特開 2024-34390 感圧スイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024034390

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】感圧スイッチ

(51)【国際特許分類】

   H01H 13/00 20060101AFI20240306BHJP

   H01G 5/013 20060101ALI20240306BHJP

   H01G 5/06 20060101ALI20240306BHJP

   H01H 36/00 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

H01H13/00 B

H01G5/013 300

H01G5/06 P

H01G5/06 N

H01H36/00 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022138594

(22)【出願日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 真輔

【テーマコード（参考）】

5G046

5G206

【Ｆターム（参考）】

5G046AA01

5G046AA09

5G046AC21

5G206AS34K

5G206AS50K

5G206BS13K

5G206HS12

5G206KS07

(57)【要約】

【課題】ヒステリシスが抑制された荷重―容量特性を有し且つストロークを短くできる感圧スイッチを提供する。
【解決手段】感圧スイッチは、凹部が形成され、凹部の周囲に配置される第１接続端子２１、及び凹部の底面に配置される平板状の第２接続端子２２を有する基板１０と、凹部に配置され、第２接続端子に接触する誘電体１１と、誘電体１１の上方に誘電体から離隔して配置される可とう性部材４０、及び可とう性部材の剛性よりも高い剛性を有し、可とう性部材に少なくとも一部が埋入される剛性部材３０を有し、下面が第１接続端子に接触する導電シート１３と、を有し、剛性部材３０は、上板部３１と、上板部の一端から誘電体に向かって延伸する第１脚部３２と、上板部３１の他端から誘電体１１に向かって延伸する第２脚部３３と、第１脚部３２の下端に一端が接続された第１下板部３４と、第２脚部３３の下端に一端が接続された第２下板部３５とを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

凹部を形成された基板と、
前記凹部の周囲に配置される第１接続端子と、
前記凹部の底面に配置される第２接続端子と、
前記第２接続端子に接触するように前記凹部内に配置された誘電体と、
前記誘電体の上方に前記誘電体から離間して配置され、下面が前記第１接続端子と接触する導電性シートと、を有し、
前記導電性シートは、可とう性部材と、前記可とう性部材よりも高い剛性を有し、且つ、前記可とう性部材に少なくとも一部が埋入される剛性部材とから構成される、
ことを特徴とする感圧スイッチ。

【請求項2】

前記剛性部材は、上板部と、前記上板部の一端から前記誘電体の方向に向かって伸延する第１脚部と、前記上板部の他端から前記誘電体の方向に向かって伸延する第２脚部と、前記第１脚部の下端と接続された第１下板部と、前記第２脚部の下端と接続された第２下板部と、を有する、請求項１に記載の感圧スイッチ。

【請求項3】

前記誘電体の導電シートに対向する表面に配置される第３接続端子を更に有する、請求項１に記載の感圧スイッチ。

【請求項4】

前記上板部は、前記可とう性部材から露出するように配置される、請求項１に記載の感圧スイッチ。

【請求項5】

前記第１下板部及び前記第２下板部は、前記第１接続端子を覆い且つ前記誘電体を覆わないように配置される、請求項２に記載の感圧スイッチ。

【請求項6】

前記剛性部材は、
前記第２下板部の一端から前記誘電体の反対の方向に向かって延伸する第３脚部と、
前記第３脚部の上端に一端が接続される第２上板部と、
前記第２上板部の他端から前記誘電体に向かって延伸する第４脚部と、
前記第４脚部の下端に一端が接続された第３下板部と、
を更に有する、請求項２に記載の感圧スイッチ。

【請求項7】

前記剛性部材は、
前記第１脚部及び前記第２脚部が接続される端部以外の前記上板部の端部から前記誘電体に向かって延伸する第３脚部と、
前記第３脚部の下端に一端が接続され、前記上板部と平行に延伸する第３下板部と、を更に有する導電性部材であり、
前記第１下板部、前記第２下板部及び前記第３下板部の裏面は、前記可とう性部材から露出し、
前記第１下板部及び前記第２下板部の裏面は、前記第１接続端子に接触し、
前記第３下板部の裏面は、前記誘電体の表面に対向する、請求項１に記載の感圧スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、感圧スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォン等の移動体通信機器、及びタブレット装置等の電子機器に使用される操作スイッチとして感圧スイッチが用いられる。空隙を介して配置された誘電体と導電樹脂を有し、導電樹脂が押圧されたときの誘電体と導電樹脂との間の接触面積の変化を静電容量の変化として検出する感圧スイッチが知られている（例えば特許文献１を参照）。

【0003】

特許文献１に記載される感圧スイッチは、誘電体と、誘電体の一方の面側に取り付けられた第１の電極と、誘電体の他方の面側に配置された導電性の弾性部材である第２の電極と、第２電極と誘電体の他方の面との間を離隔するスペーサとを有する。特許文献１に記載される感圧スイッチは、押圧体によって誘電体が押下されることに応じて、第２電極と誘電体との間の接触面積を変化させることで、第１の電極、第２の電極及び誘電体により形成されるコンデンサの容量を変化させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０５－２７５２８３号公報

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載される感圧スイッチは、誘電体が押下されることに応じて弾性部材である第２の電極が変形するときに、誘電体が押下される押下動作時と誘電体が押下されなくなった後の戻り動作時との間で第２の電極の変形態様が相違する。特許文献１に記載される感圧スイッチでは、同一の荷重が印加されたときの第２の電極と誘電体との間の距離は、押下動作時よりも戻り動作時の方が長い。特許文献１に記載される感圧スイッチでは、同一の荷重が印加されたときの第２の電極と誘電体との間の距離が押下動作時よりも戻り動作時の方が長いので、押下動作時と戻り動作時との間で、同一の荷重が印加されたときの可変容量コンデンサの容量が相違する。特許文献１に記載される感圧スイッチでは、押下動作時と戻り動作時との間で、同一の荷重が印加されたときの容量が相違するため、印加される荷重を所定量まで増加させた後に減少させるときの容量変化を示す荷重―容量特性は、ヒステリシスを有する。

【0006】

また、特許文献１に記載される感圧スイッチでは、弾性部材である第２の電極を変形させるため、第２の電極の変形量に応じて、所定の荷重を印加するときの押下部材の移動距離であるストロークが大きくなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、このような課題を解決するものであり、ヒステリシスが抑制された荷重―容量特性を有し且つストロークを短くできる感圧スイッチを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る感圧スイッチは、凹部を形成された基板と、凹部の周囲に配置される第１接続端子と、凹部の底面に配置される第２接続端子と、第２接続端子に接触するように凹部内に配置された誘電体と、誘電体の上方に誘電体から離間して配置され、下面が第１接続端子と接触する導電性シートと、を有し、導電性シートは、可とう性部材と、可とう性部材よりも高い剛性を有し、且つ、可とう性部材に少なくとも一部が埋入される剛性部材とから構成される。

【0009】

また、本発明に係る感圧スイッチでは、剛性部材は、上板部と、上板部の一端から誘電体の方向に向かって伸延する第１脚部と、上板部の他端から誘電体の方向に向かって伸延する第２脚部と、第１脚部の下端と接続された第１下板部と、第２脚部の下端と接続された第２下板部と、を有することが好ましい。

【0010】

また、本発明に係る感圧スイッチは、誘電体の導電シートに対向する表面に配置される第３接続端子を更に有することが好ましい。

【0011】

また、本発明に係る感圧スイッチでは、上板部は、可とう性部材から露出するように配置されることが好ましい。

【0012】

また、本発明に係る感圧スイッチでは、第１下板部及び第２下板部は、第１接続端子を覆い且つ誘電体を覆わないように配置されることが好ましい。

【0013】

また、本発明に係る感圧スイッチでは、剛性部材は、第２下板部の一端から誘電体の反対の方向に向かって延伸する第３脚部と、第３脚部の上端に一端が接続される第２上板部と、第２上板部の他端から誘電体に向かって延伸する第４脚部と、第４脚部の下端に一端が接続された第３下板部とを更に有することが好ましい。

【0014】

また、本発明に係る感圧スイッチでは、剛性部材は、上板部の一端から誘電体に向かって延伸する第３脚部と、第３脚部の下端に一端が接続され、上板部と平行に延伸する第３下板部とを更に有する導電性部材であり、第１下板部、第２下板部及び第３下板部の裏面は、可とう性部材から露出し、第１下板部及び第２下板部の裏面は、第１接続端子に接触し、第３下板部の裏面は、誘電体の表面に対向することが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る感圧スイッチは、ヒステリシスが抑制された荷重―容量特性を有し且つストロークを短くできる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態に係る感圧スイッチの斜視図である。

【図2】図１に示すＡ－Ａ′線に沿う断面図である。

【図3】図１に示す感圧スイッチの分解斜視図である。

【図4】（ａ）は図１に示す回路基板の平面図であり、（ｂ）は図１に示す回路基板の底面図である。

【図5】図２に示す剛性部材の斜視図である。

【図6】図１に示す感圧スイッチから出力される電気信号に基づいて感圧を検知する検知システムのブロック図である。

【図7】図１に示す感圧スイッチの製造方法を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示し、（ｅ）は第５工程を示し、（ｆ）は第６工程を示す。

【図8】（ａ）は比較例に係る感圧スイッチの荷重―容量特性を示す図であり、（ｂ）は図１に示す感圧スイッチの荷重―容量特性を示す図であり、（ｃ）は比較例に係る感圧スイッチのストローク―荷重特性を示す図であり、（ｄ）は図１に示す感圧スイッチのストローク―荷重特性を示す図である。

【図9】第２実施形態に係る感圧スイッチの断面図である。

【図10】図９に示す導電シートの斜視図である。

【図11】第３実施形態に係る感圧スイッチの断面図である。

【図12】図１１に示す剛性部材の斜視図である。

【図13】（ａ）は図１及び１１に示す感圧スイッチ及び比較例に係る感圧スイッチの押下動作時の荷重―容量特性を示す図であり、（ｂ）は図１及び１１に示す感圧スイッチ及び比較例に係る感圧スイッチの押下動作時のストローク―荷重特性を示す図である。

【図14】第４実施形態に係る感圧スイッチの断面図である。

【図15】図１４に示す剛性部材の斜視図である。

【図16】第５実施形態に係る感圧スイッチの断面図である。

【図17】（ａ）は図１６に示す導電シートの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ－Ｂ′線に沿う断面図であり、（ｃ）は図１６に示す剛性部材の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る好適な実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、各図において同一、又は相当する機能を有するものは、同一符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。

【0018】

（第１実施形態に係る感圧スイッチの構成及び機能）
図１は第１実施形態に係る感圧スイッチの斜視図であり、図２は図１に示すＡ－Ａ′線に沿う断面図であり、図３は図１に示す感圧スイッチの分解斜視図である。

【0019】

感圧スイッチ１は、感圧センサとも称され、回路基板１０と、誘電体１１と、スペーサ１２と、導電シート１３、ガイド枠１４と、防水シート１５と、ケース１６とを有する。感圧スイッチ１は、押圧物によって押圧されたときに、押圧力の大きさを示す信号を不図示の外部検出装置に出力する。

【0020】

図４（ａ）は回路基板１０の平面図であり、図４（ｂ）は回路基板１０の底面図である。

【0021】

回路基板１０は、単に基板とも称され、基台２０、第１接続端子２１、第２接続端子２２、第１側面電極２３ａ、第２側面電極２３ｂ、第３側面電極２３ｃ及び第４側面電極２３ｄを有する。回路基板１０は、第１底面電極２４ａ、第２底面電極２４ｂ、第３底面電極２４ｃ及び第４底面電極２４ｄを更に備える。基台２０は、角が切りかけた略矩形状の平面形状を有し、誘電体１１を収容可能な凹部２５が形成される。第１接続端子２１及び第２接続端子２２は、銅等の導電性材料により形成された導電性薄膜である。第１接続端子２１は、略枠状の平面形状を有し、凹部２５の周囲を囲むように基台２０の表面に配置される。第２接続端子２２は、矩形状の平面形状を有する平板状の部材であり、凹部２５の底面に配置される。第２接続端子２２は、誘電体１１及び導電シート１３と共に、導電シート１３が押下されることに応じて容量が変化する可変コンデンサを形成する。誘電体１１、導電シート１３及び第２接続端子２２により形成される可変コンデンサは、感圧スイッチ１に内蔵されるコンデンサである。

【0022】

第１側面電極２３ａ、第２側面電極２３ｂ、第３側面電極２３ｃ及び第４側面電極２３ｄは、第１接続端子２１及び第２接続端子２２と同様に、銅等の導電性材料により形成された導電性薄膜であり、基台２０の四角に形成された切欠きに配置される。第１側面電極２３ａ及び第２側面電極２３ｂは、基台２０の表面において第１接続端子２１に電気的に接続され、第２接続端子２２とは絶縁される。第３側面電極２３ｃ及び第４側面電極２３ｄは、第１接続端子２１とは絶縁され、第１内部電極２６及び第２内部電極２７を介して、第２接続端子２２に電気的に接続される。第１内部電極２６は、第１接続端子２１及び第２接続端子２２の延伸方向に直交する方向に延伸する貫通電極又は導電性ビアとも称される円柱状の導電性部材であり、上端が第２接続端子２２に電気的に接続される。第２内部電極２７は、第１接続端子２１及び第２接続端子２２と平行に延伸するように基台２０の内部に配置される平板状の導電性部材であり、第３側面電極２３ｃ及び第４側面電極２３ｄ並びに第１内部電極２６に電気的に接続される。

【0023】

第１底面電極２４ａ、第２底面電極２４ｂ、第３底面電極２４ｃ及び第４底面電極２４ｄのそれぞれは、銅等の導電性材料により形成された導電性薄膜であり、基台２０の裏面の四角に配置される。第１底面電極２４ａは第１側面電極２３ａに電気的に接続され、第２底面電極２４ｂは第２側面電極２３ｂに電気的に接続され、第３底面電極２４ｃは第３側面電極２３ｃに電気的に接続され、第４底面電極２４ｄは第４側面電極２３ｄに電気的に接続される。第１底面電極２４ａ及び第２底面電極２４ｂは、第１側面電極２３ａ及び第２側面電極２３ｂを介して第１接続端子２１に電気的に接続される。第３底面電極２４ｃ及び第４底面電極２４ｄは、第３側面電極２３ｃ及び第４側面電極２３ｄ、第１内部電極２６並びに第２内部電極２７を介して第２接続端子２２に電気的に接続される。

【0024】

誘電体１１は、比誘電率１．０以上のチタン酸バリウム等の強誘電体材料により形成される矩形の平面形状を有する誘電体部材であり、底面が第２接続端子２２に接するように凹部２５の内部に配置される。誘電体１１は、不図示の銀ペースト等の導電性接着層を介して第２接続端子２２に接着されることで、第２接続端子２２に電気的に接続されると共に、凹部２５の内部に固定される。

【0025】

誘電体１１の導電シート１３に対向する表面の中央部には、第３接続端子１１ａが配置される。第３接続端子１１ａは、銅等の導電性部材により形成される円形の平面形状を有する薄膜であり、ガイド枠１４を介して導電シート１３が押下されたときに導電シート１３に接触する。導電シート１３が第３接続端子１１ａに接触して導電シート１３と第３接続端子１１ａとの間が導通すると、感圧スイッチ１に内蔵されるコンデンサは、第３接続端子１１ａの面積に応じた容量を有する。誘電体１１の表面に第３接続端子１１ａが配置されることで、導電シート１３が第３接続端子１１ａに１点で接触することに応じて所定の容量を有するコンデンサを形成することができる。

【0026】

スペーサ１２は、ポリイミド樹脂等の合成樹脂により形成され矩形の平板状の絶縁性部材であり、誘電体１１の上方に配置される。スペーサ１２は、円形状の貫通孔１２ａが中央部に形成される。

【0027】

導電シート１３は、剛性部材３０と、可とう性部材４０とから構成され、下面の外縁が第１接続端子２１に接触すると共に、下面の中央部が誘電体１１及び第３接続端子１１ａに対向するように配置される導電性のシート部材である。導電シート１３の下面の中央部は、スペーサ１２に形成される貫通孔１２ａを介して誘電体１１の上面の中央部と対向するように配置される。誘電体１１の上面と導電シート１３の下面との間の離隔距離は、スペーサ１２の厚さに相当する距離である。

【0028】

図５は、剛性部材３０の斜視図である。

【0029】

剛性部材３０は、銅により形成され、上板部３１と、第１脚部３２と、第２脚部３３と、第１下板部３４と、第２下板部３５とを有し、可とう性部材４０よりも高い剛性を有する。剛性部材３０は、第１下板部３４及び第２下板部３５の先端及び裏面を除き、可とう性部材４０に埋入される。上板部３１は、矩形状の平面形状を有し、一端に第１脚部３２の上端が接続され、他端に第２脚部３３の上端が接続される。上板部３１の第１脚部３２及び第２脚部３３に接続される両端の間の長さＬＵは、第１下板部３４の長手方向の長さＬＬ１及び第２下板部３５の長手方向の長さＬＬ２よりも短い。第１脚部３２及び第２脚部３３は、矩形の平面形状を有し、上板部３１の両端のそれぞれから誘電体１１に向かって延伸する。

【0030】

第１下板部３４は、第１脚部３２の下端に一端が接続され、上板部３１と平行に長手方向が延伸する板状の形状を有する。第１下板部３４は、長手方向に延伸する一対の辺の中央部に第１切欠き３６及び第２切欠き３７が形成される。第２下板部３５は、第２脚部３３の下端に一端が接続され、第１下板部３４の反対の方向に第１下板部３４と平行に長手方向が延伸する板状の形状を有する。第２下板部３５は、長手方向に延伸する一対の辺の中央部に第３切欠き３８及び第４切欠き３９が形成される。第１下板部３４及び第２下板部３５の先端は可とう性部材４０から突出すると共に、第１下板部３４及び第２下板部３５の裏面が可とう性部材４０から露出し、第１接続端子２１に接触する。

【0031】

可とう性部材４０は、シリコーン等の可とう性の合成樹脂に金属粉末又は導電性カーボンブラックを配合した導電性ゴムにより形成され、スペーサ１２を介して、誘電体１１の上方に配置される。なお、本実施形態では可とう性部材４０は導電性ゴムを使用したが、ポリイミドフィルムにアルミを蒸着したフィルムや、導電性の樹脂シートなどを使用してもよい。

【0032】

ガイド枠１４は、ポリイミド又はポリフタルアミド等の合成樹脂により形成される枠状の部材であり、導電シート１３の周囲を囲むように回路基板１０の基台２０の上面に配置される。ガイド枠１４は、導電シート１３を囲むように配置され、導電シート１３の配置位置を規定する位置決め部材として機能する。ガイド枠１４の外縁は、基台２０の外縁と一致する。ガイド枠１４の下面はアクリル樹脂系接着材等の合成系接着剤により基台２０の上面に接着され、ガイド枠１４の上面は合成系接着剤により防水シート１５の下面に接着される。なお、ガイド枠１４が接着性を有する部材で形成されるとき、ガイド枠１４と基台２０及びガイド枠１４と防水シート１５との間は、接着剤によって接着されなくてもよい。

【0033】

防水シート１５はポリイミド又はポリアミド等の防水性の高い合成樹脂により形成され、外縁がガイド枠１４に接着されることで導電シート１３を覆うように配置されることで、誘電体１１、スペーサ１２及び導電シート１３を水滴、湿気及び塵芥等から防護する。防水シート１５は、基部１５ａ、傾斜部１５ｂ及び押下面１５ｃを備える。基部は１５ａの外縁は、ガイド枠１４及び基台２０の外縁と一致する。傾斜部１５ｂは、リング状の平面形状を有し、基部１５ａの中央部から内側に傾斜しながら上方延伸する円錐面である。押下面１５ｃは、円形状の平面形状を有し、傾斜部１５ｂの内側に配置される。

【0034】

押下面１５ｃは、上方から押下されることに応じて下方に移動して、導電シート１３の上面に接触する。押下面１５ｃが更に押下されることに応じて、導電シート１３の下面は誘電体１１の上面と接触する。導電シート１３の下面が誘電体１１の上面と接触した後、押下面１５ｃが更に押下されると、導電シート１３の下面及び誘電体１１の上面が接触する接触面の面積が徐々に増加する。導電シート１３の下面及び誘電体１１の上面が接触する接触面の面積が増加することで、感圧スイッチ１に内蔵されるコンデンサの静電容量が増加する。感圧スイッチ１は、防水シート１５の押下面１５ｃが押下されることにより変化するコンデンサの静電容量を示す電気信号を第１底面電極２４ａ、第２底面電極２４ｂ、第３底面電極２４ｃ及び第４底面電極２４ｄから出力する。

【0035】

ケース１６は、ポリアミド樹脂等の剛性が高い合成樹脂により形成され、下面が合成系接着剤により防水シート１５の上面に接着される。ケース１６は、上面から下面に貫通する押下孔１６ａが形成される。押下孔１６ａの口径は、防水シート１５の傾斜部１５ｂの外形よりも長く、ケース１６の下面は、防水シート１５の基部１５ａの上面に接着される。ケース１６の下面は、ケース１６の下面と導電シート１３の上面が防水シート１５の基部１５ａを介して対向する対向面積、及びケース１６の重量に応じた固定圧力Ｐ１を導電シート１３に印加する。

【0036】

図６は、感圧スイッチ１から出力される電気信号に基づいて感圧を検知する検知システムのブロック図である。

【0037】

検知システム１００は、発振回路１０１、スイッチキャパシタ回路１０２、サンプルホールド回路１０３、モノステーブルマルチバイブレータ１０４、及び増幅器１０５を有する。スイッチキャパシタ回路１０２は、発振回路１０１の出力端子に接続される。サンプルホールド回路１０３は、スイッチキャパシタ回路１０２の出力端子に接続される。モノステーブルマルチバイブレータ１０４は、発振回路１０１とサンプルホールド回路１０３との間に接続される。増幅器１０５は、サンプルホールド回路１０３の出力端子に接続される。

【0038】

また、スイッチキャパシタ回路１０２は、感圧スイッチ１、オペアンプ１０６、基準コンデンサ１０７及びアナログスイッチ１０８を有する。基準コンデンサ１０７は、発振回路１０１とオペアンプ１０６の反転入力端子との間に接続される。感圧スイッチ１は、オペアンプ１０６の反転入力端子とオペアンプ１０６の出力端子の間に接続される。アナログスイッチ１０８は、感圧スイッチ１と並列に接続されると共に、発振回路１０１に接続される。

【0039】

感圧スイッチ１は、押下面１５ｃが押下されるときに導電シート１３の下面及び誘電体１１の上面が接触する接触面の面積が変化することで、静電容量が変化する可変容量コンデンサとして機能する。アナログスイッチ１０８を発振回路１０１の発信周期と同期してスイッチングさせると、基準コンデンサ１０７の静電容量Ｃｒと感圧スイッチ１の静電容量Ｃｓの比Ｃｒ／Ｃｓに比例した半波の振幅変調の出力Ｖｏｕｔが得られる。ここで、Ｖｐは基準コンデンサ１０７と感圧スイッチ１への印加電圧である。
Ｖｏｕｔ＝－Ｖｐ・（Ｃｒ／Ｃｓ）

【0040】

発振回路１０１の出力信号を受けるモノステーブルマルチバイブレータ１０４は、タイミングパルスを生成してサンプルホールド回路１０３に与える。サンプルホールド回路１０３は、タイミングパルスを受けた時点のオペアンプ１０６の出力を保持して増幅器１０５に与える。検知システム１００により、感圧スイッチ１の静電容量Ｃｒに比例した出力Ｖｏｕｔを検出することが可能となる。

【0041】

（第１実施形態に係る感圧スイッチの製造方法）
図７は感圧スイッチ１の製造方法を示す図であり、図７（ａ）は第１工程を示し、図７（ｂ）は第２工程を示し、図７（ｃ）は第３工程を示し、図７（ｄ）は第４工程を示し、図７（ｅ）は第５工程を示し、図７（ｆ）は第６工程を示す。図７において、単一の感圧スイッチ１の製造工程が示されるが、感圧スイッチ１の製造工程では、複数の回路基板１０を連結した集合基板を使用して複数の感圧スイッチ１が一括して製造される。

【0042】

まず、第１工程において、複数の回路基板１０を連結した集合基板が準備される。次いで、第２工程において、複数の回路基板１０のそれぞれの凹部２５の内部に誘電体１１が収容された後に集合基板を加熱することで導電性接着層が硬化し、導電性接着層を介して第２接続端子２２に接着されることで誘電体１１が凹部２５に配置される。

【0043】

次いで、第３工程において、スペーサ１２の下面が誘電体１１の上面に接着されることで、スペーサ１２が誘電体１１の上方に配置される。次いで、第４工程において、一体化された導電シート１３及びガイド枠１４を回路基板１０の上面に配置した上で、ガイド枠１４の下面を回路基板１０の上面に接着することで、導電シート１３が誘電体１１の上方にスペーサ１２を介して配置される。

【0044】

次いで、第５工程において、防水シート１５の下面がガイド枠１４の上面に接着されることで、誘電体１１、スペーサ１２及び導電シート１３を覆うように防水シート１５が配置される。次いで、第６工程において、ケース１６の下面が防水シート１５の上面に接着されることで、ケース１６が防水シート１５の上方に配置される。そして、複数の回路基板１０に形成された感圧スイッチ１の間が切断されることで、感圧スイッチ１の製造工程が終了する。

【0045】

（第１実施形態に係る感圧スイッチの作用効果）
感圧スイッチ１では、導電シート１３は可とう性部材４０に埋入される剛性部材３０を有するので、導電シート１３の剛性は、可とう性部材４０によって形成される導電シートの剛性よりも高い。感圧スイッチ１では、導電シート１３が高い剛性を有するので、ヒステリシスが抑制された荷重―容量特性を有すると共に、ストロークを短くすることができる。

【0046】

図８（ａ）は比較例に係る感圧スイッチの荷重―容量特性を示す図であり、図８（ｂ）は感圧スイッチ１の荷重―容量特性を示す図である。図８（ｃ）は比較例に係る感圧スイッチのストローク―荷重特性を示す図であり、図８（ｄ）は感圧スイッチ１のストローク―荷重特性を示す図である。図８（ａ）及び８（ｂ）において、横軸は押下面１５ｃに印加される荷重を示し、感圧スイッチ１に内蔵されるコンデンサの容量を示す。図８（ｃ）及び８（ｄ）において、横軸はストロークを示し、縦軸は押下面１５ｃに印加される荷重を示す。図８（ａ）～８（ｄ）において、波形Ｗ１０１、波形Ｗ２０１、波形Ｗ３０１及び波形Ｗ４０１は押下動作時の特性を示し、波形Ｗ１０２、波形Ｗ２０２、波形Ｗ３０２及び波形Ｗ４０２は戻り動作時の特性を示す。

【0047】

図８（ａ）及び８（ｃ）に示す特性を示す比較例に係る感圧スイッチは、導電シートが可とう性部材４０を形成する材料と同一の材料によって形成され、剛性部材３０が埋入されないことが感圧スイッチ１と相違する。

【0048】

図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較すると、図８（ｂ）に示す感圧スイッチ１の荷重―容量特性におけるヒステリシス幅は、図８（ａ）に示す比較例に係る感圧スイッチの荷重―容量特性におけるヒステリシス幅よりも狭い。感圧スイッチ１の荷重―容量特性におけるヒステリシス幅が比較例に係る感圧スイッチの荷重―容量特性におけるヒステリシス幅よりも狭いので、ヒステリシスが抑制された荷重―容量特性を有することが確認された。

【0049】

図８（ｃ）と図８（ｄ）とを比較すると、感圧スイッチ１に５ｇｆの荷重が押下力として印加されるときのストロークは、比較例に係る感圧スイッチに５ｇｆの荷重が押下力として印加されるときのストロークよりも小さい。同一の荷重が押下力として印加されたときの感圧スイッチ１のストロークは、比較例に係る感圧スイッチのストロークよりも小さいので、感圧スイッチ１は、比較例に係る感圧スイッチよりもストロークが短いことが確認された。

【0050】

また、誘電体１１の導電シート１３に対向する表面に配置される第３接続端子１１ａを有するので、導電シート１３が第３接続端子１１ａに一点に接触することで、感圧スイッチ１に内蔵されるコンデンサは所定の容量を有することができる。感圧スイッチ１では、導電シート１３が第３接続端子１１ａに一点に接触することで、内蔵するコンデンサが所定の容量を有するので、押下面１５ｃが押下されることによる誘電体１１の上面と導電シート１３の下面との間の離隔距離の変化を高感度で検出できる。

【0051】

また、上板部３１の第１脚部３２及び第２脚部３３に接続される両端の間の長さＬＵは、第１下板部３４の長手方向の長さＬＬ１及び第２下板部３５の長手方向の長さＬＬ２よりも短い。感圧スイッチ１では、上板部３１の両端の間の長さＬＵを第１下板部３４及び第２下板部３５の長手方向の長さＬＬ１及びＬＬ２よりも短くすることで、導電シート１３が押下されたときの剛性部材３０の応力を大きくすることができる。感圧スイッチ１では、導電シート１３が押下されたときの剛性部材３０の応力が大きいので、押下力の増加に伴う誘電体１１の上面と導電シート１３の下面との接触面の面積の増加が抑制され、押下力が所定の荷重に達するときのストロークを短くすることができる。

【0052】

また、第１下板部３４及び第２下板部３５は、第１切欠き３６～第４切欠き３９が形成されるので、第１下板部及び第２下板部に切欠きが形成されない場合と比較して、低い荷重により変形が可能となる。感圧スイッチ１では、第１切欠き３６～第４切欠き３９が形成されることで、導電シート１３は、比較的低い荷重が押下力として印加されることにより変形が可能となるので、感圧スイッチ１に内蔵されるコンデンサは比較的低い押下力により容量変化が可能になる。

【0053】

（第２実施形態に係る感圧スイッチの構成及び機能）
図９は、第２実施形態に係る感圧スイッチの断面図である。図９は、図１に示すＡ－Ａ′線に沿う断面図に対応する断面図である。

【0054】

感圧スイッチ２は、導電シート１３ａを導電シート１３の代わりに有することが感圧スイッチ１と相違する。導電シート１３ａは、剛性部材５０を剛性部材３０の代わりに有することが導電シート１３と相違する。剛性部材５０以外の感圧スイッチ２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された感圧スイッチ１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0055】

図１０は、導電シート１３ａの斜視図である。

【0056】

剛性部材５０は、上板部５１、第１脚部５２及び第２脚部５３を上板部３１、第１脚部３２及び第２脚部３３の代わりに有することが剛性部材３０と相違する。上板部５１、第１脚部５２及び第２脚部５３以外の剛性部材５０の構成及び機能は、剛性部材３０と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0057】

上板部５１は、表面が可とう性部材４０から露出することが上板部３１と相違する。第１脚部５２及び第２脚部５３は、長さが第１脚部３２及び第２脚部３３の長さよりも長いことが第１脚部３２及び第２脚部３３と相違する。第１脚部５２及び第２脚部５３の長さは、上板部５１の表面が可とう性部材４０から露出するように設定される。

【0058】

感圧スイッチ２では、上板部５１が可とう性部材４０から露出するため、押下面１５ｃを押下する押下部材は、可とう性部材４０を介することなく上板部５１を押下する。感圧スイッチ２では、押下部材が可とう性部材４０を介することなく上板部５１を押下するので、上板部３１の表面と可とう性部材４０の表面との間に可とう性部材４０が介在しないため、ストロークを更に短くすることができる。

【0059】

（第３実施形態に係る感圧スイッチの構成及び機能）
図１１は、第３実施形態に係る感圧スイッチの断面図である。図１１は、図１に示すＡ－Ａ′線に沿う断面図に対応する断面図である。

【0060】

感圧スイッチ３は、導電シート１３ｂを導電シート１３の代わりに有することが感圧スイッチ１と相違する。導電シート１３ｂは、剛性部材６０を剛性部材３０の代わりに有することが導電シート１３と相違する。剛性部材６０以外の感圧スイッチ３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された感圧スイッチ１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0061】

図１２は、剛性部材６０の斜視図である。

【0062】

剛性部材６０は、上板部６１と、第１脚部６２と、第２脚部６３と、第１下板部６４と、第２下板部６５とを有する。上板部６１は、第１脚部６２及び第２脚部６３に接続される両端の間の長さＬＵｂが上板部３１の第１脚部３２及び第２脚部３３に接続される両端の間の長さＬＵよりも長いことが上板部３１と相違する。上板部６１の両端の間の長さＬＵｂは、上板部６１が誘電体１１を覆うように設定される。また、第１下板部６４の延伸方向の長さＬＬ１ｂ及び第２下板部６５の長手方向の長さＬＬ２ｂよりも長い。第１脚部６２及び第２脚部６３は、第１脚部３２及び第２脚部３３と同様に、矩形の平面形状を有し、上板部３１の両端のそれぞれから誘電体１１に向かって延伸する。

【0063】

第１下板部６４は、第１脚部６２の下端に一端が接続され、上板部６１と平行に延伸する板状の形状を有する。第２下板部６５は、第２脚部６３の下端に一端が接続され、第１下板部６４の反対の方向に第１下板部６４と平行に延伸する板状の形状を有する。第１下板部６４及び第２下板部６５は、第１接続端子２１を覆い且つ誘電体１１を覆わないように配置される。

【0064】

感圧スイッチ３は、感圧スイッチ１及び２と同様に、導電シート１３ｂが剛性部材６０を有するので、剛性部材が導電シートに埋入されない比較例に係る感圧スイッチと比較して、ヒステリシスが抑制された荷重―容量特性を有すると共に、ストロークを短くできる。

【0065】

図１３（ａ）は感圧スイッチ１及び３並びに比較例に係る感圧スイッチの押下動作時の荷重―容量特性を示す図であり、図１３（ｂ）は感圧スイッチ１及び３並びに比較例に係る感圧スイッチの押下動作時のストローク―荷重特性を示す図である。図１３（ａ）において、横軸は押下面１５ｃに印加される荷重を示し、縦軸は感圧スイッチ１に内蔵されるコンデンサの容量を示す。図１３（ｂ）において、横軸はストロークを示し、縦軸は押下面１５ｃに印加される荷重を示す。図１３（ａ）及び１３（ｂ）において、波形Ｗ５０１及び波形Ｗ６０１は感圧スイッチ１の特性を示し、波形Ｗ５０２及び波形Ｗ６０２は感圧スイッチ３の特性を示し、波形Ｗ５０３及び波形Ｗ６０３は比較例に係る感圧スイッチの特性を示す。

【0066】

図１３（ａ）及び１３（ｂ）に示す特性を示す比較例に係る感圧スイッチは、図８（ａ）及び８（ｃ）と同様に、導電シートが可とう性部材４０を形成する材料と同一の材料によって形成され、剛性部材が埋入されないことが感圧スイッチ１及び３と相違する。

【0067】

感圧スイッチ３は、導電シート１３ｂの上面が押下されたときに上板部６１が湾曲するため、感圧スイッチ１よりもストロークが長くなる。しかしながら、感圧スイッチ３は、剛性部材６０が導電シート１３ｂに埋入されるので、剛性部材が埋入されない比較例に係る感圧スイッチよりもストロークを短くすることができる。

【0068】

（第４実施形態に係る感圧スイッチの構成及び機能）
図１４は、第４実施形態に係る感圧スイッチの断面図である。図１４は、図１に示すＡ－Ａ′線に沿う断面図に対応する断面図である。

【0069】

感圧スイッチ４は、導電シート１３ｃを導電シート１３の代わりに有することが感圧スイッチ１と相違する。導電シート１３ｃは、剛性部材７０を剛性部材３０の代わりに有することが導電シート１３と相違する。剛性部材７０以外の感圧スイッチ４の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された感圧スイッチ１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0070】

図１５は、剛性部材７０の斜視図である。

【0071】

剛性部材７０は、第１上板部７１と、第２上板部７２と、第１脚部７３と、第２脚部７４と、第３脚部７５と、第４脚部７６と、第１下板部７７と、第２下板部７８と、第３下板部７９とを有する。第１上板部７１は、単に上板部とも称され、上板部３１と同様に、矩形状の平面形状を有し、一端に第１脚部７３の上端が接続され、他端に第２脚部７４の上端が接続される。第２上板部７２は、第１上板部７１と同様に、矩形状の平面形状を有し、一端に第３脚部７５の上端が接続され、他端に第４脚部７６の上端が接続される。

【0072】

第１脚部７３及び第２脚部７４は、矩形の平面形状を有し、第１上板部７１の両端のそれぞれから誘電体１１に向かって延伸し、第３脚部７５及び第４脚部７６は、矩形の平面形状を有し、第２上板部７２の両端のそれぞれから誘電体１１に向かって延伸する。第１脚部７３の下端は第１下板部７７の一端に接続され、第２脚部７４の下端は第２下板部７８の一端に接続される。第３脚部７５の下端は第２下板部７８の他端に接続され、第４脚部７６の下端は第３下板部７９の一端に接続される。すなわち、第１脚部７３は、第１下板部７７の一端から誘電体１１の反対の方向に向かって延伸して第１上板部７１の一端に接続される。第２脚部７４は、第２下板部７８の一端から誘電体１１の反対の方向に向かって延伸して第１上板部７１の他端に接続される。第３脚部７５は、第２下板部７８の他端から誘電体１１の反対の方向に向かって延伸して第２上板部７２の一端に接続される。第４脚部７６は、第３下板部７９の一端から誘電体１１の反対の方向に向かって延伸して第２上板部７２の他端に接続される。

【0073】

第１下板部７７は、第１脚部７３の下端に一端が接続され、第１上板部７１と平行に長手方向が延伸する板状の形状を有する。第２下板部７８は、第２脚部７４の下端に一端が接続されると共に第３脚部７５の下端に一端が接続され、第１上板部７１と平行に長手方向が延伸する板状の形状を有する。第３下板部７９は、第４脚部７６の下端に一端が接続され、第１下板部７７の反対の方向に第１下板部７７と平行に長手方向が延伸する板状の形状を有する。第１下板部７７及び第３下板部７９の先端は可とう性部材４０から突出すると共に、第１下板部７７及び第３下板部７９の裏面が可とう性部材４０から露出し、第１接続端子２１に接触する。第２下板部７８は、裏面が可とう性部材４０から露出し、下面が第３接続端子１１ａに対向するように配置される。

【0074】

（第５実施形態に係る感圧スイッチの構成及び機能）
図１６は、第５実施形態に係る感圧スイッチの断面図である。図１６は、図１に示すＡ－Ａ′線に沿う断面図に対応する断面図である。

【0075】

感圧スイッチ５は、導電シート１３ｄを導電シート１３の代わりに有することが感圧スイッチ１と相違する。導電シート１３ｄは、剛性部材８０を剛性部材３０の代わりに有することが導電シート１３と相違する。剛性部材８０以外の感圧スイッチ５の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された感圧スイッチ１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0076】

図１７（ａ）は導電シート１３ｄの斜視図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）に示すＢ－Ｂ′線に沿う断面図であり、図１７（ｃ）は剛性部材８０の斜視図である。

【0077】

剛性部材８０は、上板部８１と、第１脚部８２と、第２脚部８３と、第３脚部８４と、第１下板部８５と、第２下板部８６と、第３下板部８７とを有する。上板部８１は上板部３１と同様に、矩形状の平面形状を有し、一端の辺に第１脚部８２の上端が接続され、他端の辺に第２脚部８３の上端が接続されると共に、第１脚部８２及び第２脚部８３が接続される辺の間の辺に第３脚部８４の上端が接続される。

【0078】

第１脚部８２、第２脚部８３及び第３脚部８４は、矩形の平面形状を有し、上板部８１の３辺のそれぞれから誘電体１１に向かって延伸する。第１脚部８２及び第２脚部８３は上板部８１の対向する辺に接続され、第３脚部８４は第１脚部８２及び第２脚部８３が接続される上板部８１の対向する辺以外の辺に接続される。第１脚部８２の下端は第１下板部８５の一端に接続され、第２脚部８３の下端は第２下板部８６の一端に接続され、第３脚部８４の下端は第３下板部８７の一端に接続される。

【0079】

第１下板部８５は、第１脚部８２の下端に一端が接続され、Ｔ字型の形状を有する。第２下板部８６は、第２脚部８３の下端に一端が接続され、Ｔ字型の形状を有する。第３下板部８７は、第３脚部８４の下端に一端が接続され、上板部８１と平行に長手方向が延伸する板状の形状を有する。第１下板部８５及び第２下板部８６の先端は可とう性部材４０から突出すると共に、第１下板部８５及び第２下板部８６の裏面が可とう性部材４０から露出し、第１接続端子２１に接触する。第３下板部８７は、裏面が可とう性部材４０から露出し、第３接続端子１１ａに対向するように配置される。

【0080】

（変形例に係る感圧スイッチ）
感圧スイッチ１～４では、剛性部材３０、５０、６０及び７０は、導電性材料で形成されるが、実施形態に係る感圧スイッチでは、可とう性部材が導電性材料で形成されるとき、剛性部材は、可とう性部材よりも高い剛性を有する絶縁性部材であってもよい。

【0081】

また、感圧スイッチ４及び５では、可とう性部材４０は、導電性材料で形成されるが、感圧スイッチ４及び５では、剛性部材が導電性材料で形成されるとき、可とう性部材は、剛性部材よりも低い剛性を有する絶縁性部材であってもよい。

【0082】

また、感圧スイッチ１～５は、第３接続端子１１ａを有するが、実施形態に係る感圧スイッチは、第３接続端子１１ａを有さなくてもよい。また、感圧スイッチ１～５では、第３接続端子１１ａは、円形の平面形状を有するが、実施形態に係る感圧スイッチでは、第３接続端子は、矩形等の円形以外の平面形状を有してもよい。

【0083】

また、感圧スイッチ１～５は、上板部３１、５１、６１及び８１並びに第１上板部７１及び第２上板部７２は矩形の平面形状を有するが、実施形態に係る感圧スイッチでは、上板部は、円形等の矩形以外の平面形状を有してもよい。上板部が円形の平面形状を有するとき、第１脚部及び第２脚部は、上板部の対向する端部に接続される。また、感圧スイッチ５に対応する感圧スイッチでは、第３脚部は、第１脚部及び第２脚部が接続される端部以外の上板部の端部に接続される。

【0084】

また、感圧スイッチ１では、第１下板部３４及び第２下板部３５は、第１切欠き３６～第４切欠き３９が形成されるが、実施形態に係る感圧スイッチでは、第１下板部及び第２下板部は、切欠きが形成されなくてもよい。また、実施形態に係る感圧スイッチでは、第１下板部及び第２下板部は、切欠きと共に開口が形成されてもよく、切欠きの代わりに開口が形成されてもよい。

【0085】

また、実施形態に係る感圧スイッチでは、第１切欠き３６～第４切欠き３９が形成される代わりに、第１脚部３２及び第２脚部３３の延伸方向を調整することで、変形が可能となる荷重を調整することができる。例えば、第１脚部３２及び第２脚部３３の延伸方向を鉛直方向から水平方向に近い角度に変更することで、変形が可能となる荷重を低くすることができる。

【0086】

また、感圧スイッチ１～５では、剛性部材３０、５０、６０、７０及び８０は、下板部の先端が可とう性部材４０から突出するが、実施形態に係る感圧スイッチでは、剛性部材は、可とう性部材４０に少なくとも一部が埋入されていればよい。例えば、実施形態に係る感圧スイッチでは、剛性部材は、下板部の先端を含む全体が可とう性部材４０に埋入されてもよい。

【0087】

また、感圧スイッチ１～５では、第１接続端子２１の導電シート１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄに接触する接触面は、基台２０の表面の全面に亘って配置される。しかしながら、実施形態に係る感圧スイッチでは、第１接続端子２１は、切欠き及び開口が形成されてもよい。

【0088】

また、感圧スイッチ１～５では、ガイド枠１４は、外縁が基台２０の外縁と一致するように配置されるが、実施形態に係る感圧センサでは、ガイド枠の外縁は、基台２０の外縁よりも内側に配置されてもよい。ガイド枠の外縁が基台２０の外縁よりも内側に配置されるとき、ケースは、底面から基台２０の表面に向かってガイド枠の外面に沿って延伸する係合部が形成され、ガイド枠及びケースは、ガイド枠の外面とケースの係合部の内面とが係合するように配置される。ガイド枠の外面とケースの係合部の内面とが係合することによって、ケースは、ガイド枠及び基台２０に固定される。

【符号の説明】

【0089】

１～５ 感圧スイッチ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 回路基板
１１ 誘電体
１２ スペーサ
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 導電シート
１４ ガイド枠
１５ 防水シート
１６ ケース
３０、５０、６０、７０、８０ 剛性部材
４０ 可とう性部材

【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】

【図17】