JP2007173067A

JP2007173067A - タッチ検出機能付きスイッチ装置

Info

Publication number: JP2007173067A
Application number: JP2005369667A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ishigaki; 誠司石垣; Katsuhide Kumagai; 勝秀熊谷
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP4594229B2

Abstract

【課題】スイッチ操作部材を押圧操作する際の触感に影響を与えることなく、スイッチ操作部材へのタッチ操作を検出できる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１の内面において、操作面部１ａから側面部１ｂにかけてメッキ部２０を設け、操作面部１ａの内面にタッチ検出用電極２１、側面部１ｂの内面に可動電極２２を配置する。電極２１，２２は矩形板状をなしており、メッキ部２０によって電気的に接続される。側面部１ｂとボディ３との隙間に可動電極２２と略同形状をなす固定電極２３を可動電極２２と対向するように配置し、プリント配線板２４の挿入穴２５を通じてコネクタ２６を介して配線部に接続する。可動電極２２及び固定電極２３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２１と配線部とは容量性結合を介して電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチ操作部材に手指が接触した際にこれ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。

例えば複数のスイッチ操作部材として複数の操作ボタンを有するスイッチ装置と、その操作ボタンと対応する数の選択部を画面に表示する表示装置とを備え、使用者が選択した操作ボタンを手指にて押圧操作すると、操作ボタンの下側に配設されたスイッチ要素が押圧操作され、その操作ボタンに対応する画面上の選択部が決定されるというものが考えられている。

なお、本発明が解決しようとする課題に対応するような公知文献は発見できなかった。

ところで、上記したようなものにおいては、使用者は、スイッチ装置の操作ボタンを見て選択してから操作する必要がある。このため、使用者は、スイッチ装置の操作ボタンと、表示装置の画面の両方を見る必要があり、操作性が良くないという問題がある。
そこで、このような問題に対処するため、発明者らは次のようなものを考えた。それは、スイッチ装置の操作ボタンに手指が接触した際に、これを検出して、その操作ボタンに対応する選択部の表示状態を変化させるような構成とするものである。このような構成のものによれば、表示画面を見れば、手指が接触している操作ボタンの位置が分かるため、スイッチ装置の操作ボタンを見ずに、表示画面のみを見て操作することが可能となる。

これを実現させるためのスイッチ装置として、発明者らは例えば図３に示す構成のもの（比較例）を考えた。図３は、このスイッチ装置の縦断面図である。スイッチ操作部材を構成する操作ボタン１は合成樹脂により下面側が開口した逆Ｕ字状をなすように形成されていて、その操作面部１ａの下面には、タッチ検出用電極２が設けられている。また、この操作ボタン１の周辺には、操作ボタン１の可動のための空間を挟んでボディ３が位置している。
操作ボタン１の下方には、矩形板状をなすプリント配線板４が配置されており、このプリント配線板４には、プリント配線がなされている。また、プリント配線板４の部品面中央付近には操作ボタン１の照明用のＬＥＤ５が搭載されている。

上記タッチ検出用電極２は、弾性変形可能なフレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit，以下ＦＰＣと称す）６を介してプリント配線板４の図示しない配線部に電気的に接続されている。このＦＰＣ６は、プラスチックシート間に銅製の配線部（図示せず）を挟み込んだような構造となっていて、操作ボタン１の操作面部１ａに配置される一端側の配線部をタッチ検出用電極２としている。
ＦＰＣ６は、操作ボタン１の一方の側面部１ｂの内面、プリント配線板４の図３中左側の部品面及びはんだ面を沿うように屈曲して配置され、操作ボタン１の内部に内ケース１ｃが圧入されることで固定されている。そして、ＦＰＣ６の他端側は、プリント配線板４のはんだ面に搭載されたコネクタ７を介して配線部に接続され、コネクタ７の手前部分において、固定部材８によって固定されている。

プリント配線板４において、操作ボタン１の他方の側面部１ｄの下方に対応する部位に位置させて、スイッチ要素としてのタクトスイッチ９が配設されている。なお、操作ボタン１の側面部１ｂとプリント配線板４の部品面との間には、操作ボタン１の側面部１ｂの下方向への移動を許容する隙間が設定されている。
なお、図示した構成では、操作ボタン１が１個のみであるが、複数の選択部と対応させる場合には、操作ボタン１を含むユニットを複数個用意する。そして、各配線部及びタクトスイッチ９は、例えばマイクロコンピュータからなる制御装置（図示せず）に接続される。

次に、このスイッチ装置のタッチ検出回路１０について、図４を参照して説明する。このタッチ検出回路１０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１１，負荷抵抗１２，タッチ検出用電極２，高周波信号の検波及び平滑を行う検波部１３，オペアンプ１４を備えて構成されている。発振部１１の出力端子には、負荷抵抗１２及びＦＰＣ６を介してタッチ検出用電極２が接続されている。検波部１３は、ダイオード及びコンデンサなどからなり、発振部１１からの高周波信号が入力されている。また、検波部１３の出力はオペアンプ１４を介して、増幅及びオフセットされた信号Ｖｏｕｔとして制御装置に入力されている。なお、発振部１１，負荷抵抗１２，検波部１３，オペアンプ１４は、パッケージ化され静電容量検出ＩＣ１５を構成している。

上記構成において、使用者の手指が操作ボタン１の上面の操作面部１ａに接触すると、発振部１１から出力された高周波信号は、タッチ検出用電極２及び使用者の手指により形成されたコンデンサＣのインピーダンスと負荷抵抗１２とで分圧されて検波部１３に入力される。従って、手指が触れていない状態と比べて、検波部１３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１３及びオペアンプ１４を介して出力される信号Ｖｏｕｔのレベルも小さくなる。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１への手指の接触を検出し、図示しない表示装置の画面において、その操作ボタン１に対応する選択部の表示状態を変える。そして、その操作ボタン１が下方へ押圧操作され、この操作ボタン１の側面部１ｄによりタクトスイッチ９が押圧操作されると、制御装置は、例えば表示装置の画面上の選択部の表示状態を決定状態に変化させる。

しかしながら、上記した構成のスイッチ装置では、使用者が操作ボタン１の押圧操作を行う際、屈曲したＦＰＣ６による弾性力が使用者に与える触感に影響を及ぼしてしまうことが考えられる。従って、本来意図していたものと違う触感を使用者に与えてしまうなどで使い心地が悪くなってしまうおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチ操作部材を押圧操作する際の触感に影響を与えることなく、スイッチ操作部材へのタッチ操作を検出することができる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。

上記した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、手指が接触したことを検出するためのタッチ検出用電極を有したスイッチ操作部材と、前記スイッチ操作部材が押圧操作されることに伴い当該スイッチ操作部材を介して押圧操作されるスイッチ要素と、前記スイッチ操作部材に設けられ、前記タッチ検出用電極に接続された第１の電極と、前記第１の電極と対向し容量結合するように配設された第２の電極と、前記第２の電極に接続されると共に、前記第１の電極及び第２の電極間の静電容量結合を介して前記タッチ検出用電極と電気的に接続された配線部を有したプリント配線板とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、使用者の手指がスイッチ操作部材に接触するとタッチ検出用電極における静電容量が変化する。配線部側では、第１及び第２の電極による静電容量結合を介してこの静電容量の変化を検出することができる。そして、使用者がスイッチ操作部材を押圧してスイッチ要素を操作する場合、タッチ検出用電極が設けられたスイッチ操作部材と配線部が設けられたプリント配線板との間には、この押圧操作に影響を及ぼすものは存在しないのでスイッチ要素を押圧操作する触感のみが使用者に伝わる。従って、スイッチ操作部材の押圧操作の触感に影響を与えることなく、スイッチ操作部材へのタッチ操作を検出することができる。

以下、本発明の一実施例について図１及び図２を参照して説明する。なお、図３及び図４と同一の部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。図１は、タッチ検出機能付きスイッチ装置の縦断面図である。本実施例において、操作ボタン１（スイッチ操作部材に相当）の内面には、操作面部１ａから側面部１ｂにかけて、例えば銅メッキが施されメッキ部２０が設けられている。これにより、操作面部１ａの内面にタッチ検出用電極２１、側面部１ｂの内面に可動電極２２（第１の電極に相当）を配置している。また、これらの電極２１，２２は矩形板状をなしており、メッキ部２０によって電気的に接続されている。

操作ボタン１の側面部１ｂとボディ３との隙間には、可動電極２２と略同形状をなす固定電極２３（第２の電極に相当）が可動電極２２と対向するように配置されている。この固定電極２３は、プリント配線板２４の挿入穴２５を通じてはんだ面に搭載されたコネクタ２６を介して図示しない配線部に接続されている。なお、可動電極２２及び固定電極２３により平行平板コンデンサＣ１が形成されるため、タッチ検出用電極２１と配線部とは容量性結合を介して電気的に接続されている。

次に、タッチ検出回路２７の等価回路について図２を参照して説明する。タッチ検出回路２７は、可動電極２２及び固定電極２３からなる平行平板コンデンサＣ１を備えて構成されており、発振部１１の出力端子には、負荷抵抗１２及び平行平板コンデンサＣ１を介してタッチ検出用電極２１が接続されている。使用者の手指が操作ボタン１の上面の操作面部１ａに接触した場合、タッチ検出用電極２１及び使用者の手指とで形成されるコンデンサＣ２と、平行平板コンデンサＣ１とは直列接続された状態になる。この場合、Ｃ１とＣ２の合成コンデンサＣ３の静電容量は、次のように表わすことが出来る。
Ｃ３＝（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）［Ｆ］
また、本実施例では、タッチ検出用電極２１及び使用者の手指により形成されるコンデンサＣ２の静電容量が１〜数ｐＦであるのに対して、平行平板コンデンサＣ１の静電容量は、可動電極２２及び固定電極２３の大きさや電極間距離などを調整することで、数百ｐＦとコンデンサＣ２の静電容量よりも二桁大きい値、例えば１００倍程度に設定されている（Ｃ１≫Ｃ２）。従って、Ｃ１はＣ２と比べて十分に大きい値であるので、上記式より合成コンデンサＣ３の静電容量は、コンデンサＣ２の静電容量と略同じとみなすことができる（Ｃ３≒Ｃ２）。

上記構成において、使用者の手指が操作面部１ａに接触すると、発振部１１から出力された高周波信号は、合成コンデンサＣ３のインピーダンス、つまりタッチ検出用電極２１及び使用者の手指により形成されたコンデンサＣ２のインピーダンスと負荷抵抗１２とで分圧されて検波部１３に入力される。すると、比較例の場合と同様に、信号Ｖｏｕｔのレベルも小さくなるので、制御装置は、操作ボタン１への手指の接触を検出し、操作ボタン１に対応する選択部の表示状態を変える。

また、使用者によって操作ボタン１が下方へ押圧操作され、操作ボタン１の側面部１ｄによりタクトスイッチ９（スイッチ要素に相当）が押圧操作された場合、操作ボタン１とプリント配線板２４とはタクトスイッチ９のみを介して接触しているので、使用者には、タクトスイッチ９の押圧に伴う触感のみが伝わる。そして、制御装置は、比較例の場合と同様に選択部の表示状態を決定状態に変化させる。

以上のように本実施例によれば、タッチ検出用電極２１とプリント配線板２４の配線部との電気的接続を、可動電極２２及び固定電極２３からなる平行平板コンデンサＣ１を介して行うことにより、操作ボタン１は、タクトスイッチ９のみを介してプリント配線板２４と接触させるようにした。従って、操作ボタン１の押圧操作の触感に影響を与えることなく、操作ボタン１へのタッチ操作を検出することができる。
また、使用者が操作ボタン１を押圧操作するときの触感は、タクトスイッチ９の押圧に伴う触感と略同じになる。従って、タクトスイッチ９の押圧時における触感の設計を行うだけで、操作ボタン１の押圧操作に伴う所望の触感を実現することが可能となる。さらに、タッチ検出用電極２１とプリント配線板２４の配線部とを電気的にのみ接続し、非接触状態としたので組付け性が向上する。

なお、本発明は上記し、且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形又は拡張が可能である。
本実施例では、可動電極２２及び固定電極２３からなるコンデンサＣ１の静電容量は、タッチ検出用電極２１及び使用者の手指により形成されるコンデンサＣ２の静電容量の１００倍程度に設定したが、検波部１３，オペアンプ１４，制御装置など後段の回路の精度に応じて操作ボタン１へのタッチ操作が検出できるような値に設定すれば、１００倍より大きくても或いは小さくてもよい。
また、操作ボタン１の形状又は大きさなどに応じて、コンデンサＣ１の静電容量がコンデンサＣ２の１００倍よりも大きくなるように可動電極２２，固定電極２３の形状又は大きさなどを変更してもよい。

本実施例では、固定電極２３とプリント配線板２４の配線部との接続を、プリント配線板２４の半田面に搭載されたコネクタ２６を介して行うようにしたが、コネクタ２６は部品面に搭載されていてもよい。また、接続強度など信頼性に問題が無ければ、コネクタ２６を介さずに直接プリント配線板２４にはんだ付けで接続してもよい。
また、タッチ検出用電極２１及び可動電極２２を銅メッキにより構成したが、金属板やフレキシブルプリント配線板を用いて構成してもよい。

本発明の一実施例を示すタッチ検出機能付きスイッチ装置の縦断面図タッチ検出回路の等価回路を示す図比較例を示す図１相当図図２相当図

符号の説明

図面中、１は操作ボタン（スイッチ操作部材）、９はタクトスイッチ（スイッチ要素）、２１はタッチ検出用電極、２２は可動電極（第１の電極）、２３は固定電極（第２の電極）、２４はプリント配線板を示す。

Claims

手指が接触したことを検出するためのタッチ検出用電極を有したスイッチ操作部材と、
前記スイッチ操作部材が押圧操作されることに伴い当該スイッチ操作部材を介して押圧操作されるスイッチ要素と、
前記スイッチ操作部材に設けられ、前記タッチ検出用電極に接続された第１の電極と、
前記第１の電極と対向し容量結合するように配設された第２の電極と、
前記第２の電極に接続されると共に、前記第１の電極及び第２の電極間の静電容量結合を介して前記タッチ検出用電極と電気的に接続された配線部を有したプリント配線板とを備えていることを特徴とするタッチ検出機能付きスイッチ装置。