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Abstract
Description
さらに、生体センサに使用される粘着剤層には、皮膚面と伸縮性基板との間で生体信号を伝える導電性が要求される。導電性を発揮するため、粘着剤層には導電性のフィラーが付与される。導電性フィラーには、グラファイト系、金属系、金属酸化物系、金属被覆系、金属酸化物被覆系等があるが、生体に直接貼り付けられる粘着材料には生体への影響が少ない導電性有機高分子化合物を用いることが好ましい。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、導電性有機高分子化合物を添加した粘着剤層を用いながら、この粘着剤層を使用した製品の製造効率を高めることができる粘着シートに関する。
本実施形態では、配線基板100を伸縮性の基板とし、対象者の身体(生体)に貼り付けて、筋電位等の生体信号を測定する生体センサ101に使用する例を挙げて説明する。
本実施形態では、粘着シート10を皮膚面Sに貼り付けた状態で皮膚面Sに向かう側を裏(裏面、裏側)とし、裏の反対の側を表(表面、表側)とする。図1(a)は粘着シート10を表側から見た上面斜視図であり、図2は粘着シート10を表側から見た上面図である。
また、配線基板100は、上記構成の他、図示しない伸縮性カバーを有している。伸縮性カバーは、伸縮性基材31上の伸縮性配線32を保護するための部材である。
配線基板100の重複領域Oの一方の端部には外部端子51が形成されていて、伸縮性配線32は、外部端子51に接続されている。伸縮性配線32の他方の端部には電極33が接続されている。電極33は、生体と接触して生体信号を検出する。検出された生体信号は、外部端子51から配線基板100に搭載される素子に入力する。
また、配線基板100の伸縮性基材31には、伸縮性基材31を保護し、タック性を有する伸縮性基材31が意図しない部材に貼り付く、あるいはシワになることを防ぐ図示しないセパレータが設けられている。
本実施形態の粘着シート10は、先に第一剥離シート1が粘着剤層3から剥離され、粘着剤層3の表面3aが露出する。露出された表面3aは、配線基板100の裏面と接触し、加圧されて密着する。このような処理により、配線基板100と粘着剤層3とが一体化する。このとき、粘着剤層3の表面3aには配線基板100が密着し、裏面3bには第二剥離シート2が密着した状態になっている。
なお、上述の通り、第一剥離シート1を第二剥離シート2よりも先にかつ確実に剥離させるためには、粘着剤層3とそれら剥離シートの貼合強度のバランスを考慮することが重要となる。すなわち、粘着剤層3と第一剥離シート1との貼合強度を、粘着剤層3と第二剥離シート2との貼合強度よりも低く設定しておくことが望ましい。
上記説明において、「フィルム」や「シート」及び「膜」の文言は、一般的に厚みの薄い形状物を広く含む。すなわち、シート、フィルムまたは膜状物等の称呼の違いにより個別の厚みの大小を規定するものではない。
第一剥離シート1及び第二剥離シート2の素材としては、樹脂や紙を使用することが考えられる。第一剥離シート1及び第二剥離シート2に使用される樹脂としては、例えば、PET(PolyEthylene Terephthalate)フィルムが好適である。本実施形態の第一剥離シート1及び第二剥離シート2は、紙やPETフィルムを基材にし、基材に剥離剤をコーティングして形成される。基材が紙である場合、基材と剥離剤との間に剥離剤が紙に染み込むことを防ぐためにバリア層を設けてもよい。剥離剤には、シリコーン系と非シリコーン系とがある。シリコーン系の剥離剤は、耐熱性に優れるため熱圧工程がなされる剥離シートに好適である。また、非シリコーン系の剥離剤としては、例えば、フッ素系の剥離剤がある。フッ素系の剥離剤は、そのクリーン性(粉塵を発生しない)や帯電防止、高密着性から主に電子機器に好適である。
特に配線基板100と一体化される第二剥離シート2には、配線基板100に追従可能な柔軟性を有することが要求される。このような要求を満たす樹脂には、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、テトラアセチルセルロース、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエステルスルホン、ポリエーテルイミド、環状ポリオレフィン等の樹脂からなるフィルムが挙げられ、中でも機械的強度、耐久性、透明性等に優れたものが好ましい。
第一剥離シート1、第二剥離シート2の厚さは、機械的強度、耐久性、透明性の点から一般的には3μm〜5mmであり、好ましくは5μm〜1mmであり、特に好ましくは10μm〜100μmである。
ポリアニリン類は、アニリンの2位または3位あるいはN位を炭素数1〜18のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、スルホン酸基等で置換した化合物の高分子量体であり、例えば、ポリ2−メチルアニリン、ポリ3−メチルアニリン、ポリ2−エチルアニリン、ポリ3−エチルアニリン、ポリ2−メトキシアニリン、ポリ3−メトキシアニリン、ポリ2−エトキシアニリン、ポリ3−エトキシアニリン、ポリN−メチルアニリン、ポリN−プロピルアニリン、ポリN−フェニル−1−ナフチルアニリン、ポリ8−アニリノ−1−ナフタレンスルホン酸、ポリ2−アミノベンゼンスルホン酸、ポリ7−アニリノ−4−ヒドロキシ−2−ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。
ポリピロール類の誘導体としては、前記ポリピロール類にドーパントをドープまたは混合したもの等が挙げられる。ドーパントとしては、前述のものが使用できる。
ポリチオフェン類の誘導体としては、前記ポリチオフェン類にドーパントをドープまたは混合したもの等が挙げられる。ドーパントとしては、先に例示したものが使用できる。
水系エマルジョン粘着剤としては、成膜性があり、粘着性を有するものであれば特に制限はなく、アクリル系エマルジョン粘着剤、酢酸ビニル系エマルジョン粘着剤及びエチレン−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン粘着剤等が挙げられる。
上記の水系エマルジョン粘着剤のうち、本実施形態では、粘着性、透明性に加え、耐候性、耐熱性、耐油性等も付与できるという観点からアクリル系エマルジョン粘着剤が好ましい。また、粘着剤に透明性を付与することには、粘着剤層3を配線基板100に貼合をした際に、異物付着や貼りずれの確認等の種々検査が容易になるという利点を生じる。
アクリル系エマルジョン粘着剤は、アクリル系共重合体を主成分として構成されるものであり、分散媒として水を使用し、通常は、各種乳化剤を用いて(メタ)アクリル酸アルキルエステル等の不飽和モノマー及び所望により官能基含有モノマーや他の単量体とを乳化重合して製造することができる。
その他の単量体としては、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;エチレン、プロピレン、イソブチレン等のオレフィン類;塩化ビニル、ビニリデンクロリド等のハロゲン化オレフィン類;スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン系単量体;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系単量体等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。その他の単量体は、単量体全量に対して、通常0.1〜5.0質量%が好ましく、0.3〜5.0質量%含むことが好ましく、1.0〜3.0質量%を含むことがさらに好ましい。
非反応性乳化剤としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルスルホコハク酸ナトリウム等のアニオン系乳化剤、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー等のノニオン系乳化剤等が挙げられる。
ノニオン型反応性乳化剤としては、「アデカリアソープNE−10」等の市販品が挙げられるが、反応性を有していればよく、特にこれらに限定されない。
これら乳化剤の使用量は、先に挙げたモノマーの混合物100質量部に対して有効成分(溶媒や各種添加剤を除いた成分)で0.1〜8.0質量部が好ましく、0.5〜5.0質量部がさらに好ましい。使用量がこの範囲であれば、乳化重合安定性、得られる水系エマルジョン粘着剤の保存安定性、機械安定性が良好である。
乳化重合の条件としては、特に限定されず、通常の乳化重合で適用される条件をそのまま適用することができる。一般的には、反応器内を不活性ガスで置換した後、還流下撹拌しながら昇温を開始し40〜100℃程度の温度範囲で昇温開始後1〜8時間程度重合を行う。
また、アクリル系エマルジョン粘着剤中のアクリル系共重合体の濃度は通常、30〜70質量%が好ましい。
さらに、アクリル系共重合体の重量平均分子量は、粘着性能等の点から、Mwで10万〜300万であることが好ましく、さらに好ましくは40万〜200万の範囲である。
水系エマルジョン粘着剤は、液性が強塩基性でないことが好ましい。水系エマルジョン粘着剤の液性が強塩基性であると、導電性有機高分子化合物を配合した場合に、導電性有機高分子化合物が析出する可能性がある。水系エマルジョン粘着剤の液性は、好ましくはpH13未満である。
平均粒子径がこの範囲であれば、安定なエマルジョン粒子が得られ、乳化剤の使用量が多くなるのを防止することができる。エマルジョン粒子の平均粒子径は重合時に添加する乳化剤の種類や濃度、重合開始剤濃度等でコントロールすることができる。
本実施形態において、水系エマルジョン粘着剤には、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲内で、消泡剤、防腐剤、防錆剤、溶剤、粘着付与剤、安定剤、増粘剤、架橋剤、可塑剤、濡れ剤、無機粉末や金属粉末等の充填剤、顔料、着色剤、紫外線吸収剤等の公知の各種添加剤を添加することができる。
アクリル粘着剤とPEDOT及びPSSの混合は、手作業で行ってもよいし、マグネットスターラ等の機器を用いて行うものであってもよい。
なお、以降、本実施形態でいう粘着材料は、少なくともアクリル粘着剤とPEDOT及びPSSとを混合したものを指す。
また、塗付は、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の粘着材料をインクとして用いる方法によって行うものであってもよい。また、塗付は、バーコート法、スリットコート法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、ディップコート法及びスピンコート法等により行ってもよい。
また、本実施形態では、粘着材料を第二剥離シート2に塗付することに限定されず、第一剥離シート1に塗付してもよい。第一剥離シート1と第二剥離シート2は、同一の素材を用いるものであってもよいし、別の素材を用いるものであってもよい。また、同様の処理が施されたものであってもよいし、異なる処理が施されるものであってもよい。
粘着剤層3の膜厚の下限は特に限定されないが、膜厚が均一な粘着剤層3を安定して形
成しやすいことから、例えば5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。
粘着剤層3は、上記のように、導電性有機高分子化合物を含んでいるために導電性を有していることから、皮膚面Sから得られる生体信号を電極33に伝えることができる。また、このような粘着剤層3は、導電性に異方性を有し、異方性は、粘着剤層3の面内方向に高抵抗、厚さ方向に低抵抗に発揮される。このため、粘着剤層3が貼り付けられた配線基板100は、皮膚面Sから得られる生体信号が粘着剤層3を介して適正に伸縮性配線32に向けて導かれ、図示しない素子に入力する。
単層である粘着剤層3の表面3aと裏面3bとで粘着力を変えることは、第一剥離シート1及び第二剥離シート2のそれぞれ粘着剤層3に向かう面の状態を変更することによって可能になる。第一剥離シート1、第二剥離シート2の状態は、第一剥離シート1、第二剥離シート2の素材の選択や表面加工によって変更することができ、加工としては上記した剥離剤のコーティング等がある。
なお、上記粘着力の評価は、JIS規格Z0237(粘着力)の試験方法に準拠して行った。この試験では、粘着剤層3の表面3aに、配線基板100のうち被験者の皮膚面に貼り付けられる箇所に相当する位置となる伸縮性基材31が貼り合されたものを検体として用いている。
また、本実施形態の粘着シート10は、生体から出力される電気信号を検出する生体センサ101の他、生体に電気信号を与えるEMS(Electrical Muscle Stimulation)デバイスにも使用することができる。粘着シート10は、公知のハイドロゲル等の粘着シートよりも生体に対して高い粘着性を示すので、EMSデバイスの使用中に使用者が動いてもEMSデバイスが生体から剥がれ落ちることをなくすことができる。また、粘着シート10は公知の粘着シートと同等の電気伝導性を有するので、生体への粘着性が高い分だけ電気信号を効率的に生体に伝えて筋肉に良好な刺激を与えることができる。
さらに、本実施形態の粘着シート10は、使用の都度EMSデバイスに貼り付けられ、使用後には剥がして使い捨てにすることができる。このため、粘着シート10を使用したEMSデバイスは、パッドを複数回使用することを前提にした公知のEMSデバイスよりも衛生面で好ましいものと言える。
図4は、本実施例で電気特性の検出に使用される素子6を説明するための模式図である。素子6は、PET等に代表されるフィルム基材61と、フィルム基材61上に離間した状態で印刷形成された2つの銀(Ag)電極62と、それぞれの銀(Ag)電極62をつなぐように貼付された粘着剤層3からなる配線63と、から構成されている。
No5の粘着剤層3は、PEDOT:PSSに液体のものを用いている。
液体のPEDOT:PSSは、例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホナート)1.1%の中性の水溶液である。
粘着力の定量測定は、JIS Z 0237の規格に沿って行った。また、粘着力の官能評価は、粘着剤層3に指を3回から5回程度当てる、あるいは実際に生体に貼り付けて剥離時の感触を調べることによって行っている。
接触インピーダンスに着目すると、No3及びNo4の粘着剤層3が特に好ましいが、No3及びNo4の粘着剤層3は、上述のように粘着力の点で不適切である。以上のことから、本実施例によれば、No2及びNo5の粘着剤層3が生体センサ101に適用することが可能であることが分かった。
図5(a)から図6(c)は、乾燥する前の粘着剤層3の粘着材料を上方から顕微鏡により観察した結果を示す図である。図5(a)及び図5(b)はNo1の粘着材料であり、図5(b)は、図5(a)をさらに拡大して示している。図5(c)及び図5(d)はNo2の粘着材料であり、図5(d)は、図5(c)をさらに拡大して示している。図6(a)及び図6(b)はNo3の粘着材料であり、図6(b)は、図6(a)をさらに拡大して示している。図6(c)は、No5の粘着材料である。
本発明者らは、凝集の程度を定量的に測るため、島状の部位を観察し、この部分を略円形の「粒」に近似した場合の径(粒径)を計測して平均化した。さらに、本発明者らは、粘着材料の観察範囲(顕微鏡の視界)中で島状の部分が占める面積の割合を算出した。この結果を、各粘着剤層3の体積抵抗率と共に表4に示す。なお、体積抵抗率は、図4に示す素子6を使って複数回測定し、その平均を算出したものである。体積抵抗率は、24時間の養生後に測定した。測定された体積抵抗率をDC換算して表4に示す。
また、表4によれば、PEDOT:PSSを8.6%含むNo3の粘着材料は、PEDOT:PSSの粒径が識別できないほどに密集し、また、液体のPEDOT:PSSを2.2%含むNo5の粘着材料は、PEDOT:PSSの粒径が識別できないほどに分散していることが分かる。
また、本発明者らは、No2の粘着材料について、島状の部分の径が他の素子の粘着材料よりも大きく、PEDOT:PSSがオリバイン(登録商標)BPW HW−1に充分分散していないと考える。そして、本発明者らは、粘着材料の分散の程度がノイズに係る粘着剤層の特性に影響するものと考える。
このような点により、本発明者らは、粘着材料の凝集、分散の程度を制御することによって粘着剤層の異方導電性を制御することができるものと考える。
次に、先に説明した本実施形態の変形例を説明する。本変形例は、図1(a)、図1(b)に示した構成が配線基板100の裏面の全面に粘着剤層3を貼り付けているのに対し、配線基板100の電極33の部分にのみ粘着剤層を設けている。
ここで、「互いに孤立した」とは、複数の粘着剤層3c、3d、3e、3fの全てについて互いに接触または交わる部分がないことをいう。粘着剤層3c、3d、3e、3fは、各々表面3ca、3da、3ea、3faが配線基板100の裏面に粘着し、裏面3cb、3db、3eb、3fbが皮膚面Sに粘着する。
粘着剤層3c、3d、3e、3fの位置及び形状は、各々配線基板100が有する四つの電極33の位置及び形状に対応していて、粘着剤層3c、3d、3e、3fは、各々電極33に直接粘着する。
すなわち、本変形例では、先に説明した実施形態と同様に、第二剥離シート2上に粘着材料を塗付して乾燥させ、粘着剤層3を形成する。そして、粘着剤層3の上から第一剥離シート1とは別の第三剥離シート(図示せず)を貼り付けて、第三剥離シートごと粘着剤層3をプレス打抜加工する。プレス打抜加工は、粘着剤層3の不要な部分(粘着剤層3c、3d、3e、3f以外の部分)を除去するための工程である。プレス打抜加工においては、図示しないプレス機により第三剥離シート、粘着剤層3に切り込みを入れる。このとき、本変形例では、第二剥離シート2の側にも第二剥離シート2の厚さの半分程度、あるいは半分に満たない深さまで切り込みを入れて第二剥離シート2をハーフカットする。このような工程により、本変形例では、第二剥離シート2から粘着剤層3の不要部分を確実に除去することができる。
次に、本変形例では、プレス打抜加工された粘着剤層3から、粘着剤層3cから粘着剤層3fを除く部分を除去する。このとき、粘着剤層3cから粘着剤層3fを除く粘着剤層上の第三剥離シートは、粘着剤層と共に除去される。さらに、粘着剤層3cから粘着剤層3f上の第三剥離シートも除去されて、粘着剤層3cから粘着剤層3f上には第一剥離シート1が貼り付けられる。
(1)配線基板を、前記配線基板が貼り付けられる被貼り付け面に貼り合せることに用いられる粘着シートであって、導電性有機高分子化合物と粘着材料とを含む粘着剤層と、前記粘着剤層の第一面に設けられる第一剥離シートと、前記粘着剤層において前記第一面の裏面に当たる第二面に設けられる第二剥離シートと、を有する、粘着シート。
(2)前記粘着材料は、水系エマルジョン粘着剤を含む導電性の粘着剤組成物である、(1)の粘着シート。
(3)前記第一面と前記第一剥離シートとの間の粘着力が、前記第二面と前記第二剥離シートとの間の粘着力よりも弱い、(1)または(2)の粘着シート。
(4)前記粘着剤層は、前記第一剥離シートと前記第二剥離シートとの間で単層である、(1)から(3)のいずれか一つの粘着シート。
(5)前記粘着剤層は、互いに孤立した複数のアイランドを有する、(1)から(4)のいずれか一つの粘着シート。
(6)前記粘着剤層の厚さは、20μm以下である、(1)から(5)のいずれか一つの粘着シート。
(7)前記粘着剤層の生体に対する粘着力は、0.08N/mm以上、かつ0.3N/mm以下である、(1)から(6)のいずれか一つの粘着シート。
(8)前記粘着剤層は、10Hz、±0.04μAの矩形波を供給した場合の生体に対する接触インピーダンスが150kΩ以下である、(1)から(7)のいずれか一つの粘着シート。
(9)前記導電性有機高分子化合物が、ポリアニリン類、ポリピロール類及びポリチオフェン類ならびにそれらの誘導体の少なくとも一種である(2)の粘着シート。
(10)前記水系エマルジョン粘着剤が、アクリル系エマルジョン粘着剤である(9)の粘着シート。
2・・・第二剥離シート
3、3c、3d、3e、3f・・・粘着剤層
3a、3ca、3da、3ea、3fa・・・表面
3b、3cb、3db、3eb、3fb・・・裏面
6・・・素子
10、70・・・粘着シート
31・・・伸縮性基材
32・・・伸縮性配線
33・・・電極
35・・・フィルム基材
51・・・外部端子
61・・・配線マスク
62・・・電極
63・・・配線
100・・・配線基板
101・・・生体センサ
Claims (10)
- 配線基板を、前記配線基板が貼り付けられる被貼り付け面に貼り合せることに用いられる粘着シートであって、
導電性有機高分子化合物と粘着材料とを含む粘着剤層と、
前記粘着剤層の第一面に設けられる第一剥離シートと、
前記粘着剤層において前記第一面の裏面に当たる第二面に設けられる第二剥離シートと、を有する、
粘着シート。 - 前記粘着材料は、水系エマルジョン粘着剤を含む導電性の粘着剤組成物である、請求項1に記載の粘着シート。
- 前記第一面と前記第一剥離シートとの間の粘着力が、前記第二面と前記第二剥離シートとの間の粘着力よりも弱い、請求項1または2に記載の粘着シート。
- 前記粘着剤層は、前記第一剥離シートと前記第二剥離シートとの間で単層である、請求項1から3のいずれか一項に記載の粘着シート。
- 前記粘着剤層は、互いに孤立した複数のアイランドを有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の粘着シート。
- 前記粘着剤層の厚さは、20μm以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載の粘着シート。
- 前記粘着剤層の生体に対する粘着力は、0.08N/mm以上、かつ0.3N/mm以下である、請求項1から6のいずれか一項に記載の粘着シート。
- 前記粘着剤層は、10Hz、±0.04μAの矩形波を供給した場合の生体に対する接触インピーダンスが150kΩ以下である、請求項1から7のいずれか一項に記載の粘着シート。
- 前記導電性有機高分子化合物が、ポリアニリン類、ポリピロール類及びポリチオフェン類ならびにそれらの誘導体の少なくとも一種である請求項2に記載の粘着シート。
- 前記水系エマルジョン粘着剤が、アクリル系エマルジョン粘着剤である請求項9に記載の粘着シート。
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