JP5026486B2 - 感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、面に加わった外力のうち、当該面に垂直な方向成分の圧力を測定するための感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造に関する。

従来、ある面に加わった外力の圧力（押圧力ともいう）を測定する感圧センサとして、例えば、特許文献１（特開２００２−４８６５８号公報）に記載されているような構成のセンサがある。特許文献１のセンサは、電極、感圧インク層の順に積層して形成されたプラスチックフィルム同士を、互いの感圧インク部材を向かい合わせ、表裏面に接着層を有する絶縁層を介して組み合わせたものである。また、特許文献１のセンサは、感圧インク層の表面に凹凸を設けているため、上下の感圧インク層間に一定距離の空隙が形成され、無加圧時に上下の感圧インク層が密着することを防止する構造となっている。

前記構造を有する特許文献１のセンサにおいては、上部フィルムに押圧力が加わったとき、上部フィルムが撓むことによって圧力が加えられている部分に対応する上部フィルムの電極が感圧インク層を介して下部フィルムの電極に接触する。これにより、両電極が導通状態となる。特許文献１のセンサは、この両電極の導通状態と、感圧インク層に加わる圧力に応じた抵抗値の変動とを検出することにより、上部フィルムに加わった圧力を測定することができる。この特許文献１のセンサを例えば車両用シートの内部に取り付けると、当該シートに乗員が座っているか否かを判断するとともに、圧力分布から乗員の体格を判断することができる。

近年、タッチパネルを有する電子機器、特に、携帯電話機やゲーム機などの携帯型電子機器においては、例えば決定ボタンに代わるものとして、ディスプレイのタッチパネルに感圧センサを搭載することが求められている。携帯型電子機器は、一般に、筐体内に位置する表示装置の表示部を、タッチパネルを通じて視認できるように構成されている。特許文献１のセンサは、上部及び下部フィルムの表面の大部分に電極及び感圧インク層を配置するように構成されているため、透過率（視認性）が低い。このため、特許文献１のセンサをそのままタッチパネルを有する電子機器に適用することはできない。

そこで、本出願人内においては、タッチパネルを有する電子機器に搭載されても表示装置の表示部の視認性の低下を抑えることができるように、以下のような感圧センサをタッチパネルの下面に貼付することが考案された(特願２００８−３３０２８４)。すなわち、下部フィルム２２と、下部フィルム２２と対向配置された上部フィルム２１と、各フィルムの互いの対向面に分かれて配置された一対の電極２１ａ，２２ａと、一対の電極とは隙間を空けて配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する感圧インク部材２３ａ，２３ｂと、上部及び下部フィルム２１，２２を接着するとともに、感圧インク部材２３ａ，２３ｂと一対の電極２１ａ，２２ａとの隙間を保持する隙間保持部材２４と、を備える感圧センサ２０であって、一対の電極２１ａ，２２ａは上部及び下部フィルム２１，２２の縁部に沿って枠状に配置され、感圧インク部材２３ａ，２３ｂは、上部及び下部フィルム２１，２２の縁部に沿って点在し、外力が加わることにより感圧センサ２０が変形したとき、少なくとも１つが一対の電極２１ａ，２２ａの両方に接触して両者を導通させる、というものである（図９参照）。

また、この感圧センサ２０においては、下部フィルム２２の裏面側で感圧インク部材が設けられている位置の直下に、応力集中部材としてバンプ（突起）２６を積層配置するようにした（図８及び図９参照）。これにより、当該感圧センサ２０をタッチパネルの下面に貼付して筐体に実装すると、感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わったとき、下部フィルム２２の感圧インク部材２３ｂに対応する部分を下方から支持し、加わった押圧力を分散させることなく、下部フィルム２２の変形に利用される力として確実に伝達することができる。これにより、圧力の測定精度を向上させることができる。

特開２００２−４８６５８号公報

しかしながら、図８及び図９に示す感圧センサ２０を備えたタッチ入力デバイスを筐体２に実装してみると、感圧センサ２０の裏面にバンプ２６があるため、防水性、防塵性の点で不安が生じた。

そこで、柔軟な材料からなる枠状のガスケット１４０をバンプ２６と筐体２との間に配置するようにしてみたが（図２４参照）、これにより防水性、防塵性は得られたものの、今度は別の問題が生じた。すなわち、感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わっていない状態でも下部フィルム２２の感圧インク部材に対応する部分に圧力が集中し（図２５参照）、本当に感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わったときでも検出値である抵抗の変化が乏しくなった。つまり、圧力を検知することが困難になった。

したがって、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、感圧センサが搭載されても表示装置の表示部の視認性低下を抑えることができるとともに、防水性、防塵性に優れ、なおかつ測定精度の高い圧力検知が容易である、感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供することにある。

本発明は、前記技術的課題を解決するために、以下の構成の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

本発明の第１態様によれば、タッチパネル及び当該タッチパネルの下面に貼着された感圧センサを少なくとも備えたタッチ入力デバイスと、
前記タッチ入力デバイスの外側からの嵌め込みを許容する段差を有するように凹入形成され、その底面に、表示装置のための凹部又は開口部、及び前記前記タッチ入力デバイスの裏面周縁部を支持する枠状の支持部を有する筐体と、
を備えたタッチ入力デバイスの実装構造であって、
前記感圧センサが、
第１基板と、
前記第１基板と対向配置され前記タッチパネルの下面に貼着された第２基板と、
前記第１基板の前記第２基板との対向面又は前記第２基板の前記第１基板との対向面のいずれか一面、又は両面に分かれ、当該第１又は第２基板の縁部に沿って枠状に配置された一対の電極と、
前記第１基板の前記第２基板との対向面又は前記第２基板の前記第１基板との対向面に前記一対の電極の少なくとも一方とは隙間を空けて、かつ前記第１又第２基板の縁部に沿って配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の感圧インク部材と、
前記第１基板と前記第２基板との対向領域に配置され、粘着性を有して前記第１基板と前記第２基板とを接着するとともに、前記感圧インク部材と前記一対の電極の少なくとも一方との隙間を保持する隙間保持部材と、
前記第１基板の前記第２基板との対向面とは反対面に、前記感圧インク部材を支持するように点在して積層配置された圧力集中部材と、
を備えたものであり、
さらに、前記感圧センサと前記筐体の前記支持部との間に枠状のガスケットが貼着され、当該ガスケットが前記圧力集中部材と非重複である、ことを特徴とする感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第２態様によれば、前記感圧インク部材は、前記第１基板又は第２基板の長辺二辺に沿って点在して配置されており、前記圧力集中部材と１対１で対応している、第１態様の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第３態様によれば、前記感圧インク部材は、前記第１基板又は第２基板の長辺二辺に沿って各々帯状に配置されている、第１態様の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第４態様によれば、前記枠状のガスケットが前記圧力集中部材を収納する貫通穴を備えている、第１〜３態様のいずれかの感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第５態様によれば、前記ガスケットの前記貫通穴が、各々２以上の前記圧力集中部材を収納するものである、第４態様の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第６態様によれば、前記枠状のガスケットの枠内に全ての前記圧力集中部材が位置している、第１〜３態様のいずれかの感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第７態様によれば、さらに、前記枠状のガスケットと同じ材料からなる補助部材が、当該補助部材と前記枠状のガスケットとの間に前記圧力集中部材を位置させるように、前記感圧センサと前記筐体の前記支持部との間に貼着されている、第６態様の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第８態様によれば、前記第１基板と前記第２基板と前記隙間保持部材とは、それぞれ枠状に形成されている、第１〜７態様のいずれか１つの感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第９態様によれば、前記第１基板及び第２基板は、透明な材料で平板状に構成され、前記一対の電極が設けられていない部分に透明窓部分が形成されている、第１〜７態様のいずれか１つの感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第１０態様によれば、前記一対の電極の一方は、前記第１基板上に配置され、
前記一対の電極の他方は、前記第２基板上に配置され、
前記感圧インク部材は、前記一対の電極の一方又は他方の複数箇所を被覆するように設けられている、第１〜９態様のいずれか１つの感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第１１態様によれば、前記一対の電極は、前記第１基板上に互いに隙間を空けて配置され、前記感圧インク部材は、前記第２基板上に配置されている、第１〜９態様のいずれか１つの感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造を提供する。

また、本発明の第１２態様によれば、前記一対の電極は、前記第２基板上に互いに隙間を空けて配置され、前記感圧インク部材は、前記第１基板上に配置されている、第１〜９態様のいずれか１つの感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。

本発明にかかる感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造によれば、感圧センサの一対の電極が前記第１又は第２基板の縁部に沿って枠状に配置されているので、当該枠で囲まれた内側部分の透過率は低下しない。したがって、表示装置の表示部を枠の内側に配置することで、当該表示部の視認性の低下を抑えることができる。

また、感圧センサの裏面側で感圧インク部材が設けられている位置の直下に圧力集中部材が配置されているので、感圧センサに厚み方向の押圧力が加わったとき、下部フィルムの感圧インク部材に対応する部分を下方から支持し、加わった押圧力を分散させることがない。したがって、圧力の測定精度を向上させることができる。

また、感圧センサと筐体の支持部との間に枠状のガスケットが配置されているので、圧力集中部材の存在により感圧センサの下面が平滑でなくても、当該枠状のガスケットによってその枠内の空間が密閉される。したがって、優れた防水性、防塵性が得られる。

さらに、当該ガスケットが圧力集中部材と非重複であるので、感圧センサに厚み方向の押圧力が加わっていない状態では下部フィルムの感圧インク部材に対応する部分に圧力が集中せず、本当に感圧センサに厚み方向の押圧力が加わったときに初めて圧力が集中して検出値である抵抗の変化が大きくなった。したがって、圧力検知が容易である。

本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスを搭載する携帯電話機の斜視図である。 図１のＡ１−Ａ１断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスの斜視図である。 Ｘ軸検出用透明フィルムの平面図である。 Ｙ軸検出用透明フィルムの平面図である。 シールド用透明フィルムの平面図である。 タッチ入力デバイスが備える感圧センサの平面図である。 図７のＡ２−Ａ２断面図である。 図７に示す感圧センサの分解斜視図である。 本発明の第１実施形態にかかるガスケットの平面図である。 図１０に示すガスケットを用いたタッチ入力デバイスの実装構造の要部拡大断面図である。 図１１に示すタッチ入力デバイスの実装構造の押圧時の要部拡大断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスが備える感圧センサの変形例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスが備える感圧センサの変形例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスが備える感圧センサの変形例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスが備える感圧センサの変形例を示すである。 本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスが備える感圧センサの変形例を示す説明図である。 本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスが備える感圧センサの変形例を示す説明図である。 本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスの実装変形例を示す説明図である。 本発明の第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの実装構造を示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの実装変形例を示す説明図である。 本発明の第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの実装変形例を示す説明図である。 本発明の実施例および比較例にかかる各サンプルにおける抵抗値と押圧力との関係を示すグラフである。 ガスケットを用いた防水性、防塵性に優れたタッチ入力デバイスの実装構造を示す分解斜視図である。 感圧センサのバンプをガスケット上に配置したタッチ入力デバイスの実装構造を示す断面図である。

以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

《第１実施形態》
本発明の第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスの実装構造は、タッチパネルと感圧センサとを一体にタッチ入力デバイスを構成し、当該感圧センサを備えたタッチ入力デバイスを外側から筐体に実装したものである。本第１実施形態においてタッチ入力デバイスは、タッチパネルでの位置検出に加えて感圧センサによって押圧力の強さを検出することができるものである。本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスは、例えば、タッチパネルを有する電子機器、特に携帯電話機やゲーム機などの携帯型電子機器のディスプレイのタッチ入力デバイスとして好適に機能する。ここでは、本タッチ入力デバイスが携帯電話機に搭載される例を説明する。

図１は、本第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスを搭載する携帯電話機の斜視図であり、図２は、図１のＡ１−Ａ１断面図である。図３は、タッチ入力デバイスの斜視図である。

図１に示すように、携帯電話機１は、前面に表示窓２Ａが形成された合成樹脂製の筐体２と、液晶や有機ＥＬなどの表示部３Ａを有し、筐体２内に内蔵された表示装置３と、表示窓２Ａに嵌め込まれたタッチ入力デバイス４と、筐体２の前面に配置された複数の入力キー５とを備えている。

タッチ入力デバイス４は、図３に示すように、透明窓部分４Ａと、透明窓部分４Ａの周囲に配置された枠状の加飾領域４Ｂとを有している。タッチ入力デバイス４が携帯電話機の筐体２の表示窓２Ａに配置された場合には、透明窓部分４Ａから表示装置３の表示部３Ａを視認することができる。

また、タッチ入力デバイス４は、タッチ入力デバイス４の入力面に対するタッチ操作に基づいて、その操作位置となる平面座標（ＸＹ座標）を検出するタッチパネル１０と、入力面と直交する方向（Ｚ方向）に加えられた押圧力の強さを検出する感圧センサ２０とを備えている。

まず、タッチパネル１０の構成について説明する。
タッチパネル１０は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルである。ここでは、タッチパネル１０として静電容量方式のタッチパネルを用いる例を説明する。タッチパネル１０は、入力面となる透明支持基板１１と、加飾フィルム１２と、Ｘ検出用透明フィルム１３と、透明粘着層１４と、Ｙ軸検出用透明フィルム１５、透明粘着層１６と、シールド用透明フィルム１７と、透明粘着層１８と、ハードコートフィルム１９とを順に積層して構成されている。

透明支持基板１１は、透視性、剛性、及び加工性に優れた材料、例えば、ガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などで構成されている。透明支持基板１１の下面には、透明粘着剤５１により、加飾フィルム１２が貼着されている。

加飾フィルム１２は、透明フィルムの周囲表面に枠状にインクを塗布することにより形成されている。タッチ入力デバイス４の加飾領域４Ｂは、前記インクを塗布した部分である加飾部１２ａにより形成され、加飾部１２ａが設けられていない部分１２ｂがタッチ入力デバイス４の透明窓部分４Ａとなる。

加飾部１２ａを構成するインクとしては、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂などの樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料又は染料を着色剤として含有する着色インクを用いるとよい。また、加飾部１２ａは、塗布に代えて印刷により形成されてもよい。印刷により加飾部１２ａを形成する場合、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷などの通常の印刷法を利用することができる。

加飾フィルム１２の下面には、透明粘着剤５０により、Ｘ軸検出用透明フィルム１３が貼着されている。Ｘ軸検出用透明フィルム１３の下面には、例えば、図４に示すように一方向にストライプ状に配置された上部透明電極１３ａと、バスバーや引き回し線等の外部と通電するための所定のパターンの引き回し回路１３ｂとが形成されている。また、Ｘ軸検出用透明フィルム１３の下面には、上部透明電極１３ａと引き回し回路１３ｂとを被覆するように透明粘着層１４が配置され、当該透明粘着層１４によりＹ軸検出用透明フィルム１５が貼着されている。透明粘着層１４は、例えば、糊、接着剤、又は両面粘着テープである。

Ｙ軸検出用透明フィルム１５の下面には、図５に示すように上部透明電極１３ａと交差（例えば直交）する方向にストライプ状に配置された下部透明電極１５ａと、バスバーや引き回し線等の外部と通電するための所定のパターンの引き回し回路１５ｂとが形成されている。また、Ｙ軸検出用透明フィルム１５の下面には、下部透明電極１５ａと引き回し回路１５ｂとを被覆するように透明粘着層１６が配置され、当該透明粘着層１６によりシールド用透明フィルム１７が貼着されている。透明粘着層１６は、例えば、糊、接着剤、又は両面粘着テープである。

シールド用透明フィルム１７の下面には、図６に示すように、矩形のシールド用透明電極１７ａと、筐体２（グランド）に接続するための所定のパターンの引き回し回路１７ｂが形成されている。シールド用透明電極１７ａは、表示装置３の表示部３Ａよりも大きく形成され、タッチ入力デバイス４の厚み方向から見たときに表示部３Ａを包含できる位置に配置されている。これにより、シールド用透明電極１７ａは、表示装置３から発生する妨害電磁波（交流のノイズ）を遮蔽する、いわゆる電磁シールドの役割を果たす。また、シールド用透明フィルム１７の下面には、シールド用透明電極１７ａと引き回し回路１７ｂとを被覆するように透明粘着層１８が配置され、当該透明粘着層１８によりハードコートフィルム１９が貼着されている。透明粘着層１８は、例えば、糊、接着剤、又は両面粘着テープである。

Ｘ軸検出用透明フィルム１３とＹ軸検出用透明フィルム１５とシールド用透明フィルム１７とは、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などで構成されている。ハードコートフィルム１９は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂やポリイミドなどで構成されている。

各透明電極１３ａ，１５ａ，１７ａと各引き回し回路１３ｂ，１５ｂ，１７ｂとは、透明導電膜より構成されている。透明導電膜の材料としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、若しくはＩＴＯ等の金属酸化物や導電性ポリマーの薄膜が挙げられる。各透明電極１３ａ，１５ａ，１７ａと各引き回し回路１３ｂ，１５ｂ，１７ｂの形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、ールコーター法などを用いて各透明フィルム１３，１５，１７の全面に導電性被膜を形成した後、不要な部分をエッチング除去する方法がある。前記エッチングは、電極として残したい部分にフォトリソ法やスクリーン法などによりレジストを形成した後、塩酸などのエッチング液に浸漬することにより行うことができる。また、前記エッチングは、前記レジストの形成後、エッチング液を噴射してレジストが形成されていない部分の導電性被膜を除去し、その後、溶剤に浸漬することによりレジストを膨潤又は溶解させて除去することにより行うこともできる。また、前記エッチングは、レーザーにより行うこともできる。

次に、筐体２の構成について説明する。
図２に示すように、筐体２の表示窓２Ａは、感圧センサ２０を備えたタッチ入力デバイス４の外側からの嵌め込みを許容するため、段差を有するように凹入形成されている。表示窓２Ａの底面には、表示装置３の表示部３Ａが視認できるように開口部２ａが形成されている。感圧センサ２０を備えたタッチ入力デバイス４は、開口部２ａの周囲の枠状の支持部２ｂ上で支持されて、開口部２ａを塞ぐ。なお、開口部２ａでなく表示装置３を収納できる凹部でもよい。

なお、表示窓２Ａの形状や大きさは、タッチ入力デバイス４の形状や大きさに応じて種々の変更が可能である。表示窓２Ａの段差は、感圧センサ２０を備えたタッチ入力デバイス４の厚みなどに応じて種々の変更が可能である。表示窓２Ａの開口部２ａの形状や大きさは、表示部３Ａの形状や大きさなどに応じて種々の変更が可能である。ここでは、表示窓２Ａ、開口部２ａ、表示部３Ａ、及び感圧センサ２０を備えたタッチ入力デバイス４の形状を矩形とし、表示窓２Ａの段差を筐体２の表面と感圧センサ２０を備えたタッチ入力デバイス４の表面との高さが同じになるように設定している。

次に、感圧センサ２０の構成について説明する。
図７は、本第１実施形態にかかる感圧センサの平面図であり、図８は、図７のＡ２−Ａ２の断面図である。図９は、図７に示す感圧センサの分解斜視図である。

感圧センサ２０は、タッチパネル１０のハードコートフィルム１９の下面に、例えば糊、接着剤、両面粘着テープなどの粘着層３０によって貼着されている。感圧センサ２０は、タッチパネル１０の上方から見たときに加飾部１２ａに隠蔽されるように枠状に形成されている。したがって、感圧センサ２０を構成する各部材は、透明な材質で構成されることに限定されず、有色の材質で構成されていてもよい。

感圧センサ２０は、枠状の第２基板の一例である上部フィルム２１と、上部フィルム２１と対向配置された枠状の第１基板の一例である下部フィルム２２とを備えている。感圧センサ２０は、下部フィルム２２が表示窓２Ａの枠状部分２ｂ上に、例えば粘着剤により貼着されることで表示窓２Ａに取り付けられる。上部及び下部フィルム２１，２２の厚み寸法は、例えば２５μｍ〜１００μｍに設定されている。

上部及び下部フィルム２１，２２の材料としては、フレキシブル基板に使用可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル系樹脂、ＡＮ樹脂などの汎用樹脂を挙げることができる。また、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの汎用エンジニアリング樹脂や、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、ポリアリル系耐熱樹脂などのスーパーエンジニアリング樹脂を用いることもできる。

上部フィルム２１の下部フィルム２２との対向面には、上部電極２１ａが枠状に配置されている。下部フィルム２２の上部フィルム２１との対向面には、下部電極２２ａが上部電極２１ａと対向するように枠状に配置されている。ここでは、上部電極２１ａと下部電極２２ａとで一対の電極が構成されている。上部及び下部電極２１ａ，２２ａの厚み寸法は、例えば、１０μｍ〜２０μｍに設定されている。

上部及び下部電極２１ａ，２２ａの材質としては、金、銀、銅、若しくはニッケルなどの金属、あるいはカーボンなどの導電性を有するペーストを用いることができる。これらの形成方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法、フォトレジスト法などが挙げられる。また、上部及び下部電極２１ａ，２２ａは、銅や金などの金属箔を貼り付けて形成することもできる。さらに、上部及び下部電極２１ａ，２２ａは、銅などの金属をメッキしたＦＰＣの上にレジストで電極パターンを形成し、レジストで保護されていない部分の金属箔をエッチング処理することによって形成することもできる。

上部フィルム２１には、長辺二辺に沿って、上部電極２１ａを被覆するようにドット状の上部感圧インク部材２３ａが配置されている。下部フィルム２２には、長辺二辺に沿って、下部電極２２ａを被覆し且つ上部感圧インク部材２３ａと対向するようにドット状の下部感圧インク部材２３ｂが配置されている。上部又は下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂの厚み寸法（上部フィルム２１又は下部フィルム２２からの高さ）は、上部又は下部電極２１ａ，２２ａの厚み寸法よりも大きく、例えば１５μｍ〜３５μｍに設定されている。

上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂを構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する素材で構成されている。前記組成物として、例えば、英国のＰｅｒａｔｅｃｈ社から商品名「ＱＴＣ」で入手可能な量子トンネル現象複合材料を用いることができる。上部感圧インク部材２３ａ，下部感圧インク部材２３ｂは、塗布により上部フィルム２１，下部フィルム２２に配置することができる。上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂの塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、又はフレキソ印刷などの印刷法を用いることができる。

上部フィルム２１と下部フィルム２２との対向領域には、枠状の隙間保持部材２４が配置されている。隙間保持部材２４は、粘着性を有して上部フィルム２１と下部フィルム２２とを接着するとともに、上部感圧インク部材２３ａと下部感圧インク部材２３ｂとの隙間を保持するための絶縁性部材である。隙間保持部材２４は、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの芯材の両面にアクリル系の接着糊などの粘着剤を形成した両面粘着テープである。隙間保持部材２４の厚みは、例えば、５０〜１００μｍに設定されている。

隙間保持部材２４には、図９に示すように、上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂに対応して、それぞれ貫通穴２４ａが設けられている。各貫通穴２４ａは、上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂよりも幅（図９に示す例では直径）が大きく形成されている。例えば、貫通穴２４ａの幅は３ｍｍであり、上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂの幅は２ｍｍであり、上部及び下部電極２１ａ，２２ａの幅は１ｍｍである。これにより、隙間保持部材２４と感圧インク部材２３ａ，２３ｂとが接触しないようになっている。また、隙間保持部材２４は、貫通穴２４ａ以外の部分で上部及び下部電極２１ａ，２２ａを被覆するので、各貫通穴２４ａに対応する部分以外で両電極２１ａ，２２ａが通電することを防止することができる。

また、上部及び下部電極２１ａ，２２ａは、コネクタ２５に接続されている。コネクタ２５は、携帯電話機１に内蔵された押圧力検出部（図示せず）に接続されている。

前記構成の感圧センサ２０は、通常時（無加圧時）は、隙間保持部材２４によって、上部感圧インク部材２３ａと下部感圧インク部材２３ｂとが互いに接触しない状態となっている。この状態で、感圧センサ２０上に設けられたタッチパネル１０のタッチ入力面に押圧力が加えられた場合、当該押圧力により、上部又は下部フィルム２１，２２が撓むなどして変形し、上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂが互いに接触する。これにより、上部電極２１ａと下部電極２２ａとの間に電流が流れる。この電流を検出することにより、タッチ入力デバイス４への入力面への押圧力を検出することができる。

また、タッチ入力デバイス４へのタッチ入力面への押圧力が大きくなると、上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂに加えられる外力が増大することにより、上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂの電気抵抗値が小さくなる。これにより、上部電極２１ａと下部電極２２ａとの間に流れる電流が増大する。この電流の変化を電圧値に変換して検出することによって、上部又は下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂに加えられる外力を検出することができ、タッチ入力デバイス４へのタッチ入力面への押圧力を検出することができる。

また、感圧センサ２０は、図８及び図９に示すように、下部フィルム２２の下部電極２２ａが設けられていない側の面（裏面）に、圧力集中部材としてバンプ２６を積層配置している。なお、図９では感圧インク部材２３ａ，２３ｂとバンプ２６とは１対１で対応している。ここで、バンプ２６の高さ寸法は、例えば５０μｍ〜２００μｍ（下部フィルム２２に接着するための接着層の厚みを含む）である。これにより、図１１及び図１２に示すように、感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わったとき、下部フィルム２２の感圧インク部材２３ｂの部分を下方から支持し、加わった押圧力を分散させることなく、下部フィルム２２の変形に利用される力として確実に伝達することができる。これにより、圧力の測定精度を向上させることができる。なお、隙間保持部材２４と上部又は下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂとが接触していない方が、下部フィルム２１が変形しやすく、圧力の測定精度を向上させることができる。

また、バンプ２６の幅（図９に示す例では直径）を上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂの幅（図９に示す例では直径）よりも広くすることが、、上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂの耐久性の点で好ましい。バンプ２６の幅が上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂの幅より狭いと、バンプ２６の外縁に対応する部分で下部フィルム２２が大きく変形するため、上部感圧インク部材２３ａも当該バンプ２６の外縁に対応する部分で変形して下部感圧インク部材２３ｂと接触する。これを繰り返すことにより、上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂの抵抗が高くなるなどの問題を生ずるおそれがある。

なお、前記圧力集中部材は、バンプに限定されるものではなく、圧縮性の高い部材であればよい。また、図中で圧力集中部材２６は半球形状をしているが、直方体でもよい。圧力集中部材２６を直方体とすると、半球形状のように点で圧力を受ける場合に比べて測定感度にばらつきが少ない。前記圧力集中部材の材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などからなるインキやフィルムがあげられる。

最後に、ガスケット４０の構成について説明する。
図１０は、本第１実施形態にかかるガスケットの平面図であり、図１１は、図１０に示すガスケットを用いたタッチ入力デバイスの実装構造の要部拡大断面図である。

ガスケット４０は、感圧センサ２０と筐体２の支持部２ｂとの間に、例えば糊、接着剤、両面粘着テープなどの粘着層４１によって両面で貼着されている（図２においては図示を省略している）。ガスケット４０は、枠内の空間が密閉し液体や塵などをよけるために使用できるものである。これがないと、感圧センサ２０の下面がバンプ２６により平滑でなく筐体２の支持部２ｂとの間に隙間を生じているため、液体や塵などが外部から侵入して、電子機器の性能に影響を与えかねない。

ガスケット４０の材料としては、特に限定されないが、天然ゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、シリコーンゴムのような各種ゴム材の特に加硫処理物、また水素添加スチレン−ブタジエン共重合体、水素添加スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体等のスチレン系エラストマー、エチレン−α−オレフィン共重合体やプロピレン−α−オレフィン共重合体等のオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマーやポリアミド系エラストマー等の各種熱可塑性エラストマー、あるいはこれらの混合物等があげられる。また、高密度の発泡ウレタンや発泡オレフィンなどのフォーム材なども、ガスケット４０の材料として用いることもできる。

ガスケット４０には、図１０〜１２に示すように、前記圧力集中部材であるバンプ２６を収納するための貫通穴４０ａが圧力集中部材毎に設けられている。当該貫通穴４０ａによってガスケット４０が圧力集中部材であるバンプ２６と非重複であるので、感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わっていない状態（図１１参照）では下部フィルム２２の感圧インク部材２３ａ，２３ｂに対応する部分に圧力が集中せず、本当に感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わったとき（図１２参照）に初めて圧力が集中して検出値である抵抗の変化が大きくなった。

ガスケット４０の各貫通穴４０ａの幅は、隙間保持部材２４の各貫通穴２４ａの幅と同じか、あるいは隙間保持部材２４の各貫通穴２４ａの幅よりも大きく形成されているのが好ましい。例えば、隙間保持部材２４の貫通穴２４ａの幅が３ｍｍの場合、ガスケット４０の貫通穴４０ａの幅は３．５ｍｍである。これにより、感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わったとき、感圧センサ２０の下部フィルム２１が変形しやすく、圧力の測定精度を向上させることができる。

以上、本発明の第１実施形態にかかる感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造によれば、感圧センサ２０の上部及び下部電極２１ａ，２２ａが枠状に配置されているので、当該枠で囲まれた内側部分の透過率は低下しない。したがって、タッチパネル１０を有する携帯電話機１であっても表示装置３の表示部３Ａを枠の内側に配置することで、当該表示部３Ａの視認性の低下を抑えることができる。

また、感圧インク部材２３ａ，２３ｂは、上部及び下部フィルム２１，２２の長辺二辺に沿って点在しているので、上部フィルム２１に対して同じ押圧力を加えた場合、上部又は下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂが、上部又は下部電極２１ａ，２２ａの両方に接触する面積のバラツキを抑えることができる。したがって、圧力の測定精度を向上させることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、前記第１実施形態では、上部及び下部電極２１ａ，２２ａの両方を上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂで被覆するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、上部電極２１ａを上部感圧インク部材２３ａで被覆する一方、下部電極２２ａを下部感圧インク部材２３ｂで被覆しないようにしてもよい。すなわち、上部及び下部電極２１ａ，２２ａの少なくともいずれか一方を感圧インク部材で被覆するようにすればよい。この場合、上部電極２１ａと下部電極２２ａとの間には、１つの感圧インク部材しか配置されないことになるので、２つの感圧インク部材を配置するときよりも圧力の測定精度と測定感度が高くなる。なお、前記第１実施形態のように、上部及び下部電極２１ａ，２２ａの両方を上部及び下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂで被覆するようにした場合には、上部及び下部電極２１ａ，２２ａが貫通穴２４ａの空間内で露出する部分を少なくすることができる。これにより、上部及び下部電極２１ａ，２２ａの腐食などの不具合を抑えることができる。

また、前記第１実施形態では、上部又は下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂを第１又は下部フィルム２１，２２の長辺二辺に沿って点在するように配置した（図９参照）が、本発明はこれに限定されない。例えば、上部又は下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂは、上部又は下部フィルム２１，２２の縁部に沿って配置されていればよく、各コーナー部に配置してもよい（図１６参照）。また、長辺二辺に沿って点在させる場合、好ましくは、上部又は下部感圧インク部材２３ａ，２３ｂは、左右対象で且つ等間隔に配置するものとする。

また、図１７に示すように、感圧インク部材２３ａ，２３ｂを上部及び下部フィルム２１，２２の長辺二辺に沿って各々帯状に配置してもよい。また、図１８に示すように、感圧インク部材２３ａ，２３ｂを上部及び下部フィルム２１，２２に枠状に配置してもよい。これらの場合、感圧インク部材２３ａ，２３ｂとはバンプ２６は１対複数で対応しているが、バンプ２６の存在しない部分の感圧インク部材２３ａ，２３ｂは圧力検知に実質的に関与しない。また、点在させるよりも帯状や枠状に形成する方が位置精度が低くてもよいため、感圧インクの印刷が容易である。

また、前記第１実施形態では、感圧センサ２０において上部電極２１ａと下部電極２２ａとで一対の電極を構成したが、上部電極２１ａに代えて、下部フィルム２２に下部電極２２ａに並列して枠状の下部電極２２ｂを配置してもよい（図１４参照）。すなわち、感圧センサの厚み方向に押圧力が加わったとき、上部フィルム２１の上部感圧インク部材２３ａ（例えば、図９に示すように上部フィルム２１の長辺二辺に沿って合計１０箇所に配置された上部感圧インク部材２３ａの場合、１０箇所のうちの少なくとも１つ）が下部電極２２ａと下部電極２２ｂの両方に接触して両者を導通させる。これにより、感圧インク部材２３ａに加えられる外力を検出することができ、タッチ入力面への押圧力を検出することができる。また、下部フィルム２２側ではなく、上部フィルム２１側に枠状の電極を並列に配置することもできる。

また、前記第１実施形態では、感圧センサ２０において上部及び下部フィルム２１，２２を枠状に構成したが、枠状の上部及び下部フィルム２１，２２に代えて、矩形板状で上部及び下部フィルム２１Ａ，２２Ａを構成し、上部及び下部フィルム２１Ａ，２２Ａと隙間保持部材２４とは透明な材質で構成してもよい（図１５参照）。なお、上部及び下部電極２１ａ，２２ａは枠状に配置されているので、当該枠で囲まれた内側部分の透過率は低下しない。また、上部及び下部フィルム２１Ａ，２２Ａと隙間保持部材２４とは、透明な材質で構成されているので、透過率の低下を抑えることができる。したがって、タッチパネル１０を有する携帯電話機１に搭載されても、表示装置３の表示部３Ａの視認性の低下を抑えることができる。

また、前記第１実施形態では、ガスケット４０の貫通穴４０ａが圧力集中部材２６毎に設けているが、これに代えて、ガスケット４０の貫通穴４０ａが各々２以上の圧力集中部材２６を収納するものであってもよい（図１９参照）。２以上の圧力集中部材２６を収納するように貫通穴４０ａを設けることにより、貫通穴４０ａの形成、すなわちガスケット４０の加工が容易となる。

また、前記第１実施形態では、加飾フィルム１２を備えるようにしたが、加飾フィルム１２を備えなくてもよい。

《第２実施形態》
図２０は、本発明の第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの実装構造を示す断面図である。本第２実施形態にかかるタッチ入力デバイスの実装構造が、前記第１実施形態にかかるタッチ入力デバイスの実装構造と異なる点は、第１実施形態が枠状のガスケット４０に圧力集中部材２６を収納するための貫通穴４０ａを設けることによりガスケット４０と圧力集中部材２６とを非重複としているのに代えて、枠状のガスケット４０の枠内に全ての圧力集中部材２６が位置している位置関係をとることによりガスケット４０と圧力集中部材２６とを非重複としている点である。

なお、本第２実施形態のようなガスケット４０の枠内ではなく、枠外に圧力集中部材２６が位置した場合、感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わったときに圧力集中部材２６が意味を成さなくなるおそれがある。なぜならば、感圧センサ２０に厚み方向の押圧力が加わったときにはタッチ入力デバイス４を下方に撓ませる力が働くが、このとき筐体２の支持部２に接着された枠状のガスケット４０より外側の部分を前記支持部２から浮かせてしまうからである。これに対して本第２実施形態のように筐体２の支持部２に接着された枠状のガスケット４０の枠内に全ての圧力集中部材２６を位置させる場合は、圧力集中部材２６の浮きを防ぐことができるのである。

また、前記第２実施形態では、さらに、枠状のガスケット４０と同じ材料からなる補助部材６０が、当該補助部材６０と枠状のガスケット４０との間に圧力集中部材２６を位置させるように、感圧センサ２０と筐体２の支持部２ｂとの間に貼着されている構成としてもよい。例えば、補助部材６０を、図２１に示すように帯状で形成したり、図２２に示すように枠状で形成したりすることができる。

（圧力の測定精度の評価試験）
次に、前記各実施形態のように、感圧センサが感圧インク部材に対応して下面に圧力集中部材を備え、感圧センサと筐体の支持部との間に枠状のガスケットが貼着され、当該ガスケットが前記圧力集中部材と非重複であるタッチ入力デバイスの実装構造が、圧力の測定精度が高い効果を有することを確認するために行った試験結果ついて説明する。

ここでは、本発明の実施例として、感圧センサに設けられた圧力集中部材を収納する貫通穴を備えた枠状のガスケット（図１０参照）を、図１１に示すような実装構造が可能な位置関係でタッチ入力デバイスの裏面の貼付けてサンプルＳ１を作製した。また、この比較例として、貫通穴の無い枠状のガスケットが、図２５に示すような実装構造が可能な位置関係でタッチ入力デバイスの裏面の貼付けてサンプルＳ２を作製した。

そして、サンプルＳ１及びＳ２を、筐体の代わりに試験台上に載置した後、各サンプルのガラス基板の中央部分におもりを配置し、銀電極に電流を流して抵抗値を測定した。この動作をおもりの重さを変えて複数回繰り返し、感圧インク部材がガラス基板及びおもりから受ける押圧力に対する抵抗値を測定した。

図２３は、サンプルＳ１及びＳ２における抵抗値と押圧力との関係を示すグラフである。

感圧センサに設けられた圧力集中部材とガスケットが重複したサンプルＳ２では、図２３に示されるように、無荷重のときでも抵抗値が低く、押圧力を加えていっても抵抗値の変化がほとんど確認できなかった。

これに対して、感圧センサに設けられた圧力集中部材とガスケットが非重複であるサンプルＳ１では、図２３に示されるように、押圧力が約１５０ｇｆ以下のとき、抵抗値が変化を示した。
以上の試験結果より、感圧センサに設けられた圧力集中部材とガスケットを非重複させることによって圧力の測定精度を向上できることが確認された。

なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明にかかる感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造は、感圧センサが搭載されても表示装置の表示部の視認性低下を抑えることができるとともに、防水性、防塵性に優れ、なおかつ測定精度の高い圧力検知が容易であるので、タッチパネルを有する電子機器、特に携帯電話機やゲーム機などの携帯型電子機器に有用である。

１ 携帯電話機
２ 筐体
２Ａ 表示窓
３ 表示装置
３Ａ 表示部
４ タッチ入力デバイス
４Ａ 透明窓部分
４Ｂ 加飾領域
５ 入力キー
１０ タッチパネル
１１ 透明支持基板
１２ 加飾フィルム
１３ Ｘ軸検出用透明フィルム
１３ａ 上部透明電極
１３ｂ 引き回し回路
１４ 透明粘着層
１５ Ｙ軸検出用透明フィルム
１５ａ 下部透明電極
１５ｂ 引き回し回路
１６ 透明粘着層
１７ シールド用透明フィルム
１７ａ シールド用透明電極
１７ｂ 引き回し回路
１８ 透明粘着層
１９ ハードコートフィルム
２０ 感圧センサ
２１ 上部フィルム
２１ａ 上部電極
２２ 下部フィルム
２２ａ，２２ｂ 下部電極
２３ａ，２３ｂ 感圧インク部材
２４ 隙間保持部材
２５ コネクタ
２６ 圧力集中部材（バンプ）
３０ 粘着層
４０ ガスケット
４０ａ 貫通穴
４１ 粘着層
５０ 透明粘着層
５１ 透明粘着層
６０ 補助部材

Claims (12)

1. タッチパネル及び当該タッチパネルの下面に貼着された感圧センサを少なくとも備えたタッチ入力デバイスと、
   前記タッチ入力デバイスの外側からの嵌め込みを許容する段差を有するように凹入形成され、その底面に、表示装置のための凹部又は開口部、及び前記前記タッチ入力デバイスの裏面周縁部を支持する枠状の支持部を有する筐体と、
   を備えたタッチ入力デバイスの実装構造であって、
   前記感圧センサが、
   第１基板と、
   前記第１基板と対向配置され前記タッチパネルの下面に貼着された第２基板と、
   前記第１基板の前記第２基板との対向面又は前記第２基板の前記第１基板との対向面のいずれか一面、又は両面に分かれ、当該第１又は第２基板の縁部に沿って枠状に配置された一対の電極と、
   前記第１基板の前記第２基板との対向面又は前記第２基板の前記第１基板との対向面に前記一対の電極の少なくとも一方とは隙間を空けて、かつ前記第１又第２基板の縁部に沿って配置され、加えられた押圧力により電気特性が変化する導電性の感圧インク部材と、
   前記第１基板と前記第２基板との対向領域に配置され、粘着性を有して前記第１基板と前記第２基板とを接着するとともに、前記感圧インク部材と前記一対の電極の少なくとも一方との隙間を保持する隙間保持部材と、
   前記第１基板の前記第２基板との対向面とは反対面に、前記感圧インク部材を支持するように点在して積層配置された圧力集中部材と、
   を備えたものであり、
   さらに、前記感圧センサと前記筐体の前記支持部との間に枠状のガスケットが貼着され、当該ガスケットが前記圧力集中部材と非重複である、ことを特徴とする感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
2. 前記感圧インク部材は、前記第１基板又は第２基板の長辺二辺に沿って点在して配置されており、前記圧力集中部材と１対１で対応している、請求項１記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
3. 前記感圧インク部材は、前記第１基板又は第２基板の長辺二辺に沿って各々帯状に配置されている、請求項１記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
4. 前記枠状のガスケットが前記圧力集中部材を収納する貫通穴を備えている、請求項１〜３のいずれかに記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
5. 前記ガスケットの前記貫通穴が、各々２以上の前記圧力集中部材を収納するものである、請求項４記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
6. 前記枠状のガスケットの枠内に全ての前記圧力集中部材が位置している、請求項１〜３のいずれかに記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
7. さらに、前記枠状のガスケットと同じ材料からなる補助部材が、当該補助部材と前記枠状のガスケットとの間に前記圧力集中部材を位置させるように、前記感圧センサと前記筐体の前記支持部との間に貼着されている、請求項６記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
8. 前記第１基板と前記第２基板と前記隙間保持部材とは、それぞれ枠状に形成されている、請求項１〜７のいずれか１つに記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
9. 前記第１基板及び第２基板は、透明な材料で平板状に構成され、前記一対の電極が設けられていない部分に透明窓部分が形成されている、請求項１〜７のいずれか１つに記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
10. 前記一対の電極の一方は、前記第１基板上に配置され、
    前記一対の電極の他方は、前記第２基板上に配置され、
    前記感圧インク部材は、前記一対の電極の一方又は他方の複数箇所を被覆するように設けられている、請求項１〜９のいずれか１つに記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
11. 前記一対の電極は、前記第１基板上に互いに隙間を空けて配置され、前記感圧インク部材は、前記第２基板上に配置されている、請求項１〜９のいずれか１つに記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。
12. 前記一対の電極は、前記第２基板上に互いに隙間を空けて配置され、前記感圧インク部材は、前記第１基板上に配置されている、請求項１〜９のいずれか１つに記載の感圧センサを備えたタッチ入力デバイスの実装構造。

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