JP5986008B2 - 導電性布帛の製造方法、及び生体信号測定装置の製造方法 - Google Patents
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前記製造方法によれば、基材である絶縁性の布地の任意の箇所に、前記導電性材料を含む電極又は配線を任意の形状で高精度に形成することができる。
前記導電性材料として導電性高分子を用いることにより、前記塗料に含まれる導電性材料が均一に分散される結果、形成する電極及び/又は配線の導電性をより均一化することができる。また、前記塗料の塗工性を向上させることができる。
疎水性材料でマスキングすることにより、マスキングした領域に前記導電性材料を含む塗料が染み込むことをより確実に抑制することができる。この結果、形成する電極又は配線の形状をより高精度に制御することができる。
本発明にかかる製造方法によれば、電極の形状を高精度に制御できるため、複数の電極を高密度に形成することが可能である。
20〜70℃という比較的低温で融解する材料を用いることにより、前記マスキングを容易に行うことができる。
本発明によって製造された導電性布帛は、衣服に仕立てることが可能である。当該衣服は、通常の衣服と同じように装着可能であり、軽量で薄く装着性に優れたウェアラブル型の生体電極として有用である。
本発明によって製造された導電性布帛を使用した生体信号の測定方法によれば、軽量で薄く装着性に優れた前記導電性布帛を生体電極として体表面に設置しているため、装着者の負担を軽減することができる。このため、長期間に亘るセンサリング又はモニタリングを容易に行うことができる。
本発明によって製造された生体信号測定装置は、前記導電性布帛を生体電極として使用し、生体の電気信号を測定する用途に好適である。当該生体電極の装着性が優れるため、装着時における装着者の負担を軽減し、当該測定を長期間に亘り継続することができる。
また、前記電極を形成する布地として通常の衣服(被服)を用いれば、電極と衣服の繋ぎ目の段差を無くして一体化した、装着感(着心地)に優れる生体電極として使用できる。
本発明の第一実施形態の導電性布帛の製造方法は、基材である絶縁性の布地の表面の、電極及び/又は配線を配置しない領域をマスキングする工程(マスキング工程)と、前記マスキングを施した布地に導電性材料を含む塗料を塗布する工程(塗布工程)と、前記マスキングを除去することにより前記布地上に電極及び/又は配線を形成する工程(除去工程)と、を含む。
これらの工程を経ることにより、布地に導電性材料を含有する電極及び/又は配線が配置された導電性布帛を製造することができる。
前記マスキング工程において、前記領域の布地表面をマスキングする方法は、後工程で塗布する塗料がマスキングを施した領域に染み込むことを抑制できる方法であり、且つ後工程において当該マスキングを除去できる方法であれば特に制限されない。例えば、前記領域にテープを貼付する方法、前記領域に樹脂製又は金属製の板を押し付ける(圧着する)方法、前記領域に前記塗料に馴染まない(前記塗料を弾く)性質を有する材料を配置する方法等が挙げられる。
ワックスを用いてマスキングする方法としては、前記ワックスを溶融した状態で前記布地の所定領域に塗布して染み込ませてもよいし、予め所定の形状(電極又は配線を形成しない領域に対応する形状)に成形されたワックスを前記布地の所定領域に配置した後で、当該ワックスを溶融させて、布地にワックスを染み込ませてもよい。ワックスを冷却して固化することにより、所望の形状でマスキングすることができる。
また、所定の形状(電極又は配線を形成する領域に対応する形状)のフレームを布地に配置して、前記フレームで覆われていない領域に溶融したワックスを塗布し、ワックスの固化後、前記フレームを除くことにより、前記フレームの形状を反映させたマスキングしてもよい。
前記塗布工程において、前記マスキングを施した布地に塗布する塗料は、導電性材料を含む。前記導電性材料の種類は特に制限されず、例えば、従来公知の導電性高分子、カーボン粒子、カーボン繊維等の炭素系材料、金属粒子が適用可能である。前記導電性高分子としては、例えば、導電性及び親水性に優れるPEDOT-PSS又はPEDOT-Sが好適である。また、ポリアニリンスルフォン酸やポリピロール等も例示できる。
前記塗料に含まれる導電性高分子は1種であってもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記導電性高分子の分子量は特に制限されず、例えば数千〜数十万の範囲のものが使用できる。
前記導電性物質として、例えば、カーボン粒子、カーボン繊維等の炭素系材料、金属粒子、従来公知の電池等に使用される電解質等が挙げられる。
ここで、前記電極及び配線の形状、サイズ、数及び密度は、前記マスキングの形状等が反映されたものとなる。すなわち、前記マスキングが施されていない領域の、形状、サイズ、数及び密度を反映した電極及び配線を形成することができる。
前記電極の形状は特に制限されないが、例えば、円形、楕円形、矩形、多角形等の比較的広い面積を有する電極パッドを構成可能な形状であることが好ましい。
前記配線の形状は特に制限されないが、通常、線状(線形)が好ましい。前記電極間を前記配線が電気的に接続していてもよい。また、前記配線が前記電極を外部装置に接続していてもよい。
前記除去工程において、前記布地から前記マスキング(マスク)を除去する方法は、形成した電極及び配線を残してマスクのみを除去できる方法であれば、特に制限されない。
前記加熱する方法としては、例えば、前記電極又は配線を配置した布地をオーブンで120℃30分間加熱する方法、80℃の温水に当該布地を10分程度浸漬して加熱する方法等が挙げられる。
基材である布地1をワックス2で格子状にマスキングする(図1,2)。次に、前記布地の全面に塗料3を塗布部材(例えば刷毛)を用いて塗布する(図3)。塗布した塗料3を乾燥固化させて電極4を形成し(図4)、ワックス2を前記加熱処理によって除去することにより、本発明にかかる導電性布帛10が得られる(図5)。
まず、布地1の両面にシリコーンラバー製の格子状のフレーム6を密着させる。この際、電極及び配線を形成しない領域をフレーム6によって覆う。その上に金属板7(パンチングメタル)を重ねて、フレーム6及び金属板7によって布地1の両面を圧迫しながら挟む(図6(a))。次に、金属板7に予め設けられている複数の貫通孔7aを通して塗料3を注入する(図6(b))。格子状フレーム6でマスキングされた以外の領域に吸収された塗料3を前記方法によって固定した後、格子状フレーム6及び金属板7を外すことにより電極4が布地1の両面に形成された導電性布帛を製造することができる。
本発明の第二実施形態の導電性布帛は、第一実施形態の製造方法によって製造された導電性布帛である。当該導電性布帛は、例えば生体電極として有用である。当該導電性布帛の基材である布地が衣服である場合には、ウェアラブル電極及び/又は配線として使用することもできる。通常の衣服と同様の優れた装着性を有するため、装着者に負担をかけずに装着者の皮膚表面に電極を設置することができる。
本発明の第三実施形態の生体信号の測定方法は、第二実施形態の導電性布帛を生体表面に設置し、測定対象である生体の電気信号を測定する方法である。前記導電性布帛に形成された電極又は配線を外部装置に接続することにより、当該電気信号を検出および解析することができる。前記導電性布帛に前記電極を形成した場合には、当該電極を生体表面に設置して信号を検出することができる。また、前記導電性布帛に配線のみを形成した場合は、当該配線に別の公知の電極を接続して、当該電極を生体表面に設置し、前記配線を介して外部装置に信号を伝送する測定方法も例示できる。ノイズを防止して高精度・高感度で生体信号を測定するためには、前記導電性布帛に形成された配線は絶縁被覆されていることが好ましい。前記外部装置としては、電極から伝送された生体信号を解析又は記録する機能を有するものであれば特に制限されず、例えば、公知の心拍計、心電計、脳波計、筋電計等が挙げられる。
本発明の第四実施形態の生体信号測定装置は、第二実施形態の導電性布帛が備えられた装置である。前記生体信号測定装置は、前記導電性布帛以外に、前記導電性布帛から伝送された生体信号を解析又は記録する機能を有する外部装置を備えていることが好ましい。前記外部装置としては、例えば、公知の心拍計、心電計、脳波計、筋電計等が挙げられる。
Claims (4)
- 絶縁性の布地に電極又は配線が配置された導電性布帛の製造方法であって、
前記布地における前記電極又は配線を配置しない領域に、20〜70℃で融解する疎水性材料を塗布することにより、前記領域をマスキングし、
前記布地に導電性材料を含む塗料を塗布し、
前記マスキングを除去することにより前記布地上に前記電極又は配線を形成することを特徴とする導電性布帛の製造方法。 - 前記導電性材料が導電性高分子であることを特徴とする請求項1に記載の導電性布帛の製造方法。
- 前記布地上に前記電極を複数形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の導電性布帛の製造方法。
- 請求項1〜3の何れか一項に記載の導電性布帛の製造方法により導電性布帛を得る工程と、前記導電性布帛を用いて生体信号測定装置を製造する工程と、を有することを特徴とする生体信号測定装置の製造方法。
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