JP6820926B2 - 静電容量式３次元センサ - Google Patents
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Description
本発明は、操作面が内部から照らされる静電容量式３次元センサに関する。本願は、２０１６年７月５日に、日本に出願された特願２０１６−１３３４５１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
タッチセンサ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が主流であったが、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が提案されている（例えば特許文献１）。
タッチセンサの操作面の視認性、操作性、装飾性等を向上させる目的で、センサ装置の内部にＬＥＤ等の光源を配置し、操作面を内部から外部へ向けて照らすことが求められている。しかし、センサ装置の底部に光源を配置した場合、その上方に配置された操作面との間には、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向をセンシングする電極シート等が３層以上介在しているため、光源から操作面に到達する光の輝度（光量）が低下する問題がある。
本発明は、タッチセンサの感度を損なうことなく、タッチセンサの操作面を装置内部から高輝度で照らすことができる静電容量式３次元センサの提供を目的とする。
［１］平面ＸＹ方向及び奥行きＺ方向の入力を検知する静電容量式３次元センサであって、光源からの光が入射する入射部が設けられた前記奥行きＺ方向に沿う側面、及び、前記光が出射する出射部が設けられた前記入力がなされる操作面、を有する導光ユニットと、前記平面ＸＹ方向の入力を検知するシート状のＸＹ電極体と、シート状の弾性体を有する易変形体と、前記奥行きＺ方向の入力を検知するシート状のＺ電極体と、を備え、前記導光ユニット、前記ＸＹ電極体、前記易変形体、及び前記Ｚ電極体は、この順で、前記奥行きＺ方向に見て重なるように配置されており、前記導光ユニットは、任意に設けられる加飾シートと、前記側面から入射した前記光を導光し、前記出射部へ向けて出射する導光シートと、を備え、前記加飾シート及び前記導光シートは、この順で、前記奥行きＺ方向に見て重なるように配置されており、下記式（１）で算出される前記導光シートの曲げ剛性Ｄ１と、下記式（２）で算出される前記加飾シートの曲げ剛性Ｄ２と、の合計が２５６未満である、静電容量式３次元センサ。
式（１）… Ｄ１＝（Ｅ１）×（ｈ１）３÷［１２×｛１−（ν１）２｝］
式（２）… Ｄ２＝（Ｅ２）×（ｈ２）３÷［１２×｛１−（ν２）２｝］
［式中、
Ｄ１、Ｅ１、ｈ１及びν１は、前記導光シートの、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表し；
Ｄ２、Ｅ２、ｈ２及びν２は、前記加飾シートの、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］
［２］前記導光シートの厚みが０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、［１］に記載の静電容量式３次元センサ。
［３］前記加飾シートの厚みが０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、［１］又は［２］に記載の静電容量式３次元センサ。
［４］前記導光シートの厚みと前記加飾シートの厚みとの合計が、０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、［１］〜［３］の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
［５］前記導光シートの表面に前記加飾シートが感圧性粘着剤によって貼り合わされている、［１］〜［４］の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
［６］前記導光シート及び前記加飾シートがそれぞれ独立に樹脂材料によって形成された樹脂シートである、［１］〜［５］の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
式（１）… Ｄ１＝（Ｅ１）×（ｈ１）３÷［１２×｛１−（ν１）２｝］
式（２）… Ｄ２＝（Ｅ２）×（ｈ２）３÷［１２×｛１−（ν２）２｝］
［式中、
Ｄ１、Ｅ１、ｈ１及びν１は、前記導光シートの、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表し；
Ｄ２、Ｅ２、ｈ２及びν２は、前記加飾シートの、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］
［２］前記導光シートの厚みが０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、［１］に記載の静電容量式３次元センサ。
［３］前記加飾シートの厚みが０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、［１］又は［２］に記載の静電容量式３次元センサ。
［４］前記導光シートの厚みと前記加飾シートの厚みとの合計が、０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、［１］〜［３］の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
［５］前記導光シートの表面に前記加飾シートが感圧性粘着剤によって貼り合わされている、［１］〜［４］の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
［６］前記導光シート及び前記加飾シートがそれぞれ独立に樹脂材料によって形成された樹脂シートである、［１］〜［５］の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
前記導光ユニットにおいて、前記加飾シートの有無は任意である。前記加飾シートが備えられていない場合、前記式（２）における厚みｈ２は０であるとみなし、前記加飾シートの曲げ剛性Ｄ２は０である。
本発明の静電容量式３次元センサによれば、操作面の直下に導光ユニットを配置しているので、出射部から出射される光の輝度（光量）を従来よりも多くすることができる。これにより、操作面の視認性、操作性、装飾性等を向上させることができる。
また、導光ユニットを構成する導光シート及び加飾シートの剛性が適度であるので、タッチされた操作面がＺ方向へ適度に凹み易く、Ｚ方向に対する入力（押圧力）を感度良く検知することができる。
また、導光ユニットを構成する導光シート及び加飾シートの剛性が適度であるので、タッチされた操作面がＺ方向へ適度に凹み易く、Ｚ方向に対する入力（押圧力）を感度良く検知することができる。
《第一実施形態》
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。）の第一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下の全ての図面において、各構成要素の厚さや寸法の比率は、必ずしも実際の比率と一致しておらず、図面を見やすくするために適宜調整している。
図１は第一実施形態の３次元センサ１の断面の分解図であり、図２は３次元センサ１の平面図である。図２のＧ−Ｇ線で切断した断面が図１の断面である。
図１では、紙面の右手方向がＸ方向、紙面の下方向がＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に対して垂直な紙面の手前方向がＹ方向である。
図２では、紙面の右手方向がＸ方向、紙面の下方向がＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直な紙面の奥行き方向がＺ方向である。
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。）の第一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下の全ての図面において、各構成要素の厚さや寸法の比率は、必ずしも実際の比率と一致しておらず、図面を見やすくするために適宜調整している。
図１は第一実施形態の３次元センサ１の断面の分解図であり、図２は３次元センサ１の平面図である。図２のＧ−Ｇ線で切断した断面が図１の断面である。
図１では、紙面の右手方向がＸ方向、紙面の下方向がＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に対して垂直な紙面の手前方向がＹ方向である。
図２では、紙面の右手方向がＸ方向、紙面の下方向がＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直な紙面の奥行き方向がＺ方向である。
図１〜２に示す３次元センサ１は、平面ＸＹ方向及び奥行きＺ方向の入力を検知する静電容量式３次元センサであって、光源６０からの光が入射する入射部ＬＩが設けられた前記奥行きＺ方向に沿う側面、及び、前記光が出射する出射部ＬＯが設けられた前記入力がなされる操作面Ｔ、を有する導光ユニットＵと、前記平面ＸＹ方向の入力を検知するシート状のＸＹ電極体４０と、シート状の弾性体３２を有する易変形体３０と、前記奥行きＺ方向の入力を検知するシート状のＺ電極体２０と、を備えている。
３次元センサ１を奥行きＺ方向（センサの厚さ方向）に見て、導光ユニットＵ、ＸＹ電極体４０、易変形体３０、及びＺ電極体２０が、この順で重なるように、支持部材１１の前面１１ａに積層されている。この積層体の近傍には、支持部材１１の前面１１ａにＬＥＤ等の光源６０が設置されている。
本明細書では、導光ユニットＵ側を「前側」又は「前面側（表側）」といい、支持部材１１側を「裏側」又は「裏面側」という。
図１に示すように、３次元センサ１の導光ユニットＵは、導光シート５０によって構成されている。導光シート５０（導光ユニットＵ）とＸＹ電極体４０は、接着層８４を介して接合されている。導光シート５０の光源６０に近い側の側面５０ａは、光源６０の光出射部に対向して配置されており、光源６０からの光が入射する入射部ＬＩを構成している。この配置により、光源６０から照射された光は入射部ＬＩから導光シート５０内に入射し、シート内を伝搬する。光源６０の光を入射部ＬＩに効率良く入射させる目的で、光源６０を入射部ＬＩに密着させてもよい。透明部材からなる導光シート５０の前面５０ｂの一部には印刷が施され、印刷の濃淡で透明性が調整されており、透明とされた出射部ＬＯ及び不透明とされた遮光部ＬＢが設けられている。導光シート５０を伝搬した光は、前面５０ｂにおける出射部ＬＯから出射される。
本明細書において、「透明」とは、ＪＩＳ Ｋ７１０５に従って測定した光線透過率が５０％以上のことを意味する。また、「不透明」とは、上記光線透過率が５０％未満のことを意味する。
図２に示すように、導光シート５０の前面５０ｂが構成する操作面Ｔには、ベタ塗りの印刷によって遮光された遮光部ＬＢと、その遮光部ＬＢを背景として印刷が抜かれて透明とされた、矩形及び十字形の出射部ＬＯが形成されている。上記の矩形は、指やスタイラスペン等を接触させる入力領域に対応している。入力領域の外側は、３次元センサ１を搭載する装置の筐体枠が取り囲むため、上方から見た場合、光源６０はその筐体枠によって目隠しされる。光源６０は複数備えられており、導光シート５０は各光源６０同士の間にも配置されて、各光源６０の３方向を囲んでいる。この配置により、導光シート５０の側面５０ａが構成する入射部ＬＩは、各光源６０の３方向を囲んで、各光源６０の光出射部に対向して配置されている。入射部ＬＩの側面５０ａは山谷状の鋸刃のように形成されており、入射した光を導光シート５０の内部へ分散する。
図２の例では、入射部ＬＩが３方向を囲んでいるが、１方向のみが対向して配置する構成、すなわち、導光シート５０の側面５０ａが直線状であってもよい。また、光源６０の光が入射部ＬＩ以外の上方及び側方へ向けて漏れ出さないようにする目的で、導光シート５０又はその他の部材によって光源６０の上方及び側方を覆ってもよい。
また、図２の例では、出射部ＬＯによって矩形及び十字形が描かれているが、矩形や十字形に限定されず、任意の図柄、文字等に替えることができる。
導光シート５０の前面５０ｂ（操作面Ｔ）に形成された出射部ＬＯは、光が透過可能な領域であればその構成は特に限定されず、例えば、前面５０ｂに印刷等によって形成された不透明領域を除く光透過領域によって形成される。
また、図２の例では、出射部ＬＯによって矩形及び十字形が描かれているが、矩形や十字形に限定されず、任意の図柄、文字等に替えることができる。
導光シート５０の前面５０ｂ（操作面Ｔ）に形成された出射部ＬＯは、光が透過可能な領域であればその構成は特に限定されず、例えば、前面５０ｂに印刷等によって形成された不透明領域を除く光透過領域によって形成される。
光源６０は、導光シート５０の側面５０ａに光を入射させることが可能な発光体であれば特に限定されず、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極管等が挙げられる。
［３次元センサの積層構造］
支持部材１１とＺ電極体２０とは、粘着剤を用いた接着層８１を介して貼り合わされている。Ｚ電極体２０と易変形体３０とは、粘着剤からなる接着層８２を介して貼り合わされている。易変形体３０とＸＹ電極体４０とは、シリコーンゴムシート３３を介して貼り合わされている。ＸＹ電極体４０と導光シート５０とは、粘着剤を用いた接着層８４を介して貼り合わされている。
以下、支持部材１１側から順に各構成の詳細を説明する。
支持部材１１とＺ電極体２０とは、粘着剤を用いた接着層８１を介して貼り合わされている。Ｚ電極体２０と易変形体３０とは、粘着剤からなる接着層８２を介して貼り合わされている。易変形体３０とＸＹ電極体４０とは、シリコーンゴムシート３３を介して貼り合わされている。ＸＹ電極体４０と導光シート５０とは、粘着剤を用いた接着層８４を介して貼り合わされている。
以下、支持部材１１側から順に各構成の詳細を説明する。
［支持部材］
３次元センサ１の支持部材１１は、基板と、その前面に形成されたシールド層（不図示）とを備える。基板の構成材料は特に限定されず、例えば、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、金属板等が挙げられる。シールド層は、金属層であり、例えば、銅、アルミニウム、銀等から構成される。シールド層はパターンを有さず、ベタ塗りの金属層である。基板及びシールド層を備える支持部材１１として、例えばプリント基板を用いることができる。支持部材１１が金属板である場合、金属板自体がシールド層として機能するため、別に設けるシールド層は無くてもよい。
支持部材１１の厚さは、その前面１１ａに設置される光源６０や電極体を構造的に支持可能な厚さが好ましく、例えば、０．１〜１０ｍｍ程度とすることができる。
支持部材１１の形状は板状に限定されず、他の構成部材を支持できる形状であれば任意の形状を採用でき、例えば一軸方向に湾曲した曲面状などが挙げられる。
３次元センサ１の支持部材１１は、基板と、その前面に形成されたシールド層（不図示）とを備える。基板の構成材料は特に限定されず、例えば、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、金属板等が挙げられる。シールド層は、金属層であり、例えば、銅、アルミニウム、銀等から構成される。シールド層はパターンを有さず、ベタ塗りの金属層である。基板及びシールド層を備える支持部材１１として、例えばプリント基板を用いることができる。支持部材１１が金属板である場合、金属板自体がシールド層として機能するため、別に設けるシールド層は無くてもよい。
支持部材１１の厚さは、その前面１１ａに設置される光源６０や電極体を構造的に支持可能な厚さが好ましく、例えば、０．１〜１０ｍｍ程度とすることができる。
支持部材１１の形状は板状に限定されず、他の構成部材を支持できる形状であれば任意の形状を採用でき、例えば一軸方向に湾曲した曲面状などが挙げられる。
［Ｚ電極体］
Ｚ電極体２０は、Ｚ方向の入力を検出する電極体であり、第三基材シート２１と、その前面に形成されたパターン状の導電膜２２と、第三基材シート２１及び導電膜２２の前面を被覆する絶縁膜２３とを有する電極シートである。
Ｚ電極体２０は、Ｚ方向の入力を検出する電極体であり、第三基材シート２１と、その前面に形成されたパターン状の導電膜２２と、第三基材シート２１及び導電膜２２の前面を被覆する絶縁膜２３とを有する電極シートである。
本明細書において、導電膜の「導電」とは、電気抵抗値が１ＭΩ未満、好ましくは０．１ＭΩ未満であることを意味し、絶縁膜の「絶縁」とは、電気抵抗値が１ＭΩ以上、好ましくは１０ＭΩ以上であることを意味する。
第三基材シート２１の構成材料としては、例えば、プラスチックフィルム、ガラス板等が挙げられる。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（ＰＥＴ）又はポリカーボネートが好ましい。
第三基材シート２１の厚さとしては、例えば１０〜１００μｍが挙げられる。
第三基材シート２１は透明であってもよいし、不透明であってもよい。
第三基材シート２１の厚さとしては、例えば１０〜１００μｍが挙げられる。
第三基材シート２１は透明であってもよいし、不透明であってもよい。
導電膜２２としては、例えば、金粒子、銀粒子、銅粒子、ニッケル粒子、アルミニウム粒子、クロム粒子、錫ドープ酸化インジウム等を含む導電性ペーストにより形成された膜；ポリチオフェン等の導電性高分子を含む膜；金や銀等の金属ナノワイヤーを含む膜；カーボンナノファイバー、カーボンナノバッド、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン等の導電性カーボン材料を含む膜；金、銀、錫ドープ酸化インジウム等の金属蒸着膜等が挙げられる。
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の厚さとしては、例えば、０．０１μｍ〜２５μｍ程度が挙げられる。
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の厚さとしては、例えば、０．０１μｍ〜２５μｍ程度が挙げられる。
導電膜２２のパターン形状は、Ｚ方向の入力を検知可能な公知のパターンが適用され、例えば、特許文献１に記載されたように、矩形又は線形の導電部が任意のピッチで配置されたパターンが挙げられる。
導電膜２２のパターンで検出した信号を外部へ出力するための、引き回し配線、外部接続端子等の配線も、第三基材シート２１上に形成されている。
導電膜２２のパターンで検出した信号を外部へ出力するための、引き回し配線、外部接続端子等の配線も、第三基材シート２１上に形成されている。
絶縁膜２３は絶縁性樹脂からなる膜であり、接着層８２及び易変形体３０に対する密着性を向上させ、導電膜２２や前記配線の酸化を防止し得る。
絶縁性樹脂としては、例えば、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挙げられる。これらのうち、硬化時の熱収縮が小さい観点から、紫外線硬化型樹脂が好ましい。
絶縁膜２３の厚さとしては、例えば０．５〜５０μｍ程度が挙げられる。
絶縁性樹脂としては、例えば、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挙げられる。これらのうち、硬化時の熱収縮が小さい観点から、紫外線硬化型樹脂が好ましい。
絶縁膜２３の厚さとしては、例えば０．５〜５０μｍ程度が挙げられる。
上記の構成に代えて、第三基材シート２１として、可撓性が低い、いわゆるリジッド基板を適用してもよい。リジッド基板としては、例えば、ガラスエポキシ基板、紙エポキシ基板、紙フェノール基板等が挙げられる。リジッド基板における導電膜として、銅箔等の金属箔を貼り合わせた構成が挙げられる。
また、支持部材１１の基板を第三基材シート２１として用い、前記基板の前面に導電膜２２、絶縁膜２３を形成することにより、支持部材１１とＺ電極体２０を一体化してもよい。この場合、前記基板の裏面にシールド層を設けてもよい。
また、支持部材１１の基板を第三基材シート２１として用い、前記基板の前面に導電膜２２、絶縁膜２３を形成することにより、支持部材１１とＺ電極体２０を一体化してもよい。この場合、前記基板の裏面にシールド層を設けてもよい。
［易変形体］
易変形体３０は、導光シート５０の前面５０ｂが構成する操作面Ｔの一部が支持部材１１側へ押圧（圧縮）された際に弾性変形可能とされたシートであり、弾性体用基材シート３１と、その前面に設けられたシート状の弾性体３２と、弾性体３２をＸＹ電極体４０に接着させるシリコーンゴムシート３３と、を備える。
易変形体３０は、導光シート５０の前面５０ｂが構成する操作面Ｔの一部が支持部材１１側へ押圧（圧縮）された際に弾性変形可能とされたシートであり、弾性体用基材シート３１と、その前面に設けられたシート状の弾性体３２と、弾性体３２をＸＹ電極体４０に接着させるシリコーンゴムシート３３と、を備える。
弾性体用基材シート３１としては、例えば、Ｚ電極体２０の第三基材シート２１と同様のシートを適用することができる。弾性体用基材シート３１と第三基材シート２１とは、その材料及び厚さについて、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。
弾性体用基材シート３１の厚さとしては、例えば１０〜１００μｍが挙げられる。
弾性体用基材シート３１の厚さとしては、例えば１０〜１００μｍが挙げられる。
弾性体３２は、弾性材料からなるシートであって、その表面に突起状の弾性スペーサ３２ａが多数設けられたものである。各弾性スペーサ３２ａは、その天面がＸＹ電極体４０側（前面側）に向くように設けられている。また、複数の弾性スペーサ３２ａは、弾性体３２の前面の全体に均一に分散して配置されている。したがって、弾性体３２の前面を平面視すると、弾性スペーサ３２ａの天面が一面に均一に分散したドット柄（水玉模様）が見える。
弾性スペーサ３２ａの天面の形状としては、例えば、円形、楕円形、矩形、その他の多角形等が挙げられる。
弾性スペーサ３２ａの天面の形状としては、例えば、円形、楕円形、矩形、その他の多角形等が挙げられる。
弾性体３２の厚みを１ｃｍとして測定した際のショアＡ硬度は８５以下であることが好ましい。上記ショアＡ硬度が８５以下であれば、押圧された際に容易に弾性変形することができる。ただし、過度に軟らかいと、弾性変形後の回復が遅くなるため、上記のショアＡ硬度は１０以上であることが好ましい。
３次元センサ１において、導光ユニットＵの操作面Ｔが押圧されていない場合、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０との間隔は、易変形体３０に支持されて、易変形体３０の厚さで離間するように保たれている。
一方、導光ユニットＵの操作面Ｔを支持部材１１側へ押圧すると、押圧された局所において、弾性体３２、特に弾性スペーサ３２ａが押し潰されるように変形し、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０との離間距離が、局所的に縮まる。これにより、Ｚ方向の入力（位置変化）が、Ｚ電極体２０の静電容量の変化として検出される。
一方、導光ユニットＵの操作面Ｔを支持部材１１側へ押圧すると、押圧された局所において、弾性体３２、特に弾性スペーサ３２ａが押し潰されるように変形し、ＸＹ電極体４０とＺ電極体２０との離間距離が、局所的に縮まる。これにより、Ｚ方向の入力（位置変化）が、Ｚ電極体２０の静電容量の変化として検出される。
弾性体３２を構成する弾性材料としては、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコーンゴム等の熱硬化性エラストマー；ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系又はフッ素系等の熱可塑性エラストマー；或いはそれらの複合物等などが挙げられる。弾性体３２の構成材料としては、繰り返しの押圧に対する寸法変化が小さい、即ち圧縮永久歪が小さい、シリコーンゴムが好ましい。
弾性スペーサ３２ａの高さは３０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。弾性スペーサ３２ａの高さが上記下限値以上であれば、導光ユニットＵの操作面Ｔの押圧時にＸＹ電極体４０がより撓みやすくなって充分な変位量を確保できる。前記上限値以下であれば、非押圧時の保持力が高まり、Ｚ方向の入力を検知する感度の低下を抑制できる。
弾性体３２の表面における複数の弾性スペーサ３２ａの配列としては、例えば、６０度千鳥状、角千鳥状、並列状、格子状の配列が挙げられる。
隣接する弾性スペーサ同士のピッチは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。隣接する弾性スペーサ同士のピッチが上記下限値以上であれば、導光ユニットＵの操作面Ｔを押圧したときにＸＹ電極体４０をより容易に撓ませることができる。
隣接する弾性スペーサ同士のピッチは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。隣接する弾性スペーサ同士のピッチが上記下限値以上であれば、導光ユニットＵの操作面Ｔを押圧したときにＸＹ電極体４０をより容易に撓ませることができる。
易変形体３０とＸＹ電極体４０とは、シリコーンゴムシート３３を介して貼り合わされている。シリコームゴムのシートの表面は、例えば、紫外線処理、コロナ処理、プラズマ処理等の易接着処理が施されている。この処理により、強固な接着性を有するため、ＸＹ電極体４０の裏面及び弾性スペーサ３２ａの天面に固着したシリコーンゴムシート３３は、平面方向に滑ることがなく、接着した状態となる。
なお、シリコーンゴムシート３３に代えて、接着層を介して弾性体３２とＸＹ電極体４０とを粘着してもよいし、シリコーンゴム以外の材料からなるシート部材を用いても構わない。
なお、シリコーンゴムシート３３に代えて、接着層を介して弾性体３２とＸＹ電極体４０とを粘着してもよいし、シリコーンゴム以外の材料からなるシート部材を用いても構わない。
［ＸＹ電極体］
ＸＹ電極体４０は、Ｘ方向及びＹ方向の入力を検出する際に使用される電極体であり、易変形体３０よりも前面側に設けられている。本実施形態のＸＹ電極体４０は、第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙとが積層された電極シート積層体である。
ＸＹ電極体４０は、Ｘ方向及びＹ方向の入力を検出する際に使用される電極体であり、易変形体３０よりも前面側に設けられている。本実施形態のＸＹ電極体４０は、第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙとが積層された電極シート積層体である。
第一電極シート４０ｘは、第一基材シート４１と、その前面に形成されたパターン状の導電膜４２と、第一基材シート４１及び導電膜４２の前面を被覆する絶縁膜４３とを有する。
第一基材シート４１、導電膜４２、絶縁膜４３としては、例えば、Ｚ電極体２０の第三基材シート２１、導電膜２２、絶縁膜２３と同様のものが挙げられる。
第一電極シート４０ｘの厚さとしては、例えば、１０μｍ〜１００μｍが挙げられる。
第一基材シート４１、導電膜４２、絶縁膜４３としては、例えば、Ｚ電極体２０の第三基材シート２１、導電膜２２、絶縁膜２３と同様のものが挙げられる。
第一電極シート４０ｘの厚さとしては、例えば、１０μｍ〜１００μｍが挙げられる。
導電膜４２のパターン形状は、Ｘ方向とＹ方向の入力を検知可能な公知のパターンが適用され、例えば、特許文献１に記載されたように、矩形又は線形の導電部が任意のピッチで配置されたパターンが挙げられる。
導電膜４２のパターンとともに、そのパターンで検出した信号を外部へ出力するための、引き回し配線、外部接続端子等の配線も、第一基材シート４１上に形成されている。
導電膜４２のパターンとともに、そのパターンで検出した信号を外部へ出力するための、引き回し配線、外部接続端子等の配線も、第一基材シート４１上に形成されている。
第二電極シート４０ｙは、第二基材シート４５と、その前面に形成されたパターン状の導電膜４６と、第二基材シート４５及び導電膜４６の前面を被覆する絶縁膜４７とを有する。
第二基材シート４５、導電膜４６及び絶縁膜４７の説明は、第一基材シート４１、導電膜４２及び絶縁膜４３の説明と同様であるので、省略する。
第二基材シート４５、導電膜４６及び絶縁膜４７の説明は、第一基材シート４１、導電膜４２及び絶縁膜４３の説明と同様であるので、省略する。
ＸＹ電極体４０を構成する第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙとは、それぞれがＸ方向の入力及びＹ方向の入力のいずれか一方を分担して検知する構成であってもよいし、両方の電極シート４０ｘ，４０ｙが協働して、Ｘ方向の入力及びＹ方向の入力の両方を検知する構成（例えば、一方が送信型、他方が受信型）であってもよい。
ＸＹ電極体４０は導光ユニットＵ（導光シート５０）と易変形体３０の間に介在している。ＸＹ電極体４０が全く撓まないような極めて厚い場合には、導光ユニットＵの操作面Ｔの局所に対する押圧力を受けたとしても、易変形体３０の表面全体が押圧される。この場合、Ｚ方向に対する入力は検知されるが、その入力をＸＹ方向に紐付けて、局所で検知することは難しい。
上記局所で検知するためには、ＸＹ電極体４０も導光ユニットＵの変形に沿って撓むことが可能な柔らかさを有することが好ましい。このため、ＸＹ電極体４０の全体の厚みは、０．４ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以下がより好ましく、０．２５ｍｍ以下がさらに好ましい。ＸＹ電極体４０の全体の厚みの下限値は特に限定されないが、例えば、０．０５ｍｍ以上が挙げられる。
上記局所で検知するためには、ＸＹ電極体４０も導光ユニットＵの変形に沿って撓むことが可能な柔らかさを有することが好ましい。このため、ＸＹ電極体４０の全体の厚みは、０．４ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以下がより好ましく、０．２５ｍｍ以下がさらに好ましい。ＸＹ電極体４０の全体の厚みの下限値は特に限定されないが、例えば、０．０５ｍｍ以上が挙げられる。
［導光ユニット］
本実施形態の導光ユニットＵは、シート状の透明材料からなる導光シート５０によって構成されている。
前記透明材料としては、例えば、透明樹脂、ガラスを使用することができる。透明樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、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、シリコーンゴム、ウレタンゴム、その他のエラストマー等を使用することができる。これらの中でも、導光性に優れることから、ポリカーボネート、アクリル樹脂又は環状ポリオレフィンが好ましい。導光シート５０は透明樹脂シートからなることが好ましい。
本実施形態の導光ユニットＵは、シート状の透明材料からなる導光シート５０によって構成されている。
前記透明材料としては、例えば、透明樹脂、ガラスを使用することができる。透明樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、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、シリコーンゴム、ウレタンゴム、その他のエラストマー等を使用することができる。これらの中でも、導光性に優れることから、ポリカーボネート、アクリル樹脂又は環状ポリオレフィンが好ましい。導光シート５０は透明樹脂シートからなることが好ましい。
導光シート５０の厚さは、出射する光の輝度を高める観点から厚いほど好ましいが、操作面ＴにおいてＺ方向に入力される押圧力を易変形体３０に容易に伝達する観点から薄いほど好ましい。これらの相反する条件を考慮して、導光シート５０の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以上０．７０ｍｍ以下がより好ましく、０．１０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下がより一層好ましく、０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．１０ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下が特に好ましく、０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下が最も好ましい。
導光シート５０がポリエチレンテレフタレート、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又はアクリル樹脂によって形成されている場合、その厚さは、上記好適な範囲であることが好ましい。
導光シート５０がガラスによって形成されている場合、その厚さは、０．０５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下が好ましく、０．０５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下がより好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下がより一層好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下が特に好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下が最も好ましい。
導光シート５０がガラスによって形成されている場合、その厚さは、０．０５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下が好ましく、０．０５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下がより好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下がより一層好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下が特に好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下が最も好ましい。
前記押圧力を易変形体３０に確実に伝達し、Ｚ方向の入力に対する検知感度を向上させる観点から、下記式（１）で算出される導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１は、２５６未満が好ましく、３２以下がより好ましく、２０以下がさらに好ましく、１６以下が特に好ましく、１０以下が最も好ましい。
曲げ剛性Ｄ１の下限値は特に限定されず、好ましくは０．１以上である。
曲げ剛性Ｄ１の下限値は特に限定されず、好ましくは０．１以上である。
式（１）… Ｄ１＝（Ｅ１）×（ｈ１）３÷［１２×｛１−（ν１）２｝］
［式中、Ｄ１、Ｅ１、ｈ１及びν１は、導光シート５０の、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］
［式中、Ｄ１、Ｅ１、ｈ１及びν１は、導光シート５０の、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］
導光シート５０の曲げ弾性率（ヤング率）Ｅ１は、ＪＩＳ Ｋ７１７１：２００８（ＩＳＯ１７８：２００１）の方法で、温度２０℃の条件で測定される。
導光シート５０の厚みｈ１を測定する方法としては、例えば、マイクロメーター、デジマティックインジケーターやレーザー変位計測、走査型電子顕微鏡を用いた断面観察等の公知方法が挙げられる。導光シート５０の任意の５箇所について測定した厚さの平均値を導光シート５０の厚さｈ１とする。
導光シート５０のポアソン比ν１は、例えば、非接触のビデオ伸び計（例えば、株式会社ＤＪＫの二軸ビデオ伸び計（ＡＶＥ））を用いて、温度２０℃の条件で測定される。
通常、導光シートのポアソン比ν１は、その導光シートを構成する透明材料の一般的な物性値と大きくは異ならないため、透明材料の一般的な物性値を暫定的に代用しても構わない。具体例には、一般的なガラスのポアソン比は０．２０〜０．２５程度であり、一般的な熱可塑性樹脂のポアソン比は０．２０〜０．４０程度である。
通常、導光シートのポアソン比ν１は、その導光シートを構成する透明材料の一般的な物性値と大きくは異ならないため、透明材料の一般的な物性値を暫定的に代用しても構わない。具体例には、一般的なガラスのポアソン比は０．２０〜０．２５程度であり、一般的な熱可塑性樹脂のポアソン比は０．２０〜０．４０程度である。
一般に、ポアソン比は、単軸応力により生じた縦ひずみε１と、縦ひずみに直交する横ひずみε２を測定して、｛ε２÷ε１×（−１）｝の式で算出される。横ひずみε２は、互いに直交する２つの方向が有り得るが、本発明では簡易的に、その方向によらず一定であると考えても、実用上差し支えない。また、横ひずみの２つの方向を分けて考える場合、本発明では、２つの横ひずみのうち、小さい方の値を採用する。
導光シート５０の前面５０ｂに施された印刷の厚みは、導光シート５０の厚みに比べて充分に薄い（例えば０．０１ｍｍ以下）ので、印刷が導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１に与える影響はほとんどない。
なお、導光シート５０の前面５０ｂではなく、その反対側の裏面に印刷が施されていても構わない。本明細書における「印刷」には、顔料や色素を含む塗膜だけでなく、不連続な（出射部を除いた）非導電性の金属蒸着膜も含まれる。
なお、導光シート５０の前面５０ｂではなく、その反対側の裏面に印刷が施されていても構わない。本明細書における「印刷」には、顔料や色素を含む塗膜だけでなく、不連続な（出射部を除いた）非導電性の金属蒸着膜も含まれる。
上記の構成に代えて、操作面Ｔの全面を照光させる（全面から光を出射する）場合には、導光シート５０の前面５０ｂに、印刷によって形成された遮光部ＬＢを設ける必要はない。
［接着層］
３次元センサ１を構成する各シート同士を接着する接着層８１，８２，８３，８４として、公知の硬化型接着剤（接着前は液状の接着剤であり、硬化する前には殆ど接着力を示さない。）又は粘着剤（接着前はゲル状の感圧性接着剤であり、押圧された被着物に対して接着性を示す。）を用いた接着層が適用される。また、接着層は、基材層の両面に接着剤又は粘着剤が配置された基材型接着層であってもよい。基材型接着層としては、例えば公知の両面テープが挙げられる。
３次元センサ１を構成する各シート同士を接着する接着層８１，８２，８３，８４として、公知の硬化型接着剤（接着前は液状の接着剤であり、硬化する前には殆ど接着力を示さない。）又は粘着剤（接着前はゲル状の感圧性接着剤であり、押圧された被着物に対して接着性を示す。）を用いた接着層が適用される。また、接着層は、基材層の両面に接着剤又は粘着剤が配置された基材型接着層であってもよい。基材型接着層としては、例えば公知の両面テープが挙げられる。
前記接着剤、粘着剤としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。前記硬化型接着剤は硬化時に揮発する溶剤を含む溶剤型であってもよいし、ホットメルト型であってもよい。
前記硬化型接着剤としては、例えば、ポリエステル型のホットメルト接着剤が好ましい。
前記粘着剤としては、例えば、（メタ）アクリル樹脂を含むアクリル系の粘着剤が好ましい。
前記硬化型接着剤としては、例えば、ポリエステル型のホットメルト接着剤が好ましい。
前記粘着剤としては、例えば、（メタ）アクリル樹脂を含むアクリル系の粘着剤が好ましい。
各接着層８１，８２，８３，８４は透明であってもよいし、不透明であってもよい。各接着層の個々の厚みとしては、例えば１μｍ〜７５μｍが挙げられる。前記接着剤を用いた接着層の厚みは、１μｍ〜２０μｍが好ましい。前記粘着剤を用いた接着層の厚みは、１０μｍ〜７５μｍが好ましい。上記範囲の厚みであれば、接着層が導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１に与える影響はほとんどない。
各接着層のうち、導光シート５０とＸＹ電極体４０を接着する接着層８４は、粘着剤を用いた接着層であることが好ましい。接着層８４が粘着剤を用いた接着層であると、導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１がＸＹ電極体４０の剛性に影響されず、導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１をＸＹ電極体４０から切り離した独立体として考えることができる。
《第二実施形態》
図３に、本発明の第二実施形態の３次元センサ２の断面の分解図を示す。第一実施形態の３次元センサ１と同じ部材には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
本実施形態においては、導光ユニットＵが導光シート５０及び加飾シート７０によって構成されている。導光シート５０の前面５０ｂには、接着層８５を介して、加飾シート７０が貼り合わされている。
本実施形態の導光シート５０の前面５０ｂには遮光部ＬＢとして文字印刷が施されており、文字印刷された箇所以外の前面５０ｂが、前側に向けて光を出射する出射部とされている。
他の実施形態として、前面５０ｂに印刷を施さず、裏面の任意の箇所に光を拡散する拡散印刷を施した構成も挙げられる。例えば、パターン状に拡散印刷を施すと、そのパターンに対応した光が、裏面で反射されて前面５０ｂから出射する。
図３に、本発明の第二実施形態の３次元センサ２の断面の分解図を示す。第一実施形態の３次元センサ１と同じ部材には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
本実施形態においては、導光ユニットＵが導光シート５０及び加飾シート７０によって構成されている。導光シート５０の前面５０ｂには、接着層８５を介して、加飾シート７０が貼り合わされている。
本実施形態の導光シート５０の前面５０ｂには遮光部ＬＢとして文字印刷が施されており、文字印刷された箇所以外の前面５０ｂが、前側に向けて光を出射する出射部とされている。
他の実施形態として、前面５０ｂに印刷を施さず、裏面の任意の箇所に光を拡散する拡散印刷を施した構成も挙げられる。例えば、パターン状に拡散印刷を施すと、そのパターンに対応した光が、裏面で反射されて前面５０ｂから出射する。
［加飾シート］
加飾シート７０は、シート状の材料からなり、透明材料であってもよいし、不透明材料であってもよい。加飾シート７０は透明樹脂シートからなることが好ましい。
加飾シート７０が透明材料からなる場合、その裏面は、導光シート５０の出射部に面しており、導光シート５０から出射された光が加飾シート７０の裏面から加飾シート７０内部に入射する。加飾シート７０の前面７０ｂ又は裏面の一部には印刷が施され、印刷の濃淡で透明性が調整されており、透明とされた出射部ＬＯ及び不透明とされた遮光部ＬＢが設けられている。加飾シート７０を透過した光は、前面７０ｂにおける出射部ＬＯから出射される。
加飾シート７０が不透明材料からなる場合、その厚み方向に貫通する光透過孔が設けられており、導光シート５０の出射部から出射された光は、加飾シート７０の裏面から前記光透過孔を通過して、前面７０ｂにおける前記光透過孔の開口部（出射部）から出射される。
加飾シート７０は、シート状の材料からなり、透明材料であってもよいし、不透明材料であってもよい。加飾シート７０は透明樹脂シートからなることが好ましい。
加飾シート７０が透明材料からなる場合、その裏面は、導光シート５０の出射部に面しており、導光シート５０から出射された光が加飾シート７０の裏面から加飾シート７０内部に入射する。加飾シート７０の前面７０ｂ又は裏面の一部には印刷が施され、印刷の濃淡で透明性が調整されており、透明とされた出射部ＬＯ及び不透明とされた遮光部ＬＢが設けられている。加飾シート７０を透過した光は、前面７０ｂにおける出射部ＬＯから出射される。
加飾シート７０が不透明材料からなる場合、その厚み方向に貫通する光透過孔が設けられており、導光シート５０の出射部から出射された光は、加飾シート７０の裏面から前記光透過孔を通過して、前面７０ｂにおける前記光透過孔の開口部（出射部）から出射される。
前記透明材料としては、例えば、第一実施形態の３次元センサ１における導光シート５０を構成する透明材料と同じ材料が挙げられる。
前記不透明材料としては、例えば、着色された前記透明材料等が挙げられる。
前記不透明材料としては、例えば、着色された前記透明材料等が挙げられる。
加飾シート７０の厚さは、機械的強度を高める観点から厚いほど好ましいが、操作面ＴにおいてＺ方向に入力される押圧力を易変形体３０に容易に伝達する観点から薄いほど好ましい。これらの相反する条件を考慮して、加飾シート７０の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以上０．７０ｍｍ以下がより好ましく、０．１０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下がより一層好ましく、０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．１０ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下が特に好ましく、０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下が最も好ましい。
加飾シート７０がポリエチレンテレフタレート、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又はアクリル樹脂によって形成されている場合、その厚さは、上記好適な範囲であることが好ましい。
加飾シート７０がガラスによって形成されている場合、その厚さは、０．０５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下が好ましく、０．０５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下がより好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下がより一層好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下が特に好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下が最も好ましい。
加飾シート７０がガラスによって形成されている場合、その厚さは、０．０５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下が好ましく、０．０５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下がより好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下がより一層好ましく、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下が特に好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下が最も好ましい。
前記押圧力を易変形体３０により容易に伝達し、Ｚ方向の入力に対する検知感度を向上させる観点から、下記式（２）で算出される加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２は、２５６未満が好ましく、３２以下がより好ましく、２０以下がさらに好ましく、１６以下が特に好ましく、１０以下が最も好ましい。
曲げ剛性Ｄ２の下限値は特に限定されず、好ましくは０．１以上である。
曲げ剛性Ｄ２の下限値は特に限定されず、好ましくは０．１以上である。
式（２）… Ｄ２＝（Ｅ２）×（ｈ２）３÷［１２×｛１−（ν２）２｝］
［式中、Ｄ２、Ｅ２、ｈ２及びν２は、加飾シート７０の、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］
［式中、Ｄ２、Ｅ２、ｈ２及びν２は、加飾シート７０の、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］
加飾シート７０の曲げ弾性率（ヤング率）Ｅ２、厚みｈ２及びポアソン比ν２を測定する方法としては、前述した、導光シート５０の曲げ弾性率Ｅ１、厚みｈ１及びポアソン比ν１を測定する方法と同様の方法が挙げられる。
通常、加飾シート７０のポアソン比ν２は、加飾シートを構成する材料の一般的な物性値と大きくは異ならないため、前記材料の一般的な物性値を暫定的に代用しても構わない。具体例には、一般的なガラスのポアソン比は０．２０〜０．２５程度であり、一般的な熱可塑性樹脂のポアソン比は０．２０〜０．４０程度である。
加飾シート７０の前面７０ｂに施された印刷の厚みは、加飾シート７０の厚みに比べて充分に薄い（例えば０．０１ｍｍ以下）ので、印刷が加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２に与える影響はほとんどない。
なお、加飾シート７０の前面７０ｂではなく、その反対側の裏面に印刷が施されていても構わない。
なお、加飾シート７０の前面７０ｂではなく、その反対側の裏面に印刷が施されていても構わない。
前記押圧力を易変形体３０により確実に伝達し、Ｚ方向の入力に対する検知感度をより一層向上させる観点から、前記式（１）で算出される導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１と、前記式（２）で算出される前記加飾シートの曲げ剛性Ｄ２と、の合計は、２５６未満が好ましく、３２以下がより好ましく、２０以下がさらに好ましく、１６以下が特に好ましく、１０以下が最も好ましい。
前記合計の下限値は特に限定されず、好ましくは０．１以上である。
前記合計の下限値は特に限定されず、好ましくは０．１以上である。
Ｚ方向の前記押圧力を易変形体３０にさらに容易に伝達する観点から、導光シート５０と加飾シート７０との合計の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以上０．７０ｍｍ以下がより好ましく、０．１０ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下がさらに好ましく、０．１０ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下が特に好ましい。
［接着層８５］
３次元センサ２を構成する、導光シート５０と加飾シート７０同士を接着する接着層８５として、前述した接着層８１，８２，８３，８４と同様の接着層が適用される。
接着層８５は透明であることが好ましい。接着層８５の厚みとしては、例えば１μｍ〜７５μｍが挙げられる。前記接着剤を用いた接着層の厚みは、１μｍ〜２０μｍが好ましい。前記粘着剤を用いた接着層の厚みは、１０μｍ〜７５μｍが好ましい。上記範囲の厚みであれば、接着層８５が導光シート５０及び加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ１及び曲げ剛性Ｄ２に与える影響はほとんどない。
３次元センサ２を構成する、導光シート５０と加飾シート７０同士を接着する接着層８５として、前述した接着層８１，８２，８３，８４と同様の接着層が適用される。
接着層８５は透明であることが好ましい。接着層８５の厚みとしては、例えば１μｍ〜７５μｍが挙げられる。前記接着剤を用いた接着層の厚みは、１μｍ〜２０μｍが好ましい。前記粘着剤を用いた接着層の厚みは、１０μｍ〜７５μｍが好ましい。上記範囲の厚みであれば、接着層８５が導光シート５０及び加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ１及び曲げ剛性Ｄ２に与える影響はほとんどない。
導光シート５０と加飾シート７０を接着する接着層８５は、粘着剤を用いた接着層であることが好ましい。
接着層８５が粘着剤を用いた接着層であると、操作面ＴにＺ方向の押圧力が加わった際に、導光シート５０と加飾シート７０との粘着がずれ得る（接着層８５を構成する粘着剤がずれ得る）ため、導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１と加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２とが互いに影響を与えず、導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１と加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２とを切り離して独立に考えることができる。すなわち、加飾シート７０、接着層８５及び導光シート５０を合わせた曲げ剛性Ｄ’は、両シート５０，７０の曲げ剛性の合計（Ｄ１＋Ｄ２）となる。
接着層８５が粘着剤を用いた接着層であると、操作面ＴにＺ方向の押圧力が加わった際に、導光シート５０と加飾シート７０との粘着がずれ得る（接着層８５を構成する粘着剤がずれ得る）ため、導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１と加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２とが互いに影響を与えず、導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１と加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２とを切り離して独立に考えることができる。すなわち、加飾シート７０、接着層８５及び導光シート５０を合わせた曲げ剛性Ｄ’は、両シート５０，７０の曲げ剛性の合計（Ｄ１＋Ｄ２）となる。
一方、接着層８５が硬化型接着剤からなる場合、前記押圧力が加わった際に、両シート５０，７０の接着が強固であるため、ずれは生じない。この場合における、加飾シート７０、接着層８５及び導光シート５０を合わせた曲げ剛性Ｄ”は、Ｄ１とＤ２の合計としてもよいが、導光シート５０、接着層８５、加飾シート７０を一体化した複合シートとみなし、下記式（３）で算出することが好ましい。
式（３）… 曲げ剛性Ｄ”＝（Ｅ３）×（ｈ３）３÷［１２×｛１−（ν３）２｝］
［式中、Ｄ”、Ｅ３、ｈ３及びν３は、前記複合シートの、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］
［式中、Ｄ”、Ｅ３、ｈ３及びν３は、前記複合シートの、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］
前記複合シートの曲げ弾性率（ヤング率）Ｅ３、厚みｈ３及びポアソン比ν３を測定する方法としては、前述した、導光シート５０の曲げ弾性率Ｅ１、厚みｈ１及びポアソン比ν１を測定する方法と同様の方法が挙げられる。
前記押圧力を易変形体３０により容易に伝達し、Ｚ方向の入力に対する検知感度を向上させる観点から、前記式（３）で算出される前記複合シートの曲げ剛性Ｄ”は、２５６未満が好ましく、３２以下がより好ましく、２０以下がさらに好ましく、１６以下が特に好ましく、１０以下が最も好ましい。
曲げ剛性Ｄ”の下限値は特に限定されず、好ましくは０．１以上である。
曲げ剛性Ｄ”の下限値は特に限定されず、好ましくは０．１以上である。
《第三実施形態》
図４に、本発明に係る第三実施形態の３次元センサ３の断面の分解図を示す。第二実施形態の３次元センサ２と同じ部材には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
第三実施形態のＸＹ電極体４０の構成は、第二実施形態のＸＹ電極体４０から第二基材シート４５及び接着層８３が除かれた構成であり、第一電極シート４０ｘの絶縁膜４３の前面に、第二電極シート４０ｙの導電膜４６が形成された構成である。
図４に、本発明に係る第三実施形態の３次元センサ３の断面の分解図を示す。第二実施形態の３次元センサ２と同じ部材には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
第三実施形態のＸＹ電極体４０の構成は、第二実施形態のＸＹ電極体４０から第二基材シート４５及び接着層８３が除かれた構成であり、第一電極シート４０ｘの絶縁膜４３の前面に、第二電極シート４０ｙの導電膜４６が形成された構成である。
第三実施形態のＸＹ電極体４０の厚みは、第二実施形態のＸＹ電極体４０の厚みよりも、第二基材シート４５及び接着層８３の厚み分だけ薄くされている。このため、操作面ＴにおけるＺ方向の入力が、ＸＹ電極体４０を介して易変形体３０及びＺ電極体２０に対して伝達され易く、Ｚ方向の入力に対する感度が向上する。
第三実施形態のＸＹ電極体４０は、第一実施形態のＸＹ電極体４０として適用してもよい。第一実施形態に適用した場合にも、同様にＺ方向の入力に対する感度が向上する。
第三実施形態のＸＹ電極体４０は、第一実施形態のＸＹ電極体４０として適用してもよい。第一実施形態に適用した場合にも、同様にＺ方向の入力に対する感度が向上する。
《３次元センサの製造方法》
前述した３次元センサ１〜３の製造方法としては、公知の積層シートの製造方法、公知の導電膜の成膜方法、公知の静電容量式３次元センサの製造方法等が適用可能であり、例えば、特許文献１に記載された３次元センサの製造方法が挙げられる。
具体例として、ＸＹ電極体の作製工程と、Ｚ電極体の作製工程と、易変形体の作製工程と、導光シートの作製工程と、加飾シートの作製工程と、接合工程と、を有する製造方法が挙げられる。以下、各工程の一例について、３次元センサ１，２を製造する場合を説明する。
前述した３次元センサ１〜３の製造方法としては、公知の積層シートの製造方法、公知の導電膜の成膜方法、公知の静電容量式３次元センサの製造方法等が適用可能であり、例えば、特許文献１に記載された３次元センサの製造方法が挙げられる。
具体例として、ＸＹ電極体の作製工程と、Ｚ電極体の作製工程と、易変形体の作製工程と、導光シートの作製工程と、加飾シートの作製工程と、接合工程と、を有する製造方法が挙げられる。以下、各工程の一例について、３次元センサ１，２を製造する場合を説明する。
［ＸＹ電極体の作製工程］
本工程では、第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙを作製する。
第一基材シート４１の前面に、導電膜４２を構成する金属細線と引き回し配線と外部接続用端子とを形成し、これらの上に絶縁膜４３を形成することにより、第一電極シート４０ｘを得る。
より詳しくは、第一基材シート４１の前面に、金属粒子を含むインクを印刷する方法、金属箔又は金属蒸着膜をパターニングする方法等によって、金属細線のパターンを形成する。さらに、金属細線の形成方法と同様の方法により引き回し配線を形成する。続いて、引き回し配線の端部に導電性ペーストをスクリーン印刷した後、硬化させて、外部接続用端子を形成する。その後、第一基材シート４１及び導電膜４２を覆うように、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法によって、絶縁膜４３を形成し、第一電極シート４０ｘを得る。第二電極シート４０ｙも、上記の第一電極シート４０ｘと同様に作製する。
得られた第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙを、前記粘着剤からなる接着層８３を介して接着する。
本工程では、第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙを作製する。
第一基材シート４１の前面に、導電膜４２を構成する金属細線と引き回し配線と外部接続用端子とを形成し、これらの上に絶縁膜４３を形成することにより、第一電極シート４０ｘを得る。
より詳しくは、第一基材シート４１の前面に、金属粒子を含むインクを印刷する方法、金属箔又は金属蒸着膜をパターニングする方法等によって、金属細線のパターンを形成する。さらに、金属細線の形成方法と同様の方法により引き回し配線を形成する。続いて、引き回し配線の端部に導電性ペーストをスクリーン印刷した後、硬化させて、外部接続用端子を形成する。その後、第一基材シート４１及び導電膜４２を覆うように、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法によって、絶縁膜４３を形成し、第一電極シート４０ｘを得る。第二電極シート４０ｙも、上記の第一電極シート４０ｘと同様に作製する。
得られた第一電極シート４０ｘと第二電極シート４０ｙを、前記粘着剤からなる接着層８３を介して接着する。
［Ｚ電極体の作製工程］
第三基材シート２１の前面に、導電膜２２を構成する金属細線と引き回し配線と外部接続用端子とを形成し、これらの上に絶縁膜２３を形成することにより、Ｚ電極体２０を得る。具体的には、第一電極シート４０ｘと同様に作製する。
第三基材シート２１の前面に、導電膜２２を構成する金属細線と引き回し配線と外部接続用端子とを形成し、これらの上に絶縁膜２３を形成することにより、Ｚ電極体２０を得る。具体的には、第一電極シート４０ｘと同様に作製する。
［易変形体の作製工程］
本工程では、シート状の弾性体３２を作製し、弾性体３２を弾性体用基材シート３１に貼合する。具体的には、プレス成形法、射出成形法、スクリーン印刷法、注型成形法等の公知の成形方法によって弾性材料を成形することにより、シートの前面に円柱状の弾性スペーサ３２ａを多数設けたシート状の弾性体３２を作製する。
射出成形法を用いる場合、金型内に弾性体用基材シート３１を予め配置しておくことにより、弾性体用基材シート３１の前面に直接弾性体３２を形成することができる。
また、射出成形法以外を用いる場合、例えば、金型内において、未硬化の弾性体を注入し、弾性体用基材シート３１を被覆して加熱圧縮することで弾性体３２を接合する方法が挙げられる。
本工程では、シート状の弾性体３２を作製し、弾性体３２を弾性体用基材シート３１に貼合する。具体的には、プレス成形法、射出成形法、スクリーン印刷法、注型成形法等の公知の成形方法によって弾性材料を成形することにより、シートの前面に円柱状の弾性スペーサ３２ａを多数設けたシート状の弾性体３２を作製する。
射出成形法を用いる場合、金型内に弾性体用基材シート３１を予め配置しておくことにより、弾性体用基材シート３１の前面に直接弾性体３２を形成することができる。
また、射出成形法以外を用いる場合、例えば、金型内において、未硬化の弾性体を注入し、弾性体用基材シート３１を被覆して加熱圧縮することで弾性体３２を接合する方法が挙げられる。
［導光シートの作製工程］
第一実施形態の３次元センサ１における導光シート５０を作製する場合、本工程では、透明材料からなるシートの前面に、グラビア印刷、スクリーン印刷等の公知の印刷方法によって遮光部ＬＢを構成する塗料を印刷する。また、前記シートの裏面に、光を散乱させる塗料を用い、散乱透過模様をスクリーン印刷によって形成し、さらに、クリア層（透明層）、白ベタ層を印刷する。これにより、導光シート５０内を伝搬する光は、裏面で散乱及び反射し、前面における出射部ＬＯ（遮光部ＬＢが形成されていない領域）から出射する。
第一実施形態の３次元センサ１における導光シート５０を作製する場合、本工程では、透明材料からなるシートの前面に、グラビア印刷、スクリーン印刷等の公知の印刷方法によって遮光部ＬＢを構成する塗料を印刷する。また、前記シートの裏面に、光を散乱させる塗料を用い、散乱透過模様をスクリーン印刷によって形成し、さらに、クリア層（透明層）、白ベタ層を印刷する。これにより、導光シート５０内を伝搬する光は、裏面で散乱及び反射し、前面における出射部ＬＯ（遮光部ＬＢが形成されていない領域）から出射する。
第二実施形態の３次元センサ２における導光シート５０を作製する場合、本工程では、透明材料からなるシートの前面に文字印刷を任意で施し、裏面に、光を散乱させる塗料を用い、散乱透過模様をスクリーン印刷によって形成し、さらに、クリア層（透明層）、白ベタ層を印刷する。これにより、導光シート５０内を伝搬する光は、裏面で散乱及び反射し、前面から出射する。
［加飾シートの作製工程］
第二実施形態の３次元センサ２における加飾シート７０を作製する本工程では、透明材料からなるシートの前面にハードコート処理を任意で施し、裏面にグラビア印刷、スクリーン印刷等の公知の印刷方法によって遮光部ＬＢを構成する塗料を印刷する。これにより、導光シート５０の前面から出射された光は、加飾シート７０の裏面における遮光部ＬＢが形成されていない領域から加飾シート７０に入射し、加飾シート７０の前面から出射する。
第二実施形態の３次元センサ２における加飾シート７０を作製する本工程では、透明材料からなるシートの前面にハードコート処理を任意で施し、裏面にグラビア印刷、スクリーン印刷等の公知の印刷方法によって遮光部ＬＢを構成する塗料を印刷する。これにより、導光シート５０の前面から出射された光は、加飾シート７０の裏面における遮光部ＬＢが形成されていない領域から加飾シート７０に入射し、加飾シート７０の前面から出射する。
［接合工程］
第一実施形態の３次元センサ１を作製する場合、本工程では、支持部材１１の前面１１ａに、粘着剤からなる接着層８１を介してＺ電極体２０の第三基材シート２１の裏面を接着する。次いで、Ｚ電極体２０の絶縁膜２３の前面に、粘着剤からなる接着層８２を介して易変形体３０の弾性体用基材シート３１の裏面を接着する。次いで、易変形体３０の複数の弾性スペーサ３２ａの天面に、シリコーンゴムシート３３の裏面を載置し、さらにシリコーンゴムシート３３の前面に、ＸＹ電極体４０の第一基材シート４１の裏面を載置し、易接着処理が施されたシリコーンゴムシート３３によって接合する。続いて、ＸＹ電極体４０の絶縁膜４７の前面に、粘着剤が基材層の両面に配された両面テープからなる接着層８４を介して、導光シート５０の裏面（前記白ベタ層）を接着する。
第二実施形態の３次元センサ２を作製する場合には、導光シート５０の前面５０ｂに、粘着剤が基材層の両面に配された両面テープからなる接着層８５を介して、加飾シート７０の裏面を接着する。
第一実施形態の３次元センサ１を作製する場合、本工程では、支持部材１１の前面１１ａに、粘着剤からなる接着層８１を介してＺ電極体２０の第三基材シート２１の裏面を接着する。次いで、Ｚ電極体２０の絶縁膜２３の前面に、粘着剤からなる接着層８２を介して易変形体３０の弾性体用基材シート３１の裏面を接着する。次いで、易変形体３０の複数の弾性スペーサ３２ａの天面に、シリコーンゴムシート３３の裏面を載置し、さらにシリコーンゴムシート３３の前面に、ＸＹ電極体４０の第一基材シート４１の裏面を載置し、易接着処理が施されたシリコーンゴムシート３３によって接合する。続いて、ＸＹ電極体４０の絶縁膜４７の前面に、粘着剤が基材層の両面に配された両面テープからなる接着層８４を介して、導光シート５０の裏面（前記白ベタ層）を接着する。
第二実施形態の３次元センサ２を作製する場合には、導光シート５０の前面５０ｂに、粘着剤が基材層の両面に配された両面テープからなる接着層８５を介して、加飾シート７０の裏面を接着する。
次に、支持部材１１の前面１１ａに光源６０を公知方法により設置し、光源６０の光出射部が、上記の接着により既に設置された導光シート５０の側面５０ａの入射部ＬＩに対向するように配置する。これにより、光源６０からの光が側面５０ａの入射部ＬＩから導光シート５０内に入射可能とされる。
以上の工程により、３次元センサ１，２が得られる。
なお、各部材の接着、設置順序は上記に限定されず、所望の順序で行うことができる。
以上の工程により、３次元センサ１，２が得られる。
なお、各部材の接着、設置順序は上記に限定されず、所望の順序で行うことができる。
＜作用効果＞
第一実施形態の３次元センサ１においては、導光ユニットＵを構成する導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１が適度であるため、操作面Ｔ（導光シート５０の前面５０ｂ）に対する局所的な押圧を感度良く検知することができる。これにより、例えば、図５に示すように、人差し指と中指による同時の押圧を個別の入力として検知することができる。
また、操作面Ｔには光源６０からの光が出射される出射部ＬＯが設けられており、操作面Ｔにおける操作性、視認性、装飾性が高められている。操作面Ｔは、導光シート５０の前面５０ｂによって構成されているため、導光シート５０内に入射した光が別の部材によって減損する機会は無く、導光シート５０の前面５０ｂに設けられた出射部ＬＯから高い輝度で出射される。これにより、前記操作性、視認性、装飾性がより一層向上している。
第一実施形態の３次元センサ１においては、導光ユニットＵを構成する導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１が適度であるため、操作面Ｔ（導光シート５０の前面５０ｂ）に対する局所的な押圧を感度良く検知することができる。これにより、例えば、図５に示すように、人差し指と中指による同時の押圧を個別の入力として検知することができる。
また、操作面Ｔには光源６０からの光が出射される出射部ＬＯが設けられており、操作面Ｔにおける操作性、視認性、装飾性が高められている。操作面Ｔは、導光シート５０の前面５０ｂによって構成されているため、導光シート５０内に入射した光が別の部材によって減損する機会は無く、導光シート５０の前面５０ｂに設けられた出射部ＬＯから高い輝度で出射される。これにより、前記操作性、視認性、装飾性がより一層向上している。
第二実施形態の３次元センサ２においては、導光ユニットＵを構成する導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１及び加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２が適度であるため、操作面Ｔ（加飾シート７０の前面７０ｂ）に対する局所的な押圧を感度良く検知することができる。これにより、例えば、第一実施形態の場合と同様に、人差し指と中指による同時の押圧を個別の入力として検知することができる。
また、加飾シート７０には光源６０からの光が出射される出射部ＬＯが設けられており、操作面Ｔにおける操作性、視認性、装飾性が高められている。操作面Ｔと、導光シート５０の前面５０ｂとの間には、接着層８５及び加飾シート７０のシート部材が介在しているため、第一実施形態と比べた場合、操作面Ｔに到達して前面側に出射される光の輝度は少し減損している。しかし、例えば、導光シート５０がＺ電極体２０と支持部材１１の前面１１ａの間に配置された構成と比べた場合、操作面Ｔと導光シート５０の出射部ＬＯの間に介在する部材は少ないため、輝度の減損は抑制されている。
さらに、加飾シート７０と導光シート５０を別部材とすることにより、例えば加飾シートの前面側と裏面側に印刷等を施すことで、奥行き感を演出することができる。また、加飾シート７０の裏面側に施された印刷等は、露出せずに内部で保護されるので、耐久性が向上する。
また、加飾シート７０には光源６０からの光が出射される出射部ＬＯが設けられており、操作面Ｔにおける操作性、視認性、装飾性が高められている。操作面Ｔと、導光シート５０の前面５０ｂとの間には、接着層８５及び加飾シート７０のシート部材が介在しているため、第一実施形態と比べた場合、操作面Ｔに到達して前面側に出射される光の輝度は少し減損している。しかし、例えば、導光シート５０がＺ電極体２０と支持部材１１の前面１１ａの間に配置された構成と比べた場合、操作面Ｔと導光シート５０の出射部ＬＯの間に介在する部材は少ないため、輝度の減損は抑制されている。
さらに、加飾シート７０と導光シート５０を別部材とすることにより、例えば加飾シートの前面側と裏面側に印刷等を施すことで、奥行き感を演出することができる。また、加飾シート７０の裏面側に施された印刷等は、露出せずに内部で保護されるので、耐久性が向上する。
第三実施形態の３次元センサ３においては、第二実施形態と比べた場合、ＸＹ電極体４０の厚みが減っているため、操作面Ｔ（加飾シート７０の前面７０ｂ）に対する局所的な押圧力が、易変形体３０に対してより一層伝達され易くなっており、Ｚ方向の入力をより一層感度良く検知することができる。
［実施例１］
厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（曲げ剛性１Ｎ・ｍｍ未満）の一方の面に、真空蒸着法により厚さ０．１５μｍの銅蒸着膜からなる導電膜を形成させた後、その導電膜をケミカルエッチングして電極パターンを形成した。次いで、ＰＥＴフィルム及び導電膜を覆うように、紫外線硬化性アクリル系樹脂を含む絶縁性ペーストをスクリーン印刷して未硬化樹脂層を形成した後、未硬化樹脂層に紫外線を照射して厚さ２０μｍの絶縁膜を形成した。
上記方法によって、ＸＹ電極体４０を構成する第一電極シート４０ｘ及び第二電極シート４０ｙ、並びにＺ電極体２０を得た。
厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（曲げ剛性１Ｎ・ｍｍ未満）の一方の面に、真空蒸着法により厚さ０．１５μｍの銅蒸着膜からなる導電膜を形成させた後、その導電膜をケミカルエッチングして電極パターンを形成した。次いで、ＰＥＴフィルム及び導電膜を覆うように、紫外線硬化性アクリル系樹脂を含む絶縁性ペーストをスクリーン印刷して未硬化樹脂層を形成した後、未硬化樹脂層に紫外線を照射して厚さ２０μｍの絶縁膜を形成した。
上記方法によって、ＸＹ電極体４０を構成する第一電極シート４０ｘ及び第二電極シート４０ｙ、並びにＺ電極体２０を得た。
上記で得た第二電極シート４０ｙの裏面に、粘着剤からなる厚さ１０μｍの接着剤層を形成した。この接着剤層に第一電極シート４０ｘの前面を接触させて固定し、ＸＹ電極体４０を得た。
円柱状の弾性スペーサが一方の面に多数設けられたシート状の弾性体３２を作製可能な射出成形用金型を用い、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルムを金型の内部に配置して、熱硬化性の液状シリコーンを射出成形した。これにより、シリコーンゴムからなる弾性体３２を成形及び硬化すると同時に、その裏面にＰＥＴフィルムからなる第三基材シート２１を貼合してなる積層体Ａを得た。
上記で得たＺ電極体２０の絶縁膜の前面に、粘着剤からなる厚さ１０μｍの接着剤層を形成した。この接着剤層に上記積層体Ａの第三基材シート２１の裏面を接触させて固定し、積層体Ｂを得た。
ＸＹ電極体４０の裏面と上記積層体Ｂの弾性スペーサ３２ａが並んだ前面との間に、表面がプラズマ処理されたシリコーンゴムシート３３を挟んで密着させることにより、Ｚ電極体２０、易変形体３０、ＸＹ電極体４０の順に積層してなる電極積層体（センサーシート）を得た。
次に、表１に示す透明材料からなる導光シート５０を準備し、導光シート５０と上記センサーシートのＸＹ電極体４０の前面とを、粘着剤を用いた透明両面テープ（厚さ：５０μｍ）（３Ｍ社製、型番：４６７ＭＰ）によって接着した。
さらに、上記センサーシートの裏面に、上記の透明両面テープを介して、光源６０を備えた支持部材１１を接着し、図１に示す３次元センサ１を得た。
作製した３次元センサ１における操作面Ｔの検出可能領域の寸法は、縦４８ｍｍ×横８８ｍｍであった。
さらに、上記センサーシートの裏面に、上記の透明両面テープを介して、光源６０を備えた支持部材１１を接着し、図１に示す３次元センサ１を得た。
作製した３次元センサ１における操作面Ｔの検出可能領域の寸法は、縦４８ｍｍ×横８８ｍｍであった。
（Ｚ感度の評価）
３次元センサ１の操作面Ｔを押圧し、Ｚ方向の入力を検知する感度（Ｚ感度）を以下の方法で評価した。
具体的には、△Ｃ（荷重印加後の静電容量値−荷重印加前の静電容量値）を、静電容量検出用ＩＣを使用して測定した。ここで、静電容量値は、受信側のＺ電極体２０の導電膜と送信側の第一電極シート４０ｘの導電膜との間の静電容量である。△Ｃの数値が大きいほど、Ｚ感度が高いことを意味する。
操作面Ｔを押圧する方法は、ＧＮＤ接続された直径１０ｍｍの円柱状の金属棒（押し子）を用い、その円形の先端部を操作面Ｔに当てて、７００ｇの荷重を印加する方法で行った。
操作面Ｔの検出可能領域のうち縦２４ｍｍ×横２４ｍｍの領域を用い、これが縦×横＝６×６＝３６個のセルに分割されたグリッドにおいて、個々のセルがそれぞれＺ方向の入力（△Ｃ）を検知可能とされている。
押し子の先端部を操作面Ｔに接触させたときの領域には、約４個のセルが含まれる。つまり、押し子で操作面Ｔを押圧すると、同時に少なくとも４個のセルで△Ｃの数値が測定される。そこで、一の押圧に対して、３６セルで測定された各△Ｃの数値を大きい順にソートし、上位４セルの測定値の合計値を「△Ｃ＠４セル」とし、３６セルの測定値の合計値を「△Ｃ＠３６セル」とした。
導光シート５０の種類と、各導光シート５０を備えた３次元センサ１における△Ｃ（単位：ｆＦ）の測定結果を表１に示す。
３次元センサ１の操作面Ｔを押圧し、Ｚ方向の入力を検知する感度（Ｚ感度）を以下の方法で評価した。
具体的には、△Ｃ（荷重印加後の静電容量値−荷重印加前の静電容量値）を、静電容量検出用ＩＣを使用して測定した。ここで、静電容量値は、受信側のＺ電極体２０の導電膜と送信側の第一電極シート４０ｘの導電膜との間の静電容量である。△Ｃの数値が大きいほど、Ｚ感度が高いことを意味する。
操作面Ｔを押圧する方法は、ＧＮＤ接続された直径１０ｍｍの円柱状の金属棒（押し子）を用い、その円形の先端部を操作面Ｔに当てて、７００ｇの荷重を印加する方法で行った。
操作面Ｔの検出可能領域のうち縦２４ｍｍ×横２４ｍｍの領域を用い、これが縦×横＝６×６＝３６個のセルに分割されたグリッドにおいて、個々のセルがそれぞれＺ方向の入力（△Ｃ）を検知可能とされている。
押し子の先端部を操作面Ｔに接触させたときの領域には、約４個のセルが含まれる。つまり、押し子で操作面Ｔを押圧すると、同時に少なくとも４個のセルで△Ｃの数値が測定される。そこで、一の押圧に対して、３６セルで測定された各△Ｃの数値を大きい順にソートし、上位４セルの測定値の合計値を「△Ｃ＠４セル」とし、３６セルの測定値の合計値を「△Ｃ＠３６セル」とした。
導光シート５０の種類と、各導光シート５０を備えた３次元センサ１における△Ｃ（単位：ｆＦ）の測定結果を表１に示す。
表１において、「Ｄ値」は導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１（単位：Ｎ・ｍｍ）であり、「ヤング率」は曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）である。
表１の「△Ｃの分散率」は、｛（△Ｃ＠３６セル−△Ｃ＠４セル）÷△Ｃ＠４セル｝×１００％の式で算出され、押し子で押圧した箇所に生じた撓みが、その周辺へ波及した程度を測る指標である。この数値が小さいほど、押圧した局所の撓みが大きく、周辺へ波及した撓みが少ないことを示し、操作面Ｔにおける押圧された箇所を特定する分解能が高いことを意味する。
表１の「△Ｃの分散率」は、｛（△Ｃ＠３６セル−△Ｃ＠４セル）÷△Ｃ＠４セル｝×１００％の式で算出され、押し子で押圧した箇所に生じた撓みが、その周辺へ波及した程度を測る指標である。この数値が小さいほど、押圧した局所の撓みが大きく、周辺へ波及した撓みが少ないことを示し、操作面Ｔにおける押圧された箇所を特定する分解能が高いことを意味する。
表１の結果から、△Ｃ＠４セルと曲げ剛性Ｄ１は反比例の関係にあるといえる。この関係は、△Ｃを縦軸にとり、曲げ剛性Ｄ１を横軸にとった分布図（図６）からも明らかである。分布図中、×のプロットは△Ｃ＠４セルの結果を示し、●のプロットは△Ｃ＠３６セルの結果を示す。
また、表１の結果から、曲げ剛性Ｄ１が大きくなるにつれ、△Ｃの分散率が大きくなる傾向がある。この傾向は、△Ｃの分散率を縦軸にとり、曲げ剛性Ｄ１を横軸にとった分布図（図７）からも明らかである。
以上の結果から、同じ材質であれば、曲げ剛性Ｄ１が小さいほど、Ｚ感度が良好となり、△Ｃの分散率が小さく、すなわち押圧された箇所を特定する分解能が高くなることが明らかである。
良好なＺ感度を得るとともに、操作面Ｔにおける押圧された箇所を特定する分解能を高めるためには、３次元センサ１の導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１は、２５６未満が好ましく、８８以下がより好ましく、３２以下がさらにより好ましく、２０以下がさらによく好ましく、１６以下が特に好ましく、１０以下が最も好ましい。
良好なＺ感度を得るとともに、操作面Ｔにおける押圧された箇所を特定する分解能を高めるためには、３次元センサ１の導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１は、２５６未満が好ましく、８８以下がより好ましく、３２以下がさらにより好ましく、２０以下がさらによく好ましく、１６以下が特に好ましく、１０以下が最も好ましい。
なお、ＸＹ方向の入力を検知する感度（ＸＹ感度）及び導光シート５０の出射部からの光の出射効率は、いずれの導光シート５０を用いた場合にも良好であった。
［実施例２］
実施例１と同様に、Ｚ電極体２０、易変形体３０、ＸＹ電極体４０の順に積層してなる電極積層体（センサーシート）を得た。
次に、表２に示す透明材料からなる導光シート５０（表中、１層目と表記）を準備し、導光シート５０と上記センサーシートのＸＹ電極体４０の前面とを、粘着剤を用いた透明両面テープ（厚さ：５０μｍ）（３Ｍ社製、型番：４６７ＭＰ）によって接着した。
続いて、表２に示す透明材料からなる加飾シート７０（表中、２層目と表記）を準備し、加飾シート７０と上記導光シート５０の前面とを、上記の透明両面テープによって接着した。
さらに、上記センサーシートの裏面に、上記の透明両面テープを介して、光源６０を備えた支持部材１１を接着し、図３に示す３次元センサ２を得た。
実施例１と同様に、Ｚ電極体２０、易変形体３０、ＸＹ電極体４０の順に積層してなる電極積層体（センサーシート）を得た。
次に、表２に示す透明材料からなる導光シート５０（表中、１層目と表記）を準備し、導光シート５０と上記センサーシートのＸＹ電極体４０の前面とを、粘着剤を用いた透明両面テープ（厚さ：５０μｍ）（３Ｍ社製、型番：４６７ＭＰ）によって接着した。
続いて、表２に示す透明材料からなる加飾シート７０（表中、２層目と表記）を準備し、加飾シート７０と上記導光シート５０の前面とを、上記の透明両面テープによって接着した。
さらに、上記センサーシートの裏面に、上記の透明両面テープを介して、光源６０を備えた支持部材１１を接着し、図３に示す３次元センサ２を得た。
（Ｚ感度の評価）
３次元センサ２の操作面Ｔを押圧し、Ｚ方向の入力を検知する感度（Ｚ感度）を、実施例１と同様の方法で評価した。その結果を表２に示す。
３次元センサ２の操作面Ｔを押圧し、Ｚ方向の入力を検知する感度（Ｚ感度）を、実施例１と同様の方法で評価した。その結果を表２に示す。
表２において、「１層目」は導光シート５０を表し、「２層目」は加飾シート７０を表し、「２層目」が斜線である場合は、加飾シート７０を備えないことを表す。加飾シート７０を備えないセンサは、実施例１の３次元センサ１であり、ここでは比較のために記載している。
表２において、表２の「Ｄ値」は導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１（単位：Ｎ・ｍｍ）と加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２の合計値（Ｄ１＋Ｄ２）を表す。また、「ヤング率」は曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）である。
表２の「△Ｃの分散率」は、実施例１と同様に算出され、同様の意味を有する。
表２において、表２の「Ｄ値」は導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１（単位：Ｎ・ｍｍ）と加飾シート７０の曲げ剛性Ｄ２の合計値（Ｄ１＋Ｄ２）を表す。また、「ヤング率」は曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）である。
表２の「△Ｃの分散率」は、実施例１と同様に算出され、同様の意味を有する。
表２は、材質と総厚が同じ条件であれば、２枚の薄いシートを粘着剤で貼り合わせたＤ値（Ｄ１＋Ｄ２）の方が、１枚の厚いシートのＤ値（Ｄ１）よりも低くなることを示している。ここで、総厚には接着層の厚みは含まれない。
また、曲げ剛性Ｄ１と曲げ剛性Ｄ２の合計値が小さいほど、Ｚ感度が良好となり、△Ｃの分散率が小さく、すなわち押圧された箇所を特定する分解能が高くなることは、実施例１の結果と同様である。
また、曲げ剛性Ｄ１と曲げ剛性Ｄ２の合計値が小さいほど、Ｚ感度が良好となり、△Ｃの分散率が小さく、すなわち押圧された箇所を特定する分解能が高くなることは、実施例１の結果と同様である。
表２の測定結果から、導光シート５０と加飾シート７０の材料と総厚を揃えた場合、△Ｃ＠４セル、△Ｃ＠３６セル及び△Ｃの分散率について、実施例２の３次元センサ２の方が、実施例１の３次元センサ１よりも良好であることが分かる。つまり、実施例２の３次元センサ２の方が、比較可能な条件で比べた場合、Ｚ感度や押圧箇所を特定する分解能が優れる、といえる。
表２の測定結果から、導光シート５０の厚みＡと加飾シート７０の厚みＢは、同じ（厚みＡ：厚みＢ＝１：１）又は近似（厚みＡ：厚みＢ＝１：２〜２：１）である方が、相違している（厚みＡ：厚みＢ＝５：１〜３：１又は１：３〜１：５）よりも、△Ｃ＠４セル及び△Ｃの分散率が良好になることが分かる。
なお、ＸＹ方向の入力を検知する感度（ＸＹ感度）及び加飾シート７０の出射部からの光の出射効率は、いずれの加飾シート７０及び導光シート５０を用いた場合にも良好であった。
［実施例３］
（押圧箇所を特定する分解能の評価）
実施例１で作製した３次元センサ１を用いて、操作面Ｔに対して上記の押し子を２つ同時に押し当て、合計１０００ｇの荷重を印加して、上記の検出可能領域のうち縦２４ｍｍ×横３２ｍｍを用い、縦×横＝６×８＝４８セルのグリッドで△Ｃを測定した。２つの押し子による、２つの円形の押圧部の離間距離は、中心同士で１４ｍｍ、最近点同士で４ｍｍとした。導光シート５０の種類を変えて測定した結果を図８に示す。
（押圧箇所を特定する分解能の評価）
実施例１で作製した３次元センサ１を用いて、操作面Ｔに対して上記の押し子を２つ同時に押し当て、合計１０００ｇの荷重を印加して、上記の検出可能領域のうち縦２４ｍｍ×横３２ｍｍを用い、縦×横＝６×８＝４８セルのグリッドで△Ｃを測定した。２つの押し子による、２つの円形の押圧部の離間距離は、中心同士で１４ｍｍ、最近点同士で４ｍｍとした。導光シート５０の種類を変えて測定した結果を図８に示す。
図８には、導光シート５０として、表１に示した、厚さ０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍのポリカーボネートシートを備えた３次元センサ１の測定結果と、厚さ０．６７ｍｍのガラスシートを備えた３次元センサ１の測定結果をポリゴンで示している。各ポリゴンの高さは、△Ｃの大きさを表し、各ポリゴンの位置は、操作面Ｔの２次元平面に概ね対応している。
厚さ０．２ｍｍ、曲げ剛性Ｄ１＝２Ｎ・ｍｍのポリカーボネートシートを導光シート５０として備えた３次元センサ１（図８の「０．２ｍｍＰＣ」）は、２つの押し子による押圧を２つのピークに分離して検知している。同様に、厚さ０．４ｍｍ、曲げ剛性Ｄ１＝１６Ｎ・ｍｍの「０．４ｍｍＰＣ」；厚さ０．７ｍｍ、曲げ剛性Ｄ１＝８８Ｎ・ｍｍの「０．７ｍｍＰＣ」の各３次元センサ１においても、２つの押し子による押圧を２つのピークに分離して検知している。この２つの押し子は、２本の指を模擬したものであり、個々の指による押圧を独立に検知して信号処理できることを意味している。
一方、厚さ１ｍｍ、曲げ剛性Ｄ１＝２５６Ｎ・ｍｍの「１ｍｍＰＣ」；厚さ２ｍｍ、曲げ剛性Ｄ１＝２０４４Ｎ・ｍｍの「２ｍｍＰＣ」；厚さ０．６７ｍｍ、曲げ剛性Ｄ１＝１８５２Ｎ・ｍｍの「０．６７ｍｍ_ｇｌａｓｓ」の各３次元センサ１においては、２つの押し子による押圧を単一のピークとして検知しており、２つの押圧を分離できず、単一の押圧として検知している。
以上の表１と図８の結果から、操作面において互いに近接する２箇所を同時に押圧した場合に、個々の押圧を分離して独立に検知するためには、導光シート５０の曲げ剛性Ｄ１は、２５６Ｎ・ｍｍ未満が好ましく、８８Ｎ・ｍｍ以下がより好ましく、１６Ｎ・ｍｍ以下がさらに好ましいことが分かる。
上記と同じ観点から、△Ｃの分散率は８０％以下が好ましく、６０％以下がより好ましく、４０％以下がさらに好ましいことが分かる。
上記と同じ観点から、△Ｃの分散率は８０％以下が好ましく、６０％以下がより好ましく、４０％以下がさらに好ましいことが分かる。
また、表２と図８の結果から、実施例１の３次元センサ１が備える導光シート５０の厚みと、実施例２の３次元センサ２が備える導光シート５０及び加飾シート７０の合計の厚みとが同じである場合、実施例２の３次元センサ２のＤ値（Ｄ１＋Ｄ２）の方が小さくなり、押圧された箇所を特定する分解能が高まる。したがって、操作面において互いに近接する２箇所を同時に押圧した場合に、個々の押圧を分離して独立に検知することについて、実施例２の３次元センサ２の方が有利な場合がある。
以上の結果から、本発明にかかる３次元センサは、Ｚ方向の入力に対して優れた感度を有することが明らかである。
１〜３…３次元センサ、１１…支持部材、２０…Ｚ電極体、２１…第三基材シート、２２…導電膜、２３…絶縁膜、３０…易変形体、３１…弾性体用基材シート、３２…弾性体、３２ａ…弾性スペーサ、３３…シリコーンゴムシート、４０…ＸＹ電極体、４０ｘ…第一電極シート、４０ｙ…第二電極シート、４１…第一基材シート、４２…導電膜、４３…絶縁膜、４５…第二基材シート、４６…導電膜、４７…絶縁膜、５０…導光シート、６０…光源、７０…加飾シート、８１〜８５…接着層
Claims (7)
- 平面ＸＹ方向及び奥行きＺ方向の入力を検知する静電容量式３次元センサであって、
光源からの光が入射する入射部が設けられた前記奥行きＺ方向に沿う側面、及び、前記光が出射する出射部が設けられた前記入力がなされる操作面、を有する導光ユニットと、
前記平面ＸＹ方向の入力を検知するシート状のＸＹ電極体と、
シート状の弾性体を有する易変形体と、
前記奥行きＺ方向の入力を検知するシート状のＺ電極体と、を備え、
前記導光ユニット、前記ＸＹ電極体、前記易変形体、及び前記Ｚ電極体は、この順で、前記奥行きＺ方向に見て重なるように配置されており、
前記導光ユニットは、任意に設けられる加飾シートと、前記側面から入射した前記光を導光し、前記出射部へ向けて出射する導光シートと、を備え、
前記加飾シート及び前記導光シートは、この順で、前記奥行きＺ方向に見て重なるように配置されており、
下記式（１）で算出される前記導光シートの曲げ剛性Ｄ１と、
下記式（２）で算出される前記加飾シートの曲げ剛性Ｄ２と、の合計が２５６未満である、静電容量式３次元センサ。
式（１）… Ｄ１＝（Ｅ１）×（ｈ１）３÷［１２×｛１−（ν１）２｝］
式（２）… Ｄ２＝（Ｅ２）×（ｈ２）３÷［１２×｛１−（ν２）２｝］
［式中、
Ｄ１、Ｅ１、ｈ１及びν１は、前記導光シートの、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表し；
Ｄ２、Ｅ２、ｈ２及びν２は、前記加飾シートの、曲げ剛性（単位：Ｎ・ｍｍ）、曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ２）、厚み（単位：ｍｍ）、ポアソン比、をそれぞれ表す。］ - 前記導光シートの厚みが０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、請求項１に記載の静電容量式３次元センサ。
- 前記加飾シートの厚みが０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の静電容量式３次元センサ。
- 前記導光シートの厚みと前記加飾シートの厚みとの合計が、０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
- 前記導光シートの表面に前記加飾シートが感圧性粘着剤によって貼り合わされている、請求項１〜４の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
- 前記導光シート及び前記加飾シートがそれぞれ独立に樹脂材料によって形成された樹脂シートである、請求項１〜５の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
- 直径１０ｍｍの円柱状の金属棒の２本を平行に並べて、前記金属棒の先端の円形の押圧部同士の中心間距離を１４ｍｍに設定し、前記操作面の２箇所を前記押圧部で同時に押圧したときに、個々の押圧を分離して検知する、請求項１〜６の何れか一項に記載の静電容量式３次元センサ。
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