JP6949320B2

JP6949320B2 - 導電性ストレッチ連続状体

Info

Publication number: JP6949320B2
Application number: JP2016222783A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　正明; 正明佐々木; 貢山崎; 崇司大木; 学君島
Original assignee: Shindo Co Ltd
Current assignee: Shindo Co Ltd
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2036-11-15
Also published as: JP2018080417A

Description

本発明は伸縮性を有する導電性のコードに関し、特にウエアラブル電子機器やロボット等の導電線として好適な導電性ストレッチ連続状体に関する。

近年、ウエアラブル電子機器や多彩な動きをするロボットが登場し、それらの電子機器の通電や信号伝送用として金属線からなる導電線が多用されている。金属線は伸びが殆どないことから繰り返しの曲げや引張り作用により破断し易いという問題から、耐久性があり、柔軟で伸縮性を有して衣服に装着しても違和感のない導電線の開発が望まれ、そうした状況下において種々の方策が提案されている。

例えば、文献１においては、芯糸に金属線を巻き付けたカバーリング糸からなる複数本の導電線を経糸に配列した電子部品実装用織物が提案されており、同技術は、芯糸の周りに金属線を螺旋状に旋回されているから導電線に曲げ変形に対して金属線に生じる応力は非常に小さいので優れた耐屈曲性を有し、また織物構造である点から柔軟性を有し、衣服などに装着可能である。

しかしながら、文献１の基材は織物構造であるから基材の伸びに限界があり、例えば激しい運動時の生体計測、あるいは複雑な動きをするロボットの信号や電源の通電に用いた際には動きに制限を受ける。あるいは基材に過大な応力が生じて破断するという問題がある。

基材の伸縮性付与に関しては、文献２において導電部が一定方向に規則性を持った配列となるよう、且つ近接する導電性繊維が互いに接触しないよう、導電性繊維と非導電性繊維により一定の割合で交編した導電性編地が提案されている。

文献２の導電性編地技術は、編物構造であるから高い伸縮性を有するので前記したような動きに制限を受けるようなことはないが、伸縮性のある編物は逆に形態安定性に欠き、導電性繊維同士の接触などによる短絡事故の危険性が潜んでいるのが問題である。

また、文献３においては、金属メッキがされたウーリー加工糸をポリウレタン弾性糸にカバーリング撚糸加工してなる導電線を使用して織られた伸縮性の導電性布と、非導電性の伸縮性の糸を使用して織られた伸縮性の非導電性布との複数層構造をなした通電体が提案されており、布帛自体に伸縮性を有しているので前記同様に動きに制限を受けることなく、また片面あるいは両面に非導電布が層なしているので絶縁効果も発揮される。

しかしながら、文献３の技術における導電線は中間層で織り込まれているために、電子機器や電源などと接続させる際の端子取り出し作業においては、表層の非導電布層と導電性布の織物構造を解いて取り出せねばならない非常に面倒な作業が必要となる。

特開2013-147767号公報実開平06-059488号公報登実3195050号公報

本発明は、上記した従来の問題点を解決し、耐屈曲性に優れ、そして絶縁性と端子の取り出し易さを兼ね備えた導電性ストレッチ連続状体を提供することにある。

本発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を、添付図面を参照して説明すれば、次のとおりである。

即ち、本発明の導電性ストレッチ連続状体は、非導電糸と弾性糸からなる長さ方向に伸縮性を有した編織物構造体に対し、前記編織物構造体の長さの１．２〜４．０倍の長さの捲縮加工を施した導電裸線を屈曲状態で挿入、または部分的に編織構造を成すように長さ方向に配置し、編織物構造体の片面または両面には、編織構造体の長さ方向に沿って浮き方向或いは沈み方向に屈曲して露出した導電裸線の導電性の露出部を有し、任意の箇所に設けた前記導電性の露出部が、接続対象物の接続端子と厚み方向に接触する電気接続端子部としている。

また、前記編織物構造体がテープ状を成し、該テープ状の編織物構造体の片面、または両面に導電裸線の導電性の露出部が長さ方向に点在させることができる。

また、前記導電裸線の導電性の露出部が絶縁性のフィルム、または樹脂で選択的に被覆することが出来る。

更にまた、前記編織物構造体が袋組織を成し、該袋組織内に導電裸線が挿入、もしくは編織されているという技術的手段を用いることが出来る。

更にまた、導電裸線が挿入された前記袋組織が２本並行した状態で、それぞれの袋組織を連結一体化すると共に、これら袋組織の連結部位にスリット部を部分的に設けて、当該スリット部両側の袋組織を分離独立した状態とすることが出来る。

更にまた、導電裸線が挿入された前記袋組織の長さ方向において、所定の間隔で導電裸線の導電性の露出部を設けること出来る。

本発明の導電性ストレッチ連続状体は、長さ方向に伸縮性と柔軟性を有する編織物構造体を基材とし、かつ、この編織物構造体に編織物構造体の長さの１．２〜４．０倍の長さの導電裸線を屈曲状態で挿入、または長さ方向に配置して構成していることから、伸縮の大きな衣類や動きの激しいロボットの通電用として装着させても伸長による導電線の破断、あるいは動きに制限を受けるようなことがなく、また、耐屈曲性にも優れる。

また、上記導電性ストレッチ連続状体の長さ方向において、所定の間隔でコードの表面に導電裸線の露出部を設ければ、電子機器などへの接続作業を効率良く進めることも出来る。

また、上記導電裸線を、導電性ストレッチ連続状体の長さ方向に設けた袋組織内に挿入、もしくは編織すれば、周りを非導電糸より絶縁されるので、導電裸線同士の接触などによる短絡事故も防止できる。

また、上記導電性ストレッチ連続状体の表面を絶縁性のフィルム、または樹脂でコーティングすれば、確実な絶縁性と防水効果を得ることも出来る。

本発明の実施形態１の導電性ストレッチ連続状体の斜視図である。本発明の実施形態２の導電性ストレッチ連続状体の斜視図である。本発明の実施形態３の導電性ストレッチ連続状体の斜視図である。本発明の実施形態２、または３の導電性ストレッチ連続状体に接続端子部を設ける例を説明するための切断面図である。本発明の導電性ストレッチ連続状体において、導電裸線群を複数群並列させた応用例を示す斜視図である。

本発明を実施するための形態を、具体的に図示した図面に基づいて、更に詳細に説明すると、次のとおりである。

＜実施形態１＞
[１]導電性ストレッチ連続状体の基本構成について
本発明の実施形態を図１から図５に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態１である導電性ストレッチ連続状体１を示し、符号３は非導電糸と弾性糸からなる長さ方向に伸縮性を有した編織物構造体、符号２は導電裸線であって、４本の導電裸線２が並列して編織物構造体３に部分的に組織されて編織物構造体３表面に屈曲状態で露出しており、複数本の導電裸線２を並行させて編織物構造３の表面に露出させることにより、電源や作動部に接続において、接続面を大きく増やせることができメリットがある。

[２]導電裸線の本数について
編織物構造体３に並列させる導電裸線２の本数は流す電流量などにより適宜選択されるものであり、また、編織物構造体３の幅としては、並行させる導電裸線２の本数や衣服等に縫着させる場合の縫い代の要否によって異なるが、大体５〜５０ｍｍ幅の範囲であることが好ましい。

[３]導電裸線の長さについて
導電裸線２は編織物構造体３の幅方向の任意の位置で、長さ方向に編織物構造体３に対して周期的に浮き沈みを繰り返しながら配向され、編織物構造体３の長さに対して、１．２〜４．０倍の長さを有して編織物構造体３の表面、または裏面に屈曲状態で露出している。このように導電裸線２が編織物構造体３の長さに対して１．２倍以上の長さで存在することにより、編織物構造体３が引っ張られて伸びても導電裸線２の長さに余裕があるので導電裸線２に引っ張り応力が及ばず、切断に至るようなことがない。より好ましい導電裸線２の長さは編織物構造体３の長さに対して１．５倍以上である。

[４]導電裸線の材料について
導電性ストレッチ連続状体１は伸長状態で製編織され、編織機から卸した際に弾性糸の復元力で縮まるが、曲げ剛性の高い導電裸線２を用いると細かく屈曲しきれずに、表面にループ状に大きく突出し易いので、導電裸線２の材料としては、例えば柔軟性のある合成繊維に捲縮加工を施した加工糸の表面にスパッタリング、蒸着、メッキ等により、銀、銅、ニッケル、硫化銅等の金属皮膜を形成したものが好ましく、あるいは弾性繊維を芯にして銅、ステンレス、ニッケル、アルミニウム等金属線や金属コーティングされた糸状を巻き付けたものを用いることも出来る。

[５]導電裸線の露出部について
編織物構造体３の片面、または両面に導電裸線２の露出部が長さ方向に点在させることで都合の良い箇所を接点とすることが出来るメリットがあり、露出部間のピッチは少なくとも０．５ｍｍ以上であれば接点を自由に選択出来、また露出部分の長さとしては１ｍｍ以上であれば自由に選択出来、接点の面積を得るためには２〜５０ｍｍの長さであることが好ましい。

[６]編織物構造体の糸材料と組織について
編織物構造体３を構成する非導電糸としては、合成繊維、天然繊維などの通常一般に衣料用として経編や織物に使用されている繊度が３０〜５００Ｄｔｅｘ程度の繊維糸を採用することができ、なかでも合成繊維に捲縮加工が施された糸であれば柔軟性と伸縮性が付与されることから好適である。

また、編織物構造体３に伸縮性を付与するために、経糸の一部、または全体に弾性糸が使用され、その弾性糸に所定の伸長倍率を与えながら製編織することによって、機卸し後に弾性糸の伸長回復力により編織物構造体３が収縮するので、少なくともその収縮した分は編織物構造体３を伸長させることが可能である。

なお上記編織物構造体３に使用する弾性糸としては、ポリウレタン系弾性糸、ポリオレフィン系弾性糸、ポリエステル系弾性糸、ポリアミド系弾性糸、あるいはシリコーン弾性糸や天然ゴム系弾性糸など糸種を挙げることが出来、弾性糸はコードの長さ方向に直線的に配向させることで伸縮性を有効に発揮させることが出来るので好ましい。

また、上記編織物構造体３に十分な伸縮性を得るためには、製編織時において編織物構造体３自身が弾性糸の復元力で収縮できる余裕を持たせる必要があり、そのためには比較的細繊度糸で粗密度で製編織しておくことが好ましい。

[７]弾性糸の熱接着加工について
一方、導電性ストレッチ連続状体１については、所定長さで切断した際に弾性糸が内部に入り込むスリップイン現象を起こし易い問題があるので、熱融着性の弾性糸を用いて他の糸と熱接着させてスリップイン現象を抑制することが好ましい。

[８]導電裸線の露出部の被覆について
また本実施形態のように導電性ストレッチ連続状体１の表面に、導電裸線２の露出部を点在させる場合には、利用方法によって短絡を起こす懸念もあるため、必要に応じて導電裸線２の露出部を絶縁性のフィルム、または樹脂で選択的に被覆することもできる(図示せず)。その場合には、柔軟性を有しているポリウレタン樹脂やシリコーン樹脂で被覆すれば伸縮性が維持されるので好ましい。

また上記導電裸線２の露出部の被覆に関しては、導電性ストレッチ連続状体１の全体を樹脂で被覆する方法や、導電裸線２の露出部だけを選択的に被覆する方法を採用することができ、特に全体を被覆すれば防水効果が得られるので衣服などに装着させる場合に好適である。

＜実施形態２＞
[９]袋組織を有する編織物構造体について
図２は経編、または織物により裏組織４と表組織５からなる二重組織の両端部を結合した袋組織を形成し、その袋組織内に導電裸線２を挿入、もしくは編織させた本発明の実施形態２を示したもので、袋組織は実施形態１と同様に非導電糸と弾性糸とで構成で長さ方向に伸縮性を有し、導電裸線２は袋組織内に屈曲状態で存在している。

実施形態２のような袋組織構造とすることで、導電裸線２が非導電糸からなる袋組織の裏組織４と表組織５により包まれているので、絶縁加工する必要がなくそのまま使用することができ、また、導電裸線２の長さは袋組織による構造体の長さより長い状態で存在しているので導電性ストレッチ連続状体１の切断端から導電裸線２の端部を簡単に引き出せて接続端子とすることが出来、また、袋組織内に挿入された導電裸線２が抜け易い場合には、袋組織内で導電裸線２の一部分を編織組織させておけば安定させることが出来る。

また、導電裸線２として、捲縮加工を施された合成繊維の表面に金属膜が形成された導電裸線２であれば柔軟性に富み、袋組織内において各繊維単位で細かく屈曲しているので、袋組織からはみ出したりすることがないし、導電性ストレッチ連続状体１の繰り返しの屈曲に対して高い耐久性を発揮させることが出来る。

本発明の実施形態２の一つの導電性ストレッチ連続状体１に複数の袋組織を設け、それぞれの袋組織内に導電裸線２を挿入、もしくは編織させることも出来、また、袋組織の両側、あるいは片側に一重組織の部分を設け、衣服などへ縫着させる際の縫い代部として利用することも出来る。

＜実施形態３＞
[１０]袋組織に対する導電裸線の横振り挿入について
図３は本発明の実施形態３を示し、経編により若干幅を有した袋組織を設け、その袋組織の裏側部４と表側部５の間で導電裸線２をジグザグに横振り挿入させたテープ状の導電性ストレッチ連続状体１であり、導電裸線をジグザグ配向させることによって剛性の高い金属線や金属繊維などであっても導電性ストレッチ連続状体１の伸縮性を阻害することがなく、また、導電裸線２自体の耐久性も得られる。

導電性ストレッチ連続状体１の繰り返しの伸縮作用により、導電裸線２のジグザグ配向が乱れる懸念がある場合には、裏側部３と表側部４の間に連結糸を設けたりして導電裸線２を部分的に位置固定させることが出来る。

＜その他の実施形態＞
[１１]袋組織に対する導電裸線の露出部の形成について
図４は袋組織を有する導電性ストレッチ連続状体１(実施形態２や実施形態３)を長さ方向に切断して内側から見た切断面を示し、導電裸線２は袋組織の表側部５と裏側部４により所定の長さに亘って被覆されている通電部に対して、導電裸線２を導電性ストレッチ連続状体１の表面に導電裸線２を露出させた導電裸線２の露出部６を必要箇所に設けることが出来、その導電裸線露出部６を電子機器や電源などの接続端子部とすることができる。またこれにより接続端子部形成の為に袋組織を解いて導電裸線２を取り出すような面倒な作業を省くことが出来る。

[１２]複数の袋組織が並行する編織物構造体について
また、図５は編織物構造体３に長さ方向に並行する二つの袋組織を設け、更にそれぞれの袋組織内に導電裸線２を挿入、もしくは編織して構成した導電性ストレッチ連続状体１を示している。また本実施形態では、複数の袋組織を連結一体化すると共に、これら袋組織の連結部位にスリット部を部分的に設けて、当該スリット部両側の袋組織を分離独立した状態としている。これにより所定の間隔で二つの袋組織が分れた分離部７を設けることができるため、各袋組織を切断すれば２本の導電裸線２が別々に分かれた接続端子を容易に得ることが出来る。この場合、二つに袋組織を異なった色糸を用いて識別しておけば、配線を間違えることがなく結線できるので好ましい態様である

上記実施形態２の方法、並びに下記表１に示す製織条件でストレッチ連続状体を作製し、デマッチャー引張試験機を用いて伸縮ストローク４０ｍｍ、伸長率１３０％、１００万回繰り返し時の収縮時と伸長時の電気抵抗変化率を２５万回毎に計測した。その結果、表２に示すように、１００万回時において収縮時３５％、伸長時２５％の電気抵抗値がアップしたが、導電裸線が切断するようなことがなく実用上問題ないレベルであった。また、同導電性ストレッチ連続状体を屈曲試験機で屈曲角度±９０°、屈曲速度１．５回／秒、治具直径１０ｍｍ。治具幅３ｍｍ、試料長さ２００ｍｍ、荷重４５ｇで試験した結果は表５に示す通りで１００万回屈曲後の電気抵抗値は２３％アップしたが、導電性が失われるようなことがなく、十分な耐久性を有していた。また、導電裸線２の長さは織物長さに対して２．８０倍で、織物の伸長率１７０％の最大引き伸ばしに対して十分な長さを有していた。

上記実施形態１の方法、並びに下記表３に示す製織条件で本発明のストレッチ連続状体を作製し、屈曲試験を実施例１の試験条件に対して荷重のみ２５ｇに変更した他は同一条件で試験を行った。その結果、表５に示すように、１００万回の屈曲後の電気抵抗値が１２％アップしたが、実施例１と同様に導電性能が失われることがなくて実用上問題ないレベルであった。また、導電裸線の長さは織物長さの２．９９倍で、織物の伸長率７０％の最大引き伸ばしに対して十分な長さを有していた。

上記実施形態３の方法、および下記表４に示す経編編成条件で本発明のストレッチ連続状体を作製し、屈曲試験を実施例１の試験条件に対して試料長さ２５０ｍｍ、荷重２５ｇに変更した。その他は実施例１と同じ条件で試験した。その結果、表５に示すように、１００万回屈曲後の電気抵抗値が７２％アップと、実施例１、２に比べ抵抗変化が大きかったが、導電性能が失われるようなことなく問題ないレベルであった。また、導電裸線の長さは織物長さの２．０１倍で、経編地の伸長率６５％の最大引き伸ばしに対して十分な長さを有していた。

本発明は、概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、
導電性ストレッチ連続状体１の編織構造部に意匠性を得る目的で色柄を設ける等の手法は本発明の範疇である。

１本発明の導電性ストレッチ連続状体
２導電裸線
３編織物構造体
４袋組織の裏側部
５袋組織の表側部
６導電裸線露出部
７分離部

Claims

非導電糸と弾性糸からなる長さ方向に伸縮性を有した編織物構造体に対し、前記編織物構造体の長さの１．２〜４．０倍の長さの捲縮加工を施した導電裸線が屈曲状態で挿入、または部分的に編織構造を成して長さ方向に配置され、
編織物構造体の片面または両面には、編織構造体の長さ方向に沿って浮き方向或いは沈み方向に屈曲して露出した導電裸線の導電性の露出部を有し、
任意の箇所に設けた前記導電性の露出部が、接続対象物の接続端子と厚み方向に接触する電気接続端子部であること特徴とする導電性ストレッチ連続状体。
前記編織物構造体がテープ状を成し、該テープ状の編織物構造体の片面、または両面に導電裸線の導電性の露出部が長さ方向に点在していることを特徴とする請求項１記載の導電性ストレッチ連続状体。
前記導電裸線の導電性の露出部が絶縁性のフィルム、または樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項２記載の導電性ストレッチ連続状体。
非導電糸と弾性糸からなる長さ方向に伸縮性を有した編織物構造体に対し、前記編織物構造体の長さの１．２〜４．０倍の長さの導電裸線が屈曲状態で挿入、または部分的に編織構造を成して長さ方向に配置され、
編織物構造体の片面または両面には、編織構造体の長さ方向に沿って浮き方向或いは沈み方向に屈曲して露出した導電裸線の導電性の露出部を有し、
任意の箇所に設けた前記導電性の露出部が、接続対象物の接続端子と厚み方向に接触する電気接続端子部である導電性ストレッチ連続状体において、
前記編織物構造体が袋組織を成し、該袋組織内に導電裸線が挿入、もしくは編織されていることを特徴とする導電性ストレッチ連続状体。
導電裸線が挿入された前記袋組織が２本並行した状態で、それぞれの袋組織が連結一体化されると共に、これら袋組織の連結部位にスリット部が部分的に設けられて、当該スリット部両側の袋組織が分離独立した状態となっていることを特徴とする請求項４記載の導電性ストレッチ連続状体。
導電裸線が挿入された前記袋組織の長さ方向において、所定の間隔で導電裸線の導電性の露出部が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の導電性ストレッチ連続状体。
前記導電裸線が通電によって発熱することを特徴とする請求項１〜６記載の何れか一つに記載の導電性ストレッチ連続状体。