(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
検知電極を立体的に形成したタッチ入力装置が開発されている。たとえば
図11に示す従来のタッチ入力装置100は、立体的になった電極形成プレート102、その電極形成プレート102に配置された複数の検知電極104を備える。
【0003】
電極形成プレート102は曲面、複数の平面、またはそれらを組み合わせた形状になっている。検知電極104が電極形成プレート102に配置されるため、検知電極104の配置が立体的になる。電極形成プレート102をタッチした際、その触れる位置によって静電容量の変化する検知電極104が異なる。その検知電極104における静電容量の変化を制御回路(図示省略)で検出することで、指が触れた電極形成プレート102の位置を特定することができる。電極形成プレート102が立体形状であるため、電極形成プレート102を見なくても、電極形成プレート102の面の形状や傾きなどから電極形成プレート102のどの位置を指で触れているかが認識できる。電極形成プレート102のそれぞれの位置に別々の検知電極104を配置しておくことで、電極形成プレート102に触れている位置で、異なる検知電極104の静電容量を変化させることができる。すなわち、電極形成プレート102に触れる感触で操作することが可能になる。
【0004】
しかし、電極形成プレート102の外方に、各検知電極104から信号を取り出すための配線を引き回したり、電極形成プレート102にフレキシブルコネクタを接続したりするため、配線スペースが必要となる。そのため、タッチ入力装置100の周囲の配線スペースを筐体106で隠す必要が生じ、意匠的な自由度が低くなる。またタッチ入力装置100を製品108に組み込む際に、タッチ入力装置100の上に筐体106をかぶせる必要があるため、既設の筐体106にタッチ入力装置100を後付けで嵌め込むような取り付けができず、組立上の制約が生じる。
【0005】
下記特許文献にも立体的なタッチ入力装置100が開示されているが、
図11のタッチ入力装置100と同様の構成であり、配線を引き回したりするスペースが必要になる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明のタッチ入力装置について図面を用いて説明する。図面は模式的に示しており、説明の便宜上、図面によって大きさの異なる場合がある。
【0016】
[実施形態1]
図1に断面を示すタッチ入力装置10は、電極形成プレート12、電極形成プレート12に形成された検知電極14a、14b、基板16、その基板16に実装された制御回路18、電極形成プレート12に形成された突状体20、突状体20に形成された接続導電部22を備える。
【0017】
電極形成プレート12は板体であり、その形状は曲面、平面、またはそれらの組み合わせた立体的な形状である。たとえば、
図1の電極形成プレート12のように波状を示す。その他の電極形成プレート12の形状として、1つまたは複数の曲面、複数の平面、または曲面と平面を組合せて形成した、凸状凹状またはそれら組合せた形状としてもよい。電極形成プレート12の厚みは、たとえば約0.5〜5mmである。電極形成プレート102に触れる位置の形状や傾きから、電極形成プレート102のどの位置に触れているのかを認識することができる。
【0018】
電極形成プレート12の材料は、樹脂成型や切削等で立体形状にできる素材であれば特に限定されないが、三次元形状の電極形成プレート12の表面に検知電極14a、14bなどの導電パターンを形成する必要があるため、例えばレーザーダイレクトストラクチャリング(Laser Direct Structuring:LDS)法など、電極形成プレート12の表面に導電性パターンを形成することが可能な材料が好ましい。LDS法を用いる場合、LDS添加剤を樹脂に添加したもので電極形成プレート12を成型したり、または電極形成プレート12の成型後に表面にLDS添加剤を塗布することで形成する。
【0019】
LDS法を用いる場合、電極形成プレート12は熱可塑性樹脂から形成されることが好ましい。例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン系樹脂のアロイ、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド樹脂のアロイ、熱可塑性ポリエステル樹脂、メチルメタクリレート/アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合樹脂、メチルメタアクリレート/スチレン共重合樹脂、メチルメタアクリレート樹脂、ゴム強化メチルメタアクリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリ乳酸系樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等が挙げられる。本発明では、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂が好ましく用いられ、基板16本体に直接はんだ付けもできる耐熱性を有する点でポリアミド樹脂を用いることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂は、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。樹脂は、透明であっても有色であっても良い。
【0020】
LDS添加剤は、レーザーによって活性化され、その後に無電解めっきによって金属が形成できるものであればよく、従来から知られているものを採用することができる(例えば、特開2014-074159を参照)。たとえば添加剤として銅を含む酸化物が挙げられ、樹脂100重量部に対して1〜30重量部の添加剤が添加される。
【0021】
検知電極14a、14bは電極形成プレート12の表面に形成されている。検知電極14a、14bは複数の第1検知電極14aと複数の第2検知電極14bからなる。電極形成プレート12の第1面24に第1検知電極14a、第2面26に第2検知電極14bが形成されている。検知電極14a、14bを覆う薄膜のコーティングを設けても良い。
【0022】
図2に示すように、各検知電極14a、14bは、多角形を線状でつなぎ合わせた形状や線状になっている。なお、多角形や線状の内部を網目状にしても良く、さらに検知電極14a、14bの形状も特に限定されない。第1検知電極14a同士および第2検知電極14b同士が接触しないように平行に並べられる。電極形成プレート12を平面視すると、第1検知電極14aは一方向を向いており、第2検知電極14bは第1検知電極14aに対して垂直方向を向いている。
【0023】
電極形成プレート12のどの位置に触れるかによって、検知電極14a、14bの静電容量の変化する位置が異なる。上記のように電極形成プレート12の形状や傾きからどの位置に触れているかを認識でき、電極形成プレート12を見ずに所望の位置の検知電極14a、14bの静電容量を変化させることができる。
【0024】
基板16はガラスクロスエポキシ樹脂基板、セラミック基板または金属ベース基板などの周知の回路基板である。
【0025】
基板16の平面28に対する垂直方向に電極形成プレート12が配置される。基板16または電極形成プレート12を平面視した場合に、電極形成プレート12と基板16が重なる。なお、電極形成プレート12と基板16は完全に重ならなくても良いが、電極形成プレート12の内方に基板16が配置されることが好ましい。基板16が電極形成プレート12からはみ出さず、タッチ入力装置10をコンパクトにできる。なお、タッチ入力装置10を適用する装置によっては、基板16の一部が電極形成プレート12からはみ出しても良い。
【0026】
基板16に検知電極14a、14bの静電容量の変化を検出するための制御回路18が実装される。制御回路18はICなどの電子部品30および電子部品30を接続する配線(図示省略)で構成される。制御回路18は、検知電極14a、14bに所定の信号を印加し、静電容量の変化による信号の変化を検出する。
【0027】
突状体20は、樹脂成型時に電極形成プレート12と一体に形成されることが製造工程上好ましいが、電極形成プレート12と同一材料であることに限定はされない。突状体20は電極形成プレート12から基板16に向けて形成されており、基板16に接合される。突状体20と基板16は、はめ込み、はんだ付け、ネジ止め、接着剤による固定など、種々の方法で接合される。電極形成プレート12と基板16との距離が位置によって変化するため、突状体20同士で高さが異なる場合がある。
【0028】
突状体20は、電極形成プレート12の第2面26から突出するように形成される。
図1に示す突状体20の形状は柱状であるが、
図1の形状に限定されない。たとえば、突状体20の断面は多角形や円形に限られず、任意の形状であって良い。また、突状体20の断面積を徐々に変化させていき、基板16に対して支持体表面が傾斜していても良い。突状体20の形状をテーパー状にすることが、強度や基板16との接合のし易さから好ましい。
【0029】
接続導電部22は、突状体20の一部または全体を導電性にすることで形成される。LDS法などを用いる場合、接続導電部22は突状体20の表面に形成されており、検知電極14a、14bと制御回路18に電気的に接続される。検知電極14a、14bと接続導電部22は一体的に形成されて接続されることが好ましい。接続導電部22と制御回路18との接続は、はめ込み接続や、はんだ付けまたは導電性接着剤で接合なども手段で接続できる。
【0030】
第1検知電極14aを制御回路18に接続するために、電極形成プレート12に貫通穴32を設け、接続導電部22が貫通穴32を通過するようにする(
図1、
図3(a))。貫通穴32を通過した接続導電部22が第1検知電極14aと制御回路18に接続される。第2検知電極14bは突状体20に形成された接続導電部22に直接接続される(
図1、
図3(b))。なお、
図3(b)では第2検知電極14bの中央に突状体20が設けられているが、静電容量変化の検知への影響や、製造上の影響を考慮して好ましい位置に突状体20を設けてよい。
【0031】
電極形成プレート12の一面24側にカバー34を設ける。カバー34は第1検知電極14aを直接タッチすることを防止し、第1検知電極14aを保護する。カバー34は樹脂などの絶縁体である。電極形成プレート12をカバー34の表面形状に沿った形状にすると、カバー34の表面をタッチした際の静電容量変化の検知感度のバラツキが小さくなるため、好ましい。
【0032】
図1のように、少なくとも検知電極14a、14bが製品の筐体40の表面から突出するように取り付けられる。突出しているカバー34の表面全体が入力部になるため、タッチ入力装置10を見なくても、手探りでタッチできる。
【0033】
次に本発明のタッチ入力装置10の製造方法について説明する。(1)射出成型や切削加工などの方法によって電極形成プレート12および突状体20を所望の形状に形成する。電極形成プレート12と突状体20が一体になるように形成することが好ましい。使用する材料は上述したLDS添加剤を含有する樹脂が好ましい。以下、電極形成プレート12と突状体20に、LDS法で導電性パターンを形成する方法について示す。
【0034】
(2)LDS添加剤を含有する樹脂で形成した電極形成プレート12と突状体20にレーザーを照射する。レーザーを照射する位置は検知電極14a、14bおよび接続導電部22を形成する位置である。レーザー照射によって電極形成プレート12および突状体20の添加剤が活性化される。使用するレーザーはファイバーレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザーなどでの公知のレーザーから適宜選択することができ、レーザー照射の条件は、例えば波長200〜1200nm、出力は1〜20Wである。
【0035】
(3)上記レーザーを照射した位置に検知電極14a、14bおよび接続導電部22を形成する。検知電極14a、14bおよび接続導電部22の形成方法は、無電解めっきと電解めっきを利用する。メッキ液は限定されないが、金属成分として銅、ニッケル、金、銀、またはパラジウムなどを含むメッキ液を使用する。以上のように、本実施形態ではLDS法で検知電極14a、14bと接続導電部22を形成する。
【0036】
(4)基板16に制御回路18を実装する。この実装は上記(1)〜(3)の工程とは別工程で進める。
【0037】
(5)突状体20を基板16に固定する。固定方法は任意であり、突状体20の端部を基板16にはめ込んだり、はんだ付けしたり、ネジ止めしたり、接着したりする。
【0038】
(6)接続導電部22と制御回路18とを、嵌め込み接続やはんだ付けなどの方法で電気的に接続する。上記(5)の工程の前に、接続導電部22と制御回路18の接続部分にはんだを印刷しておき、リフローによってはんだ付けしてもよい。制御回路18と検知電極14a、14bが電気的に接続され、タッチの検出が可能になる。
【0039】
(7)必要に応じて電極形成プレート12の表面にカバー34を取り付け、所望の装置の筐体40にタッチ入力装置10を取り付ける。取り付け方法、筐体40に設けられた開口42にタッチ入力装置10をはめ込むことができれば、任意の方法で取り付けることができる。制御回路18を実装した基板16がタッチ入力装置10に取り付けられていて、制御回路18を筐体40に別途固定する必要は無く、タッチ入力装置10の筐体40への取り付けが容易になる。
【0040】
以上のように、突状体20に接続導電部22を形成しているため、電極形成プレート12に配線を引き回したり、フレキシブルコネクタを接続したりしていない。そのため、従来と同じように筐体をかぶせる必要もなく、タッチ入力装置10の製品への組み込みの自由度が高い。電極形成プレート12に配線を引き回すためのスペースを確保する必要もなく、立体的になった電極形成プレート12の全面を入力部として利用することも可能である。電極形成プレート102を立体的に形成することで、タッチする位置を認識する効果を最大限生かすことができる。
【0041】
[実施形態2]
図4(a)、(b)のタッチ入力装置50a、50bのように、2枚の電極形成プレート12e、12fを備え、一の電極形成プレート12eに第1検知電極14aを形成し、他の電極形成プレート12fに第2検知電極14bを形成しても良い。各電極形成プレート12e、12fのいずれかの面に検知電極14a、14bが形成される。
図5では他の電極形成プレート12fを基板16側にして説明するが、一の電極形成プレート12eが基板16側になっても良い。
【0042】
各電極形成プレート12e、12fにおける互いの対向面に検知電極14a、14bが形成された場合、検知電極14a、14b同士が短絡しないように隙間52を設ける。その隙間52に絶縁体を配置しても良い。またなお
図4(a)のように、検知電極14a、14b同士が対向していなくても、隙間52を設けることも可能である。
【0043】
他の電極形成プレート12fには、一の電極形成プレート12eに形成された突状体20が通過する開口54を設ける。突状体20が開口54を通過し、基板16に固定される。突状体20と一緒に接続導電部22も開口54を通過し、第1検知電極14aが制御回路18に電気的に接続できるようになる。
【0044】
図5のタッチ入力装置50cのように、電極形成プレート12e、12fの少なくとも一方に凹部56を設け、凹部56に検知電極14aまたは14bを形成しても良い。電極形成プレート12e、12fの凹部56でない箇所が凸部58になり、凸部58が他方の電極形成プレート12e、12fまたは電極14a、14bに接する。電極14a、14bが凹部56からはみ出さないことで、短絡を防止できる。
【0045】
図4、5の場合、カバー34が無くても一の電極形成プレート12eの第1検知電極14aが指で直接触れることは無いため、カバー34を省略しても良い。
【0046】
[実施形態3]
第1検知電極14aと第2検知電極14bを電極形成プレート12の同一面に形成しても良い。電極形成プレート12の枚数が1枚で良く、薄型化できる。
図6に、第1検知電極14aと第2検知電極14bの交差位置において、いずれか一方の検知電極14a、14bが分割された構成を示す。説明では第1検知電極14aを分割することとする。分割された第1検知電極14aは第2検知電極14bに短絡させずに導通させる必要がある。導通方法は以下の方法が有る。
【0047】
図6のように、第1検知電極14aの分割された部分ごとに突状体20を設ける。突状体20には接続導電部22が形成されており、基板16で接続導電部22が同一電位になるように接続する。その方法として制御回路18から各接続導電部22に同時に信号を印加し、分割された部分に同時に信号が印加されるようにする。また、第1検知電極14aの分割された部分と接続導電部22とが直列接続になるように基板16上に回路を形成しても良い。いずれの方法であっても、電気的に1本の第1検知電極14aが形成される。基板16に制御回路18を実装する際に、同時に第1検知電極14aを導通させるための回路も形成することができ、製造工程を複雑にしない。
【0048】
図7のように分割された第1検知電極14aをジャンパー70によって接続しても良い。ジャンパー70は第2検知電極14bに対して絶縁されている。ジャンパー70としては0オームのチップ抵抗での接続が挙げられる。簡単な方法で1本の第1検知電極14aになるように導通させることができる。
【0049】
なお、
図6と7は、第1検知電極14aを第2検知電極14bとの交差位置で分割しているが、交差位置以外の位置で分割してもよい。分割された部分は、
図6のように基板16上で同電位になるようにしたり、
図7のようにジャンパー70で接続したりする。
【0050】
[実施形態4]
図8のタッチ入力装置80のように、電極形成プレート12の一部が基板16に対して垂直または垂直に近い角度で形成された側面部82があっても良い。電極形成プレート12の側面部82が基板16に対して垂直または垂直に近い角度である場合であっても、その側面部82に検知電極14a、14bを形成しても良い。検知電極14a、14bを形成できる領域が広く、タッチ入力装置80の設計の自由度が高い。
【0051】
[実施形態5]
図9のタッチ入力装置90のように、1本の突状体20に複数本の接続導電部22を形成しても良い。突状体20の本数を少なくでき、樹脂成型しやすくなる。
【0052】
[実施形態6]
第1検知電極14aに対する第2検知電極14bの方向は垂直方向に限定されず、交差すれば他の角度であっても良い。また、検知電極は上記の第1検知電極14aと第2検知電極14bに限定されない。たとえば、
図10はドーム状の電極形成プレート12cに1種類の検知電極14を並べている。なお、
図10では、接続導電部22が各突状体20において一方面側に形成されている。これは、電極形成プレート12の一方向からレーザー照射することで、検知電極14a、14bと接続導電部22のパターンを効率的に形成したものである。そのため、レーザーの照射線上に突状体20が重ならないように、突状体20を配置している。
【0053】
[実施形態7]
接続導電部22は突状体20に設けられていたが、他の構成であっても良い。たとえば、電極形成プレート12と基板16の間の空間において、ワイヤーなどの金属線で検知電極14a、14bと制御回路18を接続する。金属線が接続導電部22の役割を果たす。この場合、突状体20を設けずに、電極形成プレート12と基板16の間に柱体(ネジ等を含む)などのスペーサを配置し、電極形成プレート12を支えることも可能である。また、上記スペーサーになる柱体が金属製のネジやリベットなどであれば、金属線の代わりに柱体が接続導電部22になっても良い。電極形成プレート22に金属製のネジなどを取り付けて制御回路18に接続する。
【0054】
[実施形態8]
検知電極14a、14bと接続導電部22の形成方法は上記実施形態に限定されない。通常の無電解めっきと電解めっきによって検知電極14a、14bと接続導電部22を形成しても良い。また、導体箔を接着剤で電極形成プレート12と突状体20に接着し、検知電極14a、14bと接続導電部22にしても良い。
【0055】
製造の段階で電極形成プレート12と突状体20が一体に形成され、検知電極14a、14bと接続導電部22が一体に形成されたが、それぞれ別々に形成し、後で一体になるようにしても良い。電極形成プレート12と突状体20とを異なる材料としてもよく、例えば電極形成プレート12を形成した後、金属製のピンを接続導電部22の機能を備えた突状体20として用いてもよい。
【0056】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明に挙げた材料等は一例であり、同様の作用、機能を奏する材料等に変更しても良い。各実施形態は独立的なものではなく、各実施形態を組み合わせて実施しても良い。