タッチ検出機能付きスイッチ装置
【課題】使用者の手指が操作部材に接触したことを確実に検出でき、半田付け箇所がなく製造過程における組み付け性が良いとともに耐久性に優れ、更に、意匠の制約の少ないタッチ検出機能付きスイッチ装置を提供する。
【解決手段】操作ボタン４３とプリント配線基板４４との間に設けられた導電性ゴム体４７は、タッチ検出用電極部４７ｃ、電気接続部４７ｆ、および弾性変形可能部たる第１、第２の伸縮部４７ｂ、４７ｄを一体に有する。タッチ検出用電極部４７ｃは操作ボタン４３の接触面部４３ｄの裏面全体に亘って接触されこの裏面に沿って配置され、電気接続部４７ｆはプリント配線基板４４の配線部４４ａに電気的に接続されている。
【解決手段】操作ボタン４３とプリント配線基板４４との間に設けられた導電性ゴム体４７は、タッチ検出用電極部４７ｃ、電気接続部４７ｆ、および弾性変形可能部たる第１、第２の伸縮部４７ｂ、４７ｄを一体に有する。タッチ検出用電極部４７ｃは操作ボタン４３の接触面部４３ｄの裏面全体に亘って接触されこの裏面に沿って配置され、電気接続部４７ｆはプリント配線基板４４の配線部４４ａに電気的に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作部材に手指が接触（タッチ）した際に、このタッチを検出するためのタッチ検出用電極を有するタッチ検出機能付きスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の選択部を画面に表示する表示装置の選択用のスイッチ装置としては、複数の前記選択部に対応して複数の操作部材としての操作ボタンを備えている。使用者の手指が前記操作ボタンに接触した際に、このタッチを検出して、前記操作ボタンに対応する前記選択部の表示状態を変化させることで、使用者は前記表示装置の画面を見ながら手指が接触している前記操作ボタンを認識することができる。そして、使用者は前記表示装置の画面を見ながら選択した前記操作ボタンを手指にて押圧操作すると、前記操作ボタンの下側に配設されたスイッチ要素が動作して対応する前記選択部を選択決定するようにした構成のスイッチ装置が考えられている。
【０００３】
例えば、上述したスイッチ装置としては特許文献１から４に開示されている。
特許文献１に開示のスイッチ装置は、図４に示すように、操作ボタン１の操作面部１ａの内側にタッチ検出用電極部２、側面部１ｂの内側に可動電極部３が配設されている。タッチ検出用電極部２および可動電極部３は矩形板状をなしており、相互に電気的に接続されている。側面部１ｂとボディ４との隙間に可動電極部３と略同形状をなす固定電極部５が可動電極部３と対向するように配置され、プリント配線基板６の配線部６ａに接続させている。可動電極部３および固定電極部５により平行平板コンデンサＣ１が形成され、タッチ検出用電極部２と配線部６ａとは容量結合を介して電気的に接続されている。
【０００４】
使用者の手指が操作ボタン１の操作面部１ａに触れることにより、コンデンサＣ１の静電容量が変化し、この静電容量の変化を検出することで操作面部１ａに手指が触れたか否かを検知する。
しかし、特許文献１に開示のスイッチ装置の構成では、可動電極部３と固定電極部５との対向間隔にばらつきが生じ、このため可動電極部３と固定電極部５とで構成されるコンデンサＣ１の静電容量が不安定になって、操作ボタン１に対する手指のタッチ検出が不安定になる問題がある。
【０００５】
特許文献２のスイッチ装置は、図５に示すように、操作ボタン１１の表面に薄膜状のタッチ検出用電極部１２を形成し、このタッチ検出用電極部１２に対向して容量結合するように操作ボタン１１に結合用電極部１３を埋設している。結合用電極部１３とプリント配線基板１４の配線部１４ａとは接続線１５により電気的に接続されている。接続線１５は、一端部が半田付けにより結合用電極部１３に接続され、他端部が半田付けにより配線部１４ａに接続されている。タッチ検出用電極部１２および結合用電極部１３によりコンデンサＣ２が形成されている。
【０００６】
使用者の手指が操作ボタン１１のタッチ検出用電極部１２に触れることにより、コンデンサＣ２の静電容量が変化し、この静電容量の変化を検出することでタッチ検出用電極部１２に手指が触れたか否かを検出する。
しかし、特許文献２に開示のスイッチ装置の構成では、結合用電極部１３と配線部１４ａとを電気的に繋ぐために接続線１５を接続しなければならず製造過程における組み付け性が良くなかった。さらに、接続線１５は、半田付けにより結合用電極部１３および配線部１４ａに接続されており、その半田付け部分は、操作ボタン１１の操作時に負荷がかかり、耐久性が良くなかった。
【０００７】
特許文献３に開示のスイッチ装置は、図６に示すように、操作ボタン２１にタッチ検出用電極部２２を一体に固定している。このタッチ検出用電極部２２は、一端部は操作ボタン２１の接触面部２１ａに露出しており、他端部はプリント配線基板２３の配線部２３ａと接続線２４を介して電気的に接続されている。接続線２４は、一端部が半田付けによりタッチ検出用電極部２２に接続され、他端部が半田付けにより配線部２３ａに接続されている。
【０００８】
使用者の手指が操作ボタン２１に取り付けられたタッチ検出用電極部２２に近接すると、手指とタッチ検出用電極部２２とで可変のコンデンサが構成される。このような状態において、手指がタッチ検出用電極部２２に接触すると前記コンデンサの静電容量の変化はほとんどなくなる。これにより操作ボタン２１の接触面部２１ａに露出しているタッチ検出用電極部２２に手指が触れたか否かが検出される。
【０００９】
しかし、特許文献３に開示のスイッチ装置の構成では、上述した特許文献２に開示のスイッチ装置と同様に、タッチ検出用電極部２２と配線部２３ａとを電気的に繋ぐために接続線２４を接続しなければならず組み付け性が良くなかった。さらに、接続線２４は、半田付けによりタッチ検出用電極部２２および配線部２３ａに接続されており、その半田付け部分は、操作ボタン２１の操作時に負荷がかかり、耐久性が良くなかった。
【００１０】
特許文献４に開示のスイッチ装置は、図７に示すように、ボディ３１に手指で接触される操作ボタン３２を移動可能に設け、ボディ３１に操作ボタン３２に対応して配線部３３ａを有するプリント配線基板３３を設け、このプリント配線基板３３に板状のタッチ検出用電極部３４を立設して、その立設基部３４ａを配線部３３ａに電気的に接続し、先端部３４ｂを操作ボタン３２の手指が接触する側の面近傍に位置させるようにしている。
【００１１】
使用者の手指が操作ボタン３２に取り付けられたタッチ検出用電極部３４に近接すると、手指とタッチ検出用電極部３４とで可変のコンデンサが構成される。このような状態において、手指がタッチ検出用電極部３４に接触すると前記コンデンサの静電容量の変化はほとんどなくなる。これによりタッチ検出用電極部３４に手指が触れたか否かが検出される。
【００１２】
しかし、特許文献４に開示のスイッチ装置の構成では、タッチ検出用電極部３４の先端部３４ｂがスイッチ装置の表面に露出するため、該スイッチ装置の意匠を制約していた。さらに、タッチ検出用電極部３４の無い方向からの操作ボタン３２の操作時には手指がタッチ検出用電極部３４の先端部３４ｂに触れないことがあり、タッチ検出できないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−１７３０６７号公報
【特許文献２】特開２００８−４１４８４号公報
【特許文献３】特開２００８−１０８５５７号公報
【特許文献４】特開２００８−７８０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用者の手指が操作部材に接触したことを確実に検出でき、半田付け箇所がなく製造過程における組み付け性が良いとともに耐久性に優れ、更に、意匠の制約の少ないタッチ検出機能付きスイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のタッチ検出機能付きスイッチ装置は、手指が接触される接触面部を有し、手指によって前記接触面部が押圧操作される操作部材と、前記操作部材の裏側に配設され、配線部を有する配線基板と、前記配線基板に設けられ、前記操作部材が押圧操作されることに基づき当該操作部材を介して押圧操作されるスイッチ要素と、前記操作部材と前記配線基板との間に設けられた導電性を有する弾性体と、を備え、前記弾性体は、前記接触面部の裏面に接触してこれに沿って配置されたタッチ検出用電極部と、前記配線部に電気的に接触するように配置された電気接続部と、前記操作部材が押圧操作されることに伴い弾性変形する弾性変形可能部とを一体に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、タッチ検出用電極部は、接触面部の裏面に接触してこれに沿って配置されている。このため、手指が接触面部のどこに接触しても、タッチ検出用電極部と手指との離間距離にばらつきがなく、タッチ検出用電極部と手指とにより安定した静電容量を有するコンデンサが構成され、配線基板の配線部において、その安定した静電容量を検出することができ、操作部材へのタッチ操作を確実に検出することができる。また、タッチ検出用電極部は、接触面部に露出することがないのでタッチ検出機能付きスイッチ装置の意匠の制約を少なくすることができる。
【００１７】
さらに、弾性体は、導電性を有し、タッチ検出用電極部と配線部に電気的に接触するように配置された電気接続部とを一体に有しているため、タッチ検出用電極部と配線部とを電気的に繋ぐ接続線を必要とせず、半田付けを必要としない。このため、タッチ検出機能付きスイッチ装置は、耐久性および製造過程における組み付け性がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示すタッチ検出機能付きスイッチ装置の縦断側面図
【図２】導電性ゴム体の斜視図
【図３】タッチ検出回路の等価回路を示す図
【図４】従来例１を示す図１相当図
【図５】従来例２を示す図１相当図
【図６】従来例３を示す図１相当図
【図７】従来例４を示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。
図１は、タッチ検出機能付きスイッチ装置の縦断側面図である。この図１において、プラスチック製のボディ４１は、図１における上下両側が開口した矩形筒状部４１ａと、平面状に延設形成された板状部４１ｂを有する。このボディ４１には、ボタン収納孔部４２が形成されており、このボタン収納孔部４２には、操作部材としての操作ボタン４３が図１における上下方向に移動可能に収納されている。操作ボタン４３は、プラスチック製で下面が開口する矩形容器状に形成され、上部は他の部位より小形であり、この小形部４３ａと大形部４３ｂとの間に段部４３ｃが形成されている。操作ボタン４３の上面部は一定の肉厚により形成されており、その表面には使用者の手指Ｍが触れる接触面部４３ｄが形成されている。
【００２０】
図１に示すように、操作ボタン４３の裏側（図１において下方）には、操作ボタン４３の下面に対応して配線基板としてのプリント配線基板４４が配置され、ボディ４１に固定されている。このプリント配線基板４４には、配線部４４ａなど所定のプリント配線がなされている。
【００２１】
また、プリント配線基板４４の部品装着面（上面）には、絶縁材、例えばゴム製の可撓体４５が固定されている。可撓体４５は、上部には操作ボタン４３の押圧部４３ｅに下方から当接される受圧部４５ａと、下部にはプリント配線基板４４の上面に設置されるシート部４５ｂ、４５ｂと、受圧部４５ａとシート部４５ｂ、４５ｂとをつなぐラバードーム部４５ｃとが一体となり形成されている。ラバードーム部４５ｃは中空円錐状（杯を伏せた状態）をなし、弾性力を有し受圧部４５ａを上方に付勢するとともに、操作ボタン４３も上方に付勢する。可撓体４５の受圧部４５ａの下面に可動接点４６ａが設けられ、これと対向してプリント配線基板４４の部品装着面に固定接点４６ｂ、４６ｂが設けられ、以て、スイッチ要素たるスイッチ４６が構成されている。
【００２２】
操作ボタン４３の内部には、導電性を有する弾性体たる導電性ゴム体４７が収容されている。図２に拡大して示す、この導電性ゴム体４７は、例えばシリコーンゴムに導電剤としてカーボンブラックを添加してなる導電性ゴムから成形されたものである。導電性ゴム体４７は、主体部４７ａの上側に弾性変形可能部たる第１の伸縮部４７ｂを介して薄板状のタッチ検出用電極部４７ｃを一体に有している。また、導電性ゴム体４７は、主体部４７ａの下側に弾性変形可能部たる第２の伸縮部４７ｄを介して板状基部４７ｅを一体に有している。板状基部４７ｅは、下方に延設形成された電気接続部４７ｆを一体に有している。すなわち、弾性体たる導電性ゴム体４７は、タッチ検出用電極部４７ｃ、電気接続部４７ｆ、および弾性変形可能部たる第１、第２の伸縮部４７ｂ、４７ｄを一体に有する。
【００２３】
導電性ゴム体４７の主体部４７ａの上下方向中央部には２つの係合孔４７ｇが形成されている。この２つの係合孔４７ｇは、操作ボタン４３の内側面に形成された２つの爪部４３ｆに係合するものであり、この係合により導電性ゴム体４７は操作ボタン４３に装着される。
【００２４】
導電性ゴム体４７の板状基部４７ｅは、可撓体４５のシート部４５ｂの上面に設置される。導電性ゴム体４７の電気接続部４７ｆは、上方からボディ４１の板状部４１ｂにより下方へ押圧され、電気接続部４７ｆはプリント配線基板４４の配線部４４ａに押圧接触され、電気接続部４７ｆと配線部４４ａとは電気的に接続される。
【００２５】
第１の伸縮部４７ｂは、２本の帯状体を波状に形成したもので、弾性力を有する。タッチ検出用電極部４７ｃは、第１の伸縮部４７ｂにより上方に付勢され、操作ボタン４３の接触面部４３ｄの裏面に対して押圧される。そして、タッチ検出用電極部４７ｃは接触面部４３ｄの裏面全体に亘って接触して、この裏面に沿って配置される。操作ボタン４３の上表面の接触面部４３ｄとタッチ検出用電極部４７ｃとは、操作ボタン４３の上面部の一定の肉厚を介して対向している。
【００２６】
第２の伸縮部４７ｄは、２本の帯状体を波状に形成したもので、伸縮性を有する。第２の伸縮部４７ｄは、操作ボタン４３が手指Ｍにより押圧操作されたことに伴い、操作ボタン４３の上下方向の移動に追従し伸縮する。
タッチ検出機能付きスイッチ装置の底部はカバー４８により覆われており、カバー４８のリブ４８ａによりプリント配線基板４４は下方から支持されている。
【００２７】
次に、このタッチ検出機能付きスイッチ装置のタッチ検出回路５０について、図３を参照して説明する。このタッチ検出回路５０は、一般的な静電容量検出回路であり、高周波信号を出力する発振部５１（一方の端子がグランドに接続されている。）、負荷抵抗５２、高周波信号の検波および平滑を行なう検波部５３およびオペアンプ５４を備えている。
【００２８】
発振部５１の出力端子（他方の端子）には、負荷抵抗５２および配線部４４ａを介してタッチ検出用電極部４７ｃが接続されている。検波部５３は、ダイオードおよびコンデンサなどからなり、発振部５１からの高周波信号が負荷抵抗５２を介して入力される。また、検波部５３の出力は、オペアンプ５４を介して増幅およびオフセットされた信号Ｖｏｕｔとして図示しない制御装置に入力される。なお、発振部５１、負荷抵抗５２、検波部５３およびオペアンプ５４は、パッケージ化された静電容量検出ＩＣ５５として構成されている。
【００２９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
使用者の手指Ｍが操作ボタン４３における小形部４３ａの上面の接触面部４３ｄに近接すると、使用者の手指Ｍはグランドに接続された状態になっているので、タッチ検出用電極部４７ｃと使用者の手指Ｍとで可変のコンデンサＣ（図３参照）が構成される。このような状態において、使用者の手指Ｍが操作ボタン４３の接触面部４３ｄに接触すると、コンデンサＣの静電容量の変化はほとんどなくなる。これにより、プリント配線基板４４の配線部４４ａは、導電性ゴム体４７のタッチ検出用電極部４７ｃと手指Ｍとから構成されるコンデンサＣを介してグランドに接続されることになる。従って、発振部５１から出力された高周波信号は、負荷抵抗５２の抵抗値とコンデンサＣのインピーダンスとで分圧されて検波部５３に入力される。
【００３０】
その結果、操作ボタン４３の接触面部４３ｄに手指Ｍが触れていない状態と比べて、検波部５３に入力される高周波信号のレベルが小さくなるため、検波部５３およびオペアンプ５４を介して出力される信号Ｖｏｕｔのレベルも小さくなる。前記制御装置は、この信号Ｖｏｕｔのレベルの変化により操作ボタン４３の接触面部４３ｄへの手指Ｍの接触を検出し、図示しない表示装置の画面において、その操作ボタン４３に対応する選択部を暫定的な表示状態にする。
【００３１】
その後、使用者によって操作ボタン４３が下方へ押圧操作され、操作ボタン４３の押圧部４３ｅによりスイッチ４６が押圧操作されると、スイッチ４６は動作（オン）してオン信号を選択信号として前記制御装置に与えるようになり、前記制御装置は、操作ボタン４３に対応する選択部を固定的な表示状態に変化させ、その選択部の選択を決定する。
【００３２】
上記した本実施形態に係るタッチ検出機能付きスイッチ装置は、以下の効果を奏する。
導電性ゴム体４７は、タッチ検出用電極部４７ｃとプリント配線基板４４の配線部４４ａに電気的に接触接続される電気接続部４７ｆとを一体に有しており、タッチ検出用電極部４７ｃと配線部４４ａとを電気的に接続するための接続線が不要となる。このため、タッチ検出機能付きスイッチ装置の製造過程における接続工程が不要となり組み付け性がよく、接続線が無いため接続部分に用いる半田付けの必要性がなく、接続部の劣化も無いため、スイッチ装置の押圧操作による伸縮に対する耐久性がよい。また、導電性ゴム体４７の第２の伸縮部４７ｄは、波状のシリコーンゴムで形成されているため伸縮性に富み、この点でもスイッチ装置の押圧操作による伸縮に対する耐久性は向上される。
【００３３】
さらに、操作ボタン４３の上表面の接触面部４３ｄとタッチ検出用電極部４７ｃとは、操作ボタン４３の上面部の一定の肉厚を介して対向している。使用者の手指Ｍが操作ボタン４３の接触面部４３ｄに接触した状態での手指Ｍとタッチ検出用電極部４７ｃとの離間距離は、操作ボタン４３の上面部の肉厚となり一定である。このため、手指Ｍが接触面部４３ｄに接触した状態でのコンデンサＣの静電容量はばらつくことはなく、コンデンサＣのインピーダンスは安定し、負荷抵抗５２の抵抗値とコンデンサＣのインピーダンスとで分圧されて検波部５３に入力される発振部５１から出力された高周波信号も安定するため、前記制御装置は確実に操作ボタン４３へのタッチ操作を検出することができる。
【００３４】
さらに、導電性ゴム体４７のタッチ検出用電極部４７ｃは、操作ボタン４３の接触面部４３ｄの裏面全体に亘って接触され、この裏面に沿って配置される。このため、接触面部４３ｄのどこに手指Ｍが接触しても前記制御装置は確実に操作ボタン４３へのタッチ操作を検出することができる。
【００３５】
さらに、タッチ検出用電極部４７ｃは、操作ボタン４３の接触面部４３ｄの裏面に接触され、この裏面に沿って配置され、操作ボタン４３の表面に露出することはない。このため、タッチ検出用電極部４７ｃがタッチ検出機能付きスイッチ装置の意匠を制約することは少ない。
【００３６】
（その他の実施形態）
以上説明したタッチ検出機能付きスイッチ装置は、上記し図示した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適宜変更して適用可能である。例えば、導電性を有する弾性体として、上記した実施形態では、シリコーンゴムにカーボンブラックを添加した材料からなる導電性ゴム体４７を示したが、これに限るものではない。例えば、合成ゴムに導電剤を添加した材料からなる導電性ゴム体を使用してもよい。
【００３７】
また、導電性ゴム体４７は２箇所の第１、第２の伸縮部４７ｂ、４７ｄを有するが、これに限ることはなく、第１の伸縮部４７ｂは無くてもよい。即ち、導電性ゴム体の主体部の上面部をタッチ検出用電極部として操作ボタン４３の裏面に配置されるように成形してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
図面中、４３は操作ボタン（操作部材）、４３ｄは接触面部、４４はプリント配線基板(配線基板)、４４ａは配線部、４６はスイッチ（スイッチ要素）、４７は導電性ゴム体（弾性体）、４７ｂは第１の伸縮部（弾性変形可能部）、４７ｃはタッチ検出用電極部、４７ｄは第２の伸縮部（弾性変形可能部）、４７ｆは電気接続部である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作部材に手指が接触（タッチ）した際に、このタッチを検出するためのタッチ検出用電極を有するタッチ検出機能付きスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の選択部を画面に表示する表示装置の選択用のスイッチ装置としては、複数の前記選択部に対応して複数の操作部材としての操作ボタンを備えている。使用者の手指が前記操作ボタンに接触した際に、このタッチを検出して、前記操作ボタンに対応する前記選択部の表示状態を変化させることで、使用者は前記表示装置の画面を見ながら手指が接触している前記操作ボタンを認識することができる。そして、使用者は前記表示装置の画面を見ながら選択した前記操作ボタンを手指にて押圧操作すると、前記操作ボタンの下側に配設されたスイッチ要素が動作して対応する前記選択部を選択決定するようにした構成のスイッチ装置が考えられている。
【０００３】
例えば、上述したスイッチ装置としては特許文献１から４に開示されている。
特許文献１に開示のスイッチ装置は、図４に示すように、操作ボタン１の操作面部１ａの内側にタッチ検出用電極部２、側面部１ｂの内側に可動電極部３が配設されている。タッチ検出用電極部２および可動電極部３は矩形板状をなしており、相互に電気的に接続されている。側面部１ｂとボディ４との隙間に可動電極部３と略同形状をなす固定電極部５が可動電極部３と対向するように配置され、プリント配線基板６の配線部６ａに接続させている。可動電極部３および固定電極部５により平行平板コンデンサＣ１が形成され、タッチ検出用電極部２と配線部６ａとは容量結合を介して電気的に接続されている。
【０００４】
使用者の手指が操作ボタン１の操作面部１ａに触れることにより、コンデンサＣ１の静電容量が変化し、この静電容量の変化を検出することで操作面部１ａに手指が触れたか否かを検知する。
しかし、特許文献１に開示のスイッチ装置の構成では、可動電極部３と固定電極部５との対向間隔にばらつきが生じ、このため可動電極部３と固定電極部５とで構成されるコンデンサＣ１の静電容量が不安定になって、操作ボタン１に対する手指のタッチ検出が不安定になる問題がある。
【０００５】
特許文献２のスイッチ装置は、図５に示すように、操作ボタン１１の表面に薄膜状のタッチ検出用電極部１２を形成し、このタッチ検出用電極部１２に対向して容量結合するように操作ボタン１１に結合用電極部１３を埋設している。結合用電極部１３とプリント配線基板１４の配線部１４ａとは接続線１５により電気的に接続されている。接続線１５は、一端部が半田付けにより結合用電極部１３に接続され、他端部が半田付けにより配線部１４ａに接続されている。タッチ検出用電極部１２および結合用電極部１３によりコンデンサＣ２が形成されている。
【０００６】
使用者の手指が操作ボタン１１のタッチ検出用電極部１２に触れることにより、コンデンサＣ２の静電容量が変化し、この静電容量の変化を検出することでタッチ検出用電極部１２に手指が触れたか否かを検出する。
しかし、特許文献２に開示のスイッチ装置の構成では、結合用電極部１３と配線部１４ａとを電気的に繋ぐために接続線１５を接続しなければならず製造過程における組み付け性が良くなかった。さらに、接続線１５は、半田付けにより結合用電極部１３および配線部１４ａに接続されており、その半田付け部分は、操作ボタン１１の操作時に負荷がかかり、耐久性が良くなかった。
【０００７】
特許文献３に開示のスイッチ装置は、図６に示すように、操作ボタン２１にタッチ検出用電極部２２を一体に固定している。このタッチ検出用電極部２２は、一端部は操作ボタン２１の接触面部２１ａに露出しており、他端部はプリント配線基板２３の配線部２３ａと接続線２４を介して電気的に接続されている。接続線２４は、一端部が半田付けによりタッチ検出用電極部２２に接続され、他端部が半田付けにより配線部２３ａに接続されている。
【０００８】
使用者の手指が操作ボタン２１に取り付けられたタッチ検出用電極部２２に近接すると、手指とタッチ検出用電極部２２とで可変のコンデンサが構成される。このような状態において、手指がタッチ検出用電極部２２に接触すると前記コンデンサの静電容量の変化はほとんどなくなる。これにより操作ボタン２１の接触面部２１ａに露出しているタッチ検出用電極部２２に手指が触れたか否かが検出される。
【０００９】
しかし、特許文献３に開示のスイッチ装置の構成では、上述した特許文献２に開示のスイッチ装置と同様に、タッチ検出用電極部２２と配線部２３ａとを電気的に繋ぐために接続線２４を接続しなければならず組み付け性が良くなかった。さらに、接続線２４は、半田付けによりタッチ検出用電極部２２および配線部２３ａに接続されており、その半田付け部分は、操作ボタン２１の操作時に負荷がかかり、耐久性が良くなかった。
【００１０】
特許文献４に開示のスイッチ装置は、図７に示すように、ボディ３１に手指で接触される操作ボタン３２を移動可能に設け、ボディ３１に操作ボタン３２に対応して配線部３３ａを有するプリント配線基板３３を設け、このプリント配線基板３３に板状のタッチ検出用電極部３４を立設して、その立設基部３４ａを配線部３３ａに電気的に接続し、先端部３４ｂを操作ボタン３２の手指が接触する側の面近傍に位置させるようにしている。
【００１１】
使用者の手指が操作ボタン３２に取り付けられたタッチ検出用電極部３４に近接すると、手指とタッチ検出用電極部３４とで可変のコンデンサが構成される。このような状態において、手指がタッチ検出用電極部３４に接触すると前記コンデンサの静電容量の変化はほとんどなくなる。これによりタッチ検出用電極部３４に手指が触れたか否かが検出される。
【００１２】
しかし、特許文献４に開示のスイッチ装置の構成では、タッチ検出用電極部３４の先端部３４ｂがスイッチ装置の表面に露出するため、該スイッチ装置の意匠を制約していた。さらに、タッチ検出用電極部３４の無い方向からの操作ボタン３２の操作時には手指がタッチ検出用電極部３４の先端部３４ｂに触れないことがあり、タッチ検出できないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−１７３０６７号公報
【特許文献２】特開２００８−４１４８４号公報
【特許文献３】特開２００８−１０８５５７号公報
【特許文献４】特開２００８−７８０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用者の手指が操作部材に接触したことを確実に検出でき、半田付け箇所がなく製造過程における組み付け性が良いとともに耐久性に優れ、更に、意匠の制約の少ないタッチ検出機能付きスイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のタッチ検出機能付きスイッチ装置は、手指が接触される接触面部を有し、手指によって前記接触面部が押圧操作される操作部材と、前記操作部材の裏側に配設され、配線部を有する配線基板と、前記配線基板に設けられ、前記操作部材が押圧操作されることに基づき当該操作部材を介して押圧操作されるスイッチ要素と、前記操作部材と前記配線基板との間に設けられた導電性を有する弾性体と、を備え、前記弾性体は、前記接触面部の裏面に接触してこれに沿って配置されたタッチ検出用電極部と、前記配線部に電気的に接触するように配置された電気接続部と、前記操作部材が押圧操作されることに伴い弾性変形する弾性変形可能部とを一体に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、タッチ検出用電極部は、接触面部の裏面に接触してこれに沿って配置されている。このため、手指が接触面部のどこに接触しても、タッチ検出用電極部と手指との離間距離にばらつきがなく、タッチ検出用電極部と手指とにより安定した静電容量を有するコンデンサが構成され、配線基板の配線部において、その安定した静電容量を検出することができ、操作部材へのタッチ操作を確実に検出することができる。また、タッチ検出用電極部は、接触面部に露出することがないのでタッチ検出機能付きスイッチ装置の意匠の制約を少なくすることができる。
【００１７】
さらに、弾性体は、導電性を有し、タッチ検出用電極部と配線部に電気的に接触するように配置された電気接続部とを一体に有しているため、タッチ検出用電極部と配線部とを電気的に繋ぐ接続線を必要とせず、半田付けを必要としない。このため、タッチ検出機能付きスイッチ装置は、耐久性および製造過程における組み付け性がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示すタッチ検出機能付きスイッチ装置の縦断側面図
【図２】導電性ゴム体の斜視図
【図３】タッチ検出回路の等価回路を示す図
【図４】従来例１を示す図１相当図
【図５】従来例２を示す図１相当図
【図６】従来例３を示す図１相当図
【図７】従来例４を示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。
図１は、タッチ検出機能付きスイッチ装置の縦断側面図である。この図１において、プラスチック製のボディ４１は、図１における上下両側が開口した矩形筒状部４１ａと、平面状に延設形成された板状部４１ｂを有する。このボディ４１には、ボタン収納孔部４２が形成されており、このボタン収納孔部４２には、操作部材としての操作ボタン４３が図１における上下方向に移動可能に収納されている。操作ボタン４３は、プラスチック製で下面が開口する矩形容器状に形成され、上部は他の部位より小形であり、この小形部４３ａと大形部４３ｂとの間に段部４３ｃが形成されている。操作ボタン４３の上面部は一定の肉厚により形成されており、その表面には使用者の手指Ｍが触れる接触面部４３ｄが形成されている。
【００２０】
図１に示すように、操作ボタン４３の裏側（図１において下方）には、操作ボタン４３の下面に対応して配線基板としてのプリント配線基板４４が配置され、ボディ４１に固定されている。このプリント配線基板４４には、配線部４４ａなど所定のプリント配線がなされている。
【００２１】
また、プリント配線基板４４の部品装着面（上面）には、絶縁材、例えばゴム製の可撓体４５が固定されている。可撓体４５は、上部には操作ボタン４３の押圧部４３ｅに下方から当接される受圧部４５ａと、下部にはプリント配線基板４４の上面に設置されるシート部４５ｂ、４５ｂと、受圧部４５ａとシート部４５ｂ、４５ｂとをつなぐラバードーム部４５ｃとが一体となり形成されている。ラバードーム部４５ｃは中空円錐状（杯を伏せた状態）をなし、弾性力を有し受圧部４５ａを上方に付勢するとともに、操作ボタン４３も上方に付勢する。可撓体４５の受圧部４５ａの下面に可動接点４６ａが設けられ、これと対向してプリント配線基板４４の部品装着面に固定接点４６ｂ、４６ｂが設けられ、以て、スイッチ要素たるスイッチ４６が構成されている。
【００２２】
操作ボタン４３の内部には、導電性を有する弾性体たる導電性ゴム体４７が収容されている。図２に拡大して示す、この導電性ゴム体４７は、例えばシリコーンゴムに導電剤としてカーボンブラックを添加してなる導電性ゴムから成形されたものである。導電性ゴム体４７は、主体部４７ａの上側に弾性変形可能部たる第１の伸縮部４７ｂを介して薄板状のタッチ検出用電極部４７ｃを一体に有している。また、導電性ゴム体４７は、主体部４７ａの下側に弾性変形可能部たる第２の伸縮部４７ｄを介して板状基部４７ｅを一体に有している。板状基部４７ｅは、下方に延設形成された電気接続部４７ｆを一体に有している。すなわち、弾性体たる導電性ゴム体４７は、タッチ検出用電極部４７ｃ、電気接続部４７ｆ、および弾性変形可能部たる第１、第２の伸縮部４７ｂ、４７ｄを一体に有する。
【００２３】
導電性ゴム体４７の主体部４７ａの上下方向中央部には２つの係合孔４７ｇが形成されている。この２つの係合孔４７ｇは、操作ボタン４３の内側面に形成された２つの爪部４３ｆに係合するものであり、この係合により導電性ゴム体４７は操作ボタン４３に装着される。
【００２４】
導電性ゴム体４７の板状基部４７ｅは、可撓体４５のシート部４５ｂの上面に設置される。導電性ゴム体４７の電気接続部４７ｆは、上方からボディ４１の板状部４１ｂにより下方へ押圧され、電気接続部４７ｆはプリント配線基板４４の配線部４４ａに押圧接触され、電気接続部４７ｆと配線部４４ａとは電気的に接続される。
【００２５】
第１の伸縮部４７ｂは、２本の帯状体を波状に形成したもので、弾性力を有する。タッチ検出用電極部４７ｃは、第１の伸縮部４７ｂにより上方に付勢され、操作ボタン４３の接触面部４３ｄの裏面に対して押圧される。そして、タッチ検出用電極部４７ｃは接触面部４３ｄの裏面全体に亘って接触して、この裏面に沿って配置される。操作ボタン４３の上表面の接触面部４３ｄとタッチ検出用電極部４７ｃとは、操作ボタン４３の上面部の一定の肉厚を介して対向している。
【００２６】
第２の伸縮部４７ｄは、２本の帯状体を波状に形成したもので、伸縮性を有する。第２の伸縮部４７ｄは、操作ボタン４３が手指Ｍにより押圧操作されたことに伴い、操作ボタン４３の上下方向の移動に追従し伸縮する。
タッチ検出機能付きスイッチ装置の底部はカバー４８により覆われており、カバー４８のリブ４８ａによりプリント配線基板４４は下方から支持されている。
【００２７】
次に、このタッチ検出機能付きスイッチ装置のタッチ検出回路５０について、図３を参照して説明する。このタッチ検出回路５０は、一般的な静電容量検出回路であり、高周波信号を出力する発振部５１（一方の端子がグランドに接続されている。）、負荷抵抗５２、高周波信号の検波および平滑を行なう検波部５３およびオペアンプ５４を備えている。
【００２８】
発振部５１の出力端子（他方の端子）には、負荷抵抗５２および配線部４４ａを介してタッチ検出用電極部４７ｃが接続されている。検波部５３は、ダイオードおよびコンデンサなどからなり、発振部５１からの高周波信号が負荷抵抗５２を介して入力される。また、検波部５３の出力は、オペアンプ５４を介して増幅およびオフセットされた信号Ｖｏｕｔとして図示しない制御装置に入力される。なお、発振部５１、負荷抵抗５２、検波部５３およびオペアンプ５４は、パッケージ化された静電容量検出ＩＣ５５として構成されている。
【００２９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
使用者の手指Ｍが操作ボタン４３における小形部４３ａの上面の接触面部４３ｄに近接すると、使用者の手指Ｍはグランドに接続された状態になっているので、タッチ検出用電極部４７ｃと使用者の手指Ｍとで可変のコンデンサＣ（図３参照）が構成される。このような状態において、使用者の手指Ｍが操作ボタン４３の接触面部４３ｄに接触すると、コンデンサＣの静電容量の変化はほとんどなくなる。これにより、プリント配線基板４４の配線部４４ａは、導電性ゴム体４７のタッチ検出用電極部４７ｃと手指Ｍとから構成されるコンデンサＣを介してグランドに接続されることになる。従って、発振部５１から出力された高周波信号は、負荷抵抗５２の抵抗値とコンデンサＣのインピーダンスとで分圧されて検波部５３に入力される。
【００３０】
その結果、操作ボタン４３の接触面部４３ｄに手指Ｍが触れていない状態と比べて、検波部５３に入力される高周波信号のレベルが小さくなるため、検波部５３およびオペアンプ５４を介して出力される信号Ｖｏｕｔのレベルも小さくなる。前記制御装置は、この信号Ｖｏｕｔのレベルの変化により操作ボタン４３の接触面部４３ｄへの手指Ｍの接触を検出し、図示しない表示装置の画面において、その操作ボタン４３に対応する選択部を暫定的な表示状態にする。
【００３１】
その後、使用者によって操作ボタン４３が下方へ押圧操作され、操作ボタン４３の押圧部４３ｅによりスイッチ４６が押圧操作されると、スイッチ４６は動作（オン）してオン信号を選択信号として前記制御装置に与えるようになり、前記制御装置は、操作ボタン４３に対応する選択部を固定的な表示状態に変化させ、その選択部の選択を決定する。
【００３２】
上記した本実施形態に係るタッチ検出機能付きスイッチ装置は、以下の効果を奏する。
導電性ゴム体４７は、タッチ検出用電極部４７ｃとプリント配線基板４４の配線部４４ａに電気的に接触接続される電気接続部４７ｆとを一体に有しており、タッチ検出用電極部４７ｃと配線部４４ａとを電気的に接続するための接続線が不要となる。このため、タッチ検出機能付きスイッチ装置の製造過程における接続工程が不要となり組み付け性がよく、接続線が無いため接続部分に用いる半田付けの必要性がなく、接続部の劣化も無いため、スイッチ装置の押圧操作による伸縮に対する耐久性がよい。また、導電性ゴム体４７の第２の伸縮部４７ｄは、波状のシリコーンゴムで形成されているため伸縮性に富み、この点でもスイッチ装置の押圧操作による伸縮に対する耐久性は向上される。
【００３３】
さらに、操作ボタン４３の上表面の接触面部４３ｄとタッチ検出用電極部４７ｃとは、操作ボタン４３の上面部の一定の肉厚を介して対向している。使用者の手指Ｍが操作ボタン４３の接触面部４３ｄに接触した状態での手指Ｍとタッチ検出用電極部４７ｃとの離間距離は、操作ボタン４３の上面部の肉厚となり一定である。このため、手指Ｍが接触面部４３ｄに接触した状態でのコンデンサＣの静電容量はばらつくことはなく、コンデンサＣのインピーダンスは安定し、負荷抵抗５２の抵抗値とコンデンサＣのインピーダンスとで分圧されて検波部５３に入力される発振部５１から出力された高周波信号も安定するため、前記制御装置は確実に操作ボタン４３へのタッチ操作を検出することができる。
【００３４】
さらに、導電性ゴム体４７のタッチ検出用電極部４７ｃは、操作ボタン４３の接触面部４３ｄの裏面全体に亘って接触され、この裏面に沿って配置される。このため、接触面部４３ｄのどこに手指Ｍが接触しても前記制御装置は確実に操作ボタン４３へのタッチ操作を検出することができる。
【００３５】
さらに、タッチ検出用電極部４７ｃは、操作ボタン４３の接触面部４３ｄの裏面に接触され、この裏面に沿って配置され、操作ボタン４３の表面に露出することはない。このため、タッチ検出用電極部４７ｃがタッチ検出機能付きスイッチ装置の意匠を制約することは少ない。
【００３６】
（その他の実施形態）
以上説明したタッチ検出機能付きスイッチ装置は、上記し図示した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適宜変更して適用可能である。例えば、導電性を有する弾性体として、上記した実施形態では、シリコーンゴムにカーボンブラックを添加した材料からなる導電性ゴム体４７を示したが、これに限るものではない。例えば、合成ゴムに導電剤を添加した材料からなる導電性ゴム体を使用してもよい。
【００３７】
また、導電性ゴム体４７は２箇所の第１、第２の伸縮部４７ｂ、４７ｄを有するが、これに限ることはなく、第１の伸縮部４７ｂは無くてもよい。即ち、導電性ゴム体の主体部の上面部をタッチ検出用電極部として操作ボタン４３の裏面に配置されるように成形してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
図面中、４３は操作ボタン（操作部材）、４３ｄは接触面部、４４はプリント配線基板(配線基板)、４４ａは配線部、４６はスイッチ（スイッチ要素）、４７は導電性ゴム体（弾性体）、４７ｂは第１の伸縮部（弾性変形可能部）、４７ｃはタッチ検出用電極部、４７ｄは第２の伸縮部（弾性変形可能部）、４７ｆは電気接続部である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手指が接触される接触面部を有し、手指によって前記接触面部が押圧操作される操作部材と、
前記操作部材の裏側に配設され、配線部を有する配線基板と、
前記配線基板に設けられ、前記操作部材が押圧操作されることに基づき当該操作部材を介して押圧操作されるスイッチ要素と、
前記操作部材と前記配線基板との間に設けられた導電性を有する弾性体と、を備え、
前記弾性体は、前記接触面部の裏面に接触してこれに沿って配置されたタッチ検出用電極部と、前記配線部に電気的に接触するように配置された電気接続部と、前記操作部材が押圧操作されることに伴い弾性変形する弾性変形可能部とを一体に有することを特徴とするタッチ検出機能付きスイッチ装置。
【請求項１】
手指が接触される接触面部を有し、手指によって前記接触面部が押圧操作される操作部材と、
前記操作部材の裏側に配設され、配線部を有する配線基板と、
前記配線基板に設けられ、前記操作部材が押圧操作されることに基づき当該操作部材を介して押圧操作されるスイッチ要素と、
前記操作部材と前記配線基板との間に設けられた導電性を有する弾性体と、を備え、
前記弾性体は、前記接触面部の裏面に接触してこれに沿って配置されたタッチ検出用電極部と、前記配線部に電気的に接触するように配置された電気接続部と、前記操作部材が押圧操作されることに伴い弾性変形する弾性変形可能部とを一体に有することを特徴とするタッチ検出機能付きスイッチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２３８５１６（Ｐ２０１１−２３８５１６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０１１４（Ｐ２０１０−１１０１１４）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
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