JP5988546B2

JP5988546B2 - 漸次変化パターンを具有する編物基盤電極

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Publication number: JP5988546B2
Application number: JP2011094381A
Authority: JP
Inventors: シェリルキース; シェフルキンブリ
Original assignee: テクストロニクス，インク．
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: JP2011231449A; EP2383378A1; CN102247135B; EP2383378B1; CN102247135A; US8443634B2; US20110259638A1

Description

この発明は、編物を基盤とする編物基盤電極、または、該電極を用いる編物基盤電極システムに関連し、その編物基盤電極は、漸次変化パターンを具有している。パターンの外周は、曲線からなっていても、直線からなっていても、両者の組み合わせからなっていてもよい。前記編物基盤電極、または、編物基盤電極システムは、着用物に統合される。この着用物は、例えば、着用者からの生物生理学的信号を受けるために、この、編物基盤電極を用いる生物生理学的監視に適用される。

編物基盤電極は、非導電性繊維の領域に囲まれた、導電線、または、金属繊維を伴う導電性撚り糸からなり、例えば衣類のような着用物に統合されることが可能である。導電線または金属繊維を伴う導電性撚り糸は着用物に合体される。着用物は、電気インパルスを、着用者から受け取ったり、反対に、電気装置から着用者へ伝えたりすることに適用される。Bekaertに譲渡された特許文書ＷＯ 01/02052は、そのような着用物を開示している。

着用者の心拍速さを検知したり、あるいは報告したりするための、着用可能な編物基盤のセンサーが、RTO Holding OYに譲渡された特許文書ＷＯ 02/071935に開示されている。

Koninklijke Philips Electronics NVに譲渡された特許文書ＷＯ 03/094717は、内部に統合された皮膚接触用電極を有する織物を開示している。開示された編物は「ブラまたはレディーストップ」の形状を持ち、電極を除けば、非導電性である。この編物は、部分的に重なり合う、金属繊維から作られる導電性材料の層と、該導電性材料を部分的に覆って該導電性材料を電気的に絶縁するように配置された電気的絶縁性材料を有する形で提供される。

Tefron Ltd.に譲渡された特許文書ＷＯ 2004/006700は、着用者の皮膚近くに配置され、金属的でよい導電性内側表面領域を有する環状編みされた衣類を開示している。この導電性内部表面領域は、電気信号を外側にある導電性領域へ導く働きをする。そのような電気信号は、着用者から送られる心拍数または着用者へ送られる電気刺激手段を含む。

これらの特許書類の各々が関連する目的は、導電性領域を提供することであり、その導電性領域は、金属線または金属繊維であってよく、衣類、ベルトまたは伝統的な編物構成体に統合された電極として機能する。一般的に、これらの特許文書は、衣類または着用物の他の部分とは電気的に絶縁された導電性領域を開示している。これらの領域は、衣類に編み込まれていてよい。さらに、これらの特許文書は、少なくとも１つの導電性領域を着用者の皮膚に密着する位置に設けることを開示している。その結果として、皮膚に密着した導電性領域によって形成された電極は、着用者の身体内部で発生した電気信号を拾い上げる接触点を提供する。反対に、そのような電極は、着用者外部で作られた電気信号を受ける皮膚上の接触点を提供する。要するに、これらの特許文書は、着用者の身体への、または、身体からの電気信号を伝える手段を提供している。

上記に加えて、これらの特許文書は、一般的に、少なくとも１つの第２の編み物構造の電極を開示している。さらにしばしば、この第２の電極は、衣類に統合され、衣類の外側表面に近い位置にある。この第２の電極は、また、都合よくは、皮膚接触をしている電極にかぶさる位置にあって、両電極の間には、衣類の非導電性構成材料が存在している。両電極間の電気的接続が望まれる位置において、そのような接続は金属線を用いて達成される。これに代えて、皮膚接触電極が、外側表面電極ともなるように、折り返されてもよい。

Textronics Inc.に譲渡されたU.S. Pat. No. 7,308,294とU.S. Pat. No. 7,474,910は、他の生物生理学的信号を監視するための着用可能な、編物を基盤とする検知器を開示している。

国際公開第01/02052号パンフレット国際公開第02/071935号パンフレット国際公開第03/094717号パンフレット国際公開第2004/006700号パンフレット米国特許第7,308,294号明細書米国特許第7,474,910号明細書

着用者に皮膚接触している衣類統合型電極と、衣類統合型外側電極との間の接続を金属線または金属繊維を用いて行った場合には、或る制約が存在する。その制約は、編み上げ過程で、使用される工具の性質によって生じる。例えば、編み針の消耗や破損は編み針と、金属線または金属繊維を用いた撚り糸との間の金属対金属の接触の結果生じる。編み機の効率と生産性を向上させるために、運転速さの上昇が望ましい。しかしながら、そのような運転速さの上昇は、また、撚り糸の中への異物混入の原因となり、編み針のみならず、撚り糸送出部、錘（おもり）およびカムに影響を与える。

例えば、環状編み機の高速運転においては、編み針は、着用物の製造中の、繰り返して起こる、金属線または金属繊維を用いた撚り糸との接触のため、頻繁に取り換えられる。編み針の消耗は、編み針のかぎ針部分とかみ合う掛け金の自由端によって、編み針が低い編み目ループ形成位置に移動する間に、掛け金が、閉じる位置に回転運動する際に起こりうる。編み針の消耗は、また、編み針が、掛け金の下の編み目ループを完成させるために持ち上げられ、掛け金が完全に開いた位置に回転運動する際にも起こりうる。或る場合には、編み針に対する掛け金からの衝撃は、また、金属疲労と掛け金の損傷の原因となりうる。

編み針の消耗は、また、使用される撚り糸の性質に起因しても起こりうる。例えば、金属被覆された繊維から作られた撚り糸は硬く、「柔軟性」がほとんど無く、その結果、編み機部品の消耗が起こる。このことは、特に、金属被覆の繊維が編まれた構造に最初に引き込まれたときに起こる。消耗は、また、着用物の製造中に、撚り糸が天然または合成繊維から作られている場合に起こりうる。或る合成繊維は、例えば、つや消し剤を含有し、それが編み針の消耗を生み出す。加えて、天然繊維から作られた撚り糸は、その繊維が、どのように育てられ、収穫され、精製されたかによる異物を含んでいる可能性がある。しばしば見られる、この種の撚り糸の不純物はシリカである。これらの不純物は針をすり減らす。針の消耗の結果、起こることは、縫い目の乱れ、意図しない編物の孔、意図しないひだ縫い、意図しない二重縫い、撚り糸の切断、編み機の停止、機械停止時間などである。これらの結果は、欠陥製品を生み、生産に必要な時間と、編物を基盤とした電極を統合した着用物のコストを増大させる。

他の制約もまた存在しえて、それは、例えば、人体への接触を通じて生物生理学的監視が望まれる場合である。この場合の制約は、因習に従って作られた編物に、金属線または金属繊維で作られた撚り糸の部分を作る際の、金属繊維で作られた撚り糸のもろさと、持ちのよい柔軟性の欠如に基づく困難性を含むであろう。

他の構成もまた、或る制約を受けるであろう。例えば、「折り返し」および、（導電性材料を電気的に絶縁するように設けられた非導電性材料を伴った）部分的に重なり合う導電性材料層を含む構成は、衣類または編物に統合される電極の配置を設計する際の自由度を厳しく制限するであろう。

従って、１つまたはそれ以上の欠点を克服することを可能とする、編物を基盤とする電極、すなわち編物基盤電極を提供することが要求される。

本発明は、１つの面において、漸次変化パターンを少なくとも１つ有する、編物基盤電極を提供する。本発明は、第２の面において、漸次変化パターンを有する、編物基盤電極を、衣類のような、着用物中に取り込んでなる電極システムを提供する。これらの、編物基盤電極は伸長復元性の非導電性撚り糸を有する部分と、伸長復元性の導電性撚り糸を有する部分を含むことができる。

上記編物基盤電極システムは、導電性領域を有する第１および第２の編物部分を含むことができる。そのような２つの導電性領域は、部分的に重なり合う関係にあるように配置され、両領域の物理的接触によって、両領域間の電気的導通が形成される。

少なくとも１つの導電性領域は、浮き撚り糸を含むことができる。加えて、少なくとも１つの導電性領域は、弾性化された導電性撚り糸および/または少なくとも部分的に導電性撚り糸で覆われた弾性撚り糸で作られていることができる。１つの実施形態において、導電性領域は、織られるかまたはうね織りされた構造を有する編物を含むことができる。さらなる実施形態において、導電性領域は、１つまたは複数の、少なくとも１つの疎水性材料を有し、かつ/または、少なくとも１つの疎水性材料を有する領域によって分けられている部分を含むことができる。

導電性領域のために選ばれたパターンは、編物基盤電極の製造に影響を与える。特に、漸次変化パターンは、編み針の消耗、破損、そして編み針の配列乱れを軽減することが見いだされている。ここで、「漸次変化パターン」は、編物基盤電極が、少なくとも１つの漸次変化をしている端、すなわち、漸次または斜めの角度によって、変化する端、例えば、円形にされるか、角度をつけられるか、曲線状にされるか、またはジグザグ状にされるかした端を持つことを意味する。特に、漸次変化パターンを用いることによって、編み針に印加される応力を、直線の端を持つパターンを用いた場合に比べて、より少なくすることができる。例えば、直線端を持つ長方形パターンまたは正方形パターンの領域を編んでいる場合に、編み機は、同じ編み針を用いて始め、同じ編み針を用いて終わる。ただ１つの編み針に、続けて印加される応力は編み針の配列乱れを生じ、それによって、過剰編みや被覆誤差が生じる可能性があり、その結果として、不正規な形状のセンサー領域や、その他の欠陥が生じる可能性がある。それに比較して、漸次変化パターンの領域を編む場合には、編み始めから編み終りまで、横糸１本ずつの編み過程の繰り返しにおいて、異なった編み針を用いる。これによって、編み針への応力は、いくつかの編み針に分散される。加えて、漸次変化する端を有するパターンの使用は、編み針以外の部品、例えば撚り糸切断刃にとっても有益である。このように、漸次変化パターンの使用は、欠陥を減らし、編み針への均等な応力の印加を可能とし、撚り糸切断刃などの部品に利益をもたらす。

このように、漸次変化パターンを用いることによって、編物基盤電極の製造工程は改善され、その結果として、より速い編み上げ速さと、その他の改善点の中で、編み機部品の長寿命化が可能となる。

本発明の範囲に入る、編物基盤電極は、測定装置に接続可能である。その測定装置は、例えば、該電極を包含している衣類の着用者の生物生理学的信号を監視することに用いることができる。例えば、１つの実施形態において、該編物基盤電極は、上記着用者の心拍数の監視を容易にすることに用いられる。

第１の、編物基盤電極の上面を示す図である。第１の基盤電極の裏面を示す図である。図１Ａと図１Ｂの、編物基盤電極が導電性浮き撚り糸の部分を含み、その部分が、図１Ｄと図１Ｅの、編物基盤電極の導電性浮き撚り糸の部分と接触していることを示す立面図である。第２の編物基盤電極の上面を示す図である。第２の編物基盤電極の裏面を示す図である。統合された、編物基盤電極が異なる型の編み物構造を持つことを示す図である。編物基盤電極を有する上半身着用物を示す図である。編物基盤電極を有する上半身着用物を示す図である。編物基盤電極の正面図である。折られた外形を持つ、編物基盤電極を示す図である。折られた外形を持つ、編物基盤電極を示す図である。生物生理学的監視が可能なエレクトロニクスとの通信に適用される一対の、編物基盤電極の部分断面図である。人体への着用に適し、生物生理学的監視可能なエレクトロニクスへの適用可能な、連続帯を示す図である。一対の、編物基盤電極と、その構造における可変な寸法を示す図である。漸次変化パターンの第１の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第２の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第３の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第５の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第６の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第７の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第８の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第９の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第１０の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第１１の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。漸次変化パターンの第１２の例を有する一対の、編物基盤電極を示す図である。

本発明は、１つの実施形態において、編物基盤電極を提供することができ、該電極は着用物に完全に統合され、該着用物は該電極が着用者の身体に接触することを許す。この編物基盤電極は、編み機における、編み針の消耗と、編み針の破損と、編み針の配列乱れを低減するための漸次変化パターンを含む。ここで開示される編物基盤電極は、また、該電極を統合した着用物の着用者への生物生理学的信号の伝達に適用されることが可能である。例えば、そのような編物基盤電極は、着用者の生物生理学的監視に適用される。

ここで開示される編物基盤電極は、また、着用者の身体への接触を経由して、壊れやすい接続線に依存することなく、電気信号を送ったり受けたりすることが可能である。この編物基盤電極は、また、着用者の身体への信頼性の高い接触に特別に適用され、さらに、補足的な、編物基盤電極と首尾一貫した電気的連続性を提供する（すなわち、着用者が自由に動いても、信号の消失や短絡が起こらない）。この観点において、この編物基盤電極は、導電性領域において引き延ばし可能であり、それは、導電性撚り糸または細線と共に編まれ、または織られた弾性材料が存在すること、および/または、弾性と導電性の両方を有する撚り糸または細線を用いたことによる。

１つの実施形態において、この編物基盤電極は、１つの、編物構造中に導電性撚り糸を備えた第１の編物部分を含む電極システム中に包含されることができる。前記編物構造は、例えば、伸縮性布地、うねのある布地、疑似うねつき布地および１×１および１×３構造のうねつき布地のなかから選ばれたものでありうる。前記導電性撚り糸の部分は、前記第１の編物部分に囲まれ、絶縁されることができる。

他の実施形態において、編物基盤電極は、漸次変化パターンを持つ。特に、編物基盤電極の端部は、丸い形状、角を持つ形状、曲線形状またはジグザグ形状を持っていてよい。このような実施形態において、編物基盤電極は、１つあるいはそれ以上の、丸い形状か、曲線形状か、斜めに切れた形状かまたはジグザグ形状に伸ばされていてよく、または、ジグザグ形状か、丸い形状か、曲線形状か、斜めに切れた形状かまたは角のある形状に縮められていてよい。

前記編物基盤電極は、導電性撚り糸または細線で覆われた、弾性撚り糸であるLycra（登録商標）spandexのような材料の存在により、導電性領域における伸長可能性を持つことができる。前記編物基盤電極は、また、ＷＯ 2004/097089A1またはＵＳ 7,135,227（INVISTA Technologies S.a.r.l.に譲渡）において開示されているような導電性撚り糸の使用によって、導電性領域における伸長可能性を持つことができ、上記書類の全内容は、ここでの引用文献に含まれている。これらに加えて、前記編物基盤電極は、（例えば、１×１または１×３構造のうねつき編物構造のような）異なった形の編物構造を用いることによって、伸長可能性を持つことができる。

さらなる実施形態において、編物基盤電極は、１つの電極システムの中に設けられ、その電極システムは、部分的に重なる部分を有する第１の編物部分と第２の編物部分を含む。第１の編物部分は少なくとも１つの第１の導電性領域（第１の「電極」）を含んでいてよく、第２の編物部分は少なくとも１つの第２の導電性部分（第２の「電極」）を含んでいてよい。第１の編物部分の導電性領域と第２の編物部分の導電性領域は、協力して、部分的な物理的接触領域を作ることができる。この物理的接触領域は、第１と第２の「電極」の間に、電気伝導を確立することができる。

第１と第２の領域すなわち「電極」は、それぞれ、少なくとも１つの、導電性撚り糸の部分を含む。加えて、第１と第２の領域すなわち「電極」は、それぞれ、少なくとも１つの「浮き撚り糸」の部分を含んでいてよい。

本発明の範囲に入る実施形態は、ここに示した図面を参照しながら、さらに説明されるであろう。

１つの実施形態において、第１の編物基盤電極は、１つの電極システム内に設けられ、その電極システムは、第１の編物部分１０を含み、第１の編物部分１０は、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、導電性撚り糸３０の部分を有している。この実施形態において、導電性撚り糸３０の部分（図１Ａ）は、第１の編物部分１０に囲まれ、第１の編物部分１０から電気的に絶縁されている。

第２の、編物基盤電極は、第１の編物部分２０を含み、第１の編物部分２０は、図１Ｄおよび図１Ｅに示されるように、導電性撚り糸４０の部分を有する。

本発明の範囲に入る実施形態において、編物構造が使用可能である。その編物構造は、編物部分１０および２０と導電性撚り糸３０および４０の両方に対して、例えば、単一の伸縮性布地、疑似うねつき布地および１×１および１×３構造のうねつき布地の中から選ばれたものでありうる。当業者によって知られているように、そのような編物としては、うね編物、すなわち、縦のうねが、交互に、（奇数うねとして）表面に現れ、（偶数うねとして）裏面に現れる編物がある。この型のうね編物は、長さと幅の両方向に良好な弾性を有していることが知られており、体形にぴったり合う衣類を作るのに役立つ。

さらなる、本発明の実施形態において、導電性撚り糸３０および４０は、浮き糸があるように作られる。浮き糸は、当業者に知られているように、織り込まれないで編物の上に出ている（すなわち、編物表面上に浮いたり、横になったりしている）撚り糸の部分を含む。うね織り構造中に導電性撚り糸３０および４０を有する編物部分１０および２０は、編物電極構造を提供することができ、その編物電極構造中では、撚り糸３０および４０は編物のうね構造の上に浮いている。その結果として、これらの浮き撚り糸３４および４４（図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｄおよび図１Ｅ）は、編物表面上で直ちに近づくことができる。この、直ちに近づくことができる浮き撚り糸３４および４４は、浮き撚り糸の物理的接触によって、編物の導電性撚り糸部分間の電気的接触を容易にする。１つの実施形態において、導電性撚り糸部分間の電気的接触は、浮き撚り糸３４および４４を縫い合わせることによって、さらに容易となる。

図１Ｃに示されているように、第１の編物基盤電極１５と第２の編物基盤電極２５が、互いに近接した位置にあり、浮き撚り糸３４および４４を互いに接触させ、導電接続を完成させている。

導電性撚り糸３０および４０、従って、浮き撚り糸３４および４４として適した材料は、例えば、特許文書ＷＯ 2004/097089A1またはＵＳ 7,135,227（INVISTA Technologies S.a.r.l.に譲渡）において開示された導電性撚り糸を含み、上記書類の全内容は、ここでの引用文献に含まれている。ＷＯ 2004/097089A1またはＵＳ 7,135,227において開示された導電性撚り糸（以下、ＥＴＧ１撚り糸と呼ぶ）は、本来、伸長復元性であり、ここに開示される実施形態における編物構造を構成しうる。ＷＯ 2004/097089Aの開示に従った、弾性導電性撚り糸の製作に適した非弾性導電性細線は、BEKAERT Fibre Technologies製のそのような撚り糸（CONDUFIL（登録商標）80 dtex および24本の細線からなる撚り糸）、および、Laird Sauquoit Industries（Scranton, Pennsylvania, USA18505）製の、Xstatic（登録商標）という名の、銀被覆されたナイロン撚り糸を含む。

非導電性撚り糸または伝統的な編物撚り糸は、編物部分本体の製作に都合よく用いられる。これらの撚り糸は、例えば、綿糸、再生セルロース糸、絹糸、ラミー糸、ポリエステル糸および/またはナイロン糸を含みうる。編物部分本体は、また、ポリエステル糸とナイロン糸に、（INVISTA Technologies S.a.r.l.製のLYCRA(登録商標)ブランドのspandexのような）弾性撚り糸を混ぜたものを含みうる。すなわち、非導電性撚り糸は、伸長復元性を有する非導電性撚り糸を含む。

この点で、図１Ｆは、統合された編物電極３５を示し、この編物電極３５は、うね織り構造（すなわち、１×１または１×３うね構造）を含む種々の型の編物構造を用いた導電性領域４０’の部分を有している。このような電極は、導電性領域４０’を囲み、例えば、うね構造を持つ、より広い領域１８の中にあるようにすることができる。電極領域は、例えば、導電性撚り糸で覆われたLycra（登録商標）spandexの存在、または、ＷＯ 2004/097089A1において開示された撚り糸（ＥＴＧ１）のような導電性撚り糸の使用によって、伸長可能である。加えて、うね構造と弾性材料の使用によって、この伸長可能な電極は、人体への良好な接触と、それによる、信号の良好な取得を可能とする。

上記のような、うね構造の伸長可能電極は、例えば、（GRUPPO LONATI, イタリーに属する）SANTONI製のSM8-TOP1, SM8-TOP2 およびSM4-TR2編み機により、１３”、１４”、１５”、１７”および２０”シリンダーを用いて、製造可能である。

このような統合された編物電極に用いることができる導電性撚り糸の例は次のようなものを含む。すなわち、Xstatic(登録商標) 70 デニールで二重のもの（例えば、70 デニールの、銀被覆されたナイロン糸と、Laird Sauquoit Industries（Scranton, Pennsylvania, USA 18505）製の３４本の細線）、ＥＴＧ１撚り糸（LYCRA(登録商標) Type 162 “clear” 32 を70 デニールのナイロン撚り糸で二重被覆したものと、Electro Feindraht製の２０ミクロンの銀メッキされた銅線）などである。

図１Ｃは、ＡからＡ’へ伸びている軸に沿う編物部分１０と編物部分２０の側面を示している。この図に示されているように、編物部分１０の浮き撚り糸３４と編物部分２０の浮き撚り糸４４との物理的接触が可能となる。この、浮き撚り糸３４と４４との物理的接触、あるいは、類似の浮き糸複数の物理的接触は、編物部分１０と２０との間の電気的連続性をもたらす。

図１Ｃに示されているように、編物部分１０の浮き撚り糸３４が、編物部分２０の浮き撚り糸４４と接触しているとき、２つの導電性領域間、すなわち、表面１２上の導電性部分３０から表面２２上の導電性部分４０への電気信号の伝達が可能となる。

シャツのような着用物に完全に統合される編物基盤電極システムの１つの実施形態が、図２Ａおよび図２Ｂによって示されている。これらの図において、着用物１００は、上半身用着衣として示されている。着用物１００は、広く実行されている（環状）シームレス編み技術によって製造可能である。例えば、シームレス編み技術を用いて製造された「編んだまま」形状において、着用物１００は、上部９０と、それと、ＡＡ’軸に関して鏡像関係にある下部８０とからなる円筒形状を有する。図２Ａの下部８０は、上部９０の中へ折り込まれ、図２Ｂによって示されるように、内側部分と外側部分とを持つ二重衣類を形成する。衣類のウエストバンドも、類似の方法で製造される。

図２Ａおよび図２Ｂは、編物基盤電極システムを完全に統合した着用物１００を示す。編物基盤電極システム４０の外面部分は、下部８０と関連づけられているように示されている。編物基盤電極システム４０の外面部分は、破線で示されるように、内面部分４２および浮き撚り糸４４と電気的に連続している。編物基盤電極システム３０の外面部分は、上部９０と関連づけられ、破線で示されるように、内面部分３２および浮き撚り糸３４と電気的に連続している。下部８０が、着用物１００の上部９０の方に折られたとき、浮き撚り糸部分３４と４４は、（図１Ｃと同様に）図２Ｂに示されるように、物理的に接触する。浮き撚り糸部分３４と４４の物理的接触の結果として、電気信号は、二重衣類１００の外部表面にある電極３０から、内部表面にある電極４０、さらに着用者の皮膚に至る方向とその逆の方向に通過することができる。

編物基盤電極システムの他の実施形態は図３Ａおよび図３Ｂによって示されている。図３Ａに、編物７０の一部分が、水平軸ＣＣ’とＢＢ’によって区切られている状態が示されている。図３Ａには、ＣＣ’とＢＢ’の両方から等距離にある３番目の水平軸ＡＡ’が示されている。

図３Ａおよび図３Ｂにおいて、水平方向において反対向きに置かれた、２つの、編物基盤電極が示されている。これらの電極は、図３Ａに示されるように、導電性撚り糸３０、３０’の第１および第２の外側部分を含む。これらの電極は、さらに、図３Ａに示されるように、導電性撚り糸部分３４、３４’を含み、その導電性撚り糸部分３４、３４’は、それぞれ、撚り糸部分３０、３０’の下に横たわる浮き撚り糸として、破線によって、示されている。

同様に、図３Ａは、編物基盤電極システムの、随意的に付加された、綿糸のような保湿性の撚り糸からなる第３および第４の外側部分４６、４６’を含む、構成要素を示している。このような編物基盤電極システムは、さらに、図３Ａに示されるように、導電性撚り糸部分４４、４４’を含み、その導電性撚り糸部分４４、４４’は、それぞれ、導電性撚り糸部分４０、４０’の下に横たわる浮き撚り糸として、破線によって、示されている。導電性撚り糸部分４０、４０’は、それぞれ、４４、４４’につながり、随意的に付加された、保湿性の撚り糸からなる第３および第４の外側部分４６、４６’によって囲まれている。

さらに、図３Ａには、編物基盤電極への電気的接触のための中心点としての役目を果たす金属製コネクタ５０が示されている。

図３Ｂは、編物部分７０を水平軸ＡＡ’に沿って折り、水平軸ＣＣ’とＢＢ’が重なって、水平軸ＣＢ−ＣＢ’となった後の状態を示している。このように、編物部分７０を水平軸ＡＡ’に沿って折った結果として、二重編物部分が形成される。内側の導電性撚り糸部分と、それに付随する浮き糸部分、それぞれ、３４と４４、ならびに、３４’と４４’は二重編物部分の内側部分において（図３Ｃに示されるように）物理的に接触する。

図３Ｃに示されるように、導電性撚り糸部分３０と３０’は、外側表面部分７２の上にあり、導電性撚り糸部分３４と３４’は、内側表面部分７４の上にある。同様に、図３Ｃに示されるように、随意的に付加された保湿性撚り糸部分４６と４６’は外側表面部分７８の上にある。図３Ｃに示されるように、導電性撚り糸部分４０と４０’は外側表面部分７８の上にあり、浮き撚り糸部分４４と４４’は、二重編物の内側表面部分７６の上にある。

図３Ｃに示されるように、折り重ねられた編物部分７０は、表面部分７８、７２と、２つの編物基盤電極を持ち、その電極は、表面部分７８から表面部分７２へと連続している。このような配置は、表面部分７２と７８の間の、電気信号のやりとりを可能とする。接続点５０と５０’は、電気信号の送受信に使われる。

接続点５０と５０’を電気信号の送受信に用いる手段は図４に示されている。この図において、編物部分７０は、表面７４と７６’の間を眺めた形で示されており、これらの表面は、（図３Ｂに示されたように）編物部分７０を水平軸ＡＡ’に沿って折り重ねることによって、互いに向き合っている。表面７８（着用者の皮膚に接触する側）は、導電性撚り糸部分４０と４０’を含み、表面７２は導電性撚り糸部分３０と３０’を含んでいる。表面７６と７４の間において、導電性撚り糸部分４４と４４’が導電性撚り糸部分３４と３４’と物理的に接触し、導電性撚り糸部分４４、４４’と導電性撚り糸部分３０、３０’電気的連続性を提供している。

導電接点５０と５０’は、それぞれ、導電性撚り糸部分３０と３０’につながれている。導電接点５０と５０’は、例えば、金属導電体のような、いかなる導電体で作られていてもよい。導電接点５０と５０’は、導電性撚り糸部分３０、３０’につながれることができ、それによって、導電性撚り糸部分３０、３０’を通して、それぞれ、電気接点２１０と２１０’と電気的連絡が可能となる。電気接点２１０と２１０’は電気装置２００に付随している。

電気装置２００は、図４において、折り重ねられた編物部分７０の表面７４と７６の間に装着されている。その結果として、導電性撚り糸部分４０と４０’で発生した電気信号は、それぞれ、電気装置２００に付随する電気接点２１０と２１０’に導かれる（導電性撚り糸部分３０、３０’の場合も同様である）。その反対に、電気装置２００において発生した電気信号は、直接、電気接点２１０と２１０’に導かれ、さらに、導電性撚り糸部分４０と４０’（導電性撚り糸部分３０、３０’でも同様）へ導かれる。

随意的に付加された撚り糸６０の一例が図４に示され、この撚り糸は、例えば、疎水性部材であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の細線からなる。随意的に付加された撚り糸６０の使用は、着用者が強く汗をかいている場合に起こるかもしれない、編物基盤電極回路の短絡の可能性を低める。ある実施の形態において、ＰＴＦＥ細線は、LYCRA（登録商標）のspandex撚り糸によって、被覆されるか、撚り合わされていてよい。別の方法としては、これらの撚り糸は、予備的処理無しに、衣類構造における従来の繊維と統合されうる。

２つの編物基盤電極を用いて十分に統合されている着用物１１０の部分が図５に示されている。図５における着用物は、袖、袖口またはバンドを表現している。そのような実施の形態においては、電気装置２００は、該着用物を着用した人または動物の、生物生理学的パラメーターを受けたり、保存したり、そして/または伝達したりしうる。

図５に示されているように、２つの編物基盤電極は、表面７２と７４の間に装着されている電気装置２００と直接連絡を取り合うことができる。表面７８の上の２つの導電性撚り糸部分４０と４０’は、着用者の皮膚に接触することができる。導電性撚り糸部分４０と４０’と皮膚の接触の結果として、着用者から発生する電気信号は、それぞれ、導電性撚り糸部分３０と３０’へ伝達され、さらに、接点５０と５０’を経由して、電気装置２００へ伝達されることができる。同様にして、電気装置２００は、電気信号を、接点５０と５０’を経由して、さらに、導電性撚り糸部分３０と３０’を経由し、着用者の皮膚に接触している導電性撚り糸部分４０と４０’へ伝達し、電気信号を着用者に伝達することができる。

本発明の他の実施形態において、電気装置２００は、生物生理学的監視をすることができ、例えば、着用者の心臓の電気的活動に付随する電気信号を監視し、心拍数を監視することができる。電気装置２００は、図４に示されたように、導電性接点２１０と２１０’を用いて、接点５０と５０’へ関連付けられることができる。この用途に適しているスナップ留め式接点５０と５０’は、例えば、PRYM Consumer USA製の19Lと21Lとして入手可能である。スナップ留め式接点５０、５０’の下の強化編物としては、例えば、CORDURA（登録商標）の編物片の形で入手可能である。これらは、編物電極３０と３０’の位置にあるスナップ式接点の、消耗による故障または突発的故障を防ぐのに役立つ。

図５における着用物１１０は、着用者の中胸部を囲むバンドの形をしている。このバンドは、人体の他の部分、すなわち、手首、腕、腰などにも適用可能である。着用物１１０の表面７８は、着用者に向いて位置し、導電性撚り糸部分４０と４０’は、心臓の鼓動に伴う電気信号を受けるように、水平方向に距離を置いて、位置している。

付加的に、着用者の皮膚からの信号を取得することが、例えば、図４における、導電性撚り糸部分４０と４０’を取り囲むバンド状の布地に編み込まれた綿撚り糸４６と４６’を用いることによって可能となる。綿撚り糸は、（例えば、絹、ビスコースレーヨン、アセテート、羊毛と同様に）親水性であることが知られており、導電性撚り糸部分４０と４０’の周囲に、着用者の身体から出る湿分を保持する湿分保持性を高める。

着用者の皮膚に接触する導電性撚り糸部分４０と４０’の周囲に塗布膜を設けるのも付加的事項であり、これによって、着用物１１０が着用されてすぐに、湿分が高くなるようにして、発汗を促進することができる。このような塗布膜は、編物部分の導電性領域の上および/または周囲に、ポリマー溶液を上塗りすることによって、形成可能である。そのような塗布膜を設けることは、例えば、着用者が激しい運動をしない場合に望ましい（例えば、着用者が激しい運動をする場合には、この塗布膜を設けることは、あまり望ましくない）。適当な塗布膜としては、例えば、ELASTOSIL R plus 573 導電性シリコンゴム（Wacker Silicones， WACKER-Chemie GmbH，ドイツ製）がある。

心拍数を監視するのに適した電気装置としては、POLAR Electro Oy（Professorinitie 5，フィンランド， 90440 Kempele）製のものがある。POLAR S810i（商標）およびPOLAR RS800（商標）は、ともに、電子モジュール（図５に示された実施形態における２００）と、該モジュールとラジオ波で交信する、手首装着型の装置を含む。この手首装着型の装置は、着用者のデータを記録する。そのデータは、装着者が、例えば、ランニング、サイクリング、スキー滑走のような激しい運動をしているときに取得可能である。

本発明の、この実施の形態は、POLAR RS800（商標）またはPOLAR S810i（商標）のような装置を装着するときの、他の装着手段よりも優れたものになりうる。これに比べて、POLAR S810i（商標）を使用する際に用いられることがすでに知られている胸用のベルトと帯は、人体によく合い、心地よく、目立たないものであるとはいえない。上半身用衣類、例えばスポーツブラは、生物生理学的監視のために完全に統合化され、本発明の優れた実施形態となる。

本発明の実施形態に基づいて、編物基盤電極を取り込むことができる着用物の例は、あらゆる型のスポーツまたは運動用衣服を含む、あらゆる型の衣服をも含む。そのような衣服の特別な例として、シャツ、タンクトップ、ブラ、下着がある。さらに、着用物として、バンド、帯、ベルト、または、他のいかなる型の着用物も、例として含まれることに注意することも重要である。一層のあて布状電極４０をあらゆる着用物に切り張りすることができる。着用物は、患者の生物生理学的パラメーターの監視のような、医療用途にも使用されうる。

図７から図１７までは、漸次変化パターンを持つ編物基盤電極が編物部分７０に組み込まれている状態を示している。図７から図９までは、水平軸ＡＡ’を示している。水平軸ＡＡ’に沿って折ることによって、二重編物部分が形成される。図１０から図１７までは、漸次変化パターンを持つ編物基盤電極を有する二重編物の正面図を示す。これらの、漸次変化パターンを持つ編物基盤電極の実施形態は、電気信号の授受のための接続点５０および５０’（図７から図１７までには示していない）を持っていてよい。

図７においては、第１の電極８２は引き伸ばされた卵型の周縁部を持ち、その周縁部は、長さが幅よりも長い。第２の電極８４は、他の、引き伸ばされた卵型の周縁部を持ち、その周縁部の長さｂは幅ａよりも長い。水平軸ＡＡ’に沿って折ることによって、二重編物部分が形成される。

これらの引き伸ばされた卵型の漸次変化パターン８２，８４は、環状編み機の動作プログラムにおいて、異なる編み針位置において、導電性撚り糸が選択されるようにすることによって形成される。例えば、漸次変化パターンの、導電性撚り糸１本分の、第１の列の長さを第２の列の長さより短くし、それを、列の長さが最大となるまで続ければ、卵型の頂点部分を作ることができる。そして、もう一方の部分を作るには、その逆を行えばよい。

図８は、他の漸次変化パターン８６、８８を示し、編物基盤電極の周縁部が、角を持つ端を持つ形となっている。第１の電極８６は、引き伸ばされた６角形の周縁部を持ち、その長さは幅よりも長い。第２の電極８８は、別の、引き伸ばされた６角形の周縁部を持ち、その長さは幅よりも長い。

図９は、他の漸次変化パターン９０、９２示し、編物基盤電極は、一方の端部において角を持っている。

図１０は、１対の編物基盤電極９４を示し、その電極は、引き伸ばされた卵型をしている。他に、このような電極の一方のみが、引き伸ばされた卵型をしていてもよい。

図１１は、１対の編物基盤電極９６を示し、各電極は、斜めに切れた端を持つ形の漸次変化パターンを持っている。この漸次変化パターンは、台形であり、上端の導電性撚り糸または繊維は、次の撚り糸または繊維よりも短く編み込まれており、このようなことが下端まで続いている。

図１２は、１対の編物基盤電極９８を示し、各電極は、角を持つ端を持つ漸次変化パターンを持っている。この実施形態において、各電極は、引き伸ばされた５角形となっている。ここで、各電極は、編物の中で、水平軸に対して、ある角度をもって配置されている。

図１３は、１対の編物基盤電極９９を示し、各電極は、上端および下端が、曲がり方が変化する曲線となっている漸次変化パターンを持っている。ここに示されているように、電極の向かい合う端部は、直線となっているが、曲線あるいは他の形をしていてもよい。直線状の端部は、互いに傾いているように示されているが、両方が垂直であってもよい。

図１４は、１対の編物基盤電極１０１を示し、各電極は、３角形状の漸次変化パターンを持っている。各３角形状パターンの１つの頂点は丸くなっている。各電極は、編物の中で、電極が形成されている方向が、水平軸に対して、ある角度を持っているように配置されている。

図１５は、１対の編物基盤電極１０３を示し、各電極は、３角形状の漸次変化パターンを持っている。各３角形状パターンの各頂点は丸くなっており、各電極は、編物の中で、電極が形成されている方向が、水平軸に対して、平行になるように配置されている。そうではなくて、編物基盤電極１０３が、互いにある角度をもって向き合っていてもよいし、電極が形成されている方向が、水平軸に対して、ある角度を持っているように配置されていてもよい。

図１６は、１対の編物基盤電極１０５を示し、各電極は、涙粒形状の漸次変化パターンを持っている。パターンの１つの端部は角を持っており、他の端部は、円形であるか丸みを持っている。

図１７は、１対の、楕円形状の周縁部を持つ編物基盤電極１０７を示している。このような楕円形状の漸次変化パターンは、環状編み機の動作プログラムにおいて、異なる編み針位置において、導電性撚り糸が選択されるようにすることによって形成される。例えば、漸次変化パターンの第１の列の長さを第２の列の長さより短くし、それを、列の長さが最大となるまで続ければよい。そして、次には、その逆を行えばよい。

図７から図１７までに示された漸次変化パターンを持つ編物基盤電極は、環状編み機、例えば、SANTONIによって製造されている環状編み機を用い、編み機の動作をプログラミングすることによって、製造可能である。漸次変化パターンを持つ編物基盤電極を形成するために、環状編み機は、ユーザー特化仕様に従って、導電性撚り糸を、異なる編み針位置においてつまみあげるように、プログラミングされる。編み機は、１つまたはそれ以上の、外側の円筒面に細長い小孔を有する環状編み針シリンダーを持っている。その小孔は、糸のループを作るために編み針が移動するときのガイドとなる。編み針は、最大位置と最少位置との間を、カムの作用によって、往復する。編み機の動作中、シリンダーと編み針は回転する。漸次変化パターンを持つ編物基盤電極を形成するために、ある編み針は、他の編み針が、前回の編み動作が終わっていない撚り糸をつまみあげるために、別の場所に移動する間に、糸のループを作ることを要求される。編み機は、漸次変化パターンを持つ編物基盤電極が環状に編みあげられた衣類の中に編み込まれるように、各編み針の位置と移動を決定するようにプログラミングされる。

すなわち、漸次変化パターンは、導電性撚り糸または導電性繊維１本ずつの編み過程の繰り返しによって形成され、該編み過程の繰り返しにおいて、第１の編み過程が導電性撚り糸または導電性繊維の第１の長さを作り、前記第１の編み過程に隣接する第２の編み過程が前記第１の長さとは異なる第２の長さを作り、前記第２の編み過程に隣接する第３の編み過程が前記第２の長さとは異なる第３の長さを作ることによって形成される。

試験方法
編物基盤電極の効率を評価する方法が、U.S.Patent Ｎｏ．7,308,294とU.S.Patent Ｎｏ．7,474,910に説明されており、その全内容は、ここでの引用文献に含まれている。

本発明の視野内に入る実施形態の、生物生理学的監視への適合性を試験するために、いくつかの対象の心拍数が、POLAR RS800（商標）およびPOLAR S810i（商標）のエレクトロニクスモジュールを用いて測定された。これらのモジュールは、上胸部に着用された編物バンド（すなわち、７０）の中に装着され、種々の、漸次変化パターンを持つ編物基盤電極を用いた場合と、（漸次変化パターンを持たない長方形編物基盤電極を有する）比較用編物基盤電極を用いた場合の、信号品質を比較するために用いられた。

心拍数監視用ベルトまたは胸バンドを用いた場合の結果の例が（表１中の１−６に）示されている。これらの心拍数監視ベルトは、SANTONI製のSMA-8-TOP1シームレス、１３インチサイズ、編み機（以後、「SANTONI編み機」という）によって作られた。心拍数監視ベルトを製作する際に、種々の撚り糸を用いて、（ジャージー織り構造、モックうね織り構造を含む）異なる編み構造の組み合わせが製作された。各例において、表示された電極領域は、Laird Sauquoit Industries（Scranton, Pennsylvania, USA18505）製の、銀被覆されたナイロンの７０デニールのXstatic（登録商標）と３４本の細線（以後、「Xstatic（登録商標）７０/３４」という）を用いて製作された。

心拍数監視ベルトの例１−６の各々において、導電性撚り糸でできたセンサーは基盤編物に織りこまれている。二重の、Unifi， Inc.製の、７０デニール、６８本のナイロン細糸で織られた編物がLycra（登録商標）spandex（T-902C 260d）で被覆された。ナイロン糸とLycra（登録商標）spandexは、SANTONI編み機を用い、ナイロン９２％、Lycra（登録商標）８％の割合で編み合わされた（ナイロンが約７５から１００％、Lycra（登録商標）が０から約２５％の割合でもよい）。さらに、このとき、編物基盤電極を含む編物領域（「導電性領域」）および、非導電性領域（非導電性部分）において、単純なジャージー編みと（１×１、３×１、２×１、２×２）モックうね編みが用いられた。

編物基盤電極を含む編物領域（「導電性領域」）において、導電性撚り糸が、基盤編物の１つの側に、SANTONI編み機を用いて、編み込まれた。例１−６および比較対象の心拍数監視ベルトを製作する際に用いられた導電性撚り糸は、Xstatic（登録商標）７０/３４であった（Bekaert製の、ポリエステル糸８０％とステンレススチール糸２０％の複合撚り糸も使用可能であろう）。この点において、導電性領域は、単純なジャージー編みとモックうね編みを用いて作られた。

３０−６０分続く屋内または屋外運動期間の間、被実験者は、比較例と６例の監視ベルトを着用した。屋内心拍数は、所有権のあるadidas（登録商標）ソフトウエアを用いて記録された。屋外心拍数のデータは、POLAR S810i（商標）およびPOLAR RS800（商標）のエレクトロニクスモジュールを用いる方法、および手首装着データ記録器によって記録された。

例１−６の心拍数監視ベルトにおいて、導電性領域の大きさａ×ｂ（図７）は、表１に示されているように、変化している。これらの値を用いて、各領域の面積が近似され、百分率で、比較例と比較された。

各運動期間の、開始時、中間、終了時における、信号取得の質が、専門家のパネルによって評価された。雑音の存在またはその他の信号劣化も注目された。スコア１０は優秀と考えられ、スコア１は不十分と考えられた。そして、平均評価が計算された。

表１は、例１−６と比較例の心拍数監視ベルトの、上記導電性領域の大きさと、信号品質の平均評価とを示している。この場合の、編物基盤電極は下記の周縁形状を持っている。
比較例浮き糸を持つ長方形パターン
例１浮き糸無しの長方形パターン
例２引き伸ばされた楕円パターン
例３引き伸ばされた楕円パターン
例４楕円パターン
例５楕円パターン
例６楕円パターン

例１−６は、漸次変化パターンを持つ編物基盤電極は、比較例に匹敵する信号品質を提供することを示している。このように、漸次変化パターンを持つ編物基盤電極は、着用物中での編物基盤電極の信号取得に悪影響を及ぼすことなく、編み上げ速さおよび編み針の耐久性の点において、製造工程上の有用性をもたらす。

上記の詳細説明は、本発明の視野を制限するものではない。ここに開示された例は、代表例であって、発明の範囲を制限するものではない。上記の発明の実施形態は、本発明から逸脱することなく、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が認めるように、修正または変更されるであろうし、構成要素が追加されたり削除されたりするであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲によって限定され、本明細書に詳述した方法に代わる方法によっても遂行しうるであろう。

１０：編物部分、１２：表面、１５：編物基盤電極、１８：より広い領域、２０：編物部分、２２：表面、２５：編物基盤電極、３０、３０’：導電性撚り糸、３２：内面部分、３４：浮き撚り糸、３４、３４’：導電性浮き撚り糸部分、３５：編物電極、４０、４０’：導電性撚り糸、４２：内面部分、４４：浮き撚り糸、４４、４４’：導電性撚り糸部分、４６：第３の外側部分、４６’：第４の外側部分、５０：金属製コネクタ、６０：随意的に付加された撚り糸、７０：編物部分、７２：外側表面部分、７４：内側表面部分、７６：内側表面部分、７８：外側表面部分、８０：下部、８２：電極、８４：電極、８６：電極、８８：電極、９０：上部、９０、９２：漸次変化パターン、９４、９６、９８、９９：編物基盤電極、１００、１１０：着用物、１０１、１０３、１０５、１０７：編物基盤電極、１１０：着用物、２１０、２１０’：電気接点、２００：電気装置。

Claims

編物構造中に第1の編物部分を備えた編物を基盤とする編物基盤電極であり、
（ａ）非導電性撚り糸と、
（ｂ）第1の長さを有する、導電性撚り糸細線の第1の編み列、
この第1の長さと異なる第2の長さを有する、導電性撚り糸細線の第2の編み列、
この第2の長さと異なる第3の長さを有する、導電性撚り糸細線の第3の編み列、を備える複数の編み列でなり、漸次または段階的に変化する端部を少なくとも１つ備える、少なくとも１つの導電性領域と、
（ｃ）前記第１の編物部分の導電性領域の上および／または周囲に塗られたポリマーでなる塗布膜と、
を備えることを特徴とする編物基盤電極。
請求項１に記載の編物基盤電極において、前記非導電性撚り糸は、伸長復元性を有する１つまたはそれ以上の撚り糸を含むことを特徴とする編物基盤電極。
請求項１または２に記載の編物基盤電極において、前記導電性領域は、うね編物を含むことを特徴とする編物基盤電極。
請求項１ないし３のいずれかに記載の編物基盤電極において、前記第１の編物部分の導電性領域は、少なくとも１本の浮き撚り糸を含むことを特徴とする編物基盤電極。
請求項１ないし４のいずれかに記載の編物基盤電極において、前記導電性領域は、導電性撚り糸によって覆われた弾性撚り糸を含むことを特徴とする編物基盤電極。
請求項１ないし５のいずれかに記載の編物基盤電極において、少なくとも１つの疎水性部材が前記導電性領域に包含されていることを特徴とする編物基盤電極。
請求項１ないし６のいずれかに記載の編物基盤電極において、前記第１の編物部分の前記導電性領域は、１つの長さと１つの幅と１つの厚さを有し、該長さは該幅よりも長いことを特徴とする編物基盤電極。
請求項１ないし７のいずれかに記載の編物基盤電極において、前記漸次または段階的に変化する端部は、丸い端、角を持つ端、斜めに切れた端、曲線形状の端およびジグザグ形状の端からなる群から選ばれる端を持つ形状を有することを特徴とする編物基盤電極。
編物を基盤とする編物基盤電極を形成する際の編み針の消耗を軽減するための方法であって、
少なくとも１つの、漸次変化パターンを有する編物を作るように、編み機をプログラミングすること、
導電性撚り糸または導電性繊維を用いて前記編物を編み、少なくとも１つの、前記漸次変化パターンを有する導電性領域を形成すること、および、
前記編物を、他の撚り糸または繊維と編み合わせて、前記編物の他の非導電性部分を形成すること、
前記漸次変化パターンは、前記導電性撚り糸または導電性繊維１本ずつの編み過程の繰り返しによって形成され、該編み過程の繰り返しにおいて、第１の編み過程が第１の長さを作り、前記第１の編み過程に隣接する第２の編み過程が前記第１の長さとは異なる第２の長さを作り、前記第２の編み過程に隣接する第３の編み過程が前記第２の長さとは異なる第３の長さを作ること、
を含み、
前記導電性撚り糸は、伸長復元性を有することを特徴とする、編み針の消耗を軽減するための方法。
請求項９に記載の、編み針の消耗を軽減するための方法において、前記編み機は環状編み機であることを特徴とする、編み針の消耗を軽減するための方法。
請求項９または１０に記載の、編み針の消耗を軽減するための方法において、少なくとも１つの前記漸次変化パターンは、丸い端、斜めに切れた端、曲線形状の端、角を持つ端およびジグザグ形状の端からなる群から選ばれる端を持つことを特徴とする、編み針の消耗を軽減するための方法。