【０００１】
この発明は、一対の電極シートとこの間に介挿されるスペーサとを粘着剤を介して貼り合わせてなるメンブレンスイッチ及び感圧センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
メンブレンスイッチは、対向配置された一対のシート状基材の対向面に接点部を構成する電極がそれぞれ形成された一対の電極シートと、この間に介挿されるシート状のスペーサとからなる積層構造体である。 メンブレンスイッチの接点部では、上下の電極同士を適当な押圧力によって接触させるために、スペーサに所定の大きさの穴が開けられ、この穴を介して上下電極同士が接触するように構成されている。 また、メンブレンスイッチと同種の構成として感圧インクを使用した感圧センサが知られている。 この感圧センサは、圧力に応じて抵抗値が変化するように、対向する電極のうち、少なくとも一方の電極が感圧インクによる感圧電極となっている。
【０００３】
電極シートとスペーサとの間は、粘着剤により接着される。 スペーサとしては、予め両面に粘着剤が塗布された粘着剤付きスペーサ（基材付き両面粘着シート）を用いるのが一般的であるが、印刷技術により、スペーサに粘着糊を印刷したものを用いることもある。 粘着剤付きスペーサを使用した場合、一様なスペーサシートを金型等を用いて穴開け加工する。 従って、粘着剤は、スペーサに形成される穴の周縁部まで設けられる。 スペーサや粘着剤は、製品の用途や材料の相性に応じて種々のものが使用される。 一般的なスペーサとしては、ＰＥＴ，ＰＥＮ，ＰＥＩ，ＰＩ等が用いられる。 また、代表的な粘着剤としては、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系等が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようなメンブレンスイッチや感圧センサの場合、主として上下電極間の間隔、スペーサの穴径、上下電極シートの剛性、粘着剤の粘弾性特性等が、上下電極シートを接触させるために必要な荷重を決定するパラメータとなる。 従って、所望の圧力、力で接点を導通させるためには、これらのパラメータを適切な値に設定する必要がある。
【０００５】
また、メンブレンスイッチ及び感圧センサの感度が温度環境によってあまり変動しないことも重要である。 メンブレンスイッチ及び感圧センサの感度の温度依存性は、上述したパラメータの温度特性によって決まる。 このうち上下電極間の間隔、スペーサの穴径は殆ど変わらないのであまり関係ないが、電極シートの剛性と粘着剤の粘弾性は、温度依存性を持っており、感度に大きな影響を与える。 粘着層は、上下電極が撓むとき、これに追従して変形する。 電極シートの剛性は、電極シート材料固有の弾性率の温度依存性によるものであり、選択する材質とその加工条件によって決まる。 弾性率の温度依存性の小さな材料ほど、剛性の温度依存性が小さいことになる。 粘着剤の温度依存性も上記と同様で、材料固有の物性であり、温度依存性の小さいものが求められる。
【０００６】
従って、現状の構造のまま構造面での温度特性を改善するには、材料選定以外に方法がない。 しかし、温度依存性の小さな材料を選択するとコストが高くなるため、安価に構造面で温度特性を改善する有効な手段がなかった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、安価に構造面での温度特性を改善することができるメンブレンスイッチ及び感圧センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るメンブレンスイッチは、対向配置された一対のシート状基材の対向面に接点部を構成する電極がそれぞれ形成された一対の電極シートと、これら電極シートが所定の間隔を空けて対向するように前記一対の電極シートの間に介挿されて前記接点部の位置に穴が形成されたスペーサとを、粘着剤を介して貼り合わせてなるメンブレンスイッチにおいて、前記スペーサの穴の周縁部の少なくとも一方の面側の粘着剤が除去されてなり、前記粘着剤が除去されたスペーサの穴の周縁部と対向する電極シートの対向面上に、前記電極と同一材料にて同一工程で凸部が形成され、前記凸部は、前記粘着剤と接触せず、且つ前記粘着剤よりも高さが低くなるように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る感圧センサは、対向配置された一対のシート状基材の対向面に接点部を構成する電極がそれぞれ形成され前記電極の少なくとも一方が感圧電極である一対の電極シートと、これら電極シートが所定の間隔を空けて対向するように前記一対の電極シートの間に介挿されて前記接点部の位置に穴が形成されたスペーサとを、粘着剤を介して貼り合わせてなる感圧センサにおいて、前記スペーサの穴の周縁部の少なくとも一方の面側の粘着剤が除去されてなり、前記粘着剤が除去されたスペーサの穴の周縁部と対向する電極シートの対向面上に、前記電極と同一材料にて同一工程で凸部が形成され、前記凸部は、前記粘着剤と接触せず、且つ前記粘着剤よりも高さが低くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、上下の電極を接触させるためのスペーサの穴の周縁部の両面（両面の電極シートが変形する用途）又は片面（片面の電極シートが変形する用途）の粘着剤が除去されているので、電極シートの変形に追従して粘着剤が変形するとき、温度変化によって粘着剤の変形量が変化しても（例えば、低温で変形し難くなり、高温で変形し易くなっても）電極シートとスペーサとが接触した時点から、電極シートの変形が、電極シートとスペーサとの接触点又は接触線を支点とした変形となるため、粘着剤の粘弾性特性の影響を殆ど受けなくなる。 これによって、粘着剤の粘弾性による構造面の温度特性を改善することが可能となる。
【００１１】
粘着剤をスペーサの穴の周縁部から除去ないし後退させる方法としては、種々の方法が考えられる。 例えば、印刷で粘着剤を形成する場合には、印刷パターン上で粘着剤（粘着糊等）が印刷されない領域をスペーサ穴径よりも大きくする。 転写型の粘着剤を使用する場合には、転写シートの穴開け加工でスペーサより大きな穴加工を施しておくようにすれば良い。
【００１２】
また、粘着剤が除去されたスペーサの穴の周縁部と対向する電極シートの対向面上に、粘着剤よりも粘弾性の温度依存性が小さな材料、好ましくは電極シートと同等以上に弾性率の温度依存性が小さい材料で凸部を形成しておくと、電極シートが撓み始めてから、より早い段階で、凸部とスペーサとが接触し、粘着剤の弾性率の影響を、より早く無くし、温度依存性を更に改善することが可能になる。
【００１３】
凸部は、電極と同一材料にて同一工程で形成されたものであることが望ましい。 特に、導電性ペーストや感圧インクをスクリーン印刷等の方法によって電極又は感圧電極を形成する場合、凸部が電極材料と同一であれば、電極を印刷形成する工程で凸部も形成することができるので、製造コスト低減を図ることができる。 凸部を電極と同じ材料、同じ工程で形成した場合、別材料で凸部を形成する場合に比べて、上下の電極間の間隔を一定に保ち、上下の電極の接触に必要な圧力に関する感度変化も小さくすることができるという効果も期待できる。 これは凸部と電極とを同一とした場合、上下の電極シートが撓み始めて、凸部とスペーサとが接触した時点で、常に電極間の間隔がスペーサの厚さと等しくなるためである。 これによって、多接点のスイッチングユニットや感圧センサの場合、構造上の感度ばらつきを、より小さく抑えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る感圧センサの平面図、図２は図１のＡ−Ａ′断面図である。 図１（ａ）は図２のＢ−Ｂ′断面図、同（ｂ）はスペーサを上から見た図、同（ｃ）は図２のＣ−Ｃ′断面図である。
【００１５】
本実施例に係る感圧センサは、対向配置された上部電極シート１及び下部電極シート２と、これらの間に介挿されて両シート１，２間に所望の間隔を形成するためのスペーサ３とを備え、これら電極シート１，２及びスペーサ３が、粘着剤４，５を介して貼り合わされてなるものである。 上部電極シート１は、可撓性のシート状基材１１の下部電極シート２との対向面（下面）に、後述する印刷回路を形成してなる。 即ち、シート状基材１１の下面には、円状の電極１２が形成されている。 この電極１２を取り囲むように、周方向の４個所に円弧状の凸部１３が形成されている。 更にこの凸部１３を取り囲むように円環状の導電パターン１４が形成されている。 電極１２と導電パターン１４とはリード１５により接続されている。 導電パターン１４はリード１６を介して図示しない他の回路と接続されている。 一方の下部電極シート２は、可撓性のシート状基材２１の上部電極シート１との対向面（上面）に、後述する印刷回路を形成してなる。 即ち、シート状基材２１の上面には、円状の感圧電極２２が形成されている。 この感圧電極２２を取り囲むように、円環状の導電パターン２４が形成されている。 感圧電極２２と導電パターン２４とはリード２５により接続されている。 導電パターン２４はリード２６を介して図示しない他の回路と接続されている。
【００１６】
電極１２と感圧電極２２とで接点部６が構成される。 スペーサ３には、この接点部６の位置に穴３１が形成されている。 この穴３１の径と凸部１３と感圧電極２２とは、図２にも示すように、凸部１３と感圧電極２２との間に穴３１の周縁部がかかるような位置関係に設定されている。 そして、粘着剤４，５は、スペーサ３の両面の穴３１の周縁部では取り除かれるように、スペーサ３の穴３１の径よりも大きく開口されている。 図１（ａ），（ｃ）のハッチングの部分が粘着剤４，５が介挿される平面的位置を示している。
【００１７】
シート状基材１１，２１及びスペーサ３としては、例えばＰＥＴ，ＰＥＮ，ＰＥＩ又はＰＩ等を用いることができる。 粘着剤４，５としては、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系等の粘着剤や粘着糊等を用いることができる。 電極１２及びリード１５，１６，２５，２６は、例えばカーボン等により印刷形成することができる。 凸部１３は、突出量を確保するため、例えば銀ペースト４１の上にカーボン４２を被覆して構成することができ、スクリーン印刷等により形成することができる。 感圧電極２２は、例えば円環状のＡｇ電極４３の上に感圧インク４４を円状に所定の厚みで形成してなる。 また、Ａｇ電極４３が露出する感圧電極２２と導電パターン２４との間を、例えばカーボン等で覆うようにすることが望ましい。 感圧インク４４としては、例えばカーボン等の導電性微粒子を含むプラスチック等を用いることができる。
【００１８】
このように構成された感圧センサでは、上下の電極１２，２２を接触させるためのスペーサ３の両面の穴３１の周縁部の粘着剤４，５が除去され、周縁部に対向する部分に凸部１３と感圧電極２２とが形成されているので、電極シート１，２の変形時に、凸部１３及び感圧電極２２がスペーサ３の穴３１の周縁部に当たり、この当接点を支点にして電極シート１，２が変形することになるので、粘着剤４，５の粘弾性特性の影響を殆ど受けなくなる。 これによって、粘着剤４，５の粘弾性による構造面の温度特性を改善することが可能となる。
【００１９】
以下、具体的な実施例と比較例について説明する。
実施例１
図１，２に示した下部電極シート２の感圧電極２２に代えて、上部電極シート１の電極１２と同様な電極からなるメンブレンスイッチによるスイッチユニットを作成した。 主要部材の材質及び厚みは次の表１の通りである。
【００２０】
【表１】
【００２１】
以上のメンブレンスイッチを２０接点分形成してスイッチユニットを作成した。
【００２２】
比較例１
各部材の材質、厚さは実施例１と同様で、電極シート１に凸部１３が無く、粘着剤４，５の穴径が、スペーサ３の穴３１の径と同じφ１２ｍｍであるメンブレンスイッチを２０接点分有するスイッチユニットを製作した。
【００２３】
これら実施例１と比較例１について、常温で２０接点の感度ばらつき、−３０〜８０℃の温度範囲でのスイッチのオン荷重の変動率を測定した。 その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】
実施例２
図１，２に示したのと同様の感圧センサを製作した。 主要部材の材質及び厚みは次の表３の通りである。
【００２６】
【表３】
【００２７】
以上の感圧センサを２０接点分製作した。
【００２８】
比較例２
図３は、比較例２の感圧センサの平面図、図４は図３のＤ−Ｄ′断面図である。 図３（ａ）は図４のＥ−Ｅ′断面図、同（ｂ）はスペーサを上から見た図、同（ｃ）は図４のＦ−Ｆ′断面図である。 図１，２と同一部分には同一符号を付してある。
【００２９】
各部材の材質、厚さは実施例２と同様で、電極シート１′に凸部１３が無く、粘着剤４′，５′の穴径が、スペーサ３の穴３１の径と同じφ１２ｍｍに設定されている。 この感圧センサを２０接点分製作した。
【００３０】
これら実施例２と比較例２について、常温で２０接点の感度ばらつき、−３０〜８０℃の温度範囲で接点部６を２０ｋＰａで加圧したときの回路抵抗の変動率を測定した。 その結果を表４に示す。
【００３１】
【表４】
【００３２】
表２及び表４の結果から明らかなように、常温での２０接点の感度のばらつきに関しても、比較例１，２が±３０％のばらつきであったのに対し、実施例１，２では、±１５％に抑えることができた。 また、温度による変動も、比較例１，２が＋９０％〜−５０％であるのに対し、実施例１，２では、＋１５％〜−２０％と大幅に改善されている。
【００３３】
特に感圧センサの場合、スイッチユニットと比較して、実施例、比較例ともに温度特性が良好である。 これは使用している感圧インクの塗膜抵抗の温度依存性によるものである。 感圧インクの場合、上下電極の接触面積が大きい方が抵抗値が低くなる特性を有する。 このため、センサ構造が有している負の温度特性（温度の上昇に伴って剛性が下がり、感度が上がる特性）により、同じ圧力で押下した場合、上下電極の接触面積は増加するが、感圧インク塗膜の温度特性が正の温度特性（温度の上昇に伴って抵抗値が上昇する特性）を有している場合、接触面積の増加分を感圧インク塗膜抵抗の上昇で互いに相殺し合うことになり、結果としてセンサ全体としての感度変化を小さくすることができる。 つまり、センサ構造の負の温度特性に合わせた正の温度特性を有する感圧インクを使用することにより、センサ感度の温度依存性は殆どなくなる。 又は、感圧インクに合わせたセンサ構造の選択でも同様の効果を得ることができる。
【００３４】
なお、以上の実施例では、スペーサ３の両面で、穴３１の周縁部の粘着剤４，５を除去するようにしたが、少なくとも荷重が加わる電極シート側の粘着剤のみを除去するようにすれば本発明の効果を奏することができる。 同様の理由から、凸部１３についても、いずれか一方のみに形成すれば良いし、全く形成しなくても電極シートとスペーサとが直接接触して支点部を形成するので、本発明の効果を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、上下の電極を接触させるためのスペーサの穴の周縁部の両面又は片面の粘着剤が除去されているので、電極シートの変形に追従して粘着剤が変形するとき、温度変化によって粘着剤の変形量が変化しても電極シートとスペーサとが接触した時点から、電極シートの変形が、電極シートとスペーサとの接触点又は接触線を支点とした変形となるため、粘着剤の粘弾性特性の影響を殆ど受けなくなり、これにより粘着剤の粘弾性による構造面の温度特性を改善できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施例に係る感圧センサの構成部材の平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】 従来の感圧センサの構成部材の平面図である。
【図４】 図３のＤ−Ｄ′断面図である。
【符号の説明】
１…上部電極シート、２…下部電極シート、３…スペーサ、４，５…粘着剤、６…接点部、１１，２１…シート状基材、１２…電極、１３…凸部、２２…感圧電極。
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