WO2016199517A1 - 押圧検知装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 外観形成部材に穴などを設けなくても、外観形成部材の外部からの押圧操作を検知できる押圧検知装置を提供する。 【解決手段】 押圧検知装置10は、電極部材11に薄いスペーサ13を介して対向部材15が重ねられており、感知領域14で、固定電極12xと対向電極が対向している。対向部材15は粘着層16を介して外観形成部材1の一部の操作パネル部1aの背面に接着される。外観形成部材1は例えば鏡である。鏡の一部が押されると鏡が撓み、一緒に対向部材15が撓み、固定電極12xと対向電極との距離が接近し、これが検知されて押圧操作入力が行われる。
Description
本発明は、電気製品や電子機器の筐体や鏡などの外観形成部材に力を与えることで検知動作が可能な押圧検知装置に関する。
与えられた力を検知する押圧検知装置としては、特許文献1に記載されているように、歪み変形可能な部材に歪みゲージが取り付けられたもの、あるいは固定電極と対向電極が対向し、固定電極と対向電極との距離の変化を静電容量の変化で検知するなどものがある。
これら押圧検知装置は、いずれも外部からの力を受ける押釦や操作用の突起などが備えられている。特許文献1に記載されたものでは、歪みゲージが設けられた部材に連結軸が固定されており、この連結軸に作用した荷重によって歪みゲージに歪みが与えられる。
従来の押圧検知装置は、押釦や操作用の突起を必要としているため、例えば電子機器の筐体や鏡などの外観形成部材に押圧検知装置を設けるときには、これら筐体や鏡に穴をあけて、押釦や操作用の突起を穴の内部に装着することが必要である。
そのため、押圧検知装置の装着の構造が複雑であり、また筐体や鏡の外観を損ねる可能性もある。特に鏡の場合には、押圧検知装置の装着により反射領域を狭めることになり、鏡の外観を損なうばかりではなくその機能の一部を失うことになる。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、外観形成部材をそのまま使用して押圧操作を可能にした押圧検知装置を提供することを目的としている。
本発明は、固定電極と、前記固定電極に対向する対向電極とが設けられた押圧検知装置において、
前記固定電極を有する電極部材と、前記対向電極を有する対向部材と、前記固定電極と前記可動電極とが対向する感知領域を除いて前記電極部材と前記対向部材との間に配置されたスペーサとが設けられ、
前記対向部材は前記電極部材よりも剛性が低く撓み変形可能であり、
前記対向部材が機器の外観形成部材の内面に固定され、前記外観形成部材と共に前記対向部材が撓んだときに、前記感知領域での前記固定電極と前記対向電極との距離の変化が検知されることを特徴とするものである。
前記固定電極を有する電極部材と、前記対向電極を有する対向部材と、前記固定電極と前記可動電極とが対向する感知領域を除いて前記電極部材と前記対向部材との間に配置されたスペーサとが設けられ、
前記対向部材は前記電極部材よりも剛性が低く撓み変形可能であり、
前記対向部材が機器の外観形成部材の内面に固定され、前記外観形成部材と共に前記対向部材が撓んだときに、前記感知領域での前記固定電極と前記対向電極との距離の変化が検知されることを特徴とするものである。
本発明の押圧検知装置は、電子機器の筐体や鏡などの外観形成部材の前記感知領域に対向する部分に力が与えられると、外観形成部材と共に対向部材が撓み、固定電極と対向電極との距離が狭まって、前記力が作用したことが検知される。よって、外観形成部材に穴などを空ける必要が無く、外観形成部材の一部を操作領域として使用できるようになる。
本発明の押圧検知装置は、前記固定電極が複数のX電極と複数のY電極を有して、座標検知出力を得る相互容量検知方式の静電センサが構成されており、前記座標検知出力から、前記感知領域において前記対向電極と前記固定電極との距離が変化したことが検知されるものである。
あるいは、本発明の押圧検知装置は、前記固定電極が前記感知領域に設けられて、自己容量検知方式の静電センサが構成されているものである。
本発明の押圧検知装置は、前記対向部材の表面に、前記外観形成部材に固着されるための粘着層または接着層が形成されているものとして構成できる。
本発明の押圧検知装置は、前記対向部材が、少なくとも一部に前記対向電極となる金属層を有する可撓シートであることが好ましい。
上記構成では、対向部材を可撓シートで構成することで、外観形成部材の変形によって対向部材が撓みやすくなり、押圧検知装置の検知感度を高めることができる。
本発明は、前記金属層が、複数箇所の前記感知領域に共通して対向できるように連続して形成されているものであってもよい。
本発明の押圧検知装置は、前記スペーサは両面接着テープであることが好ましい。
本発明の押圧検知装置は、前記スペーサは両面接着テープであることが好ましい。
上記のようにスペーサを両面接着テープにすると、固定電極と対向電極との距離を接近させることができ、外観形成部材のわずかな歪みに対しても検知出力を得られるようになる。
本発明の押圧検知装置は、前記外観形成部材には、前記感知領域において前記対向部材に対向する突部が形成されているものであってもよい。
ただし、本発明の押圧検知装置における前記外観形成部材は、前記感知領域に対応する部分とその周囲部分とで厚さ寸法が均一であることが好ましい。
本発明の押圧検知装置では、前記外観形成部材が鏡である。あるいは、前記外観形成部材が電気製品または電子機器の筐体である。
本発明は、電子機器の筐体や鏡などの外観形成部材の前記感知領域に対向する部分に力が与えられると、外観形成部材と共に対向部材が撓み、固定電極と対向電極との距離が狭まって、前記力が作用したことが検知される。よって、外観形成部材に穴などを空ける必要が無く、外観形成部材の一部を操作領域として使用できるようになる。
図1は第1の実施の形態を示すものであり、外観形成部材1とその一部に設置される押圧検知装置10が示されている。
外観形成部材1は、機器の外観を形成するものであり、図1に示す実施の形態での外観形成部材1は、全体が反射面となった化粧用や洋服の試着用などに使用される家庭用または業務用の鏡である。外観形成部材1の一部が操作パネル部1aとなり、操作パネル部1aの裏側に押圧検知装置10が取り付けられる。
前記操作パネル部1aは、外観形成部材1である鏡の一部であり、この部分の厚さは操作パネル部1aの周辺の他の領域の厚さ寸法と同じであり、操作パネル部1aとその周囲部分とで構造が同じである。ただし、操作者が操作しやすいように、鏡の表面に、操作パネル部1aの領域であることを示す枠状の表示や、後に説明する感知領域の押圧操作箇所を示すマークなどが付されていてもよい。
図2と図3に示すように、押圧検知装置10は、電極部材11を有している。電極部材11は硬質基板でありガラスエポキシ基板である。電極部材11の前面11aに固定電極12が設けられている。固定電極12は、複数のX電極12xと複数のY電極12yとから構成されている。X電極12xとY電極12yは交差しているが、交差部分でX電極12xとY電極12yが互いに絶縁されている。あるいは、複数のX電極12xと複数のY電極12yが、基板の異なる面に形成されていてもよい。
電極部材11の前面11aにはスペーサ13が設置され、その前方に対向部材15が設置されている。スペーサ13は樹脂フィルムなどの薄いものであり、好ましくは樹脂フィルムの両面に粘着層が形成された両面接着テープが使用される。スペーサ13には、円形の穴13aが複数箇所に形成されており、この穴13aの内部が押圧検知装置10の感知領域14となる。
スペーサ13の前方に対向部材15が設けられている。対向部材15には、複数箇所の感知領域14の全てに対向できる広い面積の対向電極が設けられている。対向部材15は、電極部材11よりも剛性が低く撓み変形可能な可撓性部材で形成されており、この実施の形態では可撓性シートで構成されている。対向部材15は銅箔やアルミニウム箔などの金属箔であり、この場合には対向部材15の全体が対向電極となる。あるいは樹脂シートの表面に銅や銀などの金属層が蒸着工程などで形成され、または前記金属層が印刷などで形成されている。この場合には、前記金属層が対向電極となる。
電極部材11と対向部材15はスペーサ13を挟んで互いに固定されている。図3に示すように、スペーサ13の穴13aの内部の感知領域14で、電極部材11に形成された固定電極12と対向部材15に形成された対向電極とが対向する。対向電極は接地電位に設定されることが好ましい。例えば、対向部材15の一部に細片が形成され、この細片が電極部材11の位置まで延ばされ、対向電極の一部が電極部材11の接地電位部に半田付けにより接続されている。
押圧検知装置10は、対向部材15の前面15aに粘着層16が設けられる。粘着層16は、対向部材15の前面15aに転写されて形成されていてもよいし、対向部材15の前面15aに両面接着テープが貼着されて形成されてもよい。粘着層16は粘性とスタック性を有し、対向部材15のほぼ全面を外観形成部材1の背面1bに密着させて固定するものである。または粘着層16の代わりに2液混合で硬化する接着層や紫外線で硬化するUV接着剤を使用することもできる。
次に、押圧検知装置10の検知動作を説明する。
電極部材11に設けられた固定電極12は相互容量検知方式の静電センサであり、X電極12xとY電極12yとの間に静電容量が形成されている。例えば、複数のX電極12xに順番にパルス状の電圧が印加されると、この電圧の立ち上がり時と立下り時にY電極12yに電流が流れる。接地電位の物体が固定電極12に接近すると、この物体と固定電極12との間に静電容量が形成され、Y電極12yに流れる電流が変化する。図示しない制御部では、Y電極12yの電流値を順番に検知することで、接地電位の物体がどの箇所に接近しているかを示す座標検知出力を得ることができる。
電極部材11に設けられた固定電極12は相互容量検知方式の静電センサであり、X電極12xとY電極12yとの間に静電容量が形成されている。例えば、複数のX電極12xに順番にパルス状の電圧が印加されると、この電圧の立ち上がり時と立下り時にY電極12yに電流が流れる。接地電位の物体が固定電極12に接近すると、この物体と固定電極12との間に静電容量が形成され、Y電極12yに流れる電流が変化する。図示しない制御部では、Y電極12yの電流値を順番に検知することで、接地電位の物体がどの箇所に接近しているかを示す座標検知出力を得ることができる。
図2に示す押圧検知装置10は、スペーサ13に複数箇所(4か所)の穴13aが形成されて、それぞれの穴13aの内部が感知領域14となっている。図3に示すように、いずれかの感知領域14と対向する部分で外観形成部材1が押圧力F0で押されると、感知領域14と対向する部分で外観形成部材1と共に対向部材15が電極部材11の前面11aへ接近するように変形し、好ましくは接地電位に設定されている対向電極が固定電極12と接近する。前記制御部では電極部材11のどの部分に対向電極が接近したかが演算され、どの感知領域14に対応する箇所で対向部材15に力が与えられかが検出される。
図3に示すように、感知領域14以外のスペーサ13と対向する領域で外観形成部材に押圧力F1が与えられたときは、外観形成部材1と共に対向部材15が変形したとしても、対向部材15に形成された対向電極と固定電極12の距離が変化せず、識別可能な程度の座標検知出力が出ることはない。もし識別可能な座標検知出力が得られた場合には、その座標位置を演算することで、感知領域14での押圧操作ではないと判断でき、検知出力を無視することができる。
図3に示すように、押圧検知装置10の対向部材15の前面15aのほぼ全面が粘着層16を介して外観形成部材1の操作パネル部1aの背面1bに固定されている。そのため、外観形成部材1である鏡の一部の操作パネル部1aにおいて、いずれかの感知領域14に対向する部分が指などで押されると、外観形成部材1が部分的に撓み、対向部材15が一緒に撓んで、選択した感知領域14において、対向電極と固定電極12とが接近し、その感知領域14が操作されたことを検出することができる。
外観形成部材1のわずかな歪量を検知するためには、感知領域14において固定電極12と対向電極の対向距離が短いことが好ましい。そのために、スペーサ13はPET(ポリエチレンテレフタレート)などの樹脂フィルムによって形成され、あるいは前記樹脂フィルムの両側に粘着層を有する両面接着テープで形成されて薄く構成されている。スペーサの厚み、すなわち感知領域14における電極部材11の前面11aと対向部材15との対向距離は、500μm以下が好ましくさらには300μm以下が好ましく、あるいは100μm以下がさらに好ましい。
対向部材15は、外観形成部材1と一緒に撓めるように、電極部材11よりも剛性が低いことが必要である。対向部材15の厚さ寸法は、例えば1mm以下に形成されていることが好ましく、さらには500μm以下が好ましい。
前記のように電極部材11として、複数のX電極12xと複数のY電極12yを有する相互容量検出方式の静電センサを使用すると、感知領域14の形状や位置を変更した場合にも、同じ電極部材11をそのまま使用することができる。
図4は変形例のスペーサ13Aを示している。スペーサ13Aには円形の複数の穴13bと共に、幅寸法よりも長さ寸法が大きい直線状に延びるスリット13cが開口して形成されており、穴13bの内部とスリット13cの内部が共に感知領域14となっている。
図2に示すスペーサ13の代わりに図4に示すスペーサ13Aを使用すると、同じ電極部材11を使用して、異なる領域での操作入力を行うことができる。すなわち、電極部材11から得られる座標検知出力のうち、どの座標検知出力が感知領域14に対応するかを予め制御回路に設定しておくことにより、どの操作領域14が操作されたのかを識別することができる。
また、図4に示すスペーサ13Aを使用すると、穴13bの部分での押圧操作のみならず、スリット13cの部分で外観形成部材1を指で押して、スリット13cの長手方向に押したままの指をスライドさせることでスライド操作入力も可能になる。
なお、図2と図3に示す電極部材11には、固定電極12として相互容量検出方式のためのX電極12xとY電極12yが設けられているが、図5に示すように、それぞれの感知領域14の内部において、固定電極12として単独電極12zが設けられていてもよい。単独電極12zは、感知領域14毎に個別に設けられ、それぞれが別個に制御装置に接続されている。この構成では、自己容量検知方式の静電センサが構成される。
前記実施の形態では、外観形成部材1が化粧用などの鏡であったが、外観形成部材は、家庭用電気製品や各種電子機器の筐体であってもよい。例えば家庭用電気製品の筐体の一部が操作パネル部1aとされ、この操作パネル部1aにおいて筐体の内面に押圧検知装置10が固定される。感知領域14に対向する部分で筐体の一部を押すことで、操作入力を行うことができる。
電気製品などの筐体では、操作パネル部とその周囲の領域とで厚さを均一にしておいてもよい。また操作パネル部の内部においても、感知領域14に対向する領域とその周辺の領域とで厚さ寸法を均一にしておいてもよい。このように筐体の構造に変化を与えなくても、筐体の表面を押すことで入力操作が可能になる。ただし、筐体の表面に、操作パネル部の領域が解るように枠などを表示したり、感知領域14と対向する部分に押圧箇所であることを示す表示を形成してもよい。また、外観形成部材1が電気製品や電子機器の筐体である場合には、感知領域14に対向する領域をその周囲よりもやや薄く形成してもよい。
図6と図7は本発明の第2の実施の形態を示している。
図6は、携帯用電話などとして使用される携帯用情報端末2が背面2a側を上にして示されている。背面2aには筐体に開口部3が形成されており、開口部3が着脱自在の蓋体4で覆われている。蓋体4は合成樹脂材料で形成されている。蓋体4は携帯用情報端末2の筐体の一部であり、この実施の形態では、蓋体4が外観形成部材となる。
図6は、携帯用電話などとして使用される携帯用情報端末2が背面2a側を上にして示されている。背面2aには筐体に開口部3が形成されており、開口部3が着脱自在の蓋体4で覆われている。蓋体4は合成樹脂材料で形成されている。蓋体4は携帯用情報端末2の筐体の一部であり、この実施の形態では、蓋体4が外観形成部材となる。
携帯用情報端末2の開口部3の内部に押圧検知装置20が収納されている。図7の断面図に示すように、押圧検知装置20は、筐体の内部に固定された支持基板4の上に設置されている。
押圧検知装置20は、電極部材21が硬質支持板21aとその前面に貼りつけられたフィルム基板21bとで構成されている。フィルム基板21bの前面に固定電極22が設けられている。固定電極22は、図2と図3に示したのと同じ相互容量検知方式のX電極とY電極である。あるいは、図5に示すように自己容量検知方式の単独電極である。
フィルム基板21bの前部にスペーサ23が設けられている。スペーサ23は、レジスト材料などの有機絶縁層である。スペーサ23には穴23aが形成され、その内部が感知領域24となっている。スペーサ23の前部には対向部材25が重ねられている。対向部材25は樹脂フィルムの表面(固定電極22と対向する面)のほぼ全面に銅箔や銀ペース塗膜などの対向電極が形成されている。感知領域24の内部で固定電極22と、対向部材25に形成された対向電極が対向している。
図7に示すように、携帯用情報端末2の内部の支持基板4に硬質支持板21aの背部が接着剤などで固定されている。蓋体4の内面には突部4aが一体に形成されており、突部4aが感知領域24において対向部材25に対向している。蓋体4が閉じられた状態で、突部4aの先部が対向部材25の前面に軽く接触していることが好ましい。
この実施の形態では、携帯用情報端末2の蓋体4の中央部を押すと、突部4aにより対向部材25が撓まされ、感知領域24の内部で固定電極22と対向電極とが接近して押圧操作が検知される。
押圧検知装置20は、携帯用の背部の薄い空間内に配置されるため、押圧検知装置20は薄型であることが好ましく、第1の実施の形態と同様に、スペーサ23の厚さは、500μm以下が好ましくさらには300μm以下が好ましく、あるいは100μm以下が好ましい。また、対向部材25は、500μm以下が好ましい。
第2の実施の形態においても、携帯用情報端末2の蓋体4を押圧することで、入力操作を行うことができる。
図8は、図7に示す押圧検知装置20の分解斜視図であり、図9は押圧検知装置20が組み立てられた状態を示す斜視図である。
図8に示すように、電極部材21は、硬質支持板21aに支持されているフィルム基板21bを有しており、フィルム基板21bと対向部材25はPETなどのフィルム基材で一体に形成されており、フィルム基板21bと対向部材25とが連結部21d,21dで連結されている。フィルム基板21bの前面には固定電極22が銅箔や銀ペーストなどで形成されている。対向部材25には対向電極25aが銅箔や銀ペーストなどで形成されている。フィルム基板21bには配線帯21cが一体に延びており、固定電極22から延びるリード部22aと対向電極25aから延びるリード部25bが、配線帯21c上に形成されて引き出されている。対向電極25aは接地電位に設定されている。
フィルム基板21bの前面には、固定電極22の周囲に有機絶縁層が塗布されてスペーサ23が形成され、スペーサ23の穴23aの内部の感知領域24に固定電極22が配置される。スペーサ23が形成された後に、図8で矢印で示すように、対向部材25がフィルム基板21bに重ねられるように折り畳まれ、スペーサ23と対向部材25とが接着される。これにより、図7と図9に示すように、硬質支持板21a、フィルム基板21b、スペーサ23、対向部材25の順に重ねられた積層構造になる。
なお、図2と図3に示す押圧検知装置10も、図8に示すように、フィルム基材を折り畳んで形成することが可能である。
1 外観形成部材
1a 操作パネル部
2 携帯用情報端末
4 蓋体
10 押圧検知装置
11 基板
12 固定電極
13,13A スペーサ
14 感知領域
15 対向部材
16 粘着層
20 押圧検知装置
21 基板
22 固定電極
23 スペーサ
24 感知領域
25 対向基板
25a 対向電極
1a 操作パネル部
2 携帯用情報端末
4 蓋体
10 押圧検知装置
11 基板
12 固定電極
13,13A スペーサ
14 感知領域
15 対向部材
16 粘着層
20 押圧検知装置
21 基板
22 固定電極
23 スペーサ
24 感知領域
25 対向基板
25a 対向電極
Claims (11)
- 固定電極と、前記固定電極に対向する対向電極とが設けられた押圧検知装置において、
前記固定電極を有する電極部材と、前記対向電極を有する対向部材と、前記固定電極と前記可動電極とが対向する感知領域を除いて前記電極部材と前記対向部材との間に配置されたスペーサとが設けられ、
前記対向部材は前記電極部材よりも剛性が低く撓み変形可能であり、
前記対向部材が機器の外観形成部材の内面に固定され、前記外観形成部材と共に前記対向部材が撓んだときに、前記感知領域での前記固定電極と前記対向電極との距離の変化が検知されることを特徴とする押圧検知装置。 - 前記固定電極が複数のX電極と複数のY電極を有して、座標検知出力を得る相互容量検知方式の静電センサが構成されており、前記座標検知出力から、前記感知領域において前記対向電極と前記固定電極との距離が変化したことが検知される請求項1記載の押圧検知装置。
- 前記固定電極が前記感知領域に設けられて、自己容量検知方式の静電センサが構成されている請求項1記載の押圧検知装置。
- 前記対向部材の表面に、前記外観形成部材に固着されるための粘着層または接着層が形成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の押圧検知装置。
- 前記対向部材は、少なくとも一部に前記対向電極となる金属層を有する可撓シートである請求項1ないし4のいずれかに記載の押圧検知装置。
- 前記金属層が、複数箇所の前記感知領域に共通して対向できるように連続して形成されている請求項5記載の押圧検知装置。
- 前記スペーサは両面接着テープである請求項1ないし6のいずれかに記載の押圧検知装置。
- 前記外観形成部材には、前記感知領域において前記対向部材に対向する突部が形成されている請求項1ないし7のいずれかに記載の押圧検知装置。
- 前記外観形成部材は、前記感知領域に対応する部分とその周囲部分とで厚さ寸法が均一である請求項1ないし7のいずれかに記載の押圧検知装置。
- 前記外観形成部材は鏡である請求項1ないし9のいずれかに記載の押圧検知装置。
- 前記外観形成部材は電気製品または電子機器の筐体である請求項1ないし9のいずれかに記載の押圧検知装置。
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