JP6741995B2 - フレキシブルタッチセンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、フレキシブル特性を呈するタッチセンサおよびその製造方法に関する。

スマートフォンおよびタブレットコンピュータ等にはタッチセンサが一般的に用いられており、タッチセンサはユーザーにとって身近なインターフェースとなっている。

近年、タッチセンサは、より身近になりつつあり、身体に取り付けて使用するウェアラブル機器への搭載が検討されている。つまり、人体に装着したり又は密着させたりする用途にタッチセンサが用いられつつある。このようなタッチセンサを備えたウェアラブル機器は、例えば人体のバイタル情報をセンシングするなどの機能を有するので、ヘルスケアなどの新たなサービスの実現に資することになる。

特開昭６１−２１５２２号公報 特開２０１３−１６０６９号公報 特開２０１１−１０２４５７号公報 特開昭６２−６３３３２号公報 特表２００３−５００７５８号公報 特開２０１２−１０９２２１号公報

そこで本開示は、フレキシブルなタッチセンサを提供する。

本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサは、第１主面を有し、クッション性を有する第１シート材と、導電体を備え、前記第１シート材の前記第１主面上に配置された第２シート材と、前記第１シート材の前記第１主面上に配置され、前記第１シート材の内部方向に沈み込んでいる導電性ワイヤーと、を備えている。

本開示のセンサは、フレキシブルなタッチセンサである。

本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサの構成を模式的に示した断面斜視図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサの構成を模式的に示した断面図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサの構成を模式的に示した断面斜視図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサの構成を模式的に示した断面図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサを模式的に示した断面斜視図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサを模式的に示した断面図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサを模式的に示した斜視図および一部拡大図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサを示した写真図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサのセンサシートを示した写真図および断面模式図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサの回路構成を示す模式図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサの動作を示す回路図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサの動作を示す回路図 本開示の一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサの回路構成を示す模式図 本開示の一実施形態に係る製造方法の態様を模式的に示す断面図

まず、本発明者らが本開示のフレキシブルタッチセンサを案出するに至った前段階の思想について説明する。ウェアラブル機器の用途において、そのユーザーインターフェースとなるタッチセンサは、人体（特に曲面状の人体表面）に適切にフィットすることが求められる。また、物体曲面にインターフェースが組み込まれる用途であっても、かかる曲面にフィットするタッチセンサが求められる。従来のタッチセンサとしては“平板センサ”が一般に知られている。かかるタッチセンサは抵抗膜が設けられた２枚の平板状硬質シートを対向配置した構成を有している。押下されると２枚の抵抗膜間で電気的な導通が生じ、押下位置が検出される。しかしながら、かかる従来のタッチセンサは、硬質シートに起因して、曲げて使用することが通常できず、人体表面または物体曲面などに適切にフィットするとはいえなかった。本発明者らは、従来のタッチセンサを構成するセンサシートをフレキシブルな素材に置き換えることを検討したが、従来のタッチセンサを構成するセンサシートをそのままフレキシブルな素材に置き換えただけでは、フレキシブルタッチセンサとして十分ではないという課題を見出した。

タッチセンサは導電性パターンを付与した２枚のセンサシートを対向配置した構造を有している。２枚のセンサシートの導電性パターン同士が意図せず接触すると押下位置の誤認識または誤動作の原因となるので、通常は２枚のセンサシートの導電パターンが適度に離隔している。かかる離隔のために２枚のセンサシート間にはスペーサーが通常設けられている。このようにスペーサーを備える従来のタッチセンサでは、タッチセンサが押下された時にスペーサーの無い箇所で２枚のセンサシートの導電パターン同士が接触してセンシングが為される。

しなしながら、タッチセンサにフレキシブル性を付与すべくセンサシートを単にフレキシブルな素材にしただけでは、タッチセンサを変形させた際にシート素材も変形を受けるので、不都合な事象が生じ得る。具体的には、ユーザーがタッチ動作をしていないにも拘わらず、タッチセンサを全体的に変形させただけでスペーサーの無い箇所で２枚のセンサシートの導電接触が引き起こされ、誤認識または誤動作が生じてしまうことがある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、タッチセンサのシート材としてクッション性を呈する素材を用い、導電性パターンをシート材の表面よりも内側へ沈み込ませる構成を案出するに至った。これにより、無押下の状態では如何に変形させても対向するセンサシート同士の導電接触が生じず、意図して押下した時にのみシート材が凹んで導電接触がもたらされる。つまり、シートを全体的に変形させたとしても誤認識・誤動作を生じないフレキシブルタッチセンサが実現され得る。

以下では、一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサについて説明する。図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比および外観などは実物と異なり得る。

［本開示に係るフレキシブルタッチセンサ］
一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサ１００の構成を図１Ａおよび図１Ｂに示す。図示するように、フレキシブルタッチセンサ１００は、クッション性シート材１０および導電性ワイヤー２０を少なくとも備えている。導電性ワイヤー２０は、クッション性シート材１０に設けられている。特に、導電性ワイヤー２０は、クッション性シート材１０の主面１０ａ上に設けられている。

図示されるように、導電性ワイヤー２０は、全体として横方向に延在している。より具体的には、クッション性シート材１０の厚み方向と直交する方向に導電性ワイヤー２０が全体として延在している。

フレキシブルタッチセンサ１００において、クッション性シート材１０の主面１０ａに設けられた導電性ワイヤー２０は、そのシート材１０の内部方向へ沈み込んでいる。これは、導電性ワイヤー２０が、シート材１０の主面１０ａに食い込んでいることを意味している。シート材１０は、導電性ワイヤー２０が配置されていない第１部分１０ｃと、導電性ワイヤー２０が配置された第２部分１０ｄとを含む。図１Ａの例では、第２部分１０ｄは、導電性ワイヤー２０に沿って凹んだライン状の部分であり、第１部分１０ｃは、導電性ワイヤー２０の隣接する２つのラインの間の膨らんだ部分である。フレキシブルタッチセンサ１００が押されていない状態において、第２部分１０ｄは第１部分１０ｃよりも圧縮されている。また、フレキシブルタッチセンサ１００が押されていない状態において、第１部分１０ｃは、後述する他のシート材と接触し、第２部分１０ｄは他のシート材と離間している。

導電性ワイヤー２０の“沈み込み”が適切にもたされるようにシート材１０が“クッション性”を有している。なお、導電性ワイヤー２０は、クッション性シート材１０の主面１０ａ上に設けられているので、“沈み込んでいる”といえども導電性ワイヤー２０自体は外部に露出し得る。これより、フレキシブルタッチセンサ１００がタッチされた場合に、そのタッチを検出するための配線として導電性ワイヤー２０が適切に機能する。

より具体的にいえば、フレキシブルタッチセンサ１００では、クッション性シート材１０の主面１０ａの高さレベルのなかで最も高いレベルＨ_ｍａｘ（第１部分１０ｃの表面の高さである第１レベル）よりも下方レベル（第２部分１０ｄの表面の高さである第２レベル）に導電性ワイヤー２０が配置されていてよい（図１Ｂ参照）。つまり、フレキシブルタッチセンサ１００では、導電性ワイヤー２０の“沈み込み”に起因して、クッション性シート材１０の主面１０ａの高さレベルは一定となっていない。なお、「高さレベル」とは、表面の凹凸のレベルのことである。外部方向に膨らんだ部分のレベルは高くなり、内部方向にへこんだ部分のレベルは低くなる。

導電性ワイヤー２０が存在する主面エリアは“沈み込み”に起因して高さレベルが相対的に低いのに対して、導電性ワイヤー２０が存在しない主面エリアは高さレベルが相対的に高くなっている。特に、導電性ワイヤー２０が存在する主面エリアでは、導電性ワイヤー２０と接している箇所が最も高さレベルが低くなり、かかる箇所から離れるにつれて主面１０ａの高さレベルが漸次高くなる。換言すれば、クッション性シート材１０の主面１０ａは、例えば畝状に隆起した形態を有しているといえる。このような形態ゆえ、フレキシブルタッチセンサ１００は、クッション性シート材１０の主面１０ａの高さレベルのなかで最も高いレベルＨ_ｍａｘよりも下方レベルにて導電性ワイヤー２０が位置付けられた構成となっている。

ある態様では、クッション性シート材１０の主面１０ａに沈み込んだ導電性ワイヤー２０は、その高さレベルを周期的に変えながら横方向（導電性ワイヤー２０の長手方向）に延在している。具体的には、フレキシブルタッチセンサ１００では、下方レベルとして第１下方レベルＨ_１（第４レベル）と当該第１下方レベルよりもレベルが高い第２下方レベルＨ_２（第３レベル）とを有し、第１下方レベルＨ_１と第２下方レベルＨ_２とが交互に位置するように導電性ワイヤーが延在している。換言すれば、下方レベルとして「相対的に下方高さの第１下方レベルＨ_１」と「相対的に上方高さの第２下方レベルＨ_２」とが存在しており、第１下方レベルＨ_１と第２下方レベルＨ_２とに交互に至るように導電性ワイヤー２０が延在している（図１Ｂ参照）。

図示されるように導電性ワイヤー２０の全体的な延在方向は、クッション性シート材１０の厚みと直交する方向に相当する。交互に高さレベルを変えて延在する導電性ワイヤー２０は、より適切にクッション性シート材１０に対して固定化されている。なお、交互に高さレベルを変える導電性ワイヤー２０の延在は、図示されるように所定の周期となっていてよい。また、第１下方レベルＨ_１における導電性ワイヤー２０の延在長さＬ_１と第２下方レベルＨ_２における導電性ワイヤー２０の延在長さＬ_２とを比べると、延在長さＬ_２の方が相対的に長くなっていてよい。これにより、フレキシブルタッチセンサ１００がタッチされた場合に、そのタッチを検出するための配線として導電性ワイヤー２０が適切に機能する。

別の態様では、フレキシブルタッチセンサ１００は導電性ワイヤー２０の“沈み込み”を固定化するための固定ワイヤー３０を更に備えている（図２Ａおよび２Ｂ参照）。かかる態様では、図２Ａおよび２Ｂに示すように、クッション性シート材１０の内部において固定ワイヤー３０と導電性ワイヤー２０とが互いに係合していてよい。これは、導電性ワイヤー２０のクッション性シート材１０への固定化に際して、固定ワイヤー３０でもって導電性ワイヤー２０を引っ張って固定化することに起因する。換言すれば、導電性ワイヤー２０においては固定ワイヤー３０の張力によってクッション性シート材１０の中心方向に向かう力（引っ張り力または引き込み力）１５が働いていてよい。クッション性シート材１０の“クッション性”ゆえ、かかる力１５によって導電性ワイヤー２０はシート材１０の中心に向かって局所的に沈み込んだ形態となり易い。

固定ワイヤー３０が設けられる態様では、その固定ワイヤー３０と導電性ワイヤー２０との係合が第１下方レベルＨ_１で成されていてよい（図２Ｂ参照）。つまり、固定ワイヤー３０と導電性ワイヤー２０との接点ポイント４０が、第２下方レベルＨ_２よりも相対的に下方高さとなる第１下方レベルＨ_１に位置付けられていてよい。これは、固定ワイヤー３０で導電性ワイヤー２０を引っ張って又は引き込んで固定化する際に、固定ワイヤー３０によって導電性ワイヤー２０に与えられる力の作用点が固定ワイヤー３０と導電性ワイヤー２０との係合ポイントに相当するからであり、かかる作用点が第１下方レベルＨ_１に位置付けられることを意味している。

例示にすぎないが、固定ワイヤー３０と導電性ワイヤー２０との係合は、いわゆる“ミシン縫い”によってもたらされるものであってよい。例えば導電性ワイヤー２０がミシン縫いの“上糸”に相当し、固定ワイヤー３０がミシン縫いの“下糸”に相当し、そのような上糸と下糸とがミシン縫いによって互いに係合した形態をフレキシブルタッチセンサ１００が有していてよい。

ここで、フレキシブルタッチセンサ１００の構成要素であるクッション性シート材１０、導電性ワイヤー２０および固定ワイヤー３０についてそれぞれ詳述しておく。

クッション性シート材１０は、電気的な絶縁性を有するシート状基材である。かかるクッション性シート材１０は、クッション性および／または柔軟性などを呈するシート材である。つまり、一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサに用いられるクッション性シート材は、全体として軟らかく押圧力によって変形し得る。このように変形できるので、クッション性シート材の主面に設けられた導電性ワイヤーは、そのシート材の内部方向へ沈み込んだ形態を取り易くなる。典型的な例でいえば、クッション性シート材は、外側から押圧力を加えると変形するものの、押圧力を除くと最終的には元の形状に戻ることができるシート材であってよい。

かかる事項から分かるように、本開示において“クッション性”とは、外力に応じて変形可能な特性を実質的に指している。フレキシブルタッチセンサに用いられているクッション性シート材は、そのような外力に応じて変形可能な特性を有している。また、シートゆえに全体として薄い形態を有している。特に、「クッション性シート材」は、“クッション性”だけでなく、“可撓性”をも呈するものであってよい。つまり、クッション性シート材が外力に応じて全体として撓むことができるようになっていてよい。このようなシート材の特性は人体表面または物体曲面などにより適切にフィットするフレキシブルタッチセンサの実現に寄与する。

一実施形態に係るフレキシブルタッチセンサでは、クッション性シート材１０が、スポンジ材、繊維布材またはエラストマー材を含んでいてよい。例えば、クッション性シート材は、全体としてシート形態を有するスポンジであってよい。例示にすぎないが、スポンジ材としては、ウレタン樹脂材（例えば発泡ポリウレタン樹脂材）、アクリル樹脂材などを挙げることができる。また、例えばクッション性シート材は、エラストマーシートであってよく、ゴム（天然ゴム、合成ゴムなど）または熱硬化性樹脂系エラストマー（ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなど）から成るシートであってよい。

更には、クッション性シート材１０は、例えば繊維布であってよい。つまり、クッション性シート材が繊維からなるシート部材であってよい。ここでいう「繊維」は、化学繊維、天然繊維またはそれらの混合繊維であってよい。化学繊維は、合成繊維、半合成繊維、再生繊維および／または無機繊維であってよい。合成繊維としては、脂肪族ポリアミド系繊維（例えば、ナイロン６繊維、ナイロン６６繊維）、芳香族ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維（例えば、ビニロン繊維）、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリエステル系繊維（例えば、ポリエステル繊維、ＰＥＴ繊維、ＰＢＴ繊維、ポリアリレート繊維）、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリウレタン系繊維、フェノール系繊維およびポリフルオロエチレン系繊維などを挙げることができる。半合成繊維としては、セルロース系繊維および蛋白質系繊維などを挙げることができる。再生繊維としては、レーヨン繊維、キュプラ繊維およびリヨセル繊維などを挙げることができる。そして、無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維および金属繊維などを挙げることができる。天然繊維は、植物繊維、動物繊維またはそれらの混合繊維であってよい。植物繊維としては、綿および麻（例えば、アマ、ラミー）などを挙げることができる。動物繊維としては、毛（例えば、羊毛、アンゴラ、カシミヤ、モヘヤ）、絹および羽毛（例えば、ダウン、フェザー）などを挙げることができる。繊維布に用いられる繊維自体は、短繊維であっても長繊維であってもよく、さらには中空繊維であってもよい。また、繊維布に用いられる繊維は、糸形態であってよく、例えば繊維を撚り合わせた撚糸の形態であってもよい。繊維またはそれから得られる繊維糸・撚糸などはそれ自体が弾性特性を有していてよい。繊維布の構造・構成に関していえば、繊維布が、繊維織物、繊維編物および不織布のいずれであってもよい。つまり、繊維布が、いわゆるタテ糸とヨコ糸とを交差させるように織り込んだ“織物”の形態を有していてよく、あるいは、糸が屈曲するように編み込まれた“編物”の形態を有していてもよい。さらには繊維布は、織ったり編んだりされていない“不織布”の形態（例えば、ニードルパンチ布またはスパンボンド布の形態）を有していてもよい。

ある態様として、繊維布の形態のクッション性シート材１０は、繊維編物となっている。つまり、クッション性シート材が編物構造を有していてよい。繊維編物は、引っ張ると変形し、除力すると実質的に元の形状に戻る弾性体とみなせるので、クッション性シート材が、クッション性に加えて、適切な伸縮性を呈することになる。繊維編物は、例えばニット構造を有するものであってよい。ニット構造を有する編み物生地は、隣接する繊維糸と交互に絡めながら編まれており、１本の繊維糸に着目すると、交互に蛇行しながら隣の繊維糸と絡んでいる。繊維糸が蛇行しているため、引張りに対して伸張するゆとりを十分に持っており、セーターやジャージまたはメリアスシャツなどに代表されるように柔軟で伸縮性を必要とする生地としてニット構造が一般に用いられている。

さらにいえば、クッション性シート材１０の材質としては、絨毯やタオルのような起毛・パイル素材など様々な素材を用いることができる（従って、クッション性シート材がパイル地、タオル地または起毛地などのクッション性を有する生地からなるものであってよい）。また、キルティングのように２枚の布地の間に綿入れして２枚の布地を糸で格子状に縫い合わせた場合、縫い糸のない部分は綿入れのクッションで膨らみ、縫い糸の部分は沈み込んだ構造となるので、そのようなものもクッション性シート材として用いることができる（かかる場合、縫い糸の一部を導電性ワイヤーとすることで本開示のフレキシブルタッチセンサを構成してよい）。

導電性ワイヤー２０は、電気伝導性を呈するワイヤーである。“ワイヤー”ゆえに、全体として細長い形態を有している。かかる導電性ワイヤーは、可撓性を有していてよい。つまり、導電性ワイヤー自体は、外力に応じて湾曲状に曲がったり又は折れ曲がったりできる特性を呈するものであってよい。これにより、導電性ワイヤーが交互に高さレベルを変えて延在する形態を取り易くなる。より具体的には、第１下方レベルＨ_１と第２下方レベルＨ_２とが交互に位置するように導電性ワイヤーを適切に延在できる（図１Ｂ参照）。

導電性ワイヤー２０は、金属材または導電性繊維材を含んで成っていてよい。かかる場合、導電性ワイヤーによってフレキシブルタッチセンサの電気的導通をより適切に図ることができる。金属材の場合、導電性ワイヤーの材質は、例えば、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）および亜鉛（Ｚｎ）から成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。また、導電性繊維材（例えば、導電性繊維糸）の場合であっても、そのような繊維糸によって電気的導通を図ることができる。導電性繊維糸は、例えば、金属繊維、めっき繊維、導電性ポリマー繊維、またはそれらから形成、構成もしくは加工された糸であってよい。例えば、金属繊維は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）および亜鉛（Ｚｎ）から成る群から選択される少なくとも１種の金属を含んで成る繊維であってよい。めっき繊維は、ポリマー、カーボンおよび／または綿などを含んで成る繊維に対してめっきすることで形成された繊維であってよい（なお、糸の形態でめっきされたものであってもよい）。そして、導電性ポリマー繊維は、例えばポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレンおよび／またはポリピロールなどの電気的導電性を備えたポリマーを含んで成る繊維であってよい。

固定ワイヤー３０は、導電性ワイヤーをクッション性シート材に固定化するために用いられているワイヤーである。換言すれば、固定ワイヤーは導電性ワイヤーの沈み込みを固定化するためのワイヤーであるともいえる。それゆえ、本明細書において固定ワイヤーの“固定”といった用語は、そのように導電性ワイヤーとの兼ね合いに鑑みて用いられている。

固定ワイヤーも、導電性ワイヤーと同様、“ワイヤー”ゆえに、全体として細長い形態を有している。かかる固定ワイヤーは、可撓性を有していてよい。つまり、導電性ワイヤー自体は、外力に応じて湾曲状に曲がったり又は折れ曲がったりできる特性を呈するものであってよい。これにより、固定ワイヤーに起因した引込み張力を導電性ワイヤーに適切に与えることができ、導電性ワイヤーがクッション性シート材にて局所的に沈み込んだ形態を取り易くなる。

固定ワイヤーは、例えば絶縁性ワイヤーであってよい。つまり、特に電気伝導性を呈さないワイヤーが固定ワイヤーとして用いられてよい。固定ワイヤーに起因した引込み張力をより適切に導電性ワイヤーに与えやすくなるからである。例えば、絶縁性ワイヤーの材質は樹脂材であってよい。例示にすぎないが、絶縁性ワイヤーの材質としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂およびエポキシ樹脂などから成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。

ある態様では、固定ワイヤーとして導電性のワイヤーを用いてよい。つまり、導電性ワイヤーと固定ワイヤーとが同一種のワイヤーであってよい。これにより、固定ワイヤーによる引っ張り力・引き込み力をより適切に導電性ワイヤーに与えやすくなり、導電性ワイヤーがクッション性シート材で沈み込んだ形態をより取り易くなる（特に、“同一種”ゆえ、固定ワイヤーと導電性ワイヤーとの張力バランスが適切なものとなり、導電性ワイヤーをより適切に引っ張る・引き込むことができる）。また、そもそも“同一種のワイヤー”は、センサの構成要素の点数が減ることにつながるので、より簡易な構成のフレキシブルタッチセンサの実現に資する。

本開示のフレキシブルタッチセンサは種々の態様で具現化され得る。

例えば、導電性ワイヤーが設けられたクッション性シート材は、対を成すべく別個のシート材と共に用いられてよい。別個のシート材は、構成要素として絶縁基材および導電部を少なくとも備えていてよい。別個のシート材の導電部は、導電性ワイヤーの形態であってよいし、あるいは、他の形態であってもよい。かかる対を成すシート材を重ね合わせて用いる場合、クッション性シート材の導電性ワイヤーと別個のシート材の導電部との導電接触は押圧によって図ることができる。

例示にすぎないが、対を成すシート材を備えたフレキシブルタッチセンサ１００の具体的構成を図３および図４に示す。かかるフレキシブルタッチセンサ１００では、導電性ワイヤー２０が設けられたクッション性シート材１０と、それと対を成す別個のシート材１０’とが重ね合わされている（なお、以降においてそれぞれを「第一センサシート１０」と「第二センサシート１０’」とも称する）。図３では第一センサシート１０と第二センサシート１０’とは間隔を開けて図示しているものの、実際にはフレキシブルタッチセンサ１００は、第一センサシート１０と第二センサシート１０’とを密着状態となるように積層させた構造を有し得る。２枚のセンサシートのうち少なくとも一方（図示する態様では第一センサシート）が上述した「導電性ワイヤー２０が設けられたクッション性シート材１０」となっていてよい。つまり、第一センサシート１０では、例えば、クッション性を呈するシート基材を通るように、所定の間隔で固定ワイヤー３０が設けられており、かかる固定ワイヤー３０によって導電性ワイヤー２０がシート基材表面に固定化されている。導電性ワイヤー２０および固定ワイヤー３０は、図示されるように、導電性ワイヤー２０を上糸とし、固定ワイヤー３０を下糸としてシート基材にミシン縫いされている。つまり、導電性ワイヤー２０と固定ワイヤー３０とを所定の張力を与えながらシート基材に縫い付けることで導電性ワイヤー２０にはシート基材の内部方向に向かう力１５が働き、導電性ワイヤー２０がシート基材表面にて沈み込んだ形態を取る。つまり、第一センサシート１０では、クッション性シート材１０の主面の高さレベルのなかで最も高いレベルよりも下方レベルに導電性ワイヤーが配置されている。

ここで、第二センサシート１０’が全くの平面形態を有するシートであったとしても、対を成す第一センサシート１０における導電性ワイヤー２０がシート基材の表面よりも沈み込んだ状態にあるので、フレキシブルタッチセンサ１００に曲げなどの外力が加わったとしても、第一センサシート１０の導電性ワイヤー２０と第二センサシート１０’との導電接触は生じないようになっている。つまり、シートを全体的に曲げたとしても、フレキシブルタッチセンサ１００が誤動作または誤認識を起こしにくいものとなっている。なお、従来の如くセンサシート間にスペーサーを設けた形態では、部分的にスペーサーがあるだけなので、導体パターン同士が非所望に接触するリスクがあったが、本開示のフレキシブルタッチセンサ１００では、それが適切に回避されている。本開示のフレキシブルタッチセンサ１００では、導電性ワイヤーが沈み込んだ領域以外のシート基材（即ち、クッション性シート材）の表面全てがスペーサーの役割を果たしており、導電性ワイヤーの沈み込んだ部分だけが第二センサシート１０’と離隔しているからである。つまり、フレキシブルタッチセンサ１００が曲げられたとしても導電性ワイヤー２０の離隔状態が適切に維持され得る。

図４には、フレキシブルタッチセンサ１００を指で押下した状態が示されている。図示されるように、第二センサシート１０’を介して第一センサシート１０を指で押下すると、第一センサシート１０には局所的に圧縮される力が加わることになる。これにより、第一センサシート１０においては導電性ワイヤー２０の周辺のシート基材が沈み込むことになり、導電性ワイヤー２０がシート基材の最表面レベルに現れることになる。その結果、第一センサシート１０の導電性ワイヤー２０と第二センサシート１０’の導電膜２０’とが互いに接触することができる。つまり、第二センサシート１０’の表面の導電膜２０’と第一センサシート１０の導電性ワイヤー２０との間の導電接触がなされることになり、押下位置の検出が可能となる。なお、図４に示すように、押下されていない第一センサシート１０の導電性ワイヤー２０は第二センサシート１０’の導電膜２０’と離れた状態にあるため、センサシートを局所的に押下した以外の部分で仮に曲げたりしても、第二センサシート１０’の導電膜２０’と第一センサシート１０の導電性ワイヤー２０とが互いに接触することはない。つまり、誤動作または誤認識が防止された正確性・安定性に優れたタッチセンシングが可能となる。

本開示のフレキシブルタッチセンサ１００では、同様のシート材が２つ用いられてよい。例えば、「導電性ワイヤーが設けられたクッション性シート材」を２つ備え、かかる２つのクッション性シート材が互いに重ね合わされた構成となっていてよい。つまり、図１Ａ・１Ｂおよび図２Ａ・２Ｂを参照して説明した「導電性ワイヤー２０が沈み込んだクッション性シート材１０」を２つ備え、それらが互いに重ね合わされた形態を本開示のフレキシブルタッチセンサ１００が有していてよい。重ね合わせに際しては、シート周縁部などに接着剤が用いられてよく、それによって、一方のシート材と他方のシート材とが互いに接合されてよい。あるいは、ミシン縫いなどの手法によって２つのシート材が互いに縫い合わされて互いに結合されてもよい。

図５および図６には、第一センサシート１０と同様の構成を有するシートを第二センサシート１０’として備え、それらの導電性ワイヤーの主たる方向が直交するような向きで互いに積層させたフレキシブルタッチセンサ１００を例示的に示す。かかるフレキシブルタッチセンサ１００では、双方のセンサシートにニット生地を用いており、服のように柔軟に曲がったり伸縮したりといった状況でタッチセンサの使用が可能となる。これは、衣服またはバッグなどの服飾品に、ユーザーの違和感なくユーザーインタフェースを仕込むことができることを意味している。

なお、図７に、図６の第一または第二のセンサシートの拡大図を示す。図示されるように、シート材１０、１０’は繊維布の形態を有している。例えば、第一センサシート１０および第二センサシート１０’の各々は綿糸を編んだニット素材から成り、導電性撚糸を“上糸”として用いて絶縁性撚糸を“下糸”として用いてミシン縫いしたものであってよい。ニット素材はクッション性を有することから、所定の糸張力でミシン縫いすることで導電性ワイヤー２０が引込み張力を受けてシート基材の表面で沈み込むことになる。

図５および図６に示す態様では、導電性ワイヤー２０が全体としてストライプ状に設けられている。図示する形態から分かるように、第一センサシート１０および第二センサシート１０’のそれぞれにおいて、導電性ワイヤー２０は所定ピッチで直線状に複数配置されている。かかる場合、それぞれの導電性ワイヤー２０の信号を検出することでタッチセンシングがなされることになる。例示にすぎないが、隣り合う直線状のストライプ間で導電性ワイヤー２０が連続的に接続され、いわゆる“一筆書き状態”となっていてよく、それゆえ、導電性ワイヤー２０は連続的につながり左右交互に折り返されていてよい。導電性ワイヤー２０の終端部分では、導電性ワイヤーと同様の撚糸をジグザグ縫いして、配線引き出し部２２を設けてよい。図５から分かるように、ストライプ状の導電性ワイヤーを備えた２枚のセンサシートは、かかるストライプの方向を直交させて積層され得る。

図８および図９は、本開示のフレキシブルタッチセンサにおけるタッチセンシング動作の一例である。第一センサシート１０と第二センサシート１０’の導電性ワイヤーは、回路図上、抵抗と見なすことができるので、第一センサシート１０および第二センサシート１０’の導電性ワイヤー同士が接触した部分を接点とした分割抵抗として図示している。

まず、図９Ａのように、信号処理回路６０の端子Ｔ１ａとＴ１ｂの間に電圧を印加して、分割抵抗Ｒ１ａおよびＲ１ｂに電位勾配を形成し、信号処理回路６０の端子Ｔ２ａまたはＴ２ｂに電圧測定回路（例えばＡＤコンバータ）を接続して導電性ワイヤー同士の接点の電位を測定する。測定した電位と印加した電圧Ｖｃｃを比較することで、Ｒ１ａとＲ１ｂとの比を算出することができ、第一センサシート１０と第二センサシート１０’の導電性ワイヤー同士が接触した部分の縦方向の位置を把握できる。次に図９Ｂのように、信号処理回路６０の端子を切り替えることで、同様にＲ２ａとＲ２ｂとの比を算出することができ、第一センサシート１０と第二センサシート１０’の導電性ワイヤー同士が接触した部分の横方向の位置を把握できる。以上の動作によって、タッチした縦横の座標を検出することができる。

なお、上記では主として抵抗式のタッチセンサ構成を例示したが、タッチセンサ構成はこれに限られるものではない。例えば、図１０に示すように、導電性ワイヤーをストライプ状に第一センサシート１０および第二センサシート１０’に形成し、それぞれの導電性ワイヤーのストライプが直交するように第一センサシート１０および第二センサシート１０’を配置し、第一センサシート１０と第二センサシート１０’のそれぞれの導電性ワイヤーのストライプから端子を引き出してもよい。この場合、導通の有無を検出する横の導電性ワイヤーと縦の導電性ワイヤーをスイッチにより選択する。横の導電性ワイヤーと縦の導電性ワイヤーの選択を順次切り替え、導通があった横の導電性ワイヤーと縦の導電性ワイヤーを特定することにより、タッチセンサへのタッチの位置を特定する。

［本開示に係るフレキシブルタッチセンサの製造方法］
本開示の製造方法は、上述のフレキシブルタッチセンサを製造するための方法である。つまり、本開示の製造方法は、クッション性シート材およびそのシート材に設けられる導電性ワイヤーを有して成るフレキシブルタッチセンサを製造する方法である。

一実施形態に係る製造方法において、クッション性シート材の主面のうちで導電性ワイヤーが位置する側と反対になる側から導電性ワイヤーを引っ張り、クッション性シート材に導電性ワイヤーを固定化する。これにより得られるフレキシブルタッチセンサでは、クッション性シート材１０の主面１０ａに設けられた導電性ワイヤー２０が、そのシート材１０の内部方向へ沈み込んだ形態を有することになる（図１Ａおよび１Ｂ参照）。つまり、クッション性シート材１０に設けられた導電性ワイヤー２０が、そのシート材１０の主面１０ａに食い込むような形態を有することになる。

本開示の製造方法では、図１１に示すように、クッション性シート材１０の対向する両主面のうち一方が、導電性ワイヤーの供給側の主面１０ａとなり、他方が、導電性ワイヤーの引張り側の主面１０ｂとなる。図１１に示す態様から分かるように、主面１０ａ側から供給された導電性ワイヤー２０は、クッション性シート材１０を介した状態で主面１０ｂ側から引張力１５が加えられるので、導電性ワイヤー２０がクッション性シート材１０の主面１０ａに設けられることになる。ここで、主面１０ａは、シート材１０の“クッション性”ゆえ、引っ張られる導電性ワイヤー２０から受ける応力によって変形する。特に、主面１０ａは導電性ワイヤー２０の設置箇所で局所的に凹むことになる。これによって、導電性ワイヤー２０が、クッション性シート材１０の主面１０ａにてシート材１０の内部方向へと沈み込んだ形態を取ることになる（図１Ａおよび１Ｂ参照）。

クッション性シート材１０の主面１０ａについて、導電性ワイヤー２０の配置箇所およびその近傍は局所的に凹むように変位する一方、それ以外は特に変位しない。したがって、導電性ワイヤーが配置される主面領域の高さレベルと、他の主面領域の高さレベルとを比べた場合、後者の主面領域（即ち、導電性ワイヤーの非配置領域）の高さレベルの方が高くなる。換言すれば、本開示の製造方法では、導電性ワイヤーをよりシート側に引っ張ることによって、下方レベル（特にクッション性シート材における主面の高さレベルのなかで最も高いレベルよりも下方レベル）に導電性ワイヤーを配置する。

本開示の製造方法では、導電性ワイヤーの引っ張りを導電性ワイヤーの複数の位置で局所的に行ってよい。つまり、導電性ワイヤーの引っ張りを導電性ワイヤーの複数のポイントで局所的に行ってよい。例えば、主面１０ａ側から供給された導電性ワイヤー２０につき、主面１０ｂ側からの引っ張り（特にクッション性シート材１０を介した状態の引っ張り）を逐次的に行ってよい。これにより、クッション性シート材１０の主面１０ａに沈み込む導電性ワイヤー２０の高さレベルを周期的に変えることができる。より具体的には、図１Ｂに示されるように、第１下方レベルＨ_１と第２下方レベルＨ_２とが交互に位置するように導電性ワイヤーを延在させることができる。

導電性ワイヤーの引っ張りには、固定ワイヤー３０を用いてもよい（図２Ａおよび２Ｂ参照）。かかる場合、導電性ワイヤーの引張り側の主面１０ｂに供された固定ワイヤーを導電性ワイヤーに係合させ、固定ワイヤーで導電性ワイヤーを引っ張ってよい。換言すれば、クッション性シート材の主面のうちで導電性ワイヤーが位置する側と反対になる側から供された固定ワイヤーを導電性ワイヤーに係合させ、固定ワイヤーで導電性ワイヤーを引っ張ってよい。導電性ワイヤーと固定ワイヤーとの適切な係合のためには縫い針を利用してもよい。固定ワイヤー３０を用いる場合、その張力によってクッション性シート材１０の中心方向に向かう引込み張力１５を導電性ワイヤー２０に作用させることができる（図２Ａおよび図２Ｂ参照）。ここで、クッション性シート材１０は“クッション性”を有するので、引込み張力１５に起因して導電性ワイヤー２０はシート材１０の内部に向かって局所的に沈み込んだ形態を取ることになる。

例示にすぎないが、固定ワイヤーと導電性ワイヤーとの係合は、いわゆる“ミシン縫い”によって行ってよい。例えば導電性ワイヤーをミシン縫いの“上糸”とみなし、固定ワイヤーをミシン縫いの“下糸”とみなして、そのような上糸と下糸とをミシン縫いによって互いに係合させてよい。換言すれば、導電性ワイヤーをクッション性シート材に対してミシン縫いすることによって導電性ワイヤーをクッション性シート材に固定化してよい。かかる場合、ミシン縫いの要領で導電性ワイヤーを配置できるので、比較的高速かつ簡易にフレキシブルタッチセンサを製造することができる。

また、“ミシン縫い”の縫いピッチ、縫い速度などを適宜調整することによって、所望のフレキシブルタッチセンサを得やすくなる。例示にすぎないが、例えば縫いピッチを狭く／小さくすると、導電性ワイヤーがクッション性シート材により沈み込んだ形態となり易く、結果として、シート同士の重合せにおける絶縁状態（即ち、非タッチ操作時の絶縁状態）が適切にもたらされる。

本開示の製造方法では、導電性ワイヤーとして可撓性を有するワイヤーを用いてよい。つまり、導電性ワイヤー自体が、外力に応じて湾曲状に曲がったり又は折れ曲がったりするものであってよい。これにより、固定ワイヤーに起因した引込み力を導電性ワイヤーに適切に与えることができ、クッション性シート材の内部に向かって引きこまれた導電性ワイヤーがシート材で局所的に沈み込んだ形態を取り易くなる。

また、本開示の製造方法では、クッション性シート材として、スポンジ材、繊維布材またはエラストマー材を含んで成るシート材を用いてよい。このようなシート材は、全体として軟らかく押圧力によって適切に変形し得るので、クッション性シート材の主面に導電性ワイヤーを設けるに際して、導電性ワイヤーがかかるシート材の内部方向へと沈み込んだ形態となり易い。また、そのようなシート材は“クッション性”だけでなく、“可撓性”を呈するものであってよい。クッション性シート材が外力に応じて全体として撓むことができ、人体表面または物体曲面などにより適切にフィットするフレキシブルタッチセンサを得ることができるからである。

本開示の製造方法のその他の種々の事項は、上述の［本開示に係るフレキシブルタッチセンサ］で説明しているので、重複を避けるために説明を省略する。

本開示のセンサは、フレキシブルなタッチセンサである。特に、本開示のタッチセンサは、適切に曲げて使用することができ、人体表面または物体曲面にフィットするユーザーインターフェースとなり得る。以上、本開示のフレキシブルタッチセンサおよびその製造方法について説明してきたが、本開示はこれに限定されることなく、特許請求の範囲に規定される開示の範囲から逸脱することなく種々の変更が当業者によってなされると理解されよう。

例えば、本開示のフレキシブルタッチセンサでは、電気容量式のタッチセンシングを行なうこともできる。具体的には、第一センサシートと第二センサシートとを安定的に離隔しておけるので、第一センサシートの導電性ワイヤーと第二センサシートの導電性ワイヤーとの間の電気容量をセンシング時に測定してもよい。つまり、指などが押下に至るまでのセンサシートに近接した状態での電気容量変化を読取ることでタッチセンシングを行うことができる。また、フレキシブルタッチセンサがタッチされた場合も第１シート材に配置された導電性ワイヤーと第２シート材の導電体とが直接接触しなくてもよい。例えば、第１シート材と第２シート材との間に誘電体層を設け、導電性ワイヤーと導電体とを離隔してもよい。この場合、導電性ワイヤーと導電体との間の電気容量の変化を検出回路で検出することにより、フレキシブルタッチセンサに対するタッチを検出することができる。

本開示のフレキシブルタッチセンサは、エレクトロニクス機器の分野の範疇に留まらず、ウェアラブル機器の分野、ヘルスケア分野、医療分野および介護分野などにおいても利用可能である。例えば、ウェアラブル機器など人体などの動きに追随した伸縮や柔軟な変形が求められるユーザーインターフェースとして、本開示のフレキシブルタッチセンサを利用することができる。かかる場合、柔軟に変形させても、誤動作のないタッチセンサとしての機能を果すことができ、ハンズフリーでの機器操作など業務支援用途などに有効なタッチセンサとなり得る。

また、例えば介護ベッドでの褥瘡防止などシーツにセンサを仕込んで体位の変化をモニタしたり、自動車などのシートにセンサを仕込んで人体の状態をモニタしたりといった人体が触れる箇所に本開示のフレキシブルタッチセンサを用いてもよい。これにより、人体表面または人体動きにフィットした違和感のないユーザーインターフェースが実現され得る。また、例えばウェアラブル機器以外にも人が直接触れて操作する機器、例えば自動車のステアリングなどは人の手に馴染む形状の曲面を有するので、そのような物体曲面にフレキシブルタッチセンサを組み込めばステアリングを握りながら操作できるインターフェースも実現され得る。

１０ クッション性シート材（例えば、第一センサシート）
１０’ シート材（例えば、第二センサシート）
１０ａ クッション性シート材の主面
１５ 導電性ワイヤーに加えられる力（例えば、引込み張力）
２０ 導電性ワイヤー
３０ 固定ワイヤー
４０ 固定ワイヤーと導電性ワイヤーとの接点ポイント
６０ 信号処理回路
１００ フレキシブルタッチセンサ

Claims (19)

1. 第１主面を有し、クッション性を有する第１シート材と、
   導電体を備え、前記第１シート材の前記第１主面上に配置された第２シート材と、
   前記第１シート材の前記第１主面上に配置され、前記第１シート材の内部方向に沈み込んでいる導電性ワイヤーと、
   を備え、
   前記第１シート材は、前記導電性ワイヤーが配置された第２部分と、前記導電性ワイヤーが配置されていない第１部分とを含み、
   前記フレキシブルタッチセンサが押されていない状態において、前記第１部分は前記第２シート材と接触し、前記第２部分は前記第２シート材と離間し、前記第２部分は前記第１部分よりも圧縮されている、フレキシブルタッチセンサ。
2. 前記第１シート材の前記第１主面は、複数の高さレベルを有し、
   前記複数の高さレベルは、第１レベルと、前記第１レベルよりも低い第２レベルとを含み、
   前記導電性ワイヤーは、前記第２レベルに配置されている、請求項１に記載のフレキシブルタッチセンサ。
3. 前記第２レベルは、第３レベルと、前記第３レベルよりも低い第４レベルとを含み、
   前記導電性ワイヤーは、前記第３レベルに配置された第３部分と前記第４レベルに配置された第４部分とを含み、
   前記導電性ワイヤーの長手方向に前記第３部分と前記第４部分が交互に配置されている、請求項２に記載のフレキシブルタッチセンサ。
4. 前記導電性ワイヤーと係合し、前記導電性ワイヤーを前記第１シート材の内部方向に沈み込ませる固定ワイヤーを更に備えた、請求項１〜３のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサ。
5. 前記導電性ワイヤーと前記第４レベル以下の位置で係合し、前記導電性ワイヤーを前記第１シート材の内部方向に沈み込ませる固定ワイヤーを更に備えた、請求項３に記載のフレキシブルタッチセンサ。
6. 前記導電性ワイヤーが可撓性を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサ。
7. 前記導電性ワイヤーが、金属材または導電性繊維材を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサ。
8. 前記導電性ワイヤーと前記固定ワイヤーとが同一種のワイヤーである、請求項４または５に記載のフレキシブルタッチセンサ。
9. 前記固定ワイヤーが絶縁性ワイヤーである、請求項４または５に記載のフレキシブルタッチセンサ。
10. 前記第１シート材が、スポンジ材、繊維布材またはエラストマー材を含む、請求項１〜９のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサ。
11. 前記第１シート材が可撓性を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサ。
12. 前記第２シート材は、クッション性を有し、前記第１主面に対向する第２主面を有し、
    前記導電体は、前記第２シート材の前記第２主面上に配置され、前記第２シート材の内部方向に沈み込んでいる導電性ワイヤーである、請求項１〜１１のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサ。
13. 第１主面と前記第１主面の反対側の第３主面とを有し、クッション性を有する第１シート材と、
    導電体を備え、前記第１シート材の前記第１主面上に配置された第２シート材と、
    前記第１シート材の前記第１主面上に配置され、前記第１シート材の内部方向に沈み込んでいる導電性ワイヤーと、
    を備えたフレキシブルタッチセンサを製造する方法であって、
    前記第３主面側から前記導電性ワイヤーを引っ張り、前記第１主面上に前記導電性ワイヤーを前記第１シート材の内部方向に沈み込ませる、フレキシブルタッチセンサの製造方法。
14. 前記導電性ワイヤーの前記引っ張りに起因して、第１レベルおよび前記第１レベルよりも低い第２レベルを含む複数の高さレベルが前記第１主面に形成され、前記導電性ワイヤーは前記第２レベルに配置される、請求項１３に記載のフレキシブルタッチセンサの製造方法。
15. 前記導電性ワイヤーの前記引っ張りを前記導電性ワイヤーの複数の位置で局所的に行う、請求項１３または１４に記載のフレキシブルタッチセンサの製造方法。
16. 前記導電性ワイヤーの前記引っ張りは、前記第３主面側から供された固定ワイヤーを前記導電性ワイヤーに係合させ、該固定ワイヤーで前記導電性ワイヤーを引っ張る、請求項１３〜１５のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサの製造方法。
17. 前記導電性ワイヤーとして可撓性を有するワイヤーを用いる、請求項１３〜１６のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサの製造方法。
18. 前記第１シート材として、スポンジ材、繊維布材またはエラストマー材を含むシート材を用いる、請求項１３〜１７のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサの製造方法。
19. 前記導電性ワイヤーを前記第１シート材に対してミシン縫いすることによって該導電性ワイヤーを該第１シート材に固定化する、請求項１３〜１８のいずれかに記載のフレキシブルタッチセンサの製造方法。