JP2014093247A

JP2014093247A - 静電スイッチ装置

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Publication number: JP2014093247A
Application number: JP2012244174A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Miyazaki; 達也宮崎; Yoshikazu Shimonaka; 仁和下中
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: JP6056006B2

Abstract

【課題】柔軟な摺動検知電極の配置に適した静電スイッチ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】対象物が摺動する摺動操作部２５Ａと、摺動操作部２５Ａの内側に配置され独立して折り曲げ可能な複数の摺動検知電極７１と、複数の摺動検知電極７１に接続された制御回路３２と、複数の摺動検知電極７１が配置された配線基板２４とを備え、前記制御回路３２が、複数の摺動検知電極７１から検出した静電容量の変化に基づき、対象物の摺動方向に応じた操作信号を出力する。これにより、対象物の摺動方向を検出し得ると共に複数の摺動検知電極７１を一枚の配線基板２４に配置して製造可能であるため、細かな制御に対応可能で、かつ簡便な構造の静電スイッチ装置１００を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量の変化から操作を検出する静電スイッチ装置に関するものである。

近年、静電容量を検出するＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）等の低価格化が進むにつれ、静電スイッチが広く用いられてきている。

例えば、乗用車の車室内で操作者が操作するスイッチ等においても、従来の機械式のスイッチ装置から静電スイッチ装置への置き換えが提案されている。

このような従来の静電スイッチ装置について図５を用いて説明する。

同図は従来の静電スイッチ装置２０の斜視図である。

静電スイッチ装置２０は、車室の天井に配置され、車室内を照明する。静電スイッチ装置２０は、小物を収容する収容部１２と、車室内を照明する照明部１４とを備える。収容部１２は、略箱状の収容空間が開閉自在の蓋体により覆われて構成される。

照明部１４には、車室内を照明する複数のランプが設けられる。また、照明部１４には、各ランプのＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチ部が一体的に組み込まれている。スイッチ部には、静電容量の変化に基づいて照明レンズ１６への操作者の手指を検知する静電容量式の静電スイッチが三つ搭載されている。

照明部１４の車室内側の面に、照明レンズ１６が設けられる。照明レンズ１６は、三つの領域に区分され、透光部１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが形成される。透光部１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、光源からの光を透過して車室内に導くと共に、照明をＯＮ／ＯＦＦさせる際に、操作者の手指が接触するタッチ部としても機能する。

静電スイッチ装置２０は車室内を照明するために用いられ、透光部１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃに操作者が接触すると、それぞれの接触位置に対応したランプを点灯或いは消灯するものとなっていた。

また、静電スイッチ装置の上面に対し、弧を描くように指を摺動させる摺動操作の検出可能な静電スイッチ装置に関しても、既に報告されている。

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、２が知られている。

特開２０１２−１３８２３２号公報特開２０１０−２４４７７６号公報

しかしながら、上記従来の静電スイッチ装置は指等による押圧操作或いは摺動操作に対応するものではあるが、摺動する部分の曲率が大きい場合には摺動検知電極を配置しづらくなる等、摺動検知電極の配置の自由度が小さかった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、柔軟な摺動検知電極の配置に適した静電スイッチ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の静電スイッチ装置は、対象物が摺動する摺動操作部と、摺動操作部の内側に配置され独立して折り曲げ可能な複数の摺動検知電極と、複数の摺動検知電極に接続され複数の摺動検知電極から検出した静電容量の変化に基づき対象物の摺動方向に応じた操作信号を出力する制御回路と、摺動操作部の内側に配置された複数の前記摺動検知電極が全て配置された配線基板とを備えるものである。

以上のように本発明によれば、対象物が摺動する摺動操作部と、摺動操作部の内側に配置され独立して折り曲げ可能な複数の摺動検知電極と、複数の摺動検知電極に接続され複数の摺動検知電極から検出した静電容量の変化に基づき対象物の摺動方向に応じた操作信号を出力する制御回路と、摺動操作部の内側に配置された複数の摺動検知電極が全て配置された配線基板とを備える。これにより柔軟な摺動検知電極の配置に適した静電スイッチ装置を提供し得る。

本発明の一実施の形態による静電スイッチ装置の分解斜視図同静電スイッチ装置の斜視図同静電スイッチ装置に用いる電極基板の展開図同静電スイッチ装置の制御を示すフローチャート従来の静電スイッチ装置の斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４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静電スイッチ装置１００の分解斜視図である。図２は各構成部品を組み合わせた静電スイッチ装置１００の斜視図である。

ここで、静電スイッチ装置１００は、カバー２１と回路基板２２とベース２３と配線基板２４と筐体２５を備える。

絶縁樹脂等を材料とする方形板状のカバー２１に接して、回路基板２２が配置される。

回路基板２２は、複数の配線（図示せず）が配置されたプリント基板３１と、プリント基板３１に配置されたマイコンやＩＣ等の半導体素子で構成される制御回路３２と、同じくプリント基板３１に配置されたコネクタ３３を備えている。

ベース２３は、中央に孔２３Ａが設けられた方形でリング状の板である。なお、ベース２３は、絶縁樹脂等を材料とする。

図３は配線基板２４を展開した平面図である。配線基板２４はフレキシブルプリント配線板等の可撓性を有する基板で構成される。ここで、配線基板２４は、複数の電極や配線が設けられた一枚の基板の所定部分を切り抜いて形成される。

この配線基板２４は、配線部４１と配線部４１に隣接した摺動検知部４２と接触検知部４３とを備える。

配線部４１は、下端に九本の端子を備えた端子部５１を備え、端子部５１の各端子からは九本の配線５２Ａ〜５２Ｉが延出している。そして、配線部４１は上方に折り曲げられ、端子部５１はコネクタ３３に接続される。

摺動検知部４２は、基部６１と、基部６１の内縁から内方に突出して設けられた八つの摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈを備える。

摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈはそれぞれ独立して折り曲げ可能で、摺動検知電極７１と摺動検知電極７１が配置された箇所より幅が狭い屈曲部７２を備える。なお、図３では摺動検知電極部６２Ｅの摺動検知電極７１と屈曲部７２に対し引き出し線を引いて示すが、いずれの摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈにおいても摺動検知電極７１と屈曲部７２を備える。なお、摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈが連結されておらず、それぞれ独立して折り曲げ可能であるため、摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈの配置の自由度が高い。

摺動検知電極７１は銅等の導電金属を材料とする。摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈ内には、それぞれ摺動検知電極７１から屈曲部７２を経由して配線部４１まで配線５２Ａ〜５２Ｈが延出している。この摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈは、屈曲部７２で折り曲げられ、摺動検知電極７１が基部６１に対し下方に突出しており、摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈ同士は概ね等間隔となるよう配置される。

このように、配線基板２４は可撓性を有する基板で、摺動検知電極７１が配置される摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈは折り曲げられる屈曲部７２を有しており、屈曲部７２は摺動検知電極７１が配置される箇所より幅が細く構成されるため、立体的に摺動検知電極を配置することが容易となる。なお、屈曲部７２は幅が例えば２ｍｍであり、折り曲げやすく、また平面形状に戻り難い。

接触検知部４３には、方形の接触検知電極８１が配置され、接触検知電極８１からは配線５２Ｉが延出している。配線５２Ｉは、配線部４１に延出する。

また、複数の摺動検知電極７１を一枚の配線基板２４に配置して製造可能であるため、簡便かつ低コストに製造が可能となる。

筐体２５は方形板状で絶縁樹脂等を材料とする。ここで、筐体２５の下面には、中央左寄りに円柱形状で突出した摺動操作部２５Ａを備え、摺動操作部２５Ａの右側には平面の接触操作部２５Ｂを備える。そして、摺動操作部２５Ａの内側面は凹凸のない平面で構成される。そして、摺動操作部２５Ａの内側面に摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈが固定され、接触操作部２５Ｂの上面となる位置に接触検知部４３が固定される。ここで、摺動操作部２５Ａの内側面は凹凸のない平面で構成されるため、摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈを固定しやすくなっている。

なお、筐体２５の厚みは、摺動検知電極７１及び接触検知電極８１の静電容量の変化を捉え易くするため、０．５ｍｍ〜４．０ｍｍとするのが好ましい。

ここで、複数の摺動検知電極７１及び接触検知電極８１は配線５２Ａ〜５２Ｉ及びコネクタ３３を経由して制御回路３２に電気的に接続されている。そして、制御回路３２では、複数の摺動検知電極７１と接触検知電極８１から静電容量を検出し、いずれの電極で静電容量の変化があったか判定することにより、操作者の操作に対応した操作信号を静電スイッチ装置１００の外部に出力する。

このように構成された静電スイッチ装置１００は例えば、薄さの要求が高い乗用車の車室内の天井に配置され、後部座席等の操作者がエアコンの設定温度を変更するために用いられる。

例えば、操作者が接触操作部２５Ｂに触れると、接触検知電極８１の静電容量が変化したことを制御回路３２が検出し、運転席側／助手席側のいずれのエアコンの設定温度を変化させるか切り替わる。そして、例えば運転席側のエアコンの設定温度を設定する状態であれば、操作者が摺動操作部２５Ａの外側面を一本或いは複数本の指で触ったまま時計回転方向に摺動させると運転席側のエアコンの設定温度を上げることができる。一方、操作者が摺動操作部２５Ａの外側面を触ったまま反時計回転方向に摺動させると、運転席側のエアコンの設定温度を下げることができる。

図４は、制御回路３２が摺動操作部２５Ａの操作方向を検出する方法を示すフローチャートである。

まず制御回路３２は、摺動検知電極の静電容量の変化からいずれの摺動検知電極が操作者の接触を検出しているか判定し、現在位置データとして記憶する（Ｓ１）。（表１）は制御回路３２に記憶された各データを示している。

（表１）の各データは上から現在位置データ（Ｄａ）、時計回転データ（Ｄｂ）、反時計回転データ（Ｄｃ）、静止データ（Ｄｄ）である。ここで、Ｐ１〜Ｐ８は摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈの摺動検知電極７１にそれぞれ対応する。ここで、「１」は接触判定した（つまり、所定の静電容量変化を検出した）摺動検知電極７１で、「０」は接触判定していない（つまり、所定の静電容量変化を検出していない）摺動検知電極７１である。

また、図４のフローチャートはステップＳ１０でステップＳ１に戻り繰り返す制御になっていて、静止データ（Ｄｄ）は一周前の現在位置データ（Ｄａ）である。また、時計回転データ（Ｄｂ）は静止データ（Ｄｄ）に対し摺動検知電極７１の一区間分、接触判定した位置を時計回転方向に移動したデータである。反時計回転データ（Ｄｃ）は静止データ（Ｄｄ）に対し摺動検知電極７１の一区間分、接触判定した位置を反時計回転方向に移動したデータである。

次に、制御回路３２は現在位置データ（Ｄａ）と時計回転データ（Ｄｂ）を比較し、一致した数（一致数Ｎｂ）をカウントする（Ｓ２）。また、制御回路３２は現在位置データ（Ｄａ）と反時計回転データ（Ｄｃ）を比較し、一致した数（一致数Ｎｃ）をカウントする（Ｓ３）。さらに、制御回路３２は現在位置データ（Ｄａ）と静止データ（Ｄｄ）を比較し、一致した数（一致数Ｎｄ）をカウントする（Ｓ４）。

次に、制御回路３２は、一致数Ｎｂと一致数Ｎｃと一致数Ｎｄのいずれが大きいか比較する（Ｓ５）。一致数Ｎｂが最も大きければ、一区間、時計回転したと判定し、時計回転に対応した操作信号を出力する（Ｓ６）。一致数Ｎｃが最も大きければ、一区間、反時計回転したと判定し、反時計回転に対応した操作信号を出力する（Ｓ７）。一致数Ｎｄが最も大きければ、回転なしと判定し、操作信号を出力しない（Ｓ８）。なお、一致数Ｎｂと一致数Ｎｃと一致数Ｎｄを比較した結果、最も大きいものが二つ以上存在した場合、あるいは現在位置データ（Ｄａ）のＰ１〜Ｐ８の値が全て０又は１であった場合も、回転なしと判定し、操作信号を出力しない（Ｓ８）。

なお、（表１）の場合は、一致数Ｎｂが最も大きくなり、時計回転したと判定し、時計回転に対応した操作信号を出力する（Ｓ６）。

次に、ステップＳ６〜Ｓ８のいずれに進んだ場合においても、現在位置データ（Ｄａ）を基に、時計回転データ（Ｄｂ）と反時計回転データ（Ｄｃ）と静止データ（Ｄｄ）を更新する（Ｓ９）。そして、最初に戻り（Ｓ１０）繰り返す。

このように、制御回路３２は、一致数Ｎｂと一致数Ｎｃと一致数Ｎｄのいずれが大きいか比較しているため、操作者が操作する指の数を変化させた場合でも、いずれの方向に操作を行ったのか判定することができる。

なお、摺動検知電極７１の数は八個の場合について示したが、少なくとも三個以上であれば本発明の実施は可能である。なお、摺動検知電極７１の数が六個以上であれば、例えば指五本を用いて操作した場合でも、接触判定しない摺動検知電極７１が一つは存在するので、操作方向の判定の確実性が増し適している。

なお、摺動検知電極７１の材料は導電金属に限るものではない。導電ポリマーなどの光透過性のあるものでも良い。

また、摺動検知電極７１が配置される面は平面あるいは曲面が好ましい。曲面の例としては一次曲面や二次曲面等が挙げられる。

また、静電スイッチ装置１００は車両の天井以外に配置しても良い。例えば、オーディオシステムの音量ボリューム制御用のスイッチや、車両のインストルメントパネルの操作スイッチとして用いても良い。

また、摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈは独立して折り曲げ可能、つまり複数の摺動検知電極７１も独立して折り曲げ可能であるため、摺動操作部２５Ａの形状が多角形の場合や、段差を有する場合にも摺動操作部２５Ａの内側面或いは外側面に摺動検知電極７１を容易に配置することが可能である。

このように本実施の形態によれば、対象物が摺動する摺動操作部２５Ａと、摺動操作部２５Ａの内側に配置され独立して折り曲げ可能な複数の摺動検知電極７１と、複数の摺動検知電極７１に接続された制御回路３２と、複数の摺動検知電極７１が配置された配線基板２４とを備え、前記制御回路３２が、複数の摺動検知電極７１から検出した静電容量の変化に基づき、対象物の摺動方向に応じた操作信号を出力する。これにより、複数の摺動検知電極７１を独立して折り曲げ可能であるため、柔軟な摺動検知電極７１の配置に適した静電スイッチ装置１００を提供することができる。

また、配線基板２４は可撓性を有し、摺動検知電極７１が配置される摺動検知電極部６２Ａ〜６２Ｈは折り曲げられる屈曲部７２を有しており、屈曲部７２は摺動検知電極７１が配置される箇所より幅が細く構成されるため、立体的に摺動検知電極７１を配置することが容易となる。

さらに、摺動検知電極７１は三枚以上で構成されるため、時計回転、反時計回転の操作方向の区別を行うことができる。

また、摺動操作部２５Ａは円柱形状で対象物は摺動操作部２５Ａの側面を摺動するため、操作者が摺動操作部２５Ａをつかんで操作することが容易である。

さらに、制御回路３２は、複数の摺動検知電極７１から検出した静電容量から作成された現在位置データ（Ｄａ）と、時計回転方向の操作に対応した時計回転データ（Ｄｂ）と、反時計回転方向の操作に対応した反時計回転データ（Ｄｃ）とを備え、現在位置データが時計回転データと反時計回転データのいずれに近いか判定し対象物の摺動方向を決める。このため、操作者が操作する指の数を変えた場合等でも操作者の操作方向を検出し得る。

本発明による静電スイッチ装置は、柔軟に摺動検知電極を配置し得るという有利な効果を有する。

２１カバー
２２回路基板
２３ベース
２３Ａ孔
２４配線基板
２５筐体
２５Ａ摺動操作部
２５Ｂ接触操作部
３１プリント基板
３２制御回路
３３コネクタ
４１配線部
４２摺動検知部
４３接触検知部
５１端子部
５２Ａ〜５２Ｉ配線
６１基部
６２Ａ〜６２Ｈ摺動検知電極部
７１摺動検知電極
７２屈曲部
８１接触検知電極
１００静電スイッチ装置

Claims

対象物が摺動する摺動操作部と、前記摺動操作部の内側に配置され独立して折り曲げ可能な複数の摺動検知電極と、複数の前記摺動検知電極に接続され複数の前記摺動検知電極から検出した静電容量の変化に基づき対象物の摺動方向に応じた操作信号を出力する制御回路と、前記摺動操作部の内側に配置された複数の前記摺動検知電極が全て配置された配線基板とを備えた静電スイッチ装置。
前記配線基板は可撓性を有し、前記摺動検知電極が配置される摺動検知電極部は折り曲げられる屈曲部を有しており、前記屈曲部は前記摺動検知電極が配置される箇所より幅が細く構成される請求項１記載の静電スイッチ装置。
前記摺動検知電極は三枚以上で構成される請求項１記載の静電スイッチ装置。
前記摺動操作部は円柱形状で対象物は前記摺動操作部の側面を摺動する請求項２記載の静電スイッチ装置。
前記制御回路は、複数の前記摺動検知電極から検出した静電容量から作成された現在位置データと、時計回転方向の操作に対応した時計回転データと、反時計回転方向の操作に対応した反時計回転データとを備え、現在位置データが時計回転データと反時計回転データのいずれに近いか判定し対象物の摺動方向を決める請求項１記載の静電スイッチ装置。