WO2007032432A1 - 操作用ダイアル - Google Patents

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Kouichi Yamanoue
Takeshi Yamane
Yoshifumi Makino
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Visteon Global Technologies, Inc.
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    • B60K2360/139Clusters of instrument input devices

Definitions

  • the present invention relates to an operation dial, and more particularly, to a rotary operation for electrically detecting an absolute rotational position of the operation dial, which is suitably mounted on a vehicle and used for an air conditioning operation panel or the like. On the dial.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-184969
  • the contact failure may occur due to the intrusion of dust etc. in the vehicle compartment or the sliding wear of the electrical contact, so the durability and reliability by long-term use can be improved. There was a sexual concern. On the contrary, in order to improve the durability and reliability, a complicated dustproof structure is required, and the cost is increased by applying a gold plating to the electric contact.
  • the rotation detection error of this rotary position sensor is 3%, but the car is driven. It is known that a detection error of approximately 5% of the total rotation angle ratio occurs with respect to the rotation position of the operation dial because there is a rotation angle transmission error of the gear.
  • an object of the present invention to provide an operation dial which is inexpensive, excellent in durability and reliability, and high in detection accuracy of the rotation angle of the dial.
  • the operation dial of the present invention is an operation dial that is rotated and operated, and a printed circuit board (10) having an electric circuit, and the printed circuit board ( 10) a drive electrode (13) provided on the upper surface, a plurality of detection electrodes (12) provided on the periphery of the drive electrode (13) on the printed circuit board (10), 13)
  • a ring electrode (101, 101a) disposed opposite to the at least one of the plurality of detection electrodes (12) at least one projecting outward so as to face the other of the plurality of detection electrodes (12).
  • a ring electrode (101, 101a) having two projections (102, 102a) and a dial of an electrically insulating material rotatable integrally with the ring electrode (101, 101a)
  • a printed circuit board (10) having an electric circuit
  • the printed circuit board ( 10) having an electric circuit
  • the printed circuit board ( 10) a drive electrode (13) provided on the upper surface, a plurality of detection electrodes (12) provided on the periphery of the
  • the drive electrode, the detection electrode, and the ring electrode are not in contact with each other.
  • the dial for operation of the present invention is excellent in durability and reliability because there is no possibility of occurrence of wear or contact failure of the electrode.
  • the operation dial of the present invention does not need to be provided with a complicated dustproof structure or gear mechanism, it can have a simple configuration. For this reason, the operation dial of the present invention can be manufactured inexpensively.
  • the operation dial of the present invention does not require a gear mechanism, there is no gear error. Instead, the rotation angle of the dial is digitally detected by the number of detection electrodes according to the setting resolution Z of the dial or the number of steps disposed on the printed circuit board on the outer periphery of the dial. Therefore, high rotational angle detection accuracy is realized.
  • the driving circuit (200) for applying a high frequency signal to the driving electrode (13) and the plurality of detection electrodes (12) are sequentially connected and connected.
  • a switching circuit (300) for outputting a signal of the output electrode (12) and an output signal of the switching circuit (300) are processed, and the above-mentioned ring electrode is processed by a high frequency signal applied to the drive electrode (13).
  • the high frequency signal When a high frequency signal is applied to the drive electrode, the high frequency signal is induced to the ring electrode facing the drive electrode. Furthermore, among the plurality of detection electrodes, a high frequency signal is selectively induced also to the detection electrode facing the protrusion of the ring electrode. As a result, among the signals from the plurality of detection electrodes, the signal level from the detection electrode facing the protrusion becomes maximum. Then, since the projection of the ring electrode rotates integrally with the dial, the detection electrode for which the maximum signal level is detected is determined according to the rotational operation position of the dial. Therefore, the operating position of the operation dial is detected by specifying the detection electrode at which the maximum signal level is detected.
  • the drive electrode (13) has an annular pattern formed coaxially with the dial, and the ring electrode (101, 101a) is formed of the drive electrode (1). It is arranged to overlap with the annular pattern of 3).
  • the drive circuit (200) is printed on the drive electrode (13) from a rectangular wave signal oscillating circuit and a rectangular wave signal oscillated from the rectangular wave signal oscillating circuit. And an LC resonance circuit for extracting the frequency component of the high frequency signal.
  • the dial has a sleeve (100a), and
  • the sleeve (100a) has a flange (1000) whose lower surface is opposed to the drive electrode, and the flange (1000) has at least one protrusion (1001) protruding outward, and the ring
  • the electrode (101a) is printed on the lower surface of the flange (1000), and the projection (102a) of the ring electrode (101a) is printed on the lower surface (1002) of the projection (1001) of the flange (1000). It is printed.
  • an operation dial that is inexpensive, excellent in durability and reliability, and high in detection accuracy of the rotation angle of the dial.
  • FIG. 1 shows the basic structure of the operation dial of the present invention.
  • the operation dial of the present embodiment is an operation dial that is rotated and operated, and has a printed circuit board 10 having an electric circuit, and the printed circuit board 10.
  • a drive electrode 13 provided, a plurality of detection electrodes 12 provided around the drive electrode 13 on the printed circuit board 10, and a ring electrode opposed to the drive electrode 13 with a gap therebetween
  • a ring electrode 101 having at least one protrusion 102 projecting outward so as to face the gap 101 with any one of the plurality of detection electrodes 12 integrally with the ring electrode 101;
  • a dial of rotatable electrically insulating material is an operation dial that is rotated and operated, and has a printed circuit board 10 having an electric circuit, and the printed circuit board 10.
  • a drive electrode 13 provided, a plurality of detection electrodes 12 provided around the drive electrode 13 on the printed circuit board 10, and a ring electrode opposed to the drive electrode 13 with a gap therebetween
  • a ring electrode 101 having at least one protrusion 102 projecting outward so as to face the gap 101 with any
  • the driving electrode 13 has an annular pattern formed coaxially with the dial, and the ring electrode (1 01, 101a) are arranged to overlap with the annular pattern of the drive electrode (13).
  • the dial also has a sleeve 100 made of resin.
  • the sleeve 100 has a cylindrical shape integrally configured with the operation dial.
  • the 00 is engaged with the dial barrel 104 shown in FIG. 2 and rotatably mounted on the surface of the printed circuit board 10. Further, on the inner surface of the sleeve 100, a serration 103 is provided. Sleeves 1 by a panel (not shown) press-contacted with the serration 103
  • a click force corresponding to the rotational position of 00 is generated.
  • the detection electrodes 12 are formed on the surface of the printed circuit board 10 by printed wiring patterns disposed equiangularly apart from each other on the circumference coaxial with the sleeve 100.
  • the drive electrode 13 is formed on the inner peripheral portion of the detection electrode 12 on the printed circuit board 10 by an annular pattern formed coaxially with the dial.
  • the ring electrode 101 is fitted to the lower surface of the flange of the sleeve 100 and provided so as to overlap with the annular pattern of the drive electrode 13.
  • the ring electrode 101 has a protrusion 102 protruding outward from the ring electrode 101.
  • the protrusions 10 are disposed to be able to face each of the detection electrodes 12.
  • the protrusions 102 also have approximately the same area and shape as the area and shape of the individual sensing electrodes 12.
  • the operation dial is connected to the drive circuit 200 for applying a high frequency signal to the drive electrode 13 and the plurality of detection electrodes 12 sequentially, and the signals from the detection electrodes 12 are A switching circuit 300 for outputting and an output signal from the switching circuit 300 are processed, and a high frequency signal applied to the drive electrode 13 induces the detection electrode 12 facing the projecting portion 102 of the ring electrode 101.
  • signal detection means 400 for detecting a signal and thereby outputting a detection signal corresponding to the dial operation position.
  • Drive electrode 13 is connected to drive circuit means 200 for supplying a high frequency signal of a predetermined frequency formed on printed circuit board 10.
  • Each detection electrode 12 is electrically connected to one detection electrode selected from the plurality of detection electrodes 12 via the switching circuit means 300 formed on the printed circuit board 10, and a signal detection means It is also connected with 400.
  • the gap D1 between the front surface of the printed circuit board 10 and the back surface of the ring electrode 101 is desirably about 0.2 mm.
  • the projections 102 of the ring electrode 101 accompany the rotation of the sleeve 100.
  • the detection electrode 12 is configured to face one of the two!
  • An electrostatic capacitance Ca is formed between the detection electrode 12 and the protrusion 102 configured as described above.
  • a capacitance Cb is formed between the ring electrode 101 and the drive electrode 13.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the operation dial of the present embodiment.
  • FIG. 2 the patterns of the detection electrodes 12 and the drive electrodes 13 on the printed circuit board 10 are not shown.
  • a light guide 107 made of a transparent resin material is fixed on the upper surface of the printed circuit board 10.
  • a cylindrical resin button 106 which can push the upward force is inserted.
  • a rotatable dial barrel portion 104 is fitted to the outer peripheral portion of the light guide 107.
  • the sleeve 100 and the dial barrel 104 are pinched by the bent portion of the ring electrode 101 made of a metal plate, with the sleeve 100 coupled to the lower portion of the dial barrel 104.
  • a pointer 105 visually indicates the operation position of the dial.
  • a switch member 108 is configured on the surface of the printed circuit board 10 such that the electrical contacts close in conjunction when the button 106 is pressed.
  • the LED 109 is mounted on the surface of the printed circuit board 10 by soldering in order to transmit the light guide 107 and illuminate the surface of the button 106 at night.
  • FIG. 3 shows an example of the structure of an air conditioning control module equipped with the operation dial of the present invention.
  • this air conditioning control module it is coaxially mounted on the surface of the panel 14, the button 106, the light guide 107, the sleeve 100, and the ring electrode 101 force printed circuit board 10. There is.
  • This air conditioning control module is configured such that the cover 111 is attached from the back of the case 110 after the printed circuit board 10 is inserted into the bottom side force of the case 110 and fixed to the case.
  • the drive circuit 200 has a rectangular wave signal oscillation circuit, and an LC resonance circuit that extracts a frequency component of a high frequency signal applied to the drive electrode (13) from the rectangular wave signal oscillated from the rectangular wave signal oscillation circuit.
  • the driving circuit means 200 oscillated from a rectangular wave signal oscillating circuit and a rectangular wave signal oscillating circuit.
  • the L—C resonant circuit is configured to extract the frequency component of the high frequency signal applied to the drive electrode 13 from the rectangular wave signal.
  • the square wave signal oscillation circuit shown in FIG. 4 can be formed by a known RC oscillation circuit.
  • the rectangular wave signal oscillation circuit is set to generate, for example, a 300 KHz rectangular wave signal.
  • the L-C resonant circuit is composed of a coil 15 and a capacitor 16.
  • the L-C resonant circuit also filters the output of the square wave signal oscillator circuit to extract only the increase in voltage amplitude and the desired frequency, thereby providing a sinusoidal signal as shown by S 1 in FIG.
  • the high frequency signal is supplied to the drive electrode 13 provided on the printed circuit board 10.
  • the applied resonant circuit causes the voltage applied to the drive electrode 13 to rise, and the harmonic component contained in the output signal of the drive circuit means 200 is suppressed. As a result, the generation of jamming waves radiated from the drive electrode 13 to the outside is suppressed.
  • the drive electrode 13 and the annular portion of the ring electrode 101 face each other to form a capacitance Cb. Furthermore, the protrusion 102 of the ring electrode 101 and the detection electrode 12 facing the protrusion 102 form a capacitance Ca.
  • the high-frequency signal S 1 output from the drive circuit means 200 is a detection electrode facing the protrusion 102 of the ring electrode 101 among the plurality of detection electrodes 12 via the capacitances Ca and Cb.
  • Detection electrode) 12 is induced.
  • the induction signal to the opposite detection electrode 12 of the high frequency signal S1 is sequentially selected by the switching circuit means 300 which also has a known analog switching force, as shown in FIG. 4, and configured to perform amplification and detection.
  • Detection means 400 is input.
  • the switching signal input terminal 18 of the switching circuit means 300 and the output terminal 19 of the signal detection means 400 are connected to a microprocessor (not shown) to perform desired control.
  • the facing detection electrode 12 is selectively determined by the rotational position of the dial barrel 104.
  • the output of the detection circuit means is output during the period when the switching signal S2 of the switching circuit means is indicated by “3” in FIG.
  • Signal S3 shows the maximum value.
  • the operation position of the dial body 104 is detected by specifying the detection electrode to which the switching circuit means 300 is connected. Ru.
  • the operation dial of the present invention utilizes the capacitance formed between the pattern on the printed circuit board and the ring electrode rotating with a predetermined gap.
  • the inductive level force of the high frequency signal is configured to detect the operating position of the dial. Therefore, the operation dial of the present invention is excellent in durability because there is no wear of the electrode due to the contact. Also, the operation dial of the present invention does not have a detection angle error due to the combination of the drive gear and the rotary position sensor in the prior art.
  • the rotational angle can be detected digitally by arranging the detection electrodes in a number corresponding to the setting resolution, so that the rotational operation position of the operation dial can be detected with high accuracy. it can.
  • the operation dial of the present invention does not need to have a three-layer structure of the front case, the middle case, and the back case. Since it can be configured by points, low cost is possible.
  • control dial of the present invention has excellent resistance to high frequency noises induced by external noise.
  • the frequency of high frequency noise applied to on-board equipment on a vehicle is several tens kHz to several hundreds MHz.
  • the part of the operation dial that receives the induction of external noise is the ring electrode which is the maximum line length.
  • the operation dial of the present invention detects the maximum value among the signal levels from the plurality of detection electrodes, and the protrusion of the ring electrode selectively transmits the signal to the detection electrode. Is applied. For this reason, even if excessive high frequency noise is applied to the ring electrode, the signal from the selected detection electrode is the sum of the normal high frequency signal and the noise, and as a result, the selected detection electrode force The signal level of the one signal becomes higher. Therefore, when noise is applied, the difference between the maximum signal level of the signals from each detection electrode and the signal level of the remaining detection electrode force signal becomes larger.
  • the gap D1 between the ring electrode 101 and the printed circuit board 10 is about 0.2 mm. It needs to be close. However, condensation may occur in the gap D1 due to temperature change or humidity of the vehicle. The location of moisture attachment due to condensation is between the drive electrode 13 and the ring electrode 101 or between the protrusion 102 of the ring electrode 101 and the detection electrode 12.
  • the output signals of the plurality of detection electrodes 12 are input to the signal detection means 400 via the switching circuit means 300 in the present embodiment, the total number of the plurality of detection electrodes is small!
  • the detection electrode may be directly connected to a plurality of signal detection means, and the output of the signal detection means may be compared by a microphone processor or the like to realize the same function. That is, the microprocessor may double as switching circuit means and signal processing means.
  • the configuration other than the sleeve 100 and the ring electrode 101 is the same as that of the above-described embodiment, so the detailed description of the same portions will be omitted.
  • FIG. 6 (a) is a side view of the sleeve of the operation dial of the present embodiment.
  • Figure 6 (b) is a bottom view.
  • the sleeve 100a of this embodiment has a flange 1
  • the flange 1000 has a projection 1002 whose lower surface 1001 faces the drive electrode 13 and which protrudes toward the periphery of the sleeve 100a.
  • FIG. 6A the ring-shaped electrode 101a attached to the lower surface of the flange 1000 is not shown.
  • a ring-shaped pattern of the ring electrode 1 Ola is printed on the lower surface 1002 of the flange 1000 of the sleeve 100a.
  • a pattern of the projecting portion 102a of the ring electrode 101a is formed by printing.
  • the ring electrodes 10 la and 102 a are attached to the flange by hot stamping (foil stamping) and printed.
  • the force of the sleeve 100 on which the ring electrode is attached by printing In the above embodiment, the same function as that of the assembly of the sleeve 100 and the ring electrode 101 is substantially realized. Therefore, the cost is reduced by the small number of parts. Also, since there is no risk of misassembly, product reliability is improved.
  • the method of forming the ring electrode pattern on the sleeve is not limited to the hot stamping method, and for example, a hydraulic transfer method or an insert forming method of a metal thin film may be used.
  • the operation dial of the present invention can detect the rotational position of the dial without contact and accurately, and has high reliability with respect to external noise, condensation, etc. Since the structure can be provided, it is suitable for use as a dial for air conditioning control devices for automobiles, etc., and can also be used as an operation dial for general electric products.
  • FIG. 1 is a view showing the basic structure of an operation dial according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an operation dial according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the structure of an air conditioning control module using the operation dial of the present invention.
  • FIG. 4 is an electric circuit diagram of an operation dial according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an electric signal waveform for explaining the operation of the operation dial according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 (a) is a side view of a sleeve of an operation dial according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 (b) is a bottom view thereof.
  • SI drive circuit means output signal

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Abstract

 安価で、耐久性、信頼性に優れ、ダイアルの回転角度検出精度の高い操作用ダイアルを提供する。  回転して操作される操作用ダイアルであって、電気回路を有するプリント回路基板10と、プリント回路基板10上に設けられた駆動電極13と、プリント回路基板10上の、駆動電極13の周囲に設けられた複数の検出電極12と、駆動電極13と隙間を隔てて対向して配置されたリング電極101であって、上記複数の検出電極12のいずれかと隙間を隔てて対向するように外方に突出した少なくとも一つの突出部102を有するリング電極101と、リング電極101と一体となって回転可能な電気絶縁性材料のダイアルと、を具備する。

Description

明 細 書
操作用ダイアル
技術分野
[0001] 本発明は、操作用ダイアルに関し、より詳細には、車両に搭載して空調操作パネル 等に用いて好適な、操作用ダイアルの絶対回転位置を電気的に検出する回転式の 操作用ダイアルに関する。
背景技術
[0002] 従来の回転式の操作用ダイアルとして、操作用ダイアルの外周部位に切り替え接 点を配したもの、又は、操作用ダイアルの外周部位に駆動歯車と回転式スィッチとを 配したものが知られて 、る(特許文献 1)。
[0003] 特許文献 1 :特開 2001— 184969号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 上記従来技術において、切り替え接点部を有する方式では、車室内の埃等の侵入 や、電気接点の摺動磨耗によって接触不良を起こす場合があるため、長期間使用に よる耐久性、信頼性上の懸念があった。逆に、かかる耐久性、信頼性の向上を目的と して複雑な防塵構造を要する点、力 tlえて、該電気接点に金メッキを施す等によってコ ストアップが発生していた。
[0005] また、駆動歯車を有する方式にお!、ては、駆動歯車を保護する目的で、表ケース、 中ケース及び裏ケースの 3部品を必要とする力も構造上のコストアップを免れない。
[0006] さらに、回転式スィッチとして、例えば、村田製作所製ロータリーポジションセンサ S V01シリーズを採用した例において、このロータリーポジションセンサの回転検出誤 差が 3%となっているのにカ卩えて、駆動歯車の回転角度伝達誤差が存在するので、 操作用ダイアルの回転位置に対して、概ね全回転角度比 5%の検出誤差が生じるこ とが知られている。
[0007] しかるに、この回転式スィッチの操作用ダイアルの全回転角度を仮に 240度とする と、 240 X 0. 05 = 12度の誤差を生じることになる。これに対して、例えば、空調用の 温度設定ダイアルの設定分解能を 32ステップ Z240度としたときの必要角度分解能 は 7. 5度である。したがって、この回転式スィッチを、この空調用の温度設定ダイアル に適用すると、回転角度検出精度の要求値よりも誤差の方が大きくなつてしまうという 問題が生じる。
[0008] そこで、本発明は、安価で、耐久性、信頼性に優れ、ダイアルの回転角度検出精度 の高 、操作用ダイアルを提供することを目的として 、る。
課題を解決するための手段
[0009] 上記の目的を達成するため、本発明の操作用ダイアルは、回転して操作される操 作用ダイアルであって、電気回路を有するプリント回路基板(10)と、上記プリント回 路基板(10)上に設けられた駆動電極(13)と、上記プリント回路基板(10)上の、上 記駆動電極(13)の周囲に設けられた複数の検出電極(12)と、上記駆動電極(13) と隙間を隔てて対向して配置されたリング電極(101, 101a)であって、上記複数の 検出電極(12)のいずれかと隙間を隔てて対向するように外方に突出した少なくとも 一つの突出部(102, 102a)を有するリング電極(101, 101a)と、上記リング電極(1 01 , 101a)と一体となって回転可能な電気絶縁性材料のダイアルと、を具備したこと を特徴としている。
[0010] このように、本発明の操作用ダイアルは、駆動電極、検出電極及びリング電極の各 電極どうしが互いに非接触である。このため、本発明の操作用ダイアルは、電極の摩 耗ゃ接触不良の発生するおそれがないので、耐久性及び信頼性に優れる。さら〖こ、 本発明の操作用ダイアルは、複雑な防塵構造や歯車機構を設ける必要がないため、 簡単な構成とすることができる。このため、本発明の操作用ダイアルは、安価に製造 することができる。
[0011] さらに、本発明の操作用ダイアルは、歯車機構を必要としないため、歯車による誤 差がない。その代わり、ダイアルの外周のプリント回路基板上に配設された、ダイァノレ の設定分解能 Z又はステップ数に応じた個数の検出電極によって、ダイアルの回転 角度がデジタル的に検出される。したがって、高い回転角度検出精度が実現される。
[0012] また、本発明において好ましくは、上記駆動電極(13)に高周波信号を印加する駆 動回路(200)と、上記複数の検出電極(12)の各々に順次に接続され、接続した検 出電極(12)力 の信号を出力する切り替え回路(300)と、上記切り替え回路(300) 力 の出力信号を処理して、上記駆動電極(13)に印加された高周波信号により上 記リング電極(101, 101a)の突出部(102, 102a)と対向した検出電極(12)に誘導 された信号を検出し、それによつて、ダイアル操作位置に応じた検出信号を出力する 信号検出手段 (400)と、を具備する。
[0013] 駆動電極に高周波信号が印加されると、駆動電極に対向したリング電極に高周波 信号が誘導される。さらに、複数の検出電極のうち、リング電極の突出部と対向する 検出電極にも高周波信号が選択的に誘導される。その結果、複数の検出電極からの 信号のうち、突出部と対向した検出電極からの信号レベルが最大となる。そして、リン グ電極の突起部はダイアルと一体に回転するので、ダイアルの回転操作位置に応じ て、最大の信号レベルの検出される検出電極が決まる。したがって、最大の信号レべ ルが検出される検出電極を特定することによって、操作用ダイアルの操作位置が検 出される。
[0014] また、本発明において好ましくは、上記駆動電極(13)は、上記ダイアルと同軸に形 成された円環状パターンを有し、上記リング電極(101, 101a)は、上記駆動電極(1 3)の円環状パターンと重なり合うように配置されて 、る。
このように、駆動電極を円環状パターンとすれば、ダイアルの回転角度に関係なぐ 駆動電極を介してリング電極に高周波が誘起される。
[0015] また、本発明において好ましくは、上記駆動回路 (200)は、矩形波信号発振回路と 、上記矩形波信号発振回路力 発振した矩形波信号から、上記駆動電極(13)に印 カロされる高周波信号の周波数成分を取り出す L C共振回路と、を有する。
これにより、駆動電極に所望の周波数の高周波信号を印加することができる。
[0016] ところで、ダイアルの部品とリング電極の部品とが別々に形成される場合、それらの 部品どうしは手作業で勘合され、操作用ダイアルが組み立てられる。その場合、操作 用ダイアルの組み立てのために、組み立て用の治具が必要となる。また、半勘合状 態の誤組み付けが発生するおそれがあるため、勘合状態を検査も必要となる。誤組 み付けの発生、及び勘合状態の検査の必要性は、コストの上昇を招く。
[0017] そこで、本発明において、好ましくは、上記ダイアルは、スリーブ(100a)を有し、上 記スリーブ(100a)は、下面が上記駆動電極と対向したフランジ(1000)を有し、上記 フランジ(1000)は、外方に突出した少なくとも一つの突出部(1001)を有し、上記リ ング電極(101a)は、上記フランジ(1000)の下面に印刷され、上記リング電極(101 a)の突出部(102a)は、上記フランジ(1000)の突出部(1001)の下面(1002)に印 刷されている。
これにより、ダイアルの部品とリング電極の部品とを別々に形成した場合には 2点の 部品点数を必要としたが、リング電極を印刷形成することにより、実質的に 1点で同じ 機能を実現することができる。その結果、部品点数を少なくしてコストの低減を図るこ とができる。さらに、ダイアルの部品とリング電極の部品とを勘合して組み立てる必要 がない。このため、誤組付けの発生するおそれがなぐまた、誤組み付けの有無を検 查する必要もない。また、リング電極の部品を別個に製造する必要もない。このため、 リング電極の部品の金型製造コストも不要となる。
発明の効果
[0018] このように、本発明によれば、安価で、耐久性、信頼性に優れ、ダイアルの回転角 度の検出精度の高い操作用ダイアルを提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、添付の図面を参照して、本発明の操作用ダイアルの実施形態を説明する。
まず、図 1を参照して、実施形態の操作用ダイアルの基本構造について説明する。 図 1は、本発明の操作用ダイアルの基本構造を示す。
[0020] 図 1に示すように、本実施形態の操作用ダイアルは、回転して操作される操作用ダ ィアルであって、電気回路を有するプリント回路基板 10と、上記プリント回路基板 10 上に設けられた駆動電極 13と、上記プリント回路基板 10上の、上記駆動電極 13の 周囲に設けられた複数の検出電極 12と、上記駆動電極 13と隙間を隔てて対向して 配置されたリング電極 101であって、上記複数の検出電極 12のいずれかと隙間を隔 てて対向するように外方に突出した少なくとも一つの突出部 102を有するリング電極 101と、上記リング電極 101と一体となって回転可能な電気絶縁性材料のダイアルと 、を具備する。
駆動電極 13は、ダイアルと同軸に形成された円環状パターンを有し、リング電極(1 01 , 101a)は、駆動電極(13)の円環状パターンと重なり合うように配置されている。 また、ダイアルは榭脂製のスリーブ 100を有する。
[0021] スリーブ 100は、操作用ダイアルと一体に構成された円筒形状を有する。スリーブ 1
00は、図 2に示すダイアル胴部 104と勘合されて、プリント回路基板 10の表面に回 動可能にして取り付けられている。また、スリーブ 100の内面には、セレーシヨン 103 が設けられている。セレーシヨン 103と圧接したパネ(図示せず)によって、スリーブ 1
00の回転位置に対応したクリック力が生じる。
[0022] 検出電極 12は、プリント回路基板 10の表面に、スリーブ 100と同軸の円周上に、互 いに等角度ずつ離れて配置されたプリント配線パターンによって構成される。駆動電 極 13は、プリント回路基板 10上の検出電極 12の内周部に、ダイアルと同軸に形成さ れた円環状パターンによって構成される。
[0023] リング電極 101は、図 2に示すように、スリーブ 100のフランジの下面に勘合されて、 かつ、駆動電極 13の円環状パターンと重なり合うように設けられている。リング電極は 101は、リング電極 101から外側に突出した突出部 102を有する。突出部 10は、検 出電極 12の各々と対向可能に配置されている。突出部 102はまた、個々の検出電 極 12の面積及び形状とほぼ同一の面積及び形状を有する。
[0024] また、この操作用ダイアルは、上記駆動電極 13に高周波信号を印加する駆動回路 200と、上記複数の検出電極 12の各々に順次に接続され、接続した検出電極 12か らの信号を出力する切り替え回路 300と、上記切り替え回路 300からの出力信号を 処理して、上記駆動電極 13に印加された高周波信号により上記リング電極 101の突 出部 102と対向した検出電極 12に誘導された信号を検出し、それによつて、ダイァ ル操作位置に応じた検出信号を出力する信号検出手段 400とを有する。
[0025] 駆動電極 13は、プリント回路基板 10上に形成しされた所定周波数の高周波信号を 供給する駆動回路手段 200と接続される。また、各検出電極 12は、プリント回路基板 10上に形成した切り替え回路手段 300を介して、複数の検出電極 12のうちから選択 した一つの検出電極と電気的に接続され、かつ、信号検出手段 400とも接続される。
[0026] なお、プリント回路基板 10の表面とリング電極 101の裏面との隙間 D1は、望ましく は 0. 2mm程度である。リング電極 101の突出部 102は、スリーブ 100の回転に伴つ て、検出電極 12の 、ずれか一つと対向するように構成されて!、る。
[0027] このように構成された検出電極 12と突出部 102との間には、静電容量 Caが形成さ れる。また、リング電極 101と駆動電極 13との間には、静電容量 Cbが形成される。
[0028] 次に、図 2に、本実施形態の操作用ダイアルの断面構造を示す。
なお、図 2では、プリント回路基板 10上の検出電極 12及び駆動電極 13のパターン の図示を省略している。図 2に示すように、プリント回路基板 10の上面には、透明榭 脂材料より成る導光体 107が固定されている。導光体 107の内側円筒形状部には、 上方力も押動可能な円筒状の榭脂製ボタン 106が挿入されている。
[0029] 導光体 107の外周部には、回動可能なダイアル胴部 104が勘合されている。スリー ブ 100とダイアル胴部 104は、スリーブ 100がダイアル胴部 104の下部に結合された 状態で、金属板製のリング電極 101の折り曲げ部によって狭持されている。
[0030] ポインタ 105が、ダイアルの操作位置を視覚的に示す。スィッチ部材 108が、ボタン 106押圧時に連動して電気的接点が閉じるように、プリント回路基板 10の表面上に 構成されている。また、 LED109が、導光体 107を透過してボタン 106の表面の夜間 照明を行うために、プリント回路基板 10の表面に半田付けで実装されている。
[0031] 次に、図 3に、本発明の操作用ダイアルを備えた空調制御モジュールの構造を例 示する。
なお、図 3においても、プリント回路基板 10上の検出電極 12及び駆動電極 13のパ ターンの図示を省略している。図 3に示すように、この空調制御モジュールでは、ダイ ァノレ月同咅 104、ボタン 106、導光体 107、スリーブ 100及びリング電極 101力 プリン ト回路基板 10の表面に、同軸状に装着されている。この空調制御モジュールは、プリ ント回路基板 10をケース 110の底面側力も挿入してケースに固定した後に、ケース 1 10の背面からカバー 111が装着されるように構成されて 、る。
[0032] 以下、本発明の操作用ダイアルの作用に関して、図面を参照して説明する。
駆動回路 200は、矩形波信号発振回路と、矩形波信号発振回路から発振した矩形 波信号から、駆動電極(13)に印加される高周波信号の周波数成分を取り出す L C共振回路と、を有する。
駆動回路手段 200は、矩形波信号発振回路と、矩形波信号発振回路から発振した 矩形波信号から、駆動電極 13に印加される高周波信号の周波数成分を取り出す L —C共振回路とから構成してある。
[0033] 図 4に示す矩形波信号発振回路は、公知の R— C発振回路によって形成すること ができる。矩形波信号発振回路は、例えば、 300KHzの矩形波信号を発生するよう に設定されている。また、 L— C共振回路は、コイル 15及びコンデンサ 16から構成さ れる。 L— C共振回路はまた、矩形波信号発振回路力もの出力に対して、電圧振幅 の増大と所望の周波数のみを抽出するフィルタリングを行い、それによつて、図 5に S 1で示す正弦波信号の高周波信号を、プリント回路基板 10に設けた駆動電極 13へ 供給する。
[0034] 力かる共振回路によって、駆動電極 13に対する印加電圧が上昇し、かつ、駆動回 路手段 200の出力信号に含まれる高調波成分が抑制される。これにより、駆動電極 1 3から外部へ放射される妨害電波の発生が抑制される。
[0035] 図 1に示すように、上述のように、駆動電極 13と、リング電極 101の円環部とは、互 いに対向して、静電容量 Cbを形成する。さら〖こ、リング電極 101の突出部 102と、突 出部 102と対向している検出電極 12とは、静電容量 Caを形成する。
[0036] したがって、駆動回路手段 200から出力した高周波信号 S1は、静電容量 Ca及び Cbを介して、複数の検出電極 12のうち、リング電極 101の突出部 102と対向した検 出電極 (対向検出電極) 12に誘導される。高周波信号 S1の対向検出電極 12への誘 導信号は、図 4に示すように、公知のアナログスィッチ力も成る切り替え回路手段 300 によって順次に選択されて、増幅及び検波を行うように構成された信号検出手段 40 0へ入力される。
なお、切り替え回路手段 300の切り替え信号入力端子 18及び信号検出手段 400 の出力端子 19は、マイクロプロセッサ(図示せず)に接続されて所望の制御を行うよう に構成されている。
[0037] ここで、対向検出電極 12は、ダイアル胴部 104の回転位置により選択的に決定さ れる。一例として、突出部 102が、検出電極 12c (図 4参照)と対向している場合、切り 替え回路手段の切り替え信号 S2が図 5中に「3」で示す期間中、検出回路手段の出 力信号 S3が最大値を示す。 [0038] 上記のようにして、信号検出手段 400の出力が最大レベルとなるときに切り替え回 路手段 300が接続されている検出電極を特定することによって、ダイアル胴部 104の 操作位置が検出される。
[0039] 以上の説明したように、本発明の操作用ダイアルは、プリント回路基板上のパター ンと所定の隙間を隔てて回転するリング電極との間で形成される静電容量を利用し た高周波信号の誘導レベル力 ダイアルの操作位置を検出するように構成されて 、 る。このため、本発明の操作用ダイアルは、接触による電極の磨耗がないため、耐久 性に優れる。また、本発明の操作用ダイアルは、従来技術における駆動歯車とロータ リーポジションセンサとの組み合わせによる検出角度誤差がない。本発明の操作用 ダイアルでは、設定分解能に応じた個数の検出電極を配置することによってデジタ ル的に回転角度を検出可能であるため、操作用ダイアルの回転操作位置を高精度 で検出することができる。
[0040] また、本発明の操作用ダイアルは、駆動歯車を具備した従来技術と異なり、表ケー ス、中ケース、裏ケースの 3層構造とする必要が無ぐ例えば、カバーとケースとの 2 点で構成可能であるから低コストィ匕が可能である。
[0041] カロえて、本発明の操作用ダイアルは、外部カゝら誘導される高周波ノイズに対しても 優れた耐性を有する。一般的に車両上で搭載機器に印加される高周波ノイズの周波 数は数十 kHzから数百 MHzである。これら高周波ノイズの波長を鑑みた場合、操作 用ダイアルにお!/、て最も外来ノイズの誘導を受ける部位は、最大線路長であるリング 電極である。
[0042] しカゝしながら、本発明の操作用ダイアルは複数の検出電極からの信号レベルのうち の最大値を検出しており、かつ、リング電極の突出部によって選択的に検出電極へ 信号が印加される。このため、仮にリング電極に対して過大な高周波のノイズが印加 されても、選択された検出電極からの信号は、正規の高周波信号とノイズとの和となり 、その結果、選択された検出電極力もの信号の信号レベルがより大きくなる。したがつ て、ノイズが印加されると、各検出電極からの信号のうちの最大の信号レベルと、残り の検出電極力もの信号の信号レベルとの差がより大きくなる。
[0043] 上述のように、リング電極 101とプリント回路基板 10の隙間 D1は、 0. 2mm程度に 近接している必要がある。しかし、この隙間 D1の間に、車両の温度変化又は湿度に よって結露が発生するおそれがある。結露による水分の付着場所は、駆動電極 13と リング電極 101との間、又は該リング電極 101の突出部 102と検出電極 12との間であ る。
[0044] これらの隙間に水分が付着すると、静電容量 Ca及び Cbの値は数十倍に増加する 。その結果、検出電極 12における高周波信号の誘導レベルが倍増する。このため、 水分の付着により、上述の外来ノイズの場合と同様に、各検出電極力もの信号のうち の最大の信号レベルと、残りの検出電極力 の信号の信号レベルとの差がより大きく なる。したがって、結露により水分が付着しても、実用上、問題は発生しない。
[0045] なお、本実施例では、複数の検出電極 12の出力信号を切り替え回路手段 300を 介して信号検出手段 400に入力したが、複数の検出電極の総数が少な!/、場合には
、検出電極と複数配設した信号検出手段とを直接接続し、信号検出手段の出力をマ イク口プロセッサ等によって比較処理して同様の機能を実現させてもょ 、。すなわち、 マイクロプロセッサが、切り替え回路手段と信号処理手段とを兼ねてもよ 、。
[0046] 次に、本発明の操作用ダイアルの他の実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、スリーブ 100及びリング電極 101以外の構成は、上述した 実施形態のものと同じであるので、同一部分の詳細な説明は省略する。
[0047] 図 6 (a)は、本実施形態の操作用ダイアルのスリーブの側面図である。図 6 (b)は、 その下面図である。図 6 (a)に示すように、本実施形態のスリーブ 100aは、フランジ 1
000を有する。このフランジ 1000は、下面 1001が駆動電極 13と対向し、かつ、スリ ーブ 100aの周囲に向けて突出した突出部 1002を有する。
なお、図 6 (a)では、フランジ 1000の下面に貼り付けたリング状電極 101aの図示を 省略している。
[0048] 図 6 (b)に示すように、スリーブ 100aのフランジ 1000の下面 1002に、リング電極 1 Olaのリング状のパターンが印刷形成されている。フランジ 1000の突出部 1001の下 面に、リング電極 101aの突出部 102aのパターンが印刷形成されている。リング電極 10 la及び 102aは、ホットスタンプ法 (箔押印刷法)によりフランジに貼り付けられて印 刷形成されている。 [0049] リング電極を印刷により貼り付けたスリーブ 100単体力 上述の実施形態において スリーブ 100とリング電極 101とを組み付けたものと同じ機能を、実質的に実現する。 したがって、少ない部品点数によって、コストが低減される。また、誤組付けの発生す るおそれがないので、製品の信頼性が向上する。
[0050] なお、リング電極のパターンをスリーブに形成する方法はホットスタンプ法に限定さ れず、例えば、水圧転写法や、金属薄膜のインサート形成法を用いてもよい。
産業上の利用可能性
[0051] 以上説明したように、本発明の操作用ダイアルは、ダイアルの回転位置を非接触で かつ正確に検出可能であり、また外来ノイズや結露等に対して信頼性の高!、ダイァ ル構造を提供できるから、自動車用の空調制御装置用ダイアル等に用いて好適であ るほか、一般電気製品の操作用ダイアルとしても使用可能である。
図面の簡単な説明
[0052] [図 1]本発明に係る実施形態の操作用ダイアルの基本構造を示す図である。
[図 2]本発明の実施形態の操作用ダイアルの断面図である。
[図 3]本発明の操作用ダイアルを用いた空調制御モジュールの構造を示す分解斜視 図である。
[図 4]本発明に係る実施形態の操作用ダイアルの電気回路図である。
[図 5]本発明に係る実施形態の操作用ダイアルの動作を説明する電気信号波形を示 す図である。
[図 6] (a)は、本発明に係る他の実施形態の操作用ダイアルのスリーブの側面図であ り、(b)は、その下面図である。
符号の説明
[0053] 10 プリント回路基板
12 検出電極
13 駆動電極
15 コイル
16 コンデンサ
12a〜12d 検出電極 18 切り替え信号入力端子 19 検出信号出力端子
100、 , 100a スリーブ
101、 , 101a リング電極
102、 102a 突出部
103 セレーシヨン
104 ダイアル胴部
105 ポインタ
106 ボタン
107 導光体
108 スィッチ
109 LED
110 ケース
111 カノく一
200 駆動回路手段
300 切り替え回路手段
400 信号検出手段
1000 フランジ
1001 突出部
1002 下面
Ca, Cb 静電容量
SI 駆動回路手段出力信号
S2 切り替え信号
S3 信号検出手段出力信号

Claims

請求の範囲
[1] 回転して操作される操作用ダイアルであって、
電気回路を有するプリント回路基板(10)と、
上記プリント回路基板(10)上に設けられた駆動電極(13)と、
上記プリント回路基板( 10)上の、上記駆動電極( 13)の周囲に設けられた複数の 検出電極(12)と、
上記駆動電極(13)と隙間を隔てて対向して配置されたリング電極(101, 101a)で あって、上記複数の検出電極(12)の 、ずれかと隙間を隔てて対向するように外方に 突出した少なくとも一つの突出部(102, 102a)を有するリング電極(101, 101a)と、 上記リング電極(101, 101a)と一体となって回転可能な電気絶縁性材料のダイァ ルと、
を具備したことを特徴とする操作用ダイアル。
[2] 上記駆動電極(13)に高周波信号を印加する駆動回路(200)と、
上記複数の検出電極(12)の各々に順次に接続され、接続した検出電極(12)から の信号を出力する切り替え回路(300)と、
上記切り替え回路(300)からの出力信号を処理して、上記駆動電極(13)に印加さ れた高周波信号により上記リング電極(101, 101a)の突出部(102, 102a)と対向し た検出電極(12)に誘導された信号を検出し、それによつて、ダイアル操作位置に応 じた検出信号を出力する信号検出手段 (400)と、
を具備することを特徴とする請求項 1記載の操作用ダイアル。
[3] 上記駆動電極(13)は、上記ダイアルと同軸に形成された円環状パターンを有し、 上記リング電極(101, 101a)は、上記駆動電極(13)の円環状パターンと重なり合 うように配置されている
ことを特徴とする請求項 1又は 2記載の操作用ダイアル。
[4] 上記駆動回路 (200)は、矩形波信号発振回路と、
上記矩形波信号発振回路力 発振した矩形波信号から、上記駆動電極(13)に印 カロされる高周波信号の周波数成分を取り出す L C共振回路と、
を有することを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか一項に記載の操作用ダイアル。 上記ダイアルは、スリーブ(100a)を有し、
上記スリーブ(100a)は、下面が上記駆動電極と対向したフランジ(1000)を有し、 上記フランジ(1000)は、外方に突出した少なくとも一つの突出部(1001)を有し、 上記リング電極(101a)は、上記フランジ(1000)の下面に印刷され、
上記リング電極(101a)の突出部(102a)は、上記フランジ(1000)の突出部(100 1)の下面(1002)に印刷されている
ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか一項に記載の操作用ダイアル。
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