JP6077933B2

JP6077933B2 - 伸縮性を有する帯状伝送路

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Publication number: JP6077933B2
Application number: JP2013110319A
Authority: JP
Inventors: 幸仁谷口; 吉田　裕司; 裕司吉田
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: JP2014229568A

Description

本発明は、電子機器等を装備する布製商品向けに伝送線を配線させた布帛に関する。

近年、伸縮自在な芯材の周囲に銅線や光ファイバ等の伝送線を配設又は捲回させ、外層に繊維など絶縁体で被覆した伸縮性の電線、信号伝送ケーブル、および光信号伝送ケーブルが提案され、ロボット分野、身体装着機器配線、衣服装着機器配線、多関節ロボット等への産業上の利用可能性が示唆され（例えば下記特許文献１〜５参照）、このような伸縮伝送線を利用した生体信号測定装置や布帛が提案されている（例えば下記特許文献６、７参照）。

しかしながら、より多くの信号を伝えたい場合、これらの伸縮伝送路は数本引き揃えて布帛化するか、又は多芯化したものを布帛化する必要があるが、引き揃えの場合は嵩張りや絡みが問題となり、多芯化は同心円周上への導体線本数の制限と伸縮性ダウンが問題となり、これらの問題を改善する必要があった。
一方、弾性繊維を芯材とし、周囲に金属線をらせん状に捲回した複合糸を用いてなる布帛の提案もあるが、伸縮性を有するものの多種の信号を伝える伝送性に欠けていた（例えば下記特許文献８参照）。

特開２００２−３１３１４５号公報特許第４０５７８７７号公報国際公開第２００８／０７８７８０号パンフレット国際公開第２００９／１５７０７０号パンフレット国際公開第２０１０／０７４２５９号パンフレット特開２０１０−１４２４１３号公報特開２０１２−１７７２１０号公報特開昭６１−１９４２５１号公報

本発明は前記従来技術の問題点を解決し、薄くて曲げ柔らかく、伝える信号を多種にした場合も嵩張らず、伸縮させても断線しない伝送布帛を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、布帛の素材構成と導体線の配し方を特定すること、更には布帛の伸縮率と剛軟度を特定することで上記課題を解決できることを見いだし、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は以下の通りである。

（１）弾性糸を有する伸縮性経編地に、絶縁体で被覆された導体線がジグザグ状に挿入配置された帯状伝送路であって、該導体線のジグザグ形状の振り幅Ａ（ウエル数）と繰返し長さＢ（リピートコース数）で表される下記（１）式：
Ｘ＝２√｛Ａ ² ＋（Ｂ÷２） ² ｝（１）
で示されるＸの値が３．０〜２０．０であり、且つ、下記（２）式：
Ｃ＝Ａ×Ｂ（２）
で示される編目数Ｃ内で、導体線がシンカーループによって拘束される全ての拘束箇所が２０個以下であることを特徴とする、前記帯状伝送路。
（２）前記導体線が挿入配置された方向の伸縮率が５％〜１００％であり、かつ、剛軟度が５０００ｍＮ／２５ｍｍ以下である、前記（１）に記載の帯状伝送路。
（３）厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである、前記（１）又は（２）に記載の帯状伝送路。
（４）予め決められた導体線数毎にスリットするか、もしくは筬ガイドの糸および導体線配列で予め決められた導体線数毎に導体線間隔を空けて編成する工程を含む、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の帯状伝送路の製造方法。

本発明の伸縮性を有する帯状伝送路は、導体線を平面上に任意の本数で並べることができるため、伝える信号を多種にして伸縮させても断線せず、薄くて曲げ柔らかい。
また、帯状へのスリットも容易であり、編成時の筬配列を考慮すれば一度に数本が製造できるため、大量生産向きでコストダウンに繋がる。

本発明の帯状伝送路内に配する導体線の配置構造の一例を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明において、伸縮性を有する帯状伝送路とは、弾性糸を有する伸縮性布帛に絶縁体で被覆された導体線をジグザグ状に配してなる帯状布帛である。これらの伸縮性を有する帯状伝送路は電力、電気信号、光信号等を伝送するために用いられるが、検出装置、信号発生装置およびセンサなどの電子機器等は本布帛に配されていても良く、本布帛が離れた場所にあるこれらの電子機器等を繋ぐ部分として構成されても良い。

本発明の伸縮性を有する帯状伝送路は、最終用途となる布製商品の種類によって規格が異なるが、導体線が配される方向（タテ方向と呼ぶ）の伸縮率が５％〜１００％であることが好ましい。タテ方向の伸縮率は１０％〜９０％がさらに好ましく、特に好ましくは１５％〜８０％である。伸縮率が５％未満では伸びを感じなくなり、１００％越えでは伸縮回復性が悪くなる。ここで言う伸縮率とは伸縮回復率が５０％以上を保持できる最大伸縮率である。尚、伸縮率や伸縮回復率は後述する実施例中の測定方法で求めたものである。

更に本発明の伸縮性を有する帯状伝送路は、剛軟度が５０００ｍＮ／２５ｍｍ以下であることが好ましい。さらに好ましくは３０００ｍＮ／２５ｍｍ以下、特に好ましくは２０００ｍＮ／２５ｍｍ以下である。剛軟度が５０００ｍＮ／２５ｍｍを越えると、曲げ反発感が強くなり硬く感じる。剛軟度は小さければ小さい程よいが、他の特性との関連で、１０ｍＮ／２５ｍｍ以下にすることは困難である。

図１は、本発明の帯状伝送路内に配する導体線の配置構造の一例を示した図である。図中、Ｄは導体線であり、Ａは導体線のジグザグ形状の振り幅（ウエル数）であり、Ｂはジグザグ形状の繰返し長さ（リピートコース数）である。本発明の伸縮性を有する帯状伝送路の伸縮率と剛軟度を上述の範囲にするためには、導体線のジグザグ形状の振り幅Ａ（ウエル数）と繰返し長さＢ（リピートコース数）で表される下記（１）式で表わされるＸの値が３．０〜２０．０となる編組織を選定することが好ましく、さらに好ましくは３．５〜１５．０、特に好ましくは４．０〜１２．５である。
Ｘ＝２√｛Ａ²＋（Ｂ÷２）²｝（１）

さらに下記（２）式で表わされる編目数Ｃ内で、導体線がシンカーループによって拘束される全ての拘束箇所が２０個以下であることが好ましく、さらに好ましくは１５個以下、特に好ましくは１０個以下である。
Ｃ＝Ａ×Ｂ（２）
すなわちシンカーループによる導体線の拘束を少なくすることで伸縮性と曲げ柔らかさが確保できる。あまり少なすぎると、導体線の一部が浮き上がる場合があり、引っ掛け断線の原因となるから、４個以上が好ましく、さらに好ましくは６個以上である。

本発明の伸縮性を有する帯状伝送路の厚みは、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであることが好ましい。さらに好ましくは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、特に好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。厚みが０．５未満では帯状伝送路が破れ易くなり、３．０ｍｍを超えると嵩張り易く、または曲げ硬くなり易い。厚みを上記の範囲に制御するためには配する導体線の直径を２．７５ｍｍ以下にすることが好ましく、さらに好ましくは２．０ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。また、曲げ柔らかさの観点から、導体線の直径は１．２ｍｍ以下が特に好ましく、１．０ｍｍ以下が最も好ましい。

本発明の伸縮性を有する帯状伝送路に用いられる導体線は、１本以上の導体細線の集合線に絶縁樹脂を被覆してなるものが好ましく、導体細線の単線直径は、伸縮電線の製造時の加工性や電線布帛の製造時の取り扱い性を考慮し、０．０１ｍｍ〜１．００ｍｍが好ましく、より好ましくは０．０１ｍｍ〜０．０８ｍｍ、最も好ましくは０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍである。導体の種類や絶縁体の種類は何ら限定されるものではない。

本発明の伸縮性を有する帯状伝送路において、導体線の配し方は特に限定されず、例えば、手芸による縫い付け、接着剤による部分止めなどの方法を用いてもよいが、伸縮性布帛の製編または製織時に導体線をジグザグ状に挿入配置することが好ましい。本発明の帯状伝送路が編機によって編成される場合、経編機、横編機、丸編み機、筒編機など機種に何ら限定されることはないが、好ましくは経編機により編成される。経編機としては、好ましくは１０ＧＧ〜１２０ＧＧのシングルラッセル編機であり、より好ましくは１２ＧＧ〜８０ＧＧ、最も好ましくは１４ＧＧ〜７２ＧＧである。機上幅は特に限定されることはなく、広幅である方がより好ましい。また、伝える信号の数が予め決められた数になるように、広幅の布帛を複数の導体線毎にスリットしても良く量産化に繋がる。更には、筬ガイドに糸や導体線を通す際に、複数の導体線毎に導体線間隔が空くようにガイドを繰返して配列させる方法で編成させれば、スリット無で任意の帯状伝送路が同時に数百本できるため効率がよい。

本発明の伸縮性を有する帯状伝送路の地組織を構成する繊維としては、少なくとも一部に、伸縮性を付与するためにポリウレタン系弾性繊維、ポリオレフィン系弾性繊維、天然ゴム及び合成ゴム系弾性繊維等から選ばれた弾性繊維が用いられる。弾性繊維以外の繊維が混用されてもよく、混用される繊維は特に限定されるものではなく、公知繊維から任意に選定できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエステル系エラストマー繊維、ポリアミド系繊維、ポリアクリル系繊維、ポリプロピレン系繊維等の合成繊維、綿、麻、ウール等の天然繊維、キュプラレーヨン、ビスコースレーヨン、リヨセル等の再生繊維等、任意の繊維が挙げられる。上記弾性繊維の使用割合は５％〜６０％が好ましく、さらに好ましくは１０％〜５５％、特に好ましくは１５％〜５０％である。また、帯状伝送路全体に含まれる弾性繊維の混用割合は０．５％〜３０．０％用いられることが好ましく、さらに好ましくは２．５％〜２０．０％、特に好ましくは５．０％〜１０．０％である。

繊維の断面形状は、丸型、三角、Ｌ型、Ｔ型、Ｙ型、Ｗ型、八葉型、偏平、ドッグボーン型等の多角形型、多葉型、中空型や不定形なものでもよい。繊維の形態も、未加工糸、紡績糸、撚糸、仮撚加工糸、流体噴射加工糸等いずれのものを採用してもよい。また、マルチフィラメント等の繊維では、通常、１０〜２０００ｄｔｅｘの太さのものを用いることができ、単糸繊度は任意に設定できる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、例中の各測定および特性評価は下記の方法で行った。
（１）伸縮率、伸縮回復率の測定
帯状伝送路として１００ｍｍ（長）×２５ｍｍ（幅）の短冊状にした試験片を準備した（幅が２５ｍｍに満たない場合は１００ｍｍ長さ×採取できる幅の試験片とする）。この時の試験片は導体線が配される方向（タテ方向）を長さ方向とする。各々の試験片につかみ間隔５０ｍｍでつかみ幅２０ｍｍの評線を引く。次にテンシロン万能試験機（（株）エーアンドディ社製）を用い、つかみ幅２０ｍｍ、つかみ間隔５０ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で１サイクル試験（所定伸長後、元に戻す）を実施する。この時、戻り応力がゼロとなる長さを測定する。１サイクル試験の所定伸縮率は、つかみ間隔の５％〜１００％の範囲内で任意に設定でき、伸縮回復率が５０％未満となる最大伸縮率まで５％刻みで繰返し測定する。伸縮率は、それぞれの試料の伸縮回復率が５０％以上を保持できる最大伸縮率である。ただし、１サイクル試験は１つの試験片で１回測定とし、試験片は毎回交換する。
尚、伸縮回復率は次式によって求めた。この時、つかみ間隔（試料初期長）をＬ₀、所定伸縮率時の伸長長さ（Ｌ₀＋Ｌ₀×所定伸縮率／１００）をＬ₁、戻り応力ゼロ時のつかみ間隔をＬ₂とする。
伸縮回復率（％）＝｛（Ｌ₁−Ｌ₂）／（Ｌ₁−Ｌ₀）｝×１００

（２）剛軟度の測定
８９ｍｍ（長）×２５ｍｍ（幅）の短冊状にした試験片（幅が２５ｍｍに満たないものは８９ｍｍ長×採取できる幅の試験片）を準備する。この時の試験片は導体線が配される方向（タテ方向）を長さ方向として５枚準備する。
ＪＩＳ規格Ｌ−１０９６曲げ反発性Ａ法に準拠し、ガーレー式柔軟度試験機（株式会社安田精機製作所製ＮＯ．３１１）を用いて測定する。
尚、剛軟度Ｂ_rはＪＩＳ規格Ｌ−１０９６の下記計算式に基づいて算出する。
Ｂ_r＝ＲＧ×（ａＷ_a＋ｂＷ_b＋ｃＷ_c）×（Ｌ−１２．７）²／ｄ×３．３７５×１０^-5
上式中、
ＲＧ：ガーレー目盛
ａ、ｂ、ｃ：回転軸からの重りの距離（ａ＝２５．５ｍｍ、ｂ＝５０．８ｍｍ、ｃ＝１０１．６ｍｍ）
Ｗ_a、Ｗ_b、Ｗ_c：荷重重さ
Ｌ：試料長（試料長は８９ｍｍが標準だが、１２．５ｍｍ刻みで長さを変化することができ、最小２５ｍｍの測定が可能）
ｄ：試料幅（２５ｍｍ又は評価幅）

（３）厚みの測定
ＪＩＳ規格Ｌ−１０１８に準拠し、定圧厚み測定器ＦＦＧ−１１を用いて測定する。
（４）導体線を拘束する地組織のシンカーループ数の測定
顕微鏡もしくはマイクロスコープを用いて、得られた帯状伝送路のシンカーループ側（裏側）から導体線に掛かるシンカーループを数える。

（５）断線有無の確認
上記（１）の伸縮率、伸縮回復率の測定に準拠して２％伸縮の評価を行う。引張り試験前には予め配置した導体線の電気抵抗値Ｒ１を測定しておく。この時に測定導線体が判る様に印をつけておくとよい。２％伸縮１サイクル試験後の導体線（印の部分）の電気抵抗値Ｒ２を測定する。
尚、断線有無の判定は、［（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１］×１００％の値が１０％以上で断線有とする。

（６）ジグザグ性の評価
打ち抜き機（油圧裁断機：株式会社イイノ社製１０Ｃ−１８Ｂ）を用いて、布帛を刃型（１００ｍｍ×１００ｍｍ×高さ２．５ｃｍ）にて裁断する。次に打ち抜いた布帛から導体線1本を取り出す。この時、導体線間をハサミでカットすれば１本をとり易くできる。次に、ものさし（金尺３０ｃｍ）を２本準備し、ものさし間に導体線を挟み込むように導体線を直線状に整える。この時、導体線長さ方向の打ち抜き長さをＫ０、直線状態の長さをＫ１とし、次式によってジグザグ係数Ｇを求める。Ｋ０は打ち抜いた刃型長さ（１００ｍｍ）であり、評価する試料が１００ｍｍ未満のものは裁断できる長さでよい。
Ｇ＝Ｋ１／Ｋ０
ジグザグ係数Ｇが１．０２未満の場合をジグザグ性無し、１．０２以上の場合をジグザグ性有りと判定する。

［実施例１］
下記の条件で経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。
＜経編機＞カールマイヤー社製ラッセル機ＲＳＥ４Ｎ３Ｋ、１３０インチ幅、４８ＧＧ
＜糸使い＞フロント：非弾性糸、ナイロン６１１０ｄｔ／２４ｆ×２本引き揃え
ミドル：弾性糸、スパンデックス３１０ｄｔ／３６ｆ
バック：導体線、ＵＳＴＣ線（素線径０．０３ｍｍφ、１１４本）
＜筬ガイドへの入れ込み配列＞フロントとミドルはフルセット、バックは１イン１アウト
＜編組織＞フロント：４２／２４／２０／２４／４２／４６／／
ミドル：２２／００／／
バック：２２／００／６６／４４／６６／００／／
＜給糸量＞フロント：２１３０ｍｍ／ラック
ミドル：１３５ｍｍ／ラック（整径ドラフト１．８倍）
バック：７４０ｍｍ／ラック
＜機上コース数＞２６コース／インチ

［実施例２］
バック編組織：４４／００／／、バック給糸量：１３９０ｍｍ／ラックに変更した以外は実施例１と同様に経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。

［実施例３］
バック編組織：１４１４／１２１２／１０１０／８８／６６／４４／２２／００／２２／４４／６６／８８／１０１０／１２１２／／、バック給糸量：７３０ｍｍ／ラック、バックの筬入れ配列：１イン６アウトに変更した以外は実施例１と同様に経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。

［実施例４］
フロントの糸使い：ＦＴＹ（スパンデックス４４ｄｔ／４ｆ×ナイロン６５６ｄｔ／４８ｆ）、フロント給糸量：２２２０ｍｍ／ラックに変更した以外は実施例１と同様に経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。

［実施例５］
下記の条件で経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。
＜経編機＞カールマイヤー社製ラッセル機ＲＳＥ４Ｎ３Ｋ、１３０インチ幅、２８ＧＧ
＜糸使い＞フロント：非弾性糸（ナイロン６１１０ｄｔ／２４ｆ×２本引き揃え）
ミドル：弾性糸（スパンデックス６２０ｄｔ／７２ｆ）
バック：導体線（ＵＳＴＣ線（素線径０．０３ｍｍφ、３００本））
＜筬ガイドへの入れ込み配列＞フロント、ミドル、バックの全てをフルセット
＜編組織＞フロント：４２／２４／２０／２４／４２／４６／／
ミドル：２２／００／／
バック：２２／００／００／００／００／００／２２／２２／２２／２２／／
＜給糸量＞フロント：４２００ｍｍ／ラック
ミドル：２７０ｍｍ／ラック（整径ドラフト１．８倍）
バック：９５０ｍｍ／ラック
＜機上コース数＞１３コース／インチ

［参考例６］
バック編組織：１０１０／００／／、バック給糸量：２７５０ｍｍ／ラック、バックの筬入れ配列：オールインに変更した以外は実施例１と同様に経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。

［参考例７］
バック編組織：２２／００／４４／２２／６６／４４／８８／６６／１０１０／８８／１２１２／１０１０／１４１４／１２１２／１４１４／１０１０／１２１２／８８／１０１０／６６／８８／４４／６６／２２／４４／００／／、バック給糸量：７１０ｍｍ／ラックに変更した以外は実施例１と同様に経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。

［実施例８］
下記の条件で経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。
＜経編機＞カールマイヤー社製ラッセル機ＲＳＥ４Ｎ３Ｋ、１３０インチ幅、２０ＧＧ
＜糸使い＞フロント：非弾性糸（ナイロン６１１０ｄｔ／２４ｆ×２本引き揃え）
ミドル：弾性糸（スパンデックス６２０ｄｔ／７２ｆ）
バック：導体線（ＵＳＴＣ線（素線径０．０８ｍｍφ、１１０本））
＜筬ガイドへの入れ込み配列＞フロント、ミドル、バックの全てをフルセット
＜編組織＞フロント：４２／２４／２０／２４／４２／４６／／
ミドル：２２／００／／
バック：６６／４４／２２／００／２２／４４／／
＜給糸量＞フロント：５５２０ｍｍ／ラック
ミドル：４２０ｍｍ／ラック（整径ドラフト１．８倍）
バック：１２９０ｍｍ／ラック
＜機上コース数＞１０コース／インチ

［比較例１］
バック編組織：２２／００／／、バック給糸量：５１０ｍｍ／ラックに変更した以外は実施例１と同様に経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。

［比較例２］
バック編組織：２２／００／／、バック給糸量：１２４０ｍｍ／ラックに変更した以外は実施例８と同様に経編地を製造し、帯状伝送路を得た。得られた帯状伝送路の諸物性および評価結果を表１に示す。

［比較例３］
ミドルを非弾性糸ナイロン６の１１０ｄｔ／２４ｆ×２本引き揃え、ミドル編組織を２０／０２／／、ミドル給糸量を１９００ｍｍ／ラックに変更し、フロントとミドルの筬ガイドへの入れ込み配列をオールイン、バックに１３２インチ長さの導体線（ＵＳＴＣ線：素線径０．０３ｍｍφ、１１４本）を全コースに緯糸挿入させた以外は実施例１と同様に作製した。編地の使用方向はヨコ方向（導体線の挿入方向をタテとする）にした時の諸物性を表１に示す。

本発明の帯状伝送路は、基布が繰返し伸縮を受ける配線付き布製商品に利用できる。例えば、各種衣料、サポーター、ベルト、テープ、包帯、椅子、カーシート、ベッド、カーテン、カーペット、壁紙などに装着して、配線付き布製商品とすることができる。

Ａ導体線のジグザグ形状の振り幅（ウエル数）
Ｂ導体線のジグザグ形状の繰返し長さ（リピートコース数）
Ｄ導体線

Claims

弾性糸を有する伸縮性経編地に、絶縁体で被覆された導体線がジグザグ状に挿入配置された帯状伝送路であって、該導体線のジグザグ形状の振り幅Ａ（ウエル数）と繰返し長さＢ（リピートコース数）で表される下記（１）式：
Ｘ＝２√｛Ａ ² ＋（Ｂ÷２） ² ｝（１）
で示されるＸの値が３．０〜２０．０であり、且つ、下記（２）式：
Ｃ＝Ａ×Ｂ（２）
で示される編目数Ｃ内で、導体線がシンカーループによって拘束される全ての拘束箇所が２０個以下であることを特徴とする、前記帯状伝送路。
前記導体線が挿入配置された方向の伸縮率が５％〜１００％であり、かつ、剛軟度が５０００ｍＮ／２５ｍｍ以下である、請求項１に記載の帯状伝送路。
厚みが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである、請求項１又は２に記載の帯状伝送路。
予め決められた導体線数毎にスリットするか、もしくは筬ガイドの糸および導体線配列で予め決められた導体線数毎に導体線間隔を空けて編成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の帯状伝送路の製造方法。