(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹ方向の位置を検出するシート状のＸＹ方向位置検出用電極体と、Ｚ方向の位置を検出するシート状のＺ方向位置検出用電極体とを具備し、前記ＸＹ方向位置検出用電極体と前記Ｚ方向位置検出用電極体との間に、弾性変形可能なスペーサが配置された静電容量式３次元センサであって、
前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、前記Ｚ方向位置検出用電極体よりも該静電容量式３次元センサの前面側に配置され、ＸＹ方向の位置を検出するための一対の導電膜を備え、前記Ｚ方向位置検出用電極体は、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜を備え、
ＸＹ方向位置検出用電極体の導電膜が、厚さ０．０１〜１．０μｍの金属蒸着膜である、静電容量式３次元センサ。
【請求項２】
前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面に導電膜がパターン状に形成された電極シートが一対積層された積層シートであり、
前記Ｚ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面に導電膜がパターン状に形成された電極シートである、請求項１に記載の静電容量式３次元センサ。
【請求項３】
前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面及び第２面の各々に導電膜がパターン状に形成された電極シートであり、
前記Ｚ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面に前記導電膜がパターン状に形成された電極シートである、請求項１に記載の静電容量式３次元センサ。
【請求項４】
前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面側に一対の導電膜がパターン状に形成され、一対の導電膜の間に絶縁膜が形成された電極シートであり、
前記Ｚ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面に前記導電膜がパターン状に形成された電極シートである、請求項１に記載の静電容量式３次元センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元の位置を検出する静電容量式３次元センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器においては、モニタに表示されたポインタを移動させる手段としてタッチパッドを備えることがあり、タッチパッドとしては、静電容量式センサを用いることがある。
従来、タッチパッドとして使用される静電容量式センサは、２次元方向（Ｘ方向及びＹ方向）の静電容量の変化を検出するものであったが、近年では、３次元方向の（Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向）の静電容量の変化を検出するものも検討されている（特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２５３６５１号明細書
【特許文献２】特許第３６８１７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１，２に記載の静電容量式３次元センサでは、Ｚ方向の位置を検出できないことがあった。
また、近年、タッチパッドを備える電子機器の薄型化が進んでおり、タッチパッドにおいても薄型化が求められている。しかし、特許文献１，２に記載の静電容量式３次元センサは、必ずしも薄型化を実現できるものではなかった。
本発明は、Ｚ方向の静電容量の変化を容易に検出でき、容易に薄型化できる静電容量式３次元センサ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】
【０００５】
本発明者らは、特許文献１，２に記載の静電容量式３次元センサにおいてＺ方向の静電容量の変化を検出できないことがあるのは、センサを指で押圧しても撓み量が小さく、静電容量の変化が小さいためであることを見出した。その知見に基づき、指で押圧した際のセンサの撓み量が大きくなる手法について検討して、以下の静電容量式３次元センサを発明した。
【０００６】
本発明は、以下の態様を含む。
［１］ＸＹ方向の位置を検出するシート状のＸＹ方向位置検出用電極体と、Ｚ方向の位置を検出するシート状のＺ方向位置検出用電極体とを具備し、前記ＸＹ方向位置検出用電極体と前記Ｚ方向位置検出用電極体との間に、弾性変形可能なスペーサが配置された静電容量式３次元センサであって、前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、前記Ｚ方向位置検出用電極体よりも該静電容量式３次元センサの前面側に配置され、ＸＹ方向の位置を検出するための一対の導電膜を備え、前記Ｚ方向位置検出用電極体は、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜を備え、ＸＹ方向位置検出用電極体の導電膜が、厚さ０．０１〜１．０μｍの金属蒸着膜である、静電容量式３次元センサ。
［２］前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面に導電膜がパターン状に形成された電極シートが一対積層された積層シートであり、前記Ｚ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面に導電膜がパターン状に形成された電極シートである、［１］に記載の静電容量式３次元センサ。
［３］前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面及び第２面の各々に導電膜がパターン状に形成された電極シートであり、前記Ｚ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面に前記導電膜がパターン状に形成された電極シートである、［１］に記載の静電容量式３次元センサ。
［４］前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面側に一対の導電膜がパターン状に形成され、一対の導電膜の間に絶縁膜が形成された電極シートであり、前記Ｚ方向位置検出用電極体は、基材シートの第１面に前記導電膜がパターン状に形成された電極シートである、［１］に記載の静電容量式３次元センサ。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の静電容量式３次元センサは、Ｚ方向の静電容量の変化を容易に検出でき、また、容易に薄型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の静電容量式３次元センサの第１実施形態を示す部分断面図である。
【図２】第１実施形態におけるＺ方向位置検出用電極体を示す平面図である。
【図３】第１実施形態及び第２実施形態で使用されるＸＹ方向位置検出用電極体を構成する一方の電極シートを示す平面図である。
【図４】第１実施形態及び第２実施形態で使用されるＸＹ方向位置検出用電極体を構成する他方の電極シートを示す平面図である。
【図５】本発明の静電容量式３次元センサの第２実施形態を示す部分断面図である。
【図６】第２実施形態で使用されるＺ方向位置検出用電極体を示す平面図である。
【図７】本発明の静電容量式３次元センサの第３実施形態を示す部分断面図である。
【図８】本発明の静電容量式３次元センサの第４実施形態を示す部分断面図である。
【図９】第４実施形態の変形例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第１実施形態＞
本発明の静電容量式３次元センサ（以下、「３次元センサ」と略す。）の第１実施形態について説明する。
図１に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ１は、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、スペーサ３０と、ＸＹ方向位置検出用電極体４０と、保護層７０とを備える。
【００１０】
本実施形態の３次元センサ１では、指又はスタイラスペンを接触させる入力領域が矩形状にされている。本明細書では、入力領域の長手方向をＸ方向、入力領域の短手方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直な方向をＺ方向とする。
また、本発明の３次元センサ１においては、保護層７０に指又はスタイラスペンが接触し、保護層７０側を「表側」又は「前面側」という。また、支持板１０側を「裏側」又は「裏面側」という。
【００１１】
（支持板）
支持板１０は、Ｚ方向位置検出用電極体２０が貼合されて支持され、Ｚ方向位置検出用電極体２０の撓みを防ぐ板である。具体的には、厚さが１００μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上の板である。支持板１０の材質に特に制限はなく、例えば、金属、樹脂、セラミックス、ガラスのいずれであってもよい。
【００１２】
（Ｚ方向位置検出用電極体）
Ｚ方向位置検出用電極体２０は、Ｚ方向の位置を検出する際に使用される電極体であって、支持板１０の表側の面１０ａに設けられている。
本実施形態におけるＺ方向位置検出用電極体２０は、基材シート２１と、基材シート２１の表側の面２１ａ（第１面２１ａ）に形成されたパターン状の導電膜２２と、導電膜２２を被覆する絶縁膜２３とを有する電極シートである。
本発明において、「導電」とは、電気抵抗値が１ＭΩ未満であることを意味し、「絶縁」とは、電気抵抗値が１ＭΩ以上、好ましくは１０ＭΩ以上のことである。
【００１３】
基材シート２１としては、透明プラスチックフィルム、ガラス板を使用することができる。プラスチックフィルムを構成する樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、トリアセチルセルロース、環状ポリオレフィン、アクリル樹脂等を使用することができる。これらの中でも、耐熱性及び寸法安定性が高く、低コストであることから、ポリエチレンテレフタレート又はポリカーボネートが好ましい。
基材シート２１の厚さは２５〜７５μｍであることが好ましい。基材シート２１の厚さが前記下限値以上であれば、加工時に折れにくく、前記上限値以下であれば、３次元センサ１を容易に薄型化できる。
【００１４】
導電膜２２は、金属蒸着法によって形成された金属蒸着膜である。導電膜２２を形成する金属としては、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、亜鉛、金等を使用することができる。これらの中でも、電気抵抗が低く、低コストであることから、銅が好ましい。
導電膜２２の表面には、プラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ処理、エキシマ光処理等の各種表面処理が施されてもよい。導電膜２２に表面処理が施されていると、絶縁膜２３との密着性が向上し、接触抵抗が低くなる。
導電膜２２の厚さは０．０１〜１．０μｍであることが好ましく、０．０５〜０．３μｍであることがより好ましい。導電膜２２の厚さが前記下限値未満であると、ピンホールが形成して断線するおそれがあり、前記上限値を超えると、薄型化が困難になる。
【００１５】
本実施形態における導電膜２２のパターンは、図２に示すように、Ｘ方向に沿って形成された帯状のＸ方向電極部２２ａを複数有するパターンである。
Ｘ方向電極部２２ａの幅は０．１〜２ｍｍであることが好ましく、０．２〜１ｍｍであることがより好ましい。Ｘ方向電極部２２ａの幅が前記下限値以上であれば、断線を防止でき、前記上限値以下であれば、位置検出精度を向上させることができる。
隣接するＸ方向電極部２２ａ，２２ａ同士の間隔は１〜５ｍｍであることが好ましく、１．５〜３ｍｍであることがより好ましい。隣接するＸ方向電極部２２ａ，２２ａ同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１を容易に小型化できる。しかし、隣接するＸ方向電極部２２ａ，２２ａ同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。
【００１６】
パターン状の導電膜２２の形成方法としては、基材シート２１の表側の面２１ａ（第１面２１ａ）の少なくとも一部に、パターンのない導電膜を金属蒸着法によって形成した後、その導電膜を所定のパターンとなるようにエッチングする方法が挙げられる。
金属蒸着法では、薄い金属膜を容易に形成できる。金属蒸着法としては特に制限されず、例えば、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、などが挙げられる。これらの中でも、成膜スピードが速く、低コストであることから、真空蒸着法が好ましい。
エッチング方法としては、ケミカルエッチング法（ウェットエッチング法）やレーザーエッチング、アルゴンプラズマや酸素プラズマを利用したプラズマエッチング、イオンビームエッチング等のドライエッチング法が適用できる。これらの中でも、引き回し配線を微細に形成できる点からレーザーエッチングが好ましい。
【００１７】
絶縁膜２３は絶縁性樹脂の膜である。絶縁性樹脂としては、熱硬化型樹脂、可視光線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂が使用されるが、硬化時の熱収縮が小さい点では、紫外線硬化型樹脂が好ましい。絶縁膜２３の形成方法としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法を適用することができる。
絶縁膜２３は絶縁性を確保できる範囲で薄いことが好ましい。絶縁膜２３の形成にスクリーン印刷を適用した場合には、ピンホール形成防止の点から、厚さを５μｍ以上とすることが好ましい。絶縁膜２３の形成にインクジェット印刷を適用した場合には、ピンホール形成防止の点から、厚さを０．５μｍ以上とすることが好ましい。
また、本実施形態では、導電膜２２が薄いため、絶縁膜２３の厚さも薄くすることができ、具体的には、１μｍ以下にすることができる。
【００１８】
また、Ｚ方向位置検出用電極体２０は、引き回し配線２４と、外部接続用端子２５とを有する（図２参照）。
引き回し配線２４は、各Ｘ方向電極部２２ａと外部接続用端子２５とを接続するための配線である。
引き回し配線２４の幅は２０〜１００μｍであることが好ましく、２０〜５０μｍであることがより好ましい。引き回し配線２４の幅が前記下限値以上であれば、引き回し配線の断線を防止でき、前記上限値以下であれば、引き回し配線２４に使用する材料を削減できるため、低コスト化できる。
隣接する引き回し配線２４，２４同士の間隔は２０〜１００μｍであることが好ましく、２０〜５０μｍであることがより好ましい。隣接する引き回し配線２４，２４同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１を容易に小型化できる。しかし、隣接する引き回し配線２４，２４同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。
外部接続用端子２５は、外部の回路に接続するための端子であり、導電材料からなる。本実施形態における外部接続用端子２５は、矩形状の導電部となっている。
引き回し配線２４及び外部接続用端子２５の形成方法としては、基材シート２１の第１面２１ａに導電性ペーストをスクリーン印刷した後、加熱して硬化させる方法が挙げられる。
【００１９】
（スペーサ）
スペーサ３０は、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との間に配置され、弾性変形可能なものである。
本実施形態におけるスペーサ３０は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の表側の面２０ａに両面粘着テープ８０ａによって貼合されている。スペーサ３０の表側にはＸＹ方向位置検出用電極体４０が配置されている。
スペーサ３０を配置することによって、保護層７０を押圧していないときには、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０とを容易に一定間隔にでき、保護層７０を押圧したときには、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との距離を容易に縮めることができる。
【００２０】
スペーサ３０の形状は特に制限されないが、本実施形態で使用されるスペーサ３０は、基材シート３１と、表側に凸部３２ａが複数形成された凹凸シート３２とからなっている。このスペーサ３０では、保護層７０を指で押圧した際にＸＹ方向位置検出用電極体４０が撓みやすくなるように、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０の間に空間を容易に形成させることができる。
基材シート３１としては、基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、基材シート２１と同一のものとする必要はない。
凹凸シート３２は、ＸＹ方向位置検出用電極体４０の可撓性がより高くなることから、ゴム製であることが好ましい。ゴムのなかでも、反発性が高く、圧縮永久ひずみ特性に優れることから、シリコーンゴムが好ましい。
凹凸シート３２の凸部３２ａの高さは１００〜２０００μｍであることが好ましい。凸部３２ａの高さが前記下限値以上であれば、ＸＹ方向位置検出用電極体４０をより撓ませやすくなり、前記上限値以下であれば、より容易に薄型化できる。
凸部３２ａの平面視での形状に特に制限はなく、例えば、円形状、正方形状、菱形状、六角形状、楕円形状等が挙げられる。また、凸部３２ａは規則的に配置されて、例えば、６０度千鳥状、角千鳥状、並列状、格子状等が挙げられる。
上記スペーサ３０は、基材シート３１を備えるため、取り扱い性に優れ、凸部３２ａが脱落しにくくなっている。また、金型を用いた成型によって凸部３２ａを形成することができる。
【００２１】
（ＸＹ方向位置検出用電極体）
ＸＹ方向位置検出用電極体４０は、Ｘ方向及びＹ方向の位置を検出する際に使用される電極体であって、スペーサ３０の表側に設けられている。本実施形態で使用されるＸＹ方向位置検出用電極体４０は、一対の電極シート５０，６０が積層された積層シートである。
電極シート５０は、基材シート５１と、基材シート５１の表側の面５１ａ（第１面５１ａ）に形成されたパターン状の導電膜５２と、導電膜５２を被覆する絶縁膜５３とを有する。
基材シート５１としては、基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、基材シート２１と同一のものとする必要はない。
絶縁膜５３としては、絶縁膜２３と同様のものを使用することができる。ただし、絶縁膜２３と同一のものとする必要はない。
【００２２】
導電膜５２も、導電膜２２と同様に、金属蒸着法によって形成された金属蒸着膜である。導電膜５２を形成する金属は導電膜２２と同様である。
導電膜５２の厚さは０．０１〜１．０μｍであり、０．０５〜０．３μｍであることが好ましい。導電膜５２の厚さが前記下限値未満であると、ピンホールが形成して断線するおそれがあり、前記上限値を超えると、可撓性が低下するため、Ｚ方向の位置検出が困難になることがある。
【００２３】
本実施形態における導電膜５２のパターンは、図３に示すように、Ｙ方向に沿って形成された帯状のＹ方向電極部５２ａを複数有するパターンである。
Ｙ方向電極部５２ａの幅は２〜７ｍｍであることが好ましく、３〜５ｍｍであることがより好ましい。Ｙ方向電極部５２ａの幅が前記下限値以上であれば、断線を防止でき、前記上限値以下であれば、位置検出精度を向上させることができる。
隣接するＹ方向電極部５２ａ，５２ａ同士の間隔は０．０５〜２ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましい。隣接するＹ方向電極部５２ａ，５２ａ同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１を容易に小型化できる。しかし、隣接するＹ方向電極部５２ａ，５２ａ同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。
【００２４】
電極シート５０は、引き回し配線５４と、外部接続用端子５５とを有する（図３参照）。引き回し配線５４は、各Ｙ方向電極部５２ａと外部接続用端子５５とを接続するための配線である。引き回し配線５４の好ましい幅や間隔は、上記の引き回し配線２４と同様である。
引き回し配線５４及び外部接続用端子５５の形成方法としては、基材シート５１の表側の面に導電性ペーストをスクリーン印刷した後、加熱して硬化させる方法が挙げられる。
【００２５】
本実施形態における電極シート６０は、電極シート５０の表側の面５０ａに、両面粘着テープ８０ｂによって貼合されている。また、本実施形態における電極シート６０は、基材シート６１と、基材シート６１の表側の面６１ａ（第１面６１ａ）に形成されたパターン状の導電膜６２と、導電膜６２を被覆する絶縁膜６３とを有する。
基材シート６１としては、基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、基材シート２１と同一のものとする必要はない。
絶縁膜６３としては、絶縁膜２３と同様のものを使用することができる。ただし、絶縁膜２３と同一のものとする必要はない。
【００２６】
導電膜６２も、導電膜２２と同様に、金属蒸着法によって形成された金属蒸着膜である。導電膜６２を形成する金属は導電膜２２と同様である。
導電膜６２の厚さは０．０１〜１．０μｍであり、０．０５〜０．３μｍであることが好ましい。導電膜６２の厚さが前記下限値未満であると、ピンホールが形成して断線するおそれがあり、前記上限値を超えると、可撓性が低下するため、Ｚ方向の位置検出が困難になることがある。
【００２７】
本実施形態における導電膜６２のパターンは、導電膜２２のパターンと同一であり、図４に示すように、Ｘ方向に沿って形成された帯状のＸ方向電極部６２ａを複数有するパターンである。
【００２８】
電極シート６０は、引き回し配線６４と、外部接続用端子６５とを有する（図４参照）。引き回し配線６４は、各Ｘ方向電極部６２ａと外部接続用端子６５とを接続するための配線である。引き回し配線６４の好ましい幅や間隔は、上記の引き回し配線２４と同様である。
引き回し配線６４及び外部接続用端子６５の形成方法としては、基材シート６１の表側の面に導電性ペーストをスクリーン印刷した後、加熱して硬化させる方法が挙げられる。
なお、外部接続用端子２５，５５，６５は、互いに重ならないように配置されている。
【００２９】
（保護層）
保護層７０は、ＸＹ方向位置検出用電極体４０の表側の面４０ａに形成され、ＸＹ方向位置検出用電極体４０を保護する層である。本実施形態では、保護層７０は、両面粘着テープ８０ｃによって、ＸＹ方向位置検出用電極体４０に貼合されている。
保護層７０は絶縁性樹脂や絶縁性弾性ガラスからなる。絶縁性樹脂としては、絶縁性の熱可塑性樹脂、絶縁性の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂が使用される。
保護層７０の厚さは０．５〜２５μｍであることが好ましい。保護層７０の厚さが前記下限値以上であれば、ＸＹ方向位置検出用電極体４０を充分に保護でき、前記上限値以下であれば、押圧時に容易に撓ませることができる。
【００３０】
（使用方法）
上記３次元センサ１を、ノート型パーソナルコンピュータの静電容量式タッチパッドとして用いた使用例について説明する。
パーソナルコンピュータの使用者は、モニタに表示されたポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を移動させるために、保護層７０の表面に沿って指を動かす。その際、３次元センサ１では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０を利用し、入力領域における指のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を検出する。具体的には、導電膜５２，６２を利用し、Ｘ方向における静電容量の変化、Ｙ方向における静電容量の変化を検出することによって、Ｘ方向及びＹ方向の指の位置を求める。
また、使用者は、ポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を、目的の処理を実行するための選択領域に移動させた後、指で３次元センサ１の入力領域内を押圧して決定する。このとき、ＸＹ方向位置検出用電極体４０及び保護層７０は撓み、その撓みによってスペーサ３０が変形し、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０の電極シート６０との距離が短くなる。その際の、導電膜２２と導電膜６２との間の静電容量の変化、すなわちＺ方向の静電容量の変化を検出し、その静電容量の変化から押圧量を求める。その押圧量が、あらかじめ決められた値を超えたときに、使用者が３次元センサ１を押したものと判定し、所定の処理を実行する。
【００３１】
（作用効果）
上記３次元センサ１では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０の導電膜５２，６２が厚さ０．０１〜１．０μｍの薄い金属蒸着膜であるため、保護層７０を押圧した際にはＸＹ方向位置検出用電極体４０が容易に撓むようになっている。したがって、指で押圧した際のＸＹ方向位置検出用電極体４０の撓み量が大きく、Ｚ方向の静電容量の変化が大きくなるため、Ｚ方向の静電容量の変化を容易に検出できる。
また、導電膜５２，６２が薄い金属蒸着膜である３次元センサ１によれば、容易に薄型化できる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
本発明の３次元センサの第２実施形態について説明する。
図５に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ２も、第１実施形態の３次元センサ１と同様に、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、スペーサ３０と、ＸＹ方向位置検出用電極体４０と、保護層７０とを備える。
本実施形態における支持板１０、Ｚ方向位置検出用電極体２０、スペーサ３０、ＸＹ方向位置検出用電極体４０及び保護層７０の構成は、第１実施形態と同様である。
【００３３】
本実施形態の３次元センサ２では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０の表側の面４０ａに、両面粘着テープ８０ｅによってスペーサ３０が貼合されている。スペーサ３０の表側にはＺ方向位置検出用電極体２０が積層されている。Ｚ方向位置検出用電極体２０の表側の面２０ａには、両面粘着テープ８０ｆによって保護層７０が貼合されている。
また、本実施形態の３次元センサ２においても、第１実施形態と同様に、指やスタイラスペンを接触させる入力領域が矩形状にされている。
【００３４】
本実施形態では、図６に示すように、前面側に位置するＺ方向位置検出用電極体２０のＸ方向電極部２２ａの幅は、ＸＹ方向位置検出用電極体４０のＸ方向電極部６２ａの幅よりも細くされている。これにより、Ｘ方向電極部６２ａにおいて、Ｘ方向電極部２２ａに重ならない部分が生じるため、静電容量の変化を検知できる。
【００３５】
（使用方法）
上記３次元センサ２を、ノート型パーソナルコンピュータの静電容量式タッチパッドとして用いた使用例について説明する。
パーソナルコンピュータの使用者は、モニタに表示されたポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を移動させるために、保護層７０の表面に沿って指を動かす。その際、３次元センサ２では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０を利用し、入力領域における指のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を検出する。具体的には、導電膜５２，６２を利用し、Ｘ方向における静電容量の変化、Ｙ方向における静電容量の変化を検出することによって、Ｘ方向及びＹ方向の指の位置を求める。
また、使用者は、ポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を、目的の処理を実行するための選択領域に移動させた後、指で３次元センサ２の入力領域内を押圧して決定する。このとき、Ｚ方向位置検出用電極体２０及び保護層７０は撓み、その撓みによってスペーサ３０が変形し、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との距離が短くなる。その際の、導電膜２２と導電膜６２との間の静電容量の変化、すなわちＺ方向の静電容量の変化を検出し、その静電容量の変化から押圧量を求める。その押圧量が、あらかじめ決められた値を超えたときに、使用者が３次元センサ２を押したものと判定し、所定の処理を実行する。
【００３６】
（作用効果）
上記３次元センサ２では、Ｚ方向位置検出用電極体２０の導電膜２２が厚さ０．０１〜１．０μｍの薄い金属蒸着膜であるため、保護層７０を押圧した際にはＺ方向位置検出用電極体２０が容易に撓むようになっている。したがって、指で押圧した際のＺ方向位置検出用電極体２０の撓み量が大きく、Ｚ方向の静電容量の変化が大きくなるため、Ｚ方向の静電容量の変化を容易に検出できる。
また、導電膜２２が薄い金属蒸着膜である３次元センサ２によれば、容易に薄型化できる。第１実施形態よりも、押圧によって撓ませる構成部材が薄くなることから、３次元センサ２をより容易に操作できる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
本発明の３次元センサの第３実施形態について説明する。
図７に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ３も、第１実施形態の３次元センサ１と同様に、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、スペーサ３０と、ＸＹ方向位置検出用電極体４０と、保護層７０とを備える。
本実施形態における支持板１０、Ｚ方向位置検出用電極体２０、スペーサ３０及び保護層７０の構成は、第１実施形態と同様であるが、ＸＹ方向位置検出用電極体４０は、第１実施形態と異なる。
【００３８】
本実施形態では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０がＺ方向位置検出用電極体２０よりも前面側に配置されている。
本実施形態におけるＸＹ方向位置検出用電極体４０は、基材シート４１と、基材シート４１の一方の面４１ａ（第１面４１ａ）と他方の面４１ｂ（第２面４１ｂ）の両方にパターン状に形成された導電膜４２ａ，４２ｂと、各導電膜４２ａ，４２ｂを覆うように形成された絶縁膜４３ａ，４３ｂとを備える。
基材シート４１としては、基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、基材シート２１と同一のものとする必要はない。
絶縁膜４３ａ，４３ｂとしては、絶縁膜２３と同様のものを使用することができる。ただし、絶縁膜２３と同一のものとする必要はない。
【００３９】
導電膜４２ａ，４２ｂも、導電膜２２と同様に、金属蒸着法によって形成された金属蒸着膜である。導電膜４２ａ，４２ｂを形成する金属は導電膜２２と同様である。
導電膜４２ａ，４２ｂの厚さは０．０１〜１．０μｍであり、０．０５〜０．３μｍであることが好ましい。導電膜４２ａ，４２ｂの厚さが前記下限値未満であると、ピンホールが形成して断線するおそれがあり、前記上限値を超えると、可撓性が低下するため、Ｚ方向の位置検出が困難になることがある。
【００４０】
本実施形態における導電膜４２ａのパターンは、Ｘ方向に沿って形成された帯状のＸ方向電極部を複数有するパターンであり、導電膜４２ｂのパターンは、Ｙ方向に沿って形成された帯状のＹ方向電極部を複数有するパターンである。
Ｘ方向電極部の幅、Ｙ方向電極部の幅、隣接するＸ方向電極部同士の間隔、隣接するＹ方向電極部同士の間隔は、第１実施形態と同様である。
また、本実施形態においては、基材シート４１の各々の面に、導電膜４２ａ又は導電膜４２ｂに接続された引き回し配線及び外部接続用端子が設けられている。
【００４１】
（使用方法）
上記３次元センサ３を、ノート型パーソナルコンピュータの静電容量式タッチパッドとして用いた使用例について説明する。
パーソナルコンピュータの使用者は、モニタに表示されたポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を移動させるために、保護層７０の表面に沿って指を動かす。その際、３次元センサ３では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０を利用し、入力領域における指のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を検出する。具体的には、導電膜４２ａ，４２ｂを利用し、Ｘ方向における静電容量の変化、Ｙ方向における静電容量の変化を検出することによって、Ｘ方向及びＹ方向の指の位置を求める。
また、使用者は、ポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を、目的の処理を実行するための選択領域に移動させた後、指で３次元センサ３の入力領域内を押圧して決定する。このとき、ＸＹ方向位置検出用電極体４０及び保護層７０は撓み、その撓みによってスペーサ３０が変形し、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との距離が短くなる。その際の、導電膜２２と導電膜４２ａとの間の静電容量の変化、すなわちＺ方向の静電容量の変化を検出し、その静電容量の変化から押圧量を求める。その押圧量が、あらかじめ決められた値を超えたときに、使用者が３次元センサ３を押したものと判定し、所定の処理を実行する。
【００４２】
（作用効果）
上記３次元センサ３では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０の導電膜４２ａ，４２ｂが厚さ０．０１〜１．０μｍの薄い金属蒸着膜であるため、保護層７０を押圧した際にはＸＹ方向位置検出用電極体４０が容易に撓むようになっている。したがって、指で押圧した際のＸＹ方向位置検出用電極体４０の撓み量が大きく、Ｚ方向の静電容量の変化が大きくなるため、Ｚ方向の静電容量の変化を容易に検出できる。
また、本実施形態では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０が薄くなるため、３次元センサ３をより容易に薄型化できる。
【００４３】
＜第４実施形態＞
本発明の３次元センサの第４実施形態について説明する。
図８に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ４も、第１実施形態の３次元センサ１と同様に、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、スペーサ３０と、ＸＹ方向位置検出用電極体４０と、保護層７０とを備える。
本実施形態における支持板１０、Ｚ方向位置検出用電極体２０、スペーサ３０及び保護層７０の構成は、第１実施形態と同様であるが、ＸＹ方向位置検出用電極体４０は、第１実施形態と異なる。
【００４４】
本実施形態では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０がＺ方向位置検出用電極体２０よりも前面側に配置されている。
本実施形態におけるＸＹ方向位置検出用電極体４０は、基材シート４１と、基材シート４１の一方の面４１ａ（第１面４１ａ）にパターン状に形成された導電膜４４ａと、導電膜４４ａを覆うように形成された絶縁膜４５ａと、絶縁膜４５ａの表面にパターン状に形成された導電膜４４ｂと、導電膜４４ｂを覆うように形成された絶縁膜４５ｂとを備える。絶縁膜４５ａは、導電膜４４ａと導電膜４４ｂとが短絡しないように形成されている。
基材シート４１としては、基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、基材シート２１と同一のものとする必要はない。
絶縁膜４５ａ，４５ｂとしては、絶縁膜２３と同様のものを使用することができる。ただし、絶縁膜２３と同一のものとする必要はない。
【００４５】
導電膜４４ａ，４４ｂも、導電膜２２と同様に、金属蒸着法によって形成された金属蒸着膜である。導電膜４４ａ，４４ｂを形成する金属は導電膜２２と同様である。
導電膜４４ａ，４４ｂの厚さは０．０１〜１．０μｍであり、０．０５〜０．３μｍであることが好ましい。導電膜４４ａ，４４ｂの厚さが前記下限値未満であると、ピンホールが形成して断線するおそれがあり、前記上限値を超えると、可撓性が低下するため、Ｚ方向の位置検出が困難になることがある。
【００４６】
本実施形態における導電膜４４ａのパターンは、Ｙ方向に沿って形成されたＹ方向電極部を複数有するパターンであり、導電膜４４ｂのパターンは、Ｘ方向に沿って形成されたＸ方向電極部を複数有するパターンである。
Ｙ方向電極部の幅、Ｘ方向電極部の幅、隣接するＹ方向電極部同士の間隔、隣接するＸ方向電極部同士の間隔は、第１実施形態と同様である。
また、本実施形態においては、基材シート４１の片面に、導電膜４４ａ又は導電膜４４ｂに接続された引き回し配線及び外部接続用端子が設けられている。導電膜４４ａに接続された引き回し配線及び外部接続用端子と、導電膜４４ｂに接続された引き回し配線及び外部接続用端子とは、電気的に接続されないように配線する。
【００４７】
図８に示す形態では、絶縁膜４５ａは、導電膜４４ａを覆うと共に表面が平坦になるように形成されている。導電膜４４ｂは、表面が平坦になるように絶縁膜４５ａの表面に形成されている。絶縁膜４５ｂは、表面が平坦になるように導電膜４４ｂの表面に形成されている。
本実施形態では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０が、図９に示すものであってもよい。図９に示すＸＹ方向位置検出用電極体４０は、絶縁膜４５ａが、導電膜４４ａを覆うように形成されている。ただし、図９に示す形態では、絶縁膜４５ａは、導電膜４４ａ，４４ａの間の中間付近には形成されないパターンとされている。導電膜４４ｂは、基材シート４１の第１面４１ａと絶縁膜４５ａの表面とに沿って凹凸状に形成されている。絶縁膜４５ｂは、表面が平坦になるように導電膜４４ｂの表面に形成されている。
【００４８】
（使用方法）
上記３次元センサ４を、ノート型パーソナルコンピュータの静電容量式タッチパッドとして用いた使用例について説明する。
パーソナルコンピュータの使用者は、モニタに表示されたポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を移動させるために、保護層７０の表面に沿って指を動かす。その際、３次元センサ４では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０を利用し、入力領域における指のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を検出する。具体的には、導電膜４４ａ，４４ｂを利用し、Ｘ方向における静電容量の変化、Ｙ方向における静電容量の変化を検出することによって、Ｘ方向及びＹ方向の指の位置を求める。
また、使用者は、ポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を、目的の処理を実行するための選択領域に移動させた後、指で３次元センサ４の入力領域内を押圧して決定する。このとき、ＸＹ方向位置検出用電極体４０及び保護層７０は撓み、その撓みによってスペーサ３０が変形し、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との距離が短くなる。その際の、導電膜２２と導電膜４４ｂとの間の静電容量の変化、すなわちＺ方向の静電容量の変化を検出し、その静電容量の変化から押圧量を求める。その押圧量が、あらかじめ決められた値を超えたときに、使用者が３次元センサ４を押したものと判定し、所定の処理を実行する。
【００４９】
（作用効果）
上記３次元センサ４では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０の導電膜４４ａ，４４ｂが厚さ０．０１〜１．０μｍの薄い金属蒸着膜であるため、保護層７０を押圧した際にはＸＹ方向位置検出用電極体４０が容易に撓むようになっている。したがって、指で押圧した際のＸＹ方向位置検出用電極体４０の撓み量が大きく、Ｚ方向の静電容量の変化が大きくなるため、Ｚ方向の静電容量の変化を容易に検出できる。
【００５０】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。
Ｚ方向位置検出用電極体及びＸＹ方向位置検出用電極体の導電膜のパターンは、Ｘ方向の静電容量の変化、Ｙ方向の静電容量の変化及びＺ方向の静電容量の変化を検出できれば、帯状である必要はない。
他の導電膜のパターンとしては、例えば、一方向に沿って複数の略正方形状の導電部がその角で連結した、いわゆるダイヤモンドパターン、網の目のパターン、一定周期の波形のパターン、一定周期で折れ曲がったジグザグ形状のパターン等であってもよい。
ＸＹ方向位置検出用電極体がＺ方向位置検出用電極体よりも前面側に位置する第１実施形態においては、ＸＹ方向の位置を検出するための導電膜（電極部）が、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜で覆われることがない。そのため、Ｚ方向位置検出用電極体の導電膜について、パターンの自由度を高くすることができる。
一方、ＸＹ方向位置検出用電極体がＺ方向位置検出用電極体よりも裏面側に位置する第２実施形態においては、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜が、ＸＹ方向の位置を検出するための導電膜の全てを覆わないように、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜のパターンを決定する。ＸＹ方向の位置を検出するための導電膜の全てが、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜に覆われると、ＸＹ方向の位置の検出が困難になる。
Ｚ方向の位置を検出するための導電膜が、ＸＹ方向の位置を検出するための導電膜の全てを覆わないパターンとしては、網の目のパターン、波形のパターン、ジグザグのパターンが好ましい。
スペーサよりも裏面側に位置する導電膜は、上述した金属蒸着膜である必要はなく、銅、銀、アルミニウム、チタン、ニッケルやそれらの合金からなる金属箔や、それらの粒子を含有したインキを印刷した印刷層など、金属蒸着膜よりも厚い層であっても構わない。
【００５１】
スペーサは、押圧されていないときにはＸＹ方向位置検出用電極体とＺ方向位置検出用電極体との距離を一定に保つことができ、押圧された際には弾性変形可能なものであれば特に制限されない。
したがって。スペーサとして、基材シートと凹凸シートからなるものを用いなくてもよく、例えば、柱状の弾性体を用いてもよい。例えば、ＸＹ方向位置検出用電極体とＺ方向位置検出用電極体との間に、柱状弾性体からなるスペーサを任意の間隔で配置してもよい。
【００５２】
また、本発明において、支持板及び保護層は任意の構成である。例えば、最も裏面側に位置する基材シートを厚くすれば、支持板を省略しても構わない。また、最も前面側に位置する絶縁膜を厚くすれば、保護層を省略しても構わない。
また、両面粘着テープに絶縁性が確保できれば、絶縁膜は省略しても構わない。
また、引き回し配線は導電膜と同一の素材でも構わない。その場合、導電性ペーストによるスクリーン印刷の工程を省くことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２，３，４  ３次元センサ
１０  支持板
２０  Ｚ方向位置検出用電極体
２１  基材シート
２２  導電膜
２３  絶縁膜
２４  引き回し配線
２５  外部接続用端子
３０  スペーサ
３１  基材シート
３２  凹凸シート
３２ａ  凸部
４０  ＸＹ方向位置検出用電極体
４１  基材シート
４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ  導電膜
４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂ  絶縁膜
５０  電極シート
５１  基材シート
５２  導電膜
５２ａ  Ｙ方向電極部
５３  絶縁膜
５４  引き回し配線
５５  外部接続用端子
６０  電極シート
６１  基材シート
６２  導電膜
６２ａ  Ｘ方向電極部
６３  絶縁膜
６４  引き回し配線
６５  外部接続用端子
７０  保護層
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ  両面粘着テープ
【図１】
0006040121.tif 000002
【図２】
0006040121.tif 000003
【図３】
0006040121.tif 000004
【図４】
0006040121.tif 000005
【図５】
0006040121.tif 000006
【図６】
0006040121.tif 000007
【図７】
0006040121.tif 000008
【図８】
0006040121.tif 000009
【図９】
0006040121.tif 000010