JP2021113382A - 配線付き衣服及びそれに用いられる配線部材 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性や信頼性に優れ、しかも着心地の良さも維持できる配線付き衣服及びそれに用いられる配線部材を提供する。【解決手段】表地１ａ及び裏地１ｂを有した衣服本体１と、中間部が前記表地１ａ及び裏地１ｂとの間を挿通するとともに、一端部と他端部が衣服本体１に設定された２ヶ所にそれぞれ配置された配線部材２とを備え、前記配線部材２を、並列に設けられた複数の長尺箔状をなす配線要素２１１からなる並列線部２１と、各配線要素２１１の端部がまとめて接続される短尺の節部２２とが交互に複数形成されたものとした。【選択図】図６

Description

本発明は、生体信号等のモニタリングなどに利用される配線付き衣服及びそれに用いられる配線部材に関するものである。

心電図、心拍、脈拍、筋電位、脳波、血圧、呼吸、発汗などに代表される生体信号や、厳密には生体信号には含まれないが、尿、便などの排泄の有無等をモニタリングすべく、近年、例えば、ズボンやシャツなどの衣服に電極等の検出体を設け、この検出体から出力される着用者の生体信号を配線を介してセンサ本体に送信し、そのセンサ本体で前記生体信号を外部に出力できるようにしたウェアラブル生体センサが開発されている。

前記配線は衣服に予め設けてあり、その代表的なものとしては、例えば特許文献１に示すように、通常のチューブケーブルを衣服に単純に取り付けたもの、特許文献２に示すように、衣服の布地に樹脂をコーティングし、その樹脂に配線をプリントしたもの、導電性のインクを布地に塗布して配線機能をもたせたもの、あるいは、金属粒子を混入して導電性をもたせた糸を布地に織り込んだり縫い込んだりして配線機能をもたせたものなどがある。

しかしながら、いずれのものも、洗濯や着用者の動作による衣服の動きや伸び縮みによって、配線が引っかかったり、切れたり、配線の電気抵抗が変動したりして、耐久性や信頼性という点において満足のいくものではない。

特表2005-518843号公報 特開2018-114302号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その主たる所期課題は、耐久性や信頼性に優れ、しかも着心地の良さも維持できる配線付き衣服及びそれに用いられる配線部材を提供することにある。

すなわち、本発明に係る配線付き衣服は、表地及び裏地を有した衣服本体と、前記表地及び裏地との間を挿通する配線部材とを備え、
前記配線部材が、並列に設けられた複数の長尺箔状をなす配線要素からなる並列線部と、各配線要素の端部がまとめて接続される短尺の節部とが交互に複数形成されたものであることを特徴とする。

このようなものであれば、並列線部の配線要素が全て切れない限りは、導通が確実に維持され、そのような確率は極めて小さいため、永年使用できる耐久性及び信頼性の高いものとなる。ここで、「並列」とは、各配線要素の一端と他端が、隣り合う節部にそれぞれ接続されている態様を意味しており、隣り合う節部間で各配線要素が平行となっているものはもちろん、各配線要素が交差していたり、各配線要素の長さが異なっていたりするものも、「並列」に含む。

また、配線部材が衣服本体の表地と裏地との間にあるため、肌に直接当たらないだけでなく、外観的なデザイン性を阻害することもほとんどない。

さらに、配線部材のほとんどを占める配線要素は、可撓性に富む箔状をなす薄い帯状シートであるため、断面積を大きくして電気抵抗を小さくしても（言い換えれば、電流量を担保しても）、ゴワゴワ感などが生じにくいし、面当たりするので、衣服本体が有する着心地を阻害することがないし、しかも切れにくい。

これに比して、例えば配線要素を細い線状体にすると、たしかに着心地に与える影響は少ないが、電気抵抗が高くなるうえ、はるかに切れやすくなる。かといって、配線要素を太い線状体にすると、たしかに電気抵抗を低くできるし切れにくくできるが、着心地に悪影響を与える。すなわち、配線要素が箔状の薄い帯状シートであるという本発明の構成によれば、前述した太い線状体と細い線状体との双方の利点を得られる一方、双方の欠点を取り除くことができるという格別の効果を奏し得る。

加えていえば、仮に、配線要素の一部が切れたり、折れ曲がったりしても、これが線状体であれば、その先端が生地を貫いて皮膚直接あたったり、刺さったりすることが生じ得るが、本発明の配線要素は、箔状であることから、その先端が生地を貫通することはほとんどなく、この点においても良好な着心地を維持できるし、安全性も担保できる。

衣服本体の動きや伸び縮みによく追随するようにして、耐久性や着心地を向上させるには、前記配線部材の両端部がそれぞれ衣服本体に予め設定された２ヶ所に固定されているとともに、中間部が、表地及び裏地の間に固定されることなく、又は１以上の箇所で間欠的に衣服本体に取り付けられているものが好ましい。

同様な目的においては、前記配線部材が、螺旋状または螺旋が潰れて扁平形状となったものが、より好適である。
製作を容易化するには、前記節部が短尺箔状をなし、該節部から一体に前記配線要素が延伸させてあるものが好適である。なぜならば、長尺箔の延伸方向に間欠的に切り込みをいれるだけで、その切り込みをいれて別れた部分が前記配線要素となり、切り込みをいれていない部分が前記節部となるからである。

以上に述べた本発明によれば、耐久性や信頼性に優れ、しかも着心地の良さも担保できる配線付き衣服及びそれに用いられる配線部材を提供できる。

本発明の一実施形態における配線付き衣服を示す模式図である。 同実施形態における衣服本体の表地と裏地を示す模式図である。 同実施形態における配線部材を直線状に伸ばした状態を示す平面図である。 同実施形態の配線部材の端部を拡大して示す斜視図である。 同実施形態の配線部材の中間部分を拡大して示す斜視図である。 同実施形態の配線部材が螺旋状にされた状態を示す部分的斜視図である。 同実施形態の配線部材が衣服本体の挿入されて扁平になった状態を示す部分平面図である。 本発明の他の実施形態における配線部材を直線状に伸ばした状態を示す平面図である。 本発明のさらに他の実施形態における表地及び裏地の態様を示す外観図及び断面図である。 本発明のさらに他の実施形態における配線部材の素材である金属箔を示す平面図である。 同実施形態における配線部材を示す部分斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態において、裏地に取り付けられた電極、配線部材及びこれらを保持する樹脂層を示す部分断面図である。 同実施形態における電極、樹脂層及びこれらを保持する裏地を示す部分平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る配線付き衣服について、図面を参照しながら説明する。

＜本実施形態の構成＞
この実施形態での配線付き衣服１００は、例えば、筋電図検査等に用いられるものであって、図１に示すように、衣服本体である上衣１と、該上衣１に装着された配線部材２とを備えたものである。

前記上衣１は、例えば、胴部１１及び袖部１２を有した長袖タイプのもので、その布地は、電気絶縁性を有し、かつ、図２に示すように、表地１ａ及び裏地１ｂの２枚の生地を重ねた２重構造となっている。なお、ここでいう上衣とは、上半身に着用されるものを指し、肌に直接触れるものも、下着の上に着用するものも含まれる。

前記配線部材２は、図３〜図５に示すように、例えば、厚みが６０μｍ、幅が２ｍｍの帯状をなす金属箔Ｓ（ここではアルミ箔）から製作されたものである。そして、この配線部材２に、並列する複数の配線要素２１１からなる長尺の並列線部２１と、前記各配線要素２１１の端部がまとめて接続される短尺の節部２２とを交互に形成している。なお、前記節部２２は、両端部を含む３か所以上に間欠的に設けてあり、節部２２と節部２２との間に一体に形成された前記並列線部２１が２以上となるようにしてある。

各部を詳述する。

前記並列線部２１は、前記金属箔の所要箇所において、その長手方向に沿って１以上の切れ目Ｔを入れることにより、長尺箔状をなす配線要素２１１が複数形成されるようにしたものである。ここでは、切れ目Ｔが金属箔の幅方向中央に１本のみが設けられて、配線要素２１１が２本となるように構成してあり、各配線要素２１１の幅が１ｍｍとなるようにしてある。また、この並列線部２１の長さ（各配線要素２１１の長さ）は数十センチである。

他方、前記節部２２は、前記金属箔における切れ目Ｔが入っていない残存部分であり、長さが数センチの短尺箔状をなすものである。なお、この実施形態では、端部を除いた中間部にある節部２２を、図５に示すように、配線部材２の延伸方向とは直交する方向に沿って折り畳んだ上で、樹脂テープ（図示しない）などで再展開しないように巻き止め、この節部２２の強度を向上させている。また、各端部にある節部２２は、後述するがコネクタに挿入される端子としての機能を担っている。

このように構成した配線部材２は、図６に示すように、螺旋状にしたうえで、前記上衣１における表地１ａと裏地１ｂとの間の隙間に挿入される。

この螺旋の直径は、この実施形態では、表地１ａと裏地１ｂとの隙間に該配線部材２を通しやすいなどの理由から、ここでは３ｍｍ〜５ｍｍにしている。なお、これより直径が小さい（例えば、直径１ｍｍ以下にする）と、ほぼ撚糸のようになり、伸びしろが少なくなるうえ、針金に近づき、ソフト感が無くなるし、あるいは、これより直径が大幅に大きい（例えば、３ｃｍ以上にする）と、表地１ａと裏地１ｂとの間で配線部材２が大きくうねって場所をとったり、振れ幅が大きくなり暴れるといった不具合が生じる場合がある。したがって、実際には、螺旋の直径は２ｍｍ〜３ｃｍが好ましい。

また螺旋の巻き数は、あまり密に巻くと、ほぼ筒状となり、弾力性が強くなるなど固さが出るため、この実施形態では、例えば、螺旋状にする前の配線部材２の長さを、生地を最大に伸ばした長さとほぼ等しいかそれ以上となるようにし、螺旋状にした状態での長さが、生地の通常状態での長さとほぼ等しくなるように螺旋の巻き数を定めている。

なお、挿入後、この配線部材２は、表地１ａと裏地１ｂとの間に挟まれて、扁平化され、その一部または全部が、図７に示すように、表と裏が交互に現れるジグザグ状となる場合もある。

次に、この配線部材２の配装位置について説明する。
該配線部材２の一端部は、図１に示すように、例えば袖部１２の手首部分に取り付けられており、他端部が胴部１１の下端部分に取り付けられている。また、これら両端部以外の中間部は、上衣１の袖部１２及び胴部１における表地１ａと裏地１ｂとの間に挿入されているだけで、上衣１には取り付けられておらず、その中で移動可能である。

さらに詳述すれば、該配線部材２の一端部は、上衣袖部１２の手首部分から裏地１ｂを突き抜けて、例えば着用者の手首に装着された検出器たる電極３にコネクタ（図示しない）を介して接続される。また、配線部材２の他端部は、上衣胴部１１の下端部分から裏地１ｂを突き抜けて、その近傍に配置された信号処理器４にコネクタ（図示しない）を介して接続される。ここでの信号処理器４とは、前記電極３から出力される生体信号を受信して演算処理し、例えば筋電図信号を生成するものである。そして、これら電極３（検出器）、信号処理器４及び配線付き衣服１００によって、衣服型生体信号モニタリング装置が構成される。

配線部材２の各端部（節部２２）は、前述したように前記コネクタに挿入される端子としての機能を果たすもので、縦に折り曲げられてその幅がコネクタの端子幅に合致するように構成されている。例えばコネクタ端子幅が１ｍｍであれば、配線部材２の他端部の幅を１ｍｍとし、コネクタ端子幅が５ｍｍであれば、配線部材２の他端部の幅を５ｍｍとしている。

＜本実施形態による効果＞
このように構成された配線付き衣服１００によれば、配線部材２が、薄い金属箔で形成されているので、軽くて可撓性に富むうえ、これが折れ曲がったり切れたりしても、箔という２次元構造なので、線状体のような１次元構造とは異なり、その先端が生地を貫通することはほとんどないし、着用者の肌に裏地を介してとはいえ、面で当たることとなるので、良好な着心地を維持できる。

また、配線部材２が、螺旋状をなしており、伸縮可能であるため、着用者の動きや洗濯などによる上衣１の曲りや伸び縮みに対して余裕をもって追随できる。この点も着心地の良さに大きく寄与する。

その他、配線部材２の両端部以外の中間部分が、表地１ａと裏地１ｂとの間に挿入されているだけで固定されていないという点や、芯材といったものが存在しない点、あるいはその逆で被覆材も存在しない点などが、柔軟性や上衣２の動きへの追随性等を向上させ、ひいては、着心地の良さに寄与し得る。

しかも、配線部材２には、前述したように、並列線部２１が設けられていて、該並列線部２１が節部２２を介して直列に複数設けられている。このため、いずれか１つの並列線部２１の配線要素２１１が全て切れない限りは、導通が維持され、そのような確率は極めて小さいため、永年使用できる非常に耐久性の高いものとなる。いずれか１つの並列線部２１の配線要素２１１が全て切れる確率は、並列線部２１の数が大きくなれば、その数の二乗に反比例するように小さくなる。なお、この実施形態では、１本の配線要素２１１で導通したとしても、配線部材２の全体の抵抗値が１０Ω以下となるようにしてある。

なお、このように低抵抗（低インピーダンス）を実現できるのは、配線部材２が、金属粉を練り込んだ樹脂や糸などではなく、金属そのものだからであるが、本実施形態のように、配線部材２が被覆なしの金属そのものであるにもかかわらず、前述した柔軟性、着心地の良さ、耐久性等が実現できるのは、上述した種々の工夫によればこそである。

さらにいえば、帯状の金属箔の所要箇所に、その長手方向に沿って１以上の切れ目Ｔを間欠的に入れるだけで、配線要素２１１と節部２２とが同時に形成できるので、簡単に製作できる。また、両端部の節部２２は、コネクタに挿入するための端子となるので、専用の端子を取り付けるといった工程も不要となる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、配線部材２は、電導性が一定以上あればよいので、金属箔のみならず、炭素シートや、導電性樹脂シートなどを利用してもよい。
配線部材またはその材料となる導電箔の表裏を非常に薄い樹脂（フィルム等）で被膜したものであればなおよい。この構成によれば、耐久性が向上するだけでなく、衣服本体との電気的絶縁性が保たれるので、例えば、衣服本体が汗などで濡れた場合でも、配線部材を流れる電流が漏れて信号に悪影響を与えるといった事態を防止できる。

配線部材全体の抵抗値あるいはインピーダンスは、低い方が好ましく、例えば５Ω以下でもよいし、より好ましくは１Ω以下、さらに好ましくは０．５Ω以下がよい。

金属箔（配線要素、配線部材）の厚みは、６０μｍに限られないが、３０μｍでは、耐久性に問題が生じ、２００μｍを超えると着心地に問題が生じるため、４０μｍ以上２００μｍ以下がよく、好ましくは５０μｍ以上１２０μｍ以下、より好ましくは６０μｍ以上１００μｍ以下がよい。さらに配線要素の幅は、大きすぎるとやはり着心地に問題が生じるため、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下がよく、好ましくは０．７ｍｍ以上３ｍｍ以下、より好ましくは０．９ｍｍ以上１．２ｍｍ以下がよい。

並列線部を構成する配線要素は３以上であってもよい。そうすれば、断線確率をさらに小さくできる。

節部と並列線部を、前記実施形態のように１枚の帯状金属箔から一体に製造するだけでなく、これら節部と並列線部とを別体で製造してこれらを接続するようにしてもかまわない。その場合、節部は箔状でなくともよく、例えば、やや厚めの形状でもかまわないし、その他、衣服本体の生地に縫い込んだ金属糸や生地に貼り付けられた金属シートなどを節部にしてもかまわない。

前記実施形態では、配線部材の両端部のみが衣服本体に取り付けられていたが、配線部材の中間部の１以上の箇所を衣服本体に取り付けてもよい。その場合、節部を衣服本体に取り付けることが好ましい。

衣服本体としては、下半身に着用するズボンや、上下半身に着用する着物などの他、頭部に着用する帽子、四肢先端部に着用する靴下、手袋などでもかまわない。

衣服本体に装着する配線部材は、１本に限られず、複数本でもよい。複数本の場合、各配線部材のいずれかの端部や節部を共通にしてもよい。

生地を２重のみならず、３重以上にしてもよいし、そうすることによって配線部材を多層に配置しても構わない。

図８に示すように、配線部材２において、箔をくり抜いて節部２２と並列線部２１とを形成しても構わない。

衣服本体は、上衣に限られず、下衣であってもよいし、つなぎ服のような上下一体のものであってもよい。さらにいえば、帽子、手袋、腹巻、靴下、あるいはこれらに限られない袖のみといった、部分的に身体に装着されるものであってもよい。

また、衣服本体の生地全てが、表地と裏地とを有する複数層である必要はなく、生地の一部のみが複数層になっていればよい。具体例としては、図９に示すように、既存の衣服の表面の必要な箇所に、例えば帯状の表地１ａを取り付けた衣服本体１を挙げることができる。この場合、該既存の衣服の元々の生地における前記表地１ａの裏側が、本発明の裏地１ｂとして定義される。

このようなものであれば、既存の衣服に追加工を施せばよいだけなので、製作が簡単化できるだけでなく、衣服の元々の着心地や肌触りもほぼそのまま活かすことができる。しかも表地の形状や取付場所によるデザイン的な配慮も可能である。

前記実施形態では、帯状の金属箔から配線部材を形成したが、矩形状乃至正方形状の金属箔から配線部材を形成することも可能である。その変形実施形態を図１０及び図１１に示す。

すなわち、図１０に示すように、矩形金属箔Ｓの一辺からその対辺に向かい、しかし対辺にまでは届かない所定長さの第１切り込みＸ１を複数設けるとともに、これら各第１切込みの間に、前記対辺から一辺に向かい、しかし、一辺には届かない所定長さの第２切り込みＸ２を複数設ける。さらに第１切込みＸ１と第２切込みＸ２との間に、一辺及び対辺にまでは及ばない切れ目Ｔを設ける。

そして、同図に示す折り目に沿ってこの金属箔Ｓを折れば、図１１に示すように、並列線部２１と節部２２とが交互に直線状に表れる配線部材２が形成される。

なお、この変形実施形態では、配線部材２の先端に連続する電極３を、前記金属箔Ｓから一体に切り出している。

次に、身体に接触する電極３を生地１に取り付けた変形実施形態を、図１２、図１３を参照して説明する。なお、ここでは、高蒔絵という手法を応用して電極３を生地１に取り付けている。

この電極３は、円形金属箔からなるもので、図１２、図１３に示すように、例えば裏地１ｂに固着された円形状の樹脂層５上に張り付けられている。

前記樹脂層５は、裏地１ｂの表面（身体側の面）に溶融樹脂を滴下し、硬化させることによって形成される（ここで高蒔絵の手法を利用している。）。そしてここでは、この樹脂層５の中央部がなだらかに盛り上がり、周縁部に向かうにつれ低くなる形状となるようにしている。

電極３は、この樹脂層５の表面中央部に露出するように貼着されている。
具体的には、裏地１ｂに滴下した溶融樹脂が硬化する前に、その表面に電極３を載置することによって、該電極３を樹脂層５上に貼着している。特にこの実施形態での電極３は、図１２に示すように、その厚み分だけ樹脂層５内に沈み込ませて、剥がれにくくなるようにしてある。

また、この実施形態では、電極３と配線部材２とを一体に形成しているところ、前記配線部材２は、図１２に示すように、樹脂層５及び裏地１ｂを挿通して、裏地１ｂと表地１ａとの間を延伸するようにしてある。

しかしてこのような変形実施形態によれば、なだらかに盛り上がる樹脂層５の中央部表面に電極３が貼着されているので、電極３が装着者の身体により確実に接触し、かつ違和感を感じにくくすることができる。
また、電極３と配線部材２とのつなぎ目が樹脂層５内にあるので、このつなぎ目箇所を堅牢に保持でき、該箇所での断線を防止できる。

その他、本発明は、その趣旨に反しない限りにおいて種々変形できることは言うまでもない。

１・・・上衣（衣服本体）
１ａ・・・表地
１ｂ・・・裏地
２・・・配線部材
２１・・・並列線部
２１１・・・配線要素
２２・・・節部

Claims (7)

1. 表地及び裏地を有した衣服本体と、前記表地及び裏地の間を挿通する配線部材とを備え、
   前記配線部材が、並列に設けられた複数の長尺箔状をなす配線要素からなる並列線部と、各配線要素の端部がまとめて接続される短尺の節部とが交互に形成されたものであることを特徴とする配線付き衣服。
2. 前記配線部材の一端部と他端部は、衣服本体に設定された２ヶ所にそれぞれ取り付けられている一方、その中間部は、表地及び裏地の間に固定されることなく、又は１以上の箇所で衣服本体に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の配線付き衣服。
3. 前記配線部材が、螺旋状または螺旋を潰して扁平にした形状をなすものである請求項１又は２記載の配線付き衣服。
4. 前記節部が短尺箔状をなし、該節部から一体に前記配線要素が延伸させてある請求項１ないし３いずれか記載の配線付き衣服。
5. 衣服本体の表地及び裏地の間を挿通する衣服用配線部材であって、
   並列に設けられた複数の配線要素からなる長尺の並列線部と、各配線要素の端部がまとめて接続される短尺の節部とが交互に形成されたものであり、
   前記配線要素が長尺箔状をなすものであることを特徴とする衣服用配線部材。
6. 表地及び裏地を有した衣服本体と、前記表地及び裏地の間を挿通する配線部材とを備え、
   前記配線部材が、長尺箔状をなし、かつ、螺旋状または螺旋を潰して扁平にした形状をなすものであることを特徴とする配線付き衣服。
7. 衣服本体の表地及び裏地の間を挿通する衣服用配線部材であって、
   長尺箔状をなし、かつ、螺旋状または螺旋を潰して扁平にした形状をなすものであることを特徴とする衣服用配線部材。

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