JP2015088332A - 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、支持基板から電極部に向かって突出するように延在した弾性構造部材、および弾性構造部材を覆うように形成された電極層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、電極部に向かって支持基板から突出するように延在した弾性構造部材、および弾性構造部材を覆うように形成された電極層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、
順に、
感圧スイッチの製造方法であって、順に
支持基板上に、支持基板から突出するように弾性構造部材を形成する工程、
弾性構造部材、および露出した支持基板を連続的に覆うように電極層を形成して導電性構造体を設ける工程、および電極層に対向する電極部を備える工程を含む、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た弾性構造部材、および弾性構造部材を覆うように形成された電極層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支持基板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。これにより、押圧基材の押圧力を増大させた場合、弾性構造部材を覆う電極層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。従って、本発明は、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ため、精度良く印加圧力を感知することができる。又、本発明は、弾性構造部材が支持基板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、支持基板から突出するように弾性構造部材を形成し、次いで、弾性構造部材、および露出した支持基板を連続的に覆うように電極層を形成して導電性構造体を設けることができる。

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。

＜＜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上に支持基板２から電極部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７、および複数の弾性構造部材７を覆うように形成された電極層８を備えている。ここで言う「支持基板２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、支持基板２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。弾性構造部材７は、支持基板２上に少なくとも２つ設けられていることが好ましい。各電極部４は、連続的な形態を有した電極層８のうち、弾性構造部材７の表面を覆う部分の凸部状の電極層８と相互に対向するように設けられている。すなわち、電極部４は、弾性構造部材７と相互に対向するように設けられている。電極層８は、支持基板２上に設けられた各弾性構造部材７の表面、すなわち支持基板２上に設けられた各弾性構造部材７の突出輪郭面、および各弾性構造部材７１間から露出した支持基板２の表面に沿って連続的に形成されている。すなわち、電極層８は、弾性構造部材７の表面、および各弾性構造部材７１間から露出した支持基板２の表面に沿って不連続な部分を有していないということである。これにより、弾性構造部材７と電極層８が一体化した導電性構造体３が形成される。

「支持基板２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７」とは、支持基板２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７又は支持基板２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７を言う。弾性構造部材７は、その一方の端部が支持基板２上に実質的に固定されるように支持基板２上に設けられている。各弾性構造部材７は、支持基板２上に各々離隔して設けられている。又、図１に示すように、弾性構造部材７は、その形態が規則的となるように支持基板２上に設けられている。すなわち、各弾性構造部材７は、その形状、材質および大きさが同一となるように支持基板２上に設けられている。弾性構造部材７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。弾性構造部材７の材質は、特に限定されるものではないが、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、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。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の押圧面のうち実際に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、対向する弾性構造部材７の表面を覆う部分の電極層８と接触して、電極部４と電極層８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。

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７のうち、押圧した部分に対応する弾性構造部材７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と接触する凸部状の電極層８に覆われる弾性構造部材７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。ここで、「弾性構造部材７の形状の一様な変形」とは、上述のように、押圧基材５を同じ押圧条件で押圧した場合に、押圧基材５に設けられた電極部４と接触する部分の弾性構造部材７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、大きさを有した各弾性構造部材７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。この時、各弾性構造部材７の突出輪郭に沿って形成された電極層８も各弾性構造部材７と一体となって同時に一様に変形させることができる。この変形により、電極部４と電極層８との接触面積を一様に増大させることができる。

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。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８との間の抵抗値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８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、電極部４と電極部８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。従って、電極部４と電極層８との間の抵抗値が連続的に低下することにより、押圧基材５の押圧力を精度良く感知することができる。すなわち、電極部４と電極層８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。

上述したように、弾性構造部材７は、その一方の端部が支持基板２上に実質的に固定されるように支持基板２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、各弾性構造部材７と電極層８との間にせん断力が働きにくい。それ故、弾性構造部材７の劣化を抑制することができる。又、各弾性構造部材７が支持基板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と、押圧基材５の押圧により各弾性構造部材７にかかる圧力を均一にすることができる。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。

好ましくは、弾性構造部材７の弾性率は、小さな押圧力で容易に変形して電極部４と電極層８との接触面積が急激に増加することを抑制するために約６００〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ^２である。図６は、弾性特性が異なる弾性構造部材７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７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８との間の抵抗値の変化を示したものである。曲線ｂは、弾性率が約６００ｋｇｆ／ｃｍ^２を下回る弾性構造部材７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８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７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８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７が容易に変形するため、電極層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７が変形し難く、電極層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８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、電極層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８の抵抗値は５０ｋΩ／□〜５ＭΩ／□である。又、好ましくは電極部４の抵抗値は０．５ｋΩ／□〜３０ｋΩ／□である。電極層８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８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８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８と電極部４との間の抵抗値が低下しない。従って、電極層８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８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８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。

各弾性構造部材７は、図３に示すようにその高さが異なっていることが好ましい。各弾性構造部材７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７の高さが他の弾性構造部材７の高さと比べて異なっていればよい。各弾性構造部材７の高さを予め制御しておけば、電極部４と電極層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８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。なお、弾性構造部材７の高さは各々異なっていることがより好ましい。これにより、電極部４と電極層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、図４に示すように、複数の弾性構造部材７の高さの大小関係は、弾性構造部材７の投影断面積の大小関係に各々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７のうち、高さが相対的に高い弾性構造部材７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７のうち、高さが相対的に低い弾性構造部材７は、投影断面積も相対的に小さいことが好ましい。各弾性構造部材７の投影断面積は、弾性構造部材７の高さよりも制御し易い。それ故、電極部４と電極層８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、各弾性構造部材７は、支持基板２上に円錐体構造で設けられていることがより好ましい。各弾性構造部材７が円錐体構造であると、押圧基材５の押圧力が小さくても電極部４と電極層８との接触面積を増加させ易い。それ故、押圧基材５の押圧力が小さくても電極部４と電極層８との間の抵抗値を変化させることができる。従って、押圧基材５の押圧力が小さくても押圧基材５の押圧力を精度良く感知することができる。更に、各弾性構造部材７は、その表面が規則的な凹凸部を有していることが好ましい。各弾性構造部材７の表面に規則的な凹凸部が設けられていることで、各弾性構造部材７の突出輪郭に沿って形成された電極層８も、その表面に規則的な凹凸部を有することが可能となる。それ故、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電極層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と規則的な凹凸部を有した電極層８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１８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１８が設けられている。この態様では、押圧により電極部４と電極層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８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８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）〜図（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と電極層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１８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から連続的に突出するように設けられている弾性構造部材９および弾性構造部材９を覆うように形成された電極層１０を備えている。支持基板２から連続的に突出するように設けられている弾性構造部材９とは、図８(３)に示すような弾性構造部材９が支持基板２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９が支持基板２上に孔部１１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９は支持基板２から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１１を形成するように設けられた弾性構造部材９も、支持基板２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９の材質は、特に限定されるものではないが、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側に向かって凹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、弾性構造部材９の表面を覆う電極層１０と直接的に接触して、電極部と電極層１０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。

弾性構造部材９が図８(３)に示すような格子状形態である場合、電極層１０は、支持基板２上に設けられた格子状の弾性構造部材９、および格子状の弾性構造部材９から露出した支持基板２を覆うように連続的に形成される。又、弾性構造部材９が図８(４)に示すような支持基板２上に孔部１１を形成するように設けられている場合、電極層１０は、支持基板２上に設けられた孔部１１を有した弾性構造部材９、および孔部１１から露出した支持基板２を覆うように連続的に形成される。これにより、弾性構造部材９と電極層８が一体化した導電性構造体３が形成される。

押圧基材５上には電極部が設けられており、この電極部は弾性構造部材９を覆うように連続的に形成された電極層１０と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、電極層１０に覆われる連続的に形成された弾性構造部材９のうち、押圧部分に対応する弾性構造部材９の一部分にかかる圧力を弾性構造部材９全体に分散させることができる。それ故、弾性構造部材９の劣化を抑制することができる。従って、弾性構造部材９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。

弾性構造部材９が格子状形態である場合や支持基板２上に孔部１１を形成するように設けられている場合、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、電極層１０に覆われる連続的に形成された弾性構造部材９のうち、押圧部分に対応する弾性構造部材９の一部分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部分の電極層１０に覆われる弾性構造部材９の一部分を、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、電極部と接する電極層１０との接触面積を一様に増大させることができる。ここでいう「弾性構造部材９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、弾性構造部材９が同じ形状に変形することを言う。又、特に限定されるものではないが、弾性構造部材９の一部は他の部分と比べて高さが異なっていてもよい。

弾性構造部材９は支持基板２から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９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よい。この時、電極部の各々は、弾性構造部材９を覆う電極層１０と相互に対向するように設けられている。すなわち、電極部の各々は、弾性構造部材９と対向するように設けられている。電極部が複数から構成されている場合、電極層１０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、電極部が複数から構成されている場合、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７,９、電極層８,１０、および電極部４は、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１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。弾性構造体７,９は、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樹脂中に、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂が混合されていることが好ましい。スチレン系のポリマーアロイが適用されてもよい。電極層８,１０および電極部４は、Ｉｎ_２Ｏ_３やＺｎＯ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。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体７および露出した支持基板２に連続的に塗布して、電極層８を形成してもよい。又、幅数百ｎｍのラインでＡｇやＣｕ等から構成される数十μｍ程度の格子パターンにより電極層１０を形成してもよい。これにより、本発明の感圧スイッチ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１３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１３は、平面方向の接触位置のみを検出するセンサ１４、およびカバーフィルム１７を介してセンサ１４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１４は、基材１５と基材１５上に設けられた透明導電膜１６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１３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図を示したものである。図示していないが、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。

＜弾性構造部材７の形成工程＞
次に、図９Ａ(２)に示すように、支持基板２上に液状のポリマー樹脂原料を塗布する。液状のポリマー樹脂原料としては、ウレタン樹脂原料、シリコーン系樹脂原料、又はスチレン系樹脂原料等が挙げられる。次に、支持基板２上に塗布した液状の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、支持基板２上に局所的に複数のピラー状（例えば、円柱や円錐体構造）の弾性構造部材７を形成することができる。この弾性構造部材７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かつ円錐等の傾斜を有した立体パターンを形成できる。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、各弾性構造部材７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、各弾性構造部材７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と電極層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８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７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複数の弾性構造部材７を支持基板２上に形成することができる。

＜電極層８の形成工程＞
次に、図９Ｂ(３)に示すように、支持基板２上に各々離隔して設けられた複数の弾性構造部材７の突出輪郭面、および各弾性構造部材７間に露出した支持基板２の表面に沿って、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する。これにより、最終的に、連続形態を有した電極層８を形成することができる。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、最終的に電極層８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や弾性構造部材７の形状、大きさおよび材質等の影響を受けることなく電極層８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、支持基板２上に各々離隔して設けられた複数の弾性構造部材７の突出輪郭面、および各弾性構造部材７間に露出した支持基板２の表面に沿って、連続形態を有した電極層８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８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８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８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、各弾性構造部材７と電極層８との間にせん断力が働きにくく、弾性構造部材７の劣化を抑制することができる。電極層８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８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８を形成してもよい。

以上により、複数の弾性構造部材７と電極層８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を各々離隔して設ける。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を介して各電極部４が弾性構造部材７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。

＜弾性構造部材９の形成工程＞
次に、支持基板２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、支持基板２上に塗布した液状ポリマー樹脂を、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、支持基板２から連続的な形態を有するように弾性構造部材９を形成することができる。すなわち、支持基板２から連続的な形態を有するように弾性構造部材９を延在させることができる。この弾性構造部材９は、ナノインプリント技術を用いて形成することが好ましい。又、弾性構造部材９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。

＜電極層１０の形成工程＞
次に、支持基板２上に連続的に突出するように設けられた弾性構造部材９の突出輪郭面、および弾性構造部材９から露出した支持基板２の表面に沿って、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する。これにより、最終的に均一な厚さの電極層１０を形成することができる。又、無電解めっき、ゾルゲル法、スパッタリングや蒸着等によっても電極層１０を形成してもよい。以上により、弾性構造部材９と電極層１０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、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９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１３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１４の形成工程＞
まず、基材１５上に透明導電膜１６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１４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１７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１４上に、カバーフィルム１７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１７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１４、およびカバーフィルム１７を介してセンサ１４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１３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１３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７,９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 弾性構造部材
８ 電極層
９ 弾性構造部材
１０ 電極層
１１ 孔部
１３ タッチパネル
１４ センサ
１５ 基材
１６ 透明導電膜
１７ カバーフィルム
１８ 電気取り出し部

Claims (19)

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、前記支持基板から前記電極部に向かって突出するように延在した弾性構造部材、および該弾性構造部材を覆うように形成された電極層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、前記支持基板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に記載の感圧スイッチ。
3. 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１又は２に記載の感圧スイッチ。
4. 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１〜３のいずれかに記載の感圧スイッチ。
5. 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４に記載の感圧スイッチ。
6. 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５に記載の感圧スイッチ。
7. 前記弾性構造部材が、前記支持基板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に記載の感圧スイッチ。
8. 前記弾性構造部材が、前記支持基板上に格子状に設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の感圧スイッチ。
9. 前記電極層が、前記支持基板から延在する前記弾性構造部材、および露出した前記支持基板を連続的に覆うように形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の感圧スイッチ。
10. 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１〜９のいずれかに記載の感圧スイッチ。
11. 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１〜１０のいずれかに記載の感圧スイッチ。
12. 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１〜１１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。
13. 感圧スイッチの製造方法であって、順に
    支持基板上に、該支持基板から突出するように弾性構造部材を形成する工程、
    前記弾性構造部材、および露出した前記支持基板を連続的に覆うように電極層を形成して導電性構造体を設ける工程、および
    前記電極層に対向する電極部を備える工程を含む、感圧スイッチの製造方法。
14. 前記支持基板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とで、前記弾性構造部材を形成することを特徴とする、請求項１３に記載の感圧スイッチの製造方法。
15. 前記支持基板から延在する前記弾性構造部材、および露出した前記支持基板を連続的に覆うように前記導電性粒子を分散させたインクを塗布して、前記電極層を形成することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の感圧スイッチの製造方法。
16. めっきにより、前記支持基板から延在する前記弾性構造部材、および露出した前記支持基板を連続的に覆うように前記電極層を形成することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の感圧スイッチの製造方法。
17. 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１３〜１６のいずれかに記載の感圧スイッチの製造方法。
18. 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１７に記載の感圧スイッチの製造方法。
19. 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１３〜１８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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