JP6547746B2 - スイッチモジュール、電子機器、および、電子機器の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、スイッチモジュール、電子機器、および、電子機器の製造方法に関する。

ユーザが操作入力を行う入力装置としては、操作指などが近接した位置を検出する、いわゆるタッチパネルを備えた装置がある。タッチパネルとしては、静電容量式の等タッチパネルが知られている。一般に、静電容量式のタッチパネルを備える入力装置においては、入力したことに対するフィードバックが無い。そのため、上記入力装置では、意図しない操作指の接触や近接により誤入力が発生したことをユーザが認識できない場合がある。また、ユーザが指先で目的の操作箇所を探すと誤入力が発生してしまう。
そのため、静電容量式のタッチパネルを備えた入力装置においては、更なる操作性向上が望まれている。

特許文献１には、自身の操作入力がなされていることをユーザが認識できるように、押下方向に弾性変形可能な突起を備えるシートでタッチパネル表面を被覆した入力装置が提案されている。この入力装置によれば、ユーザは押下時の突起の変形を指先で感じることができる。また、突起以外の主板部を肉厚にすることで、突起以外の箇所をユーザの指が触れたとしても誤入力がされないようになっている。

日本国特許第５２６３００６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の入力装置は、主板部を肉厚とすることで、ドーム部がタッチパネルの表面から離間してしまう。そのため、操作時にドーム部の変形量が大きくなり、耐久性が低下してしまうという課題がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされた。本発明の目的の一例は、耐久性を向上しつつ、操作性も向上可能なスイッチモジュール、電子機器、および、電子機器の製造方法を提供することである。

本発明の実施態様に係るスイッチモジュールは、操作子を検出するタッチパネルの表面に重ねられるタッチ層であって、前記操作子による押圧に応じて変形する押圧操作領域、および前記押圧操作領域とは異なる領域である非押圧操作領域を有するタッチ層と、前記非押圧操作領域に重ねられて、前記タッチパネルの表面と前記操作子との距離を前記タッチパネルによって前記操作子が検出されない検出不能距離に制限する規制層と、を備える。

本発明の実施態様に係る電子機器は、上記のスイッチモジュールと、タッチパネルと、を備える。

本発明の実施態様に係る電子機器の製造方法は、操作子を検出するタッチパネルの表面に重ねられるタッチ層であって、前記操作子による押圧に応じて変形する押圧操作領域、および前記押圧操作領域とは異なる領域である非押圧操作領域を有するタッチ層を準備し、前記非押圧操作領域に、前記タッチパネルの表面と前記操作子との距離を前記タッチパネルによって前記操作子が検出されない検出不能距離に制限する規制層を重ねてスイッチモジュールを形成し、前記スイッチモジュールを、前記タッチパネルに装着する、ことを含む。

上記スイッチモジュールによれば、耐久性を向上しつつ、操作性も向上できる。

この発明の第一実施形態におけるスイッチモジュールの断面図である。 この発明の第二実施形態における電子機器の斜視図である。 この発明の第二実施形態における図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 この発明の第二実施形態における図３の凸部周辺の拡大図である。 この発明の第二実施形態における第一シール層を示す平面図である。 この発明の第二実施形態の変形例における第一シール層を示す平面図である。 この発明の第二実施形態における凸部の、操作指の押下方向の位置に対する、操作荷重の変化を示すグラフである。 この発明の第二実施形態におけるスイッチモジュールの凸部をユーザの操作指が探している状態を示す断面図である。 この発明の第二実施形態におけるスイッチモジュールの凸部をユーザの操作指が認識した状態を示す断面図である。 この発明の第二実施形態におけるスイッチモジュールの凸部をユーザの操作指が押下し始めた状態を示す断面図である。 この発明の第二実施形態におけるスイッチモジュールの凸部をユーザの操作指が押下して、操作指がタッチパネルに検出される状態を示す断面図である。 この発明の第二実施形態における電子機器の製造方法を示すフローチャートである。 この発明の第三実施形態における図３に相当する断面図である。 この発明の第三実施形態の変形例におけるタッチパネルに装着された状態のシート部材の平面図である。 この発明の第三実施形態の変形例における図３に相当する断面図である。 この発明の第四実施形態における図１に相当する断面図である。 この発明の第四実施形態の変形例における図１６に相当する断面図である。 この発明の各実施形態の第一変形例における図２に相当する斜視図である。 この発明の各実施形態の第二変形例における図１６に相当する断面図である。 この発明の各実施形態の第二変形例における図１７に相当する断面図である。

（第一実施形態）
次に、この発明の第一実施形態に係るスイッチモジュールを図面を参照して説明する。
図１は、この発明の第一実施形態におけるスイッチモジュールの断面図である。
図１に示すように、スイッチモジュール１は、タッチ層２と、規制層３とを備えている。スイッチモジュール１は、例えば、静電容量式のタッチパネル４に装着して用いられる。
タッチ層２は、タッチパネル４の表面５に重ねられる。このタッチ層２は、押圧操作領域６を有している。押圧操作領域６は、ユーザにより押圧操作される領域である。第一実施形態における押圧操作領域６には、ドーム状の凸部７が形成されている場合を示している。しかしながら、第一実施形態は、押圧操作領域６にドーム状の凸部７が形成されることに限定されない。この凸部７は、ユーザの操作指により押下されることで、その弾性により復元可能に陥没変形する。この陥没変形によりユーザの操作指に節度感（クリック感）等が付与される。凸部７は、ユーザの操作指が押下を止めると、その弾性による復元力によって、元の形状に戻る。押圧操作領域６の形状は、操作したことをユーザに認識させることが可能な形状であれば、凸形状に限られない。

規制層３は、タッチ層２のうち、押圧操作領域６を除く領域（非押圧操作領域）に重ねられている。この規制層３は、タッチパネル４の表面５とユーザの操作指との距離を、タッチパネル４によって操作指が検出されない検出不能距離に制限する。第一実施形態における規制層３は、タッチ層２の外側に積層されている。規制層３の肉厚は、そのタッチパネル４とは反対側の外表面８とタッチパネル４との最短距離が、検出不能距離となるように設定されている。規制層３がタッチ層２の外側に積層される場合について説明したが、このような場合に限定されない。規制層３をタッチ層２の内側の面と外側面の両方に設けてもよい。

タッチ層２、および、規制層３は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂を用いて形成してもよい。これらタッチ層２、および、規制層３は、接着、溶着等により互いに固定することができる。また、このように形成されたスイッチモジュール１を、タッチパネル４の表面５に対して固定するための方法としては、種々の方法を適用できる。固定方法の具体例は、両面テープ等の粘着性の固定具により固定する方法、静電気を用いて固定する方法、クリップ等の弾性部材により押さえつけて固定する方法を含む。

したがって、上述した第一実施形態のスイッチモジュール１によれば、タッチ層２の押圧操作領域６がタッチパネル４の表面５から必要以上に離間しないため、ユーザの押下によるタッチ層２の押圧操作領域６の変形量を低減できる。その結果、タッチ層２の耐久性を向上できる。
また、規制層３が、タッチ層２の押圧操作領域６を除く領域に重ねられている。このため、押圧操作領域６を除く領域にユーザの指が触れた場合にユーザの指とタッチパネル表面との間に検出不能距離を確保することができる。その結果、ユーザが指先で目的の操作箇所を探せる等、操作性の向上を図ることができる。

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態に係るスイッチモジュール、および、電子機器を図面を参照して説明する。第一実施形態と第二実施形態との主な相違点は、第二実施形態のスイッチモジュールが、第一実施形態のスイッチモジュールを複数備える点である。そのため、第二実施形態と第一実施形態とで同一部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図２は、この発明の第二実施形態における電子機器の斜視図である。
図２に示すように、この第二実施形態の電子機器１０は、スイッチモジュール１０１と、機器本体１１とを備えている。スイッチモジュール１０１は、静電容量式のタッチパネルを備えた機器本体１１に装着される。図２においては、いわゆるタブレット型のコンピュータを機器本体１１として例示している。しかし、機器本体１１は、静電容量式のタッチパネル４を有していれば、タブレット型のコンピュータに限られない。
スイッチモジュール１０１は、タッチパネル４の表面５を覆うように機器本体１１に装着される。

図３は、この発明の第二実施形態における図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図３における凸部の拡大図である。
図２、図３に示すように、電子機器１０のタッチパネル４は、ユーザの操作指や金属等からなる棒状の操作部材（図示せず）の近接、および、接触した位置を、その位置における静電容量の変化を検出することで特定する入力装置である。ユーザの操作指や金属等からなる棒状の操作部材を、操作子と総称する。

タッチパネル４は、スクリーン３０と、電極板３１とを備えている。
スクリーン３０は、例えば、アクリル系、ポリカーボネート系、および、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）系の透明樹脂、ガラス等により形成される。このスクリーン３０の内面は、機器本体１１の外側を向いている。スクリーン３０の内面の外周部分が機器本体１１の筐体３２に接着層３３を介して固定されている。

電極板３１は、ガラス又は、上記透明樹脂等を基材として形成された透明電極を有する。
この電極板３１は、スクリーン３０の内面に配されている。
第二の実施形態における筐体３２は、スクリーン３０の端面３４に対向する壁部３５を備えている。つまり、スクリーン３０の外周、すなわち、端面３４は、壁部３５によって覆われている。

機器本体１１は、筐体３２の内部に表示装置３６を収容している。表示装置３６は、タッチパネル４の電極板３１と対向して配置される。この表示装置３６の対向面３７の一部または全部は、タッチパネル４に固定されてもよい。表示装置３６は、図示しない支持部を介して筐体３２に支持されてもよい。上述したタッチパネル４と表示装置３６とは一体に形成されるようにしてもよい。

図３、図４に示すように、スイッチモジュール１０１は、タッチ層２と、規制層３とを備えている。
タッチ層２は、主板部１２と、複数の押圧操作領域６とを備えている。複数の押圧操作領域６それぞれは、凸部７を有する。
主板部１２は、シート状に形成されている。この主板部１２は、弾性変形の可能な絶縁体で形成されている。このような弾性変形可能な絶縁体としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）など、弾性変形可能なエンジニアリングプラスチック等の樹脂、および、シリコンゴムなどの弾性体を用いてもよい。主板部１２の厚さは、７５μｍから３００μｍとしてもよい。タッチ層２は、一枚のシートを、プレス成型、真空成型、および、圧空成型などの塑性加工で形成してもよい。

上述したように、第二実施形態における複数の押圧操作領域６それぞれは、ドーム状の凸部７を有する。これら凸部７は、タッチパネル４から離間する方向に突出している。凸部７は、主板部１２から立ち上がる裾部１７と、裾部１７よりも突出側に配される頂部１８とを有する。裾部１７は、円錐台の周面の形状（円錐台形状）を有していてもよい。頂部１８は、球面の形状を有していてもよい。第二実施形態における複数の凸部７は、全て同一形状とされている。凸部７の肉厚と主板部１２の肉厚とは、同等である。このタッチ層２の主板部１２は、タッチパネル４の表面５に対して第一シール層１３を介して固定されている。第一シール層１３の具体例は、両面テープ、接着シート、および、粘着シートを含む。

図４は、凸部７の突出高さ（凸部７の突起方向における凸部７の最下端（底面）から最上端（頂点）までの長さ）である高さｈ１およびタッチパネル４の表面５から凸部７の頂点までの高さｈ２を示す。凸部７の高さｈ１は、高さｈ２が０．５ｍｍ以上となるように設定してもよい。凸部７の裾部１７の外径は、５ｍｍ〜４０ｍｍに設定してもよい。凸部７の形状をこのように設定することで、ユーザが凸部７を押下する操作を行った時に、適度な節度感を得ることができる。
凸部７の高さｈ１は、規制層３の厚さｔ１よりも大きく設定してもよい。凸部７の形状をこのように設定することで、規制層３よりも上方に凸部７の頂部１８が突出する。このため、ユーザが凸部７を指先で容易に見つけることができる。

タッチ層２は、透明であってもよい。この場合、例えば、凸部７の押下により入力される操作内容を、凸部７の直下の表示装置３６に表示することで、ユーザが容易に機能を確認することができる。また、凸部７に割り当てる操作内容の変更を、タッチパネル４の表示変更を行うだけで容易に行うことができる。この場合、第一シール層１３および、後述する第二シール層１４も透明であることが好ましい。上述した入力される操作内容の具体例は、文字、数字、記号、および、これら文字、数字、記号の組み合わせを含む。上記操作内容の別の具体例は、「改行」、「削除」、「ＳＨＩＦＴ」、「進む」、「戻る」を含む。上記操作内容のさらに別の具体例は、特定機能のＯＮ／ＯＦＦ、画面遷移、モード切替、特定アプリケーションのショートカットを含む。

上記においては、透明なタッチ層２を用いて、操作内容をタッチパネル４の直下の表示装置３６に表示させる場合について説明した。しかし、第二実施形態は、タッチ層２が透明でありかつ表示装置３６に操作内容を表示させる構成には限られない。例えば、タッチ層２を透明とせずに、操作内容をタッチ層２の凸部７に印刷されていてもよい。別の構成として、タッチ層２が透明であり、操作内容をタッチ層２の凸部７に印刷されていてもよい。

規制層３は、シート形状を有する。この規制層３は、第二シール層１４を介してタッチ層２に固定されている。第二シール層１４の具体例は、第一シール層１３と同様に、両面テープ、接着シート、および、粘着シートを含む。
規制層３は、複数の孔１５を備える。各孔１５は、タッチ層２の対応する凸部７の外径よりも僅かに大きく形成されている。第二実施形態における孔１５は、凸部７の裾部１７の最大直径部分よりも大径な円形状を有する。孔１５の径は、例えば、０．３ｍｍから２．０ｍｍ程度である。

複数の孔１５それぞれの内側には、上述した凸部７が配される。より具体的には、凸部７は、凸部７の中心と孔１５の中心とが互いに一致する状態で、孔１５内に配される。つまり、規制層３に形成された複数の孔１５の配置パターンは、タッチ層２に形成された凸部７の配置パターンと同じである。その結果、複数の凸部７は、それぞれ孔１５を介して外部に露出される。上記において、規制層３の孔１５の数が凸部７の数と同一である場合について説明した。しかし、孔１５の数は、凸部７の数より多くてもよい。

第二実施形態における規制層３の肉厚は、第一実施形態と同様に、検出不能距離を確保できる肉厚に設定されている。具体的には、規制層３の厚さｔ１は、規制層３の厚さｔ１と、第一シール層１３の厚さと、第二シール層１４の厚さと、タッチ層２の主板部１２の厚さとを合計した厚さが、検出不能距離以上となるように設定されている。規制層３の厚さｔ１は、温度変化によって変化することを考慮して、検出不能距離以上となる十分な厚さに設定することが好ましい。規制層３の厚さｔ１は、０．１ｍｍ以上が好ましく、例えば凸部７の高さｈ１よりも薄い０．３ｍｍから０．６ｍｍとすることがより好ましい。

規制層３は、絶縁体で形成されている。この規制層３を形成する絶縁体としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニリンサルファイド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、および、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのエンジニアリングプラスチック（樹脂）や、シリコンゴム等を用いることができる。この規制層３の表面又は裏面に印刷や刻印、レーザー刻印による着色、意匠があってもよい。規制層３は、タッチ層２と同様に透明であってもよい。透明の規制層３を用いる場合、第一シール層１３、および、第二シール層１４を透明部材としてもよい。この場合、タッチ層２に施された意匠や、表示装置３６の表示を規制層３の外側からも視認することができる。

規制層３の材料として、誘電率の低い絶縁体を用いてもよい。具体的には、規制層３の材料として、フッ素樹脂や多孔質の樹脂、微細な孔が多数存在する樹脂などを用いてもよい。微細な孔の大きさは、ユーザの指が入り込まない大きさであり、例えば１ｍｍ以下である。このように誘電率が低い樹脂を用いることで、規制層３の厚みを薄くできる。そのため、凸部７が規制層３の孔１５から突出する量が大きくなり、指先で凸部７を見つけ易くなる。

第二シール層１４は、規制層３と一体に形成されてもよい。また、第二シール層１４は、複数のシール層を積層して形成してもよい。複数のシート状のシール層で第二シール層１４を形成する場合、例えば、異なる材質のシール層を組み合わせて用いてもよい。第二シール層１４の場合と同様に、第一シール層１３は、タッチ層２と一体に形成してもよく、複数のシール層を積層して形成してもよく、異なる材質のシール層の組み合わせにより形成してもよい。

図５は、この発明の第二実施形態における第一シール層を示す平面図である。図６は、この発明の第二実施形態の変形例における第一シール層を示す平面図である。
図５、図６に示すように、第一シール層１３は、凸部７のタッチパネル４側に、それぞれが平面視で凸部７よりも僅かに大きい複数の逃げ孔２０を備えている。これら逃げ孔２０を設けることによって、ユーザによって押圧された凸部７の頂部１８が第一シール層１３に接触しない。このため、凸部７がタッチパネル４に固定されることが回避される。

第一シール層１３は、隣り合う逃げ孔２０同士を連通させるスリット２１を更に備えている。これらスリット２１は、逃げ孔２０の直径よりも十分に細い直線状に形成されている。第二実施形態におけるスリット２１は、複数の逃げ孔２０同士を連通させることによって樹枝状の連通路を形成している。これにより、閉曲線のように環状になる連通路が構成されない。そのため、例えば、第一シール層１３のタッチパネル４側を剥離紙で保護する場合には、その剥離紙を連続する一枚の剥離紙で形成することができる。また、第一シール層１３を、少なくとも一部で連続する単一の第一シール層１３として形成することができる。そのため、タッチ層２に第一シール層１３を貼り付ける作業や塗布する作業、および、上記剥離紙を剥離する作業を容易に行うことができる。

第二実施形態における第一シール層１３が２行２列以上に並べられた逃げ孔２０を備えている場合、最も外側に配される逃げ孔２０同士をスリット２１により直列に接続させてもよい。このように形成することで、直列接続の端部に配される逃げ孔２０を除き、一つの逃げ孔２０は、二つ以上のスリット２１を介して２つの隣り合う逃げ孔２０に接続される。そのため、凸部７を押圧した際に、一つの逃げ孔２０から複数の逃げ孔２０に空気を逃がすことが可能となる。つまり、一つの逃げ孔２０の内部の空気を、複数の逃げ孔２０に同時に逃がすことが可能となる。その結果、迅速に逃げ孔２０の内部の空気を逃がすことができる。

第一シール層１３は、エアベント部２２を更に有している。エアベント部２２は、スリット２１と同様に逃げ孔２０の直径よりも十分に細い直線状に形成されている。エアベント部２２は、上述した連通路の一部と外部空間とを連通する。このエアベント部２２を設けることで、ユーザが凸部７を押圧した際に、エアベント部２２を介して、各凸部７とタッチパネル４とに囲まれる空間の空気を外部に排出することができる。そのため、円滑に凸部７の頂部１８が陥没可能となる。このエアベント部２２は、１箇所のみに設けてもよいし、複数箇所に設けてもよい。また、エアベント部２２は、逃げ孔２０に接続させてもよいし、スリット２１の途中に接続させてもよい。図５に示すエアベント部２２のように１箇所のみに設けた場合には、上述した第一シール層１３が少なくとも一部で連続して形成される。このため、剥離紙を１枚の紙で形成することができる。その結果、剥離作業を容易に行うことができる。上記においては、エアベント部２２を備える場合について説明した。しかしながら、第二実施形態において、エアベント部２２を省略してもよい。

第一シール層１３は、逃げ孔２０から逃げ孔２０の径方向外側に延びる欠損部２３を更に備えている。欠損部２３は、凸部７とタッチパネル４とによって囲まれる空間に存在する空気を、外部空間に排出することなく逃がす。この欠損部２３には、逃げ孔２０やスリット２１と同様に、粘着剤や接着剤が存在していない。つまり、欠損部２３の内部空間と、逃げ孔２０の内部空間とは連通している。この構成により欠損部２３の内部空間と逃げ孔２９の内部空間との間では、空気の相互移動が可能となっている。第一シール層１３においては、逃げ孔２０、スリット２１、および、欠損部２３の周囲が、気密状態でタッチパネル４に固定される。

図５、図６においては、様々な形状の欠損部２３を例示するために、一つの第一シール層１３に異なる形状の欠損部２３が形成されている。しかし、第一シール層１３に、同一形状の欠損部２３のみを形成してもよい。欠損部２３の形状は、逃げ孔２０の周囲の空きスペースの形状に応じて形成することが好ましい。

図５は、欠損部２３の一例として欠損部２３ａを示している。欠損部２３ａは、欠損部２３ａに接続している逃げ孔２０から、その逃げ孔２０の径方向外側に向かうに従って、流路面積（断面積）が増大している。欠損部２３を欠損部２３ａのように形成した場合、凸部７の周縁におけるシール面積の減少が回避される。このため、凸部７が周方向で不均一に変形することを抑制される。一方で、欠損部２３ａに逃がすことが可能な空気量を増大できる。径方向外側に向かって流路面積が増大する欠損部２３の別の具体例は、端部側が円形となる欠損部２３ｂ（図５参照）、端部側が矩形となる欠損部２３ｃ（図６参照）、および、端部側が楕円形状となる欠損部２３ｄ（図６参照）を含む。

欠損部２３のさらに別の具体例は、途中で湾曲した形状を有する欠損部２３ｅ（図５参照）や、途中で屈曲した形状を有する欠損部２３ｆ（図５参照）を含む。これら欠損部２３ｅや欠損部２３ｆのような形状とした場合、逃げ孔２０の径方向外側にスペースが不足している場合であっても、逃げ孔２０から逃がすことが可能な空気量を増大できる。
以上においては、一つの逃げ孔２０に対して一つの欠損部２３を形成する場合について説明した。しかしながら、第二実施形態はこのような構成に限定されない。一つの逃げ孔２０に対して複数の欠損部２３を形成してもよい。逃げ孔２０から欠損部２３が延びる方向は、スリット２１と平行な方向、および、垂直な方向に限られない。一つの第一シール層１３に形成する欠損部２３の総数は、全ての凸部７の総容積に応じて決定することが好ましい。

上述したエアベント部２２、欠損部２３などによって逃げ孔２０の内部の空気を逃がすことができる。このため、凸部７が陥没する際に内部空間の容積が縮小しても、内圧が上昇することを抑制できる。そのため、凸部７の操作荷重の上昇や節度感の低下を抑制することができる。また、ユーザが凸部７の押下を止めた場合（ユーザの指が凸部７から離れた場合）には、エアベント部２２や欠損部２３から凸部７の内部空間に空気が流入する。そのため、凸部７が復元しないという反転不良が低減する。その結果、凸部７の変形を、押下操作に迅速に追従させることができる。

図４に示すように、タッチ層２の凸部７と、規制層３の孔１５と、第一シール層１３の逃げ孔２０とは、各中心軸が重なるように配される。凸部７の最大直径部分の直径Ｒ１と、第一シール層１３の逃げ孔２０の直径Ｒ２と、規制層３の孔１５の直径Ｒ３とは、「Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３」の関係になっている。直径Ｒ１と直径Ｒ２との差分、および、直径Ｒ２と直径Ｒ３との差分は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度となっている。

タッチ層２の凸部７、規制層３の孔１５、および、第一シール層１３の逃げ孔２０が形成されることで、凸部７の最大直径部分が第一シール層１３と接合されない。このため、凸部７が押下される際に、凸部７が押下方向に撓みやすくなる。その結果、凸部７の操作荷重が低減されて軽快な押下操作が可能となる。また、凸部７に対して規制層３が干渉することを抑制できる。

次に、上述したスイッチモジュールを装着した電子機器をユーザが操作する際の作用について図面を参照しながら説明する。
図７は、この発明の第二実施形態における凸部の、操作指の押下方向への変位に対する、操作荷重の変化を示すグラフである。図８は、この発明の第二実施形態におけるスイッチモジュールの凸部をユーザの操作指が探している状態を示す断面図である。図９は、この発明の第二実施形態におけるスイッチモジュールの凸部をユーザの操作指が認識した状態を示す断面図である。図１０は、この発明の第二実施形態におけるスイッチモジュールの凸部をユーザの操作指が押下し始めた状態を示す断面図である。図１１は、この発明の第二実施形態におけるスイッチモジュールの凸部をユーザの操作指が押下して、操作指がタッチパネルに検出される状態を示す断面図である。

まず、図８に示すように、ユーザは、操作指Ｆの指先を規制層３の外面２４に押し当てた状態でスライドさせながら、凸部７を探す。この際、操作指Ｆとタッチパネル４との距離は、検出不能距離以上に保たれているため、操作指Ｆはタッチパネル４によって検出されない。

次いで、図９に示すように、操作指Ｆの指先が凸部７に触れると、ユーザは、凸部７の形状によって、そこが押圧操作領域６であることを認識できる。この状態では、まだ凸部７は、操作指Ｆによって押圧操作されていない。この状態が、図７に示す操作指Ｆの押下方向の位置が「０」の状態ａである。

さらに、図１０に示すように、操作指Ｆによって凸部７の頂部１８をタッチパネル４側に押圧すると、凸部７が弾性変形して、頂部１８がタッチパネル４に近接する方向に変位する。この際、図７に示すように、凸部７の操作荷重の増加は、上向きに凸の二次曲線状となる（図７中、状態ｂで示す）。

その後、図１１に示すように、操作指Ｆとタッチパネル４との距離が、操作指Ｆがタッチパネル４によって検出される距離となると凸部７が座屈して陥没する。これにより、図７に示すように、操作指Ｆがタッチパネル４に接近するほど操作荷重が減少する状態ｃとなる。言い換えれば、それまでほぼ線形に変位していた操作荷重が、非線形に変位し始める。ユーザは、この操作荷重の減少によって、押下操作中に節度感を得ることができる。
つまり、ユーザは、凸部７を押下操作したこと、および、その操作がタッチパネル４によって検出されたであろうことを認識することができる。図８から図１１においては、ユーザの操作指Ｆによって凸部７を押下操作する場合について説明したが、第二実施形態は、このような場合に限定されない。ユーザの操作指Ｆの代わりに、タッチパネル４によって検出可能な金属棒等の操作部材を用いて操作してもよい。

ここで、タッチパネル４の電極板３１と、操作指Ｆ（又は操作部材）とを平行平板電極と仮定する。また、各電極間に存在する誘電体の誘電率を「ε」、電極面積を「Ｓ」、電極間距離を「ｄ」と表記する。この場合、静電容量「Ｃｐ」は、「Ｃｐ＝εＳ／ｄ」で表される。このように電極間距離「ｄ」と静電容量「Ｃｐ」とは反比例するため、操作指Ｆがタッチパネル４に近づくほど静電容量「Ｃｐ」が増加する。タッチパネル４は、静電容量「Ｃｐ」が、所定の静電容量「Ｃｐ０」よりも大きくなった場合に、この静電容量「Ｃｐ」が大きくなった位置を検出する。つまり、上述した図１０に示す状態から図１１に示す状態へと凸部７の変形が遷移した場合には、操作指Ｆ又は操作部材とタッチパネル４との距離が検出不能距離を下回り、静電容量Ｃｐが静電容量「Ｃｐ０」に達する。すなわち、上述した「検出不能距離」は、操作指Ｆとタッチパネル４との間の静電容量Ｃｐが、静電容量「Ｃｐ０」以下となる距離と言い換えることができる。

次に、上述したスイッチモジュール１を搭載する電子機器１０の製造方法について図１２を参照しながら説明する。
まず、ユーザにより押圧操作される押圧操作領域６を有するタッチ層２と、このタッチ層２に対応する規制層３とを、個別に形成する（ステップＳ０１）。
次いで、タッチ層２に対して、第二シール層１４を介して規制層３を積層する（ステップＳ０２）。
さらに、これらタッチ層２に対して、第一シール層１３を塗布又は貼付する（ステップＳ０３）。
これによりスイッチモジュール１が形成される。

さらに、第一シール層１３が両面テープ等である場合には、その剥離紙を剥がして、スイッチモジュール１をタッチパネル４の表面５に固定する（ステップＳ０４）。
これにより機器本体１１にスイッチモジュール１が装着された電子機器１０が得られる。

スイッチモジュール１は、例えば、第一シール層１３の粘着力を調整して、タッチパネル４に対して着脱可能に固定するようにしてもよい。このようにすれば、必要な場合にのみスイッチモジュール１をタッチパネル４の表面５上に装着することができる。

したがって、上述した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、タッチ層２の押圧操作領域６がタッチパネル４の表面５から必要以上に離間しない。このため、ユーザの押下によるタッチ層２の押圧操作領域６の変形量を低減できる。その結果、タッチ層２の耐久性を向上できる。また、規制層３が、タッチ層２の押圧操作領域６を除く領域に重ねられているため、押圧操作領域６を除く領域にユーザが触れたとしてもタッチパネル４の表面５との間に検出不能距離を確保することができる。その結果、ユーザが指先で目的の操作箇所を探せる等、操作性の向上を図ることができる。

また、規制層３が、押圧操作領域６に孔１５を有しているため、この孔１５を介して凸部７を外部に露出させることができる。その結果、凸部７によって、ユーザが押圧操作領域６を容易に見つけることができる。
さらに、規制層３の押圧操作領域６に形成された凸部７が押圧操作によって押圧される方向に弾性変形するため、ユーザに操作感を付与することができる。

また、凸部７が内部空間を有するため、凸部７を容易に弾性変形させることができる。
さらに、第一シール層１３が欠損部２３を有するため、凸部７の内部の空気を欠損部２３に逃がすことができる。その結果、凸部７を押下して陥没させる際の操作荷重を軽減して、軽快な操作が可能となる。
さらに、欠損部２３の断面積が、凸部７から離間するにつれて漸次拡大する。このため、凸部７の弾性変形への影響を抑えつつ、より多くの空気を欠損部２３に逃がすことができる。

また、複数の凸部７の内部空間同士をスリット２１によって連通させることができる。このため、より多くの空気を逃がすことができる。その結果、操作荷重の更なる軽減を図ることができる。
また、凸部７の内部空間を、外部に連通させるエアベント部２２が設けられている。このため、凸部７の内圧が上昇することをより一層抑制することができる。
さらに、エアベント部２２が一箇所のみに設けられている。このため、第一シール層１３や、その剥離紙が複数に分割されない。その結果、第一シール層１３の貼付作業や塗布作業、および、剥離紙の剥離作業を容易に行うことができる。

（第三実施形態）
次に、この発明の第三実施形態を図面を参照して説明する。この第三実施形態のスイッチモジュール２０１は、上述した第二実施形態のスイッチモジュール１０１に対して、更にシート部材４０が積層された構成を有する。したがって、第三実施形態と第二実施形態とで同一部分に同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図１３は、この発明の第三実施形態における図３に相当する断面図である。
この図１３に示すように、第三実施形態におけるスイッチモジュール２０１は、シート状のシート部材４０を更に備えている。シート部材４０は、第一シール層１３を介して、タッチ層２に固定される。また、シート部材４０は、第三シール層４１を介してタッチパネル４の表面５に固定される。シート部材４０の材料として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、および、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのエンジニアリングプラスチック（樹脂）や、シリコンゴム等を用いてもよい。シート部材４０の厚さは、凸部７が操作指Ｆ等により押下された際に、タッチパネル４によって操作指Ｆ等の近接を検出できる厚さ（例えば、０．４ｍｍ以下）とされている。

シート部材４０の材料としては、規制層３直下の領域の誘電率が、凸部７直下の領域の誘電率より小さくなる材料を用いてもよい。具体的には、シート部材４０を、フッ素樹脂や多孔質の樹脂と他の樹脂とを同一面内で接合することにより形成してもよい。シート部材４０を、単一のシート状樹脂において、凸部７直下以外の領域に微細な孔を多数設けることにより形成してもよい。微細な孔は、例えば２ｍｍ以下の孔であることが好ましい。シート部材４０をこのように形成することで、規制層３直下の領域の誘電率を凸部７直下の領域の誘電率より小さくすることができる。そのため、規制層３上の指で発生する静電容量を小さくできる。その結果、規制層３上での誤検出を防止し、かつ規制層３を薄く形成できる。

したがって、上述した第三実施形態によれば、シート部材４０を設けることで、凸部７の突出方向の高さｈ１を、シート部材４０の厚さ分だけ低く形成することができる。言い換えれば、凸部７の高さを低く形成しても、頂部１８が陥没しない限り、タッチパネル４によって操作指Ｆや操作部材の接近が検出されない。そのため、凸部７を押下する際の操作荷重を軽減できるとともに、押下時の凸部７の頂部１８の陥没量を低減できる。その結果、凸部７の繰り返し操作による耐久性を向上することができる。

（第三実施形態の変形例）
この第三実施形態の変形例においては、第二実施形態の第一シール層１３に形成していたスリット２１、エアベント部２２、および、欠損部２３に相当する構成が、上述した第三実施形態の第三シール層４１に形成されている。
図１４は、この発明の第三実施形態の変形例におけるタッチパネルに装着された状態のシート部材の平面図である。図１５は、この発明の第三実施形態の変形例における図３に相当する断面図である。

図１４、図１５に示すように、シート部材４０は、第一シール層１３の逃げ孔２０が配される範囲内に、貫通孔４２を備えている。この貫通孔４２は、逃げ孔２０の中心、すなわち凸部７の中心に対して、押圧方向で重ならない位置に形成されていれば、その配置および孔形状は限定されない。図１５においては、貫通孔４２の断面形状を正方形、長方形、円形、楕円等に形成する場合を例示している。しかし、貫通孔４２の孔として、一種類の形状の孔だけ用いてよく、複数種類の形状の孔を組み合わせて用いてもよい。また、貫通孔４２の位置は、凸部７のタッチパネル４側の最大直径部分の３０％程度の直径の範囲内に形成してもよい。

第三シール層４１は、隣り合う貫通孔４２同士を連通させるスリット４３を有している。また、第三シール層４１は、凸部７とシート部材４０とに囲まれる空間の空気を、凸部７の押圧操作時に外部に逃がすための欠損部４４を備えている。図１５は、欠損部４４が直線状に形成される場合を例示しているが、このような構成に限定されない。欠損部４４の形状は、第二実施形態の欠損部２３と同様の形状としてもよい。

したがって、第三実施形態の変形例によれば、貫通孔４２が凸部７の中心からずれた位置に配されている。このため、凸部７の頂部１８が貫通孔４２に干渉しない。その結果、凸部７を押圧操作する際の良好な操作感を損なうことが無い。
また、シート部材４０を挟んでタッチ層２とは反対側に配される第三シール層４１にスリット４３や欠損部４４を形成している。このため、これらスリット４３や欠損部４４を形成するスペースを十分に確保できる。その結果、スリット４３や欠損部４４の配置自由度を向上することが可能となる。

（第四実施形態）
次に、この発明の第四実施形態のスイッチモジュールを図面を参照して説明する。第四実施形態と第一から三実施形態と相違点は、第四実施形態のスイッチモジュール３０１が、上述した第一から三実施形態の凸部７に代えて、低弾性率部を備えている点である。そのため、第四実施形態と第一から三実施形態とで同一部分に同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１６は、この発明の第四実施形態における図１に相当する断面図である。
図１６に示すように、第四実施形態のスイッチモジュール３０１は、タッチ層２と規制層３とを備えている。タッチ層２は、主板部１２と、低弾性率部５０と、を備えている。
主板部１２は、第一シール層１３（図示せず）によりタッチパネル４の表面５に固定される。
低弾性率部５０は、規制層３よりも弾性率の低いエラストマー等で形成されている。低弾性率部５０の弾性率は、規制層３よりも十分に低く形成されている。低弾性率部５０は、主板部１２から規制層３の厚さ方向外側に向かって規制層３の外面２４の位置まで延びている。低弾性率部５０は、規制層３の孔１５の内部を満たす柱状に形成されている。

低弾性率部５０は弾性率が低い。このため、低弾性率部５０は、ユーザによって押下されることで、弾性変形して、ユーザの操作指Ｆ又は操作部材がタッチパネル４によって検出可能な距離まで接近できる。また、低弾性率部５０は、その弾性によってユーザの操作指Ｆに反力を作用させる。このため、ユーザは自身が低弾性率部５０を押下操作したことを認識できる。
また、低弾性率部５０の端面５１が内側に湾曲する凹状に形成されている。このような形状となっていることで、ユーザが操作指Ｆによって押圧操作領域６を容易に探すことができる。

したがって、第四実施形態によれば、上述した第一から第三実施形態と同様に、耐久性を向上しつつ、操作性も向上できる。

（第四実施形態の変形例）
次に、この発明の第四実施形態の変形例を図面を参照して説明する。
図１７は、この発明の第四実施形態の変形例における図１６に相当する断面図である。
図１７に示すように、この第四実施形態の変形例におけるタッチ層２は、押圧操作領域６にシート状の低弾性率部６０を有している。また、規制層３は、タッチ層２の主板部１２とタッチパネル４との間に第一シール層１３および第二シール層１４を介して積層されている。規制層３の孔１５と、低弾性率部６０と、タッチパネル４の表面５とによって空間６１が形成されている。この変形例の低弾性率部６０も、第四実施形態の低弾性率部５０と同様に、タッチパネル４側に凹状に湾曲して形成されている。低弾性率部６０は、ユーザが押下操作した際に弾性変形して、ユーザの操作指Ｆ又は操作部材がタッチパネル４によって検出可能な距離まで接近できる。

したがって、第四実施形態の変形例においても、上述した第四実施形態と同様に、耐久性を向上しつつ、操作性の向上も図ることができる。

この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した各実施形態、および、各変形例においては、平面視で凸部７や低弾性率部５０，６０が同一直径の円形の場合を一例に説明した。しかし、凸部７や低弾性率部５０，６０の形状は、円形に限られない。また、低弾性率部５０，６０の直径が同一であることに限られない。例えば、図１８に示す第一変形例のように、凸部７や低弾性率部５０，６０を、大きさの違う円形や、円形以外の種々の形状（例えば、図１８に示す三角形、四角形、および、星形五角形等）としてもよい。図１８においては、凸部７を一例に示している。

また、第四実施形態においては、押圧操作領域６にのみ弾性率の低い材料を使用する場合について説明したが、タッチ層２を弾性率の低い材料で一体に形成してもよい。
また、第四実施形態および、その変形例においては、低弾性率部５０，６０の端面が、凹状に湾曲形成されている場合について説明した。しかし、この形状に限られない。例えば、図１９、図２０に示す第二変形例のように、押圧操作領域６の場所を指先で認識可能とすべく、突起７０を形成してもよい。また、突起７０に代えて、例えば、押圧操作領域６の全面に微小な凹凸（例えば、表面粗さＲａが０．２μｍ以上）を形成してもよい。凹凸を形成する方法の具体例は、熱プレス、ブラスト加工、エッチング、レーザー加工、つや消し塗装を含む。

また、第一から第三実施形態、および、各変形例において、凸部７の表面や規制層３の表面にも、微小な凹凸（例えば、表面粗さＲａが０．２μｍ以上）を形成してもよい。凹凸を形成する方法の具体例は、熱プレス、ブラスト加工、エッチング、レーザー加工、つや消し塗装を含む。このように微小な凹凸を形成することで、指先のすべりがよくなり、操作対象を探す指先の移動が容易になる。

さらに、上述した各実施形態および各変形例における凸部７の周囲に形成される孔１５の角部に、面取りを形成してもよい。この面取りを形成することで、操作指Ｆを凸部７へスムーズに案内することができる。
この出願は、２０１４年６月３０日に出願された日本国特願２０１４−１３４６７３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は、スイッチモジュール、電子機器、および、電子機器の製造方法に適用してもよい。

１ スイッチモジュール
２ タッチ層
３ 規制層
４ タッチパネル
５ 表面
６ 押圧操作領域
７ 凸部
８ 外表面
１０ 電子機器
１２ 主板部
１３ 第一シール層
１４ 第二シール層
１５ 孔（開口）
１７ 裾部
１８ 頂部
２０ 逃げ孔
２１ スリット（連通部）
２２ エアベント部（外部連通部）
２３ 欠損部
２４ 外面
３０ スクリーン
３１ 電極板
３２ 筐体
３３ 接着層
３４ 端面
３５ 壁部
３６ 表示装置
３７ 対向面
４０ シート部材
４１ 第三シール層
４２ 貫通孔
４３ スリット
４４ 欠損部
５０ 低弾性率部
５１ 端面
６０ 低弾性率部
７０ 突起
Ｆ 操作指

Claims (10)

1. 操作子を検出するタッチパネルの表面に重ねられるタッチ層であって、前記操作子による押圧に応じて変形する押圧操作領域、および前記押圧操作領域とは異なる領域である非押圧操作領域を有するタッチ層と、
   前記非押圧操作領域に重ねられて、前記タッチパネルの表面と前記操作子との距離を前記タッチパネルによって前記操作子が検出されない検出不能距離に制限する規制層と、
   を備えるスイッチモジュール。
2. 前記規制層は、前記押圧操作領域に開口を有する請求項１に記載のスイッチモジュール。
3. 前記タッチ層の前記押圧操作領域は、前記タッチパネルの表面に近づく方向に弾性変形する請求項１又は２に記載のスイッチモジュール。
4. 前記タッチ層の前記押圧操作領域は、内部空間を有する凸部を備える請求項３に記載のスイッチモジュール。
5. 前記凸部の内部空間に接続されて、前記凸部の内部空間の空気を逃がす欠損部をさらに備える請求項４に記載のスイッチモジュール。
6. 前記欠損部の断面積は、前記凸部から離間するにつれて漸次拡大する請求項５に記載のスイッチモジュール。
7. 前記凸部は、複数の凸部を含み、
   前記複数の凸部の内部空間同士を連通させる連通部と、
   複数の前記複数の凸部のうち一つの凸部の内部空間を外部空間と連通させる外部連通部と、
   をさらに備える請求項４から６の何れか一項に記載のスイッチモジュール。
8. 前記押圧操作領域が前記操作子による押圧に応じて変形することにより、前記操作子から前記タッチパネルの表面までの距離が、前記検出不能距離から前記タッチパネルによって前記操作子が検出される距離に変化する請求項１から７のいずれか一項に記載のスイッチモジュール。
   
9. 請求項１から８の何れか一項に記載のスイッチモジュールと、
   タッチパネルと、
   を備える電子機器。
10. 操作子を検出するタッチパネルの表面に重ねられるタッチ層であって、前記操作子による押圧に応じて変形する押圧操作領域、および前記押圧操作領域とは異なる領域である非押圧操作領域を有するタッチ層を準備し、
    前記非押圧操作領域に、前記タッチパネルの表面と前記操作子との距離を前記タッチパネルによって前記操作子が検出されない検出不能距離に制限する規制層を重ねてスイッチモジュールを形成し、
    前記スイッチモジュールを、前記タッチパネルに装着する、
    ことを含む電子機器の製造方法。

Images