JP2630099B2

JP2630099B2 - 透明フラットスイッチ

Info

Publication number: JP2630099B2
Application number: JP7629591A
Authority: JP
Inventors: 美香輿水; 清八木田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-04-09
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JPH04312720A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はペンタッチによってシー
トを押圧して接点を開閉する透明フラットスイッチに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の透明フラットスイッチと
しては、例えば日本工業技術センター発行（昭和６０年
１１月３０日）の「入力装置開発・設計・応用の要点」
Ｐ．１７０に記載されたものがある。

【０００３】図６〜図１０は、上述の透明フラットスイ
ッチの構成を示す図で、各図において、１は透明な第１
の絶縁シートで、可撓性を持ち加えられる圧力によって
厚さ方向に容易に変位する。２は第１の絶縁シートの片
面（裏面）に設けられた可動電極で、透明な導電膜で形
成されている。３は可動電極２の一方の信号取出電極で
ある第１の可動リード、４は可動電極２の他方の信号取
出電極である第２の可動リード、５は第１の絶縁性シー
ト１、可動電極２および第１，第２の可動リード３，４
で構成された可動電極シート全体を示す。

【０００４】６は第１の絶縁シート１に対応する透明な
第２の絶縁シート、７は第２の絶縁シートの片面（表
面）に設けられた固定電極で、透明な導電膜で形成され
ている。８は固定電極７の一方の信号取出電極である第
１の固定リード、９は固定電極７の他方の信号取出電極
である第２の固定リード、１０は第２の絶縁シート６、
固定電極７および固定リード８，９で構成された固定電
極シート全体を示す。また、１１は絶縁ドットスペーサ
で、例えばシリコーン，アクリル，エポキシ，ポリエス
テル，ウレタン樹脂などの絶縁物で形成され、１つが直
径１５０〜５００μｍ、高さが直径の約１０％程度の大
きさをなし、スクリーン印刷を用いて固定電極７上に点
在して設けられている。

【０００５】次に動作について説明する。図６〜図８に
示すように構成された透明フラットスイッチを図９，図
１０に示すように指またはボールペン等の筆記具Ｐを用
いて第１の絶縁シート１を上から押圧することにより、
可撓性を持つ第１の絶縁シート１が下方へ変位し、これ
と共に可動電極２が下方へ押し出されて固定電極７とが
接触し、通電状態となる。逆に、第１の絶縁シート１に
加えられた押圧がなくなると、スペーサ１１により、第
１の絶縁シート１および可動電極２が元の状態に復元
し、可動電極２と固定電極７との間の導通が遮断され
る。

【０００６】このように筆記具Ｐにより第１の絶縁シー
ト１の上から押圧を加えたり、取り除いたりすることに
より、両電極２，７が導通状態または非導通状態とな
り、この状態を外部回路で検出することによって筆記具
Ｐの位置のＸＹ座標を検出することができる。すなわ
ち、両電極２，７が均一な抵抗分布となるように構成さ
れており、図１０に示すように、この透明フラットスイ
ッチを定電流源Ｓに接続し、両可動リード３，４に流入
する電流比（Ｘ座標）と、両固定リード８，９から流出
する電流比（Ｙ座標）とを求め、これらをアナログ・デ
ィジタル変換することによって、筆記具Ｐが押圧した座
標（Ｘ，Ｙ）の位置を下記の式を用いて求めることがで
きる。Ｘ＝ｉ２／Ｉ×ａＹ＝ｉ４／Ｉ×ｂ但し、Ｉ＝ｉ１＋ｉ２＝ｉ３＋ｉ４であり、Ｉは全電
流、ｉ１は第１の可動リード３から流入する電流、ｉ２
は第２の可動リード４から流入する電流、ｉ３は第１の
固定リード８から流出する電流、ｉ４は第２の固定リー
ド９から流出する電流をそれぞれ示す。

【０００７】なお、透明フラットスイッチを定電圧源に
接続しても同様に押圧した位置の座標（Ｘ，Ｙ）を電圧
値で求めることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、上記のような従来の透明フラットスイッチではス
クリーン印刷により固定電極７上に絶縁ドットスペーサ
１１を点在させて設けているため、図９のＥに示すよう
に、このスペーサ１１およびその近傍では押圧が加えら
れても両電極２，７が接続できず不感帯域が生じるとい
う点にある。

【０００９】このような不感帯域Ｅをなくす方法として
は、例えば絶縁ドットスペーサ１１の形状を小さくする
ことが考えられるが、現行のスクリーン印刷では小さく
できてもせいぜいφ１５０μｍ程度が限界であり、根本
的な対策とはなり得ない。

【００１０】従って、スクリーン印刷を用いずに電極上
に微細形状の粒子群（大きさとしては５０μｍ以下が望
ましい）を分散・固定する方法がある。然しながら、こ
の方法では電極である透明導電膜が薄膜であるため傷つ
き易く、一度傷がつくと抵抗値が上昇してしまい、正確
な座標位置を検出できなくなるという問題がある。

【００１１】このような問題を解決すべく、特開平１−
１０５４２０号公報「タッチパネル」に開示された発明
がある。この発明は、両電極の間に有機高分子よりなる
薄膜を設けてスペーサを廃止し、押圧を加えることによ
る電気破壊を利用することにより、不感帯域を無くし、
且つ、耐摩耗性の向上を図ることを目的としている。然
しながら、この先発明では、薄膜が押圧されることによ
る絶縁破壊だけを利用して、導通，非導通状態を実現さ
せているため、導通状態が完全になるように設定してお
くと非導通状態が不完全になり、逆に非導通状態が完全
になるように設定しておくと導通状態を完全にできず、
確実で安定した動作が得られないという問題点があっ
た。

【００１２】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたもので、耐摩耗性を向上させ不感帯域を最小限にで
きると共に、確実で安定した動作が得られる透明フラッ
トスイッチを得ることを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる透明フラ
ットスイッチは、相対する電極シートのうち、一方の電
極シートには絶縁性を有する微細形状の粒子を分散・固
定させると共に、他方の電極シートにはその膜厚が不均
一で部分的に電極が露出するように透明抵抗膜を設けた
ことを最も主要な特徴としている。

【００１４】

【作用】本発明においては、相対する電極シートのう
ち、一方の電極シートには絶縁性を有する微細形状の粒
子を分散・固定させると共に、他方の電極シートにはそ
の膜厚が不均一で部分的に電極が露出するように透明抵
抗膜を設けることとしたので、微細形状の粒子と透明抵
抗膜とで絶縁状態を実現でき、絶縁破壊と直接接触の両
方で導通状態を実現でき、且つ、透明抵抗膜により、微
細形状の粒子が直接電極に接することを防止できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１〜図５は本発明の一実施例を示す図で、各図
において、２１は第１の絶縁シートで、例えばガラス，
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，ポリブチレンフタレート，ポリカーボネート，ポリ
エーテルサルホン，ポリサルホン，エポキシ，アクリル
などの素材が用いられ、可撓性を持ち外部から加えられ
る押圧によって厚さ方向へ容易に変位するように形成さ
れている。

【００１６】そして、この絶縁シート２１の片面２１ａ
には、透明な導電膜で形成された可動電極２２が設けら
れている。この可動電極２２は、例えば金，ニッケル，
パラジウム，クロム，酸化錫，酸化インジウム，錫，酸
化銅などの素材が用いられ、表面抵抗値は１０〜１０⁴
Ω／ｃｍ ² 、可視光透過率が３０％以上としている。そ
して、この可動電極２２の左端には、信号取出電極とし
ての第１の可動リード２３が設けられ、右端には第１の
可動リード２３に対向する第２の可動リード２４が設け
られており、これらの可動リード２３，２４は、例えば
金，銀，銀・カーボン，カーボン，銅，銅・銀，ニッケ
ル，スズ，ハンダ，アルミニウムなどの導電性素材が用
いられ、その抵抗値は可動電極２２の抵抗値に比べ１０
倍以上小さく、通常は銀で導電性が１０^-4〜１０^-5Ωｃ
ｍ程度としている。

【００１７】また図２，図３に示すように、可動電極２
２の両可動リード２３，２４を除く面には、膜厚を不均
一にして部分的に電極が露出した箇所が点在するように
表面を凹凸にした透明抵抗膜２５が設けられており、こ
の透明抵抗膜２５はその表面抵抗を１０² 〜１０¹³Ω／
ｃｍ ² とし、その膜厚は厚い部分でも１μｍ以下に設定
してある。２６は第１の絶縁シート２１、可動電極２
２、可動リード２３，２４、透明抵抗膜２５で構成され
た本実施例における可動電極シート全体を示す。

【００１８】また図４，図５に示すように、絶縁シート
２７の片面２７ａには透明な導電膜で形成された固定電
極２８が設けられており、この固定電極２８は可動電極
２２と同様な素材で形成され、その上端には信号取出電
極としての第１の固定リード２９、下端には第１の固定
リード２９に対向する第２の固定リード３０がそれぞれ
設けられている。なお、これらの固定リード２９，３０
は可動リード２３，２４と同様の素材で形成されてい
る。

【００１９】固定電極２８の固定リード２９，３０を除
く面には、絶縁性を有し、且つ、その大きさがφ５０μ
ｍ以下のナイロン，ポリスチレン，ポリエチレン，テフ
ロン，シリカなどの微粒子からなるマイクロドットスペ
ーサ３１が分散・固定されている。３２は第２の絶縁シ
ート２７、固定電極２８、固定リード２９，３０、マイ
クロドットスペーサ３１で構成された本実施例における
固定電極シート全体を示す。

【００２０】次に動作について説明する。図１の筆記具
Ｐで示す位置で第１の絶縁シート２１に外部から押圧が
加えられると、この押圧により可撓性を持つ第１の絶縁
シート１がこの部分で変位し、固定電極シート３２のマ
イクロドットスペーサ３１によって保持されていたマイ
クロギャップを詰め、透明抵抗膜２５に押圧が加えられ
る。この透明抵抗膜２５はその厚さが１μｍ以下に設定
されており、押圧が加えられることにより、この部分で
絶縁破壊を起こし、この部分の可動電極２２と固定電極
２８とを導通させる。すなわち、透明抵抗膜２５が押圧
されることにより、トンネル効果，ショットキー効果，
コーヒラー効果などにより、透明抵抗膜２８自体の絶縁
が破壊され、あるいは上述した透明抵抗膜２５で部分的
に点在する電極が露出した箇所による可動電極２２と固
定電極２８との直接接触により、安定した抵抗値を持っ
た導通状態となる。

【００２１】この時の抵抗値は、主に両電極２２，２８
を構成する透明抵抗膜２５の表面抵抗値、透明抵抗膜２
５自体、信号取出電極を構成するリード２３，２４，２
９，３０の抵抗値で変化することは言うまでもないが、
通常は２〜３ｋΩ以下となる。従って、両電極２２，２
８間の抵抗値を検出することによって、導通状態を定義
することができる。

【００２２】マイクロドットスペーサ３１は従来の絶縁
ドットスペーサ１１（φ１５０μｍ以上）に比べて微細
なため、例えば４〜５本／ｍｍの高分解能を得ることが
できる。すなわち、不感帯域をφ２００μｍより十分に
小さくでき、そのため筆記に追従した正確な情報が出力
できる。そして、第１の絶縁シート２１に加えられた押
圧が除去されると、第１の絶縁シート２１および可動電
極２２が元の位置へ復元し、両電極２２，２８の電気的
な導通が遮断され、マイクロドットスペーサ３１が最終
的に例えば５０μｍのマイクロギャップを復元し、完全
な非導通状態となる。

【００２３】以上のように本実施例においては、固定電
極シート３２には絶縁性を有する微細形状のマイクロド
ットスペーサ３１を分散・固定させると共に、可動電極
シート２６にはその膜厚が不均一で部分的に電極が露出
するような状態で透明抵抗膜２５を設けることにより、
マイクロドットスペーサ３１と接する透明抵抗膜２５の
膜厚を１μｍ以下としても押圧が加わらない状態では良
好な絶縁状態を保つことができ、透明抵抗膜２５の膜厚
を１μｍ以下にできることによって押圧が加えられた場
合にトンネル効果，ショットキー効果，コーヒラー効果
を起こし、正確な導通状態を実現できる。また、透明抵
抗膜２５を数１０００Å以下の薄膜からなる電極２２の
全面に設けることにより、電極２２の保護も十分に行え
ることになる。

【００２４】なお、上記実施例では、スイッチ構成がア
ナログ方式（全面均一な電極を持つ方式）について説明
したが、ディジタル方式（パターニングされた電極を持
つ方式）でも、デジタル・アナログ方式でも、これらの
組合わせでも同様に実施できることは言うまでもない。
さらに、本発明は透明フラットスイッチについて説明し
ているが、特に透明フラットスイッチにおいて有意義な
発明であり、この種のフラットスイッチ全般に適用でき
ることは言うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の透明フラッ
トスイッチは、相対する電極のうち、一方の電極シート
には絶縁性を有する微細形状の粒子を分散・固定させる
と共に、他方の電極シートにはその膜厚が不均一で部分
的に電極が露出するような状態で透明抵抗膜を設けるこ
とにより、耐摩耗性を向上させ不感帯域を最小限にでき
ると共に、確実で安定した動作を行え、安価で大面積化
が可能となる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１に示す可動電極シートの構成を示す平面図
である。

【図３】図２に示す可動電極シートのＸ−Ｘ断面を示す
断面図である。

【図４】図１に示す固定電極シートの構成を示す平面図
である。

【図５】図４に示す固定電極シートのＹ−Ｙ断面を示す
断面図である。

【図６】従来の透明フラットスイッチの構成を示す断面
図である。

【図７】図６に示す可動電極シートを説明するための図
である。

【図８】図６に示す固定電極シートを説明するための図
である。

【図９】従来の透明フラットスイッチの動作を示す図で
ある。

【図１０】フラットスイッチにおける座標位置の検出方
法を説明する斜視図である。

【符号の説明】

２１第１の絶縁シート２２可動電極２５透明抵抗膜２６可動電極シート２７第２の絶縁シート２８固定電極３１マイクロドットスペーサ３２固定電極シート

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】相対する電極シートのうち、一方の電極
シートの電極面には絶縁性を有する微細形状の粒子を分
散・固定させると共に、他方の電極シートの電極面には
その膜厚が不均一で部分的に電極面が点在して露出する
ような状態で透明抵抗膜を設けたことを特徴とする透明
フラットスイッチ。
【請求項２】上記微細形状の粒子の大きさをφ５０μ
ｍ以下とし、上記透明抵抗膜は膜厚を最大膜厚１μｍ以
下、表面抵抗が１０² 〜１０¹³Ω／ｃｍ ² としたことを
特徴とする透明フラットスイッチ。