JP2019537676A - 導電性糸／縫い糸、スマート生地、及びそれらから製造される衣類 - Google Patents

Abstract

導電性である４０ゲージ以上の少なくとも１本の金属ストランドから形成されたコア；内側カバーによってコアを実質的に完全に被覆するために十分な割合で第１の方向にコアの周りに巻き付けられた少なくとも１つの内側カバーであって、天然または合成の糸である内側カバー；少なくとも１つの内側カバーの周りに巻き付けられた少なくとも１つの外側カバーであって、外側カバーが上に直接巻き付けられているカバー層を実質的に完全に被覆するために十分な割合で外側カバーが上に直接巻き付けられているカバー層の方向と反対の第２の方向に巻き付けられている外側カバー；少なくとも１つの外側カバー上に塗布された少なくとも１種の接着剤、及び任意選択的な潤滑剤、を有する導電性複合糸。【選択図】なし

Description

本発明は、導電性糸及び導電性縫い糸、並びにこれらから製造される製品の分野、特には導電性の糸／縫い糸を使用してスマート生地（スマートファブリック）及びスマート衣類（スマートガーメント）を製造する分野に関する。

生地／衣類の製造において使用される導電性糸を用いることで導電性能を有し、結果として様々な面での着用者の健康状態を測定及び追跡するための電気センサ、検出器、及び／または計量装置の作動を可能にするスマート生地及びスマート衣類に対する需要が高まっている。そのようなスマート生地及び衣類は、軍事用途及びスポーツ用途における使用が特に求められている。軍事用途においては、そのようなスマート生地は、着用者の生体特徴測定値を追跡するためだけでなく、戦域で個人を衛星追跡するためにも使用される。

残念ながら、そのような導電性糸を提供することにおけるこれまでの試みは限定的な成功しか得られていない。これは、導電性糸が縫い糸として意図されている場合に特に当てはまる。縫い糸は、その用途の性質のため、従来の縫製作業中に生じる多数の繰り返しの曲げ及び突発的な動きによってその上に生じる応力に耐えることができなければならない。そのため、これは破断せずにこれらの曲げや応力に耐えることができなければならない。導電性糸を製造するためのほとんどの試みは糸の一部としての金属ストランドの使用を含み、また金属ストランドはそのような繰り返しの曲げ及び破断による応力に屈する傾向があることから、導電性金属ストランドの破断が導電性を壊すため、導電性の縫い糸を提供することは一層困難であった。

導電性の縫い糸に関するもう１つの問題は、短絡を引き起こさずに導電性糸をそれ自体交差させて縫製可能である必要があることである。

糸または縫い糸として機能することに加えて、意図される導電性の利点を提供するために十分に高い導電性を維持しながらも、特に縫製における使用の曲げ及び応力に耐える導電性の糸、特には導電性の縫い糸が依然として必要とされている。そのような場合、縫い糸は縫製工程を通してその完全性を維持しなければならず、かつ糸がそれ自体交差して縫い合わされた場合に短絡してはならない。

したがって、本発明の１つの目的は、導電性複合糸、特には生地に導電性のパターンを製造することを可能にする導電性複合縫い糸を提供することである。

本発明の更なる目的は、本発明の導電性複合糸／縫い糸を使用して製造されたスマート生地を提供することである。

本発明の更なる目的は、本発明のスマート生地を使用して製造された衣類を提供することである。

本発明のこれら及び他の目的は：
ａ）４０ゲージ以上の導電性金属の少なくとも１本のストランドから形成されたコア；
ｂ）内側カバーによってコアを実質的に完全に被覆するために十分な割合で第１の方向にコアの周りに巻き付けられた少なくとも１つの内側カバー；
ｃ）少なくとも１つの内側カバーの周りに巻き付けられた少なくとも１つの外側カバーであって、外側カバーが上に直接巻き付けられているカバー層を実質的に完全に被覆するために十分な割合で外側カバーが上に直接巻き付けられているカバー層の方向と反対の第２の方向に巻き付けられている外側カバー；
ｄ）少なくとも１種の接着剤；及び
ｅ）任意選択的な潤滑剤；
を含む導電性複合糸／縫い糸、並びに導電性のセグメント、パターン、及び／または格子を中に有する生地及び衣類の製造におけるその使用の発見によって、単独でまたは組み合わせで満たされた。

本発明は、４０ゲージ以上の導電性金属の１本以上のストランドを有する中心コアと、任意選択的には高性能繊維であってもよい合成繊維または天然繊維の１本以上のストランドの内側カバーと、適切な接着剤で処理されており任意選択的には適切な潤滑剤が外側に塗布されているポリエステルまたはナイロンのストランド（複数可）などの合成繊維または天然繊維の外側カバーと、を含む導電性複合糸に関する。導電性複合糸は、特に縫い糸としての使用に適している。

本明細書において使用される用語「繊維」は、糸及び生地の組み立てに使用される基本的な構成要素を指す。一般的に、繊維はその直径または幅よりもはるかに大きい長さ寸法を有する構成要素である。この用語には、リボン、ストリップ、ステープル、及び規則的または不規則な断面を有する他の形態の細断された、切断された、または不連続の繊維などが含まれる。「繊維」には、上の任意の１つまたは上の組み合わせのうちの複数も含まれる。

本明細書において使用される用語「高性能繊維」は、１０ｇ／デニールを超える高い値の引張強さを有する分類の合成または天然の非ガラス繊維を意味し、そのためこれらは高い耐摩耗性及び／または耐切断性が重要な用途に適している。典型的には、高性能繊維は最終的な繊維構造において非常に高度な分子配向及び結晶化度を有する。

本明細書において使用される用語「フィラメント」は、絹において天然に見られるような不定または極端な長さの繊維を指す。この用語は、特に押出法によって製造された人造繊維も指す。繊維を構成する個々のフィラメントは、円形、鋸歯もしくは小鈍鋸歯状、豆形、またはその他を含む様々な断面のうちの任意の１つを有していてもよい。

本発明との関係において、別段の指示がない限り、用語「ポリエステル」及び「ナイロン」は総称的に使用され、それぞれポリエステル及びナイロンの分類の繊維の従来の種類のいずれかを含む。ナイロンは好ましくはナイロン−６，６である。ポリエステルは、好ましくはポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、またはポリブチレンテレフタレートである。

本明細書において使用される用語「糸」は、繊維製品生地を形成するための編み、織り、またはその他の絡ませ合いに適した形態の、繊維製品用の繊維、フィラメント、または材料の連続ストランドを指す。糸は、通常は撚り合わせによって束ねられたステープル繊維からなる紡績糸、多数の連続フィラメントもしくはストランドからなるマルチフィラメント糸、または単一のストランドからなるモノフィラメント糸を含む様々な形態で存在し得る。

本明細書で使用される用語「空気交絡」は、複数の糸のストランドをエアジェットにかけてストランドを一体化し、その結果単一の間欠的に混ざり合ったストランドを形成することを指す。この処理は「エアタッキング」と呼ばれる場合もある。この用語は、特に製織工程において、その更なる処理をし易くするためのマルチフィラメント糸を空気圧縮する方法を指すと当該技術分野で理解されている「混ぜ合わせる」または「絡み合わせる」工程を指すためには使用されない。混ぜ合わされた糸のストランドは、典型的には別の糸と組み合わされない。逆に、個々のマルチフィラメントストランドは、単一のストランドの領域内で互いに絡み合っている。この空気圧縮は、糸のサイジングの代替手段として、及び改善された耐ピック性を付与するための手段として使用される。この用語はまた、単糸または多重糸のストランドの嵩を増すために行われる周知のエアテキスチャライジングも意味しない。そのため、複合糸における空気交絡の方法及び適切な装置は米国特許第６，３４９，５３１号；６，３４１，４８３号；及び６，２１２，９１４号に記載されており、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。

用語「複合糸」は、同じであっても異なっていてもよい２本以上の糸から作製される糸を指す。複合糸は、２本以上の糸が互いに対して異なる配向にある様々な形態で存在する場合がある。２本以上の糸は、望まれる複合糸の特性に応じて、例えば、平行であってもよく、一方が他方（複数可）の周りに巻き付けられていてもよく、一緒に撚られていてもよく、あるいはこれらの任意のまたは全ての組み合わせであってもよく、また他の配向であってもよい。そのような複合糸の例は、米国特許第４，７７７，７８９号；５，１７７，９４８号；５，６２８，１７２号；５，８４５，４７６号；６，３５１，９３２号；６，３６３，７０３号；及び６，３６７，２９０号の中に示されており、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の耐火性複合糸において、コアは１本以上の金属製導電性ストランドを含む。金属製導電性ストランドは、任意の導電性金属でできていてもよく、好ましくはステンレス鋼または銅からなる。好ましくは、金属コアの十分な可撓性を付与するためには、金属製導電性ストランドは４０ゲージ以上、より好ましくは４２ゲージ以上、最も好ましくは４４ゲージ以上の金属である必要がある。いくつかの好ましい実施形態では、コアは少なくとも２本の金属ストランドを含み、これらは最も好ましくはポリアミドまたはポリウレタンのいずれかのシースで互いに絶縁されている（そのようなポリマーシースを有する金属ストランドは市販されている）。１５０℃を超える用途では、ポリアミド被覆金属ストランドが好ましい。ステンレス鋼ワイヤがコアに使用される場合、ステンレス鋼ワイヤは、好ましくは直径０．５〜４ミル、より好ましくは直径１〜２ミル、最も好ましくは直径１．６ミル（０．００１６インチ）である。意図される用途に応じて、コアは任意選択的には他の種類の糸を含んでいてもよい。特定の実施形態では、コアは、耐切断性を改善するための繊維ガラスを更に含み、あるいは超高分子量ポリオレフィン（ＳＰＥＣＴＲＡまたはＤＹＮＥＥＭＡ等）などの高性能糸、またはアラミド糸を含んでいてもよい。繊維ガラスが含まれる場合、繊維ガラスとしては次の表１の中のものなどの（ただしこれらに限定されない）、任意の重量／等級のものであってもよい：

コアは、望まれる糸／縫い糸の単位重量に応じて、任意の望みのデニールであってもよい。好ましくは、コアは、５０〜１５００、より好ましくは２００〜９００のデニールを有する。

内側及び外側カバー糸は、天然及び合成の両方の繊維を含む、任意の種類の糸であってもよく、好ましくは、限定するものではないが、ポリエステル、ナイロン、レーヨン、綿、アクリルなどを含む合成繊維である。特定の実施形態では、内側カバー糸が高性能糸または高強力糸であることが望ましい場合がある。好適な高強力糸としては、伸びが非常に低いか存在しない任意の高強力糸、好ましくは繊維ガラス、アラミド、及びセラミック繊維からなる群から選択される少なくとも１つの種類、最も好ましくは繊維ガラスが挙げられる。この内側カバーはらせん状に設けられているため、縫製作業中に生じる曲げ応力を受けた場合、特に、好ましい繊維ガラスの実施形態では、損傷または破損を防ぐために（内側カバーを作製するために使用される糸がそれ自体ほとんどまたは全く伸び特性を有さない場合であっても）らせん構成が内側カバーの多少の伸びを可能にする。内側カバーは、コアの被覆に十分な１インチ当たりの巻き数の割合でコアの周りに巻き付けられており、コアのデニール及び直径、並びに内側カバーを構成する糸のデニールに応じて様々である。好ましくは、内側カバーは、４〜１５ｔｐｉ、より好ましくは６〜１２ｔｐｉの割合で巻き付けられる。内側カバー糸は、最終製品の糸の望まれるサイズにも応じて、任意の望みのデニールを有していてもよい。好ましくは、内側カバーは、５０〜１５００、最も好ましくは１００〜１０００のデニールを有する。

外側カバーは、天然及び合成の両方の繊維を含む任意の望みの繊維でできていてもよく、好ましくは、限定するものではないが、ポリエステルまたはナイロンなどの合成繊維である。内側カバーと同様に、外側カバーは、得られる糸製品の最終的なサイズに応じて任意の望みのデニールであってもよく、好ましくは５０〜１５００デニール、最も好ましくは１００〜１０００デニールである。その場合、外側カバーは、コア／内側カバーの組み合わせの複合デニール及び外側カバーを構成する糸のデニールにも応じて、好ましくは４〜１５ｔｐｉ、より好ましくは６〜１２ｔｐｉの、内側カバーを完全に被覆するために十分な割合で巻き付けられる。外側カバーは、好ましくはコア及び内側カバーを保護する。

本発明の耐火性の実施形態では、コアに本発明の金属ストランドが追加された米国特許第７，１１１，４４５号（この内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）に記載の耐火性縫い糸を使用することができる。そのような好ましい実施形態では、縫製された製品が火の中に存在する場合、たとえコアが溶融する場合であっても内側カバーは完全なままであり、生地部分が一体に維持される。

得られる複合糸は、任意の望みの複合デニールを有していてもよく、好ましくは３００〜２０００、より好ましくは５００〜１５００、最も好ましくは１０００〜１４００の測定される複合デニールを有する。これは測定される複合デニールである一方で、得られる糸は１５０〜１０００、より好ましくは３５０〜７５０、最も好ましくは５００〜６００の、非金属含有複合糸の典型的な複合デニールと同等のサイズを有する。測定される複合デニールがはるかに大きい理由は、コア中の金属ストランドのより高い密度（及び結果として単位体積当たりの重量がより大きい）ことである。

複合糸が形成された後、これに対して仕上げ作業が行われ、ここで少なくとも１種の接着剤が塗布され、任意選択的には少なくとも１種の潤滑剤も塗布される。これらは、限定するものではないが、繊維への噴霧、キスロ−ルによる塗布、または接着剤もしくは潤滑剤が入っている浴（無溶媒または適切な有機溶媒もしくは水系溶媒中の溶液としてのいずれか）への糸の浸漬などの任意の従来の方法で塗布されてもよい。好ましい潤滑剤はパラフィンが添加されたシリコ−ンである。満足できるものであることが分かっている追加的な潤滑剤は、ＲＡＹＯＬＡＮ１８１３、Ｂｏｅｈｍｅ ＦＩＬＡＴＥＸ、またはＫＬ４００（Ｋｅｌｍａｒ）である。複合糸が複合縫い糸である場合、縫製作業中に縫い糸が針の目を通って繰り返しスライドする際に縫い糸が針の熱に耐えられるように、複合糸は潤滑される。

複合糸は、限定するものではないが、ポリウレタン、ポリアクリル、ナイロン、及び他の従来の繊維接着組成物からなる群から選択される少なくとも１つの種類などの少なくとも１種の適切な接着剤で処理される。接着は、組み立てられたコア、内側カバー、または完全に組み立てられた複合糸の外側に行うことができる。好ましくは、接着は完全に組み立てられた複合糸の外側に行われる。一旦塗布されると、接着剤は乾燥または硬化して糸繊維の十分な接着をもたらす。

本発明は、限定するものではないが、次のものを含む導電性糸／縫い糸の様々な実施形態を包含する：
− 更に高レベルの導電性を付与するために、コアに３本、４本、またはそれ以上の金属ストランドを有する導電性糸／縫い糸；依然として縫い、編み、または織りが可能な糸／縫い糸を提供するために、これらのより高レベルの金属ストランドは、典型的には可撓性要件とのバランスをとらなければならない；
− 求められる特性に応じて、ポリウレタンまたはポリアミドなどの異なる接着剤を有する導電性糸；
− 反射特性が例えば糸／縫い糸の表面に（直径がミクロン以下の範囲の）再帰反射性ビ−ズを埋め込むことによって付与される、導電性反射性糸／縫い糸；
− フォトルミネッセント糸が外側カバーの少なくとも一部として使用される、導電性発光糸／縫い糸；
− 追加的な磁性金属ストランド（導電性は低いが高い磁化特性を有するニッケルワイヤのストランド等）がコアの中に含まれる、磁性導電性糸／縫い糸；
− コアに存在する様々な金属ストランドが識別し易くするためにそれぞれ異なる色のポリマーコーティングで被覆されている、色分けされた導電性糸／縫い糸；及び
− 米国特許第７，９３９，６８６号（この内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）に記載されているような抗菌性組成物を用いた処理によって本発明の導電性糸／縫い糸が抗菌性にされた、抗菌性導電性糸／縫い糸。

例示の目的のため、以下に複数の実施例を示す：

実施例１
コア：それぞれポリウレタンコーティングを有する２本の４４ｇａ銅ワイヤ及び１本の１．６ミルステンレス鋼ワイヤ
内側カバー：７０デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
外側カバー：７０デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
接着剤：ポリウレタン

実施例２
コア：それぞれポリウレタンコーティングを有する２本の４４ｇａ銅ワイヤ
内側カバー：１００デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
外側カバー：１００デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
接着剤：ポリアミド

実施例３
コア：それぞれポリアミドコーティングを有する２本の４０ｇａ銅ワイヤ
内側カバー：５０デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
外側カバー：７０デニールのナイロン（ナイロン６，６）
接着剤：ポリウレタン

実施例４
コア：それぞれポリウレタンコーティングを有する４本の４４ｇａ銅ワイヤ
内側カバー：７０デニールのナイロン（ナイロン６，６）
外側カバー：７０デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
接着剤：ポリウレタン

実施例５
コア：それぞれポリアミドコーティングを有する２本の４４ｇａ銅ワイヤ、１００デニールのＳＰＥＣＴＲＡ
内側カバー：７０デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
外側カバー：７０デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
接着剤：ポリウレタン

実施例６
コア：それぞれポリアミドコーティングを有する２本の４４ｇａ銅ワイヤ、Ｇ−４５０繊維ガラス
内側カバー：７０デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
外側カバー：７０デニールのポリエステル（ＰＥＴ）
接着剤：ポリウレタン

本発明の好ましい実施形態は、コアに２本の金属ストランド、好ましくは４４ゲージの銅ワイヤからの金属ストランドを有する導電性の複合縫い糸である。このような導電性縫い糸が標準的なボビン型ミシンを使用して縫製される場合、得られる縫い目は４リード線系を提供し、そのため電力リード線、接地リード線、及び２本の信号リード線を提供する能力を有する。そのような系は、導電性パタ−ンを生地または衣類に縫い付けるために使用することができ、様々な生体特徴測定装置、または他の電気測定装置の接続を可能にする。

本発明の更なる実施形態では、導電性複合縫い糸は、２本の４４ゲージの銅ワイヤ及び１本の１．６ミルのステンレス鋼ワイヤから形成されたコアを有し、これは、これが依然として望ましい導電特性を維持しながらも市販のグレードのミシンを使用して縫製できるように、縫い糸に追加的な強度を付与する。

本発明の導電性縫い糸は、任意の望まれる生地または衣類を「スマ−ト生地」または「スマ−ト衣類」に変えるために使用することができる。本発明との関係おいて、用語「スマ−ト生地」及び「スマ−ト衣類」は、導電性のパタ−ンもしくは格子、または少なくとも導電性セグメントが生地または衣類に縫い付けられ、その結果導電性のセグメント／パタ−ン／格子へのリード線の接続を可能にし、またそのような衣類に共通の様々な監視目的または追跡目的のために使用される衣類の使用を可能にすることを示すことを意味する。本発明を使用して製造されるそのような生地または衣類との主な違いは、糸がそれ自体交差して短絡や他の電気的な不具合の発生が引き起こされる心配なしに、標準的なミシンを使用してそれぞれの仕様に合ったパタ−ンまたは格子を衣類に容易に設けられることである。

特定の好ましい実施形態を本明細書及び上で詳しく説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなしに様々な変更を行えることは明白である。例えば、本明細書及び上で述べたように、導電性複合糸／縫い糸は、コア中に複数のストランドを、内側カバー中に複数のストランドを、及び／または外側カバー中に複数のストランドを含んでいてもよい。

Claims (17)

1. ａ）４０ゲージ以上の導電性金属の少なくとも１本のストランドから形成されたコア；
   ｂ）内側カバーによってコアを実質的に完全に被覆するために十分な割合で第１の方向に前記コアの周りに巻き付けられた少なくとも１つの内側カバーであって、天然または合成の糸である内側カバー；
   ｃ）前記少なくとも１つの内側カバーの周りに巻き付けられた少なくとも１つの外側カバーであって、前記外側カバーが上に直接巻き付けられているカバー層を実質的に完全に被覆するために十分な割合で前記外側カバーが上に直接巻き付けられている前記カバー層の方向と反対の第２の方向に巻き付けられている外側カバー、
   ｄ）前記少なくとも１つの外側カバー上に塗布された少なくとも１種の接着剤、及び
   ｅ）任意選択的な潤滑剤、
   を含む導電性複合糸。
2. 前記コアが４０ゲージ以上の導電性金属の２本以上のストランドを含む、請求項１に記載の導電性複合糸。
3. 前記導電性金属が銅である、請求項１に記載の導電性複合糸。
4. 前記少なくとも１本の銅ワイヤストランドが４２ゲージの銅ワイヤである、請求項３に記載の導電性複合糸。
5. 前記少なくとも１本の銅ワイヤストランドが４４ゲージの銅ワイヤである、請求項４に記載の導電性複合糸。
6. 前記コアが２本の４０ゲージ以上の銅ワイヤを含む、請求項３に記載の導電性複合糸。
7. 前記２本の銅ワイヤがそれぞれ４４ゲージである、請求項６に記載の導電性複合糸。
8. 前記コアが直径１〜２ミルのステンレス鋼ワイヤを更に含む、請求項７に記載の導電性複合糸。
9. 前記外側カバーがナイロン及びポリエステル糸からなる群から選択される糸の少なくとも１本のストランドから形成される、請求項１に記載の導電性複合糸。
10. 前記コアが１００〜３００デニールの繊維ガラスを更に含む、請求項１に記載の導電性複合糸。
11. 前記導電性複合糸が導電性複合縫い糸である、請求項１に記載の導電性複合糸。
12. 前記糸が４００〜７００の複合デニールを有する、請求項１に記載の導電性複合糸。
13. 前記糸が５００〜６００の複合デニールを有する、請求項１に記載の導電性複合糸。
14. 前記潤滑剤がシリコーン及びパラフィンを含有する組成物である、請求項１に記載の導電性複合糸。
15. 編み生地または織り生地；及び
    セグメント、パターン、または格子を形成するために前記生地に請求項１１に記載の導電性複合縫い糸を縫うことによって前記生地の上に形成されたセグメント、パターン、または格子；
    を含む、導電性のセグメント、パターン、または格子を有する生地。
16. 請求項１５に記載の生地から形成された、導電性セグメント、パターン、または格子を有する衣類。
17. 生地を含む衣類；並びに
    セグメント、パターン、または格子を形成するために前記生地に請求項１１に記載の導電性複合縫い糸を縫うことによって前記衣類の上に形成されたセグメント、パターン、または格子；
    を含む、導電性のセグメント、パターン、または格子を有する衣類。