KR102320136B1 - 신축성 기모전극 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본원에는 신체에 바짝 대서 생체신호를 수집하기 위한 생체전극 등에 사용될 수 있는 신축성을 갖는 신축성 기모전극 및 그의 제조방법이 제공된다. 신축성을 갖는 시트체의 표면을 기모시킨 기모전극이다. 시트체(1)의 표면을 따라서 추종하여 신축가능하게 주어진 수지층(2)과, 수지층(2)에 그의 일단부를 삽입시킨 삽입부를 갖는 복수의 도전성 섬유(3)를 포함하고, 인접하는 도전성 섬유(3)끼리 수지층 (2)에의 비삽입부에서 전기적으로 접촉하고, 또한 도전성 섬유(3)가 주어진 시트체(1)의 전극영역의 도전율이 면내 등방(等方)이 되도록 하는 밀도로 상기 수지층(2)에 도전성 섬유(3)가 주어진다. 이러한 기모전극은 정전스프레이법에 의해 부여될 수 있다.

Description

신축성 기모전극 및 그의 제조방법

본 발명은 시트체의 표면에 도전성 섬유를 기모시킨 기모전극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 신체에 바짝 댈 수 있어서 생체신호를 수집하기 위한 생체전극 등에 사용될 수 있는 신축성을 갖는 신축성 기모전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

요철이 있는 물체의 표면에 바짝 대고 해당 물체와의 사이에 전류를 흐르게 할 수 있는 가요성을 갖는 플렉서블 전극이 알려져 있다. 이러한 플렉서블 전극의 하나로서, 신체에 바짝 댈 수 있어서 생체신호를 수집하는 계측전극으로서의 생체전극이 있다. 예를 들어, 인체의 몸통부에 도전성 시트로 구성되는 생체전극을 그 사이에 도전성 젤을 두고 바짝 대서, 심전도 등의 생체신호가 수집된다. 여기서 도전성 젤은 몸통부와 생체전극의 사이를 전기적으로 메워 미약한 전류를 확실하게 계측할 수 있도록 하기 위해 사용된다.

그런데 과민한 피부와 같은 경우, 도전성 젤을 직접 상기 피부에 접촉시키는 것은 바람직하지 않고, 또한 웨어러블 전극과 같은 장시간에 걸친 사용용도의 경우에도 도전성 젤을 사용하고 싶지 않다고 하는 요구가 있다. 그래서 도전성 젤을 사용하지 않고도 요철이 있는 물체의 표면을 추종하여 생체의 미약한 전류를 수집할 수 있도록, 탄력성과 신축성을 갖는 전극 기재를 사용하거나, 또는, 전극 기재의 표면에 도전성 섬유를 식모, 기모시키는 것 등이 제안되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, 스펀지 등의 탄력과 두께를 갖는 유지부의 주위에 도전성 섬유로 구성되는 직물 등의 도전성과 유연성을 갖는 검출부를 준 생체전극이 개시되어 있다. 이러한 생체전극은 의복의 안쪽에 설치되어 변형함으로써 생체에의 밀착성을 높일 수 있지만, 신축성은 없다. 한편, 특허문헌 2에서는, 신축성을 갖는 직물 부재에 대해서 도전성 섬유로 구성되는 띠 모양의 전극을 연속하여 부직포가공, 직물가공 또는 편물 가공에 의해 일체화시킨 생체전극이 개시되어 있다. 이러한 생체전극은, 기재로서의 직물 부재는 신축하지만, 띠 모양의 전극부분은 신축하지 않는다. 따라서 띠 모양의 전극에, 예를 들어, 특허문헌 3에 개시된 바와 같은 도전성 신축 필름을 이용하는 것도 고려할 수 있다.

또한, 특허문헌 4에서는 시트체로 구성되는 전극은 아니지만 뇌파를 수집하기 위한 생체전극으로서 도전성 섬유로 구성되는 복수의 접촉자를 기모 상태로 베이스로부터 연출(延出)시킨 기모전극을 개시하고 있다. 이러한 전극은, 베이스는 신축하지 않지만, 접촉자가 유연하게 이동함으로써 실질적으로 전극이 신축하는 것으로 된다.

특허문헌 1: 일본특허공개 제2011-36524호 공보 특허문헌 2: 일본 특개평5-137699호 공보 특허문헌 3: 일본특허공개 제2016-212986호 공보 특허문헌 4: 일본특허공개 제2015-16166호 공보

신축성을 갖는 시트체 상에 금속박막으로 구성되는 전극부를 형성한 생체전극에 있어서, 시트체는 신축할 수 있지만 전극부는 신축하지 않는다. 이러한 생체전극은 착용자의 동작을 구속하여 착용의 쾌적성이 부족하고, 특히 웨어러블 전극으로서는 바람직하지 않다. 따라서 신축성을 갖는 시트체에 도전성 섬유로 구성되는 기모를 형성한 기모전극이 고려된다. 그러나 다수의 기모로부터의 전류를 집전하는 집전부를 시트체의 표면을 따라서 마련하고자 하면, 도전성 섬유와의 전기적이고 기계적인 결합과 함께 시트체의 신축에 추종하도록 하지 않으면 안 되고, 이 때문에 구조는 간단하지 않았다.

본 발명은 이상과 같은 상황을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 신체에 바짝 댈 수 있어서 생체신호를 수집하기 위한 생체전극 등으로 사용될 수 있는 신축성을 갖는 신축성 기모전극 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 기모전극은, 신축성을 갖는 시트체의 표면을 기모시킨 기모전극으로서, 상기 시트체의 표면을 따라서 추종하여 신축가능하게 주어진 수지층과, 상기 수지층에 그의 일단부를 삽입시킨 삽입부를 갖는 복수의 도전성 섬유를 포함하고, 인접하는 상기 도전성 섬유들끼리 상기 수지층에의 비삽입부에서 전기적으로 접촉하고, 또한 상기 도전성 섬유가 주어진 상기 시트체의 전극영역의 도전율이 면내등방(面內等方)이 되도록 하는 밀도로 상기 수지층에 상기 도전성 섬유가 주어진 것을 특징으로 한다.

이러한 발명에 의하면, 수지층이 높은 도전성을 갖지 않아도 전극으로서의 도전성을 얻을 수 있기 때문에, 시트체에 대응한 수지층의 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있고, 도전성 섬유의 부여를 용이하게 할 수 있음과 동시에, 부여(附與) 형태의 선택 폭을 넓힐 수 있는 것이다.

상술한 발명에 있어서, 인접하는 접점을 갖는 상기 도전성 섬유들은 서로 상기 시트체의 신축에서 상기 접점을 유지하도록 상기 시트체에 대해서 경사지는 것을 특징으로 할 수도 있다. 이러한 발명에 의하면, 안정한 도전율을 얻을 수 있는 것이다.

상술한 발명에 있어서, 상기 도전성 섬유는, 상기 비삽입부에 대하여 상기 삽입부의 길이를 작게 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 도전성 섬유의 상기 비삽입부는, 상기 삽입부의 2배 이상의 길이인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 도전성 섬유의 길이가 1㎜ 이하인 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 발명에 의하면, 시트체의 신축에 영향을 받지 않고 안정적으로 전극으로서 기능하는 것이다.

상술한 발명에 있어서, 상기 도전성 섬유는 섬유의 표면에 도전성 도금을 형성한 침상체인 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 발명에 의하면, 시트체의 신축에 영향을 받지 않고 안정적으로 전극으로서 기능하는 것이다.

상술한 발명에 있어서, 상기 수지층은 절연체인 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 발명에 의하면, 시트체에 대응한 수지층의 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있고, 도전성 섬유의 부여를 용이하게 할 수 있게 됨과 동시에 부여 형태의 선택 폭을 넓힐 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의한 기모전극의 제조방법은, 신축성을 갖는 시트체의 표면을 기모시킨 기모전극의 제조방법으로서, 상기 시트체의 표면을 따라서 추종하여 신축가능하게 주어진 수지층과, 상기 수지층에 그의 일단부를 삽입시킨 삽입부를 갖는 복수의 도전성 섬유를 포함하고, 상기 시트체의 상기 표면에 접착층을 부여하는 공정과, 상기 표면을 향해 상기 도전성 섬유를 비상시켜 상기 접착층에 일단부를 삽입시켜 기모시키는 기모공정과, 상기 접착층을 경화시켜 상기 수지층을 주는 경화공정을 포함하고, 인접하는 상기 도전성 섬유끼리 상기 수지층에의 비삽입부에서 전기적으로 접촉하고, 또한 상기 도전성 섬유가 주어진 상기 시트체의 전극영역의 도전율이 면내 등방이 되도록 하는 밀도로 상기 도전성 섬유를 주는 것을 특징으로 한다.

이러한 발명에 의하면, 수지층이 높은 도전성을 갖지 않아도 전극으로서의 도전성을 얻을 수 있기 때문에, 시트체에 대응한 수지층의 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있고, 도전성 섬유의 부여를 쉽게 할 수 있게 됨과 동시에 부여 형태의 선택 폭을 넓힐 수 있는 것이다.

상술한 발명에 있어서, 상기 기모공정은, 상기 시트체를 접지한 전극에 적재하고 정전스프레이 건과의 사이에 전압을 인가한 상태에서, 상기 정전 스프레이 건으로부터 대전된 도전성 섬유를 상기 시트체를 향하여 분무하는 분무공정을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 발명에 의하면, 효율적으로 도전성 섬유의 기모를 줄 수 있는 것이다.

상술한 발명에 있어서, 상기 분무공정은, 상기 전압을 조정하고, 상기 도전성 섬유의 상기 비삽입부에 대하여 상기 삽입부의 길이를 작게 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 분무공정은, 상기 도전성 섬유의 상기 비삽입부가 상기 삽입부의 2배 이상의 길이인 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 발명에 의하면, 시트체의 신축에 영향을받지 않고 안정한 전극을 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 하나의 실시예의 기모전극의 단면도이다.
도 2는 기모전극의 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 3은 기모전극이 도전성 섬유에 의해 변형 등에 추종하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 기모전극의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 평가시험에 사용된 기모전극의 외관 사진, 단면 사진 및 단면 모식도이다.
도 6은 기모전극 상에서 도전고무를 슬라이딩시키는 평가시험에 대해 설명하는 도면으로서, 그 결과를 나타내는 전기저항변화의 그래프이다.
도 7은 신축의 평가시험의 결과를 나타내는 전기저항 변화의 그래프이다.
도 8은 세정내성(洗淨耐性)의 평가시험의 결과를 나타내는 전기저항의 그래프이다.
도 9는 실시예 1에서 기모전극의 외관 사진 및 얻어진 심전파형이다.
도 10은 실시예 2의 기모전극의 외관, 스크린 인쇄에 사용된 메쉬의 확대도 및 스크린 마스크의 패턴도이다.

본 발명에 의한 일 실시예로서의 기모전극에 대하여 도 1을 이용하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 기모전극(10)은 신축성을 갖는 시트체로 구성되는 기재(1)와 그의 표면에 접합된 수지층(2)과, 수지층(2)에 일단부를 삽입하도록 식설(植設)된 복수의 도전성 섬유(3)를 포함한다. 여기서, 도전성 섬유(3)는, 인접하는 섬유끼리 수지층(2)에 삽입되어 있지 않은 비삽입부분에서 서로 전기적으로 접촉하고, 기모전극(10) 내에 형성되는 전극영역의 도전율이 내면에서 등방(等方)이 되도록 하는 밀도로 부여되어 있다. 여기서, 전극영역은 도전성 섬유(3)의 비삽입부분이 기모전극(10)의 주면(主面)측에 노출하고 있는 영역으로, 예를 들어, 도면 중에서 횡방향으로 x로 나타내고, 높이 방향으로 z로 나타낸 범위의 영역이다. 또, 상면에서 보아도 도전성 섬유(3)가 노출하고 있는 영역이다.

기재(1)는, 신축성을 갖는 시트체라면 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 나일론이나 폴리에스터 등의 합성섬유에 의한 직물, 우레탄 등의 열경화성 수지계의 엘라스토머에 의한 시트, 부틸고무 등의 합성고무에 의한 시트, 실리콘 등의 합성 고분자 화합물에 의한 시트 등을 사용할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 정전스프레이법에 의해 도전성 섬유(3)를 분무하여 부착시키는 방법에 의하면, 기재(1)는 절연성일 수 있다.

수지층(2)은, 기재(1)의 표면에 도전성 섬유(3)를 상술한 바와 같은 부여형태로 할 수 있는 접착제에 의한 층으로, 예를 들어, 실릴화 우레탄계의 탄성접착제, 아크릴 에멀젼 등의 에멀젼계 접착제 등을 사용할 수 있다. 또한 수지층(2)으로서는, 특히 도전성을 필요로 하지 않고, 상술한 바와 같은 도전성 섬유 (3)에 의한 전극영역을 얻기 위해 바람직한 재료, 예를 들어, 기재(1)에 대해서 접착성이 높은 재료 등을 도전성에 관계없이 선택할 수 있다. 예를 들어, 기재(1)와 함께 수지층(2)으로서 절연성 재료로부터 선택하면, 도전성 재료에 비해서 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있어서 바람직하다.

도전성 섬유(3)는, 예를 들어, 탄소나노섬유, 금속섬유, 도전성 고분자를 코팅하거나 금속 도금을 실시하거나 한 화학섬유 등을 사용할 수 있다. 도전성 섬유(3)의 선경 및 섬유길이는, 상술한 바와 같은 부여 형태로 할 수 있도록 적절하게 선택된다. 전극영역의 도전율과 기모전극(10)의 변형에 대한 추종성, 생체전극으로서 신체에 접촉시키는 경우의 유연성과 쾌적성 등을 고려하여, 도전성 섬유(3)는, 예를 들어, 선경을 20 ㎛ 이하, 섬유 길이를 0.1 ㎜ 이상 0.5 ㎜ 이하로 하는 침상체로 되는 단섬유인 것이 바람직하다. 또한, 도전성 섬유(3)는, 상술한 바와 같은 부여 형태를 얻을 수 있도록 함과 동시에, 기모전극(10)에 요구되는 신축이나 변형에 대해 안정하여 전극으로 기능하도록, 그 선경과 섬유 길이에 맞춰서 단위 면적당 본수와 기재(1)에 대한 경사(기재(1)의 주면에 대한 각도)를 설정한다.

[제조방법]

다음으로, 본 발명에 의한 일 실시예로서, 기모공정에 분무공정을 이용한 기모전극(10)의 제조방법에 대하여 도 2를 이용하여 설명한다.

도 2(a)에 도시한 바와 같이, 먼저 기재(1) 위에 수지층(접착층)(2)을 형성시키기 위한 접착제(2a)를 도포하고, 전극영역을 패터닝한다. 예를 들어, 전극 패턴이 되는 개구부(5a)를 갖는 마스크(5)를 놓고, 그 위에서 고무롤러(squeegee)(6)로 수지층(2)이 되는 접착제(2a)를 도포한다. 여기서 접착제(2a)는 기재(1) 상에 번짐을 발생시키지 않는 점도, 예를 들어 10~400Pa·s가 되도록 하는 것이 바람직하다.

도 2(b)에 도시한 바와 같이, 마스크(5)를 제거하고, 접착제(2a)로 전극 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 마스크(5)의 두께, 즉 기재(1) 위에 형성되는 접착제 (2a)에 의한 수지층(2)의 두께는 도전성 섬유(3)를 식설시킬 수 있는 것으로, 예를 들어 10~1000 ㎛가 바람직하다. 또한, 접착제(2a)의 패터닝에서는, 스크린 인쇄법, 스텐실 인쇄법, 디스펜싱법, 스프레이 코팅법, 잉크젯법 등 다른 방법도 이용할 수 있다.

도 2(c)에 도시한 바와 같이, 정전스프레이법에 의해 도전성 섬유(3)를 분무하여 부착시킨다. 즉, 기재(1)를 접지한 전극(11)에 적재하고 정전스프레이 건(12)과의 사이에 전압을 인가한 상태에서, 정전스프레이 건(12)으로부터 대전된 도전성 섬유(3)를 기재(1) 상에 분무한다. 도전성 섬유(3)는 비상하고 전기력선(13)을 따라서 전극(11)으로 끌어당겨 진다. 그 결과, 도전성 섬유(3)는, 분무에 의한 초속(初速)과 정전기력에 의해 일단부를 삽입시켜 기모하도록 두께를 갖는 접착제(2a)로 식설되거나, 또는, 전극패턴 이외의 부분에서 기재(1)의 위에 직접 내려 덮인다. 도전성 섬유(3)의 접착제(2a)에의 삽입부의 길이는, 전극(11)과 정전스프레이 건(12) 사이의 전압을 조정하여 제어할 수 있다. 또한, 도전성 섬유(3)의 일단부를 수지층(2)에 삽입할 수 있는 것이라면, 스프레이 코팅법이나 정전식모법 등 다른 공지의 방법을 사용해도 좋다.

도 2(d)에 도시한 바와 같이, 경화공정으로서, 접착제(2a)를 건조시키는 등하여 경화시켜 수지층(2)으로 하고, 기재(1)에 비상하여 직접 내려 덮인 도전성 섬유(3)를 진공청소기(14)로 흡인하여 제거한다. 약점착롤러 등을 이용하여 제거할 수도 있다. 이에 의해서, 도전성 섬유(3)를 전극 패턴 상에 식설하여 전극영역으로 한 기모전극(10)을 얻을 수 있다.

또한, 전극영역으로 하지 않는 부분에는, 도전성 섬유(3) 위에서 절연막을 형성하여 배선영역으로 해도 좋다. 즉, 절연 시트를 압착하거나, 절연 페이스트를 도포하여 건조시키거나 해서 절연막을 형성한다. 이러한 절연막으로서는 신축성과 유연성이 풍부한 우레탄 엘라스토머나 실리콘 수지, 부틸고무계 재료가 바람직하다.

[원리]

다음으로, 생체전극으로서 기모전극(10)을 사용한 경우에, 신축이나 변형에 추종하여 도전성을 유지하는 원리에 대해서, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다.

도 3(a)에 도시한 바와 같이, 초기 상태에서 수지층(2)에 일단을 삽입시킨 도전성 섬유(3)는, 비삽입부에서 접점(C)에 의해 전기적으로 접속하고 있다.

도 3(b)에 도시한 바와 같이, 이와 같은 기모전극(10)의 위에서 물체(B)를 압착하면, 기모전극(10)의 두께를 작게 하는 방향으로 도전성 섬유(3)는 기운다. 즉, 도전성 섬유(3)는, 그의 타단측을 수지층(2)에 접근하도록, 다시 말해 기재(1)(도 1 참조)의 주면(主面)에 대한 각도를 작게 하여 눕는 방향으로, 그의 기울기를 크게 하여, 전극영역의 두께를 작게 한다. 이 경우에도 더 수지층(2)에 근접한 위치로 접점(C)을 유지하고, 전기적인 접속을 유지할 수 있다. 또한, 실제로는 도전성 섬유(3)끼리는 3차원적으로 복수의 섬유들이 서로 접촉하고 있고, 면내 등방적인 전기특성을 부여하도록, 인접하는 일부의 도전성 섬유(3)끼리 복수 개소의 접점(C)을 갖도록 높은 밀도로 존재하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 기재(1) 및 수지층(2)이 모두 절연성일 수 있다.

또한, 도 3(c)에 도시한 바와 같이, 기모전극(10)을 기재(1)(도 1 참조)의 주면을 따르는 방향으로 늘이면, 접점(C)을 갖고 있는 도전성 섬유(3)끼리의 삽입부의 거리는 멀어진다. 여기서, 도전성 섬유(3)의 삽입부의 가장 깊은 부분과 최표면의 부분의 연신 방향의 거리(d2)는 신축가능한 수지층(2)의 늘어남에 수반하여, 늘이기 전의 거리(d1)보다 길어진다. 거리 d1에서 d2로의 변형에 의해, 도전성 섬유(3)는 기재(1)의 주면에 대한 각도가 작아지도록 경사진다. 이에 의해서 도전성 섬유(3)의 보다 선단측(타단측)에 접점(C)을 유지할 수 있다. 연신방향의 변형에 의해 전극영역에서의 도전성 섬유(3)의 밀도는 저하하려고 하지만, 한편으로 두께 방향으로 전극영역을 얇게 하는 변형에 의해서 발생한 밀도의 저하를 많이 상쇄할 수 있고, 전극영역내에서의 전기적인 접속을 유지하기 쉽다.

또한, 이러한 수지층(2)의 신장에 수반하는 도전성 섬유(3)의 각도의 변화는, 도전성 섬유(3)의 삽입부가 비삽입부에 비해 충분히 작은 것에서 얻을 수 있고, 전형적으로는 길이의 비율에서 2배 이상, 즉 삽입부 : 비삽입부 = 1 : 2, 또한 바람직하게는 1 : 3 ~ 5이다. 또한, 이 비율이 너무 크면, 도전성 섬유(3)는 도 3(b)에 도시한 바와 같은 물체(B)의 압착 시에 형상 변화를 하고, 또 빠지기 쉬워져 버린다.

이상과 같은 원리로, 신축성을 갖는 기모전극(10)은 신체에 바짝 대서 생체신호를 수집하기 위한 생체전극 등으로 사용될 수 있는 것이다. 즉, 기모전극(10)은 도전성 섬유(3)끼리 전기적으로 접속시킨 3차원적인 네트워크를 형성하고 있으며, 곡면에 대해서 추종하여 변형시켜도, 또한 압착에 의해 두께 방향으로 변형시켜도, 면내 등방의 도전성을 유지할 수 있어, 생체전극으로서의 사용에 적합하다.

이와 같이, 도전성 섬유(3)에 의한 전극영역에 의해 도전성을 유지할 수 있기 때문에, 상술한 바와 같이 수지층(2)에 도전성을 필요로 하지 않고, 도전성 섬유(3)를 바람직한 부여형태로 식설할 수 있도록 기재(1)에 대응한 수지층(2)의 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있는 것이다.

또한, 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 기모전극(10)은 도전성 섬유(3)의 기재(1)의 주면에 대한 각도를 작게 한 것으로 할 수도 있다. 이 각도를 크게 한 기모전극(10)(도 1 참조)은 압착에 대한 변형에 잘 추종하지만, 이 각도를 작게 하는 것으로, 기재(1)의 주면을 따르는 방향에의 신장에 대해서 도전성을 유지하기 쉽게 할 수 있다.

또한, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 기모전극(10)은 수지층(2) 및 도전성 섬유(3)에 의한 전극영역의 층을 적층시킬 수도 있다. 이 경우, 도전성 섬유(3)의 위에 적층된 수지층(2')은 그의 내부에도 도전성을 갖는 전극영역을 갖추게 된다. 수지층(2 및 2')을 적층시킨 것으로 두께 방향으로의 변형에 의해 추종하기 쉽게 되는 동시에, 전기적인 접속을 수지층(2') 내에서 유지할 수 있어, 도전성을 보다 안정적으로 유지할 수 있다.

[평가 시험]

다음 기모전극(10)을 제작하여 평가시험을 행한 결과에 대해서, 도 5 내지도 8을 이용하여 설명한다.

도 5(a1 및 b1)에 도시한 바와 같이, 두 가지 기모전극(10a 및 10b)을 제작하였다. 즉, 도 5(a2, a3, b2 및 b3)에 의한 단면 사진 및 단면도에 도시한 바와 같이, 기재(1)의 주면에 대한 도전성 섬유(3)의 각도가 작은 기모전극(10a)과 이러한 각도가 큰 기모전극(10b)을 제작하였다. 또한, 도전성 섬유(3)로서는 선형 17 ㎛, 길이 0.5 ㎜의 은도금 섬유를 사용하였다.

도 6(a)에 도시한 바와 같이, 기모전극(10a 및 10b) 상에 도전고무(G)를 바짝 대고, 전극 위를 슬라이드시켰을 때의 기모전극(10a 및 10b)과 도전고무(G) 사이의 전기저항을 측정하였다. 또한, 비교예 1로서 기재(1)에 Ag 페이스트를 도포하여 건조시킨 전극, 비교예 2로서 동판 전극을 이용하고, 마찬가지로 도전고무(G)를 바짝 대고 전극 위를 슬라이드시켰을 때의 전기저항을 측정하였다.

도 6(b)에 도시한 바와 같이, 기모전극(10a 및 10b)에서는, 비교예 1 및 2에 비해 전기저항은 작고, 그 변화도 작고 면내등방적으로 연속적인 변화였다. 이것은 바짝 대어진 도전고무(G)의 선단부의 형상에 기모전극(10a 및 10b)이 추종하여 변형하여, 도전고무(G)와의 접촉점을 많이 얻어 접촉면적을 넓게 형성할 수 있었기 때문이라고 생각된다. 또한, 도전고무(G)의 슬라이드에 대해서도, 특히 도전성 섬유(3)의 변형에 의해 추종성 좋게 변형하여, 도전고무(G)와의 접촉점의 수를 유지하도록 할 수 있었던 것이라고 생각된다. 또한, 기재(1)의 주면에 대한 도전성 섬유(3)의 각도가 큰 기모전극(10b) 쪽이 각도가 작은 기모전극(10a)보다 전기저항이 작았다. 이것은 위에서 상술한 바와 같이, 도전성 섬유(3)의 각도를 크게 한 쪽이, 압착에 대한 변형에 잘 추종한 때문이라고 생각된다.

이에 대해서, 비교예 1(Ag 페이스트 전극)과 비교예 2(동판)에서는, 두께 방향의 형상 변화에 대한 추종성이 나쁘고, 압착한 도전고무(G)와의 접촉 면적을 작게 해 버린다. 또한, 이것을 슬라이드시켜도 도전고무(G)의 이동에 수반한 형상 변화에 추종하기 어려워, 작은 접촉 면적을 더욱 감소시키는 등 전기저항을 불연속적으로 크게 변화시켜 버리는 것으로 생각된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 기모전극(10a 및 10b)과 비교예 1의 Ag 페이스트 전극을 각각 주면을 따르는 방향으로 1.5배 신장시키고, 원래대로 되돌리는 신축 조작을 반복하여 행하고, 그 주면을 따르는 방향의 전극영역의 전기저항을 측정하였다. 비교예 1은 신축 조작에 의해 크게 불연속적으로 전기저항이 변화하였다. Ag 페이스트 전극은 신장시켰을 때 전기저항이 커져 버리는 것을 알 수 있다. 이에 비해서 기모전극(10a 및 10b)은 모두 신축 조작에 의한 전기저항의 변화는 작고 연속적인 변화이며, 신장에 대해서 도전성을 양호하게 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 보다 상세하게는, 기재(1)의 주면에 대한 도전성 섬유(3)의 각도가 작은 기모전극(10a)의 쪽이, 각도가 큰 기모전극(10b)보다 전기저항의 변화가 작았다. 상술한 바와 같이, 도전성 섬유(3)의 각도를 작게 한 쪽이, 기재(1)의 주면을 따르는 방향에의 신장에 대해서 도전성을 더 유지하기 쉬운 것을 알 수 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 기모전극(10a 및 10b)과 비교예 1의 Ag 페이스트 전극의 각각에 대해 세정을 반복하여 행하고, 세정 횟수에 대한 주면을 따르는 방향의 전극영역의 전기저항을 측정하였다. 비교예 1의 Ag 페이스트 전극에서는, 불과 3회 세정에서 전기저항을 크게 증대시켜 버렸다. 세정 중의 전극의 벤딩 등의 형상변화에 의해 Ag 페이스트가 주면을 따르는 방향으로 분단되어 버리고, 또 부분적으로 수류에 의해 탈락해 버린 것으로 생각된다. 이에 대해서 기모전극(10a 및 10b)은 모두 세정에 의한 전기저항의 큰 변화가 적어도 10회까지는 관찰되지 않았다. 벤딩 등의 변형에 대한 수지층(2)의 추종성이 높고, 도전성 섬유(3)의 세정에 의한 탈락이 적었던 것으로 생각된다.

이상과 같이, 기모전극(10a 및 10b)에 의하면, Ag 페이스트 전극에 비해서, 압착이나 연신과 같은 변형에 양호하게 추종하고, 도전성을 유지할 수 있어, 생체전극으로서 우수한 것을 알 수 있다.

실시예 1

도 9(a)에 도시한 바와 같이, 상술한 제조방법에 의해 기모전극(20)을 제조 하였다. 기모전극(20)은 지면 상방에 도전성 섬유(3)에 의한 전극영역(21)을 사각형으로 3개 형성하고, 전극영역(21)의 각각으로부터 하방을 향해서 연장하는 도전성 섬유(3)에 의한 배선영역(22)이 형성된다. 배선영역(22)은, 상술한 바와 같이, 도전성 섬유(3)의 식설된 영역의 위로부터 절연체로 구성되는 절연피막을 형성한 영역이다. 배선영역(22)의 하단에는, 단자(23)가 접속되어 있다.

도 9(b)에 도시한 바와 같이, 기모전극(20)에 의해 심전파형의 계측을 행한 결과, 명료한 파형을 얻을 수 있어, 심전도를 얻기 위한 생체전극으로서 양호하게 기능하는 것이 확인되었다.

실시예 2

도 10(a)에 도시한 기모전극(30)은, 스크린 인쇄 및 정전식모(靜電植毛)를 이용하여 제조된 것이다. 스크린 인쇄에 의해 기재(1)에 접착제(2a)를 도포하고(도 2 참조), 정전식모법에 의해 도전성 섬유(3) 식설하였다. 접착제(2a)로서는 DIC 주식회사제의 아크릴 에멀젼(상품명: 본코트 W-386)을 사용하였다.

도 10(b)를 참조하면, 스크린 인쇄에 사용된 메쉬(31)는, 접착제(2a)를 두껍게 도포할 수 있도록, 망사두께를 155 ㎛로 두껍게 한 직경 40 ㎛의 섬유에 의한 메쉬 카운트 200의 3D 메쉬이다. 스크린판은 메쉬 31에 감광유제를 50 ㎛의 두께로 도포하고 건조시켜, 도 10(c)에 도시한 미타니마이크로닉스 주식회사제의 스크린 마스크에 의한 포지티브 필름을 붙여 노광시켜 수득하였다, 또한, 스크린판에는, 접착제(2a)가 판에 남지 않도록 발액코팅을 실시하였다.

이와 같이, 전극영역(및 배선영역)을 형성하는 전극 패턴이 되도록 접착제(2a)를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 도전성 섬유(3)를 정전 식모법에 의해 식설하여, 도전성 섬유(3)를 상술한 바와 같은 부여형태로 한 기모전극(30)을 수득할 수 있었다.

이상, 본 발명에 의한 실시예, 이것에 기초한 변형예들을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이들로 한정되는 것은 아니고, 당업자라면 본 발명의 주요지 또는 첨부된 특허청구범위를 벗어나지 않고, 다양한 대체 실시예 및 변경예를 안출할 수 있을 것이다.

1 : 기재
2 : 수지층
3 : 도전성 섬유
10,10a, 10b, 20,30 : 기모전극

Claims (11)

1. 신축성을 갖는 시트체의 표면을 기모시킨 기모전극으로서,
   상기 시트체의 표면을 따라서 추종하여 신축가능하게 주어진 수지층과, 상기 수지층에 그의 일단부를 삽입시킨 삽입부를 갖는 복수의 도전성 섬유를 포함하고,
   인접하는 상기 도전성 섬유끼리 상기 수지층에의 비삽입부에서 전기적으로 접촉하고, 또한 상기 도전성 섬유가 주어진 상기 시트체의 전극영역의 도전율이 면내 등방(面內等方)이 되도록 하는 밀도로 상기 수지층에 상기 도전성 섬유가 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 기모전극.
   
2. 제1항에 있어서, 인접하는 접점을 갖는 상기 도전성 섬유들은 상기 시트체의 신축에서 상기 접점을 유지하도록 상기 시트체에 대해서 경사지는 것을 특징으로 하는 기모전극.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 도전성 섬유는, 상기 비삽입부에 대하여 상기 삽입부의 길이를 작게 하는 것을 특징으로 하는 기모전극.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 도전성 섬유의 상기 비삽입부는, 상기 삽입부의 2배 이상의 길이인 것을 특징으로 하는 기모전극.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 도전성 섬유의 길이가 1 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 기모전극.
   
6. 제3항에 있어서, 상기 도전성 섬유는 섬유의 표면에 도전성의 도금을 형성한 침상체인 것을 특징으로 하는 기모전극.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 수지층은 절연체인 것을 특징으로 하는 기모전극.
   
8. 신축성을 갖는 시트체의 표면을 기모시킨 기모전극의 제조방법으로서,
   상기 시트체의 표면을 따라서 추종하여 신축가능하게 주어진 수지층과, 상기 수지층에 그의 일단부를 삽입시킨 삽입부를 갖는 복수의 도전성 섬유를 포함하고,
   상기 시트체의 상기 표면에 접착층을 부여하는 공정과, 상기 표면을 향해서 상기 도전성 섬유를 비상시켜 상기 접착층에 일단부를 삽입시켜 기모시키는 기모공정과, 상기 접착층을 경화시켜 상기 수지층을 부여하는 경화공정을 포함하고,
   인접하는 상기 도전성 섬유들이 상기 수지층에의 비삽입부에서 전기적으로 접촉하고, 또한 상기 도전성 섬유가 주어진 상기 시트체의 전극영역의 도전율이 면내 등방이 되도록 하는 밀도로 상기 도전성 섬유를 부여하는 것을 특징으로 하는 기모전극의 제조방법.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 기모공정은, 상기 시트체를 접지된 전극에 적재하고 정전스프레이 건과의 사이에 전압을 인가한 상태에서, 상기 정전스프레이 건으로부터 대전된 도전성 섬유를 상기 시트체를 향해 분무하는 분무공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기모전극의 제조방법.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 분무공정은, 상기 전압을 조정하고, 상기 도전성 섬유의 상기 비삽입부에 대하여 상기 삽입부의 길이를 작게 하는 것을 특징으로 하는 기모전극의 제조방법.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 분무공정은, 상기 도전성 섬유의 상기 비삽입부를 상기 삽입부의 2배 이상의 길이인 것을 특징으로 하는 기모전극의 제조방법.

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