TW201902417A - 生物體資訊測定用衣服 - Google Patents

Abstract

本發明之課題為提供一種生物體資訊測定用衣服，係具備電極與配線的衣服，穿著時即便於乾燥環境下，亦可抑制生物體電氣訊號讀取時的雜訊混入，且不協調感少。 該課題之解決手段為：使用具有伸長性且即使於伸長時仍展現高導電性之電極與配線，以減少穿著時之不協調感，並藉由選擇摩擦帶電序列與構成衣服之多數絕緣材料相近的材料，以抑制穿著時產生的靜電，從而減少生物體電氣訊號的讀取雜訊。

Description

生物體資訊測定用衣服

本發明關於具有可伸縮之電極的生物體資訊測定衣服，該可伸縮之電極與生物體的皮膚表面接觸，且能夠測量生物體發出的微弱電氣訊號。

自以往，為了測定腦波、心電圖、肌電圖等生物體內部的微弱電氣訊號，係使用由具有導電性之柔軟導電性固態凝膠等導電性黏著材構成的黏著墊電極(adhesive pad electrode)(專利文獻1)、由橡膠球與電極構成的吸附電極(專利文獻2)等。該等電極係以將獨立的電極貼附於皮膚並在受試者安靜的狀態下進行測定為前提。

另一方面，要求於日常生活的長期間測定電氣訊號，而安裝有電極的衣服受到關注，人們正研究一種新的衣服安裝用電極來替代會有凝膠溢出或流出之虞的黏著墊電極、會有體積大或瘀滯之虞的吸附電極。例如存在一種電極，係將編入有不銹鋼等金屬導體纖維之布料電極與使其一部分對於水分成為不滲透性之電極組合而成，藉由使其對於水分成為不滲透性，可避免因出汗導致皮膚與電極之電阻下降，並避免起因於布料基底電極的電氣雜訊的影響(專利文獻3)。

又，存在一種電極，係將衣服與感測器安裝部利用縫紉線進行接合而得的構成，感測器安裝部係使用撥水性且電絕緣性之構件並製成特定之構成，即使衣服被可作為電解液發揮作用之雨或汗等潤濕的狀態下，仍可防止因電氣短路所致之電氣訊號劣化(專利文獻4)。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平09-215668號公報 [專利文獻2]日本特開平11-225977號公報 [專利文獻3]日本專利4860155號公報 [專利文獻4]日本特開2016-106877號公報

[發明所欲解決之課題]

如此，關於安裝有為了在日常生活之長期間測定電氣訊號之電極的衣服，無論是從衣服乾燥的狀態到被雨或汗潤濕等的狀態，或是穿著者採取日常的各種姿勢、動作，均有必要防止電氣雜訊、電氣訊號劣化。又，由於經常穿著，在衣服的舒適性方面考慮減低緊繃感、維持合身感的話，就電極而言尋求具有可追隨衣服之伸縮性且係柔軟者。

經常穿著安裝有以往的伸縮性電極之衣服時，會有諸如尤其於乾燥狀態下觀察到電氣訊號中有雜訊混入而產生劣化之現象的問題。本發明係著眼於如此之現象而成，據推定雜訊係起因於：構成物彼此相互摩擦所產生的摩擦帶電、或因穿著者採取各種姿勢、動作時電極伸縮而發生變化的電特性，本發明之目的為：即使是穿著者在衣服乾燥的狀態下採取姿勢、動作的情況，也能抑制電氣訊號的雜訊混入劣化。 [解決課題之手段]

亦即本發明具有以下之構成。 [1]一種生物體資訊測定用衣服，至少具有：構成衣服之第1伸縮性電絕緣性基材、與第1伸縮性電絕緣性基材鄰接設置之第2伸縮性電絕緣性基材、及伸縮性導電性材料； 其特徵為：第1伸縮性電絕緣性基材與第2伸縮性電絕緣性基材相互摩擦所產生之摩擦帶電壓的絕對值為10kV以下。 [2]如[1]之生物體資訊測定用衣服，其中，該伸縮性導電性材料於未伸長時之片電阻為300Ω□以下，伸縮性導電性材料於伸長率10%之伸長時的荷重為100N以下，且伸長時之電阻增加比未達10倍。 [3]如[1]或[2]之生物體資訊測定用衣服，其中，該伸縮性導電性材料係由伸縮性之導電片構成，該伸縮性之導電片至少以導電性粒子與絕緣性黏結劑樹脂作為構成材料。 [4]如[1]或[2]之生物體資訊測定用衣服，其中，該伸縮性導電性材料係由伸縮性之導電布帛構成，該伸縮性之導電布帛係至少由導電性纖維構成。 [5]如[1]～[4]中任一項之生物體資訊測定用衣服，其中，該第1伸縮性電絕緣性基材係選自於棉、羊毛、麻、絲綢、聚酯、聚丙烯、聚醯胺、聚丙烯醯胺、嫘縈、芳香族聚醯胺、聚苯并唑中之1種或2種以上之纖維素材。 [6]如[1]～[5]中任一項之生物體資訊測定用衣服，其中，構成該第2伸縮性電絕緣性基材之電絕緣性材料，係由氟系樹脂、聚丙烯、聚乙烯、聚胺甲酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺、天然橡膠、合成橡膠中之任1種或2種以上之組合構成。 [7]如[1]～[4]中任一項之生物體資訊測定用衣服，其中，該第1伸縮性電絕緣性基材係含棉50%之纖維素材，構成該第2伸縮性電絕緣性基材之電絕緣性材料的種類，係由聚醯胺、聚胺甲酸酯、聚酯、含氮之合成橡膠中之任1種或2種以上之組合構成。 [8]如[1]～[4]中任一項之生物體資訊測定用衣服，其中，該第1伸縮性電絕緣性基材係含聚酯纖維50%以上之纖維素材，構成該第2伸縮性電絕緣性基材之電絕緣性材料的種類，係由聚丙烯醯胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯醇縮丁醛、天然橡膠、不含氮之合成橡膠中之任1種或2種以上之組合構成。

進一步，本發明宜具有以下之構成。 [9]如[1]～[8]中任一項之生物體資訊測定用衣服，具有測量穿著者之生物體資訊的手段、及將測得之資訊傳送到外部的機構。 [10]如[1]～[9]中任一項之生物體資訊測定用衣服，具有測量穿著者之生物體資訊的手段、及將測得之資訊進行解析的機構。 [11]如[1]～[4]中任一項之生物體資訊測定用衣服，其中，構成該第1伸縮性電絕緣性基材與該第2伸縮性電絕緣性基材之電絕緣性材料的種類，係由氟樹脂、聚丙烯、聚乙烯、聚胺甲酸酯、丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、橡膠中之任1種或2種以上之組合構成。 [12]如[1]～[4]中任一項之生物體資訊測定用衣服，其中，構成該第1伸縮性電絕緣性基材與該第2伸縮性電絕緣性基材之電絕緣性材料的種類，係由尼龍、嫘縈、羊毛、絲綢、棉中之任1種或2種以上之組合構成。 [發明之效果]

根據本發明之構成，在由構成衣服之第1伸縮性電絕緣性基材、伸縮性導電性材料、及用於將第1伸縮性電絕緣性基材與伸縮性導電性材料予以疊層及/或接合而與第1伸縮性電絕緣性基材鄰接設置之第2伸縮性電絕緣性基材形成的構成中，藉由選擇基材、構成構件之材料，以使第1伸縮性電絕緣性基材與第2伸縮性電絕緣性基材相互摩擦所產生之摩擦帶電壓成為10kV以下，此外，伸縮性導電性材料於未伸長時之片電阻成為300Ω□以下，伸縮性導電性材料於伸長率10%之伸長時的荷重成為100N以下，且電阻增加比成為未達10倍，從而可減低穿著時之緊繃感，維持合身感，且無論是從衣服乾燥的狀態到被雨或汗潤濕的狀態，均可抑制電氣訊號的雜訊混入劣化。

＜第1伸縮性電絕緣性基材＞ 本發明中使用之第1伸縮性電絕緣性基材，係由選自於體積固有電阻率為10¹⁰ Ω･cm以上，且可延伸至伸長率10%以上之天然材料或合成樹脂材料中的1種或2種以上之材料構成，就形態而言，為由纖維構成之編物、織布、不織布、或薄膜狀、片狀之成形物。基材之厚度較佳為100～1000μm，基材之單位面積的重量較佳為100～300g/平方公尺。基材之厚度、單位面積的重量可根據穿著時之緊繃感、合身感適當選擇。 本發明之第1伸縮性電絕緣性基材宜為選自於棉、羊毛、麻、絲綢、聚酯、聚丙烯、聚醯胺、聚丙烯醯胺、嫘縈、芳香族聚醯胺、聚苯并唑中之1種或2種以上之纖維素材。

＜伸縮性導電性材料＞ 本發明中使用之伸縮性導電性材料，係作為讀取生物體電氣訊號之電極及/或傳送電氣訊號之配線使用。 本發明中較佳使用之伸縮性導電性材料，係至少以導電性粒子與絕緣性黏結劑樹脂作為構成材料之伸縮性之導電片。絕緣性黏結劑樹脂為具有伸縮性之高分子材料，係由選自於體積固有電阻率為10¹⁰ Ω･cm以上，且可延伸至伸長率10%以上之天然材料或合成樹脂材料中的1種或2種以上之高分子材料構成。 導電性粒子係由選自於導電率為10 S/cm以上之金屬、碳系材料、導電性高分子中之1種或2種以上之材料構成，就形狀而言為粉末狀或纖維狀，係以分散於絕緣性黏結劑樹脂中的狀態使用。

本發明中較佳使用之另一伸縮性導電性材料，係至少由導電性纖維構成之伸縮性之導電布帛。本發明中之導電性纖維，可使用導電性高分子之纖維、導電性組成物之纖維、於表面被覆有導電性素材之纖維素材、將導電性素材與非導電性素材混合化而得之纖維素材等。可使用該等導電性纖維本身，或與非導電性纖維混合化並使用。布帛可為織物、編物中之任一形態。尤其針織結構由於富有伸縮性，可理想地使用於本發明。

就本發明中之伸縮性導電性材料之電特性而言，未伸長時之片電阻宜為300Ω□以下，可藉由選擇材料及調整構件之膜厚、寬度來達成。片電阻高於300Ω□的話，會發生電氣訊號的劣化，使得讀取變困難。 就本發明中之伸縮性導電性材料之伸縮性而言，於伸長率10%之伸長時的荷重宜為100N以下，且電阻增加比未達10倍較佳。於伸長率10%之伸長時的荷重高於100N的話，穿著時之緊繃感、合身感會惡化。又，於伸長率10%之電阻增加比為10倍以上的話，伸長前後的電氣訊號會混亂劣化。

＜第2伸縮性電絕緣性基材＞ 本發明中使用之第2伸縮性電絕緣性基材，係由選自於體積固有電阻率為10¹⁰ Ω･cm以上，且可延伸至伸長率10%以上之天然材料或合成樹脂材料中之1種或2種以上之材料構成。第2伸縮性電絕緣性基材，係為了將第1伸縮性電絕緣性基材與伸縮性導電性材料予以疊層及/或接合而設置。 本發明之第2伸縮性電絕緣性基材，宜依下列之任一示例進行加工。第1較佳示例為液狀，將其塗布於第1伸縮性電絕緣性基材或伸縮性導電性材料後，藉由進行乾燥、硬化，而將兩者予以疊層及/或接合來固定。較佳第2形狀為薄膜狀、片狀之成形物，係將第1伸縮性電絕緣性基材或伸縮性導電性材料予以疊層及/或接合後，藉由加熱將兩者予以疊層及/或接合來固定。較佳第3形狀為紗線狀，係將第1伸縮性電絕緣性基材或伸縮性導電性材料予以縫合來固定。 本發明中之第2伸縮性電絕緣性基材，宜由選自於聚四氟乙烯等氟系樹脂、聚丙烯、聚乙烯、聚胺甲酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺、天然橡膠及合成橡膠中之1種或2種以上之材料構成。經以氟系樹脂塗覆或進行表面處理而得的素材亦可視為氟系樹脂來進行操作。

＜導電性片材＞ 導電性片材係伸縮性導電性材料所採用的一種形態，係藉由將伸縮性電絕緣性材料與粉末狀導電性材料以溶液或熔融狀態予以混合，使導電性粉末均勻地分散於伸縮性電絕緣性材料後，成形為片狀而獲得。導電性粉末在導電性片材中所佔的摻合量係考慮電阻與伸縮性而決定，體積%大的話，電阻變低，電氣訊號的劣化受到抑制，但伸縮性降低，緊繃感、合身感惡化。另一方面，體積%低的話，伸縮性提升，緊繃感、合身感改善，但電阻變高，電氣訊號劣化。考量取得兩特性之平衡，導電性粉末的摻合量宜為20～60體積%。

＜導電性布帛＞ 導電性布帛係伸縮性導電性材料所採用的另一種形態，為以纖維狀方式含有導電性材料之編物、織布、不織布。導電性布帛亦可組合使用導電性纖維與非導電性纖維之兩者。導電性纖維在導電性布帛中所佔的比例係考慮導電率與伸縮性而決定，重量%大的話，電阻變低，電氣訊號的劣化受到抑制，但伸縮性降低，緊繃感、合身感惡化。另一方面，重量%低的話，伸縮性提升，緊繃感、合身感改善，但電阻變高，電氣訊號劣化。考量取得兩特性之平衡，導電性纖維的比例宜為10～100重量%。

本發明之特徵為：第1伸縮性電絕緣性基材與第2伸縮性電絕緣性基材的摩擦帶電壓為10kV以下。兩者係鄰接使用，從微觀上看的話，製成衣服穿著之穿著者在運動時，係處於細微的摩擦狀態並產生摩擦帶電。摩擦帶電時，其中任一材料帶正電，另一材料帶負電，電位差根據材料之組合而顯著變化。此時使用電位差大的組合的話，電氣訊號中容易有雜訊混入，會觀察到訊號的劣化，故宜以使其成為電位差較小之組合的方式選擇材料。容易帶負電的材料有：氟系樹脂、聚丙烯、聚乙烯、聚胺甲酸酯、丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、橡膠，另一方面，容易帶正電的材料有：尼龍、嫘縈、羊毛、絲綢、棉。本發明中宜於該等之組合中使用帶電壓為預定之範圍內的組合。經以氟系樹脂進行表面處理的材料亦可視為氟系樹脂來進行操作。 [實施例]

然後，針對本發明之具體實施例進行說明，但本發明並不限定於該等實施例。 [導電糊劑的製作] 使用表1所示之材料，依表2所示之重量摻合比將樹脂溶解於各溶劑，並於獲得之溶液中摻合銀粒子，利用3輥研磨機進行混合，得到導電性糊劑。

[表1]

[表2]

[伸縮性導電性材料的製作] 使用上述導電糊劑，利用塗抹器以使乾燥膜厚成為約100μm的方式塗布於脫模處理PET薄膜上，並在120℃於熱風乾燥烘箱中乾燥30分鐘，然後，將脫模處理PET薄膜剝離，得到伸縮性導電性材料片材。使用該片材以後述方法測定厚度、未伸長時電阻、伸長時電阻增加比、伸長時荷重。實施例的測定結果顯示於表2。

[具備電極及配線之衣服的製作] 於上述製得之附設脫模處理PET薄膜之伸縮性導電性材料片材重疊表1所示之熱熔片與脫模紙，利用已將橡膠輥溫度調整為120℃的輥層合機進行黏接，得到有黏接性之伸縮性導電性材料片材。將該伸縮性導電性材料片材切成在配線寬1.0cm、配線長15.0cm接續5.0cm見方之正方形的形狀。將脫模紙從切下的附設配線之電極剝下，並配置在襯衫(棉100%、及聚酯100%)之內面側的預定位置，利用熨斗進行熱壓接，進一步將脫模處理PET薄膜剝下，製得內面側具備電極及配線的襯衫。

[納入了心率測量功能之襯衫的製作] 於具備電極及配線之襯衫的配線末端之外面側安裝不銹鋼製的鉤扣，以使其與內面側之配線導通，藉由不銹鋼製鉤扣連接UNION TOOL公司製的心率感測器WHS-2，製得納入了心率測量功能的襯衫。

[伸長試驗及電阻的測定] 使用具備2個寬2.5cm之夾頭的伸長試驗機(手搖式延伸機)，以夾頭間距離成為5.0cm的方式夾持上述製作之伸縮性導電性材料片材，於縱向方向伸長至伸長率10%(位移量0.5cm)。試驗前後之電阻係使用數位萬用電表(Yokogawa Test & Measurement公司製「YOKOGAWA　TY530」)，於對向的2個夾頭之外側(測定距離10cm)測定伸長前後之電阻值(Ω)，求得片電阻(Ω□)。電阻值的測定係於剛伸長時(3秒以內)實施。

[伸長時荷重的測定] 使用拉伸試驗機(ORIENTEC CORPORATION公司製「RTM-250」)，測定將寬度30mm、試驗長度50mm之伸縮性導電性材料片材伸長至伸長率10%時所施加的荷重(N)，求得每1cm片材長之單位荷重(N/cm)。

[摩擦帶電壓的測定] 依據JIS L1094之摩擦帶電衰減測定法，使用Kanebo式摩擦帶電壓測定裝置EST-8，於溫濕度狀態20℃、40%RH之環境下進行。摩擦布係使用成為第1伸縮性電絕緣性基材之棉100%及聚酯100%，測定將成為第2伸縮性電絕緣性基材之熱熔片摩擦10次後的初始帶電壓，求出絕對值。實施例及比較例之測定結果顯示於表3。

[穿著感、心電測量SN比] 以成人男性10名作為受試者，使其穿著實施例中製作之納入了心率測量功能的襯衫，邊於15℃、40%RH之環境下實施心電測量，邊連續進行第1廣播體操、第2廣播體操。針對其間的穿著感，「觸感良好」為5點，「觸感差」為1點，進行五階段的官能評價，在10人的平均中，4以上評價為◎，3以上未達4評價○，2以上未達3評價△，未達2評價×。

心電測量時之SN比，係由不包括體操時間開始的1分鐘與結束的1分鐘之心電圖波形，令R波之振幅分佈為訊號(S)，R波與R波之間的波形振幅分佈為雜訊(N)，依S/N之式求出SN比。實施例及比較例的測定結果顯示於表3。

[表3]

如上述，可知藉由使用第1伸縮性電絕緣性基材與第2伸縮性電絕緣性基材相互摩擦所產生之摩擦帶電壓低的組合，測定時之雜訊少，可進行良好的心電測量。 [產業上利用性]

本發明係提供即使在冬季的乾燥條件下亦可進行良好測定的生物體資訊測定用衣服，可使用於日常生活的健康管理、慢跑、馬拉松等戶外運動時之生物體資訊的掌握、建設現場等戶外作業的勞務管理。

Claims (8)

1. 一種生物體資訊測定用衣服，至少具有：構成衣服之第1伸縮性電絕緣性基材、與第1伸縮性電絕緣性基材鄰接設置之第2伸縮性電絕緣性基材、及伸縮性導電性材料； 其特徵為：第1伸縮性電絕緣性基材與第2伸縮性電絕緣性基材相互摩擦所產生之摩擦帶電壓的絕對值為10kV以下。
2. 如申請專利範圍第1項之生物體資訊測定用衣服，其中，該伸縮性導電性材料於未伸長時之片電阻為300Ω□以下，伸縮性導電性材料於伸長率10%之伸長時的荷重為100N以下，且伸長時之電阻增加比未達10倍。
3. 如申請專利範圍第1或2項之生物體資訊測定用衣服，其中，該伸縮性導電性材料係由伸縮性之導電片構成，該伸縮性之導電片至少以導電性粒子與絕緣性黏結劑樹脂作為構成材料。
4. 如申請專利範圍第1或2項之生物體資訊測定用衣服，其中，該伸縮性導電性材料係由伸縮性之導電布帛構成，該伸縮性之導電布帛係至少由導電性纖維構成。
5. 如申請專利範圍第1或2項之生物體資訊測定用衣服，其中，該第1伸縮性電絕緣性基材係選自於棉、羊毛、麻、絲綢、聚酯、聚丙烯、聚醯胺、聚丙烯醯胺、嫘縈、芳香族聚醯胺、聚苯并唑中之1種或2種以上之纖維素材。
6. 如申請專利範圍第1或2項之生物體資訊測定用衣服，其中，構成該第2伸縮性電絕緣性基材之電絕緣性材料，係由氟系樹脂、聚丙烯、聚乙烯、聚胺甲酸酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚酯、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺、天然橡膠、合成橡膠中之任1種或2種以上之組合構成。
7. 如申請專利範圍第1或2項之生物體資訊測定用衣服，其中，該第1伸縮性電絕緣性基材係含棉50%之纖維素材，構成該第2伸縮性電絕緣性基材之電絕緣性材料的種類係由聚醯胺、聚胺甲酸酯、聚酯、含氮之合成橡膠中之任1種或2種以上之組合構成。
8. 如申請專利範圍第1或2項之生物體資訊測定用衣服，其中，該第1伸縮性電絕緣性基材係含聚酯纖維50%以上之纖維素材，構成該第2伸縮性電絕緣性基材之電絕緣性材料的種類係由聚丙烯醯胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚乙烯醇縮丁醛、天然橡膠、不含氮之合成橡膠中之任1種或2種以上之組合構成。