JP2020126906A - プリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮領域の、非伸縮領域と接続される境界の領域において、反復的な伸縮動作によっても悪影響を受けない新規な構造を有するプリント配線基板を提供する。【解決手段】導電パターンが配置された伸縮領域ＳＴＲを備え、伸縮領域ＳＴＲの一方向の伸張動作に伴って伸張方向（第１方向）と垂直の方向（第２方向）に縮み（または伸び）が発生する伸縮可能なプリント配線基板であって、伸縮領域ＳＴＲの第１方向の両端部に設けられた非伸縮領域ｎＳＴＲに対する接続箇所が、第２方向に沿った伸縮領域ＳＴＲの幅のほぼ中央の１カ所（連結部１９）に制限されている。【選択図】図４

Description

本発明は、導電パターンが配置された伸縮領域を備え、伸縮領域の一方向の伸張動作に伴って伸張方向（第１方向）と垂直の方向（第２方向）に縮み（または伸び）が発生する伸縮可能なプリント配線基板に関する。

現在、電子機器はウエアラブル対応などの多用途化に応じて、使用されるプリント配線基板としては、フレキシブルであるのみならず、伸縮性を有するものも要求されてきている。

通常、基板などの材料特性はその分子構造などによって決定される固有の値を有し、基本的に材料単体としては、その特性によって伸縮性を示すかどうかが決まる。しかし、分子構造より大きな構造で単一材料を加工することにより、任意の材料特性を持った人工材料を作成することが可能である。このような人工材料は一般的にメカニカル・メタマテリアルと呼ばれている。メカニカル・メタマテリアルの１つに、シートに多数の平行で規則的なスリットを入れることにより作成される構造がある。このようなシート構造は、複数のスリットにより形成される局所梁のねじり変形や座屈を利用することで本来シートが有していたヤング率よりも低い弾性率を実現することが可能である。

特許文献１には、一方向に伸縮可能なプリント配線基板として、例えばフレキシブルな絶縁フィルムに導電パターンを支持させてなるフレキシブルプリント配線基板において、導電パターンの少なくともいずれか一方の側端縁が蛇行することにより、この導電パターンにその進行方向に沿って交互に表れる幅広部と幅狭部が形成されており、導電パターンの形成部であって且つこの導電パターンにおける幅狭部の最小幅部を除く部位上に、導電パターンの進行方向と交差し且つ導電パターンを分断しないスリットが形成されたものが提案されている。

特許文献２には、複数の開口部を備えた絶縁性フィルム基材であって、配線を備え、絶縁性部材は開口部内を含む絶縁性フィルム基材全体を覆うことで、開口部の開口状態が保持されており、絶縁性部材は絶縁性および伸縮性を有しており、これにより、絶縁性部材において、絶縁性フィルム基材の開口部の開口状態を変化させることより伸縮が可能となる伸縮性フレキシブル基板が開示されている。

特許文献３には、配線を備えた絶縁性フィルム基材を有して成る伸縮性フレキシブル基板であって、絶縁性フィルム基材には複数のスリットが所定間隔をあけて設けられ、絶縁性フィルム基材がスリットを基点に折れ曲がった又は湾曲した蛇腹形状を有しており、また、絶縁性フィルム基材の引伸ばしに際してはスリットが変形することにより、可撓性に加えて伸縮性も呈する伸縮性フレキシブル基板が開示されている。

特開平６−１４０７２７号公報 特開２０１５−１９８１０２号公報 特開２０１５−１９８１０３号公報

Bryce P. DeFigueiredo, Trent K. Zimmerman, Brian D. Russell and Larry L. Howell, "Regional Stiffness Reduction Using Lamina Emergent Torsional Joints for Flexible Printed Circuit Board Design", J. Electron. Package 140(4), 041001 (Jul 03, 2018 (9 pages) Paper No: EP-1120; doi: 10.1115/1.4040552

上述したような伸縮可能なプリント配線基板として、本発明者等は、伸縮方向と垂直の方向にも広がりをもった、より広範囲の伸縮領域を有するものの必要性を認識している。

このような広範囲の伸縮領域を有するプリント配線基板において本発明者等は次のような問題に遭遇した。以下、図１によりこの問題の概略を説明する。

図１（ａ）に示すように、一般に、伸縮可能な物体Ｏに対して、矢印に沿った１方向（ｘ方向とする）の引っ張り力が掛かったとき、その方向と垂直の方向（ｙ方向とする）に物体Ｏが縮む（または伸びる）場合がある。例えば、ｘ方向のΔＸの伸びに対してｙ方向にΔＹだけ縮んだとき、ポアソン比ν＝ΔＹ／ΔＸ は正の値となる。逆に、ｘ方向のΔＸの伸びに対してｙ方向にΔＹだけ伸びたとき、ポアソン比ν＝ΔＹ／ΔＸ は負の値となる。

図１（ｂ）に、プリント配線基板における、伸縮可能な物体Ｏに対応する要素としての伸縮領域ＳＴＲを示す。伸縮領域ＳＴＲはその伸縮方向の両側に、伸縮しない非伸縮領域ｎＳＴＲが接続されることが多い。図１（ｂ）の左側の図は伸縮領域ＳＴＲの非伸長状態を示し、右側の図は伸縮領域ＳＴＲが伸長した状態を示している。伸縮領域ＳＴＲと非伸縮領域ｎＳＴＲの間には複数の連結部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が存在しうる（連結部はこの例では３本の場合を示すが、３本とは限らない）。これらの連結部には伸縮領域ＳＴＲが伸びたとき、特に、外側の連結部（この例ではＣ１，Ｃ３）に大きな負荷が掛かり、歪みが生じる。

また、連結部に配線が含まれている場合、基板が伸縮動作を繰り返すと、基材の塑性変形や破断が発生するのみならず、配線の導体部分が破断するおそれがある。

本発明は、このような背景においてなされたものであり、その目的は、伸縮領域の、非伸縮領域と接続される境界の領域において、反復的な伸縮動作によっても悪影響を受けない新規な構造を有するプリント配線基板を提供することにある。

本発明によるプリント配線基板は、導電パターンが配置された伸縮領域を備え、前記伸縮領域の一方向の伸張動作に伴って伸張方向（第１方向）と垂直の方向（第２方向）に縮み（または伸び）が発生する伸縮可能なプリント配線基板であって、前記伸縮領域の第１方向の両端部に設けられた非伸縮領域に対する接続箇所が、第２方向に沿った前記伸縮領域の幅のほぼ中央の１カ所に制限されたことを特徴とする。

伸縮領域の非伸縮領域に対する接続箇所が、「第２方向に沿った前記伸縮領域の幅のほぼ中央の１カ所に制限される」とは、原則的に、当該１カ所以外で伸縮領域と非伸縮領域の接続がなされないことを意味する。これにより、伸縮領域の伸縮動作に伴って発生する歪みが解消または軽減される。

前記伸縮領域は、その一態様として、主要領域とこの主要領域の第１方向両端に配置された過渡領域とを有し、前記主要領域は、開口の周囲に環状の領域を有する複数の基本構成要素が行列状に配置され、第１方向に隣接する基本構成要素は互いにその第１方向端部のほぼ中央部で連結されるとともに、第２方向に隣接する基本構成要素は互いにその第２方向端部で連結された構造を有し、前記過渡領域は前記主要領域から前記１カ所へ向けて収束する構造を有する。

第２方向に並ぶ基本構成要素の列の数が奇数の場合、前記伸縮領域の両端部の各々の１カ所において、前記伸縮領域の最も外側の行のほぼ中央に位置する基本構成要素の第１方向端部の連結部が前記非伸縮領域と連結されうる。

第２方向に並ぶ基本構成要素の列の数が偶数の場合、前記伸縮領域の両端部の各々の１カ所において、前記伸縮領域の最も外側の行のほぼ中央に位置する第２方向端部が前記非伸縮領域と連結されうる。

少なくとも前記伸縮領域の最も外側の行のほぼ中央に位置する基本構成要素の前記非伸縮領域との連結部の幅およびこの連結部につながる基本構成要素の経路幅は他の基本構成要素の幅より大きく設定されてもよい。

前記伸縮領域は、他の態様として、主要領域とこの主要領域の第１方向両端に配置された過渡領域とを有し、前記主要領域には第２方向に断続的に伸びる複数本のスリットが１８０°ずつ位相をずらして第１方向に反復配置され、前記過渡領域は前記主要領域から前記１カ所へ向けて収束する構造を有する。

前記伸縮領域の両端部の各々の１カ所に設けられた前記非伸縮領域との連結部は１本の連結片で構成されてもよい。あるいは、前記伸縮領域の両端部の各々の１カ所に設けられた前記非伸縮領域との連結部は、互いに隣接した複数本の連結片で構成されてもよい。

前記非伸縮領域は、前記連結部を介して前記伸縮領域と一体形成されてもよい。あるいは、前記連結部は、前記非伸縮領域と電気的および機械的に接続される接点またはコネクタを有してもよい。

前記伸縮領域は、前記ほぼ中央の１カ所の両側に、前記非伸縮領域と接続される前記伸縮領域の第２方向の縮み（または伸び）を吸収するために第２方向に伸縮する第１および第２の伸縮連結部をさらに備えてもよい。

本発明によれば、伸縮領域の、非伸縮領域と接続される境界の領域において、反復的な伸縮動作によっても悪影響を受けない新規な構造を有するプリント配線基板を提供することができる。プリント配線基板ひいては電子回路を伸縮させる用途において、実用上応用できる範囲が拡大する。

従来の問題点を説明するための図である。 本発明の実施形態におけるプリント配線基板に使用する伸縮領域ＳＴＲを構成する基本構成要素について説明するための図である。 本発明の実施形態における、ＬＥＴジョイントの開口およびＬＥＴジョイントのスリットの種々の変形例を示す図である。 図２（ｂ）に示したような伸縮領域ＳＴＲを、非伸縮領域ｎＳＴＲとともに用いるプリント配線基板の構成例を示す図である。 伸縮領域ＳＴＲを有するプリント配線基板において採用されうる配線に関する従来の問題および本発明の解決策を説明するための図である。 伸縮領域ＳＴＲを、非伸縮領域ｎＳＴＲとともに用いるプリント配線基板の他の構成例の説明図である。 伸縮領域ＳＴＲの基本構成要素としてのＬＥＴジョイントの行列の列数が偶数の場合の最も少数列である２列（５行）の例を示す図である。 伸縮領域ＳＴＲの基本構成要素としてのＬＥＴジョイントの行列の列数が４列（偶数列）である例を示す図である。 多行４列の行列を基にして最外部の連結領域ＬＮＫを付加した伸縮領域ＳＴＲを上下の非伸縮領域ｎＳＴＲに接続したプリント配線基板の伸張の様子を説明するための図である。 図９の変形例として、伸縮領域ＳＴＲの両端部の各々の１カ所に設けられた非伸縮領域ｎＳＴＲとの連結部が、互いに隣接した複数本（ここでは２本）の連結片で構成された例を示す図である。 ハンモック型の伸縮領域ＳＴＲを複数個（この例では３個）、非伸縮領域ｎＳＴＲを介在して直列接続して用いる場合の簡略化した構成例を示す図である。 ハンモック型の伸縮領域ＳＴＲを複数個（この例では２個）、並列接続して用いる場合の簡略化した構成例を示す図である。 ハンモック型の伸縮領域ＳＴＲをｘ、ｙ両方向に行列状に配置した構成例を示す図である。 伸縮領域ＳＴＲと非伸縮領域ｎＳＴＲの間の連結領域ＬＮＫまたは過渡領域ＴＲにおいて、中心軸からｙ方向に沿った両側に所定間隔離れた箇所に第１および第２の伸縮連結部を設けた構成を示す図である。 他の形状の第１および第２の伸縮連結部を示す図である。 基本構成要素の変形例を示す図である。 図１６（ｂ）に示した蝶ネクタイ型の基本構成要素を行列状に配置して構成した伸縮領域ＳＴＲの構成例を示す図である。 本発明の実施形態の一応用例としての携帯型の筋電計用のプリント配線基板の概略構成を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本実施形態のプリント配線基板は、一般にいうフレキシブル基板に属するが、フレキシブル基板の基材に対して補強材として例えばＰＯＭやガラスエポキシ樹脂などの比較的硬い材料を用いたフレキシブル基板にも本発明は適用可能である。ＰＯＭとは、ポリアセタール（polyacetal）またはポリオキシメチレン（polyoxymethylene）ような樹脂である。本実施形態では、例えば厚さ１２５μｍ程度の薄いＰＥＴフィルムから数ｍｍ程度の厚いＰＯＭまで幅広く適用可能である。

＜伸縮領域の基本構成要素＞
図２により、本実施形態におけるプリント配線基板に使用する伸縮領域ＳＴＲを構成する基本構成要素について説明する。図２（ａ）は伸縮領域ＳＴＲの典型的な構成要素としてＬＥＴ（Lamina Emergent Torsional）ジョイントの構成例を示している。ＬＥＴジョイントは非特許文献１に記載のように、剛性のプリント回路基板に柔軟性のある領域をもたらすことができる構造として知られている。

図２（ａ）に示すＬＥＴジョイント１０ａは、長方形の開口１１の周囲に環状の領域である開口周縁部１２と、その両長辺のほぼ中央で外方へ突出した連結部１３とにより構成される。開口周縁部１２の肩部（局所梁）１５の幅Ｘ１は開口１１ａの幅Ｘ０と同じ場合を示しているが、必ずしも同じでなくてもよい。

図２（ｂ）は、伸縮領域ＳＴＲを構成する構造として、図２（ａ）に示した基本構成要素としてのＬＥＴジョイント１０ａをセルとして、これらのＬＥＴジョイント１０ａを行列状に（この例では５行３列）に連結して配置したＬＥＴジョイントアレイを表している。ＬＥＴジョイントアレイは、その平面形状としてほぼ矩形の全体形状を有する。上下方向（図のｘ方向）に隣接する２つのＬＥＴジョイント１０ａは連結部１３で互いに連結される。左右方向（図のｙ方向）に隣接する２つのＬＥＴジョイント１０ａは側端部（側端辺または第２方向端部）１７で互いに連結される。この例では、それぞれの側端部１７を両ＬＥＴジョイント１０ａが共有する形で連結されている。

プリント配線基板に、図２（ｂ）に示すような、複数のＬＥＴジョイント１０ａを行列状に配置したＬＥＴジョイントアレイを形成することにより、この領域は一方向（ｘ方向）に伸縮可能な伸縮領域ＳＴＲとなる。すなわち、基板がヤング率の高い基材を用いていても、そのヤング率を低下させることができる。

また、図において上下に隣接する２つのＬＥＴジョイント１０ａの間隔１８ａは開口１１ａと同じ幅となるように、すなわち、隣接する４つのＬＥＴジョイント１０ａに囲まれることにより形成された開口１４ａはほぼＬＥＴジョイント１０ａの内部の開口１１ａと同じ形状およびサイズとなるように、ＬＥＴジョイント１０ａの行列は配置されている。これによって、ＬＥＴジョイント１０ａの行列構造により構成される伸縮領域ＳＴＲの全体に亘って均一なヤング率が得られる。

図２（ｃ）は、図２（ａ）のＬＥＴジョイント１０ａの変形例としてのＬＥＴジョイント１０ｂを示している。このＬＥＴジョイント１０ｂはＬＥＴジョイント１０ａの開口１１ａに代えて（または開口の一種として）、スリット１１ｂを有している。ＬＥＴジョイント１０ａと同様の要素には同じ参照符号を付して、重複した説明は省略する。

図２（ｄ）は、図２（ｃ）のＬＥＴジョイント１０ｂを行列状に（この例では５行３列）に連結して配置して構成した伸縮領域ＳＴＲを表している。上下方向（図のｘ方向）に隣接する２つのＬＥＴジョイント１０ｂは連結部１３で互いに連結される。左右方向（図のｙ方向）に隣接する２つのＬＥＴジョイント１０ａは側端部１７で互いに連結される。この例では、それぞれの側端部１７を両ＬＥＴジョイント１０ｂが共有する形で連結されている。

プリント配線基板に、図２（ｄ）に示すように、複数のＬＥＴジョイント１０ｂを行列状に配置したＬＥＴジョイントアレイを形成することにより、この領域は一方向（ｘ方向）に伸縮可能な伸縮領域ＳＴＲとなる。すなわち、基板がヤング率の高い基材を用いていても、そのヤング率を低下させることができる。また、図において上下に隣接する２つのＬＥＴジョイント１０ｂの間隔１８ｂはスリット（開口）１１ｂと同じ幅となるように、すなわち、隣接する４つのＬＥＴジョイント１０ｂに囲まれることにより形成されたスリット（開口）１４ｂはほぼＬＥＴジョイント１０ｂの内部のスリット（開口）１１ｂと同じ形状およびサイズとなるように、ＬＥＴジョイント１０ｂの行列は配置されている。これによって、ＬＥＴジョイント１０ｂの行列構造により構成される伸縮領域ＳＴＲの全体に亘って均一なヤング率が得られる。

なお、図２（ｄ）の構造は図２（ｃ）のようなＬＥＴジョイント１０ｂの行列状の配置とみるのではなく、単に基板領域内でｙ方向（第２方向）に断続的に伸びる多数の平行なスリットが規則的に（１８０°ずつ位相をずらして）ｘ方向（第１方向）に反復配置されたものとみなすこともできる。

図２（ｂ）（ｄ）に示したような伸縮領域ＳＴＲの基板構造は、プリント配線を形成した基板を、所定のパターンに従ってレーザーカッター等の切断手段によってカットし、開口やスリットを作成することにより実現することができる。

図２（ａ）（ｃ）のいずれの構造においても、伸縮領域ＳＴＲが伸張されたとき、ＬＥＴジョイント１０ａ，１０ｂの肩部（局所梁）１５がｙ軸周りに回転したりねじれたりしてｘ−ｙ平面外すなわちｚ方向（ｘ，ｙ両方向に垂直の方向）に立ち上がる。その場合にも肩部１５の幅（経路幅）が限定的であるために、その立ち上がり量はたかだかその経路幅である。ユーザの服や体に密着して使用されるような用途では、この立ち上がり量が小さければ小さいほど、引っかかったり邪魔になったりするなどの弊害が軽減される利点がある。

図３（ａ）（ｂ）は、それぞれ、ＬＥＴジョイント１０ａの開口１１ａおよびＬＥＴジョイント１０ｂのスリット１１ｂの種々の変形例を示している。ＬＥＴジョイント１０ａの開口１１ａとしては、長方形１１ａ１、角丸長方形１１ａ２、長円形１１ａ３、楕円形１１ａ４、菱形１１ａ５、角丸菱形１１ａ６、角部小丸くりぬき菱形１１ａ７、扁平六角形１１ａ８、等が挙げられる。ＬＥＴジョイント１０ｂのスリット１１ｂとしては、直線（線分）１１ｂ１、両端小丸くりぬき直線１１ｂ２、両端内向き矢印付き直線１１ｂ３、両端外向き矢印付き直線１１ｂ４、等が挙げられる。開口の角部を丸くしたり、スリットの端部に小丸くりぬきを設けたり、矢印形状などの補助カットを設けるのは、いずれもＬＥＴジョイントの伸張時に角部や端部が裂けたり破損したりする可能性を低減するための工夫である。本明細書および図面において示す開口やスリットについてはすべてこれらの変形を適用可能である。

＜基本構成要素が３列の場合＞
図４は、図２（ｂ）に示したような伸縮領域ＳＴＲを、非伸縮領域ｎＳＴＲとともに用いるプリント配線基板の構成例を示している。この例では基本構成要素としてのＬＥＴジョイント１０（１０ａ，１０ｂを総称）によるＬＥＴジョイントアレイの行列サイズを５行３列とした簡略化した例を示している。実際のプリント配線基板で用いるＬＥＴジョイント１０の行数および列数は５行３列に限るものではない。

非伸縮領域ｎＳＴＲは種々の電子部品やバッテリ等が搭載されたり、プリント配線基板の支持部に支持されたりするエリアであり、通常、伸縮領域ＳＴＲと連結して用いられる。典型的には伸縮領域ＳＴＲには導電パターンが配置されるが、伸縮領域ＳＴＲにもＬＥＤなどの電子部品が搭載されうる。図１で上述したように、非伸縮領域ｎＳＴＲと接続される伸縮領域ＳＴＲの複数の連結部１３（図１では連結部Ｃ１〜Ｃ３）のうち、中央部から離れるほど、伸縮領域ＳＴＲが伸張したとき、大きな歪みを受ける。

なお、非伸縮領域ｎＳＴＲは伸縮領域ＳＴＲと同じ基材で一体形成されてもよいし、伸縮領域ＳＴＲと別体で用意されてもよい。別体で用意される場合には、両者の間は電気接点やコネクタ等で機械的および電気的に相互に接続される。

上記のような歪みを解消または軽減するために、本発明では、伸縮領域ＳＴＲのｘ方向（第１方向）の両端部に設けられた、非伸縮領域ｎＳＴＲに対する接続箇所が、ｙ方向（第２方向）に沿った伸縮領域ＳＴＲの幅方向（ｙ方向）のほぼ中央の１カ所に制限されるものとする。

本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、伸縮領域ＳＴＲは、主要領域Ｍとこの主要領域Ｍのｘ方向両端に配置された過渡領域ＴＲとを有する。主要領域Ｍは、開口の周囲に環状の領域である開口周縁部を含む基本構成要素が複数行列状に配置され、ｘ方向に隣接する基本構成要素は互いにそのｘ方向端部のｙ方向のほぼ中央で連結されるとともに、ｙ方向に隣接する基本構成要素は互いにそのｙ方向端部で連結された構造を有する。過渡領域ＴＲは主要領域Ｍから非伸縮領域ｎＳＴＲの１カ所へ向けて収束する構造を有する。本明細書において「収束する」とは、過渡領域の第２方向の幅が非伸縮領域ｎＳＴＲへ向かって段階的にまたは傾斜的に狭くなっていくことを意味する。このような伸縮領域ＳＴＲの構造はハンモックに類似しているので、本発明者らはハンモック型構造と呼んでいる。本実施の形態におけるハンモック型の伸縮領域ＳＴＲは典型的には左右対称および上下対称の構造を有する。

図４（ｂ）から分かるように、ｙ方向に並ぶ基本構成要素（ＬＥＴジョイント）の列の数が奇数の場合、伸縮領域ＳＴＲの両端部の各々の１カ所において、伸縮領域ＳＴＲの最も外側の行のほぼ中央に位置する基本構成要素のｘ方向端部中央の連結部１３が非伸縮領域ｎＳＴＲと連結されることになる。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）の構成において、非伸縮領域ｎＳＴＲに繋がる伸縮領域ＳＴＲの連結領域ＬＮＫの部分（連結部１９および肩部１６）の幅を大きく設定したものである。この理由について、図５により説明する。

＜配線パターンの配置＞
図５（ａ）は、図４（ａ）で示したような５行３列のＬＥＴジョイント１０を用いた伸縮領域ＳＴＲを有するプリント配線基板において採用されうる配線を例示したものである。この例では、配線としての導電パターン３１〜３６の各々は、２つの非伸縮領域ｎＳＴＲの間に直列接続された複数のＬＥＴジョイントの連結部１３と各ＬＥＴジョイントの側端部１７との間をジグザグに進行している。この例では、連結部１３および共有の側端部１７においては２本の導電パターンが通過している。

図５（ｂ）は、図４（ｃ）のように過渡領域ＴＲが主要領域Ｍから１カ所へ向けて収束する構造を有する場合の導電パターン３１〜３６の配線例を示している。伸縮領域ＳＴＲが、その主要領域Ｍから過渡領域ＴＲを経由して非伸縮領域ｎＳＴＲの１カ所に収束する過程で、ＬＥＴジョイントの一部が段階的に切除されている。

伸縮領域ＳＴＲの構造が非伸縮領域ｎＳＴＲに対して１カ所に収束していくことから、伸縮領域ＳＴＲを通過する配線パターンも同様に１カ所に収束していく。その結果、収束箇所に近づくほど１本の経路を通過する配線の本数が増大する。図５（ｂ）の例では、伸縮領域ＳＴＲの最も外側の連結部１９にはすべての配線（この例では６本）が通過する。また、連結部１９に繋がるＬＥＴジョイントの両肩部１５に相当する肩部１６には全本数の半分（この例では３本）が通過する。

１カ所の連結部１９にすべての配線パターンを収容するためには、経路幅を太くすることにより対応可能である。すなわち、伸長領域の伸長時の伸長方向と垂直の方向に生じる伸長領域の歪が許容できる範囲で連結部１９の幅を太くすることができる。しかし、連結部１９や肩部１６の幅を太くすることは部分的に基板のヤング率を高め、局所的に変形しにくい部分を生じさせる。そこで、このような弊害を補償するために、連結領域ＬＮＫの肩部１６とこれが繋がる内側のＬＥＴジョイントの肩部１５の間の間隔１８を拡大することにより、部分的にヤング率を低下させることができる。これにより、連結領域ＬＮＫのヤング率を他の伸縮領域ＳＴＲと同程度のヤング率になるようにしている。

なお、図５に示したこの導電パターンの本数や経路はあくまで一例であり、他の構成もありうる。

プリント配線基板の製造工程において、図４（ａ）に示したような完全な行列構造を基に、その一部を切除することによりハンモック型構造を作成するという説明は便宜上であり、実際上は図４（ａ）に示したような伸縮領域ＳＴＲの行列構造を形成することなく、プリント配線基板の設計段階から製造段階まで終始図４（ｃ）に示したようなハンモック型構造として処理が行われる。上述したように、伸縮領域ＳＴＲの基板構造は、プリント配線を形成した基板を、後からレーザーカッター等の切断手段によってカットし、開口やスリットを作成することにより実現することができる。伸縮領域ＳＴＲが非伸縮領域ｎＳＴＲと一体形成される場合も同様である。

＜基本構成要素が５列の場合＞
図６（ａ）は、伸縮領域ＳＴＲを、非伸縮領域ｎＳＴＲとともに用いるプリント配線基板の他の構成例であって、この例では基本構成要素としてのＬＥＴジョイント１０を用いたＬＥＴジョイントアレイの行列サイズを５行５列としている。

基本構成要素が３列の場合と同様、伸縮領域ＳＴＲは、主要領域Ｍとこの主要領域Ｍのｘ方向両端に配置された過渡領域ＴＲとを有する基材により構成される。主要領域Ｍは、開口の周囲に環状の領域である開口周縁部を含む基本構成要素が行列状に複数配置され、ｘ方向に隣接する基本構成要素は互いにそのｘ方向端部のほぼ中央で連結されるとともに、ｙ方向に隣接する基本構成要素は互いにそのｙ方向端部で連結された構造を有する。過渡領域ＴＲは主要領域Ｍから１カ所へ向けて収束する構造を有する。なお、図６（ｂ）から分かるように、この例では実際に比べて行数が少ないため、主要領域Ｍの行列の行数が１となっている。

図６（ｂ）に示すように、ｙ方向に並ぶ基本構成要素の列の数が奇数（ここでは５列）の場合、連結領域ＬＮＫでは、伸縮領域ＳＴＲの両端部の各々の１カ所において、伸縮領域ＳＴＲの最も外側の行のほぼ中央に位置する基本構成要素のｘ方向端部中央の連結部１３が非伸縮領域ｎＳＴＲと連結されることになる。

図６（ｃ）は、図４（ｂ）の構成において、非伸縮領域ｎＳＴＲに繋がる伸縮領域ＳＴＲのＬＩＮＫ領域の連結部１９および肩部１６の幅ならびに間隔１８を大きく設定したものである。

＜基本構成要素が２列の場合＞
図７は、伸縮領域ＳＴＲの基本構成要素としてのＬＥＴジョイントを用いたＬＥＴジョイントアレイの行列の列数が偶数の場合の最も少数列である２列（５行）の例を示している。上述した３列（奇数列）の場合と異なり、偶数列の場合には、非伸縮領域ｎＳＴＲに繋がる最も外側の連結領域ＬＮＫとして、中央のＬＥＴジョイントが存在しないため、中央のＬＥＴジョイントの連結部１３を連結部１９として利用することができない。そこで、図７（ａ）のような偶数列の伸縮領域ＳＴＲのプリント配線基板については、その非伸縮領域ｎＳＴＲの一部を利用し、図７（ｂ）のように基材に対して破線ＢＬで示すようなカッティングを行うことにより、中央の連結部１９とこれに繋がる肩部１５を作成することができる。図７（ｃ）は連結部１９および肩部１６の幅等を拡大した構造を示す。このように非伸縮領域ｎＳＴＲの一部を伸縮領域ＳＴＲに取り込む工法は、伸縮領域ＳＴＲと非伸縮領域ｎＳＴＲとを同じ１つの基材で一体形成する場合に好適である。

＜基本構成要素が４列の場合＞
図８は、伸縮領域ＳＴＲの基本構成要素としてのＬＥＴジョイントを用いたＬＥＴジョイントアレイの行列の列数が４列（偶数列）である例を示している。やはり上述した３列（奇数列）の場合と異なり、偶数列の場合には、非伸縮領域ｎＳＴＲに繋がる最も外側の連結領域ＬＮＫとして、中央のＬＥＴジョイントが存在しないため、中央のＬＥＴジョイントの連結部１３を利用することができない。そこで、図８（ａ）のような偶数列の伸縮領域ＳＴＲを有するプリント配線基板については、その非伸縮領域ｎＳＴＲの一部を利用し、その基材に対して破線ＢＬで示すようなカッティングを行うことにより、図８（ｂ）に示すように、中央の連結部１９とこれに繋がる肩部１５を作成することができる。図８（ｃ）は連結部１９および肩部１６の幅等を拡大した構造を示す。このように非伸縮領域ｎＳＴＲの一部を伸縮領域ＳＴＲに取り込む工法は、伸縮領域ＳＴＲと非伸縮領域ｎＳＴＲとを同じ１つの基材で一体形成する場合に好適である。

＜基本構成要素の行数および列数の意義＞
極端な例として、与えられた面積の伸縮領域ＳＴＲに１行１列のＬＥＴジョイントアレイを構成した場合、局所梁の幅が太くなり、ヤング率が高くなり、伸びにくい構造となる。行数を増加させれば、１つのＬＥＴジョイントの局所梁の幅が狭くなるためヤング率が低くなり、伸びやすくなる。その反面、１つの局所梁に通せる導線の本数が減少する。そこで、列数を増加させれば、ｘ方向の経路が並列化されるため、伸縮領域ＳＴＲを通せる導線の本数を増やすことができる。このように、与えられた面積の伸縮領域ＳＴＲにある程度の柔軟性と、通せる導線本数を確保するためには、基本構成要素を所定の行数および列数分設けることが好ましい。

図９は、多行４列のＬＥＴジョイントアレイを基にして最外部の連結領域ＬＮＫを付加した伸縮領域ＳＴＲを図の上下の非伸縮領域ｎＳＴＲに接続したプリント配線基板の伸張の様子を説明するための図である。この例の伸縮領域ＳＴＲは、配線パターンを有さないＰＥＴフィルムのみの基材で伸張状態を模擬したものである。図９（ａ）は非伸縮状態の基板の一部を示している。この図から分かるように、ＬＮＫ領域に１本の連結部１９として１本の連結片を用いている。図９（ｂ）は１対の非伸縮領域ｎＳＴＲの間で伸縮領域ＳＴＲが伸張された様子を示している。図９（ｂ）の各ＬＥＴジョイントの開口の形状の変化状態から、非伸縮領域ｎＳＴＲに近い、伸縮領域ＳＴＲの部分においても一部に過度な歪みが集中するという事態が避けられていることが分かる。

連結部１９はその幅が細いほど、また中心軸Ａに近いほど、伸縮領域ＳＴＲが全体的に均一に延びるような理想的なセルの開き方をする。

図１０は、図９の変形例として、伸縮領域ＳＴＲの両端部の各々の１カ所に設けられた非伸縮領域ｎＳＴＲとの連結部１９が、互いに隣接した複数本（ここでは２本）の連結片１９ａ，１９ｂで構成された例を示している。このように複数本の連結片１９ａ，１９ｂを用いることにより、図１０（ｂ）に示すように、非伸縮領域ｎＳＴＲに近い、伸縮領域ＳＴＲの部分において一部の歪みが若干増加するが、連結領域ＬＮＫの強度（ひいては基板強度）および配線の容易度が改善される利点がある。

＜複数の伸縮領域の連結配置＞
以下では、複数の伸縮領域ＳＴＲを連結して用いる場合の構成について説明する。

図１１は、上述したハンモック型の伸縮領域ＳＴＲを複数個（この例では３個）、非伸縮領域ｎＳＴＲを介在して直列接続して用いる場合の簡略化した構成例を示す。隣接する伸縮領域ＳＴＲの間の非伸縮領域ｎＳＴＲは両伸縮領域ＳＴＲに共通の領域となる。このような構成により、単一の伸縮領域ＳＴＲを用いる場合に比べて伸縮可能な領域の範囲を一方向（ｘ方向）に拡大することができる。また、複数の非伸縮領域ｎＳＴＲに電子部品等を分散して配置できる。１つの伸縮領域ＳＴＲを過度に多行数とする場合に比べて複数の伸縮領域ＳＴＲを直列接続することにより、伸縮領域ＳＴＲを安定的に維持するとともに、単位伸び量当たりの、各ＬＥＴジョイント１０の局所梁の立ち上がり量を小さく抑えることができる。

図１２は、上述したハンモック型の伸縮領域ＳＴＲを複数個（この例では２個）、並列接続して用いる場合の簡略化した構成例を示す。隣接する２つの伸縮領域ＳＴＲの間は離間した状態のままであるが、隣接した非伸縮領域ｎＳＴＲはその側端部で連結され、単一の共通の領域となる。このような構成により、単一の伸縮領域ＳＴＲを用いる場合に比べて伸縮可能な領域の範囲を他方向（ｙ方向）に拡大することができる。また、複数の非伸縮領域ｎＳＴＲに電子部品等を分散して配置できる。

図１３は、図１１と図１２の構造を折衷したものであり、伸縮領域ＳＴＲをｘ、ｙ両方向に行列状に配置した構成例を示す。このような構成により、単一の伸縮領域ＳＴＲを用いる場合に比べて伸縮可能な領域の範囲をｘおよびｙの両方向に拡大して広範な伸縮領域ＳＴＲを得ることができる。また、複数の非伸縮領域ｎＳＴＲに電子部品等を分散して配置できる。

＜伸縮領域の回転抑止策＞
ところで、上述したハンモック型の伸縮領域ＳＴＲは１対の非伸縮領域ｎＳＴＲの間で両端の連結部１９により１カ所で連結されるため、外力等に応じてｘ方向に沿った中心軸Ａの周りに回転（回動）する。以下、このような回転が望ましくない用途における対応策について説明する。

図１４は、伸縮領域ＳＴＲと非伸縮領域ｎＳＴＲの間の連結領域ＬＮＫまたは過渡領域ＴＲにおいて、ｘ方向に沿った伸縮領域ＳＴＲの中心軸Ａの位置に設けた連結部１９とは別に、中心軸からｙ方向に沿った両側に所定間隔離れた箇所に、すなわちほぼ中央の「１カ所」の両側に、第１および第２の伸縮連結部４１，４２，４３，４４を設けた構成を示している。この第１および第２の伸縮連結部４１，４２，４３，４４は、非伸縮領域ｎＳＴＲと接続される伸縮領域ＳＴＲのｙ方向（第２方向）の縮み（または伸び）を吸収するためにｙ方向に伸縮する基板要素である。この例では、第１および第２の伸縮連結部４１，４２，４３，４４はＮ字状または巴状等の形状を有する。伸縮領域ＳＴＲはその中心軸Ａを対称に伸張時に縮む方向が逆となるので、これに対応するために第１および第２の伸縮連結部４１と４２，４３と４４はそれぞれ左右反転した形状としている。伸縮連結部４１，４２，４３，４４は、伸縮領域ＳＴＲと非伸縮領域ｎＳＴＲと一体形成する場合に併せて形成できる。

なお、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、第１および第２の伸縮連結部の設置位置およびその形態のバリエーションを１つの図で示すために、便宜上、図１１に示したような３つの伸縮領域ＳＴＲが直列接続されたプリント配線基板を例として示したものに過ぎない。伸縮連結部４１，４２，４３，４４には導電パターンを通す必要はないが、通してもよい。

伸縮連結部４１，４２，４３，４４を接続する伸縮領域ＳＴＲの位置としては、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）のように中心軸Ａからの離間の程度の違いとして複数の位置を取りうる。図１４（ａ）では連結領域ＬＮＫの肩部１６の端部に伸縮連結部４１，４２を接続している。図１４（ｂ）では過渡領域ＴＲ内の肩部１５の端部に縮連結部４１，４２を接続している。図１４（ｃ）では主要領域Ｍの最外側のＬＥＴジョイントの肩部１５の端部に伸縮連結部４３，４４を接続している。

図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に伸縮領域ＳＴＲの中心軸Ａ周りの安定性は向上する反面、伸張時の歪みが大きくなるので、伸縮連結部４１，４２の歪みへの対応能力が要求される。図１４（ｃ）の例では伸縮連結部４３，４４は、図１４（ａ）（ｂ）に比べて、伸縮連結部４１，４２の折り返しの回数を増加させている。

図１５は、他の形状の第１および第２の伸縮連結部５１，５２，５３，５４を示す図である。この例では、いわゆる「馬蹄型ミアンダ」「horseshoe-shaped meanders」と呼ばれるような蛇行しながら進行する形状である。第１および第２の伸縮連結部５１，５２，５３，５４の配置箇所については、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すとおり、中心軸Ａからの離間の程度の違いとして複数の位置を取りうる。図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に伸縮領域ＳＴＲの中心軸Ａ周りの安定性は向上する反面、伸張時の歪みが大きくなるので伸縮連結部５１，５２，５３，５４の歪みへの対応能力が要求される。図１５（ｃ）の例では伸縮連結部５３，５４は、図１５（ａ）（ｂ）に比べて、伸縮連結部５１，５２の蛇行の回数を増加させている。他の構成は図１４と同様である。

＜伸縮領域の基本構成要素の変形例＞
図１６は、基本構成要素の変形例を示している。図１６（ａ）は六角形の開口１１ｃを有する基本構成要素１０ｃを示している。その肩部１５は六角形の開口１１ｃの輪郭に合わせて傾斜している。連結部１３および側端部１７についてはＬＥＴジョイント１０ａと同様である。特に図示しないが、このような基本構成要素１０ｃを上記と同様に行列状に配置することにより、伸縮領域ＳＴＲを構成することができる。また、上記と同様に、ハンモック型の伸縮領域ＳＴＲを構成することができる。伸縮連結部も同様に採用しうる。

図１６（ｂ）は蝶ネクタイ型の六角形の開口１１ｄを有する基本構成要素１０ｄを示している。その肩部１５は六角形の開口１１ｄの輪郭に合わせて、図１６（ａ）とは逆方向に傾斜している。連結部１３および側端部１７については基本構成要素１０ｃと同様である。このような基本構成要素１０ｄを上記と同様に行列状に配置することにより、伸縮領域ＳＴＲを構成することができる。但し、この図１６（ｂ）の基本構成要素１０ｄは他の基本構成要素と比べて異なる点は、そのポアソン比が負であることである。すなわち、両連結部１３を互いにｘ方向に沿って逆方向に引っ張ったとき、基本構成要素１０ｄはｙ方向に伸びる。このようなポアソン比が負の基本構成要素１０ｄを行列状に連結して構成した伸縮領域ＳＴＲ（図１７）のポアソン比も負になると考えられる。

図１７は、図１６（ｂ）に示した蝶ネクタイ型の基本構成要素１０ｄを行列状（この例では３行５列）に配置して構成した伸縮領域ＳＴＲの構成例を示している。

上下方向（図のｘ方向）に隣接する２つの基本構成要素１０ｄは連結部１３で互いに連結される。左右方向（図のｙ方向）に隣接する２つの基本構成要素１０ｄは側端部１７で互いに連結される。この例では、それぞれの側端部１７を両基本構成要素１０ｄが共有する形で連結されている。プリント配線基板に、図１７に示すような、複数の基本構成要素１０ｄを行列状に配置した領域を形成することにより、この領域は一方向（ｘ方向）に伸縮可能な伸縮領域ＳＴＲとなる。

また、図において上下に隣接する２つの基本構成要素１０ｄの間隔１８ｄのサイズは開口１１ｄと同じサイズとなるように、すなわち、隣接する４つの基本構成要素１０ｄに囲まれることにより形成された開口１４ｄはほぼ基本構成要素１０ｄの内部の開口１１ｄと同じ形状およびサイズとなるように、基本構成要素１０ｄの行列は配置される。

これによって、基本構成要素１０ｄの行列構造により構成される伸縮領域ＳＴＲの全体に亘って均一なヤング率が得られる。

特に図示しないが、図１７に示したポアソン比が負の伸縮領域ＳＴＲにおいても、上述したようなハンモック型の構造が可能である。伸縮連結部を採用しうることも上記と同様である。

＜応用例＞
図１８は、本実施形態の一応用例としての携帯型の筋電計用のプリント配線基板の概略構成を示している。特に限定するものではないが、この筋電計は被験者の前腕に巻き付けるものを想定している。このプリント配線基板は、非伸縮領域６１、伸縮領域６２、非伸縮領域６３、伸縮領域６４、および非伸縮領域６５をこの順に直列接続した構成を有する。主要領域Ｍ内の基本構成要素の行列のサイズは１１行２列の例を示している。非伸縮領域６３の表面に電極（パッド）７１，７２，７３が配置されている。電極７１，７２，７３からそれぞれ導出された導電パターン（配線）３１，３２，３３は、伸縮領域６２の下側の連結領域ＬＮＫを経由し、３本のジグザグ経路を通過して上側のリンク領域ＬＮＫを経由し、非伸縮領域６１内へ到達している。非伸縮領域６１にはバッテリや各種の電子部品が搭載されているが、これらは図示省略してある。

この例では、伸縮領域６４は導電パターンを全く有しておらず、単に伸縮部材として利用している。伸縮領域６２，６４の存在により、太さの異なる被験者の前腕に対しても単に前腕に巻き付けるだけで筋電計の適正な装着が可能となる。

必須の構成ではないが、図の上端の非伸縮領域６１には切り欠き部６６が形成されるとともに、図の下端の非伸縮領域６５には突起部６７が形成されている。図１８のプリント配線基板全体はＰＥＴフィルムを基材とし、切り欠き部６６が形成された非伸縮領域６１と突起部６７が形成された非伸縮領域６５には比較的硬い材料の補強板（例えばガラスエポキシ樹脂）で補強されている。突起部６７は必要に応じて切り欠き部６６に嵌合し、この筋電計が環状に湾曲して被検者の測定部位に保持されるようになっている。

図１８の例から分かるように、複数の非伸縮領域ｎＳＴＲのサイズや形状は必ずしも同じでなくてもよい。必ずしも伸縮領域ＳＴＲの主要領域Ｍ内のすべての経路に導電パターンが通過する必要はなく、通過しない経路が存在してもよい。全く導電パターンが存在しない伸縮領域ＳＴＲや非伸縮領域ｎＳＴＲが存在してもよい。

＜変形例＞
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、プリント配線基板の全体および部分について提示した具体的な形状、サイズ、数量、配置、構造、等はあくまで例示であり、本発明はそれらに限定されるものではなく、上述した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ： ＬＥＴジョイントまたは基本構成要素
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ： 開口またはスリット
１２： 開口周縁部
１３： 連結部
１４ａ，１４ｂ，１４ｄ： 開口
１５，１６： 肩部
１７： 側端部（側端辺または第２方向端部）
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｄ： 間隔
１９，１９ａ，１９ｂ： 連結部または連結片
３１〜３６： 導電パターン
４１〜４４，５１〜５４： 伸縮連結部
６１，６３，６５： 非伸縮領域
６２，６４： 伸縮領域
６６： 切り欠き部
６７： 突起部
Ａ： 中心軸
ＢＬ： 破線
Ｃ１〜Ｃ３： 連結部
ＬＮＫ： 連結領域
Ｍ： 主要領域
ｎＳＴＲ： 非伸縮領域
Ｏ： 物体
ＳＴＲ： 伸縮領域
ＴＲ： 過渡領域

Claims (11)

1. 導電パターンが配置された伸縮領域を備え、前記伸縮領域の一方向の伸張動作に伴って伸張方向（第１方向）と垂直の方向（第２方向）に縮み（または伸び）が発生する伸縮可能なプリント配線基板であって、
   前記伸縮領域の第１方向の両端部に設けられた非伸縮領域に対する接続箇所が、第２方向に沿った前記伸縮領域の幅のほぼ中央の１カ所に制限されたことを特徴とするプリント配線基板。
2. 前記伸縮領域は、主要領域とこの主要領域の第１方向両端に配置された過渡領域とを有し、前記主要領域は、開口の周囲に環状の領域を有する複数の基本構成要素が行列状に配置され、第１方向に隣接する基本構成要素は互いにその第１方向端部のほぼ中央で連結されるとともに、第２方向に隣接する基本構成要素は互いにその第２方向端部で連結された構造を有し、前記過渡領域は前記主要領域から前記１カ所へ向けて収束する構造を有する請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 第２方向に並ぶ基本構成要素の列の数が奇数の場合、前記伸縮領域の両端部の各々の１カ所において、前記伸縮領域の最も外側の行のほぼ中央に位置する基本構成要素の第１方向端部の連結部が前記非伸縮領域と連結される請求項２に記載のプリント配線基板。
4. 第２方向に並ぶ基本構成要素の列の数が偶数の場合、前記伸縮領域の両端部の各々の１カ所において、前記伸縮領域の最も外側の行のほぼ中央に位置する第２方向端部が前記非伸縮領域と連結される請求項２に記載のプリント配線基板。
5. 少なくとも前記伸縮領域の最も外側の行のほぼ中央に位置する基本構成要素の前記非伸縮領域との連結部の幅およびこの連結部につながる基本構成要素の経路幅が他の基本構成要素の幅より大きい請求項２〜４のいずれかに記載のプリント配線基板。
6. 前記伸縮領域は、主要領域とこの主要領域の第１方向両端に配置された過渡領域とを有し、前記主要領域には第２方向に断続的に伸びる複数本のスリットが１８０°ずつ位相をずらして第１方向に反復配置され、前記過渡領域は前記主要領域から前記１カ所へ向けて収束する構造を有する請求項１に記載のプリント配線基板。
7. 前記伸縮領域の両端部の各々の１カ所に設けられた前記非伸縮領域との連結部は１本の連結片で構成される請求項１〜６のいずれかに記載のプリント配線基板。
8. 前記伸縮領域の両端部の各々の１カ所に設けられた前記非伸縮領域との連結部は、互いに隣接した複数本の連結片で構成される請求項１〜６のいずれかに記載のプリント配線基板。
9. 前記非伸縮領域が前記連結部を介して前記伸縮領域と一体形成されている請求項１〜８のいずれかに記載のプリント配線基板。
10. 前記連結部は、前記非伸縮領域と電気的および機械的に接続される接点またはコネクタを有する請求項１〜８のいずれかに記載のプリント配線基板。
11. 前記伸縮領域は、前記ほぼ中央の１カ所の両側に、前記非伸縮領域と接続される前記伸縮領域の第２方向の縮み（または伸び）を吸収するために第２方向に伸縮する第１および第２の伸縮連結部をさらに備えた請求項１〜１０のいずれかに記載のプリント配線基板。