JP2021080598A - 複合糸及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電子部品を担持する導電糸を含むとともに、織成加工又は編成加工の加工中及び加工後の柔軟性、耐伸縮性及び耐屈曲性に優れた複合糸及び複合糸を効率よく量産することが可能な製造方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明に係る複合糸Ａは、所定の長さに設定されるとともに電子部品１０を担持する複数の導電糸１１及び糸長方向に配列された導電糸１１の端部をそれぞれ連結固定する複数の連結用絶縁糸１２を有する糸本体Ｂと、糸本体Ｂの周囲に巻き付けられた保護用絶縁糸１３とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を担持する複合糸及びその製造方法に関する。

従来より衣料品に用いられる糸や布帛に電気的な性質を付与して電子部品を担持させた複合糸が提案されている。こうした複合糸を衣料品の製造に用いることで電子部品を実装した衣料品の実用化が進められている。

電子部品を担持した複合糸としては、例えば、特許文献１では、繊維材料からなる糸本体に電子部品が固定された支持体を巻付けて固定し、支持体を巻き付けて固定した糸本体の周囲に保持糸を巻き付けて被覆するようにした複合糸が記載されている。また、特許文献２では、コアの周囲にワイヤ部分を設けられたチップ素子とともに被覆用ファイバを巻付けたワイヤが記載されている。また、特許文献３では、ＲＦＩＣ素子及びＲＦＩＣ素子に接続される導電性を有するアンテナ線を備えるＲＦＩＤモジュールを筒編地からなる鞘部で被覆するようにした点が記載されている。

また、こうした複合糸に用いる素材として、特許文献４では、絶縁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からなる導電糸が記載されている。こうした導電糸は、柔軟性及び導電性を備えるとともに高周波伝送損失が低く屈曲耐久性を備えている。特許文献５では、アンテナを内蔵するＲＦＩＤモジュールの外周面にブースターアンテナの一部を巻き付けて樹脂製の接着剤で固定したＲＦＩＤタグが記載されている。

特許第５９９４０７７号公報 特許第５８１５６９２号公報 国際公開第２０１９／１５１４７５号 特開２０１７−７５４２４号公報 特開２０１９−８２７９７号公報

特許文献１及び２に記載されているように、糸本体に電子部品を担持させる場合、電子部品を糸本体に巻き付けて固定したり、コアと被覆ファイバの間に素子を投入する、といった別の複雑な作業工程が必要となり、電子部品を密着させて固定することが難しく量産化を図っていく上で課題となっている。また、特許文献３に記載されているように、筒状編地の内部に電子部品を収容する場合、筒状編地内で電子部品がずれ動くようになり、電子部品がダメージを受けやすくなるといった課題がある。

特許文献５に記載されたＲＦＩＤタグでは、サイズの小さいＲＦＩＤモジュールの周囲にアンテナ線を効率よく巻き付けることは難しく、量産化の観点で課題がある。

そこで、本発明は、電子部品を担持する導電糸を含むとともに、織成加工又は編成加工の加工中及び加工後の柔軟性、耐伸縮性及び耐屈曲性に優れた複合糸及び複合糸を効率よく量産することが可能な製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る複合糸は、所定の長さに設定されるとともに電子部品を担持する複数の導電糸及び糸長方向に配列された当該導電糸の端部をそれぞれ連結固定する複数の連結用絶縁糸を有する糸本体と、前記糸本体の周囲に巻き付けられた保護用絶縁糸とを備えている。さらに、前記導電糸は、前記連結用絶縁糸よりも引張強度が大きくなるように設定されている。さらに、前記電子部品は、前記導電糸の一部に形成されたループ状部分に接着固定されている。さらに、前記導電糸は、外周面が絶縁膜により被覆されている。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からなる導電糸であって、３００ＭＨｚ〜１５００ＭＨｚにおける高周波伝送損失が５ｄＢ以下であるとともに７万回以上の動的駆動試験に対して電気抵抗が１５０％以下の増加率で導電性を維持する屈曲耐久性を備えている。さらに、前記連結用絶縁糸は、前記導電糸の端部に巻き付けて連結固定されている。さらに、前記保護用絶縁糸は、ダブルカバーリング加工により巻き付けられている。さらに、前記電子部品は、導電性パターンを介して信号を送受信するＲＦＩＤ用ＩＣチップである。

本発明に係る複合糸の製造方法は、電子部品を一体的に担持した所定の長さの導電糸の端部に連結用絶縁糸の一端部を連結固定するとともに次の導電糸の端部に当該連結用絶縁糸の他端部を連結固定して糸本体を形成する連結工程と、前記糸本体の周囲に保護用絶縁糸を巻き付けて複合糸を形成する保護工程とを備えている。さらに、前記導電糸の一部にループ状部分を形成して当該ループ状部分に前記電子部品を接着固定して担持する担持工程を備えている。さらに、前記導電糸は、外周面が絶縁膜により被覆されている。

本発明は、織成加工又は編成加工の加工中及び加工後の柔軟性、耐伸縮性及び耐屈曲性に優れた複合糸を得ることができる。

本発明に係る複合糸に関する構成を模式的に示す概略図である。 複合糸の製造工程に関する一例を示す説明図である。 曲げ試験機に関する概略構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。図１は、本発明に係る複合糸に関する構成を模式的に示す概略図である。図１（ａ）は、複合糸に関する外観を模式的に示す概略図であり、図１（ｂ）は、保護用絶縁糸を巻き付ける前の状態を模式的に示す概略図である。

複合糸Ａは、電子部品１０を担持する導電糸１１及び糸長方向に配列された導電糸１１の端部をそれぞれ連結固定する連結用絶縁糸（連結糸）１２を有する糸本体Ｂと、糸本体Ｂの周囲に巻き付けられた保護用絶縁糸（保護糸）１３とを備えている。電子部品１０を担持する導電糸１１は、糸本体Ｂの糸長方向に沿って所定の長さに設定されており、糸長方向に複数の導電糸１１が配列されている。そして、隣り合う導電糸１１の端部同士を連結用絶縁糸１２により連結固定することで、糸本体Ｂは、導電糸１１及び連結用絶縁糸１２を交互に連結した１本の糸状体に構成されている。

この例では、保護用絶縁糸１３は、カバーリング加工により糸本体Ｂの周囲にほぼ隙間なく巻き付けられており、電子部品１０及び導電糸１１の周囲を被覆するように保護用絶縁糸１３が巻き付けられて保護するようになっている。また、保護用絶縁糸１３は、ダブルカバーリング加工により二重に巻き付けることで、より隙間なく巻き付けて被覆することが可能となる。

電子部品１０は、導電糸１１に担持されて接着剤等により固定されている。この例では、電子部品１０として、ＲＦＩＤ用ＩＣチップが用いられており、チップ内部に導電性パターンからなる内蔵アンテナを介して信号を送受信するようになっている。導電糸１１は、内蔵アンテナと電磁結合により信号を伝送する外部アンテナの機能を備えており、信号伝送効率を高めるため、導電糸１１の一部を周回させたループ状部分１１ａを形成して電子部品１０に接着固定させている。電子部品１０の内蔵アンテナとループ状部分１１ａとが互いに対向するように配置して取り付けることで、電磁結合を高めて効率よく信号伝送を行うことが可能となる。

導電糸のループ状部分に電子部品を接着する構成は、両者が電気的に直接接続される構成とは異なり、屈曲等の外力の影響を受けて電気的接続部を破損するといったトラブルを回避することができる。また、電気的に接続される構成では接続部分（特に接続ワイヤの根元部分）に浸水しやすく防水が難しいが、上述した電気的に直接接続しない構成であれば、電子部品及び導電糸を個別に防水仕様にするだけで容易に完全防水仕様とすることができる。

電子部品１０を導電糸１１に担持する態様は、電子部品１０の種類、形状等に対応して様々な形状に形成することができ、ループ状に限定されることない。例えば、Ｕ字状に形成することもできる。また、防水仕様が必要でない場合には、導電糸に電子部品を電気的に直接接続することも可能である。

また、電子部品１０及び導電糸１１のループ状部分１１ａ全体を樹脂封止して強度や耐久性を高めることもできる。この場合、導電糸１１の外周面全体を電子部品１０とともに樹脂封止するようにしてもよい。また、導電糸１１には、予め外周面を絶縁膜で被覆しておくこともできる。外周面を絶縁膜で被覆した導電糸１１を用いることで、洗濯耐久性といった耐久性を高めることが可能となる。

連結用絶縁糸１２は、両端部において隣り合う導電糸１１の端部に巻き付けられて連結固定された連結部分１２ａが形成されている。連結部分１２ａを形成する場合、例えば、公知の糸継装置を用いて糸継により形成することができる。なお、連結固定手段として、糸継装置以外の公知の手段を用いることも可能で特に限定されない。例えば、両者を接着剤により連結固定することもできる。

上述したように、糸本体Ｂを導電糸１１及び連結糸１２を交互に連結して構成しているので、従来のように導電糸１１を芯糸に巻き付けて構成する場合に比べて、量産化が困難なアンテナ部分等の巻き付け工程が不要となり、糸継ぎ等の公知の連結固定手段を用いることが可能となって効率よく量産化することができる。

また、電子部品１０を導電糸１１に担持して接着固定しているので、電子部品１０を導電糸１１に容易に実装することができ、効率よく量産化を図ることが可能となる。この例では、電子部品１０及び導電糸１１を電磁結合により信号伝送を行うようにしているので、両者を直接電気的に接続する場合に比べて導電糸１１に加わる張力の影響が小さくなる。そのため、導電糸１１同士を連結用絶縁糸１２で連結して１本の連続した糸本体Ｂとした場合でも糸本体Ｂに加わる張力に対して十分な耐久性を備えることができる。

導電糸１１としては、誘電体である繊維材料の周囲に金属材料を被覆したマルチフィラメントからなる糸が好ましい。従来からの糸の材料である繊維材料を用いることで、従来の糸を織成加工又は編成加工する際の柔軟性、耐伸縮性及び耐屈曲性を備えることができる。

例えば、特許文献４に記載された導電糸を使用することが好ましい。具体的には、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からなる。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る。そのため、電気抵抗及び高周波伝送損失の低下といった優れた電気的特性を備えるようになり、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。具体的には、３００ＭＨｚ〜１５００ＭＨｚにおける高周波伝送損失が５ｄＢ以下であるとともに７万回以上の動的駆動試験に対して電気抵抗が１５０％以下の増加率で導電性を維持する屈曲耐久性を備えていることが好ましい。

導電糸１１を製造する場合には、電気的特性０．５Ω／ｍ〜１０Ω／ｍ（デジタルマルチメータ ４端子法による測定）、力学的物性４７ｋｇ／ｍｍ²以上（ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定された引張強さ試験に準拠して測定）、繊度５４デシテックス〜４４０デシテックスのマルチフィラメントに、前処理工程、無電解メッキ処理工程及び電気メッキ処理工程の処理を行って金属材料を繊維表面に付着させた後、撚り数が１６０回／ｍ〜２００回／ｍで撚糸加工を行い、電気抵抗が低下した状態で安定した特性を持つようにする。得られた導電糸に対して、必要に応じて、一般の絶縁線に使用されている公知の絶縁材料を用い、導電糸の外周面に厚み２０μｍ〜１５０μｍの絶縁膜を形成する絶縁加工を行うとよい。

導電糸１１に用いる繊維材料としては、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、結晶性ポリエステル繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、炭素繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維等が挙げられる。

繊維表面に付着させ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。なお、繊維製品の検針器で検知されない品質が必要である場合には、前処理工程、無電解メッキ処理工程及び電気メッキ処理工程の処理を行う金属材料は、非磁性の金属を使用することが望ましい。

導電糸１１の外周面を被覆する絶縁膜に用いる樹脂材料としては、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、エチレンフッ素共重合樹脂、スチレン樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂等が挙げられる。絶縁膜で被覆した導電糸の電気的特性としては、交流電圧を１分間印加する耐電圧試験で１０００Ｖ以上の耐電圧を有するものが好ましい。そのため、絶縁膜で被覆した導電糸の厚さは、０．０９ｍｍ〜０．６５ｍｍ（ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定する試験方法に準拠して測定）であることが好ましい。

電子部品１０としては、上述したＲＦＩＤ用ＩＣチップ以外に、温度センサ、加速度センサ、湿度センサ、照度センサ、聴覚センサ、臭気センサ、触覚センサ、応力センサ等の各種センサ用ＩＣチップが挙げられる。各種センサ用ＩＣチップの場合、後工程で導電糸に電源配線を接続するか、非接触給電をすることで電力供給を行えばよい。なお、導電糸と同様に繊維製品の検針器で検知されない品質が必要である場合には、非磁性の電子部品を使用することが望ましい。

連結用絶縁糸１２としては、導電糸１１及び電子部品１０の接続固定状態が維持されるように、導電糸１１よりも引張強度が小さいものが好ましい。例えば、導電糸１１のループ状部分における破断強度が２４Ｎ、破断伸度が１４％である場合に、連結用絶縁糸１２としては導電糸１１のループ状部分の破断を抑えるために破断強度が２４Ｎ未満で、且つ破断伸度が１４％より大きい伸びを有し、導電糸１１のループ状部分の変形や破断に影響の与えない連結用絶縁糸１２が好ましい。

連結用絶縁糸１２は、電子部品１０と導電糸１１のループ状部分との間における電磁結合に対して電気的影響を与えない誘電特性を備えていることが好ましい。また、連結用絶縁糸１２の繊度は、後工程での保護糸によるカバーリング加工において電子部品１０の固定部の太さより小さい繊度とすることで、カバーリング工程における糸本体Ｂの通過を妨げないようにすることができる。具体的には、導電糸１１より細くすることが好ましく、厚さは０．０９ｍｍ〜０．６５ｍｍ（ＪＩＳ Ｌ１０９６の試験方法に準拠して測定）であることが好ましい。

また、連結用絶縁糸１２の長さを調整することで、電子部品１０を担持した導電糸１１の配列間隔を簡単に調整することができ、電子部品１０の適用場所に合わせて連結用絶縁糸１２の長さを適宜設定すればよい。例えば、繊維製品に複合糸を編み込む／織り込む場合、連結用絶縁糸１２を通常の糸のように扱うことが可能で、十分な糸長にすることで、繊維製品に電子部品１０を埋め込んで保持させることができる。

連結用絶縁糸１２に用いる繊維材料としては、天然繊維では、綿、麻及び羊毛からなる紡績糸、絹からなる紡績糸やフィラメントが挙げられる。化学繊維では、レーヨン、キュプラ、アセテート、ビニロン、ナイロン、塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ウレタンといった繊維材料からなる紡績糸、マルチフィラメント又はモノフィラメントが挙げられる。

保護用絶縁糸１３としては、電子部品１０と導電糸１１のループ状部分の接着固定状態を安定化させ外的物理応力から保護できる力学的特性及び柔軟性を備えた繊維材料が好ましい。また、保護用絶縁糸１３は、連結用絶縁糸１２と同じように導電糸１１のループ状部分への変形、破断に影響の与えない力学的特性を備えたものが好ましい。また、保護用絶縁糸１３は、電子部品１０と導電糸１１のループ状部分との間における電磁結合に対して電気的影響を与えない誘電特性を備えていることが好ましい。保護用絶縁糸１３の繊度は、カバーリング加工により電子部品１０の固定部の太さより細い繊度のものを使用するとよく、複合糸Ａの通過を妨げないように、導電糸１１より細い繊度のものが好ましく、厚さは０．０７ｍｍ〜０．６５ｍｍ（ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定する試験方法に準拠して測定）であることが好ましい。

保護用絶縁糸１３に用いる繊維材料としては、天然繊維では、綿、麻及び羊毛からなる紡績糸、絹からなる紡績糸やフィラメントが挙げられる。化学繊維では、レーヨン、キュプラ、アセテート、ビニロン、ナイロン、塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ウレタン、アラミド、ポリアリレートといった繊維材料からなる紡績糸、フィラメント糸、加工糸といったものが挙げられる。

フィラメント糸を無撚糸かそれに近い甘撚糸で使用することで、保護用絶縁糸１３を巻き付けた際に繊維が拡がった扁平状態となって表面を被覆するため保持効果を高めることができる。保護用絶縁糸１３の繊度は、糸本体Ｂの１／１０以下であることが好ましい。繊度が糸本体Ｂの繊度の１／１０を超えた太い糸を用いると、複合糸Ａが硬くなって柔軟性が失われ、また巻き付ける力が強くなって電子部品１０を破損する等の不具合が生じるようになる。また、保護用絶縁糸１３のフィラメント単糸繊度は、小さい方が巻き付けた際に幅広く扁平に潰れやすくなって電子部品１０を確実に被覆して固定することができ、また複合糸Ａの柔軟性を維持することができる。具体的には、保護用絶縁糸１３のフィラメント単糸繊度は、０．３デシテックス〜２．５デシテックスであることが好ましく、より好ましくは０．３デシテックス〜１．５デシテックスである。保護用絶縁糸１３による糸本体Ｂ表面の被覆率が３０％〜９０％となるように巻き付けるのが好ましい。３０％より被覆率が下がると電子部品１０が保護用絶縁糸１３の間に露出して外れる可能性があり、９０％を超えると複合糸Ａとしての柔軟性が失われる。

図２は、複合糸の製造工程に関する一例を示す説明図である。図２（ａ）では、導電糸１１に電子部品１０を担持する担持工程を示している。まず、連続した１本の導電糸１１を所定の長さに切断し、切断した導電糸１１の中間部にループ状部分１１ａを形成する。ループ状に形成する方法としては、例えば、丸棒状のガイド部材の周囲に導電糸の中間部を巻き付けて形成することができる。複数回巻き付けることで多重のループ状部分に形成することもできる。

なお、この例では、事前に導電糸を所定長さに切断して用いているが、切断せずに所定長さ毎にループ状部分を順次形成して電子部品を担持させることもできる。

次に、電子部品１０の担持する面に接着剤を塗布しておき、導電糸１１のループ状部分１１ａに電子部品１０の塗布面を接触させて接着固定する。電子部品１０をループ状部分１１ａに接触させる方法としては、例えば、ループ状部分１１ａを巻き付けたガイド部材を支持板の孔部から突出させた状態でガイド部材の先端部に電子部品１０を配置しておき、支持板の孔部からガイド部材が引き抜かれるように支持板を移動させて支持板上に残留したループ状部分１１ａを電子部品１０に圧接させて接着させることができる。

こうした担持工程により電子部品１０を効率よく導電糸１１に安定して担持させることができ、量産化を図ることが可能となる。

なお、電子部品１０を導電糸１１のループ状部分１１ａに接着固定して樹脂封止する場合には、導電糸１１を事前に切断せずに所定長さ毎にループ状部分を形成して電子部品１０を接着固定していく。そして、電子部品１０を担持した導電糸１１を糸長方向に搬送しながら、電子部品１０を接着固定した部分を樹脂液槽に浸漬して樹脂封止することができる。

図２（ｂ）では、電子部品１０を担持した導電糸１１の両端部を連結用絶縁糸１２により連結して糸本体Ｂを形成する連結工程を示している。複数の導電糸１１を糸長方向に沿って糸継装置２０に順次導入し、それに並行して連結用絶縁糸１２を糸継装置２０に導入する。導電糸１１を導入する場合には、例えば、図示せぬ把持装置により導電糸１１の端部を把持し、把持装置を移動させて糸継装置２０の導入口に案内するように動作させればよい。

そして、導電糸１１の導入方向後端部に連結用絶縁糸１２の先端部を巻き付けるように糸継ぎ処理し、導電糸１１を導出して連結用絶縁糸１２を所定長さ分を搬送し、次の導電糸１１の導入方向前端部に連結用絶縁糸１２を巻き付けるように糸継ぎ処理して導電糸１１同士を糸長方向に連結固定する。連結固定処理した後に連結用絶縁糸１２を切断し、以後、導電糸１１の導入方向後端部と次の導電糸１１の導入方向前端部との間を連結用絶縁糸１２により繰り返し連結固定して糸本体Ｂを形成する。

なお、担持工程で導電糸を切断せずに電子部品を担持するようにした場合には、先の糸（導電糸）に次の糸（連結用絶縁糸）の先端部分を連結し、同時に先の糸を連結部分より後ろ側（糸の繰り出し方向の下流側）で切断する工程、及び、連結された先の糸（連結用絶縁糸）を切断された次の糸（導電糸）の先端部分に連結し、同時に先の糸を連結部分より後ろ側で切断する工程を交互に繰り返すことで、導電糸及び連結用絶縁糸を交互に連結した複合糸を効率よく生産することができる。

また、糸継装置により連結固定した部分を熱融着により接着固定したり、接着剤により接着固定してもよい。糸継装置を用いることなく導電糸及び連結用絶縁糸を連結固定することもでき、例えば、両者の端部同士を接着剤により接着固定してもよい。

図２（ｃ）では、糸本体Ｂの周囲に保護用絶縁糸１３を巻き付けて複合糸Ａを形成する保護工程を示している。この例では、カバーリング加工により糸本体Ｂの周囲に保護用絶縁糸１３をほぼ隙間なく巻き付けている。カバーリング加工は、必要に応じてダブルカバーリング加工を行うようにしてもよく、特に限定されない。

カバーリング加工により保護用絶縁糸を糸本体に巻き付ける場合には、担持する電子部品のサイズに合わせて撚り数を設定するとよい。例えば、０．５ｍｍ〜０．７ｍｍのサイズの電子部品の場合には、Ｓ撚り及びＺ撚りのダブルカバーリング２，０００Ｔ／ｍ以上の撚り数で加工すれば、少なくとも１回は電子部品に対して保護用絶縁糸を巻き付けるようにすることができる。保護用絶縁糸のフィラメント単糸繊度を０．３デシテックス〜２．５デシテックスに設定した場合には、電子部品に対して１．５回以上巻き付けるように撚り数を設定すれば、保護用絶縁糸が潰れて幅広に電子部品を覆うように巻き付いて電子部品が複数個所で保持されるようになるため、確実に固定することができる。

また、カバーリング加工された複合糸Ａに対して樹脂材料により外周面を被覆する後工程を行うようにしてもよい。

得られた複合糸Ａは、織成加工及び編成加工に通常用いる糸と同様の引張強度等の力学的特性を備えているため、通常の糸と同様にリールやボビン等に巻き取って保管することが可能で、通常の糸と同様にボビン等から繰り出して用いることができる。また、繰り出した複合糸Ａの連結用絶縁糸の部分を切断して、電子部品を担持した導電糸部分を単体として用いることもでき、様々な用途に対応することが可能となる。

複合糸を通常の糸と同様に織物に織り込んだり、編物に編み込むためには、織成加工又は編成加工の際に生じる複合糸の伸縮に対して電子部品を担持した導電糸部分が物理的及び電気的に影響を受けることなく伸縮する必要がある。通常の織成加工及び編成加工の場合、糸の伸度５％以上でも破断することがなく、３％伸長後の残留歪みが１％以下であれば、通常の糸と同様に取り扱うことが可能である。

また、複合糸が織成加工及び編成加工に対して通常の糸と同様の耐久性を備えるためには、複合糸は繊維軸に対して等方的な柔軟性を備える必要がある。そのためには、繊維軸に対して疑似同心円形状であり、柔軟性も繊維軸に対してすべての方向でほぼ等しい柔軟性を備えることで、通常の糸と同様に取り扱うことが可能となる。具体的には、疑似同心円形状の場合断面形状が扁平率で２以下であればよく、疑似円が最も好ましい。扁平率が２を超えると、曲がる方向によって柔軟性に差が生じて通常の糸と同様の取り扱いが難しくなる。また、柔軟性については、純曲げ試験機（カトーテック株式会社製KES FB2-AUTO-A）で測定した場合、異なる方向の変位量が平均値に対して５０％以下であればよい。５０％を超えると、通常の糸と同様の取り扱いが難しくなる。そして、複合糸がこうした柔軟性を備えることで、布帛の状態においても通常の糸と柔軟性に差異がなく、衣料に用いた場合でも違和感なく使用することが可能となる。

複合糸の耐屈曲性については、複合糸の電子部品を担持した導電糸部分を糸本体の繊維軸に対して左右９０度の角度まで屈曲させる負荷動作を繰り返し行うことで評価することができる。負荷動作を１０００回繰り返した後に導電糸部分の抵抗が３０Ω／ｃｍ以下に維持されて電子部品の性能が影響を受けることがなければ、通常の糸と同様に取り扱っても導電糸の破断や電子部品の剥離等の影響を受けることがなく、十分な耐屈曲性を有すると評価できる。耐屈曲性については、１３５度の角度まで屈曲させる負荷動作を１００００回繰り返した後に導電糸部分の抵抗が３０Ω／ｃｍ以下に維持されることがより好ましい。

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。

（１）耐伸縮性の評価
以下に示す導電糸及び連結用絶縁糸の破断強度（Ｎ）及び破断伸度（％）については、テンシロン万能材料試験機（株式会社エー・アンド・ディ製）を用いて測定した。同じ条件で複数回測定を行い、測定結果の平均値を意図の破断強度及び破断伸度とした。

（２）柔軟性の評価
以下に示す複合糸の剛軟度（ｍｍ）については、ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定された４５°カンチレバー法により測定した。

（３）通信距離の評価
複合糸をＶｏｙａｎｔｉｃ社製 Ｔａｇｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｏにて計測を行った。ＣｏｍｍａｎｄはＩＳＯ １８０００−６ＣのＱｕｅｒｙを選択。周波数帯は５ＭＨｚのステップで、欧州規格からアジア・北米地域をカバーする８００〜１，０００ＭＨｚとした。

通信距離については、上記周波数帯で０．１ｄＢｍずつ出力を上げていき、インレイから返信のあったシグナル強度に基づき算出した。
計測モード： Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ
Ｃｏｍｍａｎｄ： ＩＳＯ １８０００−６Ｃ Ｑｕｅｒｙ
Ｓｔａｒｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ： ８００ ＭＨｚ
Ｓｔｏｐ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ： １，０００ ＭＨｚ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔｅｐ： ５ ＭＨｚ
Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｐ： ０．１ ｄＢｍ

［実施例１］
＜使用材料＞
○導電糸
ウラセ株式会社製（品番Ｆ１１ＴＰ）を用いた。芯糸にアラミド繊維（繊度１１０デシテックス、フィラメント数４８本）を用い、無電解銅メッキ加工及び電気銅メッキ加工で処理した（銅金属付着量０．０５ｇ／ｍ）。撚糸加工は１６０Ｔ／ｍで処理し、導電糸表面の絶縁樹脂加工は、ポリエステルエラストマー樹脂（融点２１９℃、１００％ＭＤは３７ＭＰｓ）を用いて被覆処理した。得られた導電糸の破断強度は２４．９Ｎで、破断伸度は１４．２％であった。
○電子部品
株式会社村田製作所製ＲＦＩＤタグ（LXMSJZNCMF-198）を用いた。
○連結用絶縁糸
東レ株式会社製のナイロン６６からなるモノフィラメントを用いた。モノフィラメントの厚さは０．０７ｍｍ（ＪＩＳ Ｌ１０９６ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定する試験方法に準拠して測定）であった。モノフィラメントの破断強度は３．４Ｎで、破断伸度は３５．７％であった。
○保護用絶縁糸
帝人フロンティア株式会社製のポリエステルウーリー糸（タイプ；F0210W、ＳＤ繊度；１６７デシテックス、フィラメント数１４４本）を用いた。

＜糸本体の製造＞
図２（ａ）及び（ｂ）で説明した担持工程及び連結工程により糸本体を製造した。まず、導電糸は１４０ｍｍの長さに切断し、直径１．３ｍｍのループ状部分を中央に形成して電子部品を接着剤（スリーボンドファインケミカル株式会社製瞬間接着剤）により接着固定した。次に、糸継装置（ＭＥＳＤＡＮ株式会社製イルマンスプライサー１０１）を用いて、電子部品を担持した導電糸及び連結用絶縁糸を糸長方向に交互に連結していき、糸本体を製造した。糸本体の導電糸と連結用絶縁糸とが重なる連結部分の長さは、５ｍｍであった。

＜保護用絶縁糸の巻付け＞
図２（ｃ）で説明した保護工程により保護用絶縁糸を糸本体にカバーリング加工を行った。カバーリング加工は、カバーリング装置（片岡機械工業株式会社製ＰＦ−Ｄ２３０）でダブルカバーリング（撚り方向Ｓ，Ｚ方向ともに３４００Ｔ／ｍの撚り数）により加工し、複合糸を得た。

＜複合糸の特性＞
得られた複合糸は、電子部品を担持した複数の導電糸部分の長さがほぼ１３ｃｍで一定しており、導電糸部分の間が１３５ｃｍの長さで連結していた。そのため、導電糸部分の配列状態を肉眼で容易に識別することができた。

電子部品の担持部分、導電糸部分及び導電糸部分の間の連結用絶縁糸の部分（連結糸部分）の厚さを複数個所で測定したところ（ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定する試験方法に準拠して測定）は、電子部品の担持部分は１．１５ｍｍ〜２．５３ｍｍ、導電糸部分は０．５６ｍｍ〜０．７３ｍｍ、連結糸部分は０．３６ｍｍ〜０．４１ｍｍであった。導電糸部分及び連結糸部分が細く形成されているので、通常の糸と同様に取り扱うことができる。

複合糸全体について破断強度及び破断伸度を測定したところ、複数個所の連結部分が荷重により次々と伸長していくため破断するまでに複雑な推移を示すようになるが、試験中の最大荷重が３．７Ｎで最大伸度は２９．７％であった。また、電子部品を担持した導電糸部分について破断強度及び破断伸度を測定したところ、破断強度９Ｎで破断強度４％であった。複合糸全体の値が連結用絶縁糸とほぼ同じ値となっており、導電糸部分の強度が連結用絶縁糸より強度が高く伸度が低くなっていることから、荷重による影響は主に連結糸部分に及んでおり、導電糸部分への影響はほとんどないことが確認された。

複合糸の導電糸部分について剛軟度を測定したところ、剛軟度は８４ｍｍであった。織成加工及び編成加工を行う上で十分な柔軟性を備えていることが確認された。

［実施例２］
＜使用材料＞
実施例１と同じものを使用した。

＜糸本体の製造＞
実施例１と同様に製造した。

＜保護用絶縁糸の巻付け＞
実施例１と同様のカバーリング装置を用いてダブルカバーリング（撚り方向Ｓ，Ｚ方向ともに３４００Ｔ／ｍの撚り数）による加工を２回行い、複合糸を得た。

＜複合糸の特性＞
得られた複合糸は、電子部品を担持した複数の導電糸部分の長さがほぼ１３ｃｍで一定しており、導電糸部分の間が１３５ｃｍの長さで連結していた。そのため、導電糸部分の配列状態を肉眼で容易に識別することができた。

電子部品の担持部分、導電糸部分及び連結部分の厚さを複数個所で測定したところ（ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定する試験方法に準拠して測定）は、電子部品の担持部分は１．２ｍｍ〜２．２ｍｍ、導電糸部分は０．８５ｍｍ〜０．９２ｍｍ、連結部分は０．６６ｍｍ〜０．７８ｍｍであった。導電糸部分及び連結部分が細く形成されているので、通常の糸と同様に取り扱うことができる。

複合糸全体について破断強度及び破断伸度を測定したところ、実施例１と同様に推移を示し、最大荷重が３．４Ｎで最大伸度は３４．８％であった。これらの値が連結用絶縁糸とほぼ同じ値となっており、実施例１と同様に、導電糸部分への影響はほとんどないことが確認された。

複合糸の導電糸部分について剛軟度を測定したところ、剛軟度は８８ｍｍであった。実施例１と同様に、織成加工及び編成加工を行う上で十分な柔軟性を備えていることが確認された。

［実施例３］
実施例１に記載の複合糸を編み込んだ編地を製造した。

＜使用材料＞
編糸として、綿糸２０／２×３本を用いた。

＜編地の製造＞
複合糸をボビンに巻き取られた状態で供給し、ボビンから繰り出されて緯糸の一部に用いた。編機（株式会社島精機製作所製ＭＡＣＨ２（登録商標）ＶＳ１８３ １２Ｇ）を用いて平編により編地を製造した。

平編工程では、編糸による編地の編成途中に、複合糸をインレイで２ｃｍ程度編み込む。本実施例では、複合糸のうち導電糸と隣接する部分の連結用絶縁糸をインレイで編み込み、電子部品及び導電糸を含む部分が編地の外側に配置されるようにした。複合糸は横編機のニードルベッドの端部に備わるカッター及び糸保持装置により切断・保持する。インレイする位置と切断・保持の位置に複合糸が渡るため、編み込まれる複合糸の長さは１４０ｃｍ程度となった。

＜編地の特性＞
得られた編地では、複合糸が編糸の一部として編成されており、編成加工中に電子部品の剥離等のダメージを受けることなく編地に編み込まれていた。得られた編地に対して洗濯及び乾燥を行い、電子部品の無線通信特性として通信距離を評価した。通信距離は、９２０ＭＨｚで３ｍ〜４ｍの距離が通信可能となっており、３０回の洗濯に対しても通信距離が安定していた。また、正常な信号処理を行うことが確認され、十分な洗濯耐久性を備えていることが確認された。

本実施例では、ＲＦＩＤチップとそのアンテナとなる導電糸を編地の外側に配置しているため、製造工程での生産管理に用いて最終製品から容易に取り外すことができる。本実施では、インレイで複合糸を編地で編み込んでいるが、タック等を用いて編み込むこともできる。

電子部品を取り外さずに最終製品に編み込んだ状態で利用する場合は、電子部品とそのアンテナを編地内に編み込み、編地からはみ出す部分（連結糸部分）を切除すればよい。

［比較例］
市販の複合糸（Ｐｒｉｍｏ１Ｄ社製Ｅ−Ｔｈｒｅａｄ）について耐伸縮性及び柔軟性について評価した。この複合糸は、特許文献２に記載されているように、ポリエステル繊維からなる芯糸に金属線からなるアンテナを接続したパッケージタグを糸長方向に配列して被覆用の糸でカバーリング加工して構成されていた。

＜市販の複合糸の特性＞
市販の複合糸は、パッケージタグを担持した部分がほぼ２００ｃｍ間隔で配列されており、その配列状態を肉眼で容易に識別することができた。

パッケージタグの担持部分、アンテナ部分及びそれ以外の部分の厚さを複数個所で測定したところ（ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定する試験方法に準拠して測定）は、パッケージタグの担持部分は１．３５ｍｍ〜１．４ｍｍ、アンテナ部分は０．９ｍｍ〜１．０５ｍｍ、それ以外の部分は０．５８ｍｍ〜０．６２ｍｍであった。

市販の複合糸について破断強度及び破断伸度を測定したところ、破断強度が９６．０Ｎで最大伸度は７４．０％であった。これらの値は、主に芯糸の破断強度及び破断伸度の影響を受けているものと考えられる。そのため、芯糸と被覆用の糸との間に挟持されたパッケージタグ及びアンテナ部は、被覆用の糸に保持された状態で芯糸が伸長することに伴う位置ずれ等の影響が及ぶようになり、パッケージタグの剥離等の大きなダメージを受けやすくなると考えられる。

パッケージタグの担持部分及びアンテナ部分について剛軟度を測定したところ、剛軟度は１４０ｍｍでも測定できなかった。そのため、織成加工及び編成加工を行う上で通常の糸とは異なる取扱いが必要となることは避けられない。

［実施例４］
実施例及び比較例の複合糸について、繰り返し耐屈曲性及び読取距離を評価した。複合糸の耐屈曲性を評価する試験機として、図３に示す曲げ試験機を用いた。

一対のステンレス棒（直径１０ｍｍ）３０を水平に配置し、ステンレス棒３０を５ｍｍの間隔で互いに平行となるように設定した。ステンレス棒３０の上方には把持部材３１が配置されており、把持部材３１は、ステンレス棒３０の間の中間線を通る回転中心軸Ｏを中心に回動可能となるように設定した。複合糸Ｆは、その上端を把持部材３１に固定して下端に荷重Ｗ＝１９．６ｃＮを加えて垂下した状態とし、ステンレス棒３０の間を通過してステンレス棒３０の軸方向とほぼ直交するように設定した。

読取距離に影響が大きいＲＦＩＤチップ部に近いアンテナ部をステンレス棒３０と直交するように設置した。屈曲角度は±１３５°とした。ＲＦＩＤチップの読取測定は、読取装置（Welcat社製XIT-260-G）を使用し、出力２５０ｍＷで測定した。測定結果は、以下の表１に示す。

実施例１及び２では、屈曲回数が１０万回でも読取距離が安定しており、比較例に比べて２倍以上の耐屈曲性を有していることが確認された。

本発明に係る複合糸は、実施例に示すように導電糸部分を厚さ３ｍｍ以下で細く、かつ、長さ約１３０ｍｍと短かく形成することができ、柔軟性、屈曲耐久性及び耐洗濯耐久性を備えている。そのため、例えばＵＨＦ帯ＲＦＩＤパッケージタグを導電糸部分の中央に担持させた複合糸を用い、繊維製品の製造工程中に通常の糸と同じように自動挿入すれば、繊維製品のトレーサビリティの管理、在庫管理、出荷管理が従来の読取端末で一括して自動認識でき、大幅な省力化が可能となる。そして、繊維製品に複合糸を取り込んだ状態で小売店等に流通した場合にも、入荷、販売、在庫管理にそのまま活用することができ、ＲＦＩＤチップに保存されたＩＤデータ等を用いて繊維製品の真贋判定も管理することが可能となる。

また、本発明に係る複合糸は、実施例に示すように繰り返し洗濯耐久性が工業洗濯でも１００回以上の耐久性を備えている場合には、リネンサプライ用の繊維製品に活用することが期待される。そして、上述したように、ＲＦＩＤチップを担持した複合糸を用いることで、入出荷、トレーサビリティや在庫管理に活用することができ、大幅な省力化とランニングコストダウンが可能であり、大きな経済性も得られる。

また、本発明に係る複合糸は、ウェアラブル性の高い繊維製品に取り込みやすい特性を備えているので、上述した用途以外にも、各種センサ等の電子機器とともに装着して、多種多様な用途での有用なデータの取得に活用することが期待される。

Ａ・・・複合糸、Ｂ・・・糸本体、１０・・・電子部品、１１・・・導電糸、１２・・・連結用絶縁糸、１３・・・保護用絶縁糸、３０・・・ステンレス棒、３１・・・把持部材

Claims (11)

1. 所定の長さに設定されるとともに電子部品を担持する複数の導電糸及び糸長方向に配列された当該導電糸の端部をそれぞれ連結固定する複数の連結用絶縁糸を有する糸本体と、前記糸本体の周囲に巻き付けられた保護用絶縁糸とを備えている複合糸。
2. 前記導電糸は、前記連結用絶縁糸よりも引張強度が大きくなるように設定されている請求項１に記載の複合糸。
3. 前記電子部品は、前記導電糸の一部に形成されたループ状部分に接着固定されている請求項１又は２に記載の複合糸。
4. 前記導電糸は、外周面が絶縁膜により被覆されている請求項１から３のいずれかに記載の複合糸。
5. 前記導電糸は、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からなる請求項１から４のいずれかに記載の複合糸。
6. 前記連結用絶縁糸は、前記導電糸の端部に巻き付けて連結固定されている請求項１から５のいずれかに記載の複合糸。
7. 前記保護用絶縁糸は、ダブルカバーリング加工により巻き付けられている請求項１から６のいずれかに記載の複合糸。
8. 前記電子部品は、導電性パターンを介して信号を送受信するＲＦＩＤ用ＩＣチップである請求項１から７のいずれかに記載の複合糸。
9. 電子部品を一体的に担持した所定の長さの導電糸の端部に連結用絶縁糸の一端部を連結固定するとともに次の導電糸の端部に当該連結用絶縁糸の他端部を連結固定して糸本体を形成する連結工程と、前記糸本体の周囲に保護用絶縁糸を巻き付けて複合糸を形成する保護工程とを備えている複合糸の製造方法。
10. 前記導電糸の一部にループ状部分を形成して当該ループ状部分に前記電子部品を接着固定して担持する担持工程を備えている請求項９に記載の複合糸の製造方法。
11. 前記導電糸は、外周面が絶縁膜により被覆されている請求項９又は１０に記載の複合糸の製造方法。

Images