(57)【要約】【課題】入力操作面への入力の平面方向の位置に加えて、入力操作面に対する押圧力を高精度に検知できる静電容量式センサ装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１基板１０と、第１基板１０の入力操作面１ａ側に設けられ、平面方向の入力位置を検知する第１センサ部１２と、第１基板１０の入力操作面１ａと反対側に設けられた第２センサ部１４とを備え、第２センサ部１４は、第１基板１０の入力操作面１ａと反対側に設けられたＺ検知電極２２と、弾性体２４と、厚さ方向においてＺ検知電極２２と離間して配置され、かつ接地された導体２６と、を備え、入力操作面１ａへの入力の押圧力を、該押圧力により弾性体２４が圧縮変形し、Ｚ検知電極２２と導体２６とが近づくことによる静電容量の変化により検知し、弾性体２４は、Ｚ検知電極２２と重ならないように配置されている、静電容量式センサ装置１。【選択図】図３
2020194593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力操作面に対する入力の平面方向の位置と、前記平面方向に直交する厚さ方向の押圧力とを検知する静電容量式センサ装置であって、
第１基板と、平面方向の入力位置を検知する第１センサ部と、厚さ方向の押圧力を検知する第２センサ部と、第２基板と、を備え、
前記第１センサ部が前記第１基板の前記入力操作面側に設けられ、前記第２センサ部が前記第１基板の前記入力操作面と反対側に設けられ、前記第２基板が前記第２センサ部の前記第１基板と反対側に設けられ、
前記第２センサ部は、前記第１基板の前記入力操作面と反対側に設けられたＺ検知電極と、弾性体と、厚さ方向において前記Ｚ検知電極と離間して配置され、かつ接地された導体と、を備え、
前記入力操作面を押圧した際には前記弾性体が圧縮変形することによって前記入力操作面全体が押し下がり、
前記入力操作面への入力の押圧力を、該押圧力により前記弾性体が圧縮変形し、前記Ｚ検知電極と前記導体とが近づくことによる静電容量の変化により検知し、
前記弾性体は、前記Ｚ検知電極と重ならないように配置されている、静電容量式センサ装置。
【請求項２】
前記弾性体が、一対のシート部と、それら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、請求項１に記載の静電容量式センサ装置。
【請求項３】
前記導体が、前記第１基板の周縁部に沿った枠状になっている、請求項１又は２に記載の静電容量式センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチセンサとして使用される静電容量式センサ装置としては、入力操作面への入力の平面方向（ＸＹ方向）の位置に加えて、厚さ方向（Ｚ方向）の押圧力を検知する、３次元の検知が可能なものが知られている。
【０００３】
具体的には、例えば、第１の静電容量を有する第１の容量素子と、第２の静電容量を形成する第１及び第２の電極、並びに接地電極を有する第２の容量素子と、第１及び第２の電極と接地電極との間に配置され、入力操作面に対する押圧によって第２の静電容量を押圧前の第２の静電容量よりも小さく変換させる弾性体と、を備える静電容量式センサ装置が提案されている（特許文献１）。該静電容量式センサ装置では、第１の容量素子の第１の静電容量の変化により入力操作面への入力の平面方向の位置を検知する。また、入力操作面に対する厚さ方向の押圧による第２の静電容量の変化により押圧力を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７０６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の静電容量式センサ装置では、入力操作面の押圧の度合いと、第２の静電容量の変化の割合とが直線的な比例関係になく、押圧力を高精度に検知することが困難である。外観や操作感を向上させる観点から、入力操作面を押圧した際に入力操作面の局所的な撓みが抑制される充分な剛性が必要とされる用途では、押圧によって入力操作面が押し下がる距離は人には認識し難い５０μｍ程度とされることもあり、この場合には特に押圧力を高精度に検知することは難しい。
【０００６】
本発明は、入力操作面への入力の平面方向の位置に加えて、入力操作面に対する押圧力を高精度に検知できる静電容量式センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の構成を有する。
［１］入力操作面に対する入力の平面方向の位置と、前記平面方向に直交する厚さ方向の押圧力とを検知する静電容量式センサ装置であって、基板と、前記基板の前記入力操作面側に設けられ、平面方向の入力位置を検知する第１センサ部と、前記基板の前記入力操作面と反対側に設けられ、厚さ方向の押圧力を検知する第２センサ部と、を備え、前記第２センサ部は、前記基板の前記入力操作面と反対側に設けられたＺ検知電極と、弾性体と、厚さ方向において前記Ｚ検知電極と離間して配置され、かつ接地された導体と、を備え、前記入力操作面への入力の押圧力を、該押圧力により前記弾性体が圧縮変形し、前記Ｚ検知電極と前記導体とが近づくことによる静電容量の変化により検知し、前記弾性体は、前記Ｚ検知電極と重ならないように配置されている、静電容量式センサ装置。
［２］前記弾性体が、一対のシート部と、それら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］に記載の静電容量式センサ装置。
［３］前記導体が、前記基板の周縁部に沿った枠状になっている、［１］又は［２］に記載の静電容量式センサ装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の静電容量式センサ装置は、入力操作面への入力の平面方向の位置に加えて、入力操作面に対する押圧力を高精度に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の静電容量式センサ装置の一例の部分分解図である。
【図２】本発明の静電容量式センサ装置の一例の部分分解図である。
【図３】実施形態例の静電容量式センサ装置の弾性体が配置された部分を該弾性体の長さ方向に切断した断面図である。
【図４】図２の静電容量式センサ装置の第１基板を導体側から見た底面図である。
【図５】Ｚ検知電極の一例を示した正面図である。
【図６】他の実施形態の静電容量式センサ装置の第１基板を導体側から見た底面図である。
【図７】他の実施形態の静電容量式センサ装置の第１基板を導体側から見た底面図である。
【図８】本発明の静電容量式センサ装置の一例の部分分解図である。
【図９】本発明の静電容量式センサ装置の一例の部分分解図である。
【図１０】他の実施形態例の静電容量式センサ装置の弾性体が配置された部分を該弾性体の長さ方向に切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の静電容量式センサ装置は、入力操作面に対する入力の平面方向（ＸＹ方向）の位置と、前記平面方向に直交する厚さ方向（Ｚ方向）の押圧力とを検知する装置である。以下、本発明の静電容量式センサ装置の一例を示して説明する。
【００１１】
本実施形態の静電容量式センサ装置１（以下、「センサ装置１」という。）は、図１〜４に示すように、第１基板１０と、平面方向（ＸＹ方向）の入力位置を検知する第１センサ部１２と、厚さ方向（Ｚ方向）の押圧力を検知する第２センサ部１４と、第２基板１６と、カバー層１８と、実装部品２０と、を備えている。
【００１２】
センサ装置１においては、第１基板１０の厚さ方向の第１面１０ａ側に第１センサ部１２が設けられ、第１センサ部１２を覆うようにカバー層１８が設けられている。また、第１基板１０の厚さ方向の第２面１０ｂ側に第２センサ部１４及び実装部品２０が設けられ、第２センサ部１４の第１基板１０と反対側に第２基板１６が設けられている。センサ装置１においては、カバー層１８の外側の表面が入力操作面１ａになっている。
【００１３】
カバー層１８は、第１センサ部１２を保護する層であり、第１基板１０の第１面１０ａ側に第１センサ部１２を覆うように設けられている。この例のカバー層１８は、平面視形状が矩形になっており、第１基板１０よりも一回り小さくなっている。なお、カバー層１８の大きさは、センサ装置１を設置する態様等に応じて適宜設定すればよく、第１基板１０と同じ又は大きくてもよい。
【００１４】
カバー層１８としては、静電容量式センサ装置において通常使用されるカバー層を使用でき、例えば、樹脂フィルム、ガラス板等が挙げられる。
カバー層１８を形成する樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等が挙げられる。これらの樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１５】
カバー層１８は、光源からの光線を平面方向に導くライトガイド層を兼ねる層であってもよい。
カバー層１８の表面の全部又は一部には、必要に応じて、加飾層が形成されていてもよい。加飾層としては、文字、図形、記号、これらの組み合わせ、あるいはこれらと色彩との組み合わせによる任意の加飾が施された層が挙げられる。加飾層は、例えば、カバー層１８に印刷を施すことにより形成できる。
【００１６】
カバー層１８の厚さは、０．２〜２ｍｍが好ましく、０．２〜１ｍｍがより好ましい。カバー層１８の厚さが前記範囲の下限値以上であれば、充分な剛性が得られやすい。カバー層１８の厚さが前記範囲の上限値以下であれば、センサ装置１が過度に厚くなることを抑制しやすい。
【００１７】
第１基板１０としては、特に限定されず、例えば、プリント基板、フレキシブルプリント基板、フィルム基板等が挙げられる。なかでも、充分な剛性が得られやすい点から、プリント基板が好ましい。
この例の第１基板１０は、平面視形状が矩形状になっている。なお、第１基板１０の平面視形状は、矩形状には限定されず、適宜決定することができる。第１基板１０の大きさは、特に限定されず、用途等に応じて適宜設定すればよい。
【００１８】
第１基板１０の厚さは、０．０５〜２ｍｍが好ましく、０．０５〜１．６ｍｍがより好ましい。第１基板１０の厚さが前記範囲の下限値以上であれば、充分な剛性が得られやすい。第１基板１０の厚さが前記範囲の上限値以下であれば、センサ装置１が過度に厚くなることを抑制しやすい。
センサ装置１においては、充分な剛性が得られやすい点から、カバー層１８と第１基板１０の厚さの合計が１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
第１センサ部１２は、入力操作面１ａに対する入力の平面方向（ＸＹ方向）の位置を検知するセンサ部分であり、第１基板１０の第１面１０ａ側における、第１基板１０の周縁部を除く矩形状の領域に設けられている。第１センサ部１２としては、平面方向の入力位置を検知するために使用されている公知の態様を採用することができ、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。
【００２０】
相互容量方式の第１センサ部１２の態様としては、特に限定されず、例えば、基材シートの一方の面にＸ方向又はＹ方向に延びる複数の帯状の送信電極が形成され、他方の面に送信電極と直交する方向に延びる複数の帯状の受信電極が形成された田形電極パターン等が挙げられる。また、相互容量方式の第１センサ部１２の態様として、ダイヤモンドパターン等の他のパターンを採用してもよい。
自己容量方式の第１センサ部１２の態様としては、特に限定されず、例えば、ダイヤモンドパターン等が挙げられる。
【００２１】
第１センサ部１２に基材シートを用いる場合、基材シートの材料としては、公知の材料を使用でき、例えば、ＰＣ、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ、ＰＶＣ、ＰＥＴ、ＰＢＴ等の樹脂や、ガラスが挙げられる。
第１センサ部１２を形成する電極材料としては、例えば、銅、銀等が挙げられる。用途によっては、電極材料として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、導電性ポリマー、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ等を使用してもよい。
【００２２】
第２センサ部１４は、第１基板１０の第２面１０ｂ側、すなわち入力操作面１ａと反対側に設けられたＺ検知電極２２と、第１基材フィルム２３と、弾性体２４と、第２基材フィルム２５と、厚さ方向においてＺ検知電極２２と離間して配置され、かつ接地された導体２６と、を備えている。弾性体２４は、第１基材フィルム２３と第２基材フィルム２５に挟まれている。
【００２３】
第２センサ部１４においては、平面視形状が矩形状で第１基板１０と同等の大きさの枠状の導体２６が、第１基板１０の第２面１０ｂ側に４本の帯状の弾性体２４を介して配置されている。４本の帯状の弾性体２４は、第１基板１０及び導体２６における各々の辺に沿って、かつ四隅を避けるように設けられている。第１基板１０と各弾性体２４の間には帯状の第１基材フィルム２３が配置されている。導体２６と各弾性体２４の間には帯状の第２基材フィルム２５が配置されている。
【００２４】
また、第２センサ部１４においては、４つのＺ検知電極２２が第１基板１０の第２面１０ｂ側における四隅にそれぞれ設けられている。Ｚ検知電極２２が第１基板１０の四隅に設けられていることで、平面視において、Ｚ検知電極２２は、第１基板１０の周縁部を除くように配置された第１センサ部１２とは重ならないようになっている。
実装部品２０は、第１基板１０の第２面１０ｂ側において、枠状の導体２６の中空部２６ａに相当する位置に設けられている。
【００２５】
Ｚ検知電極２２としては、公知のＺ検知電極を採用することができ、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。相互容量方式の場合のＺ検知電極２２としては、例えば、図５に示すように、送信電極２２ａと受信電極２２ｂとが櫛歯状に配置されたもの等が挙げられる。自己容量方式の場合のＺ検知電極２２としては、例えば、ベタ電極が挙げられる。
【００２６】
第１センサ部１２を自己容量方式とする場合は第２センサ部１４も自己容量方式とすることが好ましい。また、第１センサ部１２を相互容量方式とする場合は第２センサ部１４も相互容量方式とすることが好ましい。これにより、第１センサ部１２と第２センサ部１４の容量変化を同一の集積回路（ＩＣ）で同時に検知する態様とすることができ、コスト面で有利である。なお、第１センサ部１２と第２センサ部１４のいずれか一方を自己容量方式とし、他方を相互容量方式としてもよい。
【００２７】
この例のＺ検知電極２２の平面視形状は、矩形状である。なお、Ｚ検知電極２２の平面視形状は矩形状には限定されず、適宜設定することができる。
Ｚ検知電極２２の大きさは、Ｚ検知電極２２の位置や数等に応じて適宜設定すればよく、例えば、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ程度とすることができる。Ｚ検知電極２２が大きいほど、押圧力の検知感度が向上する。
【００２８】
Ｚ検知電極２２を形成する電極材料としては、例えば、銅、銀等が挙げられる。用途によっては、電極材料として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、導電性ポリマー、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ等を使用してもよい。Ｚ検知電極２２を形成する電極材料は、第１センサ部１２を形成する電極材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００２９】
Ｚ検知電極２２の数は、この例では４つであるが、３つ以下であってもよく、５つ以上であってもよい。入力操作面１ａを押圧した際に第１基板１０が傾斜した状態で押し下げられた場合でも押圧力を高精度に検知しやすい点では、Ｚ検知電極２２は複数設置されていることが好ましく、少なくとも４つのＺ検知電極２２が第１基板１０の四隅に設置されていることがより好ましい。
【００３０】
弾性体２４は、第１シート部２４ａと、第１シート部２４ａの一方の表面にドット状に設けられた複数の柱部２４ｂと、複数の柱部２４ｂを覆う第２シート部２４ｃと、を備えるゴム状弾性体である。弾性体２４が厚さ方向に押圧された際には、柱部２４ｂが高さ方向に圧縮変形する。
本発明における弾性体は、弾性体２４のように、一対のシート部と、それら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ことが好ましい。該ゴム状弾性体は、他の弾性体に比べて厚みを薄くしても厚さ方向の圧縮性を充分に確保しやすいため、入力操作面を押圧していない状態でのＺ検知電極と接地された導体との距離を近づけやすく、押圧力の検知の精度が向上する。また、耐震度がより良好であるため、車載用途に特に有用である。
【００３１】
第１シート部２４ａの厚さは、１０〜１００μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。第１シート部２４ａの厚さが前記範囲の下限値以上であれば、柱部の接合強度を強くすることができる。第１シート部２４ａの厚さが前記範囲の上限値以下であれば、入力操作面１ａを押圧していない状態におけるＺ検知電極２２と導体２６との距離を近づけやすく、押圧力の精度がより高くなる。
第２シート部２４ｃの厚さの好ましい範囲は、第１シート部２４ａの厚さの好ましい範囲と同じである。第１シート部２４ａの厚さと第２シート部２４ｃの厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００３２】
柱部２４ｂ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。
柱部２４ｂの高さは、１５０μｍ以下が好ましく、１０〜１５０μｍが好ましく、３０〜５０μｍがより好ましい。柱部２４ｂの高さが前記範囲の下限値以上であれば、押圧力の検知範囲を広くとることができる。柱部２４ｂの高さが前記範囲の上限値以下であれば、Ｚ検知電極と導体との距離を近づけやすく、押圧力の検知精度がより高くなる。また、入力操作面を押圧した際に入力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。
【００３３】
複数の柱部２４ｂの配置パターンは、特に限定されず、第１シート部２４ａ及び第２シート部２４ｃの表面におけるＸ方向及びＹ方向に整列したパターン、千鳥状に配列したパターン等が挙げられる。
柱部２４ｂ間のピッチは、０．１〜２ｍｍが好ましく、０．１〜１ｍｍがより好ましい。柱部２４ｂ間のピッチが前記範囲の下限値以上であれば、入力操作面を押圧した際に容易に柱部を変形させることができる。柱部２４ｂ間のピッチが前記範囲の上限値以下であれば、押圧力の検出精度が向上する。
【００３４】
弾性体２４の厚さは、３０〜３５０μｍが好ましく、５０〜２５０μｍがより好ましい。弾性体２４の厚さが前記範囲の下限値以上であれば、押圧力の検知範囲を広くとることができる。弾性体２４の厚さが前記範囲の上限値以下であれば、押圧力の検出精度が向上する。
【００３５】
弾性体２４の数は、この例では４つであるが、３つ以下であってもよく、５つ以上であってもよい。入力操作面１ａを押圧した際に第１基板１０が傾斜した状態で押し下げられた場合でも押圧力を高精度に検知しやすい点では、弾性体２４は複数設置されていることが好ましく、少なくとも第１基板１０の各辺に沿って弾性体２４が設置されていることがより好ましい。
なお、本発明においては、弾性体は帯状には限定されず、平面視で環状になっていてもよい。
【００３６】
弾性体２４を形成する材料としては、例えば、シリコーンゴム、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等の熱硬化性エラストマーや、熱可塑性エラストマー、発泡ゴム等が挙げられる。なかでも、圧縮永久歪が比較的小さく、繰り返し押圧されても押圧力に応じた圧縮変形の度合いが変わりにくい点から、シリコーンゴムが好ましい。
第１シート部２４ａ及び第２シート部２４ｃは、一次加硫されていてもよく、二次加硫されていてもよい。
【００３７】
第１基材フィルム２３及び第２基材フィルム２５としては、絶縁性が高く、可撓性に優れた樹脂フィルムが好ましい。樹脂フィルムを形成する樹脂としては、例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ウレタン等が挙げられる。樹脂フィルムの表面には物理的又は化学的な表面処理が施されていてもよい。
第１基材フィルム２３及び第２基材フィルム２５は、同じフィルムであってもよく、異なるフィルムであってもよい。
【００３８】
第１基材フィルム２３の厚さは、１０〜１００μｍが好ましく、２５〜５０μｍがより好ましい。第１基材フィルム２３の厚さが前記範囲の下限値以上であれば、弾性体２４を充分に保護しやすい。第１基材フィルム２３の厚さが前記範囲の上限値以下であれば、入力操作面１ａを押圧していない状態におけるＺ検知電極２２と導体２６との距離を近づけやすく、押圧力の精度がより高くなる。
第２基材フィルム２５の厚さの好ましい範囲は、第１基材フィルム２３の厚さの好ましい範囲と同じである。第１基材フィルム２３の厚さと第２基材フィルム２５の厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００３９】
導体２６は、平面視形状が矩形状の枠状になっており、中央部に中空部２６ａが形成されている。導体２６は接地されている。
導体２６を形成する材料としては、導電性を有するものであればよく、例えば、アルミニウム、ステンレス、銅等の剛性に優れた金属が好ましい。導体２６を形成する材料は、第１センサ部１２やＺ検知電極２２を形成する電極材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４０】
この例では、第１基板１０の第２面１０ｂ側における導体２６の中空部２６ａに相当する位置に実装部品２０が設けられ、押圧によって弾性体２４が圧縮変形してＺ検知電極２２と導体２６とが近づいたときでも、実装部品２０が第２基板１６に接触しないようになっている。このように、この例のセンサ装置１では、第２センサ部１４における接地された導体２６は、第２基板１６の実装部品２０への物理的干渉を抑制するスペーサーとしての機能も有している。
【００４１】
スペーサーとしての機能を有する導体２６とする場合、導体２６の厚さは、１ｍｍ以上が好ましく、１〜５ｍｍがより好ましく、１〜３ｍｍがさらに好ましい。導体２６の厚さが前記範囲の下限値以上であれば、実装部品２０と第２基板１６との物理的干渉を抑制しやすく、また充分な剛性が得られやすい。導体２６の厚さが前記範囲の上限値以下であれば、センサ装置１が過度に厚くなることを抑制しやすい。
【００４２】
第１基板１０の第２面１０ｂ側における実装部品２０の位置は、導体２６の中空部２６ａに相当する範囲内であれば特に限定されない。
実装部品２０としては、特に限定されず、例えば、ＩＣ、コネクタ等が挙げられる。
【００４３】
第２基板１６としては、特に限定されず、例えば、プリント基板、フレキシブルプリント基板、フィルム基板等が挙げられ、剛性の点から、プリント基板が好ましい。
この例の第２基板１６は、平面視形状が矩形状になっている。なお、第２基板１６の平面視形状は、矩形状には限定されず、適宜決定することができる。第２基板１６の大きさは、特に限定されず、用途等に応じて適宜設定すればよい。
【００４４】
第２基板１６の厚さは、０．０５〜２ｍｍが好ましく、０．０５〜１．６ｍｍがより好ましい。第２基板１６の厚さが前記範囲の下限値以上であれば、充分な剛性が得られやすい。第２基板１６の厚さが前記範囲の上限値以下であれば、センサ装置１が過度に厚くなることを抑制しやすい。
【００４５】
センサ装置１では、入力操作面１ａに指を近づけて入力操作を行うと、その入力位置で第１センサ部１２の静電容量が変化するため、入力操作面１ａの平面方向の入力位置を検知することができる。また、入力時に入力操作面１ａが押圧されると、第２センサ部１４において、押圧力により弾性体２４が厚さ方向に圧縮変形し、Ｚ検知電極２２と、接地された導体２６との距離が近づく。このとき、Ｚ検知電極２２と導体２６との距離の変化に応じて静電容量が変化する。例えばＺ検知電極２２をベタ電極として自己容量方式とした場合には、Ｚ検知電極２２と導体２６との距離が近づくにつれて静電容量が増大する。またＺ検知電極２２が受信電極と送信電極を備える相互容量方式とした場合には、Ｚ検知電極２２と導体２６との距離が近づくことで送信電極と導体２６の間に電界が生じ、受信電極と送信電極の間の電界が弱くなって静電容量が減少する。このように、Ｚ検知電極２２と接地された導体２６との距離に応じた静電容量の変化から、入力操作面１ａへの押圧の度合い、すなわち押圧力を検知することができる。
【００４６】
第２センサ部１４においては、４本の帯状の弾性体２４が第１基板１０の各辺に沿って四隅を避けるように設けられ、４つのＺ検知電極２２が第１基板１０の四隅に設けられているため、弾性体２４とＺ検知電極２２とは重なっていない。このように弾性体２４とＺ検知電極２２とが重ならないように配置されることで、Ｚ検知電極２２と導体２６との間には弾性体２４が存在しない。これにより、入力操作面１ａの押圧の度合いと、第２センサ部１４の静電容量の変化の割合とが直線的な比例関係になるため、押圧力を高精度に検知することができる。
【００４７】
本発明において、第２センサ部の弾性体とＺ検知電極とを重ならないように配置することで押圧力を高精度に検知できる要因としては、以下のように考えられる。
Ｚ検知電極と弾性体とを重なるように配置すると、接地された導体とＺ検知電極との間に弾性体が存在するため、弾性体の誘電率が静電容量に影響する。弾性体が圧縮変形すると、通常、それに伴って弾性体の誘電率は変化する。そのため、入力操作面が押圧されて弾性体が圧縮変形すると、接地された導体とＺ検知電極との距離だけでなく、弾性体の誘電率の変化も静電容量の変化に影響する。これにより、入力操作面の押圧の度合いと静電容量の変化の割合とが直線的な比例関係でなくなるため、押圧の度合いが極小さい場合に特に押圧力の検知が困難となる。
【００４８】
これに対して、本発明では、第２センサ部において弾性体とＺ検知電極とを重ならないように配置し、接地した導体とＺ検知電極の間に弾性体が存在しないため、弾性体の圧縮変形による誘電率の変化は第２センサ部の静電容量の変化に影響しない。そのため、入力操作面の押圧の度合いと第２センサ部の静電容量の変化の割合とが直線的な比例関係となり、押圧力が微小な場合であっても高精度に検知することができる。
なお、この例では、第１基板１０の第２面１０ｂにおいて、平面視でＺ検知電極２２と弾性体２４との間には隙間が形成されているが、Ｚ検知電極２２と弾性体２４とが重なっていなければそれらの間に隙間が形成されていなくてもよい。
【００４９】
また、導体２６をスペーサーとして機能させることで、第２基板１６の実装部品２０への物理的干渉を抑制しつつ、入力操作面１ａを押圧していない状態におけるＺ検知電極２２と接地された導体２６との距離をより近くすることができる。これにより、入力操作面１ａを押圧していない状態におけるＺ検知電極２２と接地された導体２６との距離に対する、入力操作面１ａを押圧したときの該距離の変化率が大きくなる。そのため、入力操作面１ａを押圧していない状態における静電容量に対する、入力操作面１ａを押圧したときの静電容量の変化率が大きくなり、押圧力をより高精度に検知することができる。
【００５０】
入力操作面１ａが押圧されていない状態における第２センサ部１４のＺ検知電極２２と接地された導体２６との距離は、１５０〜７５０μｍが好ましく、２００〜５００μｍがより好ましい。前記距離が前記範囲の下限値以上であれば、押圧力の検知範囲を広くとることができ、また押圧力の検知精度が高くなる。前記距離が前記範囲の上限値以下であれば、入力操作面への入力の押圧力をより高精度に検知しやすい。
【００５１】
本発明の静電容量式センサ装置の製造方法は、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センサ部１２は、例えば、第１基板１０となるプリント基板等に対して印刷等により電極材料でパターンを形成することで製造できる。また、基材シートの一方の面又は両面に電極を形成して第１センサ部１２とし、接着剤や、シートの両面に粘着剤が配された両面テープ等により第１基板１０に接合してもよい。電極を形成する方法としては、例えば、導電性ペーストを印刷した後に加熱して硬化させる方法、金属粒子を含むインクを印刷する方法、金属箔又は金属蒸着膜を形成してパターニングする方法等が挙げられる。
【００５２】
Ｚ検知電極２２は、第１センサ部１２と同様に、例えば、第１基板１０となるプリント基板等に対して印刷等により形成できる。また、基材シートに印刷等でＺ検知電極２２を形成し、接着剤や両面テープ等により第１基板１０と接合してもよい。
【００５３】
弾性体２４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、例えば、第１基材フィルム２３の片面にスクリーン印刷等により第２シート部２４ｃを形成する。第２シート部２４ｃの表面と各柱部２４ｂの第２シート部２４ｃに接する面に紫外線を照射し、それらを重ね合せて加圧して、第２シート部２４ｃと各柱部２４ｂとを接合する。また、第２基材フィルム２５の片面にスクリーン印刷等により第１シート部２４ａを形成する。第１シート部２４ａの表面と各柱部２４ｂの第１シート部２４ａに接する面に紫外線を照射し、それらを重ね合せて加圧して、第１シート部２４ａと各柱部２４ｂとを接合する。これにより第１基材フィルム２３及び第２基材フィルムに挟持された弾性体２４を形成できる。
【００５４】
カバー層１８と第１基板１０や、導体２６と第２基板１６は、例えば、接着剤や両面テープ等により接合できる。
【００５５】
以上説明したように、本発明の静電容量式センサ装置においては、第１センサ部によって入力操作面への入力の平面方向の位置を検知できる。また、第２センサ部において平面視で弾性体がＺ検知電極と重ならないように配置されており、Ｚ検知電極と接地された導体との間に弾性体が存在しない。これにより、入力操作面を押圧した際の第２センサ部の静電容量の変化に弾性体の圧縮変形による誘電率の変化が影響しないため、入力操作面を押圧した際のＺ検知電極と接地された導体との距離による静電容量の変化から入力操作面に対する入力の押圧力を高精度に検知できる。
【００５６】
なお、本発明の静電容量式センサ装置は前記したセンサ装置１には限定されない。例えば、本発明の静電容量式センサ装置は、センサ装置１において第２基材フィルム２５を備えないものであってもよい。この場合の静電容量式センサ装置の製造においては、例えば、射出成形によって導体２６の第１基板１０側の表面に第１シート部２４ａを形成した後、紫外線照射等を行って柱部２４ｂと接合すればよい。
本発明の静電容量式センサ装置は、弾性体２４における第２シート部２４ｃを備えない弾性体を備えるものであってもよい。
【００５７】
本発明の静電容量式センサ装置は、第２センサ部において平面視で弾性体がＺ検知電極と重ならないように配置されていれば、弾性体のＺ検知電極の位置関係は特に限定されない。例えば、静電容量式センサ装置は、図６に示すように、４本の帯状の弾性体２４が第１基板１０の第２面１０ｂに四隅を覆うように配置され、第１基板１０の第２面１０ｂにおける弾性体２４よりも内側の矩形の領域の四隅に４つのＺ検知電極２２がそれぞれ配置されているものであってもよい。
この例では、第１基板１０の隅部を形成する２辺のそれぞれに沿って設けられた弾性体２４同士の間には隙間が形成されているが、それら弾性体２４同士の間には隙間が形成されていなくてもよい。
【００５８】
図６に示す態様の静電容量式センサ装置でも、第２センサ部において平面視で弾性体がＺ検知電極と重ならず、Ｚ検知電極と接地された導体との間に弾性体が存在しないため、入力操作面に対する入力の押圧力を高精度に検知できる。また、この態様は、弾性体２４が第１基板１０の四隅に至るように配置されているため、入力操作面の四隅近傍を押圧したときでも押し下げられる第１基板１０が傾くことが抑制されるため、センサ装置１に比べて押圧力をより高精度に検知できる利点がある。
【００５９】
また、静電容量式センサ装置は、図７に示すように、４つのＺ検知電極２２が第１基板１０の第２面１０ｂの四隅に設けられ、４本の帯状の弾性体２４がＺ検知電極２２よりも内側の領域に、第１基板１０の各辺に沿って設けられたものであってもよい。図７に示す態様の静電容量式センサ装置でも、第２センサ部において平面視で弾性体がＺ検知電極と重ならず、Ｚ検知電極と接地された導体との間に弾性体が存在しないため、入力操作面に対する入力の押圧力を高精度に検知できる。
【００６０】
本発明の静電容量式センサ装置は、図８及び図９に例示した静電容量式センサ装置１Ａ（以下、「センサ装置１Ａ」という。）であってもよい。図８及び図９における図１及び図２と同じ部分には同符合を付して説明を省略する。
センサ装置１Ａは、以下に説明する部分以外はセンサ装置１と同じ態様である。センサ装置１Ａでは、４本の帯状の弾性体２４が第１基板１０の第２面１０ｂの四隅を覆うように配置され、中央部に平面視形状が矩形状のＺ検知電極２２が設けられている。また、枠状の接地された導体２６の代わりに、導体２６と同形状の枠状のスペーサー部材３０が設けられ、第２基板１６上の中央部に平面視形状が矩形状の接地された導体２６Ａが設けられている。Ｚ検知電極２２と接地された導体２６Ａとは互いに対応する位置に配置されている。
【００６１】
スペーサー部材３０は、平面視形状が矩形状の枠状になっており、中央部に中空部３０ａが形成されている。この例では、第１基板１０の第２面１０ｂ側におけるスペーサー部材３０の中空部３０ａに相当する位置に実装部品２０が設けられ、押圧によって弾性体２４が圧縮変形してＺ検知電極２２と導体２６Ａとが近づいたときでも、実装部品２０が第２基板１６に接触しないようになっている。
スペーサー部材３０の厚さの好ましい範囲は、スペーサーとしても機能する接地された導体２６の厚さの好ましい範囲と同じである。
【００６２】
スペーサー部材３０の材料としては、特に限定されず、例えば、導体２６で挙げたものと同じ材料を用いてもよく、絶縁材料を用いてもよい。スペーサー部材３０を導体とする場合は、スペーサー部材３０は接地する必要がある。
【００６３】
センサ装置１Ａにおいては、センサ装置１と同様に、入力操作面１ａを押圧した際には、弾性体２４が厚さ方向に圧縮変形してＺ検知電極２２と導体２６Ａとの距離が近づき、第２センサ部の静電容量が変化することで押圧力を検知できる。また、センサ装置１Ａでも、第２センサ部において平面視で弾性体２４がＺ検知電極２２と重ならず、Ｚ検知電極２２と接地された導体２６Ａとの間に弾性体２４が存在しないため、入力操作面１ａに対する入力の押圧力を高精度に検知できる。
【００６４】
本発明の静電容量式センサ装置は、センサ装置１Ａのように、Ｚ検知電極に対応する接地された導体とは別にスペーサー部材を備えるものであってもよい。絶縁材料からなるスペーサー部材を用いる場合、該スペーサー部材のＺ検知電極側の表面に、Ｚ検知電極の位置と対応するように印刷等で導体を形成し、該導体を接地してもよい。
スペーサーとしての機能を兼ねる接地された導体や、接地された導体とは別に設けるスペーサー部材は、必ずしも枠状でなくてもよい。
Ｚ検知電極に対応する接地された導体は、例えば平板状とし、スペーサーとしての機能を有しないものとしてもよい。
【００６５】
本発明の静電容量式センサ装置は、図１０に例示した静電容量式センサ装置１Ｂ（以下、「センサ装置１Ｂ」という。）であってもよい。図１０における図３と同じ部分には同符合を付して説明を省略する。
センサ装置１Ｂは、第１基板１０の第１面１０ａ側のＺ検知電極２２と対応する位置にシールド層３２が設けられている以外はセンサ装置１と同じである。シールド層３２が設けられることで、入力操作面１ａに指が近づいた際にその指がＺ検知電極２２に影響して第２センサ部１４の静電容量が変化することを抑制できる。そのため、第２センサ部１４の静電容量の変化によって入力操作面１ａへの入力の押圧力を検知する精度がより高くなる。
【００６６】
シールド層３２としては、接地された導体からなる層が挙げられる。
シールド層３２と第１センサ部１２との位置関係は、第１センサ部１２による平面方向の入力位置の検知にシールド層３２が悪影響を及ぼさない範囲であれば特に限定されない。シールド層３２と第１センサ部１２とは、同一平面上に配置されていてもよく、厚さ方向において異なる位置に配置されていてもよい。
【００６７】
シールド層３２の形状及び大きさは、Ｚ検知電極２２の形状及び大きさに応じて、シールド効果が充分に得られるように適宜設定すればよい。
シールド層３２を形成する材料としては、例えば、導体２６で挙げたものと同じものが挙げられる。
【符号の説明】
【００６８】
１，１Ａ，１Ｂ…静電容量式センサ装置、１０…第１基板、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１２…第１センサ部、１４…第２センサ部、１６…第２基板、１８…カバー層、２０…実装部品、２２…Ｚ検知電極、２３…第１基材フィルム、２４…弾性体、２５…第２基材フィルム、２６…導体、３０…スペーサー部材、３２…シールド層。
【図１】
2020194593.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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