DE112017003424T5

DE112017003424T5 - Kapazitiver dreidimensionaler sensor

Info

Publication number: DE112017003424T5
Application number: DE112017003424.8T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Kobayashi; Yuta ISHII
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2019-03-28
Also published as: CN109416601A; KR102357515B1; KR20190024956A; US10761667B2; JPWO2018008466A1; US20190155422A1; CN109416601B; JP6820926B2; WO2018008466A1

Abstract

Ein kapazitiver dreidimensionaler Sensor (1) ist vorgesehen, der gestaltet ist, um Eingänge in X- und Y-Ebenen-Richtung und einer Z-Tiefenrichtung zu fühlen. Der kapazitive dreidimensionale Sensor (1) umfasst: eine Lichtführungseinheit (U) mit einer Seitenfläche (50a) und einer Arbeitsfläche (T), wobei die Seitenfläche (50a) entlang der Z-Tiefenrichtung ausgebildet ist und einen Lichteintrittsabschnitt umfasst, durch den Licht von einer Lichtquelle (60) eintritt, wobei die Arbeitsfläche (T) gestaltet ist, um die Eingänge einzugeben, und einen Lichtausgabeabschnitt umfasst, von dem das Licht austritt; einen plattenartigen X-Y-Elektrodenkörper (40), der gestaltet ist, um die Eingänge in der X- und Y-Ebenen-Richtung zu fühlen; einen leicht verformbaren Körper (30), der einen plattenartigen elastischen Körper (32) umfasst; und einen plattenartigen Z-Elektrodenkörper (20), der gestaltet ist, um den Eingang in der Z-Tiefenrichtung zu fühlen. Die Lichtführungseinheit (U) umfasst eine Zierplatte, die optional vorgesehen ist, und eine Lichtführungsplatte (50), die gestaltet ist, um das Licht, das in die Lichtführungseinheit (U) von der Seitenfläche eingetreten ist, zu führen und das Licht in Richtung des Lichtausgabeabschnitts auszugeben. Die Lichtführungsplatte (50) hat eine Biegesteifigkeit D1 und die Zierplatte hat eine Biegesteifigkeit D2 und D1 und D2 betragen insgesamt weniger als 256.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft einen kapazitiven dreidimensionalen Sensor mit einer Arbeitsfläche, die von der Innenseite beleuchtet wird. Diese Anmeldung beansprucht das Vorrecht der am 5. Juli 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-133451 , die hiermit hierin aufgenommen wird.
Stand der Technik
Von den als Berührungssensoren zu verwendenden kapazitiven Sensoren waren diejenigen etabliert, die gestaltet sind, um eine Kapazitätsänderungen in zweidimensionalen Richtungen (X-Richtung und Y-Richtung) zu erfassen, aber in den letzten Jahren werden diejenigen vorgeschlagen, die gestaltet sind, um eine Kapazitätsänderung in dreidimensionalen Richtungen (X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung) zu erfassen (zum Beispiel Patentliteratur 1).
Zitierliste
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2016-091149 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Um eine Sichtbarkeit, eine Bedienbarkeit, einen dekorativen Charakter und andere solche Eigenschaften einer Arbeitsfläche eines Berührungssensors zu verbessern, ist es erwünscht, eine LED oder eine andere Lichtquelle im Inneren der Sensorvorrichtung anzuordnen, um die Arbeitsfläche von der Innenseite zu der Außenseite zu beleuchten. Wenn die Lichtquelle jedoch an dem Unterteil der Sensorvorrichtung angeordnet ist, sind drei oder mehr Schichten, zum Beispiel Elektrodenplatten, die gestaltet sind, um eine X-, Y- und Z-Richtung zu fühlen, zwischen der Lichtquelle und der Arbeitsfläche angeordnet, die oberhalb der Lichtquelle angeordnet ist, und daher gibt es dadurch ein Problem, dass eine Leuchtdichte (Lichtmenge) von Licht, die die Arbeitsfläche von der Lichtquelle erreicht, reduziert ist.
Es ist eine Aufgabe dieser Offenbarung, einen kapazitiven dreidimensionalen Sensor bereitzustellen, der imstande ist, eine Arbeitsfläche eines Berührungssensors mit einer hohen Leuchtdichte von der Innenseite der Vorrichtung ohne Beeinträchtigung einer Empfindlichkeit des Berührungssensors zu beleuchten.
Lösung der Aufgabe

[1] Es ist ein kapazitiver dreidimensionaler Sensor vorgesehen, der gestaltet ist, um Eingänge in X- und Y-Ebenen-Richtung und einer Z-Tiefenrichtung zu fühlen, wobei der kapazitive dreidimensionale Sensor Folgendes umfasst: eine Lichtführungseinheit mit einer Seitenfläche und einer Arbeitsfläche, wobei die Seitenfläche entlang der Z-Tiefenrichtung ausgebildet ist und einen Lichteintrittsabschnitt umfasst, durch den Licht von einer Lichtquelle eintritt, wobei die Arbeitsfläche gestaltet ist, um die Eingänge einzugeben und einen Lichtausgabeabschnitt umfasst, von dem das Licht austritt; einen plattenartigen X-Y-Elektrodenkörper, der gestaltet ist, um die Eingänge in der X- und Y-Ebenen-Richtung zu fühlen; einen leicht verformbaren Körper, der einen plattenartigen elastischen Körper umfasst; und einen plattenartigen Z-Elektrodenkörper, der gestaltet ist, um den Eingang in die Z-Tiefenrichtung zu fühlen, wobei die Lichtführungseinheit, der plattenartige X-Y-Elektrodenkörper, der leicht verformbare Körper und der plattenartige Z-Elektrodenkörper in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, um sich in der Z-Tiefenrichtung gesehen einander zu überlappen, wobei die Lichtführungseinheit eine Zierplatte, die optional vorgesehen ist, und eine Lichtführungsplatte umfasst, die gestaltet ist, um das Licht, das von der Seitenfläche in die Lichtführungseinheit eingetreten ist, zu führen und das Licht in Richtung des Lichtausgabeabschnitts auszugeben, wobei die Zierplatte und die Lichtführungsplatte in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, um sich in der Z-Tiefenrichtung gesehen einander zu überlappen, wobei die Lichtführungsplatte eine Biegesteifigkeit D1 hat, die sich durch die folgende Gleichung (1) berechnet, und die Zierplatte eine Biegesteifigkeit D2 hat, die sich durch die folgende Gleichung (2) berechnet, wobei D1 und D2 insgesamt weniger als 256 betragen: $D 1 = (E 1) \times {(h 1)}^{3} \div [12 \times {1 - {(v 1)}^{2}}]$
$D2 = (E2) \times {(h2)}^{3} \div [12 \times {1 - {(v2)}^{2}}]$
wobei D1, E1, h1 und v1 jeweils die Biegesteifigkeit (Einheit: N.mm), ein Biegemodul (Einheit: N/mm²), eine Dicke (Einheit: mm) und eine Querdehnungszahl der Lichtführungsplatte darstellen und D2, E2, h2, und v2 jeweils die Biegesteifigkeit (Einheit: N.mm), ein Biegemodul (Einheit: N/mm²), eine Dicke (Einheit: mm) und eine Querdehnungszahl der Zierplatte darstellen.
[2] Bei dem kapazitiven dreidimensionalen Sensor gemäß Punkt [1] ist die Dicke der Lichtführungsplatte 0,1 mm oder mehr und 0,7 mm oder weniger.
[3] Bei dem kapazitiven dreidimensionalen Sensor gemäß Punkt [1] oder [2] ist die Dicke der Zierplatte 0,1 mm oder mehr und 0,7 mm oder weniger.
[4] Bei dem kapazitiven dreidimensionalen Sensor gemäß einem der Punkte [1] bis [3] betragen die Dicke der Lichtführungsplatte und die Dicke der Zierplatte insgesamt 0,1 mm oder mehr und 0,7 mm oder weniger.
[5] Bei dem kapazitiven dreidimensionalen Sensor gemäß einem der Punkte [1] bis [4] ist die Zierplatte an eine Fläche der Lichtführungsplatte über einen Haftkleber gebunden.
[6] Bei dem kapazitiven dreidimensionalen Sensor gemäß einem der Punkte [1] bis [5] ist sowohl die Lichtführungsplatte als auch die Zierplatte eine aus einem Harzmaterial unabhängig ausgebildete Platte.

In der Lichtführungseinheit wird das Vorhandensein oder Fehlen der Zierplatte frei gewählt. Wenn die Zierplatte nicht vorgesehen ist, wird angenommen, dass die Dicke H2 in der Gleichung (2) 0 ist und somit die Biegesteifigkeit D2 der Zierplatte 0 ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem kapazitiven dreidimensionalen Sensor dieser Offenbarung ist die Lichtführungseinheit unmittelbar unterhalb der Arbeitsfläche angeordnet und daher kann eine Leuchtdichte (Lichtmenge) von Licht, das von dem Lichtausgabeabschnitt ausgegeben wird, weiter erhöht werden als vorher. Als Folge können eine Sichtbarkeit, eine Bedienbarkeit, ein dekorativer Charakter und andere solche Eigenschaften der Arbeitsfläche verbessert werden.
Darüber hinaus wird mit der geeigneten Steifigkeit der Lichtführungsplatte und der Zierplatte, die die Lichtführungseinheit ausbilden, die Arbeitsfläche, die berührt wird, um ein geeignetes Ausmaß in der Z-Richtung leicht eingedrückt und der Eingang (Druckkraft) in der Z-Richtung kann mit hoher Empfindlichkeit gefühlt werden.
Figurenliste

1 ist eine Explosionsquerschnittsansicht eines kapazitiven dreidimensionalen Sensors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung.
2 ist eine Draufsicht des kapazitiven dreidimensionalen Sensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform dieser Offenbarung.
3 ist eine Explosionsquerschnittsansicht eines kapazitiven dreidimensionalen Sensors 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung.
4 ist eine Explosionsquerschnittsansicht eines kapazitiven dreidimensionalen Sensors 3 gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Offenbarung.
5 ist eine schematische Ansicht zum Darstellen eines Querschnitts einer Lichtführungseinheit des kapazitiven dreidimensionalen Sensors 1, 2 oder 3 gemäß dieser Offenbarung und deren Zustand zu einer Zeit, wenn eine Vorderfläche der Platte mit zwei Fingern gleichzeitig gedrückt wird.
6 ist ein Verteilungsdiagramm von Messergebnissen von Beispiel 1, wobei die Vertikalachse ΔC anzeigt, was eine Z-Empfindlichkeit darstellt, und die Horizontalachse eine Biegesteifigkeit D1 anzeigt.
7 ist ein Verteilungsdiagramm der Messergebnisse von Beispiel 1, wobei die Vertikalachse ein Streuungsverhältnis von ΔC anzeigt, was die Z-Empfindlichkeit darstellt, und die Horizontalachse die Biegesteifigkeit D1 anzeigt.
8 zeigt Graphen zum Anzeigen von Ergebnissen, die durch Prüfen einer Arbeitsfläche des dreidimensionalen Sensors, der im Beispiel 1 erzeugt wird, darauf erhalten werden, ob einzelnes Drücken getrennt gefühlt werden kann oder nicht, wenn zwei Punkte gleichzeitig gedrückt werden.

Beschreibung von Ausführungsformen
«Erste Ausführungsform»
Ein kapazitiver dreidimensionaler Sensor (nachfolgend als „dreidimensionaler Sensor“ abgekürzt) gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In all den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen entspricht ein Verhältnis einer Dicke und Abmessungen von jeder Komponente nicht notwendigerweise einem tatsächlichen Verhältnis und ist zur Sichtbarkeit der Zeichnungen geeignet eingestellt.
1 ist eine Explosionsquerschnittsansicht eines dreidimensionalen Sensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform und 2 ist eine Draufsicht des dreidimensionalen Sensors 1. Ein Querschnitt entlang der Linie G-G von 2 ist der Querschnitt von 1.
In 1 ist eine Rechts-Richtung der Platte eine X-Richtung, eine Abwärtsrichtung der Platte eine Z-Richtung und eine Vorderseitenrichtung der Platte, die senkrecht zu der X-Richtung und der Z-Richtung ist, eine Y-Richtung.
In 2 ist eine Rechts-Richtung der Platte die X-Richtung, eine Abwärtsrichtung der Platte die Y-Richtung und ist eine Tiefen-Richtung der Platte, die senkrecht zu der X-Richtung und der Y-Richtung ist, die Z-Richtung.
Der in 1 und 2 dargestellte dreidimensionale Sensor 1 ist ein kapazitiver dreidimensionaler Sensor, der gestaltet ist, um Eingänge in X- und Y-Ebenen-Richtung und eine Z-Tiefenrichtung zu fühlen, und folgendes umfasst: eine Lichtführungseinheit U mit einer Seitenfläche und einer Arbeitsfläche T, wobei die Seitenfläche entlang der Z-Tiefenrichtung ausgebildet ist und Lichteintrittsabschnitte LI umfasst, durch die Licht von Lichtquellen 60 eintritt, wobei die Arbeitsfläche T gestaltet ist, um die Eingänge zu erhalten und einen Lichtausgabeabschnitt LO umfasst, von dem das Licht austritt; einen plattenartigen X-Y-Elektrodenkörper 40, der gestaltet ist, um die Eingänge in der X- und Y-Ebenen-Richtung zu fühlen; einen leicht verformbaren Körper 30 mit einem plattenartigen elastischen Körper 32; und einen plattenartigen Z-Elektrodenkörper 20, der gestaltet ist, um den Eingang in der Z-Tiefenrichtung zu fühlen.
Wenn der dreidimensionale Sensor 1 in der Z-Tiefenrichtung (in Richtung des Sensors) gesehen wird, sind die Lichtführungseinheit U, der X-Y-Elektrodenkörper 40, der leicht verformbare Körper 30 und der Z-Elektrodenkörper 20 an einer Vorderfläche 11a eines Stützbauteils 11 geschichtet, um sich einander in der angegebenen Reihenfolge zu überlappen. In der Nähe des geschichteten Körpers sind die Lichtquellen 60, zum Beispiel LEDs, an der Vorderfläche 11a des Stützbauteils 11 platziert.
In dieser Beschreibung wird die Seite der Lichtführungseinheit U als „Vorderseite“ oder „Vorderflächenseite“ bezeichnet und die Seite des Stützbauteils 11 als „Rückseite“ oder „Rückflächenseite“ bezeichnet.
Wie in 1 veranschaulicht ist, ist die Lichtführungseinheit U des dreidimensionalen Sensors 1 aus einer Lichtführungsplatte 50 ausgebildet. Die Lichtführungsplatte 50 (Lichtführungseinheit U) und der X-Y-Elektrodenkörper 40 sind über eine Klebstoffschicht 84 miteinander verbunden. Eine Seitenfläche 50a der Lichtführungsplatte 50, die näher an den Lichtquellen 60 ist, ist gegenüberliegend zu Lichtausgabeabschnitten der Lichtquellen 60 angeordnet, um die Lichteintrittsabschnitte LI auszubilden, durch die das Licht von den Lichtquellen 60 eintritt. Mit dieser Anordnung tritt das von den Lichtquellen 60 leuchtende Licht von den Lichteintrittsabschnitten LI in die Lichtführungsplatte 50 ein und pflanzt sich durch die Platte fort. Um ein wirksames Eintreten des Lichts von den Lichtquellen 60 in die Lichteintrittsabschnitte LI zu ermöglichen, können die Lichtquellen 60 mit den Lichteintrittsabschnitten LI in innigen Kontakt gebracht werden. Ein Druck ist teilweise an einer Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 aufgebracht, die aus einem durchsichtigen Bauteil gefertigt ist, und die Durchsichtigkeit ist mit Licht und Schatten des Drucks eingestellt, um Ausgabeabschnitte LO, die durchsichtig sind, und einen Lichtabschirmungsabschnitt LB auszubilden, der undurchsichtig ist. Das Licht, das sich durch die Lichtführungsplatte 50 fortgepflanzt hat, wird von den Lichtausgangsabschnitten LO der Vorderfläche 50b ausgegeben.
In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „durchsichtig“ eine Lichtdurchlässigkeit von 50% oder mehr, die in Übereinstimmung mit JIS K7105 gemessen wird. Darüber hinaus bedeutet der Begriff „undurchsichtig“ die oben erwähnte Lichtdurchlässigkeit von weniger als 50%.
Wie in 2 veranschaulicht ist, sind an der Arbeitsfläche T, die aus der Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 ausgebildet ist, der Lichtabschirmungsabschnitt LB, bei dem Licht durch einen Feststoff-Farbauftrag-Druck abgeschirmt wird, und die Lichtausgabeabschnitte LO mit rechteckigen und kreuzförmigen Formen ausgebildet, die ohne Druck gegenüber dem Hintergrund des Lichtabschirmungsabschnitts LB durchsichtig sind. Die oben erwähnte rechteckige Form entspricht einem Eingabegebiet, mit dem ein Finger oder Eingabestift in Kontakt gebracht wird. Die Außenseite des Eingabegebiets ist durch einen Gehäuserahmen einer Vorrichtung umgeben, an der der dreidimensionale Sensor 1 montiert ist, und daher sind von oben gesehen die Lichtquellen 60 durch den Gehäuserahmen vor einem Anblick verborgen. Es gibt eine Vielzahl von Lichtquellen 60 und die Lichtführungsplatte 50 ist auch zwischen den Lichtquellen 60 angeordnet, um drei Richtungen jeder Lichtquelle 60 zu umgeben. Mit dieser Anordnung sind die Lichteintrittsabschnitte LI, die durch die Seitenfläche 50a der Lichtführungsplatte 50 ausgebildet sind, angeordnet, um die drei Richtungen der Lichtquellen 60 zu umgeben und den Lichtausgabeabschnitten der jeweiligen Lichtquellen 60 gegenüber zu liegen. Die Seitenfläche 50a in den Lichteintrittsabschnitten LI ist ausgebildet, um in einem Sägezahnmuster zu steigen und zu fallen, um das in die Lichtführungsplatte 50 eintretende Licht zu streuen.
In dem Beispiel von 2 umgeben die Lichteintrittsabschnitte LI die drei Richtungen, aber es kann eine Konfiguration angenommen werden, bei der der Lichteintrittsabschnitt LI in nur einer Richtung gegenüberliegt, d.h. die Seitenfläche 50a der Lichtführungsplatte 50 kann linear sein. Darüber hinaus, um zu verhindern, dass Licht von den Lichtquellen 60 in Richtung des Oberteils oder der Seite wo anders als an den Lichteintrittsabschnitten LI austritt, können die Oberteile und die Seiten der Lichtquellen 60 durch die Lichtführungsplatte 50 oder ein anderes Bauteil abgedeckt sein.
Darüber hinaus sind in dem Beispiel von 2 die rechteckige Form und die kreuzförmige Form durch die Lichtausgabeabschnitte LO gezogen, aber ohne auf die rechteckige Form und kreuzförmige Form beschränkt zu sein, jede beliebige Figur oder jeder beliebige Buchstabe kann stattdessen verwendet werden.
Die Lichtausgabeabschnitte LO, die an der Vorderfläche 50b (Arbeitsfläche T) der Lichtführungsplatte 50 ausgebildet sind, sind hinsichtlich ihren Konfigurationen nicht begrenzt, solange die Lichtausgabeabschnitte LO Regionen sind, die es ermöglicht, das Licht durch sie hindurchgeht, und sind aus lichtdurchlässigen Regionen mit Ausnahme von undurchlässigen Regionen ausgebildet, die an der Vorderfläche 50b zum Beispiel durch Bedrucken oder andere solche Verfahren ausgebildet sind.
Die Lichtquellen 60 sind nicht sonderlich begrenzt, solange die Lichtquellen 60 das Licht zu der Seitenfläche 50a der Lichtführungsplatte 50 ausgeben können, und Beispiele der Lichtquellen 60 umfassen lichtemittierende Dioden (LEDs) und Kathodenstrahlröhren.
[Schichtungsaufbau des dreidimensionalen Sensors]
Das Stützbauteil 11 und der Z-Elektrodenkörper 20 sind über eine Klebeschicht 81 unter Verwendung eines Haftklebers aneinandergebunden. Der Z-Elektrodenkörper 20 und der leicht verformbare Körper 30 sind über eine Klebeschicht 82, die aus einem Haftkleber ausgebildet ist, aneinandergebunden. Der leicht verformbare Körper 30 und der X-Y-Elektrodenkörper 40 sind durch eine dazwischen befindliche Silikongummiplatte 33 aneinandergebunden. Der X-Y-Elektrodenkörper 40 und die Lichtführungsplatte 50 sind über die Klebeschicht 84 unter Verwendung eines Haftklebers aneinandergebunden.
Nun werden Einzelheiten der Komponenten in einer Reihenfolge von der Seite des Stützbauteils 11 beschrieben.
[Stützbauteil]
Das Stützbauteil 11 des dreidimensionalen Sensors 1 umfasst ein Substrat und eine Abschirmungsschicht (nicht gezeigt), die an einer Vorderfläche des Substrats ausgebildet ist. Das Substrat ist hinsichtlich seines Ausgangsmaterials nicht sonderlich begrenzt, und Beispiele dafür sind ein Papier-Epoxid-Substrat, ein Glas-Epoxid-Substrat, ein Papier-Phenolsubstrat und eine Metallplatte. Die Abschirmschicht ist eine Metallschicht und besteht beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder Silber. Die Abschirmschicht ist eine massive Metallschicht ohne Muster. Als das Stützelement 11, das das Substrat und die Abschirmschicht umfasst, kann beispielsweise eine Leiterplatte verwendet werden. Wenn das Stützelement 11 eine Metallplatte ist, dient die Metallplatte selbst als Abschirmschicht, und daher ist eine separat bereitgestellte Abschirmschicht nicht notwendigerweise erforderlich.
Vorzugsweise ist die Dicke des Stützelements 11 eine Dicke, mit der die Lichtquellen 60 und die auf deren Vorderfläche 11a zu platzierenden Elektrodenkörper strukturell gestützt werden können und die beispielsweise von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm betragen kann.
Die Form des Stützelements 11 ist nicht auf eine Plattenform beschränkt, und jede beliebige Form kann angenommen werden, solange andere Bestandteile mit der Form gestützt werden können, deren Beispiele eine gekrümmte Fläche umfassen, die in einer einachsigen Richtung gekrümmt ist.
[Z-Elektrodenkörper]
Der Z-Elektrodenkörper 20 ist ein Elektrodenkörper, der gestaltet ist, um einen Eingang in der Z-Richtung zu erfassen, und eine Elektrodenplatte ist, die eine dritte Basismaterialplatte 21, eine gemusterte leitfähige Folie 22, die auf einer Vorderfläche der dritten Basismaterialplatte 21 ausgebildet ist, und eine isolierende Folie 23 umfasst, die Vorderflächen der dritten Basismaterialplatte 21 und der leitfähigen Folie 22 abdeckt.
In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „leitfähig“ in der leitfähigen Folie einen elektrischen Widerstandswert von weniger als 1 MΩ und vorzugsweise weniger als 0,1 MΩ, und der Begriff „isolierend“ in der isolierenden Folie bedeutet den elektrischen Widerstandswert von 1 MΩ oder mehr und vorzugsweise 10 MΩ oder mehr.
Ein Ausgangsmaterial der dritten Basismaterialplatte 21 ist beispielsweise eine Kunststofffolie oder eine Glasplatte. Als Harz, das die Kunststofffolie bildet, kann Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polyimid, Triacetylcellulose, cyclisches Polyolefin oder ein Acrylharz verwendet werden. Von diesen wird Polyethylenterephthalat (PET) oder Polycarbonat wegen seiner hohen Hitzebeständigkeit, hohen Formbeständigkeit und niedrigen Kosten bevorzugt.
Die dritte Basismaterialplatte 21 hat eine Dicke von z.B. 10 µm bis 100 µm.
Die dritte Basismaterialplatte 21 kann durchsichtig oder undurchsichtig sein.
Beispiele für die leitfähige Folie 22 umfassen: einen Film, der aus einer leitfähigen Paste gebildet ist, die beispielsweise Goldpartikel, Silberpartikel, Kupferpartikel, Nickelpartikel, Aluminiumpartikel, Chrompartikel oder zinndotiertes Indiumoxid enthält; einen Film, der ein leitfähiges Polymer, beispielsweise Polythiophen, enthält; einen Film, der einen Metallnanodraht, beispielsweise aus Gold oder Silber, enthält; einen Film, der ein leitfähiges Kohlenstoffmaterial, wie Kohlenstoff-Nanofaser, Kohlenstoff-Nanobud, Ruß, Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Graphen enthält; und einen Metallabscheidungsfilm, beispielsweise aus Gold, Silber oder zinndotiertem Indiumoxid.
Auf einer Fläche der leitfähigen Folie 22 können Plasmabehandlung, Ultraviolettbestrahlung, Koronabehandlung, Excimer-Laserbehandlung und andere verschiedene Oberflächenbehandlungen angewendet werden. Wenn eine Oberflächenbehandlung an der leitfähigen Folie 22 aufgebracht wird, wird die Haftung gegenüber der isolierenden Folie 23 erhöht und ein Kontaktwiderstand reduziert.
Die Dicke der leitfähigen Folie 22 liegt beispielsweise zwischen etwa 0,01 µm und etwa 25 µm.
Ein bekanntes Muster, mit dem ein Eingang in Z-Richtung gefühlt werden kann, wird auf die Musterform der leitfähigen Folie 22 angewendet, wobei Beispiele dafür ein Muster umfassen, in dem rechteckige oder lineare leitfähige Abschnitte in frei wählbaren Abständen angeordnet sind, wie in Patentliteratur 1 beschrieben ist.
Eine Leitungsführungsverdrahtung, eine Verdrahtung für eine äußere Anschlussklemme, oder andere derartige Verdrahtungstrassen zum Ausgeben eines durch das Muster der leitfähigen Folie 22 erfassten Signals nach außen werden ebenfalls auf der dritten Basismaterialplatte 21 ausgebildet.
Die isolierende Folie 23 ist eine Folie aus einem isolierenden Harz und kann die Haftung in Bezug auf die Klebeschicht 82 und den leicht verformbaren Körper 30 erhöhen und die Oxidation der leitenden Folie 22 und der Verdrahtungstrassen verhindern.
Beispiele für das isolierende Harz sind ein wärmehärtendes Harz, ein sichtbares lichthärtendes Harz, ein Elektronenstrahl-Härtungsharz und ein UVhärtendes Harz. Von diesen Isolierharzen wird das ultraviolett härtende Harz unter dem Gesichtspunkt einer geringen thermischen Schrumpfung während der Aushärtung bevorzugt.
Die Dicke der isolierenden Folie 23 liegt beispielsweise zwischen etwa 0,5 µm und etwa 50 µm.
Anstelle der oben genannten Konfiguration kann auf die dritte Basismateriallage 21 ein sogenanntes starres Substrat mit geringer Flexibilität aufgebracht werden. Beispiele für das starre Substrat sind ein Glas-Epoxid-Substrat, ein Papier-Epoxid-Substrat und ein Papier-Phenolsubstrat. Als leitfähiger Film auf dem starren Substrat kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der ein Kupferfilm oder eine andere Metallfolie auf dem starren Substrat gebunden ist.
Darüber hinaus können das Stützelement 11 und der Z-Elektrodenkörper 20 integriert werden, indem das Substrat des Stützelements 11 als drittes Basismaterialblatt 21 verwendet und der leitfähige Film 22 und der isolierende Film 23 auf der Vorderfläche des Substrats gebildet werden. In diesem Fall kann eine Abschirmschicht auf einer Rückfläche des Substrats vorgesehen werden.
[Leicht verformbarer Körper]
Der leicht verformbare Körper 30 ist eine Platte, die elastisch verformbar ist, wenn ein Teil der Arbeitsfläche T, der aus der Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 gebildet ist, in Richtung der Seite des Stützbauteils 11 gedrückt (komprimiert) wird, und eine Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers, den plattenartigen elastischen Körper 32, der an einer Vorderfläche der Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers ausgebildet ist, und die Silikongummiplatte 33 umfasst, die gestaltet ist, um den elastischen Körper 32 an den X-Y-Elektrodenkörper 40 zu binden.
Als Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers kann beispielsweise eine Platte ähnlich der dritten Basismaterialplatte 21 des Z-Elektrodenkörpers 20 angewendet werden. Materialien und Dicken der Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers und der dritten Basismaterialplatte 21 können gleich oder unterschiedlich sein.
Die Dicke der Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers liegt beispielsweise zwischen 10 µm und 100 µm.
Der elastische Körper 32 ist eine Platte aus einem elastischen Material und hat eine große Anzahl von vorstehenden elastischen Abstandshaltern 32a, die auf dessen Fläche ausgebildet sind. Jeder der elastischen Abstandhalter 32a ist so angeordnet, dass seine obere Fläche der Seite des X-Y-Elektrodenkörpers 40 (Vorderflächenseite) zugewandt ist. Darüber hinaus ist die Vielzahl der elastischen Abstandshalter 32a so angeordnet, dass sie gleichmäßig über die gesamte Vorderfläche des elastischen Körpers 32 verteilt sind. Deshalb ist bei planarer Betrachtung der Vorderfläche des elastischen Körpers 32 ein Punktmuster zu sehen, in dem die oberen Flächen der elastischen Abstandhalter 32a gleichmäßig über die gesamte Fläche verteilt sind.
Beispiele für die Form der Oberseite jedes elastischen Abstandhalters 32a umfassen einen Kreis, eine Ellipse, ein Rechteck und andere Polygone.
Vorzugsweise hat der elastische Körper 32 mit einer Dicke von 1 cm eine Shore-A Härte von 85 oder weniger aufweist. Wenn die oben genannte Shore A-Härte 85 oder weniger beträgt, kann der elastische Körper 32 beim Drücken leicht verformt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass bei übermäßig weichem elastischen Körper 32 die Rückverformung nach der elastischen Verformung verzögert wird und daher die oben genannte Shore-A Härte vorzugsweise 10 oder mehr beträgt.
In dem dreidimensionalen Sensor 1 wird, wenn die Arbeitsfläche T der Lichtführungseinheit U nicht gedrückt wird, ein Abstand zwischen dem X-Y-Elektrodenkörper 40 und dem Z-Elektrodenkörper 20 mit der Dicke des leicht verformbaren Körpers 30 aufrechterhalten, indem er vom leicht verformbaren Körper 30 gestützt wird.
Wenn zwischenzeitlich die Arbeitsfläche T der Lichtführungseinheit U in Richtung der Seite des Stützbauteils 11 gedrückt wird, wird der elastische Körper 32, insbesondere die elastischen Abstandshalter 32a, verformt, um in dem gedrückten Teil gequetscht zu werden und ein Trennungsabstand zwischen dem X-Y-Elektrodenkörper 40 und dem Z-Elektrodenkörper 20 lokal reduziert. Dadurch wird der Eingang (Positionsänderung) in Z-Richtung als Kapazitätsänderung des Z-Elektrodenkörpers 20 erfasst.
Beispiele für das elastische Material zum Ausbilden des elastischen Körpers 32 umfassen: wärmehärtende Elastomere, wie beispielsweise ein Urethankautschuk, ein Isoprenkautschuk, ein Ethylen-Propylen-Kautschuk, ein Naturkautschuk, ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, ein Styrol-Butadien-Kautschuk und ein Silikongummi; thermoplastische Elastomere, wie beispielsweise ein auf Urethan basierendes, esterbasierendes, styrolbasierendes, olefinbasierendes, butadienbasierendes oder fluorbasierendes Elastomer; und Verbundwerkstoffe davon. Als Ausgangsmaterial des elastischen Körpers 32 wird Silikongummi bevorzugt, der geringe Maßänderungen aufweist, d.h. einen geringen Druckverformungsrest als Reaktion auf wiederholtes Drücken.
Die Höhe der elastischen Abstandhalter 32a ist vorzugsweise 30 µm oder mehr und 150 µm oder weniger und noch bevorzugter 40 µm oder mehr und 100 µm oder weniger. Da die Höhe der elastischen Abstandhalter 32a die oben genannte Untergrenze oder mehr ist, wird der X-Y-Elektrodenkörper 40 leichter verformt, um einen ausreichenden Verschiebungsbetrag zu gewährleisten, wenn die Arbeitsfläche T der Lichtführungseinheit U gedrückt wird. Da die Höhe der elastischen Abstandhalter 32a die oben genannte Obergrenze oder weniger ist, wird die Haltekraft, die bei nicht gedrückter Arbeitsfläche T der Lichtführungseinheit U auftritt, erhöht, und es ist möglich, eine Verringerung der Empfindlichkeit des Fühlens eines Eingangs in Z-Richtung zu verhindern.
Beispiele für die Anordnung der Vielzahl von elastischen Abstandhaltern 32a an der Fläche des elastischen Körpers 32 umfassen Layouts eines 60-Grad versetzten Musters, eines radial versetzten Musters, eines Parallelmusters und eines Gittermusters.
Der Abstand zwischen benachbarten elastischen Abstandhaltern beträgt vorzugsweise 0,1 mm oder mehr und 2,0 mm oder weniger und noch bevorzugter 0,1 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger. Da der Abstand zwischen den benachbarten elastischen Abstandhaltern die oben genannte untere Grenze oder mehr ist, kann der X-Y-Elektrodenkörper 40 beim Drücken der Arbeitsfläche T der Lichtführungseinheit U leichter verformt werden.
Der leicht verformbare Körper 30 und der X-Y-Elektrodenkörper 40 sind durch die dazwischen befindliche Silikongummiplatte 33 aneinander gebunden. Die Fläche der Silikongummiplatte wird beispielsweise einer UV-Behandlung, einer Koronabehandlung, einer Plasmabehandlung oder einer anderen leicht bindenden Behandlung unterzogen. Mit der durch diese Behandlung verliehenen starken Haftung werden die Silikongummiplatte 33, die an einer Rückfläche des X-Y-Elektrodenkörpers 40 fixiert ist, und die obere Fläche der elastischen Abstandhalter 32a ohne ein Verschieben in Ebenen-Richtung gebunden.
Der elastische Körper 32 und der X-Y-Elektrodenkörper 40 können über eine Klebeschicht anstelle der Silikongummiplatte 33 aneinander haften, oder es kann ein Plattenelement aus einem anderen Material als Silikongummi verwendet werden.
[X-Y Elektrodenkörper]
Der X-Y-Elektrodenkörper 40 ist ein Elektrodenkörper zur Verwendung beim Erfassen von Eingängen in X-Richtung und Y-Richtung und ist an der Vorderflächenseite des leicht verformbaren Körpers 30 vorgesehen. Der X-Y-Elektrodenkörper 40 in der ersten Ausführungsform ist ein geschichteter Elektrodenplattenkörper, der durch Schichten einer ersten Elektrodenplatte 40x und einer zweiten Elektrodenplatte 40y erhalten wird.
Die erste Elektrodenplatte 40x umfasst eine erste Basismaterialplatte 41, eine gemusterte leitfähige Folie 42, die an einer Vorderfläche der ersten Basismaterialplatte 41 ausgebildet ist, und eine isolierende Folie 43, die Vorderflächen der ersten Basismaterialplatte 41 und der leitfähigen Folie 42 abdeckt.
Die erste Basismaterialplatte 41, die leitfähige Folie 42 und die isolierende Folie 43 können beispielsweise der dritten Basismaterialplatte 21, der leitfähigen Folie 22 und der isolierenden Folie 23 des Z-Elektrodenkörpers 20 ähnlich sein.
Die Dicke der ersten Elektrodenplatte 40x liegt beispielsweise zwischen 10 µm und 100 µm.
Ein bekanntes Muster, mit dem Eingaben in X-Richtung und Y-Richtung gefühlt werden können, wird als Musterform der leitfähigen Folie 42 angewendet, deren Beispiele ein Muster umfassen, in dem rechteckige oder lineare leitfähige Abschnitte in frei wählbaren Abständen angeordnet sind, wie in der Patentliteratur 1 beschrieben.
Zusammen mit dem Muster der leitfähigen Folie 42 werden auf der ersten Basismaterialplatte 41 auch eine Leitungsführungsverdrahtung, eine Verdrahtung für eine äußere Anschlussklemme oder andere derartige Verdrahtungstrassen zum Ausgeben eines durch das Muster erfassten Signals nach außen ausgebildet.
Die zweite Elektrodenplatte 40y umfasst eine zweite Basismaterialplatte 45, eine gemusterte leitfähige Folie 46, die an einer Vorderfläche der zweiten Basismaterialplatte 45 ausgebildet ist, und eine isolierende Folie 47, die Vorderflächen der zweiten Basismaterialplatte 45 und der leitfähigen Folie 46 abdeckt.
Die Beschreibung der zweiten Basismaterialplatte 45, der leitfähigen Folie 46 und der isolierenden Folie 47 ist ähnlich wie die der ersten Basismaterialplatte 41, der leitfähigen Folie 42 und der isolierenden Folie 43 und wird daher weggelassen.
Die erste Elektrodenplatte 40x und die zweite Elektrodenplatte 40y, die den X-Y-Elektrodenkörper 40 bilden, können jeweils gestaltet werden, um einen beliebigen von einem Eingang in X-Richtung und einem Eingang in Y-Richtung zu erfassen, oder beide Elektrodenplatten 40x und 40y können gestaltet werden, um zusammenzuwirken, um sowohl den Eingang in X-Richtung als auch den Eingang in Y-Richtung zu fühlen (wobei zum Beispiel eine davon vom Sendertyp und die andere vom Empfängertyp ist).
Der X-Y-Elektrodenkörper 40 ist zwischen der Lichtführungseinheit U (Lichtführungsplatte 50) und dem leicht verformbaren Körper 30 angeordnet. In einem Fall, in dem der X-Y-Elektrodenkörper 40 so dick ist, dass er sich überhaupt nicht verformt, wird auch wenn eine Druckkraft auf einen lokalen Teil der Arbeitsfläche T der Lichtführungseinheit U ausgeübt wird, die gesamte Oberfläche des leicht verformbaren Körpers 30 gedrückt. In diesem Fall wird der Eingang in Z-Richtung gefühlt, aber es ist schwierig, den Eingang in Verbindung mit der X-und Y-Richtung lokal zu fühlen.
Um den oben genannten lokalen Teil zu fühlen, hat der X-Y-Elektrodenkörper 40 vorzugsweise auch eine solche Weichheit, dass er sich bei der Verformung der Lichtführungseinheit U verformen kann. Deshalb beträgt die Gesamtdicke des X-Y-Elektrodenkörpers 40 vorzugsweise 0,4 mm oder weniger, noch bevorzugter 0,3 mm oder weniger und überdies vorzugsweise 0,25 mm oder weniger. Ein unterer Grenzwert der Gesamtdicke des X-Y-Elektrodenkörpers 40 ist nicht besonders begrenzt, beträgt aber beispielsweise 0,05 mm oder mehr.
[Lichtführungseinheit]
Die Lichtführungseinheit U in der ersten Ausführungsform ist aus der Lichtführungsplatte 50 ausgebildet, die aus einem plattenartigen durchsichtigen Material ist.
Als durchsichtiges Material kann beispielsweise ein durchsichtiges Harz oder Glas verwendet werden. Als durchsichtiges Harz können beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polyimid, Triacetylcellulose, cyclisches Polyolefin, ein Acrylharz, ein Silikongummi, ein Urethankautschuk und andere Elastomere verwendet werden. Von diesen Materialien wird Polycarbonat, ein Acrylharz oder zyklisches Polyolefin wegen der hervorragenden Lichtführungseigenschaft bevorzugt. Vorzugsweise ist die Lichtführungsplatte 50 aus einer durchsichtigen Harzplatte ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Dicke der Lichtführungsplatte 50 unter dem Gesichtspunkt einer Erhöhung der Leuchtdichte des Ausgangslichts so dick wie möglich, aber unter dem Gesichtspunkt einer einfachen Übertragung einer in Z-Richtung eingegebenen Druckkraft an der Arbeitsfläche T auf den leicht verformbaren Körper 30 so dünn wie möglich. Unter Berücksichtigung dieser widersprüchlichen Bedingungen beträgt zum Beispiel die Dicke der Lichtführungsplatte 50 vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 1 mm oder weniger, noch bevorzugter 0,10 mm oder mehr und 0,70 mm oder weniger, sogar noch bevorzugter 0,10 mm oder mehr und 0,40 mm oder weniger, überdies vorzugsweise 0,10 mm oder mehr und 0,30 mm oder weniger, insbesondere vorzugsweise 0,10 mm oder mehr und 0,25 mm oder weniger, und höchst vorzugsweise 0,10 mm oder mehr und 0,20 mm oder weniger.
Wenn die Lichtführungsplatte 50 aus Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polyimid, Triacetylcellulose, cyclischem Polyolefin oder einem Acrylharz ausgebildet ist, liegt deren Dicke vorzugsweise in dem vorstehend beschriebenen geeigneten Bereich.
Wenn die Lichtführungsplatte 50 aus Glas gebildet ist, beträgt ihre Dicke vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,35 mm oder weniger, noch bevorzugter 0,05 mm oder mehr und 0,30 mm oder weniger, sogar noch bevorzugter 0,05 mm oder mehr und 0,25 mm oder weniger, überdies vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,20 mm oder weniger, insbesondere vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,15 mm oder weniger, und höchst vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,10 mm oder weniger.
Unter dem Gesichtspunkt der zuverlässigen Übertragung der Druckkraft auf den leicht verformbaren Körper 30 und einer Erhöhung der Empfindlichkeit zum Fühlen des Eingangs in Z-Richtung ist eine Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50, die nach der folgenden Gleichung (1) berechnet wird, vorzugsweise kleiner als 256, noch bevorzugter 32 oder weniger, überdies vorzugsweise 20 oder weniger, insbesondere vorzugsweise 16 oder weniger und am höchst vorzugsweise 10 oder weniger.
Ein unterer Grenzwert der Biegesteifigkeit D1 ist nicht besonders begrenzt und beträgt vorzugsweise 0,1 oder mehr. $D 1 = (E 1) \times {(h 1)}^{3} \div [12 \times {1 - {(v 1)}^{2}}],$
wobei D1, E1, h1 und v1 die Biegesteifigkeit (Einheit: N·mm), ein Biegemodul (Einheit: N/mm2), eine Dicke (Einheit: mm) und eine Querdehnungszahl der Lichtführungsplatte 50 darstellen.
Das Biegemodul (E-Modul) E1 der Lichtführungsplatte 50 wird unter einer Bedingung einer Temperatur von 20°C nach dem Verfahren der JIS K7171:2008 (ISO178:2001) gemessen.
Beispiele für ein Verfahren zum Messen der Dicke h1 der Lichtführungsplatte 50 umfassen ein Mikrometer, einen digitalen Indikator, eine Laser-Verschiebungsmessung, die Beobachtung eines Querschnitts unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops und andere solch bekannte Verfahren. Ein Durchschnittswert der an beliebigen fünf Punkten an der Lichtführungsplatte 50 gemessenen Dicken ist definiert als eine Dicke h1 der Lichtführungsplatte 50.
Die Querdehnungszahl v1 der Lichtführungsplatte 50 wird unter einer Bedingung einer Temperatur von 20°C unter Verwendung eines berührungslosen Video-Dehnungsmessers (z.B. biaxialer Video-Dehnungsmesser (AVE) der DJK Corporation) gemessen.
Normalerweise unterscheidet sich die Querdehnungszahl v1 der Lichtführungsplatte nicht wesentlich von einem gebräuchlichen Eigenschaftswert des durchsichtigen Materials, das die Lichtführungsplatte bildet, und daher kann der gebräuchliche Eigenschaftswert des durchsichtigen Materials anstelle der Querdehnungszahl v1 der Lichtführungsplatte vorläufig verwendet werden. Insbesondere liegt eine Querdehnungszahl des gebräuchlichen Glases bei etwa 0,20 bis etwa 0,25 und eine Querdehnungszahl eines gebräuchlichen thermoplastischen Harzes bei etwa 0,20 bis etwa 0,40.
Im Allgemeinen wird eine Querdehnungszahl durch die Gleichung: {ε2÷ε1×(-1)} berechnet, durch Messen einer Längsdehnung ε1, die durch einachsige Spannung erzeugt wird, und einer Querdehnung ε2, die orthogonal zur Längsdehnung ist. Die Querdehnung ε2 kann zwei zueinander orthogonale Richtungen beinhalten, kann aber der Einfachheit halber in dieser Offenbarung ohne praktisches Problem unabhängig von der Richtung als konstant angesehen werden. Darüber hinaus wird bei getrennter Betrachtung der beiden Richtungen der Querdehnung der kleinere Wert der beiden Querdehnungen in diese Offenbarung angenommen.
Die Dicke des an der Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 aufgebrachten Drucks ist im Vergleich zur Dicke der Lichtführungsplatte 50 ausreichend dünn (z.B. 0,01 mm oder weniger), so dass der Druck wenig Einfluss auf die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50 hat.
Der Druck kann nicht an der Vorderfläche 50b, sondern an einer Rückfläche, die der Vorderfläche 50b entgegengesetzt ist, der Lichtführungsplatte 50 aufgebracht werden. Der „Druck“ in dieser Beschreibung umfasst nicht nur einen Beschichtungsfilm, der ein Pigment und einen Farbstoff enthält, sondern auch einen diskontinuierlichen (unter Ausnahme des Lichtleistungsabschnitts), nichtleitfähigen Metallabscheidungsfilm.
Anstelle der oben erwähnten Konfiguration, wenn die gesamte Arbeitsfläche T Licht abstrahlen soll (Licht wird von der gesamten Oberfläche abgestrahlt), ist es nicht erforderlich, den durch Bedrucken gebildeten Lichtabschirmungsabschnitt LB an der Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 vorzusehen.
[Klebeschicht]
An den Klebeschichten 81, 82, 83 und 84 zum Binden der den dreidimensionalen Sensor 1 ausbildenden Platten wird eine Klebeschicht unter Verwendung eines bekannten aushärtbaren Klebstoffs (der vor dem Binden ein flüssiger Klebstoff ist und vor dem Aushärten eine geringe Haftfestigkeit aufweist) oder eines Haftklebers (der vor dem Binden ein gelartiger Haftkleber ist und bezüglich einer gedrückten Klebefläche eine Haftfähigkeit aufweist) angewendet. Darüber hinaus kann die Klebeschicht eine Basismaterial-Klebeschicht sein, bei der auf beiden Seiten einer Basismaterialschicht ein Klebstoff oder ein Haftkleber angeordnet ist. Beispiele für die Basismaterial-Klebeschicht umfassen ein bekanntes doppelseitiges Klebeband.
Beispiele für den Klebstoff und den Haftkleber umfassen ein Acrylharz, ein Polyurethanharz und ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer. Der aushärtbare Klebstoff kann vom Lösungsmitteltyp, der ein Lösungsmittel enthält, das sich beim Aushärten verflüchtigt, oder vom Heißschmelztyp sein.
Als aushärtbarer Klebstoff wird beispielsweise ein Schmelzklebstoff vom Polyestertyp bevorzugt.
Als Haftkleber wird beispielsweise ein Acryl-Haftkleber mit einem (Meth-)Acrylharz bevorzugt.
Jede der Klebeschichten 81, 82, 83 und 84 kann durchsichtig oder undurchsichtig sein. Die Dicke jeder Klebeschicht liegt beispielsweise zwischen 1 µm und 75 µm. Vorzugsweise liegt die Dicke der Klebeschicht unter Verwendung des Klebstoffs zwischen 1 µm und 20 µm. Vorzugsweise liegt die Dicke der Klebeschicht unter Verwendung des Haftklebers zwischen 10 µm und 75 µm. Wenn die Dicke in den oben genannten Bereich fällt, hat die Klebeschicht wenig Einfluss auf die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50.
Von den Klebeschichten ist die Klebeschicht 84, die die Lichtführungsplatte 50 und den X-Y-Elektrodenkörper 40 aneinander bindet, vorzugsweise eine Klebeschicht unter Verwendung eines Haftklebers ist. Wenn die Klebeschicht 84 die Klebeschicht unter Verwendung des Haftklebers ist, wird die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50 durch die Steifigkeit des X-Y-Elektrodenkörpers 40 nicht beeinflusst, und die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50 kann als eine Einheit betrachtet werden, die vom X-Y-Elektrodenkörper 40 getrennt ist.
«Zweite Ausführungsform»
3 ist eine Explosionsquerschnittsansicht eines dreidimensionalen Sensors 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung. Bauteile, die mit denen des dreidimensionalen Sensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform gleich sind, werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und deren Beschreibung wird weggelassen.
In der zweiten Ausführungsform wird die Lichtführungseinheit U von der Lichtführungsplatte 50 und einer Zierplatte 70 ausgebildet. An die Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 wird die Zierplatte 70 über eine Klebeschicht 85 gebunden.
Auf die Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 in der zweiten Ausführungsform werden Buchstaben als Lichtabschirmungsabschnitt LB gedruckt, und ein von dem Abschnitt, auf dem die Buchstaben gedruckt werden, verschiedener Abschnitt der Vorderfläche 50b dient als Lichtausgabeabschnitt, der gestaltet ist, um Licht zu der Vorderseite auszugeben.
Als weitere Ausführungsform kann eine Konfiguration angenommen werden, bei der ein Druck nicht an der Vorderfläche 50b angewendet wird, sondern ein Diffusionsdruck, der gestaltet ist, um Licht zu jedem Punkt der Rückfläche zu streuen, an der Vorderfläche 50b angewendet wird. Wenn beispielsweise der Diffusionsdruck in einem Muster aufgebracht wird, wird dem Muster entsprechend Licht an der Rückfläche reflektiert, um von der Vorderfläche 50b ausgegeben zu werden.
[Zierplatte]
Die Zierplatte 70 besteht aus einem plattenartigen Material, das ein durchsichtiges Material oder ein undurchsichtiges Material sein kann. Vorzugsweise wird die Zierplatte 70 aus einer durchsichtigen Harzplatte ausgebildet ist.
Wenn die Zierplatte 70 aus einem durchsichtigen Material ist, ist deren Rückfläche dem Lichtausgabeabschnitt der Lichtführungsplatte 50 zugewandt und die Lichtausgabe von der Lichtführungsplatte 50 tritt in die Zierplatte 70 von der Rückfläche der Zierplatte 70 ein. Ein Druck wird teilweise an einer Vorderfläche 70b oder der Rückfläche der Zierplatte 70 aufgebracht, und die Transparenz wird mit Licht und Schatten des Drucks eingestellt, um die Lichtausgabeabschnitte LO, die durchsichtig sind, und den Lichtabschirmungsabschnitt LB auszubilden, der undurchsichtig ist. Das Licht, das durch die Zierplatte 70 hindurchgegangen ist, wird aus den Lichtausgabeabschnitten LO der Vorderfläche 70b ausgegeben.
Wenn die Zierplatte 70 aus einem undurchsichtigen Material hergestellt ist, wird ein lichtdurchlässiges Loch gebildet, das die Zierplatte 70 in der Dickenrichtung durchbohrt, und die Lichtausgabe des Lichtausgabeabschnitts der Lichtführungsplatte 50 geht durch das lichtdurchlässige Loch von der Rückfläche der Zierplatte 70 hindurch, um von einer Öffnung (Ausgabeabschnitt) des lichtdurchlässigen Lochs in der Vorderfläche 70b ausgegeben zu werden.
Beispiele des durchsichtigen Materials umfassen die gleichen Materialien wie das durchsichtige Material, das die Lichtführungsplatte 50 im dreidimensionalen Sensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausbildet.
Beispiele für das undurchsichtige Material umfassen das gefärbte durchsichtige Material.
Vorzugsweise ist die Dicke der Zierplatte 70 unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der mechanischen Festigkeit so dick wie möglich, aber unter dem Gesichtspunkt der einfachen Übertragung der in Z-Richtung eingegebenen Druckkraft auf den leicht verformbaren Körper 30 so dünn wie möglich. Unter Berücksichtigung dieser widersprüchlichen Bedingungen beträgt beispielsweise die Dicke der Zierplatte 70 vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 1 mm oder weniger, noch bevorzugter 0,10 mm oder mehr und 0,70 mm oder weniger, sogar noch bevorzugter 0,10 mm oder mehr und 0,40 mm oder weniger, überdies vorzugsweise 0,10 mm oder mehr und 0,30 mm oder weniger, insbesondere vorzugsweise 0,10 mm oder mehr und 0,25 mm oder weniger, und höchst vorzugsweise 0,10 mm oder mehr und 0,20 mm oder weniger.
Wenn die Zierplatte 70 aus Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polyimid, Triacetylcellulose, cyclischem Polyolefin oder einem Acrylharz gebildet ist, liegt die Dicke vorzugsweise innerhalb des vorstehend beschriebenen geeigneten Bereichs.
Wenn die Zierplatte 70 aus Glas gebildet ist, beträgt ihre Dicke vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,35 mm oder weniger, noch bevorzugter 0,05 mm oder mehr und 0,30 mm oder weniger, sogar noch bevorzugter 0,05 mm oder mehr und 0,25 mm oder weniger, überdies vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,20 mm oder weniger, insbesondere vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,15 mm oder weniger, und Höchst vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,10 mm oder weniger.
Unter dem Gesichtspunkt einer leichteren Übertragung der Druckkraft auf den leicht verformbaren Körper 30 und einer Erhöhung der Empfindlichkeit zum Fühlen des Eingangs in Z-Richtung ist eine Biegesteifigkeit D2 der Zierplatte 70, die nach der folgenden Gleichung (2) berechnet wird, vorzugsweise kleiner als 256, noch bevorzugter 32 oder weniger, überdies vorzugsweise 20 oder weniger, insbesondere vorzugsweise 16 oder weniger und höchst vorzugsweise 10 oder weniger.
Ein unterer Grenzwert der Biegesteifigkeit D2 ist nicht besonders begrenzt und beträgt vorzugsweise 0,1 oder mehr.
$D2 = (E2) \times {(h2)}^{3} \div [12 \times {1 - {(v2)}^{2}}],$
wobei D2, E2, h2 und v2 jeweils die Biegesteifigkeit (Einheit: N.mm), ein Biegemodul (Einheit: N/mm2), eine Dicke (Einheit: mm) und eine Querdehnungszahl der Zierplatte 70 darstellen.
Als Verfahren zur Messung des Biegemoduls (E-Modul) E2, der Dicke h2 und der Querdehnungszahl v2 der Zierplatte 70 können Verfahren ähnlich den vorstehend beschriebenen Verfahren zur Messung des Biegemoduls E1, der Dicke h1 und der Querdehnungszahl v1 der Lichtführungsplatte 50 verwendet werden.
Normalerweise unterscheidet sich die Querdehnungszahl v2 der Zierplatte 70 nicht wesentlich von einem gebräuchlichen Eigenschaftswert des die Zierplatte ausbildenden Materials, so dass der gebräuchliche Eigenschaftswert des Materials anstelle der Querdehnungszahl v2 der Zierplatte vorläufig verwendet werden kann. Insbesondere liegt eine Querdehnungszahl des gebräuchlichen Glases bei etwa 0,20 bis etwa 0,25 und eine Querdehnungszahl eines gebräuchlichen thermoplastischen Harzes bei etwa 0,20 bis etwa 0,40.
Die Dicke des an der Vorderfläche 70b der Zierplatte 70 angewendeten Drucks ist im Vergleich zur Dicke der Zierplatte 70 ausreichend dünn (zum Beispiel 0,01 mm oder weniger), so dass der Druck wenig Einfluss auf die Biegesteifigkeit D2 der Lichtführungsplatte 70 hat.
Der Druck kann nicht an der Vorderfläche 70b, sondern an einer Rückfläche der Zierplatte 70, die der Vorderfläche 70b entgegengesetzt ist, angewendet werden.
Unter dem Gesichtspunkt einer zuverlässigeren Übertragung der Druckkraft auf den leicht verformbaren Körper 30 und einer Erhöhung der Empfindlichkeit zum Erfassen des Eingangs in Z-Richtung, betragen die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50, die nach der Gleichung (1) berechnet wird, und die Biegesteifigkeit D2 der Zierplatte, die nach der Gleichung (2) berechnet wird, insgesamt vorzugsweise weniger als 256, noch bevorzugter 32 oder weniger, überdies vorzugsweise 20 oder weniger, insbesondere vorzugsweise 16 oder weniger und höchst vorzugsweise 10 oder weniger.
Ein unterer Grenzwert der Summe ist nicht besonders begrenzt und beträgt vorzugsweise 0,1 oder mehr.
Unter dem Gesichtspunkt der leichteren Übertragung der Druckkraft in Z-Richtung auf den leicht verformbaren Körper 30 ist beispielsweise eine Gesamtdicke der Lichtführungsplatte 50 und der Zierplatte 70 vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 1 mm oder weniger, noch bevorzugter 0,10 mm oder mehr und 0,70 mm oder weniger, überdies vorzugsweise 0,10 mm oder mehr und 0,60 mm oder weniger, und insbesondere vorzugsweise 0,10 mm oder mehr und 0,50 mm oder weniger.
[Klebeschicht 85]
Als Klebeschicht 85 zum Verkleben der Lichtführungsplatte 50 und der Zierplatte 70, die den dreidimensionalen Sensor 2 ausbilden, wird eine Klebeschicht ähnlich den vorstehend beschriebenen Klebeschichten 81, 82, 83 und 84 angewendet.
Vorzugsweise ist die Klebeschicht 85 durchsichtig. Vorzugsweise liegt die Dicke der Klebeschicht 85 beispielsweise zwischen 1 µm und 75 µm. Vorzugsweise liegt die Dicke der Klebeschicht mit dem Klebstoff zwischen 1 µm und 20 µm. Vorzugsweise liegt die Dicke der Klebeschicht mit dem Haftkleber zwischen 10 µm und 75 µm. Wenn die Dicke in den oben genannten Bereich fällt, hat die Klebeschicht 85 wenig Einfluss auf die Biegesteifigkeit D1 und die Biegesteifigkeit D2 der Lichtführungsplatte 50 bzw. der Zierplatte 70.
Vorzugsweise ist die Klebeschicht 85, die die Lichtführungsplatte 50 und die Zierplatte 70 aneinander bindet, die Klebeschicht unter Verwendung des Haftklebers.
Da die Klebeschicht 85 die Klebeschicht unter Verwendung des Haftklebers ist, kann die Haftung zwischen der Lichtführungsplatte 50 und der Zierplatte 70 beim Aufbringen der Druckkraft in Z-Richtung auf die Arbeitsfläche T verschoben werden (der die Klebeschicht 85 ausbildende Haftkleber kann verschoben werden). Deshalb beeinflussen sich die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50 und die Biegesteifigkeit D2 der Zierplatte 70 nicht gegenseitig, und die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50 und die Biegesteifigkeit D2 der Zierplatte 70 können separat und unabhängig voneinander betrachtet werden. Mit anderen Worten, eine kombinierte Biegesteifigkeit D' der Zierplatte 70, der Klebeschicht 85 und der Lichtführungsplatte 50 ist die Summe der Biegesteifigkeiten (D1+D2) der Platten 50 und 70.
Unterdessen ist in einem Fall, in dem die Klebeschicht 85 aus einem aushärtbaren Klebstoff besteht, die Bindung zwischen den Platten 50 und 70 stark, so dass beim Aufbringen der Druckkraft keine Verschiebung entsteht. Eine kombinierte Biegesteifigkeit D'' der Zierplatte 70, der Klebeschicht 85 und der Lichtführungsplatte 50 kann in diesem Fall eine Summe aus D1 und D2 sein, vorzugsweise wird jedoch die Biegesteifigkeit D'' nach der folgenden Gleichung (3) mit der als integrierte Verbundplatte angesehenen Lichtführungsplatte 50, Klebeschicht 85 und Zierplatte 70 berechnet. $Biegesteifigkeit D'' = (E3) \times {(h3)}^{3} \div [12 \times {1 - {(v3)}^{2}}],$
wobei D'', E3, h3 und v3 jeweils die Biegesteifigkeit (Einheit: N.mm), ein Biegemodul (Einheit: N/mm2), eine Dicke (Einheit: mm) und eine Querdehnungszahl der Verbundplatte darstellen.
Als Verfahren zur Messung des Biegemoduls (E-Modul) E3, der Dicke h3 und der Querdehnungszahl v3 der Verbundplatte können ähnliche Verfahren wie bei der Messung des Biegemoduls E1, der Dicke h1 und der Querdehnungszahl v1 der Lichtführungsplatte 50 verwendet werden, die zuvor beschrieben wurden.
Unter dem Gesichtspunkt einer leichteren Übertragung der Druckkraft auf den leicht verformbaren Körper 30 und einer Erhöhung der Empfindlichkeit zum Fühlen des Eingangs in Z-Richtung ist die Biegesteifigkeit D'' der Verbundplatte, die nach der Gleichung (3) berechnet wird, vorzugsweise kleiner als 256, noch bevorzugter 32 oder kleiner, überdies vorzugsweise 20 oder kleiner, insbesondere vorzugsweise 16 oder kleiner, und höchst vorzugsweise 10 oder kleiner.
Ein unterer Grenzwert der Biegesteifigkeit D'' ist nicht besonders begrenzt und beträgt vorzugsweise 0,1 oder mehr.
«Dritte Ausführungsform»
4 ist eine Explosionsquerschnittsansicht eines dreidimensionalen Sensors 3 gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Offenbarung. Bauteile, die mit denen des dreidimensionalen Sensors 2 gemäß der zweiten Ausführungsform gleich sind, werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und deren Beschreibung wird weggelassen.
Eine Konfiguration des X-Y-Elektrodenkörpers 40 in der dritten Ausführungsform ist eine Konfiguration, die durch Entfernen der zweiten Basismaterialplatte 45 und der Klebeschicht 83 aus dem X-Y-Elektrodenkörper 40 in der zweiten Ausführungsform erhalten wird, und ist eine Konfiguration, bei der der die leitfähige Folie 46 der zweiten Elektrodenplatte 40y an einer Vorderfläche der isolierenden Folie 43 der ersten Elektrodenplatte 40x ausgebildet ist.
Die Dicke des X-Y-Elektrodenkörpers 40 in der dritten Ausführungsform ist um die Dicke der zweiten Basismaterialplatte 45 und der Klebeschicht 83 dünner als die Dicke des X-Y-Elektrodenkörpers 40 in der zweiten Ausführungsform. Deshalb wird der Eingang in Z-Richtung an der Arbeitsfläche T durch den dazwischen befindlichen X-Y-Elektrodenkörper 40 auf den leicht verformbaren Körper 30 und den Z-Elektrodenkörper 20 leicht übertragen und die Empfindlichkeit für den Eingang in Z-Richtung erhöht.
Der X-Y-Elektrodenkörper 40 in der dritten Ausführungsform kann als der X-Y-Elektrodenkörper 40 in der ersten Ausführungsform angewendet werden. Auch wenn der X-Y-Elektrodenkörper 40 in der dritten Ausführungsform auf die erste Ausführungsform angewendet wird, wird die Empfindlichkeit für den Eingang in Z-Richtung in gleicher Weise erhöht.
«Verfahren zur Herstellung des dreidimensionalen Sensors»
Als Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen dreidimensionalen Sensoren 1 bis 3, können ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer geschichteten Platte, ein bekanntes Verfahren zum Ausbilden einer leitfähigen Folie, ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven dreidimensionalen Sensors und andere derartige Verfahren angewendet werden, und Beispiele für das Verfahren umfassen das Verfahren zur Herstellung des in der Patentliteratur 1 beschriebenen dreidimensionalen Sensors.
Ein spezifisches Beispiel ist ein Herstellungsverfahren, das einen Schritt zur Herstellung des X-Y-Elektrodenkörpers, einen Schritt zur Herstellung des Z-Elektrodenkörpers, einen Schritt zur Herstellung des leicht verformbaren Körpers, einen Schritt zur Herstellung der Lichtführungsplatte, einen Schritt zur Herstellung der Zierplatte und einen Verbindungsschritt umfasst. Nun wird ein Fall der Herstellung des dreidimensionalen Sensors 1 oder 2 als Beispiel für die Schritte beschrieben.
[Schritt zur Herstellung des X-Y-Elektrodenkörpers]
In diesem Schritt werden die erste Elektrodenplatte 40x und die zweite Elektrodenplatte 40y hergestellt.
An einer Vorderfläche der ersten Basismaterialplatte 41 wird eine dünne Metallleiterbahn, eine Leitungsführungsverdrahtung und eine äußere Anschlussklemme ausgebildet, die die leitfähige Folie 42 ausbilden, und die isolierende Folie 43 wird darauf ausgebildet, um die erste Elektrodenplatte 40x zu erhalten. Genauer gesagt, wird ein Muster der dünnen Metallleiterbahn auf der Vorderfläche der ersten Basismaterialplatte 41 durch ein Verfahren zum Drucken von Tinte, die Metallpartikel enthält, ein Verfahren zum Mustern einer Metallfolie oder eines Metallabscheidungsfilms oder ein anderes Verfahren ausgebildet. Weiterhin wird die Leitungsführungsverdrahtung durch ein Verfahren ausgebildet, das dem Verfahren zum Ausbilden der dünnen Metallleiterbahn ähnlich ist. Anschließend wird eine leitfähige Paste auf ein Ende der Leitungsführungsverdrahtung siebgedruckt und anschließend ausgehärtet, um die äußere Anschlussklemme auszubilden. Danach wird die isolierende Folie 43 durch Siebdruck, Tintenstrahldruck und andere verschiedene Druckverfahren ausgebildet, um die erste Basismaterialplatte 41 und die leitfähige Folie 42 abzudecken, um dadurch die erste Elektrodenplatte 40x zu erhalten. Die zweite Elektrodenplatte 40y wird ebenfalls auf die gleiche Weise hergestellt wie die oben genannte erste Elektrodenplatte 40x.
Die erste Elektrodenplatte 40x und die erhaltene zweite Elektrodenplatte 40y sind über die aus dem Haftkleber gefertigte Klebeschicht 83 aneinander gebunden.
[Schritt zur Herstellung des Z-Elektrodenkörpers]
An einer Vorderfläche der dritten Basismaterialplatte 21 werden die dünne Metallleiterbahn, die Leitungsführungsverdrahtung und die äußere Anschlussklemme ausgebildet, die die leitfähige Folie 22 ausbilden, und die isolierende Folie 23 ist darauf ausgebildet, um den Z-Elektrodenkörper 20 zu erhalten. Insbesondere wird der Z-Elektrodenkörper 20 auf die gleiche Weise hergestellt wie die erste Elektrodenplatte 40x.
[Schritt zur Herstellung des leicht verformbaren Körpers]
In diesem Schritt wird der plattenförmige elastische Körper 32 hergestellt und der elastische Körper 32 an die Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers gebunden. Insbesondere wird das elastische Material durch ein Pressformverfahren, ein Spritzgussverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Gießformverfahren oder ein anderes bekanntes Formverfahren ausgebildet, um den plattenartigen elastischen Körper 32 mit einer großen Anzahl von zylindrischen elastischen Abstandshaltern 32a herzustellen, die an einer Vorderfläche der Platte ausgebildet sind.
Bei Verwendung des Spritzgussverfahrens kann der elastische Körper 32 direkt an der Vorderfläche der Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers ausgebildet werden, indem die Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers vorab in einer Form platziert wird.
Darüber hinaus, wenn ein anderes Verfahren als das Spritzgussverfahren verwendet wird, kann beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein unvernetzter elastischer Körper in eine Form eingespritzt wird, um die Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers abzudecken, und das Ergebnis erwärmt und komprimiert wird, um den elastischen Körper 32 zu verbinden.
[Schritt zur Herstellung der Lichtführungsplatte]
Wenn die Lichtführungsplatte 50 des dreidimensionalen Sensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt werden soll, wird in diesem Schritt ein den Lichtabschirmungsabschnitt LB bildender Anstrich auf eine Vorderfläche der Platte aus einem durchsichtigen Material durch Tiefdruck, Siebdruck oder ein anderes bekanntes Druckverfahren gedruckt. Darüber hinaus wird auf der Rückfläche der Platte mit Hilfe eines Anstrichs, der das Licht im streut, ein Streu- und Übertragungsmuster durch ein Siebdruckverfahren ausgebildet, und werden des Weiteren eine klare Schicht (durchsichtige Schicht) und eine feste weiße Schicht gedruckt. Als Folge wird das Licht, das sich durch die Lichtführungsplatte 50 fortpflanzt, durch die Rückfläche gestreut und reflektiert und von den Lichtausgangsabschnitten LO (Bereich, in dem der Lichtabschirmungsabschnitt LB nicht ausgebildet wird) an der Vorderfläche ausgegeben.
Bei der Herstellung der Lichtführungsplatte 50 im dreidimensionalen Sensor 2 gemäß der zweiten Ausführungsform werden in diesem Schritt wahlweise Buchstaben an der Vorderfläche der Platte aus dem durchsichtigen Material gedruckt, und an der Rückfläche wird durch Siebdruck unter Verwendung eines Anstrichs, der das Licht streut, ein Streu- und Übertragungsmuster ausgebildet, und werden des Weiteren eine klare Schicht (durchsichtige Schicht) und eine feste weiße Schicht gedruckt. Als Folge wird das Licht, das sich durch die Lichtführungsplatte 50 fortpflanzt, durch die Rückfläche gestreut und reflektiert und von der Vorderfläche ausgegeben.
[Schritt der Herstellung der Zierplatte]
In diesem Schritt der Herstellung der Zierplatte 70 im dreidimensionalen Sensor 2 gemäß der zweiten Ausführungsform wird wahlweise eine Hartschichtbehandlung an der Vorderfläche der Platte aus dem durchsichtigen Material angewendet, und ein den Lichtabschirmungsabschnitt LB ausbildender Anstrich wird auf eine Rückfläche der Platte durch Tiefdruck, Siebdruck oder ein anderes bekanntes Druckverfahren gedruckt. Als Folge tritt das von der Vorderfläche der Lichtführungsplatte 50 ausgegebene Licht in die Zierplatte 70 aus dem Bereich ein, in dem der Lichtabschirmungsabschnitt LB nicht an der Rückfläche der Zierplatte 70 ausgebildet ist, und wird von einer Vorderfläche der Zierplatte 70 ausgegeben.
[Verbindungsschritt]
Wenn der dreidimensionale Sensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wird in diesem Schritt eine Rückfläche der dritten Basismaterialplatte 21 des Z-Elektrodenkörpers 20 an die Vorderfläche 11a des Stützbauteils 11 über die Klebeschicht 81 aus dem Haftkleber gebunden. Als nächstes wird eine Rückfläche der Basismaterialplatte 31 des elastischen Körpers des leicht verformbaren Körpers 30 über die Klebeschicht 82 aus dem Haftkleber an eine Vorderfläche der isolierenden Folie 23 des Z-Elektrodenkörpers 20 gebunden. Als nächstes wird eine Rückfläche der Silikongummiplatte 33 auf die oberen Flächen der Vielzahl von elastischen Abstandhaltern 32a des leicht verformbaren Körpers 30 platziert, und wird des Weiteren eine Rückfläche der ersten Basismaterialplatte 41 des X-Y-Elektrodenkörpers 40 auf eine Vorderfläche der Silikongummiplatte 33 platziert und durch die dazwischen befindliche Silikongummiplatte 33 verbunden, an der die leicht haftende Behandlung durchgeführt wird. Anschließend wird die Rückfläche (die feste weiße Schicht) der Lichtführungsplatte 50 über die aus dem doppelseitigen Klebeband ausgebildete Klebeschicht 84, in der an beiden Seiten der Basismaterialschicht ein Haftkleber platziert ist, an eine Vorderfläche der isolierenden Folie 47 des X-Y-Elektrodenkörpers 40 gebunden.
In einem Fall, in dem der dreidimensionale Sensor 2 gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt wird, wird die Rückfläche der Zierplatte 70 über die aus dem doppelseitigen Klebeband ausgebildete Klebeschicht 85, in der an beiden Seiten der Basismaterialschicht ein Haftkleber platziert ist, an die Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 gebunden.
Als nächstes werden die Lichtquellen 60 nach einem bekannten Verfahren an der Vorderfläche 11a des Stützbauteils 11 in einer Anordnung platziert, bei der die Lichtausgabeabschnitte der Lichtquellen 60 den Lichteintrittsabschnitten LI der Seitenfläche 50a der Lichtführungsplatte 50 gegenüberliegen, die bereits durch das oben genannte Binden platziert wurde. Dadurch kann das Licht der Lichtquellen 60 durch die Lichteintrittsabschnitte LI der Seitenfläche 50a in die Lichtführungsplatte 50 eintreten.
Durch die oben genannten Schritte wird der dreidimensionale Sensor 1 oder 2 erhalten.
Die Bindungs- und Platzierungsreihenfolgen der Bauteile sind nicht auf die oben genannte Weise beschränkt und können in einer gewünschten Reihenfolge durchgeführt werden.
«Funktionsweisen und Wirkungen»
Im dreidimensionalen Sensor 1 ist gemäß der ersten Ausführungsform die Biegesteifigkeit D1 der die Lichtführungseinheit U ausbildenden Lichtführungsplatte 50 angemessen, so dass ein lokales Drücken auf die Arbeitsfläche T (Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50) mit hoher Empfindlichkeit gefühlt werden kann. Als Folge kann beispielsweise, wie in 5 dargestellt ist, ein gleichzeitiges Drücken mit einem Zeigefinger und einem Mittelfinger als einzelne Eingänge gefühlt werden.
Darüber hinaus sind an der Arbeitsfläche T die Lichtausgangsabschnitte LO vorgesehen, von denen das Licht der Lichtquellen 60 ausgegeben wird, um eine Bedienbarkeit, eine Sichtbarkeit und einen dekorativen Charakter an der Arbeitsfläche T zu erhöhen. Die Arbeitsfläche T ist aus der Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 ausgebildet, so dass das in die Lichtführungsplatte 50 eingetretene Licht nicht durch ein anderes Element reduziert werden kann, und das Licht von den Lichtausgabeabschnitten LO, die an der Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 vorgesehen sind, mit einer hohen Leuchtdichte ausgegeben wird. Dadurch werden die Bedienbarkeit, die Sichtbarkeit und der dekorative Charakter noch weiter erhöht.
Im dreidimensionalen Sensor 2 gemäß der zweiten Ausführungsform sind die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50 und die Biegesteifigkeit D2 der Zierplatte 70, die die Lichtführungseinheit U ausbilden, angemessen, so dass ein lokales Drücken auf die Arbeitsfläche T (Vorderfläche 70b der Zierplatte 70) mit hoher Empfindlichkeit gefühlt werden kann. Als Folge kann, wie bei der ersten Ausführungsform, beispielsweise das gleichzeitige Drücken mit dem Zeigefinger und dem Mittelfinger als einzelne Eingänge gefühlt werden.
Darüber hinaus sind die Lichtausgabeabschnitte LO, aus denen das Licht der Lichtquellen 60 ausgegeben wird, an der Zierplatte 70 vorgesehen, um die Bedienbarkeit, die Sichtbarkeit und den dekorativen Charakter auf der Arbeitsfläche T zu erhöhen. Die Plattenbauteile der Klebeschicht 85 und der Zierplatte 70 sind zwischen der Arbeitsfläche T und der Vorderfläche 50b der Lichtführungsplatte 50 angeordnet, so dass im Vergleich zur ersten Ausführungsform die Leuchtdichte des Lichts, das die Arbeitsfläche T erreicht und zu der Vorderflächenseite ausgegeben wird, etwas reduziert wird. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Lichtführungsplatte 50 beispielsweise zwischen dem Z-Elektrodenkörper 20 und der Vorderfläche 11a des Stützbauteils 11 angeordnet ist, gibt es jedoch eine geringe Anzahl von Elementen, die zwischen der Arbeitsfläche T und den Lichtausgabeabschnitten LO der Lichtführungsplatte 50 angeordnet sind, so dass die Reduzierung der Leuchtdichte unterdrückt wird.
Da die Zierplatte 70 und die Lichtführungsplatte 50 getrennte Bauteile sind, kann des Weiteren an der Vorderflächenseite und der Rückflächenseite der Zierplatte ein Bedrucken durchgeführt werden, um beispielsweise eine Tiefenwirkung zu erzeugen. Darüber hinaus wird das Bedrucken oder dergleichen an der Rückflächenseite der Zierplatte 70 im Inneren geschützt, ohne freiliegend zu sein, wodurch die Haltbarkeit erhöht wird.
Im dreidimensionalen Sensor 3 gemäß der dritten Ausführungsform wird im Vergleich zur zweiten Ausführungsform die Dicke des X-Y-Elektrodenkörpers 40 reduziert, wodurch die lokale Druckkraft auf die Arbeitsfläche T (Vorderfläche 70b der Zierplatte 70) leichter auf den leicht verformbaren Körper 30 übertragen wird und die Eingabe in Z-Richtung mit noch höherer Empfindlichkeit gefühlt werden kann.
Beispiele
[Beispiel 1]
Auf einer Oberfläche einer PET-Folie (Biegesteifigkeit: weniger als 1 N·mm) mit einer Dicke von 50 µm wurde durch ein Vakuumverdampfungsverfahren eine leitfähige Folie ausgebildet, die aus einer kupferbeschichteten Folie mit einer Dicke von 0,15 µm ausgebildet ist, und dann wurde die leitfähige Folie chemisch geätzt, um ein Elektrodenmuster auszubilden. Anschließend wurde eine Isolierpaste, die ein ultraviolett aushärtendes Acrylharz enthält, im Siebdruckverfahren gedruckt, um die PET-Folie und die leitfähige Folie abzudecken und eine unvernetzte Harzschicht auszubilden, und dann wurde die unvernetzte Harzschicht mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um eine isolierende Folie mit einer Dicke von 20 µm auszubilden.
Durch das oben genannte Verfahren wurden die erste Elektrodenplatte 40x und die zweite Elektrodenplatte 40y, die den X-Y-Elektrodenkörper 40 ausbildeten, und der Z-Elektrodenkörper 20 erhalten.
An einer Rückfläche der wie vorstehend erhaltenen zweiten Elektrodenplatte 40y wurde eine Klebeschicht aus einem Haftkleber mit einer Dicke von 10 µm ausgebildet. Eine Vorderfläche der ersten Elektrodenplatte 40x wurde mit der Klebeschicht in Kontakt gebracht und an dieser fixiert, um den X-Y-Elektrodenkörper 40 zu erhalten.
Mit der Verwendung einer Form zum Spritzgießen, mit der der plattenförmige elastische Körper 32 mit der großen Anzahl von zylindrischen elastischen Abstandhaltern, die an dessen einen Fläche vorgesehen sind, hergestellt werden kann, wurde eine PET-Folie mit einer Dicke von 50 µm im Inneren der Form platziert, um duroplastisches Flüssigsilikon im Spritzgussverfahren herzustellen. Als Folge wurde der elastische Körper 32 aus Silikongummi ausgebildet und ausgehärtet und gleichzeitig ein geschichteter Körper A erhalten, in dem die dritte Basismaterialplatte 21, die aus der PET-Folie hergestellt wurde, an eine Rückfläche des elastischen Körpers 32 gebunden wurde.
Auf einer Vorderfläche der wie vorstehend erhaltenen isolierenden Folie des Z-Elektrodenkörpers 20 wurde eine Klebeschicht aus einem Haftkleber mit einer Dicke von 10 µm gebildet. Die Rückfläche der dritten Basismaterialplatte 21 des oben genannten geschichteten Körpers A wurde mit der Klebeschicht in Kontakt gebracht und an diese fixiert, um einen geschichteten Körper B zu erhalten.
Die Rückfläche des X-Y-Elektrodenkörpers 40 und eine Vorderfläche des oben genannten Schichtkörpers B, an dem die elastischen Abstandhalter 32a angeordnet waren, wurden mit der dazwischen befindlichen Silikongummiplatte 33, deren Oberfläche einer Plasmabehandlung unterzogen wurde, in innigen Kontakt miteinander gebracht, um einen Elektrodenschichtkörper (Sensorplatte) zu erhalten, in dem der Z-Elektrodenkörper 20, der leicht verformbare Körper 30 und der X-Y-Elektrodenkörper 40 in der angegebenen Reihenfolge geschichtet wurden.
Als nächstes wurden die Lichtführungsplatten 50 aus den in Tabelle 1 dargestellten durchsichtigen Materialien vorbereitet und die Lichtführungsplatte 50 und die Vorderfläche des X-Y-Elektrodenkörpers 40 der oben genannten Sensorplatte mit einem durchsichtigen doppelseitigen Klebeband (Dicke: 50 µm) (hergestellt von 3M, Modell: 467MP) unter Verwendung eines Haftklebers aneinander gebunden.
Des Weiteren wurde das Stützbauteil 11 einschließlich der Lichtquellen 60 durch das dazwischen befindliche oben genannte durchsichtige doppelseitige Klebeband an die Rückfläche der oben genannten Sensorplatte gebunden, um den in 1 dargestellten dreidimensionalen Sensor 1 zu erhalten.
Die Abmessungen eines erfassbaren Gebiets der Arbeitsfläche T im erzeugten dreidimensionalen Sensor 1 waren 48 mm Länge und 88 mm Breite.
(Auswertung der Z-Empfindlichkeit)
Die Empfindlichkeit (Z-Empfindlichkeit) eines Fühlens des Eingangs in Z-Richtung durch Drücken der Arbeitsfläche T des dreidimensionalen Sensors 1 wurde durch folgendes Verfahren ausgewertet.
Insbesondere ΔC {(Kapazitätswert nach dem Aufbringen der Last)-(Kapazitätswert vor dem Aufbringen der Last)} wurde unter Verwendung eines Kapazitätserfassungs-IC gemessen. Der Kapazitätswert ist hier eine Kapazität zwischen der leitfähigen Folie des Z-Elektrodenkörpers 20 auf der Empfängerseite und der leitfähigen Folie der ersten Elektrodenplatte 40x auf der Senderseite. Wenn ein Zahlenwert von ΔC größer wird, bedeutet das, dass die Z-Empfindlichkeit höher wird.
Als Verfahren zum Drücken der Arbeitsfläche T wurde ein Verfahren zum Verwenden eines zylindrischen Metallstabs (Stempels) mit einem Durchmesser von 10 mm, der mit einer Masse (GND) verbunden ist, und Drücken eines kreisförmigen distalen Endes des Stempels gegen die Arbeitsfläche T verwendet, um eine Last von 700 g aufzubringen.
Von dem erfassbaren Gebiet der Arbeitsfläche T wurde ein Gebiet von 24 mm Länge und 24 mm Breite verwendet, und in einem Raster, das durch Unterteilung des Bereichs in vertikale und horizontale 6x6=36 Zellen erhalten wurde, konnten die einzelnen Zellen den Eingang (ΔC) in Z-Richtung erfassen.
Das Gebiet, in dem das distale Ende des Stempels mit der Arbeitsfläche T in Kontakt gebracht wird, umfasst etwa vier Zellen. Mit anderen Worten, wenn die Arbeitsfläche T mit dem Stempel gedrückt wird, wird der Zahlenwert von ΔC in mindestens vier Zellen gleichzeitig gemessen. Deshalb wurden die Zahlenwerte von ΔC, die in 36 Zellen in Erwiderung auf ein Drücken gemessen wurden, in absteigender Reihenfolge sortiert, wobei ein Gesamtwert der Messwerte der ersten vier Zellen als „ΔC @4 Zellen“ und ein Gesamtwert der Messwerte von 36 Zellen als „ΔC @36 Zellen“ definiert wurde.

Die Typen der Lichtführungsplatten 50 und die Messergebnisse von ΔC (Einheit: fF) in dreidimensionalen Sensoren 1 einschließlich der jeweiligen Lichtführungsplatten 50 sind in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]

Material	Dicke	E-modul	Querdehnungszahl	D-Wert N·mm	ΔC @4 Zellen	ΔC @36 Zellen	Streuungsverhältnis von ΔC
Material	mm	N/mm2	Querdehnungszahl	D-Wert N·mm	Beim Aufbringen von 700 g	Beim Aufbringen von 700 g	Beim Aufbringen von 700 g
Polycarbonat	0.2	2,600	0.39	2	121	168	39%
PET	0.2	3,700	0.21	3	126	173	37%
Glas	0.1	70,000	0.23	6	88	139	58%
Polycarbonat	0.4	2,600	0.39	16	102	157	54%
Polycarbonat	0.5	2,600	0.39	32	99	157	59%
Polycarbonat	0.7	2,600	0.39	88	81	144	78%
Glas	0.3	70,000	0.23	166	79	133	68%
Polycarbonat	1	2,600	0.39	256	81	158	95%
Glas	0.4	70,000	0.23	394	60	134	123%
Glas	0.5	70,000	0.23	770	47	107	128%
Glas	0.67	70,000	0.23	1,852	39	107	174%
Polycarbonat	2	2,600	0.39	2,044	48	148	208%
Glas	0.7	70,000	0.23	2,113	30	89	197%

In Tabelle 1 ist der „D-Wert“ die Biegesteifigkeit D1 (Einheit: N·mm) der Lichtführungsplatte 50 und der „E-Modul“ das Biegemodul (Einheit: N/mm²).
Das „Streuungsverhältnis von ΔC“ in Tabelle 1 wird durch die Gleichung berechnet: [{(ΔC @36 Zellen)-(ΔC @4 Zellen)}÷(ΔC @4 Zellen)]×100% und ist ein Indikator für die Messung, wie stark die Verformung an dem durch den Stempel gedrückten Teil den Umfang beeinflusst hat. Wenn der Zahlenwert kleiner wird, wird angezeigt, dass die Verformung am gedrückten Teil größer wird, und dass die Verformung, die den Umfang beeinflusst hat, kleiner wird, und das bedeutet, dass die Auflösung der Identifizierung des gedrückten Teils an der Arbeitsfläche T höher wird.
Basierend auf dem Ergebnis von Tabelle 1 kann man sagen, dass ΔC @4 Zellen und die Biegesteifigkeit D1 in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis zueinander stehen. Diese Beziehung wird auch aus einem Verteilungsdiagramm (6) deutlich, wobei die vertikale Achse ΔC und die horizontale Achse die Biegesteifigkeit D1 anzeigt. Im Verteilungsdiagramm zeigen „x“-Plots die Ergebnisse der ΔC @4 Zellen und „•“-Plots die Ergebnisse der ΔC @36 Zellen an.
Aus dem Ergebnis der Tabelle 1 geht auch hervor, dass mit zunehmender Biegesteifigkeit D1 das Streuungsverhältnis von ΔC tendenziell größer wird. Diese Tendenz wird auch aus einem Verteilungsdiagramm (7) deutlich, wobei die vertikale Achse das Streuungsverhältnis von ΔC und die horizontale Achse die Biegesteifigkeit D1 anzeigt.
Aus den obigen Ergebnissen ist ersichtlich, dass bei gleichem Material, wenn die Biegesteifigkeit D1 kleiner wird, die Z-Empfindlichkeit höher wird und das Streuungsverhältnis von ΔC kleiner wird, d.h. die Auflösung der Identifizierung des gedrückten Teils höher wird.
Um eine gute Z-Empfindlichkeit zu erhalten und die Auflösung zur Identifizierung des gedrückten Teils an der Arbeitsfläche T zu erhöhen, ist die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50 des dreidimensionalen Sensors 1 vorzugsweise kleiner als 256, noch bevorzugter 88 oder kleiner, überdies vorzugsweise 32 oder kleiner, sogar noch bevorzugter 20 oder kleiner, insbesondere vorzugsweise 16 oder kleiner, und höchst vorzugsweise 10 oder kleiner.
Die Empfindlichkeiten (XY-Empfindlichkeiten) zum Fühlen der Eingänge in X- und Y-Richtung und die Lichtausgabeeffizienz von den Lichtausgabeabschnitten der Lichtführungsplatte 50 waren gut, wenn eine beliebige der Lichtführungsplatten 50 verwendet wurde.
[Beispiel 2]
Wie in Beispiel 1 wurde ein Elektrodenschichtkörper (Sensorplatte) erhalten, in dem der Z-Elektrodenkörper 20, der leicht verformbare Körper 30 und der X-Y-Elektrodenkörper 40 in der angegebenen Reihenfolge geschichtet wurden.
Anschließend wurde die Lichtführungsplatte 50 aus dem in Tabelle 2 dargestellten durchsichtigen Material (in Tabelle 2 als „erste Schicht“ angegeben) hergestellt und die Lichtführungsplatte 50 und die Vorderfläche des X-Y-Elektrodenkörpers 40 der oben genannten Sensorplatte durch ein dazwischen befindliches durchsichtiges doppelseitiges Klebeband (Dicke: 50 µm) (hergestellt von 3M, Modell: 467MP) mit einem Haftkleber aneinander gebunden.
Anschließend wurde die Zierplatte 70 aus dem in Tabelle 2 dargestellten durchsichtigen Material (in Tabelle 2 als „zweite Schicht“ angegebene) hergestellt und die Zierplatte 70 und die Vorderfläche der oben genannten Lichtführungsplatte 50 durch das oben genannte dazwischen befindliche durchsichtige doppelseitige Klebeband aneinander gebunden.
Des Weiteren wurde das Stützbauteil 11 einschließlich der Lichtquellen 60 durch das oben genannte dazwischen befindliche durchsichtige doppelseitige Klebeband an die Rückfläche der oben genannten Sensorplatte gebunden, um den in 3 dargestellten dreidimensionalen Sensor 2 zu erhalten.
(Auswertung der Z-Empfindlichkeit)

Die Empfindlichkeit (Z-Empfindlichkeit) eines Fühlens des Eingangs in Z-Richtung durch Drücken der Arbeitsfläche T des dreidimensionalen Sensors 2 wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle 2]

Material	Dicke			E-modul	Querdehnungszahl	D-Wert N·mm	ΔC @4 Zellen	ΔC @36 Zellen	Streuungsverhältnis von ΔC
	Gesamtdicke mm	Erste Schicht mm	Zweite Schicht mm	N/mm²			Beim Aufbringen von 700 g	Beim Aufbringen von 700 g	Beim Aufbringen von 700 g
Polycarbonat	0.4	0.4		2,600	0.39	16	102	157	54%
Polycarbonat	0.4	0.2	0.2	2,600	0.39	<16	119	168	41%
Polycarbonat	1	1		2,600	0.39	256	81	158	95%
Polycarbonat	1	0.5	0.5	2,600	0.39	<256	85	145	71%
Polycarbonat	1	0.2	0.8	2,600	0.39	<256	79	145	84%

In Tabelle 2 zeigt die „erste Schicht“ die Lichtführungsplatte 50, die „zweite Schicht“ die Zierplatte 70, und wenn die „zweite Schicht“ durchgestrichen ist, wird angezeigt, dass die Zierplatte 70 nicht vorgesehen ist. Der Sensor ohne Zierplatte 70 ist der dreidimensionale Sensor 1 von Beispiel 1 und wird hier zum Vergleich dargestellt.
In Tabelle 2 gibt der „D-Wert“ in Tabelle 2 einen Gesamtwert (D1+D2) der Biegesteifigkeit D1 (Einheit: N·mm) der Lichtführungsplatte 50 und der Biegesteifigkeit D2 der Zierplatte 70 an. Darüber hinaus ist der „E-Modul“ das Biegemodul (Einheit: N/mm2).
Das „Streuungsverhältnis von ΔC“ in Tabelle 2 wird wie in Beispiel 1 berechnet und hat eine ähnliche Bedeutung.
In Tabelle 2 wird angegeben, dass unter den gleichen Bedingungen des Materials und der Gesamtdicke der D-Wert (D1+D2), der durch das Binden zweier dünner Platten aneinander über einen Haftkleber erhalten wird, niedriger ist als der D-Wert (D1) einer dicken Platte. Die Gesamtdicke umfasst hier nicht die Dicke der Klebeschicht.
Außerdem, wenn der Gesamtwert der Biegesteifigkeit D1 und der Biegesteifigkeit D2 kleiner wird, wird die Z-Empfindlichkeit höher und das Streuungsverhältnis von ΔC kleiner, d.h. die Auflösung der Identifizierung des gedrückten Teils wird höher als bei den Ergebnissen von Beispiel 1.
Aus den Messergebnissen der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass bei gleichem Material und gleicher Gesamtdicke der Lichtführungsplatte 50 und der Zierplatte 70 der dreidimensionale Sensor 2 von Beispiel 2 besser ist als der dreidimensionale Sensor 1 von Beispiel 1 hinsichtlich ΔC @4 Zellen, ΔC @36 Zellen und des Streuungsverhältnisses von ΔC. Mit anderen Worten, man kann sagen, dass der dreidimensionale Sensor 2 von Beispiel 2 unter vergleichbaren Bedingungen im Vergleich hinsichtlich der Z-Empfindlichkeit und der Auflösung der Identifizierung des gedrückten Teils überragend ist.
Aus den Messergebnissen der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass ΔC @4 Zellen und das Streuungsverhältnis von ΔC besser sind, wenn eine Dicke A der Lichtführungsplatte 50 und eine Dicke B der Zierplatte 70 gleich (Dicke A:Dicke B=1:1) oder annähernd gleich (Dicke A:Dicke B=1:2 bis 2:1) sind, als wenn die Dicke A und die Dicke B unterschiedlich sind (Dicke A:Dicke B=5:1 bis 3:1 oder 1:3 bis 1:5).
Die Empfindlichkeiten (XY-Empfindlichkeiten) zum Erfassen der Eingänge in X- und Y-Richtung und die Lichtausgabeeffizienz von dem Lichtausgabeabschnitt der Zierplatte 70 waren gut, wenn beliebige der Zierplatten 70 und der Lichtführungsplatten 50 verwendet wurden.
[Beispiel 3]
(Auswertung der Auflösung zur Identifizierung des gedrückten Teils)
Unter Verwendung des in Beispiel 1 hergestellten dreidimensionalen Sensors 1 wurden zwei der oben beschriebenen Stempel gleichzeitig gegen die Arbeitsfläche T gedrückt, um eine Gesamtlast von 1.000 g aufzubringen, und 24 mm Länge und 32 mm Breite des oben genannten erfassbaren Gebiets wurden verwendet, um ΔC in einem Raster aus vertikalen und horizontalen 6×8=48 Zellen zu messen. Ein Trennungsabstand zwischen zwei von den beiden Stempeln gedrückten kreisförmigen Teilen wurde auf 14 mm zwischen den Spitzen und auf 4 mm zwischen den nächsten Punkten eingestellt. Die für verschiedene Typen der Lichtführungsplatten 50 gemessenen Ergebnisse sind in 8 dargestellt.
In 8 werden die Messergebnisse für die dreidimensionalen Sensoren 1, die Polycarbonat-Platten mit Dicken von 0,2 mm, 0,4 mm, 0,7 mm, 1 mm und 2 mm, die in Tabelle 1 dargestellt sind, als Lichtführungsplatten 50 umfassen und das Messergebnis für den dreidimensionalen Sensor 1, der eine Glasplatte mit einer Dicke von 0,67 mm umfasst, als Polygone gezeigt. Die Höhe jedes Polygons gibt die Größe von ΔC an, und die Position jedes Polygons entspricht im Wesentlichen der zweidimensionalen Ebene der Arbeitsfläche T.
Der dreidimensionale Sensor 1 mit einer Polycarbonat-Platte mit der Dicke von 0,2 mm und der Biegesteifigkeit Dl=2 N·mm („0,2 mmPC“ in 8) als die Lichtführungsplatte 50 fühlt das Drücken durch die beiden Stempel als zwei getrennte Spitzen. Ebenso erfassen die dreidimensionalen Sensoren 1 von „0,4mmPC“ mit der Dicke von 0,4 mm und der Biegesteifigkeit Dl=16 N·mm und „0,7mmPC“ mit der Dicke von 0,7 mm und der Biegesteifigkeit D1=88 N·mm auch das Drücken durch die beiden Stempel als zwei getrennte Spitzen. Diese beiden Stempel bilden zwei Finger nach, so dass das Drücken durch einzelne Finger unabhängig voneinander für eine Signalverarbeitung gefühlt werden kann.
Währenddessen erfassen die dreidimensionalen Sensoren 1 von „1mmPC“ mit der Dicke von 1 mm und der Biegesteifigkeit Dl=256 N·mm; „2mmPC“ mit der Dicke von 2 mm und der Biegesteifigkeit D1=2044 N·mm; und „0,67mm_glass“ mit einer Dicke von 0,67 mm und der Biegesteifigkeit Dl=1852 N·mm das Drücken durch die beiden Stempel als eine einzige Spitze, und die beiden Druckpunkte können nicht getrennt werden und werden als ein einziger Druckpunkt gefühlt.
Aus Tabelle 1 und den vorstehend beschriebenen Ergebnissen von 8 ist ersichtlich, um einzelnes Drücken bei gleichzeitigem Drücken von zwei naheliegenden Punkten an der Arbeitsfläche getrennt und unabhängig zu erfassen, ist die Biegesteifigkeit D1 der Lichtführungsplatte 50 vorzugsweise kleiner als 256 N·mm, noch bevorzugter 88 N·mm oder kleiner und überdies vorzugsweise 16 N·mm oder kleiner.
Unter dem gleichen Gesichtspunkt wie oben beschrieben ist zu sehen, dass das Streuungsverhältnis von ΔC vorzugsweise 80% oder weniger, noch bevorzugter 60% oder weniger und überdies vorzugsweise 40% oder weniger beträgt.
Darüber hinaus ist beruhend auf Tabelle 2 und den Ergebnissen von 8, wenn die Dicke der Lichtführungsplatte 50, die in dem dreidimensionalen Sensor 1 von Beispiel 1 umfasst ist, und die Gesamtdicke der Lichtführungsplatte 50 und der Zierplatte 70, die in dem dreidimensionalen Sensor 2 von Beispiel 2 umfasst sind, gleich sind, der D-Wert (D1+D2) des dreidimensionalen Sensors 2 von Beispiel 2 kleiner und die Auflösung zur Identifizierung des gedrückten Teils höher. Wenn also zwei naheliegende Punkte an der Arbeitsfläche gleichzeitig gedrückt werden, kann der dreidimensionale Sensor 2 von Beispiel 2 vorteilhaft sein, um einzelnes Drücken getrennt und unabhängig voneinander zu erfassen.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen geht hervor, dass der dreidimensionale Sensor gemäß dieser Offenbarung eine ausgezeichnete Empfindlichkeit für den Eingang in Z-Richtung aufweist.
Bezugszeichenliste
1 bis 3 --- dreidimensionaler Sensor, 11 --- Stützbauteil, 20 --- Z-Elektrodenkörper, 21 --- dritte Basismaterialplatte, 22 --- leitfähige Folie, 23 --isolierende Folie, 30 --- leicht verformbarer Körper, 31 --- elastische Basismaterialplatte des elastischen Körpers, 32 --- elastischer Körper, 32a --- elastischer Abstandshalter, 33 --- Silikongummiplatte, 40 --- X-Y-Elektrodenkörper, 40x --erste Elektrodenplatte, 40y --- zweite Elektrodenplatte, 41 --- erste Basismaterialplatte, 42 --- leitfähige Folie, 43 --- isolierende Folie, 45 --- zweite Basismaterialplatte, 46 --- leitfähige Folie, 47 --- isolierende Folie, 50 --- Lichtführungsplatte, 60 --- Lichtquelle, 70 --- Zierplatte, 81 bis 85 --- Klebeschicht
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016133451 [0001]
JP 2016091149 A [0003]

Claims

Kapazitiver dreidimensionaler Sensor, der gestaltet ist, um Eingänge in X- und Y-Ebenen-Richtung und einer Z-Tiefenrichtung zu fühlen, wobei der kapazitive dreidimensionale Sensor Folgendes aufweist: eine Lichtführungseinheit mit einer Seitenfläche und einer Arbeitsfläche, wobei die Seitenfläche entlang der Z-Tiefenrichtung ausgebildet ist und einen Lichteintrittsabschnitt umfasst, durch den Licht von einer Lichtquelle eintritt, wobei die Arbeitsfläche gestaltet ist, um die Eingänge einzugeben, und einen Lichtausgabeabschnitt umfasst, von dem Licht austritt; einen plattenartigen X-Y-Elektrodenkörper, der gestaltet ist, um die Eingänge in der X- und Y-Ebenen-Richtung zu erfassen; einen leicht verformbaren Körper, der einen plattenartigen elastischen Körper umfasst; und einen plattenartigen Z-Elektrodenkörper, der gestaltet ist, um den Eingang in der Z-Tiefenrichtung zu erfassen, wobei die Lichtführungseinheit, der plattenartige X-Y-Elektrodenkörper, der leicht verformbare Körper und der plattenartige Z-Elektrodenkörper in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, um sich in der Z-Tiefenrichtung gesehen einander zu überlappen, die Lichtführungseinheit eine Zierplatte, die optional vorgesehen ist, und eine Lichtführungsplatte umfasst, die gestaltet ist, um das Licht, das von der Seitenfläche in die Lichtführungseinheit eingetreten ist, zu führen und das Licht in Richtung des Lichtausgabeabschnitts auszugeben, die Zierplatte und die Lichtführungsplatte in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, um sich in der Z-Tiefenrichtung gesehen einander zu überlappen, die Lichtführungsplatte eine Biegesteifigkeit D1 hat, die sich durch die folgende Gleichung (1) berechnet, und die Zierplatte eine Biegesteifigkeit D2 hat, die sich durch die folgende Gleichung (2) berechnet, wobei D1 und D2 insgesamt weniger als 256 betragen: $D 1 = (E 1) \times {(h 1)}^{3} \div [12 \times {1 - {(v 1)}^{2}}]$
$D2 = (E2) \times {(h2)}^{3} \div [12 \times {1 - {(v2)}^{2}}]$
wobei D1, E1, h1 und v1 jeweils die Biegesteifigkeit (Einheit: N.mm), ein Biegemodul (Einheit: N/mm²), eine Dicke (Einheit: mm) und eine Querdehnungszahl der Lichtführungsplatte darstellen und D2, E2, h2, und v2 jeweils die Biegesteifigkeit (Einheit: N.mm), ein Biegemodul (Einheit: N/mm²), eine Dicke (Einheit: mm) und eine Querdehnungszahl der Zierplatte darstellen.
Kapazitiver dreidimensionaler Sensor gemäß Anspruch 1, wobei die Dicke der Lichtführungsplatte 0,1 mm oder mehr und 0,7 mm oder weniger ist.
Kapazitiver dreidimensionaler Sensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke der Zierplatte 0,1 mm oder mehr und 0,7 mm oder weniger ist.
Kapazitiver dreidimensionaler Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke der Lichtführungsplatte und die Dicke der Zierplatte insgesamt 0,1 mm oder mehr und 0,7 mm oder weniger betragen.
Kapazitiver dreidimensionaler Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zierplatte an eine Fläche der Lichtführungsplatte über einen Haftkleber gebunden ist.
Kapazitiver dreidimensionaler Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sowohl die Lichtführungsplatte als auch die Zierplatte eine aus einem Harzmaterial unabhängig ausgebildete Platte ist.