JPWO2017110490A1 - 伸縮性配線シート並びにその製造方法及び製造装置、伸縮性タッチセンサシート - Google Patents

伸縮性配線シート並びにその製造方法及び製造装置、伸縮性タッチセンサシート Download PDF

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Abstract

【課題】簡易かつ低コストに製造することができ、柔軟性、耐久性及び外力に対する追従性に富み、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並びにその製造方法及び製造装置、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。【解決手段】本発明の伸縮性配線シートは、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、除荷時に第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との対向面内で周期的に湾曲された波状形状とされるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態で第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、を有することを特徴とする。【選択図】図１（ａ）

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並びにその製造方法及び製造装置、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。
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２参照）。
しかしながら、この提案では、エラストマー上に積層された銅箔をエッチングして波状パターンの銅配線を形成するため、製造プロセスが複雑となる問題がある。また、この伸縮性回路基板をタッチセンサシートとして用いる場合、波状構造に逆らって銅配線を伸長させることとなるため、タッチ操作に追従させて形状を変化させにくく、操作感や感度が十分に得られない問題がある。
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３参照）。
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。
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４参照）。
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。
国際公開２００９−１０２０７７号公報 特開２０１３−１８７３８０号公報 特開２０１１− ３４８２２号公報 特開２０１３−２０６０８０号公報
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、耐久性及び外力に対する追従性に富み、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並びにその製造方法及び製造装置、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、除荷時に前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの対向面内で周期的に湾曲された波状形状とされるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態で前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの間に挟持される導線と、を有することを特徴とする伸縮性配線シート。
＜２＞ 導線の線径方向の断面形状が円形状である前記＜１＞に記載の伸縮性配線シート。
＜３＞ 導線の線径が太くとも５０μｍ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＞ 導線のヤング率が小さくとも１５０ＧＰａ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＞ 波状形状における波高が２０μｍ〜５ｍｍとされる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
＜６＞ 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＜５＞のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
＜７＞ 少なくともいずれかの対向面側に接着層が形成された第１のエラストマーシート及び第２のエラストマーシートを対向させて一の伸長方向に伸長させる伸長工程と、
対向する前記第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の間に棒状の導線を前記伸長方向に沿って配し、前記導線を挟持する状態で前記第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を貼り合せる貼合工程と、貼り合された状態の前記第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伸長を開放して除荷し、前記導線を前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの対向面内で周期的に湾曲された波状形状に変形させるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態とする除荷工程と、を含むことを特徴とする伸縮性配線シートの製造方法。
＜８＞ ２つの回転ローラで構成され、少なくともいずれかの対向面側に接着層が形成された第１のエラストマーシートと第２のエラストマーシートとの間に棒状の導線が挟持されるようにこれらを前記２つの回転ローラ間に圧入させて圧着可能とされる圧着ローラと、前記第１のエラストマーシートを前記圧着ローラに向けて供給可能とされる第１のエラストマーシート供給ローラと、前記第２のエラストマーシートを前記第１のエラストマーシートと対向させて前記圧着ローラに向けて供給可能とされる第２のエラストマーシート供給ローラと、前記第１のエラストマーシート供給ローラと前記第２のエラストマーシート供給ローラとの間に配され、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のいずれかの対向面と反対側の面上から視たときにこれらの前記圧着ローラに対する供給方向と平行な方向で前記導線を前記圧着ローラに向けて供給可能とされる導線供給ローラと、前記第１のエラストマーシート供給ローラ及び前記第２のエラストマーシート供給ローラから供給される前記第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が前記供給方向に伸長された状態で前記圧着ローラに圧入されるように前記第１のエラストマーシート供給ローラ及び前記第２のエラストマーシート供給ローラの供給速度よりも速い速度で前記圧着ローラの送出速度を制御するとともに、前記導線供給ローラの供給速度と同じ速度で前記圧着ローラの前記送出速度を制御するローラ制御部と、を有することを特徴とする伸縮性配線シートの製造装置。
＜９＞ 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、除荷時に前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの対向面内で周期的に湾曲された波状形状とされるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態で前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの間に挟持される導線と、を有し、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たことを特徴とする伸縮性タッチセンサシート。
＜１０＞ ヘイズ値が大きくとも６０％以下である前記＜９＞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、耐久性及び外力に対する追従性に富む高伸縮性の伸縮性配線シート並びにその製造方法及び製造装置、伸縮性タッチセンサシートを提供することができる。
伸縮性配線シートのシート上面を示す説明図である。 伸縮性シートのシート断面を示す断面図である。 除荷時における、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とで挟持された状態の導線２の長さＬ１を示す図である。 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とを溶媒等で除去して外部に取り出し除荷した状態の導線２の長さＬ２を示す図である。 貼り付け時における第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の初期伸長率と、波状形状における波数及び波高との関係を示す図である。 導線２の線径と、波状形状における波数及び波高との関係を示す図である。 導線２の形成材料と、波状形状における波数及び波高との関係を示す図である。 導線２の形成材料の弾性係数と、波状形状における波頂部の曲率半径との関係を示す図である。 導線２の形成材料の弾性係数と、前記波状形状における波頂部の曲率半径との相関関係を説明するための説明図である。 弾性係数が小さく曲率半径が小さい波形について、図３（ａ）中の円で囲んだ部分を拡大して示す拡大図である。 弾性係数が大きく曲率半径が大きい波形について、図３（ａ）中の円で囲んだ部分を拡大して示す拡大図である。 弾性係数が大きい材料として線径９μｍのピアノ線を用いて伸縮性配線シート１０を製造した場合における導線２の波状形状の顕微鏡写真を示す図である。 弾性係数が小さい材料として線径３０μｍの銅線を用いて伸縮性配線シート１０を製造した場合における導線２の波状形状の顕微鏡写真を示す図である。 伸縮性配線シート１０の製造工程を示す図（１）である。 伸縮性配線シート１０の製造工程を示す図（２）である。 伸縮性配線シート１０の製造工程を示す図（３）である。 伸縮性配線シートの製造装置の一例を示す説明図である。 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。 静電容量型タッチセンサの構成例を示す図である。 実施例に係る伸縮性配線シートの抵抗値変化を示す図である。 伸長後のＬＥＤ装置の点灯状況を示す図である。 伸長前のＬＥＤ装置の点灯状況を示す図である。 伸縮性配線シートを通して光反射媒体が視認できるかの観察状況を示す図である。 伸縮性配線シートを通して発光媒体が視認できるかの観察状況を示す図である。 タッチセンサが柔軟に形状変化するかの観察状況を示す図である。 タッチセンサ屈曲前の点灯状況を示す図である。 タッチセンサ屈曲後の点灯状況を示す図である。
（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。
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。
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。
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の厚みとしては、特に制限はなく形成材料にもよるが、これらシートの対向面内で導線２を周期的に湾曲する波状形状で挟持させる程度の剛性を持たせる観点から、５μｍ以上であることが好ましい。即ち、５μｍ未満であると、製造時において、対向面内で導線２が周期的に湾曲する波状形状を有するようにこれらシート間に導線２を挟持させたとき、導線２の波状形状がこれらシートの厚み方向に立ち上がる挙動を抑制できず、導線２をこれらシートの対向面内で周期的に湾曲させた波状形状とすることが難しくなることがある。ただし、厚みにより付与される剛性により、このような導線２の挙動を抑制できない場合であっても、これらシートに剛性を付与するように、これらシートの上下を平面性の高い板等で支持しつつ導線２を挟持させることで、導線２がこれらシートの対向面内で周期的に湾曲された波状形状を有するように製造を行うこともできる。
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、製造時に導線２を周期的な波状形状とすることが難しくなることがあり、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恐れがある。
導線２は、除荷時に第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との対向面内で周期的に湾曲された波状形状とされるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態で第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、耐久性及び外力に対する追従性に富む高伸縮性の伸縮性配線シート１０が形成される。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、この導線２の配線状態の形成方法は、後述の製造方法の欄において詳述する。
伸縮性配線シート１０において、導線２の前記波状形状が前記棒状形状に復元する方向に付勢されていることは、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とを溶媒等で除去して外部に取り出し除荷した状態の導線２の長さが、除荷時における、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とで挟持された状態の導線２の長さよりも長くなることで確認することができる。即ち、本明細書において、「導線の波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢されている」とは、例えば、図１（ｃ）に例示される、除荷時における、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とで挟持された状態の導線２の長さＬ１が、図１（ｄ）に例示される、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とを溶媒等で除去して外部に取り出し除荷した状態の導線２の長さＬ２に対して、次式、Ｌ１＜Ｌ２（ｍ）の関係を満たすことを意味する。
また、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の断面形状としては、特に制限はないが、伸長時に局所的な応力集中によって破断することを避ける観点から、円形状であることが好ましく、楕円やトラック形状であってもよい。
また、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。
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。
後述の製造方法で伸縮性配線シート１０を製造する場合、導線２の前記波状形状における、波形（波の頂部の曲率半径）、隣接する前記波間の周期的なピッチ間隔（一周期の長さ）、単位長さ１ｍｍあたりの波数（一周期分の波の個数）及び波高を決定するファクターとしては、導線２の線径、貼り付け時における第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の初期伸長率、導線２の形成材料及びその弾性係数が考えられる。
これらファクターの関係性を図２（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、図２（ａ）は、貼り付け時における第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の初期伸長率と、前記波状形状における波数及び波高との関係を示す図であり、図２（ｂ）は、導線２の線径と、前記波状形状における波数及び波高との関係を示す図であり、図２（ｃ）は、導線２の形成材料と、前記波状形状における波数及び波高との関係を示す図であり、図２（ｄ）は、導線２の形成材料の弾性係数と、前記波状形状における波頂部の曲率半径との関係を示す図である。また、導線の種類は、下記表１に示すものであり、各導線の線径方向の断面は、円形状である。
図２（ｃ）に示すように、導線２の前記波状形状における波数及び波高は、導線２の形成材料にほとんど依存しないものの、図２（ａ），（ｂ）に示すように、貼り付け時における第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の初期伸長率及び導線２の線径に依存する。
また、図２（ｄ）に示すように、導線２の形成材料の弾性係数と、前記波状形状における波頂部の曲率半径との間には、強い相関がある。
即ち、図３（ａ）に示すように、弾性係数が小さいと曲率半径が小さい波形となり、弾性係数が大きいと曲率半径が大きい波形となる。なお、図３（ａ）は、導線２の形成材料の弾性係数と、前記波状形状における波頂部の曲率半径との相関関係を説明するための説明図である。
ここで、弾性係数が小さく曲率半径が小さい波形では、図３（ｂ）に拡大して示すように、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が破断し易く、弾性係数が大きく曲率半径が大きい波形では、図３（ｃ）に拡大して示すように、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が破断しにくい。なお、図３（ｂ）は、弾性係数が小さく曲率半径が小さい波形について、図３（ａ）中の円で囲んだ部分を拡大して示す拡大図であり、図３（ｃ）は、弾性係数が大きく曲率半径が大きい波形について、図３（ａ）中の円で囲んだ部分を拡大して示す拡大図である。
実際に、弾性係数が大きい材料として線径９μｍのピアノ線を用いて伸縮性配線シート１０を製造した場合と、弾性係数が小さい材料として線径３０μｍの銅線を用いて伸縮性配線シート１０を製造した場合とにおける、導線２の波状形状の顕微鏡写真を図４（ａ），（ｂ）に示す。なお、図４（ａ）が弾性係数が大きい材料として線径９μｍのピアノ線を用いて伸縮性配線シート１０を製造した場合における導線２の波状形状の顕微鏡写真を示す図であり、図４（ｂ）が弾性係数が小さい材料として線径３０μｍの銅線を用いて伸縮性配線シート１０を製造した場合における導線２の波状形状の顕微鏡写真を示す図である。また、これらの例は、導線２の形成材料以外、同一の条件で伸縮性配線シート１０の製造を行ったものである。
図４（ａ），（ｂ）に示すように、弾性係数が大きいピアノ線では、曲率半径が大きく破断が生じないのに対し、弾性係数が小さい銅線では、曲率半径が小さく破断が生じることが実際に確認される。弾性係数が小さい銅線を用いる場合には、貼り付け時の第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の初期伸長率及び線径の選択の自由度が大きく制限される。
したがって、導線としてみたときに材料の弾性係数と同様の物性を指標する導線２のヤング率（縦弾性係数）としては、前記波状形状における波の頂部の曲率半径を大きく保つ観点から、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、屈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保持することが困難なことがある。
なお、図４（ａ）に示すピアノ線の場合、Ａ／Ｂは、約０．１４であり、図４（ｂ）に示す銅線の場合、Ａ／Ｂは、約０．０３である。
また、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。
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、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、耐久性及び外力に対する追従性に富み、また、形状変化に伴う抵抗値の変化が小さく、また、後述の製造方法により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。
（伸縮性配線シートの製造方法）
本発明の伸縮性配線シートの製造方法は、伸長工程と、貼合工程と、除荷工程と、を含み、必要に応じて、その他の工程を含む。
前記伸長工程は、少なくともいずれかの対向面側に接着層が形成された第１のエラストマーシート及び第２のエラストマーシートを対向させて一の伸長方向に伸長させる工程である。
これらシートを一の伸長方向に伸長させる方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の張力装置を用いてこれらシートに張力を与える方法が挙げられる。
また、前記伸長工程における第１のエラストマーシート及び第２のエラストマーシートの伸長率（初期伸長率）としては、これらシートの限界伸長率未満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る。
前記貼合工程は、対向する前記第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の間に棒状の導線を前記伸長方向に沿って配し、前記導線を挟持する状態で前記第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を貼り合せる工程である。
前記対向する前記第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の間に前記導線を前記伸長方向に沿って配する方法としては、特に制限はなく、公知の回転ローラでこれらシート間に前記導線を供給する方法等が挙げられる。
また、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を貼り合せる方法としては、特に制限はなく、２つの圧着ローラ間にこれらシートが密着する状態で挿通させる方法やプレス機を用いてこれらシートを圧着させる方法等が挙げられる。
前記除荷工程は、貼り合された状態の前記第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伸長を開放して除荷し、前記導線を前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの対向面内で周期的に湾曲された波状形状に変形させるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態とする工程である。
本発明の一実施形態に係る伸縮性配線シート１０の製造方法を例に、本発明の前記伸縮性配線シートの製造方法を図５（ａ）〜（ｃ）、図１（ａ）を用いて説明する。なお、図５（ａ）〜（ｃ）は、伸縮性配線シート１０の製造工程を示す図（１）〜（３）である。
先ず、図５（ａ）に自然長の大きさを示す、第１のエラストマーシート１ａを用意し、第１のエラストマーシート１ａの長さ方向に張力を付与して第１のエラストマーシート１ａを伸長させる（図５（ｂ）参照）。
次に、第１のエラストマーシート１ａを伸長させた状態で、第１のエラストマーシート１ａの粘着層が形成された面上に棒状の導線２を第１のエラストマーシート１ａの伸長方向に沿って配する（図５（ｂ）参照）。
次に、第１のエラストマーシート１ａと同素材の第２のエラストマーシート１ｂを第１のエラストマーシート１ａと同様に伸長させるとともに、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との間に棒状の導線２が配された状態で、これらシートを貼り合せる（図５（ｃ）参照）。
次に、貼り合された状態の第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の伸長を開放して除荷する。この時、棒状の導線２は、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の収縮に伴い、これらシートの対向面内で周期的に湾曲された波状形状に変形され、また、前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢されてこれらシートに挟持される（図１（ａ）参照）。
以上により、伸縮性配線シート１０が製造される。
この伸縮性配線シートの製造方法によれば、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の伸縮性を利用した、およそ伸長された第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間に導線２を配するだけのシンプルな製造工程とされるため、極めて簡易かつ低コストに伸縮性配線シート１０を製造することができる。
（伸縮性配線シートの製造装置）
次に、本発明の伸縮性配線シートの製造装置について図６を参照しつつ説明する。この製造装置は、本発明の前記伸縮性配線シートの製造方法により前記伸縮性配線シートの大量製造を可能とするものである。なお、図６は、伸縮性配線シートの製造装置の一例を示す説明図である。
図６に示すように、伸縮性配線シートの製造装置２０は、第１のエラストマーシート供給ローラ２６ａと、第２のエラストマーシート供給ローラ２６ｂと、圧着ローラ２７ａ，ｂと、導線供給ローラ２８と、これらローラの回転速度を制御するローラ制御部（不図示）と、を有する。
圧着ローラ２７ａ，ｂは、少なくともいずれかの対向面側に接着層が形成された第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との間に棒状の導線２が挟持されるように、これらを２つの回転ローラ間に圧入させて圧着可能とされる。
第１のエラストマーシート供給ローラ２６ａは、第１のエラストマーシート１ａを圧着ローラ２７ａ，ｂに向けて供給可能とされ、また、第２のエラストマーシート供給ローラ２６ｂは、第２のエラストマーシート１ｂを第１のエラストマーシート１ａと対向させて圧着ローラ２７ａ，ｂに向けて供給可能とされる。
導線供給ローラ２８ａ、ｂ、ｃは、ダンサーローラ２９ａ、ｂ、ｃと共に第１のエラストマーシート供給ローラ２６ａと第２のエラストマーシート供給ローラ２６ｂとの間に配され、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のいずれかの対向面と反対側の面上から視たときに、これらの圧着ローラ２７ａ，ｂに対する供給方向と平行な方向で導線２を、ダンサーローラ２９ａ、ｂ、ｃの動きによってその張力を調整しながら圧着ローラ２７ａ，ｂに向けて供給可能とされる。
前記ローラ制御部は、第１のエラストマーシート供給ローラ２６ａ及び第２のエラストマーシート供給ローラ２６ｂから供給される第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が前記供給方向に伸長された状態で圧着ローラ２７ａ，ｂに圧入されるように第１のエラストマーシート供給ローラ２６ａ及び第２のエラストマーシート供給ローラ２６ｂの供給速度よりも速い速度で圧着ローラ２７ａ，ｂの送出速度を制御するとともに、導線供給ローラ２８の供給速度と同じ速度で圧着ローラ２７ａ，ｂの前記送出速度を制御する。
なお、圧着ローラ２７ａ，ｂから送出された伸縮性配線シートは、公知の裁断装置により目的に応じた大きさに裁断される。
以上により構成される伸縮性配線シートの製造装置２０によれば、第１のエラストマーシート１ａ、第２のエラストマーシート１ｂ及び導線２を連続供給して伸縮性配線シートを大量に製造することができる。
（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７（ａ）を参照しつつ説明する。なお、図７（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、前記伸縮性の第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、除荷時に前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの対向面内で周期的に湾曲された前記波状形状とされるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態で前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの間に挟持される前記導線と、を有し、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，ｂ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、前記波状形状の導線が予め外力を受けて変形する方向に付勢されて配されるため、タッチ操作に追従させて形状を変化させ易く、操作感や感度に優れる。また、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、曲面に追従させて配することができる。
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７（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。
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。
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２に示す。
ただし、表２中の○は、主観評価により、視認できないことを示し、△は、かろうじて視認できることを示し、×は、視認できることを示す。
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。
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。
第１のエラストマーシート及び第２のエラストマーシートとして限界伸長率が６００％の市販のウレタン系エラストマーシートと、導線として線径が１２μｍのピアノ線とを用い、先に説明した前記伸縮性配線シートの製造方法（図５（ａ）〜（ｃ）参照）にしたがって、実施例に係る伸縮性配線シートを製造した。なお、第１のエラストマーシート及び第２のエラストマーシートとの接着に用いる粘着剤としては、市販のウレタンジェル系粘着剤を用い、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貼り付け時における初期伸長率は、４００％とした。
この実施例に係る伸縮性配線シートに対し、前記導線の両端を電圧計と接続した状態で前記導線の配線方向に１００％の伸長負荷を１秒周期で５００回与え、抵抗値の変化を観察した。結果を図８に示す。
図８に示すように、観察期間中、抵抗値が大きく変化することはなく、また、１回目と５００回目とで抵抗値が大きく変化していないことから、実施例に係る伸縮性配線シートは、形状変化に伴う抵抗値変化が小さく、５００回伸縮させても破断しない耐久性を有することが分かる。
次に、この実施例に係る伸縮性配線シートに対し、前記導線の一端にＬＥＤ装置を接続し、他端に電源装置を接続した状態で前記導線の配線方向に５０％伸長させて、伸長前後のＬＥＤ装置の点灯状況の観察を行った。結果を図９（ａ），（ｂ）に示す。なお、図９（ａ）が伸長後のＬＥＤ装置の点灯状況を示す図であり、図９（ｂ）が伸長前のＬＥＤ装置の点灯状況を示す図である。
これら図９（ａ），（ｂ）に示すように伸長前後でＬＥＤ装置の点灯状況に変化はなく、実施例に係る伸縮性配線シートは、伸縮に対する耐性を有することが分かる。
次に、透明性が必要なタッチセンサ用途に適用できることを示すために、２つの表示物の面上に実施例に係る伸縮性配線シートを配置し、実施例に係る伸縮性配線シートを通して２つの表示物が視認できるかの観察を行った。観察の様子を図１０（ａ），（ｂ）に示す。なお、２つの表示物は、１つが光反射媒体であり（図１０（ａ））、他の１つが発光媒体（図１０（ｂ））である。また、タッチセンサ用途における透明性を確認するため、実施例に係る伸縮性配線シートを２つ用意し、これらを対向配置させて観察を行った。
これら図１０（ａ），（ｂ）に示すように、いずれの表示物に対しても優れた視認性が確認され、実施例に係る伸縮性配線シートは、透明性が必要なタッチセンサ用途に適用することができることが分かる。
次に、実施例に係る伸縮性配線シートを２つ用意し、これら２つのシートを前記導線の配線方向が直交する状態で積層させて実施例に係る伸縮性タッチセンサシートを作製するとともに、前記導線を静電容量変化検出回路と接続させて、図７（ｂ）に示す静電容量型タッチセンサと同様の機能を有するタッチセンサを作製した。
この実施例に係る伸縮性タッチセンサシートを用いたタッチセンサに対して、柔軟性、屈曲性の観察試験を行った。
先ず、柔軟性については、実施例に係る伸縮性タッチセンサシートを用いたタッチセンサを柔らかい布地上に配置した状態で布地に押し付け、布地の形状に追従してタッチセンサが柔軟に形状変化するかを観察した。結果を図１１に示す。
図１１に示すように、実施例に係る伸縮性タッチセンサシートを用いたタッチセンサは、布地の形状に追従して柔軟に形状変化し、柔軟性を有することが確認された。また、形状変化の前後で破断等を生じさせることなくＬＥＤ装置を点灯させることができることが確認された。
次に、屈曲性については、実施例に係る伸縮性タッチセンサシートを用いたタッチセンサを略中央位置で折り畳むように屈曲させ、屈曲前後でのＬＥＤ装置の点灯状況を観察した。結果を図１２（ａ），（ｂ）に示す。なお、図１２（ａ）が屈曲前の点灯状況を示す図であり、図１２（ｂ）が屈曲後の点灯状況を示す図である。
これら図１２（ａ），（ｂ）に示すように、施例に係る伸縮性タッチセンサシートを用いたタッチセンサでは、ＬＥＤ装置の点灯状況が屈曲前後で変わらないことが確認された。
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
３ 粘着層
１０ 伸縮性配線シート
２０ 伸縮性配線シートの製造装置
２６ａ 第１のエラストマーシート供給ローラ
２６ｂ 第２のエラストマーシート供給ローラ
２７ａ，ｂ 圧着ローラ
２８ａ，ｂ，ｃ 導線供給ローラ
２９ａ，ｂ，ｃ ダンサーローラ

Claims (10)

  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、
    除荷時に前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの対向面内で周期的に湾曲された波状形状とされるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態で前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの間に挟持される導線と、
    を有することを特徴とする伸縮性配線シート。
  2. 導線の線径方向の断面形状が円形状である請求項１に記載の伸縮性配線シート。
  3. 導線の線径が太くとも５０μｍ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。
  4. 導線のヤング率が小さくとも１５０ＧＰａ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。
  5. 波状形状における波高が２０μｍ〜５ｍｍとされる請求項１から４のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
  6. 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５のいずれかに記載の伸縮性配線シート。
  7. 少なくともいずれかの対向面側に接着層が形成された第１のエラストマーシート及び第２のエラストマーシートを対向させて一の伸長方向に伸長させる伸長工程と、
    対向する前記第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の間に棒状の導線を前記伸長方向に沿って配し、前記導線を挟持する状態で前記第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を貼り合せる貼合工程と、
    貼り合された状態の前記第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伸長を開放して除荷し、前記導線を前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの対向面内で周期的に湾曲された波状形状に変形させるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態とする除荷工程と、
    を含むことを特徴とする伸縮性配線シートの製造方法。
  8. ２つの回転ローラで構成され、少なくともいずれかの対向面側に接着層が形成された第１のエラストマーシートと第２のエラストマーシートとの間に棒状の導線が挟持されるようにこれらを前記２つの回転ローラ間に圧入させて圧着可能とされる圧着ローラと、
    前記第１のエラストマーシートを前記圧着ローラに向けて供給可能とされる第１のエラストマーシート供給ローラと、
    前記第２のエラストマーシートを前記第１のエラストマーシートと対向させて前記圧着ローラに向けて供給可能とされる第２のエラストマーシート供給ローラと、
    前記第１のエラストマーシート供給ローラと前記第２のエラストマーシート供給ローラとの間に配され、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のいずれかの対向面と反対側の面上から視たときにこれらの前記圧着ローラに対する供給方向と平行な方向で前記導線を前記圧着ローラに向けて供給可能とされる導線供給ローラと、
    前記第１のエラストマーシート供給ローラ及び前記第２のエラストマーシート供給ローラから供給される前記第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が前記供給方向に伸長された状態で前記圧着ローラに圧入されるように前記第１のエラストマーシート供給ローラ及び前記第２のエラストマーシート供給ローラの供給速度よりも速い速度で前記圧着ローラの送出速度を制御するとともに、前記導線供給ローラの供給速度と同じ速度で前記圧着ローラの前記送出速度を制御するローラ制御部と、
    を有することを特徴とする伸縮性配線シートの製造装置。
  9. 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、除荷時に前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの対向面内で周期的に湾曲された波状形状とされるとともに前記波状形状が棒状形状に復元する方向に付勢される状態で前記第１のエラストマーシートと前記第２のエラストマーシートとの間に挟持される導線と、を有し、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たことを特徴とする伸縮性タッチセンサシート。
  10. ヘイズ値が大きくとも６０％以下である請求項９に記載の伸縮性タッチセンサシート。
JP2017557862A 2015-12-24 2016-12-08 伸縮性配線シート並びにその製造方法及び製造装置、伸縮性タッチセンサシート Active JP6697149B2 (ja)

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