(57)【要約】【課題】ＸＹ方向の位置検出及びＺ方向の位置検出の両方の検出感度が高い静電容量式３次元センサを提供する。【解決手段】本発明の静電容量式３次元センサ１は、送信用電極シート１０と、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０、Ｚ方向位置受信用電極シート３０、及び、送信用電極シート１０とＺ方向位置受信用電極シート３０との間に設けられた圧縮変形可能なスペーサシート４０とを備え、送信用電極シート１０は、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０とＺ方向位置受信用電極シート３０との間に設けられ、透明導電膜及び金属細線からなる電極部を有し、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０は、金属細線からなる電極部を有し、Ｚ方向位置受信用電極シート３０は、透明導電膜及び金属細線の少なくとも一方からなる電極部を有する。【選択図】図１
2018005673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用電極シートと、ＸＹ方向位置受信用電極シート、Ｚ方向位置受信用電極シート、及び、前記送信用電極シートと前記Ｚ方向位置受信用電極シートとの間に設けられた圧縮変形可能なスペーサシートとを備え、
前記送信用電極シートは、前記ＸＹ方向位置受信用電極シートと前記Ｚ方向位置受信用電極シートとの間に設けられ、透明導電膜及び幅１μｍ以上２００μｍ以下の金属細線からなる電極部を有し、
前記ＸＹ方向位置受信用電極シートは、幅１μｍ以上２００μｍ以下の金属細線からなる電極部を有し、
前記Ｚ方向位置受信用電極シートは、透明導電膜及び幅１μｍ以上２００μｍ以下の金属細線の少なくとも一方からなる電極部を有する、静電容量式３次元センサ。
【請求項２】
前記ＸＹ方向位置受信用電極シートの金属細線及び前記Ｚ方向位置受信用電極シートの金属細線は、少なくとも一部が平面視において重なっている、請求項１に記載の静電容量式３次元センサ。
【請求項３】
前記送信用電極シートの金属細線が網目状に形成されている、請求項１又は２に記載の静電容量式３次元センサ。
【請求項４】
前記Ｚ方向位置受信用電極シートの、前記スペーサシートとは反対側に配置された光源をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
【請求項５】
前記ＸＹ方向位置受信用電極シートの、前記送信用電極シートとは反対側の面に設けられた加飾層をさらに備え、該加飾層には、その厚さ方向に光を透過させる透光部と、光を遮る遮光部とが形成されている、請求項１〜４のいずれか一項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、透光性を有する静電容量式３次元センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タッチセンサ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提案されている（特許文献１）。
また、３次元入力を可能とする位置検出用電極体が透明で且つ光源を備えて、操作面を照光可能な静電容量式３次元センサも提案されている（特許文献２）。このような静電容量式３次元センサは、暗所又は夜間の使用に適している。
静電容量式３次元センサに使用される透明な位置検出用電極体においては、センサの電極部として、例えば、導電性高分子又は錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）を含む透明導電膜が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１３２７３６号
【特許文献２】特開２０１４−２２２３８８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２に記載の静電容量式３次元センサは、ＸＹ方向の位置検出感度又はＺ方向の位置検出感度が低くなることがあった。
本発明は、透光性を有し、ＸＹ方向の位置検出だけでなくＺ方向の位置検出も可能であり、しかもＸＹ方向の位置検出及びＺ方向の位置検出の両方の検出感度が高い静電容量式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】
本発明は、以下の態様を有する。
［１］送信用電極シートと、ＸＹ方向位置受信用電極シート、Ｚ方向位置受信用電極シート、及び、前記送信用電極シートと前記Ｚ方向位置受信用電極シートとの間に設けられた圧縮変形可能なスペーサシートとを備え、前記送信用電極シートは、前記ＸＹ方向位置受信用電極シートと前記Ｚ方向位置受信用電極シートとの間に設けられ、透明導電膜及び幅１μｍ以上２００μｍ以下の金属細線からなる電極部を有し、前記ＸＹ方向位置受信用電極シートは、幅１μｍ以上２００μｍ以下の金属細線からなる電極部を有し、前記Ｚ方向位置受信用電極シートは、透明導電膜及び幅１μｍ以上２００μｍ以下の金属細線の少なくとも一方からなる電極部を有する、静電容量式３次元センサ。
［２］前記ＸＹ方向位置受信用電極シートの金属細線及び前記Ｚ方向位置受信用電極シートの金属細線が平面視において重なっている、［１］に記載の静電容量式３次元センサ。
［３］前記送信用電極シートの金属細線が網目状に形成されている、［１］又は［２］に記載の静電容量式３次元センサ。
［４］前記Ｚ方向位置受信用電極シートの、前記スペーサシートとは反対側に配置された光源をさらに備える、［１］〜［３］のいずれか一に記載の静電容量式３次元センサ。
［５］前記ＸＹ方向位置受信用電極シートの、前記送信用電極シートとは反対側の面に設けられた加飾層をさらに備え、該加飾層には、その厚さ方向に光を透過させる透光部と、光を遮る遮光部とが形成されている、［１］〜［４］のいずれか一に記載の静電容量式３次元センサ。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の静電容量式３次元センサは、透光性を有し、ＸＹ方向の位置検出だけでなくＺ方向の位置検出も可能であり、しかもＸＹ方向の位置検出及びＺ方向の位置検出の両方の検出感度が高い。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る静電容量式３次元センサの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の実施形態を構成する送信用電極シートの透明導電膜、金属細線、引き回し配線及び外部接続用端子の一例を示す平面図である。
【図３】図１の実施形態を構成するＸＹ方向位置受信用電極シートの金属細線、引き回し配線及び外部接続用端子の一例を示す平面図である。
【図４】図１の実施形態を構成するＺ方向位置受信用電極シートの透明導電膜、金属細線、引き回し配線及び外部接続用端子の一例を示す平面図である。
【図５】送信用電極シートの透明導電膜、金属細線、引き回し配線及び外部接続用端子の他の例を示す平面図である。
【図６】送信用電極シートの透明導電膜、金属細線、引き回し配線及び外部接続用端子の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。）の一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。なお、図１を含む各図において、透明導電膜及び金属細線については模式的に示しており、特に金属細線については太めに表示している。
本実施形態の３次元センサ１は、送信用電極シート１０とＸＹ方向位置受信用電極シート２０とＺ方向位置受信用電極シート３０とスペーサシート４０と光源５０と加飾層６０とを備える。また、本実施形態の３次元センサ１は、支持体となる基板８０を備えている。
本実施形態では、加飾層６０が最表に配置され、加飾層６０にＸＹ方向位置受信用電極シート２０が隣接し、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０の、加飾層６０が接する面とは反対側の面にスペーサシート４０が設けられている。また、スペーサシート４０の、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０が接する面とは反対側の面に、Ｚ方向位置受信用電極シート３０が設けられている。Ｚ方向位置受信用電極シート３０には、光源５０が隣接している。
この３次元センサ１においては、加飾層６０の露出した面が指等を接触させる操作面Ａとされ、該操作面Ａに発光する部分が形成されるようになっている。また、操作面Ａを有する加飾層６０側が前面側であり、光源５０側が背面側である。光源５０を備えた本実施形態の３次元センサ１は照光型の３次元センサである。
【０００９】
（送信用電極シート）
送信用電極シート１０は、基材シート１１と、基材シート１１の前面側の面１１ａ（第１面１１ａ）に形成されたパターン状の透明導電膜１２と、透明導電膜１２の表面に形成されたパターン状の金属細線１３と、絶縁膜１４とを有する。透明導電膜１２及び金属細線１３は電極部となり、送信用電極シート１０は、ＸＹ方向位置検出及びＺ方向位置検出のための送信用の電極として使用される。
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。
本発明において、「透明」とは、ＪＩＳ  Ｋ７１０５に従って測定した光線透過率が５０％以上のことを意味する。
【００１０】
基材シート１１としては、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１１の厚さは２５μｍ以上７５μｍ以下であることが好ましい。基材シート１１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。
【００１１】
透明導電膜１２は、導電性高分子を含む膜、金属系材料を含む膜、金属ナノワイヤーを含む膜、カーボンを含む膜、金属蒸着法によって形成された金属蒸着膜等が挙げられる。これら透明導電膜のなかでも、可撓性が高いことから、導電性高分子を含む膜が好ましい。
導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン等が挙げられる。導電性高分子のなかでもポリチオフェンが好ましく、特に、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）にポリスチレンスルホン酸がドープしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳが好ましい。
金属系材料としては、金粒子、銀粒子、銅粒子、ニッケル粒子、アルミニウム粒子、クロム粒子、錫ドープ酸化インジウム等が挙げられる。
金属ナノワイヤーとしては、銀ナノワイヤー、金ナノワイヤー、銅ナノワイヤー等が挙げられる。
カーボンとしては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノバッド、グラフェン等が挙げられる。
【００１２】
透明導電膜１２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。透明導電膜１２に表面処理が施されていると、絶縁膜１４との密着性が向上する。
【００１３】
透明導電膜１２の厚さは、導電性高分子を含む膜の場合には、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上２．０μｍ以下であることがより好ましい。
透明導電膜１２の厚さは、金属ナノワイヤーを含む膜の場合には、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。
透明導電膜１２の厚さは、金属系材料またはカーボンを含む膜の場合には、０．０１μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。
透明導電膜１２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。
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変位計測によって厚さを測定することができる。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することができる。
【００１４】
本実施形態における透明導電膜１２は、図２に示すように、Ｘ方向に沿って形成された幅一定の帯状のＸ方向電極部１２ａを複数有する。
Ｘ方向電極部１２ａの幅は２ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。Ｘ方向電極部１２ａ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１２ａ，１２ａ同士の間隔は０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることがより好ましい。隣接するＸ方向電極部１２ａ，１２ａ同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１の位置検出精度を向上させることができる。しかし、隣接するＸ方向電極部１２ａ，１２ａ同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。
【００１５】
金属細線１３は、幅１μｍ以上２００μｍ以下の金属線である。本実施形態における金属細線１３は、網目状に形成されている。
金属細線１３の幅が前記下限値未満であると、位置検出感度が低下する傾向にあり、前記上限値を超えると、光透過性が低下しやすくなる。金属細線１３の幅は、１μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
隣接する金属細線１３，１３同士の間隔（ピッチ）は、５０μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることがより好ましい。隣接する金属細線１３，１３同士の間隔が前記下限値以上であれば、位置検出感度がより高くなりやすく、前記上限値以下であれば、光透過性がより高くなる。金属細線１３の厚さが前記下限値以上であれば、位置検出感度がより高くなりやすく、前記上限値以下であれば、可撓性が高くなる。
金属細線１３の厚さは０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。
金属細線１３を構成する金属としては、例えば、銀、銅、金、ニッケル、アルミニウム、クロム等が挙げられる。金属細線１３には、必要に応じて、バインダ樹脂が含まれてもよい。
【００１６】
絶縁膜１４は、基材シート１１、透明導電膜１２及び金属細線１３を被覆する絶縁性樹脂の膜である。絶縁膜１４によって、透明導電膜１２及び金属細線１３の劣化（酸化、腐食）を防止することができる。
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１４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１４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１４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。
【００１７】
送信用電極シート１０は、引き回し配線１５ａと、外部接続用端子１５ｂとを有する。引き回し配線１５ａは、各Ｘ方向電極部１２ａと外部接続用端子１５ｂとを接続するための配線である。
引き回し配線１５ａの幅は２０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。引き回し配線１５ａの幅が前記下限値以上であれば、引き回し配線１５ａ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１５ａ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１５ａ，１５ａ同士の間隔は２０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。隣接する引き回し配線１５ａ，１５ａ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１５ａ，１５ａ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１５ｂ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１５ｂは、矩形状の導電部となっている。
【００１８】
（ＸＹ方向位置受信用電極シート）
ＸＹ方向位置受信用電極シート２０は、Ｘ方向及びＹ方向の位置を検出する際に使用される受信用の電極シートであって、送信用電極シート１０よりも前面側に設けられている。
本実施形態におけるＸＹ方向位置受信用電極シート２０は、基材シート２１と、基材シート２１の前面側の面２１ａ（第１面２１ａ）に形成された金属細線２３と、絶縁膜２４とを有する。金属細線２３は受信用の電極部である。
なお、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０は、Ｚ方向の位置検出には関与しないため、透明導電膜を有さなくてよい。
【００１９】
基材シート２１としては、基材シート１１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１１と同一のものとする必要はない。
本実施形態における金属細線２３は、図３に示すように、複数本形成されている。各金属細線２３は、Ｙ方向に沿って直線状に形成されている。金属細線２３としては、金属細線１３と同様のものを使用することができる。ただし、金属細線１３と同一のものとする必要はない。
金属細線２３の幅は０．０３ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。金属細線２３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。
隣接する金属細線２３，２３同士の間隔は１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。隣接する金属細線２３，２３同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１の位置検出精度を向上させることができる。しかし、隣接する金属細線２３，２３同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。
絶縁膜２４は、基材シート２１及び金属細線２３を被覆する膜である。絶縁膜２４としては、絶縁膜１４と同様のものを使用することができる。ただし、絶縁膜１４と同一のものとする必要はない。
【００２０】
ＸＹ方向位置受信用電極シート２０は、引き回し配線２５ａと、外部接続用端子２５ｂとを有する。引き回し配線２５ａは、各金属細線２３と外部接続用端子２５ｂとを接続するための配線である。引き回し配線２５ａの好ましい幅や間隔は、上記の引き回し配線１５ａと同様である。
引き回し配線２５ａ及び外部接続用端子２５ｂの形成方法としては、基材シート２１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。
【００２１】
本実施形態におけるＸＹ方向位置受信用電極シート２０には、一方の面から入射した光を拡散させて出射させる光拡散層２６が形成されている。本実施形態における光拡散層２６は、絶縁膜２４に直接形成されている。光拡散層２６を備えることで、操作面Ａにおける照度を均一化することができる。特に、金属細線１３，２３及び後述の金属細線３３の幅を広めにした場合には、光拡散層２６を設けることが好ましい。
光拡散層２６としては、例えば、少なくとも一方の面に凹凸が形成された透明材料層、光拡散性粒子を含む透明材料層等が挙げられる。透明材料は、透明樹脂でもよいし、ガラスでもよい。
【００２２】
（Ｚ方向位置検出用電極シート）
Ｚ方向位置受信用電極シート３０は、Ｚ方向の位置を検出する際に使用される受信用の電極シートである。
本実施形態におけるＺ方向位置受信用電極シート３０は、基材シート３１と、基材シート３１の前面側の面３１ａ（第１面３１ａ）に形成されたパターン状の透明導電膜３２と、透明導電膜３２の表面に形成されたパターン状の金属細線３３と、絶縁膜３４とを有する電極シートである。透明導電膜３２及び金属細線３３は受信用の電極部である。
【００２３】
基材シート３１としては、基材シート１１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１１と同一のものとする必要はない。
本実施形態における透明導電膜３２は、図４に示すように、Ｙ方向に沿って形成された幅一定の帯状のＹ方向電極部３２ａを複数有する。透明導電膜３２の構成成分及び好ましい形状は、透明導電膜１２と同様である。
金属細線３３としては、金属細線１３と同様のものを使用することができる。ただし、本実施形態における金属細線３３は、図４に示すように、複数本形成されている。各金属細線３３は、Ｙ方向に沿って複数本形成され、且つ、平面視において金属細線２３と少なくとも一部が重なるように形成されている。ただし、金属細線３３と金属細線２３とが重なることは本発明の必須要件ではない。
金属細線３３の幅は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることがより好ましい。金属細線３３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。
隣接する金属細線３３，３３同士の間隔は１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。隣接する金属細線３３，３３同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１の位置検出精度を向上させることができる。しかし、隣接する金属細線３３，３３同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。
ただし、金属細線３３は、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０の金属細線２３よりも幅広とされている。金属細線３３が金属細線２３よりも幅が広いと、金属細線２３の位置が少しずれても金属細線３３に重なりやすいため、透光性及び感度が高くなる。
絶縁膜３４は、基材シート３１、透明導電膜３２及び金属細線３３を被覆する膜である。絶縁膜３４としては、絶縁膜３４と同様のものを使用することができる。ただし、絶縁膜１４と同一のものとする必要はない。
【００２４】
Ｚ方向位置受信用電極シート３０は、引き回し配線３５ａと、外部接続用端子３５ｂとを有する。引き回し配線３５ａは、各Ｙ方向電極部３２ａと外部接続用端子３５ｂとを接続するための配線である。引き回し配線３５ａの好ましい幅や間隔は、上記の引き回し配線１５ａと同様である。
引き回し配線３５ａ及び外部接続用端子３５ｂの形成方法としては、基材シート３１の第１面３１ａ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１５ｂ，２５ｂ，３５ｂは、互いに重ならないように配置されている。
【００２５】
（スペーサシート）
スペーサシート４０は、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０とＺ方向位置受信用電極シート３０との間に設けられた圧縮変形可能な易変形体である。
本実施形態におけるスペーサシート４０は、弾性層用基材シート４１と、弾性層用基材シート４１の一方の面に設けられた弾性層４２とを備える。本実施形態では、弾性層用基材シート４１がＺ方向位置受信用電極シート３０側に配置され、弾性層４２がＸＹ方向位置受信用電極シート２０側に配置されている。
【００２６】
弾性層用基材シート４１としては、基材シート１１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１１と同一のものとする必要はない。
本実施形態では、弾性層用基材シート４１が、Ｚ方向位置受信用電極シート３０の絶縁膜３４に貼合されている。
【００２７】
弾性層４２は、弾性材料からなるシートであって、一方の面に円柱状の弾性スペーサ４２ａが多数設けられたものである。弾性スペーサ４２ａは、その天面が基材シート１１側に向くように設けられている。
弾性層４２は、厚さを１ｃｍとして測定した際のショアＡ硬度が８５以下であることが好ましい。弾性層４２のショアＡ硬度が８５以下であれば、その表面が押圧された際に容易に弾性変形可能となる。ただし、軟らかすぎると、弾性変形後の回復が遅くなるため、弾性層４２のショアＡ硬度は１０以上であることが好ましい。
３次元センサ１が弾性層４２を備えることによって、加飾層６０を押圧していないときには、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０とＺ方向位置受信用電極シート３０とを容易に一定間隔にできる。加飾層６０を押圧したときには、弾性層４２、特に弾性スペーサ４２ａを圧縮変形させることができ、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０とＺ方向位置受信用電極シート３０との距離を容易に縮めることができる。
弾性層４２を構成する弾性材料としては、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あるいは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、ブタジエン系あるいはフッ素系等の熱可塑性エラストマー；あるいはそれらの複合物等などが挙げられる。本発明では、押圧力と押圧力に応じた電極間距離との関係が一貫して変わらないことが重要であるため、ゴム状弾性体は繰り返しの押圧に対する寸法変化が比較的小さい、すなわち、圧縮永久歪が比較的小さいシリコーンゴムが好適である。
【００２８】
弾性スペーサ４２ａの高さは３０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。弾性スペーサ４２ａの高さが前記下限値以上であれば、押圧時にＸＹ方向位置受信用電極シート２０がより撓みやすくなって充分な変位量を確保でき、前記上限値以下であれば、容易に形成できる。
弾性スペーサ４２ａは弾性層４２の一方の面に規則的に配置され、例えば、６０度千鳥状、角千鳥状、並列状、格子状に配列される。
隣接する弾性スペーサ４２ａ，４２ａのピッチは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。隣接する弾性スペーサ４２ａ，４２ａのピッチが前記下限値以上であれば、加飾層６０を押圧したときにＸＹ方向位置受信用電極シート２０をより容易に撓ませることができる。
【００２９】
（光源）
光源５０としては、液晶表示装置等に使用されるバックライトと同様のものを使用することができ、本実施形態では、導光板５１と発光体５２とから構成された光源が使用される。
【００３０】
導光板５１は、透明材料からなる矩形状の板であり、Ｚ方向位置受信用電極シート３０の背面側に設けられている。また、導光板５１は、基材シート３１に貼合されて、Ｚ方向位置受信用電極シート３０を支持する支持部材としても機能する。
透明材料としては、透明プラスチック、ガラスを使用することができる。透明プラスチックとしては、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、光学特性に優れることから、ポリカーボネート、アクリル樹脂又は環状ポリオレフィンが好ましい。
【００３１】
発光体５２は、導光板５１の一側面５１ａの近傍に設けられ、導光板５１の側面５１ａに向けて光を照射するものである。発光体５２としては、例えば、発光ダイオード、冷陰極管等を使用することができる。
【００３２】
（加飾層）
加飾層６０は、その厚さ方向に光を透過させる透光部６１と、光を遮る遮光部６２とを有する。透光部６１に図柄又は文字が形成されるように、遮光部６２が形成されている。
本実施形態における加飾層６０は、透明シート６３と、透明シート６３の背面側に設けられた遮光層６４とを備える。遮光層６４の形成によって遮光部６２が形成される。
透明シート６３を構成する材料としては、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。
遮光層６４は、印刷層でもよいし、着色シートでもよい。本実施形態において、遮光層６４は、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０の光拡散層２６に貼合されている。遮光層６４の形成パターンは、３次元センサ１の用途に応じて決められる。
【００３３】
（接着層）
本実施形態においては、接着層７４によって送信用電極シート１０の絶縁膜１４とＸＹ方向位置受信用電極シート２０の基材シート２１とが接着されている。
接着層７３によって送信用電極シート１０の基材シート１１とスペーサシート４０の弾性層４２とが接着されている。
接着層７２によってスペーサシート４０の弾性層用基材シート４１とＺ方向位置受信用電極シート３０の絶縁膜３４とが接着されている。
接着層７１によってＺ方向位置受信用電極シート３０の基材シート３１と導光板５１とが接着されている。
接着層７５によって光拡散層２６と加飾層６０とが接着されている。
【００３４】
接着層７１，７２，７３，７４，７５は、接着剤を用いて形成されたものでもよいし、粘着剤層を備える両面テープを用いて形成されたものでもよい。接着剤又は粘着剤としては特に制限されず、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等を用いることができる。また、接着層７１，７２，７３，７４，７５はホットメルト系接着剤であってもよい。
接着層７３においては、スペーサシート４０の弾性層４２と同種の材料により形成されたものでもよい。柔らかい弾性層４２は粘着性を有するから、弾性層４２と接着層７３とが同種の材料であると、強固に接着できる。
【００３５】
（基板）
本実施形態において、３次元センサ１が設置される基板８０は、支持部材８１と、支持部材８１の一方の面に形成されたシールド層８２とを備える。シールド層８２に導光板５１が接着されている。
支持部材８１としては、例えば、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板等が挙げられる。
シールド層８２は、金属層であり、例えば、銅、アルミニウム、銀等から構成される。シールド層はパターンを有するものではない。また、シールド層８２は、光反射性を有することが好ましいが、光反射性を有さなくてもよい。
支持部材８１及びシールド層８２を備える基板８０として、プリント基板を用いることができる。
【００３６】
（３次元センサの製造方法）
上記３次元センサ１の製造方法としては特に制限されず、例えば、送信用電極シート作製工程とＸＹ方向位置受信用電極シート作製工程とＺ方向位置受信用電極シート作製工程とスペーサシート作製工程と加飾層作製工程と接合工程と発光体設置工程と基板設置工程とを有する方法が挙げられる。
以下、各工程の一例について説明する。
【００３７】
［送信用電極シート作製工程］
送信用電極シート作製工程では、基材シート１１の第１面１１ａに透明導電膜１２と金属細線１３と引き回し配線１５ａと外部接続用端子１５ｂとを形成し、これらの上に絶縁膜１４を形成することにより、送信用電極シート１０を得る。
具体的には、基材シート１１の第１面１１ａの少なくとも一部に、透明導電膜を形成する。透明導電膜の形成方法としては、各種コーター（例えばバーコーター等）を用いた塗工法、各種印刷機（例えばグラビア印刷機等）を用いた印刷法のいずれであってもよい。透明導電膜のパターニング方法としては、例えば、フォトリソグラフィ等のウェットエッチング、レーザ又はプラズマを用いたドライエッチング等が挙げられる。前記透明導電膜は、パターンを有するものでもよいし、パターンのないものでもよい。
次いで、前記透明導電膜の表面に金属細線１３を形成する。
金属細線１３の形成方法としては、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パターニングする方法等が挙げられる。印刷方法としては、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷等が挙げられる。金属箔又は金属蒸着膜のパターニング方法としては、例えば、フォトリソグラフィ等のウェットエッチング、レーザ又はプラズマを用いたドライエッチング等が挙げられる。
金属細線１３の可撓性を向上させる点では、金属粒子を含むインクを印刷する方法のなかでも、銀ペーストを印刷する方法が好ましい。また、金属細線１３の可撓性を向上させる点では、金属箔又は金属蒸着膜をパターニングする方法も好ましい。金属細線又は金属蒸着膜は薄膜化しやすいため、可撓性を向上させやすい。
また、基材シート１１の第１面１１ａに、金属細線１３の形成方法と同様の方法により引き回し配線１５ａを形成する。金属細線１３の形成と引き回し配線１５ａの形成は同時であってもよい。
次いで、引き回し配線１５ａの端部に導電性ペーストをスクリーン印刷した後、硬化させて、外部接続用端子１５ｂを形成する。
次いで、基材シート１１、透明導電膜１２、金属細線１３、引き回し配線１５ａ及び外部接続用端子１５ｂを覆うように絶縁膜１４を形成して、送信用電極シート１０を得る。
絶縁膜１４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。
得られた送信用電極シート１０は、必要に応じて所定の形状になるように周縁をトリミングしてもよい。
【００３８】
［ＸＹ方向位置受信用電極シート作製工程］
ＸＹ方向位置受信用電極シート作製工程では、基材シート２１の第１面２１ａに金属細線２３と引き回し配線２５ａと外部接続用端子２５ｂとを形成し、これらを覆うように絶縁膜２４を形成し、絶縁膜２４の表面に光拡散層２６を形成することにより、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０を得る。
ＸＹ方向位置受信用電極シート２０における金属細線２３の形成方法は、送信用電極シート１０における金属細線１３の形成方法と同様である。
ＸＹ方向位置受信用電極シート２０における引き回し配線２５ａ及び外部接続用端子２５ｂの形成方法は、送信用電極シート１０における引き回し配線１５ａ及び外部接続用端子１５ｂの形成方法と同様である。
ＸＹ方向位置受信用電極シート２０における絶縁膜２４の形成方法は、送信用電極シート１０の絶縁膜１４の形成方法と同様である。
得られたＸＹ方向位置受信用電極シート２０は、必要に応じて所定の形状になるように周縁をトリミングしてもよい。
【００３９】
［Ｚ方向位置受信用電極シート作製工程］
Ｚ方向位置受信用電極シート作製工程では、基材シート３１の第１面３１ａに透明導電膜３２と金属細線３３と引き回し配線３５ａと外部接続用端子３５ｂとを形成し、これらの上に絶縁膜３４を形成することにより、Ｚ方向位置受信用電極シート３０を得る。
Ｚ方向位置受信用電極シート３０における透明導電膜３２の形成方法は、送信用電極シート１０における透明導電膜１２の形成方法と同様である。
Ｚ方向位置受信用電極シート３０における金属細線３３の形成方法は、送信用電極シート１０における金属細線１３の形成方法と同様である。
Ｚ方向位置受信用電極シート３０における引き回し配線３５ａ及び外部接続用端子３５ｂの形成方法は、送信用電極シート１０における引き回し配線１５ａ及び外部接続用端子１５ｂの形成方法と同様である。
Ｚ方向位置受信用電極シート３０における絶縁膜３４の形成方法は、送信用電極シート１０の絶縁膜１４の形成方法と同様である。
得られたＺ方向位置受信用電極シート３０は、必要に応じて所定の形状になるように周縁をトリミングしてもよい。
【００４０】
［スペーサシート作製工程］
スペーサシート作製工程は、弾性層４２を作製する弾性層作製工程と、該弾性層４２を弾性層用基材シート４１に貼合する貼合工程とを有する。
弾性層作製工程では、金型を使用し、弾性材料を成形して、シートの一方の面に円柱状の弾性スペーサ４２ａを多数設けた弾性層４２を作製する。弾性層４２を作製するための弾性材料の成形方法としては、プレス成形法、射出成形法、スクリーン印刷法、注型成形法等を適用することができる。
貼合工程では、弾性層４２と弾性層用基材シート４１とを、接着剤を用いて接着してもよいし、熱溶着してもよい。また、金型内に弾性層用基材シート４１を予め配置させておき、弾性材料を成形して弾性層４２を形成すると同時に、その弾性層４２を弾性層用基材シート４１に貼合してもよい。
【００４１】
［加飾層作製工程］
加飾層作製工程では、透明シート６３の一方の面に遮光層６４を形成して加飾層６０を形成する。
遮光層６４の形成方法としては、例えば、透明シート６３の一方の面に、着色剤等の遮光材料を含むインクを印刷する方法、遮光材料を含む着色シートを遮光層６４のパターンに打ち抜いた後、透明シートに貼合する方法等が挙げられる。
【００４２】
［接合工程］
接合工程では、接着層７４を設けて送信用電極シート１０の絶縁膜１４とＸＹ方向位置受信用電極シート２０の基材シート２１とを接着する。
また、接着層７３を設けて送信用電極シート１０の基材シート１１とスペーサシート４０の弾性層４２とを接着する。
また、接着層７２を設けてスペーサシート４０の弾性層用基材シート４１とＺ方向位置受信用電極シート３０の絶縁膜３４とを接着する。
また、接着層７１を設けてＺ方向位置受信用電極シート３０の基材シート３１と導光板５１とを接着する。
また、接着層７５を設けて光拡散層２６と加飾層６０とを接着する。
最終的に、加飾層６０とＸＹ方向位置受信用電極シート２０と送信用電極シート１０とスペーサシート４０とＺ方向位置受信用電極シート３０と導光板５１とからなる積層体を得ることができれば、接着の順序には特に制限はない。
接着方法としては、粘着剤層を備える両面テープを用いる方法、接着剤を用いる方法が挙げられる。
ただし、送信用電極シート１０とスペーサシート４０との接着においては、スペーサシート４０の弾性層４２の表面に易接着処理を施し、易接着処理を施した面に送信用電極シート１０を圧着する方法を適用することができる。易接着処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理等が挙げられる。
【００４３】
［発光体設置工程］
発光体設置工程では、導光板５１の一側面５１ａの近傍に発光体５２を設置する工程である。発光体５２は公知の取り付け用部材を用いて取り付ければよい。
【００４４】
［基板設置工程］
基板設置工程では、導光板５１の背面に基板８０を設置する工程である。具体的には、導光板５１の背面にシールド層８２を接触させ、接着剤等により貼り付けることにより、基板８０を設置する。
【００４５】
（作用効果）
上記３次元センサ１においては、ＸＹＺ方向の位置を検出するための電極部が、透明導電膜１２，３２と、遮光箇所が少ない金属細線１３，２３，３３とから形成されているため、光透過性が高く、光源５０からの光を透光部から充分な照度で出射させることができる。
操作面Ａに接触させた指のＸＹ方向の位置を検出する際には、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０の金属細線２３と送信用電極シート１０の透明導電膜１２及び金属細線１３とが使用される。具体的には、操作面Ａに指が接触した際の静電容量変化を、金属細線２３と透明導電膜１２と金属細線１３を用いて測定して、ＸＹ方向における指接触の位置を検出する。
電極部が、電気抵抗がやや大きい透明導電膜のみでは、検出感度が低くなる傾向にある。特に引き回し配線１５ａから離れる程、感度が低下する傾向にある。しかし、上記３次元センサ１では、電気抵抗が小さい金属細線１３，２３を使用しているため、指の接触による静電容量変化を高感度で検出することができる。したがって、３次元センサ１では、ＸＹ方向位置検出の感度が高くなる。
操作面Ａを指で押圧したときのＺ方向の位置を検出する際には、対向する電極部の面積が広い程、押圧時の静電容量変化を検知しやすく感度が向上する傾向にある。そのため、対向面積が小さい金属細線のみの電極部ではＺ方向位置検出の感度が低くなる傾向にある。しかし、上記３次元センサ１では、送信用電極シート１０に膜状である程度の面積を有する透明導電膜１２を用いているため、Ｚ方向位置受信用電極シート３０の電極部（透明導電膜３２及び金属細線３３）との対向面積が大きい。したがって、３次元センサ１では、Ｚ方向位置の検出感度が高くなる。特に、本実施形態では、送信用電極シート１０の金属細線１３が網目状とされ、Ｚ方向位置受信用電極シート３０にも透明導電膜３２が形成されているため、より対向面積が大きく、感度がより高くなる。
さらに、上記３次元センサ１では、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０とＺ方向位置受信用電極シート３０との間に配置されているものがスペーサシート４０と接着層７２，７３，７４のみであり、導光板等の厚い部材は配置されない。そのため、ＸＹ方向位置受信用電極シート２０とＺ方向位置受信用電極シート３０との距離が近くなり、Ｚ方向位置検出の精度をより向上させることができる。
【００４６】
（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。
送信用電極シートの金属細線は網目状に形成されている必要はなく、例えば、Ｘ方向に沿って直線状に形成されてもよい。Ｘ方向に沿って直線状に形成される場合には、図５に示すように、Ｘ方向を長手方向とした矩形状の透明導電膜１２の表面にて、透明導電膜１２の短手方向の中央に金属細線１３が形成されてもよい。又は、図６に示すように、Ｘ方向を長手方向とした矩形状の透明導電膜１２の表面にて、透明導電膜１２の長辺に沿って金属細線１３が形成されてもよい。
送信用電極シートにおいては、透明導電膜の表面に金属細線が形成されている必要はなく、金属細線を覆うように透明導電膜が形成されてもよい。その場合、金属細線を形成した後に、スクリーン印刷等によって透明導電膜を形成すればよい。
ＸＹ方向位置受信用電極シートの金属細線は、直線状に形成されている必要はなく、例えば、ジグザグ状、波線状等であってもよい。金属細線を形成しやすい点では、直線状が好ましい。
【００４７】
Ｚ方向位置受信用電極シートの金属細線は、Ｙ方向に沿って直線状に形成されている必要はなく、網目状に形成されてもよいし、例えば、ジグザグ状、波線状等であってもよい。金属細線を形成しやすい点では、直線状が好ましい。
また、Ｚ方向位置受信用電極シートの金属細線は、平面視においてＸＹ方向位置受信用電極シートの金属細線と重ならず、ずれていてもよい。ただし、高透光性及び高感度にする点では、Ｚ方向位置受信用電極シートの金属細線は、平面視においてＸＹ方向位置受信用電極シートの金属細線と重なっていることが好ましい。
また、Ｚ方向位置受信用電極シートは、金属細線が形成されず、透明導電膜のみ形成されてもよいし、透明導電膜が形成されず、金属細線のみ形成されてもよい。
Ｚ方向位置受信用電極シートは、送信用電極シートよりも前面側に設けてもよい。しかし、ＸＹ方向位置検出感度を高くするためには、Ｚ方向位置受信用電極シートを送信用電極シートよりも背面側に設けて、ＸＹ方向位置受信用電極シートを送信用電極シートよりも前面側に配置することが好ましい。
【００４８】
スペーサシートの弾性スペーサは、円柱状、すなわち天面が円形の柱状でなくてもよく、例えば、天面が楕円形又は多角形（例えば三角形、四角形）の柱状でもよいし、円錐状、角錐状、格子状等でもよい。
スペーサシートは、弾性層用基材シートを有さなくてもよい。また、圧縮変形しやすいものであれば、弾性層が弾性スペーサを有さなくてもよく、厚さ一定の層でもよい。
【００４９】
光源５０は、導光板を用いずに、発光ダイオード又は冷陰極管の発光体のみを使用してもよい。その場合、Ｚ方向位置受信用電極シートの背面近傍に、少なくとも１個の発光体を直接配置する。発光体を複数使用する場合には、３次元センサの操作面の照度が均一になるように各発光体を設置することが好ましい。
【００５０】
本発明の３次元センサにおいて、光拡散層は絶縁膜に直接形成される必要はなく、絶縁膜に、別途形成した光拡散層を積層してもよい。例えば、光拡散層を備える光拡散性フィルムを絶縁膜に貼り付けてもよい。また、本発明の３次元センサにおいては、光拡散層を備えていなくてもよい。
操作面の全面を照光させる場合には、本発明の３次元センサは、加飾層を備えていなくてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  ３次元センサ
１０  送信用電極シート
１１  基材シート
１２  透明導電膜
１２ａ  Ｘ方向電極部
１３  金属細線
１４  絶縁膜
１５ａ，２５ａ，３５ａ  引き回し配線
１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ  外部接続用端子
２０  ＸＹ方向位置受信用電極シート
２１  基材シート
２３  金属細線
２４  絶縁膜
３０  Ｚ方向位置受信用電極シート
３１  基材シート
３２  透明導電膜
３２ａ  Ｙ方向電極部
３３  金属細線
３４  絶縁膜
４０  スペーサシート
４１  弾性層用基材シート
４２  弾性層
４２ａ  弾性スペーサ
５０  光源
５１  導光板
５２  発光体
６０  加飾層
６１  透光部
６２  遮光部
６３  透明シート
６４  遮光層
７１，７２，７３，７４，７５  接着層
Ａ  操作面
【図１】
2018005673.tif 000003
【図２】
2018005673.tif 000004
【図３】
2018005673.tif 000005
【図４】
2018005673.tif 000006
【図５】
2018005673.tif 000007
【図６】
2018005673.tif 000008