JP2015204083A - 静電容量式３次元センサ - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサの材質及び形成方法の自由度を大きくでき、低コストである静電容量式３次元センサを提供する。【解決手段】本発明の静電容量式３次元センサ１は、ＸＹ方向の位置を検出するシート状のＸＹ方向位置検出用電極体６０と、Ｚ方向の位置を検出するシート状のＺ方向位置検出用電極体２０とを具備し、ＸＹ方向位置検出用電極体６０は、ＸＹ方向の位置を検出するための一対の導電膜７２，８２を備え、Ｚ方向位置検出用電極体２０は、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜２２を備え、ＸＹ方向位置検出用電極体６０とＺ方向位置検出用電極体２０との間に、弾性変形不能な複数のスペーサ５０と、厚さを１ｃｍとした際のショアＡ硬度が８５以下の弾性変形層３０とが形成され、複数のスペーサ５０と弾性変形層３０とが互いに対向している。【選択図】図１

Description

本発明は、３次元の位置を検出する静電容量式３次元センサに関する。

ノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器においては、モニタに表示されたポインタを移動させる手段としてタッチパッドを備えることがあり、タッチパッドとしては、静電容量式センサを用いることがある。
従来、タッチパッドとして使用される静電容量式センサは、２次元方向（Ｘ方向及びＹ方向）の静電容量の変化を検出するものであったが、近年では、３次元方向の（Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向）の静電容量の変化を検出するものも検討されている（特許文献１）。
３次元方向の静電容量を変化させる静電容量式３次元センサとしては、表側に配置された、ＸＹ方向の位置を検出するシート状のＸＹ方向位置検出用電極体と、Ｚ方向の位置を検出するシート状のＺ方向位置検出用電極体と、これらの間に複数設けられた弾性変形可能なドット状のスペーサとを備えるものが知られている（特許文献２）。
特許文献２に記載の静電容量式３次元センサでは、使用者の指やスタイラスペンがＸＹ方向位置検出用電極体を押圧した際に、スペーサが弾性変形し、ＸＹ方向位置検出用電極体とＺ方向位置検出用電極体との距離が縮まる。その際に変化する静電容量を検出することにより、Ｚ方向の変位を求めることができる。

特許第３６８１７７１号公報 国際公開第２０１３／１３２７３６号

しかし、特許文献２に記載の静電容量式３次元センサにおいて、微小なスペーサを作製するためには、その材質が実質的にシリコーンゴムに限定され、また、形成方法も金型成形に限定される。そのため、スペーサの材質及び形成方法の自由度が小さく、高コストであった。
本発明は、スペーサの材質及び形成方法の自由度を大きくでき、低コストである静電容量式３次元センサを提供することを目的とする。

本発明の静電容量式３次元センサは、ＸＹ方向の位置を検出するシート状のＸＹ方向位置検出用電極体と、Ｚ方向の位置を検出するシート状のＺ方向位置検出用電極体とを具備し、前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、ＸＹ方向の位置を検出するための一対の導電膜を備え、前記Ｚ方向位置検出用電極体は、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜を備えた静電容量式３次元センサであって、
前記ＸＹ方向位置検出用電極体と前記Ｚ方向位置検出用電極体との間に、弾性変形不能な複数のスペーサと、厚さを１ｃｍとした際のショアＡ硬度が８５以下の弾性変形層とが形成され、前記複数のスペーサと前記弾性変形層とが互いに対向している。
本発明の静電容量式３次元センサにおいては、前記複数のスペーサと前記弾性変形層との間に、前記スペーサを接着するスペーサ接着層を備えたことが好ましい。
本発明の静電容量式３次元センサにおいては、各スペーサの高さが３０〜１５０μｍであることが好ましい。

本発明の静電容量式３次元センサは、スペーサの材質及び作製方法の自由度を大きくでき、低コストである。

本発明の静電容量式３次元センサの第１実施形態を示す部分断面図である。 第１実施形態におけるＺ方向位置検出用電極体を示す平面図である。 第１実施形態で使用されるＸＹ方向位置検出用電極体を構成する一方の電極シートを示す平面図である。 第１実施形態で使用されるＸＹ方向位置検出用電極体を構成する他方の電極シートを示す平面図である。 本発明の静電容量式３次元センサの第２実施形態を示す部分断面図である。 本発明の静電容量式３次元センサの第３実施形態を示す部分断面図である。 本発明の静電容量式３次元センサの第４実施形態を示す部分断面図である。 本発明の静電容量式３次元センサの第５実施形態を示す部分断面図である。 本発明の静電容量式３次元センサの第６実施形態を示す部分断面図である。 参考実験における、荷重に対する弾性変形層の変位量を示すグラフである。

＜第１実施形態＞
本発明の静電容量式３次元センサ（以下、「３次元センサ」と略す。）の第１実施形態について説明する。
図１に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ１は、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、弾性変形層３０と、スペーサ接着層４０と、スペーサ５０と、ＸＹ方向位置検出用電極体６０と、保護層９０とを備える。

本実施形態の３次元センサ１では、指又はスタイラスペンを接触させる入力領域が矩形状にされている。本明細書では、入力領域の長手方向をＸ方向、入力領域の短手方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直な方向をＺ方向とする。
また、本発明の３次元センサ１においては、保護層９０に指又はスタイラスペンが接触し、保護層９０側を「表側」又は「前面側」という。また、支持板１０側を「裏側」又は「裏面側」という。

（支持板）
支持板１０は、Ｚ方向位置検出用電極体２０が貼合されて支持され、Ｚ方向位置検出用電極体２０の撓みを防ぐ板である。具体的には、厚さが１００μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上の板である。支持板１０の材質に特に制限はなく、例えば、金属、樹脂、セラミックス、ガラスのいずれであってもよい。

（Ｚ方向位置検出用電極体）
Ｚ方向位置検出用電極体２０は、Ｚ方向の位置を検出する際に使用される電極体であって、支持板１０の表側の面１０ａに設けられている。
本実施形態におけるＺ方向位置検出用電極体２０は、基材シート２１と、基材シート２１の表側の面２１ａ（第１面２１ａ）に形成されたパターン状の導電膜２２と、導電膜２２を被覆する絶縁膜２３とを有する電極シートである。
本発明において、「導電」とは、電気抵抗値が１ＭΩ未満であることを意味し、「絶縁」とは、電気抵抗値が１ＭΩ以上、好ましくは１０ＭΩ以上のことである。

基材シート２１としては、プラスチックフィルム、ガラス板を使用することができる。プラスチックフィルムを構成する樹脂としては、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、トリアセチルセルロース、環状ポリオレフィン、アクリル樹脂等を使用することができる。これらの中でも、耐熱性及び寸法安定性が高く、低コストであることから、ポリエチレンテレフタレート又はポリカーボネートが好ましい。
基材シート２１の厚さは２５〜７５μｍであることが好ましい。基材シート２１の厚さが前記下限値以上であれば、加工時に折れにくく、前記上限値以下であれば、３次元センサ１を容易に薄型化できる。

導電膜２２は、導電性ペーストにより形成された膜、導電性高分子を含む膜、金属ナノワイヤーを含む膜、カーボンを含む膜、金属蒸着法によって形成された金属蒸着膜等が挙げられる。
導電性ペーストとしては、銀ペースト、銅ペースト、金ペースト等が挙げられる。
導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン等が挙げられる。
金属ナノワイヤーとしては、銀ナノワイヤー、金ナノワイヤー等が挙げられる。
カーボンとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等が挙げられる。
金属蒸着膜を形成する金属としては、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、亜鉛、金等を使用することができる。これらの中でも、電気抵抗が低く、低コストであることから、銅が好ましい。
金属蒸着法では、薄い金属膜を容易に形成できる。金属蒸着法としては特に制限されず、例えば、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、などが挙げられる。これらの中でも、成膜スピードが速く、低コストであることから、真空蒸着法が好ましい。

導電膜２２の表面には、プラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ処理、エキシマ光処理等の各種表面処理が施されてもよい。導電膜２２に表面処理が施されていると、絶縁膜２３との密着性が向上し、接触抵抗が低くなる。

導電膜２２の厚さは、導電性ペーストにより形成された膜の場合には、１〜２５μｍであることが好ましく、５〜１５μｍであることがより好ましい。
導電膜２２の厚さは、導電性高分子を含む膜の場合には、０．１〜５．０μｍであることが好ましく、０．１〜２．０μｍであることがより好ましい。
導電膜２２の厚さは、金属ナノワイヤーを含む膜の場合には、２０〜１０００ｎｍであることが好ましく、５０〜３００ｎｍであることがより好ましい。
導電膜２２の厚さは、カーボンを含む膜の場合には、０．０１〜２５μｍであることが好ましく、０．１〜１５μｍであることがより好ましい。
導電膜２２の厚さは、金属蒸着膜の場合には、０．０１〜１．０μｍであることが好ましく、０．０５〜０．３μｍであることがより好ましい。
導電膜２２の厚さが前記下限値未満であると、ピンホールが形成して断線するおそれがあり、前記上限値を超えると、薄型化が困難になる。

本実施形態における導電膜２２のパターンは、図２に示すように、Ｘ方向に沿って形成された幅一定の帯状のＸ方向電極部２２ａを複数有するパターンである。
Ｘ方向電極部２２ａの幅は０．１〜２ｍｍであることが好ましく、０．２〜１ｍｍであることがより好ましい。Ｘ方向電極部２２ａの幅が前記下限値以上であれば、断線を防止でき、前記上限値以下であれば、位置検出精度を向上させることができる。
隣接するＸ方向電極部２２ａ，２２ａ同士の間隔は１〜５ｍｍであることが好ましく、１．５〜３ｍｍであることがより好ましい。隣接するＸ方向電極部２２ａ，２２ａ同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１の位置検出精度を向上させることができる。しかし、隣接するＸ方向電極部２２ａ，２２ａ同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。

絶縁膜２３は絶縁性樹脂の膜である。絶縁膜２３によって弾性変形層３０の密着性を向上させることができ、また、導電膜２２の劣化（酸化、腐食）を防止することができる。
絶縁性樹脂としては、熱硬化型樹脂、可視光線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂が使用されるが、硬化時の熱収縮が小さい点では、紫外線硬化型樹脂が好ましい。
絶縁膜２３は絶縁性を確保できる範囲で薄いことが好ましい。絶縁膜２３の形成にスクリーン印刷を適用した場合には、ピンホール形成防止の点から、厚さを５μｍ以上とすることが好ましい。絶縁膜２３の形成にインクジェット印刷を適用した場合には、ピンホール形成防止の点から、厚さを０．５μｍ以上とすることが好ましい。

また、Ｚ方向位置検出用電極体２０は、引き回し配線２４と、外部接続用端子２５とを有する（図２参照）。
引き回し配線２４は、各Ｘ方向電極部２２ａと外部接続用端子２５とを接続するための配線である。
引き回し配線２４の幅は２０〜１００μｍであることが好ましく、２０〜５０μｍであることがより好ましい。引き回し配線２４の幅が前記下限値以上であれば、引き回し配線の断線を防止でき、前記上限値以下であれば、引き回し配線２４に使用する材料を削減できるため、低コスト化できる。
隣接する引き回し配線２４，２４同士の間隔は２０〜１００μｍであることが好ましく、２０〜５０μｍであることがより好ましい。隣接する引き回し配線２４，２４同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１を容易に小型化できる。しかし、隣接する引き回し配線２４，２４同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。
外部接続用端子２５は、外部の回路に接続するための端子であり、導電材料からなる。本実施形態における外部接続用端子２５は、矩形状の導電部となっている。

（弾性変形層）
弾性変形層３０は、その表面が押圧された際に弾性変形可能な層であり、厚さを１ｃｍとして測定した際のショアＡ硬度が８５以下の層である。ただし、軟らかすぎると、弾性変形後の回復が遅くなるため、弾性変形層３０のショアＡ硬度は３０以上であることが好ましい。
本実施形態では、弾性変形層３０は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の絶縁膜２３の表面に形成されている。
弾性変形層３０の具体例としては、ポリウレタン層、シリコーン層、ゴム層、エラストマー層、発泡材料層等が挙げられる。充分な弾性を有し、低コストである点では、ポリウレタン層が好ましい。
また、弾性変形層３０を形成する材料は、熱硬化性でもよいし、熱可塑性でもよい。

弾性変形層３０の厚さは、押圧時のＸＹ方向位置検出用電極体２０のＺ方向変位量に応じて決められる。例えば、Ｚ方向変位量が１０μｍの場合には、弾性変形層３０の厚さは２０〜２００μｍであることが好ましく、２０〜１００μｍであることがより好ましい。弾性変形層３０の厚さが前記下限値以上であれば、保護層９０を押圧した際にＸＹ方向位置検出用電極体６０を充分に変形させることができ、前記上限値以下であれば、容易に形成できる。

（スペーサ接着層）
スペーサ接着層４０は、スペーサ５０を接着する層である。本実施形態では、スペーサ接着層４０は、弾性変形層３０の表面に形成されている。
スペーサ接着層４０としては、具体的には、塗工により形成された粘着剤層、塗工により形成された接着剤層、ホットメルト系接着剤層、両面粘着テープ等が挙げられる。

スペーサ接着層４０の厚さは５〜５０μｍであることが好ましく、５〜２５μｍであることがより好ましい。スペーサ接着層４０の厚さが前記下限値以上であれば、スペーサ５０を充分に接着できる。スペーサ接着層４０の厚さが、前記上限値を超えると、隣接するスペーサ５０，５０の間にスペーサ接着層４０が入り込んで、弾性変形層３０の機能を減じるおそれがある。

（スペーサ）
スペーサ５０は、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体６０との間に隙間が形成されるように複数設けられている。本実施形態におけるスペーサ５０は半球のドット状で、その球面がスペーサ接着層４０に接着されている。スペーサ５０が半球のドット状であると、押圧時に弾性変形層３０を容易に変形でき、弾性変形層３０の破壊を防止できる。
Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体６０との間にスペーサ５０を配置することによって、保護層９０を押圧していないときには、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体６０とを容易に一定間隔にできる。保護層９０を押圧したときには、弾性変形層３０を変形させることができ、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体６０との距離を容易に縮めることができる。

スペーサ５０は、弾性変形不能であり、厚さを１ｃｍとして測定した際のショアＡ硬度が８５を超える硬度とされる。スペーサ５０は、ショアＡでは硬度測定不能で、ショアＤで硬度の測定が可能になる硬さのものが好ましい。具体的には、スペーサ５０は、活性エネルギー線硬化性樹脂（紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、可視光線硬化性樹脂）の硬化物、熱硬化性樹脂の硬化物、熱可塑性樹脂等が挙げられる。スペーサ５０の高さを容易に確保でき、硬化時に溶剤の揮発がない点では、活性エネルギー線硬化性樹脂の硬化物が好ましい。
スペーサ５０の高さは３０〜１５０μｍであることが好ましく、３０〜１００μｍであることがより好ましい。スペーサ５０の高さが前記下限値以上であれば、押圧時にＸＹ方向位置検出用電極体６０がより撓みやすくなって充分な変位量を確保でき、前記上限値以下であれば、容易に形成できる。
スペーサ５０は規則的に配置され、例えば、６０度千鳥状、角千鳥状、並列状、格子状に配列される。

（ＸＹ方向位置検出用電極体）
ＸＹ方向位置検出用電極体６０は、Ｘ方向及びＹ方向の位置を検出する際に使用される電極体であって、スペーサ５０よりも表側に設けられている。本実施形態で使用されるＸＹ方向位置検出用電極体６０は、一対の電極シート７０，８０が積層された積層シートである。一対の電極シート７０，８０は接着層によって接着されている。

電極シート７０は、基材シート７１と、基材シート７１の表側の面７１ａ（第１面７１ａ）に形成されたパターン状の導電膜７２と、導電膜７２を被覆する絶縁膜７３とを有する。
基材シート７１としては、基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、基材シート２１と同一のものとする必要はない。
導電膜７２としては、導電膜２２と同様のものを使用することができる。ただし、導電膜２２と同一のものとする必要はない。
絶縁膜７３としては、絶縁膜２３と同様のものを使用することができる。ただし、絶縁膜２３と同一のものとする必要はない。

本実施形態における導電膜７２のパターンは、図３に示すように、Ｙ方向に沿って形成された帯状のＹ方向電極部７２ａを複数有するパターンである。
Ｙ方向電極部７２ａの幅は２〜７ｍｍであることが好ましく、３〜５ｍｍであることがより好ましい。Ｙ方向電極部７２ａの幅が前記下限値以上であれば、断線を防止でき、前記上限値以下であれば、位置検出精度を向上させることができる。
隣接するＹ方向電極部７２ａ，７２ａ同士の間隔は０．０５〜２ｍｍであることが好ましく、０．１〜１ｍｍであることがより好ましい。隣接するＹ方向電極部７２ａ，７２ａ同士の間隔が、前記上限値以下であれば、３次元センサ１を容易に小型化できる。しかし、隣接するＹ方向電極部７２ａ，７２ａ同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。

電極シート７０は、引き回し配線７４と、外部接続用端子７５とを有する（図３参照）。引き回し配線７４は、各Ｙ方向電極部７２ａと外部接続用端子７５とを接続するための配線である。引き回し配線７４の好ましい幅や間隔は、上記の引き回し配線２４と同様である。
引き回し配線７４及び外部接続用端子７５の形成方法としては、基材シート７１の表側の面に導電性ペーストをスクリーン印刷した後、加熱して硬化させる方法が挙げられる。

本実施形態における電極シート８０は、電極シート７０の表側の面７０ａに、接着層６１によって貼合されている。また、本実施形態における電極シート８０は、基材シート８１と、基材シート８１の表側の面８１ａ（第１面８１ａ）に形成されたパターン状の導電膜８２と、導電膜８２を被覆する絶縁膜８３とを有する。
基材シート８１としては、基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、基材シート２１と同一のものとする必要はない。
導電膜８２としては、導電膜２２と同様のものを使用することができる。ただし、導電膜２２と同一のものとする必要はない。
絶縁膜８３としては、絶縁膜２３と同様のものを使用することができる。ただし、絶縁膜２３と同一のものとする必要はない。

本実施形態における導電膜８２のパターンは、導電膜２２のパターンと同一であり、図４に示すように、Ｘ方向に沿って形成された帯状のＸ方向電極部８２ａを複数有するパターンである。
本発明において、導電膜８２のパターンは、導電膜２２のパターンと同一である必要はない。同一でない場合、導電膜２２，８２の幅は０．０５〜２．０ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．０５〜１．０ｍｍであることがより好ましい。

電極シート８０は、引き回し配線８４と、外部接続用端子８５とを有する（図４参照）。引き回し配線８４は、各Ｘ方向電極部８２ａと外部接続用端子８５とを接続するための配線である。引き回し配線８４の好ましい幅や間隔は、上記の引き回し配線２４と同様である。
引き回し配線８４及び外部接続用端子８５の形成方法としては、基材シート８１の表側の面に導電性ペーストをスクリーン印刷した後、加熱して硬化させる方法が挙げられる。
なお、外部接続用端子２５，７５，８５は、互いに重ならないように配置されている。

（保護層）
保護層９０は、ＸＹ方向位置検出用電極体６０の表側の面６０ａに形成され、ＸＹ方向位置検出用電極体６０を保護する層である。本実施形態では、保護層９０は、両面粘着テープ９１によって、ＸＹ方向位置検出用電極体６０に貼合されている。
保護層９０は絶縁性樹脂や絶縁性弾性ガラスからなる。絶縁性樹脂としては、絶縁性の熱可塑性樹脂、絶縁性の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂が使用される。保護層は、必要に応じて加飾されても構わない。
保護層９０の厚さは２５〜１０００μｍであることが好ましい。保護層９０の厚さが前記下限値以上であれば、ＸＹ方向位置検出用電極体６０を充分に保護でき、前記上限値以下であれば、押圧時に容易に撓ませることができる。

（製造方法）
上記３次元センサ１の製造方法としては、Ｚ方向位置検出用電極体作製工程とＸＹ方向位置検出用電極体作製工程とスペーサ形成工程と弾性変形層形成工程とスペーサ接着層形成工程と接着工程と保護層貼合工程と支持板貼合工程とを有する方法が挙げられる。

［Ｚ方向位置検出用電極体作製工程］
本実施形態におけるＺ方向位置検出用電極体作製工程は、基材シート２１の第１面２１ａにＸ方向電極部２２ａと引き回し配線２４と外部接続用端子２５とを形成し、これらの上に絶縁膜２３を形成して、Ｚ方向位置検出用電極体２０を得る工程である。
Ｘ方向電極部２２ａ（パターン状の導電膜２２）の形成方法としては、基材シート２１の表側の面２１ａ（第１面２１ａ）の少なくとも一部に、パターンのない導電膜を形成した後、その導電膜を所定のパターンとなるようにエッチングする方法が挙げられる。
エッチング方法としては、ケミカルエッチング法（ウェットエッチング法）やレーザーエッチング、アルゴンプラズマや酸素プラズマを利用したプラズマエッチング、イオンビームエッチング等のドライエッチング法が適用できる。これらの中でも、Ｘ方向電極部２２ａを微細に形成できる点からレーザーエッチングが好ましい。
引き回し配線２４及び外部接続用端子２５の形成方法としては、基材シート２１の第１面２１ａに導電性ペーストをスクリーン印刷した後、加熱して硬化させる方法が挙げられる。
絶縁膜２３の形成方法としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法を適用することができる。
絶縁膜２３を形成した後には、Ｚ方向位置検出用電極体２０を所定の形状にするために周縁をトリミングしてもよい。

［ＸＹ方向位置検出用電極体作製工程］
ＸＹ方向位置検出用電極体作製工程は、電極シート７０と電極シート８０とを作製した後、これら電極シート７０，８０を貼合する工程である。
電極シート７０は、基材シート７１の第１面７１ａにＹ方向電極部７２ａと引き回し配線７４と外部接続用端子７５とを形成し、これらの上に絶縁膜７３を形成することにより得る。
電極シート８０は、基材シート８１の第１面８１ａにＸ方向電極部８２ａと引き回し配線８４と外部接続用端子８５とを形成し、これらの上に絶縁膜８３を形成することにより得る。
Ｙ方向電極部７２ａ及びＸ方向電極部８２ａの形成方法は、Ｚ方向位置検出用電極体２０のＸ方向電極部２２ａの形成方法と同様である。
引き回し配線７４，８４及び外部接続用端子７５，８５の形成方法は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の引き回し配線２４及び外部接続用端子２５の形成方法と同様である。
絶縁膜７３，８３を形成した後には、電極シート７０，８０を所定の形状にするために周縁をトリミングしてもよい。
電極シート７０と電極シート８０の貼合では、電極シート７０の表面と電極シート８０の裏面とを貼合する。具体的には、電極シート７０の絶縁膜７３と電極シート８０の基材シート８１とを貼合する。
電極シート７０と電極シート８０の貼合方法としては、粘着剤、接着剤、両面粘着テープからなる接着層６１を用いて貼合する方法が挙げられる。貼合の際には、加圧してもよいし、その加圧の際には加熱してもよい。

［スペーサ形成工程］
本実施形態におけるスペーサ形成工程は、ＸＹ方向位置検出用電極体６０の裏面にスペーサ５０を形成する工程である。
具体的に、スペーサ形成工程では、ＸＹ方向位置検出用電極体６０を構成する電極シート７０の基材シート７１の露出面にスペーサ５０をドット状に形成する。スペーサ５０の形成方法としては特に制限されず、例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、インプリント等を適用することができる。
具体的に、スペーサ５０を活性エネルギー線硬化性樹脂のスクリーン印刷により形成する場合には、基材シートの露出面に、活性エネルギー線硬化性樹脂を含むインクをスクリーン印刷し、次いで、活性エネルギー線を照射し、硬化させてスペーサ５０を形成する。

［弾性変形層形成工程］
本実施形態における弾性変形層形成工程は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の表面の全面に弾性変形層３０を形成する工程である。
具体的に、弾性変形層形成工程では、Ｚ方向位置検出用電極体２０を構成する絶縁膜２３の露出面の全面に弾性変形層３０を形成する。弾性変形層３０の形成方法としては特に制限されず、例えば、各種印刷法、各種塗工法を適用することができる。

［スペーサ接着層形成工程］
本実施形態におけるスペーサ接着層形成工程は、弾性変形層３０の表面の全面にスペーサ接着層４０を形成する工程である。
具体的に、スペーサ接着層４０をホットメルト系接着剤で構成する場合には、スペーサ接着層形成工程では、溶融させたホットメルト系接着剤を弾性変形層３０の表面の全面に塗工又は印刷し、冷却して、スペーサ接着層４０を形成する。
スペーサ接着層４０を粘着剤又は接着剤で構成する場合には、スペーサ接着層形成工程では、粘着剤の溶液又は接着剤の溶液を弾性変形層３０の表面の全面に塗工又は印刷し、乾燥させて、スペーサ接着層４０を形成する。
スペーサ接着層４０を両面粘着テープで構成する場合には、スペーサ接着層形成工程では、両面粘着テープを弾性変形層３０の表面の全面に貼合して、スペーサ接着層４０を形成する。

［接着工程］
本実施形態における接着工程は、スペーサ５０が設けられたＸＹ方向位置検出用電極体６０と、弾性変形層３０及びスペーサ接着層４０が設けられたＺ方向位置検出用電極体２０とを接着して接着積層体を形成する工程である。
具体的に、接着工程では、スペーサ接着層４０とスペーサ５０とを押し当てて接着する。接着の際には、必要に応じて加圧して圧着させてもよいし、加熱してもよい。
また、圧着の前には、スペーサ接着層４０及びスペーサ５０を表面処理して接着性を向上させてもよい。
また、圧着の前には、スペーサ接着層４０を溶剤により溶解させても構わない。

［保護層貼合工程］
保護層貼合工程は、上記接着積層体に保護層を貼合する工程である。
具体的に、保護層貼合工程では、上記接着積層体を構成するＸＹ方向位置検出用電極体６０の絶縁膜８３に保護層９０を、両面粘着テープ９１を用いて貼合する。

［支持板貼合工程］
支持板貼合工程は、上記接着積層体に支持板を貼合する工程である。
具体的に、支持板貼合工程では、上記接着積層体を構成するＺ方向位置検出用電極体２０の基材シート２１に支持板１０を、両面粘着テープ１１を用いて貼合する。これにより、３次元センサ１を得る。

（使用方法）
上記３次元センサ１を、ノート型パーソナルコンピュータの静電容量式タッチパッドとして用いた使用例について説明する。
パーソナルコンピュータの使用者は、モニタに表示されたポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を移動させるために、保護層９０の表面に沿って指を動かす。その際、３次元センサ１では、ＸＹ方向位置検出用電極体６０を利用し、入力領域における指のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を検出する。具体的には、導電膜７２，８２を利用し、Ｘ方向における静電容量の変化、Ｙ方向における静電容量の変化を検出することによって、Ｘ方向及びＹ方向の指の位置を求める。
また、使用者は、ポインタのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を、目的の処理を実行するための選択領域に移動させた後、指で３次元センサ１の入力領域内を押圧して決定する。このとき、ＸＹ方向位置検出用電極体６０及び保護層９０は撓み、その撓みによってスペーサ５０が、スペーサ接着層４０を介して弾性変形層３０を押圧して変形させる。そのため、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体６０の電極シート７０との距離が短くなる。その際の、導電膜２２と導電膜７２との間の静電容量の変化、すなわちＺ方向の静電容量の変化を検出し、その静電容量の変化から押圧量を求める。そして、その押圧量に応じた処理を実行する。

（作用効果）
本実施形態の３次元センサ１では、弾性変形層３０を備えるため、スペーサ５０の材質及び形成方法の自由度が大きくなり、例えば、印刷によってもスペーサ５０を形成でき、金型成形が不要になる。したがって、３次元センサ１は低コストになる。
また、金型成形を適用した場合には、スペーサをシート状にするため、３次元センサを製造する際の部品が多くなるが、本実施形態では、スペーサのシートは不要であり、部品点数を少なくできる。
また、本実施形態の３次元センサ１は、スペーサ接着層４０を備えるため、弾性変形層３０自体が接着性を有する必要がなくなる。そのため、弾性変形層３０の材質の自由度が大きくなる。

＜第２実施形態＞
本発明の３次元センサの第２実施形態について説明する。
図５に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ２は、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、弾性変形層３０と、スペーサ接着層４０と、スペーサ５０と、ＸＹ方向位置検出用電極体６０と、保護層９０とを備える。
本実施形態は、弾性変形層３０、スペーサ接着層４０及びスペーサ５０の配置が異なる以外は第１実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態では、Ｚ方向位置検出用電極体２０の絶縁膜２３にスペーサ５０が取り付けられ、ＸＹ方向位置検出用電極体６０の基材シート７１の裏側に弾性変形層３０が形成され、弾性変形層３０の裏側にスペーサ接着層４０が形成されている。
本実施形態におけるスペーサ５０の向きは、第１実施形態と反対であるが、スペーサ５０がスペーサ接着層４０に接着する点は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の３次元センサ２では、指で３次元センサ２の入力領域内を押圧したとき、ＸＹ方向位置検出用電極体６０及び保護層９０は撓み、その撓みによって弾性変形層３０はスペーサ５０に向って押し付けられる。これにより、スペーサ５０が、スペーサ接着層４０を介して弾性変形層３０を押圧して変形させる。そのため、Ｚ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体６０の電極シート７０との距離が短くなる。その際の、導電膜２２と導電膜７２との間の静電容量の変化、すなわちＺ方向の静電容量の変化を検出し、その静電容量の変化から押圧量を求める。

（製造方法）
上記３次元センサ２の製造方法としては、Ｚ方向位置検出用電極体作製工程とＸＹ方向位置検出用電極体作製工程とスペーサ形成工程と弾性変形層形成工程とスペーサ接着層形成工程と接着工程と保護層貼合工程と支持板貼合工程とを有する方法が挙げられる。
ただし、本実施形態におけるスペーサ形成工程と弾性変形層形成工程とスペーサ接着層形成工程と接着工程は、第１実施形態におけるスペーサ形成工程と弾性変形層形成工程とスペーサ接着層形成工程と接着工程とは異なる。

［スペーサ形成工程］
本実施形態におけるスペーサ形成工程は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の表面にスペーサ５０を形成する工程である。
具体的に、スペーサ形成工程では、Ｚ方向位置検出用電極体２０を構成する絶縁膜２３の露出面にスペーサ５０をドット状に形成する。スペーサ５０の形成方法は第１実施形態におけるスペーサ５０の形成方法と同様である。

［弾性変形層形成工程］
本実施形態における弾性変形層形成工程は、ＸＹ方向位置検出用電極体６０の裏面の全面に弾性変形層３０を形成する工程である。
具体的に、弾性変形層形成工程では、ＸＹ方向位置検出用電極体６０を構成する電極シート７０の基材シート７１の裏面の全面に弾性変形層３０を形成する。弾性変形層３０の形成方法は第１実施形態における弾性変形層３０の形成方法と同様である。

［スペーサ接着層形成工程］
本実施形態におけるスペーサ接着層形成工程は、弾性変形層３０の裏面の全面にスペーサ接着層４０を形成する工程である。
スペーサ接着層４０の形成方法は、弾性変形層３０の表面を裏面に変更する以外は、第１実施形態におけるスペーサ接着層４０の形成方法と同様である。

［接着工程］
接着工程は、弾性変形層３０及びスペーサ接着層４０が設けられたＸＹ方向位置検出用電極体６０と、スペーサ５０が設けられたＺ方向位置検出用電極体２０とを接着して接着積層体を形成する工程である。具体的な接着方法は、第１実施形態における接着方法と同様である。

（作用効果）
本実施形態の３次元センサ２も、第１実施形態と同様に、弾性変形層３０を備えるため、スペーサ５０の材質及び形成方法の自由度が大きくなり、低コストになる。
また、本実施形態の３次元センサ２も、スペーサ接着層４０を備えるため、弾性変形層３０の材質の自由度が大きくなる。

＜第３実施形態＞
本発明の３次元センサの第３実施形態について説明する。
図６に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ３は、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、弾性変形層３０と、スペーサ接着層４０と、スペーサ５０と、ＸＹ方向位置検出用電極体６０と、保護層９０とを備える。
本実施形態は、スペーサ接着層４０がパターン状に形成されている以外は第１実施形態と同様である。
スペーサ接着層４０のパターンとしては、スペーサ５０に対向する位置にスペーサ接着層４０が形成されていれば特に制限されず、ドット状、格子状等が挙げられる。

（製造方法）
上記３次元センサ３の製造方法としては、Ｚ方向位置検出用電極体作製工程とＸＹ方向位置検出用電極体作製工程とスペーサ形成工程と弾性変形層形成工程とスペーサ接着層形成工程と接着工程と保護層貼合工程と支持板貼合工程とを有する方法が挙げられる。
ただし、本実施形態におけるスペーサ接着層形成工程は、第１実施形態におけるスペーサ接着層形成工程とは異なる。

［スペーサ接着層形成工程］
本実施形態におけるスペーサ接着層形成工程は、弾性変形層３０の表面の一部にスペーサ接着層４０をパターン状に形成する工程である。弾性変形層３０の表面において、スペーサ接着層４０を形成する位置は、スペーサ５０と対応する位置である。
スペーサ接着層４０の形成方法は、弾性変形層３０の表面の全面を弾性変形層３０の表面の一部に変更する以外は、第１実施形態におけるスペーサ接着層４０の形成方法と同様である。

（作用効果）
本実施形態の３次元センサ３も、第１実施形態と同様に、弾性変形層３０を備えるため、スペーサ５０の材質及び形成方法の自由度が大きくなり、低コストになる。
また、本実施形態の３次元センサ３も、スペーサ接着層４０を備えるため、弾性変形層３０の材質の自由度が大きくなる。
本実施形態の３次元センサ３では、スペーサ接着層４０がパターン状に複数形成されているため、隣接するスペーサ接着層４０，４０の間に空間が形成される。スペーサ５０によって弾性変形層３０が押圧されたときには、弾性変形層３０の変形によって押し出された部分を、その空間に逃がすことができる。したがって、スペーサ接着層４０が弾性変形層３０の変形を阻害することを防止でき、その結果、３次元センサ３の操作性を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
本発明の３次元センサの第４実施形態について説明する。
図７に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ４は、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、弾性変形層３０と、スペーサ５０と、ＸＹ方向位置検出用電極体６０と、保護層９０とを備える。
本実施形態は、スペーサ接着層を備えず、スペーサ５０が弾性変形層３０に直接接着する以外は第１実施形態と同様である。

（製造方法）
上記３次元センサ４の製造方法としては、Ｚ方向位置検出用電極体作製工程とＸＹ方向位置検出用電極体作製工程とスペーサ形成工程と弾性変形層形成工程と接着工程と保護層貼合工程と支持板貼合工程とを有する方法が挙げられる。
本実施形態における製造方法では、スペーサ接着層形成工程を有さない。そのため、本実施形態における接着工程は、第１実施形態における接着工程とは異なる。

［接着工程］
本実施形態における接着工程は、スペーサ５０が設けられたＸＹ方向位置検出用電極体６０と、弾性変形層３０が設けられたＺ方向位置検出用電極体２０とを接着して接着積層体を形成する工程である。
具体的に、接着工程では、弾性変形層３０にスペーサ５０を押し当てて接着する。接着の際には、必要に応じて加圧して圧着させてもよいし、加熱してもよい。
また、圧着の前には、弾性変形層３０及びスペーサ５０を表面処理して接着性を向上させてもよい。
弾性変形層３０が硬化性の材料から形成される場合には、弾性変形層形成工程では未硬化の状態のままとし、接着工程での加熱することにより、スペーサ５０を接着させると同時に弾性変形層３０を硬化させてもよい。
また、接着工程の際に加熱することにより弾性変形層３０を溶融させてスペーサ５０を接着してもよい。

（作用効果）
本実施形態の３次元センサ４も、第１実施形態と同様に、弾性変形層３０を備えるため、スペーサ５０の材質及び形成方法の自由度が大きくなり、低コストになる。

（変形例）
なお、第４実施形態においては、Ｚ方向位置検出用電極体２０の絶縁膜２３にスペーサ５０を取り付け、ＸＹ方向位置検出用電極体６０の基材シート７１の裏側に弾性変形層３０を形成しても構わない。

＜第５実施形態＞
本発明の３次元センサの第５実施形態について説明する。
図８に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ５は、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、弾性変形層３０と、スペーサ５０と、ＸＹ方向位置検出用電極体６０と、保護層９０とを備える。
本実施形態は、スペーサ接着層を備えず、スペーサ５０が弾性変形層３０に直接接着すると共に、弾性変形層３０がパターニングされて複数形成されている以外は第１実施形態と同様である。

（製造方法）
上記３次元センサ５の製造方法としては、Ｚ方向位置検出用電極体作製工程とＸＹ方向位置検出用電極体作製工程とスペーサ形成工程と弾性変形層形成工程と接着工程と保護層貼合工程と支持板貼合工程とを有する方法が挙げられる。
本実施形態における弾性変形層形成工程は、第４実施形態における弾性変形層形成工程とは異なる。

［弾性変形層形成工程］
本実施形態における弾性変形層形成工程は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の表面の一部に弾性変形層３０をパターン状に形成する工程である。
具体的に、弾性変形層形成工程では、Ｚ方向位置検出用電極体２０を構成する絶縁膜２３の露出面の一部に弾性変形層３０をパターン状に形成する。弾性変形層３０の形成方法としては、パターニングが可能な各種印刷法を適用することができる。

（作用効果）
本実施形態の３次元センサ５も、第１実施形態と同様に、弾性変形層３０を備えるため、スペーサ５０の材質及び形成方法の自由度が大きくなり、低コストになる。
本実施形態の３次元センサ５では、弾性変形層３０がパターニングされているため、隣接する弾性変形層３０，３０の間に空間が形成される。スペーサ５０によって弾性変形層３０が押圧されたときには、弾性変形層３０の変形によって押し出された部分を、その空間に逃がすことができる。したがって、弾性変形層３０を円滑に変形させることができ、その結果、３次元センサ５の操作性を向上させることができる。

＜第６実施形態＞
本発明の３次元センサの第６実施形態について説明する。
図９に、本実施形態の３次元センサを示す。本実施形態の３次元センサ６は、支持板１０と、Ｚ方向位置検出用電極体２０と、弾性変形層３０と、スペーサ５０と、ＸＹ方向位置検出用電極体６０と、保護層９０とを備える。
本実施形態は、弾性変形層３０がＺ方向位置検出用電極体２０の絶縁膜２３の代わりに形成され、スペーサ接着層が省略されている以外は第１実施形態と同様である。

（製造方法）
上記３次元センサ６の製造方法としては、Ｚ方向位置検出用電極体作製工程とＸＹ方向位置検出用電極体作製工程とスペーサ形成工程と弾性変形層形成工程と接着工程と保護層貼合工程と支持板貼合工程とを有する方法が挙げられる。
本実施形態における製造方法では、スペーサ接着層形成工程を有さない。本実施形態におけるＺ方向位置検出用電極体作製工程と弾性変形層形成工程と接着工程は、第１実施形態におけるＺ方向位置検出用電極体作製工程と弾性変形層形成工程と接着工程は異なる。

［Ｚ方向位置検出用電極体作製工程］
本実施形態におけるＺ方向位置検出用電極体作製工程は、基材シート２１の第１面２１ａにＸ方向電極部２２ａと引き回し配線２４と外部接続用端子２５とを形成して、Ｚ方向位置検出用電極体２０を得る工程である。
Ｘ方向電極部２２ａの形成方法、引き回し配線２４及び外部接続用端子２５の形成方法は、第１実施形態におけるＸ方向電極部２２ａの形成方法、引き回し配線２４及び外部接続用端子２５の形成方法と同様である。

［弾性変形層形成工程］
本実施形態における弾性変形層形成工程は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の上に弾性変形層３０を形成する工程である。
具体的に、弾性変形層形成工程では、Ｚ方向位置検出用電極体２０の基材シート２１、Ｘ方向電極部２２ａ、引き回し配線２４及び外部接続用端子２５の上の全面に弾性変形層３０を形成する。本実施形態における弾性変形層３０の形成方法は第１実施形態における弾性変形層３０の形成方法と同様である。

［接着工程］
本実施形態における接着工程は、スペーサ５０が設けられたＸＹ方向位置検出用電極体６０と、弾性変形層３０が設けられたＺ方向位置検出用電極体２０とを接着して接着積層体を形成する工程である。本実施形態における接着方法は、第１実施形態における接着方法と同様である。

（作用効果）
本実施形態の３次元センサ６も、第１実施形態と同様に、弾性変形層３０を備えるため、スペーサ５０の材質及び形成方法の自由度が大きくなり、低コストになる。
本実施形態の３次元センサ６は、簡素化された構成である。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明の３次元センサは、上記実施形態に限定されない。
例えば、Ｘ方向電極部及びＹ方向電極部は、幅が一定である必要はなく、例えば、幅が周期的に変化しても構わないし、幅が太い部分と、それよりも細い部分とが交互に配置されても構わない。
本発明において、スペーサの形状に特に制限はなく、例えば、平面視で正方形状、菱形状、六角形状、楕円形状等であっても構わない。
本発明の３次元センサは、支持板に、Ｚ方向位置検出用電極体、スペーサ接着層及びドットスペーサ、ＸＹ方向位置検出用電極体の順で形成されている必要はなく、例えば、支持板に、ＸＹ方向位置検出用電極体、スペーサ接着層及びドットスペーサ、Ｚ方向位置検出用電極体の順に形成されてもよい。
また、ＸＹ方向位置検出用電極体のＸ方向電極部とＹ方向電極部の位置関係に制限はなく、どちらが表側に配置されても構わない。
また、本発明の３次元センサは、支持板及び保護層を備えていなくても構わない。

＜参考実験＞
本発明者らは、硬度が異なる弾性変形層について、荷重を付加した際の変位量を測定した。
具体的には、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムに、スクリーン印刷によってポリウレタンからなる厚さ６０μｍの弾性変形層を形成した。弾性変形層としては、ショアＡ硬度で７４、５７、３１のものを形成した。
また、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムに、紫外線硬化性樹脂を含むインクをスクリーン印刷して、ドット状のスペーサを形成した。
前記弾性変形層の上に前記スペーサ（厚さ７５μｍ）を載せた後、テンシロン万能材料試験機（株式会社エー・アンド・デイ）を用い、スペーサの上のポリエチレンテレフタレートフィルムに、直径１０ｍｍの金属製円筒体を押圧して荷重を付加させた。その際、押圧スピードを０．０５ｍｍ／分とした。
図１０に示すように、弾性変形層を有さない場合には、荷重を付加してもほとんど変形しないが、ショア硬度Ａが３１、５７、７４の弾性変形層に荷重を付加した際には充分に変形することがわかった。例えば、荷重２Ｎでは、弾性変形層を有さない場合の変形量は３μｍであるが、弾性変形層を有する場合の変位量は１３．５〜２０μｍであった。

１，２，３，４，５，６ ３次元センサ
１０ 支持板
１１ 両面粘着テープ
２０ Ｚ方向位置検出用電極体
２１ 基材シート
２２ 導電膜
２２ａ Ｘ方向導電部
２３ 絶縁膜
２４ 引き回し配線
２５ 外部接続用端子
３０ 弾性変形層
４０ スペーサ接着層
５０ スペーサ
６０ ＸＹ方向位置検出用電極体
６１ 接着層
７０ 電極シート
７１ 基材シート
７２ 導電膜
７２ａ Ｙ方向電極部
７３ 絶縁膜
７４ 引き回し配線
７５ 外部接続用端子
８０ 電極シート
８１ 基材シート
８２ 導電膜
８２ａ Ｘ方向電極部
８３ 絶縁膜
８４ 引き回し配線
８５ 外部接続用端子
９０ 保護層
９１ 両面粘着テープ

Claims (3)

1. ＸＹ方向の位置を検出するシート状のＸＹ方向位置検出用電極体と、Ｚ方向の位置を検出するシート状のＺ方向位置検出用電極体とを具備し、前記ＸＹ方向位置検出用電極体は、ＸＹ方向の位置を検出するための一対の導電膜を備え、前記Ｚ方向位置検出用電極体は、Ｚ方向の位置を検出するための導電膜を備えた静電容量式３次元センサであって、
   前記ＸＹ方向位置検出用電極体と前記Ｚ方向位置検出用電極体との間に、弾性変形不能な複数のスペーサと、厚さを１ｃｍとした際のショアＡ硬度が８５以下の弾性変形層とが形成され、前記複数のスペーサと前記弾性変形層とが互いに対向している、静電容量式３次元センサ。
2. 前記複数のスペーサと前記弾性変形層との間に、前記スペーサを接着するスペーサ接着層を備えた、請求項１に記載の静電容量式３次元センサ。
3. 各スペーサの高さが３０〜１５０μｍである、請求項１又は２に記載の静電容量式３次元センサ。

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