JP2007520120A - 容量性センサー素子を有する操作装置及びこのような操作装置を有する電気器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の容量性センサー素子の使用の範囲を拡大し、同時に日常の使用における剛健性と信頼性を達成する。
【解決手段】 本発明は、容量性の機能を有する複数のセンサー素子（１７ａ）を含み、これらの素子が、操作領域（１３）として使用される金属性表面（２５）の下に位置付けられている。絶縁層（１９）は複数の素子と金属性表面の間に位置付けられる。金属性表面（２５）に圧力がかけられたとき、センサー素子（１７ａ）の容量は、容量結合により変更される。この変更は対応する数値評価に基づいて決定され得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前文による、電気器具のための操作装置と、電気器具とに関する。

指を置くこと又は指で僅かな圧力をかけることにより複数の電気器具を操作するための操作装置が、多くの異なる形で公知である。ＥＰ ８５９ ４６７ Ａ及びＥＰ ８５９ ４６８ Ａは、操作原理を開示しており、これによれば、著しい圧力をかけること又はカバーされた操作通路無しで、容量変化が容量センサー素子にもたらされ得る。これは始動として数値評価され得る。

電気器具のパネルの下に、例えばガラスセラミックホブの金属フレーム上に、ピエゾ電気素子を有するスイッチを置くことは、ＤＥ １９８ １１ ３７２ Ａから公知である。もし、ピエゾ電気素子を介して、指がパネルのエリアに置かれて一定の圧力がかけられるなら、この圧力はピエゾ電気素子によって検出されて始動として数値評価されることが可能である。もっとも、複数のピエゾ電気素子は比較的高価であり、幾分機械的に傷つきやすい。
ＥＰ ８５９ ４６７ Ａ ＥＰ ８５９ ４６８ Ａ ＤＥ １９８ １１ ３７２ Ａ

本発明の課題は、先行技術の欠点を回避することを可能にし、とくに複数の容量性センサー素子の使用の範囲を拡大し、同時に日常の使用における剛健性と信頼性を達成する、とくに先に述べられた操作装置とこのような操作装置を有する電気器具を提供することである。

この課題は、請求項１の構成を有する操作装置と請求項１３の構成を有する電気器具によって解決される。本発明の有利な発展及び好ましい発展は、更なる請求項の主題を構成し、以下により詳細に説明される。明示的な言及により、請求項の表現は、明細書の内容の一部を構成している。

先行技術の欠点を回避することを可能にし、とくに複数の容量性センサー素子の使用の範囲を拡大し、同時に日常の使用における剛健性と信頼性を達成する。

発明を実施するための形態

本発明によれば、操作装置は、形状可変の、又は弾性を有する操作領域を有し、これはそこへの押圧動作又は指での圧力付加により変形される。操作を開始する圧力は、数ニュートンの力の形で構成される。操作領域の下に容量性の、好ましくは平坦なセンサー素子が、電気伝導性の下方センサー表面の形で設けられている。後者は、容量性センサー素子の容量性プレートを形成する。操作領域とセンサー素子／センサー表面の間に、誘電層が設けられる。操作領域は、その外側又は上部で金属性又は電気伝導性である。もし先に述べられた方式で操作領域に圧力がかけられる場合は、後者は下方センサー表面に近づき、誘電層がより薄くなり、センサー素子に容量変化がある。この容量変化は、対応する数値評価によりモニターされ、操作領域の特定の圧力とそれゆえ特定の落ち込みに一般に対応する特定の量から、所望の操作として数値評価される。

本発明の特有の利点は、その制御及び数値評価の複数の利点を有する容量性センサー素子が、関連付けられた操作領域の金属性表面を備えることがさらに可能であることである。より大きな金属性表面に一体化することがとくに可能であり、視覚的にマークされ得るそこの別体とされていないエリアが、操作領域として使用される。とくに、複数の操作領域の幾つかの異なるセンサー素子を、複数のセンサー素子間の相互の影響又は干渉なく、端から端までの金属性表面の下に設けることも可能である。

操作領域又はそれから形成される材料は、全て電気伝導性を有することが可能である。それは好ましくは単一の材料層で構成される。もしそれが操作装置又は１又はそれより多い操作領域の近傍で連続した方式で構成されるなら、容易に清浄され比較的繊細でない表面を操作装置のために作り出すことが可能である。例えば１ｍｍ未満及びとくに数百μｍの金属箔厚さを有する薄い金属から操作領域を構成することが可能である。材料は、指示された要求のために、十分な弾性を有するランダムな複数の金属により構成され得る。高等級スチール又はクロムメッキされた金属を使用することがとくに可能であり、これは、それらの腐食耐性に関する性質の結果として、重要な利点を提供する。

誘電層は、多くの異なる方式で構成され得る。容量は、センサー素子における絶対量として、関連付けられた誘電定数により影響され得る。誘電体になされる主な要求は、先に述べられた有利な始動力の結果として、圧縮性である。誘電層として空気を提供することもとくに可能である。この目的のために、有利な態様では、一定のスペースがセンサー表面又は素子と操作領域の間に残される。誘電層は、１ｍｍより薄くすることが可能であり、好ましくは数百μｍである。

本発明の好ましい態様において、幾つかのセンサー素子が、いずれの場合もセンサー表面を有するセンサー素子と、それに対する複数の操作領域とを、それらの間の複数の誘電層と共に有し、これらは並置されていて一定の相互スペースを有する。もし、例えば金属プレート又は箔のような全て使用される複数の操作領域が、材料、とくに平坦な材料から造られるなら、単純化がもたらされ得る。有利な態様では、開口は無く、表面が耐水性で容易に清浄され得るようになっている。例えば圧縮目的の弾性のための制限された厚さを達成する目的で、複数の中断部、複数の凹所等が、好ましくは下側に、すなわち複数のセンサー素子に向けて設けられる。

センサー表面は、一定の距離、とくに数ミリメーターで、アース表面を形成する伝導性の表面に囲まれ得る。並置された幾つかのセンサー素子を有する操作装置の場合、電気的に接続された又は連続した共通のアース表面を提供することが有益である。製造工程の間にそれはセンサー表面の複数の面と同じ金属層から形成されることが可能であり、電気的な分離が構造化によりもたらされる。センサー表面と可能なアース表面を、ある状況では電気伝導性の複数の操作領域の下側から分離する目的で、誘電層のセンサー表面と操作領域の間のスペースを作成するため、スペース層が設けられ得る。後者は絶縁性の平坦な材料を構成すべきであり、これは加工できる層としても利用され得る。複数のセンサー表面の近傍において、空気誘電層を形成するように、複数の凹所が設けられることが可能である。代わりに、適切な誘電定数と適当な厚さを有する材料からスペース層を形成することが可能であり、これはセンサー表面と操作領域の間に位置付けられ、これは十分に圧縮可能でなければならない。

本発明の更なる発展によれば、操作領域が、平坦な材料又はカバーから形成されることが可能であり、これらは操作領域よりもかなり大きい。これは例えば１又はそれより多いセンサー素子を有する操作領域、それゆえ例えば電気器具に属するカバー又は側壁における複数の操作領域を構成することを可能にする。こうして、このようにして構成された操作装置は、このような壁に及びとくに電気器具にも一体化され得る。カバー又はその材料を、操作領域の近傍で他の場所よりも薄く帯状に形成することが可能である。この目的のため、例えば下側への材料の複数の窪みを形成することが、とくにパンチング又はスタンピングのような材料除去方法により又は変形方法により可能である。こうして、保持又は保護を与える壁が、そこで操作装置の複数の操作領域に嵌め合わせる目的で、帯状により薄く作成され得る。このようなカバーのための１つの可能性は、電気器具のパネル、例えばフロントパネル又はフレームである。

本発明による電気器具は、少なくとも１つの操作装置を有し、これは上記された複数の構成の１つに相当している。この目的のため、電気器具は、有利な態様では、操作エリアを有し、そこに１又はそれより多い操作領域を有する操作装置が位置付けられる。例えば、電気器具は側部を有するホブとして構成されることが可能であり、これは少なくとも一方の側でパネル又は周囲を囲んだフレームの形状とすることが可能である。操作装置は、例えば側部又はフレームの下に位置付けられた複数のセンサー素子を有する、この側部又はフレームに一体化される。

これらの構成及び更なる構成は、請求項、明細書及び図面から理解することが可能であり、個々の構成は、単独で又はサブコンビネーションの形で、本発明の態様及び他の分野において実施されることが可能であり、有利で独立して保護可能な構成を表現しており、その保護がここで請求されている。本願発明を個々の部分及び更に複題へと細分することは、以下に述べられる記載の一般的有効性を何ら制限するものではない。

図１は、操作領域１３を有する操作装置１１を線図で示し、そこに操作ための又は操作を開始するための僅かな圧力をかける指１４が置かれる。その上部表面で、操作領域１３は、複数の銘刻、複数の押印等のような視覚的に見つけ得る複数のマーキングを実行可能である。対応する表面の構造化が、例えば複数の窪み又は複数の高所を用いた複数のシンボルを使用して、存在することも可能である。

操作装置１１は、サンドイッチ構造を有し、これは以下に説明される。金属コーティング１７は、サポートしての印刷された回路基板１５に張り付けられている。金属コーティング１７は、複数のセンサー素子１７ａに細分されていて、これらの平坦な形状は接続部を有していて図２の平面図から見ることができ、これらは先述の複数のセンサー表面を形成している。複数のセンサー素子１７ａの正方形形状の代わりに、丸形、卵形及び伸びた形を使用することも明らかに可能である。複数のセンサー素子１７ａは、複数のフレーム切り抜き部１８により金属コーティング１７から作り出され、この構造は更に図２に見ることができる。周囲の金属表面１７ｂは、一種のアース表面を形成する。金属コーティング１７は、例えば銅コーティングとして従来の方法を使用して回路基板１５に張り付けられ得る。構造化もまた公知の方式で行われ得る。

金属コーティング１７に絶縁層１９が複数の凹所２０を有して張り付けられていて、これらは複数のセンサー素子１７ａと形状において対応しているが、幾分大きくなっていて複数のフレーム切り抜き部分１８と同様に複数のセンサー素子を取り囲むようになっている。絶縁層１９は、プラスチックフィルム、例えばポリエステルフィルムとすることができる。それは、一方又は両方の側を自己接着式として、構造をより簡単に製造し得るようになっている。

金属箔２５は、絶縁層１９に張り付けられていて、かつ、高等級のスチール箔、薄い高等級のスチールプレート等により構成されることが可能であり、これはとくに表面が露出されて操作領域１３を形成するようになっているとき、清浄されて有利で実際的な方式で処理され得る。

少なくとも操作装置１１又は複数の操作領域１３の近傍で、金属箔２５は全て均一な厚さを有する。代わりの複数の構成において、より厚い金属層又はプレートが、使用されることが可能であり、複数の操作領域１３に渡って薄くされる。

空気層２２で満たされたギャップが、金属箔２５とセンサー素子１７ａの間に形成されていて、充満しているエアとして複数の点線で表現されている。空気層２２は、金属性の操作領域１３とセンサー素子１７ａの間で誘電体を形成し、その機能が以下により詳細に説明される。誘電体としての空気層２２の代わりに、もし何か他の誘電体が操作領域１３をセンサー素子１７ａにより近づける目的で圧縮可能又は圧縮され得るなら、それを使用することも可能である。操作領域１３のこの落ち込みは、指１４の近傍で下向きに曲った破線により描かれている。

複数のセンサー素子１７は、図２において下向きに突出した複数の端部を有し、そこから出た端子２８は、例えば操作装置１１の制御又は数値評価のための、センサー素子１７ａにつながっている。上部の金属箔２５は、破線形状で描かれたように、アース２９に接続され得る。もっとも、これは必ずしも必要でなく、その場合はセンサー素子１７ａ又は金属コーティング１７の周囲表面１７ｂへの容量結合だけがある。

図４は、ホブ３１、とくにガラスセラミックホブを示している。従来の方式において、後者は周囲を囲んだホブフレーム３３を有し、これはその左手下側で、ユーザーに向けられたフロントパネルとして構成されている。フレーム３３は、様々な複数の操作領域１３、すなわち遠くの左にＯＮ−ＯＦＦスイッチと、中央領域に円形状で線図で表された独立した複数のホットプレートのための出力調節スイッチを有する。複数の操作領域１３への圧力により、いずれの場合も関連付けられた機能を開始することが可能である。この構成のために、図１のものと同様な操作装置がホブフレーム３３の下方に位置付けられている。ホブフレーム３３の表面は、金属コーティングしたプレート又は箔から全て形成されることが可能であり、これは図１の金属箔２５に相当する。図１によるサンドイッチ構造が複数の操作領域１３の下に設けられるだけであるので、ホブフレーム３３の残りの領域において、金属は切れ目なく整列され得る。

代わりに、ホブフレームは選択的に数ｍｍの厚さの金属性の平坦な材料から形成され得る。後者は、例えば、複数の操作領域１３の近傍又は関連付けられた操作装置において、この薄くされた複数のエリアにおいて図１のサンドイッチ構造が収容され得るような方式で、下から薄くされる。より厚い金属コーティングを下から薄くする代わりとして、上から薄くすることもあり得る。この場合結果として生じる窪みは、指等の正確な利用のための構造化として使用され得る。

図１の複数の寸法に関して、これらは変更され得ることが指摘される。個々の複数の層の有利な複数の厚さは、回路基板１５のランダムな性質である。金属コーティング１７は、ランダムな厚さ、例えば銅でコートされた回路基板に好都合なほぼ０．１ｍｍの厚さを有することも可能である。絶縁層は、厚さ０．１ｍｍとすることも可能である。それの上の金属箔２５は、複数の試験において高等級スチール箔の形状で０．２ｍｍの厚さで使用されて良い結果が得られた。金属箔２５に関して図１において破線で描かれた誇張された落ち込みは、μｍのレンジ、例えば１０μｍ以下とすることができる。０．２ｍｍの厚さの高等級スチール箔を金属箔２５として有する試験構造物の場合、２３０グラムの重量が落ち込みをもたらして、センサー素子１７ａにおける１８％の容量変化を検出することが可能であるようになっていた。センサー素子１７ａ又は操作領域の表面は、有利な態様では一辺あたりほぼ１から３ｃｍである。これは、指１４を利用する際の、結果としての落ち込みとともに、比較的よく定義された利用表面につながる。

作用
基本的に、本発明による操作装置１１は、容量性センサー素子１７ａの数値評価に基づいており、容量変化は操作によって生じる。このような複数の容量性センサー素子の一例は、幾分異なって構成されたセンサー素子の場合であるが、ＥＰ ８５９ ４６８Ａから公知である。この数値評価回路は、原理的にここでも使用され得る。

指１４を操作領域１３に利用する際の圧縮力ゆえに、後者の又は関連付けられた金属箔２５の一定の落ち込みがある。これは、容量表面を機能的に表現するセンサー素子１７ａとその上の金属箔２５との間のスペースを部分的に変更する。これは、センサー素子１７ａの明確な容量変化につながり、この変化が検出され数値評価され得る。介在された誘電体２２の結果、容量を増加することにより効果が増大されることが可能であり、このようにして数値評価能力が改善される。

絶対的な量としてだけでなく相対的な変化として容量変化を決定することのもう１つの利点は、金属箔２５のすべての時間ベースの下向きの落ち込み及びその結果としての絶対的な容量への変化の機能（関数）として、測定された値の歪曲が起こらないことである。

こうして、本発明は、容量性センサー素子又は容量操作原理を有する操作装置を作り出している。操作装置のための複数の操作領域で、複数の金属表面、とくにそこと結合された複数の高級スチール表面を使用することが同時に可能である。これらは複数の実際的な理由のためとくに有利であり、多くの電気器具、とくに家庭用電気器具で見出される。指での僅かな圧力のみが、操作の目的のために必要とされる。なお、非常に短い複数の操作通路は必要十分であるが、複数の機械スイッチのためのスイッチ通路としては十分でないかも知れない。

本発明による操作装置のサンドイッチ構造を通る断面 並置された幾つかのセンサー素子を有する図１の操作装置の層の平面図 絶縁層の平面図 図１のような操作装置のフレームに一体化されたホブの斜視図

Claims (14)

1. 電気器具、好ましくは家庭用電気器具（３１）のための操作装置であって、操作が、形状可変の、又は弾性を有する操作領域（１３）への圧力により行われ、それの下に容量性センサー素子を設け、そのセンサー素子が、容量性プレートとして電気伝導性の下方センサー表面（１７ａ）を有し、それの上に操作領域（１３）を配置し、それらの間に誘電層（２２）を設けた操作装置において、少なくともその外側で、操作領域（１３）が金属性又は電気伝導性であり、圧力により操作領域が下方センサー表面（１７ａ）に近づいて容量変化することを特徴とする操作装置。
2. 操作領域（１３）が、全体的に電気伝導性であり、とくに単一の材料層（２５）から形成されていて、好ましくは操作装置（１１）又は操作領域の近傍で連続していることを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
3. 操作領域（１３）が、金属箔（２５）のような薄い金属から形成されていて、好ましくは高級スチールで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の操作装置。
4. 誘電層が空気を含み、とくに専ら空気層（２２）で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の操作装置。
5. 誘電層（２２）が１ｍｍより薄く、好ましくはほぼ１００μｍの厚さであり、とくに操作領域（１３）が１ｍｍより薄く、とくにほぼ０．２ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の操作装置。
6. 幾つかのセンサー素子が、いずれもセンサー表面（１７ａ）とその上の操作領域（１３）を有し、それらの間の誘電層（２２）とともに並置されていて、好ましくは複数の操作領域が全て平坦な材料とくに金属箔（１７）で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の操作装置。
7. センサー表面（１７ａ）が、スペースを空けた方式で、アース表面（１７ｂ）を形成する伝導性の表面により囲まれていて、とくに幾つかのセンサー表面が、並置されていて、いずれも連続した共通のアース表面に囲まれていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の操作装置。
8. 複数のセンサー表面（１７ａ）が、とくに複数の金属コーティングとして、サポート（１５）に置かれていて、アース表面（１７ｂ）が、同じ金属コーティングから構造化により作り出された複数のセンサー表面を囲んでいることを特徴とする請求項７に記載の操作装置。
9. とくに絶縁性の平坦な材料（１９）の、スペース層が、複数のセンサー表面（１７ａ）及び複数のアース表面（１７ｂ）を形成する層（１７）に張り付けられていて、複数のセンサー表面（１７ａ）の近傍に複数の凹所（２０）を有し、複数の操作領域（１３）が絶縁性の平坦な材料の層の上に位置付けられていて、誘電層（２２）が、センサー表面と操作領域の間のスペースを通って絶縁性の平坦な材料（１９）の複数の凹所（２０）に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の操作装置。
10. 弾性を有する絶縁性の平坦な材料が、センサー表面（１７ａ）と操作領域（１３）の間に置かれていて、操作領域への圧力により圧縮されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の操作装置。
11. 操作領域（１３）が、平坦な材料（２５）又はカバーにより形成されていて、これが著しく大きく、かつ、その寸法を著しく越えて延在しており、とくに、操作領域又は操作装置（１１）の近傍で、カバーが、好ましくは材料が下側へ窪むことの結果として、より薄く帯状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の操作装置。
12. それが、複数の操作領域（１３）の少なくとも近傍で、パネル又はフレーム（３３）の形状の閉鎖された表面を有するユーザーを向いた外面を有し、複数の操作領域がパネル又はフレーム（３３）から作り出されていて、又は、このパネル又はこのフレームがこれらの複数の操作領域を形成していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の操作装置。
13. 電気器具、とくに家庭用電気器具（３１）であって、それが請求項１〜１２のいずれか１項に記載の操作装置（１１）を、好ましくは操作領域で、有することを特徴とする電気器具。
14. それが周囲を囲んだフレーム（３３）を有するホブ（３１）として構成されていて、操作装置（１１）がフレームに一体化されていて、好ましくは操作領域（１３）がフレーム（３３）により形成され又はこれから作り出されることを特徴とする請求項１３に記載の電気器具。
    
    

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