JP2014108134A - 導電体、導電体の製造方法、導電体を用いた感圧センサー、感圧センサー装置、導電体を用いた生体電極、及び生体信号測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】A)導電性高分子及びバインダー樹脂を含有する混合物が、繊維又は布地にコーティングされてなる導電体。B)前記導電体を用いた生体電極。C)前記導電体からなる布体1と、その両面に配置された複数の導電性の線材7とを備え、前記両面に配置された複数の線材7が互いに直交するように配置された感圧センサー20。D)導電性高分子と、バインダー樹脂又は前記バインダー樹脂のモノマーとが含まれる樹脂組成物を、繊維又は布地に付着させ、前記樹脂組成物を固化又は重合させることにより、前記繊維又は布地をコーティングする、導電体の製造方法。
【選択図】図4
Description
本発明の生体信号測定装置によれば、生体信号測定装置に備えられた生体電極の装着性が向上しているため、外部の接続装置を小型化することにより、ウェアラブル型の生体信号測定装置を実現することができる。
<第一実施形態>
本発明の第一実施形態の導電体は、導電性高分子及びバインダー樹脂を含有する混合物が、繊維又は布地にコーティングされてなる。
また、1種のバインダー樹脂を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて併用してもよい。2種以上を組み合わせることにより、バインダー樹脂の硬化性、接着性(粘着性)、取り扱い易さ(塗布等の作業性)を高められる場合がある。
これらのうち、上記各種ビニル樹脂、ナフィオン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、フタル酸樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリル系樹脂が好ましい。
一方、ポリビニルアルコール(以下PVA)は、バインダー樹脂として必ずしも良い材料とはいえない。PVAはアクリル系樹脂と比較して接着力が低く、剥離が生じやすいために適さない。また剥離を軽減する目的でPVAのアセタール化や架橋剤による硬化処理を加えた場合、PVAのポリマーとしての強度は向上するものの、付着された基材(繊維)が硬くなり、柔軟性や触感が悪化する。このため、皮膚と直接接触させて使用するために柔軟性が要求される生体電極の素材としてPVAをバインダー樹脂として用いることは適さない。
本発明の第二実施形態の導電体は、導電性高分子とバインダー樹脂を含有する混合物が熱転写シートの表面にコーティングされてなる。
また、前記熱転写シートの別の構成として、シート基材と、前記シート基材に積層された(塗布された)熱可塑性樹脂層とを有する構成が挙げられる。前記シート基材は、熱可塑性樹脂層を支持できるものであり、本発明の趣旨を逸脱しないものであれば特に制限されない。
本発明の第三実施形態の生体電極は、本発明の導電体を使用したものである。当該生体電極を構成する導電体を皮膚等の生体表面に設置することにより、心電図や脳波等の生体信号を検出することができる。
本発明の第四実施形態の感圧センサーは、図4に示すように、本発明の導電体によって構成された布体1と、布体1の両面の導電面に当接するように並べて配置された、複数の導電性の線状又は帯状部材7と、を備える。更に、布体1の表面(おもて面)において略平行に並べて配置された複数の部材7が、前記布体1の裏面において略平行に並べて配置された複数の部材7に対して、略直交するように配置されている。
布体1は、第三実施形態の生体電極を構成する導電面として使用することも可能である。
更に、指等の比較的柔軟な物体で導電性の布体1に圧力を加える場合は、圧力の増加とともに変形する物体表面と布体1との接触面積が増えるため、布体1の静電容量(キャパシタンス)が増加する。静電容量変化の一例として、非接触時に9ピコファラド(pF)であった静電容量が、100gの軽い圧迫時には20pFに増加し、1000gの強い圧迫時には33pFに増加する例が挙げられる。感圧センサー20は、これらの導電性及び静電容量のうち、少なくとも一方の変化を利用している。
本発明の第五実施形態の導電体の製造方法は、導電性高分子と、バインダー樹脂又は前記バインダー樹脂を構成する重合性化合物(モノマー)の少なくとも何れか一方と、が含まれる樹脂組成物を繊維又は布地に付着させ、前記樹脂組成物を固化又は重合させることにより、前記繊維又は布地をコーティングする製造方法である。
前記樹脂組成物に含まれるモノマーを重合させる方法としては、例えば加熱することにより熱硬化させてもよいし、UVや可視光線等の光を照射して光硬化させてもよい。この場合、前記樹脂組成物中には、従来公知の硬化開始剤又は硬化促進剤を添加しておくことが好ましい。また、前記樹脂組成物を付着させた繊維又は布地が厚い場合、光硬化よりも熱硬化の方が、重合効率が高まるので、好ましい。
前記樹脂組成物に含まれる樹脂同士を架橋する方法は特に制限されず、常法により行うことができる。
前記導電体を構成する基材が繊維である場合は、当該繊維を所望の形態に加工することができるため、所望の形状の導電体を製造できる。繊維状又は布状の導電体を、従来の衣料品に組み込むことにより、当該衣料品に前記導電体からなる配線を設置したり、前記導電体からなる導電面を設置したりすることもできる。
前記導電体を構成する基材が布地である場合は、前記樹脂組成物を当該布地の所望の領域に印刷等することにより、所望の形状の導電面を有する導電体を製造できる。当該導電面の形状を細長い矩形又は線状にすれば、当該導電面を電気配線として機能させることも可能である。更には、複雑な電気回路や電気結束部(コネクタ部)を前記印刷等により当該布地に形成することも可能である。
エタノール、水、ポリメタクリル酸、PEDOT-PSSが、それぞれ52,42,5,1(重量%)含まれた混合液(樹脂組成物)を調製した。前記混合液に混紡布(5cm×10cm)を5分間浸漬した後、ドライヤーを用いて当該混紡布に温風を当てて乾燥し、混合液を固化させた導電性布を得た。導電性布の表面に抵抗測定器のプローブを当て、5Vの直流で測定したところ、導電性布の電気抵抗値は200kΩ/cmであった。
混紡布は、ポリエステル(87%含有)及びポリウレタン(13%含有)からなる
「SILKY DRY」(登録商標)(株式会社ファーストリーディング、東レ株式会社製)を用いた。エタノールは関東化学社製のものを用いた。水は、MILLI−Q(登録商標)(メルク社製)で製造した精製水を用いた。ポリメタクリル酸はScientific Polymer Products Inc.社製のものを用いた。PEDOT-PSSは、Clevious P(ドイツ国ヘレウス社製)を用いた。
ポリメタクリル酸の代わりに、ポリメチルメタクリル酸(Aldrich Chemical社製)5重量%を用いた以外は実施例1と同様に行った。得られた導電性布の電気抵抗値は1MΩ/cmであった。
ポリメタクリル酸の代わりに、ポリアクリル酸(Scientific Polymer Products Inc.社製)5重量%を用いた以外は実施例1と同様に行った。得られた導電性布の電気抵抗値は100kΩ/cmであった。
ポリアクリル酸の代わりに、ポリビニールアルコール(和光純薬工業)5重量%を用いた以外は実施例1と同様に混合液を調製した。この混合液に前記混紡布を5分間浸漬した後、ドライヤーで当該混紡布を乾燥し、更にエタノールに5分間浸漬することにより、PEDOT-PSS及びポリビニルアルコールによって構成される混合物を化学的に固定した。その後ドライヤーで乾燥させることにより導電性布を作製した。
実施例1と同様に測定したところ、得られた導電性布の電気抵抗値は1.2MΩ/cmであった。
PEDOT-PSSにEDOT (ドイツ国ヘレウス社製)を0.1%添加した溶液に、前記混紡布を浸漬した。続いて櫛形電極を用いて前記混紡布に通電し、当該混紡布の表面及び内部に、電気化学的にPEDOT-PSSを固定することにより、比較例1の導電性布を得た。更に、固定したPEDOT-PSSにグリセロールを含浸させることにより、耐水性を高める処理を施した。
実施例1〜3及び比較例1で作製した導電性布を精製水に浸漬し、PEDOT-PSSが溶出する速度を調べた。実施例1〜3の導電性布については、浸漬後2ヶ月経過時においても明らかな変化は認められず、PEDOT-PSSの溶出は確認されなかった。一方、比較例1の導電性布については、浸漬後2週間経過時には明らかな変化が認められなかったが、1ヵ月後には布の変色と水の着色が起こった。この様子から、PEDOT-PSSが水へ溶出したことが認められた。更に、浸漬後2ヵ月後には、導電性布は完全に脱色して導電性を失ったことを確認した。
以上の結果から、バインダー樹脂であるアクリル系樹脂に練り込まれたPEDOT-PSSを有する実施例1〜3の導電性布(導電体)は、電気化学的に固定した比較例の導電性布よりも耐水性に優れることが明らかである。
電極面のサイズ(2.5cm×4cm)に合わせて切り出した熱転写シート(Tシャツ転写紙;キャノン株式会社製)に、実施例1で調製した混合液を塗布し、ドライヤーの温風で5分間乾燥した。乾燥した電極面(導電面)を裏側に反転させて、熱転写シートの台紙に貼り付けて仮留めした。その後、当該熱転写シートをTシャツの内側の前胸部の位置に乗せて、最終的に当該電極面が露出するように、家庭用アイロンを用いて熱転写して生体電極を作製した(図2)。更に同様の電極面を有する生体電極を、他に1箇所、Tシャツの上腕部に設置した。
次に、各電極面に銀コートナイロン糸を縫い付けて、この銀コートナイロンの延長部分を引き出し配線として、当該Tシャツの肩部に設置した心電計RS800CX(ポラール社製)に、それぞれ接続した。更に当該配線の中間部分を、別に用意した熱転写シートとTシャツとの間に挟んで絶縁被覆して、生体信号測定装置を作製した(図1)。
伸縮性の布であるライクラ(登録商標)(東レ・オペロンテックス社製)を用い、実施例1と同様の方法により導電性を付与した、大きさ4cm×4cm、厚さ600μmの導電性布を作製した。
次に、ポリエステル製の糸が平織りにされた絶縁性布を2枚用意し、各絶縁性布の片面に銀コートナイロン糸(2ply;Spark Fun社製)を4mm間隔で平行に10本ずつ配置した。各絶縁性布を、先に作製した導電性布の表面と裏面に、各銀コートナイロン糸が導電性布の表面に接するように、それぞれ配置し、感圧センサーを作製した。この際、表面(おもて面)に配置された銀コートナイロン糸と、裏面に配置された銀コート糸とがそれぞれ直交する形態で配置した(図4)。
Claims (8)
- 導電性高分子及びバインダー樹脂を含有する混合物が、繊維又は布地にコーティングされていることを特徴とする導電体。
- 請求項1に記載の導電体を用いたことを特徴とする生体電極。
- 請求項1に記載の導電体によって構成された布体と、
前記布体の導電面の両面に当接するように並べて配置された、複数の導電性の線状又は帯状部材と、を備え、
前記導電面の表面において略平行に並べて配置された複数の前記部材が、
前記導電面の裏面において略平行に並べて配置された複数の前記部材に対して、略直交するように配置されていることを特徴とする感圧センサー。 - 請求項3に記載の感圧センサーが備えられたことを特徴とする感圧センサー装置。
- 導電性高分子と、バインダー樹脂又は前記バインダー樹脂を構成する重合性化合物の少なくとも何れか一方と、が含まれる樹脂組成物を繊維又は布地に付着させ、前記樹脂組成物を固化又は重合させることにより、前記繊維又は布地をコーティングすることを特徴とする導電体の製造方法。
- 導電性高分子とバインダー樹脂を含有する混合物が、熱転写シートの表面にコーティングされていることを特徴とする導電体。
- 請求項6に記載の導電体のコーティングされた表面が露出するように、前記導電体が基材に熱転写されていることを特徴とする生体電極。
- 請求項2又は7に記載の生体電極が備えられたことを特徴とする生体信号測定装置。
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