JP2008021508A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低荷重の押圧操作で電極間が導通する構成において、押圧操作により確実に導通することができると共に、非押圧状態では非導通状態を確実に維持することができるスイッチ装置を提供する。
【解決手段】プリント基板５には複数のスイッチ素子６が搭載されている。このスイッチ素子６は、固定部９の表面に形成された貯留部１０の底面に固定電極１１を形成し、内部に非電導液体１２を貯留して構成されている。貯留部１０は閉鎖部１３により閉鎖されており、その閉鎖部１３に形成された孔部１３ａに可動部８が上下動可能に支持されている。可動部８は、非電導液体１２により浮上している。スイッチ素子６は保護シート７で保護されている。スイッチ装置１に対するタッチ操作により可動部８が通常位置から下方に移動し、可動部８の下面に設けられた可動電極１４が固定電極１１に接触して導通する。
【選択図】図３

Description

本発明は、低荷重で操作可能なスイッチ装置に関する。

近年のスイッチ装置において、低荷重の押圧操作で接点間の導通ができる低荷重操作用のスイッチ装置、例えばメンブレンスイッチに対する市場の必要性が高まっている。
従来のメンブレンスイッチは、シート状の可動電極と固定電極との間にスペーサにより所定間隙を設け、使用者の可動電極に対する押圧操作により低荷重で接点間の導通を行うことができるものであった（特許文献１参照）。
特表２００５−５２８７４０号公報

しかしながら、シート状の可動電極と固定電極との間をスペーサにより所定間隙を保持する構成であることから、可動電極の狭い領域を押圧された場合は、荷重が集中することにより可動電極が容易に変形して固定電極に接触して導通するものの、指先のように比較的広い範囲を押圧された場合は、荷重が分散することにより可動電極が変形しにくくなり、電極間が導通しにくくなる。また、温度変化などにより部材に寸法変動が生じると、非押圧操作状態で電極間の非導通状態を維持することが困難となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、低荷重の押圧操作で電極間が導通する構成において、押圧操作により確実に導通することができると共に、非押圧状態では非導通状態を確実に維持することができるスイッチ装置を提供することにある。

本発明は、固定電極を有した固定部と、押圧操作に応じて通常位置から押圧方向へ移動する可動電極を有した可動部とを備え、前記可動部に対する押圧操作に応じて前記可動電極が前記固定電極に接触することにより導通するスイッチ素子を備えたスイッチ装置において、前記可動部の非押圧操作状態で当該可動部を前記通常位置に保持する浮力を付与する浮力付与手段を設けたものである（請求項１）。

上記構成において、前記固定部は、基材に形成された貯留部から構成され、前記固定電極は、前記貯留部の底面に設けられ、前記可動電極は、前記可動部の下面に設けられ、前記浮力付与手段は、前記貯留部に貯留された非電導液体であり、前記可動部は、前記非電導液体により浮力が付与されていてもよい（請求項２）。

前記スイッチ素子がプリント基板に複数搭載された状態で保護シートにより被覆されることによりメンブレンスイッチとして構成されているようにしてもよい（請求項３）。
また、前記固定部及び前記可動部は、所定間隙を有して対向するシートであり、前記固定電極及び前記可動電極は、前記シート上に設けられた導電パターンであり、前記浮力付与手段は、前記所定間隙に封入された非電導液体であり、前記可動部となるシートは、前記浮力付与手段により前記固定部となるシートに対して浮力が与えられているようにしてもよい（請求項４）。

請求項１の発明によれば、通常時は、可動部に対して浮力付与手段により浮力が付与されて通常位置に位置しているので、スイッチ素子はオフしている。可動部が押圧操作されると、可動部が浮力付与手段による浮力に抗して移動することにより可動電極が固定電極に接触して導通するようになる。この場合、浮力付与手段による可動部に対する浮力は小さいことから、荷重面積の大小にかかわらず可動電極を固定電極に確実に接触させることができる。また、例えば周囲温度の上昇により各部材の寸法が変動するにしても、その変動を浮力付与手段の浮力により吸収することが可能となる。

請求項２の発明によれば、可動部は、基材の貯留部に貯留された非電導液体により浮力が与えられているので、可動部が押圧操作されたときは、可動部の下面に設けられた可動電極が貯留部の底面に設けられた固定電極に接触して導通することができる。
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２の発明をメンブレンスイッチとして実施することができる。

請求項４の発明によれば、メンブレンスイッチに適用した場合は、可動部となるシートが非電導液体により浮力が与えられた状態となっているので、温度変動により可動部となるシートの寸法が変動するにしても、その外乱を非電導液体の浮力により吸収することが可能となる。この場合、浮力付与手段は非電導液体であるので、可動電極と固定電極とが導通してしまうことを防止できる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例につき図１ないし図３を参照して説明する。
図２には、本発明を自動車のカーナビゲーションの操作に用いられるスイッチ装置として使用した実施例が示されている。このスイッチ装置１は、運転者が車両を運転しながら操作可能な位置に設置されるもので、スイッチ装置１に対する操作位置がカーナビゲーション２の表示器３にカーソル位置として表示されるようになっている。

図２に示すように、スイッチ装置１は、ケース４内にプリント基板５（図１参照）を収納して構成されている。プリント基板５の表面には複数のスイッチ素子６がマトリックス状に実装されており、それらのスイッチ素子６を保護シート７で被膜することによりメンブレンスイッチとして構成されている。使用者は、スイッチ装置１の表面を軽くなぞり、決定したい箇所に来たときに、指をスイッチ装置１から離すことで決定操作が可能となる。

図１は、スイッチ素子６の縦断側面図を示している。この図１に示すように、スイッチ素子６は、可動部８と固定部９とから構成されている。可動部８と固定部９は、半導体であるシリコン基材を半導体製造で用いられるエッチングにより化学処理して形成されており、全体の外形寸法は数ｍｍ平方である。

固定部９の表面には、陥没形状の貯留部１０が形成されている。この貯留部１０の底面には固定電極１１が形成されており、それらの固定電極１１が導電パターンを通じてプリント基板５の配線パターン（何れも図示せず）と接続されている。貯留部１０には非電導液体（浮力付与手段に相当）１２が所定量封入されている。

貯留部１０は、閉鎖部１３により閉鎖されている。この閉鎖部１３は固定部９の表面に形成した圧膜からなり、貯留部１０に貫通する孔部１３ａを有して形成されている。
可動部８は、貯留部１０に位置するフロート８ａと、このフロート８ａの上部に連結されて閉鎖部１３の孔部１３ａを貫通する軸部８ｂと、この軸部８ｂに連結された操作部８ｃとから構成されている。フロート８ａの下面には可動電極１４が形成されている。

通常状態では、可動部８のフロート８ａが貯留部１０に貯留されている非電導液体１２の浮力により図１に示す通常位置に位置している。
次に上記構成の作用について説明する。
カーナビゲーション２を動作させると、表示器３にはその時点で操作可能な動作に対応したボタンが表示される。
車両の運転者は、スイッチ装置１の表面をなぞる感覚でスイッチ装置１の表面に対して指による低荷重の押圧操作（タッチ操作）を行う。すると、指で低過重の押圧操作が行われた部位に位置するスイッチ素子６の可動部８が、図１に示す通常位置から非電導液体１２の浮力に抗して下方に移動するので、図３に示すように可動部８のフロート８ａの下面に設けられた可動電極１４が固定部９の貯留部１０の底面に設けられた固定電極１１に接触する。これにより、固定電極１１間が可動電極１４により導通するようになるので、そのスイッチ素子６がオンしたことを示す検出信号がカーナビゲーション２に出力される。この場合、使用者によるタッチ操作に応じて複数のスイッチ素子６がオンしたときは、複数のスイッチ素子６がオンしたことを示す検出信号がカーナビゲーション２に出力される。

カーナビゲーション２は、１個のスイッチ素子６がオンしたことを検出したときは、オンしているスイッチ素子６の位置に対応した位置に表示器３に表示しているカーソルを移動する。また、複数のスイッチ素子６がオンしていることを検出したときは、それらのスイッチ素子６の中心位置にカーソルを移動する。従って、運転者がスイッチ装置１に対するタッチ操作位置を移動したときは、それに伴って表示器３に表示されているカーソル位置が移動することになる。このとき、表示器３に表示しているボタンにカーソルが位置したときは、そのボタンを選択表示することにより当該ボタンが選択されていることを示す。

運転者は、スイッチ装置１に対するタッチ操作により表示器３に表示されている所望のボタンが選択表示されたときは、スイッチ装置１に対するタッチ操作を解除する。すると、非電導液体１２の浮力により可動部８が上昇するようになるので、可動部８が通常位置に復帰するようになる。これにより、スイッチ装置１から指を離した位置で、その位置のスイッチ素子６が最後にオフするので、カーナビゲーション２は、最後にオフしたスイッチ素子６の位置で決定操作が行われたと判断する。この場合、スイッチ素子６がオンする場合と同様に、複数のスイッチ素子６が同時にオフしたときは、その中心位置で決定操作が行われたと判断する。
カーナビゲーション２は、上述のようにボタンが選択表示した状態で決定操作が行われたときは、その時点で選択表示されているボタンに応じた動作を実行する。

このような実施例によれば、貯留部１０に貯留された非電導液体１２により可動部８に対して浮力を与えるようにしたので、スイッチ素子６を押圧操作した場合は、可動部８が非電導液体１２による浮力に抗して移動して固定電極１１に接触して導通させることができる。この場合、非電導液体１２による可動部８に対する浮力は小さいので、荷重面積の大小にかかわらず可動電極１４を固定電極１１に確実に接触させることができる。また、周囲温度の上昇により各部材の寸法が変動するにしても、その変動を非電導液体１２の浮力により吸収することが可能となる。さらに、保護シート７の寸法が変動するにしても、保護シート７をスイッチ素子６で支持することができるので、スイッチ素子６のオフ状態を確実に維持することができる。
しかも、可動部８と固定部９とを半導体材料のシリコン基材から形成するようにしたので、半導体の製造方法を用いて製作することが可能となり、極めて精密に形成することができる。

（第２実施例）
次に、本発明をメンブレンスイッチに適用した第２実施例について図４および図５を参照して説明する。
図４は、スイッチ装置の断面を模式的に示している。この図４において、スイッチ装置２１は、上部シート（可動部に相当）２２と下部シート（固定部に相当）２３との間に非電導液体（浮力付与手段に相当）２４が封入して構成されており、その非電導液体２４により所定間隙が設けられている。つまり、上部シート２２は、下部シート２３に対して非電導液体２４により浮力が与えられた状態となっている。上部シート２２と下部シート２３において対向する面には例えばＩＴＯ膜からなる可動電極２５及び固定電極２６がそれぞれ格子状に形成されており、それらの電極２５，２６によりスイッチ素子２７が構成されている。そして、可動電極２５と固定電極２６とが接触した場合は、その接触位置を示す信号が外部に出力されるようになっている。尚、図４では、可動電極２５と固定電極２６とが平行となるように示しているが、実際には交差するように形成されており、その交差部位がスイッチ素子２７に設定されている。

使用者が上部シート２２を押圧操作すると、図５に示すように上部シート２２において押圧操作された部位が通常位置から変形し、可動電極２５が固定電極２６に接触してスイッチ素子２７が導通（オン）するようになるので、その位置を示す信号がカーナビゲーション２に出力されるようになる。従って、カーナビゲーション２は、スイッチ装置２１から出力される信号に基づいてスイッチ装置２１の何れの位置がタッチ操作されたかを検出することができる。
そして、使用者が押圧操作を終了すると、上部シート２２が非電導液体２４の浮力により通常位置に復帰するようになるので、可動電極２５と固定電極２６との導通が解除される。

このような実施例によれば、上部シート２２と下部シート２３との間に非電導液体２４を封入することにより、上部シート２２に非電導液体２４により浮力を与えるようにしたので、荷重面積の大小にかかわらず可動電極２５を固定電極２６に接触して導通させることができる。また、温度上昇により上部シート２２に撓みが生じるにしても、通常時にスイッチ素子２７のオフ状態を維持することができる。

本発明は、上記しか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、次のような変形または拡張が可能である。
第１実施例において、可動部８の操作部８ｃの下面に可動電極１４を設けると共に、閉鎖部１３の上面に固定電極１１を設け、可動部８に対する押圧操作により可動電極１４を固定電極１１に接触させて導通させるようにしてもよい。この場合、貯留部１０に浮力付与手段として非電導液体である必要はないことから、貯留部１０に導電性液体を貯留するようにしてもよい。
第２実施例において、上部シート２２と下部シート２３との間に従来設けられていたスペーサを設けるようにしてもよい。この場合、スペーサの間隔を従来よりも広く設けることにより、本発明の効果を発揮させることができる。

本発明の第１実施例におけるスイッチ素子を模式的に示す縦断面図 スイッチ装置の斜視図 押圧操作状態で示す図１相当図 本発明の第２実施例におけるスイッチ装置を模式的に示す縦断面図 押圧操作状態で示す図４相当図

符号の説明

図面中、１はスイッチ装置、２はカーナビゲーション、３は表示器、５はプリント基板、６はスイッチ素子、７は保護シート、８は可動部、９は固定部、１０は貯留部、１１は固定電極、１２は非電導液体（浮力付与手段）、１４は可動電極、２１はスイッチ装置、２２は上部シート（可動部）、２３は下部シート（固定部）、２４は非電導液体（浮力付与手段）、２５は可動電極、２６は固定電極、２７はスイッチ素子である。

Claims (4)

1. 固定電極を有した固定部と、押圧操作に応じて通常位置から押圧方向へ移動する可動電極を有した可動部とを備え、前記可動部に対する押圧操作に応じて前記可動電極が前記固定電極に接触することにより導通するスイッチ素子を備えたスイッチ装置において、
   前記可動部の非押圧操作状態で当該可動部を前記通常位置に保持する浮力を付与する浮力付与手段を備えたことを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記固定部は、基材に形成された貯留部から構成され、
   前記固定電極は、前記貯留部の底面に設けられ、
   前記可動電極は、前記可動部の下面に設けられ、
   前記浮力付与手段は、前記貯留部に貯留された非電導液体であり、
   前記可動部は、前記非電導液体により浮力が付与されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチ装置。
3. 前記スイッチ素子がプリント基板に複数搭載された状態で保護シートにより被覆されることによりメンブレンスイッチとして構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のスイッチ装置。
4. 前記固定部及び前記可動部は、所定間隙を有して対向するシートであり、
   前記固定電極及び前記可動電極は、前記シート上に設けられた導電パターンであり、
   前記浮力付与手段は、前記所定間隙に封入された非電導液体であり、
   前記可動部となるシートは、前記浮力付与手段により前記固定部となるシートに対して浮力が与えられていることを特徴とする請求項１記載のスイッチ装置。
   
   

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