NL2026448B1 - Kledingstuk - Google Patents

Abstract

Een kledingstuk omvat een textiel dat uit ten minste één garen is gevormd en dat tenminste van een elektronisch contactvlak (ZA—ZC) en een elektronische geleider (3A—3C) naar het contactvlak is voorzien. Het textiel is een eerste garen en een tweede garen is gevormd, waarbij het eerste garen elektrisch niet geleidend is en het tweede garen elektrisch geleidend is. Het textiel omvat ter plaatse van de geleider (3A-3C) en het contactvlak (2A-2C) het tweede garen, daarmee de geleider respectievelijk het contactvlak vormend die naadloos in elkaar overgaan.

Description

Kledingstuk De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een kledingstuk, omvattende een textiel dat uit ten minste één garen is gevormd en dat tenminste van een elektronisch contactvlak en een elektronische geleider naar het contactvlak is voorzien, waarbij de geleider elektrisch geleidend met het contactviak is verbonden. Een dergelijk kledingstuk vormt de basis van wat ook wel wordt aangeduid als intelligent textiel {smart textile}, waarbij in of op het kledingstuk één of meer elektrische geleiders zijn verwerkt met contactvlakken die, bij het dragen van het kledingstuk, contact maken en onderhouden met de huid van de gebruiker. Het gaat dan met name om een hemd of shirt dat op de torso van de gebruiker wordt gedragen, zodanig dat met de contactvlakken en daarmee verbonden sensoren verschillende lichaamsfuncties van de gebruiker kunnen worden opgenomen. Het geleiderspoor naar een dergelijk contactvlak dient bijvoorbeeld voor een elektronische verbinding tussen het betreffende contactvlak en een verwerkingsinrichting die elders wordt gedragen en daartoe in het bijzonder daarbij in of aan hetzelfde kledingstuk is bevestigd. Een dergelijk intelligent textiel is bijvoorbeeld bekend uit internationale octrooiaanvrage WO 2016/050525. Het daarin beschreven textiel is vervaardigd uit een elastisch garen en een elektronische component met een contactvlak is mechanisch op het textiel bevestigd, bijvoorbeeld door middel van verlijming. Geleidersporen naar het elektronische component worden gevormd door metalen draden die op een gangbare wijze in het textiel zijn verwerkt. Een lijm- of soldeerverbinding zorgt voor een elektrisch contact tussen het contactvlak en de metalen draad.

Een bezwaar van een dergelijke bekende configuratie is dat de verbindingen tussen de geleidersporen en de contactvlakken en van de contactvlakken met het textiel kwetsbaar zijn en met name gevoelig zijn voor breuk. Dit is met name een probleem als het textiel voor een dynamische toepassing bestemd is, zoals bijvoorbeeld voor een kledingstuk, zoals een shirt of hemd, voor intensieve sportbeoefening. Een hechting tussen een relatief rigide contactvlak en het soepele textiel wordt daarbij onderworpen aan significante afschuif- en delaminatie belastingen.

-2- Met de onderhavige uitvinding wordt onder meer beoogd te voorzien in een kledingstuk van een textiel waarin elektrische geleidersporen contactvlakken op een meer betrouwbare wijze onderling zijn verbonden.

Om het beoogde doel te bereiken heeft een kledingstuk van de in de aanhef beschreven soort volgens de uitvinding als kenmerk dat het textiel Uit ten minste één eerste garen en ten minste één tweede garen is gevormd, dat het ten minste ene eerste garen elektrisch althans in hoofdzaak niet geleidend is, dat het ten minste ene tweede garen elektrisch geleidend is, dat het textiel ter plaatse van de geleider en het contactvlak het tweede garen omvat, daarmee de geleider respectievelijk het contactvlak vormend, en dat het contactvlak en de geleider naadloos in elkaar overgaan. Aldus maakt zowel het contactvlak als het geleiderspoor integraal deel uit van het textiel dat voor het kledingstuk is toegepast. Met name doordat het geleiderspoor en het contactvlak daarbij naadloos in elkaar overgaan kan een risico van breuk daartussen praktisch worden uitgesloten. Doordat het contactvlak en het geleiderspoor in het textiel zijn verwerkt, is tevens een kans op delaminatie of verschuiven ten opzichte van het textiel uitgesloten. Al met al is daardoor een bijzonder betrouwbare verbinding door en met het contactvlak en geleiderspoor mogelijk, die bovendien niet of nauwelijks afbreuk doet aan het draagcomfort van het kledingstuk als geheel. In een voorkeursuitvoeringsvorm is het kledingstuk volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het textiel ter plaatse van het contactvlak en het geleiderspoor althans nagenoeg volledig uit het tweede garen is gevormd. Aldus het geleiderspoor respectievelijk het contactvlak uitsluitend uit elektrisch geleidende garen of garens is gevormd, wat bijdraagt aan een lage elektrische weerstand daarvan. Daartoe wordt verder bijgedragen door een verdere voorkeursuitvoeringsvorm waarin het kledingstuk volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat het textiel ter plaatse van ten minste één van het contactvlak en het geleiderspoor een verhoogde dichtheid heeft. De dichtheid in de elektrisch geleidende delen is aldus afgestemd op een verlaging van de elektrische weerstand en contactweerstand, terwijl in het overige deel van het textiel van een lagere dichtheid kan worden uitgegaan met het cog op een hogere souplesse van het textiel en draagcomfort.

-3- Een bijzondere uitvoeringsvorm van het kledingstuk heeft volgens de uitvinding als kenmerk dat het textiel is gebreid, dat het textiel ter plaatse van ten minste één van het contactvlak en de geleider een eerste steekgrootte heeft, en dat het textiel buiten de ten minste ene van het contactvlak en de geleider een tweede steekgrootte heeft, die groter is dan de eerste steekgrootte. Aldus zijn er verschillende steekgroottes gebruikt in het kledingstuk die ervoor zorgen dat het kledingstuk ideaal aansluit op het lichaam en het contactvlak optimaal huidcontact kan maken. Bij het contactvlak en/of het geleiderspoor is de steekgrootte nauwer, waardoor het contactvlak strakker tegen de huid van de gebruiker zal aanliggen.

Een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van het kledingstuk heeft daarbij als kenmerk dat het textiel aangrenzend aan de ten minste ene van het contactvlak en de geleider een derde steekgrootte heeft, die ligt tussen de eerste steekgrootte en de tweede steekgrootte. Dit zorgt voor een gelijkmatiger overgang in dichtheid van het textiel en daarmee van een soepeler overgang van de elektrisch geleidende delen naar het overige deel van het textiel.

Het geleiderspoor dient in het bijzonder voor een elektrische weerstandmeting of signaaloverdracht naar een daartoe geconfigureerde verwerkingsinrichting. Een elektronische wisselwerking met de huid van de gebruiker zou een dergelijke signaaloverdracht kunnen verstoren. Om een dergelijke interferentie tegen te gaan en ter bevordering van een signaal/ruisverhouding heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van het kledingstuk volgens de uitvinding als kenmerk dat het geleiderspoor aan een lichaamszijde van het textiel is bedekt met een isolerende toplaag, in het bijzonder een althans in hoofdzaak rekvrije, stugge kunststof toplaag. Aldus is het geleiderspoor elektrisch gescheiden van de huid, waarbij een rekvrije kunststof het geleiderspoor tevens mechanisch passiveert om tevens weerstandsfluctuaties tengevolge van een mechanische vervorming tegen te gaan.

In een verdere bijzondere uitvoeringsvorm is het kledingstuk volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het geleiderspoor en het contactvlak aan een zichtzijde van het textiel zijn bedekt met een isolerende toplaag, in het bijzonder een althans in hoofdzaak rekvrije, stugge kunststof toplaag. Aldus zijn het contactvlak en het geleiderspoor tevens aan een buitenzijde, dat wil zeggen de zijde die geen huidcontact zal hebben, met een isolerende, in het bijzonder rekvrije laag. Ook dit heeft als doel om bewegingsartefacten in het signaal te verminderen teneinde een schoner signaal te verkrijgen.

4- Met het oog op een verdere elektronische aansluiting van het contactvlak heeft een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van het kledingstuk volgens de uitvinding als kenmerk dat het geleiderspoor aan een vrij uiteinde is voorzien van een connector voor verbinding met een elektronische inrichting.

In het bijzonder kan op soortgelijke wijze aldus een aantal contactvlakken, met ieder een daarvan naadloos uitgaand geleiderspoor, in het kledingstuk zijn voorzien, Met het oog op een uniforme benadering van de verschillende contactvlakken door een elektronische verwerkingsinrichting heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van het kledingstuk daarbij volgens de uitvinding als kenmerk dat een aantal contactvlakken, elk met ten minste een geleiderspoor in het textiel is verwerkt, en dat de contactvlakken naar een vrij uiteinde van een daarmee verbonden geleiderspoor een althans nagenoeg gelijke elektrische weerstand ondervinden. Met name zijn de geleidersporen daarbij met althans nagenoeg gelijke breedte en lengte uitgevoerd.

Bijzonder goede ervaringen zijn opgedaan met een bijzondere uitvoeringsvorm van het kledingstuk volgens de uitvinding, gekenmerkt doordat het tweede garen metaal gelamineerde kunststof vezels omvat, in het bijzonder een zilver gelamineerde polyamidevezels. Voor het eerste garen worden met voordeel natuurvezels en/of kunststofvezels toegepast, in het bijzonder een mengsel van natuurvezels en/of kunststofvezels, meer in het bijzonder een mengsel van nylonvezels en polyurethaanvezels. Dit laatste biedt een combinatie van sterkte/ slijtvastheid en souplesse dankzij de elastische polyurethaanvezels. De uitvinding zal navolgend nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een bijbehorende tekening. In de tekening toont: Figuur 1 een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een kledingstuk volgens de uitvinding in de vorm van een T-shirt; Figuur 2 een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een kledingstuk volgens de uitvinding in de vorm van een hemd; en Figuur 3A-C verschillende doorsneden door het kledingstuk van figuur 1 en 2. Daarbij zij opgemerkt dat de figuren zuiver schematisch en niet op schaal zijn getekend. Met name kunnen terwille van de duidelijkheid sommige dimensies in meer of mindere mate

-5- overdreven zijn weergegeven. Overeenkomstige delen zijn in de figuren met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid. In figuur 1 is een kledingstuk 1 weergegeven waarin conform de onderhavige uitvinding een stel contactvlakken 2A-2C is aangebracht, welke elk zijn voorzien van een geleiderspoor 3A-3C dat naar het desbetreffende contactvlak voert. Aan een vrij uiteinde zijn de geleidersporen 3A-3C elk voorzien van een connector 5 voor aansluiting van een, niet getekende, elektronische verwerkingsinrichting die beschikt over een voeding, elektronisch geheugen, rekenkracht en een communicatiemodule voor draadloze gegevensoverdracht met bijvoorbeeld een smartphone, tablet of laptop computer, De verwerkingsinrichting is in staat om, geladen met daarop afgestemde software, elektronisch signalen en elektronische parameters, die via één of meer van de contactvlakken 2A-2C (elektroden) en geleidersporen 3A-3C worden opgenomen en doorgeleid, geheel of gedeeltelijk te verwerken. Tevens kunnen daarin of daarbij elektronisch sensoren zijn voorzien die sensorsignalen afgeven, bijvoorbeeld een temperatuuropnemer die een lichaamstemperatuur registreert. Het kledingstuk 1 is uit een textiel vervaardigd waarin de contactvlakken 2A-2C en geleidersporen 3A-3C naadloos zijn geïntegreerd. Hiertoe wordt voor de vorming van het textiel uitgegaan van verschillende garens, te weten één of meer normale, niet geleidende garens voor een basis van het kledingstuk en één of meer elektrisch geleidende garens voor de geleidersporen en contactvlakken. De verschillende garens die nodig zijn voor de productie worden in een rondbreimachine {Santoni SM8-EVO4J) geplaatst. Voor de garens die gebruikt worden voor het creëren van het basisdeel van het shirt wordt een combinatie van Nylon & Lycra toegepast. Een grijze basiskleur wordt gecreëerd door zwarte en witte Nylon garens om en om te laten breien die platteren met witte Lycra garens. Typisch wordt 40g Nylon en 25g Lycra gebruikt. De verhouding Nylon/Lycra kan desgewenst worden afgestemd op de wensen van de gebruiker, waarbij Nylon sterkte en slijtvastheid geeft terwijl Lycra een elastomere polyurethaanvezel is die elasticiteit en souplesse verschaft.

Ten behoeve van de vorming van de geleidende contactvlakken 2A-2C en geleidersporen 3A-3C wordt de breimachine gevoed met een elektrisch geleidend garen. Hiervoor wordt uitgegaan van een zilver gelamineerd polyamide vezel. Dit garen (Silver plated polyamide 6 filament yarn}

-6- is commercieel verkrijgbaar onder de merknaam Shieldex® en biedt een uitstekende elektrische geleidbaarheid aan de daarin uitgevoerde delen van het textiel. De machine breidt het textiel waarbij de geleidende banen 3A-3C en elektroden 2A-2C direct geïntegreerd worden in het breisel en naadloos in elkaar overgaan.

Om te zorgen dat het kledingstuk 1 ideaal zal aansluiten en de geïntegreerde elektroden 2A-2C optimaal huidcontact maken, zijn er verschillende steekgroottes gebruikt in het shirt. Bij de elektroden 2A-2C en het gebied rondom de elektroden is een nauwere steekgrootte toegepast. Hierdoor komen de elektroden strakker tegen de huid aan. In dit voorbeeld is de steekgrootte voor het grote deel 1 van het shirt is 110, voor de elektroden 2A-2C is 75 en voor het gebied naast de elektroden (dat geen geleidende garens bevat} 85. Dit laatste zorgt voor een meer gelijkmatige overgang van de elektroden naar het niet geleidende deel van het textiel. Voor de geleidersporen 3A-3C wordt eveneens van deze waarden uitgegaan.

Het design wordt gecreëerd door middel van een toegesneden softwareprogramma, waarna een daarmee overeenstemmend bestand naar de machine wordt geüpload. Binnen dit programma kunnen de instellingen voor de rondbreimachine worden aangepast. Het patroon en traject waarin de geleidende banen 3A-3C lopen kan worden gevarieerd en ook kunnen de posities van de contactvlakken 2A-2C in de programmatuur worden ingesteld. Deze zullen in de praktijk mede afhankelijk zijn van de plaatsing van de verwerkingsinrichting op of aan de uiteinden. Van voordeel is wel dat de geleidende banen 3A-3C van alle elektroden 2A-2C nagenoeg dezelfde lengte zullen hebben, bij gelijke breedte. Hierdoor zal er namelijk niet of nauwelijks een weerstandsverschil zijn naar de verschillende elektroden.

Het breisel wordt uit de rondbreimachine gehaald en wordt gestoomd door middel van een stoomstrijkijzer, waardoor het textiel als geheel krimpt. Vervolgens wordt het breisel! geconfectioneerd aan de hand van een juiste maatvoering, waarbij eventuele mouwen, hals en randen verder worden afgewerkt. Voor een elektrische isolatie van de geleidersporen ten opzichte van de huid, worden de geleidersporen aan een lichaamzijde L van het textiel bedekt met een isolerende toplaag 4, zie figuur 3B en 3C. Hiervoor wordt in dit voorbeeld uitgegaan van een stugge, rekvrije polyurethaanfolie (Poli-Flex Turbo 4902 Black) die aan de lichaamszijde van de geleidende banen 3A-3C wordt geplaatst en wordt aangebracht door middel van een strijkijzer. Dit materiaal waarmee de geleidende banen 3A-3C aldus worden gelamineerd, heeft

-7- een stugge structuur. Hierdoor ‘plakt' het tegen de huid en houdt het de elektroden 2A-2C gefixeerd. Verder is dit materiaal niet of nauwelijks rekbaar. Dit reduceert een incidentie van bewegingsartefacten in een afgenomen signaal.

De geleidende banen 3A-3C en de elektroden 2A-2C worden aan de zichtzijde Z geïsoleerd door middel van een elektrisch isolerende toplaag 6, zie figuur 3A en 3B. Hiervoor kan bijvoorbeeld een polyester ribbel tape 6 worden toegepast, die wordt vast gestikt, of ook een polyurethaanfolie 6 die dan onder invloed van hitte zoals hiervoor beschreven met het textiel wordt verkleefd. Aan de vrije uiteinden van de geleidende banen worden connectors 5 geplaatst, waarvoor bijvoorbeeld Jersey drukknopen kunnen worden toegepast.

Op de hiervoor aangegeven wijze wordt een aantal biometrische sensoren verweven met het textiel en geïntegreerd in het kledingstuk die real-time feedback geven over de prestaties, conditie en gezondheid van de gebruiker. Deze gegevens worden door een op het lichaam gedragen verwerkingsinrichting verzameld en eventueel reeds geheel of gedeeltelijk verwerkt tot een persoonlijk advies dat wordt uitgewisseld met een smartphone of dergelijke. Als zodanig biedt het kledingstuk nauwkeurige metingen en bewaking van zes verschillende lichaamsignalen, waaronder een vochthuishouding, hartslag, ademhaling, huidgeleiding en temperatuur. De verwerkingsinrichting kan bovendien worden uitgerust met een GPS sensor om een beweging (snelheid) en locatie van de gebruiker registreert.

De lichaamstemperatuur kan min of meer rechtstreeks worden opgenomen met een daartoe voorziene temperatuur sensor. Voor een meting van de hartslag wordt een elektro-musculaire spierspanning gemeten tussen afzonderlijke elektroden 2A-2C. De ademhaling kan worden afgeleid uit een weerstandverandering in de borst, die vervolgens tussen afzonderlijk elektroden kan worden gemeten. Hiervoor kunnen dezelfde contactvlakken 2A-2C worden gebruikt als voor het meten van de hartslag. De huidgeleiding en vochtbalans volgen uit weerstandmetingen tussen afzonderlijke elektroden 3A-3C.

Voor de meting van de vochtbalans maakt de verwerkingsinrichting gebruik van een bio-elektrische impedantieanalyse. Dit blijkt een goed toepasbare methode voor het meten van de totale vochtbalans. Deze meting werken volgens het volgende principe: Wanneer er een elektrische stroom door een cel wordt geleid, zal de stroom het celmembraan naar binnen en

-8- vervolgens naar buiten passeren.

De stroom wordt dus twee maal door het celmembraan geleid en wordt hierdoor enigszins vertraagd.

De hoeveelheid vocht in de cel heeft een grote invloed op de snelheid waarmee de stroom de celmembranen kan passeren, waarbij tevens een frequentie waarop wordt gemeten van belang is.

In het onderhavige voorbeeld wordt een 50khz meting gebruikt met een stroomsterkte van 80uA.

Door de 50khz meting kan de elektrolytenbalans bijzonder nauwkeurig worden bepaald, omdat daarbij alleen het vocht in de Fat Free Mass (FFM) wordt gemeten.

Dit is het vocht dat op korte termijn opgenomen en gebruikt kan worden door het lichaam.

De duur van de vertraging is afhankelijk van de elektrolytenbalans (de hoeveelheid vocht} en de daarmee samenhangende impedantie van de cel.

Vanuit deze waarde kan de actuele vochtbalans worden bepaald.

Behalve in een T-shirt, zoals weergeven in figuur 1, kan op vergelijkbare wijze een (sport)hemd met elektroden 2A-2C en geleidersporen 3A-3C worden uitgerust.

Daarbij zij opgemerkt dat in de figuren steeds drie elektroden zijn weergegeven, maar dat in de praktijk desgewenst meer of minder elektroden kunnen worden voorzien en hetzelfde geldt voor de geleidersporen.

Hoewel de uitvinding hiervoor aan de hand van louter een tweetal uitvoeringsvoorbeelden nader werd toegelicht moge het duidelijk zijn dat de uitvinding daartoe geenszins is beperkt.

Integendeel zijn binnen het kader van de uitvinding nog vele variaties en verschijningsvormen mogelijk voor een gemiddelde vakman.

Claims (12)

-9- Conclusies:

1. Kledingstuk, omvattende een textiel dat uit ten minste één garen is gevormd en dat tenminste van een elektronisch contactvlak en een elektronische geleider naar het contactvlak is voorzien, waarbij de geleider elektrisch geleidend met het contactvlak is verbonden, met het kenmerk dat het textiel uit ten minste één eerste garen en ten minste één tweede garen is gevormd, dat het ten minste ene eerste garen elektrisch althans in hoofdzaak niet geleidend is, dat het ten minste ene tweede garen elektrisch geleidend is, dat het textiel ter plaatse van de geleider en het contactvlak het tweede garen omvat, daarmee de geleider respectievelijk het contactvlak vormend, en dat het contactvlak en de geleider naadloos in elkaar overgaan.

2. Kledingstuk volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het textiel ter plaatse van het contactvlak en het geleiderspoor althans nagenoeg volledig uit het tweede garen is gevormd.

3. Kledingstuk volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het textiel ter plaatse van ten minste één van het contactvlak en het geleiderspoor een verhoogde dichtheid heeft.

4. Kledingstuk volgens één of meer der voorgaande conclusie met het kenmerk dat het textiel is gebreid, dat het textiel ter plaatse van ten minste één van het contactvlak en de geleider een eerste steekgrootte heeft, en dat het textiel buiten de ten minste ene van het contactvlak en de geleider een tweede steekgrootte heeft, die groter is dan de eerste steekgrootte.

5. Kledingstuk volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het textiel aangrenzend aan de ten minste ene van het contactvlak en de geleider een derde steekgrootte heeft, die ligt tussen de eerste steekgrootte en de tweede steekgrootte.

6. Kledingstuk volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het geleiderspoor aan een lichaamszijde van het textiel is bedekt met een isolerende toplaag, in het bijzonder een althans in hoofdzaak rekvrije kunststof toplaag.

-10-

7. Kledingstuk volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het geleiderspoor en het contactvlak aan een zichtzijde van het textiel zijn bedekt met een isolerende toplaag, in het bijzonder een althans in hoofdzaak rekvrije kunststof toplaag.

8. Kledingstuk volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het geleiderspoor aan een vrij uiteinde is voorzien van een connector voor verbinding met een elektronische inrichting.

9. Kledingstuk volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een aantal contactvlakken, elk met ten minste een geleiderspoor in het textiel is verwerkt, en dat de contactvlakken naar een vrij uiteinde van een daarmee verbonden geleiderspoor een althans nagenoeg gelijke elektrische weerstand ondervinden.

10. Kledingstuk volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het tweede garen metaal gelamineerde kunststof vezels omvat, in het bijzonder een zilver gelamineerde polyamidevezels.

11. Kledingstuk volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het eerste garen natuurvezels en/of kunststofvezels omvat, in het bijzonder een mengsel van natuurvezels en/of kunststofvezels, meer in het bijzonder een mengsel van nylonvezels en polyurethaanvezels.

12. Kledingstuk volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het textiel een breiwerk omvat