(57)【要約】【課題】超音波タッチパネルの圧電体と伝搬基板との接合層において、超音波の減衰量が小さく、強度ばらつきを小さく、高精度な装置を用いずに安価に製造した超音波タッチパネルとその製造方法を提供すること。【解決手段】圧電体２と伝搬基板１とを固着する接合層の厚みを、圧電体厚みの１／３０以上、かつ、１／４以下とし、接合層をはんだと金による金属接合により形成する。【選択図】　　図１
2004054486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非圧電性である伝搬基板と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、前記圧電体が前記伝搬基板上面に、前記伝搬基板の外周部に沿って複数配列されてなる超音波タッチパネルにおいて、前記圧電体と前記伝搬基板とを固着する接合層の厚みが、前記圧電体厚みの１／３０以上、かつ、１／４以下であることを特徴とする超音波タッチパネル。
【請求項２】
前記接合層の形成が、前記圧電体と前記伝搬基板に形成された金属層同士の接合によることを特徴とする請求項１記載の超音波タッチパネル。
【請求項３】
前記伝搬基板に形成された前記金属層が、前記圧電体を固着する部位と、前記圧電体から前記伝搬基板端面に至る前記伝搬基板上面及び端面に形成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波タッチパネル。
【請求項４】
前記伝搬基板の金属層が、亜鉛、すず、鉛、インジウムのいずれか一種の元素を含むことを特徴とする請求項２または３記載の超音波タッチパネル。
【請求項５】
前記圧電体の金属層が、金、銀、銅、亜鉛、すず、鉛、インジウムのいずれか一種の元素を含むことを特徴とする請求項４記載の超音波タッチパネル。
【請求項６】
非圧電性である伝搬基板と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、前記圧電体が前記伝搬基板上面に、前記伝搬基板の外周部に沿って配列されてなる超音波タッチパネルの製造方法において、前記伝搬基板の前記圧電体を取り付ける部位に金属層を付着する第一の工程と、前記圧電体の前記伝搬基板への貼り付け面に金属層を付着する第二の工程と、前記伝搬基板と前記圧電体の金属層を接した状態で加熱溶融して接合する第三の工程と、前記圧電体と前記伝搬基板とを加熱及び加圧する第四の工程から成ることを特徴とする超音波タッチパネルの製造方法。
【請求項７】
前記接合層が接着剤で形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波タッチパネル。
【請求項８】
前記接着剤にフィラーが包含されていないことを特徴とする請求項７記載の超音波タッチパネル。
【請求項９】
非圧電性である超音波伝搬基板（以後、伝搬基板とする）と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、前記圧電体が前記伝搬基板上面に、前記伝搬基板の外周部に沿って複数配列されてなる超音波タッチパネルの製造方法において、前記伝搬基板の前記圧電体を取り付ける部位以外を被覆するマスクを取付け前記伝搬基板の前記圧電体を取り付ける部位に接着剤を塗布する第一の工程と、前記部位に前記圧電体を仮硬化するために加熱圧着する第二の工程と、紫外線照射もしくは加熱にて前記接着剤を本硬化する第三の工程から成ることを特徴とする超音波タッチパネルの製造方法。
【請求項１０】
前記接合層が、前記圧電体の端面近傍に設置された金属柱と前記伝搬基板上に設置された金属柱との金属接合と、接着剤とで形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波タッチパネル。
【請求項１１】
非圧電性である伝搬基板と、上面に超音波を送受信する機能を有するすだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、前記圧電体が前記伝搬基板上面に、前記伝搬基板の外周部に沿って複数配列されてなる超音波タッチパネルの製造方法において、前記圧電体の端面近傍に設置した金属柱と前記伝搬基板上に設置した金属柱とを接合する第一の工程、前記伝搬基板と前記圧電体に挟まれる部位に接着剤を注入する第二の工程、紫外線照射もしくは加熱にて前記接着剤を本硬化する第三の工程から成ることを特徴とする超音波タッチパネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯機器等や、電子手帳または、各種表示装置に使用されている超音波タッチパネルとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タッチパネルは超音波を用いる場合、非圧電性である超音波伝搬基板（以後、伝搬基板とする）と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成っている。
【０００３】
タッチパネルの構造を図３の斜視図を用いて説明する。矩形の伝搬基板１上面に、伝搬基板１外周部に沿って、矩形の圧電体２が複数個配列されている。圧電体２上面には、すだれ状電極３が備えられている。一対の圧電体２は、互いのすだれ状電極３が平行になるように位置決めされ固着されている。これは、特開平６−４６４９６に示される超音波トランスデューサを伝搬基板１上面に固着した物である。
【０００４】
一対の圧電体２の一方のすだれ状電極３に電界をかけることにより発生した超音波は、伝搬基板１を伝搬した後、対向する他方の圧電体２に伝搬し、すだれ状電極３で電気信号に変換される。
【０００５】
この超音波送受信効率を上げるために、伝搬超音波は伝搬基板１上面近傍に局在している。これは、伝搬基板１と圧電体２の弾性定数、密度で制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、伝搬基板と圧電体との間に固着層が厚膜で存在するため、超音波が固着層で反射し、両者を効率良く伝搬することができない現象が有った。また、固着層の厚みが均一でない場合、固着層を伝搬する超音波に強度のばらつきを生じることがあった。
【０００７】
また、圧電体を伝搬基板上に配列する際の位置決めを正確に行うには、アライメント装置とマウンターなどの高精度を要求される装置を用いる必要が有った。従って、製造装置の費用が高くかかっていた。
【０００８】
本発明は、この問題を解決し、伝搬効率が高く、強度ばらつきが小さい超音波タッチパネルを安価かつ精度良く提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、非圧電性である伝搬基板と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、圧電体が伝搬基板上面に、伝搬基板の外周部に沿って複数配列されてなる超音波タッチパネルにおいて、圧電体と伝搬基板とを固着する接合層の厚みを圧電体厚みの１／３０以上、かつ、１／４以下としたことを特徴としている。
【００１０】
これにより、接合層における超音波の減衰量が低減する。そのため非常に高い伝搬効率が得られる。
【００１１】
また、接合層の形成が、圧電体と伝搬基板に形成された金属層同士の接合によることを特徴としている。
【００１２】
これにより、接合層の弾性定数や密度から、伝搬した超音波の減衰を抑制し、効率高く超音波を伝搬することが出来るようになった。
【００１３】
また、伝搬基板に形成された金属層が、圧電体を固着する部位と、圧電体から伝搬基板端面に至る伝搬基板上面及び端面に形成されていることを特徴としている。
【００１４】
そして、伝搬基板への金属層形成は、乾式めっきで行うことが出来る。めっき部位以外を被覆するマスクを設置すれば、位置精度が極めて高い金属層を形成することが出来る。これにより、圧電体は金属層の位置に合わせて固着されるため、高い位置精度を大掛かりな装置無しに得ることが出来るようになる。また、圧電体から伝搬基板端面に至る伝搬基板上面及び端面に形成された金属層は、接合層からはみ出した不要な金属が定着する部位として機能する。そのため不要金属が、タッチパネルの特性に影響を与える部位、例えば超音波伝搬路に流れ出すことが無くなる。
【００１５】
また、伝搬基板の金属層が、亜鉛、すず、鉛、インジウムのいずれか一種の元素を含むことを特徴としている。
【００１６】
これらは低融点の金属である。従ってこれにより、低温での溶融が可能であり、伝搬基板や圧電体への熱による負荷を小さく出来る。更に、溶融時セルフアライメント効果を発揮することにより、圧電体設置箇所が所定の場所からずれていても金属溶融時に所定の場所に移動することが出来る。
【００１７】
また、圧電体の金属層が、金、銀、銅、亜鉛、すず、鉛、インジウムのいずれか一種の元素を含むことを特徴としている。
【００１８】
これらの金属は、伝搬基板金属層と親和力の高い金属である。従って、大きな負荷をかけること無く接合が可能となる。
【００１９】
非圧電性である伝搬基板と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、圧電体が伝搬基板上面に、伝搬基板の外周部に沿って配列されてなる超音波タッチパネルの製造方法において、伝搬基板の圧電体を取り付ける部位に金属層を付着する第一の工程と、前記圧電体の前記伝搬基板への貼り付け面に金属層を付着する第二の工程と、伝搬基板と圧電体の金属層を接した状態で加熱溶融して接合する第三の工程と、圧電体と伝搬基板とを加熱及び加圧する第四の工程から成ることを特徴としている。
【００２０】
これにより、セルフアライメント効果による高精度位置出し、加熱加圧による接合層の厚みの薄膜化と均一化が可能となる。アライメント装置やマウンターを用いず、単純な機構の熱圧着装置で高い位置精度と伝搬効率を有する超音波タッチパネルを作製することが出来る。
【００２１】
また、接合層が接着剤で形成されていることを特徴としている。これにより、接合剤をディスペンサにより簡便に塗布することが可能となる。
【００２２】
また、接着剤にフィラーが包含されていないことを特徴としている。これにより、フィラーにより超音波が反射されることが無く、接合層内での超音波の劣化が無くなる。
【００２３】
また、非圧電性である伝搬基板と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、圧電体が伝搬基板上面に、伝搬基板の外周部に沿って複数配列されてなる超音波タッチパネルの製造方法において、伝搬基板の圧電体を取り付ける部位以外を被覆するマスクを取付け伝搬基板の圧電体を取り付ける部位に接着剤を塗布する第一の工程と、部位に圧電体を仮硬化するために加熱圧着する第二の工程と、紫外線照射もしくは加熱にて接着剤を本硬化する第三の工程から成ることを特徴としている。
【００２４】
これにより、マスクに合わせて圧電体の位置が決まるため、精度高く所定位置に固着することが出来る。また、加熱圧着による接合層の薄膜化と厚みの均一化が可能となる。
【００２５】
また、接合層が、圧電体の端面近傍に設置された金属柱と伝搬基板上に設置された金属柱との金属接合と、接着剤とで形成されていることを特徴としている。
【００２６】
これにより、金属柱の接合では接合部断面積が小さいため、低加重でも高圧力が得られる。従って過大な加重をかける必要が無くなったため、部材にかかる応力を減少することが出来る。また接着剤を空隙に注入することになり、必要量のみ前記接着剤を用いることとなる。圧電体外周への接着剤のはみ出しが無くなる。はみ出した接着剤による特性ばらつきが小さくなる。
【００２７】
また、非圧電性である伝搬基板と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、圧電体が伝搬基板上面に、伝搬基板の外周部に沿って複数配列されてなる超音波タッチパネルの製造方法において、圧電体の端面近傍に設置した金属柱と伝搬基板上に設置した金属柱とを接合する第一の工程、伝搬基板と圧電体に挟まれる部位に接着剤を注入する第二の工程、紫外線照射もしくは加熱にて接着剤を本硬化する第三の工程から成ることを特徴としている。
【００２８】
これにより、金属柱に合わせて位置が決まるため、位置精度は金属柱設置時に決まる。これはめっきとマスクにより簡便にしかも精度高く行うことが出来る。また伝搬基板と圧電体を固着後に接着剤を注入するために不要部位への接着剤のはみ出しが無く、金属柱の高さを低くすることにより、接着層の厚みを薄くすることが可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は本発明のタッチパネル断面図で、圧電体２周囲の構造を拡大した図である。構造を図１を用いて説明する。伝搬基板１上に圧電体２が固着されている。圧電体２の上面には、すだれ状電極３が形成されている。伝搬基板１上の圧電体２の配列は、図３に示す従来例と同様である。つまり、矩形の伝搬基板１上面に、伝搬基板１外周部に沿って、矩形の圧電体２が複数個配列されている。圧電体２上面には、すだれ状電極３が備えられている。一対の圧電体２は、互いのすだれ状電極３が平行になるように位置決めされ固着されている。
【００３０】
伝搬基板１と圧電体２を固着する接合層は、伝搬基板側金属層４と圧電体側金属層５とで構成される。本実施の形態では、伝搬基板側金属層４を金とはんだの二層、圧電体側金属層５を金とする。
【００３１】
製造方法は、以下の通りである。まず第一に、圧電体２の裏面に金をスパッタして、圧電体側金属層５を形成する。第二に、伝搬基板１上の圧電体２固着部位と圧電体２から伝搬基板１端面に至る部位及び伝搬基板１端面に金をスパッタして形成後はんだクリームを塗布して、伝搬基板側金属層４を形成する。第三に、伝搬基板側金属層４と圧電体側金属層５を貼り合せ、加熱溶融後冷却して、両者を接合する。第四に、熱圧着機にて、圧電体２上面から加熱して接合層を溶融すると同時に、加圧により不要な接合金属６を圧電体２下部から追い出すことにより接合層を薄くする。その際不要な接合金属６は、伝搬基板１端面方向に形成した伝搬基板側金属層４に流出し、硬化される。
【００３２】
以上の方法により作製されたタッチパネルは、高い伝搬効率を示す。入力電圧１Ｖに対して、出力電圧は、従来例では１５０ｍＶ、本実施の形態では７００ｍＶとなる。圧電体２の厚みは２００μｍ、接合層厚みは、従来例と本実施の形態では、それぞれ８０μｍ、１０μｍである。
【００３３】
作製において高精度を要求される装置を使うこと無く、超音波伝搬効率が高効率で達成される。
【００３４】
［実施の形態２］
図２は本発明のタッチパネル断面図で、圧電体２周囲の構造を拡大した図である。構造を図２を用いて説明する。伝搬基板１上に圧電体２が固着されている。圧電体２の上面にはすだれ状電極３が形成されている。伝搬基板１上の圧電体２の配列は、実施の形態１と同様である。
【００３５】
伝搬基板１と圧電体２を固着する接合層は、金属柱７と接着剤層８で構成される。本実施の形態では、金属柱７を金、接着剤層８をエポキシ系紫外線硬化型接着剤とする。
【００３６】
製造方法は、以下の通りである。まず第一に、伝搬基板１と圧電体２とにスパッタと電気めっきで形成した金属柱をそれぞれ向かい合わせて、熱圧着機にて加熱圧着して接合する。第二に、伝搬基板１と圧電体２との間に生じた空隙に接着剤をディスペンサにて注入する。第三に、接着剤を紫外線照射により硬化し、接着剤層８を形成する。尚、金属柱７の高さ、接着剤層８は８μｍとする。
【００３７】
以上の方法により作製されたタッチパネルは、高い伝搬効率を示す。入力電圧１Ｖに対して、出力電圧は、従来例では１５０ｍＶ、本実施の形態では７５０ｍＶとなる。
【００３８】
作製において高精度を要求される装置を使うこと無く、超音波伝搬効率が高効率で達成される。また接着剤を扱う際、接着剤のはみだしや飛び散りにより装置や製品の汚染が問題になる場合が多い。しかし金属柱７を用いてあらかじめ接着剤層８となる空隙を作った後に、接着剤層８を形成したため、接着剤が周辺に悪影響を及ぼすことが無い。したがって、作業効率を向上する効果が有る。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、非圧電性である伝搬基板と、上面に超音波を送受信する機能を有する、すだれ状電極を備えた圧電体とから成る超音波タッチパネルであり、圧電体が伝搬基板上面に、伝搬基板の外周部に沿って複数配列されてなる超音波タッチパネルにおいて、圧電体と伝搬基板とを固着する接合層の厚みを、圧電体厚みの１／３０以上、かつ、１／４以下とする。
【００４０】
これにより、接合層における超音波の減衰量が低減する。そのため非常に高い伝搬効率が得られる。
【００４１】
また、接合層には、金属を用いる。これにより、高い超音波伝搬効率を達成すると共に、金属の物性により高精度の位置決めが出来るようになる。そのため高精度で大掛かりの装置を使うこと無く、製造できるようになる。
【００４２】
また、接合層を接着剤で形成する。これにより簡便に接合剤を塗布し、前記接合層を形成できるようになる。
【００４３】
また、接合層を、圧電体の端面近傍に設置された金属柱と伝搬基板上に設置された金属柱との金属接合と、接着剤とで形成する。
【００４４】
これにより、部材への負荷を小さく製造できるようになる。また、圧電体外周への接着剤のはみ出しが無くなったため特性ばらつきが小さくなる。
【００４５】
以上により、超音波の伝搬効率が高く、強度ばらつきが小さい超音波タッチパネルを安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわるタッチパネルを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかわるタッチパネルを示す断面図である。
【図３】従来のタッチパネルの斜視図である。
【符号の説明】
１　伝搬基板
２　圧電体
３　すだれ状電極
４　伝搬基板側金属層
５　圧電体側金属層
６　接合金属
７　金属柱
８　接着剤層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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