(57)【要約】本発明は、電子回路（５０）を備えるように布地製品（４０）を製造するための方法に関するものであって、本発明による方法においては、フレキシブルな基板（４６）上においてトレースおよびパッド（４４）を有しているようにしてフレキシブルな回路（４２）を形成し；剛直な支持面上に布地製品を配置し；フレキシブル回路をなす基板を、布地製品に対して固定する。本発明は、また、電子回路を備えた布地製品を開示するものであり、また、電気的に活性な繊維製品を開示するものである。
2004513247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路を備えるように布地製品を製造するための方法であって、
基板上においてトレースおよびパッドを有しているようにして回路を形成し；
面上に布地製品を配置し；
前記回路をなす前記基板を、前記布地製品に対して固定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記回路を、フレキシブル回路とし、
前記基板を、フレキシブルな熱可塑性材料、フレキシブルな熱硬化性材料、および、フレキシブルな溶液キャスト材料からなるグループの中から選択されたものとすることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記トレースおよびパッドを、導電性のものとすることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、
導電性の前記トレースおよびパッドを、前記基板に対してラミネートされた金属箔、または、前記基板上に成膜された金属フィルム、または、前記基板上に形成された導電性ポリマー、から構成することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、
前記固定に際しては、前記基板を前記布地に対して溶接するための超音波デバイスを使用することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、
前記超音波デバイスを、手持ち式の超音波ホーンとすることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記面を、ステンレススチールプレートとすることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記固定に際しては、ラジオ周波数プロセスまたは熱ラミネートプロセスを使用することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、
前記固定に際しては、前記基板を前記布地に対して固定するための接着剤を使用することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、
前記固定に際しては、前記基板を前記布地に対して縫合することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法において、
前記縫合に際しては、前記基板と前記布地との間に付加的材料層を縫い付けることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法において、
前記固定に際しては、少なくとも１つのメッキスルーホールを使用して前記基板を前記布地に対して固定することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法において、
さらに、前記回路上に保護カバーを固定することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、
前記保護カバーを、防水性のものとすることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、
前記保護カバーを、前記布地上にまで延出することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１記載の方法において、
さらに、前記基板を前記布地に対して固定する前に、前記回路に電子素子を実装することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１記載の方法において、
さらに、前記基板を前記布地に対して固定した後に、前記回路に電子素子を実装することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、
前記フレキシブル基板を、熱可塑性材料から形成し、
前記トレースおよびパッドを、金属から形成することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１記載の方法において、
前記布地を、織布、ニット、不織布、および、編物からなるグループの中から選択されたものとすることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法において、
前記布地を、着用可能製品の一部とすることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１記載の方法において、
さらに、前記回路の可撓性を助長し得るよう、前記回路に、応力緩和領域を形成することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、
前記応力緩和領域を、前記基板のエッジに形成した切欠とすることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１記載の方法において、
前記応力緩和領域を、前記基板を貫通させて形成した切抜とすることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２１記載の方法において、
前記応力緩和領域を、前記基板に対して付加された材料を有したものすることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１記載の方法において、
前記応力緩和領域を、前記回路上において電子素子どうしの間に配置することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２１記載の方法において、
前記応力緩和領域を、前記回路上に形成された少なくとも１つの窪みを有したものとすることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法において、
前記少なくとも１つの窪みを、超音波デバイスを使用して形成することを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６記載の方法において、
前記少なくとも１つの窪みを、ラジオ周波数デバイスを使用して形成することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２６記載の方法において、
前記少なくとも１つの窪みを、前記回路上において電子素子どうしの間に配置することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１記載の方法において、
さらに、前記布地上に他の回路を固定し、
２つの回路を電気的に相互接続することを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項３０記載の方法において、
前記２つの回路の固定および電気的相互接続に際しては、複数の歯を有した少なくとも１つのジッパーを使用し、
前記複数の歯のうちの一部を、導電性のものとすることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３０記載の方法において、
前記２つの回路の固定および電気的相互接続に際しては、少なくとも一対のＶＥＬＣＲＯ（登録商標）パッチを使用し、
前記パッチの少なくとも一部を、導電性のものとすることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３０記載の方法において、
前記２つの回路を、導電性半田パッドを備えたものとし、
前記布地を、電気的トレースを備えたものとし、
前記導電性半田パッドを、前記電気的トレースに対して接着することにより、前記２つの回路を電気的に相互接続することを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項１記載の方法において、
前記基板を、前記トレースおよびパッドが形成されていないような周縁接着領域を備えたものとし、
前記固定ステップに際しては、前記基板の前記周縁接着領域を前記布地に対して固定することを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項１記載の方法において、
前記基板の周縁部を前記布地に対して固定するに際して、周縁補強領域を設けておくことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項１記載の方法において、
さらに、前記布地製品に対して、グラフィックを追加することを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項１記載の方法において、
さらに、前記基板と前記布地製品との間に、ソフトな層を配置することを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３７記載の方法において、
前記ソフトな層を、内部に少なくとも１つのポケットを有したものとし、
前記回路を、前記ソフトな層の前記ポケット内に収容される電子素子を備えたものとすることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項１記載の方法において、
前記基板を前記布地製品に対して固定する前に、前記基板を折り曲げることを特徴とする方法。
【請求項４０】
電気的に活性な繊維製品であって、
布地と；
この布地に対して固定された基板上においてトレースおよびパッドを有している回路と；
この回路上に実装された少なくとも１つの電子素子と；
を具備することを特徴とする製品。
【請求項４１】
請求項４０記載の製品において、
前記基板が、フレキシブルであることを特徴とする製品。
【請求項４２】
請求項４０記載の製品において、
前記トレースおよびパッドが、導電性のものであることを特徴とする製品。
【請求項４３】
請求項４０記載の製品において、
前記回路基板が、前記布地に対して超音波的に溶接されていることを特徴とする製品。
【請求項４４】
請求項４３記載の製品において、
前記回路基板が、前記布地に対して、前記基板の周縁において超音波的に溶接されていることを特徴とする製品。
【請求項４５】
請求項４０記載の製品において、
前記回路基板が、前記トレースおよびパッドが形成されていないような周縁接着領域を備え、
この周縁接着領域が、前記布地に対して固定されていることを特徴とする製品。
【請求項４６】
請求項４０記載の製品において、
接着剤によって、前記基板が前記布地に対して固定されていることを特徴とする製品。
【請求項４７】
請求項４０記載の製品において、
縫糸によって、前記基板が前記布地に対して固定されていることを特徴とする製品。
【請求項４８】
請求項４０記載の製品において、
さらに、前記回路上に保護カバーを具備していることを特徴とする製品。
【請求項４９】
請求項４８記載の製品において、
前記保護カバーが、防水性材料から形成されていることを特徴とする製品。
【請求項５０】
請求項４８記載の製品において、
前記保護カバーが、前記布地上にまで延出されていることを特徴とする製品。
【請求項５１】
請求項４２記載の製品において、
前記フレキシブル基板が、熱可塑性材料とされ、
前記トレースおよびパッドが、金属とされていることを特徴とする製品。
【請求項５２】
請求項４０記載の製品において、
前記布地が、織布、ニット、不織布、および、編物からなるグループの中から選択されたものであることを特徴とする製品。
【請求項５３】
請求項５２記載の製品において、
前記布地が、着用可能製品の一部であることを特徴とする製品。
【請求項５４】
請求項４０記載の製品において、
さらに、前記回路基板の可撓性を助長するための応力緩和領域を具備していることを特徴とする製品。
【請求項５５】
請求項５４記載の製品において、
前記応力緩和領域が、前記基板のエッジに形成された切欠であることを特徴とする製品。
【請求項５６】
請求項５４記載の製品において、
前記応力緩和領域が、前記基板が貫通して形成された切抜であることを特徴とする製品。
【請求項５７】
請求項５４記載の製品において、
前記応力緩和領域が、前記基板に対して付加された材料を有していることを特徴とする製品。
【請求項５８】
請求項５４記載の製品において、
前記応力緩和領域が、前記回路上において電子素子どうしの間に配置されていることを特徴とする製品。
【請求項５９】
請求項４０記載の製品において、
２つのフレキシブル回路が、前記布地上に固定されており、
これら２つの回路の間には、電気配線が形成されていることを特徴とする製品。
【請求項６０】
請求項５９記載の製品において、
前記２つのフレキシブル回路が、少なくとも１つのジッパーによって前記布地に対して固定され、
前記ジッパーが、前記電気配線のために、少なくとも２つの導電性の歯を有していることを特徴とする製品。
【請求項６１】
請求項５９記載の製品において、
前記２つのフレキシブル回路が、少なくとも一対のＶＥＬＣＲＯ（登録商標）パッチによって前記布地に対して固定され、
前記パッチの少なくとも一部が、前記電気配線のために、導電性のものとされていることを特徴とする製品。
【請求項６２】
請求項５９記載の製品において、
前記２つのフレキシブル回路が、導電性半田パッドを備え、
前記布地が、ポリエステルによってコーティングされた銅布地を備え、
前記導電性半田パッドと前記ポリエステルコーティングとを溶融させることによって、前記電気配線が形成されていることを特徴とする製品。
【請求項６３】
電子回路を備えるように布地製品を製造するための方法であって、
フレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；
面上に布地製品を配置し；
前記フレキシブル回路をなす前記基板を、前記布地製品に対して固定し；
前記フレキシブル基板に対して電子素子を実装し；
前記フレキシブル回路および前記電子素子の上に、保護カバーを固定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項６４】
電子回路を備えるように衣類製品を製造するための方法であって、
フレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；
面上に衣類製品を配置し；
前記フレキシブル回路をなす前記基板を、前記衣類製品に対して固定し；
前記フレキシブル基板に対して電子素子を実装し；
前記フレキシブル回路および前記電子素子の上に、保護カバーを固定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項６５】
電気的に活性な繊維製品であって、
衣類製品と；
この衣類製品に対して固定されたフレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているフレキシブル回路と；
このフレキシブル回路上に実装された少なくとも１つの電子素子と；
前記フレキシブル回路および前記少なくとも１つの電子素子の上に配置された保護カバーと；
を具備することを特徴とする製品。
【請求項６６】
電気的に活性な繊維製品であって、
布地と；
この布地に対して固定されたフレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているフレキシブル回路であるとともに、前記布地上におけるフレキシブル回路の可撓性を助長するための応力緩和領域を有したフレキシブル回路と；
このフレキシブル回路上に実装された少なくとも１つの電子素子と；
前記フレキシブル回路および前記少なくとも１つの電子素子の上に配置された保護カバーと；
を具備することを特徴とする製品。
【請求項６７】
電子回路を備えるとともに少なくとも上層をなす布地材料と下層をなす布地材料とを有した衣類製品を製造するための方法であって、
基板上においてトレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；
前記上層と前記下層との間に、ステンレススチールプレートからなる剛直支持面を配置し；
前記基板を前記衣類製品の前記上層に対して接着するための手持ち式超音波ホーンを使用して、前記基板を前記衣類製品の前記上層に対して固定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項６８】
電子回路を備えるように布地製品を製造するための方法であって、
基板上においてトレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；
前記基板を、前記布地製品とカバーとの間に配置し；
前記フレキシブル回路が前記布地製品と前記カバーとの双方に対して押圧係合されるようにして、前記カバーを前記布地製品に対して固定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項６９】
電子回路を備えるように布地製品を製造するための方法であって、
基板上においてトレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；
カバーの少なくとも１つのエッジが前記布地製品に対して未取付とされた状態で前記カバーを前記布地製品に対して固定することによって、前記布地製品上にポケットを形成し；
前記基板を、前記ポケット内に配置し；
前記フレキシブル回路が前記布地製品と前記カバーとの双方に対して押圧係合されるようにして、前記カバーの前記未取付エッジを前記布地製品に対して固定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項７０】
電気的に活性な繊維製品であって、
布地と；
フレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているフレキシブル回路と；
このフレキシブル回路上に実装された少なくとも１つの電子素子と；
前記フレキシブル回路および前記少なくとも１つの電子素子の上において、前記布地に対して固定されたカバーと；
を具備し、
前記カバーは、前記フレキシブル回路が前記布地と前記カバーとの双方に対して押圧係合されるようにして、固定されていることを特徴とする製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路を備えるように布地製品を製造するための新規な方法、および、例えば着用可能な回路や着用可能なコンピュータや医療センサや新規デバイスといったような分野において有効であるような、電気的に活性な繊維製品に関するものである。
【０００２】
本出願は、２０００年１０月１６日付けで出願された米国特許予備出願シリアル番号第６０／２４０，８０８号、および、２００１年１０月５日付けで出願された米国特許予備出願シリアル番号第６０／３２７，２５９号の優先権を主張するものである。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
『着用可能な』回路や『着用可能な』コンピュータといったアイデアは、新規なものではない。参考のためその記載内容がここに組み込まれる米国特許明細書第６，２１０，７７１号には、集積回路を備えた布地が開示されており、この場合、布地のうちの選択されたファイバが導電性とされ、電気導通路を形成している。複数の電子素子が、布地内の導電性ファイバに対して半田づけされており、導電性ファイバのいくつかは、無用の電気接続を避けるためにカットされなければならない。また、導電性ファイバが、横糸方向にのみ延在するように制約されていることにより、複数の電子素子は、横糸方向の導電性ファイバに対して電気的に相互接続されることとなり、構成が制約される。
【０００４】
また、従来技術におけるアイデアにおいては、剛直な回路基板が、布地製品上に配置され、布地製品上においてポリマーシェル内に収容される。この構成における問題点は、回路基板が布地に対して緊密に接触していないことであり、加えて、ポリマーシェルが、布地製品から突出することとなることであり、これにより、有効性が制限されるとともに、剛直な回路基板の最大サイズも制限される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の目的は、布地製品に対していかなる修正をも要求することがないような、布地をベースとした着用可能な回路を提供することであり、また、そのような、布地をベースとした非着用可能な回路さえをも提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、布地内において導電性ファイバを使用する必要性を除去するとともに、無用の電気接続を避けるために選択された導電性ファイバをカットする必要性を除去するような、電子回路を備えるように布地製品を製造するための方法を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、様々な電子素子の配置や構成が制約を受けないような、電気的に活性な繊維製品を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、剛直な回路基板の使用を回避することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、衣類製品をなす布地に対しての、快適で防水性で洗濯可能で凹凸が少なくかつフレキシブルな回路付加を提供することである。
【００１０】
本発明は、布地に対して固定されたフレキシブル回路として典型的には具現されるような回路を使用することによって、布地内における導電性ファイバの使用の必要性を排除するとともに、様々な電子素子の位置や構成が制約されることがなく、快適で防水性で洗濯可能で凹凸が少なくフレキシブルな着用可能な回路を提供するものである。
【００１１】
本発明は、電子回路を備えるように布地製品を製造するための方法に関するものである。好ましい方法においては、フレキシブル基板上において導電性のまたは単なる装飾としてのトレースおよびパッドを有しているようにして、典型的にはフレキシブル回路といったような回路を形成し；剛直な面上に布地製品を配置し；フレキシブル回路をなす基板を、布地製品に対して固定する。
【００１２】
好ましい実施形態においては、例えば手持ち式の超音波ホーンといったような超音波デバイスを使用することによって、基板を布地に対して溶接する。剛直な面は、ステンレススチールから形成することができる。他の実施形態においては、接着剤を使用することによって、基板が布地上に固定される。さらに他の実施形態においては、基板は、布地に対して縫合され、基板と布地との間に付加的材料層を挿入することができ、これにより、縫合領域を強化することができる。また、好ましい実施形態においては、防水性の保護カバーが、フレキシブル回路上に固定される。一例においては、この保護カバーは、布地上にまで延出される。
【００１３】
フレキシブル回路には、基板を布地に対して固定される前に、あるいは、基板を布地に対して固定した後であっても、複数の電子素子を実装することができる。ある実施形態においては、フレキシブル基板は、熱可塑性材料から形成され、導電性トレースおよびパッドは、金属から形成される。布地は、織布、ニット、不織布、および、編物からなるグループの中から選択することができる。布地は、典型的には、着用可能製品の一部とすることができる、あるいは、他の使用可能製品の一部とすることができる。
【００１４】
好ましくは、フレキシブル回路の可撓性を助長し得るよう、フレキシブル回路に、応力緩和領域が形成される。応力緩和領域は、基板のエッジに形成した切欠、基板を貫通させて形成した切抜、フレキシブル回路内に形成されたチャネル、および／または、フレキシブル回路をなす基板に対して付加された材料（例えば、ポリマー）、とすることができる。典型的には、応力緩和領域は、フレキシブル回路上において電子素子どうしの間に配置される。
【００１５】
一例においては、２つのフレキシブル回路が、布地に対して固定され、電気的に相互接続される。２つのフレキシブル回路は、ジッパーや一対のＶＥＬＣＲＯ（登録商標）パッチを使用することによって、固定して電気的に相互接続することができる。この場合、ジッパーやパッチの少なくとも一部は、電気的相互接続のために、導電性のものとされる。フレキシブル回路は、フレキシブル回路上に導電性半田パッドを備えたものとすることができ、布地は、ポリエステルによってコーティングされた銅布地とすることができる。導電性半田パッドとポリエステルコーティングとを溶融させることによって、電気配線が形成される。
【００１６】
好ましくは、フレキシブル基板は、導電性トレースおよびパッドが形成されていないような周縁接着領域を備え、固定ステップに際しては、典型的には、基板の周縁接着領域が、布地に対して固定される。周縁領域において基板に対して材料を付加することにより、周縁補強領域を設けることができる。
【００１７】
本発明は、また、電気的に活性な繊維製品に関するものである。フレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているフレキシブル回路が、布地に対して固定されているとともに、少なくとも１つの電子素子が、そのフレキシブル回路上に実装されている。フレキシブル回路基板は、布地に対して、基板の周縁において超音波的に溶接することができる。その場合、一例においては、周縁領域は、トレースおよびパッドが形成されていないような周縁接着領域を備えている。また、接着剤を使用することによって、基板を布地に対して固定することができる。これに代えて、縫糸によって、フレキシブル基板を布地に対して固定することができる。
【００１８】
好ましい実施形態においては、防水性の保護カバーが、フレキシブル回路上に延在している。この保護カバーは、布地上にまで延出することができる。
【００１９】
一例においては、フレキシブル基板は、熱可塑性材料から形成され、導電性トレースおよびパッドは、金属とされる。布地は、織布、ニット、不織布、および、編物からなるグループの中から選択することができる。多くの場合、布地は、着用可能製品の一部とされる。
【００２０】
好ましくは、フレキシブル回路に設けられた応力緩和領域が、フレキシブル回路の可撓性を助長する。応力緩和領域は、基板のエッジに形成した切欠、基板を貫通させて形成した切抜、フレキシブル回路内に形成されたチャネル、および／または、フレキシブル回路をなす基板に対して付加された材料、とすることができる。典型的には、応力緩和領域は、フレキシブル回路上において電子素子どうしの間に配置される。一例においては、２つのフレキシブル回路が、布地に対して固定され、これら２つのフレキシブル回路間には、電気配線が設けられる。２つのフレキシブル回路は、ジッパーや少なくとも一対のＶＥＬＣＲＯ（登録商標）パッチを使用することによって、布地に対して固定することができる。ジッパーは、電気配線のために、導電性の歯を有することができ、ＶＥＬＣＲＯ（登録商標）パッチは、電気配線のために、導電性部分を有することができる。２つの回路は、回路上に導電性半田パッドを備えたものとすることができ、布地は、ポリエステルによってコーティングされた銅布地とすることができる。導電性半田パッドとポリエステルコーティングとを溶融させることによって、電気配線が形成される。
【００２１】
本発明に基づき、電子回路を備えるように布地製品を製造するためのある方法においては、フレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；剛直な面上に布地製品を配置し；フレキシブル回路をなす基板を、布地製品に対して固定し；フレキシブル基板に対して電子素子を実装し；フレキシブル回路および電子素子の上に、保護カバーを固定する。
【００２２】
電子回路を備えるように衣類製品を製造するための好ましい方法においては、フレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；剛直な面上に衣類製品を配置し；フレキシブル回路をなす基板を、衣類製品に対して固定し；フレキシブル基板に対して電子素子を実装し；フレキシブル回路および電子素子の上に、保護カバーを固定する。
【００２３】
本発明による好ましい電気的に活性な繊維製品は、衣類製品に対して固定されたフレキシブル基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているフレキシブル回路を具備している。このフレキシブル回路は、布地上におけるフレキシブル回路の可撓性を助長するための応力緩和領域を有している。電子素子が、フレキシブル回路上に実装されており、保護カバーが、フレキシブル回路および少なくとも１つの電子素子の上に配置されている。
【００２４】
本発明は、また、電子回路を備えるとともに少なくとも上層をなす布地材料と下層をなす布地材料とを有した衣類製品を製造するための方法に関するものであって、この方法においては、基板上においてトレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；上層と下層との間に、ステンレススチールプレートからなる剛直支持面を配置し；基板を衣類製品の上層に対して接着するための手持ち式超音波ホーンを使用して、基板を衣類製品の上層に対して固定する。
【００２５】
他の実施形態においては、本発明は、電子回路を備えるように布地製品を製造するための方法に関するものであって、この方法においては、基板上においてトレースおよびパッドを有しているようにしてフレキシブル回路を形成し；基板を、布地製品と保護カバーとの間に配置し；フレキシブル回路が布地製品と保護カバーとの双方に対して押圧係合されるようにして、保護カバーを布地製品に対して固定する。これに代えて、保護カバーは、保護カバーの少なくとも１つのエッジが布地製品に対して未取付とされた状態で、布地製品に対して固定することができ、これにより、内部に基板が配置されるポケットを形成し、保護カバーの未取付エッジを布地製品に対して固定する。
【００２６】
本発明は、また、電気的に活性な繊維製品に関するものであって、布地と；基板上において導電性トレースおよびパッドを有しているフレキシブル回路と；このフレキシブル回路上に実装された少なくとも１つの電子素子と；フレキシブル回路および少なくとも１つの電子素子の上において、布地に対して固定された保護カバーと；を具備し、保護カバーは、フレキシブル回路が布地と保護カバーとの双方に対して押圧係合されるようにして、フレキシブル回路と少なくとも１つの電子素子との上において布地に対して固定されている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の他の目的や特徴点や利点は、添付図面を参照しつつ、以下の好ましい実施形態に関する説明を読むことにより、当業者には明瞭となるであろう。
【００２８】
従来技術の説明の項において上述したように、米国特許明細書第６，２１０，７７１号は、図１Ａに示すような布地（５）を開示している。この布地（５）は、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、横糸方向に延在する導電性ファイバ（１０）と、縦糸方向に延在する非導電性の『通常の』ファイバ（１５）と、を有している。複数の電子素子（２０，２２，２４）が、横糸方向の導電性ファイバ（１０）の中の選択されたものに対して半田づけされている。導電性ファイバは、様々な電子素子間の電気的配線として機能する。
【００２９】
この構成における問題点は、無用の電気接続を避けるためにまたある種の信号ラインを終端させるために、いくつかの導電性ファイバを、カットしなければならないことである。その上、導電性の方向が横糸方向に制約されているために、この構成においては、個々の電子素子の配置が、過度に制約されてしまう。
【００３０】
図２は、他の従来技術の構成を概略的に示している。この場合には、剛直な回路基板（３０）が、布地（３２）上に配置されているとともに、この布地上において、仮想線で示すようなポリマーシェル（３４）内に収容されている。従来技術の説明の項において上述したように、この構成では、ポリマーシェル（３４）が布地（３２）から突出するために、回路基板（３０）を非常に小さなものとしなければならないという制限がある。すなわち、ポリマーシェル（３４）が、得られる衣類製品の快適性と利便性とを著しく低減してしまう。
【００３１】
本発明においては、例えば図３に示すシャツ（４０）といったような着用可能な布地製品は、回路（４２）を備えている。この回路（４２）は、シャツ（４０）をなす布地（４８）に対して固定された基板（４６）上において、複数の導電性トレースおよびパッド（４４）を有している。好ましくは、基板（４６）は、フレキシブルなものとされる。これにより、回路（４２）は、フレキシブル回路を構成する。複数の電子素子（５０）が、フレキシブル回路（４２）上に実装されている。これにより、様々な回路を有したあるいはコンピュータ機能さえをも有した着用可能製品が得られている。他の例においては、トレースおよびパッド（４４）は、模様を形成するのみであり、実際の電気的機能性を有していない。
【００３２】
図１に示す構成とは違って、本発明においては、布地（４８）に対して修正を加える必要が全くなく、複数の電子素子（５０）は、回路（４２）上における配置に関し、一切の制約を受けない。加えて、図２に示す構成とは違って、本発明においては、凹凸が少なく（例えば、１．５９ｍｍ（１６分の１インチ）以下の厚さ）快適な構成を特徴としており、フレキシブル回路（４２）のサイズは、過度の制約を受けることがない。
【００３３】
図４および図５は、所望の電子回路を備えるように布地製品を製造するための好ましい方法を示している。まず最初に、フレキシブル回路（４２）が、フレキシブル基板（５２）上において、所望の形状とされた導電性トレースおよびパッド（４４）を有するものとして、形成される。フレキシブル基板（５２）の選択範囲は広く、この選択は、特定の用途に依存する。選択例には、例えばポリエステルやポリイミドといったような熱可塑性材料や、参考のためその記載内容がここに組み込まれる米国特許明細書第４，８５１，６１３号に示されているようなポリエステルまたはアクリル樹脂を含浸させたＫＥＶＬＡＲ（登録商標）布地といったような樹脂を含浸させた布地、がある。また、米国特許明細書第５，７６３，０５８号および米国特許明細書第４，１９１，８００号も参照されたい。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。フレキシブル回路（４２）の基板（５２）は、また、様々な熱可塑性材料や熱硬化性材料や溶液キャスト材料から形成することもできる。導電性トレースおよびパッド、すなわち、電気的『経路』（４４）に関しての材料選択も、また、選択範囲が広いものであり、銅や、他の導電性金属や、導電性インクや、フレキシブル基板（５２）上にプリントされたポリマーや、フレキシブル基板（５２）上に堆積させたポリマーや、フレキシブル基板（５２）上にラミネートした導電性箔、がある。トレースおよびパッドがなすパターンは、これらトレースおよびパッドを使用してフレキシブル回路（４２）上において電気的に相互接続されることとなる様々な電子素子（５０）の配置およびタイプに依存する。
【００３４】
図４に示す電子素子（５０）は、様々なタイプのデジタル式またはアナログ式の集積回路、マイクロプロセッサ、例えばバッテリといったような電源、ＲＯＭ、ＲＡＭ、論理チップ、加速度計や他の変位検出タイプのチップ、ＬＥＤ、他の様々な多岐にわたる可能な構成や機能を有した表面実装チップ、とすることができる。選択された電子素子は、フレキシブル回路（４２）のフレキシブル基板（５２）を布地（４８）に対して固定するよりも前にでもまた固定した後にでも、フレキシブル回路（４２）上に実装することができる。この場合、布地（４８）は、着用可能な物品（例えば、シャツ、コート、パンツ、帽子）の形態とすることも、また、非着用可能物品（例えば、テント、傘、キャノピー、バックパック）の形態とすることも、できる。ここで、『布地』という用語は、織布や、ニットや、不織布（例えば、フェルト）や、編物、を包含するものとして使用されている。
【００３５】
布地（４８）に対してフレキシブル回路（４２）の基板（５２）を固定するための好ましい方法においては、まず最初に、図５に示すように、剛直な支持表面（６０）上に布地（４８）を配置し、次に、布地（４８）上の所望位置に、フレキシブル回路（４２）を位置決めする。好ましい実施形態においては、フレキシブル回路（４２）は、基板（５２）上において導電性材料が存在していない周縁接着領域（６２）を有しており、その周縁接着領域（６２）において、布地（４８）に対して固定される。
【００３６】
一例においては、基板（５２）が熱可塑性材料である場合にはあるいは熱可塑材料を含有している場合には、超音波ホーン（６４）を使用することにより、基板（５２）の周縁接着領域（６２）が、布地（４８）に対して溶接される。超音波ホーン（６４）は、手持ち式デバイスとすることも、また、架台アーム（図示せず）に対して取り付けられたものとすることも、できる。好ましい実施形態においては、超音波ホーン（６４）の先端は、基板をカットしてしまう可能性を低減するように、丸められている。超音波ホーン（６４）は、連続的な超音波溶接を行い得るよう円形ホイールに対して一連の複数の超音波ホーンが取り付けられている『音波式ミシン』の一部とすることができる。そのような音波式ミシンにおいては、また、特定パターンをなす超音波溶接を行うこともできる。
【００３７】
超音波溶接プロセス時には、超音波ホーン（６４）は、基板（５２）を布地（４８）に対して接着させ得るに十分な時間にわたって、基板（５２）に対して押圧接触することとなる。時間と圧力に関する条件は、超音波溶接に関する当業者には周知である。
【００３８】
剛直な支持面（６０）は、超音波ホーン（６４）からの超音波エネルギーに対するバリアとして有効に機能する材質のものとして選択される。布地（４８）がなす層どうしの間に剛直支持面を配置することにより、基板（５２）は、布地（４８）の上層に対してだけ接着されることとなる。剛直な支持面（６０）は、超音波ホーン（６４）からの超音波エネルギーを熱エネルギーへと変換しない材料からなるものとして選択されるべきである。すなわち、そのようにして生成された熱エネルギーを効率的に分散させ得る材料からなるものとして選択されるべきである。金属が、剛直支持面（６０）に関して、好ましい材料である。ステンレススチールが、特に有効である。
【００３９】
他の例においては、ラジオ周波数プロセスおよび熱ラミネートプロセスの一方または双方が使用される。また、フレキシブル基板（５２）と布地（４８）との間において、接着剤を使用することができる。これに代えてあるいはこれに加えて、フレキシブル基板（５２）を布地（４８）に対して固定するために、裁縫技術を使用することができる。好ましい実施形態においては、付加的な材料層（２８２）（図２０）を使用することにより、縫合領域（２８４）を補強することができる。また、リベット（２７０）（図１９Ａ）を使用して、あるいは、メッキスルーホール（２７２）（図１９Ｂ）を使用して、あるいは、ＶＥＬＣＲＯ（登録商標）パッチ（２７４）（図１９Ｃ）を使用して、あるいは、ジッパー（２７８）（図１９Ｄ）を使用して、基板（５２）を布地（４８）に対して固定することができる。パッチ（２７４）（図１９Ｃ）は、特定の用途に応じて、任意のサイズおよび任意の形状のものとすることができる。これに代えて、フレキシブル回路の面積全体を、繊維製品に対して、ラミネートすることができるあるいは固定することができる。典型的な例においては、図４に示す電子素子（５０）は、フレキシブル回路（４２）が布地（４８）に対して固定された後に、フレキシブル回路（４２）上に実装される。他の例においては、複数の電子素子のうちの選択されたものが、あるいは、すべてのものさえもが、フレキシブル回路（４２）が布地（４８）に対して固定されるよりも前に、フレキシブル回路（４２）上に実装される。
【００４０】
好ましい実施形態においては、図６に示すような防水性保護カバー（７０）が、フレキシブル回路（４２）をカバーする。いくつかの例においては、防水性保護カバー（７０）は、仮想線（７２）で示すようにして、布地（４８）上にまで延長することさえできる。これにより、衣類の洗濯時にフレキシブル回路（４２）上の複数の電子素子（５０）を保護することができる。あるいは、アウトドア用の布地物品および軍用の布地物品の場合には、自然力から、フレキシブル回路（４２）上の複数の電子素子（５０）を保護することができる。保護カバー（７０）は、フレキシブル回路（４２）および電子素子（５０）上にわたってラミネートされたまたは含浸させたまたは噴霧されたまたは溶接されたポリマー製パッシベーション層とすることができる。一例においては、フレキシブル回路自体が、パッシベーション層を有することができる。いくつかの実施形態においては、フレキシブル回路の裏面が、フレキシブル回路をなす材料によって保護される。他の例においては、他の防水性保護カバーが、フレキシブル回路（４２）に関して布地（４８）の裏面をカバーする。さらに他の例においては、保護層（例えば、ＰＶＣ層）が、フレキシブル回路（４２）と布地（４８）との間に介装される。また、フレキシブル回路（４２）を、布地（４８）およびカバー（７０）に対して押圧係合させるようにして、カバー（７０）を使用することもできる。この例においては、上述したようにしては、フレキシブル回路（４２）は、布地（４８）に対して固定されない。そうではなく、フレキシブル回路（４２）は、布地（４８）上に配置され、その後、フレキシブル回路（４２）が布地（４８）とカバー（７０）との双方に対して押圧係合されるようにして、カバー（７０）が布地（４８）に対して固定される。これに代えて、まず最初に、カバー（７０）の少なくとも１つのエッジを取り付けないようにしてすなわちこれにより『ポケット』を形成するようにして、カバー（７０）を、布地（４８）に対して固定することができる。次に、ポケット内へとフレキシブル回路（４２）を配置することができ、その後、フレキシブル回路（４２）が布地（４８）とカバー（７０）との双方に対して押圧係合されるようにして、カバー（７０）の未取付エッジをまたは未取付エッジの一部を、布地（４８）に対して固定することができる。
【００４１】
特に、フレキシブル回路が衣類製品に対して取り付けられる場合に、１つまたは複数の電子素子がかなり大きなチップであるときには、フレキシブル回路の可撓性を助長し得るよう、フレキシブル回路が、応力緩和領域を有するようにして形成されることが好ましい。図７に示す例においては、応力緩和領域（８０，８２）が、図示された２つの電子素子（５０）の間において、フレキシブル回路（４２’）の両エッジに、切欠形成されている。図８の例においては、応力緩和領域（８４，８６，８８）が、複数の電子素子の間において、フレキシブル回路（４２”）を貫通して、切抜形成されている。図９に示す例においては、応力緩和領域は、フレキシブル回路（４２’’’ ）に形成された複数のチャネル（９０）とされている。図９Ａに示すような複数の窪み（９２）を、応力緩和領域として、フレキシブル回路（４２ＶＩＩ ）内に形成することができる。窪み（９２）は、電子素子どうしの間に、あるいは、回路の周縁部に、あるいは、図示のようにこれらの双方に、形成することができる。窪み（９２）は、超音波デバイスまたはラジオ周波数デバイスを使用することによって、形成することができる。
【００４２】
図１０に示す構成においては、フレキシブル回路（４２ＩＶ）は、シャツ（１００）の前面のかなりの部分をカバーするように、面積的にかなり大きなものとされている。快適性をさらに増強するよう、フレキシブル回路（４２ＩＶ）は、図１１に示すように、２つ以上のフレキシブル回路（４２Ｖ，４２ＶＩ ）へと、分割することができる。これらフレキシブル回路（４２Ｖ，４２ＶＩ ）は、各々が上述したようにしてシャツ（１００）をなす布地に対して固定されているとともに、導電性経路（１０２）を介して相互接続されている。これら導電性経路は、２０００年１１月１７日付けで出願された同一出願人による出願シリアル番号第０９／７１５，４９６号に記載されているようなフレキシブルな導電性リボンの形態とすることができ、あるいはこれに代えて、米国特許明細書第６，２１０，７７１号において開示されているようにシャツ（１００）をなす布地に一体化することができ、あるいは、これら２つのアイデアを組み合わせたものとさえすることができる。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。これに代えて、電気的バスとして構成された他のフレキシブル回路を、フレキシブル回路（４２Ｖ，４２ＶＩ ）の間において、布地に対して固定することができる。導電性経路（１０４）は、フレキシブル回路（４２Ｖ，４２ＶＩ ）に対して電力や信号を授受するための電気的配線として、フレキシブル回路（４２ＶＩ）から延出することができる。
【００４３】
図１９Ｃに示す構成においては、ＶＥＬＣＲＯ（登録商標）パッチ（２７４）をなす導電性部材（２７６）が、電気的配線すなわち導電性経路（１０２）として、使用されている。図１９Ｄにおいては、ジッパー（２７８）をなす導電性歯列（２８０）が、電気的配線すなわち導電性経路（１０２）として、使用されている。図１９Ｅにおいては、導電性半田パッド（２９０）を使用することにより、布地（４８’）内の電気的トレース（２９２）に対しての電気的配線を形成することができる。布地（４８’）は、当該技術分野においては公知なように、例えばポリエステルによってコーティングされた銅布地といったような、コーティングされた金属布地から形成することができる。熱が印加されたときには、導電性半田パッド（２９０）と、銅布地上のポリエステルコーティングとが、溶融し、これにより、電気的配線が形成される。
【００４４】
本発明に基づいて電子回路を備えた布地製品の使用例には、例えば『着用可能なコンピュータ』や『着用可能なキーボード』等といったように、様々なセンサを使用しているような、新規な物品や軍用使用や医療使用等がある。本発明による着用可能な回路は、布地性の修正を一切必要とせず、好ましい実施形態においては、無用の電気接続を避けるためにまた信号経路を終端させるためにカットされなければならないような導電性ファイバが、布地内に存在していない。本発明においては、様々な電子素子の位置および構成に関しての制約は、少ない。その上、剛直な回路基板の使用が、避けられる。着用可能な衣類製品として具現された場合には、衣類布地に対して、快適で製造容易で防水性で洗濯可能で凹凸が少なくフレキシブルな電子回路が、付加される。
【００４５】
図１２に示す構成においては、応力緩和をもたらすために、電子素子（２０６，２０８，２１０）の間において、スポット溶接（２００）および／またはライン溶接（２０２）が使用されている。これに代えて、領域（２００，２０２）は、応力緩和のために選択された電子素子間において、フレキシブル回路の基板に対して付加された材料（例えば、ポリマー）から構成することもできる。
【００４６】
図１３に示す構成においては、フレキシブル回路基板（５２）は、布地製品に対して固定される部分が典型的には周縁領域（２１４）であることにより、補強のために、隆起した周縁領域（２１４）を有している。周縁領域（２１４）は、基板（５２）と同じ材料とすることができる、あるいは、内部に縫合を受領するような穴を有しつつ基板（５２）上に成膜された導電性銅層とすることができる。図１４においては、複数のＬＥＤ（２２０）が、シャツ（２３０）上のフレキシブル回路（４２）に実装されているとともに、符号（２３２）で示すようなグラフィックスが追加されている。グラフィックスは、プリントによって、あるいは、刺繍によって、形成することができる。代替的には、グラフィックスは、フレキシブル回路（４２）の基板上に形成されたトレースおよびパッドとすることができる。
【００４７】
図１５に示す例においては、フレキシブル回路（４２）と繊維層（４８）との間に、快適さのために、ソフトなバッキング層（あるいは、背当て層）（２６０）（例えば、ゲル層またはポリマー層）が、配置されている。図１６においては、フレキシブル回路（４２）は、図示のように、フレキシブル回路（４２）の裏面上に電子素子を備えており、ソフトなバッキング層（２６０）が、そのような裏面上の電子素子を収容するためのポケット（２６２）を有している。
【００４８】
図１７および図１８においては、フレキシブル回路（４２）は、折曲線（２６４）において折り曲げられた上で、ソフト層（２６０）を介して、布地（４８）に対して固定される。これにより、バッテリ（５０’）や他の大面積電子素子が、ポケット（２６２）内に収容されるとともに、小さな電子素子（５０）（例えば、ＬＥＤ）は、フレキシブル回路（４２）の外表面上に位置する。
【００４９】
上記説明においては、本発明の複数の特定の特徴点が、図面を使用して個別的に例示された。これは便宜的なものに過ぎず、本発明においては、各特徴点は、任意の他の特徴点に対してあるいはすべての他の特徴点に対して、組み合わせることができる。ここで使用した『備える』とか『具備する』とか『有する』という用語は、広義的にかつ包括的に解釈されるべきであり、物理的構成に限定されるものではない。さらに、本発明において例示されたすべての実施形態は、唯一の可能な実施形態として解釈されるべきではない。
【００５０】
他の実施形態は、当業者には自明であって、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】米国特許明細書第６，２１０，７７１号に示された従来技術による着用可能な電子回路を概略的に示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す布地の中の複数の導電性ファイバを示す概略的な図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す布地の中の複数の導電性ファイバを示す他の概略的な図である。
【図２】従来技術に基づいてポリマーハウジングによって布地の一部上に収容された剛直な回路基板を示す概略的な図である。
【図３】本発明による電気的に活性な繊維製品を概略的に示す図である。
【図４】本発明による電気的に活性な繊維製品に関連した製造方法に関連する複数の主要構成要素を概略的に示す分解図である。
【図５】本発明に基づいて布地製品に対して図４に示すフレキシブル回路を溶接するに際しての、ある実施形態における超音波ホーンの使用方法を概略的に示す図である。
【図６】本発明に基づいて、複数の電子素子を備えたフレキシブル回路に対してそれら電子素子を保護するための保護カバーを設置した様子を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明のある実施形態に基づく、フレキシブル回路の可撓性を助長し得るようフレキシブル回路内に形成された切欠による応力緩和領域を概略的に示す図である。
【図８】本発明に基づく、フレキシブル回路の可撓性を助長し得るようフレキシブル回路内に形成された各種の切抜を概略的に示す図である。
【図９】本発明に基づく、応力を緩和し得るようフレキシブル回路内に形成された複数のチャネルを概略的に示す断面図である。
【図９Ａ】本発明に基づく、フレキシブル回路の可撓性を助長し得るようフレキシブル回路内に形成された複数の窪みを概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明に基づく、着用可能な製品に対しての、可能な大面積フレキシブル回路の付加を概略的に示す図である。
【図１１】図１０と同様の概略図であるものの、この場合には、本発明の好ましい一実施形態に基づいて、大面積フレキシブル回路が、２つのより小さな面積のフレキシブル回路へと分割されている。
【図１２】隣接する電子素子どうしの間における応力緩和をもたらし得るよう、フレキシブル回路基板に対してスポットおよび溶接ラインとして付加された材料を使用することによって、布地製品に対して固定されたフレキシブル回路を概略的に示す図である。
【図１３】本発明に基づいて、隆起した周縁補強領域を有したフレキシブル回路を概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明に基づいて、シャツに対して固定されているとともにグラフィック模様を有したフレキシブル回路を概略的に示す図である。
【図１５】本発明に基づいて、フレキシブル回路と繊維層との間にソフトなバッキング層が配置されているフレキシブル回路を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明に基づいて、電子素子を収容するためにソフトなバッキング層内に形成されたポケットを示す断面図である。
【図１７】本発明に基づいて、両面上に電子素子を備えたフレキシブル回路を折り曲げて布地に対して固定する方法を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明に基づいて、両面上に電子素子を備えたフレキシブル回路を折り曲げて布地に対して固定する方法を概略的に示す断面図である。
【図１９Ａ】本発明に基づく代替可能な取付方法を概略的に示す図である。
【図１９Ｂ】本発明に基づく代替可能な取付方法を概略的に示す図である。
【図１９Ｃ】本発明に基づく代替可能な取付方法を概略的に示す図である。
【図１９Ｄ】本発明に基づく代替可能な取付方法を概略的に示す図である。
【図１９Ｅ】本発明に基づく代替可能な取付方法を概略的に示す図である。
【図２０】本発明に基づく、付加的な材料層を使用した取付方法を概略的に示す図である。
【符号の説明】
４０　シャツ（布地製品、衣類製品）
４２　回路
４４　導電性トレースおよびパッド
４６　基板
４８　布地
５０　電子素子
５２　フレキシブル基板
６０　剛直な支持表面（面）
６２　周縁接着領域
６４　超音波ホーン
７０　防水性保護カバー
８０　応力緩和領域
８２　応力緩和領域
８４　応力緩和領域
８６　応力緩和領域
８８　応力緩和領域
９０　チャネル（応力緩和領域）
９２　窪み（応力緩和領域）
１００　シャツ（布地製品、衣類製品）
２１４　周縁領域
２６０　ソフトなバッキング層、ソフト層
２６２　ポケット
２７０　リベット
２７２　メッキスルーホール
２７４　ＶＥＬＣＲＯ（登録商標）パッチ
２７８　ジッパー
２８２　付加的な材料層
２９０　導電性半田パッド
２９２　電気的トレース
【図１Ａ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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