JP5533904B2

JP5533904B2 - 入力装置

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Publication number: JP5533904B2
Application number: JP2012015637A
Authority: JP
Inventors: 信輔久次
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP2013157142A; KR20130087438A; US8847670B2; US20130194029A1

Description

本発明は、操作者の指と電極との間に発生する静電容量が指の動きに応じて変化することを用いて、所定の機器への作動条件の入力を行う入力装置に関するものである。

従来の入力装置として、例えば、特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１の入力装置は、電極と導電操作体（操作者の指）との間にコンデンサを形成して、このコンデンサにおける静電容量の変化を捉えて所望の入力を可能とする装置となっている。特許文献１の入力装置は、タッチプレート（特許文献１中ではタッチパネル）の裏面側から対向するように配置された誘電フィルムと、誘電フィルムのタッチプレート側の表面に設けられた複数の電極と、これら電極に一端側が接続されると共に、他端側が回路基板に接続せれて、検出信号を伝送する配線ラインとを備えている。そして、誘電フィルムの表面には、配線ラインを被覆するように絶縁性の発泡層が形成されている。あるいは、発泡層に代えて、タッチプレートと誘電フィルムとの間にスペーサが介在されて、このスペーサにより空気層が形成されるものが記載されている。

これにより、タッチプレート上において配線ラインに対応する領域に不用意に指が接近しても、発泡層、あるいは空気層によって配線ラインと指との間におけるコンデンサの形成を抑制することができ（静電容量の変化を起こさせないようにすることができ）、誤操作や誤動作を防止できるようになっている。

特開２０１０−８６３８５号公報

しかしながら、上記特許文献１の入力装置においては、誘電フィルムの表面に発泡層、あるいはスペーサを設けるようにしているので、その分の工数が増加し、コスト増加を招いてしまう。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、工数の増加を伴うことなく、配線部への指の接近があっても誤操作や誤作動の防止を可能とする入力装置を提供することにある。

本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。

請求項１に記載の発明では、使用者の指操作によって、所定の機器への作動条件を入力する静電容量式の入力装置であって、
指操作用の基板となるタッチプレートと、
タッチプレートの表面側に配設されて、タッチプレートの表面を装飾する加飾層と、
タッチプレートの裏面側で、タッチプレートに接合されるフィルムセンサと、
フィルムセンサ上に設けられた電極部と、
フィルムセンサ上に設けられると共に、電極部に接続されて電極部から出力される信号を伝送する配線部と、
指と配線部との間における静電容量の発生を抑制するガード層と、を備え、
ガード層は、ガード層を形成するガード層形成材が、加飾層内に混合されて、加飾層と一体的に形成されており、
ガード層形成材は、絶縁性材であり、
絶縁性材は、タッチプレートより比誘電率の低い材料であることを特徴としている。

この発明によれば、ガード層によって、指と配線部との間における静電容量の発生が抑制されるので、不用意に配線部の近くに指を接近させても、配線部による誤操作や誤作動の発生を防止することができる。

ここで、ガード層は、ガード層形成材が加飾層内に混合されることで、加飾層と一体的に形成されるようにしているので、加飾層を設ける際に同時にガード層を形成することができ、ガード層を設けるために新たな工程を追加する必要がない。よって、本入力装置を作成する際の工数の増加を伴うことがない。

また、ガード層が加飾層と一体的に形成されるので、ガード層が別体で形成される場合に対して、加飾層、ガード層、および配線部との位置ズレを抑制することができ、より高いガード効果を得ることができる。また、ガード層の位置ズレによる影、光漏れの発生を抑制でき、意匠の照明精度の向上を図ることができる。

また、ガード層形成材は、絶縁性材であり、絶縁性材は、タッチプレートより比誘電率の低い材料としている。

これにより、指と配線部との間の静電容量の発生が抑えられる。

請求項２に記載の発明では、使用者の指操作によって、所定の機器への作動条件を入力する静電容量式の入力装置であって、
指操作用の基板となるタッチプレートと、
タッチプレートの表面側に配設されて、タッチプレートの表面を装飾する加飾層と、
タッチプレートの裏面側で、タッチプレートに接合されるフィルムセンサと、
フィルムセンサ上に設けられた電極部と、
フィルムセンサ上に設けられると共に、電極部に接続されて電極部から出力される信号を伝送する配線部と、
指と配線部との間における静電容量の発生を抑制するガード層と、を備え、
ガード層は、ガード層を形成するガード層形成材が、加飾層内に混合されて、加飾層と一体的に形成されており、
ガード層形成材は、導電性材、またはタッチプレートより比誘電率の高い材料であり、
電位をゼロとするグランド部を備え、
導電性材、またはタッチプレートより比誘電率の高い材料は、グランド部に接続されて形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、ガード層形成材を導電性材、または前記タッチプレートより比誘電率の高い材料とすることによって、指と配線部との間の遮蔽効果によって静電容量の発生が抑えられる。

そして、導電性材、またはタッチプレートより比誘電率の高い材料は、グランド部に接続されて形成されることで、ガード層形成材として、導電性材、またはタッチプレートより比誘電率の高い材料を用いた場合、指からガード層形成材を介して電気がグランド部に流れるので、指と配線部との間の静電容量の発生が抑えられる。

請求項３に記載の発明のように、導電性材は、金属、カーボン、導電性高分子、あるいは希土類のいずれかを用いて好適である。

第１実施形態の車両用の入力操作・表示装置（ナビ、オーディオ、エアコン、他の車載機能等）のシステム全体を示す構成図である。第１実施形態の入力部を示す分解斜視図である。第２実施形態のナビゲーションシステム全体を示す構成図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の入力装置１００に係る第１実施形態について図１、図２を用いて説明する。本実施形態の入力装置１００は、例えば、例えば、車両用の入力操作・表示装置（ナビ、オーディオ、エアコン、他の車載機能等）１０に適用したものである。以下、ナビゲーションシステム（以下、ナビシステム）を一例として記す。

ナビシステム１０は、ディスプレイ５０に、地図、地図上における自車の現在位置、進行方向、更には所望の目的地に対する案内情報等を表示する経路誘導システムであり、図１に示すように、ディスプレイ５０、および入力装置１００を備えている。ディスプレイ５０、および入力装置１００は、例えば、信号線等によって互いに接続されている。

ディスプレイ５０は、複数の情報を表示画面５１に切替え表示可能とする表示部であり、例えばインストルメントパネルの中央位置上部等、運転者（本発明の使用者に対応）の見やすい位置に配置されている。ディスプレイ５０は、本発明の所定の機器に対応している。ディスプレイ５０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を用いて構成することができる。ディスプレイ５０における表示情報は、上記経路誘導に係る地図情報、自車位置情報、目的地検索情報、音声、文字表示による案内情報等である。

入力装置１００は、静電容量式の入力装置であり、入力部１１０と制御部１２０とを備えている。入力部１１０は、ディスプレイ５０に対する作動条件を運転者の指操作によって入力する入力手段であって、具体的には、運転者が所望する情報をディスプレイ５０に表示させるための入力を行うものである。入力部１１０は、例えば、運転席と助手席との間に設けられるシフトレバー近傍等に配置されている。入力部１１０は、図２に示すように、タッチプレート１１１、加飾層１１２、フィルムセンサ１１３、電極部１１４、および配線部１１５等を備えている。

タッチプレート１１１は、指操作用の基板となるものであり、例えば、外形が四角形を成す平板状の部材となっており、樹脂材から形成されている。

加飾層１１２は、意匠を決定し、調色、遮光等を行い、タッチプレート１１１の表面を装飾するものであり、例えば、文字意匠層１１２ａ、第１絵柄層１１２ｂ、第２絵柄層１１２ｃ、第１背景色層１１２ｄ、および第２背景色層１１２ｅが順に積層されて形成されている。加飾層１１２の各層１１２ａ〜１１２ｅは、塗装膜、印刷フィルム、あるいは転写箔等によって形成されている。

文字意匠部１１２ａは、加飾層１１２の一番表側（上側）に位置し、所定の意匠色で塗られた層となっている。文字意匠層１１２ａの内側領域において、複数の電極部１１４に対応する位置には、四角形に枠取りされたスイッチ表示部１１２ａ１、１１２ａ２がデザインされている。スイッチ表示部１１２ａ１、１１２ａ２は、機械的なスイッチではなく、あくまでも文字意匠層１１２ａにスイッチを示す絵柄といて描かれたものとなっている。そして、スイッチ表示部１１２ａ１、１１２ａ２と対を成すように、識別表示部１１２ａ３、１１２ａ４が設けられている。識別表示部１１２ａ３、１１２ａ４は、文字意匠層１１２ａにおいて所定の意匠色が塗られていない部位となっている。

第１絵柄層１１２ｂ、第２絵柄層１１２ｃは、それぞれ識別表示部１１２ａ４、１１２ａ３に対して、識別用の色付けをする層となっている。つまり、第１絵柄層１１２ｂ、第２絵柄層１１２ｃは、識別表示部１１２ａ４、１１２ａ３に対応する位置に、それぞれ、所定色の着色部１１２ｂ１、１１２ｃ１が設けられることで形成されており、文字意匠層１１２ａ、第１絵柄層１１２ｂ、および第２絵柄層１１２ｃが層を成したときに、識別表示部１１２ａ４、１１２ａ３がそれぞれ着色部１１２ｂ１、１１２ｃ１によって所定色で色付けされるようになっている。

第１背景色層１１２ｄ、第２背景色層１１２ｅは、加飾層１１２における基本的な背景色、もしくは遮光機能を付加するための層となっている。第１、第２背景色層１１２ｄ、１１２ｅは、例えば、塗装、印刷フィルム、転写薄、蒸着、メッキ（鍍金）等によって形成されている。第１、第２背景色層１１２ｄ、１１２ｅにおいて、電極部１１４に対応する領域は、塗装、印刷フィルム、転写薄、蒸着、メッキ（鍍金）等が施されない領域となっている。尚、背景色層（１１２ｄ、１１２ｅ）においては、上記のような第１背景色層１１２ｄ、第２背景色層１１２ｅによる２層構造に対して、いずれか一方の１層構造としても良い。

フィルムセンサ１１３は、薄膜部材であり、タッチプレート１１１と同等の外形形状に形成されている。フィルムセンサ１１３は、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリイミド等から形成されている。フィルムセンサ１１３は、タッチプレート１１１の裏面側（図２中のタッチプレート１１１の下側）に配置されている。そして、タッチプレート１１１とフィルムセンサ１１３とは、例えば、両面テープ、もしくは接着剤によって接合されている。

電極部１１４は、タッチプレート１１１およびフィルムセンサ１１３を介して運転者の指操作時の指との間でコンデンサを形成するものであって、例えば、金属箔や導電性物質（カーボン、金属、導電性高分子等）を含む印刷材料（インク、ペースト）等から形成されており、フィルムセンサ１１３上（図２中のフィルムセンサ１１３の表面あるいは裏面）に配置されて、接合されている。電極部１１４は、ディスプレイ５０に対する表示に係る入力に必要とされるだけの数が用意されている。ここでは、１つの例として電極部１１４は、２つ設定されたものとなっている。

配線部１１５は、電極部１１４から出力される信号（静電容量に関する信号）を伝送する配線であり、一端が上記電極部１１４に接続され、他端が制御部１２０に接続されている。配線部１１５は、各電極部１１４と同数だけ用意されて、各電極部１１４と対を成すように設けられている。そして、配線部１１５は、電極部１１４と同様に、例えば、金属箔や導電性物質（カーボン、金属、導電性高分子等）を含む印刷材料（インク、ペースト）等から形成されており、フィルムセンサ１１３上（図２中のフィルムセンサ１１３の表面あるいは裏面）に配置されて、接合されている。

制御部１２０は、ナビゲーションシステムによる経路誘導を実行させる際に、ディスプレイ５０へ必要とされる情報の表示状態を制御する制御手段であり、運転者による入力部１１０への指操作に基づいて、運転者から要求される情報表示の切り替えを行うようになっている。

本実施形態の入力装置１００においては、運転者の指と配線部１１５との間における静電容量の発生を抑制するガード層が加飾層１１２内に設けられている。ガード層は、加飾層１１２のうち、例えば、第１背景色層１１２ｄ、および第２背景色層１１２ｅの少なくとも一方に設けられている。ガード層は、例えば、タッチプレート１１１よりも比誘電率の低い材料等を用いた絶縁性材（本発明のガード層形成材）から成るものであり、この絶縁性材の成分が、第１背景色層１１２ｄ、および／あるいは第２背景色層１１２ｅを形成する材料成分中に混合されて、タッチプレート１１１の表面に塗装、印刷、転写、蒸着、あるいはメッキ（鍍金）されることで形成されている。つまり、ガード層は、第１背景色層１１２ｄ、および／あるいは第２背景色層１１２ｅ、つまりは加飾層１１２と一体的に形成されたものとなっている。

次に、上記構成に基づく入力装置１００の作動、および作用効果について説明する。

運転者は、ナビシステム１０を作動するにあたって、所望のスイッチ表示部１１２ａ１（１１２ａ２）を指で触れると、指を触れたスイッチ表示部１１２ａ１（１１２ａ２）の位置に対応する電極部１１４と、導電操作体である指との間でコンデンサが形成され、蓄電現象が発生する。この蓄電に伴う静電容量の変化が、信号として配線部１１５を介して制御部１２０に出力される。そして、制御部１２０は、出力された信号をもとに、ディスプレイ５０に対して、運転者から要求される情報表示の切り替えを行う。よって、運転者は、上記のようにスイッチ表示部１１２ａ１（１１２ａ２）を指操作していくことで、所望の情報画面に順次移行させて、必要な情報を見ることができる。

本実施形態の入力装置１００においては、加飾層１１２の第１背景色層１１２ｄ、および／あるいは第２背景色層１１２ｅにガード層が設けられているので、このガード層によって、指と配線部１１５との間における静電容量の発生が抑制され、不用意に配線部１１５の近くに指を接近させても、配線部１１５による誤操作や誤作動の発生を防止することができる。

ここで、ガード層は、ガード層形成材が加飾層１１２（第１背景色層１１２ｄ、および／あるいは第２背景色層１１２ｅ）に混合されることで、加飾層１１２と一体的に形成されるようにしているので、加飾層１１２を設ける際に同時にガード層を形成することができ、ガード層を設けるために新たな工程を追加する必要がない。よって、本入力装置１００を作成する際の工数の増加を伴うことがない。

また、ガード層が加飾層１１２と一体的に形成されるので、ガード層が別体で形成される場合に対して、加飾層１１２、ガード層、および配線部１１５との位置ズレを抑制することができ、より高いガード効果を得ることができる。また、ガード層の位置ズレによる影、光漏れの発生を抑制でき、意匠の照明精度の向上を図ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の入力装置１００Ａを図３に示す。第２実施形態の入力装置１００Ａは、上記第１実施形態の入力装置１００に対して、ガード層の構造を変更したものである。

入力装置１００Ａは、電位をゼロとするグランド（ＧＮＤ）部１３０を備えている。配線部１１５、制御部１２０、更に周囲導体６０は、グランド部１３０に接続されている。そして、加飾層１１２（第１背景色層１１２ｄ、および／あるいは第２背景色層１１２ｅ）におけるガード層は、例えば、金属、カーボン、導電性高分子、あるいは希土類等の導電性材から成るもの、またはタッチプレート１１１よりも比誘電率の高い材料等を用いたものとなっており、このガード層は、導電ゴム、バネ等の導電体によってグランド部１３０に直接接続されている。

本実施形態によれば、ガード層形成材を導電性材、またはタッチプレート１１１よりも比誘電率の高い材料等とすることによって、指と配線部との間の遮蔽効果によって静電容量の発生が抑えられる。そして、ガード層形成材として、導電性材、またはタッチプレート１１１よりも比誘電率の高い材料等を用いた場合、指からガード層形成材を介して電気がグランド部１３０に流れるので、指と配線部１１５との間の静電容量の発生が抑えられる。

（その他の実施形態）
上記第２実施形態では、ガード層を導電性材、またはタッチプレート１１１よりも比誘電率の高い材料等として、ガード層がグランド部１３０に接続されるものとしたが、これに限らず、ガード層がグランド部１３０に接続されないものであっても良く、指と配線部との間の遮蔽効果によって静電容量の発生を抑えることができる。

また、ガード層とグランド部１３０とを接続しない場合に、ガード層をフィルムセンサ１１３上のグランド部１３０のパターンにカップリングさせて（位置関係が互いに一致するように対応させて）やることで、ガード効果を得るようにしても良い。

また、上記第１、第２実施形態では、加飾層１１２は、文字意匠層１１２ａ、第１絵柄層１１２ｂ、第２絵柄層１１２ｃ、第１背景色層１１２ｄ、および第２背景色層１１２ｅから形成されるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つの層から成るもの（例えば、文字意匠層１１２ａ）であっても良い。加飾層１１２を文字意匠層１１２ａの一層から成るものとした場合は、スイッチ表示部１１２ａ１、１１２ａ２の領域には、ガード層が含まれないようにする。

１０ナビゲーションシステム
５０ディスプレイ（所定の機器）
１００、１００Ａ入力装置
１１０入力部
１１１タッチプレート
１１２加飾層
１１２ｄ第１背景色層（ガード層を形成）
１１２ｅ第２背景色層（ガード層を形成）
１１３フィルムセンサ
１１４電極部
１１５配線部

Claims

使用者の指操作によって、所定の機器への作動条件を入力する静電容量式の入力装置であって、
前記指操作用の基板となるタッチプレートと、
前記タッチプレートの表面側に配設されて、前記タッチプレートの表面を装飾する加飾層と、
前記タッチプレートの裏面側で、前記タッチプレートに接合されるフィルムセンサと、
前記フィルムセンサ上に設けられた電極部と、
前記フィルムセンサ上に設けられると共に、前記電極部に接続されて前記電極部から出力される信号を伝送する配線部と、
前記指と前記配線部との間における静電容量の発生を抑制するガード層と、を備え、
前記ガード層は、前記ガード層を形成するガード層形成材が、前記加飾層内に混合されて、前記加飾層と一体的に形成されており、
前記ガード層形成材は、絶縁性材であり、
前記絶縁性材は、前記タッチプレートより比誘電率の低い材料であることを特徴とする入力装置。
使用者の指操作によって、所定の機器への作動条件を入力する静電容量式の入力装置であって、
前記指操作用の基板となるタッチプレートと、
前記タッチプレートの表面側に配設されて、前記タッチプレートの表面を装飾する加飾層と、
前記タッチプレートの裏面側で、前記タッチプレートに接合されるフィルムセンサと、
前記フィルムセンサ上に設けられた電極部と、
前記フィルムセンサ上に設けられると共に、前記電極部に接続されて前記電極部から出力される信号を伝送する配線部と、
前記指と前記配線部との間における静電容量の発生を抑制するガード層と、を備え、
前記ガード層は、前記ガード層を形成するガード層形成材が、前記加飾層内に混合されて、前記加飾層と一体的に形成されており、
前記ガード層形成材は、導電性材、または前記タッチプレートより比誘電率の高い材料であり、
電位をゼロとするグランド部を備え、
前記導電性材、または前記タッチプレートより比誘電率の高い材料は、前記グランド部に接続されて形成されたことを特徴とする入力装置。
前記導電性材は、金属、カーボン、導電性高分子、あるいは希土類のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。