JPWO2013146231A1 - 変形センサ - Google Patents
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Abstract
精度よく押込パラメータを検出することが可能な変形センサを提供することを課題とする。入力端末装置(9)は、表面に画面(900)を有する本体(90)と、画面(900)を表側から覆い操作者から押込荷重(F)が加えられる入力パネル(91)と、本体(90)と入力パネル(91)との間に区画されるセンサ収容部(92)と、を備える。変形センサ(1)は、センサ収容部(92)に配置される。変形センサ(1)は、基層(20)と、基層(20)の表面または裏面に積層され押込荷重(F)に応じて入力パネル(91)が変形することにより変形し電気抵抗が変化するセンサ層(21)と、を有するセンサ素子(2)と、センサ素子(2)の表側および裏側のうち少なくとも一方に配置され、押込荷重(F)が加えられていない無荷重状態において、予めセンサ素子(2)に弾性変形を付与可能な予変形付与層(3)と、を備える。
Description
本発明は、スマートフォン、携帯電話などの入力端末装置に用いられる変形センサに関する。
従来、スマートフォン、携帯電話などの入力端末装置には、面方向の座標を検出可能なタッチセンサが配置されていた。すなわち、入力端末装置は、操作者の指の位置(入力パネルの面方向の座標)をタッチセンサにより検出し、当該座標に応じた動作を行っていた。
しかしながら、近年、入力端末装置においては、入力パネルの面方向の座標のみならず、表裏方向の押込量や押込荷重を検出し、当該押込量や押込荷重に応じた動作を実現したいというニーズがある。この点、特許文献1〜3には、表裏方向に加わる荷重を検出可能な荷重センサが開示されている。
例えば、特許文献3の荷重センサは、抵抗増加型のセンサ薄膜と、荷重伝達板と、弾性板と、を備えている。荷重伝達板は、センサ薄膜の表側に積層されている。荷重伝達板は、複数の凸部を備えている。弾性板は、センサ薄膜の裏側に積層されている。弾性板は、弾性変形可能である。
荷重は、荷重伝達板の複数の凸部を介して、表側からセンサ薄膜に伝達される。センサ薄膜のうち凸部に押圧されている部分は、裏側に突出する。一方、センサ薄膜のうち凸部に押圧されていない部分は、裏側から弾性板に支持されている。このため、当該部分は、裏側に突出しにくい。
このように、センサ薄膜の表側に荷重伝達板を、裏側に弾性板を、各々配置することにより、センサ薄膜の弾性変形(曲げ変形)を促進することができる。このため、同文献の荷重センサによると、荷重の検出精度が高くなる。
しかしながら、一般的に、入力端末装置においては、操作者から押込荷重が入力された際の、入力パネルの表裏方向の変形量が、極めて小さい。並びに、同一機種の複数の入力端末装置間においては、寸法精度などにより、組付誤差が発生する場合がある。
入力パネルの表裏方向の変形量よりも当該組付誤差の方が大きい場合、入力パネルの表裏方向の変形量をセンサが検出することは困難である。すなわち、操作者の押込量や押込荷重を、精度よく検出することは困難である。
本発明の変形センサは、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、精度よく押込パラメータ(例えば、押込量、押込荷重など)を検出することが可能な変形センサを提供することを目的とする。
(1)上記課題を解決するため、本発明の変形センサは、表面に画面を有する本体と、該画面を表側から覆い操作者から押込荷重が加えられる入力パネルと、該本体と該入力パネルとの間に区画されるセンサ収容部と、を備える入力端末装置の該センサ収容部に配置され、基層と、該基層の表面または裏面に積層され該押込荷重に応じて該入力パネルが変形することにより変形し電気抵抗が変化するセンサ層と、を有するセンサ素子と、該センサ素子の表側および裏側のうち少なくとも一方に配置され、該押込荷重が加えられていない無荷重状態において、予め該センサ素子に弾性変形を付与可能な予変形付与層と、を備えることを特徴とする。
ここで、入力パネルの「変形」には、変位が含まれる。つまり、入力パネルが全面的に表側から裏側に向かって移動する場合と、入力パネルの一部が表側から裏側に向かって撓む場合と、が含まれる。また、センサ層の「変形」には、弾性変形は勿論、センサ層にクラックが入っている場合は当該クラックの開閉に伴う変形も含まれる。この場合であっても、センサ素子のうち、センサ層以外の層(例えば基層など)が弾性変形することにより、センサ素子を全体的に弾性変形させることができる。
本発明の変形センサによると、無荷重状態において、既に、センサ素子が、自然状態(弾性変形していない状態)に対して、弾性的に変形している。このため、当該弾性変形量により、入力端末装置の組付誤差の少なくとも一部を、吸収することができる。したがって、操作者が入力パネルに押込荷重を加えた際のセンサ層の電気抵抗の変化に関連する押込パラメータ(例えば、押込量、押込荷重など)を、精度よく検出することができる。
また、本発明の変形センサのセンサ素子によると、基層にセンサ層が積層されている。基層は、センサ層における基層側の面の自由な変形を、拘束している。このため、押込荷重により、センサ層に曲げ変形を誘起することができる。
(2)好ましくは、上記(1)の構成において、前記センサ層は、前記押込荷重に応じて前記入力パネルが変形することにより弾性変形する構成とする方がよい。本構成によると、センサ層が弾性変形することにより、センサ層の電気抵抗が変化(抵抗増加、抵抗減少)する。
(3)好ましくは、上記(1)または(2)の構成において、前記入力端末装置は、前記画面に対して前記入力パネルを表裏方向に変形可能に支持する支持枠を備え、該入力パネルは、該入力パネルの表側から見て、該支持枠の枠内に配置される枠内部分を有し、該入力パネルの表側から見て、該枠内部分の面方向の重心に対して点対称、または該重心を通る直線に対して線対称になるように、配置されている構成とする方がよい。
本構成の変形センサは、入力パネルの表側から見て、枠内部分の面方向の重心に対して点対称、または重心を通る直線に対して線対称になるように、配置されている。このため、押込荷重が入力された面方向座標によらず、押込荷重を変形センサに伝達することができる。また、押込荷重の変形センサに対する伝達ロスが少なくなる。
(4)好ましくは、上記(1)ないし(3)のいずれかの構成において、前記変形センサを前記センサ収容部に収容する前の表裏方向長さをセット前長さ、該変形センサを該センサ収容部に収容した後の表裏方向長さをセット後長さ、として、前記予変形付与層は、該セット前長さの方が該セット後長さよりも大きいことを利用して、前記センサ素子に弾性変形を付与する構成とする方がよい。
本構成によると、変形センサをセンサ収容部に収容する際に、変形センサの少なくとも一部に、表裏方向から圧縮力を加えることにより、センサ素子に弾性変形を付与することができる。すなわち、変形センサのセット作業を利用して、センサ素子に弾性変形を付与することができる。
(5)好ましくは、上記(4)の構成において、複数の前記入力端末装置間における前記センサ収容部の表裏方向長さのばらつきの絶対値を組付ばらつき、前記セット前長さと前記セット後長さとの差を圧縮代、として、該圧縮代は、該組付ばらつきよりも大きい構成とする方がよい。ここで、「ばらつき」とは、例えば、センサ収容部の表裏方向長さの設計値(ばらつきのない基準状態)からのずれの最大値、センサ収容部の表裏方向長さの設計値(ばらつきのない基準状態)からのずれの最大値と最小値との差、およびセンサ収容部の表裏方向長さの設計値(ばらつきのない基準状態)からのずれの分散、標準偏差、平均絶対偏差、平均差などをいう。本構成によると、圧縮代により、組付ばらつきを吸収することができる。したがって、精度よく、押込パラメータを検出することができる。
(6)好ましくは、上記(5)の構成において、前記入力パネルの表裏方向の最大変形量は、前記組付ばらつきよりも小さい構成であってもよい。入力パネルの表裏方向の最大変形量が組付ばらつきよりも小さい場合、操作者が入力パネルを押し込んでも、変形センサが押込パラメータを検出しにくい。この点、本構成によると、圧縮代が組付ばらつきよりも大きい。このため、入力パネルの表裏方向の最大変形量が組付ばらつきよりも小さい場合であっても、確実に押込パラメータを検出することができる。
(7)好ましくは、上記(1)ないし(6)のいずれかの構成において、前記センサ収容部が延在する方向を収容部延在方向、該収容部延在方向に対して交差する方向を交差方向として、前記予変形付与層は、前記センサ素子側に突出し、該収容部延在方向に延在し該センサ素子を支持する支持部を有するリブ押子を有し、該センサ素子は、一面が該支持部に支持される前記基層と、該基層の他面に積層され該交差方向に延在する複数のセンサ体からなる前記センサ層と、各々の該センサ体に該支持部を跨ぐ導通経路が形成されるように、全ての該センサ体を電気的に直列に接続する複数の配線体と、を有する構成とする方がよい。
センサ素子は、基層とセンサ層と配線体とを有している。また、センサ素子は、センサ層側からではなく、基層側から、リブ押子の支持部に支持されている。すなわち、各部材(リブ押子(予変形付与層)、基層、センサ層)は、「リブ押子→基層→センサ層」の順に配置されている。このように各部材を配置すると、リブ押子の支持部により、センサ層は、基層側の面を内側にして、湾曲する。このため、センサ層が基層反対側の面を内側にして湾曲する場合と比較して、操作者が入力パネルに押込荷重を加えた際のセンサ層の電気抵抗の変化を、大きくすることができる。
(8)好ましくは、上記(7)の構成において、前記予変形付与層は、前記センサ素子の裏側に配置され、前記リブ押子は、表側に突出し、さらに、該センサ素子の表側に配置され、自身が弾性変形することにより、該センサ素子のうち裏側から前記支持部に支持されていない部分の弾性変形を促進する変形促進層を備える構成とする方がよい。
本構成によると、複数のセンサ体の表側(押込荷重入力側)に、変形促進層が配置されている。並びに、複数のセンサ体の裏側に、リブ押子を備える予変形付与層が配置されている。複数のセンサ体は、裏側からリブ押子の支持部により支持されている。複数のセンサ体のうち支持部に支持されている部分は、表側に突出している。一方、変形促進層は、自身が弾性変形することにより、複数のセンサ体のうち裏側から支持部に支持されていない部分を、裏側に突出させる。このため、本構成によると、無荷重状態において、複数のセンサ体を、表側に突出するように(例えば、裏側に開口する「C字状」になるように)、大きく湾曲させることができる。また、本構成によると、操作者から押込荷重が加わる場合の複数のセンサ体の曲げ変形を、促進することができる。このため、押込パラメータを、精度よく検出することができる。
また、変形促進層の材質、形状、表裏方向厚さ等を選択することにより、変形促進層の表裏方向のばね定数を容易に変化させることができる。つまり、押込荷重に対する変形促進層の弾性変形量を調整することができる。これにより、複数のセンサ体の曲げ変形量に対する電気抵抗の値を、所望の範囲内に設定することができる。また、本構成によると、押込荷重の衝撃が、変形促進層により吸収される。このため、変形センサに対するダメージが軽減される。また、変形促進層の弾性復元力により、押込荷重に対する応答の再現性が高くなる。
(9)好ましくは、上記(1)ないし(6)のいずれかの構成において、前記予変形付与層は、前記センサ素子の裏側に配置され、表側に突出する複数の押子を有し、さらに、該センサ素子の表側に配置され、自身が弾性変形することにより、該センサ素子のうち裏側から該押子に支持されていない部分の弾性変形を促進する変形促進層を備える構成とする方がよい。
本構成によると、センサ素子の表側(押込荷重入力側)に、変形促進層が配置されている。並びに、センサ素子の裏側に、複数の押子を備える予変形付与層が配置されている。センサ素子は、裏側から複数の押子により支持されている。センサ素子のうち裏側から押子に支持されている部分は、表側に突出している。一方、変形促進層は、自身が弾性変形することにより、センサ素子のうち裏側から押子に支持されていない部分を、裏側に突出させる。このため、本構成によると、無荷重状態において、センサ素子つまりセンサ層を、表裏方向に大きく湾曲させることができる。また、本構成によると、操作者から押込荷重が加わる場合のセンサ層の曲げ変形を、促進することができる。このため、押込パラメータを、精度よく検出することができる。
また、変形促進層の材質、形状、表裏方向厚さ等を選択することにより、変形促進層の表裏方向のばね定数を容易に変化させることができる。つまり、押込荷重に対する変形促進層の弾性変形量を調整することができる。これにより、センサ層の曲げ変形量に対する電気抵抗の値を、所望の範囲内に設定することができる。また、本構成によると、押込荷重の衝撃が、変形促進層により吸収される。このため、変形センサに対するダメージが軽減される。また、変形促進層の弾性復元力により、押込荷重に対する応答の再現性が高くなる。
(10)好ましくは、上記(1)ないし(6)のいずれかの構成において、前記予変形付与層は、前記センサ素子の裏側に配置され、表側に突出する複数の裏側押子を有する裏側予変形付与層と、該センサ素子の表側に配置され、裏側に突出する複数の表側押子を有する表側予変形付与層と、であり、表側または裏側から見て、複数の該裏側押子と複数の該表側押子とは、互いに重複しないように配置されている構成とする方がよい。
本構成によると、裏側押子および表側押子により、センサ素子に表裏方向に凹凸を形成することができる。このため、本構成によると、無荷重状態において、センサ素子つまりセンサ層を、表裏方向に大きく湾曲させることができる。また、本構成によると、操作者から押込荷重が加わる場合のセンサ層の曲げ変形を、促進することができる。このため、押込パラメータを、精度よく検出することができる。
(11)好ましくは、上記(1)ないし(10)のいずれかの構成において、前記センサ層は、樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に配合されている導電性フィラーと、を有し、弾性変形量が増加するのに従って電気抵抗が増加する構成とする方がよい。
本構成によると、無荷重状態において、既に、センサ素子が、自然状態に対して、弾性的に変形している。すなわち、自然状態に対して、センサ層の電気抵抗が増加している。操作者が入力パネルに押込荷重を加えると、さらに電気抵抗は増加する。本構成によると、当該電気抵抗の増加に関連する押込パラメータを、精度よく検出することができる。
また、本構成によると、センサ層の母材は、樹脂またはエラストマーである。このため、センサ層は、形状設計の自由度が高い。したがって、センサ収容部の形状が複雑な場合であっても、簡単に変形センサを配置することができる。
(11−1)好ましくは、上記(11)の構成において、前記導電性フィラーは、球状を呈しており、前記母材中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている構成とする方がよい。
センサ層において、球状の導電性フィラーは、母材中に略単粒子状態で、かつ高充填率で配合されている。「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を100重量%とした場合の50重量%以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。
自然状態において、センサ層には、導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成されている。つまり、自然状態において、センサ層は、高い導電性を有している。一方、センサ層が弾性変形すると、導電性フィラー同士の接触状態が変化する。このため、弾性変形量が増加するのに従って電気抵抗が増加する。本構成によると、導電性フィラーの配合状態を工夫することにより、センサ層の弾性変形量が増加するのに従って、センサ層の電気抵抗を増加させることができる。
(12)好ましくは、上記(1)ないし(11)のいずれかの構成において、前記センサ層は、該センサ層の形成成分を含むセンサ層用塗料から形成されている構成とする方がよい。本構成によると、基層にセンサ層用塗料を塗布(印刷を含む)ことにより、簡単にセンサ層を配置することができる。また、センサ層の形状、表裏方向厚さ等に対する設計の自由度が高くなる。
(13)好ましくは、上記(1)ないし(12)のいずれかの構成において、演算部と、記憶部と、を有する制御装置を備え、該記憶部には、前記センサ層の電気抵抗と、検出対象である押込パラメータと、の相関テーブルが格納されており、該演算部は、前記無荷重状態における該センサ層の電気抵抗を基に、該相関テーブルを補正する構成とする方がよい。
本構成によると、組付ばらつきの大小に応じて相関テーブルを補正することができる。このため、組付ばらつきの大小にかかわらず、押込パラメータを、精度よく検出することができる。
本発明によると、精度よく押込パラメータを検出することが可能な変形センサを提供することができる。
1:変形センサ。
2:センサ素子、20:基層、21:センサ層、210:センサ体、22:絶縁層、23:カバー層、24:電極、25:配線体。
3:予変形付与層、30:押子、31:基板、32:リブ押子、320:支持部。
4:変形促進層。
5:裏側予変形付与層、50:裏側押子。
6:表側予変形付与層、60:表側押子。
7:制御装置、70:コンピュータ、700:演算部、701:記憶部、71:入出力インターフェイス。
8:指、80:導電層。
9:入力端末装置、90:本体、900:画面、901:パネル収容部、91:入力パネル、910:枠内部分、911:固定部分、92:センサ収容部、93:支持枠、930:切欠部。
F:押込荷重、G:重心、L1:セット前長さ、L2:セット後長さ、L3:上下方向長さ、L3D:上下方向長さ、L3U:上下方向長さ、L4:圧縮代、L5:最大変形量、M:クラック。
2:センサ素子、20:基層、21:センサ層、210:センサ体、22:絶縁層、23:カバー層、24:電極、25:配線体。
3:予変形付与層、30:押子、31:基板、32:リブ押子、320:支持部。
4:変形促進層。
5:裏側予変形付与層、50:裏側押子。
6:表側予変形付与層、60:表側押子。
7:制御装置、70:コンピュータ、700:演算部、701:記憶部、71:入出力インターフェイス。
8:指、80:導電層。
9:入力端末装置、90:本体、900:画面、901:パネル収容部、91:入力パネル、910:枠内部分、911:固定部分、92:センサ収容部、93:支持枠、930:切欠部。
F:押込荷重、G:重心、L1:セット前長さ、L2:セット後長さ、L3:上下方向長さ、L3D:上下方向長さ、L3U:上下方向長さ、L4:圧縮代、L5:最大変形量、M:クラック。
以下、本発明の変形センサの実施の形態について説明する。
<第一実施形態>
[入力端末装置の構成]
まず、本実施形態の変形センサが配置された入力端末装置の構成について説明する。以降の図において、上方は本発明の「表側」に、下方は本発明の「裏側」に、上下方向は本発明の「表裏方向」に、水平方向(前後左右方向)は本発明の「面方向」に、各々対応している。
[入力端末装置の構成]
まず、本実施形態の変形センサが配置された入力端末装置の構成について説明する。以降の図において、上方は本発明の「表側」に、下方は本発明の「裏側」に、上下方向は本発明の「表裏方向」に、水平方向(前後左右方向)は本発明の「面方向」に、各々対応している。
図1に、本実施形態の変形センサが配置された入力端末装置の斜視図を示す。図2に、同入力端末装置の分解斜視図を示す。図3に、同入力端末装置の透過上面図を示す。図4に、図3のIV−IV方向断面図を示す。
図1〜図4に示すように、入力端末装置9は、本体90と、入力パネル91と、センサ収容部92と、支持枠93と、タッチセンサ(図略)と、制御装置(図略)と、を備えている。
(本体90)
本体90は、直方体状を呈している。本体90は、画面900と、パネル収容部901と、を備えている。パネル収容部901は、長方形状を呈している。パネル収容部901は、本体90の上面に凹設されている。画面900は、長方形状を呈している。画面900は、パネル収容部901の底面に配置されている。画面900には、複数のタッチボタン(図略)が表示されている。
本体90は、直方体状を呈している。本体90は、画面900と、パネル収容部901と、を備えている。パネル収容部901は、長方形状を呈している。パネル収容部901は、本体90の上面に凹設されている。画面900は、長方形状を呈している。画面900は、パネル収容部901の底面に配置されている。画面900には、複数のタッチボタン(図略)が表示されている。
(支持枠93)
支持枠93は、両面テープである。支持枠93は、長方形枠状を呈している。支持枠93の下面は、パネル収容部901の底面に接着されている。支持枠93は、画面900の周囲に配置されている。支持枠93の枠内縁の前後両縁には、後述するセンサ収容部92に支持枠93が干渉しないように、一対の切欠部930が形成されている。
支持枠93は、両面テープである。支持枠93は、長方形枠状を呈している。支持枠93の下面は、パネル収容部901の底面に接着されている。支持枠93は、画面900の周囲に配置されている。支持枠93の枠内縁の前後両縁には、後述するセンサ収容部92に支持枠93が干渉しないように、一対の切欠部930が形成されている。
(入力パネル91)
入力パネル91は、透明な長方形板状を呈している。図2に点線で示すように、入力パネル91は、枠内部分910と、固定部分911と、を備えている。固定部分911は、長方形枠状を呈している。固定部分911は、支持枠93の上面に接着されている。すなわち、支持枠93は、パネル収容部901つまり本体90と、固定部分911つまり入力パネル91と、を接合している。枠内部分910は、長方形状を呈している。上方から見て、枠内部分910は、固定部分911の枠内、つまり支持枠93の枠内に配置されている。枠内部分910は、上下方向に弾性的に変形可能である。支持枠93の上下方向厚さは、枠内部分910の上下方向ストロークを確保している。
入力パネル91は、透明な長方形板状を呈している。図2に点線で示すように、入力パネル91は、枠内部分910と、固定部分911と、を備えている。固定部分911は、長方形枠状を呈している。固定部分911は、支持枠93の上面に接着されている。すなわち、支持枠93は、パネル収容部901つまり本体90と、固定部分911つまり入力パネル91と、を接合している。枠内部分910は、長方形状を呈している。上方から見て、枠内部分910は、固定部分911の枠内、つまり支持枠93の枠内に配置されている。枠内部分910は、上下方向に弾性的に変形可能である。支持枠93の上下方向厚さは、枠内部分910の上下方向ストロークを確保している。
(センサ収容部92)
センサ収容部92は、パネル収容部901の底面と、入力パネル91の下面と、の間に区画されている。センサ収容部92は、画面900の前後両縁の水平方向外側に配置されている。つまり、センサ収容部92は、画面900の短辺に沿って、一対配置されている。一対のセンサ収容部92は、各々、左右方向に延びる直線状を呈している。
センサ収容部92は、パネル収容部901の底面と、入力パネル91の下面と、の間に区画されている。センサ収容部92は、画面900の前後両縁の水平方向外側に配置されている。つまり、センサ収容部92は、画面900の短辺に沿って、一対配置されている。一対のセンサ収容部92は、各々、左右方向に延びる直線状を呈している。
(タッチセンサ)
操作者が入力端末装置9に指示を入力する際、操作者は、入力パネル91越しに、画面900のタッチボタンを触れる。タッチセンサは、操作者の指の水平方向座標を検出する。なお、操作者の指の押込量(上下方向距離)は、後述する変形センサにより検出される。
操作者が入力端末装置9に指示を入力する際、操作者は、入力パネル91越しに、画面900のタッチボタンを触れる。タッチセンサは、操作者の指の水平方向座標を検出する。なお、操作者の指の押込量(上下方向距離)は、後述する変形センサにより検出される。
[変形センサの構成]
次に、本実施形態の変形センサの構成について説明する。図5に、図4の枠V内の拡大図を示す。図6に、図3の枠VI内の拡大図を示す。図2、図3に示すように、変形センサ1は、一対のセンサ収容部92に配置されている。つまり、変形センサ1は、画面900の短辺に沿って、一対配置されている。一対の変形センサ1は、各々、左右方向に延びる細帯状を呈している。図3に示すように、一対の変形センサ1は、入力パネル91の表側から見て、枠内部分910の水平方向の重心Gに対して点対称になるように配置されている。図4〜図6に示すように、変形センサ1は、センサ素子2と、予変形付与層3と、変形促進層4と、を備えている。
次に、本実施形態の変形センサの構成について説明する。図5に、図4の枠V内の拡大図を示す。図6に、図3の枠VI内の拡大図を示す。図2、図3に示すように、変形センサ1は、一対のセンサ収容部92に配置されている。つまり、変形センサ1は、画面900の短辺に沿って、一対配置されている。一対の変形センサ1は、各々、左右方向に延びる細帯状を呈している。図3に示すように、一対の変形センサ1は、入力パネル91の表側から見て、枠内部分910の水平方向の重心Gに対して点対称になるように配置されている。図4〜図6に示すように、変形センサ1は、センサ素子2と、予変形付与層3と、変形促進層4と、を備えている。
(センサ素子2)
センサ素子2は、基層20と、センサ層21と、絶縁層22と、カバー層23と、一対の電極24と、配線(図略)と、を備えている。基層20は、ポリエチレンテレフタレート(PET)製である。図6に点線ハッチングで示すように、一対の電極24は、銀含有導電性樹脂製であって、基層20の上面に積層されている。一対の電極24は、基層20の上面の左右両端に、スクリーン印刷されている。また、配線も、所定のパターンで、基層20の上面にスクリーン印刷されている。
センサ素子2は、基層20と、センサ層21と、絶縁層22と、カバー層23と、一対の電極24と、配線(図略)と、を備えている。基層20は、ポリエチレンテレフタレート(PET)製である。図6に点線ハッチングで示すように、一対の電極24は、銀含有導電性樹脂製であって、基層20の上面に積層されている。一対の電極24は、基層20の上面の左右両端に、スクリーン印刷されている。また、配線も、所定のパターンで、基層20の上面にスクリーン印刷されている。
センサ層21は、エポキシ樹脂(母材)にカーボンビーズ(導電性フィラー)が略単粒子状態でかつ高充填率で配合されてなる。カーボンビーズの充填率は、センサ層21の体積を100vol%とした場合の約45vol%である。センサ層21は、基層20および一対の電極24の上面に積層されている。センサ層21は、一対の電極24越しに、基層20の上面にスクリーン印刷されている。
センサ層21が弾性変形すると、充填されている多数のカーボンビーズ同士が反発し合い、導電パスが崩壊する。このため、センサ層21における一対の電極24間の電気抵抗は、自然状態(弾性変形していない状態)に対して増加する。
絶縁層22は、アクリル樹脂製であって、センサ層21の上面に積層されている。カバー層23は、アクリルゴム製であって、絶縁層22の上面に積層されている。このように、センサ素子2においては、下方から上方に向かって、基層20、一対の電極24、センサ層21、絶縁層22、カバー層23が積層されている。
(予変形付与層3)
図4に示すように、予変形付与層3は、複数の押子30からなる。予変形付与層3は、センサ素子2の下方に配置されている。図5に示すように、複数の押子30は、各々、フェノール樹脂製であって、上端が球面状の円柱状を呈している。図6に点線ハッチングで示すように、複数の押子30は、左右方向に所定間隔ずつ離間して並んでいる。複数の押子30は、パネル収容部901の底面から突設されている。図5に示すように、複数の押子30は、基層20の下面、つまりセンサ素子2の下面を、部分的に、下方から支持している。
図4に示すように、予変形付与層3は、複数の押子30からなる。予変形付与層3は、センサ素子2の下方に配置されている。図5に示すように、複数の押子30は、各々、フェノール樹脂製であって、上端が球面状の円柱状を呈している。図6に点線ハッチングで示すように、複数の押子30は、左右方向に所定間隔ずつ離間して並んでいる。複数の押子30は、パネル収容部901の底面から突設されている。図5に示すように、複数の押子30は、基層20の下面、つまりセンサ素子2の下面を、部分的に、下方から支持している。
(変形促進層4)
図4に示すように、変形促進層4は、入力パネル91の下面と、センサ素子2の上面と、の間に介装されている。変形促進層4は、アクリルゴム製である。図5に示すように、変形促進層4は、カバー層23の上面、つまりセンサ素子2の上面に、全面的に接着されている。
図4に示すように、変形促進層4は、入力パネル91の下面と、センサ素子2の上面と、の間に介装されている。変形促進層4は、アクリルゴム製である。図5に示すように、変形促進層4は、カバー層23の上面、つまりセンサ素子2の上面に、全面的に接着されている。
図5に示すように、センサ素子2のうち下方から押子30に支持されている部分は、押子30から加わる押圧力により、上方に突出している。一方、センサ素子2のうち下方から押子30に支持されていない部分は、変形促進層4から加わる弾性力により、下方に突出している。このため、図4に示すように、操作者から押込荷重が加えられていない無荷重状態において、前方または後方から見て、センサ素子2は、上下方向にうねる波線状を呈している。このように、センサ素子2は、無荷重状態であるにもかかわらず、自然状態に対して、既に弾性変形している。このため、後述するセット前状態(自然状態)に対して、セット後状態(弾性変形状態)においては、センサ素子2の電気抵抗が既に増加している。
図5に示すように、変形センサ1のセット後状態(センサ収容部92に収容された後の状態)における上下方向長さ、つまりセット後長さL2は、センサ収容部92の上下方向長さL3と、一致している。また、図4に示すように、センサ収容部92の上下方向長さL3は、支持枠93の上下方向厚さと、一致している。
[変形センサのセット前状態]
次に、本実施形態の変形センサのセット前状態(センサ収容部92に収容される前の状態)について説明する。図7に、本実施形態の変形センサのセット前状態の左右方向部分断面図を示す。なお、図7は、図5に対応している。
次に、本実施形態の変形センサのセット前状態(センサ収容部92に収容される前の状態)について説明する。図7に、本実施形態の変形センサのセット前状態の左右方向部分断面図を示す。なお、図7は、図5に対応している。
図7に示すように、セット前状態においては、予変形付与層3からセンサ素子2に押圧力が加わっていない。並びに、変形促進層4からセンサ素子2に弾性力が加わっていない。このため、センサ素子2は、波線状ではなく、直線状を呈している。言い換えると、センサ素子2は、自然状態である。
変形センサ1のセット前状態における上下方向長さ、つまりセット前長さL1は、予変形付与層3の上下方向厚さと、センサ素子2の上下方向厚さと、変形促進層4の上下方向厚さと、の和である。
ここで、セット前長さL1は、セット後長さL2(=センサ収容部92の上下方向長さL3)よりも、大きい。このため、変形センサ1をセンサ収容部92にセットする場合は、圧縮代L4(=セット前長さL1−セット後長さL2)だけ、変形センサ1を、上下方向から圧縮する。図5に示すセット後状態においては、当該圧縮力を利用して、予変形付与層3からセンサ素子2に押圧力を加えている。並びに、変形促進層4からセンサ素子2に弾性力を加えている。すなわち、センサ素子2を波線状に弾性変形させている。
[変形センサの動き]
次に、本実施形態の変形センサの動きについて説明する。図8に、本実施形態の変形センサの動作状態の左右方向部分断面図を示す。なお、図8は、図5に対応している。図8に示すように、操作者は、入力パネル91越しに、画面のタッチボタンに、押込荷重Fを加える。すなわち、操作者は、入力パネル91の枠内部分910を、押込荷重Fにより、上方から下方に押し込む。枠内部分910が押し込まれると、変形促進層4も、上下方向から圧縮されながら、下方に押し込まれる。このため、変形促進層4を介して、押込荷重Fが変形センサ1に伝達される。センサ素子2のうち下方から押子30に支持されていない部分は、押込荷重Fを受け、下方に膨出する。これに対して、センサ素子2のうち下方から押子30に支持されている部分は、押込荷重Fを受けても、下方に膨出しない。このため、図5に示す無荷重状態と比較して、センサ素子2の波形のうねり(振幅)は、より大きくなる。すなわち、図5に示す無荷重状態と比較して、センサ素子2の弾性変形量は、より大きくなる。したがって、図6に示す一対の電極24間の電気抵抗は増加する。当該電気抵抗(電気抵抗に関連する電気量(電圧、電流など)を含む)の変化を基に、変形センサ1は、操作者の指8の押込量(入力パネル91の上下方向の変形量)を検出する。
次に、本実施形態の変形センサの動きについて説明する。図8に、本実施形態の変形センサの動作状態の左右方向部分断面図を示す。なお、図8は、図5に対応している。図8に示すように、操作者は、入力パネル91越しに、画面のタッチボタンに、押込荷重Fを加える。すなわち、操作者は、入力パネル91の枠内部分910を、押込荷重Fにより、上方から下方に押し込む。枠内部分910が押し込まれると、変形促進層4も、上下方向から圧縮されながら、下方に押し込まれる。このため、変形促進層4を介して、押込荷重Fが変形センサ1に伝達される。センサ素子2のうち下方から押子30に支持されていない部分は、押込荷重Fを受け、下方に膨出する。これに対して、センサ素子2のうち下方から押子30に支持されている部分は、押込荷重Fを受けても、下方に膨出しない。このため、図5に示す無荷重状態と比較して、センサ素子2の波形のうねり(振幅)は、より大きくなる。すなわち、図5に示す無荷重状態と比較して、センサ素子2の弾性変形量は、より大きくなる。したがって、図6に示す一対の電極24間の電気抵抗は増加する。当該電気抵抗(電気抵抗に関連する電気量(電圧、電流など)を含む)の変化を基に、変形センサ1は、操作者の指8の押込量(入力パネル91の上下方向の変形量)を検出する。
なお、入力端末装置9のタッチセンサは、操作者の指8の水平方向座標を検出する。入力端末装置9の制御装置(図略)は、タッチセンサから検出される水平方向座標を基に、操作者が選んだタッチボタンを特定する。並びに、制御装置は、変形センサ1から検出される押込量を基に、当該タッチボタンに押込量ごとに関連付けられた動作を特定する。そして、入力端末装置9は当該動作を実行する。
[入力端末装置の組付誤差の吸収方法]
次に、入力端末装置の組付誤差の吸収方法について説明する。図7に示すように、入力端末装置9に組付誤差が発生する場合、センサ収容部92の上下方向長さL3にも、伸長方向(上下方向長さL3が大きくなる方向)または短縮方向(上下方向長さL3が小さくなる方向)に、組付ばらつきΔLが発生する。ここで、伸長方向に組付ばらつきΔLが発生した場合のセンサ収容部92の上下方向長さをL3U(=上下方向長さL3+組付ばらつきΔL)とする。並びに、短縮方向に組付ばらつきΔLが発生した場合のセンサ収容部92の上下方向長さをL3D(=上下方向長さL3−組付ばらつきΔL)とする。
次に、入力端末装置の組付誤差の吸収方法について説明する。図7に示すように、入力端末装置9に組付誤差が発生する場合、センサ収容部92の上下方向長さL3にも、伸長方向(上下方向長さL3が大きくなる方向)または短縮方向(上下方向長さL3が小さくなる方向)に、組付ばらつきΔLが発生する。ここで、伸長方向に組付ばらつきΔLが発生した場合のセンサ収容部92の上下方向長さをL3U(=上下方向長さL3+組付ばらつきΔL)とする。並びに、短縮方向に組付ばらつきΔLが発生した場合のセンサ収容部92の上下方向長さをL3D(=上下方向長さL3−組付ばらつきΔL)とする。
(伸長方向に組付ばらつきΔLが発生した場合)
伸長方向に組付ばらつきΔLが発生した場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3Uは、組付ばらつきΔLが発生しない場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3よりも、組付ばらつきΔLの分だけ、大きい。このため、仮に、変形センサ1に圧縮代L4が設定されていない場合(具体的には、変形センサ1のセット前長さL1がセット後長さL2と一致する場合であって、セット前長さL1が、組付ばらつきΔLが発生しない場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3と、一致する場合)、組付ばらつきΔLの分だけ、センサ収容部92に隙間が発生してしまう。すなわち、組付ばらつきΔLの分だけ、入力パネル91の枠内部分910の下面と、変形センサ1の上面と、の間に隙間が発生してしまう。このため、図8に示すように、操作者が指8で枠内部分910を押し込んでも、隙間の分だけ、指8が空走してしまう。したがって、隙間の分だけ、押込荷重Fが変形センサ1に伝達されないことになる。
伸長方向に組付ばらつきΔLが発生した場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3Uは、組付ばらつきΔLが発生しない場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3よりも、組付ばらつきΔLの分だけ、大きい。このため、仮に、変形センサ1に圧縮代L4が設定されていない場合(具体的には、変形センサ1のセット前長さL1がセット後長さL2と一致する場合であって、セット前長さL1が、組付ばらつきΔLが発生しない場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3と、一致する場合)、組付ばらつきΔLの分だけ、センサ収容部92に隙間が発生してしまう。すなわち、組付ばらつきΔLの分だけ、入力パネル91の枠内部分910の下面と、変形センサ1の上面と、の間に隙間が発生してしまう。このため、図8に示すように、操作者が指8で枠内部分910を押し込んでも、隙間の分だけ、指8が空走してしまう。したがって、隙間の分だけ、押込荷重Fが変形センサ1に伝達されないことになる。
この点、変形センサ1には、圧縮代L4が設定されている。圧縮代L4は、組付ばらつきΔLの最大値よりも大きい。このため、組付ばらつきΔLの大小によらず、入力パネル91の枠内部分910の下面と、変形センサ1の上面と、の間に隙間が発生することがない。したがって、押込荷重Fを変形センサ1に円滑に伝達することができる。
(短縮方向に組付ばらつきΔLが発生した場合)
短縮方向に組付ばらつきΔLが発生した場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3Dは、組付ばらつきΔLが発生しない場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3よりも、組付ばらつきΔLの分だけ、小さい。このため、圧縮代L4の有無によらず、入力パネル91の枠内部分910の下面と、変形センサ1の上面と、の間に隙間が発生することがない。したがって、押込荷重Fを変形センサ1に円滑に伝達することができる。また、組付ばらつきΔLの分だけ、センサ素子2に加わる圧縮力が大きくなる。このため、無荷重状態におけるセンサ素子2の波形のうねり(振幅)を、より大きくすることができる。
短縮方向に組付ばらつきΔLが発生した場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3Dは、組付ばらつきΔLが発生しない場合のセンサ収容部92の上下方向長さL3よりも、組付ばらつきΔLの分だけ、小さい。このため、圧縮代L4の有無によらず、入力パネル91の枠内部分910の下面と、変形センサ1の上面と、の間に隙間が発生することがない。したがって、押込荷重Fを変形センサ1に円滑に伝達することができる。また、組付ばらつきΔLの分だけ、センサ素子2に加わる圧縮力が大きくなる。このため、無荷重状態におけるセンサ素子2の波形のうねり(振幅)を、より大きくすることができる。
[変形センサの初期値調整方法]
次に、本実施形態の変形センサの初期値調整方法について説明する。上述したように、組付ばらつきΔLの大小により、図5に示す無荷重状態におけるセンサ素子2の湾曲程度は、様々である。このため、変形センサ1は初期値の設定を行う。
次に、本実施形態の変形センサの初期値調整方法について説明する。上述したように、組付ばらつきΔLの大小により、図5に示す無荷重状態におけるセンサ素子2の湾曲程度は、様々である。このため、変形センサ1は初期値の設定を行う。
図9に、本実施形態の変形センサのブロック図を示す。図9に示すように、変形センサ1の制御装置7は、コンピュータ70と、入出力インターフェイス71と、を備えている。コンピュータ70は、演算部700と記憶部701とを備えている。入出力インターフェイス71は、一対のセンサ層21に、電気的に接続されている。センサ層21から入出力インターフェイス71には、一対の電極24間の電気抵抗が送信される。記憶部701には、一対の電極24間の電気抵抗と押込量との相関テーブルが、予め格納されている。
図10に、押込量と電気抵抗との関係をグラフで示す。図10に模式的に示すように、組付ばらつきΔLが0の場合(図7に示す上下方向長さL3の場合)、無荷重状態の電気抵抗はaになる。なお、相関線Aは、記憶部701の相関テーブルをグラフ化したものである。
伸長方向に組付ばらつきΔLが発生した場合(図7に示す上下方向長さL3Uの場合)、無荷重状態のセンサ層21の弾性変形量が小さくなる。このため、無荷重状態の電気抵抗はb(<a)になる。この場合、演算部700は、補正量(a−b)だけ、記憶部701の相関テーブルを補正する。すなわち、相関線Aを相関線Bにシフトする。
短縮方向に組付ばらつきΔLが発生した場合(図7に示す上下方向長さL3Dの場合)、無荷重状態のセンサ層21の弾性変形量が大きくなる。このため、無荷重状態の電気抵抗はc(>a)になる。この場合、演算部700は、補正量(c−a)だけ、記憶部701の相関テーブルを補正する。すなわち、相関線Aを相関線Cにシフトする。なお、初期値調整方法は、例えば、入力端末装置9のオペレーションシステムの起動時や、アプリケーションソフトの起動時などに、実行される。
[作用効果]
次に、本実施形態の変形センサの作用効果について説明する。図5に示すように、本実施形態の変形センサ1によると、無荷重状態において、既に、センサ素子2が、自然状態に対して、弾性的に変形している。このため、当該弾性変形量により、入力端末装置9の組付誤差の少なくとも一部を、吸収することができる。したがって、図8に示すように、操作者が入力パネル91に押込荷重Fを加えた際のセンサ層21の電気抵抗の変化に関連する押込パラメータ(押込量)を、精度よく検出することができる。
次に、本実施形態の変形センサの作用効果について説明する。図5に示すように、本実施形態の変形センサ1によると、無荷重状態において、既に、センサ素子2が、自然状態に対して、弾性的に変形している。このため、当該弾性変形量により、入力端末装置9の組付誤差の少なくとも一部を、吸収することができる。したがって、図8に示すように、操作者が入力パネル91に押込荷重Fを加えた際のセンサ層21の電気抵抗の変化に関連する押込パラメータ(押込量)を、精度よく検出することができる。
また、図5に示すように、基層20の上面には、センサ層21が積層されている。基層20は、センサ層21における基層20側の面(下面)の自由な弾性変形を、拘束している。このため、図8に示すように、押込荷重Fにより、センサ層21に曲げ変形を誘起することができる。特に、センサ層21の上下方向長さが小さい場合、センサ層21の上下方向の圧縮変形を、ほとんど無視することができる。このため、センサ層21の弾性変形は、曲げ変形が支配的となる。このように、本実施形態の変形センサ1によると、操作者の押込荷重Fが、主に曲げ変形に変換される。当該曲げ変形に基づく電気抵抗の変化を基に、押込量を検出することができる。
また、図3に示すように、前後一対の変形センサ1は、上方から見て、枠内部分910の水平方向の重心Gに対して点対称になるように、配置されている。このため、押込荷重Fが入力された水平方向座標によらず、押込荷重Fを一対の変形センサ1に伝達することができる。また、一対の変形センサ1に対する押込荷重Fの伝達ロスが少なくなる。
また、図7に示すように、変形センサ1のセット前長さL1は、セット後長さL2よりも、圧縮代L4だけ大きい。予変形付与層3は、当該圧縮代L4を利用して、センサ素子2に弾性変形を付与している。本実施形態の変形センサ1によると、センサ収容部92に対する変形センサ1のセット作業を利用して、センサ素子2に弾性変形を付与することができる。
また、図7に示すように、変形センサ1の圧縮代L4は、組付ばらつきΔLよりも大きい。このため、圧縮代L4により、組付ばらつきΔLを吸収することができる。したがって、精度よく、押込量を検出することができる。
また、図8に示すように、入力パネル91の枠内部分910の上下方向の最大変形量L5は、組付ばらつきΔLよりも小さい。このため、操作者が枠内部分910を押し込んでも、変形センサ1が押込量を検出しにくい。この点、本実施形態の変形センサ1によると、圧縮代L4が組付ばらつきΔLよりも大きい。このため、確実に押込量を検出することができる。
また、図5、図8に示すように、センサ素子2の上方(押込荷重Fの入力側)には、変形促進層4が配置されている。並びに、センサ素子2の下方には、複数の押子30を備える予変形付与層3が配置されている。センサ素子2は、下方から複数の押子30により支持されている。センサ素子2のうち下方から押子30に支持されている部分は、上方に突出している。一方、変形促進層4は、自身が弾性変形することにより、センサ素子2のうち下方から押子30に支持されていない部分を、下方に突出させる。このため、本実施形態の変形センサ1によると、無荷重状態において、センサ素子2つまりセンサ層21を、上下方向に大きく湾曲させることができる。また、本実施形態の変形センサ1によると、操作者から押込荷重Fが加わる場合のセンサ層21の曲げ変形を、促進することができる。このため、押込量を、精度よく検出することができる。
また、変形促進層4の材質、形状、表裏方向厚さ等を選択することにより、変形促進層4の上下方向のばね定数を容易に変化させることができる。つまり、押込荷重Fに対する変形促進層4の弾性変形量を調整することができる。これにより、センサ層21の曲げ変形量に対する電気抵抗の値を、所望の範囲内に設定することができる。
また、図8に示すように、本実施形態の変形センサ1によると、押込荷重Fの衝撃が、変形促進層4により吸収される。このため、変形センサ1に対するダメージが軽減される。また、変形促進層4の弾性復元力により、押込荷重Fに対する応答の再現性が高くなる。
また、図7に示すように、自然状態において、センサ層21には、導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成されている。つまり、自然状態において、センサ層21は、高い導電性を有している。一方、センサ層21が弾性変形すると、導電性フィラー同士の接触状態が変化する。このため、弾性変形量が増加するのに従って電気抵抗が増加する。図5に示すように、本実施形態の変形センサ1によると、無荷重状態において、既に、センサ素子2が、自然状態に対して、弾性的に変形している。すなわち、自然状態に対して、センサ層21の電気抵抗が増加している。図8に示すように、操作者が入力パネルの枠内部分910に押込荷重Fを加えると、さらに電気抵抗は増加する。本実施形態の変形センサ1によると、当該電気抵抗の増加を基に、押込量を精度よく検出することができる。
また、センサ層21の母材は、エポキシ樹脂である。このため、センサ層21は、形状設計の自由度が高い。したがって、センサ収容部92の形状が複雑な場合であっても、簡単に変形センサ1を配置することができる。
また、センサ層21は、センサ層用塗料を基層20にスクリーン印刷することにより、形成されている。このため、センサ層21を簡単に配置することができる。また、センサ層21の形状、表裏方向厚さ等に対する設計の自由度が高くなる。
また、図4に示すように、本実施形態の変形センサ1によると、支持枠93(両面テープ)の上下方向厚さにより、入力パネル91の枠内部分910の上下方向ストロークを確保することができる。また、無荷重状態において、支持枠93の接着力により、センサ素子2に圧縮力を付与することができる。すなわち、変形促進層4の弾性力に抗して、センサ素子2を波線状に保持することができる。
また、本実施形態の変形センサ1は、例えば、入力端末装置9のオペレーションシステムの起動時や、アプリケーションの起動時などに、初期値調整方法を実行する。このため、組付ばらつきΔLの大小にかかわらず、押込量を、精度よく検出することができる。
また、温度変化に伴う各層(基層20、センサ層21、絶縁層22、カバー層23、一対の電極24、予変形付与層3、変形促進層4)の熱変形、電気抵抗の変化や、繰り返し押込荷重Fが加わることによる各層の「へたり」を、補償することができる。この点においても、押込量を、精度よく検出することができる。
<第二実施形態>
本実施形態の変形センサと、第一実施形態の変形センサとの相違点は、センサ素子の下方に裏側予変形付与層が、上方に表側予変形付与層が、各々配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
本実施形態の変形センサと、第一実施形態の変形センサとの相違点は、センサ素子の下方に裏側予変形付与層が、上方に表側予変形付与層が、各々配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
図11に、本実施形態の変形センサが配置された入力端末装置の左右方向断面図を示す。なお、図4と対応する部位については、同じ符号で示す。図12に、図11の枠XII内の拡大図を示す。なお、図5と対応する部位については、同じ符号で示す。
図11、図12に示すように、センサ素子2の下方には、裏側予変形付与層5が配置されている。裏側予変形付与層5は、複数の裏側押子50からなる。複数の裏側押子50は、各々、フェノール樹脂製であって、上端が平面状の円柱状を呈している。スクリーン印刷により、複数の裏側押子50は、基層20の下面に印刷されている。
一方、センサ素子2の上方には、表側予変形付与層6が配置されている。表側予変形付与層6は、複数の表側押子60からなる。複数の表側押子60は、各々、フェノール樹脂製であって、下端が平面状の円柱状を呈している。スクリーン印刷により、複数の表側押子60は、カバー層23の上面に印刷されている。
前方または後方から見て、複数の裏側押子50と複数の表側押子60とは、上下方向に重複しないように、交互に配置されている。複数の裏側押子50は、センサ素子2を部分的に上方に突出させている。複数の表側押子60は、センサ素子2を部分的に下方に突出させている。このため、操作者から押込荷重が加えられていない無荷重状態において、前方または後方から見て、センサ素子2は、上下方向にうねる波線状を呈している。センサ素子2は、無荷重状態であるにもかかわらず、自然状態に対して、既に弾性変形している。
図12に示すように、変形センサ1のセット後状態(センサ収容部92に収容された後の状態)における上下方向長さ、つまりセット後長さL2は、センサ収容部92の上下方向長さL3と、一致している。
図13に、本実施形態の変形センサのセット前状態の左右方向部分断面図を示す。なお、図13は、図12に対応している。図13に示すように、セット前状態においては、裏側予変形付与層5からセンサ素子2に押圧力が加わっていない。並びに、表側予変形付与層6からセンサ素子2に押圧力が加わっていない。このため、センサ素子2は、波線状ではなく、直線状を呈している。言い換えると、センサ素子2は、自然状態である。
変形センサ1のセット前状態における上下方向長さ、つまりセット前長さL1は、裏側予変形付与層5の上下方向厚さと、センサ素子2の上下方向厚さと、表側予変形付与層6の上下方向厚さと、の和である。
ここで、セット前長さL1は、セット後長さL2(=センサ収容部92の上下方向長さL3)よりも、大きい。このため、変形センサ1をセンサ収容部92にセットする場合は、圧縮代L4(=セット前長さL1−セット後長さL2)だけ、変形センサ1を、上下方向から圧縮する。図12に示すセット後状態においては、当該圧縮力を利用して、裏側予変形付与層5からセンサ素子2に押圧力を加えている。並びに、表側予変形付与層6からセンサ素子2に押圧力を加えている。すなわち、センサ素子2を波線状に弾性変形させている。
本実施形態の変形センサ1と、第一実施形態の変形センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の変形センサ1によると、裏側押子50および表側押子60により、センサ素子2に上下方向に凹凸を形成することができる。このため、本実施形態の変形センサ1によると、無荷重状態において、センサ素子2つまりセンサ層21を、上下方向に大きく湾曲させることができる。また、本実施形態の変形センサ1によると、変形促進層が不要である。
また、本実施形態の変形センサ1によると、センサ素子2の下面に複数の裏側押子50が、センサ素子2の上面に複数の表側押子60が、各々印刷されている。すなわち、センサ素子2と裏側予変形付与層5と表側予変形付与層6とが一体化されている。このため、部品点数が少なくなる。また、裏側押子50、表側押子60の位置精度、形状精度が高くなる。
<第三実施形態>
本実施形態の変形センサと、第一実施形態の変形センサとの相違点は、基層の上面と、センサ層の下面と、の間に導電層が介装されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
本実施形態の変形センサと、第一実施形態の変形センサとの相違点は、基層の上面と、センサ層の下面と、の間に導電層が介装されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
図14に、本実施形態の変形センサの上面図を示す。なお、図6と対応する部位については、同じ符号で示す。図14に実線ハッチングで示すように、基層の上面とセンサ層の下面との間には、複数の導電層80が介装されている。導電層80は、銀ペースト製である。導電層80の電気抵抗は、無荷重状態におけるセンサ層の電気抵抗よりも、小さい。上方から見て、導電層80は、押子30と重複しないように配置されている。
本実施形態の変形センサ1と、第一実施形態の変形センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の変形センサ1によると、センサ層に対して、複数の導電層80が、部分的に、電気的に並列に配置されている。このため、センサ層の短手方向断面積(導通経路の断面積)が小さい場合、言い換えるとセンサ層の電気抵抗が大きい場合、センサ層の電気抵抗を下げることができる。
<第四実施形態>
本実施形態の変形センサと、第一実施形態の変形センサとの相違点は、センサ層が、複数のセンサ体により構成されている点である。また、センサ素子が、全てのセンサ体を接続する複数の配線体を備えている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
本実施形態の変形センサと、第一実施形態の変形センサとの相違点は、センサ層が、複数のセンサ体により構成されている点である。また、センサ素子が、全てのセンサ体を接続する複数の配線体を備えている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
図15に、本実施形態の変形センサが配置された入力端末装置の透過上面図を示す。なお、図3と対応する部位については、同じ符号で示す。図16に、同入力端末装置の部分斜視図を示す。図17に、図15のXVII−XVII方向断面図を示す。図18に、図15の枠XVIII内の拡大図を示す。
図15〜図18に示すように、変形センサ1は、画面900の短辺に沿って、一対配置されている。一対の変形センサ1は、各々、左右方向(収容部延在方向)に延びる細帯状を呈している。図15に示すように、一対の変形センサ1は、入力パネル91の表側から見て、枠内部分910の水平方向の重心Gに対して点対称になるように配置されている。
センサ素子2は、基層20と、センサ層21と、複数の配線体25と、を備えている。センサ層21は、複数のセンサ体210により構成されている。センサ体210は、前後方向(交差方向)に延在している。複数のセンサ体210は、エポキシ樹脂(母材)にカーボンビーズ(導電性フィラー)が略単粒子状態でかつ高充填率で配合されてなる。カーボンビーズの充填率は、センサ体210の体積を100vol%とした場合の約45vol%である。複数のセンサ体210は、基層20の上面に積層されている。複数のセンサ体210は、基層20の上面にスクリーン印刷されている。
複数の配線体25は、銀含有導電性樹脂製であって、基層20の上面に積層されている。複数の配線体25は、複数のセンサ体210同様に、基層20の上面にスクリーン印刷されている。複数の配線体25は、複数のセンサ体210を、一筆書き状に連結している。すなわち、複数の配線体25と複数のセンサ体210とは、全体として、左右方向に延在する矩形波状を呈している。図18に示すように、左右両端の配線体25は、一対の電極24に接続されている。すなわち、複数の配線体25は、全てのセンサ体210を、電気的に直列に接続している。複数の配線体25および複数のセンサ体210は、上方から、絶縁層(図略)、カバー層(図略)により、覆われている。
予変形付与層3は、左右方向に延在するリブ押子32からなる。図16に示すように、リブ押子32は、左方または右方から見て、上方に突出する半円状を呈している。図18に点線で示すように、リブ押子32の上端には、左右方向に延在する、直線状の支持部320が配置されている。支持部320は、センサ体210の前後方向中央部分を、下方から支持している。一方、センサ素子2の上方には、変形促進層4が積層されている。このため、センサ体210のうち下方から支持部320に支持されている部分(前後方向中央部分)は、支持部320から加わる押圧力により、上方に突出している。一方、センサ体210のうち下方から支持部320に支持されていない部分は、変形促進層4から加わる弾性力により、下方に突出している。このため、操作者から押込荷重が加えられていない無荷重状態において、左方または右方から見て、センサ体210は、下方に開口するC字状を呈している。このように、センサ体210は、無荷重状態であるにもかかわらず、自然状態に対して、既に弾性変形している。
本実施形態の変形センサ1と、第一実施形態の変形センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の変形センサ1によると、センサ素子2は、上側(センサ層21側)からではなく、下側(基層20側)から、リブ押子32に支持されている。すなわち、各部材(リブ押子32(予変形付与層3)、基層20、センサ層21)は、下方から上方に向かって、「リブ押子32→基層20→センサ層21」の順に配置されている。このように各部材を配置すると、リブ押子32の支持部320により、センサ層21は、下面(基層20側の面)を内側にして、湾曲する。このため、センサ層21が上面(基層10反対側の面)を内側にして湾曲する場合と比較して、操作者が入力パネル91に押込荷重を加えた際のセンサ層21の電気抵抗の変化を、大きくすることができる。
また、本実施形態の変形センサ1は、変形促進層4を備えている。このため、無荷重状態において、複数のセンサ体210を、上側(表側)に突出するように(下側(裏側)に開口する「C字状」になるように)、大きく湾曲させることができる。また、操作者から押込荷重が加わる場合の複数のセンサ体210の曲げ変形を、促進することができる。
また、図16に示すように、複数のセンサ体210、複数の配線体25は、基層20にスクリーン印刷されている。このため、複数のセンサ体210、複数の配線体25を、簡単に、かつ精度よく、図18に示す矩形波状に配置することができる。
また、図18に示すように、支持部320は直線状を呈している。すなわち、支持部320は、センサ体210に線接触している。このため、センサ体210の前後方向中央部分に、荷重を集中させやすい。したがって、簡単にセンサ体210を湾曲させることができる。
<その他>
以上、本発明の変形センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
以上、本発明の変形センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
例えば、変形センサ1の配置場所、配置数は特に限定しない。図19に、その他の実施形態(その1)の変形センサが配置された入力端末装置の上面図を示す。なお、図3と対応する部位については、同じ符号で示す。
図19に示すように、画面900(枠内部分910)の全周に沿って、合計四つの変形センサ1を配置してもよい。また、画面900の全周に沿って、一筆書き状に単一の変形センサ1を配置してもよい。また、画面900の長辺に沿って、一対の変形センサ1を配置してもよい。また、画面900の四隅に、四つの変形センサ1を配置してもよい。
予変形付与層3の構成は特に限定しない。図20(a)に、その他の実施形態(その2)の変形センサが配置された入力端末装置の部分斜視図を示す。図20(b)に、その他の実施形態(その3)の変形センサが配置された入力端末装置の部分斜視図を示す。なお、図2と対応する部位については、同じ符号で示す。
図20(a)に示すように、押子30は、変形センサの短手方向に延在するリブ状であってもよい。また、押子30は、変形センサの短手方向から見て、半円状であってもよい。また、図20(b)に示すように、予変形付与層3がパネル収容部901の底面と別体であってもよい。すなわち、細帯状の基板31と、基板31の上面から突設された複数の押子30と、を有する予変形付与層3を、パネル収容部901の底面に、配置してもよい。また、押子30は、変形センサの短手方向から見て、三角形状であってもよい。
押子30の曲率が大きいほど、押子30の押圧によるセンサ層21の曲げ変形量が大きくなる。したがって、押込荷重Fの検出感度を向上させることができる。押子30の配置数は、特に限定しない。同様に、裏側予変形付与層5、表側予変形付与層6の構成も特に限定しない。
図21に、その他の実施形態(その4)の変形センサが配置された入力端末装置の左右方向断面図を示す。なお、図4と対応する部位については、同じ符号で示す。図21に示すように、予変形付与層3の押子30は、センサ素子2の右側半分(長手方向半分)にだけ配置されている。言い換えると、押子30は、左側半分には配置されていない。このため、無荷重状態において、前方または後方から見て、センサ素子2の右側半分は、上下方向にうねる波線状を呈している。一方、センサ素子2の左側半分は、直線状を呈している。図21の変形センサ1によると、組付ばらつき、温度変化に伴う各層の熱変形、電気抵抗の変化、繰り返し押込荷重が加わることによる各層の「へたり」を、センサ素子2の左側半分により、補償することができる。このため、押込量を、精度よく検出することができる。
入力パネル91の枠内部分910の形状は特に限定しない。枠内部分910が円形、偶数の角部を有する多角形(四角形、六角形、八角形など)などの場合は、枠内部分910の面方向の重心Gに対して点対称になるように、変形センサ1を配置してもよい。枠内部分910が半円形、奇数の角部を有する多角形(三角形、五角形、七角形など)などの場合は、枠内部分910の面方向の重心Gを通る直線に対して線対称になるように、変形センサ1を配置してもよい。
図22に、その他の実施形態(その5)の変形センサの、無荷重状態におけるセンサ素子の左右方向部分断面図を示す。なお、図5、図16と対応する部位については同じ符号で示す。
図22に示すように、センサ素子2の絶縁層22、センサ体210には、上側に開口するクラックMが、多数形成されている。クラックMは、センサ体210の上下両面のうち、荷重が加わる際に、荷重が加わる方向の反対側の面、つまり引張力が作用する側の面に開口している。
支持部320を介してセンサ体210に下側から荷重が加わると、クラックMの溝側面同士が前後方向に離れやすくなる。このため、センサ体210は、上側に膨出するように(下向きに開口するC字状に)、変形する。したがって、電気抵抗が増加する。このように、変形量が増加するのに従って電気抵抗が増加する、抵抗増加型のセンサ体210(センサ層21)として、予め多数のクラックMを入れたセンサ体210(センサ層21)を用いてもよい。
また、一対の電極間に、クラックM無しのセンサ層21と、クラックM有りのセンサ層21と、を電気的に並列に配置してもよい(ただし、一対のセンサ層21間には絶縁層を介装する。)。そして、クラックM無しのセンサ層21の電気抵抗を、クラックM有りのセンサ層21の電気抵抗よりも、高く設定してもよい。
こうすると、無荷重状態においては、一対のセンサ層21の合成抵抗が、一対の電極を介して、出力される。これに対して、動作状態においては、自身の変形により、クラックM有りのセンサ層21のクラックMが開いてしまう。クラックMが開くと、多数のカーボンビーズ(導電性フィラー)が連なって形成されている導電パスが、遮断されてしまう。このため、クラックM有りのセンサ層21が断線してしまう。したがって、動作状態においては、主に、クラックM無しのセンサ層21の電気抵抗が、一対の電極を介して、出力される。このように、無荷重状態と動作状態とで、出力される電気抵抗に、差異を設けることができる。
また、抵抗増加型のセンサ層21ではなく、変形量が増加するのに従って電気抵抗が減少する、抵抗減少型のセンサ層21を用いてもよい。すなわち、センサ層21の変形に伴い、電気抵抗が変化すればよい。変形センサ1の検出対象である押込パラメータは、押込量に限定しない。例えば、押込パラメータは、押込荷重であってもよい。
また、基層20の上方(荷重入力側)に予変形付与層3を、下方に変形促進層4を、各々配置してもよい。また、絶縁層22、カバー層23は配置しなくてもよい。また、絶縁層22、カバー層23のいずれか一方を省略して、一つの層で兼用してもよい。
第四実施形態においては、複数の配線体25と複数のセンサ体210とを、矩形波状に配置したが、波状(サイン波状など)、ジグザグ状(V字が連なる形状)に配置してもよい。すなわち、図18に示すように、上方または下方から見て、センサ体210が、リブ押子32の支持部320を、跨げばよい。
絶縁層22、カバー層23の材質は特に限定しない。絶縁材料であればよい。上記実施形態においては、センサ層21、電極24、配線体25を基層20の上面に印刷した。しかし、センサ層21、電極24、配線体25の形成方法は、印刷法に限定されるものではない。例えば、塗料から形成する方法として、ディップ法、スプレー法、バーコート法等を採用してもよい。また、塗料からではなく、センサ層21、電極24、配線体25を別途準備して、基層20に取り付けてもよい。例えば、金型でプレス成形したセンサ層21、電極24、配線体25を、基層20に貼着してもよい。また、センサ層21、電極24、配線体25は、基層20の下面に積層してもよい。
上記実施形態においては、上下方向を本発明の「表裏方向」に対応させたが、前後方向、左右方向を本発明の「表裏方向」に対応させてもよい。すなわち、変形センサ1の配置方向は特に限定しない。
基層20は、センサ層21の一面の変形を拘束できるものであればよい。上記実施形態のPETの他、ポリイミド(PI)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の屈曲性を有する樹脂フィルムが好適である。基層20の上下方向厚さ(層厚)は、例えば、10μm以上500μm以下とすることが望ましい。
変形促進層4は、弾性を有する材料から形成されていればよい。上記実施形態のアクリルゴムの他、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、エチレン−プロピレン共重合ゴム[エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)等]、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Cl−IIR、Br−IIR等)、水素化ニトリルゴム(H−NBR)、クロロプレンゴム(CR)、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム(CSM)、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックス等のゴムが好適である。また、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系等の各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体、発泡体を使用してもよい。
変形促進層4の上下方向厚さ(層厚)は、例えば、0.5mm以上10mm以下とすることが望ましい。センサ層21の曲げ変形量に対する電気抵抗の増加挙動を考慮して、変形促進層4の材質、面積、厚さ等を選択すればよい。予変形付与層3の材質、大きさ等は、特に限定しない。例えば、軽量で剛性が大きく、加工しやすい等の観点から、樹脂製の予変形付与層3が望ましい。
センサ層21の形状、大きさ等は特に限定しない。例えば、センサ層21の上下方向厚さ(層厚)は、変形センサ1の小型化、薄型化等の観点から、10μm以上500μm以下とすることが望ましい。250μm以下がより好適である。センサ層21の上下方向厚さを小さくすると、基層20および変形促進層4による曲げ変形誘起の効果が発揮されやすい。
以下、センサ層21の構成および製造方法について説明する。センサ層21は、樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有する。母材は、樹脂およびエラストマーの中から、導電性フィラーとの相溶性等を考慮して、適宜選択すればよい。特に、センサ層用塗料からセンサ層21を形成する場合には、塗料化が可能な材料を選択することが望ましい。すなわち、自身が液状の材料、あるいは溶剤等に可溶な材料を選択するとよい。
例えば、熱可塑性樹脂として、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリビニルアセテート(PVAc)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、溶剤に可溶であるという理由から、ポリアミド、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂等が好適である。
また、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド等が挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂が好適である。エポキシ樹脂の硬化前樹脂には、比較的低粘度の液状のものが多い。よって、溶剤を使用せずに塗料化可能である。また、導電性フィラーとの相溶性も良好である。このため、導電性フィラーを、略単粒子状態でかつ高充填率で配合しやすい。エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂(A型、F型、AD型)、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル等が挙げられる。
また、エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、ゴムとしては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、エチレン−プロピレン共重合ゴム[エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)等]、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Cl−IIR、Br−IIR等)、水素化ニトリルゴム(H−NBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリルゴム(AR)、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム(CSM)、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックス等が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系等の各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が良好なEPDM、NBR、シリコーンゴムが好適である。また、液状IR、液状BR、RTV型(室温硬化型)シリコーンゴムは、硬化前に液状であり、溶剤を使用せずに塗料化可能である点で、好適である。
導電性フィラーは、導電性を有する球状の粒子であれば、特に限定されるものではない。例えば、炭素材料、金属等の微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。また、「球状」には、真球、略真球状は勿論、楕円球状、長円球状(一対の対向する半球を円柱で連結した形状)、部分球状、部分毎に半径の異なる球状、水滴形状等が含まれる。例えば、導電性フィラーのアスペクト比(短辺に対する長辺の比)は、1以上2以下の範囲が望ましい。アスペクト比が2より大きくなると、導電性フィラー同士の接触により一次元的な導電パスが形成されやすいからである。特に、母材中の導電性フィラーの充填状態を、より最密充填状態に近づけるという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状(略真球状)の粒子を採用するとよい。
また、導電性フィラーの充填率は、センサ層21の全体の体積を100vol%とした場合の30vol%以上であることが望ましい。30vol%未満の場合には、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されにくく、所望の導電性が発現しない。また、センサ層の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。35vol%以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、センサ層の全体の体積を100vol%とした場合の65vol%以下であることが望ましい。65vol%を超えると、センサ層21が弾性変形しにくくなる。また、母材への混合が困難となり、成形加工性が低下する。さらに、センサ層用塗料を調製しにくくなる。55vol%以下であるとより好適である。
母材中、導電性フィラーは、できるだけ凝集せず一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径や母材との相溶性等を考慮するとよい。例えば、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径は、0.05μm以上100μm以下であることが望ましい。0.05μm未満の場合には、凝集して二次粒子を形成しやすい。0.5μm以上、さらには1μm以上であると好適である。反対に、平均粒子径が100μmを超えると、弾性変形による導電性フィラーの並進運動(平行運動)が、粒子径に比べて相対的に小さくなり、弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢となる。また、センサ層21の上下方向厚さを小さくしにくくなる。60μm以下、さらには30μm以下であると好適である。なお、平均粒子径としては、導電性フィラーの累積粒度曲線において積算重量が50%となる粒子径(D50)を採用する。
導電性フィラーとしては、例えば、カーボンビーズが好適である。カーボンビーズは、導電性が良好で、比較的安価である。また、略真球状を呈しているため、高充填率で配合することができる。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ[MCMB6−28(平均粒子径約6μm)、MCMB10−28(平均粒子径約10μm)、MCMB25−28(平均粒子径約25μm)]、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ:ニカビーズ(登録商標)ICB、ニカビーズPC、ニカビーズMC、ニカビーズMSB[ICB0320(平均粒子径約3μm)、ICB0520(平均粒子径約5μm)、ICB1020(平均粒子径約10μm)、PC0720(平均粒子径約7μm)、MC0520(平均粒子径約5μm)]、日清紡社製のカーボンビーズ(平均粒子径約10μm)等が挙げられる。
センサ層21は、例えば、次のようにして製造することができる。母材に熱可塑性樹脂を選択した場合には、加熱溶融した熱可塑性樹脂に、導電性フィラー、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形、射出成形等を行う。また、母材に熱硬化性樹脂を選択した場合には、硬化前樹脂に、硬化剤、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形等により硬化させる。一方、母材にエラストマーを選択した場合は、まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤等の添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物をシート状に成形し、それを金型に充填してプレス加硫する。
また、センサ層21の上下方向厚さを小さくするためには、センサ層用塗料から形成することが望ましい。すなわち、まず、樹脂またはエラストマー等の母材の形成成分を含むセンサ層用塗料を調製する。次に、調製したセンサ層用塗料を、基層20等の基材に塗布し、乾燥させる。なお、熱硬化樹脂を使用した場合は、センサ層用塗料を塗布した後、硬化させればよい。また、エラストマーを使用した場合は、乾燥と同時に、あるいは乾燥後に、架橋反応を進行させればよい。
センサ層用塗料の塗布方法は、種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。さらに、センサ層21、電極24、配線、配線体25を同様の方法で形成することができるため、センサ素子2に各層を集積化しやすい。印刷法の中でも、高粘度の塗料も使用可能であり、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
Claims (13)
- 表面に画面を有する本体と、該画面を表側から覆い操作者から押込荷重が加えられる入力パネルと、該本体と該入力パネルとの間に区画されるセンサ収容部と、を備える入力端末装置の該センサ収容部に配置され、
基層と、該基層の表面または裏面に積層され該押込荷重に応じて該入力パネルが変形することにより変形し電気抵抗が変化するセンサ層と、を有するセンサ素子と、
該センサ素子の表側および裏側のうち少なくとも一方に配置され、該押込荷重が加えられていない無荷重状態において、予め該センサ素子に弾性変形を付与可能な予変形付与層と、
を備える変形センサ。 - 前記センサ層は、前記押込荷重に応じて前記入力パネルが変形することにより弾性変形する請求項1に記載の変形センサ。
- 前記入力端末装置は、前記画面に対して前記入力パネルを表裏方向に変形可能に支持する支持枠を備え、
該入力パネルは、該入力パネルの表側から見て、該支持枠の枠内に配置される枠内部分を有し、
該入力パネルの表側から見て、該枠内部分の面方向の重心に対して点対称、または該重心を通る直線に対して線対称になるように、配置されている請求項1または請求項2に記載の変形センサ。 - 前記変形センサを前記センサ収容部に収容する前の表裏方向長さをセット前長さ、該変形センサを該センサ収容部に収容した後の表裏方向長さをセット後長さ、として、
前記予変形付与層は、該セット前長さの方が該セット後長さよりも大きいことを利用して、前記センサ素子に弾性変形を付与する請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の変形センサ。 - 複数の前記入力端末装置間における前記センサ収容部の表裏方向長さのばらつきの絶対値を組付ばらつき、前記セット前長さと前記セット後長さとの差を圧縮代、として、
該圧縮代は、該組付ばらつきよりも大きい請求項4に記載の変形センサ。 - 前記入力パネルの表裏方向の最大変形量は、前記組付ばらつきよりも小さい請求項5に記載の変形センサ。
- 前記センサ収容部が延在する方向を収容部延在方向、該収容部延在方向に対して交差する方向を交差方向として、
前記予変形付与層は、前記センサ素子側に突出し、該収容部延在方向に延在し該センサ素子を支持する支持部を有するリブ押子を有し、
該センサ素子は、一面が該支持部に支持される前記基層と、該基層の他面に積層され該交差方向に延在する複数のセンサ体からなる前記センサ層と、各々の該センサ体に該支持部を跨ぐ導通経路が形成されるように、全ての該センサ体を電気的に直列に接続する複数の配線体と、を有する請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の変形センサ。 - 前記予変形付与層は、前記センサ素子の裏側に配置され、
前記リブ押子は、表側に突出し、
さらに、該センサ素子の表側に配置され、自身が弾性変形することにより、該センサ素子のうち裏側から前記支持部に支持されていない部分の弾性変形を促進する変形促進層を備える請求項7に記載の変形センサ。 - 前記予変形付与層は、前記センサ素子の裏側に配置され、表側に突出する複数の押子を有し、
さらに、該センサ素子の表側に配置され、自身が弾性変形することにより、該センサ素子のうち裏側から該押子に支持されていない部分の弾性変形を促進する変形促進層を備える請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の変形センサ。 - 前記予変形付与層は、前記センサ素子の裏側に配置され、表側に突出する複数の裏側押子を有する裏側予変形付与層と、該センサ素子の表側に配置され、裏側に突出する複数の表側押子を有する表側予変形付与層と、であり、
表側または裏側から見て、複数の該裏側押子と複数の該表側押子とは、互いに重複しないように配置されている請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の変形センサ。 - 前記センサ層は、樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に配合されている導電性フィラーと、を有し、弾性変形量が増加するのに従って電気抵抗が増加する請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の変形センサ。
- 前記センサ層は、該センサ層の形成成分を含むセンサ層用塗料から形成されている請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の変形センサ。
- 演算部と、記憶部と、を有する制御装置を備え、
該記憶部には、前記センサ層の電気抵抗と、検出対象である押込パラメータと、の相関テーブルが格納されており、
該演算部は、前記無荷重状態における該センサ層の電気抵抗を基に、該相関テーブルを補正する請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の変形センサ。
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