JP2016081582A - タッチセンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
操作面上における均一で高い押圧操作性と応答性を有し、かつさらなる薄型のタッチセンサを得る。
【解決手段】
本発明は、所定の操作面における押圧方向への押圧状態を検出するタッチセンサ1であって、静電容量の変化を検出するための第1電極層2および第2電極層4と、第1電極層2と第2電極層4との間に、操作面に対する押圧により第1電極層2と第2電極層4との間隔を変位可能な変位層3とを有し、変位層3には、ゴム状弾性体10中にポリマー型シランカップリング剤11を分散させて構成され、かつ押圧方向に収縮可能な複数の柱部31を少なくとも有し、柱部31と、第1電極層2および第2電極層4の少なくともいずれか一方の層とを、一体的に接合して成るタッチセンサ1、およびその製造方法に関する。
【選択図】図1
Description
まず、本発明の第1の実施の形態に係るタッチセンサについて説明する。
第1電極層2は、操作面側から順に、電極21、基材シート22を積層して備える。第1電極層2は、操作面に対する押圧時に変形する必要があるので、その厚さを、好ましくは0.01〜1mmとし、より好ましくは、0.01〜0.4mmとすることができる。電極21は、例えば、静電容量の変化を検出するために、図示しない電源から電圧が印加される駆動電極である。電極21は、銅、銀等の金属薄膜で構成しても良く、透明なPEDOT/PSS等の導電性高分子膜や、銅、銀、カーボン等のナノ状微小繊維からなる膜や、ITO(インジウム錫酸化物)膜で構成しても良い。電極21のZ方向の厚さは、例えば、0.01〜1μmである。電極21のZ方向の厚さを上記の範囲に設定するのは、電極21のZ方向の厚さを、0.01μm以上とすると、電気抵抗が低く、静電容量を正しく検出しやすくなり、また、1μm以下とすると、電極が厚すぎず硬くなりにくいため、タッチセンサを押圧したときに第1電極層2が変形し易く、さらに電極の形状によっては均一に変形しやすくなるからである。
第2電極層4は、操作面から遠い側から順に、電極41、基材シート42を積層して備える。電極41は、電極21との間隔に応じた電流を生じさせ、静電容量を検出するための受信電極である。電極41は、電極21と同一の素材により構成しても良い。電極41のZ方向の厚さは、例えば、0.01〜1mmである。電極41は、押圧により変形する必要がないので、構成する素材や、Z方向の厚さは、上記範囲に限らない。電極41は、第1電極層2の電極21と同様の材料から構成することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態に係るタッチセンサについて説明する。本実施の形態では、第1の実施の形態と共通する構成部分については、同一の符号を付し、適宜、その説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施の形態に係るタッチセンサについて説明する。本実施の形態では、先の各実施の形態と共通する構成部分については、同一の符号を付し、適宜、その説明を省略する。
次に、本発明の第4の実施の形態に係るタッチセンサについて説明する。本実施の形態では、先の各実施の形態と共通する構成部分については、同一の符号を付し、適宜、その説明を省略する。
以上、本発明の各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限られず、他の様々な態様をとり得る。
ポリマー型シランカップリング剤を含むゴム状弾性体と基材シートとの接着強度を確認すべく、以下の条件でサンプルを多数作製し、それらの評価を行った。
(実験1)
東レ株式会社製のPET(品番: S10)を用意した。PETは、切断によって、縦15mm×横50mm×厚さ0.125mmの大きさに加工した。次に、PETの片面に、コロナ表面処理を施した。コロナ表面処理は、春日電機株式会社製のリニアテーブル式コロナ表面処理装置(品番: AGF−010S、電極: 直径1mm×長さ0.27mのワイヤー)を用い、放電電力0.5kW、搬送速度1.5m/min、電極−ワーク間距離5mmの条件下で行った。次に、PETの上記コロナ処理を施した面に、バーコーター「No.1.5」を用いて信越化学工業株式会社製のシリコーン系プライマー(品番: X33−156−20)を塗布し、室温(約25℃)にて30分間放置した。次に、信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物(品番: KE−1935A/B、A:B=質量比1:1)100質量部に対して、信越化学工業株式会社製のポリマー型シランカップリング剤(品番: X−12−981、官能基当量: 3、エポキシ基およびトリエトキシシリル基を有する)を有効成分(シランカップリング剤)の質量換算にて0.5〜10質量部になるような配合量にて混練し、シランカップリング剤の割合の異なる5種類の混練物を作製した。続いて、先に用意したPETのプライマー塗布面に各混練物をスクリーン印刷した。スクリーン印刷は、スクリーン版:#200、印刷厚み:約25μm、乾燥条件:120℃にて60分保持の諸条件にて行った。こうして、5種類のシリコーンゴム層付きのPETシートを作製した。
PET50およびシリコーンゴム層付きのPETシート60の貼り合わせの温度および保持時間をそれぞれ室温(約25℃)および24時間に変更し、最大0.2kgf/cm2の圧力下にて貼り合わせを行った以外、実験1と同一条件で、シランカップリング剤の質量比の異なる5種類のサンプルを完成した。
PET50およびPET61を、ともに東レ株式会社製の易接着PET(品番: U48)に変更した以外、実験2と同一条件で、シランカップリング剤の質量比の異なる5種類のサンプルを完成した。
コロナ処理を行わず、貼り合わせ条件を実験1と同一条件に変更して行う以外、実験3と同一条件で、シランカップリング剤の質量比の異なる5種類のサンプルを完成した。
コロナ処理を行わない以外、実験2と同一条件で、シランカップリング剤の質量比の異なる5種類のサンプルを完成した。
ポリマー型シランカップリング剤64に代えて、信越化学工業株式会社製のエポキシ系シランカップリング剤の1つである3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(品番: KBM−403)を用いて、かつPET50,61に代えて易接着PET(品番: U48)を用いた以外、実験1と同一条件で、シランカップリング剤の質量比の異なる5種類のサンプルを完成した。
ポリマー型シランカップリング剤64に代えて、信越化学工業株式会社製のエポキシ系シランカップリング剤の1つである3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(品番: KBM−403)を用いた以外、実験2と同一条件で、シランカップリング剤の質量比の異なる5種類のサンプルを完成した。
信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物(品番: KE−1935A/B)に、何らのシランカップリング剤をも添加せずにシリコーンゴム層62を形成して、PET50,61に代えて易接着PET(品番: U48)を用いた以外、実験1と同一条件で、シランカップリング剤の質量比の異なる5種類のサンプルを完成した。
信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物(品番: KE−1935A/B)に、何らのシランカップリング剤をも添加せずにシリコーンゴム層62を形成した以外、実験2と同一条件で、シランカップリング剤の質量比の異なる5種類のサンプルを完成した。
剥離速度10mm/minにて、各サンプルの貼合面を剥離し、剥離強度と、剥離した状態を観察した。剥離には、一定速度で引張可能な引張試験機に計測器(日本電産シンポ製FGP−10)を取り付けた装置を用いた。剥離した状態は、電子顕微鏡にて観察し、シリコーンゴム層62が破壊した状態あるいは当該層62と基材シート(PET61あるいはそれに代用した易接着PET)との界面で剥離した状態(「基材破壊」という)か、基材破壊に加えて貼合面からの剥離も混在している状態(「混在破壊」という)か、あるいは貼合面からのみの剥離状態(「剥離」という)かを目視にて区別した。貼合面における接着強度は、基材破壊にて最も大きく、混在破壊、剥離の順に低くなる。
次に、各種タッチセンサの作製例について詳述する。
図7は、実施例1の製造工程のフローを示す。
信越化学工業株式会社製のシリコーンゴムコンパウンド(品番: KE−951−Uのシリコーンゴムと、品番: C−25A/Bの加硫剤を含む)100質量部に、信越化学工業株式会社製のポリマー型シランカップリング剤製品(品番: X−12−981)1質量部(内、ポリマー型シランカップリング剤は0.5質量部)を混合して、変位層を形成するための未硬化状態のシリコーンゴム組成物を作製した。次に、柱部31の形状を規定する円柱形状の凹部を有する金型を用意し、上記未硬化状態のシリコーンゴム組成物を金型内に投入し、温度135℃、保持時間4分の条件にてプレス成形を行い、柱部31を作製した。続いて、柱部31を温度150℃にて30分間乾燥した。ここで、金型の凹部には、複数の柱部31のそれぞれの形状を規定する、底面が平坦な複数の柱部用凹部がマトリクス状に均等に形成されている。
次に、柱部31の上下両面(接合面)31a,31bに、図中の矢印Cで示すように、コロナ表面処理を施した(ステップ101)。コロナ表面処理は、春日電機株式会社製のリニアテーブル式コロナ表面処理装置(品番: AGF−010S、電極: 直径1mm×長さ0.27mのワイヤー)を用い、放電電力0.5kW、搬送速度1.5m/min、電極−ワーク間距離5mmの条件下で行った。
東レ株式会社製のPET(品番: S10)から成る基材シート42を所定の大きさにカットし、その片面に、電極41を形成した(ステップ201)。次に、基材シート42における電極41の形成面と反対側の面(接合面)42bに、図中の矢印Cで示すように、コロナ表面処理を施した(ステップ202)。コロナ表面処理の条件は、柱部31に対するコロナ表面処理のそれと同一とした。
第2電極層と同様、PET(品番: S10)から成る基材シート22の片面に、電極21を形成した(ステップ301)。次に、基材シート22における電極21の形成面と反対側の面(接合面)22aに、図中の矢印Cで示すように、コロナ表面処理を施した(ステップ302)。コロナ表面処理の条件は、柱部31に対するコロナ表面処理のそれと同一とした。
次に、第2電極層4の基材シート42上に柱部31を配置し、その上から第1電極層2を載置し、柱部31の高さの40%相当量を押し込むように、温度90℃、保持時間30秒の条件下で、第1電極層2、柱部31および第2電極層4を貼り合わせた(ステップ303)。こうして、静電容量方式のタッチセンサ1を完成した。
図8は、実施例2の製造工程のフローを示す。
実施例1と同一条件にて、未硬化状態のシリコーンゴム組成物を作製した。次に、東レ株式会社製のPET(品番: S10)から成る基材シート44を所定の大きさにカットし、その片面に、信越化学工業株式会社製のシリコーン系プライマー(品番: X33−156−20)を塗布し、室温(約25℃)にて1時間放置した。次に、柱部31の形状を規定する円柱形状の凹部を有する金型を用意し、上記未硬化状態のシリコーンゴム組成物を金型内に投入し、その上から、シリコーン系プライマーを塗布した面を未硬化状態のシリコーンゴム組成物側にして、基材シート44を金型内にセットした。その状態で、温度135℃、保持時間4分の条件にてプレス成形を行った。その結果、柱部31と、平板層32と、基材シート44とを一体化した成形体が得られた(ステップ401)。その後、当該成形体を温度150℃にて30分間の条件で乾燥した。
東レ株式会社製のPET(品番: S10)から成る基材シート42を所定の大きさにカットし、その片面に、電極41を形成した。さらに、電極41の上から、レジスト層45を被覆して、第2電極層を作製した(ステップ402)。
基材シート44と、第2電極層のレジスト層45との間に、3M社製の両面テープ(品番: 467)43を介在させ、変位層と第2電極層とを貼り合わせた(ステップ403)。なお、第2電極層の下部、すなわち、基材シート42に上記と同様の両面テープ(非接着性のシート付きが好ましい)43を貼り付けた。
次に、変位層、特に柱部31の接合面31aを含む領域に、図中の矢印Cで示すように、コロナ表面処理を施した(ステップ404)。コロナ表面処理の条件は、実施例1におけるコロナ表面処理の条件と同一とした。
第2電極層と同様に、東レ株式会社製のPET(品番: S10)から成る基材シート22を所定の大きさにカットし、その片面に、電極21を形成した。さらに、電極21の上から、レジスト層25を被覆して、第1電極層を作製した(ステップ501)。
第1電極層と同様に、東レ株式会社製のPET(品番: S10)から成る基材シート72を所定の大きさにカットし、その片面に、受信電極としての電極71を形成した。さらに、電極71の上から、レジスト層75を被覆して、第3電極層を作製した(ステップ502)。
基材シート72と、第1電極層のレジスト層25との間に、3M社製の両面テープ(品番: 467)76を介在させ、第1電極層と第3電極層とを貼り合わせた(ステップ503)。
次に、第1電極層の基材シート22の接合面22aに、図中の矢印Cで示すように、コロナ表面処理を施した(ステップ504)。コロナ表面処理の条件は、ステップ404におけるコロナ表面処理の条件と同一とした。
次に、柱部31の接合面31aと、基材シート22の接合面22aとを貼り合わせ、柱部31の高さの40%相当量を押し込むように、温度90℃、保持時間30秒の条件下で、ステップ404で得られた層と、ステップ504で得られた層とを貼り合わせた(ステップ505)。こうして、静電容量方式のタッチセンサ1を完成した。
図9は、実施例3の製造工程のフローを示す。
実施例2のステップ401と同一条件にて、変位層を製造した(ステップ601)。その後、得られた成形体は、温度150℃にて30分間の条件で乾燥した。
実施例2のステップ402と同一条件にて、第2電極層を作製した(ステップ602)。
実施例2のステップ403と同一条件にて、変位層と第2電極層とを貼り合わせた(ステップ603)。
実施例2のステップ404と同一条件にて、変位層、特に柱部31の接合面31aを含む領域に、図中の矢印Cで示すように、コロナ表面処理を施した(ステップ604)。
実施例2のステップ501と同一条件にて、第1電極層を作製した(ステップ701)。
次に、第1電極層の基材シート22の接合面22aに、図中の矢印Cで示すように、コロナ表面処理を施した(ステップ702)。コロナ表面処理の条件は、ステップ604におけるコロナ表面処理の条件と同一とした。
次に、実施例2のステップ505と同様に、柱部31の接合面31aと、基材シート22の接合面22aとを貼り合わせ、第1電極層と、ステップ604で得られた層とを貼り合わせた(ステップ703)。こうして、静電容量方式のタッチセンサ1を完成した。
2 第1電極層
3 変位層
4 第2電極層
10 ゴム状弾性体(例えば、シリコーンゴム)
11 ポリマー型シランカップリング剤(例えば、エポキシ系のポリマー型シランカップリング剤)
21 電極(駆動電極)
22a 接合面
31 柱部
31a,31b 接合面
32 平板層
34 壁部
34a,34b 接合面
41 電極(受信電極)
42 基材シート
42b 接合面
44 基材シート
44b 接合面
62 シリコーンゴム層
63 シリコーンゴム(ゴム状弾性体)
64 ポリマー型シランカップリング剤(例えば、エポキシ系のポリマー型シランカップリング剤)
71 電極(受信電極)
Claims (9)
- 所定の操作面における押圧方向への押圧状態を検出するタッチセンサであって、
静電容量の変化を検出するための第1電極層および第2電極層と、
前記第1電極層と前記第2電極層との間に、前記操作面に対する押圧により前記第1電極層と前記第2電極層との間隔を変位可能な変位層とを有し、
前記変位層は、ゴム状弾性体中にポリマー型シランカップリング剤を分散させて構成され、かつ前記押圧方向に収縮可能な複数の柱部を少なくとも有し、
前記柱部と、前記第1電極層および前記第2電極層の少なくともいずれか一方の層とを一体的に接合して成るタッチセンサ。 - 前記柱部と、前記第1電極層および前記第2電極層の少なくともいずれか一方の層との各接合面に、紫外線照射処理、プラズマ処理、またはコロナ処理を行って一体的に接合して成る請求項1に記載のタッチセンサ。
- 前記変位層は、平板層を含み、
前記柱部は、前記平板層と一体成形されて成る請求項1または請求項2に記載のタッチセンサ。 - 前記平板層は、さらに、前記柱部と反対側に基材シートと一体成形されて成る請求項3に記載のタッチセンサ。
- 前記変位層は、周縁部に周囲から前記変位層内への空気の流入を遮断するための壁部を有する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のタッチセンサ。
- 前記第1電極層は、静電容量の変化を検出するために電圧が印加される駆動電極を含み、
前記第2電極層は、前記第1電極層との間隔に応じた電流を生じさせるための受信電極を含む請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のタッチセンサ。 - 前記ゴム状弾性体は、シリコーンゴムから成る請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のタッチセンサ。
- 前記ポリマー型シランカップリング剤を、エポキシ系のポリマー型シランカップリング剤とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のタッチセンサ。
- 所定の操作面における押圧方向への押圧状態を検出するタッチセンサを製造する方法であって、
前記タッチセンサは、
静電容量の変化を検出するための第1電極層および第2電極層と、
前記第1電極層と前記第2電極層との間に、前記操作面に対する押圧により、前記第1電極層と前記第2電極層との間隔を変位可能な変位層とを有し、
前記変位層は、ゴム状弾性体中にポリマー型シランカップリング剤を分散させて構成され、かつ前記押圧方向に収縮可能な複数の柱部を少なくとも有し、
前記柱部と、前記第1電極層および前記第2電極層の少なくともいずれか一方の層とを一体的に接合して成り、
前記柱部と、前記第1電極層および前記第2電極層の少なくともいずれか一方の層との各接合面に表面改質処理を行う表面改質処理ステップと、
前記第1電極層もしくは前記第2電極層と前記柱部とを重ね合わせた状態を加圧若しくは非加圧にて維持することにより、前記第1電極層もしくは前記第2電極層と前記柱部とを一体的に接合する接合ステップと、
を有するタッチセンサの製造方法。
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