JP2013073711A

JP2013073711A - 回転操作スイッチ及びこれを用いた近接検知装置

Info

Publication number: JP2013073711A
Application number: JP2011210366A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kanda; 直樹神田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: JP5824657B2

Abstract

【課題】主に自動車内の各種電子機器の操作に用いられる回転操作スイッチ及びこれを用いた近接検知装置に関し、認識性を向上した回転操作スイッチ及びこれを用いた近接検知装置を提供することを目的とする。
【解決手段】操作ユニット３２に回転エンコーダの回転部と連動して回転し電界を放射する静電電極５１を内蔵し、静電電極５１の外側に静電電極５１と非接触の誘導電極を備えて回転操作スイッチ２３を構成し、操作者が操作体へ指等を近づけた際に消灯していたスイッチが照光等を行うため、認識性の高い回転操作スイッチ２３を提供することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車内の各種電子機器の操作に用いられる回転操作スイッチ及びこれを用いた近接検知装置に関する。

近年、車室内のフロントパネル部やステアリングホイール近傍に様々なスイッチを装着し、これによって車室内のオーディオやエアコン等の各種電子機器の操作を行うものが増えており、照光等によりスイッチの存在を認識しやすいものが求められている。

このような従来の回転操作スイッチについて、図６及び図７を用いて説明する。

図６は従来の回転操作スイッチの断面図、図７は同分解斜視図である。

同図において、絶縁樹脂製のケース１の中央には内筒部１Ａが形成されると共に、この外周には所定の間隙を空けて、部分的に連結された外筒部１Ｂが設けられている。

また、絶縁樹脂製の操作体２の上面には暗色の遮光部２Ａから文字や記号等の形状に露出した、明色で複数の表示部２Ｂが形成されると共に、この操作体２が絶縁樹脂製のホルダー３とねじ４によって、ケース１上方に回転可能に装着されている。

そして、ケース１内に収納された回転体５が、操作体２下端に係止装着されると共に、回転体５下面には可動接点６の一端が固着されている。

また、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板７の上面にはカーボン等の複数の固定接点８が形成されると共に、この固定接点８に可動接点６の他端が弾接して、複数のスイッチ接点９が形成されている。

さらに、発光ダイオード等の発光素子１０が配線基板７上面の、ケース１の内筒部１Ａと外筒部１Ｂの間隙下方に実装配置されて、回転操作スイッチ２０が構成されている。

そして、このように構成された回転操作スイッチ２０は操作体２を前面に向けて、車室内のインストルメントパネル等に装着されると共に、複数の固定接点８や発光素子１０等が配線基板７の配線パターンや、コネクタやリード線（図示せず）等を介して、自動車の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、操作体２を指で回転操作すると、操作体２の回転に伴って回転体５が回転し、この下面の可動接点６が配線基板７や固定接点８上面を弾接摺動して、複数のスイッチ接点９の電気的接離が行われ、この電気信号が車両の電子回路へ出力されて、例えば、オーディオの音量やエアコンの温度の増減等の操作が行われる。

また、夜間等の周囲が暗い場合には、別途ステアリングホイール近傍に装着されたコンビネーションスイッチ（図示せず）等を操作すると、この電気的接離を車両の電子回路が検出して、複数の発光素子１０を発光させる。

そして、この発光素子１０の、ケース１の内筒部１Ａと外筒部１Ｂの間隙内を上方へ直進した光や、あるいは内筒部１Ａ外周と外筒部１Ｂ内周の間で反射して上方へ進んだ光が、操作体２上面の表示部２Ｂを下方から照光することで、操作体２の識別や操作が容易に行えるようになっている。

つまり、周囲が暗い場合でも、コンビネーションスイッチ（図示せず）等の操作に連動して、操作体２の表示部２Ｂを照光することによって、操作体２の操作を容易に行えるように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１１−０７６８５４号公報

しかしながら、従来の回転操作スイッチ２０は、コンビネーションスイッチ（図示せず）等の操作に連動して照光するが、操作者の接触を検出する等、より操作の意図を反映した認識性の高いものが求められている。

本発明は、認識性の高い回転操作スイッチ及びこれを用いた近接検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、特に、操作体に回転エンコーダの回転部と連動して回転し電界を放射する静電電極を内蔵し、静電電極の上方及び側方に所定の間隔を空けて配置された誘導電極を備えて回転操作スイッチを構成する。

本発明によれば、操作体に回転エンコーダの回転部と連動して回転し電界を放射する静電電極を内蔵し、静電電極の外側に静電電極と非接触の導電金属カバーを備えて回転操作スイッチを構成し、操作者が操作体へ指等を近づけた際に消灯していたスイッチが照光等を行うため、認識性の高い回転操作スイッチ及びこれを用いた近接検知装置を提供することが出来る。

本発明の一実施の形態による近接検知装置の断面図同分解斜視図同電気的接続を示すブロック図同配置状態を示す図同近接検知装置に用いる静電電極の変形例を示す斜視図従来の回転操作スイッチの断面図同分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による近接検知装置の断面図、図２は同分解斜視図である。

同図において、近接検知装置１００は、配線基板２１と、配線基板２１の上下面に配置された複数の発光素子２２、回転操作スイッチ２３、導光体２４、複数のプッシュスイッチ２５、制御回路２６と、導光体２４の上面に配置されたカバー２７とを備える。

ここで、回転操作スイッチ２３の構成について詳細に説明する。この回転操作スイッチ２３は、回転エンコーダ３１と、操作ユニット３２と、ピン３３を備える。

最初に、回転エンコーダ３１の構成について説明する。

ここで、回転エンコーダ３１は、配線基板２１に対し固定される固定部４１と、固定部４１に植設された複数の抵抗体４２と、固定部４１に対し回転可能に配置された回転部４３と、回転部４３に固定され回転部４３が回転すると抵抗体４２上面を摺動する回転ブラシ４４と、固定部４１の外周縁部を覆って配置された断面略Ｌ字状の金具４５と、固定部４１の外周から突出した複数の外部端子４６を備えている。

固定部４１は、円筒状の内壁４１Ａと、内壁４１Ａより短い円筒形状の外壁４１Ｂが、略リング状の底部４１Ｃで接続された形状で、絶縁樹脂等の絶縁材料により形成される。

また、複数の抵抗体４２は、所定の線路抵抗を備える線路で、底部４１Ｃの上面に円弧状に形成される。

また、回転部４３は、底面で外方へ折れ曲がった断面略Ｌ字状の円筒形状に形成される。ここで、壁部４３Ａが固定部４１の内壁４１Ａの外周側に位置するように、固定部４１に挿入されている。

また、回転ブラシ４４は導電金属製で、回転部４３の下板部４３Ｂに装着される。この回転ブラシ４４は、下端の二箇所で抵抗体４２に接触している。

また、金具４５は、壁部４３Ａの外周側と固定部４１の上面を覆い、上面視略リング状に設けられる。なお、金具４５の下端は配線基板２１にハンダ付け等で固定される。

さらに、複数の外部端子４６は、それぞれ外壁４１Ｂから突出し配線基板２１にハンダ付け等で固定される。ここで外部端子４６は、固定部４１の内部で抵抗体４２に電気的に接続している。

ここで、回転エンコーダ３１は、固定部４１に対し回転部４３が回転可能に配置され、操作者が回転部４３を回転させると、回転ブラシ４４が接触する抵抗体４２の位置が変化する。これに応じて、外部端子４６間の抵抗値が変化するよう構成されている。

次に、操作ユニット３２の構成について説明する。

操作ユニット３２は、回転エンコーダ３１の回転部４３と連動して回転する静電電極５１と、静電電極５１の内側に挿入される支持体５２と、支持体５２の内側に下端が挿入される操作体５３と、操作体５３の上面及び外側面を覆う導電金属カバー５４を備えて構成される。

ここで、静電電極５１は鉄や銅等の導電金属で形成され、略円筒形状のリング部５１Ａとリング部５１Ａの下方に延出した端子部５１Ｂを備えている。なお、ここで、端子部５１Ｂの下端は、配線基板２１の配線に電気的に接続している。

また、支持体５２は絶縁樹脂等を材料とし筒状に形成されると共に、リング部５１Ａが支持体５２の外周に被せられている。

そして、操作体５３は、下面開放の円筒箱状で、リング状の外側面部５３Ａと、外側面部５３Ａの内側に同じくリング状に設けられた内側面部５３Ｂと、外側面部５３Ａと内側面部５３Ｂの間に同じくリング状に設けられた中側面部５３Ｃと、それらを上面で接続する上面壁５３Ｄを備える。なお、この操作体５３は、絶縁樹脂等の絶縁材料で形成される。

ここで、中側面部５３Ｃが支持体５２に接して、その内側に挿入され、中側面部５３Ｃの下端は複数のプッシュスイッチ２５の上端に接するものとなっている。

また、導電金属カバー５４は、誘導電極の一形態で、鉄や銅等の導電金属で形成され、側面部５４Ａと、側面部５４Ａを上端側で接続する上面部５４Ｂを備える。この導電金属カバー５４が、外側面部５３Ａと上面壁５３Ｄを覆っている。

つまり、操作ユニット３２は静電電極５１を内蔵し、静電電極５１の外側に誘電電極である導電金属カバー５４を配置しているため、静電電極５１から電界を放射した際に、導電金属カバー５４で電界が誘導される。

これにより側面部５４Ａ及び上面部５４Ｂの外方へ誘導された電界が放射されるので、導電金属カバー５４の側面方向、上方向の双方に対し、電界を効率的に放射しやすい構成となっている。

さらに、外側の導電金属カバー５４ではなく、内側の静電電極５１を端子部５１Ｂを介して配線基板２１に接続しているので、簡易な構成で電界を放射させることが可能となっている。

さらにピン３３の構成について説明する。

ここで、ピン３３は下端に突起３３Ａを備える略筒状で、絶縁樹脂等により構成される。また、配線基板２１の下方から挿入され、操作体５３の内側面部５３Ｂにネジなどで一体化される。これにより、一体化した操作ユニット３２と、ピン３３が回転エンコーダ３１に対し、上下動可能な構成となる。

なお、これにより、回転操作スイッチ２３において、操作ユニット３２が押圧されない状態では、ピン３３の下端の突起３３Ａが下方から配線基板２１に接して、操作ユニット３２が上方に抜けるのを防止している。一方、操作ユニット３２が押圧されると、ピン３３全体も下方に移動し、中側面部５３Ｃの下端でプッシュスイッチ２５をＯＮするよう構成されている。

次に、近接検知装置１００を構成する回転操作スイッチ２３以外の部品についても詳細に説明する。

ここで、配線基板２１は紙フェノール基板やガラス入りエポキシ基板等で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成される。また、配線基板２１の上面にはＬＥＤ等の発光素子２２、回転エンコーダ３１、プッシュスイッチ２５が配置されると共に下面には制御回路２６が配置されている。なお、発光素子２２、回転エンコーダ３１、プッシュスイッチ２５、制御回路２６は配線基板２１の上下面に形成された配線パターンを介して相互に電気的に接続されている。

また、導光体２４は、透光性の樹脂材料などで形成され、略円筒形状に構成される。そして、孔２４Ａに壁部４３Ａが挿入され、配線基板２１の上面に配置されている。また、発光素子２２と対向する位置に、発光素子２２の光軸と直交する入射面２４Ｂを備え、入射面２４Ｂの内側は略３０度〜６０度の斜度を有する斜面２４Ｃを備えるよう、導光体２４の内側の底面が面取りされている。これにより、発光素子２２から入射面２４Ｂに水平に入射した光が斜面２４Ｃで上方に反射し、導光体２４の上面を効率的に照光するよう構成されている。

また、プッシュスイッチ２５は押圧時に所定の節度感が生じてＯＮする自動復帰型のスイッチである。このプッシュスイッチ２５は回転エンコーダ３１の内壁４１Ａの内側に並べて配置され、配線基板２１上にハンダ付け等で固定される。なお、プッシュスイッチ２５のＯＮ／ＯＦＦ信号は配線基板２１の配線を経由して伝達されるよう構成されている。

さらに、制御回路２６は、マイコン等の半導体素子を備えて構成され、発光素子２２、プッシュスイッチ２５、金具４５、外部端子４６、静電電極５１にそれぞれ電気的に接続される。

さらに、カバー２７に孔２７Ａが、孔２７Ａを囲んで下面には遮光壁２７Ｂが設けられている。そして、孔２７Ａの内側に導光体２４の上面の少なくとも一部が露出するよう配置されると共に、遮光壁２７Ｂが導光体２４の外側壁と発光素子２２を外側から囲んで配置される。そして、遮光壁２７Ｂの下面は、配線基板２１の上面に接するよう配置され、発光素子２２の光が遮光壁２７Ｂの外側に漏洩するのを防止するよう構成されている。

このように構成された近接検知装置１００の電気的接続について、図３のブロック図を用いて説明する。

ここで、制御回路２６は、発光素子２２、プッシュスイッチ２５、金具４５、外部端子４６、静電電極５１にそれぞれ電気的に接続される。

静電電極５１から電界Ｅ１が放射されると、導電金属カバー５４により電界Ｅ１が誘導され、さらに導電金属カバー５４の外側に電界Ｅ２が放射される。そして、放射された電界Ｅ２は、金具４５を介して吸収される。

ここで制御回路２６は、静電電極５１と金具４５の間の電気容量を検出している。そして、操作者が操作ユニット３２に指を延ばすと、指により電界Ｅ２が吸収されることで、金具４５に吸収される電界Ｅ２が減り、静電電極５１と金具４５の間の電気容量が変化する。これにより、制御回路２６は操作ユニット３２に対する物体の近接あるいは接触を検出し、発光素子２２を点灯する。

また、操作ユニット３２が回転すると、外部端子４６から回転に応じた回転信号が制御回路２６に入力される。さらに、操作ユニット３２を押圧すると、プッシュスイッチ２５から押圧に応じたＯＮ・ＯＦＦ信号が制御回路２６に入力される。この回転信号やＯＮ・ＯＦＦ信号に基づき、制御回路２６が近接検知装置１００の外部にケーブル（図示せず）等を介して操作信号を出力する。

このような近接検知装置１００は、例えば図４に示すように車両のインストルメントパネルに操作ユニット３２を操作者に向けて搭載される。そして、近接検知装置１００は車両の空調装置１１０や、ディスプレイ装置１２０に電気的に接続される。

ここで、操作者が操作ユニット３２近傍に指を延ばすと、回転操作スイッチ２３が点灯し、操作者は回転操作スイッチ２３が消灯状態から点灯状態に変化するので、より操作ユニット３２を認識しやすくなる。

そして、操作者が操作ユニット３２を回転操作すると、例えば空調装置１１０の設定温度が高低し、変化する。さらに、操作ユニット３２を押圧すると、設定温度の制御から風量の変化に切り替わり、操作ユニット３２を回転操作すると風量が増減する。

また、設定温度や風量は空調装置１１０に接続されたディスプレイ装置１２０の液晶ディスプレイに表示され、操作者は設定状態を確認しやすいようになっている。

なお、上述の説明においては、静電電極５１として、幅広の導電金属板が周回されたリング部５１Ａと端子部５１Ｂを備えた構成について説明したが、本発明の実施は静電電極５１が存在すれば、形状を問わず実施可能である。なお、導電金属板を周回させて構成する場合には、例えば、図５に示す静電電極１５１のように、リング部１５１Ａと端子部１５１Ｂを一本の金属線を折り曲げて構成するものとしても良い。このような構成にすると、比較的安価な金属線を用いて、静電電極１５１を構成することができるため、回転操作スイッチ２３を安価に製造することが可能となる。

また、操作者が操作ユニット３２近傍に指を延ばすと照光するものとして説明したが、車両用スピーカーから音を鳴らす等、様々な報知装置の使用が可能である。

また、操作者が操作ユニット３２近傍に指を延ばすと検知するものとして説明したが、操作ユニット３２に接触した際に検知するものとしても良い。これは、静電電極５１と金具４５の間の電気容量の変化を検知する閾値を変化させることで実現しうる。

また、プッシュスイッチ２５を備えるものとして説明したが、プッシュスイッチ２５は有さなくても本発明の実施は可能である。

さらに、操作体５３は絶縁樹脂等の絶縁材料で形成されるものとして説明したが、導電金属で構成しても良い。その場合、導電金属カバー５４は無くても良い。また、操作体５３を導電金属で構成すると、操作体５３が誘導電極となる。

このように本実施の形態によれば、操作ユニット３２に回転エンコーダの回転部と連動して回転し電界を放射する静電電極５１を内蔵し、静電電極５１の外側に静電電極５１と非接触の誘導電極を備えて回転操作スイッチ２３を構成し、操作者が操作体へ指等を近づけた際に消灯していたスイッチが照光等を行うため、認識性の高い回転操作スイッチ２３を提供することが出来る。

また、誘導電極を導電金属カバー５４として構成し、静電電極５１と導電金属カバー５４の間に絶縁樹脂の操作体５３の少なくとも一部を介在させることで、比較的安価に回転操作スイッチ２３を生産することができる。

また、導電金属カバー５４は周回して設けられた側面部５４Ａと側面部５４Ａを上端側で接続する上面部５４Ｂとを備えて構成されるので、側面方向だけでなく上方向にも効率的に電界を放射しうる。

また、静電電極１５１のように、周回して形成したリング部１５１Ａとリング部１５１Ａから延出した端子部１５１Ｂを一本の金属線を折り曲げて構成することで、安価な回転操作スイッチ２３を提供することが出来る。

さらに、回転操作スイッチ２３と、発光素子２２と、発光素子２２に対向して配置された導光体２４と、回転操作スイッチ２３の静電電極５１及び金具４５と発光素子２２に電気的に接続され静電電極５１及び金具４５間の電気容量が所定値より小さくなると発光素子２２を点灯する制御回路２６を備えることにより、回転操作スイッチ２３を消灯、点灯切り替えて近接検知装置１００の認識性を向上しうる。

そして、導光体２４は、発光素子２２と対向する位置に設けられた発光素子２２の光軸方向と直交する入射面２４Ｂと、光軸方向で且つ入射面２４Ｂの内方に３０度〜６０度の斜度を有する斜面２４Ｃを備えるよう構成されているため、照光性が向上する。

本発明による回転操作スイッチは、認識性が高いものを実現でき、主に自動車の各種電子機器の制御用として有用である。

２１配線基板
２２発光素子
２３回転操作スイッチ
２４導光体
２４Ａ孔
２４Ｂ入射面
２４Ｃ斜面
２５プッシュスイッチ
２６制御回路
２７カバー
２７Ａ孔
２７Ｂ遮光壁
３１回転エンコーダ
３２操作ユニット
３３ピン
４１固定部
４１Ａ内壁
４１Ｂ外壁
４１Ｃ底部
４２抵抗体
４３回転部
４３Ａ壁部
４３Ｂ下板部
４４回転ブラシ
４５金具
４６外部端子
５１、１５１静電電極
５１Ａ、１５１Ａリング部
５１Ｂ、１５１Ｂ端子部
５２支持体
５３操作体
５３Ａ外側面部
５３Ｂ内側面部
５３Ｃ中側面部
５３Ｄ上面壁
５４導電金属カバー
５４Ａ側面部
５４Ｂ上面部
１００近接検知装置
１１０空調装置
１２０ディスプレイ装置

Claims

固定部と前記固定部に対し回転する回転部と前記固定部の外周に配置された金具を有する回転エンコーダと、
前記回転部と連動し電界を放射する静電電極と前記静電電極に対し非接触に外側に設けられた導電金属製の誘導電極を有する操作ユニットと、を備えた回転操作スイッチ。
前記操作ユニットは絶縁樹脂の操作体を有し、
前記誘導電極は導電金属カバーとし、前記静電電極と前記導電金属カバーの間に前記操作体の少なくとも一部を介在させた請求項１記載の回転操作スイッチ。
前記導電金属カバーは周回して設けられた側面部と前記側面部を上端側で接続する上面部とを備えて構成される請求項２記載の回転操作スイッチ。
前記静電電極は周回して形成したリング部と前記リング部から延出した端子部を備え、前記リング部と前記端子部は一本の金属線を折り曲げて構成された請求項１記載の回転操作スイッチ。
請求項１記載の回転操作スイッチと、発光素子と、前記発光素子に対向して配置された導光体と、前記静電電極及び前記金具及び前記発光素子に電気的に接続された制御回路を備え、前記制御回路は前記静電電極と前記金具との間の電気容量が所定値より小さくなると前記発光素子を消灯状態から点灯状態に切り替える近接検知装置。
前記導光体は、前記発光素子と対向する位置に設けられた前記発光素子の光軸方向と直交する入射面と、前記光軸方向で且つ前記入射面の内方に３０度〜６０度の斜度を有する斜面とを備えた請求項５記載の近接検知装置。