JP6901408B2 - 伸縮性配線シート及び伸縮性タッチセンサシート - Google Patents
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Description
本発明は、導線が２枚の伸縮性エラストマーシートに挟持される伸縮性に優れた伸縮性配線シート及び伸縮性タッチセンサシートに関する。
伸縮性配線シートは、例えば、柔軟性が要求されるＲＦＩＤ機器用のアンテナや配線、スポーツ科学における運動解析センサ用配線、衣服型心拍・心電図モニタ、ロボット可動部の配線シート、コンピュータに指令を送るためのタッチセンサシート、更に、ロボットを遠隔操作するために、手指、肘関節、膝関節に装着される屈曲センサ用配線シートなど、近年様々な分野において需要が高まっている。こうした伸縮性配線シートにおいては、伸縮性に優れるとともに伸縮に伴う抵抗値変化が小さいことが求められる。
こうした背景をもとに、これまでゴムにイオン性液体、カーボンナノチューブ等を分散させることにより伸縮性を持つ導電性ゴムを製造することが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、この提案では、伸縮性導電体を形成するカーボンナノチューブ等の材料が高価であり、また、十分な導電性を得るためには、含有率を非常に高くする必要があることから、製造コストがより一層嵩む問題がある。
しかしながら、この提案では、伸縮性導電体を形成するカーボンナノチューブ等の材料が高価であり、また、十分な導電性を得るためには、含有率を非常に高くする必要があることから、製造コストがより一層嵩む問題がある。
また、エラストマー上に波状構造を持つ銅配線を張り付けて伸縮性回路基板を製造することが提案されている（特許文献２，３参照）。
しかしながら、これらの提案では、銅配線がエラストマー上に積層された銅箔をエッチングして形成され、その断面が矩形状とされることから、製造されたシートを、例えば曲面上に貼り付けて伸縮させると、矩形断面の隅部に応力が集中して断線し易い問題がある。
しかしながら、これらの提案では、銅配線がエラストマー上に積層された銅箔をエッチングして形成され、その断面が矩形状とされることから、製造されたシートを、例えば曲面上に貼り付けて伸縮させると、矩形断面の隅部に応力が集中して断線し易い問題がある。
また、エステル系ウレタンゴム製のエラストマーシートの下面に、ウレタンゴムと銀粉末からなる配線を配置することが提案されている（特許文献４参照）。
しかしながら、この提案では、ウレタンゴムの内部に銀粉末を封入して伸縮性を発現する導線を個別に形成することから製造コストが高くなる問題がある。また、形成される導線が伸長や曲げ操作に伴う形状変化に伴って銀粉末間の電気的接触がいずれかの箇所で途絶えると導線として機能しなくなることから柔軟性や耐久性に乏しい問題がある。
しかしながら、この提案では、ウレタンゴムの内部に銀粉末を封入して伸縮性を発現する導線を個別に形成することから製造コストが高くなる問題がある。また、形成される導線が伸長や曲げ操作に伴う形状変化に伴って銀粉末間の電気的接触がいずれかの箇所で途絶えると導線として機能しなくなることから柔軟性や耐久性に乏しい問題がある。
また、ＩＣチップのアンテナに、導電性繊維からなるブースター用のアンテナを未接着状態で対向配置させた導電性繊維シートが提案されている（特許文献５参照）。
しかしながら、この提案では、導電性繊維が高価であり、また、種々のアンテナ形状に応じて切断加工を行う際、無駄となる導電性繊維シートによって更なるコストアップを招く問題がある。
しかしながら、この提案では、導電性繊維が高価であり、また、種々のアンテナ形状に応じて切断加工を行う際、無駄となる導電性繊維シートによって更なるコストアップを招く問題がある。
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、簡易かつ低コストに製造することができ、柔軟性、耐久性に富み、伸縮に伴う抵抗値変化が小さい高伸縮性の伸縮性配線シート及び伸縮性タッチセンサシートを提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 伸縮性の第１のエラストマーシートと、前記第１のエラストマーシートと対向して接着される伸縮性の第２のエラストマーシートとの間に、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされるとともに長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形された導線が、前記波状形状の波の高さ方向が前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートの対向面の面内方向に沿う状態で挟持され、前記導線が縦断面において細長形状とされ、かつ、前記導線の長手方向に配向された結晶粒により構成される金属組織を含み、前記導線の線径が太くとも５０μｍであり、前記導線のヤング率が小さくとも１５０ＧＰａであることを特徴とする伸縮性配線シート。
＜２＞ 波状形状における波高が２０μｍ〜５ｍｍとされる前記＜１＞に記載の伸縮性配線シート。
＜３＞ 波状形状における波の頂部の曲率半径をＡとし、前記波状形状における隣接する前記波間の周期的なピッチ間隔をＢとしたとき、Ａ／Ｂの比が０．０５〜０．５である前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
＜４＞ 波状形状における波の頂部の曲率半径をＡとし、導線の線径をＤとしたとき、Ａ／Ｄの比が３〜１００である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
＜５＞ 伸縮性の第１のエラストマーシートと、前記第１のエラストマーシートと対向して接着される伸縮性の第２のエラストマーシートとの間に、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされるとともに長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形された導線が、前記波状形状の波の高さ方向が前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートの対向面の面内方向に沿う状態で配され、前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートが透明材料で形成され、前記導線が複数本並設されて形成される２つの伸縮性配線シートを、前記導線の配線方向が直交する状態で対向配置させ、前記導線が縦断面において細長形状とされ、かつ、前記導線の長手方向に配向された結晶粒により構成される金属組織を含み、前記導線の線径が太くとも５０μｍであり、前記導線のヤング率が小さくとも１５０ＧＰａであることを特徴とする伸縮性タッチセンサシート。
＜６＞ ヘイズ値が大きくとも６０％以下である前記＜５＞に記載の伸縮性タッチセンサシート。
＜１＞ 伸縮性の第１のエラストマーシートと、前記第１のエラストマーシートと対向して接着される伸縮性の第２のエラストマーシートとの間に、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされるとともに長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形された導線が、前記波状形状の波の高さ方向が前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートの対向面の面内方向に沿う状態で挟持され、前記導線が縦断面において細長形状とされ、かつ、前記導線の長手方向に配向された結晶粒により構成される金属組織を含み、前記導線の線径が太くとも５０μｍであり、前記導線のヤング率が小さくとも１５０ＧＰａであることを特徴とする伸縮性配線シート。
＜２＞ 波状形状における波高が２０μｍ〜５ｍｍとされる前記＜１＞に記載の伸縮性配線シート。
＜３＞ 波状形状における波の頂部の曲率半径をＡとし、前記波状形状における隣接する前記波間の周期的なピッチ間隔をＢとしたとき、Ａ／Ｂの比が０．０５〜０．５である前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
＜４＞ 波状形状における波の頂部の曲率半径をＡとし、導線の線径をＤとしたとき、Ａ／Ｄの比が３〜１００である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
＜５＞ 伸縮性の第１のエラストマーシートと、前記第１のエラストマーシートと対向して接着される伸縮性の第２のエラストマーシートとの間に、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされるとともに長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形された導線が、前記波状形状の波の高さ方向が前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートの対向面の面内方向に沿う状態で配され、前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートが透明材料で形成され、前記導線が複数本並設されて形成される２つの伸縮性配線シートを、前記導線の配線方向が直交する状態で対向配置させ、前記導線が縦断面において細長形状とされ、かつ、前記導線の長手方向に配向された結晶粒により構成される金属組織を含み、前記導線の線径が太くとも５０μｍであり、前記導線のヤング率が小さくとも１５０ＧＰａであることを特徴とする伸縮性タッチセンサシート。
＜６＞ ヘイズ値が大きくとも６０％以下である前記＜５＞に記載の伸縮性タッチセンサシート。
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決して、簡易かつ低コストに製造することができ、柔軟性、耐久性に富み、伸縮に伴う抵抗値変化が小さい高伸縮性の伸縮性配線シート及び伸縮性タッチセンサシートを提供することができる。
（伸縮性配線シート）
本発明の一実施形態に係る伸縮性配線シート１０を図１（ａ），（ｂ）を参照しつつ説明する。なお、図１（ａ）は、伸縮性配線シートのシート上面を示す説明図であり、図１（ｂ）は、伸縮性シートのシート断面を示す断面図である。
本発明の一実施形態に係る伸縮性配線シート１０を図１（ａ），（ｂ）を参照しつつ説明する。なお、図１（ａ）は、伸縮性配線シートのシート上面を示す説明図であり、図１（ｂ）は、伸縮性シートのシート断面を示す断面図である。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、伸縮性配線シート１０は、伸縮性の第１のエラストマーシート１ａと、第１のエラストマーシート１ａと対向して接着される伸縮性の第２のエラストマーシート１ｂと、第１のエラストマーシート１ａと第２のエラストマーシート１ｂとの間に挟持される導線２と、を有する。
第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂとしては、弾性変形して伸縮するものであれば、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、公知のエラストマー材料で形成されるシートを用いることができ、例えば、天然ゴム、ジエン系ゴム、非ジエン系ゴム、ウレタン系エラストマー、スチレン系エラストマー、シリコン系エラストマーが挙げられる。
伸縮性配線シート１０を伸縮性タッチセンサシートとして用いる場合には、伸縮性配線シート１０を支持する側の表示が伸縮性配線シート１０の上面側から視認可能であることが必要であり、第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂに透明性が求められる。この場合、第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂとしては、公知の透明性を有するエラストマー材料で形成されるシートを用いることができ、例えば、公知のウレタン系エラストマーシート、アクリル系エラストマーシート、シリコン系エラストマーシートを用いることができる。
なお、本明細書において「透明性」の用語は、可視光透過率が５０％以上であることを示す。
なお、本明細書において「透明性」の用語は、可視光透過率が５０％以上であることを示す。
第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂの限界伸長率としては、特に制限はないが、大きい程、伸縮性配線シート１０を高伸縮性とすることができるため、５０％（自然長の１．５倍）以上が好ましく、３００％（自然長の４倍）以上がより好ましく、５００％（自然長の６倍）以上が特に好ましい。
なお、本明細書において「限界伸長率」の用語は、シートを伸長させたときに破断が生じる伸長率を示す。
なお、本明細書において「限界伸長率」の用語は、シートを伸長させたときに破断が生じる伸長率を示す。
第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂの厚みの下限としては、特に制限はなく形成材料にもよるが、５μｍが好ましい。前記厚みが５μｍ未満であると、フィルム表面に波状ワイヤの形状がはっきりと現れてしまい認識されやすくなることがある。また、前記厚みの上限としては、特に制限はないが、伸縮性配線シート１０に必要な柔軟性、透明性を持たせる観点から、１５０μｍ程度が好ましい。
第１のエラストマーシート１ａと第２のエラストマーシート１ｂとの接着方法としては、これらシートの少なくともいずれかの対向面に粘着層３を形成し、これらシートを貼り合せる方法が挙げられる。
粘着層３としては、硬化後の柔軟性、伸縮性等の物理特性が第１のエラストマーシート１ａと第２のエラストマーシート１ｂが有する柔軟性、伸縮性等の物理特性の妨げとならないように適宜選択され、その形成材料としては、例えば、公知のゴム系粘着剤、ウレタン系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコン系粘着剤等を挙げることができる。また、透明性が求められる場合には、公知のウレタン系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコン系粘着剤を好適に用いることができる。
また、粘着層３の粘着力としては、特に制限はないが、小さくとも０．５Ｎ／ｃｍ〜１０Ｎ／ｃｍが好ましい。前記粘着力が０．５Ｎ／ｃｍ未満であると、伸縮時にエラストマーシートと導線２が剥離し、透明性が失われることがあり、１０Ｎ／ｃｍを超えると、伸縮時に配線にかかる負荷が大きくなり断線するおそれがある。
粘着層３としては、硬化後の柔軟性、伸縮性等の物理特性が第１のエラストマーシート１ａと第２のエラストマーシート１ｂが有する柔軟性、伸縮性等の物理特性の妨げとならないように適宜選択され、その形成材料としては、例えば、公知のゴム系粘着剤、ウレタン系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコン系粘着剤等を挙げることができる。また、透明性が求められる場合には、公知のウレタン系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコン系粘着剤を好適に用いることができる。
また、粘着層３の粘着力としては、特に制限はないが、小さくとも０．５Ｎ／ｃｍ〜１０Ｎ／ｃｍが好ましい。前記粘着力が０．５Ｎ／ｃｍ未満であると、伸縮時にエラストマーシートと導線２が剥離し、透明性が失われることがあり、１０Ｎ／ｃｍを超えると、伸縮時に配線にかかる負荷が大きくなり断線するおそれがある。
導線２は、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされ、中でも円形状が最適とされる。曲げ方向に外力が加わる際、角張った遇部に応力集中が発生し、断線が生じ易い断面矩形状の導線に対し、導線２では、隅部が曲面とされるため、曲げ方向に外力が加わる際に応力集中が発生しにくく、断線の危険性を緩和させることができる。したがって、こうした導線２を用いることで、伸縮性配線シート１０に優れた耐久性を付与することができる。
なお、本明細書において、横断面とは、導線の長手方向に対して垂直に切断した面をいい、縦断面とは、導線の長手方向に対して平行に切断した面をいう。
なお、本明細書において、横断面とは、導線の長手方向に対して垂直に切断した面をいい、縦断面とは、導線の長手方向に対して平行に切断した面をいう。
また、導線２は、長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形されたものとされ、前記波状形状の波の高さ方向が第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂの対向面の面内方向に沿う状態で両シート間に挟持される。
導線２を第１のエラストマーシート１ａと第２のエラストマーシート１ｂとの間にこのような状態で配することで、柔軟性に富む高伸縮性の伸縮性配線シート１０が形成される。即ち、柔軟性の乏しい回路基板を用いず、線状の導線２を用いることで、第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂの形状変化に導線２を追従させ易く、また、両シートの伸長に追従するよう、導線２を波状形状から直線形状に近づくように変形させることで、伸縮性配線シート１０に優れた柔軟性と伸縮性とを付与する。また、この導線２では、伸長時に電気が流れる経路の長さが除荷時の自然長と変わらず、抵抗値が安定とされる。
なお、本明細書において「除荷」の用語は、伸縮性配線シート１０に対し、伸長や曲げ等の形状変化を加えない状態を示す。
導線２を第１のエラストマーシート１ａと第２のエラストマーシート１ｂとの間にこのような状態で配することで、柔軟性に富む高伸縮性の伸縮性配線シート１０が形成される。即ち、柔軟性の乏しい回路基板を用いず、線状の導線２を用いることで、第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂの形状変化に導線２を追従させ易く、また、両シートの伸長に追従するよう、導線２を波状形状から直線形状に近づくように変形させることで、伸縮性配線シート１０に優れた柔軟性と伸縮性とを付与する。また、この導線２では、伸長時に電気が流れる経路の長さが除荷時の自然長と変わらず、抵抗値が安定とされる。
なお、本明細書において「除荷」の用語は、伸縮性配線シート１０に対し、伸長や曲げ等の形状変化を加えない状態を示す。
導線２の線径としては、特に制限はないが、伸縮性配線シート１０に透明性を付与する観点から、太くとも５０μｍであることが好ましく、２５μｍであることがより好ましく、１２μｍであることが特に好ましい。なお、導線２の断面形状が円形状以外である場合の線径としては、その断面形状において長さが最も長くなる位置での径が該当する。また、導線２の線径の下限としては、１μｍ程度である。
また、導線２としては、特に制限はないが、縦断面において細長形状とされた結晶粒により構成される金属組織を含むことが好ましい。このような金属組織を含むと、導線２自体の強度及び耐疲労性が向上し、延いては、伸縮性配線シート１０の耐久性をより一層向上させることができる。
なお、このような導線２の形成方法としては、特に制限はなく、公知の伸線加工、圧延加工等の塑性加工による形成方法を挙げることができ、前記塑性加工の状況によっては、導線２の形成材料が銅である場合でも、引張強さを４００ＭＰａ程度とすることができる。
なお、このような導線２の形成方法としては、特に制限はなく、公知の伸線加工、圧延加工等の塑性加工による形成方法を挙げることができ、前記塑性加工の状況によっては、導線２の形成材料が銅である場合でも、引張強さを４００ＭＰａ程度とすることができる。
伸縮性配線シート１０に透明性を付与する観点から、先の通り、導線２の線径としては、極めて細く設定される。したがって、伸縮性配線シート１０に伸長や曲げ等の形状変化を加えたときに導線２が破断しないように、材料選択及び前記波状形状を設定する必要がある。
導線２のヤング率（縦弾性係数）としては、導線２の柔軟性、耐久性を向上させる観点から、小さくとも１５０ＧＰａであることが好ましい。なお、前記ヤング率（縦弾性係数）の上限としては、５００ＧＰａ程度とされる。また、前記ヤング率（縦弾性係数）の測定は、導線２の引張り試験を行い、応力−ひずみ線図を得て、その応力−ひずみ線図における直線部分の傾きを求めることにより算出できる。
また、前記波状形状における波の頂部の曲率半径をＡとし、前記波状形状における隣接する前記波間の周期的なピッチ間隔をＢとしたとき、Ａ／Ｂの比としては、特に制限はないが０．０５〜０．５であることが好ましい。即ち、Ａ／Ｂの比が０．０５未満であると、湾曲部での歪が大きくなり断線することがあり、０．５を超えると、周期的な波の形状を形成することが困難なことがある。
また、導線２としては、銅線のように材料の弾性係数が低い場合であっても、前記波状形状における波の頂部の曲率半径をＡとし、前記線径をＤとしたとき、Ａ／Ｄの比が３〜１００、より好適には５〜３０となるように構成することで、曲げ方向に外力を加えた場合でも応力集中が発生しにくく、断線の危険性を緩和することができる。即ち、Ａ／Ｄの比が３未満であると、曲げ応力が大きくなることで断線に至る危険性が高まり、１００を超えると、曲率半径Ａが大きくなり伸縮性配線シート１０の伸長範囲を狭めることがある。
前記波状形状における波高としては、特に制限はないが、２０μｍ〜５ｍｍが好ましい。即ち、前記波高が２０μｍ未満であると、導線２が略棒状となって伸縮性配線シート１０の伸長範囲を狭めることがあり、５ｍｍを超えると、伸縮性配線シート１０中の導線２が視認し易くなり必要な透明性が得られないことがある。
なお、前記波状形状の波形は、公知の光学顕微鏡、デジタルマイクロスコープ、電子顕微鏡、Ｘ線顕微鏡により伸縮性配線シート１０の外部から確認することができる。
なお、前記波状形状の波形は、公知の光学顕微鏡、デジタルマイクロスコープ、電子顕微鏡、Ｘ線顕微鏡により伸縮性配線シート１０の外部から確認することができる。
導線２の抵抗率としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１．０×１０−６Ω・ｃｍ〜１．０×１０−３Ω・ｃｍ程度である。
導線２の形成材料としては、特に制限はなく前記各特徴を考慮して適宜選択することができ、例えば、銅、銅合金、ＳＵＳ３０４に代表されるステンレス鋼、タングステン、タングステン合金、炭素鋼等の公知の金属線、炭素繊維等が挙げられる。なお、前記金属線に関し、前記ピアノ線や前記ＳＵＳ３０４線のように比較的抵抗率の高いものについては、表面に銅や銀等の抵抗率の低い金属をめっきして用いることもできる。
なお、伸縮性配線シート１０では、１本の導線２を配することとしているが、複数本の導線２を並設させて形成することもできる。
導線２の形成材料としては、特に制限はなく前記各特徴を考慮して適宜選択することができ、例えば、銅、銅合金、ＳＵＳ３０４に代表されるステンレス鋼、タングステン、タングステン合金、炭素鋼等の公知の金属線、炭素繊維等が挙げられる。なお、前記金属線に関し、前記ピアノ線や前記ＳＵＳ３０４線のように比較的抵抗率の高いものについては、表面に銅や銀等の抵抗率の低い金属をめっきして用いることもできる。
なお、伸縮性配線シート１０では、１本の導線２を配することとしているが、複数本の導線２を並設させて形成することもできる。
以上のように構成される伸縮性配線シート１０では、柔軟性、耐久性に富み、また、形状変化に伴う抵抗値の変化が小さく、また、簡易かつ低コストに製造することができるため、柔軟性が要求されるＲＦＩＤ機器用の配線、スポーツ科学における運動解析センサ用の配線、心拍・心電図モニタ用の配線、ロボット可動部用の配線、コンピュータに指令を送るためのタッチセンサパネル用の配線等に用いられる配線シートとして、幅広い分野での利用を期待することができる。
次に、伸縮性配線シート１０の製造方法の一例について説明する。
導線２としては、市販品を用いてもよいが、前述のように塑性加工されたものを用いることで、導線２の強度及び耐疲労性を向上させ、延いては伸縮性シート１０の耐久性を向上させることができる。
即ち、図２に示すように、熱処理された導線形成材料２’を伸線用ダイス２０を使用して矢印方向に引抜くことで、加工前のランダムな形状の結晶粒を加工後において長手方向（図中の矢印方向）に沿って細長形状とすることができ、導線２をこうした方向に配向された結晶粒により構成される金属組織を含むように形成することができる。なお、導線形成材料２’を伸線する工程は、径が段階的に縮径されたダイスに導線形成材料２’を順次通していくように複数回行ってもよい。また、図２は、伸線加工の様子を示す説明図である。
ピアノ線のような炭素鋼線では、パテンティング（熱処理）後のパーライト組織と呼ばれる金属組織を含む導線形成材料に対して、こうした伸線加工を実施することにより、任意の方向に並んでいた層状のフェライトとセメンタイトが、長手方向に並んだ繊維状の金属組織となる。同様に、ステンレス、銅等の金属を溶体化した導線形成材料に対して、こうした伸線加工を実施することにより、微小な針状ないし棒状の結晶粒が長手方向に並んだ金属組織とされる。
導線２としては、市販品を用いてもよいが、前述のように塑性加工されたものを用いることで、導線２の強度及び耐疲労性を向上させ、延いては伸縮性シート１０の耐久性を向上させることができる。
即ち、図２に示すように、熱処理された導線形成材料２’を伸線用ダイス２０を使用して矢印方向に引抜くことで、加工前のランダムな形状の結晶粒を加工後において長手方向（図中の矢印方向）に沿って細長形状とすることができ、導線２をこうした方向に配向された結晶粒により構成される金属組織を含むように形成することができる。なお、導線形成材料２’を伸線する工程は、径が段階的に縮径されたダイスに導線形成材料２’を順次通していくように複数回行ってもよい。また、図２は、伸線加工の様子を示す説明図である。
ピアノ線のような炭素鋼線では、パテンティング（熱処理）後のパーライト組織と呼ばれる金属組織を含む導線形成材料に対して、こうした伸線加工を実施することにより、任意の方向に並んでいた層状のフェライトとセメンタイトが、長手方向に並んだ繊維状の金属組織となる。同様に、ステンレス、銅等の金属を溶体化した導線形成材料に対して、こうした伸線加工を実施することにより、微小な針状ないし棒状の結晶粒が長手方向に並んだ金属組織とされる。
前記伸線加工では、次式（１）で表される加工度（減面率）がおよそ大きい程、引張強さ及び耐疲労性が向上する。したがって、導線２の前記加工度としては、５０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましく、９５％以上が特に好ましい。なお、前記加工度の上限は、９９％程度とされ、前記加工度が限界域（９９％程度）を超えると、却って、引張強さ及び耐疲労性が大幅に低下する。
また、伸線加工を例に挙げて説明をしたが、圧延加工等この他の塑性加工によっても圧力を加える方向を適宜調整することで、長手方向に沿って細長形状とされた結晶粒により構成される金属組織を含む導線を形成することができる。
なお、前記細長形状としては、前述の繊維状、針状、棒状を代表として、一の方向に長尺化されたあらゆる形状を含む。
なお、前記細長形状としては、前述の繊維状、針状、棒状を代表として、一の方向に長尺化されたあらゆる形状を含む。
直線状の導線２を前記波状形状に加工する方法としては、特に制限はなく、例えば図３に示すように、目的とする前記波状形状の波型を有して形成される２つの歯車５０ａ，ｂの間に直線状の導線２を通す方法等が挙げられる。なお、図３は、直線状の導線を波状形状に加工する様子を示す説明図である。
伸縮性配線シート１０は、このようにして前記波状形状を有するように塑性変形された導線２を間に配した状態で、第１のエラストマーシート１ａ及び第２のエラストマーシート１ｂを貼り合せるだけで簡単かつ低コストに製造することができる。
先に述べた伸縮性配線シート１０の製造方法では、直線状の導線を前記波状形状に加工するように説明をしたが、この方法に代えて、コイル状の導線を前記波状形状に加工してもよい。
即ち、コイル状の導線をコイル線同士が重ならない程度に引き延ばした後、これを圧延ローラ等に導入して上下から圧延することで、前記波状形状の導線２を得ることもできる。
即ち、コイル状の導線をコイル線同士が重ならない程度に引き延ばした後、これを圧延ローラ等に導入して上下から圧延することで、前記波状形状の導線２を得ることもできる。
（伸縮性タッチセンサシート）
次に、本発明の伸縮性タッチセンサシートについて図４（ａ）を参照しつつ説明する。なお、図４（ａ）は、伸縮性タッチセンサシートの構成例を示す説明図である。
次に、本発明の伸縮性タッチセンサシートについて図４（ａ）を参照しつつ説明する。なお、図４（ａ）は、伸縮性タッチセンサシートの構成例を示す説明図である。
この伸縮性タッチセンサシート３０は、本発明の前記伸縮性配線シートを２つ用いて構成される。
即ち、伸縮性タッチセンサシート３０は、伸縮性の第１のエラストマーシートと、前記第１のエラストマーシートと対向して接着される伸縮性の前記第２のエラストマーシートとの間に、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされるとともに長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形された前記導線が、前記波状形状の波の高さ方向が前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートの対向面の面内方向に沿う状態で配され、前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートが透明材料で形成され、前記導線が複数本並設されて形成される２つの伸縮性配線シート１０ａ，１０ｂを、前記導線の配線方向が直交する状態で対向配置させて構成される。
このように構成される伸縮性タッチセンサシート３０では、伸長方向と曲げ方向とのいずれの形状変化に対しても耐性を有するため、設置場所が曲面である場合でも柔軟に変形して曲面に追従させることができるとともに、曲面に配した状態でも優れた耐久性を発揮することが期待できる。
即ち、伸縮性タッチセンサシート３０は、伸縮性の第１のエラストマーシートと、前記第１のエラストマーシートと対向して接着される伸縮性の前記第２のエラストマーシートとの間に、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされるとともに長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形された前記導線が、前記波状形状の波の高さ方向が前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートの対向面の面内方向に沿う状態で配され、前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートが透明材料で形成され、前記導線が複数本並設されて形成される２つの伸縮性配線シート１０ａ，１０ｂを、前記導線の配線方向が直交する状態で対向配置させて構成される。
このように構成される伸縮性タッチセンサシート３０では、伸長方向と曲げ方向とのいずれの形状変化に対しても耐性を有するため、設置場所が曲面である場合でも柔軟に変形して曲面に追従させることができるとともに、曲面に配した状態でも優れた耐久性を発揮することが期待できる。
伸縮性タッチセンサシート３０は、公知の抵抗変化型タッチセンサ、静電容量型タッチセンサ等のタッチセンサ用の導電シートとして用いることができる。
一例として、静電容量型タッチセンサの構成例を図４（ｂ）に示す。
この静電容量型タッチセンサでは、縦横のマトリクス状に配され、通電状態の前記各導線の一方の端部に静電容量変化検出回路が接続され、タッチ操作に伴う伸縮性タッチセンサシート３０の静電容量変化を検出する。
なお、図示の例では、１本の前記導線を１つの検出ラインとして構成しているが、検出に最適な抵抗値を得にくい場合は、複数本の前記導線に対して１つの静電容量変化検出回路を接続して、これを１つの検出ラインとすることもできる。
一例として、静電容量型タッチセンサの構成例を図４（ｂ）に示す。
この静電容量型タッチセンサでは、縦横のマトリクス状に配され、通電状態の前記各導線の一方の端部に静電容量変化検出回路が接続され、タッチ操作に伴う伸縮性タッチセンサシート３０の静電容量変化を検出する。
なお、図示の例では、１本の前記導線を１つの検出ラインとして構成しているが、検出に最適な抵抗値を得にくい場合は、複数本の前記導線に対して１つの静電容量変化検出回路を接続して、これを１つの検出ラインとすることもできる。
伸縮性タッチセンサシート３０を前記抵抗変化型タッチセンサに用いる場合、伸縮時の抵抗値変化が５％以下となるように前記導線の材料を選択することが好ましい。また、１検出ラインの単位長さあたりの抵抗値が１００Ω／ｃｍ以下となるように設計されることが好ましい。
一方、伸縮性タッチセンサシート３０を前記静電容量型タッチセンサに用いる場合、伸縮時の抵抗値変化が３０％以下となるように前記導線の材料を選択することが好ましい。また、１検出ラインの単位長さあたりの抵抗値が５００Ω／ｃｍ以下となるように設計されることが好ましい。
一方、伸縮性タッチセンサシート３０を前記静電容量型タッチセンサに用いる場合、伸縮時の抵抗値変化が３０％以下となるように前記導線の材料を選択することが好ましい。また、１検出ラインの単位長さあたりの抵抗値が５００Ω／ｃｍ以下となるように設計されることが好ましい。
伸縮性タッチセンサシート３０では、タッチ面の汚れの視認性やこのタッチセンサを通してみた時のディスプレイ上の画像の視認性を考慮して、伸縮性タッチセンサシート３０を構成する前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートには、対向配置された状態で可視光透過率５０％以上の透明性を有することが求められる。
また、伸縮性タッチセンサシート３０のヘイズ値（曇価）としては、透明性の観点から小さい程（例えば３％）好ましく、大きくとも６０％であることが好ましい。なお、このヘイズ値は、シートに可視光を照射し、全透過光に対する拡散透過光の割合を計測することにより測定される。
また、伸縮性タッチセンサシート３０のヘイズ値（曇価）としては、透明性の観点から小さい程（例えば３％）好ましく、大きくとも６０％であることが好ましい。なお、このヘイズ値は、シートに可視光を照射し、全透過光に対する拡散透過光の割合を計測することにより測定される。
前記ヘイズ値としては、前記導線の線径、前記導線が並設される間隔等によって調整可能とされる。
ここで、前記導線の線径及びタッチセンサまでの距離と視認性との関係性を下記表１に示す。
ここで、前記導線の線径及びタッチセンサまでの距離と視認性との関係性を下記表１に示す。
したがって、伸縮性タッチセンサシート３０を高精細パネルや高精細印刷物用のタッチセンサに適用する場合、前記導線の線径としては、１２μｍ以下が好ましい。
一方、自動販売機やデジタルサイネージのように大型の画面を用い、画像の高精細さが要求されず、１ｍ以上の距離から観察されるような用途で用いる場合、前記導線の線径としては、４０μｍ以下程度であってもよい。
一方、自動販売機やデジタルサイネージのように大型の画面を用い、画像の高精細さが要求されず、１ｍ以上の距離から観察されるような用途で用いる場合、前記導線の線径としては、４０μｍ以下程度であってもよい。
また、前記導線が並設される間隔としては、１００μｍ〜１０ｍｍ程度であると、前記ヘイズ値が得られ易い。
更なる用途として、スマートフォン等の情報端末で、折り畳みディスプレイ用タッチセンサに適用する場合、前記導線の前記波状形状の曲率半径が１ｍｍであるときの耐屈曲回数が１０万回以上であることが好ましい。
また、人間の関節など、摺動部用のウエアラブルデバイス用タッチセンサに適用する場合、高い伸縮性と耐久性が要求されることから、伸長率が５０％以上で、耐屈曲回数が１０万回以上であることが好ましい。
また、自動車の内装などの曲面にタッチセンサを貼り付けて実装する場合、伸長率が６０％以上で、前記導線の抵抗変化率が５％以下であることが好ましい。
また、人間の関節など、摺動部用のウエアラブルデバイス用タッチセンサに適用する場合、高い伸縮性と耐久性が要求されることから、伸長率が５０％以上で、耐屈曲回数が１０万回以上であることが好ましい。
また、自動車の内装などの曲面にタッチセンサを貼り付けて実装する場合、伸長率が６０％以上で、前記導線の抵抗変化率が５％以下であることが好ましい。
１ａ 第１のエラストマーシート
１ｂ 第２のエラストマーシート
２ 導線
２’ 導線形成材料
３ 粘着層
１０，１０ａ，ｂ 伸縮性配線シート
２０ ダイス
３０ 伸縮性タッチセンサシート
５０ａ，ｂ 歯車
１ｂ 第２のエラストマーシート
２ 導線
２’ 導線形成材料
３ 粘着層
１０，１０ａ，ｂ 伸縮性配線シート
２０ ダイス
３０ 伸縮性タッチセンサシート
５０ａ，ｂ 歯車
Claims (6)
- 伸縮性の第１のエラストマーシートと、前記第１のエラストマーシートと対向して接着される伸縮性の第２のエラストマーシートとの間に、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされるとともに長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形された導線が、前記波状形状の波の高さ方向が前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートの対向面の面内方向に沿う状態で挟持され、
前記導線が縦断面において細長形状とされ、かつ、前記導線の長手方向に配向された結晶粒により構成される金属組織を含み、前記導線の線径が太くとも５０μｍであり、前記導線のヤング率が小さくとも１５０ＧＰａであることを特徴とする伸縮性配線シート。 - 波状形状における波高が２０μｍ〜５ｍｍとされる請求項１に記載の伸縮性配線シート。
- 波状形状における波の頂部の曲率半径をＡとし、前記波状形状における隣接する前記波間の周期的なピッチ間隔をＢとしたとき、Ａ／Ｂの比が０．０５〜０．５である請求項１から２のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
- 波状形状における波の頂部の曲率半径をＡとし、導線の線径をＤとしたとき、Ａ／Ｄの比が３〜１００である請求項１から３のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
- 伸縮性の第１のエラストマーシートと、前記第１のエラストマーシートと対向して接着される伸縮性の第２のエラストマーシートとの間に、横断面の断面形状が円形状、楕円形状及びトラック形状のいずれかの形状とされるとともに長手方向に沿って周期的に湾曲される波状形状に塑性変形された導線が、前記波状形状の波の高さ方向が前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートの対向面の面内方向に沿う状態で配され、前記第１のエラストマーシート及び前記第２のエラストマーシートが透明材料で形成され、前記導線が複数本並設されて形成される２つの伸縮性配線シートを、前記導線の配線方向が直交する状態で対向配置させ、
前記導線が縦断面において細長形状とされ、かつ、前記導線の長手方向に配向された結晶粒により構成される金属組織を含み、前記導線の線径が太くとも５０μｍであり、前記導線のヤング率が小さくとも１５０ＧＰａであることを特徴とする伸縮性タッチセンサシート。 - ヘイズ値が大きくとも６０％以下である請求項５に記載の伸縮性タッチセンサシート。
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