JP5348931B2 - Flexible wiring structure, flexible electronic component and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、柔軟な配線構造体及び柔軟な電子部品に係わるものである。 The present invention relates to a flexible wiring structure and a flexible electronic component.
フレキジブルな配線構造体として、フレキシブル配線基盤が広く使用されているが（例えば 特許文献１）、これは、曲げに対して容易に変形できるものであるが、伸縮性が無く、ロボット分野などで要求される高い柔軟性を満足するものではなかった。
また、柔軟な配線構造体として、特許文献２に、伸縮性を有する基材に、導電性粒子を連続的に含ませて、配線とする方法が開示されている。
しかし、この配線構造体も伸縮により電気抵抗が大きく変化し、実用性に乏しいものであった。
また、特許文献３に導電線網をメッシュ状または網目状に配列する方法が開示されているが、我々の知見では、この方法では伸縮性が乏しく、断線しやすいという欠点がある。
A flexible wiring board is widely used as a flexible wiring structure (for example, Patent Document 1), which can be easily deformed against bending, but is not stretchable and is required in the robot field and the like. The high flexibility was not satisfied.
In addition, as a flexible wiring structure, Patent Document 2 discloses a method in which conductive particles are continuously contained in a stretchable base material to form a wiring.
However, this wiring structure also has poor practicality due to a large change in electrical resistance due to expansion and contraction.
Further, Patent Document 3 discloses a method of arranging conductive wire nets in a mesh shape or a mesh shape. However, according to our knowledge, this method has a drawback that it has poor stretchability and is easily disconnected.
一方 近年ロボット分野の開発が盛んに行われているが、ロボットの皮膚を作るために、様々な研究がなされている。
いうまでもなく、ロボットの皮膚は人間の皮膚を目指したものであるが、これは、多彩な方向に対して柔軟な動きをすることが重要である。
すなわち、多彩な動きに対して柔軟性を発揮し、繰り返しの変形に対しても、断線することが少ない配線構造体及び柔軟な電子部品が求められている。
On the other hand, development in the field of robots has been actively carried out in recent years, but various studies have been made to make the skin of robots.
Needless to say, the skin of the robot is aimed at human skin, but it is important to make flexible movements in various directions.
That is, there is a demand for a wiring structure and a flexible electronic component that exhibit flexibility with respect to various movements and that are less likely to be disconnected even when repeatedly deformed.
本発明は、多彩な動きに対して追随して変形し、断線しにくい柔軟配線構造体及び、柔軟な電子部品に関するものである。 The present invention relates to a flexible wiring structure that deforms following various movements and is difficult to be disconnected, and a flexible electronic component.
本発明者は、多彩な動きに追随して変形し、断線しにくい配線構造体を得るために鋭意検討した結果、該配線構造体の少なくとも１本以上の導線が電気伝導体細線（直径ｄ）を１本以上集合した集合線であり、当該導線の屈曲部分が曲率半径２ｄ以上の円弧からなる曲線で構成され、柔軟性を有する樹脂成型体と一体化していることで達成できることを見出し本発明に至った。 As a result of intensive studies in order to obtain a wiring structure that deforms following various movements and is difficult to be disconnected, the inventor has found that at least one conductor of the wiring structure is an electric conductor thin wire (diameter d). It is found that this can be achieved by integrating the bent portion of the conducting wire with a curved line made of an arc having a radius of curvature of 2d or more and being integrated with a flexible resin molding. It came to.
すなわち本発明は以下のとおりである。
１．少なくとも１本以上の伸縮性を有する導線が柔軟性を有する樹脂成型体と一体化した柔軟配線構造体であって、該伸縮性を有する導線が、
（１）柔軟配線構造体に対しその伸張方向で１．２倍以上の伸長時長さを有し、
（２）電気伝導体細線（直径ｄ）を１本以上集合した集合線である
ことを特徴とする柔軟配線構造体。
２．前記電気伝導体細線が、直径（ｄ）０．１ｍｍ以下であることを特徴とする上記１に記載の柔軟配線構造体。
３．前記柔軟性を有する樹脂成型体が、破断伸度２０％以上であり、かつ２０％伸長時回復率が５０%以上であることを特徴とする上記１又は２に記載の柔軟配線構造体。
４．前記伸縮性を有する導線が、絶縁されていることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の柔軟配線構造体。
５．前記伸縮性を有する導線の屈曲部分が、曲率半径２ｄ以上の円弧からなることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の柔軟配線構造体。
６．前記伸縮性を有する導線が、曲率半径２ｄ以上のコイル形状であることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の柔軟配線構造体。
７．上記１〜６のいずれかに記載の柔軟配線構造体と電子部品とが接続され、一体化されていることを特徴とする柔軟電子部品。
８．前記電子部品が、電力供給機能、センシング機能、デスプレイ機能、スイッチ機能、演算機能のいずれか又はそれらの組み合わせを持つものであることを特徴とする上記７に記載の柔軟電子部品。
９．導線を弾性体に捲回した構造を有する糸状導線を所定の位置に配置し、弾性樹脂により、糸状導線と弾性樹脂とを一体化し、柔軟性を有する樹脂成型体とすることを特徴とする柔軟配線構造体の製造方法。
１０．導線を弾性体に捲回した構造を有する糸状導線と所定の電子機器とを接続した後、所定の位置に配置し、弾性樹脂により糸状導線と所定の電子機器とを一体化し、柔軟性を有する樹脂成型体とすることを特徴とする柔軟電子部品の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
1. A flexible wiring structure in which at least one conductive wire having elasticity is integrated with a flexible resin molding, and the conductive wire having elasticity is:
(1) The flexible wiring structure has an extension length of 1.2 times or more in the extension direction,
(2) A flexible wiring structure, characterized in that the flexible wiring structure is an assembly line in which one or more electrical conductor thin wires (diameter d) are assembled.
2. 2. The flexible wiring structure according to 1 above, wherein the electric conductor thin wire has a diameter (d) of 0.1 mm or less.
3. 3. The flexible wiring structure according to 1 or 2 above, wherein the resin molded body having flexibility has a breaking elongation of 20% or more and a recovery rate at 20% elongation of 50% or more.
4). 4. The flexible wiring structure according to any one of 1 to 3, wherein the stretchable conductive wire is insulated.
5. The flexible wiring structure according to any one of the above items 1 to 4, wherein a bent portion of the conductive wire having elasticity is an arc having a radius of curvature of 2d or more.
6). 6. The flexible wiring structure according to any one of 1 to 5, wherein the stretchable conductive wire has a coil shape with a curvature radius of 2d or more.
7). A flexible electronic component, wherein the flexible wiring structure according to any one of 1 to 6 and the electronic component are connected and integrated.
8). 8. The flexible electronic component as described in 7 above, wherein the electronic component has any one of a power supply function, a sensing function, a display function, a switch function, a calculation function, or a combination thereof.
9. A flexible, characterized in that a filamentous conductor having a structure in which a conductor is wound around an elastic body is disposed at a predetermined position, and the filamentous conductor and the elastic resin are integrated with an elastic resin to form a flexible resin molded body. Manufacturing method of wiring structure.
10. After connecting the thread-shaped conductor having a structure in which the conductor is wound around an elastic body and a predetermined electronic device, the thread-shaped conductor and the predetermined electronic device are integrated by an elastic resin, and arranged at a predetermined position. A method for producing a flexible electronic component, characterized by being a resin molded body.
本発明の柔軟配線構造体は、多彩な動きに対して追随して変形し、繰り返し変形しても断線しにくい画期的な配線構造体及び柔軟な電子部品である。 The flexible wiring structure of the present invention is an epoch-making wiring structure and a flexible electronic component that are deformed following various movements and are not easily disconnected even when repeatedly deformed.
本発明について、以下具体的に説明する。
本発明の柔軟配線構造体は、少なくとも１本以上の伸縮性を有する導線が柔軟性を有する樹脂成型体と一体化した柔軟配線構造体であって、該伸縮性を有する導線が、
（１）柔軟配線構造体に対しその伸張方向で１．２倍以上の伸長時長さを有し、
（２）電気伝導体細線（直径ｄ）を１本以上集合した集合線である
ことを特徴とする柔軟配線構造体である。
本発明の柔軟配線構造体には、導線が、少なくとも１本以上含まれていることが必要である。多くの電子機器は２本以上の導線により結線されるため、２本以上含まれることが好ましい。
The present invention will be specifically described below.
The flexible wiring structure of the present invention is a flexible wiring structure in which at least one conductive wire having elasticity is integrated with a flexible resin molding, and the conductive wire having elasticity is
(1) The flexible wiring structure has an extension length of 1.2 times or more in the extension direction,
(2) A flexible wiring structure characterized in that the flexible wiring structure is an assembly line in which one or more electrical conductor thin wires (diameter d) are assembled.
The flexible wiring structure of the present invention needs to include at least one conducting wire. Since many electronic devices are connected by two or more conducting wires, it is preferable that two or more electronic devices are included.
本発明の柔軟配線構造体は、各々の導線が、構造体の伸張方向に対して、１．２倍以上の伸長時長さが含まれていることが必要である。これ以下の場合は、伸張変形が困難となり、本発明の目的を達成することができない。
本発明の柔軟配線構造体は、各々の導線が、電気伝送体細線を１本以上集合した集合線であることが必要である。好ましくは２本以上である。
電気伝導体細線（以下導体細線という）は、直径０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
導体細線直径が、０．１ｍｍより大きい場合は、剛直な導線となり、配線構造体の柔軟性を阻害しやすく、かつ、断線しやすくなる。
In the flexible wiring structure of the present invention, it is necessary that each conducting wire has a length at the time of extension of 1.2 times or more with respect to the extending direction of the structure. If it is less than this, it becomes difficult to stretch and deform, and the object of the present invention cannot be achieved.
In the flexible wiring structure of the present invention, each conductive wire is required to be a collective line in which one or more electrical transmission line thin wires are assembled. Two or more are preferable.
It is preferable that the electric conductor fine wire (hereinafter referred to as a conductor fine wire) has a diameter of 0.1 mm or less.
When the conductor fine wire diameter is larger than 0.1 mm, it becomes a rigid conductive wire, which tends to hinder the flexibility of the wiring structure and to be easily disconnected.
直径の下限は特に無いが、一般に０．０１ｍｍ以下の単線は製造が難しい。
集合本数は、少なくとも１本が必要で、好ましくは２本以上である。
細線の集合線とすることで、可撓性を向上させることができる。
さらに、２本以上の電気伝導体細線の集合線からなる導線を用いることで、部分的な断線を抵抗値で検知することもでき、実用上好都合である。
樹脂成型体の破断伸度は２０％以上であり、かつ２０％伸張回復率が５０％以上であることが必須である。これらを満足しない場合、樹脂成型体は変形により破断するか、または
、変形後回復せず、実質的な柔軟性を発現することができない。
配線構造体または、柔軟電子部品の中に含まれる導体線は絶縁されていることが好ましい。
あらかじめ絶縁された電気伝導体細線を用いても、導線として絶縁されていても、配線構造体または柔軟電子部品として絶縁されていても良い。
絶縁されていない導線は、漏電や、感電の危険性があり、実用に適さない。
Although there is no lower limit in diameter, it is generally difficult to produce a single wire of 0.01 mm or less.
The number of aggregates needs to be at least one, preferably 2 or more.
Flexibility can be improved by using a set of thin wires.
Furthermore, by using a conducting wire composed of an assembly line of two or more electric conductor thin wires, a partial disconnection can be detected by a resistance value, which is practically convenient.
It is essential that the breaking elongation of the resin molded body is 20% or more and the 20% elongation recovery rate is 50% or more. When these are not satisfied, the resin molded body is broken by deformation, or does not recover after deformation, and cannot exhibit substantial flexibility.
The conductor wire included in the wiring structure or the flexible electronic component is preferably insulated.
The electrical conductor thin wire insulated in advance may be used, may be insulated as a conducting wire, or may be insulated as a wiring structure or a flexible electronic component.
Conductors that are not insulated are not suitable for practical use because of the risk of electric leakage and electric shock.
本発明の柔軟配線構造体は、各々の導線が、少なくとも１箇所以上、当該柔軟配線構造体の伸張方向に対し、方向が変化した屈曲部分からなる伸縮部を有することが必要である。
１箇所以上の屈曲部部分からなる伸縮部を有していれば、その形態は特に限定されるものではない。
例えば、所謂ジグザグ形態、コイル形態、直線とジグザグ形態が混在した形態、直線及びまたはジグザグ形態とコイル形態が混在した形態などさまざまな形態を取ることができる。
In the flexible wiring structure of the present invention, it is necessary that each conductive wire has at least one stretchable portion including a bent portion whose direction is changed with respect to the extending direction of the flexible wiring structure.
The shape is not particularly limited as long as it has a stretchable portion composed of one or more bent portions.
For example, various forms such as a so-called zigzag form, a coil form, a form in which a straight line and a zigzag form are mixed, a straight line and / or a form in which a zigzag form and a coil form are mixed can be employed.
繰り返し伸長に対し、耐久性を高めるために、伸縮部の屈曲部分が、曲率半径２ｄ以上の円弧から構成されることが好ましい。 曲率半径が２ｄ以下の場合、屈曲により断線しやすくなる。
曲率半径の上限は無いが、曲率半径が２０ｍｍ以上の場合は、配線の占有する領域が大きくなり好ましくない。
屈曲部の曲率半径がまちまちの場合，変形時に応力が一部に集中しやすくなり断線しやすくなる傾向があり、一定の曲率半径の円弧であることが好ましい。
平面で一定の曲率半径を持つ導線を得るためには、経編、丸編、横編等の編成技術を利用する方法が挙げられる。
To repeat Shin length, in order to improve the durability, the bent portion of the expansion portion, it is preferably composed of a circular arc of more than a radius of curvature 2d. When the radius of curvature is 2d or less, it becomes easy to break by bending.
Although there is no upper limit of the curvature radius, when the curvature radius is 20 mm or more, the area occupied by the wiring is undesirably large.
When the curvature radius of the bent portion is varied, the stress tends to concentrate on a part at the time of deformation and the wire tends to be disconnected, and an arc having a constant curvature radius is preferable.
In order to obtain a conducting wire having a constant curvature radius in a plane, a method using a knitting technique such as warp knitting, circular knitting, or flat knitting can be used.
経編の場合は、合成繊維等の繊維により地組織を編成すると共に、導線を少なくとも１枚の筬から供給して、地組織の間に挿入編みする方法が好ましく用いられる。
挿入編みする場合は、１針から１０針までの振り幅による挿入編みにより、デンビやコード、鎖編等の地組織に、導線を挿入していくことが好ましい。導線は、隣り合う導線が接触しない様に一定間隔を空けた状態で挿入される必要がある。
挿入編みに用いる導線は、整経機上でビームに引き揃えられていても良く、又、クリールから直接、経編機のガイドに供給されても良い。
In the case of warp knitting, a method of knitting a ground structure with fibers such as synthetic fibers and supplying a conductive wire from at least one ridge and inserting and knitting between the ground structures is preferably used.
In the case of insertion knitting, it is preferable to insert a lead wire into a ground structure such as denvi, cord, chain knitting, etc. by insertion knitting with a swing width of 1 to 10 stitches. The conducting wires need to be inserted in a state of being spaced apart so that adjacent conducting wires do not contact each other.
The conducting wire used for insertion knitting may be aligned with the beam on the warping machine, or may be supplied directly from the creel to the guide of the warp knitting machine.
尚、導線は合成繊維等の繊維によりカバーリング等の被覆がされていたり、合成樹脂等により表面コーティングされていることが、導線自身の損傷を減らし、又、編機のガイド等の摩耗を低減する上で好ましい。
又、丸編や横編の場合は、合成繊維等の繊維によりカバーリング等の被覆がされていたり、合成樹脂等により表面コーティングされた導線を、一定間隔を空けて天竺編等により針に供給して、合成繊維等の繊維から成る地組織に編み込んでいく方法が好ましく用いられる。
In addition, the conductor is covered with a cover such as a synthetic fiber or the like, or coated with a synthetic resin or the like to reduce the damage of the conductor itself and reduce the wear of the guide of the knitting machine. This is preferable.
In the case of round knitting and flat knitting, a conductive wire that is covered with a synthetic fiber, etc. or surface-coated with a synthetic resin, etc., is supplied to the needle with a tense knitting at regular intervals. Thus, a method of weaving into a ground structure composed of fibers such as synthetic fibers is preferably used.
立体で曲率半径が一定の曲線を得るには、コイル形状とすることができる。
コイル形状は、３次元の全ての方向の変形に対して容易に追随でき、繰り返し伸縮に対して劣化が少なく、特に好ましい。コイル形状は、カバーリングマシーン、製紐機等の捲回機構を持つ装置を用いて、弾性円筒体（伸縮性を持つ糸条体）を芯にして、周囲に導線を捲回するか、または、導線をコイリングマシーンによりコイリングして得ることができる。
In order to obtain a solid curve with a constant curvature radius, a coil shape can be used.
The coil shape is particularly preferable because it can easily follow three-dimensional deformation in all directions and has little deterioration due to repeated expansion and contraction. The coil shape is obtained by winding a lead wire around an elastic cylindrical body (stretch body with elasticity) using a device having a winding mechanism such as a covering machine or a string making machine, or The conductor can be obtained by coiling with a coiling machine.
弾性円筒体を芯にして導線を捲回することで電気伝導体細線の２本以上の集合線からな
る導線を容易にコイリングすることができる。
導線は曲率半径２ｄ以上のコイル形状であることが好ましい。曲率半径が２ｄ未満の場合は伸縮しにくく、また伸縮により導体線が断線しやすくなる。より好ましくは３ｄ以上である。
弾性円筒体は、弾性長繊維のみで構成されても、弾性長繊維の伸縮性を阻害しない他の物体が混在して構成されてもよい。
弾性長繊維としては、ポリウレタン系弾性長繊維、天然ゴム系弾性長繊維、合成ゴム系弾性長繊維等を用いることができる。
By winding the conducting wire with the elastic cylindrical body as a core, it is possible to easily coil a conducting wire composed of two or more aggregated wires of electric conductor thin wires.
It is preferable that the conducting wire has a coil shape with a curvature radius of 2d or more. When the radius of curvature is less than 2d, it is difficult to expand and contract, and the conductor wire is likely to break due to expansion and contraction. More preferably, it is 3d or more.
The elastic cylindrical body may be composed only of elastic long fibers, or may be composed of other objects that do not inhibit the stretchability of the elastic long fibers.
As the elastic long fibers, polyurethane-based elastic long fibers, natural rubber-based elastic long fibers, synthetic rubber-based elastic long fibers, and the like can be used.
本発明の柔軟配線構造体は、柔軟性を有する樹脂と一体化していることが必要である。一体化とは、変形に対して樹脂と導線が連動して動く状態を言う。樹脂表面に接着されていても、樹脂内部に埋設されていてもよい。剥離しにくいと言う点で、導線の表面が樹脂により覆われている状態が好ましい。 The flexible wiring structure of the present invention needs to be integrated with a flexible resin. The term “integrated” refers to a state where the resin and the lead wire move in conjunction with deformation. Even if it is adhered to the resin surface, it may be embedded in the resin. A state where the surface of the conducting wire is covered with a resin is preferable in that it is difficult to peel off.
成型体は、任意の型枠に弾性樹脂を挿入して、固化することで得ることができる。形状は、フィルム状、シート状、ブロック状、など種々の形態をとることができる。フィルム状、シート状は、柔軟性を発揮しやすく好ましい。
ブロック状とする場合は、発泡や、部分的な空隙（切り込みなど）を設けるなどして柔軟性を高めることを推奨する。
高い柔軟性を求める場合は、スチレンブタジエン系、天然ゴム系、ウレタン系を使用することが好ましい。
柔軟性と耐久性のバランスからは、シリコン系が推奨される。
耐薬品性や、耐熱性にすぐれるものとしては、クロロプレン系や、オレフィン系などが好ましい。
The molded body can be obtained by inserting an elastic resin into an arbitrary mold and solidifying it. The shape can take various forms such as a film, a sheet, and a block. The film form and the sheet form are preferable because they easily exhibit flexibility.
In the case of a block shape, it is recommended to increase flexibility by providing foaming or providing partial voids (notches, etc.).
When high flexibility is required, it is preferable to use styrene butadiene, natural rubber, or urethane.
Silicone is recommended because of the balance between flexibility and durability.
As the chemical resistance and heat resistance, chloroprene, olefin and the like are preferable.
あらかじめ弾性円筒体に捲回された導線または、コイリングされた導線を、これを所定の容器にセットし、柔軟性樹脂により一体化させることにより本発明の柔軟配線構造体を得ることができる。
弾性樹脂との一体化時に均一な曲率を保持することが好ましい。
不均一な状態で一体化させると、変形時に不均一な部分に応力が集中しやすく、断線の原因となる傾向がある。
絶縁を施すには、導体細線に絶縁性の被覆を行なうことも、導線に絶縁性の被覆を行なうことも、さらに、絶縁性の柔軟性樹脂と一体化することにより、絶縁性を発現させることもできる。
柔軟性の樹脂は、変形により、部分的な欠点が生じても絶縁性を確保するために、導体細線または、導線にあらかじめ絶縁被覆しておくことが好ましい。
The flexible wiring structure of the present invention can be obtained by setting a conducting wire wound in advance in an elastic cylinder or a coiled conducting wire in a predetermined container and integrating them with a flexible resin.
It is preferable to maintain a uniform curvature when integrated with the elastic resin.
If they are integrated in a non-uniform state, stress tends to concentrate on the non-uniform portion during deformation, which tends to cause disconnection.
Insulation can be achieved by applying an insulating coating to the thin conductor wire, applying an insulating coating to the conductive wire, or developing the insulation by integrating it with an insulating flexible resin. You can also.
The flexible resin is preferably preliminarily covered with an insulating thin wire or a conductive wire in order to ensure insulation even if a partial defect occurs due to deformation.
弾性円筒体と導線と弾性樹脂は、相互に一体化することが好ましい。このためには、弾性円筒体、導線、弾性樹脂が相互に接着性が良好なものを選定することができる。弾性体、導線表面、弾性樹脂が全て同質の材料からなるものは、親和性が高く特に好ましい。その一例として、ポリウレタン弾性長繊維に、ウレタンエナメル線を捲回し、全体をポリウレタン樹脂で覆うものをあげることができる。弾性樹脂をポリウレタン弾性長繊維と同一のポリウレタンとすることで、成型時にポリウレタン弾性長繊維が溶解し、ポリウレタン樹脂と完全に一体化した成型体を得ることもできる。 The elastic cylindrical body, the conducting wire, and the elastic resin are preferably integrated with each other. For this purpose, it is possible to select an elastic cylinder, a conducting wire, and an elastic resin that have good adhesion to each other. It is particularly preferable that the elastic body, the surface of the conductive wire, and the elastic resin are all made of the same material because of high affinity. As an example, a polyurethane elastic long fiber is wound with a urethane enamel wire and the whole is covered with a polyurethane resin. By making the elastic resin the same polyurethane as the polyurethane elastic long fiber, the polyurethane elastic long fiber dissolves at the time of molding, and a molded body completely integrated with the polyurethane resin can be obtained.
弾性樹脂は、軽量化や、柔らかさを発現させるため、発泡させてもよい。
発泡方法は、公知の方法から任意に選択することができる。
例えば、ポリウレタンの場合、水を含んだ２液混合系の発泡ポリウレタン原料を用いることで、容易に発泡させることができる。
柔軟配線構造体と電子部品は電気的に接続され、かつ、一体化していることが好ましい
。電気的に接続されていなければ、電子部品は動作しないことは自明である。一方電子部品と配線構造体は弾性樹脂により一体化していることが好ましい。一体化されることにより、配線と電子部品は連動して動くようになる。このため、接続部が断線しにくくなり繰り返し変形をても断線しない耐久性にすぐれた柔軟電子部品を得ることができる。
電子部品は、電力供給機能、センシング機能、デスプレイ機能、スイッチ機能、演算機能のいずれかの機能を持ったものを用いることができる。
電力供給機能を持つものは、所謂バッテリーなどである。センシング機能を持つもの所謂センサー類であり、例として、圧力センサー、加速度センサー、方位センサー、温度センサー、湿度センサー、赤外線センサー、電圧センサー、電流センサー、周波数センサー、振動センサーなどを挙げることができる。
デスプレイ機能を持つものは、発光ダイオードなどがある。
演算機能を持つものは、所謂ＩＣチップ等がある。
柔軟配線構造材と電子部品が、接続され、一体化されている柔軟電子部品は、ロボットの皮膚や、筋電測定機器、心電測定機器、脳波測定機器、脈拍測定機器、血液中溶存酸素測定機器などのバイタルケア機器や、その他の身体装着電子機器をはじめ、柔軟デスプレイ、柔軟キーボードの配線として、好適である。他に、データグローブ、モーションキャプチャー、ウエアラブルコンピュータ、スマートテキスタイル分野でも用いることができる。
The elastic resin may be foamed in order to make it lighter and soft.
The foaming method can be arbitrarily selected from known methods.
For example, in the case of polyurethane, it can be easily foamed by using a two-component mixed foamed polyurethane raw material containing water.
The flexible wiring structure and the electronic component are preferably electrically connected and integrated. Obviously, electronic components do not operate unless they are electrically connected. On the other hand, the electronic component and the wiring structure are preferably integrated with an elastic resin. By being integrated, the wiring and the electronic component move in conjunction with each other. For this reason, it is difficult to disconnect the connection portion, and it is possible to obtain a flexible electronic component having excellent durability that does not disconnect even when repeatedly deformed.
An electronic component having any one of a power supply function, a sensing function, a display function, a switch function, and an arithmetic function can be used.
What has a power supply function is what is called a battery. Examples of so-called sensors having a sensing function include pressure sensors, acceleration sensors, orientation sensors, temperature sensors, humidity sensors, infrared sensors, voltage sensors, current sensors, frequency sensors, and vibration sensors.
A device having a display function includes a light emitting diode.
What has a calculation function includes what is called an IC chip.
Flexible electronic components that are connected and integrated with flexible wiring structure materials and electronic components are robot skin, electromyography measuring device, electrocardiography measuring device, electroencephalogram measuring device, pulse measuring device, blood dissolved oxygen measurement It is suitable as a wiring for a flexible display and a flexible keyboard, including vital care devices such as devices and other body-mounted electronic devices. In addition, it can be used in the fields of data gloves, motion capture, wearable computers, and smart textiles.
このほか、形態変形追随性が求められるあらゆる用途に使用することができる。
いずれの場合も、柔軟配線構造体と、電子機器が一体化されていることが重要である。
電子機器と柔軟配線構造体は、柔軟な樹脂状物で一体化されていることが望ましい。 好ましくは、全面が覆われているものを推奨する。
全面が樹脂状物で覆われることにより、全体として変形追随し易くなり、柔軟性や、伸縮性を阻害しにくく、また、剥離する危険性が低減する。
伸縮性を有する導線であれば、任意の導線を用いることができる。
コイリングマシーンで導線をコイル形状としたものを用いることもできるが、２本以上の細線の集合線をコイリングすることができないため、１本の細線にならざるを得ないという制約がある。また、当該導線は、外部から力が加わると容易に変形するため、弾性樹脂に一体化させるまでの取り扱いに細心の注意が必要となる。
これに対し、あらかじめ弾性体に導線を捲回した構造のものは、細線の集合線からなる導線をコイル形状とすることができ、かつ取り扱い性に優れており好ましい。
一体化を高めるためには、導線が捲回された当該弾性体と一体化で用いる弾性樹脂が同質であることが好ましい。好適な素材としてはポリウレタンを挙げることができる。
柔軟配線構造体と電子機器を一体化した柔軟電子部品は、導線を弾性体に捲回した構造を有する糸条導線と所定の電子機器を接続した後、所定の形状の型の所定の位置に配置し、流動性を持った弾性樹脂前駆体を流し込み、溶媒の乾燥、熱または、混合による化学反応の促進、または、冷却により固化させることにより得ることができる。
導線が捲回されていた弾性体が溶解し、一体化処理の弾性樹脂と均一な構造体とすることは、柔軟性及び耐久性の点で特に好ましい。
In addition, it can be used for any application that requires shape deformation followability.
In any case, it is important that the flexible wiring structure and the electronic device are integrated.
It is desirable that the electronic device and the flexible wiring structure are integrated with a flexible resinous material. Preferably, the entire surface is recommended.
By covering the entire surface with the resinous material, it becomes easy to follow the deformation as a whole, the flexibility and the stretchability are hardly hindered, and the risk of peeling is reduced.
Any conductive wire can be used as long as it is a conductive wire having elasticity.
Although it is possible to use a coiling machine having a conductive wire in a coil shape, there is a restriction that it is necessary to form a single thin wire because it is not possible to coil a set of two or more thin wires. Moreover, since the said lead wire deform | transforms easily when force is applied from the outside, careful attention is required for the handling until it integrates with elastic resin.
On the other hand, a structure in which a conducting wire is wound around an elastic body in advance is preferable because a conducting wire composed of a set of thin wires can be formed into a coil shape and has excellent handleability.
In order to enhance the integration, it is preferable that the elastic resin used for integration with the elastic body wound with the conducting wire is the same. An example of a suitable material is polyurethane.
A flexible electronic component in which a flexible wiring structure and an electronic device are integrated is obtained by connecting a yarn conducting wire having a structure in which a conducting wire is wound around an elastic body and a predetermined electronic device to a predetermined position of a mold having a predetermined shape. It can be obtained by placing and pouring an elastic resin precursor having fluidity and solidifying by drying of the solvent, heat or chemical reaction by mixing, or cooling.
It is particularly preferable in terms of flexibility and durability that the elastic body in which the conductive wire is wound is dissolved to form a uniform structure with the elastic resin of the integrated treatment.
以下本発明を実施例及び比較例に基づいて説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
本発明で用いた評価方法は以下の通りである。
１）導線長さ比
あらかじめ測定した柔軟配線構造体の長さをＡｃｍとした。
当該柔軟配線構造体を燃焼または溶解して弾性樹脂を取り除き取り出した導線を各々引き伸ばして測定した長さをＢｃｍとした。
次式により導線長さ比を求めた。
導線長さ比＝Ｂ／Ａ
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited only to these Examples.
The evaluation method used in the present invention is as follows.
1) Conductor length ratio The length of the flexible wiring structure measured in advance was Acm.
The length measured by stretching each of the lead wires taken out by removing the elastic resin by burning or melting the flexible wiring structure was defined as Bcm.
The lead wire length ratio was determined by the following formula.
Conductor length ratio = B / A
２）曲率半径
単位円弧を切り出し、拡大写真を撮影し、２本の垂線の交差する点より曲率半径ｒ（ｍｍ）を求めた。
2) Curvature radius A unit arc was cut out, an enlarged photograph was taken, and a curvature radius r (mm) was obtained from a point where two perpendicular lines intersect.
３）２０％伸長回復率
テンシロン引っ張り試験器を用い、長さ２００ｍｍの配線構造体を、チャック間距離１００ｍｍ、引っ張り速度１００ｍｍ／ｍｉｎで２０ｍｍまで引っ張り、リターンさせ、引っ張り荷重がゼロとなった点までの距離（Ｌｒ）を求め、次式により求めた。
２０％伸長回復率（％）＝１００＊（１００−Ｌｒ）／１００
＝１００−Ｌｒ
3) 20% elongation recovery rate Using a Tensilon tensile tester, pull the wiring structure with a length of 200 mm to 20 mm at a chuck distance of 100 mm and a pulling speed of 100 mm / min, and return to the point where the tensile load becomes zero The distance (Lr) was obtained and was obtained by the following equation.
20% elongation recovery rate (%) = 100 * (100-Lr) / 100
= 100-Lr
４）繰り返し伸長試験
長さ２００ｍｍの配線構造体をデマッチャー試験器
（タケモトシステムズ有限会社製）に、把持長１００ｍｍで把持し、最大伸長距離２０ｍｍに設定し、２１０回／ｍｉｎで伸長を繰り返した。
所定回数伸長前後に、伸長距離をゼロとした状態で当該配線構造体の両端の電気抵抗を測定し、下記にて判定した。
１０００回伸長前後で電気抵抗値が２０％以上異なる。 ： ×
１０００回伸長前後で電気抵抗値の変化が２０％未満で１００００回伸長後の電気抵抗値の変化が２０％以上である。 ： △
１００００回伸長前後で電気抵抗の変化が２０％未満である。 ： ○
１０００００回伸長前後で電気抵抗値の変化が２０％未満である。： ◎
4) Repeated extension test Dematcher tester with 200mm long wiring structure
(Takemoto Systems Co., Ltd.) gripped at a grip length of 100 mm, set to a maximum extension distance of 20 mm, and repeated extension at 210 times / min.
Before and after extending a predetermined number of times, the electrical resistances at both ends of the wiring structure were measured in a state where the extension distance was zero, and the following determination was made.
The electrical resistance value differs by 20% or more before and after 1000 times of elongation. : ×
The change in electrical resistance value before and after 1000 stretching is less than 20% and the change in electrical resistance value after 10,000 stretching is 20% or more. : △
The change in electrical resistance is less than 20% before and after stretching 10,000 times. : ○
The change in electrical resistance value is less than 20% before and after 100,000 times of stretching. : ◎
５）電気抵抗測定
長さ２００ｍｍの配線構造体をテンシロン測定機を用い、チャック間距離１００ｍｍで把持した後両端の電気抵抗を求めた。続いて、所定距離伸長し、各々の伸長状態下で電気抵抗を求めた。
5) Electrical resistance measurement After holding a 200 mm long wiring structure with a tensilon measuring machine at a chuck distance of 100 mm, the electrical resistance at both ends was determined. Then, it extended | stretched for the predetermined distance and calculated | required the electrical resistance under each expansion | extension state.
［実施例１、２］
ポリウレタン弾性長繊維９４０ｄｔ（旭化成せんい（株）製、商品名；ロイカ）を芯にして、伸張倍率３倍下で所定のエナメル線（２ＵＥＷ（（有）竜野電線））からなる銅細線集合線を捲回し、伸縮性導体を得た。
この伸縮性導体を３０ｃｍずつ切断し、０．５ｃｍ間隔で並べて把持し、ステンレス製トレイ中に入れた。続いて、伸縮性導体が露出しないようになるまで、ポリウレタン原液（ポリウレタン弾性長繊維をＤＭＡＣ中で溶解したもの）を入れ、８０℃下で２時間乾燥し、本発明の柔軟配線構造体を得た。
[Examples 1 and 2]
A copper thin wire assembly line made of a predetermined enameled wire (2UEW (Tatsuno Electric Cable Co., Ltd.)) with a polyurethane elastic long fiber 940 dt (trade name: Leuka, manufactured by Asahi Kasei Fibers Co., Ltd.) at a core magnification of 3 times Winding to obtain a stretchable conductor.
The stretchable conductors were cut 30 cm at a time, held side by side at 0.5 cm intervals, and placed in a stainless steel tray. Subsequently, a polyurethane stock solution (polyurethane elastic long fibers dissolved in DMAC) is added until the stretchable conductor is not exposed, and dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain the flexible wiring structure of the present invention. It was.
［比較例１］
所定のエナメル線を直線のまま容器にセットし、実施例１と同様にポリウレタンで一体化した。
実施例１〜２及び比較例１の試料を所定のサイズに切断し、各種の評価を行い、その結果を表１に記載した。
この結果から、実施例１〜２は繰り返し伸長で断線せず、伸縮しても抵抗値の変化が無く、すぐれた配線構造体であることがわかる。
[Comparative Example 1]
A predetermined enamel wire was set in a container in a straight line, and integrated with polyurethane in the same manner as in Example 1.
The samples of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were cut into predetermined sizes, subjected to various evaluations, and the results are shown in Table 1.
The results, Examples 1-2 are not broken at repeated elongation length, even if expansion and contraction without change of the resistance value, it can be seen that a good wiring structure.
［実施例３］
小型薄膜白金センサー（ＥＬ−７００−Ｕ）の端子（２箇所）に２本の伸縮性導体線（実施例１で得たもの）を接続した。弛緩状態で３０ｃｍの配線距離をおいて、配線の端を端子（ＰＳ−５１ＮＨ朝日電気（株）製）にハンダ付けをした。
この両端を接合された電子部品を容器に入れ、端子の一部が露出するようにして、ポリウレタン（ランドソーバー（ユニマテック（株）製））により一体化を行った。 白金センサーを含み、配線部分距離が３０ｃｍとなるように、試料を切り出し、柔軟電子部品を得た。
[Example 3]
Two stretchable conductor wires (obtained in Example 1) were connected to terminals (two places) of a small thin film platinum sensor (EL-700-U). The end of the wiring was soldered to a terminal (PS-51NH Asahi Electric Co., Ltd.) with a wiring distance of 30 cm in a relaxed state.
The electronic component having both ends bonded thereto was put into a container, and integration was performed with polyurethane (Land Sover (manufactured by Unimatec)) so that a part of the terminal was exposed. A sample was cut out to include a platinum sensor and the wiring part distance was 30 cm to obtain a flexible electronic component.
［比較例２］
実施例１で得た配線構造体の配線部分距離３０ｃｍの一端に、白金センサー、他端に端子（ＰＳ−５１ＮＨ朝日電気（株）製）を接続し、電子部品を得た。
実施例３と、比較例２の電子部品の中央部をデマッチャー試験機に把持し、ストローク頻度３回／秒、最大伸長２０％で、１０００回繰り返し伸長を行った。
伸縮試験前後に、端子に抵抗計をつなぎ、抵抗を計測したところ、比較例２は、白金センサーと配線の接合部が切断し、抵抗値が測定できなかった。実施例３の白金センサーは、繰り返し試験後も配線との接合部分の断線がなく、抵抗値を測定できた。このように本発明の柔軟電子部品は強い変形を受けても作動するものであった。
[Comparative Example 2]
A platinum sensor was connected to one end of the wiring part distance 30 cm of the wiring structure obtained in Example 1, and a terminal (PS-51NH Asahi Electric Co., Ltd.) was connected to the other end to obtain an electronic component.
Example 3, to grip the central portion of the electronic component of Comparative Example 2 in Dematcha tester, stroke frequency 3 times / sec, the maximum extension length of 20% was conducted repeated extension length 1000 times.
Before and after the stretch test, a resistance meter was connected to the terminal and the resistance was measured. As a result, in Comparative Example 2, the joint between the platinum sensor and the wiring was cut, and the resistance value could not be measured. The platinum sensor of Example 3 was able to measure the resistance value without disconnection of the joint portion with the wiring even after the repeated test. As described above, the flexible electronic component of the present invention operates even when it is subjected to strong deformation.
本発明の柔軟配線構造体は、多彩な動きに対して追随して変形し、繰り返し変形しても断線しにくい画期的な配線構造体及び柔軟な電子部品である。 The flexible wiring structure of the present invention is an epoch-making wiring structure and a flexible electronic component that are deformed following various movements and are not easily disconnected even when repeatedly deformed.
Claims (8)
（１）柔軟配線構造体に対しその伸張方向で１．２倍以上の伸長時長さを有し、
（２）電気伝導体細線（直径ｄ）を２本以上集合した集合線である
ことを特徴とする柔軟配線構造体。 A flexible wiring structure in which at least one or more coil-shaped stretchable conductors having a curvature radius of 2d or more are embedded in a resin molded body having flexibility, wherein the stretchable conductors are:
(1) The flexible wiring structure has an extension length of 1.2 times or more in the extension direction,
(2) A flexible wiring structure, characterized in that the flexible wiring structure is an assembly line in which two or more electrical conductor thin wires (diameter d) are assembled.
軟電子部品の製造方法。 After connecting the filamentary conductor having a structure in which the conductor is wound around the elastic cylinder into a coil shape having a curvature radius of 2d or more and a predetermined electronic device, the filamentous conductor and the predetermined electronic device are arranged at a predetermined position. A method for producing a flexible electronic component, characterized in that a resin molded body having flexibility is embedded and integrated in an elastic resin .
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