(57)【要約】【課題】スマートテキスタイル分野において、電気回路を構成するに用いられてきた導線を代替できる繊維構造体として、しなやかで肌当たりが良く、強度があり、高耐久性、導通性、漏電耐性に優れる電気回路縫い糸を提供すること【解決手段】表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えて下撚した単糸を複数本上撚して構成される電気回路縫い糸。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えて下撚した単糸を複数本上撚して構成される電気回路縫い糸。
【請求項２】
表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えた芯糸に対して繊維を鞘糸としてカバーリングした単糸を複数本上撚して構成される電気回路縫い糸。
【請求項３】
表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えた芯糸に対して短繊維糸条からなる鞘糸が前記芯糸を筒状に並行に取り囲んで２層構造糸を形成し、該２層構造糸の外層に該鞘糸の短繊維糸条の一部が巻き付いて結束部が構成された３層構造のコアヤーンからなる単糸を複数本上撚して構成される電気回路縫い糸。
【請求項４】
表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えた芯糸と短繊維群からなる鞘糸とのコアヤーンを複数本上撚して構成される電気回路縫い糸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スマートテキスタイル（ｅ−テキスタイル）と呼ばれる分野において、電気回路を構成するために用いられてきた導線を代替できる繊維構造体として利用される電気回路縫い糸に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衣料と電子機器が融合したウエアブルコンピューターはスマートテキスタイル又はｅ−テキスタイルとも呼ばれ、医療や快適、情報管理などを目的として様々な製品開発が行われている。スマートテキスタイルの構成する上で、衣料に配置される複数の電子機器同士をつなぐ為の電気回路糸が必要不可欠であり、各種方法が開発されている。
【０００３】
糸と導電体（導線）を組み合わせる構造としては、特許文献１に、芯糸に対して細巾の金属箔を複層に巻回された構成の複層巻回糸と非金属糸を合糸した編組用合糸が開示され、この合糸により電磁波シールド性を有する編組スリーブを得ることが示されている。ただし、この糸の主目的は電磁波シールドであり、導体からの外部漏電等は考慮されているものではなく、スマートテキスタイルに用いる電気回路を構成する糸としては適したものではなかった。
【０００４】
一方、特許文献２に、コイル形状で伸縮性のある導線を柔軟性がある樹脂成形体内部に埋設される構造により、曲げや伸縮性に優れたフレキシブル配線基板を得ることが開示されており、このような柔軟かつ伸縮性に優れた構造の導線は衣料用素材にも適用可能で、スマートテキスタイルに適するものである。
【０００５】
また、特許文献３には、繊維素材の芯部のまわりに複数の導電性素材を螺旋状に巻き付けた導電糸が開示され、この導電糸を織り糸としてウエアブルコンピューター等に組みこむ電気回路糸としての使用が示されている。
【０００６】
更に、生地にヒーター用途等の銅線を刺繍する専用刺しゅうミシン（タジマグループ製、TLMXseries）があり、これを利用することで、既存の銅線等を、ジグザグ縫いより生地上に止めることにより電気回路糸の方向を変えることができ、生地の途中でも電気回路糸を引出して電子機器とつなぐことのできる機器が発売されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５４６７７０４号公報
【特許文献２】特許第５３４８９３１号公報
【特許文献３】特開２０１１−０７４５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１の導電繊維など、天然繊維及び合成繊維に導体成分を組み合わせた糸は、主に静電気を除去することが目的の糸であり、電気抵抗値が１０００Ω／ｍ以上となり、更には効率的な放電の為に導体が剥き出しにしていることから水もしくは導電体に触れた場合の漏電を防ぐことができず、電気回路用の導体として使用するには適さないものであった。
【０００９】
特許文献２の柔軟構造配線体は、その柔軟性や伸縮性によりウエアブルコンピューター等のスマートテキスタイル分野に適用可能であるが、導線が樹脂成形体に埋め込まれているため、電気回路配線へ適用した場合、導線の配線の自由度が無く用途が限定され、適用の柔軟性がなかった。
【００１０】
特許文献３を含む既存の電気回路糸として用いられている糸の特徴として、糸構造の外周部に導電繊維素材が構成されることから、縫製時及び衣料としては耐摩耗性に弱い。また、その構造上、生地の屈曲に追随するしなやかさや、肌当たりの良さ、強度及び耐久性を両立し、且つ漏電を防ぐといった機能を満たしておらず、ミシン縫製に適した縫い糸として適正なものではなかった。
【００１１】
上記した生地にヒーター用途等の銅線を刺繍する専用刺しゅうミシンの使用についても、電気回路糸の方向を瞬時に変える方法やスマートテキスタイル構造体についての適用例はなく、また、専用の刺しゅうミシンの設置に大掛かりな設備を要する必要があり普及に課題があった。
【００１２】
スマートテキスタイルにおける電気回路糸として要求される特性としては、衣料の作製に関わる既存の設備をそのまま利用できること。また、電子機器の取り付け位置や数は製品の性能に大きく影響する要素であり、電気回路糸の配線方向がフレキシブルに変更できること。更に、任意の位置に取り付け可能であることであるが、未だに、特別な設備を使用せず、配線の方向が自由であり且つ容易に電子機器を繋げるような、電気回路用途の糸構成及び用例は見出されていないでいた。
【００１３】
また、電気回路糸を構成するにおいて、導電率の良い金属銅線であれば、例えば０．１ｍｍ以下の細いものを使用することで、しなやかで肌当たりの良い性能が得られる。更には、漏電を防止するため、金属銅線に絶縁体を被膜したエナメル線などがある。しかしながら、０．１ｍｍ以下の金属製の銅線は繊維の中に構成される部材としては強度及び耐久性に課題があり、スマートテキスタイルを作る上では、生地の屈曲に追随するしなやかさや、肌当たりの良さと強度及び耐久性との両立が困難であった。
【００１４】
この発明は、スマートテキスタイルと呼ばれる分野において、上記のような課題を解決し、電気回路を構成するに用いられてきた導線を代替できる繊維構造体として、しなやかで肌当たりが良く、強度があり、高耐久性、導通性、漏電耐性に優れる電気回路縫い糸を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような課題を解決するため、請求項１の発明は、表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えて下撚した単糸を複数本上撚して構成される電気回路縫い糸である。
【００１６】
上記発明において、線状の導電体としては、例えば、銅、銀、アルミニウム、コートしためっき繊維（銅めっき繊維、銀めっき繊維等）が挙げられる。その表面を覆う絶縁体の皮膜としては、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等が挙げられる。また、予め絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体として、エナメル線が挙げられる。
【００１７】
上記導電体と一緒に下撚される繊維としては、天然繊維、合成繊維のどちらでもよく、材質としては、例えばポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、アラミド、超高分子量ポリエチレン、セルロース繊維等の高機能繊維が挙げられ、その構造もフィラメント、スパン、複合糸のいずれの状態でもよい。
【００１８】
なお、線状の導電体と繊維の下撚の撚り方向、撚り数は限定されず、その後の上撚り（通常は下撚りの逆方向）の回数も限定されるものではない。
【００１９】
この発明の電気回路縫い糸の電気抵抗値、強度、繊度等も、スマートテキスタイル用途として使用可能な範囲内であれば特に限定されるものではない。
【００２０】
次に、請求項２の発明は、表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えた芯糸に対して繊維を鞘糸としてカバーリングした単糸を複数本上撚して構成される電気回路縫い糸である。
【００２１】
上記芯糸としては、導電体の１本もしくは複数本からなるものでも、またはその導電体に補強材として繊維を加えて引き揃えたものでもよい。また、導電体や繊維の材質や構造は、請求項１の発明と同様であり、また、カバーリングの際の撚り方向、撚り数、及び上撚り回数も限定されるものではなく、電気抵抗値、強度、繊度等も、スマートテキスタイル用途として使用可能な範囲内であれば特に限定されるものではない。
【００２２】
次に、請求項３の発明は、表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えた芯糸に対して短繊維糸条からなる鞘糸が前記芯糸を筒状に並行に取り囲んで２層構造糸を形成し、該２層構造糸の外層に該鞘糸の短繊維糸条の一部が巻き付いて結束部が構成された３層構造のコアヤーンからなる単糸を複数本上撚して構成される電気回路縫い糸である。
【００２３】
上記導電体や短繊維糸条（スパン）の材質は、請求項１や請求項２の導電体や繊維と同様であり、上撚り回数も限定されるものではなく、電気抵抗値、強度、繊度等も、スマートテキスタイル用途として使用可能な範囲内であれば特に限定されるものではない。
【００２４】
また、芯糸は、上記請求項２の場合と同様に、導電体の１本もしくは複数本からなるものでも、またはその導電体に補強材として繊維を加えて引き揃えたものでもよく、この芯糸に対して短繊維糸条からなる鞘糸が前記芯糸を筒状に並行に取り囲んで２層構造糸を形成し、該２層構造糸の外層に該鞘糸の短繊維糸条の一部が巻き付いて結束部が構成された３層構造のコアヤーンであり、このコアヤーンを得るための装置としては、例えば、ＶＯＲＴＥＸ（登録商標）精紡機が挙げられる。
【００２５】
上記紡績機に、表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本からなる芯糸を引き込みつつ、天然繊維あるいは合成繊維の繊維を一本一本に分離し平行に揃えて紐状にしたスライバーを供給して鞘糸として巻き付け、逆方向に撚ることで当該電気回路縫い糸が得られる。
【００２６】
なお、上記請求項３の電気回路縫い糸の単糸を構成する方法として、結束式紡績法や渦流式紡績法（vortex spinning）などのコアヤーンを構成する紡績法が挙げられる。
【００２７】
次に、請求項４の発明は、表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体の１本または複数本及び必要に応じて加えた繊維を引き揃えた芯糸と短繊維群からなる鞘糸とのコアヤーンを複数本上撚して構成される電気回路縫い糸である。
【００２８】
上記発明における芯糸の構成は、請求項２や請求項３の芯糸の構成と同様であり、この芯糸に対して短繊維群からなる鞘糸を用いたコアヤーンを、更に複数本上撚して請求項４の電気回路縫い糸が構成される。
【００２９】
この請求項４の電気回路縫い糸のコアヤーンを構成する紡績法としては、リング式紡績法やオープンエンド紡績法（フリクション式）などが挙げられ、これらの方法では、鞘糸を形成する短繊維が脱落せず十分な強度を得る為には単糸段階で一定数の撚り数を入れる必要があるが、鞘糸と共に撚られる芯糸の導電体に生じるねじれによる疲労が、断線を引き起こさない程度に撚り数を抑える必要がある。なお、芯糸を被覆する観点から、外観の形状等において、導電体に下撚が入らない請求項３のコアヤーンとは糸構成が異なるものである。
【００３０】
上記した各請求項の電気回路縫い糸は、線状の導電体と繊維を組合せることにより、導電性を有しつつ、しなやかさと強靭さを兼ね備え、ミシンでの過酷な縫製が可能となり、衣料に組み込んだ際に着心地や生地への追従が可能となるので、スマートテキスタイルに用いられる衣料品として最適に使用することができる。
【００３１】
なお、本発明の電気回路縫い糸は、本来の用途として縫製される以外、布帛へ巻き付け、貼り付け、織り込み、編み込み等といった加工によって電気回路等を構成してもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の電気回路縫い糸は、従来からの衣料品の縫製等に用いられる一般的なミシンにて縫製することができ、縫い方向をステップ毎に変えられ、自由に電子機器を配置することができるので、ウエアブルコンピューター等のスマートテキスタイル用途として有用となる。
【００３３】
また、本発明の電気回路縫い糸は、線状の導電体と繊維を組合せることにより、しなやかさと強靭さを兼ね備えており、ミシンでの過酷な縫製や衣料に組み込んだ際に着心地や生地への追従が可能となるといった効果がある。
【００３４】
更に、本発明の電気回路縫い糸は、線状の導電体に対して繊維が共に撚られているか、若しくは繊維が周りをカバーすることによって、摩擦による導電体へのダメージを低減すると共に、染色による加色性に優れるといった効果がある。
【００３５】
また、本発明の電気回路縫糸は、線状の導電体自体がその表面を絶縁体で被覆されているため、スマートテキスタイル形成後、短絡を原因とする電子機器破壊を防止する効果がある。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明の電気回路縫い糸を構成する線形状の導電体としては、導電性がある金属（例えば、銅、銀、アルミニウム等）であればいずれも使用でき、また、銅や銀等でめっきした繊維でもよい。
【００３７】
線状の導電体を覆う皮膜となる絶縁体としては、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリイミド等が挙げられるが、銅線の外装に絶縁体としての樹脂塗装が予め施されたエナメル線（通称）を、本発明の表面が絶縁体の皮膜で覆われた線状の導電体として用いるのが、入手性やコスト的に好ましい。
【００３８】
また、電気回路縫い糸の基本構成は、単糸と上撚からなり、単糸においては、（１）線状の導電体を絶縁体で皮膜化したものと繊維とを２本以上引き揃えて、撚糸する方法。（２）線状の導電体を絶縁体で皮膜化したものと短繊維群とを引き揃えて、紡糸した複合糸とする方法。（３）線状の導電体を絶縁体で皮膜化したものを芯とし、繊維を鞘糸としてカバーリング撚糸する方法。（４）線状の導通体を絶縁体で皮膜化したものを芯とし、例えばＶＯＲＴＥＸ（登録商標）精紡機（村田機械Vortex861）を用いて、天然繊維あるいは合成繊維のスライバーを鞘糸として巻き付ける方法がある。
【００３９】
生産設備の希少性やコストの点から、前者ほど生産し易いという利点がある一方、導電体の保護は後者程良好になるので、用途に適した選択を行えばよい。
【００４０】
また、通常の縫い糸に関する撚り糸は上撚と下撚から構成され、下撚された単糸を複数本合わせて逆方向に撚ることによりバランスを保つことで安定し、しなやかさや耐摩擦抵抗に強くするといった性能に繋がるが、例えば導電体としてエナメル線を使用した場合、上撚後に金属に由来する形状記憶を成すため、単糸の撚り若しくはカバーリング、ＶＯＲＴＥＸ精紡により生まれるトルクの影響は少なく、それでもバランスが悪くスナールが発生するようであれば、熱セットによる撚止めが有効である。
【００４１】
上撚の方向は、手縫い用途においてはＳ方向、ミシンでの用途においてはＺ方向が望ましく、単糸における下撚、カバーリング、ＶＯＲＴＥＸ精紡については上撚の逆方向の構成とすることが望ましい。
【００４２】
縫い糸としての性能においては、上撚が過半を占め、撚り係数は１５００〜１５０００が望ましく、撚り係数の値が小さいほど柔らかくフレキシブルに、逆に高いほど可縫性や摩擦耐久性が向上する。また、導電体を有する単糸の下撚（請求項１と請求項４に関する）においては、撚られることにより生じる導電体のねじれによる疲労が、断線を引き起こさない程度に撚り数を抑える必要がある。
【００４３】
この発明の電気回路縫い糸を構成する繊維（合成繊維及び天然繊維）は、素材に応じた染色が可能で、電極方向による色分けをすることができる。
【００４４】
更に、この発明の電気回路縫い糸は、導電体を有する単糸が２本以上で構成されるため、単糸別に任意の色に染め分けた後に合糸と上撚を行えば、一本の電気回路縫い糸で電子機器の複数の端子を繋ぐ際の目印となる。
【００４５】
電子機器との接合については、例えば、ライターの火で繊維と導通部を被覆した絶縁体を除去した後に、はんだ付けにより接着することで可能である。なお、繊維が合成繊維の場合は、はんだごての熱により除去することができる。
【実施例】
【００４６】
試作糸は、撚り構成として無撚りのエナメル線に、ポリエステル１１０Ｔ−２４−３９０をＳ方向に４００Ｔ／ｍでカバーリングし、これを２本引き揃えた後にＺ方向に４００Ｔ／ｍの撚りを入れた。
【００４７】
可縫性について
（ａ）工業用ミシンテスト（ＤＤＬ−５５５：ＪＵＫＩ社製）
下記条件による本縫いでの可縫性試験の結果、下糸としての使用において、５０００（ｓｔｉ／ｍｉｎ）で問題なく縫製可能であり、縫製後の通電にも影響しないことがわかった。
【００４８】
（ｂ）家庭用ミシンテスト（Ｐ−５０００：ｂｒｏｔｈｅｒ社製）
綿ブロード２枚を重ね、試作糸及びエナメル線を下糸としての使用において、直線縫い及びジグザグ縫いでそれぞれ５０ｃｍ縫製し試験試料とした。ジグザグ縫いに関しては、積算５０回洗濯後も通電が確認できた（表１の家庭用洗濯試験結果参照）。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
本発明の電気回路縫い糸を使用してスマートテキスタイルを構成する一例として、布帛に対して、ＬＥＤランプと一次電池をそれぞれ目的の位置に取り付け、この間に電気回路縫い糸をミシンあるいは手縫いにより縫い付け、両端を各端子に通し、はんだ付けにより繋ぎ、繋いだ個所を絶縁性の樹脂で覆うように接着させることで、雨天若しくは水中でも使用できるスマートテキスタイルとなる。なお、電気回路縫い糸の使用として、針糸ないし下糸としての使用にこだわるものではない。
【００５１】
上記事例を応用することで、野外イベント用の光る衣装や、心拍数などの身体情報をモニタリングする健康水着、ＧＰＳ端末を搭載したアウトドアジャケットなどを構成することができ、従来の導線を使用する方法に比べて、漏電等のおそれがなく、かつ軽量で柔軟性があり身体にフィットするスマートテキスタイルを構成できる。
【００５２】
なお、本発明の電気回路縫い糸は、本来の縫い糸として布帛に縫い込む用途以外にも、布帛への「巻き付け」、「貼り付け」、などといった加工によって電気回路等を構成してもよく、また、織り糸や編み糸、組み糸などとしての用途にも用いることができ、フレキシブルで軽く着心地の良いスマートテキスタイルを構成するアンテナやセンサー、電磁波遮断などの機能を持つ電子機器としての種々の応用が可能である。