JP7422574B2 - 感圧タッチセンサモジュール及び感圧タッチセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、感圧タッチセンサモジュール及び感圧タッチセンサ装置に関する。

車載用の電子機器等の様々な分野において、操作面の操作を検知するモジュールとして、操作面への指の接触や近接、操作面の押圧を静電容量の変化によって検知する感圧タッチセンサモジュールが提案されている。感圧センサとしては、例えば、弾性体が２つの電極で挟まれ、操作面の押圧によって弾性体が潰されて、電極間の距離が変化することで生じる静電容量の変化から押圧を検知するものが知られている（例えば、特許文献１、２）。

感圧タッチセンサモジュールでは、例えば、タッチセンサや感圧センサが基材シートに設けられたセンサシートが、加飾された操作パネルの裏面に貼り合わされる。例えば、操作パネルと制御基板又は筐体とで感圧センサを挟む構成とされる。一般に、操作パネルと感圧センサとの間や、制御基板又は筐体と感圧センサとの間には所定の厚さの押圧部材（押し子）が設けられる。

感圧センサの感度を高めるには、操作面の押圧が十分に感圧センサに伝わる必要があり、操作パネルの撓みや、モジュールの組み付け公差等を考慮した高精度の設計が要求される。また、組み付けにも高い精度が要求され、製造難易度も高くなる。タッチセンサと感圧センサを組み合わせる場合には感度調整が特に困難である。

特開２０１９－１１４２０８号公報 特許第５１９７４７３号公報

本発明は、設計が容易で簡便に製造でき、操作パネルの押圧の感度が高い感圧タッチセンサモジュール、及び前記感圧タッチセンサモジュールを備えた感圧タッチセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を有する。
［１］操作面を有する可撓性の操作パネルの前記操作面とは反対側に、センサシートと、支持部材とが積層され、前記センサシートは、基材シートと、前記基材シートに設けられた感圧センサと、を備え、前記感圧センサは、互いの面を対向させて配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置された弾性層と、を備え、前記支持部材の前記操作面側から見たときに前記感圧センサが位置する部分には、厚さ方向に貫通する空隙部が形成され、前記支持部材と前記センサシートとが、前記空隙部内に前記感圧センサが収まるように積層されている、感圧タッチセンサモジュール。
［２］前記センサシートがさらにタッチセンサを備え、前記タッチセンサは、前記基材シートに設けられた第３の電極を備え、前記第３の電極に導体が接触又は近接することによる前記第３の電極の静電容量の変化から、前記第３の電極への導体の接触又は近接を検知する、［１］に記載の感圧タッチセンサモジュール。
［３］前記操作面側から見たときに、前記タッチセンサが前記感圧センサとは異なる位置に設けられている、［２］に記載の感圧タッチセンサモジュール。
［４］［１］～［３］のいずれかに記載の感圧タッチセンサモジュールと、制御基板と、筐体と、を備え、前記感圧センサが、前記操作パネルと前記制御基板又は前記筐体とで挟持されている、感圧タッチセンサ装置。

本発明によれば、設計が容易で簡便に製造でき、操作パネルの押圧の感度が高い感圧タッチセンサモジュール、及び前記感圧タッチセンサモジュールを備えた感圧タッチセンサ装置を提供できる。

実施形態例の感圧タッチセンサモジュールを示した断面図である。 図１における弾性層を含む積層体の取り付け前の状態を示した平面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 実施形態例の感圧タッチセンサ装置を示した断面図である。 他の実施形態例の感圧タッチセンサ装置を示した断面図である。 他の実施形態例の感圧タッチセンサモジュールを示した断面図である。 他の実施形態例の感圧タッチセンサ装置を示した断面図である。 他の実施形態例の感圧タッチセンサモジュールを示した断面図である。 他の実施形態例の感圧タッチセンサモジュールを示した断面図である。

［感圧タッチセンサモジュール］
本発明の感圧タッチセンサモジュールは、操作面の押圧を検知する静電容量式の感圧タッチセンサモジュールである。以下、本発明の感圧タッチセンサモジュールの一例を示して説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

本実施形態の感圧タッチセンサモジュール１（以下、単に「モジュール１」とも記す。）は、図１に示すように、操作パネル１０と、センサシート２０と、支持部材５０と、を備えている。モジュール１では、操作パネル１０の操作面１０ａとは反対側に、センサシート２０と支持部材５０とがこの順に積層されている。

操作パネル１０は、可撓性を有するパネルである。具体的には、操作パネル１０の操作面１０ａを指で押圧したときに、押圧した部分が局所的に撓んで押し込まれるようなパネルである。このような操作パネル１０としては、例えば、樹脂シートからなるパネルが挙げられる。

樹脂シートを形成する材料は、透明材料であってもよく、不透明材料であってもよい。ここで、「透明」とは、ＪＩＳ Ｋ７１３６に従って測定した光線透過率が５０％以上であることを意味する。
樹脂シートを形成する材料としては、例えば、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、トリアセチルセルロース等の樹脂や、シリコーンゴム等のエラストマーが挙げられる。樹脂シートを形成する材料は、１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。

操作パネル１０は、単層構成であってもよく、複層構成であってもよい。操作パネル１０には、装飾、文字、図形、記号、絵柄、これらの組み合わせ、あるいはこれらと色彩とを組み合わせた任意の装飾を施してもよい。加飾された操作パネル１０としては、例えば、樹脂シート上に印刷等によって加飾層が設けられたパネル、部分的又は全体的に着色された樹脂シートからなるパネル等が挙げられる。

操作パネル１０の平均厚さは、０．１～５ｍｍが好ましく、０．５～１ｍｍがより好ましい。操作パネル１０の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、十分な機械的強度が得られやすい。操作パネル１０の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、操作パネル１０への押圧力が後述の感圧センサ２６に伝わりやすく、押圧の検知感度が向上する。

操作パネル１０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。操作パネル１０の曲げ剛性Ｄ１が前記上限値以下であれば、操作パネル１０への押圧力が後述の感圧センサ２６に伝わりやすく、押圧の検知感度が向上する。
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。操作パネル１０の曲げ剛性Ｄ１が前記範囲の下限値以上であれば、十分な機械的強度が得られやすい。

操作パネル１０の曲げ剛性Ｄ１は、下記式（１）から算出される。
Ｄ１＝（Ｅ１）×（ｈ１）^３÷［１２×｛１－（ν１）^２｝］ ・・・（１）
ただし、式（１）中、Ｅ１は操作パネル１０の曲げ弾性率（単位：Ｎ／ｍｍ^２）であり、ｈ１は操作パネル１０の平均厚さ（単位：ｍｍ）であり、ν１は操作パネル１０のポアソン比である。操作パネル１０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。

センサシート２０は、第１基材シート２２と、保護層２４と、第１の電極２８と、第２の電極３０と、第２基材シート３２と、弾性層３４と、を備えている。
第１基材シート２２の第１の面２２ａには第１の電極２８が設けられ、それを覆うように保護層２４が積層されている。第１基材シート２２の第２の面２２ｂは、この例では操作パネル１０側に向けられている。

第１の電極２８と第２の電極３０は、それらの間に弾性層３４を配置した状態で、互いの面が対向するように設けられている。第２の電極３０の弾性層３４が配置される側と反対側には第２基材シート３２が設けられている。操作パネル１０の操作面１０ａ側から見たときに第１の電極２８と第２の電極３０は重なっている。第１の電極２８と第２の電極３０の間に弾性層３４が配置されることで感圧センサ２６が形成されている。

このように、センサシート２０は、第１基材シート２２と、第１基材シート２２に設けられた感圧センサ２６とを備えている。モジュール１では、操作パネル１０におけるボタン部分に感圧センサ２６が直接配置される。操作パネル１０が可撓性を有しているため、操作面１０ａのボタン部分を押圧するとその部分のみが押し込まれるが、ボタン部分に配置された感圧センサ２６によってボタン部分の押圧を検知できる。操作パネル１０のボタン部分以外の感圧センサ２６が配置されていない部分を押圧しても、操作パネル１０のボタン部分は押し込まれないためその押圧は検知されない。

第１基材シート２２の平面視形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。第１基材シート２２の寸法も特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。
基材シートとしては、透明な樹脂製の絶縁フィルムを使用できる。「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１基材シート２２及び第２基材シート３２を形成する材料としては、例えば、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、トリアセチルセルロース等が挙げられる。基材シートを形成する材料は、１種でもよく、２種以上でもよい。

第１基材シート２２及び第２基材シート３２の平均厚さは、１０～２５０μｍが好ましく、２５～１８８μｍがより好ましい。基材シートの平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、充分な強度及び剛性を確保しやすい。基材シートの平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、センサシートを容易に薄型化できる。

保護層２４は、第１基材シート２２の第１の面２２ａ側に積層されている。保護層２４の形状及び寸法は、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。
保護層２４としては、特に限定されず、例えば、基材シートで挙げたものと同じ透明な樹脂製の絶縁フィルムを例示できる。

保護層２４の平均厚さは、１０～２５０μｍが好ましく、１０～１８８μｍがより好ましい。保護層２４の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、充分な強度及び剛性を確保しやすい。保護層２４の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、センサシートを容易に薄型化できる。

第１の電極２８及び第２の電極３０は、それぞれ配線によって図示しない接続端子部と接続されており、さらに接続端子部を介して静電容量検知部と電気的に接続される。このように、第１の電極２８及び第２の電極３０は静電容量検知部と電気的に接続できるようになっている。

第１の電極２８及び第２の電極３０の平面視形状は、適宜設定でき、例えば、矩形が挙げられる。第１の電極２８及び第２の電極３０の寸法も特に限定されず、例えば、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ程度とすることができる。第１の電極２８及び第２の電極３０が大きいほど、押圧力の検知面積が拡大する。

第２の電極３０の大きさは、操作面に近い側の第１の電極２８よりも小さくしてもよい。これにより、操作面１０ａ側から見たときに、第２の電極３０が操作面１０ａに近い側の第１の電極２８からはみ出しにくくなるため、第２の電極３０での誤検知を抑制しやすくなる。

第１の電極２８は、接地されてもよい。これにより、感圧センサ２６に指が接近しても、接地した第１の電極２８がシールドとなって静電容量が変化することを抑制できる。これにより、第１の電極２８及び第２の電極３０の静電容量の変化から、操作パネル１０の操作面１０ａに触れようとする指が感圧センサ２６に近づくことによる影響を排除し、押圧力の影響による変化に限定できるため、押圧の誤検知をさらに抑制できる。

第１の電極２８及び第２の電極３０は、公知の態様の感圧電極を採用でき、自己容量方式であってもよく、相互容量方式であってもよい。
第１の電極２８及び第２の電極３０の態様としては、自己容量方式の場合、第１の電極２８及び第２の電極３０がそれぞれ独立に静電容量の変化を検知する検知電極である態様、いずれか一方の電極が検知電極であり、他方の電極がＧＮＤ電極（接地されたベタ電極）である態様が挙げられる。また、相互容量方式の場合、第１の電極２８及び第２の電極３０をいずれもベタ電極とし、それらのいずれか一方をＴｘ電極、他方をＲｘ電極にする態様、いずれか一方をＧＮＤ電極とし、他方をＴｘ電極とＲｘ電極とが櫛歯状に配置された櫛歯電極にする態様が挙げられる。

第１の電極２８及び第２の電極３０の態様としては、第１の電極２８及び第２の電極３０がそれぞれ独立に静電容量の変化を検知する検知電極である自己容量方式が好ましい。この態様は、第１の電極２８と第２の電極３０からのそれぞれの信号に基づいて、導体の接触又は近接と押圧とを区別して検知することが容易である。

第１の電極２８及び第２の電極３０は、特に限定されないが、後述のように操作パネル１０の感圧センサ２６が配置されているボタン部分を照光する場合に効率良く照光できる点から、透明電極とすることが好ましい。透明電極とは、ＪＩＳ Ｋ７３６１に従って測定した光線透過率が５０％以上である電極を意味する。第１の電極２８及び第２の電極３０としては、例えば透明導電膜を使用できる。ここで、「導電」とは、電気抵抗値が１ＭΩ未満であることを意味する。

透明導電膜としては、例えば、導電性高分子（インジウムドープ酸化錫（ＩＴＯ）等）を含む膜、導電性ナノワイヤー（銀ナノワイヤー、金ナノワイヤー、カーボンナノチューブ等）を含む膜又はメッシュ、金属粒子（銀粒子、銅粒子、金粒子等）又は導電性金属酸化物粒子（ＩＴＯ粒子等）を含む膜、カーボン（カーボンブラック、グラファイト等）を含む膜、金属蒸着膜、金属メッシュ等が挙げられる。

第１の電極２８の平均厚さは、０．０１～２５μｍが好ましく、０．１～１５μｍがより好ましい。
第２の電極３０の厚さは、材料に応じて適宜設定すればよい。導電性高分子を含む電極の平均厚さは、０．１～５．０μｍが好ましく、０．１～２．０μｍがより好ましい。
導電性ナノワイヤーを含む電極の平均厚さは、２０～１０００ｎｍが好ましく、５０～３００ｎｍがより好ましい。
金属粒子、ＩＴＯ等の導電性金属酸化物粒子、又はカーボンを含む電極の平均厚さは、０．０１～２５μｍが好ましく、０．１～１５μｍがより好ましい。
金属蒸着膜からなる電極の平均厚さは、０．０１～１．０μｍが好ましく、０．０５～０．３μｍがより好ましい。
銀ペースト又はカーボンペーストからなる電極の平均厚さは、１～２５μｍが好ましい。
電極の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、ピンホールによる断線を抑制しやすい。電極の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、薄型化が容易になる。

電極の厚さを測定する方法としては、厚さのレンジによって異なる。例えば、μｍオーダーの膜厚の場合には、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によって厚さを測定できる。また、μｍオーダーよりも薄い膜厚の場合には、走査型電子顕微鏡を用いた断面観察や蛍光Ｘ線分析装置によって厚さを測定できる。
平均厚さは、電極において平面視の中心付近で測定した厚さの平均値である。

第１基材シート２２の面方向における第１の電極２８及び第２の電極３０の配置は、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。第１の電極２８及び第２の電極３０の数も、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。

第１の電極２８及び第２の電極３０に接続する配線の材料は、例えば、第１の電極２８及び第２の電極３０の材料と同じものを例示でき、銀ペーストが好ましい。配線の平均厚さの好ましい範囲は、第１の電極２８及び第２の電極３０の平均厚さの好ましい範囲と同様である。

弾性層３４は、弾性体を含む層であり、押圧によって圧縮変形する。感圧センサ２６が厚さ方向に押圧されたときには、弾性層３４が厚さ方向に圧縮変形し、第１の電極２８と第２の電極３０との距離が近づくことで静電容量が変化する。この静電容量の変化を検知することで操作面１０ａの押圧が認識される。

この例の弾性層３４は、図２及び図３に示すように、一対の第１シート部３４ａ及び第２シート部３４ｂと、それら第１シート部３４ａと第２シート部３４ｂに挟持された複数の柱部３４ｃとを備えるゴム状弾性体である。第１シート部３４ａ、第２シート部３４ｂ及び複数の柱部３４ｃは一体化されている。弾性層３４は、各々の柱部３４ｃの周囲の部分に空間部３４ｄを有している。
第１シート部３４ａと第２シート部３４ｂの間における柱部３４ｃ以外の空間部３４ｄには、スポンジ等の弾性部材を配置してもよい。

第１シート部３４ａ、第２シート部３４ｂ及び複数の柱部３４ｃを形成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。弾性層３４のうち、弾性体からなる必要があるのは、圧縮変形する柱部３４ｃのみである。第１シート部３４ａ及び第２シート部３４ｂは、弾性材料によって形成されていてもよく、非弾性の硬質材料によって形成されていてもよい。硬質材料としては、例えば、エラストマー以外の樹脂、ガラス、金属、セラミックス、木材等が挙げられる。

弾性層３４の弾性体を形成する弾性材料としては、押圧による厚さ方向の圧縮変形の程度が適当であり、押し心地が良好であるものを使用することが好ましい。弾性材料としては、例えば、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が挙げられる。これらの中でも、後述のように操作パネル１０の感圧センサ２６が配置されているボタン部分を照光する場合に光を通しやすい点、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点から、シリコーンゴムが好ましい。前記弾性材料は、内部に気泡を含む発泡材料でもよく、実質的な気泡を含まない非発泡材料でもよい。

弾性層３４を形成する弾性体の厚さ（高さ）を１ｃｍとしてＪＩＳ Ｋ ６２５３に従って測定した際のタイプＡデュロメータ硬さは、８５以下が好ましい。前記タイプＡデュロメータ硬さが８５以下であれば、押圧された際に容易に弾性変形する。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、前記タイプＡデュロメータ硬さは１０以上が好ましい。

第１シート部３４ａの平均厚さは、５～１００μｍが好ましく、１０～１００μｍがより好ましい。第１シート部３４ａの平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、柱部３０ｃとの接合強度を強くできる。第１シート部３４ａの平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、操作面を押圧していない状態における第１の電極２８と第２の電極３０との距離を近づけやすく、押圧の検知精度をより高くすることができる。
第２シート部３４ｂの厚さの好ましい範囲は、第１シート部３４ａの厚さの好ましい範囲と同じである。第１シート部３４ａの厚さと第２シート部３４ｂの厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。

柱部３４ｃの形状は、特に限定されず、例えば、円柱状、円錐台状、角柱状等の柱状が挙げられる。なかでも、耐久性に優れる点から、円柱状、円錐台状が好ましい。複数の柱部３４ｃの形状は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。

単一の柱部３４ｃの高さ方向に垂直な方向の平均断面積は、特に限定されず、例えば、０．００５～４ｍｍ^２が挙げられ、０．０２～０．８ｍｍ^２が好ましい。前記柱部３４ｃの平均断面積が前記範囲の下限値以上であれば、押圧力が加わった際に高さ方向に圧縮変形することが容易になり、柱部３０ｃが圧縮せずに屈曲することを防止しやすい。柱部３４ｃの平均断面積が前記範囲の上限値以下であれば、指で押す程度の適度な押圧力で容易に圧縮変形させることができる。
ここで、柱部の断面積は、柱部の１／２の高さの位置で高さ方向に直交する断面の面積を意味する。柱部の断面積は、光学顕微鏡測定機等の公知の微細構造観察手段により測定できる。

弾性層３４が有する全ての柱部３４ｃの合計の断面積は、弾性材料の物性と、設定する押し心地に応じて適宜設定できる。第１シート部３４ａ又は第２シート部３４ｂの面積を１００％としたとき、前記合計の断面積は、０．１～３０％が好ましく、０．５～２０％がより好ましく、１～２０％がさらに好ましい。前記合計の断面積が前記範囲内であれば、指で押す程度の適度な押圧力で容易に圧縮変形させることができる。
具体的には、例えば、前記合計の断面積を１～１００ｍｍ^２とすることができる。

柱部３４ｃの平均高さは、１～３０００μｍが好ましく、５０～２０００μｍがより好ましく、２００～１０００μｍがさらに好ましく、３００～１０００μｍが特に好ましい。柱部３４ｃの平均高さが前記範囲の上限値以下であれば、操作面を押圧していない状態における第１の電極２８と第２の電極３０との距離を近づけやすく、押圧力の検知精度をより高くできる。また、操作面を押圧した際に操作面がへこむ感覚が抑制されやすく、通常のタッチパネルのように硬い面に触れているのと同じ感覚で操作しやすくなる。
ここで、柱部３４ｃの高さには、第１シート部３４ａの厚さ及び第２シート部３４ｂの厚さは含まれない。柱部３４ｃの高さは、光学顕微鏡測定機等の公知の微細構造観察手段により測定できる。

柱部３４ｃは、第１シート部３４ａ及び第２シート部３４ｂと接続され、弾性層３４の厚さを支える部材である。弾性層３４の厚さが部位によらず同じであれば、複数の柱部３４ｃの高さは実質的に同じである。

この例の複数の柱部３４ｃの平面視での配置パターンは、矩形状の第１シート部３４ａ及び第２シート部３４ｂの平面方向において、縦方向と横方向に５×５の２５本の柱部３４ｃが間隔をあけて整列したパターンである。なお、複数の柱部３４ｃの配置パターンは、このパターンには限定されず、例えば、複数の柱部３４ｃが千鳥状に配列したパターンであってもよい。

弾性層３４が有する柱部３４ｃの個数は、複数でもよく、１個でもよい。例えば、第１シート部３４ａ及び第２シート部３４ｂの平面方向の中央領域に１個の平面視矩形の柱部３４ｃが設けられた態様であってもよい。この態様の場合、柱部３４ｃを形成する弾性体は、内部に気泡を含む発泡体であることが好ましい。

弾性層３４が有する柱部３４ｃの平均個数は、１～１０００個が好ましく、３～１００個がより好ましく、４～５０個がさらに好ましい。前記平均個数が前記範囲の下限値以上であれば、操作面を指で押す程度の適度な押圧力で弾性層３４を圧縮変形させることができる。前記平均個数が前記範囲の上限値以下であれば、指で押す程度の押圧の検出精度を向上させることができる。

隣り合う柱部３４ｃ同士の平均ピッチは、０．１～６ｍｍが好ましく、０．５～４ｍｍがより好ましい。前記平均ピッチが前記範囲の下限値以上であれば、操作面を指で押す程度の適度な押圧力で弾性層３４を圧縮変形させることができる。前記平均ピッチが前記範囲の上限値以下であれば、指で押す程度の押圧の検出精度を向上させることができる。

この例の弾性層３４は、図１に示すように、第１基材フィルム３６と第２基材フィルム３８に挟持された状態で、第１の電極２８と第２の電極３０の間に配置され、接着層４０，４２を介して保護層２４及び第２の電極３０と接着されている。第１の電極２８と第２の電極３０の間に配置する前においては、図３に示すように、接着層４０，４２の表面に剥離紙４４，４６が積層されている。

接着層４０，４２は、それぞれ第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８の保護層２４や第２の電極３０との密着面の一部のみに設けられていてもよく、密着面の全面に設けられていてもよい。弾性層３４に対する押圧力を面方向に均一化することが容易な点から、前記密着面の全体に接着層４０，４２が設けられていることが好ましい。

接着層４０，４２の材料としては、それぞれ独立に、例えば、公知の硬化型接着剤（接着前は液状の接着剤）、又は粘着剤（接着前はゲル状の感圧性接着剤）が挙げられる。また、各接着層は、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く、ホットメルト型であってもよい。

接着層４０，４２の厚さとしては、それぞれ独立に、例えば１～７５μｍが挙げられる。前記硬化型接着剤を用いた接着層４０，４２の厚さは、１～２０μｍが好ましい。前記粘着剤を用いた接着層４０，４２の厚さは、１０～７５μｍが好ましい。

第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８を形成する材料としては、絶縁性の樹脂材料を使用でき、それぞれ独立に、例えば、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ウレタン等が挙げられる。第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８を形成する樹脂は、１種でもよく、２種以上でもよい。

第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８の平均厚さは、それぞれ独立に、例えば、１０～２００μｍが挙げられる。前述の樹脂材料を用いる場合、その平均厚さは、１０～２００μｍが好ましく、２５～１５０μｍがより好ましく、２５～１００μｍがさらに好ましい。平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、弾性層３４に対する押圧力を面方向に均一化することが容易である。平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、操作面に対する入力の検知精度を高めることができる。

第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８は、それぞれ弾性層３４の第１シート部３４ａの外表面と第２シート部３４ｂの外表面にそれぞれ接着されている。これらは不図示の接着層によって接着されていてもよく、公知の表面処理又は加熱処理によって直に接着されていてもよい。
第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８の接着面には、接着力を向上させる目的で、物理的又は化学的な公知の表面処理が施されていてもよい。

第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８は、操作面に加えられた押圧力が弾性層３４に均一に伝達されるようにするために、弾性層３４に対する平滑な表面を有する。仮に、第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８が存在しないと、第１の電極２８や第２の電極３０が設けられた部分の凹凸が弾性層３４に対する押圧を不均一にすることがある。本実施形態では第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８が備えられているため、第１の電極２８や第２の電極３０が設けられた部分の凹凸が弾性層３４に対する押圧を不均一にする影響を低減できる。また、第１の電極２８や第２の電極３０が局所的に弾性層３４の柱部３４ｃからの応力を受けて損傷することが抑制される。

センサシート２０は、例えば、第１基材シート２２の第２の面２２ｂ側に接着層２１を設けることで、接着層２１を介して操作パネル１０の操作面１０ａとは反対側の面（裏面）に貼り付けることができる。この場合、センサシート２０における接着層２１を設ける部分は、センサシート２０を操作パネル１０に安定して貼り付けることができる範囲で適宜設定できる。

接着層２１を形成する材料としては、特に限定されず、例えば、接着層４０，４２で挙げた、接着剤、粘着剤と同じものを例示できる。なかでも、固定領域を容易に制御できる点から、両面テープが好ましい。
第１基材シート２２の第２の面２２ｂ側に接着層２１を設ける場合、操作パネルに貼り付ける前の状態においては接着層の上に剥離紙を貼り合わせる。剥離紙としては、特に限定されず、公知の剥離紙を使用できる。

この例の支持部材５０は、センサシート２０の感圧センサ２６側、すなわちセンサシート２０の操作パネル１０とは反対側に設けられている。支持部材５０には、操作パネル１０の操作面１０ａ側から見たときに感圧センサ２６が位置する部分に、厚さ方向に貫通する空隙部５２が形成されている。そして、センサシート２０と支持部材５とは、センサシート２０の感圧センサ２６が支持部材５０の空隙部５２内に収まるように積層されている。

センサシート２０の感圧センサ２６側にこのような支持部材５０を設け、空隙部５２内に感圧センサ２６を収める構成とすることで、感圧センサ２６を挟持する操作パネル１０と制御基板又は筐体との距離をシンプルな構成で容易に調節できる。そのため、モジュール１が備える感圧タッチセンサ装置の設計が容易であり、かつ簡便に製造できる。また、支持部材５０を設けない場合に比較して、感圧センサ２６が配置されたボタン部分とそれ以外の部分との段差を解消できる。そのため、操作パネル１０が可撓性を有していても操作時の違和感を減らすことができる。

この例では、支持部材５０の厚さと感圧センサ２６の空隙部５２内に収まっている部分の厚さが同じになっている。すなわち、支持部材５０の第１基材シート２２とは反対側の面５０ａと、感圧センサ２６の第１基材シート２２とは反対側の面２６ａとは面一になっている。これにより、制御基板や筐体の凹凸の無い面にモジュール１を取り付けたときに、感圧センサ２６を挟持する操作パネル１０と制御基板又は筐体との距離を容易に調節でき、安定して押圧の検知感度を高くすることができる。

なお、支持部材５０の厚さと感圧センサ２６の空隙部５２内に収まっている部分の厚さは異なっていてもよい。すなわち、支持部材５０の第１基材シート２２とは反対側の面５０ａと、感圧センサ２６の第１基材シート２２とは反対側の面２６ａに段差があってもよい。例えば、制御基板や筐体のモジュール１を取り付ける面の感圧センサ２６が配置される部分に凹部や凸部が存在する場合には、それに合わせて支持部材５０の厚さと感圧センサ２６の空隙部５２内に収まっている部分の厚さの差を調節することができる。

支持部材５０の平面視形状及び寸法は、特に限定されず、第１基材シート２２に応じて適宜設定できる。
空隙部５２の平面視形状及び寸法は、特に限定されず、感圧センサ２６が収まるように適宜設定すればよい。

支持部材５０としては、感圧センサ２６を挟持する操作パネル１０と制御基板又は筐体との距離を安定して制御しやすい点から、非弾性体であることが好ましい。すなわち、支持部材５０は、ロックウェル硬度がＨＲＲ５０以上の部材であることが好ましい。支持部材５０のロックウェル硬度が前記下限値以上であれば、空隙部５２を除く部分が撓まないように保持することができる。

支持部材５０を形成する材料としては、例えば、ポリカーボネート等が挙げられる。支持部材５０を形成する材料は、１種でもよく、２種以上でもよい。

支持部材５０の平均厚さは、１００～２０００μｍが好ましく、５００～１０００μｍがより好ましい。支持部材５０の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、弾性層３４の厚みを一定以上確保出来る。支持部材５０の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、モジュール１を薄く、軽くすることが出来る。

モジュール１の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を利用することができる。
例えば印刷等によって電極材料でパターンを形成し、第１基材シート２２に第１の電極２８を形成し、第２基材シート３２に第２の電極３０を形成する。第１の電極２８を形成した後、第１基材シート２２の第１の面２２ａ側に、接着剤等で保護層２４を貼り合わせて積層する。

公知の方法で第１基材フィルム３６及び第２基材フィルム３８に挟持された弾性層３４を形成し、接着層４２を介して第２基材フィルム３８に第２の電極３０及び第２基材シート３２を貼り付ける。さらに、それらを保護層２４における第１の電極２８が設けられた部分に接着層４０を介して貼り付け、センサシート２０を製造する。センサシート２０における第１基材シート２２の第２の面２２ｂ側に両面テープを貼り付けるなどして接着層２１を形成し、操作パネル１０の操作面１０ａの反対側に貼り付ける。

空隙部５２を有する支持部材５０を成形し、感圧センサ２６が空隙部５２内に収まるように、両面テープなどで支持部材５０をセンサシート２０の保護層１２に貼り付ける。これにより、モジュール１が得られる。

［感圧タッチセンサ装置］
本発明の感圧タッチセンサ装置は、本発明の感圧タッチセンサモジュールと、制御基板と、筐体と、を備える装置である。本発明の感圧タッチセンサ装置では、感圧センサが、操作パネルと制御基板又は筐体とで挟持される。以下、本発明の感圧タッチセンサ装置の一例として、モジュール１を備える感圧タッチセンサ装置１００（以下、「センサ装置１００」とも記す。）について、図４に基づいて説明する。

センサ装置１００は、モジュール１と、制御基板１２０と、筐体１１０と、を備えている。モジュール１は、支持部材５０が両面テープなどによって筐体１１０に貼り付けられている。筐体１１０におけるモジュール１が配置された部分とは別の部分に制御基板１２０が配置されている。また、感圧センサ２６の第１の電極２８及び第２の電極３０が、それぞれ配線によって接続端子部を介し、配線１３０によって制御基板１２０の静電容量検知部（ＩＣ）と電気的に接続されている。

センサ装置１００においては、センサシート２０と支持部材５０とが空隙部５２に感圧センサ２６が収まるように積層された状態で、感圧センサ２６が操作パネル１０と筐体１１０とによって挟持されている。これにより、感圧センサ２６を挟持する操作パネル１０と筐体１１０との距離がシンプルな構成で容易に調節できる。そのため、センサ装置１００は設計が容易で、かつ簡便に製造でき、押圧の検知感度を安定して高くできる。また、モジュール１における感圧センサ２６が配置されたボタン部分とそれ以外の部分との段差が解消されているため、操作時の違和感を減らすことができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明の感圧タッチセンサ装置は、感圧センサが、操作パネルと制御基板とで挟持されているものであってもよい。具体的には、例えば、図５に例示した感圧タッチセンサ装置２００（以下、「センサ装置２００」とも記す。）であってもよい。図５における図４と同じ部分には同符号を付して説明を省略する。

センサ装置２００は、モジュール１の支持部材５０が両面テープなどによって制御基板１２０に貼り付けられ、制御基板１２０のモジュール１と反対側が筐体１１０に取り付けられている以外は、センサ装置１００と同様の態様である。センサ装置２００も、感圧センサ２６を挟持する操作パネル１０と制御基板１２０との距離がシンプルな構成で容易に調節できるため、設計が容易で簡便に製造でき、押圧の検知感度を安定して高くできる。また、ボタン部分とそれ以外の部分との段差が解消されているため、操作時の違和感を減らすことができる。

例えば、本発明の感圧タッチセンサモジュールは、支持部材がセンサシートの操作パネル側に積層されているものであってもよい。具体的には、例えば、図６に例示した感圧タッチセンサモジュール２（以下、「モジュール２」とも記す。）であってもよい。図６における図１と同じ部分には同符号を付して説明を省略する。

モジュール２は、以下に示す構成以外はモジュール１と同様の態様である。モジュール２では、センサシート２０と支持部材５０とが空隙部５２に感圧センサ２６が収まるように積層された状態で、支持部材５０がセンサシート２０よりも操作パネル１０側に位置するように接着層２１を介して操作パネル１０の裏側に貼り付けられている。モジュール２では、第１基材シート２２に第２の電極３０が設けられ、第２基材シート３２に第１の電極２８が設けられている。

例えば、図７に示すように、モジュール２の第１基材シート２２を筐体１１０に貼り付け、第１の電極２８及び第２の電極３０を配線１３０によって制御基板１２０の静電容量検知部（ＩＣ）と電気的に接続して感圧タッチセンサ装置３００とすることができる。センサ装置３００も、感圧センサ２６を挟持する操作パネル１０と筐体１１０との距離がシンプルな構成で容易に調節できるため、設計が容易で簡便に製造でき、押圧の検知感度を安定して高くできる。また、ボタン部分とそれ以外の部分との段差が解消されているため、操作時の違和感を減らすことができる。

本発明の感圧タッチセンサモジュールは、センサシートが感圧センサに加えてさらにタッチセンサを備えていてもよい。タッチセンサは、センサシートの基材シートに設けられた第３の電極を備え、第３の電極に導体が接触又は近接することによる第３の電極の静電容量の変化から、第３の電極への導体の接触又は近接を検知するセンサである。センサシートがタッチセンサを備える場合、操作面側から見たときに、タッチセンサは感圧センサとは異なる位置に設けられていてもよく、同じ位置に設けられていてもよい。

このような態様は、タッチセンサと感圧センサがどちらも同じ静電容量検出方式のため、同じＩＣで同様に処理できるため合理的である。本発明の感圧タッチセンサモジュールは、感圧センサとタッチセンサとを組み合わせる場合でも、設計が容易で簡便に製造でき、押圧の検知感度を安定して高くできる。

例えば、図８に例示した感圧タッチセンサモジュール３（以下、「モジュール３」とも記す。）であってもよい。図８における図１と同じ部分には同符号を付して説明を省略する。モジュール３は、センサシート２０の第１基材シート２２に、感圧センサ２６に加えて２つのタッチセンサ６０Ａ，６０Ｂが設けられている以外は、モジュール１と同様の態様である。

タッチセンサ６０Ａは、第１基材シート２２の第２の面２２ｂにおける、操作面１０ａ側から見たときに感圧センサ２６と重なる位置に設けられた第３の電極６２Ａを備えている。タッチセンサ６０Ｂは、第１基材シート２２の第１の面２２ａにおける、操作面１０ａ側から見たときに感圧センサ２６と異なる位置に設けられた第３の電極６２Ｂを備えている。

第３の電極の形状は、特に限定されず、例えば、矩形状が挙げられる。第３の電極の寸法も特に限定されず、例えば、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ程度とすることができる。

第３の電極は、自己容量方式であってもよく、相互容量方式であってもよい。
自己容量方式の第３の電極の態様としては、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、矩形等のベタ電極や、ダイヤモンドパターン等が挙げられる。
相互容量方式の第３の電極の態様としては、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、矩形等のベタ電極や、櫛歯電極または、基材の一方の面に帯状の送信電極が形成され、他方の面に送信電極と直交する方向に延びる複数の帯状の受信電極が形成された田形電極パターン、ダイヤモンドパターン等が挙げられる。

第３の電極の材質としては、第１の電極２８及び第２の電極３０と同様のものが挙げられ、透明導電膜が好ましい。
第３の電極の好ましい平均厚さは、第１の電極２８及び第２の電極３０の好ましい平均厚さと同じである。
第３の電極の数は、特に限定されない。第３の電極の数は、１個でもよく、２個以上でもよい。

本発明の感圧タッチセンサモジュールは、支持部材の空隙部内に感圧センサとともに発光素子が設けられたものであってもよい。具体的には、例えば、図９に例示した感圧タッチセンサモジュール４（以下、「モジュール４」とも記す。）であってもよい。図９における図１と同じ部分には同符号を付して説明を省略する。

モジュール４は、保護層２４の第１基材シート２２と反対側における弾性層３４の横に発光素子７０が設けられ、感圧センサ２６とともに発光素子７０が支持部材５０の空隙部５２内に収まっている以外は、モジュール１と同様の態様である。空隙部５２内に感圧センサ２６とともに発光素子７０が配置されていることで、発光素子７０から発せられた光が弾性層３４の側面から弾性層３４内に進入し、その一部が厚さ方向に拡散され、第１の電極２８を通って操作パネル１０へと向かう。これにより、操作パネル１０における感圧センサ２６が配置されたボタン部分の文字照光等が可能となる。

また、発光素子７０が支持部材５０の空隙部５２内に収まっていることで、発光素子７０から発生られる光が周囲に拡散されにくくなり、感圧センサ２６が配置されたボタン部分を効率良く照光することができる。さらに、発光素子７０は弾性層３４の横に配置されているため、操作パネル１０における感圧センサ２６が配置されているボタン部分を押圧しても、その力によって発光素子７０がダメージを受けにくい。

発光素子７０としては、特に限定されず、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬを例示できる。発光素子７０としては、１種のみを使用してもよく、２種以上を組み合わせてもよい。発光素子７０の数は、特に限定されず、適宜設定できる。１つの空隙部５２内に１つの発光素子７０を配置してもよく、２つ以上の発光素子７０を配置してもよい。
発光素子７０は、例えば、低温はんだや導電接着剤によって、保護層２４の第１基材シート２２の反対側の面における弾性層３４の横に実装できる。

モジュール４では、弾性層３４の弾性体を形成する弾性材料には、光拡散物質が含有されていることが好ましい。つまり、弾性層３４は、発光素子７０からの光を厚さ方向に導くライトガイド層を兼ねる層であってもよい。これにより、発光素子７０から発せられ、弾性層３４の側面側から弾性層３４内に進入した光が拡散され、第１の電極２８を通って操作パネル側へと導かれやすくなる。

光拡散物質としては、例えば、酸化チタン、シリカ、シリカにコーティングを施したもの、シリカをポーラスにしたもの、シリカを中空にしたもの、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、ガラス、樹脂ビーズ（アクリル樹脂、スチレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等）を例示できる。弾性材料に含有される光拡散物質は、１種であってもよく、２種以上であってもよく、公知の方法で配合できる。

本発明の感圧タッチセンサモジュールは、支持部材の空隙部内に感圧センサとともに振動子を配置し、操作パネルの感圧センサが配置されたボタン部分を押圧したときにボタン部分が振動するようにしてもよい。

本発明の感圧タッチセンサモジュールにおいては、支持部材における空隙部の数は１つには限定されず、２つ以上であってもよい。支持部材の１つの空隙部内に収められる感圧センサの数は、１つには限定されず、２つ以上であってもよい。
また、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１～４…感圧タッチセンサモジュール、１０…操作パネル、１０ａ…操作面、２０…センサシート、２２…第１基材シート、２４…保護層、２６…感圧センサ、２８…第１の電極、３０…第２の電極、３２…第２基材シート、３４…弾性層、５０…支持部材、５２…空隙部、６０Ａ，６０Ｂ…タッチセンサ、６２Ａ，６２Ｂ…第３の電極、７０…発光素子、１００，２００，３００…感圧タッチセンサ装置、１１０…筐体、１２０…制御基板、１３０…配線。

Claims (4)

1. 操作面を有する可撓性の操作パネルの前記操作面とは反対側に、センサシートと、支持部材とが積層され、
   前記センサシートは、基材シートと、前記基材シートに設けられた感圧センサと、を備え、
   前記感圧センサは、互いの面を対向させて配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置された弾性層と、を備え、
   前記支持部材の前記操作面側から見たときに前記感圧センサが位置する部分には、厚さ方向に貫通する空隙部が形成され、
   前記支持部材と前記センサシートとが、前記空隙部内に前記感圧センサの前記弾性層と前記第２の電極が収まるように積層されている、感圧タッチセンサモジュール。
2. 前記センサシートがさらにタッチセンサを備え、
   前記タッチセンサは、前記基材シートに設けられた第３の電極を備え、前記第３の電極に導体が接触又は近接することによる前記第３の電極の静電容量の変化から、前記第３の電極への導体の接触又は近接を検知する、請求項１に記載の感圧タッチセンサモジュール。
3. 前記操作面側から見たときに、前記タッチセンサが前記感圧センサとは異なる位置に設けられている、請求項２に記載の感圧タッチセンサモジュール。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の感圧タッチセンサモジュールと、制御基板と、筐体と、を備え、
   前記感圧センサが、前記操作パネルと前記制御基板又は前記筐体とで挟持されている、感圧タッチセンサ装置。

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