JP6042542B2 - 機械部品の表面への静電容量式センシングノードの組込み - Google Patents

Description

静電容量式センサ
手の位置を検出する静電容量式センシングデバイスはタッチスクリーンで一般に使用されている。タッチスクリーンパネルは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明な導体で被覆されているガラスなどの絶縁体を具備している。人体も電気導体であるため、スクリーンの表面に触れると、静電容量の変化として測定可能なスクリーンの静電界にひずみが生じる。様々な技術を使用して接触位置を判定することができる。さらに、位置をコントローラに送信して、処理する。

本出願の目的は、改良された静電容量式センサ装置とそれを製造する方法を提供することである。

本出願は、ベースプレートに装着するための装着領域に対して固定された固定式プラスチックセンサキャリアを具備するモーション検出デバイスを開示する。固定式プラスチックセンサキャリアは２つのセンサキャリア部分と絶縁部分とを具備する。キャリア部分は第１プラスチック材料を具備し、絶縁部分は第２プラスチック材料を具備する。絶縁部分は２つの隣接するセンサキャリア部分の間に延びており、センサキャリア部分および少なくとも１つの絶縁部分はプラスチック成形プロセスによって一体的に形成されている。

センサキャリア部分の表面にはメッキ金属センシング表面が設けられている。メッキ金属表面電極をＰＣＢに接続するために、表面電極接点が設けられている。それによって表面電極接点は、メッキ金属表面電極のうちの少なくとも２つの間に少なくとも１つの静電容量エリアを画成する。プラスチックセンサキャリアにはプラスチックノブ要素が可動に配置されて、絶縁プラスチックセパレータ部分およびメッキ金属センシング表面電極は少なくとも部分的にノブ要素によって被覆されるようになっている。

有利なことに、表面電極は互いに電気的に絶縁されているセンシング表面電極セットと、互いに電気接続されている基準表面電極セットとに分割される。基準セットの電気接続は、モーション検出デバイスが実装されている印刷回路基板にも設けてもよい。

本出願によるプラスチックセンサキャリアを使用することにより、センサ電極は効率的かつ経費節減するように製造することができる。具体的には、これはセンサ電極の三次元構成に適用される。ある実施形態では、センサキャリア部分および絶縁部分は、時間が節約され安価なダブルショット射出成形プロセスによって形成される。

メッキ金属表面電極は良好な導電率を与えるために銅メッキを具備してもよい。加えて、メッキ金属表面電極はニッケルなどの保護被覆金属を具備してもよい。よりよく保護するために、金属表面電極は無電解ニッケル置換金メッキおよび／またはプリフラックスも具備してもよい。

少なくとも２つのキャリア部分は、耐久性があり、特に酸で下処理した後に、電気メッキまたは無電解メッキでメッキすることのできるアクリロニトリル・ブタジエン・スチロール（Ａｃｒｙｌｎｉｔｒｙｌｅ−Ｂｕｔａｄｉｅｎ−Ｓｔｙｒｏｌｅ）を具備してもよい。

本出願によると、プラスチックノブ要素の角位置などの位置を判定するために、様々な手段を設けてもよい。

モーション検出デバイスはプラスチックノブ要素に装着されている短絡ばねを具備してもよい。短絡ばねの２つの部分が第１所定の位置もしくは複数の位置の２つの電極表面間の短絡を形成し、短絡ばねの２つの部分は第２所定の位置もしくは複数の位置のいずれの電極表面間にも短絡を形成しない。このように、プラスチックノブ要素の位置は、電極表面の電位を評価するだけで容易に判断することができ、別のセンサは必要ない。

別の改良形態によると、モーション検出デバイスは、ＬＥＤまたは電球などの光源と光検出器とを備える光センサを具備する。光源はプラスチックノブ要素に装着され、光源は所定の位置で電極表面を照明するように実装されている。光検出器は所定の位置で電極表面から反射光を受光するように実装されている。それによって、プラスチックノブ要素の位置を非接触式センサで判定することができる。

別の改良形態によると、モーションデバイスは、磁石とコイルとを備える誘導センサを具備する。磁石およびコイルはプラスチックノブ要素に装着されている。磁石は永久磁石、前述のコイル、または第２のコイルによって提供されてもよい。それによって、プラスチックノブ要素の位置を非接触式センサで判定することができる。

さらに、モーションデバイスはプラスチックノブ要素の外側にギアホイールを具備してもよく、これはモーションデバイスが実装される回路基板上のセンサギアホイールと係合させるために設けられる。ギアホイールは回転式ノブガイドの外壁に、回転式ノブガイドの底面付近に配置される。

ある特定の実施形態では、モーション検出デバイスの外形は、円錐形、切頭円錐形、角錐形、または切頭角錐形の突起部として設計される。錐体は多角形断面もしくは曲面断面、または断面の外側境界が１本以上の曲線および１本以上の直線を具備する多角形断面と曲面断面の両方の組合せを有してもよい。このような設計はモーション検出デバイスを手で取扱うことを容易にすることができ、モーション検出デバイスの向きに関して触覚フィードバックも提供することができる。

別の改良形態では、プラスチックノブ要素はノブガイドとノブグリップとを具備し、ノブグリップはノブガイド上に配置されている。それによって、ノブガイドおよびノブガイドの内部を埃や液体などの悪影響から保護することができる。ノブガイドはホイールと係合させるためのティースギアをさらに具備してもよい。

別の改良形態では、プラスチックノブ要素の内側に中央ボタンリフレクタが配置されており、プラスチックノブ要素の上端に少なくとも部分的に光透過性の中央ボタンキャップが設けられている。それによって、プラスチックノブ要素は暗闇の中でも簡単に位置が分かるように照らされることができる。リフレクタはプラスチックノブ要素の底部の照明の光をボタンキャップに向けることを助ける。特に、車のキーが所定の位置に入れられたときに、照明を点けてもよい。

本出願はさらに、前述のモーション検出デバイスを備えるモーション検出インターフェース装置を開示する。モーション検出インターフェース装置は導電路を備える印刷回路基板などの回路基板を具備する。導電路は、表面電極接点に電気接続されているインターフェースポートに接続されている。

別の実施形態では、モーション検出インターフェース装置はＰＣＢに装着されているラッチばねと、プラスチックノブ要素の下端にある複数の突起部とを具備し、ラッチばねは突起部のうちの少なくとも２個の間に係合する。ラッチばねはプラスチックノブ要素を所定の位置で保持し、ノブ要素の使用者に触覚フィードバックを提供する。

別の実施形態では、モーション検出インターフェース装置はラッチばねと、ラッチ要素と、プラスチックノブ要素の下端にある複数の突起部とを具備する。ラッチばねはＰＣＢに装着されており、ラッチ要素は突起部とラッチばねとの間に配置されている。ラッチ要素は突起部のうちの少なくとも２個の間に係合する。容易に変形しないラッチ要素を設けることにより、ラッチ機構を耐久性のあるものにすることができる。

さらに、モーション検出インターフェース装置はＰＣＢに実装されているホイールと、ホイールのモーションを検出する検出手段とを具備してもよく、ホイールはノブ要素のギアと係合し、検出手段はＰＣＢの導電路に電気接続されている。

本出願はさらに、前述のモーション検出装置と、複数のインターフェースポートを有する電子評価ユニットとを備えるモーション検出デバイスを開示する。インターフェースポートはＰＣＢの導電路に電気接続されている。電子評価ユニットは表面電極の状態を評価する手段を具備する。さらに、表面電極にプローブ信号を送信する手段も具備してもよい。

具体的には、電子評価ユニットは、インターフェースポートを介して電極表面からの信号の強度および持続時間を評価することにより、意図的な手の接触を検出する手段を具備してもよい。さらに、電子評価ユニットは、インターフェースポートを介して電極表面からの信号を評価することによって、指の位置を検出する手段を具備してもよい。

また、電子評価ユニットは、手の接近中および手の接触中にインターフェースポートを介して電極表面からの信号の強度を評価することによって、手が生地、例えば手袋によって覆われているかどうかを検出する手段を具備してもよい。接近および接触は信号の時間依存性およびパターンによって検出される。これは冬季中の車の室内で特に有利である。

また、電子評価ユニットは、２つの電極表面間の短絡を検出し、電極表面間の短絡のないことを検出することによって、ノブ要素の回転位置を検出する手段を具備してもよい。短絡は、例えば電圧差を測定することにより検出してもよい。

また、電子評価ユニットは、ＰＣＢの導電路を介してコイルからの電気信号を評価することによって、ノブ要素の回転位置を検出する手段を具備してもよく、コイルはノブ要素に装着されている。

また、電子評価ユニットは、ＰＣＢの導電路を介して光検出器からの電気信号を評価することによって、ノブ要素の回転位置を検出する手段を具備してもよく、光検出器はノブ要素に装着されている。

さらに、本出願は、前述のモーション検出デバイスを備える車両、特に乗用車などの自動車を開示し、モーション検出デバイスは車両の室内に設けられている操作パネルに組み込まれている。モーション検出デバイスの電子評価ユニットは、空調機、搭乗者情報および／または娯楽デバイス、ウィンドウリフタ、リアミラー調整器、スライディングルーフモータ等といった車両のデバイスに電気接続されている。

さらに、本出願は円筒形静電容量式センサ装置を製造する方法を開示する。第１ショット成形プラスチック部品は射出成形される。メッキ可能なプラスチック材料が提供され、第２ショット成形プラスチック部品がメッキ可能なプラスチック材料から射出成形される。第２ショット成形プラスチック部品はメタライゼーション工程でメッキが施される。そこで、第２ショット成形プラスチック部品を成形するための金型は、第２ショット成形部品が帯状のメッキ可能な領域を具備するように設計される。帯状のメッキ可能な領域との電気接点が形成される。具体的には、帯状領域は円筒の対称軸に平行に整列させてもよい。第１ショット成形プラスチック部品および第２ショット成形プラスチック部品の射出成形は同時に行ってもよく、または相前後して行ってもよい。

ここで本出願を以下の図面を参照してさらに詳細に説明する。

本出願による静電容量式センシングノブを示す。 図１の静電容量式センシングノブの分解図を示す。 図２の静電容量式センシングノブの電気回路を示す。 図２の静電容量式センシングノブの第２電気回路レイアウトを示す。 静電容量式センシングノブの底部部分の部分図を示す。 静電容量式センシングノブの断面を示す。 図２のコンデンサ装置とともに使用するための様々な位置センサを示す。 静電容量式センシングノブの状態図を示す。

以下の説明において、本出願の実施形態を説明する詳細を述べる。しかし、実施形態は当該詳細がなくても実施できることは当業者には明らかであるはずである。

本出願による静電容量式センシングノブ１０は帯状センサ電極１３の円筒形センサ装置１１を具備し、これが回路基板１２に接続されている。センサ電極１３はセンサ表面１３としても知られる。円筒形回転式ノブガイド１４が円筒形センサ装置１１の周りに同心状に配置されている。丸みを帯びたラッチ突起部１６が円筒形回転式ノブガイドの底部円周に設けられている。

ティースギア１７が円筒形ノブガイド１４の外側に設けられている。ティースギア１７は円盤状のエンコーダギア１８に接触しており、これは回路基板１２のエンコーダ１９上に支持されている。円筒形回転式ノブグリップ２０が円筒形ノブガイド１４の周りに同心状に配置されている。円筒形ノブグリップ２０は外側に張り出している下縁１５と、内側に張り出している上縁９とを具備する。カバーリング２３は円筒形ノブガイドの下縁１５に支持されている。カバーリング２３はフロントプレート２１の円筒形開口に嵌まり込む。

円筒形中央ボタンリフレクタ２２は円筒形センサ装置１１、回転式ノブガイド１４および回転式ノブグリップ２０の内側に同心状に配置されている。外側に張り出している中央ボタンリフレクタ２２の上縁２４は、上縁２４上に等距離に配置されている４個の引っ掛かり部１５を具備する。中央ボタンキャップ２６が中央ボタンホルダ２４の上端に設けられる。中央ボタンキャップ２６は中央ボタンリフレクタ２２の引っ掛かり部２５に嵌まり込む下縁２７を具備する。

図１および図２の実施形態では、円筒形センサ装置１１はダブルショットプラスチック部品によって提供され、これはメッキ可能な部分とメッキ不可能な部分とを具備する。本明細書において、ダブルショットプラスチック部品とはダブルショット射出成形プロセスによって製造されるプラスチック部品をいう。具体的には、センサ電極１３およびセンサ電極１３との電気接続部はメッキ可能な部分に設けられ、センサ電極の足場を形成するセンサ電極間の非導電接続領域はメッキ不可能な部分に設けられる。

メッキ可能な部分はクロムなどの導電材料でメッキが施される。あるいは、メッキ可能な部分は無電解メッキまたはガルバニックメッキなどのメタライゼーションプロセスで塗布されるあらゆる他の材料でメッキを施してもよい。当業界では、無電解メッキは化学メッキまたは自己触媒メッキとしても知られ、ガルバニックメッキは電気メッキとしても知られる。

ある実施形態では、円筒形センサ装置のセンサ電極１３はプラスチック部品の非センサエリアをマスクし、マスク物質を除去し、残りのエリアをメッキすることによって生成される。ここで、適切な波長の光で照明した後にメッキ可能になる光活性化プラスチックを使用してもよい。マスク物質の代わりに、プラスチック部品の一部を選択的に照明するためにマスクを使用してもよい。

本出願による静電容量式センサ装置の製造方法は、多くの場合、弾性フォイルにセンサ電極を設けるよりも安価に実現される。これは特に、円筒、角錐、三角柱等といった湾曲面またはその他突出面に静電容量式センサが設けられる状況に言える。

本出願によるダブルショット成形製造プロセスにおいて、第１ショットはポリカーボネートなどのメッキ不可能な材料を具備し、第２ショットはパラジウムでドープ処理したポリカーボネート／Ａｃｒｙｌｎｉｔｒｙｌｅ−Ｂｕｔａｄｉｅｎ−Ｓｔｙｒｏｌ（ＰＣ／ＡＢＳ）などのメッキグレード材料を具備し、これが静電容量式センサのベースを形成する。クロム酸エッチング工程中、メッキ可能な第２ショット材料の表面が活性化される。メタライゼーション工程で、センサ電極に無電解銅メッキで金属被膜が施される。銅は無電解ニッケル置換金（ＥＮＩＧ）メッキでさらに被覆してもよく、その表面は塩化パラジウムなどの貴金属の溶液で活性化される。

別の実施形態によると、円筒形静電容量式センサの製造プロセスは、１ショット射出成形と、レーザー活性化とを具備する。成形工程において、ドープ処理された熱可塑性材料が射出成形される。レーザー活性化工程で、レーザービームは添加剤でドープ処理された熱可塑性材料を活性化する。還元性銅メッキの触媒として作用する金属核が形成される。レーザーは、メタライゼーション中に銅がその場に留まる微視的粗面も作る。メタライゼーション工程は、クリーニングステップと、無電解銅槽でのメッキを具備するメッキ工程とを具備する。仕上げ工程で、銅表面はニッケル、金、Ｓｎ、Ａｇ、Ｐｄ／Ａｕ、プリフラックス（ＯＳＰ）またはその他などの被覆金属でメッキされる。

図１に図示する組み立てた状態では、中央ボタンリフレクタ２２は回転式ノブガイド１４に載る。中央ボタンリフレクタ２２および中央ボタンキャップ２６の下縁２７は回転式ノブグリップ２０によって覆われる。円筒形センサアレイ１１のセンサ電極１３は接続線を介して評価ユニットに接続されている。接続線および評価ユニットは図１および図２では図示していない。動作中、中央ボタンリフレクタ２２は図１および図２には図示していないランプの光を反射する。例えば、ランプは中央ボタンリフレクタの内側に置いて、中央ボタンキャップ２６を通る光を反射してもよい。

回転式ノブグリップ２０を回すと、回転式ノブガイド１４、中央ボタンリフレクタ２２および中央ボタンキャップは回転式ノブグリップ２０と一緒に、回路基板１２に対して固定された円筒形センサアレイ１１に対して回転する。ギア１７はエンコーダギア１８を回し、エンコーダ１９はギア１７の動きに応じた電気信号を生成する。

さらに、円筒形センサ装置１１の個々のセンサ電極１３の電圧は評価ユニットで測定される。導電性の物体、帯電した物体または誘電特性をもつ物体が回転式ノブグリップ２０に近づくと、物体と隣接するセンサ１１との間の電界および隣接センサ１１の電荷が変化する。電荷の変化は、評価ユニットで検出される電圧の変化を生じさせる。このように、評価ユニットは物体の存在を検出することができる。検出された電圧パターンを評価することにより、評価はいくつかの物体の存在およびその物体の動きを検出することもできる。具体的には、物体は使用者の手の指とすることができる。

評価ユニットと、センサ１１など、それに接続されるセンサとが一緒にヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）を形成する。本出願によると、使用者の指の検出は、ユニットの照明、使用者または他の人にとって便利なメニュースクリーンへの切替えなどの様々な機能をトリガすることができる。

評価ユニットは、クリック、ダブルクリックまたは互いに対する指の動きなどの指のモーションパターンを検出し、そのモーションパターンに特別な機能を割り当ててもよい。このようなモーションパターンの１つは、親指をその場に留めながら、別の指を回転式ボタングリップ２０の周りで動かすか、または回転式ボタングリップ２０に遠ざけたり近づけたりすることによって生成できるであろう。

自動車の環境では特に、１個のボタンに複数の機能を設けることは有利でありうる。それにより、運転手は手を１つの場所に留めておきながら様々な機能を操作することが可能である。カーラジオのチューニングボタンでは特に、回す動きは利用できる周波数を手動で探すために使用でき、クリックの動きは周波数掃引を停止およびスタートするために使用できるであろうし、別の動きはラジオ局の周波数を保存したり記憶されている周波数を削除したりするのに使用できるであろう。指の相対的な動きはスピーカーのボリュームを調節するために使用できる一方、他の指の動きは交通情報モード、スピーカーのボリューム分布等といった様々なモードの切り替えに使用することができる。

本出願によると、コンデンサ表面の電荷を測定するために様々な方法を使用してもよい。ある実施形態では、弛張発振器が使用される。他の実施形態では、電流対電圧の位相シフトの測定、抵抗器−コンデンサ充電タイミング、静電容量式ブリッジドライバ、電荷移動、逐次近似、シグマ−デルタ変調器、電荷蓄積回路、電界効果、相互静電容量または周波数シフトを使用してもよい。

手袋検出モードでは、静電容量式センサアレイは車の搭乗者が手袋を着用しているかどうかを検出するように構成することができ、この場合、センサアレイの感度は、例えば、コンデンサ電極１３に供給される交流電流検出信号を増やすことにより高められる。手袋検出は車内温度センサからの温度信号に依存してもよい。例えば、手袋検出は低温の場合にのみアクティブにしてもよい。

円筒形静電容量式センサ装置のコンデンサ電極は様々な方法で接続してもよい。ある実施形態では、コンデンサは２つの隣接するコンデンサ表面によって形成される。コンデンサの隣接するコンデンサ表面のうちの一方を地電位に接続し、隣接するコンデンサ表面の他方をマイクロプロセッサの電圧測定入力に接続する。あるいは、異なるコンデンサ表面を同じ電圧測定入力に接続するために、半導体スイッチなどのスイッチを設けてもよい。このように、マイクロプロセッサの電圧測定入力の数を、円筒形静電容量式センサアレイのコンデンサの数よりも少なくすることができる。それから、コンデンサの容量測定は、スイッチを使用してコンデンサを順にスキャンすることによって行う。

図３および図４は静電容量式センシングノブ１０の異なる回路レイアウトを示す。簡潔にするために、図３および図４では少数のコンデンサ電極しか図示していない。

図３に図示する第１実施形態では、接地接続されているコンデンサ電極は、地電位に接続されている回路基板１２の線に別々に接続されている。第１実施形態は回路基板１２に必要な接続線が少なくなるという利点を有する。他方で、第２実施形態は回路基板１２の設計によりコンデンサの配線を決めることが可能で、または回路基板１２のスイッチを作動させることにより配線を動的に変化させることも可能である。

センシング電極２９、３１および接地電極２８、３０を回路基板１２に接続するための電極接点５６、５７、５８、５９が設けられている。

図３は、図２に図示するものと同様な静電容量式センシングを具備する電気回路を示す。例として、図３は４個の隣接するセンサ電極２８、２９、３０、３１を示す。センサ電極２８、２９、３０、３１は、センサ電極２８と２９、２９と３０、３０と３１をそれぞれ具備する３つのコンデンサのコンデンサプレートに対応する。さらに、これらは図２のセンサ電極１３に対応する。センサ電極１３間の容量は図３のコンデンサ記号によって表されている。センサ電極１３の装置は、センサ電極３１がセンサ電極２８に隣接し、４つ目のコンデンサがセンサ電極３１と２８との間に形成されるように円形である。

図３の構成では、センサ電極は接地と、静電容量センシングデバイス３２の電圧センシング入力とに交互に接続されている。１つおきにセンサ電極２９、３１が静電容量センシングデバイス３２の個々の電圧センシング入力６８、６９に接続され、地電位は静電容量センシングデバイス３２の基準入力７０に接続されている。センシング入力および基準入力はインターフェースポートとも呼ばれる。

具体的には、センサ電極２９は電圧センシング入力２９に接続され、センサ電極３１は静電容量センシングデバイス３２の電圧センシング入力３４に接続されている。静電容量センシングデバイス３２は、印刷回路基板３６の静電容量センシングデバイス３２と一緒に配置されている決定ロジック３５に接続されている。

静電容量の測定中、電圧センシング入力の１つを介して電流信号がコンデンサ電極に提供される。電流信号を提供した後、電圧センシング入力で応答信号が検出される。決定ロジック３５は静電容量の変化を評価して、指の距離および／または位置を判定する。

図４は、地電位に接続されている基準電極がプラスチック部品上で互いに接続されている第２のレイアウトを示す。図３と同様に、基準電極は、互いにおよび地電位に電気的に絶縁されているセンシング電極間に配置されている。

図４の実施形態では、接地接続されているコンデンサ電極は、例えば、プラスチック部品の導電性部品または導電性ストリップによって、互いに複合接地電極６７に接続されている。複合接地電極６７は電極接点６８を介して、地電位に接続されている回路基板１２の接続線に接続されている。センシング電極６０、６１、６２を回路基板に接続するために別の電極接点６０、６１、６２が設けられている。複合接地電極６７を静電容量センシングデバイス３２に接続するために、別の接点６３が設けられている。

改良実施形態では、複合接地電極は静電容量センシングデバイス３２を介して接地してもよい。この場合、接点６８は省略してもよい。別の改良形態では、複合接地電極６７および静電容量センシングデバイス３２は別々に接地される。この場合、接点６３は省略してもよい。同様な代替例が図３の実施形態に適用される。

図３の実施形態と同様に、センサ電極６４はセンシング入力７１、７２、７３に接続され、複合接地電極は基準入力７４に接続されている。

図５は、静電容量式センシングノブの底部領域の斜視断面図を示す。センサ電極１３はフロントプレート２１のメッキ部分に実装されている。接点はフロントプレートに熱かしめされるか、またはその他実装されて、電気接続されている。接点ばね３８は許容差および高さの差を相殺する手段を提供する。円形ラッチばね３９がラッチ脚部１６の下に設けられている。円形ラッチばね３９は回路基板１２に、直接的に、または図１に図示していない円筒形ケーシングを介して間接的に装着される。例として、円形ラッチばね３９の装着は、ねじ接続として図示されている。

静電容量式センシングノブ１０のラッチ位置で、円形ラッチばね３９はラッチ脚部１６間の空間に嵌入する。それにより、静電容量式センシングノブ１０は、回されていないとき、いくつかのラッチ位置の１つに掛かる。具体的には、静電容量式センシングノブ１０が自動車の振動により位置ずれして動くことはない。使用者は静電容量式センシングノブ１０をラッチ位置から隣接するラッチ位置に動かすためには、ばね抵抗に打ち勝つ必要がある。それにより、円形ラッチばね３９は使用者に触覚フィードバックを提供し、回す角度のよりよい制御をもたらす。これは、例えばカーラジオのチューニングノブの場合に便利でありうる。

別の実施形態では、触覚フィードバックは、ラッチ脚部１６に合致する表面形状をもつ円形プラスチック部品によって提供される。このプラスチック部品はばねにより回路基板１２からラッチ脚部１６に向かって押される。このように、ばねはラッチ脚部の形状に合致する必要はなく、ばねの永久変形は機能にわずかしか影響しない。

図６は、静電容量式センシングノブ１０の底部部分の上面図を示す。明確にするために、図５では相対的な半径方向の距離を誇張している。

導電材料から作られる短絡ばね４０は、回転式ノブガイド１４の内壁に装着されている。短絡ばね４０の寸法は、いくつかの所定の位置の１つで、短絡ばねの第１部分が第１センサ電極１３に接触し、短絡ばねの第２部分が第２電極１３に接触するように作られる。有利なことに、短絡ばね４０の高さは、指の場所が回転式ノブグリップ１５の外面に置かれるように、２つの隣接する電極１３間の距離よりも小さく作られる。

任意で、ラッチばね４１が回転式ノブガイド１４の内壁に設けられてもよい。ラッチばね４１の寸法は、いくつかの所定の位置の１つで、ラッチばね４１の第１部分が２つの隣接するセンサ電極１３間の間隔の間に係合し、ラッチばね４１の第２部分が２つの隣接するセンサ電極１３間の間隔に嵌入するように作られる。短絡ばね４０とは異なり、ラッチばね４１は導電材料を含む必要はない。ラッチばね４１は図４の円形ラッチばね３９に追加して、または円形ラッチばね３９の代わりに設けてもよい。

動作中、２つの隣接する電極表面１３は、静電容量式センシングノブが所定の位置の１つに達すると短絡する。それにより、隣接する電極表面１３は強制的に同じ電位にさせられる。１つおきに電極表面が地電位に接続されている回路レイアウトでは特に、２つの隣接する電極表面１３は地電位を帯びる。静電容量センシングデバイス３２は隣接する電極表面のどのペアが同じ電位にあるかを検出し、決定ロジック３５はこの情報を使って静電容量式センシングノブ１０の角度位置を計算する。

コンデンサ信号の別の評価方法によると、接地とセンシング電極との間の電位差が所定の最低値と所定の最大値の間になると指検出がトリガされ、それ以外は指接触信号はトリガされない。さらに、評価方法は静電容量式センシングボタンの意図的な接触と意図的でない接触とを区別してもよい。この識別は検出される指の数および／または接触の長さに基づいて行ってもよい。例として、静電容量式センシングノブ１０への接触は、指の検出数が２から４の間であるときに意図的であると分類され、それ以外では意図的でないと分類されてもよい。

図７は、静電容量式センサアレイ１１とともに使用するための位置センサ４２、４３、４４の別の種類を示す。位置センサは誘導センサ４２と、フォトダイオードおよび光素子を備える光センサ４３と、静電容量式センサ４４とを具備する。図６と同様に、位置センサ４２、４３、４４は回転式ノブガイド１４の内壁に設置されている。センサ４２、４３、４４は非接触で作用するが、回転する回転式ノブガイド１４への個別の電流供給を必要とする。光源とフォトダイオードとの間は分離されて、フォトダイオードの直接照明を提供する。

例として、図８は静電容量式センシングノブ１０の状態図を示す。オフ状態４５で、エアコンまたはカーラジオなどのシステムのスイッチは切られている。車のイグニッションがオンになると、システムは遷移４７を経て待機状態４６に変わる。イグニッションがオフにされると、システムは待機状態４６から遷移４８を経てオフ状態４５に変わる。待機状態４６では、システムのディスプレイはオフであるか、または消灯している。意図的な指の接触が検出されると、システムは遷移５０を経て、待機状態４６からアクティブ状態４９に変わり、ディスプレイが点灯する。コマンドを一切受信しないまま所定の期間が経過すると、システムはアクティブ状態４９から遷移５１を経て待機状態４６に戻る。

システムがアクティブ状態４９で別のセンサ信号を受信すると、遷移５２を経てスキャニング状態５０に変わる。スキャニング状態５０では、システムは、例えば、短絡ばねの所定の位置によって生じる短絡の移動を追跡することにより、静電容量式センシングノブ１０のモーションをスキャンする。ノブの回転または所定の指の接触パターンなどのコマンド信号が検出されると、システムは遷移５４を経てコマンド実行状態５３に変わり、ラジオの音量または周波数などのシステムパラメータが調整される。パラメータの調整後、システムは遷移５５を経てアクティブモード４９に戻る。

上記説明は多くの具体性を含んでいるが、これらは実施形態の範囲を制限すると解釈するべきではなく、単に予測可能な実施形態の実例を提供していると解釈するべきである。特に、前記の実施形態の利点は実施形態の範囲を制限すると解釈するべきではなく、説明した実施形態を実施した場合に達成されると考えられることを説明しているにすぎない。したがって、実施形態の範囲は、記載する実施例ではなく、請求項およびその均等物によって判断されるべきである。

１０ 静電容量式センシングノブ
１１ 円筒形センサ装置
１２ 回路基板
１３ 帯状センサ電極
１４ 円筒形回転式ノブガイド
１５ ガイドリング
１６ 丸みを帯びたラッチ脚部
１７ ティースギア
１８ 円盤状エンコーダギア
１９ エンコーダ
２０ 円筒形回転式ノブグリップ
２１ フロントプレート
２２ 中央ボタンリフレクタ
２３ カバーリング
２４ 上縁
２５ 引っ掛かり部
２６ 中央ボタンキャップ
２７ 下縁
２８ センサ電極
２９ センサ電極
３０ センサ電極
３１ センサ電極
３２ 静電容量式センシングデバイス
３３ 電圧センシング入力
３４ 電圧センシング入力
３５ 決定ロジック
３６ 印刷回路基板
３７ 底部プレート
３８ 接点ばね
３９ 円形ラッチばね
４０ 短絡ばね
４１ ラッチばね
４２、４３、４４ 位置センサ
４５ オフ状態
４６ 待機状態
４７ 状態遷移
４８ 状態遷移
４９ アクティブ状態
５０ 状態遷移
５１ 状態遷移
５２ 状態遷移
５３ コマンド実行状態
５４ 状態遷移
５５ 状態遷移
５６〜５９ 電極接点
６４〜６７ 電極
６８〜７０ インターフェースポート
７１〜７４ インターフェースポート

Claims (26)

1. 円筒形の固定式プラスチックセンサキャリア（１１）であって、
   前記円筒形の固定式プラスチックセンサキャリア（１１）の外周面上に形成されている、第１プラスチック材料を具備する少なくとも２つのセンサキャリア部分、および第２プラスチック材料を具備する少なくとも１つの絶縁部分であって、前記少なくとも１つの絶縁部分は２つの隣接するセンサキャリア部分の間に延びており、前記少なくとも２つのセンサキャリア部分および前記少なくとも１つの絶縁部分は、一体的に形成されている、少なくとも２つのセンサキャリア部分および少なくとも１つの絶縁部分と、
   前記センサキャリア部分の表面に設けられている帯状のメッキ金属表面電極（１３）と、
   前記帯状のメッキ金属表面電極（１３）をＰＣＢ（１２）に接続するための表面電極接点（５６〜５９；６０〜６３）と、
   を具備する円筒形の固定式プラスチックセンサキャリア（１１）と、
   前記絶縁部分および前記帯状のメッキ金属表面電極（１３）がノブ要素（１４、２０）によって少なくとも部分的に被覆されるように、前記円筒形の固定式プラスチックセンサキャリア（１１）に可動に配置されているプラスチックノブ要素（１４、２０）と、
   を具備するモーション検出デバイス（１０）。
2. 前記センサキャリア部分および前記絶縁部分はダブルショットプラスチック部品であることを特徴とする、請求項１に記載のモーション検出デバイス（１０）。
3. 前記帯状のメッキ金属表面電極（１３）は銅メッキを具備することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモーション検出デバイス（１０）。
4. 前記帯状のメッキ金属表面電極（１３）はニッケルメッキを具備することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
5. 前記帯状のメッキ金属表面電極（１３）は無電解ニッケル置換金メッキを具備することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
6. 前記帯状のメッキ金属表面電極（１３）はプリフラックスを具備することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
7. 前記少なくとも２つのキャリア部分はアクリロニトリル・ブタジエン・スチロール（Ａｃｒｙｌｎｉｔｒｙｌｅ−Ｂｕｔａｄｉｅｎ−Ｓｔｙｒｏｌｅ）を具備することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
8. 前記モーション検出デバイスの外形は、円錐形、切頭円錐形、角錐形および切頭角錐形から選択されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
9. 前記プラスチックノブ要素に装着されている短絡ばねを具備しており、前記短絡ばねの２つの部分が第１所定の位置で２つの電極表面間に短絡を形成し、前記短絡ばねの前記２つの部分は第２所定の位置でいずれの電極表面間にも短絡を形成しないことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
10. 前記モーション検出デバイスは光源と光検出器とを備える光センサを具備しており、前記光源は前記プラスチックノブ要素に装着されており、前記光源は所定の位置で電極表面を照明するように実装されて、前記光検出器は前記所定の位置で前記電極表面から反射光を受光するように実装されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
11. 前記モーション検出デバイスは誘導センサを具備しており、前記誘導センサは磁石およびコイルを具備しており、前記磁石および前記コイルは前記プラスチックノブ要素に装着されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
12. 前記モーション検出デバイス（１０）はギアホイールを具備しており、前記ギアホイールは回路基板上のセンサギアホイールと係合させるために設けられており、前記ギアホイールは回転式ノブガイドの外壁に配置されていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
13. 前記プラスチックノブ要素（１４、２０）はノブガイド（１４）およびノブグリップ（２０）を具備しており、前記ノブグリップ（２０）は前記ノブガイド（１４）上に配置されて、前記ノブガイドはティースギア（１７）を具備することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
14. 中央ボタンリフレクタ（２４）が前記プラスチックノブ要素（１４、２０）の内側に配置されており、中央ボタンキャップ（２６）が前記プラスチックノブ要素（１４、２０）の上端に設けられていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス（１０）。
15. 請求項１から１４までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイスと、複数のインターフェースポート（６８〜７０；７１〜７４）を具備する導電路を備えるＰＣＢとを具備しており、前記表面電極接点は前記インターフェースポートに電気接続されている、モーション検出インターフェース装置（１０）。
16. 前記ＰＣＢに装着されているラッチばねと、前記プラスチックノブ要素の下端の複数の突起部とをさらに具備しており、前記ラッチばねは前記突起部の少なくとも２つの間に係合することを特徴とする、請求項１５に記載のモーション検出インターフェース装置（１０）。
17. ラッチばねと、ラッチ要素と、前記プラスチックノブ要素の下端の複数の突起部とをさらに具備しており、前記ラッチばねは前記ＰＣＢに装着され、前記ラッチ要素は前記突起部と前記ラッチばねとの間に配置されており、前記ラッチ要素は前記突起部の少なくとも２つの間に係合することを特徴とする、請求項１５に記載のモーション検出インターフェース装置（１０）。
18. 前記ＰＣＢに実装されているホイールと、前記ホイールのモーションを検出する検出手段とをさらに具備しており、前記ホイールは前記ノブ要素（１４、２０）のギアに係合し、前記検出手段は前記ＰＣＢの導電路に電気接続されていることを特徴とする、請求項１５から１７までのいずれか一項に記載のモーション検出インターフェース装置（１０）。
19. 請求項１５から１８までのいずれか一項に記載のモーション検出インターフェース装置（１０）と、複数のインターフェースポートを備える電子評価ユニット（３６）とを具備しており、前記インターフェースポートは前記ＰＣＢの前記導電路に電気接続されていることを特徴とする、モーション検出デバイス。
20. 前記電子評価ユニットは、前記インターフェースポートを介して前記電極表面からの信号の強度および持続時間を評価することにより、意図的な手の接触を検出する手段を具備することを特徴とする、請求項１９に記載のモーション検出デバイス。
21. 前記電子評価ユニットは、前記インターフェースポートを介して前記電極表面からの信号を評価することにより、指の位置を検出する手段を具備することを特徴とする、請求項１９または請求項２０に記載のモーション検出デバイス。
22. 前記電子評価ユニットは、２つの前記電極表面間の短絡を検出し、電極表面間に短絡がないことを検出することにより、前記プラスチックノブ要素（１４、２０）の回転位置を検出する手段を具備することを特徴とする、請求項１９から２１までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス。
23. 前記電子評価ユニットは、前記ＰＣＢの導電路を介してコイルからの電気信号を評価することによって、前記プラスチックノブ要素（１４、２０）の回転位置を検出する手段を具備しており、前記コイルは前記プラスチックノブ要素（１４、２０）に装着されていることを特徴とする、請求項１９から２２までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス。
24. 前記電子評価ユニットは、前記ＰＣＢの導電路を介して光検出器からの電気信号を評価することによって、前記プラスチックノブ要素（１４、２０）の回転位置を検出する手段を具備しており、前記光検出器は前記プラスチックノブ要素（１４、２０）に装着されていることを特徴とする、請求項１９から２３までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイス。
25. 前記モーション検出デバイスは車両の室内の操作パネルに組み込まれており、前記モーション検出デバイスの前記電子評価ユニットは前記車両のデバイスに電気接続されていることを特徴とする、請求項１９から２４までのいずれか一項に記載のモーション検出デバイスを備えている車両。
26. 円筒形静電容量式センサ装置（１１）を製造する方法であって、前記方法は、
    第１ショット成形プラスチック部品を射出成形するステップと、
    メッキ可能なプラスチック材料を提供するステップと、
    前記メッキ可能なプラスチック材料から第２ショット成形プラスチック部品を射出成形するステップと、
    前記第２ショット成形プラスチック部品をメタライゼーションステップでメッキするステップであって、前記第２ショット成形プラスチック部品を成形する金型は、前記第２ショット成形プラスチック部品が帯状のメッキ可能な領域（１３）を具備するように設計されている、ステップと、
    前記帯状のメッキ可能な領域（１３）に電気接点（５６〜５９；６０〜６３）を設けるステップと、
    を具備しており、
    前記帯状のメッキ可能な領域（１３）は、前記円筒形静電容量式センサ装置（１１）の円筒形の外周面上に存在していることを特徴とする、方法。

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