JP4843564B2

JP4843564B2 - タッチスイッチの構造

Info

Publication number: JP4843564B2
Application number: JP2007154445A
Authority: JP
Inventors: 一人山内; 靖典村山; 貞彦田中; 敬太郎瀧澤; 耕一山野上
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Visteon Japan Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Visteon Japan Ltd
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: KR100990619B1; CN101325412A; KR20080108899A; US20080302649A1; US8110767B2; RU2008123720A; RU2383959C1; EP2003778A3; EP2003778A2; CN101325412B; EP2003778B1; JP2008305766A

Description

本発明は、電極間の静電容量の変化によって、オペレータの操作を検知する静電容量型のタッチスイッチの構造に関し、特に、自動車の車室内の機器の操作パネルに用いて好適の、タッチスイッチの構造に関するものである。

従来より、導電性の電極部材に人体の一部が接触又は近接するとこれを検出して所望の機器を作動させるタッチスイッチが広く知られている。このようなタッチスイッチでは電極部材が静電容量センサとして機能するものであって、人体が電極に触れた際の電極のインピーダンス（静電容量）の変化を読み取って、タッチスイッチのオンオフを検出するようになっている。なお、電極部材は一般に金属板により形成される（例えば、特許文献１参照）。

また、このような静電容量型タッチスイッチとしては、電極，接続パターン（配線部分）及び導電性薄膜等をスパッタ法により成膜することで形成したものや、電極，接続パターン及び導電性薄膜等を導電性を有するインクを用いて基材にスクリーン印刷により形成したもの等が知られている。
ところで、近年では、このようなタッチスイッチを自動車の車室内の機器の操作パネルに適用することも提案されている。具体的には、自動車のオーディオやエアコンディショナのオンオフスイッチや各種モードの切り替えスイッチに適用することが考えられている。

このような自動車用操作パネルへの適用に対して、特許文献２には、電極部材を光非透過性の部材で形成した場合に、夜間時の操作性を考慮してこの電極を網目形状の網目電極として構成した技術が開示されている。そして、このような構成により、電極に対向して配置した発光体の照明光を透過させることができ、光非透過性の材料でありながら照明光の透過機能と電極材としての機能とを両立させることができる。

また、特許文献３には、パネルを３次元形状など自由な曲面に形成することができるようにしたタッチスイッチが開示されている。具体的には、非導電性パネルの裏面側に導電性ゴムを設け、この導電性ゴムを介してオペレータのタッチ操作時におけるインピーダンス変化を電極に伝達するようにした技術が開示されている。
特開２００４−２２３５６号公報特開２００６−１９６３９５号公報特開２００７−３５３３４号公報

しかしながら、自動車用操作パネルのように、多数の操作スイッチをパネル面に配設した操作パネルにおいては、特許文献１のように金属板の電極を用いた構造では樹脂製パネルの裏側へ多くの金属板を組み込む必要があるので、組み立て作業性がよくないという課題がある。
また、特許文献２に開示された技術のように、樹脂シートの背面に光非透過性の網目電極を印刷して樹脂パネルの表面へ貼り付ける技術では、組み立て作業性は向上するものの樹脂シートへの印刷及び立体形状への成型を行う必要があるためコスト増を招くという課題がある。

また、特許文献３に開示された技術では、導電性部材（導電性ゴム）がパネル表面に存在しておらず、タッチ操作時にはパネルを介して導電性ゴムのインピーダンス変化を検出するので検出感度が低く、正確にタッチ操作を検出できない場合がある。また、この場合、検出回路の電気出力を上げて検出感度を増大させることも考えられるが、ノイズも増大してしまい、周囲に複数のタッチスイッチを設けるような場合には、タッチ操作の誤検出（例えばタッチ操作時に、隣接するタッチスイッチのタッチ操作と判定する）が生じるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、複数のスイッチが存在するような操作パネルに多数の金属電極を組み付けることなく、高精度，低コストで、且つ組み付け作業性に優れたタッチスイッチの構造を提供することを目的とする。

このため、本発明のタッチスイッチの構造は、電極間の静電容量の変化により操作入力を検出する静電容量型のタッチスイッチの構造であって、非導電性の特性を有する材料により形成された基材と、導電性の特性を有する材料により形成され、前記タッチスイッチのタッチ面が該基材の表面に露出するとともに該基材の裏面側に延びるように一体的に形成された導電性部材と、該基材の裏面側であって且つ該導電性部材の裏面側端面に直接対向する位置に、該裏面側端面に対して隙間を有して配設されたタッチ検出用の検出電極とを備えたことを特徴としている（請求項１）。

また、該検出電極が介装された回路基板上に発光体が介装され、該導電性部材の該基板側表面は該発光体からの照射光を透過するように構成されているのが好ましい（請求項２）。
また、該導電性部材に、該発光体の周囲を囲むような壁部が形成され、該壁部が該発光体からの照射光を遮断するように構成されているのが好ましい（請求項３）。

さらに、該基材が非導電性の樹脂であって、該導電性部材が導電性の樹脂であるのが好ましい（請求項４）。

本発明のタッチスイッチの構造によれば、基材の裏面側に設けたタッチ検出用の検出電極と導電性部材との間に隙間を設けているので、検出電極と導電性部材とを電気的に接続するような場合に比べて厳密な寸法管理が不要となり、組み付け作業性が向上するとともにコストの低減を図ることができる。
また、導電性部材の一部が基材の表面に露出するように基材と導電性部材が一体成型されているので、オペレータのタッチ操作を確実に検出することができ、検出精度が向上する。また、誤検出を低減できるので、複数のスイッチが存在するような操作パネルに適用することが可能となる（以上、請求項１）。

また、導電性部材の基板側表面は発光体からの照射光を透過するように形成されているので、夜間時の視認性を高めることができるという利点がある。また、本発明を車両の操作パネルに適用した場合には、視認性を高めることにより安全性を高めることができるという利点がある（請求項２）。
また、発光体の周囲を囲むような遮光性の壁部が形成されているので、他のスイッチに照射光が漏れるような事態を回避することができる（請求項３）。

また、基材及び導電性部材をいずれも樹脂により形成することにより、これらの特性の異なる２つの樹脂をインサート成型や２色成型等により一体成型でき、より一層のコスト低減を図ることができる（請求項４）。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係るタッチスイッチの構造について説明すると、図１（ａ）はその要部構成を示す模式的な断面図，（ｂ）はその上面図である。
本実施形態では、図１（ａ）に示すタッチスイッチ１は自動車の車室内に設けられており、主に、オーディオやエアコンディショナの操作パネル（インストルメントパネル）に適用される。タッチスイッチ１の基材２はシート状の乳白色のＡＢＳ樹脂により形成されており、このように基材２を薄いシート状に形成することによりタッチスイッチ１をインストルメントパネルの形状に応じて複雑な曲面状の形状に形成することができる。また、この基材２の表面側（図中上面側）は車室内に露出する意匠面として形成される一方、基材２の裏面側の非意匠面には図示しない補強用のリブが複数形成されている。

なお、本実施形態では、基材２としてＡＢＳ樹脂を用いているが、ポリプロピレン、ポリカーボネート又はアクリル等の樹脂を用いてもよい。また、色についても乳白色に限定されるものではない。さらには、本実施形態では基材２は樹脂により形成されているが、基材２の材料は非導電性であればよく、樹脂に限定されるものではない。
また、図示するように、この基材２にはタッチ検出用の導電性部材３がインサート成型又は２色成型により基材２と一体に成型されている。ここで、導電性部材３はスイッチ本体として機能するものであって、この導電性部材（以下、スイッチ本体という）３をオペレータがタッチ操作することにより、タッチスイッチに接続された機器の作動状態が切り替わるようになっている。また、スイッチ本体３は、導電性を有する樹脂材により形成されており、具体的には、電子の移動を可能にする化学構造を持ったいわゆる導電性ポリマーや、界面活性剤，電解質などの化合物や金属粉，カーボンなどの導電性フィラーを練り込んだ導電性樹脂組成物等により形成されている。

また、スイッチ本体３は、図示するようにオペレータが直接触れる上面部（タッチ面）３ａと、この上面部３ａから裏面側に延びる壁部３ｂとから構成されている。また、スイッチ本体３の上面部３ａは基材２の表面側（車室内側）に露出するように形成されており、図１（ｂ）に示すように、スイッチ本体３の上面にはレーザエッチング、又は、乳白色系材料を用いた２色成形等の処理によりタッチスイッチの機能を示す文字やシンボルマーク３ｃ等が描かれている。

また、後述する回路基板４上には、上面部３ａに対向する位置に夜間照明用（イルミネーション用）のＬＥＤ（発光体）６が介装されており、上面部３ａはＬＥＤ６の発光時にＬＥＤ６の光を透過するように形成されている。なお、本実施形態においては、上面部３ａの厚さをＬＥＤ６の光が透過する程度の厚さに設定することで透過性を確保している。
また、壁部３ｂは、上面部３ａの縁部形状に沿って形成されており、本実施形態においてはパネル１の裏面側に向かって立設した四角柱として形成されている。

一方、図示するように、基材２の裏面側においては回路基板４が設けられており、この回路基板４上にはタッチ操作の検出電極５ａを有する静電容量検出回路（パターン）５がプリントされている。また、この回路基板４は、図示するように基材２からパネル裏面側に向けて立設する爪部２ａに係合して取り付けられるようになっている。なお、図中では爪部２ａは一箇所しか示していないが、このような爪部２ａは複数個所に設けられており、これにより、回路基板４は基材２に対して確実に固定されるようになっている。

回路基板４に設けられた検出電極５ａは、スイッチ本体３の壁部３ｂの裏面側端面に隙間ｄを有して対向するような位置に配設されている。ここで、隙間ｄはオペレータがスイッチ本体に触れたときに、インピーダンス変化を検出できる程度の寸法に設けられている。なお、このようなインピーダンス変化を検出できる程度の寸法は、回路５の電気出力にも依存するが、タッチの誤検出の防止や、回路基板４と基材２との組み付け性や隙間寸法の公差の管理等を考慮すると、隙間ｄは０．１ｍｍ以下に設定するのが好ましい。なお、壁部３ｂが検出電極５ａに接触（ｄ＝０）していてもよい。

一般に、導電性のスイッチ本体３では、オペレータ（人体）等の誘電体がスイッチ本体３に近づくほど静電容量変化が大きくなり、スイッチ本体３に触れたときに静電容量変化が最大となる。これに対して、本実施形態では、壁部３ｂと回路基板４との間に０．１ｍｍ程度の僅かな隙間を形成することにより、スイッチ本体３と回路基板４とを電気的に接続することなくオペレータが触れることにより生じる静電容量変化を検出するようになっている。そして、これにより静電容量検出回路５からタッチ検出信号が出力されるようになっている。なお、０．１ｍｍ程度の僅かな隙間であれば、検出電極５ａにおいてオペレータのタッチ操作を検出可能であり、検出精度が低下することもない。

なお、上述した従来の技術（特許文献３：特開２００７−３５３３４号公報）においては、検出電極と非導電性のパネルとの間に導電性部材を設けた技術が開示されているが、このような構成では導電性部材がタッチ面に露出していないので、タッチ検出の感度が鈍るという課題がある。また、感度を上げようとして回路５の出力を増大してしまうと、ノイズを拾って誤検出が発生することになる。

これに対して、本実施形態では、非導電性の特性を有する基材２と導電性を有するスイッチ本体３とを、スイッチ本体３の上面部３ａが基材２の表面に露出するように基材２に対して２色成型により一体化しているので、タッチ検出を確実に検出しながら、デザイン性も優れたタッチスイッチを実現しているのである。
また、検出電極５ａとスイッチ本体３の壁部３ｂの端面との間に隙間を設けることにより組み付け作業性の向上や寸法公差の管理を容易なものとすることができる。すなわち、仮に、壁部３ｂと検出電極５ａとを当接させて電気的な接続状態を得ようとすると、この場合には、スイッチ本体３と回路基板４と基材２との寸法公差が積算して加わるので、製造精度を非常に厳しく管理する必要があり、結果的に高コストを招くことになる。

これに対して、本実施形態では０．１ｍｍ程度の隙間を設けるので、寸法公差を厳しく管理する必要がなくなり、これによりコスト低減効果を得ることができる。
ところで、上述したように、この回路基板４にはＬＥＤ６が搭載されている。このＬＥＤ６は、車両の照明スイッチと連動しており、ヘッドライトを点灯させるとこれに連動して点灯するようになっている。これにより夜間のタッチスイッチ１に対する視認性を高めるようになっている。

また、図示するように、スイッチ本体３の壁部３ｂはＬＥＤ６を囲むような形状に形成されている。すなわち、上述したように壁部３ｂは角柱形状をなしており、この角柱内部にＬＥＤ６が位置するように、ＬＥＤ６とスイッチ本体３との位置関係が設定されているのである。
ここで、壁部３ｂはＬＥＤ６の照射光を遮断するような厚さで形成されており、遮光壁として機能する。つまり、ＬＥＤ６の光が周囲に漏れると夜間のイルミネーションがぼやけてしまい、視認性の低下を招いたり、見栄えを損なったりてしまうおそれがある。そこで、このような不要部位への光の透過を防止するべく、壁部３ｂを光が透過しない程度に厚く設定しているのである。これにより、ＬＥＤ６の照射光は上面部３ａ側にのみ照射され、夜間であってもスイッチ上面部３ａを確実に点灯させることができる。

本発明の一実施形態に係るタッチスイッチの構造は上述のように構成されているので、以下のような作用又は効果を奏する。
回路基板４に搭載された静電容量検出回路５の検出電極５ａは、微小な隙間ｄを隔てて導電性樹脂により形成されたスイッチ本体３の壁部３ｂと対向しており静電結合している。したがって、オペレータがスイッチ本体３に触れると、これにより生じるスイッチ本体３の静電容量変化が検出電極５ａを介して静電容量検出回路５へ伝達されて、タッチ操作信号として出力される。

また、上述のようにこのタッチスイッチ１では、スイッチ本体３を導電性部材で形成するとともに、その一部を基材２から露出させて上面部３ａをタッチ面としているので、高い精度でタッチ検出を行うことができる。したがって、静電容量検出回路５の電気出力を増大させる必要もなくなり、この結果ノイズの発生も抑制することができ、複数の（或いは多数の）スイッチが隣接するような操作パネル（特にここでは自動車用のパネル）に適用することができる。

また、回路基板４に搭載されたＬＥＤ６による照射光は、壁部３ｂにより遮断されるので、不要部位への照射が防止できる。なお、通常導電性樹脂はカーボンを含むため光非透過性であるため、壁部３ｂは適当な厚みに形成することで容易に遮光性を得ることができる。
また、スイッチ本体３の上面部３ａを光が透過する程度に薄く形成することにより、ＬＥＤ６の点灯時には照射光が上面部３ａを透過して、上面部３ａに形成された文字（又はシンボルマーク）を浮き上がらせて表示することができ、夜間の視認性を高めることができる。

また、静電容量検出回路５の検出電極５ａとスイッチ本体３の壁部３ｂとの間に隙間ｄを設けることにより、寸法管理が容易になり、コスト低減を図ることができる。また、隙間ｄを設けることにより、パネル２の爪部２ａに係合させて回路基板４とパネル２とを取り付けるという簡素なアッセンブリ手法を採用することが可能となり、やはりコスト低減に寄与することが可能となる。

また、基材２を非導電性樹脂で形成し、スイッチ本体３を導電性樹脂で形成することにより、これらの２部材を従来より広く知られたインサート成型又は２色成型により一体成型することが可能になり、やはりコスト低減を図ることができる。
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば回路基板４の基材２への取り付けは、図示するような爪部への係合に限らず、例えば基材２の裏面側にボス部を立設し、このボス部に対してスクリュー（ビス）を螺合させて回路基板を取り付けるようにしてもよい。また、回路基板４にインジケータ用のＬＥＤを設けてもよい。また、発光体についてもＬＥＤに限定されず種々の発光体を適用可能である。

本発明の一実施形態に係るタッチスイッチの構造を示す模式図であって、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその上面図である。

符号の説明

１タッチスイッチ
２基材
２ａ爪部
３スイッチ本体（導電性部材，導電性樹脂）
３ａタッチ面（上面部）
３ｄ壁部
３ｃ文字又はシンボルマーク
４回路基板
５静電容量検出回路
５ａ検出電極
６ＬＥＤ（発光体）

Claims

電極間の静電容量の変化により操作入力を検出する静電容量型のタッチスイッチの構造であって、
非導電性の特性を有する材料により形成された基材と、
導電性の特性を有する材料により形成され、前記タッチスイッチのタッチ面が該基材の表面に露出するとともに該基材の裏面側に延びるように一体的に形成された導電性部材と、
該基材の裏面側であって且つ該導電性部材の裏面側端面に直接対向する位置に、該裏面側端面に対して隙間を有して配設されたタッチ検出用の検出電極とを備えた
ことを特徴とする、タッチスイッチの構造。
該検出電極が介装された回路基板上に発光体が介装され、
該導電性部材の該基板側表面は該発光体からの照射光を透過するように構成されている
ことを特徴とする、請求項１記載のタッチスイッチの構造
該導電性部材に、該発光体の周囲を囲むような壁部が形成され、
該壁部が該発光体からの照射光を遮断するように構成されている
ことを特徴とする、請求項２記載のタッチスイッチの構造
該基材が非導電性の樹脂であって、該導電性部材が導電性の樹脂である
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載のタッチスイッチの構造。