JP2018138343A - 積層導電材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ベース層2と、ベース層2上に配置された伸縮性を有する導電材3と、少なくとも導電材3を包含する範囲でベース層2上を覆う第1層4と、第1層4を覆う第2層5とを有しており、第1層4は低融点樹脂材により形成され、第2層5は第1層4よりも融点の高い高融点樹脂材により形成され、ベース層2は第1層4よりも融点の高い高融点樹脂材により形成されていることにより、低融点樹脂材より成る第1層4が、ベース層2に導電材3を押し付けながら導電材3まわりを弾性的に固定すると共に第2層5及びベース層2との積層界面を密着一体化させるパターン封じ込め層を形成し、高融点樹脂材より成る第2層5及びベース層2が防水層を形成している積層導電材1。
【選択図】図1
Description
しかしこの特許文献1が開示している技術的思想は、基礎側の絶縁層にしろ、或いは表側の絶縁層にしろ、樹脂材によって単層(1層のみ)にすることについてしか考慮されていない。
特許文献1に記載された配線シートでは、基礎側及び表側の絶縁層が単層とされているが故に、これら絶縁層を形成する樹脂材には『限定されない』とは説明しつつも、前記のように高密性をはじめ、弾性、靱性、強度、硬度等の物性につき、その全てを満足させるものとして厳選しなければならないのが実情と言える。実際のところ、これら全てを満足させる樹脂材の選出は難しいものであったため、要求される物性のいくつかは妥協せざる得ないものとなっている。
ここにおいて、この加熱処理時には、積層界面に配置した導電材が流動するおそれがあり、この流動が原因となって積層後の導電材に位置ズレや変形が起こってしまうという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、バイタルデータの採取や電気治療などに使用可能とする積層導電材において、要求される物性の全て、殊に積層方向の表裏
両面での防水性等を満足させることができ、そのうえで導電材を高精度で配置することができるようにした積層導電材及びその製造方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明に係る積層導電材は、ベース層と、前記ベース層上に配置された伸縮性を有する導電材と、少なくとも前記導電材を包含する範囲で前記ベース層上を覆う第1層と、前記第1層を覆う第2層と、を有しており、前記第1層は低融点樹脂材により形成され、前記第2層は前記第1層よりも融点の高い高融点樹脂材により形成され、前記ベース層は前記第1層よりも融点の高い高融点樹脂材により形成されていることにより、前記低融点樹脂材より成る前記第1層が、前記ベース層に前記導電材を押し付けながら当該導電材まわりを弾性的に固定すると共に前記第2層及び前記ベース層との積層界面を密着一体化させるパターン封じ込め層を形成し、前記高融点樹脂材より成る前記第2層及び前記ベース層が防水層を形成していることを特徴とする。
更には、前記ベース層の下には前記第1接着層により第1生地が固着されており、前記第2層の上には前記第2接着層により第2生地が固着されているものとしてもよい。
なお、前記第1層及び前記第2層の同一箇所には、前記導電材の一部を当該第2層上方へ露出させる接点用孔が貫通形成されており、前記第2層上には前記接点用孔内に設けられる通電補助材を介して前記導電材と導通する電極が設けられたものとしてもよい。
一方、本発明に係る積層導電材の製造方法は、低融点樹脂材より成る第1層又は当該第1層よりも融点の高い高融点樹脂材より成るベース層の片面に伸縮性を有する導電材を設け、少なくとも前記導電材を挟み込む範囲で前記ベース層と前記第1層とを重ね合わせると共に、前記第1層よりも融点の高い高融点樹脂材より成る第2層により前記第1層を前記ベース層との間で挟み込むように重ね合わせ、これらベース層、導電材、第1層、及び第2層による複合体を前記第1層の融点より高温であり且つ前記ベース層及び前記第2層の融点より低温である温度で加熱プレスすることにより、前記低融点樹脂材より成る前記第1層が、前記ベース層に前記導電材を押し付けながら当該導電材まわりを弾性的に固定すると共に前記第2層及び前記ベース層との積層界面を密着一体化させるパターン封じ込め層を形成し、前記高融点樹脂材より成る前記第2層及び前記ベース層が防水層を形成している積層導電材を製造することを特徴とする。
図1は、本発明に係る積層導電材1の第1実施形態を分解して示している。この図1に示すように、積層導電材1は、ベース層2と、このベース層2上に配置された伸縮性を有する導電材3と、少なくともこの導電材3を包含する範囲でベース層2上を覆う第1層4と、この第1層4を覆う第2層5と、を有していることを基本構成とする。ベース層2、第1層4、及び第2層5は、いずれも樹脂材により形成されている。
そして、製造過程ではこの融点の違いを利用して、第2層5は溶融させないまま第1層4の積層界面のみを溶融させて、当該第1層4に自着性が発現するように加熱してあり、その結果、第1層4と第2層5との積層界面を密着一体化させたものである。
また製造過程では、この融点の違いを利用してベース層2は溶融させないまま第1層4の積層界面のみを溶融させて、当該第1層に自着性が発現するように加熱してあり、その結果、導電材3がベース層2に接触している外周縁部を含め、第1層4とベース層2との積層界面を密着一体化させたものである。
言い換えれば、この第1層4の存在により、第2層5とベース層2とを加えた3層(「導電材3を加えた4層」と言うこともできる)が積層一体化されたものであって、このうち第1層4は、その層中に導電材3を封じ込めるための「パターン封じ込め層」を形成していると言うことができる。
これに対し、第2層5やベース層2は高融点樹脂材より形成されていることから、第1層4に比べて弾性や強度が強く、また硬度も高い。とは言え、第2層5やベース層2は弾
性や靱性を全く備えていないわけではなく、曲げや伸縮にもある程度、対応できるものである。
なお、本第1実施形態では、ベース層2の下に第1接着層7によって第1生地10が固着されたものとしてある。また、第2層5の上に第2接着層8によって第2生地11が固着されたものとしてある。図1において(後述の図2でも同じ)、これら第1接着層7や第2接着層8は一定肉厚の層として描いてあるが、これは理解を容易にするためのものであって、実際には第1生地10や第2生地11に対して含浸状態となっていることもある。
第1層4を形成する低融点樹脂材の融点は、特に限定されるものではないが、強いて具体例を挙げるとすれば、90〜150℃程度のものを採用するのが好適である。なかでも120℃前後のものを選択するのが好適である。
90℃よりも融点が低い樹脂材では強度や硬度等が不足する場合がある。また150℃を超える樹脂材では、弾性や靱性が不足する傾向を示すと共に、強度、硬度等が必要以上に高くなる場合がある。更に、第2層5との組み合わせにおいて融点の差別化を図りにくい場合が生じる。
なお、第2層5とベース層2とは同じ樹脂材を用いることが可能である。勿論、第2層5とベース層2とで樹脂材を異ならせることも可能である。この場合、第2層5とベース層2との間で融点に差が生じるようにしてもよい。
これら第1層4を形成する低融点樹脂材と、第2層5やベース層2を形成する高融点樹脂材とを準備する一例を示せば、それぞれ必要とされる融点や応力等の物性が得られるように、ポリエステル系ポリウレタンを元にしてその原料組成(配合)を適正に異ならせる方法を挙げることができる。
導電材3は、配線方向に伸縮自在であると共に曲げや折り、カーブに対応した変形が許容され、伸長等させた後の復元が可能であり、更に配線方向に連続して導電性を有したものとされる。これらの物性を有したものであれば、その細部構造は殊更限定されるものではない。
導電材の配線形状は、図4(d)に示すような直線パターンとすればよい。ただ、場合によっては、図4(a)に示すように配線方向でジグザグにしたものや、図4(b)に示すようにジグザグの折り角部分にサインカーブを採り入れた等幅のもの、或いは図4(c)に示すように同じサインカーブを採り入れたうえで更にカーブ部の線幅を太くしたもの等としてもよい。これらジグザグパターンやサインカーブパターンを採用することで、配線方向に沿った伸縮性を豊富にさせることが可能となる。
用いることも可能である。
導電材3をプリント層により形成する場合、その形成方法には、ベース層2に対して、公知の印刷方法により導電パターン(図4参照)を直接印刷する方法を採用するのが好適である。
そして、第1層4又はベース層2が軟化する程度の温度で加熱して、第1層4又はベース層2に対して導電パターンが固着された状態にする(導電パターンの厚さだけ沈み込ませるようにしてもよい)。この状態で離型フィルムを剥離することで、導電パターンを備えた第1層4又はベース層2が得られることになるので、この第1層4又はベース層2を他の層と積層させるというものである。
プリント用のインク素材に混合する導電材料には、銅、カーボン、銀、塩化銀、チタン、ニッケル、白金、アルミニウム、ステンレス等を単独又は複合的に用いることができる。必要に応じてバインダーを混合してもよい。バインダーには、例えばポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテル、ポリウレタン、シリコーン、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル、酢酸ビニル塩化ビニル、酢酸ビニル共重合体等を単独又は複合的に用いることができる。
ただ、この印刷厚に関しては導電性だけが問題になるのではなく、薄すぎた場合に伸縮性や伸縮時の脆性などに少なからず影響が及ぶことがある。殊に断線には注意を要する。例えば、スクリーン印刷を採用すれば1〜20μmとすることができるので、このなかで10μm前後とするのが好適と言える。
編組織には、例えば平編、ゴム編、スムース編、パール編又はそれらの変化組織(例えば、ミラノリブ、段ボールニット、鹿の子、パイルなど)を採用することができる。またこれら列挙したような緯編みで編成される組織に限らず、経編みで編成される組織(トリコット編、ラッシェル編、ミラニーズ編など)としてもよい。
導電繊維において、金属素線や金属被覆線等に含ませる金属成分の具体例としては、金、白金、銀、銅、ニッケル、クロム、鉄、銅、亜鉛、アルミ、タングステン、ステンレスなどが好適となる。その他にも、チタン、マグネシウム、錫、バナジウム、コバルト、モリブデン、タンタル等の純金属をはじめ、それらの合金(真鍮、ニクロムなど)を挙げることができる。
また、芯材を金属製の線材とするときでは溶射法、スパッタ法、CVD法等を採用する
こともできる。芯材にはモノフィラメント、マルチフィラメント、紡績(スパン)糸を使用すればよく、或いはウーリー加工糸やSCY、DCYなどのカバリング糸、毛羽加工糸などの嵩高加工糸を使用することもできる。
縫製品については、伸縮性のある縫い方として、2本針、3本針、チドリ、環縫いなどを用いることができる。また、伸びる糸を使用した場合には、本縫いなどの縫い方を採用することもできる。
これら第1接着層7や第2接着層8を形成する低融点樹脂材には、第1層4と同じ樹脂材を用いることが可能である。勿論、第1層4とは樹脂材を異ならせることも可能である。この場合、ベース層2や第2層5を形成する高融点樹脂材よりも融点が低いという条件を満たせば、第1層4との間で融点に差が生じるようにしてもよい。
言うまでもなく、第1生地10や第2生地11の形体についても何ら限定されるものではない。例えば、第1生地10又は第2生地11は、衣類の形体に形成することが可能である。衣類には、上衣や下衣をはじめ、腕や胴体(腹部〜胸部)、脚などを通す筒状の形体を含むものとする。この他、腕や胴体、脚などに巻き付ける帯状の形体に形成することも可能である。
まず、高融点樹脂材より成るベース層2に対して、その片面に導電材3を設ける。或いはベース層2ではなく、低融点樹脂材より成る第1層4に対して導電材3を設けるようにしてもよい。
ベース層2又は第1層4に対して導電材3を設ける方法は、導電材3をプリント層により形成するか、その他の形成素材(繊維構造体や金属線等)により形成するかによって異なる。
次に、導電材3を設けたベース層2に対し、導電材3を覆うように第1層4を重ね合わせる。言うまでもなく、導電材3を第1層4に設けた場合であれば、上記とは反対に第1層4に対し、導電材3を覆うようにベース層2を重ね合わせる。
次に、これらベース層2、導電材3、第1層4、第2層5による複合体を、第1層4の融点より高温であり且つベース層2及び第2層5の融点より低温である温度で加熱する。例えば、第1層4の融点を120℃、ベース層2及び第2層5の融点を200℃とする場合は、120℃以上200℃未満の加熱温度とする(より具体的には150〜160℃程度とするのが好適である)。
ところで、第1層4と第2層5は、低融点樹脂材と高融点樹脂材との組み合わせとなっている。そこで、これら第1層4と第2層5は、予め互いに表裏一体化された合成シートとして準備しておくことができる。
この手順を採用することで、第1層4と第2層5とを重ね合わせるための手間が省け、作業の簡略化及び時間短縮化が図れる利点が得られる。
このようにすることで、第1接着層7とベース層2とを重ね合わせるための手間が省け、作業の簡略化及び時間短縮化が図れる利点が得られる。
この場合、第1生地10や第2生地11に化繊など、融点の低い素材を用いている場合には、加熱温度がこれらの融点よりも低い温度となるように留意する。言い換えれば、第1接着層7や第2接着層8に用いる樹脂材を選出するには、第1生地10や第2生地11よりも融点が低くなるように留意する。
以上詳説したところから明らかなように、本発明に係る積層導電材1では、導電材3の上に、第1層4と第2層5とを含む複数の層が積層形成された構成となっている。また第1層4がベース層2に導電材3を押し付け固定しながら第1層4とベース層2とによる積層一体化によって導電材3を封じ込めているので、導電材3の下は、ベース層2が単層として存在していた従来のものとは本質的に異なる構成となっている。
また第2層5やベース層2は、高融点樹脂材より形成されているので、曲げや伸縮によって簡単にはクラック等が生じない程度に弾性や強度、硬度、耐水圧を備えて、導電材3に対する「防水層」を形成している。
図3は、本発明に係る積層導電材1の第2実施形態を示している。本第2実施形態が前記した第1実施形態と異なるところは、第2層5の上に電極15が設けられている点にある。
なお、本第2実施形態では、第1層4と第2層5とが、予め、互いに表裏一体化された合成シート20とされたものを用いてあり、第1接着層7とベース層2についても、予め、互いに表裏一体化された合成シート21とされたものを用いてある。
電極15には、導電材料を含んだ繊維により繊維構造体(編組織、織組織、不織布など)に形成されたものを採用することができる。繊維構造体の具体例としては、前記した第1実施形態に関して導電材3を繊維構造体で形成する場合を説明した内容と略同じものになるので、ここでの詳説は省略する。
電極15は、第2生地11よりも分厚く形成することができる。このようにすることで、電極15の外周部が第2生地11よりも突出したエッジを形成するようになる。そのため、このエッジにより、電極15が肌との横ズレ防止作用(滑り止め作用)や密着性を高める作用等を奏するようになり、心電図や筋電図等のデータ採取等を行うに際しては電位の波形を良好に取り出す利点に繋がり、また電気治療や電磁波治療等を行うに際しては電流を良好に印加できる利点に繋がる。
通電補助材23の形成素材としてポリウレタン等の熱可塑性樹脂を含めているのは、加熱溶融時に加圧により透過性を生じ、その透過性によって導電材3と電極15との間を完全に絶縁するものとはならず、もって導通(導電材3と電極15との間の導電性)を確保できるためである。このように、通電補助材23は、導電材3と電極15とを導通させることができるものであれば、それ自体が導電性を有したものである必要はない。
なお、本第2実施形態のように、第2層5上に電極15を設ける場合、導電材3は、電極15とオーバーラップする部位(接点用孔22が形成される箇所)を非伸縮性材によって形成することもできる。非伸縮性材としては、織構造によるものとしたり金属片や炭素材などとしたりすることができる他、ヤング率の比較的大きな繊維構造物、導電ゴムなどとしてもよい。
図3は、第1実施形態の積層導電材1(図1)を配線部に用い、第2実施形態の積層導電材1(図2)を電極部に用いた例を示している。
図5では、波形のピークが、それぞれ1回の伸縮における最大伸度時の抵抗変化率を示しており、またこの波形が10個連続していることが、伸縮の繰り返しを行ったことを示している。
ところで、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて更に適宜変更可能である。
本発明に係る積層導電材1の製造方法において、積層一体化のための加熱プレスは、必要とされる層を全て重ね合わせてから、まとめて行うようにしてもよいし、一部の層を重ね合わせるごとに、複数回に分けて行うようにしてもよい。
2 ベース層
3 導電材
4 第1層
5 第2層
7 第1接着層
8 第2接着層
10 第1生地
11 第2生地
15 電極
20 合成シート
21 合成シート
22 接点用孔
23 通電補助材
Claims (8)
- ベース層と、前記ベース層上に配置された伸縮性を有する導電材と、少なくとも前記導電材を包含する範囲で前記ベース層上を覆う第1層と、前記第1層を覆う第2層と、を有しており、
前記第1層は低融点樹脂材により形成され、
前記第2層は前記第1層よりも融点の高い高融点樹脂材により形成され、
前記ベース層は前記第1層よりも融点の高い高融点樹脂材により形成されていることにより、
前記低融点樹脂材より成る前記第1層が、前記ベース層に前記導電材を押し付けながら当該導電材まわりを弾性的に固定すると共に前記第2層及び前記ベース層との積層界面を密着一体化させるパターン封じ込め層を形成し、
前記高融点樹脂材より成る前記第2層及び前記ベース層が防水層を形成している
ことを特徴とする積層導電材。 - 前記ベース層の下には、当該ベース層を形成する高融点樹脂材よりも融点の低い低融点樹脂材により形成された第1接着層が設けられており、
前記第2層の上には、当該第2層を形成する高融点樹脂材よりも融点の低い低融点樹脂材により形成された第2接着層が設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の積層導電材。 - 前記ベース層の下には前記第1接着層により第1生地が固着されており、
前記第2層の上には前記第2接着層により第2生地が固着されていることを特徴とする請求項2記載の積層導電材。 - 前記導電材は、導電性素材を用いてプリントされたプリント層又は導電材料を含んだ繊維構造体により形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の積層導電材。
- 前記第1層及び前記第2層の同一箇所には、前記導電材の一部を当該第2層上方へ露出させる接点用孔が貫通形成されており、
前記第2層上には前記接点用孔内に設けられる通電補助材を介して前記導電材と導通する電極が設けられていることを特徴とする請求項1記載の積層導電材。 - 前記導電材は、前記電極とオーバーラップする部位が非伸縮性材によって形成されていることを特徴とする請求項5記載の積層導電材。
- 低融点樹脂材より成る第1層又は当該第1層よりも融点の高い高融点樹脂材より成るベース層の片面に伸縮性を有する導電材を設け、
少なくとも前記導電材を挟み込む範囲で前記ベース層と前記第1層とを重ね合わせると共に、前記第1層よりも融点の高い高融点樹脂材より成る第2層により前記第1層を前記ベース層との間で挟み込むように重ね合わせ、
これらベース層、導電材、第1層、及び第2層による複合体を前記第1層の融点より高温であり且つ前記ベース層及び前記第2層の融点より低温である温度で加熱プレスすることにより、
前記低融点樹脂材より成る前記第1層が、前記ベース層に前記導電材を押し付けながら当該導電材まわりを弾性的に固定すると共に前記第2層及び前記ベース層との積層界面を密着一体化させるパターン封じ込め層を形成し、
前記高融点樹脂材より成る前記第2層及び前記ベース層が防水層を形成している積層導電材を製造する
ことを特徴とする積層導電材の製造方法。 - 前記第1層と前記第2層とは互いに表裏一体化された合成シートとして準備しておき、
前記ベース層又は前記合成シートの前記第1層に対して導電材を設けた後、
前記合成シートの前記第1層側に向けて前記ベース層を重ね合わせることにより前記複合体を得ることを特徴する請求項7記載の積層導電材の製造方法。
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