JP7139290B2 - タッチセンサ、およびタッチセンサの製造方法 - Google Patents

タッチセンサ、およびタッチセンサの製造方法 Download PDF

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本発明は、車両に搭載されるタッチセンサ、および当該タッチセンサの製造方法に関連する。
特許文献1は、車両のドアハンドルに内蔵された静電容量方式のタッチセンサを開示している。電極により生成される電界にユーザの指などが近づくと、疑似的なコンデンサが形成され、電極自身の静電容量が増加する。この静電容量の増加を検知されることにより、ユーザによるタッチ操作がなされたかが判別される。
特許第3502848号公報
本発明の目的は、車体内の限られた空間を効率的に利用して配置できるタッチセンサを提供することである。
上記の目的を達成するための一態様は、タッチセンサの製造方法であって、
電極を支持するとともに凹部を有している第一支持体を用意する工程と、
静電容量検出回路が搭載されている回路基板を、前記凹部内に配置する工程と、
前記電極と前記静電容量検出回路を電気的に接続する工程と、
前記凹部内に位置する規制部材によって前記回路基板がその厚み方向への変位を規制された状態で、前記凹部を埋める第二支持体をホットメルト成型により形成する工程と、
を備えている。
ホットメルト成型によって第二支持体を形成する場合、金型を適宜に設計することによって、必要最低限の空間を占有するように第二支持体の寸法や形状を決定できる。他方、ホットメルト成形の場合、凹部内に配置された回路基板が金型への注入を通じて流動する熱可塑性ホットメルト接着剤から受ける応力が大きくなる。しかしながら、本実施形態においては、規制部材によって回路基板がその厚み方向への変位を規制された状態で、ホットメルト成型が実施される。したがって、第二支持体にオーバーモールドされた回路基板の姿勢を安定させることができる。静電容量検出回路を搭載している回路基板の電極に対する姿勢の安定は、タッチ検出特性の安定に繋がる。よって、車両内の限られた空間を効率的に利用して配置可能であり、かつタッチ検出特性の安定性が高いタッチセンサを提供できる。
したがって、上記の目的を達成するための一態様は、タッチセンサであって、
電極と、
前記電極を支持しており、かつ凹部を有している第一支持体と、
前記第凹部内に配置されており、かつ前記電極と電気的に接続された静電容量検出回路が搭載されている回路基板と、
前記凹部内に配置されており、前記回路基板のその厚み方向への変位を規制している規制部材と、
前記第一支持体を形成している材料よりも低い融点を有する材料により形成されており、かつ前記凹部内に充填されて前記回路基板をオーバーモールドしている第二支持体と、
を備えている。
本発明によれば、車両内の限られた空間を効率的に利用して配置されうるタッチセンサを提供できる。
一実施形態に係るタッチセンサの外観を例示している。 上記タッチセンサの電極、第一支持体、および回路基板を例示している。 上記第一支持体の凹部に上記回路基板が配置された状態を例示している。 上記第一支持体の凹部に上記回路基板が配置された状態を例示している。 図4における線V-Vに沿って矢印方向から見た断面を例示している。 上記タッチセンサのコネクタが上記回路基板に接続された状態を例示している。 上記タッチセンサの第二支持体が形成された状態を示している。 上記タッチセンサが車体に搭載された状態を例示している。 ホットメルト成型の有利性を説明するための図である。 上記回路基板が配置される前の上記第一支持体を例示している。
添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。図1は、一実施形態に係るタッチセンサ1の外観を例示している。
タッチセンサ1は、電極11と第一支持体12を備えている。第一支持体12は、電極11を支持している。電極11は、導電性を有する材料により形成されている。第一支持体12は、電気的な絶縁性を有する材料により形成されている。当該材料の例としては、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂や、ポリアミド(PA)樹脂などが挙げられる。
図2に例示されるように、電極11と第一支持体12は、別体として提供されうる。この場合、接着などにより電極11と第一支持体12が結合され、図1に例示された状態が得られる。あるいは、インサート成型により予め電極11と第一支持体12が一体化された部品が提供されてもよい。
図2に例示されるように、タッチセンサ1は、回路基板13を備えている。回路基板13は、静電容量検出回路131を搭載している。以降の説明において、回路基板13が有している複数の側面のうち、最も面積の広い側面を「主面」と称する。また当該主面の法線方向を、回路基板13の「厚み方向」と定義する。
以降の説明において用いられる「方向Aに沿って」という表現で表される方向Bは、方向Aと厳密に一致していることを要しない。この場合、方向Bは、方向Aと非平行な向きであってもよい。但し、方向Aと方向Bがなす角度は、方向Aと直交する方向Cと方向Bがなす角度よりも小さいことを要する。
図2に例示されるように、第一支持体12は、凹部121を有している。他方、電極11は、接続部111を有している。電極11が第一支持体12に支持された状態において、接続部111は、凹部121内に配置される。
タッチセンサ1の製造に際しては、まず回路基板13が凹部121内に配置される。図3と図4は、この状態を例示している。図5は、図4における線V‐Vに沿って矢印方向から見た断面を例示している。このとき、電極11と静電容量検出回路131は、接続部111を介して電気的に接続される。
第一支持体12は、規制部材122を有している。規制部材122は、その少なくとも一部が凹部121内に位置するように形成されている。図3から図5に例示される回路基板13が凹部121内に配置された状態において、回路基板13は、その厚み方向への変位を規制部材122によって規制されている。
続いて、図6に例示されるように、コネクタ14が回路基板13に接続される。すなわち、タッチセンサ1は、コネクタ14を備えている。コネクタ14には、第一導電線141、第二導電線142、および第三導電線143が接続されている。回路基板13にコネクタ14が接続されることにより、第一導電線141、第二導電線142、および第三導電線143は、静電容量検出回路131と電気的に接続される。
第一導電線141は、例えば静電容量検出回路131に電力を供給するために用いられる。第二導電線142は、例えば接地電位などの基準電位を静電容量検出回路131に提供するために用いられる。第三導電線143は、例えば静電容量検出回路131から出力される検出信号を外部へ出力するために用いられる。
続いて、図7に例示されるように、第二支持体15が形成される。すなわち、タッチセンサ1は、第二支持体15を備えている。第二支持体15は、絶縁性を有する材料により形成されている。
第二支持体15は、ホットメルト成型により形成される。具体的には、第一支持体12の凹部121およびコネクタ14を覆う形状の金型(不図示)が配置され、当該金型内に溶融状態の熱可塑性ホットメルト接着剤が注入される。熱可塑性ホットメルト接着剤の融点は、第一支持体12を形成している材料の融点よりも低い。熱可塑性ホットメルト接着剤としては、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂などが使用されうる。
溶融状態の熱可塑性ホットメルト接着剤は、凹部121と回路基板13との間に形成された隙間に流れ込み、凹部121を充填する。熱可塑性ホットメルト接着剤が固化すると、回路基板13とコネクタ14をオーバーモールドしつつ第一支持体12と接着された第二支持体15が得られる。
より具体的には、第二支持体15は、第一部分15aと第二部分15bを有している。第一部分15aは、回路基板13をオーバーモールドしている部分である。第二部分15bは、コネクタ14をオーバーモールドしている部分である。
図6と図7の比較から明らかなように、第二部分15bは、回路基板13の主面13aと直交する向き(すなわち回路基板13の厚み方向)に延びる部分を有している。回路基板13の主面13aに沿う方向における第二部分15bの最大断面積は、主面13aの面積よりも小さい。
硬化後の熱可塑性ホットメルト接着剤の硬度は、第一支持体12を形成している材料の硬度よりも低い。すなわち、第二支持体15は、第一支持体12よりも柔軟な材料によって形成されている。
図1と図7に例示されるタッチセンサ1は、例えば、車両のドアハンドルに内蔵される。不図示の電源より供給される電力により、電極11の周囲には電界が生成される。ユーザの指などが当該電界に近づくと、疑似的なコンデンサが形成され、電極11自身の静電容量が増加する。回路基板13に搭載された静電容量検出回路がこの静電容量の増加を検出すると、ユーザによるドアハンドルへのタッチ操作が検出される。タッチ操作が検出されると、第三導電線143を通じて検出信号が外部装置へ出力される。
図8の(A)は、タッチセンサ1が車体パネル2に搭載された状態を例示している。車体パネル2には開口21が形成されている。タッチセンサ1は、車体パネル2の外側から第二支持体15を開口21に挿入することにより、車体パネル2に装着される。第一導電線141、第二導電線142、および第三導電線143は、車体パネル2の内側を配策される。図8の(B)は、車体パネル2の内側から透視したタッチセンサ1の外観を例示している。同図においては、第一導電線141、第二導電線142、および第三導電線143の図示を省略している。
第一支持体12は、複数の突起123を備えている。複数の突起123は、タッチセンサ1の車体パネル2に対する姿勢を規制するために設けられている。複数の突起123は、回路基板13の厚み方向に沿って延びる部分を有している。同方向に沿う第二支持体15の第二部分15bの寸法D1は、同方向に沿う各突起123の寸法D2よりも大きい。
ホットメルト成型を用いることにより、第二支持体15の形状選択に係る自由度を高めるとともに、タッチセンサ1の大型化を抑制できる。この事実について図9を参照しつつ説明する。
回路基板13とコネクタ14をオーバーモールドする支持体を形成するための別手法としてポッティング成型が知られている。ポッティング成型は、オーバーモールドされる対象物がポッティング接着剤に浸漬された状態で固化がなされる。本実施形態のような構成の場合、コネクタ14の全体を浸漬させる必要があるので、ポッティング接着剤の固化後に得られる支持体15’は、二点鎖線で示されるような形状と大きさを有することになる。この場合、支持体15’は図8に例示される大きさの開口21を通過できない。したがって、タッチセンサ全体が車体パネル2の外側に配置されるか、支持体15’を通過させるために開口21を大きくする必要が生じる。これらの事実は、車両内の限られた空間にタッチセンサが配置される場合においては、特に不利である。
ホットメルト成型によって第二支持体15を形成する場合、金型を適宜に設計することによって、必要最低限の空間を占有するように第二支持体15の寸法や形状を決定できる。他方、ホットメルト成形の場合、凹部121内に配置された回路基板13が金型への注入を通じて流動する熱可塑性ホットメルト接着剤から受ける応力が大きくなる。しかしながら、本実施形態においては、規制部材122によって回路基板13がその厚み方向への変位を規制された状態で、ホットメルト成型が実施される。したがって、第二支持体15にオーバーモールドされた回路基板13の姿勢を安定させることができる。静電容量検出回路131を搭載している回路基板13の電極11に対する姿勢の安定は、タッチ検出特性の安定に繋がる。よって、車両内の限られた空間を効率的に利用して配置可能であり、かつタッチ検出特性の安定性が高いタッチセンサ1を提供できる。
限られた空間の利用効率を高めるように第二支持体15を形成する結果として、図8の(B)に例示されるように、第二支持体15が車体パネル2と接触しやすくなる事態が想定される。しかしながら、第二支持体15が第一支持体12よりも柔軟な材料により形成されているので、当該接触によって車体パネル2が損傷する可能性を低減できる。
図10は、回路基板13が凹部121内に配置される前の第一支持体12を、回路基板13の厚み方向から見た外観を例示している。図2、図5、および図10に例示されるように、第一支持体12は、複数の突起124を有しうる。この場合、複数の突起124は、凹部121内に配置される。図5に例示されるように、複数の突起124は、凹部121内に配置された回路基板13の厚み方向における電極11と回路基板13の間隔Gを規定する。第二支持体15を形成するためのホットメルト成型は、回路基板13が複数の突起124に支持された状態で行なわれる。
このような構成によれば、第二支持体15にオーバーモールドされた回路基板13と電極11の間隔を一定に保つことができる。静電容量検出回路131を搭載している回路基板13と電極11との間隔の安定は、タッチ検出特性のさらなる安定化に繋がる。
図5に例示されるように、規制部材122は、突起124と凹部121の内壁121aの間に形成された空間Sを覆うように配置されうる。回路基板13を凹部121内に配置する工程においては、同図に二点鎖線で示されるように、まず回路基板13の第一端縁13bが空間Sに導入される。回路基板13が凹部121内に配置されると、第一端縁13bは、空間S内に配置されて規制部材122による規制を受ける。
このような構成によれば、回路基板13の厚み方向における回路基板13の変位が規制部材122によって形成され、かつ同方向における電極11と回路基板13の間隔が突起124によって規定された状態を、作業性を低下させることなく容易に形成できる。
図5に例示されるように、電極11の接続部111は、凹部121内に突出するピン状の形態をとりうる。接続部111は、電極の一部の一例である。この場合、図2と図5に例示されるように、回路基板13における第一端縁13bよりも第二端縁13cに近い部分にビアホール13dが形成されうる。第二端縁13cは、回路基板13の厚み方向から見て第一端縁13bの反対側に位置する端縁である。回路基板13が凹部121内に配置されると、接続部111がビアホール13dに挿入される。これにより、電極11と静電容量検出回路131の電気的接続がなされる。
このような構成によれば、第一端縁13bが空間Sに導入される際の回路基板13の姿勢から最終的に凹部121内に配置される際の回路基板13の姿勢へ移行する過程で、電極11と静電容量検出回路131の電気的接続を円滑に行なうことができる。したがって、作業性の低下をさらに抑制できる。
図4と図10に例示されるように、第一支持体12の凹部121は、回路基板13の第一端縁13bに沿う方向における幅が狭められている部分121bを有している。部分121bは、上記の空間Sが形成されている箇所に位置している。部分121bの幅は、第一端縁13bに沿う方向における回路基板13の幅と同じか僅かに広くなるように定められうる。この場合、凹部121へ回路基板13を配置する工程において第一端縁13bが空間Sに導入される際に、回路基板13は、部分121bによって第一端縁13bに沿う方向への変位を規制される。
このような構成によれば、凹部121内における回路基板13の位置決めを、作業性を低下させることなく容易に行なうことができる。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。
規制部材122によって回路基板13がその厚み方向への変位を規制された状態でホットメルト成型を実施できれば、規制部材122の形状や数は、適宜に定められうる。
タッチセンサ1は、車両におけるドアハンドル以外の箇所にも配置されうる。タッチセンサ1により検出されるタッチ操作は、必ずしもユーザの指により行なわれることを要しない。掌、肘、膝、足先などの身体部位によるタッチ操作も検出されうる。
1:タッチセンサ、11:電極、111:接続部、12:第一支持体、121:凹部、121a:凹部の内壁、122b:凹部の幅が狭められている部分、122:規制部材、124:突起、13:回路基板、13b:第一端縁、13c:第二端縁、13d:ビアホール、131:静電容量検出回路、15:第二支持体、G:電極と回路基板の間隔、S:空間

Claims (10)

  1. 電極を支持するとともに凹部を有している第一支持体を用意する工程と、
    静電容量検出回路が搭載されている回路基板を、前記凹部内に配置する工程と、
    前記電極と前記静電容量検出回路を電気的に接続する工程と、
    前記凹部内に位置する規制部材によって前記回路基板がその厚み方向への変位を規制された状態で、前記凹部を埋める第二支持体をホットメルト成型により形成する工程と、
    を備えている、
    タッチセンサの製造方法。
  2. 前記厚み方向における前記電極と前記回路基板の間隔を規定する複数の突起が、前記凹部内に形成されており、
    前記第二支持体を形成する工程は、前記回路基板が前記複数の突起に支持された状態で行なわれる、
    請求項1に記載のタッチセンサの製造方法。
  3. 前記規制部材は、前記複数の突起の少なくとも一つと前記凹部の内壁の間に形成された空間の少なくとも一部を覆うように配置されており、
    前記回路基板を前記凹部内に配置する工程においては、まず前記回路基板の第一端縁が前記空間内に導入される、
    請求項2に記載のタッチセンサの製造方法。
  4. 前記電極の一部が前記凹部内に突出しており、
    前記回路基板における前記第一端縁よりも当該第一端縁と反対側の第二端縁に近い部分にはビアホールが形成されており、
    前記電極の一部が前記ビアホールに挿入されることにより、前記電極と前記静電容量検出回路との電気的接続がなされる、
    請求項3に記載のタッチセンサの製造方法。
  5. 前記凹部は、少なくとも前記空間が形成されている箇所において前記回路基板の第一端縁に沿う方向の幅が狭められている部分を有しており、
    前記第一端縁に沿う方向における前記回路基板の変位が規制されつつ、当該第一端縁の前記空間への導入が行なわれる、
    請求項3または4に記載のタッチセンサの製造方法。
  6. 電極と、
    前記電極を支持しており、かつ凹部を有している第一支持体と、
    前記凹部内に配置されており、かつ前記電極と電気的に接続された静電容量検出回路が搭載されている回路基板と、
    前記凹部内に配置されており、前記回路基板のその厚み方向への変位を規制している規制部材と、
    前記第一支持体を形成している材料よりも低い融点を有する材料により形成されており、かつ前記凹部内に充填されて前記回路基板をオーバーモールドしている第二支持体と、
    を備えている、
    タッチセンサ。
  7. 前記厚み方向における前記電極と前記回路基板の間隔を規定する複数の突起が、前記凹部内に形成されている、
    請求項6に記載のタッチセンサ。
  8. 前記規制部材は、前記複数の突起の少なくとも一つと前記凹部の内壁の間に形成された空間の少なくとも一部を覆うように配置されており、
    前記前記回路基板の第一端縁が前記空間内に配置されているとともに、前記規制部材による規制を受けている、
    請求項7に記載のタッチセンサ。
  9. 前記電極の一部が前記凹部内に突出しており、
    前記回路基板における前記第一端縁よりも当該第一端縁と反対側の第二端縁に近い部分にはビアホールが形成されており、
    前記電極の一部が前記ビアホールに挿入されることにより、前記電極と前記静電容量検出回路との電気的接続がなされている、
    請求項8に記載のタッチセンサ。
  10. 前記凹部は、少なくとも前記空間が形成されている箇所において、前記回路基板の前記第一端縁に沿う方向における幅が狭められている部分を有している、
    請求項8または9に記載のタッチセンサ。
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