JP2016126565A - 静電容量式３次元センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入力のために押された後の復元性に優れ、簡便に製造できる静電容量式３次元センサの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の静電容量式３次元センサの製造方法は、第１電極体（Ｚ方向検出用電極体２０）を作製する第１電極体作製工程と、第２電極体（ＸＹ方向位置検出用電極体４０）を作製する第２電極体作製工程と、第１電極体２０の一方の面に、基体樹脂と発泡剤と弾性粒子と分散媒とを含有する発泡性インクを印刷又は塗工して発泡性樹脂層３０ａを形成する発泡性樹脂層形成工程と、発泡性樹脂層３０ａに第２電極体４０を積層した後、発泡性樹脂層３０ａを加熱して発泡させて、発泡ポリマー中に弾性粒子が分散した易変形層３０を形成すると共に易変形層３０を第１電極体２０及び第２電極体４０に接合する易変形層形成接合工程とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、静電容量式３次元センサ及びその製造方法に関する。

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）。
具体的に、静電容量式３次元センサでは、Ｘ方向及びＹ方向の指又はスタイラスペンの接触位置を検出するだけでなく、指又はスタイラスペンによってセンサが押されたことも検出するようになっている。
静電容量式３次元センサにおいて、センサが押されたことを検出するためには、積層した２枚のシート状電極体の間に易変形体を設け、２枚のシート状電極体の間におけるＺ方向の静電容量変化を検出すればよい。
２枚のシート状電極体の間に設けられる易変形体としては、ゴム製のドットスペーサを用いることが知られている（特許文献２）。
また、２枚のシート状電極体の間に設けられる易変形体としては、スポンジ等の発泡層を用いることが知られている（特許文献３）。

特許第３６８１７７１号公報 国際公開第２０１３／１３２７３６号 特開平５−１０９３４２号公報

しかし、特許文献２に記載のドットスペーサを用いた場合には、ドットスペーサを電極体の間に貼り合わせるために必要な工程数が多く、静電容量式３次元センサの製造が必ずしも簡便ではなかった。
特許文献３に記載の発泡層では、入力のために押された後の復元性が不充分であるため、静電容量式３次元センサの操作性及び反応性が低下することがあった。
本発明は、入力のために押された後の復元性に優れ、簡便に製造できる静電容量式３次元センサ及びその製造方法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、パターン状の導電膜を有するシート状の第１電極体と、パターン状の導電膜を備えるシート状の第２電極体と、前記第１電極体及び前記第２電極体の間に配置された易変形層とを具備する静電容量式３次元センサであって、前記易変形層は、発泡ポリマー中に弾性粒子が分散している層である。
本発明の静電容量式３次元センサにおいては、前記第１電極体は、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であり、該Ｚ方向位置検出用電極体は、Ｚ方向電極用基材シートと該Ｚ方向電極用基材シートの一方の面に設けられたパターン状の導電膜とを有する電極シートであり、前記第２電極体は、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であり、該ＸＹ方向位置検出用電極体は、Ｘ方向用電極シート及びＹ方向用電極シートを備え、Ｘ方向用電極シートは、Ｘ方向電極用基材シートと該Ｘ方向電極用基材シートの一方の面に設けられたパターン状の導電膜とを有し、Ｙ方向用電極シートは、Ｙ方向電極用基材シートと該Ｙ方向電極用基材シートの一方の面に設けられたパターン状の導電膜とを有し、Ｘ方向用電極シートの導電膜のパターンが、Ｘ方向に沿って形成されたＸ方向電極部を複数有するパターンであり、Ｙ方向用電極シートの導電膜のパターンが、Ｙ方向に沿って形成されたＹ方向電極部を複数有するパターンであることが好ましい。
本発明の静電容量式３次元センサにおいては、前記発泡ポリマーが発泡ポリウレタンであり、前記弾性粒子がポリウレタン粒子であることが好ましい。

本発明の静電容量式３次元センサの製造方法は、パターン状の導電膜を形成してシート状の第１電極体を作製する第１電極体作製工程と、パターン状の導電膜を形成してシート状の第２電極体を作製する第２電極体作製工程と、第１電極体の一方の面に、基体樹脂と発泡剤と弾性粒子と分散媒とを含有する発泡性インクを印刷又は塗工して発泡性樹脂層を形成する発泡性樹脂層形成工程と、前記発泡性樹脂層に前記第２電極体を積層した後、前記発泡性樹脂層を加熱して発泡させて、発泡ポリマー中に弾性粒子が分散した易変形層を形成すると共に該易変形層を前記第１電極体及び前記第２電極体に接合する易変形層形成接合工程とを有する。
本発明の静電容量式３次元センサの製造方法においては、前記第１電極体作製工程では、Ｚ方向電極用基材シートの一方の面に、Ｘ方向又はＹ方向に沿って形成された電極部を複数有するパターン状の導電膜を形成して、Ｚ方向の位置を検出するためのシート状のＺ方向位置検出用電極体を作製し、前記第２電極体作製工程では、Ｘ方向電極用基材シートの一方の面に、Ｘ方向に沿って形成されたＸ方向電極部を複数有するパターン状の導電膜を形成してＸ方向用電極シートを作製するＸ方向用電極シート作製工程と、Ｙ方向電極用基材シートの一方の面に、Ｙ方向に沿って形成されたＹ方向電極部を複数有するパターン状の導電膜を形成してＹ方向用電極シートを作製するＹ方向用電極シート作製工程と、前記Ｘ方向用電極シートと前記Ｙ方向用電極シートとを貼合して、ＸＹ方向の位置を検出するためのシート状のＸＹ方向位置検出用電極体を形成するＸＹ方向位置検出用電極体形成工程とを有することが好ましい。
本発明の静電容量式３次元センサの製造方法においては、前記基体樹脂としてポリウレタンを用い、前記弾性粒子としてポリウレタン粒子を用いることが好ましい。

本発明の静電容量式３次元センサは、入力のために押された後の復元性に優れ、簡便に製造できる。
本発明の静電容量式３次元センサの製造方法によれば、入力のために押された後の復元性に優れた静電容量式３次元センサを簡便に製造できる。

本発明の静電容量式３次元センサの実施形態を示す部分断面図である。 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。 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Ｘ方向用電極シートを示す平面図である。 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Ｙ方向用電極シートを示す平面図である。 実施形態の静電容量式３次元センサを製造する際の易変形層形成接合工程を説明する部分断面図である。

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。）の一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と易変形層３０とＸＹ方向位置検出用電極体４０と保護層５０とを備える。
さらに、本実施形態の３次元センサ１では、ＸＹ方向位置検出用電極体４０がＸ方向用電極シート４０ａ及びＹ方向用電極シート４０ｂを有し、Ｘ方向用電極シート４０ａとＹ方向用電極シート４０ｂとが接着層４０ｃによって貼り合わされている。

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、入力領域の短手方向をＸ方向、入力領域の長手方向を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次元センサにおいては、保護層５０に指又はスタイラスペンが接触し、保護層５０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、両面粘着テープ１１を介してＺ方向位置検出用電極体２０が貼合され、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、支持板１０は、厚さ（平均値）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、Ｚ方向電極用基材シート２１と、Ｚ方向電極用基材シート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、Ｚ方向電極用基材シート２１及び導電膜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。

Ｚ方向電極用基材シート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、ポリエチレンナフタレート、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。
Ｚ方向電極用基材シート２１の厚さ（平均値）は２５〜７５μｍであることが好ましい。Ｚ方向電極用基材シート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（平均値）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（平均値）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（平均値）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（平均値）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（平均値）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（平均値）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、Ｙ方向に沿って形成された幅一定の帯状のＹ方向電極部２２ａを複数有するパターンである。
Ｙ方向電極部２２ａの幅は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。Ｙ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Ｙ方向電極部２２ａ，２２ａ同士の間隔（ピッチ）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Ｙ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Ｙ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によって易変形層３０と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（平均値）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（平均値）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２４ａと、外部接続用端子２４ｂとを有する（図２参照）。
引き回し配線２４ａは、Ｙ方向電極部２２ａと外部接続用端子２４ｂとを接続するための配線である。
引き回し配線２４ａ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２４ａの幅が前記下限値以上であれば、引き回し配線２４ａ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２４ａ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２４ａ，２４ａ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２４ａ，２４ａ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２４ａ，２４ａ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２４ｂ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２４ｂは、矩形状の導電部となっている。

（易変形層）
易変形層３０は、発泡ポリマー３１中に弾性粒子３２が分散している層である。また、易変形層３０は厚さが一定になるように形成され、ドットスペーサ等の凸部を有さない。
発泡ポリマー３１は、厚さ方向に押された際に圧縮変形する程度に発泡したポリマーである。発泡ポリマー３１は基体樹脂が発泡したものであり、基体樹脂としては、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリエステル等が挙げられる。
発泡ポリマー３１の発泡倍率は特に制限されないが、１〜３０倍であることが好ましい。発泡ポリマー３１の発泡倍率が前記下限値以上であれば、易変形層３０を容易に圧縮変形でき、前記上限値以下であれば、易変形層３０の復元性を充分に確保できる。

弾性粒子３２は、ゴム又は軟質樹脂の弾性体の粒子であり、易変形層３０の形状復元性を向上させる機能を有する。
弾性粒子３２を構成するゴムとしては、ブタジエン系ゴム、イソプレン系ゴム、アクリル系ゴム、クロロプレン系ゴム等が挙げられる。軟質樹脂としては、ポリウレタン、ポリアミド等が挙げられる。これらのなかでも、弾性粒子３２は、入手が容易で且つ適度な弾性が得られることから、ポリウレタンの粒子が好ましい。
また、弾性粒子３２は、弾性力の異なる複数の粒子からなってもよい。
弾性粒子３２の体積平均粒子径は、１０〜１０００μｍであることが好ましい。ここで、体積平均粒子径は、レーザー回折法によって測定された値である。また、弾性粒子３２の粒子径分布は単一ピークの分布でもよいが、複数のピークを有する分布でもよい。複数のピークを有する分布であると、押圧時の弾性力と押圧解放後の復元性とを調整しやすくなる。
弾性粒子３２の含有割合は、易変形層３０を１００質量％とした際に、０．１〜２０質量％であることが好ましく、１〜１０質量％であることがより好ましい。弾性粒子３２の含有割合が前記下限値以上であれば、易変形層３０の復元性がより高くなり、前記上限値以下であれば、弾性粒子による圧縮変形の阻害が抑制される。

易変形層３０の厚さ（平均値）は、２５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。一方、接着力を確保する点では、接着層４０ｃの厚さ（平均値）は１μｍ以上であることが好ましい。

（ＸＹ方向位置検出用電極体）
ＸＹ方向位置検出用電極体４０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、易変形層３０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４０は、一対の電極シート（Ｘ方向用電極シート４０ａ、Ｙ方向用電極シート４０ｂ）が積層された積層シートである。

Ｘ方向用電極シート４０ａは、Ｘ方向電極用基材シート４１と、Ｘ方向電極用基材シート４１の表側の面４１ａ（第１面４１ａ）に形成されたパターン状の導電膜４２と、導電膜４２を被覆する絶縁膜４３とを有する。
Ｘ方向電極用基材シート４１としては、Ｚ方向電極用基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、Ｚ方向電極用基材シート２１と同一のものとする必要はない。
導電膜４２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４３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４２のパターンは、図３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４２ａを複数有するパターンである。
Ｘ方向電極部４２ａ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。Ｘ方向電極部４２ａ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４２ａ，４２ａ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Ｘ方向電極部４２ａ，４２ａ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Ｘ方向電極部４２ａ，４２ａ同士の間隔を前記下限値未満にすることは困難である。

Ｘ方向用電極シート４０ａは、引き回し配線４４ａと、外部接続用端子４４ｂとを有する（図３参照）。引き回し配線４４ａは、Ｘ方向電極部４２ａと外部接続用端子４４ｂとを接続するための配線である。引き回し配線４４ａの好ましい幅や間隔は、上記の引き回し配線２４ａと同様である。
引き回し配線４４ａ及び外部接続用端子４４ｂの形成方法としては、Ｘ方向電極用基材シート４１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Ｙ方向用電極シート４０ｂは、Ｘ方向用電極シート４０ａの表側の面４０ｅに、接着層４０ｃによって貼合されている。また、本実施形態におけるＹ方向用電極シート４０ｂは、Ｙ方向電極用基材シート４５と、Ｙ方向電極用基材シート４５の表側の面４５ａ（第１面４５ａ）に形成されたパターン状の導電膜４６と、導電膜４６を被覆する絶縁膜４７とを有する。
Ｙ方向電極用基材シート４５としては、Ｚ方向電極用基材シート２１と同様のものを使用することができる。ただし、Ｚ方向電極用基材シート２１と同一のものとする必要はない。
導電膜４６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４７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４６のパターンは、導電膜２２のパターンと同様に、図４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４６ａを複数有するパターンである。
導電膜４６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く、例えば、幅が異なってもよい。導電膜４６のパターンが導電膜２２のパターンと同一でない場合、導電膜４６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。

Ｙ方向用電極シート４０ｂは、引き回し配線４８ａと、外部接続用端子４８ｂとを有する（図４参照）。引き回し配線４８ａは、Ｙ方向電極部４６ａと外部接続用端子４８ｂとを接続するための配線である。引き回し配線４８ａの好ましい幅や間隔は、上記の引き回し配線２４ａと同様である。
引き回し配線４８ａ及び外部接続用端子４８ｂの形成方法としては、Ｙ方向電極用基材シート４５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２４ｂ，４４ｂ，４８ｂは、互いに重ならないように配置されている。

本実施形態における接着層４０ｃは接着剤から構成されてもよいし、両面粘着テープでもよい。
接着剤としては、ホットメルト接着剤、熱硬化性接着剤、光硬化性接着剤等の各種接着剤が使用される。
ホットメルト接着剤としては、ポリエステル系ホットメルト接着剤、ポリウレタン系ホットメルト接着剤、ポリアミド系ホットメルト接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系ホットメルト接着剤、ポリオレフィン系ホットメルト接着剤等が挙げられる。これらのうち、低温での接着が可能で、しかも接着力に優れることから、ポリエステル系ホットメルト接着剤、ポリウレタン系ホットメルト接着剤が好ましく、ポリエステル系ホットメルト接着剤がより好ましい。
熱硬化性接着剤としては、エポキシ系熱硬化性接着剤、アクリル系熱硬化性接着剤、シリコーン系熱硬化性接着剤等が挙げられる。
光硬化性接着剤としては、アクリル系光硬化性接着剤、エポキシ系光硬化性接着剤等が挙げられる。

接着層４０ｃの厚さ（平均値）は、Ｘ方向位置検出及びＹ方向位置検出の感度及び検出精度が高くなることから、２５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。一方、接着力を確保する点では、接着層４０ｃの厚さ（平均値）は１μｍ以上であることが好ましい。

（保護層）
保護層５０は、ＸＹ方向位置検出用電極体４０の表側の面４０ｆに形成され、ＸＹ方向位置検出用電極体４０を保護する層である。本実施形態では、保護層５０は、両面粘着テープ５１によって、ＸＹ方向位置検出用電極体４０に貼合されている。
保護層５０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５０は、必要に応じて加飾されても構わない。
保護層５０の厚さ（平均値）は２５〜１０００μｍであることが好ましい。保護層５０の厚さ（平均値）が前記下限値以上であれば、ＸＹ方向位置検出用電極体４０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（第１電極体作製工程）とＸＹ方向位置検出用電極体作製工程（第２電極体作製工程）と発泡性樹脂層形成工程と易変形層形成接合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、Ｚ方向電極用基材シート２１の第１面２１ａにＹ方向電極部２２ａと引き回し配線２４ａと外部接続用端子２４ｂ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。
Ｙ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、Ｚ方向電極用基材シート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、Ｙ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２４ａ及び外部接続用端子２４ｂの形成方法としては、Ｚ方向電極用基材シート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、Ｘ方向用電極シート作製工程とＹ方向用電極シート作製工程とＸＹ方向位置検出用電極体形成工程とを有する。
本実施形態におけるＸ方向用電極シート作製工程では、Ｘ方向電極用基材シート４１の第１面４１ａにＸ方向電極部４２ａと引き回し配線４４ａと外部接続用端子４４ｂとを形成し、これらの上に絶縁膜４３を形成することにより、Ｘ方向用電極シート４０ａを得る。
本実施形態におけるＹ方向用電極シート作製工程では、Ｙ方向電極用基材シート４５の第１面４５ａにＹ方向電極部４６ａと引き回し配線４８ａと外部接続用端子４８ｂとを形成し、これらの上に絶縁膜４７を形成することにより、Ｙ方向用電極シート４０ｂを得る。
Ｘ方向電極部４２ａ及びＹ方向電極部４６ａの形成方法は、Ｚ方向位置検出用電極体２０のＹ方向電極部２２ａの形成方法と同様である。
引き回し配線４４ａ，４８ａ及び外部接続用端子４４ｂ，４８ｂ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２４ａ及び外部接続用端子２４ｂの形成方法と同様である。
絶縁膜４３，４７を形成した後には、Ｘ方向用電極シート４０ａ及びＹ方向用電極シート４０ｂ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。
本実施形態におけるＸＹ方向位置検出用電極体形成工程では、Ｘ方向用電極シート４０ａとＹ方向用電極シート４０ｂとを接着層４０ｃによって貼合する。本実施形態では、具体的には、Ｘ方向用電極シート４０ａの絶縁膜４３とＹ方向用電極シート４０ｂのＹ方向電極用基材シート４５とを接着層４０ｃによって貼合する。
例えば、接着剤がホットメルト接着剤である場合には、Ｘ方向用電極シート４０ａの絶縁膜４３の露出面に、接着剤を含む接着剤含有液を印刷又は塗工し、乾燥させて接着層４０ｃを形成する。次いで、接着層４０ｃにＹ方向用電極シート４０ｂのＹ方向電極用基材シート４５を重ねて接着する。接着の際には、Ｘ方向用電極シート４０ａと接着層４０ｃとＹ方向用電極シート４０ｂとを加熱圧着する。
また、予め、ホットメルト接着剤のフィルムを作製しておき、そのホットメルト接着剤フィルムを、Ｘ方向用電極シート４０ａとＹ方向用電極シート４０ｂとの間に挟み、加熱圧着してもよい。
接着剤が熱硬化性接着剤である場合には、Ｘ方向用電極シート４０ａの絶縁膜４３の露出面に、接着剤を含む接着剤含有液を印刷又は塗工し、必要に応じて乾燥させて未硬化接着剤層を形成する。次いで、未硬化接着剤層にＹ方向用電極シート４０ｂのＹ方向電極用基材シート４５を重ねる。次いで、Ｘ方向用電極シート４０ａと接着層４０ｃとＹ方向用電極シート４０ｂとを加熱し、接着剤を硬化させ、接着層４０ｃを形成させて接着する。
接着剤が光硬化性接着剤である場合には、Ｘ方向用電極シート４０ａの絶縁膜４３の露出面に、接着剤を含む接着剤含有液を印刷又は塗工し、必要に応じて乾燥させて未硬化接着剤層を形成する。次いで、未硬化接着剤層にＹ方向用電極シート４０ｂのＹ方向電極用基材シート４５を重ねる。次いで、Ｘ方向用電極シート４０ａ又はＹ方向用電極シート４０ｂを通して未硬化接着剤層に紫外線又は電子線を照射し、接着剤を硬化させ、接着層４０ｃを形成させて接着する。

［発泡性樹脂層形成工程］
本実施形態における発泡性樹脂層形成工程は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の一方の面に発泡性インクを印刷又は塗工して発泡性樹脂層を形成する工程である。具体的に、発泡性樹脂層形成工程は、Ｚ方向位置検出用電極体２０の絶縁膜２３の露出面に発泡性インクを印刷又は塗工して発泡性樹脂層を形成する工程である。

発泡性インクは、基体樹脂と発泡剤と弾性粒子と分散媒とを含有する液である。基体樹脂及び弾性粒子は上述したものである。
発泡剤としては、発泡剤は、物理発泡剤でもよいし、化学発泡剤でもよい。
物理発泡剤としては、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、イソブタン、ネオペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素；シクロブタン、シクロペンタンなどの環式脂肪族炭化水素；メチルクロライド、メチレンクロライド、ジクロロフルオロメタン、クロロトリフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロジフルオロメタン、ジフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロテトラフルオロエタン、モノクロロペンタフルオロエタン、１，１，１，２−テトラフルオロエタン、１−クロロ−１，１−ジフルオロエタン、１，２−ジクロロ−２，２，２−トリフルオロエタン、１，１−ジクロロ−１−フルオロエタンなどのハロゲン化炭化水素が挙げられる。また、物理発泡剤として、二酸化炭素、窒素、水も使用できる。
化学発泡剤としては、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾビスイソブチロニトリル、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウムなどが挙げられる。
上記の発泡剤は２種以上を混合して用いることもできる。

分散媒としては、水、炭化水素系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤等を使用でき、２種以上を併用してもよい。

発泡性インクの印刷方法としては、スクリーン印刷法、メタルマスク印刷法、パッド印刷法等を適用することができる。
発泡性インクの塗工方法としては、例えば、グラビアコート法、ロールコート法、カーテンフローコート法、バーコート法、ブレードコート法等、各種塗工方法を適用することができる。
発泡性インクの印刷後又は塗工後には、発泡性インクを乾燥してもよい。ただし、発泡性樹脂層形成工程では、分散媒の５質量％以上が残るように乾燥することが好ましい。分散媒の５質量％以上が残っていると、易変形層形成接合工程において、発泡性樹脂層に対するＸＹ方向位置検出用電極体の密着性を向上させることができる。

［易変形層形成接合工程］
本実施形態における易変形層形成接合工程は、前記発泡性樹脂層にＸＹ方向位置検出用電極体４０を積層した後、この積層により得た、Ｚ方向位置検出用電極体２０と発泡性樹脂層とＸＹ方向位置検出用電極体４０との積層体を加熱する工程である。この工程により、発泡性樹脂層を発泡させて易変形層３０を形成すると共に易変形層３０をＺ方向位置検出用電極体２０及びＸＹ方向位置検出用電極体４０に接合して、Ｚ方向位置検出用電極体２０と易変形層３０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との積層体を得る（図５参照）。
易変形層形成接合工程では、目的とする３次元センサ１の作製が容易になることから、発泡成形用型を用いることが好ましい。
図５に示すように、発泡成形用型Ｍを用いる場合には、Ｚ方向位置検出用電極体２０と発泡性樹脂層３０ａとＸＹ方向位置検出用電極体４０との積層体を発泡成形用型内に配置し、発泡成形用型Ｍを加熱して発泡性樹脂層３０ａを発泡させて易変形層３０を形成すると同時に、発泡成形用型Ｍ内で、易変形層３０をＺ方向位置検出用電極体２０及びＸＹ方向位置検出用電極体４０に接合する。
発泡成形用型ＭのキャビティＣは、発泡による体積増加を加味した形状とすることが好ましい。すなわち、Ｚ方向位置検出用電極体２０と発泡性樹脂層３０ａとＸＹ方向位置検出用電極体４０との積層体をキャビティＣ内部に配置したときに、Ｚ方向位置検出用電極体２０又はＸＹ方向位置検出用電極体とキャビティＣ内面との間に隙間が生じる大きさのキャビティＣにすることが好ましい。その隙間は、易変形層３０が目的の厚さとなるよう調整する。
発泡成形用型Ｍの加熱温度（すなわち、発泡性樹脂層３０ａの加熱温度）は、基体樹脂及び発泡剤の種類に応じて決められ、例えば、１００〜２００℃の範囲内とされる。

［保護層貼合工程］
保護層貼合工程は、Ｚ方向位置検出用電極体２０と易変形層３０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との積層体に保護層５０を貼合する工程である。
具体的に、保護層貼合工程では、Ｚ方向位置検出用電極体２０と易変形層３０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との積層体を構成するＸＹ方向位置検出用電極体４０の絶縁膜４７に保護層５０を、両面粘着テープ５１を用いて貼合する。

［支持板貼合工程］
支持板貼合工程は、Ｚ方向位置検出用電極体２０と易変形層３０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との積層体に支持板１０を貼合する工程である。
具体的に、支持板貼合工程では、Ｚ方向位置検出用電極体２０と易変形層３０とＸＹ方向位置検出用電極体４０との積層体を構成するＺ方向位置検出用電極体２０のＺ方向電極用基材シート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５０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４０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４２，４６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４０及び保護層５０は撓み、その撓みによって易変形層３０が圧縮変形する。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４０のＸ方向用電極シート４０ａとの距離が短くなる。その際の、導電膜２２と導電膜４２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）
上記実施形態の３次元センサ１を構成する易変形層３０は、発泡ポリマー３１中に弾性粒子３２が分散した層であり、印刷又は塗工等の簡便な工程によって形成できる。また、易変形層３０を形成すると同時に易変形層３０が接着剤の役割を果たしてＺ方向位置検出用電極体２０とＸＹ方向位置検出用電極体４０とを接合できるため、３次元センサ１を製造する際の工程数を少なくできる。
また、発泡ポリマー３１中に弾性粒子３２が分散している易変形層３０では、入力のために押圧されると、容易に圧縮変形する。また、押圧力が解放されると、弾性粒子３２の弾性力によって、易変形層３０は押圧前の形状に容易に復元する。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態において、Ｚ方向位置検出用電極体のＺ方向電極用基材シートに発泡性インクを印刷又は塗工して易変形層を形成し、その易変形層にＸＹ方向位置検出用電極体を接合してもよい。
また、Ｚ方向位置検出用電極体及びＸＹ方向位置検出用電極体においては絶縁膜を備えていなくても構わない。例えば、Ｚ方向位置検出用電極体の絶縁膜を省き、Ｚ方向位置検出用電極体の基材シート及び導電膜に易変形層を直接密着させてもよい。
また、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。
また、ＸＹ方向位置検出用電極体においては、Ｘ方向電極部を有するＸ方向用電極シートが保護層側に配置され、Ｙ方向電極部を有するＹ方向用電極シートが易変形層側に配置されても構わない。その場合には、Ｙ方向用電極シートのＹ方向電極用基材シートに易変形層が接する。
また、Ｘ方向用電極シート及びＹ方向用電極シートの両方を備えず、Ｘ方向用電極シート及びＹ方向用電極シートのいずれか一方のみとしてもよい。その場合、Ｚ方向位置検出用電極体の導電膜と、Ｘ方向用電極シート又はＹ方向用電極シートの導電膜とが対向するように配置してもよい。さらに、Ｚ方向位置検出用電極体の導電膜と、Ｘ方向用電極シート又はＹ方向用電極シートの導電膜とを対向させた場合には、絶縁膜を省いて、易変形層が絶縁膜を兼ねるようにしてもよい。
また、本発明においては、発泡ポリマー中に弾性粒子が分散した易変形層を形成した後に、第１電極体及び第２電極体を貼り合せても構わない。
また、本発明において、保護層及び支持板は任意の構成であり、３次元センサは、保護層及び支持板のいずれか一方が省略されたものでも構わない。

１ 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（第１電極体）
２１ Ｚ方向電極用基材シート
２２ 導電膜
２２ａ Ｙ方向電極部
２３ 絶縁膜
２４ａ 引き回し配線
２４ｂ 外部接続用端子
３０ 易変形層
３０ａ 発泡性樹脂層
３１ 発泡ポリマー
３２ 弾性粒子
４０ ＸＹ方向位置検出用電極体（第２電極体）
４０ａ Ｘ方向用電極シート
４０ｂ Ｙ方向用電極シート
４０ｃ 接着層
４１ Ｘ方向電極用基材シート
４２ 導電膜
４２ａ Ｘ方向電極部
４３ 絶縁膜
４４ａ 引き回し配線
４４ｂ 外部接続用端子
４５ Ｙ方向電極用基材シート
４６ 導電膜
４６ａ Ｙ方向電極部
４７ 絶縁膜
４８ａ 引き回し配線
４８ｂ 外部接続用端子
５０ 保護層
５１ 両面粘着テープ

Claims (6)

1. パターン状の導電膜を有するシート状の第１電極体と、パターン状の導電膜を備えるシート状の第２電極体と、前記第１電極体及び前記第２電極体の間に配置された易変形層とを具備する静電容量式３次元センサであって、
   前記易変形層は、発泡ポリマー中に弾性粒子が分散している層である、静電容量式３次元センサ。
2. 前記第１電極体は、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であり、該Ｚ方向位置検出用電極体は、Ｚ方向電極用基材シートと該Ｚ方向電極用基材シートの一方の面に設けられたパターン状の導電膜とを有する電極シートであり、
   前記第２電極体は、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であり、該ＸＹ方向位置検出用電極体は、Ｘ方向用電極シート及びＹ方向用電極シートを備え、Ｘ方向用電極シートは、Ｘ方向電極用基材シートと該Ｘ方向電極用基材シートの一方の面に設けられたパターン状の導電膜とを有し、Ｙ方向用電極シートは、Ｙ方向電極用基材シートと該Ｙ方向電極用基材シートの一方の面に設けられたパターン状の導電膜とを有し、Ｘ方向用電極シートの導電膜のパターンが、Ｘ方向に沿って形成されたＸ方向電極部を複数有するパターンであり、Ｙ方向用電極シートの導電膜のパターンが、Ｙ方向に沿って形成されたＹ方向電極部を複数有するパターンである、請求項１に記載の静電容量式３次元センサ。
3. 前記発泡ポリマーが発泡ポリウレタンであり、前記弾性粒子がポリウレタン粒子である、請求項１又は２に記載の静電容量式３次元センサ。
4. パターン状の導電膜を形成してシート状の第１電極体を作製する第１電極体作製工程と、
   パターン状の導電膜を形成してシート状の第２電極体を作製する第２電極体作製工程と、
   第１電極体の一方の面に、基体樹脂と発泡剤と弾性粒子と分散媒とを含有する発泡性インクを印刷又は塗工して発泡性樹脂層を形成する発泡性樹脂層形成工程と、
   前記発泡性樹脂層に前記第２電極体を積層した後、前記発泡性樹脂層を加熱して発泡させて、発泡ポリマー中に弾性粒子が分散した易変形層を形成すると共に該易変形層を前記第１電極体及び前記第２電極体に接合する易変形層形成接合工程とを有する、静電容量式３次元センサの製造方法。
5. 前記第１電極体作製工程では、Ｚ方向電極用基材シートの一方の面に、Ｘ方向又はＹ方向に沿って形成された電極部を複数有するパターン状の導電膜を形成して、Ｚ方向の位置を検出するためのシート状のＺ方向位置検出用電極体を作製し、
   前記第２電極体作製工程では、Ｘ方向電極用基材シートの一方の面に、Ｘ方向に沿って形成されたＸ方向電極部を複数有するパターン状の導電膜を形成してＸ方向用電極シートを作製するＸ方向用電極シート作製工程と、Ｙ方向電極用基材シートの一方の面に、Ｙ方向に沿って形成されたＹ方向電極部を複数有するパターン状の導電膜を形成してＹ方向用電極シートを作製するＹ方向用電極シート作製工程と、前記Ｘ方向用電極シートと前記Ｙ方向用電極シートとを貼合して、ＸＹ方向の位置を検出するためのシート状のＸＹ方向位置検出用電極体を形成するＸＹ方向位置検出用電極体形成工程とを有する、請求項４に記載の静電容量式３次元センサの製造方法。
6. 前記基体樹脂としてポリウレタンを用い、前記弾性粒子としてポリウレタン粒子を用いる、請求項４又は５に記載の静電容量式３次元センサの製造方法。

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