特許 5759612 ハイブリッドセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5759612

(24)【登録日】2015年6月12日

(45)【発行日】2015年8月5日

(54)【発明の名称】ハイブリッドセンサ

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20150716BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20150716BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 620

   G06F3/041 602

   G06F3/041 400

   G06F3/044 127

【請求項の数】10

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-502112(P2014-502112)

(86)(22)【出願日】2013年2月12日

(86)【国際出願番号】JP2013053252

(87)【国際公開番号】WO2013129092

(87)【国際公開日】20130906

【審査請求日】2014年4月7日

(31)【優先権主張番号】特願2012-46224(P2012-46224)

(32)【優先日】2012年3月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000219602

【氏名又は名称】住友理工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115646

【弁理士】

【氏名又は名称】東口 倫昭

(74)【代理人】

【識別番号】100115657

【弁理士】

【氏名又は名称】進藤 素子

(72)【発明者】

【氏名】早川 知範

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 均

【審査官】 笠田 和宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２２５９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００７９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３４２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２１７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１３３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４８５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８１５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３６２９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｇ０６Ｆ ３／０３− ３／０４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性を有しエラストマー製の第一基材と、
該第一基材の表側に配置され、導電性を有しエラストマー製の複数の第一表側電極と、
該第一基材の裏側に配置され、導電性を有しエラストマー製の複数の第一裏側電極と、
複数の該第一表側電極の表側に配置され、絶縁性を有しエラストマー製の保護層と、
を備え、
検出対象物の接近に伴い該第一表側電極と該第一裏側電極との間の静電容量が変化することを基に、該検出対象物の接近、座標を検出する近接センサ部と、
該近接センサ部の裏側に配置され、該近接センサ部を介して該検出対象物から加わる荷重を基に、該検出対象物の押込、座標を検出する荷重センサ部と、
を備え、
前記荷重センサ部は、
絶縁性を有しエラストマー製の第二基材と、
該第二基材の表側に配置され、導電性を有しエラストマー製の複数の第二表側電極と、
該第二基材の裏側に配置され、導電性を有しエラストマー製の複数の第二裏側電極と、
を備え、
前記荷重により該第二表側電極と該第二裏側電極との間の電極間距離が短くなり、該第二表側電極と該第二裏側電極との間の静電容量が増加することを基に、前記検出対象物の押込、座標を検出するハイブリッドセンサ。

【請求項2】

前記近接センサ部は、
前記検出対象物の接近に伴い前記第一表側電極と該検出対象物との間に静電容量が発生し、該第一表側電極と前記第一裏側電極との間の静電容量が減少することを基に、該検出対象物の接近、座標を検出する請求項１に記載のハイブリッドセンサ。

【請求項3】

前記近接センサ部と前記荷重センサ部との間に配置され、導電性を有し柔軟で接地された中間層を備える請求項１または請求項２に記載のハイブリッドセンサ。

【請求項4】

前記中間層の表裏両側のうち少なくとも一方には、絶縁性を有しエラストマー製の絶縁スペーサが配置されている請求項３に記載のハイブリッドセンサ。

【請求項5】

前記絶縁スペーサは、前記荷重が面方向に分散するのを抑制する荷重分散抑制機構を有する請求項４に記載のハイブリッドセンサ。

【請求項6】

前記荷重センサ部は、表側または裏側から見て、複数の前記第二表側電極と複数の前記第二裏側電極とが重複して形成される複数の重複部を有し、
前記荷重分散抑制機構は、表側または裏側から見て、面方向に隣り合う該重複部間に介在している請求項５に記載のハイブリッドセンサ。

【請求項7】

前記荷重分散抑制機構は、前記絶縁スペーサの表面または裏面に凹設される荷重分散抑制溝である請求項５または請求項６に記載のハイブリッドセンサ。

【請求項8】

前記荷重分散抑制機構は、前記絶縁スペーサを表裏方向に貫通する荷重分散抑制孔である請求項５または請求項６に記載のハイブリッドセンサ。

【請求項9】

前記近接センサ部は、複数の前記第一表側電極の表側に配置されるエラストマー製の第一表側絶縁層と、複数の前記第一裏側電極の裏側に配置されるエラストマー製の第一裏側絶縁層と、を備え、
前記荷重センサ部は、複数の前記第二表側電極の表側に配置されるエラストマー製の第二表側絶縁層と、複数の前記第二裏側電極の裏側に配置されるエラストマー製の第二裏側絶縁層と、を備え、
下記（ａ）および（ｂ）のうち、少なくとも一方を充足する請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のハイブリッドセンサ。
（ａ）該近接センサ部において、該第一表側電極は、前記第一基材および該第一表側絶縁層のうち、少なくとも一方に印刷されていると共に、該第一裏側電極は、該第一基材および該第一裏側絶縁層のうち、少なくとも一方に印刷されている。
（ｂ）該荷重センサ部において、該第二表側電極は、前記第二基材および該第二表側絶縁層のうち、少なくとも一方に印刷されていると共に、該第二裏側電極は、該第二基材および該第二裏側絶縁層のうち、少なくとも一方に印刷されている。

【請求項10】

前記保護層の表面には、凸部および凹部のうち少なくとも一方が配置されている請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のハイブリッドセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タッチパネル、タッチスクリーンなどに用いられるハイブリッドセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

近接センサは、人体（例えば指）の接近（接触を含む）、指の面方向の座標を検出することができる。また、荷重センサは、指の押込、指の面方向の座標を検出することができる。このため、近接センサと荷重センサとを併用すると、指の接近、押込、座標を検出することができる。

【0003】

この点に鑑み、特許文献１には、近接センサと、荷重センサと、に切替可能な検出センサが開示されている。また、特許文献２には、近接センサと、荷重センサと、が表裏方向に積層されたハイブリッドセンサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−２０９７８５号公報

【特許文献2】特開２００５−３５３５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、これらのセンサは、いずれも、局所的に変形しにくい硬質層を備えている。例えば、特許文献１の検出センサは、合成樹脂製の上側基板、合成樹脂製またはガラス製の下側基板を備えている。また、特許文献２のハイブリッドセンサは、絶縁樹脂フィルム製の可撓性シートを備えている。このため、指から加わった荷重が硬質層を伝わる際、荷重が面方向に分散されてしまう。したがって、指の押込に伴う押込量（ストローク量）が小さくなる。よって、操作者が、押込によるストローク感を触感的に得にくくなる。また、荷重が面方向に分散されてしまうため、指の座標の検出精度が低下してしまう。

【0006】

本発明のハイブリッドセンサは、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、検出対象物の接近、押込、座標を検出可能であって、操作者がストローク感を触感的に感じやすく、座標の検出精度が高いハイブリッドセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）上記課題を解決するため、本発明のハイブリッドセンサは、絶縁性を有しエラストマー製の第一基材と、該第一基材の表側に配置され、導電性を有しエラストマー製の複数の第一表側電極と、該第一基材の裏側に配置され、導電性を有しエラストマー製の複数の第一裏側電極と、複数の該第一表側電極の表側に配置され、絶縁性を有しエラストマー製の保護層と、を備え、検出対象物の接近に伴い該第一表側電極と該第一裏側電極との間の静電容量が変化することを基に、該検出対象物の接近、座標を検出する近接センサ部と、該近接センサ部の裏側に配置され、該近接センサ部を介して該検出対象物から加わる荷重を基に、該検出対象物の押込、座標を検出する荷重センサ部と、を備えることを特徴とする。

【0008】

ここで、「接近」には、非接触は勿論、接触も含まれる。また、「エラストマー製」には、対象物（第一基材、第一表側電極、第一裏側電極、保護層）がエラストマー単体製の場合は勿論、対象物がエラストマー以外の含有物（例えば、対象物に導電性を付与する場合は、導電性フィラー）を有する場合も含まれる。

【0009】

本発明のハイブリッドセンサは、近接センサ部と、荷重センサ部と、を備えている。近接センサ部は、静電容量の変化を基に、検出対象物の接近を検出することができる。また、近接センサ部は、静電容量が変化した座標を基に、検出対象物の面方向の座標を検出することができる。また、荷重センサ部は、検出対象物の押込を検出することができる。このように、本発明のハイブリッドセンサによると、検出対象物の接近、押込、座標を検出することができる。

【0010】

また、近接センサ部は、表側（荷重入力側）から裏側に向かって、保護層と、第一表側電極と、第一基材と、第一裏側電極と、を備えている（ただし、隣り合う層の間に他の層が介在していてもよい）。保護層、第一表側電極、第一基材、第一裏側電極は、いずれも、樹脂と比較して柔軟な、エラストマー製である。このため、近接センサ部は柔軟である。したがって、近接センサ部は、検出対象物から加わる荷重により、変形しやすい。よって、操作者がストローク感を触感的に得やすい。また、柔軟な近接センサ部は、検出対象物から加わる荷重を、面方向に分散しにくい。このため、面方向の座標の検出精度が高い。

【0011】

なお、本発明のハイブリッドセンサの近接センサ部は、荷重センサ部と組み合わせずに、単独で用いることもできる。

【0012】

（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記近接センサ部は、前記検出対象物の接近に伴い前記第一表側電極と前記第一裏側電極との間の静電容量が増加することを基に、該検出対象物の接近、座標を検出する構成とする方がよい。本構成によると、自己容量型の静電容量型センサを、近接センサ部として用いることができる。

【0013】

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記近接センサ部は、前記検出対象物の接近に伴い前記第一表側電極と該検出対象物との間に静電容量が発生し、該第一表側電極と前記第一裏側電極との間の静電容量が減少することを基に、該検出対象物の接近、座標を検出する構成とする方がよい。本構成によると、相互容量型の静電容量型センサを、近接センサ部として用いることができる。このため、マルチタッチ（多点同時入力）に対応しやすい。

【0014】

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記荷重センサ部は、絶縁性を有しエラストマー製の第二基材と、該第二基材の表側に配置され、導電性を有しエラストマー製の複数の第二表側電極と、該第二基材の裏側に配置され、導電性を有しエラストマー製の複数の第二裏側電極と、を備え、前記荷重により該第二表側電極と該第二裏側電極との間の電極間距離が短くなり、該第二表側電極と該第二裏側電極との間の静電容量が増加することを基に、前記検出対象物の押込、座標を検出する構成とする方がよい。

【0015】

本構成のハイブリッドセンサの荷重センサ部によると、静電容量の変化を基に、押込（具体的には、押込の有無、押込の程度、荷重の有無、荷重の程度、荷重の値など）を検出することができる。また、荷重センサ部は、静電容量が変化した座標を基に、検出対象物の面方向の座標を検出することができる。

【0016】

また、荷重センサ部は、表側から裏側に向かって、第二表側電極と、第二基材と、第二裏側電極と、を備えている（ただし、隣り合う層の間に他の層が介在していてもよい）。第二表側電極、第二基材、第二裏側電極は、いずれも、樹脂と比較して柔軟な、エラストマー製である。このため、荷重センサ部は柔軟である。したがって、荷重センサ部は、検出対象物から加わる荷重により、変形しやすい。よって、操作者がストローク感を触感的に得やすい。また、柔軟な荷重センサ部は、検出対象物から加わる荷重を、面方向に分散しにくい。このため、面方向の座標の検出精度が高い。

【0017】

（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記近接センサ部と前記荷重センサ部との間に配置され、導電性を有し柔軟で接地された中間層を備える構成とする方がよい。

【0018】

本構成によると、近接センサ部と荷重センサ部との間に、中間層が介在している。中間層は導電性を有している。また、中間層は接地されている。このため、近接センサ部と荷重センサ部とが、互いのノイズの悪影響を受けにくい。したがって、近接センサ部、荷重センサ部の検出精度が高くなる。

【0019】

（５）好ましくは、上記（４）の構成において、前記中間層の表裏両側のうち少なくとも一方には、絶縁性を有しエラストマー製の絶縁スペーサが配置されている構成とする方がよい。

【0020】

本構成によると、近接センサ部の第一裏側電極と、荷重センサ部の第二表側電極と、の間の表裏方向距離（電極間距離）を長くすることができる。このため、第一裏側電極と第二表側電極との間に浮遊容量が発生するのを抑制することができる。したがって、近接センサ部と荷重センサ部との相互干渉を低減させることができ、検出精度が高くなる。

【0021】

（６）好ましくは、上記（５）の構成において、前記絶縁スペーサは、前記荷重が面方向に分散するのを抑制する荷重分散抑制機構を有する構成とする方がよい。第一裏側電極と第二表側電極との間における浮遊容量の発生を抑制するためには、絶縁スペーサの表裏方向厚さは、より厚い方が好ましい。しかしながら、絶縁スペーサの表裏方向厚さを厚くすると、検出対象物から加わる荷重が、絶縁スペーサを伝達する際に、面方向（具体的には、絶縁スペーサの表裏方向に直交する方向。絶縁スペーサの表面または裏面が延在する方向）に分散されやすくなる。このため、絶縁スペーサの裏側の荷重センサにおいて、面方向の座標の検出精度が低くなってしまう。

【0022】

この点、本構成の絶縁スペーサは、荷重分散抑制機構を備えている。このため、検出対象物から加わる荷重が、絶縁スペーサを伝達する際に、面方向に分散されにくい。したがって、面方向の座標の検出精度が高くなる。また、荷重の検出精度が高くなる。

【0023】

（７）好ましくは、上記（６）の構成において、前記荷重センサ部は、表側または裏側から見て、複数の前記第二表側電極と複数の前記第二裏側電極とが重複して形成される複数の重複部を有し、前記荷重分散抑制機構は、表側または裏側から見て、面方向に隣り合う該重複部間に介在している構成とする方がよい。

【0024】

面方向に隣り合う複数の重複部（つまり荷重検出部）のうち、任意の重複部の表側から、絶縁スペーサを介して、荷重が入力される場合を想定する。本構成によると、任意の重複部と、当該重複部の隣りの重複部と、の間に、荷重分散抑制機構が介在している。このため、絶縁スペーサにおいて、荷重が面方向に分散しにくい。したがって、入力された当該荷重が、隣りの重複部に誤伝達されるのを抑制することができる。

【0025】

（８）好ましくは、上記（６）または（７）の構成において、前記荷重分散抑制機構は、前記絶縁スペーサの表面または裏面に凹設される荷重分散抑制溝である構成とする方がよい。

【0026】

絶縁スペーサにおいて荷重分散抑制溝が形成されている部分は、荷重分散抑制溝が形成されていない部分と比較して、表裏方向厚さが薄くなる。このため、面方向のばね定数が小さくなる。したがって、荷重が面方向に分散するのを抑制することができる。

【0027】

（９）好ましくは、上記（６）または（７）の構成において、前記荷重分散抑制機構は、前記絶縁スペーサを表裏方向に貫通する荷重分散抑制孔である構成とする方がよい。

【0028】

絶縁スペーサにおいて荷重分散抑制孔が形成されている部分は、荷重分散抑制孔が形成されていない部分と比較して、面方向のばね定数が小さくなる。このため、荷重が面方向に分散するのを抑制することができる。

【0029】

（１０）好ましくは、上記（３）ないし（９）のいずれかの構成において、前記近接センサ部は、複数の前記第一表側電極の表側に配置されるエラストマー製の第一表側絶縁層と、複数の前記第一裏側電極の裏側に配置されるエラストマー製の第一裏側絶縁層と、を備え、前記荷重センサ部は、複数の前記第二表側電極の表側に配置されるエラストマー製の第二表側絶縁層と、複数の前記第二裏側電極の裏側に配置されるエラストマー製の第二裏側絶縁層と、を備え、下記（ａ）および（ｂ）のうち、少なくとも一方を充足する構成とする方がよい。
（ａ）該近接センサ部において、該第一表側電極は、前記第一基材および該第一表側絶縁層のうち、少なくとも一方に印刷されていると共に、該第一裏側電極は、該第一基材および該第一裏側絶縁層のうち、少なくとも一方に印刷されている。
（ｂ）該荷重センサ部において、該第二表側電極は、前記第二基材および該第二表側絶縁層のうち、少なくとも一方に印刷されていると共に、該第二裏側電極は、該第二基材および該第二裏側絶縁層のうち、少なくとも一方に印刷されている。

【0030】

本構成によると、第一表側電極、第一裏側電極、第二表側電極、第二裏側電極を簡単に形成することができる。また、これらの電極の形成と配置とを同時に行うことができる。また、これらの電極の形状設定の自由度が高くなる。また、これらの電極の形状の精度が高くなる。また、（ａ）の場合、第一表側電極と第一裏側電極との相対的な位置合わせが容易になる。同様に、（ｂ）の場合、第二表側電極と第二裏側電極との相対的な位置合わせが容易になる。

【0031】

（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、前記保護層の表面には、凸部および凹部のうち少なくとも一方が配置されている構成とする方がよい。本構成によると、操作者が、凸部や凹部を基準に、ハイブリッドセンサに対して検出対象物を近接させる位置、ハイブリッドセンサに対して検出対象物を押し込む位置、ハイブリッドセンサに対して検出対象物を摺動させる軌道などを、決定することができる。このため、主に触覚によりハイブリッドセンサを操作することができる。

【発明の効果】

【0032】

本発明によると、検出対象物の接近、押込、座標を検出可能であって、操作者がストローク感を触感的に感じやすく、座標の検出精度が高いハイブリッドセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、第一実施形態のハイブリッドセンサの分解斜視図である。

【図2】図２は、同ハイブリッドセンサの近接センサ部の透過上面図である。

【図3】図３は、同ハイブリッドセンサの荷重センサ部の透過上面図である。

【図4】図４は、図２、図３の軸Ｐを経由するＩＶ−ＩＶ方向断面図である。

【図5】図５は、同ハイブリッドセンサのブロック図である。

【図6】図６（ａ）は、図４の枠ＶＩ内の、指が接近していない状態における拡大図である。図６（ｂ）は、図４の枠ＶＩ内の、指が接近している状態における拡大図である。

【図7】図７（ａ）は、図４の枠ＶＩＩ内の、指が押し込まれていない状態における拡大図である。図７（ｂ）は、図４の枠ＶＩＩ内の、指が押し込まれている状態における拡大図である。

【図8】図８は、同ハイブリッドセンサの制御ユニットが実行するフローチャートである。

【図9】図９は、第二実施形態のハイブリッドセンサの分離状態におけるブロック図である。

【図10】図１０は、同ハイブリッドセンサの結合状態におけるブロック図である。

【図11】図１１は、第三実施形態のハイブリッドセンサの分解斜視図である。

【図12】図１２は、同ハイブリッドセンサの一対の絶縁スペーサ以下部分の透過上面図である。

【図13】図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ方向断面図である。

【図14】図１４は、その他の実施形態（その１）のハイブリッドセンサの絶縁スペーサの上面図である。

【図15】図１５は、その他の実施形態（その２）のハイブリッドセンサの絶縁スペーサの上面図である。

【図16】図１６は、その他の実施形態（その３）のハイブリッドセンサの絶縁スペーサの上面図である。

【符号の説明】

【0034】

１：ハイブリッドセンサ、２：近接センサ部、３：荷重センサ部、４：中間層、６：センサ積層体、７：制御ユニット、９：指（検出対象物）。
２０：第一基材、２１：保護層、２２：第一表側絶縁層、２３：第一裏側絶縁層（絶縁スペーサ）、２５：絶縁スペーサ、３０：第二基材、３２：第二表側絶縁層（絶縁スペーサ）、３３：第二裏側絶縁層、３４：下敷層、３５：絶縁スペーサ、７０：制御部、７１：送信部、７２：受信部、７３：コンピュータ、７４：送信側結合部、７５：受信側結合部。
２１０：凸部、２５０：荷重分散抑制溝、２５１：荷重分散抑制孔、３５０：示す荷重分散抑制溝、３５１：荷重分散抑制孔、７００：ＤＳＰ、７０１：ＳＲＡＭ、７１０：ＤＡＣ、７１１：ＤＤＳ、７１２：マルチプレクサ、７１３：オペアンプ、７２０：ＡＤＣ、７２１：ローパスフィルタ、７２２：マルチプレクサ、７２３：オペアンプ、７４０ａ〜７４０ｄ：スイッチ、７５０ａ〜７５０ｄ：スイッチ。
Ａ：重複部、Ｂ：電界、Ｃａ：静電容量、Ｃｂ：静電容量、Ｆ：荷重、Ｐ：軸、Ｘ１〜Ｘ８：第一表側電極、Ｘ１ａ：広幅部、Ｘ１ｂ：狭幅部、Ｙ１〜Ｙ８：第一裏側電極、ｄ：電極間距離、ｔｈ１：小荷重しきい値、ｔｈ２：大荷重しきい値、ｔｈ３：接近しきい値、ｘ１〜ｘ８：第二表側電極、ｙ１〜ｙ８：第二裏側電極。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明のハイブリッドセンサの実施の形態について説明する。

【0036】

＜第一実施形態＞
［ハイブリッドセンサの構成］
まず、本実施形態のハイブリッドセンサの構成について説明する。図１に、本実施形態のハイブリッドセンサの分解斜視図を示す。図２に、同ハイブリッドセンサの近接センサ部の透過上面図を示す。図３に、同ハイブリッドセンサの荷重センサ部の透過上面図を示す。図４に、図２、図３の軸Ｐを経由するＩＶ−ＩＶ方向断面図を示す。図５に、同ハイブリッドセンサのブロック図を示す。図１〜図５に示すように、本実施形態のハイブリッドセンサ１は、センサ積層体６と、制御ユニット７と、を備えている。

【0037】

｛センサ積層体６｝
センサ積層体６は、近接センサ部２と、荷重センサ部３と、中間層４と、を備えている。

【0038】

（近接センサ部２）
近接センサ部２は、上側（表側）から下側（裏側）に向かって、保護層２１と、第一表側絶縁層２２と、８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８と、第一基材２０と、８つの第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８と、第一裏側絶縁層２３と、が積層されることにより、形成されている。第一裏側絶縁層２３は、本発明の「絶縁スペーサ」の概念に含まれる。

【0039】

第一基材２０は、ウレタンゴム製であって、正方形状シート状を呈している。第一基材２０は、柔軟であり、絶縁性を有している。

【0040】

８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８は、各々、左右方向に長い帯状を呈している。８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８は、第一基材２０の上面（表面）に、前後方向に、平行に並んで配置されている。８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８は、各々、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８は、各々、第一基材２０の上面に、スクリーン印刷されている。８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８は、各々、柔軟であり、導電性を有している。

【0041】

図２に示すように、第一表側電極Ｘ１には、短手方向幅が広い広幅部Ｘ１ａと、短手方向幅が狭い狭幅部Ｘ１ｂと、が交互に並んで配置されている。広幅部Ｘ１ａは、菱形状を呈している。狭幅部Ｘ１ｂは、長方形状を呈している。第一表側電極Ｘ２〜Ｘ８にも、第一表側電極Ｘ１と同様に、広幅部と狭幅部とが配置されている。

【0042】

８つの第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８は、各々、前後方向に長い帯状を呈している。８つの第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８は、第一基材２０の下面（裏面）に、左右方向に、平行に並んで配置されている。８つの第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８の構成、第一基材２０下面に対する配置方法は、８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８の構成、第一基材２０上面に対する配置方法と、同様である。上側または下側から見て、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８の広幅部と第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８の広幅部とは、水平方向（面方向）に並んでいる。隣接する広幅部間には、電界Ｂが形成されている。

【0043】

第一表側絶縁層２２は、アクリルゴム製であって、正方形状シート状を呈している。第一表側絶縁層２２は、柔軟であり、絶縁性を有している。第一表側絶縁層２２は、８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８の上方に配置されている。

【0044】

保護層２１は、シリコーンゴム製であって、正方形状シート状を呈している。保護層２１は、柔軟であり、絶縁性を有している。保護層２１は、第一表側絶縁層２２の上方に配置されている。保護層２１の上面には、凸部２１０が配置されている。凸部２１０は、正方形枠状を呈している。凸部２１０は、後述する指（検出対象物）が触覚で認識できる程度の、高さを有している。保護層２１を介して、操作者からセンサ積層体６に、様々なコマンドが入力される。

【0045】

第一裏側絶縁層２３は、アクリルゴム製であって、正方形状シート状を呈している。第一裏側絶縁層２３は、柔軟であり、絶縁性を有している。第一裏側絶縁層２３は、８つの第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８の下方に配置されている。

【0046】

（中間層４）
中間層４は、外面に金属がコーティングされたポリエステル繊維からなる布製であって、正方形状布状を呈している。中間層４は、柔軟であり、導電性を有している。中間層４は、近接センサ部２の下方に配置されている。中間層４は、アース（接地）されている。

【0047】

（荷重センサ部３）
荷重センサ部３は、上側から下側に向かって、第二表側絶縁層３２と、８つの第二表側電極ｘ１〜ｘ８と、第二基材３０と、８つの第二裏側電極ｙ１〜ｙ８と、第二裏側絶縁層３３と、下敷層３４と、が積層されることにより、形成されている。第二表側絶縁層３２は、本発明の「絶縁スペーサ」の概念に含まれる。

【0048】

第二基材３０は、ウレタンゴム製であって、正方形状シート状を呈している。第二基材３０は、柔軟であり、絶縁性を有している。

【0049】

８つの第二表側電極ｘ１〜ｘ８は、各々、左右方向に長い帯状を呈している。８つの第二表側電極ｘ１〜ｘ８は、第二基材３０の上面に、前後方向に、平行に並んで配置されている。８つの第二表側電極ｘ１〜ｘ８は、各々、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。８つの第二表側電極ｘ１〜ｘ８は、各々、第二基材３０の上面に、スクリーン印刷されている。８つの第二表側電極ｘ１〜ｘ８は、各々、柔軟であり、導電性を有している。

【0050】

８つの第二裏側電極ｙ１〜ｙ８は、各々、前後方向に長い帯状を呈している。８つの第二裏側電極ｙ１〜ｙ８は、第二基材３０の下面に、左右方向に、平行に並んで配置されている。８つの第二裏側電極ｙ１〜ｙ８の構成、第二基材３０下面に対する配置方法は、８つの第二表側電極ｘ１〜ｘ８の構成、第二基材３０上面に対する配置方法と、同様である。上側または下側から見て、第二表側電極ｘ１〜ｘ８と第二裏側電極ｙ１〜ｙ８とは、上下方向（表裏方向。荷重伝達方向）に重複している。すなわち、第二表側電極ｘ１〜ｘ８と第二裏側電極ｙ１〜ｙ８との間には、重複部Ａが形成されている。

【0051】

第二表側絶縁層３２は、アクリルゴム製であって、正方形状シート状を呈している。第二表側絶縁層３２は、柔軟であり、絶縁性を有している。第二表側絶縁層３２は、中間層４と、８つの第二表側電極ｘ１〜ｘ８と、の間に配置されている。

【0052】

第二裏側絶縁層３３は、アクリルゴム製であって、正方形状シート状を呈している。第二裏側絶縁層３３は、柔軟であり、絶縁性を有している。第二裏側絶縁層３３は、８つの第二裏側電極ｙ１〜ｙ８の下方に配置されている。

【0053】

下敷層３４は、ポリウレタン発泡体製であって、正方形状板状を呈している。下敷層３４は、柔軟であり、絶縁性を有している。下敷層３４は、第二裏側絶縁層３３の下方に配置されている。

【0054】

｛制御ユニット７｝
図５に示すように、制御ユニット７は、制御部７０と、送信部７１と、受信部７２と、コンピュータ７３と、を備えている。

【0055】

（制御部７０）
制御部７０は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）７００と、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７０１と、を備えている。ＤＳＰ７００は、マイコン（演算部）として用いられる。ＳＲＡＭ７０１は、記憶部として用いられる。ＳＲＡＭ７０１には、接近、小荷重、大荷重を判別するためのしきい値（接近しきい値、小荷重しきい値、大荷重しきい値）が格納されている。また、ＳＲＡＭ７０１には、近接センサ部２における指（検出対象物）の水平方向の座標（左右方向位置、前後方向位置）と、荷重センサ部３における指の水平方向の座標と、を共通の座標系で評価するための、マップが格納されている。ＳＲＡＭ７０１は、ＤＳＰ７００に、電気的に接続されている。

【0056】

（送信部７１）
送信部７１は、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）７１０と、ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）７１１と、４つのマルチプレクサ７１２と、８つのオペアンプ７１３と、を備えている。

【0057】

ＤＡＣ７１０は、デジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ７１０は、ＤＳＰ７００に電気的に接続されている。ＤＤＳ７１１は、正弦波発振器として用いられる。ＤＤＳ７１１は、ＤＡＣ７１０に電気的に接続されている。４つのアナログのマルチプレクサ７１２は、各々、ＤＤＳ７１１に電気的に接続されている。４つのマルチプレクサ７１２は、正弦波電流を、８つのオペアンプ７１３に、順次切り替えながら、走査的に出力する。８つのオペアンプ７１３は、各々、マルチプレクサ７１２から入力された電流を、電圧に変換している。すなわち、８つのオペアンプ７１３は、各々、電流−電圧変換器として用いられる。８つのオペアンプ７１３は、８つの第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８に電気的に接続されている。

【0058】

（受信部７２）
受信部７２は、４つのＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）７２０と、４つのローパスフィルタ７２１と、４つのマルチプレクサ７２２と、８つのオペアンプ７２３と、を備えている。

【0059】

８つのオペアンプ７２３は、８つの第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８に電気的に接続されている。８つのオペアンプ７２３は、各々、電流−電圧変換器として用いられる。４つのアナログのマルチプレクサ７２２は、８つのオペアンプ７２３に電気的に接続されている。４つのマルチプレクサ７２２は、８つのオペアンプ７２３に、順次切り替えられながら、接続される。４つのローパスフィルタ７２１は、各々、電圧の高周波成分をカットしている。４つのローパスフィルタ７２１は、４つのマルチプレクサ７２２に電気的に接続されている。４つのＡＤＣ７２０は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。４つのＡＤＣ７２０は、４つのローパスフィルタ７２１に電気的に接続されている。また、４つのＡＤＣ７２０は、ＤＳＰ７００に電気的に接続されている。

【0060】

（コンピュータ７３）
コンピュータ７３は、ＤＳＰ７００に電気的に接続されている。コンピュータ７３は、アクチュエータ（図略）に、操作者の操作（接近、摺動、小荷重入力、大荷重入力など）に応じたコマンドを送信する。

【0061】

なお、制御ユニット７は、図５に示す近接センサ部２同様に、図３に示す荷重センサ部３にも、電気的に接続されている。すなわち、荷重センサ部３の第二表側電極ｘ１〜ｘ８には、マルチプレクサを介して、順次、走査的に電圧が供給される。第二裏側電極ｙ１〜ｙ８からは、電流が出力される。

【0062】

［ハイブリッドセンサ１の近接センサ部２の動き］
次に、本実施形態のハイブリッドセンサ１の近接センサ部２の動きについて説明する。図６（ａ）に、図４の枠ＶＩ内の、指が接近していない状態における拡大図を示す。図６（ｂ）に、図４の枠ＶＩ内の、指が接近している状態における拡大図を示す。図６（ａ）に示すように、第一表側電極Ｘ２と第一裏側電極Ｙ６との間には、図５に示す送信部７１から供給される電圧により、静電容量Ｃａが発生する。

【0063】

図６（ｂ）に示すように、指（検出対象物。導電性を有し、人体を介してアースされている。）９が保護層２１に接近すると、第一表側電極Ｘ２と指９との間に、静電容量Ｃｂが発生する。このため、指９が接近していない状態（図６（ａ））と比較して、指９が接近している状態（図６（ｂ））の方が、図５に示すオペアンプ７２３に入力される電流が小さくなる。この電流の変化を基に、ＤＳＰ７００は、第一表側電極Ｘ２と第一裏側電極Ｙ６との間の、静電容量の変化量を算出する。

【0064】

［ハイブリッドセンサ１の荷重センサ部３の動き］
次に、本実施形態のハイブリッドセンサ１の荷重センサ部３の動きについて説明する。図７（ａ）に、図４の枠ＶＩＩ内の、指が押し込まれていない状態における拡大図を示す。図７（ｂ）に、図４の枠ＶＩＩ内の、指が押し込まれている状態における拡大図を示す。図７（ａ）に示すように、指が押し込まれていない状態においては、誘電層である第二基材３０に、荷重が加わっていない。第二基材３０の上下方向厚さは、第二表側電極ｘ１と第二裏側電極ｙ１との間の、電極間距離ｄに相当する。

【0065】

ここで、図４に示すように、近接センサ部２を構成する部材、中間層４は、いずれの柔軟である。このため、指９が押し込まれると、近接センサ部２を構成する部材、中間層４のうち、指９に押圧された部分は、局所的に下方に没入する。すなわち、近接センサ部２や中間層４が、全面的に下方に変位することはない。

【0066】

図７（ｂ）に示すように、指９が押し込まれると、上方から加わる荷重Ｆにより、第二基材３０が局所的に圧縮される。このため、第二表側電極ｘ１と第二裏側電極ｙ１との間の、電極間距離ｄが短くなる。この電極間距離ｄの変化を基に、ＤＳＰ７００は、第二表側電極ｘ１と第二裏側電極ｙ１との間の、静電容量の変化量を算出する。

【0067】

［ハイブリッドセンサ１の接近、小荷重、大荷重の判別方法］
次に、本実施形態のハイブリッドセンサ１の接近、小荷重、大荷重の判別方法について説明する。図８に、本実施形態のハイブリッドセンサの制御ユニットが実行するフローチャートを示す。

【0068】

図５に示すように、制御ユニット７は、所定のサンプリング周期で、近接センサ部２の静電容量、荷重センサ部３の静電容量を監視している。すなわち、図５に示すＤＳＰ７００は、所定のサンプリング周期で、ＳＲＡＭ７０１に格納されている小荷重しきい値ｔｈ１と、荷重センサ部３の静電容量の変化量ΔＣ２と、を比較している（図８のＳ１、Ｓ２）。

【0069】

比較（以下、「第一の比較」と称する。）の結果、変化量ΔＣ２が小荷重しきい値ｔｈ１よりも小さい場合は、ＤＳＰ７００は、荷重センサ部３に荷重が加わっていないと判別する（図８のＳ３）。この場合、図５に示すＤＳＰ７００は、ＳＲＡＭ７０１に格納されている接近しきい値ｔｈ３と、近接センサ部２の静電容量の変化量ΔＣ１と、を比較する（図８のＳ４、Ｓ５）。

【0070】

比較（以下、「第二の比較」と称する。）の結果、変化量ΔＣ１が接近しきい値ｔｈ３以上の場合は、ＤＳＰ７００は、近接センサ部２に指９が接近（接触を含む）していると判別する（図８のＳ６）。また、ＤＳＰ７００は、指９が接近している座標を特定する。ＤＳＰ７００は、指９の接近、座標に関する情報を、コンピュータ７３に伝送する。コンピュータ７３は、ＤＳＰ７００からの情報に対応するコマンドを、アクチュエータに送信する。一方、第二の比較の結果、変化量ΔＣ１が接近しきい値ｔｈ３未満の場合は、ＤＳＰ７００は、近接センサ部２に指９が接近していないと判別する（図８のＳ１０）。

【0071】

一方、第一の比較（図８のＳ２）の結果、変化量ΔＣ２が小荷重しきい値ｔｈ１以上の場合は、図５に示すＤＳＰ７００は、ＳＲＡＭ７０１に格納されている大荷重しきい値ｔｈ２と、変化量ΔＣ２と、を比較する（図８のＳ７）。

【0072】

比較（以下、「第三の比較」と称する。）の結果、変化量ΔＣ２が大荷重しきい値ｔｈ２未満の場合は、ＤＳＰ７００は、指９により小荷重が入力されたと判別する（図８のＳ８）。また、ＤＳＰ７００は、指９が押し込まれている座標を特定する。ＤＳＰ７００は、指９の小荷重、座標に関する情報を、コンピュータ７３に伝送する。コンピュータ７３は、ＤＳＰ７００からの情報に対応するコマンドを、アクチュエータに送信する。一方、第三の比較の結果、変化量ΔＣ２が大荷重しきい値ｔｈ２以上の場合は、ＤＳＰ７００は、指９により大荷重が入力されたと判別する（図８のＳ９）。また、ＤＳＰ７００は、指９が押し込まれている座標を特定する。ＤＳＰ７００は、指９の大荷重、座標に関する情報を、コンピュータ７３に伝送する。コンピュータ７３は、ＤＳＰ７００からの情報に対応するコマンドを、アクチュエータに送信する。

【0073】

このように、本実施形態のハイブリッドセンサ１は、ハイブリッドセンサ１に対する指９の状態に応じて、「ハイブリッドセンサ１から指９が離間していること」、「ハイブリッドセンサ１に指９が接近していること、および接近座標」、「ハイブリッドセンサ１に指９から小荷重が加わっていること、および荷重が加わっている座標」、「ハイブリッドセンサ１に指９から大荷重が加わっていること、および荷重が加わっている座標」を、判別することができる。

【0074】

［作用効果］
次に、本実施形態のハイブリッドセンサ１の作用効果について説明する。本実施形態のハイブリッドセンサ１は、近接センサ部２と、荷重センサ部３と、を備えている。近接センサ部２は、静電容量の変化を基に、指９の接近を検出することができる。また、近接センサ部２は、静電容量が変化した座標を基に、指９の面方向の座標を検出することができる。また、荷重センサ部３は、指９の押込を検出することができる。このように、本実施形態のハイブリッドセンサ１によると、指９の接近、押込、座標を検出することができる。

【0075】

また、近接センサ部２の保護層２１、第一表側絶縁層２２、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８、第一基材２０、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８、第一裏側絶縁層２３は、いずれも、樹脂と比較して柔軟な、エラストマー製である。このため、近接センサ部２は柔軟である。したがって、近接センサ部２は、指９から加わる荷重により、変形しやすい。よって、操作者がストローク感を触感的に得やすい。また、柔軟な近接センサ部２は、指９から加わる荷重を、面方向に分散しにくい。このため、面方向の座標の検出精度が高い。なお、近接センサ部２は、荷重センサ部３と組み合わせずに、単独で用いることもできる。

【0076】

また、本実施形態のハイブリッドセンサ１の荷重センサ部３によると、静電容量の変化を基に、荷重の程度（小荷重、大荷重）を検出することができる。また、荷重センサ部３は、静電容量が変化した座標を基に、指９の面方向の座標を検出することができる。

【0077】

また、荷重センサ部３の第二表側絶縁層３２、第二表側電極ｘ１〜ｘ８、第二基材３０、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８、第二裏側絶縁層３３は、いずれも、樹脂と比較して柔軟な、エラストマー製である。このため、荷重センサ部３は柔軟である。したがって、荷重センサ部３は、指９から加わる荷重により、変形しやすい。よって、操作者がストローク感を触感的に得やすい。また、柔軟な荷重センサ部３は、指９から加わる荷重を、面方向に分散しにくい。このため、面方向の座標の検出精度が高い。

【0078】

また、本実施形態のハイブリッドセンサ１の中間層４は、導電性を有している。また、中間層４はアースされている。このため、近接センサ部２と荷重センサ部３とが、互いのノイズの悪影響を受けにくい。したがって、近接センサ部２、荷重センサ部３の検出精度が高くなる。

【0079】

また、中間層４は、樹脂と比較して柔軟（例えば、樹脂よりもヤング率が小さい。または、樹脂製の中間層４よりも上下方向、水平方向のばね定数が小さい。）な、布(織物)製である。布(織物)は、構造的な伸縮自由度を有しているため、中間層４は、指９から加わる荷重により、伸縮変形が可能である。よって、操作者がストローク感を触感的に得やすい。また、柔軟な中間層４は、指９から加わる荷重を、面方向に分散しにくい。このため、面方向の座標の検出精度が高い。

【0080】

また、中間層４の上下両側には、第一裏側絶縁層２３、第二表側絶縁層３２が配置されている。このため、近接センサ部２の第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８と、荷重センサ部３の第二表側電極ｘ１〜ｘ８と、の間の上下方向距離（電極間距離）を長くすることができる。したがって、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８と第二表側電極ｘ１〜ｘ８との間の浮遊容量の発生を抑制し、近接センサ部２と荷重センサ部３との相互干渉を低減することができる。よって、近接センサ部２、荷重センサ部３の検出精度が高くなる。

【0081】

また、近接センサ部２の保護層２１は、凸部２１０を有している。このため、操作者が、凸部２１０を基準に、ハイブリッドセンサ１に対して指９を近接させる位置、ハイブリッドセンサ１に対して指９を押し込む位置、ハイブリッドセンサ１に対して指９を摺動させる軌道などを、目視確認することなく、決定することができる。したがって、操作者は、触覚により、ハイブリッドセンサ１を操作しやすい。また、保護層２１はエラストマー製である。このため、射出成形などにより、保護層２１に、凸部２１０を簡単に形成することができる。

【0082】

また、荷重センサ部３の下敷層３４は、樹脂と比較して柔軟な、発泡体製である。このため、下敷層３４は、指９から加わる荷重により、変形しやすい。よって、操作者がストローク感を触感的に得やすい。

【0083】

また、近接センサ部２、荷重センサ部３は、共に、マルチタッチ（多点同時入力）に対応可能である。このため、操作者によるコマンドのバリエーションが多くなる。

【0084】

＜第二実施形態＞
本実施形態のハイブリッドセンサと、第一実施形態のハイブリッドセンサとの相違点は、制御ユニットが、送信側結合部と受信側結合部と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。

【0085】

図９に、本実施形態のハイブリッドセンサの分離状態におけるブロック図を示す。図１０に、同ハイブリッドセンサの結合状態におけるブロック図を示す。なお、これらの図において、図５と対応する部位については、同じ符号で示す。

【0086】

図９、図１０に示すように、送信側結合部７４は、送信部７１と、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８と、の間に、介装されている。送信側結合部７４は、４つのスイッチ７４０ａ〜７４０ｄを備えている。スイッチ７４０ａは、第一表側電極Ｘ１と第一表側電極Ｘ２とを、分離、結合可能である。スイッチ７４０ｂは、第一表側電極Ｘ３と第一表側電極Ｘ４とを、分離、結合可能である。スイッチ７４０ｃは、第一表側電極Ｘ５と第一表側電極Ｘ６とを、分離、結合可能である。スイッチ７４０ｄは、第一表側電極Ｘ７と第一表側電極Ｘ８とを、分離、結合可能である。

【0087】

受信側結合部７５は、受信部７２と、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８と、の間に、介装されている。受信側結合部７５は、４つのスイッチ７５０ａ〜７５０ｄを備えている。スイッチ７５０ａは、第一裏側電極Ｙ１と第一裏側電極Ｙ２とを、分離、結合可能である。スイッチ７５０ｂは、第一裏側電極Ｙ３と第一裏側電極Ｙ４とを、分離、結合可能である。スイッチ７５０ｃは、第一裏側電極Ｙ５と第一裏側電極Ｙ６とを、分離、結合可能である。スイッチ７５０ｄは、第一裏側電極Ｙ７と第一裏側電極Ｙ８とを、分離、結合可能である。

【0088】

本実施形態のハイブリッドセンサ１と、第一実施形態のハイブリッドセンサとは、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、図９に示すように、分離状態においては、全てのスイッチ７４０ａ〜７４０ｄ、７５０ａ〜７５０ｄが、いずれも開成されている。このため、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８に、順次、走査的に電圧が供給される。したがって、指の座標に対する検出精度が向上する。

【0089】

一方、図１０に示すように、結合状態においては、全てのスイッチ７４０ａ〜７４０ｄ、７５０ａ〜７５０ｄが、いずれも閉成されている。このため、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８のうち、隣り合う一対の第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８が、スイッチ７４０ａ〜７４０ｄにより、結合されている。同様に、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８のうち、隣り合う一対の第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８が、スイッチ７５０ａ〜７５０ｄにより、結合されている。このため、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８に対しては、二つずつ、順次、走査的に電圧が供給される。したがって、初期（検出対象物が接近していない状態）の静電容量を大きくすることができる。

【0090】

すなわち、図９に示すように、分離状態においては、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８に、個別に電圧が供給されている。また、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８から、個別に電流が出力されている。例えば、ハッチングで示すように、第一表側電極Ｘ１と第一裏側電極Ｙ１との間に電圧が印加されている場合、１箇所だけに電界Ｂが発生する。

【0091】

これに対して、図１０に示すように、結合状態においては、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８に、二つずつ電圧が供給されている。また、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８から、二つずつ電流が出力されている。例えば、ハッチングで示すように、第一表側電極Ｘ１、Ｘ２と第一裏側電極Ｙ１、Ｙ２との間に電圧が印加されている場合、合計９箇所に電界Ｂが発生する。このため、結合状態においては、初期の静電容量を大きくすることができる。したがって、指の接近に対する検出精度が向上する。

【0092】

＜第三実施形態＞
本実施形態のハイブリッドセンサと、第一実施形態のハイブリッドセンサとの相違点は、中間層の上下両側に、荷重分散抑制溝を有する絶縁スペーサが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。

【0093】

図１１に、本実施形態のハイブリッドセンサの分解斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。図１２に、同ハイブリッドセンサの一対の絶縁スペーサ以下部分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。また、荷重分散抑制溝２５０、３５０にハッチングを施す。図１３に、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ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。

【0094】

図１１〜図１３に示すように、中間層４の上下両側には、絶縁スペーサ２５、３５が配置されている。絶縁スペーサ２５、３５は、各々、アクリルゴム製であって、正方形状シート状を呈している。絶縁スペーサ２５、３５は、各々、柔軟であり、絶縁性を有している。

【0095】

絶縁スペーサ２５は、中間層４の上側に配置されている。絶縁スペーサ２５の下面には、複数の荷重分散抑制溝２５０が凹設されている。複数の荷重分散抑制溝２５０は、重複部Ａを囲むように、格子状に配置されている。すなわち、荷重分散抑制溝２５０は、上側または下側から見て、水平方向に隣り合う重複部Ａ間に介在している。絶縁スペーサ２５の上面は平面状を呈している。絶縁スペーサ２５の上面には、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８が印刷（例えばスクリーン印刷）されている。

【0096】

絶縁スペーサ３５は、中間層４の下側に配置されている。絶縁スペーサ３５の上面には、複数の荷重分散抑制溝３５０が凹設されている。複数の荷重分散抑制溝３５０は、重複部Ａを囲むように、格子状に配置されている。すなわち、荷重分散抑制溝３５０は、上側または下側から見て、水平方向に隣り合う重複部Ａ間に介在している。絶縁スペーサ３５の下面は平面状を呈している。絶縁スペーサ３５の下面には、第二表側電極ｘ１〜ｘ８が印刷（例えばスクリーン印刷）されている。

【0097】

本実施形態のハイブリッドセンサ１と、第一実施形態のハイブリッドセンサとは、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、中間層４の上下両側には、絶縁スペーサ２５、３５が配置されている。このため、近接センサ部２の第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８と、荷重センサ部３の第二表側電極ｘ１〜ｘ８と、の間の上下方向距離（電極間距離）を長くすることができる。したがって、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８と第二表側電極ｘ１〜ｘ８との間に浮遊容量が発生するのを抑制することができる。よって、近接センサ部２、荷重センサ部３の検出精度が高くなる。

【0098】

また、絶縁スペーサ２５、３５は、荷重分散抑制溝２５０、３５０を備えている。荷重分散抑制溝２５０、３５０は、上側または下側から見て、水平方向に隣り合う重複部Ａ間に介在している。絶縁スペーサ２５、３５において荷重分散抑制溝２５０、３５０が形成されている部分は、荷重分散抑制溝２５０、３５０が形成されていない部分と比較して、上下方向厚さが薄くなる。このため、水平方向のばね定数が小さくなる。したがって、荷重が水平方向に分散するのを抑制することができる。よって、水平方向の座標の検出精度が高くなる。また、荷重の検出精度が高くなる。

【0099】

また、絶縁スペーサ２５の上面には、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８が印刷されている。また、絶縁スペーサ３５の下面には、第二表側電極ｘ１〜ｘ８が印刷されている。このため、本実施形態のハイブリッドセンサ１は組付が容易である。

【0100】

＜その他＞
以上、本発明のハイブリッド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。

【0101】

例えば、荷重センサ部３の種類は特に限定しない。電気抵抗の変化（増加、減少）を基に押込を検出する抵抗変化型センサ、ロードセル（歪みゲージ）、導通の有無を基に押込を検出するメンブレンスイッチなどであってもよい。

【0102】

近接センサ部２としては、上述した相互容量型（検出対象物の接近に伴い第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８と第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８との間の静電容量が減少するタイプ）の静電容量型センサを用いることができる。また、自己容量型（検出対象物の接近に伴い第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８と第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８との間の静電容量が増加するタイプ）の静電容量型センサを用いることができる。

【0103】

検出対象物の種類は特に限定しない。掌、足の指、顎、肘、膝、踵、静電ペン、手袋、靴下などであってもよい。本発明のハイブリッドセンサは柔軟である。このため、手の指９以外の体の部位を用いてコマンドを入力する場合に好適である。

【0104】

上記実施形態においては、図８に示すように、ハイブリッドセンサ１に対する指９の状態に応じて、ＤＳＰ７００が、「ハイブリッドセンサ１に指９から小荷重が加わっていること、および荷重が加わっている座標」、「ハイブリッドセンサ１に指９から大荷重が加わっていること、および荷重が加わっている座標」を、判別した。しかしながら、荷重の値そのものを、ＤＳＰ７００が算出してもよい。

【0105】

第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８の配置パターンは特に限定しない。図２に示すように、上側または下側から見て、互いの広幅部Ｘ１ａ同士が、面方向に並んでいればよい。広幅部Ｘ１ａは、六角形状、八角形状などの多角形状、円形状などであってもよい。

【0106】

第二表側電極ｘ１〜ｘ８、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８の配置パターンは特に限定しない。図３に示すように、上側または下側から見て、第二表側電極ｘ１〜ｘ８と第二裏側電極ｙ１〜ｙ８との間に、重複部Ａが形成できればよい。例えば、第二表側電極ｘ１〜ｘ８および第二裏側電極ｙ１〜ｙ８のうち、一方を、同心円状に配置してもよい。並びに、他方を、一方と同心の放射状に配置してもよい。この場合であっても、上側または下側から見て、第二表側電極ｘ１〜ｘ８と第二裏側電極ｙ１〜ｙ８との間に、重複部Ａを形成することができる。

【0107】

保護層２１の凸部２１０の配置パターンは特に限定しない。円形枠状、矩形枠状、直線状、曲線状、点状などであってもよい。また凸部２１０に限らず、内部を窪ませる凹部としてもよい。

【0108】

上記実施形態においては、第一基材２０に第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８をスクリーン印刷した。また、第二基材３０に第二表側電極ｘ１〜ｘ８、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８をスクリーン印刷した。しかしながら、インクジェット印刷方法、フレキソ印刷方法、グラビア印刷方法、パッド印刷方法、リソグラフィー、ディスペンサー印刷方法など、他の印刷方法により、第一基材２０に第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８を、第二基材３０に第二表側電極ｘ１〜ｘ８、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８を、配置してもよい。また、接着、貼着、成形など、他の配置方法により、第一基材２０に第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８を、第二基材３０に第二表側電極ｘ１〜ｘ８、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８を、配置してもよい。

【0109】

また、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８を第一表側絶縁層２２に印刷し、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８を第一裏側絶縁層２３に印刷し、第一表側絶縁層２２と第一基材２０と第一裏側絶縁層２３とを接合、貼り合わせてもよい。この方法は、第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８および第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８を第一基材２０に印刷できない場合（例えば、第一基材２０が発泡体製の場合）に有効である。同様に、第二表側電極ｘ１〜ｘ８を第二表側絶縁層３２に印刷し、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８を第二裏側絶縁層３３に印刷し、第二表側絶縁層３２と第二基材３０と第二裏側絶縁層３３とを接合、貼り合わせてもよい。この方法は、第二表側電極ｘ１〜ｘ８および第二裏側電極ｙ１〜ｙ８を第二基材３０に印刷できない場合（例えば、第二基材３０が発泡体製の場合）に有効である。

【0110】

第三実施形態の絶縁スペーサ２５、３５における荷重分散抑制溝２５０、３５０の位置、配置数、溝深さは特に限定しない。図１４に、その他の実施形態（その１）のハイブリッドセンサの絶縁スペーサの上面図を示す。なお、図１２と対応する部位については、同じ符号で示す。太線で示すのは、溝深さが深い荷重分散抑制溝２５０、３５０である。一方、細線で示すのは、溝深さが浅い荷重分散抑制溝２５０、３５０である。図１４に示すように、合計６４個の重複部Ａを、１６個ずつ四等分するように、溝深さが深い荷重分散抑制溝２５０、３５０を配置してもよい。溝深さが深いほど、荷重分散抑制溝２５０、３５０が形成されている部分の上下方向厚さが薄くなる。このため、水平方向のばね定数が小さくなる。したがって、荷重が水平方向に分散するのを抑制することができる。

【0111】

図１５に、その他の実施形態（その２）のハイブリッドセンサの絶縁スペーサの上面図を示す。図１６に、その他の実施形態（その３）のハイブリッドセンサの絶縁スペーサの上面図を示す。なお、これらの図において、図１２と対応する部位については、同じ符号で示す。図１５、図１６にハッチングで示すように、荷重分散抑制溝の代わりに、荷重分散抑制孔２５１、３５１を配置してもよい。荷重分散抑制孔２５１、３５１は、長孔状を呈している。また、荷重分散抑制孔２５１、３５１は、絶縁スペーサ２５、３５を、上下方向に貫通している。絶縁スペーサ２５、３５において荷重分散抑制孔２５１、３５１が形成されている部分は、荷重分散抑制孔２５１、３５１が形成されていない部分と比較して、水平方向のばね定数が小さくなる。このため、荷重が水平方向に分散するのを抑制することができる。

【0112】

また、図１２、図１４に示す荷重分散抑制溝２５０、３５０と、図１５、図１６に示す荷重分散抑制孔２５１、３５１と、を並置してもよい。例えば、隣り合う荷重分散抑制孔２５１、３５１間に荷重分散抑制溝２５０、３５０を介在させてもよい。また、荷重分散抑制溝２５０、３５０は、絶縁スペーサ２５、３５の上面および下面のうち、少なくとも一方に配置すればよい。また、図１２に示す荷重分散抑制溝２５０、３５０に沿って、絶縁スペーサ２５、３５を個片状に分割してもよい。

【0113】

また、荷重分散抑制溝２５０、３５０、荷重分散抑制孔２５１、３５１は、複数の重複部Ａをまとめて仕切るように配置してもよい。例えば、図１４に太線で示すように、１６個の重複部Ａをまとめて仕切る荷重分散抑制溝２５０、３５０だけを配置してもよい。

【0114】

第一基材２０、第二基材３０に用いられるエラストマーの材質は特に限定しない。エラストマーは、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムから選ばれる一種以上を含んでいてもよい。こうすると、第一基材２０、第二基材３０の比誘電率が高くなる。このため、静電容量を大きくすることができる。

【0115】

第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８、第二表側電極ｘ１〜ｘ８、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８に用いられるエラストマーの材質は特に限定しない。エラストマーは、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどを含んでいてもよい。

【0116】

第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８、第二表側電極ｘ１〜ｘ８、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８に用いられる導電性フィラーの材質は特に限定しない。導電性フィラーは、炭素材料および金属から選ばれる一種以上からなるものであってもよい。金属としては、導電性の高い銀、銅等が好適である。よって、導電性フィラーとして、銀、銅等の微粒子、あるいは表面に銀等のめっきを施した微粒子を使用することができる。また、炭素材料は、導電性が良好で、比較的安価である。このため、炭素材料からなる導電性フィラーを用いると、ハイブリッドセンサ１の製造コストを低減することができる。炭素材料としては、例えば、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラファイト、導電性炭素繊維などが挙げられる。特に、導電性カーボンブラック、グラファイト、導電性炭素繊維は、導電性が良好で、比較的安価である。このため、これらの材料を用いると、ハイブリッドセンサ１の製造コストを削減することができる。

【0117】

保護層２１、第一表側絶縁層２２、第一裏側絶縁層２３、第二表側絶縁層３２、第二裏側絶縁層３３に用いられるエラストマーの材質は特に限定しない。エラストマーは、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレン共重合体ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレンゴムなどを含んでいてもよい。

【0118】

下敷層３４の材質は、特に限定しない。エラストマーの場合は、エチレン−プロピレン共重合ゴムなどにオイルを多量に充填させた配合物を用いてもよい。発泡体の場合は、ポリエチレン発泡体、ポリスチレン発泡体を用いてもよい。繊維の立体編物の場合は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維などの繊維を使って立体的に編んだものや、短繊維を立体的に布に熱融着させたものを用いてもよい。

【0119】

また、下敷層３４の材質として、ゲルエラストマーを用いてもよい。ゲルエラストマーは、非常に柔軟である。加えて、応力−歪み曲線におけるヒステリシスが小さい。このため、元の形状への復元が速い。したがって、一つの入力動作に要する時間が短くて済む。また、ゲルエラストマーのタック力は大きい。このため、下敷層３４と第二裏側絶縁層３３とを積層させるだけで、両部材を貼着することができる。

【0120】

下敷層３４用のゲルエラストマーとしては、シリコーンゲル、ウレタンゲル、およびオイル成分が配合された熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上を用いてもよい。こうすると、所望の軟らかさ、復元性を有する下敷層３４を作製しやすい。

【0121】

ここで、オイル成分が配合された熱可塑性エラストマーとしては、全体質量を１００質量％とした場合に、オイル成分が７０質量％以上含有されているものが望ましい。熱可塑性エラストマーとしては、Ａ−Ｂ−Ａの三部構造を有するものが望ましい。ここで、Ａは剛直性ポリマー（ポリスチレン、官能基ポリマー等）、Ｂはエラストマー性ポリマー（ポリブチレン、ポリエチレン、ポリ（エチレン／プロピレン）、ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）、水素化ポリ（イソプレン、ブタジエン、イソプレン−ブタジエン）、ポリ（エチレン／ブチレン＋エチレン／プロピレン））である。なかでも、超高分子のポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）−ポリスチレン構造をもつものが好適である。また、オイル成分としては、パラフィン性白ミネラルオイル、パラフィン、イソパラフィン、ナフテンオイル、ポリブチレン、ポリプロピレン、ポリテルペン、ポリ−β−ピネン、水素化ポリブタン、ポリブタン（ポリブタンポリマーの一端にエポキシド基を有する）等が挙げられる。

【0122】

また、中間層４用の導電性繊維としては、前記導電性フィラーを含む繊維を用いてもよい。また、中間層４は、織布製、編布製、不織布製、エラストマー製などであってもよく、これらの外面に導電性塗料を塗布したものでもよい。

【0123】

また、中間層４自体が、例えば第一表側電極Ｘ１〜Ｘ８、第一裏側電極Ｙ１〜Ｙ８、第二表側電極ｘ１〜ｘ８、第二裏側電極ｙ１〜ｙ８などに用いられるような、導電性塗料製であってもよい。この場合、中間層４を、第一裏側絶縁層２３、第二表側絶縁層３２、絶縁スペーサ２５、絶縁スペーサ３５に、塗布（例えばスクリーン印刷など）してもよい。

【0124】

本発明のハイブリッドセンサは、スマートフォン、パソコン、携帯電話、ゲームなどのタッチパネル、タッチスクリーン、入力インターフェイス装置などとして利用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】