JP6601803B2 - タッチセンサおよびブレスレット型デバイス - Google Patents
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Description
即ち、複数のセンサ電極を有するセンサ電極層を備え、操作面側に位置する表面保護層と操作面とは反対面側に位置する裏面保護層とが積層したタッチセンサについて、操作面とは反対側からの静電容量変化を感知し難くする抑止部材を裏面保護層に設けたタッチセンサである。
センサ電極層が、ベースフィルムと、そのベースフィルムの一方面に形成された複数のセンサ電極と、そのセンサ電極を覆うレジストとを備えるセンサシートからなるため、市販のセンサシート等を利用すれば製造が容易であり、製造工程を短くすることができる。また、複数のセンサ電極と接続する配線を束ねた端子を利用して、センサ信号を処理する制御部への接続を簡単に行うことができる。また、センサ電極がベースフィルムとレジストとで保護されているため、曲げ伸ばし等の外力に対して耐性が強いタッチセンサとすることができる。
抑止部材に、肉厚が表面保護層の3倍以上の絶縁部を設ければ、静電容量の変化は厚みに反比例することから、表面保護層と裏面保護層とを同材料とすれば、表面に対して裏面の静電容量の変化を1/3以下とすることができる。したがって、この程度の差があれば表面と裏面の信号を区別できるため裏面からの信号をノイズと判別して誤動作を抑止することができる。
抑止部材に、表面保護層に比べて誘電率が低い絶縁部を含むため、裏面保護層の厚みを薄くしても効果的に静電容量の変化を検出し難くすることができる。よって、薄型の機器に適用する場合に好適である。
抑止部材に、操作面に対する垂直方向においてセンサ電極に少なくとも一部が重なるように位置した導電部を含み、かつこの導電部はセンサ電極に対して絶縁状態にあるため、裏面保護層の外表面とセンサ電極との間の静電作用を遮ることができ、誤動作を抑制することができる。
第1実施形態[図1〜図3]:
表面保護層15と裏面保護層17との間に加飾層(図示せず)を設けるような場合は、センサシート11aに透明性が要求されるため、ベースフィルム11bも透明性のある樹脂フィルムを用いることが好ましい。
ベースフィルム11bには、導電性高分子との密着性を高めるプライマー層や、表面保護層、帯電防止等を目的とするオーバーコート層などを設けて表面処理を施すこともできる。
センサ電極14の層厚は、0.04μm〜1.0μmが好ましく、0.06μm〜0.4μmがさらに好ましい。層厚が0.04μm未満であるとセンサ電極14の抵抗値が高くなるおそれがあり、層厚が1.0μmを超えると透明性が低くなるおそれがある。
なお、センサ電極14の層厚は、ベースフィルム11bにセンサ電極14を形成して原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定することができる。
配線の厚さは1.0μm〜20μmとすることが好ましい。1.0μm未満では配線の抵抗値が上昇しやすく、ノイズの原因になるおそれがある。一方、20μmを超えると、段差が大きくなることから、レジスト11cを塗布するときに気泡が入るおそれが高くなる。
レジスト11cとなる樹脂には、硬質の樹脂が選択され、例えば、アクリル系やウレタン系、エポキシ系、ポリオレフィン系の樹脂、その他の樹脂を用いることができ、透明性が要求される場合には透明性のある樹脂が用いられる。
表面保護層15の厚みは、センサ電極層16を保護する所望の保護効果が得られる範囲で薄い方が好ましい。薄い方がセンサ感度を高めることができるからである。また、裏面保護層17よりも薄いことがより好ましい。操作者が操作面を触れたときの静電容量変化を大きくし、誤動作を起こし難くすることができるためである。
抑止部材17aとする裏面保護層17の誘電率を低くする方法としては、素材自体に誘電率の低い材料を用いたり、空気層を構成することを例示することができる。より具体的には、誘電率が比較的低い、シリコーン系の材料やポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂や発泡体を用いる方法、表面に突起を形成して空気層を形成させる方法などを挙げることができる。
変形例:
このように、表面保護層15と裏面保護層17の誘電率差を利用する場合には、表面保護層15と裏面保護層17を別材質とすることが容易であるが、表面保護層15と裏面保護層17を同材質としてもその厚みを変えることで調整できる。
第2実施形態[図4]:
ウェアラブルタッチセンサ21の製造は、裏面保護層17上にセンサ電極14を印刷形成し、表面保護層15を積層して行うことができる。
こうした態様としても、裏面2bが身体に触れたり触れなかったりといったことが起きても誤動作が起こりにくいデバイス20とすることができる。
第3実施形態[図5]:
より詳細に説明すれば、ベルト2の全体がウェアラブルタッチセンサ31であり、図5右側に位置するベルト2も、ウェアラブルタッチセンサ31を構成する裏面保護層17と表面保護層15との積層部分で構成されている。また、制御部12も裏面保護層17の上に固着されて一体となっている。
こうした態様としても、裏面2bが身体に触れたり触れなかったりすることによる誤動作が起こりにくいデバイス30とすることができる。
第4実施形態[図6]:
裏面保護層17は、絶縁部19とともに導電性の抑止部材17bを有している。導電性の抑止部材17bは、銅やアルミニウム、ステンレス等の金属材料、銀粉末や銅粉末を樹脂に分散した導電性樹脂、あるいは導電性高分子で形成することができる。図6では、抑止部材17bが外装となるように最外層に配置している。
第5実施形態[図7]:
裏面保護層17は、絶縁部19とは別に導電性の抑止部材17cを有し、抑止部材17cは、ベースフィルム11bの裏面に固着して設けられている。このようにしても、センサ電極14は抑止部材17cで覆われているので、裏面保護層17に操作者が触れても、センサ電極14が静電容量の変化を検出しないようにすることができる。
例えば、裏面保護層17を、低誘電率の材質で且つ厚膜に形成することもできるし、抑止部材17a〜17cはそれぞれ別の実施形態にも適用できる。また、センサシート11aでセンサ電極層16を形成したところをセンサ電極14の単独層とすることができ、また、その逆も可能である。
さらに、制御部12に表示部1を有するものとしたが、表示部1を備えないものであっても良く、制御部12での処理データをPC等で表示できるように制御部12を形成しても良い。
上述の説明では、指でタッチ操作する面を「表面」、腕などの接触する面を「裏面」としたが、腕などとの接触を検知する用途に用いる場合には、腕などに接触する面を「表面」とし、その反対側の面を「裏面」とすることができる。
また、裏面の一部に抑止部材を設けない部位を備えることで、その部位のセンサ電極層によって裏面の静電容量の変化を検知するようにしても良い。
1.各試料の作製
<試料1>:
ウェアラブルタッチセンサを模した以下に示す試料1を作製した。試料1の平面図を図8で示す。
まず、帯状で厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(ベースフィルム(11b))の一方面にセンサ電極(14)およびレジスト(11c)が積層したセンサシート(センサ電極層)(11a)を作製した。より具体的には、幅が20mmで、長さが180mmのベースフィルム(11b)の表面に透明導電性インキで幅15mm×長さ25mmのセンサ電極(14)となる導電部を6つ形成し、各センサ電極(14)からベースフィルム(11b)の一方端まで伸びる配線(20)を形成し、その上に透明なポリウレタン系樹脂インキを用いてレジスト(11c)を形成した。このとき配線の前記一方端はレジスト(11c)で覆わず、カーボンインキを重ねて端子(21)とした。センサ電極(14)、配線(20)、レジスト(11c)、端子(21)は、ともにスクリーン印刷で形成した。
裏面保護層を厚さ1mmのシリコーン発泡層とした以外は、試料1と同様にして試料2を作製した。
<試料3>:
裏面保護層を厚さ3mmのシリコーンゴム層とした以外は、試料1と同様にして試料3を作製した。
裏面保護層を、厚さ1mmのシリコーンゴム層からなる絶縁部と、その外側表面に設けた厚さ12μmのアルミニウム箔からなる抑止部材とで構成した以外は、試料1と同様にして試料4を作製した。
<試料5>:
試料4において、抑止部材(アルミニウム箔)を測定装置のグラウンド(アース)に接続した以外は、試料4と同様にした試料5を作製した。
裏面保護層を、センサシートの裏面に積層して設けた厚さ12μmのアルミニウム箔からなる抑止部材と、抑止部材を覆うように設けた厚さ1mmのシリコーンゴム層からなる絶縁部とで構成した以外は、試料1と同様にして試料6を作製した。試料6は、センサ電極と抑止部材とは、ポリエチレンテレフタレートフィルムを介して絶縁状態となっている。
<試料7>:
試料6において、抑止部材(アルミニウム箔)を測定装置のグラウンド(アース)に接続した以外は、試料6と同様にした試料7を作製した。
各試料について、センサ電極と接続した配線をPSoC IC(サイプレス社製マイコン CY8C24894)に接続して感度(Diff)を測定した。PSoC ICのパラメータ設定は、Resolution(分解能)を13bit(8192)、Ref Valueを4、Rb抵抗を3.3KΩとした。
感度試験2: 各試料を、裏面が素肌に接触するように腕に装着して、装着前後の感度の変化を測定した。この測定値をN(ノイズ)とする。
感度試験3: 各試料について、感度試験2の腕に装着した状態で、表面を指で触ったときの感度の変化を測定した。この測定値をS2とする。
S/N比: 表面を指で触れたときの感度の変化をシグナル(S1、S2)、裏面が腕に触れたときの感度の変化をノイズ(N)としてS/N比を計算した。
以上の結果を次の表1に示す。
試料1は、S1/N比およびS2/N比が共に1.0未満であった。すなわち、シグナルよりノイズの方が大きいため、シグナルを識別できないという結果であった。試料2〜試料7は、何れもS1/N比およびS2/N比が共に1を超え、シグナルを識別できる結果となった。
2 ベルト
2a 表面
2b 裏面
3 結合部
10,20,30,40,50 ブレスレット型デバイス
11,21,31,41,51 ウェアラブルタッチセンサ(タッチセンサ)
11a センサシート
11b ベースフィルム
11c レジスト
12 制御部
13 帯部
14 センサ電極
15 表面保護層
16 センサ電極層
17 裏面保護層
17a,17b,17c 抑止部材
19 絶縁部
20 配線
21 端子
Claims (7)
- 複数のセンサ電極を有するセンサ電極層を備え、操作面側に位置する表面保護層と操作面とは反対面側に位置する裏面保護層とが積層したタッチセンサにおいて、
前記操作面とは反対面側に操作者の身体の一部が接触するウェアラブルタッチセンサであり、
前記操作面とは反対側からの静電容量変化を感知し難くする抑止部材を裏面保護層に設けたことを特徴とするタッチセンサ。 - センサ電極層が、ベースフィルムと、そのベースフィルムの一方面に形成された複数のセンサ電極と、そのセンサ電極を覆うレジストとを備えるセンサシートからなる請求項1記載のタッチセンサ。
- 抑止部材に、肉厚が表面保護層の3倍以上の絶縁部を含む請求項1または請求項2記載のタッチセンサ。
- 抑止部材に、表面保護層に比べて誘電率が低い絶縁部を含む請求項1〜請求項3何れか1項記載のタッチセンサ。
- 抑止部材に、操作面に対する垂直方向においてセンサ電極に少なくとも一部が重なるように位置した導電部を含み、かつこの導電部はセンサ電極に対して絶縁状態にある請求項1〜請求項4何れか1項記載のタッチセンサ。
- 導電部をグラウンドに接続した請求項5記載のタッチセンサ。
- 請求項1〜請求項6何れか1項記載のタッチセンサと、前記センサ電極と導通接続してセンサ信号を処理する制御部とを備えるブレスレット型デバイス。
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