JP2018087399A - Garment type electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機能ないし電気機能を衣服に組み込んで使用する衣服型のウェアラブル電子機器に関し、さらに詳しくは、伸縮性を有する電気配線を有し、自然な着用感のある衣服型電子機器に関する。
さらに本発明は、競技者同士ないし競技者と運動器具とが激しくぶつかりあう可能性のあるスポーツ時に着用される衣服型電子機器に関する。
The present invention relates to a clothes-type wearable electronic device that uses an electronic function or an electric function incorporated in clothes, and more particularly relates to a clothes-type electronic device having a stretchable electric wiring and having a natural wearing feeling.
Furthermore, the present invention relates to a clothes-type electronic device worn during sports where competitors or athletes and exercise equipment may collide violently.
昨今、入出力、演算、通信機能を有する電子機器を身体に極近接、ないしは密着した状態で使用することを意図したウェアラブル電子機器が開発されている。ウェアラブル電子機器には腕時計、メガネ、イヤホンのようなアクセサリ型の外形を有する機器、衣服に電子機能を組み込んだテキスタイル集積型機器が知られている。かかるテキスタイル集積型機器の一例が特許文献１に開示されている。 In recent years, wearable electronic devices have been developed that are intended to use electronic devices having input / output, calculation, and communication functions in close proximity to or close to the body. As wearable electronic devices, devices having an accessory-type outer shape such as a wristwatch, glasses, and earphones, and textile integrated devices in which electronic functions are incorporated into clothes are known. An example of such a textile integrated device is disclosed in Patent Document 1.
電子機器には、電力供給用や信号伝送用の電気配線が必要である。特にテキスタイル集積型ウェアラブル電子機器には、伸縮する衣服に合わせて電気配線にも伸縮性が求められる。通常、金属線や金属箔からなる電気配線には、本質的に実用的な伸縮性は無いため、金属箔を波形、あるいは繰り返し馬蹄形に配置して、擬似的に伸縮機能を持たせる手法が用いられている。
金属線の場合には、金属線を刺繍糸と見なして、衣服に縫い付けることにより配線形成が可能である。しかしながら、かかる手法が大量生産に向いていないことは自明である。
金属箔のエッチングにより配線を形成する手法は、プリント配線板の製法として一般的である。金属箔を伸縮性のある樹脂シートに貼り合わせ、プリント配線板と同様の手法で波形配線を形成して、擬似的に伸縮性配線とする手法が知られている。（非特許文献１参照）
Electronic equipment requires electrical wiring for power supply and signal transmission. In particular, in textile-integrated wearable electronic devices, the electrical wiring is required to be stretchable in accordance with the stretchable clothes. Usually, electrical wiring made of metal wires and metal foils is not practically elastic, so a method of artificially extending the metal foil in a corrugated or repeated horseshoe shape is used. It has been.
In the case of a metal wire, wiring can be formed by regarding the metal wire as an embroidery thread and sewing it onto clothes. However, it is obvious that this method is not suitable for mass production.
A method of forming a wiring by etching a metal foil is a general method for producing a printed wiring board. A technique is known in which a metal foil is bonded to a stretchable resin sheet, and corrugated wiring is formed by a technique similar to that of a printed wiring board to make a pseudo stretchable wiring. (See Non-Patent Document 1)
伸縮性の導体配線を実現する手法として、特殊な導電ペーストを用いる方法が提案されている。銀粒子、カーボン粒子、カーボンナノチューブ等の導電性粒子と伸縮性を持つウレタン樹脂などのエラストマー、天然ゴム、合成ゴム、溶剤などを混練してペースト状とし、衣服に直接、ないし伸縮性のフィルム基材などと組み合わせて配線を印刷描画するものである。
導電粒子と伸縮性バインダー樹脂とからなる導電性組成物は、巨視的には伸縮可能な導体を実現することができる。かかるペーストから得られる導電性組成物は、微視的に見れば、外力を受けた際に樹脂バインダー部変形し、導電性粒子の電気的連鎖が途切れない範囲で導電性が維持されるものである。巨視的に観察される比抵抗は、金属線や金属箔に比較すると高い値であるが、組成物自体が伸縮性を持つために波形配線などの形状を採る必要が無く、配線幅と厚さには自由度が高いため実用的には金属線に比較して低抵抗な配線を実現可能である。
As a technique for realizing a stretchable conductor wiring, a method using a special conductive paste has been proposed. Conductive particles such as silver particles, carbon particles, carbon nanotubes and elastomers such as stretchable urethane resin, natural rubber, synthetic rubber, solvent, etc. are kneaded to form a paste, directly on clothes or stretchable film base The wiring is printed and drawn in combination with a material.
Macroscopically, a conductive composition composed of conductive particles and a stretchable binder resin can realize a stretchable conductor. When viewed microscopically, the conductive composition obtained from such a paste is such that the resin binder part deforms when subjected to external force, and the electrical conductivity is maintained within a range where the electrical chain of the conductive particles is not interrupted. is there. The specific resistance observed macroscopically is higher than that of metal wires and metal foils, but because the composition itself has elasticity, there is no need to adopt a shape such as corrugated wiring, and the wiring width and thickness. Since there is a high degree of freedom, it is practically possible to realize a low resistance wiring compared to a metal wire.
特許文献２では、銀粒子とシリコ−ンゴムを組合せ、シリコーンゴム基板上の導電性膜をさらにシリコーンゴムで被覆することにより、伸長時の導電率低下を抑制する技術が開示されている。特許文献３には銀粒子とポリウレタンエマルジョンの組合せが開示されており、高導電率でかつ高伸長率の導電膜が得られるとされている。さらにカーボンナノチューブや銀フィラーなど、高アスペクト比の導電性粒子を組み合わせて特性改善を試みた例も多々提案されている。 Patent Document 2 discloses a technique for suppressing a decrease in conductivity during elongation by combining silver particles and silicone rubber, and further covering the conductive film on the silicone rubber substrate with silicone rubber. Patent Document 3 discloses a combination of silver particles and a polyurethane emulsion, and it is said that a conductive film having high conductivity and high elongation can be obtained. Further, many examples have been proposed in which characteristics are improved by combining high aspect ratio conductive particles such as carbon nanotubes and silver fillers.
特許文献４では、印刷法を用いて電気配線を衣服に直接的に形成する技術が開示されている。 Patent Document 4 discloses a technique for directly forming electrical wiring on clothes using a printing method.
特許文献５には、導電性高分子及びバインダー樹脂を含有する混合物が布地にコーティングされている導電体を衣服上の電気配線に用いる技術が開示されている。 Patent Document 5 discloses a technique in which a conductor in which a cloth containing a conductive polymer and a binder resin is coated on a cloth is used for electric wiring on clothes.
一般的なプリント配線板やメンブレン回路におけるプリント配線から容易に類推できるように、電気配線には絶縁性の基板ないし下地層、パターニングされた導体層、さらに絶縁カバーコート層が必要である。さらに、ウェアラブル電子機器においては、特に人体に装着して人体電位を測定するような用途に用いられる配線においては、人体表面に直接接触する電極が必要となる場合があり、かかる電極表面はプリント配線板やメンブレン回路の例によれば、貴金属ないし錫、ハンダ等でメッキされるか、あるいはカーボンを導電フィラーに用いたカーボンペースト等で導体層を被覆する電極表面層が設けられるのが技術常識である。 As can be easily inferred from a printed wiring in a general printed wiring board or a membrane circuit, the electric wiring requires an insulating substrate or base layer, a patterned conductor layer, and an insulating cover coat layer. Furthermore, in a wearable electronic device, particularly in wiring used for measuring the human body potential by wearing it on the human body, an electrode that directly contacts the human body surface may be required. According to examples of plates and membrane circuits, it is common knowledge that an electrode surface layer is provided that is plated with noble metal, tin, solder, or the like, or that covers a conductor layer with carbon paste or the like using carbon as a conductive filler. is there.
かかる下地層、導体層、伸縮性絶縁被覆層、電極表面層は各々固有のパターン形状を有しており、また各々の層はそれぞれの機能発現に必要な厚さを有している。各々の層が重なり合う結果、プリント配線の表面には凹凸が生じる。これは主にサブトラクティブ法でパターン形成を行うプリント配線板であっても、アディティブ法でパターン形成を行うメンブレン回路であっても同じである。 Each of the base layer, the conductor layer, the stretchable insulating coating layer, and the electrode surface layer has a unique pattern shape, and each layer has a thickness necessary for expressing its function. As a result of the overlapping of the layers, the surface of the printed wiring is uneven. This is the same whether it is a printed circuit board that forms a pattern mainly by a subtractive method or a membrane circuit that forms a pattern by an additive method.
図１は従来のプリント配線の断面を示した模式図である。１．基材に、２．下地層、３．導体層、４．絶縁コート層の順で、順次印刷〜乾燥硬化を繰り返すことにより、ここに示した断面構造を有する配線を得ることができる。ここに絶縁カバーコートが無く、導体層がむき出しになっている部分が電極部、絶縁カバーコートでおおわれている部分が配線部となる。
図２は従来のプリント配線において電極表面層を設けた場合の模式図である。いずれの場合でも配線部と電極部との境目に段差が生じ、電気配線の表面が凹凸になることが理解できる。
FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a conventional printed wiring. 1. 1. To the substrate 2. Underlayer, 3. conductor layer; A wiring having the cross-sectional structure shown here can be obtained by sequentially repeating printing to drying and curing in the order of the insulating coating layer. Here, there is no insulating cover coat, the portion where the conductor layer is exposed is the electrode portion, and the portion covered with the insulating cover coat is the wiring portion.
FIG. 2 is a schematic diagram when an electrode surface layer is provided in a conventional printed wiring. In either case, it can be understood that a step is formed at the boundary between the wiring portion and the electrode portion, and the surface of the electric wiring becomes uneven.
かかるプリント配線の表面の凹凸は、一般的な電子機器では大きな問題とはならないが、衣服型のウェアラブル電子機器の、特に衣服の内側に形成され、人体表面に直接的に接する配線においては、衣服着用時の違和感、不快感の原因となり、自然な着用感を阻害する原因となり得るものである。 Such irregularities on the surface of the printed wiring are not a big problem in general electronic devices, but in the case of wiring that is formed inside clothing and directly touching the surface of the human body, especially in clothing-type wearable electronic devices, This may cause discomfort and uncomfortable feelings when worn, and may hinder a natural wearing feeling.
衣服に電子機能を組み込んだテキスタイル集積型機器においては、衣服に設けられる電極、配線と、デバイス（本発明ではセンサー機能、演算機能、記憶機能、通信機能などを担う、主として従来電子技術で構成された部分を便宜上デバイスと呼ぶ）とがコネクタによって接続される。
さて、このような衣服型電子機器を着用して運動を行う場面を想定する。ボクシング、空手、テコンドーなどの格闘技ないしラグビー、アメリカンフットボール、ハンドボール、サッカー、バスケットボール、バレーボール、テニス、野球、ソフトボール、クリケット卓球などの球技においては競技者同士または競技者と運動用具（主にはボール）とが激しくぶつかる場面が多々生じる。従って、このような用途を想定した場合、デバイスをどの位置に配置するかが問題となる。
In textile integrated devices that incorporate electronic functions into clothing, the electrodes, wiring, and devices provided in the clothing (in the present invention, mainly composed of conventional electronic technologies, which are responsible for sensor functions, arithmetic functions, memory functions, communication functions, etc.) These parts are called devices for convenience).
Now, suppose a scene in which such clothes-type electronic equipment is worn and exercised. In martial arts such as boxing, karate, taekwondo, or rugby, American football, handball, soccer, basketball, volleyball, tennis, baseball, softball, cricket table tennis, etc. ) Often hits the scene. Therefore, when such an application is assumed, it becomes a problem where the device is arranged.
ラグビー、アメリカンフットボール等では競技中の競技者の動きを記録するために、ＧＰＳ（全地球測位システム/グローバルポジショニングシステム）端末を各選手に担持させる手法が定着している。ＧＰＳ端末は後頸部に配置する事が一般的である。主に正面からぶつかりあう競技においては、このような電子デバイスは身体の背面に配置すべきであることは容易に類推できる。従って、運動中の生体情報を収集するための衣服型電子機器においても、デバイス配置位置は後頸部とすることが望ましく、デバイスと接続するためのコネクタも後頸部に位置することが望ましい。 In rugby, American football, etc., in order to record the movements of the competitors during the competition, a method of having each player carry a GPS (Global Positioning System / Global Positioning System) terminal has been established. The GPS terminal is generally placed in the rear neck. It can be easily analogized that such an electronic device should be placed on the back of the body in competitions that mainly hit from the front. Therefore, also in the clothes-type electronic apparatus for collecting biological information during exercise, it is desirable that the device arrangement position is the rear neck, and the connector for connecting to the device is also located in the rear neck.
しかしながら、このような激しい運動時に着用することを前提とした場合、身体各部に配置した電極と、後頸部に配置したコネクタとを電気的に接続することは容易ではない。すなわち、かかる運動着は競技中の打撃による強い圧縮や、あるいは別の競技者によって無理矢理に引っ張られて加わる大きな伸張などのストレスに常時曝されており、さらに競技中の発汗や、雨天により、湿潤状態となることも希ではない。配線部や電極部、あるいはコネクタを含めたデバイス装着部を、補強することは可能であるが、そのように補強された衣服型電子機器は、あたかもウェットスーツか防具のような形態となり、重く、暑苦しく、激しい運動中に着用できる、本来のスポーツウェアとしての機能を満足することは出来ない。 However, when it is assumed to be worn during such intense exercise, it is not easy to electrically connect the electrodes arranged in each part of the body and the connector arranged in the back neck. In other words, such athletic clothing is constantly exposed to stress such as strong compression caused by striking during competition, or large stretch that is forced by another competitor, and is also wet due to sweating and rain during the competition. It is not rare to be in a state. It is possible to reinforce the device mounting part including the wiring part, the electrode part, or the connector, but the garment-type electronic device so reinforced is in the form of a wet suit or armor, heavy, It cannot be satisfied with the original functions of sportswear that can be worn during intense workouts.
本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意検討した結果、金属箔を用いた電気配線に適度な冗長性を持たせることにより、着心地良く、激しい運動時にも安定して生体情報の測定が可能な衣服型電子機器として以下の発明に到達した。
また着用時に感じる違和感は、導体層ないし電極表面層がむき出しになっている電極表面と伸縮性絶縁被覆層でおおわれている配線部分との境目にある段差が主原因であることを突き止め、以下の発明に到達した。
すなわち、本発明は以下の構成である。
As a result of diligent investigations to achieve the above object, the present inventor is comfortable to wear, and can measure biological information stably even during strenuous exercises by giving the electrical wiring using metal foil appropriate redundancy. The following invention has been reached as a clothes-type electronic apparatus capable of
In addition, the uncomfortable feeling when worn is mainly due to the step at the boundary between the electrode surface where the conductor layer or the electrode surface layer is exposed and the wiring part covered with the stretchable insulating coating layer, The invention has been reached.
That is, the present invention has the following configuration.
［１］ 生体情報の測定に用いられる衣服型電子機器において、少なくとも、
ａ．身体表面に直接接触する複数の電極と、
ｂ．身体電位データ測定機能と少なくともデータ格納機能およびまたは通信機能を有する電子デバイスと接続するためのコネクタと、
ｃ．前記電極と前記コネクタを電気的に接続するための電気配線、
とを有し、前記コネクタが、衣服の後頸部中央部に設けられており、前記電気配線が冗長性を持って幾何学配置された金属箔からなることを特長とする衣服型電子機器。
［２］ 前記身体表面に直接接触する電極が、破断伸度が４０％以上の伸縮性導体層からなることを特長とする請求項１に記載の衣服型電子機器。
［３］ 前記身体表面に直接接触する電極が、破断伸度が５０％以上の伸縮性導体層からなり、伸縮性導体層の厚さが３００μｍ以下である事を特長とする［１］または［２］に記載の衣服型電子機器。
［４］ 前記電気配線の冗長係数が１．４１倍以上である事を特長とする［１］から［３］のいずれかに記載の衣服型電子機器。なおここに配線の冗長性とは最短距離に対して何倍の長さを迂回したかを示す係数である。
［５］ 前記金属箔が、銅箔、りん青銅箔、ニッケルメッキ銅箔、錫めっき銅箔、ニッケル／金めっき銅箔、アルミニウム箔、銀箔、金箔から選択される少なくとも一種以上の金属箔であることを特長とする［１］から［４］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
［６］ 前記生体情報が心電位の時間変化であり、前記身体表面に直接接触する電極が左右一対で有り、人体の背中に相当する部位の背中の中央線を挟んで左右対称に配置されている事を特長とする［１］から［５］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
［７］ 着用者に打撃が加わるスポーツにおいて着用される事を特長とする［１］から［６］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
［８］ 破断伸度が８０％以上であり、有効厚さが２５μｍ以上で有り、体積抵抗率が１ＧΩ・ｃｍ以上の伸縮性絶縁被覆層を有する事を特長とする［１］から［７］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
[1] In a clothes-type electronic device used for measuring biological information, at least
a. A plurality of electrodes in direct contact with the body surface;
b. A connector for connecting to an electronic device having a body potential data measurement function and at least a data storage function and / or a communication function;
c. Electrical wiring for electrically connecting the electrode and the connector;
And the connector is provided in the center of the rear neck of the garment, and the electrical wiring is made of a metal foil geometrically arranged with redundancy.
[2] The clothes-type electronic device according to [1], wherein the electrode in direct contact with the body surface is made of a stretchable conductor layer having a breaking elongation of 40% or more.
[3] The electrode directly in contact with the body surface is composed of an elastic conductor layer having a breaking elongation of 50% or more, and the thickness of the elastic conductor layer is 300 μm or less [1] or [ 2] The clothes-type electronic device according to 2].
[4] The clothes-type electronic device according to any one of [1] to [3], wherein a redundancy coefficient of the electric wiring is 1.41 times or more. Here, the wiring redundancy is a coefficient indicating how many times the shortest distance is detoured.
[5] The metal foil is at least one metal foil selected from copper foil, phosphor bronze foil, nickel plated copper foil, tin plated copper foil, nickel / gold plated copper foil, aluminum foil, silver foil, and gold foil. The clothes-type electronic device according to any one of [1] to [4], wherein
[6] The biological information is a time change of the electrocardiogram, the electrodes directly contacting the body surface are a pair of left and right electrodes, and are arranged symmetrically with respect to the center line of the back corresponding to the back of the human body. The clothes-type electronic device according to any one of [1] to [5], wherein
[7] The clothes-type electronic device according to any one of [1] to [6], which is worn in a sport where a wearer is hit.
[8] From [1] to [7], characterized by having a stretchable insulation coating layer having a breaking elongation of 80% or more, an effective thickness of 25 μm or more, and a volume resistivity of 1 GΩ · cm or more. A clothing-type electronic device according to any one of the above.
さらに本発明では以下の構成を有する事が好ましい。
［９］ 電極間の抵抗値が１ＧΩ以上である事を特長とする［１］から［８］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
［１０］ 湿潤時の電極間の抵抗値が１ＭΩ以上である事を特長とする［１］から［９］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
Further, the present invention preferably has the following configuration.
[9] The clothes-type electronic device according to any one of [1] to [8], wherein a resistance value between the electrodes is 1 GΩ or more.
[10] The clothes-type electronic device according to any one of [1] to [9], wherein a resistance value between the electrodes when wet is 1 MΩ or more.
なおさらに本発明では以下の構成を有する事が好ましい。
［１１］導体層、伸縮性絶縁被覆層、絶縁下地層を含む電極を体表面に接する部分に有し、電極と接続される電気配線が冗長性を持って幾何学配置された金属箔からなる衣服型電子機器であって、該電極と電気配線の境界の段差が実質的に無いことを特徴とする［１］から［１０］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
［１２］導体層、伸縮性絶縁被覆層、絶縁下地層、電極表面層を含む電極を有し、電極と接続される電気配線が冗長性を持って幾何学配置された金属箔からなることを特徴とする前記［１１］記載の電気配線を有する衣服型電子機器。
［１３］前記導体層の導電機能および、伸縮性絶縁被覆層と絶縁下地層の絶縁機能を、実質的に損なうこと無く、伸張率１０％以上に変形させることができることを特徴とする［１１］または［１２］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
［１４］前記、導体層、伸縮性絶縁被覆層、絶縁下地層が、それぞれ破断伸度５０％以上であり、引っ張り弾性率が１０〜５００ＭＰａであることを特徴とする［１１］から［１３］のいずれかに記載の衣服型電子機器。
Still further, in the present invention, it is preferable to have the following configuration.
[11] An electrode including a conductor layer, a stretchable insulating coating layer, and an insulating base layer is provided in a portion in contact with the body surface, and the electrical wiring connected to the electrode is made of a metal foil geometrically arranged with redundancy. The clothes-type electronic device according to any one of [1] to [10], wherein the clothes-type electronic device has substantially no step at the boundary between the electrode and the electrical wiring.
[12] An electrode including a conductor layer, a stretchable insulating coating layer, an insulating underlayer, and an electrode surface layer, and the electrical wiring connected to the electrode is made of a metal foil geometrically arranged with redundancy. A clothing-type electronic device having the electrical wiring according to [11] above.
[13] The conductive function of the conductor layer and the insulating function of the stretchable insulating coating layer and the insulating base layer can be deformed to an elongation ratio of 10% or more without substantially impairing [11] Or the clothes type electronic device in any one of [12].
[14] The conductive layer, the stretchable insulating coating layer, and the insulating base layer each have a breaking elongation of 50% or more and a tensile elastic modulus of 10 to 500 MPa, [11] to [13] A clothing-type electronic device according to any one of the above.
さらに本発明は次の構成を含む。
［１５］導体層、伸縮性絶縁被覆層、絶縁下地層を含む電極を体表面に接する部分に有し、電極と接続される電気配線が冗長性を持って幾何学配置された金属箔からなる衣服型電子機器であって、該電極が転写法により形成されていることを特徴とする衣服型電子機器。
［１６］導体層、伸縮性絶縁被覆層、絶縁下地層を含む電極を体表面に接する部分に有し、電極と接続される電気配線が冗長性を持って幾何学配置された金属箔からなる衣服型電子機器であって、該電極と電気配線が転写法により形成されていることを特徴とする衣服型電子機器。
Further, the present invention includes the following configuration.
[15] An electrode including a conductor layer, a stretchable insulating coating layer, and an insulating base layer is provided in a portion in contact with the body surface, and the electrical wiring connected to the electrode is made of a metal foil geometrically arranged with redundancy. A clothes-type electronic device, wherein the electrode is formed by a transfer method.
[16] An electrode including a conductor layer, a stretchable insulating coating layer, and an insulating base layer is provided in a portion in contact with the body surface, and the electrical wiring connected to the electrode is made of a metal foil geometrically arranged with redundancy. A clothes-type electronic device, wherein the electrode and the electrical wiring are formed by a transfer method.
本発明においては、冗長性を持って幾何学配置された金属箔からなる電気配線を用いる事により、身体各所の生体情報測定電極から後頸部にコネクタを介して接続されたデータ測定機能と少なくともデータ格納機能およびまたは通信機能を有する電子デバイスまで、生体信号を伝達可能であり、特に幾何学的配置に冗長を持たせたことで、激しい運動や、時には競技者同士が衣服を引っ張り合うような場面においても、信号伝達が途絶えることなく実施できる。
さらに本発明においては十分な伸縮特性を有する伸縮性導体と、好ましくは十分な伸縮性と絶縁性を有する伸縮性の絶縁層を用いて、衣服型電子機器の配線部、電極部を構成することにより、激しい運動中においても電気的に破断することなく、また発汗や雨天により湿潤した場合においても十分な電極間のインシュレーションを維持し、的確に生体信号の測定が可能となる。
In the present invention, by using electrical wiring made of metal foil geometrically arranged with redundancy, at least a data measurement function connected from a biological information measurement electrode in various parts of the body to the back neck via a connector Biological signals can be transmitted to electronic devices with data storage functions and / or communication functions, especially with a redundant geometric arrangement, which makes intense movements and sometimes athletes pull clothes. Even in scenes, signal transmission can be carried out without interruption.
Furthermore, in the present invention, a wiring part and an electrode part of a garment-type electronic device are configured by using a stretchable conductor having sufficient stretch characteristics, and preferably a stretchable insulating layer having sufficient stretchability and insulation. As a result, even during intense exercise, electrical insulation is not broken, and sufficient insulation between the electrodes is maintained even when moistened with sweat or rain, and the biological signal can be accurately measured.
本発明の衣服型電子機器に用いられる電極と金属箔からなる電気配線は、伸縮性導体層ないし電極表面層がむき出しになっている電極表面と伸縮性絶縁被覆層でおおわれている電気配線部分との境目にある段差を実質的に無くすることにより、衣服型電子機器の着用時の違和感を大幅に軽減することにより、自然な着用感を実現したものである。
段差は、配線部と非配線部との間にも存在するが、配線部と非配線部との境界の段差は、下地層、カバー層により被覆されており、緩やかな段差になっている点、ならびに、段差の高い部分と低い部分の双方が同じ素材であるカバー層であるため触感上の違和感が小さい。
The electrical wiring composed of the electrode and metal foil used in the clothes-type electronic device of the present invention includes an electrode surface on which the stretchable conductor layer or electrode surface layer is exposed, and an electrical wiring portion covered with the stretchable insulating coating layer. By substantially eliminating the level difference at the border, the feeling of discomfort at the time of wearing the clothes-type electronic device is greatly reduced, thereby realizing a natural wearing feeling.
Although there is a step between the wiring part and the non-wiring part, the step at the boundary between the wiring part and the non-wiring part is covered with the base layer and the cover layer and is a gentle step. In addition, since the cover layer is made of the same material in both the high and low steps, the tactile discomfort is small.
しかしながら電極部と配線部との境界には、それぞれが異なる素材で構成されているという本質的な差が存在する。特に電極部は、金属ないしカーボンのように電子伝導性を有する導体部分で構成されており、この部分の熱伝導率は高い。一方の伸縮性絶縁被覆層は有機素材であるため熱伝導率は低い。本発明者らは、電極と配線の形状の工夫を種々行った結果、衣服着用時の違和感は、電極部と絶縁カバー部の段差と、熱伝導性の差との相乗効果によって生じていることを突き止め、境界部の段差を無くすることにより、着用時の違和感を大幅に減ずることができることを見いだした。 However, there is an essential difference in that the boundary between the electrode portion and the wiring portion is made of different materials. In particular, the electrode part is composed of a conductor part having electronic conductivity such as metal or carbon, and the thermal conductivity of this part is high. One elastic insulating coating layer is made of an organic material, so its thermal conductivity is low. As a result of various ideas of the shapes of the electrodes and wirings, the present inventors have found that a sense of incongruity when wearing clothes is caused by a synergistic effect between the step difference between the electrode part and the insulating cover part and the difference in thermal conductivity. It has been found that discomfort at the time of wearing can be greatly reduced by locating and eliminating the step at the boundary.
本発明では、電気配線として冗長性を持って幾何学配置された金属箔を用いる。一般に金属箔は伸縮性を持たないため、面方向ないし厚さ方向にジグザク配置することにより冗長性を持たせ、伸張時にジグザグ形状を変形させ事により、基材である衣服の伸縮に対応させることが出来る。 In the present invention, a metal foil geometrically arranged with redundancy is used as the electrical wiring. In general, metal foils do not have stretchability, so they are made redundant by arranging them in a zigzag manner in the surface direction or thickness direction, and by changing the zigzag shape when stretched, it is possible to cope with the stretch of clothes as the base material I can do it.
さらに加えて、本発明の電気配線の電極部と配線部の境界の段差を実質的に無くした衣服型電子機器である。
段差を無くする手法はプレス成形など種々存在するが、本発明では伸縮性導体を用いた電極と、電極に接続された金属箔による配線を一体成形した後に、転写する手法により、効率的に当該段差が実質的に無い、衣服型電子機器を王立良く製造することが可能であ。
In addition, the present invention is a garment-type electronic device that substantially eliminates a step at the boundary between the electrode portion and the wiring portion of the electrical wiring of the present invention.
There are various methods for eliminating the step, such as press molding, but in the present invention, the electrode using the stretchable conductor and the wiring made of the metal foil connected to the electrode are integrally formed and then transferred efficiently. It is possible to manufacture clothing-type electronic devices that are substantially free of steps.
このように段差を無くした衣服型電子機器では、電極部に対して絶縁カバー部が盛り上がっていないため、電極と人体表面との接触、ならびにディスクリートな部品や、モジュールと接続するためのコネクタとの接合もスムースに行える。
人体表面の接触状態の改善は、生体信号の検知確度につながる。また、コネクタ部においては、コネクタの外形を絶縁カバー部にかぶせることができるため、電極表面の露出を無くすることが可能となる。取り付け部分が段差無く平面であるため、さらに取り付け時に電極部に無理な変形を強いることなくコネクタ部品を取り付けることが可能となり、接続部の信頼性が改善されるという優れた効果を得ることができる。
In such clothes-type electronic devices that have no level difference, the insulating cover part is not raised with respect to the electrode part, so contact between the electrode and the human body surface, as well as with discrete components and connectors for connecting to modules Joining can be done smoothly.
Improvement of the contact state of the human body surface leads to detection accuracy of the biological signal. Moreover, in the connector part, since the outer shape of the connector can be covered with the insulating cover part, it is possible to eliminate the exposure of the electrode surface. Since the mounting part is flat without a step, it is possible to attach a connector part without forcibly deforming the electrode part at the time of attachment, and the excellent effect of improving the reliability of the connection part can be obtained. .
電気配線部内の厚さが各部で異なった場合、電気配線に張力が加わった場合に厚い部分の伸び率が小さく、薄い部分の伸び率が大きくなり、局所的に負荷が大きくなって全体的な材料寿命を縮めてしまう恐れがあるが、本発明では電気配線部内の段差が実質的に小さいために、このような伸び率のばらつきが生じにくく、結果として製品寿命を延ばすことができる。 When the thickness in the electrical wiring section is different in each part, when tension is applied to the electrical wiring, the elongation rate of the thick part is small, the elongation rate of the thin part is large, the load is locally increased, and the overall Although there is a possibility of shortening the material life, in the present invention, since the step in the electric wiring portion is substantially small, such a variation in the elongation rate hardly occurs, and as a result, the product life can be extended.
図３は、本発明の電極および配線において、電極表面層が無い場合の断面の模式図である。電極と電極を電気的に接続する電気配線は金属箔による。本例では、伸縮性導体層がそのまま電極として機能している。従来の電極及び配線の断面である図１と比較すると、電極表面と伸縮性絶縁被覆層が同じ高さになるため電気配線表面の凹凸は生じない。
図４．は本発明の電気配線において、電極表面層がある場合の断面の模式図である。電極と電極を電気的に接続する電気配線は金属箔による。従来の電極及び配線において電極表面層がある場合の図３と比較すると、電極表面層と伸縮性絶縁被覆層が同じ高さになるため電極及び配線表面の凹凸は生じない。
FIG. 3 is a schematic view of a cross section when there is no electrode surface layer in the electrode and wiring of the present invention. The electrical wiring for electrically connecting the electrodes is made of metal foil. In this example, the stretchable conductor layer functions as an electrode as it is. Compared with FIG. 1 which is a cross section of a conventional electrode and wiring, the electrode surface and the stretchable insulating coating layer have the same height, so that there is no unevenness on the surface of the electric wiring.
FIG. These are the schematic diagrams of a cross section in the case where there is an electrode surface layer in the electrical wiring of the present invention. The electrical wiring for electrically connecting the electrodes is made of metal foil. Compared to FIG. 3 where the electrode surface layer is provided in the conventional electrode and wiring, the electrode surface layer and the stretchable insulating coating layer have the same height, so that the electrode and wiring surface are not uneven.
本発明における電気配線は金属箔により形成される。
本発明における金属箔とは、厚さが５０μｍ以下、好ましくは２５μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以下、なお好ましくは８μｍ以下、なおさらに好ましくは４μｍ以下であり、かつ０．０８μｍ以上である、銅箔、りん青銅箔、ニッケルメッキ銅箔、錫めっき銅箔、ニッケル／金めっき銅箔、アルミニウム箔、銀箔、金箔から選択される少なくとも一種以上の金属箔であることが好ましい。
これら金属箔は、電解法、無電解法、圧延法、蒸着法、スパッタリング法、などの常法にて泥像可能である。かかる金属箔はエッチング法、リフトオフ法、アディティブ法、打ち抜き法、レーザーカッティング法などにより所定のパターン形状に加工することができる。
The electrical wiring in the present invention is formed of a metal foil.
The metal foil in the present invention is a copper foil having a thickness of 50 μm or less, preferably 25 μm or less, more preferably 15 μm or less, still more preferably 8 μm or less, still more preferably 4 μm or less, and 0.08 μm or more. It is preferably at least one metal foil selected from phosphor bronze foil, nickel plated copper foil, tin plated copper foil, nickel / gold plated copper foil, aluminum foil, silver foil, and gold foil.
These metal foils can be mud imaged by conventional methods such as electrolysis, electroless, rolling, vapor deposition and sputtering. Such a metal foil can be processed into a predetermined pattern shape by an etching method, a lift-off method, an additive method, a punching method, a laser cutting method, or the like.
本発明に於ける幾何学的冗長性とは、空間中に、点Ａ、点Ｂのの二点を定義した際に、二点間の最短距離Ｘに対して、最短距離よりも長い経路Ｙを用いて２点を結ぶことにより、二点間の距離が伸びた際にも余裕をもって接続状態が維持されることを云う。
ここに冗長係数は、
冗長係数＝Ｙ／Ｘ
にて定義される。ここでの長さは、幅を持った線路であれば、その中央を通るラインの長さである。
本発明における冗長係数は１．４１．以上が好ましく、１．８以上がさらに好ましく２．２以上がなお好ましく、２．８以上がさらに好ましい。冗長係数を大きくするには、端的には金属箔をジグザクないし正弦波形状、繰り返し馬蹄形状に配置すれば良い。
The geometric redundancy in the present invention is defined as a path Y longer than the shortest distance with respect to the shortest distance X between the two points when a point A and a point B are defined in the space. By connecting two points using, the connection state is maintained with a margin even when the distance between the two points is extended.
Where redundancy factor is
Redundancy factor = Y / X
Defined by The length here is the length of a line passing through the center of a line having a width.
The redundancy coefficient in the present invention is 1.41. The above is preferable, 1.8 or more is more preferable, 2.2 or more is still more preferable, and 2.8 or more is more preferable. In order to increase the redundancy coefficient, the metal foil may simply be arranged in a zigzag or sine wave shape or a repeated horseshoe shape.
以下、衣服型電子機器を構成する各層について説明する。
本発明において基材として用いることができるのは衣服型電子機器の衣服部分の一部、もしくは、全体を構成する布帛である。布帛としては織物、編み物、不織布を例示することができ、さらにこれらに樹脂コート、樹脂含浸したコート布なども基材として用いることができる。また、ネオプレン（登録商標）に代表される合成ゴムシート等も基材として用いることができる。本発明で用いられる布帛は繰り返し１０％以上の伸縮が可能なストレッチャビリティを有する事が好ましい。また本発明の基材は５０％以上の破断伸度を有する事が好ましい。本発明の基材は布元反でもよく、また、リボン、テープ状でも良く、組紐、網組でもよく、元反からカットされた枚葉の布でも良い。
布帛が織物の場合、例えば平織、綾織、朱子織、等を例示できる。布帛が編み物の場合、例えば平編み、およびその変形、鹿の子編、アムンゼン編、レース編、アイレット編、添え糸網、パイル編、リブ網、リップル編、亀甲編、ブリスター編、ミラノ・リブ編、ダブルピケ編、シングル・ピケ編み、斜文編、ヘリボーン編、ポンチローマ編、バスケット編、トリコット編、ハーフ・トリコット編、サテントリコット編、ダブルトリコット編、クインズコード編、ストライプ・サッカー編、ラッセル編、チュールメッシュ編、およびこれらの変形・組み合わせを例示できる。布帛はエラストマー繊維などからなる不織布であっても良い。
Hereinafter, each layer constituting the clothes-type electronic device will be described.
In the present invention, a part of the garment part of the garment-type electronic device or a fabric constituting the whole can be used as the substrate. Examples of the fabric include woven fabrics, knitted fabrics, and non-woven fabrics. Furthermore, a resin coat, a coated fabric impregnated with a resin, and the like can be used as a substrate. A synthetic rubber sheet represented by Neoprene (registered trademark) can also be used as a substrate. It is preferable that the fabric used in the present invention has stretchability capable of repeatedly expanding and contracting 10% or more. The base material of the present invention preferably has a breaking elongation of 50% or more. The base material of the present invention may be a cloth base, a ribbon or a tape, a braid or a net, or a sheet of cloth cut from the cloth.
When the fabric is a woven fabric, for example, plain weave, twill weave, satin weave, etc. can be exemplified. When the fabric is a knitted fabric, for example, flat knitting and deformation thereof, Kanoko knitting, Amunsen knitting, lace knitting, eyelet knitting, splicing net, pile knitting, rib knitting, turtle knitting, blister knitting, Milan rib knitting, Double Pique, Single Pique, Tilted, Helicon, Ponchi Roman, Basket, Tricot, Half Tricot, Satin Tricot, Double Tricot, Quinns Cord, Stripe / Soccer, Russell, Examples include tulle mesh knitting and variations and combinations thereof. The fabric may be a nonwoven fabric made of elastomer fibers.
本発明の下地層は、配線部の基材側の絶縁を担う層である。ここに絶縁とは電気絶縁に加え、機械的、化学的、生物学的な絶縁を含み、基材を透過してくる水分や化学物質、生体物質から導体層を絶縁する機能が必要である。
本発明の下地層は好ましくは、柔軟な高分子材料である。柔軟な高分子材料としては所謂ゴム、エラストマーと呼ばれる材料を使用できる。本発明のかかるゴム、エラストマーとしては、後述する導体層を形成するための樹脂材料を使用することができる。
本発明の下地層は繰り返し１０％以上の伸縮が可能なストレッチャビリティを有する事が好ましい。また本発明の下地層は５０％以上の破断伸度を有する事が好ましい。さらに本発明の下地層は引っ張り弾性率が１０〜５００ＭＰａであることが好ましい。
本発明の下地層は、コーティング液、浸漬液、あるいは印刷インク、印刷ペースト等の液状形態、ないしスラリー状態を介して基材上に適用されることが好ましい。下地層用材料を液状形態ないしスラリー状態にするには溶剤へ溶解分散すれば良い。印刷適性等の調整のために、公知のレベリング剤、チキソ性付与剤などを配合することは本発明の範囲内である。溶剤としては後述する導電ペーストに用いることができる溶剤等の中から適宜選択される。
本発明において、特殊なケースとして、下地層を形成する材料の前駆体が液体である場合には、前駆体を用いて層形成し、しかるべき反応を経て、下地層を形成することも可能である。
本発明の下地層用の材料が、液体状態ないしスラリー状態を介することが困難な場合、例えば溶融押出、プレス成形で、フィルムまたはシート状に加工して基材に接着剤などで貼り付けることも可能である。また前駆体状態でフィルムないしシートに加工した後に所定の反応により固体化してフィルムないしシートを得ることもできる。
The underlayer of the present invention is a layer that bears insulation on the substrate side of the wiring portion. Here, the insulation includes mechanical, chemical, and biological insulation in addition to electrical insulation, and requires a function of insulating the conductor layer from moisture, chemical substances, and biological substances that permeate the base material.
The underlayer of the present invention is preferably a flexible polymer material. As the flexible polymer material, a so-called rubber or elastomer material can be used. As the rubber and elastomer of the present invention, a resin material for forming a conductor layer described later can be used.
The underlayer of the present invention preferably has a stretchability that can be repeatedly expanded and contracted by 10% or more. The underlayer of the present invention preferably has a breaking elongation of 50% or more. Further, the underlayer of the present invention preferably has a tensile elastic modulus of 10 to 500 MPa.
The undercoat layer of the present invention is preferably applied to the substrate via a coating liquid, an immersion liquid, a liquid form such as a printing ink or a printing paste, or a slurry state. In order to make the material for the underlayer into a liquid form or a slurry state, it may be dissolved and dispersed in a solvent. It is within the scope of the present invention to add a known leveling agent, thixotropic agent or the like for adjustment of printability and the like. The solvent is appropriately selected from solvents that can be used in the conductive paste described later.
In the present invention, as a special case, when the precursor of the material forming the underlayer is a liquid, it is possible to form a layer using the precursor and form the underlayer through an appropriate reaction. is there.
When it is difficult for the material for the underlayer of the present invention to pass through a liquid state or a slurry state, it can be processed into a film or a sheet by, for example, melt extrusion or press molding, and attached to the base material with an adhesive or the like. Is possible. Further, after processing into a film or sheet in a precursor state, it can be solidified by a predetermined reaction to obtain a film or sheet.
本発明の電極を構成する伸縮性導体層は、比抵抗が１×１０0Ωｃｍ以下の材料で構成されている層を云う。本発明の導体層はストレッチャビリティを有する事が好ましい。本発明に於けるストレッチャビリティとは、繰り返し１０％以上の伸縮が可能であることを云う。さらに本発明の導体層は、導体層単独で４０％以上の破断伸度、好ましくは５０％以上の破断伸度、さらに好ましくは８０％以上の破断伸度を有する事が好ましい。さらに本発明の導体層は引っ張り弾性率が１０〜５００ＭＰａであることが好ましい。このようなストレッチャビリテイを有する材料を伸縮性導体組成物と呼ぶ。
伸縮性導体組成物は、以下に述べる導電ペーストを介して得ることができる。以下、本発明の構成要素の実現手段の一つである導電性ペーストについて説明する。導電性ペーストは、少なくとも導電粒子、好ましくは加えられる非導電性粒子、伸縮性樹脂、溶剤から構成される。
The stretchable conductor layer constituting the electrode of the present invention refers to a layer composed of a material having a specific resistance of 1 × 10 0 Ωcm or less. The conductor layer of the present invention preferably has stretchability. The stretchability in the present invention means that it can repeatedly expand and contract by 10% or more. Furthermore, the conductor layer of the present invention preferably has a breaking elongation of 40% or more, preferably a breaking elongation of 50% or more, more preferably a breaking elongation of 80% or more. Further, the conductor layer of the present invention preferably has a tensile elastic modulus of 10 to 500 MPa. A material having such stretchability is called a stretchable conductor composition.
The stretchable conductor composition can be obtained through a conductive paste described below. Hereinafter, a conductive paste which is one of means for realizing the constituent elements of the present invention will be described. The conductive paste is composed of at least conductive particles, preferably non-conductive particles to be added, a stretchable resin, and a solvent.
本発明の導電性粒子は、比抵抗が１×１０-1Ωｃｍ以下の物質からなる、粒子径が１００μｍ以下の粒子である。比抵抗が１×１０-1Ωｃｍ以下の物質としては、金属、合金、カーボン、ドーピングされた半導体、導電性高分子などを例示することができる。本発明で好ましく用いられる導電性粒子は銀、金、白金、パラジウム、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、鉛、錫などの金属、黄銅、青銅、白銅、半田などの合金粒子、銀被覆銅のようなハイブリッド粒、さらには金属メッキした高分子粒子、金属メッキしたガラス粒子、金属被覆したセラミック粒子などを用いることができる。 The conductive particles of the present invention are particles having a specific resistance of 1 × 10 −1 Ωcm or less and a particle diameter of 100 μm or less. Examples of the material having a specific resistance of 1 × 10 −1 Ωcm or less include metals, alloys, carbon, doped semiconductors, conductive polymers, and the like. The conductive particles preferably used in the present invention are metals such as silver, gold, platinum, palladium, copper, nickel, aluminum, zinc, lead and tin, alloy particles such as brass, bronze, white copper and solder, and silver-coated copper. Hybrid particles, metal-plated polymer particles, metal-plated glass particles, metal-coated ceramic particles, and the like can be used.
本発明ではフレーク状銀粒子ないし不定形凝集銀粉を主体に用いることが好ましい。なお、ここに主体に用いるとは導電性粒子の９０質量％以上用いることである。不定形凝集粉とは球状もしくは不定形状の１次粒子が３次元的に凝集したものである。不定形凝集粉およびフレーク状粉は球状粉などよりも比表面積が大きいことから低充填量でも導電性ネートワークを形成できるので好ましい。不定形凝集粉は単分散の形態ではないので、粒子同士が物理的に接触していることから導電性ネートワークを形成しやすいので、さらに好ましい。 In the present invention, it is preferable to mainly use flaky silver particles or amorphous aggregated silver powder. Here, the main use is to use 90% by mass or more of the conductive particles. The amorphous aggregated powder is a three-dimensional aggregate of spherical or irregularly shaped primary particles. Amorphous agglomerated powders and flaky powders are preferable because they have a specific surface area larger than that of spherical powders and the like and can form a conductive nitrate work even with a low filling amount. Since the amorphous agglomerated powder is not in a monodispersed form, the particles are in physical contact with each other, so that it is easy to form a conductive nitrate work.
フレーク状粉の粒子径は特に限定されないが、動的光散乱法により測定した平均粒子径（５０％Ｄ）が０．５〜２０μｍであるものが好ましい。より好ましくは３〜１２μｍである。平均粒子径が１５μｍを超えると微細配線の形成が困難になり、スクリーン印刷などの場合は目詰まりが生じる。平均粒子径が０．５μｍ未満の場合、低充填では粒子間で接触できなくなり、導電性が悪化する場合がある。 The particle size of the flaky powder is not particularly limited, but those having an average particle size (50% D) measured by a dynamic light scattering method of 0.5 to 20 μm are preferable. More preferably, it is 3-12 micrometers. When the average particle diameter exceeds 15 μm, it becomes difficult to form fine wiring, and clogging occurs in the case of screen printing. When the average particle size is less than 0.5 μm, it is impossible to make contact between particles at low filling, and the conductivity may deteriorate.
不定形凝集粉の粒子径は特に限定されないが、光散乱法により測定した平均粒子径（５０％Ｄ）が１〜２０μｍであるものが好ましい。より好ましくは３〜１２μｍである。平均粒子径が２０μｍを超えると分散性が低下してペースト化が困難になる。平均粒子径が１μｍ未満の場合、凝集粉としての効果が失われ、低充填では良導電性を維持できなくなる場合がある。 The particle size of the amorphous aggregated powder is not particularly limited, but it is preferable that the average particle size (50% D) measured by the light scattering method is 1 to 20 μm. More preferably, it is 3-12 micrometers. When the average particle diameter exceeds 20 μm, the dispersibility is lowered and it becomes difficult to form a paste. When the average particle size is less than 1 μm, the effect as an agglomerated powder is lost, and good conductivity may not be maintained with low filling.
本発明における非導電性粒子とは、有機ないし無機の絶縁性物質からなる粒子である。本発明の無機粒子は印刷特性の改善、伸縮特性の改善、塗膜表面性の改善を目的に添加され、シリカ、酸化チタン、タルク、アルミナ、等の無機粒子、樹脂材料からなるマイクロゲル等を利用できる。 The non-conductive particles in the present invention are particles made of an organic or inorganic insulating substance. The inorganic particles of the present invention are added for the purpose of improving printing properties, stretching properties, and coating surface properties, and include inorganic particles such as silica, titanium oxide, talc, and alumina, and microgels made of resin materials. Available.
本発明では好ましくは非導電性粒子とし硫酸バリウム粒子を用いることができる。本発明の硫酸バリウム粒子としては、天然の重晶石と呼ばれるバライト鉱物の粉砕品である簸性硫酸バリウムと、化学反応で製造されるいわゆる沈降性硫酸バリウムを使用することができる。本発明では粒子径の制御が行いやすい沈降性硫酸バリウムを用いることが好ましい。好ましく用いられる硫酸バリウム粒子の動的光散乱法によって求められる平均粒子径は、０．０１〜１８μｍ、さらに好ましくは０．０５〜８μｍ、なおさらに好ましくは０．２〜３μｍである。また本発明の硫酸バリウム粒子は、、Ａｌ、Ｓｉの一方または両方の水酸化物及び／又は酸化物によって表面処理されていることが好ましい。かかる表面処理により硫酸バリウム粒子の表面にＡｌ、Ｓｉの一方または両方の水酸化物及び／又は酸化物が付着する。これらの付着量は蛍光Ｘ線分析による元素比率にてバリウム元素１００に対して０．５〜５０であることが好ましく、２〜３０であることがさらに好ましい。 In the present invention, barium sulfate particles can be preferably used as non-conductive particles. As the barium sulfate particles of the present invention, dwarf barium sulfate, which is a ground product of barite mineral called natural barite, and so-called precipitated barium sulfate produced by a chemical reaction can be used. In the present invention, it is preferable to use precipitated barium sulfate which can easily control the particle diameter. The average particle diameter determined by the dynamic light scattering method of barium sulfate particles preferably used is 0.01 to 18 μm, more preferably 0.05 to 8 μm, and still more preferably 0.2 to 3 μm. Moreover, it is preferable that the barium sulfate particle | grains of this invention are surface-treated with the hydroxide and / or oxide of one or both of Al and Si. By such surface treatment, one or both of hydroxides and / or oxides of Al and Si adhere to the surface of the barium sulfate particles. These adhesion amounts are preferably 0.5 to 50, more preferably 2 to 30 with respect to the barium element 100 in terms of the element ratio by fluorescent X-ray analysis.
硫酸バリウム粒子の平均粒子径は、導電性粒子の平均粒子径より小さいことが好ましい。導電性粒子の数平均粒子径は、硫酸バリウム粒子の数平均粒子径の１．５倍以上であることが好ましく２．４倍以上より大きいことをさらに好ましく、４．５倍以上であることが、なおさらに好ましい。硫酸バリウム粒子の平均粒子径がこの範囲を超えると得られる塗膜表面の凹凸が大きくなり、伸張した際に塗膜が破断するきっかけとなりやすい。一方、硫酸バリウム粒子の平均粒子径がこの範囲より小さいと、伸縮耐久性改善効果が小さく、またペーストの粘度が高くなり、ペースト製作が困難となる。 The average particle diameter of the barium sulfate particles is preferably smaller than the average particle diameter of the conductive particles. The number average particle diameter of the conductive particles is preferably 1.5 times or more of the number average particle diameter of the barium sulfate particles, more preferably 2.4 times or more, and more preferably 4.5 times or more. Even more preferred. When the average particle diameter of the barium sulfate particles exceeds this range, the unevenness of the obtained coating film surface becomes large, and the coating film tends to break when stretched. On the other hand, if the average particle diameter of the barium sulfate particles is smaller than this range, the effect of improving the stretch durability is small, the viscosity of the paste is high, and it becomes difficult to manufacture the paste.
本発明における硫酸バリウム粒子の配合量は、導電性粒子と硫酸バリウム粒子の合計に対して２〜３０質量％であり、さらに３〜２０質量％が好ましく、なおさらに４〜１５質量％が好ましい。硫酸バリウム粒子の配合量がこの範囲を超えると得られる塗膜表面の導電性が低下する。一方、硫酸バリウム粒子の配合量がこの範囲より小さいと、伸縮耐久性改善効果が発現しにくくなる。 The compounding quantity of the barium sulfate particle | grains in this invention is 2-30 mass% with respect to the sum total of electroconductive particle and barium sulfate particle | grain, 3-20 mass% is further preferable, and 4-15 mass% is still more preferable. When the blending amount of the barium sulfate particles exceeds this range, the conductivity of the obtained coating film surface is lowered. On the other hand, when the blending amount of the barium sulfate particles is smaller than this range, the effect of improving the stretch durability is hardly exhibited.
本発明における柔軟性樹脂とは、弾性率が、１〜１０００ＭＰａの、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴムなどが挙げられるが、膜の伸縮性を発現させるためには、ゴムが好ましい。ゴムとしては、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴムや水素化ニトリルゴムなどのニトリル基含有ゴム、イソプレンゴム、硫化ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ化ビニリデンコポリマーなどが挙げられる。この中でも、ニトリル基含有ゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴムが好ましく、ニトリル基含有ゴムが特に好ましい。本発明で好ましい弾性率の範囲は３〜６００ＭＰａであり、さらに好ましく１０〜５００ＭＰａ、なお好ましくは３０〜３００ＭＰａの範囲である。 Examples of the flexible resin in the present invention include a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and a rubber having an elastic modulus of 1 to 1000 MPa. In order to exhibit the stretchability of the film, rubber is preferable. As rubber, urethane rubber, acrylic rubber, silicone rubber, butadiene rubber, nitrile group-containing rubber such as nitrile rubber and hydrogenated nitrile rubber, isoprene rubber, sulfurized rubber, styrene butadiene rubber, butyl rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, ethylene propylene Examples include rubber and vinylidene fluoride copolymer. Among these, nitrile group-containing rubber, chloroprene rubber, and chlorosulfonated polyethylene rubber are preferable, and nitrile group-containing rubber is particularly preferable. In the present invention, the range of the elastic modulus is preferably 3 to 600 MPa, more preferably 10 to 500 MPa, and still more preferably 30 to 300 MPa.
ニトリル基を含有するゴムは、ニトリル基を含有するゴムやエラストマーであれば特に限定されないが、ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムが好ましい。ニトリルゴムはブタジエンとアクリロニトリルの共重合体であり、結合アクリロニトリル量が多いと金属との親和性が増加するが、伸縮性に寄与するゴム弾性は逆に減少する。従って、アクリロニトリルブタジエン共重合体ゴム中の結合アクリロニトリル量は１８〜５０質量％が好ましく、４０〜５０質量％が特に好ましい。 The rubber containing a nitrile group is not particularly limited as long as it is a rubber or elastomer containing a nitrile group, but nitrile rubber and hydrogenated nitrile rubber are preferred. Nitrile rubber is a copolymer of butadiene and acrylonitrile. If the amount of bound acrylonitrile is large, the affinity with metal increases, but the rubber elasticity contributing to stretchability decreases conversely. Accordingly, the amount of bound acrylonitrile in the acrylonitrile butadiene copolymer rubber is preferably 18 to 50% by mass, particularly preferably 40 to 50% by mass.
本発明における柔軟性樹脂の配合量は、導電粒子と、好ましくは加えられる非導電性粒子と柔軟性樹脂の合計に対して７〜３５質量％であり、好ましくは９〜２８質量％、さらに好ましくは１２〜２０質量％である。 The blending amount of the flexible resin in the present invention is 7 to 35% by mass, preferably 9 to 28% by mass, more preferably based on the total of the conductive particles and preferably the non-conductive particles and the flexible resin to be added. Is 12 to 20% by mass.
また、本発明の導電ペーストにはエポキシ樹脂を配合できる。本発明で好ましいエポキシ樹脂はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ないしはフェノールノボラック型エポキシ樹脂である。エポキシ樹脂を配合する場合、エポキシ樹脂の硬化剤を配合できる。硬化剤としては公知のアミン化合物、ポリアミン化合物などを用いればよい。硬化剤はエポキシ樹脂に対して５〜５０質量％配合することが好ましく、１０〜３０質量％がさらに好ましい。またエポキシ樹脂と硬化剤の配合量は、柔軟性樹脂を含めた全樹脂成分に対して３〜４０質量％、好ましくは５〜３０質量％、さらに好ましくは８〜２４質量％である。 Moreover, an epoxy resin can be mix | blended with the electrically conductive paste of this invention. A preferable epoxy resin in the present invention is a bisphenol A type epoxy resin or a phenol novolac type epoxy resin. When blending an epoxy resin, an epoxy resin curing agent can be blended. A known amine compound, polyamine compound, or the like may be used as the curing agent. It is preferable that 5-50 mass% of hardening | curing agents are mix | blended with respect to an epoxy resin, and 10-30 mass% is further more preferable. Moreover, the compounding quantity of an epoxy resin and a hardening | curing agent is 3-40 mass% with respect to all the resin components including a flexible resin, Preferably it is 5-30 mass%, More preferably, it is 8-24 mass%.
本発明の導電ペーストは、溶剤を含有する。本発明における溶剤は、水または有機溶剤である。溶剤の含有量は、ペーストに求められる粘性によって適宜調査されるべきであるため、特に限定はされないが、概ね導電性粒子、硫酸バリウム粒子と柔軟性樹脂の合計質量を１００した場合に３０〜８０質量比が好ましい
本発明に使用される有機溶剤は、沸点が１００℃以上、３００℃未満であることが好ましく、より好ましくは沸点が１３０℃以上、２８０℃未満である。有機溶剤の沸点が低すぎると、ペースト製造工程やペースト使用に際に溶剤が揮発し、導電性ペーストを構成する成分比が変化しやすい懸念がある。一方で、有機溶剤の沸点が高すぎると、乾燥硬化塗膜中の残溶剤量が多くなり、塗膜の信頼性低下を引き起こす懸念がある。
The conductive paste of the present invention contains a solvent. The solvent in the present invention is water or an organic solvent. Since the content of the solvent should be appropriately investigated depending on the viscosity required for the paste, it is not particularly limited, but is generally 30 to 80 when the total mass of the conductive particles, barium sulfate particles and the flexible resin is 100. The organic solvent used in the present invention having a preferred mass ratio preferably has a boiling point of 100 ° C. or higher and lower than 300 ° C., more preferably 130 ° C. or higher and lower than 280 ° C. If the boiling point of the organic solvent is too low, the solvent volatilizes during the paste manufacturing process or use of the paste, and there is a concern that the component ratio of the conductive paste is likely to change. On the other hand, if the boiling point of the organic solvent is too high, the amount of residual solvent in the dry cured coating film increases, and there is a concern that the reliability of the coating film is reduced.
本発明における有機溶剤としては、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン、イソホロン、γ−ブチロラクトン、ベンジルアルコール、エクソン化学製のソルベッソ１００，１５０，２００、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ターピオネール、ブチルグリコールアセテート、ジアミルベンゼン、トリアミルベンゼン、ｎ−ドデカノール、ジエチレングリコール、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エチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノアセテート、トリエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコール、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレートなどが挙げられる。また、石油系炭化水素類としては、新日本石油社製のＡＦソルベント４号（沸点：２４０〜２６５℃）、５号（沸点：２７５〜３０６℃）、６号（沸点：２９６〜３１７℃）、７号（沸点：２５９〜２８２℃）、および０号ソルベントＨ（沸点：２４５〜２６５℃）なども挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上が含まれてもよい。このような有機溶剤は、導電性銀ペーストが印刷などに適した粘度となるように適宜含有される。 Examples of the organic solvent in the present invention include cyclohexanone, toluene, xylene, isophorone, γ-butyrolactone, benzyl alcohol, Exsorb Chemical's Solvesso 100, 150, 200, propylene glycol monomethyl ether acetate, terpionol, butyl glycol acetate, diamylbenzene. , Triamylbenzene, n-dodecanol, diethylene glycol, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol monoacetate, triethylene glycol diacetate, triethylene glycol, triethylene glycol Monomethyl ether Triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol, tetraethylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol, tripropylene glycol monomethyl ether, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobuty Rate and so on. As petroleum-based hydrocarbons, AF Solvent No. 4 (boiling point: 240-265 ° C.), No. 5 (boiling point: 275-306 ° C.), No. 6 (boiling point: 296-317 ° C.) manufactured by Nippon Oil Corporation , No. 7 (boiling point: 259-282 ° C.), No. 0 solvent H (boiling point: 245-265 ° C.) and the like, and two or more of them may be included as necessary. Such an organic solvent is appropriately contained so that the conductive silver paste has a viscosity suitable for printing or the like.
本発明の伸縮性導体形成用ペーストは、材料である導電性粒子、硫酸バリウム粒子、伸縮性樹脂、溶剤をディゾルバー、三本ロールミル、自公転型混合機、アトライター、ボールミル、サンドミルなどの分散機により混合分散することにより得ることができる。 The paste for forming a stretchable conductor of the present invention is a dispersing machine such as conductive particles, barium sulfate particles, stretchable resin, solvent as a dissolver, three roll mill, self-revolving mixer, attritor, ball mill, sand mill, etc. Can be obtained by mixing and dispersing.
本発明の伸縮性導体形成用ペーストには、発明の内容を損なわない範囲で、印刷適性の付与、色調の調整、レベリング、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの公知の有機、無機の添加剤を配合することができる。 The paste for forming a stretchable conductor of the present invention is provided with known organic and inorganic additives such as imparting printability, color tone adjustment, leveling, antioxidants, ultraviolet absorbers and the like within the scope of the invention. Can be blended.
本発明では破断伸度が８０％以上であり、有効厚さが１２μｍ以上で有り、体積抵抗率が１ＧΩ・ｃｍ以上の伸縮性絶縁被覆層を有する事が好ましい。ここに伸縮性絶縁被覆層とは配線部の表面側の絶縁を担う層である。ここに絶縁とは電気絶縁に加え、機械的、化学的、生物学的な絶縁を含み、基材を透過してくる水分や化学物質、生体物質から導体層を絶縁する機能が必要である。
本発明の伸縮性絶縁被覆層は好ましくは、柔軟な高分子材料を主成分とする絶縁層である。柔軟な高分子材料としては所謂ゴム、エラストマーと呼ばれる材料を使用できる。本発明のかかるゴム、エラストマーとしては、導体層を形成するための樹脂材料を使用することができる。
すなわち、本発明の伸縮性絶縁被覆層は、柔軟性樹脂を主成分とし、主成分とは伸縮性絶縁被覆層を構成する材料の５５質量％以上、好ましくは７５質量％以上を占める材料である。本発明で好ましく用いられる柔軟性樹脂とは、弾性率が、１〜１０００ＭＰａの、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴムなどが挙げられ、ゴムとしては、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴムや水素化ニトリルゴムなどのニトリル基含有ゴム、イソプレンゴム、硫化ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ化ビニリデンコポリマーなどが挙げられる。この中でも、ニトリル基含有ゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴムが好ましく、ニトリル基含有ゴムが特に好ましい。本発明で好ましい弾性率の範囲は３〜６００ＭＰａであり、さらに好ましく１０〜５００ＭＰａ、なお好ましくは３０〜３００ＭＰａの範囲である。
ニトリル基を含有するゴムは、ニトリル基を含有するゴムやエラストマーであれば特に限定されないが、ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムが好ましい。ニトリルゴムはブタジエンとアクリロニトリルの共重合体であり、結合アクリロニトリル量が多いと金属との親和性が増加するが、伸縮性に寄与するゴム弾性は逆に減少する。従って、アクリロニトリルブタジエン共重合体ゴム中の結合アクリロニトリル量は１８〜５０質量％が好ましく、４０〜５０質量％が特に好ましい。
In the present invention, it is preferable to have a stretchable insulating coating layer having a breaking elongation of 80% or more, an effective thickness of 12 μm or more, and a volume resistivity of 1 GΩ · cm or more. Here, the stretchable insulating coating layer is a layer that bears insulation on the surface side of the wiring portion. Here, the insulation includes mechanical, chemical, and biological insulation in addition to electrical insulation, and requires a function of insulating the conductor layer from moisture, chemical substances, and biological substances that permeate the base material.
The stretchable insulating coating layer of the present invention is preferably an insulating layer mainly composed of a flexible polymer material. As the flexible polymer material, a so-called rubber or elastomer material can be used. As the rubber and elastomer of the present invention, a resin material for forming a conductor layer can be used.
That is, the stretchable insulating coating layer of the present invention is composed mainly of a flexible resin, and the main component is a material that occupies 55% by mass or more, preferably 75% by mass or more of the material constituting the stretchable insulating coating layer. . Examples of the flexible resin preferably used in the present invention include a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and a rubber having an elastic modulus of 1 to 1000 MPa. Examples of the rubber include urethane rubber, acrylic rubber, silicone rubber, and butadiene. Examples thereof include nitrile group-containing rubbers such as rubber, nitrile rubber and hydrogenated nitrile rubber, isoprene rubber, sulfurized rubber, styrene butadiene rubber, butyl rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, ethylene propylene rubber, and vinylidene fluoride copolymer. Among these, nitrile group-containing rubber, chloroprene rubber, and chlorosulfonated polyethylene rubber are preferable, and nitrile group-containing rubber is particularly preferable. In the present invention, the range of the elastic modulus is preferably 3 to 600 MPa, more preferably 10 to 500 MPa, and still more preferably 30 to 300 MPa.
The rubber containing a nitrile group is not particularly limited as long as it is a rubber or elastomer containing a nitrile group, but nitrile rubber and hydrogenated nitrile rubber are preferred. Nitrile rubber is a copolymer of butadiene and acrylonitrile. If the amount of bound acrylonitrile is large, the affinity with metal increases, but the rubber elasticity contributing to stretchability decreases conversely. Accordingly, the amount of bound acrylonitrile in the acrylonitrile butadiene copolymer rubber is preferably 18 to 50% by mass, particularly preferably 40 to 50% by mass.
本発明の伸縮性絶縁被覆層は繰り返し１０％以上の伸縮が可能なストレッチャビリティを有する事が好ましい。また本発明の伸縮性絶縁被覆層は５０％以上の破断伸度を有する事が好ましい。さらに本発明の伸縮性絶縁被覆層は引っ張り弾性率が１０〜５００ＭＰａであることが好ましい。
本発明の伸縮性絶縁被覆層は、コーティング液、浸漬液、あるいは印刷インク、印刷ペースト等の液状形態、ないしスラリー状態を介して基材上に適用されることが好ましい。伸縮性絶縁被覆層用材料を液状形態ないしスラリー状態にするには溶剤へ溶解分散すれば良い。印刷適性等の調整のために、公知のレベリング剤、チキソ性付与剤などを配合することは本発明の範囲内である。溶剤としては導電ペーストに用いることができる溶剤等の中から適宜選択される。
The stretchable insulating coating layer of the present invention preferably has stretchability capable of repeatedly stretching 10% or more. The stretchable insulating coating layer of the present invention preferably has a breaking elongation of 50% or more. Furthermore, the stretchable insulating coating layer of the present invention preferably has a tensile modulus of 10 to 500 MPa.
The stretchable insulating coating layer of the present invention is preferably applied onto the substrate via a coating liquid, an immersion liquid, or a liquid form such as printing ink or printing paste, or a slurry state. The elastic insulating coating layer material may be dissolved and dispersed in a solvent to form a liquid form or slurry. It is within the scope of the present invention to add a known leveling agent, thixotropic agent or the like for adjustment of printability and the like. The solvent is appropriately selected from solvents that can be used for the conductive paste.
本発明において、特殊なケースとして、伸縮性絶縁被覆層を形成する材料の前駆体が液体である場合には、前駆体を用いて層形成し、しかるべき反応を経て、下地層を形成することも可能である。紫外線硬化型樹脂などを用いる場合が、このケースに該当する。
本発明の伸縮性絶縁被覆層用の材料が、液体状態ないしスラリー状態を介することが困難な場合、例えば溶融押出、プレス成形で、フィルムまたはシート状に加工し、しかるべき形状に外形加工した後に基材に接着剤などで貼り付けることも可能である。
In the present invention, as a special case, when the precursor of the material forming the stretchable insulating coating layer is a liquid, the precursor is used to form a layer, and an underlayer is formed through an appropriate reaction. Is also possible. The case where an ultraviolet curable resin or the like is used corresponds to this case.
When the material for the stretchable insulating coating layer of the present invention is difficult to pass through in a liquid state or a slurry state, for example, by melt extrusion or press molding, processed into a film or a sheet, and then processed into an appropriate shape It is also possible to affix to the base material with an adhesive or the like.
本発明の伸縮性絶縁被覆層の有効厚さは、好ましくは１２μｍ以上で有り、さらに好ましくは４０μｍ以上である。有効厚さとは、導体材料と重なった部分の絶縁層の算術平均厚さである。本発明の有効厚さは、導体材料と重なった部分の絶縁層の被覆厚さを無作為に１０点測定した値の算術平均値である。 The effective thickness of the stretchable insulating coating layer of the present invention is preferably 12 μm or more, more preferably 40 μm or more. The effective thickness is the arithmetic average thickness of the insulating layer in the portion overlapping the conductor material. The effective thickness of the present invention is an arithmetic average value of values obtained by randomly measuring the coating thickness of the insulating layer in the portion overlapping the conductor material at 10 points.
本発明の伸縮性絶縁層被覆層は体積抵抗率が１ＧΩ・ｃｍ以上、すなわち１×１０9Ωｃｍ以上の材料で構成されていることが好ましい。
本発明の絶縁下地層は、伸縮性絶縁被覆層と同様に伸縮性を有し、その材料構成、絶縁性能については伸縮性絶縁被覆層に準ずる。
The stretchable insulating layer coating layer of the present invention is preferably made of a material having a volume resistivity of 1 GΩ · cm or more, that is, 1 × 10 9 Ωcm or more.
The insulating underlayer of the present invention has elasticity like the elastic insulating coating layer, and the material configuration and insulating performance conform to the elastic insulating coating layer.
本発明では以上述べてきた伸縮性絶縁被覆層、絶縁下地層を用いる事により、生体信号を検出するための、異なる電極間の抵抗値が１ＧΩ以上である衣服型電子機器を実現できる。また、本発明ではさらに衣服型電子機器が湿潤時された状態にて電極間の抵抗値が１ＭΩ以上である衣服型電子機器を実現できる。
ここに電極間の抵抗値は、絶縁抵抗計により、印可電圧１００voltにて測定される値である。各電極はコネクタに電気接続されているため、電極間の抵抗値は実質的にはコネクタ電極間の絶縁抵抗値とほぼ等しい。
In the present invention, by using the stretchable insulating coating layer and the insulating base layer described above, it is possible to realize a clothes-type electronic device having a resistance value between different electrodes of 1 GΩ or more for detecting a biological signal. Further, the present invention can realize a clothes-type electronic device in which the resistance value between the electrodes is 1 MΩ or more when the clothes-type electronic device is wet.
Here, the resistance value between the electrodes is a value measured by an insulation resistance meter at an applied voltage of 100 volts. Since each electrode is electrically connected to the connector, the resistance value between the electrodes is substantially equal to the insulation resistance value between the connector electrodes.
本発明における電極表面層とは文字通り、電極表面を配線部とは異なる材料で被覆する場合に用いる層である。電極表面層としては金、白金、ロジウム等の貴金属めっき、ハンダメッキ、錫メッキなどを用いることができる。
本発明の電極表面層は繰り返し１０％以上の伸縮が可能なストレッチャビリティを有する事が好ましい。また本発明の電極表面層は５０％以上の破断伸度を有する事が好ましい。さらに本発明の電極表面層は引っ張り弾性率が１０〜５００ＭＰａであることが好ましい。このように電極部にも伸縮特性が要求される場合には、ストレッチャビリティを有するカーボンペーストを用いて電極表面層を形成することができる。
本発明におけるカーボンペーストは、導体層を形成する導電ペーストの導電粒子を導電性カーボンに限定した物と考えて差し支えない。ただし、導電粒子の配合量に関しては、カーボン粒子の比重が金属に比して小さく、比表面積が大きいため、金属粉の質量％のさらに半分ないし８分の１程度に減じて配合することが好ましい。カーボンペーストを得るための他の条件、分散方法などは導電ペーストと同様である。
The electrode surface layer in the present invention is literally a layer used when the electrode surface is covered with a material different from the wiring part. As the electrode surface layer, noble metal plating such as gold, platinum, rhodium, solder plating, tin plating, or the like can be used.
The electrode surface layer of the present invention preferably has stretchability capable of repeatedly expanding and contracting 10% or more. The electrode surface layer of the present invention preferably has a breaking elongation of 50% or more. Further, the electrode surface layer of the present invention preferably has a tensile modulus of 10 to 500 MPa. As described above, when the electrode portion is also required to have stretch properties, the electrode surface layer can be formed using a carbon paste having stretchability.
In the carbon paste in the present invention, the conductive particles of the conductive paste forming the conductor layer may be considered as those limited to conductive carbon. However, regarding the blending amount of the conductive particles, since the specific gravity of the carbon particles is smaller than that of the metal and the specific surface area is large, it is preferable that the blending is performed by reducing it to about half to 1/8 of the mass% of the metal powder. . Other conditions for obtaining the carbon paste, the dispersion method, and the like are the same as those of the conductive paste.
本発明において電極部と金属箔からなる電極及び配線部の境界の段差が実質的に無いとは、配線の厚い部分と薄い部分とが明瞭な境界を有さず、少なくとも５０μｍの高低差の変化が生じる遷移領域の幅が１．０ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上、さらに好ましくは３．０ｍｍ以上の幅をもって厚さが変化することを云う。このような境界部分の厚さ変動は、非接触式の厚さ系にてプロファイルを求めれば良い。より具体的には、平板に幅広の両面テープを用いて配線部分を基材である布帛ごと、明瞭なたるみが生じない程度に面方向にテンションをかけた状態で貼り付けて試料とし、光学式の厚さ計にてプロファイルを求めれば良い。境界段差がこの範囲であれば触感上段差の存在を感じないため実質的に段差を有さないと云うことができる。 In the present invention, the fact that there is substantially no step at the boundary between the electrode part and the metal foil and the electrode part and the wiring part means that the thick part and the thin part of the wiring do not have a clear boundary, and the height difference is at least 50 μm. This means that the thickness of the transition region in which the thickness changes is 1.0 mm or more, preferably 2.0 mm or more, and more preferably 3.0 mm or more. Such a variation in the thickness of the boundary portion may be obtained by a profile in a non-contact type thickness system. More specifically, using a wide double-sided tape on a flat plate, the wiring part is affixed together with the fabric as a base material in a state where tension is applied in the surface direction to such an extent that no clear sagging occurs, and an optical type What is necessary is just to obtain a profile with a thickness gauge. If the boundary step is within this range, it can be said that there is substantially no step because the tactile feel does not feel the presence of the step.
本発明の衣服型電子機器の電極部分は、導体層の導電機能および、伸縮性絶縁被覆層と絶縁下地層の絶縁機能を、実質的に損なうこと無く、伸張率１０％以上に変形させることができることが好ましい。より具体的には、衣服型電子機器の配線部分を切り出し、引っ張り試験器により伸張度１０％に伸ばした前後の導電機能、絶縁機能を比較すれば良い。導電機能は、配線の抵抗値で評価し、伸張度０％の際の抵抗値に対し、伸張度１０％に伸ばした状態での抵抗値が１００倍以下であれば導電機能は維持されているとする。絶縁下地層は伸張度１０％に伸ばした後に伸張度０％に戻した状態で、基材との剥離が生じていなければ絶縁機能を維持していると判断する。また伸縮性絶縁被覆層については伸張度１０％の状態において目視確認できるクラックが生じていなければ、絶縁機能を維持していると判断する。 The electrode part of the clothes-type electronic device of the present invention can be deformed to an elongation ratio of 10% or more without substantially impairing the conductive function of the conductor layer and the insulating function of the stretchable insulating coating layer and the insulating base layer. Preferably it can be done. More specifically, a wiring portion of a clothes-type electronic device may be cut out, and the conductive function and insulating function before and after being stretched to 10% by a tensile tester may be compared. The conductive function is evaluated by the resistance value of the wiring, and the conductive function is maintained as long as the resistance value in a state where the expansion is 10% is 100 times or less than the resistance value when the expansion is 0%. And In the state where the insulating underlayer is extended to 10% and then returned to 0%, it is determined that the insulating function is maintained if there is no separation from the substrate. In addition, regarding the stretchable insulating coating layer, it is determined that the insulating function is maintained if there is no crack that can be visually confirmed in a state where the stretch degree is 10%.
本発明の、伸縮性導体層、伸縮性絶縁被覆層、絶縁下地層は、それぞれ破断伸度５０％以上であり、引っ張り弾性率が１０〜５００ＭＰａであることが好ましい。各層の破断伸度、引っ張り弾性率は、各層を構成するペースト材料を離型シート上に所定の膜厚に塗布し、乾燥後に剥離して、引っ張り試験を行うことによって求めることができる。 The stretchable conductor layer, stretchable insulating coating layer, and insulating underlayer of the present invention preferably each have a breaking elongation of 50% or more and a tensile elastic modulus of 10 to 500 MPa. The elongation at break and tensile modulus of each layer can be determined by applying a paste material constituting each layer to a predetermined thickness on a release sheet, peeling off after drying, and conducting a tensile test.
本発明における、電極部と配線部の境界の段差が実質的に無い電極及び配線を実現する手段について説明する。
本発明の段差の無い電極部と電気配線部の境界を実現する手段として、極めて薄い伸縮性絶縁被覆層を導体層に重ねる手法を例示できる。導体層の厚さが５０μｍ以上であり、伸縮性絶縁被覆層の厚さが１０μｍ未満であれば触感的に段差を感じないため、実質的に段差が無いと見なすことができる。
本発明の段差の無い電極及び配線を実現する手段として、基材上に下地層、導体層、伸縮性絶縁被覆層、必要に応じて電極表面層を順次積層印刷し、乾燥硬化した後に、各層の軟化温度以上の温度にて加圧成形処理をする手法を例示することができる。この方法においては比較的高温プロセスを要するため、適用できる基材が限定される場合がある。
In the present invention, means for realizing an electrode and a wiring that are substantially free from a step at the boundary between the electrode part and the wiring part will be described.
As a means for realizing the boundary between the electrode part and the electric wiring part without a step according to the present invention, a method of superposing a very thin stretchable insulating coating layer on the conductor layer can be exemplified. If the thickness of the conductor layer is 50 μm or more and the thickness of the stretchable insulating coating layer is less than 10 μm, no step is felt tactilely, so that it can be considered that there is substantially no step.
As a means for realizing a stepless electrode and wiring according to the present invention, a base layer, a conductor layer, a stretchable insulating coating layer, and an electrode surface layer as necessary are sequentially laminated and printed on a substrate, dried and cured, and then each layer. A method of performing pressure molding treatment at a temperature equal to or higher than the softening temperature can be exemplified. Since this method requires a relatively high temperature process, applicable substrates may be limited.
本発明では以下に述べる転写法を用いることによって、実質的に段差の無い電極及び配線を得ることができる。
本発明における転写法とは、電極表面層、伸縮性絶縁被覆層、伸縮性導体層、金属箔を用いた電気配線の付設、下地層の順に所定の配線パターン、絶縁パターンなどを中間媒体に印刷した後に基材である布帛に転写することにより電極及び配線を得ることができる。さらに易転写性を求める場合には下地層としてホットメルト層をあらかじめ中間媒体上に印刷された配線パターンの上に形成した後、布帛に転写することができる。さらに布帛側にホットメルト層を受像層としてあらかじめ設けておいてもよい。かかるホットメルト層には熱可塑性のウレタン樹脂、あるいは本発明の伸縮性導体組成物のバインダー成分と同様の柔軟性樹脂を用いることができる。
この場合の中間媒体には離型層を表面に有する高分子フィルム、紙などのいわゆる離型シートを用いても良い。またフッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミドなどの難接着な素材からなる表面を有するフィルム、シート、板などを用いることができる。またステンレススチール、硬質クロムメッキした鋼板、アルミニウム板などの金属板を用いることも可能である。
In the present invention, electrodes and wirings having substantially no steps can be obtained by using the transfer method described below.
The transfer method in the present invention means that an electrode surface layer, a stretchable insulation coating layer, a stretchable conductor layer, electrical wiring using a metal foil, a predetermined wiring pattern, an insulation pattern, etc. are printed on an intermediate medium in the order of the base layer. After that, the electrode and the wiring can be obtained by transferring to a fabric as a base material. Further, in the case where easy transferability is required, a hot melt layer can be formed on a wiring pattern printed on an intermediate medium in advance as a base layer and then transferred to a fabric. Furthermore, a hot melt layer may be provided in advance on the fabric side as an image receiving layer. For such a hot melt layer, a thermoplastic urethane resin or a flexible resin similar to the binder component of the stretchable conductor composition of the present invention can be used.
In this case, a so-called release sheet such as a polymer film or paper having a release layer on the surface may be used as the intermediate medium. In addition, a film, sheet, plate, or the like having a surface made of a difficult-to-adhere material such as a fluorine resin, a silicone resin, or polyimide can be used. It is also possible to use a metal plate such as stainless steel, hard chrome-plated steel plate, or aluminum plate.
本発明の衣服型電子機器は、時に着用者に打撃が加わるスポーツにおいて着用される事が好ましい。このようなスポーツの例としては空手、ボクシング、テコンドー、剣道、フェンシング、柔道などの格闘技、野球、ソフトボール、サッカー、ラグビー、アメリカンフットボール、テニス、卓球、バスケットボール、ハンドボール、バレーボールなどの球技を例示できる。 The clothes-type electronic device of the present invention is preferably worn in sports where the wearer is sometimes hit. Examples of such sports include martial arts such as karate, boxing, taekwondo, kendo, fencing, judo, and ball games such as baseball, softball, soccer, rugby, American football, tennis, table tennis, basketball, handball, and volleyball. .
以下、実施例を示し、本発明をより詳細かつ具体的に説明する。なお実施例中の評価結果などは以下の方法にて測定した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail and specifically with reference to examples. The evaluation results in the examples were measured by the following methods.
＜ニトリル量＞
得られた樹脂材料をNMR分析して得られた組成比から、モノマーの質量比による質量％に換算した。
<Nitrile amount>
From the composition ratio obtained by NMR analysis of the obtained resin material, it was converted to mass% based on the mass ratio of the monomers.
＜ムーニー粘度＞
島津製作所製 ＳＭＶ−３００ＲＴ「ムーニービスコメータ」を用いて測定した。
<Mooney viscosity>
This was measured using an SMV-300RT “Mooney Viscometer” manufactured by Shimadzu Corporation.
＜平均粒子径＞
堀場製作所製の光散乱式粒径分布測定装置LB-500を用いて測定した。
＜弾性率、破断伸度＞
各材料を離型シート上に乾燥厚さ１００±１０μｍとなるようにコーティングし、所定の条件で乾燥硬化させた後、離型シートごとＩＳＯ ５２７−２−１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。測定時には離型シートから各材料のシートを剥離して、ＩＳＯ ５２７−１に規定された方法で引っ張り試験を行って求めた。
<Average particle size>
Measurement was performed using a light scattering particle size distribution analyzer LB-500 manufactured by Horiba.
<Elastic modulus, elongation at break>
Each material is coated on the release sheet to a dry thickness of 100 ± 10 μm, dried and cured under predetermined conditions, and then the release sheet is punched into a dumbbell mold defined by ISO 527-2-1A. A test piece was obtained. At the time of measurement, the sheet of each material was peeled from the release sheet, and a tensile test was performed by a method defined in ISO 527-1.
＜電極及び配線部の伸縮特性＞
製作した衣服型電子機器の電極及び配線部分を、電極部は除き、配線の直線部分が長さ１００ｍｍとなるように切り取り試験片とした。試験片において配線部分が基材の布帛から剥離していないこと、伸縮性絶縁被覆層表面にクラックなどは無いことを目しにて確認した後、配線の抵抗値を測定できるように端部の伸縮性絶縁被覆層を削り落として抵抗測定器の端子と接続し、伸張させる部分が有効長さ５０ｍｍとなるようにクリップを絶縁加工した引っ張り試験機にセットし、初期抵抗値と、所定の伸張度とした際の抵抗値、さらに初期状態に戻したときの配線抵抗値を測定した。
初期抵抗値をＲ0、１０％伸張時の抵抗値をＲ10とし、抵抗変化率Ｒv＝Ｒ10／Ｒ0 を求め、Ｒv≦１００の場合を導電機能維持として「○」、Ｒv＞１００の場合を導電機能喪失「×」とした。絶縁性については、試験後に電極及び配線の伸縮性絶縁被覆層に目視確認できるクラックが生じていない場合を絶縁機能維持として「○」、クラックが生じた場合に絶縁機能喪失として「×」とした。さらに、試験後に基材と下地層との剥離が生じていない場合に絶縁機能維持として「○」、剥離が生じていた場合には絶縁機能喪失として「×」とした。
同様の評価を１０％伸張し１秒維持した後に初期状態に戻し１秒保持、を１００回繰り返した後にも行った。
<Elastic properties of electrodes and wiring parts>
The electrode and the wiring part of the manufactured clothes-type electronic device were cut out so that the linear part of the wiring had a length of 100 mm, excluding the electrode part. After confirming that the wiring part of the test piece is not peeled off from the fabric of the base material and that there is no crack on the surface of the stretchable insulating coating layer, the end of the test piece can be measured so that the resistance value of the wiring can be measured. The stretchable insulation coating layer is scraped off and connected to the terminal of the resistance measuring instrument, and the clip is set in a tensile tester that has been insulated so that the portion to be stretched has an effective length of 50 mm. The resistance value when measured and the wiring resistance value when returned to the initial state were measured.
The initial resistance value is R0, the resistance value when 10% stretched is R10, and the resistance change rate Rv = R10 / R0 is obtained. When Rv ≦ 100, the conductive function is maintained as “◯”, and when Rv> 100, the conductive function. Loss “x”. For insulation, “○” is used to maintain the insulation function when no cracks are visible on the stretchable insulation coating layer of the electrode and wiring after the test, and “X” is the insulation function loss when a crack is generated. . Further, when the peeling between the base material and the underlayer did not occur after the test, “◯” was given for maintaining the insulating function, and when peeling was given, “X” was given for the loss of insulating function.
The same evaluation was carried out after repeating 100 times stretching 10% and maintaining for 1 second, then returning to the initial state and holding for 1 second.
＜配線の抵抗測定＞
配線の抵抗値をアジレント・テクノロジー社製ミリオームメーターを用いて測定した。
<Measurement of wiring resistance>
The resistance value of the wiring was measured using a milliohm meter manufactured by Agilent Technologies.
＜段差＞
衣服型電子機器から電極部と配線部を含む部分を５０ｍｍ×１００ｍｍの矩形に切り取って試験片とした。試験片を幅５０ｍｍの両面テープを用いて厚さ１０ｍｍの配線部分を基材である布帛ごと、たるみが生じないように貼り付け、次いで、光学式の厚さ計にて電極部から配線部にかけての厚さプロファイルを求めた。
電極部と配線部の境界の電極側５ｍｍから配線側５ｍｍまでの間の１０ｍｍについての傾きの絶対値が高低差／測定長（１０ｍｍ）＝５０／３０００未満であれば「◎」、５０／３０００以上〜５０／２０００未満であれば「○」、５０／２０００以上５０／１０００未満であれば△、５０／１０００以上であれば「×」とした。
<Step>
A part including the electrode part and the wiring part was cut into a 50 mm × 100 mm rectangle from the clothes-type electronic device to obtain a test piece. Using a double-sided tape with a width of 50 mm, paste the test piece with a 10 mm-thick wiring part together with the fabric as the base material so that no sagging occurs, and then apply it from the electrode part to the wiring part with an optical thickness gauge. The thickness profile was determined.
If the absolute value of the inclination with respect to 10 mm between the electrode side 5 mm and the wiring side 5 mm at the boundary between the electrode part and the wiring part is less than the height difference / measurement length (10 mm) = 50/3000, “◎”, 50/3000 Above, less than 50/2000, “◯”, 50/2000 or more, but less than 50/1000, Δ, and 50/1000 or more, “x”.
＜絶縁抵抗＞
アジレント・テクノロジー社製のハイ・レジスタンス・メーター（高抵抗計）４３３９Ｂを用い、印可電圧１００Ｖにて、電圧印加１分後の抵抗値を持って絶縁抵抗とした。
＜絶縁体の体積抵抗率＞
試料をシート状に加工し、アジレント・テクノロジー社製のハイ・レジスタンス・メーター（高抵抗計）４３３９Ｂとレジスティビティセルを用い、印可電圧５００Ｖにて、電圧印加１分後の抵抗値から体積抵抗率を算出した。
<Insulation resistance>
A high resistance meter (high resistance meter) 4339B manufactured by Agilent Technologies was used, and an insulation resistance was obtained by having a resistance value one minute after voltage application at an applied voltage of 100V.
<Volume resistivity of insulator>
The sample is processed into a sheet shape, and the volume resistivity is determined from the resistance value 1 minute after voltage application at a applied voltage of 500 V using a high resistance meter (high resistance meter) 4339B manufactured by Agilent Technologies and a resistance cell. Was calculated.
＜着用感＞
成人男性１０名を被験者とし、実施例で作成した電極及び配線付きの衣服を着用し、心電計測を行いながら、ラジオ体操第１と、ラジオ体操第２を続けて実施した。その間の着用感について、「触感が良い」を５点、「触感が悪い」を１点として、五段階の官能評価を行い、１０人の平均において、４以上を◎、３以上４未満を○、２以上３未満を△、２未満を×とした。
<A feeling of wearing>
10 adult male subjects were used as subjects, wearing the electrode and wiring clothes created in the example, and performing radio exercises 1 and 2 while performing electrocardiogram measurements. About the wearing feeling during that period, 5 points of “good touch” and 1 point of “bad touch” were evaluated, and an average of 10 people gave 4 or more to ◎, 3 to less than 4 ○ 2 or more and less than 3 was evaluated as Δ, and less than 2 was evaluated as ×.
［製造例］
＜金属箔の製造例１＞
厚さ９μｍの圧延銅箔を弱粘着剤を塗布したポリエステルフィルムにラミネートし、次いで銅箔上にドライフィルムレジストを用いて所定のパターンを形成し、塩化第二銅溶液によりエッチング後、ドライフィルムレジストをアルカリ剥離し、銅箔表面の酸化膜を希硫酸で除去した後、イオン交換水で十分に洗浄の後、ドライエアーにて乾燥し、所定の冗長係数を有する金属箔Ｆ１を得た。
[Production example]
<Production Example 1 of Metal Foil>
Laminated copper foil with a thickness of 9 μm is laminated on a polyester film coated with a weak adhesive, then a predetermined pattern is formed on the copper foil using a dry film resist, and after etching with a cupric chloride solution, a dry film resist is formed. Was removed by alkali, the oxide film on the surface of the copper foil was removed with dilute sulfuric acid, sufficiently washed with ion-exchanged water, and then dried with dry air to obtain a metal foil F1 having a predetermined redundancy coefficient.
＜金属箔の製造例２＞
厚さ４μｍのリン青銅箔を用い、金属箔の製造例１と同様にエッチングを行い所定の冗長係数を有する金属箔Ｆ２を得た。
<Production Example 2 of Metal Foil>
Using a phosphor bronze foil having a thickness of 4 μm, etching was performed in the same manner as in Metal Foil Production Example 1 to obtain a metal foil F2 having a predetermined redundancy coefficient.
＜金属箔の製造例３＞
ポリエステルフィルムに所定形状のマスクを重ね、約３００ｎｍ厚さの銅箔を蒸着法にて形成し、さらに重ねて、７０ｎｍ厚のニッケルクロム合金をスパッタリング法にて付与した。次いでマスクを取り除き、硫酸銅メッキ浴を用いて電気メッキにて厚さ３μｍの銅箔を積み増しし、金属箔Ｆ３を得た。
<Production Example 3 of Metal Foil>
A mask having a predetermined shape was stacked on the polyester film, a copper foil having a thickness of about 300 nm was formed by a vapor deposition method, and further, a nickel chromium alloy having a thickness of 70 nm was applied by a sputtering method. Next, the mask was removed, and copper foils having a thickness of 3 μm were stacked by electroplating using a copper sulfate plating bath to obtain a metal foil F3.
＜金属箔の製造例４＞
厚さ３５μｍの電解銅箔を弱粘着剤を塗布したポリエステルフィルムにラミネートし、次いで銅箔上にドライフィルムレジストを用いて所定のパターンを形成し、塩化第二銅溶液によりエッチング後、ドライフィルムレジストをアルカリ剥離し、銅箔表面の酸化膜を希硫酸で除去した後、イオン交換水で十分に洗浄の後、ドライエアーにて乾燥し、所定の冗長係数を有する金属箔Ｆ４を得た。
<Production Example 4 of Metal Foil>
An electrolytic copper foil with a thickness of 35 μm is laminated on a polyester film coated with a weak adhesive, then a predetermined pattern is formed on the copper foil using a dry film resist, and after etching with a cupric chloride solution, a dry film resist is formed. Was removed by alkali, the oxide film on the copper foil surface was removed with dilute sulfuric acid, washed thoroughly with ion-exchanged water, and then dried with dry air to obtain a metal foil F4 having a predetermined redundancy coefficient.
＜合成ゴム材料の重合＞
攪拌機、水冷ジャケットを備えたステンレス鋼製の反応容器に
ブタジエン ５４質量部
アクリロニトリル ４６質量部
脱イオン水 ２７０質量部
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム ０．５質量部
ナフタレンスルホン酸ナトリウム縮合物 ２．５質量部
ｔ−ドデシルメルカプタン ０．３質量部
トリエタノールアミン ０．２質量部
炭酸ナトリウム ０．１質量部
を仕込み、窒素を流しながら浴温度を１５℃に保ち、静かに攪拌した。次いで 過硫酸カリウム０．３質量部を脱イオン水１９．７質量部に溶解した水溶液を３０分間かけて滴下し、さらに２０時間反応を継続した後、ハイドロキノン０．５質量部を脱イオン水１９．５質量部に溶解した水溶液を加えて重合停止操作を行った。
次いで、未反応モノマーを留去させるために、まず反応容器内を減圧し、さらにスチームを導入して未反応モノマーを回収し、ＮＢＲからなる合成ゴムラテックス（Ｌ１）を得た。得られたラテックスに食塩と希硫酸を加えて凝集・濾過し、樹脂に対する体積比２０倍量の脱イオン水を５回に分けて樹脂を脱イオン水に再分散、濾過を繰り返すことで洗浄し、空気中にて乾燥して合成ゴム樹脂Ｒ１を得た。
<Polymerization of synthetic rubber material>
In a reaction vessel made of stainless steel equipped with a stirrer and a water cooling jacket, butadiene 54 parts by mass acrylonitrile 46 parts by mass deionized water 270 parts by mass sodium dodecylbenzenesulfonate 0.5 part by mass sodium naphthalenesulfonate condensate 2.5 parts by mass t -Dodecyl mercaptan 0.3 mass part Triethanolamine 0.2 mass part Sodium carbonate 0.1 mass part was prepared, the bath temperature was maintained at 15 degreeC, flowing nitrogen, and it stirred gently. Next, an aqueous solution in which 0.3 parts by mass of potassium persulfate was dissolved in 19.7 parts by mass of deionized water was dropped over 30 minutes, and the reaction was further continued for 20 hours. An aqueous solution dissolved in 5 parts by mass was added to perform a polymerization termination operation.
Next, in order to distill off the unreacted monomer, first, the inside of the reaction vessel was depressurized, and further steam was introduced to recover the unreacted monomer to obtain a synthetic rubber latex (L1) composed of NBR. Salt and dilute sulfuric acid are added to the resulting latex for aggregation and filtration, and the resin is redispersed in deionized water in a volume of 20 times the volume ratio of deionized water, and washed by repeating filtration. And dried in the air to obtain a synthetic rubber resin R1.
得られた合成ゴム樹脂Ｒ１の評価結果を表１に示す。
以下仕込み原料、重合条件、洗浄条件などを変えて同様に操作を行い、表１に示す樹脂材料Ｒ２〜Ｒ４を得た。なお、表中の略号は以下の通りである。
ＮＢＲ：アクロニトリルブタジエンゴム
ＮＢＩＲ：アクリロニトリル−イソプレンゴム（イソプレン１０質量％）
ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム（スチレン／ブタジエン＝５０／５０質量％）
Table 1 shows the evaluation results of the resulting synthetic rubber resin R1.
Thereafter, the same operation was carried out by changing the charged raw materials, the polymerization conditions, the washing conditions, etc., and the resin materials R2 to R4 shown in Table 1 were obtained. The abbreviations in the table are as follows.
NBR: acrylonitrile butadiene rubber NBIR: acrylonitrile-isoprene rubber (isoprene 10% by mass)
SBR: Styrene butadiene rubber (styrene / butadiene = 50/50 mass%)
［製造例］
エポキシ当量１７５〜１９５の液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１．５質量部、製造例にて得られた伸縮性樹脂（Ｒ１）１０質量部、潜在性硬化剤[味の素ファインケミカル株式会社製 商品名アミキュアＰＮ２３] ０．５質量部、をイソホロン３０質量部と混合攪拌して溶解させバインダー樹脂組成物Ａ１を得た。次いでバインダー樹脂組成物Ａ１に、平均粒子径６μｍの微細フレーク状銀粉［福田金属箔粉工業社製 商品名Ａｇ−ＸＦ３０１］５８．０質量部を加えて均一に混合し、三本ロールミルにて分散することにより導電ペーストＡＧ１を得た。得られた導電ペーストＡＧ１の評価結果を表２−１、表２−２に示す。
[Production example]
1.5 parts by mass of liquid bisphenol A type epoxy resin having an epoxy equivalent of 175 to 195, 10 parts by mass of the stretchable resin (R1) obtained in the production example, latent curing agent [trade name Amicure PN23 manufactured by Ajinomoto Fine Chemical Co., Ltd.] 0.5 parts by mass was mixed with 30 parts by mass of isophorone and dissolved to obtain a binder resin composition A1. Next, 58.0 parts by mass of fine flaky silver powder (trade name: Ag-XF301, manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Industry Co., Ltd.) having an average particle diameter of 6 μm is added to the binder resin composition A1, mixed uniformly, and dispersed with a three-roll mill. As a result, a conductive paste AG1 was obtained. The evaluation results of the obtained conductive paste AG1 are shown in Tables 2-1 and 2-2.
以下、材料を変えて配合を行い、表２−１、表２−２に示す導電ペーストＡＧ２〜ＡＧ６を得た。評価結果を同様に表２−１、表２−２に示す。
なお、表２−１、表２−２において無定型銀粉１はＤＯＷＡエレクトロニクス社製の凝集銀粉Ｇ−３５、平均粒子径６．０μｍ、無定型銀粉２はＤＯＷＡエレクトロニクス社製の凝集銀粉Ｇ−３５を湿式分級して得た平均粒子径２．１μｍの凝集銀粉である。
Hereinafter, the materials were changed and blended to obtain conductive pastes AG2 to AG6 shown in Tables 2-1 and 2-2. The evaluation results are similarly shown in Tables 2-1 and 2-2.
In Tables 2-1 and 2-2, amorphous silver powder 1 is agglomerated silver powder G-35 manufactured by DOWA Electronics, average particle size is 6.0 μm, and amorphous silver powder 2 is agglomerated silver powder G-35 manufactured by DOWA Electronics. Is an agglomerated silver powder having an average particle size of 2.1 μm obtained by wet classification.
以下、導電ペーストと同様に、表２−１、表２−２に従って配合を変え、電極表面層用のカーボンペーストＣＢ１、下地層、伸縮性絶縁被覆層用のペーストＣＣ１、ＣＣ２を得た、評価結果を表２−１、表２−２．に示す。なお固体粒子を含まないＣＣ１、ＣＣ２については樹脂成分を溶剤に溶解してペーストとした。 Hereinafter, similarly to the conductive paste, the composition was changed according to Tables 2-1 and 2-2, and carbon paste CB1 for the electrode surface layer, pastes CC1 and CC2 for the stretchable insulating coating layer were obtained, and evaluation The results are shown in Table 2-1, Table 2-2. Shown in In addition, about CC1 and CC2 which do not contain a solid particle, the resin component was melt | dissolved in the solvent and it was set as the paste.
＜実施例１＞
図６に示す転写法により、心電図測定用の衣服型電子機器を製作した。
厚さ１２５μｍの離型ＰＥＴフィルムに、まず電極表面層となるカーボンペーストＣＢ１を所定のパターンにてスクリーン印刷し、乾燥硬化した。次いで伸縮性絶縁被覆層となる絶縁ペーストＣＣ１を所定のパターンにスクリーン印刷し、乾燥硬化した。心電測定用の電極表面層は直径３０ｍｍの円形である。また伸縮性絶縁被覆層は電極部において内径が３０ｍｍ、外径が３６ｍｍのドーナツ状であり電極から伸びる配線部は幅１４ｍｍで、配線部の終端には、センサとの接続用ホックを取り付けるために直径１０ｍｍの円形電極が同様にカーボンペーストで印刷されている。カーボンペースト層の厚さは乾燥膜厚で２５μｍであり、伸縮性絶縁被覆層は体積抵抗率１５００ＧΩｃｍ、厚さ１５μｍ、であった。
次いで、導体層となる銀ペーストＡＧ１を用いて電極部をスクリーン印刷し、続いて金属箔の製造例１にて得られた金属箔Ｆ１を心電測定用電極と接続用ホック取り付け用の電極との間に転写して電気配線とした。
ついで、電極本体となる伸縮性導体層を形成するためのペーストをスクリーン印刷し、所定の条件で乾燥硬化した。電極部は直径３２ｍｍの円形、配線部は幅１０ｍｍであり、伸縮性絶縁被覆層上での乾燥厚さが３０μｍとなるように調整した。さらに下地層を伸縮性絶縁被覆層と同じＣＣ１を用いて乾燥厚さが２０μｍとなるように調整してスクリーン印刷し乾燥し、さらにもう一度同条件で下地層を印刷し、乾燥時間を調整して溶剤分が２５質量％残存するようにして表面タック性を残し、転写性のある印刷電極及び配線を得た。
次いで、以上の工程により得られた転写性の印刷電極及び配線を裏返したニット生地から成るスポーツシャツの所定部分に重ね、室温でプレスして印刷電極及び配線をスポーツシャツの裏側に仮接着し、離型ＰＥＴフィルムを剥離し、スポーツシャツをハンガーに掛けて、さらに１１５℃にて３０分間乾燥し、電極及び配線付きスポーツシャツを得た。配線パターンを図７に、シャツに対する配線パターンの配置を図８に示す。
得られた電極及び配線付きスポーツシャツは、左右の後腋窩線上と第７肋骨との交差点に直径３０ｍｍの円形電極があり、さらに円形電極から後頸部中央までの幅１０ｍｍエリアに金属箔による冗長性のある電気配線が内側に形成されている。なお左右の電極から後頸部中央に伸びる配線は、頸部中央にて５ｍｍのギャップを持ち、両者は短絡されていない。
左右の電極間の絶縁抵抗値および、湿潤状態として電極及び配線付きスポーツシャツをイオン交換水に浸漬し、その後、家庭用洗濯機で５分間脱水した後に測定した左右の電極間の絶縁抵抗値を表３−１に示す。
<Example 1>
A clothes-type electronic device for electrocardiogram measurement was manufactured by the transfer method shown in FIG.
First, carbon paste CB1 which becomes an electrode surface layer was screen-printed in a predetermined pattern on a release PET film having a thickness of 125 μm, and then dried and cured. Next, an insulating paste CC1 to be a stretchable insulating coating layer was screen-printed in a predetermined pattern and dried and cured. The electrode surface layer for electrocardiogram measurement is a circle with a diameter of 30 mm. The stretchable insulation coating layer is a donut shape with an inner diameter of 30 mm and an outer diameter of 36 mm at the electrode portion, the wiring portion extending from the electrode has a width of 14 mm, and a hook for connection with the sensor is attached to the end of the wiring portion. A circular electrode having a diameter of 10 mm is similarly printed with a carbon paste. The carbon paste layer had a dry film thickness of 25 μm, and the stretchable insulating coating layer had a volume resistivity of 1500 GΩcm and a thickness of 15 μm.
Next, the electrode part was screen-printed using silver paste AG1 as a conductor layer, and then the metal foil F1 obtained in Metal foil production example 1 was used as an electrocardiographic measurement electrode and a connection hook attachment electrode. The wiring was transferred to make electrical wiring.
Next, a paste for forming a stretchable conductor layer serving as an electrode body was screen-printed and dried and cured under predetermined conditions. The electrode part was circular with a diameter of 32 mm, the wiring part was 10 mm wide, and the dry thickness on the stretchable insulating coating layer was adjusted to 30 μm. Furthermore, the base layer is adjusted by using the same CC1 as the stretchable insulating coating layer so that the dry thickness is 20 μm, screen-printed and dried, and the base layer is printed again under the same conditions, and the drying time is adjusted. The surface tackiness was left so that 25% by mass of the solvent remained, and a printed electrode and wiring having transferability were obtained.
Next, the transferable printed electrode and wiring obtained by the above process are overlapped on a predetermined portion of a sports shirt made of knit fabric turned over, and pressed at room temperature to temporarily bond the printed electrode and wiring to the back side of the sports shirt, The release PET film was peeled off, the sports shirt was hung on a hanger, and further dried at 115 ° C. for 30 minutes to obtain a sports shirt with electrodes and wiring. The wiring pattern is shown in FIG. 7, and the layout of the wiring pattern with respect to the shirt is shown in FIG.
The obtained sports shirt with electrodes and wiring has a circular electrode with a diameter of 30 mm at the intersection of the left and right posterior axillary lines and the seventh rib, and a redundant metal foil in a 10 mm width area from the circular electrode to the center of the posterior neck Electrical wiring is formed inside. The wiring extending from the left and right electrodes to the center of the rear neck has a gap of 5 mm at the center of the neck, and both are not short-circuited.
The insulation resistance value between the left and right electrodes and the insulation resistance value between the left and right electrodes measured after immersing the electrode shirt and the sports shirt with wiring in ion exchange water in a wet state and then dehydrating for 5 minutes in a home washing machine Shown in Table 3-1.
続いて、後頸部中央端の表面側に突き出るように、生地裏側の伸縮性導体層を貫通させてステンレススチール製のスナップホックを取り付け、さらに裏側の配線部と電気的導通を確実とするために金属細線を撚り込んだ金属箔を用いて伸縮性導体組成物層とステンレススチール製スナップホックとを縫い合わせた。このスナップホック設置部をコネクタ接続部と呼ぶ。
ステンレススチール製スナップホックを介して、スマートホンへの無線データ伝送機能を有するユニオンツール社製の心拍センサＷＨＳ−２を接続して、測定と同時にＷＨＳ−２から心電信号をスマートホンに発信し、同心拍センサＷＨＳ−２専用のアプリ「ｍｙＢｅａｔ」を組み込んだアップル社製スマートホンで心拍データを受信し、画面表示できるように設定した。以上のようにして心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツを作製した。
Next, to attach the stainless steel snap hook through the elastic conductor layer on the back side of the fabric so that it protrudes to the surface side of the center end of the back neck, and to ensure electrical continuity with the wiring part on the back side A stretchable conductor composition layer and a stainless steel snap hook were sewn together using a metal foil in which a fine metal wire was twisted. This snap hook installation part is called a connector connection part.
A heart rate sensor WHS-2 made by Union Tool Co., Ltd., which has a wireless data transmission function to a smart phone, is connected via a stainless steel snap hook, and an electrocardiogram signal is sent from the WHS-2 to the smart phone simultaneously with the measurement. The heart rate data was set to be received and displayed on an Apple smartphone equipped with the app “myBeat” dedicated to the heart rate sensor WHS-2. A sports shirt incorporating a heart rate measurement function was produced as described above.
本シャツを被験者に着用させ、ラジオ体操第１、ラジオ体操第２を連続して行い、その間の心電データを取得した。得られた心電データはノイズが少なく、高解像度で、心電図としてメンタルな状態、体調、疲労度、眠気、緊張度合いなどを心拍間隔の変化、心電波形などから解析可能な品位を有していた。同じシャツを１０名の被験者に着用して貰い、着用感を評価した。結果を表３−１、表３−２．表３−３に示す。
着用試験に用いたスポーツシャツと同条件で製作したスポーツシャツから、所定の試験片を切り取り、電極部／配線部境界の段差評価、１０％伸縮１回、および１００回について配線の導電性、伸縮性絶縁被覆層の絶縁性、下地層の絶縁性、それぞれの維持性能を評価した。結果を表３−１、表３−２．表３−３に示す。
The subject was made to wear this shirt, and radio exercises 1 and 2 were continuously performed, and electrocardiographic data during that time was acquired. The obtained electrocardiogram data has low noise, high resolution, and quality that can be analyzed from the heartbeat interval change, electrocardiogram waveform, etc., as the electrocardiogram mental state, physical condition, fatigue level, sleepiness, tension level, etc. It was. The same shirt was worn by 10 subjects, and the feeling of wearing was evaluated. The results are shown in Table 3-1, Table 3-2. Shown in Table 3-3.
Cut out a predetermined test piece from a sports shirt manufactured under the same conditions as the sports shirt used in the wearing test, evaluate the step at the electrode / wiring section boundary, conduct 10% expansion and contraction once, and 100 times wiring conductivity and expansion and contraction The insulating property of the insulating insulating coating layer, the insulating property of the underlayer, and the maintenance performance of each were evaluated. The results are shown in Table 3-1, Table 3-2. Shown in Table 3-3.
電極間の初期抵抗値、湿潤時の抵抗値、洗濯５０回後の電極間抵抗値を評価した結果を表３−１、表３−２、表３−３に示す。なお洗濯試験後の電極間抵抗は、家庭用の縦型洗濯機を用い、水道水洗いにて「１０分間の洗濯動作、３分間の脱水、２分間のすすぎ、３分間の脱水、２分間のすすぎ、３分間の脱水、２分間のすすぎ、６分間の脱水」を一回として５０回繰り返し、２４時間以上自然乾燥した後の抵抗値である。 The results of evaluating the initial resistance value between the electrodes, the resistance value when wet, and the resistance value between the electrodes after 50 washings are shown in Table 3-1, Table 3-2, and Table 3-3. In addition, the resistance between the electrodes after the washing test was determined by using a vertical washing machine for home use and washing with tap water, “10 minutes washing operation, 3 minutes dehydration, 2 minutes rinse, 3 minutes dehydration, 2 minutes rinse. The resistance value after 50 times of “3 minutes of dehydration, 2 minutes of rinsing, 6 minutes of dehydration”, and air drying for 24 hours or more.
激しいスポーツに用いる状況に似せて、強制伸張試験を実施した。本試験では衣服型電子機器を洋服用ハンガーに掛け、裾部分に１ｋｇの重り２０個をクリップで吊るした。次いで、ハンガーごと、全ての重りが持ち上がるまで持ち上げ、３秒保持した後にすべての重りが着地するまで下ろし３秒間保持、この動作を１サイクルとして５００回繰り返し、その後に、心電測定動作が可能かどうかを評価した。問題無く心電測定が行えた場合を「○」、測定は行えた場合でもノイズが増える等の異常を認めた場合には「△」、測定が出来なくなった場合を「×」とした。結果を表３−１、表３−２．表３−３に示す。 A forced extension test was conducted to resemble the situation used in intense sports. In this test, clothes-type electronic devices were hung on clothes hangers, and 20 weights of 1 kg were hung on the hem by clips. Next, lift all the hangers until all the weights are lifted, hold for 3 seconds, then lower until all the weights have landed, hold for 3 seconds, repeat this operation 500 times as one cycle, and then enable ECG measurement I evaluated it. “○” indicates that the electrocardiogram can be measured without any problem, “△” indicates that an abnormality such as an increase in noise is recognized even if the measurement can be performed, and “x” indicates that no measurement is possible. The results are shown in Table 3-1, Table 3-2. Shown in Table 3-3.
以下同様に表３−１、表３−２、表３−３に示す構成により．実施例２〜９、比較例１〜３のスポーツシャツ製作し、同様に評価した。結果を表３−１、表３−２．表３−３に示す。 The same applies to the configurations shown in Table 3-1, Table 3-2, and Table 3-3. Sports shirts of Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 3 were manufactured and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 3-1, Table 3-2. Shown in Table 3-3.
＜参考例３〜５＞
実施例１に用いたニット地のスポーツシャツを裏返し、型枠に、背面にしわが入らないように入れてシャツの両肩と左右の裾にピンを打って固定した。
次いで、図５に示す直接印刷法にて実施例と同じ配線パターンのスポーツシャツを製作した。まず、所定のパターンにて下地層をＣＣペーストでスクリーン印刷し、所定の条件で乾燥し、さらにもう一度同条件で印刷し、乾燥硬化した。次いで、導体層、伸縮性絶縁被覆層、電極表面層の順で各々印刷、乾燥を繰り返し、電気配線を得た。得られたスポーツシャツに実施例と同様にホックを取り付け、ユニオンツール社製の心拍センサＷＨＳ−２を接続し、以下同様に評価を行った。結果を表３−１、表３−２．表３−３に示す。
<Reference Examples 3-5>
The sports shirt of the knitted fabric used in Example 1 was turned upside down, put in a formwork so that no wrinkles were formed on the back, and fixed by hitting pins on both shoulders and left and right hems of the shirt.
Next, a sports shirt having the same wiring pattern as that of the example was manufactured by the direct printing method shown in FIG. First, the underlayer was screen-printed with CC paste in a predetermined pattern, dried under predetermined conditions, printed again under the same conditions, and dried and cured. Subsequently, printing and drying were repeated in the order of the conductor layer, the stretchable insulating coating layer, and the electrode surface layer to obtain an electrical wiring. A hook was attached to the obtained sports shirt in the same manner as in the example, a heart rate sensor WHS-2 manufactured by Union Tool Co., Ltd. was connected, and evaluation was performed in the same manner. The results are shown in Table 3-1, Table 3-2. Shown in Table 3-3.
なお、比較例１に置いては、最初の着用時に配線部の断線が生じ、心電データを得ることができなかった。比較例２においては初期の心電データ取得は問題なく行えたが、ラジオ体操を行っている過程でノイズが増加し、ラジオ体操第２の途中でデータを取得することができなくなった。参考例１〜３では、最後までデータ取得が可能であったが、初期の比抵抗が比較的大きい参考例３においては１００回繰り返し伸張試験において、伸張時の抵抗値が初期抵抗値の１００倍を超え、「×」評価となった。 In Comparative Example 1, the wiring part was disconnected at the first wearing, and electrocardiographic data could not be obtained. In Comparative Example 2, initial electrocardiographic data acquisition was possible without problems, but noise increased during radio exercises, and data could not be acquired during the second radio exercises. In Reference Examples 1 to 3, it was possible to obtain data until the end, but in Reference Example 3 in which the initial specific resistance was relatively large, the resistance value at the time of expansion was 100 times the initial resistance value in the 100-times repeated extension test. It became "x" evaluation.
以上示してきたように、本発明の衣服型電子機器は後頸部にデバイスならびにコネクタを配置する事により、運動中の生体信号計測が確実に行え、また打撃や強い伸張歪みが加わるであろう激しいスポーツを行っている最中でも同様に安定して測定が行え、また十分な耐久性を示すであろう事が示された。
以上、示してきたように、本発明における衣服型電子機器は伸縮性を有する電極表面層、伸縮性を有する伸縮性絶縁被覆層と下地層、伸縮性を有する導体層からなる電極を有しており、金属箔による配線を有しており、さらに電極部と配線部との境界部分の段差が実質的に無いため、良好な電気特性と良好な着用感を両立した優れた特性を有する。
良好な着用感は、特に心電データなどの身体物理データを元に、着用者のメンタルな状態を求める場合において、着心地の悪さからくるメンタル的なノイズを生じること無く、より自然な状態でのメンタル評価が可能となることから、このような衣服型電子機器の応用面において大きな異議があると云える。
As described above, the clothes-type electronic device according to the present invention can reliably measure a biological signal during exercise by placing a device and a connector on the rear neck, and may add impact and strong stretching distortion. It was shown that even during intense sports, the measurement could be performed in the same way and the durability would be sufficient.
As described above, the clothes-type electronic device according to the present invention has an electrode composed of a stretchable electrode surface layer, a stretchable insulating coating layer and a base layer, and a stretchable conductor layer. In addition, it has wiring with a metal foil, and further, since there is substantially no step at the boundary between the electrode part and the wiring part, it has excellent characteristics that achieve both good electrical characteristics and good wearing feeling.
A good wearing feeling can be achieved in a more natural state without causing mental noise resulting from poor comfort, especially when seeking the wearer's mental state based on physical physical data such as electrocardiogram data. Therefore, it can be said that there is a big objection in the application of such clothes-type electronic devices.
本発明は、本実施例にて例示した用途例に限定されず、人体の持つ情報、すなわち筋電位、心電位などの生体電位、体温、脈拍、血圧などの生体情報を衣服に設けたセンサなど検知するためのウェアラブル装置や、あるいは、電気的な温熱装置を組み込んだ衣服、衣服圧を測定するためのセンサを組み込んだウェアラブル装置、衣服圧を利用して身体サイズを計測するウェア、足裏の圧力を測定するための靴下型装置などに広く応用できる。また表面段差の無い伸縮可能な配線は、部品、コネクタ類との接続についても良い方向に作用するため、本発明は、フレキシブルな太陽電池モジュールをテキスタイルに集積した衣服、テント、バッグなどの配線部、関節部を有する低周波治療器、温熱療養機などの配線部、屈曲度のセンシング部などに応用可能である。かかるウェアラブル装置は、人体を対象にするのみならず、ペットや家畜などの動物、あるいは伸縮部、屈曲部などを有する機械装置にも応用可能であり、ロボット義手、ロボット義足など機械装置と人体と接続して用いるシステムの電気配線としても利用できる。また体内に埋設してしようするインプラントデバイスの配線材料としても有用である。 The present invention is not limited to the application examples illustrated in the present embodiment, but is a sensor in which information on the human body, that is, biopotentials such as myoelectric potential and cardiac potential, biological information such as body temperature, pulse, blood pressure, etc. are provided on clothes. Wearable device for detection, or clothing incorporating an electrical heating device, wearable device incorporating a sensor for measuring clothing pressure, clothing for measuring body size using clothing pressure, sole of foot It can be widely applied to sock-type devices for measuring pressure. In addition, since the stretchable wiring without a surface step acts in a good direction for connection with components and connectors, the present invention is a wiring portion such as clothes, tents, bags, etc. in which flexible solar cell modules are integrated in textiles. It can be applied to a low frequency treatment device having a joint portion, a wiring portion such as a thermotherapy device, and a sensing unit for bending degree. Such wearable devices can be applied not only to the human body but also to animals such as pets and livestock, or mechanical devices having a telescopic part, a bent part, etc. It can also be used as electrical wiring for systems that are connected. It is also useful as a wiring material for implant devices to be embedded in the body.
１．基材（ファブリック）
２．絶縁下地層
３．伸縮性導体組成物層（伸縮性導体層）
４．伸縮性カバー層（伸縮性絶縁被覆層）
５．伸縮性カーボン層（電極表面層）
６．接着層（絶縁下地層）
７．金属箔
１０．仮支持体（離型指示体）
1. Base material (fabric)
2. 2. Insulating underlayer Stretchable conductor composition layer (stretchable conductor layer)
4). Stretch cover layer (stretch insulation coating layer)
5. Stretchable carbon layer (electrode surface layer)
6). Adhesive layer (insulating underlayer)
7). Metal foil 10. Temporary support (release indicator)
Claims (10)
少なくとも、
ａ．身体表面に直接接触する電極と、
ｂ．身体電位データ測定機能と少なくともデータ格納機能または通信機能を有する電子デバイスと接続するためのコネクタと、
ｃ．前記電極と前記コネクタを電気的に接続するための電気配線
とを有し、
前記コネクタが、衣服の後頸部中央部に設けられており、
前記電気配線が冗長性を持って幾何学配置された金属箔からなることを特長とする衣服型電子機器。 In clothes-type electronic equipment used for measuring biological information,
at least,
a. An electrode in direct contact with the body surface;
b. A connector for connecting a body potential data measurement function and an electronic device having at least a data storage function or a communication function;
c. Having electrical wiring for electrically connecting the electrode and the connector;
The connector is provided in the center of the back neck of the garment;
A clothes-type electronic device, wherein the electrical wiring is made of a metal foil geometrically arranged with redundancy.
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