JP2006269118A - Contactless switch and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、家電製品や携帯機器、電子計算機などの入力装置として用いられるスイッチであって、特に電気接続を開閉する接点を持たない無接点スイッチに関する。 The present invention relates to a switch used as an input device for home appliances, portable devices, electronic computers, and the like, and more particularly to a contactless switch that does not have a contact for opening and closing an electrical connection.
現在使用されているスイッチの多くは、接点を持つ有接点スイッチである。従来の有接点スイッチとしては、携帯機器(携帯電話やデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等)や家電機器類等に多用されているメンブレンスイッチやメタルドーム等がある。
メンブレンスイッチは、可撓性フィルム上に形成した電極を2個向かい合わせ、電極(接点)近傍に開口を持つスペーサにより対向する電極を分離し、ボタンを押した時にフィルムが撓んで電極が接触し、押圧力を解放したときには可撓性フィルムの弾性により電極が再び分離するスイッチである(例えば特許文献1,2参照)。
メタルドームは、金属製(導電体製)のクリック素子であり、クリック感(スイッチを押した感触を使用者に伝える)の実現とともに、多くの場合は電気接点も兼ねる(例えば特許文献3,4参照)。
また、プラスチックフィルム等の1箇所もしくは複数箇所をエンボス加工してクリック素子としたクリックシートを用いても良く、電気的接触(スイッチの機構)のためのメンブレンスイッチと、クリック感の実現のためのメタルドームまたはクリックシートとを組み合わせたスイッチも知られている(例えば特許文献5参照)。
Many of the switches currently used are contact switches having contacts. As a conventional contact switch, there are a membrane switch, a metal dome, and the like that are frequently used in portable devices (cell phones, digital still cameras, digital video cameras, etc.) and home appliances.
Membrane switches are made by facing two electrodes formed on a flexible film, separating the opposing electrodes by a spacer with an opening in the vicinity of the electrode (contact point), and the film bends and contacts the electrode when a button is pressed. When the pressing force is released, the electrode is separated again by the elasticity of the flexible film (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
The metal dome is a click element made of metal (made of a conductor), and in addition to the realization of a click feeling (a feeling of pressing a switch to the user), in many cases also serves as an electrical contact (for example,
In addition, a click sheet made of a click element by embossing one place or a plurality of places such as a plastic film may be used, and a membrane switch for electrical contact (switch mechanism) and a click feeling are realized. A switch combining a metal dome or a click sheet is also known (see, for example, Patent Document 5).
図7(a),(b)は、従来の有接点スイッチの第1の例を示す。この有接点スイッチ20Aは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン21と、ボタン21の下端部の突起21aに当接するメタルドームまたはクリックシート22と、2枚の可撓性フィルム24a,24b上にそれぞれ形成した電極25a,25bをスペーサ26で分離してなるメンブレンスイッチ23とから構成されている。本例の有接点スイッチ20Aでは、電気的接点はメンブレンスイッチ23が担い、ボタン21の持ち上げおよびクリック感はメタルドームまたはクリックシート22により実現される。
7 (a) and 7 (b) show a first example of a conventional contact switch. The
図8(a),(b)は、従来の有接点スイッチの第2の例を示す。この有接点スイッチ20Bは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン21と、ボタン21を支持する可撓性シート3と、可撓性シート3の下面に形成された突起3aに当接するメタルドームまたはクリックシート22と、2枚の可撓性フィルム24a,24b上にそれぞれ形成した電極25a,25bをスペーサ26で分離してなるメンブレンスイッチ23とから構成されている。例2の有接点スイッチ20Bでは、電気的接点はメンブレンスイッチ23が担い、クリック感はメタルドームまたはクリックシート22により実現される。
8A and 8B show a second example of a conventional contact switch. The
図9(a),(b)は、従来の有接点スイッチの第3の例を示す。この有接点スイッチ20Cは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン21と、ボタン21を支持する可撓性シート3と、2枚の可撓性フィルム24a,24b上にそれぞれ形成した電極25a,25bをスペーサ26で分離してなるメンブレンスイッチ23とから構成されている。例3の有接点スイッチ20Cでは、電気的接点はメンブレンスイッチ23が担い、ボタン21の持ち上げは可撓性シート3により行われる。メタルドームまたはクリックシート22がないためクリック感は乏しいが、構成を簡単にすることができる。
9A and 9B show a third example of a conventional contact switch. The contact switch 20C is formed on the
図10(a),(b)は、従来の有接点スイッチの第4の例を示す。この有接点スイッチ20Dは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン21と、ボタン21の下端部の突起21aに当接するメタルドーム22と、基板4上に形成した電極25a,25bとから構成されている。メタルドーム22は導電性(通常は金属製)を示し、メタルドーム22の外周部は一方の電極25a上に接触して固定されている。ボタン21を押すと、メタルドーム22の中央部が変形し、その下方の電極25bに接触することで導通する。
10A and 10B show a fourth example of a conventional contact switch. The
図11(a),(b)は、従来の有接点スイッチの第5の例を示す。この有接点スイッチ20Eは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン21と、ボタン21を支持する可撓性シート3と、可撓性シート3の下面に形成された突起3aに当接するメタルドーム22と、基板4上に形成した電極25a,25bとから構成されている。ボタン21は可撓性シート3上に固定され、筐体1の穴2の中で上下方向のストロークのみ可能となっている。
11 (a) and 11 (b) show a fifth example of a conventional contact switch. The
接点を持たない無接点スイッチとしては、光学式の無接点スイッチ(例えば特許文献6〜11参照)、電磁誘導式・電磁結合式の無接点スイッチ(例えば特許文献12〜15参照)、磁石や磁性体の動きを磁気素子で検出する方式の無接点スイッチ(例えば特許文献16〜24参照)、ピエゾ抵抗で歪みを検出する方式の無接点スイッチ(例えば特許文献25,26参照)、静電容量式の無接点スイッチ(例えば特許文献27,28参照)が挙げられる。
(A)有接点スイッチは、接点自体が機械的に変位して電気的接触および切断を行う。このため、接点の摩耗や汚れ(特に接点を構成する導体やその酸化物の粉末)の付着が接触不良や短絡(ショート)の原因となりやすく、高繰り返し特性を持つスイッチの実現が難しかった。 (A) In the contact switch, the contact itself is mechanically displaced to make electrical contact and disconnection. For this reason, contact wear and dirt (especially conductors constituting the contact and powders of oxides thereof) are likely to cause contact failure and short circuit, and it has been difficult to realize a switch having high repeatability.
(B)光学式の無接点スイッチは、発光素子、受光素子、光路変換素子(遮蔽板や鏡)が必要となり、部品点数が多く、しかもまた、ビーム径以上の距離にわたって光路変換を行う必要があるので、光路変換素子を十分なストローク長にわたって動かす空間が必要である。このため、小型化や薄型化が難しい。また、光路変換素子が鏡である場合には、鏡の角度を変えることによっても光路を変換することができるが、この場合ビーム径以上の大きさの角度を充分な角度回さなければならないので、やはり小型化や薄型化が難しい。さらに、発光したビームを受光素子で効率よく受光するためには、多くの場合、発光素子と受光素子との間にビームを平行化するコリメートレンズを配置する必要がある。このため、実装に必要な体積が増大し、小型化や薄型化が一層困難となる。 (B) An optical contactless switch requires a light emitting element, a light receiving element, and an optical path changing element (shielding plate or mirror), and has a large number of parts, and it is necessary to change the optical path over a distance greater than the beam diameter. Therefore, a space for moving the optical path conversion element over a sufficient stroke length is required. For this reason, it is difficult to reduce the size and thickness. If the optical path conversion element is a mirror, the optical path can also be changed by changing the angle of the mirror, but in this case, the angle larger than the beam diameter must be rotated sufficiently. Still, miniaturization and thinning are difficult. Furthermore, in order to efficiently receive the emitted beam with the light receiving element, in many cases, it is necessary to arrange a collimating lens for collimating the beam between the light emitting element and the light receiving element. For this reason, the volume required for mounting increases and it becomes more difficult to reduce the size and thickness.
(C)電磁誘導式・電磁結合式の無接点スイッチの場合、誘導電流の検出が可能な感度を持った電磁コイルと、磁性体のストローク量/ストローク速度が必要である(ゆっくり動かした場合には検出されにくい)。いずれも小型化や薄型化が困難である。また、電磁コイルの感度を良くするためには、磁性体のコア(芯)を入れたり、電磁コイルの巻き数を増やすのが有効であるが、これらはスイッチの大型化を招く。さらに、携帯機器や家電製品の入力装置としてのスイッチでは、ストローク量は0.2mm〜数mm程度が適切であり、この程度のストローク量の磁性体の変位を電磁誘導方式で検出するためには、磁性体を大きくしたり、電磁コイルの感度を上げたりする必要があるが、いずれの場合でも、スイッチの小型化や薄型化には不利である。 (C) In the case of an electromagnetic induction type or electromagnetic coupling type solid state switch, an electromagnetic coil having a sensitivity capable of detecting an induced current and a stroke amount / stroke speed of a magnetic material are required (when it is moved slowly) Are difficult to detect). In either case, it is difficult to reduce the size and thickness. In order to improve the sensitivity of the electromagnetic coil, it is effective to insert a magnetic core or increase the number of turns of the electromagnetic coil, but these increase the size of the switch. Furthermore, in a switch as an input device for portable devices and home appliances, a stroke amount of about 0.2 mm to several mm is appropriate, and in order to detect the displacement of a magnetic body with this amount of stroke by an electromagnetic induction method. However, it is necessary to enlarge the magnetic material or increase the sensitivity of the electromagnetic coil, but in either case, it is disadvantageous for downsizing and thinning of the switch.
(D)磁石や磁性体の動きを磁気素子で検出する方式の無接点スイッチでは、磁石または磁性体(鉄や鉄合金など、金属である場合が多い。)の変位を電磁コイルで検出するものであるが、スイッチの小型化や薄型化には、磁石または磁性体の変位(ストローク量)を小さくする必要がある。しかし小さな変位を充分な分解能で検出するためには、電磁コイルの巻き数を増やす必要があり、電磁コイルの大型化を招く。このため、この方式のスイッチは、小型化や薄型化が難しい。 (D) In a contactless switch of a type that detects the movement of a magnet or magnetic body with a magnetic element, the displacement of the magnet or magnetic body (often a metal such as iron or iron alloy) is detected with an electromagnetic coil However, in order to reduce the size and thickness of the switch, it is necessary to reduce the displacement (stroke amount) of the magnet or the magnetic material. However, in order to detect a small displacement with sufficient resolution, it is necessary to increase the number of turns of the electromagnetic coil, resulting in an increase in the size of the electromagnetic coil. For this reason, it is difficult to reduce the size and thickness of this type of switch.
(E)ピエゾ抵抗で歪みを検出する方式の無接点スイッチは、ピエゾ抵抗効果(応力あるいは歪みを受けた物質の電気抵抗が変化する効果)を利用したものであるが、ピエゾ抵抗効果を有する物質の電気抵抗の変化を測定するためには、常に通電しておくことが必要である。このため、抵抗値を大きくした場合や電流を少なく抑えた場合でも、常に電力を消費することになり、携帯機機等で重要となる省電力が困難である。 (E) A contactless switch of a type that detects strain with a piezoresistor utilizes a piezoresistive effect (an effect that changes the electrical resistance of a material subjected to stress or strain), but has a piezoresistive effect. In order to measure the change in electrical resistance, it is necessary to energize at all times. For this reason, even when the resistance value is increased or the current is suppressed to a low level, power is always consumed, and it is difficult to save power, which is important for portable devices.
(F)静電容量式の無接点スイッチは、導電体の接近により電極や電気回路配線の寄生容量が変化する現象を利用するものであるが、静電容量の変化を測定するためには、定期的に微小容量の充放電を繰り返す必要があるため、省電力が難しい。 (F) Capacitance type non-contact switch uses the phenomenon that the parasitic capacitance of the electrode and electric circuit wiring changes due to the proximity of the conductor. In order to measure the change in capacitance, Since it is necessary to periodically charge and discharge a minute capacity, it is difficult to save power.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高信頼性、高耐久性、小型化、薄型化、省電力を実現することが可能な無接点スイッチおよびこれを有する電子機器を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a contactless switch capable of realizing high reliability, high durability, downsizing, thinning, and power saving, and an electronic apparatus having the same. This is the issue.
前記課題を解決するため、本発明の請求項1の無接点スイッチは、筐体の外部からの押圧力を筐体の内部に伝達するボタンと、前記ボタンの押し込み操作に基づく応力を受けた際に発光する応力発光体と、前記応力発光体の放射する光を受光することにより電気信号を発生する受光素子とを備えることを特徴とする。
請求項2の無接点スイッチは、請求項1に記載の無接点スイッチであって、前記応力発光体が透光性フィルムの片面に配置されており、前記透光性フィルムが前記応力発光体と前記受光素子との間に介在していることを特徴とする。
請求項3の無接点スイッチは、請求項1に記載の無接点スイッチであって、前記応力発光体が可撓性フィルムの片面に配置されており、前記ボタンの押し込み操作に基づく押圧力が前記可撓性フィルムにおける前記応力発光体の裏側の領域に印加されるようにとなっていることを特徴とする。
請求項4の無接点スイッチは、請求項1に記載の無接点スイッチであって、前記応力発光体は、固体媒質中に応力発光材料を分散してなるものであることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the contactless switch according to claim 1 of the present invention is a button that transmits a pressing force from the outside of the housing to the inside of the housing, and a stress based on a pressing operation of the button. And a light receiving element that generates an electrical signal by receiving light emitted from the stress light emitter.
The non-contact switch according to
The contactless switch according to
A contactless switch according to a fourth aspect is the contactless switch according to the first aspect, wherein the stress-stimulated luminescent material is formed by dispersing a stress-stimulated luminescent material in a solid medium.
請求項5の無接点スイッチは、請求項1ないし4のいずれかに記載の無接点スイッチであって、前記ボタンが可撓性シート上に支持されており、前記可撓性シートの前記ボタンとは反対側の裏面には前記応力発光体に押圧力を伝達する突起が突設されていることを特徴とする。
請求項6の無接点スイッチは、請求項5に記載の無接点スイッチであって、前記可撓性シートがバネ性を有し、前記ボタンの押し込み操作に対して前記ボタンの位置を復帰させる反力を付与することを特徴とする。
請求項7の無接点スイッチは、請求項1ないし5のいずれかに記載の無接点スイッチであって、前記ボタンと前記応力発光体との間に、バネ性を有するメタルドームまたはクリックシートが配置されていることを特徴とする。
The contactless switch according to claim 5 is the contactless switch according to any one of claims 1 to 4, wherein the button is supported on a flexible sheet, and the button of the flexible sheet is Is characterized in that a protrusion for transmitting a pressing force to the stress-stimulated illuminant is provided on the opposite back surface.
The contactless switch according to claim 6 is the contactless switch according to claim 5, wherein the flexible sheet has a spring property, and the position of the button is returned to the pressing operation of the button. It is characterized by giving power.
The non-contact switch according to claim 7 is the non-contact switch according to any one of claims 1 to 5, wherein a metal dome or a click sheet having a spring property is disposed between the button and the stress light emitter. It is characterized by being.
請求項8の無接点スイッチは、請求項1ないし7のいずれかに記載の無接点スイッチであって、前記ボタンの押し込み操作により、前記ボタンが前記応力発光体を直接押すか、または前記ボタンと前記応力発光体との間に介在する部材が前記ボタンの変位に連動して変位して前記応力発光体に押圧力を伝達することによって、前記応力発光体が応力を受けるようになっていることを特徴とする。
請求項9の無接点スイッチは、請求項1ないし7のいずれかに記載の無接点スイッチであって、前記応力発光体がフィルムの所定の領域に配置されており、前記ボタンの押し込み操作により、前記ボタンが前記フィルムの所定の領域を直接押すか、または前記ボタンと前記応力発光体との間に介在する部材が前記ボタンの変位に連動して変位して前記フィルムの所定の領域に押圧力を伝達することによって、前記フィルムが変形し、この前記フィルムの変形によって前記応力発光体が応力を受けるようになっていることを特徴とする。
The contactless switch according to claim 8 is the contactless switch according to any one of claims 1 to 7, wherein the button directly presses the stress-stimulated illuminant by pressing the button, or A member interposed between the stress light emitter is displaced in conjunction with the displacement of the button and transmits a pressing force to the stress light emitter, so that the stress light emitter is subjected to stress. It is characterized by.
The contactless switch according to claim 9 is the contactless switch according to any one of claims 1 to 7, wherein the stress-stimulated illuminant is arranged in a predetermined region of the film, and by pressing the button, The button directly presses a predetermined area of the film, or a member interposed between the button and the stress light emitter is displaced in conjunction with the displacement of the button to press the predetermined area of the film. The film is deformed by transmitting the stress, and the stress-stimulated illuminant is subjected to stress by the deformation of the film.
請求項10の無接点スイッチは、請求項1ないし9のいずれかに記載の無接点スイッチであって、前記受光素子が半導体素子であることを特徴とする。
請求項11の無接点スイッチは、請求項1ないし10のいずれかに記載の無接点スイッチであって、前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする。
請求項12の無接点スイッチは、請求項1ないし10のいずれかに記載の無接点スイッチであって、前記受光素子がフォトトランジスタであることを特徴とする。
請求項13の無接点スイッチは、請求項1ないし12のいずれかに記載の無接点スイッチであって、前記受光素子が表面実装型の部品であることを特徴とする。
請求項14の電子機器は、請求項1ないし13のいずれかに記載の無接点スイッチを有することを特徴とする。
A contactless switch according to a tenth aspect is the contactless switch according to any one of the first to ninth aspects, wherein the light receiving element is a semiconductor element.
A contactless switch according to an eleventh aspect is the contactless switch according to any one of the first to tenth aspects, wherein the light receiving element is a photodiode.
A contactless switch according to a twelfth aspect is the contactless switch according to any one of the first to tenth aspects, wherein the light receiving element is a phototransistor.
A contactless switch according to a thirteenth aspect is the contactless switch according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the light receiving element is a surface-mount type component.
An electronic apparatus according to a fourteenth aspect includes the contactless switch according to any one of the first to thirteenth aspects.
本発明によれば、接点を持たない無接点スイッチを少ない部品点数で構成することができるので、信頼性や耐久性が高く、小型化、薄型化、軽量化が容易であり、低消費電力の無接点スイッチを実現することが可能となる。 According to the present invention, a non-contact switch having no contact can be configured with a small number of parts, so that the reliability and durability are high, and the miniaturization, thinning, and weight reduction are easy, and low power consumption is achieved. A contactless switch can be realized.
以下、最良の形態に基づき、本発明を説明する。
本発明の無接点スイッチは、応力を受けた際に(無給電で)可視光などの光(電磁波)を放射する応力発光体と、この応力発光体の放射した光を受光して電気信号に変換する受光素子(光電変換素子)とを組み合わせて構成される。すなわち、ボタン(操作部)の操作により応力発光体に応力が印加されたとき、応力発光体が発光し、この光を受光素子で検出することによりスイッチング機能を実現する。
The present invention will be described below based on the best mode.
The contactless switch of the present invention receives a stress illuminant that emits light (electromagnetic wave) such as visible light (without power supply) when subjected to stress, and receives the light emitted from the stress illuminant to generate an electrical signal. A light receiving element (photoelectric conversion element) to be converted is combined. That is, when a stress is applied to the stress light emitter by operating a button (operation unit), the stress light emitter emits light, and this light is detected by the light receiving element, thereby realizing a switching function.
前記ボタンの操作によって前記応力発光体に応力を発生させる機構としては、以下、図1〜図5を参照して詳しく説明するが、図1〜図5に示す構成は例示に過ぎず、特に本発明を限定するものではない。前記機構としては、例えば、ボタンが応力発光体を直接押すようにしてもよく、または、ボタンと応力発光体との間に介在する部材(例えば後述の可撓性シート3やメタルドームまたはクリックシート12など)がボタンの変位に連動して変位することによってボタンへの押圧力を応力発光体に伝達するように構成してもよい。
また、応力発光体をフィルム(例えば図1〜図3に示す透光性フィルム13や図4に示す可撓性フィルム17など)の所定の領域に配置し、ボタンの押し込み操作により、ボタンが前記フィルムの所定の領域(すなわち、応力発光体が配置された領域)を直接押すか、または前記ボタンと前記応力発光体との間に介在する部材が前記ボタンの変位に連動して変位して前記フィルムの所定の領域に押圧力を伝達することによって、前記フィルムが変形し、この前記フィルムの変形によって前記応力発光体が応力を受けるように構成することもできる。ここで、応力発光体をフィルムの所定の領域に配置する態様としては、例えば、応力発光体をフィルムの片面に配置するのでもよいし、応力発光体をフィルムの両面に配置するのでもよいし、2枚以上のフィルムを積層して応力発光体をフィルム間に封入するのでもよい。
The mechanism for generating stress in the stress-stimulated illuminant by the operation of the button will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5 below. However, the configuration shown in FIGS. The invention is not limited. As the mechanism, for example, the button may directly press the stress light emitter, or a member interposed between the button and the stress light emitter (for example, a
Further, the stress luminescent material is disposed in a predetermined region of a film (for example, the
応力発光体としては、ZnS(閃亜鉛鉱、ジンクブレンド)などが古くから知られているが、発光効率が高いものとしては、特許第3136338号公報や特許第3136340号公報などに記載された種々の無機材料が知られている。具体的には、ZrO2、CeO2、HfO2、Y2O3、Cr2O3、Ti2O3、MgAl2O4、CaAl2O4、SrAl2O4、Al2O3、SrMgAl10O17などの金属酸化物または複合酸化物の母体結晶中に、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dyなどの希土類金属イオンまたはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ta、Wなどの遷移金属イオンが発光中心イオンとして添加された無機材料であって、機械的な外力を加えて生じる弾性変形により可逆的に発光する発光材料を挙げることができる。このような発光材料は、応力を加えて弾性変形すると(駆動電力等を利用することなく)光を放射するとともに、応力を解放して形状が元に戻ると発光が停止する性質を備える。また、この種の応力発光材料として、緑色付近の可視光を高輝度(例えば約10cd/m2)で発光することができ、ゴムや樹脂にも混合が可能な粉体(中心粒径5〜10μm)が大光炉材株式会社から供給されている(組成名:TAIKO−ML−1)ので、これを用いてもよい。
本発明において応力発光体は、上述の発光材料を所定の形状(例えば板状や膜状)に成形あるいは加工したものでもよいし、発光材料を媒質中に分散したものなどでもよい。とりわけ、発光材料をゴムや樹脂等の固体媒質に分散して固化したものであれば、発光材料の使用量を少なくできる上、応力発光体を所望の形状に成形したり、応力発光体を無接点スイッチ内の所望の位置に配置したりすることが容易になるので、好ましい。
As stress-stimulated luminescent materials, ZnS (zinc blende, zinc blend) and the like have been known for a long time, but various materials described in Japanese Patent No. 3136338, Japanese Patent No. 3136340, etc. have high luminous efficiency. Inorganic materials are known. Specifically, ZrO 2, CeO 2, HfO 2, Y 2
In the present invention, the stress-stimulated luminescent material may be one obtained by molding or processing the above-described luminescent material into a predetermined shape (for example, a plate shape or a film shape), or may be one in which the luminescent material is dispersed in a medium. In particular, if the luminescent material is dispersed and solidified in a solid medium such as rubber or resin, the amount of the luminescent material can be reduced, and the stress luminescent material can be formed into a desired shape or the stress luminescent material can be eliminated. Since it becomes easy to arrange in the desired position in a contact switch, it is preferable.
受光素子(光電変換素子)としては、現在種々のものが用いられているが、構成が簡単で安価であること、小型で基板に実装しやすいこと等を勘案すると、半導体受光素子が好ましい。半導体受光素子としては、フォトトランジスタやフォトダイオードを挙げることができる。
フォトトランジスタは、受光により内部抵抗が大幅に減少する素子であり、理想的には、受光していない場合に無限大の内部抵抗があり、受光すると受光量に応じて内部抵抗が現象するように作動する。受光素子としてフォトトランジスタを用いた場合、受光したときに、例えばC−E電極間、あるいはソース−ドレイン間の電気抵抗値が低下することにより、受光を検出することができる。フォトトランジスタに電圧を印加しておいても、受光していない限りは内部抵抗が充分に大きく、消費電力が充分に小さいため、受光の有無を用いてスイッチングする素子として用いた場合、小さな消費電力で働くスイッチング素子であると言える。
また、フォトダイオードは、受光により光起電力を発生する素子である。受光素子としてフォトダイオードを用いた場合、受光したときに、電極に起電力が発生することにより、受光を検出することができる。よって、受光素子としてフォトダイオードを用い、受光した際の起電力をモニタすることにより、待ち受け時の消費電力が充分小さいスイッチング回路を構成することが可能となる。
すなわち、応力発光体(応力を印加されたときに無給電で発光する。)を発光体として用い、半導体受光素子(フォトトランジスタやフォトダイオードなど)を受光素子として用い、これらの素子を組み合わせて構成した無接点スイッチは、原理上、待ち受け時の電力(待機電力)の省電力化が図れるものということができる。
Various light receiving elements (photoelectric conversion elements) are currently used, but a semiconductor light receiving element is preferable in view of its simple and inexpensive configuration, small size, and easy mounting on a substrate. Examples of the semiconductor light receiving element include a phototransistor and a photodiode.
A phototransistor is an element whose internal resistance is greatly reduced by light reception. Ideally, there is an infinite internal resistance when no light is received. Operate. When a phototransistor is used as the light receiving element, when the light is received, for example, the electrical resistance value between the CE electrodes or between the source and the drain decreases, so that the received light can be detected. Even if voltage is applied to the phototransistor, the internal resistance is sufficiently large and the power consumption is sufficiently small unless light is received. It can be said that it is a switching element that works in
In addition, the photodiode is an element that generates a photovoltaic force by receiving light. When a photodiode is used as the light receiving element, light reception can be detected by generating an electromotive force in the electrode when light is received. Therefore, by using a photodiode as the light receiving element and monitoring the electromotive force when the light is received, a switching circuit with sufficiently low power consumption during standby can be configured.
That is, a stress light emitter (light emitting without power supply when stress is applied) is used as a light emitter, a semiconductor light receiving element (such as a phototransistor or a photodiode) is used as a light receiving element, and these elements are combined. It can be said that, in principle, the contactless switch can save power during standby (standby power).
図1(a),(b)は、本発明の無接点スイッチの第1の形態例を示す。この無接点スイッチ10Aは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン11(キースイッチ)と、ボタン11の下端部の突起11aに当接するメタルドームまたはクリックシート12と、透光性フィルム13の片面に配置された応力発光体14と、基板4上に実装された受光素子15と、受光素子15が収容される貫通穴16aが設けられたスペーサ16とから構成されている。
透光性フィルム13とスペーサ16と基板4は、応力発光体14と貫通穴16aと受光素子15とが上下方向に重なり合う位置に配置されるように積層されている。スペーサ16は、透光性フィルム13と基板4との間に介在することにより、両者の間に受光素子15を実装する高さ(空間)を確保する。
応力発光体14は透光性フィルム13の上面に配置されており、応力発光体14と受光素子15との間に介在するものは、透光性フィルム13および貫通穴16a内の空気だけであるので、応力発光体14が光Lを放射したときに、その光Lが受光素子15に到達するようになっている。
FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the contactless switch of the present invention. The
The
The stress-stimulated
ボタン11は、無接点スイッチを筐体1の外側から操作するための操作部である。本形態例のボタン11は、筐体1の内外方向(図面の上下方向)に直線的に変位するように設けられた押ボタンであるが、本発明の無接点スイッチでは、ボタンを操作したときに応力発光体に応力が印加されるように構成されている限り、ボタンの構成は特に限定されない。
メタルドームまたはクリックシート12は、金属やプラスチック等のバネ弾性を有する素材をドーム状に形成したものであって、クリック感を実現するとともに、ボタン11を押し戻すバネとしても機能する。
透光性フィルム13は、例えばプラスチック等から形成されるフィルムであり、応力発光体14が発光する光の少なくとも一部を透過する必要がある。透光性フィルム13は、可撓性を有する可撓性フィルムでもよいし、可撓性の乏しい、硬いフィルムであってもよい。応力発光体14を透光性フィルム13上に配置する方法としては、発光材料を樹脂やゴム等からなるバインダー等と混合し、あるいは液体中に分散し、塗布や印刷などによって透光性フィルム13上に膜を形成する方法が挙げられる。望ましくは、必要に応じて膜形成の後に乾燥(溶媒の除去等のため)や定温放置、加熱、焼成等を行うことが好ましい。
The
The metal dome or the
The
図1(b)に示すように、ボタン11を押すと、メタルドームまたはクリックシート12がボタン11の下端部の突起11aに押されることにより、メタルドームまたはクリックシート12の中央部が変形して応力発光体14に接触し、応力発光体14に押圧力を付与する。このとき、応力発光体14は押圧力に基づく応力により光Lを放射し、この光Lは透光性フィルム13を通して受光素子15に入射する。受光素子15は、光Lの入射を受けて電気信号を出力する。また、ボタン11に対する外力を解放すると、メタルドームまたはクリックシート12の弾性により、図1(a)に示すようにボタン11の位置が元に戻り、応力発光体14の発光および受光素子15の信号出力が停止する。
As shown in FIG. 1B, when the
なお、メタルドームまたはクリックシート12を用いた場合、指等でボタン11をゆっくりと押した場合でも、メタルドームまたはクリックシート12がクリック動作をする際に、応力発光体14を叩く(短時間に集中した応力、一定以上に高速な変形を与える)ことができる。このため、ボタン11をゆっくりと押した場合にも、応力発光体14を一定以上の輝度で光らせることができ、受光が確実であり、受光感度の低い受光素子15を使うことができ、応力発光体14の使用量を少なくすることができるなどの特徴を持つ。
When the metal dome or click
図2(a),(b)は、本発明の無接点スイッチの第2の形態例を示す。この無接点スイッチ10Bは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン11(キースイッチ)と、ボタン11を支持する可撓性シート3と、可撓性シート3の下面に形成された突起3aに当接するメタルドームまたはクリックシート12と、透光性フィルム13の片面に配置された応力発光体14と、基板4上に実装された受光素子15と、受光素子15が収容される貫通穴16aが設けられたスペーサ16とから構成されている。
ボタン11は可撓性シート3(フレキシブルシート)の上面に固定されており、可撓性シート3の下面には、ボタン11の裏側の位置に突起3aが形成されている。透光性フィルム13とスペーサ16と基板4は、応力発光体14と貫通穴16aと受光素子15とが上下方向に重なり合う位置に配置されるように積層されている。スペーサ16は、透光性フィルム13と基板4との間に介在することにより、両者の間に受光素子15を実装する高さ(空間)を確保する。
応力発光体14は透光性フィルム13の上面に配置されており、応力発光体14と受光素子15との間に介在するものは、透光性フィルム13および貫通穴16a内の空気だけであるので、応力発光体14が光Lを放射したときに、その光Lが受光素子15に到達するようになっている。
FIGS. 2A and 2B show a second embodiment of the contactless switch of the present invention. The
The
The stress-stimulated
可撓性シート3としては、例えばゴムやプラスチック等から形成したものを用いることができる。図2ではボタン11は可撓性シート3と別体に形成され、接着剤やインモールド成形等により可撓性シート3と一体化したものであるが、特にこれに限るものではなく、可撓性シート3とボタン11とを同一の材質により一体に成形することもできる。
本形態例では、ボタン11の押し下げは可撓性シート3の変形を伴うため、ボタン11は可撓性シート3の面に沿う方向よりも面に垂直な方向に動きやすくなる。よって、不必要なボタン11の動作(曲がった向きに押し込まれることなど)を最小限に抑制することができ、スイッチ機構の耐久性向上に寄与する。
As the
In this embodiment, since the pressing of the
第2形態例の無接点スイッチ10Bにおけるボタン11の押下運動から、応力発光体14の発光を経て、受光素子15による電気信号出力に至るまでの流れは、可撓性シート3の突起3aがメタルドームまたはクリックシート12を変形させることのほかは、第1形態例の無接点スイッチ10Aの場合と同様である。また、クリック感を実現する部材としてメタルドームまたはクリックシート12を用いる利点も、第1形態例の無接点スイッチ10Aの場合と同様である。第2の形態例の無接点スイッチ10Bの場合、ボタン11に対するバネ性はメタルドームまたはクリックシート12によって実現されるので、可撓性シート3としては弾性が弱いものを用いても構わない。
In the flow from the pressing motion of the
図3(a),(b)は、本発明の無接点スイッチの第3の形態例を示す。この無接点スイッチ10Cは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン11(キースイッチ)と、ボタン11を支持する可撓性シート3と、透光性フィルム13の片面に配置された応力発光体14と、基板4上に実装された受光素子15と、受光素子15が収容される貫通穴16aが設けられたスペーサ16とから構成されている。
ボタン11は可撓性シート3(フレキシブルシート)の上面に固定されており、可撓性シート3の下面には、ボタン11の裏側の位置に突起3aが形成されている。応力発光体14は、可撓性シート3の突起3aの下方に配置されている。
3A and 3B show a third embodiment of the contactless switch of the present invention. The contactless switch 10 </ b> C is disposed on one side of a button 11 (key switch) inserted into a
The
透光性フィルム13とスペーサ16と基板4は、応力発光体14と貫通穴16aと受光素子15とが上下方向に重なり合うように積層されている。スペーサ16は、透光性フィルム13と基板4との間に介在することにより、両者の間に受光素子15を実装する高さ(空間)を確保する。
応力発光体14は透光性フィルム13の上面に配置されており、応力発光体14と受光素子15との間に介在するものは、透光性フィルム13および貫通穴16a内の空気だけであるので、応力発光体14が光Lを放射したときに、その光Lが受光素子15に到達するようになっている。
The
The stress-stimulated
第3の形態例の無接点スイッチ10Cでは、図3(b)に示すように、ボタン11を押し下げると、ボタン11の変位に連動して可撓性シート3が変形し、可撓性シート3の下面の突起3aが応力発光体14に接触して、応力発光体14に押圧力を付与する。このとき、応力発光体14は押圧力に基づく応力により光Lを放射し、この光Lは透光性フィルム13を通して受光素子15に入射する。受光素子15は、光Lの入射を受けて電気信号を出力する。また、ボタン11に対する外力を解放すると、可撓性シート3の弾性により、図3(a)に示すようにボタン11の位置が元に戻り、応力発光体14の発光および受光素子15の信号出力が停止する。本形態例の場合、メタルドームまたはクリックシート12を省略することにより、構成を簡単にすることができる。
In the contactless switch 10C of the third embodiment, as shown in FIG. 3B, when the
図4(a),(b)は、本発明の無接点スイッチの第4の形態例を示す。この無接点スイッチ10Dは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン11(キースイッチ)と、ボタン11を支持する可撓性シート3と、可撓性フィルム17の片面に配置された応力発光体14と、基板4上に実装された受光素子15と、受光素子15が収容される貫通穴16aが設けられたスペーサ16とから構成されている。
ボタン11は可撓性シート3(フレキシブルシート)の上面に固定されており、可撓性シート3の下面には、ボタン11の裏側の位置に突起3aが形成されている。
4A and 4B show a fourth embodiment of the contactless switch of the present invention. The contactless switch 10 </ b> D is disposed on one side of a button 11 (key switch) inserted into a
The
可撓性フィルム17とスペーサ16と基板4は、応力発光体14と貫通穴16aと受光素子15とが上下方向に重なり合うように積層されている。スペーサ16は、可撓性フィルム17と基板4との間に介在することにより、両者の間に受光素子15を実装する高さ(空間)を確保する。
応力発光体14は可撓性フィルム17の下面に配置されており、応力発光体14と受光素子15との間に介在するものは、貫通穴16a内の空気だけであるので、応力発光体14が光Lを放射したときに、その光Lが受光素子15に到達するようになっている。可撓性フィルム17は、例えばプラスチックやゴム等からなるフィルムであって、透光性フィルムであっても不透明フィルムであってもよい。
応力発光体14を可撓性フィルム17上に配置する方法としては、発光材料を樹脂やゴム等からなるバインダー等と混合し、あるいは液体中に分散し、塗布や印刷などによって可撓性フィルム17上に膜を形成する方法が挙げられる。望ましくは、必要に応じて膜形成の後に乾燥(溶媒の除去等のため)や定温放置、加熱、焼成等を行うことが好ましい。
本形態例の場合、応力発光体14の面積は貫通穴16aの断面積よりも広くなっており、応力発光体14がスペーサ16に当接しないように、貫通穴16aの上側の周縁に凹所16bが形成されている。
The
The
As a method for disposing the stress-stimulated
In the case of this embodiment, the area of the
第4の形態例の無接点スイッチ10Dでは、図4(b)に示すように、ボタン11を押し下げると、ボタン11の変位に連動して可撓性シート3が変形し、可撓性シート3の下面の突起3aが応力発光体14の裏側の領域17aに接触するようになっている。このときボタン11の押し下げによる押圧力は可撓性シート3を介して応力発光体14に伝達され、応力発光体14に押圧力を付与する。このとき、応力発光体14は押圧力に基づく応力により光Lを放射し、この光Lは貫通穴16a内を通って受光素子15に入射する。受光素子15は、光Lの入射を受けて電気信号を出力する。また、ボタン11に対する外力を解放すると、可撓性シート3の弾性により、図4(a)に示すようにボタン11の位置が元に戻り、応力発光体14の発光および受光素子15の信号出力が停止する。本形態例の場合、メタルドームまたはクリックシート12を省略することにより、構成を簡単にすることができる。
In the
図5(a),(b)は、本発明の無接点スイッチの第5の形態例を示す。この無接点スイッチ10Eは、筐体1に形成された穴2に挿入されたボタン11(キースイッチ)と、ボタン11を支持する可撓性シート3と、発光材料を固体媒質中に分散して固化してなる応力発光体14と、基板4上に実装された受光素子15と、受光素子15が収容される貫通穴16aが設けられたスペーサ16とから構成されている。
ボタン11は可撓性シート3(フレキシブルシート)の上面に固定されており、可撓性シート3の下面には、ボタン11の裏側の位置に突起3aが形成されている。
FIGS. 5A and 5B show a fifth embodiment of the contactless switch of the present invention. The
The
スペーサ16は貫通穴16aの上側の周縁に凹所16bが形成されており、応力発光体14は、接着剤等を用いて凹所16bに固定されている。応力発光体14の面積は貫通穴16aの断面積よりも広くなっており、応力発光体14が凹所16bから下に落ちることはない。本形態例において、発光材料の分散に用いられる固体媒質としては、例えば樹脂やゴム等を用いることができる。
The
第5の形態例の無接点スイッチ10Eでは、図5(b)に示すように、ボタン11を押し下げると、ボタン11の変位に連動して可撓性シート3が変形し、可撓性シート3の下面の突起3aが応力発光体14に接触し、応力発光体14に押圧力を付与するようになっている。このとき、応力発光体14は押圧力に基づく応力により光Lを放射し、この光Lは貫通穴16a内を通って受光素子15に入射する。受光素子15は、光Lの入射を受けて電気信号を出力する。また、ボタン11に対する外力を解放すると、可撓性シート3の弾性により、図5(a)に示すようにボタン11の位置が元に戻り、応力発光体14の発光および受光素子15の信号出力が停止する。本形態例の場合、メタルドームまたはクリックシート12やフィルム13,17を省略することにより、構成を簡単にすることができる。
In the
なお、発光材料を固体媒質中に分散して固化してなる応力発光体14を用いた構成において、図2に示す構成のように、応力発光体14と可撓性シート3との間にメタルドームまたはクリックシート12を介在させることもできる。また、図1に示す構成のように、可撓性シート3を省略し、メタルドームまたはクリックシート12によってボタン11を支持する構成を採用することもできる。また、クリック感を実現する部材としてメタルドームまたはクリックシート12を用いた場合、その利点は、図1,図2に示す無接点スイッチ10A,10Bの場合と同様である。
In the configuration using the
本発明の電子機器は、本発明の無接点スイッチを1個以上有する電子機器である。本発明の電子機器において、本発明の無接点スイッチは、例えば家電製品や携帯機器(携帯電話やデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等)、電子計算機などの入力装置として用いることができる。
一例として、本発明の携帯電話における無接点スイッチの構成例を図6に示す。図6は、携帯電話の表側(ボタン11側)の筐体1から、受光素子15を実装したプリント回路基板4までの構成を示す。携帯電話の裏側の筐体、プリント回路基板4上の受光素子15以外の実装部品や配線などは図示を省略している。
図6に示す構成例では、図2の無接点スイッチ10Bを適用した場合を例示したが、他の構成の無接点スイッチを適用してもよいことは言うまでもない。
また、図6に示す方向キー11Aのように、1個のボタン11が、2個以上の応力発光体14,14,…と対応付けられており、ボタン11の押圧した位置により、応力が1個または2個以上の応力発光体14に印加されるように構成してもよい。この場合、受光素子はそれぞれの応力発光体14,14,…の発光を区別して検出できるものであればよいが、本例では、応力発光体14と受光素子15が1個ずつで組になるように設けられている。
The electronic device of the present invention is an electronic device having one or more contactless switches of the present invention. In the electronic device of the present invention, the contactless switch of the present invention can be used as an input device for home appliances, portable devices (such as mobile phones, digital still cameras, and digital video cameras), electronic computers, and the like.
As an example, FIG. 6 shows a configuration example of a contactless switch in the mobile phone of the present invention. FIG. 6 shows the structure from the case 1 on the front side (
In the configuration example shown in FIG. 6, the case where the contactless switch 10 </ b> B of FIG. 2 is applied is illustrated, but it goes without saying that contactless switches of other configurations may be applied.
Further, as in the direction key 11A shown in FIG. 6, one
本発明は、例えば、家電製品や携帯機器、電子計算機などの入力装置の他、各種装置におけるスイッチとして利用することができる。 The present invention can be used as a switch in various devices in addition to input devices such as home appliances, portable devices, and electronic computers.
L…光、1…筐体、3…可撓性シート、3a…突起、10A,10B,10C,10D,10E…無接点スイッチ、11…ボタン、12…メタルドームまたはクリックシート、13…透光性フィルム、14…応力発光体、15…受光素子、17…可撓性フィルム。 L: Light, 1 ... Housing, 3 ... Flexible sheet, 3a ... Projection, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E ... Non-contact switch, 11 ... Button, 12 ... Metal dome or click sheet, 13 ... Translucent , 14 ... Stress light emitter, 15 ... Light receiving element, 17 ... Flexible film.
Claims (14)
前記応力発光体が透光性フィルムの片面に配置されており、前記透光性フィルムが前記応力発光体と前記受光素子との間に介在していることを特徴とする無接点スイッチ。 The contactless switch according to claim 1,
The contactless switch, wherein the stress-stimulated illuminant is disposed on one side of a translucent film, and the translucent film is interposed between the stress-stimulated illuminant and the light receiving element.
前記応力発光体が可撓性フィルムの片面に配置されており、前記ボタンの押し込み操作に基づく押圧力が前記可撓性フィルムにおける前記応力発光体の裏側の領域に印加されるようにとなっていることを特徴とする無接点スイッチ。 The contactless switch according to claim 1,
The stress illuminant is disposed on one side of the flexible film, and a pressing force based on a push operation of the button is applied to a region on the back side of the stress illuminant in the flexible film. A contactless switch characterized by
前記応力発光体は、固体媒質中に応力発光材料を分散してなるものであることを特徴とする無接点スイッチ。 The contactless switch according to claim 1,
The contactless switch, wherein the stress-stimulated luminescent material is obtained by dispersing a stress-stimulated luminescent material in a solid medium.
前記ボタンが可撓性シート上に支持されており、前記可撓性シートの前記ボタンとは反対側の裏面には前記応力発光体に押圧力を伝達する突起が突設されていることを特徴とする無接点スイッチ。 A contactless switch according to any one of claims 1 to 4,
The button is supported on a flexible sheet, and a protrusion for transmitting a pressing force to the stress light emitter is projected on the back surface of the flexible sheet opposite to the button. A contactless switch.
前記可撓性シートがバネ性を有し、前記ボタンの押し込み操作に対して前記ボタンの位置を復帰させる反力を付与することを特徴とする無接点スイッチ。 The contactless switch according to claim 5,
The contactless switch according to claim 1, wherein the flexible sheet has a spring property, and applies a reaction force for returning the position of the button in response to a pressing operation of the button.
前記ボタンと前記応力発光体との間に、バネ性を有するメタルドームまたはクリックシートが配置されていることを特徴とする無接点スイッチ。 A contactless switch according to any one of claims 1 to 5,
A contactless switch, wherein a metal dome or click sheet having a spring property is disposed between the button and the stress-stimulated luminescent material.
前記ボタンの押し込み操作により、前記ボタンが前記応力発光体を直接押すか、または前記ボタンと前記応力発光体との間に介在する部材が前記ボタンの変位に連動して変位して前記応力発光体に押圧力を伝達することによって、前記応力発光体が応力を受けるようになっていることを特徴とする無接点スイッチ。 A contactless switch according to any one of claims 1 to 7,
When the button is pushed, the button directly presses the stress light emitter, or a member interposed between the button and the stress light emitter is displaced in conjunction with the displacement of the button and the stress light emitter. A contactless switch, wherein the stress light emitter is subjected to a stress by transmitting a pressing force to the switch.
前記応力発光体がフィルムの所定の領域に配置されており、
前記ボタンの押し込み操作により、前記ボタンが前記フィルムの所定の領域を直接押すか、または前記ボタンと前記応力発光体との間に介在する部材が前記ボタンの変位に連動して変位して前記フィルムの所定の領域に押圧力を伝達することによって、前記フィルムが変形し、この前記フィルムの変形によって前記応力発光体が応力を受けるようになっていることを特徴とする無接点スイッチ。 A contactless switch according to any one of claims 1 to 7,
The stress illuminant is disposed in a predetermined region of the film;
By pressing the button, the button directly presses a predetermined area of the film, or a member interposed between the button and the stress light emitter is displaced in conjunction with the displacement of the button, and the film A contactless switch, wherein the film is deformed by transmitting a pressing force to a predetermined area of the film, and the stress light emitter is subjected to stress by deformation of the film.
前記受光素子が半導体素子であることを特徴とする無接点スイッチ。 A contactless switch according to any one of claims 1 to 9,
A contactless switch, wherein the light receiving element is a semiconductor element.
前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする無接点スイッチ。 A contactless switch according to any one of claims 1 to 10,
A contactless switch, wherein the light receiving element is a photodiode.
前記受光素子がフォトトランジスタであることを特徴とする無接点スイッチ。 A contactless switch according to any one of claims 1 to 10,
The contactless switch, wherein the light receiving element is a phototransistor.
前記受光素子が表面実装型の部品であることを特徴とする無接点スイッチ。 A contactless switch according to any one of claims 1 to 12,
A contactless switch, wherein the light receiving element is a surface-mounted component.
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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