JP5839470B2 - ポインティングデバイス、及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポインティングデバイス、及びその製造方法に関する。

スマートフォン、及び携帯型ゲーム機などの携帯型電子機器の普及に伴い、表示画面内の入力位置を検出するタッチパネルが広く用いられている。平面状の入力面を備えるタッチパネルは、例えば、トラックボールとは異なり、立体的な操作感を使用者に与えることができない。

これに対し、例えば、特許文献１には、ドーム状の入力面を有し、該入力面内に隙間をおいて配置された２層の電極パタンの接触による電位の変化に基づいて、入力位置を検出するポインティングデバイスが開示されている。また、特許文献２には、凸曲面の入力面を有し、該入力面内に設けられた２層の電極間の静電容量の変化に基づいて、入力位置を検出するポインティングデバイスが開示されている。

特開２００３−２９６０１４号公報 特開２００３−９１３６０号公報

この種のポインティングデバイスは、入力面の押下時に加わる入力荷重に起因して、入力面と、入力面の周囲に存在する平面領域との境界部分に、クラックなどの損傷が発生し得るという問題がある。とりわけ、入力面、及び平面領域の内側に形成されるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウム錫）などの導電膜は、比較的に硬質であるから、損傷が生じやすい。

また、上記の平面領域は、入力面ではないから、押下時の入力位置が検出されないための構造を必要とする。例えば、特許文献１に開示されたポインティングデバイスは、入力面の外部にある平面領域において、対向する二層の導電膜が、互いに接触しないように、接着剤などによって接着されるとともに、絶縁されているため、平面領域における入力位置の検出が防止される。

しかしながら、このポインティングデバイスは、二層の導電膜が接着により一体化されているために、入力面に加わる入力荷重によって当該境界部分に発生する応力を緩和することができず、損傷が生じ得る。また、特許文献２には、平面領域を電子機器の筐体により覆う点は開示されているが、ポインティングデバイス自体に、平面領域における入力位置の検出を防止する構造を設ける点は開示されていない。

本発明の課題は、入力面外における入力位置の検出が防止され、入力荷重に起因する損傷を防止し得るポインティングデバイス、及びその製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るポインティングデバイスは、上方向に膨らんだ膨出部、及び前記膨出部から延在する平面部を有する可撓性のフィルムと、前記フィルムの下部に設けられた第１導電膜と、基材の上部に設けられ、前記第１導電膜と対向する第２導電膜と、前記第１導電膜の下部、及び前記第２導電膜の上部の一方に形成され、前記第１及び第２導電膜の間に、互いに間隔をおいて配列された絶縁性の複数のスペーサとを有する。前記複数のスペーサの間隔は、前記平面部内の領域において、前記膨出部内の領域より狭くなるように設けられている。

上記のポインティングデバイスによると、可撓性のフィルムに設けられた膨出部が押下されると、スペーサ間の間隔において入力荷重による撓みが生じ、対向する第１及び第２導電膜が互いに接触するから、押下された位置が入力位置として検出される。

複数のスペーサは、第１及び第２導電膜の間に配列されているから、スペーサ間の間隔に応じて第１及び第２導電膜の接触に必要な入力荷重が決定される。そして、複数のスペーサの間隔は、平面部内の領域において、膨出部内の領域より狭くなるように設けられているから、第１及び第２導電膜が、所定の入力荷重により、膨出部内の領域では互いに接触し、平面部内の領域では互いに接触しないように構成される。したがって、上記のポインティングデバイスによると、入力面外の平面部における入力位置の検出が防止される。

また、複数のスペーサは、第１導電膜の下部、及び第２導電膜の上部の一方に形成されているから、第１及び第２導電膜を互いに固定しない。このため、第１導電膜が設けられたフィルムは、第２導電膜が設けられた基材に対して自在に撓むことができるから、膨出部に入力荷重が加わったときに、膨出部と平面部との境界に生ずる応力が緩和され、損傷が防止される。

上記のポインティングデバイスにおいて、前記フィルムは、側面視において、前記膨出部と前記平面部との境界部分がカーブしてもよい。

上記のポインティングデバイスにおいて、前記複数のスペーサは、それぞれ、前記第１導電膜の下部、及び第２導電膜の上部の他方から離れてもよい。

また、本発明に係るポインティングデバイスの製造方法は、可撓性のフィルムを加熱して、一対の型枠の間に挟み込むことにより、前記フィルムに、上方向に膨らんだ膨出部、及び前記膨出部から延在する平面部を形成する工程と、前記フィルムの下部に第１導電膜を形成する工程と、基材の上部に第２導電膜を形成する工程と、前記第１導電膜の下部、及び第２導電膜の上部の一方に、互いに間隔をおいて配列された絶縁性の複数のスペーサを形成する工程と、前記第２導電膜が、前記複数のスペーサを挟んで前記第１導電膜と対向するように、前記基材に前記フィルムを重ねる工程とを有する。ここで、前記複数のスペーサの間隔は、前記平面部内の領域において、前記膨出部内の領域より狭くなるように設けられる。なお、上記の製造方法において、前記フィルムを、下部に前記第１導電膜を設けた後に加熱してもよい。また、前記基材が他のフィルムを含む場合、当該フィルムを、上部に第２導電膜を設けた後に加熱して、膨出部、及び平面部を形成してもよい。

この製造方法によると、上記のポインティングデバイスが得られるから、上述した作用効果が得られる。

上記の製造方法において、前記膨出部、及び前記平面部は、側面視において、前記膨出部と前記平面部との境界部分がカーブするように形成されてもよい。

上記の製造方法において、前記フィルムは、前記複数のスペーサが、それぞれ、前記第１導電膜の下部、及び第２導電膜の上部の他方から離れるように、前記基材と重ねられてもよい。

以上述べたように、本発明によれば、入力面外における入力位置の検出が防止され、入力荷重に起因する損傷を防止し得るポインティングデバイス、及びその製造方法を提供することができる。

ポインティングデバイスの平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったポインティングデバイスの断面図である。 ポインティングデバイスを用いた検出装置の電気的構成図である。 ポインティングデバイスの製造方法を示すフロー図である。 プレス工程を示す断面図である。

図１は、ポインティングデバイスの平面図である。ポインティングデバイス１は、一部に立体的な形状を有するタッチパネルとして構成され、接続された他装置に、使用者が指、またはタッチペンなどにより押下した位置を出力するものである。

ポインティングデバイス１は、上方向（図中のＺ方向）に膨出した膨出部１０、及び膨出部１０から延在する平面部１１を有する。膨出部１０は、使用者が、押下することによって位置情報を入力するための入力面であり、使用者に立体的な操作感を与えるように、半球状に形成されている。このため、膨出部１０と平面部１１との境界線Ｂは円を描く。なお、膨出部１０の形状は、半球状に限定されず、円錐形状などの他の立体的形状であってもよい。

平面部１１は、方形状の外形を有し、膨出部１０の周囲から連なって形成された平坦な領域である。平面部１１は、膨出部１０とは異なり、使用者が押下しても入力位置が検出されないように構成されている。なお、平面部１１は、図示されるように、膨出部１０の周囲全体と隣接する形態に限定されることはなく、膨出部１０と部分的に隣接する形態であってもよく、また、外形形状も限定されない。

また、ポインティングデバイス１は、端部にフラット形状のケーブル１２が設けられている。ケーブル１２は、ポインティングデバイス１を他装置に接続する。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったポインティングデバイス１の断面図である。ポインティングデバイス１は、上側フィルム２０と、上側導電膜２１と、複数のスペーサ３１と、貼着部材３２、下側導電膜４１と、下側フィルム４０と、基板４２とを含む。上側フィルム２０、上側導電膜２１、下側導電膜４１、下側フィルム４０、基板４２は、互いに重なり、それぞれ、上述した膨出部１０と、平面部１１とが形成されている。

上側フィルム２０、及び下側フィルム４０は、それぞれ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｔｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などの可撓性を有する材料により形成され、厚みは、例えば１８８（μｍ）である。なお、厚みとは、図中のＺ方向の長さを指し、以降の説明においても同様である。

下側フィルム４０は、基板４２と接着されることにより支持されている。基板４２は、例えば、プラスチックなどにより形成され、下側フィルム４０とともに、使用者の押下によるフィルム２０の変形を防止する基材４として機能する。

上側導電膜２１、及び下側導電膜４１は、例えば、ＩＴＯなどの導電性を有する材料により形成され、厚みは、例えば、数（Å）〜１００（Å）である。上側導電膜２１、及び下側導電膜４１は、ケーブル１２と接続され、互いに接触したときに、当該接触位置が、入力位置としてケーブル１２を介して検出される。

上側導電膜２１、及び下側導電膜４１は、ＩＴＯのように透過性を有するものに限定されない。もっとも、使用者に操作用画像を見せるために、ポインティングデバイス１の下部に液晶表示デバイスなどの表示装置を設ける場合、上側導電膜２１、及び下側導電膜４１として、例えばＩＴＯのように、透過性が比較的に高い材質を採用すると好ましい。また、この場合、他の上側フィルム２０、下側フィルム４０、複数のスペーサ３１、及び基板３２にも透過性が要求されることは言うまでもない。

上側導電膜２１、及び下側導電膜４１は、上側フィルム２０の下部、及び下側フィルム４０の上部に積層して形成され、隙間３０を挟んで対向している。隙間３０の厚さは、ポインティングデバイス１の外周に沿って設けられた貼着部材３２の厚み等により規定される。貼着部材３２の厚みは、例えば１０〜３００（μｍ）である。貼着部材３２としては、例えば、両面テープ、及び接着剤が挙げられるが、上側導電膜２１、及び下側導電膜４１に固着する材質であれば他の手段であってもよい。隙間３０は、空気により充填され、外部の空気から遮断されるように密封されてもよいし、孔により外部と通気されるように構成されてもよい。

複数のスペーサ３１は、下側導電膜４１の上部に形成され、上側及び下側導電膜２１，４１の間に、互いに間隔ｄ１，ｄ２をおいて配列されている。複数のスペーサ３１は、それぞれ、アクリル樹脂などの絶縁性の材料により、例えば、Ｚ方向に膨出した半球形状をなすように形成され、ＸＹ平面において縦横に配列されている。スペーサ３１の直径は、例えば３０〜５０（μｍ）であり、また、厚みは、例えば５〜１０（μｍ）であり、貼着部材３２の厚みより小さい。このため、隙間３０において、各スペーサ３１は、上側導電膜２１から離れており、両者２１，３１の間には間隔ｄ３が形成されている。なお、複数のスペーサ３１は、これに限定されず、上側導電膜２１と固着されない状態で接触するように構成されてもよい。

複数のスペーサ３１は、風などの外乱的要因による、使用者が意図しない入力を防止するために、上側導電膜２１、及び下側導電膜４１を互いに絶縁する。一方、使用者により、可撓性の上側フィルム２０に設けられた膨出部１０の一点Ｐ１が押下されると（図中の符号Ｆ参照）、スペーサ３１間の間隔ｄ１において入力荷重による撓みが生じ（図中の符号Ｌ１参照）、対向する上側及び下側導電膜２１，４１が互いに接触するから、押下された位置Ｐ１が入力位置として検出される。

図３には、入力位置の検出方法の例が示されている。ポインティングデバイス１は、ケーブル１２により、外部の検出装置６に接続されている。検出装置６は、検出回路６０と、直流電源Ｖ１，Ｖ２と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２とを含む。なお、説明の便宜上、下側導電膜４１の膨出部１０、及び平面部１１は図示されていない。

直流電源Ｖ１、及びスイッチＳＷ１は、各々の一端が互いに接続され、各々の他端が、下側導電膜４１のＸ方向の両端部に設けられた一対の電極４１０，４１１にそれぞれ接続されている。一方、直流電源Ｖ２、及びスイッチＳＷ２は、各々の一端が互いに接続され、各々の他端が、下側導電膜４１のＹ方向の両端部に設けられた一対の電極４１２，４１３にそれぞれ接続されている。

スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、一方がオン状態となり、他方がオフ状態になるように、それぞれ、交互にオンオフ制御される。これにより、直流電源Ｖ１，Ｖ２は、Ｘ方向の一対の電極４１０，４１１間、及び、Ｙ方向の一対の電極４１２，４１３間に、交互に電圧を印加する。なお、直流電源Ｖ１，Ｖ２が印加する電圧の値は、互いに同一であっても、異なっていてもよい。

検出回路６０は、上側導電膜２１の一端と接続され、膨出部１０の一点Ｐ１が押下されたときに、上側及び下側導電膜２１，４１が互いに接触することによって、電圧Ｖｘ，Ｖｙが入力される。検出回路６０は、電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、押下点Ｐ１のＸ座標Ｐｘ、及びＹ座標Ｐｙをそれぞれ算出する。検出回路６０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算処理回路により構成される。

具体的には、スイッチＳＷ１がオンで、スイッチＳＷ２がオフであるとき、Ｘ方向の電極４１０，４１１間に電圧が印加される。このとき、押下点Ｐ１と接触する接触点Ｑと電極４１０，４１１の間の各シート抵抗Ｒ０，Ｒ１による分圧値Ｖｘが、押下点Ｐ１を介して検出回路６０に入力される。検出回路６０は、分圧値Ｖｘに基づいて押下点Ｐ１のＸ座標Ｐｘを検出する。

他方、スイッチＳＷ１がオフで、スイッチＳＷ２がオンであるとき、検出回路６０は、同様に、Ｙ方向における各シート抵抗Ｒ２，Ｒ３による分圧値Ｖｙに基づいて、押下点Ｐ１のＹ座標Ｐｙを検出する。このようにして、検出装置６は、入力位置Ｐ１（Ｐｘ、Ｐｙ）を算出する。

再び図２を参照すると、複数のスペーサ３１は、上側及び下側導電膜２１，４１の間に配列されているから、スペーサ３１間の間隔ｄ１，ｄ２に応じて上側及び下側導電膜２１，４１の接触に必要な入力荷重Ｆが決定される。複数のスペーサの間隔ｄ１，ｄ２は、平面部１１内の領域において、膨出部１０内の領域より狭くなるように設けられている。すなわち、膨出部１０内のスペーサ３１間の間隔ｄ１は、平面部１１内のスペーサ３１間の間隔ｄ２より広いので、当該接触に必要な入力荷重は、膨出部１０のほうが、平面部１１より小さいことになる。

したがって、スペーサ３１間の間隔ｄ１，ｄ２を調整することによって、上側及び下側導電膜２１，４１は、所定の入力荷重Ｆにより、膨出部１０内の領域（位置Ｐ１参照）では互いに接触し（符号Ｌ１参照）、平面部１１内の領域（位置Ｐ２参照）では互いに接触しない（符号Ｌ２参照）ように構成される。ここで、所定の入力荷重Ｆは、例えば、使用者が押下時に加える平均的な値であるものとする。これにより、ポインティングデバイス１は、入力面外の平面部１１における入力位置の検出が防止される。

また、複数のスペーサ３１は、下側導電膜４１の上部に形成されているから、上側及び下側導電膜２１，４１を互いに固定しない。このため、上側導電膜２１が設けられた上側フィルム２０は、下側導電膜４１が設けられた基材４に対して自在に撓むことができるから、膨出部１０に入力荷重が加わったときに、膨出部１０と平面部１１との境界Ｂに生ずる応力が緩和され、損傷が防止される。

さらに、符号Ｃにより示されるように、上側フィルム２０は、側面視において、膨出部１０と平面部１１との境界部分Ｂがカーブしている。このカーブＣによれば、境界部分Ｂを屈曲形状とした場合に比べると、境界Ｂに生ずる応力が緩和される。なお、カーブＣの曲率半径は、例えばＲ３以上を採用するとよい。

また、上述したように、複数のスペーサ３１は、それぞれ、間隔ｄ３をおいて、上側導電膜２１から離れているから、押下点Ｐ１、及びその近傍におけるフィルム２０の撓みを増すとともに、他部分における撓みを減らすことができる。したがって、この間隔ｄ３により境界Ｂに生ずる応力が緩和される。もっとも、これとは異なり、複数のスペーサ３１は、上側導電膜２１の下部と接触するように設けられてもよい。

本実施形態において、複数のスペーサ３１は、下側導電膜４１の上部に形成されているが、これに代えて、上側導電膜２１の下部に形成されていてもよい。また、本実施形態において、下側導電膜４１は、下側フィルム４０の上部に形成されているが、下側フィルム４０を設けず、基板４２の上部に形成されてもよい。

次に、上記のポインティングデバイス１の製造方法を説明する。図４に示されるように、ポインティングデバイス１は、プレス工程Ｓｔ１と、成膜工程Ｓｔ２と、印刷工程Ｓｔ３と、配線工程Ｓｔ４と、貼付工程Ｓｔ５とを経て製造される。

プレス工程Ｓｔ１において、図５に示されるように、全面が平坦な可撓性のフィルム８を加熱して、一対の型枠７０，７１の間に挟み込むことにより、フィルム８に、上方向に膨らんだ膨出部１０、及び膨出部１０から延在する平面部１１を形成する。フィルム８は、例えばＰＥＴであり、ヒータなどの加熱装置により１３０度の熱を３秒以上与えられると、変形可能な状態となる。そして、フィルム８は、変形可能な状態となった後、膨出部１０、及び平面部１１の型を有する一対の型枠７０，７１によりプレスされる。このようにして、図２に示された上側及び下側フィルム２０，４０が得られる。なお、上側及び下側フィルム２０，４０を、プレス工程Ｓｔ１において、一度のプレスにより成形してもよい。

プレス工程Ｓｔ１において、膨出部１０、及び平面部１１は、側面視において、膨出部１０と平面部１１との境界部分Ｂがカーブするように形成される（符号Ｃ参照）。つまり、一対の型枠７０，７１は、境界部分ＢにカーブＣを有している。

次に、成膜工程Ｓｔ２において、上側フィルム２０の下部に上側導電膜２１を形成し、また、基材４である下側フィルム４０の上部に下側導電膜４１を形成する（図２参照）。各導電膜２１，４１は、例えばＩＴＯ膜であって、エピタキシャル成長法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ、及び蒸着などの薄膜形成技術、印刷、めっき又はそれらの組み合わせによって形成されるが、形成手法は限定されない。なお、成膜工程Ｓｔ２は、プレス工程Ｓｔ１に先立って行われてもよい。

次に、印刷工程Ｓｔ３において、上側導電膜２１の下部、及び下側導電膜４１の上部の一方に、互いに間隔ｄ１，ｄ２をおいて配列された絶縁性の複数のスペーサ３１を形成する（図２参照）。複数のスペーサ３１は、例えばアクリル樹脂により、スクリーン印刷などの手法を用いて形成される。

複数のスペーサ３１の間隔は、平面部１１内の領域において、膨出部１０内の領域より狭くなるように設けられる。つまり、既に述べたように、膨出部１０内のスペーサ３１間の間隔ｄ１は、平面部１１内のスペーサ３１間の間隔ｄ２より広く設けられている。

次に、配線工程Ｓｔ４において、図１に示されるケーブル１２が、上側及び下側導電膜２１，４１に接続される。

次に、貼付工程Ｓｔ５において、接着剤などにより、下側フィルム４０が基板４２の上部に接着される。基板４２は、プラスチックなどを射出成形することにより得られる。そして、上側導電膜２１を、複数のスペーサ３１を挟んで下側導電膜４１と対向するように、基材４に上側フィルム２０を重ねる（図２参照）。具体的には、下側フィルム４０の外周に沿って、両面テープなどの貼着部材３２を貼り付け、上側フィルム２０を位置合わせしたうえで、重ねて貼り付ける。上側フィルム２０は、複数のスペーサ３１が、それぞれ、上側導電膜２１の下部、及び下側導電膜４１の上部の他方から離れるように、基材４と重ねられる。

この製造方法によると、上記のポインティングデバイス１が得られるから、上述した作用効果が得られる。なお、本実施形態において、プレス工程Ｓｔ１によりフィルム８を成形した後に、成膜工程Ｓｔ２により導電膜２１，４１を形成したが、工程Ｓｔ１，Ｓｔ２は、この順序に限定されない。つまり、成膜工程Ｓｔ２により平坦なフィルム８に上側及び下側導電膜２１，４１を形成した後、プレス工程Ｓｔ１によりフィルム８を、導電膜２１，４１とともに成形してもよい。また、成膜工程Ｓｔ２において、下側導電膜４１は、フィルム８に形成されるが、基板４２の上部に形成されてもよい。

また、これまで４線式の抵抗膜方式のタッチパネルを例示して説明を行ったが、上述した内容は、導電膜同士の接触により入力位置が検出される他方式のタッチパネルにも同様に適用される。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１ ポインティングデバイス
１０ 膨出部
１１ 平面部
２０，４０ フィルム
２１，４１ 導電膜
３１ スペーサ
４ 基材
Ｂ 境界部分

Claims (6)

1. 上方向に膨らんだ膨出部、及び前記膨出部から延在する平面部を有する可撓性のフィルムと、
   前記フィルムの下部に設けられた第１導電膜と、
   基材の上部に設けられ、前記第１導電膜と対向する第２導電膜と、
   前記第１導電膜の下部、及び前記第２導電膜の上部の一方に形成され、前記第１及び第２導電膜の間に、互いに間隔をおいて配列された絶縁性の複数のスペーサとを有し、
   前記複数のスペーサの間隔は、前記平面部内の領域において、前記膨出部内の領域より狭くなるように設けられていることを特徴とするポインティングデバイス。
2. 前記フィルムは、側面視において、前記膨出部と前記平面部との境界部分がカーブしていることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
3. 前記複数のスペーサは、それぞれ、前記第１導電膜の下部、及び第２導電膜の上部の他方から離れていることを特徴とする請求項１または２に記載のポインティングデバイス。
4. 可撓性のフィルムを加熱して、一対の型枠の間に挟み込むことにより、前記フィルムに、上方向に膨らんだ膨出部、及び前記膨出部から延在する平面部を形成する工程と、
   前記フィルムの下部に第１導電膜を形成する工程と、
   基材の上部に第２導電膜を形成する工程と、
   前記第１導電膜の下部、及び第２導電膜の上部の一方に、互いに間隔をおいて配列された絶縁性の複数のスペーサを形成する工程と、
   前記第２導電膜が、前記複数のスペーサを挟んで前記第１導電膜と対向するように、前記基材に前記フィルムを重ねる工程とを有し、
   前記複数のスペーサの間隔は、前記平面部内の領域において、前記膨出部内の領域より狭くなるように設けられることを特徴とするポインティングデバイスの製造方法。
5. 前記膨出部、及び前記平面部は、側面視において、前記膨出部と前記平面部との境界部分がカーブするように形成されることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
6. 前記フィルムは、前記複数のスペーサが、それぞれ、前記第１導電膜の下部、及び第２導電膜の上部の他方から離れるように、前記基材と重ねられることを特徴とする請求項４または５に記載の製造方法。
   
   
   

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