JP2017138644A - センサ装置、タッチ・プッシュ判定方法及びタッチ・プッシュ判定プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】温度変化等の環境変化または損傷等により誘電層の静電容量が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できるセンサ装置、タッチ・プッシュ判定方法、タッチ・プッシュ判定プログラムを提供すること。
【解決手段】センサ装置１００は、人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサ１１０と、タッチセンサ１１０における、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比に基づいて、タッチセンサ１１０がタッチされている状態と、タッチセンサ１１０がプッシュされている状態とを区別して判定するプロセッサ１２０と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】センサ装置１００は、人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサ１１０と、タッチセンサ１１０における、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比に基づいて、タッチセンサ１１０がタッチされている状態と、タッチセンサ１１０がプッシュされている状態とを区別して判定するプロセッサ１２０と、を備える。
【選択図】図１
Description
本発明はセンサ装置、タッチ・プッシュ判定方法及びタッチ・プッシュ判定プログラムに関し、特に静電容量が変化するタッチセンサを用いたセンサ装置、タッチ・プッシュ判定方法及びタッチ・プッシュ判定プログラムに関する。
情報機器の入力装置の一つとして、タッチパネルがある。タッチパネルは、パネル上に指が触れたこと（さらには触れた位置）を検出する入力装置である。このタッチパネルの検出方式として、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、静電容量方式等様々な検出方式がある。
タッチパネルの検出方式の一つである静電容量方式では、指先と導電膜の間での静電容量の変化を捉えることによりタッチ動作を検出している。
一方、パネルに触れるタッチ動作のみならず、パネルを押すプッシュ動作を検出する装置が検討されている。
静電容量方式を用いてタッチ動作に加えてプッシュ動作も検出する例として、特許文献１及び２には、検出部の静電容量の変化量等が所定の閾値以上である場合に、入力操作面が操作を受けていると判定するセンサ装置において、当該閾値を２以上設けることにより、例えばタッチ操作とプッシュ操作とを区別して判定することが記載されている（特許文献１の段落００７６及び特許文献２の段落００５４参照）
しかしながら、特許文献１及び２のセンサ装置では、静電容量の変化量に基づいてタッチ動作及びプッシュ動作を判定しているので、温度変化または損傷すると誘電層の誘電率や導電層と積層している面積が変化してしまい、その結果、静電容量の変化量も変化するので、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できないという問題があった。
本発明は、温度変化等の環境変化または損傷等により誘電層の誘電率や誘電率や導電層との積層している面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できるセンサ装置を提供することを目的としている。
一実施形態のセンサ装置は、人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサと、前記タッチセンサにおける、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比に基づいて、前記タッチセンサがタッチされている状態と、前記タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定するプロセッサと、を備える。
好ましくは、一実施形態のセンサ装置は、前記タッチセンサは、少なくとも第１導電層、誘電層、第２導電層及び絶縁層を備える。
好ましくは、一実施形態のセンサ装置は、前記第１導電層を接地し、前記プロセッサは、前記第２導電層と接地との間の静電容量を測定して、前記静電容量の比を算出する。
これらの一実施形態のセンサ装置によれば、タッチセンサの静電容量の比に基づいて、タッチセンサがタッチされている状態と、タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定することにより、環境または損傷等により誘電層の誘電率や導電層との積層している面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できる。
好ましくは、一実施形態のセンサ装置は、前記タッチセンサは、少なくとも第１導電層、誘電層、第２導電層及び絶縁層を備える。
好ましくは、一実施形態のセンサ装置は、前記第１導電層を接地し、前記プロセッサは、前記第２導電層と接地との間の静電容量を測定して、前記静電容量の比を算出する。
これらの一実施形態のセンサ装置によれば、タッチセンサの静電容量の比に基づいて、タッチセンサがタッチされている状態と、タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定することにより、環境または損傷等により誘電層の誘電率や導電層との積層している面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できる。
好ましくは、一実施形態のセンサ装置は、前記誘電層が、内部に気泡を含む樹脂層である。
一実施形態のセンサ装置によれば、誘電層に樹脂中に気泡を含む樹脂を用いた静電容量式タッチセンサを採用することにより、応力が加えられない状態から、応力を加えられた状態に変化したときに、静電容量の変化が大きくなるので、タッチ動作及びプッシュ動作との判定を区別しやすくできる。
一実施形態のセンサ装置によれば、誘電層に樹脂中に気泡を含む樹脂を用いた静電容量式タッチセンサを採用することにより、応力が加えられない状態から、応力を加えられた状態に変化したときに、静電容量の変化が大きくなるので、タッチ動作及びプッシュ動作との判定を区別しやすくできる。
好ましくは、一実施形態のセンサ装置は、押圧時の前記誘電層の厚さの減少は、前記絶縁層の厚さの減少より大きい。
一実施形態のセンサ装置によれば、押圧時の前記誘電層の厚さの減少が、前記絶縁層の厚さの減少より大きいことにより、応力を加えられた状態に変化したときに、静電容量の変化が大きくなるので、タッチ動作及びプッシュ動作との判定を区別しやすくできる。
一実施形態のセンサ装置によれば、押圧時の前記誘電層の厚さの減少が、前記絶縁層の厚さの減少より大きいことにより、応力を加えられた状態に変化したときに、静電容量の変化が大きくなるので、タッチ動作及びプッシュ動作との判定を区別しやすくできる。
好ましくは、一実施形態のセンサ装置は、前記誘電層の誘電率が、前記絶縁層の誘電率より小さい。
一実施形態のセンサ装置によれば、タッチパネルの誘電層の誘電率を、絶縁層の誘電率より小さくすることにより、無接触状態とタッチ状態との区別を容易にすることができる。
一実施形態のセンサ装置によれば、タッチパネルの誘電層の誘電率を、絶縁層の誘電率より小さくすることにより、無接触状態とタッチ状態との区別を容易にすることができる。
好ましくは、本発明のセンサ装置は、前記誘電層の誘電率が、前記絶縁層の誘電率より大きい。
一実施形態のセンサ装置によれば、タッチパネルの誘電層の誘電率を、絶縁層の誘電率より大きくすることにより、タッチ状態とプッシュ状態の区別を容易にすることができる。
一実施形態のセンサ装置によれば、タッチパネルの誘電層の誘電率を、絶縁層の誘電率より大きくすることにより、タッチ状態とプッシュ状態の区別を容易にすることができる。
一実施形態のタッチ・プッシュ判定方法は、人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサにおける、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比を算出し、前記の比に基づいて、前記タッチセンサがタッチされている状態と、前記タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定する。
一実施形態のタッチ・プッシュ判定方法によれば、タッチセンサの静電容量の比に基づいて、タッチセンサがタッチされている状態と、タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定することにより、環境または損傷等により誘電層の誘電率や導電層と積層部の面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できる。
一実施形態のタッチ・プッシュ判定方法によれば、タッチセンサの静電容量の比に基づいて、タッチセンサがタッチされている状態と、タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定することにより、環境または損傷等により誘電層の誘電率や導電層と積層部の面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できる。
一実施形態のタッチ・プッシュ判定プログラムは、人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサにおける、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比を算出するステップと、前記比に基づいて、前記タッチセンサがタッチされている状態と、前記タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定するステップと、判定結果を外部に出力するステップと、をコンピュータに実行させる。
一実施形態のタッチ・プッシュ判定プログラムによれば、タッチセンサの静電容量の比に基づいて、タッチセンサがタッチされている状態と、タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定することにより、環境または損傷等により誘電層の誘電率や導電層と積層している面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できる。
一実施形態のタッチ・プッシュ判定プログラムによれば、タッチセンサの静電容量の比に基づいて、タッチセンサがタッチされている状態と、タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定することにより、環境または損傷等により誘電層の誘電率や導電層と積層している面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できる。
本発明のセンサ装置によれば、環境または損傷等により誘電層の誘電率や導電層と積層している面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できる。
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかるセンサ装置の概略構成を示す略図である。図１において、センサ装置１００は、タッチセンサ１１０と、プロセッサ１２０とを備える。そして、タッチセンサ１１０は、少なくとも第１導電層１０１と、誘電層１０２と、第２導電層１０３と、絶縁層１０４とを備える。また、タッチセンサ１１０は、更に保護層１０５を備えても良い。プロセッサ１２０は、静電容量比算出器１１１及び判定器１１２の機能を有する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかるセンサ装置の概略構成を示す略図である。図１において、センサ装置１００は、タッチセンサ１１０と、プロセッサ１２０とを備える。そして、タッチセンサ１１０は、少なくとも第１導電層１０１と、誘電層１０２と、第２導電層１０３と、絶縁層１０４とを備える。また、タッチセンサ１１０は、更に保護層１０５を備えても良い。プロセッサ１２０は、静電容量比算出器１１１及び判定器１１２の機能を有する。
タッチセンサ１１０は、これらの少なくとも第１導電層１０１と、誘電層１０２と、第２導電層１０３と、絶縁層１０４を備える。そして、タッチセンサ１１０に指が触れる、または指で押されることにより、静電容量が変化する。
第１導電層１０１は、電気を導通する導電体の膜で構成される。例えば、第１導電層は、導電性インキにより形成された導電層や金属層で構成されることが好適である。第１導電層１０１は、プロセッサ１２０に接続すると共に、接地されている。
誘電層１０２は、誘電体の膜で構成される。例えば、誘電層１０２は、絶縁性物質の膜で構成されても良い。誘電層１０２は弾性を有する弾性体であることが好ましく、例えば、気泡を含む樹脂層で構成されることが好ましい。気泡を含む樹脂層で構成される場合については、実施の形態２で後述する。また、気泡を有しない場合としては、天然ゴム、合成ゴム等の利用が考えられる。また、誘電層１０２は、第１導電層１０１の一面に積層していることが望ましい。
第２導電層１０３は、第１導電層１０１と同様に電気を導通する導電体の膜で構成される。例えば、第２導電層は、導電性インキにより形成された導電層や金属層で構成されることが好適である。また、第２導電層１０３は、第１導電層１０１とは反対側の誘電層１０２の一面に積層していることが望ましい。
絶縁層１０４は、絶縁体の膜で構成される。例えば、絶縁層１０４は、絶縁性物質の膜で構成されることが好適である。そして、絶縁層１０４は、誘電層１０２とは反対側の第２導電層１０３の一面に形成されていることが望ましい。
保護層１０５は、絶縁体の膜で構成される。例えば、保護層１０５は、絶縁性物質の膜で構成されることが好適である。そして、保護層１０５は、誘電層１０２とは反対側の第１導電層１０１の一面に形成されていることが望ましい。
すなわち、図１に示すように、保護層１０５と、第１導電層１０１と、誘電層１０２と、第２導電層１０３と、絶縁層１０４とは、順に積層されている。
静電容量比算出器１１１は、第１導電層１０１及び第２導電層１０３と電気的に接続し、タッチセンサ１１０の静電容量を測定する。そして、静電容量比算出器１１１は、人体が接触していない状態（無接触状態）での静電容量を基準として、タッチセンサ１１０における、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比（以下「静電容量の比」と呼ぶ）を算出し、静電容量の比を判定器１１２に出力する。
判定器１１２は、静電容量の比に基づいて、タッチセンサ１１０が、タッチされた状態、プッシュされた状態、タッチもプッシュもされていない状態のいずれであるか判定し、判定結果を外部に出力する。ここで、タッチセンサ１１０に指が触れた状態（以下「タッチ状態」と呼ぶ）は、所定の応力以下でタッチセンサ１１０に指が触れた状態を示す。また、タッチセンサ１１０が押された状態（以下「プッシュ状態」と呼ぶ）は、所定の応力より大きい力でプッシュ状態を示す。そして、タッチもプッシュもされていない状態は、タッチセンサ１１０に指が触れていない状態（以下「無接触状態」と呼ぶ）を示す。
プロセッサ１２０は、アナログ回路及び／またはデジタル回路を備え、静電容量比算出器１１１及び判定器１１２の機能を実現するプロセッサである。例えば、プロセッサ１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の論理回路を備えることが好適である。また、プロセッサ１２０は、複数の回路を集積した半導体装置で構成してもよい。
例えば、プロセッサ１２０は、タッチセンサ１１０の静電容量を測定するための回路を備える。具体的には、プロセッサ１２０は、インピーダンスブリッジ、ディップメータまたはＬＣＲメータの機能を備え、タッチセンサ１１０の静電容量を測定する。また、プロセッサ１２０は、測定した静電容量に関するアナログ信号（例えば電圧値または電流値）をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路を備えてもよい。そして、プロセッサ１２０は、無接触状態での静電容量を基準値として記憶するメモリ、バッファまたはレジスタを備えてもよい。さらに、プロセッサ１２０は、演算機能を有し、測定したタッチセンサ１１０の静電容量を基準値で除算することにより静電容量の比を算出する。以上の構成を有することにより、プロセッサ１２０は、静電容量比算出器１１１の機能を実現する。
また、プロセッサ１２０は、各状態を判定する閾値を記憶するメモリ、バッファまたはレジスタを備えてもよい。そして、プロセッサ１２０は、静電容量の比と所定の閾値とを比較する演算機能を有することにより、判定器１１２の機能を実現する。
次に、タッチセンサ１１０の状態変化に伴う静電容量の変化について、図２〜４を用いて説明する。
図２は、無接触状態でのタッチセンサ１１０の状態を概略的に説明する略図及び電気的に等価な回路を示す図である。図２に示すように、タッチセンサ１１０の絶縁層１０４に何も触れていない場合、誘電層１０２を誘電体とし、第１導電層１０１と第２導電層１０３とが電極となるコンデンサＣ２０１が形成される。したがって、タッチセンサ１１０の静電容量は、誘電層１０２を誘電体とし、第１導電層１０１と第２導電層１０３が電極となるコンデンサＣ２０１の静電容量に等しくなる。そこで、この場合のタッチセンサ１１０の静電容量をＣ１ｉｎｉｔとする。Ｃｉｎｉｔと略することもある。
図２は、無接触状態でのタッチセンサ１１０の状態を概略的に説明する略図及び電気的に等価な回路を示す図である。図２に示すように、タッチセンサ１１０の絶縁層１０４に何も触れていない場合、誘電層１０２を誘電体とし、第１導電層１０１と第２導電層１０３とが電極となるコンデンサＣ２０１が形成される。したがって、タッチセンサ１１０の静電容量は、誘電層１０２を誘電体とし、第１導電層１０１と第２導電層１０３が電極となるコンデンサＣ２０１の静電容量に等しくなる。そこで、この場合のタッチセンサ１１０の静電容量をＣ１ｉｎｉｔとする。Ｃｉｎｉｔと略することもある。
次に、タッチ状態の静電容量について説明する。図３は、タッチ状態でのタッチセンサ１１０の状態を概略的に説明する略図及び電気的に等価な回路を示す図である。図３に示すように、タッチセンサ１１０に指が触れた場合、指が仮想的なＧＮＤとなり接地状態となる。したがって、タッチセンサ１１０の静電容量は、コンデンサＣ２０１と絶縁層１０４を誘電体とするコンデンサＣ２０２とが並列に接続された回路の合成静電容量となる。よって、この場合のタッチセンサ１１０の静電容量、ＣｔｏｕｃｈはＣ１ｔｏｕｃｈ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈとなる。
そして、タッチ状態でのコンデンサＣ２０１の静電容量Ｃ１ｔｏｕｃｈは、無接触状態でのコンデンサＣ２０１の静電容量Ｃ１ｉｎｉｔと同じなので、タッチ状態でのタッチセンサ１１０の静電容量、ＣｔｏｕｃｈはＣ１ｉｎｉｔ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈとなる。
更に、プッシュ状態の静電容量について説明する。図４は、プッシュ状態でのタッチセンサ１１０の状態を概略的に説明する略図及び電気的に等価な回路を示す図である。前記と同様にこの場合のタッチセンサ１１０の静電容量、ＣｐｕｓｈはＣ１ｐｕｓｈ＋Ｃ２ｐｕｓｈとなる。
図４に示すようにタッチセンサ１１０が一定以上の力で押された場合、誘電層１０２及び絶縁層１０４の厚さが減少する。一般に、コンデンサの静電容量は、誘電体の誘電率及び面積に比例し、誘電体の厚さに反比例する。したがって、誘電層１０２及び絶縁層１０４の厚さが減少することにより、コンデンサＣ２０１及びコンデンサＣ２０２の静電容量が増加する。そして、プッシュ状態でも、指が仮想的なＧＮＤとなり接地状態となるので、タッチセンサ１１０の静電容量は、静電容量が増加したコンデンサＣ２０１と、静電容量が増加したコンデンサＣ２０２とが並列に接続された回路の合成静電容量となる。言い換えれば、プッシュ状態におけるコンデンサＣ２０１とコンデンサＣ２０２の合成静電容量は、タッチ状態におけるコンデンサＣ２０１とコンデンサＣ２０２の合成静電容量より大きくなる。
つまり、Ｃｐｕｓｈ ＞ Ｃｔｏｕｃｈ
Ｃ１ｐｕｓｈ＋Ｃ２ｐｕｓｈ ＞ Ｃ１ｔｏｕｃｈ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ
Ｃ１ｐｕｓｈ＋Ｃ２ｐｕｓｈ ＞ Ｃ１ｉｎｉｔ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ
となる。
図４に示すようにタッチセンサ１１０が一定以上の力で押された場合、誘電層１０２及び絶縁層１０４の厚さが減少する。一般に、コンデンサの静電容量は、誘電体の誘電率及び面積に比例し、誘電体の厚さに反比例する。したがって、誘電層１０２及び絶縁層１０４の厚さが減少することにより、コンデンサＣ２０１及びコンデンサＣ２０２の静電容量が増加する。そして、プッシュ状態でも、指が仮想的なＧＮＤとなり接地状態となるので、タッチセンサ１１０の静電容量は、静電容量が増加したコンデンサＣ２０１と、静電容量が増加したコンデンサＣ２０２とが並列に接続された回路の合成静電容量となる。言い換えれば、プッシュ状態におけるコンデンサＣ２０１とコンデンサＣ２０２の合成静電容量は、タッチ状態におけるコンデンサＣ２０１とコンデンサＣ２０２の合成静電容量より大きくなる。
つまり、Ｃｐｕｓｈ ＞ Ｃｔｏｕｃｈ
Ｃ１ｐｕｓｈ＋Ｃ２ｐｕｓｈ ＞ Ｃ１ｔｏｕｃｈ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ
Ｃ１ｐｕｓｈ＋Ｃ２ｐｕｓｈ ＞ Ｃ１ｉｎｉｔ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ
となる。
このように、タッチセンサ１１０の静電容量は、無接触状態、タッチ状態及びプッシュ状態でそれぞれ異なるので、プロセッサ１２０は、この静電容量の違いから各状態のいずれであるか判定する。
次に、プロセッサ１２０の判定方法について説明する。上述したように、タッチセンサ１１０の静電容量は、無接触状態、タッチ状態及びプッシュ状態でそれぞれ異なる。
そこで、実施の形態１では、無接触状態での、タッチセンサ１１０の静電容量、Ｃ１ｉｎｉｔを基準値とし、静電容量の比（すなわち、測定した静電容量／基準値）に基づいて、各状態のいずれであるかを判定する。
具体的には、プッシュ動作等により応力が加えられてない状態において、誘電層１０２を誘電体とするコンデンサＣ２０１の静電容量をＣ１、絶縁層１０４を誘電体とするコンデンサＣ２０２の静電容量をＣ２と定義すると、基準値はＣ１となる。
ここで、無接触状態では、タッチセンサ１１０の静電容量は、誘電層１０２を誘電体とするコンデンサＣ２０１の静電容量に等しいので、静電容量の比はＣ１／Ｃ１＝１となる。
一方、タッチ状態では、上述したように、タッチセンサ１１０の静電容量は、コンデンサＣ２０１と絶縁層１０４を誘電体とするコンデンサＣ２０２とが並列に接続された合成静電容量となる。すなわち、タッチ状態のタッチセンサ１１０の静電容量はＣ１ｔｏｕｃｈ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ＝Ｃ１ｉｎｉｔ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈなので、
静電容量の比は、
（Ｃ１ｔｏｕｃｈ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ）／Ｃ１ｉｎｉｔ
＝（Ｃ１ｉｎｉｔ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ）／Ｃ１ｉｎｉｔ
＝１＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ／Ｃ１ｉｎｉｔとなる。
静電容量の比は、
（Ｃ１ｔｏｕｃｈ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ）／Ｃ１ｉｎｉｔ
＝（Ｃ１ｉｎｉｔ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ）／Ｃ１ｉｎｉｔ
＝１＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ／Ｃ１ｉｎｉｔとなる。
ここで、閾値ｔｈ１を１より大きく、１＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ／Ｃ１ｉｎｉｔより小さい値に設定することにより、静電容量の比が閾値ｔｈ１以下の場合、プロセッサ１２０は、無接触状態であると判定できる。また、静電容量の比が閾値ｔｈ１より大きい場合、プロセッサ１２０は、タッチ状態であると判定できる。
そして、無接触状態とタッチ状態とを判定しやすくするためには、Ｃ２ｔｏｕｃｈを大きくすることが好ましい。静電容量のより大きな材料で絶縁層１０４を形成したり、絶縁層１０４の厚みを薄くしたりすることによってＣ２ｔｏｕｃｈを大きくすることができる。絶縁層１０４の厚みを薄くすることが簡便でもあり、効果的である。従って、絶縁層１０４の厚みは、誘電層１０２に比して薄いことが好ましい。
そして、無接触状態とタッチ状態とを判定しやすくするためには、Ｃ２ｔｏｕｃｈを大きくすることが好ましい。静電容量のより大きな材料で絶縁層１０４を形成したり、絶縁層１０４の厚みを薄くしたりすることによってＣ２ｔｏｕｃｈを大きくすることができる。絶縁層１０４の厚みを薄くすることが簡便でもあり、効果的である。従って、絶縁層１０４の厚みは、誘電層１０２に比して薄いことが好ましい。
他方、プッシュ状態では、上述したように、誘電層１０２及び絶縁層１０４の厚さが減少することにより、コンデンサＣ２０１及びコンデンサＣ２０２の静電容量が増加する。また、プッシュ状態でも、上述のように、タッチセンサ１１０の静電容量は、コンデンサＣ２０１と絶縁層１０４を誘電体とするコンデンサＣ２０２とが並列に接続された回路の合成静電容量となる。
したがって、プッシュ状態のタッチセンサ１１０の静電容量、Ｃｐｕｓｈは、タッチ状態の場合の静電容量、Ｃｔｏｕｃｈ＝Ｃ１ｔｏｕｃｈ＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ より大きい値となる。
ここで、閾値ｔｈ２を１＋Ｃ２／Ｃ１より大きく、プッシュ状態のタッチセンサ１１０の静電容量Ｃｐｕｓｈより小さい値に設定することにより、静電容量の比が閾値ｔｈ２以下の場合、プロセッサ１２０は、タッチ状態であると判定できる。また、静電容量の比が閾値ｔｈ２より大きい場合、プロセッサ１２０は、プッシュ状態であると判定できる。
プロセッサ１２０は、以上の２つの閾値判定を組み合わせて、無接触状態、タッチ状態、プッシュ状態と、を区別して判定する。すなわち、プロセッサ１２０は、静電容量の比が閾値ｔｈ１以下の場合、無接触状態であると判定し、静電容量の比が閾値ｔｈ１より大きく且つ閾値ｔｈ２以下の場合、タッチ状態であると判定し、静電容量の比が閾値ｔｈ２より大きい場合、プロセッサ１２０は、プッシュ状態であると判定する。
以上の判定について、静電容量の比に基づいてタッチ動作と、プッシュ動作とを区別して判定する利点を説明する。図５は、通常時と損傷時の静電容量を比較する一例を示すグラフである。
例えば、静電容量の基準値Ｃｉｎｉｔが１０ｐＦであり、タッチパネルに指が触れた時の静電容量Ｃｔｏｕｃｈが２０ｐＦであり、タッチパネルが指で押された時の静電容量Ｃｐｕｓｈが３０ｐＦであると仮定する。この場合、Ｃ２ｔｏｕｃｈはＣｔｏｕｃｈ−Ｃｉｎｉｔなので１０ｐＦと計算できる。
ここで仮に、タッチパネルが割れる等の損傷により面積が半分になった場合、タッチ状態、プッシュ状態及び無接触状態での静電容量も半分になってしまう。すなわち、静電容量の基準値Ｃｉｎｉｔは、５ｐＦ、タッチ状態の静電容量Ｃｔｏｕｃｈは、１０ｐＦ、プッシュ状態の静電容量Ｃｐｕｓｈは、１５ｐＦとなってしまう。
このような通常時と損傷時でのセンサ装置の判定について、図６を用いて説明する。図６は、通常時と損傷時の静電容量の比を比較する一例を示すグラフである。図６に示すように、通常では、プッシュ状態での静電容量の比は、Ｃｐｕｓｈ／Ｃｉｎｉｔ＝３０／１０＝３となる。また、通常では、タッチ状態での静電容量の比は、Ｃｔｏｕｃｈ／Ｃｉｎｉｔ＝２０／１０＝２となる。また、通常では、無接触状態での静電容量の比は、Ｃｉｎｉｔ／Ｃｉｎｉｔ＝１０／１０＝１となる。
例えば、無接触状態とタッチ状態を区別する閾値ｔｈ１＝１.５とし、タッチ状態とプッシュ状態を区別する閾値ｔｈ２＝２.５とすると、静電容量の比と、閾値ｔｈ１及びｔｈ２との大小関係により、無接触状態、タッチ状態及びプッシュ状態とが区別して判定できる。
そして、損傷時では、プッシュ状態での静電容量の比は、Ｃｐｕｓｈ／Ｃｉｎｉｔ＝１５／５＝３となる。また、損傷時では、タッチ状態での静電容量の比は、Ｃｔｏｕｃｈ／Ｃｉｎｉｔ＝１０／５＝２となる。また、損傷時では、無接触状態での静電容量の比は、Ｃｉｎｉｔ／Ｃｉｎｉｔ＝５／５＝１となる。
つまり、通常時であれ損傷時であれ、無接触状態とタッチ状態を区別するための閾値ｔｈ１を、１より大きく、１＋Ｃ２ｔｏｕｃｈ／Ｃ１ｉｎｉｔ（即ち、１＋１０／１０＝２）より小さい値と設定することにより、無接触状態とタッチ状態を区別することができる。また、閾値ｔｈ２を２より大きく、３より小さい値と設定することによりタッチ状態とプッシュ状態とを区別できる。
このように、タッチパネルが割れる等の損傷により、各状態での静電容量が半分となったとしても、静電容量の比で判定することにより、静電容量の絶対値に左右されずに、タッチ状態、プッシュ状態及び無接触状態を区別して判定することができる。
一方、特許文献１、２に記載されたセンサ装置は、静電容量の変化量に基づいてタッチとプッシュとを区別して判定している。図７は、通常時と損傷時の静電容量の変化量を比較する一例を示すグラフである。図７に示すように、タッチパネルに指が触れた場合、通常では、静電容量の変化量は、Ｃｔｏｕｃｈ−Ｃｉｎｉｔ＝１０ｐＦとなる。そして、タッチパネルが指で押された場合、通常では、静電容量の変化量は、Ｃｐｕｓｈ−Ｃｉｎｉｔ＝２０ｐＦとなる。
例えば、無接触状態とタッチ状態を区別する閾値ｔｈ１’＝５ｐＦとし、タッチ状態とプッシュ状態を区別する閾値ｔｈ２’＝１５ｐＦとすると、静電容量の変化量と、閾値ｔｈ１’及びｔｈ２’との大小関係により、無接触状態、タッチ状態及びプッシュ状態とが区別して判定できる。
しかしながら、損傷時では、タッチ状態での静電容量の変化量は、Ｃｔｏｕｃｈ−Ｃｉｎｉｔ＝５ｐＦとなる。また、損傷時では、プッシュ状態での静電容量の変化量は、Ｃｐｕｓｈ−Ｃｉｎｉｔ＝１０ｐＦとなる。ここで、損傷時のプッシュ状態での静電容量の変化量１０ｐＦは、タッチ状態とプッシュ状態を区別する閾値ｔｈ２’＝１５ｐＦ以下であるので、タッチ状態であると誤った判定がなされてしまう。同様にタッチ状態での静電容量の変化量５ｐＦは、無接触状態とタッチ状態を区別する閾値ｔｈ１’＝５ｐＦ以下であるので、無接触状態であると誤った判定がなされてしまう。
このように、引用文献１、２に記載されたセンサ装置では、損傷時にタッチ状態、プッシュ状態を誤って判定してしまう。
上述のように、特許文献１、２のセンサ装置は、損傷等によりタッチパネルの静電容量が変化すると、静電容量の変化量も影響を受けてしまい、静電容量の変化量に基づいたタッチ動作と、プッシュ動作との判定にも誤りが生じうる。しかしながら、本実施の形態のセンサ装置は、損傷等によりタッチパネルの静電容量が変化したとしても、静電容量の比に影響がないので、静電容量の比に基づいたタッチ動作と、プッシュ動作とを正しく区別して判定できる。
このように、実施の形態１のセンサ装置によれば、タッチセンサの静電容量の比に基づいて、タッチセンサがタッチされている状態と、タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定することにより、環境または損傷等により誘電層の誘電率や導電層と積層している面積が変化しても、タッチ動作及びプッシュ動作を正しく判定できる。
（実施の形態２）
上述したように、実施の形態１のセンサ装置１００は、絶縁層１０４の誘電率及び厚みに依拠する静電容量がタッチ状態の判定に大きく影響し、誘電層１０２及び絶縁層１０４の厚さの減少による静電容量の増加がプッシュ状態の判定に大きく影響する。
実施の形態２では、実施の形態１のセンサ装置１００の誘電層１０２として内部に気泡を含む樹脂層を用いる例について説明する。
上述したように、実施の形態１のセンサ装置１００は、絶縁層１０４の誘電率及び厚みに依拠する静電容量がタッチ状態の判定に大きく影響し、誘電層１０２及び絶縁層１０４の厚さの減少による静電容量の増加がプッシュ状態の判定に大きく影響する。
実施の形態２では、実施の形態１のセンサ装置１００の誘電層１０２として内部に気泡を含む樹脂層を用いる例について説明する。
内部に気泡を含む樹脂層を誘電層１０２に用いたコンデンサは、樹脂より比誘電率が低い気体を含むので、気泡を含まない樹脂そのものを用いた場合よりも静電容量が小さい。一方、気体は分子密度が樹脂より小さいので、応力を加えると、気体の方が樹脂より圧縮されやすく、樹脂より先に気泡が圧縮変形する。したがって、内部に気泡を含む樹脂層を誘電層１０２として用いる場合、応力が加えられることにより、内部に気泡を含む樹脂層内の気泡が変形し、比誘電率の低い気体の体積が減少するので、誘電層１０２の比誘電率が上昇する。また、樹脂より先に気泡が変形することにより、誘電層１０２が所定の応力で押圧された場合、体積の減少率が気泡を含まない場合より大きい。
そして、押圧が解除されると、変形していた気泡や樹脂の形状が復元する。
そして、押圧が解除されると、変形していた気泡や樹脂の形状が復元する。
すなわち、内部に気泡を含む樹脂層を誘電層１０２に用いたコンデンサは、応力が加えられない状態から、応力を加えられた状態に変化したときに、誘電率の上昇し、また厚さの減少が大きいことにより、静電容量の変化が大きい。
したがって、プッシュ状態の判定に大きく影響する誘電層１０２を内部に気泡を含む樹脂層とすることにより、タッチ状態とプッシュ状態での、静電容量の変化を大きくする。
樹脂層を形成する樹脂は、加熱による溶融と冷却による固化とを可逆的に繰り返し得るものの他、硬化したものも用い得る。なお、ここでいう樹脂とは単独の樹脂はもちろん、複数の樹脂や硬化剤や各種添加剤を含む樹脂組成物をも含む意である。樹脂の種類としては、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、エチレン酢酸ビニル系等種々のものが挙げられる。
固化と溶融を可逆的に繰返し得る樹脂組成物の１つとして、いわゆるホットメルト型の接着剤の利用が挙げられる。樹脂や添加剤等を溶融し均一にした後、気体を吹き込みながら冷却することにより、ホットメルト型の接着剤に気泡を含有させることができる。気泡を含有する固体状態のホットメルト型の接着剤を導電層１０１、１０３との間に挟み、加熱しホットメルト型の接着剤を軟化・溶融した後、冷却すれば、誘電層１０２の両側に導電層１０１、１０３を積層することができる。
なお、本発明でいう気泡とは、空隙を有すという意である。即ち、一般的には気泡とは閉じた領域に気体を内包する状態を指すと思われるが、本発明では表面に開口部を有する空隙を内部に有すものも好適に使用できる。表面の開口部は複数でもよい。例えば、蟻の巣穴状態の空隙であってもよい。もちろん、閉じた領域に気体を内包する一般的な意味での気泡と蟻の巣穴状態の空隙とが混在する状態であってもよい。従って、ポリエチレンフォーム、ウレタンフォーム等、いわゆる「発泡体」も誘電層１０２として利用できる。発泡させる手段は特に限定されず、空隙内の気体としては空気、窒素等が挙げられる。
以下にタッチセンサ１１０の第１導電層１０１、誘電層１０２、第２導電層１０３、絶縁層１０４及び保護層１０５を形成する実施例について説明する。
製造例１では、第１及び第２導電層１０１、１０３を形成するための材料について、
製造例２では、絶縁層１０４及び保護層１０５を形成するための材料について、それぞれ説明する。
実施例１は、製造例１で得られた導電層形成材料と、発泡ホットメルトと、製造例２で得られた絶縁層及び保護層形成材料とを組合せてなるタッチセンサについて説明する。
実施例２は、製造例２で得られた絶縁層及び保護層形成材料の代わりにポリイミドフィルムを用いてなるタッチセンサについて説明する。
製造例１では、第１及び第２導電層１０１、１０３を形成するための材料について、
製造例２では、絶縁層１０４及び保護層１０５を形成するための材料について、それぞれ説明する。
実施例１は、製造例１で得られた導電層形成材料と、発泡ホットメルトと、製造例２で得られた絶縁層及び保護層形成材料とを組合せてなるタッチセンサについて説明する。
実施例２は、製造例２で得られた絶縁層及び保護層形成材料の代わりにポリイミドフィルムを用いてなるタッチセンサについて説明する。
［製造例１］
＜合成例１：ポリウレタンウレア樹脂Ａの合成例＞
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置、窒素導入管を備えた反応容器に、ポリオキシテトラメチレングリコール（「ＰＴＧ−２０００ＳＮ」、Ｍｎ＝２０２９ 保土ヶ谷化学工業社製）１９５．０部、ジメチロールブタン酸６．７０部、イソホロンジイソシアネート４０．８部、トルエン７０．０部を仕込み、窒素雰囲気下９０℃４時間反応させ、これにトルエン２５０部を加えて、Ｍｗ＝２２，０００のイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液を得た。
次に、イソホロンジアミン６．１1部、ジ−ｎ−ブチルアミン０．５９部、２−プロパノール１１２．５部、トルエン１８４．５部を混合したものに、得られたイソシアネート基を含むウレタンプレポリマー溶液５０６．３部を添加し、８５℃４時間反応させ、Ｍｗ＝１０５，０００、酸価＝１０．２ｍｇＫＯＨ／ｇ、不揮発分２５％であるポリウレタンウレア樹脂Ａの溶液を得た。
＜合成例１：ポリウレタンウレア樹脂Ａの合成例＞
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置、窒素導入管を備えた反応容器に、ポリオキシテトラメチレングリコール（「ＰＴＧ−２０００ＳＮ」、Ｍｎ＝２０２９ 保土ヶ谷化学工業社製）１９５．０部、ジメチロールブタン酸６．７０部、イソホロンジイソシアネート４０．８部、トルエン７０．０部を仕込み、窒素雰囲気下９０℃４時間反応させ、これにトルエン２５０部を加えて、Ｍｗ＝２２，０００のイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液を得た。
次に、イソホロンジアミン６．１1部、ジ−ｎ−ブチルアミン０．５９部、２−プロパノール１１２．５部、トルエン１８４．５部を混合したものに、得られたイソシアネート基を含むウレタンプレポリマー溶液５０６．３部を添加し、８５℃４時間反応させ、Ｍｗ＝１０５，０００、酸価＝１０．２ｍｇＫＯＨ／ｇ、不揮発分２５％であるポリウレタンウレア樹脂Ａの溶液を得た。
＜合成例２：ポリアミド樹脂エラストマーＢの合成＞
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、導入管、温度計を備えた４口フラスコに、多塩基酸化合物としてプリオール１００９（ＣＲＯＤＡ社製水添蒸留ダイマー酸）を１７３．５ｇ、ポリアミン化合物としてプリアミン１０７４（ＣＲＯＤＡ社製ダイマージアミン）を１５７．９ｇ仕込み、発熱の温度が一定になるまで撹拌した。温度が安定したことを確認後１１０℃まで加熱し、脱水反応の開始を確認してから、３０分間かけて温度を１２０℃まで加熱した。その後、温度が３０分間で１０℃高くなる速度で加熱を行った。温度が２３０℃に到達した後は、温度を維持して３時間反応を継続した。その後、約２ｋPaの真空下まで減圧した状態を１時間保持した後、冷却した。次いで、酸化防止剤を添加し、重量平均分子量１２４０００、酸価４ｍｇＫＯＨ／ｇ、ガラス転移温度−５８℃、２５℃における貯蔵弾性率４５ＭＰＡ、引張弾性率１１ＭＰＡのポリアミド樹脂エラストマーＢを得た。
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、導入管、温度計を備えた４口フラスコに、多塩基酸化合物としてプリオール１００９（ＣＲＯＤＡ社製水添蒸留ダイマー酸）を１７３．５ｇ、ポリアミン化合物としてプリアミン１０７４（ＣＲＯＤＡ社製ダイマージアミン）を１５７．９ｇ仕込み、発熱の温度が一定になるまで撹拌した。温度が安定したことを確認後１１０℃まで加熱し、脱水反応の開始を確認してから、３０分間かけて温度を１２０℃まで加熱した。その後、温度が３０分間で１０℃高くなる速度で加熱を行った。温度が２３０℃に到達した後は、温度を維持して３時間反応を継続した。その後、約２ｋPaの真空下まで減圧した状態を１時間保持した後、冷却した。次いで、酸化防止剤を添加し、重量平均分子量１２４０００、酸価４ｍｇＫＯＨ／ｇ、ガラス転移温度−５８℃、２５℃における貯蔵弾性率４５ＭＰＡ、引張弾性率１１ＭＰＡのポリアミド樹脂エラストマーＢを得た。
＜センサ用導電層形成材料の製造例＞
合成例１で得られたポリウレタンウレア樹脂Ａ−１の溶液：４００部、ビスフェノールＡタイプエポキシ：６０部（「アデカレジンＥＰ−４１００」、エポキシ当量＝１９０ｇ／Ｅｑ ＡＤＥＫＡ社製）、エラストマーとして合成例２で得られたポリアミド樹脂Ｂ：７５部、導電性フィラーとして格体に銅、被覆層に銀を使用した樹枝粒子（Ｄ50＝１１μｍ、福田金属箔粉工業社製）３００部、硬化剤として、２−メチルイミダゾール：３部、無機フィラーとしてシリカ（「ＮｉｐｓｉｌＳＳ−５０Ｆ」東ソーシリカ社製）：２５部、シランカップリング剤としてｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシランを混合し、導電層形成用ペーストを得た。
合成例１で得られたポリウレタンウレア樹脂Ａ−１の溶液：４００部、ビスフェノールＡタイプエポキシ：６０部（「アデカレジンＥＰ−４１００」、エポキシ当量＝１９０ｇ／Ｅｑ ＡＤＥＫＡ社製）、エラストマーとして合成例２で得られたポリアミド樹脂Ｂ：７５部、導電性フィラーとして格体に銅、被覆層に銀を使用した樹枝粒子（Ｄ50＝１１μｍ、福田金属箔粉工業社製）３００部、硬化剤として、２−メチルイミダゾール：３部、無機フィラーとしてシリカ（「ＮｉｐｓｉｌＳＳ−５０Ｆ」東ソーシリカ社製）：２５部、シランカップリング剤としてｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシランを混合し、導電層形成用ペーストを得た。
この導電層形成用ペーストを剥離性シートに塗工して１００℃で２分間乾燥させ、厚さ４０μｍのセンサ用導電層形成材料を得た。センサ用導電層形成材料のゲル分率を後述する方法に従って求めたところ８０％であった。
＜ゲル分率＞
１００メッシュのステンレス金網を幅３０ｍｍ・長さ１００ｍｍに準備し、重量(Ｗ１)を測定した。続いて、センサ用導電層形成材料を幅１０ｍｍ・長さ８０ｍｍの大きさに準備し、前記ステンレス金網でセンサ用導電層形成材料が見えないように包み試験片とし、重量（Ｗ２）を測定した。作製した試験片を室温（２５℃）でメチルエチルケトン（ＭＥＫ）中に浸漬し、１時間放置した。次いで試験片をＭＥＫから取り出し、１５０℃で１０分間乾燥した後、重量（Ｗ３）を測定した。そして下算式（１）を用いてゲル分率を算出した。
（Ｗ３−Ｗ１)／（Ｗ２−Ｗ１）×１００[％] 数式（１）
１００メッシュのステンレス金網を幅３０ｍｍ・長さ１００ｍｍに準備し、重量(Ｗ１)を測定した。続いて、センサ用導電層形成材料を幅１０ｍｍ・長さ８０ｍｍの大きさに準備し、前記ステンレス金網でセンサ用導電層形成材料が見えないように包み試験片とし、重量（Ｗ２）を測定した。作製した試験片を室温（２５℃）でメチルエチルケトン（ＭＥＫ）中に浸漬し、１時間放置した。次いで試験片をＭＥＫから取り出し、１５０℃で１０分間乾燥した後、重量（Ｗ３）を測定した。そして下算式（１）を用いてゲル分率を算出した。
（Ｗ３−Ｗ１)／（Ｗ２−Ｗ１）×１００[％] 数式（１）
[製造例２：センサ用絶縁層及び保護層形成材料]
＜合成例３：カルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの合成＞
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、導入管、温度計を備えた４口フラスコに、ポリカーボネートジオール（クラレポリオールＣ−２０９０：株式会社クラレ製：３−メチル−１，５−ペンタンジオール／１，６−ヘキサンジオール＝９／１（モル比）共重合ポリカーボネートジオール：水酸基価＝５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、Ｍｗ＝２０００）２９２．１部、テトラヒドロ無水フタル酸（リカシッドＴＨ：新日本理化株式会社製）４４．９部、溶剤としてトルエン３５０部を仕込み、窒素気流下、攪拌しながら６０℃まで昇温し、均一に溶解させた。続いてこのフラスコを１１０℃に昇温し、３時間反応させた。その後、４０℃に冷却後、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＹＤ−８１２５：東都化成株式会社製：エポキシ当量＝１７５ｇ／ｅｑ）６２．９部、触媒としてトリフェニルホスフィン４部を添加して１１０℃に昇温し、８時間反応させた。室温まで冷却後、テトラヒドロ無水フタル酸１１．８部を添加し、１１０℃で３時間反応させた。室温まで冷却後、トルエンで固形分が３５％になるよう調整し、カルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの溶液を得た。本合成例によって得たカルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの重量平均分子量は１２６００、実測による樹脂固形分の酸価は１５．３ｍｇＫＯＨ／ｇであった。
＜合成例３：カルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの合成＞
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、導入管、温度計を備えた４口フラスコに、ポリカーボネートジオール（クラレポリオールＣ−２０９０：株式会社クラレ製：３−メチル−１，５−ペンタンジオール／１，６−ヘキサンジオール＝９／１（モル比）共重合ポリカーボネートジオール：水酸基価＝５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、Ｍｗ＝２０００）２９２．１部、テトラヒドロ無水フタル酸（リカシッドＴＨ：新日本理化株式会社製）４４．９部、溶剤としてトルエン３５０部を仕込み、窒素気流下、攪拌しながら６０℃まで昇温し、均一に溶解させた。続いてこのフラスコを１１０℃に昇温し、３時間反応させた。その後、４０℃に冷却後、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＹＤ−８１２５：東都化成株式会社製：エポキシ当量＝１７５ｇ／ｅｑ）６２．９部、触媒としてトリフェニルホスフィン４部を添加して１１０℃に昇温し、８時間反応させた。室温まで冷却後、テトラヒドロ無水フタル酸１１．８部を添加し、１１０℃で３時間反応させた。室温まで冷却後、トルエンで固形分が３５％になるよう調整し、カルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの溶液を得た。本合成例によって得たカルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの重量平均分子量は１２６００、実測による樹脂固形分の酸価は１５．３ｍｇＫＯＨ／ｇであった。
＜センサ用絶縁層及び保護層形成材料の製造例＞
合成例３で得られたカルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの溶液の固形分１００部に対して、多官能グリシジルエーテル型エポキシ樹脂（三菱化学社製「エピコート１０３１Ｓ」）２０部、及び熱硬化助剤としてケミタイトＰＺ（株式会社日本触媒製、多官能アジリジン化合物）１部を混合し、絶縁性塗料を得た。
この絶縁性塗料を剥離性シート上に、乾燥後の膜厚が３０μｍとなるように均一に塗工して乾燥させ、センサ用絶縁層及び保護層形成材料を得た。
合成例３で得られたカルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの溶液の固形分１００部に対して、多官能グリシジルエーテル型エポキシ樹脂（三菱化学社製「エピコート１０３１Ｓ」）２０部、及び熱硬化助剤としてケミタイトＰＺ（株式会社日本触媒製、多官能アジリジン化合物）１部を混合し、絶縁性塗料を得た。
この絶縁性塗料を剥離性シート上に、乾燥後の膜厚が３０μｍとなるように均一に塗工して乾燥させ、センサ用絶縁層及び保護層形成材料を得た。
<<実施例１>>
それぞれ、寸法１０ｃｍ×１０ｃｍの、
絶縁層１０４として製造例２で得られた厚さ３０μｍのセンサ用絶縁層形成材料、
導電層１０３として製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）、
誘電層１０２として厚さ７００μｍの発泡ホットメルト（東洋アドレ社製）、
導電層１０１として製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）、
保護層１０５として製造例２で得られたセンサ用保護層形成材料を、
この順に積層し、１７０℃、２ＭＰａ、５分の条件で圧着処理をした後、１６０℃の電気オーブンで６０分加熱をして、寸法１０ｃｍ×１０ｃｍの［絶縁層／導電層／誘電層／導電層／絶縁層］という５層構成のタッチセンサを得た。
なお積層の際に１０ｍｍ×３０ｍｍの新日鐵株式会社製ポリイミド銅貼り積層板「エスパネックスＭ」の銅箔面側の端部を導電層側に正方形の対辺に１つずつ設置し、静電容量を測定する際の取り出し電極とした。
それぞれ、寸法１０ｃｍ×１０ｃｍの、
絶縁層１０４として製造例２で得られた厚さ３０μｍのセンサ用絶縁層形成材料、
導電層１０３として製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）、
誘電層１０２として厚さ７００μｍの発泡ホットメルト（東洋アドレ社製）、
導電層１０１として製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）、
保護層１０５として製造例２で得られたセンサ用保護層形成材料を、
この順に積層し、１７０℃、２ＭＰａ、５分の条件で圧着処理をした後、１６０℃の電気オーブンで６０分加熱をして、寸法１０ｃｍ×１０ｃｍの［絶縁層／導電層／誘電層／導電層／絶縁層］という５層構成のタッチセンサを得た。
なお積層の際に１０ｍｍ×３０ｍｍの新日鐵株式会社製ポリイミド銅貼り積層板「エスパネックスＭ」の銅箔面側の端部を導電層側に正方形の対辺に１つずつ設置し、静電容量を測定する際の取り出し電極とした。
<<実施例２>>
それぞれ、寸法１０ｃｍ×１０ｃｍの、
絶縁層１０４として厚さ１００μｍのポリイミドフィルム（デュポン(株)製、カプトン４００Ｈ）、
導電層１０３として製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）、
誘電層１０２として厚さ７００μｍの発泡ホットメルト（東洋アドレ社製）、
導電層１０１として製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）、
保護層１０５として前記ポリイミドフィルムを、
この順に積層し、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
それぞれ、寸法１０ｃｍ×１０ｃｍの、
絶縁層１０４として厚さ１００μｍのポリイミドフィルム（デュポン(株)製、カプトン４００Ｈ）、
導電層１０３として製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）、
誘電層１０２として厚さ７００μｍの発泡ホットメルト（東洋アドレ社製）、
導電層１０１として製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）、
保護層１０５として前記ポリイミドフィルムを、
この順に積層し、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
実施例１で得られたタッチセンサについて、導電層１０１を接地し、無接触状態、タッチ状態、プッシュ状態の静電容量をそれぞれ測定すると、無接触状態：１９９ｐＦ、タッチ状態：２２１ｐＦ、プッシュ状態：３００ｐＦとなる。
同様に実施例２で得られたタッチセンサについても、無接触状態、タッチ状態、プッシュ状態の静電容量を測定すると、無接触状態：１９９ｐＦ、タッチ状態：２０６ｐＦ、プッシュ状態：２８５ｐＦとなる。
同様に実施例２で得られたタッチセンサについても、無接触状態、タッチ状態、プッシュ状態の静電容量を測定すると、無接触状態：１９９ｐＦ、タッチ状態：２０６ｐＦ、プッシュ状態：２８５ｐＦとなる。
このように実施の形態２のセンサ装置によれば、誘電層に樹脂中に気泡を含む発泡ホットメルトを用いた静電容量式タッチセンサを採用することにより、応力が加えられない状態から、応力を加えられた状態に変化したときに、静電容量の変化が大きくなるので、タッチ動作及びプッシュ動作との判定を区別しやすくできる。
また、上述したように、発泡ホットメルトは、応力が加えられると気泡が変形するので、誘電層１０２に発泡ホットメルトを用い、絶縁層１０４に一般的な樹脂等を用いると、押圧時の誘電層１０２の厚さの減少は、絶縁層１０４の厚さの減少より大きくなる。したがって、プッシュ状態の判定に大きく影響する誘電層１０２の厚さの減少による静電容量の変化量が、タッチ状態とプッシュ状態で大きく変化するので、タッチ動作とプッシュ動作との判定を区別しやすくなる。
このように実施の形態２のセンサ装置によれば、押圧時の前記誘電層１０２の厚さの減少が、前記絶縁層１０４の厚さの減少より大きいことにより、応力を加えられた状態に変化したときに、静電容量の変化が大きくなるので、タッチ動作とプッシュ動作との判定を区別しやすくできる。
（実施の形態３）
実施の形態３では、タッチ動作とプッシュ動作との判定をさらに区別しやすくするために、誘電層１０２と絶縁層１０４の誘電率及び厚さの最適な範囲を決定した。
<<実施例３〜６>>
実施例１では３０μｍであった絶縁層１０４の厚みを０．０１３ｍｍとし、
０．７ｍｍであった誘電層１０２の厚みを０．７ｍｍ（実施例３）、１．４ｍｍ（実施例４）、２．１ｍｍ（実施例５）、２．８ｍｍ（実施例６）とし、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
実施の形態３では、タッチ動作とプッシュ動作との判定をさらに区別しやすくするために、誘電層１０２と絶縁層１０４の誘電率及び厚さの最適な範囲を決定した。
<<実施例３〜６>>
実施例１では３０μｍであった絶縁層１０４の厚みを０．０１３ｍｍとし、
０．７ｍｍであった誘電層１０２の厚みを０．７ｍｍ（実施例３）、１．４ｍｍ（実施例４）、２．１ｍｍ（実施例５）、２．８ｍｍ（実施例６）とし、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
<<実施例７〜８>>
実施例１では３０μｍであった絶縁層１０４の厚みを０．０２２ｍｍ（実施例５）、０．０４４ｍｍ（実施例８）とし、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
実施例１では３０μｍであった絶縁層１０４の厚みを０．０２２ｍｍ（実施例５）、０．０４４ｍｍ（実施例８）とし、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
<<実施例９>>
合成例３で得られたカルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの溶液の固形分１００部に対して、多官能グリシジルエーテル型エポキシ樹脂（三菱化学社製「エピコート１０３１Ｓ」）１１．２部、酸化チタン５５．２部、分散剤１．４部を混合し、絶縁性塗料を得た。
この絶縁性塗料を剥離性シート上に、乾燥後の膜厚が０．０２４ｍｍとなるように均一に塗工して乾燥させ、センサ用絶縁層及び保護層形成材料を得た。
前記センサ用絶縁層及び保護層形成材料を用い、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
合成例３で得られたカルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの溶液の固形分１００部に対して、多官能グリシジルエーテル型エポキシ樹脂（三菱化学社製「エピコート１０３１Ｓ」）１１．２部、酸化チタン５５．２部、分散剤１．４部を混合し、絶縁性塗料を得た。
この絶縁性塗料を剥離性シート上に、乾燥後の膜厚が０．０２４ｍｍとなるように均一に塗工して乾燥させ、センサ用絶縁層及び保護層形成材料を得た。
前記センサ用絶縁層及び保護層形成材料を用い、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
<<実施例１０>>
酸化チタンを６４６部、分散剤を１６．２部とした以外は実施例９と同様にしてタッチセンサを得た。
酸化チタンを６４６部、分散剤を１６．２部とした以外は実施例９と同様にしてタッチセンサを得た。
<<実施例１１>>
実施例１では３０μｍであった絶縁層１０４の厚みを０．０１３ｍｍとし、
実施例１で誘電層１０２として用いた発泡ホットメルトの代わりに、厚み０．７ｍｍのウレタンフォームの両面にそれぞれ粘着層を有する総厚０．８５ｍｍの両面粘着テープを用い、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
実施例１では３０μｍであった絶縁層１０４の厚みを０．０１３ｍｍとし、
実施例１で誘電層１０２として用いた発泡ホットメルトの代わりに、厚み０．７ｍｍのウレタンフォームの両面にそれぞれ粘着層を有する総厚０．８５ｍｍの両面粘着テープを用い、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
<<実施例１２〜１４>>
実施例１１で用いた両面粘着テープを２層（実施例１２）、４層（実施例１３）、６層（実施例１４）貼り合せ、それぞれ１．７ｍｍ、３．４ｍｍ、５．１ｍｍの厚みの誘電層１０２として用い、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
実施例１１で用いた両面粘着テープを２層（実施例１２）、４層（実施例１３）、６層（実施例１４）貼り合せ、それぞれ１．７ｍｍ、３．４ｍｍ、５．１ｍｍの厚みの誘電層１０２として用い、面積を２×２ｃｍとした以外は、実施例１と同様にしてタッチセンサを得た。
以下の実施例３〜１４では、無接触状態をInitialで示し、タッチ状態をtouchで示し、プッシュ状態をPushで示している。またプッシュ状態については、タッチセンサ１１０を押す力を１Ｎ、２Ｎ、５Ｎ、１０Ｎ、２０Ｎ、５０Ｎとした場合の静電容量の比をそれぞれ示している。そして、実施例３〜１４では、無接触状態、タッチ動作及びプッシュ動作を複数回繰り返し、それぞれの動作における静電容量を測定した。そして、無接触状態の静電容量を基準として、静電容量の比の分布を算出した。
図８〜図１９は、タッチ動作及びプッシュ動作におけるタッチセンサの静電容量の比の分布を示す散布図である。図８〜１９において、横軸は、接触無し状態を基準とした静電容量の比を示し、縦軸は頻度を示す。図８〜１９における誘電層１０２及び絶縁層１０４の条件を以下の表１に示す。
図８〜１５に示すように、誘電層１０２の誘電率が、絶縁層１０４の誘電率より小さい場合、無接触状態と、タッチ状態との静電容量の比が大きく異なるので、無接触状態と、タッチ状態とを区別して判定する場合に有利である。逆に、図１６〜１９に示すように、誘電層１０２の誘電率が、絶縁層１０４の誘電率より大きい場合、タッチ状態と、プッシュ状態との静電容量の比が大きく異なるので、タッチ状態と、プッシュ状態とを区別して判定する場合に有利である。
このように、実施の形態３のセンサ装置によれば、タッチパネルの誘電層の誘電率を、絶縁層の誘電率より小さくすることにより、無接触状態とタッチ状態との区別を容易にすることができる。
また、実施の形態３のセンサ装置によれば、タッチパネルの誘電層の誘電率を、絶縁層の誘電率より大きくすることにより、タッチ状態とプッシュ状態の区別を容易にすることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、第１導電層１０１と、誘電層１０２と、第２導電層１０３と、絶縁層１０４の４層構造について記載しているが、各層の間に、接着のための層等、別の層を加えてもよい。また、保護層１０５の代わりに絶縁基板等を用いても良い。
また、上記実施の形態では、閾値判定において、静電容量の比が閾値より大きい、または閾値以下である判定を行っているが、静電容量の比が閾値以上、または閾値より小さいで判定してもよい。
また、上記実施の形態では、一つのタッチセンサ１１０を備えるセンサ装置１００として記載しているが、タッチセンサ１１０の数は特に限定されない。例えば、タッチセンサ１１０を一面の行及び列で複数配置し、第１導電層１０１及び第２導電層１０３をマトリックス状に形成してもよい。
また、静電容量比算出器１１１及び判定器１１２については、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアまたはソフトウェアで実施できる。また、処理の一部をソフトウェアで実施し、それ以外をハードウェアで実施することとしても良い。ソフトウェアで実施する際には、マイクロプロセッサ等の１つあるいは複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータシステムに機能ブロックの処理に関するプログラムを実行させればよい。これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−Ｒ（DVD Recordable）、ＤＶＤ−Ｒ ＤＬ（DVD-R Dual Layer)、ＤＶＤ−ＲＷ（DVD ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＲ＋Ｒ ＤＬ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＢＤ−Ｒ（Blu-ray（登録商標） Disc Recordable）、ＢＤ−ＲＥ（Blu-ray （登録商標）Disc Rewritable）、ＢＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
また、実施の形態２で述べた内部に気泡を含む樹脂は、誘電層１０２に適用することにより、プッシュ状態の静電容量とタッチ状態の静電容量の差を大きくできるので、静電容量の変化量で、無接触状態、タッチ状態及びプッシュ状態を判定するセンサ装置に適用してもよい。すなわち、誘電層１０２が発泡ホットメルト樹脂で構成され、プロセッサ１２０に、タッチセンサ１１０の静電容量の変化量の算出、図７で説明した判定を行ってもよい。また、誘電層１０２に発泡ホットメルト樹脂を用いることにより、静電容量を測定して他の判定方法で無接触状態、タッチ状態及びプッシュ状態を判定するセンサ装置に適用してもよい。
また、上記実施形態のセンサ装置における誘電層は弾性を有する弾性体であってもよい。誘電層に弾性体を用いた静電容量式タッチセンサを採用することにより、応力が加えられない状態から、応力を加えられた状態に変化したときに、静電容量の変化が大きくなるので、タッチ動作及びプッシュ動作との判定を区別しやすくできる。
（付記１）
内部に気泡を含む樹脂からなる誘電層を有し、人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサと、
前記タッチセンサの静電容量の変化量に基づいて、前記タッチセンサがタッチされている状態と、前記タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定するプロセッサと、を備えるセンサ装置。
内部に気泡を含む樹脂からなる誘電層を有し、人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサと、
前記タッチセンサの静電容量の変化量に基づいて、前記タッチセンサがタッチされている状態と、前記タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定するプロセッサと、を備えるセンサ装置。
１００ センサ装置
１０１ 導電層
１０２ 誘電層
１０３ 導電層
１０４ 絶縁層
１０５ 保護層
１１０ タッチセンサ
１１１ 静電容量比算出器
１１２ 判定器
１２０ プロセッサ
Ｃ２０１ コンデンサ
Ｃ２０２ コンデンサ
１０１ 導電層
１０２ 誘電層
１０３ 導電層
１０４ 絶縁層
１０５ 保護層
１１０ タッチセンサ
１１１ 静電容量比算出器
１１２ 判定器
１２０ プロセッサ
Ｃ２０１ コンデンサ
Ｃ２０２ コンデンサ
Claims (9)
- 人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサと、
前記タッチセンサにおける、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比に基づいて、前記タッチセンサがタッチされている状態と、前記タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定するプロセッサと、を備えるセンサ装置。 - 前記タッチセンサは、少なくとも第１導電層、誘電層、第２導電層及び絶縁層を備える請求項１に記載のセンサ装置。
- 前記第１導電層を接地し、
前記プロセッサは、前記第２導電層と接地との間の静電容量を測定して、前記比を算出する請求項２に記載のセンサ装置。 - 前記誘電層は、内部に気泡を含む樹脂である請求項２または３に記載のセンサ装置。
- 押圧時の前記誘電層の厚さの減少は、前記絶縁層の厚さの減少より大きい請求項２から４のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記誘電層の誘電率が、前記絶縁層の誘電率より小さい請求項２から５のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記誘電層の誘電率が、前記絶縁層の誘電率より大きい請求項２から５のいずれかに記載のセンサ装置。
- 人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサにおける、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比を算出し、
前記比に基づいて、前記タッチセンサがタッチされている状態と、前記タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定するタッチ・プッシュ判定方法。 - 人体の接触または押圧により静電容量が変化するタッチセンサにおける、接触または押圧された状態の静電容量と無接触状態の静電容量との比を算出するステップと、
前記比に基づいて、前記タッチセンサがタッチされている状態と、前記タッチセンサがプッシュされている状態とを区別して判定するステップと、
判定結果を外部に出力するステップと、をコンピュータに実行させるタッチ・プッシュ判定プログラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016016972A JP2017138644A (ja) | 2016-02-01 | 2016-02-01 | センサ装置、タッチ・プッシュ判定方法及びタッチ・プッシュ判定プログラム |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2016016972A JP2017138644A (ja) | 2016-02-01 | 2016-02-01 | センサ装置、タッチ・プッシュ判定方法及びタッチ・プッシュ判定プログラム |
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| JP (1) | JP2017138644A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019159442A (ja) * | 2018-03-08 | 2019-09-19 | 株式会社ワコム | フォースセンサ無タッチセンサにおける疑似プッシュ判定方法 |
| WO2019188830A1 (ja) * | 2018-03-27 | 2019-10-03 | 豊田合成株式会社 | トランスデューサー装置 |
| CN114270299A (zh) * | 2019-09-04 | 2022-04-01 | 三菱电机株式会社 | 触摸面板装置、操作识别方法和操作识别程序 |
-
2016
- 2016-02-01 JP JP2016016972A patent/JP2017138644A/ja active Pending
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