JP5440618B2

JP5440618B2 - 入力装置

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Publication number: JP5440618B2
Application number: JP2012002380A
Authority: JP
Inventors: 信輔久次
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: KR101407850B1; US8866537B2; JP2013142979A; US20130175148A1; KR20130082113A

Description

本発明は、操作者の指と電極との間に発生する静電容量が指の動きに応じて変化することを用いて、所定の機器への作動条件の入力を行う入力装置に関するものである。

従来の入力装置として、例えば、特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１の入力装置は、電極と導電操作体（操作者の指）との間にコンデンサを形成して、このコンデンサにおける静電容量の変化を捉えて所望の入力を可能とする装置となっている。特許文献１の入力装置は、タッチプレート（特許文献１中ではタッチパネル）の裏面側から対向するように配置されたフィルムセンサ（特許文献１中では誘電フィルム）と、フィルムセンサのタッチプレート側の表面に設けられた複数の電極と、これら電極に一端側が接続されると共に、他端側が回路基板に接続せれて、検出信号を伝送する配線ラインとを備えている。そして、フィルムセンサの表面には、配線ラインを被覆するように絶縁性の発泡層が形成されている。あるいは、発泡層に代えて、タッチプレートとフィルムセンサとの間にスペーサが介在されて、このスペーサにより空気層が形成されるものが記載されている。

これにより、タッチプレート上において配線ラインに対応する領域に不用意に指が接近しても、発泡層、あるいは空気層によって配線ラインと指との間におけるコンデンサの形成を抑制することができ（静電容量の変化を起こさせないようにすることができ）、誤操作や誤動作を防止できるようになっている。

特開２０１０−８６３８５号公報

しかしながら、上記特許文献１の入力装置においては、フィルムセンサの表面に発泡層を設ける、あるいはスペーサにより空気層を設けるようにしているので、フィルムセンサ上に段差が生じ、タッチプレートとフィルムセンサとを接合する際に、接合面積が減少し、剥がれが発生するおそれがある。

ここで、一般的に、コンデンサを形成する電極間の距離を大きくするほど、電極間に発生する静電容量が小さくなることから、配線ラインに対する感度を調整する方法として、配線ラインに対応する領域のタッチプレートの板厚を厚くすることが考えられる。しかしながら、タッチプレートの板厚が全体にわたって不均一となってしまうので、タッチプレートとフィルムセンサとを接合する際に、フィルムセンサにシワや引張り負荷が発生し、感度や耐久性の低下を引き起こすおそれがある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、配線部に対する感度調整を容易にし、配線部による誤操作や誤動作を防止すると共に、タッチプレートとフィルムセンサとの接合性に優れる入力装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、使用者の指操作によって、所定の機器への作動条件を入力する静電容量式の入力装置であって、
指操作時に表面側において使用者の指が接触されるタッチプレートと、
タッチプレートの裏面側で、タッチプレートに接合されるフィルムセンサと、
フィルムセンサ上に設けられた電極部と、
フィルムセンサ上に設けられると共に、電極部に接続されて電極部から出力される信号を伝送する配線部とを備え、
タッチプレートは、誘電率が異なり板厚方向に層を成す２種以上の材料から成り、電極部および配線部のそれぞれに応じた誘電率が得られるように、それぞれの層の板厚方向の寸法割合が異なるように設定されていると共に、全体にわたって板厚が均一に形成されたことを特徴としている。

この発明によれば、２種以上の材料によって、電極部および配線部のそれぞれに応じた誘電率が得られるようにしているので、電極部に対しては必要とされる誘電率の設定によって指操作による確実な入力を可能とすると共に、配線部に対しては感度を低下させるような誘電率の設定によって誤操作や誤動作を防止することが可能となる。

そして、タッチプレートは２種以上の材料から成るものとしつつも、全体にわたっては板厚が均一になるように形成されているので、タッチプレートの裏面側をフラットな面に形成することができる。よって、このフラットな面にフィルムセンサを接合することが可能となるので、フィルムセンサに対するシワや引張り負荷を低減することができる。また、タッチプレートの裏面側をフラットな面とすることができることから、フィルムセンサの接合面積を最大限確保することができ、接着強度を高めることができる。また、タッチプレートの板厚を全体にわたって均一となるようにしているので、タッチプレートの成形時に部分的にひけが発生するのを抑制することができる。更には、タッチプレート表面の指操作時の応力集中部の発生を抑制して強度を確保することができる。

また、層を成す２種以上の材料の板厚方向の寸法割合を変えることで誘電率を設定するようにしているので、電極部および配線部に応じた誘電率の設定が容易となり、１種の材料から成るタッチプレートの場合のように、誘電率の設定の必要性からいたずらに板厚を増加せるような必要がなく、入力装置として大型化することがない。

また、タッチプレートを２種以上の材料から形成するので、外観的に、必要な部位は透明にして、明るく見えるようにする、あるいは不要な部位はスモーク調にして見えにくくする等の透過率、遮光率の調整機能を持たすことができ、入力装置としての付加価値を持たせることができる。

請求項２に記載の発明では、タッチプレートの電極部に対応する部位は、２種以上の材料のうち、誘電率の高い材料の寸法割合が大きく設定され、
タッチプレートの配線部に対応する部位は、２種以上の材料のうち、誘電率の低い材料の寸法割合が大きく設定されたことを特徴としている。

この発明によれば、電極部においては容易にタッチプレートの誘電率を高く設定することができ、指操作による確実な入力を可能とすることができる。また、配線部においては容易にタッチプレートの誘電率を電極部における誘電率よりも低く設定することができ、感度を低下させることで誤操作や誤動作を防止することが可能となる。

車両用の入力操作・表示装置（ナビ、オーディオ、エアコン、他の車載機能等）のシステム全体を示す構成図である。入力部を示す断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士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実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の入力装置１００に係る第１実施形態について図１、図２を用いて説明する。本実施形態の入力装置１００は、例えば、車両用の入力操作・表示装置（ナビ、オーディオ、エアコン、他の車載機能等）１０に適用したものである。以下、ナビゲーションシステム（以下、ナビシステム）を一例として記す。

ナビシステム１０は、ディスプレイ５０に、地図、地図上における自車の現在位置、進行方向、更には所望の目的地に対する案内情報等を表示する経路誘導システムであり、図１に示すように、ディスプレイ５０、および入力装置１００を備えている。ディスプレイ５０、および入力装置１００は、例えば、信号線等によって互いに接続されている。

ディスプレイ５０は、複数の情報を表示画面５１に切替え表示可能とする表示部であり、例えばインストルメントパネルの中央位置上部等、運転者（本発明の使用者に対応）の見やすい位置に配置されている。ディスプレイ５０は、本発明の所定の機器に対応している。ディスプレイ５０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を用いて構成することができる。ディスプレイ５０における表示情報は、上記経路誘導に係る地図情報、自車位置情報、目的地検索情報、音声、文字表示による案内情報等である。

入力装置１００は、静電容量式の入力装置であり、入力部１１０と制御部１２０とを備えている。入力部１１０は、ディスプレイ５０に対する作動条件（何を表示させるか）を運転者の指操作によって入力する入力手段であって、具体的には、運転者が所望する情報をディスプレイ５０に表示させるための入力を行うものである。入力部１１０は、例えば、運転席と助手席との間に設けられるシフトレバー近傍等に配置されている。入力部１１０は、図２に示すように、タッチプレート１１１、両面テープ１１２、フィルムセンサ１１３、電極部１１４、および配線部１１５等を備えている。

タッチプレート１１１は、例えば、入力操作部・意匠面部を持つ部材であり、樹脂材から形成されている。本実施形態では、このタッチプレート１１１の構造に特徴を持たせており、その詳細については後述する。

フィルムセンサ１１３は、薄膜部材であり、タッチプレート１１１上の入力操作部・意匠面部の形状と対応する外形形状に形成されている。フィルムセンサ１１３は、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリイミド等から形成されている。フィルムセンサ１１３は、タッチプレート１１１の裏面側（図２中のタッチプレート１１１の下側）に配置されている。そして、タッチプレート１１１とフィルムセンサ１１３との間には、接合部材としての両面テープ１１２（もしくは接着剤）が設けられており、この両面テープ１１２（もしくは接着剤）によって、フィルムセンサ１１３は、タッチプレート１１１に接合されている。

電極部１１４は、タッチプレート１１１およびフィルムセンサ１１３を介して運転者の指操作時の指との間でコンデンサを形成するものであって、例えば、金属薄膜や導電性物質（カーボン、銀、ナノワイヤ、導電性高分子等）を含む印刷部材等から形成されており、フィルムセンサ１１３上（図２中のフィルムセンサ１１３の表面あるいは裏面）に配置されて、接合されている。電極部１１４は、ディスプレイ５０に対する表示に係る入力に必要とされるだけの数が用意されている。ここでは、１つの例として電極部１１４は、２つ設定されたものとなっている。

配線部１１５は、電極部１１４から出力される信号（静電容量に関する信号）を伝送する配線であり、一端が上記電極部１１４に接続され、他端が制御部１２０に接続されている。配線部１１５は、各電極部１１４と同数だけ用意されて、各電極部１１４と対を成すように設けられている。そして、配線部１１５は、電極部１１４と同様に、例えば、金属薄膜や導電性物質（カーボン、銀、ナノワイヤ、導電性高分子等）を含む印刷部材等から形成されており、フィルムセンサ１１３上（図２中のフィルムセンサ１１３の表面あるいは裏面）に配置されて、接合されている。

制御部１２０は、ナビゲーションシステムによる経路誘導を実行させる際に、ディスプレイ５０へ必要とされる情報の表示状態を制御する制御手段であり、運転者による入力部１１０への指操作に基づいて、運転者から要求される情報表示の切り替えを行うようになっている。

以下、本実施形態の特徴部であるタッチプレート１１１の構造について、図２を用いて詳細に説明する。

タッチプレート１１１は、全体にわたって板厚ｔが均一となる平板状の部材となっており、樹脂材から形成されている。そして、タッチプレート１１１は、誘電率の異なる２種以上の材料（異種材料、同種材料の添加剤やグレード違い品等）から形成されている。ここでは、予め定めた所定の誘電率よりも高い誘電率を有する高誘電率材と、所定の誘電率よりも低い誘電率を有する低誘電率材とから形成されるものとなっている。

高誘電率材によって形成される部位が高誘電率部１１１ａであり、低誘電率材によってよって形成される部位が低誘電率部１１１ｂである。高誘電率部１１１ａ、および低誘電率部１１１ｂは、タッチプレート１１１の板厚方向に層を成すように形成されている。タッチプレート１１１は、高誘電率部１１１ａと低誘電率部１１１ｂとの二色成形、あるいは張り合わせ等によって形成される。タッチプレート１１１の板厚ｔに対する高誘電率部１１１ａの板厚方向の寸法割合がＡ（％）、タッチプレート１１１の板厚ｔに対する低誘電率部１１１ｂの板厚方向の寸法割合がＢ（％）となっている。

ここで、各寸法割合Ａ、Ｂは、電極部１１４、および配線部１１５が設けられる部位に応じて異なるように設定されている。即ち、タッチプレート１１１において、電極部１１４に対応する部位はタッチプレート１１１の誘電率が高くなるように、寸法割合Ａが寸法割合Ｂに対して大きくなるように形成されている。尚、図２中の左側の電極部１１４に対応する部位のように、本実施形態では、各寸法割合Ａ、Ｂにおいて、寸法割合Ｂが０％となって、寸法割合Ａが１００％となる場合も設定条件として含んでいる。また、タッチプレート１１１において、配線部１１５に対応する部位は誘電率が低くなるように、寸法割合Ｂが寸法割合Ａに対して大きくなるように形成されている。

上記内容は、換言すると、タッチプレート１１１は、電極部１１５が設けられる部位は、高誘電率部１１１ａによって、板厚ｔの範囲でより厚くなるように形成されている。そして、配線部１１４が設けられる部位は、高誘電率部１１１ａにおいて窪みが形成されるように削られて（高誘電率部１１１ａの板厚が薄くなるように削られて）、この窪み部に低誘電率部１１１ｂが埋め込まれるように形成されると共に、タッチプレート１１１の板厚ｔは全体にわたって均一となるように形成されている、ということになる。

高誘電率部１１１ａを形成する樹脂材としては、例えば、ポリカーボネート樹脂材、あるはアクリル樹脂材を選定することができる。また、低誘電率部１１１ｂを形成する樹脂材としは、例えば、ポリカーボネート樹脂材、アクリル樹脂材、あるいはＡＢＳ樹脂材を選定することができる。両誘電部材１１１ａ、１１１ｂの材料として、ポリカーボネート樹脂材同士、あるいはアクリル樹脂材同士を選定する場合は、当然ながら、樹脂材そのものは同一としながらも、含有成分の差によって、誘電率の高いものと低いものとを組み合わせるようにする。

そして、タッチプレート１１１の表面側には、各電極部１１４の位置に対応するようにスイッチ部１１１ｃが設けられている。このスイッチ部１１１ｃは、メカ的なスイッチを構成するものではなくて、主にタッチプレート１１１の表面に印刷等によって設けられるデザイン的なものである。要は、運転者が入力操作する際に、タッチプレート１１１のどの部位に指を接触させれば良いかを示す目印として形成されている。

次に、上記構成に基づく入力装置１００の作動、および作用効果について説明する。

運転者は、ナビシステム１０を作動するにあたって、所望のスイッチ部１１１ｃを指で触れると、指を触れたスイッチ１１１ｃの位置に対応する電極部１１４と、導電操作体である指との間でコンデンサが形成され、蓄電現象が発生する。この蓄電に伴う静電容量の変化が、信号として配線部１１５を介して制御部１２０に出力される。そして、制御部１２０は、出力された信号をもとに、ディスプレイ５０に対して、運転者から要求される情報表示の切り替えを行う。よって、運転者は、上記のようにスイッチ部１１１ｃを指操作していくことで、所望の情報画面に順次移行させて、必要な情報を見ることができる。

ここで、タッチプレート１１１は、２種以上の材料によって、電極部１１４および配線部１１５のそれぞれに応じた誘電率が得られるようにしているので、電極部１１４に対しては必要とされる誘電率の設定によって指操作による確実な入力を可能とすると共に、配線部１１５に対しては感度を低下させるような誘電率の設定によって誤操作や誤動作を防止することが可能となる。

そして、タッチプレート１１１は、２種以上の材料から成るものとしつつも、全体にわたっては板厚が均一になるように形成されているので、タッチプレート１１１の裏面側をフラットな面に形成することができる。よって、このフラットな面にフィルムセンサ１１３を接合することが可能となるので、フィルムセンサ１１３に対するシワや引張り負荷を低減することができる。また、タッチプレート１１１の裏面側をフラットな面とすることができることから、フィルムセンサ１１３の接合面積を最大限確保することができ、接着強度を高めることができる。また、タッチプレート１１１の板厚を全体にわたって均一となるようにしているので、タッチプレート１１１の成形時に部分的にひけが発生するのを抑制することができる。更には、タッチプレート１１１表面の指操作時の応力集中部の発生を抑制して強度を確保することができる。

また、層を成す２種以上の材料の板厚方向の寸法割合Ａ、Ｂを変えることで誘電率を設定するようにしているので、電極部１１４および配線部１１５に応じた誘電率の設定が容易となり、１種の材料から成るタッチプレートの場合のように、誘電率の設定の必要性からいたずらに板厚を増加せるような必要がなく、入力装置１００として大型化することがない。

具体的には、タッチプレート１１１の電極部１１４に対応する部位は、２種以上の材料のうち、誘電率の高い材料の寸法割合Ａが大きく設定され、また、タッチプレート１１１の配線部１１５に対応する部位は、２種以上の材料のうち、誘電率の低い材料の寸法割合Ｂが大きく設定されるようにしている。よって、電極部１１４においては容易にタッチプレート１１１の誘電率を高く設定することができ、指操作による確実な入力を可能とすることができる。また、配線部１１５においては容易にタッチプレート１１１の誘電率を電極部１１４における誘電率よりも低く設定することができ、感度を低下させることで誤操作や誤動作を防止することが可能となるのである。

また、タッチプレート１１１を２種以上の材料から形成するので、外観的に、必要な部位は透明にして、明るく見えるようにする、あるいは不要な部位はスモーク調にして見えにくくする等の透過率、遮光率の調整機能を持たすことができ、入力装置１００としての付加価値を持たせることができる。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、タッチプレート１１１を高誘電率部１１１ａと低誘電率部１１１ｂとの２層からなるものとして形成したが、これに限らず、電極部１１４あるいは配線部１１５に対して必要とする誘電率を得るために、３層以上となるように形成しても良い。

また、本入力装置１００をナビシステム１０のディスプレイ５０を作動させるためのものとして説明したが、これに限らず、車両用の空調装置における温度設定、風量設定等のための入力装置としても良い。更には、車両用に限らず、携帯機器・タブレット及びオーディオやテレビ、ゲーム機等の家電製品、券売機や情報端末等の入力装置としても良い。

また、タッチプレート１１１は平板状の部材とし、フィルムセンサ１１３が接合される面は平面となるものとしてとして説明したが、これに限らず、フィルムセンサ１１３が接合される面は、図２の上側に向けて全体的にへこむ、あるいは下側に向けて全体的に突出するような曲面であっても良い。

また、タッチプレート１１１の表面側には、入力操作部・意匠面部形状に対応する凹部や凸部が形成されていても良い。

１０ナビゲーションシステム
５０ディスプレイ（所定の機器）
１００入力装置
１１０入力部
１１１タッチプレート
１１３フィルムセンサ
１１４電極部
１１５配線部

Claims

使用者の指操作によって、所定の機器への作動条件を入力する静電容量式の入力装置であって、
前記指操作時に表面側において前記使用者の指が接触されるタッチプレートと、
前記タッチプレートの裏面側で、前記タッチプレートに接合されるフィルムセンサと、
前記フィルムセンサ上に設けられた電極部と、
前記フィルムセンサ上に設けられると共に、前記電極部に接続されて前記電極部から出力される信号を伝送する配線部とを備え、
前記タッチプレートは、誘電率が異なり板厚方向に層を成す２種以上の材料から成り、前記電極部および前記配線部のそれぞれに応じた誘電率が得られるように、それぞれの前記層の板厚方向の寸法割合が異なるように設定されていると共に、全体にわたって板厚が均一に形成されたことを特徴とする入力装置。
前記タッチプレートの前記電極部に対応する部位は、前記２種以上の材料のうち、誘電率の高い材料の前記寸法割合が大きく設定され、
前記タッチプレートの前記配線部に対応する部位は、前記２種以上の材料のうち、誘電率の低い材料の前記寸法割合が大きく設定されたことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。