WO2021215190A1 - 導電糸および導電糸からなる配線を有する物品 - Google Patents

導電糸および導電糸からなる配線を有する物品 Download PDF

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conductive
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隆 上杉
寛之 林
和久 辻本
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セーレン株式会社
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    • D10B2321/0211Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds polyolefins polyethylene high-strength or high-molecular-weight polyethylene, e.g. ultra-high molecular weight polyethylene [UHMWPE]

Definitions

  • the present invention relates to an article having a conductive thread and a wiring formed by using the conductive thread.
  • the wiring provided in the wearable device As the wiring provided in the wearable device, a method of cutting out a metal foil into a wiring shape and pasting it, or printing using a conductive paste is adopted.
  • the wiring by these methods needs to be protected by a resin film or the like in order to prevent disconnection due to deformation of clothes.
  • a resin film has a big problem of impairing the flexibility of clothes.
  • Patent Document 1 discloses a sewing thread obtained by twisting a conductive long fiber and a flame-retardant fiber having a limiting oxygen index LOI of 26 or more.
  • flame-retardant fibers having a limit oxygen index LOI of 26 or more it is possible to withstand the abrasion and abrasion of the sewing machine needle, and it is possible to freely form a conductive pattern on the fabric by sewing the sewing machine.
  • Patent Document 1 exemplifies a sewing machine yarn in which a spun yarn of a twistable flame-retardant fiber and a conductive long fiber are twisted together, and according to this, it is stated that yarn breakage can be suppressed during sewing of a sewing machine.
  • the spun yarn of flame-retardant fiber has high strength and also has appropriate extensibility with respect to tension in the length direction. Therefore, it has the effect of relaxing the tension during sewing of the sewing machine, but on the other hand, the conductive long fibers are vulnerable to elongation, and there is a concern that the fibers may break.
  • a sewing thread in which two types of fibers having different physical characteristics, a spun yarn of a flame-retardant fiber and a conductive long fiber, are twisted together has a poor balance of stress due to twisting. Therefore, when sewing, the sewing thread is likely to be twisted or tarmied at the seams. Twisting or tarmi of the sewing thread at the seam causes a decrease in conductivity. In addition, a problem such as an electrical short circuit with the adjacent wiring is generated.
  • the present inventors have examined the configuration of a double covering yarn in which a high-strength filament yarn is used as the core yarn and two conductive filament yarns are used as the sheath yarn.
  • excellent sewability and highly durable conductivity can be obtained in the conductive yarn in which one of the conductive filament yarns is covered with Z-twist and the other is covered with S-twist with respect to the non-twisted high-strength filament yarn. I found that it was possible.
  • the present invention comprises a non-twisted high-strength filament yarn using a high-strength fiber having a tensile strength of 10 cN / dtex or more, a first conductive filament yarn in which the high-strength filament yarn is covered in a Z-twist, and the above. It is a conductive yarn characterized by having a second conductive filament yarn in which a high-strength filament yarn is covered in an S twist.
  • Tz The ratio of the Z-twist twist number (Tz) of the first conductive filament yarn and the S-twist twist number (Ts) of the second conductive filament yarn covering the high-strength filament yarn.
  • Ts 1: 0.8 to 1.2 is preferable. More preferably, Tz and Ts are the same number. By doing so, it is possible to more effectively suppress the twisting and tarmi of the conductive thread when forming the wiring.
  • the high-strength fibers forming the high-strength filament yarn preferably have a tensile strength of 20 cN / dtex or more. It is preferable that the high-strength fiber is an ultra-high molecular weight polyethylene fiber. According to this, even when tension is applied to the wiring portion during wearing after sewing, it is possible to prevent disconnection of the first conductive filament thread and the second conductive filament thread and maintain high conductivity. ..
  • both the first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn are copper-coated polyester filament yarn or silver-coated polyester filament yarn. According to this, since the wiring with low resistance can be formed, the effects of reducing power consumption and improving the accuracy of input / output signals can be obtained.
  • the present invention is an article having wiring made of the conductive thread. According to this, it is possible to manufacture an article having flexible and highly durable wiring by using a simple means such as sewing.
  • the present invention it is possible to obtain a conductive thread having excellent sewability and high durability against tension in the length direction.
  • a conductive thread of the present invention flexible wiring having a high degree of freedom in shape can be formed by a simple method of sewing.
  • the conductive yarn of the present invention has a high-strength filament yarn using high-strength fibers having a tensile strength of 10 cN / dtex or more, and is double-covered by being covered with the first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn. Take the structure of the thread.
  • the high-strength filament yarn is a non-twisted yarn, and is a core yarn in the conductive yarn of the present invention having a structure of a double covering yarn composed of a core yarn and a sheath yarn.
  • the high-strength filament yarn of the present invention uses high-strength fibers having a tensile strength of 10 cN / dtex or more.
  • the tensile strength in the present invention is the tensile strength in the length direction of the filament measured in accordance with JIS L 1013, and the tensile strength of the high-strength fiber forming the high-strength filament yarn of the present invention is 10 cN / dtex or more. .. It is preferably 20 cN / dtex or more, more preferably 20 cN / dtex to 50 cN / dtex, and particularly preferably 30 cN / dtex to 40 cN / dtex.
  • the single yarn fineness of the high-strength fiber is preferably about 0.5 to 10 dtex.
  • Examples of the high-strength filament yarn made of high-strength fibers having a tensile strength in the length direction of 10 cN / dtex or more include para-aramid fiber filament yarn, ultra-high molecular weight polyethylene filament yarn, liquid crystal polyester filament yarn, polyarylate filament yarn and the like. Be done. Among them, an ultra-high molecular weight polyethylene filament yarn made of an ultra high molecular weight polyethylene fiber is preferable because it has high abrasion resistance and is lightweight.
  • the ultra-high molecular weight polyethylene fiber is preferably made of ultra-high molecular weight polyethylene having an average molecular weight of about 1 million to 7 million.
  • the high-strength filament yarn is preferably a multifilament yarn, and the total fineness thereof is preferably 50 dtex to 2,000 dtex. A more preferable total fineness is in the range of 200 dtex to 900 dtex.
  • the tensile strength of the high-strength filament yarn is preferably 1,500 cN or more.
  • the high-strength filament yarn is a non-twisted yarn. Since the high-strength filament yarn is untwisted, the conductive yarn of the present invention has an effect of not generating twist or tarmi when forming wiring by sewing.
  • the number of filaments in the multifilament yarn is not particularly limited, but is preferably 10 to 1000, more preferably 10 to 300.
  • the first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn are sheath yarns in the conductive yarn of the present invention having the structure of a double covering yarn.
  • the structure of the covering yarn consists of a core yarn and a sheath yarn wound around the core yarn, of which the double covering yarn is a lower sheath yarn in which the sheath yarn is wound on the core yarn side (inside) and the lower sheath yarn. It has a two-layer structure consisting of an upper sheath thread wound around the outside.
  • the first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn form either the lower sheath yarn or the upper sheath yarn, respectively, but either of them may be formed with each other.
  • the first conductive filament yarn covers the high-strength filament yarn in a Z twist.
  • the second conductive filament yarn covers the high-strength filament yarn in an S twist. Prior to covering the high-strength filament yarn, the first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn may be individually under-twisted.
  • the first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn are preferably metal-coated filament yarns in which a metal film covering the synthetic fiber filament yarns is formed.
  • the synthetic fiber filament yarn include polyester filament yarn, nylon filament yarn, acrylic filament yarn, polyolefin filament yarn, vinylidene chloride filament yarn, and aramid filament yarn.
  • polyester filament yarn is preferable from the viewpoint of versatility, chemical resistance, strength and the like.
  • the synthetic fiber filament yarn is preferably a multifilament yarn.
  • the synthetic fiber filament yarn preferably has a total fineness of 20 dtex to 120 dtex, more preferably 30 dtex to 80 dtex.
  • the number of filaments of the synthetic fiber filament yarn is preferably 10 or more, and more preferably 10 to 50.
  • the single yarn fineness of the synthetic fiber filament yarn is preferably about 0.5 to 10 dtex.
  • the conductive filament yarn of the present invention is obtained by coating the synthetic fiber filament yarn with a metal film.
  • the synthetic fiber filament yarn may be under-twisted before forming the metal film.
  • Examples of the types of metals constituting the metal film include silver, gold, copper, nickel, tin, zinc, and palladium. Further, it may be an alloy containing these metals. Among them, silver and copper are preferable, and silver is more preferable, because they are excellent in conductivity.
  • a dry method such as thin film deposition or sputtering may be used, but a wet plating method can be preferably adopted.
  • the wet plating method include an electroplating method and an electroless plating method. According to the wet plating method, a uniform metal film can be formed on each filament yarn even in the case of synthetic fiber multifilament yarn.
  • the thickness of the metal film is preferably 0.075 ⁇ m to 0.50 ⁇ m, and a more preferable range is 0.1 ⁇ m to 0.3 ⁇ m. When the thickness of the metal film is in the range of 0.075 ⁇ m to 0.50 ⁇ m, both excellent conductivity and flexibility can be achieved.
  • the obtained conductive filament yarn preferably has a total fineness of 20 to 200 dtex, more preferably 40 dtex to 150 dtex.
  • the single yarn fineness is preferably about 0.5 to 20 dtex.
  • the obtained conductive filament yarn preferably has a resistance value of 10000 ⁇ / m or less, more preferably 1000 ⁇ / m or less.
  • the resistance value in the present invention is a value measured in accordance with JIS C 2525.
  • first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn are both copper-coated polyester filament yarn or silver-coated polyester filament yarn. More preferably, both are silver-coated polyester filament yarns.
  • the first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn have substantially the same single yarn fineness, total fineness, number of filaments and the like. Since the first conductive filament yarn and the second conductive filament yarn, which are the sheath yarns of the conductive yarn, are substantially the same, the stresses due to the twisting of the two sheath yarns cancel each other out. As a result, a conductive thread having excellent sewability can be obtained.
  • the conductive yarn of the present invention adopts a double covering yarn structure having a non-twisted high-strength filament yarn as a core yarn and a first conductive filament yarn and a second conductive filament yarn as sheath yarns.
  • the first conductive filament yarn covers the high-strength filament yarn in a Z twist.
  • the second conductive filament yarn covers the high-strength filament yarn in an S twist.
  • the number of twists of the Z twist of the first conductive filament yarn and the number of twists of the S twist of the second conductive filament yarn are preferably 100 T / m to 1,000 T / m, respectively.
  • the number of twists is in the range of 100 T / m to 1,000 T / m, a conductive yarn having excellent conductivity and high sewability can be obtained.
  • a more preferable number of twists of each conductive filament yarn is 100 T / m to 400 T / m, respectively.
  • the first conductive filament yarn is fed from the first spindle as the lower sheath yarn with respect to the core yarn composed of the untwisted high-strength filament yarn fed from the feed roller. Covering with Z twist while being done. Subsequently, the second conductive filament yarn is fed from the second spindle as the upper sheath yarn and covered in the S twist. The double covering yarn thus obtained is wound around the winder via a delivery roller.
  • the covering with the first conductive filament yarn is carried out, and then the covering with the second conductive filament yarn is carried out, but the order may be reversed. That is, the second conductive filament yarn may be covered in an S twist as the lower sheath yarn, and the first conductive filament yarn may be covered in a Z twist as the upper sheath yarn.
  • the obtained conductive yarn preferably has a total fineness in the range of 50 to 2500 dtex, more preferably in the range of 200 to 1500 dtex.
  • the resistance value of the obtained conductive yarn is not particularly limited, but is preferably 1000 ⁇ / m or less, and more preferably 500 ⁇ / m or less.
  • the stress in the S twist direction and the stress in the Z twist direction are balanced, and the conductive thread is twisted or tarmied during sewing. It can be suppressed. Further, by using a non-twisted high-strength filament yarn for the core yarn, it is possible to limit the elongation of the conductive yarn in the length direction, and it is possible to obtain the effect that the risk of change in resistance value and disconnection is low.
  • the elongation in the length direction of the conductive yarn of the present invention is preferably 5% or less.
  • the elongation in the length direction of the conductive yarn is within the range of 5% or less, it is possible to form the wiring in which the decrease in conductivity is suppressed against the tension in the length direction. As a result, it is possible to suppress an increase in the resistance value even when a force is applied in the length direction during use such as wearing.
  • the method for measuring the elongation in the present invention is based on JIS L 1095 (general spun yarn test method; 9.5; single yarn tensile strength and elongation).
  • the conductive thread of the present invention has high durability and conductivity, it can be used for wiring of various electronic devices and the like. Further, since the conductive thread of the present invention also has excellent sewability, it is particularly preferably used for wiring arranged on a cloth such as clothes.
  • the article having the wiring of the present invention has a wiring formed as a seam on a flexible base material such as a cloth by using the conductive thread. Since the wiring is formed from the conductive yarn, it has the characteristics of high strength in the length direction and low elongation. Since the wiring uses the conductive thread, it has excellent flexibility and does not hinder the flexibility inherent in the base material.
  • Sewing is an example of the means for forming the wiring on the base material.
  • the sewing may be hand-sewn, but a household or industrial sewing machine can also be used. That is, the conductive thread of the present invention can be used as a sewing thread. Since the conductive thread of the present invention has equal stress due to twisting, it can exhibit excellent sewability in the case of sewing using a sewing machine. Even when forming wiring having a complicated shape, it is possible to suppress the occurrence of twisting and tarmi of the conductive thread. Since twisting and tarmi of the conductive thread do not occur, a short circuit does not occur between two adjacent wires, and a precise and fine wiring pattern can be formed.
  • Examples of the seams forming the wiring of the present invention include single chain stitches, hand stitches, lock stitches, double chain stitches, and the like, and there is no particular limitation. It can be appropriately selected according to the position and purpose of forming the wiring.
  • Examples of articles having wirings made of conductive yarns of the present invention that is, examples of base materials for forming the wirings, include fabrics such as woven fabrics, knitted fabrics, and non-woven fabrics made of various fibers, synthetic resins, and natural resins. Sheets, films, paper, natural leather, etc. can be mentioned. Further, it may be a composite base material in which a plurality of base materials selected from these are bonded to each other. Examples of the composite base material include resin-coated cloth and synthetic leather.
  • Examples of various fibers that can form a fabric include synthetic fibers such as polyester, polyamide, polyurethane, and polyethylene; natural fibers such as cotton, linen, and silk; blended fibers thereof; and mixed fibers thereof.
  • Examples of synthetic resins that can form sheets, films, etc. include polyethylene, polyester, polyamide, polyurethane, polyvinyl chloride, and the like.
  • Examples of the natural resin capable of forming a sheet, a film, etc. include natural rubber.
  • Examples of the resin-coated cloth include a cloth obtained by laminating a film or a sheet made of a synthetic resin, and a cloth coated with a synthetic resin and dried.
  • Examples of synthetic leather include those in which a polyurethane resin is laminated on a cloth.
  • La is the average value of the measured inter-wiring distances (10 points), and Lm is the value of the maximum value or the minimum value of the inter-wiring distance, whichever has the larger difference from the average value.
  • Maximum variation is less than 10% and there is no tarmi
  • Maximum variation is less than 10%, but tarmi is seen
  • Maximum variation is 10% or more
  • Ra is the resistance value after the extension test
  • Rb is the resistance value before the extension test. (Evaluation criteria) ⁇ : Resistance value increase rate is less than 5% ⁇ : Resistance value increase rate is 5% or more and less than 10% ⁇ : Resistance value increase rate is 10% or more
  • Example 1 A non-twisted ultra-high molecular weight polyethylene filament yarn (total fineness 275 dtex / number of filaments 192 f, single yarn fineness 1.4 dtex) was used as the core yarn.
  • This yarn is Isanas (registered trademark) SK60 manufactured by Toyobo Co., Ltd., and the tensile strength of the ultra-high molecular weight polyethylene fiber (high-strength fiber) used is 32 cN / dtex, and the tension of the ultra-high molecular weight polyethylene filament yarn is high.
  • the strength is 8800 cN.
  • Two silver-plated polyester filament yarns (total fineness after plating 75 dtex / number of filaments 24 f, single yarn fineness 3.1 dtex) (manufactured by Seiren Co., Ltd.) were used as sheath yarns.
  • a polyester filament yarn (total fineness 50 dtex / number of filaments 24 f, single yarn fineness 2.1 dtex) is twisted in advance, and a silver film (thickness 0.19 ⁇ m) is formed on the polyester filament yarn by an electroless plating method. ..
  • the resistance value of this silver-plated polyester filament yarn is 240 ⁇ / m.
  • One sheath yarn (lower sheath yarn) is Z-twisted at a twist number of 450 T / m
  • the other sheath yarn (upper sheath yarn) is S-twisted at a twist number of 450 T / m
  • the untwisted core yarn is covered.
  • To obtain a conductive yarn The total fineness of the obtained conductive yarn was 436 dtex, the resistance value was 129 ⁇ / m, and the elongation was 4.5%.
  • the maximum variation in the distance between the wirings was 3.7%, showing good sewability without tarmi.
  • the resistance value increase rate was 4.0%, showing good durability against tension.
  • Example 2 Conductive yarns were produced in the same manner as in Example 1 except that the core yarn was a non-twisted liquid crystal polyester yarn (total fineness 280 dtex / number of filaments 48 f, single yarn fineness 5.8 dtex), and each evaluation was performed.
  • the core yarn is Zexion (registered trademark) manufactured by KB Seiren Co., Ltd., the tensile strength of the liquid crystal polyester fiber (high-strength fiber) used is 30 cN / dtex, and the tensile strength of the liquid crystal polyester yarn itself is 8400 cN. ..
  • the total fineness of the obtained conductive yarn was 448 dtex, the resistance value was 134 ⁇ / m, and the elongation was 4.8%.
  • the maximum variation in the distance between the wirings was 5.8%, and good sewability was shown without tarmi.
  • the resistance value increase rate was 4.7%, showing good durability against tension.
  • Example 1 A conductive yarn was produced in the same manner as in Example 1 except that the same silver-plated polyester filament yarn (manufactured by Seiren Co., Ltd.) used for the sheath yarn in Example 1 was used as the core yarn.
  • This silver-plated polyester filament yarn is obtained by pre-twisting a polyester filament yarn (total fineness 50 dtex / number of filaments 24 f, single yarn fineness 2.1 dtex) made of polyester fiber having a tensile strength of 4.1 cN / dtex, and electroless plating on the polyester filament yarn.
  • a silver film (thickness 0.19 ⁇ m) was formed by the above method. The total fineness after plating is 75 dtex / the number of filaments is 24 f, and the single yarn fineness is 3.1 dtex.
  • the tensile strength of the silver-plated polyester filament yarn itself is approximately 300 cN.
  • the total fineness of the obtained conductive yarn was 250 dtex, the resistance value was 89 ⁇ / m, and the elongation was 15.4%.
  • the maximum variation in the distance between the wirings was 2.7%, and there was no tarmi.
  • the resistance value increase rate was 14.0%, and the durability against tensile strength was poor.
  • Comparative Example 2 The same silver-plated polyester filament yarn (manufactured by Seiren Co., Ltd .: 75dtex / 24f) used in Comparative Example 1 was twisted in two S-twists at a twist number of 297 T / m, and was separately used in Example 2.
  • the same liquid polyester yarn (manufactured by KB Seiren Co., Ltd., Zexion (registered trademark): 280dtex / 48f) is twisted in one S-twist at a twist number of 297T / m, and both are twisted at a twist number of 207T / m.
  • Conductive yarn was obtained by combining with Z twist.
  • the total fineness of the obtained conductive yarn was 434 dtex, the resistance value was 121 ⁇ / m, and the elongation was 5.3%.
  • the maximum variation in the distance between the wirings was 6.3%, but many tarmi were confirmed.
  • the resistance value increase rate was 9.1%, and the durability against tensile strength was insufficient.
  • the conductive yarn of the present invention is flexible but has high strength in the length direction, and has the effect of being able to maintain high conductivity against deformation and tension. Therefore, flexible electrical wiring can be formed not only for wearable devices such as clothing, but also for flexible and insulating sheet-like substrates such as sofas, seats for vehicles, curtains, and bedding.
  • the wiring formed by using the conductive yarn of the present invention can be used as a signal line and a power supply line, and can also function as a heat generating portion of a sheet-shaped heater.

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Abstract

【課題】 変形や引っ張りに対して耐久性のある導電性を有し、縫製の際にヨレやタルミが発生しない導電糸を提供する。縫製という簡易な方法で、自由な形状を有する柔軟な配線を備えた物品を提供できる。 【解決手段】 無撚の高強度フィラメント糸と、前記高強度フィラメント糸をZ撚りにカバリングしている第一導電性フィラメント糸と、前記高強度フィラメント糸をS撚りにカバリングしている第二導電性フィラメント糸と、を有していることを特徴とする導電糸である。また、この導電糸からなる配線を有する物品である。

Description

導電糸および導電糸からなる配線を有する物品
 本発明は、導電糸と導電糸を用いて形成された配線を有する物品に関する。
 近年、衣服に様々な電子デバイスを備えたウェアラブルデバイスが多数提案されている。体温や心拍数を計測するセンサー、電気刺激による低周波治療やEMS(Electrical Muscle Stimulation)で用いられる電極、装飾のためのLEDなどの他、各種機能を有する電子デバイスが衣服に配置される。同時に、これら電子デバイスを駆動するための電源との接続や、信号の入出力を担う配線も衣服上に配置される。
 ウェアラブルデバイスに設けられる配線としては、金属箔を配線形状に切り出して張り付けたり、導電性ペーストを用いてプリントしたりする方法が採用されている。しかしながら、これらの方法による配線は、衣服の変形に伴う断線を防止するために樹脂皮膜などにより保護する必要があった。このような樹脂皮膜は、衣服の柔軟性を損なうという大きな問題があった。
 このような問題を回避するために、衣服の基材である布帛の製織時、製編時に金属線や導電性繊維を組織内に組み入れて配線を形成する方法も提案されているが、配線形状の自由度が低いという課題を有していた。そこで、特許文献1では導電性長繊維と、限界酸素指数LOIが26以上の難燃性繊維とを合撚したミシン糸が開示されている。限界酸素指数LOIが26以上の難燃性繊維を用いることでミシン針の擦過、摩耗に耐えることができ、ミシン縫製によって導電パターンを自在に布帛上に形成できるとしている。
特開2018-154944号公報
 特許文献1では、可撚した難燃性繊維の紡績糸と導電性長繊維とを合撚したミシン糸が例示され、これによれば、ミシン縫製の際に糸切れが抑制できるとしている。難燃性繊維の紡績糸は強度が高く、長さ方向の引張りに対して適度な伸長性をも有している。そのため、ミシン縫製時の張力を緩和する効果を奏するが、一方で導電性長繊維は伸びに弱いため断線する懸念がある。
 また、難燃性繊維の紡績糸と導電性長繊維という物理的特性の異なる2種の繊維が合撚されたミシン糸では、撚りによる応力のバランスが悪い。そのため、縫製の際に縫い目においてミシン糸のヨレやタルミを生じやすい。縫い目におけるミシン糸のヨレやタルミは、導電性低下の原因となる。また、隣接して形成されている配線との電気的な短絡といった問題を生ずる。
 上記課題を解決するため、本発明者らは芯糸に高強度フィラメント糸を用い、鞘糸に2本の導電性フィラメント糸を有するダブルカバリング糸の構成を検討した。その結果、無撚の高強度フィラメント糸に対して導電性フィラメント糸の一方をZ撚りに、他方をS撚りにカバリングした導電糸において優れた可縫性と、耐久性の高い導電性とが得られることを見出した。
 すなわち本発明は、引張強度が10cN/dtex以上の高強度繊維を用いた無撚の高強度フィラメント糸と、前記高強度フィラメント糸をZ撚りにカバリングしている第一導電性フィラメント糸と、前記高強度フィラメント糸をS撚りにカバリングしている第二導電性フィラメント糸と、を有していることを特徴とする導電糸である。
 これによれば、縫製によって配線を形成するに際し、導電糸のヨレやタルミのない配線を得ることができる。芯糸には高強度フィラメント糸を用いているため、鞘糸である第一導電性フィラメント糸および第二導電性フィラメント糸の断線を抑制することができる。
 前記高強度フィラメント糸をカバリングしている、前記第一導電性フィラメント糸のZ撚りの撚り数(Tz)と前記第二導電性フィラメント糸のS撚りの撚り数(Ts)との比率が、Tz:Ts=1:0.8~1.2であることが好ましい。より好ましくは、TzとTsは同数である。このようにすれば、配線形成の際に導電糸のヨレやタルミを更に効果的に抑制することができる。
 前記高強度フィラメント糸を形成する高強度繊維は、引張強度が20cN/dtex以上であることが好ましい。前記高強度繊維が、超高分子量ポリエチレン繊維であることが好ましい。これによれば、縫製後の着用の際に配線部に張力が加わった場合でも前記第一導電性フィラメント糸および前記第二導電性フィラメント糸の断線を防ぎ、高い導電性を維持することができる。
 前記第一導電性フィラメント糸と前記第二導電性フィラメント糸とが、共に、銅被覆ポリエステルフィラメント糸または銀被覆ポリエステルフィラメント糸であることが好ましい。これによれば低抵抗の配線を形成することができるため、消費電力の低減、入出力信号の精度向上といった効果が得られる。
 本発明は、前記導電糸からなる配線を有する物品である。これによれば、縫製などの簡易な手段を用いて、柔軟で、引っ張りに対する耐久性の高い配線を有する物品を製造することができる。
 本発明によれば、可縫性に優れ、長さ方向の引っ張りに対して耐久性の高い導電性を有した導電糸を得ることができる。本発明の導電糸を用いることにより、形状の自由度が高く柔軟な配線を、縫製という簡易な方法で形成することができる。
本発明の導電糸の一例を示す拡大写真である。
 本発明の導電糸は、引張強度が10cN/dtex以上である高強度繊維を用いた高強度フィラメント糸を有し、第一導電性フィラメント糸と第二導電性フィラメント糸とでカバリングされたダブルカバリング糸の構造をとる。高強度フィラメント糸は無撚の糸であり、芯糸と鞘糸とからなるダブルカバリング糸の構造をとる本発明の導電糸において芯糸となる。
 本発明の高強度フィラメント糸は、引張強度が10cN/dtex以上である高強度繊維を用いたものである。本発明における引張強度はJIS L 1013に準拠して測定した、フィラメントの長さ方向の引張強度であり、本発明の高強度フィラメント糸を形成する高強度繊維の引張強度は10cN/dtex以上である。好ましくは、20cN/dtex以上であり、より好ましくは20cN/dtex~50cN/dtex、特に好ましくは30cN/dtex~40cN/dtexの範囲内である。前記高強度繊維の引張強度が10cN/dtex以上であれば、縫製時や着用時において導電性の低下を抑制することができる。前記高強度繊維の単糸繊度は0.5~10dtex程度であることが好ましい。
 長さ方向の引張強度が10cN/dtex以上の高強度繊維からなる高強度フィラメント糸としては、パラ系アラミド繊維フィラメント糸、超高分子量ポリエチレンフィラメント糸、液晶ポリエステルフィラメント糸、ポリアリレートフィラメント糸などが挙げられる。なかでも耐摩耗性が高く、軽量であることから超高分子量ポリエチレン繊維からなる超高分子量ポリエチレンフィラメント糸であることが好ましい。超高分子量ポリエチレン繊維は、平均分子量が100万~700万程度の超高分子量ポリエチレンからなるものが好ましい。
 前記高強度フィラメント糸はマルチフィラメント糸であることが好ましく、その総繊度が50dtex~2,000dtexであることが好ましい。より好ましい総繊度は200dtex~900dtexの範囲内である。また、前記高強度フィラメント糸の引張強度としては1,500cN以上であることが好ましい。
 前記高強度フィラメント糸は無撚の糸であることが肝要である。前記高強度フィラメント糸が無撚であることにより、本発明の導電糸は、縫製によって配線を形成する際にヨレやタルミを発生しないという効果を奏する。
 なお、マルチフィラメント糸におけるフィラメント数は特に制限されないが、好ましくは10~1000、より好ましくは10~300である。
 前記第一導電性フィラメント糸と前記第二導電性フィラメント糸とは、ダブルカバリング糸の構造をとる本発明の導電糸において鞘糸となる。カバリング糸の構造は、芯糸と、該芯糸に巻き付ける鞘糸とからなり、そのうちダブルカバリング糸は、鞘糸が芯糸側(内側)に巻き付けられた下鞘糸と、該下鞘糸の外側に巻き付けられた上鞘糸とからなる二層構造となっている。本発明では、第一導電性フィラメント糸と第二導電性フィラメント糸は、それぞれ下鞘糸及び上鞘糸のいずれかを形成しているが、相互にどちらを形成してもよい。
 前記第一導電性フィラメント糸は、前記高強度フィラメント糸をZ撚りにカバリングする。前記第二導電性フィラメント糸は、前記高強度フィラメント糸をS撚りにカバリングする。前記高強度フィラメント糸にカバリングをするのに先立ち、前記第一導電性フィラメント糸と前記第二導電性フィラメント糸とには、各々個別に下撚りが施されていてもよい。
 前記第一導電性フィラメント糸および前記第二導電性フィラメント糸は、合成繊維フィラメント糸に、これを被覆する金属皮膜が形成された金属被覆フィラメント糸であることが好ましい。合成繊維フィラメント糸としては、ポリエステルフィラメント糸、ナイロンフィラメント糸、アクリルフィラメント糸、ポリオレフィンフィラメント糸、塩化ビニリデンフィラメント糸、アラミドフィラメント糸などが挙げられる。なかでも、汎用性、耐薬品性、強度などの点から、ポリエステルフィラメント糸であることが好ましい。
 前記合成繊維フィラメント糸はマルチフィラメント糸であることが好ましい。前記合成繊維フィラメント糸は総繊度として、20dtex~120dtexであることが好ましく、より好ましくは30dtex~80dtexである。
 前記合成繊維フィラメント糸のフィラメント数は屈曲耐久性の観点から10本以上であることが好ましく、より好ましくは10本~50本である。
 前記合成繊維フィラメント糸の単糸繊度は0.5~10dtex程度であることが好ましい。
 本発明の導電性フィラメント糸は、前記合成繊維フィラメント糸に金属皮膜を被覆することによって得られる。合成繊維フィラメント糸は金属皮膜形成前に下撚りされていてもよい。
 前記金属皮膜を構成する金属の種類としては、銀、金、銅、ニッケル、すず、亜鉛、パラジウムなどが挙げられる。また、これら金属を含む合金であってもよい。なかでも導電性に優れるという点で、銀、銅が好ましく、銀であることがより好ましい。
 前記金属皮膜の形成方法としては、蒸着、スパッタリングなどの乾式方法であってもよいが、好ましくは湿式メッキ方法を採用することができる。湿式メッキ方法として電気メッキ方法、無電解メッキ方法が挙げられる。湿式メッキ方法によれば、合成繊維マルチフィラメント糸の場合であっても、各々のフィラメント糸に対して均一な金属皮膜を形成することができる。
 前記金属皮膜の厚さは、0.075μm~0.50μmであることが好ましく、より好ましい範囲は0.1μm~0.3μmである。金属皮膜の厚さが0.075μm~0.50μmの範囲内であれば、優れた導電性と柔軟性とを両立できる。
 得られた導電性フィラメント糸は、総繊度として、20~200dtexであることが好ましく、より好ましくは40dtex~150dtexである。単糸繊度は0.5~20dtex程度であることが好ましい。
 得られた導電性フィラメント糸は、抵抗値が10000Ω/m以下であることが好ましく、より好ましくは1000Ω/m以下である。なお、本発明における抵抗値とは、JIS C 2525に準拠して測定される値である。
 前記第一導電性フィラメント糸と前記第二導電性フィラメント糸とは、共に銅被覆ポリエステルフィラメント糸または銀被覆ポリエステルフィラメント糸であることが好ましい。より好ましくは、両者は共に銀被覆ポリエステルフィラメント糸である。
 また、前記第一導電性フィラメント糸と前記第二導電性フィラメント糸とは、単糸繊度、総繊度、フィラメント数などが実質的に同一であることが好ましい。導電糸の鞘糸である前記第一導電性フィラメント糸と前記第二導電性フィラメント糸とが実質的に同一であることにより、2本の鞘糸の撚りによる応力が互いに打ち消しあう。その結果、可縫性に優れた導電糸を得ることができる。
 本発明の導電糸は、芯糸として無撚の高強度フィラメント糸を、鞘糸として第一導電性フィラメント糸と第二導電性フィラメント糸とを有するダブルカバリング糸の構造を採用している。前記第一導電性フィラメント糸は、前記高強度フィラメント糸をZ撚りにカバリングしている。前記第二導電性フィラメント糸は前記高強度フィラメント糸をS撚りにカバリングしている。
 前記第一導電性フィラメント糸のZ撚りの撚り数と、前記第二導電性フィラメント糸のS撚りの撚り数とは、各々100T/m~1,000T/mであることが好ましい。撚り数が100T/m~1,000T/mの範囲内であれば、優れた導電性と高い可縫性とを備えた導電糸を得ることができる。各導電性フィラメント糸の、より好ましい撚り数は、各々100T/m~400T/mである。
 前記第一導電性フィラメント糸のZ撚りの撚り数(Tz)と前記第二導電性フィラメント糸のS撚りの撚り数(Ts)とは、その比率がTz:Ts=1:0.8~1.2であることが好ましい。より好ましくはTz:Ts=1:0.9~1.1であり、さらに好ましくはTzとTsは同数である。このようにすれば、導電糸において撚りによる応力のバランスが向上し、縫製の際に導電糸のヨレやタルミを抑制することができる。
 前記第一導電性フィラメント糸と前記第二導電性フィラメント糸とを、前記高強度フィラメント糸にダブルカバリングする方法としては、通常のダブルカバリング装置を用いる方法が採用できる。ダブルカバリング装置を用いた方法では、例えば、フィードローラから給糸された無撚の高強度フィラメント糸からなる芯糸に対して、第一導電性フィラメント糸が下鞘糸として第一スピンドルから給糸されながらZ撚りにカバリングする。続けて第二導電性フィラメント糸が上鞘糸として第二スピンドルから給糸されながらS撚りにカバリングする。このようにして得られたダブルカバリング糸はデリバリローラを介してワインダに巻き取られる。
 前記ダブルカバリング方法の例では、はじめに第一導電性フィラメント糸によるカバリングを実施し、次いで第二導電性フィラメント糸によるカバリングを実施しているが、この順序は逆であってもよい。すなわち、下鞘糸として第二導電性フィラメント糸をS撚りにカバリングし、上鞘糸として第一導電性フィラメント糸をZ撚りにカバリングしてもよい。
 得られた導電糸は、総繊度として50~2500dtexの範囲内であることが好ましく、より好ましくは200~1500dtexの範囲内である。
 得られた導電糸の抵抗値は特に制限されないが、1000Ω/m以下であることが好ましく、より好ましくは500Ω/m以下である。
 このようにして得られたダブルカバリング糸の形態をとる本発明の導電糸は、S撚り方向の応力とZ撚り方向の応力とがバランスを取りあい、縫製の際に導電糸のヨレやタルミを抑制することができる。また、芯糸に無撚の高強度フィラメント糸を用いていることにより、導電糸の長さ方向の伸びを制限することができ、抵抗値の変化や断線のリスクが低いという効果が得られる。
 本発明の導電糸の長さ方向の伸度は5%以下であることが好ましい。導電糸の長さ方向の伸度が5%以下の範囲内であれば、長さ方向の引っ張りに対して、導電性の低下が抑制された配線を形成することができる。その結果、着用などの使用時に長さ方向に力が加えられた場合でも抵抗値が増大することを抑えられる。なお、本発明における伸度の測定方法はJIS L 1095(一般紡績糸試験方法;9.5;単糸引張強さ及び伸び率)に準拠したものである。
 本発明の導電糸は、耐久性の高い導電性を有するため、各種電子デバイス等の配線に用いることができる。また本発明の導電糸は、優れた可縫性をも有するため、特に衣服などの布帛上に配置される配線に好適に用いられる。
 本発明の配線を有する物品は、前記導電糸を用いて、例えば布帛などの可撓性を有する基材に対し縫い目として形成された配線を有する。前記配線は、前記導電糸から形成されているため、長さ方向について強度が高く、伸びが少ないという特徴を備える。前記配線は、前記導電糸を用いているため柔軟性に優れ、前記基材が本来有している可撓性を阻害することがない。
 基材上に前記配線を形成する手段の一例としては、縫製が挙げられる。縫製は手縫いであってもよいが、家庭用や工業用のミシンを用いることもできる。すなわち本発明の導電糸はミシン糸として用いることができる。本発明の導電糸は撚りによる応力が均等であるため、ミシンを用いた縫製の場合に優れた可縫性を呈することができる。複雑な形状を有する配線を形成する場合であっても、導電糸のヨレやタルミの発生が抑えられる。導電糸のヨレやタルミが発生しないため、近接した二本の配線間においても短絡を起こすことがなく、緻密で精細な配線パターンを形成することが可能となる。
 本発明の配線を形成する縫い目としては、単環縫い、手縫い、本縫い、二重環縫いなどが挙げられ特に制限はない。前記配線を形成する位置や目的に応じて適宜選択することができる。
 本発明の導電糸からなる配線を有する物品の例、すなわち前記配線を形成する対象となる基材の例としては、各種繊維からなる織物、編物、不織布などの布帛や、合成樹脂、天然樹脂からなるシート、フィルムなど、紙や天然皮革などが挙げられる。また、これらから選ばれる複数の基材を互いに貼り合わせた複合基材であってもよい。複合基材の例としては樹脂コーティング布や合成皮革などが挙げられる。
 布帛を形成しうる各種繊維としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレンなどの合成繊維; 綿、麻、絹などの天然繊維; それらの混紡繊維; それらの混合繊維等が挙げられる。
 シート、フィルムなどを形成しうる合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。シート、フィルムなどを形成しうる天然樹脂としては、天然ゴムなどが挙げられる。
 樹脂コーティング布としては、布帛と合成樹脂からなるフィルム又はシートとを貼り合わせたものや布帛に合成樹脂を塗布・乾燥させたもの、などが挙げられる。合成皮革としては、布帛にポリウレタン樹脂を積層させたものが挙げられる。
 以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により何らの制限を受けるものではない。また、実施例中の評価は以下の方法に従った。
[導電性評価]
 デジタルマルチメーター(三和電気計器株式会社製、PM3)のクリップ型プローブにより、導電糸の長手方向両端をつまみ、長さ1m当たりの抵抗値を測定した。抵抗値の測定方法は、JIS C 2525に準拠したものである。
[伸度評価]
 小型卓上試験機(株式会社島津製作所製、EZ-Test)を用い、導電糸の長手方向両端をつまみ、導電糸が切断するまで引き伸ばした際の導電糸の伸びを測定した。なお、伸度の測定方法はJIS L 1095(一般紡績糸試験方法;9.5;単糸引張強さ及び伸び率)に準拠したものである。
[可縫性評価]
 ポリエステルツイル織物(経糸密度120本/インチ、緯糸密度70本/インチ)を基材とし、得られた導電糸を用いて600rpmにて縫い目数50個/100mmの直線状配線を10mm間隔で5本縫製した。ミシンはブラザー工業株式会社製刺繍ミシン(Innovis VF1)を使用した。各直線状配線間の距離を任意で10点測定し、平均値を求め、最大ばらつきを下記数式1によって算出した。得られた最大ばらつき(%)と、縫製部を目視して糸のタルミの有無を確認した結果をもとに、以下の評価基準に従って可縫性の評価をおこなった。
[最大ばらつき(%)=|Lm-La|÷La×100]
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 
 ここで、Laは測定した配線間距離(10点)の平均値であり、Lmは配線間距離の最大値または最小値のうち平均値との差が大なる方の値である。
(評価基準)
〇:最大ばらつきが10%未満、かつタルミがない
△:最大ばらつきが10%未満だが、タルミがみられる
×:最大ばらつきが10%以上
[配線強度評価]
 可縫性評価の場合と同様に、基材となるポリエステルツイル織物(幅10mm、長さ120mm)の幅方向中央に、得られた導電糸を用いて縫い目数50個/100mmで直線状に縫製をすることにより、縫い目として形成された配線を有する物品を作製した。これを小型卓上試験機(株式会社島津製作所製、EZ-Test)にて、基材の長手方向に引張荷重1.0N/mmにて伸張を20回繰り返し、伸張試験前の抵抗値に対する伸張試験後の抵抗値増加率を、下記数式2によって算出した。評価は以下の評価基準に従った。
[抵抗値増加率(%)=(Ra-Rb)÷Rb×100]
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここでRaは伸張試験後の抵抗値、Rbは伸張試験前の抵抗値である。
(評価基準)
〇:抵抗値増加率が5%未満
△:抵抗値増加率が5%以上、10%未満
×:抵抗値増加率10%以上
[実施例1]
 芯糸として無撚の超高分子量ポリエチレンフィラメント糸(総繊度275dtex/フィラメント数192f、単糸繊度1.4dtex)を用いた。この糸は、東洋紡株式会社製のイザナス(登録商標)SK60であり、使用されている超高分子量ポリエチレン繊維(高強度繊維)の引張強度は32cN/dtexであり、超高分子量ポリエチレンフィラメント糸の引張強度は8800cNである。
 鞘糸として銀メッキポリエステルフィラメント糸(メッキ後の総繊度75dtex/フィラメント数24f、単糸繊度3.1dtex)(セーレン株式会社製)を2本用いた。これは、ポリエステルフィラメント糸(総繊度50dtex/フィラメント数24f、単糸繊度2.1dtex)を予め下撚りし、これに無電解メッキの方法で銀皮膜(厚み0.19μm)を形成したものである。この銀メッキポリエステルフィラメント糸の抵抗値は240Ω/mである。
 一方の鞘糸(下鞘糸)を撚数450T/mにてZ撚りに、他方の鞘糸(上鞘糸)を撚数450T/mにてS撚りに、無撚の前記芯糸をカバリングして導電糸を得た。得られた導電糸の総繊度は436dtex、抵抗値は129Ω/m、伸度は4.5%であった。得られた導電糸を用いて可縫性試験をおこなったところ、配線間距離の最大ばらつきは3.7%であり、タルミもなく良好な可縫性を示した。また、配線強度評価をおこなったところ、抵抗値増加率は4.0%であり、引っ張りに対する良好な耐久性を示した。
[実施例2]
 芯糸を無撚の液晶ポリエステル糸(総繊度280dtex/フィラメント数48f、単糸繊度5.8dtex)とした他は実施例1と同様に導電糸を作製し、各評価をおこなった。芯糸はKBセーレン株式会社製、ゼクシオン(登録商標)であり、使用されている液晶ポリエステル繊維(高強度繊維)の引張強度は30cN/dtexであり、液晶ポリエステル糸自体の引張強度は8400cNである。
 得られた導電糸の総繊度は448dtex、抵抗値は134Ω/m、伸度は4.8%であった。得られた導電糸を用いて可縫性試験をおこなったところ、配線間距離の最大ばらつきは5.8%であり、タルミもなく良好な可縫性を示した。また、配線強度評価をおこなったところ、抵抗値増加率は4.7%であり、引っ張りに対する良好な耐久性を示した。
[比較例1]
 芯糸に、実施例1で鞘糸に用いたのと同じ銀メッキポリエステルフィラメント糸(セーレン株式会社製)を用いた他は実施例1と同様に導電糸を作製した。この銀メッキポリエステルフィラメント糸は、引張強度4.1cN/dtexのポリエステル繊維からなるポリエステルフィラメント糸(総繊度50dtex/フィラメント数24f、単糸繊度2.1dtex)を予め下撚りし、これに無電解メッキの方法で銀皮膜(厚み0.19μm)を形成したものである。メッキ後の総繊度は75dtex/フィラメント数24f、単糸繊度は3.1dtexである。この銀メッキポリエステルフィラメント糸自体の引張強度は概ね300cNである。
 得られた導電糸の総繊度は250dtex、抵抗値は89Ω/m、伸度は15.4%であった。この導電糸を用いて可縫性試験をおこなったところ、配線間距離の最大ばらつきは2.7%であり、タルミもなかった。また、配線強度評価をおこなったところ、抵抗値増加率は14.0%であり、引っ張りに対する耐久性が不良であった。
[比較例2]
 比較例1で用いたのと同じ銀メッキポリエステルフィラメント糸(セーレン株式会社製:75dtex/24f)を撚数297T/mにてS撚りに2本片撚りし、別途、実施例2で用いたのと同じ液晶ポリエステル糸(KBセーレン株式会社製、ゼクシオン(登録商標):280dtex/48f)を撚数297T/mにてS撚りに1本片撚りし、両者をともに、撚数207T/mにてZ撚りに合撚して導電糸を得た。
 得られた導電糸の総繊度は434dtex、抵抗値は121Ω/m、伸度は5.3%であった。得られた導電糸を用いて可縫性試験をおこなったところ、配線間距離の最大ばらつきは6.3%であったが、多くのタルミが確認された。また、配線強度評価をおこなったところ、抵抗値増加率は9.1%であり、引っ張りに対する耐久性が不十分であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 本発明の導電糸は、柔軟でありながら長さ方向の強度が高く、変形や引っ張りに対して高い導電性を維持できるという効果を有する。そのため、衣料などのウェアラブルデバイスのみならず、ソファーや乗り物の座席シート、カーテン、寝具など、柔軟で絶縁性のシート状基材に対してフレキシブルな電気配線を形成し得る。本発明の導電糸を用いて形成された配線は、信号線、電源供給ラインとして利用できるほか、シート状ヒータの発熱部としても機能し得る。
1:高強度フィラメント糸
2:第一導電性フィラメント糸
3:第二導電性フィラメント糸

Claims (6)

  1.  引張強度が10cN/dtex以上である高強度繊維を用いた、無撚の高強度フィラメント糸と、
    前記高強度フィラメント糸をZ撚りにカバリングしている第一導電性フィラメント糸と、
    前記高強度フィラメント糸をS撚りにカバリングしている第二導電性フィラメント糸と、を有していることを特徴とする導電糸。
  2.  前記高強度繊維の引張強度が、20cN/dtex以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の導電糸。
  3.  前記高強度フィラメント糸をカバリングしている、前記第一導電性フィラメント糸のZ撚りの撚り数(Tz)と前記第二導電性フィラメント糸のS撚りの撚り数(Ts)との比率が、Tz:Ts=1:0.8~1.2であることを特徴とする、請求項1に記載の導電糸。
  4.  前記高強度繊維が、超高分子量ポリエチレン繊維であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の導電糸。
  5.  前記第一導電性フィラメント糸と前記第二導電性フィラメント糸とが、共に銅被覆ポリエステルフィラメント糸または銀被覆ポリエステルフィラメント糸であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の導電糸。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の導電糸からなる配線を有する物品。
     
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