JP5225178B2 - 静電容量センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の音響機器や空調機器、コンピュータ機器、家電製品等の操作に使用される静電容量センサ及びその製造方法に関するものである。

自動車の音響機器や空調機器のスイッチとしては、従来より押しボタンタイプやダイヤルタイプが使用されているが、近年、軽く触れた指先の僅かな静電容量の変化で位置や動きの方向を電気信号に変える静電容量センサの使用が検討されている。この静電容量センサは、図示しないが、絶縁性のフィルムの表面に、装飾用の加飾層と静電容量の変化を検出する回路パターンとが印刷して積層形成されており、操作面をフラットにしたり、スイッチの機構部品を省略することができるというメリットがある（特許文献１、２、３参照）。

特開２００８−３１０５５６号公報 特開２００８−１８１８０６号公報 特開２０００−０７０２６９号公報

静電容量センサは、以上のように操作面のフラット化や機構部品の削減にメリットがあるものの、フィルムに加飾層と回路パターンとが単に印刷して積層形成されるので、加飾層と回路パターンとの積層形成に伴い加飾層や回路パターンの導電ラインが印刷時に使用される溶剤で滲んだり、損傷するおそれがある。この結果、加飾層と回路パターンとの多様な組み合わせに支障を来たしたり、ユーザーの要求に最適の材料や製法で製造することができない事態が考えられる。

また、単なる二次元的デザインの静電容量センサでは、三次元形状の取付箇所に静電容量センサを設置することが困難な場合があり、しかも、高級感や上質感の演出にも限界がある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、回路パターンと加飾層との組み合わせ性を向上させ、三次元形状の取付箇所に容易に設置することができ、高級感や上質感の演出に制約の少ない静電容量センサ及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、絶縁性を有する一枚のフィルムの表面に静電容量の変化を検出する導電性の回路パターンが形成された回路パターン層と、この回路パターン層の表面側に積層される加飾層とを含み、三次元形成されるものであって、
回路パターン層のフィルム表面と加飾層の裏面との間に、回路パターン層と加飾層とを接着する中間層を介在し、
加飾層を、絶縁性を有する透明あるいは半透明のフィルムの裏面に加飾用の模様を印刷又は転写することで形成したことを特徴としている。

なお、回路パターン層のフィルム裏面に積層される保護層と、三次元形成時に回路パターン層の凹んだ裏面内に保護層を介して射出成形され、回路パターン層を支持する支持体とを含むことができる。
また、加飾層に積層される保護層を含むことができる。

また、本発明においては上記課題を解決するため、請求項１又は２記載の静電容量センサの製造方法であって、
回路パターン層、加飾層、及び中間層を隙間なく積層して積層フィルムを形成し、この積層フィルムを高温の金型にセットして型締めすることにより三次元成形することを特徴としている。
また、本発明においては上記課題を解決するため、請求項１又は２記載の静電容量センサの製造方法であって、
回路パターン層と加飾層とをそれぞれ三次元形成し、これら回路パターン層と加飾層とを中間層を介して積層接着することを特徴としている。

ここで、特許請求の範囲における回路パターン層と加飾層とは、同時に一体的に三次元形成しても良いし、別々に三次元形成しても良い。回路パターン層のフィルムは、透明、不透明、半透明を特に問うものではない。この回路パターン層の回路パターンは、フィルムの表面、裏面、あるいは表裏面に形成することができ、加飾層の反対側に位置させることもできる。

回路パターンは、加飾層の反対側に位置し、支持体が存在しない場合には、外気に晒されるのを防止する観点から、絶縁性フィルムや絶縁インク等からなる保護層により適宜被覆することができる。また、加飾層は、透明あるいは不透明に形成され、回路パターン層の全表面に積層したり、あるいは表面の一部に積層することもできる。

中間層は、例えば中間厚み調整層、中間接着層、粘着層等とすることが可能で、単数複数を問うものではない。この中間層は、基本的には導電性の有無を問わないが、回路パターンに電極が多数存在する場合には、面方向に導電性を有しないことが好ましい。回路パターン層と加飾層との三次元成形の際には、インサート成形法やインモールド成形法等を適宜採用することができる。

支持体は、透明、不透明、半透明のいずれでも良い。この支持体を三次元成形する場合には、インサート成形法、インモールド成形法、ＴＯＭ成形法等を適宜採用することが可能である。さらに、本発明に係る静電容量センサは、少なくとも自動車の音響機器や空調機器、コンピュータ機器、家電製品、コピー機、照明器具、調理機器、携帯機器、通信機器等の操作に用いることができる。

本発明によれば、回路パターン層と加飾層とが別体なので、加飾や回路パターンが溶剤等で滲んだり、損傷するおそれが少ない。また、加飾の程度や大きさに左右されることなく回路パターンを形成したり、回路パターンのパターンにかかわらず加飾層を形成することができるので、回路パターン層と加飾層とを自由に組み合わせることができ、最適の材料や製法で製造することができる。

本発明によれば、回路パターンと加飾層との組み合わせ性を向上させ、三次元形状の取付箇所に静電容量センサを容易に設置することができるという効果がある。また、加飾層の加飾により、高級感や上質感を適切に演出することができる。また、回路パターン層と加飾層との間に接着用の中間層を介在させるので、この中間層により、回路パターン層と加飾層とを接着したり、あるいは回路パターンと加飾層との積層に伴い、加飾層に配線パターンの厚み分の凹凸が浮き出て体裁が悪化するのを有効に抑制することができる。

また、回路パターン層の裏面に保護層を積層すれば、成形時における高温高圧の樹脂の流動に伴う回路パターン層の損傷を防止することができる。また、回路パターン層を支持する支持体を備えれば、この支持体により、静電容量センサを補強して剛性を向上させたり、静電容量センサの取付けの際の便宜を図ることが可能になる。
また、積層接着した回路パターン層と加飾層とを三次元成形すれば、成形と同時にハードコート処理したり、環境汚染・労働衛生に対して配慮することが可能になる。さらに、二次加工の削減やパーツ点数の低減により、製品のトータルコストの削減が期待できる。

本発明に係る静電容量センサの実施形態を模式的に示す斜視説明図である。 本発明に係る静電容量センサの実施形態における支持体成形前の状態を模式的に示す裏面説明図である。 本発明に係る静電容量センサ及びその製造方法の実施形態を模式的に示す分解説明図である。 本発明に係る静電容量センサ及びその製造方法の実施形態における静電容量センサの設置状態を模式的に示す部分断面図である。 本発明に係る静電容量センサの第２の実施形態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第３の実施形態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第４の実施形態を模式的に示す斜視説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第４の実施形態を模式的に示す側面説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明すると、本実施形態における静電容量センサは、図１ないし図４に示すように、フィルム２に回路パターン３が印刷された回路パターン層１と、この回路パターン層１に積層される保護層６と、回路パターン層１の表面に部分的に積層される加飾層７と、回路パターン層１と加飾層７とを接着する中間層である中間接着層１０と、加飾層７を保護する保護層６Ａと、回路パターン層１に保護層６を介して成形される支持体１１とを備え、これら回路パターン層１、保護層６、加飾層７、中間接着層１０、保護層６Ａ、及び支持体１１がそれぞれ三次元成形されており、自動車の音響機器のスイッチ等として利用される。

回路パターン層１は、図２や図３に示すように、絶縁性を有する透明のフィルム２の表面に静電容量の変化を検出する導電性の回路パターン３がスクリーン印刷されることにより形成され、三次元成形時に所定の形に加工される。フィルム２は、特に限定されるものではないが、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂等を使用して薄板に成形され、最終的には凹んだ平面略スプーン形に加工される。

回路パターン３は、図２に示すように、例えば平面略菊花模様状に配列される複数の電極４と、各電極４の周縁部から所定の一方向に伸びる複数の導電ライン５とを備え、これら複数の電極４と導電ライン５とが銀インク、カーボンインク、導電性ポリマー等からなる導電インクにより平面略スプーン形に配列してスクリーン印刷される。複数の電極４と導電ライン５とは、導電インクの種類等にも左右されるが、例えば１〜１５μｍ、又は１０〜１５μｍ程度の厚さに形成される。複数の電極４は、それぞれ平面略扇形に形成され、任意の電極４が操作時にユーザーの指と間接的に対向する。

保護層６は、図３に示すように、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂製のフィルムを使用して薄板に成形され、回路パターン層１の裏面に選択的に積層されることにより、成形時における高温高圧の樹脂の流動に伴う回路パターン層１の損傷を防止するよう機能する。

加飾層７は、図１、図３、図４に示すように、絶縁性を有する透明のフィルム８の裏面に加飾用の模様９がスクリーン印刷あるいは転写等されることにより形成され、三次元成形時に所定の形に加工される。フィルム８は、特に限定されるものではないが、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂等を用いて薄板に成形され、最終的には略ドーム形に加工される。また、模様９は、回路パターン３の複数の電極４に重なるよう有彩色で略ドーム形に形成される。この模様９は、必要に応じ、文字、図形、記号等とされる。

中間接着層１０は、図３や図４に示すように、特に制限されるものではないが、例えばポリエチレンテレフタレート等からなる薄い基材の表裏面にアクリル系等の接着剤がそれぞれ塗布されることにより形成される。
なお、本実施形態では中間層として中間接着層１０を示すが、これに限定されるものではなく、粘着層や接着剤を使用することもできる。

保護層６Ａは、図１や図３に示すように、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂製の透明のフィルムを用いて薄板に成形され、加飾層７の表面に選択的に積層されることにより、操作時に指の爪で加飾層７が損傷するのを防止するよう機能する。

支持体１１は、図４に示すように、静電容量センサが成形される際、回路パターン層１の凹んだ裏面内に樹脂が保護層６Ａを介して射出されることにより丸いボタン形に成形され、回路パターン層１と一体化してこれを補強する。この支持体１１の樹脂としては、例えばポリカーボネート、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン等が用いられる。樹脂の射出は、回路パターン層１、保護層６、加飾層７、中間接着層１０、及び保護層６Ａを三次元形成した後、あるいは同時に行われる。

上記構成において、静電容量センサを製造する場合には、先ず、回路パターン層１、保護層６、加飾層７、中間接着層１０、及び保護層６Ａを隙間なく積層して積層フィルムを形成し、この積層フィルムを高温の金型にセットして型締めすることにより三次元形成する。この際、金型に、加飾層７や保護層６Ａを保護する耐熱性のカバーシートを予めインサートしても良い。

こうして積層フィルムを立体的に三次元形成したら、積層フィルムの回路パターン層１の凹んだ裏面内に高温高圧の樹脂を保護層６を介し射出して支持体１１を隙間なく一体成形し、金型を冷却後、金型を型開きして脱型すれば、立体的な静電容量センサを製造することができる。
製造された静電容量センサは、三次元形状の取付箇所（例えば、自動車のコクピット等）に設置され、回路基板２０の電気コネクタ２１に回路パターン３における複数の導電ライン５の末端部が着脱自在に水平に挿着される。

次に、設置された静電容量センサを自動車の音響機器のスイッチとして操作したい場合には、静電容量センサの加飾層７に指を保護層６Ａを介して軽く接触させ、この指を左右に動かしたり、回したりして適宜動かせば良い。
すると、対向する回路パターン３の電極４と指との間の静電容量が変化して電圧を変化させ、この変化した電圧が電気信号として検出されて回路基板２０のＣＰＵに出力されることにより、自動車の音響機器が作動することとなる。

上記構成によれば、一枚のフィルムに加飾層７と回路パターン３とを積層形成するのではなく、回路パターン層１と加飾層７とを別体とするので、加飾層７や回路パターン３の導電ライン５が溶剤で滲んだり、損傷するおそれが全くない。したがって、回路パターン層１と加飾層７とを自由に組み合わせることができ、ユーザーの要求に最適の材料や製法で製造することができる。また、三次元の静電容量センサであるから、三次元形状の取付箇所に静電容量センサを簡単に設置することができ、しかも、立体化により高級感や上質感を容易に醸し出すことができる。

次に、図５は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、回路パターン層１のフィルム２に、フィルム２と回路パターン３間の段差を解消する絶縁性の中間層である中間厚み調整層３０を積層形成するようにしている。
中間厚み調整層３０は、フィルム２の表面に絶縁性のレジスト液等が回路パターン３の厚み以上の厚さで塗布された後、乾燥硬化することにより形成され、表面が回路パターン３の電極４や導電ライン５と略面一に揃えられる。

中間厚み調整層３０の形成に際しては、レジスト液の代わりに絶縁性の接着剤等を用いることもできる。また、中間厚み調整層３０と加飾層７との厚みの和は、静電容量センサの検出感度や応答速度に支障を来たさない観点から１０ｍｍ以下が好ましい。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、中間厚み調整層３０が回路パターン３をレベリングするので、回路パターン３と加飾層７との積層に伴い、加飾層７に電極４や導電ライン５の厚み分の凹凸が浮き出て体裁が悪化するのを有効に抑制防止することができるのは明らかである。

次に、図６は本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、回路パターン層１を部分的に屈曲して回路パターン３の複数の電極４に湾曲した加飾層７を中間層を介して積層し、回路パターン３の複数の導電ライン５を下方に伸ばしてその末端部を回路基板２０の電気コネクタ２１に着脱自在に挿着するようにしている。
中間層としては、複数の電極４と加飾層７とを接着する中間接着層１０や粘着層を使用することができる。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、回路パターン層１を適宜屈曲したり、湾曲させることができるので、回路パターン３を水平方向ではなく、下方に位置する回路基板２０の電気コネクタ２１に接続して配線の便宜を図ることができるのは明らかである。また、保護層６・６Ａを省略して材料の削減を図ることができるのも明白である。

次に、図７、図８は本発明の第４の実施形態を示すもので、この場合には、静電容量センサを円筒形に三次元成形し、回路パターン層１を内周面側に位置させるとともに、加飾層７を外周面側に位置させ、支持体１１を省略するようにしている。

回路パターン層１は、絶縁性を有する透明のフィルム２の裏面に、加飾層７とは反対側に位置する導電性の回路パターン３がスクリーン印刷されることにより形成され、この回路パターン３には透明の保護層６が被覆形成されており、この保護層６が回路パターン３を外気から保護するよう機能する。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、静電容量センサの形状や構成の多様化が期待できる他、支持体１１の省略により、部品点数の削減を図ることができる。

なお、上記実施形態では静電容量センサを成形法により三次元成形したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、回路パターン層１を真空成形法や圧空成形法等により三次元形成するとともに、接着した加飾層７と保護層６Ａとを真空成形法や圧空成形法等により三次元形成し、立体的な回路パターン層１と加飾層７及び保護層６Ａとを中間接着層１０を介して接着し、その後、回路パターン層１の凹んだ裏面内に予め立体的に三次元成形しておいた支持体１１を接着剤や粘着剤等を介して隙間なく嵌着しても良い。

また、上記実施形態では保護層６、中間接着層１０、保護層６Ａ、支持体１１を使用したが、必要に応じ、これら保護層６、中間接着層１０、保護層６Ａ、支持体１１を適宜省略しても良い。また、回路パターン層１の回路パターン３を透明や半透明にしても良い。

また、加飾層７を、フィルムに加飾用の模様９を凹凸に加工することにより形成しても良い。これ以外にも、樹脂成形品に加飾を施したタイプ、ガラスに加飾や表面に凹凸を施したタイプ、これらを組み合わせたタイプ等とすることができ、一体化の有無を問うものではない。さらに、回路パターン層１のフィルム２表面に、回路パターン３を内蔵する絶縁性の中間厚み調整層３０を積層形成してその表面をフラットにすることもできる。

１ 回路パターン層
２ フィルム
３ 回路パターン
４ 電極
５ 導電ライン
６ 保護層
６Ａ 保護層
７ 加飾層
１０ 中間接着層（中間層）
１１ 支持体
２０ 回路基板
２１ 電気コネクタ
３０ 中間厚み調整層（中間層）

Claims (4)

1. 絶縁性を有する一枚のフィルムの表面に静電容量の変化を検出する導電性の回路パターンが形成された回路パターン層と、この回路パターン層の表面側に積層される加飾層とを含み、三次元形成される静電容量センサであって、
   回路パターン層のフィルム表面と加飾層の裏面との間に、回路パターン層と加飾層とを接着する中間層を介在し、
   加飾層を、絶縁性を有する透明あるいは半透明のフィルムの裏面に加飾用の模様を印刷又は転写することで形成したことを特徴とする静電容量センサ。
2. 回路パターン層のフィルム裏面に積層される保護層と、三次元形成時に回路パターン層の凹んだ裏面内に保護層を介して射出成形され、回路パターン層を支持する支持体とを含んでなる請求項１記載の静電容量センサ。
3. 請求項１又は２記載の静電容量センサの製造方法であって、回路パターン層、加飾層、及び中間層を隙間なく積層して積層フィルムを形成し、この積層フィルムを高温の金型にセットして型締めすることにより三次元成形することを特徴とする静電容量センサの製造方法。
4. 請求項１又は２記載の静電容量センサの製造方法であって、回路パターン層と加飾層とをそれぞれ三次元形成し、これら回路パターン層と加飾層とを中間層を介して積層接着することを特徴とする静電容量センサの製造方法。

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