JP2018111902A - 伸縮性導電体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高い伸長性及び高強力で屈曲耐久性を備えている伸縮性導電体を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明に係る伸縮性導電体１は、鎖編列２０に弾性糸２１が交絡して編成された伸縮性を有する経編組織の緯方向に沿って配列された編目列にそれぞれ緯挿入糸２２を挿入して編成された地組織２と、緯方向に振られるように蛇行して経方向に向かって配置されるとともに編目列の編目において緯挿入糸２２とともに挿入して編み込まれている導電糸３とを備えており、経方向の破断伸長率が１８０％以上であり、屈曲角度１３５°の動的駆動試験に対して破断屈曲回数が６０万回以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、可動部位に配置された電子機器等に接続する電源ラインや信号伝送ラインに好適な伸縮性導電体に関する。

従来より、身体に装着するウエラブル機器及び身体の動きを模したロボットに取り付けられた電子部品といった可動部位に配置される電子機器に対して、信号伝送用や電源供給用のケーブルが接続されている。こうしたケーブルでは、可動部位の繰り返し動作等に対応するため、フレキシブルで伸縮性を有する金属線や織編物導線といった導電材料が用いられている。

例えば、特許文献１では、ロボットやウエアラブル電子機器に好適な電線として、伸縮性を有する弾性体からなる芯材の周囲に導体線を捲回して構成された伸縮電線が記載されている。また、特許文献２では、伸縮に対する追従性を向上させて繰返し伸縮を受けても断線や基布損傷を抑制可能な耐久性に優れた伸縮伝送線を用いて、基布の少なくとも一部に伸縮伝送線を縫い糸で直接縫製により装着して、基布の伸縮範囲に合わせて伸縮伝送線が追従するようにした布帛が記載されている。また、特許文献３では、長手方向に沿って配置される複数本の経糸と、経糸に編まれる複数本の緯糸と、長手方向に沿って配置されて織られる少なくとも一本の導電線を含んで面状に織って構成されており、導電線が経糸及び／または緯糸に編まれて一体に拘束される導電線織り区間と、導電線が経糸及び／または緯糸に編まれずに、外部に所定の長さだけ露出する導電線露出区間を有するように構成された導電性編物が記載されている。また、特許文献４では、弾性糸を有する伸縮性布帛に絶縁体で被覆された導体線をジグザグ状に配してシンカーループにより拘束することで取り付けられている帯状伝送路が記載されている。

特許第５３５４９６６号公報 特許第５８０８９１９号公報 特許第５７１１２６７号公報 特開２０１４−２２９５６８号公報

上述した特許文献１及び２では、弾性長繊維からなる編紐又は組紐を芯材に用いて金属導電線を周回巻き付けた伸縮電線や、その伸縮電線を用いて伸縮伝送線が配された布帛が記載されているが、こうした伸縮性を有する電線を用いると、基布の伸縮範囲に合わせ電線が追従したとしても、伸縮動作を多数回繰り返すことで電線の断線や基布の損傷は避けられない。

また、特許文献３に記載されている導電性編物では、編物に共に編まれる導電線の一部分を選択的に編物の外部に露出させて、導電線の結線、各種素子やモジュールの接続などを迅速で簡便に行うようになっているが、緯糸により導電線を拘束することで取り付けるようにしており、地組織及び導電線の伸縮性の相違により屈曲や捩れ等の変形を繰り返し受けることで導電線に繰り返し負荷が加わって断線等のトラブルが生じるおそれがある。特許文献４では、導体線をジグザグ状に配してシンカーループにより拘束するようにしているが、地組織を経方向に伸長させた場合に皺が寄った状態となって地組織が不安定になりやすく、地組織の編目が繰り返し伸縮することで導体線が編目からずれてくることは避けられないため、導体線に繰り返し加わる負荷により断線等のトラブルが生じやすいといった課題がある。

特に、ウエアラブルエレクトロニクス等の電子機器及び衣料の融合技術、ロボットにおける信号伝送技術、ＬＥＤ光源の電源供給技術といった分野で技術開発が進展するに伴い、電源ラインや信号伝送ラインとして金属線に近い電気的特性が求められるとともに、可動部位に対応した高い伸長性及び繰り返し変形に対する高強力で屈曲耐久性といった特性が求められるようになっている。

そこで、本発明は、高い伸長性及び高強力で屈曲耐久性を備えている伸縮性導電体を提供することを目的とするものである。

本発明に係る伸縮性導電体は、経方向に伸縮性を有する経編組織の緯方向に沿って配列された編目列にそれぞれ緯挿入糸を挿入して編成された地組織と、緯方向に振られるように蛇行して経方向に向かって配置されるとともに前記編目列の編目において前記緯挿入糸とともに挿入して編み込まれている導電糸とを備える伸縮性導電体であって、経方向の破断伸長率が１８０％以上であり、屈曲角度１３５°の動的駆動試験に対して破断屈曲回数が６０万回以上である。さらに、１００％伸長の繰り返し伸長耐久性試験に対して繰り返し伸長回数１万回で電気抵抗変化率１０％以下である。さらに、前記導電糸は、繊度が１０デシテックス以下で誘電体である繊維材料の周囲を金属材料により被覆したマルチフィラメント及び当該マルチフィラメントの外周を絶縁材料により被覆する絶縁層を備えている。さらに、前記マルチフィラメントは、目付が０．１ｇ／ｍ〜１ｇ／ｍで電気抵抗が０．５Ω／ｍ〜１０Ω／ｍであるとともにＫＥＳＦＢ２−ＡＵＴＯ−Ａにより求められる曲げ剛性が０．０４ｇｆ・ｃｍ²／ヤーン〜５ｇｆ・ｃｍ²／ヤーンである。

本発明は、経方向に伸縮性を有する経編組織の緯方向に沿って配列された編目列にそれぞれ緯挿入糸を挿入して編成された地組織と、緯方向に振られるように蛇行して経方向に向かって配置されるとともに編目列の編目において緯挿入糸とともに挿入して編み込まれている導電糸とを備えることで、優れた導電性を備えるとともに、高い伸長性及び高強力で屈曲耐久性といった特性を備えている。

伸縮性導電体の一例に関する概略構成図である。 図１に示す伸縮性導電体に関する一部拡大図である。 屈曲耐久性試験を行う装置構成を示す説明図である。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。本発明に係る伸縮性導電体は、経方向に伸縮性を有する経編組織の緯方向に沿って配列された編目列にそれぞれ緯挿入糸を挿入して編成された地組織と、緯方向に振られるように蛇行して経方向に向かって配置されるとともに編目列の編目において緯挿入糸とともに挿入して編み込まれている導電糸とを備えている。

図１は、伸縮性導電体の一例に関する概略構成図であり、図２は、図１に示す伸縮性導電体に関する一部拡大図である。伸縮性導電体１は、所定幅に編成された帯状の地組織２に１本の導電糸３が幅方向に振られるように蛇行して配置されて編み込まれている。なお、この例では、地組織２の長手方向が経方向となり、幅方向が緯方向となる。地組織２は、所定間隔で幅方向に配列された複数の鎖編列２０からなる経編組織を備えており、各鎖編列２０には、弾性糸２１が各編目を通過して経方向に沿って交絡するように編み込まれている。そのため、各鎖編列２０は、弾性糸２１により経方向に伸縮するように構成されており、無負荷状態では経方向に縮んだ状態となっているが、経方向に引張るように負荷をかけた状態では引き伸ばされるように伸長した状態となる。

また、各鎖編列２０を編成する際の同一コースの編目は、幅方向に直線状に配列された編目列を形成しており、形成された編目列にはそれぞれ緯挿入糸２２が各編目を通過して緯方向に沿って挿入されている。緯挿入糸２２は、１つの編目列に対して全幅にわたって挿入された後折り返して次のコースの編目列に全幅にわたって挿入されており、全幅にわたって振られるように順次編目列に挿入されて鎖編列２０に編み込まれている。

鎖編列２０は、弾性糸２１の弾性力により長手方向に縮むように作用するため、経編組織２を長手方向に引っ張ることで、全体を引き伸ばすように伸長させることが可能となり、長手方向に高い伸縮性を有するようになる。幅方向に挿入された緯挿入糸２２により鎖編列２０の編目が幅方向に連結されているため、地組織２が長手方向に伸縮する際に、鎖編列２０が連動して同じように伸縮するようになる。伸縮動作の際に、鎖編列２０の緯挿入糸２２が挿入された編目列は、各編目がずれることなく長手方向に一緒に移動するように経編組織が伸縮するので、地組織２は長手方向に安定した伸縮動作を行うようになる。また、地組織２の幅方向の伸縮については、幅方向に緯挿入糸２２が編み込まれているため、ほとんど伸縮しないようになっている。

地組織２に用いる糸としては、絶縁性繊維材料からなる糸が好ましく、特に限定されるものではなく、公知の繊維材料から任意に選定できる。鎖編列２０に用いる糸としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエステル系エラストマー繊維、ポリアミド系繊維、ポリアクリル系繊維、ポリプロピレン系繊維等の合成繊維、綿、麻、ウール等の天然繊維、キュプラレーヨン、ビスコースレーヨン、リヨセル等の再生繊維その他、任意の繊維が挙げられ、複数種類の繊維材料を混繊したものでもよい。また、弾性糸２１に用いる糸としては、伸縮性を付与するためにポリウレタン系弾性繊維、ポリオレフィン系弾性繊維、天然ゴム及び合成ゴム系弾性繊維等を組み合わせてもよい。

緯挿入糸２２についても特に限定されるものではなく、公知繊維から任意に選定できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエステル系エラストマー繊維、ポリアミド系繊維、ポリアクリル系繊維、ポリプロピレン系繊維等の合成繊維、綿、麻、ウール等の天然繊維、キュプラレーヨン、ビスコースレーヨン、リヨセル等の再生繊維その他、任意の繊維が挙げられ、複数種類の繊維材料を混繊したものでもよい。

導電糸３は、地組織２において幅方向に振られるように蛇行して経方向に向かうように配置されており、緯挿入糸２２が挿入された編目列の編目において緯挿入糸２２とともに挿入して編み込まれている。緯挿入糸２２が挿入された編目は、幅方向及び長手方向に格子状に配置されているので、導電糸３の配置位置と重なる編目を緯挿入糸２２とともに通過するように挿入して編み込むことで、導電糸３を蛇行した形状で安定した状態に保持することができる。

以上説明した地組織２及び導電糸３の編成については、公知のラッセル編機といった経編機を用いて編成することができる。また、導電糸３の振り幅を大きく設定したい場合には、経編機に導電糸用の糸振り機構を取り付けるようにしてもよい。また、経編組織として、鎖編列を複数配列した組織を例に説明したが、緯挿入糸を挿入可能な編目列が編成される経編組織であればこれ以外の経編組織でもよく特に限定されない。

また、上述した編組織は、１本の緯糸から柄を表出するように編成することができるので、製品に張りを持たせながら厚みを薄くすることが可能となる。また、経糸と導電糸（緯糸）のみで製編することも可能で、その場合には緯挿入糸を省略することもできる。そして、経糸により柄を表出するように編成することで、メッシュ模様等の様々な柄を表出することができ、さらにその上に糸を重ねて編成することで、多種多様な柄表現に対応することが可能となる。

導電糸３は、緯挿入糸２２とともに編目に保持されているため、地組織２の長手方向の伸縮動作の際に、緯挿入糸２２とともに移動するようになる。そのため、地組織２を長手方向に引張力を加えて伸長させた場合に、導電糸３は、編目からほとんどずれることなく蛇行した形状のまま経方向に引き伸ばされるようになり、引張力を解除して元の状態に戻る場合にも編目からほとんどずれることなく元の蛇行した形状となって、地組織２の長手方向の伸縮動作に対して編目からずれることによる導電糸３への負荷が加わることがなくなる。

導電糸３を挿入する編目位置は、導電糸３がずれないように適宜設定すればよいが、同じ鎖編列の編目に導電糸３を挿入して編み込んでおくことで、鎖編列の伸縮に対して導電糸３が編目からずれにくくすることができる。例えば、１つの鎖編列に対して導電糸３が蛇行するように繰り返し交差する場合に、鎖編列の交差位置における編目で導電糸３を編み込むことで鎖編列の経方向の伸縮に対して導電糸３がスムーズに追従して形状変化するようになる。

伸縮性導電体１の伸縮特性は、地組織２の鎖編列２０及び弾性糸２１の伸縮特性に基づいて適宜設定することができ、可動部位の動きに応じて最適化することが可能である。具体的には、伸長率（伸び率）は、１８０％以上に設定することで、ロボット及びウエアラブル機器の可動部位における動作に対応することが可能となる。また、伸縮性導電体１は、可動部位の動きにより屈曲変形を繰り返し受けるため、屈曲変形に対する耐久性を備えることが求められる。具体的には、屈曲角度１３５°の動的駆動試験に対して６０万回以上の屈曲耐久性を備えていることが好ましい。

そのため、導電糸３についても伸縮性導電体１の伸長率が１８０％以上でも破断しないような引張強度が求められるが、上述したように、鎖編列２０の編目に緯挿入糸２２とともに挿入して編み込むようにすることで、導電糸３が蛇行した状態で緯挿入糸とともに移動するため、十分な耐久性を備えている。また、地組織２に編み込まれる導電糸３は、蛇行した状態となっているため、地組織２が縮んだ状態では大きく曲げ変形するようになり、地組織２の伸縮動作に対応して曲げ変形を繰り返し受けるようになる。そのため、伸縮性導電体１の高伸長率によって導電糸３に曲げ変形の曲率が大きくなるとともにその変化率も大きくなる。したがって、導電糸３は、曲率の大きい曲げ変形に耐えられる柔軟性とともに曲げ変形の大きな変化率に対する十分な耐久性を備えることが求められる。具体的には、伸縮性導電体の繰り返し伸長耐久性試験において、繰り返し伸長回数が１万回で電気抵抗変化率１０％以下となる耐久性を備えていることが好ましい。

こうした伸縮特性及び曲げ変形特性を備えた導電糸としては、繊度が１０デシテックス以下で誘電体である繊維材料の周囲を金属材料により被覆したマルチフィラメント及びマルチフィラメントの外周を絶縁材料により被覆する絶縁層を備えているものが好ましい。マルチフィラメントを構成する各繊維材料の周囲に金属材料が被覆しているため、マルチフィラメント全体にほぼ均一に金属材料が分布するようになり、低い電気抵抗といった優れた導電特性を実現することができるとともに、軽量化並びに優れた柔軟性及び屈曲耐久性を実現することができる。

誘電体である繊維材料は、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、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。繊維材料の繊度は、１０デシテックス以下であることが好ましく、より好ましくは、１デシテックス〜１０デシテックスである。繊度が１０デシテックスより大きくなると、金属材料を付着させた場合に電気抵抗を十分低下させることができなくなる。

金属材料としては、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。

導電糸は、金属材料よりも軽量な合成繊維材料等の繊維材料を用いており、マルチフィラメントを構成する各繊維材料の周囲に金属材料が付着しているので、十分な導電性を確保しつつ軽量化を図ることができる。具体的には、マルチフィラメントの電気抵抗を０．５Ω／ｍ〜１０Ω／ｍに設定することが可能で、マルチフィラメントの目付を０．１ｇ／ｍ〜１ｇ／ｍに設定することができる。電気抵抗については、０．５Ω／ｍ〜１０Ω／ｍに設定することで、従来の電線と同程度の導電性を確保することが可能となる。

また、目付については、０．１ｇ／ｍより目付が小さくなると、金属材料の付着量が不十分となって十分な導電性が確保しにくくなり、１ｇ／ｍより目付が大きくなると、十分な軽量化を図ることが難しくなる。金属材料の付着量は、軽量化及び導電性の観点から０．４ｇ／ｍ以下とすることが好ましい。

導電糸は、メッキ処理により各繊維材料の周囲に金属材料が均一に被覆しているので、各繊維材料の周囲に金属材料が薄く付着している場合でも、マルチフィラメント全体では導電性を確保するのに十分な付着量とすることができる。そして、各繊維材料の周囲に金属材料を薄く均一な層に付着させることで、各繊維材料の柔軟性を維持しつつ繊維材料の変形に伴う金属層の破断を抑止することが可能となる。そのため、マルチフィラメントの柔軟性を確保することが可能となり、屈曲耐久性を向上させることができる。そして、繊維材料の周囲に均一に金属材料が付着しているので、マルチフィラメントの柔軟性及び屈曲耐久性に異方性がほとんどなくなり、通常の糸と同様にいずれの方向に対しても湾曲変形させることができ、繰り返し伸縮動作や曲げ変形が加わった場合でも十分な耐久性を備えることが可能となる。

導電糸の柔軟性については、伸縮性導電体の伸縮動作の際の大きな曲げ変形に耐えることが求められるが、具体的には、ＫＥＳＦＢ２−ＡＵＴＯ−Ａにより求められる曲げ剛性が０．０４ｇｆ・ｃｍ²／ヤーン〜５ｇｆ・ｃｍ²／ヤーンに設定することが好ましい。曲げ剛性が０．０４ｇｆ・ｃｍ²／ヤーンよりも低い場合には、繊維材料に付着した金属材料の量が少なく１０Ω／ｍ以下の電気抵抗を実現することが難しくなり、５ｇｆ・ｃｍ²／ヤーンよりも高い場合には、柔軟性が低下して繰り返し曲げ変形を受ける際に不具合が発生するようになる。

なお、ＫＥＳＦＢ２−ＡＵＴＯ−Ａとは、カトーテック株式会社製の自動化純曲げ試験機であり、クランプ間隔１０ｍｍ、曲げ変形速度０．５ｃｍ^-1／ｓの条件で曲率を変えて曲げモーメントを測定する装置である。糸の柔軟性を評価する方法のひとつとして、測定された曲げモーメントおよび糸本数に基づいて、任意の測定曲率範囲から糸一本の曲げ剛性（ｇｆ・ｃｍ²／ヤーン）を求めることができる。

導電糸は、撚りを加えることで、電気的特性を安定させることができ、均質な電気的特性を備える導電糸を得ることが可能となる。撚りを加えることで、金属材料で被覆された各繊維材料が互いに密着してマルチフィラメント全体で金属材料同士が安定した電気的接続状態となり、電気的特性が安定するようになる。

具体的には、繊度が５００デシテックス未満では撚り数を１６０回／ｍ以上に設定することが好ましく、繊度が５００デシテックス〜１２００デシテックスでは撚り数を１００回／ｍ以上に設定することが好ましく、繊度が１２００デシテックス〜２０００デシテックスでは撚り数を５０回／ｍ以上に設定することが好ましい。繊度が５００デシテックス未満の細い導電糸の場合には、撚り数が１６０回／ｍよりも少ないと、導電糸の電気抵抗にばらつきが生じるようになる。同様に、繊度が５００デシテックス〜１２００デシテックスの太い導電糸の場合には、撚り数が１００回／ｍよりも少ないと電気抵抗のばらつきが生じ、繊度が１２００デシテックス〜２０００デシテックスのさらに太い導電糸の場合には、撚り数が５０回／ｍより少ないと電気抵抗にばらつきが生じるようになる。

導電糸を製造する場合には、長繊維からなる繊度が１０デシテックス以下の繊維材料を無撚状態で集束した繊維束に対して各工程の処理を行う。繊維束は無撚状態となっているため、各処理槽内に浸漬させると長繊維からなる繊維材料がばらけた状態となり、各繊維材料の表面を均一に処理することができる。

前処理工程では、まず繊維束に対して精錬処理を行い、繊維材料への触媒付与及び触媒の活性化処理を行う。触媒付与処理は、無電解メッキ処理を行うために繊維材料の表面に触媒を固定する処理であり、触媒としては、スズ銀、スズパラジウム又はパラジウムといった公知の金属材料が挙げられる。触媒の活性化処理では、酸浸漬といった処理を行い、触媒を活性化させる。

無電解メッキ処理工程では、前処理工程で処理された繊維束（繊度Ｄデシテックス）に対して糸長方向に付与する張力（張力Ｔニュートン）をＤ／１０００≦Ｔ≦Ｄ／３００となるように設定した低張力状態で走行させながら複数の無電解メッキ槽に順次浸漬してメッキ処理を行う。繊維束を無電解メッキ槽内に浸漬した状態で繊維束に６０Ｈｚ以下の振動を付与することで、走行中に集束状態となる繊維束の繊維材料がメッキ液内においてばらけた状態で振動するようになる。ばらけた状態で振動する繊維材料の間にメッキ液が浸入して各繊維材料の周囲を均一にメッキ処理して金属材料を付着させることができる。

繊維束に振動を付与する方法としては、繊維材料がばらけた状態で振動すればよく、特に限定されないが、例えば、繊維束を走行させる走行ローラを走行方向と交差する方向に振動させて繊維材料をばらけた状態にすることができる。また、メッキ槽内を走行する繊維束に対して、断続的に振動ローラを接触させたり、メッキ液を流動させて振動させるようにしてもよい。付与する振動数は６０Ｈｚ以下が好ましく、より好ましくは２８Ｈｚ〜６０Ｈｚである。

無電解メッキ処理工程では、公知の処理方法を用いて行うことができ、例えば、メッキ液として市販のメッキ液を使用して、メッキ浴の温度を２５℃〜５０℃に設定して、処理時間を１０分〜２０分行うようにすればよい。

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。触媒を各繊維材料の周囲に均一に付着させることで、無電解メッキ処理により各繊維材料の周囲を均一な金属メッキ層で被覆することができる。

電気メッキ処理工程では、無電解メッキ処理工程で処理された繊維束（繊度Ｄデシテックス）に対して糸長方向に付与する張力（張力Ｔニュートン）をＤ／１０００≦Ｔ≦Ｄ／３００となるように設定した低張力状態で走行させながら複数の電気メッキ槽に順次浸漬してメッキ処理を行う。繊維束を電気メッキ槽内に浸漬した状態で、無電解メッキ処理工程と同様に、繊維束に６０Ｈｚ以下の振動を付与することで、繊維束の繊維材料がメッキ液内においてばらけた状態で振動するようになる。ばらけた状態で振動する繊維材料の間にメッキ液が浸入して各繊維材料の周囲に無電解メッキ処理により形成された金属メッキ層に対して均一にメッキ処理して金属メッキ層の厚さを均一に厚くすることができる。したがって、電気メッキ処理により繊維材料の周囲への金属材料の付着量を所望の量に設定することができ、ムラの少ない金属メッキ層を形成することが可能となる。

電気メッキ処理工程では、公知の処理方法により行うことができ、例えば、メッキ液として市販の硫酸銅溶液処方（奥野製薬工業株式会社製標準処方）を使用して、メッキ浴の温度を２０℃〜５０℃に設定して、処理時間を１０分〜２０分で行うようにすればよい。

以上のように、原料となる長繊維の繊維材料を無撚状態で集束した繊維束に対して無電解メッキ処理及び電気メッキ処理を行うことで各繊維材料の周囲を金属材料で被覆したマルチフィラメントを製造することができるが、こうした処理は、繊維束を低張力を付与した状態で行われる。繊維束（繊度Ｄデシテックス）に対して糸長方向に付与する張力（張力Ｔニュートン）をＴ≦Ｄ／３００となるように設定した状態で、好ましくは、Ｄ／１０００≦Ｔ≦Ｄ／５００の張力を付与した状態で、６０Ｈｚ以下の振動を付与してメッキ処理することで、伸縮や屈曲といった変形に対して耐久性のある導電糸を得ることができる。例えば、繊度が１０００デシテックスの繊維束の場合には、３ニュートン以下の低張力を付与した状態で処理すればよい。

繊維材料の周囲を金属材料で被覆したマルチフィラメントは、周囲に絶縁性樹脂材料により被覆することで絶縁層を形成して導電糸を製造する。絶縁性樹脂材料としては、公知の電線の被覆層で使用されている樹脂材料を用いることができ、例えば、熱可塑性フッ素系樹脂（ＥＴＦＥ）、変性ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルエラストマー、ポリウレタン等が挙げられる。絶縁層を形成する場合には、電線の製造で使用されている公知の押出成形により形成することができる。

以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。実施例において用いた測定方法及び試験は、以下のとおりである。

＜強伸度測定試験＞
引張試験機（島津製作所製オートグラフAGX-plus）を使用し、長さ２００ｍｍ及び幅３０ｍｍの伸縮性導電体を引張速度２００ｍｍ／分で伸長して行った。伸縮性導電体の導電糸に電気抵抗素子（４．７Ω、１０Ω）と市販の乾電池（１．５Ｖ）を直列に接続し、試験中の電気抵抗の電圧変化を測定して伸縮性導電体の電気抵抗を算出した。そして、電気抵抗が急激に増加して電気的に断線した時点における伸長された長さ（ｍｍ）の元の長さに対する比率を破断伸長率（％）とした。

＜屈曲耐久性試験（動的駆動試験）＞
図３に示すように、５００ｍｍの長さで幅３０ｍｍの伸縮性導電体Ｃを、１ｍｍ間隔を空けて水平に平行配列した一対の屈曲バーＢの間に上方から挿入し、下端に２０ｇの重りＷを取り付けて上端側を把持体Ａに取り付ける。屈曲バーＢの断面形状は直径１０ｍｍの円形に形成されており、外周面の曲率半径は５ｍｍに設定されている。そして、把持体Ａを屈曲バーＢと直交する方向に往復揺動させて屈曲バーＢにより挟まれた位置を中心に導電糸Ｃを両側に１３５度まで屈曲させるように動作させる。把持体Ａの動作速度は、約６０回／分とした。把持体Ａの動作により屈曲バーＢに挟まれた伸縮性導電体Ｃの部分が繰り返し屈曲変形するようになる。そして、所定の屈曲回数毎に屈曲変形部分を含む箇所で電気抵抗測定を行った。そして、電気抵抗が急激に増加して電気的に断線した時点における屈曲回数を破断屈曲回数とした。

＜繰り返し伸長耐久性試験＞
エアーサーボ（島津製作所製ＡＤＴ−ＡＶ０５Ｋ１Ｓ６）を使用し、長さ２００ｍｍ及び幅３０ｍｍの伸縮性導電体の両端部を治具間距離２０ｍｍで治具にセットし、引張速度４０ｍｍ／秒で長さ４０ｍｍになるまで伸長し、その後長さ２０ｍｍまで戻す伸長操作を１万回繰り返して行った。繰り返し伸長耐久性試験の前後で伸縮性導電体の導電糸の電気抵抗を測定し、試験の前後での電気抵抗変化率（％）を算出した。電気抵抗の測定はデジタルマルチメーター（アドバンスト社製Ｒ６５５２）を使用した。

＜導電糸の製造＞
原料として、パラアラミド繊維からなる繊維束（帝人株式会社製；テクノーラ）を用いた。繊度として、４４０デシテックス、１１００デシテックス及び１６７０デシテックスの３種類を準備した。原料として用いた繊維束は、複数の長繊維が繊維長方向に引き揃えられて無撚状態で集束したものを使用した。

まず、前処理工程では、触媒として塩化パラジウムコロイド溶液（奥野製薬工業株式会社製標準処方）を用いて、浸漬法により繊維束を構成する長繊維の表面に触媒を付与し、市販の硫酸溶液（星和ケミカル株式会社製標準処方）を用いた酸浸漬により触媒の活性化処理を行った。

次に、前処理により長繊維の周囲に付着した触媒を活性化させた繊維束に対して無電解メッキ処理を行った。無電解メッキ処理では、メッキ液として硫酸銅溶液処方（奥野製薬工業株式会社製標準処方）を用い、メッキ液を収容した複数のメッキ浴槽を繊維束の搬送方向に配列した。そして、繊維束（Ｄデシテックス）に対して糸長方向に付与する張力（張力Ｔニュートン）をＴ＝Ｄ／５００に設定して搬送しながら、溶液温度４０℃及び処理時間１５分の条件で各メッキ浴槽内を通過させて浸漬することで無電解メッキ処理を行った。繊維束が浸漬された状態で振動を付与することで、繊維束を構成する長繊維がばらけてその周囲を満遍なく無電解メッキ処理した。

次に、無電解メッキ処理された繊維束に対して電気メッキ処理を行った。電気メッキ処理では、メッキ液として硫酸銅溶液処方（奥野製薬工業株式会社製標準処方）を用い、メッキ液を収容した複数のメッキ浴槽を繊維束の搬送方向に配列した。そして、繊維束（Ｄデシテックス）に対して糸長方向に付与する張力（張力Ｔニュートン）をＴ＝Ｄ／５００に設定して搬送しながら、溶液温度２０℃及び処理時間１５分の条件で各メッキ浴槽内を通過させて浸漬することで電気メッキ処理を行った。繊維束が浸漬された状態で振動を付与することで、繊維束を構成する長繊維がばらけてその周囲を満遍なく電気メッキ処理した。

以上の処理により、長繊維の周囲を銅により被覆したマルチフィラメントを製造した。得られたマルチフィラメントは、その周囲に熱可塑性フッ素系樹脂（旭硝子株式会社製）を用いて押出成形により被覆して絶縁層を形成し、導電糸を製造した。得られた導電糸は、電気抵抗が２Ω/ｍで、金属付与重量が０．１８５ｇ／ｍ、フィラメント芯材重量が０．０４４ｇ/ｍ、フッ素系樹脂が０．１７９ｇ/ｍ、総重量０．４０８ｇ/ｍであった。

［実施例１］
伸縮性導電体は、１８ゲージ細幅経編機（ＣＯＭＥＺ社製）を用いて図１に示す編組織をラッセル編により編成した。経編組織となる鎖編列には、経糸としてポリエステル加工糸（レクロン社製８４Ｔ−３６Ｆ）２４本を使用し、弾性糸には、繊維ウレタン糸（オペロンテックス社製：ライクラ４７０Ｔに南亜社製：Ｐｅｔ ８４Ｔ−３６Ｆをダブルカバリングして作成）２４本を緯挿入糸とともに使用した。緯挿入糸には、緯糸としてポリエステル加工糸（レクロン社製１６７Ｔ−４８Ｆ）を３本引き揃えて１０．５本／ｃｍに設定し、幅３０ｍｍで緯糸にて経糸のニードルループを連結させて地組織を編成した。製造した導電糸は、地組織の幅中央部の鎖編列３本についてそれぞれの編目に緯挿入糸とともに挿入しながら、幅方向に左右に振り幅１０ｍｍ、間隔４ｍｍで蛇行するように設定して伸縮性導電体を編成した。

＜伸縮性導電体に関する各特性の測定＞
編成した伸縮性導電体を長手方向に２００ｍｍの長さで切断して電気抵抗を測定し、強伸度測定試験を行った。伸長率が１８０％までは電気抵抗の変化は測定されず、これ以上の伸縮性導電体の伸長を行うことができなかったので、破断伸長率は１８０％以上と推定される。次に、屈曲耐久性試験を行ったが、屈曲回数が６０万回までは電気抵抗の変化が測定されかったため、十分な屈曲耐久性が確認されたとして試験を停止した。そのため、破断屈曲回数は、６０万回以上と推定される。次に、繰り返し伸長耐久性試験を行った。繰り返し伸長回数が１万回で電気抵抗変化率は３％であった。

［比較例１］
実施例１で使用した導電糸に代えて銅単線（目付重量０.２２２ｇ/ｍ）を使用し、それ以外の地組織については実施例１と同様のものを使用して実施例１と同様に伸縮性導電体を編成した。

＜伸縮性電体に関する各特性の測定＞
編成した伸縮性導電体を長手方向に２００ｍｍの長さで切断して電気抵抗を測定し、強伸度測定試験を行った。電気抵抗が急激に増加した時点の伸長率を算出したところ、破断伸長率は１４２％であった。次に、屈曲耐久性試験を行った。電気抵抗が急激に増加した時点までの屈曲回数をカウントしたところ、破断屈曲回数は１６０００回であった。次に、繰り返し伸長耐久性試験を行った。繰り返し伸長回数が１万回で電気抵抗が測定不能となり、銅単線が破断していたため、電気抵抗変化率は算出できなかった。

［比較例２］
実施例１で使用した導電糸に代えて銅双線（目付重量０.２６５ｇ/ｍ）を使用し、それ以外の地組織については実施例１と同様のものを使用して実施例１と同様に伸縮性導電体を編成した。

＜伸縮性電体に関する各特性の測定＞
編成した伸縮性導電体を長手方向に２００ｍｍの長さで切断して電気抵抗を測定し、強伸度測定試験を行った。電気抵抗が急激に増加した時点の伸長率を算出したところ、破断伸長率は１４４％であった。次に、屈曲耐久性試験を行った。電気抵抗が急激に増加した時点までの屈曲回数をカウントしたところ、破断屈曲回数は３２０００回であった。次に、繰り返し伸長耐久性試験を行った。繰り返し伸長回数が１万回で電気抵抗が測定不能となり、銅双線が破断していたため、電気抵抗変化率は算出できなかった。

以上のとおり、誘電体である繊維材料の周囲を金属材料により被覆したマルチフィラメントを備えた導電糸を用いることで、伸縮性導電体は、金属材料と同程度の導電性を備えるとともに伸長耐久性、屈曲耐久性、繰り返し伸長耐久性といった各特性に関してバランスの良い特性を備えており、可動部位に対する信号伝送用や電源供給用の導電体として好適な素材であることを確認することができた。

本発明に係る伸縮性導電体は、各種ウエアラブル機器に組み込まれる電源供給や信号伝送用の配線だけでなく、様々な製品や設備が通信ネットワークで接続されるＩｏＴ社会において多機能のテキスタイルと一体化して使用されるエレクトロニクス機器の配線として十分な性能を備えている。具体的には、衣服を中心としたスポーツ関連分野、介護・医療関連分野、防犯・防災などの安全安心に関連する分野から始まり、カーテン、壁材、シート材といったインテリア関連分野、自動車等の移動体に関連する分野、さらには土木・建築といった大型構造物に関連する分野など広範な分野において適用することが可能であり、不可欠な要素となるであろう。

また、単なる配線等の部材としてだけでなく、柔軟かつ耐久性を生かしてアンテナ部材として使用することができ、フレキシブルな電気配線やアンテナ素材が求められている産業機械や大型電子機器、電気自動車などの移動体といった様々な用途に対応して展開されていくことが期待される。

Ａ・・・把持体、Ｂ・・・屈曲バー、Ｃ・・・導電糸、Ｗ・・・重り

Claims (4)

1. 経方向に伸縮性を有する経編組織の緯方向に沿って配列された編目列にそれぞれ緯挿入糸を挿入して編成された地組織と、緯方向に振られるように蛇行して経方向に向かって配置されるとともに前記編目列の編目において前記緯挿入糸とともに挿入して編み込まれている導電糸とを備える伸縮性導電体であって、経方向の破断伸長率が１８０％以上であり、屈曲角度１３５°の動的駆動試験に対して破断屈曲回数が６０万回以上である伸縮性導電体。
2. １００％伸長の繰り返し伸長耐久性試験に対して繰り返し伸長回数１万回で電気抵抗変化率１０％以下である請求項１に記載の伸縮性導電体。
3. 前記導電糸は、繊度が１０デシテックス以下で誘電体である繊維材料の周囲を金属材料により被覆したマルチフィラメント及び当該マルチフィラメントの外周を絶縁材料により被覆する絶縁層を備えている請求項１又は２に記載の伸縮性導電体。
4. 前記マルチフィラメントは、目付が０．１ｇ／ｍ〜１ｇ／ｍで電気抵抗が０．５Ω／ｍ〜１０Ω／ｍであるとともにＫＥＳＦＢ２−ＡＵＴＯ−Ａにより求められる曲げ剛性が０．０４ｇｆ・ｃｍ²／ヤーン〜５ｇｆ・ｃｍ²／ヤーンである請求項３に記載の伸縮性導電体。

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