JPWO2019097860A1 - 生体情報計測用衣服および伸縮性積層シート - Google Patents
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Abstract
Description
[1]電気配線を有する生体情報計測用衣服において、前記生体情報計測用衣服を構成する破断伸度が10%以上であるフレキシブルな被接着層に対する90度剥離強度が1.0N/cm以上、25.0N/cm以下の範囲である伸縮性絶縁層を有する事を特徴とする生体情報計測用衣服。
[2]前記被接着層が、衣服生地、絶縁下地層、導体層から選択される少なくとも一層であることを特徴とする[1]に記載の生体情報計測用衣服。
[3]生体情報計測用衣服の電気配線または生体接触型電極として用いられる伸縮性導体層と、該伸縮性導体層に対する90度剥離強度が1.0N/cm以上、25.0N/cm以下の範囲である伸縮性絶縁層を少なくとも有する事を特徴とする伸縮性積層シート。
[4]前記伸縮性積層シートの引張弾性率が10MPa以上500MPa以下で、かつ、伸縮性積層シートの伸長率10%における伸長時の荷重が3N以上100N以下であることを特徴とする[3]に記載の伸縮性積層シート。
[5]前記伸縮性導体層の未伸長時における皮膜抵抗が300Ω□以下であり、かつ、伸長率10%における皮膜抵抗増加比が10未満であることを特徴とする[3]または[4]に記載の伸縮性積層シート。
[6]前記接着性を有する伸縮性絶縁層が柔軟性樹脂からなり、前記導体層が導電性微粒子とバインダー樹脂から構成される導電性組成物からなり、柔軟性樹脂のハンセン溶解度パラメータ(δ)値からバインダー樹脂のハンセン溶解度パラメータ(δ)値を引いた値が−5.0〜+5.0(MPa)0.5 であり、かつ、柔軟性樹脂のハンセン溶解度パラメータの水素結合項(δh)からバインダー樹脂のハンセン溶解度パラメータの水素結合項(δh)を引いた値が−6.0〜+6.0(MPa)0.5 であることを特徴とする[3]から[5]のいずれかに記載の伸縮性積層シート。
[7]前記バインダー樹脂の弾性率が1GPa以下で、かつ、破断伸度が200%以上であることを特徴とする[3]から[6]のいずれかに記載の伸縮性積層シート。
[8]塗布または印刷により作製されることを特徴とする[3]から[7]のいずれかに記載の伸縮性積層シートの製造方法。
[9]前記[3]から[8]のいずれかに記載の伸縮性積層シートを電気配線に用いた事を特徴とする[1]または[2]に記載の生体情報計測用衣服。
[10]伸縮性積層シートと生地との層間の90度剥離強度が、1.0N/cm以上25.0N/cm以下である事を特徴とする[9]に記載の生体情報計測用衣服。
本発明は、あらかじめ導体層と絶縁層が積層された伸縮性積層シートの形態で衣服本体に電気配線ないし電極などを形成する手法で作製された生体情報測定用衣服に適用されることが好ましい。本発明では、衣類内側の一部に取り付けて、生体信号を測定するために皮膚に接触させる伸縮性積層シートは、接着性を有する伸縮性絶縁層と伸縮性導体層の少なくとも2層からなる。接着性を有する伸縮性絶縁層は伸縮性導体層との層間の90度剥離強度が、1.0N/cm以上、21.0N/cm以下の範囲であるために、着脱や洗濯時での応力や変形下において、伸縮性導体層を支持し、伸長時に伸縮性導体層内部の導電性微粒子の連鎖構造が破壊するのを抑えて、繰返し伸縮においても、高い導電性を維持する役目を果たす。
伸縮性絶縁層と伸縮性導体層との層間の90度剥離強度の好ましい範囲は1.5N/cm以上15.0N/cmの範囲でアリ、さらに好ましくは2.5N/cm以上10N/cm以下の範囲である。層間の90度剥離強度が所定の範囲未満の場合には、着脱や洗濯時での応力や変形下において伸縮性導体層が剥離して脱落する恐れがあり、また、伸長時に伸縮性導体層内部の導電性微粒子の連鎖構造が破壊され、繰返し伸縮において、導電性が低下し断線する。また所定範囲以上では伸縮性絶縁層または伸縮性導体層の材料強度を遙かに超えてしまうため、実用的意味が無い。
伸縮性導体層は未伸長時における皮膜抵抗が300Ω□以下であり、かつ、伸長率10%における皮膜抵抗増加比が10未満である。未伸長時における皮膜抵抗が300Ω□を超える場合や、伸長率10%における皮膜抵抗増加比が10を超える場合には、着用時に姿勢変化したときに変形する生地に伴って伸縮性皮膜層が引き伸ばされた時に、抵抗変化によりノイズの混入や電気信号の劣化を引き起こす。本発明の伸縮性積層シートは、皮膚に接触して電気信号を取得する電極として用いるほかに、配線として用いることもでき、その場合には伸縮性導体層の表側に絶縁保護層として伸縮性絶縁性皮膜層をさらに設けても良い。
なお引っ張り弾性率の上加減は10MPa程度であり、引っ張り弾性率がこれ以上低い場合には材料強度が極端に弱くなるために実用性が乏しくなる。
δ = ((δd)2 +(δp)2 +(δh)2 )0.5 ・・・・・・ (1)
これらのパラメータによる指標は樹脂の混合性にも使用され、本発明における伸縮性積層シートの各樹脂層の化学的接着力の指標にも有用であり、とくに、ハンセン溶解度パラメータ(δ)と水素結合項(δh)による選定が有用であることを見出した。
[導電性ペーストの作製]
表1に示す材料を用いて、表2に示す重量配合比により樹脂を各溶剤に溶解し、得られた溶液に導電性微粒子を配合し、3本ロールミルにて混合し、導電性ペーストを得た。
離型処理PETフィルム上に上記の導電性ペーストを使い、アプリケータを用いて乾燥膜厚が約60μm になるように塗布し、120℃、30分間、熱風乾燥オーブンで乾燥することにより、伸縮性導体層を形成した。同様にして別に用意した離型処理PETフィルム上に表1に示す接着性樹脂溶液を使い、アプリケータを用いて乾燥膜厚が約60μm になるように塗布し、120℃、30分間、熱風乾燥オーブンで乾燥することにより、接着性を有する伸縮性絶縁層を形成した。次に離型処理PETフィルム付き伸縮性導体層と離型処理PETフィルム付き接着性を有する伸縮性絶縁層を、離型処理PETフィルムが外側になるように重ね合わせて、ゴムロール温度を120℃に調整したロールラミネート機にて接着し、両面離型処理PETフィルム付き伸縮性積層シートを作製した。これらのシートを用いて後述する方法で、厚さ、引張弾性率、10%伸長時単位荷重、未伸長時皮膜電気抵抗、10%伸長時抵抗増加比、90度剥離強度を測定した。実施例の測定結果を表3に示す。
上記で作製した離型処理PETフィルム付き伸縮性積層シートを配線巾1.0cm配線長15.0cmに続く5.0cm角の正方形状に切り抜いた。切り抜いた配線付き電極から接着性を有する伸縮性絶縁層側の離型紙を剥がしシャツ(ポリエステル100%)の裏面側の所定の位置に配置してアイロンで熱圧着し、さらに離型処理PETフィルムを剥がして、裏側に電極を備えたシャツを作製した。
厚さはJIS K7130(1999)プラスチック−フィルム及びシート−厚さ測定方法、A法に基づいて測定した。 弾性率および伸長時荷重はJIS K7161−1(2012)プラスチック−引張特性の求め方−第 1 部に基づいて測定した。測定条件は試験片幅15mm、試験片長さ150mm、チャック間距離、100mm、試験速度50mm/分とした。
幅2.5cmのチャックを2個備えた伸長試験機(手回し延伸機)を用いて、チャック間距離5.0cmになるように上記で作製した伸縮性積層シートを挟み、長手方向に伸長率10%まで伸長(変位量0.5cm)した。試験前後の電気抵抗はデジタルマルチメータ(横河メータ&インスツルメンツ社製「YOKOGAWA TY530」)を用い、対向する2個のチャックの外側(測定距離10cm)にて伸長前後の抵抗値(Ω)を測定し、伸縮性積層シートの電気抵抗(Ω□)を得た。抵抗値の測定は伸長直後(3秒以内)に実施した。
伸縮性積層シートの、接着性を有する伸縮性絶縁皮膜層側と、電気伝導性を有する伸縮性皮膜層側各々に、引っ張り弾性率が1GPa以上、厚さが20μm以上の基材を用いた粘着テープを貼り付け、各々の層を各々の層に貼り付けた粘着テープごと把持し、接着性を有する伸縮性絶縁皮膜層と電気伝導性を有する伸縮性皮膜層との層間の剥離力を、JIS K6854−1(1999)接着剤−はく離接着強さ試験方法90度はく離、に基づいて、伸縮性積層シートの90度剥離接着力を測定した。測定条件は試験片幅15mm、試験片長さ150mm、剥離速度50mm/分とした。
なお、本実施例では基材厚さが50μmのポリエステルフィルム基材に厚さ25μmの粘着剤層を有する粘着テープを用いた。
それぞれの樹脂をH1−NMR、C13−NMR、及びIR測定により解析した結果から構造式を求め、Charles M.Hansen著「Hansen Solubility Parameters;A Users Handbook(CRC Press,2007)」に記載されている方法を参考に、コンピュータソフトウエア 「Hansen Solubility Parameters in Practice(HSPiP)を用いて算出を行った。算出した値を表1に示す。
洗濯の条件は、JIS L 0844に準拠して行った。具体的には、機械洗濯器、洗濯ネット、洗剤(花王株式会社製アタック)を用い、上記で作製した電極を備えたシャツを5回連続洗濯後、1回陰干を1サイクルとして10回繰り返した。洗濯後の伸縮性導体シートのシート抵抗を測定し、初期シート抵抗との変化(洗濯後のシート抵抗/初期シート抵抗)を求めた。
上記で作成した電極および配線を備えたシャツを用いて、成人男性5名を被験者として100回の着脱を行い、試験後の電極および配線の剥離状態および破断状態を目視にて観察した。
Claims (10)
- 電気配線を有する生体情報計測用衣服において、前記生体情報計測用衣服を構成する破断伸度が10%以上であるフレキシブルな被接着層に対する90度剥離強度が1.0N/cm以上、25.0N/cm以下の範囲である伸縮性絶縁層を有する事を特徴とする生体情報計測用衣服。
- 前記被接着層が、衣服生地、絶縁下地層、導体層から選択される少なくとも一層であることを特徴とする請求項1に記載の生体情報計測用衣服。
- 生体情報計測用衣服の電気配線または生体接触型電極として用いられる伸縮性導体層と、該伸縮性導体層に対する90度剥離強度が1.0N/cm以上、25.0N/cm以下の範囲である伸縮性絶縁層を少なくとも有する事を特徴とする伸縮性積層シート。
- 前記伸縮性積層シートの引張弾性率が10MPa以上500MPa以下であり、かつ、伸縮性積層シートの伸長率10%における伸長時の荷重が3N以上100N以下であることを特徴とする請求項3に記載の伸縮性積層シート。
- 前記伸縮性導体層の未伸長時における皮膜抵抗が300Ω□以下であり、かつ、伸長率10%における皮膜抵抗増加比が10未満であることを特徴とする請求項3または4に記載の伸縮性積層シート。
- 前記接着性を有する伸縮性絶縁層が柔軟性樹脂からなり、前記導体層が導電性微粒子とバインダー樹脂から構成される導電性組成物からなり、柔軟性樹脂のハンセン溶解度パラメータ(δ)値からバインダー樹脂のハンセン溶解度パラメータ(δ)値を引いた値が−5.0〜+5.0(MPa)0.5 であり、かつ、柔軟性樹脂のハンセン溶解度パラメータの水素結合項(δh)からバインダー樹脂のハンセン溶解度パラメータの水素結合項(δh)を引いた値が−6.0〜+6.0(MPa)0.5 であることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載の伸縮性積層シート。
- 前記バインダー樹脂の弾性率が1GPa以下で、かつ、破断伸度が200%以上であることを特徴とする請求項3から請求項6のいずれかに記載の伸縮性積層シート。
- 塗布または印刷により作製されることを特徴とする請求項3から請求項7のいずれかに記載の伸縮性積層シートの製造方法。
- 請求項3から請求項8のいずれかに記載の伸縮性積層シートを電気配線に用いた事を特徴とする請求項1または請求項2に記載の生体情報計測用衣服。
- 伸縮性積層シートと生地との層間の90度剥離強度が、1.0N/cm以上25.0N/cm以下である事を特徴とする請求項9に記載の生体情報計測用衣服。
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