(57)【要約】【課題】タッチセンサの操作面を装置内部から高輝度で照らすことができる静電容量式３次元センサの提供を目的とする。【解決手段】平面ＸＹ方向及び奥行きＺ方向の入力を検知する静電容量式３次元センサであって、前記平面ＸＹ方向の入力を検知するＸＹ電極体４０と、シート状の弾性体３２を有する易変形体３０と、前記奥行きＺ方向の入力を検知するＺ電極体２０と、をこの順で、前記奥行きＺ方向に見て重なるように備え、さらに、前記ＸＹ電極体と前記Ｚ電極体の間に、導光シート７０を備えている、静電容量式３次元センサ１。【選択図】図１
2018022363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面ＸＹ方向及び奥行きＺ方向の入力を検知する静電容量式３次元センサであって、
前記平面ＸＹ方向の入力を検知するＸＹ電極体と、
シート状の弾性体を有する易変形体と、
前記奥行きＺ方向の入力を検知するＺ電極体と、をこの順で、前記奥行きＺ方向に見て重なるように備え、
さらに、前記ＸＹ電極体と前記Ｚ電極体の間に、導光シートを備えている、静電容量式３次元センサ。
【請求項２】
光源を備え、
前記導光シートの端部が前記ＸＹ電極体より外方に延長されてなる光誘導部は、前記光源の光出射部に対向する位置に配置されている、請求項１に記載の静電容量式３次元センサ。
【請求項３】
前記導光シートは、前記ＸＹ電極体と前記易変形体の間に配置されている、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】
前記導光シートは、前記ＸＹ電極体に密着して配置されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
【請求項５】
光源と、前記光源を支持する基板を備え、
前記Ｚ電極体は、前記基板と一体化している、請求項１〜４の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
【請求項６】
前記ＸＹ電極体の前記導光シートとは反対側にカバープレートを備え、
前記カバープレートには、その厚さ方向に光を透過させる透明な透光部と、不透明な遮光部とが形成されており、
前記導光シートから放射され、前記ＸＹ電極体を透過した光の少なくとも一部が、前記透光部を透過して外部へ出射される、請求項１〜５の何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、操作面が内部から照らされる静電容量式３次元センサに関する。
【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が主流であったが、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が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９１１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タッチセンサの操作面の視認性、操作性、装飾性等を向上させる目的で、センサ装置の内部にＬＥＤ等の光源を配置し、操作面を内部から外部へ向けて照らすことが求められている。しかし、センサ装置の底部に光源を配置した場合、その上方に配置された操作面との間には、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向をセンシングする電極シート等が３層以上介在しているため、光源から操作面に到達する光の輝度（光量）が低下する問題がある。
【０００５】
本発明は、タッチセンサの操作面を装置内部から高輝度で照らすことができる静電容量式３次元センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］  平面ＸＹ方向及び奥行きＺ方向の入力を検知する静電容量式３次元センサであって、前記平面ＸＹ方向の入力を検知するＸＹ電極体と、シート状の弾性体を有する易変形体と、前記奥行きＺ方向の入力を検知するＺ電極体と、をこの順で、前記奥行きＺ方向に見て重なるように備え、さらに、前記ＸＹ電極体と前記Ｚ電極体の間に、導光シートを備えている、静電容量式３次元センサ。
［２］  光源を備え、前記導光シートの端部が前記ＸＹ電極体より外方に延長されてなる光誘導部は、前記光源の光出射部に対向する位置に配置されている、［１］に記載の静電容量式３次元センサ。
［３］  前記導光シートは、前記ＸＹ電極体と前記易変形体の間に配置されている、［１］又は［２］に記載の静電容量式３次元センサ。
［４］  前記導光シートは、前記ＸＹ電極体に密着して配置されている、［１］〜［３］の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
［５］  光源と、前記光源を支持する基板を備え、前記Ｚ電極体は、前記基板と一体化している、［１］〜［４］の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
［６］  前記ＸＹ電極体の前記導光シートとは反対側にカバープレートを備え、前記カバープレートには、その厚さ方向に光を透過させる透明な透光部と、不透明な遮光部とが形成されており、前記導光シートから放射され、前記ＸＹ電極体を透過した光の少なくとも一部が、前記透光部を透過して外部へ出射される、［１］〜［５］の何れか一項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次元センサによれば、Ｚ電極体よりも操作面に近い側に導光シートを配置しているので、操作面を従来よりも高輝度で照らすことができる。これにより、操作面の視認性、操作性、装飾性等を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る第一実施形態の静電容量式３次元センサ１の断面の分解図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態の静電容量式３次元センサ１の平面図である。
【図３】図２の平面図から、カバープレート５０及びＸＹ電極体４０を取り除いた平面図である。
【図４】本発明に係る第二実施形態の静電容量式３次元センサ２の断面の分解図である。
【図５】本発明に係る第三実施形態の静電容量式３次元センサ３の断面の分解図である。
【図６】本発明に係る第四実施形態の静電容量式３次元センサ４の断面の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
《第一実施形態》
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。）の第一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下の全ての図面において、各構成要素の厚さや寸法の比率は、必ずしも実際の比率と一致しておらず、図面を見やすくするために適宜調整している。
図１は第一実施形態の３次元センサ１の断面図であり、図２はその平面図である。図２のＧ−Ｇ線で切断した断面が図１の断面図である。
図１では、紙面の右手方向がＸ方向、紙面の下方向がＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に対して垂直な紙面の手前方向がＹ方向である。
図２では、紙面の右手方向がＸ方向、紙面の下方向がＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直な紙面の奥行き方向がＺ方向である。
【００１０】
図１〜２に示す３次元センサ１は、平面ＸＹ方向及び奥行きＺ方向を検知する静電容量式３次元センサであって、光が透過する透光部５１が設けられた操作面を有するカバープレート５０と、前記平面ＸＹ方向の入力を検知するシート状のＸＹ電極体４０と、シート状の弾性体３２を有する易変形体３０と、前記奥行きＺ方向の入力を検知するシート状のＺ電極体２０と、を備えている。
【００１１】
３次元センサ１を奥行きＺ方向（センサの厚さ方向）に見て、カバープレート５０、ＸＹ電極体４０、易変形体３０、及びＺ電極体２０が、この順で重なるように、支持部材１１の前面１１ａに積層されている。この積層体の近傍には、支持部材１１の前面１１ａにＬＥＤ等の光源６０が設置されている。
【００１２】
本明細書では、カバープレート５０側を「前側」又は「前面側（表側）」といい、支持部材１１側を「裏側」又は「裏面側」という。
【００１３】
導光シート７０は透明部材からなる。導光シート７０の光源６０に近い側の端部は、ＸＹ電極体４０より外方に（ＸＹ電極体から離れるように）延長されてなる部分（光誘導部）７０ａを有する。光誘導部７０ａは、支持部材１１の前面１１ａに設置された光源６０に向かって延設され、その側面（端面）７０ｂが光源６０の光出射部に対向して配置されている。この配置により、光源６０から出射した光は端面７０ｂから導光シート７０に容易に入射し、光誘導部７０ａを介してさらに導光シート７０の本体へ伝搬する。このように導光された入射光は、カバープレート５０へ向けて導光シート７０の前面から出射される。
【００１４】
導光シート７０は、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０の間において、ＸＹ電極体４０と易変形体３０の間に備えられている。この配置によれば、カバープレート５０と導光シート７０の間に、易変形体３０及びＺ電極体２０は介在せず、易変形体３０及びＺ電極体２０によって導光シート７０の前面からカバープレート５０へ向けて出射される光が遮られることがない。
【００１５】
さらに、本実施形態における導光シート７０は、ＸＹ電極体４０の第一基材シート４１の裏面に密着して配置されている。この配置によれば、導光シート７０の前面から出射した光が空気層を介在せずに第一基材シート４１の裏面へ入射するので、第一基材シート４１の空気層を介在した場合に比べて界面反射の影響を受け難い。
【００１６】
図２に示すように、カバープレート５０の前面が構成する操作面Ｔには、ベタ塗りの印刷によって不透明とされた遮光部５２と、その遮光部５２を背景として印刷が抜かれて透明とされた、矩形及び十字形の透光部５１が形成されている。導光シート７０の前面から放射され、ＸＹ電極体４０を透過した光の少なくとも一部は、透光部５１を透過して外部へ出射される。
矩形の透光部５１は、指やスタイラスペン等を接触させる入力領域に対応している。入力領域の外側は、３次元センサ１を搭載する装置の筐体枠が取り囲むため、上方から見た場合、光源６０はその筐体枠によって目隠しされる。
【００１７】
光源６０は、導光シート７０の側面７０ｂに光を入射させることが可能な発光体であれば特に限定されず、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極管等が挙げられる。
光源６０は、支持部材１１の前面１１ａに備えられ、支持部材１１を構成する基板によって支持されている。
【００１８】
［３次元センサの積層構造］
支持部材１１とＺ電極体２０とは、接着剤からなる接着層８１を介して貼り合わされている。Ｚ電極体２０と易変形体３０とは、接着剤からなる接着層８２を介して貼り合わされている。易変形体３０とＸＹ電極体４０とは、導光シート７０を介して貼り合わされている。ＸＹ電極体４０とカバープレート５０とは、接着剤からなる接着層８４を介して貼り合わされている。
以下、支持部材１１側から順に各構成の詳細を説明する。
【００１９】
［支持部材］
３次元センサ１の支持部材１１は、基板と、その表面に形成されたシールド層（不図示）とを備える。基板の構成材料は特に限定されず、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さず、ベタ塗りの金属層である。また、シールド層は、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。基板及びシールド層を備える支持部材１１として、例えばプリント基板を用いることができる。また、後述する第三実施形態及び第四実施形態で例示するように、支持部材１１の基板とＺ電極体とが一体化された構成を採用する場合には、前記シールド層の代わりに、Ｚ電極体の導電膜を形成することができる。
支持部材１１の厚さは、その表面に設置される光源６０や電極体を構造的に支持可能な厚さが好ましく、例えば、０．１〜１０ｍｍ程度とすることができる。
支持部材１１の形状は板状に限定されず、他の構成部材を支持できる形状であれば任意の形状を採用できる。
【００２０】
［Ｚ電極体］
Ｚ電極体２０は、Ｚ方向の入力を検出する電極体であり、第三基材シート２１と、その前面に形成されたパターン状の導電膜２２と、第三基材シート２１及び導電膜２２の前面を被覆する絶縁膜２３とを有する電極シートである。
【００２１】
本明細書において、導電膜の「導電」とは、電気抵抗値が１ＭΩ未満、好ましくは０．１ＭΩ未満であることを意味し、絶縁膜の「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。
【００２２】
第三基材シート２１の構成材料としては、例えば、プラスチックフィルム、ガラス板等が挙げられる。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（ＰＥＴ）又はポリカーボネートが好ましい。
第三基材シート２１の厚さとしては、例えば１０〜１００μｍが挙げられる。
第三基材シート２１は透明であってもよいし、不透明であってもよい。
【００２３】
導電膜２２としては、例えば、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を含む導電性ペーストにより形成された膜；ポリチオフェン等の導電性高分子を含む膜；金や銀等の金属ナノワイヤーを含む膜；カーボンナノファイバー、カーボンナノバッド、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン等の導電性カーボン材料を含む膜；金、銀、錫ドープ酸化インジウム等の金属蒸着膜等が挙げられる。
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の厚さとしては、例えば、０．０１μｍ〜２５μｍ程度が挙げられる。
【００２４】
導電膜２２のパターン形状は、Ｚ方向の入力を検知可能な公知のパターンが適用され、例えば、特許文献１に記載されたように、矩形又は線形の導電部が任意のピッチで配置されたパターンが挙げられる。
導電膜２２のパターンで検出した信号を外部へ出力するための、引き回し配線、外部接続端子等の配線も、第三基材シート２１上に形成されている。
【００２５】
絶縁膜２３は絶縁性樹脂からなる膜であり、接着層８２及び易変形体３０に対する密着性を向上させ、導電膜２２や前記配線の酸化を防止し得る。
絶縁性樹脂としては、例えば、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挙げられる。これらのうち、硬化時の熱収縮が小さい観点から、紫外線硬化型樹脂が好ましい。
絶縁膜２３の厚さとしては、例えば０．５〜５０μｍ程度が挙げられる。
【００２６】
［易変形体］
易変形体３０は、カバープレート５０の操作面Ｔの一部が支持部材１１側へ押圧（圧縮）された際に弾性変形可能とされたシートであり、弾性体用基材シート３１と、その前面に設けられたシート状の弾性体３２とを備える。
【００２７】
弾性体用基材シート３１としては、例えば、Ｚ電極体２０の第三基材シート２１と同様のシートを適用することができる。弾性体用基材シート３１と第三基材シート２１とは、その材料及び厚さについて、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。
弾性体用基材シート３１の厚さとしては、例えば１０〜１００μｍが挙げられる。
【００２８】
弾性体３２は、弾性材料からなるシートであって、その表面に突起状の弾性スペーサ３２ａが多数設けられたものである。各弾性スペーサ３２ａは、その天面がＸＹ電極体４０側（前面側）に向くように設けられている。また、複数の弾性スペーサ３２ａは、弾性体３２の前面の全体に均一に分散して配置されている。したがって、弾性体３２の前面を平面視すると、弾性スペーサ３２ａの天面が一面に均一に分散したドット柄（水玉模様）が見える。
弾性スペーサ３２ａの天面の形状としては、例えば、円形、楕円形、矩形、その他の多角形等が挙げられる。
【００２９】
弾性体３２の厚みを１ｃｍとして測定した際のショアＡ硬度は８５以下であることが好ましい。上記ショアＡ硬度が８５以下であれば、押圧された際に容易に弾性変形することができる。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、上記のショアＡ硬度は１０以上であることが好ましい。
【００３０】
３次元センサ１において、カバープレート５０の操作面Ｔが押圧されていない場合、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０との間隔は、易変形体３０及び導光シート７０に支持されて、易変形体３０及び導光シート７０の厚さで離間するように保たれている。
一方、カバープレート５０の操作面Ｔを支持部材１１側へ押圧すると、押圧された箇所において、弾性体３２、特に弾性スペーサ３２ａが押し潰されるように変形し、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０との離間距離が、部分的に縮まる。これにより、Ｚ方向の入力（位置変化）が、Ｚ電極体２０の静電容量の変化として検出される。
【００３１】
弾性体３２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、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等などが挙げられる。弾性体３２の構成材料としては、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、シリコーンゴムが好ましい。
【００３２】
弾性スペーサ３２ａの高さは３０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。弾性スペーサ３２ａの高さが上記下限値以上であれば、カバープレート５０の操作面Ｔの押圧時にＸＹ電極体４０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、非押圧時の保持力が高められる。
【００３３】
弾性体３２の表面における複数の弾性スペーサ３２ａの配列としては、例えば、６０度千鳥状、角千鳥状、並列状、格子状の配列が挙げられる。
隣接する弾性スペーサ同士のピッチは、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同士のピッチが上記下限値以上であれば、カバープレート５０の操作面Ｔを押圧したときにＸＹ電極体４０をより容易に撓ませることができる。
【００３４】
［導光シート］
導光シート７０は、シート状の透明材料からなる。本実施形態においては、シリコーンゴムからなる透明シートが導光シート７０を構成している。
【００３５】
シリコーンゴム、シリコーン樹脂は、透明性が高く、屈折率が空気に近いために光の入射率及び出射効率が高いので、導光シート７０の材料として特に好ましい。
その他の透明材料としては、例えば、透明プラスチック、ガラス、ウレタンゴム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。
導光シート７０は、易変形体３２と同一の材料で形成されていても良いし、易変形体３２と異なる材料であっても良い。同一の材料であると、導光シート７０と易変形体３２の界面における光の屈折差による光の減衰を低下できる。また、部材費も安価になる。
【００３６】
導光シート７０の厚さは、出射する光量を高める観点から厚いほど好ましいが、Ｚ方向に入力される押圧力を易変形体３０に伝達する観点から薄いほど好ましい。これらの相反する条件を考慮して、導光シート７０の厚さは、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以上５００μｍ以下がより好ましく、２００μｍ以上４００μｍ以下がさらに好ましい。
【００３７】
導光シート７０の裏面には、光を散乱させる塗料を用いてスクリーン印刷で形成された、ドット状の散乱透過模様と、その模様の上に、クリア層（透明層）及び白ベタ層（白色塗料のベタ塗り層）とが順に重ねられていても良い。
導光シート７０の裏面には、易変形体３０の弾性スペーサ３２ａが密着される以外の箇所において、クリア層（透明層）及び白ベタ層（白色塗料のベタ塗り層）が順に重ねられていても良い。この場合、導光シート７０の裏面に密着された弾性スペーサ３２ａは、その裏面において光を散乱する模様として機能し得る。
【００３８】
図３は、図２の３次元センサ１から、カバープレート５０及びＸＹ電極４０を取り除いた、導光シート７０の平面図である。導光シート７０はカバープレート５０の裏面全体に重なるように配置されている。導光シート７０の光誘導部７０ａは、導光シート７０の中央付近の本体７０ｃに対して、光源６０側に延設された端部である。導光シート７０の光誘導部７０ａは、光源６０と本体７０ｃの間だけでなく、Ｙ方向に配列された複数の光源６０同士の間にも配置されて、各光源６０の３方向を囲んでいる。この配置により、光誘導部７０ａの側面７０ｂは、各光源６０の３方向を囲んで、各光源６０の光出射部に対向して配置されている。
【００３９】
［ＸＹ電極体］
ＸＹ電極体４０は、Ｘ方向及びＹ方向の入力を検出する際に使用される電極体であり、易変形体３０よりも前面側に設けられている。本実施形態のＸＹ電極体４０は、第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙとが積層された電極シート積層体である。
【００４０】
第一電極シート４０ｘは、第一基材シート４１と、その前面に形成されたパターン状の導電膜４２と、第一基材シート４１及び導電膜４２の前面を被覆する絶縁膜４３とを有する。
第一基材シート４１としては、可撓性を有する透明シートであれば特に限定されず、例えば、Ｚ電極体２０の第三基材シート２１として例示したシートと同様のものが挙げられる。
導電膜４２の構成材料としては、例えば、導電膜２２と同様の材料が挙げられる。ＸＹ電極体４０の光透過性を高める観点から、導電膜４２は、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の金属酸化物からなる公知の透明導電膜であることが好ましい。また、透明導電膜の電気抵抗を低減する目的で、透明導電膜に接して極細の金属細線をメッシュ状に配置した複合型の導電膜も好ましい。また、ＸＹ電極体４０の可撓性を高める観点から、導電膜４２は、例えばポリチオフェン系等の導電性ポリマーが好ましい。
絶縁膜４３としては、可撓性を有する透明膜であれば特に限定されず、例えば、絶縁膜２３と同様の材料が挙げられる。
第一電極シート４０ｘの厚さとしては、例えば、１０μｍ〜１００μｍが挙げられる。
【００４１】
導電膜４２のパターン形状は、Ｘ方向の入力を検知可能な公知のパターンが適用され、例えば、特許文献１に記載されたように、矩形又は線形の導電部が任意のピッチで配置されたパターンが挙げられる。
導電膜４２のパターンとともに、そのパターンで検出した信号を外部へ出力するための、引き回し配線、外部接続端子等の配線も、第一基材シート４１上に形成されている。
【００４２】
導電膜４２及び前記配線の構成材料が不透明である場合、第一基材シート４１を平面視したとき、第一基材シート４１の総面積Ｓに対する、導電膜４２のパターン及び前記配線の合計面積Ｕの占有率（Ｕ÷Ｓ×１００）は０％に近いほど、第一電極シート４０ｘの光透過性が高まる。したがって、その光透過性だけを考慮すれば、前記占有率は０％近くになるように設計することが好ましく、例えば１〜２％が下限値として挙げられる。一方、前記占有率の上限値は、９０〜９８％程度である。前記占有率が高い場合であっても、光源６０からの光量が多ければ、ＸＹ電極体４０を透過してカバープレート５０まで光が到達し得る。ここで、第一基材シート４１の光透過性と検出感度との両立を勘案すると、前記占有率は、２０〜８０％が好ましく、３０〜７０％がより好ましく、４０〜６０％がさらに好ましい。
また、導電膜４２のパターンは第一基材シート４１の全面にほぼ均一に配置されていることが好ましい。均一な配置であると、カバープレート５０を平面視したときに、カバープレート５０に到達する光の量が、操作面Ｔの領域ごとに大きく異なることを防止できる。
【００４３】
第二電極シート４０ｙは、第二基材シート４５と、その前面に形成されたパターン状の導電膜４６と、第二基材シート４５及び導電膜４６の表面を被覆する絶縁膜４７とを有する。
第二基材シート４５、導電膜４６及び絶縁膜４７の説明は、第一電極シート４０ｘの第一基材シート４１、導電膜４２及び絶縁膜４３の説明と同様であるので、省略する。
【００４４】
ＸＹ電極体４０を構成する第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙとは、それぞれがＸ方向の入力及びＹ方向の入力のいずれか一方を分担して検知する構成であってもよいし、両方の電極シート４０ｘ，４０ｙが協働して、Ｘ方向の入力及びＹ方向の入力の両方を検知する構成（例えば、一方が送信型、他方が受信型）であってもよい。
【００４５】
［接着層］
３次元センサ１を構成する各層、各シート同士を接着する接着層８１，８２，８３，８４として、公知の硬化型接着剤（接着前は液状の接着剤）又は粘着剤（接着前はゲル状の感圧性接着剤）を用いた接着層が適用される。また、接着層は、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。
前記接着剤、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等が挙げられる。前記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いし、ホットメルト型であってもよい。
【００４６】
接着層の光透過性について次に説明する。導光シート７０とカバープレート５０の間に配置される接着層８３，８４は、透明であることが好ましい。一方、導光シート７０と支持部材１１の間に配置される接着層８１，８２は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。接着層の光透過性は、主に接着層を構成する接着剤の種類と、接着層の厚さによって影響される。
各接着層の個々の厚みとしては、例えば１μｍ〜７５μｍが挙げられる。前記硬化型接着剤を用いた接着層の厚みは、１μｍ〜２０μｍが好ましい。前記粘着剤を用いた接着層の厚みは、１０μｍ〜７５μｍが好ましい。
【００４７】
［カバープレート］
カバープレート５０は、ＸＹ電極体４０の導光シート７０とは反対側に備えられている。カバープレート５０には、その厚さ方向に光を透過させる透明な透光部５１と、光の一部又は全部を遮る不透明な遮光部５２とが形成されている。導光シート７０の前面から放射され、ＸＹ電極体４０を透過した光の少なくとも一部は、透光部５１を透過して外部へ出射される。
【００４８】
本明細書において、「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。また、「不透明」とは、上記光線透過率が５０％未満のことを意味する。
【００４９】
透光部５１及び遮光部５２は、操作面Ｔに任意の図柄又は文字が形成されるように形成されている。図２の例では、操作面Ｔにおいて、操作領域を囲む四角形と、その中央を示す十字とが、透光部５１によって描かれ、遮光部５２を背景として抜き文字として現れている。
【００５０】
カバープレート５０は、光拡散層５３と、光拡散層５３の前面側に設けられた遮光層５４と、遮光層５４の前面側に設けられた透明層５５と、を備える。
カバープレート５０の厚さとしては、例えば５０μｍ〜５００μｍが挙げられる。
【００５１】
光拡散層５３は、裏面側に配置された導光シート７０から入射した光を拡散させて前面側へ出射させる。光拡散層５３を備えていると、操作面Ｔにおける透光部５１の輝度を均一化することができる。光拡散層５３を構成する透明材料は、透明な樹脂でもよいし、ガラスでもよい。透明材料を用いた光拡散層５３としては、例えば、光を拡散する微細な凹凸が少なくとも一方の面に形成された透明層や、光拡散性粒子を含む透明層等が挙げられる。
なお、別の実施形態として、カバープレート５０に光拡散層５３を設けず、第二電極シート４０ｙに設けられた絶縁膜４７に、光を拡散する構成（光拡散性の凹凸や粒子）を付与して、絶縁膜４７を光拡散膜として機能させてもよい。
【００５２】
遮光層５４は、光拡散層５３の前面に配置され、遮光部５２を形成している。遮光層５４の配置パターン、すなわち透光部５１及び遮光部５２の配置パターンは、操作面Ｔに表す図柄や文字に応じて適宜設定される。
遮光層５４は、印刷層でもよいし、着色された又は打ち抜きされた樹脂層あってもよい。ここで、本明細書における「印刷」には、顔料や色素を含む塗膜だけでなく、不連続蒸着膜も含まれる。
なお、別の実施形態として、遮光層５４は、透明層５５の前面又は光拡散層５３の裏面に配置されていてもよい。
【００５３】
透明層５５の構成材料としては、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。
【００５４】
上記の構成に代えて、操作面Ｔの全面から光を出射する場合には、カバープレート５０に、遮光層５４を設ける必要はなく、光拡散層５３だけが備えられている構成でもよいし、光拡散層５３及びその前面の透明層５５が備えられた構成であってもよい。
【００５５】
《第二実施形態》
図４に、本発明の第二実施形態の３次元センサ２の断面の分解図を示す。第一実施形態の３次元センサ１と同じ部材には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
本実施形態における導光シート７０は、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０の間において、易変形体３０とＺ電極体２０の間に備えられている。
また、第一実施形態の易変形体３０の弾性体用基材シート３１が除かれ、その機能を導光シート７０が代替している。
導光シート７０は、易変形体３２と同一の材料で形成されていても良いし、易変形体３２と異なる材料であっても良い。同一の材料であると、導光シート７０と易変形体３２の界面における光の屈折差による光の減衰を低下できる。また、部材費も安価になる。
【００５６】
易変形体３０とＸＹ電極体４０とは、シリコーンゴムシート３３を介して貼り合わされている。
なお、シリコーンゴムシート３３に代えて、接着層を介して弾性体３２とＸＹ電極体４０とを接着してもよいし、シリコーンゴム以外の材料からなるシート部材を用いても構わない。
【００５７】
《第三実施形態》
図５に、本発明の第三実施形態の３次元センサ３の断面の分解図を示す。第一実施形態の３次元センサ１と同じ部材には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
本実施形態における導光シート７０は、第一実施形態と同様に、ＸＹ電極体４０とＺ電極体（不図示）の間において、ＸＹ電極体４０と易変形体３０の間に備えられている。
第一実施形態との相違点は、本実施形態における支持部材１１は、Ｚ電極体と一体化した基板を有している点である。つまり、本実施形態のＺ電極体の導電膜（不図示）は、支持部材１１を構成するプリント基板に形成されている。
本実施形態の３次元センサ３においては、Ｚ電極体が支持部材１１と一体化しているため、Ｚ電極体の厚み分だけ薄くなり、センサ装置が薄型化されている。さらに、導光シート７０の積層された位置（高さ）が支持部材１１の前面１１ａに近くなっており、導光シート７０の光誘導部７０ａの湾曲の程度が少なくなっている。
【００５８】
《第四実施形態》
図６に、本発明の第四実施形態の３次元センサ４の断面の分解図を示す。第二実施形態の３次元センサ２と同じ部材には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
本実施形態における導光シート７０は、第二実施形態と同様に、ＸＹ電極体４０とＺ電極体（不図示）の間において、易変形体３０とＺ電極体の間に備えられている。
第二実施形態との相違点は、本実施形態における支持部材１１は、Ｚ電極体と一体化した基板を有している点である。つまり、本実施形態のＺ電極体の導電膜（不図示）は、支持部材１１を構成するプリント基板に形成されている。
本実施形態の３次元センサ４においては、Ｚ電極体が支持部材１１と一体化しているため、Ｚ電極体の厚み分だけ薄くなり、センサ装置が薄型化されている。さらに、導光シート７０の積層された配置（高さ）が支持部材１１の前面１１ａに近くなっており、導光シート７０の光誘導部７０ａの湾曲の程度が少なく（第三実施形態と比べても少なく）なっている。
【００５９】
《３次元センサの製造方法》
第一〜第四実施形態の３次元センサの製造方法としては、公知の積層シートの製造方法、公知の導電膜の成膜方法、公知の静電容量式３次元センサの製造方法等が適用可能であり、例えば、特許文献１に記載された３次元センサの製造方法が挙げられる。
具体例として、ＸＹ電極体の作製工程と、Ｚ電極体の作製工程と、易変形体の作製工程と、導光シートの作製工程と、カバープレートの作製工程と、接合工程と、を有する製造方法が挙げられる。以下、各工程の一例について、第一実施形態の３次元センサ１を製造する場合を説明する。
【００６０】
［ＸＹ電極体の作製工程］
本工程では、第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙを作製する。
第一基材シート４１の前面に、導電膜４２を構成する透明導電膜と金属細線と引き回し配線と外部接続用端子とを形成し、これらの上に絶縁膜４３を形成することにより、第一電極シート４０ｘを得る。
より詳しくは、第一基材シート４１の前面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、その透明導電膜の表面に、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によって、金属細線を形成する。さらに、金属細線の形成方法と同様の方法により引き回し配線を形成する。続いて、引き回し配線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、外部接続用端子を形成する。その後、第一基材シート４１及び導電膜４２を覆うように、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法によって、絶縁膜４３を形成し、第一電極シート４０ｘを得る。第二電極シート４０ｙも、上記の第一電極シート４０ｘと同様に作製する。
得られた第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙを、前記硬化型接着剤からなる接着層８３を介して接着する。
【００６１】
［Ｚ電極体の作製工程］
第三基材シート２１の前面に、導電膜２２を構成する透明導電膜と、金属細線と引き回し配線と外部接続用端子とを形成し、これらの上に絶縁膜２３を形成することにより、Ｚ電極体２０を得る。具体的には、第一電極シート４０ｘと同様に作製する。
また、Ｚ電極体２０は導光シート７０よりも支持部材１１側にあるので、不透明な金属電極によって導電膜２２を形成しても良い。
【００６２】
［易変形体の作製工程］
本工程では、シート状の弾性体３２を作製し、弾性体３２を弾性体用基材シート３１に貼合して易変形体３０を得る。具体的には、例えば、円柱状の弾性スペーサ３２ａが一方の面に多数設けられたシート状の弾性体３２を作製可能な射出成形用金型を用い、弾性体用基材シート３１を金型の内部に配置して、熱硬化性の液状シリコーンを射出成形する方法が挙げられる。この方法によれば、シリコーンゴムからなる弾性体３２を成形及び硬化すると同時に、その裏面に弾性体用基材シート３１を貼合することができる。
【００６３】
［導光シートの作製工程］
本工程では、導光シート７０を構成する透明シートとして、導光性に優れるシリコーンゴムシートを用いる。この前面には処理を施さず、裏面に、光を散乱させる塗料を用い、散乱透過模様をスクリーン印刷によって形成し、さらに、クリア層（透明層）、白ベタ層を印刷し、導光シート７０を得る。この導光シート７０内を伝搬する光は、裏面で散乱及び反射し、前面の全体から出射する。
【００６４】
［カバープレートの作製工程］
本工程では、光拡散層５３として、透明樹脂に光を散乱させる微粒子を含有させた透明シートを用いる。また、透明層５５を構成する透明シートの裏面に、公知の印刷方法によって、透光部５１及び遮光部５２を構成する塗料を印刷し、遮光層５４を形成する。得られた遮光層５４の裏面に、光拡散層５３の前面を熱融着、接着剤等の公知方法により接着して、カバープレート５０を得る。
【００６５】
［接合工程］
本工程では、支持部材１１の前面１１ａに、前記粘着剤を用いた両面テープからなる接着層８１を介してＺ電極体２０の第三基材シート２１の裏面を接着する。次いで、Ｚ電極体２０の絶縁膜２３の前面に、前記粘着剤からなる接着層８２を介して易変形体３０の弾性体用基材シート３１の裏面を接着する。次いで、易変形体３０の複数の弾性スペーサ３２ａの天面に、表面がプラズマ処理されたシリコーンゴムシートからなる導光シート７０の裏面を載置し、さらにその前面に、ＸＹ電極体４０の第一基材シート４１の裏面を載置して、易変形体３０、導光シート７０及びＸＹ電極体４０を互いに密着させる。続いて、ＸＹ電極体４０の絶縁膜４７の前面に、粘着剤が基材層の両面に配された両面テープからなる接着層８４を介して、カバープレート５０の光拡散層５３の裏面を接着する。
【００６６】
次に、支持部材１１の前面１１ａに光源６０を公知方法により設置し、光源６０の光出射部が、上記の接着により既に設置された導光シート７０の側面７０ｂに対向するように配置する。これにより、光源６０からの光が側面７０ｂから導光シート７０内に入射可能とされる。
以上の工程により、第一実施形態の３次元センサ１が得られる。その他の実施形態についても、同様に、各層を公知方法により接合することによって作製することができる。
なお、各部材の接着、設置順序は上記に限定されず、任意の順序で行うことができる。
【００６７】
（導光シートと易変形体の接着方法）
［方法１］  導光シート７０の裏面に、ドット状散乱透過模様、クリア層、白ベタ層が順に形成されている場合、まず、白ベタ層にシランカップリング剤を用いたプライマー処理を施す。この処理を施したプライマー処理面と、易変形体３０の弾性スペーサ３２ａの表面とにそれぞれ、紫外線照射、エキシマ光照射、コロナ処理、プラズマ処理等の易接着処理を施す。次いで、プライマー処理を施した導光シート７０の裏面と弾性スペーサ３２ａの表面を圧着することにより、導光シート７０と易変形体３０を接合することができる。
［方法２］  導光シート７０の裏面に、易変形体３０の弾性スペーサ３２ａが密着される以外の箇所において、クリア層及び白ベタ層が順に形成されている場合、まず、白ベタ層及び白ベタ層が形成されていない露出した導光シート７０の裏面に前記プライマー処理及び易接着処理を施す。これらの処理を施した導光シート７０の裏面に、前記易接着処理を施した易変形体３０の弾性スペーサ３２ａの表面を圧着することにより、導光シート７０と易変形体３０を接合することができる。
上記の方法１及び方法２によれば、前記硬化型接着剤や前記粘着剤を介さずに、導光シート７０と易変形体３０を接合できるので、導光シート７０と易変形体３０の界面における光透過性を向上させることができる。
【００６８】
＜作用効果＞
第一実施形態の３次元センサ１において、導光シート７０は、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０の間で、ＸＹ電極体４０と易変形体３０の間に備えられている。この配置によれば、カバープレート５０と導光シート７０の間に、易変形体３０及びＺ電極体２０は介在せず、易変形体３０及びＺ電極体２０によって導光シート７０から出射される光が遮られることがない。つまり、導光シート７０から出射した光がカバープレート５０に到達する前に、易変形体３０及びＺ電極体２０によって低減されることがない。この結果、カバープレート５０に到達する光の輝度を高めて、操作面Ｔの操作性、視認性、装飾性等を高めることができる。
さらに、第一実施形態の３次元センサ１における導光シート７０は、ＸＹ電極体４０の第一基材シート４１の裏面に密着して配置されている。この配置によれば、導光シート７０から出射した光が空気層を介在せずに第一基材シート４１へ入射するので、第一基材シート４１の裏面による界面反射の影響を受け難い。この結果、第一基材シート４１に入射する光の輝度が高くなり（光の量が多くなり）、カバープレート５０に到達する光の輝度をさらに高めて、操作面Ｔの操作性、視認性、装飾性等をさらに一層高めることができる。
【００６９】
第二実施形態の３次元センサ２において、導光シート７０は、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０の間で、易変形体３０とＺ電極体２０の間に備えられている。この配置によれば、カバープレート５０と導光シート７０の間に、Ｚ電極体２０は介在せず、Ｚ電極体２０によって導光シート７０から出射される光が遮られることがない。したがって、カバープレート５０に到達する光の輝度を高めて、操作面Ｔの操作性、視認性、装飾性等を高めることができる。
また、導光シート７０と易変形体３０とが接着剤層を介さずに接合されるか、導光シート７０と易変形体とが一体物であることが可能である。これらの場合、導光シート７０の裏面に散乱透過模様を意図的に弾性スペーサ３２ａに対向する位置に形成すれば、その模様で散乱した光が導光シート７０の前面から弾性スペーサ３２ａへ向かって出射して易変形体３０に入射し、さらに易変形体３２ａの前面の弾性スペーサ３２ａから容易に出射する。この際、弾性体３２とシリコーンゴムシート３３の界面において、弾性スペーサ３２ａはシリコーンゴムシート３３に密着しているため、空気層による光の減衰を防止することができ、輝度を高めることができる。
【００７０】
第三実施形態の３次元センサ３においては、板状のＺ電極体が支持部材１１と一体化しているため、第一実施形態と比べて積層体の厚みがＺ電極体の厚み分だけ薄くなり、センサ装置が薄型化されている。さらに、導光シート７０の積層された配置（高さ）が支持部材１１の前面１１ａに近くなっているので、導光シート７０の光誘導部７０ａの湾曲の程度が少なく、光誘導部７０ａを介した光源６０と導光シート７０の接続の機械的安定性が高められている。
【００７１】
第四実施形態の３次元センサ４においては、板状のＺ電極体が支持部材１１と一体化しているため、第二実施形態と比べて積層体の厚みがＺ電極体の厚み分だけ薄くなり、センサ装置が薄型化されている。さらに、導光シート７０の積層された配置（高さ）が支持部材１１の前面１１ａに近くなっているので、導光シート７０の光誘導部７０ａの湾曲の程度が少なく（第三実施形態と比べても少なく）、光誘導部７０ａを介した光源６０と導光シート７０の接続の機械的安定性がさらに高められている。
【符号の説明】
【００７２】
１〜４…３次元センサ、１１…支持部材、
２０…Ｚ電極体、２１…第三基材シート、２２…導電膜、２３…絶縁膜、
３０…易変形体、３１…弾性体用基材シート、３２…弾性体、３２ａ…弾性スペーサ、
３３…シリコーンゴムシート、４０…ＸＹ電極体、４０ｘ…第一電極シート、
４０ｙ…第二電極シート、４１…第一基材シート、４２…導電膜、４３…絶縁膜、
４５…第二基材シート、４６…導電膜、４７…絶縁膜、
５０…カバープレート、５１…透光部、５２…遮光部、
５３…光拡散層、５４…遮光層、５５…透明層、６０…光源、
７０…導光シート、７０ａ…光誘導部、７０ｂ…側面、７０ｃ…本体、
８１〜８４…接着層
【図１】
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【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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