JP6506119B2 - タッチ入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、種々の形状に適用できるタッチ入力装置に関するものである。

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。

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。

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。

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。

特許第３９７１９０７号 特許第４１２８３８５号 特開２０１１−１９２３９３

本発明の目的は、タッチ検出部（前記電極形成プレート１０２など）の外方に配線スペースが不要になる立体的なタッチ入力装置を提供することにある。

本発明のタッチ入力装置は、電極形成プレート、電極形成プレート表面に形成された検知電極、検知電極の静電容量の変化を検出する制御回路、制御回路を実装する基板、電極形成プレートと基板との間の空間において、検知電極と制御回路とを接続する接続導電部を備える。また、電極形成プレートに設けられ、基板に取り付けられた突状体の表面に接続導電部が形成されても良い。また、接続導電部自体が突状体であっても良い。

電極形成プレートは曲面、平面、またはそれらを組み合わせた形状であり、その表面の検知電極は立体的に配置される。電極形成プレートに突状体が形成されており、突状体の表面に接続導電部を備える。

検知電極は、第１検知電極と第２検知電極を備え、互いに交差しても良い。第１検知電極と第２検知電極の静電容量の変化で、電極形成プレートのどの位置にタッチされたかを特定する。

第１検知電極と第２検知電極は電極形成プレートの同一面に形成されていても良い。第１検知電極または第２検知電極が分割されており、分割された部分ごとに突状体が形成される。また、第１検知電極と第２検知電極の交差位置において、一方の検知電極が他方の検知電極に対して絶縁されながら交差しても良い。

本発明は、従来のように検知電極の端から電極形成プレートの外方に配線スペースを必要としない。電極形成プレートを平面視したときに、その内方に接続導電部を含む突状体が有るため、配線スペースが不要となり、全面がタッチ入力領域にできる。

第１検知電極と第２検知電極を電極形成プレートの同一面に形成することができ、薄型化も可能である。第１検知電極と第２検知電極の交差位置で第１検知電極と第２検知電極の絶縁を簡単な方法でおこなっている。

本発明のタッチ入力装置の断面図である。 検知電極の図であり、（ａ）は多角形をつなぎ合わせた検知電極であり、（ｂ）は線状の検知電極である。 図１の第１検知電極と接続電極の平面図であり、（ｂ）は第２検知電極と接続電極の平面図である。 ２枚の電極形成プレートを使用したタッチ入力装置の断面図である。 ２枚の電極形成プレートを使用し、電極形成プレートに凹部を設けたタッチ入力装置の断面図である。 分割された検知電極に支持体と接続電極を形成した図である。 分割された検知電極をジャンパーで接続した図である。 一部に基板に対して垂直な面を有する電極形成プレートの図である。 １本の支持体に複数本の接続電極を形成した図である。 電極を並べた図である。 従来のタッチ入力装置の図である。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

［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。

［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。

［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。

［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。

［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。

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。

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。

１０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、８０、９０：タッチ入力装置
１２、１２ｅ、１２ｆ：電極形成プレート
１４ａ、１４ｂ：検知電極
１６：基板
１８：制御回路
２０：突状体
２２：接続導電部
２４：第１面
２６：第２面
２８：基板の平面
３０：電子部品
３２：貫通穴
３４：カバー
４０：筐体
４２：筐体の開口
５２：電極形成プレート同士の隙間
５４：電極形成プレートの開口
５６：電極形成プレートの凹部
５８：電極形成プレートの凸部
８２：電極形成プレートの側面部

Claims (3)

1. 曲面、平面、またはそれらを組み合わせた電極形成プレートと、
   前記電極形成プレートと一体かつ突出するように形成された突状体と、
   前記電極形成プレートに形成された複数の検知電極と、
   前記検知電極の静電容量の変化を検出する制御回路と、
   前記制御回路が実装された基板と、
   前記電極形成プレートと基板との間の空間において、前記突状体の表面に形成され、夫々の検知電極と制御回路とを電気的に接続する接続導電部と、
   を備えたタッチ入力装置。
2. 前記突状体の断面積が徐々に変化したテーパー状である請求項１のタッチ入力装置。
3. 前記検知電極と接続導電部が一体に形成された請求項１または２のタッチ入力装置。

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