JP2015084283A - スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチの感度の向上及びダイナミックレンジの拡大を同時に実現させる。
【解決手段】上部電極を有する第１絶縁性基材１１と、開口部１７を有するスペーサ１６と、開口部１７を介して上部電極１３と接触又は離隔可能な下部電極１４を有し、第１絶縁性基材１１と対向配置される第２絶縁性基材１２と、を備え、下部電極１４（又は上部電極１３）はは、互いに絶縁され、開口部１７の中央（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐ０）から離隔するに従い幅広となる複数の分割電極１４１，１４２を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子機器等に用いられる感圧機能を備えたスイッチに関するものである。

印加される荷重の大きさに応じて対向電極の接触面積を変化させることにより、回路抵抗値が連続的に変化するスイッチが知られている（特許文献１）。

特許４６３４６４９号公報

しかしながら、荷重が印加されたときの初期の回路抵抗値から押し切り時における回路抵抗値までの範囲を拡大してスイッチの感度を向上させることと、スイッチとして利用できる荷重の範囲（ダイナミックレンジ）を拡大させることとを同時に実現することは困難である。

本発明が解決しようとする課題は、スイッチの感度の向上及びダイナミックレンジの拡大を同時に実現させることである。

［１］本発明に係るスイッチは、上部電極を備えた第１絶縁性基材と、前記上部電極に対応する領域に開口部が設けられたスペーサと、前記開口部を介して前記上部電極と接触及び離隔が可能な下部電極を備えるとともに、前記第１絶縁性基材と前記スペーサを挟んで対向するように配置された第２絶縁性基材と、を有し、前記上部電極及び／又は前記下部電極は、互いに絶縁された複数の分割電極を備え、前記各分割電極は、前記スペーサの開口部の中央から離隔するにつれて幅広となる形状であることを特徴とする。

［２］上記発明において、前記各分割電極は、前記スペーサの開口部の中央において互いに対向する一方端部から配線と接続する他方端部へ向かう方向に沿って離隔するにつれて、当該分割電極の幅が長くなる形状であることを特徴とする。

［３］上記発明において、前記各分割電極は、前記スペーサの開口部の中央から離隔するにつれて拡開する対辺を有する略テーパー形状であることを特徴とする。

［４］上記発明において、前記複数の分割電極は、前記開口部の中央を基準として対称に配置してもよい。

［５］上記発明において、前記開口部の中央に対向するように配置され、前記上部電極及び／又は前記下部電極を押圧する押圧子を、さらに備えるように構成してもよい。

［６］上記発明において、前記上部電極の形状は、前記下部電極の形状と異なる形状としてもよい。

本発明によれば、上部電極及び／又は下部電極が、互いに絶縁され、中央から離隔するにつれて幅広になる形状の分割電極を有するため、上部電極（及び／又は下部電極）が、他方の下部電極（及び／又は上部電極）に接触したときの回路抵抗値を高く維持するとともに、印加される荷重の増加に伴う回路抵抗値の低下度を制御することができる。この結果、感度が高く、かつダイナミックレンジが広いスイッチを提供できる。

本発明に係る実施形態のスイッチの断面構造を示す図である。 図１に示すスイッチの各構成を示す図である。 本発明に係る実施形態のスイッチの荷重と抵抗値の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態におけるスイッチ１の図２に示すI-I線に沿う断面構造を示す図であり、図２（ａ），図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、図１に示すスイッチ１の各部材を示す図である。

図２（ａ）に示す第１絶縁性基材１１と図２（ｃ）に示す第２絶縁性基材１２とは、その間に図２（ｂ）に示すスペーサ１６を介在させた状態で、図１に示すように積層されている。つまり、下部電極１４が形成された主面を上にして第２絶縁性基材１２が最下層として配置され、その上にスペーサ１６が積層される。そのスペーサ１６の上に上部電極１３が形成された主面を下にして第１絶縁性基材１１が最上層として積層される。この積層状態において、上部電極１３と下部電極１４は、スペーサ１６の開口部１７を介して対向する。上部電極１３は、第１絶縁性基材１１の他方主面（上部電極１３が形成されていない主面）から受けた押圧力に応じて、スペーサ１６の開口部１７が形成する空間内を上下（図中）に移動し、下部電極１４に接触又は離隔する。もちろん、下部電極１４が第２絶縁性基材１２の他方主面（下部電極が形成されていない主面）から受けた押圧力に応じて、スペーサ１６の開口部１７が形成する空間内を上下（図中）に移動し、上部電極１３に接触又は離隔してもよい。

本実施形態の第１絶縁性基材１１と第２絶縁性基材１２は、可撓性を有する絶縁性フィルムである。第１絶縁性基材１１、第２絶縁性基材１２の材料として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）やポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）等を用いることができる。

第１絶縁性基材１１と第２絶縁性基材１２との間には、開口部１７が形成されたスペーサ１６が配置されている。スペーサ１６は、接着層１６Ａ，１６Ｂを介して第１絶縁性基材１１と第２絶縁性基材１２と接着される。スペーサ１６の材料として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）やポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）等の絶縁性材料を用いることができる。

また、本実施形態のスイッチ１は、スイッチ１の入切操作時に押圧される押圧子１８を備えるシート部材１９を備える。押圧子１８は、開口部１７の中央に対向して配置され、入力に際して第１又は第２絶縁性基材１１，１２の上部電極１３及び下部電極１４が設けられた領域にその裏面側から当接し、これらを押圧する。本実施形態の押圧子１８は、シート部材１９の所定位置に形成された凸状部である。本実施形態における押圧子１８は、スイッチ１の操作時に押圧する位置を示す機能を有する。この押圧子１８を開口部１７の中央に対向するように配置することにより、押圧子１８を介して開口部１７の中央に荷重を印加させることができる。この押圧子１８が形成されたシート部材１９は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）やポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）等の絶縁性材料のシートにエンボス工程などの一般的な凸部形成工程を施して得ることができる。

本実施形態において、上部電極１３はスペーサ１６の開口部１７の開口領域に応じた大きさの電極として構成される。本実施形態の上部電極１３は、分割されていない一つの電極である。他方、本実施形態の下部電極１４は分割領域１５により分割された二つの分割電極１４１，１４２を有する。分割電極１４１，１４２の間に形成されている非導電性の分割領域１５は、二つの分割電極１４１，１４２を絶縁する。なお、本例では、下部電極１４のみに分割電極１４１，１４２を設ける例を示すが、上部電極１３及び下部電極１４の両方に分割電極を設けてもよいし、上部電極１３のみに分割電極を設けてもよい。

図２（ｃ）に示すように、本実施形態の下部電極１４の分割電極１４１，１４２は、銀、金を含む金属などの抵抗が相対的に低い材料で形成された低抵抗電極１４１Ａ，１４２Ａ（以下銀電極１４１Ａ，１４２Ａともいう）と、カーボンなどの抵抗が相対的に高い材料で形成された高抵抗電極１４１Ｂ，１４２Ｂ（以下カーボン電極１４１Ｂ，１４２Ｂともいう）を有する。スペーサ１６の開口部１７に対向する領域には、高抵抗電極１４１Ｂ，１４２Ｂが形成され、スペーサ１６の開口部１７の外側領域（第１絶縁性基材１１と第２絶縁性基材１２との積層領域）には、低抵抗電極１４１Ａ，１４１Ｂが形成されている。

本実施形態の上部電極１３を図２（ａ）に示す。本実施形態の上部電極１３は、下部電極１４が有する分割電極を備えない。本実施形態の上部電極１３は、銀、金を含む金属などの抵抗の低い材料で形成された低抵抗電極１３Ａ（以下銀電極１３Ａともいう）と、カーボンなどの抵抗の高い材料で形成された高抵抗電極１３Ｂ（以下カーボン電極１３Ｂともいう）を有する。上部電極１３において、高抵抗電極１３Ｂは、低抵抗電極１３Ａを覆うように形成されている。

スイッチ１の入切操作の際には押圧子１８が押圧される。押圧された押圧子１８は、上部電極１３を下部電極１４に押し付ける。上部電極１３のカーボン電極１３Ｂは、下部電極１４の互いに絶縁された二つの分割電極１４１，１４２にそれぞれ接触する。具体的に、上部電極１３のカーボン電極１３Ｂは、分割電極１４１，１４２のうち、スペーサ１６の開口部１７の中央で互いに対向する一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ１近傍の上側主面に最初に接触する。押圧子１８は、開口部１７の中央に荷重を印加することにより、開口部１７の中央を基準に配置された分割電極１４１，１４２の一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ１の両方と上部電極１３とを、同時に、かつそれぞれの接触面積が同じになるように接触させる。なお、１４１Ｔ１，１４２Ｔ１は、高抵抗電極であるカーボン電極１４１Ｂ，１４２Ｂの一部である。

本実施形態の分割電極１４１，１４２は、スペーサ１６の開口部１７の中央（Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０、又はＰｘ＝０かつＰｙ＝０（原点））から離隔するにつれて幅広となる形状である。分割電極１４１、１４２の幅が広くなる方向、つまり、中央から離隔する方向は限定されない。また複数の方向に沿って幅が広くなるように構成してもよい。幅広となる態様は限定されず、階段状に幅が広くなる態様としてもよいし、直線状に幅が広くなる態様としてもよいし、曲線状に幅が広くなる態様としてもよい。本実施形態において、上部電極１３の形状は、下部電極１４の形状と異なる形状としてもよい。上部電極１３に分割電極を設ける場合には、上部電極１３の分割電極を下部電極１４の分割電極１４１，１４２と同じ形状にしてもよいし、異なる形状にしてもよい。上部電極１３と下部電極１４とを異なる形状とすることにより、印加される荷重に応じた抵抗値の制御態様の自由度が向上する。

以下、図２（ｃ）に基づいて、分割電極１４１，１４２の具体的な二つの態様を説明する。

第１の態様において、本実施形態の分割電極１４１，１４２は、スペーサ１６の開口部１７の中央（Ｐｘ＝０、又はＰｘ＝０かつＰｙ＝０）からＰｘ方向に沿って離隔するに従い、Ｐｙ方向（図中上下方向）に沿う幅が長くなる形状である。一例ではあるが、図２（ｃ）に示すように、本実施形態の分割電極１４１，１４２は、中央（Ｐｘ＝０、又はＰｘ＝０かつＰｙ＝０）において互いに対向する一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ１から配線２０と接続する他方端部１４１Ｔ２，１４２Ｔ２のへ向かう方向（同図においてＰｘ方向）に沿って離隔するに従い、分割電極１４１，１４２の幅が長くなる（幅広となる）形状である。具体的に、図２（ｃ）に示すように、相対的に中央に最も近い位置における分割電極１４１，１４２の幅Ｗ１よりも、それよりもプラスのＰｘ方向（図中右方向）に相対的に離隔した位置における分割電極１４１，１４２の幅Ｗ２の方が長く、プラスのＰｘ方向に相対的にさらに離隔した位置における分割電極１４１，１４２の幅Ｗ３の方が長い。つまり、Ｐｘ方向に沿って中央から離れるにつれて、分割電極１４１１，１４２の幅はＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３と広くなる。

Ｐｙ方向（図中上下方向）に沿う分割電極１４１，１４２の幅の長さ（対辺間の距離：図２（ｃ）で示すＷ１〜Ｗ３）は、段階的に長くなってもよいし、徐々に漸増してもよい。つまり、開口部１７の中央（Ｐｘ＝０、又はＰｘ＝０かつＰｙ＝０）からＰｘ方向に沿って離隔するに従い、Ｐｙ方向（図中上下方向）に沿う幅（対辺間の距離）が長くなる分割電極１４１，１４２の周縁部（又は対辺）の形状は、幅が段階的に増加する階段状であってもよいし、幅が漸増する連続的な直線状又は曲線状であってもよい。言い換えると、開口部１７の中央（Ｐｙ，Ｐ０）に相対的に近い位置における分割電極１４１，１４２の幅が、開口部１７の中央（Ｐｙ，Ｐ０）に相対的に遠い位置における分割電極１４１，１４２の幅よりも短い部分が存在すれば、Ｐｘ方向に沿う位置が異なる領域において幅が同じ部分が一部に存在したとしても、スペーサ１６の開口部１７の中央から離隔するにつれて幅広となる形状といえる。

ちなみに、本実施形態の分割電極１４１，１４２の他方端部１４１Ｔ２，１４２Ｔ２側には、配線２０と接続する低抵抗電極（銀電極）１４１Ａ，１４２Ａが設けられている。分割電極１４１，１４２の形状は、分割電極１４１，１４２が互いに対向する一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ１から低抵抗電極（銀電極）１４１Ａ，１４２Ａへ向かう方向に沿って離隔するに従い幅広となる形状であるともいえる。

次に第２の態様について説明する。第２の態様において、分割電極１４１の形状は、開口部１７の中央（Ｐｙ，Ｐ０）から拡開する一対の対辺１４１Ｑ１，１４１Ｑ２を有する略テーパー形状である。もう一つの分割電極１４２の形状も、一対の対辺１４２Ｑ１，１４２Ｑ２を有する略テーパー形状である。なお、図２（ｃ）に示すように、本実施形態の分割電極１４１（１４２）の対辺（１４１Ｑ１，１４１Ｑ２）は、開口部１７の中央（Ｐｘ＝０、又はＰｘ＝０かつＰｙ＝０）からＰｘ方向に沿って離隔するに従い拡開するので、その対辺の幅(距離)が長くなる。本実施形態において分割電極１４１，１４２の一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ１側の辺と、配線２０と接続する他方端部１４１Ｔ２，１４２Ｔ２側の辺とは、直線であってもよいし曲線であってもよい。また両辺は平行であってもよいし、平行でなくてもよい。本実施形態におけるテーパー形状は、他方端部１４１Ｔ２，１４２Ｔ２側の辺と他方端部１４１Ｔ２，１４２Ｔ２側の辺とが平行な台形形状を含む。

分割電極１４１，１４２が略テーパー形状である場合も同様に、分割電極１４１、１４２の対辺１４１Ｑ１，１４１Ｑ２，対辺１４２Ｑ１，１４２Ｑ２が開口部１７の中央（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐ０）から離隔するに従い拡開する対辺の態様は特に限定されず、図２（ｃ）に示すように、対辺は連続的に変化する直線状又は曲線状であってもよいし、段階的に変化する階段状であってもよい。つまり、対辺１４１Ｑ１，１４１Ｑ２，対辺１４２Ｑ１，１４２Ｑ２において、中央（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐ０）から第２距離における対辺間の幅Ｗ２が、中央から第１距離（＜第２距離）における対辺間の幅Ｗ１よりも長い部分が少なくとも一か所含まれていればよく、一部において対辺１４１Ｑ１，１４１Ｑ２，対辺１４２Ｑ１，１４２Ｑ２の距離が同じ（変化が無い）部分が一部に含まれても、略テーパー形状であるといえる。

なお、対辺１４１Ｑ１，１４１Ｑ２，対辺１４２Ｑ１，１４２Ｑ２の変化率は特に限定されないが、円周率に近似させることが好ましい。これにより、荷重に対する回路抵抗値の変化の直線性を向上させることができる。

特に限定されないが、二つの分割電極１４１，１４２は、開口部１７の中央（Ｐｘ＝０、又はＰｙ＝０）を対称軸として線対称に配置することが好ましい。また、特に限定されないが、二つの分割電極１４１，１４２は、開口部１７の中央（Ｐｘ＝０かつＰｙ＝０）を対称中心として点対称に配置されることが好ましい。図２（ｃ）に示す例では、Ｐｙ（Ｐｘ＝０）を対称軸として、同じ形状の分割電極１４１、１４２を線対称の位置に配置している。また、同図に示す分割電極１４１、１４２は、（０：Ｐｘ＝０かつＰｙ＝０）を対称中心として点対称となっている。スイッチ１の動作開始時においては、開口部１７の中央に荷重が印加される。荷重の増加に伴い、押圧面は開口部１７の中央から外側へ広がる。押圧面が外側へ広がると、上部電極１３と下部電極１４の接触面も外側へ広がる。本実施形態のように、分割電極１４１，１４２を開口部１７の中央に対して線対称又は点対称に配置することにより、スイッチ１の押圧時において二つの分割電極１４１，１４２に略等しい荷重を印加することができ、二つの分割電極１４１，１４２と上部電極１３との接触面を略等しく広げることができる。二つの分割電極１４１，１４２のそれぞれと上部電極１３との接触面を等しくすることにより、荷重に対する回路抵抗値を制御しやすくなり、スイッチ１の動作性能を安定させることができる。なお、本実施形態では、下部電極１４が分割電極１４１，１４２を有する例を説明するが、分割電極は、上部電極１３が有していてもよいし、上部電極１３及び下部電極１４の両方が分割電極を有していてもよい。

本実施形態の上部電極１３、下部電極１４は、銀などの低抵抗の材料で形成された低抵抗電極１３Ａ，１４１Ａ，１４２Ａと、カーボンなどの高抵抗の材料で形成された高抵抗電極１３Ｂ、１４１Ｂ、１４２Ｂとをそれぞれ含む。本実施形態における低抵抗電極１３Ａは、第１絶縁性基材１１の一方主面上に形成される。本実施形態における高抵抗電極１３Ｂは、先に形成された低抵抗電極１３Ａを覆うように形成される。同様に、低抵抗電極１４１Ａ、１４２Ａは、第２絶縁性基材１２の一方主面上の異なる領域に形成され、この低抵抗電極１４１Ａ，１４２Ａを覆うように高抵抗電極１４１Ｂ、１４２Ｂが形成される。

本実施形態の低抵抗電極１３Ａ、１４１Ａ、１４２Ａは、銀、金、銅などの金属ペーストを含む低抵抗の導電性ペーストを第１絶縁性基材１１、第２絶縁性基材１２の一方主面に印刷し、それを硬化することにより形成される。本実施形態の高抵抗電極１３Ｂ、１４１Ｂ，１４２Ｂは、カーボンペーストなどの相対的に高抵抗の導電性ペーストを、低抵抗電極１３１、１４１Ａ、１４２Ａを覆うように印刷し、それを硬化することにより形成される。本実施形態の高抵抗電極１３Ｂ、１４１Ｂ，１４２Ｂは、インクに導電性ビーズを分散させた感圧インクを印刷して形成してもよいし、導電性インクにナイロン等の弾性に富んだビーズを分散させた導電性ペーストを印刷して形成してもよい。なお、印刷手法は、特に限定されず、スクリーン印刷法、グラビアオフセット印刷法、インクジェット法等などの手法を用いることができる。

本実施形態において、上部電極の形状と下部電極全体の形状、又は上部電極の形状と下部電極の各分割電極の形状は異なる形状とすることができる。上部電極である上部電極と下部電極である下部電極の形状を調整することにより、荷重に対する回路抵抗値を制御することができる。

特に限定されないが、分割電極１４１，１４２の低抵抗電極１４１Ａ、１４２Ａは、スペーサ１６の開口部１７よりも外周側に設けることが好ましい。つまり、スペーサ１６の開口部１７の内側に低抵抗電極１４１Ａ、１４２Ａが存在しないように配置する。このように、低抵抗電極１４１Ａ、１４２Ａをスペーサ１６の開口部１７の内縁よりも外側に配置することにより、大きい荷重が印加されても上部電極１３と低抵抗電極１４１Ａ、１４２Ａとが導通しないようにできるので、押切点近傍における回路抵抗値を高く維持することができる。これにより、押切点近傍においても回路抵抗値の変化量を所定値以上に維持することができる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
押圧子１８に荷重が印加される前においては、上部電極１３と下部電極１４（分割電極１４１，１４２）は絶縁されており、入力信号は取得されない。ユーザが押圧子１８を押圧して荷重が印加されると、上部電極１３がスペーサ１６の開口部１７が形成する空間を下側（第２絶縁性基材１２側）に移動する。上部電極１３は、下部電極１４の分割電極１４１の一方端部１４１Ｔ１及び分割電極１４２の他方端部１４２Ｔ１の両方に接触する。分割電極１４１の一方端部１４１Ｔ１と分割電極１４２の他方端部１４２Ｔ１とは絶縁性の分割領域１５を介して対向している。この接触により、絶縁されていた上部電極１３が分割電極１４１、１４２と短絡することにより、入力信号が取得される。

一般的なスイッチは、絶縁状態において回路抵抗値は無限大であるが、荷重が印加され、上部電極と下部電極との導通が開始されるタイミングにおいて回路抵抗値が大きく低下する。この荷重の印加開始時における回路抵抗値の大幅な低下は、スイッチの感度を低下させ、ダイナミックレンジを狭小にする要因の一つである。

これに対し本実施形態のスイッチ１は、互いに絶縁された複数の分割電極１４１，１４２からなる下部電極１４を備えるため、単一の電極からなる下部電極を備える従来のスイッチよりも回路抵抗値を相対的に高く維持する。つまり、回路抵抗値が大幅に低下することを抑制する。荷重が印加され始めた初期のタイミングにおいて、本実施形態のスイッチ１の上部電極１３を複数の分割電極１４１，１４２にそれぞれ導通させることにより、荷重が印加された初期のタイミングにおける回路抵抗値を高くし、回路抵抗値の低下を抑制する。このように荷重の印加開始直後の回路抵抗値を高く維持することにより、上部電極１３と下部電極１４とが接触した瞬間の回路抵抗値の最大値からスイッチ１の押し切り時における回路抵抗値の最低値までの範囲を大きくすることができる。これにより、スイッチ１の感度の向上を図ることができる。

また、上部電極及び下部電極がそれぞれ一つの電極で形成されている従来のスイッチでは、荷重の印加開始直後に回路抵抗値が大きく低下してから、荷重が飽和する押切り点まで印加される荷重が増加するほど接触面積が増加し、上部電極及び下部電極の接触面積の増加に応じて回路抵抗値が減少する。

これに対し、本実施形態のスイッチ１は、スペーサ１６の開口部１７の中央（Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０、Ｐｘ＝０かつＰｙ＝０）から離隔するにつれて幅広となる形状の互いに絶縁された複数の分割電極１４１，１４２を備えることにより、荷重の印加が開始された直後の回路抵抗値を高くするとともに、荷重の増加に伴う接触面積の増加率の変化を制御する。これにより、本実施形態のスイッチ１は、荷重が印加された直後に回路抵抗値が大幅に低下することを抑制しつつ、印加される荷重に対して回路抵抗値を徐々に低下させて、押切点に至るまでの単位荷重に対する回路抵抗値の変化量を大きくすることができる。

分割電極１４１，１４２の形状を、互いに対向する一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ１から離隔するに従い幅が長くなる形状とした場合においても同様の作用効果を奏する。また、分割電極１４１，１４２の形状を、スペーサ１６の開口部１７の中央（Ｐｘ＝０、Ｐｙ＝０、Ｐｘ＝０かつＰｙ＝０）から離隔するに従い拡開する対辺を有する略テーパー形状とした場合においても同様の作用効果を奏する。

さらに、分割電極１４１，１４２の低抵抗電極１４１Ａ、１４２Ａをスペーサ１６の開口部１７の外側に配置することにより、押切点近傍において回路抵抗値が低くなりすぎないようにして、押切点近傍においても回路抵抗値の変化を検知することができる。

このように、従来の技術では荷重の印加開始時においては回路抵抗値の低下率が大きいところ、本実施形態では荷重の印加開始時における回路抵抗値の低下を抑制できる。また、従来の技術では荷重が大きいときの回路抵抗値の低下幅が小さいところ、本実施形態では荷重が大きいときの回路抵抗値の低下幅を相対的に大きくできる。

このように、本実施形態では、荷重の印加開始直後の回路抵抗値の低下を抑制するとともに、高荷重の印加時における回路抵抗値を制御できるので、感度が高く、かつスイッチとして利用できる荷重の範囲（ダイナミックレンジ）の広いスイッチ１を提供することができる。つまり、荷重の印加開始時に回路抵抗値が大幅に低下したり、荷重が大きいときに回路抵抗値が変化しないという課題を解決することができる。その結果、本実施形態のスイッチ１は、荷重に対する回路抵抗値が直線的かつ一定の変化量をもって推移し、精度の高いスイッチ１を提供できる。

＜実施例１＞
以下に、本発明をさらに具体化した実施例１について説明する。本願発明の効果を確認するため、比較例１を準備した。

実施例１のスイッチとして、図１、２に示す本実施形態に係るスイッチ１を作成した。
具体的には、まず、第１絶縁性基材１１として厚さ７５［μｍ］のポリエチレンテレフタレートシートを準備した。第１絶縁性基材１１の一方主面に、スクリーン印刷法を用いて銀ペースト（ＦＡ−３５３ 藤倉化成（株）製）を印刷し、温度１５０℃で３０分熱乾燥して硬化させることにより、上部電極１３の低抵抗電極１３Ａとして厚さ１０［μｍ］、直径３．５［ｍｍ］の円形の銀膜層（電極層）を形成した。

次いで、低抵抗電極１３Ａを覆うように、カーボンペースト（ＢＴＵ−５００ｋ （株）アサヒ化学研究所）を用いてスクリーン印刷を行い、温度１５０℃で６０分熱乾燥して硬化させることにより、上部電極１３の高抵抗電極１３Ｂとして、厚さ１０［μｍ］、直径４［ｍｍ］の円形のカーボン膜層（電極層）を形成した。

次に、上部電極１３の低抵抗電極１３Ａと同等の条件により、第２絶縁性基材１２の一方主面に、下部電極１４の低抵抗電極１４１Ａ，１４２Ａとして厚さ１０［μｍ］、長さ３．０［ｍｍ］のＴ字状の銀膜層（電極層）を形成した。実施例１の低抵抗電極１４１Ａ，１４２Ａは、図２（ｃ）に示すＰｙ軸に沿って延在する部分にＰｘ軸に沿って延在する部分が直交する略Ｔ字形状である。低抵抗電極１４１Ａ，１４２Ａは、スイッチ１の入切信号を外部へ送出するための配線２０と接続する。また、並列に設けられた低抵抗電極１４１Ａ，１４２Ａ（第１銀膜層）の距離（最短距離）を２．７［ｍｍ］とした。

次いで、上部電極１３の高抵抗電極１３Ｂと同等の条件により、低抵抗電極１４１Ａ，１４２Ａを覆う高抵抗電極１４１Ｂ，１４２Ｂを形成した。

実施例１の分割電極１４１の高抵抗電極１４１Ｂの形状は、スペーサ１６の開口部１７の中央から離隔するにつれて幅広となる形状である。スペーサ１６の開口部１７の中央において互いに対向する一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ２から配線２０と接続する他方端部１４１Ｔ２，１４２Ｔ２へ向かう方向に沿って離隔するに従い幅が長くなる形状である。異なる観点によれば、実施例１の分割電極１４１の形状は、スペーサ１６の開口部１７の中央から離隔するにつれて拡開する対辺１４１Ｑ１，１４１Ｑ２（１４２Ｑ１，１４２Ｑ２）を有する略テーパー形状である。

具体的に、低抵抗電極１４１Ａ，１４２Ａを覆うように、上記形状の厚さ１０［μｍ］の高抵抗電極１４１Ｂ，１４２Ｂを形成した。スペーサ１６の開口部１７の中央領域において対向する高低抵抗電極１４１Ｂ，１４２Ｂの距離は０．２［ｍｍ］、すなわち、高低抵抗電極１４１Ｂ，１４２Ｂを絶縁する分割領域１５の幅は０．２［ｍｍ］とした。高低抵抗電極１４１Ｂ，１４２Ｂが互いに対向する一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ１の長さは０．５［ｍｍ］とした。なお、高低抵抗電極１４１Ｂ，１４２Ｂが互いに対向する一方端部１４１Ｔ１，１４２Ｔ１の多端側となる他方端部１４１Ｔ２，１４２Ｔ２の長さは４［ｍｍ］とした。

次に、スペーサ１６として、直径７［ｍｍ］の開口部１７が設けられた、厚さ１００［μｍ］の両面粘着シート（ＴＬ−４１０Ｓ−０２ リンテック社製）を、開口部１７の中央が下部電極１４の分割電極１４１，１４２を絶縁する分割領域に対応するように第２絶縁性基材１２に張り付けた。なお、厚さ１００［μｍ］のスペーサ１６は、厚さ５０［μｍ］ポリエチレンテレフタレートシートと、その両主面に形成された厚さ２５［μｍ］の接着層から形成される。そして、上部電極１３と下部電極１４が開口部１７において対向するように、第１絶縁性基材１１をスペーサ１６に張り付けて、スイッチ１を作製した。

＜比較例１＞
比較例１では、下部電極１４´が分割電極を有さない構成とした以外は、実施例１と同等の条件により、実施例１と同様の構成を有するスイッチを作製した。具体的に、比較例１の下部電極１４´は、下側の絶縁性基材の一方主面に、実施例１と同じ構成の低抵抗電極（銀電極）１４Ａ´を形成し、この低抵抗電極１４Ａ´を覆うように、円形の高抵抗電極（カーボン電極）１４Ｂ´を形成した。円形の高抵抗電極１４Ｂ´の直径は４［ｍｍ］とした。比較例１の高抵抗電極１４Ｂ´は、全体が非絶縁状態である単一の電極であり、分割されていない。比較例１の低抵抗電極（銀電極）１４Ａ´及び高抵抗電極１４Ｂ´は、いずれも円形である。

実施例１及び比較例１の概要を下表にまとめた。

以上に説明した構成の実施例１のスイッチ１及び比較例１のスイッチについて、以下の荷重と抵抗値の測定試験を行った。

具体的には、スイッチ１の上部電極１３と下部電極１４を圧力検出装置に接続し、φ３ｍｍ、先端がフラットのアルミ製のアクチュエーターにて、５[mm]／[min]のアクチュエーター速度で０[Ｎ]〜８[Ｎ]の荷重範囲において抵抗値の関係を測定した。比較例１のスイッチについても、実施例１と同等の条件で、上述した荷重と抵抗値の測定試験を行った。

実施例１及び比較例１の測定結果を図３に示す。

図３に示す結果によると、荷重が印加された初期における実施例１のスイッチの抵抗値は約１００００[Ω]であり、荷重が１．０[Ｎ]における実施例１の抵抗値は５０００[Ω]であった。その後、荷重の増加に伴い抵抗値は略直線的に減少し、荷重が８[Ｎ]のとき４５０[Ω]であった。

一方、図３に示す結果によると、荷重が印加された初期における比較例１のスイッチの抵抗値は約１００００[Ω]であり、荷重が１．０[Ｎ]における比較例１の抵抗値は約２０００[Ω]であった。その後、荷重が３．０[Ｎ]における抵抗値は約５００[Ω]であり、荷重６．０[Ｎ]における抵抗値は３００[Ω]であり、荷重が８[Ｎ]のとき２６０[Ω]であった。

比較例１では、荷重が印加され始めてから荷重が１．０[Ｎ]となるまでに約８０００[Ω]も低下するが、実施例１では、荷重が印加され始めてから荷重が１．０[Ｎ]となるまでに約５０００[Ω]だけ低下する。比較例１のスイッチでは、荷重印加を開始した後に抵抗値が大幅に低下するが、実施例１のスイッチでは、荷重印加を開始した後の抵抗値の低下幅を小さくできる。つまり、荷重が印加され始めた後、例えば１Ｎの荷重が印加された後において、荷重の増加に伴って変化可能な抵抗値の値域を比べると、比較例１の変化可能な抵抗値は２０００[Ω]であるが、実施例１の変化可能な抵抗値は５０００[Ω]である。

比較例１では、荷重印加を開始した後に抵抗値が大幅に低下するため、荷重増加に伴う抵抗値の変化量が小さくならざるを得ない。特に、荷重３．０[Ｎ]から８．０[Ｎ]までの抵抗値の変化量は約２５０[Ω]である。これに対し、実施例１では、荷重の印加が開始された直後の抵抗値の低下が小さいため、荷重増加に伴う抵抗値の変化量を大きく確保することができる。具体的には、荷重３．０[Ｎ]から８．０[Ｎ]までの抵抗値の変化量は約３０５０[Ω]であり、比較例１の１２倍程度である。また、実施例１のスイッチ１は、荷重が３Ｎ以上となる領域においても高い抵抗値を示すので、荷重に対する抵抗値の変化量を大きくできる。

実施例１のスイッチ１は、下部電極１４を複数の分割電極１４１、１４２から構成されるので、上部電極１３と下部電極１４とが接触したタイミングにおける接触抵抗（回路抵抗値）を大きくできる。これにより、スイッチ１の押圧開始から押切点までに変化する回路抵抗値の値域を広くして、スイッチ１に与える荷重の変化に応じた回路抵抗値の変化の範囲を大きくできる。この結果、スイッチ１の感度を向上させることができる。

また、実施例１のスイッチ１は、下部電極１４である分割電極１４１、１４２の形状を中央から遠ざかるにつれて幅広となる形状であるので、荷重増加に伴う回路抵抗値の低下量を制御できる。たとえば、荷重が印加された後、小さい荷重が印加されている場合には分割電極１４１，１４２の幅を相対的に短くして回路抵抗値の低下量を小さくし、大きい荷重が印加されている場合には小さくし、分割電極１４１，１４２の幅を相対的に長くして回路抵抗値の低下量を大きくする。
ちなみに、一般のスイッチでは、押圧開始後において、小さい荷重が印加されている場合には抵抗値の低下量が高く、押切点近傍において、大きい荷重が印加されている場合には抵抗値の低下量が小さい（変化が小さい）。これでは、小さい荷重が印加されているときはよいが、大きな荷重が印加されているときには感度が低くなってしまう。
これに対し、本実施例１のスイッチ１は、分割電極１４１，１４２の形状を中央から離隔するにつれては幅広とするので、スイッチ１の押圧開始から押切点に至るまでにおいて、荷重に応じた回路抵抗値の変化量を維持できる。この結果、スイッチとして利用できる荷重範囲（ダイナミックレンジ）を拡大させることができる。

具体的に、荷重が３[Ｎ]から４[Ｎ]へ変化する場合において、実施例１のスイッチでは回路抵抗値が約１０００[Ω]変化するが、比較例１のスイッチでは回路抵抗値が約１００[Ω]しか変化しない。荷重が５[Ｎ]から６[Ｎ]へ変化する場合において、実施例１のスイッチでは回路抵抗値が約５００[Ω]変化するが、比較例１のスイッチでは回路抵抗値が約５０[Ω]しか変化しない。同じ荷重変化が生じた場合に、実施例１のスイッチにおいて出力される回路抵抗値の変化量は、比較例１のスイッチにおいて出力される回路抵抗値の変化量の１０倍程度である。つまり、実施例１のスイッチ１の方が比較例１のスイッチよりも荷重変化に対する感度が良好である。

また、比較例１では、印加される荷重が５[Ｎ]以上となると回路抵抗値の変化量が小さくなる。例えば荷重が６[Ｎ]から８[Ｎ]に変化した場合の回路抵抗値の変化は約４０[Ω]であり、６[Ｎ]を超える荷重が印加された場合にはスイッチとして利用できない可能性が高い。これに対し、実施例１のスイッチでは、印加される荷重が６[Ｎ]から８[Ｎ]に変化した場合の回路抵抗値の変化が約７５０[Ω]であり、荷重が６[Ｎ]を超えてもスイッチとして十分に利用できる。つまり、スイッチ１の方が比較例１のスイッチよりもダイナミックレンジが広い。

以上のように、実施例１のスイッチ１は、従来の構造の比較例１のスイッチに比べて感度が高く、かつスイッチとして利用できる荷重範囲（ダイナミックレンジ）が広いことが確認された。

１…スイッチ
１１…第１絶縁性基材
１２…第２絶縁性基材
１３…上部電極
１３Ａ…低抵抗電極，銀電極
１３Ｂ…高抵抗電極，カーボン電極
１４…下部電極
１４１…第１分割電極
１４１Ａ…低抵抗電極，銀電極
１４１Ｂ…高抵抗電極，カーボン電極
１４２…第２分割電極
１４２Ａ…低抵抗電極，銀電極
１４２Ｂ…高抵抗電極，カーボン電極
１５…分割領域
１６…スペーサ
１６Ａ，１６Ｂ…接着層
１７…開口部

Claims (6)

1. 上部電極を備えた第１絶縁性基材と、
   前記上部電極に対応する領域に開口部が設けられたスペーサと、
   前記開口部を介して前記上部電極と接触及び離隔が可能な下部電極を備えるとともに、前記第１絶縁性基材と前記スペーサを挟んで対向するように配置された第２絶縁性基材と、を有し、
   前記上部電極及び／又は前記下部電極は、互いに絶縁された複数の分割電極を備え、
   前記各分割電極は、前記スペーサの開口部の中央から離隔するにつれて幅広となる形状であることを特徴とするスイッチ。
2. 前記各分割電極は、前記スペーサの開口部の中央において互いに対向する一方端部から配線と接続する他方端部へ向かう方向に沿って離隔するにつれて、当該分割電極の幅が長くなる形状であることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
3. 前記各分割電極は、前記スペーサの開口部の中央から離隔するにつれて拡開する対辺を有する略テーパー形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ。
4. 前記複数の分割電極は、前記開口部の中央を基準として対称に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のスイッチ。
5. 前記開口部の中央に対向するように配置され、前記上部電極及び／又は前記下部電極を押圧する押圧子を、さらに有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のスイッチ。
6. 前記上部電極の形状は、前記下部電極の形状と異なることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のスイッチ。

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