JP2015118890A - 静電容量式操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度のばらつきを低減する。【解決手段】静電容量式操作装置１００は、前方から接触操作を受ける複数の操作面１６ａ〜ｃを有する操作プレート１０と、操作プレート１０の後方に距離を隔てて配置された基板４０と、基板４０に配置され、複数の操作面１６ａ〜ｃに向けて突出する複数の電極５０ａ〜ｃとを備え、各電極５０ａ〜ｃは、接触操作に対して反応する反応面５２ａ〜ｃを先端に有し、反応面５２ａ〜ｃと操作面１６ａ〜ｃとの間に生ずる静電容量の変化を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量式操作装置に関する。

従来、静電容量式操作装置が知られている。特許文献１に記載の装置では、操作プレートに、電極を有するタッチセンサシートが接着されて形成されている。

特開２０１２−７９４２５号公報

特許文献１に記載の装置では、タッチセンサシートは、操作パネルに沿って接着される接着工程を経て製造されている。しかしながら、曲面状等の操作プレートにタッチセンサシートを接着するのは煩雑な工程となる。

このため、本発明者らは、曲面状等の非平面形状を有する操作プレートを備える構成において、電極を平面状を有する基板に実装することを検討した。ところが、かかる場合では、操作プレートが非平面形状を有するため、操作プレートと基板との間の距離が異なる領域が存在するため、各領域によって静電容量の変化を検出する感度が変わってしまうことが新たに判明した。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、検出感度のばらつきを低減する静電容量式操作装置を提供することにある。

本発明は、前方から接触操作を受ける複数の操作面を有する操作プレートと、操作プレートの後方に離間して配置された基板と、基板に配置され、複数の操作面に向けて突出する複数の電極とを備え、各電極は、接触操作に対して反応する反応面を先端に有し、反応面と操作面との間に生ずる静電容量の変化を検出することを特徴とする。

このような本発明によると、操作プレートの操作面に向けて突出する電極を基板に配置し、かつこの電極の先端に、接触操作に対して反応する反応面が設けられている。これによれば、操作プレートの操作面と基板との間の距離が異なる領域が存在しても電極の突出高さを調整することで反応面と操作面との距離差を調整して、反応面と操作面との間に生ずる静電容量の変化を検出することが、可能となる。したがって、上記領域の存在による検出感度のばらつきを低減する静電容量式操作装置を提供することができる。

第１実施形態における静電容量式操作装置の模式断面図である。 第１実施形態における電極の斜視図である。 第２実施形態における静電容量式操作装置の模式断面図である。 変形例１における電極の一例を示す模式断面図である。 変形例１における電極の他の一例を示す模式断面図である。 変形例３，４における静電容量式操作装置の模式断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による静電容量式操作装置１００は、移動体の一種である車両に搭載されており、操作者としての車両乗員により、例えば指２で接触操作を受けることで、操作される。静電容量式操作装置１００は、図１に示すように、主として、操作プレート１０、導光部材２０、光源３０、基板４０、複数の電極５０ａ〜ｃを備えている。

ここで、第１実施形態における前方とは、静電容量式操作装置１００を基準として、操作者の位置する方向を示す。また、後方とは、前方の反対側を示す。

操作プレート１０は、静電容量式操作装置１００の最も前方に配置されている。そして、操作プレート１０は、ポリカーボネイト等の合成樹脂等からなる基材１４の表面に、操作者に視認される複数の意匠１２ａ〜ｃが形成されたフィルム状の意匠フィルム１２を貼り付けることにより、透光性のプレート状に形成されている。意匠フィルム１２が、後方の導光部材２０に導光された光源光を部分的に透過させることにより、操作プレート１０は、各意匠１２ａ〜ｃを前方に向けて発光表示可能となっている。なお、基材１４は、透光性であれば、着色されたものであってもよい。

また、操作プレート１０は、曲面状に形成され、前方から接触操作を受ける曲面状の複数の操作面１６ａ〜ｃを前方側表面に有している。操作プレート１０の前方側表面のうち操作可能な領域としての複数の操作面１６ａ〜ｃは、複数の意匠１２ａ〜ｃに対応する位置に設けられている。

導光部材２０は、操作プレート１０の後方に配置され、アクリル樹脂等の透光性の合成樹脂等からなるプレート状の部材である。導光部材２０は、操作プレート１０側の射出面２２と、射出面２２とは反対側の当接面６０、及び射出面２２と当接面６０の間に形成された側面としての入射面２４を有している。射出面２２は、操作プレート１０と対向し、凸面状に形成されている。凸面状の射出面２２は、射出面２２に到達した光源光の発散を抑制することで、操作プレート１０の各意匠１２ａ〜ｃに効率良く導光する。当接面６０は、射出面２２とは反対側において、各操作面１６ａ〜ｃに沿った曲面状である凹面状に形成されており、各意匠１２ａ〜ｃに対応する位置において、各反応面５２ａ〜ｃの大きさよりも小さい幅である複数の溝６０ａが形成されている。溝６０ａは、入射面２４からの光源光を反射することにより、射出面２２を介して、操作プレート１０の各意匠１２ａ〜ｃに効率良く導光する。入射面２４は、光源３０と対向し、光源３０からの光源光が照射されて、光源光が導光部材２０内に入射する面である。

光源３０は、例えば発光ダイオードからなる発光素子であり、複数の意匠１２ａ〜ｃの配置を考慮して、基板４０上に複数設けられている。各光源３０は、基板４０に実装される回路要素４２を通して電源（図示しない）と接続されて、発光することにより光源光を導光部材に向けて照射する。

基板４０は、導光部材２０を挟んで操作プレート１０の後方に離間して配置され、例えばエポキシ樹脂等により形成される平板状に形成されている。基板４０には、静電容量の変化に基づく処理を実行する回路要素４２が実装されている。ここで、本実施形態では、回路要素４２として、抵抗素子、トランジスタ、及び集積回路等の回路素子、並びに導通パターンを例示する。その他、基板４０には、電力を供給するための回路要素４２、及び光源３０を発光させるための回路要素４２が実装される。なお、基板４０は、例えばネジ４４によるネジ止めにより、操作プレート１０に保持される。また、図１において回路要素は、一部のみが図示され、他は省略されている。図１で示した一部についても、形状及び大きさは模式的に示され、細部は図示されない。

そして、操作プレート１０が曲面状であり、基板４０が平板状であるため、操作プレート１０の操作面１６ａ〜ｃと基板４０との間の距離Ｄが異なる領域が存在することとなる。また、距離が同じ領域が存在する場合もある。

複数の電極５０ａ〜ｃは、基板４０に配置され、複数の操作面１６ａ〜ｃに向けて突出している。換言すると、各電極５０ａ〜ｃが、複数の操作面１６ａ〜ｃのうち、各々に対応する操作面１６ａ〜ｃに向けて突出している。具体的には、図１，２に示すように、各電極５０ａ〜ｃは、銅板の表面に、めっき層を設けてＺ字状に形成されている。そして、Ｚ字形の根元が、基板４０の操作プレート１０側の面において、半田付けによって保持されると共に、回路要素４２と電気的に接続されている。一方、Ｚ字形の先端は、操作プレート１０の操作面１６ａ〜ｃに向けて突出し、当該先端には反応面５２ａ〜ｃが形成されている。各反応面５２ａ〜ｃは、対応する操作面１６ａ〜ｃを向く長方形の板状に形成されている。そして、例えば操作者の指２が操作面１６ａに接触すると、反応面５２ａと操作面１６ａとの間に生ずる静電容量が変化する。他の操作面１６ｂ，１６ｃと反応面５２ｂ，５２ｃについても同様であり、各電極５０ａ〜ｃは、このような反応面５２ａ〜ｃと操作面１６ａ〜ｃとの間に生ずる静電容量の変化を検出可能となっている。より詳細には、各電極５０ａ〜ｃは、静電容量の変化に応じて生じた電圧の変化を電気信号として出力する。そして、電気信号が回路要素４２を介してマイクロコンピュータ（図示しない）に送られ、処理される。

また、各電極５０ａ〜ｃの反応面５２ａ〜ｃは、導光部材２０の当接面６０と当接している。より詳細には、各電極５０ａ〜ｃは上記Ｚ字形状により弾性を有しており、弾性変形状態で、基板４０と当接面６０との間に介装されている。これにより、各電極５０ａ〜ｃの反応面５２ａ〜ｃは、操作面１６ａ〜ｃと基板４０との間の距離に基づいた基板４０からの突出高さＨに設定されている。すなわち、当接面６０は操作面１６ａ〜ｃに沿った形状に配置されているので、操作面１６ａ〜ｃと基板４０との間の距離Ｄが離れる程、反応面５２ａ〜ｃの突出高さが高くなっている。ここで、本実施形態における操作面１６ａ〜ｃと基板４０との距離Ｄとは、各操作面１６ａ〜ｃの中心部と基板４０とを、各操作面に１６ａ〜ｃに対応する電極５０ａ〜ｃの突出方向に沿って結ぶ距離である。本実施形態における各操作面１６ａ〜ｃの中心部とは、各操作面１６ａ〜ｃに対応する意匠１２ａ〜ｃの中心部である。

具体例として、図１に示すように、操作面１６ａと基板４０との距離をＤＡ、操作面１６ｂと基板４０との距離をＤＢ、操作面１６ｃと基板４０との距離ＤＣ、操作面１６ａに対応する電極５０ａの反応面５２ａの突出高さをＨＡ、操作面１６ｂに対応する電極５０ｂの反応面５２ｂの突出高さをＨＢ、及び操作面１６ｃに対応する電極５０ｃの反応面５２ｃの突出高さＨＣとする。そして、ＤＢがＤＡ及びＤＣよりも大きく、ＤＡがＤＣと実質等しい本実施形態では、ＨＢがＨＡ及びＨＣよりも大きく、ＨＡがＨＣと実質等しく設定されている。さらに、突出高さＨの差は、距離Ｄの差と実質等しく設定されている。すなわち、例えばＨＢ−ＨＡ＝ＤＢ−ＤＡとなるように設定されている。

ここで、このような第１実施形態の静電容量式操作装置１００の製造方法（組立方法）について、以下に簡潔に記載する。静電容量式操作装置１００は、配置工程及び当接工程を経て組み立てられる。

配置工程では、当接面６０を配置する。具体的には、ネジ止めないしはスナップフィット等の方法により、導光部材２０を操作プレート１０に保持する。このとき、導光部材２０の射出面２２と操作プレート１０の複数の操作面１６ａ〜ｃとは反対側の面とを対向させる。このようにして、導光部材２０の当接面６０が、複数の操作面１６ａ〜ｃに沿って配置される。

配置工程の後の当接工程では、基板４０から突出する各電極５０ａ〜ｃを、配置工程にて複数の操作面１６ａ〜ｃに沿って配置された当接面６０に当接させる。例えば、曲面状の当接面６０のうち深さの大きな箇所と深さの小さな箇所とのそれぞれ対応する大小２種類の自然長を有する複数の電極５０ａ〜ｃを、基板４０に保持した状態で、当接面６０側に対向させる。そして、基板４０を操作プレート１０に保持するためのネジ止めを行なう。ネジ止めにより、基板４０が、当接面６０に接近していくと、当接面６０側に対向していた電極５０ａ〜ｃの反応面５２ａ〜ｃが、当接面６０と当接する。さらに基板４０が、当接面６０に接近していくと、当接面６０と当接していた各電極５０ａ〜ｃは、弾性変形して、反応面５２ａ〜ｃが操作面１６ａ〜ｃに対して位置決めされてゆく。このようにして、全ての反応面５２ａ〜ｃが当接面６０と当接するまで基板４０を操作プレート１０側に接近させると、全ての反応面５２ａ〜ｃの突出高さＤＡ〜ＤＣが当接面６０に沿って位置決めされることとなる。かかる工程を経て、静電容量式操作装置１００が組み立てられる。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に説明する。

第１実施形態によると、操作プレート１０の操作面１６ａ〜ｃに向けて突出する電極５０ａ〜ｃを基板に配置し、かつこの電極５０ａ〜ｃの先端に、接触操作に対して反応する反応面５２ａ〜ｃが設けられている。これによれば、操作プレート１０の操作面１６ａ〜ｃと基板４０との間の距離Ｄが異なる領域が存在しても電極５０ａ〜ｃの突出高さＨを調整することで反応面５２ａ〜ｃと操作面１６ａ〜ｃとの距離差を調整して、反応面５２ａ〜ｃと操作面１６ａ〜ｃとの間に生ずる静電容量の変化を検出することが、可能となる。したがって、上記領域の存在による検出感度のばらつきを低減する静電容量式操作装置１００を提供することができる。

また、第１実施形態によると、操作面１６ａ〜ｃと基板４０との間の距離Ｄに基づいて基板４０からの突出高さＨが設定されており、距離Ｄが離れる程、反応面５２ａ〜ｃの突出高さＨが高くなっている。したがって、感度のばらつきを低減する静電容量式操作装置１００を提供することができる。

また、第１実施形態によると、反応面５２ａ〜ｃは、基板４０の操作プレート１０側に実装される回路要素４２と、操作プレート１０との間に存在するので、当該間の空間を利用することで、基板４０の体格を大きくしなくても反応面５２ａ〜ｃを大きくすることができる。

また、第１実施形態によると、導光部材２０に基づいて光源光により操作プレート１０が発光するため、操作プレート１０の操作面１６ａ〜ｃの操作感を向上させることができる。さらに、導光部材２０は、操作面１６ａ〜ｃに沿った形状に配置され、反応面５２ａ〜ｃと当接する当接面６０を有するので、容易に反応面５２ａ〜ｃの位置決めをすることができる。

第１実施形態によると、弾性を有する各電極５０ａ〜ｃは、弾性変形状態で、基板４０と当接面６０との間に介装されている。したがって、各電極５０ａ〜ｃの弾性変形に基づいて反応面５２ａ〜ｃは最適な突出高さＨとなるので、容易に反応面５２ａ〜ｃの位置決めをすることができる。

（第２実施形態）
図３に示すように、本発明の第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第２実施形態の静電容量式操作装置２００では、導光部材が操作プレート２１０と基板４０との間に配置されていない。そして、操作プレート２１０は、前方から接触操作を受ける曲面状の複数の操作面１６ａ〜ｃを前方側表面に有している。操作プレート２１０の前方側表面のうち操作可能な領域としての複数の操作面１６ａ〜ｃは、複数の意匠１２ａ〜ｃに対応する位置に設けられている。また、操作プレート２１０は、後方側表面に当接面２６０を有している。当接面２６０は、操作面１６ａ〜ｃに沿った形状に配置されている。

各電極２５０ａ〜ｃは、Ｚ字形の根元において、さらに貫通部２５４ａ〜ｃを有しており、基板４０の操作プレート２１０側から後方側へと貫通している。そして、基板４０の後方側表面において、貫通部２５４ａ〜ｃと、回路要素４２とが、半田付けにより保持されると共に、電気的に接続される。また、各電極２５０ａ〜ｃの反応面５２ａ〜ｃは、操作プレート２１０の当接面２６０と当接している。より詳細には、第１実施形態と同様、各電極２５０ａ〜ｃは弾性を有しており、弾性変形状態で、基板４０と当接面２６０との間に介装されている。

このような第２実施形態によると、操作プレート２１０は、操作面１６ａ〜ｃに沿った形状に配置され、反応面５２ａ〜ｃと当接する当接面２６０を有するので、容易に反応面５２ａ〜ｃの位置決めをすることができる。

また、第２実施形態によると、複数の電極２５０ａ〜ｃが、基板４０を貫通しているので、弾性変形状態においても電極２５０ａ〜ｃの基板貫通部分である根元に負荷がかかり、基板から外れることが抑制できる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的に、第１〜第２実施形態に関する変形例１としては、各電極５０ａ〜ｃは、樹脂板の表面に、めっき層を設けて形成されていてもよい。また、各電極５０ａ〜ｃは、樹脂板の表面を、スプレー等による導電塗装することにより形成されていてもよい。さらに、各電極５０ａ〜ｃは、Ｚ字状以外であってもよい。この例として、図４に示すように、各電極５０ａ〜ｃは、導電ゴムからなる、先端の反応面を半球状とする円柱状に形成されていてもよい。この例としてまた、図５に示すように、各電極５０ａ〜ｃは、先端の反応面５２ａ〜ｃを導電ゴムからなる半球状とし、根元に銅版の外周にめっき層を設けた２本足状とする、断面Ω字型に形成されていてもよい。

第１〜第２実施形態に関する変形例２としては、各電極５０ａ〜ｃは、弾性を有していなくてもよく、塑性変形状態で、基板４０と当接面６０との間に介装されていてもよい。

第１〜第２実施形態に関する変形例３としては、導光部材２０又は操作プレート２１０は、各電極５０ａ〜ｃ又は２５０ａ〜ｃと空間を介していてもよい。この例として例えば、図６に示すように、断面Ｔ字型の各電極５０ａ〜ｃが、基板４０から自立して操作面１６ａ〜ｃに向けて突出していてもよい。

第１〜第２実施形態に関する変形例４としては、操作プレート１０は、曲面状に形成されていなくてもよい。この例として、図６に示すように、操作プレート１０の前方側表面に段差が設けられる場合であっても、本発明を適用可能である。

１００，２００ 静電容量式操作装置、１０，２１０ 操作プレート、１６ａ〜ｃ 操作面、２０ 導光部材、４０ 基板、４２ 回路要素、５０ａ〜ｃ，２５０ａ〜ｃ 電極、５２ａ〜ｃ 反応面、６０，２６０ 当接面、Ｄ 距離、Ｈ 突出高さ

Claims (7)

1. 前方から接触操作を受ける複数の操作面（１６ａ〜ｃ）を有する操作プレート（１０，２１０）と、
   前記操作プレートの後方に離間して配置された基板（４０）と、
   前記基板に配置され、前記複数の操作面に向けて突出する複数の電極（５０ａ〜ｃ，２５０ａ〜ｃ）とを備え、
   各前記電極は、前記接触操作に対して反応する反応面（５２ａ〜ｃ）を先端に有し、前記反応面と前記操作面との間に生ずる静電容量の変化を検出することを特徴とする静電容量式操作装置。
2. 各前記電極の前記反応面は、前記操作面と前記基板との間の距離（Ｄ）に基づいて前記基板からの突出高さ（Ｈ）が設定されており、前記距離が離れる程、前記反応面の突出高さが高くなっていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式操作装置。
3. 前記基板は、前記操作プレート側に前記静電容量の変化に基づく処理を実行する回路要素（４２）が実装され、
   前記反応面は、前記回路要素と、前記操作プレートとの間に存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量式操作装置。
4. さらに、光源光を前記操作プレートに導光して前記操作プレートを発光させる導光部材（２０）を前記操作プレートと前記基板との間に備え、
   前記導光部材は、前記操作面に沿った形状に配置され、前記反応面と当接する当接面（６０）を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の静電容量式操作装置。
5. 前記操作プレート（２１０）は、前記操作面に沿った形状に配置され、前記反応面と当接する当接面（２６０）を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の静電容量式操作装置。
6. 各前記電極は、弾性を有し、
   各前記電極は、弾性変形状態で、前記基板と前記当接面（６０，２６０）との間に介装されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の静電容量式操作装置。
7. 各前記電極は、前記基板を貫通することにより前記基板に保持されることを特徴とする請求項６に記載の静電容量式操作装置。

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