JPWO2017159456A1 - ウェアラブル・スマート・デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
さらに本発明は、自然な使用感、着用感のあるウェアラブル・スマート・デバイスを実現するために必要な、伸縮性を有する電気配線を形成するために用いられる導電ペーストに関する。
金属線の場合には、金属線を刺繍糸と見なして、衣服に縫い付けることにより配線形成が可能である。しかしながら、かかる手法が大量生産に向いていないことは自明である。
金属箔のエッチングにより配線を形成する手法は、プリント配線板の製法として一般的である。金属箔を伸縮性のある樹脂シートに貼り合わせ、プリント配線板と同様の手法で波形配線を形成して、擬似的に伸縮性配線とする手法が知られている。(非特許文献1参照)かかる手法は波形配線部の捻れ変形により擬似的に伸縮特性を持たせるものであるが、捻れ変形により金属箔が厚さ方向にも変異するため、衣服の一部として用いると、非常に違和感のある着用感となり好ましいものではなかった。また洗濯時のような過度な変形を受けた場合には金属箔に永久塑性変形が生じ、配線の耐久性にも問題があった。
金属系導電粒子と伸縮性バインダー樹脂とからなる導電性組成物は、巨視的には伸縮可能な導体を実現することができる。かかるペーストから得られる導電性組成物は、微視的に見れば、外力を受けた際に樹脂バインダー部変形し、導電性粒子の電気的連鎖が途切れない範囲で導電性が維持されるものである。巨視的に観察される比抵抗は、金属線や金属箔に比較すると高い値であるが、組成物自体が伸縮性を持つために波形配線などの形状を採る必要が無く、配線幅と厚さには自由度が高いため実用的には金属線に比較して低抵抗な配線を実現可能である。
すなわち、本発明は以下の構成を持つ。
[1]20%伸張を10回繰り返しても導通を維持できる伸縮性導体組成物からなる伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイスにおいて、該電気配線の非伸張時の線間幅が50μm以上1mm以下であり、かつ、電気配線の幅/厚さの比が1から50の範囲であることを特徴とする伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[2]前記電気配線の非伸張時の配線幅が50μm以上1mm未満であることを特徴とする[1]に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[3]前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物部分の厚さが3μm以上200μm以下の範囲であることを特徴とする[1]または[2]に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[4]前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物の非伸張時の比抵抗が1×10-3Ωcm以下であることを特徴とする[1]から[3]のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[5]前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜85質量%、非架橋型のエラストマー、15〜60質量%を含有していることを特徴とする[1]から[4]のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[6]前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜83質量%、非架橋型のエラストマー15〜60質量%を含有していることを特徴とする[1]から[5]のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[7]前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜83質量%、非架橋型のエラストマー15〜60質量%、BET比表面積が100〜550m2/gのカーボンブラック0.5〜3質量%を含有していることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[8] 少なくとも、金属系導電性フィラー、非架橋のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が0.5μm以上5μm以下であることを特徴とする伸縮性導体形成用ペースト。
[9] 少なくとも、金属系導電性フィラー、カーボンブラック、非架橋のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が0.5μm以上5μm以下であり、前記カーボンブラックのDBP吸油量が100〜550cm3/100gの範囲であり、カーボンブラックの配合量が金属系フィラーに対して0.5〜2.0質量%であることを特徴とする[8]に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
[10] 前記伸縮性導体形成用ペーストにおいて、溶剤を除いた全成分を100質量部とした場合に、金属系導電性フィラーとカーボンブラックの合計が40〜90質量部であり、非架橋型のエラストマーが10〜60質量部であることを特徴とする[8]または[9]に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
[11] 前記有機溶剤の沸点が200℃以上であり、20℃における飽和蒸気圧が20Pa以下であることを特徴とする[8]から[10]に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
[12] 前記[8]から[11]のいずれかに記載の伸縮性導体形成用ペーストを用いて、線幅1mm未満、線間1mm以下の電気配線を印刷法にて形成した後に、大気圧下にて、75℃〜145℃の範囲の温度で乾燥することを特徴とする伸縮性電気配線の製造方法。
本発明における電気配線は伸縮性導体形成用のペーストを印刷、硬化して得る。柔軟な基材である布帛、伸縮シートなどの素材は一般に耐熱性が乏しいため、ペーストの乾燥硬化温度は低めに保つ必要があり、ペーストの溶剤には一般的に低沸点の溶剤が用いられる。また、高温での硬化反応、架橋反応が必要な樹脂成分をバインダー樹脂に用いることも難しい。しかしながら、低沸点溶剤の使用は、ペースト印刷中の版乾きを招き、印刷カスレを生じやすくなるため細線を印刷することは難しくなる。
本発明における、該電気配線の非伸張時の線間幅は、50μm以上1mm以下であり、好ましくは80μm以上750μm以下で有り、さらに好ましくは120μm以上450μm以下である。線間隔がこの範囲を超えると電子回路の実装密度が低下するだけでなく、配線面の凹凸が触感的に目立つようになり、衣服として着用した際に違和感が増してしまう。一方で、この範囲未満の線間間を形成しようとすると印刷版の洗浄頻度があがり、収率が低下し、生産性に支障が出る。
本発明における伸縮性導体ペーストから形成される伸縮性導体の厚さは好ましくは3〜200μmであり、さらに好ましくは4〜120μmであり、なおさらに好ましくは5〜60μmである。
本発明における伸縮性導体組成物は、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、
平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜90質量%、
非架橋型のエラストマー、15〜60質量%
を含有する。
さらに本発明における伸縮性導体組成物は、好ましくは、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、
平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜83質量%、
非架橋型のエラストマー15〜60質量%、
平均粒子径が0.3μm以上10μm以下の非導電性粒子を2〜25質量%
を含有する。
カーボンブラックには原料や製造方法の異なる多くの種類があり、それぞれに特徴を有している。DBP吸油量はカーボンブラックの液体吸収と保持性能を示すパラメータであり、ISO4656:2012に基づいて測定される。本発明において好ましいDBP吸油量は160以上530以下であり、さらに好ましくは210以上510以下であり、なおさらに好ましくは260以上500以下である。DBP吸油量がこの範囲に満たないと細線を印刷した際に線間が埋まりやすくなり、細線印刷性が低下する。またDBP吸油量がこの範囲を超えると、ペーストの粘度が上がりやすくなり、粘度調整に溶剤の配合量を増やす必要が生じるため、微細線を印刷した際に線間に溶剤がブリードしやすくり、同様に細線印刷性が低下する。
カーボンブラックの配合量は金属系フィラーとカーボンブラックの総量に対して0.5質量%以上、2.0質量%以下であり、好ましくは0.7質量%以上1.6質量%以下である。
柔軟性樹脂の弾性率は、好ましくは3〜600MPaであり、より好ましく10〜500MPa、さらに好ましくは15〜300MPa、さらにより好ましくは20〜150MPa、特に好ましくは25〜100MPaである。
本発明における有機溶剤の配合量は導電粒子、非導電粒子、非架橋型のエラストマーの合計質量を100質量部とした場合に、10〜40質量部であり、好ましくは10〜25質量部である。
本発明における、該電気配線の非伸張時の線幅は、1mm未満であり、500μm以下が好ましく250μm以下がさらに好ましく、120μm以下がさらに好ましい。
本発明における、該電気配線の非伸張時の線間幅は、50μm以上1mm以下であり、好ましくは80μm以上750μm以下で有り、さらに好ましくは120μm以上450μm以下である。線間隔がこの範囲を超えると電子回路の実装密度が低下するだけでなく、配線面の凹凸が触感的に目立つようになり、衣服として着用した際に違和感が増してしまう。一方で、この範囲未満の線間間を形成しようとすると印刷版の洗浄頻度があがり、収率が低下し、生産性に支障が出る。
本発明における伸縮性導体ペーストから形成される伸縮性導体の厚さは好ましくは2〜60μmであり、さらに好ましくは3〜40μmであり、なおさらに好ましくは5〜25μmである。
得られた樹脂材料をNMR分析して得られた組成比から、モノマーの質量比による質量%に換算した。
島津製作所製 SMV−300RT「ムーニービスコメータ」を用いて測定した。
樹脂材料を厚さ200±20μmのシート状に加熱圧縮成形し、次いでISO 527−2−1Aにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。ISO 527−1に規定された方法で引っ張り試験を行って求めた。
ISO3146に従って示差熱分析(DTA)により求めた。
堀場製作所製の光散乱式粒径分布測定装置LB-500を用いて測定
(1)試験片シート形成
樹脂材料を厚さ200±20μmのシート状に加熱圧縮成形し、次いでISO 527−2−1Aにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。
(2)伸縮試験
山下マテリアル製のIPC屈曲試験機を改造し、試験機の往復ストロークを13.2mmに設定、可動板側に試験片をクランプで固定、もう一端を別の固定端にクランプにて固定、ダンベル型試験片中の幅10mm、長さ80mmの部分を用いて、有効長が66mmとなるように調整し(伸張度20%に相当)し、サンプルの繰り返し伸張が行えるように改造した装置を用いた。試験片を用いて100回の繰り返し伸張を行い、前後の抵抗値変化比を求めた。ここに、
抵抗変化比=試験後抵抗値/初期抵抗値
である。
(1)試験片シート形成
日本ユニポリマー株式会社製の無黄変ポリウレタンフィルム「ユニグランドXN2004」を厚さ125μmのPETフィルムにロールラミネーターにて軽く密着させ、基材として用いた。次いで300メッシュのステンレススクリーン版を用いて長さ200mm、線幅/線間=500μm/500μmのラインが平行に10本並んだパターンを印刷し、所定の条件で乾燥し、試験片とした。
(2)伸縮試験
山下マテリアル製のIPC屈曲試験機を改造し、試験機の往復ストロークを13.2mmに設定、絶縁樹脂からなる可動板側に試験片を金属製クランプで固定、もう一端を別の固定端にクランプにて固定、先に得られた試験片の長さ方向に、有効長が66mmとなるように調整し(伸張度20%に相当)し、試験片の繰り返し伸張が行えるように改造した装置を用いた。金属製クランプ間の抵抗値をモニターしながら、100回の繰り返し伸張を行い、前後の抵抗値を比較し、試験後の抵抗値を初期抵抗値で除して伸縮耐久性の抵抗変化比とした。
伸縮性導体形成用ペーストを、伸縮性樹脂R1から得られた厚さ200±20μmのシートを基材とし、スクリーン印刷を用いて180mm×30mmの矩形パターンを乾燥膜厚が30μm印刷し、120℃にて30分乾燥硬化した。ついで矩形パターン部をISO 527−2−1Aにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。
山下マテリアル製のIPC屈曲試験機を改造し、試験機の往復ストロークを13.2mmに設定、可動板側に試験片をクランプで固定、もう一端を別の固定端にクランプにて固定、ダンベル型試験片中の幅10mm、長さ80mmの部分を用いて、有効長が66mmとなるように調整し(伸張度20%に相当)し、サンプルの繰り返し伸張が行えるように改造した装置を用い、伸縮有効長の66mmの両端の外側0〜5mmにアルミホイルを巻き付けた上で金属製クリップで挟み、テスターで抵抗値をモニターしながら繰り返し伸張を行った。抵抗値の読み取りは、繰り返し伸張600回までは10回毎に、600回以上は50回毎に伸張率が0%の状態にて停止し、停止後1分後の値を読んで記録し、抵抗値が初期の100倍に達した時点の回数を記録して、そこで試験を打ち切った。
ISO 527−2−1Aにて規定されるダンベル型試験片の中央部にある幅10mm、長さ80mmの部分の抵抗値[Ω]を、アジレントテクノロージ社製ミリオームメーターを用いて測定し、試験片の縦横比(1/8)を乗じてシート抵抗値「Ω□」を求めた。
また、抵抗値[Ω]に断面積(幅1[cm]mm×厚さ[cm])を乗じ、長さ(8cm)にて除して、比抵抗[Ωcm]を求めた。
スクリーン印刷を用いて導電ペーストを、幅1.0mm、長さ30.0mmの導体パターン2本が1.0mmの間隔にて平行するテストパターンをポリエステルフィルム上に印刷・硬化して試験片とした。試験片の電極間にDC5Vを印可した状態で、脱イオン水を導体間に滴下し、電極間がデンドライト状の析出物にて短絡されるまでの時間を測定し、60秒以内である場合を×、60秒以上の場合を○とした。なお、脱イオン水の滴下量は、水滴が電極間を8〜10mmの幅にて覆う程度とし、短絡の判断は目視観察とした。
男女各5人からなる成人10名を被験者とし、被験者に電気配線を形成したスポーツシャツを着せ、心電計測注の着用感を、「触感が良い」を5点、「触感が悪い」を1点として、五段階の官能評価を行い、10人の平均において、4以上を◎、3以上4未満を○、2以上3未満を△、2未満を×とした。
用いる無機粒子の組成分析を蛍光X線分析装置(蛍光X線分析装置システム3270、理学電機株式会社製)を使用しAl成分、Si成分の検査を行った。なお、Al、Si、被着量は、検出されたAl成分、およびSi成分の金属化合物を酸化物換算(即ち、Al成分はAl2O3、Si成分はSiO2として換算)した。
伸縮耐久性試験用パターンを、厚さ125μmのPETフィルム上に、連続して100枚印刷を行い、同様に所定の条件で乾燥し、95〜100枚目の印刷物にてカスレの有無を目視にて確認した。また30枚目の印刷物について、線幅と線間を測定した。
<ポリエステル材料の重合>
攪拌機、溜出用コンデンサーを備えた内容積3Lのステンレス製重合釜に、テレフタル酸69.8 質量部、テレフタル酸93.0質量部、エチレングリコール55.9質量部、ネオペンチルグリコール62.5質量部を仕込み、2.0kgf/cm3の加圧化、3時間かけて235℃まで昇温し、水を溜出させエステル化反応を行った。エステル化反応終了後、チタンテトラブトキシド0.14質量部を添加して10分攪拌後、30分かけて650Paまで初期減圧重合を行うと共に温度を255℃まで昇温し、さらにこのまま130Pa以下で45分間後期重合を行った、重合完了後、窒素で圧力を1.0×105Paにして、200℃まで冷却した。次いで攪拌を行ったまま、無水トリメリット酸3.8質量部を添加し、200℃にて30分間攪拌した。次にε−カプロラクトン158質量部を添加し、200℃にて60分間攪拌し、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂R02のガラス転移温度は−12℃、還元粘度は1.1dl/gであった。
<合成ゴム材料の重合>
攪拌機、水冷ジャケットを備えたステンレス鋼製の反応容器に
ブタジエン 61質量部
アクリロニトリル 39質量部
脱イオン水 270質量部
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム 0.5質量部
ナフタレンスルホン酸ナトリウム縮合物 2.5質量部
t−ドデシルメルカプタン 0.3質量部
トリエタノールアミン 0.2質量部
炭酸ナトリウム 0.1質量部
を仕込み、窒素を流しながら浴温度を15℃に保ち、静かに攪拌した。次いで 過硫酸カリウム0.3質量部を脱イオン水19.7質量部に溶解した水溶液を30分間かけて滴下し、さらに20時間反応を継続した後、ハイドロキノン0.5質量部を脱イオン水19.5質量部に溶解した水溶液を加えて重合停止操作を行った。
次いで、未反応モノマーを留去させるために、まず反応容器内を減圧し、さらにスチームを導入して未反応モノマーを回収し、NBRからなる合成ゴムラテックス(L1)を得た。
得られたラテックスに食塩と希硫酸を加えて凝集・濾過し、樹脂に対する体積比20倍量の脱イオン水を5回に分けて樹脂を脱イオン水に再分散、濾過を繰り返すことで洗浄し、空気中にて乾燥して合成ゴム樹脂得た。得られた合成ゴム樹脂のニトリル量は39質量%、ムーニー粘度は51、弾性率は42MPaであった。
表1に示す材料を用い、表2に示される配合比にて伸縮性導電ペーストを調整した。まず、所定の溶剤量の半分量の溶剤にバインダー樹脂を溶解し、得られた溶液に金属系粒子、炭素系粒子、そのほかの成分を添加して予備混合の後、三本ロールミルにて分散することによりペースト化した。得られたペーストを表2に示す条件にて乾燥し、評価を行った。結果を表2に示す。
以下同様に表1に示す材料を用い、配合成分を替えて表2に示す導電ペーストを得た
表2に示す組成により、電極保護層用のカーボンペーストを調整した。
表2に示す組成により、伸縮性絶縁インクを調整した。
厚さ125μmの離型PETフィルムに、まず電極表面層となるカーボンペーストを用いて図1のパターンを印刷し、乾燥硬化した。次いでカバーコート層となる伸縮性絶縁樹脂インクを用い図2のパターンを重ね印刷し、乾燥硬化した。次いで伸縮性導体ペーストを用いて図3のパターンを重ね印刷し、最後に下地層となる図4のパターンを伸縮性絶縁ペーストを用いて印刷した。
次いで、図4のパターンと同一形状に打ち抜いたホットメルトシートを重ね圧着することにより、転写性の印刷配線シートを得た。
得られた転写性の印刷配線シートを裏返したスポーツシャツの所定部分に重ね、ホットプレスして印刷物を離型PETフィルムからスポーツシャツに転写し、電気配線付きスポーツシャツを得た。
ステンレススチール製ホックを介して、ユニオンツール社製の心拍センサWHS−2を接続し、同心拍センサWHS−2専用のアプリ「myBeat」を組み込んだアップル社製スマートホンで心拍データを受信し、画面表示できるように設定した。以上のようにして心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツを作製した。
本シャツを被験者に着用させ、安静時、歩行時、ランニング時、自転車走行時、自動車運転時、睡眠時、について心電データを取得した。得られた心電データはノイズが少なく、高解像度で、心電図としてメンタルな状態、体調、疲労度、眠気、緊張度合いなどを心拍間隔の変化、心電波形などから解析可能な品位を有していた。さらに本実施例1で得られた心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツは機械洗濯100回後も機能を維持していた。結果を表3に示す。
導電ペーストの調整で得られた導電ペースト2、導電ペースト3を用いた他は、実施例1と同様に操作して電気配線付きスポーツシャツを得た。以下同様に評価を行った結果を表3に示す。
実施例1において、図3のパターンの代わりに図5のパターンを用いた以外は同様にして電気配線付きスポーツシャツを得た。以下同様に評価を行った結果を表3に示す。
100mm×200mmのポリエステル平織りクロスに同サイズの厚さ100μmのポリウレタンシートをホットメルト接着剤にて接着し、ポリウレタンシート面を被印刷面として、長さ180mm、線幅100μm、線間100μmの平行線50本をスクリーン印刷により印刷し、乾燥硬化した。次いで平行線の端部が露出するように、160mm×80mmのカバーコートパターンを絶縁インクを用いたスクリーン印刷により形成し、乾燥硬化して試験片とした。得られた試験片の耐洗濯試験を行った。結果を表4に示す。
以下、配線パターン、印刷厚さを変えた以外は実施例4と同様に操作し、実施例5〜10、比較例2、3として線幅線間の異なる配線をスクリーン印刷にて形成し耐洗濯性を評価した。結果を表4.に示す。
[導電ペーストの調整2]
表1に示す材料を用い、表5、表6に示される配合比にて伸縮性導電ペーストを調整した。まず、所定の溶剤量の半分量の溶剤にバインダー樹脂を溶解し、得られた溶液に金属系粒子、炭素系粒子、そのほかの成分を添加して予備混合の後、三本ロールミルにて分散することによりペースト化した。得られたペーストを表5、表6に示す条件にて乾燥し、評価を行った。結果を表5、表6に示す。
厚さ125μmの離型PETフィルムに、まずカバーコート層となる参考例2にて得られた絶縁樹脂インクを所定のパターンに印刷し、乾燥硬化した。パターンは電極部の周囲をリング状にカバーするランド部と伸縮性導体から成る電気配線部をカバーする絶縁コート部に相当する。ランド部は後述する電極パターンの外周3mmを覆い、リングの幅は5mmである。絶縁コート部は幅24mmであり、伸縮性導体配線をカバーする。カバーコート層の乾燥厚さは20μmとなるように調製した。
次いで電極部分となる箇所に参考例1にて得られた伸縮性カーボンペーストを印刷し、乾燥硬化した。電極部は先に印刷されたカバーコート層のリングと同心円的に配置された直径40mmの円である。
ついで、以上の工程により得られた転写性の印刷電極配線を裏返したスポーツシャツの所定部分に重ね、120℃ホットプレスして印刷物を離型PETフィルムからスポーツシャツに転写し電気配線付きスポーツシャツを得た。
得られた電気配線付きスポーツシャツは、左右の後腋窩線上と第7肋骨との交差点に直径50mmの円形電極があり、さらに円形電極から胸部中央までのストライプ状の伸縮性導体組成物による電気配線が内側に形成されている。なお左右の電極から頸部背面中央に伸びる配線の胸部中央側はいっぺんが20mmの矩形となっており、5mmのギャップにより左右は短絡されていない。
ステンレススチール製ホックを介して、ユニオンツール社製の心拍センサWHS−2を接続し、同心拍センサWHS−2専用のアプリ「myBeat」を組み込んだアップル社製スマートホンで心拍データを受信し、画面表示できるように設定した。以上のようにして心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツを作製した。
本シャツを被験者に着用させ、安静時、歩行時、ランニング時、自転車走行時、自動車運転時、睡眠時、について心電データを取得した。得られた心電データはノイズが少なく、高解像度で、心電図としてメンタルな状態、体調、疲労度、眠気、緊張度合いなどを心拍間隔の変化、心電波形などから解析可能な品位を有していた。
さらに本応用実施例で得られた心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツは機械洗濯30回後も機能を維持していた。
本発明におけるウェアラブル・スマート・デバイスの手法は、人体の持つ情報、すなわち筋電位、心電位などの生体電位、体温、脈拍、血圧などの生体情報を衣服に設けたセンサなど検知するためのウェアラブル装置や、あるいは、電気的な温熱装置を組み込んだ衣服、衣服圧を測定するためのセンサを組み込んだウェアラブル装置、衣服圧を利用して身体サイズを計測するウェア、足裏の圧力を測定するための靴下型装置、フレキシブルな太陽電池モジュールをテキスタイルに集積した衣服、テント、バッグなどの配線部、関節部を有する低周波治療器、温熱療養機などの配線部、屈曲度のセンシング部などに応用可能である。かかるウェアラブル装置は、人体を対象にするのみならず、ペットや家畜などの動物、あるいは伸縮部、屈曲部などを有する機械装置にも応用可能であり、ロボット義手、ロボット義足など機械装置と人体と接続して用いるシステムの電気配線としても利用できる。また体内に埋設してしようするインプラントデバイスの配線材料としても応用可能である。
2 ファブリック(基材)
3 下地層
4 導電層
5 絶縁層(カバーコート層)
6 電極表面層(カーボン層)
7 離型フィルム
8 接着層(ホットメルト層)
11 心拍検出用電極
12 デバイス装着用電極
13 配線部
すなわち、本発明は以下の構成を持つ。
[1]20%伸張を10回繰り返しても導通を維持できる伸縮性導体組成物からなる伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイスにおいて、該電気配線の非伸張時の線間幅が50μm以上1mm以下であり、かつ、電気配線の幅/厚さの比が1から50の範囲であることを特徴とする伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[2]前記電気配線の非伸張時の配線幅が50μm以上1mm未満であることを特徴とする[1]に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[3]前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物部分の厚さが3μm以上200μm以下の範囲であることを特徴とする[1]または[2]に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[4]前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物の非伸張時の比抵抗が1×10-3Ωcm以下であることを特徴とする[1]から[3]のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[5]前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜90質量%、非架橋型のエラストマー、15〜60質量%を含有していることを特徴とする[1]から[4]のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[6]前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜83質量%、非架橋型のエラストマー15〜60質量%を含有していることを特徴とする[1]から[5]のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[7]前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜90質量%、非架橋型のエラストマー15〜60質量%、BET比表面積が100〜550m2/gのカーボンブラック0.5〜3質量%を含有していることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
[8] 少なくとも、金属系導電性フィラー、非架橋型のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が0.5μm以上5μm以下であることを特徴とする伸縮性導体形成用ペースト。
[9] 少なくとも、金属系導電性フィラー、カーボンブラック、非架橋型のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が0.5μm以上5μm以下であり、前記カーボンブラックのDBP吸油量が100〜550cm3/100gの範囲であり、カーボンブラックの配合量が金属系フィラーとカーボンブラックの総量に対して0.5〜2.0質量%であることを特徴とする[8]に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
[10] 前記伸縮性導体形成用ペーストにおいて、溶剤を除いた全成分を100質量部とした場合に、金属系導電性フィラーとカーボンブラックの合計が40〜90質量部であり、非架橋型のエラストマーが10〜60質量部であることを特徴とする[8]または[9]に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
[11] 前記有機溶剤の沸点が200℃以上であり、20℃における飽和蒸気圧が20Pa以下であることを特徴とする[8]から[10]のいずれかに記載の伸縮性導体形成用ペースト。
[12] 前記[8]から[11]のいずれかに記載の伸縮性導体形成用ペーストを用いて、線幅1mm未満、線間1mm以下の電気配線を印刷法にて形成した後に、大気圧下にて、75℃〜145℃の範囲の温度で乾燥することを特徴とする伸縮性電気配線の製造方法。
柔軟性樹脂の弾性率は、好ましくは3〜600MPaであり、より好ましく10〜500MPa、さらに好ましくは15〜300MPa、さらにより好ましくは20〜150MPa、特に好ましくは25〜100MPaである。
ISO 527−2−1Aにて規定されるダンベル型試験片の中央部にある幅10mm、長さ80mmの部分の抵抗値[Ω]を、アジレントテクノロジー社製ミリオームメーターを用いて測定し、試験片の縦横比(1/8)を乗じてシート抵抗値「Ω□」を求めた。
また、抵抗値[Ω]に断面積(幅1[cm]×厚さ[cm])を乗じ、長さ(8cm)にて除して、比抵抗[Ωcm]を求めた。
表2に示す組成により、電極保護層用のカーボンペーストを調製した。
表2に示す組成により、伸縮性絶縁インクを調製した。
Claims (12)
- 20%伸張を10回繰り返しても導通を維持できる伸縮性導体組成物からなる伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイスにおいて、該電気配線の非伸張時の線間幅が50μm以上1mm以下であり、かつ、電気配線の幅/厚さの比が1から50の範囲であることを特徴とする伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
- 前記電気配線の非伸張時の配線幅が50μm以上1mm未満であることを特徴とする請求項1に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
- 前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物部分の厚さが3μm以上200μm以下の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
- 前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物の非伸張時の比抵抗が1×10-3Ωcm以下 であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
- 前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜85質量%、非架橋型のエラストマー、15〜60質量%を含有していることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
- 前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜83質量%、非架橋型のエラストマー15〜60質量%を含有していることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
- 前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が0.5μm以上5μm以下の導電性粒子、40〜90質量%、非架橋型のエラストマー15〜60質量%、BET比表面積が100〜550m2/gのカーボンブラック0.5〜3質量%を含有していることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
- 少なくとも、金属系導電性フィラー、非架橋のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が0.5μm以上5μm以下であることを特徴とする伸縮性導体形成用ペースト。
- 少なくとも、金属系導電性フィラー、カーボンブラック、非架橋のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が0.5μm以上5μm以下であり、前記カーボンブラックのDBP吸油量が100〜550cm3/100gの範囲であり、カーボンブラックの配合量が金属系フィラーに対して0.5〜2.0質量%であることを特徴とする請求項8に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
- 前記伸縮性導体形成用ペーストにおいて、溶剤を除いた全成分を100質量部とした場合に、金属系導電性フィラーとカーボンブラックの合計が40〜90質量部であり、非架橋型のエラストマーが10〜60質量部であることを特徴とする請求項8または請求項9記載の伸縮性導体形成用ペースト。
- 前記有機溶剤の沸点が200℃以上であり、20℃における飽和蒸気圧が20Pa以下であることを特徴とする請求項8から請求項10に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
- 請求項8から請求項11のいずれかに記載の伸縮性導体形成用ペーストを用いて、線幅1mm未満、線間1mm以下の電気配線を印刷法にて形成した後に、大気圧下にて、75℃〜145℃の範囲の温度で乾燥することを特徴とする伸縮性電気配線の製造方法
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SEKITANI ET.AL.: "Stretchable active matrix organic light-emitting diode display using printable elastic conductors", NATURE MATERIALS, vol. 8, no. 6, JPN6019048040, 1 June 2009 (2009-06-01), pages 494 - 499, XP055136355, ISSN: 0004169851, DOI: 10.1038/nmat2459 * |
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