JP2021002493A - タッチセンサ、およびタッチセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車体内の限られた空間を効率的に利用して配置できるタッチセンサを提供する。【解決手段】第一支持体１２は、電極を支持しており、かつ凹部１２１を有している。回路基板１３は、凹部１２１内に配置されており、かつ電極と電気的に接続された静電容量検出回路１３１を搭載している。コネクタ１４は、静電容量検出回路１３１と電気的に接続されている。第一支持体１２を形成している材料よりも柔軟な材料が、ホットメルト成型により凹部１２１内に充填されることによってコネクタ１４をオーバーモールドする部分を有する第二支持体が形成される。当該部分は、回路基板１３の主面１３ａの法線方向沿って延びる部分を有しており、かつ主面１３ａに沿う向きの最大断面積が主面１３ａの面積よりも小さい。【選択図】図６

Description

本発明は、車両に搭載されるタッチセンサ、および当該タッチセンサの製造方法に関連する。

特許文献１は、車両のドアハンドルに内蔵された静電容量方式のタッチセンサを開示している。電極により生成される電界にユーザの指などが近づくと、疑似的なコンデンサが形成され、電極自身の静電容量が増加する。この静電容量の増加を検知されることにより、ユーザによるタッチ操作がなされたかが判別される。

特許第３５０２８４８号公報

本発明の目的は、車体内の限られた空間を効率的に利用して配置できるタッチセンサを提供することである。

上記の目的を達成するための一態様は、タッチセンサの製造方法であって、
電極を支持するとともに凹部を有している第一支持体を用意する工程と、
静電容量検出回路が搭載されている回路基板を、前記凹部内に配置する工程と、
前記電極と前記静電容量検出回路を電気的に接続する工程と、
コネクタを前記前記静電容量検出回路と電気的に接続する工程と、
前記コネクタをオーバーモールドする部分を有する第二支持体を、ホットメルト成型により形成する工程と、
を備えており、
前記コネクタをオーバーモールドする部分は、前記回路基板の主面と直交する向きに延びる部分を有するように、かつ当該主面に沿う向きの最大断面積が当該主面の面積よりも小さくなるように形成される。

上記の目的を達成するための一態様は、タッチセンサであって、
電極と、
前記電極を支持しており、かつ凹部を有している第一支持体と、
前記凹部内に配置されており、かつ前記電極と電気的に接続された静電容量検出回路が搭載されている回路基板と、
前記静電容量検出回路と電気的に接続されたコネクタと、
前記第一支持体を形成している材料よりも柔軟な材料により形成されており、かつ前記コネクタをオーバーモールドしている部分を有している第二支持体と、
を備えており、
前記コネクタをオーバーモールドしている部分は、前記回路基板の主面の法線方向に沿って延びる部分を有しており、かつ当該主面に沿う向きの最大断面積が当該主面の面積よりも小さい。

ホットメルト成型によって第二支持体を形成する場合、金型を適宜に設計することによって、必要最低限の空間を占有するように第二支持体の寸法や形状を決定できる。したがって、車両内の限られた空間を効率的に利用して配置可能なタッチセンサを提供できる。例えば、第二支持体に車体に形成された開口を通過させ、その一部が車体の内側に配置されるような搭載の仕方が実現されうる。他方、限られた空間の利用効率を高めるように第二支持体を形成する結果として、第二支持体が車体と接触しやすくなる事態が想定される。しかしながら、第二支持体が第一支持体よりも柔軟な材料により形成されているので、当該接触によって車体が損傷する可能性を低減できる。

本発明によれば、車両内の限られた空間を効率的に利用して配置されうるタッチセンサを提供できる。

一実施形態に係るタッチセンサの外観を例示している。 上記タッチセンサの電極、第一支持体、および回路基板を例示している。 上記第一支持体の凹部に上記回路基板が配置された状態を例示している。 上記第一支持体の凹部に上記回路基板が配置された状態を例示している。 図４における線Ｖ−Ｖに沿って矢印方向から見た断面を例示している。 上記タッチセンサのコネクタが上記回路基板に接続された状態を例示している。 上記タッチセンサの第二支持体が形成された状態を示している。 上記タッチセンサが車体に搭載された状態を例示している。 ホットメルト成型の有利性を説明するための図である。 上記回路基板が配置される前の上記第一支持体を例示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。図１は、一実施形態に係るタッチセンサ１の外観を例示している。

タッチセンサ１は、電極１１と第一支持体１２を備えている。第一支持体１２は、電極１１を支持している。電極１１は、導電性を有する材料により形成されている。第一支持体１２は、電気的な絶縁性を有する材料により形成されている。当該材料の例としては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂や、ポリアミド（ＰＡ）樹脂などが挙げられる。

図２に例示されるように、電極１１と第一支持体１２は、別体として提供されうる。この場合、接着などにより電極１１と第一支持体１２が結合され、図１に例示された状態が得られる。あるいは、インサート成型により予め電極１１と第一支持体１２が一体化された部品が提供されてもよい。

図２に例示されるように、タッチセンサ１は、回路基板１３を備えている。回路基板１３は、静電容量検出回路１３１を搭載している。以降の説明において、回路基板１３が有している複数の側面のうち、最も面積の広い側面を「主面」と称する。また当該主面の法線方向を、回路基板１３の「厚み方向」と定義する。

以降の説明において用いられる「方向Ａに沿って」という表現で表される方向Ｂは、方向Ａと厳密に一致していることを要しない。この場合、方向Ｂは、方向Ａと非平行な向きであってもよい。但し、方向Ａと方向Ｂがなす角度は、方向Ａと直交する方向Ｃと方向Ｂがなす角度よりも小さいことを要する。

図２に例示されるように、第一支持体１２は、凹部１２１を有している。他方、電極１１は、接続部１１１を有している。電極１１が第一支持体１２に支持された状態において、接続部１１１は、凹部１２１内に配置されている。

タッチセンサ１の製造に際しては、まず回路基板１３が凹部１２１内に配置される。図３と図４は、この状態を例示している。図５は、図４における線Ｖ‐Ｖに沿って矢印方向から見た断面を例示している。このとき、電極１１と静電容量検出回路１３１は、接続部１１１を介して電気的に接続される。

第一支持体１２は、規制部材１２２を有している。規制部材１２２は、その少なくとも一部が凹部１２１内に位置するように形成されている。図３から図５に例示される回路基板１３が凹部１２１内に配置された状態において、回路基板１３は、その厚み方向への変位を規制部材１２２によって規制されている。

続いて、図６に例示されるように、コネクタ１４が回路基板１３に接続される。すなわち、タッチセンサ１は、コネクタ１４を備えている。コネクタ１４には、第一導電線１４１、第二導電線１４２、および第三導電線１４３が接続されている。回路基板１３にコネクタ１４が接続されることにより、第一導電線１４１、第二導電線１４２、および第三導電線１４３は、静電容量検出回路１３１と電気的に接続される。

第一導電線１４１は、例えば静電容量検出回路１３１に電力を供給するために用いられる。第二導電線１４２は、例えば接地電位などの基準電位を静電容量検出回路１３１に提供するために用いられる。第三導電線１４３は、例えば静電容量検出回路１３１から出力される検出信号を外部へ出力するために用いられる。

続いて、図７に例示されるように、第二支持体１５が形成される。すなわち、タッチセンサ１は、第二支持体１５を備えている。第二支持体１５は、絶縁性を有する材料により形成されている。

第二支持体１５は、ホットメルト成型により形成される。具体的には、第一支持体１２の凹部１２１およびコネクタ１４を覆う形状の金型（不図示）が配置され、当該金型内に溶融状態の熱可塑性ホットメルト接着剤が注入される。熱可塑性ホットメルト接着剤の融点は、第一支持体１２を形成している材料の融点よりも低い。熱可塑性ホットメルト接着剤としては、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂などが使用されうる。

溶融状態の熱可塑性ホットメルト接着剤は、凹部１２１と回路基板１３との間に形成された隙間に流れ込み、凹部１２１を充填する。熱可塑性ホットメルト接着剤が固化すると、回路基板１３とコネクタ１４をオーバーモールドしつつ第一支持体１２と接着された第二支持体１５が得られる。

より具体的には、第二支持体１５は、第一部分１５ａと第二部分１５ｂを有している。第一部分１５ａは、回路基板１３をオーバーモールドしている部分である。第二部分１５ｂは、コネクタ１４をオーバーモールドしている部分である。

図６と図７の比較から明らかなように、第二部分１５ｂは、回路基板１３の主面１３ａと直交する向き（すなわち回路基板１３の厚み方向）に延びる部分を有している。回路基板１３の主面１３ａに沿う方向における第二部分１５ｂの最大断面積は、主面１３ａの面積よりも小さい。

硬化後の熱可塑性ホットメルト接着剤の硬度は、第一支持体１２を形成している材料の硬度よりも低い。すなわち、第二支持体１５は、第一支持体１２よりも柔軟な材料によって形成されている。

図１と図７に例示されるタッチセンサ１は、例えば、車両のドアハンドルに内蔵される。不図示の電源より供給される電力により、電極１１の周囲には電界が生成される。ユーザの指などが当該電界に近づくと、疑似的なコンデンサが形成され、電極１１自身の静電容量が増加する。回路基板１３に搭載された静電容量検出回路がこの静電容量の増加を検出すると、ユーザによるドアハンドルへのタッチ操作が検出される。タッチ操作が検出されると、第三導電線１４３を通じて検出信号が外部装置へ出力される。

図８の（Ａ）は、タッチセンサ１が車体パネル２に搭載された状態を例示している。車体パネル２には開口２１が形成されている。タッチセンサ１は、車体パネル２の外側から第二支持体１５を開口２１に挿入することにより、車体パネル２に装着される。第一導電線１４１、第二導電線１４２、および第三導電線１４３は、車体パネル２の内側を配策される。図８の（Ｂ）は、車体パネル２の内側から透視したタッチセンサ１の外観を例示している。同図においては、第一導電線１４１、第二導電線１４２、および第三導電線１４３の図示を省略している。

第一支持体１２は、複数の突起１２３を備えている。複数の突起１２３は、タッチセンサ１の車体パネル２に対する姿勢を規制するために設けられている。複数の突起１２３は、回路基板１３の厚み方向に沿って延びる部分を有している。同方向に沿う第二支持体１５の第二部分１５ｂの寸法Ｄ１は、同方向に沿う各突起１２３の寸法Ｄ２よりも大きい。

ホットメルト成型を用いることにより、第二支持体１５の形状選択に係る自由度を高めるとともに、タッチセンサ１の大型化を抑制できる。この事実について図９を参照しつつ説明する。

回路基板１３とコネクタ１４をオーバーモールドする支持体を形成するための別手法としてポッティング成型が知られている。ポッティング成型は、オーバーモールドされる対象物がポッティング接着剤に浸漬された状態で固化がなされる。本実施形態のような構成の場合、コネクタ１４の全体を浸漬させる必要があるので、ポッティング接着剤の固化後に得られる支持体１５’は、二点鎖線で示されるような形状と大きさを有することになる。この場合、支持体１５’は図８に例示される大きさの開口２１を通過できない。したがって、タッチセンサ全体が車体パネル２の外側に配置されるか、支持体１５’を通過させるために開口２１を大きくする必要が生じる。これらの事実は、車両内の限られた空間にタッチセンサが配置される場合においては、特に不利である。

ホットメルト成型によって第二支持体１５を形成する場合、金型を適宜に設計することによって、必要最低限の空間を占有するように第二支持体１５の寸法や形状を決定できる。他方、ホットメルト成形の場合、凹部１２１内に配置された回路基板１３が金型への注入を通じて流動する熱可塑性ホットメルト接着剤から受ける応力が大きくなる。しかしながら、本実施形態においては、規制部材１２２によって回路基板１３がその厚み方向への変位を規制された状態で、ホットメルト成型が実施される。したがって、第二支持体１５にオーバーモールドされた回路基板１３の姿勢を安定させることができる。静電容量検出回路１３１を搭載している回路基板１３の電極１１に対する姿勢の安定は、タッチ検出特性の安定に繋がる。よって、車両内の限られた空間を効率的に利用して配置可能であり、かつタッチ検出特性の安定性が高いタッチセンサ１を提供できる。

限られた空間の利用効率を高めるように第二支持体１５を形成する結果として、図８の（Ｂ）に例示されるように、第二支持体１５が車体パネル２と接触しやすくなる事態が想定される。しかしながら、第二支持体１５が第一支持体１２よりも柔軟な材料により形成されているので、当該接触によって車体パネル２が損傷する可能性を低減できる。

図１０は、回路基板１３が凹部１２１内に配置される前の第一支持体１２を、回路基板１３の厚み方向から見た外観を例示している。図２、図５、および図１０に例示されるように、第一支持体１２は、複数の突起１２４を有しうる。この場合、複数の突起１２４は、凹部１２１内に配置される。図５に例示されるように、複数の突起１２４は、凹部１２１内に配置された回路基板１３の厚み方向における電極１１と回路基板１３の間隔Ｇを規定する。第二支持体１５を形成するためのホットメルト成型は、回路基板１３が複数の突起１２４に支持された状態で行なわれる。

このような構成によれば、第二支持体１５にオーバーモールドされた回路基板１３と電極１１の間隔を一定に保つことができる。静電容量検出回路１３１を搭載している回路基板１３と電極１１との間隔の安定は、タッチ検出特性のさらなる安定化に繋がる。

図５に例示されるように、規制部材１２２は、突起１２４と凹部１２１の内壁１２１ａの間に形成された空間Ｓを覆うように配置されうる。回路基板１３を凹部１２１内に配置する工程においては、同図に二点鎖線で示されるように、まず回路基板１３の第一端縁１３ｂが空間Ｓに導入される。回路基板１３が凹部１２１内に配置されると、第一端縁１３ｂは、空間Ｓ内に配置されて規制部材１２２による規制を受ける。

このような構成によれば、回路基板１３の厚み方向における回路基板１３の変位が規制部材１２２によって形成され、かつ同方向における電極１１と回路基板１３の間隔が突起１２４によって規定された状態を、作業性を低下させることなく容易に形成できる。

図５に例示されるように、電極１１の接続部１１１は、凹部１２１内に突出するピン状の形態をとりうる。接続部１１１は、電極の一部の一例である。この場合、図２と図５に例示されるように、回路基板１３における第一端縁１３ｂよりも第二端縁１３ｃに近い部分にビアホール１３ｄが形成されうる。第二端縁１３ｃは、回路基板１３の厚み方向から見て第一端縁１３ｂの反対側に位置する端縁である。回路基板１３が凹部１２１内に配置されると、接続部１１１がビアホール１３ｄに挿入される。これにより、電極１１と静電容量検出回路１３１の電気的接続がなされる。

このような構成によれば、第一端縁１３ｂが空間Ｓに導入される際の回路基板１３の姿勢から最終的に凹部１２１内に配置される際の回路基板１３の姿勢へ移行する過程で、電極１１と静電容量検出回路１３１の電気的接続を円滑に行なうことができる。したがって、作業性の低下をさらに抑制できる。

図４と図１０に例示されるように、第一支持体１２の凹部１２１は、回路基板１３の第一端縁１３ｂに沿う方向における幅が狭められている部分１２１ｂを有している。部分１２１ｂは、上記の空間Ｓが形成されている箇所に位置している。部分１２１ｂの幅は、第一端縁１３ｂに沿う方向における回路基板１３の幅と同じか僅かに広くなるように定められうる。この場合、凹部１２１へ回路基板１３を配置する工程において第一端縁１３ｂが空間Ｓに導入される際に、回路基板１３は、部分１２１ｂによって第一端縁１３ｂに沿う方向への変位を規制される。

このような構成によれば、凹部１２１内における回路基板１３の位置決めを、作業性を低下させることなく容易に行なうことができる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

規制部材１２２によって回路基板１３がその厚み方向への変位を規制された状態でホットメルト成型を実施できれば、規制部材１２２の形状や数は、適宜に定められうる。

タッチセンサ１は、車両におけるドアハンドル以外の箇所にも配置されうる。タッチセンサ１により検出されるタッチ操作は、必ずしもユーザの指により行なわれることを要しない。掌、肘、膝、足先などの身体部位によるタッチ操作も検出されうる。

１：タッチセンサ、１１：電極、１２：第一支持体、１２１：凹部、１２３：突起、１３：回路基板、１３ａ：主面、１３１：静電容量検出回路、１４：コネクタ、１５：第二支持体、１５ｂ：第二部分、２：車体パネル、Ｄ１：回路基板の厚み方向に沿う第二部分の寸法、Ｄ２：回路基板の厚み方向に沿う突起の寸法

Claims (3)

1. 電極を支持するとともに凹部を有している第一支持体を用意する工程と、
   静電容量検出回路が搭載されている回路基板を、前記凹部内に配置する工程と、
   前記電極と前記静電容量検出回路を電気的に接続する工程と、
   コネクタを前記前記静電容量検出回路と電気的に接続する工程と、
   前記コネクタをオーバーモールドする部分を有する第二支持体を、ホットメルト成型により形成する工程と、
   を備えており、
   前記コネクタをオーバーモールドする部分は、前記回路基板の主面の法線方向に沿って延びる部分を有するように、かつ当該主面に沿う向きの最大断面積が当該主面の面積よりも小さくなるように形成される、
   タッチセンサの製造方法。
2. 電極と、
   前記電極を支持しており、かつ凹部を有している第一支持体と、
   前記凹部内に配置されており、かつ前記電極と電気的に接続された静電容量検出回路が搭載されている回路基板と、
   前記静電容量検出回路と電気的に接続されたコネクタと、
   前記第一支持体を形成している材料よりも柔軟な材料により形成されており、かつ前記コネクタをオーバーモールドしている部分を有している第二支持体と、
   を備えており、
   前記コネクタをオーバーモールドしている部分は、前記回路基板の主面の法線方向に沿って延びる部分を有しており、かつ当該主面に沿う向きの最大断面積が当該主面の面積よりも小さい、
   タッチセンサ。
3. 前記第一支持体は、搭載される車体に対する姿勢を規制する複数の突起を備えており、
   前記コネクタをオーバーモールドしている部分の前記法線方向に沿う方向の寸法は、前記複数の突起の同方向における寸法よりも大きい、
   請求項２に記載のタッチセンサ。

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