CN104898906B - 静电电容式输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种既能维持输入精度又能实现简单结构由此能够提高装配性的静电电容式输入装置。具备：第1部件，其包含非导电性树脂；第2部件，其与第1部件成型为一体，且包含导电性树脂；判断部，其基于第2部件的静电电容的变化来判断操作者有无对第2部件的输入操作；电路基板，其被固定在覆盖部件的内部，且安装有判断部；和导电性弹性部件，其介于第2部件与电路基板之间，且通过弹性力来维持第2部件和电路基板的电连接。

Description

静电电容式输入装置

技术领域

本发明涉及基于静电电容的变化来探测输入操作的静电电容式输入装置。

背景技术

在专利文献1中公开了接触式传感器片被粘贴于操作面板的内面侧的车辆空调装置用操作装置。在该操作装置中，作为接触式传感器片而使用的是静电电容方式的传感器，通过传感该传感器的静电电容，由此来判断对于操作面板的输入。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-179735号公报

发明要解决的课题

然而，在专利文献1所记载的操作装置的制造中，有将单独部件的接触式传感器片粘贴于操作面板的内面侧的工序，由于每次均需要精度良好地进行粘贴，因此难以提高装配性。

发明内容

因而，本发明的目的在于提供既能维持输入精度又能实现简单结构由此能够提高装配性的静电电容式输入装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的静电电容式输入装置的特征在于，具备：第1部件，其包含非导电性树脂；第2部件，其与第1部件成型为一体，且包含导电性树脂；判断部，其基于第2部件的静电电容的变化来判断操作者有无对第2部件的输入操作；电路基板，其被固定在覆盖部件的内部，且安装有判断部；和导电性弹性部件，其介于第2部件与电路基板之间，且通过弹性力来维持第2部件和电路基板的电连接。

根据该构成，由于能够相对于第1部件容易且准确地配置第2部件，因此无需如现有的输入装置那样准确定位静电传感器片来粘贴的工序、通过软钎焊(半田付け)等来连接传感器片和电路基板的工序，因此能够提高装配性。

在本发明的静电电容式输入装置中，优选第2部件具有静电电容根据操作者的输入操作而变化的操作区域，第2部件之中至少操作区域的外侧被第1部件覆盖，判断部判断操作者有无对被第1部件覆盖的操作区域的输入操作。

由此，能够防止静电从操作者的手指等落至第2部件。进而，由于无需如现有的输入装置那样将静电放电(ESD)对策的片设置于操作面的工序，因此有助于提高装配性。

在本发明的静电电容式输入装置中，优选在电路基板中，在与静电电容根据操作者的输入操作而变化的操作区域对应的位置安装有LED，第1部件具有导光部，该导光部将来自LED的出射光引导至操作区域为止且包含导光性树脂。

由此，操作者能够识别各操作区域。此外，由于能够通过个别的LED来识别各操作区域，因此无需在第1部件上另行设置用于识别操作区域的显示、部件，因此能够减少零件个数。

在本发明的静电电容式输入装置中，优选第1部件和第2部件能够根据导电性弹性部件的弹性伸缩而相对于电路基板发生移动，在电路基板安装有产生与有无按压相应的信号的开关部件，开关部件，在通过由操作者使第1部件以及第2部件向电路基板侧移动而被按压时输出表示接通状态的信号，在基于第1部件以及第2部件的按压被解除时产生断开状态的信号。

由此，能够区分操作者不经意接触到输入装置的情况、和为了操作而按压操作区域的情况，因此能够防止误动作。

在本发明的静电电容式输入装置中，优选第1部件和第2部件通过在第2部件成型后成型第1部件，由此被一体化，用于成型第1部件的金属模的浇口的位置被配置在相当于导光部的内部的位置。

通过该构成，由于树脂从导光部的内侧流向外侧，因此纵使已被成型的第2部件因第1部件成型时的热量熔化，也仅向远离导光部的方向熔解(溶け出す)，因此导光部的形状能够实现所期望的形状，能够确保其导光性能。

发明效果

根据本发明，可以提供既能维持输入精度又能实现简单结构由此能够提高装配性的静电电容式输入装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的静电电容式输入装置的构成的分解立体图。

图2是表示在本发明的实施方式中的第1部件和第2部件配置有缓冲垫(cushion)的状态的立体图。

图3是表示对于图2的第1部件和第2部件进一步配置有弹簧的状态的立体图。

图4是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的静电电容式输入装置的构成的一部分剖视图，对应于沿着图3的IV-IV线的剖面。

图5是表示本发明的实施方式中的第1部件、第2部件、以及浇口(gate)位置的配置的主视图。

图6是示意性地表示图4的一部分剖面结构的剖视图。

图7是表示本发明的实施方式所涉及的静电电容式输入装置的构成的框图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式所涉及的静电电容式输入装置。

图1是表示本实施方式所涉及的静电电容式输入装置10的构成的分解立体图。图2是表示在静电电容式输入装置10中的第1部件20和第2部件30配置有缓冲垫的状态的立体图。图3是表示对于图2的第1部件和第2部件进一步配置有弹簧的状态的立体图。图4是示意性地表示静电电容式输入装置10的构成的一部分剖视图，对应于沿着图3的IV-IV线的剖面。图5是表示第1部件20、第2部件30、以及浇口24、25、26的配置的主视图。图6是示意性地表示图4的一部分剖面结构的剖视图。图7是表示静电电容式输入装置10的构成的框图。

如图1所示，静电电容式输入装置10具备：第1部件20、第2部件30、作为导电性弹性部件的弹簧40、缓冲垫50、电路基板70、以及覆盖部件90。此外，如图7所示，静电电容式输入装置10还具备：LED100(发光二极管)、开关部件110、静电电容计算部121、判断部122、以及控制部123。以下，关于各部件进行详细说明。

第1部件20包括具有非导电性和导光性的树脂，第2部件30包括导电性树脂。用于第1部件20的非导电性树脂优选为透明的，例如为丙烯酸类、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯。用于第2部件30的导电性树脂优选为黑色且具有遮光性，例如采用在丙烯酸类、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等树脂中含有碳黑的其他的导电性粒子。

第1部件20和第2部件30通过在第2部件30成型后成型第1部件20，从而成型为一体，在第1部件20的内侧配置第2部件30。即，在X方向外侧，第2部件30被第1部件20覆盖。在第1部件20和第2部件30的成型中，例如使用公共金属模和第1金属模来成型第2部件30，在第1部件20的成型中，使用第2金属模和用于成型第2部件30的公共金属模。由此，能够容易且准确地进行第1部件20和第2部件30的位置对准，能够有助于提高装配性。另外，在本实施方式中，虽然在第1部件20的内侧配置第2部件30，第2部件30被第1部件20覆盖，但也可以构成为第2部件30的一部分成为最表面。在此情况下，从防止静电放电的点出发，优选至少操作区域A31、A32、A33(图5)的X方向外侧被非导电性的第1部件20覆盖。

如图2～图4所示，第2部件30构成为包括从X方向观察的平面形状为矩形状的电极框部31、32、33、和弹簧保持部34、35、36、37、38、39。被形成为：弹簧保持部34、35被连接在电极框部31的外围，弹簧保持部36、37被连接在电极框部32的外围，弹簧保持部37、38被连接在电极框部33的外围。因此，电极框部31与弹簧保持部34、35导通，电极框部32与弹簧保持部36、37导通，电极框部33与弹簧保持部38、39导通。电极框部31、32、33和弹簧保持部34、35、36、37、38、39在X方向上的高度相同。电极框部31、32、33不相互导通，在第1部件20的表面附近构成了静电电容根据操作者的输入操作而分别变化的、独立的操作区域A31、A32、A33(图5)。

此外，第1部件20具备按照与电极框部31、32、33的内面形状分别对应的方式向内侧突出的导光部21、22、23。另外，关于电极框部31、32、33的形状、弹簧保持部34、35、36、37、38、39相对于电极框部31、32、33的形成位置、以及弹簧保持部的数量，只要能实现所对应的电极框部与弹簧保持部之间的导通状态即可，并不限定于图3所示的形状·配置·数量。

如图5所示，用于成型第1部件20的金属模的浇口24、25、26被配置在相当于导光部21、22、23的内部的位置。通过采取这种配置，从而树脂从导光部21、22、23的内侧流向外侧，因此纵使已被成型的第2部件30因第1部件20成型时的热量而熔化，也仅向远离导光部21、22、23的方向熔解，因此导光部21、22、23能以所期望的形状来形成，由此能够确保导光性能。

此外，如图6所示，第1部件20的成型模具有在Z方向上与电极框部31之间形成间隙20a、20b这样的形状。这种形状对于电极框部32、33也是同样的。由此，在图6所示的情况下，从浇口24被填充的树脂朝向Z方向的上方不碰到电极框部31而如箭头D所示那样在电极框部31的周围流动。因而，能够抑制第1部件20成型时的热量所引起的第2部件30的熔解。

如图2所示，弹簧40由螺旋弹簧41、42、43、44、45、46构成。弹簧40例如由金属材料构成，或者由对树脂所形成的表面进行金属镀覆而具有导电性的材料构成。如图3所示，螺旋弹簧41、42、43、44、45、46的一个端部分别被收纳在弹簧保持部34、35、36、37、38、39内，另一个端部被配置为与图1所示的电路基板70抵接。

缓冲垫50构成为包含弹性材料(例如橡胶)，由具备与电极框部31、33的端面形状对应的平面形状的矩形状缓冲垫51、52构成。矩形状缓冲垫51、52被配置在电极框部31、33与电路基板70之间。

电路基板70是安装有LED100、开关部件110、静电电容计算部121、判断部122、以及控制部123的基板。电路基板70通过在X方向上分别贯通孔部71、72的螺钉61、62而被固定在覆盖部件90的内部。如图4所示，在电路基板70的覆盖部件90侧的背面设有用于向外部布线的排针(pin header)80，排针80的针在设于覆盖部件90的孔部91内延伸，并与外部设备电连接。覆盖部件90由非导电性树脂、例如丙烯酸、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯形成。

LED100具备设于向导光部21、22、23分别入射光的位置的多个LED，如图7所示各个LED由控制部123来控制动作。更为具体而言，如图4所示，在入射至导光部21的位置设有LED101、102，在入射至导光部22的位置设有LED103、104，虽未图示但在入射至导光部23的位置也设有LED。在该构成中，来自LED101、102的出射光经由导光部21而从第1部件20的对应之处(操作区域A31)向外部射出，来自LED103、104的出射光经由导光部22而从第1部件20的对应之处(操作区域A32)向外部射出。另外，包围导光部22的电极框部31、32为黑色且具有遮光性，因此来自LED101、102的出射光不向相邻的操作区域A32泄漏，同样来自LED103、104的出射光不向相邻的操作区域A31泄漏。由此，在第1部件20中与电极框部31、32、33对应的位置通过所对应的LED被个别地照明·显示，操作者能分别识别表示与电极框部31、32、33对应的操作区域A31～A33的显示。

第1部件20通过覆盖部件90或者外部部件来限制相对于覆盖部件90在X方向上的移动。由此，螺旋弹簧41～46通过其弹性力来维持一个端部与弹簧保持部34～39的内部分别接触、且另一个端部与电路基板70的所对应的导通部分别接触的状态。因而，电极框部31经由弹簧保持部34、35、螺旋弹簧41、42而与电路基板70导通，电极框部32经由弹簧保持部36、37、螺旋弹簧43、44而与电路基板70导通，电极框部33经由弹簧保持部38、39、螺旋弹簧45、46而与电路基板70导通。此外，第1部件20通过螺旋弹簧41、42、43、44、45、46的弹性力既能维持第2部件30、弹簧40、以及电路基板70之间的导通状态也能向覆盖部件90的内侧移动。在此，在电极框部31、32、33分别连接着两个弹簧保持部，因此能够确切地维持相对于电路基板70的导通。

如图1、图4所示，由于矩形状缓冲垫51、52被配置在电极框部31、33与电路基板70之间，因此即便第1部件20移动至覆盖部件90的内侧也能防止电极框部31～33以及弹簧保持部34～39与电路基板70接触。此外，如图4所示，在电路基板70上，在Z方向上与弹簧保持部35对应的位置设有开关部件110。开关部件110产生与有无按压相应的信号，在由操作者使第1部件20以及第2部件30向电路基板70侧移动而被按压时，输出表示接通状态的信号，在基于第1部件20以及第2部件30的按压被解除时，产生表示断开状态的信号，或者不产生信号。通过设置这种开关部件110，从而能够区分操作者不经意接触到电极框部31～33的情况、和有意按压电极框部31～33的情况。另外，开关部件也可以配置在与弹簧保持部35以外的弹簧保持部对应的位置、与电极框部32对应的位置。

如图7所示，电极框部31具备检测电极31a以及驱动电极31b，电极框部32具备检测电极32a以及驱动电极32b，电极框部33具备检测电极33a以及驱动电极33b。在此，关于电极框部31、32、33中的静电电容的测量，列举电极框部31为例来进行说明，但电极框部32、33也相同。即，若从控制部123向驱动电极31b施加电压，则在检测电极31a与驱动电极31b之间将产生电位差，根据检测电极31a与驱动电极31b之间的静电电容(互电容)而在检测电极31a中流动电流。在此，若操作者的手指接近检测电极31a，则手指与检测电极31a之间也发生电容耦合，因此检测电极31a与驱动电极31b之间的静电电容减少上述电容耦合的量，由此在电压施加时检测电极31a中流动的电流也减少。因而，能够从检测电极31a之中获得手指和探测元件之间的距离所对应的输出信号。来自检测电极31a的输出信号被输入至静电电容计算部121。静电电容计算部121基于来自检测电极31a的信号来计算静电电容数据，并将计算结果输出给判断部122。判断部122基于从静电电容计算部121接受到的电极框部31中的静电电容的变化，来判断操作者有无对电极框部31的输入操作。即，判断部122判断有无相对于被第1部件20覆盖的上述操作区域(将电极框部31投影至第1部件20的区域)的、操作者的输入操作。

另外，也能够基于检测电极31a与接地部(GND)之间的静电电容的变化来确定手指的位置。即，在手指不接近检测电极31a时，根据检测电极31a与接地部之间的寄生电容而在检测电极31a中流动电流，相对于此，若手指接近检测电极31a，则手指接近的检测电极31a与手指之间将发生电容耦合，因此静电电容(自电容)增大相应该电容耦合的量，由此在电压施加时检测电极31a中流动的电流也增大。因而，能够从检测电极31a中获得手指和探测元件之间的距离所对应的输出信号。

在控制部123连接着开关部件110。在开关部件110被按压而表示接通状态的信号输出给控制部123的情况下，控制部123在基于判断部122的有无输入操作的判断已开始之时使该情形持续，在判断未开始之时开始进行判断。相对于此，在开关部件110未被按压而从开关部件110输出表示断开状态的信号的情况、或者从开关部件110未输出接通信号的情况下，控制部123在未进行有无输入操作的判断之时对判断部122作出指示使之不开始进行判断，在开始判断之时输出作出指示以使中断该判断的信号，判断部122成为不进行判断的状态。

在以上构成的静电电容式输入装置10中，通过所对应的LED而在操作区域A31～A33分别显示指示内容，相对于此，若操作者利用手指等按压与所期望的指示内容对应的操作区域，则判断部122判断对于相应的操作区域有输入操作的情形。控制部123将判断部122判断为有输入操作的操作区域所对应的指示信号输出至外部设备。

由于如以上那样构成，从而根据上述实施方式，可起到如下效果。

(1)通过将构成为包含非导电性树脂的第1部件20和构成为包含导电性树脂的第2部件30成型为一体，并由作为具有导电性的弹性部件的弹簧40确保了第2部件30和电路基板的电连接(导通)的构成，从而无需如现有的输入装置那样正确地定位静电传感器片来粘贴的工序、利用软钎焊等来连接传感器片和电路基板的工序，因此能够提高装配性。

(2)由于利用非导电性的第1部件20来覆盖静电电容根据操作者的手指的接触而发生变化的第2部件30，因此操作面由非导电性树脂来构成，从而能够防止静电落至第2部件30。由此，无需如现有的输入装置那样将静电放电(ESD)对策的片设置于操作面，从而能够提供装配性高的输入装置。

(3)由于在电路基板70的操作区域A31～A33所对应的位置分别安装有LED，在LED与操作区域A31～A33之间配置有具有导光性的导光部21、22、23，因此来自LED100的出射光被引导至导光部21、22、23而分别到达操作区域A31～A33。由此，操作者能够识别各操作区域。在上述实施方式的静电电容式输入装置10中，由于包含规定操作区域A31～A33的电极框部31、32、33在内的第2部件30、和第1部件20被一体式成型，因此无需如现有的输入装置那样准备单独部件来精度良好地进行装配的工序，因此既能维持操作区域的视觉辨别性以及操作性又能提高装配性。

(4)通过使弹簧40介于第2部件30与电路基板70之间，从而可以使第1部件20以及第2部件30根据弹簧40的弹性力而在X方向上移动，通过设于电路基板70上的开关部件110，能够判断第1部件20以及第2部件30是否被压至电路基板70侧。此外，通过夹着具有导电性的弹簧40，从而能够电连接第2部件30和电路基板70。即，为了向开关部件110按压的解除和电连接而能够兼用弹簧40，因此能够减少零件个数以提高装配性。此外，由于能够区分操作者不经意触到操作区域的情况和有意按压操作区域的情况，因此能够防止误动作。

虽然边参照上述实施方式边说明了本发明，但本发明并不限定于上述实施方式，在改良目的或者本发明的思想范围内可以实施改良或变更。

产业上的可利用性

如以上，本发明所涉及的静电电容式输入装置在既能维持操作者的操作的检测性能又能提高装配性的方面是有用的。

符号说明

10 静电电容式输入装置

20 第1部件

20a、20b 间隙

21、22、23 导光部

24、25、26 浇口

30 第2部件

31、32、33 电极框部

31a、32a、33a 检测电极

31b、32b、33b 驱动电极

34、35、36、37、38、39 弹簧保持部

40 弹簧

41、42、43、44、45、46 螺旋弹簧

50 缓冲垫

51、52 矩形状缓冲垫

70 电路基板

90 覆盖部件

100、101、102、103、104 LED

110 开关部件

121 静电电容计算部

122 判断部

123 控制部

Claims (5)

1.一种静电电容式输入装置，其特征在于，具备：

第1部件，其包含非导电性树脂；

第2部件，其具有多个电极框部和分别收容有螺旋弹簧的多个弹簧保持部，上述第2部件与上述第1部件成型为一体，且包含导电性树脂；

判断部，其基于上述第2部件的静电电容的变化来判断操作者有无对上述第2部件的输入操作；

电路基板，其被固定在覆盖部件的内部，且安装有上述判断部；和

导电性弹性部件，其介于上述第2部件与上述电路基板之间，且通过弹性力来维持上述第2部件和上述电路基板的电连接。

2.根据权利要求1所述的静电电容式输入装置，其特征在于，

上述第2部件具有静电电容根据上述操作者的输入操作而变化的操作区域，

上述第2部件之中至少上述操作区域的外侧被上述第1部件覆盖，

上述判断部判断上述操作者有无对被上述第1部件覆盖的上述操作区域的输入操作。

3.根据权利要求1所述的静电电容式输入装置，其特征在于，

在上述电路基板中，在与静电电容根据上述操作者的输入操作而变化的操作区域对应的位置安装有LED，

上述第1部件具有导光部，该导光部将来自上述LED的出射光引导至上述操作区域为止且包含导光性树脂。

4.根据权利要求1所述的静电电容式输入装置，其特征在于，

上述第1部件和上述第2部件能够根据上述导电性弹性部件的弹性伸缩而相对于上述电路基板发生移动，

在上述电路基板安装有产生与有无按压相应的信号的开关部件，

上述开关部件，在通过由上述操作者使上述第1部件以及上述第2部件向上述电路基板侧移动而被按压时输出表示接通状态的信号，在基于上述第1部件以及上述第2部件的按压被解除时产生断开状态的信号。

5.根据权利要求3所述的静电电容式输入装置，其特征在于，

上述第1部件和上述第2部件通过在上述第2部件成型后成型上述第1部件，由此被一体化，

用于成型上述第1部件的金属模的浇口的位置被配置在相当于上述导光部的内部的位置。