可穿戴智能装置的制作方法

文档序号:15879125发布日期:2018-11-09 17:34阅读:195来源:国知局
本发明涉及将电子功能或者电气功能加入服装而使用的服装式的可穿戴电子装置,更详细地涉及具备有伸缩性的电气配线,具有自然使用感、穿着感的可穿戴智能装置。而且,本发明涉及导电浆料,其用于形成具有为了实现具有自然使用感、穿着感的可穿戴智能装置而必要的伸缩性的电气配线。
背景技术
:近年来,已开发出意在将具有输入输出、运算、通信功能的电子装置在与身体十分接近或者紧贴的状态下使用的可穿戴电子装置。已知可穿戴电子装置中具有如手表、眼镜、耳机此类配件型外形的装置、服装中加入电子功能的纺织品集成式的可穿戴智能装置。此外,已开发今后意在与人体紧贴的接触身体式、皮肤贴片式、进一步埋入人体内的植入式的可穿戴智能装置。电子装置中需要电力供给用或信号传输用的电气配线。特别是纺织品集成式可穿戴电子装置或皮肤贴片式的可穿戴装置中,与伸缩的服装、基材相应地,电气配线也要求伸缩性。通常在由金属线或金属箔形成的电气配线由于本质上无实用上的伸缩性,因此使用将金属线或金属箔配置成波形或重复马蹄形,使其模拟具有伸缩功能的方法。金属线时,可通过将金属线视为刺绣线而缝合在服装上来形成配线。但是,显而易见该方法并不适于大规模生产。通过金属箔蚀刻形成配线的方法是普遍印刷电路板的制法。已知有将金属箔粘贴到具有伸缩性的树脂片上,用与印刷电路板为相同的方法形成波浪形配线,模拟成伸缩性配线的方法(参照非专利文献1)。该方法通过波浪形配线部的扭曲变形而具有模拟伸缩特性,但通过扭曲变形,金属箔在厚度方向也发生变化,因此如果用作服装一部分,则会具有非常不适感的穿着感,因此非优选。此外,洗涤时受到这种过度变形时,金属箔会发生永久塑性变形,配线的耐久性上也存在问题。实现伸缩性的导体配线的方法,提出有使用特殊导电浆料的方法。将银粒子、碳粒子、碳纳米管等的导电性粒子与具有伸缩性的氨基甲酸乙酯树脂等的弹性体、天然橡胶、合成橡胶、溶剂等进行混炼成浆料状,在服装上直接或者与伸缩性薄膜基材等组合进行印刷绘制配线而成。由金属系导电粒子和伸缩性粘合剂树脂组成的导电性组合物在宏观上可实现可伸缩的导体。由所述浆料得到导电性组合物如果从微观上来看,在受到外力时树脂粘合剂部发生变形,并在导电性粒子的电气连接不中断范围导电性得到保持。宏观上观察到的电阻率与金属线或金属箔相比为较高的值,但因组合物本身具有伸缩性,不必采用波浪形配线等形状,因配线宽度与厚度的自由度高,因此在实用性上可实现电阻比金属线低的配线。专利文献1中公开了通过银粒子与有机硅橡胶组合,进一步用有机硅橡胶包覆有机硅橡胶基板上的导电性膜,由此抑制伸长时的导电率下降的技术。专利文献2中公开了银粒子与聚氨酯乳液的组合,可得到高导电率且高伸长率的导电膜。而且,还提出很多将碳纳米管或银粒子等高纵横比的导电性粒子组合来尝试改善特性的例子。而且,专利文献3中公开了利用印刷法在服装上直接形成电气配线的技术。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2007-173226号公报专利文献2:日本特开2012-54192号公报专利文献3:日本专利第3723565号公报非专利文献非专利文献1:jong-hyunahnandjunghoje,“stretchableelectronics:materials,architecturesandintegrations”j.phys.d:appl.phys.45(2012)103001非专利文献2:kyoung-yongchun,youngseokoh,jonghyunrho,jong-hyunahn,young-jinkim,hyoungryeolchoiandseunghyunbaik,“highlyconductive,printableandstretchablecompositefilmsofcarbonnanotubesandsilver”naturenanotechnology,5,853(2010)技术实现要素:发明所要解决的问题使用伸缩性导体组合物并利用印刷法在构成服装的布帛上形成配线时,与类似的技术、例如使用导电浆料的薄膜电路的形成技术相比,有很多不同点,这些关系到技术上的困难性。相对尺寸精度较高且具有充分平面性的聚酯薄膜等基材不同,布帛表面相当凹凸不平,而且因具有柔性而导致尺寸精度较低,且另外在厚度方向也具有柔性,因此印刷厚度也导致发生变形,难以形成完全高精细的配线图案。对于该问题点,上文示出的专利文献3中公开的发明主旨是在布帛上最开始设置基底层以限制布帛纤维间的运动自由度。即使在专利文献3中仍未解决全部的问题。伸缩性导体组合物主要由金属系导电粒子和柔性树脂构成。通常已知这种伸缩性导体使用橡胶等交联型弹性体作为树脂粘合剂,混合炭黑或金属粒子的组合物。这种伸缩性导体组合物通过浆料或淤浆形成,所述浆料或淤浆(slurry)是在金属系导电粒子和交联型弹性体的前驱体中,根据需要混合溶解分散溶剂等而得到的。做成浆料时,容易利用丝网印刷等形成配线图案。但是,将这种交联型的弹性体用于树脂粘合剂时,在浆料的干燥固化过程中需要对粘合剂树脂赋予交联结构,因此需要相对较高的处理温度,因而在固化过程中出现边缘流挂,导致难以使配线间隔变窄。另一方面,这种具有柔性的材料的基材,当然是优选具有柔性的材料,但这种材料一般而言耐热性较低,因此难以使用在固化过程中形成该交联结构类型的材料。在布帛上形成基底层之后印刷导电浆料时也同样,基底层起到赋予布帛表面一定程度的平滑性,与此同时使构成布帛的纤维间结合限制自由度的作用。构成基底层的树脂成分其树脂本身需要柔性,因此不一定耐热性高,在暴露于充分进行交联反应的温度时树脂发生熔融软化而产生不良的隐患。此外,导电浆料中含有的交联剂在固化过程中扩散到基底层,有可能在基底层内发生交联反应,导致基底层的柔性低于初始状态的情况。另一方面,当导电浆料中不混合交联剂时,没有必要将温度升高到交联反应温度,被印刷基材的材料选择面变广,但涂膜不交联使涂膜强度不足够,因此在重复伸长时电阻上升变大。此外,在低温下干燥中,容易导致干燥不足,因残留溶剂而不能获得充分的涂膜物性,或者在穿着服装时,有产生皮肤刺激等问题的顾虑。结果是具有该伸缩性导体组合物的电气配线的可穿戴智能装置,只能得到较宽的配线宽度和较宽的配线间隔,因此配线形成部会有僵硬的触感,由于是较粗的配线,与使用金属线等导电性纤维的配线相比,其耐重复弯曲性、耐重复扭曲性较差。解决问题的技术方案本发明人为了实现上述目的而进行了深入研究,结果完成了以下发明。即,本发明具有以下构成:[1]一种具有伸缩性电气配线的可穿戴智能装置,该可穿戴智能装置所具有的伸缩性电气配线重复10次伸长20%仍能保持导通,由伸缩性导体组合物形成,其特征在于,所述电气配线在未伸长时的线间宽度为50μm以上且1mm以下,且电气配线的宽度/厚度之比为1至50的范围。[2]根据[1]所述的具有伸缩性电气配线的可穿戴智能装置,其特征在于,所述电气配线在未伸长时的配线宽度为50μm以上且小于1mm。[3]根据[1]或[2]所述的具有伸缩性电气配线的可穿戴智能装置,其特征在于,所述伸缩性电气配线的伸缩性导体组合物部分的厚度为3μm以上且200μm以下的范围。[4]根据[1]至[3]中任一项所述的具有伸缩性电气配线的可穿戴智能装置,其特征在于,所述伸缩性电气配线的伸缩性导体组合物在未伸长时的电阻率为1×10-3ωcm以下。[5]根据[1]至[4]中任一项所述的具有伸缩性电气配线的可穿戴智能装置,其特征在于,所述伸缩性导体组合物实质上不含溶剂,且至少含有平均粒径为0.5μm以上且5μm以下的导电性粒子40~85质量%、非交联型的弹性体15~60质量%。[6]根据权利要求[1]至[5]中任一项所述的具有伸缩性电气配线的可穿戴智能装置,其特征在于,所述伸缩性导体组合物实质上不含溶剂,且至少含有平均粒径为0.5μm以上且5μm以下的导电性粒子40~83质量%、非交联型的弹性体15~60质量%。[7]根据[1]~[6]中任一项所述的具有伸缩性电气配线的可穿戴智能装置,其特征在于,所述伸缩性导体组合物实质上不含溶剂,且至少含有平均粒径为0.5μm以上且5μm以下的导电性粒子40~83质量%、非交联型的弹性体15~60质量%、bet比表面积为100~550m2/g的炭黑0.5~3质量%。而且,本发明具有以下构成:[8]一种伸缩性导体形成用浆料,该伸缩性导体形成用浆料至少含有金属系导电性填料、非交联的弹性体、有机溶剂,其特征在于,所述金属系导电性填料的平均粒径为0.5μm以上且5μm以下。[9]根据[8]所述的伸缩性导体形成用浆料,该伸缩性导体形成用浆料至少含有金属系导电性填料、炭黑、非交联的弹性体、有机溶剂,其特征在于,所述金属系导电性填料的平均粒径为0.5μm以上且5μm以下,所述炭黑的dbp吸油值为100~550cm3/100g的范围,炭黑相对于金属系填料的混合量为0.5~2.0质量%。[10]根据[8]或[9]所述的伸缩性导体形成用浆料,其特征在于,所述伸缩性导体形成用浆料中,将除溶剂以外的全部成分定为100质量份时,金属系导电性填料和炭黑的合计为40~90质量份,非交联型的弹性体为10~60质量份。[11]根据[8]至[10]所述的伸缩性导体形成用浆料,其特征在于,所述有机溶剂的沸点为200℃以上,20℃下的饱和蒸气压为20pa以下。[12]一种伸缩性电气配线的制造方法,其特征在于,使用[8]至[11]中任一项所述的伸缩性导体形成用浆料,利用印刷法形成线宽度小于1mm且线间隔为1mm以下的电气配线之后,在大气压下,在75℃~145℃范围的温度下干燥。发明效果本发明中的可穿戴智能装置的特征在于,其是具有由伸缩性导体组合物形成的电气配线的服装式的装置,具有该由伸缩性导体组合物形成的电气配线的配线间隔为50μm以上且小于1mm,且以电气配线的宽度/厚度所定义的纵横比为1至50范围的相对微细的配线,优选该配线的宽度为50μm以上且1mm以下,该配线优选厚度为3μm以上且200μm,进一步优选构成该配线的伸缩性导体组合物在未伸长时的电阻率为1×10-3ωcm以下。已知本发明中使用的配比体系的伸缩性导体组合物因重复伸缩或重复弯曲而粒子间的接触状态发生变化,使导电性下降。但是,如果应用本发明,用于保证预定配线电流容量所需的配线横截面积并不是单一的粗配线线路,而是总和达到相同配线横截面积地分成多个细配线而设置,从而可以保持同等程度的电流容量,得到耐重复弯曲性、耐重复扭曲性优异的配线。对于耐重复弯曲性、耐重复扭曲性的提高,也可以从使用一般导线的电线的例子容易地推断出。然而,更令人惊讶的是,本发明的构成对于耐重复伸缩性也确认到改善。本发明人对于该效果解释为在配线线路在被细分的同时,用于配线的伸缩性导电组合物的粘合剂成分为非交联型弹性体,且在低温下干燥固化的复合效果。另外,本发明中的效果也有助于配线的耐洗涤性提高。洗涤时对配线部重复施加伸长变形与压缩变形。由导电填料和粘合剂树脂构成的伸缩性导体组合物特别容易产生因压缩导致弯曲破坏,因此常在耐洗涤性上出现问题。但是,本发明人解释为如同本发明中的通过以适当的配线间隔分割配线,会大幅度提高配线部分对宽度方向压缩的耐性,结果是洗涤耐久性得到改善。在加入有电气配线的服装中,穿着时配线部的不适感会成为问题。可容易想象到在穿着具有缝入有金属细线的配线的服装时,不适感会很大。将在粘合剂中使用交联型的弹性体树脂的伸缩性导体形成用导电浆料进行印刷、干燥固化时的干燥固化温度设定较高时,在树脂成分进行交联反应过程中,树脂粘度会出现暂时性降低的现象。这其中的原因是为了使交联反应顺利地进行,树脂的聚合物链需要有充分的运动性,必然要经过树脂粘度降低的状态。这种树脂粘度的暂时性下降,会引起配线图案的边缘流挂,导致配线的横截面形状由在初期成型的形状发生变形,更简单而言,即使在初期成型为微细线形状,但由于在固化过程线宽度变粗,因此结果难以获得微细线图案。本发明中粘合剂中使用非交联的弹性体树脂,因此首先可以避免这种问题。但是,在降低干燥温度时,由于涂膜不交联,因此涂膜强度变弱且伸长时的电阻上升变大。此外,干燥变得不充分,使用高沸点溶剂时,溶剂成分容易残留。为了应对低温干燥,需要即使不交联也增强涂膜强度,可进行丝网印刷且涂膜中不残留溶剂的组成。使用低沸点溶剂的措施容易导致印刷中的浆料粘度的上升,印刷时容易产生飞白等。另一方面,使用高沸点溶剂会引起与残留溶剂相关的各种问题的顾虑。本发明中的伸缩性导体形成用浆料中通过含有预定量的具有特定dbp吸油值的炭黑,可提高涂膜强度并抑制伸长时的电阻上升,且可避免残留溶剂所引起的涂膜不良。认为这是因为特定的炭黑吸收溶剂的残留成分,从而减少了存在于树脂系内的自由溶剂量。本发明中特定的炭黑消除了上述顾虑,因此虽然是低温固化,但仍可使涂膜强度提高,同时可使用相对较高沸点的溶剂。使用高沸点溶剂在印刷时的操作性方面,浆料粘度的变化减少、避免印版干燥的问题,而且减少印刷版粘脏、也明显未看到浆料粘度上升,因此操作性得到提高。与操作性提高相结合,通过降低干燥温度使浆料边缘流挂受到抑制,因此细线印刷性得到改善。结果使通过使用本发明中的导电浆料,可以印刷线宽度为300μm以下、优选180μm以下的线宽度,进一步可以印刷线间隔为150μm以下、优选80μm以下,进一步优选50μm以下的微细图案。由如本发明的伸缩性导体组合物的片或者薄膜构成的配线路相对较薄,因此不适感很小,本发明中进一步将配线细分为细线,提高配线部的柔软性,能够实现无不适感的自然穿着感。附图说明图1是本发明的实施例中电极表面层的印刷图案。图2是本发明的实施例中覆盖涂层的印刷图案。图3是本发明的实施例中导电层的印刷图案。图4是本发明的实施例中基底层的印刷图案。图5是本发明的比较例中导电层的印刷图案。图6是表示本发明的电气配线形成工艺一例的概略示意图(直接印刷)。图7是表示本发明的电气配线形成工艺一例的概略示意图(转印法)。图8是表示本发明的配线部的横截面一例的概略示意图(直接印刷)。图9是表示本发明的配线部的横截面一例的概略示意图(转印法)。图10是表示现有配线部的横截面的概略示意图(直接印刷)。图11是表示本发明的电极部的横截面一例的概略示意图(直接印刷)。图12是表示本发明的电极部的横截面一例的概略示意图(直接印刷)。图13是表示本发明的电极部的横截面一例的概略示意图(转印法)。图14是表示本发明的电极部的横截面一例的概略示意图(转印法)。附图标记说明1临时支撑体2织物(基材)3基底层4导电层5绝缘层(覆盖涂层)6电极表面层(碳层)7脱模膜8粘合层(热熔层)11心率检测用电极12装置安装用电极13配线部具体实施方式本发明中由细线构成的电气配线可基于以下想法而实现。本发明中的电气配线是将伸缩性导体形成用的浆料进行印刷并固化而得的。作为柔性基材的布帛、伸缩片等材料一般而言耐热性较差,因此需要保持浆料的干燥固化温度较低,浆料的溶剂一般使用低沸点的溶剂。此外,难以将有必要高温下固化反应、交联反应的树脂成分用于粘合剂树脂。但是,使用低沸点溶剂导致浆料印刷中印版干燥、易发生印刷飞白,因此难以印刷细线。本发明中使用相对较高沸点的溶剂,且优选通过将即使低温干燥也充分表现出伸缩特性的非交联型的弹性体用于粘合剂树脂而获得的物性解决该问题,可以形成配线宽度小于1mm、优选线间宽度1mm以下的微细配线。本发明中由伸缩性导体组合物形成的伸缩性电气配线具有重复10次伸长20%仍保持导通、优选重复100次仍保持导通、进一步优选重复1000次仍保持导通的耐伸长性。本发明中所述电气配线在未伸长时的线间宽度为50μm以上且1mm以下,优选80μm以上且750μm以下,进一步优选120μm以上且450μm以下。如果线间隔大于此范围,则不仅电子电路的安装密度降低,而且配线面的凹凸不平在触感上会很明显,作为服装在穿着时导致不适感增加。另一方面,如果想要形成小于此范围的线间隔间,则印刷版的清洗频率增加,产率下降,生产率受到影响。本发明中电气配线的宽度/厚度之比(纵横比)为1至50的范围,优选2~40,进一步优选3~30的范围。如果纵横比大于此范围,则配线横截面积变小,难以保证所需要的电流容量。另一方面,为了形成纵横比小于此范围的配线,不得不采用如剥离法等材料效率低的方法,生产率下降。本发明中由伸缩性导体浆料形成的伸缩性导体的厚度优选3~200μm,进一步优选4~120μm,另外进一步优选5~60μm。下面,对本发明中使用的伸缩性导体组合物进行说明。本发明中的伸缩性导体组合物实质上不含溶剂,且至少含有:平均粒径为0.5μm以上且5μm以下的导电性粒子40~90质量%、非交联型的弹性体15~60质量%。而且,本发明中的伸缩性导体组合物优选实质上不含溶剂,且至少含有:平均粒径为0.5μm以上且5μm以下的导电性粒子40~83质量%、非交联型的弹性体15~60质量%、平均粒径为0.3μm以上且10μm以下的非导电性粒子2~25质量%。而且,本发明中的伸缩性导体组合物优选经过如下成型为可穿戴智能装置的配线:在将导电性粒子、非交联型的弹性体、非导电性粒子的总和定为100质量份时,将含有沸点为200℃以上、20℃下的饱和蒸气压为20pa以下的有机溶剂20~80质量份的浆料组合物经过在至少温度60~120℃、时间300~1800秒下干燥固化的步骤。本发明中的导电性粒子是由电阻率为1×10-2ωcm以下的物质形成的粒径为0.5μm以上且5μm以下的粒子。电阻率为1×10-2ωcm以下的物质可示例有金属、合金、掺杂半导体等。本发明中优选使用的导电性粒子可使用银、金、铂、钯、铜、镍、铝、锌、铅、锡等金属,黄铜、青铜、白铜、焊锡等合金粒子、如银包铜的杂化粒子,进一步可使用镀金属的高分子粒子、镀金属的玻璃粒子、金属包覆的陶瓷粒子等。本发明中优选主要使用片状银粒子或者不定形凝聚银粉。予以说明,这里主要使用是指以导电性粒子的90质量%以上使用。不定形凝聚粉是指球状或者不定形状的一次颗粒凝聚为三维状态。优选不定形凝聚粉和片状粉是因其比表面积大于球状粉等,即使低填充量也能形成导电性网络。进一步优选不定形凝聚粉是因其并不是单分散的形态,粒子相互间物理性接触,因此容易形成导电性网络。导电性粒子的粒径是通过动态利用光散射法测量的平均粒径(50%d)为0.5~5μm,更优选0.7~3μm。如果平均粒径大于预定范围,则难以形成微细配线,在丝网印刷等时会发生筛孔堵塞。当平均粒径小于0.5μm时,有可能在低填充下粒子间不能接触,导电性变差。本发明中使用dbp吸油值为100~550范围的炭黑。炭黑因原料或制造方法不同有很多种类,具有各自的特征。dbp吸油值是表示炭黑的液体吸收和保持性能的参数,基于iso4656:2012进行测量。本发明中优选dbp吸油值为160以上且530以下,进一步优选210以上且510以下,另外进一步优选260以上且500以下。如果dbp吸油值未满足此范围,则在印刷细线时,线间隔容易被埋没,细线印刷性下降。此外,如果dbp吸油值大于此范围,则浆料的粘度容易升高上,发生需要增加用于粘度调节的溶剂混合量,印刷微细线时线间隔中溶剂容易渗出,同样地细线印刷性下降。炭黑的混合量相对于金属系填料和炭黑的总量为0.5质量%以上且2.0质量%以下,优选0.7质量%以上且1.6质量%以下。本发明中也可以含有平均粒径为0.3μm以上且10μm以下的非导电性粒子。本发明中的非导电性粒子主要是金属氧化物的粒子,可使用氧化硅、氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化铝、氧化铁、金属硫酸盐、金属碳酸盐、金属钛酸盐等。本发明中所述非导电性粒子的中优选使用硫酸钡粒子。本发明中的非交联型弹性体是指可使用优选弹性模量为1~1000mpa、优选玻璃转化温度在-40℃至0℃范围内的热塑性弹性体树脂,可举出:热塑性的合成树脂、合成橡胶、天然橡胶等。为了表现涂膜(片)的伸缩性,优选橡胶或聚酯树脂。橡胶可举出:氨基甲酸乙酯橡胶、丙烯酸橡胶、有机硅橡胶、丁二烯橡胶、丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶等含腈基橡胶;异戊二烯橡胶、硫化橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丁基橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、乙丙橡胶、偏二氟乙烯共聚物等。其中,优选含腈基橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶,特别优选含腈基橡胶。柔性树脂的弹性模量优选为3~600mpa,更优选10~500mpa,进一步优选15~300mpa,进一步更优选20~150mpa、特别是优选25~100mpa。含有腈基的橡胶只要是含有腈基的橡胶或弹性体就没有特别限定,优选丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶。丁腈橡胶是丁二烯与丙烯腈的共聚物,如果键合丙烯腈量多,则与金属的亲和性增加,有助于伸缩性的橡胶弹性反而减少。由此,在含腈橡胶(例如丙烯腈丁二烯共聚物橡胶)100质量%中,键合丙烯腈量优选18~50质量%,更优选30~50质量%,特别优选40~50质量%。聚酯树脂和氨基甲酸乙酯橡胶中玻璃转化温度优选-40℃至0℃。此外,优选具有由硬链段和软链段组成的嵌段共聚物结构。本发明中的非交联型弹性体的弹性模量优选为1~1000mpa的范围,进一步优选3~600mpa,进一步优选10~500mpa、还优选30~300mpa的范围。此外,本发明中的非交联型弹性体的玻璃转化温度优选0℃以下,更优选-5℃以下,进一步优选-10℃以下。此外,本发明中的非交联型弹性体的玻璃转化温度优选0℃以下,进一步优选-40℃至0℃的范围。本发明中的伸缩性导体形成用浆料中,将除溶剂以外的全部成分定为100质量份时,金属系导电性填料和炭黑的合计为70~90质量份,非交联型的弹性体为10~30质量份。本发明中的伸缩性导体形成用的浆料含有溶剂。本发明中使用的溶剂是沸点为200℃以上、20℃下的饱和蒸气压为20pa以下的有机溶剂。如果有机溶剂的沸点过低,则在浆料制造步骤或浆料使用时会有溶剂挥发,构成导电性浆料的成分比容易发生变化的顾虑。另一方面,如果有机溶剂的沸点过高,则干燥固化涂膜中的残留溶剂量会增多,有引起涂膜可靠性降低的顾虑。此外,由于干燥固化需要长时间,在干燥过程中边缘流挂的变大,难以保持配线间隔狭窄。本发明中的有机溶剂可使用:苄醇(蒸气压:3pa,沸点:205℃)、萜品醇(蒸气压:3.1pa,沸点:219℃)、二乙二醇(蒸气压:0.11pa,沸点:245℃)、二乙二醇单乙醚乙酸酯(蒸气压:5.6pa,沸点217℃)、二乙二醇单丁醚乙酸酯(蒸气压:5.3pa,沸点:247℃)、二乙二醇二丁基醚(蒸气压:0.01mmhg以下,沸点:255℃)、三乙二醇(蒸气压:0.11pa,沸点:276℃)、三乙二醇单甲醚(蒸气压:0.1pa以下,沸点:249℃)、三乙二醇单乙醚(蒸气压:0.3pa,沸点:256℃)、三乙二醇单丁醚(蒸气压:1pa,沸点:271℃)、四乙二醇(蒸气压:1pa,沸点:327℃)、四乙二醇单丁醚(蒸气压:0.01pa以下,沸点:304℃)、三丙二醇(蒸气压:0.01pa以下,沸点:267℃)、三丙二醇单甲醚(蒸气压:3pa,沸点:243℃)、二乙二醇单丁醚(蒸气压:3pa,沸点:230℃)。根据需要,本发明中的溶剂还可以含有它们中的两种以上。伸缩性导体组合物形成用的浆料适当含有这类的有机溶剂可使其达到适用印刷等的粘度。在将导电粒子、非导电粒子、非交联型的弹性体的总计质量定为100质量份时,本发明中的有机溶剂的混合量为10~40质量份,优选10~25质量份。本发明中的伸缩性导体形成用浆料可通过溶解器(dissolver)、三辊研磨机、自转公转型混合机、磨碎机、球磨机、砂磨机等分散机对作为材料的导电性粒子、优选混合的非导电性粒子、非交联型弹性体、溶剂进行混合分散而得到。在不损害本
发明内容的范围内,可以向本发明中的伸缩性导体形成用浆料中混合赋予印刷适性、调节色调、流平剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂等已知的有机、无机的添加剤。本发明中通过使用上述的伸缩性导体形成用浆料直接在布帛上印刷电气配线图案,可制造具有由伸缩性导体组合物形成的电气配线的服装。印刷方法可使用丝网印刷法、平版胶版印刷法、浆料喷涂法、柔版印刷法、凹版印刷法、凹版胶版印刷法、压印法、模版法等,本发明中优选使用丝网印刷法、模版法。此外,使用浆料分配器等直接绘制配线的方法也可以理解为广义的印刷。本发明中使用如上得到的伸缩性导体浆料,利用印刷法形成线宽度小于1mm且线间隔500μm以下的电气配线之后,在大气压下,在75℃~145℃范围的温度下干燥,从而可以得到伸缩性电气配线。印刷中使用的基材是具有伸缩性的基材或者弯曲性高的材料。本发明中的伸缩性导体形成用浆料适合用于在橡胶或者氨基甲酸乙酯等柔性片上,此外在作为服装或纤维制品的原料的织物、编织物、无纺布、合成皮革等布帛上形成伸缩性电气配线。此外,预先在布帛上整体或部分地涂布氨基甲酸乙酯树脂、橡胶等具有柔性的树脂材料作为基底之后,也可以印刷伸缩性导体形成用浆料。此外,还可以用水溶性树脂等临时固定布帛以便容易操作再印刷。此外,还可以临时固定在硬质板材上再印刷。本发明中由伸缩性导体组合物形成的伸缩性电气配线重复10次伸长20%仍保持导通,优选重复100次仍保持导通,进一步优选重复1000次仍保持导通。本发明中所述电气配线在未伸长时的线宽度小于1mm,优选500μm以下,进一步优选250μm以下,进一步优选120μm以下。本发明中所述电气配线在未伸长时的线间宽度为50μm以上且1mm以下,优选80μm以上且750μm以下,进一步优选120μm以上且450μm以下。如果线间隔大于此范围,则不仅电子电路的安装密度降低,而且配线面的凹凸不平在触感上会很明显,作为服装在穿着时导致不适感增加。另一方面,如果想要形成小于此范围的线间隔间,则印刷版的清洗频率增加,产率下降,生产率受到影响。本发明中电气配线的宽度/厚度之比(纵横比)为1至50的范围,优选2~40,进一步优选3~30的范围。如果纵横比大于此范围,则配线横截面积变小,难以保证所需要的电流容量。另一方面,为了形成纵横比小于此范围的配线,不得不采用如剥离法等材料效率低的方法,生产率下降。本发明中由伸缩性导体浆料形成的伸缩性导体的厚度优选2~60μm,进一步优选3~40μm,另外进一步优选5~25μm。将这样得到的伸缩性导体组合物形成用浆料进行干燥固化,从而能够得到电气配线实质上不含溶剂,且具有重复10次伸长20%仍保持导电性的伸长特性。印刷在作为服装或纤维制品的原布的织物、编织物、无纺布、合成皮革等布帛上进行预定图案印刷,然后裁剪并缝制而得到服装等纤维制品的方法,或者也可以在完成缝制的纤维制品或者缝制中间品的状态下印刷。此外,预先在布帛上整体或部分地涂布氨基甲酸乙酯树脂、橡胶等具有柔性的树脂材料作为基底之后,也可以印刷伸缩性导体形成用浆料。此外,还可以用水溶性树脂等临时固定布帛以便容易操作再印刷。此外,还可以临时固定在硬质板材上再印刷。布帛上直接印刷伸缩性导体形成用浆料而得到的带配线服装,基底和/或伸缩性导体部与作为基材的布帛的纤维为部分地相互侵入状态,可实现牢固的粘合。此外,即使借助基底层进行印刷时,由于在基底层可适当选择与伸缩性导体组合物粘合性佳的材料,因此能够得到具有良好粘合性的电气配线层的服装。根据需要,本发明中由伸缩性导体形成的配线上可利用印刷法或层压法设有具有伸缩性的绝缘覆盖涂层。此外,意在与人身体表面相接触的电极表面上,可设置作为金属系导电粒子由主要使用碳粒子的组合物形成的表面层。主要使用所述碳粒子为金属系导电粒子的组合物优选在粘合剂中使用与本发明中的伸缩性导体为相同柔性树脂材料的碳浆料而成的组合物。此外,在用作与分立元件的电触点的部分上,还可以镀金或镀锡等。本发明中通过使用上述的伸缩性导体形成用浆料将电气配线图案印刷在中间介质上之后再转印在布帛上,能够得到具有由伸缩性导体组合物形成的配线的服装。这种情况下,也可以适当选择与直接印刷为相同的印刷方法。此外,还可以设置相同的覆盖涂层、主要使用碳粒子作为金属系导电粒子的组合物层等。在使用转印法时,本发明中的伸缩性导体由于具有热塑性,因此可通过热压粘合转印到布帛上。此外,进一步要求易转印性时,作为基底层可将热熔层形成在预先印刷在中间介质上而成的配线图案上之后,再转印到布帛上。而且,也可以在布帛侧预先设置热熔层作为图像接收层。所述热熔层可使用热塑性的氨基甲酸乙酯树脂或者与本发明中伸缩性导体组合物的粘合剂成分为相同的非交联型弹性体。这时的中间介质也可以使用在表面具有脱模层的高分子薄膜、纸等所称的脱模片。此外,可使用具有由氟树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺等难粘合材料形成的表面的薄膜、片、板等。此外,还可以使用不锈钢、硬质镀铬钢板、铝板等金属板。实施例下面,举出实施例对本发明作更详细且具体地说明。予以说明,实施例中的评价结果等利用以下方法进行测量。<腈基量>根据所得树脂材料的nmr分析得到的组成比,将其换算为基于单体质量比的质量%。<门尼粘度>使用岛津制作所制造的smv-300rt“门尼粘度计”进行测量。<弹性模量>将树脂材料加热压缩成型为厚度200±20μm的片状,然后冲切成iso527-2-1a所规定的哑铃型而作成样品片。以iso527-1所规定的方法进行拉伸试验而求得。<玻璃转化温度>按照iso3146利用差热分析(dta)求得。<平均粒径>使用堀场制作所制造的光散射式粒径分布测量装置lb-500进行测量<树脂材料的重复伸缩耐久性>(1)样品片的片形成将树脂材料加热压缩成型为厚度200±20μm的片状,然后冲切成iso527-2-1a所规定的哑铃型而作成样品片。(2)伸缩试验使用经如下改造的装置:改造山下材料株式会社制造的ipc弯曲试验机,设定试验机的往复行程为13.2mm,用夹具将样品片固定在可动板侧,另一端用夹具固定在另外的固定端,使用哑铃型样品片中宽度10mm、长度80mm的部分,有效长度调节为66mm(相当于伸长度20%),以能够进行试样的重复伸长。使用样品片进行重复伸长100次,求得试验前后的电阻值变化比。此处,电阻变化比=试验后电阻值/初始电阻值。<伸缩耐久性的评价>(1)样品片的片形成用辊式层压机将日本unipolymer株式会社制造的无黄变聚氨酯薄膜“unigrandxn2004”轻轻紧贴在厚度125μm的pet薄膜上,用作基材。然后用300目不锈钢丝网版印刷成长度200mm、线宽度/线间隔=500μm/500μm的线路10条平行排列的图案,并在预定条件下干燥而作成样品片。(2)伸缩试验使用经如下改造的装置:改造山下材料株式会社制造的ipc弯曲试验机,设定试验机的往复行程为13.2mm,用金属制夹具将样品片固定在由绝缘树脂制成的可动板侧,另一端用夹具固定在另外的固定端,在事先得到的样品片长度方向,调节有效长度为66mm(相当于伸长度20%),以能够进行试样的重复伸长。在监测金属制夹具间电阻值的同时,重复伸长100次,比较试验前后的电阻值,将试验后的电阻值除以初始电阻值定为伸缩耐久性的电阻变化比。<导电浆料的重复伸缩耐久性>将从伸缩性树脂r1得到的厚度200±20μm的片作为基材,利用丝网印刷将伸缩性导体形成用浆料印刷成干燥膜厚为30μm的180mm×30mm的矩形图案,120℃下干燥固化30分。接着,将矩形图案部冲切成iso527-2-1a所规定的哑铃型而作成样品片。使用经如下改造的装置:改造山下材料株式会社制造的ipc弯曲试验机,设定试验机的往复行程为13.2mm,用夹具将样品片固定在可动板侧,另一端用夹具固定在另外的固定端,使用哑铃型样品片中宽度10mm、长度80mm的部分,调节有效长度为66mm(相当于伸长度20%),以能够进行样品片的重复伸长,在伸缩有效长度66mm的两端外侧0~5mm处卷上铝箔后再用金属制夹具夹持,用测试仪监测电阻值的同时进行重复伸长。关于电阻值读取,到重复伸长600次前为每10次、600次以上为每50次,在伸长率为0%的状态下停止,读取并记录停止后1分后的值,记录电阻值达到初期100倍时的次数,并在此终止试验。<导电性(薄层电阻、电阻率)>利用安捷伦科技公司制造的毫欧姆表测量在iso527-2-1a所规定的哑铃型样品片中心部的宽度10mm、长度80mm的部分的电阻值[ω],并乘以样品片的纵横比(1/8)而求得薄层电阻值“ω□”。另外,电阻值[ω]乘以横截面积(宽度1[cm]mm×厚度[cm]),再除以长度(8cm),求得电阻率[ωcm]。<耐迁移性性评价>利用丝网印刷将导电浆料在聚酯薄膜上印刷并固化成宽度1.0mm、长度30.0mm的导体图案2条间隔为1.0mm平行的测试图案而作成样品片。在样品片的电极间施加dc5v的状态下,向导体之间滴加去离子水,测量电极间到因树枝状析出物而短路的时间,60秒以内时评为×、60秒以上时评为○。予以说明,去离子水的滴加量是水滴覆盖到电极间8~10mm宽度的程度,判断短路用目视观察。<穿着感>将由男女各5人组成的10位成人作为受试者,让受试者穿上形成有电气配线的运动衫,对心电图测量中的穿着感以“触感佳”评为5分、“触感差”评为1分进行五级的感官评价,在10人的平均分中,4分以上评为◎、3分以上且小于4分评为○、2分以上且小于3分评为△、小于2分评为×。<无机粒子的组成分析>使用荧光x射线分析装置(荧光x射线分析装置系统3270、理学电机株式会社制造)对所用的无机粒子的组成进行分析,检查al成分、si成分。予以说明,al、si的附着量是将检测到的al成分和si成分的金属化合物换算为氧化物(即,al成分换算为al2o3、si成分换算为sio2)。<印刷适性>将伸缩耐久性试验用图案在厚度125μm的pet薄膜上连续印刷100片,在相同的预定条件下干燥,目视确认第95~100片印刷物有无飞白。此外,对于第30片印刷物,测量线宽度与线间隔。[制造例1]<聚酯材料的聚合>向具备搅拌机、蒸馏用冷凝器的内容积3l的不锈钢制聚合釜,加入对苯二甲酸69.8质量份、对苯二甲酸93.0质量份、乙二醇55.9质量份、新戊二醇62.5质量份,加压至2.0kgf/cm3,经3小时升温至235℃,馏出水而进行酯化反应。酯化反应结束后,添加钛酸四丁酯0.14质量份并搅拌10分搅拌后,经30分减压至650pa进行初期聚合,同时温度升温至255℃,进一步在此状态下在130pa以下进行45分钟的后期聚合,聚合结束后,用氮气使压力达到1.0×105pa,并冷却至200℃。然后在进行搅拌的状态下,添加偏苯三酸酐3.8质量份,在200℃下搅拌30分钟。接着,添加ε-己内酯158质量份,在200℃下搅拌60分钟,得到聚酯树脂。得到的聚酯树脂r02的玻璃转化温度为-12℃、比浓粘度为1.1dl/g。[制造例2]<合成橡胶材料的聚合>向具备搅拌机、水冷套的不锈钢制造的反应容器中加入氮气流下,水浴温度保持在15℃,轻轻搅拌。然后,经30分钟滴加将过硫酸钾0.3质量份溶于去离子水19.7质量份的水溶液,进一步继续反应20小时之后,加入将氢醌0.5质量份溶于去离子水19.5质量份的水溶液,进行聚合停止操作。然后,为使未反应单体蒸馏除去,首先对反应容器内进行减压,进一步导入蒸汽,回收未反应单体,得到由nbr组成的合成橡胶胶乳(l1)。向得到的胶乳中加入食盐和稀硫酸进行凝聚/过滤,将相对于树脂的体积比20倍量的去离子水,分5次重复将树脂在去离子水中再分散、过滤以进行洗涤,在空气中干燥而得到合成橡胶树脂。得到的合成橡胶树脂的腈的量、门尼粘度、弹性模量如表1所示。向得到的胶乳中加入食盐和稀硫酸进行凝聚/过滤,将相对于树脂的体积比20倍量的去离子水,分5次重复将树脂在去离子水中再分散、过滤以进行洗涤,在空气中干燥得到合成橡胶树脂。得到的合成橡胶树脂的腈基量为39质量%、门尼粘度为51、弹性模量为42mpa。[导电浆料的调节1]使用表1所示的材料,按照表2所示的配比调节伸缩性导电浆料。首先,将粘合剂树脂溶解在预定溶剂量一半量的溶剂中,向得到的溶液中添加金属系粒子、碳系粒子、其它成分进行预混合之后,用三辊研磨机分散而浆料化。得到的浆料在表2所示的条件下干燥并进行评价。结果如表2所示。下面同样地使用表1所示的材料,并替换混合成分而得到表2所示的导电浆料。[参考例1]可伸展碳浆料的配制按照表2所示的组成,配置电极保护层用的碳浆料。[参考例2]伸缩性绝缘油墨(覆盖涂层树脂油墨、基底层用油墨)按照表2所示的组成,配置伸缩性绝缘油墨。[实施例1]在厚度125μm的脱模pet薄膜上,首先用作为电极表面层的碳浆料印刷图1图案并干燥固化。然后用作为覆盖涂层的伸缩性绝缘树脂油墨重叠印刷图2图案并干燥固化。然后用伸缩性导体浆料重叠印刷图3图案,最后用伸缩性绝缘浆料印刷作为基底层的图4图案。此处,图3是用于表示概念的概略图,在实际试验中所用的图案中,配线部是11条线宽500μm的配线以线间隔500μm而成的大致平行线路。然后,重叠压接冲压成与图4图案相同形状的热熔胶片,得到具有转印性的印刷配线片。得到的具有转印性的印刷配线片重叠到里面外翻的运动衫预定部分上,进行热压将印刷物从脱模pet薄膜转印到运动衫上,从而得到带有电气配线的运动衫。接着,在位于胸部中央端的二处电极的运动衫的表面侧安装不锈钢制钩扣,使用捻入金属细线的导电丝将伸缩性导体组合物层与不锈钢制钩扣进行电气连接,以保证与里侧的配线部的电气导通。借助不锈钢制钩扣,连接到联合工具株式会社制造的心率传感器whs-2,用安装相同心率传感器whs-2专用的应用程序“mybeat”的苹果公司制造的智能手机接收心率数据,设定成可屏幕显示。按照以上方式制作加入心率测量功能的运动衫。让受试者穿着此运动衫,获取在安静时、歩行时、跑步时、骑自行车时、驾驶汽车时、睡眠时的心电数据。得到的心电数据噪声少分辨率高,心电图具有能够从心率间隔变化、心电波形等对精神状态、身体状况、疲劳程度、困倦、紧张程度等进行分析的质量等级。而且,本实施例1中得到的加入心率测量功能的运动衫经机械洗涤100次后仍保持功能。结果如表3所示。[实施例2~3]除了使用调节导电浆料而得到的导电浆料2、导电浆料3之外,与实施例1进行同样的操作,从而得到带有电气配线的运动衫。下面同样地进行评价。结果如表3所示。[比较例1]用图5图案代替图3图案之外,与实施例1相同,从而得到带有电气配线的运动衫。下面同样地进行评价。结果如表3所示。[实施例4]在100mm×200mm聚酯平纹布上,用热熔粘合剂粘合相同尺寸厚度100μm的聚氨酯片,将聚氨酯片面作为被印刷面,利用丝网印刷印刷50条长度180mm、线宽度100μm且线间隔100μm的平行线,干燥固化。然后利用使用绝缘油墨的丝网印刷形成160mm×80mm的覆盖涂层图案并使平行线的端部露出,干燥固化作成样品片。对得到的样品片进行耐洗涤试验。结果如表4所示。[实施例5~10][比较例2,3]下面,除了改变配线图案、印刷厚度之外,与实施例4同样的操作,利用丝网印刷形成线宽度线间隔不同的配线作为实施例5~10、比较例2、3,并评价耐洗涤性。结果如表4所示。[实施例11~23、比较例11~19、参考例1、2][导电浆料的调节2]使用表1所示的材料,按照表5、表6所示的配比调节伸缩性导电浆料。首先,将粘合剂树脂溶解于预定溶剂量一半量的溶剂中,向得到的溶液添加金属系粒子、碳系粒子、其它成分进行预混合之后,用三辊研磨机分散而浆料化。得到的浆料在表5、表6所示的条件下干燥并进行评价。结果如表5、表6所示。[应用例]在厚度125μm的脱模pet薄膜上,首先将在覆盖涂层的参考例2中得到的绝缘树脂油墨印刷成预定图案,干燥固化。图案相当于环状覆盖电极部周围的连接盘(land)部和覆盖由伸缩性导体形成的电气配线部的绝缘涂层部。连接盘(land)部覆盖后述电极图案的外周3mm,环的宽度为5mm。绝缘涂层部的宽度为24mm,覆盖伸缩性导体配线。覆盖涂层的干燥厚度调节为20μm。然后在成为电极部分位置上印刷参考例1中得到的伸缩性碳浆料,干燥固化。电极部为与之前印刷的覆盖涂层的环为同心圆而配置成的直径40mm的圆。然后,在成为伸缩性导体的实施例12中使用得到的伸缩性导体形成用浆料印刷电极部与电气配线部。电极部为直径40mm的圆形,与环状连接盘(land)部为同心圆的地配置。电气配线部为10条宽0.8mm、线间隔1mm的配线平行排列的条纹状。印刷后在烘干箱中进行115℃、15分钟的热处理,使其干燥固化。干燥厚度调节为35μm。而且,将覆盖涂层中使用的参考例2的绝缘树脂油墨以与包含覆盖涂层印刷的全部图案重叠地进行印刷,在115℃下干燥15分钟。将ntw株式会社制造的带剥离膜的热熔胶片“ecellentshm104-pur”(厚度70μm)冲压成预定形状并重叠得到的印刷物上,从剥离膜侧用熨斗加热使其轻微粘合。接着,将按照以上步骤得到的具有转印性的印刷电极配线重叠在里面外翻的运动衫的预定部分上,120℃下热压将印刷物从脱模pet薄膜转印到运动衫上,从而得到带有电气配线的运动衫。得到的带有电气配线的运动衫在左右的腋后线上与第7肋骨的交叉点有直径50mm的圆形电极,进一步在内侧形成从圆形电极到胸部中央的条纹状由伸缩性导体组合物形成的电气配线。予以说明,由左右电极延伸到颈部背面中心的配线的胸部中央侧一次性形成20mm的矩形,通过5mm的间隔左右不短接。接着,在左右的配线部的无覆盖涂层的颈部背面中心端的运动衫的表面侧安装不锈钢制钩扣,使用捻入金属细线的导电丝将伸缩性导体组合物层与不锈钢制钩扣进行电气连接,以保证与里侧的配线部的电气导通。借助不锈钢制钩扣,连接到联合工具株式会社制造的心率传感器whs-2,用安装相同心率传感器whs-2专用的应用程序“mybeat”的苹果公司制造的智能手机接收心率数据,设定成可屏幕显示。按照以上方式制作加入心率测量功能的运动衫。让受试者穿着此运动衫,获取在安静时、歩行时、跑步时、骑自行车时、驾驶汽车时、睡眠时的心电数据。得到的心电数据噪声少分辨率高,心电图具有能够从心率间隔变化、心电波形等对精神状态、身体状况、疲劳程度、困倦、紧张程度等进行分析的质量等级。而且,本应用实施例中得到的加入心率测量功能的运动衫经机械洗涤30次后仍保持功能。[表1][表2][表3][表4][表5][表6]工业上的实用性如上所示,本发明中的可穿戴智能装置具备有由具有伸缩性而且窄配线间隔、配线宽度的伸缩性导体形成的电气配线,由此是洗涤耐久性良好的带有电气配线衣物。这表示电气配线部的重复弯曲性、重复扭曲性、重复伸长性、重复压缩性优异,而且穿着时不适感也很小。本发明中的可穿戴智能装置的方法可应用于如下:设置在服装内的传感器等用于检测人体所具有的信息、即肌电位、心电位等生物电位、体温、脉搏、血压等生物信息的可穿戴装置,或者加入电子温热装置的服装、加入用于测量服装压的传感器的可穿戴装置、利用服装压测量身体尺寸的衣物、用于测量足底压力的袜式装置、纺织品中整合有柔性太阳能电池模组的服装、帐篷、袋子等的配线部、具有关节部的低频治疗仪、温热疗养机等的配线部、弯曲度传感部等。所述可穿戴装置不仅以人体为应用对象,而且也可以应用于宠物或家畜等动物,或者具有伸缩部、弯曲部等的机械装置上,还可以利用为机器人义臂、机器人义腿等机械装置与人体相连接而使用的系统的电气配线。此外,还可以应用为意在埋入于体内的植入装置的配线材料。当前第1页12当前第1页12
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