JP2010193492A - モールド成型/一体化タッチ・スイッチ/コントロールパネル・アセンブリおよびその製作方法 - Google Patents
モールド成型/一体化タッチ・スイッチ/コントロールパネル・アセンブリおよびその製作方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】本発明は、製造工程の簡素化、製造コスト削減、タッチスイッチ性能の最適化、タッチスイッチの柔軟設計を可能にする一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリである。
【解決手段】本発明は、タッチスイッチ支持体を他の基板に一体化し、そのタッチスイッチに対応する接触面を設けたコントロールパネルとして基板を機能させる。一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリを製作するために、一体化された熱成型可能な射出成型された基板を備えたタッチスイッチの一体化に関する。このアセンブリは尾根、窪み、アンカー、重なり部、リベット、ベゼルまたは他のハウジングを含む。それらは平坦面、湾曲面の任意の組み合わせを持つことができる。さらに、そのようなアセンブリを自動車など、他のアセンブリの部材に組み込むことができる。
【選択図】図30
【解決手段】本発明は、タッチスイッチ支持体を他の基板に一体化し、そのタッチスイッチに対応する接触面を設けたコントロールパネルとして基板を機能させる。一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリを製作するために、一体化された熱成型可能な射出成型された基板を備えたタッチスイッチの一体化に関する。このアセンブリは尾根、窪み、アンカー、重なり部、リベット、ベゼルまたは他のハウジングを含む。それらは平坦面、湾曲面の任意の組み合わせを持つことができる。さらに、そのようなアセンブリを自動車など、他のアセンブリの部材に組み込むことができる。
【選択図】図30
Description
(関連出願の相互参照)
この出願は2001年11月20日出願のU.S. Provisional Patent Applications No. 60/334,040と、2001年12月18日出願のNo. 60/341,350、No. 60/341,550、No. 60/341,551を基礎として優先権を主張する。上記3出願の開示内容は引用によりここに包含される。
この出願は2001年11月20日出願のU.S. Provisional Patent Applications No. 60/334,040と、2001年12月18日出願のNo. 60/341,350、No. 60/341,550、No. 60/341,551を基礎として優先権を主張する。上記3出願の開示内容は引用によりここに包含される。
本発明はタッチスイッチに関する。特に、本発明は熱成形や射出成形等の成形技術を用いてコントロールパネルや他の基板にタッチスイッチを一体化することに関する。
タッチスイッチは、機械的なスイッチと比較して多くの利点を持っており、その代替品として長い間使用されている。周知のタッチスイッチは一般に、タッチパッドと関連制御回路を含んでいる。タッチパッドは通常、一つ以上の電極からなり、剛性または可撓性の支持体に取り付けられた他の電子部品を含む場合もある。関連制御回路はタッチパッドの近傍またはタッチパッドから離れた位置、あるいは別の位置で支持体に取り付けることができる。タッチスイッチ支持体は一般に、タッチスイッチ支持体上のタッチパッドに対応する一つ以上の接触面を備えた別の予備成型パネルに取り付けられる。このパネルすなわち接触面基板(ここでは、コントロールパネルまたはコントロールパネル基板と呼ぶ)は一般にガラスまたはプラスチックで作られていて、人間工学的または装飾的なコントロールパネルインタフェースとして働く構造と特徴をもつ。タッチスイッチ支持体は一般に、スタッド/ブラケット構造などの機械的な手段、スナップ式プラスチックアセンブリ、接着剤、または上記と他の機械的取り付け構造および技術との組み合わせを使用することによって、接触面基板に取り付けられる。
一般にユーザは、接触面基板上の対応する接触面に触れるか、その上の付属物等に手を接近させることによって、タッチスイッチを作動させ、その結果、タッチスイッチの関連制御回路が応答する。この応答は、タッチパッドと接触面の間隔(距離)や、タッチスイッチ支持体、接触面基板、その他を含むパネルの材料特性などの要素に影響される。タッチスイッチの設計と動作に関する詳細は、例えば米国特許No. 5,594,222、No. 5,856,646、No. 6,310,611、No. 6,320,282B1において参照することができる。
一般にユーザは、接触面基板上の対応する接触面に触れるか、その上の付属物等に手を接近させることによって、タッチスイッチを作動させ、その結果、タッチスイッチの関連制御回路が応答する。この応答は、タッチパッドと接触面の間隔(距離)や、タッチスイッチ支持体、接触面基板、その他を含むパネルの材料特性などの要素に影響される。タッチスイッチの設計と動作に関する詳細は、例えば米国特許No. 5,594,222、No. 5,856,646、No. 6,310,611、No. 6,320,282B1において参照することができる。
上に述べた従来のアセンブリ技術は一般に効果的であるが、接触面基板にタッチスイッチ支持体を最適状態で一体化した場合より劣ることがあり、タッチスイッチの動作に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、スタッド/ブラケット取り付け方法は、取り付け部材、タッチスイッチ支持体、接触面基板における機械的ばらつきが原因で、タッチパッドと接触面基板上の対応接触面間のスペースが不揃いになる場合がある。また、スタッド/ブラケット・アセンブリは、特に振動の強い環境や、その他の厳しい環境で分解することがある。単純な接着による取り付け方法の場合は、タッチスイッチ支持体と接触面基板間で接着剤が不均一になると、タッチスイッチと対応接触面間のスペースにばらつきが生じる。また、接着剤自体の材料に気泡やむらがあると、タッチスイッチの性能に悪影響を及ぼすことがある。
さらに、上記従来技術には、最終的なタッチスイッチ/接触面インタフェースの設計に限界がある。例えば、従来方法でタッチスイッチが取り付けられる予備成型基板は、製作および取り付け工程を容易にするために一般に平坦形状である。従来の取り付け方法によってタッチスイッチを非平坦基板に取り付ける場合、取り付け工程の複雑さの問題と、取り付け自体の確実性に関する問題が生じることがある。
本発明は、タッチスイッチ支持体を他の基板に一体化し、そのタッチスイッチに対応する接触面を設けたコントロールパネルとして基板を機能させることによって、従来技術の欠点を克服する。本発明では例えば、タッチスイッチとその支持体を熱成形または射出成形等の成型工程において接触面基板に一体化する。このような成型技術では、さらに一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリへの個別部品の確実な取り付けを保証するために、機械的アンカーと接着剤を使用することができる。
本発明による一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリには、ユーザに触覚フィードバックを与える凹凸を形成し、成型基板のユーザインタフェース部を填め込むベゼルとハウジングを設けることができる。また、本発明による一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリは、更に大きく、より複雑なアセンブリのコンポーネントとして実現することができる。本発明は、例えば自動車の電動窓を作動させるためのタッチスイッチを自動車のドア・パネルまたはセンターコンソールに一体化するために利用することができる。本発明の一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリにより、製造工程の簡素化、製造コスト削減、タッチスイッチ性能の最適化、タッチスイッチの柔軟設計が可能になり、タッチスイッチに適した用途、種類が広がる。
図面は一般的な説明手段として容量性タッチスイッチと電界タッチスイッチを示しているが、当業者には明らかな通り、本発明の原理は様々なタッチスイッチ装置、限定的ではないが例えば容量性タッチスイッチ、赤外線タッチスイッチ、電界タッチスイッチ、音響タッチスイッチ、電磁タッチスイッチに適用することができる。具体的な例として、米国特許No. 5,594,222、No. 5,856,646、No. 6,310,611、No. 6,320,282(発明者はいずれもDavid W. Caldwell)に開示されているタッチスイッチがある。上記米国特許の開示は引用により、ここに包含される。2002年10月15日出願の発明者David W. Caldwellによる米国特許 Serial No. 10/271,933「Intelligent Shelving System」、 No.10/272,377「Touch Switch with Integrated Control Circuit」、No. 10/272,047「Touch Sensor with Integrated Decoration」and No. 10/271,438「Integrated Touch Sensor and Light Apparatus」はすべて、引用によりここに包含される。
図1A−1Fはタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリを形成するためにタッチスイッチ支持体を接触面基板に取り付ける既知の方法を示す。図1Aは図1Bに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの個々の層を示す。アセンブリは、電極60、一体化制御回路62、電気トレース63を備えたタッチスイッチ40を3個支持するタッチスイッチ支持体50と、接触面基板51と、接着層54、55と接着層55を覆うライナー56とを備えた接着性支持体基板52とを含む。他の実施例では、タッチスイッチの個数が4個以上または3個未満の場合や、タッチスイッチの構造がそれぞれ異なる場合がある。ライナー56を剥離して接着層55を露出させ、タッチスイッチ支持体50に基板51を取り付けると、図1Bのようになる。図1C−1Dも同様の取り付け方法であるが、タッチスイッチが容量性タッチスイッチ41として具体化されたもので、一体化制御回路を含まない。図1C−1D、1Fに示すタッチスイッチ41は共に、内側電極60と外側電極61を含んでいて、作動制御回路(図示せず)との併用に適している。図1Eのタッチスイッチ40は単一電極60と、一体化制御回路62と、両者を接続するトレース63を含んでいる。上記タッチスイッチ構成はいずれも、他の構成と同様に、本発明のすべての実施例と共に使用することができる。いくつかの実施例では単一電極60が好ましいが、他の実施例では図1Fのデュアル電極構成が好ましい。その他のタッチスイッチ構成も可能であり、タッチスイッチに電極を追加すること、電極を様々な形状、サイズにすること、一体化制御回路の省略、追加などが可能であるが、一部ここに示されていないものもある。
図2Aは図2Bに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの個々の層を示す。図2A−2Bでは、接着性支持体基板52を用いてタッチスイッチ支持体50の部品支持面190に基板51が接着される。この設計では、接触面基板51の接触面90からの電極60の剥離が抑制される。一体化制御回路部品62を収容するために、接着性支持体基板52に切抜き部57が設けられる。
図3Aは図3Bに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの個々の層を示す。参照符号は図2A、2Bと同じであるが、一体化制御回路部品62を収容するために、基板51に切抜き部58が追加されている。図2A−3Bでは、電極60、トレース63、一体化制御回路62は周囲環境から有効に保護されるが、一体化制御回路62を収容できる接着性支持体アセンブリ(および図3A−3Bの接触面基板51)を作るためには、かなりの労力が必要である。
本発明の一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリは、既知の接着性取り付け技術に関わる問題を回避すると共に、タッチスイッチ製造プロセスの複雑さを軽減することができる。また、本発明による他のパネルおよび基板を備えたタッチスイッチ支持体の一体化は、ユーザフィードバックのためのコントロールパネルインタフェースを作成する際の柔軟性を高くする。例えば、本発明はタッチスイッチを人間工学的な構成に形作るために射出成形や熱成形等の技術を利用して可撓性またはフォーマブルなタッチスイッチ支持体の一体化を可能にする。本発明による一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリは、制御パネル上領域の触覚情報をユーザに知らせるために接触面近傍に凹凸のテクスチャを施し、それに触れることにより、所望の応答を得ることができる。
従来のタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリと比較して、一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリには、その他にも利点がある。発明によれば、例えば自動車のダッシュボードや内部ドア・パネルのように本来それ自体が熱成形または射出成型される構造物にタッチスイッチ一体化することができる。さらに、本発明に利用可能な成型、フォーミング、その他の技術を利用すれば、機械的集積度を高めたタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリをより効率的に作成することができる。例えば、本発明では(接着剤の必要性を抑制することにより)、材料節約、ツールの必要条件緩和、人件費削減(超音波圧接は自動化可能)が可能な超音波溶接技術を利用することが可能であり、(リベットを形成するか、あるいはタッチスイッチ支持体と接触面基板を融合させる技術を用いて)緻密な機械的一体化が確実に実現できる。
また、従来技術のタッチスイッチでは、スイッチ感度は少なくとも部分的にコントロールパネル基板の厚さで決まるが、本発明によってコントロールパネルに一体化されるタッチスイッチでは、コントロールパネル基板を所望の厚さに形成することによって電極からユーザの接触する指までの距離を(従来技術と比較して)短くすることができるので、特に感度が良く、特に高信号レベルを生成することができる。本発明の更なる利点は、以下の様々な実施例説明によりタッチスイッチの設計および応用に関わる当業者には自明であろう。
図4A−18Bは、単純な加圧成型によるものも含めて熱成型可能な基板を用いた一体化タッチスイッチに係る本発明の基本的実施例を示す。図4A−18Dの熱成型可能基板は、プラスチックまたはその他の熱成型可能な誘電体で構成することができる。熱成形には、加熱か加圧条件下、あるいは加熱加圧条件下における成型も含まれる。本発明では、使用される特定の熱成型可能な誘電体基板に応じて、高温または低温(周囲温度も含めて)と高圧または低圧の各種組み合わせが可能である。
図4A−5Bは、本発明の熱成形技術と接着性取り付け技術の組み合わせを示している。図4Aは図4Bに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの個々の層を示す。このアセンブリは3個のタッチスイッチ40を含んでいて、各タッチスイッチは、タッチスイッチ支持体50に形成された電極60、集積回路62、電気トレース63を含んでいる。タッチスイッチ支持体50としては、従来通りの適切な基板が使用可能であり、例えばプリント基板、プラスチック、ガラス、可撓性または熱成型可能な材料が含まれるが、これらに限定するものではない。これらの図(および図4C−12B)において、タッチスイッチ支持体50は剛性材料として示されているが、特定用途で保証されるように可撓性支持体基板を代替的に使用することができる。タッチスイッチ支持体50は不透明、透明、半透明を問わず、図14A、14Bと関連して後述するように装飾層であっても良い。
接着性層55はタッチスイッチ支持体50の側面290に設けられる。タッチスイッチ支持体および接触面基板上での使用に適したものであれば材質を問わず、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、エポキシ、熱活性または紫外線硬化型の接着剤が使用可能であるが、これらに限定するものではない。熱と圧力は熱成形工程の固有要素であるから、本発明による熱成型タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの製作には、使用に際して過熱または加圧を必要とする接着剤が特に適している。熱成形工程は、他の工程では接着性層55の内部で(層の存在に起因して)起こり得る非一貫性を排除するのに役立つ。例えば、熱成形工程における圧力成分は、従来技術によるタッチスイッチの接着性層中に時々発生する気泡と不均一の排除に役立ち、したがって、最初に述べたような簡単な接着性取り付け工程の欠点を克服することができる。
図4A−4Bの各タッチスイッチ40に単一電極60と一体化制御回路62が含まれることを除けば、図4C−4Dは図4A−4Bと同様であり、図4C−4Dに示す容量性タッチスイッチ41は2つの電極60、61を備えているが、一体化制御回路を含まない。図示されていないが、熱成型を伴うすべての実施例において、熱成形工程中に、熱成型アセンブリの接触面、具体的には動作接触面90にテクスチャ加工されたインタフェースを設けることが可能である。ユーザは、テクスチャ加工されたインタフェースからの触覚フィードバックによって特定の接触面を容易に探すことができる。
図4A−4Dの実施例では、タッチスイッチの部品を全く保持しないタッチスイッチ支持体50の非支持面290に接着性層55が設けられる。図5A−5Bは代替実施例であって、タッチスイッチ支持体50の部品支持面190に接着性層55が設けられる。図5Aは図5Bに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。タッチスイッチ支持体50と接触面基板51が一緒に熱成型される場合、基板51は電極60、一体化制御回路62、トレース63に適合し、それはすべて、実質的にタッチスイッチ支持体50と基板51の間に封入され、タッチスイッチの部品と電気回路を湿気や他の環境条件から効果的に保護する。図5Bに示すように、接触面90は完成アセンブリのどちら側の面に配置することも可能である。
図6A−7Bの実施例では、タッチスイッチ支持体50の上に基板51が熱成型される。図6A、7Aは図6B、7Bに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。図6A−6Bでは、電極60と一体化制御回路62はタッチスイッチ支持体50の同一面190上に配置され、図7A−7Bでは、電極60と一体化制御回路62は互いにタッチスイッチ支持体50の反対側に位置する。図7A−7Bでは、一体化制御回路62と電極60を電気的に接続するトレース63がタッチスイッチ支持体50を貫通して延在する。この実施例では、トレース63は、タッチスイッチ支持体50の一体的要素か、あるいはタッチスイッチ支持体50の切抜き部(図示せず)に挿入された個別要素にすることができる。その他にも、発明の趣旨から逸脱することなく、タッチスイッチ支持体50を介して電極60と一体化制御回路62を接続する適切な技術を利用することができる。
電極60の好適配列は用途によって異なる。図7A−7Bに示す電極60の配列の利点は、電極60が周囲環境から完全に封止されることである。もう一つの利点は、図6A−6Bに示す実施例と比較して、電極60が接触面90に近いことであり、したがって、対応する接触面90から検出の容易な強い信号が得られる。
図6Bと7Bでは共に、熱成型可能な基板51は、重なり部81が形成されるようにタッチスイッチ支持体50の上で熱成型され、重なり部は支持体50を基板51に確実に固定する補助的な働きをする。一緒に形成されるべき支持体と基板が熱成形技術によって十分に接着されない場合か、両者の相互適合が最適でない場合には、支持体と基板の間にわずかな空隙が存在するかもしれない。
図8A−9Bは、熱成型可能な接触面基板51とタッチスイッチ支持体50の取り付けを改良する別の方法を示しており、タッチスイッチ支持体50の上で支持される機械的アンカー70が熱成型可能基板51を貫通する。この構造では、図6A−7Bの重なり部81の必要性がなくなるが、基板51と支持体50の一体化を増強するために重なり部と併用することも可能である。更に具体的に、図8A、9Aは図8B、9Bに示すタッチスイッチアセンブリの組立前における各層を示す。アンカー70は細長い要素として示され、タッチスイッチ支持体50からほぼ垂直に突き出る。アンカー70は図8A−9Bで示されるような鉤71か突起、または傾斜枝かボタンヘッド等の他の構造(図示せず)を含むことが好ましく、当業者には明らかなように、それにより基板51にアンカー70を確実に固定することができる。アンカー70は、その他の様々な方法で形成することができる。
図10Aは図10Bに示すタッチスイッチアセンブリの組立前における個々の層を示す。この実施例では、電極64をアンカーとして使用してタッチスイッチ支持体50に熱成型可能な基板51が取り付けられる。この実施例には、機械的アンカー70が示されているが、アンカー70を省略することも可能である。個別の機械的アンカーの必要性をなくすとともに、図のようにアンカーとして電極を構成することにより、他の実施例と比較して接触センサ電極を対応接触面90に近づけることができるので、接触面における信号強度が増大する。図10A−10Bでは、タッチスイッチ支持体50と熱成型可能な基板51の取り付けを更に確実にするために、電極アンカー64に鉤がつけられている。図10C−10Eは、容量性タッチセンサ64の電極アンカーの別構成を示す。図10Cは、図10Dの一体化タッチスイッチアセンブリの個別層を示しており、このアセンブリは熱成型可能基板51とタッチスイッチ支持体50からなり、タッチスイッチ支持体には、ボタンヘッド状の電極アンカー64と、タッチスイッチ支持体50に保持された電極160、161が含まれる。熱成形工程中に電極160、161を機械的に支持するために、誘電体層59を設けることができる。熱成形工程中、熱成型可能な基板51は流動して電極アンカー64の形状に従い、そして冷却時に、アセンブリの寸法安定性を維持、制御し得る強固な接続部の一部を形成する。図10Eは、図10Cのタッチスイッチ支持体50の上で支持される上記部品の平面図を示す。図10A−10Eの電極アンカー64の材料として、グラファイト、銅または導電被覆プラスチック等の非絶縁材が使用可能であるが、これらに限定するものではない。他の機械的アンカーと同様に、電極アンカー64の場合、接着剤の省略または使用量削減が可能になる。図10Fは、図10Dの電極64と接触面90の間のキャパシタンスC1と、図10C−10Eの一体化タッチスイッチの電極160と電極161の間のC2、C3を示す。
図11A−13の横断面の図は実施例を示す。熱成形工程は、切抜き部157(図の実施例では、一部が電極60を貫通する)を通ってタッチスイッチ支持体50を貫通し、タッチスイッチ支持体50と基板51を確実に結合するためのリベット270が熱成型可能な基板51から形成される。切抜き部157は形状、サイズを問わず、必ずしも電極60を貫通する必要もない。重なり部81は、タッチスイッチ支持体50と基板51の結合を更に強固にする。
図11A、12Aは、図11B、12Bに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。図11A−11Bでは、基板51はタッチスイッチ支持体50の非部品支持面290に熱成型される。図12A−12Bでは、基板51はタッチスイッチ支持体50の部品支持面190に熱成型される。図11B、12Bでは共に、各リベット270は電極60を貫通している。他の実施例では、特定用途の条件に応じて、リベット270はタッチスイッチ支持体50に沿って様々な位置に形成することができる。しかし、接触面90と電極60の間の所望分離間隔が確実に形成、維持されるようにリベット270が補助する点で、図11A−12Bの構成は有利である。熱成形工程に続いてリベット270の冷却または減圧が行われると、機械的な接合によって基板51にタッチスイッチ支持体50が結合され、機械的接合アセンブリを分離する必要はない。図13はプラテン200とモールド202を含むプレス/モールド装置を示しており、この装置は図11A−12Bに示すアセンブリの製作に使用することができる。
上記の詳細図面はすべて、剛性タッチスイッチ支持体を示している。上述したように、これらの図面に対応する本発明の実施例では、代替的に可撓性または熱成型可能なタッチスイッチ支持体を採用することができる。可撓性または熱成型可能なタッチスイッチ支持体を使用すると、特定の利点があり、そのいくつかを図14A−18Dにしたがって以下に説明する。
図14A、14C、14Eは、それぞれ図14B、14D、14Fに示すタッチスイッチアセンブリの組立前における個々の層を示す。図14Aは、2000年10月15日出願の「Touch Sensor with Integrated Decoration」と題するU.S.Provisional Patent Application No.60/341,551および関連のU.S.Patent Application Serial No.10/272,047に記載された発明による可撓性タッチスイッチ支持体50を示しており、この支持体には装飾層が設けられている。図14Bの一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリでは、可撓性タッチスイッチ支持体50が熱成型可能な基板51に直接固定されておらず、可撓性タッチスイッチ支持体の一部として可撓性尾部72が含まれる。可撓性尾部72に回路トレース63を含めれば、信号、電源または接地との接続に有利であり、特定のタッチスイッチ部材と一体化されていないか、それらの近傍に配置されていない制御回路へ回路トレース63を引き回すことができる。また、熱成型されたタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリをモールドから取外す際にも、可撓性尾部72は有用である。可撓性尾部72は、それを障害物(obstacles and obstructions)を巻き込んで基板51の下で接続することができるので、特に有利である。
同様に、図14C−14Dは装飾層102およびコネクタ73と共に一体化されたタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリを示す。前に可撓性尾部72と関連して説明したものと同様または類似の電気的機能をもつ。コネクタ73は、熱成型可能な基板51の切り抜き部74に挿入された状態で示されている。代わりに、コネクタ73をタッチスイッチ支持体50に取り付けて、特定のタッチスイッチの設計と用途に適した構成に適合させることができる。タッチスイッチ支持体基板50が剛性である場合、コネクタ73は有利であるが、剛性支持体と可撓性尾部接続の両方の特長が得られるように、屈曲尾部(図示せず)を剛性支持体50に取り付けることができる。図14E−14Fは、容量性タッチスイッチとその部品を含み、図14C−14Dに示すものと同様の発明の原理を示す。可撓性尾部72およびコネクタ73により、例えばタッチスイッチから離れた制御回路に電極60、61を接続することができる。
図15A−18Dに示されるように、一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリは熱成形工程中に形成することができる。これらの図面は一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの有利な構成を表しているが、本発明の一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリを特定用途に応じて他の構成に形成することができる。図4A−18Dの熱成型可能な基板51は、自動車などのように通常熱成型部品を含んでいる個別装置またはアセンブリに組み込むために、ドア・パネルなどの構造の部材として利用することができる。そして、対応するタッチスイッチは最終的な装置またはアセンブリの一体構造とすることができる。
本発明の実施例はいずれも、タッチスイッチアセンブリを別のアセンブリの部材に一体化するために使用することができる。タッチスイッチ/コントロールパネルが熱成形技術によって作られたアセンブリを示す図15A−18Dにしたがって説明した本発明の原理は、タッチスイッチアセンブリがより複雑なアセンブリの部材に一体化される場合に特に有用であることが分かる。それは、ドア・パネル等の部材を含むコントロールパネルに一体化されるタッチスイッチは一般に、ユーザが別の動作、例えば運転から注意を逸らすことなく探すのが難しいからである。図15A−18Dに従って説明した本発明の原理によれば、ユーザに触覚フィードバックを与えることによって上記問題を軽減することが可能になり、ユーザは部材自体の形によって接触面の位置を認識することができる。
上述のようにタッチスイッチを製品部材に一体化すると、製品への組み込みに必要であった個別のコントロールパネルが不要になる。これは、例えば自動車のダッシュボードやコンソールなどのインタフェーススペースに多数のコントロールパネルが散乱している場合に特に有用である。また、個別のパネルが不要になると、一部の設計上の制限が解消され、最終的な装置またはアセンブリのデザイナおよびメーカはインタフェーススペースのデザインを能率化し易くなり、乱雑さが減り、クリーニングが容易になり、組立工程のコストおよび複雑さも減少する。
図15A、15Cはそれぞれ図15B、15Dに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。図15Aは接触面基板51と、2つのタッチスイッチを支持するタッチスイッチ支持体50とを示しており、各タッチスイッチは内側電極60と、外側電極61と、一体化制御回路62と、これら部材を接続するトレース63とを含む。図15Cも同様であるが、これには容量性タッチスイッチが含まれ、一体化制御回路は含まれない。接触面基板51とタッチスイッチ支持体50は一緒に一体化され、本発明による熱成形工程によって成形され、図15B、15Dに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリが完成する。図のように、これらのアセンブリは各接触面90の周辺に窪み91を含んでいるが、本発明によれば、アセンブリの接触面90の全体より狭い範囲で窪み91を作るようにすることも可能である。窪み91は、ユーザに接触面90の存在を認識させる役割をする。このような設計により、ユーザは窪み91を探すことによって接触面を触知が可能になり、不注意でタッチスイッチを作動させることを防ぐ。
これらの実施例は差分検出技術との併用に適しており、意図しない作動を最小限に抑えることができる。そのため、内側電極60および外側電極61に差分制御回路に接続することにより、2つの電極の周辺電界への外乱から生じる差分制御回路入力を検出する。差分制御回路は、内側電極60に触れたときだけタッチスイッチが作動し、逆に外側電極61のみ、あるいは内側電極、外側電極の両方にほぼ等しく触れた場合には作動しないように構成することができる。例えば、アームレストとしても機能し得るコンソールにタッチスイッチが一体化される自動車に応用する場合、この実施例は特別な価値をもつかもしれない。アームが瞬時にタッチスイッチ全体を覆うようになっていれば、付属物が内側、外側の両電極に同時に触れるから、タッチスイッチは起動されない。あるいは、アームがタッチスイッチ全体を覆うとき、窪み91に基づくインタフェース幾何形状にしたがって内側電極60の方が外側電極61よりもアームから遠くなるので、アームによる外側電極61の周辺電界への影響が内側電極60の周辺電界への影響より大きくなって、タッチスイッチは作動しないだろう。したがって、このタッチスイッチ構成や同等のタッチスイッチ構成は、意図しないスイッチ作動を防ぐことができる。電極61の上方領域と比較して、電極60の上方領域の基板51を厚くすることによって、同様の効果が得られる。この構成(図示せず)は、タッチスイッチを作動させるために比較的厳密な、あるいは明確に意図した接触刺激を必要とする。
図16A−18Dは、各接触面90の周囲に尾根92を備えた実施例を示す。尾根92により、ユーザは動作接触面90の存在を触覚または視覚的に見つけやすくなり、不注意でタッチスイッチを作動させることがなくなる。また、これらの図面は、内側電極60および外側電極61が設計の応用または指図で要求される様々な形状が可能であることを示している。
図16A、16D、17A、18A、18Cはそれぞれ、図16B、16E、17B、18B、18Dに示すタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。図16Cは円形電極60、61を備えた一体化制御回路62を含むタッチセンサ、図16Fは長方形電極60、61を備えた容量性タッチセンサを示す。図17A−17Cと図16A−16Cの相違点は、図17A−17Cの基板51がタッチスイッチ支持体50の部材支持面190上の部材に適合していることである。この構成では、接触面90(厳密に言えば接触面90の一部)と内側電極60の間隔を最小にすることが可能であり、また、周囲環境から電極60、61、トレース63、一体化制御回路62を封止することができる。図18A−18Dに示す発明の実施例において、タッチスイッチ支持体50は接触面90を施した装飾層102を含んでおり、したがって、一体化された成型加工タッチスイッチを比較的厚い基板51に熱成型することができる。図18A−18Bは、電極60、61と一体化制御回路を備えたタッチスイッチを使用する実施例であり、一方の図18C−18Dは電極60、61を備えた容量性タッチスイッチを使用する実施例であって、ローカル制御回路を含まない。図18C−18Dはさらに、リモコン回路に電極を接続するために使用可能な可撓性尾部72を示す。なお、本発明は可撓性尾部72を使用せずに実施可能である。
上述の実施例はいずれも、設計または用途の条件に応じて、熱成型可能な基板51を様々に構成することができる。例えば、熱成型可能な基板51は平坦面と湾曲面の任意の組み合わせが可能である。
図19−26において、本発明の原理は射出成型されたタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリに適用される。射出成型は、成形材料、デザイン、用途に応じて様々な温度と圧力条件下で行うことができる。成形材料としてはプラスチックを含む様々な材料が可能であり、一体化タッチスイッチアセンブリの最終形状は、材料を注入するモールド構成で決まる。
図19−26の一体化タッチスイッチアセンブリは、タッチスイッチ支持体50と一体化された成型接触面基板151を含む。各支持体50は2個のタッチスイッチを含み、各タッチスイッチは電極60、61、一体化制御回路62、トレース63を含んでいる。図19−22は、可撓性タッチスイッチ支持体50と可撓性尾部72を含む実施例、図23−26は剛性タッチスイッチ支持体50とコネクタ73を含む実施例を示す。
図19−25の実施例はさらに、成型された基板151とタッチスイッチ支持体50との一体化を補助する接着性層55を含んでいる。これらの構成において接着性層55は任意であり、接着性層を使用するか否かは主としてタッチスイッチ支持体50と成型基板151の特性に依存する。あるいは、その他の手段あるいは付加的な取り付け手段、例えばリベットやアンカーなどを使用することも可能である。
図19−20の実施例は、成型基板151で支持されるタッチスイッチ支持体50の上に配置された接触面90を画定する装飾層102を含んでいる。また、個別の装飾層を使わずに、タッチスイッチ支持体50に直接装飾を施すことも可能である。図20の一体化タッチスイッチは図19のものと同様の構成であるが、本発明の原理にしたがって接触面90の周辺に窪み91と尾根92が形成される。
図21は成型基板151と一体形成されたタッチスイッチアセンブリを示す。図22は図21の一体化形成されたタッチスイッチアセンブリを示しており、タッチスイッチ支持体50がほぼ全体的に成型基板151で囲まれているので、湿気や化学物質など、好ましくない外部環境条件からタッチセンサ部材が保護される。これらいずれの実施例でも、基板151をモールド成型することにより、窪み91と尾根92が下側のタッチスイッチに対応するように接触面90の周辺に形成される。代替実施例では、窪み91、尾根92の一方または双方を省略することができる。
図23−26に示す本発明の様々な実施例において、一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリは射出成型によって作られる。ある特徴的側面で熱成形工程に順応する構成を示す図23において、タッチスイッチ支持体50はアンカー70を含むプリント基板である。成型基板151は接着性層55、アンカー70、重なり部81によってタッチスイッチ支持体50に固定され、接触面90は窪み91によって示される。図24では、成型基板151はタッチスイッチ支持体50の非部材支持面290に成形されている。図25では、図23、24の特徴的側面が結合され、図示されたタッチスイッチはタッチスイッチ支持体50の非部材支持面290に成形される成型基板151と窪み91を含む。図26では、成型基板151は実質的にタッチスイッチ支持体50を囲んでいるため、アンカー70を省略することが可能である。
図30−31では、接触面90を画定する成型基板151に可撓性タッチスイッチ支持体50を固定するために、リベット270が、電極60も含めてタッチスイッチ支持体50を貫通している。他の実施例では、リベット270は電極60を貫通する必要がない。図31では、図30の一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリが接着性層55によって追加基板152に取り付けられ、この取り付けには本発明の方法またはその他の方法が適用可能であり、これにより、図30の一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリは剛性を持つことができる。図30、31に示す両方の一体化タッチスイッチアセンブリには、アンカー70が使用され、この場合、類似のボタンヘッドも使用される。図30−31に示される実施例は射出成型または熱成形技術を用いて製作することができるが、タッチセンサ部材を完全に封入し、周囲環境条件から封止することができる点で、射出成形技術の方が有利である。
図27−29と図32−34に示す実施例では、ユーザに触覚フィードバックと他のフィードバックを与えるために軟質接触面基板が使用される。軟質接触面基板はユーザの指先になじむので、動作接触面を感知したことが認識できる。軟質接触面基板を備えたタッチスイッチでは、タッチスイッチが作動する前に軟質接触面基板に一定の最低量の窪みが生じる必要があるように構成することができる。このように構成されたタッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリでは、機械的スイッチの動作に対応する触覚フィードバックが得られる。
図27では、タッチスイッチ40を含むタッチスイッチ支持体がほぼ全体的に軟質基板53で覆われ、接触面90が画定される。軟質基板53は、本発明による一体化タッチスイッチアセンブリなどの任意のタッチスイッチアセンブリに熱成型、射出成型または別の方法によって取り付けることができる。軟質基板53が熱成形か射出成型によって形成される場合、軟質基板53はプラスチックを含めた任意の適切な材料でよい。軟質基板53が熱成型、射出成型以外で形成される場合、軟質基板53の材料として、革、ビニール、ゴム、発泡体、プラスチック等の任意の軟質材料が使用可能であり、接着法を含めた既知の方法によって、ここに記述される一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの任意の実施例に軟質基板を取り付けることができる。また、軟質材料は、予備成型されたドームやドームスイッチ、その他の類似構造を利用した従来のメンブレンスイッチに使用されるものと同じオーバレイとすることも可能である。接触面90は、形成工程中または別途形成されたテクスチャか、または形成工程中または別途形成された窪みまたは尾根か、またはテクスチャ加工された領域を含む装飾層によって示すことが可能であり、また、特定用途の要求条件にしたがって任意の方法で表示することもできる。
図28−29において、軟質基板53はタッチスイッチ支持体50と任意の適切な材料からなる第三の基板150との間に挟まれている。図28では、例えば、基板51は熱成型または射出成型することが可能であり、また、タッチスイッチ支持体50または軟質基板53に接続されたアンカー70を貫通させることもできる。この実施例では、様々な構成と組立技術が可能である。例えば図29に関しては、タッチスイッチ支持体50をプリント基板とし、そのタッチスイッチ支持体に、2ステップ共射出成形工程で軟質基板53と基板150に成形されるサブアセンブリとして基板52に熱成型される機械的取り付け装置を設けることが可能である。図29では、基板52はタッチスイッチアセンブリの部材を封止し、タッチスイッチ支持体50に支持されるアンカー70が基板52を貫通する。したがって、接着性層55を用いるか、熱成型またはモールド成形技術を用いるか、あるいは両者の組み合わせによって、図29の基板150を軟質材料53に取り付けることができる。ユーザが軟質基板53に触れ易くするために、動作接触面90と整合したアパチャを基板150に設けることが望ましい。
図32では、機械的スイッチの触覚的利点を持つリベット270を形成するために、軟質基板53は成型基板151の領域に作り込まれる。軟質基板53は、共射出成形か、選択的定量吐出(selective dispensing)か、超音波溶接によって付加することが可能であり、軟質基板53を基板151に接着するために接着剤を使用することができる。基板151は射出成型されるように示されているが、本発明の実施例の様々な構造(リベット270を含む)を収容するために基板151を熱成型または予備成型することも可能である。
図33−34では、基板51とタッチスイッチ支持体50の両方を貫通し、タッチスイッチ電極部材60も貫通するリベット270が軟質材料53で形成される。その結果、接着剤の必要性が全体的に減少または省略可能になる。図32−34に示す本発明の実施例を製作するためには熱成型とモールド成形の両方法が利用可能であるが、モールド成形の方が好ましい。軟質材料53については、その他の様々な構成が本発明との互換性を持ち得るが、特定のタッチスイッチに対する要求条件やタッチスイッチの応用面によって様々である。
図35−41は、普通のタッチスイッチと一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリの両方のためのベゼルおよびハウジングと、本発明による新規なタッチスイッチのためのベゼルおよびハウジングを製作するための発明原理を示している。図のベゼルとハウジングは、タッチスイッチのユーザに人間工学的コントロールパネルを提供すると共に、タッチスイッチ支持体基板を補強、支持することが可能であり、また、当業者には明らかなように、自動車の内装などの比較的大きいアセンブリにおける他の部材とタッチスイッチコントロールパネルとの一体化を容易にすることができる。図35−41は、基板151へのタッチスイッチ支持体50の確実な取り付けを保証するためにベゼルおよびハウジングを製作する様々な方法を示す。
図35に示す実施例では、接触面90を画定するガラス層94が示されている。図35において、タッチスイッチ支持体50とガラス層94の周囲にベゼル84が形成されるように、基板151は熱成型またはモールド成形される。ガラス層94およびタッチスイッチ支持体50を含むタッチスイッチアセンブリを基板151に固定する際の補助として接着性55を任意で使用することができる。図36では、アンカー、切り込み線、その他のテクスチャまたは他の適当な機械的取り付け構造などの機械的取り付け装置170によってベゼル84を形成するために、基板151は熱成型またはモールド成形される。図36に示される実施例は接触面90を備えた軟質層53を含んでいる。
図37では、基板151は、タッチスイッチ支持体50とその搭載部材に適合するハウジング83が形成されるようにモールド成形され、片側で支持体50を囲み、周囲にフレームを形成する。接着性層55を使用することにより、更に確実な取り付けが可能になる。図38−41において、タッチスイッチ支持体50は剛性で、接触面90を画定することが好ましい。図38において、基板151はタッチスイッチ支持体50の端部周囲で成形される。タッチスイッチ支持体50の一端において、アンカー70は2つの基板の接合を補助する。アンカー70は他の位置に設けることも可能である。図39において、基板151は、任意の接着性層55と組み合わせて支持体50に熱成型またはモールド成形される。棚181によって確実な取り付けが行われる一方、基板151はタッチスイッチ支持体50の接触面90あるいは接触面90の支持面の妨げにならない。図40では、電極60、トレース63、一体化制御回路62を含むタッチスイッチ部材は、支持体50の断面周囲を部分的に囲むベゼル84を備えたフレーム82として形成された成型基板151に封入される。図41は、動作接触面90、フレーム82、フレーム82のベゼル部分84を含む図40の一体化タッチスイッチの平面図である。
以上に述べた発明の種々側面は、タッチスイッチの意図する応用面の要求条件に従って様々な組み合わせが可能である。例えば、応用面の要求条件を満たすために必要な製造工程において、タッチスイッチアセンブリは、射出成型または熱成型されるか、あるいは、その両方を様々なステップ利用することによって製作することができる。また、一体化タッチスイッチ/コントロールパネル・アセンブリは、湾曲形状、平坦形状を含む任意の全体形状とすることが可能であり、用途に応じた幾何形状に合わせることができる。応用分野の要求条件に応じて、発明者David W. Caldwellによる2002年10月15日出願U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60/341,350および関連出願U.S. Patent Application Serial No. 10/271,438「Integrated Touch Sensor and Light Apparatus」の実施例による基板で保持することができる。また、剛性、可撓性、または熱成型可能な材料や、装飾付きや透明材料も使用可能である。さらに、上述で引用された米国特許記載のタッチセンサや関連制御回路はすべて、本発明の上記実施例と互換性がある。上記では熱成型法と射出成型法について詳述したが、この開示内容と特許請求範囲によれば、ここに開示される特許請求範囲の新規なタッチセンサを製作するために他の方法を使用することも可能である。例えば、超音波成型法が可能であり、また、組立中にモールド成型可能でその後硬化するエポキシを使用することもできる。また、本明細書に明示的に記載されていない形式に従って、発明の趣旨、基本的特質から逸脱することなく本発明を実施することも可能である。上記実施例はあらゆる点において単なる説明手段であって制限的な意味を持たない。発明の範囲は以上の記述ではなく、特許請求の範囲によって規定される。したがって、特許請求の範囲と同等の意味および範囲における変更は特許請求の範囲に包含される。
Claims (8)
- 少なくとも一つの接触スイッチ装置と、
前記少なくとも一つの接触スイッチ装置に対応する少なくとも一つの接触面を画定する基板とを有し、
前記接触スイッチ装置と前記基板を一体化したコントロールパネル。 - 支持体上に設けられた少なくとも一つの接触スイッチ装置と、
前記少なくとも一つの接触スイッチ装置に対応する少なくとも一つの接触面を画定する基板とを有し、
前記支持体と前記基板を一体化したコントロールパネル。 - 前記支持体と前記基板の少なくとも一方に熱成型可能材料が含まれる請求項2記載のコントロールパネル。
- 前記支持体または前記基板の少なくとも一方に更にアンカーが含まれる請求項3記載のコントロールパネル。
- 前記支持体と前記基板の少なくとも一方に射出成型可能材料が含まれる請求項2記載のコントロールパネル。
- 前記支持体または前記基板の少なくとも一方に更に少なくとも1つのアンカーが含まれる請求項5記載のコントロールパネル。
- タッチスイッチとコントロールパネルを一体化する方法であって、
支持体上に少なくとも一つの電極を配置するステップと、
熱成型可能基板と接合した状態で前記支持体を配置するステップと、
前記基板を前記支持体に熱成型するステップと
を含む一体化方法。 - タッチスイッチとコントロールパネルを一体化する方法であって、
支持体上に少なくとも一つの電極を配置するステップと、
部材の射出成型に適したモールドと接合した状態で前記支持体を配置するステップと、
前記支持体の少なくとも一部を封入するために前記モールドに射出成型材料を導入するステップと
を含む一体化方法。
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