JP7617821B2 - 感圧タッチセンサモジュール - Google Patents
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Description
本発明は、感圧タッチセンサモジュールに関する。
車載用の電子機器等において、操作面の操作を検知するセンサモジュールが用いられている。センサモジュールとしては、操作面が押圧された際の圧力を検知可能な静電容量式の感圧タッチセンサモジュールが提案されている。例えば、基材シートの一方の面に、一対の電極の間に弾性層が挟まれた感圧センサ部が設けられたセンサシートを、操作パネルの操作面とは反対側に貼り付けた感圧タッチセンサモジュールが知られている（例えば特許文献１）。
このような感圧タッチセンサモジュールでは、感圧センサ部の操作パネルとは反対側に押圧部材を配置し、操作面が押圧されたときに操作パネルと押圧部材によって弾性層が厚さ方向の両側から押し潰されるようにする。弾性層が押し潰されて一対の電極間の距離が近くなると静電容量が変化するため、静電容量の変化から押圧を検知することができる。
しかし、特許文献１のような従来の感圧タッチセンサモジュールでは、感圧センサ部と押圧部材との間に隙間があると、操作面が押圧されても当該隙間がなくなるまでは弾性層が押し潰されないため、押圧を検知する感度が低くなる。また、感圧センサ部と押圧部材との距離が近すぎて、操作面が押圧されていなくても弾性層がある程度押し潰されている状態になっていると、操作面が押圧されたときの弾性層の圧縮変形の度合いが小さくなる。この場合、押圧による静電容量の変化が小さくなるため、押圧を検知する感度が低くなる。これらのことから、操作面の押圧によって弾性層が押し潰される機構の感圧タッチセンサモジュールでは、組み付け公差が厳しくなるという問題がある。
本発明は、操作面の押圧を検知する感度が高く、組み付け公差にも余裕がある感圧タッチセンサモジュールを提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を有する。
［１］操作面を有する操作パネルと、前記操作パネルの前記操作面とは反対側に設けられたセンサシートと、押圧部材と、を備え、前記センサシートは、基材シートと、前記基材シートに設けられた感圧センサ部と、を備え、前記押圧部材は、前記センサシートの前記感圧センサ部が配置されている部分の前記操作パネルとは反対側に設けられ、前記押圧部材と前記センサシートの前記感圧センサ部が配置されている部分とは、液状接着剤の硬化物からなる接着部により接着され、前記感圧センサ部は、前記基材シートの任意の面に設けられた第１センサ電極と、前記第１センサ電極の前記押圧部材側に前記第１センサ電極と互いの面が対向するように設けられた第２センサ電極と、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に設けられた弾性層と、を備え、前記弾性層は、外周部分に全周にわたって設けられ、前記弾性層の内部への前記液状接着剤の浸入を防ぐ周壁部を備えている、感圧タッチセンサモジュール。
［２］前記弾性層が、前記周壁部と、前記周壁部の厚さ方向の両側にそれぞれ設けられた一対のシート部と、前記周壁部の内側に設けられ、前記一対のシート部に挟持された複数の柱部と、を備えるゴム状弾性体である、［１］に記載の感圧タッチセンサモジュール。
［３］前記弾性層が、前記周壁部と、前記周壁部の内側に充填された発泡体と、を備えている、［１］に記載の感圧タッチセンサモジュール。
［４］前記弾性層が、前記発泡体の厚さ方向の両側にそれぞれ設けられ、前記弾性層の内部への前記液状接着剤の浸入を防ぐ上壁部及び下壁部をさらに備えている、［３］に記載の感圧タッチセンサモジュール。
［１］操作面を有する操作パネルと、前記操作パネルの前記操作面とは反対側に設けられたセンサシートと、押圧部材と、を備え、前記センサシートは、基材シートと、前記基材シートに設けられた感圧センサ部と、を備え、前記押圧部材は、前記センサシートの前記感圧センサ部が配置されている部分の前記操作パネルとは反対側に設けられ、前記押圧部材と前記センサシートの前記感圧センサ部が配置されている部分とは、液状接着剤の硬化物からなる接着部により接着され、前記感圧センサ部は、前記基材シートの任意の面に設けられた第１センサ電極と、前記第１センサ電極の前記押圧部材側に前記第１センサ電極と互いの面が対向するように設けられた第２センサ電極と、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に設けられた弾性層と、を備え、前記弾性層は、外周部分に全周にわたって設けられ、前記弾性層の内部への前記液状接着剤の浸入を防ぐ周壁部を備えている、感圧タッチセンサモジュール。
［２］前記弾性層が、前記周壁部と、前記周壁部の厚さ方向の両側にそれぞれ設けられた一対のシート部と、前記周壁部の内側に設けられ、前記一対のシート部に挟持された複数の柱部と、を備えるゴム状弾性体である、［１］に記載の感圧タッチセンサモジュール。
［３］前記弾性層が、前記周壁部と、前記周壁部の内側に充填された発泡体と、を備えている、［１］に記載の感圧タッチセンサモジュール。
［４］前記弾性層が、前記発泡体の厚さ方向の両側にそれぞれ設けられ、前記弾性層の内部への前記液状接着剤の浸入を防ぐ上壁部及び下壁部をさらに備えている、［３］に記載の感圧タッチセンサモジュール。
本発明によれば、操作面の押圧を検知する感度が高く、組み付け公差にも余裕がある感圧タッチセンサモジュールを提供できる。
本発明の感圧タッチセンサモジュールは、操作面の押圧を検知する静電容量式の感圧タッチセンサモジュールである。以下、本発明の感圧タッチセンサモジュールの一例を示して説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図１は、実施形態の感圧タッチセンサモジュールの断面図である。図２は、図１の感圧タッチセンサモジュールの感圧センサ部に用いる積層体を操作パネル側から見た平面図である。
図１に示すように、実施形態の感圧タッチセンサモジュール１は、操作面１０ａを有する操作パネル１０と、感圧センサ部３０を備えるセンサシート２０と、押圧部材５２と、を備えている。感圧センサ部３０を備えるセンサシート２０は、操作パネル１０の操作面１０ａとは反対側に設けられている。押圧部材５２は、制御基板５０上に設けられており、センサシート２０の感圧センサ部３０が配置されている部分の操作パネル１０とは反対側に配置されている。押圧部材５２とセンサシート２０の感圧センサ部３０が配置されている部分とは、液状接着剤の硬化物からなる接着部６０によって接着されている。
操作パネル１０としては、例えば、可撓性を有するパネルを例示できる。具体的には、操作パネル１０の操作面１０ａを指で押圧したときに、押圧した部分が局所的に撓んで押し込まれるようなパネルを例示できる。このような操作パネル１０としては、例えば、樹脂シートからなるパネルが挙げられる。
樹脂シートを形成する材料は、透明材料であってもよく、不透明材料であってもよい。ここで、「透明」とは、ＪＩＳ Ｋ７１３６に従って測定した光線透過率が５０％以上であることを意味する。樹脂シートを形成する材料としては、例えば、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、トリアセチルセルロース等の樹脂や、シリコーンゴム等のエラストマーを例示できる。樹脂シートを形成する材料は、１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。
操作パネル１０は、単層構成であってもよく、複層構成であってもよい。操作パネル１０には、装飾、文字、図形、記号、絵柄、これらの組み合わせ、あるいはこれらと色彩とを組み合わせた任意の装飾を施してもよい。例えば、操作パネル１０における感圧センサ部３０が位置するボタン部分１２を示唆する意匠を形成してもよい。加飾された操作パネル１０としては、例えば、樹脂シート上に印刷等によって加飾層が設けられたパネル、部分的又は全体的に着色された樹脂シートからなるパネルを例示できる。
操作パネル１０の平均厚さは、０．１～５ｍｍが好ましく、０．５～１ｍｍがより好ましい。操作パネル１０の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、十分な機械的強度が得られやすい。操作パネル１０の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、操作パネル１０への押圧力が後述の感圧センサ部３０に伝わりやすく、押圧の検知感度が向上する。
センサシート２０は、第１基材シート２１と、保護層２２と、第１センサ電極２３と、第２センサ電極２４と、弾性層２５と、第２基材シート２６と、を備えている。
第１基材シート２１の第１の面２１ａに第１センサ電極２３が設けられ、第１センサ電極２３を覆うように保護層２２が積層されている。第１基材シート２１の第２の面２１ｂは、接着層２７を介して操作パネル１０の操作面１０ａとは反対側に貼り付けられている。第１センサ電極２３の押圧部材５２側には第２センサ電極２４が第１センサ電極２３と互いの面が対向するように設けられており、第１センサ電極２３と第２センサ電極２４の間に弾性層２５が配置されている。第２センサ電極２４の弾性層２５とは反対側に第２基材シート２６が設けられている。
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操作パネル１０の操作面１０ａ側から見たとき、第１センサ電極２３と第２センサ電極２４は重なっている。第１センサ電極２３と第２センサ電極２４の間に弾性層２５が配置されることで感圧センサ部３０が形成されている。このように、センサシート２０は、第１基材シート２１と、第１基材シート２１に設けられた感圧センサ部３０とを備えている。感圧タッチセンサモジュール１では、操作パネル１０のボタン部分１２が押圧されると、操作パネル１０と押圧部材５２によって感圧センサ部３０に厚さ方向の両側から力が加わり、弾性層２５が押し潰される。これにより、第１センサ電極２３と第２センサ電極２４の距離が近くなり、静電容量が変化することで押圧を検知できる。
第１基材シート２１の平面視形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。第１基材シート２１の寸法も特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。基材シートとしては、透明な樹脂製の絶縁フィルムを使用できる。「絶縁」とは、電気抵抗値が１ＭΩ以上、好ましくは１０ＭΩ以上であることを意味する。
第１基材シート２１及び第２基材シート２６を形成する材料としては、例えば、ポリエステル（ＰＥＴ等）、ＰＣ、アクリル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、トリアセチルセルロースを例示できる。基材シートを形成する材料は、１種でもよく、２種以上でもよい。
第１基材シート２１の平均厚さは、１０～２５０μｍが好ましく、２５～１８８μｍがより好ましい。第１基材シート２１の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、充分な強度及び剛性を確保しやすい。第１基材シート２１の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、センサシート２０を容易に薄型化できる。第２基材シート２６の平均厚さの好ましい範囲は、第１基材シート２１と同じ理由から、第１基材シート２１の平均厚さの好ましい範囲と同じである。
保護層２２は、第１基材シート２１の第１の面２１ａ側に積層されている。保護層２２の形状及び寸法は、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。保護層２２としては、特に限定されず、例えば、基材シートで例示したものと同じ透明な樹脂製の絶縁フィルムを例示できる。
保護層２２の平均厚さは、１０～２５０μｍが好ましく、１０～１８８μｍがより好ましい。保護層２２の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、充分な強度及び剛性を確保しやすい。保護層２２の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、センサシート２０を容易に薄型化できる。
第１センサ電極２３と第２センサ電極２４は、それぞれ配線によって図示しない接続端子部と接続されており、さらに接続端子部を介して静電容量検知部と電気的に接続されている。このように、第１センサ電極２３と第２センサ電極２４は静電容量検知部と電気的に接続されるようになっている。
第１センサ電極２３と第２センサ電極２４の平面視形状は、適宜設定でき、例えば、矩形が挙げられる。第１センサ電極２３と第２センサ電極２４の寸法も特に限定されず、例えば、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ程度とすることができる。第１センサ電極２３と第２センサ電極２４が大きいほど、押圧力の検知面積が拡大する。第２センサ電極２４の大きさは、操作面に近い側の第１センサ電極２３よりも小さくしてもよい。これにより、操作面１０ａ側から見たときに、第２センサ電極２４が操作面１０ａに近い側の第１センサ電極２３からはみ出しにくくなるため、第２センサ電極２４での誤検知を抑制しやすくなる。
第１センサ電極２３は、接地されてもよい。これにより、感圧センサ部３０に指が接近しても、接地した第１センサ電極２３がシールドとなって静電容量が変化することを抑制できる。これにより、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４の静電容量の変化から、操作パネル１０の操作面１０ａに触れようとする指が感圧センサ部３０に近づくことによる影響を排除し、押圧力の影響による変化に限定できるため、押圧の誤検知をさらに抑制できる。
第１センサ電極２３は、操作面１０ａへの導体の接触を検知するためのタッチセンサ電極を兼ねていてもよい。これにより、操作面１０ａの操作を指の接触と押圧の２段階で判定して認識することができるため、誤検知をより安定して抑制できる。タッチセンサ電極は、第１基材シート２１に第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４とは別に設けてもよい。
第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４は、公知の態様の感圧電極を採用でき、自己容量方式であってもよく、相互容量方式であってもよい。
第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４の態様としては、自己容量方式の場合、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４がそれぞれ独立に静電容量の変化を検知する検知電極である態様、いずれか一方の電極が検知電極であり、他方の電極がＧＮＤ電極（接地されたベタ電極）である態様が挙げられる。また、相互容量方式の場合、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４をいずれもベタ電極とし、それらのいずれか一方をＴｘ電極、他方をＲｘ電極にする態様、いずれか一方をＧＮＤ電極とし、他方をＴｘ電極とＲｘ電極とが櫛歯状に配置された櫛歯電極にする態様が挙げられる。
第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４の態様としては、自己容量方式の場合、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４がそれぞれ独立に静電容量の変化を検知する検知電極である態様、いずれか一方の電極が検知電極であり、他方の電極がＧＮＤ電極（接地されたベタ電極）である態様が挙げられる。また、相互容量方式の場合、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４をいずれもベタ電極とし、それらのいずれか一方をＴｘ電極、他方をＲｘ電極にする態様、いずれか一方をＧＮＤ電極とし、他方をＴｘ電極とＲｘ電極とが櫛歯状に配置された櫛歯電極にする態様が挙げられる。
第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４の態様としては、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４がそれぞれ独立に静電容量の変化を検知する検知電極である自己容量方式が好ましい。この態様は、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４からのそれぞれの信号に基づいて、導体の接触又は近接と押圧とを区別して検知することが容易である。
第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４は、特に限定されないが、操作パネル１０の感圧センサ部３０が配置されているボタン部分１２を照光する場合に効率良く照光できる点から、透明電極とすることが好ましい。透明電極とは、ＪＩＳ Ｋ７３６１に従って測定した光線透過率が５０％以上である電極を意味する。第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４としては、例えば透明導電膜を使用できる。ここで、「導電」とは、電気抵抗値が１ＭΩ未満であることを意味する。
透明導電膜としては、例えば、導電性高分子（インジウムドープ酸化錫（ＩＴＯ）等）を含む膜、導電性ナノワイヤー（銀ナノワイヤー、金ナノワイヤー、カーボンナノチューブ等）を含む膜又はメッシュ、金属粒子（銀粒子、銅粒子、金粒子等）又は導電性金属酸化物粒子（ＩＴＯ粒子等）を含む膜、カーボン（カーボンブラック、グラファイト等）を含む膜、金属蒸着膜、金属メッシュ等が挙げられる。
第１センサ電極２３の平均厚さは、０．０１～２５μｍが好ましく、０．１～１５μｍがより好ましい。第２センサ電極２４の厚さは、材料に応じて適宜設定すればよい。導電性高分子を含む電極の平均厚さは、０．１～５．０μｍが好ましく、０．１～２．０μｍがより好ましい。導電性ナノワイヤーを含む電極の平均厚さは、２０～１０００ｎｍが好ましく、５０～３００ｎｍがより好ましい。金属粒子、ＩＴＯ等の導電性金属酸化物粒子、又はカーボンを含む電極の平均厚さは、０．０１～２５μｍが好ましく、０．１～１５μｍがより好ましい。金属蒸着膜からなる電極の平均厚さは、０．０１～１．０μｍが好ましく、０．０５～０．３μｍがより好ましい。銀ペースト又はカーボンペーストからなる電極の平均厚さは、１～２５μｍが好ましい。電極の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、ピンホールによる断線を抑制しやすい。電極の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、薄型化が容易になる。
電極の厚さを測定する方法としては、厚さのレンジによって異なる。例えば、μｍオーダーの膜厚の場合には、マイクロメーター、デジマティックインジケーターやレーザー変位計測によって厚さを測定できる。また、μｍオーダーよりも薄い膜厚の場合には、走査型電子顕微鏡を用いた断面観察や蛍光Ｘ線分析装置によって厚さを測定できる。平均厚さは、電極において平面視の中心付近で測定した厚さの平均値である。
第１基材シート２１の面方向における第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４の配置は、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４の数も、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。
第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４に接続する配線の材料は、例えば、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４の材料と同じものを例示でき、銀ペーストが好ましい。配線の平均厚さの好ましい範囲は、第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４の平均厚さの好ましい範囲と同様である。
弾性層２５は、弾性体を含む層であり、押圧によって圧縮変形する。感圧センサ部３０が厚さ方向に押圧されたときには、弾性層２５が厚さ方向に圧縮変形し、第１センサ電極２３と第２センサ電極２４との距離が近づくことで静電容量が変化する。この静電容量の変化を検知することで操作面１０ａの押圧が認識される。
弾性層２５は、図１及び図２に示すように、一対の第１シート部２５ａ及び第２シート部２５ｂと、それら第１シート部２５ａと第２シート部２５ｂに挟持された複数の柱部２５ｃと、それら複数の柱部２５ｃを囲うように外周部分に全周にわたって設けられた周壁部２５ｄと、を備えている。弾性層２５は、これら一対の第１シート部２５ａ及び第２シート部２５ｂ、複数の柱部２５ｃ、及び周壁部２５ｄを備えるゴム状弾性体である。弾性層２５は、一対の第１シート部２５ａ及び第２シート部２５ｂと周壁部２５ｄとで囲われている内部における各々の柱部２５ｃの周囲に空間部２５ｅを有している。弾性層２５は周壁部２５ｄを備えているため、製造時に接着部６０を形成するための液状接着剤が弾性層２５の内部に浸入することを防ぐことができる。なお、空間部２５ｅにはスポンジ等の発泡体を充填してもよい。
第１シート部２５ａ、第２シート部２５ｂ、複数の柱部２５ｃ及び周壁部２５ｄを形成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。弾性層２５のうち、弾性体からなる必要があるのは、圧縮変形する柱部２５ｃと周壁部２５ｄである。第１シート部２５ａ及び第２シート部２５ｂは、弾性材料によって形成されていてもよく、非弾性の硬質材料によって形成されていてもよい。硬質材料としては、例えば、エラストマー以外の樹脂、ガラス、金属、セラミックス、木材を例示できる。
弾性層２５を形成する弾性材料としては、押圧による厚さ方向の圧縮変形の程度が適当であり、押し心地が良好であるものを使用することが好ましい。弾性材料としては、例えば、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコーンゴム等の熱硬化性エラストマー；ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系又はフッ素系等の熱可塑性エラストマー；或いはそれらの複合物を例示できる。これらの中でも、操作パネル１０のボタン部分１２を照光する場合に光を通しやすい点、繰り返しの押圧に対する寸法変化が小さい、即ち圧縮永久歪が小さい点から、シリコーンゴムが好ましい。周壁部２５ｄとしては、接着部６０を形成する液状接着剤が浸み込まないように、非発泡体である弾性材料を用いる。弾性層２５のうち周壁部２５ｄ以外の部分を形成する弾性材料は、内部に気泡を含む発泡体であってもよい。
弾性層２５を形成する弾性体の厚さ（高さ）を１ｃｍとしてＪＩＳ Ｋ ６２５３に従って測定した際のタイプＡデュロメータ硬さは、８５以下が好ましい。前記タイプＡデュロメータ硬さが８５以下であれば、押圧された際に容易に弾性変形する。ただし、過度に軟らかいと、弾性変形後の回復が遅くなるため、前記タイプＡデュロメータ硬さは１０以上が好ましい。
第１シート部２５ａの平均厚さは、５～１００μｍが好ましく、１０～１００μｍがより好ましい。第１シート部２５ａの平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、柱部２５ｃとの接合強度を強くできる。第１シート部２５ａの平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、操作面を押圧していない状態における第１センサ電極２３と第２センサ電極２４との距離を近づけやすく、押圧の検知精度をより高くすることができる。第２シート部２５ｂの厚さの好ましい範囲は、第１シート部２５ａの厚さの好ましい範囲と同じである。第１シート部２５ａの厚さと第２シート部２５ｂの厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
柱部２５ｃの形状は、特に限定されず、例えば、円柱状、円錐台状、角柱状等の柱状が挙げられる。なかでも、耐久性に優れる点から、円柱状、円錐台状が好ましい。複数の柱部２５ｃの形状は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
単一の柱部２５ｃの高さ方向に垂直な方向の平均断面積は、特に限定されず、例えば、０．００５～４ｍｍ２が挙げられ、０．０２～０．８ｍｍ２が好ましい。前記柱部２５ｃの平均断面積が前記範囲の下限値以上であれば、押圧力が加わった際に高さ方向に圧縮変形することが容易になり、柱部２５ｃが圧縮せずに屈曲することを防止しやすい。柱部２５ｃの平均断面積が前記範囲の上限値以下であれば、指で押す程度の適度な押圧力で容易に圧縮変形させることができる。ここで、柱部の断面積は、柱部の１／２の高さの位置で高さ方向に直交する断面の面積を意味する。柱部の断面積は、光学顕微鏡測定機等の公知の微細構造観察手段により測定できる。
弾性層２５が有する全ての柱部２５ｃの合計の断面積は、弾性材料の物性と、設定する押し心地に応じて適宜設定できる。第１シート部２５ａ又は第２シート部２５ｂの面積を１００％としたとき、前記合計の断面積は、０．１～３０％が好ましく、０．５～２０％がより好ましく、１～２０％がさらに好ましい。前記合計の断面積が前記範囲内であれば、指で押す程度の適度な押圧力で容易に圧縮変形させることができる。具体的には、例えば、前記合計の断面積を１～１００ｍｍ２とすることができる。
柱部２５ｃの平均高さは、１～３０００μｍが好ましく、５０～２０００μｍがより好ましく、２００～１０００μｍがさらに好ましく、３００～１０００μｍが特に好ましい。柱部２５ｃの平均高さが前記範囲の上限値以下であれば、操作面を押圧していない状態における第１センサ電極２３と第２センサ電極２４との距離を近づけやすく、押圧力の検知精度をより高くできる。また、操作面を押圧した際に操作面がへこむ感覚が抑制されやすく、通常のタッチパネルのように硬い面に触れているのと同じ感覚で操作しやすくなる。ここで、柱部２５ｃの高さには、第１シート部２５ａの厚さ及び第２シート部２５ｂの厚さは含まれない。柱部２５ｃの高さは、光学顕微鏡測定機等の公知の微細構造観察手段により測定できる。柱部２５ｃは、第１シート部２５ａ及び第２シート部２５ｂと接続され、弾性層２５の厚さを支える部材である。弾性層２５の厚さが部位によらず同じであれば、複数の柱部２５ｃの高さは実質的に同じである。
この例の複数の柱部２５ｃの平面視での配置パターンは、矩形状の第１シート部２５ａ及び第２シート部２５ｂの平面方向において、縦方向と横方向に５×５の２５本の柱部２５ｃが間隔をあけて整列したパターンである。なお、複数の柱部２５ｃの配置パターンは、このパターンには限定されず、例えば、複数の柱部２５ｃが千鳥状に配列したパターンであってもよい。
弾性層２５が有する柱部２５ｃの平均個数は、１～１０００個が好ましく、３～１００個がより好ましく、４～５０個がさらに好ましい。前記平均個数が前記範囲の下限値以上であれば、操作面を指で押す程度の適度な押圧力で弾性層２５を圧縮変形させることができる。前記平均個数が前記範囲の上限値以下であれば、指で押す程度の押圧の検出精度を向上させることができる。なお、弾性層２５が有する柱部２５ｃの個数は１個でもよい。例えば、第１シート部２５ａ及び第２シート部２５ｂの平面方向の中央領域に１個の平面視矩形の柱部２５ｃが設けられた態様であってもよい。この態様の場合の柱部２５ｃを形成する弾性体は、内部に気泡を含む発泡体であることが好ましい。
隣り合う柱部２５ｃ同士の平均ピッチは、０．１～６ｍｍが好ましく、０．５～４ｍｍがより好ましい。前記平均ピッチが前記範囲の下限値以上であれば、操作面を指で押す程度の適度な押圧力で弾性層２５を圧縮変形させることができる。前記平均ピッチが前記範囲の上限値以下であれば、指で押す程度の押圧の検出精度を向上させることができる。
接着部６０を形成する液状接着剤が第１シート部２５ａと第２シート部２５ｂとの間に入り込んだ状態で硬化すると、厚さ方向の圧縮変形が阻害され、操作面１０ａの押圧の検知感度が低下する。そのため、第１シート部２５ａと第２シート部２５ｂとの間に入り込まないように、周壁部２５ｄが厚さ方向の両側で第１シート部２５ａと第２シート部２５ｂと連結していることが好ましい。また、周壁部２５ｄの外側面が第１シート部２５ａと第２シート部２５ｂの外側面と面一となるように周壁部２５ｄを設けることが好ましい。このように弾性層２５の外側面において周壁部２５ｄの部分が内側に凹んでおらず、第１シート部２５ａ及び第２シート部２５ｂと面一になっていれば、その凹んだ部分で液状接着剤が硬化して弾性層２５の圧縮変形が阻害されることを抑制しやすい。
周壁部２５ｄの平均高さは、柱部２５ｃの平均高さと同等であることが好ましい。
周壁部２５ｄの平均厚さは、１０～３０００μｍが好ましく、５０～２０００μｍがより好ましく、１００～１０００μｍがさらに好ましい。周壁部２５ｄの平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、周壁部の亀裂などによる漏れが起こりにくい。周壁部２５ｄの平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、弾性体の圧縮変形特性への影響が最低限に収められる。
周壁部２５ｄの平均厚さは、１０～３０００μｍが好ましく、５０～２０００μｍがより好ましく、１００～１０００μｍがさらに好ましい。周壁部２５ｄの平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、周壁部の亀裂などによる漏れが起こりにくい。周壁部２５ｄの平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、弾性体の圧縮変形特性への影響が最低限に収められる。
この例の弾性層２５は、図１に示すように、第１基材フィルム３１と第２基材フィルム３２に挟持された状態で、第１センサ電極２３と第２センサ電極２４の間に配置され、接着層３３を介して保護層２２に接着されている。接着層３３は、それぞれ第１基材フィルム３１の保護層２２との密着面の一部のみに設けられていてもよく、密着面の全面に設けられていてもよい。弾性層２５に対する押圧力を面方向に均一化することが容易な点から、前記密着面の全体に接着層３３が設けられていることが好ましい。
接着層３３の材料としては、例えば、公知の硬化型接着剤（接着前は液状接着剤）、又は粘着剤（接着前はゲル状の感圧性接着剤）を例示できる。また、接着層３３は、基材層の両面に接着剤又は粘着剤が配置された基材型接着層であってもよい。基材型接着層としては、例えば公知の両面テープが挙げられる。接着剤や粘着剤としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エチレン－酢酸ビニル共重合体を例示できる。硬化型接着剤は、硬化時に揮発する溶剤を含む溶剤型であってもよく、ホットメルト型であってもよい。
接着層３３の厚さとしては、適宜設定でき、例えば１～７５μｍとすることができる。硬化型接着剤を用いた接着層３３の厚さは、１～２０μｍが好ましい。粘着剤を用いた接着層３３の厚さは、１０～７５μｍが好ましい。
第１基材フィルム３１及び第２基材フィルム３２を形成する材料としては、絶縁性の樹脂材料を使用でき、それぞれ独立に、例えば、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＰＣ、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ウレタンを例示できる。第１基材フィルム３１及び第２基材フィルム３２を形成する樹脂は、１種でもよく、２種以上でもよい。
第１基材フィルム３１及び第２基材フィルム３２の平均厚さは、それぞれ独立に、例えば、１０～２００μｍとすることが出来る。前述の樹脂材料を用いる場合、その平均厚さは、１０～２００μｍが好ましく、２５～１５０μｍがより好ましく、２５～１００μｍがさらに好ましい。平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、弾性層２５に対する押圧力を面方向に均一化することが容易である。平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、操作面１０ａに対する入力の検知精度を高めることができる。
第１基材フィルム３１及び第２基材フィルム３２は、それぞれ弾性層２５の第１シート部２５ａの外表面と第２シート部２５ｂの外表面にそれぞれ接着されている。これらは不図示の接着層によって接着されていてもよく、公知の表面処理又は加熱処理によって直に接着されていてもよい。第１基材フィルム３１及び第２基材フィルム３２の接着面には、接着力を向上させる目的で、物理的又は化学的な公知の表面処理が施されていてもよい。
センサシート２０における接着層２７を設ける部分は、センサシート２０を操作パネル１０に安定して貼り付けることができる範囲で適宜設定できる。接着層２７を形成する材料としては、特に限定されず、例えば、接着層３３で例示した接着剤、粘着剤と同じものを例示できる。なかでも、固定領域を容易に制御できる点から、両面テープが好ましい。
感圧タッチセンサモジュール１では、押圧部材５２とセンサシート２０の感圧センサ部３０が配置されている部分とが、液状接着剤の硬化物からなる接着部６０によって接着される。これにより、押圧部材５２と感圧センサ部３０の間の隙間が埋められ、また硬化物からなる接着部６０は変形しにくく力が伝わりやすいため、操作面１０ａが押圧されたときにその力が弾性層２５にスムーズに伝わり、押圧の検知感度が高くなる。また、製造時には、接着部６０を形成する硬化前の液状接着剤は容易に形状が変化する。このことから、製造時に押圧部材５２と感圧センサ部３０の間に液状接着剤をある程度多めに供給しても、押圧部材５２と感圧センサ部３０の近接に容易に追従できる。そのため、製造時に押圧部材５２と感圧センサ部３０の距離や、液状接着剤の量を厳密に制御する必要がなく、組み付け公差にも余裕がある。
接着部６０を形成する液状接着剤としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、シリコーン樹脂系等の硬化型接着剤を例示できる。なかでも、硬化後の強度や寸法安定性、体積収縮が少ない等の点から、エポキシ樹脂接着剤が好ましい。接着部６０を形成する液状接着剤は、１種でもよく、２種以上でもよい。
接着部６０の平均厚さは、１００～５０００μｍが好ましく、５００～３０００μｍがより好ましく、１０００～２０００μｍがさらに好ましい。接着部６０の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、容易に感圧センサ部と押圧部材とが接触出来る。接着部６０の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、接着剤の使用量と接触に不要な余りを少なく出来る。
押圧部材５２の寸法及び形状は、感圧センサ部３０の形状に応じ、操作面１０ａが押圧されたときに弾性層２５に十分な力が加わるように適宜設定すればよく、例えば、直方体状を例示できる。
押圧部材５２の材質としては、操作面１０ａが押圧されたときに操作パネル１０と押圧部材５２によって弾性層２５を押し潰しやすい点から、非弾性体であることが好ましい。具体的には、例えば、ポリカーボネートを例示できる。押圧部材５２を形成する材料は、１種でもよく、２種以上でもよい。
押圧部材５２の材質としては、操作面１０ａが押圧されたときに操作パネル１０と押圧部材５２によって弾性層２５を押し潰しやすい点から、非弾性体であることが好ましい。具体的には、例えば、ポリカーボネートを例示できる。押圧部材５２を形成する材料は、１種でもよく、２種以上でもよい。
感圧タッチセンサモジュール１の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を利用することができる。第１センサ電極２３及び第２センサ電極２４は、例えば、第１基材シート２１、第２基材シート２６に対して印刷等によって電極材料でパターンを形成することで製造できる。
弾性層２５は、例えば、以下の方法で製造することができる。具体的には、第２基材フィルム３２の片面にスクリーン印刷等によって第２シート部２５ｂを形成する。第２シート部２５ｂの表面に各柱部２５ｃ及び周壁部２５ｄを配置し、紫外線を照射しながら加圧して、第２シート部２５ｂと各柱部２５ｃ及び周壁部２５ｄとを接合する。また、第１基材フィルム３１の片面にスクリーン印刷等によって第１シート部２５ａを形成し、各柱部２５ｃ及び周壁部２５ｄの上に重ねて紫外線を照射しながら加圧して、第１シート部２５ａと各柱部２５ｃ及び周壁部２５ｄとを接合する。これにより第１基材フィルム３１及び第２基材フィルム３２に挟持された弾性層２５が得られる。
例えば第１センサ電極２３を形成した第１基材シート２１の第１の面２１ａ側に、接着剤等で保護層２２を貼り合わせる。そして、第１センサ電極２３と第２センサ電極２４とが対向し、それらの間に弾性層２５が配置されるように積層して接着剤等で接着することでセンサシート２０が得られる。
センサシート２０を操作パネル１０に貼り付ける方法は、特に限定されず、例えば、ダイアフラム方式、ローラー方式等が挙げられる。なかでも、センサシート２０の接着層２７と操作パネル１０との間に気泡が混入することを抑制しやすく、センサシート２０をより綺麗に貼り付けることができる点から、ダイアフラム方式が好ましい。
以上説明したように、感圧タッチセンサモジュール１では、押圧部材５２とセンサシート２０の感圧センサ部３０が配置されている部分とが液状接着剤の硬化物からなる接着部６０によって接着される。これにより、押圧部材５２と感圧センサ部３０の間には隙間がなく、操作面１０ａを押圧した力が弾性層２５にスムーズに伝わるため、押圧の検知感度が高い。また製造時には、接着部６０を形成する硬化前の液状接着剤の形状が容易に変化するため、押圧部材５２と感圧センサ部３０の距離や、液状接着剤の量を厳密に制御する必要がなく、組み付け公差にも余裕がある。また、弾性層２５が周壁部２５ｄを備えているため、製造時に接着部６０を形成するための液状接着剤が弾性層２５の内部に入り込んで硬化することを防ぐことができる。そのため、液状接着剤の硬化物によって弾性層２５の圧縮変形が妨げられることも抑制される。
なお、本発明の感圧タッチセンサモジュールは、前記した感圧タッチセンサモジュール１には限定されない。例えば、本発明の感圧タッチセンサモジュールは、弾性層２５の代わりに図３に例示した弾性層２５Ａを備えていてもよい。弾性層２５Ａは、弾性層２５における周壁部２５ｄの内側に柱部２５ｃが設けられておらず、その代わりに発泡体２５ｈが充填されている。また、弾性層２５Ａでは、発泡体２５ｈの厚さ方向の両側にそれぞれ設けられ上壁部２５ｆ及び下壁部２５ｇをさらに備えている。
弾性層２５Ａも周壁部２５ｄを備えているため、製造時に接着部６０を形成するための液状接着剤が弾性層２５の周囲から内部に入り込んで硬化することを防ぐことができる。また、弾性層２５Ａでは発泡体２５ｈの厚さ方向の両側にも上壁部２５ｆと下壁部２５ｇが設けられているため、製造時に接着部６０を形成するための液状接着剤が弾性層２５の内部に入り込んで硬化することをさらに安定して防ぐことができる。
本発明の感圧タッチセンサモジュールは、弾性層２５Ａにおいて上壁部２５ｆ及び下壁部２５ｇの少なくとも一方を備えていない弾性層を備えるものであってもよい。
本発明の感圧タッチセンサモジュールは、弾性層２５Ａにおいて上壁部２５ｆ及び下壁部２５ｇの少なくとも一方を備えていない弾性層を備えるものであってもよい。
本発明の感圧タッチセンサモジュールは、図４に例示した感圧タッチセンサモジュール２であってもよい。感圧タッチセンサモジュール２は、センサシート２０の代わりにセンサシート２０Ａを備える以外は感圧タッチセンサモジュール１と同様の態様である。センサシート２０Ａは、第１基材シート２１の第１の面２１ａに第１センサ電極２３と第２センサ電極２４が設けられ、第１基材シート２１を部分的に折り返して第１センサ電極２３と第２センサ電極２４を対向させる以外は、センサシート２０と同様の態様である。感圧タッチセンサモジュール２においても感圧タッチセンサモジュール１と同様の効果が得られる。
本発明の感圧タッチセンサモジュールは、第１基材シート２１の第２の面２１ｂに第１センサ電極２３が設けられた感圧タッチセンサモジュールであってもよい。
また、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
また、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
１，２…感圧タッチセンサモジュール、１０…操作パネル、１０ａ…操作面、２０…センサシート、２１…第１基材シート、２２…保護層、２３…第１センサ電極、２４…第２センサ電極、２５，２５Ａ…弾性層、２５ａ…第１シート部、２５ｂ…第２シート部、２５ｃ…柱部、２５ｄ…周壁部、２５ｅ…空間部、２５ｆ…上壁部、２５ｇ…下壁部、２５ｈ…発泡体、２６…第２基材シート、３０…感圧センサ部、５２…押圧部材、６０…接着部。
Claims (3)
- 操作面を有する操作パネルと、前記操作パネルの前記操作面とは反対側に設けられたセンサシートと、押圧部材と、を備え、
前記センサシートは、第１基材シートと、前記第１基材シートに設けられた感圧センサ部と、第２基材シートと、を備え、
前記押圧部材は、前記センサシートの前記感圧センサ部が配置されている部分の前記操作パネルとは反対側に設けられ、
前記押圧部材と前記センサシートの前記感圧センサ部が配置されている部分とは、液状接着剤の硬化物からなる接着部により接着され、
前記感圧センサ部は、前記第１基材シートの任意の面に設けられた第１センサ電極と、前記第１センサ電極の前記押圧部材側に前記第１センサ電極と互いの面が対向するように設けられた第２センサ電極と、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極との間に設けられた弾性層と、を備え、
前記第２センサ電極の前記弾性層とは反対側に前記第２基材シートが設けられ、
前記弾性層は、前記弾性層の内部への前記液状接着剤の浸入を防ぐ周壁部と、前記周壁部の厚さ方向の両側にそれぞれ設けられた一対のシート部と、前記一対のシート部に挟持された複数の柱部と、を備えるゴム状弾性体であり、
前記周壁部は、前記複数の柱部を囲うように外周部分に全周にわたって設けられている、感圧タッチセンサモジュール。 - 前記弾性層が、前記周壁部と、前記周壁部の内側に充填された発泡体と、を備えている、請求項１に記載の感圧タッチセンサモジュール。
- 前記弾性層が、前記発泡体の厚さ方向の両側にそれぞれ設けられ、前記弾性層の内部への前記液状接着剤の浸入を防ぐ上壁部及び下壁部をさらに備えている、請求項２に記載の感圧タッチセンサモジュール。
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