JP2024054512A - ストレッチャブルデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ヒンジ部のひずみ量を精度良く検出できるストレッチャブルデバイスを提供する。【解決手段】ストレッチャブルデバイスは、樹脂基材、信号線、及びひずみゲージを有し、樹脂基材は、互いに離隔する複数のボディ部と、蛇行しながらボディ部同士を接続する複数のヒンジ部を有し、ヒンジ部は、直線状に延びる基部と、屈曲する複数の屈曲部を有し、複数の屈曲部は、基部と接続する第１屈曲部を有し、第１屈曲部は、長さ方向に直交する幅方向の中央を境界として、内周側に配置される第１内周部と、外周側に配置される第１外周部に区分けされ、基部は、幅方向の中央を境界として、第１内周部に接続する内周接続部と、第１外周部に接続する外周接続部に区分けされ、信号線は、ヒンジ部に設けられ、樹脂基材に信号線が積層される積層方向から視て、信号線の幅方向の中央を通る仮想中央線は外周接続部と重なっている。【選択図】図９

Description

本発明は、ストレッチャブルデバイスに関する。

ストレッチャブルデバイスは、伸縮性及び可撓性に優れている。このようなストレッチャブルデバイスは、アレイ層が積層される樹脂基材を有している。樹脂基材は、マトリクス状に配置されたボディ部と、ボディ部同士を接続するヒンジ部と、を有している。特許文献１のヒンジ部は、複数の円弧部を有し、蛇行したミアンダ形状となっている。そして、ストレッチャブルデバイスに引っ張り荷重が作用すると、ヒンジ部の円弧部は、曲率が小さくなるように変形する。言い換えると、円弧部が拡大するように変形する。この結果、ボディ部同士が離隔し、ストレッチャブルデバイスが伸長する。

特開２０２１－１１８２７３号公報

また、近年、ストレッチャブルデバイスに作用した荷重を検出するため、ヒンジ部にひずみゲージを設け、ヒンジ部のひずみ量を検出することが検討されている。一方で、ヒンジ部に積層される信号線にひずみが発生すると、ノイズ成分が含まれてしまう。また、ひずみゲージにおいて、ヒンジ部のひずみ量を検出する部分以外の個所にひずみが発生すると、ノイズ成分が含まれてしまう。この結果、ヒンジ部のひずみ量を精度良く検出できない可能性がある。

本発明は、ヒンジ部のひずみ量を精度良く検出できるストレッチャブルデバイスを提供することを目的とする。

本開示の第１態様に係るストレッチャブルデバイスは、樹脂基材と、前記樹脂基材に積層される信号線及びひずみゲージと、を有している。前記樹脂基材は、互いに離隔して配置された複数のボディ部と、蛇行しながら前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、を有している。前記ヒンジ部は、前記ボディ部から直線状に延びる基部と、屈曲する複数の屈曲部と、を有している。複数の前記屈曲部は、前記基部と接続する第１屈曲部を有している。前記第１屈曲部は、前記ヒンジ部が延在する長さ方向に対し直交する幅方向の中央を境界として、内周側に配置される第１内周部と、外周側に配置される第１外周部と、に区分けされる。前記基部は、前記幅方向の中央を境界として、前記第１内周部に接続する内周接続部と、前記第１外周部に接続する外周接続部と、に区分けされる。前記信号線は、前記ヒンジ部に設けられている。前記樹脂基材に前記信号線が積層される積層方向から視て、前記信号線の前記幅方向の中央を通る仮想中央線は、前記外周接続部と重なっている。

本開示の第２態様に係るストレッチャブルデバイスは、樹脂基材と、前記樹脂基材に積層される信号線及びひずみゲージと、を有している。前記樹脂基材は、互いに離隔して配置された複数のボディ部と、蛇行しながら前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、を有している。前記ヒンジ部は、前記ボディ部から直線状に延びる基部と、屈曲する複数の屈曲部と、を有している。複数の前記屈曲部は、前記基部と接続する第１屈曲部と、前記第１屈曲部に接続する第２屈曲部と、を有している。前記第１屈曲部は、前記ヒンジ部が延在する長さ方向に対し直交する幅方向の中央を境界として、内周側に配置される第１内周部と、外周側に配置される第１外周部と、に区分けされる。前記第２屈曲部は、前記幅方向の中央を境界として、内周側に配置される第２内周部と、外周側に配置される第２外周部と、に区分けされる。前記第２内周部は、前記第１外周部と接続している。前記第２外周部は、前記第２内周部と接続している。前記ひずみゲージは、前記ヒンジ部に設けられている。前記ひずみゲージは、前記樹脂基材に前記信号線が積層される積層方向から視て、前記第１内周部と前記第２内周部に、若しくは、前記第１外周部と前記第２外周部に重なるひずみ検出部と、前記第１屈曲部と前記第２屈曲部との境界で幅方向に延在し、前記ひずみ検出部を接続する交差部と、を有している。前記ひずみ検出部と前記交差部との角部は、テーパ形状となっている。

図１は、実施形態１に係るストレッチャブルデバイスを斜視した模式図である。 図２は、実施形態１に係るストレッチャブルデバイスの断面を模式的に示した図であり、詳細には、図３のＩＩ－ＩＩ線に沿って切った断面図である。 図３は、実施形態１に係るストレッチャブルデバイスであって、アレイ層の方から樹脂基材及び第１樹脂板の一部を見た拡大図である。 図４は、実施形態１のアレイ層のうちボディ部に積層された部分を第２樹脂板の方から視た平面図である。 図５は、実施形態１の樹脂基材に積層されアレイ層の回路構成を示す図である。 図６は、図４のＶＩ－ＶＩ線の矢視断面図である。 図７は、実施形態１の縦ヒンジを拡大した拡大図である。 図８は、実施形態１の縦ヒンジ部であって第１方向に伸張するような荷重が作用した場合の拡大図である。 図９は、実施形態１のアレイ層のうち縦ヒンジ部に積層された部分を第２樹脂板の方から視た平面図である。 図１０は、図９のＸ－Ｘ線矢視断面図である。 図１１は、ひずみゲージの交差部を第２樹脂板の方から視た平面図である。 図１２は、実施形態２のひずみゲージの交差部を第２樹脂板の方から視た平面図である。 図１３は、実施形態３の縦ヒンジ部の基部の断面図である。 図１４は、変形例の縦ヒンジ部の基部の断面図である。 図１５は、実施形態４のアレイ層のうち縦ヒンジ部に積層された部分を第２樹脂板の方から視た平面図である。 図１６は、実施形態５のアレイ層のうち縦ヒンジ部に積層された部分を第２樹脂板の方から視た平面図である。

本開示を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示の発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略することがある。

また、本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るストレッチャブルデバイスを斜視した模式図である。図１に示すように、ストレッチャブルデバイス１は、平板状を成している。ストレッチャブルデバイス１は、互いに反対方向を向く表面１ａと裏面１ｂ（図１で不図示。図２参照）を有している。以下、表面１ａ及び裏面１ｂと平行な方向を平面方向と称する。また、平面方向と平行な一方向を第１方向Ｄｘと称する。平面方向と平行であり、かつ第１方向Ｄｘと交差する方向を第２方向Ｄｙと称する。

表面１ａ及び裏面１ｂは、長方形（四角形）を成している。表面１ａは、一対の短辺１ｃと一対の長辺１ｄを有している。本実施形態において、第１方向Ｄｘは、長辺１ｄと平行な方向とする。第２方向Ｄｙは、短辺１ｃと平行な方向とする。つまり、本実施形態では、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとは、互いに直交している。また、表面１ａの法線方向（積層方向）を第３方向Ｄｚと称する。そして、ストレッチャブルデバイス１を第３方向Ｄｚから視ることを平面視と称する場合がある。

ストレッチャブルデバイス１は、平面視で、ストレッチャブルデバイス１のひずみ量を検出可能な検出領域２と、検出領域２の外側を囲む枠状の周辺領域３と、に区分けされる。なお、図１では、検出領域２と周辺領域３の境界を理解し易くするため、境界線Ｌ１を引いている。

図２は、実施形態１に係るストレッチャブルデバイスの断面を模式的に示した図であり、詳細には、図３のＩＩ－ＩＩ線に沿って切った断面図である。図２に示すように、ストレッチャブルデバイス１は、裏面１ｂを有する第１樹脂板６０と、表面１ａを有する第２樹脂板７０と、第１樹脂板６０と第２樹脂板７０の間に挟まれた樹脂基材１０及びアレイ層３０と、を備えている。また、樹脂基材１０及びアレイ層３０は、第１樹脂板６０の裏面１ｂの反対面に、樹脂基材１０、アレイ層３０の順で積層されている。

第１樹脂板６０及び第２樹脂板７０は、樹脂材料により製造され、伸縮性及び可撓性を有している。樹脂材料としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂が挙げられるが、本開示はこれらに限定されない。以下の説明において、上側又は上方とは、第３方向Ｄｚの一方向であり、第１樹脂板６０から視て第２樹脂板７０が配置されている方を指す。また、下側又は下方とは、第３方向Ｄｚの他方向であり、第２樹脂板７０から視て第１樹脂板６０が配置されている方を指す。

図３は、実施形態１に係るストレッチャブルデバイスであって、アレイ層の方から樹脂基材及び第１樹脂板の一部を見た拡大図である。なお、図３において樹脂基材１０を見易くするため、樹脂基材１０にハッチングを施している。樹脂基材１０は、第１樹脂板６０の上側の面に設けられている。樹脂基材１０は、伸縮性、可撓性、及び絶縁性を有している。樹脂基材１０は、例えばポリイミドなどの樹脂材料から成る。

樹脂基材１０は、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙに配列し、マトリクス状に配置されたボディ部１１と、隣り合うボディ部１１同士を接続するヒンジ部１２と、を有している。

本実施形態のボディ部１１は、平面視で四角形状（正方形状）となっている。ボディ部１１の４つの角部が第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙを指すように配置されている。このボディ部１１に積層されるアレイ層３０には、トランジスタ３１が含まれている（図５参照）。なお、本開示は、平面視におけるボディ部１１の形状に関し、四角形状に限定されず、円形状や他の多角形状であってもよい。

ヒンジ部１２は、第１方向Ｄｘに延在するする縦ヒンジ部１２Ａと、第２方向Ｄｙに延在する横ヒンジ部１２Ｂがある。縦ヒンジ部１２Ａに積層されるアレイ層３０には、信号線３２、ひずみゲージ３４と、第１出力線３５、及び第２出力線３６が含まれている。一方で、横ヒンジ部１２Ｂに積層されるアレイ層３０には、ゲート線３３とひずみゲージ３４が含まれている。なお、ヒンジ部１２の詳細については後述する。

ボディ部１１とヒンジ部１２との間は、樹脂基材１０を第３方向Ｄｚに貫通する肉抜き部１９となっている。よって、樹脂基材１０には、複数の肉抜き部１９が設けられている。

肉抜き部１９と重なる領域には、アレイ層３０が積層されない。図２に示すように、肉抜き部１９は、第２樹脂板７０により埋められている。このため、ストレッチャブルデバイス１は、肉抜き部１９と重なる範囲の剛性が低く、伸縮性や屈曲性（ストレッチャブル性）を備える。そして、ストレッチャブルデバイス１に荷重が作用すると、肉抜き部１９に対し第１方向Ｄｘ又は第２方向Ｄｙに重なるヒンジ部１２が変形する。よって、ボディ部１１の変形が小さく、ボディ部１１に積層される機能素子（本実施形態ではトランジスタ３１）の破損が抑制される。なお、本実施形態では、肉抜き部１９は、第２樹脂板７０により埋められているが、第１樹脂板６０により埋められてもよく、若しくは、第１樹脂板６０と第２樹脂板７０により埋められていてもよい。

次にアレイ層３０について説明する。アレイ層３０は、ヒンジ部１２のひずみ量を検出するための各種構成を含んでいる。

具体的に、アレイ層３０は、接続部６（図１参照）、ゲート線駆動回路７（図１参照）、出力線選択回路８（図１参照）、電流配線９（図１参照）と、複数のトランジスタ３１（図４参照）と、第１方向Ｄｘに延在する複数の信号線３２（図４参照）と、第２方向Ｄｙに延在する複数のゲート線３３（図４参照）と、複数のひずみゲージ３４（図４参照）と、第１方向Ｄｘに延在する複数の第１出力線３５（図４参照）と、第１方向Ｄｘに延在する複数の第２出力線３６（図４参照）と、を備えている。

図１に示すように、接続部６、ゲート線駆動回路７、出力線選択回路８、電流配線９は、周辺領域３に重なるように配置されている。接続部６は、ストレッチャブルデバイス１の外部に配置された駆動ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と接続するためのものである。なお、駆動ＩＣは、接続部６に接続される図示しないフレキシブルプリント基板やリジット基板の上に、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）として実装されてもよい。または、駆動ＩＣは、第１樹脂板６０の周辺領域３にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）として実装されてもよい。

ゲート線駆動回路７は、駆動ＩＣからの各種制御信号に基づいて複数のゲート線３３を駆動する回路である。ゲート線駆動回路７は、複数のゲート線３３を順次又は同時に選択し、選択したゲート線３３にゲート駆動信号を供給する。出力線選択回路８は、複数の第１出力線３５と複数の第２出力線３６を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。出力線選択回路８は、例えばマルチプレクサである。出力線選択回路８は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、選択された第１出力線３５又は第２出力線３６と、駆動ＩＣとを接続する。電流配線９は、信号線３２に所定量の電流を供給するための配線であり、周辺領域３に沿って延在している。電流配線９は、接続部６を介して駆動ＩＣに接続し、所定量の電流が流れている。

トランジスタ３１と、信号線３２と、ゲート線３３と、ひずみゲージ３４と、第１出力線３５と、第２出力線３６は、樹脂基材１０（図３参照）に積層され、検出領域２（図１参照）内に配置されている。

図３に示すように、信号線３２は、複数の縦ヒンジ部１２Ａと複数のボディ部１１とに跨って配置されている。これにより、信号線３２は、検出領域２内の第１方向Ｄｘの一端から他端まで連続した状態で延在している。また、複数の信号線３２が第２方向Ｄｙに配列している。各信号線３２の一端は、電流配線９（図１参照）に接続している。

ゲート線３３は、複数の横ヒンジ部１２Ｂと複数のボディ部１１とに跨って配置されている。これにより、ゲート線３３は、検出領域２内の第２方向Ｄｙの一端から他端まで連続した状態で延在している。複数のゲート線３３が第１方向Ｄｘに配列している。各ゲート線３３の一端は、ゲート線駆動回路７（図１参照）に接続している。

第１出力線３５及び第２出力線３６は、ひずみゲージ３４からの出力信号（電流）が流れる配線である。第１出力線３５及び第２出力線３６は、複数の縦ヒンジ部１２Ａと複数のボディ部１１とに跨って配置されている。これにより、第１出力線３５及び第２出力線３６は、検出領域２内の第１方向Ｄｘの一端から他端まで連続した状態で延在している。また、複数の第１出力線３５及び第２出力線３６は、一端が出力線選択回路８に接続している。

図４は、実施形態１のアレイ層のうちボディ部に積層された部分を第２樹脂板の方から視た平面図である。図４に示すように、トランジスタ３１は、樹脂基材１０の各ボディ部１１に積層されている。よって、複数のトランジスタ３１は、検出領域２内で、マトリクス状に配列している。平面視で、トランジスタ３１は、ボディ部１１の中央部に配置されている。トランジスタ３１のゲート電極３１ｃ（図６参照）は、ボディ部１１を第２方向Ｄｙに延在するゲート線３３と接続している。また、トランジスタ３１のドレイン電極３１ｄは、ボディ部１１を第１方向Ｄｘに延在する信号線３２と接続している。

図３に示すように、ひずみゲージ３４は、ヒンジ部１２のひずみ量を測定するための配線である。ひずみゲージ３４は、各ヒンジ部１２に積層されている。よって、ひずみゲージ３４は、縦ヒンジ部１２Ａに積層され、第１方向Ｄｘに延在する縦ひずみゲージ３４Ａと、横ヒンジ部１２Ｂに積層され、第２方向Ｄｙに延在する横ひずみゲージ３４Ｂと、を有している。

図４に示すように、縦ひずみゲージ３４Ａの一端は、縦ヒンジ部１２Ａを挟む２つのボディ部１１の一方に配置され、トランジスタ３１のソース電極３１ｅに接続している。縦ひずみゲージ３４Ａの他端は、縦ヒンジ部１２Ａを挟む２つのボディ部１１の他方に配置され、第１出力線３５に接続している。

図４に示すように、横ひずみゲージ３４Ｂの一端は、横ヒンジ部１２Ｂを挟む２つのボディ部１１の一方に配置され、トランジスタ３１のソース電極３１ｅに接続している。横ひずみゲージ３４Ｂの他端は、横ヒンジ部１２Ｂを挟む２つのボディ部１１の他方に配置され、第２出力線３６に接続している。

図５は、実施形態１の樹脂基材に積層されアレイ層の回路構成を示す図である。上記したアレイ層の回路によれば、図５に示すように、ゲート線駆動回路７に選択されたゲート線３３が走査されると、トランジスタ３１がＯＮとなる。この結果、信号線３２とひずみゲージ３４の一端とが電気的に接続する。よって、電流配線９の電流がひずみゲージ３４（縦ひずみゲージ３４Ａ、横ひずみゲージ３４Ｂ）に流れる。そして、縦ひずみゲージ３４Ａからの電気信号（電流）は、第１出力線３５に流れる。横ひずみゲージ３４Ｂからの電気信号（電流）は、第２出力線３６に流れる。次に、出力線選択回路８によって選択された第１出力線３５又は第２出力線３６が駆動ＩＣと接続する。これにより、第１出力線３５又は第２出力線３６から駆動ＩＣに電気信号（電流）が送られる。

次に、アレイ層３０のうちボディ部１１に積層された部分の断面構造について説明する。

図６は、図４のＶＩ－ＶＩ線の矢視断面図である。図６に示すように、アレイ層３０のうちボディ部１１に積層される部分には、複数の絶縁層が積層されている。具体的に、ボディ部１１の上方には、第１絶縁層４１、第２絶縁層４２、第３絶縁層４３、第４絶縁層４４、及び第５絶縁層４５が積層されている。第１絶縁層４１、第２絶縁層４２、第３絶縁層４３、第４絶縁層４４、及び第５絶縁層４５は、例えばシリコン酸化膜であり、トランジスタ３１や各種配線（信号線３２、ゲート線３３、ひずみゲージ３４、第１出力線３５、及び第２出力線３６）を覆っている。なお、本実施形態では、第１絶縁層４１と第２絶縁層４２の間に、トランジスタ３１のゲート絶縁膜３１ｂが介在している。

第２絶縁層４２上にひずみゲージ３４が積層されている。第３絶縁層４３上に信号線３２が積層されている。第４絶縁層４４上にゲート線３３が積層されている。トランジスタ３１は、半導体層３１ａと、ゲート絶縁膜３１ｂと、ゲート電極３１ｃと、ドレイン電極３１ｄと、ソース電極３１ｅと、を備えている。半導体層３１ａは、コンタクト層５０、５１を介して、ドレイン電極３１ｄとソース電極３１ｅとを接続している。ゲート電極３１ｃは、コンタクト層５２を介して、ゲート線３３と接続している。ドレイン電極３１ｄは、信号線３２と同層に配置され、信号線３２と接続している。ソース電極３１ｅは、ひずみゲージ３４と同層に配置され、ひずみゲージ３４と接続している。

次に、アレイ層３０のうちヒンジ部１２に積層された部分を説明するが、その前にヒンジ部１２の詳細について説明する。なお、縦ヒンジ部１２Ａを９０°回転させると、横ヒンジ部１２Ｂと同一形状となる。よって、以下では、縦ヒンジ部１２Ａを代表例として説明する。

図７は、実施形態１の縦ヒンジを拡大した拡大図である。図８は、実施形態１の縦ヒンジ部であって第１方向に伸張するような荷重が作用した場合の拡大図である。なお、図７、図８で示す仮想線Ｋは、縦ヒンジ部１２Ａの幅方向の中央を通過する仮想線である。

図７に示すように、縦ヒンジ部１２Ａの幅方向の長さＷは、縦ヒンジ部１２Ａが延在する長さ方向に一定となっている。また、縦ヒンジ部１２Ａは、２つのボディ部１１の間を蛇行しながら第１方向Ｄｘに延在している。縦ヒンジ部１２Ａは、縦ヒンジ部１２Ａの長さ方向の両端部に位置する２つの基部１３と、２つの基部１３の間に配置された４つの屈曲部１４と、を有している。説明の都合上、縦ヒンジ部１２Ａを挟む２つのボディ部１１のうち、一方を第１ボディ部１１ａと称し、他方を第２ボディ部１１ｂと称する。

基部１３は、ボディ部１１に連続し、ボディ部１１から第１方向Ｄｘに直線状に延びている。なお、２つの基部１３のうち第１ボディ部１１ａに連続する基部１３を第１基部１３ａと称し、第２ボディ部１１ｂに連続する基部１３を第２基部１３ｂと称する。

屈曲部１４は、第２方向Ｄｙに折れ曲がっている。本実施形態の屈曲部１４は、円弧状を成している。なお、本開示の屈曲部は、円弧状でなく、角状を成していてもよい。４つの屈曲部１４は、第１基部１３ａから第２基部１３ｂに向かって順に配置される第１円弧部２１、第２円弧部２２、第３円弧部２３、第４円弧部２４となっている。第１円弧部２１及び第４円弧部２４は、四分円状を成し、９０度折れ曲がっている。第２円弧部２２及び第３円弧部２３は、半円弧状を成し、１８０度折れ曲がっている。

第１円弧部２１の一端は、第１基部１３ａと接続している。第１円弧部２１は、第１基部１３ａに対し、第２方向Ｄｙの一方に折れ曲がっている。また、第４円弧部２４の一端は、第２基部１３ｂと接続している。第４円弧部２４は、第２基部１３ｂから第２方向Ｄｙの他方に折れ曲がっている。よって、第１円弧部２１と第４円弧部２４とは、折れ曲がる方向が反対となっている。

第２円弧部２２の一端は、第１円弧部２１と接続している。第２円弧部２２の他端は、第２方向Ｄｙの他方を向いている。また、第３円弧部２３は、一端が第４円弧部２４と接続し、他端が第２方向Ｄｙの一方を向き、第２円弧部２２の他端と接続している。以上か、４つの屈曲部１４により縦ヒンジ部１２Ａが蛇行している。なお、第１円弧部２１及び第４円弧部２４は、第１屈曲部と呼ばれることがある。また、第２円弧部２２及び第３円弧部２３は、第２屈曲部と呼ばれることがある。

図７で示すように、各屈曲部１４は、仮想線Ｋを境界として、内側（内周側）に配置される内周部と、外側（外周側）に配置される外周部と、に区分けされる。なお、図７では、各屈曲部１４の内周部と外周部の範囲を明確にするため、内周部と外周部を楕円形で囲んでいる。ただし、仮想線Ｋよりも内周側の全てが内周部であり、仮想線Ｋよりも外周側の全てが外周部である。よって、楕円で囲まれた範囲は、内周部又は外周部の一部である。

例えば、ストレッチャブルデバイス１に第１方向Ｄｘに引っ張られると（図８の矢印Ｆ参照）、図８に示すように、縦ヒンジ部１２Ａが第１方向Ｄｘに伸張する。つまり、各屈曲部１４が折れ曲がり角度が大きくなり、縦ヒンジ部１２Ａの第１方向Ｄｘの長さが大きくなる。また、各屈曲部１４が折れ曲がり角度が大きくなった場合、各屈曲部１４の内周部と外周部とでは、つぎのような荷重（応力）が作用する。

第１円弧部２１の第１内周部２１Ｎには、引っ張り荷重が作用する。第１円弧部２１の第１外周部２１Ｇに圧縮荷重が作用する。第２円弧部２２の第２内周部２２Ｎには、引っ張り荷重が作用する。第２円弧部２２の第２外周部２２Ｇには、圧縮荷重が作用する。第３円弧部２３の第３内周部２３Ｎには、引っ張り荷重が作用する。第３円弧部２３の第３外周部２３Ｇは、圧縮荷重が作用する。第４円弧部２４の第４内周部２４Ｎは、引っ張り荷重が作用する。第４円弧部２４の第４外周部２４Ｇは、圧縮荷重が作用する。

つまり、各屈曲部１４の内周部に引っ張り荷重が作用し、一方で、各屈曲部１４の外周部に圧縮荷重が作用する。よって、縦ひずみゲージ３４Ａを、縦ヒンジ部１２Ａの端に沿って延在させても、引っ張り荷重と圧縮荷重の両方が作用し、縦ヒンジ部１２Ａに作用した荷重を正確に検出できない。なお、縦ヒンジ部１２Ａの幅方向の中央部（仮想線Ｋと重なる範囲）は、内周部及び外周部よりも発生する歪み量が少ない。

また、図７に示すように、基部１３は、仮想線Ｋを境界とし、第２方向Ｄｙの一方に配置される内周接続部２５と、第２方向Ｄｙの他方に配置される外周接続部２６と、に区分けされる。内周接続部２５は、第１内周部２１Ｎ、又は第４内周部２４Ｎに接続している。外周接続部２６は、第１外周部２１Ｇ、又は第４外周部２４Ｇに接続している。また、縦ヒンジ部１２Ａが第１方向Ｄｘに引っ張られた場合、外周接続部２６に発生するひずみ量は、内周接続部２５に発生するひずみ量よりも少ない、という性質を有している。

図９は、実施形態１のアレイ層のうち縦ヒンジ部に積層された部分を第２樹脂板の方から視た平面図である。図１０は、図９のＸ－Ｘ線矢視断面図である。図１１は、ひずみゲージの交差部を第２樹脂板の方から視た平面図である。次に、アレイ層３０のうち縦ヒンジ部１２Ａに積層されている部分について説明する。また、説明の順番は、断面構造、平面視でのレイアウト、の順で説明する。

図１０に示すように、アレイ層３０のうち縦ヒンジ部１２Ａに積層されている部分には、信号線３２、縦ひずみゲージ３４Ａ、第１出力線３５、及び第２出力線３６が含まれている。

アレイ層３０のうち縦ヒンジ部１２Ａに積層されている部分の断面構造は、縦ヒンジ部１２Ａの上に信号線３２が積層されている。信号線３２及び縦ヒンジ部１２Ａを覆うように絶縁層４６が設けられている。絶縁層４６の上に、第１出力線３５及び第２出力線３６が設けられている。また、第１出力線３５、第２出力線３６及び絶縁層４６を覆うように絶縁層４７が設けられている。そして、絶縁層４７の上に縦ひずみゲージ３４Ａが設けられている。絶縁層４６、４７の種類は、特に限定されないが、柔軟性が高いポリイミド等が好ましい。

図９に示すように、平面視でのレイアウトに関し、信号線３２は、４つの屈曲部１４と重なる範囲において、縦ヒンジ部１２Ａの幅方向の中央部を通っている。つまり、平面視で、信号線３２が仮想線Ｋと重なっている。このため、縦ヒンジ部１２Ａの伸縮時、４つの屈曲部１４が変形しても、信号線３２に発生するひずみ量が少ない。

また、信号線３２は、２つの基部１３と重なる範囲において、内周接続部２５よりもひずみ量が少ない外周接続部２６と重なっている。このため、縦ヒンジ部１２Ａの伸縮時、２つの基部１３が変形しても、信号線３２に発生するひずみ量が少ない。

また、縦ひずみゲージ３４Ａは、平面視で屈曲部１４と重なる複数のひずみ検出部３７を有している。複数のひずみ検出部３７は、第１円弧部２１と重なる第１ひずみ検出部３７Ａと、第２円弧部２２と重なる第２ひずみ検出部３７Ｂと、第３円弧部２３と重なる第３ひずみ検出部３７Ｃと、第４円弧部２４と重なる第４ひずみ検出部３７Ｄと、を有している。

第１ひずみ検出部３７Ａは、平面視で第１内周部２１Ｎと重なっている。第２ひずみ検出部３７Ｂは、平面視で第２内周部２２Ｎと重なっている。第３ひずみ検出部３７Ｃは、平面視で第３内周部２３Ｎと重なっている。第４ひずみ検出部３７Ｄは、平面視で第４内周部２４Ｎと重なっている。

つまり、縦ひずみゲージ３４Ａは、各屈曲部１４の内周部のみと重なるように配置され、外周部と重なっていない。よって、縦ヒンジ部１２Ａの伸縮時、縦ひずみゲージ３４Ａに対し引っ張り荷重と圧縮荷重の両方が入力される、ということが回避される。この結果、縦ヒンジ部１２Ａに作用する荷重（ひずみ量）を正確に検出することができる。なお、本開示は、各屈曲部１４の外周部のみと重なるひずみゲージであってもよい。

また、縦ひずみゲージ３４Ａは、仮想線Ｋを跨ぐように幅方向に延在し、ひずみ検出部３７同士を接続する複数の交差部３８を有している。複数の交差部３８は、第１交差部３８Ａと、第２交差部３８Ｂと、第３交差部３８Ｃと、を有している。第１交差部３８Ａは、第１ひずみ検出部３７Ａと第２ひずみ検出部３７Ｂとを接続している。第２交差部３８Ｂは、第２ひずみ検出部３７Ｂと、第３ひずみ検出部３７Ｃとを接続している。第３交差部３８Ｃは、第３ひずみ検出部３７Ｃと第４ひずみ検出部３７Ｄとを接続している。

図１１に示すように、縦ひずみゲージ３４Ａは、第１交差部３８Ａと第１ひずみ検出部３７Ａとが交わる角部３９ａと、第１交差部３８Ａと第２ひずみ検出部３７Ｂとが交わる角部３９ｂと、を有している。角部３９ａ、３９ｂは、第１ひずみ検出部３７Ａと第２ひずみ検出部３７Ｂが変形した場合、ひずみが発生する。角部３９ａ、３９ｂは、縦ヒンジ部１２Ａの伸縮時、屈曲部１４のひずみ量を検出するための部位でない。よって、角部３９ａ、３９ｂに発生するひずみ量が少ない方が好ましい。本実施形態では、角部３９ａ、３９ｂは、テーパ形状（円弧状）となっている。これによれば、角部３９ａ、３９ｂが直角形状となっている場合よりも発生するひずみ量が少ない。

また、第１交差部３８Ａは、仮想線Ｋに直交する仮想交差線Ｍに対し、傾斜している。このため、第１交差部３８Ａが仮想交差線Ｍに沿って延在している場合（図１２の実施形態２の交差部１３８を参照）よりも、角部３９ａ、３９ｂに発生するひずみ量が少ない。以上から、縦ひずみゲージ３４Ａにおいては、ノイズ成分となる角部３９ａ、３９ｂのひずみ量が少なく、ヒンジ部１２のひずみ量を精度良く検出できる。

なお、図９に示すように、第３交差部３８Ｃと第３ひずみ検出部３７Ｃとの角部３９ｃと、第３交差部３８Ｃと第４ひずみ検出部３７Ｄとの角部３９ｄもテーパ形状（円弧状）となっている。よって、角部３９ｃ、３９ｄのひずみ量も少ない。また、第２交差部３８Ｂと第２ひずみ検出部３７Ｂとの角部３９ｅと、第２交差部３８Ｂと第３ひずみ検出部３７Ｃとの角部３９ｆは、直角となっている。これは、第２交差部３８Ｂが配置された第２円弧部２２と第３円弧部２３の接続部分は、縦ヒンジ部１２Ａの伸縮時、ひずみが発生し難い。つまり、角部３９ｅ、３９ｆをテーパ形状にしてひずみ量を少なくする、必要がない箇所だから、直角となっている。なお、本開示は、角部３９ｅ、３９ｆがテーパ形状となっていてもよい。

以上、実施形態１のストレッチャブルデバイス１によれば、信号線３２及びひずみゲージ３４に発生するひずみ量が少なく、ヒンジ部１２のひずみ量が精度良く検出される。

次に実施形態１の一部を変形した他の実施形態について説明する。下記の説明は、実施形態１との相違点に絞って説明する。

（実施形態２）
図１２は、実施形態２のひずみゲージの交差部を第２樹脂板の方から視た平面図である。実施形態２のストレッチャブルデバイス１Ａは、縦ひずみゲージ３４Ａの交差部１３８Ａが仮想線Ｋに直交する仮想交差線Ｍに沿って延在している点で、実施形態１と相違する。このような交差部１３８Ａであっても、角部１３９ａ、１３９ｂに発生するひずみ量が低減する。ただし、実施形態１の第１交差部３８Ａの方が角部１３９ａ、１３９ｂに発生するひずみ量を少なくできる。

（実施形態３）
図１３は、実施形態３の縦ヒンジ部の基部の断面図である。実施形態３のストレッチャブルデバイス１Ｂは、信号線２３２が外周接続部２６の端寄りに配置されている点で、実施形態１と相違する。これによれば、信号線２３２は、内周接続部２５から離隔する距離が大きくなり、信号線２３２に発生するひずみ量がより少なくなる。

図１４は、変形例の縦ヒンジ部の基部の断面図である。なお、実施形態１や実施形態３では、信号線に発生するひずみを少なく抑えるため、信号線３２、２３２の全てが外周接続部２６に配置されている例を挙げているが、本開示は、図１４に示すストレッチャブルデバイス１Ｃのように、信号線３３２の幅方向の仮想中央線Ｐが外周接続部２６と重なっていてもよい。このような例であっても、信号線３３２は、内周接続部２５と重なる範囲が少なくなり、ひずみ量が低減する。

（実施形態４）
図１５は、実施形態４のアレイ層のうち縦ヒンジ部に積層された部分を第２樹脂板の方から視た平面図である。実施形態４のストレッチャブルデバイス１Ｄは、角部４３９ａ、４３９ｂ、４３９ｃ、４３９ｄがテーパ形状でなく直角となっている点で、実施形態１と相違する。また、第１交差部４３８Ａ及び第３交差部４３９Ｃは、公差仮想線Ｍに沿って延在している点で、実施形態１と相違する。これによれば、縦ひずみゲージ４３４Ａに発生するひずみ量は低減していない。しかしながら、信号線３２は、外周接続部２６に重なっており、信号線３２のひずみ量が少ない。よって、ヒンジ部１２のひずみ量を精度良く検出できる。

（実施形態５）
図１６は、実施形態５のアレイ層のうち縦ヒンジ部に積層された部分を第２樹脂板の方から視た平面図である。実施形態５のストレッチャブルデバイス１Ｅは、基部１３において信号線５３２の中央線が仮想線Ｋと重なっている点で、実施形態１と相違する。これによれば、信号線５３２のひずみ量は低減しない。しかしながら、縦ひずみゲージ３４Ａにおける角部３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄのひずみ量が少なく抑えられる。よって、ヒンジ部１２のひずみ量を精度良く検出できる。

（実施例）
つぎに実施例について説明する。実施例として、実施形態１のストレッチャブルデバイスを製造した。また、比較例として、角部が直角であり、かつ交差部が仮想交差線Ｍ（図１１参照）に沿って延在するストレッチャブルデバイスを製造した。また、実施例及び比較例において、ヒンジ部１２の幅方向の長さＷが９０μｍ、信号線３２の幅方向の長さＷが３０μｍ、ひずみゲージ３４の幅方向の長さＷが１０μｍとした。また、実施例の信号線３２は、仮想中央線Ｐ（図１４参照）が外周接続部２６の幅方向の中央部と重なるように配置した。一方で、比較例の信号線３２は、仮想中央線Ｐ（図１４参照）が仮想線Ｋと重なるように配置した。信号線３２、ひずみゲージ３４の材料としてアルミニウム（Ａｌ）とした。

実施例と比較例のそれぞれにおいて、信号線３２とひずみゲージ３４に発生したひずみ量を測定した。なお、発生したひずみ量は、変形前と比べてのひずみ量（％）である。また、ひずみ量の測定は、信号線３２及びひずみゲージ３４の長さ方向の全てで測定した。信号線３２とひずみゲージ３４で発生したひずみ量の平均値（％）を表１に示す。また、信号線３２とひずみゲージ３４において、長さ方向において最もひずみ量が大きい箇所のひずみ量（最大値（％））も表１に示す。

信号線３２に関し、実施例のひずみ量の最大値は、３．６３％であった。一方で、比較例の信号線のひずみ量の最大値は、４．５６％であった。実施例及び比較例において、最大値のひずみ量が発生した個所は、基部１３と重なっている部分であった。よって、実施例では、信号線３２のうち基部１３と重なっている部分のひずみ量が少なくなることがわかった。また、信号線３２のうち基部１３と重なっている部分のひずみ量が低減しているため、実施例の信号線３２のひずみ量の平均値（１．５７％）は、比較例の平均値（１．８９％）よりも小さい値を示した。

また、ひずみゲージ３４に関し、実施例のひずみ量の最大値は、１１．７％であった。比較例の信号線のひずみ量の最大値は、１１．８％であった。実施例及び比較例において、最大値のひずみ量が発生した個所はひずみ検出部３７であり、同じような値となった。一方で、実施例のひずみゲージ３４のひずみ量の平均値は４．０１％となり、４．４２％の比較例の平均値よりも小さい値となった。これは、実施例のひずみゲージの角部に発生したひずみ量が比較例よりも少なかったためである。よって、実施例によれば、ひずみゲージの角部に発生するひずみ量を少なく抑えられることがわかった。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ ストレッチャブルデバイス
１０ 樹脂基材
１１ ボディ部
１２ ヒンジ部
１２Ａ 縦ヒンジ部
１２Ｂ 横ヒンジ部
１３ 基部
１４ 屈曲部
１９ 肉抜き部
２１ 第１円弧部（第１屈曲部）
２１Ｇ 第１外周部
２１Ｎ 第１内周部
２２ 第２円弧部（第２屈曲部）
２２Ｇ 第２外周部
２２Ｎ 第２内周部
２３ 第３円弧部（第２屈曲部）
２３Ｇ 第３外周部
２３Ｎ 第３内周部
２４ 第４円弧部（第１屈曲部）
２４Ｇ 第４外周部
２４Ｎ 第４内周部
３０ アレイ層
３１ トランジスタ
３２ 信号線
３３ ゲート線
３４ ひずみゲージ
３５ 第１出力線
３６ 第２出力線
３７ ひずみ検出部
３７Ａ 第１ひずみ検出部
３７Ｂ 第２ひずみ検出部
３７Ｃ 第３ひずみ検出部
３７Ｄ 第４ひずみ検出部
３８ 交差部
３８Ａ 第１交差部
３８Ｂ 第２交差部
３８Ｃ 第３交差部
３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅ、３９ｆ 角部

Claims (3)

1. 樹脂基材と、
   前記樹脂基材に積層される信号線及びひずみゲージと、
   を有し、
   前記樹脂基材は、
   互いに離隔して配置された複数のボディ部と、
   蛇行しながら前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、
   を有し、
   前記ヒンジ部は、
   前記ボディ部から直線状に延びる基部と、
   屈曲する複数の屈曲部と、
   を有し、
   複数の前記屈曲部は、前記基部と接続する第１屈曲部を有し、
   前記第１屈曲部は、前記ヒンジ部が延在する長さ方向に対し直交する幅方向の中央を境界として、内周側に配置される第１内周部と、外周側に配置される第１外周部と、に区分けされ、
   前記基部は、前記幅方向の中央を境界として、前記第１内周部に接続する内周接続部と、前記第１外周部に接続する外周接続部と、に区分けされ、
   前記信号線は、前記ヒンジ部に設けられ、
   前記樹脂基材に前記信号線が積層される積層方向から視て、前記信号線の前記幅方向の中央を通る仮想中央線は、前記外周接続部と重なっている
   ストレッチャブルデバイス。
2. 複数の前記屈曲部は、前記第１屈曲部に接続する第２屈曲部を有し、
   前記第２屈曲部は、前記幅方向の中央を境界として、内周側に配置される第２内周部と、外周側に配置される第２外周部と、に区分けされ、
   前記第２内周部は、前記第１外周部と接続し、
   前記第２外周部は、前記第２内周部と接続し、
   前記ひずみゲージは、前記ヒンジ部に設けられ、
   前記ひずみゲージは、
   前記積層方向から視て、前記第１内周部と前記第２内周部に、若しくは、前記第１外周部と前記第２外周部に重なる２つのひずみ検出部と、
   前記幅方向に延在し、２つの前記ひずみ検出部を接続する交差部と、
   を有し、
   前記ひずみ検出部と前記交差部との角部は、テーパ形状となっている
   請求項１に記載のストレッチャブルデバイス。
3. 樹脂基材と、
   前記樹脂基材に積層される信号線及びひずみゲージと、
   を有し、
   前記樹脂基材は、
   互いに離隔して配置された複数のボディ部と、
   蛇行しながら前記ボディ部同士を接続する複数のヒンジ部と、
   を有し、
   前記ヒンジ部は、
   前記ボディ部から直線状に延びる基部と、
   屈曲する複数の屈曲部と、
   を有し、
   複数の前記屈曲部は、
   前記基部と接続する第１屈曲部と、
   前記第１屈曲部に接続する第２屈曲部と、
   を有し、
   前記第１屈曲部は、前記ヒンジ部が延在する長さ方向に対し直交する幅方向の中央を境界として、内周側に配置される第１内周部と、外周側に配置される第１外周部と、に区分けされ、
   前記第２屈曲部は、前記幅方向の中央を境界として、内周側に配置される第２内周部と、外周側に配置される第２外周部と、に区分けされ、
   前記第２内周部は、前記第１外周部と接続し、
   前記第２外周部は、前記第２内周部と接続し、
   前記ひずみゲージは、前記ヒンジ部に設けられ、
   前記ひずみゲージは、
   前記樹脂基材に前記信号線が積層される積層方向から視て、前記第１内周部と前記第２内周部に、若しくは、前記第１外周部と前記第２外周部に重なるひずみ検出部と、
   前記第１屈曲部と前記第２屈曲部との境界で幅方向に延在し、前記ひずみ検出部を接続する交差部と、
   を有し、
   前記ひずみ検出部と前記交差部との角部は、テーパ形状となっている
   ストレッチャブルデバイス。

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