感圧センサ
【課題】小さな荷重でも圧力を検出することができ、かつ消費電力の無駄をなくすることができる圧力センサを提供する。
【解決手段】感圧センサ１２０は、表面に形成された第１電極層７ａを備えた第１基材５と、前記第１基材５に積層配置され、表面の前記第１基材５の第１電極層７ａに対向する位置に設けられた第２電極層７ｂを備える第２基材６とを備える。感圧センサ１２０は、第１電極層７ａ又は第２電極層７ｂの少なくとも一方を被覆するように配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層８ａ，８ｂと、感圧インキ層８ａ，８ｂの表面に設けられ、非押圧時に前記第１電極層７ａ及び第２電極層７ｂ間の絶縁性を維持するスペーサ１０と、を備える。
【解決手段】感圧センサ１２０は、表面に形成された第１電極層７ａを備えた第１基材５と、前記第１基材５に積層配置され、表面の前記第１基材５の第１電極層７ａに対向する位置に設けられた第２電極層７ｂを備える第２基材６とを備える。感圧センサ１２０は、第１電極層７ａ又は第２電極層７ｂの少なくとも一方を被覆するように配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層８ａ，８ｂと、感圧インキ層８ａ，８ｂの表面に設けられ、非押圧時に前記第１電極層７ａ及び第２電極層７ｂ間の絶縁性を維持するスペーサ１０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面に加わった外力のうち、当該面に垂直な方向成分の圧力分布を測定するための感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ある面に加わった外力の圧力を分布するセンサとしては、例えば、特許文献１に記載されているような構成のセンサが挙げられる。かかるセンサは、引用文献１の図１に示されているように、２枚のフィルムをスペーサで空気層を解するように積層し、上層に上部電極、下層に下部電極を配置し、両者の間に感圧インク層を配置した構成である。
【０００３】
そして、上側のフィルムに圧力が加わると、圧力が加えられている部分だけが上下方向に導通状態となるため、その交差点に対応する下部電極にのみ出力が得られ圧力分布の検出を行うように構成されている。そして、当該感圧センサを例えば、車両用シートの内部に設けることによって、当該シートに乗員が座っているかを判断するとともに、圧力分布から乗員の体格を判断することができる。
【０００４】
すなわち、引用文献１に開示の感圧センサは、上部と下部のフィルムとの間に空気層を設けるためにスペーサが上部と下部のフィルムで挟まれるようにして配置されている。そして、圧力が加わったときに、上部のフィルムが撓むことによって、感圧インク層が電極に接触する。その場合の感圧インク層を介しての両電極の短絡及び、感圧インク層に加わる圧力に応じた抵抗値の変動を検出することにより、上部フィルムに加わった圧力を測定するものである。
【０００５】
しかし、経年の使用によりフィルムがへたってくると、上部フィルムが垂れ下がる等の問題により、感圧インキ層と電極の接触を荷重によって安定して制御することが困難であった。そのため、荷重による感圧インキと電極間の抵抗値の再現性は低く、圧力を高精度に測定することが困難であった。また、上記構成の感圧センサでは、フィルムの面の大部分に電極を配置するように構成されているため、感圧センサを透過性に構成することはできなかった。
【０００６】
また、かかる問題を解消するために本出願人は、下部フィルムに一対の電極を設け、当該一対の電極を被覆するように感圧導電層インキで被覆する構成の感圧センサを出願している。かかる感圧センサは下部フィルムに一対の電極が設けられ、上部電極に設けられている感圧導電層インキが通常時において電極を被覆しているので、空気層のためのスペーサを上部フィルムと下部フィルムの間に配置する必要がない。したがって、電極設置形状に応じて任意の形状のセンサとすることができる。そして、一対の電極を枠状に構成することにより、感圧センサの中央部分を透明に構成し、当該透明部分にタッチパネルなどを配置することができる。
【特許文献１】特開２００２−４８６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、かかる構成の感圧センサでは、小さな荷重では荷重による感圧導電層インキの抵抗値変化が小さいため、感圧導電層インキと電極間に流れる電流の量はほとんど一定であり、圧力検出を高精度に行うことは困難であった。
【０００８】
また、荷重をかけない場合にも一対の電極間には導電性があるため、無駄な電力を消費することとなっていた。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、上記問題を解決し、小さな荷重でも圧力を検出することができ、かつ消費電力の無駄をなくすることができる圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の感圧センサを提供する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、表面に形成された第１電極層を備えた第１基材と、前記第１基材に積層配置され、表面の前記第１基材の第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層を備える第２基材とを備える感圧センサであって、
前記第１電極層又は第２電極層の少なくとも一方を被覆するように配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層と、
前記感圧インキ層の表面に設けられた絶縁性のスペーサと、
を備えることを特徴とする感圧センサを提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、前記第１基材と第２基材は、前記第１基材と第２基材の前記第１電極層又は第２電極層が設けられていない領域に位置する粘着層によって接着されていることを特徴とする、第１又は第２態様の感圧センサを提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記感圧インキ層は、前記第１電極層及び第２電極層をそれぞれ被覆するように設けられていることを特徴とする、第１又は第２態様の感圧センサを提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記スペーサは少なくとも一方の前記感圧インキ層の表面上にドット状に設けられていることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの感圧センサ。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記感圧インキ層及び電極層は、それぞれ前記第１基材及び第２基材の周囲に枠状に設けられていることを特徴とする、第１から第４態様のいずれか１つの感圧センサを提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記感圧インキ層及び電極層は、それぞれ前記第１基材及び第２基材のコーナー部に点状に設けられたことを特徴とする、第１から第４態様のいずれか１つの感圧センサを提供する。
【００１７】
本発明の第７態様によれば、前記第１基材及び第２基材は透明な材料で構成されており、前記第１電極層及び第２電極層が設けられていない部分に透明窓部分が形成されていることを特徴とする、第１から第６態様のいずれか１つの感圧センサを提供する。なお、上記態様において、透明窓部分は、透明材料自体が存在しており当該透光部分が透明窓として機能していてもよいし、透明な材料のうち第１電極層及び第２電極層が設けられていない部分をくり抜くことによって形成されていてもよい。
【００１８】
本発明の第８態様によれば、前記第１基材又は第２基材の少なくとも一方の前記第１電極層及び第２電極層が設けられていない側の面に積層配置された支持材を備えることを特徴とする、第１から第７態様のいずれか１つの感圧センサを提供する。
【００１９】
本発明の第９態様によれば、前記支持材は、前記第１電極層又は第２電極層が設けられている位置の裏面側に設けられていることを特徴とする、第８態様の感圧センサを提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、感圧インキ層の表面に配置したスペーサにより、通常時は、感圧インキ層と対向する第１電極層又は第２電極層とが隔離した状態となっている。すなわち、感圧インキ層が重力により下方にへたっても、荷重がかけられていない状態でのスペーサにより第１電極層及び第２電極層間の通電を阻止することができる。また、たとえ、第１又は第２基材が経時により撓んだとしても、スペーサは変形しないので感圧インキ層と第１電極層又は第２電極層とは直接接触することがない。一方、押圧力が加わると、感圧インキ層と電極間とは容易に接触して導通する。したがって、感圧インキ層と電極間との抵抗値を荷重によって制御することが可能であり、低荷重であっても確実にセンシングを行うことができる。なお、感圧インキ層は、一対の電極を短絡させるように構成されていればよいため、電極の全てを被覆するように配置されている必要はなく、少なくとも一部分の一対の電極を同時に被覆するように構成されていればよい。例えば、枠状電極のコーナー部などにのみ設けられていてもよい。
【００２１】
本発明の第２態様によれば、第１基材と第２基材の第１電極層又は第２電極層が設けられていない領域に粘着層を設けることにより、第１基材と第２基材の間に空気層を介さずに両基材を接着することができるため、干渉縞防止の効果を得ることができる。また、粘着層により基材の指示面積が増えるため、基材のへたりによる劣化をおこすことがない。
【００２２】
本発明の感圧センサは、可撓性フィルムと基材を、スペーサを介して絶縁を保ったまま接触させることができるため、電極の形状を任意とすることができる。したがって、電極を枠状に形成したり、コーナー部に点状に形成することにより、感圧センサに透明窓部分を設けることができる。
【００２３】
本発明の第８態様によれば、支持材を設けることで、センサに加わる荷重を基材の全面に広く分散させないようにすることができる。したがって、センサに加わった荷重を基材のたわみとして確実に伝えることができ、センシングの精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態に係る感圧センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施形態の感圧センサは、タッチパネルと一体に構成されたタッチ入力デバイス１００を構成する。タッチ入力デバイス１００は、タッチパネル１１０での位置検出に加えて感圧センサ１２０での押圧力強さを検出することができる。
【００２６】
タッチ入力デバイス１００は、たとえば、タッチパネルを有する電子機器特に、携帯電話やゲーム機などの携帯型電子機器のディスプレイのタッチ入力デバイスとして好適に機能する。図２に示すように、加飾領域１０１及び透明窓部分１０２とが設けられている。タッチ入力デバイス１００が電子機器の筐体のディスプレイ表示窓に配置された場合には、透明窓部分１０２からタッチ入力デバイス１００の下方に設けられるディスプレイパネル１３０の表示画面を視認することができる。加飾領域１０１は、後述するように、タッチ入力デバイス１００の周囲に設けられた枠状の加飾部２ａを有する加飾フィルム２によって形成され、加飾部２ａが形成されていない部分２ｂが透明窓部分１０１として形成される。
【００２７】
図１は、本実施形態にかかるタッチ入力デバイスの層構成を示す断面図である。タッチ入力デバイス１００のタッチパネル１１０は、上部電極フィルム２と下部電極シート３を備える。上部電極フィルム３と下部電極シート４とは、電極間に空気層を介してその周縁部において両面接着テープ（図示なし）により接着される。
【００２８】
上部電極フィルム３と下部電極シート４は、それぞれ電極支持フィルム３ｂ，４ｂの表面に透明上部電極３ａや透明下部電極４ａと同一面にバスバーや引き回し線等の所定のパターンの引き回し回路（図示なし）が形成され、外部と通電する。透明上部電極３ａと透明下部電極４ａの間には、スペーサ４ｃが設けられており、それぞれの対向面に設けられている透明上部電極３と透明下部電極４ａが誤接触しないように構成されている。
【００２９】
スペーサ４ｃとしては、透明な光硬化型樹脂をフォトプロセスで微細なドット状に形成して得ることができる。また、印刷法により微細なドットを多数形成してスペーサ４ｃとすることもできる。
【００３０】
上部電極フィルム３は、透明なハードコートフィルム１の裏面に加飾フィルム２が透明粘着剤（図示なし）によって貼着され、さらに、透明な電極支持フィルム３ｂが積層された構成となっている。電極支持フィルム３ｂの下面に透明上部電極３ａ及び引き回し回路などが形成されている。また、加飾フィルム２は、印刷などの方法によって加飾層２ａが少なくとも一方の面、好ましくは、ハードコートフィルム１に接触する側の面に形成される。
【００３１】
ハードコートフィルム１は、透明であればよく、無色透明、有色透明を問わない。透明カバーフィルムと加飾層の模様を適宜組み合わせることにより、入力デバイス１００の加飾領域１０１の模様を種々のデザインとすることができる。例えば、ハードコートフィルム１を有色透明とし、金属光沢を有する金属層で加飾層２ａを構成すると、入力デバイス１００の加飾領域１０１は、有色の金属光沢を有するチント色にすることができる。
【００３２】
上記ハードコートフィルム１の材質としては、透視性に優れ、表面耐擦性に優れる材質を用いる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を挙げることができる。また、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂や、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いる。
【００３３】
上記加飾フィルム２は上記の通り、タッチ入力デバイス１００の加飾領域１０１が加飾部分２ａにより形成され、加飾部２ａが設けられていない部分２ｂがタッチ入力デバイス１の透明窓部１０２となる。加飾部分２は、加飾フィルム２の周囲に枠状に設けられ、中央部分に透明窓部３が形成されるように形成することにより、例えば、タッチパネル１１０の電極部分や、感圧センサの電極（図１参照）の隠蔽部としても用いることができる。
【００３４】
加飾フィルム２は、透明フィルムの表面にインキを塗布することにより形成される。加飾部２ａを構成するインキとしては、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂などの樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料または染料を着色剤として含有する着色インキを用いるとよい。印刷層の形成方法としては、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法などを用いるとよい。特に、多色刷りや階調表現を行うには、オフセット印刷法やグラビア印刷法が適している。また、単色の場合には、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法を採用することもできる。印刷層は、表現したい加飾に応じて、全面的に設けてもよいし、部分的に設けてもよい。
【００３５】
また、加飾部２ａは、金属薄膜層からなるもの、あるいは印刷層と金属薄膜層との組み合わせからなるものでもよい。金属薄膜層は、加飾部２ａとして金属光沢を表現するためのものであり、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法などで形成する。この場合、表現したい金属光沢色に応じて、アルミニウム、ニッケル、金、白金、クロム、鉄、銅、スズ、インジウム、銀、チタニウム、鉛、亜鉛などの金属、これらの合金又は化合物を使用する。金属薄膜層は、通常は、部分的に形成する。また、金属薄膜層を設ける際に、他の層との密着性を向上させるために、前アンカー層や後アンカー層を設けてもよい。
【００３６】
下部電極シート４は、透明な電極支持シート４ｂの表面に透明下部電極４ａなどが形成された構成である。
【００３７】
電極支持シート４ｂの材質としては、透視性に優れた材料を用いる。例えば、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を挙げることができる。また、ポリフェニレンオキシド・ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂や、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いることができる。
【００３８】
図１においては、電極支持シート４ｂの上面は、透明下部電極４ａ及び引き回し電極（図示なし）が形成される。透明下部電極４ａは、電極支持シート４ｂの表面に直接を設けられているが、表面に透明電極が設けられた透明なフィルムを電極支持シート４ｂに貼り付けることによって形成するようにしてもよい。この場合の透明樹脂フィルムとしては、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリエーテルケトン系等のエンジニアリングプラスチック、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系などの樹脂フィルムなどを用いることができる。
【００３９】
透明下部電極４ａおよび透明上部電極３ａは透明導電膜より構成される。透明導電膜の材料としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、若しくはＩＴＯ等の金属酸化物や導電性ポリマーの薄膜がある。透明下部電極４ａおよび透明上部電極３ａの形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、ロールコーター法などを用いて下部電極シート４や透明樹脂フィルム２２の全面に導電性被膜を形成した後、不要な部分をエッチング除去する。エッチングは、電極として残したい部分にフォトリソ法やスクリーン法などによりレジストを形成した後、塩酸などのエッチング液に浸漬するかあるいはエッチング液を噴射してレジストが形成されていない部分の導電性被膜を除去し、次いで溶剤に浸漬することによりレジストを膨潤または溶解させて除去する。また、レーザーによるエッチングも可能である。
【００４０】
次に、感圧センサ１２０について説明する。図３に、図１の感圧センサの部分拡大図を示す。感圧センサ１２０は、タッチパネル１１０の下側に図示しない粘着層（厚み５０μｍ）によって接着するように配置される。感圧センサ１２０は、第１基材５と第２基材６が両面接着テープなどの粘着層９で積層配置された構成である。第１基材５及び第２基材６の表面には、それぞれ第１電極７ａ，第２電極７ｂが、互いに対向する位置に設けられる。第１基材５及び第２基材６に設けられたそれぞれの電極７ａ，７ｂの周囲を被覆する第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂとを備える。また、第１感圧インキ層８ａの表面には、ドットスペーサ１０が設けられている。
【００４１】
第１基材５、第２基材６は、図５Ａ（例として第１基材の構成を示す。）に示すように、透明の材質で構成され、周囲に第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂなどが枠状に設けられる。第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂが設けられていない部分に粘着層９が設けられ、第１基材５、第２基材６が接着される。当該構成により、第１基材５、第２基材６との間に空気層が設けられることなく、干渉縞の発生を防止することができる。
【００４２】
第１基材５、第２基材６の材質としては、フレキシブル基板に使用可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を挙げることができる。また、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂や、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いる。本実施形態では、第１基材及び第２基材とも、１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを使用する。
【００４３】
図５Ａに示すように第１基材５は、枠状に設けられた第１感圧インキ層８ａの中央部分に位置する透明窓部分５ａが形成される。透明窓部分５ａは、ディスプレイ装置１３０の視認窓として機能する。また、図示しない第２基材６は、第１基材５に設けられた第１感圧インキ層８ａに対向する位置に設けられた枠状の第２感圧インキ層８ｂを備える。当該枠の内側部分には、ディスプレイ装置１３０の視認窓として機能する透明窓部分が形成される。
【００４４】
第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂは、それぞれ第１基材５、第２基材６の表面に設けられた第１電極層７ａ及び第２電極７ｂの周囲を被覆するように設けられる。なお、第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂは、本実施形態では、第１電極層７ａ及び第２電極７ｂの双方の周囲をそれぞれ被覆するように設けられているが、少なくとも一方のみに設けられていてもよい（図７参照）。また、第１電極層７ａ及び第２電極７ｂの全面を被覆する必要はなく、一部分のみの被覆であってもよい。なお、この場合、第１電極層７ａ及び第２電極７ｂとの絶縁性を維持するために、たとえば、両面テープなどの粘着層により第１電極層７ａ及び第２電極７ｂの感圧インキ層が設けられていない部分を被覆し、両者を絶縁することができるように構成されていることが好ましい。
【００４５】
第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂを構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する素材で構成されており、本実施形態では、英国、Ｐｅｒａｔｅｃｈ社から商品名「ＱＴＣ」で入手可能な量子トンネル性複合材が用いられる。第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂは、塗布により上部フィルム５に設けられる。感圧インキ層８の塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法を用いることができる。
【００４６】
なお、本実施形態において、第１基材５、第２基材６、第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂの厚み寸法はそれぞれ、１００μｍ，１００μｍ，２０μｍ，２０μｍである。なお、第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂの厚み寸法Ｃは、電極層７ａ，７ｂをそれぞれ被覆するため、内部に電極層７ａ，７ｂ（ともに厚さ１０μｍ）を含んだ状態での厚み寸法である。
【００４７】
第１基材５に設けられた第１電極層７ａ及び第２基材６に設けられた第２電極層７ｂの材料としては、金、銀、銅、若しくはニッケルなどの金属、あるいはカーボンなどの導電性を有するペーストが用いられる。これらの形成方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法、フォトレジスト法などが挙げられる。また、銅や金メッキ銅などの金属箔を貼り付けて形成してもよいし、銅などの金属をメッキしたＦＰＣの上にレジストで電極パターンを形成し、レジストで保護されていない部分の金属箔をエッチング処理することによって形成してもよい。
【００４８】
図１に示すように、第１基材５に設けられた第１感圧インキ層８ａの表面には、電極の延在方向に沿って配列された複数のドットスペーサ１０が設けられている。ドットスペーサ１０は、着色樹脂で構成されていてもよいし、透明樹脂で構成されていてもよい。図４に示すようにドットスペーサの厚み寸法Ｅは、４〜５μｍである。ドットスペーサ１０は、光硬化型樹脂をフォトプロセスで微細なドット状に形成して得ることができる。また、塗布膜の厚みを一定以上とすることができるスクリーン印刷法により形成することもできる。
【００４９】
なお、本実施形態において、第１感圧インキ層８ａの幅寸法Ａは２ｍｍである。ドットスペーサの寸法及び配置密度、すなわち単位面積あたりにドットスペーサが配置されている総面積は、感圧インキ層の面積に応じて調整することが好ましく、概ね、第１感圧インキ層８ａの表面の面積が大きくなると、ドットスペーサの寸法を大きくするか、ドットスペーサの配置密度を増やすようにする。
【００５０】
第１基材５及び第２基材６に設けられている感圧インキ層８ａ、８ｂは、図５Ｂに示すように、枠の全周にわたって設けられている必要はなく、一部分だけに対向するように設けられていてもよい。例えば、図５Ｂに示すように、第１基材５及び第２基材６のコーナー部分のみに点状に設けられていてもよい。この場合、それぞれの点状に設けられる感圧インキ層８ａ、８ｂは、引き回し電極１２で互いに通電されている。
【００５１】
図５Ｂのように点状に感圧インキ層８ａ、８ｂが設けられている場合には、粘着層９としては、図６Ａに示すような感圧インキ層８ａ、８ｂが位置する部分に貫通孔９ｂを備えた両面テープを用いることが好ましい。すなわち、図６Ｂに示すように、両面テープの貫通孔９ｂに感圧インキ層８ａ、８ｂが嵌り込み、両者間の接触を可能にすることができ、また、第１基材５及び第２基材６の広い面積を接着することができるので、強固な接着を実現することができる。なお、両面テープは、絶縁材料で構成されており、引き回し回路１２を隠蔽することによって、第１基材５及び第２基材６にそれぞれ設けられている引き回し回路間での通電を防止することができる。
【００５２】
第２基材６の下面には、図１に示すように、支持材としてのあて板１１を設けてもよい。あて板１１は図１に示すように、第２基材６の下面の第２の感圧インキ層８ｂが設けられている部分に設ける。あて板１１を設けることにより、感圧センサに荷重がかかったとき、第２基材の感圧インキ層８ｂの部分を下方から指示し、加わった荷重を分散させることなく、第１基材５の変形に利用される力として確実に伝えることができる。なお、あて板１１は、上記例では第２基材６の下面に設けられているが、第１基材５の上面側に設けられていてもよい。あて板の厚み寸法は概ね５０から２００μｍであることが好ましく、本実施形態では、１５０μｍ（第２基材に接着するための接着層の厚みを含む）である。
【００５３】
上記構成の感圧センサ１２０は、通常９８時は、感圧インキ層８ｂの表面に設けられているドットスペーサ１０によって、第１の感圧インキ層８ａと第２の感圧インキ層８ｂとが接触しない状態となっている。そして、上層に設けられたタッチパネル１１０のタッチ入力面に入力のための接触があった場合、タッチパネル１１０に加えられた加重により、第１基材５が下側に撓み、感圧インキ層８ａ、８ｂが互いに押し付けられることによって、互いの感圧インキ層８ａ、８ｂとが接触する。このため、第１の電極層７ａ，及び第２の電極層７ｂの間に電流が流れ、当該電流を検出することにより、タッチ入力デバイス１００への入力面への押し付け力を検出する。
【００５４】
なお、さらに、タッチ入力デバイス１００への入力面への押圧力が大きくなると、感圧インキ層８ａ、８ｂに加えられる外力が増大することにより、感圧インキ層８ａ、８ｂの電気抵抗値が小さくなる。これにより、第１の電極層７ａ，及び第２の電極層７ｂの間に流れる電流が増大する。この電流の変化を電圧値に変換して検出することによって、感圧インキ層８ａ、８ｂに加えられる外力を検出することで、タッチ入力デバイス１００への入力面への押圧力を検出することができる。
【００５５】
なお、上記ように、感圧センサ１２０の感圧インキ層８ａ、８ｂ及び引き回し回路１２は、タッチパネル１１０の加飾フィルム２の加飾部２ａにより隠蔽されており、外部から視認されることはない。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態にかかるタッチ入力デバイスは、タッチパネルでの位置検出に加えて感圧センサ１２０での押圧力強さを検出することができる。さらに、感圧センサは、通常時には感圧インキ層８ａの表面に設けられているドットスペーサ１０によって、対向する位置に存在する２つの感圧インキ層８ａ、８ｂが接触しない状態となっているため、通常時の消費電力の無駄がない。さらに、経時による第１基材のへたり等によって、感圧インキ層８ａ、８ｂ間の接触の程度が変化することがない。
【００５７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。感圧インキ層８ａ，８ｂは、感圧センサが押圧されていない状態で感圧インキ層８を介して一対の電極間に通電しないように構成されていれば、スペーサの形状及び感圧インキ層８ａ，８ｂの取り付け位置は特に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、第１電極層７ａにのみ感圧インキ層８ａを設け、第２電極層７ｂには感圧インキ層が設けられていないように構成してもよい。
【００５８】
また、図７に示すように、第１基材５と第２基材６の中央部分に打ち抜き部分を設け、当該部分を透明窓部分として構成してもよい。打ち抜き部分を設けることで、第１基材５と第２基材６が着色材料で構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態にかかるタッチ入力デバイスの層構成を示す断面図である。
【図２】図１のタッチ入力デバイスの外観構成を示す模式図である。
【図３】図１の感圧センサの部分拡大図を示す。
【図４】第１基材の感圧インキ層が設けられている部分の拡大図である。
【図５Ａ】第１基材に設けられる第１基材の敷設例である。
【図５Ｂ】第１基材に設けられる第１基材の他の敷設例である。
【図６Ａ】図５Ｂに示す第１基材を用いた場合の感圧センサに用いられる接着層の構成を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａの接着層と感圧インキ層の配置例を示す部分拡大図である。
【図７】変形例にかかるタッチ入力デバイスの層構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ ハードコートフィルム
２ 加飾フィルム
３ａ 透明上部電極
３ｂ 電極支持フィルム
４ａ 透明電極
４ｂ 電極支持シート
４ｃ ドットスペーサ
５ 第１基材
６ 第２基材
７ａ 第１電極層
７ｂ 第２電極層
８ａ 第１感圧インキ層
８ｂ 第２感圧インキ層
９ 粘着層
１０ ドットスペーサ
１１ あて板
１２ 引き回し回路
１００ タッチ入力デバイス
１０１ 加飾領域
１０２ 透明窓部分
１１０ タッチパネル
１２０ 感圧センサ
１３０ ＬＣＤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面に加わった外力のうち、当該面に垂直な方向成分の圧力分布を測定するための感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ある面に加わった外力の圧力を分布するセンサとしては、例えば、特許文献１に記載されているような構成のセンサが挙げられる。かかるセンサは、引用文献１の図１に示されているように、２枚のフィルムをスペーサで空気層を解するように積層し、上層に上部電極、下層に下部電極を配置し、両者の間に感圧インク層を配置した構成である。
【０００３】
そして、上側のフィルムに圧力が加わると、圧力が加えられている部分だけが上下方向に導通状態となるため、その交差点に対応する下部電極にのみ出力が得られ圧力分布の検出を行うように構成されている。そして、当該感圧センサを例えば、車両用シートの内部に設けることによって、当該シートに乗員が座っているかを判断するとともに、圧力分布から乗員の体格を判断することができる。
【０００４】
すなわち、引用文献１に開示の感圧センサは、上部と下部のフィルムとの間に空気層を設けるためにスペーサが上部と下部のフィルムで挟まれるようにして配置されている。そして、圧力が加わったときに、上部のフィルムが撓むことによって、感圧インク層が電極に接触する。その場合の感圧インク層を介しての両電極の短絡及び、感圧インク層に加わる圧力に応じた抵抗値の変動を検出することにより、上部フィルムに加わった圧力を測定するものである。
【０００５】
しかし、経年の使用によりフィルムがへたってくると、上部フィルムが垂れ下がる等の問題により、感圧インキ層と電極の接触を荷重によって安定して制御することが困難であった。そのため、荷重による感圧インキと電極間の抵抗値の再現性は低く、圧力を高精度に測定することが困難であった。また、上記構成の感圧センサでは、フィルムの面の大部分に電極を配置するように構成されているため、感圧センサを透過性に構成することはできなかった。
【０００６】
また、かかる問題を解消するために本出願人は、下部フィルムに一対の電極を設け、当該一対の電極を被覆するように感圧導電層インキで被覆する構成の感圧センサを出願している。かかる感圧センサは下部フィルムに一対の電極が設けられ、上部電極に設けられている感圧導電層インキが通常時において電極を被覆しているので、空気層のためのスペーサを上部フィルムと下部フィルムの間に配置する必要がない。したがって、電極設置形状に応じて任意の形状のセンサとすることができる。そして、一対の電極を枠状に構成することにより、感圧センサの中央部分を透明に構成し、当該透明部分にタッチパネルなどを配置することができる。
【特許文献１】特開２００２−４８６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、かかる構成の感圧センサでは、小さな荷重では荷重による感圧導電層インキの抵抗値変化が小さいため、感圧導電層インキと電極間に流れる電流の量はほとんど一定であり、圧力検出を高精度に行うことは困難であった。
【０００８】
また、荷重をかけない場合にも一対の電極間には導電性があるため、無駄な電力を消費することとなっていた。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、上記問題を解決し、小さな荷重でも圧力を検出することができ、かつ消費電力の無駄をなくすることができる圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の感圧センサを提供する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、表面に形成された第１電極層を備えた第１基材と、前記第１基材に積層配置され、表面の前記第１基材の第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層を備える第２基材とを備える感圧センサであって、
前記第１電極層又は第２電極層の少なくとも一方を被覆するように配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層と、
前記感圧インキ層の表面に設けられた絶縁性のスペーサと、
を備えることを特徴とする感圧センサを提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、前記第１基材と第２基材は、前記第１基材と第２基材の前記第１電極層又は第２電極層が設けられていない領域に位置する粘着層によって接着されていることを特徴とする、第１又は第２態様の感圧センサを提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記感圧インキ層は、前記第１電極層及び第２電極層をそれぞれ被覆するように設けられていることを特徴とする、第１又は第２態様の感圧センサを提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記スペーサは少なくとも一方の前記感圧インキ層の表面上にドット状に設けられていることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの感圧センサ。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記感圧インキ層及び電極層は、それぞれ前記第１基材及び第２基材の周囲に枠状に設けられていることを特徴とする、第１から第４態様のいずれか１つの感圧センサを提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記感圧インキ層及び電極層は、それぞれ前記第１基材及び第２基材のコーナー部に点状に設けられたことを特徴とする、第１から第４態様のいずれか１つの感圧センサを提供する。
【００１７】
本発明の第７態様によれば、前記第１基材及び第２基材は透明な材料で構成されており、前記第１電極層及び第２電極層が設けられていない部分に透明窓部分が形成されていることを特徴とする、第１から第６態様のいずれか１つの感圧センサを提供する。なお、上記態様において、透明窓部分は、透明材料自体が存在しており当該透光部分が透明窓として機能していてもよいし、透明な材料のうち第１電極層及び第２電極層が設けられていない部分をくり抜くことによって形成されていてもよい。
【００１８】
本発明の第８態様によれば、前記第１基材又は第２基材の少なくとも一方の前記第１電極層及び第２電極層が設けられていない側の面に積層配置された支持材を備えることを特徴とする、第１から第７態様のいずれか１つの感圧センサを提供する。
【００１９】
本発明の第９態様によれば、前記支持材は、前記第１電極層又は第２電極層が設けられている位置の裏面側に設けられていることを特徴とする、第８態様の感圧センサを提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、感圧インキ層の表面に配置したスペーサにより、通常時は、感圧インキ層と対向する第１電極層又は第２電極層とが隔離した状態となっている。すなわち、感圧インキ層が重力により下方にへたっても、荷重がかけられていない状態でのスペーサにより第１電極層及び第２電極層間の通電を阻止することができる。また、たとえ、第１又は第２基材が経時により撓んだとしても、スペーサは変形しないので感圧インキ層と第１電極層又は第２電極層とは直接接触することがない。一方、押圧力が加わると、感圧インキ層と電極間とは容易に接触して導通する。したがって、感圧インキ層と電極間との抵抗値を荷重によって制御することが可能であり、低荷重であっても確実にセンシングを行うことができる。なお、感圧インキ層は、一対の電極を短絡させるように構成されていればよいため、電極の全てを被覆するように配置されている必要はなく、少なくとも一部分の一対の電極を同時に被覆するように構成されていればよい。例えば、枠状電極のコーナー部などにのみ設けられていてもよい。
【００２１】
本発明の第２態様によれば、第１基材と第２基材の第１電極層又は第２電極層が設けられていない領域に粘着層を設けることにより、第１基材と第２基材の間に空気層を介さずに両基材を接着することができるため、干渉縞防止の効果を得ることができる。また、粘着層により基材の指示面積が増えるため、基材のへたりによる劣化をおこすことがない。
【００２２】
本発明の感圧センサは、可撓性フィルムと基材を、スペーサを介して絶縁を保ったまま接触させることができるため、電極の形状を任意とすることができる。したがって、電極を枠状に形成したり、コーナー部に点状に形成することにより、感圧センサに透明窓部分を設けることができる。
【００２３】
本発明の第８態様によれば、支持材を設けることで、センサに加わる荷重を基材の全面に広く分散させないようにすることができる。したがって、センサに加わった荷重を基材のたわみとして確実に伝えることができ、センシングの精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態に係る感圧センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施形態の感圧センサは、タッチパネルと一体に構成されたタッチ入力デバイス１００を構成する。タッチ入力デバイス１００は、タッチパネル１１０での位置検出に加えて感圧センサ１２０での押圧力強さを検出することができる。
【００２６】
タッチ入力デバイス１００は、たとえば、タッチパネルを有する電子機器特に、携帯電話やゲーム機などの携帯型電子機器のディスプレイのタッチ入力デバイスとして好適に機能する。図２に示すように、加飾領域１０１及び透明窓部分１０２とが設けられている。タッチ入力デバイス１００が電子機器の筐体のディスプレイ表示窓に配置された場合には、透明窓部分１０２からタッチ入力デバイス１００の下方に設けられるディスプレイパネル１３０の表示画面を視認することができる。加飾領域１０１は、後述するように、タッチ入力デバイス１００の周囲に設けられた枠状の加飾部２ａを有する加飾フィルム２によって形成され、加飾部２ａが形成されていない部分２ｂが透明窓部分１０１として形成される。
【００２７】
図１は、本実施形態にかかるタッチ入力デバイスの層構成を示す断面図である。タッチ入力デバイス１００のタッチパネル１１０は、上部電極フィルム２と下部電極シート３を備える。上部電極フィルム３と下部電極シート４とは、電極間に空気層を介してその周縁部において両面接着テープ（図示なし）により接着される。
【００２８】
上部電極フィルム３と下部電極シート４は、それぞれ電極支持フィルム３ｂ，４ｂの表面に透明上部電極３ａや透明下部電極４ａと同一面にバスバーや引き回し線等の所定のパターンの引き回し回路（図示なし）が形成され、外部と通電する。透明上部電極３ａと透明下部電極４ａの間には、スペーサ４ｃが設けられており、それぞれの対向面に設けられている透明上部電極３と透明下部電極４ａが誤接触しないように構成されている。
【００２９】
スペーサ４ｃとしては、透明な光硬化型樹脂をフォトプロセスで微細なドット状に形成して得ることができる。また、印刷法により微細なドットを多数形成してスペーサ４ｃとすることもできる。
【００３０】
上部電極フィルム３は、透明なハードコートフィルム１の裏面に加飾フィルム２が透明粘着剤（図示なし）によって貼着され、さらに、透明な電極支持フィルム３ｂが積層された構成となっている。電極支持フィルム３ｂの下面に透明上部電極３ａ及び引き回し回路などが形成されている。また、加飾フィルム２は、印刷などの方法によって加飾層２ａが少なくとも一方の面、好ましくは、ハードコートフィルム１に接触する側の面に形成される。
【００３１】
ハードコートフィルム１は、透明であればよく、無色透明、有色透明を問わない。透明カバーフィルムと加飾層の模様を適宜組み合わせることにより、入力デバイス１００の加飾領域１０１の模様を種々のデザインとすることができる。例えば、ハードコートフィルム１を有色透明とし、金属光沢を有する金属層で加飾層２ａを構成すると、入力デバイス１００の加飾領域１０１は、有色の金属光沢を有するチント色にすることができる。
【００３２】
上記ハードコートフィルム１の材質としては、透視性に優れ、表面耐擦性に優れる材質を用いる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を挙げることができる。また、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂や、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いる。
【００３３】
上記加飾フィルム２は上記の通り、タッチ入力デバイス１００の加飾領域１０１が加飾部分２ａにより形成され、加飾部２ａが設けられていない部分２ｂがタッチ入力デバイス１の透明窓部１０２となる。加飾部分２は、加飾フィルム２の周囲に枠状に設けられ、中央部分に透明窓部３が形成されるように形成することにより、例えば、タッチパネル１１０の電極部分や、感圧センサの電極（図１参照）の隠蔽部としても用いることができる。
【００３４】
加飾フィルム２は、透明フィルムの表面にインキを塗布することにより形成される。加飾部２ａを構成するインキとしては、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂などの樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料または染料を着色剤として含有する着色インキを用いるとよい。印刷層の形成方法としては、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法などを用いるとよい。特に、多色刷りや階調表現を行うには、オフセット印刷法やグラビア印刷法が適している。また、単色の場合には、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法を採用することもできる。印刷層は、表現したい加飾に応じて、全面的に設けてもよいし、部分的に設けてもよい。
【００３５】
また、加飾部２ａは、金属薄膜層からなるもの、あるいは印刷層と金属薄膜層との組み合わせからなるものでもよい。金属薄膜層は、加飾部２ａとして金属光沢を表現するためのものであり、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法などで形成する。この場合、表現したい金属光沢色に応じて、アルミニウム、ニッケル、金、白金、クロム、鉄、銅、スズ、インジウム、銀、チタニウム、鉛、亜鉛などの金属、これらの合金又は化合物を使用する。金属薄膜層は、通常は、部分的に形成する。また、金属薄膜層を設ける際に、他の層との密着性を向上させるために、前アンカー層や後アンカー層を設けてもよい。
【００３６】
下部電極シート４は、透明な電極支持シート４ｂの表面に透明下部電極４ａなどが形成された構成である。
【００３７】
電極支持シート４ｂの材質としては、透視性に優れた材料を用いる。例えば、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を挙げることができる。また、ポリフェニレンオキシド・ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂や、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いることができる。
【００３８】
図１においては、電極支持シート４ｂの上面は、透明下部電極４ａ及び引き回し電極（図示なし）が形成される。透明下部電極４ａは、電極支持シート４ｂの表面に直接を設けられているが、表面に透明電極が設けられた透明なフィルムを電極支持シート４ｂに貼り付けることによって形成するようにしてもよい。この場合の透明樹脂フィルムとしては、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリエーテルケトン系等のエンジニアリングプラスチック、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系などの樹脂フィルムなどを用いることができる。
【００３９】
透明下部電極４ａおよび透明上部電極３ａは透明導電膜より構成される。透明導電膜の材料としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、若しくはＩＴＯ等の金属酸化物や導電性ポリマーの薄膜がある。透明下部電極４ａおよび透明上部電極３ａの形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、ロールコーター法などを用いて下部電極シート４や透明樹脂フィルム２２の全面に導電性被膜を形成した後、不要な部分をエッチング除去する。エッチングは、電極として残したい部分にフォトリソ法やスクリーン法などによりレジストを形成した後、塩酸などのエッチング液に浸漬するかあるいはエッチング液を噴射してレジストが形成されていない部分の導電性被膜を除去し、次いで溶剤に浸漬することによりレジストを膨潤または溶解させて除去する。また、レーザーによるエッチングも可能である。
【００４０】
次に、感圧センサ１２０について説明する。図３に、図１の感圧センサの部分拡大図を示す。感圧センサ１２０は、タッチパネル１１０の下側に図示しない粘着層（厚み５０μｍ）によって接着するように配置される。感圧センサ１２０は、第１基材５と第２基材６が両面接着テープなどの粘着層９で積層配置された構成である。第１基材５及び第２基材６の表面には、それぞれ第１電極７ａ，第２電極７ｂが、互いに対向する位置に設けられる。第１基材５及び第２基材６に設けられたそれぞれの電極７ａ，７ｂの周囲を被覆する第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂとを備える。また、第１感圧インキ層８ａの表面には、ドットスペーサ１０が設けられている。
【００４１】
第１基材５、第２基材６は、図５Ａ（例として第１基材の構成を示す。）に示すように、透明の材質で構成され、周囲に第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂなどが枠状に設けられる。第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂが設けられていない部分に粘着層９が設けられ、第１基材５、第２基材６が接着される。当該構成により、第１基材５、第２基材６との間に空気層が設けられることなく、干渉縞の発生を防止することができる。
【００４２】
第１基材５、第２基材６の材質としては、フレキシブル基板に使用可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を挙げることができる。また、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂や、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いる。本実施形態では、第１基材及び第２基材とも、１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを使用する。
【００４３】
図５Ａに示すように第１基材５は、枠状に設けられた第１感圧インキ層８ａの中央部分に位置する透明窓部分５ａが形成される。透明窓部分５ａは、ディスプレイ装置１３０の視認窓として機能する。また、図示しない第２基材６は、第１基材５に設けられた第１感圧インキ層８ａに対向する位置に設けられた枠状の第２感圧インキ層８ｂを備える。当該枠の内側部分には、ディスプレイ装置１３０の視認窓として機能する透明窓部分が形成される。
【００４４】
第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂは、それぞれ第１基材５、第２基材６の表面に設けられた第１電極層７ａ及び第２電極７ｂの周囲を被覆するように設けられる。なお、第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂは、本実施形態では、第１電極層７ａ及び第２電極７ｂの双方の周囲をそれぞれ被覆するように設けられているが、少なくとも一方のみに設けられていてもよい（図７参照）。また、第１電極層７ａ及び第２電極７ｂの全面を被覆する必要はなく、一部分のみの被覆であってもよい。なお、この場合、第１電極層７ａ及び第２電極７ｂとの絶縁性を維持するために、たとえば、両面テープなどの粘着層により第１電極層７ａ及び第２電極７ｂの感圧インキ層が設けられていない部分を被覆し、両者を絶縁することができるように構成されていることが好ましい。
【００４５】
第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂを構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する素材で構成されており、本実施形態では、英国、Ｐｅｒａｔｅｃｈ社から商品名「ＱＴＣ」で入手可能な量子トンネル性複合材が用いられる。第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂは、塗布により上部フィルム５に設けられる。感圧インキ層８の塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法を用いることができる。
【００４６】
なお、本実施形態において、第１基材５、第２基材６、第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂの厚み寸法はそれぞれ、１００μｍ，１００μｍ，２０μｍ，２０μｍである。なお、第１感圧インキ層８ａ、第２感圧インキ層８ｂの厚み寸法Ｃは、電極層７ａ，７ｂをそれぞれ被覆するため、内部に電極層７ａ，７ｂ（ともに厚さ１０μｍ）を含んだ状態での厚み寸法である。
【００４７】
第１基材５に設けられた第１電極層７ａ及び第２基材６に設けられた第２電極層７ｂの材料としては、金、銀、銅、若しくはニッケルなどの金属、あるいはカーボンなどの導電性を有するペーストが用いられる。これらの形成方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法、フォトレジスト法などが挙げられる。また、銅や金メッキ銅などの金属箔を貼り付けて形成してもよいし、銅などの金属をメッキしたＦＰＣの上にレジストで電極パターンを形成し、レジストで保護されていない部分の金属箔をエッチング処理することによって形成してもよい。
【００４８】
図１に示すように、第１基材５に設けられた第１感圧インキ層８ａの表面には、電極の延在方向に沿って配列された複数のドットスペーサ１０が設けられている。ドットスペーサ１０は、着色樹脂で構成されていてもよいし、透明樹脂で構成されていてもよい。図４に示すようにドットスペーサの厚み寸法Ｅは、４〜５μｍである。ドットスペーサ１０は、光硬化型樹脂をフォトプロセスで微細なドット状に形成して得ることができる。また、塗布膜の厚みを一定以上とすることができるスクリーン印刷法により形成することもできる。
【００４９】
なお、本実施形態において、第１感圧インキ層８ａの幅寸法Ａは２ｍｍである。ドットスペーサの寸法及び配置密度、すなわち単位面積あたりにドットスペーサが配置されている総面積は、感圧インキ層の面積に応じて調整することが好ましく、概ね、第１感圧インキ層８ａの表面の面積が大きくなると、ドットスペーサの寸法を大きくするか、ドットスペーサの配置密度を増やすようにする。
【００５０】
第１基材５及び第２基材６に設けられている感圧インキ層８ａ、８ｂは、図５Ｂに示すように、枠の全周にわたって設けられている必要はなく、一部分だけに対向するように設けられていてもよい。例えば、図５Ｂに示すように、第１基材５及び第２基材６のコーナー部分のみに点状に設けられていてもよい。この場合、それぞれの点状に設けられる感圧インキ層８ａ、８ｂは、引き回し電極１２で互いに通電されている。
【００５１】
図５Ｂのように点状に感圧インキ層８ａ、８ｂが設けられている場合には、粘着層９としては、図６Ａに示すような感圧インキ層８ａ、８ｂが位置する部分に貫通孔９ｂを備えた両面テープを用いることが好ましい。すなわち、図６Ｂに示すように、両面テープの貫通孔９ｂに感圧インキ層８ａ、８ｂが嵌り込み、両者間の接触を可能にすることができ、また、第１基材５及び第２基材６の広い面積を接着することができるので、強固な接着を実現することができる。なお、両面テープは、絶縁材料で構成されており、引き回し回路１２を隠蔽することによって、第１基材５及び第２基材６にそれぞれ設けられている引き回し回路間での通電を防止することができる。
【００５２】
第２基材６の下面には、図１に示すように、支持材としてのあて板１１を設けてもよい。あて板１１は図１に示すように、第２基材６の下面の第２の感圧インキ層８ｂが設けられている部分に設ける。あて板１１を設けることにより、感圧センサに荷重がかかったとき、第２基材の感圧インキ層８ｂの部分を下方から指示し、加わった荷重を分散させることなく、第１基材５の変形に利用される力として確実に伝えることができる。なお、あて板１１は、上記例では第２基材６の下面に設けられているが、第１基材５の上面側に設けられていてもよい。あて板の厚み寸法は概ね５０から２００μｍであることが好ましく、本実施形態では、１５０μｍ（第２基材に接着するための接着層の厚みを含む）である。
【００５３】
上記構成の感圧センサ１２０は、通常９８時は、感圧インキ層８ｂの表面に設けられているドットスペーサ１０によって、第１の感圧インキ層８ａと第２の感圧インキ層８ｂとが接触しない状態となっている。そして、上層に設けられたタッチパネル１１０のタッチ入力面に入力のための接触があった場合、タッチパネル１１０に加えられた加重により、第１基材５が下側に撓み、感圧インキ層８ａ、８ｂが互いに押し付けられることによって、互いの感圧インキ層８ａ、８ｂとが接触する。このため、第１の電極層７ａ，及び第２の電極層７ｂの間に電流が流れ、当該電流を検出することにより、タッチ入力デバイス１００への入力面への押し付け力を検出する。
【００５４】
なお、さらに、タッチ入力デバイス１００への入力面への押圧力が大きくなると、感圧インキ層８ａ、８ｂに加えられる外力が増大することにより、感圧インキ層８ａ、８ｂの電気抵抗値が小さくなる。これにより、第１の電極層７ａ，及び第２の電極層７ｂの間に流れる電流が増大する。この電流の変化を電圧値に変換して検出することによって、感圧インキ層８ａ、８ｂに加えられる外力を検出することで、タッチ入力デバイス１００への入力面への押圧力を検出することができる。
【００５５】
なお、上記ように、感圧センサ１２０の感圧インキ層８ａ、８ｂ及び引き回し回路１２は、タッチパネル１１０の加飾フィルム２の加飾部２ａにより隠蔽されており、外部から視認されることはない。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態にかかるタッチ入力デバイスは、タッチパネルでの位置検出に加えて感圧センサ１２０での押圧力強さを検出することができる。さらに、感圧センサは、通常時には感圧インキ層８ａの表面に設けられているドットスペーサ１０によって、対向する位置に存在する２つの感圧インキ層８ａ、８ｂが接触しない状態となっているため、通常時の消費電力の無駄がない。さらに、経時による第１基材のへたり等によって、感圧インキ層８ａ、８ｂ間の接触の程度が変化することがない。
【００５７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。感圧インキ層８ａ，８ｂは、感圧センサが押圧されていない状態で感圧インキ層８を介して一対の電極間に通電しないように構成されていれば、スペーサの形状及び感圧インキ層８ａ，８ｂの取り付け位置は特に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、第１電極層７ａにのみ感圧インキ層８ａを設け、第２電極層７ｂには感圧インキ層が設けられていないように構成してもよい。
【００５８】
また、図７に示すように、第１基材５と第２基材６の中央部分に打ち抜き部分を設け、当該部分を透明窓部分として構成してもよい。打ち抜き部分を設けることで、第１基材５と第２基材６が着色材料で構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態にかかるタッチ入力デバイスの層構成を示す断面図である。
【図２】図１のタッチ入力デバイスの外観構成を示す模式図である。
【図３】図１の感圧センサの部分拡大図を示す。
【図４】第１基材の感圧インキ層が設けられている部分の拡大図である。
【図５Ａ】第１基材に設けられる第１基材の敷設例である。
【図５Ｂ】第１基材に設けられる第１基材の他の敷設例である。
【図６Ａ】図５Ｂに示す第１基材を用いた場合の感圧センサに用いられる接着層の構成を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａの接着層と感圧インキ層の配置例を示す部分拡大図である。
【図７】変形例にかかるタッチ入力デバイスの層構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ ハードコートフィルム
２ 加飾フィルム
３ａ 透明上部電極
３ｂ 電極支持フィルム
４ａ 透明電極
４ｂ 電極支持シート
４ｃ ドットスペーサ
５ 第１基材
６ 第２基材
７ａ 第１電極層
７ｂ 第２電極層
８ａ 第１感圧インキ層
８ｂ 第２感圧インキ層
９ 粘着層
１０ ドットスペーサ
１１ あて板
１２ 引き回し回路
１００ タッチ入力デバイス
１０１ 加飾領域
１０２ 透明窓部分
１１０ タッチパネル
１２０ 感圧センサ
１３０ ＬＣＤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成された第１電極層を備えた第１基材と、前記第１基材に積層配置され、表面の前記第１基材の第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層を備える第２基材とを備える感圧センサであって、
前記第１電極層又は第２電極層の少なくとも一方を被覆するように配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層と、
前記感圧インキ層の表面に設けられ、非押圧時に前記第１電極層及び第２電極層間の絶縁性を維持するスペーサと、
を備えることを特徴とする感圧センサ。
【請求項２】
前記第１基材と第２基材は、前記第１基材と第２基材の前記第１電極層又は第２電極層が設けられていない領域に位置する粘着層によって接着されていることを特徴とする請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項３】
前記感圧インキ層は、前記第１電極層及び第２電極層をそれぞれ被覆するように設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【請求項４】
前記スペーサは少なくとも一方の前記感圧インキ層の表面上にドット状に設けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項５】
前記感圧インキ層及び電極層は、それぞれ前記第１基材及び第２基材の周囲に枠状に設けられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項６】
前記感圧インキ層及び電極層は、それぞれ前記第１基材及び第２基材のコーナー部に点状に設けられたことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項７】
前記第１基材及び第２基材は透明な材料で構成されており、前記第１電極層及び第２電極層が設けられていない部分に透明窓部分が形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項８】
前記第１基材又は第２基材の少なくとも一方の前記第１電極層及び第２電極層が設けられていない側の面に積層配置された支持材を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項９】
前記支持材は、前記第１電極層又は第２電極層が設けられている位置の裏面側に設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の感圧センサ。
【請求項１】
表面に形成された第１電極層を備えた第１基材と、前記第１基材に積層配置され、表面の前記第１基材の第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層を備える第２基材とを備える感圧センサであって、
前記第１電極層又は第２電極層の少なくとも一方を被覆するように配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層と、
前記感圧インキ層の表面に設けられ、非押圧時に前記第１電極層及び第２電極層間の絶縁性を維持するスペーサと、
を備えることを特徴とする感圧センサ。
【請求項２】
前記第１基材と第２基材は、前記第１基材と第２基材の前記第１電極層又は第２電極層が設けられていない領域に位置する粘着層によって接着されていることを特徴とする請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項３】
前記感圧インキ層は、前記第１電極層及び第２電極層をそれぞれ被覆するように設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【請求項４】
前記スペーサは少なくとも一方の前記感圧インキ層の表面上にドット状に設けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項５】
前記感圧インキ層及び電極層は、それぞれ前記第１基材及び第２基材の周囲に枠状に設けられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項６】
前記感圧インキ層及び電極層は、それぞれ前記第１基材及び第２基材のコーナー部に点状に設けられたことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項７】
前記第１基材及び第２基材は透明な材料で構成されており、前記第１電極層及び第２電極層が設けられていない部分に透明窓部分が形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項８】
前記第１基材又は第２基材の少なくとも一方の前記第１電極層及び第２電極層が設けられていない側の面に積層配置された支持材を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項９】
前記支持材は、前記第１電極層又は第２電極層が設けられている位置の裏面側に設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の感圧センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−８５２３３（Ｐ２０１０−８５２３３Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５４１３７（Ｐ２００８−２５４１３７）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００２３１３６１）日本写真印刷株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００２３１３６１）日本写真印刷株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
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