Capacitive sensor

本発明は、センサー機能と導光機能を備えた導光体一体型の静電容量式センサーに関する。

本願発明に関連する先行技術文献としては、以下の特許文献１、２が存在する。
特許文献１は、導光部材に静電容量式のセンサーを取り付けた先行技術である。 特許文献１では、光源から放たれた光を導光体を介して鏡の裏面から照光するとともに、静電容量式センサーを設けて構成し、前記センサーで人体検知を行って光源のオン・オフを切り換えるようにしている。 人体が静電容量式センサーに接近すると、センサーがこれを検知して光源の動作状態を切り換える。 これにより、鏡が背面から照光され、鏡の前面が明るく照明される。

また特許文献２は、導光体を用いた照光機能を備えた電子機器に関する先行技術である。 特許文献２では、発光部が導光体に形成された収容部に挿入される。 発光部から発生した光は導光板に沿って進行し、タッチパッドに形成された光ガイド部から案内され、本体側に設けられた各種のタッチキーの照明を行なう。

特開２００６−１６４６７２号公報

特開２００７−０６８１７３号公報

しかし、特許文献１に記載のものは、導光体と静電容量式センサーとが別体で形成される構成である。 このため、製造コストを低減し難いという問題がある。

また特許文献１に記載のものでは、静電容量式センサーを形成する電極が平面形状であるため、鏡などセンサーを固定する面（固定面）が平面である場合には問題ないが、前記固定面が曲面の場合には、センサーを曲面に取り付けることが難しくなる。 すなわち、電極面と曲面との間に不要な隙間が形成されてしまい、静電容量センサーの静電容量が小さくなって、検出精度を高め難くなるという問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、部品点数の削減によるコストの低減と検出精度を高めることを可能とした静電容量式センサーを提供することを目的としている。

本発明は、導光体と、導光体の一面に一体形成された電極とを有し、導光体の他の面に近接した物体と前記電極との間に形成される静電容量を検知する静電容量式センサーであって、
前記導光体の前記電極が形成されていない側の面に、前記導光体が装着される電子機器の外装ケースと密着させる樹脂層が設けられていることを特徴とするものである。

本発明では、導光体に静電容量式センサーの電極を一体的に形成するようにしたため、製造コストを低減できる。 また静電容量式センサーの機器内部への取り付けを容易化することができる。

例えば、前記導光体には曲面部が形成されており、この曲面部の内面に前記電極が形成されるものである。

上記手段では、電極と導光体の曲面との間に不要な隙間（空気層）が形成されにくくすることができ、静電センサーの高い検出精度を維持することが可能となる。

上記においては、前記導光体は、光源を備えた基板上に配置されており、前記光源が発した光が前記導光体に入射するよう配置されているものが好ましい。
上記手段では、光源が発した光を効率よく導光体内に導くことができる。

上記手段では、導光体と外装ケースとの間を密着させることができ、この間に空気層が形成されることを防止できる。 このため、静電センサーの感度低下を防止できるとともに、屈折率の差による光のロスも防ぐことができる。

また前記樹脂層が光拡散剤または蛍光剤が含むものが好ましい。
上記手段では、光を拡散等させることができるため、光のムラ（ホットスポットの形成）を防止できる。 このため、例えば外装ケースを均一に光らせることが可能となる。

また、前記導光部材には基板に固定するための掛止部が設けられ、前記基板には前記電極に接触する接触子と前記掛止部と掛合する被掛止部が設けられており、前記掛止部を前記被掛止部に掛止したときに、前記接触子が前記電極に接続されるとともに、前記光源が前記導光部材の入射部に対向配置されるものが好ましい。

上記手段では、導光体一体型の静電容量式センサーを簡単に取り付けることができる。 しかも、光源と入射部とを対向させることと、コネクタと接続電極との接続とを同時に行なうことができる。

本発明は、導光体に静電センサーを形成するようにしたため、部品点数を削減することができ、製造コストを低減できる。

また従来は電極を形成することが困難であった導光体のコーナーや曲面部などにも電極を高精度に形成することができる。 このため、デザイン自由度を高めることができる。

図１は本発明の実施の形態としての導光体一体型の静電容量式センサーを搭載した電子機器の構成を部分的に示す断面図、図２は導光体一体型の静電容量式センサーを示す斜視図、図３は図２とは異なる方向から見た導光体一体型の静電容量式センサーと基板を示す斜視図、図４は導光体一体型の静電容量式センサーに接続されるコネクタの断面を示し、（Ａ）は接触時の状態を示す断面図、（Ｂ）は接続後の状態を示す断面図である。 なお、図２および図３では外装ケースを省略して示している。

図１に示す電子機器としては、例えば携帯電話機、電子辞書、携帯型の音楽プレーヤなどであるが、これらに限られるものではない。 本発明の導光体一体型の静電容量式センサー１０（以下、単に「センサー」という）は、このような電子機器に搭載されている。

図２、図３に示すように、センサー１０は基材となる導光体１１を有している。 前記導光体１１は、アクリル、ポリカーボネートなど透明な樹脂材料により形成されている。 導光体１１の内面（図示Ｚ２方向の下面）には、複数の検知電極１２と、複数の接続電極１３と、検知電極１２と接続電極１３との間を個別に接続するための配線１４などが設けられている。 前記検知電極１２は人体などの物体との間で、静電容量を形成するための電極であり、所定の面積を有している。

各検知電極１２、接続電極１３および配線１４は、例えばインモールド転写工法を用いることにより、導光体１１の内面（下面）１１Ｂ、特に曲面部１１Ｃの内面に形成される。 なお、インモールド転写工法の詳細については後述するが、図２に示すように、例えば導光体１１が平面形状ではなく、凹型や凸型など不規則な曲面部１１Ｃやコーナーに対しても柔軟に対応し、これらの曲面部やコーナーに検知電極を高い精度で形成することが可能である。

このため、導光体１１に検知電極１２を形成する際に、導光体１１の下面１１Ｂや曲面部１１Ｃと検知電極１２の対向面との間に不要な隙間（空気層）が形成されることを防止することができる。 よって、検知電極１２によって形成される静電容量を安定化させることができる。

このような、前記センサー１０は電子機器を覆う外装ケース２０の内側に取り付けられる。

この場合、外装ケース２０は前記センサー１０を内側に取り付けた状態で、他の電子機器のケースに嵌合される構成であってもよい。

前記外装ケース２０の表面には複数の照明用のスリット（外装塗装の一部を開口したもの）が形成されている（図示せず）。 そして、導光体１１の、前記スリットと対応する位置には粗面で形成された照光部（図示せず）が形成されている。

図３に示すように、電子機器は基板３０を有しており、前記センサー１０が外装ケース２０とともに電子機器に取り付けられると、導光体１１が基板３０に対向配置される。

前記基板３０には複数の光源３１およびコネクタ４０などが設けられている。 ここでの光源３１は、例えばＬＥＤなど半導体型光学素子が好ましいが、これに限られるものではない。

各光源３１は、前記センサー１０を形成する導光体１１の一方の端面に対して対向配置されている。 すなわち、導光体１１の一方の端部１１Ｄ、すなわち曲面部１１Ｃの先端側は、前記基板３０に対向している。 各光源３１は、基板３０上に、前記導光体１１の一方の端部に対向して配置されている。 図３に示すように、導光体１１の一方の端面には、凹状に形成された入射部１１ａが設けられている。 各光源３１は前記入射部１１ａの内部に対向配置される。 また入射部１１ａが形成された端面のＹ方向の両端には、Ｚ２方向に突出する掛止部１１ｂ，１１ｂが一体形成されている。 一方、基板３０上の、前記掛止部１１ｂ，１１ｂと対向する位置には掛止穴（被掛止部）３２，３２が設けられている。

図３に示すように、コネクタ４０は基板３０の中央付近に設けられている。 図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、コネクタ４０は導電性の板ばねを折り曲げて形成した複数の弾性接触子４１と、これらを収納する絶縁性の保持ケース４２とを有している。 弾性接触子４１はＹ方向に所定の間隔を空けて並んでおり、隣り合う弾性接触子４１どうしは互いに絶縁された状態にある。 弾性接触子４１の先端部は図示Ｚ方向に弾性変形することが可能とされている。

図１に示すように、導光体１１上の前記外装ケース２０と対向する部分には、樹脂層１６が設けられている。 前記外装ケース２０の下面２０Ａと導光体１１の上面１１Ａとは、この樹脂層１６により密着固定されている。 このため、前記外装ケース２０の下面２０Ａと導光体１１の上面１１Ａとの間にも、不要な隙間（空気層）が形成されることがなく、静電容量を安定化させることが可能となっている。

光源３１から放たれた光は入射部１１ａから導光体１１内に入射し、その内部を通じて伝搬される。 そして、導光体１１に形成された照光部、さらには外装ケース２０に形成されたスリット（図示せず）を通じて電子機器の外部に射出される。 このため、外装ケース２０のスリット（外装塗装の一部を開口したもの）が明るく照光される。 よって、操作者は照光を認識することができる。

ここで、樹脂層１６は、導光体１１の屈折率よりも大きいことが好ましい。 このような構成にすると、導光体１１内で伝搬する光の伝搬効率を高めることが可能となる。

また樹脂層１６は、光拡散材料、あるいは蛍光材料を含む構成であってもよい。 このような構成では、樹脂層１６において光を導光体１１の表面側で拡散ないしは蛍光させることができ、光のムラ（ホットスポットの形成）を防止できる。
すなわち、ムラのない均一な光で照光することができる。

さらには、前記樹脂層１６は誘電率εが１以上であること好ましく、より好ましくは３以上である。 このセンサー１０では、外装ケース２０の表面に操作者の指先など人体（物体）の一部が接近ないしは接触すると、人体の一部といずれかの検知電極１２との間に静電容量が形成される。 そして、静電容量の変化を図示しない検出手段を用いて検出することにより、操作者の操作状況を検出することが可能となっている。 このため、前記樹脂層１６を大きな誘電率εを有する材料で形成しておくと、大きな静電容量を得ることができ、センサー１０の検出動作を安定化させることが可能となる。

図３に示すように、このセンサー１０では、導光体１１側の掛止部１１ｂ，１１ｂを前記基板３０に形成された掛止穴（被掛止部）３２，３２に挿入することにより、センサー１０が基板３０上に掛止固定される。

このとき、個々の入射部１１ａと個々の光源３１とが対向し合う。 同時に、コネクタ４０側では、前記導光体１１の内面１１Ｂに設けられた複数の接続電極１３が、コネクタ４０の個々の弾性接触子に接触する（図４（Ａ）参照）。

そして、さらにセンサー１０ を押し込むと、導光体１１の掛止部１１ｂ，１１ｂが前記掛止穴３２，３２にて掛止される。 このとき、弾性接触子４１が保持ケース４２内で圧縮する方向に大きく弾性変形させられる。 この状態では、各弾性接触子４１が各接続電極１３を図示Ｚ１方向に押し戻す力が作用するため、個々の弾性接触子４１と個々の各接続電極１３とが電気的に接続される。

このように、本願発明の導光体一体型の静電容量式センサーでは、外観的なデザイン性を左右する外装ケースの形状に合わせて、内部の導光体を成形することができる。 しかも、導光体１１側では、検知電極１２を自由に形成することが可能である。 すなわち、本願発明では、従来は検知電極１２を形成することが困難であった曲面部１１Ｃなどにも高精度に形成することができる。 このため、導光体１１の形状を外装ケース２０の形状に合わせることが可能となる。 よって、導光体１１の形状が、外装ケース２０のデザインに影響を与えるような障害を発生させることがない。

次に、インモールド工法を用いた導光体一体型の静電容量式センサーの製造方法にいって説明する。

図５（Ａ）ないし（Ｃ）はインモールド工法を用いた導光体一体型の静電容量式センサーの製造方法の工程図である。

図５（Ａ）に示す第１の工程では、ＰＥＴフィルムなどからなる剥離シート５１上に、スクリーン印刷法などを用いて各種の電極５２（検知電極１２、接続電極１３および配線１４）が形成される。

次に、図５（Ｂ）に示す第２の工程では、各種の電極５２を備えた剥離シート５１上を、導光体１１形成用の金型（図示せず）に挟み込み、この状態で金型内に透明な樹脂材料を用いて射出成型を行なう。 このとき、金型内では、導光体１１の射出成形と同時に、前記導光体１１の表面に前記電極５２が転写され、導光体１１と電極５２とが一体的に形成される。

なお、導光体の材料が、熱を加えると流動化する熱可塑性樹脂の場合には、金型の中に、高温かつ高圧下で行われるが、この際、電極５２の形状が金型の形状に合わせて適度に変形させられる。 このため、完成後の導光体１１とその表面に形成された電極５２との間に空気層が形成されることがない。

図５（Ｃ）に示す第３の工程では、前記剥離シート５１が剥離される。 すると、導光体１１の内部に各種の電極５２を備えた導光体１１が完成する。

このように、本願発明では、導光体のあらゆる箇所に電極を高精度に形成することが可能である。

なお、第１の工程において、あらかじめスルーホールが形成されたＰＥＴフィルムの両面に電極をそれぞれ形成し、一方の面に形成された電極と他方の面に形成された電極とが前記スルーホールを介して導通接続されるシートが形成される場合にあっては、上記第２の工程においてＰＥＴフィルムの一方の面上に導光体１１を射出成形すれば、その後の第３の工程（ＰＥＴフィルムを剥離する工程）は不要である。 すなわち、ＰＥＴフィルムを有する状態で使用することが可能である。

本発明の実施の形態としての導光体一体型の静電容量式センサーを搭載した電子機器の構成を部分的に示す断面図、

導光体一体型の静電容量式センサーを示す斜視図、

図２とは異なる方向から見た導光体一体型の静電容量式センサーと基板を示す斜視図、

導光体一体型の静電容量式センサーに接続されるコネクタの断面を示し、（Ａ）は接触時の状態を示す断面図、（Ｂ）は接続後の状態を示す断面図、

（Ａ）ないし（Ｃ）はインモールド工法を用いた導光体一体型の静電容量式センサーの製造方法の工程図、

符号の説明

１０ センサー（導光体一体型の静電容量式センサー）
１１ 導光体１１Ｃ 曲面部１１ａ 入射部１１ｂ 掛止部１２ 検知電極１３ 接続電極１４ 配線１６ 樹脂層２０ 外装ケース３０ 基板３１ 光源３２ 掛止穴（被掛止部）
４０ コネクタ４１ 弾性接触子５１ 剥離シート５２ 電極