JPWO2018123034A1 - ウェアラブルデバイス及び型紙 - Google Patents

Abstract

ウェアラブルデバイス１００は、前面１ｆと背面１ｂのそれぞれに少なくとも１つずつ設けられたセンサー２と、センサー２を制御する単一のコントローラ４とを備える。布体１の前面１ｆと背面１ｂとの境目は、縫製が施された第１部分（１３ｒ、１３ｌ、１４ｒ、及び１４ｌ）と、縫製が施されていない第２部分（１１ｒ、１１ｌ、１２ｒ及び１２ｌ）とからなる。配線３の一部は、前面１ｆ及び背面１ｂに設けられたセンサー２とコントローラ４とを電気的に接続させるように、前面１ｆと背面１ｂとの境目において、縫製が施されていない第２部分（１１ｒ、１１ｌ、１２ｒ及び１２ｌ）を介して前面１ｆ及び背面１ｂに跨って配置される。

Description

本発明は、ウェアラブルデバイス及び型紙に関する。

近年、伸縮性の配線とセンサーからなる伸縮性エレクトロニクスの研究・開発が進められている。例えば、伸縮性エレクトロニクスを衣服等に形成することで、着用者の動きや、脈拍等の生体情報を得られるウェアラブルデバイスとして活用することが可能になり、注目を集めている。

このような伸縮性配線を形成する方法としては、例えば伸縮性基材に導電性インクを直接印刷する方法（特許文献１参照）や、伸縮性基材に導電糸を縫いこみ、又は編みこむ方法（特許文献２参照）が提案されている。

一方、布体にセンサーやアクチュエータ、光源などの電子部品を有する回路を形成したスマートアパレルにおいて、最もフレキシブルにすることが難しいのはリチウム電池のような電源と、Ａ／Ｄコンバータなどを有するマイクロコンピュータと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ−Ｆｉのような無線通信モジュールである。そのため、スマートアパレルにおいてはこれらをプラスティックケースのような筐体に搭載したコントローラを、コネクタを経由して布体と接続する方法がしばしば用いられる。

このようなスマートアパレルを効率よく生産するにあたり、体の前面及び背面の複数個所に点在した電子部品を１つのコントローラで制御する場合には、それらをつなぐための、配線等を含む回路が必要である。

特開２０１６−１３０９４０号公報 特表２００８−５０４８５６号公報

上記のようなスマートアパレルを作製する際に、従来は、通常の衣服と同様に、前面と背面とで別々の型紙を用いていた。従って、先に縫製を施して三次元形状となったアパレルは、前面と背面との境目に必ず縫製が存在するものであった。このため、このようなアパレルに回路を形成しようとすると、配線が前面及び背面を跨ぐ部分において縫製を跨ぐことになり、配線の断線・損傷の原因となる。また、配線が前面及び背面の境目を跨がないように回路を形成しようとすると、前面の回路を制御するコントローラと背面の回路を制御するコントローラとが別個で必要となり、コスト・重量増加の原因となる。

一方、従って、先に平面の布体上に回路を形成した回路形成布体（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｆａｂｒｉｃ）を形成した後に、衣服状に縫製しようとする場合においても、上記と同様の問題が起こりうる。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、体の前面と背面の両方にセンサーを有するスマートアパレルの場合、前面と背面の両方を単一のコントローラで制御するためには、前面と背面とが縫製なしにつながっている特殊な型紙を利用することを考案した。

具体的には、上記のような型紙を用いて、前面と背面との境目が一部繋がっている布体を作製し、当該つながった部分を介して、配線を前面及び背面に跨って配置する構成を考案した。

本発明の目的は、本発明者らの得た上記知見に基づき、衣服上に回路を形成したウェアラブルデバイスにおいて、センサー間を接続する配線が縫製を跨ぐことなく、単一のコントローラで制御可能であって、なおかつ配線の損傷のおそれも低減させ、コストや重さも削減可能なウェアラブルデバイス、及び当該ウェアラブルデバイスを作製可能な型紙を提供することである。

（１）上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスは、前面及び背面を有する布体上に配線が設けられた上半身用ウェアラブルデバイスであって、前面及び背面のそれぞれに少なくとも１つずつ設けられた電子部品と、電子部品を制御する単一のコントローラと、を備える。布体の前面と背面との境目は、縫製が施された第１部分と、縫製が施されない第２部分と、からなる。そして、配線の一部は、前面及び背面に設けられた電子部品とコントローラとを電気的に接続させるように、境目において第２部分を介して前面及び背面に跨って配置される。

（２）他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（１）において、電子部品は、センサー、アクチュエータ、又は光源のうちいずれかを含む。

（３）他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（１）又は（２）のいずれかにおいて、配線は、伸縮性基材に導電糸がジグザグ状に配された伸縮性配線である。

（４）他の実施の形態に係るウェアラブルデバイスは、（１）乃至（３）のいずれかにおいて、ウェアラブルデバイスの前面又は背面は、さらに右半身と左半身とに分割して脱着可能であり、コントローラは、右半身と左半身とに跨って配置される。

（５）また、本発明の一実施形態に係る型紙は、前面及び背面を有する布体上に配線が設けられ、前面及び背面のそれぞれに少なくとも１つずつ設けられた電子部品と、電子部品を制御する単一のコントローラと、を備え、配線の一部は、前面及び背面に設けられた電子部品と前記コントローラとを電気的に接続させるように、前面及び背面に跨って配置される上半身用ウェアラブルデバイスのための型紙であって、布体の前面と背面との境目に対応する部分の少なくとも一部は、一体的に構成されている。

本発明の上記構成によれば、縫製が施された衣服上に、電子部品間を接続する配線を形成する場合であっても、配線が縫製によって断線・損傷することなく、良好な配線特性を保持でき、且つそれらの配線を単一のコントローラで制御できるウェアラブルデバイス、及び当該ウェアラブルデバイスを作製可能な型紙を提供することができる。

さらに、本発明の上記構成によれば、縫製による断線。損傷を避けるために配線の配置を複雑化させる必要がなくなり、それゆえに単一のコントローラで簡便に配線を制御することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの基本的な構成を示す概略平面図であり、前面を示す。 本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの基本的な構成を示す概略平面図であり、背面を示す。 図１に示すウェアラブルデバイスにおいて、コントローラのカバーを外した状態を示す概略平面図である。 本発明のウェアラブルデバイスを作製する際に用いる型紙の一例を示す概略平面図である。 同型紙の他の例を示す概略平面図である。 図１ＡのＡ−Ａ‘線に沿った、本発明に用いる伸縮性配線の構成を示す断面図である。 図１ＡのＢ−Ｂ‘線に沿った、本発明に用いる伸縮性配線の構成を示す断面図である。 本発明に用いる導電糸を説明する図であり、金属糸３３ａと非金属糸３３ｂとがＺ撚りされている構成を示す模式図である。 本発明に用いる導電糸を説明する図であり、種々の撚糸の構成の一例を示す模式図である。 本発明に用いるセンサーシステムに用いるコントローラの構成を示すブロック図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係るウェアラブルデバイスについて詳細に説明する。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイス１００の構成を示す概略平面図であり、図１Ａは前面を、図１Ｂは背面を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施の形態に係るウェアラブルデバイス１００は、前面１ｆと背面１ｂとを有する布体１上に配線３が設けられた、上半身用のウェアラブルデバイス１００である。ウェアラブルデバイス１００はさらに、前面１ｆと背面１ｂのそれぞれに少なくとも１つずつ設けられた電子部品２（本実施の形態においてはセンサー）と、当該センサー２を制御するコントローラ４とを備える。さらに、布体１の前面１ｆと背面１ｂとの境目は、縫製が施された第１部分（１３ｒ、１３ｌ、１４ｒ、及び１４ｌ）と、縫製が施されていない第２部分（１１ｒ、１１ｌ、１２ｒ及び１２ｌ）とからなる（この点については後述する）。そして、配線３の一部は、前面１ｆ及び背面１ｂに設けられたセンサー２とコントローラ４とを電気的に接続させるように、前面１ｆと背面１ｂとの境目において、縫製が施されていない第２部分（１１ｒ、１１ｌ、１２ｒ及び１２ｌ）を介して前面１ｆ及び背面１ｂに跨って配置される。なお、センサー２及び配線３の上面は保護層によって覆われているが、センサー２及び配線３の理解を容易にするために図１Ａ及び図１Ｂにおいて保護層の図示は省略している。

ここで、本明細書において、「布体」とは、上半身に着用可能な、即ち前面部と背面部とを有する衣服類等を指す。具体的には、長袖、七分丈、半袖、ノースリーブ、タンクトップなどの衣服類である。本実施の形態においては、布体１が長袖である場合について説明する。

これらの衣服類は、衣服類に通常使用される種々の材料を用いて製作され得る。例えば、綿、麻、毛等の天然繊維、ポリエステル、ナイロン、アクリル等の化学繊維、又はこれらの材料を混合した繊維等を用いることができる。ただし、衣服の着用者の動作を感度良く検知できるように、衣服を構成する布体１は、できるだけ着用者と密着させることが好ましい。そのため、布体１は、ポリウレタン等の弾性繊維を使用した、伸縮性を有するストレッチ素材からなることが好ましい。

布体１上には、複数のセンサー２が、前面１ｆ及び背面１ｂのそれぞれに少なくとも１つずつ配置されている。センサー２は、肩、肘、背中、腹部等に対応する布体１上の位置に配置され、着用者の動作を感知する。センサー２の個数は、ウェアラブルデバイス１００の使用目的に応じて適切な個数や位置が選択される。

センサー２には、例えばフォトダイオード、温度センサー、歪みセンサー、圧力センサー、又は加速度センサー等を用いることができる。また位置によって異なるセンサー２を用いてもよい。

センサー２は、感知する物理量の変化に応じてセンサー２を流れる電流、センサー２に印加される電圧、センサー２の抵抗及び／またはセンサー２の容量等が変化するものであれば特に限定されない。ただし、回路の簡便さなどの観点から、感知する物理量の変化に応じて抵抗が変化し、センサー２の両端に印加される電圧が変化する可変抵抗型センサーが望ましい。また、Ｉ２Ｃ等の高速度通信に対する要請から、デジタルセンサーを用いることが好ましい。物理量としては、音、光、温度、圧力、又は歪みの中から少なくとも１つを好適に用いることができる。この際、センサー２の抵抗値は配線３の抵抗値の５０倍以上であることが好ましい。

また、センサー２には、インクを用いたセンサー用いることが好ましい。インクを用いたセンサーとは、導電性粒子をエラストマー等の溶液もしくは分散物に混合したインクを用いた作製されたセンサーである。このインクを印刷、乾燥させることにより、導電性粒子がエラストマーのフィルムにランダムに分散したセンサーが得られる。このセンサーは、引っ張りや圧縮、温度変化による膨張、収縮によって導電性粒子間距離が変化することにより、センサー両端の抵抗が変化する。インクを用いたセンサーは非常に薄く、測定対象に対する追従性が高い。そのため、正確かつ安定的な測定を行うことができる。

複数のセンサー２間は、配線３によって接続されている。配線３は後述するように、導電糸が伸縮性基材に縫込まれてなる配線層、及び布体１と配線層との間に設けられる短絡防止層を含む。

センサー２と接続された配線３は、コントローラ４と接続される。コントローラ４は、後述するように、配線３と接続されるコネクタ部、及び種々の回路が実装された回路基板を有する。これらの回路の機能により、コントローラ４は、センサー２で感知した情報を集約し、外部に送信したり、記録媒体に記録させたりする。

本実施の形態においては、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、配線３の一部は、布体１の、縫製が施されていない両肩の部分（１１ｒ及び１１ｌ）を介して、前面１ｆ及び背面１ｂに跨って配置される。これは、後述する、肩の部分が、縫製が施されずに繋がった型紙を用いることによって作製することが可能になったものである。

また、本実施の形態においては、布体１の前面１ｆには、前開き部ＯＦが形成されている。この前開き部には、ファスナーやボタン等を形成し、前開き部ＯＰの開閉によってウェアラブルデバイス１００の脱着を行う。配線３は、この前開き部ＯＰを跨ぐことも避けて配置される。

図２は、本実施の形態におけるウェアラブルデバイス１００において、コントローラ４のカバーを外した状態を示す。図２に示すように、本実施の形態においては、コントローラ４は、２つのコネクタ４０を含む。２つのコネクタ４０には、それぞれ右半身に配置された配線３及び左半身に配置された配線３が接続される。

また、２つのコネクタ４０間の距離は、３０ｃｍ以内であることが好ましい。コネクタ４０間の距離が長くなりすぎると、コネクタ４０を覆うカバーのサイズが大きくなり、重量の増加及びバランスの低下につながるからである。本実施の形態において、２つのコネクタ４０を覆うカバーは、図１Ａに示すように、それぞれのコネクタ４０を覆う円形部と、それらの円形部をつなぐ接続部とからなる。しかしながら、コントローラ４の形状は、これ以外の形状、例えば矩形状や、楕円形状も採用できることは言うまでもない。

上述のように、本実施の形態に係るウェアラブルデバイス１００において、布体１には、縫製が施されている第１部分（１３ｒ、１３ｌ、１４ｒ、及び１４ｌ）と、縫製が施されていない第２部分（１１ｒ、１１ｌ、１２ｒ及び１２ｌ）とが存在している。より具体的には、布体１の、両脇側面（１４ｒ及び１４ｌ）及び両腕の内側（１３ｒ及び１３ｌ）には縫製が施されている。そして両肩部（１１ｒ及び１１ｌ）及び両腕の外側（１２ｒ及び１２ｌ）には縫製が施されていない。

そして、配線３が布体１の前面１ｆと背面１ｂとを跨ぐ位置においては、配線３は縫製の施されていない両肩部（１１ｒ及び１１ｌ）に配置されている。このように、配線３が縫製の施されていない第２部分を通ることで、縫製による断線及び損傷を防止し、配線の伝送特性の劣化を抑制することができる。

さらに、配線３を、縫製の施されていない第２部分を介して前面１ｆ及び背面１ｂを跨ぐように配置することが可能になるため、前面１ｆ及び背面１ｂに配置された配線３を別個に制御する必要がなくなり、一括して単一のコントローラ４で制御することが可能になっている。これにより、制御の安定性の向上、重量の増加抑制、及びコスト低下等の効果を達成できる。

なお、本実施の形態においては、配線３は両肩部（１１ｒ及び１１ｌ）を通過しているが、縫製の施されていない他の部分である両腕外側（１２ｒ及び１２ｌ）を介して前面１ｆ及び背面１ｂを跨ぐようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、布体１にセンサー２が配置される構成を示しているが、センサー２に加え、またはこれの替わりに、アクチュエータや、ＬＥＤ等の光源を配置してもよい。また、コントローラ４にこれらの機能を付与してもよい。

図３は、本実施の形態に係るウェアラブルデバイス１００の、布体１の作製の際に用いる型紙６を示す平面図である。図３に示すように、本実施の形態に係る型紙６は、布体１の前面１ｆ及び背面１ｂに対応する型紙本体部６１と、衣服としての立体感を確保するために、部分６１の両脇側面と縫合される一対の型紙脇部６２、６３とからなる。

図３に示すように、本体部６１の、布体１の両肩部（１１ｌ、１１ｒ）に対応する部分（６１１ｌ、６１１ｒ）及び両腕外側部（１２ｌ、１２ｒ）に対応する型紙部分（６１２ｌ、６１２ｒ）は、一体的に構成されており、縫製を施す必要がない。また、布体１の両腕内側（１３ｌ、１３ｒ）に対応する型紙部分（６１３ｌｆ、６１３ｌｂ、６１３ｒｆ、６１３ｒｂ）及び両脇側面（１４ｌ、１４ｒ）に対応する型紙部分（６１４ｌｆ、６１４ｌｂ、６１４ｒｆ、６１４ｒｂ）は、分離して構成されている。

この型紙６に沿って布を裁断後、部分（６１３ｌｆ、６１３ｌｂ、６１３ｒｆ、６１３ｒｂ）の前面側の部分（６１２ｌｆ、６１２ｒｆ）と背面側の部分（６１２ｌｂ、６１２ｒｂ）とを縫製させることで、布体１の両腕内側１３ｌ、１３ｒ）を形成する。

また、部分（６１３ｌｆ、６１３ｌｂ、６１３ｒｆ、６１３ｒｂ）の前面側の部分（６１３ｌｆ、６１３ｒｆ）と、両脇部（６２、６３）の前面側の部分（６２２、６３２）とをそれぞれ縫合し、背面側の部分（６１３ｌｂ、６１３ｒｂ）と、両脇部（６２、６３）の背面側の部分（６２１、６３１）とを縫合することで、布体１の両脇側面（１４ｌ、１４ｒ）を形成する。そして、左前開き部ＯＦｌ及び右前開き部ＯＦｒに、ファスナーやボタン等を形成し、布体１が得られる。なお、符号ＯＰは、縫製後に首を通す開口となる部分である。

このように、型紙を用いることで、上述したように、肩の部分に縫製が施されていない布体１を作製することが可能になる。すなわち、この型紙によって、本実施の形態に係るウェアラブルデバイス１００を実現可能となり、上述した、配線の断線・損傷を防止することが可能になる。さらに、この型紙６の構成及び上記説明から明らかな通り、布体１の作製と配線３の形成との順序関係は問われず、自由な工程設計が可能になる。

図４は、他の実施の形態に係る型紙の構成を示す平面図である。図４に示す型紙は、図３に示す型紙と、前面及び背面のいずれにおいても分割されていない点で異なる。この型紙を用いてウ布体１を作製した場合には、上から被るいわゆるプルオーバー型のウェアラブルデバイスが得られる。この場合には、図３の型紙を用いて作製した布体１と異なり、前面が左右に分割されていないため、前面に形成する配線３の配置の自由度を高めることが可能になる。

図５及び図６は、それぞれ図１に示すウェアラブルデバイス１００のＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線に沿った、センサー２を含む部分の断面図の一例である。図５及び図６に示すように、配線３は、布体１上に設けられた、短絡防止層３１及び配線層３４の積層構造を含む。また、本実施の形態においては、センサー２は、配線層３４上に設けられる。さらに、配線層３４の上面及びセンサー２の上面を覆うように保護層３５が設けられる。なお、図５及び図６においては、布体１と短絡防止層３１、短絡防止層３１と配線層３４、及び配線層３４とセンサー２とは、各層の積層構造等の理解の助けのために一部離して図示しているが、実際はそれぞれ接触している。

配線層３４は、伸縮性フィルム３２、及び伸縮性フィルム３２にジグザグ状に縫い付けられた導電糸３３からなる。伸縮性フィルム３２は、接着層３２ａ及び絶縁層３２ｂからなる。接着層３２ａは、熱可塑性接着層であることが好ましく、熱可塑性接着層としては、公知のホットメルトフィルム等が挙げられるが、伸縮性を有するホットメルトフィルムであることが好ましい。これにより、布体１を伸縮させたときの、配線層３４の布体１に対する追随性が向上する。伸縮性を有するホットメルトとしては、ポリウレタンを主成分とするホットメルト等が挙げられる。また、絶縁層３２ｂは、ポリウレタンフィルム等の、伸縮性及び絶縁性を有するフィルムを用いることができる。

前述のように、本実施の形態においては、伸縮性フィルム３２には、導電糸３３がジグザグ状に縫い付けられている。ここで、本実施の形態において「ジグザグ状」とは、図５及び図６に示すように、伸縮性フィルム３２の、センサー２側の面及び短絡防止層３１側の面の双方に交互に向かうように導電糸３３が配されることを指す。また、本実施の形態においては導電糸３３が縫い付けられている場合を説明しているが、これ以外にも、刺繍、ニット編み、又は織りのいずれかの方法によってジグザグ状に配されてもよい。

また、導電糸３３は、伸縮性フィルム３２の少なくともセンサー２側の面から露出している。この構成により、導電糸３３とセンサー２との間の電気的接続を得ることができる。なお、本実施の形態においては、導電糸３３は、伸縮性フィルム３２の短絡防止層３１側の面からも露出しているが、こちらの面に関しては必ずしも導電糸３３を露出させる必要はない。

ここで、本実施の形態においては、導電糸３３として、絶縁層による被覆のない金属線を用いた撚糸を採用している。換言すれば、導電糸３３に用いる金属線は、その外周面に金属が露出している。導電糸３３としてこのような撚糸を用いることにより、従来用いていた、化合繊維等の表面に、銀等の金属をめっきすることで導電性を付与した糸と比べて、２桁程度のオーダーでの低抵抗化を実現することができる。また、被覆金属線と比べて、部分的な破断による大幅な導電率低下を防ぐことができる。導電糸３３の撚糸の具体的な構成については後述する。

また、導電糸３３は、伸縮性フィルム３２の表面と平行な方向（紙面と垂直な方向）から見て波形状になるように形成することが好ましい。導電糸３３を波形状に形成することで、伸縮性フィルム３２が水平方向に伸張する際に、導電糸３３が波形状から直線状に近づく向きに変形する（伸びる）マージンを大きく確保することができるため、伸縮性フィルム３２の伸張に対する追従性を高めることができる。また、導電糸３３は、波形状以外にも、蛇行、ジグザク、馬蹄形等、種々の形状をとることができる。

上記のように、接着層３２ａ及び絶縁層３２ｂを伸縮性の層とすることで、伸縮性フィルム３２が伸縮可能になる。さらに、導電糸３３を伸縮性フィルム３２に波形状に縫込むことにより、配線層３４が高い伸縮性を有することになる。これにより、着用者が運動することにより生じる伸び、曲げ等の変形に対して追従可能なウェアラブルデバイス１００を得ることができる。ここで、配線層３４の伸縮性は、初期状態に対して許容される形状変化量が３０％以上あることが好ましく、５０％以上あることがより好ましく、１００％以上あることが特に好ましい。ここで、「許容される形状変化量」とは、（）。さらに、布体１の伸縮性及び／又はセンサー２の伸縮性との差が、一定以上ある場合には、それぞれの伸張が妨げられたり、センサーの感知感度が低下してしまったりするため、これらの伸縮性の差異は一定の範囲内にあることが好ましい。

伸縮性フィルム３２の厚みは特に限定されるものではないが、５μｍ〜３００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜１００μｍであることがより好ましい。伸縮性フィルム３２の厚みがこの範囲であれば、高い伸縮性と強度を両立することができる。

なお、伸縮性フィルム３２は、上記態様に限られない。例えば、伸縮性フィルム３２がポリウレタンフィルムからなる絶縁層３２ｂのみからなってもよいし、絶縁層３２ｂの両面に接着層が形成されていてもよい。また、伸縮性フィルム３２が、接着層３２ａのみからなっていてもよい。

また、図５及び図６においては、配線層３４とセンサー２とは直接接触しており、なおかつ導電糸３３は配線層３４のセンサー２側の面に露出しているためセンサー２と導電糸３３とは直接接触している。しかし、センサー２と導電糸３３とが接触している部分に対し、導電性の金属粒子を含む導電性のホットメルトを付加してもよい。これにより、センサー２と導電糸３３との間の電気的な接続を強化し、接触抵抗を低下させることができる。導電性のホットメルトで用いる導電性の金属微粒子としては、銀、金、銅、白金、アルミニウムが好ましく、銀、金、銅がより好ましく、銀が最も好ましい。また、フレーク状の金属微粒子を用いることで、少ない含有量で高い導電性を付与することができる。前記導電性のホットメルトはポリウレタンを主成分とするホットメルトを含むことが好ましい。これにより、伸縮性基材１の伸縮時にかかる歪みでセンサー２もしくは導電糸３３からホットメルトが剥離することを抑制することができる。

本実施の形態においては、配線層３４と布体１との間には、短絡防止層３１が設けられている。短絡防止層３１は、配線層３４側から、接着層３１ａ、絶縁層３１ｂ、及び接着層３１ｃが積層された構成を有する。短絡防止層３１は、配線層３４の、伸縮性基材１側の面を絶縁保護することを目的として設けられるものであり、少なくとも絶縁性を有している。

短絡防止層３１の絶縁性を担保する絶縁層３１ｂは、絶縁性のフィルム等からなる。絶縁層３１ｂを設けることにより、配線層３４の、伸縮性基材１側の面から露出する導電糸３３を包埋することができ、配線層３４の伸縮性基材１側の絶縁性を確保することができる。これにより、ウェアラブルデバイス１００が、汗等により短絡することを抑制することができる。また、水中等での使用も可能になる。さらに、短絡防止層３１を有することで、配線３全体の強度をより高めることができる。絶縁層３１ｂを構成する絶縁性フィルムとしては、例えばポリウレタンフィルムを用いることが好ましい。これにより、高い絶縁性を確保できるとともに、伸縮性基材１を伸縮させたときの短絡防止層３１の追随性が向上する。

また、短絡防止層３１は、絶縁層３１ｂの両面に設けられた接着層３１ａ及び３１ｃを有する。接着層３１ａ及び３１ｃを設けることにより、短絡防止層３１は、伸縮性基材１と配線層３４とを接着する機能も有する。

接着層３１ａ及び３１ｃには熱可塑性接着層を用いることが好ましい。熱可塑性接着層としては、公知のホットメルトフィルム等が挙げられるが、伸縮性を有するホットメルトフィルムであることが好ましい。伸縮性を有するホットメルトフィルムとしては、ポリウレタンを主成分とするホットメルトフィルム等が挙げられる。これにより、伸縮性基材１を伸縮させたときの追随性が向上するとともに、伸縮性基材１と配線層３４とを強固に接着することができる。さらに、この構成により、伸縮性基材１と配線層３４とが強固に接着されるため、洗濯等の、水を用いた処理を行った際でも、短絡防止層３１が伸縮性基材１から剥離することを防止することができる。

なお、図５及び図６においては、配線層３４において、導電糸３３が、伸縮性フィルム３２の伸縮性基材１側の面から露出している場合を図示しているが、上述のように、導電糸３３は、伸縮性フィルム３２の伸縮性基材１側の面から露出しない場合もある。そのような場合には、伸縮性フィルム３２の伸縮性基材１側の面は、絶縁性のフィルムからなる絶縁層３２ｂであり、既に絶縁性が確保される。従って、この場合の短絡防止層３１は、絶縁層３１ｂを設けずに接着層のみからなる構造とすることができる。そして、短絡防止層３１は、伸縮性基材１と配線層３４とを接着させる機能を有する。

短絡防止層３１の厚みは特に限定されるものではないが、１０μｍ〜８００μｍであることが好ましく、３０μｍ〜３００μｍであることがより好ましい。短絡防止層３１の各構成としては、絶縁層３１ｂの厚みが５μｍ〜３００μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがより好ましい。絶縁層３１ｂの厚みがこの範囲であれば、高い伸縮性と強度を維持することができる。接着層３１ａ及び３１ｃの厚みは、１０μｍ〜２００μｍであることが好ましく、３０μｍ〜１００μｍであることがより好ましい。特に、接着層３１ｃの厚みがこの範囲であれば、布体１と配線層３４との間の接着強度を十分に確保することが可能になる。

短絡防止層３１は、上記構成以外にも、種々の構成をとることができる。例えば、種類の異なる複数の絶縁層を設けてもよい。

上記で説明した短絡防止層３１及び配線層３４の積層構造によって配線３が構成される。配線３の電気抵抗は、０．００５〜０．５（Ω／ｃｍ）であることが好ましく、０．００５〜０．２（Ω／ｃｍ）であることがさらに好ましく、また０．００５〜０．１（Ω／ｃｍ）であることがさらに好ましい。そして、この配線３を初期状態から５０％伸長した際の抵抗変化率が、伸長する前の抵抗に対して５％以下であることが好ましい。

配線層３の上層部分である配線層３４の上面には、センサー２が配置され、さらにその上面に保護層３５が設けられる。保護層３５の、センサー２と反対側の面は、ウェアラブルデバイス１００の使用態様時における最上面になる。すなわち、配線層３４及びセンサー２を保護層３５で覆うことで、センサー２及び配線層３４の表面を、外気から遮断することができる。本実施の形態においては、保護層３５は絶縁性を有しており、その結果、ウェアラブルデバイス１００の使用時における汗等による侵食からセンサー２及び配線３を保護することができる。また水中等での使用も可能となる。

保護層３５は、上述のようにウェアラブルデバイスとして使用する際の最上面となる部分である。そのため、保護層３５は、絶縁性と共に、伸縮性を有していることが好ましい。具体的には、保護層３５は、例えばポリウレタンからなる層であることが好ましい。

保護層３５の厚みは、５μｍ〜３００μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがより好ましい。保護層３５の厚みがこの範囲であれば、高い伸縮性と強度を維持することができる。

図３に示すように、保護層３５及び配線３（短絡防止層３１及び配線層３４）は、センサー２の上面を覆う必要最低限の部分のみに設けられていることが好ましい。この構成により、伸縮性基材１上に何も付設されていない空間５が形成される。空間５があることで、ウェアラブルデバイス１００の通気性及びフレキシブル性をより高めることができる。

ここで、センサー２の上面を覆う必要最低限部の部分とは、平面視でセンサー２及び配線３の外周から０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であることが好ましく、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることがより好ましい。センサー２の上面を覆う部分が大きすぎると不要部が多くなり、ウェアラブルデバイス１００の通気性が阻害される。これに対しセンサー２の上面を覆う部分が狭すぎると、センサー２及び配線３との間の段差によってセンサー２及び配線３の一部が外部に露出する可能性が高まり、短絡の可能性が高まる。

次に、本発明の一実施形態に係る導電糸３３について図７Ａを用いて説明する。本実施の形態において用いる導電糸３３は、図７Ａに示すように、片撚りの金属糸３３ａと、一般的に用いられる片撚りの非金属糸３３ｂ（天然繊維や化学繊維）等を撚り合わせてなる。導電糸３３としては片撚りの糸同士を撚った諸撚りだけでなく、片撚りと撚ってないものを組み合わせた壁撚りや、最外層は糸を巻きつけたカバーリング、あるいは繰り返し撚り行ったものでもよい。また、この導電糸３３の一番最後の撚りとなる最外層はＺ撚りであることが好ましい。これは、導電糸３３は、ウェアラブルデバイス１００に用いる際に、ミシンを用いて縫製することが多いためである。

導電糸として、従来のように、非金属糸の表面に金属めっきしたものを用いた場合、導電糸の中で、導電性を有する部分は、導電糸の表面を覆う金属めっきの部分のみとなる。すなわち、導電糸の断面積の大部分を、抵抗率の非常に高い非金属糸が占めることとなるため、導電糸全体としての抵抗率も高くなってしまう。一方、本実施の形態のように、導電糸３３として金属糸３３ａと非金属糸３３ｂとを撚り合わせたものを用いると、金属糸３３ａの太さと非金属糸３３ｂの断面積が同程度であると仮定した場合、導電糸３３の断面積の半分程度を、金属糸３３ａが占めることになり、抵抗率が非常に低くなる。従って、配線を流れる信号の伝送速度が飛躍的に向上し、良質な配線を得ることが可能になる。当然、金属糸３３ａ自体の比抵抗も、十分に低い範囲であることが求められる。

また、導電糸３３は、伸縮性配線３２の伸縮に伴って伸縮するが、布体１が大きく伸長した際に、導電糸３３を構成する金属糸３３ａが破断してしまうと、配線としての機能が牛慣れてしまう。従って、伸縮性配線３２の伸長時において金属糸３３ａが破断しないようにしなければならない。具体的には、金属糸３３ａの破断伸びが一定以上の値を示すことが必要である。破断伸びとは、ある金属材料の引張試験に際し、試験片の破断後の永久伸びを原評点距離に対して百分率で表した値である。

また、導電糸３３は、上述のように伸縮性フィルム３２に縫込まれる。ここで、伸縮性フィルム３２を、一般的に用いられるミシン針のような太い針を用いてミシンで縫製すると、針が開ける穴が大きくなってしまい破れてしまう虞がある。従って、導電糸３３自体は、伸縮性フィルム３２が破れない程度に細くすることが必要である。具体的には、非金属糸３３ｂが、１０〜１５０デニールの細さを有し、且つ十分な強度を有することが好ましい。

上記のように、導電糸３３に用いる金属糸３３ａとしては、少なくとも導電率（比抵抗）が一定の条件を満たすことが要求される。更にその上で、加工難度やコスト、耐久性等種々の条件を勘案して選択される。配線として使用され得る各種金属の比抵抗の値を表１に示す。表中の評価とは、それぞれの金属が、配線として使用に適した比抵抗を有しているか否かを示したものであり、「優」が使用に非常に適していること、「良」が使用に適していること、「可」が使用にやや適していること、「不可」が使用に不適であることを示している。

上記の表に示したように金属糸３３ａを構成する金属線として使用可能な比抵抗を有する金属は、アルミニウム、胴、銀、タングステン、又は金である。さらに、上述した加工難度やコスト、耐久性等の要素を総合すると、銅を用いることが特に好ましい。また、これらの合金を用いることも可能である。合金を用いる場合には、比抵抗が、上記の「可」の範囲内であることが好ましく、「良」の範囲内であることがより好ましく、「優」の範囲内であることが最も好ましい。具体的には、比抵抗は、５．００（×１０^−６Ω・ｃｍ）以下であることが好ましく、３．００（１０^−６Ω・ｃｍ）以下であることが更に好ましく、２．００（×１０^−６Ω・ｃｍ）であることが最も好ましい。なお、合金の具体例としては、例えばベリリウム銅、ジルコニウム銅、真鍮、青銅、りん青銅、チタン銅、白銅などがある。また、これらの金属線にメッキを施すことも可能である。メッキに用いる金属の具体例としては、スズ、亜鉛、銅、銀、ニッケル、アルミ、チタン、白金、金およびこれらの合金などがある。

また、金属糸３３ａを構成する金属線の太さは、０．０１〜０．２０（ｍｍ）であることが好ましく、０．０２〜０．１０（ｍｍ）がさらに好ましい。特に、金属糸３３ａを構成する金属線として銅線を用いた場合には、０．０２５〜０．０８（ｍｍ）であることが非常に好ましい。

非金属糸３３ｂについては、従来用いていた、天然繊維や化学繊維等を使用することができるが、特にポリウレタン糸やポリエステル糸を用いることが好ましい。非金属糸３３ｂの太さについては、１０〜１５０デニールであることが好ましい。

また、導電糸３３の撚り数としては、多ければ多いほど、単位長さに対する金属糸３３ａの長さが長く確保できるため、伸長時の、金属糸にかかる負担を軽減でき、金属疲労を抑制できる。具体的な撚り数としては、１００〜４５０（Ｔ／ｍ）が好ましく、２００〜４００（Ｔ／ｍ）がさらに好ましい。

また、導電糸３３の撚り姿については、片撚糸（１本または２本以上の糸を引きそろえ撚りをかけたもの）、諸撚糸（甘撚または中撚の片撚糸を２本以上引きそろえ、さらに片撚りと反対方向の撚りをかけたもの）、駒撚糸（強撚の片撚糸を２本以上引きそろえ、さらに片撚りと反対方向の撚りをかけたもの）、又は壁撚糸（片撚りした太い糸と、撚りをかけていない細い糸を引きそろえ、片撚りと反対方向の撚りをかけたもの）等任意の種類を採用できる。また、導電糸に含まれる複数の糸の撚り方向が全て同一でも構わない。

図７Ｂは、上記で述べた導電糸３３の撚り姿についてのいくつかの具体例を示す模式図である。図７Ｂ（ａ）は２本片撚り、図７Ｂ（ｂ）は３本駒撚り、図７Ｂ（ｃ）は４本撚り、図７Ｂ（ｄ）は壁撚りを示す。これらの図から理解される通り、導電糸３３を、複数の糸を用いて多段階で撚る際は、何本かの糸の撚方向を逆にすることにより、ミシンなどの機械で糸を搬送するときに撚りがほぐれず、安定して糸を送ることができる。特にミシンのような機械縫いでは、最外層はＺ撚りであることが望ましい。

このように、導電糸３３を、金属糸３３ａと非金属糸３３ｂとの撚糸にすることによって、既に述べたように従来の、非金属糸に金属めっきを施した導電糸に比べて導電性が大幅に向上する。また、金属線同士の接触がたくさんあるため、変形時及び一本の金属線の切断時における抵抗の増加を大幅に抑えることができる。これにより、従来は困難であった、デジタルセンサーを用いるＩ２Ｃ等の通信方式においても使用することが可能になる。

上記のＩ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）通信とは、同じ基板内などのように近距離で直結したデバイスと、１００ｋｂｐｓまたは４００ｋｂｐｓの高速度でシリアル通信を行う通信方式であり、主にＥＥＰＲＯＭメモリＩＣなどとの高速通信を実現する方式である。このＩ２Ｃ通信においては、高速通信を行う必要があるため、十分に導電性の高い配線を用いる必要がある。この点において、本実施の形態に用いる伸縮性配線は、既に説明した通り配線として銅線等の金属線を使用した配線を用いている。このため、従来の、化学繊維等に金属メッキを施した導電糸よりも、導電率が飛躍的に向上し、Ｉ２Ｃ通信を行うだけの導電性を確保することが可能になる。

さたにデジタルセンサーの安定性を高めるために、センサーに投入される電流量が安定するよう、電圧降下防止のためのコンデンサを用いることができる。コンデンサの容量としては、１０μＦ〜１００μＦの範囲が好ましく、０．１μＦ〜１０μＦの範囲がより好ましい。

次に、本発明の一実施形態に係るセンサーシステムに用いるコントローラ４について、図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係るセンサーシステムで用いるコントローラ４の構成を示すブロック図である。なお、図８においては、センサー２の一例として歪センサーを用いた場合を説明する。

図８に示すように、コントローラ４は、センサー２の測定結果を受信し処理するＣＰＵを備える。センサー２（歪センサー）で検知した信号は、ＡＤコンバータ４２で変換され、ＣＰＵ４１に送信される。

コントローラ４はまた、９軸センサー４３を備える。９軸センサー４３は、一例として角速度（回転速度）を検出する３軸ジャイロセンサーと、加速度を検出する３軸加速度センサーと、地磁気を検出して絶対方向を検出する３軸地磁気センサーと、を含む。９軸センサー４３が機能することによって、着用者自身の回転動作や水平・鉛直方向の移動動作を検知することが可能になる。

コントローラ４はまた、音声情報の符号化／復号化を行うオーディオコーデック４４ａを備える。オーディオコーデック４４ａは、ウェアラブルデバイスにマイクロフォン４４ｂを備え付けた場合に、マイクロフォン４４ｂを通じて集音された着用者の音声や息使い等を符号化してデータとしてＣＰＵに送信する。また、オーディオコーデック４４ａは、ウェアラブルデバイスにスピーカ４４ｃを備え付けた場合に、ＣＰＵを操作する側から、移動距離や経過時間等の各種データを音声データに復号化し、スピーカ４４ｃを通じて着用者に伝達する。

コントローラ４はまた、ウェアラブルデバイスに振動モータ４５ｂを備え付けた場合に、いわゆる触覚フィードバックを制御するハプティクス・ドライバ４５ａを備える。ハプティクス・ドライバ４５ａは、例えば振動モータ４５ｂを通じて着用者の心拍数を計測する。着用者振動モータ４５ｂは、例えば偏心モータ、リニア・バイブレータ、又はピエゾ素子からなり、ハプティクス・ドライバ４５ａはこれらに応じたドライバＩＣを備える。

コントローラ４はまた、着脱可能なバッテリ４６ａと、バッテリ４６ａと接続され高電圧を低電圧に変換するＤＣ／ＤＣダウンコンバータ４６ｂを備える。バッテリ４６ａは、充電回路４６ｃを介してＭｉｃｒｏＵＳＢコネクタ４７と接続される。バッテリ４６ａは、コントローラ４に搭載した状態でも、取り外した状態でも充電が可能である。

コントローラ４はまた、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール４８を備えている。ＣＰＵ４１での処理結果を、このモジュール４８を介して外部に送信することが可能になる。また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール４８の代わりに、又はこれに加えて記録媒体スロット（図８においてはＭｉｃｒｏＳＤカードスロット４９）を設けて、記録媒体に直接データを記録することも可能である。なお、図８では、外部との通信手段としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を図示しているが、これに限られず、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信規格を用いることができる。また、有線を用いた通信を採用することもできる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、配置するセンサー２の個数や、配線３の配置（左右対称／非対称等）、１本の配線３に接続するセンサー２の個数、コントローラ４の形状又は構成等、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能である。

１…布体 １ｂ…背面 １ｆ…前面 ２…センサー ３…伸縮性配線 ４…コントローラ ５…空洞 ６…型紙 ７…空洞 １１ｌ…左肩部 １１ｒ…右肩部 １２ｌ…左腕外側部 １２ｒ…右腕外側部 １３ｌ…左腕内側部 １３ｒ…右腕内側部 １４ｌ…左脇側部 １４ｒ…右脇側部 ３１…短絡防止層 ３１ａ、３１ｃ、３２ａ…接着層 ３１ｂ、３２ｂ…絶縁層 ３２…伸縮性フィルム ３３…導電糸 ３３ａ…金属糸 ３３ｂ…非金属糸 ３３ｃ〜３３ｑ…糸 ３４…配線層 ３５…保護層 ４０…コネクタ部 ４１…ＣＰＵ ４２…ＡＤコンバータ ４３…９軸センサ ４４ａ…オーディオコーデック ４４ｂ…マイクロフォン ４４ｃ…スピーカ ４５ａハプティクス・ドライバ ４５ｂ…振動モータ ４６ａ…バッテリ ４６ｂ…ＤＣ／ＤＣ ４６ｃ…充電回路 ４７…ＭｉｃｒｏＵＳＢコネクタ ４８…Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール ４９…ＭｉｃｒｏＳＤカードユニット １００…ウェアラブルデバイス ＯＦ…前開き部 ＯＦｌ…左前開き部 ＯＦｒ…右前開き部 ＯＰ…開口部 ６１…型紙本体部 ６２、６３…型紙脇部 ６１１ｌ、６１１ｒ、６１２ｌ、６１２ｒ、６１３ｌｆ、６１３ｌｂ、６１３ｒｆ、６１３ｒｂ、６１４ｌｆ、６１４ｌｂ、６１４ｒｆ、６１４ｒｂ…型紙部分

Claims (6)

1. 前面及び背面を有する布体上に配線が設けられた上半身用ウェアラブルデバイスであって、
   前記前面及び背面のそれぞれに少なくとも１つずつ設けられた電子部品と、
   前記電子部品を制御する単一のコントローラと、
   を備え、
   前記布体の前面と背面との境目は、縫製が施された第１部分と、縫製が施されない第２部分と、からなり、
   前記配線の一部は、前記前面及び背面に設けられた電子部品と前記コントローラとを電気的に接続させるように、前記境目において前記第２部分を介して前記前面及び背面に跨って配置される
   ウェアラブルデバイス。
2. 前記電子部品は、センサー、アクチュエータ、又は光源のうちいずれかを含む
   請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
3. 前記配線は、伸縮性基材に導電糸がジグザグ状に配された伸縮性配線である
   請求項１又は２に記載のウェアラブルデバイス。
4. 前記ウェアラブルデバイスの前面又は背面は、さらに当該前面又は背面を右半身と左半身とに分割する前開き部を有し、前記コントローラは、前記右半身と左半身とに、前記前開き部を跨って配置される
   請求項１乃至３のいずれかに記載のウェアラブルデバイス。
5. 前面及び背面を有する布体上に配線が設けられ、前記前面及び背面のそれぞれに少なくとも１つずつ設けられた電子部品と、前記電子部品を制御する単一のコントローラと、を備え、前記配線の一部は、前記前面及び背面に設けられた電子部品と前記コントローラとを電気的に接続させるように、前記前面及び背面に跨って配置される上半身用ウェアラブルデバイスのための型紙であって、
   前記布体の前面と背面との境目に対応する部分の少なくとも一部は、一体的に構成されているウェアラブルデバイス作製用型紙。
6. 前記型紙は、さらに、前記布体の両脇側面に対応する一対の型紙側部を含む、
   請求項５に記載の型紙。