CN110678120A - 生理信息测定用衣物 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供生理信息测定用衣物，该衣物中具备有电极和布线，即使在干燥环境下穿着，也可以在读取生物电信号时抑制噪声的混入，不适感少。解决手段在于使用具有延展性、伸长时也显示出高导电性的电极和布线，在减少穿着时的不适感的同时，通过选择具有相近摩擦带电容易度的材料作为构成衣服的绝缘材料，可以抑制穿着时产生静电，降低生物电信号的读取噪声。

Description

生理信息测定用衣物
技术领域
本发明涉及一种生理信息测定衣物，具有与生物的皮肤表面接触后、可测量生物发出的微弱电信号的可伸缩的电极。
背景技术
一直以来，为了测定脑波、心电图、肌电图等生物内部的微弱电信号，使用的是由具有导电性的柔软的导电性固体凝胶等导电性粘结材料构成的粘性电极片(专利文献1)、由橡胶球和电极构成的吸附电极(专利文献2)等。这些电极的前提是将独立的电极粘贴在皮肤上，受试者在安静状态下测定。
另一方面，日常生活中也有长时间测定电信号的需求，安装有电极的衣物受到瞩目，作为替代存在凝胶露出或流出之忧的粘性电极片、存在体积大和淤血之忧的吸附电极，提出了新的衣物安装用电极。例如，编织有不锈钢等金属导体纤维的布电极与部分对于水分为不渗透性的电极的组合电极，通过对于水分的不渗透性，可以避免出汗造成皮肤与电极的电阻下降、因布制基底的电极造成的电噪声的影响(专利文献3)。
此外，还有用缝线连接衣物与传感器安装部的结构中，传感器安装部使用防水且电气绝缘的部件的特定构成的电极，即使在衣物可能作为电解液发生作用的被雨和汗等淋湿的状态下，也可以防止电气短路造成的电信号的劣化(专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开平09-215668号公报
专利文献2:日本专利特开平11-225977号公报
专利文献3:专利4860155号公报
专利文献4:日本专利特开2016-106877号公报
发明内容
发明要解决的课题
如此，关于安装有目的为日常生活中长时间测定电信号的电极的衣物，不论是在衣物干燥的状态还是被雨和汗淋湿的状态下，无论穿着者做出何种日常的姿势或动作，都需要防止电噪声和电信号的劣化。此外，由于需要经常穿着，衣物的舒适性方面，考虑到降低僵硬感、维持合身感，也要求电极具有可随衣物而变的伸缩性并且柔软。
但是，经常穿着安装了以往的伸缩性电极的衣物时，特别是在干燥状态下，存在电信号中有噪声混入而劣化的现象。本发明着眼于这些现象，推测出噪声来自于构成物之间的互相摩擦而产生的摩擦起电、或者是穿着者在做出各种姿势或动作时电极伸缩而产生的电气特性的变化，本发明的目的是即使在衣物干燥状态下穿着者做出姿势和动作时，也可以抑制电信号中有噪声混入和劣化。
解决课题的手段
即本发明具有以下的构成。
[1]一种生理信息测定用衣物，其特征在于，至少具有构成衣物的第1伸缩性电气绝缘性基材、与第1伸缩性电气绝缘性基材靠近设置的第2伸缩性电气绝缘性基材、伸缩性导电性材料；生理信息测定用衣物中，第1伸缩性电气绝缘性基材与第2伸缩性电气绝缘性基材相互摩擦所产生的摩擦起电电压的绝对值在10kV以下。
[2]根据[1]所述的生理信息测定用衣物，其特征在于，所述伸缩性导电性材料未拉伸时的方块电阻在300Ω/□以下，且伸缩性导电性材料在伸长率10％时的拉伸荷载在100N以下，并且拉伸时的电阻增大率不到10倍。
[3]根据[1]或[2]所述的生理信息测定用衣物，其特征在于，所述伸缩性导电性材料由伸缩性导电薄片构成，该伸缩性导电薄片至少以导电性粒子和绝缘性粘合剂树脂为构成材料。
[4]根据[1]或[2]所述的生理信息测定用衣物，其特征在于，所述伸缩性导电性材料由伸缩性导电布帛构成，该伸缩性导电布帛至少由导电性纤维构成。
[5]根据[1]～[4]的任意一项所述的生理信息测定用衣物，其特征在于，所述第1伸缩性电气绝缘性基材为选自棉、羊毛、麻、绢、聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚丙烯酰胺、人造丝、芳香族聚酰胺、聚苯并噁唑中的1种或2种以上的纤维材料。
[6]根据[1]～[5]的任意一项所述的生理信息测定用衣物，构成所述第2伸缩性电气绝缘性部件的电气绝缘性材料，由氟系树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、天然橡胶、合成橡胶中的任意1个或2个以上组合构成。
[7]根据[1]～[4]的任意一项所述的生理信息测定用衣物，第1伸缩性电气绝缘性基材是含棉50％的纤维材料，构成第2伸缩性电气绝缘性部件的电气绝缘性材料的种类，由聚酰胺、聚氨酯、聚酯、含氮合成橡胶中的任意1个或2个以上组合构成。
[8]根据[1]～[4]的任意一项所述的生理信息测定用衣物，第1伸缩性电气绝缘性基材是含聚酯纤维50％以上的纤维材料，构成第2伸缩性电气绝缘性部件的电气绝缘性材料的种类，由聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯醇缩丁醛、天然橡胶、非含氮合成橡胶中的任意1个或2个以上组合构成。
本发明还优选具有以下构成。
[9]根据[1]～[8]的任意一项所述的生理信息测定用衣物，具有测量穿着者的生理信息的装置和将测量出的信息送至外部的装置。
[10]根据[1]～[9]的任意一项所述的生理信息测定用衣物，具有测量穿着者的生理信息的装置和分析测量出的信息的装置。
[11]根据[1]～[4]的任意一项所述的生理信息测定用衣物，第1伸缩性电气绝缘性基材和构成第2伸缩性电气绝缘性部件的电气绝缘性材料的种类，由氟树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、橡胶中的任意1个或2个以上组合构成。
[12]根据[1]～[4]的任意一项所述的生理信息测定用衣物，第1伸缩性电气绝缘性基材和构成第2伸缩性电气绝缘性部件的电气绝缘性材料的种类，由尼龙、人造丝、羊毛、绢、棉中的任意1个或2个以上组合构成。
发明的效果
根据本发明的构成，由构成衣物的第1伸缩性电气绝缘性基材、伸缩性导电性材料、用于层叠以及/或者接合第1伸缩性电气绝缘性基材和伸缩性导电性材料而设置为靠近第1伸缩性电气绝缘性基材的第2伸缩性电气绝缘性基材所构成的结构中，第1伸缩性电气绝缘性基材与第2伸缩性电气绝缘性基材相互摩擦而产生的摩擦起电电压在10kV以下，另外，伸缩性导电性材料未拉伸时的方块电阻在300Ω/□以下，且伸缩性导电性材料在伸长率10％时的拉伸荷载在100N以下，并且电阻增大率不到10倍，通过选择构成此种基材和部件的材料，可以降低穿着时的僵硬感、维持合身感，同时，无论衣物在干燥状态下还是在被雨和汗淋湿状态下，都可以抑制电信号中有噪声混入和劣化。
具体实施方式
＜第1伸缩性电气绝缘性基材＞
本发明中使用的第1伸缩性电气绝缘性基材，由选自体积电阻率在1010Ω·cm以上、并且可以伸展至伸长率10％以上的天然材料或者合成树脂材料中的1种或2种以上的材料构成，作为其形态，是由纤维构成的梭织物、针织物、无纺布或者膜状、薄片状的成形物。基材的厚度优选为100～1000μm，基材的克重优选为100～300g/平方m。基材的厚度、克重可以根据穿着时的僵硬感和合身感而适当选择。
本发明的第1伸缩性电气绝缘性基材，优选为选自棉、羊毛、麻、绢、聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚丙烯酰胺、人造丝、芳香族聚酰胺、聚苯并噁唑中的1种或2种以上的纤维材料。
＜伸缩性导电性材料＞
本发明中使用的伸缩性导电性材料，用作读取生物电信号的电极以及/或者传送电信号的布线。
本发明中优选使用的伸缩性导电性材料，是至少以导电性粒子和绝缘性粘合剂树脂为构成材料的伸缩性导电薄片。绝缘性粘合剂树脂是具有伸缩性的高分子材料，由选自体积电阻率在1010Ω·cm以上、并且可以伸展至伸长率10％以上的天然材料或者合成树脂材料中的1种或2种以上的高分子材料构成。
导电性粒子由选自电导率在10S/cm以上的金属、碳系材料、导电性高分子的1种或2种以上的材料构成，作为其形状，为粉末状或纤维状，于分散在绝缘性粘合剂树脂中的状态下使用。
本发明中优选使用的另一个伸缩性导电性材料，是至少由导电性纤维构成的伸缩性导电布帛。本发明中的导电性纤维指的是，可以使用导电性高分子的纤维、导电性组成物的纤维、表面覆盖了导电性材料的纤维材料、导电性材料与非导电性材料的混合化纤维材料等。该导电性纤维可以使用其自身、或者与非导电性纤维混合使用。作为布帛，可任意为梭织物、针织物的形态。特别是针织结构，由于富有伸缩性，因此可在本发明中优选使用。
本发明中的伸缩性导电性材料的电气特性，优选未拉伸时的方块电阻在300Ω/□以下，可以通过选择材料及调整部件的膜厚和宽度来达成。方块电阻高于300Ω/□的话，电信号出现劣化，变得难以读取。
本发明中的伸缩性导电性材料的伸缩性，优选伸长率10％时的拉伸荷载在100N以下，并且电阻增大率不到10倍。伸长率10％时的拉伸荷载高于100N的话，穿着时的僵硬感、合身感恶化。此外，伸长率10％时的电阻增大率在10倍以上的话，伸长前后的电信号会紊乱劣化。
＜第2伸缩性电气绝缘性基材＞
本发明中使用的第2伸缩性电气绝缘性基材，由选自体积电阻率在1010Ω·cm以上、并且可以伸展至伸长率10％以上的天然材料或者合成树脂材料中的1种或2种以上的材料构成。第2伸缩性电气绝缘性基材用于层叠以及/或者接合第1伸缩性电气绝缘基材和伸缩性导电性材料。
本发明的第2伸缩性电气绝缘性基材，优选通过以下任意示例进行加工。第1优选示例为液状，涂布到第1伸缩性电气绝缘基材或者伸缩性导电性材料之后，通过干燥或固化，将两者层叠以及/或者接合并固定。优选的第2形状为膜状、薄片状的成形物，在层叠以及/或者接合第1伸缩性电气绝缘基材或伸缩性导电性材料后，通过加热将两者层叠以及/或者接合并固定。优选的第3形状为线状，通过将第1伸缩性电气绝缘基材或者伸缩性导电性材料缝合而固定。
本发明中的第2伸缩性电气绝缘性基材，优选由选自聚四氟乙烯等的氟系树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、天然橡胶、合成橡胶中的1种或2种以上的材料构成。也可以将经过氟系树脂涂覆或表面处理过的材料当作氟系树脂。
＜导电片＞
导电片是伸缩性导电性材料的一个可取形态，可以通过将伸缩性电气绝缘性材料和粉末状的导电性材料以溶液或熔融状态混合，将导电性粉末均匀分散于伸缩性电气绝缘性材料后，成形为薄片状而得到。导电片中导电性粉末所占的添加量可考虑电阻和伸缩性而定，体积％较大的话，虽然电阻变低、可以抑制电信号的劣化，但伸缩性会下降，僵硬感、合身感恶化。另一方面，体积％较低的话，虽然伸缩性上升、僵硬感、合身感提升，但电阻会变高、电信号会劣化。基于两者特性的平衡，导电性粉末的添加量优选为20～60体积％。
＜导电性布帛＞
导电性布帛是伸缩性导电性材料可取的一个形态，是含有纤维状导电性材料的梭织物、针织物、无纺布。导电性布帛也可以组合使用导电性纤维和非导电性纤维两者。导电性布帛中导电性纤维所占的比例可考虑导电率和伸缩性而定，重量％较大的话，虽然电阻变低、可以抑制电信号的劣化，但伸缩性会下降，僵硬感、合身感会恶化。另一方面，重量％较低的话，虽然伸缩性上升、僵硬感、合身感提升，但电阻会变高、电信号会劣化。基于两者特性的平衡，导电性纤维的比例优选为10～100重量％。
本发明中的一个特征是第1伸缩性电气绝缘材料与第2伸缩性电气绝缘性材料的摩擦起电电压在10kV以下。尽管两者都紧密靠近使用，但从微观上看，当穿着者像衣服一样将其穿着运动时，会被置于微细的摩擦状态而产生摩擦起电。摩擦起电中，一个材料带正电，另一个材料带负电，根据材料的组合不同，电位差变化会很大。此时使用电位差较大的组合的话，电信号容易有噪声混入，信号会劣化，因此优选选择材料为电位差更小的组合。作为容易带负电的材料，有氟系树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、橡胶，另一方面，作为容易带正电的材料，有尼龙、人造丝、羊毛、绢、棉。本发明中，优选组合使用其中摩擦起电电压在规定范围内的组合。经氟系树脂表面处理过的材料也可当作氟系树脂。
实施例
接着，说明本发明的具体实施例，但本发明不限定于这些实施例。
[导电浆料的制作]
使用表1所示的材料，根据表2所示重量配比，将树脂溶解于各溶剂，在得到的溶液中加入银粒子，用三辊轧机混合，得到导电浆料。
[表1]
Figure BDA0002293326170000071
[表2]
Figure BDA0002293326170000072
Figure BDA0002293326170000081
[伸缩性导电性材料的制作]
使用上述的导电浆料在脱模处理PET膜上，用涂敷器涂布为干燥膜厚为约100μm，用热风干燥烘烤箱进行120℃、30分钟的干燥后，剥离脱模处理PET膜，得到伸缩性导电性材料薄片。使用该薄片，用后述方法测定厚度、未拉伸时电阻、拉伸时电阻增大率、拉伸荷载。实施例的测定结果如表2所示。
[具备电极及布线的衣物的制作]
将上述制作的带有脱模处理PET膜的伸缩性导电性材料薄片，与表1所示的热熔片和脱模纸重叠，用橡胶辊温度调整至120℃的辊压机粘合，得到具有粘结性的伸缩性导电性材料薄片。将该伸缩性导电性材料薄片剪切成附带布线宽度1.0cm、布线长度15.0cm的5.0cm见方的正方形状。从剪切下的附带布线的电极上将脱模纸剥离，配置到汗衫(棉100％及聚酯100％)的内侧的规定位置，用熨斗热压结合，再将脱模处理PET膜剥离，制作出内侧具有电极及布线的汗衫。
[组装有心率测量功能的汗衫的制作]
在具有电极及布线的汗衫的布线末端的表面侧，安装与内侧布线导通的不锈钢制钩子，通过不锈钢制钩子，连接UNIONTOOL公司制造的心率传感器WHS-2，制作出组装有心率测量功能的汗衫。
[伸长试验及电阻的测定]
使用具备有2个宽度2.5cm的夹具的伸长试验机(手动拉伸机)，使夹具间的距离为5.0cm，夹住上述制作的伸缩性导电性材料薄片，在长度方向上拉伸至伸长率10％(位移量0.5cm)。试验前后的电阻使用数字万用表(Yokogawa Test&Measurement Corporation公司制造的“YOKOGAWA TY530”)，测定相对的2个夹具的外侧(测定距离10cm)的拉伸前后的电阻值(Ω)，得到方块电阻(Ω/□)。在拉伸后立即(3秒以内)测定电阻值。
[拉伸荷载的测定]
使用拉伸试验机(ORIENTEC CORPORATION公司制造的“RTM-250”)，测定宽度30mm、试验长度50mm的伸缩性导电性材料薄片在伸长率10％时承受的荷重(N)，得到每1cm薄片的单位荷重(N/cm)。
[摩擦起电电压的测定]
根据JIS L1094的摩擦静电衰减测定法，使用Kanebo式摩擦起电电压测定装置EST-8，在温湿度状态20℃、40％RH的氛围下进行。作为摩擦布，使用棉100％及聚酯100％构成的第1伸缩性电气绝缘性基材，测定与热熔片构成的第2伸缩性电气绝缘性基材的摩擦10次后的初始静电电压，求出绝对值。实施例及比较例的测定结果如表3所示。
[穿着感、心电测量SN比]
以10名成人男性为受试者，穿着实施例制作的组装有心率测量功能的汗衫，一边在15℃、40％RH的环境下进行心电测量，一边连续做第1广播体操和第2广播体操。针对该期间的穿着感，以“触感良好”为5分、“触感较差”为1分，分五级进行感官评价，10人的平均分中，4以上为◎，3以上不到4为○，2以上不到3为Δ，不到2为×。
心电测量时的SN比如下求出，将心电图波形中剔除了体操时间刚开始的1分钟和最后的1分钟的R波的振幅分布为信号(S)，以R波和R波间的波形的振幅分布为噪声(N)，以S/N的算式求出SN比。实施例及比较例的测定结果如表3所示。
[表3]
Figure BDA0002293326170000091
Figure BDA0002293326170000101
如上所述可知，通过使用第1伸缩性电气绝缘性基材与第2伸缩性电气绝缘性基材相互摩擦所产生的摩擦起电电压较低的组合，测定时的噪声少，可以良好的进行心电测量。
工业可利用性
本发明中，提供即使在冬季干燥条件下也可以良好的进行测定的生理信息测定用衣物，可适用于掌握日常生活的保健、慢跑、马拉松等室外运动时的生理信息、建筑工地等室外作业中的劳务管理。

Claims (8)

1.一种生理信息测定用衣物，其特征在于，至少具有构成衣物的第1伸缩性电气绝缘性基材、与第1伸缩性电气绝缘性基材靠近设置的第2伸缩性电气绝缘性基材、伸缩性导电性材料；生理信息测定用衣物中，第1伸缩性电气绝缘性基材与第2伸缩性电气绝缘性基材相互摩擦所产生的摩擦起电电压的绝对值在10kV以下。
2.根据权利要求1所述的生理信息测定用衣物，其特征在于，所述伸缩性导电性材料未拉伸时的方块电阻在300Ω/□以下，且伸缩性导电性材料在伸长率10％时的拉伸荷载在100N以下，并且10％拉伸时的电阻增大率不到10倍。
3.根据权利要求1或2所述的生理信息测定用衣物，其特征在于，所述伸缩性导电性材料由伸缩性导电薄片构成，该伸缩性导电薄片至少以导电性粒子和绝缘性粘合剂树脂为构成材料。
4.根据权利要求1或2所述的生理信息测定用衣物，其特征在于，所述伸缩性导电性材料由伸缩性导电布帛构成，该伸缩性导电布帛至少由导电性纤维构成。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的生理信息测定用衣物，其特征在于，所述第1伸缩性电气绝缘性基材为选自棉、羊毛、麻、绢、聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚丙烯酰胺、人造丝、芳香族聚酰胺、聚苯并噁唑中的1种或2种以上的纤维材料。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的生理信息测定用衣物，构成所述第2伸缩性电气绝缘性部件的电气绝缘性材料，由氟系树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、天然橡胶、合成橡胶中的任意1个或2个以上组合构成。
7.根据权利要求1～4的任意一项所述的生理信息测定用衣物，第1伸缩性电气绝缘性基材是含棉50％的纤维材料，构成第2伸缩性电气绝缘性部件的电气绝缘性材料的种类，由聚酰胺、聚氨酯、聚酯、含氮合成橡胶中的任意1个或2个以上组合构成。
8.根据权利要求1～4的任意一项所述的生理信息测定用衣物，第1伸缩性电气绝缘性基材是含聚酯纤维50％以上的纤维材料，构成第2伸缩性电气绝缘性部件的电气绝缘性材料的种类，由聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯醇缩丁醛、天然橡胶、非含氮合成橡胶中的任意1个或2个以上组合构成。
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