TW201735057A

TW201735057A - 伸縮性導體片、具有黏接性之伸縮性導體片及在布帛上形成由伸縮性導體片構成之配線的方法

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Publication number: TW201735057A
Application number: TW106107300A
Authority: TW
Inventors: 權義哲; 石丸園子; 入江達彥; 米倉弘倫; 森本翔太
Original assignee: 東洋紡股份有限公司
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2017-10-01
Also published as: WO2017154726A1; US11130888B2; CN108701505B; JPWO2017154726A1; JP7151810B2; CN108701505A; US20200291273A1; JP2021100816A; JP6863363B2; TWI697915B

Abstract

本發明之課題係提供在衣服型之電子設備中，作為洗滌耐久性、汗耐久性優良的配線、電極材料係為有效之伸縮性導體片。本發明係藉由將得自於使用碳系粒子作為導電填料並使用柔軟性樹脂作為黏結劑樹脂之糊劑材料之第一伸縮性導體層設置於具有脫模性之膜上，然後形成使用金屬系粒子作為導電填料之第二伸縮性導體層，並疊層熱熔黏接層，再利用部分縱切將不要的部分去除後與布帛重疊並予以熱壓製，而獲得利用伸縮性導體片形成了電極加上配線之布帛。碳系粒子由於會吸附污染金屬粒子之物質，故可降低金屬系粒子之氧化劣化、硫化劣化並提昇耐久性。

Description

伸縮性導體片、具有黏接性之伸縮性導體片及在布帛上形成由伸縮性導體片構成之配線的方法

本發明關於能疊層於伸縮性基材之片狀伸縮性導體片，及使用有該等伸縮性導體片之衣服型電子設備等所使用之配線的形成方法。

近來已開發出試圖將具有輸入輸出、運算、通訊功能之電子設備極度接近乃至黏合到身體之狀態下使用之穿戴式電子設備。穿戴式電子設備已知有：如手錶、眼鏡、耳機般具有飾品型之外形之設備；及將電子功能納入衣服而成之紡織品堆疊型之衣服型電子設備。

電子設備需要電力供給用、或訊號傳送用之電氣配線。尤其是紡織品堆疊型穿戴式電子設備，為了配合會伸縮之衣服，電氣配線亦需求伸縮性。通常，由金屬線、或金屬箔構成的電氣配線因本質上並不具實用之伸縮性，故會使用將金屬線、或金屬箔配置成波形或重複配置成馬蹄形而使其具有擬伸縮功能之方法。金屬線的情況可藉由將金屬線看成刺繡線而縫在衣服上來形成配線。但是很明顯該方法並不適於大量生產。

金屬箔之利用蝕刻來形成配線之方法，就印刷配線板之製法而言係為一般。已知有將金屬箔貼合於具有伸縮性之樹脂片，以和印刷配線板同樣的方法形成波形配線製成擬伸縮性配線之方法。該方法係利用波形配線部之扭捻變形而使其具有擬伸縮特性，但金屬箔因扭捻變形在厚度方向亦會改變，故作為衣服之一部分而使用的話，會有非常不適之穿著感而並非理想。又受到如洗滌時般過度的變形之情況，金屬箔會發生永久塑性變形且配線之耐久性亦有問題。

專利文獻1例示在將欲設置電極、或配線的區域以外之區域的布料予以遮蔽之後，塗佈含有導電性高分子之塗料的方法。以專利文獻1記載之方法形成的衣服由於導體層無法隨附於布料的伸長，故使用時會存有發生配線斷線的顧慮。此外，在以該方法製得的導電性布帛中，含導電性高分子之塗料會滲進布料內部，故難以充分地確保連續於布料上形成的導電層之厚度，且難以實現作為配線之充分的低電阻。

作為實現伸縮性之導體配線之方法，有人提出使用特殊的導電糊劑之方法。將銀粒子、碳粒子、奈米碳管等之導電性粒子與具有伸縮性之聚胺酯樹脂等之彈性體、天然橡膠、合成橡膠、溶劑等予以揉合而製成糊狀，並直接在衣服上、或與伸縮性之膜基材等組合來印刷描繪配線。由導電粒子與伸縮性黏結劑樹脂構成的導電性組成物在巨觀上可實現能伸縮之導體。得自該糊劑之導電性組成物從微觀上來看，受到外力時樹脂黏結劑部變形，並在不中斷導電性粒子之電氣的連接之範圍內維持導電性。巨觀上觀察到的比電阻和金屬線、金屬箔相比的話雖為較高的值，但因組成物本身具有伸縮性，故不須採用波形配線等之形狀，且配線寬度與厚度之自由度高，因而就實用性而言，能實現較金屬線更低電阻之配線。

專利文獻2揭示：將銀粒子與聚矽氧橡膠組合，並將聚矽氧橡膠基板上之導電性膜再以聚矽氧橡膠被覆，藉此來抑制伸長時之導電率降低之技術。專利文獻3揭示：銀粒子與聚胺酯乳劑之組合，其可獲得高導電率且高伸長率之導電膜。此外亦有許多人提出將奈米碳管、銀粒子等之高寬高比之導電性粒子組合而嘗試改善特性之例。

將如此的導電印墨或導電糊劑予以印刷而得的電路配線已知即所謂的膜電路。膜電路使用於資訊終端的鍵盤、或家電產品之操作面板等的開關與配線。主要的導體係以印刷形成之由金屬糊劑，大多為銀糊劑構成的硬化物層。該以銀作為主體之印刷導體在配線部係以絕緣覆蓋塗層被覆，而在會成為接點之電極部的表面係以由具有導電性之碳印墨而得的導電性組成物覆蓋。該措施的目的係藉由將導電層密封，而保護其免受氧化、硫化、或環境物質所導致的污染影響。同樣的思考方式不僅在利用印刷所形成的導體層，即使在將一般的銅箔予以蝕刻而形成配線之印刷配線板亦相同，配線部以被稱為阻焊劑之絕緣塗層樹脂覆蓋，而會成為接點、或連接部之電極部以貴金屬鍍敷或焊料覆蓋係為慣例。一般而言亦即可理解為通常做法係在配線中為避免導電層金屬直接接觸大氣而設置適當的表面層來操作。

此原則即使在衣服型之電子設備所使用的伸縮性導體層亦應同樣適用。尤其在如此的應用領域中，形成於衣服之內側亦即與人體直接接觸之側之配線部的表面層，不僅暴露於大氣，也會暴露於包含汗等之體液之濕氣中。此外也可能暴露於風雨、視情形也有可能暴露於海水中，另外必須認知：日常性的洗滌及乾燥，亦即暴露於直射日光等，會在比起一般印刷配線板極為嚴苛的環境下使用。而且，衣服型之電子設備中的配線在使用時，總是施加有伸縮動作，故表面層必須具有對抗機械性變形之耐性，同時必須具有保護下層之功能。但是以往該等專利文獻所揭示的技術中並未從如此觀點揭示有關用以保護導電膜之技術。

專利文獻4揭示使用印刷法將配線直接形成於衣服之技術。但是並無考慮有關前述導體層之保護之觀點的記述。實際的配線至少必須有配線層與絕緣層，兩者之位置對準係為重要。專利文獻4藉由事先在電子布或電子衣物之布面上的一部分製作以樹脂填充包含紗線及各紗線之間隙的平面並硬化而得的均勻平滑面來改善印刷性，但存有導致填充硬化過度的話會失去衣服的柔軟性，填充硬化不足的話會有位置對準變得困難之相互矛盾的顧慮。

專利文獻5揭示一種柔軟導電構件，其特徵為具備：具有伸縮性之基材、及在該基材之表面以疊層及並列中之至少一種形態配置之多數之導電層；該導電層具有：第一導電層，係由含有彈性體及導電材且未伸長時之體積電阻率為5×10^-2 Ω･cm以下之高導電性材料構成；及第二導電層，係由未伸長時之體積電阻率比該高導電性材料在未伸長時之體積電阻率大，並含有彈性體及導電材且50%伸長時相對於未伸長時之體積電阻率之變化在10倍以下之高伸長性導電材料構成。專利文獻5顯示了重疊使用將銀作為導電填料之柔軟性導體組成物與將碳系材料作為導電填料之柔軟性導體組成物之例，藉由將兩者組合而展現了兼具高導電性與高伸展之情事。但是在層結構中係顯示第一導電層與第二導電層中之任一者彼此互相成為表面層之例，未教示將其中一層作為另一層的保護層而發揮功能之要旨之技術思想。［先前技術文獻］［專利文獻］

［專利文獻1］日本特開2014-151018號公報［專利文獻2］日本特開2007-173226號公報［專利文獻3］日本特開2012-54192號公報［專利文獻4］日本專利第3723565號公報［專利文獻5］WO2014080470A1號公報

［發明所欲解決之課題］本發明係關注於如上述般之情事而成，其係提供具有能對應於布帛等伸縮性基材而以良好精度形成配線且對於來自人體的污染有充分的保護功能之表面層，並對洗滌、乾燥等就衣服而言為通常使用之情況具有耐性之伸縮性導體片，及使用了該伸縮性導體片之衣服型之電子設備之配線形成方法。［解決課題之手段］

亦即本發明係如下之構成。［1］一種伸縮性導體片，係由至少具有第一伸縮性導體層與第二伸縮性導體層之多層構成，其特徵為：該伸縮性導體片之斷裂伸長率為50%以上，該第一伸縮性導體層係由將碳系粒子作為導電填料之伸縮性導體組成物構成，第二伸縮性導體層係由將金屬系粒子作為導電填料之伸縮性導體組成物構成，非伸展時之膜電阻為500mΩ□以下，50%伸展時之於伸長方向之膜電阻為1kΩ□以下。

［2］如［1］記載之伸縮性導體片，其中，前述第一伸縮性導體層之厚度為12μm以上。［3］如［1］或［2］所記載之伸縮性導體片，其中，伸縮性導體片之斷裂伸長率為65%以上。［4］如［1］至［3］中任一項所記載之伸縮性導體片，其中，前述第一伸縮性導體層含有30%以上之碳系粒子。［5］如［1］至［4］中任一項所記載之伸縮性導體片，其中，構成前述第一伸縮性導體層之伸縮性導體層含有4質量%以上之BET比表面積為1000m² /g以上之碳系粒子。

［6］一種具有黏接性之伸縮性導體片，係於前述如［1］至［5］中任一項所記載之伸縮性導體片之第二伸縮性導體層側，具有可利用45℃~250℃之範圍之加熱而黏接於布帛之熱熔黏接層。［7］如［6］所記載之具有黏接性之伸縮性導體片，其具有以下的層結構：在至少單面具有脫模性之厚度為15~190μm之脫模性高分子膜之脫模性面側，按順序具有第一伸縮性導體層、然後第二伸縮性導體層、然後熱熔黏接層。［8］如［7］所記載之具有黏接性之伸縮性導體片，其中，前述脫模性高分子膜會透射30%以上之可見光線。

［9］一種在布帛上形成由伸縮性導體構成之配線的方法，其特徵為至少包含以下步驟：（1）藉由從前述［7］或［8］所記載之具有黏接性之伸縮性導體片之熱熔黏接層側至到達脫模性高分子膜之表面之深度為止進行縱切，而將具有黏接性之伸縮性導體片分割成必要部與不要部；（2）將前述不要部剝離去除步驟；（3）將布帛重疊於已去除前述不要部後之必要部並進行加熱；（4）將脫模性高分子膜剝離。［發明之效果］

本發明宜利用熱熔黏接劑將導電性高之會成為主導體的第二伸縮性導體層貼附於布帛，再於接觸人體之電極表面側配置具有保護功能之第一導體層來使用。第一伸縮性導體層需要有保護第二伸縮性導體層之功能。本發明在第一伸縮性導體層之導電填料使用碳系粒子。通常由於摻合有導電填料之導電層為複合材料，故微觀而言欠缺均勻性，容易產生微空隙、或通向填料表面之內部路徑等。因此使用多層結構之表面層時，難以使其具有對於內層遮蔽污染物質之功能。但是，本發明之第一導體層會先藉由具有預定的物性與厚度而保護第二伸縮性導體層免受穿著時、或洗滌時之伸縮負荷影響，再由於碳系材料所具有的吸附性能，而發揮遮蔽會對第二伸縮性導體層之金屬系填料之電特性造成影響之源自活體的鹽分、硫化氫、氨等之效果。藉由利用理想所使用之特定的碳系粒子，如此的吸附所為之遮蔽效果會更高。其結果為：即使在重複穿著與洗滌時、或穿著後在預定時間內不洗滌而放置時，無損就片材整體而言之導電性且能重複使用。

此外本發明宜將具有該層結構之具有黏接性之伸縮性導體層構成於具有光線透過性之脫模基材上，藉由留下脫模基材而在伸縮性主體部分進行縱切，而將能伸縮之導體片分割成必要部與不要部，並藉由事先將不要部剝離去除後將必要部轉印於布帛，即使複雜形狀的配線亦由於脫模基材會成為暫時支持體而可輕易操作。又，由於該脫模基材具有光線透過性，故朝布帛之預定部分之位置對準係為容易。本發明中，可從脫模基材側透過基材而進行觀察之第一伸縮性導體層，因為高濃度地含有碳系填料而為黑色，假使基材之透明性相對較低時仍可確保充分的可視性，故能正確的對準。

本發明之構成第一伸縮性導體層之組成物所使用的導電填料為碳系粒子。作為本發明中的碳系粒子可使用：石墨粉末、活性碳粉末、鱗片狀石墨粉末、乙炔黑、凱琴黑（Ketchen black）、富勒烯、單層奈米碳管、多層奈米碳管、奈米碳錐等。本發明中使用的碳系粒子宜為石墨粉末、鱗片狀石墨粉末、活性碳粉末、凱琴黑。本發明宜更使用BET比表面積至少為1000m² /g以上之碳系粒子。

本發明之構成第一伸縮性導體層之組成物係由前述碳系粒子與柔軟性樹脂黏結劑構成。碳系粒子相對於碳系粒子與黏結劑之合計質量，可摻合18~60質量%。本發明中的碳系粒子相對於碳系粒子與黏結劑之合計質量，宜含有30質量%以上，含有33質量%以上更佳，含有36質量%以上再更佳，含有39質量%以上又再更佳。碳系粒子之含量不符合預定範圍的話，不僅必要的導電性會降低，對於被覆蓋層之保護功能亦會降低。另一方面，含量超過此範圍的話，膜的斷裂伸長率會降低。本發明之構成第一伸縮性導體層之組成物宜含有4質量%以上之BET比表面積為1000m² /g以上之碳系粒子，含有6質量%以上更佳，含有8質量%以上再更佳。藉由摻合BET比表面積為1000m² /g之碳系粒子，會顯著地改善保護被覆蓋層之功能。

在本發明中，構成第二伸縮性導體層之伸縮性導體組成物所使用的導電填料為金屬系粒子。作為金屬系粒子可使用：銀、金、鉑、鈀、銅、鎳、鋁、鋅、鉛、錫等之金屬粒子；黃銅、青銅、白銅、焊料等之合金粒子；如經銀被覆之銅之類的混合粒子；此外亦可使用經金屬鍍敷而成的高分子粒子、經金屬鍍敷而成的玻璃粒子、經金屬被覆而成的陶瓷粒子等。又也可輔助性地併用碳系粒子。

本發明宜將薄片狀銀粒子或不定形凝聚銀粉使用於主體為理想。另外，此處使用於主體係指：導電性粒子之90質量%以上使用之情事。不定形凝聚粉係指球狀或不定形狀之1次粒子經三維地凝聚而成者。不定形凝聚粉及薄片狀粉比球狀粉等之比表面積大，因此即使低填充量仍可形成導電性網絡，故為理想。不定形凝聚粉並非單分散之形態，故粒子彼此物理性地接觸，因此容易形成導電性網絡，故更為理想。

薄片狀粉之粒徑並無特別限制，利用動態光散射法測定而得之平均粒徑（50%D）宜為0.5~20μm，為3~12μm更佳。平均粒徑超過15μm的話，微細配線之形成會變得困難，網版印刷等場合會發生堵塞。平均粒徑未達0.5μm的話，會有在低度填充時粒子間變得無法接觸、導電性惡化的情況。

不定形凝聚粉之粒徑並無特別限制，利用光散射法測定而得之平均粒徑（50%D）宜為1~20μm，為3~12μm更佳。平均粒徑超過20μm的話，分散性會降低而糊劑化會變得困難。平均粒徑未達1μm的話，會有作為凝聚粉之效果喪失，在低度填充時無法維持良好導電性的情況。

本發明之構成第二伸縮性導體層之組成物係由前述金屬系粒子與柔軟性樹脂黏結劑構成。金屬系粒子相對於金屬系粒子與黏結劑之合計質量，可摻合40~92質量%。本發明中的金屬系粒子相對於金屬系粒子與黏結劑之合計質量，宜含有50~90質量%，含有58~88質量%更佳，含有66~86質量%再更佳，含有70~85質量%又再更佳。金屬系粒子之含量不符合預定範圍的話，必要的導電性會降低。另一方面，含量超過此範圍的話，膜的斷裂伸長率會降低。

在本發明，構成第二伸縮性導體層之組成物中亦可摻合非導電性之粒子。本發明中的非導電性粒子係指由有機或無機之絕緣性物質構成的粒子。本發明之無機粒子係以印刷特性之改善、伸縮特性之改善、塗膜表面性之改善為目的而添加，可利用二氧化矽、氧化鈦、滑石、氧化鋁等之無機粒子；由樹脂材料構成的微凝膠等。

本發明宜可使用硫酸鋇粒子作為非導電性粒子。作為本發明之硫酸鋇粒子可使用：被稱為天然重晶石之重晶石礦物之粉碎物即淘析硫酸鋇、及以化學反應製造而得即所謂沉澱硫酸鋇。本發明宜使用容易實施粒徑控制之沉澱硫酸鋇。宜使用利用動態光散射法求得的平均粒徑為0.01~18μm，為0.05~8μm更佳，為0.2~3μm再更佳之硫酸鋇粒子。又本發明之硫酸鋇粒子宜利用Al、Si之其中一者或兩者之氫氧化物及/或氧化物予以表面處理。利用該表面處理，Al、Si之其中一者或兩者之氫氧化物及/或氧化物會附著於硫酸鋇粒子之表面。它們的附著量以利用螢光X射線分析所為之元素比率相對於鋇元素100，宜為0.5~50，為2~30更佳。

本發明中構成第一伸縮性導體層及第二伸縮性導體層之組成物之柔軟性樹脂黏結劑係指彈性模量為1~1000MPa之樹脂。作為該柔軟性樹脂可列舉：熱塑性樹脂、熱硬化性樹脂、橡膠等，為了使膜的伸縮性顯現，宜為橡膠或聚胺酯樹脂。作為橡膠可列舉：聚胺酯橡膠、丙烯酸系橡膠、聚矽氧橡膠、丁二烯橡膠、腈橡膠、或氫化腈橡膠等之含有腈基之橡膠；異戊二烯橡膠、硫化橡膠、苯乙烯丁二烯橡膠、丁基橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、乙烯丙烯橡膠、偏二氟乙烯共聚物等。其中宜為含有腈基之橡膠、氯丁二烯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠，為含有腈基之橡膠特佳。本發明理想的彈性模量範圍為3~600MPa，為10~500MPa更佳，為30~300MPa之範圍再更佳。

含有腈基之橡膠若為含有腈基之橡膠、彈性體則無特別限制，宜為腈橡膠與氫化腈橡膠。腈橡膠係丁二烯與丙烯腈之共聚物，鍵結丙烯腈量多的話，與金屬之親和性會增加，但相反地對伸縮性有貢獻之橡膠彈性則會減少。因此，丙烯腈丁二烯共聚物橡膠中之鍵結丙烯腈量宜為18~50質量，為40~50質量%特佳。

又，本發明之導電糊劑中可摻合環氧樹脂。本發明理想的環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂或苯酚酚醛清漆樹脂型環氧樹脂。摻合環氧樹脂時，可摻合環氧樹脂之硬化劑。作為硬化劑若使用公知的胺化合物、多胺化合物等即可。硬化劑相對於環氧樹脂宜摻合5~50質量%，摻合10~30質量%更佳。又環氧樹脂與硬化劑之摻合量相對於包含柔軟性樹脂之全部樹脂成分為3~40質量%，宜為5~30質量%，為8~24質量%更佳。

另外，本發明中構成第一伸縮性導體、第二伸縮性導體之各別之組成物之柔軟樹脂黏結劑可為相同，亦可為相異。本發明中兩者有共通成分的話，就兩層之黏接性的觀點而言較理想。在本發明，第一伸縮性導體、第二伸縮性導體之各自獨立之斷裂伸長率宜為65%以上，為80%以上更佳，為110%以上再更佳。

作為本發明之伸縮性導體片之製造方法可例示：將構成第一伸縮性導體、第二伸縮性導體之各別之組成物，在柔軟性樹脂成分會充分軟化之溫度進行熔融揉合而使其混合，並利用熔融擠壓機按順序疊層成膜或同時疊層成膜之方法。本方法宜在要求高生產性時使用。作為本發明之伸縮性導體片之製造方法可例示：在構成第一伸縮性導體、第二伸縮性導體之各別之組成物所含有的材料中，進一步摻合可溶解分散柔軟性樹脂成分之溶劑並加工成漿狀、或糊劑後，藉由按順序塗佈於支持體並乾燥、或同時進行塗佈乾燥而製片之製造方法。

本發明之伸縮性導體片可藉由在構成第一伸縮性導體、第二伸縮性導體之各別之組成物中進一步添加溶劑而製成糊劑或漿狀，再將它們按順序二層或同時二層塗佈、或印刷於基材上並進行乾燥而獲得。本發明中的溶劑為水或有機溶劑。溶劑之含量應依糊劑所要求之黏性而適當調整，故不特別限定，但大致而言，將導電性填料與柔軟性樹脂黏結劑、及因應需要而添加的其他固體成分之合計質量定為100時，宜為30~80質量比。

本發明所使用的有機溶劑宜為沸點在100℃以上未達300℃，為沸點在130℃以上未達280℃更佳。有機溶劑之沸點為過低的話，在糊劑製造步驟、或糊劑使用時，會存有溶劑揮發、構成導電性糊劑之成分比容易變化之顧慮。另一方面，有機溶劑之沸點為過高的話，會存有乾燥硬化塗膜中之殘溶劑量變多，造成塗膜之可靠性降低之顧慮。

作為本發明中的有機溶劑可列舉：環己酮、甲苯、二甲苯、異佛爾酮、γ-丁內酯、苄醇、Exxon化學製之芳烴溶劑100、150、200、丙二醇單甲醚乙酸酯、萜品醇、丁二醇乙酸酯、二戊基苯、三戊基苯、正十二醇、二乙二醇、乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇二丁醚、二乙二醇單乙酸酯、三乙二醇二乙酸酯、三乙二醇、三乙二醇單甲醚、三乙二醇單乙醚、三乙二醇單丁醚、四乙二醇、四乙二醇單丁醚、三丙二醇、三丙二醇單甲醚、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯等。又，就石油系烴類而言亦可列舉：新日本石油公司製之AF溶劑4號（沸點：240~265℃）、5號（沸點：275~306℃）、6號（沸點：296~317℃）、7號（沸點：259~282℃）、及0號溶劑H（沸點：245~265℃）等，因應需要亦可含有它們之中的2種以上。適當地含有如此的有機溶劑，以使導電性銀糊劑成為適於塗佈或印刷等之黏度。

本發明之用來形成伸縮性導體層之糊劑可藉由利用溶解器（dissolver）、三輥研磨機、自公轉型混合機、磨碎機（attritor）、球磨機、砂磨機等之分散機將係屬材料之導電性粒子、硫酸鋇粒子、伸縮性樹脂、溶劑予以混合分散而獲得。在本發明中，柔軟性樹脂黏結劑之熔融黏度相對較低時，亦可不使用溶劑而將導電性填料與柔軟性樹脂黏結劑予以熔融揉合而製成組成物，並以熔融擠壓獲得二層結構之伸縮性導體片。

本發明之由多層構成的伸縮性導體片在非伸展時之膜電阻為500mΩ_□ 以下，宜為360mΩ_□ 以下，為240mΩ_□ 以下更佳，為120mΩ_□ 以下再更佳。此處膜電阻亦被稱為片電阻，係從正方形片之一邊朝向對向側之一邊之在面方向之電阻值。實際上可求得長方形之在長度方向之電阻值，再由縱橫比換算成正方形。本發明之膜電阻係於二種伸縮性導體片為疊層之狀態下測定之實用特性。

本發明之伸縮性導體片在50%伸展時之於伸長方向之膜電阻為1kΩ□以下。此係在50%伸展亦即長度延伸為1.5倍之狀態下的片電阻，須注意係相對於長度方向，在寬度方向與厚度方向為收縮狀態下之正方形膜之電阻之情事。測定可使長方形片伸展後先求得長度方向之電阻值，再從長度與伸展時之片寬度換算成正方形而求得。

本發明之伸縮性導體片之厚度並無特別限制，若具有可獲得預定之膜電阻之充分的厚度即可。理想的厚度係第一伸縮性導體層、第二伸縮性導體層之合計為15~1500μm，宜為20~900μm，為26~500μm更佳，為32~300μm再更佳，為38~200μm又更佳，為42~120μm更佳。

在本發明，第一伸縮性導體層之厚度宜為12μm以上。第一伸縮性導體之厚度會影響該膜所為之第二伸縮性導體之保護效果。第一伸縮性導體之厚度不足時，第二伸縮性導體之劣化會變得容易進行。第一伸縮性導體層之厚度在合併第一、第二伸縮性導體片之厚度為24~48μm時，宜為伸縮性導體片之總厚度之一半以上。又總厚度為48μm以上時，宜為伸縮性導體片之總厚度之1/3以上。

本發明之伸縮性導體片之斷裂伸長率為65%以上，宜為85%以上，為110%以上更佳，為140%以上再更佳。斷裂伸長率不符合此範圍時，在伸展時容易產生裂紋，結果變得容易導致第二導體層之氧化、硫化等所為之劣化。

本發明中的熱熔黏接層係由利用45℃~250℃之範圍的加熱而能黏接於布帛之熱塑性樹脂、或被稱為反應性熱熔黏接劑之未硬化乃至半硬化狀態之熱硬化性樹脂構成的黏接劑。更具體而言可使用：聚酯系、聚胺酯系、乙烯-乙酸乙烯酯系、聚醯胺系、聚烯烴系、聚石蠟系、環氧系、丙烯酸系等之熱熔型黏接性樹脂。本發明中的熱熔黏接層宜在60℃~230℃之範圍、更佳為在80℃~210℃之範圍，再更佳為在90℃~180℃之範圍之加熱而黏接於布帛較理想。黏接溫度依布帛之耐熱性而適當地選擇，一般化纖的情況可在150℃以下之相對低溫區域加熱使其黏接，針對木棉、耐熱性纖維製成的布帛可在150℃以上，進一步在180℃以上加熱使其黏接。熱熔黏接層之厚度宜為5~200μm，為12~150μm更佳，為20~120μm再更佳。

作為本發明所使用的脫模膜可使用在PET、PEN等之聚酯系膜之至少單面上實施了脫模處理之膜。脫模處理可例示：氟樹脂塗佈、聚矽氧樹脂塗佈、或氟電漿處理等。又，亦可使用未經處理之聚醯亞胺膜、氟樹脂膜、聚矽氧樹脂片、聚丙烯膜、聚乙烯膜等之由欠缺黏接性之材料構成的膜或片。當然也可在該等難黏接膜上進一步進行表面處理。本發明之脫模膜之厚度宜為15~190μm，為24~130μm更佳，為40~105μm再更佳。脫模膜之厚度不在預定範圍內時，在僅對疊層而成的伸縮性導體片部分進行縱切的情況，會有縱切不足、或連脫模膜都被裁切的可能性。

本發明之脫模膜宜具有透明性。本發明之脫模膜宜為可見光線之平均穿透率為30%以上者，為50%以上更佳，為70%以上再更佳。脫模膜之透明性不足時，將預先進行縱切而去除不要部分而成的伸縮性導體片轉印於布帛時之位置對準會變得困難。

本發明之脫模膜宜具有一定程度之耐熱性。耐熱性可用玻璃轉移溫度或軟化溫度來進行判斷。在本發明，玻璃轉移溫度或軟化溫度中之任一較高者宜為50℃以上，為65℃以上更佳，為85℃以上再更佳，為125℃以上又更佳，為175℃以上更佳。脫模膜之耐熱性係依使用熱熔黏接層將伸縮性導體片黏接於布帛時之溫度而適當地選擇使用。在本發明中，第一伸縮性導體層與脫模膜之黏接強度為0.03N/cm~4.0N/cm，宜為0.1N/cm~2.0N/cm。黏接強度低於此範圍的話，會有片的操作性變得困難之情況。

本發明之具有脫模膜與熱熔黏接層之伸縮性導體片可藉由在脫模膜之脫模層側形成第一伸縮性導體層，再形成第二伸縮性導體層，再形成熱熔黏接層而獲得。第一伸縮性導體層、第二伸縮性導體層可按順序疊層，亦可利用共擠壓、或濕式積層（wet-on-wet）塗佈之方法同時形成。熱熔黏接層也同樣地可利用與伸縮性導體層同時擠壓、或塗佈而形成。就簡便性而言，亦可另外將熱熔黏接層壓製層合或以輥層合於伸縮性導體層之上而製成該構成。

若使用本發明之具有脫模膜與熱熔黏接層之伸縮性導體片，可利用以下方法將配線轉印於布帛，且可簡便地獲得設有配線之衣服。使用圖4來說明本發明之理想的配線形成方法。圖4之1為本發明之具有熱熔黏接層與脫模膜之伸縮性導體片。在圖4之2中，從熱熔黏接層側進行縱切，將切口切入熱熔黏接層與第一、第二伸縮性導體層。切口亦可到達脫模膜，但需要注意不要切斷脫模膜。

在圖4之3中，將經縱切之中央部留在脫模膜上，並將外側部分作為不要部而剝離去除。在圖4之4中，將布帛重疊並從布帛側或脫模膜側、或從兩側實施加熱，宜為同時實施加壓與加熱，使熱熔黏接層與布帛黏接。此時，由於脫模膜具有透明性，故可透過脫模膜而確認布帛的位置，因此可正確地實施定位。伸縮性導體側之圖案形成係於脫模膜上利用縱切（half cut）來實施，故即使在布帛側已加工成衣服且配線跨越縫口時，仍可無任何問題地形成配線。在圖4之5中，將脫模膜剝離並獲得設有配線之布帛。

在圖4係針對在布帛側不特別具有基底層的情況進行說明。就有必要對布帛進行補強的情況、或在布帛與熱熔黏接劑之黏接性上有困難的情況、更進一步對布帛側要求高絕緣性能的情況而言，可如圖5所示事先在布帛側設置基底層。本發明之基底層宜藉由塗佈液、浸漬液、或印刷印墨、印刷糊劑等之液狀形態、或漿狀狀態而使用於基材上。使用事先另外形成的膜作為基底層時，亦可如圖6般將欲成為基底層之膜以熱熔黏接層等事先黏接於布帛，並於其後設置配線。基底層與布帛之黏接並不特別侷限於熱熔黏接層。

以上述方式形成的衣服上之配線，為了進一步絕緣保護，可如圖7、圖8、圖9所示般設置覆蓋塗層。覆蓋塗層係本發明之絕緣覆蓋層，乃負責配線部之表面側的絕緣之層。此處的絕緣除了包含電氣絕緣之外，亦包含機械性、化學性、生物性的絕緣，必須要有將導電層與穿透基材而來的水分、或化學物質、活體物質絕緣之功能。本發明之絕緣覆蓋層宜為柔軟的高分子材料。作為柔軟的高分子材料可使用所謂被稱為橡膠、彈性體之材料。作為本發明相關之橡膠、彈性體可使用用來形成導電層之樹脂材料。本發明之絕緣覆蓋層宜具有能重複10%以上之伸縮之拉伸性。又本發明之絕緣覆蓋層宜具有50%以上之斷裂伸長率。此外，本發明之絕緣覆蓋層之拉伸彈性模量宜為10~500MPa。

本發明之絕緣覆蓋層宜經由塗佈液、浸漬液、或印刷印墨、印刷糊劑等之液狀形態、或漿狀狀態而使用於基材上。就將絕緣覆蓋層用材料製成液狀形態或漿狀狀態而言，若為將溶解分散到溶劑中即可。為了調整印刷適性等而摻合公知的勻染劑、觸變劑等仍屬本發明之範圍內。就溶劑而言，係從可使用於導電糊劑之溶劑等之中適當地選擇。

在本發明中作為特殊的案例，若形成絕緣覆蓋層之材料之前驅體為液體時，亦可使用前驅體進行層形成，並經適當的反應而形成覆蓋層。使用紫外線硬化型樹脂等的情況即屬此案例。本發明之絕緣覆蓋層用之材料難以經由液體狀態或漿狀狀態時，例如亦可利用熔融擠壓、壓製成形而加工成膜或片狀，再經外形加工成適當的形狀後利用黏接劑等貼附於基材。

在本發明中，可作為基材而使用的係衣服型電子設備之衣服部分的一部分、或構成整體之布帛。作為布帛可例示：織造物、編製物、不織布，此外亦可使用在它們之上塗佈樹脂、含浸樹脂而成的塗層布等作為基材。又，也可使用以Neoprene（註冊商標）為代表之合成橡膠片等作為基材。本發明所使用的布帛宜具有能重複10%以上之伸縮之拉伸性。又，本發明之基材宜具有50%以上之斷裂伸長率。本發明之基材可為布原料捲，也可為絲帶（ribbon）、帶狀物，亦可為編繩、編織物，尚可為由原料捲裁切而得的單片的布。

布帛為織造物時，可例示如平紋（plain）織、斜紋（twill）織、緞紋（satin）織等。布帛為編製物時，可例示如平編（flat knitting）及其變形、鹿子（kanoko）編、阿蒙森（Amundsen）編、蕾絲（lace）編、網眼（eyelet）編、添紗（plating stitch）編、毛圈（pile）編、羅紋（rib）編、波紋（ripple）編、龜甲編、泡泡（blister）編、米蘭羅紋（Milano rib）編、雙凸紋（double pique）編、單凸紋（single pique）編、斜紋編、人字（herringbone）編、羅馬（Ponte de Roma）編、籃網（basket）編、翠可特（tricot）經編、半翠可特（half tricot）經編、緞紋翠可特（satin tricot）經編、雙翠可特（double tricot）經編、捲線葛紋（queen’s cord）編、條紋泡泡紗（stripe seersucker）編、拉舍爾（Raschel）經編、薄紗網眼（tulle mesh）編、及它們的變形、組合。布帛亦可為由彈性體纖維等構成的不織布。［實施例］

以下顯示實施例並更詳細且具體地說明本發明。另外，實施例中的評價結果等係利用以下方法予以測定。

＜腈量＞從得到的樹脂材料進行NMR分析而得到的組成比換算出源自單體之質量比之質量%。＜慕尼（Mooney）黏度＞使用島津製作所製SMV-300RT「Mooney Viscometer」進行測定。

＜平均粒徑＞使用堀場製作所製之光散射式粒徑分佈測定裝置LB-500測定而得。＜彈性模量、斷裂伸長率＞針對樹脂材料、糊劑材料，係將各材料塗佈在脫模片上使其乾燥厚度成為100±10μm，並在預定的條件下使其乾燥硬化後，將脫模片整個沖壓成ISO 527-2-1A所規定之啞鈴形並作為試驗片。針對片材料，係同樣地將片沖壓成啞鈴形並作為試驗片。附著有脫模片的情況，在測定時係從脫模片將各材料之片剝離後再進行評價。此外黏接於布帛的情況，則將布帛整個實施拉伸試驗。另外，在黏接於布帛的情況，若布帛被認定為具有充分大於伸縮性導體片之斷裂伸長率時，則邊以測試儀監控拉伸試驗器之夾具間的電阻值邊實施試驗，以判斷為不導電之時間點作為判斷依據。拉伸試驗以ISO 527-1所規定的方法實施。

＜膜電阻＞切割黏接於布帛之伸縮性導體片使其成為10mm×80mm並作為試驗片。以夾具挾持而使欲伸展的部分成為有效長度50mm，測定夾具間之初始電阻值並設定W₀ =10mm，L₀ =50mm，再利用下式求得初始膜電阻。初始膜電阻=初始電阻值×（W₀ /L₀ ）然後使膜伸展50%（1.5倍長），由伸展時的電阻值、以游標卡尺測定試驗片中央部之片寬W₅₀ 、及將L₅₀ 設定為75mm並利用下式求得伸展時膜電阻。伸展時膜電阻=伸展時的電阻值×（W₅₀ /L₅₀ ）

另外，在此作為布帛係使用GUNSEN股份有限公司製雙向翠可特經編（2-way tricot）布 KNZ2740（尼龍紗：聚胺酯紗=63%：37%（混率），單位面積重量194g/m² ）。朝布帛之黏接係使用NTW股份有限公司之聚胺酯熱熔膜Ecellent SHM104-PUR（熔點100℃，厚度70μm）。另外，被測定物已貼附於布帛時，直接使用即可。＜電阻值之測定＞使用安捷倫（Agilent Technologies）公司製毫歐姆計測定配線之電阻值。

＜洗滌耐久性＞使用以和膜電阻測定相同的方法製得的試驗片，利用依據JIS L0844之方法，使用洗滌網並以5次加速法（連續洗滌5次後進行1次陰乾）實施30次機械洗滌，求得對於試驗片之長度方向之初始電阻值，經30次洗滌後之電阻值之上昇率（%）。另外，達到初始電阻值之1000倍以上之值時即判斷為「配線斷線」。洗劑使用一匙靈（Attack）之粉末型。

＜汗耐久性＞使用以和膜電阻測定相同的方法製成的試驗片，首先實施重複100次50%伸展後，將試驗片浸漬於JIS L0848：2004所規定之人工汗液1小時，將撈起的試驗片在30℃80%RH的環境下放置48小時，求得試驗後電阻值相對於初始電阻值之上昇率。

［製造例1］＜合成橡膠材料之聚合＞將以下成分進樣於具備攪拌機、水冷加熱外套之不銹鋼製反應容器中，丁二烯 61質量份丙烯腈 39質量份去離子水 270質量份十二烷基苯磺酸鈉 0.5質量份萘磺酸鈉縮合物 2.5質量份三級十二烷基硫醇 0.3質量份三乙醇胺 0.2質量份碳酸鈉 0.1質量份在氮氣流動的狀態下保持反應浴溫度在15℃溫和地攪拌。然後歷時30分鐘滴加將過硫酸鉀0.3質量份溶解於去離子水19.7質量份而成的水溶液，再繼續反應20小時後，添加將對苯二酚0.5質量份溶解於去離子水19.5質量份而成的水溶液實施聚合停止之操作。然後，為了使未反應單體餾去，首先將反應容器內減壓，再將蒸氣導入並回收未反應單體，獲得由NBR構成的合成橡膠乳膠（L1）。於得到的乳膠添加食鹽與稀硫酸進行凝聚、過濾，藉由以相對於樹脂之體積比20倍量之去離子水分成5次重複將樹脂再分散於去離子水並過濾進行清洗，於空氣中乾燥而獲得合成橡膠樹脂R01。得到的合成橡膠樹脂R01之腈量為39質量%，慕尼黏度為51，彈性模量為42MPa。

［製造例2］使用苯乙烯40質量份、丁二烯60質量份替換製造例1中之丙烯腈與丁二烯，除此之外，同樣地進行操作，獲得合成橡膠樹脂R02。合成橡膠樹脂R02之腈量為0質量%，慕尼黏度為67，彈性模量為51MPa。

［導電糊劑製造例］使用表1所示之材料並依表2所示之摻合比製得導電糊劑。藉由先將樹脂成分溶解於溶劑之一半量中，再於得到的樹脂溶液中添加導電粒子、非導電粒子、及溶劑之剩餘量，均勻地混合後利用三輥研磨機分散而製成導電糊劑。導電糊劑之摻合組成與得自於各別導電糊劑之被膜之單獨特性之結果如表2所示。

表1

表2

［伸縮性導體片之製造］將第一伸縮性導體用糊劑使用塗敷機塗佈於厚度75μm之脫模PET膜，使乾燥膜厚成為表3所示之厚度後進行乾燥硬化，然後將第二伸縮性導體糊劑同樣地塗佈後進行乾燥硬化，獲得由多層構成的伸縮性導體片。將NTW股份有限公司之聚胺酯熱熔膜 Ecellent SHM104-PUR（設有隔離片（separate sheet））重疊於得到的伸縮性導體之第二伸縮性導體糊劑面上，利用已將橡膠輥溫度調整為120℃之輥層合機進行黏接，獲得具有黏接性之伸縮性導體片。

［刀模壓裁（die cutting）與朝布帛之黏接］將得到的具有黏接性之伸縮性導體片設置於刀模壓裁機，並以湯姆遜刀（Thomson blade）由熱熔膜之隔離片面側刀模壓裁成寬10mm、長度80mm之長方形。湯姆遜刀之深度設定為深入到熱熔片與第二伸縮性導體層、第一伸縮性導體層為止，留下脫模PET膜不予以刀模壓裁。然後，自前述刀模壓裁後之片剝離去除寬10mm、長度80mm之長方形以外的部分，並剝除殘留在長方形部分之隔離片，再將寬30mm、長度100mm之GUNSEN股份有限公司製雙向翠可特經編（2-way tricot）布 KNZ2740重疊於伸縮性導體片上而使伸縮性導體片配置在中央，再利用壓製機以105℃、0.03MPa之壓力加壓25秒鐘進行黏接，其後，剝離脫模PET膜獲得黏接於翠可特經編（tricot）布之伸縮性導體片。

使用得到的黏接於翠可特經編（tricot）布之伸縮性導體片，評價初始膜電阻、50%伸展時之膜電阻、斷裂伸長率、洗滌耐久性、汗耐久性。結果如表3、表4所示。

表3

表4

關於實施例之伸縮性導體片均展現良好的洗滌耐久性、汗耐久性。在比較例中可了解汗耐久性試驗後之電阻值上昇均為顯著。將該等樣本裁切實施剖面觀察時，針對汗耐久性試驗後電阻值上昇的試驗片觀察到第二導體層有黃變乃至變色呈茶褐色的部分。另一方面，未觀察到電阻值上昇之樣本中的第二導體層之剖面係與試驗前之狀態相同為銀白色。據此解釋電阻值之上昇乃因主要擔負導電性之第二導體層被氧化或硫化之結果。［產業上利用性］

如上所示，本發明之伸縮性導體片，可將洗滌耐久性、汗耐久性優良的電極或配線形成於布帛上，作為製造衣服型電子設備時的配線材料極為有效。

本發明並不限於本實施例所例示之用途例，可廣泛地應用於人體固有資訊亦即肌電位、心電位等之活體電位；體溫、脈搏、血壓等之活體資訊所用之穿戴式裝置、或納入電熱裝置之衣服、納入用來測定衣服壓力之感測器之穿戴式裝置、利用衣服壓力來測量身體尺寸之服裝、用來測定腳底之壓力的襪子型裝置。本發明可應用於將柔性太陽能電池模組堆疊整合於紡織品而成之衣服、帳篷、包包等之配線部、具有關節部之低周波治療器、溫熱療養機等之配線部、彎曲度之傳感部等。該穿戴式裝置不僅以人體作為對象，亦可應用於寵物、家畜等之動物、或具有伸縮部、彎曲部等之機械裝置，也可利用作為機器人義手、機器人義足等機械裝置與人體連接所使用之系統的電氣配線。又，作為欲埋設於體內之植入裝置的配線材料亦為有效。

1‧‧‧第一伸縮性導體層
2‧‧‧第二伸縮性導體層
3‧‧‧熱熔層
4‧‧‧脫模膜
5‧‧‧布帛
6‧‧‧基底層
7‧‧‧覆蓋塗層

［圖1］係顯示由第一伸縮性導體層與第二伸縮性導體層構成的本發明之伸縮性導體片之剖面之示意圖。［圖2］係顯示由第一伸縮性導體層、第二伸縮性導體層、及熱熔層構成的本發明之具有黏接性之伸縮性導體片之剖面之示意圖。［圖3］係顯示由脫模膜、第一伸縮性導體層、第二伸縮性導體層、及熱熔層構成的本發明之具有黏接性之伸縮性導體片之剖面之示意圖。［圖4］係顯示由本發明具有黏接性之伸縮性導體片所為之使用轉印法在布帛上形成配線之方法之概略示意圖。［圖5］係顯示在布料事先設置有基底層的情況之剖面之示意圖。［圖6］係基底層經由黏接層而黏接於布料的情況之剖面之示意圖。［圖7］係顯示無基底層而將伸縮性導體片黏接於布料，並更設置覆蓋塗層的情況之剖面之示意圖。［圖8］係顯示將伸縮性導體片黏接於具有基底層之布料，並更設置覆蓋塗層的情況之剖面之示意圖。［圖9］係顯示將基底層經由黏接層而黏接於布料，再黏接伸縮性導體片，並更設置覆蓋塗層的情況之剖面之示意圖。

無

Claims

一種伸縮性導體片，係由至少具有第一伸縮性導體層與第二伸縮性導體層之多層構成，其特徵為：該伸縮性導體片之斷裂伸長率為50%以上，該第一伸縮性導體層係由將碳系粒子作為導電填料之伸縮性導體組成物構成，第二伸縮性導體層係由將金屬系粒子作為導電填料之伸縮性導體組成物構成，非伸展時之膜電阻為500mΩ_□ 以下，50%伸展時之於伸長方向之膜電阻為1kΩ_□ 以下。
如申請專利範圍第1項之伸縮性導體片，其中，該第一伸縮性導體層之厚度為12μm以上。
如申請專利範圍第1或2項之伸縮性導體片，其中，伸縮性導體片之斷裂伸長率為65%以上。
如申請專利範圍第1或2項之伸縮性導體片，其中，該第一伸縮性導體層含有30%以上之碳系粒子。
如申請專利範圍第1或2項之伸縮性導體片，其中，構成該第一伸縮性導體層之伸縮性導體層含有4質量%以上之BET比表面積為1000m² /g以上之碳系粒子。
一種具有黏接性之伸縮性導體片，係於如申請專利範圍第1至5項中任一項之伸縮性導體片之第二伸縮性導體層側，具有可利用45℃~250℃之範圍之加熱而黏接於布帛之熱熔黏接層。
如申請專利範圍第6項之具有黏接性之伸縮性導體片，其具有以下的層結構：在至少單面具有脫模性之厚度為15~190μm之脫模性高分子膜之脫模性面側，按順序具有第一伸縮性導體層、然後第二伸縮性導體層、然後熱熔黏接層。
如申請專利範圍第7項之具有黏接性之伸縮性導體片，其中，該脫模性高分子膜會透射30%以上之可見光線。
一種在布帛上形成由伸縮性導體構成之配線的方法，其特徵為至少包含以下步驟：（1）藉由從如申請專利範圍第7或8項之具有黏接性之伸縮性導體片之熱熔黏接層側至到達脫模性高分子膜之表面之深度為止進行縱切，而將具有黏接性之伸縮性導體片分割成必要部與不要部；（2）將該不要部剝離去除；（3）將布帛重疊於已去除該不要部後之必要部並進行加熱；（4）將脫模性高分子膜剝離。