JP2012233270A - Composite yarn and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品を実装可能な導電性パターンを有する複合糸及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a composite yarn having a conductive pattern on which an electronic component can be mounted and a method for manufacturing the same.
従来より衣料品に用いられる糸や布帛に電気的な性質を付与して電子回路部品を実装し、情報処理装置と一体化する試みが行われている。例えば、RFID(Radio Frequency Identification)等の無線通信技術で使用する電子部品を衣料品に実装することで、個別認証を行うことが提案されている。こうした無線通信技術に用いられるアンテナとしては、金属線、金属箔等の金属材料の他に、導電ペーストを印刷した樹脂フィルム材料といったものが使用されている。近年無線通信技術に使用するICタグの小型化が進展して様々な用途開発が図られているが、アンテナについてもそうした用途に対応することが求められている。 2. Description of the Related Art Conventionally, attempts have been made to mount electronic circuit components by imparting electrical properties to yarns and fabrics used in clothing and to integrate them with an information processing apparatus. For example, it has been proposed to perform individual authentication by mounting electronic parts used in wireless communication technology such as RFID (Radio Frequency Identification) on clothing. As an antenna used in such wireless communication technology, a resin film material printed with a conductive paste is used in addition to a metal material such as a metal wire or a metal foil. In recent years, miniaturization of IC tags used for wireless communication technology has progressed and various application developments have been made, and antennas are also required to support such applications.
例えば、特許文献1では、ICタグのアンテナとして、ICタグとデータを授受する外部送受信機の周波数に対応した長さで柔軟な素材に対応した柔軟性を有する金属細線で形成した点が記載されており、銅、モリブデン、金、銀、タングステン、アルミニウム等からなる金属細線が挙げられている。特許文献2では、微小のICチップを線状素材に担持させて箔糸状に形成したICタグを、布帛の経糸又は緯糸に沿わせて布帛の一部に織り込んだ織物が記載されている。また、特許文献3では、タグICチップに電気的に接続した導電性を有する炭素繊維からなるタグアンテナを備えたRFIDタグが記載されている。また、特許文献4では、無線通信用のICチップ及び送受信アンテナを備えたICタグにおいて、送受信アンテナが金属線を用いた織布、不織布又は金網で構成した点が記載されている。また、特許文献5では、高分子繊維材料表面に超臨界流体又は亜臨界流体を用いてメッキ前処理を行い、高分子繊維材料表面に金属被膜を形成する点が記載されている。
For example,
上述した特許文献では、無線通信に用いる送受信用のアンテナとして、導電性を有する金属細線、箔糸、炭素繊維といったものを使用しているが、それらを担持する糸や布帛が柔軟性を有しているため、湾曲、捩れ、屈曲といった変形により破断しやすい欠点がある。炭素繊維については、耐屈曲性及び柔軟性の点で優れた特性を備えているが、炭素繊維は抵抗値が高くなるため受信距離が短くなる欠点がある。 In the above-mentioned patent document, conductive metal thin wires, foil yarns, carbon fibers, etc. are used as transmission / reception antennas used in wireless communication, but the yarns and fabrics that carry them have flexibility. Therefore, there is a drawback that it is easily broken by deformation such as bending, twisting, and bending. The carbon fiber has excellent characteristics in terms of bending resistance and flexibility, but the carbon fiber has a drawback that the receiving distance is shortened because the resistance value is high.
こうしたアンテナ等の導電性パターンの破断に対応するために、樹脂製フィルムに導電性ペーストで印刷したものを導電性パターンとして使用することも提案されているが、破断を防止するためにある程度強度を高める必要がある。そのため、屈曲性及び柔軟性が乏しいものとなって、布帛に使用する場合には取り付ける箇所に制約を受けることになる。 In order to cope with the breakage of the conductive pattern of such an antenna, it has been proposed to use a resin film printed with a conductive paste as the conductive pattern. Need to increase. For this reason, the flexibility and flexibility are poor, and when used for a fabric, the attachment location is restricted.
そこで、本発明は、電子部品を実装可能な導電性パターンを形成するとともに布帛に織成又は編成可能な耐伸縮性を備える複合糸及びその製造方法を提供することを目的とするものである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a composite yarn that forms a conductive pattern on which an electronic component can be mounted and has stretch resistance that can be woven or knitted on a fabric, and a method for manufacturing the same.
本発明に係る複合糸は、 絶縁性を有する樹脂材料からなる糸本体と、易接着処理された前記糸本体表面に形成されるとともに抵抗が30Ω/cm以下の金属メッキ層からなる導電性パターンとを備える複合糸であって、5%以上の伸度を有するとともに3%伸長後の残留歪みが1%以下で前記導電性パターンの抵抗が30Ω/cm以下に維持される耐伸縮性を備える。さらに、前記導電性パターンは、カンチレバー法(JIS L1096)による測定で繊維軸の異なる方向での剛軟度変動が50%以下の柔軟性を有する。さらに、前記導電性パターンは、糸長方向に所定の長さの範囲に形成されたアンテナ形状である。さらに、前記導電性パターンを介して信号を送受信する電子部品を実装している。さらに、少なくとも前記導電性パターン及び前記電子部品を覆うように糸表面の周方向に樹脂層が形成されており、繊維軸に対し90度以上の角度で屈曲させる負荷動作を前記樹脂層の形成箇所において1000回繰り返した後前記導電性パターンの抵抗が30Ω/cm以下に維持される耐屈曲性を備える。 The composite yarn according to the present invention includes a yarn body made of an insulating resin material, a conductive pattern formed of a metal plating layer having a resistance of 30 Ω / cm or less and formed on the surface of the yarn body subjected to easy adhesion treatment. The composite yarn has an elongation of 5% or more, a residual strain after elongation of 3%, 1% or less, and a resistance to stretching that maintains the resistance of the conductive pattern at 30 Ω / cm or less. Furthermore, the conductive pattern has a flexibility with a bending resistance variation of 50% or less in different directions of the fiber axis as measured by the cantilever method (JIS L1096). Further, the conductive pattern has an antenna shape formed in a predetermined length range in the yarn length direction. Further, an electronic component that transmits and receives signals is mounted via the conductive pattern. Further, a resin layer is formed in the circumferential direction of the yarn surface so as to cover at least the conductive pattern and the electronic component, and a load operation for bending at an angle of 90 degrees or more with respect to the fiber axis is performed at the location where the resin layer is formed. In this case, the resistance of the conductive pattern is maintained at 30 Ω / cm or less after being repeated 1000 times.
本発明に係る複合糸の製造方法は、絶縁性を有する樹脂材料からなる糸本体の表面を易接着処理し、易接着処理された表面に対して粘度50mPa・s〜10000mPa・sに調整した触媒インクを導電性パターンに対応する範囲に付与してメッキ前処理を行い、メッキ前処理された表面に無電解メッキ処理により抵抗が30Ω/cm以下の金属メッキ層からなる導電性パターンを形成する。さらに、前記触媒インクを糸長方向に所定の長さの範囲に付与する。さらに、前記易接着処理は、プラズマ処理、コロナ放電処理、スパッタリング処理、プライマ剤による下地処理又はアルカリ減量処理のいずれかの処理である。さらに、前記導電性パターンに対応して電子部品を実装する。さらに、少なくとも前記導電性パターン及び前記電子部品を覆うように糸表面の周方向に樹脂層を形成する。 In the method for producing a composite yarn according to the present invention, a surface of a yarn body made of an insulating resin material is subjected to an easy adhesion treatment, and the viscosity is adjusted to 50 mPa · s to 10000 mPa · s with respect to the surface subjected to the easy adhesion treatment. Ink is applied to a range corresponding to the conductive pattern to perform plating pretreatment, and a conductive pattern made of a metal plating layer having a resistance of 30 Ω / cm or less is formed on the surface subjected to the plating pretreatment by electroless plating. Further, the catalyst ink is applied in a predetermined length range in the yarn length direction. Further, the easy adhesion treatment is any of plasma treatment, corona discharge treatment, sputtering treatment, primer treatment with a primer agent, or alkali weight loss treatment. Furthermore, an electronic component is mounted corresponding to the conductive pattern. Furthermore, a resin layer is formed in the circumferential direction of the yarn surface so as to cover at least the conductive pattern and the electronic component.
本発明は、上記のような構成を有することで、電子部品を実装可能な導電性パターンを形成するとともに布帛に織成又は編成可能な耐伸縮性を備える複合糸を得ることができる。 By having the above-described configuration, the present invention can provide a composite yarn having a stretch resistance that can be woven or knitted into a fabric while forming a conductive pattern on which an electronic component can be mounted.
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。図1は、本発明に係る実施形態を模式的に示す概略構成図である。この例では、糸本体1の表面に、糸長方向に所定の長さの範囲で金属メッキ層からなる一対の導電性パターン2が所定間隔を空けて形成されている。そして、ICチップ等の電子部品3が一対の導電性パターン2の間に位置決めされて接着剤等で実装されており、電子部品3に設けられた一対の端子部分4が導電性パターン2に接続している。電子部品が実装可能な導電性パターンは、抵抗が30Ω/cm以下に設定すればよく、より好ましくは10Ω/cm以下に設定するとよい。導電性パターンが30Ω/cmを超えると、電子部品3との間の導通状態が不十分となり、例えば無線通信を行う場合の送受信の精度が低下する。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing an embodiment according to the present invention. In this example, a pair of
また、導電性パターン2は、線状、矩形状、円形状、楕円形状といった配線パターンに用いられる形状に形成され、特に限定されない。そして、導電性パターン2を糸本体1の周囲に形成するようにしてもよく、周方向に広幅に形成したり、らせん状に形成することもできる。導電性パターンを周方向に形成することで、複数の電子部品を糸本体の周囲に3次元に配置することも可能となり、用途に合わせて導電性パターンの形状及び電子部品の組み合せを変更することができる。
Further, the
図1に示す例では、電子部品3がRFIDに使用される超小型のICチップであり、導電性パターン2が無線通信で使用するアンテナ形状に形成されている。導電性パターン2の糸長方向の長さを送受信する電波の周波数に対応させて設定することで、導電性パターン2を介して電子部品3が信号を送受信することができる。なお、この場合、導電性パターン2と端子部分4との間は電気的に接続されているが、内蔵アンテナを備えるICチップの場合には、静電容量の変化により送受信できるので、接続されていない近接配置された状態でも信号の送受信を行うことが可能となる。
In the example shown in FIG. 1, the
複合糸を通常の糸と同様に織物に織り込んだり、編物に編み込むためには、織成動作又は編成動作の際に生じる複合糸の伸縮に対して導電性パターンが物理的及び電気的に影響を受けることなく伸縮する必要がある。通常の織成動作及び編成動作の場合、糸の伸度5%以上でも破断することがなく、3%伸長後の残留歪みが1%以下であれば、通常の糸と同様に取り扱うことが可能であり、こうした糸の伸縮の際にも導電性パターンの抵抗が30Ω/cm以下に維持される耐伸縮性を備えていれば、複合糸を織物や編物等の布帛に使用することができる。 In order for a composite yarn to be woven into a woven fabric or knitted like a normal yarn, the conductive pattern has a physical and electrical influence on the expansion and contraction of the composite yarn that occurs during the weaving or knitting operation. It is necessary to expand and contract without receiving. In normal weaving operation and knitting operation, even if the elongation of the yarn is 5% or more, it will not break, and if the residual strain after 3% elongation is 1% or less, it can be handled in the same way as a normal yarn. Thus, composite yarns can be used for fabrics such as woven fabrics and knitted fabrics as long as they have stretch resistance capable of maintaining the resistance of the conductive pattern at 30 Ω / cm or less even when such yarns are stretched.
また、複合糸が織成動作又は編成動作に対して通常の糸と同様の耐久性を備えるためには、複合糸は繊維軸に対して等方的な柔軟性を備える必要がある。そのためには、繊維軸に対して疑似同心円形状であり、柔軟性も繊維軸に対してすべての方向でほぼ等しい柔軟性を備えることで、通常の糸と同様に取り扱うことが可能となる。具体的には、疑似同心円形状の場合断面形状が扁平率で2以下であればよく、疑似円が最も好ましい。扁平率が2を超えると、曲がる方向によって柔軟性に差が生じて通常の糸と同様の取り扱いが難しくなる。また、柔軟性については、カンチレバー法(JIS L1096)で曲げ剛性を測定した場合、異なる方向の変位量の差(剛軟度変動)が50%以下であればよい。50%を超えると、通常の糸と同様の取り扱いが難しくなる。そして、複合糸がこうした柔軟性を備えることで、布帛の状態においても通常の糸と柔軟性に差異がなく、衣料に用いた場合でも違和感なく使用することが可能となる。 Further, in order for the composite yarn to have the same durability as a normal yarn with respect to the weaving operation or the knitting operation, the composite yarn needs to have isotropic flexibility with respect to the fiber axis. For that purpose, the fiber axis is quasi-concentric, and the flexibility is approximately equal to the fiber axis in all directions, so that it can be handled in the same way as a normal yarn. Specifically, in the case of a quasi-concentric circle, the cross-sectional shape may be 2 or less in terms of flatness, and a quasi-circle is most preferable. When the flatness ratio exceeds 2, the difference in flexibility occurs depending on the bending direction, and the same handling as a normal yarn becomes difficult. As for flexibility, when the bending stiffness is measured by the cantilever method (JIS L1096), the difference in displacement (bending and bending variation) in different directions may be 50% or less. When it exceeds 50%, it becomes difficult to handle the same as a normal yarn. Since the composite yarn has such flexibility, there is no difference in flexibility from normal yarn even in the state of the fabric, and even when used in clothing, it can be used without a sense of incongruity.
複合糸は、導電性パターン2及び電子部品3を覆うように糸表面に樹脂層を形成することで樹脂層が保護層として機能し、導電性パターン2及び電子部品3の剥離等に対する強度を高めることができる。特に、複合糸を織成又は編成する際に湾曲変形された場合の耐屈曲性を向上させることが可能となる。複合糸の耐屈曲性については、複合糸の樹脂層の形成箇所を繊維軸に対して左右90度の角度まで屈曲させる負荷動作を繰り返し行うことで評価することができる。負荷動作を1000回繰り返した後に導電性パターンの抵抗が30Ω/cm以下に維持されて電子部品の性能が影響を受けることがなければ、通常の糸と同様に取り扱っても導電性パターンの破断や電子部品の剥離等の影響を受けることがなく、十分な耐屈曲性を有すると評価できる。耐屈曲性については、135度の角度まで屈曲させる負荷動作を10000回繰り返した後に導電性パターンの抵抗が30Ω/cm以下に維持されることがより好ましい。
The composite yarn forms a resin layer on the surface of the yarn so as to cover the
本発明に用いる糸本体は、絶縁性を有する繊維材料からなるものを用いる。例えば、合成繊維材料としては、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ポリプロピレン、パラ系アラミド、メタ系アラミド、ポリアリレート、ポリベンゾイミダゾール等が挙げられ、天然繊維材料としては、綿、ウール、麻等が挙げられ、無機繊維材料としてはガラスが挙げられる。そして、これらの繊維材料を混合したものであってもよい。 The yarn body used in the present invention is made of an insulating fiber material. Examples of synthetic fiber materials include polyester, nylon, acrylic, polypropylene, para-aramid, meta-aramid, polyarylate, polybenzimidazole, and the like, and natural fiber materials include cotton, wool, hemp, and the like. Examples of the inorganic fiber material include glass. And what mixed these fiber materials may be sufficient.
また、糸本体としては、モノフィラメント糸、マルチフィラメント糸又は紡績糸が用いられるが、フィラメント糸で構成されたものが好ましい。糸本体は、構成する繊維材料がばらけないように10回/m〜300回/mの撚りを付与しておくとよい。糸本体の太さは、0.05mm〜1mmに設定するとよい。糸本体の太さが0.05mmより細くなると、ICチップ等の電子部品のサイズよりも小さくなるため実装が困難となり、1mmよりも太くなると、糸本体の柔軟性が低下して複合糸の取り扱いが難しくなる。 Moreover, as the yarn body, monofilament yarn, multifilament yarn or spun yarn is used, but one constituted by filament yarn is preferable. The yarn body is preferably provided with a twist of 10 times / m to 300 times / m so that the fiber material constituting the yarn body does not fall. The thickness of the yarn body is preferably set to 0.05 mm to 1 mm. If the thickness of the thread body is smaller than 0.05 mm, the mounting becomes difficult because it becomes smaller than the size of the electronic component such as an IC chip. If the thread body is thicker than 1 mm, the flexibility of the thread body is reduced and the composite thread is handled. Becomes difficult.
図2は、複合糸の製造工程に関する概略フロー図である。まず、糸本体を準備して、糸本体の導電性パターンを形成する領域に対して、触媒インクが付着しやすいように易接着処理を行う(S1)。そして、易接着処理した領域に触媒インクを付与してメッキ前処理を行い(S2)、メッキ前処理した糸本体に無電解メッキ処理を行うことで導電性パターンを形成する(S3)。形成された導電性パターンに対応して電子部品を実装し(S4)、必要に応じて導電性パターン及び電子部品を覆うように糸表面に樹脂層を形成する(S5)。 FIG. 2 is a schematic flow chart relating to the manufacturing process of the composite yarn. First, a yarn body is prepared, and an easy adhesion process is performed on the region of the yarn body where the conductive pattern is to be formed so that the catalyst ink easily adheres (S1). Then, a pre-plating process is performed by applying a catalyst ink to the area subjected to the easy adhesion process (S2), and a conductive pattern is formed by performing an electroless plating process on the pre-plated yarn body (S3). An electronic component is mounted corresponding to the formed conductive pattern (S4), and if necessary, a resin layer is formed on the yarn surface so as to cover the conductive pattern and the electronic component (S5).
上述した製造工程では、糸本体に導電性パターンをメッキ処理により形成する。糸本体が絶縁材料から構成されるため、無電解メッキ処理により導電性パターンに対応する領域に金属メッキ層を形成する。導電性パターンを正確なサイズ及び形状で形成するためには、無電解メッキ処理する前に金属が付着する核となる触媒を導電性パターンに対応する領域に付与する前処理を行うことで、メッキ処理により導電性パターンに正確に対応させて金属メッキ層を均一な厚さで形成することができる。 In the manufacturing process described above, a conductive pattern is formed on the yarn body by plating. Since the yarn body is made of an insulating material, a metal plating layer is formed in a region corresponding to the conductive pattern by electroless plating. In order to form a conductive pattern with an accurate size and shape, plating is performed by applying a pre-treatment that applies a catalyst to the metal to a region corresponding to the conductive pattern before electroless plating. The metal plating layer can be formed with a uniform thickness by accurately corresponding to the conductive pattern by the treatment.
メッキ前処理において、触媒を糸本体に付与する場合、液状の触媒インクを用いるとよい。触媒インクを用いる場合その濡れ性改善及び密着性向上のために、表面に対して易接着処理を行う。易接着処理としては、プラズマ処理、コロナ放電処理、スパッタリング処理、エポキシ樹脂やウレタン樹脂といった公知のプライマ剤を用いた下地処理、又は、アルカリ減量処理といった公知の処理を用いることができる。アルカリ減量処理については、糸本体にポリエステル繊維を用いる場合に有効である。 In the pretreatment for plating, when a catalyst is applied to the yarn body, a liquid catalyst ink may be used. When catalyst ink is used, easy adhesion treatment is performed on the surface in order to improve wettability and adhesion. As the easy adhesion treatment, a known treatment such as a plasma treatment, a corona discharge treatment, a sputtering treatment, a ground treatment using a known primer agent such as an epoxy resin or a urethane resin, or an alkali weight loss treatment can be used. The alkali weight loss treatment is effective when a polyester fiber is used for the yarn body.
特に、大気圧プラズマ処理を用いる場合、糸本体の強度をほとんど低下させずに剥離強度をより向上させた易接着処理が可能となる。また、窒素ガスを反応性ガスに用いてプラズマ処理を行うことで、糸本体の表面を易接着化するとともに糸本体にアミノ基を付与して触媒インクとイオン結合させ、触媒インクと糸本体との間の密着性が向上するようになる。そのため、メッキ処理した金属の密着性向上を図ることができる。 In particular, when atmospheric pressure plasma treatment is used, easy adhesion treatment with improved peel strength can be achieved without substantially reducing the strength of the yarn body. In addition, by performing plasma treatment using nitrogen gas as a reactive gas, the surface of the yarn main body is easily adhered, and an amino group is added to the yarn main body so as to be ionically bonded to the catalyst ink. The adhesion between the two becomes improved. Therefore, the adhesion of the plated metal can be improved.
無電解メッキ処理の前処理に使用する触媒インクとしては、触媒としてスズ銀、スズパラジウム又はパラジウムを含むインクを使用することができる。また、糸本体として撚り糸を用いる場合、触媒インクが繊維の間に浸透して滲むようになって導電性パターンの形状やサイズが不正確となるため、滲みを抑止するように触媒インクの粘度を50mPa・s〜10000mPa・sに調整するとよい。触媒インクに添加する粘度調整剤としては、ポリビニルクロライド等が挙げられる。例えば、スズ銀インクの場合には、ポリウレタン樹脂材料を添加することで滲みの抑止された触媒インクを調製することができる。 As the catalyst ink used for the pretreatment of the electroless plating treatment, an ink containing tin silver, tin palladium or palladium as a catalyst can be used. Also, when twisted yarn is used as the yarn body, the catalyst ink penetrates between the fibers and bleeds, and the shape and size of the conductive pattern becomes inaccurate. It may be adjusted to 50 mPa · s to 10000 mPa · s. Examples of the viscosity modifier added to the catalyst ink include polyvinyl chloride. For example, in the case of tin silver ink, a catalyst ink in which bleeding is suppressed can be prepared by adding a polyurethane resin material.
触媒インクを易接着処理した糸本体の表面に付着させる方法としては、導電性パターンに対応する領域に正確かつ均一に付着させる必要があり、例えば、インクジェット記録装置を用いて触媒インクを飛翔させて付着させる方法、ディスペンサ等を用いて触媒インクを塗布して付着させる方法、グラビア印刷、ロールコーターといった公知の手法を用いることができる。触媒インクの粘度が高い場合には、インクジェット記録装置よりもディスペンサを用いて塗布する付着方法が好ましい。 As a method of attaching the catalyst ink to the surface of the yarn body subjected to the easy adhesion treatment, it is necessary to attach the catalyst ink accurately and uniformly to the region corresponding to the conductive pattern. A known method such as a method of attaching, a method of applying and applying a catalyst ink using a dispenser, gravure printing, roll coater, or the like can be used. When the viscosity of the catalyst ink is high, an adhesion method in which application is performed using a dispenser is preferable to an ink jet recording apparatus.
糸本体に付着させる触媒インクとしてスズ銀インクを用いる場合には、50℃〜120℃で乾燥させて触媒を糸本体表面に定着させるとよい。スズパラジウムインクの場合には、乾燥せずにそのまま無電解メッキ処理することができる。 When tin silver ink is used as the catalyst ink to be adhered to the yarn body, the catalyst may be fixed on the surface of the yarn body by drying at 50 ° C. to 120 ° C. In the case of tin palladium ink, electroless plating can be performed as it is without drying.
無電解メッキ処理により形成する金属メッキ層としては、銅、銅/ニッケル、ニッケル、金、パラジウム、銀等の公知の無電解メッキ処理で析出することのできる金属であればよく、こうした金属を単一又は複合して形成することも可能で、特に限定されない。触媒インクを導電性パターンに対応した領域に正確かつ均一に付着させることで、無電解メッキ処理により導電性パターンに正確に対応した金属メッキ層を形成することができる。 The metal plating layer formed by the electroless plating process may be any metal that can be deposited by a known electroless plating process such as copper, copper / nickel, nickel, gold, palladium, silver, and the like. It can be formed singly or in combination, and is not particularly limited. By depositing the catalyst ink accurately and uniformly on the region corresponding to the conductive pattern, a metal plating layer corresponding to the conductive pattern accurately can be formed by the electroless plating process.
以上のように、糸本体に対して易接着処理、メッキ前処理及び無電解メッキ処理を行うことで複合糸を製造することができるが、こうした処理は、糸本体を張設した状態で行われる。糸本体に対して糸長方向に1N〜10Nの張力を加えた状態で処理することで、伸縮や屈曲といった変形に対して耐久性のある複合糸を得ることができる。 As described above, a composite yarn can be manufactured by performing easy adhesion treatment, pre-plating treatment and electroless plating treatment on the yarn body, but such treatment is performed in a state where the yarn body is stretched. . By treating the yarn body with a tension of 1N to 10N applied in the yarn length direction, a composite yarn having durability against deformation such as expansion and contraction and bending can be obtained.
導電性パターンが形成された複合糸には、電子部品を接着剤等の公知の方法により実装することができる。そして、形成された導電性パターンや実装した電子部品を保護するために、導電性パターンや電子部品を覆うように複合糸の周囲に樹脂層を形成するようにしてもよい。この場合、複合糸の耐屈曲性及び柔軟性を損なうことのないように薄層の樹脂層にすることが好ましい。樹脂層を形成する場合の塗布量は、塗布する樹脂の種類によって異なるが、糸本体に対する重量比で10%〜200%の範囲に設定することが好ましい。樹脂層に使用する樹脂材料としては、一般に保護層に使用されている樹脂材料で被覆すればよく、例えば、ポリプロピレン、ポリエステルといった公知の樹脂材料を用いることができる。 An electronic component can be mounted on the composite yarn on which the conductive pattern is formed by a known method such as an adhesive. Then, in order to protect the formed conductive pattern and the mounted electronic component, a resin layer may be formed around the composite yarn so as to cover the conductive pattern and the electronic component. In this case, it is preferable to use a thin resin layer so as not to impair the flex resistance and flexibility of the composite yarn. The coating amount when forming the resin layer varies depending on the type of resin to be coated, but is preferably set in the range of 10% to 200% by weight ratio to the yarn body. The resin material used for the resin layer may be coated with a resin material generally used for the protective layer. For example, known resin materials such as polypropylene and polyester can be used.
糸本体として、ポリエステルからなるマルチフィラメント(1100デシテックス(dtex)/250(本フィラメント);帝人株式会社製)に100回/mのS撚りをかけ、撚り止めの熱セットを115℃スチームで30分処理した糸を準備した。糸本体の太さは0.7mmであった。 The yarn body is made of polyester multifilament (1100 dtex / 250 (main filament); manufactured by Teijin Ltd.) with 100 twists / m of S twist, and the heat set for twisting is heated at 115 ° C for 30 minutes. A treated yarn was prepared. The thickness of the yarn body was 0.7 mm.
<易接着処理>
次に、準備した糸本体に大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ処理では、プラズマを噴出するために室内空気を使用した。常圧プラズマ装置として日本プラズマリート株式会社製ジェネレータFG5001を使用し、ノズルPFW―10のシングルノズル2台を用いてプラズマノズルの先端より5mmの位置に糸本体を位置決めし、糸長方向と直交する方向からプラズマを照射した。常圧プラズマの照射エアー圧力は20mmBrに設定し、糸本体に5Nの張力を加えた状態で搬送速度200m/分に設定して連続搬送しながらプラズマ処理を行った。
<Easy adhesion treatment>
Next, the prepared yarn body was subjected to an atmospheric pressure plasma treatment. In atmospheric pressure plasma treatment, room air was used to eject plasma. A generator FG5001 manufactured by Nippon Plasma REIT Co., Ltd. is used as an atmospheric pressure plasma device, and the yarn body is positioned at a position 5 mm from the tip of the plasma nozzle using two single nozzles PFW-10, and is orthogonal to the yarn length direction. Plasma was irradiated from the direction. The irradiation air pressure of the normal pressure plasma was set to 20 mmBr, and the plasma treatment was performed while continuously conveying the yarn body with a 5 N tension applied at a conveying speed of 200 m / min.
処理した糸本体の表面の剥離強度について測定を行った。測定方法としては、糸本体に粘着テープを1kg/cm2の荷重を加えて貼り合わせた後、テンシロン万能試験機におけるロードセル10Nを使用し、つかみ間隔を50mmに設定してT型剥離強度を測定した。比較のため、プラズマ処理していない糸本体についても同様にT型剥離強度を測定した。測定結果は、プラズマ処理した糸本体では剥離強度が1.0Nであったのに対し、プラズマ処理していない糸本体では、0.84Nであった。したがって、プラズマ処理により易接着処理が行われて、密着性が向上したことがわかる。また、プラズマ処理に用いる空気に窒素ガスを毎分50リットル混合して同様に糸本体にプラズマ処理したところ、剥離強度が2.1Nとなり、窒素ガスの混合により剥離強度が向上することがわかった。 The peel strength of the surface of the treated yarn body was measured. As a measuring method, an adhesive tape is applied to the yarn body with a load of 1 kg / cm 2 , and then the load cell 10N in a Tensilon universal testing machine is used. The gripping interval is set to 50 mm and the T-type peel strength is measured. did. For comparison, the T-type peel strength was measured in the same manner for the yarn body that was not plasma treated. As a result of the measurement, the peel strength of the yarn body subjected to plasma treatment was 1.0 N, while that of the yarn body not subjected to plasma treatment was 0.84 N. Therefore, it can be seen that the easy adhesion treatment is performed by the plasma treatment and the adhesion is improved. Moreover, when nitrogen gas was mixed with air used for plasma treatment at 50 liters per minute and the yarn body was similarly plasma treated, the peel strength was 2.1 N, and it was found that the peel strength was improved by mixing nitrogen gas. .
このように、糸本体をプラズマ処理することで、以後の触媒インクの付着及び無電解メッキ処理における糸本体表面の密着性を向上させることができる。 In this way, by performing plasma treatment on the yarn body, it is possible to improve adhesion of the surface of the yarn body in the subsequent adhesion of the catalyst ink and electroless plating treatment.
<メッキ前処理>
触媒インクとして市販のスズ銀インク(溶剤タイプ)を準備し、粘度調整剤として大日本インキ株式会社製のポリウレタン溶剤系樹脂液(商品名;クリスボン2116)を用いた。スズ銀インクにポリウレタン溶剤系樹脂液を添加して粘度を50mPa・s〜100mPa・sに調整した。
<Plating pretreatment>
A commercially available tin silver ink (solvent type) was prepared as a catalyst ink, and a polyurethane solvent-based resin liquid (trade name: Crisbon 2116) manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd. was used as a viscosity modifier. A polyurethane solvent resin solution was added to the tin silver ink to adjust the viscosity to 50 mPa · s to 100 mPa · s.
プラズマ処理した糸本体に3Nの張力を加えた状態で導電性パターンに対応した領域にスズ銀インクを付着させた。導電性パターンは、ダイポール型のアンテナ形状で、糸長方向にそれぞれ25mmの長さの一対の直線領域を2mmの間隔を空けて設定した。 Tin silver ink was adhered to the region corresponding to the conductive pattern in a state where 3N tension was applied to the plasma-treated yarn body. The conductive pattern was a dipole antenna shape, and a pair of linear regions each having a length of 25 mm in the yarn length direction was set with an interval of 2 mm.
スズ銀インクの付着には、武蔵エンジニアリング株式会社製ディスペンサML808FXcomCEを使用し、ノズルMIN10で糸本体の表面にスズ銀インクを導電性パターンに対応させて塗布した。ノズルの移動速度は40mm/秒、エアー圧力は120kPa、ワーク間距離は150μmに設定した。 For the adhesion of the tin silver ink, a dispenser ML808FXcomCE manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd. was used, and the tin silver ink was applied to the surface of the yarn body with the nozzle MIN10 so as to correspond to the conductive pattern. The moving speed of the nozzle was set to 40 mm / second, the air pressure was set to 120 kPa, and the distance between the workpieces was set to 150 μm.
スズ銀インクの付着状態を目視で確認したところ、25mmの長さで均一かつ正確に付着していた。スズ銀インクを付着させた糸本体を50℃で30秒間乾燥処理して、触媒であるスズ銀を糸本体の表面に定着させた。 When the adhesion state of the tin silver ink was visually confirmed, it was uniformly and accurately adhered with a length of 25 mm. The yarn main body to which the tin silver ink was adhered was dried at 50 ° C. for 30 seconds to fix the tin silver as a catalyst on the surface of the yarn main body.
<無電解メッキ処理>
触媒であるスズ銀が定着した糸本体に5Nの張力を加えた状態で無電解メッキ処理を行った。無電解メッキ処理は、奥野製薬工業株式会社製OPC750Mの標準レシピに基づいて25℃で15分の無電解銅メッキ処理を行った。メッキ処理後糸本体を水洗し、50℃で10分間乾燥処理した。得られた複合糸は、スズ銀が定着した領域に銅メッキ層が均一に形成されており、銅からなるダイポール型アンテナ形状の導電性パターンが形成されていた。
<Electroless plating>
The electroless plating process was performed in a state where a tension of 5 N was applied to the yarn body on which tin silver as a catalyst was fixed. The electroless plating treatment was performed at 25 ° C. for 15 minutes based on the standard recipe of OPC750M manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd. After plating, the yarn body was washed with water and dried at 50 ° C. for 10 minutes. In the obtained composite yarn, a copper plating layer was uniformly formed in an area where tin silver was fixed, and a conductive pattern of a dipole antenna shape made of copper was formed.
形成された導電性パターンについて抵抗値を測定した。測定には、HIOKI社製ミリオームハイテスタ3540を使用し、プローブ端子(型番9287-10 CLIP TYPE LEAD)を端子間距離1cmに設定して測定した。測定結果は、3.6〜4.8Ω/cmで、30Ω/cmより低い抵抗値であった。そのため、電子部品を実装した場合でも信号の送受信に関して十分な導電性を有していることが確認できた。 The resistance value was measured about the formed conductive pattern. For the measurement, a milliohm HiTester 3540 manufactured by HIOKI was used, and the probe terminals (model number 9287-10 CLIP TYPE LEAD) were set at a distance of 1 cm between the terminals. The measurement result was 3.6 to 4.8 Ω / cm, which was a resistance value lower than 30 Ω / cm. For this reason, it was confirmed that even when an electronic component was mounted, it had sufficient conductivity with respect to signal transmission / reception.
<電子部品の実装>
ダイポール型アンテナ形状の導電性パターンが形成された複合糸に対して、図1に示すように、アンテナ形状のパターンの間のスペースに電子部品として株式会社日立製作所製RFID用ICチップ(商品名ミューチップ;チップサイズは厚み60μmで縦横400μm)を実装した。実装方法は、ICチップを搭載したインレット部分の両側をそれぞれ2cmの長さに切断し、ICチップが複合糸のスペースの中央に配置されるように位置決めし、インレッド部分及び一対のアンテナ形状パターンの間を接着剤(東亜合成株式会社製瞬間接着剤(商品名;ボンドアルファ―一般用)により貼り合わせて固定した。
<Mounting electronic components>
As shown in FIG. 1, an RFID IC chip manufactured by Hitachi, Ltd. (trade name mu) is used as an electronic component in the space between the antenna-shaped patterns for the composite yarn having a dipole antenna-shaped conductive pattern formed thereon. Chip: The chip size was 60 μm in thickness and 400 μm in length and width. The mounting method is to cut each side of the inlet part where the IC chip is mounted to a length of 2 cm, and position the IC chip so that it is placed in the center of the space of the composite yarn. The space between the two was bonded and fixed with an adhesive (instant adhesive manufactured by Toa Gosei Co., Ltd. (trade name; Bond Alpha—general use)).
<ICチップの動作確認>
ICチップが実装された複合糸についてRFIDとしての動作確認を行った。RFID用の読取器としてSEKONIC社製modelR001Mを使用し、読取可能な最大距離を測定して動作確認を行った。比較のため、ICチップを搭載したインレット部分の両側をそれぞれ2cmの長さに切断したものについても測定した。複合糸について測定したところ、100mmの読取距離までICチップに記憶されたID情報を繰り返し正確に読み取ることができたが、インレット部分を切断したものでは、全く読み取ることができなかった。したがって、複合糸に形成された導電性パターンがアンテナとして機能していることが確認できた。
<Operation check of IC chip>
The operation of the composite yarn with the IC chip mounted thereon was confirmed as RFID. Using a model R001M manufactured by SEKONIC as a reader for RFID, the maximum distance that can be read was measured and the operation was confirmed. For comparison, the measurement was also performed on the both sides of the inlet portion on which the IC chip was mounted cut to a length of 2 cm. When the composite yarn was measured, the ID information stored in the IC chip could be read repeatedly and accurately up to a reading distance of 100 mm, but it could not be read at all when the inlet portion was cut. Therefore, it was confirmed that the conductive pattern formed on the composite yarn functions as an antenna.
<樹脂層のコーティング処理>
ICチップが実装された複合糸について導電性パターン及びICチップを保護するために、樹脂層で複合糸の周囲を被覆した。樹脂材料として耐熱温度の高いポリエステル樹脂を使用した。コーティング処理には、サンツール株式会社製のホットメルト塗工設備を使用し、1.1mmのシムを使い複合糸の周囲を樹脂でコーティングした。ポリエステル樹脂は、東亜合成株式会社製PES―120L(ポリエステル系)を使用し、溶融温度210℃、ギヤポンプ0.9g/分、塗工速度10m/分でコーティング処理したところ、糸の重量比にして平均82%の樹脂量で複合糸の周囲を均一な樹脂層で薄く被覆することができた。
<Coating treatment of resin layer>
In order to protect the conductive pattern and the IC chip with respect to the composite yarn on which the IC chip was mounted, the periphery of the composite yarn was covered with a resin layer. A polyester resin having a high heat resistance temperature was used as the resin material. For the coating treatment, a hot melt coating facility manufactured by Suntool Co., Ltd. was used, and the periphery of the composite yarn was coated with a resin using a 1.1 mm shim. The polyester resin is PES-120L (polyester type) manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., coated at a melting temperature of 210 ° C, a gear pump of 0.9 g / min, and a coating speed of 10 m / min. The composite yarn was thinly covered with a uniform resin layer with an average resin amount of 82%.
<物性評価>
製造した複合糸について強伸度、耐伸縮性、柔軟性及び耐屈曲性の評価を以下の通り行った。
<Physical property evaluation>
The produced composite yarns were evaluated for strength, stretch resistance, flexibility and flex resistance as follows.
(1)強伸度の評価
株式会社島津製作所製オートグラフAGS−1KNG型を使用し、ICチップを実装前の複合糸の強伸度を測定した。測定結果は、最大強度40N及び最大点歪み9.7%であった。この場合、複合糸の最大伸度は9.7%となる。複合糸の導電性パターンを肉眼で観察したところ破断は見当たらず、HIOKI社製ミリオームハイテスタ3540を使用して導電性パターンの抵抗値を試験後に測定したところ、30Ω/cmであった。RFID用のICチップを実装して動作を確認したところ送受信が可能で、アンテナとして十分機能することが確認できた。
(1) Evaluation of strong elongation Using autograph AGS-1KNG manufactured by Shimadzu Corporation, the high elongation of the composite yarn before mounting the IC chip was measured. The measurement results were a maximum intensity of 40 N and a maximum point strain of 9.7%. In this case, the maximum elongation of the composite yarn is 9.7%. When the conductive pattern of the composite yarn was observed with the naked eye, no breakage was found, and when the resistance value of the conductive pattern was measured after the test using a milliohm high tester 3540 manufactured by HIOKI, it was 30 Ω / cm. When an IC chip for RFID was mounted and the operation was confirmed, transmission and reception were possible, and it was confirmed that it functions sufficiently as an antenna.
比較のため、市販のICタグインレット用アンテナ(ミューチップ用)を用いて強伸度を測定したところ、最大強度12N及び最大点歪み11%であった。この場合、フィルム材料に金属蒸着部を形成してアンテナとしているため、フィルム部分が完全破断して電気抵抗は測定できなかった。こうしたフィルム材料を用いた場合には金属蒸着部の伸度が小さいため、例えば布帛に織り込んだり編み込んだりする場合に糸に加わる力に対して十分な強度を備えておらず、容易に破損してしまうと考えられる。これに対して、複合糸では、糸本体の特性を生かすことで、通常の糸と同様に布帛に織り込んだり編み込んだりすることが可能となる。 For comparison, when the strength and elongation were measured using a commercially available antenna for IC tag inlet (for muchip), the maximum strength was 12 N and the maximum point distortion was 11%. In this case, since the metal vapor deposition part was formed in the film material to make the antenna, the film part was completely broken and the electric resistance could not be measured. When such a film material is used, since the elongation of the metal vapor deposition portion is small, for example, when it is woven or woven into a fabric, it does not have sufficient strength against the force applied to the yarn and easily breaks. It is thought that it will end. On the other hand, composite yarns can be woven or knitted into a fabric in the same manner as ordinary yarns by taking advantage of the characteristics of the yarn body.
(2)耐伸縮性の評価
株式会社島津製作所製オートグラフAGS−1KNG型を使用し、複合糸の耐伸縮性を評価した。長さ40mmの複合糸に4mm/分の定長伸長速度で荷重を印加していき、全体の長さに対して3%伸長させた後荷重を除く繰り返し試験を行った。試験後の複合糸は肉眼では形状変化が見受けられず、また残留歪みも0.6%以下であった。HIOKI社製ミリオームハイテスタ3540を使用して導電性パターンの抵抗値を試験後に測定したところ、抵抗値は5Ω/cmで、30Ω/cm以下の抵抗値を維持していた。
(2) Evaluation of stretch resistance The autograph AGS-1KNG type manufactured by Shimadzu Corporation was used to evaluate the stretch resistance of the composite yarn. A load was applied to a composite yarn having a length of 40 mm at a constant length elongation rate of 4 mm / min, and after a 3% elongation with respect to the entire length, a repeated test was performed except for the load. The composite yarn after the test showed no change in shape with the naked eye, and the residual strain was 0.6% or less. When the resistance value of the conductive pattern was measured after the test using a milliohm high tester 3540 manufactured by HIOKI, the resistance value was 5Ω / cm, and the resistance value was maintained at 30Ω / cm or less.
比較のため、市販のICタグインレット用アンテナ(ミューチップ用)を用いて同様の試験を行ったが、2.5%以上伸長すると、荷重を除いた状態で塑性変形してコイル状に丸まるように変形してしまうため、織り縮み率が2.5%以上の一般的な織物に用いる場合には塑性変形して織物表面に凸状突起が生じるようになり、織物等の布帛には適さない。 For comparison, a similar test was performed using a commercially available IC tag inlet antenna (for muchip). However, when stretched by 2.5% or more, it would be plastically deformed without a load and rounded into a coil shape. Therefore, when it is used for a general fabric having a weaving shrinkage ratio of 2.5% or more, it becomes plastically deformed to form convex protrusions on the surface of the fabric, which is not suitable for a fabric such as a fabric. .
(3)柔軟性の評価
剛軟度を測定するカンチレバー法(JIS L1096)で使用する試験機を用いて複合糸の柔軟性の評価を行った。長さ70mmの複合糸を試験機にセットし、50mm分移動させて試験機から突出した複合糸の先端の高さの変動分を測定し柔軟性を評価した。複合糸の先端は平均1.3mm(変動幅1mm〜1.5mm)の高さだけ下方に変形した。複合糸を軸を中心に90度回転した状態で同様の試験を行った場合でも平均1.1mm(変動幅1mm〜1.5mm)の高さだけ下方に変形し、異なる方向でも剛軟度は約20%しか異ならず繊維軸に対して等方に変形する柔軟性を備えており、布帛に織り込んだり編み込んだりする場合に通常の糸と同様に取り扱うことができる。
(3) Evaluation of flexibility The flexibility of the composite yarn was evaluated using a testing machine used in the cantilever method (JIS L1096) for measuring the bending resistance. A composite yarn having a length of 70 mm was set on a testing machine, moved by 50 mm, and the variation in the height of the tip of the composite yarn protruding from the testing machine was measured to evaluate the flexibility. The tip of the composite yarn was deformed downward by an average height of 1.3 mm (variation width: 1 mm to 1.5 mm). Even when the same test is performed with the composite yarn rotated 90 degrees about the axis, the composite yarn is deformed downward by an average of 1.1 mm (variation width: 1 mm to 1.5 mm), and the bending resistance is different in different directions. It has a flexibility that changes only about 20% and isotropically deforms with respect to the fiber axis, and can be handled in the same way as a normal yarn when woven or knitted into a fabric.
比較のため、市販のICタグインレット用アンテナ(ミューチップ用)を用いて同様の評価を行ったが、フィルムの平面方向では1.5mm〜2mmの高さの変形が生じたが、フィルムを垂直に立てた状態では変形が生じることがなく変形に異方性があり、通常の糸と同様の柔軟性を備えていない。 For comparison, the same evaluation was performed using a commercially available IC tag inlet antenna (for muchip). However, the film was deformed at a height of 1.5 mm to 2 mm in the plane direction of the film, but the film was placed vertically. In the state where it is set up, the deformation does not occur, the deformation is anisotropic, and it does not have the same flexibility as a normal yarn.
(4)耐屈曲性の評価
複合糸の耐屈曲性を評価する試験機として曲げ試験機を用いた。図3は、曲げ試験機に関する概略構成図である。一対のステンレス棒(直径5mm)10を水平に配置し、ステンレス棒10を0.5mmの間隔で互いに平行となるように設定した。ステンレス棒10の上方には把持部材11が配置されており、把持部材11は、ステンレス棒10の間の中間線を通る回転中心軸Oを中心に回動可能となるように設定されている。複合糸Fは、その上端を把持部材11に固定して全体を重力により垂下した状態とし、ステンレス棒10の間を通過してステンレス棒10の軸方向とほぼ直交するように設定する。そして、耐屈曲性を評価する部分(導電性パターン及び電子部品を配置した部分)をステンレス棒10に当接するように複合糸Fの位置を調整する。
(4) Evaluation of bending resistance A bending testing machine was used as a testing machine for evaluating the bending resistance of the composite yarn. FIG. 3 is a schematic configuration diagram relating to a bending tester. A pair of stainless steel bars (diameter 5 mm) 10 were horizontally arranged, and the stainless steel bars 10 were set to be parallel to each other at intervals of 0.5 mm. A gripping
複合糸Fをセットした後、把持部材11を、矢印で示すように、所定の曲げ角度θで左右に往復回動させて複合糸Fを屈曲させる負荷動作を繰り返して試験を行う。複合糸Fに張力が加わっていない状態で試験が行われるので、複合糸の屈曲による負荷動作に対する耐久性を正確に評価することができる。
After setting the composite yarn F, as shown by the arrow, the gripping
曲げ角度を135度に設定して複合糸を屈曲させる負荷動作を10000回繰り返し行い、負荷動作を行った後複合糸の樹脂層を剥離して導電性パターンを露出させ、HIOKI社製ミリオームハイテスタ3540を使用して導電性パターンの抵抗値を測定したところ5Ω/cmであった。複合糸は、負荷動作の後でも導電性パターンの抵抗が30Ω/cm以下に維持されており、通常の糸と同様に取り扱える耐屈曲性を備えていることが確認できた。 The load operation for bending the composite yarn by setting the bending angle to 135 degrees was repeated 10,000 times. After the load operation, the resin layer of the composite yarn was peeled to expose the conductive pattern, and the milliohm high tester manufactured by HIOKI Corp. When the resistance value of the conductive pattern was measured using 3540, it was 5 Ω / cm. The composite yarn maintained the resistance of the conductive pattern at 30 Ω / cm or less even after the load operation, and it was confirmed that the composite yarn had bending resistance that could be handled in the same manner as a normal yarn.
1・・・糸本体 2・・・導電性パターン 3・・・電子部品 4・・・端子部分
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