JPS62200701A - 変形導電性編物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、面拡大方向での伸長又は面に垂直方向の圧縮
などの変形を加えた場合、変形した部分の導電性が変化
する変形導電性編物に関する。

〔従来の技術〕

変形させて抵抗値が変化する素材として、感圧導電性エ
ラストマーシートや、伸長導電性エラストマーシートが
従来から使用されているが、いずれもエラストマーにか
なりの量の導電性フィラーを混入しているので、エラス
トマ一本来のゴム弾性が著しく低下し、繰り返し耐久性
が低いという欠点を有する。編物は、変形に対して組織
構造の変形が主に対応するので、その繰り返し耐久性が
高い。一方編物の組織構造の変化と電気抵抗の変化との
関係についての研究開発は従来からなされておらず、単
に編物全体を金属メッキなどの手段によって導電性を付
与して用いるだけで、編物の組織変形を抵抗値の変化と
してとらえられる変形導電性編物はこれまでに全く開発
されていない。

一方、伸長変形によって電気抵抗値が増大する性質を利
用した素子としてストレーンゲージが知られている。す
なわち、例えばコンスタンクン。

アドバンス、ニクローム等の細い金属線を引張ると電気
抵抗値が増大する。しかし、この種の金属線の伸長率は
極めて小さい（１％以下）ため、前記ストレーンゲージ
は測定対象物の微小変形にしか対応できず、例えば人体
の肘、膝等の屈曲部分のような大きな伸長変形の検出に
は不向きである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は従来公知の変形によって抵抗値が変化する素材
の有する前述の欠点を解消することのできる編物の変形
によって抵抗値が変化する素材、すなわち編物のＭｉ織
変形が電気抵抗を変化させる変形導電性編物を提供し、
それによって微小変形から大変形に至る測定対象物の変
形の有無、変形の程度を検出することができるようにす
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明の目的は面拡大方向での伸長又は面に垂直方向の
圧縮などの変形により、変形した部分の導電性が変形前
よりも電気抵抗において１桁以上減少することを特徴と
する変形導電性編物によって達成される。このように前
記伸長又は圧縮によって電気抵抗が１桁以上減少すれば
、測定対象物の変形の有無又は変形の程度を電気的に検
出することができる。

前記変形導電性編物の一実施態様として、変形導電性編
物中の構成糸の交絡部分中電気的絶縁状態にある交絡部
分の数を１１とし、電気的導通状態にある交絡部分の数
を１２とする時に比Ｘ＋１／ｌ２が１／９０以上である
ことを特徴とする変形導電性編物を用いることができる
。前記１＋、／Ｉｌｚが１／９以上１０３以下であるよ
うに構成すれば、変形時の電気抵抗の変化がより著しさ
り好ましい。

なお本明細書中でいう交絡部分とは編物を構成する各糸
が交叉している部分、すなわちループ同志の交叉部分を
意味する。

本発明による変形導電性編物としては経圃地、緯編地の
いずれであってもよく、又その組織としてはトリコット
編、天竺繁、ゴム編、パール編等のいずれを用いてもよ
い。尚、微小変形、大変形に対応する伸長導電性を有す
る編物はそれぞれ編物のＵ織を適切に選定することによ
り得られる。

この場合、微小変形に対応する伸長導電性編物を得るに
は、緯編地であるより経編地である例えばトリコット編
地が好ましく、特に伸度の小さい緯糸挿入トリコット編
ｘ等がより好ましい。

編物の形状としては、シート状１円筒状など編物の組織
を使ったすべての形状を含む。また編物を構成する糸と
しては、通常の溶融、湿式紡糸によって紡糸されたモノ
フィラメントやマルチフィラメント、短繊維からなる紡
績糸やそれらの糸の撚糸、フィルムやシートを細長くス
リットした、細長い形状物もしくはその収束物を用いる
ことができる。その素材としては、ナイロン、エステル
などのすべての電気絶縁性合成高分子、セルロース等の
再生セルロース繊維などの化繊、天然ゴムなどの電気絶
縁性天然高分子、ガラスなどの電気絶縁性無８！繊維等
を用い、銅、二、ケル、銀、カーボンなどの導電性物質
がメッキ、コーティング。

溶射などの導電化手段により導電性を付与されている。

尚、特にマルチフィラメントや紡績糸の場合には、微小
の応力で各フィラメントや短繊維が接触するので高感度
変形導電性編物を形成するためにはより好ましい。尚、
ここでいう電気的に絶縁状態とは、実施例中に記載した
電気抵抗（Ω）の測定法によって、２つの針状端子間の
電気抵抗値が１０”Ω以上である状態を意味し、また、
電気的導通状態とは、同様に２つの針状端子間の電気抵
抗値が１０６Ω未満である状態を意味する。本発明者ら
は、編物を構成する全ての糸がたとえ電気的導通状態を
有する導電糸であっても、各糸Ｑ交叉部分において電気
的絶縁状態にある数と電気的４通状態にある数の比が１
／９０以上であるときは、伸長、圧縮などの変形を受け
た時は、編物の電気抵抗などの電気特性が大きく変化す
ることを見出した。

本発明における電気的に絶縁状態にある交絡部分または
電気的に導通状態である交絡部分とは、交絡している２
本の糸が交絡部分を介してそれぞれ電気的に絶縁状態で
ある部分、あるいは電気的に導通状態である部分を意味
する。これを例えば第１図に示す天竺編物の場合で云え
ば第１図の１と２．３と４が電気的に絶縁状態であるか
、電気的に導通状態であるかということである。

編物は交絡部分の糸間の接触がルーズであるため編物の
組織を構成する各糸の接触確午が小さい。

したがって、織物に比べてこのようにルーズな組織をも
つ編物において、編物を構成する全交絡部分の中で、電
気的に絶縁状態である交絡部分の数！、と、電気的に導
通状態である交絡部分の数１！との比（ｌＩ／Ｉ！ｚが
１／９０以上であると、伸長、圧縮などの変形作用によ
って組織が変形し、糸のずれ、ねじれ、交絡する糸のつ
くる角度の変化、接触面積の変化などが起り、変形前に
は電気的絶縁状態であった交絡部分に電気的接触がおこ
り、変形方向もしくは変形部分の電気抵抗（Ω）の大巾
な低下をひきおこし、変形導電性を有する編物となる。

電気的に絶縁状態である交絡部分の数ｌ。

と電気的に導通状態である交絡部分の数ｐ２との比１１
＋／ｊ！ｚが１／９以上１０３以下であると、変形時の
電気抵抗の変化がより著しく、より好ましい。

また、編物の形状がシート状の場合、全交絡部分に対し
て電気的絶縁状態である交絡部分の比率が高まるほど、
シートの厚み方向は高密度、高感度の感圧導電性布帛と
なるので、より望ましい。

なお、変形導電性編物は電気絶縁性繊維からなる糸にメ
ッキ、コーティング、溶射などの手段により導電性物質
を付与した導電糸をつくり、この糸を用いて編み立てる
か、或いは電気絶縁性編物を先に績み立て、これにメッ
キ、シーテイング、溶射などの手段により導電性物質を
付与することによって、さらに又、電気絶縁性編物に導
電性物質を既述の手段で付与した導電性編物をデニット
した糸を用いて作製した倉扁物によっても得られる。

ただし好ましい態様である前述のＥｌ／ｌｚがｌ／９０
以上である変形導電性編物を得る方法としては、メッキ
、コーティング、溶射などの条件（例えば処理温度、処
理時間、処理待張力、浴比、導電物質付着量等）を変化
させたり、またメッキ、コーティング、溶射などの手段
により、導電性物質を付与した導電性編物に超音波、水
や空気の高速噴射、流速の差の大きい層流、乱流の生じ
ている媒体中などで物理的応力を加えることにより、糸
の交絡部分及び交絡部分間で選択的に導電性物質を剥離
させる方法がある。

尚、コーティングやラミネート、ディッピングなどの方
法により、ストレ・ノチバック性、圧縮回復性を有する
エラストマーフィルムなどを、変形導電性編物の片面ま
たは両面へ張り合せをするか、エラストマー中に埋め込
めば、本発明による変形導電性編物の変形４電性の繰り
返し耐久性が向上するのでより望ましい。

尚、ここで言うエラストマーとは、ゴム状弾性変形を示
す天然ゴムをはじめとし、ウレタンゴム、シリコーンゴ
ム、フッ素ゴムなどの特殊合成ゴム、スチレンゴム、ブ
タジェンゴムなどの一般合成ゴム、ポリイソブチレンな
どのプラスチック系ゴムおよび弾性変形を示すポリエス
テルなどの高分子物質すべてをいい、形状としてはシー
ト状もしくはフィルム状であり、場合によっては、ニッ
ケル、銅、などの金属粉末や金属繊維、カーボンブラッ
クや炭素繊維などの導電性フィラーを５〜５０体積％の
範囲内で適当量混入して、シートまたはフィルムの厚み
方向にのみ導通する異方導電性エラストマーや感圧導電
性エラストマーであっても良い。

尚、ここで言う、ストレッチバック性とは伸長された状
態から解除されると残留ひずみがなく、元の伸長前の長
さに短時間にもどる性質のことである。

伸長変形を感知する変形導電性編物すなわち伸長導電性
編物を、センサーとして利用するためには、該編物の少
なくとも二ケ所に電極を設け、伸長変形によって生ずる
前記電極間の電気抵抗などの電気特性の変化としてとら
えることができる。

電極を設ける方式としては導電性接着剤のコーティング
、金属の蒸着、市販のワニロクリップや圧着端子などの
把持する方式、導電性樹脂層を介して電極板を取り付け
る方式、電気導通性を有するはとめで挾持する方式、電
気導通性を有するホックを取付ける方式などがあげられ
るが、これらに限定されるものではなく、リード線との
接続が容易で、接触抵抗が低く、伸長応力を付加できる
ものであればよい。

圧縮変形を感知する感圧導電性編物は、該編物の両面ま
たは片面（例えばプリント配線などによる）に電極を設
け、圧縮変形によって生ずる電極間の電気抵抗などの電
気特性の変化としてとらえることができる。ここでいう
電極の材質としては、銅、真鍮、鉄、アルミニウムなど
の電気的導通性のある物質（アクリル系樹脂などによる
防錆処理をされたもの及び金属メッキしたものも含む）
が１００％のもの、或いはプリント配線されたものなど
である必要がある。なお、形状は任意であるが板、シー
ト状の電極が操作し易い。

本発明の変形導電性編物は、伸長変形、圧縮変形を惑知
する各種センサー・スイッチに利用することができる。

例えば人体の動き（指、肘、膝等の間節部分の屈曲、呼
吸による胴体の膨張、収縮、筋肉の収縮等）に柔軟に対
応するセンサー・スイッチ素子として、又、圧力電気信
号素子、キーボードや手書き入力用無接点スイッチ、各
種ＭＶＶＩ用センサー、ロボットの触覚センサーなどに
用いることができる。

〔実施例〕

以下本発明により変形導電性編物の実施例を示し、より
具体的に本発明を説明する。なお本発明による変形導電
性編物は下記実施例にのみ限定されるものではないこと
は明らかである。

大施斑上 旭化成工業側製のポリエステル・フィラメント（１００
’　１５０　ｆ　）を用いて３．５インチ径で、針本数
が３００本の筒編機で筒編地を編成した。

これを水酸化ナトリウム水溶液（８０ｇ／！ｌ　）、１
００℃で減量加工（減量率１８％）し、５ｎＣ（！２：
塩酸が３：１０の重量比の浴中で感受性化し、水洗脱水
後、ＰｄＣｆ１ｚ：塩酸が重量比１：１５の浴中で活性
化し、水洗脱水後ＮｉＣ１・６ＨｚＯ、ＮａｔｌＰＯｚ
　・ＨｚＯ。

クエン酸ナトリウム、　Ｎ）１４．１　、アンモニア水
が１：１：３：２：２の重量比の浴中で９０℃×２分の
条件で処理して、Ｎｉメッキした。この編地をデニット
してコーンに捲き揚げた。このようにして得られた導電
糸を１４ＧＧの横編機を用いて再びゴム編（試料阻１）
、天竺（試料阻２）、片畦組織（試料阻３）の編地を作
成し、変形導電性編物とした。一方旭化成工業側製のポ
リエステルフィラメント（１００’　１５０　ｆ　）を
用いて１４ＧＧの横編機を用いて、天竺組織の編地を作
製した。この編地を上尿と同様の条件で、減量加工処理
、メ・ツキ処理を続けて行い比較例の試料とした。これ
ら試料の編地のコース方向の両端を電極ではさみ、２０
　、４０゜６０．８０．　１００％と伸長した時の電気
抵抗（伸長導電性）をΩで表し、第１表に示した。

伸長による電気抵抗値の測定は、試料をコース方向に１
ｃＩＩＩ巾、ｌＱｃｍの長さに切り、１辺３　ｃｍの正
方形の銅板２枚で両端を端から３印はさみ電極とし、そ
れを引張り試験機にとりつけ、コース方向の伸長による
電気抵抗の値をタケダ理研０菊製のＤｉｇｉｔａｌ　Ｍ
ｕｌｔｉｍｅｔｅｒにより２０℃×６５％Ｒ１＋の雰囲
気で測定した。また、交絡部分の電気抵抗は、先端が１
０−’ｆｌ”の針状電極を用いて、交絡している２つの
糸の交絡部分を介して測定した。具体的には、反射型顕
微鏡で、サンプルの交絡部分を拡大して見ながら例えば
第１図の１と２，３と４の間で針状電極を用いて電気抵
抗値を測定した。その抵抗値の値が１０６Ω以上の場合
、電気的に絶縁状態であり、１０ｂΩ未満の場合を電気
的に導通状態であると判定した。

以下余白 第１表 １１／ｌｚ：単位面積中の全交絡部分の中で、電気的に
絶縁状態の交絡部分の数 （Ｉ！、＋）と導通状態の交絡部分の数（ｆ！２）の比 実施例２ 旭化成工業■製のポリエステルフィラメント（１００’
　１５０　ｒ　）を用いて１４ＧＧの横編機でゴム編組
織の編地を作成した。これを実施例１と同様の条件で減
量加工処理（減量率１８％）、Ｎｉメッキ処理を続けて
行った。

次にこれを１０ｃｍＸｌＯｃｍの大きさのサンプルに切
り、はつれないように端部をオーバーロックして二重円
筒形の層流発生装置（内側の円筒が高速回転、外筒の内
径２５ｃ＋ｎ、内筒の外径１０Ｃｍ）に水と一緒に入れ
、内筒回転速度２０Ｏｒｐｍで、２００分。

４００分、２４時間、導電性物質の剥離処理をして、試
料Ｎ１１４，５．６の変形導電性編物を得た。

実施例１と同様の方法で、この編地（３ａｍ　ｒｆｌ　
）のコース方向の両端を電極ではさみ、２０　、４０　
、６０゜８０　、１００％と伸長した時の電気抵抗（伸
長導電性）をΩで表し、第２表に示した。

第２表 ６＋／Ｉ！ｚ’単位面積中の全交絡部分の中で、電気的
に絶縁状態の交絡部分の数 （１１）と導通状態の交絡部分の数 （ｊ２ｚ）の比 〔発明の効果〕 本発明による変形導電性編物は、前述のように構成され
ているので、この変形導電性編物を用いることにより微
小変形から大変形に至る測定対象物の変形の有無、変形
の程度を電気的に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による変形導電性編物の一実施例におけ
る糸の交絡を示す平面図である。 １．２；３，４・・・針状電極による電気抵抗の測定位
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、面拡大方向での伸長又は面に垂直方向の圧縮などの
   変形により、変形した部分の導電性が変形前よりも電気
   抵抗において１桁以上減少することを特徴とする変形導
   電性編物。 ２、変形導電性編物中の構成糸の交絡部分中電気的絶縁
   状態にある交絡部分の数をｌ＿１とし、電気的導通状態
   にある交絡部分の数をｌ＿２とする時に比ｌ＿１／ｌ＿
   ２が１／９０以上であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の変形導電性編物。 ３、前記ｌ＿１／ｌ＿２が１／９以上１０＾３以下であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の変形導
   電性編物。