WO2013005432A1 - 外部操作の検出構造体 - Google Patents

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WO2013005432A1
WO2013005432A1 PCT/JP2012/004349 JP2012004349W WO2013005432A1 WO 2013005432 A1 WO2013005432 A1 WO 2013005432A1 JP 2012004349 W JP2012004349 W JP 2012004349W WO 2013005432 A1 WO2013005432 A1 WO 2013005432A1
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WO
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sensor
detection
interface member
outer peripheral
external
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PCT/JP2012/004349
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English (en)
French (fr)
Inventor
長谷川 浩一
知範 早川
村松 篤
Original Assignee
東海ゴム工業株式会社
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Publication date
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Priority claimed from JP2011162379A external-priority patent/JP2013025704A/ja
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/02Bases, casings, or covers
    • H01H9/04Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/06Hermetically-sealed casings
    • H05K5/061Hermetically-sealed casings sealed by a gasket held between a removable cover and a body, e.g. O-ring, packing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
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    • HELECTRICITY
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    • H01H9/02Bases, casings, or covers
    • H01H9/04Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings
    • H01H2009/048Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof casings using a sealing boot, e.g. the casing having separate elastic body surrounding the operating member and hermetically closing the opening for it

Definitions

  • the present invention relates to an external operation detection structure that can be applied to an operation panel of various devices such as an audio system and a navigation system.
  • the present invention relates to an external operation detection structure having a seal structure for preventing internal entry of water or the like. It relates to a detection structure.
  • an opening window for operation is provided in a sensor casing, and an external operation detection sensor is disposed at a portion where the opening window is formed.
  • the opening window is covered with a sheet-like interface member that covers the surface of the detection sensor, and an external operation by a finger is detected through the interface member.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3347909 (Patent Document 1) and Japanese Patent No. 3818046 (Patent Document 2)
  • the peripheral edge of the opening window of the sensor housing extends over the entire circumference.
  • a sealing structure sealed with a sealing member is employed.
  • the present invention has been made in the background as described above, and the problem to be solved is a novel structure capable of obtaining excellent sealing performance with a small number of parts and a simple structure. It is to provide a detection structure for an external operation.
  • a first aspect of the present invention made to solve such a problem is that a detection sensor for external operation is disposed at a portion where the opening window of the sensor housing is formed and the surface of the detection sensor is covered.
  • the interface member is formed of an elastic material, and protrudes from the back surface at the outer peripheral portion of the interface member.
  • An outer peripheral wall portion is formed which enters the opening window of the housing and is arranged between the detection sensor and the sensor housing, and spreads from the surface side end of the outer peripheral wall portion to the outer peripheral side.
  • a front-side seal projection that is superimposed on the surface of the peripheral portion of the opening window in the sensor housing, and a peripheral portion of the opening window in the sensor housing that extends from the back surface side end portion of the outer peripheral wall portion to the outer peripheral side. Characterized in that the rear sealing projection to be superimposed on the back surface are formed.
  • the interface member that covers the detection sensor surface and forms the input operation surface is formed of a sheet-like elastic material, and the seal portion is integrated with the outer peripheral portion of the interface member. Will be formed. Therefore, a sealing member as a separate part is not required, the number of parts and the number of parts assembling steps are reduced, the assembling work is facilitated, and the sealing failure due to the assembling mistake is reduced.
  • the seal portion integrally formed with the interface member includes an outer peripheral wall portion that enters the opening window, a front-side seal protrusion that is superimposed on the surface of the peripheral edge portion of the opening window of the sensor housing, and an opening window of the sensor housing. And a back side seal projection that is superimposed on the back surface of the peripheral edge.
  • the seal part is attached so that the peripheral part of the opening window of the sensor housing is sandwiched from the front and back sides.
  • the elasticity of the sealing part causes the front side seal protrusion and the back side seal protrusion to be against the peripheral part of the sensor case opening window. And closely stacked. Therefore, even if the fastening force by the tightening bolt or adhesive is not sufficient, or even if there is no such fastening force, the waterproof and dustproof properties of the sensor housing opening window are sufficiently stable and highly reliable. It becomes possible to realize with the nature.
  • the outer peripheral wall portion constituting the seal portion is interposed between the outer peripheral surface of the detection sensor and the inner peripheral surface of the opening window of the sensor housing.
  • the outer peripheral wall portion prevents the detection sensor from directly interfering with the sensor housing, and the elasticity of the outer peripheral wall portion also exerts a protective action and a positioning action as necessary on the detection sensor. It will be possible.
  • a base member fixedly attached to the sensor casing and a peripheral portion of the opening window of the sensor casing.
  • the back side seal projection is sandwiched.
  • the back side seal projection is sandwiched by using the fixing force between the sensor housing and the base member, A higher degree of sealing performance can be realized without an increase in the number of special parts and the assembly process. Therefore, even if water or the like enters through the overlap surface of the front side seal protrusion or outer peripheral wall part and the sensor housing, the back side seal protrusion effectively prevents the inside of the opening window from entering. is there.
  • a means for fixing the sensor casing and the base member well-known means such as bolts, screws, rivets, adhesives, and welding can be used.
  • the base member is preferably a hard material, and may be configured by an electronic board on which an electrical component that configures an electrical circuit of the detection sensor is mounted, for example.
  • a thick locking head is integrally formed at a tip portion of the back side seal protrusion, The locking head is held in a locked state between the sensor casing and a base member fixed and attached to the sensor casing.
  • the locking action of the thick locking head can exert a resistance against the back-side seal protrusion coming out from the clamping portion between the sensor housing and the base member. Therefore, even if an external input of an unexpected direction or size is applied to the interface member, the pinching state against the back side seal protrusion is stably maintained, and the desired sealing performance is effectively achieved. Can be maintained.
  • the surface of the front seal protrusion gradually becomes thinner toward the outer peripheral end, and the sensor The inclined surface approaches the surface of the housing.
  • an operation region for external operation is provided in a central portion of the interface member, A strain-insulating concave groove is formed on the outer peripheral side of the operation region and on the inner peripheral side of the outer peripheral wall portion.
  • a concave groove is formed between the operation region and the outer peripheral seal portion so as to be thin, so that transmission of stress and strain from the operation region to the seal portion can be suppressed. It has become. Therefore, there is a risk that the strain and stress generated by the external input to the operation area of the interface member may be exerted on the above-described sealing portion formed on the outer peripheral portion due to the elasticity of the interface member, and the sealing performance may be temporarily reduced. Can also be reduced or avoided.
  • an operation region for external operation is provided in a central portion of the interface member, A strain-insulating concave groove is formed on the outer peripheral side of the operation region and on the inner peripheral side of the outer peripheral wall portion.
  • a concave groove that suppresses transmission of stress and strain from the operation region to the seal portion is formed in the back surface. Therefore, the concave groove can be formed so as not to be conspicuous from the outside and difficult to adhere dirt.
  • the detection sensor in the external operation detection structure according to any one of the first to sixth aspects, has an external force based on a change in capacitance due to a deformation caused by an external force action. And is disposed in an internal region surrounded by the outer peripheral wall portion on the back surface side of the interface member.
  • the capacitance based on the deformation caused by the external force of the operation is changed.
  • a capacitance type detection sensor that detects changes and detects external operations for example, an external operation detection structure using an interface member made of an elastic material such as rubber film has excellent operation input detection accuracy. Can be realized more easily.
  • a capacitance type detection sensor that detects an external operation by detecting a change in capacitance based on deformation caused by an external operation force for example, as described in JP 2010-43880 A or JP 2010-43881 A A A thing can be employ
  • an electrical circuit for energizing the detection sensor is provided on the opening window of the sensor casing. It is disposed at the formation site.
  • the present invention makes it possible to realize the excellent sealing function as described above, thereby avoiding the risk associated with intrusion of water or the like, which is a major problem in the electric circuit, even at the opening window formation site. Therefore, a large degree of freedom in setting the installation space can be secured.
  • the detection sensor detects an external force based on a change in capacitance due to deformation caused by an external force action.
  • the back surface of the detection sensor is supported by a base member fixed and attached to the sensor housing, while the interface member covering the surface of the detection sensor is made of an elastic material.
  • the interface member is formed with an operation region for external operation, and the surface of the operation region is a concave curved surface.
  • the surface of the operation region of the interface member is configured by a concave curved surface, so that the deepest portion (the portion having the maximum depth dimension) of the surface of the operation region ) Can be identified by fingertip sensation (tactile sense) without visual inspection.
  • the magnitude of the force acting on the fingertip changes before and after passing through the deepest part of the surface of the operation area.
  • the position where the fingertip is touching on the surface of can be easily grasped. Therefore, it is possible to easily execute the target operation without paying attention to the operation area, and it is possible to avoid the problem that the fingertip is out of the operation area and the target operation input cannot be performed.
  • a capacitance type sensor is employed as a detection sensor, and an operation input is detected by detecting a change in capacitance based on deformation due to the action of an external force.
  • an external operation detection structure using an interface member made of an elastic material such as a rubber film can be realized more easily with excellent operation input detection accuracy.
  • the capacitance type sensor as described above, it is possible to reduce the influence of the change in the thickness of the interface member in the operation region on the detection accuracy of the operation input. Therefore, even if an operation region having a surface constituted by a concave curved surface is provided, the difference in detection accuracy due to the position of the operation input is reduced, and excellent operation input detection accuracy is realized.
  • the back surface of the operation region at the position where the external force is applied Is larger than the displacement of the surface of the base member.
  • the back surface of the operation region superimposed on the surface of the detection sensor is displaced more than the surface of the base member that supports the back surface of the detection sensor.
  • the detection sensor is narrowed between the operation region and the base member, and a change in capacitance based on the deformation is effectively generated.
  • the operation input can be detected with high accuracy, and the control intended by the external operation can be executed more stably.
  • a buffer pressure-receiving body is disposed so as to overlap between the detection sensor and the base member.
  • the displacement amount of the back surface of the operation area at the position where the external force is applied is larger than the displacement amount of the surface of the buffer pressure receiving body, and the position where the external force is applied
  • the amount of displacement of the surface of the buffer pressure receiving body is larger than the amount of displacement of the surface of the base member.
  • the back surface of the operation region superimposed on the surface of the detection sensor is displaced more than the surface of the buffer pressure receiving body that supports the back surface of the detection sensor.
  • the detection sensor is narrowed between the operation region and the buffer pressure receiving body. Therefore, the change in capacitance based on the deformation is effectively generated in the detection sensor, and the operation input is detected with high accuracy, so that the control according to the external operation is stably executed.
  • the deformation of the buffer pressure receiving body in the compression direction is predominantly generated as compared with the deformation of the base member, so that the amount of bending of the base member is reduced. Therefore, for example, even when the base member is configured by an electronic board on which electrical components that constitute the electrical circuit of the detection sensor are mounted, damage to the electrical circuit due to deformation of the base member is avoided, Durability is ensured.
  • the surface of the operation region of the interface member is formed of a concave curved surface.
  • the back surface of the operation area is a flat surface and is superimposed on the detection sensor.
  • the surface of the operation region is configured by a concave curved surface, so that the contact position can be grasped by the fingertip, and the back surface of the operation region is configured by a flat surface, thereby forming a flat shape.
  • the back surface of the operation area can be superimposed on the surface of the detection sensor in a substantially close contact state. Therefore, even if a general planar detection sensor is employed in combination with an interface member having a concave curved surface, the operation region of the interface member and the detection sensor are brought into close contact with each other, The external force input to is efficiently exerted on the detection sensor, and the external operation can be detected with excellent detection accuracy.
  • the detection sensor detects an external operation based on a change in capacitance due to deformation caused by the action of an external force from the front side
  • the change in thickness due to the difference in the shape of the front and back surfaces of the operation region Does not substantially affect the detection accuracy, and highly accurate detection is realized.
  • the peripheral portion of the opening window of the sensor housing is turned upside down by a seal member formed of an elastic material and integrally formed with an interface member constituting the input operation surface.
  • a seal portion that is overlapped so as to be sandwiched from both sides is realized, whereby it is possible to obtain excellent sealing performance stably and with a simple structure.
  • the external operation detection structure having an operation region having a specific surface shape curved in a concave shape in the present invention
  • the contact position of the fingertip in the operation area can be grasped by the sense of touch of the fingertip. Therefore, it is not necessary to pay attention to the operation area during the operation, and the target operation can be easily executed.
  • FIG. 2 is an operation explanatory diagram at the time of operation input with a fingertip in the external operation detection structure shown in FIG.
  • Cross-sectional explanatory drawing which shows thickness direction deformation
  • FIGS. 1 to 5 show a detection structure 10 for external operation as one embodiment of the present invention.
  • the detection structure 10 is used to input a control signal to an in-vehicle device that is a control object such as an air conditioner or an audio device of an automobile.
  • the detection structure 10 of the present embodiment includes a sensor housing 12, and a detection sensor 14 that detects an external operation is assembled to the sensor housing 12. Further, the front side (lower side in FIG. 5) of the detection sensor 14 is covered with the interface member 16, while the pressure receiving member 18 and the substrate 20 are arranged on the back side (upper side in FIG. 5) of the detection sensor 14. It is installed.
  • the detection structure 10 is configured by assembling the interface member 16, the pressure receiving member 18, and the substrate 20 together with the detection sensor 14 together with the detection housing 14 so as to overlap the detection sensor 14.
  • the sensor housing 12 has a frame shape having an opening window 22 in the center, and particularly has a rectangular frame shape having a rectangular opening window 22 in the present embodiment.
  • the outer peripheral frame part of the opening window 22 extends in the circumferential direction with a predetermined thickness, and from both front and back ends of the inner circumferential surface 24 extending in the thickness direction of the sensor housing 12 (vertical direction in FIGS. 2 and 3).
  • Each includes a sensor housing surface 26 and a sensor housing back surface 28 that extend substantially perpendicular to the outer peripheral side.
  • a locking projection 30 that protrudes to the back side at the edge on the inner peripheral surface 24 side is integrally formed extending in the circumferential direction of the opening window 22.
  • a plurality of fixing portions 32 having a thick block shape are provided on the back side of the sensor housing 12 and positioned on the outer peripheral side of the inner peripheral edge portion of the opening window 22 for fixing screws, bolts 31 and the like. (4 in this embodiment) are integrally formed.
  • the sensor housing 12 is attached to the surface of a support member (not shown) such as an automobile center panel, console panel, or steering switch panel by appropriate fixing means such as fitting, locking, and bolts. Will be.
  • the sensor housing 12 may be integrally formed with such a support member.
  • the sensor housing 12 is preferably formed of a hard material such as metal or synthetic resin.
  • the detection sensor 14 assembled in such a sensor housing 12 is provided with an operation unit corresponding to an on-vehicle device as a control object on the front surface.
  • an operation unit corresponding to an on-vehicle device as a control object on the front surface.
  • an on / off operation unit In addition to the on / off operation unit, the volume control operation unit, the treble / bass adjustment operation unit, the left / right volume balance operation unit, and the like can be provided. Can be provided.
  • the detection sensor 14 may employ various known structures capable of detecting an operation input by an external finger as the structure of the operation unit.
  • the switch resistance film method in addition to the conventional matrix switch method, the switch resistance film method, A surface acoustic wave method, an electromagnetic induction method, a capacitance method, or the like can also be employed.
  • a structure in which an operation input is detected by a positive pressing force from the outside is employed, and particularly an elastically deformable dielectric layer as described in JP 2010-43880 A or JP 2010-43881 A
  • a capacitive sensor having a structure in which a pair of electrodes is formed of a conductive film that can be elastically deformed on the front and back is preferably employed.
  • the detection sensor 14 of the present embodiment is a capacitance type sensor that detects the external force based on the change in capacitance caused by the elastic deformation of the interface member 16 due to the action of an external force.
  • the detection sensor 14 of the present embodiment is configured to have an operation force detection part (sensor part) at an appropriate part on the surface by such a capacitive sensor, and has a sheet shape as a whole.
  • the detection sensor 14 having a sheet shape with an outer peripheral shape (planar rectangular shape) slightly smaller than the opening window 22 of the sensor housing 12 is employed.
  • a pressure receiving member 18 is superimposed on the back surface of the detection sensor 14, and the thin sheet detection sensor 14 is held in a planar shape by the pressure receiving member 18.
  • the pressure receiving member 18 is made of an elastically deformable material, more preferably a material that can be compressively deformed.
  • the pressure receiving member 18 constitutes a buffer pressure receiving body that adjusts the amount of displacement in the thickness direction of the detection sensor 14 or the like when an operation external force acts on the interface member 16 as will be described later.
  • the pressure receiving member 18 By adopting such a pressure receiving member 18, it is possible to exert a reaction force sufficient to cause compressive deformation in the thickness direction on the detection sensor 14 when an external operating force is applied by a finger. However, it is possible to improve the operational feeling by allowing a certain amount of elastic deformation.
  • the pressure receiving member 18 formed of an elastic foam material having a compression deformation property harder than the compression deformation in the thickness direction of the detection sensor 14 is preferable, and more preferably, the pressure receiving member 18 is made of urethane foam. Etc. are adopted.
  • the laminated body 34 in which the detection sensor 14 is superposed and supported on the surface of the pressure receiving member 18 as described above is disposed and assembled in the opening window 22 of the sensor housing 12. Under such an assembled state, the interface member 16 is superimposed and assembled on the surface of the detection sensor 14 constituting the laminated body 34, and the substrate 20 is superimposed on the back surface of the pressure receiving member 18 constituting the laminated body 34. Are assembled.
  • the interface member 16 has a substantially flat plate shape as a whole, and is in the form of a rectangular sheet having a size capable of covering the entire opening window 22 of the sensor housing 12.
  • the back surface 36 of the interface member 16 is a substantially flat surface, and is substantially closely overlapped with the flat surface of the detection sensor 14 provided with the detection site for the external operating force. Thereby, the input of the operation force to the detection part of the detection sensor 14 is performed via the interface member 16.
  • the interface member 16 has an operation region 38 for external operation at a central portion that is overlapped with a detection region setting region in the detection sensor 14.
  • the surface 40 of the operation area 38 is an input surface that exerts an operation force when the operator presses it with a fingertip. Further, the surface 40 can be formed in an arbitrary shape so that the position of the detection site can be confirmed by touch, for example, so that the input to the detection site in the detection sensor 14 can be easily performed.
  • the detection parts of the detection sensor 14 are scattered in a plurality of places, it is easy to confirm the detection part by tactile sense by forming a recess in a part corresponding to each detection part.
  • the surface 40 of the operation region 38 has a curved concave shape throughout, and the center of the operation region 38 is most recessed so that the center of the operation region 38 can be confirmed by tactile sensation. It is also possible.
  • the surface 40 of the operation region 38 is formed of a concave curved surface throughout.
  • the surface 40 is a concave surface having a substantially spherical crown shape, the depth dimension gradually increases from the outer peripheral edge toward the center, and the center has the deepest part where the depth dimension is maximum (the most concave).
  • the surface 40 of the operation region 38 may be a concave curved surface, and the deepest portion may be set at a position shifted from the center of the operation region 38.
  • the surface 40 does not have a spherical crown shape, but has a substantially rectangular frame shape in which the peripheral edge portion of the opening is located on the same plane, and therefore, the radius of curvature gradually increases as it approaches the diagonal direction in plan view of the opening. It is getting bigger.
  • the deepest portion of the surface 40 of the operation region 38 is not necessarily limited to one specified, and may be, for example, a linear shape having a certain length or a planar shape having an area.
  • the back surface (36) of the operation region 38 is substantially flat throughout, and the operation region 38 of the interface member 16 is gradually made thinner as it goes to the center.
  • the operation area 38 when the operation area 38 is set in a specific area on the surface of the interface member 16, for example, as shown in FIGS. 1 to 4, it extends along the outer peripheral edge of the operation area 38. You may form the protrusion 42, a permite
  • the interface member 16 is formed of an elastic material such as rubber or elastomer, and can be deformed by an external force and has a restoring function by elasticity.
  • An elastic material that is substantially incompressible and has a Poisson's ratio of about 0.5 is preferably used.
  • silicone rubber or the like is preferably employed in consideration of durability and operational feeling.
  • the interface member 16 is integrally formed with a seal portion 44 at the outer peripheral edge thereof.
  • the seal portion 44 has an outer peripheral wall portion 46 having a peripheral wall structure that is formed along the outer peripheral portion of the interface member 16 and protrudes from the back surface 36.
  • the outer peripheral wall portion 46 enters the opening window 22 of the sensor housing 12 and is disposed between the detection sensor 14 and the sensor housing 12.
  • a front-side seal projection 48 and a back-side seal projection 50 that are spread out and extend toward the outer circumference are integrally formed at the front-side end and the back-side end of the outer peripheral wall 46, respectively.
  • the front-side seal projection 48 and the back-side seal projection 50 extend from the both ends of the outer peripheral wall 46 so as to face each other and extend substantially in parallel, with the outer peripheral wall 46 as the bottom wall and the front and rear seal projections 48, 50.
  • a circumferential groove 52 is formed in the outer peripheral surface so as to continuously extend over the entire circumference in the circumferential direction.
  • the protruding tip portion of the back side seal protrusion 50 is thick with a substantially spherical head cross-sectional shape.
  • the back side seal projection 50 is integrally formed with a locking head 54 that extends in the circumferential direction at the outer peripheral edge.
  • the interface member 16 of the present embodiment is provided with a connection region 56 that extends in the circumferential direction with a predetermined width between the operation region 38 in the central portion and the seal portion 44 in the outer peripheral edge.
  • a concave groove 58 that opens to the surface of the interface member 16 and extends in the circumferential direction is located on the outer peripheral side of the operation region 38 and on the inner peripheral side of the site where the outer peripheral wall portion 46 is formed.
  • the interface member 16 is thin and easily deformed at the site where the concave groove 58 is formed.
  • a back-side concave groove 60 that is open on the back surface of the connection region 56 and extends in the circumferential direction is also formed.
  • the back-side concave grooves 60 are provided on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the protrusion 42, respectively.
  • groove 60 provided in the inner peripheral side of the protrusion 42 reduces the deformation rigidity near the outer periphery of the operation area 38 thickened by the curvature of the surface 40 or the protrusion 42, and improves an operation feeling.
  • the back side groove 60 provided on the outer peripheral side of the protrusion 42 is provided close to the front side groove 58 to cooperate with the front side groove 58 and seal from the operation region 38. There is an effect of improving the effect of reducing deformation and stress transmission to the portion 44.
  • the interface member 16 is assembled by fitting the seal portion 44 to the opening peripheral edge of the opening window 22 of the sensor housing 12 and bonding or the like as necessary. That is, under such an assembled state, the opening peripheral edge portion of the opening window 22 of the sensor housing 12 is fitted into the circumferential groove 52 of the seal portion 44 of the interface member 16. And the outer peripheral wall part 46 of the seal
  • the front and back surfaces of the opening peripheral edge of the opening window 22 of the sensor housing 12 are both substantially flat surfaces so that the front and back seal protrusions 48 and 50 are in close contact with each other. It is desirable. Further, the distance between the opposed surfaces of the front and back seal projections 48 and 50 in the seal portion 44 of the interface member 16 is slightly smaller than the thickness dimension between the front and back surfaces of the opening peripheral edge of the opening window 22 of the sensor housing 12. Accordingly, based on the elasticity of the seal portion 44, the front and back seal protrusions 48 and 50 are pressed against both the front and back surfaces of the opening periphery of the opening window 22 so as to be held in close contact with each other. It is desirable.
  • the seal projections 48, 50 You may make it exhibit the contact
  • a plurality of partition grooves 62 are formed in an appropriate pattern on the back surface 36 of the interface member 16.
  • the partition groove 62 is formed in the form of two grid-like linear grooves each in the vertical and horizontal directions. These partitioning grooves 62 have a pattern that further divides the operation region 38 into a plurality of regions, and when stress is applied to one region from the outside by a finger, stress and strain are transmitted to other regions. It can be reduced.
  • the partition groove 62 has a smaller cross-sectional shape than the outer circumferential recessed groove 60, but by appropriately adjusting the cross-sectional shape of the partition groove 62, the presence of the partition groove 62 with the fingertip that operates the operation region 38. May be recognized so that the section of the operation area 38 can be identified.
  • the partition groove 62 is formed on the surface 40, or instead of or in addition to the partition groove 62, a protrusion is formed on the back surface 36 and the surface (40) of the interface member 16 in an appropriate pattern. It is also possible.
  • the outer peripheral wall of the seal portion 44 of the interface member 16 is obtained by the interface member 16 being overlapped on the surface side. It is arranged in a state of being housed in an area surrounded by the portion 46.
  • attached to the back surface of this laminated body 34 is a hard member, and is made into the flat form in this embodiment.
  • the substrate 20 has a larger planar shape than the pressure receiving member 18 constituting the laminated body 34, is overlaid on the entire back surface of the pressure receiving member 18, and further extends from the pressure receiving member 18 to the outer periphery.
  • a substrate fixing part 64 is provided.
  • a circuit board constituting an electric circuit for supplying power to and detecting the detection sensor 14 is employed as the substrate 20. That is, a plurality of electrical components are mounted on the surface of the substrate 20 and necessary current paths are formed to constitute an electrical circuit.
  • the opening window 22 of the sensor housing 12 is covered with the interface member 16 at the front side opening and the opening at the back side is covered with the substrate 20. Has been. Between the facing surfaces of the interface member 16 and the substrate 20, the detection sensor 14 having the back surface supported by the pressure receiving member 18 is disposed and assembled in the opening window 22 of the sensor housing 12.
  • the laminated body 34 including the pressure receiving member 18 and the detection sensor 14 is superimposed on the interface member 16 and the substrate 20 in close contact with each other.
  • the thickness dimension of the pressure receiving member 18 is set so that the thickness dimension of the stacked body 34 is slightly larger than the distance between the facing surfaces of the interface member 16 and the substrate 20 assembled in the sensor housing 12.
  • an outer peripheral wall portion 46 constituting the seal portion 44 is formed on the rear surface 36 at the outer peripheral portion of the interface member 16, and the inner region 66 of the interface member 16 surrounded by the cylindrical outer peripheral wall portion 46.
  • the detection sensor 14 and the pressure receiving member 18 are disposed in the state of being housed in the housing.
  • the detection sensor 14 and the pressure receiving member 18 have substantially the same planar shape, and the outer peripheral wall of the seal portion 44 is between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the opening window 22 of the sensor housing 12.
  • the part 46 is interposed over the entire circumference.
  • the detection sensor 14 is elastically positioned and supported between the interface member 16 and the pressure receiving member 18 having elasticity in the thickness direction, in close contact with each other. The arrangement is realized.
  • a seal portion 44 is integrally formed on the outer peripheral portion of the interface member 16, and the seal portion 44 covers the inner peripheral edge portion of the opening window 22 of the sensor housing 12 so as to be gripped (FIG. 2). Therefore, intrusion of water or the like from the outside into the internal region 66 of the interface member 16 in which the detection sensor 14 is disposed is extremely effectively prevented. That is, even if water enters from the gap between the seal portion 44 and the opening window 22 of the sensor housing 12, the seal portion 44 includes a circumferential groove 52 that opens outward. It is possible to effectively prevent the water that has entered from entering the region (inner region 66) where the detection sensor 14 is provided on the inner peripheral side of the seal portion 44.
  • the outer peripheral wall portion 46 of the seal portion 44 is formed so as to protrude from the back side of the interface member 16, and the detection sensor 14 is located within the arrangement region (inner region 66) of the detection sensor 14 surrounded by the outer peripheral wall portion 46. It is lifted by the pressure-receiving member 18 and positioned upward (in the proximity of the back surface 36 of the interface member 16). Therefore, even if water that has entered through the gap between the seal portion 44 and the opening window 22 of the sensor housing 12 enters the inner peripheral side, contact with the detection sensor 14 can be effectively prevented. .
  • the back side seal projection 50 of the seal portion 44 is sandwiched in the thickness direction and compressed between the inner peripheral edge of the opening window 22 of the sensor housing 12 and the substrate 20 as the base member. It is assembled in the state. Therefore, even better sealing performance can be exhibited at the clamping pressure position of the back side seal projection 50.
  • a locking protrusion 30 formed on the sensor housing rear surface 28 of the opening window 22 of the sensor housing 12 is pressed against the back side seal projection 50.
  • the locking head 54 of the back side seal projection 50 is positioned so as to get over the locking projection 30 to the outer peripheral side.
  • the outer side of the back side seal projection 50 is clamped with respect to the displacement in the direction in which the back side seal projection 50 is pulled out to the inner circumference side of the sensor housing 12. Resistive force is exerted by the locking action of the locking head 54 positioned on the sensor housing 12 to stably maintain the sealing performance.
  • a front seal protrusion 48 is superimposed on the sensor casing surface 26 of the opening window 22 of the sensor casing 12.
  • the surface of the front-side seal projection 48 has a thickness (in the vertical direction in FIGS. 2 and 3) that gradually decreases toward the outer peripheral side, and is an inclined surface that approaches the surface of the sensor housing 12. Yes.
  • the finger or the like is caught on the outer peripheral edge of the interface member 16 and the peripheral edge of the front seal projection 48 is swung up.
  • the front and back concave grooves 58 and 60 formed in the interface member 16 prevent deformation of the seal portion 44 caused by an operation external force exerted on the operation region 38 of the interface member 16.
  • the sealing performance in the seal portion 44 can be exhibited more stably.
  • the detection structure 10 of the present embodiment having the above-described structure is configured to detect entry of water or the like into the opening window 22 of the sensor housing 12, in particular, detection by a seal portion 44 having a specific structure integrally formed with the interface member 16. It is possible to effectively prevent water or the like from entering the internal region 66 where the sensor 14 is disposed. Therefore, with a small number of parts and a simple structure, the target sealing performance can be realized in a highly stable and highly reliable manner while avoiding work errors during the assembly process as much as possible. Is possible.
  • the external force input to the interface member 16 is transmitted to the pressure receiving member 18 as a buffer pressure receiving body via the detection sensor 14 superimposed on the back surface (36) of the operation area 38 of the interface member 16. Then, the pressure receiving member 18, as shown in FIG. 6 (b), and flexural deformation and compressive deformation, the distance the surface corresponding to the magnitude of the input toward the rear surface side: displaced by d 2 .
  • the displacement amount of the surface of the pressure receiving member 18: d 2 is the size of the input and the amount of deflection of the pressure receiving member 18, depending on the amount of shrinkage due to compression in the thickness direction of the pressure receiving member 18, etc., determined.
  • the displacement amount d 1 of the back surface 36 of the operation region 38 of the interface member 16 is made larger than the displacement amount d 2 of the surface of the pressure receiving member 18.
  • the capacitance value changes as the thickness of the dielectric layer decreases and the pair of electrode films approach, and the operation of the user is detected by the detection sensor 14.
  • the amount of bending of the operation region 38 of the interface member 16 with respect to the input is determined by the amount of bending of the pressure receiving member 18 with respect to the input and the amount of contraction due to compression in the thickness direction. It is larger than the sum of Further, since the operation region 38 is formed of a thin rubber elastic body compared to the pressure receiving member 18, the input external force is transmitted to the detection sensor 14 without being dispersed in a wide range. An operation input can be detected efficiently.
  • the pressure receiving member 18 is disposed between the interface member 16 and the substrate 20, the amount of displacement of the rear surface side of the surface of the substrate 20 shown in FIG. 6 (c): d 3 is suppressed is is the displacement of the surface of the pressure receiving member 18: displacement of d 2 is the back side of the surface of the substrate 20: is greater than d 3. That is, since the pressure receiving member 18 is an elastic body formed of urethane foam or the like, and the substrate 20 is a hard material formed of synthetic resin or the like, input from the interface member 16 side (front side) is performed. On the other hand, the compressive deformation in the thickness direction of the pressure receiving member 18 occurs predominantly as compared with the bending deformation of the substrate 20.
  • the amount of bending of the substrate 20 (the amount of displacement of the surface of the substrate 20: d 3 ) is suppressed, even when a circuit substrate constituting an electric circuit is employed as the substrate 20, there is a problem such as disconnection. It is avoided and durability is ensured.
  • the user touches the surface 40 of the operation region 38 of the interface member 16 with a fingertip
  • the user can grasp the center by touching the fingertip without requiring visual inspection. That is, since the surface 40 of the operation region 38 is formed of a concave curved surface with the center at the deepest portion, the contact portion of the surface 40 of the operation region 38 with the fingertip or the fingertip on the surface 40 of the operation region 38.
  • the inclination direction of the surface 40 can be specified by tactile sensation by the change of the resistance when moved along.
  • the fingertip is indicated by a two-dot chain line, where A is the fingertip that is in contact with the surface 40 of the operation region 38 at the deepest portion, and B is the deepest portion with respect to the surface 40 of the operation region 38.
  • A is the fingertip that is in contact with the surface 40 of the operation region 38 at the deepest portion
  • B is the deepest portion with respect to the surface 40 of the operation region 38.
  • the fingertips that are in contact with each other at the position disengaged from the base end side of the finger are shown, and the fingertips that are in contact with C at the position where the deepest part is disengaged from the front end side of the finger.
  • the contact position of the fingertip with respect to the surface 40 of the operation region 38 is grasped by the sense of the fingertip without requiring visual inspection. Therefore, the user can easily execute the target operation without paying attention to the operation area 38 of the detection structure 10.
  • the detection structure 10 is used for control of an in-vehicle device such as an air conditioner or an audio device of an automobile, the control of the in-vehicle device is executed only with a fingertip while visually checking the surrounding situation. It becomes possible.
  • the outer edge of the operation region 38 can be more easily tactilely recognized by the fingertip by the protrusions 42, the back-side concave grooves 60, and the partition grooves 62 provided on the interface member 16.
  • the back surface (36) of the operation region 38 of the interface member 16 is a substantially flat surface, and is overlapped with the entire surface of the flat sheet-like detection sensor 14 in a close contact state.
  • the pressing force exerted on the operation area 38 by the user's operation input is more efficiently transmitted to the detection sensor 14, thereby realizing further excellent detection accuracy for the user's operation.
  • the detection sensor 14 is a capacitance type sensor in which electrodes are provided on both surfaces of the dielectric layer, and the pressing force acting on the operation region 38 is caused by compressive deformation (a pair of electrodes) of the dielectric layer. This is detected as a change in electrostatic capacitance due to the approaching displacement. Therefore, the distance between the fingertip and the detection sensor 14 has little influence on the accuracy of detection by the detection sensor 14 as compared to a touch panel in which the interface member 16 is used as a dielectric layer and one electrode is composed of a fingertip.
  • the detection accuracy of the detection sensor 14 with respect to the surface 40 of the operation region 38 is increased. It is possible to prevent large variations depending on the contact position of the fingertip, and the user's operation input is detected with high accuracy.
  • the shape and position of the operation region 38 of the interface member 16 can be appropriately changed.
  • a plurality of operation regions can be formed in one interface member, and the shape of the interface member 16 itself is also flat.
  • Arbitrary design is possible, such as a substantially circular shape.
  • the seal portion 44 provided at the outer peripheral end portion of the interface member 16 and sealing between the interface member 16 and the sensor housing 12 is independent of the curved specific shape of the operation region 38 in the interface member 16.
  • the operation region 38 having such a specific shape does not necessarily have to be employed in combination.
  • front and back concave grooves 58 and 60 for reducing the transmission of stress and strain in the interface member 16 are adopted as necessary, and even when such concave grooves 58 and 60 are employed, They can be formed in any shape or number, alone or in combination with a suitable number.
  • the pressure receiving member 18 is capable of elastically deforming the detection sensor 14 by an external operation force input via the interface member 16 to enable electrical detection due to a change in capacitance.
  • a hard resin plate or the like may be employed, or the detection sensor 14 may be directly overlapped with the substrate 20 of the sensor housing 12 without being provided.
  • the substrate 20 is made harder than the operation region 38 of the interface member 16, and the displacement amount of the back surface (36) of the operation region 38 is made larger than the displacement amount of the surface of the substrate 20 at the time of operation input.
  • a change in capacitance or the like accompanying the deformation is effectively generated in the detection sensor 14, and an external operation is effectively detected.
  • it is also possible to employ a detection sensor other than the capacitive type such as an electromagnetic induction method.

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Abstract

 少ない部品点数と簡単な構造で優れたシール性能を得ることが出来る新規な構造の外部操作の検出構造体を提供すること。 センサ筐体12の開口窓22の形成部位を、弾性材で形成されているシート状のインターフェース部材16で覆蓋し、インターフェース部材16に開口窓22の周縁部の表面に重ね合わせられる表側シール突部48と開口窓22の周縁部の裏面に重ね合わせられる裏側シール突部50を一体形成する。

Description

外部操作の検出構造体
 本発明は、例えばオーディオやナビゲーションシステム等の各種装置の操作パネルに適用することができる外部操作の検出構造体に係り、特に水等の内部侵入を防止するためのシール構造を備えた外部操作の検出構造体に関する。
 従来から、自動車のオーディオやナビゲーションシステム、エアコンディショナーなどの装置では、作動をON/OFFしたりボリュームや温度などを調節するための外部操作の入力装置(インターフェース)が装備されている。特に近年では、かかる入力装置として、回転式や機械接点式の操作スイッチに代えて、手指による外部操作の検出センサを用いたタッチパネルの利用が検討されている。
 かかるタッチパネルの如き外部操作の検出構造体では、一般に、センサ筐体に操作用の開口窓を設けて、この開口窓の形成部位に外部操作の検出センサが配設されている。そして、開口窓は、検出センサの表面を覆うシート状のインターフェース部材で覆蓋されており、このインターフェース部材を介して手指による外部操作が検出されるようになっている。
 ところで、このようなタッチパネルでは、センサ筐体に開口窓が設けられていることから、開口窓を通じてセンサ筐体内部に水や埃などが侵入するおそれがある。センサ筐体内部に水や埃などが侵入すると、開口窓の形成部位に配設された検出センサ等における不具合の原因となることがある。
 そこで、従来構造のタッチパネルでは、特許第3347009号公報(特許文献1),特許第3818046号公報(特許文献2)に示されているように、センサ筐体の開口窓の周縁を全周に亘ってシール部材で封止したシール構造が採用されている。
 ところが、かかるシール構造は、別体のシール部材を準備してセンサ筐体とタッチパネルとの間に装着する必要があることから、部品点数が多くなって組付作業が面倒であった。しかも、別体のシール部材は、センサ筐体やタッチパネルに対して、ボルトによる締付構造や接着剤による接着構造などで装着されることから、ボルトの締付けや接着剤の塗布が不十分であるなどの理由で目的とするシール性能が得られなくなるおそれがあり、管理が難しく、十分な信頼性も得難いという問題があった。
特許第3347009号公報 特許第3818046号公報
 ここにおいて、本発明は上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、少ない部品点数と簡単な構造で優れたシール性能を得ることが出来る新規な構造の外部操作の検出構造体を提供することにある。
 かかる課題を解決するために為された本発明の第一の態様は、センサ筐体の開口窓の形成部位に外部操作の検出センサが配設されていると共に、該検出センサの表面を覆って該開口窓を覆蓋するシート状のインターフェース部材が配設された外部操作の検出構造体において、前記インターフェース部材が弾性材で形成されていると共に、該インターフェース部材の外周部分において裏面に突出して前記センサ筐体の前記開口窓に入り込んで前記検出センサと該センサ筐体との間に配される外周壁部が形成されている一方、該外周壁部の表面側端部から外周側に広がって該センサ筐体における該開口窓の周縁部の表面に重ね合わされる表側シール突部と、該外周壁部の裏面側端部から外周側に広がって該センサ筐体における該開口窓の周縁部の裏面に重ね合わされる裏側シール突部とが形成されていることを特徴とする。
 本態様に従う構造を有する外部操作の検出構造体では、検出センサ表面を覆って入力操作面を形成するインターフェース部材がシート状の弾性材で形成されて、このインターフェース部材の外周部分にシール部分が一体形成されることとなる。それ故、別体部品としてのシール部材が不要となり、部品点数および部品組付工程数の減少が図られると共に、組付作業も容易となって組付ミスに起因するシール不良も軽減される。
 また、インターフェース部材に一体形成されるシール部分は、開口窓に入り込む外周壁部と、センサ筐体の開口窓の周縁部の表面に重ね合わされる表側シール突部と、センサ筐体の開口窓の周縁部の裏面に重ね合わされる裏側シール突部とを、含んで構成されている。このシール部分は、センサ筐体の開口窓の周縁部を表裏から挟むようにして取り付けられて、シール部分の弾性により、表側シール突部および裏側シール突部がセンサ筐体の開口窓の周縁部に対して密接状態で重ね合わされる。それ故、たとえ締付ボルトや接着材による固着力が十分でなかったり、またはそのような固着力がなくても、センサ筐体の開口窓における防水性や防塵性を十分に安定して高い信頼性をもって実現することが可能となる。
 更にまた、シール部分を構成する外周壁部は、検出センサの外周面とセンサ筐体の開口窓の内周面との間に介在せしめられる。そして、この外周壁部が、検出センサがセンサ筐体に対して直接に干渉することを防止して、外周壁部の弾性により、検出センサに対して保護作用や必要に応じて位置決め作用も発揮し得ることとなる。
 本発明の第二の態様は、前記第一の態様に係る外部操作の検出構造体において、前記センサ筐体に固定されて取り付けられるベース部材と該センサ筐体の前記開口窓の周縁部との間で、前記裏側シール突部が挟圧されているものである。
 本態様においては、相互に固定されるセンサ筐体とベース部材との対向面間で、それらセンサ筐体とベース部材との固定力を利用して裏側シール突部が挟圧されることにより、特別な部品点数や組立工程の増加を伴うことなく、より高度なシール性能が実現され得る。それ故、仮に表側シール突部や外周壁部とセンサ筐体との重ね合わせ面間を通じて水などが侵入した場合でも、裏側シール突部によって開口窓内部までの侵入が効果的に防止されるのである。なお、センサ筐体とベース部材の固定手段は、ボルトやねじ、リベット、接着剤、溶着等の周知のものが採用可能である。また、ベース部材は、硬質材であることが好ましく、例えば検出センサの電気回路を構成する電気部品が実装された電子基板によって構成されていても良い。
 本発明の第三の態様は、前記第一または第二の態様に係る外部操作の検出構造体において、前記裏側シール突部の先端部分に厚肉の係止頭部が一体形成されており、前記センサ筐体と該センサ筐体に固定されて取り付けられるベース部材との間で該係止頭部が係止状態で抜け止め保持されているものである。
 本態様においては、厚肉の係止頭部の係止作用により、センサ筐体とベース部材との間における挟持部分からの裏側シール突部の抜け出しに対する抵抗力が発揮され得る。それ故、仮にインターフェース部材への予期しない方向や大きさの外部入力が作用したような場合でも、裏側シール突部に対する挟圧状態が安定して保持されて、目的とするシール性能が効果的に維持され得る。
 本発明の第四の態様は、前記第一~三の何れかの態様に係る外部操作の検出構造体において、前記表側シール突部の表面が、外周端部に向かって次第に薄くなって前記センサ筐体の表面に近づく傾斜面とされているものである。
 本態様では、表側シール突部の外周端部におけるセンサ筐体からの突出量を小さく抑えることが可能となる。それ故、表側シール突部とセンサ筐体との重ね合わせ面積を確保して目的とするシール性能を維持しつつ、表側シール突部の外周端部に対する手指の引っ掛かりに起因する表側シール突部の捲れ上がりと、それに伴うシール性能の低下が効果的に防止されるのである。
 本発明の第五の態様は、前記第一~四の何れかの態様に係る外部操作の検出構造体において、前記インターフェース部材の中央部分には外部操作用の操作領域が設けられている一方、該操作領域よりも外周側で且つ前記外周壁部の形成部位よりも内周側に位置して該インターフェース部材の表面に開口して延びる歪絶縁用の凹溝が形成されているものである。
 本態様では、インターフェース部材において、操作領域と外周のシール部分との間に凹溝が形成されて薄肉とされていることにより、操作領域からシール部分への応力や歪みの伝達が抑えられるようになっている。それ故、インターフェース部材の操作領域に対する外部入力で発生した歪みや応力が、インターフェース部材の弾性により、外周部分に形成された上述のシール部分に及ぼされてシール性能が一時的に低下してしまうおそれも軽減乃至は回避され得る。
 本発明の第六の態様は、前記第一~五の何れかの態様に係る外部操作の検出構造体において、前記インターフェース部材の中央部分には外部操作用の操作領域が設けられている一方、該操作領域よりも外周側で且つ前記外周壁部の形成部位よりも内周側に位置して該インターフェース部材の裏面に開口して延びる歪絶縁用の凹溝が形成されているものである。
 本態様では、インターフェース部材において、操作領域からシール部分への応力や歪みの伝達を抑える凹溝が、裏面に開口して形成されている。それ故、外部から目立たたず且つ汚れ等も付着し難いように凹溝を形成することが出来る。
 本発明の第七の態様は、前記第一~六の何れかの態様に係る外部操作の検出構造体において、前記検出センサが、外力作用に伴う変形に伴う静電容量の変化に基づいて外力を検出する静電容量型センサとされており、前記インターフェース部材の裏面側で前記外周壁部で周囲を囲まれた内部領域に収容配置されているものである。
 本態様では、指先と導電膜との間での静電容量の変化を捉えて外部操作を検出する公知の静電容量型の検出センサ等に代えて、操作外力による変形に基づく静電容量の変化を捉えて外部操作を検出する静電容量型の検出センサを採用したことにより、例えばゴム膜などの弾性材からなるインターフェース部材を用いた外部操作の検出構造体が優れた操作入力の検出精度をもって一層容易に実現可能となる。なお、操作外力による変形に基づく静電容量の変化を捉えて外部操作を検出する静電容量型の検出センサとしては、例えば特開2010-43880号公報や特開2010-43881号公報に記載のものが好適に採用され得る。
 本発明の第八の態様は、前記第一~七の何れかの態様に係る外部操作の検出構造体において、前記検出センサへの通電用の電気回路が、前記センサ筐体の前記開口窓の形成部位に配設されているものである。
 本態様では、センサ筐体の開口窓の形成部位における検出センサの背後(裏側)のスペースを利用して、例えば回路基板などで構成される電気回路を配設することが可能となる。即ち、本発明によって前述の如き優れたシール機能が実現可能となったことにより、開口窓の形成部位においても、電気回路において大きな問題となる水等の侵入に伴うリスクを回避して、電気回路の配設スペースの設定自由度が大きく確保され得るのである。
 本発明の第九の態様は、前記第一~八の何れかの態様に係る外部操作の検出構造体において、前記検出センサが外力作用による変形に伴う静電容量の変化に基づいて外力を検出する静電容量型センサとされており、前記センサ筐体に固定されて取り付けられるベース部材で該検出センサの裏面が支持されている一方、該検出センサの表面を覆う前記インターフェース部材が弾性材で形成されていると共に、該インターフェース部材には外部操作用の操作領域が設けられており、該操作領域の表面が凹状湾曲面とされているものである。
 本態様に従う構造とされた外部操作の検出構造体において、インターフェース部材の操作領域の表面が凹状湾曲面で構成されていることによって、操作領域の表面の最深部(深さ寸法が最大となる部分)を目視することなく指先の感覚(触覚)によって特定することができる。特に、指先を操作領域の表面に接触させながら移動させる操作においては、操作領域の表面の最深部を通過する前後で指先に作用する力の大きさが変化することから、使用者は、操作領域の表面上で指先が触れている位置を、容易に把握することができる。それ故、操作領域を注視することなく、目的とする操作を容易に実行することができると共に、指先が操作領域の外に出てしまって目的とする操作入力ができなくなるといった不具合が回避される。
 また、本態様では、検出センサとして静電容量型センサが採用されており、外力の作用による変形に基づいた静電容量の変化を捉えて操作入力が検出されるようになっていることから、例えばゴム膜等の弾性材からなるインターフェース部材を用いた外部操作の検出構造体が優れた操作入力の検出精度をもって一層容易に実現可能となる。しかも、上記の如き静電容量型センサを採用することで、インターフェース部材の操作領域における厚さの変化が、操作入力の検出精度に及ぼす影響を低減することができる。それ故、凹状湾曲面で構成された表面を有する操作領域を設けても、操作入力の位置による検出精度の違いが低減されて、優れた操作入力の検出精度が実現される。なお、操作入力による変形に基づく静電容量の変化を捉えて外部操作を検出する静電容量型の検出センサとしては、前述の特開2010-43880号公報や特開2010-43881号公報に記載のものが、本態様においても好適に採用され得る。
 本発明の第十の態様は、前記第九の態様に係る外部操作の検出構造体において、前記インターフェース部材の前記操作領域に作用する外力に対して、該外力の作用位置における該操作領域の裏面の変位量が、前記ベース部材の表面の変位量よりも大きくされているものである。
 本態様では、操作入力による外力が操作領域に及ぼされる際に、検出センサの表面に重ね合わされる操作領域の裏面が、検出センサの裏面を支持するベース部材の表面よりも大きく変位するようになっていることで、検出センサが操作領域とベース部材の間で狭圧されて、変形に基づく静電容量の変化が有効に生じる。その結果、操作入力を高精度に検出して、外部操作が目的とする制御を一層安定して実行することが可能となる。
 本発明の第十一の態様は、前記第十の態様に係る外部操作の検出構造体において、前記検出センサと前記ベース部材の間に緩衝受圧体が重ね合わされて配設されており、前記インターフェース部材の前記操作領域に作用する外力に対して、該外力の作用位置における該操作領域の裏面の変位量が該緩衝受圧体の表面の変位量よりも大きくされていると共に、該外力の作用位置における該緩衝受圧体の表面の変位量が該ベース部材の表面の変位量よりも大きくされているものである。
 本態様では、操作入力による外力がインターフェース部材の操作領域に及ぼされる際に、検出センサの表面に重ね合わされる操作領域の裏面が、検出センサの裏面を支持する緩衝受圧体の表面よりも大きく変位することによって、検出センサが操作領域と緩衝受圧体との間で狭圧される。それ故、検出センサにおいて変形に基づく静電容量の変化が有効に生じて、操作入力が高精度に検出されることから、外部操作に応じた制御が安定して実行される。
 しかも、外力の作用時に、緩衝受圧体の圧縮方向での縮み変形がベース部材の撓み変形に比して支配的に生じることで、ベース部材の撓み量が低減される。それ故、例えば、ベース部材が、検出センサの電気回路を構成する電気部品が実装された電子基板によって構成されている場合等にも、ベース部材の変形による電気回路の損傷等が回避されて、耐久性が確保される。
 本発明の第十二の態様は、前記第九~十一の何れかの態様に係る外部操作の検出構造体において、前記インターフェース部材における前記操作領域の表面が凹状湾曲面で構成されていると共に、該操作領域の裏面が平面で構成されて前記検出センサに重ね合わされているものである。
 本態様では、操作領域の表面が凹状湾曲面で構成されることによって、指先で接触位置を把握することが可能とされると共に、操作領域の裏面が平面で構成されることによって、平坦な形状の検出センサの表面に対して操作領域の裏面が略密着状態で重ね合わされ得る。それ故、一般的な平面状の検出センサが、表面が凹状湾曲面を有するインターフェース部材と組み合わせて採用されていても、インターフェース部材の操作領域と検出センサが密着状態とされることで、操作領域に入力された外力が検出センサに効率的に及ぼされて、外部操作を優れた検出精度で検出することができる。
 しかも、検出センサが、表面側からの外力の作用による変形に伴った静電容量の変化に基づいて外部操作を検出することから、操作領域の表面と裏面の形状が異なることによる厚さの変化は、検出精度に殆ど影響せず、高精度な検出が実現される。
 本発明に従う構造とされた外部操作の検出構造体においては、弾性材で形成されて入力操作面を構成するインターフェース部材に一体形成されたシール部材により、センサ筐体の開口窓の周縁部を表裏両側から挟むように重ね合わされるシール部分が実現されるのであり、それによって、優れたシール性能を安定して且つ簡単な構造で得ることが可能となる。
 特に、本発明において凹状に湾曲した特定表面形状の操作領域を備えた前記第九~十二の態様に係る外部操作の検出構造体では、指先で操作領域に対して操作入力をする際に、操作領域における指先の当接位置を指先の触覚によって把握することができる。それ故、操作時に操作領域を注視する必要がなく、目的とする操作を簡単に実行することができる。
本発明の一実施形態としての外部操作の検出構造体の平面図。 図1におけるII-II断面図。 図1におけるIII-III断面図。 図2における要部拡大説明図。 図1に示された検出構造体を表裏反転させた状態での分解斜視図。 図1に示された外部操作の検出構造体における指先での操作入力時の作動説明図であって、(a)はインターフェース部材、(b)は緩衝受圧体、(c)は基板におけるそれぞれの厚さ方向変形量を示す断面説明図。 図1に示された外部操作の検出構造体における指先での操作入力を説明するための断面説明図。
 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
 先ず、図1~5には、本発明の一実施形態としての外部操作の検出構造体10が示されている。この検出構造体10は、例えば自動車のエアコンディショナーやオーディオ装置などの制御対象物たる車載装置に対して制御信号を入力するためのものである。
 より詳細には、本実施形態の検出構造体10は、センサ筐体12を備えており、このセンサ筐体12に対して、外部操作を検出する検出センサ14が組み付けられている。また、検出センサ14の表側(図5中の下側)は、インターフェース部材16で覆われている一方、検出センサ14の裏側(図5中の上側)には、受圧部材18と基板20が配設されている。そして、これらインターフェース部材16や受圧部材18および基板20が、検出センサ14に重ね合わされるようにして、検出センサ14と共にセンサ筐体12に組み付けられることによって、検出構造体10が構成されている。
 センサ筐体12は、中央に開口窓22を有する枠体形状とされており、特に本実施形態では矩形の開口窓22を有する矩形枠体形状とされている。また、開口窓22の外周枠部分は、所定厚さで周方向に延びており、センサ筐体12の厚さ方向(図2,3中の上下方向)に延びる内周面24の表裏両端からそれぞれ略直角に外周側に向かって広がるセンサ筐体表面26およびセンサ筐体裏面28を備えている。
 なお、かかるセンサ筐体裏面28には、内周面24側の端縁部において裏側に突出する係止突起30が、開口窓22の周方向に延びて一体形成されている。また、センサ筐体12の裏側には、開口窓22の内周縁部よりも外周側に位置して、ビスやボルト31等を固定するための固定部32が、厚肉のブロック形状をもって複数個(本実施形態では4個)一体形成されている。
 そして、このセンサ筐体12は、例えば自動車のセンターパネルやコンソールパネル、或いはステアリングスイッチパネルなどの支持部材(図示せず)の表面に対して嵌め込みや係止,ボルト等の適当な固定手段によって装着されることとなる。なお、センサ筐体12は、そのような支持部材と一体形成されていても良い。また、かかるセンサ筐体12は、金属や合成樹脂等の硬質材で形成されることが望ましい。
 このようなセンサ筐体12に組み付けられている検出センサ14は、制御対象物たる車載装置に応じた操作部が前面に設けられたものであり、例えばエアコンディショナーであれば、オン/オフ操作部の他、温度調節操作部や風量操作部などを設けることができ、オーディオ装置であれば、オン/オフ操作部の他、音量調節操作部や高音/低音調節操作部、左右音量バランス操作部などを設けることができる。
 また、かかる検出センサ14は、その操作部の構造として、外部からの手指による操作入力を検知し得る公知の各種構造が採用可能であり、例えば従来のマトリクススイッチ方式の他、スイッチ抵抗膜方式や表面弾性波方式、電磁誘導方式、静電容量方式なども採用可能である。好適には、外部からの積極的な押圧力によって操作入力を検出する構造が採用され、特に特開2010-43880号公報や特開2010-43881号公報に記載の如き、弾性変形可能な誘電層の表裏に一対の電極を弾性変形可能な導電膜で形成した構造の静電容量型センサが好適に採用される。本実施形態の検出センサ14は、外力作用によりインターフェース部材16が弾性変形し、それに伴う静電容量の変化に基づいて外力を検出する静電容量型センサとされている。
 このような静電容量型センサでは、一対の電極を含む全体が弾性変形可能とされていることから、操作力が圧縮力として作用する場合等の変形にも対応することが可能である。また、インターフェース部材16等の他部材を介して操作力が及ぼされる等の理由で操作する指先等と検出センサ14の検出面との距離が離れている場合でも、押圧力が及ぼされる限り有効な検出結果を得ることができる。
 そして、本実施形態の検出センサ14は、かかる静電容量型センサ等により表面上の適切な部位に操作力の検出部位(センサ部位)が設定されており、全体としてシート形状をもって形成されている。特に本実施形態では、センサ筐体12の開口窓22よりも一回り小さな外周形状(平面矩形状)のシート状とされた検出センサ14が採用されている。
 また、検出センサ14の裏面には、受圧部材18が重ね合わされており、受圧部材18によって薄肉シート形状の検出センサ14が平面形状に保持されている。この受圧部材18は、弾性変形可能な材料であってより好ましくは圧縮変形可能な材料で形成される。特に本実施形態では、かかる受圧部材18で、後述するようにインターフェース部材16への操作外力作用時における検出センサ14等の厚さ方向変位量を調節する緩衝受圧体が構成されている。
 そして、このような受圧部材18を採用することにより、手指による外部操作力の作用時に、検出センサ14に対して厚さ方向の圧縮変形を生ぜしめるのに十分な反力を及ぼすことを可能としつつ、ある程度の弾性変形を許容することで操作感の向上が図られ得る。具体的には、検出センサ14の厚さ方向の圧縮変形よりも硬い圧縮変形特性を有する弾性発泡材料などによって形成された受圧部材18が好適であり、より好ましくは受圧部材18の材質としてウレタンフォーム等が採用される。
 このように受圧部材18の表面に検出センサ14を重ね合わせて支持せしめた積層体34は、センサ筐体12の開口窓22内に配設されて組み付けられている。かかる組付状態下、積層体34を構成する検出センサ14の表面にはインターフェース部材16が重ね合わされて組み付けられていると共に、積層体34を構成する受圧部材18の裏面には基板20が重ね合わされて組み付けられている。
 インターフェース部材16は、全体として略平板形状を有しており、センサ筐体12の開口窓22を全体に亘って覆い得る大きさの矩形シート状とされている。インターフェース部材16の裏面36は、略平坦面とされており、外部操作力の検出部位が設けられた検出センサ14の平坦な表面に対して略全体に亘って密接状態で重ね合わされている。これにより、検出センサ14の検出部位への操作力の入力が、インターフェース部材16を介して行われるようになっている。
 すなわち、インターフェース部材16は、検出センサ14における検出部位の設定領域に重ね合わされる中央部分が、外部操作用の操作領域38とされている。この操作領域38の表面40は、操作者が指先で押圧することで操作力を及ぼす入力面とされる。また、かかる表面40は、検出センサ14における検出部位への入力がし易いように、例えば検出部位の位置を触覚で確認できるように任意の形状とすることができる。
 具体的には、検出センサ14の検出部位が複数箇所に点在している場合には、それら各検出部位に対応する部分に凹所を形成することにより、触覚での検出部位の確認を容易としつつ、押圧力の検出センサへの伝達効率を向上させることも可能である。或いは、図2~4に示されているように、操作領域38の表面40を全体に亘って湾曲凹形状として、中央を最も凹ませることにより、操作領域38の中央を触覚で確認可能とすることも可能である。
 すなわち、本実施形態では、操作領域38の表面40が、全体に亘って凹状湾曲面で構成されている。この表面40は、略球冠形状の凹面であって、外周縁から中央に向かって次第に深さ寸法が大きくなっており、中央が深さ寸法が最大となる(最も大きく凹んだ)最深部とされている。尤も、操作領域38の表面40は、凹状湾曲面であればよく、その最深部は操作領域38の中央からずれた位置に設定されていても良い。なお、表面40は、厳密には球冠形状ではなく、開口周縁部が同一平面上に位置する略矩枠状であることから、開口部の平面視における対角方向に近づくに従って次第に曲率半径が大きくなっている。更に、操作領域38の表面40の最深部は、必ずしも1点に特定されるものに限定されず、例えば、ある程度の長さをもった線状や面積を持った面状であっても良い。
 また、操作領域38の裏面(36)は、全体に亘って略平面で構成されており、インターフェース部材16における操作領域38は、その厚さが中央に行くに従って次第に薄肉とされている。
 また、インターフェース部材16の表面の特定領域に限定的に操作領域38が設定されている場合には、例えば図1~4に示されているように、操作領域38の外周縁部に沿って延びる突条42や突起又は凹凸などを形成しても良い。これにより、操作領域38の外縁を触覚で容易に確認することが可能となる。
 ところで、インターフェース部材16は、ゴムやエラストマーなどの弾性材で形成されており、外力で変形可能で且つ弾性による復元機能を備えている。実質的に非圧縮性でポアソン比が略0.5の弾性材が好適に用いられる。具体的には、耐久性や操作感などを考慮して、シリコーンゴムなどが好適に採用される。
 さらに、インターフェース部材16には、その外周縁部にシール部分44が一体形成されている。かかるシール部分44は、インターフェース部材16の外周部分に沿って形成されて裏面36に突出する周壁構造の外周壁部46を有している。外周壁部46は、センサ筐体12の開口窓22に入り込んで、検出センサ14とセンサ筐体12との間に配設されている。また、この外周壁部46の表側端部と裏側端部には、それぞれ外周側に広がって延び出す表側シール突部48と裏側シール突部50とが、一体形成されている。これら表側シール突部48と裏側シール突部50は、外周壁部46の両端から互いに対向位置して略平行に広がっており、外周壁部46を底壁とし且つ表裏のシール突部48,50を両側壁として、外周面に開口して周方向の全周に亘って連続して延びる周溝52が形成されている。
 また、本実施形態では、裏側シール突部50の突出先端部分において略球頭形の断面形状をもって厚肉とされている。これにより、裏側シール突部50には、外周端縁部を周方向に延びる係止頭部54が一体形成されている。
 なお、本実施形態のインターフェース部材16には、中央部分の操作領域38と外周縁部のシール部分44との間を所定幅で周方向に広がる接続領域56が設けられている。この接続領域56には、操作領域38よりも外周側で、且つ、外周壁部46の形成部位よりも内周側の位置に、インターフェース部材16の表面に開口して周方向に延びる凹溝58が形成されており、かかる凹溝58の形成部位においてインターフェース部材16が薄肉で変形容易とされている。更に、本実施形態では、接続領域56の裏面に開口して周方向に延びる裏側凹溝60も形成されている。これら表裏の凹溝58,60が形成されていることで、操作領域38とシール部分44との間での変形や応力の伝達の軽減が図られている。
 特に本実施形態では、裏側凹溝60が、突条42の内周側と外周側とにそれぞれ設けられている。そして、突条42の内周側に設けられた裏側凹溝60は、表面40の湾曲や突条42により厚肉とされた操作領域38の外周近くの変形剛性を軽減して操作感を向上させる効果があり、突条42の外周側に設けられた裏側凹溝60は、表側の凹溝58と近接位置して設けられることで表側凹溝58と協働して、操作領域38からシール部分44への変形や応力の伝達軽減効果を向上させる効果がある。
 そして、インターフェース部材16は、そのシール部分44がセンサ筐体12の開口窓22の開口周縁部に対して嵌着され、必要に応じて接着等されることによって組み付けられている。即ち、かかる組付状態下では、センサ筐体12の開口窓22の開口周縁部が、インターフェース部材16のシール部分44の周溝52に対して嵌め入れられている。そして、シール部分44の外周壁部46は、センサ筐体12の開口窓22の内周面に重ね合わされており、好適には密接状態で重ね合わされている。また、シール部分44の表側シール突部48は、センサ筐体12の開口窓22の開口周縁部における表面に対して密接状態で重ね合わされている。一方、シール部分44の裏側シール突部50は、センサ筐体12の開口窓22の開口周縁部における裏面に対して密接状態で重ね合わされている。
 なお、センサ筐体12の開口窓22の開口周縁部の表裏面は、何れも、略平坦面とされて、表裏のシール突部48,50が略全体に亘って密着されるようになっていることが望ましい。また、センサ筐体12の開口窓22の開口周縁部における表裏面間の厚さ寸法に比して、インターフェース部材16のシール部分44における表裏のシール突部48,50の対向面間距離が僅かに小さくされることにより、シール部分44の弾性に基づいて、表裏のシール突部48,50が開口窓22の開口周縁部の表裏両面に対して押し付けられて密接状態に保持されるようにすることが望ましい。更にまた、シール部分44における表裏のシール突部48,50の対向面間距離を、外周側(突出先端側)に行くに従って次第に小さくなるように傾斜させることにより、これらシール突部48,50における開口窓22の開口周縁部の表裏両面に対する密接力がより安定して発揮されるようにしても良い。
 また、本実施形態では、インターフェース部材16の裏面36に対して、適当なパターンで複数本の区画溝62が形成されている。本実施形態では、かかる区画溝62として、縦横各2本の格子状の直線溝形態をもって形成されている。これらの区画溝62は、操作領域38を更に複数の領域に区画するパターンとなっており、一つの領域に対する外部からの手指による押圧操作時に、他の領域にまで応力や歪みが伝達するのを軽減し得るようにされている。
 なお、区画溝62は、外周の凹溝60よりも小さな断面形状とされているが、区画溝62の断面形状を適切に調節することにより、操作領域38を操作する指先で区画溝62の存在を認識できるようにして、操作領域38の区画識別などを可能にしても良い。また、同様な趣旨から、区画溝62を表面40に形成したり、或いは区画溝62に代えて又は加えて突条を、インターフェース部材16の裏面36や表面(40)に適当なパターンで形成することも可能である。
 而して、受圧部材18の表面に検出センサ14を重ね合わせて支持せしめた前述の積層体34は、インターフェース部材16が表面側に重ね合わされることにより、インターフェース部材16のシール部分44の外周壁部46で囲まれた領域に収納された状態で配設されている。一方、かかる積層体34の裏面に組み付けられる基板20は、硬質部材であり、本実施形態では平板形状とされている。この基板20は、積層体34を構成する受圧部材18よりも大きな平面形状とされており、受圧部材18の裏面の全面に亘って重ね合わされていると共に、受圧部材18から更に外周に延び出した基板固定部64を備えている。
 特に本実施形態では、かかる基板20として、検出センサ14への給電用及び検出用の電気回路を構成する回路基板が採用されている。即ち、基板20の表面には複数の電気部品が実装されていると共に、必要な通電路が形成されて、電気回路が構成されている。
 そして、この基板固定部64が、センサ筐体12の開口窓22の外周縁部にまで張り出しており、センサ筐体12に設けられた固定部32にも重ね合わされている。これにより、固定部32に取り付けられるビスやボルト31、溶着ピン、接着などの固定手段を利用して、基板20が、センサ筐体12の裏面に対して固着されている。
 このように基板20がセンサ筐体12に組み付けられることにより、センサ筐体12の開口窓22は、その表側の開口がインターフェース部材16で覆蓋されていると共に、その裏側の開口が基板20で覆蓋されている。そして、これらインターフェース部材16と基板20との対向面間には、裏面を受圧部材18で支持せしめた検出センサ14が配設されて、センサ筐体12の開口窓22内に組み付けられている。
 かかる組付状態下、受圧部材18と検出センサ14からなる積層体34は、インターフェース部材16と基板20とに対して、それぞれ密接状態で重ね合わされている。ここにおいて、センサ筐体12に組み付けられたインターフェース部材16と基板20との対向面間距離に比して、積層体34の厚さ寸法が僅かに大きくなるように、受圧部材18の厚さ寸法が設定されていることが望ましく、それによって、検出センサ14の検出面がインターフェース部材16の裏面36に密着した重ね合わせ状態に保持されるようになっている。これにより、インターフェース部材16の操作領域38の表面40に対する指先などによる操作の外部入力が、インターフェース部材16から検出センサ14に対して効率的に及ぼされることとなる。
 また、インターフェース部材16の外周部分には、シール部分44を構成する外周壁部46が裏面36に突出形成されており、この筒状の外周壁部46で囲まれたインターフェース部材16の内部領域66に収容された状態で、検出センサ14と受圧部材18が配設されている。特に本実施形態では、検出センサ14と受圧部材18が略同じ平面形状とされており、それらの外周面とセンサ筐体12の開口窓22の内周面との間にシール部分44の外周壁部46が全周に亘って介在されている。これにより、センサ筐体12の開口窓22内において、検出センサ14のセンサ筐体12への直接の干渉が防止されており、弾性を有するインターフェース部材16の外周壁部46により、検出センサ14の面方向で緩衝的に位置決め保持されている。
 しかも、かかる検出センサ14は、その厚さ方向でも、それぞれ弾性を有するインターフェース部材16と受圧部材18との間で両者に密接状態で挟まれて弾性的に位置決め支持されており、保護状態での配設が実現されている。
 さらに、インターフェース部材16の外周部分にはシール部分44が一体形成されており、このシール部分44によってセンサ筐体12の開口窓22の内周縁部が掴まれるようにして覆われている(図2~4参照)ことから、検出センサ14が配設されたインターフェース部材16の内部領域66への水等の外部からの侵入が極めて効果的に防止される。即ち、シール部分44とセンサ筐体12の開口窓22との隙間から、仮に、水が侵入した場合でも、かかるシール部分44が外方に向かって開口する周溝52を備えていることから、侵入した水が、シール部分44よりも内周側に設けられた検出センサ14の配設領域(内部領域66)にまで回り込むことが効果的に防止され得る。
 しかも、シール部分44の外周壁部46がインターフェース部材16の裏側に突出形成されており、外周壁部46で囲まれた検出センサ14の配設領域(内部領域66)内で、検出センサ14が受圧部材18で持ち上げられて上方(インターフェース部材16の裏面36への近接方向)に位置せしめられている。それ故、万一、シール部分44とセンサ筐体12の開口窓22との隙間から侵入した水が内周側にまで入ってきた場合でも、検出センサ14への接触が効果的に防止され得る。
 また、本実施形態では、シール部分44の裏側シール突部50が、センサ筐体12の開口窓22の内周縁部とベース部材である基板20との間で厚さ方向に挟まれて圧縮された状態で組み付けられている。それ故、この裏側シール突部50の挟圧位置において、一層優れたシール性能が発揮され得る。
 更にまた、図4に示されているように、裏側シール突部50には、センサ筐体12の開口窓22のセンサ筐体裏面28に形成された係止突起30が押し付けられている。そして、裏側シール突部50の係止頭部54が、かかる係止突起30を外周側に乗り越えて位置せしめられている。これにより、センサ筐体12と基板20の間で、裏側シール突部50をセンサ筐体12の内周側に引き抜く方向の変位に対して、裏側シール突部50の挟圧位置よりも外周側に位置せしめられた係止頭部54のセンサ筐体12に対する係止作用によって抵抗力が発揮されて、シール性能の安定保持が図られている。
 さらに、センサ筐体12の開口窓22のセンサ筐体表面26に表側シール突部48が重ね合わされている。本実施形態では、表側シール突部48の表面は厚さ(図2,3中の上下方向)が外周側に向かって次第に薄くなっており、センサ筐体12の表面に近づく傾斜面とされている。それによりインターフェース部材16の外周端縁部への手指等の引っ掛かりとそれに伴う表側シール突部48の外周縁部の捲れ上がり等を抑制しているが、インターフェース部材16への外部入力などによってインターフェース部材16が弾性変形して、開口窓22の内周面とシール部分44の外周壁部46との間に隙間が発生した場合でも、かかる隙間の外部への開放が表側シール突部48で覆われた状態に維持されることとなる。それ故、そのような隙間を通じての水などの異物の侵入防止が安定して図られ得る。
 特に本実施形態では、インターフェース部材16に形成された表裏の凹溝58,60により、インターフェース部材16の操作領域38に及ぼされる操作外力に起因するシール部分44の変形が抑えられていることから、シール部分44におけるシール性能が一層安定して発揮され得る。
 上述の如き構造とされた本実施形態の検出構造体10は、インターフェース部材16に一体形成された特定構造のシール部分44により、センサ筐体12の開口窓22への水等の侵入、特に検出センサ14が配設された内部領域66への水等の侵入を効果的に防止することが可能となる。それ故、少ない部品点数と簡単な構造により、組付工程時における作業ミスを可及的に回避せしめつつ、目的とするシール性能を高度に且つ安定して高い信頼性のもとに実現することが可能となる。
 また、このように高度なシール性能が実現されることから、センサ筐体12において開口窓22の形成部分の奥方に、電気回路(基板20)の配設スペースを設定することが可能となり、電気回路を含む装置のコンパクト化と省スペース化も実現可能となる。
 そして、使用者が指先等によって、インターフェース部材16の操作領域38の表面40に対して、操作による外力(図2中の下向きに作用する押圧力)が及ぼされると、操作領域38が図6(a)に示されているように、撓み変形および圧縮変形して、その裏面(36)が裏面側に向かって入力に応じた距離:dだけ変位する。なお、操作領域38の裏面(36)の変位量:dは、入力の大きさや、操作領域38の撓み量、操作領域38の厚さ方向での圧縮による縮み量等に応じて、定まる。また、図6では、図面上での理解を容易とするために、操作による外力作用時に各部材が広い範囲に亘って全体的に変形する態様で示すが、押圧操作力の作用による実際の各部材の変形は、操作部位において集中的に発生することとなる。
 インターフェース部材16に入力された外力は、インターフェース部材16の操作領域38の裏面(36)に重ね合わされた検出センサ14を介して、緩衝受圧体としての受圧部材18に伝達される。そして、受圧部材18が、図6(b)に示されているように、撓み変形および圧縮変形して、その表面が裏面側に向かって入力の大きさに応じた距離:dだけ変位する。なお、受圧部材18の表面の変位量:dは、入力の大きさや、受圧部材18の撓み量、受圧部材18の厚さ方向での圧縮による縮み量等に応じて、定まる。
 そして、インターフェース部材16の操作領域38の裏面(36)の変位量:dが、受圧部材18の表面の変位量:dに比して、大きくされている。これにより、操作領域38と受圧部材18の間に配設された検出センサ14には、それら操作領域38の裏面(36)の変位量:dと受圧部材18の表面の変位量:dとの差(d-d)に応じた厚さ方向での圧縮変形が生じる。その結果、検出センサ14では、誘電層の厚さが小さくなって一対の電極膜が接近することで静電容量値が変化して、使用者の操作が検出センサ14によって検出される。
 要するに、検出センサ14の圧縮変形を効率的に生ぜしめるために、入力に対するインターフェース部材16の操作領域38の撓み量が、入力に対する受圧部材18の撓み量と厚さ方向での圧縮による縮み量との総和に比して、大きくされている。また、操作領域38が受圧部材18に比して薄肉のゴム弾性体で形成されていることによって、入力された外力が、検出センサ14に対して、広範囲に分散化することなく伝達されて、操作入力を効率的に検出することができる。
 なお、インターフェース部材16と基板20との間に受圧部材18が配設されていることによって、図6(c)に示されている基板20の表面の裏面側への変位量:dが抑えられており、受圧部材18の表面の変位量:dが基板20の表面の裏面側への変位量:dよりも大きくされている。即ち、受圧部材18がウレタンフォーム等で形成された弾性体とされていると共に、基板20が合成樹脂等で形成された硬質材とされていることにより、インターフェース部材16側(表側)からの入力に対して、受圧部材18の厚さ方向での圧縮変形が、基板20の撓み変形に比して支配的に生じる。その結果、基板20の撓み量(基板20の表面の変位量:d)が抑えられることから、基板20として電気回路を構成する回路基板が採用されている場合にも、断線等の不具合が回避されて、耐久性が確保される。
 また、使用者は、インターフェース部材16の操作領域38の表面40を指先で触れてタッチ操作する際に、その中央を指先の触覚によって、目視を要することなく把握することができる。即ち、操作領域38の表面40が、中央を最深部とする凹状湾曲面で構成されていることにより、指先に対する操作領域38の表面40の当接部位や、指先を操作領域38の表面40に沿わせて移動させた場合の抵抗力の変化等によって、表面40の傾斜方向を触覚で特定することができる。
 より具体的には、図7に示されているように、操作領域38の表面40に指先を当接させる場合に、指先が表面40の最深部を外れた位置に当接する(図7中のB,C)と、指先が表面40の最深部に当接する場合(図7中のA)に対して、指先における表面40との当接部分が外周側にずれる。即ち、図7では、Bにおいて、指先における表面40との当接部分が指の基端側(図7中、左側)にずれていると共に、Cにおいて、指先における表面40との当接部分が指の先端側(図7中、右側)にずれている。これにより、指先における操作領域38の表面40との当接部分の変化によって、指先が操作領域38内のどの位置において表面40と接触しているのかを、目視することなく把握することができる。
 なお、図7中では指先が2点鎖線で示されており、Aが操作領域38の表面40に対して最深部で接触した指先を、Bが操作領域38の表面40に対して最深部を指の基端側に外れた位置で接触した指先を、Cが操作領域38の表面40に対して最深部を指の先端側に外れた位置で接触した指先を、それぞれ示す。
 さらに、図7に示されているように、指先が操作領域38の表面40に対して最深部を外れた位置で当接している場合(図7中のB,C)には、当接による反力(F,F)の作用方向が、指先が表面40の最深部に当接している場合(図7中のA)の当接反力(F)の作用方向に対して、中央側に傾斜する。それ故、指先を操作領域38の表面40に沿って図7中の右方から左方(CからBへ)動かすと、特に操作領域38の中央を通過した後のAからBへの移動時に指先に作用する抵抗力が変化(漸増)することから、操作領域38の中央の位置を触覚によって把握することができる。
 このようにインターフェース部材16を備えた検出構造体10では、操作領域38の表面40に対する指先の当接位置が、指先の感覚によって、目視を要することなく把握される。それ故、使用者は、検出構造体10の操作領域38を注視することなく、目的とする操作を簡単に実行することができる。その結果、例えば、検出構造体10が自動車のエアコンディショナーやオーディオ装置等の車載装置の制御に用いられる場合等において、周囲の状況を目視で確認しながら、指先だけで車載装置の制御を実行することが可能となる。加えて、手元を注視していなくても、指先が操作領域38を外れた位置に移動した場合には、触覚によって速やかに感知されることから、操作領域38の外で操作入力をしてしまって目的とする操作が実行されないといった不具合も回避される。特に本実施形態では、インターフェース部材16に設けられた突条42,裏側凹溝60,区画溝62により、操作領域38の外縁部を指先で一層容易に触覚認識することが可能とされる。
 また、インターフェース部材16の操作領域38の裏面(36)は、略平坦面とされて、平板シート状の検出センサ14の表面に対して、全体に亘って密着状態で重ね合わされていることから、使用者の操作入力によって操作領域38に及ぼされる押圧力が検出センサ14に対してより効率的に伝達されて、使用者の操作に対する一層優れた検出精度が実現される。
 しかも、本実施形態では、検出センサ14が、誘電層の両面に電極を設けた静電容量型センサとされており、操作領域38に作用する押圧力が、誘電層の圧縮変形(一対の電極の接近変位)による静電容量の変化として検出されるようになっている。それ故、インターフェース部材16が誘電層として利用されて一方の電極が指先で構成されるタッチパネルに比して、指先と検出センサ14との距離は、検出センサ14による検出の精度に殆ど影響しない。従って、操作領域38の表面40が凹状湾曲面とされることによって、操作領域38の厚さが径方向で次第に変化していても、検出センサ14の検出精度が、操作領域38の表面40に対する指先の接触位置によって大きくばらつくのを防ぐことができて、使用者の操作入力が高精度に検出される。
 以上、本発明の一実施形態について詳述してきたが、本発明はかかる実施形態の記載によって限定解釈されるものでない。例えば、インターフェース部材16の操作領域38の形状や位置などは適宜に変更可能であり、例えば一つのインターフェース部材において複数の操作領域を形成することも可能であるし、インターフェース部材16の形状自体も平面形状を略円形とするなど任意に設計可能である。
 また、インターフェース部材16の外周端部に設けられてインターフェース部材16とセンサ筐体12の間をシールするシール部分44は、インターフェース部材16における操作領域38の湾曲した特定形状に対して、互いに独立して構成され得るものであり、例えば、本発明に係るシール部分44を採用するに際して、かかる特定形状の操作領域38は、必ずしも組み合わせて採用する必要がない。
 また、インターフェース部材16における応力や歪みの伝達を軽減する歪絶縁用の表裏の凹溝58,60は、必要に応じて採用されるものであり、かかる凹溝58,60を採用する場合でも、それらは任意の形状や数をもって、単独で或いは適数が互いに組み合わされて形成され得る。
 更にまた、本実施形態の受圧部材18は、インターフェース部材16を介して入力される外部操作力により検出センサ14に弾性変形を及ぼして静電容量変化等による電気的検出を可能とするものであれば良く、例えば硬質の樹脂プレート等を採用することも可能であるし、省略されて検出センサ14がセンサ筐体12の基板20に直接重ね合わされていても良い。なお、この場合には、基板20がインターフェース部材16の操作領域38よりも硬質とされて、操作入力時に操作領域38の裏面(36)の変位量が基板20の表面の変位量よりも大きくされることで、検出センサ14において変形に伴う静電容量等の変化が有効に生じて、外部操作が効果的に検出される。尤も、本発明では、前述のように電磁誘導方式等の静電容量型以外の検出センサを採用することも可能である。
10:検出構造体、12:センサ筐体、14:検出センサ、16:インターフェース部材、18:受圧部材(緩衝受圧体)、20:基板(ベース部材)、22:開口窓、36:裏面、38:操作領域、40:表面、46:外周壁部、48:表側シール突部、50:裏側シール突部、54:係止頭部、58:凹溝、60:裏側凹溝、66:内部領域

Claims (12)

  1.  センサ筐体の開口窓の形成部位に外部操作の検出センサが配設されていると共に、該検出センサの表面を覆って該開口窓を覆蓋するシート状のインターフェース部材が配設された外部操作の検出構造体において、
     前記インターフェース部材が弾性材で形成されていると共に、該インターフェース部材の外周部分において裏面に突出して前記センサ筐体の前記開口窓に入り込んで前記検出センサと該センサ筐体との間に配される外周壁部が形成されている一方、該外周壁部の表面側端部から外周側に広がって該センサ筐体における該開口窓の周縁部の表面に重ね合わされる表側シール突部と、該外周壁部の裏面側端部から外周側に広がって該センサ筐体における該開口窓の周縁部の裏面に重ね合わされる裏側シール突部とが形成されていることを特徴とする外部操作の検出構造体。
  2.  前記センサ筐体に固定されて取り付けられるベース部材と該センサ筐体の前記開口窓の周縁部との間で、前記裏側シール突部が挟圧されている請求項1に記載の外部操作の検出構造体。
  3.  前記裏側シール突部の先端部分に厚肉の係止頭部が一体形成されており、前記センサ筐体と該センサ筐体に固定されて取り付けられるベース部材との間で該係止頭部が係止状態で抜け止め保持されている請求項1又は2に記載の外部操作の検出構造体。
  4.  前記表側シール突部の表面が、外周端部に向かって次第に薄くなって前記センサ筐体の表面に近づく傾斜面とされている請求項1~3の何れか1項に記載の外部操作の検出構造体。
  5.  前記インターフェース部材の中央部分には外部操作用の操作領域が設けられている一方、該操作領域よりも外周側で且つ前記外周壁部の形成部位よりも内周側に位置して該インターフェース部材の表面に開口して延びる歪絶縁用の凹溝が形成されている請求項1~4の何れか1項に記載の外部操作の検出構造体。
  6.  前記インターフェース部材の中央部分には外部操作用の操作領域が設けられている一方、該操作領域よりも外周側で且つ前記外周壁部の形成部位よりも内周側に位置して該インターフェース部材の裏面に開口して延びる歪絶縁用の凹溝が形成されている請求項1~5の何れか1項に記載の外部操作の検出構造体。
  7.  前記検出センサが、外力作用による変形に伴う静電容量の変化に基づいて外力を検出する静電容量型センサとされており、前記インターフェース部材の裏面側で前記外周壁部で周囲を囲まれた内部領域に収容配置されている請求項1~6の何れか1項に記載の外部操作の検出構造体。
  8.  前記検出センサへの通電用の電気回路が、前記センサ筐体の前記開口窓の形成部位に配設されている請求項1~7の何れか1項に記載の外部操作の検出構造体。
  9.  前記検出センサが外力作用による変形に伴う静電容量の変化に基づいて外力を検出する静電容量型センサとされており、前記センサ筐体に固定されて取り付けられるベース部材で該検出センサの裏面が支持されている一方、
     該検出センサの表面を覆う前記インターフェース部材が弾性材で形成されていると共に、該インターフェース部材には外部操作用の操作領域が設けられており、該操作領域の表面が凹状湾曲面とされている請求項1~8の何れか1項に記載の外部操作の検出構造体。
  10.  前記インターフェース部材の前記操作領域に作用する外力に対して、該外力の作用位置における該操作領域の裏面の変位量が、前記ベース部材の表面の変位量よりも大きくされている請求項9に記載の外部操作の検出構造体。
  11.  前記検出センサと前記ベース部材の間に緩衝受圧体が重ね合わされて配設されており、前記インターフェース部材の前記操作領域に作用する外力に対して、該外力の作用位置における該操作領域の裏面の変位量が該緩衝受圧体の表面の変位量よりも大きくされていると共に、該外力の作用位置における該緩衝受圧体の表面の変位量が該ベース部材の表面の変位量よりも大きくされている請求項10に記載の外部操作の検出構造体。
  12.  前記インターフェース部材における前記操作領域の表面が凹状湾曲面で構成されていると共に、該操作領域の裏面が平面で構成されて前記検出センサに重ね合わされている請求項9~11の何れか1項に記載の外部操作の検出構造体。
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