クロスリファレンス

本出願は、2015年2月20日に日本国において出願された特願2015−031538に基づき優先権を主張し、当該出願に記載された内容は、本明細書に援用する。また、本願において引用した特許、特許出願及び文献に記載された内容は、本明細書に援用する。

本発明は、押圧方向の操作を検出する検出センサ及びその製造方法に関する。

従来、電子機器における入力装置としては、キーボードのように押しボタンスイッチを用いたものが知られている。押しボタンスイッチを用いた入力装置では、オンと、オフとの2つの状態を検出する。一方、押圧に応じて変形する基体に複数の電極を配置し、電極間の静電容量の変化に基づいて、押圧方向の変位を検出する検出部材が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような検出部材は、操作面(X−Y平面)内の位置のみならず、操作面に略直交するZ軸方向の変位をも特定できるため、3次元入力デバイスに応用されている。

上記検出部材は、通常、多層構造を有し、その一部の層にはエラストマーにて形成された層を備えることが多い。一般的に、エラストマー(特にシリコーンゴム)は、樹脂との接着に劣るため、エラストマーの層と樹脂層との接着を高めるべく、エラストマーの層および樹脂層の少なくともいずれか一方の層にシラン化合物(この用途の場合、特に、シランカップリング剤とも称する)を塗布して表面改質を施す技術が知られている。

特開2011−017626号公報

上述のようなエラストマー層と樹脂層とを接合する方法の一例として、検出部材を構成するUV樹脂成形体の表面にシランカップリング剤をコーティングし、続いてコーティングした面およびシリコーンゴム層に対してコロナ放電等の手法で表面改質を行い、その表面改質した面を接着剤レスにてシリコーンゴム層に接合する方法が考えられる。

本発明者は、本発明に先立ち、図15に示すような構成を有する検出センサを開発した。図15に示す検出センサ100は、薄い基材シート101の片面に電極パターン102を形成し、その反対側の面にシリコーンゴム層103を形成した一組の積層体110を備え、積層体110の各シリコーンゴム層103側を対向させ、両積層体110の間隙に、樹脂製のドット120を挟む構造を有する。ドット120は、その外表面に、シランカップリング剤のコート層130を備える。ドット120とシリコーンゴム層103との両接合面には、コロナ処理等の易接着処理が施され、その後にドット120とシリコーンゴム層103との接合が行われる。ここで、コート層130は、ドット120とシリコーンゴム層103とを接着剤を介さずに接合するのに寄与する。かかる構成の検出センサ100は、その外表面の所定位置からその厚さ方向に圧力が加わった際に、その位置にてシリコーンゴム層103の厚さが薄くなるように弾性変形し、その結果、静電容量が変化するので、静電容量型の感圧センサとして使用できる。

しかし、先に開発した上述の検出センサ100にも未だ解決すべき課題が残っている。1つは、シランカップリング剤のコート層130をドット120の表面に厚みムラ無く均一に形成することが難しいことである。シランカップリング剤の塗布されていない部分や塗布量の極めて少ない部分が存在すると、接着剤レスであるがために、ドット120とシリコーンゴム層103との間に非接着部位が存在してしまい、不良品が生じる危険性がある。

もう1つの問題は、シランカップリング剤をドット120の表面に塗布する際に、異物が混入しやすいことである。シランカップリング剤の層中に異物が入ると、静電容量の変化を正確に検出できなくなり、検出センサ100としては不合格となり、製品の歩留まりが悪くなる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、接合面における接合強度を高め、かつ静電容量の変化を正確に検出可能な検出センサを提供することである。

上記目的達成のため、本発明の一実施の形態に係る検出センサは、操作面に対する押圧方向への押圧状態を検出する検出センサであって、 静電容量の変化を検出するための第1電極層及び第2電極層と、 第1電極層と前記第2電極層との間に、操作面に対する押圧により第1電極層と第2電極層との間隔を変位可能な変位層として機能する1または2以上のシリコーンゴム層と、 少なくとも1つのシリコーンゴム層と接合し、シリコーンゴムより高硬度の樹脂を主として含有する樹脂部と、 を備え、 樹脂部には、押圧方向と直交する方向に空間を隔てて立接する複数の柱部を少なくとも備え、 樹脂部の少なくとも柱部を、シランカップリング剤を分散混合して構成し、 シリコーンゴム層と柱部の天面および底面の内の少なくとも1つの面とを、直接、接合して成る。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、さらに、樹脂部が、シランカップリング剤を分散混合して構成されると共に、柱部の天面および底面の内の一方の面と接続される平板層をさらに備え、シリコーンゴム層が平板層と反対側にある柱部の天面または底面と接合する。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、また、第1電極層または第2電極層を形成する層であって、シリコーンゴムより高硬度の樹脂若しくはエラストマーから成る基材シートを備える。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、また、柱部におけるシリコーンゴム層との接合面および/またはシリコーンゴム層における柱部との接合面に易接着処理を施して、柱部とシリコーンゴム層とを接合して成る。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、また、柱部とシリコーンゴム層とが、それぞれの接合面に対する紫外線照射処理、プラズマ処理、又はコロナ処理が行われた後に重ね合わされることにより一体的に接合されている。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、また、柱部の形状を円柱状又は円錐台状とする。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、また、第1電極層には、静電容量の変化を検出するために電圧が印加される駆動電極を含み、第2電極層には、第1電極層との間隔に応じた電流を生じさせるための受信電極を含む。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、また、樹脂部を、紫外線硬化樹脂とシランカップリング剤とを混合して成る。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、さらに、紫外線硬化樹脂をウレタン系の紫外線硬化樹脂とする。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、また、樹脂部には、その主成分である樹脂100質量部に対して、0.05質量部以上10質量部以下のシランカップリング剤を含む。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサは、また、シランカップリング剤を、エポキシ基またはアミノ基を有機官能基として有するものとする。

本発明の一実施の形態に係る検出センサの製造方法は、操作面に対する押圧方向への押圧状態を検出する検出センサであり、静電容量の変化を検出するための第1電極層及び第2電極層と、第1電極層と第2電極層との間に、操作面に対する押圧により、第1電極層と第2電極層との間隔を変位可能な変位層として機能する1または2以上のシリコーンゴム層と、少なくとも1つのシリコーンゴム層と接合し、シリコーンゴムより高硬度の樹脂を主として含有する樹脂部と、を備え、樹脂部には、押圧方向と直交する方向に空間を隔てて立接する複数の柱部を少なくとも備え、樹脂部の少なくとも柱部を、シランカップリング剤を分散混合して構成する検出センサの製造方法であって、 第1電極層とシリコーンゴム層とを少なくとも含む第1積層体を製造する工程と、 第2電極層を少なくとも含む第2積層体を製造する工程と、 前記柱部における前記シリコーンゴム層との接合面および/または前記シリコーンゴム層における前記柱部との接合面に易接着処理を施す表面改質工程と、 第1積層体と第2積層体とを積層し、第1電極層と第2電極層との間に樹脂部を介在させる状態として、シリコーンゴム層と柱部の天面および底面の内の少なくとも1つの面とを、直接、接合する接合工程と、 を含む。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサの製造方法は、さらに、表面改質工程を、柱部におけるシリコーンゴム層との接合面および/またはシリコーンゴム層における柱部との接合面に集中して易接着処理を行う処理とする。

本発明の別の実施の形態に係る検出センサの製造方法は、さらに、表面改質工程において、柱部の天面またはそれと接合するシリコーンゴム層の接合面の一部の面若しくは全面を露出するマスキング治具を用いて易接着処理を行う。

本発明によると、接合面における接合強度を高め、かつ静電容量の変化を正確に検出可能な検出センサを提供できる。

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る検出センサの縦断面図(1A)およびその検出センサに含まれる変位層を構成する柱部を模式的に描いた斜視図(1B)をそれぞれ示す。

図2は、図1の検出センサの製造方法を説明するための一部組立図を示す。

図3は、本発明の第2の実施の形態に係る検出センサの縦断面図(3A)および(3A)の検出センサの製造方法を説明するための一部組立図(3B)をそれぞれ示す。

図4は、本発明の第3の実施の形態に係る検出センサの縦断面図を示す。

図5は、図4の検出センサの製造工程の前半を示す。

図6は、図5に続く製造工程を示す。

図7は、図6に続く製造工程を示す。

図8は、本発明の第4の実施の形態に係る検出センサの縦断面図を示す。

図9は、図8の検出センサの製造工程の前半を示す。

図10は、図9に続く製造工程を示す。

図11は、本発明の第5の実施の形態に係る検出センサを製造する際に使用するマスキング治具の平面図(11A)、そのマスキング治具に設けられた多くの貫通孔の内の一つの貫通孔近傍のA−A拡大縦断面図(11B)およびマスキング治具の貫通孔に柱部を挿入し、その天面に易接着処理を行う状況を(11B)と同視野にて表す拡大縦断面図(11C)を、それぞれ示す。

図12は、図11のマスキング治具のいくつかの変形例(12A,12B,12C)を示す。

図13は、図12の(12A)のマスキング治具を上下反転し、その貫通孔の拡径部側から柱部を挿入した状態の拡大縦断面図(13A)およびマスキング治具の別の使用例の拡大縦断面図(13B)をそれぞれ示す。

図14は、PETとシランカップリング剤混合紫外線硬化樹脂との一体成形品と、シリコーンゴム層とを貼り合わせる状況を断面視にて模式的に示す。

図15は、本発明者が本発明に先立ち開発した検出センサの縦断面図を示す。

1,1a,1b,1c 検出センサ 2 第1電極層 3 シリコーンゴム層(変位層) 4 樹脂部 5 第2電極層 10 樹脂(紫外線硬化樹脂) 11 シランカップリング剤 21 電極(駆動電極) 22 基材シート 33a 接合面 33b 接合面 41 柱部 41a 接合面(天面) 41b 接合面(底面) 42 平板層 51 電極(受信電極) 52 基材シート 55 第1積層体 56,56a 第2積層体 61 電極(受信電極) 71 電極(受信電極) 72 基材シート 80 マスキング治具

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は本発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている諸要素およびその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

<第1の実施の形態> まず、本発明の第1の実施の形態に係る検出センサについて説明する。

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る検出センサの縦断面図(1A)およびその検出センサに含まれる変位層を構成する柱部を模式的に描いた斜視図(1B)をそれぞれ示す。

第1の実施の形態に係る検出センサ1は、操作面に対する押圧方向(図では、上下方向: 以下、Z方向ともいう)への押圧状態を検出する検出センサであって、操作面(図中、上方の面)から順に、第1電極層2、シリコーンゴム層3、樹脂部4、シリコーンゴム層3および第2電極層5を積層して備える。第1電極層2および第2電極層5は、静電容量の変化を検出するためのものである。シリコーンゴム層3は、第1電極層2と第2電極層5との間にあって、操作面に対する押圧により第1電極層2と第2電極層5との間隔を変位可能な変位層として機能する層である。樹脂部4は、その天面および底面の両側に配置される2つのシリコーンゴム層3と接合し、シリコーンゴムより高硬度の樹脂を主として含有する。ここで、「主として含有する」とは、主成分であることを意味する。この実施の形態では、樹脂部4は、押圧方向と直交する方向(すなわち、シリコーンゴム層3の面と平行な方向)に空間を隔てて立接する複数の柱部41である。柱部41は、後述するように、樹脂10にシランカップリング剤11を分散混合して構成されている。シリコーンゴム層3と柱部41の天面および底面とは、接着剤あるいは粘着剤などの接着層を介在せずに、直接、接合されている。以下、検出センサ1の構造および製造方法について詳述する。

(1)第1電極層 第1電極層2は、操作面側から順に、電極21、基材シート22を積層して備える。第1電極層2は、操作面に対する押圧時に撓む必要があるので、その厚さを、好ましくは0.01〜1mmとし、より好ましくは、0.01〜0.4mmとする。電極21は、例えば、静電容量の変化を検出するために、図示しない電源から電圧が印加される駆動電極である。電極21は、図1の表裏方向(X方向)に延びる電極を、所定間隔あけて、図1の左右方向(Y方向)に複数本並べて配置される。電極21は、銅、銀等の金属薄膜で構成しても良く、透明なPEDOT/PSS等の導電性高分子膜や、銅、銀、カーボン等のナノ状微小繊維からなる膜や、ITO(インジウム錫酸化物)膜で構成しても良い。電極21のZ方向の好適な厚さは、例えば、0.01〜1μmである。電極21のZ方向の厚さを上記の範囲に設定するのは、電極21のZ方向の厚さを0.01μm以上とすると電気抵抗が低く、静電容量を正しく検出しやすくなり、また、1μm以下とすると電極が厚すぎず硬くなりにくいため、検出センサ1を押圧したときに第1電極層2が変形し易く、さらに電極の形状によっては均一に変形しやすくなるからである。

基材シート22は、シリコーンゴムより高硬度の樹脂またはエラストマーから好適に成る。基材シート22の主成分を樹脂とする場合には、例えば、絶縁性が高く、且つ可撓性に優れた樹脂を用いることができ、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、またはポリメタクリ酸メチル(PMMA)を用いるのが好ましく、それらの中でもPETが好ましい。また、基材シート22の主成分をエラストマーとする場合には、シリコーンゴム層3より高硬度のゴムに成形する前提において、例えば、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴムあるいはスチレンブタジエンゴム等の熱硬化性エラストマー; ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系あるいはフッ素系等の熱可塑性エラストマー、あるいはそれらの複合物等を用いることができる。

(2)第2電極層 第2電極層5は、操作面から遠い側から順に、電極51、基材シート52を積層して備える。電極51は、電極21との間隔に応じた電流を生じさせ、静電容量を検出するための受信電極である。電極51は、図1の左右方向(Y方向)に延びる電極を、所定間隔あけて、図1の表裏方向(X方向)に複数本並べて配置される。すなわち、電極51は、検出センサ1の平面視にて電極21と直交して配置される。電極51は、電極21と同一の素材により構成することができる。電極51のZ方向の好適な厚さは、例えば、0.01〜1mmである。電極51は、押圧により変形する必要がないので、構成する素材やZ方向の厚さは、上記範囲に限らない。電極51は、第1電極層2の電極21と同様の材料から構成することができる。

基材シート52は、基材シート22と同様の材料から構成でき、特に、PETをより好適に用いることができる。

(3)シリコーンゴム層 シリコーンゴム層3は、好適には、ポリジメチルシロキサンから成る層であり、第1電極層2側からの押圧に応じて、その厚さを弾性的に変化し得る層である。シリコーンゴム層3の好適な厚さは、例えば、0.005〜1mm、より好ましくは0.01〜0.3mmである。シリコーンゴム層3としては、例えば、信越化学工業株式会社製のKE−1950−10A/B(ゴム硬度A 10)、KEG−2000−40A/B(ゴム硬度A 40)、KE−951−Uと加硫剤C−25A/B(ゴム硬度A 50)、KE−2090−60A/B(ゴム硬度A 60)、KE−981−Uと加硫剤C−25A/B(ゴム硬度A 80)などを原料としたシリコーンゴムを用いて構成できる。柱部41の周囲は、空隙であり、操作面が押圧された場合には、シリコーンゴム層3が比較的容易に収縮し、また、操作面への押圧が終わった場合には、シリコーンゴム層3は、迅速に伸張してもとの状態に復元する。このため、検出センサ1の押圧に対する応答性が向上し、操作性が向上する。

また、基材シート22,52より柔軟性に富み、容易にその厚さを弾性的に変化させやすく、かつ樹脂部4との接合に支障が無ければ、シリコーンゴム層3に代えて、シリコーンゴム以外のゴム状弾性体を用いて変位層を形成することもできる。かかる場合、ゴム状弾性体の加硫タイプや硬さについては、任意のものを選択することができる。ゴム状弾性体は、検出センサ1が光の透過を必要としなければ、着色されていても良い。ゴム状弾性体の好適なゴム硬度は、JISK6253の測定法に従うデュロメーター タイプA硬度で10以上80以下、より好ましくは10以上35以下である。検出センサ1は、押圧されることにより、一定の厚みを備えた変位層が圧縮弾性変形することで、Z方向の検出機能を発揮するが、ゴム状弾性体のゴム硬度が低すぎると充分な強度が無く容易に破壊される恐れがある。一方、ゴム硬度が高すぎると押圧力が必要となり、検出感度が低くなる。

(4)樹脂部 樹脂部4は、この実施の形態では、複数の柱部41から成る。柱部41は、図1の(1B)に示すように、母材となる樹脂10中に、シランカップリング剤11を分散させて構成される。シランカップリング剤11は、有機物とケイ素とから構成される化合物であり、非常に接合しにくい材料同士を結び付ける機能を持つ。シランカップリング剤11としては、官能基の種類によって分けられ、ビニルトリメトキシシランおよびビニルトリエトキシシランに代表されるビニル系シランカップリング剤; 2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランおよび3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランに代表されるエポキシ系シランカップリング剤; p−スチリルトリメトキシシランに代表されるスチリル系シランカップリング剤; 3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランおよび3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランに代表されるメタクリル系シランカップリング剤; 3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランに代表されるアクリル系シランカップリング剤; N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランおよびN−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩に代表されるアミノ系シランカップリング剤; トリス−(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートに代表されるイソシアヌレート系シランカップリング剤; 3−ウレイドプロピルトリアルコキシシランに代表されるウレイド系シランカップリング剤; 3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランおよび3−メルカプトプロピルトリメトキシシランに代表されるメルカプト系シランカップリング剤; ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドに代表されるスルフィド系シランカップリング剤; 3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランに代表されるイソシアネート系シランカップリング剤などを用いることができる。上記例示のシランカップリング剤11の中でも、特に、エポキシ基を有するエポキシ系のシランカップリング剤11またはアミノ基を有するアミノ系のシランカップリング剤11が好ましい。シランカップリング剤11は、樹脂部4の主成分である樹脂100質量部に対して、好ましくは0.05質量部以上20質量部以下、さらに好ましくは0.1質量部以上10質量部以下含まれる。シランカップリング剤11を上記0.05〜20質量部の範囲にすると、柱部41とシリコーンゴム層3との接合強度をより高めることができ、かつ柱部41の成形性をも高めることができる。

柱部41の主成分である樹脂10は、シリコーンゴム層3より高硬度であれば、いかなる種類であっても良い。例えば、熱可塑性樹脂として、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂に代表されるポリオレフィン系樹脂; ポリオレフィン樹脂をアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸等の不飽和カルボン酸で変性した変性ポリオレフィン系樹脂; ポリ酢酸ビニル系樹脂; ポリ(メタ)アクリル系樹脂; ポリ塩化ビニル系樹脂; ポリスチレン系樹脂; ポリカーボネート系樹脂; ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンナフタレート樹脂に代表されるポリエステル系樹脂; ポリアミド系樹脂; ポリウレタン系樹脂; エチレン−酢酸ビニル共重合体; エチレン−アクリル酸共重合体; エチレン−アクリル酸エチル共重合体; エチレン−メタクリル酸共重合体; エチレン−メタクリル酸メチル共重合体; エチレン−プロピレン共重合体; ABS樹脂等の1または2以上を混合した樹脂を用いることができる。また、熱硬化性樹脂として、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルエステル、ポリイミド、フラン樹脂、ポリフタル酸ジアリル、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、マレイン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂等の1または2以上を混合した樹脂を用いることができる。

また、紫外線硬化樹脂(UV樹脂ともいう)としては、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、エポキシ樹脂等を好適に用いることができる。ここで、ウレタンアクリレートは、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネート)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等のジイソシアネート類とポリ(プロピレンオキサイド)ジオール、ポリ(プロピレンオキサイド)トリオール、ポリ(テトラメチレンオキサイド)ジオール、エトキシ化ビスフェノールA等のポリオール類と2−ヒドロキシエチルアクリレート2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、グリシドールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等のヒドロキシアクリレート類とを反応させることによって得られ、分子中に官能基としてアクリロイル基とウレタン結合を有するものである。紫外線硬化樹脂の中で特に、ウレタン系の紫外線硬化樹脂を用いるのが好ましい。

ポリエステルアクリレートとしては、例えば、無水フタル酸とプロピレンオキサイドとアクリル酸とからなるポリエステルアクリレート、アジピン酸と1,6−ヘキサンジオールとアクリル酸とからなるポリエステルアクリレート等が挙げられる。エポキシアクリレートは、エピクロルヒドリン等のエポキシ化合物とアクリル酸又はメタクリル酸との反応により合成されたものであり、例えば、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールA型エポキシアクリレート、ビスフェノールSとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールS型エポキシアクリレート、ビスフェノールFとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるビスフェノールF型エポキシアクリレート、フェノールノボラックとエピクロルヒドリンとアクリル酸との反応により合成されるフェノールノボラック型エポキシアクリレート等が挙げられる。

エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂; フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂; トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ樹脂; 及びこれらの水添化物や臭素化物等が挙げられる。紫外線硬化樹脂としては、ウレタンアクリレートを主として含むものを好適に用いることができる。

紫外線硬化樹脂は、紫外線硬化樹脂を構成する上記主剤の他に、光重合開始剤(光開始剤ともいう)を含む硬化性組成物を硬化して成る。光重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤及び光カチオン重合開始剤が好ましい。光ラジカル重合開始剤としては、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、α−ヒドロキシ−α−α’−ジメチルアセトフェノン、メトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン等のアセトフェノン誘導体; ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル等のベンゾインエーテル系化合物; ベンジルジメチルケタール等のケタール誘導体; ハロゲン化ケトン、アシルフォスフィンオキシド、アシルフォスフォナート、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−N,N−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−1−ブタン、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキシドビス−(2,6−ジメトキシベンゾイル)2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド、アントラセン、ペリレン、コロネン、テトラセン、ベンズアントラセン、フェノチアジン、フラビン、アクリジン、ケトクマリン、チオキサントン誘導体、ベンゾフェノン、アセトフェノン、2−クロロチオキサンソン、2,4−ジメチルチオキサンソン、2,4−ジエチルチオキサンソン、2,4−ジイソプロピルチオキサンソン、イソプロピルチオキサンソン等を例示できる。また、光カチオン重合開始剤としては、鉄−アレン錯体化合物、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、オニウム塩、ピリジニウム塩、アルミニウム錯体/シラノール塩、トリクロロメチルトリアジン誘導体等が挙げられる。

柱部41の形状は、例えば、ドット状(例えば、円柱状または円錐台状)である。ただし、柱部41の形状は、これに限られず、シリコーンゴム層3等の対向層に対して必要な接合強度を発揮できる面積を確保できればどのような形状であっても良い。複数の柱部41は、2つのシリコーンゴム層3の間において、シリコーンゴム層3のX−Y平面(Z方向と直交する面)内に所定のピッチで並んでいる。柱部41の高さは、例えば、0.01〜1mm、好ましくは0.01〜0.3mmである。

柱部41は、好適には、金型などを用いて製造される成形体である。ただし、柱部41を印刷により形成しても良い。印刷は、3Dプリンタを用いて行っても良い。形状安定性の点では、金型を用いて柱部41を成形する方が好ましい。

次に、第1の実施の形態に係る検出センサの製造方法について説明する。

図2は、図1の検出センサの製造方法を説明するための一部組立図を示す。

図2に示すように、基材シート22の一方の面にシリコーンゴム層3を形成する。基材シート52の場合も同様に、基材シート52の一方の面にシリコーンゴム層3を形成する。シリコーンゴム層3の形成方法は、特に制約されないが、好適には、金型内に基材シート22,52をセットし、基材シート22,52の片面にシリコーンゴム形成用の硬化性組成物を供給した後に金型を締めて加熱及び加圧を行い、基材シート22,52とシリコーンゴム層3とを一体成形する方法を例示できる。また、シリコーンゴム層3を形成する前に、必要に応じて基材シート22の一方の面に表面処理を施しても良い。それ以外の方法として、スクリーン印刷によって、基材シート22,52上に上記硬化性組成物を印刷し、加熱する方法も用いることができる。

次に、基材シート22におけるシリコーンゴム層3と反対側の面に電極21を形成する。こうして、電極21、基材シート22およびシリコーンゴム層3を積層した第1積層体55が得られる。同様に、基材シート52におけるシリコーンゴム層3と反対側の面に電極51を形成する。こうして、電極51、基材シート52およびシリコーンゴム層3を積層した第2積層体56が得られる。基材シート22上への電極21の形成方法および基材シート52上への電極51の形成方法としては、蒸着、金属フィラーを分散させた溶液をコートする方法(刷毛塗り、浸漬、スピンコートなども含まれる)、インクジェット方式、スクリーン方式に代表される印刷、金属フィラーを分散させた溶液を塗布後にエッチング(レーザを用いたドライ方式および溶剤を用いて溶解させるウェット方式のいずれでも良い)してパターン形成する方法などを好適に例示できるが、電極21,51の形成方法は特にこれらに限定されない。

柱部41は、例えば、紫外線硬化樹脂の原料となる紫外線硬化性組成物(光重合開始剤も含む)に、シランカップリング剤11を混合し、その混合物を金型に流し込み、紫外線を照射して硬化させて製造される。この場合、金型は、紫外線を透過可能な材料(ガラスなど)で構成しても良い。また、金型の開口面から紫外線を照射して、金型内の紫外線硬化性組成物を硬化させても良い。また、金型を使用せずに、柱部41を印刷にて製造しても良い。その場合、印刷直後若しくは印刷工程と併行して紫外線を照射し、当該インクを硬化させて柱部41を製造するのが好ましい。

次いで、2つのシリコーンゴム層3の接合面33a,33bと、柱部41の天面(接合面41a)および柱部41の底面(接合面41b)に、所定波長の紫外線を照射する。ここで、照射する紫外線としては、好適には、近紫外線(波長380nm〜200nm)以下の波長を持つ光であり、より好適には、遠紫外線および真空紫外線(波長200nm〜10nm)の光である。この実施の形態およびこれ以降の実施の形態では、例えば、キセノンを放電ガスとして172nmの波長を含む真空紫外線(VUV)を発光するエキシマランプを用いて光を照射している。なお、エキシマランプを用いる方法以外に、接合面33a、接合面41a、接合面33bおよび接合面41bに対して、真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理、コロナ処理、フレーム処理等の易接着処理を施しても良い。このような易接着処理を、ここでは、表面改質あるいは表面改質処理ともいう。

プラズマ処理、またはコロナ処理によると、周囲のガスがイオン化し、印加されている電位差によってイオン化されたガスが加速されて、接合面33a,33b,41a,41bと衝突し、接合面33a,33b,41a,41bの分子内結合が破壊され、接合面33a,33b,41a,41bにラジカルが発生される。次いで、周囲の気体(例えば、大気)中に存在する酸素や水等が、直接または間接的に反応して接合面33a,33b,41a,41bの表面に水酸基などの反応基を形成する。こうして、表面改質工程が終了する。

次いで、第1積層体55のシリコーンゴム層3と、第2積層体56のシリコーンゴム層3との間に複数の柱部41を挟む。この結果、第1電極層2側のシリコーンゴム層3の接合面33aと柱部41の接合面41aとを、第2電極層5側のシリコーンゴム層3の接合面33bと柱部41の接合面41bとを、それぞれ一体的に接合することができる。ここで、表面改質後、第1積層体55と第2積層体56との間に、複数の柱部41を直ちに挟んで重ね合わせるのが好ましい。また、重ね合わせる際は、常温下であっても、加熱温度下であっても良い。加熱温度下で貼り合わせを行う場合には、例えば、50〜110℃、好ましくは80〜100℃の範囲の所定温度まで加熱して行うことができる。また、第1積層体55のシリコーンゴム層3と第2積層体56のシリコーンゴム層3との間に柱部41を挟んだ後、その挟んだ方向に圧力を加えるのが好ましい。加圧下で貼り合わせを行う場合には、例えば、1.5〜10kgf/cm²、好ましくは3〜8kgf/cm²の範囲とすることができる。また、貼り合わせた後、しばらく放置するのがより好ましい。ただし、加圧せずに、長時間(例えば、24時間)放置しても良い。このように、柱部41とシリコーンゴム層3との接合面33a,33b,41a,41bに、紫外線照射処理、プラズマ処理、またはコロナ処理を経て貼り合わせを行うことにより、接着剤や粘着剤を介在させずに、直接、柱部41とシリコーンゴム層3とを一体的に接合することができる。こうして、接合工程が終了する。

以上の工程を経て、図1の(1A)に示すような検出センサ1が完成する。上記のように、この実施の形態に係る検出センサ1の製造方法は、静電容量の変化を検出するための第1電極層2および第2電極層5と、第1電極層2の下面と第2電極層5の上面にあって、操作面に対する押圧により、第1電極層2と第2電極層5との間隔を変位可能な2つのシリコーンゴム層3と、当該2つのシリコーンゴム層3の間に複数の柱部41から成る樹脂部4を備え、樹脂部4を、樹脂10にシランカップリング剤11を分散させて構成し、かつ柱部41と2つのシリコーンゴム層3とを一体的に接合して成る検出センサ1を製造する方法である。この製造方法は、第1電極層2とシリコーンゴム層3とを少なくとも含む第1積層体55を製造する工程と、第2電極層5を少なくとも含む第2積層体56を製造する工程と、柱部41におけるシリコーンゴム層3との接合面およびシリコーンゴム層3における柱部41との接合面に易接着処理を施す表面改質工程と、第1積層体55と第2積層体56とを積層し、第1電極層2と第2電極層5との間に樹脂部4を介在させる状態として、シリコーンゴム層3と柱部41の天面および底面とを、直接、接合する接合工程と、を含む。

次に、検出センサ1を製造する場合における、柱部41と、シリコーンゴム層3との接合のメカニズムについて説明する。ここでは、エキシマランプを用いたUV照射の例にて、易接着処理を説明する。

エキシマランプにより、172nmの波長を含む紫外線を、柱部41およびシリコーンゴム層3の表面に照射すると、その紫外線は、周囲の酸素(O₂)に直接作用して、活性酸素(O(¹D))を生成する。また、この紫外線は、酸素(O₂)をオゾン(O₃)に変化させ、オゾン(O₃)を酸素(O₂)と活性酸素(O(¹D))とに変化させる。接合前の初期状態においては、柱部41およびシリコーンゴム層3の各表面には、メチル(CH₃)基が存在する。このような表面に172nmの波長を含む紫外線を照射させると、紫外線と、周囲の酸素に紫外線が照射されることにより発生する活性酸素とによって、柱部41およびシリコーンゴム層3の表面が酸化される。これによって、同表面にある一部もしくは全部のCH₃基が酸化されて、OH基等の酸素含有官能基となる。

その後、柱部41とシリコーンゴム層3の対向面を重ね合わせて、重ね合わせた方向に圧力を加えて、室温下で所定の時間保持すると、柱部41およびシリコーンゴム層3の接合面のOH基等同士が結合して水を発生し、柱部41とシリコーンゴム層3とが酸素原子(O)を介して結合される。柱部41は、シランカップリング剤11を含んでいるので、柱部41の接合面41a,41bには、シリコーンゴム層3と反応しやすい部位(反応点)が多数存在する。例えば、シランカップリング剤11としてエポキシ系のものを用いると、エポキシ基の三員環が開環し、シリコーンゴム層3と柱部41との接合に寄与しやすい。このように、接着層などの介在層を付与せずに結合させる状態を、ここでは、一体的に接合(あるいは一体的接合状態)という。

柱部41とシリコーンゴム層3とがこのように接合すると、これらが容易に分離するのを適切に防止することができ、信頼性を向上することができる。このように、接着剤や粘着剤を用いることなく、柱部41とシリコーンゴム層3とを一体的に接合することができるので、押圧時に、シリコーンゴム層3と柱部41とが互いにズレたり、反ったり、隆起したりしてしまうことを防止でき、検出センサ1の信頼性を向上することができる。また、接着剤や粘着剤を用いていないので、柱部41の周囲の空隙に液ダレが発生することがなく、押圧感にばらつきを生じさせない。また、接着剤や粘着剤を用いないので、接着剤等の塗工ムラを生じさせることがなく、押圧感にばらつきを生じさせない。さらに、接着剤や粘着剤を用いていない分、検出センサ1の押圧方向の幅を薄くすることができる。

<第2の実施の形態> 次に、本発明の第2の実施の形態に係る検出センサについて説明する。本実施の形態では、第1の実施の形態と共通する構成部分については、同一の符号を付し、適宜、その説明を省略する。

図3は、本発明の第2の実施の形態に係る検出センサの縦断面図(3A)および(3A)の検出センサの製造方法を説明するための一部組立図(3B)をそれぞれ示す。

第2の実施の形態に係る検出センサ1aは、柱部41の底面と接続される平板層42をさらに備える樹脂部4を有し、1つのシリコーンゴム層3が柱部41の天面とのみ接合する点で、第1の実施の形態と異なる。ここで、柱部41は、平板層42と一体成形されて成る。上記以外の構成に関しては、両実施の形態に係る検出センサ1,1aは共通する。樹脂部4は、その一部を構成する柱部41の天面を第1電極層2側のシリコーンゴム層3と接合し、かつ平板層42の底面を第2電極層5側の基材シート52と接合する。

図3の(3B)に示すように、基材シート22の一方の面にシリコーンゴム層3を形成する。シリコーンゴム層3の形成方法は、第1の実施の形態と共通するので、ここでは重複した説明を省略する。次に、基材シート22におけるシリコーンゴム層3と反対側の面に、電極21を形成する。電極21の形態および形成方法については、第1の実施の形態と共通するので、ここでは重複した説明を省略する。こうして、電極21、基材シート22およびシリコーンゴム層3から成る第1積層体55が完成する。

続いて、紫外線硬化樹脂の硬化性組成物(光重合開始剤も含む)に、シランカップリング剤11を混合し、その混合物を得る。次に、当該混合物を金型内に流し込み、その上から基材シート52を被せてから金型を型締めし、紫外線を照射して当該混合物を硬化させる。こうして、樹脂部4の下面(接合面42b)と基材シート52の上面(接合面52b)とを接合した樹脂部4と基材シート52との一体成形品ができる。なお、樹脂部4を、金型を使用せずに、印刷(例えば、3Dプリンタを使用した印刷)にて製造しても良い。次に、基材シート52の樹脂部4と反対側の面に電極51を形成する。電極51の形態および形成方法は、第1の実施の形態と共通するので、ここでは重複した説明を省略する。こうして、電極51、基材シート52および樹脂部4から成る第2積層体56aが完成する。第2積層体56aは、第1の実施の形態で説明した第2積層体56と異なり、シリコーンゴム層3を含まず、樹脂部4を含む。

次いで、シリコーンゴム層3の接合面33aおよび柱部41の天面(接合面41a)に対して、所定波長の紫外線を照射する。紫外線の照射に代えて、真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理、コロナ処理、フレーム処理等の他の易接着処理を行っても良い。こうして、表面改質工程が終了する。

次いで、第1積層体55のシリコーンゴム層3と第2積層体56aの柱部41とを接合する。この結果、シリコーンゴム層3の接合面33aと柱部41の接合面41aとを、直接、一体的に接合できる。ここで、上記紫外線を照射した後、シリコーンゴム層3と柱部41とを直ちに接触させるのが好ましい。また、接触させる際には、常温下であっても、加熱温度下であっても良い。また、シリコーンゴム層3と柱部41とを加圧して接合を行うのがより好ましい。また、その後、しばらく放置するのが好ましい。

以上の工程を経て、図3の(3A)に示すような検出センサ1aが完成する。上記のように、この実施の形態に係る検出センサ1aの製造方法は、静電容量の変化を検出するための第1電極層2および第2電極層5と、第1電極層2と第2電極層5との間にあって、操作面に対する押圧により、第1電極層2と第2電極層5との間隔を変位可能な1つのシリコーンゴム層3と、シリコーンゴム層3の下面に接合させる樹脂部4とを備え、樹脂部4を、主成分である樹脂10にシランカップリング剤11を分散させて構成し、柱部41の下面に平板層42を有すると共に柱部41の天面とシリコーンゴム層3、平板層42と基材シート52とをそれぞれ接合して成る検出センサ1aを製造する方法である。当該製造方法は、第1電極層2とシリコーンゴム層3とを少なくとも含む第1積層体55を製造する工程と、第2電極層5に樹脂部4を積層して成る第2積層体56aを製造する工程と、柱部41におけるシリコーンゴム層3との接合面41aおよびシリコーンゴム層3における柱部41との接合面33aに易接着処理を施す表面改質工程と、第1積層体55と第2積層体56aとを積層し、第1電極層2と第2電極層5との間に樹脂部4を介在させる状態として、第1積層体55と第2積層体56aとを、接着剤や粘着剤を介在させずに、直接、接合する接合工程と、を含む。

樹脂部4を柱部41と平板層42とから構成することによって、柱部41を容易に製造でき、また、柱部41を正確にシリコーンゴム層3と基材シート52との間に配置できる。

<第3の実施の形態> 次に、本発明の第3の実施の形態に係る検出センサについて説明する。本実施の形態では、先の各実施の形態と共通する構成部分については、同一の符号を付し、適宜、その説明を省略する。

図4は、本発明の第3の実施の形態に係る検出センサの縦断面図を示す。

第3の実施の形態に係る検出センサ1bは、第1の実施の形態に係る検出センサ1を基本構成とし、さらに複数の層を加えたセンサである。具体的には、検出センサ1bは、図4に示すように、操作面側(図中、上方の面)から順に、レジスト層64、電極61、基材シート62、接着層65、レジスト層24、電極21、基材シート22、シリコーンゴム層3、樹脂部4、シリコーンゴム層3、基材シート52、電極51、レジスト層54を積層した形態を有する。検出センサ1bは、電極21と共に、X−Y平面内の操作位置を検知するための電極61をさらに備える点で、第1の実施の形態に係る検出センサ1と異なる。電極61は、電極51と同様の形態で配置される。

レジスト層24,54,64は、それぞれ電極21,51,61を外傷などから保護するための層であり、樹脂含有のインクを用いた印刷等の手法によって容易に形成できる。接着層65は、基材シート62とレジスト層24との間に形成され、両者62,24を接着するのに必要な層である。接着層65は、接着剤、粘着剤、あるいは両面テープ等により形成可能な層である。電極61および基材シート62は、それぞれ、既に説明した電極21および基材シート22と同様の材料から構成可能であるため、ここでは、重複した説明を省略する。

図5〜7は、図4の検出センサの製造工程を示す。

まず、紫外線硬化樹脂の硬化性組成物(光重合開始剤も含む)に、シランカップリング剤11を混合し、その混合物を得る。続いて、その混合物を金型内に入れ、柱部41を成形する。成形後、その一方の面である接合面41bに易接着処理を施す(ステップ101)。ここでは、一例として、紫外線を矢印Cの方向に照射する方法で説明する。次に、基材シート52を用意して、基材シート52の片面に、電極51、続いてレジスト層54を形成する(ステップ102)。レジスト層54は、例えば、スクリーン印刷によって形成する。後述のその他のレジスト層も同様である。次に、基材シート52における電極51と反対側の面にシリコーンゴム層3を形成する(ステップ103)。次に、シリコーンゴム層3の接合面33bに紫外線を照射して表面改質を行う(ステップ104)。ステップ104の紫外線照射とステップ101の紫外線照射は、可能な限り同時に行う方が好ましい。次に、柱部41とシリコーンゴム層3とを貼り合わせ、加熱および加圧する(ステップ105)。こうして、柱部41を含めて柱部41から下方の積層体(第2積層体56a)が完成する。

次に、基材シート62を用意して、基材シート62の片面に、電極61、続いてレジスト層64を形成する(ステップ106)。続いて、基材シート62における電極61と反対側の面に接着層65を形成する(ステップ107)。接着層65は、液状の接着剤を塗布する方法、あるいは接着性のインクを用いて印刷する方法(例えば、スクリーン印刷法)、あるいはその他の如何なる方法でも形成可能である。また、接着層65は、好ましくは、ホットメルト接着剤にて形成される。

次に、基材シート22を用意して、基材シート22の片面に、電極21、続いてレジスト層24を形成する(ステップ108)。次に、基材シート22における電極21と反対側の面にシリコーンゴム層3を形成する(ステップ109)。

次に、ステップ106〜107までに製造した積層体と、ステップ108〜109までに製造した積層体とを接着層65を介して接合する(ステップ110)。こうして、柱部41より上方の積層体(第1積層体55)が完成する。次に、シリコーンゴム層3の下面(接合面33a)に紫外線を照射して表面改質を行う(ステップ111)。

次に、ステップ101〜105までに製造した第2積層体56a上部の柱部41に紫外線を照射して、表面改質を行う(ステップ112)。次に、ステップ106〜110までに製造した第1積層体55のシリコーンゴム層3を表面改質した状態のものを、ステップ112にて表面改質した柱部41の天面(接合面41a)に貼り合わせ、加熱および加圧する(ステップ113)。こうして、接合工程が終了し、検出センサ1bが完成する。

なお、上記ステップ101〜113は、その内の一部のステップを入れ替えても良い。例えば、上記ステップ102〜104をステップ101より先に行っても良い。また、ステップ108〜109をステップ106〜107より先に行っても良い。

<第4の実施の形態> 次に、本発明の第4の実施の形態に係る検出センサについて説明する。本実施の形態では、先の各実施の形態と共通する構成部分については、同一の符号を付し、適宜、その説明を省略する。

図8は、本発明の第4の実施の形態に係る検出センサの縦断面図を示す。

第4の実施の形態に係る検出センサ1cは、第2の実施の形態に係る検出センサ1aを基本構成とし、さらに複数の層を加えたセンサである。具体的には、検出センサ1cは、図8に示すように、操作面側(図中、上方の面)から順に、レジスト層64、電極61、基材シート62、接着層65、レジスト層24、電極21、基材シート22、シリコーンゴム層3、樹脂部4、基材シート52、接着層75、レジスト層74、電極71、基材シート72を積層した形態を有する。検出センサ1cは、主に、電極21と共に、X−Y平面内の操作位置を検知するための電極61をさらに備える点で、第2の実施の形態に係る検出センサ1aと異なる。

レジスト層24,64,74は、それぞれ電極21,61,71を外傷などから保護するための層であり、樹脂含有のインクを用いた印刷等の手法によって容易に形成できる。接着層75は、基材シート52とレジスト層74との間に形成され、両者52,74を接着するのに必要な層である。接着層75は、接着層65と同様、接着剤、粘着剤、あるいは両面テープ等により形成可能な層である。電極71および基材シート72は、それぞれ、既に説明した電極21および基材シート22と同様の材料から構成可能であるため、ここでは、重複した説明を省略する。

図9〜10は、図8の検出センサの製造工程を示す。

紫外線硬化樹脂の硬化性組成物(光重合開始剤も含む)に、シランカップリング剤11を混合し、その混合物を得る。次に、当該混合物を金型内に流し込み、その上から基材シート52を被せてから金型を型締めし、紫外線を照射して当該混合物を硬化させる。こうして、樹脂部4の平板層42と基材シート52の上面とを接合した樹脂部4と基材シート52との一体成形品ができる(ステップ201)。

次に、基材シート72を用意して、基材シート72の片面に、電極71、続いてレジスト層74を形成する(ステップ202)。次に、レジスト層74の上から接着層75を形成する(ステップ203)。接着層75は、接着層65と同様の方法にて形成可能である。

次に、ステップ201にて製造した積層体と、ステップ202〜203までに製造した積層体とを接着層75を介して接合する(ステップ204)。こうして、第2積層体56aが完成する。続いて、樹脂部4の上方から紫外線を照射して、柱部41の天面(接合面41a)の表面改質を行う(ステップ205)。

次に、基材シート62の片面に、電極61、続いてレジスト層64を形成する(ステップ206)。続いて、基材シート62における電極61と反対側の面に接着層65を形成する(ステップ207)。

次に、基材シート22の片面に、電極21、続いてレジスト層24を形成する(ステップ208)。次に、基材シート22における電極21と反対側の面にシリコーンゴム層3を形成する(ステップ209)。

次に、ステップ206〜207までに製造した積層体と、ステップ208〜209までに製造した積層体とを接着層65を介して接合する(ステップ210)。こうして、第1積層体55が完成する。続いて、シリコーンゴム層3の下面(接合面33a)に紫外線を照射して表面改質を行う(ステップ211)。

次に、ステップ206〜210までに製造した第1積層体55のシリコーンゴム層3を表面改質したものと、ステップ204までに製造した第2積層体56aの柱部41の天面(接合面41a)を表面改質したものとを貼り合わせ、加熱および加圧する(ステップ212)。こうして、接合工程が終了し、検出センサ1cが完成する。

なお、上記ステップ201〜212は、その内の一部のステップを入れ替えても良い。例えば、上記ステップ202〜203をステップ201より先に行っても良い。また、ステップ208〜209をステップ206〜207より先に行っても良い。

<第5の実施の形態> 次に、本発明の第5の実施の形態に係る検出センサについて説明する。この実施の形態では、上述の各実施の形態と共通する構成部分については、同一の符号を付し、適宜、その説明を省略する。

図11は、本発明の第5の実施の形態に係る検出センサを製造する際に使用するマスキング治具の平面図(11A)、そのマスキング治具に設けられた多くの貫通孔の内の一つの貫通孔近傍のA−A拡大縦断面図(11B)およびマスキング治具の貫通孔に柱部を挿入し、その天面に易接着処理を行う状況を(11B)と同視野にて表す拡大縦断面図(11C)を、それぞれ示す。

図11の(11A)に示すマスキング治具80は、柱部41の天面に易接着処理(この実施の形態では、代表して、エキシマランプを用いた紫外線の照射を例に説明する)を行うために用いられる治具であって、柱部41を挿入可能な貫通孔81を複数備える。この実施の形態におけるマスキング治具80は、縦横規則正しく貫通孔81を備えるが、貫通孔81の数や配置は、図11の(11A)に例示するものに限定されない。マスキング治具80は、SUSに代表される金属、あるいは樹脂から好適に製造される。貫通孔81は、切削あるいはエッチングなどの手法で容易に形成可能である。マスキング治具80の貫通孔81は、柱部41の直径より少し大きめに設計されている。そのように設計することにより、多くの柱部41に、それらと同数の貫通孔81の位置を合わせることを容易にすることができるからである。

図11の(11B)に示すように、貫通孔81は、マスキング治具80の表裏方向に同一直径を維持して貫通する円筒状の孔であり、その貫通孔81の内側壁82は、ほぼ垂直である。この実施の形態に係る検出センサを構成する柱部41は、円柱形状である。この実施の形態に係る検出センサは、第2の実施の形態に係る検出センサ1aと同様の製造工程を経て製造される。この製造工程中、紫外線照射の際に、マスキング治具80を樹脂部4の上から被せて、柱部41を貫通孔81に挿入させた状態にする。この実施の形態に係る検出センサは、上記のようなマスキング処理を行ってから易接着処理を行って製造される点で、第2の実施の形態に係る検出センサ1aと異なる。

マスキング治具80の貫通孔81に挿入した柱部41の側面は、貫通孔81の内側壁82と隙間のある状態になる。また、マスキング治具80の厚さは、柱部41の高さと同一若しくはわずかに小さい。このため、柱部41は、貫通孔81の内側壁82と隙間を有しつつ、主に天面を貫通孔81から露出した状態にすることができる。図11の(11C)に示すように、この状態にて柱部41の天面方向(図11の(11C)の矢印方向)から紫外線を照射すると、紫外線は柱部41の天面に優先的に照射され、柱部41の側面については、わずかな領域に照射されるものの、ほとんどの領域には照射されない。さらには、柱部41の周囲にも紫外線が照射されない。このように、柱部41の側面および柱部41の周囲をマスキングすることにより、接着可能な活性化部分を柱部41の主に天面のみにすることができ、その側面の大部分および柱部41の周辺領域を接着不能な不活性領域にすることができる。これによって、易接着処理後の接合面41aとシリコーンゴム層3とを接合する工程にて、シリコーンゴム層3の厚さ方向内部に圧縮力が加えられても、シリコーンゴム層3が柱部41の天面以外の領域と接着してしまう問題を低減できる。これによって、接合の工程時に、柱部41の天面以外の部分がシリコーンゴム層3と接着することに起因する平板層42とシリコーンゴム層3との間の距離の縮小化を有効に防止できる。なお、シリコーンゴム層3が柱部41の天面以外の領域と接着してしまう問題を防ぐために、貼り合わせ時の圧縮力を低くする方法も考えられる。しかし、圧縮力を低くすると、柱部41とシリコーンゴム層3との接合強度が低くなるという別の問題が発生するので好ましくない。上記マスキング処理によって、柱部41の天面に易接着処理を施す一方で、その側面や柱部41の周辺に易接着処理を施さないようにすると、十分大きな圧縮力をもって貼り合わせ工程を行うことができ、もって、柱部41とシリコーンゴム層3との接合強度を高め、かつ設計通りの形態を確保できる。

図12は、図11のマスキング治具のいくつかの変形例(12A,12B,12C)を示す。

図12の(12A)は、平板層42側に向かって拡径するテーパー状の貫通孔81aを備えたマスキング治具80を柱部41の上から被せた状態の拡大断面図を示す。図12中の矢印は紫外線の照射を意味する。以後の図でも同様である。貫通孔81aの上方の直径は、柱部41の直径より小さい。このため、マスキング治具80を柱部41の上から被せると、柱部41は、貫通孔81aのテーパー状の内側壁83に接する状態で、貫通孔81aの下方から挿入された状態になる。

このようなテーパー形状の貫通孔81aを形成すると、貫通孔81aへの柱部41の挿入を容易にし、かつ柱部41の側面への易接着処理をほぼ完全に防止でき、天面のみに易接着処理を施すことができる。ただし、貫通孔81aの内側壁83の角度を垂直方向に対して過度に大きくすると、柱部41の天面が狭くなり、天面における易接着処理面が小さくなる。よって、内側面83は、垂直に近いテーパー面であるのが好ましい。

図12の(12B)は、平板層42側に向かって拡径し、かつそれと反対側にも拡径する鼓形状の貫通孔81bを備えたマスキング治具80を柱部41の上から被せた状態の拡大断面図を示す。柱部41の天面は、貫通孔81bの下方の内側壁85の途中位置で接触する。このような形状の貫通孔81bを有するマスキング治具80を用いて易接着処理を行うと、貫通孔81bへの柱部41の挿入を容易にし、柱部41の側面への易接着処理をほぼ完全に防止でき、かつ柱部41の天面の広い領域に易接着処理を施しやすくなる。貫通孔81bの平板層42側の内側壁85はテーパー状に拡径されているため、柱部41を挿入しやすい。一方、貫通孔81bの平板層42と反対側の内側壁84もテーパー状に拡径されているため、紫外線の入射面積を広く確保でき、内側壁84での紫外線の反射を利用して、柱部41の天面の広い領域に紫外線を照射しやすくなる。なお、内側壁84は、紫外線の反射効率を高めるため、好ましくは鏡面処理されている。

図12の(12C)は、図12の(12B)と同じ形状の貫通孔81bを備え、2層から構成されるマスキング治具80を柱部41の上から被せた状態の拡大断面図を示す。マスキング治具80を構成する第一層86は内側壁84を有し、第二層87は内側壁85を有する。第二層87は、柱部41よりも低硬度の材料から成る。このため、柱部41の天面の周縁部が内側壁85と接しても、柱部41に過度な圧力を与えない。したがって、第二層87の厚さおよびテーパーの角度を厳密に制御しなくても、柱部41の変形を有効に防止できる。なお、第一層86の材料は、柱部41の材料に対して高硬度、低硬度あるいは同一硬度のいずれであっても良い。

図13は、図12の(12A)のマスキング治具を上下反転し、その貫通孔の拡径部側から柱部を挿入した状態の拡大縦断面図(13A)およびマスキング治具の別の使用例の拡大縦断面図(13B)をそれぞれ示す。

図13の(13A)に示すように、柱部41の天面を下向きにして、マスキング治具80の貫通孔81aの拡径部から柱部41を挿入し、該拡径部と反対側から柱部41の天面に向けて易接着処理を施しても良い。図11の(11B)、図12の(12B)および(12C)のいずれの形状のマスキング治具80も、同様に、上下反転して使用することができる。このように、マスキング治具80を下にして柱部41を上から挿入して易接着処理を行うことは、貫通孔81a,81bの内側壁83,85に柱部41が接触し、マスキング治具80の重みによって柱部41が変形するのを防ぎたい場合に、特に有効である。

また、図13の(13B)に示すように、マスキング治具80は、柱部41の天面を接着する側の層、すなわち、シリコーンゴム層3において、柱部41と接合する局所領域にのみ易接着処理を施す場合に利用できる。ここでは、貫通孔81を有するマスキング治具80を例に説明したが、他の形状の貫通孔81a,81bを有するマスキング治具80を用いて、シリコーンゴム層3に易接着処理を施すことも可能である。

<本発明の実施の形態に係る検出センサの構成> 上記の各実施の形態に係る検出センサは、操作面に対する押圧方向への押圧状態を検出する検出センサであって、 静電容量の変化を検出するための第1電極層2及び第2電極層5と; 前記第1電極層2と前記第2電極層5との間にあって、前記操作面に対する押圧により、前記第1電極層2と前記第2電極層5との間隔を変位可能な変位層として機能する1または2以上のシリコーンゴム層3と; 少なくとも1つの前記シリコーンゴム層3と接合され、シリコーンゴムより高硬度の樹脂を主として含有する樹脂部4と; を備え、 前記樹脂部4は、前記押圧方向と直交する方向に空間を隔てて立接する複数の柱部41を少なくとも備え、 前記樹脂部4の少なくとも前記柱部41は、シランカップリング剤11が分散混合されており、前記シリコーンゴム層3と前記柱部41の天面および底面の内の少なくとも1つの面とが直接接合されている。

前記検出センサにおいて、前記樹脂部4は、前記シランカップリング剤11が分散混合されて成ると共に、前記柱部41の前記天面および前記底面の内の一方の面と接続される平板層42をさらに備え、 前記シリコーンゴム層3は、前記平板層42と反対側にある前記柱部41の前記天面または前記底面と接合されている。

前記検出センサは、前記第1電極層2または前記第2電極層5を形成する層であって、前記シリコーンゴムより高硬度の樹脂若しくはエラストマーから成る基材シート22,52,72を備える。

前記検出センサは、前記柱部41における前記シリコーンゴム層3との接合面および/または前記シリコーンゴム層3における前記柱部41との接合面に易接着処理を施して、前記柱部41と前記シリコーンゴム層3とを接合して成る。

ここで、前記柱部41における前記シリコーンゴム層3との接合面および/または前記シリコーンゴム層3における前記柱部41との接合面には、易接着処理によって生じた易接着処理層が存在する。この結果、前記柱部41と前記シリコーンゴム層3とは、易接着処理層を介在して接合して成る。易接着処理層は、分子レベルの薄く、柱部41およびシリコーンゴム層3のごく表面の変質層であるため、その存在の確認は困難である。また、易接着処理層は、それを形成した柱部41あるいはシリコーンゴム層3であると解することができる。このため、前記柱部41と前記シリコーンゴム層3とは、視認にて容易に認められる接着剤等の第三の層を介在させずに、直接、接合している状態と解することができる。「直接接合」の状態、「直接、接合されている」状態は、視認にて容易に認められる接着剤等の第三の層を介在させない接合状態である。

前記検出センサにおいて、前記柱部41と、前記シリコーンゴム層3とは、それぞれの接合面に対する紫外線照射処理、プラズマ処理、又はコロナ処理が行われた後に重ね合わされることにより一体的に接合されている。すなわち、前記易接着処理層は、紫外線照射処理、プラズマ処理、又はコロナ処理によって形成された層である。

前記検出センサにおいて、前記柱部41は、円柱状又は円錐台状である。

前記検出センサにおいて、前記第1電極層2は、静電容量の変化を検出するために電圧が印加される駆動電極21を含み、前記第2電極層5は、前記第1電極層2との間隔に応じた電流を生じさせるための受信電極51,61,71を含む。

前記検出センサにおいて、前記樹脂部4は、紫外線硬化樹脂10と前記シランカップリング剤11とを混合して成る。すなわち、前記樹脂部4は、紫外線硬化樹脂10と前記シランカップリング剤11との混合体である。

前記検出センサにおいて、前記紫外線硬化樹脂10は、ウレタン系の紫外線硬化樹脂である。

前記検出センサにおいて、前記樹脂部4は、その主成分である前記樹脂100質量部に対して、0.05質量部以上10質量部以下の前記シランカップリング剤11を含む。

前記検出センサにおいて、前記シランカップリング剤11は、エポキシ基またはアミノ基を有機官能基として有する。

<その他の実施の形態> 以上、本発明の各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限られず、他の様々な態様をとり得る。

例えば、上記各実施の形態では、柱部41の形状を、一例としてドット状(円柱状あるいは円錐台状)としているが、柱部41の形状は、これに限られず、例えば、ライン状であっても良い。また、上記第1の実施の形態および第3の実施の形態では、シリコーンゴム層3を2層備えるが、柱部41の天面のみあるいは底面のみと接合するシリコーンゴム層3を一層備えるようにしても良い。また、上記第2の実施の形態および第4の実施の形態では、柱部41の天面のみと接合するシリコーンゴム層3を一層備えるが、平板層42の直下に、シリコーンゴム層3を追加して形成しても良い。

上記各実施の形態では、操作面側の電極21を駆動電極とし、操作面から離れた側の電極51,71を受信電極としていたが、これを逆にして、電極21を受信電極とし、電極51,71を駆動電極としても良い。上記第3の実施の形態および第4の実施の形態では、操作面の平面における位置(XY方向の位置)を検出するためのXY方向の受信電極として電極61を備え、X,Y,Zの各3軸方向の操作を検出するようにしているが、電極61は、電極21よりも操作面から遠い位置に配置しても良い。なお、電極61を駆動電極とすることもできる。

また、平板層42を柱部41より操作面側にするように、樹脂部4を配置しても良い。

次に、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は、以下の実施例の内容に限定されない。

シランカップリング剤を含む紫外線硬化とシリコーンゴム層との接着強度を確認すべく、以下の条件でサンプルを多数作製し、それらの評価を行った。

(実験1) 基材シートとして、東洋紡株式会社製の両面易接着性PET(品番: コスモシャインA4300、厚さ:125μm)を用意した。PETは、切断によって、縦15mm×横50mmの大きさに加工した。

次に、ウレタン系紫外線硬化樹脂に、表1に示すエポキシ系2種、メタクリル系1種およびアミノ系1種の合計4種類のシランカップリング剤を用意し、紫外線硬化樹脂の硬化性組成物10gあたり0.1g若しくは0.2gの質量比(硬化性組成物100質量部に対して1質量部に相当)にて各種シランカップリング剤を混合して、シランカップリング剤と紫外線硬化樹脂の硬化性組成物との混合物を作製した。表1に、シランカップリング剤の種類、純度(%)及び紫外線硬化樹脂の硬化性組成物10g当たりの添加量(g)を示す。なお、製品名「X−12−981」は、有機官能基をエポキシ基とするシランカップリング剤を2倍に希釈しているため、他の製品に比べて2倍の量(0.2g)とし、紫外線硬化樹脂の硬化性組成物に対する質量部を他の製品と同一にしている。

次に、金型内に、上記混合物を供給し、その上からローラを用いてPETを上記混合物上に貼り合わせ、PET越しに上記混合物に向けて紫外線を照射した。こうして、上記混合物を硬化させ、PETとシランカップリング剤混合紫外線硬化樹脂との一体成形品を作製した。

図14は、PETとシランカップリング剤混合紫外線硬化樹脂との一体成形品と、シリコーンゴム層とを貼り合わせる状況を断面視にて模式的に示す。

図14に示すように、PET91のシリコーンゴム90形成面にコロナ処理を施した。コロナ処理は、リニアテーブル式コロナ表面処理装置(電極: 直径1mm×長さ0.27mのワイヤー)を用い、放電電力0.5kW、搬送速度1.5m/min、電極−ワーク間距離5mmの条件下で行った。次に、コロナ表面処理を施した面に、バーコータ「No.1.5」を用いて、信越化学工業株式会社製のシリコーン系プライマー(品番: X33−156−20)を塗布し、室温(約25℃)にて30分間放置した。次に、信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物(品番: KE−1935A/B、A:B=質量比で1:1)を混練した。次に、先に用意したPET91のプライマー塗布面に上記シリコーンゴム組成物の混練物をスクリーン印刷した。スクリーン印刷は、スクリーン版: #200、印刷厚み: 約25μm、乾燥条件: 120℃×60分保持の諸条件にて行い、PET91の表面にシリコーンゴム90を形成した。続いて、一体成形品95(PET96+シランカップリング剤混合紫外線硬化樹脂97)のシランカップリング剤混合紫外線硬化樹脂97側の面と、シリコーンゴム90の貼り合せ面とにコロナ処理を施した。コロナ処理は、PET91の表面への処理と同じである。一体成形品95とシリコーンゴム90との貼り合わせは、貼り合わせ用の治具に、一体成形品95およびシリコーンゴム90付きのPET91をそれぞれ吸着・固定し、コロナ処理面同士を精度よく貼り合わせ、圧力: 6kgf/cm²の下、温度90℃にて60秒間保持して行った。このような方法により、シランカップリング剤の異なる4種類のサンプルを完成した(実施例1〜4)。また、比較のため、コロナ処理を行わず、それ以外の条件をそれぞれ実施例1〜4と同一として4種類のサンプルを作製した(比較例1〜4)。

作製した各サンプルは、90°剥離試験により評価した。剥離した状態は、電子顕微鏡にて観察し、シリコーンゴム90が破壊した状態(A)、シリコーンゴム90とシランカップリング剤混合紫外線硬化樹脂97との界面で剥離した状態(B)、あるいは接合していない状態(C)かを目視にて区別した。Aの状態は、接合面における接着強度は最も大きいことから「◎」と、Bの状態はAよりも接合面における接着強度は小さいが合格水準であることから「○」と、Cの状態は接着不足であることから「×」と、それぞれ評価した。「◎」は「Excellent」、「○」は「Good」、「×」は「Not Good」を、それぞれ意味する。このことは、以後の評価でも同様である。

表2に、実施例1〜4および比較例1〜4の各条件および接合強度の評価結果を示す。表中のバー(−)は、評価対象外であることを意味する。

表2から明らかなように、コロナ処理を行ってから接合した実施例1〜4では、シリコーンゴム90とシランカップリング剤混合紫外線硬化樹脂97との接合強度に優れていた。特に、アミノ系のシランカップリング剤を用いた場合に(実施例4)、接合強度が優れていた。これに対して、コロナ処理を行わなかった比較例1〜4ではほとんど接合せず、不十分な接合状態であった。

(実験2) 次に、実験1にて接合強度が大きかったシランカップリング剤を用いて、易接着処理を変更したときの評価を行った。具体的には、アミノ系シランカップリング剤を用いた実施例4の条件において、コロナ処理をエキシマUV処理に変更して評価を行った(実施例5)。エキシマUV処理は、高照度172nmエキシマ照射装置を用いて、ランプ出力: 10V、速度: 33.3mm/s、積算光量: 19.4mJ/cm²、照度: 11.4mW/cm²、ランプとサンプル間の距離: 3mmの条件下で行った。接合強度の評価は、実験1と同一とした。実施例5の比較を、表2中の比較例4(アミノ系シランカップリング剤を使用)とした。

表3に、実施例5および比較例4の各条件および接合強度の評価結果を示す。

表3から明らかなように、エキシマUV処理を行わなかった比較例4ではほとんど接合していなかったが、エキシマUV処理を行ってから接合した実施例5では、シリコーンゴム90とシランカップリング剤混合紫外線硬化樹脂97との接合強度に優れていた。このことから、易接着処理として、コロナ処理以外に、エキシマUV処理でも接合強度の向上に寄与することがわかった。

(実験3) 次に、実験1で用いた各種シランカップリング剤の添加量を0.5〜10質量部の範囲で5水準に変化させ、コロナ処理を行って作製した各サンプルの製造及び評価を行った(実施例6〜25)。シランカップリング剤の添加量以外の条件は、全て、実験1と同一とした。

表4に、実施例6〜25の各条件および接合強度の評価結果を示す。

表4から明らかなように、4種類全てのシランカップリング剤を使用した場合において、全ての添加量の範囲で高い接合強度が得られた。特に、エポキシ系シランカップリング剤(KBM−403)およびアミノ系シランカップリング剤(KBM−603)を使用すると、より高い接合強度が得られた。

(実験4) 次に、実験3において接合強度を高めた2種類のシランカップリング剤(KBM−403およびKBM−603)の添加量をさらに増減させ、0.05〜20質量部の範囲で8水準に変化させ、コロナ処理を行って作製した各サンプルの製造及び評価を行った(実施例26〜41)。シランカップリング剤の添加量の変動以外の条件は、全て、実験1と同一とした。

表5に、実施例26〜41の各条件および接合強度の評価結果を示す。

表5から明らかなように、両種シランカップリング剤とも、0.05〜20質量部の範囲で高い接合強度が確認できた。

本発明は、押圧方向の操作を検出する検出センサや、押圧方向の操作を検出可能なタッチパッドとして利用できる。