JP2015088331A - 感圧スイッチおよびその製造方法、並びに感圧スイッチを備えたタッチパネルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗値の変化のばらつきを少なくし、又、精度良く印加圧力を感知可能な感圧スイッチ、およびその製造方法を供すること。【解決手段】本発明は、支持基板、支持基板上に設けられた導電性構造体、および導電性構造体を介して支持基板と対向するように設けられ、かつ電極部を備えた感圧スイッチであって、導電性構造体が、支持基板上に電極層、および電極層から電極部に向かって突出するように延在し、かつ導電性を有した弾性構造部材を備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、感圧スイッチおよびその製造方法に関する。又、本発明は、当該感圧スイッチを備えたタッチパネルおよびその製造方法にも関する。

近年、スマートフォンやカーナビ等の各種電子機器の高機能化や多様化が急速に図られている。これに伴い、電子機器の構成要素の１つである感圧スイッチも確実に操作可能であることが求められている。従来の感圧スイッチは、図１１に示すように、主として、支持基板、支持基板上に設けられた導電性構造体、および導電性構造体の上方に設けられた電極部を備えた押圧基材を有して成る。この電極部は、リード線等を介して機器の電子回路に接続されている。導電性構造体は、導電体層および導電体層中に分散された数十〜数百μｍの樹脂粒子を含んでいる。導電性構造体の表面は、導電体層中に分散された樹脂粒子により凹凸形状を成している。

感圧スイッチは、押圧基材を押圧して、押圧基材に設けられた電極部が凹凸表面を有する導電体層に接触することで電気的に接続される。又、感圧スイッチでは、押圧基材を更に押圧すると、導電性構造体中の樹脂粒子が変形し電極部と導電体層の接触面積が増加することで、抵抗値が低下する。感圧スイッチでは、抵抗値の変化から印加圧力を感知しているのである。

特開２００８−３１１２０８号公報

従来の感圧スイッチは、印加圧力を抵抗値の変化から感知するものであるが、樹脂粒子は導電性構造体中に不規則に存在するため、押圧基材の押圧時に樹脂粒子の形状は一様に変形しない。又、押圧基材の押圧時に樹脂粒子の形状が一様に変形するように、制御することは困難である。それ故、押圧基材を同じ圧力で押圧しても抵抗値のばらつきが生じやすい。又、押圧基材を繰り返して押圧すると、樹脂粒子が次第に劣化してしまう。それ故、感圧スイッチの感度が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、抵抗値の変化のばらつきを少なくし、又、精度良く印加圧力を感知可能な感圧スイッチ、およびその製造方法を供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、
支持基板、支持基板上に設けられた導電性構造体、および導電性構造体を介して支持基板と対向するように設けられ、かつ電極部を備えた感圧スイッチであって、
導電性構造体が、支持基板上に電極層、および電極層から電極部に向かって突出するように延在し、かつ導電性を有した弾性構造部材を備えていることを特徴とする、感圧スイッチが供される。

又、上記目的を達成するために、本発明では、
感圧スイッチの製造方法であって、順に
支持基板上に電極層を形成し、電極層から突出するように導電性を有する弾性構造部材を形成して導電性構造体を設ける工程、および
弾性構造部材に対向する電極部を設ける工程
を含む、感圧スイッチの製造方法が供される。

本発明の感圧スイッチは、その構成要素である導電性構造体が、支持基板上に設けられた電極層、電極層から電極部の設置方向に向かって突出するように延在し、かつ導電性を有した弾性構造部材を備えていることで、次の効果を奏することが可能である。すなわち、本発明は、形状が規則的な弾性構造部材を電極層から突出するように延在させていることで、押圧基材の押圧時に弾性構造部材の形状を一様に変形させることが可能である。それ故、押圧基材の押圧力を増大させた場合、弾性構造部材と電極部との接触面積を一様に増加させることができるので、弾性構造部材を介して電極部と電極層との間の抵抗値の変化のばらつきを少なくすることができる。従って、精度良く印加圧力を感知することができる。又、本発明は、弾性構造部材が電極層から突出するように延在しているため、押圧基材を繰り返して押圧しても、弾性構造部材の劣化を抑制することができる。従って、感圧スイッチの感度低下を抑制することもできる。又、本発明の感圧スイッチの製造方法により、電極層から突出する導電性を有する弾性構造部材を形成することができる。

図１は、本発明の第１実施形態の感圧スイッチの概略断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態の感圧スイッチの押圧時における状態を示した概略断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態の感圧スイッチの構成要素である高さが異なる複数の弾性構造部材を示した概略断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態の感圧スイッチの構成要素である複数の弾性構造部材の高さの大小関係が、複数の弾性構造部材の投影断面積の大小関係に各々対応することを示した概略断面図である。 図５は、本発明の感圧スイッチにおける抵抗特性の概略図を示したものである。 図６は、本発明の感圧スイッチにおける抵抗特性の概略図を示したものである。 図７は、本発明の感圧スイッチの構成要素である電極部の概略平面図を示したものである。 図８は、本発明の感圧スイッチの構成要素である弾性構造部材を示した概略斜視図である。 図９Ａは、本発明の感圧スイッチの製造方法の工程（１）、（２）を示した概略図である。 図９Ｂは、本発明の感圧スイッチの製造方法の工程（３）、（４）を示した概略図ある。 図９Ｃは、本発明の感圧スイッチの製造方法の工程（５）を示した概略図である。 図１０は、本発明の感圧スイッチを備えたタッチパネルの概略断面図である。 図１１は、従来の感圧スイッチの概略断面図である。 図１２は、本発明の感圧スイッチの構成要素の弾性構造部材の拡大概略断面図である。

＜＜本発明の感圧スイッチ＞＞
まず、本発明の実施形態の感圧スイッチについて説明する。

＜本発明の第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の感圧スイッチ１の概略断面図である。図１に示すように、本発明の感圧スイッチ１は、支持基板２、支持基板２上に設けられた導電性構造体３、および導電性構造体３を介して支持基板２と対向するように設けられた押圧基材５を有して成る。押圧基材５上には複数の電極部４が設けられている。具体的には、電極部４は、図１に示すように、押圧基材５の下面上に設けられている。電極部４は、押圧基材５上に少なくとも２つ設けられていることが好ましい。押圧基材５は、支持基板２の周縁上に設けられたスペ−サ６を介して、支持基板２に対向するように設けられている。スペーサ６は、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂により形成されている。「導電性構造体３を介して」とは、支持基板２と押圧基材５との間に導電性構造体３が存在していれば足り、必ずしも導電性構造体３が支持基板２と押圧基材５に接していることを要さない。支持基板２は、可撓性を有していることが好ましい。ここで言う「可撓性を有する支持基板２」とは、押圧基材５を押圧した際に、押圧方向に沿って支持基板２が凸部形状を成すように歪曲するものを指す。支持基板２とは、特に限定されるものではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド等から構成されるプラスチックである。支持基板２が可撓性を有していることで、支持基板２を三次元構造のデバイスにも設けることが可能となる。押圧基材５も、支持基板２と同様に可撓性を有している。支持基板２の厚さは、感圧スイッチの耐久性および薄型化を考慮して、好ましくは２５〜５００μｍである。導電性構造体３は、支持基板２上に設けられた電極層７、および電極層７から押圧基材５に設けられた電極部４の設置方向に向かって略垂直に突出するように延在した複数の弾性構造部材８を備えている。ここで言う「電極層７から電極部４の設置方向に向かって略垂直に突出する」とは、具体的には、電極層７から電極部４の設置方向に向かって６０度〜９０度、好ましくは７０度〜９０度の角度をなして突出することを指す。

「電極層７から押圧基材５に設けられた電極部４の設置方向に向かって略垂直に突出するように延在した複数の弾性構造部材８」とは、電極層７上に局所的にピラー状に設けられた複数の弾性構造部材８又は電極層７上に凸部形状を成すように形成された複数の弾性構造部材８を言う。具体的には、弾性構造部材８は、その一方の端部が電極層７に実質的に固定されるように電極層７上に設けられている。複数の弾性構造部材８は、電極層７上に各々離隔して設けられている。後述するが、押圧基材５を押圧した際に、押圧した部分に対応する弾性構造部材８の形状は、その弾性特性に起因して一様に変形する。又、図１に示すように、弾性構造部材８の各々は、その形態が規則的となるように電極層７上に設けられている。すなわち、弾性構造部材８の各々は、その形状、材質および大きさが同一となるように電極層７上に設けられている。弾性構造部材８の形状は、特に限定されるものではないが、図８(１)に示すような円柱構造又は図８（２）に示すような円錐体構造であることが好ましい。

又、弾性構造部材８の各々は、「導電性」を有している。ある態様では、図１２(１)に示すように、弾性構造部材８の各々は、樹脂構造体１１および樹脂構造体１１に均一に内在した導電性フィラー９から構成される。樹脂構造体１１は、弾性特性を有したウレタン樹脂、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーン系樹脂、スチレン系樹脂等から形成されている。導電性フィラー９は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２等から構成される群から選択される。後述するが、押圧基材５を押圧した際に、押圧した部分に対応する弾性構造部材８の形状は、その弾性特性に起因して一様に変形する。この時、弾性構造部材８がその高さが減じられるように変形した際、内在する導電性フィラー９が相互に接触し、それによって弾性構造部材８が電気的に導通可能となる。内在する導電性フィラー９が相互に接触すると、導電性フィラー９同士の接触面積が変化する。それ故、弾性構造部材８の導電性も変化するので、後述する電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化をより急峻なものとすることができる。

又、別の態様では、図１２(２)に示すように、弾性構造部材８は、樹脂構造体１１および樹脂構造体１１の表面に沿って形成された導電層１０から構成される。すなわち、導電層１０は、電極層７上に設けられた樹脂構造体１１の突出輪郭又は輪郭形状に沿って凸部状に連続的に形成されている。これにより、弾性構造部材８が電気的に導通可能な状態となる。押圧基材５の押圧による弾性構造部材８の変形時、導電層１０も変形するため、弾性構造部材８自体の抵抗値も変化する。具体的には、導電層１０の厚みが薄くなり、電極部４との接触部分から電極層７までの距離が長くなるため、弾性構造部材８の抵抗値は高くなる。それ故、後述する電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化を緩やかにすることができる。

図２は、本発明の第１実施形態の押圧時における感圧スイッチの概略断面図である。図２に示すように、対向して設けられた支持基板２側に向かって押圧基材５を押圧すると、押圧基材５のうち押圧した部分が支持基板２側に向かって凸部形状を成すように歪曲する。これは、押圧基材５も支持基板２と同様に可撓性を有していることに起因する。押圧基材５が歪曲すると、押圧基材５の押圧面に対向する面上に設けられた電極部４が支持基板２側に向かって歪曲する。具体的には、押圧基材５の押圧面のうち押圧した部分に対向する面上に設けられた電極部４が、支持基板２側に向かって凸部形状を成すように歪曲する。そして、歪曲した電極部４は、対向する導電性を有する弾性構造部材８と接触し、当該弾性構造部材８を介して電極部４と電極層７とが電気的に導通する。これにより、本発明の感圧スイッチ１は電気的に接続される。上述したように、弾性構造部材８の各々は、支持基板２上に円柱構造又は円錐体構造等の一定の形状を有した状態で設けられている。従って、押圧基材５の押圧時に、電極部４と電極層７とを電気的に良好に接続させることが可能となる。

又、押圧基材５を支持基板２側に向かって押圧する力を更に増やした場合、支持基板２上に設けられた複数の弾性構造部材８のうち、押圧した部分に対応する弾性構造部材８の形状をその弾性特性に起因して一様に変形させることができる。具体的には、電極部４と接触する弾性構造部材８の形状を、その高さが減じられて撓むように一様に変形させることができる。この弾性構造部材８の形状の一様な変形により、電極部４と弾性構造部材８との接触面積を一様に増大させることができる。なお、本明細書でいう弾性構造部材８の一様な変形とは、押圧基材５を同じ押圧条件で押圧した場合に、押圧した部分に対応する弾性構造部材８が同じ形状、大きさに変形することを言う。これは、上述したように、同一の形状、大きさを有した弾性構造部材８の各々が、同一の弾性特性を有したウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、又はスチレン系樹脂等から形成されていることに起因する。

図５は、本発明の第１実施形態の感圧スイッチにおける抵抗特性を示した概略図である。この抵抗特性図は、押圧基材５の押圧力に対する電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化を示したものである。図５より、押圧基材５の押圧力が増大するにつれて、電極部４と電極層７との間の抵抗値が連続的に低下していることが分かる。この抵抗値の連続的な低下は、弾性構造部材８と電極部４との接触面積を一様に増大させることができることで達成される。上述するように、弾性構造部材８は導電性を有しているので、電極部４と電極層７とを弾性構造部材８を介して電気的に導通させることができる。それ故、弾性構造部材８と電極部４との接触面積の一様な増大により、弾性構造部材８を介した電極部４と電極層７との間の抵抗値の連続的な低減に貢献することができる。従って、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することができるのである。すなわち、電極部４と電極層７との間の抵抗値の連続的な低下量から押圧基材５の押圧力の値を精度良く算出することができる。

弾性構造部材８は、その一方の端部が電極層７に実質的に固定されるように電極層７上に設けられている。それ故、押圧基材５を繰り返して押圧したとしても、弾性構造部材８と電極層７との間にせん断力が働きにくく、弾性構造部材８の劣化を抑制することができる。又、弾性構造部材８が電極層７上に円柱構造又は円錐体構造等の一定の形状を有した状態で設けられていると、押圧基材５の押圧により弾性構造部材８にかかる圧力を均一にすることができる。従って、弾性構造部材８の劣化を抑制することができるので、押圧基材５の押圧力を継続して精度良く感知することができる。

好ましくは、弾性構造部材８の弾性率は、弾性構造部材８が感圧スイッチ１を使用する際の通常の押圧力約１Ｎ〜１０Ｎの間で徐々に変形するよう、約６００〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ^２である。図６は、弾性特性が異なる弾性構造部材８を用いた場合の本発明の第１実施形態の感圧スイッチにおける抵抗特性の概略図を示したものである。この抵抗特性図は、弾性特性が異なる弾性構造部材８を用いた場合の押圧基材５の押圧力に対する電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化を各々示したものである。曲線ｂは、弾性率が約６００ｋｇｆ／ｃｍ^２を下回る弾性構造部材８を用いた場合の押圧基材５の押圧力に対する電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化を示したものである。曲線ｃは、弾性率が約１５００ｋｇｆ／ｃｍ^２を上回る弾性構造部材８を用いた場合の押圧基材５の押圧力に対する電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化を示したものである。曲線ｂでは、押圧基材５の押圧力が相対的に小さくても、弾性構造部材８が容易に変形するため、弾性構造部材８と電極部４との接触面積が急激に増加する。それ故、小さな押圧力でも抵抗値の変化が大きくなるため、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することが困難となる。曲線ｃでは、押圧基材５の押圧力を相対的に大きくしても、弾性構造部材８が変形し難く、弾性構造部材８と電極部４との接触面積が変化しないため、電極部４と電極層７との間の抵抗値が変化しない。よって、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することが困難となる。これに対して曲線ａでは、上述した押圧力の範囲で押圧すると、弾性構造部材８と電極部４の接触面積が徐々に増加するため、抵抗値がなだらかに低下する。従って、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することができる。又、好ましくは、電極層７の表面抵抗値は５０ｋΩ／□〜５ＭΩ／□である。又、好ましくは、電極部４の表面抵抗値は０．５ｋΩ／□〜３０ｋΩ／□である。電極層７と電極部４の抵抗値が小さすぎると、押圧基材５の押圧力が小さくても電極層７と電極部４との間の抵抗値が低下する。その一方で、電極層７と電極部４の抵抗値が大きすぎると、押圧基材５の押圧力を大きくしても電極層７と電極部４との間の抵抗値が低下しない。従って、電極層７および電極部４の抵抗値は、上記範囲が好ましい。後述の本発明の感圧スイッチの製造方法にて説明するが、電極層７および電極部４をインク塗布にて形成する場合、インク中の導電性粒子の濃度や導電性粒子の形状を適切に調整することで、抵抗値を制御することができる。電極層７および電極部４をめっきにて形成する場合、めっき液の組成、濃度、温度等を調整してめっき膜の密度等を変えることで、抵抗値を制御することができる。

又、複数の弾性構造部材８は、図３に示すように高さが各々異なっていることが好ましい。弾性構造部材８の高さは各々異なっている必要はなく、少なくとも１つの弾性構造部材８の高さが他の弾性構造部材８の高さと比べて異なっていればよい。弾性構造部材８の高さを予め制御すれば、電極部４と弾性構造部材８との接触面積の変化を緩やかにすることができる。それ故、電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化をなだらかにすることができる。従って、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することができる。これにより、電極部４と弾性構造部材８との接触面積の変化をより緩やかにすることができる。従って、押圧基材５の押圧力をより精度良く感知することができる。又、複数の弾性構造部材８の高さの大小関係は、複数の弾性構造部材８の投影断面積の大小関係にそれぞれ対応していることが好ましい。具体的には、少なくとも２つの弾性構造部材８のうち、高さが相対的に高い弾性構造部材８は、投影断面積も相対的に大きいことが好ましい。又、少なくとも２つの弾性構造部材８のうち、高さが相対的に低い弾性構造部材８は、投影断面積も相対的に小さいことが好ましい。弾性構造部材８の投影断面積は、弾性構造部材８の高さよりも制御し易い。それ故、電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化をなだらかにすることができるので、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することができる。

又、弾性構造部材８は、電極層７上に円錐体構造で設けられていることがより好ましい。弾性構造部材８が円錐体構造であると、押圧力の大小に限らず、電極部４と弾性構造部材８との接触面積が変化し続ける。それ故、押圧中は常に電極部４と電極層７との間の抵抗値が変化し続ける。従って、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することができる。更に、弾性構造部材８は、その表面に規則的な凹凸部を有していることが好ましい。これにより、押圧基材５の押圧による電極部４と規則的な凹凸部を有した弾性構造部材８との接触面積の変化をより細かく制御することができる。それ故、電極部４と電極層７との間の抵抗値をより細かく変化させることができる。従って、押圧基材５の押圧力をより精度良く感知することができる。

図７は、本発明の第１実施形態の感圧スイッチ１の構成要素である電極部４の形状を示した概略平面図である。ある態様では、図７(１)に示すように、電極部４が押圧基材５の面全体にわたって形成されてよい。なお、電極部４には、電気取り出し部２３が設けられている。しかしながら、これに限定されることなく、他の態様も取り得る。別の態様では、電極部４は、複数規則的に並べて形成されてよい(図７(２))。この時、各電極部４に電気取り出し部２３が設けられている。この態様では、押圧により電極部４と弾性構造部材８との接触面積が変化した際、複数形成されている電極部４の各々と電極層７の抵抗値変化を読み取ることで、押圧力と同時に押圧した平面方向の位置も検出が可能となる。又、電極部４と電極層７の間の抵抗変化ではなく、複数形成されている電極部４同士の間の抵抗値の変化を読み取ることでも、押圧力だけでなく押圧した平面方向の位置も検出可能となる。

複数形成されている電極部４同士の間の抵抗値変化を読み取る場合には、図７（３）〜（５）に示すように、外周固定接点と中央固定接点を形成した電極パターンにすることで、電極部４と弾性構造部材８との間の局所的な接触不良を相殺することができる。それ故、安定して抵抗値変化を読み取ることができる。図７（３）では、略円形状の中央固定接点と、この外周に、略リング状又は略馬蹄形状の外周固定接点を形成している。図７（４）では外周固定接点内に略半円形状の中央固定接点を２つ設けている。これにより、外周固定接点と一方の中央固定接点、および外周固定接点と他方の中央固定接点の２つの抵抗値を出力する構成とすることができる。さらに、図７（５）に示すように、略円弧状の二つの外周固定接点内に、二つの中央固定接点を互いに噛み合うような櫛歯状に形成すれば、押圧基材５と支持基板２との間に多少のずれが生じた場合でも、安定した抵抗値変化を得ることができる。なお、図７（３）〜（５）に示す態様においても、各電極部４に電気取り出し部２３が設けられている。

＜本発明の第２実施形態＞
本発明の感圧スイッチは、上記第１実施形態だけではなく、以下の第２実施形態も採り得る。以下、本発明の第２実施形態の感圧スイッチについて説明する。

本発明の感圧スイッチ１は、支持基板２、支持基板２上に設けられた導電性構造体３、および導電性構造体３の上方に設けられた押圧基材５を有して成る。導電性構造体３は、支持基板２上に設けられた電極層７および電極層７から全体として連続的に突出するように設けられている弾性構造部材１２を備えている。電極層７から全体として連続的に突出するように設けられている弾性構造部材１２とは、図８(３)に示すような弾性構造部材１２が電極層７上に格子状に設けられている形態、又は図８（４）に示すような弾性構造部材１２が電極層７上に孔部１３を形成するように設けられている形態を言う。しかしながら、ここで言う弾性構造部材１２は電極層７から全体として連続的に突出するように設けられていればよいので、これに限定されない。広義には、図８(４)に示す孔部１３を形成するように設けられた弾性構造部材１２も、電極層７上に格子状に設けられている形態と考えることもできる。

弾性構造部材１２は、「導電性」を有している。ある態様では、弾性構造部材１２は、樹脂構造体および樹脂構造体に均一に内在した導電性フィラーから構成される。樹脂構造体は、弾性特性を有したウレタン樹脂、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーン系樹脂、スチレン系樹脂等から形成されている。導電性フィラーは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２等から構成される群から選択される。後述するが、押圧基材５を押圧した際に、押圧した部分に対応する弾性構造部材１２の形状は、その弾性特性に起因して一様に変形する。この時、押圧した部分に対応する弾性構造部材１２の高さが減じられるように変形した際、内在する導電性フィラーが相互に接触して、弾性構造部材１２が電気的に導通可能な状態となる。内在する導電性フィラーが相互に接触すると、導電性フィラー同士の接触面積が変化する。それ故、弾性構造部材１２の導電性も変化するので、後述する電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化をより急峻なものとすることができる。

又、別の態様では、弾性構造部材１２は、樹脂構造体および樹脂構造体の表面に沿って形成された導電層から構成される。すなわち、導電層は、電極層７上に設けられた樹脂構造体の突出輪郭又は輪郭形状に沿って凸部状に連続的に形成されている。これにより、弾性構造部材１２が電気的に導通可能な状態となる。
弾性構造部材１２の変形時、導電層も変形するため、弾性構造部材１２自体の抵抗値も変化する。具体的には、導電層の厚みが薄くなり、電極部との接触部分から電極層７までの距離が長くなるため、弾性構造部材１２の抵抗値は高くなる。導電層樹脂構造体それ故、後述する電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化を緩やかにすることができる。

押圧基材５を対向して設けられた支持基板２側に向かって押圧すると、押圧基材５のうち押圧した部分が支持基板２側に向かって凸部形状を成すように歪曲する。押圧基材５が歪曲すると、押圧基材５の押圧面に対向する面上に設けられた電極部が支持基板２側に向かって歪曲する。歪曲した電極部は導電性を有する弾性構造部材１２と接触して、それによって、導電性を有する弾性構造部材１２を介して電極部と電極層７との間に電流が流れる。これにより、本発明の感圧スイッチ１は電気的に接続される。

支持基板２側に向かって押圧基材５を押圧する力を増やすと、連続的に形成された弾性構造部材１２のうち、押圧部分に対応する弾性構造部材１２の形状をその弾性特性に起因して一様に変形させることができる。具体的には、押圧部分に対応する電極部と接触する弾性構造部材１２を、その高さが減じられて撓むように一様に変形させることができる。これにより、電極部と弾性構造部材１２との接触面積を一様に増大させることができる。又、特に限定されるものではないが、弾性構造部材１２の一部の高さが他の部分の高さと比べて異なっていてもよい。

電極部は、電極層７上に全体として連続的に形成された弾性構造部材１２と相互に対向するように設けられている。これにより、押圧基材５を繰り返して押圧したとしても、連続的に形成された弾性構造部材１２のうち、押圧部分に対応する弾性構造部材１２にかかる圧力を弾性構造部材１２全体に分散させることができる。それ故、弾性構造部材１２の劣化を抑制することができる。従って、押圧基材５の押圧力を継続して精度良く感知することができる。

弾性構造部材１２は電極層７から全体として連続的に突出するように設けられているため、弾性構造部材１２に対向する電極部は押圧基材５の面全体にわたって形成されていることが好ましい。しかしながら、これに限定されることなく、電極部は複数から構成されていてもよい。この時、電極部の各々は、弾性構造部材１２と相互に対向するように設けられていてよい。これにより、弾性構造部材１２を介して電極層７と各電極部との間の抵抗値の変化から押圧力と押圧位置を検出することができる。又、各電極部間の抵抗値の変化から押圧力と押圧位置を検出することもできる。

又、上記いずれの実施形態においても、本発明の感圧スイッチ１の構成要素である支持基板２、弾性構造部材８,１２、電極層７、および電極部４、導電層１０、導電性フィラー９が可視光領域において透明であることが好ましい。本発明の感圧スイッチの下記の構成要素は、透明性を担保するため以下の特徴を有していることが好ましい。支持基板２は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等から構成されていることが好ましい。弾性構造部材８,１２は、透明性が高く、柔らかいウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、スチレン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂が好ましい。電極層７、電極部４および導電層１０は、Ｉｎ_２Ｏ_３やＺｎＯ、ＳｎＯ_２等の透明半導体材料から構成されていることが好ましい。又、直径数十ｎｍのナノワイヤー状のＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃ等の粒子を支持基板２上に塗布して電極層７が形成されてよい。直径数十ｎｍのナノワイヤー状のＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃ等の粒子を押圧部材５上に塗布して電極部４が形成されてよい。直径数十ｎｍのナノワイヤー状のＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃ等の粒子を弾性構造部材８,１２に塗布して、導電層１０が形成されてよい。又、幅数百ｎｍ〜数百μｍのラインでＡｇやＣｕ等から構成される数μｍ〜数十μｍ程度のメッシュパターンにより、電極層７、および電極部４、導電層１０が形成してもよい。本発明の感圧スイッチ１が可視光領域において透明であることで、本発明の感圧スイッチ１を備えたタッチパネル等のデバイスに対するユーザーの可視性を一層向上させることができる。すなわち、当該デバイスに対するユーザーの利便性の向上を一層図ることができる。

図１０は、本発明の感圧スイッチ１を備えたタッチパネル１８の概略断面図である。図１０に示すように、本発明の感圧スイッチ１を備えたタッチパネル１８は、平面方向の接触位置のみを検出するセンサ１９、およびカバーフィルム２２を介してセンサ１９上に設けられた本発明の感圧スイッチ１を有して成る。このセンサ１９は、基材２０と当該基材２０上に設けられた透明導電膜２１とから構成される構造体を押圧方向に２つ重ねた複合構造体である。好ましくは、平面方向の接触位置の検出する方式は静電容量方式である。以上により、本発明のタッチパネル１８は、平面方向の接触位置および押圧力を検出することができる。

＜＜本発明の感圧スイッチの製造方法＞＞
次に、本発明の第１実施形態の感圧スイッチの製造方法について説明する。当該製造方法を説明するために用いる図面（図９Ａ〜Ｃ）は、本発明の第１実施形態の感圧スイッチの製造方法の概略工程を示したものである。図示していないが、以下に説明する本発明の第２実施形態の感圧スイッチの製造方法も基本的に本発明の第１実施形態の感圧スイッチと同様である。

＜支持基板２の準備工程＞
まず、図９Ａ(１)に示すように支持基板２を準備する。この支持基板２は、可撓性を有し、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド等から構成されるプラスチックを指す。

＜電極層７の形成工程＞
次に、図９Ａ(２)に示すように、支持基板２上に導電性粒子を分散させたインクを隙間無く連続的に塗布する。導電性粒子を分散させたインクとは、具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃ、ＺｎＯ、およびＩｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２等から構成される群から選択される導電性粒子を分散させたインクを言う。導電性粒子を分散させたインクを塗布する場合、バインダー樹脂と有機溶剤を混合分散したペーストを塗布し、印刷することが好ましい。これにより、バインダー樹脂が導電性粒子を相互に結着する結着剤としての機能を果たし、電極層７の耐久性を向上させることができる。又、塗布するインクの粘度を適切に調整することで、支持基板２上に電極層７を均一に形成することができる。なお、バインダー樹脂としては、例えば、エチルセルロース系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。又、有機溶剤としては、例えば、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート等が挙げられる。

又、無電解めっきにより電極層７を形成することも好ましい。無電解めっきとは、外部直流電源を用いずに水溶液中に添加した還元剤の酸化反応に伴い供給される電子により金属薄膜、すなわち電極層７を形成する技術である。無電解めっきでは、電気めっきと異なり浴中を電流が流れない。それ故、導電体のみならず、支持基板２を構成するプラスチック等の非導電体にも還元剤の酸化反応を促す触媒を付与することにより、めっき可能となる。触媒としては、特に限定されるものではないが、例えばＰｄ等を用いる。その後、所望の金属元素の入っためっき液に支持基板２ごと浸漬することにより、触媒上に金属膜が形成され、電極層７となる。又、めっき液の組成比、濃度、温度等を調整することで、所望の耐久性を有する電極層７を形成することができる。これにより、押圧基材５を繰り返して押圧したとしても、弾性構造部材８と電極層７との間にせん断力が働きにくく弾性構造部材８の劣化を抑制することができる。電極層７の形成方法は、上述の導電性粒子を分散させたインクや無電解めっきにより形成する方法に限定されない。これらの方法以外に、ゾルゲル法により電極層７を形成してもよい。ゾルゲル法とは、金属アルコキシドや金属塩の加水分解・重縮合反応を利用して高分子固体を得る液相合成法を言う。又、スパッタリングや蒸着等によっても電極層７を形成してもよい。

＜弾性構造部材８の形成工程＞
次に、電極層７上にウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、又はスチレン系樹脂等の液状のポリマー樹脂原料に導電性フィラーを複合させた複合材料を塗布する。導電性フィラーは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２等から構成される群から選択される。次に、電極層７上に塗布した複合材料を、凹凸パターンを有したモールドで押し付け、硬化させる。これにより、図９Ｂ（３）に示すように、モールドの凹凸パターンを転写して、電極層７上に局所的にピラー状（例えば、円柱や円錐体構造）の導電性フィラーが内在した弾性構造部材８を形成することができる。この弾性構造部材８の形成方法は、ナノインプリント技術を用いたものである。ナノインプリント技術とは、凹凸パターンを有したモールドを被転写材料の樹脂に押し付け、ナノオーダーでモールドに形成されたパターンを樹脂に転写する技術である。この技術は、既存のリソグラフィ技術と比べて低コストで微細なパターンかつ円錐等の傾斜を有した立体を形成できる。ナノインプリント技術を用いる場合、予め既定した所望の凹凸パターンを有したモールドを用いると、弾性構造部材８の形状や高さを容易に制御することができる。又、ナノインプリント技術を用いると、弾性構造部材８の投影断面形状の制御も容易にすることができる。これにより、電極部４と弾性構造部材８との接触面積の変化を緩やかにすることができる。それ故、弾性構造部材８を介して電極部４と電極層７との間の抵抗値の変化をなだらかにすることができる。従って、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することができる。当然のことながら、弾性構造部材８は、ナノインプリント技術以外にフォトリソエッチングや現像・剥離技術によっても形成してもよい。フォトリソエッチングの場合においても、エッチング液の濃度や流量を制御することで、所望の形状、高さ、投影断面形状等を有した弾性構造部材８を支持基板２上に形成することができる。

別の態様では、電極層７上にウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、又はスチレン系樹脂等の液状のポリマー樹脂原料を塗布する。次に、電極層７上に塗布したポリマー樹脂原料を、凹凸パターンを有したモールドで押し付け、硬化させる。これにより、モールドの凹凸パターンを転写して、電極層７上に局所的にピラー状（例えば、円柱や円錐体構造）の樹脂構造体１１を形成することができる。この樹脂構造体１１の形成方法は、ナノインプリント技術である。これ以外にも、フォトリソエッチング、現像・剥離技術等によって樹脂構造体１１を形成してもよい。次に、各樹脂構造体１１の突出輪郭又は輪郭形状に沿って、導電性粒子を分散させたインクを隙間無く連続的に塗布して、樹脂構造体１１の突出輪郭又は輪郭形状に沿って導電層１０を形成する。又、これ以外にも無電解めっきやゾルゲル法により導電層１０を形成してもよい。これにより、電極層７上に樹脂構造体１１、および樹脂構造体１１の突出輪郭に沿って凸部状に形成された導電層１０から構成され、かつ導電性を有する弾性構造部材８を形成することができる。

以上により、導電性を有する複数の弾性構造部材８と電極層７が一体化した導電性構造体３を形成することができる。

＜スペーサ６の形成工程＞
次に、図９Ｂ(４)に示すように、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂から支持基板２の周縁上にスペーサ６を形成する。

＜押圧基材５の載置工程＞
次に、可撓性を有したプラスチック等から構成される押圧基材５に、複数の電極部４を離隔して設ける。プラスチックとしては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド等が挙げられる。次に、複数の電極部４を有した押圧基材５を、スペーサ６を介して電極部４の各々が弾性構造部材８に相互に対向するように設ける。電極部４も、導電性粒子を分散させたインクを押圧基材５に塗布して形成することが好ましい。又、無電解めっきにより電極部４を形成することも好ましい。更に、ゾルゲル法により電極部４を形成してもよい。

上記の工程を踏むことにより、図９Ｃ（５）に示すように、本発明の第１実施形態の感圧スイッチを製造することができる。

次に、本発明の第２実施形態の感圧スイッチの製造方法について説明する。なお、本発明の第１実施形態の感圧スイッチの製造方法と重複する記載については、説明を簡略にするものとする。

＜支持基板２の準備工程＞
まず、支持基板２を準備する。この支持基板２は、可撓性を有し、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド等から構成されるプラスチックを指す。

＜電極層７の形成工程＞
次に、支持基板２上に導電性粒子を分散させたインクを隙間無く連続的に塗布して電極層７を形成する。又、無電解めっきにより電極層７を形成することも好ましい。また、これらに限定されず、ゾルゲル法、スパッタリングや蒸着等により電極層７を形成してもよい。

＜弾性構造部材１２の形成工程＞
次に、電極層７上にウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、又はスチレン系樹脂等の液状のポリマー樹脂原料に導電性フィラーを複合させた複合材料を塗布する。次に、電極層７上に塗布した複合材料を、凹凸パターンを有したモールドで押し付け、硬化させる。これにより、モールドの凹凸パターンを転写して、電極層７上に導電性フィラーが内在した全体として連続的な形態を有する弾性構造部材１２を形成することができる。すなわち、電極層７から連続的な形態を有するように弾性構造部材１２を延在させることができる。弾性構造部材１２は、これ以外にフォトリソエッチングや現像・剥離技術によっても形成してもよい。

別の態様では、電極層７上にウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、又はスチレン系樹脂等の液状のポリマー樹脂原料を塗布する。次に、電極層７上に塗布したポリマー樹脂原料を、凹凸パターンを有したモールドで押し付け、硬化させる。これにより、モールドの凹凸パターンを転写して、電極層７上に全体として連続的な形態を有する樹脂構造体を形成することができる。すなわち、電極層７から連続的な形態を有するように樹脂構造体を延在させることができる。これ以外にも、フォトリソエッチング、現像・剥離技術等によって樹脂構造体を形成してもよい。次に、樹脂構造体の突出輪郭又は輪郭形状に沿って、導電性粒子を分散させたインクを隙間無く連続的に塗布して、樹脂構造体の突出輪郭又は輪郭形状に導電層を形成する。又、これ以外にも無電解めっきやゾルゲル法により導電層を形成してもよい。これにより、電極層７上に樹脂構造体、および樹脂構造体の突出輪郭に沿って凸部状に形成された導電層から構成される導電性を有する弾性構造部材１２を形成することができる。

＜スペーサ６の形成工程＞
次に、支持基板２の周縁上にスペーサ６を形成する。

＜押圧基材５の載置工程＞
次に、可撓性を有したプラスチック等から構成される押圧基材５に電極部を設ける。次に、電極部を有した押圧基材５を、スペーサ６を介して電極部が弾性構造部材１２に相互に対向するように設ける。電極部も、導電性粒子を分散させたインクを押圧基材５に塗布して形成することが好ましい。又、無電解めっきやゾルゲル法により電極部を形成してもよい。

上記の工程を踏むことにより、本発明の第２実施形態の感圧スイッチを製造することができる。

＜＜本発明の感圧スイッチを備えたタッチパネルの製造方法＞＞
次に、本発明の感圧スイッチ１を備えたタッチパネル１８の製造方法について説明する。

＜平面方向の接触位置のみを検出するセンサ１９の形成工程＞
まず、基材２０上に透明導電膜２１を設けた構造体を形成する。次に、押圧方向にこの構造体を２つ連続して積み重ねた複合構造体を形成する。これにより、平面方向の接触位置のみを検出するセンサ１９を形成することができる。なお、好ましくは、平面方向の接触位置の検出する方式は、静電容量方式である。

＜カバーフィルム２２の載置工程＞
次に、平面方向の接触位置のみを検出するセンサ１９上に、カバーフィルム２２を設ける。

＜本発明の感圧スイッチの載置工程＞
次に、カバーフィルム２２上に、本発明の感圧スイッチの製造方法により得られた本発明の感圧スイッチを設ける。

以上により、平面方向の接触位置のみを検出するセンサ１９、およびカバーフィルム２２を介してセンサ１９上に設けられた本発明の感圧スイッチ１を有して成る、本発明の感圧スイッチ１を備えたタッチパネル１８を製造することができる。

以上、本発明の感圧スイッチ１およびその製造方法、並びに本発明の感圧スイッチ１を備えたタッチパネルおよびその製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく、下記の特許請求の範囲に規定される発明の範囲から逸脱することなく種々の変更が当業者によってなされると理解されよう。

本発明の感圧スイッチ１は、精度良く印加圧力を感知することができ、又押圧基材５を繰り返して押圧しても弾性構造部材８,１２の劣化を抑制することができる利点を有する。それ故、本発明の感圧スイッチ１は、カーナビやスマートフォン等のタッチパネルに有効に活用することができる。従って、これまで以上にユーザーのタッチパネルに対する利便性を向上させることができる。

１ 感圧スイッチ
２ 支持基板
３ 導電性構造体
４ 電極部
５ 押圧基材
６ スペーサ
７ 電極層
８ 弾性構造部材
９ 導電性フィラー
１０ 導電層
１１ 樹脂構造体
１２ 弾性構造部材
１３ 孔部
１８ タッチパネル
１９ センサ
２０ 基材
２１ 透明導電膜
２２ カバーフィルム
２３ 電気取り出し部

Claims (17)

1. 支持基板、該支持基板上に設けられた導電性構造体、および該導電性構造体を介して該支持基板と対向するように設けられ、かつ電極部を備えた感圧スイッチであって、
   前記導電性構造体が、前記支持基板上に電極層、および該電極層から前記電極部に向かって突出するように延在し、かつ導電性を有した弾性構造部材を備えていることを特徴とする、感圧スイッチ。
2. 前記弾性構造部材が、樹脂構造体および該樹脂構造体に内在する導電性フィラーを有して成ることを特徴とする、請求項１に記載の感圧スイッチ。
3. 前記弾性構造部材が、樹脂構造体および該樹脂構造体の表面に沿って形成された導電層を有して成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の感圧スイッチ。
4. 前記弾性構造部材が、前記電極層から前記電極部に向かって略垂直に突出するように延在していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の感圧スイッチ。
5. 前記弾性構造部材の形状が、円柱体又は円錐体であることを特徴とする、請求項４に記載の感圧スイッチ。
6. 前記弾性構造部材を少なくとも２つ有して成り、該少なくとも２つの前記弾性構造部材が相互に離隔していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の感圧スイッチ。
7. 前記少なくとも２つの前記弾性構造部材の高さが異なることを特徴とする、請求項６に記載の感圧スイッチ。
8. 前記少なくとも２つの前記弾性構造部材のうち、高さが相対的に高い前記弾性構造部材は、投影断面積も相対的に大きいことを特徴とする、請求項７に記載の感圧スイッチ。
   
9. 前記弾性構造部材が、前記電極層から連続的な形態を成すように延在していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の感圧スイッチ。
10. 前記弾性構造部材が、前記電極層上に格子状に設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の感圧スイッチ。
11. 前記支持基板が可撓性を有していることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の感圧スイッチ。
12. 前記支持基板、前記電極層、前記弾性構造部材、前記電極部、および前記押圧基材が、可視光領域の光に対して透明であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の感圧スイッチ。
13. 接触位置を検出するセンサ、および
    前記センサ上に請求項１〜１２のいずれかに記載の感圧スイッチ
    を有して成る、タッチパネル。
14. 感圧スイッチの製造方法であって、順に
    支持基板上に電極層を形成し、該電極層から突出するように導電性を有する弾性構造部材を形成して導電性構造体を設ける工程、および
    前記弾性構造部材に対向する電極部を設ける工程
    を含む、感圧スイッチの製造方法。
15. 前記導電性構造体を設ける工程において、高さの異なる前記弾性構造部材を少なくとも２つ形成することを特徴とする、請求項１４に記載の感圧スイッチの製造方法。
16. 前記少なくとも２つの前記弾性構造部材のうち、高さが相対的に高い前記弾性構造部材は、投影断面積も相対的に大きいことを特徴とする、請求項１５に記載の感圧スイッチの製造方法。
17. タッチパネルの製造方法であって、
    接触位置を検出するセンサを形成する工程、および
    前記センサ上に請求項１４〜１６のいずれかに記載の製造方法により得られた感圧スイッチを設ける工程
    を含む、タッチパネルの製造方法。

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