JPWO2019142748A1 - 静電容量センサ - Google Patents

Abstract

平面形状の樹脂フィルムを用いながら表面が曲面形状となる静電容量センサを得ること。センサ保持体１０に取付ける絶縁性のベースフィルム３０と、前記ベースフィルム３０に設ける電極層４０とを有し、前記電極層４０にて静電容量の変化を生成する電極フィルム２０を備える静電容量センサ１について、前記ベースフィルム３０は、前記センサ保持体１０の曲面部１０ａの曲面形状に沿って積層する複数の島部３１と、前記曲面部１０ａに沿って複数の前記島部３１どうしを繋ぐ橋部３２とを有する１つ以上の島橋状伸長部３０ａを有しており、前記電極層４０は、前記島部３１に設ける島部電極層３０ａと、前記橋部３２に設ける橋部電極層４０ｂを有することとした。【選択図】図１

Description

本発明は、有体物の曲面に静電容量の変化を検出する検知領域を設ける静電容量センサに関する。

従来のタッチパネルとして用いられる静電容量センサには、硬く殆ど伸びない樹脂フィルムが使われ、その形状も平面形状をしたものが多い。近年、球面、曲面、トーラス（ドーナツ形）など、３次元形状のタッチパネルに対するニーズが高まっている。しかしながら、ラッパ形状（ガウス曲率＜０）や球面形状（ガウス曲率＞０）のようなガウス曲率が０ではない曲面形状は平面に展開することができない。このため、逆に平面からガウス曲率が０でない形状を作ろうとした場合には、どこかに歪みが生じてしまうことになる。したがって、平面形状のタッチパネルを曲面形状に形成しようとすると、不均一に伸縮した部分や、隙間や破れ、シワ、捩れ、角の重なり等が生じ易いという問題がある。

タッチパネルにおいて平面形状を立体形状とするには、引き延ばしや収縮を伴う真空成形技術を用いて最終的な立体形状を得る方法がある。例えば特開２０１７−１０２５１１号公報（特許文献１）に記載された技術は、これに該当する。

特開２０１７−１０２５１１号公報

しかしながら、前述のような従来技術の方法では、金型を使用することによりコストが増加する問題、熱の影響により目標とする成形精度が得られ難いという問題がある。

そこで本発明は、素材として平面形状の樹脂フィルムを用いながらも検知領域を曲面形状にすることができる静電容量センサを得ることを目的としてなされたものである。

上記目的を達成するために本発明は以下のように構成される。即ち本発明は、センサ保持体に取付ける絶縁性のベースフィルムと、前記ベースフィルムに設ける電極層とを有する電極フィルムを備える静電容量センサについて、前記ベースフィルムは、前記センサ保持体の曲面部の曲面形状に沿って積層する複数の島部と、前記曲面部に沿って複数の前記島部どうしを繋ぐ橋部とを有する１つ以上の島橋状伸長部を有しており、前記電極層は、前記島部に設ける島部電極層と、前記橋部に設ける橋部電極層とを有することを特徴とする。

前記本発明の静電容量センサによれば、複数の島部を橋部で繋げた１つ以上の前記島橋状伸長部を有しており、その島橋状伸長部には前記島部電極層と橋部電極層とを有する。その島橋状伸長部は、島部と橋部とを組み合わせることで、島部間に適度な隙間を形成することができる。そして島部電極層を有する個々の島部はそれぞれセンサ保持体の曲面形状に沿って積層する一方で、離散する島部間を繋ぐとともに橋部電極層を有する橋部はセンサ保持体の曲面形状に沿って曲がる。これにより電極フィルムをセンサ保持体の曲面部に沿ってシワや浮きができるだけ生じることなく取付けることができる。したがってセンサ保持体には検知領域が曲面である静電容量センサ（タッチセンサ）を設けることができる。そして電極層は、材料となる平面形状のベースフィルムに設けることができるので、電極フィルムについては容易にこれを製造することができる。

前記ベースフィルムの１つの島橋状伸長部は、島部と橋部を交互に直列に配置した形態と、島部から複数の橋部が分岐し並列に配置した形態と、それらの双方の形態を組み合わせた複合形態の何れをも含むものとして構成できる。また、島橋状伸長部が伸長する方向は、一方向に伸長する直線状であっても、多方向に伸長する形状でもよい。

前記島部と前記橋部を交互に直列に配置した構成によれば、複数の島部を、橋部を間に挟むことにより設けることができる。そのため、検知領域内に比較的大きな島部を形成できなくとも小さい島部を複数個設けることができ、広い検知領域を島部で埋めることができる。

前記島部から複数の前記橋部が分岐し並列に配置した構成によれば、前記島部と前記橋部を交互に直列に配置した形態よりも多様な島部と橋部の組合せを得ることができ、多様な曲面に対しても島部を追従させ易い。

前記電極フィルムは、前記電極層と外部機器とを導通接続する端子部を有するように構成できる。本発明によれば、検知領域が曲面である静電容量センサにおける静電容量の変化を、端子部を介して外部機器に出力することできる。また、端子部をセンサ保持体に設ける必要がなく、導電性のある部位をまとめてベースフィルム上に形成することができる。そのため、電極層や導電配線の形成が容易である。

前記橋部は、前記島部よりも幅が狭い細帯形状であるように構成できる。本発明によれば、島部の幅よりも橋部の幅が狭い細帯形状であるため、島部と橋部との繋がり部分における互いの拘束力を低減することができる。したがって、橋部の全長に亘ってセンサ保持体への曲面追随性を高めることができ、且つ島部自体のセンサ保持体への曲面追随性も高めることができる。よって、電極フィルム全体としてのセンサ保持体の曲面形状へのフィット感を高めることができる。

前記複数の島部は、異なる大きさの複数種類からなるように構成できる。本発明によれば、検知領域における指等の接触体が接触した範囲内に、島部の少なくとも一部が存在するように、大きさが異なる島部を密に配置することができる。このため、センサ保持体の曲面部の全面を電極フィルムで覆いきれず、電極フィルムで覆われない海部が生じるのをできるだけ少なくすることができる。また、異なる大きさの複数種類からなる島部を組み合わせて配置ことで、センサ保持体に電極フィルムを取付ける際に、シワ、浮き、捩れの発生を抑制することができる。

前記電極層は、導電膜層と金属配線とから形成されており、前記金属配線は、前記端子部から連続し前記島部電極層の外縁を縁取るように設けられているように構成できる。本発明によれば、端子部から近距離にある島部と遠距離にある島部について、配置距離の長短によるバラツキが少なく、島部電極層を縁取る金属配線を通じて静電容量変化を検出することができる。

前記本発明は、複数の前記橋部が１つの前記島部に繋がるように構成できる。本発明によれば、１つの島部から複数の橋部が分岐し、各橋部がそれぞれ異なる島部に繋がる枝分かれ構造を形成することができる。したがってセンサ保持体の曲面部には電極フィルムが積層されないスペース（海部）をできるだけ減らすことができる。これにより曲面部に設ける検知領域の隅々まで島部と島部電極層を配置することができる。

前記島部は、円形状であるように構成できる。本発明によれば、曲面成形体からの剥離が起こりやすい角部が島部に存在しないため、電極フィルムの剥離の発生を抑えることができる。更に、隣接する島部間に必然的に隙間を生じさせることができるため、ガウス曲率が０でないセンサ保持体の曲面部に電極フィルムを積層させる際のシワや浮き、捩れの発生を抑えることができる。

前記センサ保持体の前記曲面部の曲面はガウス曲率が０でない曲面形状であって、前記島部は当該曲面形状に沿って配置する形状を有するように構成できる。本発明によれば、島部の形状が、ガウス曲率が０でない曲面形状に沿って配置できる形状を有するため、意匠性に優れた静電容量センサとすることができる。なお、ガウス曲率とは、面上の任意の地点における面の主曲率ｋ１及びｋ２の積（Ｋ＝ｋ１×ｋ２）として定められたものであり、ガウス曲率Ｋ＜０であると鞍馬体のような曲面形状となり、ガウス曲率Ｋ＝０であると曲面形状に凹凸が無い円柱状となり、ガウス曲率Ｋ＞０であると球面形状となる。

前記センサ保持体の前記曲面部の曲面はガウス曲率が正である曲面形状であって、前記島部は当該曲面形状に沿って配置する形状を有するように構成できる。本発明によれば、センサ保持体の曲面形状が球面形状であっても意匠性に優れた静電容量センサとすることができる。

前記本発明は、前記島部のうち最も大きな前記島部と最も小さな前記島部のそれぞれの最大幅の比が３：１〜１０：１であるように構成できる。本発明によれば、センサ保持体の曲面部にできるだけ大きな島部を設けつつ比較的隙間無く島部を配置することができる。

前記本発明は、複数の前記島橋状伸長部を有しており、各前記島橋状伸長部ごとにそれぞれ異なる静電容量の検知領域を形成するように構成できる。本発明によれば、１つの検知領域の静電容量の変化を検出するだけでなく、複数の島橋状伸長部のそれぞれの配置に応じた位置検出が可能となる。そして島橋状伸長部による検知領域を多く設けるほど、より正確な位置検出が可能な静電容量センサとすることができる。

前記本発明は、前記電極フィルムを前記曲面部に取付けた前記センサ保持体を更に備えるように構成できる。本発明によれば、曲面部に電極フィルムが取付けられ、曲面形状の検知領域を有する静電容量センサが得られる。

前記本発明は、前記何れか一の島部に隣接するとともに当該一の島部よりも大きさが大きい複数の島部を有し、当該一の小さな島部から大きな複数の島部のそれぞれと連結する橋部が当該一の小さな島部から伸びているように構成できる。本発明によれば、小さな島部であっても複数の橋部を介して大きな複数の島部によって支持されるので、安定してベースフィルムの一部として保持されベースフィルムを取扱い易くすることができる。

前記センサ保持体は、半球形状であるように構成できる。センサ保持体が半球形状であるため、曲率が一定であり電極フィルムを積層させ易い。また、意匠性に優れた静電容量センサとすることができる。

前記電極フィルムは、その全体的な外形が略扇形であって、平坦なベースフィルムからなるように構成できる。本発明によれば、ガウス曲率が０でないセンサ保持体の曲面部に積層させる際に、そのフィルムどうしの重なりを発生させないようにして、積層時のシワや浮き、捩れの発生を防止することができる。

本発明の静電容量センサによれば、センサ保持体の曲面部にその曲面形状に沿った検知領域を容易に設けることができる。

第１実施形態の静電容量センサの概略平面図である。 図１のII−II線断面図である。 検知領域の表面形状とその積層構成を説明する説明図であり、分図３Ａは検知領域の部分拡大平面図、分図３Ｂは分図３ＡのIIIB−IIIB線断面図をそれぞれ示す。 検知領域の表面形状とその積層構成を説明する説明図であり、分図４Ａは分図３Ａとは異なる部分の部分拡大平面図、分図４Ｂは分図４ＡのIVB−IVB線断面図をそれぞれ示す。 検知領域を説明する図１の概略平面図に相当する説明図である。 第２実施形態の静電容量センサの概略平面図である。 第３実施形態の静電容量センサの概略平面図である。 実施形態の変形例による静電容量センサの積層構成を示す説明図である。 実施形態の第１の変形例による静電容量センサの図１相当の概略平面図である。 実施形態の第２の変形例による静電容量センサの図１相当の概略平面図である。 実施形態の第３の変形例による静電容量センサの概略斜視図である。 実施形態の第４の変形例による静電容量センサの概略斜視図である。

本発明の静電容量センサについて実施形態に基づいて詳しく説明する。各実施形態において重複する部位、材料、製造方法、作用効果、機能等については重複説明を省略する。

第１実施形態［図１〜図５］

第１実施形態の静電容量センサ１は、図１〜図５で示すように、電気絶縁性の曲面成形体１０と、その曲面成形体１０の上に積層した電極フィルム２０とからなる。電極フィルム２０は、ベースフィルム３０と、そのベースフィルム３０上に形成された電極層４０とを有する。曲面成形体１０は、本発明の「センサ保持体」を構成する。また、本実施形態では、電極フィルム２０の表面にレジスト層５０と表面保護層６０が形成されている。なお、図１、図２では部分拡大図をＲ１〜Ｒ４として示している。

曲面成形体１０は、電極層４０を有する電極フィルム２０を取付ける被着対象物となる部位である。曲面成形体１０は、機能や用途に応じて様々な曲面を有する成形体として形成できる。曲面成形体１０を形成する材質は電気絶縁性のものが用いられ、成形性の観点等から樹脂であることが好ましい。具体的には、アクリル樹脂やポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂等の種々の樹脂を用いることができる。

曲面成形体１０の表面は、曲面（本発明における「曲面部」）１０ａであり、ガウス曲率が０である円柱状であっても良い。しかし、こうした曲面１０ａであれば平面状の電極フィルムを積層する困難性はほとんどない。電極フィルム２０は、ガウス曲率が０でない曲面成形体１０に適用する場合にメリットが大きい。ガウス曲率が０でない形状には、半球状やドーム状、球状、楕円体状等が挙げられる。またガウス曲率が０でない曲面１０ａで表面全体が形成される曲面成形体１０に限らず、表面の一部に部分的に曲面１０ａを持つ曲面成形体１０であっても良いが、電極層４０が設けられる表面は曲面１０ａである。曲面形状については、電極フィルム２０を積層させる観点から曲率が一定している半球状や球状であることが好ましい。曲面成形体１０の一例として、底面の直径：１００ｍｍ、高さ：２５ｍｍ、球面の半径：６２．５ｍｍの図１、図２及び図５で示すようなドーム状からなる硬質アクリル樹脂製の曲面成形体１０とすることができる。

電極フィルム２０を構成するベースフィルム３０は、複数の島部３１と、この島部３１よりも幅狭で島部３１どうしを連結する複数の橋部３２と、端子部３３となる形状に形成されている。ベースフィルム３０は、材料とする一枚の平板形状の樹脂フィルムをカットして、それらの形状が残るように、それ以外の部分を打ち抜いて形成されている。

島部３１は、異なる大きさの複数種類からなる。それぞれの島部３１は、曲面成形体１０の曲面形状に沿って積層し得る大きさに形成されている。換言すれば、曲面成形体１０の曲面の上に貼付したときに、しわ、浮き、捩れを発生させない大きさである。曲面成形体１０の曲率が小さい場合には比較的大きな広い面積に成形できる。しかし、曲面成形体１０の曲率が大きい場合には比較的小さな狭い面積に成形しないと、しわ、浮き、捩れを発生させ易くなる。このように、島部３１の大きさは曲面成形体１０の曲率に因る影響を受けるが、その最大幅は通常５ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。島部３１の形状は正円、楕円、多角形等であって良いが、曲面成形体１０の曲面形状に沿って、追随し易い形状が好ましく、円形とするのがより好ましい。

また最も大きな島部３１と最も小さな島部３１の大きさを比較すると、最も大きな島部３１の最大幅と最も小さな島部３１の最大幅との比は、３：１〜１０：１とすることが好ましい。島部３１を曲面上に配置する場合に、最も大きい島部３１の最大幅に対して、最も小さな島部３１の最大幅が極端に小さいと、その小さな島部３１の数が多くなる。そうすると結果的に、電極層４０をそれらの小さな島部３１の全てに設けたり、その島部３１よりも狭幅の橋部３２を設けたりして配線構造が複雑化してしまう。複雑化した配線構造は、量産化を考えた場合に好ましくない。また、島部３１が小さすぎると、タッチ入力を行う指等の接触体との接触面積が小さくなるおそれがあり検出精度が低下するおそれがある。

島部３１の一例として次に示す大きさの島部３１を例示できる。上述の曲面成形体（底面の直径：１００ｍｍ、高さ：２５ｍｍ、球面の半径：６２．５ｍｍのドーム状；硬質アクリル樹脂製）１０に対して貼付し得る大きさの島部３１であり、厚さが１００μｍのＰＥＴフィルムで成形した場合に、最も大きな円形の島部３１の大きさが直径１４．５ｍｍであり、最も小さな円形の島部３１の大きさが直径４ｍｍであるものとすることができる。

個々の島部３１は橋部３２で繋がれている。橋部３２は島部３１の最大幅よりも細く形成されており、また島部３１どうしを繋ぐ他、本実施形態のように端子部３３がベースフィルム３０に形成される場合には、端子部３３と島部３１も橋部３２で繋がれている。

何れか一の島部３１は、通常、隣接する二つの島部３１に対し二つの橋部３２で繋がれている。どの島部３１に有する島部電極層４０ａも、間に他の島部３１を挟むことはあっても、必ず端子部３３に導通接続している必要があるからである。即ち、ある一の島部３１に着目すると、一の橋部３２を通じて端子部３３側の隣接する島部３１に繋がる一方で、もう一つの橋部３２を通じて端子部３３から離れる側に隣接する島部３１に繋がる場合が多いからである。末端の島部３１はそれ以上端子部３３から離れる島部３１を有しないため、一本の橋部３２のみで隣接する島部３１と繋がる場合はあり得る。

従って、端子部３３から、島部３１と橋部３２が互い違いに繋がることで、平面的な島部３１と橋部３２の連続体でありながら、曲面成形体１０の曲面１０ａにシワや浮きが無いように貼れるため、１つの大きな検知領域であっても電極フィルム２０を曲面１０ａ上に貼ることができる。そのため、電極フィルム２０を曲面成形体１０の表面１０ａに貼っていく途中でシワや撚れが激しくなり、１つの大きな検知領域に電極フィルム２０を貼り付けることができない、といった不都合を回避することができる。

そうした一方で、隣接する三つの島部３１の各々に対して三つの橋部３２で繋がることはまれである。多くの橋部３２に繋がることで平面的に拘束されて自由度が減ることになり、曲面成形体１０の曲面に追従し難くなるからである。曲面成形体１０の表面への貼着の点から、端子部３３との導通接続を無視すれば理想的には、島部３１は橋部３２に繋がらずに孤立することがベストであるからである。しかしながら、何れか一の島部３１に隣接する三つの島部３１のそれぞれと繋ぐ三つの橋部３２を有するものであっても良い。このように一の島部３１から２以上の橋部３２で繋がることを排除するものではない。

複数の大きさの島部３１を有する理由は、面積の大きな円形の島部３１で曲面成形体１０の表面を覆うと、島部３１どうしの間にベースフィルム３０が存在しない海部１１が生じるためである。この海部１１には電極層４０が形成されておらず静電容量変化を検出しないので、この海部１１の面積を小さくする必要がある。その海部１１の面積を減らす方法として、この部分を小さな島部３１で埋めることができる。

ベースフィルム３０は、電気絶縁性のフィルムからなり、材質としてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などを挙げることができる。透明性が要求される静電容量センサ１では、ベースフィルム３０も透明性のある樹脂フィルムを用いることが好ましい。

ベースフィルム３０の厚さは、特に制限されないが１０μｍ〜２５０μｍであることが好ましい。１０μｍより薄いと破れ等が生じるなどの強度に対する懸念が出てくる。２５０μｍを超えると、曲面成形体１０に積層させる際の柔軟性が損なわれ、剥がれ等が生じるなどの取扱性に対する懸念が出てくる。また、厚さは、５０μｍ〜１５０μｍとするのが、強度や取扱性の観点からより好ましい。こうしたベースフィルム３０の表面に表面処理を施したり、導電性高分子との密着性を高めるためのプライマー層や、表面保護層、帯電防止等を目的とするオーバーコート層などを設けたりすることもできる。

ベースフィルム３０の上に積層される電極層４０は、島部３１に設ける島部電極層４０ａと、橋部３２に設ける橋部電極層４０ｂとを有する。本実施形態の電極層４０は、導電膜層４１と金属配線４２とから構成されている。導電膜層４１は島部３１および島部３１どうしを連結する橋部３２の表面全体に形成することが好ましいが、少なくとも島部３１の外縁や島部３１，３１どうしを連結する橋部３２を除く部位に形成される。また、端子部３３や、島部３１と端子部３３とをつなぐ橋部３２には導電膜層４１は形成されない。これらの部分は端子部３３に繋がる部分であり、通常は静電容量変化の検出を行わない部分だからである。また、これらの部分は検出を異にする配線が密集する部分であって、導電膜層４１で配線を区別することが困難だからである。

導電膜層４１は、導電性高分子を含んだ導電性インキ等で構成することが好ましい。導電性高分子はベースフィルム３０が伸縮した際に導電性が失われにくく、透明性の高い静電容量センサ１が得られるからである。また、液状の塗液を形成し印刷形成することができ、ＩＴＯ等と比べて安価に静電容量センサ１が得られる点でも好ましい。透明性のある導電性高分子には、ポリパラフェニレンや、ポリアセチレン、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸）等が例示できる。透明性が必要でない場合には、カーボンペースト等の導電性インキで導電膜層４１を形成することができる。カーボンペーストは、導電性高分子よりも安価に静電容量センサ１が得られる点や、耐候性に優れる点で好ましい。

導電膜層４１の層厚は、０．０４μｍ〜１．０μｍが好ましく、０．０６μｍ〜０．４μｍがより好ましい。層厚が０．０４μｍ未満であると静電容量センサ１の抵抗値が高くなるおそれがあり、層厚が１．０μｍを超えると透明性が低くなるおそれがある。なお、導電膜層４１の厚さは、ベースフィルム３０上に導電膜層４１を形成して原子間力顕微鏡（ＡＦＭ)等を用いて測定することができる。

金属配線４２は、図１の部分拡大図で示すように、本実施形態では島部３１においてはその外縁を縁取るような線状に、または外縁からやや内側に入った外縁近傍において外縁を縁取るような線状に形成される。また、橋部３２ではその橋部３２が繋ぐ島部３１，３１のそれぞれに設けられた金属配線４２を結ぶように、橋部３２の中央辺りで線状に形成される。これら線状の金属配線４２は、島部３１どうしを繋ぐ配線ともなっている。また、金属配線４２は、電極層４０の形成とは別に、電極層４０から延出し電極層４０と端子部３３とを導通接続する導電線（配線）である。さらに、金属配線４２は、端子部３３に設けられて静電容量センサ１に接続される外部機器の制御部に対する静電容量変化の検知信号の送出にも寄与する。なお、曲面成形体１０の表面に貼着される電極フィルム２０の層構成について、静電容量センサ１の検知領域内の一部分の拡大平面図とその断面図を図３及び図４に示す。なお、図３及び図４の断面図は、小領域の拡大断面図であるため、表面が略平坦な図で示している。

金属配線４２は、銅やアルミニウム、銀、またはそれらの金属を含む合金等の高導電性金属を含む導電ペーストから形成されることが好ましく、これらの中でも導電性が高く、銅よりも酸化し難い銀ペーストで形成される銀配線とすることが好ましい。

金属配線４２である配線の厚さは１．０μｍ〜２０μｍとすることが好ましい。１．０μｍ未満では配線の抵抗値が上昇し易くノイズの原因になるおそれがある。一方、２０μｍを超えると、配線と配線以外の部分との段差が大きくなり、電極層４０の上に後述のレジスト層５０を設ける際に気泡が混入するおそれが生じる。

金属配線４２を設けることで、導電膜層４１だけを設けている場合と比べて抵抗値が下がるため、端子部３３から遠い位置で、指等が触れた場合も端子部３３から近い位置で指等が触れた場合と同様に静電容量変化を検出でき、検出精度のバラつきを少なくすることができる。

本実施形態では、全ての島部３１が橋部３２を通じて他の島部３１と繋がっており一枚のベースフィルム３０から電極フィルム２０が形成されている。また、島部３１と橋部３２に形成された電極層４０は、端子部３３にまで導通接続しているが、その経路が互いに絶縁された５系統、即ちベースフィルム３０の頂部に位置する１つの島部３１に設けた島部電極層４０ａ及びそこから端子部３３に繋がる橋部電極層４０ｂと、４つの島橋状伸長部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにそれぞれ設けた電極層４０（島部電極層４０ａ及び橋部電極層４０ｂ）から形成されるものとしている（図５）。換言すれば、何れかの一の島部３１に形成された電極層４０は、この５系統の何れかに属するものとなっている。

静電容量センサ１では、曲面成形体１０の半球状の表面が電極フィルム２０で覆われ、この領域に電極層４０が配置されるため、この半球状の表面が静電容量変化を検出すべき検知領域Ｐとなっており、この範囲内でタッチ入力を行う指等の接触体が接触するとその静電容量変化を検出できる。また、本実施形態では、図５で示すように、この検知領域Ｐが５つのエリアＡ〜Ｅに分断されており、エリア毎に配置した電極層４０によって静電容量変化を検知できる。例えば図５のエリアＡ内の何れかの部分をタッチすれば、エリアＡにおけるスイッチがＯＮされたものと検知でき、エリアＢ内の何れかの部分をタッチすれば、エリアＢにおけるスイッチがＯＮされたものと検知することができる。このように、５つの位置情報を取得することができる。なお、図１ではエリアＡ〜Ｅの境界を明示しないが、説明の便宜上、図５では各エリアＡ〜Ｅの境界を太字で示し、端子部３３を省略するとともに島橋状伸長部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは破線で示している。

エリアＡに着目すれば、エリアＡの中に配置された島橋状伸長部３０ａの島部３１と橋部３２に形成された島部電極層４０ａと橋部電極層４０ｂは全てが導通接続しており、端子部３３に至る１本の配線に繋がっている。また、別のエリアでも同様であり、一のエリア内に配置された島部３１と橋部３２に形成された電極層４０は全てが導通接続しており、端子部３３に至る１本の配線に繋がっている。こうして端子部３３には５本の配線が来ており、それらは互いに非接触となっている（図１参照）。

レジスト層５０は、複数の電極層４０の導通防止と、電極層４０を紫外線や引っ掻き等から保護するために設けられる絶縁性の被膜である。銀ペーストや導電性金属を含む導電ペーストからなる金属配線４２の硫化を防止する用途としても好適である。レジスト層５０となる樹脂には、アクリル系やウレタン系、エポキシ系、ポリオレフィン系の樹脂、その他の樹脂を挙げることができ、透明性が要求される場合には透明性のある樹脂が挙げられる。レジスト層５０の厚さは、６μｍ〜３０μｍ程度であり、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。３０μｍを超えると柔軟性に乏しくなり、６μｍ未満であると電極層４０の保護が不十分となるおそれがある。

レジスト層５０とは別に更に表面保護層６０を設けても良い。表面保護層６０には樹脂やエラストマーを用いることができる。これらの中でも他の部材への装着性や肌触りなどを考慮すると柔軟なエラストマーが好ましく、熱硬化性ゴムや熱可塑性エラストマーを例示することができる。

表面保護層６０はまた、誘電率が高い材質であることが好ましい。比較的誘電率の高いポリウレタン系樹脂やポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂を用いたり、チタン酸バリウムや酸化チタン等の誘電率を高める充填材を添加したりすることで、誘電率の高い表面保護層６０とすることができる。表面保護層６０の厚さは、電極層４０を保護する所望の保護効果が得られる範囲で薄い方が好ましい。薄い方がセンサ感度を高めることができるからである。

曲面成形体１０の曲面上に電極フィルム２０を積層させるには、接着剤を用いて曲面成形体１０の上に電極フィルム２０を貼り合わせる。接着剤としては通常の液状接着剤でも良いが、Optical Clear Adhesiveと言われる粘着シートを用いることが好ましい。曲面成形体１０に電極フィルム２０を貼着する作業性に優れるからである。

曲面成形体１０の曲面上に電極フィルム２０が貼着されることで、静電容量変化を検出すべき半球状の検知領域Ｐ内で島部３１が密に配置される。この密の程度は、指が触れたことによる静電容量変化を検出する場合には、検知領域Ｐに触れた指の面積の範囲内に島部３１の少なくとも一部分が存在する程度である。このように配置することで、検知領域Ｐ内の何れの箇所をタッチしても、何れかの島部３１と接触することで静電容量変化を検出することができるからである。

第２実施形態［図６］

第２実施形態の静電容量センサ２は、図６で示すように、島部３１や島部３１どうしを繋ぐ橋部３２に金属配線４２が形成されず、金属配線４２は、端子部３３から各エリアに属する少なくとも一の島部３１と導通させる部分に設けられているのみである。こうした態様の静電容量センサ２は、島部３１やそれを繋ぐ橋部３２に金属配線４２が形成されないことから検知領域Ｐ内の透明性が向上する。したがって、透明性が要求される用途に好適である。但し、第１実施形態の静電容量センサ１と比べて導電膜層４１のみで導通されるため、抵抗値が高くなり易く検出精度が悪化し易い。

第３実施形態［図７］

第３実施形態の静電容量センサ３は、第２実施形態で示した静電容量センサ２とは反対に島部３１や島部３１どうしを繋ぐ橋部３２に導電膜層４１が形成されずに導電膜層４１が形成されていた部分は全て金属配線４２に代替され、端子部３３から各エリアに属する少なくとも一の島部３１と導通させる部分を含め、電極層４０は全て金属配線４２で形成されている。こうした態様の静電容量センサ３は、島部３１やそれを繋ぐ橋部３２の全てが、金属配線４２が形成されているため、導通性が非常に良く低抵抗で感度の優れた静電容量センサ３を形成できる点で好ましい。しかしながら、検知領域Ｐに透明性が要求される用途に適用することは困難である。

第４実施形態

第４実施形態の静電容量センサは、これまでの実施形態で示した静電容量センサ１，２，３と異なり、検知領域が複数のエリアに分断されておらず、半球状の検知領域の全体で一つのＯＮ／ＯＦＦを検出できる。こうした静電容量センサは、金属層の全てが導通されており端子部に繋がった構成をしている。

実施形態の変形例［図８〜図１２］

上記実施形態は本発明の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施形態の変更または公知技術の付加や、組合せ等を行い得るものであり、それらの技術もまた本発明の範囲に含まれるものである。

静電容量センサの層構成は、図８で示したように曲面成形体１０の裏面に電極フィルム２０を貼り付ける構成とすることができる。また、図８で示したように、レジスト層５０を２層設けて、ベースフィルム３０の表裏面に設けるようにしても良い

前記実施形態では、図５で示すように検知領域Ｐを５つのエリアＡ〜Ｅに分断する例を示したが、図９で示す静電容量センサ４のように検知領域を４つのエリアに分割して、エリアごとに島橋状伸長部３０ａ〜３０ｄを設けてもよい。

また、図１０で示す静電容量センサ５のように、検知領域を８つのエリアに分割してもよい。図１０の変形例は、検知領域を周方向で４つのエリア（島橋状伸長部３０ａ１と島橋状伸長部３０ａ２、島橋状伸長部３０ｂ１と島橋状伸長部３０ｂ２、島橋状伸長部３０ｃ１と島橋状伸長部３０ｃ２、島橋状伸長部３０ｄ１と島橋状伸長部３０ｄ２）に分割し、高さ方向で２つのエリア（例えば下段が島橋状伸長部３０ａ１で、上段が島橋状伸長部３０ａ２）に分割したものである。したがってこの変形例では、ベースフィルム３０が８つの島橋状伸長部３０ａ１〜３０ｄ２を有する。これによればエリアが細分化されるため、接触位置の違いに応じた多様な入力を検知することができる。

前記実施形態では、図５で示すように曲面成形体１０が半球状のものを例示したが、図１１で示す静電容量センサ６は、曲面成形体１０は円錐台形状としたものである。曲面成形体１０は、外周面が高さ方向で湾曲しており、周方向で円形となるダイヤル形となっている。このようにダイヤル形の曲面成形体１０の外周面にだけ電極フィルム２０を有するものとしてもい。この場合、曲面成形体１０はダイヤル形であることから、曲面成形体１０を回転させる回転入力部材として構成することもできる。つまり、この変形例であれば、静電容量センサ６の回転操作による回転入力と静電容量センサ６によるタッチ入力の双方を実現する入力操作部材として構成することができる。

前記実施形態では、図５で示すように曲面成形体１０が半球状のものを例示したが、図１２で示す曲面成形体１０は楕円ドーム型としたものである。曲面成形体１０の長軸を中央とする一方側と他方側に、それぞれ半割楕円形状の島部３１がある。そしてそれらの島部３１どうしを繋ぐ橋部３２が形成されている。橋部３２は、曲面成形体１０の頂部を通過しつつ曲面成形体１０の短軸方向に沿って伸長する。

本発明の静電容量センサは、玩具のインタフェースや、ゲーム機の操作パネル、オーディオ機器の操作面への利用を図ることができる。玩具のインタフェースやゲーム機の操作パネルの曲率を有する表面に静電容量センサを設け、そのインタフェースや操作パネルを手のひらで包み込むようにして保持する際の、包み込む範囲の違いで複数のＯＮ／ＯＦＦをセンシングさせ、出力に強弱を付けることができる。また、オーディオ機器の曲面上に静電容量センサを設け、その曲面を操作面として指をスライドさせることで、次の曲に進めたり、ボリュームの上げ下げを行ったりすることができる。

１，２，３，４，５，６，７ 静電容量センサ
１０ 曲面成形体
１０ａ 曲面（曲面部）
１１ 海部
２０ 電極フィルム
３０ ベースフィルム
３０ａ〜３０ｅ 島橋状伸長部
３１ 島部
３２ 橋部
３３ 端子部
４０ 電極層
４０ａ 島部電極層
４０ｂ 橋部電極層
４１ 導電膜層
４２ 金属配線
５０，５０ａ，５０ｂ レジスト層
６０ 表面保護層
Ｐ 検知領域
Ａ〜Ｅ エリア
Ｒ１〜Ｒ４ 部分拡大図

Claims (14)

1. センサ保持体に取付ける絶縁性のベースフィルムと、前記ベースフィルムに設ける電極層とを有する電極フィルムを備える静電容量センサにおいて、
   前記ベースフィルムは、前記センサ保持体の曲面部の曲面形状に沿って積層する複数の島部と、前記曲面部に沿って複数の前記島部どうしを繋ぐ橋部とを有する１つ以上の島橋状伸長部を有しており、
   前記電極層は、前記島部に設ける島部電極層と、前記橋部に設ける橋部電極層とを有することを特徴とする静電容量センサ。
2. 前記島橋状伸長部には、前記島部と前記橋部を交互に直列に配置した形態を有する
   請求項１記載の静電容量センサ。
3. 前記島橋状伸長部には、前記島部から複数の前記橋部が分岐し並列に配置した形態を有する
   請求項１または請求項２記載の静電容量センサ。
4. 前記電極フィルムは、前記電極層と外部機器とを導通接続する端子部を有する
   請求項１〜請求項３何れか１項記載の静電容量センサ。
5. 前記橋部は、前記島部よりも幅が狭い細帯形状である
   請求項１〜請求項４何れか１項記載の静電容量センサ。
6. 前記複数の島部は、異なる大きさの複数種類からなる
   請求項１〜請求項５何れか１項記載の静電容量センサ。
7. 前記電極層は、導電膜層と金属配線とから形成されており、
   前記金属配線は、前記端子部から連続し前記島部電極層の外縁を縁取るように設けられている
   請求項４記載の静電容量センサ
8. 複数の前記橋部が１つの前記島部に繋がる
   請求項１〜請求項７何れか１項記載の静電容量センサ。
9. 前記島部は、円形状である
   請求項１〜請求項８何れか１項記載の静電容量センサ。
10. 前記センサ保持体の前記曲面部の曲面はガウス曲率が０でない曲面形状であって、前記島部は当該曲面形状に沿って配置する形状を有する
    請求項１〜請求項９何れか１項記載の静電容量センサ。
11. 前記センサ保持体の前記曲面部の曲面はガウス曲率が正である曲面形状であって、前記島部は当該曲面形状に沿って配置する形状を有する
    請求項１〜請求項９何れか１項記載の静電容量センサ。
12. 前記島部のうち最も大きな前記島部と最も小さな前記島部のそれぞれの最大幅の比が３：１〜１０：１である
    請求項１〜請求項１１何れか１項記載の静電容量センサ。
13. 複数の前記島橋状伸長部を有しており、各前記島橋状伸長部ごとにそれぞれ異なる静電容量の検知領域を形成する
    請求項１〜請求項１２何れか１項記載の静電容量センサ。
14. 前記電極フィルムを前記曲面部に取付けた前記センサ保持体を更に備える
    請求項１〜請求項１３何れか１項記載の静電容量センサ。

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