JP6532978B1 - 伸縮性回路基板 - Google Patents
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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Abstract
【課題】本発明の課題は、テキスタイル層と樹脂層とを接着する接着剤層の硬化による伸縮性の低下を抑制し、十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する伸縮性の回路基板を得ることである。【解決手段】本発明の回路基板１は、伸縮性基材１００であって、テキスタイル層１１０と、テキスタイル層１１０を覆う樹脂層１２０と、テキスタイル層１１０と樹脂層１２０とを接着する複数の接着部１３０ａを含む接着層１３０とを備える伸縮性基材１００を含み、さらに、樹脂層の上に形成された回路パターン１０を含む。【選択図】図１
Description
本発明は、伸縮性を有する回路基板に関するものである。
従来から、電子機器の主要部品の一つである回路基板には、絶縁性基板に回路パターンを印刷したプリント基板が用いられている。
このようなプリント基板には、曲げることができる構造のフレキシブル基板だけでなく、伸縮性を有するストレッチャブル基板もある。
例えば、特許文献１には、ストレッチャブル基板の構造としてテキスタイル生地にホットメルト接着剤層により伸縮可能な導電層を熱圧着したものが開示されている。
ところが、特許文献１に開示されるストレッチャブル基板の構造では、熱圧着後のホットメルト接着剤層の硬化によりストレッチャブル基板の伸縮性が十分ではないという問題があることを本発明者らは見出した。
そこで本発明は、十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する回路基板を提供することを目的とする。
本発明に係る伸縮性の回路基板は、
（１）伸縮性基材であって、
テキスタイル層と、
前記テキスタイル層を覆う樹脂層と、
前記テキスタイル層と前記樹脂層とを接着する複数の接着部を含む接着層と
を備える伸縮性基材と、
（２）前記樹脂層の上に形成された回路パターンと
を含むことにより、上記目的が達成される。
（１）伸縮性基材であって、
テキスタイル層と、
前記テキスタイル層を覆う樹脂層と、
前記テキスタイル層と前記樹脂層とを接着する複数の接着部を含む接着層と
を備える伸縮性基材と、
（２）前記樹脂層の上に形成された回路パターンと
を含むことにより、上記目的が達成される。
本発明において、前記複数の接着部は、前記回路パターンとは独立して配置されていてもよい。
本発明において、前記複数の接着部のうち隣接する接着部間の距離が約０．７ｍｍ〜約２．０ｍｍであってもよい。
本発明において、前記樹脂層の面積に対する、前記複数の接着部の面積の合計の割合が約６０％以下であってもよい。
本発明において、前記回路基板は約１．０以下の５０％モジュラスを有し、前記５０％モジュラスは、「５０％モジュラス＝５０％伸長時の荷重（ＭＰａ）」によって定義されてもよい。
本発明において、前記複数の接着部が規則的に配置されていてもよい。
本発明において、前記複数の接着部は千鳥状に配置されていてもよい。
本発明において、前記千鳥状の配置は、一方向に約０．７ｍｍ〜約２．０ｍｍの間隔、前記一方向に直交する方向に約０．７ｍｍ〜約２．０ｍｍの間隔であってもよい。
本発明において、前記複数の接着部の各々の面積が約０．１ｍｍ２〜約０．３ｍｍ２であってもよい。
本発明において、前記複数の接着部が略円形状であってもよい。
本発明において、前記伸縮性基材の厚みは約０．２５ｍｍ〜約１．０ｍｍであってもよい。
本発明において、前記回路パターンの厚みは約０．００５ｍｍ〜約０．０２ｍｍであってもよい。
本発明において、前記回路パターンは、銀を含む導電性組成物によって形成されてもよい。
本発明において、前記導電性組成物は伸縮性材料をさらに含んでもよい。
本発明において、前記樹脂層は熱可塑性樹脂材料を含んでもよい。
本発明において、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の回路基板を含む製品であってもよい。
本発明において、前記製品は、衣服、シューズ、履物、手袋、玩具、車載シート、ヘルスケア機器、及び車載ステアリングなどからなる群から選択されてもよい。
本発明によれば、十分な伸縮性を有する回路基板を得ることができる。
以下、本発明を説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。
（用語の定義）
本明細書において、「回路パターン」とは、所定の回路を形成するようにパターニングされた導電層をいう。
本明細書において、「回路パターン」とは、所定の回路を形成するようにパターニングされた導電層をいう。
本明細書において、接着部が「回路パターンとは独立して配置されている」とは、回路パターンとは無関係に接着部が配置されており、回路パターンに従属して配置されていないことをいう。ここでいう接着部が「回路パターンに従属して配置されている」とは、回路基板を上面から見た際、接着部から構成される領域と、回路パターンとがほぼ一致（例えば、８０％以上一致）するように配置されている状態をいう。
本明細書において、伸縮率は５０％モジュラスを指標として記載する。５０％モジュラスは、「５０％伸長時の単位面積当たりの荷重（ＭＰａ）」として定義され、「伸縮率が高い」とは５０％モジュラスが小さいことを意味し、「伸縮率が低い」とは５０％モジュラスが大きいことを意味する。
本明細書において、樹脂の「硬度」とは、ＪＩＳ Ｋ ７２１５により測定したＡ硬度をいう。
本明細書において、樹脂の「引張り強度」および「引張り伸度」は、ＪＩＳ Ｋ７３１１に準じて測定した、引っ張られたときに耐えられる最大の力（引張強さ：ＭＰａ）とその時どれだけ伸びたか（引張伸び：％）である。
本明細書（本発明）において、「剥離強度」は、引張試験機を用いて３回測定した値の平均値をいう。
本明細書（本発明）において、「弾性率」は、動的粘弾性装置を用いて３回測定した値（貯蔵弾性率）の平均値をいう。
本明細書において、「重量平均分子量」は、平均分子量が約５００〜約１００万の標準ポリスチレンを用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定した値をいう。
本明細書において、「約」とは、後に続く数字の±１０％の範囲内をいう。
（１．伸縮性基材）
本発明は、十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する回路基板の提供を課題とし、
（１）伸縮性基材であって、
テキスタイル層と、
前記テキスタイル層を覆う樹脂層と、
前記テキスタイル層と前記樹脂層とを接着する複数の接着部を含む接着層と
を備える伸縮性基材と、
（２）前記樹脂層の上に形成された回路パターンと
を含む回路基板を提供することによって、上記課題を解決した。
本発明は、十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する回路基板の提供を課題とし、
（１）伸縮性基材であって、
テキスタイル層と、
前記テキスタイル層を覆う樹脂層と、
前記テキスタイル層と前記樹脂層とを接着する複数の接着部を含む接着層と
を備える伸縮性基材と、
（２）前記樹脂層の上に形成された回路パターンと
を含む回路基板を提供することによって、上記課題を解決した。
伸縮性基材の厚みは、任意であり得る。好ましくは、約０．２５ｍｍ〜約１．０ｍｍであり、さらに好ましくは、約０．５ｍｍ〜約０．７５ｍｍである。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
（１．１ テキスタイル層）
本発明の伸縮性基材におけるテキスタイル層は、織布、編物、不織布、紐や縄を含む組物網等の繊維構造体と認識される任意のものを含み得る。テキスタイル層の材質は、任意の材質を用いることができるが、伸縮性を得るために伸長率の高い生地とすることが好ましい。例えば、一つの実施形態において、本発明に用いる生地の伸長率は、一方向に９．８Ｎの力をかけた場合、一方向に約２００〜３２０％、一方向と直交する方向に約７０〜１９０％であり、より具体的には一方向に約２２０〜２８０％、一方向と直交する方向に約１１０〜１５０％であり、一例としては一方向に約２６０％、一方向と直交する方向に約１３０％のものが使用され得る。例えばポリウレタンやポリエステル、好ましくは伸縮性に加えて耐熱性を有するポリエステルである。
本発明の伸縮性基材におけるテキスタイル層は、織布、編物、不織布、紐や縄を含む組物網等の繊維構造体と認識される任意のものを含み得る。テキスタイル層の材質は、任意の材質を用いることができるが、伸縮性を得るために伸長率の高い生地とすることが好ましい。例えば、一つの実施形態において、本発明に用いる生地の伸長率は、一方向に９．８Ｎの力をかけた場合、一方向に約２００〜３２０％、一方向と直交する方向に約７０〜１９０％であり、より具体的には一方向に約２２０〜２８０％、一方向と直交する方向に約１１０〜１５０％であり、一例としては一方向に約２６０％、一方向と直交する方向に約１３０％のものが使用され得る。例えばポリウレタンやポリエステル、好ましくは伸縮性に加えて耐熱性を有するポリエステルである。
テキスタイル層の面積に対する回路パターンの面積の割合は任意であるが、例えば、１〜３０％、約３〜３０％、約５〜３０％、約１０〜３０％、約１〜２０％、約３〜２０％、約５〜２０％、約１０〜２０％、約１〜１０％、約３〜１０％、約５〜１０％などであり得る。
（１．２ 樹脂層）
本発明の樹脂層を構成する樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレタンポリウレア樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、スチレン系エラストマー、フッ素樹脂、スチレン無水マレイン酸系樹脂およびＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂などが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、本発明の樹脂層を構成する樹脂は熱可塑性樹脂であり、特に好ましくはポリウレタン樹脂である。
本発明の樹脂層を構成する樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレタンポリウレア樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、スチレン系エラストマー、フッ素樹脂、スチレン無水マレイン酸系樹脂およびＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂などが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、本発明の樹脂層を構成する樹脂は熱可塑性樹脂であり、特に好ましくはポリウレタン樹脂である。
１つの実施形態において、本発明の樹脂層の硬度は、約５０〜９８、約７０〜９０、または約８０〜９０であり得る。
１つの実施形態において、本発明の樹脂層の引張り強度は、約２５〜６５ＭＰａ、約３０〜５０ＭＰａ、または約３５〜４５ＭＰａであり得る。
１つの実施形態において、本発明の樹脂層の引張り伸度は、約３００〜７００％、約４００〜約６００％、または約４５０〜５５０％であり得る。
１つの実施形態において、本発明の樹脂層の弾性率（貯蔵弾性率）は、約１００ＭＰａ〜１０００ＭＰａ、約３００〜８００ＭＰａ、または約４００〜７００ＭＰａであり得る。
１つの実施形態において、本発明の樹脂層の弾性率（貯蔵弾性率）は、約１００ＭＰａ〜１０００ＭＰａ、約３００〜８００ＭＰａ、または約４００〜７００ＭＰａであり得る。
（１．３ 接着層）
本発明の接着層は、回路パターンとは独立して配置されている複数の接着部によって構成される層である。
本発明の接着層は、回路パターンとは独立して配置されている複数の接着部によって構成される層である。
本発明の接着部は、接着部を構成する樹脂とテキスタイル層との熱圧着によって形成してもよい。当該樹脂は、例えば、エラストマー系接着剤、熱硬化系接着剤、熱可塑系接着剤を用いることができる。ここで、接着部とは、樹脂層とテキスタイル層とを直接熱圧着する場合においてはテキスタイル層と樹脂層とが接着している面をいい、樹脂層とテキスタイル層との間にさらなる樹脂を介在させて接着部を構成させる場合には、このさらなる樹脂の樹脂層との接着面からこのさらなる樹脂のテキスタイル層との接着面までを含めて接着部という。
樹脂層と接着部とは同じ種類の樹脂でもよいし、異なる種類の樹脂でもよい。また、樹脂層および接着部の弾性率は、接着部の方が低いことが好ましい。これによりテキスタイル層が伸縮した際に樹脂層が追従しやすくなる。
１つの実施形態において、本発明の接着層の弾性率（貯蔵弾性率）は、約１ＭＰａ〜８００ＭＰａ、約１０ＭＰａ〜６００ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜３００ＭＰａであり得る。
また、テキスタイル層と樹脂層の弾性率は、ほぼ同じ（例えば、互いに対して±２０％以内、より好ましくは±１０％以内）であることが好ましい。これにより回路基板の伸縮性が向上する。理論に拘束されることを望まないが、上記の構成とすることにより接着における密着性をより効果的に得ることが可能となる。
樹脂層とは異なる樹脂を接着部において用いる実施形態において、本発明の接着部の剥離強度は、約７００〜１０００ｇ／ｃｍであり得る。
本発明において、接着層は樹脂層とテキスタイル層とを全面（例えば８０％以上）にわたって接着するのではなく、互いに間隔を開けた複数の接着部によって構成される点に留意すべきである。接着層とテキスタイル層とを全面にわたって接着した場合、接着層によりテキスタイル層が拘束されるため、本発明のように約１．０以下の５０％モジュラスを有する回路基板を提供することは困難であり得る。
複数の接着部は、樹脂層に対して任意の位置に配置することが可能である。さらに、本発明者らは、樹脂層とテキスタイル層との全面（例えば、８０％以上）にわたって樹脂層とテキスタイル層とを接着する場合のみならず、接着部の配置と回路パターンの配置とが共通すると、接着部の硬化によって回路パターンの伸縮性が低下することを見出した。したがって、好ましい実施形態において、複数の接着部は、回路パターンとは独立した位置に配置される。こうすることによって、本発明のように十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する回路基板が提供され得る。
複数の接着部のうち隣接する接着部間の距離は、任意の距離であり得る。好ましくは、約０．７ｍｍ〜約２．０ｍｍであり、さらに好ましくは、例えば、約１ｍｍ〜約１．５ｍｍであり得るが、本発明はこれらに限定されない。このように、複数の接着部間の距離を適切に設けることによって、本発明のように十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する回路基板が提供され得る。
樹脂層の面積に対する、複数の接着部の面積の合計の割合は８０％未満の任意の数値であり得る。一つの実施形態において、７０％以下、６０％以下、好ましくは５０％以下、より好ましくは４０％以下であるが、本発明はこれらに限定されない。この割合を高くするほど剥離強度を高めることができる一方で回路基板の伸縮性が低下することとなる。逆に、この割合を低くするほど剥離強度が低下する一方で回路基板の伸縮性を向上させることができる。本発明者らは、この割合を適切に設定することにより、回路基板の十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を達成することができることを見出して、本発明を完成させた。
回路基板の５０％モジュラスは、約１．０（ＭＰａ）以下、好ましくは約０．９（ＭＰａ）以下、さらに好ましくは約０．８（ＭＰａ）以下であるが、本発明はこれに限定されない。本発明の伸縮性基板においては、上記の数値を達成することによって、バイタルセンサーやヘルスケア機器など大きく伸縮する身体の可動部や立体物の動きに追従させることが必要な部分に対しても装着することが可能となった。
複数の接着部の配置は、規則的な配置であってもよいし、不規則な配置であってもよい。
一つの実施形態において、千鳥状の配置であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、格子状であってもよいし、らせん状などであってもよい。千鳥状の配置は、好ましくは、一方向に約０．７ｍｍ〜約２．０ｍｍの間隔、一方向に直交する方向に約０．７ｍｍ〜約２．０ｍｍの間隔であり、さらに好ましくは、約１ｍｍ〜約１．５ｍｍであり得る。
複数の接着部の各々の面積は、任意であり得る。好ましくは、約０．１ｍｍ２〜約０．３ｍｍ２であり、さらに好ましくは、約０．１５ｍｍ２〜約０．２５ｍｍ２である。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
複数の接着部の形状は、任意の形状であり得る。例えば、略円形状であってもよいし、略楕円形状であってもよいし、四角形状や三角形状などであってもよい。
（２．回路パターン）
回路パターンの厚みは、任意であり得る。好ましくは、約０．００５ｍｍ〜約０．０２ｍｍであり、さらに好ましくは、約０．０１０ｍｍ〜約０．０１４ｍｍである。しかしながら、本発明はこれに限定されない。回路パターンの厚みがあまり厚すぎると伸縮性が低下するおそれがある。また、回路パターンの厚みがあまり薄すぎると伸縮に伴う断線の恐れがある。回路基板に求められる伸縮性および強度に応じて適宜厚さを設定することが好ましい。
回路パターンの厚みは、任意であり得る。好ましくは、約０．００５ｍｍ〜約０．０２ｍｍであり、さらに好ましくは、約０．０１０ｍｍ〜約０．０１４ｍｍである。しかしながら、本発明はこれに限定されない。回路パターンの厚みがあまり厚すぎると伸縮性が低下するおそれがある。また、回路パターンの厚みがあまり薄すぎると伸縮に伴う断線の恐れがある。回路基板に求められる伸縮性および強度に応じて適宜厚さを設定することが好ましい。
回路パターンは、電気を通す任意の金属を含む導電性組成物であり得る。一つの実施形態において、銀を含む導電性組成物によって形成されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、銅や金などの銀以外の金属を含むものであってもよい。
導電性組成物は伸縮性材料をさらに含んでいてもよい。伸縮性材料を含ませることにより、伸縮性基材や樹脂層による伸縮に伴う回路パターンの伸縮に伴う断線などをより効果的に抑制することが可能となる。伸縮性材料は任意の材料であり得る。一つの実施形態において、熱可塑性樹脂であるが、本発明はこれに限定されない。本発明の導電性組成物は、樹脂層との密着性を高めるため、樹脂層の組成と同様の組成を含んでもよい。例えば、樹脂層がウレタン層である場合には、回路パターンを形成するための導電性組成物にもウレタンの成分が含まれており、樹脂層がポリエチレン層で形成されている場合には、回路パターンを形成するための導電性組成物にはポリエチレンの成分を含ませるのが好ましい。
樹脂層は熱可塑性樹脂材料を含んでいてもよい。熱可塑性樹脂材料を含ませることにより、効果的に伸縮性を得ることが可能となる。
本発明において使用される導電性樹脂は、国際公開第２０１７／０２６１３０号に開示されるものであり得る。
（３．製品）
回路基板を含む製品は、衣服、シューズ、履物、手袋、玩具、車載シート、ヘルスケア機器などからなる群から選択される。伸縮性を有する本発明の回路基板は、継続的に伸縮により従来フレキシブル基板では回路が断線してしまい装着不能であった衣服、履物やロボットアームなどの駆動部などに使用することが可能となる。
回路基板を含む製品は、衣服、シューズ、履物、手袋、玩具、車載シート、ヘルスケア機器などからなる群から選択される。伸縮性を有する本発明の回路基板は、継続的に伸縮により従来フレキシブル基板では回路が断線してしまい装着不能であった衣服、履物やロボットアームなどの駆動部などに使用することが可能となる。
（具体的な実施形態）
以下の実施形態では、回路基板の一例として、テキスタイル層は編み物であり、樹脂層はウレタン層であり、接着部に用いる接着剤は熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であり、回路パターンを構成する素材は銀であるものを挙げる。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。テキスタイル層と樹脂層とを接着する複数の接着部を有することによって十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する回路基板を提供することができる限り、テキスタイル層、樹脂層、接着部、回路パターンの形状、材質、種類、特性、さらには、接着部と回路パターンとの位置関係については特に限定されるものではないことが理解される。
以下の実施形態では、回路基板の一例として、テキスタイル層は編み物であり、樹脂層はウレタン層であり、接着部に用いる接着剤は熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であり、回路パターンを構成する素材は銀であるものを挙げる。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。テキスタイル層と樹脂層とを接着する複数の接着部を有することによって十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する回路基板を提供することができる限り、テキスタイル層、樹脂層、接着部、回路パターンの形状、材質、種類、特性、さらには、接着部と回路パターンとの位置関係については特に限定されるものではないことが理解される。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による回路基板１を説明するための図であり、図１（ａ）および図１（ｂ）はそれぞれ、回路基板１の外観を示す斜視図および平面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線断面図である。
図１は、本発明の実施形態１による回路基板１を説明するための図であり、図１（ａ）および図１（ｂ）はそれぞれ、回路基板１の外観を示す斜視図および平面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線断面図である。
この回路基板１は、伸縮性基材１００と回路パターン１０とを有する。伸縮性基材１００は、テキスタイル層１１０と、テキスタイル層を覆う樹脂層１２０と、テキスタイル層１１０と樹脂層１２０とを接着する接着層１３０とを有する。この接着層１３０は、テキスタイル層１１０と樹脂層１２０とを接着する接着部を複数個所に分散させた構造となっている。回路パターン１０は、樹脂層１２０の表面に形成されている。なお、回路パターンは、所定の回路を形成するように、例えば、スクリーン印刷などでパターニングされた導電層のことをいう。回路パターンを樹脂層の上に形成する手段は、フレキソ印刷、グラビアオフセット印刷、ディスペンサー式など任意の手段であり得る。
ここで、テキスタイル層１１０は、伸縮性に富んだニットなどの編み物であり、素材には、ポリエステルなどが用いられ得る。樹脂層１２０はウレタン層であり、接着層１３０を構成する接着剤は熱可塑性樹脂である。ただし、テキスタイル層１１０、樹脂層１２０、および接着層１３０はこれらの材料に限定されるものではない。例えば、テキスタイル層１１０は織物あるいは不織布でもよく、樹脂層１２０は、伸縮性を有する任意の素材あってもよい。接着層１３０を構成する接着剤は熱硬化性樹脂でもよい。
図２および図３は、図１に示す回路基板１の詳細な構造を模式的に示す図であり、図２（ａ）は、図１（ｂ）のＩＩａ部分の拡大図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ線断面図である。図３は、図１（ａ）のＩＩＩ部分の拡大透視図であり、図３では、図１（ａ）に示す回路基板１の上方から樹脂層１２０の下側の接着部１３０ａおよびテキスタイル層１１０を透視している。
〔伸縮性基材１００〕
ここで、編み物であるテキスタイル層１１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の直線状の繊維塊部１１０ａが一定方向に配列された構造となっている。なお、編み物であるテキスタイル層１１０は、実際には図７（ｂ）に示されるように、繊維塊部１１０ａから樹脂層とは反対側に延びる繊維などが存在しているが、図２および図３では省略している。
ここで、編み物であるテキスタイル層１１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の直線状の繊維塊部１１０ａが一定方向に配列された構造となっている。なお、編み物であるテキスタイル層１１０は、実際には図７（ｂ）に示されるように、繊維塊部１１０ａから樹脂層とは反対側に延びる繊維などが存在しているが、図２および図３では省略している。
樹脂層１２０は、伸縮性を有することが特徴である。一つの実施形態において、樹脂層には熱可塑性エラストマーが用いられ、特に、伸縮性という観点からウレタン樹脂が用いるのが好ましい。また、樹脂層１２０の上に形成される回路パターン１０の印刷に用いる印刷ペースト（インク）には溶剤（ブチカルビトールアセテート、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、カルビトールアセテートなど）を用いるのが好ましい。なお、樹脂層１２０には、ウレタン樹脂以外にゴム系の素材を用いることができ、また、熱可塑性エラストマーに限らず、熱硬化性エラストマーをなど用いてもよい。
一つの実施形態において、接着層１３０は、ホットメルト樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる。接着層１３０は、テキスタイル層１１０と樹脂層１２０との間に全面に渡って形成されたものではなく、図２（ａ）に示すように、テキスタイル層１１０と樹脂層１２０との間に千鳥状に配列された複数の接着部１３０ａにより構成されている。接着部１３０ａの具体的な材料は、ウレタン樹脂である樹脂層１２０との密着性の観点から同じウレタン系の材料が用いられている。ただし、接着層１３０には、ホットメルト樹脂などに限定されず、紫外線硬化型樹脂などを用いることもできる。また、樹脂層を直接テキスタイル層に熱圧着することによって、接着部を形成してもよい。
ここで、隣接する接着部１３０ａの間の距離は、約１．２５ｍｍであり、隣接する接着部１３０ａの間は接着剤が含まれない領域となっている。従って、樹脂層１２０は、繊維塊部１１０ａと接着部１３０ａにより接着されている。
さらに、樹脂層の面積に対する、複数の接着部の面積の合計の割合は、一つの実施形態において５０％程度である。ただし、この割合に限定されるものではなく、回路基板の十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を達成する伸縮性と剥離強度があればよい。例えば、テキスタイル層１１０が薄い場合は、接着部１３０ａが盛り上がる傾向があるので、接着部１３０ａの面積を小さくするのが望ましい。また、テキスタイル層１１０が厚い場合は、接着部１３０ａの面積を大きくして接着部１３０ａと樹脂層１２０との剥離強度を高めることが好ましい。接着部１３０ａの面積を大きくして樹脂層１２０とテキスタイル層１１０との密着性を高める理由の一つは、テキスタイル層１１０の洗濯の際に樹脂層１２０とテキスタイルとの間で剥離しないようにするためである。樹脂層の面積に対する複数の接着部の面積の合計の割合を５０％程度にすることで、洗濯時の樹脂層１２０とテキスタイル層１１０との剥離抑制効果と、接着部１３０ａの盛り上がり抑制効果とをバランスよく得ることができる。
図示する実施形態において、複数の接着部１３０ａの配置は千鳥状の配置である。一つの実施形態において、この千鳥状の配置では、一方向に約０．７〜約２．０ｍｍの間隔、一方向に直交する方向に約０．７〜約２．０ｍｍの間隔で接着部１３０ａが配置されている。また、複数の接着部１３０ａの配置は千鳥状の配置に限定されるものではなく、その他の規則的な配置（格子状の配置）であってもよいし、さらには、不規則な配置であってもよい。
一つの実施形態において、複数の接着部の各々の面積は約０．２ｍｍ２である。ただし、これに限定されるものではなく、回路基板１の求められる十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）、密着強度などの条件に応じて、好ましくは約０．１ｍｍ２〜約０．３ｍｍ２の面積のものが用いられる。さらにこの好ましくは、複数の接着部の各々の面積は、約０．１５ｍｍ２〜約０．２５ｍｍ２である。一つの実施形態において、複数の接着部の形状は略円形状であるが、これに限定されるものではなく略楕円形状、略四角形状や略三角形状などであってもよい。
一つの実施形態において、伸縮性基材の厚みは、０．６１８ｍｍである。ただし、これに限定されるものではなく、好ましくは約０．２５ｍｍ〜約１．０ｍｍであり、さらに好ましくは、約０．５ｍｍ〜約０．７５ｍｍである。
〔回路パターン１０〕
さらに、一つの実施形態において、樹脂層１２０の表面には、Ａｇを含む導電性組成物からなる回路パターン１０が形成されている。この回路パターンの厚みは、約０．０１２ｍｍである。ただし、この厚みに限定されるものではなく、好ましくは約０．０１０〜約０．０２ｍｍであり、さらに好ましくは、約０．０１０ｍｍ〜約０．０１４ｍｍである。
さらに、一つの実施形態において、樹脂層１２０の表面には、Ａｇを含む導電性組成物からなる回路パターン１０が形成されている。この回路パターンの厚みは、約０．０１２ｍｍである。ただし、この厚みに限定されるものではなく、好ましくは約０．０１０〜約０．０２ｍｍであり、さらに好ましくは、約０．０１０ｍｍ〜約０．０１４ｍｍである。
また、回路パターン１０は、樹脂層１２０との密着性を高めるため、樹脂層１２０の組成と同様な組成を含ませることが好ましい。一つの実施形態において、樹脂層１２０はウレタン層であるので、回路パターンを形成するための導電性組成物にはウレタンの成分が含まれている。従って、樹脂層１２０がポリエチレン層で形成されている場合は、回路パターンを形成するための導電性組成物にはポリエチレンの成分を含ませるのが好ましい。
また、導電性組成物に伸縮性材料を含ませることにより回路パターン１０に伸縮性を持たせてもよい。回路パターン自体に伸縮性を持たせることにより、テキスタイル層および樹脂層の伸縮に伴う回路パターンの断線などがより効果的に防止することが可能となる。また、導電性組成物に伸縮性材料を含ませる代わりに、回路パターン１０を蛇行したミアンダパターンを採用するようにしてもよい。また、導電性組成物に伸縮性材料を含ませるとともに回路パターンにミアンダパターンを採用することにより、より伸縮性を保ちつつ断線を防止することが可能となる。
図４は、図１に示す回路パターン１０の具体例を説明するための図であり、図４（ａ）〜図４（ｄ）はそれぞれ、蛇行した配線パターン（ミアンダパターン）の具体例を示す。
図４（ａ）に示す回路パターン１０ａは、第１のミアンダパターンを採用した配線１３ａを含み、配線１３ａの両端は直線状の接続部１１ａおよび１２ａを介して電極パッド１１、１２に接続されている。第１のミアンダパターンを採用した配線１３ａは、細かく蛇行したジグザグ経路に沿って形成されている。
図４（ｂ）に示す回路パターン１０ｂは、回路パターン１０の配線１３ａに代わる、第２のミアンダパターンを採用した配線１３ｂを含む。この配線１３ｂは、第１のミアンダパターンより細かく蛇行したジグザグ経路に沿って形成されており、ジグザグ経路の折り返し部分が円弧状となっている。
図４（ｂ）に示す回路パターン１０ｂは、回路パターン１０の配線１３ａに代わる、第２のミアンダパターンを採用した配線１３ｂを含む。この配線１３ｂは、第１のミアンダパターンより細かく蛇行したジグザグ経路に沿って形成されており、ジグザグ経路の折り返し部分が円弧状となっている。
図４（ｃ）に示す回路パターン１０ｃは、回路パターン１０ａの配線１３ａに代わる、第３のミアンダパターンを採用した配線１３ｃを含む。この配線１３ｃは、対向する一対の電極パッド１１および１２を結ぶ直線を中心としてその両側に垂直方向に延びる一定長さの複数の直線部分１３ｃ１と、隣接する直線部分１３ｃ１の先端同士を繋ぐ半円状部分１３ｃ２とから構成されている。
図４（ｄ）に示す回路パターン１０ｄは、回路パターン１０ａの配線１３ａに代わる、第４のミアンダパターンを採用した配線１３ｄを含む。この配線１３ｄは、概ね３／４円の円弧を繋いで形成される蛇行した経路に沿って形成されている。
このようなミアンダパターンを有する配線１３ａ〜１３ｄでは、第１〜第４のミアンダパターンの順で伸縮に対する断線や電気抵抗増大に対する耐性が増大したものとなっている。しかし、本発明の回路パターンは、図４に示すものに限定されず任意の形状であり得る。
なお、上述した回路パターン１０ａ〜１０ｄは、ミアンダパターンを採用した配線の両端がそれぞれ直線状の接続部を介して電極パッドに接続したものであるが、これらの回路パターンは、ミアンダパターンを採用した配線の両端を直接電極パッドに接続したものでもよい。
（作製方法）
次に、回路基板１の作製方法の一例を説明する。
次に、回路基板１の作製方法の一例を説明する。
まず、回路基板１を構成する伸縮性基材１００の作製方法の一例を説明する。
図５は、テキスタイル層１１０を樹脂層１２０に接着する方法を作業工程順に説明するための図であり、図５（ａ）〜図５（ｆ）は、各作業工程を示す。図６は、図１に示す樹脂層１２０の表面に選択的に接着剤を塗布するのに用いるマスク部材Ｍａを示す図である。
樹脂層１２０を支持台Ｋ上に載せ、さらに、樹脂層１２０の表面に選択的に接着剤を印刷するための印刷マスクＭａを配置する（図５（ａ））。ここで、印刷マスクＭａは複数のマスク開口Ｍａ０を有し、複数のマスク開口Ｍａ０は、樹脂層１２０上に複数の接着部１３０ａが所定の配列パターン（千鳥状パターン）で並ぶように、複数の接着部１３０ａの配列パターンと同じ配列パターンで配列されている。また、マスク開口Ｍａ０の形状も、接着部１３０ａの形状と同じ形状となっている。
次に、印刷マスクＭａを用いて樹脂層１２０に選択的に接着剤（印刷ペースト）を印刷する（図５（ｂ））。
接着剤の乾燥（溶剤の蒸発）後に印刷マスクＭａを除去し（図５（ｃ））、さらに、テキスタイル層１１０を樹脂層１２０の表面を覆うように樹脂層１２０の上に被せ（図５（ｄ））、この状態で、ローラＲ又は熱プレスでテキスタイル層１１０を樹脂層１２０に熱圧着する（図５（ｅ））。
これにより、接着剤１３０ａが溶融してテキスタイル層１１０に浸み込み、浸み込んだ接着剤１３０ａが樹脂層１２０と接触した状態で固化する（図５（ｆ））。
これによりテキスタイル層１１０に樹脂層１２０が接着された伸縮性基材１００が得られる。その後、支持台Ｋから伸縮性基材１００を取り外す。
図７および図８には、テキスタイル層１１０に樹脂層１２０を接着して得られた伸縮性基材１００が写真で示されており、伸縮性基材１００の樹脂層１２０の表面は、図７（ａ）の写真で示され、伸縮性基材１００の側面は図７（ｂ）の写真で示されている。図７（ｂ）の写真には、テキスタイル層１１０に浸み込んだ接着部１３０ａ（点線の四角の枠内）が繊維塊部１１０ａおよび樹脂層１２０とともに示されている。さらに、伸縮性基材１００のうちの図７（ｂ）に示す側面に直交する側面が、図８（ａ）の写真で示され、図８（ａ）に示す側面の詳細が図８（ｂ）の拡大写真で示されている。
次に、伸縮性基材１００の樹脂層１２０に回路パターン１０を形成する方法の一例を説明する。ここでは、回路パターン１０の形成には、導電性組成物の印刷、例えばスクリーン印刷を用いる。回路パターン１０の形成には、スクリーン印刷に限らず、フレキソ印刷、グラビアオフセット印刷でもよいし、さらには、印刷による形成に限らず、針先から導電性組成物を押し出すディスペンス方法でもよい。さらに、導電性組成物は特に限定されるものではないが、例えば、導電性組成物には、国際公開２０１７／０２６１３０などに開示されている材料を用いることができる。また、印刷の下地となる樹脂層１２０の成分（ウレタン）あるいはこれに近い成分を含むものが密着性などの観点から好ましい。
図９は、図７に示す伸縮性基材１００の樹脂層１２０に回路パターン１０を形成する方法の一例を作業工程順に説明するための図であり、図９（ａ）〜図９（ｃ）は、各作業工程を示す。図１０は、回路パターン１０の形成に用いるスクリーン印刷機Ｐを説明するための図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線断面図である。
まず、図９（ａ）に示すように、テキスタイル層１１０に樹脂層１２０を接着して得られた伸縮性基材１００をスクリーン印刷機Ｐに取り付ける。
このスクリーン印刷機Ｐは、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、伸縮性基材１００を載置する印刷台Ｍと、印刷台Ｍ上に配置され、スクリーン部材Ｐｓを支持するフレームＰｆと、スクリーン部材Ｐｓ上に保持される印刷ペーストＰｅをスクリーン開口Ｐｓ０から押し出すためのスクイーズＳｑとを有している。
次に、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、スクイーズＳｑでスクリーン部材Ｐｓを伸縮性基材１００の樹脂層１２０の表面に押し当てながらスクリーン部材Ｐｓ上でスクイーズＳｑを移動させると、スクイーズＳｑによりスクリーン開口Ｐｓ０から押し出された印刷ペーストＰｅが、スクリーン開口Ｐｓ０の形状と同じ形状で樹脂層１２０の表面に印刷される。
その後、印刷ペーストＰｅの溶剤が蒸発して印刷ペーストＰｅが乾燥すると、印刷ペーストＰｅに含まれている銀からなる回路パターン１０が樹脂層１２０の表面に形成される。
このような回路基板１は、ジーンズなどの衣類、ベッドなどの寝具、さらには車の座席などに取り付けて、生体信号の検出やヒータによる暖房及び圧力の検出などを行うのに利用することができる。
（実施例）
本実施例においては、本発明の回路基板１の伸縮性を従来の回路基板およびテキスタイル層のみの二つの比較例と対比して示している。
（実施例）
本実施例においては、本発明の回路基板１の伸縮性を従来の回路基板およびテキスタイル層のみの二つの比較例と対比して示している。
ここで、本発明の回路基板１は、テキスタイル層１１０と、接着部１３０ａと、樹脂層（ウレタン層）１２０と、回路パターン１０とを有し、テキスタイル層１１０と樹脂層１２０は、略千鳥状に配置された複数の接着部１３０ａで接着されている。回路基板１の厚みは約０．６５８ｍｍ、テキスタイル層の厚みは約０．６１８ｍｍ、樹脂層の厚みは約０．０２８ｍｍ、回路パターンの厚みは約０．０１２ｍｍである。また、千鳥状に配置された隣接する接着部間の距離は、一方向において平均約１．２５ｍｍの間隔、一方向と直交する方向において平均約１．２５ｍｍの間隔である。
（比較例１：テキスタイル層のみ）
比較例１は、テキスタイル層のみからなる構成である。テキスタイル層は、実施例で用いたものと同一のものを用いた。
比較例１は、テキスタイル層のみからなる構成である。テキスタイル層は、実施例で用いたものと同一のものを用いた。
（比較例２：従来の回路基板）
比較例２（従来の回路基板）は、テキスタイル層を覆うウレタン層全面にホットメルト接着を施した点を除いて、本発明の回路基板１と同様であった。
比較例２（従来の回路基板）は、テキスタイル層を覆うウレタン層全面にホットメルト接着を施した点を除いて、本発明の回路基板１と同様であった。
＜５０％モジュラスの評価＞
実施例及び比較例１、２を幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍに切断し、チャック間距離が３０ｍｍとなるように設置して、引張試験機により温度２３℃、湿度６０％ＲＨ、引張速度：３００ｍｍ／ｍｉｎで１５０％の長さまで伸長させた。このとき荷重と、単位面積当たりの荷重（５０％モジュラス：ＭＰａ）を求めた。
実施例及び比較例１、２を幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍに切断し、チャック間距離が３０ｍｍとなるように設置して、引張試験機により温度２３℃、湿度６０％ＲＨ、引張速度：３００ｍｍ／ｍｉｎで１５０％の長さまで伸長させた。このとき荷重と、単位面積当たりの荷重（５０％モジュラス：ＭＰａ）を求めた。
５０％モジュラスの値が小さいほど小さい力で伸ばすことが可能であり伸縮性が高いことを表している。結果を以下の表に示す。
このように、本実施形態１では、テキスタイル層１１０に樹脂層１２０を接着層１３０で接着した構造の伸縮性基材１００に回路パターン１０を形成した回路基板１において、テキスタイル層１１０と樹脂層１２０との接着部１３０ａを複数個所に分散させて配置したので、隣接する接着部１３０ａが分離されることとなり、接着部１３０ａが硬化しても、隣接する接着部１３０ａがテキスタイル層１１０の変形の範囲内で相対的に変位することが可能となる。その結果、接着部１３０ａの硬化による伸縮性の低下を抑制することができる伸縮性の回路基板１を得ることができる。
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
本発明は、回路基板の分野において、テキスタイル層と樹脂層とを接着する接着剤層の硬化による回路基板の伸縮性の低下を抑制し、十分な伸縮性（例えば、約１．０以下の５０％モジュラス）を有する回路基板を得ることができるものとして有用である。
１ 回路基板
１０、１０ａ〜１０ｈ 回路パターン
１１、１２ 電極パッド
１３ａ〜１３ｄ 配線
１００ 伸縮性基材
１１０ テキスタイル層
１１０ａ 繊維塊部
１２０ 樹脂層
１３０ 接着部
１３０ａ 溶着部
Ｍ 印刷台
Ｍａ マスク部材
Ｐ スクリーン印刷機
Ｐｆ フレーム
Ｐｅ 印刷ペースト
Ｐｓ スクリーン部材
Ｐｓ０ スクリーン開口
Ｓｑ スクイーズ
１０、１０ａ〜１０ｈ 回路パターン
１１、１２ 電極パッド
１３ａ〜１３ｄ 配線
１００ 伸縮性基材
１１０ テキスタイル層
１１０ａ 繊維塊部
１２０ 樹脂層
１３０ 接着部
１３０ａ 溶着部
Ｍ 印刷台
Ｍａ マスク部材
Ｐ スクリーン印刷機
Ｐｆ フレーム
Ｐｅ 印刷ペースト
Ｐｓ スクリーン部材
Ｐｓ０ スクリーン開口
Ｓｑ スクイーズ
Claims (10)
- （１）伸縮性基材であって、
テキスタイル層と、
前記テキスタイル層を覆う樹脂層と、
前記テキスタイル層と前記樹脂層とを接着する複数の接着部を含む接着層と
を備える伸縮性基材と、
（２）前記樹脂層の上に形成された回路パターンと
を含み、
前記複数の接着部は規則的かつ千鳥状に配置されている、回路基板。 - 前記千鳥状の配置は、一方向に約０．７ｍｍ〜約２．０ｍｍの間隔、前記一方向に直交する方向に約０．７ｍｍ〜約２．０ｍｍの間隔である、請求項１に記載の回路基板。
- 前記複数の接着部が略円形状である、請求項１または請求項２に記載の回路基板。
- 前記伸縮性基材の厚みは約０．２５ｍｍ〜約１．０ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路基板。
- 前記回路パターンの厚みは約０．００５ｍｍ〜約０．０２ｍｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板。
- 前記回路パターンは、銀を含む導電性組成物によって形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路基板。
- 前記導電性組成物は伸縮性材料をさらに含む、請求項６に記載の回路基板。
- 前記樹脂層は熱可塑性樹脂材料を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回路基板。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載の回路基板を含む製品。
- 前記製品は、衣服、シューズ、履物、手袋、玩具、車載シート、ヘルスケア機器及び車載ステアリングからなる群から選択される、請求項９に記載の製品。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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