JP2013506285A - ローカルなエネルギ供給デバイスを備える電子織物 - Google Patents

Abstract

電子織物１は、少なくとも１つの織物基体導体８ａ〜８ｂを備える織物基体３と、該織物基体３上に配置された複数の電子エネルギ消費デバイス４とを有する。これら電子エネルギ消費デバイス４の各々は、主電源７から該電子エネルギ消費デバイス４へ電力を供給するために上記少なくとも１つの織物基体導体８ａ〜８ｂに電気的に接続されている。該電子織物１は、更に、上記織物基体３上に配置された複数のローカルなエネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄを有する。これらローカルエネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄの各々は、当該ローカルエネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄ、１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄに関連する前記電子エネルギ消費デバイス４の少なくとも１つに対し、前記主電源７により供給される電力に加えて電力を供給するように構成される。

Description

本発明は、織物基体と、該織物基体上に配設された複数の電子エネルギ消費デバイスとを有する電子織物に関する。

目下、電子織物の分野における研究は非常に活発であり、今日、市場では大量の進んだ電子織物は見付けることはできないが、多くの新たな製品が近い将来において消費者への活路を開くものと期待される。

電子織物が有すると期待される織物的な機械的特性により、電子織物に含まれる電子デバイスを相互接続するための電気導体の選択は制限される。

特に、電子織物に使用するのに適した電気導体は、典型的には、相対的に低い導電度を有するものであり、斯かる低い導電度は電子織物に含まれる個々の電子デバイスに供給される電圧の大きな差をもたらし得、結果として電子織物の不均一な性能を生じさせる。

従来技術の上述した及び他の欠点に鑑み、本発明の目的は、改善された電子織物、特に斯かる電子織物に含まれる電子エネルギ消費デバイスに供給される電圧の均一さが改善された電子織物を提供することにある。

第１態様によれば、本発明は、少なくとも１つの織物基体導体を有する織物基体と、該織物基体上に配置される複数の電子エネルギ消費デバイスであって、これら電子エネルギ消費デバイスの各々が主電源から斯かる電子エネルギ消費デバイスに電力を供給するために前記少なくとも１つの織物基体導体に電気的に接続された複数の電子エネルギ消費デバイスと、上記織物基体上に配置された複数のローカルなエネルギ供給デバイスであって、これらローカルなエネルギ供給デバイスの各々が前記電子エネルギ消費デバイスのうちの当該ローカルなエネルギ供給デバイスに関連する少なくとも１つに、前記主電源により供給される電力に加えて電力を供給するように構成される複数のローカルなエネルギ供給デバイスとを有する電子織物を提供する。

本発明の前後関係において、"織物"とは、織物繊維により製造された素材又は製品と理解されたい。織物は、例えば、織り、編み、ニット編み、クローシェ編み、キルティング又はフェルト形成等により製造することができる。特に、織物は織ったもの又は不織のものとすることができる。

前記織物基体に含まれる少なくとも１つの織物基体導体は、当該織物基体の表面上に設けることができるか、又は当該織物基体の構造部品とすることもできる。

表面上に設けられる場合、当該電気導体（又は複数の電気導体）は、例えば、当該織物基体に被着することが可能な導電物質により形成することができる。このような導電物質は、例えば、導電性接着剤又は導電性インクであり得る。斯かる導電物質は、例えば、投剤技術、印刷（スクリーン印刷及びインクジェット印刷を含む）、又は適切なブラシ等を用いた塗装を用いて当該織物基体に被着することができる。

前記主電源は、当該電子織物に含まれ得るか、又は外部装置とすることもできる。

本発明は、織物基体導体（又は複数の導体）における電圧降下は、ローカルなエネルギ供給デバイスを設けることにより補償することができるとの認識に基づいており、該ローカルエネルギ供給デバイスは電圧をローカルに昇圧するよう主電源を補完し、これにより当該電子織物の性能の空間的均一さを改善することができる。

織物基体導体（又は複数の導体）の相対的に高い抵抗に関連する均一性の問題に効果的に対処するために、上記ローカルエネルギ供給デバイスは、有利には、各ローカルエネルギ供給デバイスが当該ローカルエネルギ供給デバイスに"属する"一群の電子エネルギ消費デバイスを有するように、織物基体にわたって分散させることができる。所与のローカルエネルギ供給デバイスに属する（又は関連する）上記一群の電子エネルギ消費デバイスは、有利には、当該ローカルエネルギ供給デバイスの最も近くに配置される電子エネルギ消費デバイス（又は複数のデバイス）とすることができる。特に、所与のローカルエネルギ供給デバイスに属する（又は関連する）上記一群の電子エネルギ消費デバイスは、有利には、当該ローカルエネルギ供給デバイスから電子エネルギ消費デバイスへ電流を伝導させるために使用される当該織物基体導体の長さの点で、当該ローカルエネルギ供給デバイスから５ｍ以内に配置された電子エネルギ消費デバイス（又は複数のデバイス）とすることができる。

このようなローカルエネルギ供給デバイスの配設により、許容可能な空間的均一さを持つ一層大きな電子織物を提供することが概ね可能となる。更に、個々の電子エネルギ消費デバイスの間の距離を、当該電子織物の許容可能な空間的均一性を達成しながら、増加させることができる。

上記ローカルエネルギ供給デバイスの各々は、有利には、当該ローカルエネルギ供給デバイスが該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する少なくとも１つの電子エネルギ消費デバイスの動作に必要とされる電力を独立には供給することができないような態様で大きさを決定することができることに注意すべきである。従って、上記ローカルエネルギ供給デバイスは、相対的に小さく且つ安価であり得ると共に、それでも、主電源により供給される電力をローカルに補足するための十分な電力を供給することができ、これにより当該電子織物における電力の分配の空間的均一性を改善する。

種々の実施例によれば、前記電子エネルギ消費デバイスは、少なくとも２つの織物基体導体の間に並列に接続することができる。

更に、当該電子織物は少なくとも３つの電子エネルギ消費デバイスを有することができ、各電子エネルギ消費デバイスは当該織物基体上に配置されると共に、前記少なくとも１つの織物基体導体に電気的に接続される。

更に、各ローカルエネルギ供給デバイスは、当該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する少なくとも１つの電子エネルギ消費デバイスと統合することができる。従って、前記ローカルエネルギ供給デバイスのうちの少なくとも１つ及び前記電子エネルギ消費デバイスのうちの少なくとも１つは、当該織物基体上に配置される単一のデバイスを形成するように統合することができる。

一実施例によれば、当該織物基体はリボンであり得る。斯かるリボンは、織り、ニット編み、ブレード編み又はクローシェ編み等の如何なる好適な織物製造技術を用いて製造することもできる。

更に、当該織物基体に含まれる前記少なくとも１つの電気導体は、導電性の糸とすることができる。これは、典型的には、当該織物基体が糸を使用して製造される場合、即ち上述した織り、ニット編み、ブレード編等の技術を用いて製造される場合に該当し得る。１本又は数本の導電糸を当該織物基体に縫い付けることもでき、これは、該織物基体が所謂"不織"材料から形成することもできることを意味する。

用途に依存して、上記導電糸は導電性外側表面を有することができる。このような糸は、絶縁シース（鞘）を有する糸よりも、電子部品等に接続するのが容易であるが、意図せぬ場所での短絡を防止するために、導電糸は例えば非導電糸により互いに分離されるべきである。

"糸"とは、一般的に、織物の製造、縫製、クローシェ編み、ニット編み、織り、刺繍及び製網等に使用するのに適した、長い連続した長さの絡み合った繊維又は長繊維と定義される。

"導電糸"とは、電流を伝導することができる糸である。これは、糸に１本又は数本の導電繊維を設けることにより、又は非導電糸を導電性コーティングにより被覆することにより実現することができる。

種々の実施例によれば、前記電子エネルギ消費デバイスの各々は、有利には、発光ダイオード等の発光デバイスを含むことができる。これによれば、発光の空間的均一性が改善された発光電子織物が実現され得る。

更に、前記ローカルエネルギ供給デバイスの各々は、当該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する電子エネルギ消費デバイスに対して前記少なくとも１つの織物基体導体により供給されるローカルな電圧レベルを感知すると共に、該ローカル電圧レベルが所定の閾レベルより低い場合に、当該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する電子エネルギ消費デバイスに対して電力を供給するように構成することができる。

当該電子織物にわたる電圧の分配は、作動される電子エネルギ消費デバイスの数及び分布、周囲条件等の種々の要因に依存して動的に変化し得る。このような電圧の分布の動的変化は、ローカルな電圧レベルを感知すると共に、感知された電圧レベルが所定の閾レベルより低い場合に、主電源により供給される電気エネルギを補完すべく電気エネルギをローカルに供給する（ローカルな電圧レベルを昇圧する）ように前記ローカルエネルギ供給デバイスを制御することにより処理することができる。従って、時間にわたる空間的均一性の改善を達成することができる。

一実施例によれば、前記ローカルエネルギ供給デバイスは、コンデンサ（容量）又は電池等のエネルギ蓄積デバイスとすることができる。

更に、上記エネルギ蓄積デバイスの各々は、これらエネルギ蓄積デバイスを充電するための織物基体導体に電気的に接続することができると共に、前記電子エネルギ消費デバイスに電力を供給するための前記織物基体導体に電気的に接続可能とすることができる。

他の例として、上記エネルギ蓄積デバイスは、ローカル電圧が十分に高い際及び場所において、当該電子エネルギ消費デバイスに接続された織物基体導体により供給される電気エネルギを受入及び蓄積すると共に、ローカル電圧が閾電圧レベルより低い際及び場所において、蓄積された電気エネルギを当該電子エネルギ消費デバイスに接続された織物基体導体に供給するように構成することができる。

種々の実施例によれば、上記ローカルエネルギ供給デバイスの幾つか又は全ては、当該電子織物に供給されるエネルギを収集すると共に該エネルギを前記電子エネルギ消費デバイスに供給するための電気エネルギとして供給するよう構成されたエネルギ捕獲デバイスとすることができる。

上記エネルギ捕獲デバイスは、機械的エネルギを電気エネルギに変換するデバイス、太陽輻射を電気エネルギに変換するデバイス、熱を電気エネルギに変換するデバイス及び静電電荷を収集するデバイスを含む群から形成することができる。

例えば、上記エネルギ捕獲デバイスは、太陽電池、圧電結晶、微小電気機械システム部品（ＭＥＭＳ部品）、ゼーベック効果（熱から電気エネルギを発生する）を利用するデバイス等を含むことができる。

図１ａは、本発明の一実施例による例示的電子織物を概略図示する。 図１ｂは、図１ａの電子織物の拡大図であり、該電子織物に含まれるローカルなエネルギ供給デバイスを概略図示している。 図２は、太陽電池の形態のローカルエネルギ供給デバイスを有する例示的電子織物の拡大図である。 図３は、コンデンサを含むローカルエネルギ供給デバイスを有する例示的電子織物の拡大図である。

以下、本発明の前記及び他の態様を、本発明の現在のところ好ましい実施例を示す添付図面を参照して更に詳細に説明する。

以下においては、本発明は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、電力を供給すべき発光ダイオードの近くに各々配置された太陽電池又はコンデンサの形態のローカルなエネルギ供給デバイスとを有する着用可能な表示器の形の電子織物を参照して説明される。しかしながら、この構成は本発明の範囲を決して限定するものではなく、本発明は他の種類のエネルギ供給デバイスを有する他の電子織物に対しても等しく適用可能であることに注意されたい。更に、当該電子織物には、センサ、アクチュエータ等の種々のタイプの受動部品又は能動部品のような、ＬＥＤ以外の他の部品も当然含まれ得るものである。

図１ａは第１の例示的な電子織物１を概略図示し、該電子織物１は布体３に取り付けられた複数のリボン状織物電子装置のセグメント２ａ〜２ｄを有している。図１ａに示す該例示的実施例において、各セグメント２ａ〜２ｄは別個の電子織物であり、各別個の電子織物は、ここではＬＥＤ４（図の混乱を防止するために、これらＬＥＤのうちの１つのみが符号により示されている）の形態である９個の電子部品を有している。

図１ａにおける電子織物１は、例えば、衣類等の一部であり得る。

電子部品４を布体３に取り付けられた電子織物の別個のセグメント２ａ〜２ｄ上に設ける場合、各セグメント２ａ〜２ｄにおける部品４を、主電源装置７及び／又は制御装置等（後者は図には示されていない）に電気的に接続することができる。上記主電源装置７及び／又は制御装置は、有利には、布体３に取り付けることができるが、代わりに当該電子織物の外部に配置すると共に適切な配線を介して電気的に接続することもできる。

図１ｂ（図１ａの電子織物１の一部の拡大図である）に一層明確に示されるように、電子織物１は対応するＬＥＤ４の近くに配置されたローカルなエネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄを更に有している。斯かるローカルエネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄの配設により、ＬＥＤ４の両端間の電圧の相違につながるような前記織物基体導体における電圧降下により、さもなければ生じ得る前記不均一性を大幅に減少させることができる。エネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄは、主電源装置７により関連するＬＥＤ４に供給される電力を連続的に補足することができるか、又は関連するＬＥＤ４の両端間の電圧を監視すると共に該監視される電圧が所定の閾電圧より低い場合にのみ補足電気エネルギを供給するように構成することができる。勿論、上記電圧は、直接的に監視することができるか、又は基準抵抗を介して流れる電流を監視することにより間接的に監視することもできる。

図１ｂに見られるように、ローカルエネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄは、関連する各電子エネルギ消費デバイス４の相対的に近くに配置されている。ローカルエネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄと、関連する各電子エネルギ消費デバイス４との間の実際の距離は、異なる電子エネルギ消費デバイス４の間での許容可能な電圧分布、前記織物基体導体の抵抗率（導電糸の場合、典型的には、０.１Ω／ｍ〜１Ω／ｍの範囲内であり得る）、及び当該電子織物の所望の織物的機械特性等の要因に依存するであろう。ローカルエネルギ供給デバイス及び該デバイスに関連する電子エネルギ消費デバイスが単一の集積デバイスの形では設けられない実際の応用例では、所望の織物的機械特性を維持するための最小距離は、例えば、約１ｍｍであり得、有利な距離は約０.５ｃｍ〜約２ｃｍであろう。

セグメント２ａ〜２ｄは、図１ｂに見られるように、織り合わされた導電糸８ａ〜８ｂ及び非導電糸９により形成された織られたリボン６の形態で設けられている。導電糸８ａ〜８ｂは、導電性外側表面を有することができ、幾つかの非導電糸９により分離されているので短絡されることはない。

織りリボン２ａ〜２ｄは、図１ｂに概念的に示されているように、布体３に縫い付けられる。当業者にとり明らかなように、斯かるリボンは、用途に応じて種々の他の方法で布体３に取り付けることもできる。布体３にセグメント２ａ〜２ｄを取り付ける他の方法の例は、例えば、接着、クランプ留め、超音波溶接等を含む。

ローカルエネルギ供給デバイス５ａ〜５ｄは、種々の異なる方法で実現することができ、斯かるデバイスは、例えば、"エネルギ蓄積デバイス"及び"エネルギ捕獲デバイス"なる種類に分類することができる。これらの種類のローカルエネルギ供給デバイスを備える電子織物の例を、図２ないし４を参照して説明する。

図２は、前記"エネルギ捕獲デバイス"類に属する太陽電池１２ａ〜１２ｄの形態のローカルエネルギ供給デバイスを有する電子織物の一例を概略図示している。太陽電池１２ａ〜１２ｄは、輻射の形の太陽エネルギを"捕獲"し、該太陽エネルギを電気に変換する。太陽電池１２ａ〜１２ｄが太陽輻射を受けると、電気エネルギが発生される。この電気エネルギは、織物基体導体８ａ〜８ｂを介して、関連するＬＥＤ４に直接供給することができる。更に、太陽電池１２ａ〜１２ｄは、上記の発生された電気エネルギを蓄積すると共に、該エネルギを必要に応じて関連するＬＥＤ４に供給するように構成することができる。関連するＬＥＤ４に対して、何時、電気エネルギを供給するかを決定するために、太陽電池１２ａ〜１２ｄは、更に、関連するＬＥＤ４にかかる電圧を監視するように構成することができる。尚、上記した事項は、如何なる種類のエネルギ捕獲デバイスに対しても有効であり、図２における太陽電池１２ａ〜１２ｄに対するのみではないことに注意されたい。従って、如何なる斯様なエネルギ捕獲デバイスも、発生された電気エネルギを蓄積し、及び／又は関連する電子エネルギ消費デバイスにかかる電圧を監視するように構成することができる。

図３は、前記"エネルギ蓄積デバイス"類に属するコンデンサ型デバイス１３ａ〜１３ｄの形態のローカルエネルギ供給デバイスを有する電子織物の一例を概略図示している。図３に概略図示されたように、各セグメント２ａ〜２ｄは、コンデンサ型エネルギ供給デバイス１３ａ〜１３ｄにおけるコンデンサを充電するための他の織物基体導体８ｃを有している。各コンデンサ型エネルギ供給デバイス１３ａ〜１３ｄは、織物基体導体８ａ、８ｂ、８ｃに各々接続された３つの端子１４、１５、１６を有している。

図３に見られるように、各コンデンサ型エネルギ供給デバイス１３ａ〜１３ｄは、コンデンサ１７が上記他の織物基体導体８ｃを介して充電される蓄積状態（コンデンサ型エネルギ供給デバイス１３ｂ）と、コンデンサ１７が、ＬＥＤ４に電力を供給する織物基体導体８ａに接続されて電力のローカルな供給を果たす供給状態（コンデンサ型エネルギ供給デバイス１３ａ）との間で切り換えることができる。

上記蓄積状態と上記供給状態との間の切り換えは、対応するＬＥＤ４の両端間の電圧を監視する電圧監視デバイス１８からの出力に基づいて制御することができる。図３において、ローカルエネルギ供給デバイス１３ａ及び１３ｃは供給状態で図示されている一方、ローカルエネルギ供給デバイス１３ｂ及び１３ｄは蓄積状態で図示されている。

尚、本説明において"実質的に平行"なる表現におけるような"実質的に"なる用語は、当業者により理解されるものである。同様に、"約"なる用語も理解されるものである。また、"実質的に"又は"約"なる用語は、適切な場合には、"全体に"、"完全に"、"全て"、"正確に"等による実施例も含むことができる。従って、実施例においては、実質的ななる形容詞は削除することもできる。例えば、"約２°"なる用語は、"２°"にも関連し得る。

また、当業者であれば、本発明は決して上記の好ましい実施例に限定されるものではないと理解するであろう。例えば、上述した織りリボンを有する電子織物以外のタイプの電子織物も、用途に応じて有利に使用することができる。例えば、上記織りリボンは、撚糸又はブレード編み若しくはニット編みされたリボンにより置換することができる。後者は、伸縮性が望まれる用途に特に適している。更に、前記電子エネルギ消費デバイス及びローカルエネルギ供給デバイスは、布体３に直接取り付けることもでき、該布体には、この目的のために、複数の織物基体導体を設けることができる。更に、本記載では別個の部品として説明されているが、前記ローカルエネルギ供給デバイス及び電子エネルギ消費デバイスは、ローカルエネルギ供給デバイス、ＬＥＤ等の電子エネルギ消費デバイス、並びに、恐らくは、上記ローカルエネルギ供給デバイス及び／又は電子エネルギ消費デバイスの制御のための制御回路等の幾つかの構成要素を有する集積化されたデバイス若しくは部品の形態で設けることもできる。

Claims (14)

1. 少なくとも１つの織物基体導体を有する織物基体と、
   前記織物基体上に配設された複数の電子エネルギ消費デバイスであって、これら電子エネルギ消費デバイスの各々が、主電源から前記電子エネルギ消費デバイスへ電力を供給するために前記少なくとも１つの織物基体導体に電気的に接続される複数の電子エネルギ消費デバイスと、
   前記織物基体上に配設された複数のローカルエネルギ供給デバイスであって、これらローカルエネルギ供給デバイスの各々が、前記電子エネルギ消費デバイスにおける当該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する少なくとも１つに対し、前記主電源により供給される電力に加えて電力を供給する複数のローカルエネルギ供給デバイスと、
   を有する電子織物。
2. 前記ローカルエネルギ供給デバイスの各々が、当該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する前記少なくとも１つの電子エネルギ消費デバイスの動作に必要とされる電力を独立では供給することができないような大きさとされる請求項１に記載の電子織物。
3. 前記電子エネルギ消費デバイスが、少なくとも２つの織物基体導体の間に並列に接続される請求項１又は請求項２に記載の電子織物。
4. 少なくとも３つの電子エネルギ消費デバイスを有し、これら電子エネルギ消費デバイスの各々が、前記織物基体上に配設されると共に前記少なくとも１つの織物基体導体に電気的に接続される請求項１ないし３の何れか一項に記載の電子織物。
5. 前記ローカルエネルギ供給デバイスの各々に関して、当該ローカルエネルギ供給デバイス及び該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する前記少なくとも１つの電子エネルギ消費デバイスが、前記織物基体上に配設される単一のデバイスを形成するように統合される請求項１ないし４の何れか一項に記載の電子織物。
6. 前記少なくとも１つの織物基体導体が導電糸である請求項１ないし５の何れか一項に記載の電子織物。
7. 前記織物基体が、織り合わされた非導電糸及び導電糸により形成された織られた布である請求項６に記載の電子織物。
8. 前記織物基体が、非導電糸及び導電糸を有するニット編みされた布である請求項６に記載の電子織物。
9. 前記電子エネルギ消費デバイスの各々が発光デバイスを含む請求項１ないし８の何れか一項に記載の電子織物。
10. 前記ローカルエネルギ供給デバイスの各々が、
    当該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する前記電子エネルギ消費デバイスに対し、前記少なくとも１つの織物基体導体により供給されるローカルな電圧レベルを感知し、
    前記ローカルな電圧レベルが所定の閾レベルより低い場合に、当該ローカルエネルギ供給デバイスに関連する前記電子エネルギ消費デバイスに対し電力を供給する、
    ように構成される請求項１ないし９の何れか一項に記載の電子織物。
11. 前記ローカルエネルギ供給デバイスがエネルギ蓄積デバイスを有する請求項１ないし１０の何れか一項に記載の電子織物。
12. 前記エネルギ蓄積デバイスの各々が、当該エネルギ蓄積デバイスを充電するための織物基体導体に電気的に接続されると共に、前記電子エネルギ消費デバイスに電力を供給するための前記少なくとも１つの織物基体導体に電気的に接続可能である請求項１１に記載の電子織物。
13. 前記ローカルエネルギ供給デバイスが、当該電子織物に供給されるエネルギを収集すると共に、該エネルギを前記電子エネルギ消費デバイスに供給するための電気エネルギとして供給するエネルギ捕獲デバイスを有する請求項１ないし１２の何れか一項に記載の電子織物。
14. 前記エネルギ捕獲デバイスが、機械エネルギを電気エネルギに変換するデバイス、太陽輻射を電気エネルギに変換するデバイス、熱を電気エネルギに変換するデバイス及び静電電荷を収集するデバイスからなる群から選択される請求項１３に記載の電子織物。

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