JP2018006228A - 操作表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の指が触れる操作表示板の表面とプリント基板上の電極部との距離が離れても、静電容量が変化せず、感度が低下しない操作表示装置を実現する。【解決手段】電極部４ａを有し操作と表示を行う操作表示板２と、操作表示板２の下方に配設された発光素子７と電極部４ｂを有するプリント基板３の間に導光体５ａと導電体５ｂからなるセンサー素子５を設けることにより、静電容量タッチスイッチの感度も低下することなく、表示も均一に明るく表示することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量の変化によって操作者の指が触れたことを検知する静電容量タッチスイッチと表示部からなる操作表示装置に関する。

従来例として、例えば、図９のように構成された操作表示装置が提案されている。ＯＡ機器の操作表示部１００には、静電容量タッチスイッチ（図示せず）が設けられている。この静電容量タッチスイッチは、静電容量の変化によって操作者の指が操作表示部１００に触れたことを検知するものである。

静電容量タッチスイッチは、操作表示部１００と電極１０１および光源１０２を備えたプリント基板１０３の間に導光体１０４を備え、光源１０２の光を導光体１０４により、操作表示部１００へ導いている。操作表示部１００と導光体１０４並びに導光体１０４とプリント基板１０３は、ともに接着体１０５によって接着し、固定されている。操作表示部１００と電極１０１の間の導光体１０４と接着体１０５により一種のコンデンサが形成されていて、操作者の指が操作表示部１００に触れることにより静電容量が変化したことを電極１０１によって検出し、光源１０２をオンまたはオフすることにより操作者に操作表示部１００に触れたことを知らせるような操作表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２５７９４４号公報

ところで、特許文献１の操作表示装置では、操作者の指が触れる操作表示部の表面とプリント基板上の電極との距離が離れているほど、静電容量が小さくなり、操作者の指が操作表示部に触れた際の静電容量の変化が少さいため、感度が低下し、最悪の場合、操作者の指が触れたことを検出できないという不具合があった。さらに、静電容量の小さいままで検知精度を上げるために、検知のしきい値を下げると、操作表示部に操作者の指以外のもの（たとえば、身体の一部など）が触れただけで、反応する誤検出が生じる不具合が発生する。

また、操作表示部には、複数の異なる文字が近接して並べられている。たとえば、点灯している「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の文字が近接している場合、「ＯＮ」の部分に操作者の指が触れて「ＯＮ」を消灯しても、近接した「ＯＦＦ」が点灯している場合には、「ＯＦＦ」の光が漏れて「ＯＮ」がうっすらと点灯しているように見えるという不具合を有していた。

また、導光体が透明の場合、光源の光が直接操作表示部に届くため、表示された文字の中央は明るく、周りは薄暗くなるという明るさのムラが発生するという不具合があった。

また、操作表示部とプリント基板の距離が離れると、操作表示部まで届く光源からの光の量が少なくなり、文字が暗く、視認性が悪いという不具合があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、操作者の指が触れる操作表示板の表面と
プリント基板上の電極部との距離が離れていても、静電容量が変化せず、感度が低下しない操作表示装置を提供することを目的としている。

本発明に係る操作表示装置は、上記目的を達成するために、電極部を有し操作と表示を行う操作表示板と、操作表示板の下方に配設された発光素子と電極部を有するプリント基板と、操作表示板とプリント基板を導光体と導電体からなるセンサー素子により接続して構成したものである。

これにより、操作者の指が触れる操作表示板の表面とプリント基板上の電極部との距離が離れても、静電容量が変化せず、感度が低下しない操作表示装置を実現することができる。

本発明の操作表示装置においては、操作者の指が触れる操作表示板の表面とプリント基板上の電極部との距離が離れても、静電容量が変化せず、感度が低下しない操作表示装置を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る操作表示装置の断面図 同操作表示装置のセンサー素子の断面図 同操作表示装置のセンサー素子の立体図 同操作表示装置の操作表示板の表面側を示す平面図 同操作表示装置の操作表示板の裏面側を示す平面図 同操作表示装置のプリント基板の要部説明図 本発明の第２の実施の形態に係る操作表示装置のセンサー素子の断面図 本発明の第３の実施の形態に係る操作表示装置のセンサー素子の断面図 従来の操作表示装置の構成を示す断面図

第１の発明は、電極部を有し操作と表示を行う操作表示板と、前記操作表示板に対向して配設された発光素子と電極部を有するプリント基板と、前記操作表示板と前記プリント基板を導光体と導電体からなるセンサー素子により接続して構成したことにより、操作者の指が触れる操作表示板の表面とプリント基板上の電極部との距離が離れても、静電容量が変化せず、感度が低下しない操作表示装置を実現することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記センサー素子は前記導光体を中心部に配設し、前記導電体を導光体の周囲に配設したことにより、導電体により導光体内で拡散される光の光漏れを防止することができる。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、前記センサー素子は立体的に変形可能な材料を用いて構成したことにより、操作表示板とプリント基板によりセンサー素子を挟み込んだ時に隙間なく確実に密着させることができる。

第４の発明は、上記第１〜第３のいずれかの発明において、前記センサー素子の前記導光体は半透明の材料を用いて構成したことにより、発光素子の光を拡散させて操作表示板上の文字をムラなく光らせることができる。

第５の発明は、上記第１〜第４のいずれかの発明において、前記センサー素子の前記導光体は、前記操作表示板側が前記プリント基板側よりも大きくなる断面形状に構成したこ
とにより、発光素子から放射される光を効率よく操作表示板上の文字に集めることができる。

第６の発明は、上記第１〜第５のいずれかの発明において、前記センサー素子の前記導光体の前記プリント基板側に凹部を設けたことにより、センサー素子とプリント基板を密着させても、プリント基板上の発光素子に導光体が当って、応力が加わり故障することを防止できる。

第７の発明は、上記第１〜第６のいずれかの発明において、前記センサー素子の前記導光体の長さを前記導電体よりも短くして、操作表示板またはプリント基板との間に隙間を設けるようにしたので、センサー素子を操作表示板とプリント基板で挟み込んだ時に、センサー素子の材料がプラスチックなどの硬い材料であっても操作表示板やプリント基板に接触しない。よって、操作表示板やプリント基板に力が加わり、割れや欠けなどの不具合の発生を防止することができる。また、導電体と、操作表示板上ならびにプリント基板上の各電極部との接触をより確実なものとすることができる。

第８の発明は、上記第１〜第７のいずれかの発明において、前記センサー素子の前記導電体は遮光可能な材料を用いて構成したことにより、発光素子からの光が導光体の外側へ漏れてしまうことがないので、十分な光の量を操作表示板の文字に集めることができるとともに、操作表示板上の隣り合う文字に導光体の光漏れによってうっすらと隣の文字が光ることを防ぐことができる。

第９の発明は、上記第１〜第８のいずれかの発明において、前記センサー素子の前記導光体と前記導電体の間に光を反射する反射体を設けたことにより、導光体内で拡散される光を外周の反射体で反射させることにより発光素子の光量を減らすことなく、より多くの光を操作表示板上の文字に集めることができる。

第１０の発明は、上記第１〜第９のいずれかの発明において、前記操作表示板の前記電極部は、前記センサー素子の前記導電体と接触する側に、表示される文字を囲むように設けたことにより、操作者が操作表示板の文字のどの位置に触れても同じ感度で、操作者の指が触れたことを検出することができる。

第１１の発明は、上記第１〜第１０のいずれかの発明において、前記操作表示板と前記センサー素子の前記導光体の間に光を拡散するための拡散板を備えたことにより、文字の明るさのムラをなくし、文字全体を均一に光らせることができる。

第１２の発明は、上記第１〜第１１のいずれかの発明において、前記センサー素子を前記操作表示板または前記プリント基板に固定するための固定部を備えたことにより、センサー素子の位置ずれを防止し、導電体を確実に電極部に、導光体を確実に発光素子と操作表示板の文字の部分に固定することができる。

第１３の発明は、上記第１０の発明において、前記操作表示板の前記電極部は遮光可能な材料を用いて構成したことにより、操作表示部の文字の部分以外を遮光するので、導光体からの光で文字を照らした時に、文字がにじむことなくくっきりと浮かびがらせることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る操作表示装置の断面図である。

図１に示すように、静電容量タッチスイッチ１は、操作表示板２の表面に複数配置されており、操作表示板２の表面に操作者の指が触れることによる静電容量の変化を検出することによって、操作者が操作表示板２の表面に触れたことを検知するものである。操作表示板２の裏面には、電極部４ａが形成されている。操作表示板２とプリント基板３は、操作表示板２とプリント基板３の間に挟み込むようにセンサー素子５を配設して、数個（図示せず）のネジ８により固定されている。

センサー素子５は、導光体５ａと導電体５ｂからなる。導光体５ａは、一般的に透明の樹脂を用いているが、本実施の形態では、半透明に形成している。導光体５ａは、半透明にすることにより、発光素子７の光が拡散しながら操作表示板２に届くので、操作表示板２上の文字が均一に明るく光ることになる。

また、導電体５ｂは、カーボンや金属チップなどの導電性の材料を含有する樹脂を用いている。導光体５ａは、操作表示板２の透過光部６の下方に位置し、導電体５ｂは、操作表示板２の電極部４ａとプリント基板３上に設けられた電極部４ｂに接している。これにより、静電容量タッチスイッチ１と電極部４ｂ間の静電容量の変化を検出する。

プリント基板３上には、信号処理回路部品（図示せず）が実装されている。導光体５ａとプリント基板３の接触部分には、プリント基板３上に発光素子７が設けられている。導光体５ａは、発光素子７に対向する部分に凹部を形成して発光素子７が導光体５ａに接触しないようにしている。発光素子７の光が導光体５ａを通って透過光部６から外部に出ることで、操作者は表示の点灯を確認することができる。センサー素子５は、固定部９により、プリント基板３に固定されている。センサー素子５は、操作表示板２に固定部９により固定しても同様の効果が得られる。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る操作表示装置におけるセンサー素子の断面図である。また、図３は、本発明の第１の実施の形態に係る操作表示装置におけるセンサー素子の立体図である。

センサー素子５は、中心部に導光体５ａが配設され、導光体５ａの周囲に導電体５ｂを配設している。センサー素子５は、導光体５ａおよび導電体５ｂからなり、導光体５ａおよび導電体５ｂは、ともに柔軟的で立体的に変形可能な材料により形成している。これにより、操作表示板２とプリント基板３によりセンサー素子５を挟み込んでも、センサー素子５は、それぞれに密着させることができるので、導電体５ｂは、操作表示板２の電極部４ａとプリント基板３の電極部４ｂを確実に繋ぐことができる。また、柔軟的で立体的に変形可能なので、操作表示板２とプリント基板３で挟み込んで自身が変形しても密着させた相手側に応力を加えることがなく、操作表示板２やプリント基板３に割れや変形を与えることもない。

また、導光体５ａは、断面形状を、プリント基板３側よりも操作表示板２側を大きくすることにより、発光素子７の放射状に出る光を効率よく操作表示板２の透過光部６に導くことができる。

また、導光体５ａは、導電体５ｂにより周囲を囲まれている。発光素子７の光は、導光体５ａを通り、透過光部６に導かれるが、周囲の導電体５ｂがカーボン（黒色）や金属チップなどの材料を用いているため、遮光効果があり、光が導光体５ａの外側に漏れるのを防ぐことができる。

また、本実施の形態では、導電体５ｂとして、柔軟的で立体的に変形可能な材料を用いたが、導電フィルムや導電性の材料を塗布しても同様の効果が得られると共にセンサー素子５を小型化することができる。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る操作表示装置の操作表示板の表面側を示す図である。操作表示板の表面側には、静電容量タッチスイッチ１と文字（たとえば、ＯＮやＯＦＦなど）が一対になったものが複数配置されている。また、静電容量タッチスイッチ１の文字の部分は、光を透過する構成の透過光部６としており、導光体５ａからの光を操作表示板２の外側に通す構成としている。よって、操作者は文字が光っているように見えるようになっている。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る操作表示装置の操作表示板の裏面側を示す図である。文字の部分は透過光部６のように光を通す構造になっているが、透過光部６以外は、文字を囲むように電極部４ａを形成している。電極部４ａは、カーボン、または、金属などの材料を用いており、導光体５ａからの光を遮光する。電極部４ａは、導電体５ｂと接続されて、操作者の指が静電容量タッチスイッチ１に触れたことを静電容量の変化で検出すると共に、導光体５ａの光を、透過光部６である文字の部分以外を遮光して通さないようにしている。これにより、文字のみが光ることになる。

また、表示される文字を囲むように電極部４ａを設けたことにより、操作者が操作表示板２の文字のどの位置に触れても同じ感度で、操作者の指が触れたことを検出することができる。

図６は、本発明の第１の実施の形態に係る操作表示装置のプリント基板の要部説明図である。プリント基板３上には、複数（図示せず）の発光素子７と発光素子７の周囲に電極部４ｂが構成されている。電極部４ｂは、導電体５ｂに接触している。

以上のように構成された操作表示装置について、その動作、作用を説明する。

操作者により、機器の電源（図示せず）が入れられると、発光素子７が点灯することにより、操作表示板２の文字が点灯する。たとえば、操作表示板２の文字が「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の場合、「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の文字が光る。

「ＯＮ」または「ＯＦＦ」の文字の表面すなわち静電容量タッチスイッチ１に操作者の指が触れると、指とプリント基板３上の電極部４ｂとの間に一種のコンデンサが形成されて、静電容量が変化する。この静電容量の変化が電極部４ｂに電気的に接続された信号処理回路によって検出された静電容量の変化をデジタル信号に変換して信号処理し、静電容量タッチスイッチ１のスイッチング状態（タッチの有無）を判定することができる。すなわち、静電容量タッチスイッチ１に触れると、電極部４ｂが触れたことを検出して、「ＯＮ」または「ＯＦＦ」の文字の点灯を消灯、もしくは点滅などに変更し、操作者は指が触れたことを確認することができる。

また、操作表示板２とプリント基板３は、電極部４ａ、４ｂおよび導電体５ｂで接続されているので、この間の静電容量は基本的にゼロに近い。よって、操作表示板２とプリント基板３の距離が離れても、静電容量は変化しないことになる。すなわち、静電容量タッチスイッチ１の感度は、操作表示板２の静電容量に対して操作者の指が触れることによる静電容量の変化のみで決定するので、きわめて安定した静電容量タッチスイッチを実現することができる。

（実施の形態２）
図７は本発明の第２の実施の形態に係る操作表示装置のセンサー素子の断面図である。

本実施の形態では、導光体５ａの材料として硬質のプラスチックなどを用いている。導光体５ａの材料として硬質のプラスチックなどを用いる場合には、導光体５ａの長さ（図７の上下方向）を導電体５ｂの長さに比べ、短くしている（図３のαおよびβ参照）。これにより、操作表示板２とプリント基板３で挟み込んでも導光体５ａが変形して応力を加えることがなく、操作表示板２やプリント基板３に割れや変形を与えることもない。また、導電体５ｂと電極部４ａ、導電体５ｂと電極部４ｂの接触をより確実なものとすることができる。

また、導光体５ａを透明の樹脂にした場合には、発光素子７の光が直接操作表示板２に到達するので、発光素子７の真上の文字の部分は明るく、発光素子７から離れるほど暗くなり、明るさのムラが発生することになる。この明るさのムラを防ぐために、導光体５ａと操作表示板２の間に拡散板（図示せず）を設け、文字が均一に光るようにしている。

また、センサー素子５を柔軟的で立体的に変形可能な材料を用いることで、センサー素子５と操作表示板２、センサー素子５とプリント基板３を確実に接続するようにしてもよい。この構成であれば、接着剤などを用いる必要がなくなる。

なお、他の構成は上記実施の形態１と同じであり、詳細な説明は省略してある。

（実施の形態３）
図８は本発明の第３の実施の形態に係る操作表示装置のセンサー素子の断面図である。本実施の形態は、センサー素子５の導光体５ａと導電体５ｂの間に反射体１０を設けたものである。導電体５ｂは、カーボンや金属チップなどの材料を含んだ樹脂を用いているので、基本的に光を通しにくい性質がある。導光体５ａ内の光は、導電体５ｂにより外側に漏れないが、多少は減衰することになる。これを防ぐために、センサー素子５の導光体５ａと導電体５ｂの間に、アルミ箔などにより形成した反射体１０を設けることにより導光体５ａ内の光が減衰するのを防止することができる。

なお、他の構成は上記実施の形態１と同じであり、詳細な説明は省略してある。

本発明は、操作者の指が触れる操作表示板の表面とプリント基板上の電極部との距離が離れていても、静電容量が変化せず、感度が低下しないきわめて安定した静電容量タッチスイッチを実現することができるので、静電容量タッチスイッチを備えた操作表示装置に有効に利用することができる。

１ 静電容量タッチスイッチ
２ 操作表示板
３ プリント基板
４ａ 電極部（操作表示板側）
４ｂ 電極部（プリント基板側）
５ センサー素子
５ａ 導光体
５ｂ 導電体
６ 透過光部
７ 発光素子
８ ネジ
９ 固定部
１０ 反射体

Claims (13)

1. 電極部を有し操作と表示を行う操作表示板と、前記操作表示板に対向して配設され発光素子と電極部を有するプリント基板とを備え、前記操作表示板と前記プリント基板を導光体と導電体からなるセンサー素子により接続して構成した操作表示装置。
2. 前記センサー素子は、前記導光体を中心部に配設し、前記導電体を前記導光体の周囲に配設したことを特徴とする請求項１記載の操作表示装置。
3. 前記センサー素子は、立体的に変形可能な材料を用いて構成したことを特徴とする請求項１または２記載の操作表示装置。
4. 前記センサー素子の前記導光体は、半透明の材料を用いて構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の操作表示装置。
5. 前記センサー素子の前記導光体は、前記操作表示板側が前記プリント基板側よりも大きくなる断面形状に構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の操作表示装置。
6. 前記センサー素子の前記導光体の前記プリント基板側に凹部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の操作表示装置。
7. 前記センサー素子の前記導光体の長さを前記導電体よりも短くしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の操作表示装置。
8. 前記センサー素子の前記導電体は、遮光可能な材料を用いて構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の操作表示装置。
9. 前記センサー素子の前記導光体と前記導電体の間に光を反射する反射体を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の操作表示装置。
10. 前記操作表示板の前記電極部は、前記センサー素子の前記導電体と接触する側に、表示される文字を囲むように設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の操作表示装置。
11. 前記操作表示板と前記センサー素子の前記導光体の間に光を拡散するための拡散板を備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の操作表示装置。
12. 前記センサー素子を前記操作表示板または前記プリント基板に固定するための固定部を備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の操作表示装置。
13. 前記操作表示板の前記電極部は、遮光可能な材料を用いて構成したことを特徴とする請求項１０記載の操作表示装置。

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