JP6495447B2 - 押圧検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気製品や電子機器の筐体や鏡などの外観形成部材に力を与えることで検知動作が可能な押圧検知装置に関する。

与えられた力を検知する押圧検知装置としては、特許文献１に記載されているように、歪み変形可能な部材に歪みゲージが取り付けられたもの、あるいは固定電極と対向電極が対向し、固定電極と対向電極との距離の変化を静電容量の変化で検知するなどものがある。

これら押圧検知装置は、いずれも外部からの力を受ける押釦や操作用の突起などが備えられている。特許文献１に記載されたものでは、歪みゲージが設けられた部材に連結軸が固定されており、この連結軸に作用した荷重によって歪みゲージに歪みが与えられる。

特開２００８−１３４２２５号公報

従来の押圧検知装置は、押釦や操作用の突起を必要としているため、例えば電子機器の筐体や鏡などの外観形成部材に押圧検知装置を設けるときには、これら筐体や鏡に穴をあけて、押釦や操作用の突起を穴の内部に装着することが必要である。

そのため、押圧検知装置の装着の構造が複雑であり、また筐体や鏡の外観を損ねる可能性もある。特に鏡の場合には、押圧検知装置の装着により反射領域を狭めることになり、鏡の外観を損なうばかりではなくその機能の一部を失うことになる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、外観形成部材をそのまま使用して押圧操作を可能にした押圧検知装置を提供することを目的としている。

本発明は、固定電極と、前記固定電極に対向する対向電極とが設けられた押圧検知装置において、
前記固定電極を有する電極部材と、前記対向電極を有する対向部材と、前記固定電極と前記可動電極とが対向する感知領域を除いて前記電極部材と前記対向部材との間に配置されたスペーサとが設けられ、
前記対向部材は前記電極部材よりも剛性が低く撓み変形可能であり、
前記対向部材が機器の外観形成部材の内面に固定され、前記外観形成部材と共に前記対向部材が撓んだときに、前記感知領域での前記固定電極と前記対向電極との距離の変化が検知されることを特徴とするものである。

本発明の押圧検知装置は、電子機器の筐体や鏡などの外観形成部材の前記感知領域に対向する部分に力が与えられると、外観形成部材と共に対向部材が撓み、固定電極と対向電極との距離が狭まって、前記力が作用したことが検知される。よって、外観形成部材に穴などを空ける必要が無く、外観形成部材の一部を操作領域として使用できるようになる。

本発明の押圧検知装置は、前記固定電極が複数のＸ電極と複数のＹ電極を有して、座標検知出力を得る相互容量検知方式の静電センサが構成されており、前記座標検知出力から、前記感知領域において前記対向電極と前記固定電極との距離が変化したことが検知されるものである。

あるいは、本発明の押圧検知装置は、前記固定電極が前記感知領域に設けられて、自己容量検知方式の静電センサが構成されているものである。

本発明の押圧検知装置は、前記対向部材の表面に、前記外観形成部材に固着されるための粘着層または接着層が形成されているものとして構成できる。

本発明の押圧検知装置は、前記対向部材が、少なくとも一部に前記対向電極となる金属層を有する可撓シートであることが好ましい。

上記構成では、対向部材を可撓シートで構成することで、外観形成部材の変形によって対向部材が撓みやすくなり、押圧検知装置の検知感度を高めることができる。

本発明は、前記金属層が、複数箇所の前記感知領域に共通して対向できるように連続して形成されているものであってもよい。
本発明の押圧検知装置は、前記スペーサは両面接着テープであることが好ましい。

上記のようにスペーサを両面接着テープにすると、固定電極と対向電極との距離を接近させることができ、外観形成部材のわずかな歪みに対しても検知出力を得られるようになる。

本発明の押圧検知装置は、前記外観形成部材には、前記感知領域において前記対向部材に対向する突部が形成されているものであってもよい。

ただし、本発明の押圧検知装置における前記外観形成部材は、前記感知領域に対応する部分とその周囲部分とで厚さ寸法が均一であることが好ましい。

本発明の押圧検知装置では、前記外観形成部材が鏡である。あるいは、前記外観形成部材が電気製品または電子機器の筐体である。

本発明は、電子機器の筐体や鏡などの外観形成部材の前記感知領域に対向する部分に力が与えられると、外観形成部材と共に対向部材が撓み、固定電極と対向電極との距離が狭まって、前記力が作用したことが検知される。よって、外観形成部材に穴などを空ける必要が無く、外観形成部材の一部を操作領域として使用できるようになる。

本発明の第１の実施の形態を示すものであり、押圧検知装置と外観形成部材を示す分解斜視図、 図１に示す押圧検知装置の構造を示す分解斜視図、 図１と図２に示す押圧検知装置の縦断面図、 スペーサの変形例を示す正面図、 第１の実施の形態の変形例の押圧検知装置を示す縦断面図、 本発明の第２の実施の形態を示すものであり、押圧検知装置と外観形成部材を示す分解斜視図、 図６に示す押圧検知装置を示す断面図、 図７に示す押圧検知装置の構造の一例を示す分解斜視図、 図８に示す押圧検知装置を示す斜視図、

図１は第１の実施の形態を示すものであり、外観形成部材１とその一部に設置される押圧検知装置１０が示されている。

外観形成部材１は、機器の外観を形成するものであり、図１に示す実施の形態での外観形成部材１は、全体が反射面となった化粧用や洋服の試着用などに使用される家庭用または業務用の鏡である。外観形成部材１の一部が操作パネル部１ａとなり、操作パネル部１ａの裏側に押圧検知装置１０が取り付けられる。

前記操作パネル部１ａは、外観形成部材１である鏡の一部であり、この部分の厚さは操作パネル部１ａの周辺の他の領域の厚さ寸法と同じであり、操作パネル部１ａとその周囲部分とで構造が同じである。ただし、操作者が操作しやすいように、鏡の表面に、操作パネル部１ａの領域であることを示す枠状の表示や、後に説明する感知領域の押圧操作箇所を示すマークなどが付されていてもよい。

図２と図３に示すように、押圧検知装置１０は、電極部材１１を有している。電極部材１１は硬質基板でありガラスエポキシ基板である。電極部材１１の前面１１ａに固定電極１２が設けられている。固定電極１２は、複数のＸ電極１２ｘと複数のＹ電極１２ｙとから構成されている。Ｘ電極１２ｘとＹ電極１２ｙは交差しているが、交差部分でＸ電極１２ｘとＹ電極１２ｙが互いに絶縁されている。あるいは、複数のＸ電極１２ｘと複数のＹ電極１２ｙが、基板の異なる面に形成されていてもよい。

電極部材１１の前面１１ａにはスペーサ１３が設置され、その前方に対向部材１５が設置されている。スペーサ１３は樹脂フィルムなどの薄いものであり、好ましくは樹脂フィルムの両面に粘着層が形成された両面接着テープが使用される。スペーサ１３には、円形の穴１３ａが複数箇所に形成されており、この穴１３ａの内部が押圧検知装置１０の感知領域１４となる。

スペーサ１３の前方に対向部材１５が設けられている。対向部材１５には、複数箇所の感知領域１４の全てに対向できる広い面積の対向電極が設けられている。対向部材１５は、電極部材１１よりも剛性が低く撓み変形可能な可撓性部材で形成されており、この実施の形態では可撓性シートで構成されている。対向部材１５は銅箔やアルミニウム箔などの金属箔であり、この場合には対向部材１５の全体が対向電極となる。あるいは樹脂シートの表面に銅や銀などの金属層が蒸着工程などで形成され、または前記金属層が印刷などで形成されている。この場合には、前記金属層が対向電極となる。

電極部材１１と対向部材１５はスペーサ１３を挟んで互いに固定されている。図３に示すように、スペーサ１３の穴１３ａの内部の感知領域１４で、電極部材１１に形成された固定電極１２と対向部材１５に形成された対向電極とが対向する。対向電極は接地電位に設定されることが好ましい。例えば、対向部材１５の一部に細片が形成され、この細片が電極部材１１の位置まで延ばされ、対向電極の一部が電極部材１１の接地電位部に半田付けにより接続されている。

押圧検知装置１０は、対向部材１５の前面１５ａに粘着層１６が設けられる。粘着層１６は、対向部材１５の前面１５ａに転写されて形成されていてもよいし、対向部材１５の前面１５ａに両面接着テープが貼着されて形成されてもよい。粘着層１６は粘性とスタック性を有し、対向部材１５のほぼ全面を外観形成部材１の背面１ｂに密着させて固定するものである。または粘着層１６の代わりに２液混合で硬化する接着層や紫外線で硬化するＵＶ接着剤を使用することもできる。

次に、押圧検知装置１０の検知動作を説明する。
電極部材１１に設けられた固定電極１２は相互容量検知方式の静電センサであり、Ｘ電極１２ｘとＹ電極１２ｙとの間に静電容量が形成されている。例えば、複数のＸ電極１２ｘに順番にパルス状の電圧が印加されると、この電圧の立ち上がり時と立下り時にＹ電極１２ｙに電流が流れる。接地電位の物体が固定電極１２に接近すると、この物体と固定電極１２との間に静電容量が形成され、Ｙ電極１２ｙに流れる電流が変化する。図示しない制御部では、Ｙ電極１２ｙの電流値を順番に検知することで、接地電位の物体がどの箇所に接近しているかを示す座標検知出力を得ることができる。

図２に示す押圧検知装置１０は、スペーサ１３に複数箇所（４か所）の穴１３ａが形成されて、それぞれの穴１３ａの内部が感知領域１４となっている。図３に示すように、いずれかの感知領域１４と対向する部分で外観形成部材１が押圧力Ｆ０で押されると、感知領域１４と対向する部分で外観形成部材１と共に対向部材１５が電極部材１１の前面１１ａへ接近するように変形し、好ましくは接地電位に設定されている対向電極が固定電極１２と接近する。前記制御部では電極部材１１のどの部分に対向電極が接近したかが演算され、どの感知領域１４に対応する箇所で対向部材１５に力が与えられかが検出される。

図３に示すように、感知領域１４以外のスペーサ１３と対向する領域で外観形成部材に押圧力Ｆ１が与えられたときは、外観形成部材１と共に対向部材１５が変形したとしても、対向部材１５に形成された対向電極と固定電極１２の距離が変化せず、識別可能な程度の座標検知出力が出ることはない。もし識別可能な座標検知出力が得られた場合には、その座標位置を演算することで、感知領域１４での押圧操作ではないと判断でき、検知出力を無視することができる。

図３に示すように、押圧検知装置１０の対向部材１５の前面１５ａのほぼ全面が粘着層１６を介して外観形成部材１の操作パネル部１ａの背面１ｂに固定されている。そのため、外観形成部材１である鏡の一部の操作パネル部１ａにおいて、いずれかの感知領域１４に対向する部分が指などで押されると、外観形成部材１が部分的に撓み、対向部材１５が一緒に撓んで、選択した感知領域１４において、対向電極と固定電極１２とが接近し、その感知領域１４が操作されたことを検出することができる。

外観形成部材１のわずかな歪量を検知するためには、感知領域１４において固定電極１２と対向電極の対向距離が短いことが好ましい。そのために、スペーサ１３はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂フィルムによって形成され、あるいは前記樹脂フィルムの両側に粘着層を有する両面接着テープで形成されて薄く構成されている。スペーサの厚み、すなわち感知領域１４における電極部材１１の前面１１ａと対向部材１５との対向距離は、５００μｍ以下が好ましくさらには３００μｍ以下が好ましく、あるいは１００μｍ以下がさらに好ましい。

対向部材１５は、外観形成部材１と一緒に撓めるように、電極部材１１よりも剛性が低いことが必要である。対向部材１５の厚さ寸法は、例えば１ｍｍ以下に形成されていることが好ましく、さらには５００μｍ以下が好ましい。

前記のように電極部材１１として、複数のＸ電極１２ｘと複数のＹ電極１２ｙを有する相互容量検出方式の静電センサを使用すると、感知領域１４の形状や位置を変更した場合にも、同じ電極部材１１をそのまま使用することができる。

図４は変形例のスペーサ１３Ａを示している。スペーサ１３Ａには円形の複数の穴１３ｂと共に、幅寸法よりも長さ寸法が大きい直線状に延びるスリット１３ｃが開口して形成されており、穴１３ｂの内部とスリット１３ｃの内部が共に感知領域１４となっている。

図２に示すスペーサ１３の代わりに図４に示すスペーサ１３Ａを使用すると、同じ電極部材１１を使用して、異なる領域での操作入力を行うことができる。すなわち、電極部材１１から得られる座標検知出力のうち、どの座標検知出力が感知領域１４に対応するかを予め制御回路に設定しておくことにより、どの操作領域１４が操作されたのかを識別することができる。

また、図４に示すスペーサ１３Ａを使用すると、穴１３ｂの部分での押圧操作のみならず、スリット１３ｃの部分で外観形成部材１を指で押して、スリット１３ｃの長手方向に押したままの指をスライドさせることでスライド操作入力も可能になる。

なお、図２と図３に示す電極部材１１には、固定電極１２として相互容量検出方式のためのＸ電極１２ｘとＹ電極１２ｙが設けられているが、図５に示すように、それぞれの感知領域１４の内部において、固定電極１２として単独電極１２ｚが設けられていてもよい。単独電極１２ｚは、感知領域１４毎に個別に設けられ、それぞれが別個に制御装置に接続されている。この構成では、自己容量検知方式の静電センサが構成される。

前記実施の形態では、外観形成部材１が化粧用などの鏡であったが、外観形成部材は、家庭用電気製品や各種電子機器の筐体であってもよい。例えば家庭用電気製品の筐体の一部が操作パネル部１ａとされ、この操作パネル部１ａにおいて筐体の内面に押圧検知装置１０が固定される。感知領域１４に対向する部分で筐体の一部を押すことで、操作入力を行うことができる。

電気製品などの筐体では、操作パネル部とその周囲の領域とで厚さを均一にしておいてもよい。また操作パネル部の内部においても、感知領域１４に対向する領域とその周辺の領域とで厚さ寸法を均一にしておいてもよい。このように筐体の構造に変化を与えなくても、筐体の表面を押すことで入力操作が可能になる。ただし、筐体の表面に、操作パネル部の領域が解るように枠などを表示したり、感知領域１４と対向する部分に押圧箇所であることを示す表示を形成してもよい。また、外観形成部材１が電気製品や電子機器の筐体である場合には、感知領域１４に対向する領域をその周囲よりもやや薄く形成してもよい。

図６と図７は本発明の第２の実施の形態を示している。
図６は、携帯用電話などとして使用される携帯用情報端末２が背面２ａ側を上にして示されている。背面２ａには筐体に開口部３が形成されており、開口部３が着脱自在の蓋体４で覆われている。蓋体４は合成樹脂材料で形成されている。蓋体４は携帯用情報端末２の筐体の一部であり、この実施の形態では、蓋体４が外観形成部材となる。

携帯用情報端末２の開口部３の内部に押圧検知装置２０が収納されている。図７の断面図に示すように、押圧検知装置２０は、筐体の内部に固定された支持基板４の上に設置されている。

押圧検知装置２０は、電極部材２１が硬質支持板２１ａとその前面に貼りつけられたフィルム基板２１ｂとで構成されている。フィルム基板２１ｂの前面に固定電極２２が設けられている。固定電極２２は、図２と図３に示したのと同じ相互容量検知方式のＸ電極とＹ電極である。あるいは、図５に示すように自己容量検知方式の単独電極である。

フィルム基板２１ｂの前部にスペーサ２３が設けられている。スペーサ２３は、レジスト材料などの有機絶縁層である。スペーサ２３には穴２３ａが形成され、その内部が感知領域２４となっている。スペーサ２３の前部には対向部材２５が重ねられている。対向部材２５は樹脂フィルムの表面（固定電極２２と対向する面）のほぼ全面に銅箔や銀ペース塗膜などの対向電極が形成されている。感知領域２４の内部で固定電極２２と、対向部材２５に形成された対向電極が対向している。

図７に示すように、携帯用情報端末２の内部の支持基板４に硬質支持板２１ａの背部が接着剤などで固定されている。蓋体４の内面には突部４ａが一体に形成されており、突部４ａが感知領域２４において対向部材２５に対向している。蓋体４が閉じられた状態で、突部４ａの先部が対向部材２５の前面に軽く接触していることが好ましい。

この実施の形態では、携帯用情報端末２の蓋体４の中央部を押すと、突部４ａにより対向部材２５が撓まされ、感知領域２４の内部で固定電極２２と対向電極とが接近して押圧操作が検知される。

押圧検知装置２０は、携帯用の背部の薄い空間内に配置されるため、押圧検知装置２０は薄型であることが好ましく、第１の実施の形態と同様に、スペーサ２３の厚さは、５００μｍ以下が好ましくさらには３００μｍ以下が好ましく、あるいは１００μｍ以下が好ましい。また、対向部材２５は、５００μｍ以下が好ましい。

第２の実施の形態においても、携帯用情報端末２の蓋体４を押圧することで、入力操作を行うことができる。

図８は、図７に示す押圧検知装置２０の分解斜視図であり、図９は押圧検知装置２０が組み立てられた状態を示す斜視図である。

図８に示すように、電極部材２１は、硬質支持板２１ａに支持されているフィルム基板２１ｂを有しており、フィルム基板２１ｂと対向部材２５はＰＥＴなどのフィルム基材で一体に形成されており、フィルム基板２１ｂと対向部材２５とが連結部２１ｄ，２１ｄで連結されている。フィルム基板２１ｂの前面には固定電極２２が銅箔や銀ペーストなどで形成されている。対向部材２５には対向電極２５ａが銅箔や銀ペーストなどで形成されている。フィルム基板２１ｂには配線帯２１ｃが一体に延びており、固定電極２２から延びるリード部２２ａと対向電極２５ａから延びるリード部２５ｂが、配線帯２１ｃ上に形成されて引き出されている。対向電極２５ａは接地電位に設定されている。

フィルム基板２１ｂの前面には、固定電極２２の周囲に有機絶縁層が塗布されてスペーサ２３が形成され、スペーサ２３の穴２３ａの内部の感知領域２４に固定電極２２が配置される。スペーサ２３が形成された後に、図８で矢印で示すように、対向部材２５がフィルム基板２１ｂに重ねられるように折り畳まれ、スペーサ２３と対向部材２５とが接着される。これにより、図７と図９に示すように、硬質支持板２１ａ、フィルム基板２１ｂ、スペーサ２３、対向部材２５の順に重ねられた積層構造になる。

なお、図２と図３に示す押圧検知装置１０も、図８に示すように、フィルム基材を折り畳んで形成することが可能である。

１ 外観形成部材
１ａ 操作パネル部
２ 携帯用情報端末
４ 蓋体
１０ 押圧検知装置
１１ 基板
１２ 固定電極
１３，１３Ａ スペーサ
１４ 感知領域
１５ 対向部材
１６ 粘着層
２０ 押圧検知装置
２１ 基板
２２ 固定電極
２３ スペーサ
２４ 感知領域
２５ 対向基板
２５ａ 対向電極

Claims (11)

1. 固定電極と、前記固定電極に対向する対向電極とが設けられた押圧検知装置において、
   前記固定電極を有する電極部材と、前記対向電極を有する対向部材と、前記固定電極と前記対向電極とが対向する感知領域を除いて前記電極部材と前記対向部材との間に配置されたスペーサとが設けられ、
   前記対向部材は前記電極部材よりも剛性が低く撓み変形可能であり、
   前記対向部材が機器の外観形成部材の内面に固定され、前記外観形成部材と共に前記対向部材が撓んだときに、前記感知領域での前記固定電極と前記対向電極との距離の変化が検知され、
   前記スペーサと対向する領域での座標検知信号が得られた場合、前記感知領域での押圧検知ではないと判断し無視することを特徴とする押圧検知装置。
2. 前記固定電極が複数のＸ電極と複数のＹ電極を有して、座標検知出力を得る相互容量検知方式の静電センサが構成されており、前記座標検知出力から、前記感知領域において前記対向電極と前記固定電極との距離が変化したことが検知される請求項１記載の押圧検知装置。
3. 前記固定電極が前記感知領域に設けられて、自己容量検知方式の静電センサが構成されている請求項１記載の押圧検知装置。
4. 前記対向部材の表面に、前記外観形成部材に固着されるための粘着層または接着層が形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の押圧検知装置。
5. 前記対向部材は、少なくとも一部に前記対向電極となる金属層を有する可撓シートである請求項１ないし４のいずれかに記載の押圧検知装置。
6. 前記金属層が、複数箇所の前記感知領域に共通して対向できるように連続して形成されている請求項５記載の押圧検知装置。
7. 前記スペーサは両面接着テープである請求項１ないし６のいずれかに記載の押圧検知装置。
8. 前記外観形成部材には、前記感知領域において前記対向部材に対向する突部が形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の押圧検知装置。
9. 前記外観形成部材は、前記感知領域に対応する部分とその周囲部分とで厚さ寸法が均一である請求項１ないし７のいずれかに記載の押圧検知装置。
10. 前記外観形成部材は鏡である請求項１ないし９のいずれかに記載の押圧検知装置。
11. 前記外観形成部材は電気製品または電子機器の筐体である請求項１ないし９のいずれかに記載の押圧検知装置。

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