JP2014022113A - タッチ式スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチ式スイッチ装置において、タッチプレートの意匠面形状の設計または操作感度の設計を実施するにあたり、その設計自由度を向上させる。
【解決手段】タッチ式スイッチ装置は、接触操作される複数のスイッチ操作部１１〜１７を表面側に有したタッチプレート１０と、タッチプレートのうちスイッチ操作部とは反対の裏面側に配置され、複数のスイッチ操作部の各々に対向して配置された電極２１〜２７を有するフィルムセンサ２０と、を備え、スイッチ操作部への接触操作の有無を、電極の電位変化に基づいて検知する。そして、タッチプレートとフィルムセンサとの間に、タッチプレートの誘電率ε１とは異なる誘電率ε２の材質で形成された調整プレート３０を備え、調整プレートの板厚寸法ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を、複数のスイッチ操作部のいずれの裏面側に位置するかに応じて異なる寸法に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、タッチプレートを操作することでスイッチのオンオフを操作するタッチ式スイッチ装置に関する。

特許文献１、２等に記載のタッチ式スイッチ装置は、図７に例示されるように、タッチプレート１０とフィルムセンサ２０とが積層した構造である（特許文献１、２参照）。タッチプレート１０の表面には、操作者の指先等により接触操作される複数のスイッチ操作部１４、１５が形成されている。フィルムセンサ２０は、タッチプレート１０の裏面側に配置され、複数のスイッチ操作部１４、１５の各々に対向して配置された電極２４、２５を有する。そして、スイッチ操作部１４、１５に指先を接触させることにより生じる電極２４、２５上の静電容量変化に基づき、接触操作の有無を検知する。

特開２０１０−８６３８５号公報 特開昭６１−６４０３１号公報

ところで、タッチプレート１０の意匠面（表面）の凹凸に合わせてスイッチ操作部１４、１５の奥行き位置（図７の上下方向位置）は異なる。すると、タッチプレート１０の板厚寸法ｔ１、ｔ２は意匠面の凹凸に合わせて異なってくる。その結果、板厚寸法が小さい部位における電極２４上の静電容量Ｃａは、板厚寸法が大きい部位における電極２５上の静電容量Ｃｂに比べて小さくなる。すると、静電容量Ｃａの小さいスイッチ操作部１４を接触操作した時の操作感度は、静電容量Ｃｂの大きいスイッチ操作部１５よりも高感度になる。

また、電極２４、２５の面積の違いに応じても操作感度は異なる。そのため、複数のスイッチ操作部１４、１５同士で操作感度を等しくしようとすると、電極２４、２５の面積の違いに応じてタッチプレート１０の板厚寸法ｔ１、ｔ２を変えて調整する必要がある。しかし、このように板厚寸法ｔ１、ｔ２を調整すると、タッチプレート１０の意匠面形状を所望の形状にできなくなる。換言すれば、操作感度の調整を鑑みてタッチプレートの板厚寸法を設定すると、意匠面形状の設計自由度が低下する。その一方で、意匠面形状を鑑みて前記板厚寸法を設計すると、操作感度を所望の感度に設計することが困難になる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、タッチプレートの意匠面形状の設計または操作感度の設計を実施するにあたり、その設計自由度を向上させたタッチ式スイッチ装置を提供することにある。

開示されたひとつの発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、接触操作される複数のスイッチ操作部（１１〜１７）を表面側に有したタッチプレート（１０）と、タッチプレートのうちスイッチ操作部とは反対の裏面側に配置され、複数のスイッチ操作部の各々に対向して配置された電極（２１〜２７）を有するフィルムセンサ（２０）と、を備え、スイッチ操作部への接触操作の有無を、電極の電位変化に基づいて検知することを前提とする。そして、タッチプレートとフィルムセンサとの間に、タッチプレートの誘電率とは異なる誘電率の材質で形成された調整プレート（３０）が備えられ、調整プレートの板厚寸法は、複数のスイッチ操作部のいずれの裏面側に位置するかに応じて、異なる寸法に設定されていることを特徴とする。

上記発明によれば、複数のスイッチ操作部のいずれの裏面側に位置するかに応じて、調整プレートの板厚寸法を調整することにより、スイッチ操作部毎の静電容量を調整して操作感度を調整できる。換言すれば、このように調整した結果、調整プレートの板厚寸法は、複数のスイッチ操作部のいずれの裏面側に位置するかに応じて、異なる寸法に設定されている。しかも、調整プレートの板厚寸法に応じてタッチプレートの板厚寸法を調整すれば、タッチプレートの表面側の形状（つまり意匠面形状）を所望の形状にしつつも、静電容量を調整して所望の感度に調整できる。

以上により、上記発明によれば、タッチプレートの意匠面形状の設計または操作感度の設計を実施するにあたり、調整プレートおよびタッチプレートの板厚寸法を調整することで、その設計自由度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態にかかるタッチ式スイッチ装置の正面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面図。 図２に示すフィルムセンサの正面図。 本発明の第２実施形態を示す断面図。 本発明の第３実施形態を示す断面図。 本発明と比較される装置であって、本発明者が検討したタッチ式スイッチ装置の構造を示す断面図。

以下、本発明にかかるタッチ式スイッチ装置の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、図中の同一符号を付した部分の構成は、互いに同一もしくは均等であり、その説明を援用する。

（第１実施形態）
図１に示すタッチ式スイッチ装置は車両に搭載されたものであり、具体的には、車室内のインストルメントパネルに取り付けられている。タッチ式スイッチ装置は樹脂製のタッチプレート１０を備える。タッチプレート１０は、車室内に露出して意匠面を構成するものであり、操作者の指先により接触操作される複数のスイッチ操作部１１、１２Ｌ、１２Ｒ、１３、１４、１５、１６、１７を有している。例えば、操作者がスイッチ操作部１１を指先で触ると空調装置が起動し、空調装置の運転状態が液晶表示部５０に表示される。

図２および図３に示すように、タッチ式スイッチ装置はフィルムセンサ２０を備える。フィルムセンサ２０は、操作者から見てタッチプレート１０の裏側に配置され、３層のフィルムＦ１、Ｆ２、Ｆ３を積層した構造である。また、タッチプレート１０とフィルムセンサ２０との間には調整プレート３０が配置されており、フィルムセンサ２０は両面テープ等の接着材４０を介して調整プレート３０に接着されている。

図４は、フィルムセンサ２０を構成するフィルムＦ１の正面図である。フィルムＦ１は、スイッチ操作部１１〜１７に対向する位置に電極２１、２２Ｌ、２２Ｒ、２３、２４、２５、２６、２７と、当該電極２１〜２７に接続された配線２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈと、を有する。フィルムＦ１〜Ｆ３は電気絶縁性を有する樹脂フィルムである。上述した電極２１〜２７および配線２０ａ〜２０ｈを有するフィルムＦ１の、裏面と表面をフィルムＦ２、Ｆ３で挟み込むことで、フィルムセンサ２０は形成されている。

なお、配線２０ａ〜２０ｈは、図１に示すマイクロコンピュータ（マイコン６０）に接続されており、電極２１〜２７から出力される検出信号は、配線２０ａ〜２０ｈを通じてマイコン６０へ入力される。

タッチプレート１０および調整プレート３０は樹脂製の板形状である。但し、両プレート１０、３０には異なる誘電率の材質の樹脂が採用されている。樹脂の具体例としては、アクリル、ポリカーボネート、ナイロン（登録商標）、ＡＢＳ等が挙げられる。本実施形態では、タッチプレート１０の誘電率が調整プレート３０の誘電率よりも高くなるように材質を選定している。

タッチプレート１０および調整プレート３０は、タッチプレート１０の樹脂材料と調整プレート３０の樹脂材料を２色成型して、一体に樹脂成形すればよい。或いは、別々に樹脂成型されたタッチプレート１０および調整プレート３０を、接着剤で接着させるようにしてもよい。

スイッチ操作部１１〜１７に指先を置くと、電極２１〜２７と指先との間における静電容量が変化することに伴い、電極２１〜２７の電位が変化する。この電位変化を示す信号が先述した検出信号に相当する。マイコン６０（判定手段）は、検出信号による電位が閾値以上であるか否かに応じてスイッチ操作部１１〜１７の操作有無を判定する。この判定に用いる閾値は、全ての電極２１〜２７に対して共通の値に設定されている。

ここで、スイッチ操作部１１〜１７に指先を置いていない状態において、電極２１〜２７上の静電容量Ｃは次の式で表される。
Ｃ＝ε１・ε２・Ｓ／Ｌ
なお、式中のε１はタッチプレート１０の誘電率、ε２は調整プレート３０の誘電率であり、先述した通りε１＞ε２である。また、Ｓは電極２１〜２７の面積、Ｌは電極２１〜２７からスイッチ操作部１１〜１７までの距離を示す（図３参照）。Ｌは、両プレート１０、３０、接着材４０およびフィルムＦ２の厚み寸法の合計であるが、接着材４０およびフィルムＦ２の厚み寸法は無視できるほどに小さいため、両プレート１０、３０の厚み寸法が支配的となる。

したがって、図３中の符号ａ１、ａ２、ａ３、ａ４に例示するタッチプレート１０の厚み寸法と、符号ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４に例示する調整プレート３０の厚み寸法との比率を調整すれば、距離Ｌを変えることなく静電容量Ｃを変えることができる。例えば、距離Ｌを同一にした条件下で調整プレート３０を厚くするほど、誘電率ε１の大きいタッチプレート１０は薄くなり、静電容量Ｃは小さくなる。その結果、検出信号（電位）が閾値以上となって操作有りと判定され易くなる。つまり、スイッチ操作部１１〜１７を操作するにあたり、その操作感度が高くなる。

また、スイッチ操作部１５、１２Ｌ、１２Ｒのように、意匠上、他のスイッチ操作部よりも距離Ｌが長い部位については、距離Ｌに対するタッチプレート１０の厚み寸法ａ４の割合を大きくするとともに、距離Ｌに対する調整プレート３０の厚み寸法ｂ４の割合を小さく設定している。これにより、距離Ｌが長い部位のスイッチ操作部１５、１２Ｌ、１２Ｒと、距離Ｌが短い部位のスイッチ操作部１１、１３、１４とで、静電容量Ｃを同じに調整することができ、ひいては操作感度が同じになるように調整することができる。

要するに、タッチプレート１０および調整プレート３０の板厚寸法を、スイッチ操作部１１〜１７（タッチプレート１０上の部位）に応じて異なる寸法に設定することで、スイッチ操作部１１〜１７毎の静電容量を調整し、ひいては操作感度を調整している。スイッチ操作部１１〜１７毎に操作感度が異なるように調整してもよいし、同じになるように調整してもよい。

ここで、タッチプレート１０上のうちスイッチ操作部１１〜１７以外の部位であって、配線２０ａ〜２０ｈに対向する部位を配線対向部１０ａｂ、１０ｃｄ、１０ｅｆ、１０ｇｈ、１０ｇ、１０ｈと呼ぶ。そして、配線対向部１０ａｂ〜１０ｈにおける静電容量Ｃが、スイッチ操作部１１〜１７における静電容量Ｃよりも大きくなるよう、タッチプレート１０の板厚寸法ａ１〜ａ４および調整プレート３０の板厚寸法ｂ１〜ｂ４は設定されている。具体的には、調整プレート３０の板厚寸法ｂ１〜ｂ４のうち、配線対向部１０ｇ、１０ｈでの寸法ｂ１、ｂ３は、その配線対向部１０ｇ、１０ｈに隣接するスイッチ操作部１４、１５での寸法ｂ２、ｂ４よりも大きく設定されている。

以上により、本実施形態によれば、調整プレート３０およびタッチプレート１０の板厚寸法を調整することにより、タッチプレート１０の表面側の形状（つまり意匠面形状）を所望の形状にしつつも、スイッチ操作部１１〜１７毎に静電容量を調整して所望の操作感度に調整できる。したがって、タッチプレート１０の意匠面形状の設計または操作感度の設計を実施するにあたり、その設計自由度を向上できる。

さらに本実施形態によれば、以下の（ａ）（ｂ）に係る効果も発揮される。

（ａ）ここで、配線対向部１０ｇ、１０ｈに指先を置くと、電極２４〜２５から出力される検出信号が変化して、接触操作有りと誤判定されることが懸念される。そこで本発明者は、図７に示すように、配線対向部１０ｇ、１０ｈの裏面側において、タッチプレート１０と接着材４０との間に空気層ＣＬを設けることを検討した。これによれば、配線対向部１０ｇ、１０ｈに指先を置いた時に生じる静電容量変化が抑制され、前記誤判定を防止できる。しかしこの構成によると、タッチプレート１０とフィルムセンサ２０との接着面積が空気層ＣＬの分だけ小さくなり、接着力の低下を招く。

この点を鑑みた本実施形態では、配線対向部１０ａｂ〜１０ｈにおける静電容量Ｃが、スイッチ操作部１１〜１７における静電容量Ｃよりも大きくなるよう、タッチプレート１０の板厚寸法ａ１〜ａ４および調整プレート３０の板厚寸法ｂ１〜ｂ４を設定している。そのため、配線対向部１０ｇ、１０ｈに指先を置いた時に生じる静電容量変化の抑制を、空気層ＣＬを設けること無く、或いは空気層ＣＬの面積を小さくしつつ、実現できる。よって、タッチプレート１０および調整プレート３０に対するフィルムセンサ２０の接着力を十分に確保しつつ、前記誤判定を防止できる。

（ｂ）電極の電位が閾値以上であるか否かに応じてスイッチ操作部１１〜１７の操作有無を判定するマイコン６０（判定手段）を備え、複数の電極２１〜２７の各々に対する、接触操作有無の判定閾値を同一の値にするよう、調整プレート３０の板厚寸法を、スイッチ操作部１１〜１７毎に設定している。

ここで、前記判定閾値を調整すれば操作感度を調整できる。しかし、スイッチ操作部１１〜１７毎に所望の操作感度となるように判定閾値を調整する作業を要することとなり、その作業は手間である。この点を鑑みた本実施形態では、スイッチ操作部１１〜１７の各々にかかる判定閾値を同一の値にするよう、調整プレート３０の板厚寸法を調整しているので、前記作業を不要にできる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、同一のスイッチ操作部１４の範囲内において、タッチプレート１０の板厚寸法ａ２および調整プレート３０の板厚寸法ｂ２は均一に設定されている。これに対し、図５に示す本実施形態では、スイッチ操作部１４の端部分１４ｂに位置する部位の静電容量が、同一のスイッチ操作部１４の中央部分１４ａに位置する部位の静電容量よりも小さくなるよう、タッチプレート１０の板厚寸法ａ５、ａ６および調整プレート３０の板厚寸法ｂ５、ｂ６は設定されている。

具体的には、端部分１４ｂに対応するタッチプレート１０の板厚寸法ａ６を、中央部分１４ａに対応するタッチプレート１０の板厚寸法ａ５よりも大きく設定し、かつ、端部分１４ｂに対応する調整プレート３０の板厚寸法ｂ６を、中央部分１４ａに対応する調整プレート３０の板厚寸法ｂ５よりも小さく設定する。これにより、端部分１４ｂの操作感度が中央部分１４ａの操作感度に比べて高くなる。

ここで、操作者が指先を端部分１４ｂに置いた場合にはその操作が検出されにくい場合がある。特に、図５中の左側に位置するスイッチ操作部１４は、タッチプレート１０の表面が凹状になっているため、端部分１４ｂが検出されにくくなることが懸念される。

この点を鑑み、本実施形態では端部分１４ｂの操作感度を高めているので、前記懸念を容易に解消できる。すなわち、スイッチ操作部１４の端部分１４ｂの感度が高くなるので、端部分１４ｂに指を置いた場合であっても、接触操作有りと検知させる確実性を向上できる。

（第３実施形態）
図６に示す本実施形態では、ＬＥＤやバルブ等の光源７４、７５を用いてスイッチ操作部１４、１５を透過照明している。光源７４、７５は、フィルムセンサ２０の裏側に配置された基板７０に実装されており、電極２４、２５には透光性を有する電極が採用されている。また、フィルムＦ１、Ｆ２、Ｆ３、４０、接着材４０および両プレート１０、３０にも、透光性を有する材質が採用されている。これにより、光源７４、７５から出射した光は、フィルムセンサ２０、接着材４０および両プレート１０、３０を透過して、スイッチ操作部１４、１５が透過照明される（矢印Ｌ１、Ｌ２参照）。

なお、タッチプレート１０のうちスイッチ操作部１４、１５以外の部分（非透過照明部）は透過照明させないようにするため、調整プレート３０の背面のうち非透過照明部に対応する部分には、遮光塗料が塗布されている。

さらに、配線対向部１０ａｂ、１０ｃｄ、１０ｅｆ、１０ｇｈ、１０ｇ、１０ｈを含む非透過照明部において、遮光性を向上させるべく、調整プレート３０にはタッチプレート１０に比べて透過性の低い材質が用いられている。

すなわち、スイッチ操作部１１〜１７の誤検知防止のため、非透過照明部では調整プレート３０の板厚寸法が大きく設定されている。したがって、非透過照明部ではスイッチ操作部１１〜１７に比べて透過性が低くなる。よって、非透過照明部での遮光性を向上できる。このように、本実施形態によれば、タッチプレート１０および調整プレート３０の板厚寸法を調整することで、透過性を調整することができ、ひいてはタッチプレート１０の見栄えを調整できる。

（第４実施形態）
本実施形態では、複数のスイッチ操作部１１〜１７、１８、１９（図１中の一点鎖線参照）のうち、操作面積が小さいスイッチ操作部であるほど、当該スイッチ操作部に位置する部位の静電容量が小さくなるよう、両プレート１０、３０の板厚寸法を設定している。具体的には、スイッチ操作部１６に比べて、スイッチ操作部１８、１９における静電容量は小さく設定されている。

これにより、操作面積の小さいスイッチ操作部１８、１９の操作感度は、操作面積の大きいスイッチ操作部１７の操作感度に比べて高くなる。よって、操作面積の小さいスイッチ操作部１８、１９に操作者が指先を置いた場合において、その操作が検出されないおそれを低減できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、タッチプレート１０の誘電率が調整プレート３０の誘電率よりも高くなるように材質を選定しているが、その逆に、調整プレート３０の誘電率がタッチプレート１０の誘電率よりも高くなるように材質を選定してもよい。

・上記各実施形態では、スイッチ操作部１１〜１７の操作有無判定に用いる閾値を、全ての電極２１〜２７に対して共通の値に設定しているが、スイッチ操作部１１〜１７毎に異なる値に設定してもよい。

・上記各実施形態では、調整プレート３０の裏面が平坦な形状であり、段差を有しない形状となるように構成されている。換言すれば、接着材４０によるフィルムセンサ２０と調整プレート３０との接着面は平坦である。これに対し、調整プレート３０の裏面が段差を有する形状であり、前記接着面に段差が生じる構成であってもよい。

・上記各実施形態では、調整プレート３０の裏面側に空気層を形成することを廃止している。これに対し、特に静電容量を大きくしたい箇所においては、図２中の一点鎖線ＣＬに示すように、調整プレート３０の裏面側の一部に空気層を形成するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、ユーザの指先でスイッチ操作部１１〜１７を接触操作することを想定しているが、タッチペン等の操作体によりスイッチ操作部１１〜１７が接触操作されるタッチ式スイッチ装置であってもよい。

１１〜１７…スイッチ操作部、１０…タッチプレート、２１〜２７…電極、２０…フィルムセンサ、３０…調整プレート。

Claims (5)

1. 接触操作される複数のスイッチ操作部（１１〜１７）を表面側に有したタッチプレート（１０）と、
   前記タッチプレートのうち前記スイッチ操作部とは反対の裏面側に配置され、前記複数のスイッチ操作部の各々に対向して配置された電極（２１〜２７）を有するフィルムセンサ（２０）と、
   を備え、
   前記スイッチ操作部への前記接触操作の有無を、前記電極の電位変化に基づいて検知するタッチ式スイッチ装置において、
   前記タッチプレートと前記フィルムセンサとの間に、前記タッチプレートの誘電率とは異なる誘電率の材質で形成された調整プレート（３０）が備えられ、
   前記調整プレートの板厚寸法は、前記複数のスイッチ操作部のいずれの裏面側に位置するかに応じて、異なる寸法に設定されていることを特徴とするタッチ式スイッチ装置。
2. 前記フィルムセンサは、前記電極に接続された配線を有しており、
   前記タッチプレートおよび前記調整プレートによる静電容量のうち、前記配線に対向する位置の静電容量が、前記電極に対向する位置の静電容量よりも大きくなるよう、前記調整プレートの板厚寸法は設定されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチ式スイッチ装置。
3. 前記電極の電位が閾値以上であるか否かに応じて前記スイッチ操作部の操作有無を判定する判定手段（６０）を備え、
   複数の前記電極の各々に対する前記閾値を同一の値にするよう、前記調整プレートの板厚寸法はスイッチ操作部毎に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチ式スイッチ装置。
4. 前記タッチプレートおよび前記調整プレートによる静電容量のうち、前記スイッチ操作部の端部分に対向する位置の静電容量が、前記スイッチ操作部の中央部分に対向する位置の前記静電容量よりも小さくなるよう、前記調整プレートの板厚寸法は設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のタッチ式スイッチ装置。
5. 前記複数のスイッチ操作部のうち操作面積の小さいスイッチ操作部であるほど、前記タッチプレートおよび前記調整プレートによる静電容量が小さくなるよう、前記調整プレートの板厚寸法は設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のタッチ式スイッチ装置。

Images