JP6890015B2 - 伸縮性配線基板、制御装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、伸縮性配線基板、制御装置および電子機器に関する。

近年、ウェアラブルデバイスの技術分野では、配線基板に対し、手や腕等の装着部位に応じた形状順応性が求められる。また、ロボット分野でも、配線基板に対して、可動部位に応じた形状順応性が求められる。このような要求に応えるため、伸縮可能な配線基板として、伸縮性配線基板が知られている。伸縮性配線基板は、伸縮可能な絶縁基材と、当該絶縁基材に設けられた配線パターンとを有する。配線パターンは、伸縮しても導電性を失わない材料から構成される。

ＩＣチップ等の電子部品が実装された領域や、リジッド基板に固定された領域では、伸縮性配線基板の伸縮が阻害される。このように伸縮が阻害される領域と、伸縮可能な領域との境界部分おいて、配線パターンが断線し易いという問題がある。例えば、伸縮性配線基板からなるバンドと、当該バンドに実装された電子部品（センサ等）とを有するリストバンド型のウェアラブルデバイスの場合、装着する際に、バンドが拡げられてウェアラブルデバイスが掌の部分を通過する。その後、バンドが収縮してウェアラブルデバイスが手首に装着される。ウェアラブルデバイスが拡げられる際、電子部品が実装された領域は伸長することができないため、境界部分で配線が断線し易い。

特開２０１３−１８７３０８号公報

本発明が解決しようとする課題は、配線パターンの断線を抑制することができる伸縮性配線基板、制御装置および電子機器を提供することである。

実施形態に係る伸縮性配線基板は、伸縮可能な第１の領域と、伸縮が阻害される第２の領域とを有する。この伸縮性配線基板は、伸縮性を有する絶縁基材と、前記絶縁基材に設けられた配線パターンと、前記第１の領域における前記絶縁基材に設けられ、前記絶縁基材よりも伸縮性が低い複数の補強パターンと、を備えている。前記複数の補強パターンは、前記第１の領域と前記第２の領域の境界から離れるに従って、その分布度合いが密から粗に徐々に変化するように設けられている。

第１の実施形態に係る伸縮性配線基板、およびリジッド基板の斜視図である。 伸長前後における、第１の実施形態に係る伸縮性配線基板の平面図である。 補強パターンの第１の変形例を示す平面図である。 補強パターンの第２の変形例を示す平面図である。 補強パターンの第３の変形例を示す平面図である。 補強パターンの第４の変形例を示す平面図である。 補強パターンの第５の変形例を示す平面図である。 補強パターンの第６の変形例を示す平面図である。 第２の実施形態に係る制御装置の平面図である。 指に装着された状態における制御装置の側面図である。 指を曲げた状態における制御装置の側面図である。 第３の実施形態に係る電子機器を手首に装着する際の説明図である。 第３の実施形態に係る電子機器が手首に装着された状態を示す図である。

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。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る伸縮性配線基板１は、図１に示すように、伸縮可能な領域Ａ１（第１の領域）と、伸縮が阻害される領域Ａ２（第２の領域）とを有している。第１の実施形態において、領域Ａ２は、伸縮性配線基板１がリジッド基板３０に固定されているため、伸縮が阻害される領域である。なお、領域Ａ２は、これに限られず、例えば、センサ部品等の電子部品が実装されているため伸縮が阻害される領域であってもよい。また、２枚のリジッド基板が伸縮性配線基板１の領域Ａ２を挟み込むように設けられてもよい。

伸縮性配線基板１は、図１および図２に示すように、絶縁基材２と、この絶縁基材２に設けられた配線パターン３と、領域Ａ１における絶縁基材２に設けられ、絶縁基材２を補強する複数の補強パターン４と、を備えている。なお、図１では、補強パターン４は図示していない。また、図２において、上側の図は伸長前の伸縮性配線基板１の平面図であり、下側の図は引っ張り力により伸長した伸縮性配線基板１の平面図である。

絶縁基材２は、伸縮性を有する絶縁性の基材である。この絶縁基材２は、例えばゴム等のエラストマーからなるが、所望の伸縮性を有する絶縁材料であれば材料は特に限定されない。

配線パターン３は、電気信号を伝播させるための導電性の配線である。本実施形態では、図１に示すように、４本の配線パターン３が絶縁基材２の長手方向に沿って互いに平行に延在するように設けられている。なお、配線パターンの本数や形状はこれに限るものではなく、任意の本数、形状であってよい。また、図１では、配線パターン３は、絶縁基材２の上面に設けられているが、絶縁基材２の下面に設けられてもよい。また、配線パターン３は、絶縁基材２とは別の絶縁基材（図示せず）により被覆されていてもよい。

配線パターン３は、金属箔（例えば銅箔）、導電性ペースト（例えば銀ペースト）またはカーボンナノチューブ等により構成されるが、伸縮性配線基板１を伸縮させても所望の導電性を維持できるものであれば材料は特に限定されない。

複数の補強パターン４は、図２に示すように、領域Ａ１のうち境界Ｂに接する領域における絶縁基材２に設けられている。境界Ｂは、伸縮可能な領域Ａ１と、伸縮が阻害される領域Ａ２との間の境界である。

複数の補強パターン４は、伸縮性配線基板１の伸縮度（伸縮量）を部分的に制御するために設けられている。補強パターン４は、絶縁基材２よりも伸縮性が低い。このため、補強パターン４が密に配置された領域では、伸縮性配線基板１の伸縮度は低い。反対に、補強パターン４がそれほど密に配置されていない領域では、伸縮性配線基板１の伸縮度は大きい。

図２に示すように、本実施形態では、複数の補強パターン４は、伸縮性配線基板１の伸縮方向と同じ方向に延在する線状パターンであり、領域Ａ１と領域Ａ２の境界Ｂから離れるに従って配置本数が減少するように設けられている。

より一般的に言えば、複数の補強パターン４は、図２に示すように、境界Ｂから離れるに従って、その分布度合いが密から粗に徐々に変化するように設けられている。ここで、「分布度合い」とは、補強パターンの配置密度のことである。この分布度合いは、伸縮性配線基板１の伸縮方向に沿う単位長さの領域に占める補強パターン４の面積で定義することも可能である。なお、「分布度合いが密から粗に徐々に変化する」とは、補強パターンの分布度合いが大局的に見て粗から密に徐々に変化することであり、局所的には粗から密になってもよい。例えば、図２の上側の図面において、領域ｓ１には補強パターン４が３本含まれ、領域ｓ１よりも境界Ｂから遠くに位置する領域ｓ２には補強パターン４が５本含まれている。このように局所的には補強パターン４の配置本数が増加しているが、大局的に見れば補強パターン４の配置本数は３本から１本に減少することから、分布度合いが密から粗に徐々に変化しているものと言える。

複数の補強パターン４は、配線パターン３と同じ材料から構成されている。そして、複数の補強パターン４は、配線パターン３から電気的に絶縁されるように配線パターン３と同じ高さに設けられている。これにより、配線パターン３と同じ工程で補強パターン４を形成することが可能となり、伸縮性配線基板１の製造コストを抑えることができる。

なお、補強パターン４は、絶縁基材２よりも伸縮性が低ければ材料は特に限定されず、配線パターン３と異なる金属、樹脂、繊維等であってもよい。

また、補強パターン４は、配線パターン３と異なる高さに設けられてもよい。例えば、配線パターン３が絶縁基材２の上面に設けられ、補強パターン４が絶縁基材２の下面または内部に設けられてもよい。

なお、図２に示すように、複数の補強パターン４は、伸縮性配線基板１を平面視して、配線パターン３に近いところほど密に設けられていてもよい。これにより、配線パターン３の断線をより効果的に抑制することができる。

上記のように、第１実施形態では、複数の補強パターン４は、領域Ａ１と領域Ａ２の境界Ｂから離れるに従って、その分布度合いが密から粗に徐々に変化するように設けられている。このため、伸縮性配線基板１の領域Ａ１は領域Ａ２に近い部分では伸びにくく、領域Ａ２から離れるに従って伸び易くなる。これにより、伸縮性配線基板１を伸長させたときに配線パターン３に加わる応力を低減することができ、その結果、配線パターン３の断線を抑制できる。

より詳しくは、伸縮性配線基板１の伸長時において境界Ｂ近傍の配線パターン３に最も大きな応力が加わるところ、境界Ｂ近傍に補強パターン４が密に配置されている。このため、伸縮性配線基板１は境界Ｂ近傍において特に伸びにくくなり、境界Ｂ近傍において配線パターン３が断線することを抑制できる。さらに、第１の実施形態では、図２に示すように、補強パターン４が境界Ｂから領域Ａ１側に向けて分布度合いが徐々に低下するように設けられている。このため、配線パターン３に加わる応力の分布範囲が境界Ｂ近傍から領域Ａ１側に向かって広がり、その結果、境界Ｂ近傍の配線パターン３に加わる応力ピークをさらに低減することができる。また、境界Ｂ近傍にのみ補強パターン４を配置した場合、補強パターン４と絶縁基材２との境界部分で配線パターン３に大きな応力が加わり、配線パターン３が断線することが想定される。しかしながら、第１の実施形態では、補強パターン４が境界Ｂから領域Ａ１側に向けて分布度合いが徐々に低下するように設けられているため、このような事態を効果的に抑制することができる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、伸縮性配線基板１における配線パターン３の断線を抑制することができる。

次に、補強パターン４の変形例について、図３Ａ〜図３Ｆを参照して説明する。いずれの変形例によっても、上記と同様の作用効果を得ることができる。

第１の変形例では、図３Ａに示すように、補強パターン４は、伸縮性配線基板１の伸縮方向に直交する方向（図３Ａにおいて縦方向）に延在する線状パターンであり、境界Ｂから離れるにつれて配置密度が低下するように設けられている。この例では、各補強パターン４の線幅は等しく、補強パターン４同士の間隔が境界Ｂから離れるにつれて大きくなっている。

第２の変形例では、図３Ｂに示すように、補強パターン４は、伸縮性配線基板１の伸縮方向に直交する方向（図３Ｂにおいて縦方向）に延在する線状パターンであり、境界Ｂから離れるにつれて細くなるように設けられている。なお、図３Ｂに示すように、補強パターン４同士の間隔も境界Ｂから離れるにつれて大きくなるようにしてもよい。

補強パターン４の形状は、線状に限らない。図３Ｃに示すように、第３の変形例では、補強パターン４は、粒状パターンであり、境界Ｂから離れるにつれて配置密度が低下するように設けられている。また、第４の変形例では、図３Ｄに示すように、補強パターン４は、粒状パターンであり、境界Ｂから離れるにつれて小さくなるように設けられている。

第５の変形例では、図３Ｅに示すように、補強パターン４は、伸縮性配線基板１の伸縮方向と同じ方向に延在する線状パターンであり、境界Ｂから離れるに従って配置本数が減少するように設けられている。

第６の変形例では、図３Ｆに示すように、補強パターン４の形状は、弧状であり、境界Ｂから離れるにつれて弧の曲率が低下するように設けられている。このような形状によっても、伸縮性配線基板１を境界Ｂ近傍では伸びにくく、境界Ｂから領域Ａ１側に離れるに従って伸び易くすることができる。

（第２の実施形態）
次に、図４、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、本発明に係る第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態に係る制御装置１０は、被装着物（本実施形態では指）に装着される制御装置である。この制御装置１０は、伸縮性配線基板１Ａを備えており、指の動きに応じて伸縮性配線基板１Ａが伸縮する。なお、被装着物は、指に限らず、人や動物の他の身体部位、またはロボットの可動部分であってもよい。

第２の実施形態に係る制御装置１０は、図４に示すように、伸縮可能な領域Ａ１および伸縮が阻害される領域Ａ２を有する伸縮性配線基板１Ａと、この伸縮性配線基板１Ａの領域Ａ２に固定された固定部１１とを備えている。伸縮性配線基板１Ａの領域Ａ２は、伸縮性配線基板１Ａが硬質材料からなる固定部１１に固定された領域であるため、伸縮が阻害される領域である。固定部１１は、指に挿通される環状の部材である。なお、固定部１１は、他の形状の部材であってもよい。

伸縮性配線基板１Ａは、図４に示すように、絶縁基材２と、この絶縁基材２に設けられた配線パターン３と、絶縁基材２に設けられ、絶縁基材２を補強する複数の補強パターン４と、少なくとも一つの補強パターン５と、を備えている。

絶縁基材２は、指が挿入可能なように、先端部が閉じた筒状に構成されている。なお、図４は、筒状の絶縁基材２を平面に開いた状態を図示している。配線パターン３は第１の実施形態と同様であるため、詳しい説明は省略する。

補強パターン４は、伸縮性配線基板１Ａの領域ａ３における絶縁基材２に設けられている。領域ａ３は、領域Ａ１のうち境界Ｂに接する領域である。

補強パターン４は、第１の実施形態と同様に、伸縮性配線基板１の伸縮方向と同じ方向に延在する線状パターンであり、領域Ａ１と領域Ａ２の境界Ｂから離れるに従って配置本数が減少するように設けられている。なお、第１の実施形態において図３Ａ〜図３Ｆを参照して説明したように、補強パターン４は図４に示すものに限られない。

補強パターン５は、図４に示すように、伸縮性配線基板１Ａの領域ａ１および領域ａ２に設けられている。領域ａ１および領域ａ２は、被装着物の動作により曲げ伸ばしされる領域である。本実施形態では、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、制御装置１０が指に装着された状態において、領域ａ１は指の第１関節に対応し、領域ａ２は指の第２関節に対応する領域である。

補強パターン５は、補強パターン４と同様に、絶縁基材２よりも伸縮性が低い。このため、補強パターン５が配置された領域では伸縮性配線基板１の伸縮度が低く、当該領域における配線パターン３が保護される。補強パターン５は、配線パターン３と同じ材料から構成され、配線パターン３から電気的に絶縁されるように配線パターン３と同じ高さに設けられている。これにより、配線パターン３と同じ工程で補強パターン５を形成することが可能となり、伸縮性配線基板１Ａの製造コストを抑えることができる。

なお、補強パターン５は、絶縁基材２よりも伸縮性が低ければ材料は特に限定されず、配線パターン３と異なる金属、樹脂、繊維等であってもよい。また、補強パターン５は、配線パターン３と異なる高さに設けられてもよい。例えば、配線パターン３が絶縁基材２の上面に設けられ、補強パターン５が絶縁基材２の下面または内部に設けられてもよい。

また、補強パターン５は、図４に示すように、複数設けられてもよいし、一つだけ設けられてもよい。また、補強パターン５は、図４に示すものに限られず、補強パターン４と同様に様々な形状をとり得る。また、制御装置１０において、補強パターン４を設けず、補強パターン５のみを設けてもよい。

また、制御装置１０は、伸縮性配線基板が手形全面に手袋のように形成され、各指の関節に対応する領域に補強パターン５が設けられてもよい。

第２の実施形態によれば、複数の補強パターン４が設けられているため、領域ａ３において配線パターン３が断線することを抑制できる。さらに、補強パターン５が設けられているため、被装着物の動作により曲げ伸ばしされる領域ａ１，ａ２で配線パターン３が断線することを抑制できる。

（第３の実施形態）
次に、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本発明に係る第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態に係る電子機器２０は、人の手首に装着されるウェアラブルデバイスである。この電子機器２０は、伸縮性配線基板１Ｂを備えており、被装着物（本実施形態では、手首）に装着する際に伸縮性配線基板１Ａが伸縮する。

第３の実施形態に係る電子機器２０は、図６Ａに示すように、伸縮可能な領域Ａ１および伸縮が阻害される領域Ａ２を有する伸縮性配線基板１Ｂと、この伸縮性配線基板１Ｂの領域Ａ２に固定された実装部２１とを備えている。伸縮性配線基板１Ｂの領域Ａ２は、伸縮性配線基板１Ｂが実装部２１に固定された領域であるため、伸縮が阻害される領域である。センサやＩＣチップ等の電子部品が実装されているため、実装部２１は伸縮することができない。本実施形態では、図６Ａに示すように、領域Ａ１と領域Ａ２は交互に複数配置されている。

伸縮性配線基板１Ｂは、第１の実施形態で説明した伸縮性配線基板１と同様に、伸縮可能な絶縁基材２と、絶縁基材２に設けられた配線パターン３と、絶縁基材２を補強する複数の補強パターン４とを備えている。なお、図６Ａおよび図６Ｂでは、配線パターン３は図示していない。

絶縁基材２は、第３の実施形態では、手首に装着可能なように環状に形成されている。配線パターン３は第１の実施形態と同様であるため、詳しい説明は省略する。

補強パターン４は、図６Ａに示すように、領域Ａ１のうち境界Ｂに接する領域における絶縁基材２に設けられている。複数の補強パターン４は、伸縮性配線基板１Ｂの伸縮方向と同じ方向に点在する粒状パターンであり、境界Ｂから離れるに従って配置密度が低下するように設けられている。なお、第１の実施形態において図３Ａ〜図３Ｆを参照して説明したように、補強パターン４は図６Ａに示すものに限られない。

電子機器２０を装着する際、図６Ａに示すように、領域Ａ１に対応するバンド部分が拡げられて電子機器２０が掌の部分を通過する。その後、図６Ｂに示すように、バンド部分が収縮して電子機器２０が手首に装着される。

実装部２１に隣接する領域Ａ１に複数の補強パターン４が設けられているため、実装部２１との境界Ｂ付近において伸縮性配線基板１Ｂは伸びにくくなり、配線パターン３に加わる応力が低減される。これにより、配線パターン３の断線を抑制することができる。よって、第３の実施形態によれば、電子機器２０の装着動作によって配線パターン３が断線することを抑制できる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、配線パターンの断線を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１，１Ａ，１Ｂ 伸縮性配線基板
２ 絶縁基材
３ 配線パターン
４，５ 補強パターン
１０ 制御装置
１１ 固定部
２０ 電子機器
２１ 実装部
３０ リジッド基板
Ａ１，Ａ２，ａ１，ａ２，ａ３ 領域
Ｂ 境界
ｓ１，ｓ２ 領域

Claims (11)

1. 伸縮可能な第１の領域と、伸縮が阻害される第２の領域とを有する伸縮性配線基板であって、
   伸縮性を有する絶縁基材と、
   前記絶縁基材に設けられた配線パターンと、
   前記第１の領域における前記絶縁基材に設けられ、前記絶縁基材よりも伸縮性が低い複数の補強パターンと、を備え、
   前記複数の補強パターンは、前記第１の領域と前記第２の領域の境界から離れるに従って、その分布度合いが密から粗に徐々に変化するように設けられている、伸縮性配線基板。
2. 前記複数の補強パターンは、前記配線パターンと同じ材料から構成されており、前記配線パターンから電気的に絶縁されるように前記配線パターンと同じ高さに設けられている、請求項１に記載の伸縮性配線基板。
3. 前記複数の補強パターンは、前記伸縮性配線基板の伸縮方向と同じ方向に延在する線状パターンであり、前記境界から離れるに従って配置本数が減少するように設けられている、請求項１または２に記載の伸縮性配線基板。
4. 前記複数の補強パターンは、前記伸縮性配線基板の伸縮方向に直交する方向に延在する線状パターンであり、前記境界から離れるにつれて配置密度が低下するように設けられている、請求項１または２に記載の伸縮性配線基板。
5. 前記複数の補強パターンは、前記伸縮性配線基板の伸縮方向に直交する方向に延在する線状パターンであり、前記境界から離れるにつれて細くなるように設けられている、請求項１または２に記載の伸縮性配線基板。
6. 前記複数の補強パターンは、粒状パターンであり、前記境界から離れるにつれて配置密度が低下するように設けられている、請求項１または２に記載の伸縮性配線基板。
7. 前記複数の補強パターンは、粒状パターンであり、前記境界から離れるにつれて小さくなるように設けられている、請求項１または２に記載の伸縮性配線基板。
8. 前記複数の補強パターンは、弧状パターンであり、前記境界から離れるにつれて弧の曲率が低下するように設けられている、請求項１または２に記載の伸縮性配線基板。
9. 前記複数の補強パターンは、前記伸縮性配線基板を平面視して、前記配線パターンに近いところほど密に設けられている、請求項１または２に記載の伸縮性配線基板。
10. 被装着物に装着される制御装置であって、
    伸縮可能な第１の領域および伸縮が阻害される第２の領域を有する伸縮性配線基板と、 前記伸縮性配線基板の前記第２の領域に固定された固定部と、を備え、
    前記伸縮性配線基板は、
    伸縮性を有する絶縁基材と、
    前記絶縁基材に設けられた配線パターンと、
    前記第１の領域のうち前記被装着物の動作により曲げ伸ばしされる領域における前記絶縁基材に設けられ、前記絶縁基材よりも伸縮性が低い少なくとも一つの第１の補強パターンと、
    前記伸縮性配線基板は、前記第１の領域のうち前記第１の領域と前記第２の領域の境界に接する領域における前記絶縁基材に設けられ、前記絶縁基材よりも伸縮性が低い複数の第２の補強パターンと、
    を有し、
    前記複数の第２の補強パターンは、前記境界から離れるに従って、その分布度合いが密から粗に徐々に変化するように設けられている制御装置。
11. 請求項１〜９のいずれかに記載の伸縮性配線基板であって前記絶縁基材が環状に形成された伸縮性配線基板を備えており、前記第２の領域は前記伸縮性配線基板が電子部品の実装部に固定された領域である、電子機器。

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