JP2020119082A

JP2020119082A - 操作検出装置

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Publication number: JP2020119082A
Application number: JP2019007805A
Authority: JP
Inventors: 貴博白井; Takahiro Shirai
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-08-06

Abstract

【課題】小さな荷重でプリロード機構を成立させることができる操作検出装置を提供する。【解決手段】押圧操作されるパネル１０と、パネル１０に対して組み付けられるカバー２０と、パネル１０とカバー２０の間に挟まれ、押圧操作による荷重を検出する複数の荷重検出部としての荷重センサ３０と、複数の荷重センサ３０を配置して実装する基板５０と、荷重センサ３０に接触し、パネル１０からの荷重を荷重センサ３０に伝達する接触板４０と、を有し、基板５０は、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、切り欠き５２を備えて操作検出装置を構成する。荷重センサ３０が実装される基板において、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、切り欠き５２を備える。このような構成により、カバー２０とパネル１０を、荷重センサ３０を実装した基板５０を挟んで組み付けるだけで、基板５０の荷重センサ３０が実装された部分が撓むことができ、小さな荷重でプリロード（予圧、初期荷重）機構を成立させることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、操作検出装置に関する。

従来の技術として、スイッチケースと、スイッチケースに対して軸方向に押圧操作可能に支持された操作ノブと、スイッチケース内に操作ノブの外周部に対応して基板上の円周方向に並んで複数個が設けられた圧力センサと、操作ノブと中間プレートの間に介在され、操作ノブの非操作状態で中間プレートを介して各圧力センサに予圧を与えるための複数の第１の板ばね部を円周上に均等配置してなるプリロード用ばねプレートと、を備えた操作検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この操作検出装置は、プリロード用ばねプレートの複数の第１の板ばね部によって、中間プレートを介して各圧力センサに均等に予圧をかけるプリロード機構を備えている。

特開２０１３−４４５６号公報

しかし、従来の操作検出装置において、圧力センサは基板上に複数配置されて実装されている。このため、例えば、圧力センサが複数の場合においてプリロード用ばねプレートにより予圧をかけても十分にプリロード荷重がかからず、プリロード機構が成立しない場合がある、という問題があった。

従って本発明の目的は、小さな荷重でプリロード機構を成立させることができる操作検出装置を提供することにある。

［１］上記目的を達成するため、押圧操作されるパネルと、前記パネルに対して組み付けられるカバーと、前記パネルと前記カバーの間に挟まれ、前記押圧操作による荷重を検出する複数の荷重検出部と、前記複数の荷重検出部を配置して実装する基板と、前記荷重検出部に接触し、前記パネルからの前記荷重を前記荷重検出部に伝達する接触板と、を有し、前記基板は、前記荷重検出部の配置された部分が前記荷重により撓むように、切り欠きを備えている、操作検出装置を提供する。
［２］前記パネルと前記カバーの間に、前記荷重検出部に予圧を付与する弾性部材を備えている、上記［１］に記載の操作検出装置であってもよい。
［３］また、前記基板は矩形であり、前記切り欠きは、前記矩形の四隅に配置された前記それぞれの荷重検出部の間に形成されている、上記［１］又は［２］に記載の操作検出装置であってもよい。

本発明によれば、小さな荷重でプリロード機構を成立させることができる。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る操作検出装置の上平面図であり、図１（ｂ）は、操作検出装置の正面図である。図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図３は、基板の平面図である。図４は、本実施の形態に係る操作検出装置の構成を示す構成ブロック図である。図５は、操作検出装置の組み付けの工程を順に示す図であり、図５（ａ）は、ばね、接触板、カバーを準備した図であり、図５（ｂ）は、接触板の上に荷重センサ３０を実装した基板を乗せ、荷重センサが接触板の上面に接触、当接するように、接触板の上に載置した図であり、図５（ｃ）は、さらにパネルを上から組み付けている状態を示す図であり、図５（ｄ）は、パネル本体をさらに図５（ｃ）で示すＢ方向（下方向）に押し込んで、パネル本体とカバーをねじ締結して組み付けが完了した図である。図６は、ばねを使用しない実施形態を示す図２相当図である。図７は、基板の変形例を示す平面図である。

（本発明の実施の形態）
図１（ａ）は、本実施の形態に係る操作検出装置の上平面図であり、図１（ｂ）は、操作検出装置の正面図である。また、図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。本実施の形態に係る操作検出装置１は、押圧操作されるパネル１０と、パネル１０に対して組み付けられるカバー２０と、パネル１０とカバー２０の間に挟まれ、押圧操作による荷重を検出する複数の荷重検出部としての荷重センサ３０と、複数の荷重センサ３０を配置して実装する基板５０と、荷重センサ３０に接触し、パネル１０からの荷重を荷重センサ３０に伝達する接触板４０と、を有し、基板５０は、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、切り欠き５２を備えて構成されている。

本実施の形態に係る操作検出装置１は、上記のような構成とされ、荷重センサ３０が実装される基板において、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、切り欠き５２を備えて構成されている。このような構成により、カバー２０とパネル１０を、荷重センサ３０を実装した基板５０を挟んで組み付けるだけで、基板５０の荷重センサ３０が実装された部分が撓むことができ、小さな荷重でプリロード（予圧、初期荷重）機構を成立させることができる。

なお、本実施の形態では、図２に示すように、センサ３０にプリロードを付与するためのばね２５を備える。ばね２５により、接触板４０を介して、複数の荷重センサ３０にプリロードを付与することができる。また、センサ３０が複数の場合に、基板５０の荷重センサ３０が実装された部分がそれぞれ撓むことができるので、すべてのセンサ３０にプリロードがかかりやすくなる。これにより、より小さな荷重でプリロード機構を成立させることができる。

（パネル１０）
パネル１０は、筐体としてのパネル本体１２と、例えば、パネル本体の表面、上面に装着されてタッチ、なぞり等の操作を受け付けるタッチパネル１４を有して構成されている。パネル１０は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）などの樹脂材料を用いて形成されている。

パネル本体１２は、図１（ａ）、（ｂ）、図２に示すように、箱状の筐体とされている。パネル本体１２の上部１２ａにはタッチパネル１４が装着される。また、パネル本体１２の脚部１２ｂには、例えば、カバー２０を係止するための係止用ねじ部１２ｃが形成されている。

タッチパネル１４は、図１（ｂ）に示すように、操作者の指２００がタッチ操作した位置または押圧操作した位置を検出する操作検出部として機能する。

タッチパネル１４は、例えば、静電容量方式のタッチセンサであり、マルチタッチを検出するように構成されている。具体的にはタッチパネル１４は、複数の駆動電極及び検出電極が絶縁性を保ちながら交差して基板上に設けられている。タッチパネル１４は、複数の駆動電極と複数の検出電極の全ての組み合わせの静電容量を読み出し、１周期分の静電容量を静電容量Ｓ_１として制御部１００に出力する。

パネル本体１２は、図２に示すように、箱状の筐体の内部に、空間部１２ｄを有している。この空間部１２ｄには、ばね２５、接触板４０、荷重センサ３０を実装した基板５０等が収容される。また、パネル本体１２の空間部１２ｄと基板５０との間隙をなくし、押圧操作による荷重を基板５０に伝達するためのボス１５が、パネル本体１２の内部にパネル本体と一体になって設けられている。ボス１５は、図１（ａ）に示すように、パネル本体１２の中央部と、荷重センサ３０に対応する計５カ所に設けられている。

（カバー２０）
カバー２０は、図２に示すように、パネル本体１２の係止用ねじ部１２ｃにねじ７５で固定されるねじ穴２２備え、パネル本体１２の底部１２ｅに当て付けて固定される、板状のものである。カバー２０は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）などの樹脂材料、金属等を用いて形成することができる。

（ばね２５）
ばね２５は、図１（ａ）、図２に示すように、例えば、荷重センサ３０に対応した４カ所に配置される。ばね２５は、本実施の形態では、コイルばねであり、圧縮された状態でカバー２０と接触板４０の間に挟まれて組み付けられる。ばね２５は、ばね用ステンレス、ばね鋼等により形成される。

なお、ばね２５は、予圧を付与する弾性部材である。ばね２５は、プリロード機構を成立させるための弾性力を発生させるものの一例であり、コイル形状以外のばねや、ゴム等の弾性部材で形成されるものでもよい。

（荷重センサ３０）
荷重検出部としての荷重センサ３０は、複数の荷重センサで構成される。本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、パネル１０の四隅付近に、４つの荷重センサ３０を備えた構成とされている。

荷重センサ３０は、例えば、ピエゾ抵抗方式や静電容量方式のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）である。本実施の形態の荷重センサ３０は、一例として、静電容量方式のセンサであり、４つのゲージによってブリッジ回路が組まれている。

この荷重センサ３０は、荷重が付加されることにより、内部のゲージの抵抗値が変わってブリッジ回路の出力が変化するように構成されている。４つの荷重センサ３０は、基板５０の下面５０ａに実装され、接触板４０と接触、当接する。

４つの荷重センサ３０は、荷重信号Ｓ_２〜荷重信号Ｓ_５を制御部１００に出力する。制御部１００は、例えば、この荷重信号Ｓ_２〜荷重信号Ｓ_５を荷重に変換し、押圧操作の有無を判定することができる。

なお、後述するように、操作検出装置１が組み付けられた状態では、ばね２５の弾性力及び基板５０のたわみにより、荷重センサ３０にはプリロードが付与されている。これにより、複数の荷重センサ３０は、押圧操作がない状態においても接触板４０と接触、当接しており、荷重はゼロ以上となっている。したがって、押圧操作がない状態において、荷重信号Ｓ_２〜荷重信号Ｓ_５はゼロ以上の初期値を有する。後述する制御部１００において、これらの荷重信号Ｓ_２〜荷重信号Ｓ_５の初期値を基準として、これらの値からの差分に基づいて荷重値の算出処理が実行される。

（接触板４０）
接触板４０は、パネル１０が押圧操作されたときの荷重を荷重センサ３０へ伝達するための板状部材である。また、ばね２５の弾性力により荷重センサ３０へプリロードを付与するための機能も有する。このために、接触板４０は、パネル１０への押圧操作等によっても変形しにくい材料で形成され、例えば、金属、硬質の樹脂等である。

接触板４０は、上記の機能を発揮させるために、プリロードを付与された状態において、図２に示すように、接触板４０の下面４０ａは、ばね２５と接触、当接している。また、上面４０ｂは、複数の荷重センサ３０と接触、当接している。

（基板５０）
基板５０は、荷重センサ３０が実装され、必要な電気配線、他の電気部品が実装された回路基板である。基板５０は、例えば、エポキシ基板、ガラス入りエポキシ基板等により形成される。

基板５０は、図２に示すように、片面（下面５０ａ）に荷重センサ３０が４カ所に実装され、上面５０ｂ側がボス１５に当接するように配置される。

図３は、基板５０の平面図である。本実施の形態では、基板５０は矩形とされ、基板５０の四隅に荷重センサ３０が実装される。基板５０には、図３に示すように、切り欠き５２を備えている。これは、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、あるいは、撓みやすくするためである。

切り欠き５２は、図３に示すように、荷重センサ３０の間に形成されている。図３において、右側に配置された２つの荷重センサ３０の間に、切り欠き溝として切り欠き５２が形成されている。この切り欠き５２の溝長さＬ２は、荷重センサ３０の配置寸法Ｌ１よりも大きく設定されている。これにより、基板５０に配置された荷重センサ３０の部分の基板がより撓みやすくなる。

（制御部１００）
図４は、本実施の形態に係る操作検出装置の構成を示す構成ブロック図である。制御部１００は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部１００が動作するためのプログラムと、静電閾値と、荷重閾値等、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御部１００は、例えば、タッチパネル１４へのタッチ位置を検出する。また、制御部１００は、タッチパネル１４が荷重閾値以上の荷重で押圧操作された場合に押圧操作を受け付けたものとして検出する。制御部１００は、操作が検出された点の座標値、押圧操作の有無などの情報を含む操作情報Ｓ_８を生成して制御対象装置に出力する。

この制御対象装置とは、例えば、車両に搭載されたナビゲーション装置、音楽及び映像再生装置、空調装置などである。

具体的には、制御部１００は、タッチパネル１４から周期的に静電容量Ｓ_１を取得して静電閾値と比較する。制御部１００は、例えば、静電閾値以上の静電容量が存在した場合、この静電容量の分布に基づいてタッチ操作がされたタッチパネル１４上の検出点を算出する。この算出は、一例として、分布した静電容量値の加重平均などによって行われる。

また制御部１００は、荷重センサ３０からの荷重信号Ｓ_２〜荷重信号Ｓ_５に基づく荷重と荷重閾値とを比較する。制御部１００は、荷重閾値以上の荷重が検出された場合、プッシュ操作がなされたと判定する。例えば、荷重信号Ｓ_２〜荷重信号Ｓ_５の平均値、あるいは、最大値が荷重閾値以上の場合に、荷重が検出されたと判定することができる。

（操作検出装置１の組み付け）
図５は、操作検出装置の組み付けの工程を順に示す図であり、図５（ａ）は、ばね、接触板、カバーを準備した図であり、図５（ｂ）は、接触板の上に荷重センサ３０を実装した基板を乗せ、荷重センサが接触板の上面に接触、当接するように、接触板の上に載置した図であり、図５（ｃ）は、さらにパネルを上から組み付けている状態を示す図であり、図５（ｄ）は、パネル本体をさらに図５（ｃ）で示すＢ方向（下方向）に押し込んで、パネル本体とカバーをねじ締結して組み付けが完了した図である。

図５（ａ）に示すように、カバー２０、ばね２５、接触板４０を順に上方向に積んで、組み立てベース３００上に載置する。組み立てベース３００は、図５（ａ）に示すように、最終の組み付け工程において、カバー２０とパネル本体１２をねじ締結するために、ねじ７５を通すための貫通穴３０１を備えている。なお、図５（ａ）において図示は省略するが、カバー２０、ばね２５、接触板４０のそれぞれの位置決めをおこなう位置決め部をカバー２０、ばね２５、接触板４０に備えていてもよい。これにより、組み付け作業の容易化、効率化を向上させることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、荷重センサ３０を実装した基板５０を、荷重センサ３０が接触板４０の上面４０ｂに接触、当接するように、接触板４０の上に載置する。図５（ｂ）において図示は省略するが、基板５０（または荷重センサ３０）と接触板４０との位置決めをおこなう位置決め部を基板５０（または荷重センサ３０）、接触板４０に備えていてもよい。これにより、組み付け作業の容易化、効率化を向上させることができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、パネル１０を、パネル本体１２の係止用ねじ部１２ｃが下位置となる方向に用意して、図５（ｃ）で示すＢ方向（下方向）に組み付け移動させる。図５（ｃ）において図示は省略するが、パネル本体１２と接触板４０、または、パネル本体１２とカバー２０との位置決めをおこなう位置決め部を備えていることが好ましい。本実施の形態では、パネル本体１２の係止用ねじ部１２ｃとカバー２０のねじ穴２２が位置決め部として機能する。

図５（ｃ）において、ボス１５の下面１５ａが基板５０の上面５０ｂに接触、当接するまで図５（ｃ）で示すＢ方向（下方向）に移動させる。

図５（ｄ）に示すように、パネル本体１２をさらに図５（ｃ）で示すＢ方向（下方向）に押し込んで、パネル本体１２の底部１２ｅがカバー２０の上面２０ａに当て付ける。この状態において、ばね２５は圧縮されて弾性力により、接触板４０を介して複数の荷重センサ３０にそれぞれプリロードが付与される。

また、複数の荷重センサ３０の配置された荷重センサ３０の部分は、基板５０に形成された切り欠き５２により、小さな荷重でも撓みやすくなっている。このため、複数の荷重センサ３０のそれぞれに、この撓みにより生じるプリロードが付与される。

パネル本体１２の底部１２ｅがカバー２０の上面２０ａに当て付いた状態で、貫通穴３０１からねじ７５により、パネル本体１２とカバー２０を締結する。これにより、操作検出装置１の組み付け作業が完了する。

（別実施例１）
図６は、ばね２５を使用しない実施形態を示す図２相当図である。前述したように、基板５０は、図３に示すように、切り欠き５２を備えている。これにより、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓む、あるいは、撓みやすくなる。したがって、図６に示すように、ばね２５を使用せずに、接触板４０から突出して設けられた突出部４１に置き換えた構成でもよい。また、接触板４０、または、突出部４１を省略して、カバー２０の上面２０ａによりそれぞれの荷重センサ３０にプリロードを付与してもよい。荷重センサ３０には、基板５０の撓みにより、プリロードが付与される。

（別実施例２）
図７は、基板の変形例を示す平面図である。図７で示す切り欠き５４は、左右に配置された荷重センサ３０の間に形成されている。図７において、右側に配置された荷重センサ３０と左側に配置された荷重センサ３０の間に、切り欠き溝として切り欠き５５が形成されている。この切り欠き５４の端部位置Ｌ３は、荷重センサ３０の配置寸法Ｌ１よりも大きく設定されている。これにより、基板５０に配置された荷重センサ３０の部分の基板がより撓みやすくなる。

また、図３で示した切り欠き５２と、図７で示した切り欠き５４を組み合わせた構成であってもよい。その他の構成でも、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、あるいは、撓みやすくなる構成であれば、本実施の形態に適用可能である。

（本発明の実施の形態の効果）
（１）本実施の形態に係る操作検出装置１は、押圧操作されるパネル１０と、パネル１０に対して組み付けられるカバー２０と、パネル１０とカバー２０の間に挟まれ、押圧操作による荷重を検出する複数の荷重検出部としての荷重センサ３０と、複数の荷重センサ３０を配置して実装する基板５０と、荷重センサ３０に接触し、パネル１０からの荷重を荷重センサ３０に伝達する接触板４０と、を有し、基板５０は、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、切り欠き５２を備えて構成されている。本実施の形態に係る操作検出装置１は、上記のような構成とされ、荷重センサ３０が実装される基板において、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、切り欠き５２を備えて構成されている。このような構成により、カバー２０とパネル１０を、荷重センサ３０を実装した基板５０を挟んで組み付けるだけで、基板５０の荷重センサ３０が実装された部分が撓むことができ、より小さな荷重でプリロード（予圧、初期荷重）機構を成立させることができる。
（２）本実施の形態では、荷重センサ３０に予圧を付与する弾性部材として、ばね２５を備えている。これにより、ばね２５の弾性力と、基板５０の荷重センサ３０が実装された部分の撓みにより発生する弾性力により、それぞれの荷重センサ３０にプリロードが付与される構成とすることができる。
（３）基板５０は、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、あるいは、撓みやすくするための切り欠き５２を備えている。これによりプリロード（予圧、初期荷重）機構が成立するので、ばね２５の小型化、あるいは、ばね２５の省略化が可能となり、プリロード機構の小型化が可能になる。
（４）さらに、基板５０は、荷重センサ３０の配置された部分が荷重により撓むように、あるいは、撓みやすくするための切り欠き５２を備えているので、プリロードによる基板の過度な負荷の低減が望めるという効果も有する。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…操作検出装置
１０…パネル、１２…パネル本体、１２ａ…上部、１２ｂ…脚部、１２ｃ…係止用ねじ部、１２ｄ…空間部、１２ｅ…底部、１４…タッチパネル、１５…ボス、１５ａ…下面
２０…カバー、２０ａ…上面、２２…ねじ穴、２５…ばね（弾性部材）
３０…荷重センサ（荷重検出部）
４０…接触板、４０ａ…下面、４０ｂ…上面、４１…突出部
５０…基板、５０ａ…下面、５０ｂ…上面、５２、５４…切り欠き
７５…ねじ
１００…制御部
２００…指
３００…ベース、３０１…貫通穴
Ｓ１…静電容量
Ｓ２-Ｓ５…荷重信号
Ｓ８…操作情報
Ｌ１…配置寸法、Ｌ２…溝長さ、Ｌ３…端部位置

Claims

押圧操作されるパネルと、
前記パネルに対して組み付けられるカバーと、
前記パネルと前記カバーの間に挟まれ、前記押圧操作による荷重を検出する複数の荷重検出部と、
前記複数の荷重検出部を配置して実装する基板と、
前記荷重検出部に接触し、前記パネルからの前記荷重を前記荷重検出部に伝達する接触板と、を有し、
前記基板は、前記荷重検出部の配置された部分が前記荷重により撓むように、切り欠きを備えている、操作検出装置。
前記パネルと前記カバーの間に、前記荷重検出部に予圧を付与する弾性部材を備えている、請求項１に記載の操作検出装置。
前記基板は矩形であり、前記切り欠きは、前記矩形の四隅に配置された前記それぞれの荷重検出部の間に形成されている、請求項１又は２に記載の操作検出装置。