JPWO2014024394A1 - 操作スイッチ - Google Patents

Abstract

主に各種電子機器の操作に使用される多方向操作スイッチに関し、操作体の傾倒角度を精度良く判定できる。操作スイッチは、固定電極体と、導電性の可動電極体と、操作体とを有する。固定電極体は、上面に第１の固定電極を有する。可動電極体は、固定電極体の上に設けられ、第１の固定電極に向かって突出した第１の押圧突起部を有する。操作体は、可動電極体の上に設けられ、第１の押圧突起部を上方から押すように第１の方向に傾くことができる。可動電極体は弾性体であり、第１の押圧突起部は、第１の固定電極との静電容量が変化するように変形するものである。

Description

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられる操作スイッチに関する。

近年、携帯電話等の携帯用の電子機器あるいはカーナビゲーションシステムやオーディオシステムなどの車両に搭載された電子機器の高機能化や多様化が進んでいる。そのため、電子機器の操作に用いられる多方向操作スイッチには、高速に操作が可能で、かつ、使いやすいものが求められている。

従来の多方向操作スイッチについて、図８、図９を用いて説明する。

図８は従来の多方向操作スイッチ２０の断面図である。図８において、多方向操作スイッチ２０は配線基板１と、二つのプッシュスイッチ２と、感圧体３と、検知ピン４と、弾性体５と、二つのピン６と、ケース７と、操作体８と、カバー９を有する。

配線基板１の上面に二つのプッシュスイッチ２が配置され、二つのプッシュスイッチ２の間には、押されると抵抗値が変化する感圧体３が配置される。感圧体３の上面に検知ピン４が配置される。

検知ピン４は下面の押圧部４Ａと、柱部４Ｂと、柱部４Ｂの上端の突端部４Ｃを有する。

二つのプッシュスイッチ２と検知ピン４を覆って弾性体５が配置される。弾性体５の形状は、下面が開放され上面に円形の開口を有する箱状で、弾性体５の材料はゴム等である。それぞれのプッシュスイッチ２の上方で、弾性体５の上面に二つのピン６が配置される。そして、二つのピン６と弾性体５を覆ってケース７が配置される。ケース７の形状は、下面が開放され上面に円形の開口を有する箱状である。

また、操作体８は胴部８Ａと、左右の押圧腕部８Ｂと、軸部８Ｃと、操作部８Ｄと揺動部８Ｅとを有し、軸部８Ｃを中心に左右に傾くことができる。左右の押圧腕部８Ｂの下面が共にピン６の上端に接し、操作体８が傾くと、押圧腕部８Ｂの下面がピン６の上端を押す。

カバー９は円形の開口９Ａを上面に有し、円形の開口９Ａから操作部８Ｄを突出させるように操作体８を覆っている。

このように構成された多方向操作スイッチ２０において、図９の断面図で示すように、操作者が操作部８Ｄを右側に傾けると、右側の押圧腕部８Ｂがピン６を押し、弾性体５を介しプッシュスイッチ２が押される。これによりプッシュスイッチ２がＯＮ状態となる。

プッシュスイッチ２が押されると共に、揺動部８Ｅが検知ピン４の突端部４Ｃを押し、感圧体３が押される。感圧体３は押されることで抵抗値が減少するので、操作部８Ｄの傾倒角度が判別される。

多方向操作スイッチ２０のプッシュスイッチ２のＯＮ／ＯＦＦと感圧体３の抵抗値から、操作部８Ｄの傾倒方向及び傾倒角度が判別される。そして、多方向操作スイッチ２０が搭載された電子機器（図示せず）のディスプレイの表示のスクロール方向とスクロール速度、あるいは、選択アイコン等の移動方向と移動速度が変化する。

なお、先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１２−１２６９５号公報

しかしながら、感圧体の傾倒角度に対する抵抗値の変化はばらつきが大きいため、感圧体による傾倒角度の判定精度は低い。これにより、電子機器のディスプレイの表示が細かくなると、ディスプレイの表示のスクロール速度、あるいは、選択アイコンの移動速度の調整が難しかった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、傾倒角度の判定精度が高い操作スイッチを提供する。

操作スイッチは、固定電極体と、導電性の可動電極体と、操作体とを有する。固定電極体は、上面に第１の固定電極を有する。可動電極体は、固定電極体の上に設けられ、第１の固定電極に向かって突出した第１の押圧突起部を有する。操作体は、可動電極体の上に設けられ、第１の押圧突起部を上方から押すように第１の方向に傾くことができる。可動電極体は弾性体であり、第１の押圧突起部は、第１の固定電極との静電容量が変化するように変形するものである。

以上のように、本発明の操作スイッチによれば、操作体の傾倒角度を精度良く判定できる。

図１は、実施の形態による多方向操作スイッチの分解斜視図である。 図２は、実施の形態による多方向操作スイッチの断面図である。 図３Ａは、実施の形態による多方向操作スイッチの可動電極体の斜視図である。 図３Ｂは、実施の形態による多方向操作スイッチの可動電極体の斜視図である。 図４は、実施の形態による多方向操作スイッチの固定電極体の上面図である。 図５は、実施の形態による多方向操作スイッチの斜視断面図である。 図６は、実施の形態による多方向操作スイッチの動作状態を示す断面図である。 図７は、実施の形態による多方向操作スイッチの動作状態における固定電極体の上面図である。 図８は、従来の多方向操作スイッチの断面図である。 図９は、従来の多方向操作スイッチの動作状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本実施の形態による多方向操作スイッチの分解斜視図、図２は本実施の形態による多方向操作スイッチの断面図である。

図１および図２において、多方向操作スイッチ１００は、下ケース２１と、固定電極体２２と、可動電極体２３と、操作体２４と、バネ２５と、上ケース２６とを有する。

操作体２４は、操作部３１と、押圧部３２と、傾動部３３とを有する。

下ケース２１は、方形の平板部２１Ａと、軸受部２１Ｂと、係止ツメ部２１Ｃとを有する。軸受部２１Ｂは、平板部２１Ａの中央に配置された円筒形状の壁面を有する。係止ツメ部２１Ｃは、平板部２１Ａの四方から上方に突出している。

固定電極体２２は、フレキシブルプリント配線板であり、方形の電極配置部２２Ａと電極配置部２２Ａから延出するケーブル部２２Ｂとを有する。ケーブル部２２Ｂには複数の配線が内部に配置され、配線の一端は端子４１としてケーブル部２２Ｂの右端に配置される。配線の他端は電極配置部２２Ａ内に延出し、四つの方形のグランド電極４２や、四つの扇形の固定電極４３Ａ〜４３Ｄ（第１〜第４の固定電極）に接続されている。なお、グランド電極４２や固定電極４３Ａ〜４３Ｄは導電性であり、材料は銅や銀などの導電金属が好ましい。

そして、固定電極４３Ａ〜４３Ｄの上面は絶縁層で被覆される（図示せず）。一方、グランド電極４２の上面は絶縁層で被覆されていない。グランド電極４２は導電性の可動電極体２３に接し、可動電極体２３と安定して電気的に接続することができる。

可動電極体２３は、導電性ゴム等の弾性を有する導電体を材料とする。導電性ゴムとは天然ゴム、合成ゴム等のゴム基材に導電性カーボンブラックまたは金属粉末を配合したものである。なお、ゴム基材は例えばシリコーンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、またはエチレンプロピレンジエンゴム等から適宜選定しうる。

図３Ａは可動電極体２３を上方から見た斜視図で、図３Ｂは可動電極体２３を下方から見た斜視図である。

図３Ａで示すように、可動電極体２３は、中央に円形の開口２３Ａを有する。可動電極体２３は、円形の開口２３Ａの周囲に等間隔に八つの半球状の押圧突起部２３Ｂ（第１〜第４の押圧突起部）が配置されている。押圧突起部２３Ｂは、下方に突出するように設けられている。可動電極体２３は、押圧突起部２３Ｂの周囲に上面部２３Ｃを有する。可動電極体２３は、上面部２３Ｃの周囲に、斜面を介し、一段下がった平板部２３Ｄを有する。ここで、図３Ｂに示すように、平板部２３Ｄの内側の押圧突起部２３Ｂや円形の開口２３Ａの周辺は窪んでいる。可動電極体２３を固定電極体２２の上面に配置すると、平板部２３Ｄの下面がグランド電極４２に接触し、可動電極体２３全体はグランド電位となる。可動電極体２３の押圧突起部２３Ｂの下面は、固定電極４３Ａ〜４３Ｄ上の絶縁層に接触する。押圧突起部２３Ｂは平板部２３Ｄに比べ厚みが薄いので、上面部２３Ｃを上方から押した際に変形しやすい。

なお、押圧突起部２３Ｂの下端は円形の開口２３Ａを中心とした同一円周上に配置されている。操作体２４を傾けると、押圧突起部２３Ｂの周辺の上面部２３Ｃが押され、押圧突起部２３Ｂが固定電極体２２に押し付けられて変形する。このとき、操作体２４が傾く支点に対し八つの押圧突起部２３Ｂは概ね等距離に位置するので、傾倒方向による押圧突起部２３Ｂの変形のバラツキが抑制される。つまり、操作体２４の傾倒方向に対する、操作体２４を傾けるのに必要な押圧力のバラツキが抑制される。

また、図４は可動電極体２３を固定電極体２２の上面に配置した際の接触位置を示す固定電極体２２の上面図である。接触部５１は、八つの押圧突起部２３Ｂのそれぞれの下面が固定電極４３Ａ〜４３Ｄ上の絶縁層に接触する部分を示している。図４に示すように、接触部５１は、それぞれの固定電極４３Ａ〜４３Ｄ上に各二箇所存在する。

図１、図２で示す、操作体２４を構成する操作部３１と、押圧部３２と、傾動部３３とは絶縁樹脂等の成型可能な樹脂を材料とする。

操作部３１は円柱形状の把持部３１Ａと、把持部３１Ａから下方に延出した軸部３１Ｂを有する。押圧部３２は中央に円形の開口３２Ａを有し、外周の半径は把持部３１Ａの半径とほぼ同程度である。また、押圧部３２は、下面に円周状の突出部３２Ｂを有する。傾動部３３は前後左右の四方に突起３３Ａを有し、下面の形状は円弧状である。

図５は多方向操作スイッチ１００の斜視断面図である。図５に示すように、操作部３１の軸部３１Ｂが円形の開口３２Ａに挿入され、軸部３１Ｂの下端が突起３３Ａに組み合わされる。これにより、操作体２４として操作部３１と、押圧部３２と、傾動部３３とが一体となる。

傾動部３３は軸受部２１Ｂに挿入され、傾動部３３は操作部３１が傾く支点となる。突出部３２Ｂは可動電極体２３の押圧突起部２３Ｂの上面を跨いで、押圧突起部２３Ｂの周囲を上方から押すように配置される。

バネ２５は、ステンレス鋼や硬鋼等の合金を巻回して弾性を持たせたものであり、軸部３１Ｂを挿入するように配置される。バネ２５は、上ケース２６と押圧部３２との間に位置し、傾いた操作部３１を中立位置に戻すように作用する。

上ケース２６は、絶縁樹脂等を材料とし、中央に円形の開口２６Ａを有し、下面が開放された箱形状である。

なお、下ケース２１や、操作体２４や、上ケース２６の材料としては、例えば、ポリアセタール、ナイロン、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）等を選定できる。

また、固定電極４３Ａ〜４３Ｄの上面に配置された絶縁層（図示せず）は、固定電極体２２側に配置されたものとして説明したが、可動電極体２３側に配置されても良い。なお、固定電極体２２側に配置するほうが、絶縁層の形成は容易である。

また、固定電極体２２はフレキシブルプリント基板を用いるものとして説明したが、ガラスエポキシ基板などのリジッド基板を用いても良い。

次に、多方向操作スイッチ１００の組み立て方法について、説明する。

まず、下ケース２１の平板部２１Ａの上面に電極配置部２２Ａが重なるよう固定電極体２２を配置する。これにより、下ケース２１の外側にケーブル部２２Ｂが露出する。

次に、電極配置部２２Ａの上面に可動電極体２３を、押圧突起部２３Ｂが固定電極４３Ａ〜４３Ｄ上に位置し、平板部２３Ｄの下面がグランド電極４２に接触するよう配置する。

そして、操作部３１の軸部３１Ｂを上ケース２６の円形の開口２６Ａに挿入し、バネ２５を軸部３１Ｂに下から挿入した状態で、軸部３１Ｂを押圧部３２の円形の開口３２Ａに挿入する。また軸部３１Ｂの下端に、傾動部３３を嵌める。

この状態で、傾動部３３を軸受部２１Ｂに差し込み、上ケース２６を下ケース２１に被せ、係止ツメ部２１Ｃで上ケース２６を下ケース２１に係止する。

このように構成された多方向操作スイッチ１００は端子４１を介して、電子機器の電子回路（図示せず）に接続される。そして、電子回路から、固定電極体２２内の配線を介して所定の電位が固定電極４３Ａ〜４３Ｄに与えられる。また、可動電極体２３にはグランド電極４２を介してグランド電位が電子回路から供給されている。可動電極体２３と固定電極４３Ａ〜４３Ｄの間で生じる静電容量を、電子回路が検出する。例えば図２の断面図のように操作部３１が中立位置にある場合には、可動電極体２３と固定電極４３Ａ〜４３Ｄの間で生じる静電容量から操作部３１が中立位置にあることを判定する。

そして、図２の中立位置から操作者が操作部３１を右方向に傾けると、図６の断面図で示す状態に変化する。この際に、突出部３２Ｂが押圧突起部２３Ｂの周囲を押すので押圧突起部２３Ｂが押され変形する。固定電極４３Ａ〜４３Ｄ上の絶縁層に押圧突起部２３Ｂの下面が不均等に押し付けられる。これにより、図７の上面図で示すように、固定電極４３Ａ〜４３Ｄに対する接触部５１Ｃ、５１Ｄの面積は接触部５１Ａ、５１Ｂの面積より大きくなる。これは、操作体２４が固定電極４３Ｃ、４３Ｄの間、すなわち図７の右方向に傾いたためである。

このように接触部５１Ａ〜５１Ｄの面積が不均等となり、それぞれの固定電極４３Ａ〜４３Ｄと可動電極体２３との間の静電容量が変化する。そして、電子回路は固定電極４３Ａ〜４３Ｄからの出力信号を基に操作部３１の傾倒方向及び傾倒角度を判定し、電子機器に操作部３１の傾倒方向及び傾倒角度を反映した制御を行う。

電子機器の制御の一例として、電子機器の液晶ディスプレイの表示を操作部３１の傾倒方向に傾倒角度に対応した速度でスクロール表示させる等がある。

ここで、押圧突起部２３Ｂの押圧による変形の再現性が高いので、同じ傾倒方向、同じ傾倒角度であれば、固定電極４３Ａ〜４３Ｄで検出される静電容量は所定のバラツキ範囲内に収まる。

つまり、固定電極４３Ａ〜４３Ｄからの出力信号により静電容量の変化を検出して、操作部３１の傾倒方向及び傾倒角度を判定することで、傾倒角度の判定の精度が高い多方向操作スイッチが実現される。

なお、本実施の形態では四つの固定電極４３Ａ〜４３Ｄを有する多方向操作スイッチの説明を行ったが、固定電極が一つであり、可動電極体との静電容量の変化から操作部の傾きを検出する操作スイッチであってもよい。

すなわち、操作スイッチは、固定電極体と、導電性の可動電極体と、操作体とを有する。固定電極体２２は、上面に第１の固定電極４３Ａを有する。可動電極体２３は、固定電極体２２の上に設けられ、第１の固定電極４３Ａに向かって突出した第１の押圧突起部２３Ｂを有する。操作体２４は、可動電極体２３の上に設けられ、第１の押圧突起部２３Ｂを上方から押すように第１の方向に傾くことができる。可動電極体２３は弾性体であり、第１の押圧突起部２３Ｂは、第１の固定電極４３Ａとの静電容量が変化するように変形するものである。

これにより、操作スイッチは、操作体２４の傾倒角度を制度良く判定できる。

また、操作スイッチは、固定電極体２２の上面に設けられた第２の固定電極４３Ｃと、第２の固定電極４３Ｃに向かって突出し、可動電極体２３に設けられた第２の押圧突起部２３Ｂと、をさらに有する。操作体２４は、第２の押圧突起部２３Ｂを上方から押すように第２の方向に傾くことができる。第２の押圧突起部２３Ｂは、第２の固定電極４３Ｃとの静電容量が変化するように変形する。

これにより、操作体２４の傾倒角度を制度良く判定でき、さらに操作体２４の二つの傾倒方向を検出できる。

また、第１の方向と第２の方向とは、１８０度異なる方向である。

これにより、検出できる傾倒方向を正反対の方向とすることができる。

また、操作スイッチは固定電極体２２の上面に設けられた第３の固定電極４３Ｂおよび第４の固定電極４３Ｄを有する。操作スイッチは、第３の固定電極４３Ｂに向かって突出し、可動電極体２３に設けられた第３の押圧突起部２３Ｂと、第４の固定電極４３Ｄに向かって突出し、可動電極体２３に設けられた第４の押圧突起部２３Ｂと、をさらに有する。第３の押圧突起部２３Ｂは、第３の固定電極４３Ｂとの静電容量が変化するように変形し、第４の押圧突起部２３Ｂは、第４の固定電極４３Ｄとの静電容量が変化するように変形する。第１の固定電極４３Ａと第２の固定電極４３Ｃと第３の固定電極４３Ｂと第４の固定電極４３Ｄとは、同一円周上に位置するように配置される。操作体２４は、可動電極体２３を上方から押すように前後左右の方向に傾くことができる。

これにより、操作体２４の傾倒角度を制度良く判定でき、さらに操作体２４の多方向の傾倒方向を検出することができる。

また、操作スイッチは、固定電極体２２に設けられたグランド電極４２をさらに有する。グランド電極４２と可動電極体２３とは電気的に接続されている。

これにより、簡易な構造で可動電極体２３をグランド電位にできる。

本発明による操作スイッチは、操作体の傾倒角度を精度良く判定できるという有利な効果を有し、主に各種電子機器の操作用として有用である。

２１ 下ケース
２１Ａ 平板部
２１Ｂ 軸受部
２１Ｃ 係止ツメ部
２２ 固定電極体
２２Ａ 電極配置部
２２Ｂ ケーブル部
２３ 可動電極体
２３Ａ 円形の開口
２３Ｂ 押圧突起部
２３Ｃ 上面部
２３Ｄ 平板部
２４ 操作体
２５ バネ
２６ 上ケース
２６Ａ 円形の開口
３１ 操作部
３１Ａ 把持部
３１Ｂ 軸部
３２ 押圧部
３２Ａ 円形の開口
３２Ｂ 突出部
３３ 傾動部
３３Ａ 突起
４１ 端子
４２ グランド電極
４３Ａ〜４３Ｄ 固定電極
５１，５１Ａ〜５１Ｄ 接触部
１００ 多方向操作スイッチ

Claims (5)

1. 上面に第１の固定電極を有する固定電極体と、
   前記固定電極体の上に設けられ、前記第１の固定電極に向かって突出した第１の押圧突起部を有する導電性の可動電極体と、
   前記可動電極体の上に設けられ、前記第１の押圧突起部を上方から押すように第１の方向に傾くことができる操作体と、を備え、
   前記可動電極体は弾性体であり、前記第１の押圧突起部は、前記第１の固定電極との静電容量が変化するように変形する操作スイッチ。
2. 前記固定電極体の上面に設けられた第２の固定電極と、
   前記第２の固定電極に向かって突出し、前記可動電極体に設けられた第２の押圧突起部と、をさらに備え、
   前記操作体は、前記第２の押圧突起部を上方から押すように第２の方向に傾くことができ、
   前記第２の押圧突起部は、前記第２の固定電極との静電容量が変化するように変形する請求項１に記載の操作スイッチ。
3. 前記第１の方向と前記第２の方向とは、１８０度異なる方向である請求項２に記載の操作スイッチ。
4. 前記固定電極体の上面に設けられた第３の固定電極および第４の固定電極と、
   前記第３の固定電極に向かって突出し、前記可動電極体に設けられた第３の押圧突起部と、
   前記第４の固定電極に向かって突出し、前記可動電極体に設けられた第４の押圧突起部と、をさらに備え、
   前記第３の押圧突起部は、前記第３の固定電極との静電容量が変化するように変形し、
   前記第４の押圧突起部は、前記第４の固定電極との静電容量が変化するように変形し、
   前記第１の固定電極と前記第２の固定電極と前記第３の固定電極と前記第４の固定電極とは、同一円周上に位置するように配置され、
   前記操作体は、前記可動電極体を上方から押すように前後左右の方向に傾くことができる請求項２に記載の操作スイッチ。
5. 前記固定電極体に設けられたグランド電極をさらに備え、
   前記グランド電極と前記可動電極体とは電気的に接続されている請求項１から４のいずれか１項に記載の操作スイッチ。

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