(57)【要約】検出感度を個々の圧電体で調整すること無く、接触有無の検出精度が向上した超音波タッチパネルの提供する。圧電体２のすだれ状電極で励振した超音波の伝搬方向と交差する側面３に封止剤４を施し超音波の反射を抑制することにより、側面３に伝搬した超音波を減衰し、超音波の反射による寄生波の発生を抑制する。
2002044882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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が非圧電基板の一方の表面に固着されており、該すだれ状電極が該圧電体と該非圧電基板の固着面（以降、圧電体底面とする）かもしくは該圧電体底面と対向する面（以降、圧電体上面とする）に形成されており、２つの該圧電体が対向して配置されて成る超音波タッチパネルにおいて、該圧電体の側面の内該すだれ状電極で励振した超音波の伝搬路と交差する２つの対向する該側面ａ，ｂのいずれか一方もしくは両方の側面に、超音波を減衰し、該側面における超音波の反射を抑制する構造を設けてあることを特徴とする超音波タッチパネル。
【請求項２】
該超音波の反射を抑制する構造として、該側面に超音波吸収可能な構造体を固着した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】
該構造体が弾性体であ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】
該弾性体として、該側面を封止する封止剤を設けることを特徴とする請求項３記載の超音波タッチパネル。
【請求項５】
該封止剤が、対向して配置された該圧電体側の該側面ａと、該側面ａと向かい合う該側面ｂのいずれか一方もしくは両方の側面に設けられており、該側面ｂに設けられた該封止剤が、該すだれ状電極に電気接続された回路基板上に一体となって設けられている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】
該回路基板がフレキシブル基板で、該圧電体上面に固着することを特徴とする請求項５記載の超音波タッチパネル。
【請求項７】
該弾性体が弾性ゴムであることを特徴とする請求項３記載の超音波タッチパネル。
【請求項８】
該側面ａ，ｂが斜面であ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９】
該圧電体の断面形状が、該側面において直線であり、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角であることを特徴とする請求項８記載の超音波タッチパネル。
【請求項１０】
該圧電体の断面形状が、該側面において凹状の曲線であり、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角であることを特徴とする請求項８記載の超音波タッチパネル。
【請求項１１】
該圧電体の断面形状が、該側面において凹状の曲線であり、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鋭角であることを特徴とする請求項８記載の超音波タッチパネル。
【請求項１２】
該圧電体の断面形状が、該側面において直線であり、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鋭角であることを特徴とする請求項８記載の超音波タッチパネル。
【請求項１３】
圧電体側面と圧電体底面とが成す角部が円弧状になっていることにより、該圧電体と該非圧電基板上面との接着部において、該非圧電基板上面が該側面ａ，ｂ下部の接平面となっていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の超音波タッチパネル。
【請求項１４】
該側面ａ，ｂに、該圧電体の高さと同等の高さを有する金属薄板を固着し、該金属薄板の対向する２面ｃ，ｄのうち、該圧電体との固着面ｃと対向する面ｄを斜面とした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１５】
該金属薄板の断面形状が、該側面ｄにおいて直線であり、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角であることを特徴とする請求項１４記載の超音波タッチパネル。
【請求項１６】
該金属薄板の断面形状が、該側面ｄにおいて凹状の曲線であり、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角であることを特徴とする請求項１４記載の超音波タッチパネル。
【請求項１７】
該金属薄板の断面形状が、該側面ｄにおいて凹状の曲線であり、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鋭角であることを特徴とする請求項１４記載の超音波タッチパネル。
【請求項１８】
該金属薄板の断面形状が、該側面ｄにおいて直線であり、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鋭角であることを特徴とする請求項１４記載の超音波タッチパネル。
【請求項１９】
該側面ｄと圧電体底面とが成す角部が円弧状になっていることにより、該金属薄板と該非圧電基板上面との接着部において、該非圧電基板上面が該金属薄板側面ｄ下部の接平面となっていることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の超音波タッチパネル。
【請求項２０】
すだれ状電極を備えた圧電体と非圧電基板と回路基板から成り、該圧電体が該非圧電基板の一方の表面に固着されており、２つの該圧電体が対向して配置されて成る超音波タッチパネルの製造方法において、該すだれ状電極で励振した超音波の伝搬路と交差する該圧電体側面ａ，ｂの内、対向して配置した圧電体側の該側面ａに向かい合う該側面ｂに設ける封止剤を設ける工程が、該圧電体と該非圧電基板とを固着する工程と、該すだれ状電極あるいは該すだれ状電極と同電位のターミナル電極と回路基板上パターンとを結線して固着する工程と、該側面ｂと該回路基板とが成す角部に封止剤を注入する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２１】
更に該側面ａに封止剤を塗布して、該側面ａに封止剤を設ける工程を行うことを特徴とする請求項２０記載の超音波タッチパネルの製造方法。
【請求項２２】
すだれ状電極を備えた圧電体が非圧電基板の一方の表面に固着されており、２つの該圧電体が対向して配置されて成る超音波タッチパネルの製造方法において、該圧電体の側面の内該すだれ状電極で励振した超音波の伝搬路と交差する該側面が斜面となる側面構造を得る工程、もしくは、該側面に該圧電体の高さと同等の高さを有する金属薄板を固着し、該金属薄板の該圧電体との固着面と対向する面を斜面となる側面構造を得る工程と、該圧電体もしくは該金属薄板を切断する工程とが単一の工程とな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２３】
該側面における断面形状が直線である該側面形状が、刃先端部の断面形状が、斜辺部の高さが該圧電体の高さより高い斜辺部を有するブレードにより、該斜辺部において該圧電体もしくは該金属薄板を切断して形成されたことを特徴とする請求項２２記載の超音波タッチパネルの製造方法。
【請求項２４】
該側面における断面形状が凹状の曲線である側面形状が、刃先の断面形状がＲ状であるブレードにより、ブレード先端が該圧電体もしくは該金属薄板の底面と同等の高さにおいて、該圧電体もしくは該金属薄板を切断して形成されたことを特徴とする請求項２２記載の超音波タッチパネルの製造方法。
【請求項２５】
すだれ状電極を備えた圧電体が非圧電基板の一方の表面に固着されており、２つの該圧電体が対向して配置されて成る超音波タッチパネルの製造方法において、該すだれ状電極で励振した超音波の伝搬路と交差する２つの対向する該側面ａ，ｂが斜面となる側面構造、もしくは、該側面に固着された該圧電体の高さと同等の高さを有する金属薄板の対向する２面ｃ，ｄの内、該圧電体との固着面ｃと対向する面ｄが斜面となる側面構造が、該圧電体もしくは該金属薄板を該非圧電基板に固着する工程と、該側面と該非圧電基板とが成す角部に金属あるいは金属化合物を付加する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２６】
該側面への金属あるいは金属酸化物の付加方法が、溶射によるものであることを特徴とする請求項２５記載の超音波タッチパネルの製造方法。
【請求項２７】
該側面への金属あるいは金属酸化物の付加する工程が、金属の蝋材もしくは溶融した金属を塗布する工程と、該金属を固化する工程から成ることを特徴とする請求項２５記載の超音波タッチパネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、携帯機器や電子手帳、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に関する。
背景技術
従来、タッチパネルは超音波を用いる場合、非圧電基板と該非圧電基板にとりつけられた圧電体から成っている。
従来の超音波タッチパネルの構造を、図１３の斜視図を用いて説明する。矩形の非圧電基板１上に、表面にすだれ状電極が形成された圧電体２が、複数固着されている。また従来使われている圧電体２の断面形状を、図１４を用いて説明する。図１４は、図１３の一点鎖線部における断面図である。圧電体２の側面３は、非圧電基板１表面、圧電体２上面、底面に対して垂直となっている。
圧電体２は、超音波の伝搬方向と垂直にすだれ状電極が向くように配置される。配置方法の例として、図１３に示す通り、２つの圧電体２がそれぞれのすだれ状電極が平行になるように対向して配置する方法がある。一方の圧電体２のすだれ状電極に電圧を印加することにより、圧電効果を介在して超音波が励振する。この超音波は非圧電基板上を伝搬し、他方の圧電体２にて受信され、超音波が電気信号として出力される。この送受信機能を有した超音波伝搬の構成は、電気的に見ればバンドバスフィルターとしての機能を持っているので、すだれ状電極の周期長などで決定される特定の周波数で最も大きな出力電圧が得られる。
非圧電基板１に指で接触するなどして負荷がかかった場合、超音波の強度は負荷箇所において減衰する。そのため、受信する超音波の強度が小さくなり、電気信号の出力電圧が小さくなる。該出力電圧に閾値を設けることにより、閾値を下回る出力電圧となった時、タッチパネルへの接触が検出される。
しかし以上の通り、該圧電体の側面が該圧電体の上面に対して垂直であると、圧電体側面において超音波が反射し、異なったモードの振動を誘発し、寄生波が発生する。
さらに、該圧電体と該非圧電基板上面との接着部において、該圧電体側面と該非圧電基板上面の２面が交わって形成された角部は、超音波を反射し、種々のモードの振動を誘発するため、寄生波が発生することがある。
以上の寄生波は、伝搬超音波に対して異なった位相を持つため、伝搬超音波と干渉し、振幅を変化させる影響がある。つまり、該送信用圧電体から該非圧電基板に伝搬した超音波や、該非圧電基板から該受信用圧電体に伝搬した超音波は、寄生波と干渉するため、複雑な波形となる。従って、この伝搬超音波を該受信用圧電体で受信し、出力される電気信号は複雑なものとなり、該非圧電基板への接触有無の検出を制御することが困難となり、検出精度が低下することにつながる。
また、寄生波との干渉により、伝搬超音波の振幅が変調し、該非圧電基板上の場所により強度が変化する。従って一つの該圧電体から伝搬した超音波領域であっても、場所により感度が異なることになる。
また、複数の該圧電体を固着、基板と実装、封止等をするため、超音波励振モードや超音波の反射が、圧電体毎に変化する。そのため、圧電体毎に超音波受信時の強度が変化し、出力電圧が多様となる。従って、圧電体毎に出力電圧の閾値を設定するか、もしくは、補償回路やログアンプを付加するなどして、個々の圧電体で検出感度を調整する必要性が出てくる。これは製造の工数増加、消費電力の増加を招くことになる。
本発明は、以上の問題を解決するものである。
発明の開示
上記課題を解決するために本発明において、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が非圧電基板の一方の表面に固着されており、該すだれ状電極が該圧電体と該非圧電基板の固着面（以降、圧電体底面とする）かもしくは該圧電体底面と対向する面（以降、圧電体上面とする）に形成されており、２つの該圧電体が対向して配置されて成る超音波タッチパネルにおいて、該圧電体の側面の内該すだれ状電極で励振した超音波の伝搬路と交差する２つの対向する該側面ａ，ｂのいずれか一方もしくは両方の側面に、超音波を減衰し、該側面における超音波の反射を抑制する構造を設けてある。
これにより、該圧電体側面における超音波の反射が抑制され、寄生波が生じにくくなる。そのため、該非圧電基板上を伝搬する超音波の主成分は、すだれ状電極の周期長などで決定される特定の周波数の超音波となる。その結果、出力される電気信号が単純化し、該圧電体毎の出力電圧が一定になる。また該非圧電基板面上で、感度が一定になる。従って、出力電圧の閾値設定が容易となり、該非圧電基板への接触有無の検出を制御しやすくなる。検出精度の向上、消費電力の低下、製造時の工程数の低下につながる。
該超音波の反射を抑制する構造として、該側面ａ，ｂに超音波吸収可能な構造体を固着したことが挙げられる。
超音波は該構造体に伝搬し、該構造体内で減衰するため、あたかも超音波が吸収されたようになる。これにより超音波が該側面ａ，ｂで反射せず、従って寄生波を生じにくくなる。
該構造体を弾性体とする。これにより該弾性体の形状に関わらず、超音波は吸収される。従って該構造体を形成するには、該弾性体を固着するのみで良い。工程数が減少する効果がある。
該弾性体を、該側面を封止する封止剤を設ける。これにより該圧電体側面への封止剤塗布はディスペンサにより容易に行えるため、簡便に該構造体を形成することが可能となる。
該側面ｂに設けられた該封止剤が、該すだれ状電極に電気接続された回路基板上に一体となって設けられている。
これにより該側面における超音波反射の抑制と同時に、該回路基板と該非圧電基板もしくは該圧電体を接着して固定することが可能となる。更に、該電気接続をワイヤーボンディングやリードで行った場合、該回路基板上の電気接続部を封止することが可能となる。従って、該封止剤が無い場合と比較して、電気接続部の機械強度が増し、外界環境の影響が小さくすることができる。
更に該回路基板をフレキシブル基板として、該圧電体上面に形成された該すだれ状電極、もしくは、該すだれ状電極と同電位となるターミナル電極に電気接続し、固着する。
これにより該圧電体と該フレキシブル基板とに該封止剤を設けるため、両者の固着強度が増し、該圧電体から該フレキシブル基板が剥がれにくくなる。また、該フレキシブル基板が該封止剤塗布部分において屈曲しづらくなり、屈曲により該フレキシブル基板上の導体が断線することを防止できるように成る。
もしくは、該弾性体を弾性ゴムで構成する。ゴム状弾性により伝搬超音波の強度を減衰することにより、より効果的に超音波を吸収することが可能となる。更に該弾性ゴムの高い弾性率により、外部からの衝撃に対して極めて耐久性の強い構造が得られる。
また超音波の反射を抑制する構造として、該側面ａ，ｂのどちらか一方もしくは両方を斜面とすることが挙げられる。
これにより、該圧電体側面に到達した超音波は、斜面を伝搬するに従い減衰する。その結果、斜面先端部において強度が極小となり、反射が起こらなくなる。従って、該圧電体側面において寄生波が生じにくくなる。
以下に、該圧電体側面の断面形状を記述する。
斜面の形状として、該圧電体の断面形状を、該圧電体側面において直線とし、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角とする。
これにより、該圧電体側面において寄生波が生じにくくなる。
もしくは、斜面の形状として、該圧電体の断面形状を、該圧電体側面において凹状の曲線とし、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角とする。
これにより、該圧電体側面において寄生波が生じにくくなる。また、該圧電体と該非圧電基板の接合部面積が増加するため、接合強度が増すことができる。
もしくは、斜面の形状として、該圧電体の断面形状を、該圧電体側面において凹状の曲線とし、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鋭角とする。
これにより、該圧電体側面において寄生波が生じにくくなる。タッチパネル作製時、該圧電体と該非圧電基板を固着する際、固着部位に気体が封じ込まれる場合があり、超音波伝搬時この空気層により超音波が散乱する現象がおきる。しかし該形状ならば、該非圧電基板と該圧電体との接合部面積が小さくなるため、該空気層発生量を低減することができるようになる。
もしくは、斜面の形状として、該圧電体の断面形状が、該圧電体側面において直線とし、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鋭角とする。
これにより、該圧電体側面において寄生波が生じにくくなる。また、該非圧電基板と該圧電体との接合部面積が小さくなるため、タッチパネル作製時、固着部位の該空気層発生量が低減する。また該すだれ状電極を圧電体上面全体に形成することができるため、他の構造と比較して該すだれ状電極の本数を増加しても、該非圧電基板上に占める圧電体の面積を増加する必要がなくなる。従って超音波変換効率の高いトランスデューサを省面積で作成することができるようになる。
さらに斜面の形状として、圧電体側面と圧電体底面とが成す角部を円弧状として、該圧電体と該非圧電基板上面との接着部において、該非圧電基板上面が該側面ａ，ｂ下部の接平面とした。
これにより、該圧電体と該非圧電基板上面との接着部において角部が形成されなくなる。従って該圧電体から該非圧電基板に伝搬した超音波は、従来角部において寄生波が誘発されていたが、本形状により寄生波が抑制される。
また該超音波反射抑制構造として、該側面ａ，ｂに、該圧電体の高さと同等の高さを有する金属薄板を固着し、該金属薄板の対向する２面ｃ，ｄのうち、該圧電体との固着面ｃと対向する面ｄを斜面とする。
該圧電体と該金属薄板との音響インピーダンスの整合性から、該圧電体と該金属薄板の固着界面において超音波は反射しづらく、寄生波が生じにくい。該圧電体から該金属薄板への超音波の伝搬は反射波や寄生波の発生を伴うこと無く、スムーズに行われる。従って、該金属薄板の側面ｄに超音波を減衰する構造を設けることにより、該金属薄板の側面ｄにおける反射波、寄生波の発生を抑制することができる。
以下に、該金属薄板側面ｄの断面形状を記述する。
該金属薄板の断面形状としては、該側面ｄにおいて直線とし、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角とする。
これにより、該圧電体側面で寄生波が生じにくくなる。さらに該圧電体の側面を加工することが無いため、反射抑制構造の作成が容易となる。
もしくは該金属薄板の断面形状を、該側面ｄにおいて凹状の曲線とし、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角としても良い。
これにより、該圧電体側面において寄生波が生じにくくなる。また凹状の曲線という断面形状であるため、製造時形状の制御をし易くなり、品質が安定する。
もしくは該金属薄板の断面形状を、該側面ｄにおいて直線もしくは凹状の曲線とし、かつ、該圧電体上面と側面の成す角が鋭角とする。
これにより、該圧電体側面において、寄生波が生じにくくなる。さらに、該非圧電基板と該金属薄板との接合部面積が小さくなるため、該接合部における超音波の反射、寄生波の発生を低減することができる。
さらに該側面ｄと圧電体底面とが成す角部が円弧状になっていることにより、該金属薄板と該非圧電基板上面との接着部において、該非圧電基板上面が該金属薄板側面ｄ下部の接平面となっている。
これにより、該金属薄板と該非圧電基板上面との接着部において角部が形成されなくなる。従って従来角部において誘発された寄生波が生じなくなる。
以上の超音波の反射を抑制する構造に関して、その製造方法を以下に述べる。
すだれ状電極を備えた圧電体と非圧電基板と回路基板から成り、該圧電体が該非圧電基板の一方の表面に固着されており、２つの該圧電体が対向して配置されて成る超音波タッチパネルの製造方法において、該すだれ状電極で励振した超音波の伝搬路と交差する該圧電体側面ａ，ｂの内、対向して配置した圧電体側の該側面ａに向かい合う該側面ｂに設ける封止剤を設ける工程が、該圧電体と該非圧電基板とを固着する工程と、該すだれ状電極あるいは該すだれ状電極と同電位のターミナル電極と回路基板上パターンとを結線して固着する工程と、該側面ｂと該回路基板とが成す角部に封止剤を注入する工程から成っている。
これにより、該側面ｂを封止して反射波を抑制する構造と、該非圧電基板もしくは該圧電体と該回路基板との間の強い固着強度とが同時に得られる。また該圧電体を該非圧電基板に固着後に封止剤を塗布するため、ディスペンサを用いて複数の該圧電体に一括して封止剤を設けることが可能となる。
更に該側面ａに封止剤を塗布して、該側面ａに封止剤を設ける工程を行う。
これにより、反射波を抑制する構造を、複数の該圧電体に一括して、該側面ａに形成することができる。また、防水性を付与することができる。
以上の該圧電体、もしくは、該金属薄板の側面構造を得る工程は、該圧電体もしくは該金属薄板を切断する工程とが単一の工程とする。
これにより、反射波抑制効果の高い構造を工程数を増やすことなく製造することができるように成る。
具体的には該側面における断面形状が直線である該側面形状が、刃先端部の断面形状が、斜辺部の高さが該圧電体の高さより高い斜辺部を有するブレードにより、該斜辺部において該圧電体もしくは該金属薄板を切断しすると同時に形成することができる。
また、該側面における断面形状が凹状の曲線である側面形状が、刃先の断面形状がＲ状であるブレードにより、ブレード先端が該圧電体もしくは該金属薄板の底面と同等の高さにおいて、該圧電体もしくは該金属薄板を切断することにより形成する。
これにより、簡便に該側面形状を得ることができる。このような切断による側面形状の形成と、該圧電体を母材からタッチパネルに適用するための形状の切り出しとが同時に行えるため、工程を増やす必要が無くなる効果もある。また、該圧電体上面と側面の成す角が鈍角である場合、該圧電体もしくは該金属薄板を該非圧電基板に固着した後に側面形状を形成することができる。これは同列状に配列された該圧電体もしくは該金属薄板を複数同時に成形することができるため、複数の該圧電体、該金属薄板の位置がずれることなく配置することができるように成る。さらに該側面形状形成後、該側面に負荷がかかる工程が無いため、該側面のカケやワレを起こすこと無く、側面形状を安定に維持することができるようになる。
また、該側面形状の作製を、該圧電体もしくは該金属薄板を該非圧電基板に固着する工程と、該側面と該非圧電基板とが成す角部に金属あるいは金属化合物を付加して斜面形状を有する成形体を形成する工程によりおこなう。
これにより、該圧電体もしくは該金属薄板を何ら加工すること無く、斜面構造を有する成形体を密着力高く成形することが可能となる。従って、該圧電体の特性を損なうことが無くなる。また、該成形体が金属もしくは金属化合物であるため、該圧電体もしくは該金属薄板との音響インピーダンスの整合性が高く、該圧電体もしくは該金属薄板から該溶射成形体への超音波の伝搬を効率よく行えるようになる。
該側面への金属あるいは金属酸化物の付加方法に、溶射を用いる。
これにより、該圧電体もしくは該金属薄板への密着力の高い斜面構造を有する成形体を形成することができるようになる。
該側面への金属あるいは金属酸化物の付加する工程を、金属の蝋材もしくは溶融した金属を塗布する工程と、該金属を固化する工程とする。
これにより、該成形体の形状や形成位置の制御が容易になる。また、該圧電体もしくは該金属薄板への密着力の高い該成形体を形成することができるようになる。該成形体が金属であるため、該圧電体もしくは該金属薄板との音響インピーダンスの整合性が高く、該圧電体もしくは該金属薄板から該溶射成形体への超音波の伝搬を効率よく行えるようになる。
以上の該斜面形成方法において、該圧電体上面と該側面の成す角が鈍角である場合、該圧電体側を斜面であり、上面と斜面の成す角が鈍角である構造体を該非圧電基板上に固着し、該圧電体側面と該構造体上に該金属を塗布、固化する方法がある。
以上の結果、該圧電体側面で超音波の反射が抑えられ、寄生波の発生を低減できるようになる。従って、超音波タッチパネルへの接触有無の検出に関する制御が容易となり、該非圧電基板面内での超音波の強度ばらつきが小さく、出力電圧が一定となる。圧電体毎に検出感度を調整せずに、誤動作の少ないタッチパネルを提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、各実施例に基づき、添付の図面に従ってこれを説明する。
［実施例１］
図１、２は本発明によるタッチパネル上に配置されている圧電体近傍の断面図で、超音波伝搬方向を切断面とする断面図である。矩形の非導電性の非圧電基板１上に圧電体２が固着されており、圧電体２上面には回路基板５がすだれ状電極と電気接続して固着されている。回路基板５には屈曲性の高いフレキシブル基板を用いた。また図１では、すだれ状電極で励振された超音波が伝搬する方向と交差する側面３を封止する封止剤４を設けた。対向して配置した圧電体２側の側面３ａに対向する側の側面３ｂに設けた封止剤４は、回路基板５と側面３ｂとの角部に設けた。図２では、側面３ｂと回路基板５とに封止剤４を設けた。
本発明によるタッチパネルの非圧電基板１、圧電体２の配置方法は、従来と同じである。すなわち、図１３の斜視図に示す通り、矩形の非導電性の非圧電基板１上に、表面にすだれ状電極が形成された圧電体２が、非圧電基板１の辺に沿って、固着されている。圧電体２は超音波の伝搬方向と垂直にすだれ状電極が向くように配置している。また、本発明のタッチパネルの作用は、課題を解決するための手段に示した通りである。
以上のタッチパネルは、次に示す通りに製造した。第一の工程として、非圧電基板１上に、非圧電基板１の辺に沿って、圧電体２を固着した。第二の工程として、圧電体２上面に形成されているすだれ状電極と回路基板５のパターンとを、異方性導電膜により加熱圧着し、電気接続した。第三の工程として、紫外線硬化型の封止剤４を側面３ｂと回路基板５が成す角部に、ディスペンサにより注入、塗布し、紫外線硬化した。更に図１では第四の工程として、側面３ａにも封止剤４を塗布し紫外線硬化した。
図３、４に周波数６〜７ＭＨｚにおける超音波タッチパネルのＩ／Ｏ効率を測定した結果を示した。横軸が周波数、縦軸が出力電圧の入力電圧に対する比である。図３は封止剤４を設けない図１４に示す従来の方式の場合である。一方、図４は図１に示す構造の場合である。図４は図３と比較して、凹凸の少ない滑らかな曲線となっている。凹凸は寄生波に起因しているもので、側面３を封止する封止剤４により図１は寄生波の発生が抑えられたといえる。また図２でも若干効果は落ちるが、同様の効果が得られた。
その結果、非圧電基板１への接触有無検出の制御が困難となるような影響は無くなり、該非圧電基板面内での超音波の強度ばらつきが小さく、出力電圧が一定となった。圧電体毎に検出感度を調整せず、誤動作が少なく、検出精度を向上することができた。
また同時に、側面３ｂの封止剤４は回路基板５の屈曲を妨げるため、回路基板５上のパターンの断線を防止することができる。更に、封止剤４により圧電体２を外界にさらすことが無くなる。従って周囲環境、例えば湿気や薬品から圧電体２を保護する効果が有る。この効果は側面３ａ、３ｂ共封止剤４が設けられている図１の方が図２より効果が高い。
また、回路基板５を非圧電基板１周囲に配置した例を図５に示す。反射波や寄生波を抑制する効果は図２と同様である。但しこの場合前記第二の工程において、ワイヤーボンディングにより回路基板５上のパターンとすだれ状電極とを結線した。側面３ｂの封止剤４は反射波を抑制すると同時に、非圧電基板１と回路基板５とを接着し固定した。また回路基板５上のボンディングワイヤ６を封止して接続信頼性を高める効果が有った。
［実施例２］
図６は本発明によるタッチパネル上に配置されている圧電体近傍の断面図で、超音波伝搬方向を切断面とする断面図である。矩形の非導電性の非圧電基板１上に圧電体２が固着されており、回路基板５を圧電体２上面のすだれ状電極と電気接続し、固着した。回路基板５には屈曲性の高いフレキシブル基板を用いた。すだれ状電極で励振された超音波が伝搬する方向と交差する側面３に弾性ゴム７を固着した。また更に圧電体２上面を覆うように、圧電体２を挟む２つの弾性ゴム７を橋渡しして金属製の蓋８を取りつけた。本発明によるタッチパネルの非圧電基板１、圧電体２の配置方法は、従来と同じである。
圧電体２側面に伝搬した超音波は、弾性ゴム７に伝搬し減衰する。そのため、側面３において反射波、寄生波の発生が抑制され、伝搬超音波への干渉が小さくなった。
また本例において取り付けた蓋８は、圧電体２への衝撃、摩擦、外部環境からの保護とノイズシールドの目的で取り付けたものである。本例では、弾性ゴム７は圧電体２よりも高さが０．５ｍｍ高いため、圧電体２上面と蓋８との間に空隙が設けられ、特に外部からの衝撃を弾性ゴム７が吸収する働きを発揮した。
このように弾性ゴム７は寄生波の発生を抑えるだけでなく、圧電体２の保護構造を形成するための部材として使うこともできた。またすだれ状電極で発生した同位信号が、他の圧電体２に悪影響を及ぼす事が無くなった。これは蓋８がシールドとなってノイズを防止したためである。
［実施例３］
図７は本発明によるタッチパネル上に配置されている圧電体近傍の断面図で、超音波伝搬方向を切断面とする断面図である。矩形の非導電性の非圧電基板１上に、側面３を斜面とした形状の圧電体２が固着されている。圧電体２上面と側面３の成す角度が鈍角である。
本発明によるタッチパネルの非圧電基板１、圧電体２の配置方法は、従来と同じである。また、本発明のタッチパネルの作用は、課題を解決するための手段に示した通りである。
側面３は、圧電体シートから圧電体２の大きさにダイサーにて切り出す際に同時に成形した。つまり、ダイサーに圧電体シートを固定した後、圧電体シートの下面をブレード先端と同等高さに設定して、切断した。その際ブレード先端部形状が斜面であるブレードを用いたため、所定の大きさの圧電体２を切り出すと同時に、側面３が形成された。
図８は、図１３の一点鎖線における断面図で、それぞれ図７と斜面の方向が異なる圧電体２を示している。斜面の向きは、図８は圧電体２上面と側面３の成す角度が鋭角になっている。斜面断面は直線である。
側面３形成方法は、図７の場合と同じにした。ただし、圧電体２の固着方向を図７と逆さにしたため、圧電体２底面が上面より面積が小さい事となる。従って圧電体２の非圧電基板１上への固着部位面積が図７と比較して小さくなる。上面にすだれ状電極を形成したため、超音波変換効率の高いトランスデューサを、非圧電基板１上に省面積で形成できた。
図９では斜面の向きは、圧電体２上面と側面３の成す角度が鈍角になっている。ある。また側面３形状は、凹状になっている。図には示さなかったが、圧電体２の斜面の向きを逆にして、すなわち圧電体２上面と側面３の成す角度が鋭角にして、固着しても同様の効果が得られる。
この側面３形成方法は、図７と同様の方法で行った。ただしブレードは、先端がＲ形状に成っているものを用いた。
いずれの場合も、側面３に達した超音波は、斜面先端方向への伝搬に伴い減衰し、先端部において強度が極小になった。従って、側面３において超音波の反射波や寄生波の強度が小さく、伝搬超音波への干渉が起きにくくなった。
また、図１０は圧電体側面３と非圧電基板上面との接着部において圧電体角部９が円弧状になっていることを示す図である。この円弧形状により非圧電基板１と圧電体２との接着部において、非圧電基板上面が側面３下部の接平面になった。
これは圧電体２を非圧電基板１に固着後、先端部がＲ形状のブレードを用いて、切断した後、不要部分を取り除いた。切断の際は、ブレード先端部の高さを非圧電基板１上面と正確に一致させた。これにより側面３の形状は、ブレード先端部形状に近い形状となった。
これにより圧電体２から非圧電基板１に伝搬した超音波は圧電体角部９において反射せず、反射による寄生波の発生が抑制された。
［実施例４］
図１１は本発明によるタッチパネル上に配置されている圧電体近傍の断面図で、超音波伝搬方向を切断面とする断面図である。矩形の非導電性の非圧電基板１上に、圧電体２と斜面を有する金属薄板１０が固着されている。金属薄板１０は、伝搬超音波と交差する圧電体側面３に、圧電体２の高さと同等の高さを有しており、圧電体２と対向する側面１１が斜面となっている。斜面の向きは、圧電体２上面と側面１１の成す角が鈍角となる向きである。本発明によるタッチパネルの非圧電基板１、圧電体２の配置方法は、従来と同じである。
これにより、金属薄板１０に伝搬した超音波は側面１１で減衰し、斜面先端部において強度が極小になった。従って、側面３において超音波の反射波や寄生波の強度が小さくなり、伝搬超音波への干渉が起きにくくなった。
図１１の金属薄板１０断面は台形であるが、必ずしも本形状には限定されない。すなわち図１２に示す通り、三角形となっていても同様の効果を示した。
上記２例の金属薄板１０は、非圧電基板１と圧電体側面３とにはんだを溶融、塗布した後固化することにより形成した。はんだ塗布は汎用の方法であるため作業性が良く、反射波を抑制する構造を容易に形成できた。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明において、該圧電体の側面の内該すだれ状電極で励振した超音波の伝搬路と交差する２つの対向する該側面ａ，ｂのいずれか一方もしくは両方の側面に、超音波を減衰し、側面における超音波の反射を抑制する構造を設けてある。
超音波の反射を抑制する構造として、該側面ａ，ｂのいずれか一方もしくは両方の側面に、超音波吸収可能な構造体を固着した。これにより超音波が該圧電体側面で反射せず、従って寄生波を生じにくくなった。
該構造体を、該圧電体側面を封止する封止剤で形成した。更に該すだれ状電極と電気接続した回路基板にも封止剤を設けた。これは、該圧電体を該非圧電基板に固着する工程と、該すだれ状電極と該回路基板とを結線して固着する工程と、該側面と該回路基板とが成す角部に封止剤を注入する工程により、製造される。
これにより該回路基板の該圧電体との接着力、電気接続部や該回路基板自体の強度等を向上すると同時に、反射波、寄生波の発生が抑制された。
また該側面の構造として、該圧電体側面の内、伝搬超音波と交差する側面を斜面とした。もしくは、該側面ａ，ｂに、該圧電体の高さと同等の高さを有する金属薄板を固着し、該金属薄板の対向する２面ｃ，ｄのうち、該圧電体との固着面ｃと対向する面ｄを斜面とした。
これは、該側面ａ，ｂ，ｄを切断する際に、先端に斜面部を持つか、もしくは先端がＲ形状となっているブレードを用いることで、形成することができる。またその他の方法として、金属もしくは金属酸化物を該側面ａ，ｂ，ｄに付加、つまり、溶射かもしくは金属の蝋材、溶融した金属を側面に塗布し、これを固化する事により形成することができる。
該金属薄板を用いない場合、該側面ａ，ｂの斜面先端部において超音波の強度が極小となり、反射波や寄生波の発生を抑制することができた。本製造方法は該圧電体の特性への影響が少なく、また、振動を抑制する部材が該圧電体周囲に無いため、タッチパネルの効率を高く維持することが可能となった。
また該金属薄板を用いる場合、音響インピーダンスの整合性から、該圧電体と該金属薄板の固着界面において反射波、寄生波の発生が抑えられ、該圧電体から該金属薄板への超音波の伝搬は反射波や寄生波の発生を伴うこと無く、スムーズに行われる。この伝搬超音波は、該側面ｄの斜面先端部において強度が極小となり、反射波や寄生波の発生を抑制することができた。またこのような金属薄板を用いることにより、該圧電体を加工する時と比較してより簡便に斜面構造を得ることが可能となった。
以上の結果、該圧電体側面で超音波の反射が抑えられ、寄生波の発生を低減できるようになった。従って、超音波タッチパネルへの接触有無の検出に関する制御が容易となり、該非圧電基板面内での超音波の強度ばらつきが小さく、出力電圧が一定となった。圧電体毎に検出感度を調整すること無く、誤動作の少ないタッチパネルを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による実施例１に示すタッチパネルの断面図である。
図２は、本発明による実施例１に示すタッチパネルで、図１と異なる構造の断面図である。
図３は、従来の超音波タッチパネルによる周波数６〜７ＭＨｚでのＩ／Ｏ効率を示す図である。
図４は、図１の超音波タッチパネルによる周波数６〜７ＭＨｚでのＩ／Ｏ効率を示す図である。
図５は、本発明による実施例１に示すタッチパネルで、回路基板と圧電体とをワイヤボンディングした場合の断面図である。
図６は、本発明による実施例２に示すタッチパネルの断面図である。
図７は、本発明による実施例３に示すタッチパネルで、圧電体上面と圧電体側面の成す角が鈍角である場合の断面図である。
図８は、本発明による実施例３に示すタッチパネルで、圧電体上面と圧電体側面の成す角が鋭角である場合の断面図である。
図９は、本発明による実施例３に示すタッチパネルで、圧電体上面と圧電体側面の成す角が鋭角で、側面が凹状の曲面である場合の断面図である。
図１０は、本発明による実施例３に示すタッチパネルで、非圧電基板上面が側面下部の接平面である場合の断面図である。
図１１は、本発明による実施例４に示すタッチパネルの断面図である。
図１２は、本発明による実施例４に示すタッチパネルで、図１０と異なる構造の断面図である。
図１３は、従来のタッチパネルの斜視図である。
図１４は、従来のタッチパネルの断面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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