, on the surface of the stretchable resin substrate 10, four cell strings 40AL1 to 40AL4 in which solar cells 40A are connected in series, and a stretchable electrode 40B formed in a pattern such that the solar cells 40A are connected in series by connecting adjacent cell strings 40AL1 to 40AL4 to each other in series.
The stretchable electrode 40B shown in Figure 8 consists of a stretchable electrode 40BA that connects the cell string 40AL1 and the cell string 40AL2, a stretchable electrode 40BB that connects the cell string 40AL2 and the cell string 40AL3, and a stretchable electrode 40BC that connects the cell string 40AL3 and the cell string 40AL4.
図9は、太陽電池モジュールの構成のさらに他の例の平面模式図である。図9に示す太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが直列に接続されたセルストリングを複数備え、伸縮性電極パターンがそのセルストリング同士が並列に接続するように形成されている点が、図5に示した太陽電池モジュール太陽電池モジュールと異なる。また、図9に示す太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが直列に接続されたセルストリングを複数備える点は図8に示した太陽電池モジュールと共通するが、伸縮性電極パターンがそのセルストリング同士が並列に接続するように形成されている点が、図8に示した太陽電池モジュールと異なる。 Figure 9 is a plan view schematic diagram of yet another example of the configuration of a solar cell module. The solar cell module shown in Figure 9 differs from the solar cell module shown in Figure 5 in that it includes multiple cell strings in which multiple solar cells are connected in series, and the stretchable electrode pattern is formed so that the cell strings are connected in parallel. The solar cell module shown in Figure 9 also has in common with the solar cell module shown in Figure 8 in that it includes multiple cell strings in which multiple solar cells are connected in series, but differs from the solar cell module shown in Figure 8 in that the stretchable electrode pattern is formed so that the cell strings are connected in parallel.
図9に示す太陽電池モジュール40-2は、伸縮性樹脂基材10の表面に、太陽電池セル40Aが直列に接続された、2本のセルストリング40ALL1及び40ALL2と、セルストリング40ALL1及び40ALL2間を互いに並列に接続することによって、太陽電池セル40Aを接続させるようなパターンで形成された伸縮性電極40Bとを備えている。
図9に示す伸縮性電極40Bは、セルストリング40ALL1と40ALL2とを並列に接続する伸縮性電極40BA1及び40BA2とからなる。
The solar cell module 40-2 shown in Figure 9 includes two cell strings 40ALL1 and 40ALL2, in which solar cells 40A are connected in series, on the surface of the stretchable resin substrate 10, and a stretchable electrode 40B formed in a pattern that connects the solar cells 40A by connecting the cell strings 40ALL1 and 40ALL2 in parallel with each other.
The stretchable electrode 40B shown in FIG. 9 is made up of stretchable electrodes 40BA1 and 40BA2 that connect cell strings 40ALL1 and 40ALL2 in parallel.
複数のセルストリングをさらに直列又は並列に接続したものはセルアレイと呼ばれる。
太陽電池セルは、個片の太陽電池セルとして、または、複数の太陽電池セルから構成されるセルストリングとして、または、複数のセルストリングから構成されるセルアレイとして、または、個片の太陽電池セル、セルストリング及びセルアレイのいずれか2つ以上の組み合わせとして、伸縮性電極を介して伸縮性樹脂基材に貼り付けることができる。
A plurality of cell strings connected in series or in parallel is called a cell array.
The solar cell can be attached to the stretchable resin substrate via a stretchable electrode as an individual solar cell, as a cell string consisting of a plurality of solar cells, as a cell array consisting of a plurality of cell strings, or as a combination of two or more of the individual solar cell, the cell string, and the cell array.
<伸縮性樹脂基材>
伸縮性樹脂基材10は、破断伸び率が13%以上であることが好ましい。
破断伸び率とは、{(破断時の長さ-引っ張る前の長さ)/引っ張る前の長さ}×100、で定義されたものである。破断伸び率は所定の方向ごとに測定できるが、本明細書において、「破断伸び率が13%以上」とは、破断伸び率が最大の方向における破断伸び率を規定するものとする。なお、破断伸び率に異方性がなければ、いずれの方向でも破断伸び率は等しくなるし、また、破断伸び率の異方性が小さければ、いずれの方向でも破断伸び率は近い値となる。破断伸び率は例えば、以下のように測定できる。伸縮性樹脂基材材料から、幅10mm、長さ35mmの帯状の測定サンプルを5つずつ切り出す。各測定サンプルについて、それぞれ以下に示す方法により、伸びを算出し、その平均値を伸びとする。測定器の上下にある掴み部に金属基板を挟み、測定箇所が幅10mm、長さ10mmとなるように、測定サンプルを金属基板に両面テープで固定する。その後、測定サンプルを、引張試験機(例えば、商品名:オートグラフAGS-5kNX、株式会社島津製作所製)を用いて引張速度10mm/minで引っ張る。そして、破断したときの測定サンプルの長さを測定し、その長さから引っ張る前の長さ10mmを差し引き、伸びを算出することができる。
破断伸び率の定義及び測定方法は、後述する配線(電極配線)及び伸縮性電極についても同様である。
<Stretchable resin base material>
The elastic resin substrate 10 preferably has a breaking elongation of 13% or more.
The elongation at break is defined as {(length at break - length before stretching) / length before stretching} x 100. The elongation at break can be measured in each specified direction, but in this specification, "elongation at break of 13% or more" refers to the elongation at break in the direction in which the elongation at break is greatest. If there is no anisotropy in the elongation at break, the elongation at break will be equal in all directions, and if the anisotropy in the elongation at break is small, the elongation at break will be close in all directions. The elongation at break can be measured, for example, as follows: Five strip-shaped measurement samples, each 10 mm wide and 35 mm long, are cut out from an elastic resin substrate material. The elongation of each measurement sample is calculated using the method described below, and the average value is taken as the elongation. A metal substrate is clamped between the upper and lower grips of the measuring device, and the measurement sample is fixed to the metal substrate with double-sided tape so that the measurement point is 10 mm wide and 10 mm long. The measurement sample is then pulled at a pulling rate of 10 mm/min using a tensile tester (for example, Autograph AGS-5kNX, product name, manufactured by Shimadzu Corporation). The length of the measurement sample at the time of breakage is measured, and the length (10 mm) before pulling is subtracted from the measured length to calculate the elongation.
The definition and measurement method of the breaking elongation percentage also apply to wiring (electrode wiring) and stretchable electrodes described below.
伸縮性樹脂基材10の破断伸び率が13%以上であることが好ましい理由について説明する。
伸縮性食品鮮度センサーモジュールは、サランラップ(登録商標)、クレラップ(登録商標)の名で知られている包装用ラップフィルムや、食品容器に接着して用いることを想定している。食品容器の場合、通常、蓋側の透明のパッケージに接着して用いることを想定している。
再利用のために、伸縮性食品鮮度センサーモジュールを包装用ラップフィルムや食品容器から容易かつ迅速に何度も離脱着可能とするためには伸縮性を要する。どの程度の伸縮性を要するか、図10を用いて破断伸び率を検討してみる。
The reason why the elongation at break of the elastic resin substrate 10 is preferably 13% or more will be explained below.
The stretchable food freshness sensor module is intended to be used by adhering it to packaging films such as Saran Wrap (registered trademark) and Krewrap (registered trademark) or food containers. In the case of food containers, it is usually intended to be used by adhering it to the transparent packaging on the lid side.
For reuse, the stretchable food freshness sensor module needs to be stretchable so that it can be easily and quickly attached and detached from packaging wrap films and food containers multiple times. To determine the required level of stretchability, we will consider the breaking elongation using Figure 10.
図10に図示したように、食品鮮度センサー等のデバイスを端子形状がL字型の金属端子で固定する場合で考える。
180°以上の屈曲に対して、食品鮮度センサー等のデバイスを破損しないようにするために伸縮性樹脂基材に伸縮性を持たせる必要がある。例えば、端子形状がL字型の金属端子及び高さのあるデバイスを180°以上の屈曲させた場合(図10(a)及び(b)参照)、例えば、L字型金属端子の脇からすばやく10N以上で屈曲させた場合、L字型金属端子に接する伸縮性樹脂基材部分に引張応力が掛かる。速い速度や強い力で伸縮性食品鮮度センサーモジュールを剥がすこと(屈曲させた場合)を想定すると、十分な応力に必要な伸縮率は、L字型金属端子の横をa、縦をb、斜辺をcとすると(図10(c)参照)、(c-a)/a(%の場合は×100)の値とすることができる。これは速い速度や強い力(例えば、10N以上)が掛かった条件下でも、伸縮性樹脂基材部分に破損が起きないL字型金属端子の斜辺方向の伸縮率と考えられるからである。a=1、b=0.525のデバイスの実装を想定すると、c=1.129で伸縮性樹脂基材の破断伸び率は13%以上である。伸縮性樹脂基材が十分な応力に必要な伸縮率を持たなかった場合、伸縮性樹脂基材はL字型の金属端子と接する部分で生じる応力により破損が生じる。
As shown in FIG. 10, consider a case where a device such as a food freshness sensor is fixed with an L-shaped metal terminal.
The stretchable resin substrate must be stretchable to prevent damage to devices such as food freshness sensors when bent at 180° or greater. For example, when a device with an L-shaped metal terminal and a high terminal shape is bent at 180° or greater (see FIGS. 10( a) and 10(b)), for example, when the device is bent quickly from the side of the L-shaped metal terminal with a force of 10 N or greater, tensile stress is applied to the stretchable resin substrate portion in contact with the L-shaped metal terminal. Assuming that the stretchable food freshness sensor module is peeled off (when bent) at a high speed or with a high force, the stretch rate required for sufficient stress can be calculated as (c-a)/a (×100 in the case of %), where a is the width of the L-shaped metal terminal, b is the length, and c is the oblique side (see FIG. 10(c)). This is because the stretch rate in the oblique side direction of the L-shaped metal terminal is considered to be the stretch rate that will not cause damage to the stretchable resin substrate portion even under conditions of high speed and high force (e.g., 10 N or greater). Assuming that a device with a = 1 and b = 0.525 is mounted, the elongation at break of the elastic resin substrate is 13% or more when c = 1.129. If the elastic resin substrate does not have the elongation required for sufficient stress, the elastic resin substrate will be damaged by the stress generated at the portion in contact with the L-shaped metal terminal.
伸縮性樹脂基材の破断伸び率は、伸縮性食品鮮度センサーモジュールに求められる破断伸び率に応じて適宜、設定できる。破断伸び率の調整は例えば、伸縮性のある樹脂の量を増加させることで破断伸び率を高くすることができる。また、樹脂の中で破断伸び率の高い結合のmol%を上げることでも調整できる。例えば、樹脂中のウレタン結合の比率を高めることにより、伸縮性樹脂基材の破断伸び率を高くすることができる。 The breaking elongation of the stretchable resin substrate can be set appropriately depending on the breaking elongation required for the stretchable food freshness sensor module. The breaking elongation can be increased, for example, by increasing the amount of stretchable resin. It can also be adjusted by increasing the mol% of bonds in the resin that have a high breaking elongation. For example, the breaking elongation of the stretchable resin substrate can be increased by increasing the proportion of urethane bonds in the resin.
伸縮性樹脂基材10に用いられる樹脂としては特に限定はなく、伸縮性を有する樹脂として公知のものを用いることができる。例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、ポリウレタンウレア系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂を例示できる。 There are no particular limitations on the resin used for the elastic resin substrate 10, and any known elastic resin can be used. Examples include epoxy resins, urethane resins, urea resins, polyurethane urea resins, methacrylic acid resins, polyacrylic resins, silicone resins, diene resins, polyester resins, polyether resins, polyamide resins, and polystyrene resins.
伸縮性樹脂基材10に用いられる樹脂は、溶媒であるN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、メチルエチルケトン(MEK)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アセトン、エタノール、メタノール、乳酸エチル、乳酸ブチル、トルエン、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチルから選ばれるいずれか一種以上に可溶であることが好ましい。 The resin used in the stretchable resin substrate 10 is preferably soluble in one or more solvents selected from the group consisting of N,N-dimethylacetamide (DMAc), methyl ethyl ketone (MEK), N,N-dimethylformamide (DMF), diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate (BCA), diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, acetone, ethanol, methanol, ethyl lactate, butyl lactate, toluene, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, ethyl acetate, and butyl acetate.
伸縮性樹脂基材10は、上記の伸縮性樹脂基材10に用いられる樹脂と溶媒とを含む樹脂組成物を塗布して固化させることにより形成することができる。 The stretchable resin substrate 10 can be formed by applying and solidifying a resin composition containing the resin used in the stretchable resin substrate 10 and a solvent.
上記樹脂のうち、硬化反応を行うことなく、樹脂組成物の塗工及び乾燥のみで成形できるウレタン系樹脂が好ましい。硬化反応を行う必要がある樹脂では、硬化反応が均一に進行しない場合に、樹脂シート中において、組成や硬化度のばらつきを生じ、目的とする伸縮性、強度及び耐経時劣化特性を有しないものになりうるからである。
また、ウレタン系樹脂を用いる場合、樹脂成分にシロキサン結合を有していることが好ましい。この場合、樹脂組成物は適度な撥水性を有しており、ウレタン結合の加水分解が抑制されるからである。
Among the above resins, urethane-based resins are preferred because they can be molded by simply coating and drying the resin composition without undergoing a curing reaction. If a resin requires a curing reaction, the composition and degree of cure may vary in the resin sheet if the curing reaction does not proceed uniformly, resulting in a resin sheet that does not have the desired elasticity, strength, and resistance to deterioration over time.
Furthermore, when a urethane resin is used, it is preferable that the resin component contains a siloxane bond, because in this case the resin composition has appropriate water repellency and hydrolysis of the urethane bond is suppressed.
以下、伸縮性樹脂基材10を製造するための樹脂組成物の具体的な例を挙げつつ、伸縮性樹脂基材10の特徴を説明する。
具体的な例として、樹脂成分(本明細書においては、「樹脂成分(II)」と称することがある)を含有し、樹脂成分が、下記一般式(11)、(21)又は(31)で表される基と、ウレタン結合と、を有する樹脂組成物を挙げることができる。
Hereinafter, the characteristics of the stretchable resin substrate 10 will be described while giving specific examples of resin compositions for producing the stretchable resin substrate 10.
A specific example is a resin composition containing a resin component (sometimes referred to in this specification as "resin component (II)"), in which the resin component has a group represented by the following general formula (11), (21), or (31) and a urethane bond.
(式中、Z1はアルキル基であり、前記アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子は、シアノ基、カルボキシ基又はメトキシカルボニル基で置換されていてもよく、2個以上の前記置換基は互いに同一でも異なっていてもよい。Z2はアルキル基である。Z3はアリール基である。R4は水素原子又はハロゲン原子である。符号*を付した結合は、前記一般式(11)、(21)又は(31)で表される基の結合先との間で形成される。)
(In the formula, Z1 represents an alkyl group, and one or more hydrogen atoms in the alkyl group may be substituted with a cyano group, a carboxy group, or a methoxycarbonyl group, and the two or more substituents may be the same or different. Z2 represents an alkyl group. Z3 represents an aryl group. R4 represents a hydrogen atom or a halogen atom. The bond marked with * is formed between the bond recipient of the group represented by general formula (11), (21), or (31).)
この樹脂組成物が含有する樹脂成分(II)は、ウレタン結合を有しているため、柔軟性が高い。
また、樹脂成分(II)は、ウレタン結合及び重合性不飽和結合を有する樹脂と、前記一般式(11)、(21)又は(31)で表される基の由来となる、可逆的付加-開裂連鎖移動重合(Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Polymerization、本明細書においては、「RAFT重合」と略記することがある)を行うためのRAFT剤とを用いて、重合反応を行って得られたものである。このように重合反応を行うことによって、重合中の樹脂が架橋構造を形成する過程でゲル化することが避けられ、目的とする重合度及び架橋状態の樹脂成分が得られる。すなわち、前記一般式(11)、(21)又は(31)で表される基を有する樹脂成分(II)は、重合度及び架橋状態の点で、ばらつきが小さい。
また、樹脂成分(II)は、シロキサン結合を有していてもよく、その場合、前記樹脂組成物は適度な撥水性を有しており、樹脂成分(II)が有するウレタン結合の加水分解が抑制される。このような樹脂成分(II)は、さらに、シロキサン結合及び重合性不飽和結合を有する樹脂を用いて、重合反応を行うことで得られる。
なお、RAFT重合を行う樹脂成分(II)の製造方法については、別途詳細に説明する。
The resin component (II) contained in this resin composition has a urethane bond, and therefore has high flexibility.
Furthermore, resin component (II) is obtained by carrying out a polymerization reaction using a resin having a urethane bond and a polymerizable unsaturated bond and a RAFT agent for carrying out reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (sometimes abbreviated as "RAFT polymerization" herein), from which the group represented by general formula (11), (21), or (31) is derived. By carrying out the polymerization reaction in this manner, gelation of the polymerized resin during the process of forming a crosslinked structure is avoided, and a resin component with the desired degree of polymerization and crosslinked state is obtained. In other words, resin component (II) having a group represented by general formula (11), (21), or (31) has small variation in degree of polymerization and crosslinked state.
Furthermore, resin component (II) may have a siloxane bond, in which case the resin composition has appropriate water repellency and the hydrolysis of the urethane bond in resin component (II) is suppressed. Such resin component (II) can be obtained by carrying out a polymerization reaction using a resin having a siloxane bond and a polymerizable unsaturated bond.
The method for producing the resin component (II) by RAFT polymerization will be described in detail separately.
樹脂成分(II)の製造に用いる前記ウレタン結合及び重合性不飽和結合を有する樹脂は、オリゴマーであり、「樹脂(a)」と称することがある。
また、樹脂成分(II)の製造に用いる前記シロキサン結合及び重合性不飽和結合を有する樹脂は、オリゴマーであり、本実施形態においては、「樹脂(b)」と称することがある。
樹脂成分(II)は、樹脂(a)同士が、その重合性不飽和結合において重合することによって生成した重合体である。樹脂(b)を用いた場合には、樹脂成分(II)は、樹脂(a)及び樹脂(b)が、これらの重合性不飽和結合において重合することによって生成した重合体である。
The resin having a urethane bond and a polymerizable unsaturated bond used in the production of resin component (II) is an oligomer and may be referred to as "resin (a)."
The resin having a siloxane bond and a polymerizable unsaturated bond used in producing the resin component (II) is an oligomer, and in this embodiment, may be referred to as "resin (b)."
Resin component (II) is a polymer formed by polymerizing resins (a) together at their polymerizable unsaturated bonds. When resin (b) is used, resin component (II) is a polymer formed by polymerizing resins (a) and (b) at their polymerizable unsaturated bonds.
樹脂(b)を用いた場合の前記樹脂成分(II)は、その1分子中に、ウレタン結合及びシロキサン結合を共に有するものが好ましい。 When resin (b) is used, the resin component (II) preferably has both a urethane bond and a siloxane bond in one molecule.
前記樹脂(a)は、ウレタン結合及び重合性不飽和結合を有していれば、特に限定されない。
樹脂(a)としては、例えば、ウレタン結合を有し、かつ重合性不飽和結合を有する基として、(メタ)アクリロイル基を有するもの等が挙げられ、より具体的には、ウレタン(メタ)アクリレート等が挙げられる。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」及び「メタクリレート」の両方を包含する概念である。(メタ)アクリレートと類似の用語につても同様であり、例えば、「(メタ)アクリロイル基」とは、「アクリロイル基」及び「メタクリロイル基」の両方を包含する概念である。
The resin (a) is not particularly limited as long as it has a urethane bond and a polymerizable unsaturated bond.
Examples of the resin (a) include those having a urethane bond and a (meth)acryloyl group as a group having a polymerizable unsaturated bond, and more specifically, urethane (meth)acrylates and the like.
In this specification, the term "(meth)acrylate" encompasses both "acrylate" and "methacrylate." The same applies to terms similar to (meth)acrylate. For example, the term "(meth)acryloyl group" encompasses both "acryloyl group" and "methacryloyl group."
前記樹脂(b)は、シロキサン結合及び重合性不飽和結合を有していれば、特に限定されない。
樹脂(b)としては、例えば、重合性不飽和結合を有する基として、(メタ)アクリロイル基を有する、公知の各種シリコーン樹脂等が挙げられ、より具体的には、例えば、ポリジメチルシロキサン等のポリジアルキルシロキサンの片末端又は両末端に、(メタ)アクリロイル基が結合している、変性ポリジアルキルシロキサン等が挙げられる。
The resin (b) is not particularly limited as long as it has a siloxane bond and a polymerizable unsaturated bond.
Examples of the resin (b) include various known silicone resins having a (meth)acryloyl group as the group having a polymerizable unsaturated bond, and more specifically, examples thereof include modified polydialkylsiloxanes in which a (meth)acryloyl group is bonded to one or both ends of a polydialkylsiloxane such as polydimethylsiloxane.
樹脂成分(II)は、その組成により、溶媒への溶解性が高い。したがって、樹脂成分(II)を含有する前記樹脂組成物も、溶媒への溶解性が高い。
このような溶解性が高い樹脂組成物は、例えば、各種印刷法によって、適用対象物に対して印刷することにより、樹脂組成物層を容易に形成できる。そして、この樹脂組成物層を、硬化させずに、乾燥により固化させることで、前記樹脂シートと同様の層(樹脂層、樹脂シート)を製造できる。このような手法は、導電性成分を含有する前記樹脂組成物を用いて、電極又は配線を形成するのに好適である。
Resin component (II) has high solubility in solvents due to its composition, and therefore the resin composition containing resin component (II) also has high solubility in solvents.
Such a highly soluble resin composition can be easily formed into a resin composition layer by, for example, printing it onto an object to be applied using various printing methods. Then, by solidifying the resin composition layer by drying without curing, a layer (resin layer, resin sheet) similar to the resin sheet can be produced. This method is suitable for forming electrodes or wiring using the resin composition containing a conductive component.
このような溶解性が高い樹脂組成物を用いて、伸縮性を有する樹脂シートを形成し、この樹脂シートを用いて構成した伸縮性デバイスは、その伸縮時に破損を抑制できるという大きな利点を有する。
通常の伸縮性デバイスが、その伸縮時に破損する要因として、材料の観点で考えられるのは、(i)熱や硬化反応に伴う収縮等が原因で生じる、空隙等の構造的欠陥及び界面剥離、(ii)組成ムラが原因で生じる硬度ムラ、(iii)光照射、酸化等が原因で生じる、材料の経時劣化等である。
したがって、空隙等の構造的欠陥及び界面剥離、組成ムラ、及び材料の経時劣化を抑制することで、伸縮性デバイスの伸縮時における破損を抑制できる。
伸縮性基板の加工としては、熱溶融による成形、熱又は光硬化反応による架橋が一般的であるが、前記(i)~(iii)の理由により、微細加工までを考慮すると、伸縮性デバイスの信頼性が低くなることが懸念される。これに対して、例えば、積層工法に対応した、樹脂組成物の塗工及び乾燥のみで成形できる樹脂があれば、良好な結果を得られることが期待される。
Such a resin composition having high solubility is used to form a resin sheet having stretchability, and a stretchable device constructed using this resin sheet has the great advantage of being able to suppress breakage during stretching.
From the viewpoint of materials, possible causes of breakage of ordinary stretchable devices during stretching include (i) structural defects such as voids and interfacial peeling caused by shrinkage due to heat or curing reaction, (ii) uneven hardness caused by uneven composition, and (iii) deterioration of materials over time caused by light irradiation, oxidation, etc.
Therefore, by suppressing structural defects such as voids, interfacial peeling, compositional irregularities, and deterioration of materials over time, it is possible to suppress breakage of stretchable devices when they are stretched.
Although stretchable substrates are generally processed by molding using thermal melting or crosslinking using thermal or photo-curing reactions, there are concerns that the reliability of stretchable devices may be reduced when considering microfabrication due to the reasons (i) to (iii) above. In contrast, if there were a resin that could be molded by simply coating and drying the resin composition, compatible with lamination methods, it would be expected that good results could be obtained.
伸縮性樹脂基材10は、具体例の樹脂組成物を、乾燥により固化させて樹脂シート状の伸縮性樹脂基材(以下、「樹脂シート」ということがある。)を得られる。複数の樹脂シートを積層して、伸縮性樹脂基材を作製してもよい。
前記樹脂シートは、樹脂成分(II)を主成分として含有しているため、良好な伸縮性を有する。樹脂(b)を用いた場合には、前記樹脂シートは、さらに、適度な撥水性を有しているため、加水分解に起因する経時劣化が抑制される。このような特性を有する前記樹脂シートは、ウエアラブルデバイス等をはじめとする各種伸縮性デバイスを構成するのに、特に好適である。
The stretchable resin substrate 10 is obtained by drying and solidifying the resin composition of the specific example to obtain a stretchable resin substrate in the form of a resin sheet (hereinafter, sometimes referred to as a "resin sheet"). A plurality of resin sheets may be stacked to produce the stretchable resin substrate.
The resin sheet contains resin component (II) as a main component and therefore has good stretchability. When resin (b) is used, the resin sheet also has moderate water repellency, which suppresses deterioration over time due to hydrolysis. The resin sheet having such properties is particularly suitable for constructing various stretchable devices, including wearable devices.
前記樹脂シートは、樹脂組成物の硬化反応を行うことなく、上記のとおり、乾燥により固化させるだけで形成できる。したがって、硬化反応を行うことに伴う不具合を有しない。 The resin sheet can be formed simply by solidifying the resin composition through drying, as described above, without undergoing a curing reaction. Therefore, there are no problems associated with undergoing a curing reaction.
例えば、光硬化反応は、紫外光が透過しないものを均一に硬化することが極めて困難である。例えば、光硬化性の樹脂シートのうち、実装されたデバイス又は電子部品の周辺部に紫外光を照射した場合には、紫外光の透過性がばらつくために、硬化度が異なる部位が生じてしまい、架橋密度が低い部位では、樹脂シートが破損し易い。また、非架橋部位は、酸化により劣化し易い。
一方、熱硬化反応は、硬化時の熱分布によって、樹脂シートにおいて収縮差が生じ易い。このような収縮差が生じると、デバイスとシーリング材の間など、構成材料が異なるもの同士が、これらの界面において剥離し易い。また、熱分布によって、樹脂シートに硬化度が異なる部位が生じてしまうと、伸縮を繰り返すことによって、劣化し易い。
さらに、光硬化反応と熱硬化反応のいずれの場合も、樹脂シート中では均一に進行し難く、その場合、樹脂シート中において、組成や硬化度のばらつきを生じ、硬化後の樹脂シートが、目的とする伸縮性及び強度を有しないものになってしまう。そのうえ、硬化剤を含有するために、熱、光によって経時劣化を生じ易い。
これに対して、具体例の樹脂組成物を、乾燥により固化させて得られた前記樹脂シートは、このような不具合を有しない。
For example, it is extremely difficult to uniformly cure a material that is not transparent to ultraviolet light in a photocurable resin sheet. For example, when ultraviolet light is irradiated around a mounted device or electronic component in a photocurable resin sheet, the transmittance of ultraviolet light varies, resulting in areas with different degrees of cure, and the resin sheet is prone to breakage in areas with low crosslink density. Furthermore, non-crosslinked areas are prone to deterioration due to oxidation.
On the other hand, the thermosetting reaction tends to cause differential shrinkage in the resin sheet due to heat distribution during curing. Such differential shrinkage can easily cause separation at the interface between different constituent materials, such as between a device and a sealant. Furthermore, if regions with different degrees of cure occur in the resin sheet due to heat distribution, repeated expansion and contraction can easily cause deterioration.
Furthermore, in both the photocuring reaction and the thermosetting reaction, it is difficult for the reaction to proceed uniformly within the resin sheet, which causes variations in the composition and degree of cure within the resin sheet, resulting in the cured resin sheet lacking the desired elasticity and strength. Furthermore, since the resin contains a curing agent, it is prone to deterioration over time due to heat and light.
In contrast, the resin sheet obtained by solidifying the resin composition of the specific example by drying does not have such a problem.
前記樹脂シートは、例えば、前記樹脂組成物を目的とする箇所に塗工し、乾燥により固化させることで、硬化反応を行うことなく製造できる。 The resin sheet can be produced, for example, by applying the resin composition to the desired location and solidifying it by drying, without undergoing a curing reaction.
前記樹脂組成物は、例えば、各種コーター又はワイヤーバー等を用いる公知の方法、又は、インクジェット印刷法をはじめとする各種印刷法で塗工できる。 The resin composition can be applied by known methods, such as using various coaters or wire bars, or by various printing methods, including inkjet printing.
樹脂シートの製造時において、前記樹脂組成物の乾燥温度は、25~150℃であることが好ましく、25~120℃であることがより好ましい。前記乾燥温度が25℃以上であると、樹脂シートをより効率的に製造できる。前記乾燥温度が150℃以下であると、乾燥温度が過剰に高温となることが抑制され、剥離シートの変形、樹脂シートのダメージが起こりづらく、樹脂シートの変質が抑制される。 When producing a resin sheet, the drying temperature for the resin composition is preferably 25 to 150°C, and more preferably 25 to 120°C. A drying temperature of 25°C or higher allows for more efficient production of the resin sheet. A drying temperature of 150°C or lower prevents the drying temperature from becoming excessively high, reducing deformation of the release sheet and damage to the resin sheet, and suppressing deterioration of the resin sheet.
前記樹脂シートの製造時において、前記樹脂組成物の乾燥時間は、前記乾燥温度に応じて適宜設定すればよいが、10~120分であることが好ましく、30~90分であることがより好ましい。前記乾燥時間がこのような範囲であると、良好な特性の樹脂シートを効率的に製造できる。 When producing the resin sheet, the drying time for the resin composition can be set appropriately depending on the drying temperature, but is preferably 10 to 120 minutes, and more preferably 30 to 90 minutes. When the drying time is within this range, a resin sheet with excellent properties can be efficiently produced.
樹脂組成物の乾燥による固化(樹脂シートの形成)の完了は、例えば、乾燥に供している樹脂組成物の質量に明確な変化が認められなくなったことによって、確認できる。 Completion of solidification (formation of a resin sheet) through drying of the resin composition can be confirmed, for example, by the fact that no clear change in the mass of the resin composition being dried is observed.
伸縮性樹脂基材の厚みは特に限定するものではないが、例えば、10~5000μmのものを用いることができる。 The thickness of the elastic resin substrate is not particularly limited, but for example, a thickness of 10 to 5000 μm can be used.
<配線(電極配線)、伸縮性電極>
伸縮性食品鮮度センサーモジュールが備える各機能デバイスを接続する電極配線(不図示)や、太陽電池モジュール40、40-1、40-2で使用される伸縮性電極40Bは、破断伸び率が40%以上であることが好ましい。
配線及び伸縮性電極の破断伸び率が40%以上であることが好ましい理由を、図10を用いて説明する。
図10(c)を参照すると、配線及び伸縮性電極としてa=1、b=1程度のものを実装することを想定すると、c=√2となり、(c-a)/a(%の場合は×100)の値は41%の伸縮率が必要になる。
<Wiring (electrode wiring), stretchable electrode>
The electrode wiring (not shown) that connects the functional devices of the stretchable food freshness sensor module and the stretchable electrode 40B used in the solar cell modules 40, 40-1, and 40-2 preferably have a breaking elongation of 40% or more.
The reason why the breaking elongation percentage of the wiring and the stretchable electrode is preferably 40% or more will be explained with reference to FIG.
Referring to FIG. 10(c), assuming that wiring and stretchable electrodes with a=1 and b=1 are implemented, c=√2, and the value of (c−a)/a (×100 in the case of %) requires a stretch rate of 41%.
伸縮性食品鮮度センサーモジュールにおいて各機能デバイスを接続する電極配線や、太陽電池モジュール40、40-1、40-2で使用される伸縮性電極40Bとしては、伸縮性を有する樹脂と、導電性フィラーとを含むものを用いることができる。
伸縮性を有する樹脂としては特に限定されず、伸縮性を有する樹脂として公知のものを用いることができる。例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、ポリウレタンウレア系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアミド系樹脂ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂を例示できる。
The electrode wiring that connects each functional device in the stretchable food freshness sensor module and the stretchable electrode 40B used in the solar cell modules 40, 40-1, and 40-2 can be made of a material containing a stretchable resin and a conductive filler.
The elastic resin is not particularly limited, and any known elastic resin can be used, such as epoxy resins, urethane resins, urea resins, polyurethane urea resins, methacrylic acid resins, polyacrylic resins, silicone resins, diene resins, polyester resins, polyether resins, polyamide resins, polystyrene resins, and polyimide resins.
導電性フィラーとしては特に限定されず、導電性フィラーとして公知のものを用いることができる。例えば、銀(Ag)粉、カーボン(C)、銅(Cu)粉、パラジウム(Pd)粉、金(Au)粉、白金(Pt)粉を例示できる。この中で、抵抗が低いことから、銀が好ましい。 The conductive filler is not particularly limited, and any known conductive filler can be used. Examples include silver (Ag) powder, carbon (C), copper (Cu) powder, palladium (Pd) powder, gold (Au) powder, and platinum (Pt) powder. Of these, silver is preferred due to its low resistance.
電極配線や伸縮性電極40Bに用いられる樹脂は、溶媒であるジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、α-テルピネオールから選ばれるいずれか一種以上に可溶であることが好ましい。 The resin used for the electrode wiring and the stretchable electrode 40B is preferably soluble in one or more solvents selected from diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate (BCA), diethylene glycol monoethyl ether acetate, and α-terpineol.
上記樹脂のうち、硬化反応を行うことなく固化することができるウレタン系樹脂が好ましい。また、ウレタン系樹脂は伸縮性が最良なので、伸縮性及び導電性を有する電極配線や伸縮性電極が作製できる。 Of the above resins, urethane-based resins are preferred because they can be solidified without undergoing a curing reaction. Furthermore, urethane-based resins have excellent elasticity, making it possible to create electrode wiring and stretchable electrodes that are elastic and conductive.
電極配線や伸縮性電極パターンの作製に際して、上記で具体例として示した樹脂組成物に、導電性成分として導電性フィラーを含有させて電極配線ペーストや伸縮性電極ペーストを作製する。次いで、その電極配線ペーストや伸縮性電極ペーストを伸縮性樹脂基材に塗布する。その後、溶媒を除去して乾燥固化することによって電極配線ペーストや伸縮性電極パターンを作製できる。上記した樹脂成分(II)を用いた場合には、硬化反応を行うことなく固化することができる。 When producing electrode wiring or a stretchable electrode pattern, a conductive filler is added as a conductive component to the resin composition exemplified above to produce an electrode wiring paste or a stretchable electrode paste. The electrode wiring paste or stretchable electrode paste is then applied to a stretchable resin substrate. The solvent is then removed and the resulting paste is dried and solidified to produce the electrode wiring paste or stretchable electrode pattern. When the resin component (II) described above is used, solidification can be achieved without a curing reaction.
電極配線ペーストや伸縮性電極の厚みは特に限定するものではないが、例えば、3~50μmとすることができる。 The thickness of the electrode wiring paste and the stretchable electrode is not particularly limited, but can be, for example, 3 to 50 μm.
電極配線及び伸縮性電極の破断伸び率は、伸縮性食品鮮度センサーモジュールに求められる破断伸び率に応じて適宜、設定できる。破断伸び率の調整は例えば、伸縮性のある樹脂の量を増加させることで破断伸び率を高くすることができる。また、樹脂の中で破断伸び率の高い結合のmol%を上げることでも調整できる。例えば、樹脂中のウレタン結合の比率を高めることにより、電極配線及び伸縮性電極の破断伸び率を高くすることができる。 The breaking elongation rate of the electrode wiring and stretchable electrodes can be set appropriately depending on the breaking elongation rate required for the stretchable food freshness sensor module. The breaking elongation rate can be increased, for example, by increasing the amount of stretchable resin. It can also be adjusted by increasing the mol% of bonds with high breaking elongation rates in the resin. For example, the breaking elongation rate of the electrode wiring and stretchable electrodes can be increased by increasing the proportion of urethane bonds in the resin.
<伸縮性導電接着剤>
伸縮性食品鮮度センサーモジュールが備える各機能デバイスと電極配線とを、伸縮性導電接着剤を用いて接合してもよい。
図11を用いて、太陽電池セルと伸縮性樹脂基材及び伸縮性電極とを、伸縮性導電接着剤を用いて接合する場合について説明する。
<Stretchable conductive adhesive>
Each functional device included in the stretchable food freshness sensor module may be bonded to the electrode wiring using a stretchable conductive adhesive.
A case where a solar cell, a stretchable resin substrate, and a stretchable electrode are joined using a stretchable conductive adhesive will be described with reference to FIG.
図11は、太陽電池セルと、伸縮性導電接着剤と、伸縮性樹脂基材及び伸縮性電極とを分解して模式的に示す分解して模式的に示す分解断面模式図である。
図11に示すように、太陽電池セル40Aと伸縮性電極40Bとを伸縮性導電接着剤40Cを用いて接合することが好ましい。伸縮性導電接着剤40は、乾燥によって固化することができる。
具体的な接合方法としては例えば、スクリーン印刷などの公知の方法を用いて、伸縮性電極パターン40Bのそれぞれの位置に伸縮性導電接着剤40Cを塗布し、次いで、裏面電極型太陽電池セル40A側の電極パターン25、26を、伸縮性電極パターン40Bと同様のパターンで塗布された伸縮性導電接着剤40Cに配置することで裏面電極型太陽電池セル40Aを設置し、その後、伸縮性導電接着剤40中Cの溶媒を除去して乾燥固化させる。
FIG. 11 is an exploded cross-sectional view showing a solar cell, a stretchable conductive adhesive, a stretchable resin substrate, and a stretchable electrode.
As shown in Fig. 11, it is preferable to bond a solar cell 40A and a stretchable electrode 40B together using a stretchable conductive adhesive 40C. The stretchable conductive adhesive 40C can be solidified by drying.
A specific bonding method is, for example, to use a known method such as screen printing to apply an elastic conductive adhesive 40C to each position of the elastic electrode pattern 40B, and then to install the back electrode type solar cell 40A by arranging the electrode patterns 25, 26 on the back electrode type solar cell 40A side on the elastic conductive adhesive 40C that has been applied in the same pattern as the elastic electrode pattern 40B, and then to install the back electrode type solar cell 40A, and then to remove the solvent from the elastic conductive adhesive 40C and dry and solidify it.
伸縮性導電接着剤40Cは、伸縮性を有する樹脂と、導電性フィラーとを含む。
伸縮性を有する樹脂としては特に限定されず、伸縮性を有する樹脂として公知のものを用いることができる。例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、ポリウレタンウレア系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアミド系樹脂ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂を例示できる。
The stretchable conductive adhesive 40C contains a stretchable resin and a conductive filler.
The elastic resin is not particularly limited, and any known elastic resin can be used, such as epoxy resins, urethane resins, urea resins, polyurethane urea resins, methacrylic acid resins, polyacrylic resins, silicone resins, diene resins, polyester resins, polyether resins, polyamide resins, polystyrene resins, and polyimide resins.
導電性フィラーとしては特に限定されず、導電性フィラーとして公知のものを用いることができる。例えば、銀(Ag)粉、カーボン(C)、銅(Cu)粉、パラジウム(Pd)粉、金(Au)粉、白金(Pt)粉を例示できる。この中で、抵抗が低く、酸化が起きにくいことから、銀粉が好ましい。 The conductive filler is not particularly limited, and any known conductive filler can be used. Examples include silver (Ag) powder, carbon (C), copper (Cu) powder, palladium (Pd) powder, gold (Au) powder, and platinum (Pt) powder. Of these, silver powder is preferred because it has low resistance and is less susceptible to oxidation.
伸縮性導電接着剤40Cに用いられる樹脂は、溶媒であるメチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート(BCA)から選ばれるいずれか一種以上に可溶であることが好ましい。 The resin used in the stretchable conductive adhesive 40C is preferably soluble in one or more solvents selected from methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone, butyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and diethylene glycol monomethyl ether acetate (BCA).
伸縮性導電接着剤40Cの破断伸縮率としては、伸縮性食品鮮度センサーモジュールに求められる破断伸び率に応じて適宜設定することができる。
なお、伸縮性導電接着剤40Cを構成する樹脂が伸縮性電極40Bを構成する樹脂と同じ場合には、伸縮性導電接着剤40Cの破断伸縮率は、伸縮性電極40Bの破断伸縮率と同程度となる。
The breaking elongation rate of the stretchable conductive adhesive 40C can be set appropriately according to the breaking elongation rate required for the stretchable food freshness sensor module.
In addition, when the resin constituting the stretchable conductive adhesive 40C is the same as the resin constituting the stretchable electrode 40B, the breaking expansion rate of the stretchable conductive adhesive 40C will be approximately the same as the breaking expansion rate of the stretchable electrode 40B.
上記樹脂のうち、硬化反応を行うことなく固化することができるウレタン系樹脂が好ましい。 Of the above resins, urethane-based resins are preferred, as they can be solidified without undergoing a curing reaction.
伸縮性導電性接着剤の厚みは特に限定するものではないが、例えば、10~1500μmとすることができる。 The thickness of the elastic conductive adhesive is not particularly limited, but can be, for example, 10 to 1500 μm.
<作用効果>
図12(a)(b)を用いて、本実施形態に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュールの作用効果について説明する。
<Action and effect>
The function and effect of the stretchable food freshness sensor module according to this embodiment will be described with reference to Figures 12(a) and (b).
図12(b)に示すように、十分に薄くない基板は曲げると、基板の中心だけは応力がかからないが、曲げると基板の内側には圧縮応力が作用し、外側に引張応力が作用する。すなわち、基板の内側には縮む応力が作用し、外側に伸びる応力が作用する。 As shown in Figure 12(b), when a substrate that is not thin enough is bent, only the center of the substrate is free of stress, but when bent, compressive stress acts on the inside of the substrate and tensile stress acts on the outside. In other words, contracting stress acts on the inside of the substrate and stretching stress acts on the outside.
図12(a)は、本実施形態に係る伸縮性食品鮮度センサーモジュール10を模式的に示した図である。図中の双方向の矢印の方向及び長さはその近傍の引っ張り応力の方向及びその大きさを概念的に示すものである。伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤は図示を省略している。 Figure 12(a) is a schematic diagram of the stretchable food freshness sensor module 10 according to this embodiment. The direction and length of the double-headed arrows in the figure conceptually indicate the direction and magnitude of the tensile stress in the vicinity. The stretchable electrodes and stretchable conductive adhesive are not shown.
図12(a)に示す伸縮性食品鮮度センサーモジュール100において、伸縮している部分は各機能デバイスが接合されていない部分の伸縮性樹脂基材10のみである。各機能デバイスが接合されている部分の伸縮性樹脂基材10は伸縮していない。
この点を、図13を用いて、太陽電池40が配置する部分を例に挙げて概念的に説明する。
In the stretchable food freshness sensor module 100 shown in Figure 12(a), the stretchable portion is only the portion of the stretchable resin substrate 10 where no functional devices are bonded. The portion of the stretchable resin substrate 10 where each functional device is bonded does not stretch.
This point will be conceptually explained using FIG. 13, taking as an example the portion where the solar cell 40 is arranged.
図13において、伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤は図示を省略している。
伸縮性樹脂基材10を、伸縮性樹脂基材10、伸縮性電極40B、伸縮性導電接着剤40C及び太陽電池セル40Aが積層されている方向から見て、3つの部分10a、10b、10cに分けると、部分10a及び部分10cはその上に伸縮しない太陽電池セル40AAが接合されていないので伸縮する。これに対して、部分10bは伸縮しない太陽電池セル40AAが接合されているので伸縮が抑制される。ここで、部分10と太陽電池セル40AAとの間には伸縮性を有する伸縮性電極40BAA及び伸縮性導電接着剤40Aが配置するため、伸縮しようとする部分10bと伸縮しない太陽電池セル40AAとの間の剥離が抑制される。
In FIG. 13, the stretchable electrodes and the stretchable conductive adhesive are omitted from the illustration.
When the stretchable resin substrate 10 is divided into three portions 10a, 10b, and 10c as viewed from the direction in which the stretchable resin substrate 10, stretchable electrode 40B, stretchable conductive adhesive 40C, and solar cell 40A are stacked, portions 10a and 10c are stretchable because they do not have a non-stretchable solar cell 40AA bonded thereon. In contrast, portion 10b is bonded to a non-stretchable solar cell 40AA, so its stretching is suppressed. Here, because a stretchable electrode 40BAA and a stretchable conductive adhesive 40A are disposed between portion 10a and the solar cell 40AA, peeling between portion 10b, which attempts to stretch, and the non-stretchable solar cell 40AA is suppressed.
なお、伸縮性食品鮮度センサーモジュールにおいて、食品鮮度センサーを食品鮮度センサー以外のセンサーに置換した伸縮性センサーモジュールとすることができる。 In addition, in the stretchable food freshness sensor module, the food freshness sensor can be replaced with a sensor other than a food freshness sensor to create a stretchable sensor module.
<食品包装用ラップ>
図14は、本実施形態の伸縮性食品鮮度センサーモジュールが接着されて備える食品包装用ラップの概念図であり、(a)は縦断面図であり、(b)は平面図である。
<Food packaging wrap>
FIG. 14 is a conceptual diagram of a food packaging wrap to which the stretchable food freshness sensor module of this embodiment is adhered, where (a) is a vertical cross-sectional view and (b) is a plan view.
図14に示す食品包装用ラップ1000は、ラップ1001上に生鮮食品側の面に伸縮性食品鮮度センサーモジュール100を備える。伸縮性食品鮮度センサーモジュール100は、伸縮性樹脂基材10上に、食品の鮮度を検知可能な食品鮮度センサー20と、食品鮮度センサー以外のセンサー21と、食品鮮度センサー20で検知した鮮度情報データを外部の外部装置に送信する無線通信部30と、食品鮮度センサー20及び無線通信部30に電力を供給する電池40と、蓄電部50とを備える。
図14においては、生鮮食品を載置する容器に生鮮食品を載置し、その容器の上方を食品包装用ラップ1000で覆う場合を例に挙げて図示している。なお、BLEはBluetooth Low Energy(ブルートゥース(登録商標)・ロー・エナジー)である。食品鮮度センサー20としては例えば、アンモニアセンサー、食品鮮度センサー以外のセンサー21としては例えば、グラフェンセンサーを用いることができる。
14 includes a stretchable food freshness sensor module 100 on the surface of the wrap 1001 facing the fresh food. The stretchable food freshness sensor module 100 includes, on a stretchable resin substrate 10, a food freshness sensor 20 capable of detecting the freshness of food, a sensor 21 other than the food freshness sensor, a wireless communication unit 30 that transmits freshness information data detected by the food freshness sensor 20 to an external device, a battery 40 that supplies power to the food freshness sensor 20 and the wireless communication unit 30, and a power storage unit 50.
14 illustrates an example in which fresh food is placed in a container for placing fresh food, and the container is then covered with food packaging wrap 1000. BLE stands for Bluetooth Low Energy. The food freshness sensor 20 may be, for example, an ammonia sensor, and the sensor 21 other than the food freshness sensor may be, for example, a graphene sensor.
<食品容器>
図15は、本実施形態の伸縮性食品鮮度センサーモジュールが接着されて備える食品容器の概念図であり、(a)は縦断面図であり、(b)は平面図である。
<Food containers>
FIG. 15 is a conceptual diagram of a food container to which the stretchable food freshness sensor module of this embodiment is attached, where (a) is a vertical cross-sectional view and (b) is a plan view.
図15に示す食品容器2000は、容器2001の生鮮食品側の面の開口部2001aに伸縮性食品鮮度センサーモジュール100を備える。伸縮性食品鮮度センサーモジュール100は、伸縮性樹脂基材10上に、食品の鮮度を検知可能な食品鮮度センサー20と、食品鮮度センサー以外のセンサー21と、食品鮮度センサー20で検知した鮮度情報データを外部の外部装置に送信する無線通信部30と、食品鮮度センサー20及び無線通信部30に電力を供給する電池40と、蓄電部50とを備える。
図15においては、再利用のために伸縮性食品鮮度センサーモジュール100を剥がす様子を図示している。
15 includes a stretchable food freshness sensor module 100 at an opening 2001a on the surface of the container 2001 facing the fresh food. The stretchable food freshness sensor module 100 includes, on a stretchable resin substrate 10, a food freshness sensor 20 capable of detecting the freshness of food, a sensor 21 other than the food freshness sensor, a wireless communication unit 30 that transmits freshness information data detected by the food freshness sensor 20 to an external device, a battery 40 that supplies power to the food freshness sensor 20 and the wireless communication unit 30, and a power storage unit 50.
FIG. 15 illustrates the stretchable food freshness sensor module 100 being peeled off for reuse.
10 伸縮性樹脂基材
20 食品鮮度センサー
21 センサー
30 無線通信部
40 電池
50 蓄電部
100 伸縮性食品鮮度センサーモジュール
1000 食品包装用ラップ
2000 食品容器
2001 開口部
REFERENCE SIGNS LIST 10 Stretchable resin substrate 20 Food freshness sensor 21 Sensor 30 Wireless communication unit 40 Battery 50 Power storage unit 100 Stretchable food freshness sensor module 1000 Food packaging wrap 2000 Food container 2001 Opening
Claims (8)
食品の鮮度を検知可能な食品鮮度センサーと、
前記食品鮮度センサーで検知した鮮度情報データを外部に送信する無線通信部と、
前記食品鮮度センサー及び前記無線通信部に電力を供給する電池と、
を備え、
前記食品鮮度センサー、前記無線通信部及び前記電池は前記伸縮性樹脂基材に直接又は間接的に配設されており、
前記伸縮性樹脂基材の破断伸び率が13%以上である、伸縮性食品鮮度センサーモジュール。 an elastic resin substrate;
a food freshness sensor capable of detecting the freshness of food;
a wireless communication unit that transmits freshness information data detected by the food freshness sensor to an external device;
a battery that supplies power to the food freshness sensor and the wireless communication unit;
Equipped with
The food freshness sensor, the wireless communication unit, and the battery are disposed directly or indirectly on the stretchable resin substrate,
The stretchable food freshness sensor module has a breaking elongation of the stretchable resin substrate of 13% or more .
食品の鮮度を検知可能な食品鮮度センサーと、a food freshness sensor capable of detecting the freshness of food;
前記食品鮮度センサーで検知した鮮度情報データを外部に送信する無線通信部と、a wireless communication unit that transmits freshness information data detected by the food freshness sensor to an external device;
前記食品鮮度センサー及び前記無線通信部に電力を供給する電池と、a battery that supplies power to the food freshness sensor and the wireless communication unit;
を備え、Equipped with
前記食品鮮度センサー、前記無線通信部及び前記電池は前記伸縮性樹脂基材に直接又は間接的に配設されており、The food freshness sensor, the wireless communication unit, and the battery are disposed directly or indirectly on the stretchable resin substrate,
前記電池が太陽電池である、伸縮性食品鮮度センサーモジュール。The stretchable food freshness sensor module, wherein the battery is a solar cell.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022013526A JP7777459B2 (en) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | Stretchable food freshness sensor module, food packaging wrap and food container equipped with the same |
| PCT/JP2022/032318 WO2023145118A1 (en) | 2022-01-31 | 2022-08-29 | Stretchable food-freshness sensor module, and food packaging wrap and food container provided with same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022013526A JP7777459B2 (en) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | Stretchable food freshness sensor module, food packaging wrap and food container equipped with the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023111604A JP2023111604A (en) | 2023-08-10 |
| JP7777459B2 true JP7777459B2 (en) | 2025-11-28 |
Family
ID=87471030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022013526A Active JP7777459B2 (en) | 2022-01-31 | 2022-01-31 | Stretchable food freshness sensor module, food packaging wrap and food container equipped with the same |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7777459B2 (en) |
| WO (1) | WO2023145118A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000302211A (en) | 1999-04-19 | 2000-10-31 | Shin Sangyo Souzou Kenkyu Kiko | Data carrier and quality assurance method in physical distribution process |
| JP2009036526A (en) | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Omron Corp | Environmental change detection sensor, non-contact IC medium, non-contact IC medium manufacturing method, and sensing time adjustment method |
| WO2017130775A1 (en) | 2016-01-29 | 2017-08-03 | 京セラ株式会社 | Inspection system and inspection device |
| JP2021076536A (en) | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 東芝テック株式会社 | Freshness measuring system |
-
2022
- 2022-01-31 JP JP2022013526A patent/JP7777459B2/en active Active
- 2022-08-29 WO PCT/JP2022/032318 patent/WO2023145118A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000302211A (en) | 1999-04-19 | 2000-10-31 | Shin Sangyo Souzou Kenkyu Kiko | Data carrier and quality assurance method in physical distribution process |
| JP2009036526A (en) | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Omron Corp | Environmental change detection sensor, non-contact IC medium, non-contact IC medium manufacturing method, and sensing time adjustment method |
| WO2017130775A1 (en) | 2016-01-29 | 2017-08-03 | 京セラ株式会社 | Inspection system and inspection device |
| JP2021076536A (en) | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 東芝テック株式会社 | Freshness measuring system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 時任静士,総説 特集「プリンテッドエレクトロ二クスの最新動向」 フレキシブル印刷有機エレクトロ二クスの新展開,日本印刷学会誌,2019年,第56巻第3号,第124-130頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023111604A (en) | 2023-08-10 |
| WO2023145118A1 (en) | 2023-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hong et al. | Stretchable active matrix temperature sensor array of polyaniline nanofibers for electronic skin | |
| CN102794960B (en) | Anti-static release liner as well as preparation method thereof | |
| US20150380355A1 (en) | Self-similar and fractal design for stretchable electronics | |
| EP3322265A1 (en) | Production method for wiring circuit board | |
| EP2154109A1 (en) | Graphite film and graphite composite film | |
| CN109520410B (en) | Three-dimensional graphene foam flexible strain sensor and preparation method thereof | |
| CN103221335A (en) | Method and apparatus for transferring graphene | |
| CN109863566B (en) | (Meth)acrylic conductive material | |
| CN210956601U (en) | Reel body, package, and package | |
| JP7777459B2 (en) | Stretchable food freshness sensor module, food packaging wrap and food container equipped with the same | |
| JP2017022237A (en) | Printed circuit board | |
| JPH04226043A (en) | Package for integrated-circuit carrier use, its method | |
| CN104316086A (en) | Airflow sensor based on graphene nanowall and manufacturing method | |
| TW200913829A (en) | Adhesive material reel | |
| JP2008502042A (en) | Product tagging improvements or improvements related to product tagging | |
| JP4106544B2 (en) | Flexible printed circuit board | |
| WO2016145775A1 (en) | Flexible conductive diaphragm, flexible vibration sensor and preparation method therefor and application thereof | |
| CN105009268B (en) | Method and apparatus for carrying out semiconductor test at low temperature | |
| JP3937215B2 (en) | Flexible printed circuit board | |
| JP7764225B2 (en) | solar cell module | |
| US12451367B2 (en) | Temporary protective film for semiconductor encapsulation molding, lead frame with temporary protective film, encapsulation molded body with temporary protective film, and method for manufacturing semiconductor device | |
| CN108153058A (en) | A kind of quantum dot film and preparation method, backlight module, display equipment | |
| JP6520143B2 (en) | Laminate, method of manufacturing conductive substrate using the same, method of manufacturing electronic device, and transfer tool | |
| Yoo et al. | Conjugated polymer-embedded thermochromic strip sensors with a tunable colorimetric response | |
| JP3740004B2 (en) | Cleaning sheet and substrate processing apparatus cleaning method using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241008 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250819 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20251017 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20251028 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251117 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7777459 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |