(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮性導体組成物からなる伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイスにおいて、該電気配線の非伸張時の線間幅が５０μｍ以上１ｍｍ以下であり、かつ、電気配線の幅／厚さの比が１から５０の範囲であり、
前記伸縮性導体組成物は、金属系導電性フィラー、カーボンブラック、及び非架橋型のエラストマーを含有し、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下であり、前記カーボンブラックのＤＢＰ吸油量が１００〜５５０ｃｍ３／１００ｇの範囲であり、前記カーボンブラックの配合量が前記金属系導電性フィラーと前記カーボンブラックの総量に対して０．５〜２．０質量％であることを特徴とする伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
【請求項２】
前記電気配線の非伸張時の配線幅が５０μｍ以上１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
【請求項３】
前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物部分の厚さが３μｍ以上２００μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
【請求項４】
前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物の非伸張時の比抵抗が２８０μΩｃｍ以上１×１０-３Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
【請求項５】
前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、前記金属系導電性フィラーの含量が４０〜９０質量％であり、前記非架橋型のエラストマーの含量が１５〜６０質量％であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
【請求項６】
前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、前記金属系導電性フィラーの含量が４０〜８３質量％であり、前記非架橋型のエラストマーの含量が１５〜６０質量％であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
【請求項７】
前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、前記金属系導電性フィラーの含量が４０〜９０質量％であり、前記非架橋型のエラストマーの含量が１５〜６０質量％であり、ＢＥＴ比表面積が１００〜５５０ｍ２／ｇのカーボンブラックの含量が０．５〜３質量％であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
【請求項８】
少なくとも、金属系導電性フィラー、カーボンブラック、非架橋型のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下であり、
前記カーボンブラックのＤＢＰ吸油量が１００〜５５０ｃｍ３／１００ｇの範囲であり、前記カーボンブラックの配合量が前記金属系導電性フィラーと前記カーボンブラックの総量に対して０．５〜２．０質量％であることを特徴とする伸縮性導体形成用ペースト。
【請求項９】
前記伸縮性導体形成用ペーストにおいて、溶剤を除いた全成分を１００質量部とした場合に、前記金属系導電性フィラーと前記カーボンブラックの合計が４０〜９０質量部であり、前記非架橋型のエラストマーが１０〜６０質量部であることを特徴とする請求項８に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
【請求項１０】
前記有機溶剤の沸点が２００℃以上であり、２０℃における飽和蒸気圧が２０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれかに記載の伸縮性導体形成用ペーストを用いて、線幅１ｍｍ未満、線間１ｍｍ以下の電気配線を印刷法にて形成した後に、大気圧下にて、７５℃〜１４５℃の範囲の温度で乾燥することを特徴とする伸縮性電気配線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機能ないし電気機能を衣服に組み込んで使用する衣服型のウェアラブル電子機器に関し、さらに詳しくは、伸縮性を有する電気配線を有し、自然な使用感、着用感のあるウェアラブル・スマート・デバイスに関する。
さらに本発明は、自然な使用感、着用感のあるウェアラブル・スマート・デバイスを実現するために必要な、伸縮性を有する電気配線を形成するために用いられる導電ペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、入出力、演算、通信機能を有する電子機器を身体に極近接、ないしは密着した状態で使用することを意図したウェアラブル電子機器が開発されている。ウェアラブル電子機器には腕時計、メガネ、イヤホンのようなアクセサリ型の外形を有する機器、衣服に電子機能を組み込んだテキスタイル集積型のウェアラブル・スマート・デバイスが知られている。また、今後は人体に密着したタッチボディ型、スキンパッチ型、さらには人体内に埋め込むことを想定したインプラント型のウェアラブル・スマート・デバイスが開発されている。【０００３】
電子機器には、電力供給用や信号伝送用の電気配線が必要である。特にテキスタイル集積型ウェアラブル電子機器や。スキンパッチ型のウェアラブル機器には、伸縮する衣服、基材に合わせて電気配線にも伸縮性が求められる。通常、金属線や金属箔からなる電気配線には、本質的に実用的な伸縮性は無いため、金属線や金属箔を波形、あるいは繰り返し馬蹄形に配置して、擬似的に伸縮機能を持たせる手法が用いられている。
金属線の場合には、金属線を刺繍糸と見なして、衣服に縫い付けることにより配線形成が可能である。しかしながら、かかる手法が大量生産に向いていないことは自明である。
金属箔のエッチングにより配線を形成する手法は、プリント配線板の製法として一般的である。金属箔を伸縮性のある樹脂シートに貼り合わせ、プリント配線板と同様の手法で波形配線を形成して、擬似的に伸縮性配線とする手法が知られている。（非特許文献１参照）かかる手法は波形配線部の捻れ変形により擬似的に伸縮特性を持たせるものであるが、捻れ変形により金属箔が厚さ方向にも変異するため、衣服の一部として用いると、非常に違和感のある着用感となり好ましいものではなかった。また洗濯時のような過度な変形を受けた場合には金属箔に永久塑性変形が生じ、配線の耐久性にも問題があった。【０００４】
伸縮性の導体配線を実現する手法として、特殊な導電ペーストを用いる方法が提案されている。銀粒子、カーボン粒子、カーボンナノチューブ等の導電性粒子と伸縮性を持つウレタン樹脂などのエラストマー、天然ゴム、合成ゴム、溶剤などを混練してペースト状とし、衣服に直接、ないし伸縮性のフィルム基材などと組み合わせて配線を印刷描画するものである。
金属系導電粒子と伸縮性バインダー樹脂とからなる導電性組成物は、巨視的には伸縮可能な導体を実現することができる。かかるペーストから得られる導電性組成物は、微視的に見れば、外力を受けた際に樹脂バインダー部変形し、導電性粒子の電気的連鎖が途切れない範囲で導電性が維持されるものである。巨視的に観察される比抵抗は、金属線や金属箔に比較すると高い値であるが、組成物自体が伸縮性を持つために波形配線などの形状を採る必要が無く、配線幅と厚さには自由度が高いため実用的には金属線に比較して低抵抗な配線を実現可能である。【０００５】
特許文献１では、銀粒子とシリコ−ンゴムを組合せ、シリコーンゴム基板上の導電性膜をさらにシリコーンゴムで被覆することにより、伸長時の導電率低下を抑制する技術が開示されている。特許文献２には銀粒子とポリウレタンエマルジョンの組合せが開示されており、高導電率でかつ高伸長率の導電膜が得られるとされている。さらにカーボンナノチューブや銀粒子など、高アスペクト比の導電性粒子を組み合わせて特性改善を試みた例も多々提案されている。【０００６】
さらに特許文献３では、印刷法を用いて電気配線を衣服に直接的に形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７３２２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−５４１９２号公報
【特許文献３】特許第３７２３５６５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｊｏｎｇ−Ｈｙｕｎ  Ａｈｎ  ａｎｄ  Ｊｕｎｇ  Ｈｏ  Ｊｅ，“Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ：ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ“Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４５（２０１２）１０３００１
【非特許文献２】Ｋｙｏｕｎｇ−Ｙｏｎｇ  Ｃｈｕｎ，Ｙｏｕｎｇｓｅｏｋ  Ｏｈ，Ｊｏｎｇｈｙｕｎ  Ｒｈｏ，Ｊｏｎｇ−Ｈｙｕｎ  Ａｈｎ，Ｙｏｕｎｇ−Ｊｉｎ  Ｋｉｍ，Ｈｙｏｕｎｇ  Ｒｙｅｏｌ  Ｃｈｏｉ  ａｎｄ  Ｓｅｕｎｇｈｙｕｎ  Ｂａｉｋ，“Ｈｉｇｈｌｙ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ，ｐｒｉｎｔａｂｌｅ  ａｎｄ  ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｆｉｌｍｓ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ａｎｄ  ｓｉｌｖｅｒ”Ｎａｔｕｒｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，５，８５３（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
伸縮性の導体組成物を用いて衣服を構成する布帛に印刷法を用いて配線を形成する場合には、類似の技術、たえば導電ペーストを用いたメンブレン回路の形成技術と比較して様々な相違点があり、それらが技術的困難性につながっている。比較的寸法精度が高く、かつ十分な平面性を有するポリエステルフィルムなどの基材とは事なり、布帛表面は相当に凸凹であり、かつ柔軟性を有するために寸法精度は低く、なおかつ厚さ方向にも柔軟であるため印刷厚による変形も生じ、およそ高精細な配線パターンを形成することは困難である。かかる問題点に対しては布帛に最初に下地層を設けて、布帛の繊維間の運動自由度を制限することが先に示した特許文献３に開示された発明の趣旨である。特許文献３においても全ての困難性が解決されているわけではない【００１０】
伸縮性導体組成物は、主として金属系導電粒子と柔軟性樹脂から構成されるものである。このような伸縮性導体としては、ゴムなどの架橋型エラストマーを樹脂バインダーとして用い、カーボンブラックや金属粒子を配合した組成物が一般に知られている。このような伸縮性導体組成物は、金属系導電粒子と架橋型エラストマーの前駆体に必要に応じて溶剤などを混合溶解分散して得られるペーストないしスラリーを介して形成される。ペーストとした場合にはスクリーン印刷などで配線パターンを形成することが容易となる。しかしながら、このような架橋型のエラストマーを樹脂バインダーに用いた場合は、ペーストの乾燥硬化過程にてバインダー樹脂に架橋構造を付与する必要があるため、比較的高い処理温度が必要であるため、硬化課程でエッジがだれるため、配線間隙を狭くすることが難しくなっている。一方でこのような柔軟性を有する材料の基材としては、当然ながら柔軟性を有する材料が好ましいが、そのような材料は一般に耐熱性が低いため、かかる架橋構造を硬化課程で形成するタイプの材料には使いがたい。【００１１】
布帛に下地層を形成した後に導電ペーストを印刷する場合も同様で、下地層は布帛表面にある程度の平滑性を与え、と同時に布帛を構成する繊維間を結合させて自由度を制限する役割を有する。下地層を構成する樹脂成分は、樹脂自体に柔軟性が必要であるため、必ずしも耐熱性が高いわけではなく、架橋反応が十分に行われる温度に暴露された場合に樹脂が溶融軟化して不具合を生じる懸念がある。また、導電ペーストに含有される架橋剤が、硬化課程において下地層に拡散し、下地層内において架橋反応を生じる場合があり、下地層の柔軟性が当初の状態よりも低下してしまう場合がある。【００１２】
他方、導電ペーストに架橋剤を配合しない場合には、架橋反応温度まで温度を上げる必要が無く、被印刷基材の材料選択幅が広くなるが、塗膜が架橋されず塗膜強度が不十分のため繰返し伸長時の抵抗上昇が大きくなる。また、低温での乾燥では、乾燥不十分となり易く、残留溶剤により十分な塗膜物性が得られない事や、あるいは衣服として着用した場合に皮膚刺激等の問題が生じることが懸念される。
【００１３】
結果として、かかる伸縮性導体組成物による電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイスは、広めの配線幅と広めの配線間とせざるを得ず、そのため、配線形成部がゴワゴワとした感触となり、太めの配線であるが故に、金属糸などの導電性繊維を用いた配線に比較して耐繰り返し曲げ性、耐繰り返し捻り性に劣る物となっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意検討した結果、以下の発明に到達した。
すなわち、本発明は以下の構成を持つ。 
［１］２０％伸張を１０回繰り返しても導通を維持できる伸縮性導体組成物からなる伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイスにおいて、該電気配線の非伸張時の線間幅が５０μｍ以上１ｍｍ以下であり、かつ、電気配線の幅／厚さの比が１から５０の範囲であることを特徴とする伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
［２］前記電気配線の非伸張時の配線幅が５０μｍ以上１ｍｍ未満であることを特徴とする［１］に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
［３］前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物部分の厚さが３μｍ以上２００μｍ以下の範囲であることを特徴とする［１］または［２］に記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
［４］前記伸縮性電気配線の伸縮性導体組成物の非伸張時の比抵抗が１×１０-3Ωｃｍ以下であることを特徴とする［１］から［３］のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
［５］前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下の導電性粒子、４０〜９０質量％、非架橋型のエラストマー、１５〜６０質量％を含有していることを特徴とする［１］から［４］のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
［６］前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下の導電性粒子、４０〜８３質量％、非架橋型のエラストマー１５〜６０質量％を含有していることを特徴とする［１］から［５］のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
［７］前記伸縮性導体組成物が、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下の導電性粒子、４０〜９０質量％、非架橋型のエラストマー１５〜６０質量％、ＢＥＴ比表面積が１００〜５５０ｍ2／ｇのカーボンブラック０．５〜３質量％を含有していることを特徴とする［１］〜［６］のいずれかに記載の伸縮性電気配線を有するウェアラブル・スマート・デバイス。
【００１５】
さらに本発明は以下の構成を有する。
［８］  少なくとも、金属系導電性フィラー、非架橋型のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする伸縮性導体形成用ペースト。
［９］  少なくとも、金属系導電性フィラー、カーボンブラック、非架橋型のエラストマー、有機溶剤を含有してなる伸縮性導体形成用ペーストであって、前記金属系導電性フィラーの平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下であり、前記カーボンブラックのＤＢＰ吸油量が１００〜５５０ｃｍ3／１００ｇの範囲であり、カーボンブラックの配合量が金属系フィラーとカーボンブラックの総量に対して０．５〜２．０質量％であることを特徴とする［８］に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
［１０］  前記伸縮性導体形成用ペーストにおいて、溶剤を除いた全成分を１００質量部とした場合に、金属系導電性フィラーとカーボンブラックの合計が４０〜９０質量部であり、非架橋型のエラストマーが１０〜６０質量部であることを特徴とする［８］または［９］に記載の伸縮性導体形成用ペースト。
［１１］  前記有機溶剤の沸点が２００℃以上であり、２０℃における飽和蒸気圧が２０Ｐａ以下であることを特徴とする［８］から［１０］のいずれかに記載の伸縮性導体形成用ペースト。
［１２］  前記［８］から［１１］のいずれかに記載の伸縮性導体形成用ペーストを用いて、線幅１ｍｍ未満、線間１ｍｍ以下の電気配線を印刷法にて形成した後に、大気圧下にて、７５℃〜１４５℃の範囲の温度で乾燥することを特徴とする伸縮性電気配線の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明におけるウェアラブル・スマート・デバイスは、伸縮性の導体組成物からなる電気配線を有する衣服型の機器であり、該伸縮性の導体組成物からなる電気配線の、配線間が５０μｍ以上１ｍｍ未満で、電気配線の幅／厚さで定義されるアスペクト比が１から５０の範囲という比較的微細な配線を有するものであり、好ましくは該配線の幅が５０μｍ以上１ｍｍ以下であり、該配線は好ましくは厚さが３μｍ以上２００μｍ以下であり、さらに好ましくは該配線を構成する伸縮性導体組成物の非伸張時の比抵抗が１×１０-3Ωｃｍ以下であることを特徴としている。
【００１７】
本発明で用いられる配合系の伸縮性の導体組成物は、繰り返し伸縮や繰り返し曲げにより粒子間の接触状態が変化し、導電性が低下することが知られている。しかし、本発明を応用すれば、所定の配線電流容量を確保するために必要な配線断面積を、単一の太い配線路ではなく、総和が同じ配線断面積となるように、複数の細い配線に分割して設置することにより、同程度の電流容量を維持し、耐繰り返し曲げ性、耐繰り返し捻り性に優れる配線を得ることができる。耐繰り返し曲げ性、耐繰り返し捻り性の向上については、一般的な導線を用いた電線の例からも容易に類推できる。が、さらに驚くべき事に、本発明の構成は耐繰り返し伸縮性についても改善が認められている。本発明者らは、かかる効果については、配線路が微分割されると同時に、配線に用いられる伸縮性導電組成物のバインダー成分が非架橋型エラストマーであり、低温で乾燥硬化されていることの複合的な効果であると解釈している。【００１８】
また、本発明における効果は、配線の耐洗濯性向上にも寄与している。洗濯時の配線部には伸張変形と圧縮変形とが繰り返し加わる。導電フィラーとバインダー樹脂から成る伸縮性導体組成物は特に圧縮による座屈破壊を生じやすく、そのために耐洗濯性に問題が出ることが多い。しかしながら本発明における様に、配線を適度な配線間隔を以て分割することにより、配線部分の幅方向の圧縮への耐性が大幅に向上し、結果として洗濯耐久性が改善されるものと、本発明者らは解釈している。【００１９】
電気配線を組み込んだ衣服においては、着用時の配線部の違和感が問題となっている。金属細線を縫い込んだ配線を有する衣服を着用した場合に違和感が大きいのは容易に想像されるところである。【００２０】
架橋型のエラストマー樹脂をバインダーに用いた伸縮性導体形成用の導電ペーストを印刷、乾燥硬化する際の乾燥硬化温度を高く設定した場合には樹脂成分の架橋反応が進行する過程において樹脂粘度が一時的に低下する現象が生じる。これは、架橋反応がスムースに行われるためには樹脂のポリマー鎖が十分な運動性を有することが必要であり、必然的に樹脂粘度が低下した状態を経る必要があるためである。この樹脂粘度の一時的な低下は、配線パターンのエッジのダレを引き起こし、配線の断面形状が初期に成形された形状から変形してしまい、より端的には、初期に微細線形状に成形したとしても硬化課程で線幅が太るため、結果的に微細線パターンを得ることが困難となる。【００２１】
本発明では非架橋型のエラストマー樹脂をバインダーに用いるため、まず、このような問題を回避することができる。しかしながら、乾燥温度を下げた場合には塗膜が架橋されないため、塗膜強度が弱くなり伸長時の抵抗上昇が大きくなる。また、乾燥不十分となり、高沸点溶剤を用いた場合、溶剤成分が残りやすい。低温乾燥に対応するためには架橋せずとも塗膜強度を強くし、スクリーン印刷可能かつ塗膜中に溶剤が残存しないような組成にする必要がある。低沸点溶剤を使用する対策は印刷中のペースト粘度の上昇を招きやすく、印刷時にかすれ等が発生しやすくなる。一方で高沸点溶剤の使用は残留溶剤に関わるさまざまな問題を引き起こす懸念を有している。本発明における伸縮性導体形成用ペーストにおいては特定のＤＢＰ吸油量を有するカーボンブラックを所定量含有することにより、塗膜強度を高めて伸長時の抵抗上昇を抑制することができ、かつ、残留溶剤に起因する塗膜の不具合を回避することが出来る。これは、溶剤の残留分を特定のカーボンブラックが吸収し、樹脂系内に存在する自由溶剤分が減じられているためであると考えられる。
【００２２】
本発明では特定のカーボンブラックが上記の懸念を払拭してくれるため、低温硬化でありながら、塗膜の強度を向上させつつ、比較的高沸点の溶剤を用いることができる。高沸点の溶剤の使用は印刷時の作業性において、ペースト粘度の変化低減、版乾きの問題を回避、さらには印刷版への裏移りが減り、ペースト粘度の上昇も顕著には見られないため作業性が向上する。作業性の向上とあいまって、乾燥温度の低下によりペーストエッジのダレが抑えられるため、細線印刷性が改善される。結果として、本発明における導電ペーストを用いることにより線幅３００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下の線幅の印刷が可能であり、さらに線間隔が１５０μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下の微細パターンを印刷可能となる。【００２３】
本発明ような伸縮性導体組成物のシートないしフィルムで構成された配線路は比較的薄いため、違和感は小さいが、本発明ではさらに配線を細線に細分化することにより、配線部のしなやかさを向上させ、違和感のない自然な着用感を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例における電極表面層の印刷パターンである。
【図２】本発明の実施例におけるカバーコート層の印刷パターンである。
【図３】本発明の実施例における導電層の印刷パターンである。
【図４】本発明の実施例における下地層の印刷パターンである。
【図５】本発明の比較例における導電層の印刷パターンである。
【図６】本発明の電気配線形成プロセスの一例を示す概略模式図である。（直接印刷）
【図７】本発明の電気配線形成プロセスの一例を示す概略模式図である。（転写法）
【図８】本発明の配線部の断面の一例を示す概略模式図である。（直接印刷）
【図９】本発明の配線部の断面の一例を示す概略模式図である。（転写法）
【図１０】従来の配線部の断面を示す概略模式図である（直接印刷）
【図１１】本発明の電極部の断面の一例を示す概略模式図である（直接印刷）
【図１２】本発明の電極部の断面の一例を示す概略模式図である（直接印刷）
【図１３】本発明の電極部の断面の一例を示す概略模式図である（転写法）
【図１４】本発明の電極部の断面の一例を示す概略模式図である（転写法）
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明における、細線で構成された電気配線は、以下の考え方に基づいて実現できる。
本発明における電気配線は伸縮性導体形成用のペーストを印刷、硬化して得る。柔軟な基材である布帛、伸縮シートなどの素材は一般に耐熱性が乏しいため、ペーストの乾燥硬化温度は低めに保つ必要があり、ペーストの溶剤には一般的に低沸点の溶剤が用いられる。また、高温での硬化反応、架橋反応が必要な樹脂成分をバインダー樹脂に用いることも難しい。しかしながら、低沸点溶剤の使用は、ペースト印刷中の版乾きを招き、印刷カスレを生じやすくなるため細線を印刷することは難しくなる。
【００２６】
本発明では比較的高沸点の溶剤を使用し、かつ好ましくは低温乾燥でも十分に伸縮特性を発現する非架橋型のエラストマーをバインダー樹脂に用いることで得られる物性発現がかかる問題を解決し、配線幅１ｍｍ未満、好ましくは線間幅１ｍｍ以下の微細配線を形成できる。
【００２７】
本発明における伸縮性導体組成物からなる伸縮性電気配線は、２０％伸張を１０回繰り返しても導通を維持し、好ましくは１００回繰り返しても導通を維持し、さらに好ましくは１０００回繰り返しても導通を維持する耐伸張性を有する物を用いる。
本発明における、該電気配線の非伸張時の線間幅は、５０μｍ以上１ｍｍ以下であり、好ましくは８０μｍ以上７５０μｍ以下で有り、さらに好ましくは１２０μｍ以上４５０μｍ以下である。線間隔がこの範囲を超えると電子回路の実装密度が低下するだけでなく、配線面の凹凸が触感的に目立つようになり、衣服として着用した際に違和感が増してしまう。一方で、この範囲未満の線間間を形成しようとすると印刷版の洗浄頻度があがり、収率が低下し、生産性に支障が出る。
【００２８】
本発明における、電気配線の幅／厚さの比（アスペクト比）は、１から５０の範囲であり、好ましくは２〜４０であり、さらに好ましくは３〜３０の範囲である。アスペクト比がこの範囲を超えると、配線断面積が小さくなり、必要な電流容量の確保が難しくなる。一方でアスペクト比がこの範囲より小さい配線を形成するためには、リフトオフ法などの材料効率が低い手法を採用せざるを得なくなり、生産性が低下する。
本発明における伸縮性導体ペーストから形成される伸縮性導体の厚さは好ましくは３〜２００μｍであり、さらに好ましくは４〜１２０μｍであり、なおさらに好ましくは５〜６０μｍである。
【００２９】
以下、本発明に用いられる伸縮性導体組成物について説明する。
本発明における伸縮性導体組成物は、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、
平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下の導電性粒子、４０〜９０質量％、
非架橋型のエラストマー、１５〜６０質量％
を含有する。
さらに本発明における伸縮性導体組成物は、好ましくは、実質的に溶剤を含有せず、少なくとも、
平均粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下の導電性粒子、４０〜８３質量％、
非架橋型のエラストマー１５〜６０質量％、
平均粒子径が０．３μｍ以上１０μｍ以下の非導電性粒子を２〜２５質量％
を含有する。
【００３０】
さらに、本発明における伸縮性導体組成物は、導電性粒子、非架橋型のエラストマー、非導電性粒子の総計を１００質量部とした場合に、沸点が２００℃以上、２０℃における飽和蒸気圧が２０Ｐａ以下の有機溶剤を２０〜８０質量部、を含むペースト組成物を、少なくとも温度６０〜１２０℃、時間３００〜１８００秒で乾燥硬化する工程を経てウェアラブル・スマート・デバイスの配線として成型されることが好ましい。
【００３１】
本発明における導電性粒子は、比抵抗が１×１０−２Ωｃｍ以下の物質からなる、粒子径が０．５μｍ以上５μｍ以下の粒子である。比抵抗が１×１０−２Ωｃｍ以下の物質としては、金属、合金、ドーピングされた半導体などを例示することができる。本発明で好ましく用いられる導電性粒子は銀、金、白金、パラジウム、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、鉛、錫などの金属、黄銅、青銅、白銅、半田などの合金粒子、銀被覆銅のようなハイブリッド粒、さらには金属メッキした高分子粒子、金属メッキしたガラス粒子、金属被覆したセラミック粒子などを用いることができる。
【００３２】
本発明ではフレーク状銀粒子ないし不定形凝集銀粉を主体に用いることが好ましい。なお、ここに主体に用いるとは導電性粒子の９０質量％以上用いることである。不定形凝集粉とは球状もしくは不定形状の１次粒子が３次元的に凝集したものである。不定形凝集粉およびフレーク状粉は球状粉などよりも比表面積が大きいことから低充填量でも導電性ネートワークを形成できるので好ましい。不定形凝集粉は単分散の形態ではないので、粒子同士が物理的に接触していることから導電性ネートワークを形成しやすいので、さらに好ましい。
【００３３】
導電性粒子の粒子径は、動的光散乱法により測定した平均粒子径（５０％Ｄ）が０．５〜５μｍであり、より好ましくは０．７〜３μｍである。平均粒子径が所定の範囲を超えると微細配線の形成が困難になり、スクリーン印刷などの場合は目詰まりが生じる。平均粒子径が０．５μｍ未満の場合、低充填では粒子間で接触できなくなり、導電性が悪化する場合がある。
【００３４】
本発明では、ＤＢＰ吸油量が１００〜５５０の範囲にあるカーボンブラックを用いる。
カーボンブラックには原料や製造方法の異なる多くの種類があり、それぞれに特徴を有している。ＤＢＰ吸油量はカーボンブラックの液体吸収と保持性能を示すパラメータであり、ＩＳＯ４６５６：２０１２に基づいて測定される。本発明において好ましいDBP吸油量は１６０以上５３０以下であり、さらに好ましくは２１０以上５１０以下であり、なおさらに好ましくは２６０以上５００以下である。ＤＢＰ吸油量がこの範囲に満たないと細線を印刷した際に線間が埋まりやすくなり、細線印刷性が低下する。またＤＢＰ吸油量がこの範囲を超えると、ペーストの粘度が上がりやすくなり、粘度調整に溶剤の配合量を増やす必要が生じるため、微細線を印刷した際に線間に溶剤がブリードしやすくり、同様に細線印刷性が低下する。
カーボンブラックの配合量は金属系フィラーとカーボンブラックの総量に対して０．５質量％以上、２．０質量％以下であり、好ましくは０．７質量％以上１．６質量％以下である。
【００３５】
本発明では平均粒子径が０．３μｍ以上１０μｍ以下の非導電性粒子を含んでも良い。本発明における非導電性粒子としては主には金属酸化物の粒子であり、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、金属の硫酸塩、金属の炭酸塩、金属のチタン酸塩等を用いることができる。本発明ではかかる非導電性粒子の中で、硫酸バリウム粒子を用いることが好ましい。
【００３６】
本発明における非架橋型エラストマーとは、好ましくは弾性率が１〜１０００ＭＰａであり、好ましくはガラス転移温度が−４０℃から０℃の範囲内の熱可塑性エラストマー樹脂を用いることができ、熱可塑性の合成樹脂、合成ゴム、天然ゴムなどが挙げられる。塗膜（シート）の伸縮性を発現させるためには、ゴムやポリエステル樹脂が好ましい。ゴムとしては、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴムや水素化ニトリルゴムなどのニトリル基含有ゴム、イソプレンゴム、硫化ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ化ビニリデンコポリマーなどが挙げられる。この中でも、ニトリル基含有ゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、スチレンブタジエンゴムが好ましく、ニトリル基含有ゴムが特に好ましい。
柔軟性樹脂の弾性率は、好ましくは３〜６００ＭＰａであり、より好ましく１０〜５００ＭＰａ、さらに好ましくは１５〜３００ＭＰａ、さらにより好ましくは２０〜１５０ＭＰａ、特に好ましくは２５〜１００ＭＰａである。
【００３７】
ニトリル基を含有するゴムは、ニトリル基を含有するゴムやエラストマーであれば特に限定されないが、ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムが好ましい。ニトリルゴムはブタジエンとアクリロニトリルの共重合体であり、結合アクリロニトリル量が多いと金属との親和性が増加するが、伸縮性に寄与するゴム弾性は逆に減少する。従って、結合アクリロニトリル量は、ニトリル含有ゴム（例えばアクリロニトリルブタジエン共重合体ゴム）１００質量％中、１８〜５０質量％であることが好ましく、３０〜５０質量％であることがより好ましく、４０〜５０質量％であることが特に好ましい。
【００３８】
ポリエステル樹脂とウレタンゴムにおいてガラス転移温度が−４０℃から０℃であることが好ましい。またハードセグメントとソフトセグメントからなるブロック共重合体構造を持つことが好ましい。本発明における非架橋型エラストマーの弾性率は、１〜１０００ＭＰａの範囲であることが好ましく、さらに３〜６００ＭＰａが好ましく、さらに好ましく１０〜５００ＭＰａ、なお好ましくは３０〜３００ＭＰａの範囲である。また本発明における非架橋型エラストマーはガラス転移温度が零℃以下であることが好ましく、−５℃以下が好ましく、−１０℃以下がさらに好ましい。また本発明における非架橋型エラストマーはガラス転移温度が零℃以下であることが好ましく、−４０℃から０℃の範囲がさらに好ましい。
【００３９】
本発明における伸縮性導体形成用ペーストにおいて、溶剤を除いた全成分を１００質量部とした場合に、金属系導電性フィラーとカーボンブラックの合計が７０〜９０質量部であり、非架橋型のエラストマーが１０〜３０質量部である。
【００４０】
本発明における伸縮性導体形成用のペーストは、溶剤を含有する。本発明で用いられる溶剤は、沸点が２００℃以上、２０℃における飽和蒸気圧が２０Ｐａ以下の有機溶剤である。有機溶剤の沸点が低すぎると、ペースト製造工程やペースト使用に際に溶剤が揮発し、導電性ペーストを構成する成分比が変化しやすい懸念がある。一方で、有機溶剤の沸点が高すぎると、乾燥硬化塗膜中の残溶剤量が多くなり、塗膜の信頼性低下を引き起こす懸念がある。また乾燥硬化に長時間を有するため、乾燥過程でのエッジダレが大きくなり、配線間を狭く保つことが困難になる。
【００４１】
本発明における有機溶剤としては、ベンジルアルコール(蒸気圧：3Pa、沸点：205℃)、ターピオネール(蒸気圧：3.1Pa、沸点：２１９℃)、ジエチレングリコール（蒸気圧：0.11Pa、沸点：２４５℃）、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（蒸気圧：5.6Pa、沸点２１７℃）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（蒸気圧：5.3Pa、沸点：２４７℃）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（蒸気圧：0.01mmHg以下、沸点：２５５℃）、トリエチレングリコール（蒸気圧：0.11Pa、沸点：２７６℃）、トリエチレングリコールモノメチルエーテル（蒸気圧：0.1Pa以下、沸点：２４９℃）、トリエチレングリコールモノエチルエーテル（蒸気圧：0.3Pa、沸点：２５６℃）、トリエチレングリコールモノブチルエーテル（蒸気圧：1Pa、沸点：２７１℃）、テトラエチレングリコール（蒸気圧：1Pa、沸点：３２７℃）、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル（蒸気圧：0.01Pa以下、沸点：３０４℃）、トリプロピレングリコール（蒸気圧：0.01Pa以下、沸点：２６７℃）、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル（蒸気圧：3Pa、沸点：２４３℃）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（蒸気圧：3Pa、沸点：２３０℃）を用いることができる。
【００４２】
本発明における溶剤は必要に応じてそれらの２種以上が含まれてもよい。このような有機溶剤は、伸縮性導体組成物形成用のペーストが印刷などに適した粘度となるように適宜含有される。
本発明における有機溶剤の配合量は導電粒子、非導電粒子、非架橋型のエラストマーの合計質量を１００質量部とした場合に、１０〜４０質量部であり、好ましくは１０〜２５質量部である。
【００４３】
本発明における伸縮性導体形成用ペーストは、材料である導電性粒子、好ましく配合される非導電性粒子、非架橋型エラストマー、溶剤をディゾルバー、三本ロールミル、自公転型混合機、アトライター、ボールミル、サンドミルなどの分散機により混合分散することにより得ることができる。
【００４４】
本発明における伸縮性導体形成用ペーストには、発明の内容を損なわない範囲で、印刷適性の付与、色調の調整、レベリング、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの公知の有機、無機の添加剤を配合することができる。
【００４５】
本発明では、以上述べてきた伸縮性導体形成用ペーストを用いて電気配線パターンを直接布帛に印刷することにより伸縮性導体組成物からなる電気配線を有する衣服を製造することができる。印刷手法としては、スクリーン印刷法、平版オフセット印刷法、ペーストジェット法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、スタンピング法、ステンシル法、などを用いることができるが、本発明ではスクリーン印刷法、ステンシル法を用いることが好ましい。またディスペンサ等を用いて配線を直接描画する手法も広義の印刷と解釈して良い。
【００４６】
本発明では、このようにして得られた伸縮性導体ペーストを用いて、線幅１ｍｍ未満、線間５００μｍ以下の電気配線を印刷法にて形成した後に、大気圧下にて、７５℃〜１４５℃の範囲の温度で乾燥することにより、伸縮性電気配線を得ることができる。
【００４７】
印刷に用いる基材は伸縮性のある基材ないし屈曲性の高い素材となる。本発明における伸縮性導体形成用ペーストは、ゴム、ないしウレタンなどの柔軟シート上に、また衣服や繊維製品の原反となる、織物、編物、不織布、合成皮革などの布帛上に伸縮性電気配線を形成するための好適に用いられる。また、あらかじめ布帛上にポリウレタン樹脂、ゴムなどの柔軟性のある樹脂材料を下地として全体に、あるいは部分的に塗布した後に伸縮性導体形成用ペーストを印刷することもできる。また布帛を水溶性の樹脂などで仮に固めてハンドリングしやすくして印刷しても良い。またさらに硬質な板材に仮固定して印刷しても良い。
【００４８】
本発明における伸縮性導体組成物からなる伸縮性電気配線は２０％伸張を１０回繰り返しても導通を維持し、好ましくは１００回繰り返しても導通を維持し、さらに好ましくは１０００回繰り返しても導通を維持する。
本発明における、該電気配線の非伸張時の線幅は、１ｍｍ未満であり、５００μｍ以下が好ましく２５０μｍ以下がさらに好ましく、１２０μｍ以下がさらに好ましい。
本発明における、該電気配線の非伸張時の線間幅は、５０μｍ以上１ｍｍ以下であり、好ましくは８０μｍ以上７５０μｍ以下で有り、さらに好ましくは１２０μｍ以上４５０μｍ以下である。線間隔がこの範囲を超えると電子回路の実装密度が低下するだけでなく、配線面の凹凸が触感的に目立つようになり、衣服として着用した際に違和感が増してしまう。一方で、この範囲未満の線間間を形成しようとすると印刷版の洗浄頻度があがり、収率が低下し、生産性に支障が出る。
【００４９】
本発明における、電気配線の幅／厚さの比（アスペクト比）は、１から５０の範囲であり、好ましくは２〜４０であり、さらに好ましくは３〜３０の範囲である。アスペクト比がこの範囲を超えると、配線断面積が小さくなり、必要な電流容量の確保が難しくなる。一方でアスペクト比がこの範囲より小さい配線を形成するためには、リフトオフ法などの材料効率が低い手法を採用せざるを得なくなり、生産性が低下する。
【００５０】
このようにして得られた伸縮性導体組成物形成用ペーストを乾燥硬化することにより、実質的に溶剤を含有しない、２０％伸張を１０回繰り返しても導電性を維持する伸張特性を有する電気配線を得ることができる。
【００５１】
印刷は、衣服や繊維製品の原反となる、織物、編物、不織布、合成皮革などの布帛上に所定のパターン印刷を行い、その後に裁断・縫製して衣服などの繊維製品を得る方法、あるいは、縫製を終えた繊維製品、ないし縫製中間体の状態で印刷することも可能である。また、あらかじめ布帛上にポリウレタン樹脂、ゴムなどの柔軟性のある樹脂材料を下地として全体に、あるいは部分的に塗布した後に伸縮性導体形成用ペーストを印刷することもできる。また布帛を水溶性の樹脂などで仮に固めてハンドリングしやすくして印刷しても良い。またさらに硬質な板材に仮固定して印刷しても良い。布帛に直接伸縮性導体形成用ペーストを印刷して得られる配線付き衣服は、下地およびまたは伸縮性導体部が基材である布帛の繊維と部分的に相互侵入状態となり、強固な接着を実現することができる。また下地層を介して印刷する場合においても、下地層に伸縮性導体組成物と接着性の良い材料を適宜選択できるため、良好な接着性を有する電気配線層のある衣服を得ることができる。
【００５２】
本発明における伸縮性導体からなる配線には、必要に応じて伸縮性を有する絶縁カバーコートを印刷法、あるいはラミネート法にて設けることができる。また、人体表面と接触することを意図した電極表面には、金属系導電粒子として、カーボン粒子を金属系導電粒子の主体に用いた組成物からなる表面層を設けることができる。かかるカーボン粒子を金属系導電粒子の主体に用いた組成物は、本発明における伸縮性導体と同じ柔軟性樹脂材料をバインダーに用いたカーボンペーストによるものであることが好ましい。また、ディスクリート部品との電気的接点として用いる部分には金、あるいは錫などをメッキすることもできる。
【００５３】
本発明では、以上述べてきた伸縮性導体形成用ペーストを用いて電気配線パターンを中間媒体に印刷した後に布帛に転写することにより伸縮性導体組成物からなる配線を有する衣服を得ることができる。この場合にも直接印刷と同様の印刷手法を適宜選択することができる。また同様にカバーコート層、カーボン粒子を金属系導電粒子の主体に用いた組成物層などを設けることもできる。転写法を用いる場合には、本発明における伸縮性導体は熱可塑性を有するため、布帛に熱圧着することにより転写が可能である。またさらに易転写性を求める場合には下地層としてホットメルト層をあらかじめ中間媒体上に印刷された配線パターンの上に形成した後、布帛に転写することができる。さらに布帛側にホットメルト層を受像層としてあらかじめ設けておいてもよい。かかるホットメルト層には熱可塑性のウレタン樹脂、あるいは本発明における伸縮性導体組成物のバインダー成分と同様の非架橋型エラストマーを用いることができる。
【００５４】
この場合の中間媒体には離型層を表面に有する高分子フィルム、紙などのいわゆる離型シートを用いても良い。またフッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミドなどの難接着な素材からなる表面を有するフィルム、シート、板などを用いることができる。またステンレススチール、硬質クロムメッキした鋼板、アルミニウム板などの金属板を用いることも可能である。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例を示し、本発明をより詳細かつ具体的に説明する。なお実施例中の評価結果などは以下の方法にて測定した。【００５６】
＜ニトリル量＞
得られた樹脂材料をNMR分析して得られた組成比から、モノマーの質量比による質量％に換算した。【００５７】
＜ムーニー粘度＞
島津製作所製  ＳＭＶ−３００ＲＴ「ムーニービスコメータ」を用いて測定した。【００５８】
＜弾性率＞
樹脂材料を厚さ２００±２０μｍのシート状に加熱圧縮成形し、次いでＩＳＯ ５２７−２−１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。ＩＳＯ  ５２７−１に規定された方法で引っ張り試験を行って求めた。【００５９】
＜ガラス転移温度＞
ＩＳＯ３１４６に従って示差熱分析（ＤＴＡ）により求めた。【００６０】
＜平均粒子径＞
堀場製作所製の光散乱式粒径分布測定装置LB-500を用いて測定【００６１】
＜樹脂材料の繰り返し伸縮耐久性＞
(1)試験片シート形成
樹脂材料を厚さ２００±２０μｍのシート状に加熱圧縮成形し、次いでＩＳＯ ５２７−２−１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。
(2)伸縮試験
山下マテリアル製のＩＰＣ屈曲試験機を改造し、試験機の往復ストロークを１３．２ｍｍに設定、可動板側に試験片をクランプで固定、もう一端を別の固定端にクランプにて固定、ダンベル型試験片中の幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分を用いて、有効長が６６ｍｍとなるように調整し（伸張度２０％に相当）し、サンプルの繰り返し伸張が行えるように改造した装置を用いた。試験片を用いて１００回の繰り返し伸張を行い、前後の抵抗値変化比を求めた。ここに、
抵抗変化比＝試験後抵抗値／初期抵抗値
である。【００６２】
＜伸縮耐久性の評価＞
(1)試験片シート形成
日本ユニポリマー株式会社製の無黄変ポリウレタンフィルム「ユニグランドＸＮ２００４」を厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルムにロールラミネーターにて軽く密着させ、基材として用いた。次いで３００メッシュのステンレススクリーン版を用いて長さ２００ｍｍ、線幅／線間＝５００μｍ／５００μｍのラインが平行に１０本並んだパターンを印刷し、所定の条件で乾燥し、試験片とした。
(2)伸縮試験
山下マテリアル製のＩＰＣ屈曲試験機を改造し、試験機の往復ストロークを１３．２ｍｍに設定、絶縁樹脂からなる可動板側に試験片を金属製クランプで固定、もう一端を別の固定端にクランプにて固定、先に得られた試験片の長さ方向に、有効長が６６ｍｍとなるように調整し（伸張度２０％に相当）し、試験片の繰り返し伸張が行えるように改造した装置を用いた。金属製クランプ間の抵抗値をモニターしながら、１００回の繰り返し伸張を行い、前後の抵抗値を比較し、試験後の抵抗値を初期抵抗値で除して伸縮耐久性の抵抗変化比とした。【００６３】
＜導電ペーストの繰り返し伸縮耐久性＞
伸縮性導体形成用ペーストを、伸縮性樹脂Ｒ１から得られた厚さ２００±２０μｍのシートを基材とし、スクリーン印刷を用いて１８０ｍｍ×３０ｍｍの矩形パターンを乾燥膜厚が３０μｍ印刷し、１２０℃にて３０分乾燥硬化した。ついで矩形パターン部をＩＳＯ ５２７−２−１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。
山下マテリアル製のＩＰＣ屈曲試験機を改造し、試験機の往復ストロークを１３．２ｍｍに設定、可動板側に試験片をクランプで固定、もう一端を別の固定端にクランプにて固定、ダンベル型試験片中の幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分を用いて、有効長が６６ｍｍとなるように調整し（伸張度２０％に相当）し、サンプルの繰り返し伸張が行えるように改造した装置を用い、伸縮有効長の６６ｍｍの両端の外側０〜５ｍｍにアルミホイルを巻き付けた上で金属製クリップで挟み、テスターで抵抗値をモニターしながら繰り返し伸張を行った。抵抗値の読み取りは、繰り返し伸張６００回までは１０回毎に、６００回以上は５０回毎に伸張率が０％の状態にて停止し、停止後１分後の値を読んで記録し、抵抗値が初期の１００倍に達した時点の回数を記録して、そこで試験を打ち切った。【００６４】
＜導電性（シート抵抗、比抵抗）＞ 
ＩＳＯ ５２７−２−１Ａにて規定されるダンベル型試験片の中央部にある幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分の抵抗値［Ω］を、アジレントテクノロジー社製ミリオームメーターを用いて測定し、試験片の縦横比（１／８）を乗じてシート抵抗値「Ω□」を求めた。
また、抵抗値［Ω］に断面積（幅１［ｃｍ］×厚さ[ｃｍ]）を乗じ、長さ（８ｃｍ）にて除して、比抵抗［Ωｃｍ］を求めた。
【００６５】
＜耐マイグレーション性評価＞
スクリーン印刷を用いて導電ペーストを、幅１．０ｍｍ、長さ３０．０ｍｍの導体パターン２本が１．０ｍｍの間隔にて平行するテストパターンをポリエステルフィルム上に印刷・硬化して試験片とした。試験片の電極間にＤＣ５Ｖを印可した状態で、脱イオン水を導体間に滴下し、電極間がデンドライト状の析出物にて短絡されるまでの時間を測定し、６０秒以内である場合を×、６０秒以上の場合を○とした。なお、脱イオン水の滴下量は、水滴が電極間を８〜１０ｍｍの幅にて覆う程度とし、短絡の判断は目視観察とした。【００６６】
＜着用感＞
男女各５人からなる成人１０名を被験者とし、被験者に電気配線を形成したスポーツシャツを着せ、心電計測注の着用感を、「触感が良い」を５点、「触感が悪い」を１点として、五段階の官能評価を行い、１０人の平均において、４以上を◎、３以上４未満を○、２以上３未満を△、２未満を×とした。【００６７】
＜無機粒子の組成分析＞
用いる無機粒子の組成分析を蛍光Ｘ線分析装置（蛍光Ｘ線分析装置システム３２７０、理学電機株式会社製）を使用しＡｌ成分、Ｓｉ成分の検査を行った。なお、Ａｌ、Ｓｉ、被着量は、検出されたＡｌ成分、およびＳｉ成分の金属化合物を酸化物換算（即ち、Ａｌ成分はＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ成分はＳｉＯ２として換算）した。【００６８】
＜印刷適性＞
伸縮耐久性試験用パターンを、厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルム上に、連続して１００枚印刷を行い、同様に所定の条件で乾燥し、９５〜１００枚目の印刷物にてカスレの有無を目視にて確認した。また３０枚目の印刷物について、線幅と線間を測定した。【００６９】
［製造例1］
＜ポリエステル材料の重合＞
攪拌機、溜出用コンデンサーを備えた内容積３Lのステンレス製重合釜に、テレフタル酸６９．８ 質量部、テレフタル酸９３．０質量部、エチレングリコール５５．９質量部、ネオペンチルグリコール６２．５質量部を仕込み、２．０ｋｇｆ／cm3の加圧化、３時間かけて２３５℃まで昇温し、水を溜出させエステル化反応を行った。エステル化反応終了後、チタンテトラブトキシド０．１４質量部を添加して１０分攪拌後、３０分かけて６５０Paまで初期減圧重合を行うと共に温度を２５５℃まで昇温し、さらにこのまま１３０Pa以下で４５分間後期重合を行った、重合完了後、窒素で圧力を１．０×１０５Paにして、２００℃まで冷却した。次いで攪拌を行ったまま、無水トリメリット酸３．８質量部を添加し、２００℃にて３０分間攪拌した。次にε−カプロラクトン１５８質量部を添加し、２００℃にて６０分間攪拌し、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂R02のガラス転移温度は−１２℃、還元粘度は１．１dl／ｇであった。【００７０】
［製造例２］
＜合成ゴム材料の重合＞
攪拌機、水冷ジャケットを備えたステンレス鋼製の反応容器に
ブタジエン          ６１質量部
アクリロニトリル    ３９質量部
脱イオン水        ２７０質量部
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム  ０．５質量部
ナフタレンスルホン酸ナトリウム縮合物  ２．５質量部
ｔ−ドデシルメルカプタン              ０．３質量部
トリエタノールアミン                  ０．２質量部
炭酸ナトリウム                        ０．１質量部
を仕込み、窒素を流しながら浴温度を１５℃に保ち、静かに攪拌した。次いで  過硫酸カリウム０．３質量部を脱イオン水１９．７質量部に溶解した水溶液を３０分間かけて滴下し、さらに２０時間反応を継続した後、ハイドロキノン０．５質量部を脱イオン水１９．５質量部に溶解した水溶液を加えて重合停止操作を行った。
次いで、未反応モノマーを留去させるために、まず反応容器内を減圧し、さらにスチームを導入して未反応モノマーを回収し、ＮＢＲからなる合成ゴムラテックス（Ｌ１）を得た。【００７１】
得られたラテックスに食塩と希硫酸を加えて凝集・濾過し、樹脂に対する体積比２０倍量の脱イオン水を５回に分けて樹脂を脱イオン水に再分散、濾過を繰り返すことで洗浄し、空気中にて乾燥して合成ゴム樹脂を得た。得られた合成ゴム樹脂のニトリル量は３９質量％、ムーニー粘度は５１、弾性率は４２ＭＰａであった。
【００７２】
［導電ペーストの調整１］
表１に示す材料を用い、表２に示される配合比にて伸縮性導電ペーストを調整した。まず、所定の溶剤量の半分量の溶剤にバインダー樹脂を溶解し、得られた溶液に金属系粒子、炭素系粒子、そのほかの成分を添加して予備混合の後、三本ロールミルにて分散することによりペースト化した。得られたペーストを表２に示す条件にて乾燥し、評価を行った。結果を表２に示す。
以下同様に表１に示す材料を用い、配合成分を替えて表２に示す導電ペーストを得た【００７３】
［参考例１］ストレッチャブルカーボンペーストの調製
表２に示す組成により、電極保護層用のカーボンペーストを調製した。
【００７４】
［参考例２］伸縮性絶縁インク（カバーコート樹脂インク、下地層用インク）
表２に示す組成により、伸縮性絶縁インクを調製した。
【００７５】
［実施例１］
厚さ１２５μｍの離型ＰＥＴフィルムに、まず電極表面層となるカーボンペーストを用いて図１のパターンを印刷し、乾燥硬化した。次いでカバーコート層となる伸縮性絶縁樹脂インクを用い図２のパターンを重ね印刷し、乾燥硬化した。次いで伸縮性導体ペーストを用いて図３のパターンを重ね印刷し、最後に下地層となる図４のパターンを伸縮性絶縁ペーストを用いて印刷した。【００７６】
ここに図３は概念を示すために概略図としたが、実際の試験に用いたパターンにおいて配線部は、線幅５００μｍの配線が１１本、線間５００μｍにて概略平行ラインとなっている。
次いで、図４のパターンと同一形状に打ち抜いたホットメルトシートを重ね圧着することにより、転写性の印刷配線シートを得た。
得られた転写性の印刷配線シートを裏返したスポーツシャツの所定部分に重ね、ホットプレスして印刷物を離型ＰＥＴフィルムからスポーツシャツに転写し、電気配線付きスポーツシャツを得た。【００７７】
続いて、胸部中央端にあたる二個所の電極のスポーツシャツの表面側にステンレススチール製のホックを取り付け、裏側の配線部と電気的導通を確保するために金属細線を撚り込んだ導電糸を用いて伸縮性導体組成物層とステンレススチール製ホックとを電気的に接続した。
ステンレススチール製ホックを介して、ユニオンツール社製の心拍センサＷＨＳ−２を接続し、同心拍センサＷＨＳ−２専用のアプリ「ｍｙＢｅａｔ」を組み込んだアップル社製スマートホンで心拍データを受信し、画面表示できるように設定した。以上のようにして心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツを作製した。
本シャツを被験者に着用させ、安静時、歩行時、ランニング時、自転車走行時、自動車運転時、睡眠時、について心電データを取得した。得られた心電データはノイズが少なく、高解像度で、心電図としてメンタルな状態、体調、疲労度、眠気、緊張度合いなどを心拍間隔の変化、心電波形などから解析可能な品位を有していた。さらに本実施例１で得られた心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツは機械洗濯１００回後も機能を維持していた。結果を表３に示す。【００７８】
［実施例２〜３］
導電ペーストの調整で得られた導電ペースト２、導電ペースト３を用いた他は、実施例１と同様に操作して電気配線付きスポーツシャツを得た。以下同様に評価を行った結果を表３に示す。【００７９】
［比較例１］
実施例１において、図３のパターンの代わりに図５のパターンを用いた以外は同様にして電気配線付きスポーツシャツを得た。以下同様に評価を行った結果を表３に示す。【００８０】
［実施例４］
１００ｍｍ×２００ｍｍのポリエステル平織りクロスに同サイズの厚さ１００μｍのポリウレタンシートをホットメルト接着剤にて接着し、ポリウレタンシート面を被印刷面として、長さ１８０ｍｍ、線幅１００μｍ、線間１００μｍの平行線５０本をスクリーン印刷により印刷し、乾燥硬化した。次いで平行線の端部が露出するように、１６０ｍｍ×８０ｍｍのカバーコートパターンを絶縁インクを用いたスクリーン印刷により形成し、乾燥硬化して試験片とした。得られた試験片の耐洗濯試験を行った。結果を表４に示す。【００８１】
［実施例５〜１０］［比較例２，３］
以下、配線パターン、印刷厚さを変えた以外は実施例４と同様に操作し、実施例５〜１０、比較例２、３として線幅線間の異なる配線をスクリーン印刷にて形成し耐洗濯性を評価した。結果を表４．に示す。【００８２】
［実施例１１〜２３、比較例１１〜１９、参考例１、２］
［導電ペーストの調整２］
表１に示す材料を用い、表５、表６に示される配合比にて伸縮性導電ペーストを調整した。まず、所定の溶剤量の半分量の溶剤にバインダー樹脂を溶解し、得られた溶液に金属系粒子、炭素系粒子、そのほかの成分を添加して予備混合の後、三本ロールミルにて分散することによりペースト化した。得られたペーストを表５、表６に示す条件にて乾燥し、評価を行った。結果を表５、表６に示す。【００８３】
［応用例］
厚さ１２５μｍの離型ＰＥＴフィルムに、まずカバーコート層となる参考例２にて得られた絶縁樹脂インクを所定のパターンに印刷し、乾燥硬化した。パターンは電極部の周囲をリング状にカバーするランド部と伸縮性導体から成る電気配線部をカバーする絶縁コート部に相当する。ランド部は後述する電極パターンの外周３ｍｍを覆い、リングの幅は５ｍｍである。絶縁コート部は幅２４ｍｍであり、伸縮性導体配線をカバーする。カバーコート層の乾燥厚さは２０μｍとなるように調製した。
次いで電極部分となる箇所に参考例１にて得られた伸縮性カーボンペーストを印刷し、乾燥硬化した。電極部は先に印刷されたカバーコート層のリングと同心円的に配置された直径４０ｍｍの円である。【００８４】
次いで、伸縮性導体となる実施例１２にて得られた伸縮性導体形成用ペーストを用いて電極部と電気配線部を印刷した。電極部は直径４０ｍｍの円形であり、リング状ランド部と同心円的に配置される。電気配線部は幅０．８ｍｍ、線間隔１ｍｍの配線が１０本平行に並んだストライプ状である。印刷後にドライオーブンで１１５℃１５分間の熱処理を行い乾燥硬化させた。乾燥厚さは３５μｍとなるように調整した。【００８５】
さらにカバーコート層に用いた参考例２の絶縁樹脂インクを、カバーコート層を含め印刷されている全てのパターンと重なるように印刷し１１５℃１５分間にて乾燥した。得られた印刷物にエヌティーダブリュー株式会社製のリリースフィルム付きホットメルトシート「エセランSHM104-PUR」（厚さ７０μｍ）を所定の形状に打ち抜いて重ね、リリースフィルム側からアイロンで加熱して軽く接着させた。
ついで、以上の工程により得られた転写性の印刷電極配線を裏返したスポーツシャツの所定部分に重ね、１２０℃ホットプレスして印刷物を離型ＰＥＴフィルムからスポーツシャツに転写し電気配線付きスポーツシャツを得た。
得られた電気配線付きスポーツシャツは、左右の後腋窩線上と第７肋骨との交差点に直径５０ｍｍの円形電極があり、さらに円形電極から胸部中央までのストライプ状の伸縮性導体組成物による電気配線が内側に形成されている。なお左右の電極から頸部背面中央に伸びる配線の胸部中央側はいっぺんが２０ｍｍの矩形となっており、５ｍｍのギャップにより左右は短絡されていない。【００８６】
続いて、左右の配線部のカバーコート層が無い頸部背面中央端のスポーツシャツの表面側にステンレススチール製のホックを取り付け、裏側の配線部と電気的導通を確保するために金属細線を撚り込んだ導電糸を用いて伸縮性導体組成物層とステンレススチール製ホックとを電気的に接続した。
ステンレススチール製ホックを介して、ユニオンツール社製の心拍センサＷＨＳ−２を接続し、同心拍センサＷＨＳ−２専用のアプリ「ｍｙＢｅａｔ」を組み込んだアップル社製スマートホンで心拍データを受信し、画面表示できるように設定した。以上のようにして心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツを作製した。
本シャツを被験者に着用させ、安静時、歩行時、ランニング時、自転車走行時、自動車運転時、睡眠時、について心電データを取得した。得られた心電データはノイズが少なく、高解像度で、心電図としてメンタルな状態、体調、疲労度、眠気、緊張度合いなどを心拍間隔の変化、心電波形などから解析可能な品位を有していた。
さらに本応用実施例で得られた心拍計測機能を組み込んだスポーツシャツは機械洗濯３０回後も機能を維持していた。
【００８７】
【表１】
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【００８８】
【表２】
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【００８９】
【表３】
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【００９０】
【表４】
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【００９１】
【表５】
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【００９２】
【表６】
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【産業上の利用分野】
【００９３】
以上、示してきたように、本発明におけるウェアラブル・スマート・デバイスは、伸縮性を有しさらに狭い配線間隔、配線幅の伸縮性導体からなる電気配線を備えることにより、洗濯耐久性の良好な電気配線付きウェアである。このことは電気配線部が繰り返し曲げ性、繰り返し捻り性、繰り返し伸張性、繰り返し圧縮性に優れていることを示し、さらに着用時の違和感も小さい。
本発明におけるウェアラブル・スマート・デバイスの手法は、人体の持つ情報、すなわち筋電位、心電位などの生体電位、体温、脈拍、血圧などの生体情報を衣服に設けたセンサなど検知するためのウェアラブル装置や、あるいは、電気的な温熱装置を組み込んだ衣服、衣服圧を測定するためのセンサを組み込んだウェアラブル装置、衣服圧を利用して身体サイズを計測するウェア、足裏の圧力を測定するための靴下型装置、フレキシブルな太陽電池モジュールをテキスタイルに集積した衣服、テント、バッグなどの配線部、関節部を有する低周波治療器、温熱療養機などの配線部、屈曲度のセンシング部などに応用可能である。かかるウェアラブル装置は、人体を対象にするのみならず、ペットや家畜などの動物、あるいは伸縮部、屈曲部などを有する機械装置にも応用可能であり、ロボット義手、ロボット義足など機械装置と人体と接続して用いるシステムの電気配線としても利用できる。また体内に埋設してしようするインプラントデバイスの配線材料としても応用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１  仮支持体
２  ファブリック（基材）
３  下地層
４  導電層
５  絶縁層（カバーコート層）
６  電極表面層（カーボン層）
７  離型フィルム
８  接着層（ホットメルト層）
１１  心拍検出用電極
１２  デバイス装着用電極
１３  配線部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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