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自己修復型配線及び伸縮デバイス NEW

国内特許コード P170014299
整理番号 (S2014-0489-N0)
掲載日 2017年6月26日
出願番号 特願2016-504201
出願日 平成27年2月20日(2015.2.20)
国際出願番号 JP2015054888
国際公開番号 WO2015125944
国際出願日 平成27年2月20日(2015.2.20)
国際公開日 平成27年8月27日(2015.8.27)
優先権データ
  • 特願2014-032182 (2014.2.21) JP
発明者
  • 岩瀬 英治
  • 古志 知也
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 自己修復型配線及び伸縮デバイス NEW
発明の概要 自己修復型配線(1)は、伸縮可能な柔軟基板(2)に金属配線(3)を配設し、金属配線(3)に生じるクラック(7)の修復部として、金属ナノ粒子(4)を分散させた液体(5)で金属配線(3)を覆う構造を実現している。柔軟基板(2)の伸縮に伴い金属配線(3)にクラック(7)が生じても、クラック(7)の部分にのみ選択的に働く力を利用して、液体(5)中の金属ナノ粒子(4)でクラック(7)を架橋することにより、金属配線(3)がクラック(7)の部分でのみ選択的に修復される。また、こうした自己修復型配線(1)を、伸縮性を有しない電気素子と組み合わせた伸縮デバイスを提供できる。これにより、高導電性と高伸縮性とを兼ね備えた自己修復型配線及び伸縮デバイスを提供する。
従来技術、競合技術の概要

近年、例えば非特許文献1に報告されるように、柔軟性や伸縮性を持つフレキシブルデバイスの研究が盛んに行われている。また、フレキシブルデバイスに用いられる配線として、非特許文献2のような材料を導電性エラストマとした配線や、非特許文献3のような形状を波状にした金属配線などが知られている。しかし、導電性エラストマは導電性が低く、波状金属配線は伸縮でクラックが生じるという問題点がある。


具体的には、これまで研究されてきた伸縮配線として、導電性材料をゴム材料やゲル材料に混ぜた導電性ゴムが最も一般的であるが、その電気伝導率は10S/m程度である。また、非特許文献2に報告された従来に比べて非常に高い伝導率をもつとされるゲル材料でも、29%の伸縮耐性で、1.02×10S/mの伝導率に過ぎない。これらは、固体の配線材料として用いられるAu(金)が4.6×10S/mであるのと比べて、非常に低い伝導率である。


一方、金属を用いた伸縮配線としては、非特許文献4で報告されるように、金属配線をジグザグ形状にすることで、多少の伸縮が起きても破断しないデバイスを実現している。しかし、金属のみを用いているため伸縮性に限界があるだけでなく、伸縮の繰り返しによる疲労破壊の懸念がある。高伝導率を考えると、伸縮配線としては金属を利用するのが良いが、金属を用いて高伸縮耐性(すなわち伸縮による破断および伸縮の繰り返しによる疲労破壊がないこと)を解決できている報告は、今のところ存在しない。


さらに、金属配線にクラックが生じた場合の自己修復型配線の研究例として、例えば非特許文献5には、シリコーンゴムの流路にハンダを流し込み配線とし、変形によって破断したときには、熱をかけることで破断が修復されるという研究が報告されている。しかし、固体であるハンダと、同じ固体である金属配線との組合せでは、例えばクラックを修復する毎に、ハンダを溶解させる温度にまで加熱を行なわなければならず、クラックの修復部として根本的な構造上の改良が求められていた。

産業上の利用分野

本発明は、高伸縮耐性、高導電率、自己修復機能を併せ持つ電気配線を実現する自己修復型配線と、その自己修復型配線を備えた伸縮デバイスに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
第1基材に電気配線を配設し、前記電気配線に生じるクラックの修復部として、導電性粒子を分散させた流動体で前記電気配線を覆う構造を備えたことを特徴とする自己修復型配線。

【請求項2】
前記電気配線への電圧印加を可能にし、前記クラックの部分にのみ電界を生じさせる端子部を、前記電気配線に設けたことを特徴とする請求項1記載の自己修復型配線。

【請求項3】
前記電気配線の表面を、前記導電性粒子の表面と同極に帯電させ、前記クラックの部分で前記流動体に接する前記第1基材の表面を、前記導電性粒子の表面と異極に帯電させることを特徴とする請求項1記載の自己修復型配線。

【請求項4】
前記導電性粒子が、前記クラックの部分で前記電気配線よりも先に熱で融解するものであることを特徴とする請求項1~3の何れか一つに記載の自己修復型配線。

【請求項5】
前記導電性粒子が金属粒子であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の自己修復型配線。

【請求項6】
第1基材に電気配線を配設し、前記電気配線に生じるクラックの修復部として、金属イオンを溶解した流動体で前記電気配線を覆う構造を備えたことを特徴とする自己修復型配線。

【請求項7】
前記電気配線への電圧印加を可能にし、前記クラックの部分にのみ電界を生じさせる端子部を、前記電気配線に設けたことを特徴とする請求項6記載の自己修復型配線。

【請求項8】
前記クラックの部分で前記流動体に接する前記第1基材の表面にのみ、無電解メッキにより前記金属イオンから固体金属を析出させる構成としたことを特徴とする請求項6記載の自己修復型配線。

【請求項9】
前記金属イオンから析出される固体金属が、前記クラックの部分で前記電気配線よりも先に熱で融解するものであることを特徴とする請求項6~8の何れか一つに記載の自己修復型配線。

【請求項10】
前記第1基材が伸縮可能であることを特徴とする請求項1~9のいずれか一つに記載の自己修復型配線。

【請求項11】
前記電気配線が金属配線であることを特徴とする請求項1~10のいずれか一つに記載の自己修復型配線。

【請求項12】
前記電気配線の所定の場所でクラックが発生するように、前記電気配線または前記第1基材の少なくとも一方が構成されていることを特徴とする請求項1~11のいずれか一つに記載の自己修復型配線。

【請求項13】
前記第1基材と、当該第1基材よりも剛性の高い第2基材とにより基板を構成し、前記第2基材にのみ電気素子を実装したことを特徴とする請求項1~12のいずれか一つに記載の自己修復型配線を備えた伸縮デバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016504201thum.jpg
出願権利状態 公開
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