JP6819656B2 - 回路基板、プログラム、及び、ボタン構造 - Google Patents
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Description
本発明は、回路基板、プログラム、及び、ボタン構造に関する。
従来、導電回路の作成現場では、例えば、特許文献１に記載されたフレキシブル配線基板を作成する場合に、作成者は、まず、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）装置で電子回路図（例えば、図１０Ａ参照）を作成する。次に、作成者は、基材を入手し、専用の機械で基材を加工してフレキシブル配線基板（例えば、図１０Ｂ参照）を作成する。図１０Ａは、ＣＡＤ装置で作成された電子回路図１００の一例を示す図であり、図１０Ｂは、フレキシブル配線基板３００の一例を示す図である。
また、例えば、特許文献２に記載されたユニバーサル基板（例えば、図１０Ｃ参照）を用いて回路を作成する場合に、作成者は、手作業で半田を接続する。図１０Ｃは、ユニバーサル基板４００の一例を示す図である。
導電回路の作成現場では、フレキシブル配線基板やユニバーサル基板と同程度の配線機能を有し、安価で作成時間が短く作成の容易な回路基板が提供されることが望まれていた。
例えば、前記した特許文献１に記載されたフレキシブル配線基板の作成は、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）装置で電子回路図を作成し、基材を入手し、専用の機械で基材を加工してフレキシブル配線基板を作成することによって行われる。そのため、フレキシブル配線基板の作成は、高度な知識を有する専門者にしかできず、しかも、作成時間を要するものであった。また、フレキシブル配線基板の作成は、材料費や設備費等のコストを要する。そのため、複数種類のフレキシブル配線基板を作成することがし難かった。また、一旦作成したフレキシブル配線基板の動作を検証結果が好ましくない場合に、作成者は、再度同様の作業を行うことによって、多大なコストと作成時間とを要していた。
また、例えば、前記した特許文献２に記載されたユニバーサル基板を用いて回路を作成する場合に、作成者は、手作業で半田を接続することによって行われる。そのため、ユニバーサル基板を用いた回路の作成は、作成者に負担を強いるとともに、作成時間を要するものであった。また、作成した回路の動作の検証結果が好ましくない場合に、作成者は、再度、回路を作成することによって、多大なコストと作成時間とを要していた。
本発明の課題は、フレキシブル配線基板やユニバーサル基板と同程度の配線機能を有し、安価で作成時間が短く作成の容易な回路基板を提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明の第１の観点に係る回路基板は、所定のシート材が部分的に膨張されて形成されている回路基板であって、前記シート材は、基材層と、前記基材層の上に形成された熱膨張性層と、を備え、前記熱膨張性層は、マイクロカプセルと、絶縁性を有するバインダーと、を含み、前記マイクロカプセルは、導電性成分を含有するシェルと、前記シェルに内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分と、を有し、前記シェルは、前記熱膨張性成分の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通し、前記熱膨張性層の非膨張領域は、回路の絶縁領域を形成し、前記熱膨張性層の膨張領域は、回路の導電領域を形成している、ことを特徴とする。
本発明によれば、フレキシブル配線基板やユニバーサル基板と同程度の配線機能を有し、安価で作成時間が短く作成の容易な回路基板を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）について詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
［実施形態］
本実施形態に係る回路基板３０（図８参照）は、後記するシート材４０（図１Ａ参照）を用いて作成される。そのシート材４０は、加熱されることで、後記する熱膨張性層４２（図１Ａ参照）が所望のパターンに部分的に膨張する。その膨張に伴って、回路基板３０（図８参照）が作成される。
本実施形態に係る回路基板３０（図８参照）は、後記するシート材４０（図１Ａ参照）を用いて作成される。そのシート材４０は、加熱されることで、後記する熱膨張性層４２（図１Ａ参照）が所望のパターンに部分的に膨張する。その膨張に伴って、回路基板３０（図８参照）が作成される。
＜回路基板の作成に用いるシート材の構成＞
以下、図１Ａ乃至図１Ｃを参照して、回路基板３０（図８参照）の作成に用いるシート材４０の構成について説明する。図１Ａは、シート材４０の構造を示す図である。図１Ｂは、シート材４０の熱膨張性層４２（図１Ａ参照）に用いる熱膨張性材料の構造を示す図である。図１Ｂは、図１Ａの熱膨張性層４２の領域Ａｒを拡大して示している。図１Ｃは、熱膨張性層４２に用いられたマイクロカプセル５１の概略構成図である。
以下、図１Ａ乃至図１Ｃを参照して、回路基板３０（図８参照）の作成に用いるシート材４０の構成について説明する。図１Ａは、シート材４０の構造を示す図である。図１Ｂは、シート材４０の熱膨張性層４２（図１Ａ参照）に用いる熱膨張性材料の構造を示す図である。図１Ｂは、図１Ａの熱膨張性層４２の領域Ａｒを拡大して示している。図１Ｃは、熱膨張性層４２に用いられたマイクロカプセル５１の概略構成図である。
図１Ａに示すように、シート材４０は、基材層４１（基材）の上に、熱膨張性層４２と、マイクロフィルム４４と、を備えている。
基材層４１（基材）は、紙や、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）等の樹脂で構成されている。基材層４１は、好ましくは、耐熱性を有するとよい。また、基材層４１は、好ましくは、適度な可撓性を有するとよい。
熱膨張性層４２は、加熱されることで膨張する層である。
マイクロフィルム４４は、光熱変換用インク４５（図３Ａ参照）が印刷（塗布）される層である。
熱膨張性層４２は、加熱されることで膨張する層である。
マイクロフィルム４４は、光熱変換用インク４５（図３Ａ参照）が印刷（塗布）される層である。
図１Ｂに示すように、熱膨張性層４２には、熱膨張性材料である熱膨張性インク５０が用いられている。熱膨張性層４２は、例えば、基材層４１の上に、熱膨張性材料である液状の熱膨張性インク５０を塗布して乾燥させることで形成される。
熱膨張性インク５０（熱膨張性材料）は、絶縁性を有するバインダー５６に導電性を有するマイクロカプセル５１が混入された構成になっている。熱膨張性層４２は、マイクロフィルム４４に光熱変換用インク４５（図３Ａ参照）が印刷（塗布）されることで、光がシート材４０に照射されたときに、その印刷領域が膨張する。
バインダー５６は、樹脂材のエマルジョンで構成されている。エマルジョンは、分散媒も分散質もともに液状になっている物質である。
マイクロカプセル５１は、シェル５２と、シェル５２に内包された熱膨張性成分としてのコア５３と、を有している。図１Ｂでは、手前側のシェル５２の約４分の１がカットされ、内包されたコア５３が示されている。シェル５２は、例えば、熱可塑性樹脂であるアクリルニトリルコポリマーで構成されている。シェル５２は、導電性成分としての金属フィラー５７を含有しており、導電性を有している。シェル５２に内包されたコア５３は、炭化水素５４によって構成されており、絶縁性を有している。炭化水素５４は、加熱されることで膨張する熱膨張性を有している。
なお、前記した「熱可塑性」とは、押圧されながら加熱されることで塑性変形する特性を意味している。また、前記した「熱膨張性」とは、加熱されることで膨張する特性を意味している。
炭化水素５４は、好ましくは、液状で、比較的沸点が低いもの（液状低沸点炭化水素）がよい。炭化水素５４の成分としては、例えば、炭素の個数が少ないものから順に、以下のものがある。
メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ペンタン（Ｃ５Ｈ１２）、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１４）、ヘプタン（Ｃ７Ｈ１６）、オクタン（Ｃ８Ｈ１８）、ノナン（Ｃ９Ｈ２０）、デカン（Ｃ１０Ｈ２２）。
炭化水素５４の沸点は、炭素の個数が多いものほど高くなる。一例として、前記した各成分の沸点は以下の通りである。
メタンは−１６２℃、エタンは−８９℃、プロパンは−４２℃、ブタンは−１℃、ペンタンは３６．１℃、ヘキサンは６８℃、ヘプタンは９８．４２℃、オクタンは１２５℃、ノナンは１５１℃、デカンは１７４．１℃である。
本実施形態では、炭化水素５４は、所望の温度（膨張温度）で膨張するように、これらの成分を単体で用いたり、又は、２種類以上の成分を用いてそれらを混合させたりして構成されている。
図１Ｃに示すように、マイクロカプセル５１のコア５３は、加熱されることで膨張する。図１Ｃでは、シェル５２の断面構造を説明するために、マイクロカプセル５１の右上がカットされている（図２Ａ乃至図２Ｃも同様）。マイクロカプセル５１のシェル５２は、コア５３（熱膨張性成分）の膨張に伴って延びるように変形する。シェル５２は、導電性を有するため、コア５３（熱膨張性成分）の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導電領域を形成する。
マイクロカプセル５１は、導電性成分としての金属フィラー５７がシェル５２に含有された構造になっている（図２Ａ乃至図２Ｃ参照）。図２Ａ乃至図２Ｃは、それぞれ、マイクロカプセル５１の構成図である。マイクロカプセル５１は、図２Ａ乃至図２Ｃのいずれかに該当する構成になっている。
図２Ａに示す例では、マイクロカプセル５１のシェル５２は、金属フィラー５７が混入された樹脂材で構成されている。
図２Ｂに示す例では、マイクロカプセル５１のシェル５２は、金属フィラー５７が混入された樹脂材で構成された外側層５２ａと、金属フィラー５７が混入されていない樹脂材で構成された内側層５２ｂと、を有する構造になっている。
図２Ｃに示す例では、マイクロカプセル５１のシェル５２は、表面に金属フィラー５７がコーティングされた樹脂材で構成されている。
図２Ｂに示す例では、マイクロカプセル５１のシェル５２は、金属フィラー５７が混入された樹脂材で構成された外側層５２ａと、金属フィラー５７が混入されていない樹脂材で構成された内側層５２ｂと、を有する構造になっている。
図２Ｃに示す例では、マイクロカプセル５１のシェル５２は、表面に金属フィラー５７がコーティングされた樹脂材で構成されている。
＜回路基板の形成工程＞
以下、図３Ａ乃至図３Ｄを参照して、回路基板３０の形成工程について説明する。図３Ａ乃至図３Ｄは、それぞれ、シート材４０の断面形状の変化によって、回路基板３０の形成工程を示す図である。
以下、図３Ａ乃至図３Ｄを参照して、回路基板３０の形成工程について説明する。図３Ａ乃至図３Ｄは、それぞれ、シート材４０の断面形状の変化によって、回路基板３０の形成工程を示す図である。
図３Ａに示すように、シート材４０の全領域は、絶縁領域となっている。作成者は、シート材４０をインクジェット方式の図示せぬプリンタにセットする。そして、作成者は、図示せぬプリンタで、マイクロフィルム４４の熱膨張性層４２を膨張させたい領域に光熱変換用インク４５を印刷（塗布）する。本実施形態では、「熱膨張性層４２を膨張させたい領域」とは、回路基板３０（図８参照）における配線や接続端子等の導電領域である。光熱変換用インク４５は、カーボンブラックを含む黒色インクである。光熱変換用インク４５は、光を吸収して吸収した光を熱に変換する。
次に、図３Ｂに示すように、作成者は、光熱変換用インク４５が印刷されたシート材４０を加熱装置１０３（熱源）の近傍に配置して、加熱装置１０３から光を照射させる。加熱装置１０３（熱源）は、例えば、ハロゲンヒータによって構成される。シート材４０は、加熱装置１０３から光が照射されると、光熱変換用インク４５で光を熱に変換する。すると、光熱変換用インク４５が印刷された領域の下方で、熱膨張性層４２が熱に反応して部分的に膨張する。これにより、シート材４０に膨張領域が形成される。
このとき、シート材４０の膨張領域は導電領域となり、シート材４０の非膨張領域が絶縁領域となる。このように層構造が変化する原理については、図４Ａ乃至図４Ｃを参照して後記する。
次に、図３Ｃに示すように、作成者は、熱膨張性層４２からマイクロフィルム４４を引き剥がして除去する。これにより、図３Ｄに示すように、作成者は、熱膨張性層４２を露出させる。
作成者は、このようなシート材４０を用いることによって、任意のパターンの導電回路が形成された回路基板３０を作成することができる。
＜層構造が変化する原理＞
ところで、シート材４０の熱膨張性層４２は、膨張前と膨張途中と膨張後とで図４Ａ乃至図４Ｃに示すように層構造が変化する。図４Ａは、熱膨張性層４２を膨張させたい領域における膨張前の状態を示す図である。図４Ｂは、熱膨張性層４２を膨張させたい領域における膨張途中の状態を示す図である。図４Ａは、熱膨張性層４２を膨張させたい領域における膨張後の状態を示す図である。
ところで、シート材４０の熱膨張性層４２は、膨張前と膨張途中と膨張後とで図４Ａ乃至図４Ｃに示すように層構造が変化する。図４Ａは、熱膨張性層４２を膨張させたい領域における膨張前の状態を示す図である。図４Ｂは、熱膨張性層４２を膨張させたい領域における膨張途中の状態を示す図である。図４Ａは、熱膨張性層４２を膨張させたい領域における膨張後の状態を示す図である。
図４Ａに示すように、熱膨張性層４２の膨張前において、熱膨張性層４２を膨張させたい領域では、熱膨張性層４２に混入されたマイクロカプセル５１の全部が膨張しない状態になっている。そのため、大半のマイクロカプセル５１のシェル５２が他のカプセルと接触しない状態になっている。この状態において、十分な量の絶縁性のバインダー５６が、大半のマイクロカプセル５１の周囲に存在している。そのため、熱膨張性層４２を膨張させたい領域は、絶縁領域となっている。
図４Ｂに示すように、熱膨張性層４２の膨張途中において、熱膨張性層４２を膨張させたい領域では、熱膨張性層４２に混入されたマイクロカプセル５１のごく一部が膨張している。そのため、一部のマイクロカプセル５１のシェル５２が他のカプセルと接触しているものの、大半のマイクロカプセル５１のシェル５２が他のカプセルと接触しない状態になっている。この状態において、まだ十分な量の絶縁性のバインダー５６が、大半のマイクロカプセル５１の周囲には存在している。そのため、熱膨張性層４２を膨張させたい領域は、まだ絶縁領域となっている。
図４Ｃに示すように、熱膨張性層４２の膨張後において、熱膨張性層４２の膨張領域では、熱膨張性層４２に混入されたマイクロカプセル５１の一部（又は、全部）が膨張している。そのため、大半のマイクロカプセル５１のシェル５２が他のカプセルと接触した状態になっている。この状態において、少量の絶縁性のバインダー５６しか、各マイクロカプセル５１の周囲に存在していない。そして、導電性のシェル５２が、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通している。そのため、熱膨張性層４２の膨張領域は、導電領域となっている。なお、熱膨張性層４２の膨張領域は、好ましくは、弾性を有しているとよい。
＜変換図の作成＞
回路基板３０（図８参照）の作成者は、例えば、予め設計された電子回路図１０（図５Ｂ参照）の電子回路図データＤ１０（図５Ｂ参照）を用意する。作成者は、運用に応じて、様々なパターンの電子回路図１０（図５Ｂ参照）を設計することができる。そして、作成者は、回路基板３０（図８参照）の作成に際して、例えば、図５Ａに示すコンピュータ１０１を変換図作成装置として機能させることで電子回路図１０（図５Ｂ参照）に対応する変換図２０（図６Ａ乃至図６Ｅ参照）を作成させる。変換図２０は、光熱変換用インク４５で形成される画像を示す図である。図５Ａは、変換図作成装置の一例を示す図である。
回路基板３０（図８参照）の作成者は、例えば、予め設計された電子回路図１０（図５Ｂ参照）の電子回路図データＤ１０（図５Ｂ参照）を用意する。作成者は、運用に応じて、様々なパターンの電子回路図１０（図５Ｂ参照）を設計することができる。そして、作成者は、回路基板３０（図８参照）の作成に際して、例えば、図５Ａに示すコンピュータ１０１を変換図作成装置として機能させることで電子回路図１０（図５Ｂ参照）に対応する変換図２０（図６Ａ乃至図６Ｅ参照）を作成させる。変換図２０は、光熱変換用インク４５で形成される画像を示す図である。図５Ａは、変換図作成装置の一例を示す図である。
変換図作成装置としてのコンピュータ１０１は、ＣＰＵ１０１ａと、記憶部１０１ｂと、表示部１０１ｃと、入力部１０１ｄと、を備えている。記憶部１０１ｂには、電子回路図１０から変換図２０を作成するための制御プログラムＰｒが予めインストールされている。コンピュータ１０１は、制御プログラムＰｒに従って、電子回路図１０から変換図２０を作成する。
その際に、例えば、図５Ｂに示すように、作成者は、表示部１０１ｃに表示された入力画面ＩＭで電子回路図１０の抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３を指定して抵抗値を設定することで、抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３の抵抗値に応じたパターンの抵抗回路を形成することができる。図５Ｂは、入力画面ＩＭの一例を示す図である。図５Ｂに示す例では、電子回路図データＤ１０の電子回路図１０は、３つの接続端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃのそれぞれの間に抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３が配置された回路１１を示している。
なお、抵抗は、光熱変換用インク４５（図３Ａ参照）で形成された抵抗配線１２の画像の線幅（太さ）や、厚さ（濃度）、長さを調整することで所望の値に設定することができる。また、作成者は、任意の部品を別の部品に取り替えたり、削除したり、新たな部品を配置したりすることができる。
以下、図６Ａ乃至図６Ｅを参照して、変換図２０の変換例について説明する。図６Ａ乃至図６Ｅは、それぞれ、変換図２０の変換例を示す説明図である。図６Ａ乃至図６Ｄは、それぞれ、光熱変換用インク４５（図３Ａ参照）で形成される抵抗配線１２の形状を示している。また、図６Ｅは、光熱変換用インク４５（図３Ａ参照）で形成される抵抗配線１２の形状と、抵抗配線１２の上に絶縁性のカラーインク２８（絶縁性インク）で形成される保護膜２９の形状を示している。
例えば、作業者が、入力画面ＩＭ（図５Ｂ参照）で電子回路図１０の抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３の抵抗値を１０Ωに設定したとする。すると、図６Ａに示すように、コンピュータ１０１は、電子回路図データＤ１０（図５Ｂ参照）に基づいて、その構成に該当する変換図２０ａの変換図データＤ２０ａを自動的に作成する。図６Ａに示す例では、変換図データＤ２０ａの変換図２０ａは、抵抗値が１０Ωの抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３に対応するように、抵抗配線１２が比較的太い線幅（太さ）で形成された構成になっている。
また、例えば、作業者が、入力画面ＩＭ（図５Ｂ参照）で電子回路図１０の抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３の抵抗値を１００Ωに設定したとする。すると、図６Ｂに示すように、コンピュータ１０１は、電子回路図データＤ１０（図５Ｂ参照）に基づいて、その構成に該当する変換図２０ｂの変換図データＤ２０ｂを自動的に作成する。図６Ｂに示す例では、変換図データＤ２０ｂの変換図２０ｂは、抵抗値が１００Ωの抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３に対応するように、抵抗配線１２が変換図データＤ２０ａ（図６Ａ参照）よりも細い線幅（太さ）で形成された構成になっている。
また、例えば、作業者が、入力画面ＩＭ（図５Ｂ参照）で電子回路図１０の抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３の抵抗値を１０００Ωに設定したとする。すると、図６Ｃに示すように、コンピュータ１０１は、電子回路図データＤ１０（図５Ｂ参照）に基づいて、その構成に該当する変換図２０ｃの変換図データＤ２０ｃを自動的に作成する。図６Ｃに示す例では、変換図データＤ２０ｃの変換図２０ｃは、抵抗値が１０００Ωの抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３に対応するように、抵抗配線１２が変換図データＤ２０ｂ（図６Ｂ参照）よりもさらに細い線幅（太さ）でかつ薄い厚さ（低い濃度）で形成された構成になっている。なお、光熱変換用インク４５（図３Ａ参照）で形成される抵抗配線１２の画像の厚さが薄くなる（濃度が低くなる）と、熱膨張性層４２の膨張高さがその分だけ低くなる。
また、例えば、作業者が、入力画面ＩＭ（図５Ｂ参照）で電子回路図１０の抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３の抵抗値を１００００Ωに設定したとする。すると、図６Ｄに示すように、コンピュータ１０１は、電子回路図データＤ１０（図５Ｂ参照）に基づいて、その構成に該当する変換図２０ｄの変換図データＤ２０ｄを自動的に作成する。図６Ｄに示す例では、変換図データＤ２０ｄの変換図２０ｄは、抵抗値が１００００Ωの抵抗Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３に対応するように、抵抗配線１２が変換図データＤ２０ｂ（図６Ｂ参照）よりも長く形成された構成になっている。変換図データＤ２０ｄは、抵抗配線１２の配線長さを延ばして、抵抗配線１２の抵抗値を高い値に設定している。
ところで、図６Ａ乃至図６Ｄに示す例では、回路１１は、導体である抵抗配線１２が剥き出しの構成になっている。そのため、回路１１は、好ましくは、金属等を抵抗配線１２に載せたときに、抵抗配線１２がショートしないようにするとよい。そこで、例えば、図６Ｅに示すように、回路１１は、好ましくは、抵抗配線１２の上に絶縁性のカラーインク２８（絶縁性インク）で保護膜２９が形成されているとよい。例えば、作業者が、入力画面ＩＭ（図５Ｂ参照）で電子回路図１０の所望領域を保護膜２９の形成領域として指定したとする。すると、図６Ｅに示すように、コンピュータ１０１は、電子回路図データＤ１０（図５Ｂ参照）に基づいて、保護膜２９を形成する領域を自動的に決定した変換図２０ｅを作成し、その変換図２０ｅを示す変換図データＤ２０ｅを作成する。保護膜２９は、例えば、図示せぬプリンタによってカラーインク２８を重ねて印刷することで形成される。保護膜２９は、金属等を載せたときに抵抗配線１２がショートしないように、絶縁層として機能する。図６Ｅに示す例では、変換図２０ｅは、抵抗配線１２の全領域の上に保護膜２９が形成された構成になっている。しかしながら、コンピュータ１０１は、抵抗配線１２の一部分にだけ保護膜２９が形成された変換図２０ｅを作成することもできる。
＜回路基板の作成＞
以下、図７Ａ乃至図７Ｃを参照して、回路基板３０の作成について説明する。図７Ａ乃至図７Ｃは、それぞれ、回路基板３０の作成例を示す説明図である。
以下、図７Ａ乃至図７Ｃを参照して、回路基板３０の作成について説明する。図７Ａ乃至図７Ｃは、それぞれ、回路基板３０の作成例を示す説明図である。
図７Ａに示す例では、シート材４０の表面に、３つの接続端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されている。
作成者は、シート材４０を図示せぬプリンタにセットする。そして、図７Ｂに示すように、作成者は、図示せぬプリンタで、熱膨張性層４２（図３Ａ参照）を膨張させたい領域に光熱変換用インク４５を印刷（塗布）する。
次に、作成者は、シート材４０を加熱装置１０３（図３Ｂ参照）にセットし、加熱装置１０３（図３Ｂ参照）から光をシート材４０に照射させる。このとき、シート材４０の光熱変換用インク４５が光を熱に変換する。これにより、光熱変換用インク４５の印刷部分（図７Ｂ参照）が発熱する。その結果、図７Ｃに示すように、シート材４０の熱膨張性層４２（図３Ｂ参照）が部分的に膨張して、シート材４０に立体的な抵抗配線１２が形成される。この後、作成者は、熱膨張性層４２からマイクロフィルム４４を引き剥がして（図３Ｃ参照）、熱膨張性層４２を露出させる（図３Ｄ参照）。これにより、回路基板３０が作成される。
このような回路基板３０は、例えば抵抗配線１２や図示せぬ接続端子等の所望領域を膨張させて導電領域を形成することで、動作回路を構成することができる。回路基板３０は、例えば、フレキシブル配線基板やユニバーサル基板と同程度の配線機能を有している。
作成者は、回路１１が作成されたシート材４０を回路基板３０として用いることができる。また、作成者は、シート材４０から任意の部分を切り離すことで、様々な形状の回路基板３０を作成することもできる。例えば、図８に示す例では、回路１１がシート材４０に形成されている。図８は、本実施形態で作成される回路基板３０の一例を示す図である。作成者は、図８に示すシート材４０から回路１１の形成部分を切り離すことで、回路基板３０を作成することができる。
＜シート材と回路基板の主な特徴＞
本実施形態に係るシート材４０は、基材層４１と、基材層４１の上に形成された熱膨張性層４２と、を備えている。熱膨張性層４２は、マイクロカプセル５１と、絶縁性を有するバインダー５６と、を含んでいる。マイクロカプセル５１は、導電性成分（金属フィラー５７）を含有するシェル５２と、シェル５２に内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分（コア５３）と、を有している。シェル５２は、熱膨張性成分（コア５３）の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通する。
本実施形態に係るシート材４０は、基材層４１と、基材層４１の上に形成された熱膨張性層４２と、を備えている。熱膨張性層４２は、マイクロカプセル５１と、絶縁性を有するバインダー５６と、を含んでいる。マイクロカプセル５１は、導電性成分（金属フィラー５７）を含有するシェル５２と、シェル５２に内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分（コア５３）と、を有している。シェル５２は、熱膨張性成分（コア５３）の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通する。
本実施形態に係る回路基板３０は、このようなシート材４０を部分的に膨張させることで形成される。本実施形態に係る回路基板３０において、熱膨張性層４２の非膨張領域は、回路１１の絶縁領域を形成している。また、熱膨張性層４２の膨張領域は、回路１１の導電領域を形成している。このような回路基板３０は、フレキシブル配線基板やユニバーサル基板と同程度の配線機能を有している。
また、回路基板３０は、変換図２０に対応する所望パターンをシート材４０の上に光熱変換用インク４５で印刷して、シート材４０を部分的に膨張させるだけで作成することができる。このような回路基板３０は、低額な材料で作成することができるため、安価に作成することができる。また、回路基板３０は、短時間で容易に作成することができる。
また、回路基板３０は、設備として、専用の機械を用いなくても、汎用品（例えば、コンピュータ１０１（図５Ａ参照）やプリンタ（図示せず）、加熱装置１０３（図３Ｂ参照）等）を用いるだけで、作成することができる。そのため、回路基板３０は、作成コストを抑制することができる。
また、回路基板３０は、半田付け等の作業を要することなく作成することができる。そのため、回路基板３０は、作成に際して、作成者の負担を軽減することができる。また、回路基板３０は、短時間で大量に作成することができる。
また、作成者は、回路基板３０が安価なものであるため、例えば複数種類の回路基板３０を少量ずつ作成することができる。そのため、作成者は、例えば開発中の製品に用いる回路の試作品として、複数種類の回路基板３０を作成し、作成された各回路基板３０を用いて様々なテストを行うこともできる。
また、回路基板３０は、熱膨張性層４２の膨張領域の膨張高さに応じて抵抗値が変わる。つまり、回路基板３０は、抵抗値が変わっていることが膨張領域の膨張高さで分かる構造になっている。このような回路基板３０は、例えば、作成者が膨張領域を手で触った触感で抵抗値の変化を認識することが可能な構造になっている。つまり、回路基板３０は、視覚以外に、手で触った触感で、抵抗値の変化を認識することが可能な構造になっている。
また、回路基板３０は、回路１１を一旦作成した後に、光熱変換用インク４５を印刷して再度部分的に膨張させることで、元の回路１１から別の回路に変更したり、元の回路１１の構成が分からなくなるように変更したり（つまり、元の回路１１を新たな膨張領域に埋没させて消去したり）することができる。そのため、回路基板３０は、例えば、工場出荷前に、作成された回路１１で様々なテストを行い、工場出荷時に、元の回路１１から別の回路に変更したり、元の回路１１の構成が分からなくなるように変更したりすることができる。このような回路基板３０は、回路１１の秘匿性を向上させることができる。
また、回路基板３０は、主に、紙や、ＰＥＴ等の樹脂で構成されているので、安全性が高い。そのため、回路基板３０は、子供向けの科学教材や、理科の教材、工作用品等に利用することができる。
以上の通り、本実施形態に係るシート材４０によれば、フレキシブル配線基板やユニバーサル基板と同程度の配線機能を有し、安価で作成時間が短く作成の容易な回路基板３０を提供することができる。
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や変形を行うことができる。
例えば、前記した実施形態は、本発明の要旨を分かり易く説明するために詳細に説明したものである。そのため、本発明は、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、本発明は、ある構成要素に他の構成要素を追加したり、一部の構成要素を他の構成要素に変更したりすることができる。また、本発明は、一部の構成要素を削除することもできる。
例えば、図１Ａに示すシート材４０を用いることで、図９Ａに示すボタン構造８０を作成することができる。図９Ａは、シート材４０から作成されたボタン構造８０の説明図である。
図９Ａに示すように、ボタン構造８０は、絶縁領域４８ａ，４８ｂと、絶縁領域４８ａ，４８ｂで囲まれた導電領域４９と、を有している。導電領域４９は、図１Ｂに示すように、導電性を有するシェル５２に内包された熱膨張性成分（コア５３）を有するマイクロカプセル５１を膨張させた熱膨張性層４２で形成されている。導電領域４９は、白抜き矢印のように押圧されることで抵抗値が変化する可変抵抗として機能する。このようなボタン構造８０は、例えば、導電領域４９に端子を設けて電圧をかけることで、電圧（又は電流）の変化で、押圧されたか否かを検出することができる。
また、例えば、シート材４０を変形したシート材４０Ａを用いることで、図９Ｂに示すボタン構造８０Ａを作成することができる。図９Ｂは、シート材４０を変形したシート材４０Ａから作成されたボタン構造８０Ａの説明図である。
図９Ｂに示すように、シート材４０Ａは、基材層４１の上に、第１導電層４９ａと熱膨張性層４２と第２導電層４９ｂとが積層された構造になっている。ボタン構造８０Ａは、そのシート材４０Ａを用いて形成されている。ボタン構造８０Ａでは、熱膨張性層４２が部分的に膨張されている。しかしながら、熱膨張性層４２の膨張領域は、絶縁性を保つ程度の高さの状態になっている。つまり、熱膨張性層４２の膨張領域は、例えば、図４Ｂに示すような膨張途中の状態になっている。そのため、熱膨張性層４２の膨張領域は、無押圧状態において絶縁領域となっており、また、熱膨張性層４２は、絶縁層４８となっている。
このようなボタン構造８０Ａは、積層された第１導電層４９ａと絶縁層４８と第２導電層４９ｂとを有している。そして、絶縁層４８は、導電性を有するシェル５２に内包された熱膨張性成分（コア５３）を有するマイクロカプセル５１を膨張させた熱膨張性層４２で形成されている。熱膨張性層４２は、白抜き矢印のように押圧されることで、例えば図４Ｃに示すように、マイクロカプセル５１の導電性のシェル５２が、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通する状態になる。つまり、ボタン構造８０Ａの絶縁層４８は、白抜き矢印のように押圧されることで、抵抗値が変化する可変抵抗として機能する。このようなボタン構造８０Ａは、例えば、第１導電層４９ａと第２導電層４９ｂとに端子を設けて電圧をかけることで、電圧（又は電流）の変化で、押圧されたか否かを検出することができる。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
［付記］
《請求項１》
基材層と、
前記基材層の上に形成された熱膨張性層と、を備え、
前記熱膨張性層は、マイクロカプセルと、絶縁性を有するバインダーと、を含み、
前記マイクロカプセルは、導電性成分を含有するシェルと、前記シェルに内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分と、を有し、
前記シェルは、前記熱膨張性成分の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通する、
ことを特徴とするシート材。
《請求項２》
請求項１に記載のシート材を部分的に膨張させることによって形成され、
前記熱膨張性層の非膨張領域は、回路の絶縁領域を形成し、
前記熱膨張性層の膨張領域は、回路の導電領域を形成している、
ことを特徴とする回路基板。
《請求項３》
前記熱膨張性層の膨張領域は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた太さに設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
《請求項４》
前記熱膨張性層の膨張領域は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた長さに設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
《請求項５》
前記熱膨張性層の膨張領域の上に塗布される光熱変換用インクの濃度は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた濃度に設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
《請求項６》
前記熱膨張性層の膨張領域の一部又は全ての上に、絶縁性を有する絶縁性インクで保護膜が形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
《請求項７》
コンピュータに、
電子回路図データに基づいて、前記電子回路図データに含まれる配線の一部又は全てが回路基板を構成するシート材に含まれている熱膨張性層を膨張させる光熱変換用インクで画像を形成させるためのプログラム。
《請求項８》
コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれた画像の線の太さを決定させる、
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
《請求項９》
コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれた画像の線の長さを決定させる、
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
《請求項１０》
コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれた画像の線の濃度を決定させる、
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
《請求項１１》
コンピュータに、
前記電子回路図データに基づいて、絶縁性を有する絶縁性インクで形成される保護膜の領域を決定させる、
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
《請求項１２》
導電性成分を含有するシェルと、
前記シェルに内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分と、を有し、
前記シェルは、前記熱膨張性成分の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通可能な状態になる、
ことを特徴とするマイクロカプセル。
《請求項１３》
前記シェルは、前記導電性成分が混入された樹脂材で構成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロカプセル。
《請求項１４》
前記シェルは、前記導電性成分が混入された樹脂材で構成された外側層と、前記導電性成分が混入されていない樹脂材で構成された内側層と、を有する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のマイクロカプセル。
《請求項１５》
前記シェルは、表面に前記導電性成分がコーティングされた樹脂材で構成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロカプセル。
《請求項１６》
マイクロカプセルと、絶縁性を有するバインダーと、を含み、
前記マイクロカプセルは、導電性成分を含有するシェルと、前記シェルに内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分と、を有し、
前記シェルは、前記熱膨張性成分の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通可能な状態になる、
ことを特徴とする熱膨張性材料。
《請求項１７》
絶縁領域と、前記絶縁領域で囲まれた導電領域と、を有し、
前記導電領域は、導電性を有するシェルに内包された熱膨張性成分を有するマイクロカプセルを膨張させた熱膨張性層で形成されており、押圧されることで抵抗値が変化する、
ことを特徴とするボタン構造。
《請求項１８》
積層された第１導電層と絶縁層と第２導電層とを有し、
前記絶縁層は、導電性を有するシェルに内包された熱膨張性成分を有するマイクロカプセルを膨張させた熱膨張性層で形成されており、押圧されることで抵抗値が変化する、
ことを特徴とするボタン構造。
［付記］
《請求項１》
基材層と、
前記基材層の上に形成された熱膨張性層と、を備え、
前記熱膨張性層は、マイクロカプセルと、絶縁性を有するバインダーと、を含み、
前記マイクロカプセルは、導電性成分を含有するシェルと、前記シェルに内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分と、を有し、
前記シェルは、前記熱膨張性成分の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通する、
ことを特徴とするシート材。
《請求項２》
請求項１に記載のシート材を部分的に膨張させることによって形成され、
前記熱膨張性層の非膨張領域は、回路の絶縁領域を形成し、
前記熱膨張性層の膨張領域は、回路の導電領域を形成している、
ことを特徴とする回路基板。
《請求項３》
前記熱膨張性層の膨張領域は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた太さに設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
《請求項４》
前記熱膨張性層の膨張領域は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた長さに設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
《請求項５》
前記熱膨張性層の膨張領域の上に塗布される光熱変換用インクの濃度は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた濃度に設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
《請求項６》
前記熱膨張性層の膨張領域の一部又は全ての上に、絶縁性を有する絶縁性インクで保護膜が形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
《請求項７》
コンピュータに、
電子回路図データに基づいて、前記電子回路図データに含まれる配線の一部又は全てが回路基板を構成するシート材に含まれている熱膨張性層を膨張させる光熱変換用インクで画像を形成させるためのプログラム。
《請求項８》
コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれた画像の線の太さを決定させる、
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
《請求項９》
コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれた画像の線の長さを決定させる、
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
《請求項１０》
コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれた画像の線の濃度を決定させる、
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
《請求項１１》
コンピュータに、
前記電子回路図データに基づいて、絶縁性を有する絶縁性インクで形成される保護膜の領域を決定させる、
ことを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
《請求項１２》
導電性成分を含有するシェルと、
前記シェルに内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分と、を有し、
前記シェルは、前記熱膨張性成分の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通可能な状態になる、
ことを特徴とするマイクロカプセル。
《請求項１３》
前記シェルは、前記導電性成分が混入された樹脂材で構成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロカプセル。
《請求項１４》
前記シェルは、前記導電性成分が混入された樹脂材で構成された外側層と、前記導電性成分が混入されていない樹脂材で構成された内側層と、を有する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のマイクロカプセル。
《請求項１５》
前記シェルは、表面に前記導電性成分がコーティングされた樹脂材で構成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロカプセル。
《請求項１６》
マイクロカプセルと、絶縁性を有するバインダーと、を含み、
前記マイクロカプセルは、導電性成分を含有するシェルと、前記シェルに内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分と、を有し、
前記シェルは、前記熱膨張性成分の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通可能な状態になる、
ことを特徴とする熱膨張性材料。
《請求項１７》
絶縁領域と、前記絶縁領域で囲まれた導電領域と、を有し、
前記導電領域は、導電性を有するシェルに内包された熱膨張性成分を有するマイクロカプセルを膨張させた熱膨張性層で形成されており、押圧されることで抵抗値が変化する、
ことを特徴とするボタン構造。
《請求項１８》
積層された第１導電層と絶縁層と第２導電層とを有し、
前記絶縁層は、導電性を有するシェルに内包された熱膨張性成分を有するマイクロカプセルを膨張させた熱膨張性層で形成されており、押圧されることで抵抗値が変化する、
ことを特徴とするボタン構造。
Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂ，Ｄ１０ｃ 電子回路図データ
Ｄ２０，Ｄ２０ａ，Ｄ２０ｂ，Ｄ２０ｃ，Ｄ２０ｄ 変換図データ
１０ 電子回路図
１１ 回路
１２ 抵抗配線
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 接続端子
２０ 変換図
２８ カラーインク（絶縁性インク）
２９ 保護膜
３０ 回路基板
４０ シート材
４１ 基材層（基材）
４２ 熱膨張性層
４４ マイクロフィルム
４５ 光熱変換用インク（カーボンブラックを含む黒色インク）
５０ 熱膨張性インク（熱膨張性材料）
５１ マイクロカプセル（熱膨張性成分）
５２ シェル
５２ａ 外側層
５２ｂ 内側層
５３ コア（熱膨張性成分）
５４ 炭化水素（液状低沸点炭化水素）
５６ バインダー
５７ 金属フィラー（導電性成分）
Ｄ２０，Ｄ２０ａ，Ｄ２０ｂ，Ｄ２０ｃ，Ｄ２０ｄ 変換図データ
１０ 電子回路図
１１ 回路
１２ 抵抗配線
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 接続端子
２０ 変換図
２８ カラーインク（絶縁性インク）
２９ 保護膜
３０ 回路基板
４０ シート材
４１ 基材層（基材）
４２ 熱膨張性層
４４ マイクロフィルム
４５ 光熱変換用インク（カーボンブラックを含む黒色インク）
５０ 熱膨張性インク（熱膨張性材料）
５１ マイクロカプセル（熱膨張性成分）
５２ シェル
５２ａ 外側層
５２ｂ 内側層
５３ コア（熱膨張性成分）
５４ 炭化水素（液状低沸点炭化水素）
５６ バインダー
５７ 金属フィラー（導電性成分）
Claims (11)
- 所定のシート材が部分的に膨張されて形成されている回路基板であって、
前記シート材は、基材層と、前記基材層の上に形成された熱膨張性層と、を備え、
前記熱膨張性層は、マイクロカプセルと、絶縁性を有するバインダーと、を含み、
前記マイクロカプセルは、導電性成分を含有するシェルと、前記シェルに内包され、かつ、加熱されることで膨張する熱膨張性成分と、を有し、
前記シェルは、前記熱膨張性成分の膨張に伴って変形することで、他のカプセルと接触して、他のカプセルとの間で導通し、
前記熱膨張性層の非膨張領域は、回路の絶縁領域を形成し、
前記熱膨張性層の膨張領域は、回路の導電領域を形成している、
ことを特徴とする回路基板。 - 前記熱膨張性層の膨張領域は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた太さに設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。 - 前記熱膨張性層の膨張領域は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた長さに設定されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板。 - 前記熱膨張性層の膨張領域の上に塗布される光熱変換用インクの濃度は、前記導電領域に設定された抵抗値に応じた濃度に設定されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回路基板。 - 前記熱膨張性層の膨張領域の一部又は全ての上に、絶縁性を有する絶縁性インクで保護膜が形成されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回路基板。 - コンピュータに、
電子回路図データに基づいて、前記電子回路図データに含まれる配線の一部又は全てを、回路基板を構成するシート材に含まれている熱膨張性層を膨張させる光熱変換用インクで、画像として描かせるためのプログラム。 - コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれる画像の線の太さを決定させる、
ことを特徴とする請求項６に記載のプログラム。 - コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれる画像の線の長さを決定させる、
ことを特徴とする請求項６または７に記載のプログラム。 - コンピュータに、
前記電子回路図データに含まれる配線の抵抗値に応じて、前記光熱変換用インクで描かれる画像の線の濃度を決定させる、
ことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のプログラム。 - コンピュータに、
前記電子回路図データに基づいて、絶縁性を有する絶縁性インクで形成される保護膜の領域を決定させる、
ことを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のプログラム。 - 絶縁領域と、前記絶縁領域で囲まれた導電領域と、を有し、
前記導電領域は、導電性を有するシェルに内包された熱膨張性成分を有するマイクロカプセルを膨張させた熱膨張性層で形成されており、押圧されることで抵抗値が変化する、
ことを特徴とするボタン構造。
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