TW201805977A

TW201805977A - 感壓式靜電開關及電性裝置

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Publication number: TW201805977A
Application number: TW106102133A
Authority: TW
Inventors: 南部元俊
Original assignee: Ｓｍｋ股份有限公司
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-02-16
Also published as: WO2017163436A1; JP2017174639A

Abstract

本發明之課題係提供一種使用了具有操作區域的導電板之感壓式靜電開關。本發明之解決手段為感壓式靜電開關具有：導電板，連接於基準電位且具有操作區域；電極，以對於前述導電板成為相對向的方式配置；以及彈性體，夾設於前述導電板與前述電極之間。

Description

感壓式靜電開關及電性裝置

本發明係有關於一種感壓式靜電開關及電性裝置。

近年來，在行動機器、行動電話機器、車用導航裝置等所具有的液晶顯示元件等的顯示元件上配置有用以檢測操作輸入的觸控(touch)開關的觸控面板(亦稱為觸控螢幕等)係廣為普及。作為觸控開關的一個方式，已提出有電容式的觸控開關(例如，參考專利文獻1)。

參考圖1概略地說明電容式的觸控開關的原理。如圖1所示，一般的觸控開關1係與電路基板4相對向配置，於該電路基板4係形成有為絕緣體的操作面板2與電極3。觸控開關1中，藉由捕捉手指F接近時的電極3與手指F間的電容變化，檢測是否有被進行觸控操作及被進行操作的位置。如此，藉由進行因應於檢測的處理，使觸控開關1作為開關發揮功能。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2007-134278號公報。

如觸控開關1的一般的電容式的觸控開關係只須使手指F接近操作面板或使手指輕微接觸操作面板即可輸入，而可提高操作性。另一方面，存在有僅因不小心使手指接近即進行意料之外的輸入(處理)的問題。另外，存在有因將無法捕捉電容的變化之理由而不能使用金屬等的導電體作為操作面板的材料的問題。因此，如專利文獻1所記載地，僅止於可在絕緣材添加金屬粒子而使其成為有金屬感，而存在有在美觀、設計性和質感的提高、觸控開關的用途等有所極限的問題。

因此，本發明的目的之一係提供一種感壓式靜電開關及具有該感壓式靜電開關的電性裝置，該感壓式靜電開關係可於操作區域使用金屬等的導電板。

為了解決上述課題，本發明係例如一種感壓式靜電開關，具有：導電板，連接於基準電位且具有操作區域；電極，以對於導電板成為相對向的方式配置；以及彈性體，夾設於導電板與電極之間。

前述感壓式靜電開關中，亦可在彈性體中的對應於操作區域的位置形成有開口。

前述感壓式靜電開關中，導電板亦可為具有光透過部的構成。

前述感壓式靜電開關中，亦可具有設置了電極及發光元件的電路基板；發光元件係構成為配設在從該發光元件所射出的光可經由光透過部及開口而被目視確認的位置。

前述感壓式靜電開關中，亦可在彈性體中的對應於操作區域的位置形成有凹部。

前述感壓式靜電開關中，前述導電板亦可由金屬板所構成。

前述感壓式靜電開關中，導電板亦可具有絕緣構件及在絕緣構件中的至少與電極相對向的部位所形成的導電層。

前述感壓式靜電開關中，導電板亦可由彈性體所支持。

本發明亦可為具有前述感壓式靜電開關的電性裝置。

依據本發明，可於感壓式靜電開關的操作區域使用金屬等的導電板。另外，可防止僅因手指等接近或接觸而導致進行了意料之外的輸入的情形。另外，在本說明書中所例示的功效並非用以限定解釋本發明的內容。

1‧‧‧觸控開關

2‧‧‧操作面板

3‧‧‧電極

4‧‧‧電路基板

10‧‧‧感壓式靜電開關

20‧‧‧導電板

21a‧‧‧操作區域面

21b‧‧‧對向面

22、22a、22b、22c、22d、22e‧‧‧按鈕加工

23‧‧‧絕緣構件

24‧‧‧導電層

30‧‧‧電路基板

31、31a、31b、31c、31d、31e‧‧‧電極

32、32a、32b、32c、32d、32e‧‧‧LED

40‧‧‧彈性體

41、41a、41b、41c、41d、41e‧‧‧開口

50‧‧‧電容檢測控制器

F‧‧‧手指

圖1為用以說明一般的電容式的觸控開關的圖。

圖2中，圖2的(A)係表示一實施形態的感壓式靜電開關的外觀例的圖，圖2的(B)係表示一實施形態的感壓式靜電開關的構成例的圖。

圖3中，圖3的(A)係表示一實施形態的導電板的圖，圖3的(B)係表示一實施形態的電路基板的圖，圖3的(C)係表示一實施形態的彈性體的圖。

圖4係表示一實施形態的感壓式靜電開關的構成例的圖。

圖5係用以說明一實施形態的感壓式靜電開關的動作例的圖。

圖6係表示一實施形態的感壓式靜電開關的電性構成例的圖。

圖7係表示一實施形態的感壓式靜電開關的另一電性構成例的圖。

圖8係變形例的說明圖。

圖9中，圖9的(A)及圖9的(B)係變形例的說明圖。

以下，參考圖式說明本發明的實施形態等。說明係依據以下順序進行。

<1.實施形態>

<2.變形例>

其中，以下所示的實施形態等係例示用以將本發明的技術思想具體化之構成，本發明不被限定於所例示的構成。另外，以下所示的實施形態等亦非將申請專利範圍所示的構件特定於實施形態的構件。尤其，於實施形態所記載的構成構件的尺寸、材質、形狀、其相對的配置、上下左右等方向的記載等除了有提及特別限定之意旨的記載之外，皆並無將本發明的範圍限定之意旨而僅為單純的說明例。另外，各圖式所示的構件的大小、位置關係等係為了使說明明確而有誇張的情形，另外，為了防止圖示變得煩雜，亦有僅圖示一部分元件符號的情形。更且，在以下的說明中，同一名稱、符號係表示同一或同質的構件而適當省略重複的說明。此外，構成本發明的各要件亦可將複數個要件以同一構件構成而由一個構件兼用為複數個要件的態樣，或者反之將一個構件的機能以複數個構件分擔而實現。

<1.實施形態>

「關於感壓式靜電開關的整體構成」

圖2的(A)係表示本發明的一實施形態的感壓式靜電開關(感壓式靜電開關10)之外觀例的立體圖。如圖2的(A)所示，感壓式靜電開關10係例如整體成為薄板狀。

圖2的(B)係用以說明感壓式靜電開關10的構成例的圖(剖面表示圖)。感壓式靜電開關10係例如具有：導電板20、電路基板30以及彈性體40。導電板20的一面係作為操作區域面21a，從圖2的(B)的上方藉由手指、筆等的操作體而實行對於操作區域面21a的按壓操作(按下操作)。於導電板20施行有表示具體的操作區域的加工，該等係以元件符號22a、22b、22c、22d、22e適當簡略化而表示。

於電路基板30形成有預定數量(本實施形態中為5個)的電極31(31a、31b、31c、31d、31e)，該等電極31係以與導電板20的對向面21b(與操作區域面21a成反對側的面)相對向的方式配置。

於導電板20與電路基板30之間係夾設有彈性體40。於彈性體40係例如形成有開口41(41a、41b、41c、41d、41e)。本實施形態的感壓式靜電開關10中，導電板20與彈性體40係藉由雙面膠帶等而被接著，而成為導電板20被彈性體40支持的構成。

「關於導電板」

接著，參考圖3的(A)至圖3的(C)詳細地說明感壓式靜電開關10的各部分。圖3的(A)係表示實施形態的導電板20的圖。導電板20係例如由鋁、不鏽鋼(stainless)等的金屬所構成，就整體而言係成為薄板狀的金屬板。導電板 20係被設為會因按壓操作而往對向面21b側稍微凸出的方式撓曲之程度的厚度(例如0.3mm至0.5mm(毫米))。

藉由對導電板20施行因應於感壓式靜電開關10之用途的加工，而使使用者可認識具體的操作區域及按下該操作區域時所實行的處理。圖3的(A)係表示於導電板20施行有感壓式靜電開關10被作為使音訊(audio)的播放態樣變化的開關使用之情形的加工例。例如，對導電板20施行有：按鈕加工22a，模擬為用以將音訊播放/停止播放的按鈕；按鈕加工22b，模擬為用以將音訊播放快轉的按鈕；按鈕加工22c，模擬為用以遷移至下一首曲子(音軌)的下一首按鈕；按鈕加工22d，模擬為用以將音訊播放倒轉的按鈕；以及按鈕加工22e，模擬為用以遷移至前一首曲子(音軌)的上一首按鈕。

本實施形態中，藉由於導電板20形成貫通孔而施行各按鈕加工22。使用者可經由該貫通孔目視確認後述的發光元件所發光的光。亦即，導電板20所具有的按鈕加工22係作為光透過部而發揮功能。

「關於電路基板」

接著，說明實施形態的電路基板30。圖3的(B)係表示實施形態的電路基板30的圖。於電路基板30中的與導電板20的操作區域相對向的位置或該位置的附近的位置形成有矩形狀的電極31。

此外，於本實施形態的電路基板30係設有發光元件。發光元件係例如由LED(Light Emitting Diode；發光二極體)所構成，例如在電路基板30設有對應於導電板20的操作部位之數量的5個LED32(32a、32b、32c、32d、32e)。LED32係設置於使用者可經由開口41及按鈕加工22目視確認LED32所發光(射出)的光的位置，作為一例可設置於電極31的附近。例如，於大致矩形的電極31a的中央設置有LED32a。同樣地，於其他電極的大致中央亦分別設有LED。LED32係連接於微電腦等的未圖示的控制電路，藉由該控制電路而進行使LED32開燈/關燈的控制。

「關於彈性體」

接著，說明實施形態的彈性體40。圖3的(C)係表示實施形態的彈性體40的圖。彈性體40係例如由厚度為1.0mm至數mm左右的薄板狀的橡膠片所構成。彈性體40係因應按壓操作而局部地變形，只要為按壓操作後變形部位會復原者即可而不限定為橡膠。於彈性體40中的對應於導電板20的操作區域的位置形成有圓形的開口41。

圖4係從導電板20側觀看積層並配置有前述的導電板20、電路基板30及彈性體40而一體化的感壓式靜電開關10之圖。例如，在導電板20中的與施行有按鈕加工22a 的位置相對向的位置配置有電極31a及LED32a，彈性體40的開口41a係位於按鈕加工22a與電極31a等之間。另外，例如在導電板20中的與施行有按鈕加工22b的位置相對向的位置配置有電極31b及LED32b，彈性體40的開口41b位於按鈕加工22b與電極31b等之間。其他的部位亦同。若對按鈕加工22的部位進行按壓操作，則位於被進行按壓操作的位置的正下方的LED32會發光。來自LED32的光係透過開口41及按鈕加工22。使用者可以藉由目視確認該光而認識到輸入被接受，成為可將感壓式靜電開關10作為照光式開關而構成。

「感壓式靜電開關的動作例」

接著，參考圖5，說明感壓式靜電開關10的動作例。以下，說明對在導電板20中的已實施按鈕加工22a的操作區域進行了按壓操作之例。對已實施按鈕加工22a的操作區域進行按壓操作。該按壓操作係指需要可使導電板20撓曲預定以上程度的力的操作。亦即，感壓式靜電開關10係不會因為單純接近或接觸即反應的開關。

導電板20中的進行按壓操作的位置(以下適當稱為操作部位)係撓曲，與其連動地位於操作部位的下方附近的彈性體40係撓曲。藉由導電板20中的操作部位撓曲，該操作部位與電極31a之間的距離變化，其間的電容亦變化。藉由檢測該電容的變化，而可檢測操作部位。

在導電板20與電路基板30之間未夾設有彈性體40的情形中，操作部位與電極31之間的電容的變化小，難以檢測其變化。然而，藉由夾設有彈性體40，可將因進行了按壓操作所致的操作部位與其他的部位間的相對的位置的變位增大，而可使操作部位的電容的變化增大。由此，可確實地檢測操作部位與電極31之間的電容的變化，可正確地特定該操作部位。

此外，本實施形態中，係做成在對應於操作區域(按鈕加工22a)的位置形成有空間的構成，具體而言係做成開口41a位於按鈕加工22a的正下方而成為形成有空間的構成。因此，成為可使操作部位相較於其他的部位撓曲。因此，可使操作部位與其他的部位間的相對的位置變位變得更大，而可使操作部位的電容變化變得更大。

當操作部位被檢測，則藉由未圖示的控制電路實行使LED32a發光(開燈)的控制。由於在彈性體40形成有開口41a且於導電板20形成有為貫通孔的按鈕加工22a，故可供使用者目視確認LED32a所發光的光，而使使用者感到宛如按鈕加工22a亮起般的感受。

「關於電性的構成」

圖6係表示感壓式靜電開關10的電性構成例的圖。作為接地電位(接地端(ground))的低壓基準電源線GND與高壓基準電源線VCC係連接於電容檢測控制器50。電容檢測控制器50係例如安裝於電路基板30。導電板20係連接於低壓基準電源線GND。導電板20與各電極31之間的電容C(Ca、Cb、Cc、Cd、Ce)以示意性的方式表示。電容C[F(farad；法拉)]係可藉由下述數式(1)而求得。

另外，數式(1)的S表示電極的面積[m²]，d表示金屬板間距離[m]。另外，ε₀為真空的介電常數(8.854×10^-12)，ε_r為介電常數比，在空氣的情形中係ε_r≒1.0。

數式(1)中，S、ε₀、ε_r為定值。只有距離d會因按壓操作而變化，藉由該變化電容C亦變化。電容檢測控制器50係因應導電板20與電極31之間的電容C的變化而判別操作部位。另外，作為電容檢測控制器50檢測電容C的變化的方式可應用鬆弛振盪(relaxation oscillation)方式、電荷轉移(charge transfer)方式、CSA(CapSence Successive Approximation；逐次逼近)方式、串聯電容分壓比較方式等習知的方式。

圖7係表示感壓式靜電開關10的電性的另一構成例的圖，為感壓式靜電開關10具有電容檢測控制器51之例。另外，於同圖所示的構成係已被本發明者所提出，其詳細係已揭露於日本專利公開公報(日本特開2016-9452號)。於日本特開2016-9452號公報所記載的事項亦可適用於本發明。由於藉由電容檢測控制器51連微小的電容也可檢測的到，故連因細微的撓曲所致的電容變化亦可檢測的到。

依據以上所說明的實施形態之感壓式靜電開關，可於操作區域使用由金屬等所構成的導電板。因此，可較以往更提高美觀、設計性、質感等，可擴大作為觸控開關的用途。另外，由於輸入操作需要能使導電板撓曲之程度的一定以上的力，故可以防止因手指等不小心接近而導致的錯誤輸入。此外，並不需要為了達到前述實施形態中所說明的作用功效而大量使用特別的零件，而可藉由簡單構成的感壓式靜電開關而實現本發明。

「應用例」

本發明係可作為具有前述的感壓式靜電開關10的電性裝置而實現。作為組入有感壓式靜電開關10的電性裝置，例如可列舉需要以一定以上的力進行按壓操作的裝置，換言之，可列舉就安全性等的觀點來看不適合僅因接近或接觸即被輸入的機器。作為該種電性裝置，具體而言可列舉：冷凍庫、瓦斯或IH(induction heating；感應加熱) 型廚具、電磁爐等的料理機器；熱水壺；車載裝置、照明機器、電風扇等的空調機器；以及餐具乾燥機等。

<2.變形例>

以上，雖已針對本發明的實施形態具體說明，但本發明係不被限定於前述的實施形態而可有各種變形。

導電板20係不被限定於金屬板。例如，如圖8所示，亦可為具有在薄板狀的絕緣構件23與該絕緣構件23中的至少與電極31相對向的部位所形成的導電層24。導電層24係例如由ITO(Indium Tin Oxide；氧化銦錫)等的透明導電膜形成。導電層24係連接於接地電位等的基準電位。另外，如圖8所示，導電層24亦可遍及與絕緣構件23的電極31相對向的對向面整體而形成。絕緣構件23係可為板狀、膜狀，其形狀可為任意的形狀。另外，於該情形中，藉由將絕緣構件23以玻璃、壓克力等的光透過性構件構成，而可使導電板20整體作為光透過部而發揮功能。亦即，光透過部係不被限定為由導電板20所形成的貫通孔。另外，導電板20亦可構成為不具有光透過部。

前述實施形態中，導電板20的操作區域的數量係可適宜變更。另外，用以識別導電板20的操作區域的手段(識別手段)係不被限定為按鈕加工22般的貫通孔，亦可為貼附裝飾片等的方式，或亦可將導電板20沖壓(press)加工而成，或者亦可為將該等組合的方式。另外，導電板20的操作區域亦可不包含前述的識別手段，或亦可以導電板20整體作為操作區域。識別手段係可為矩形、三角形等的單純的形狀，亦可為並非顯示按下操作區域時所實行的處理。

前述的實施形態中，作為基準電位的一例，雖以導電板20所連接的低壓基準電源線的電位作為接地電位，但亦可為預定位準的固定電位等的其他基準電位。

前述實施形態中，雖將電路基板30中的電極31表示為大致矩形的形狀，但其形狀亦可適宜變更為圓形、楕圓形、三角形等。

前述實施形態中，導電板20的操作區域(按鈕加工22)的數量雖與電極31的個數一致，但其數量並沒有必要必為一致。亦可採用複數個電極對應於1個操作區域的方式。

設置於電路基板30的發光元件的種類、個數、發光態樣係可適宜變更，另外，亦可不於電路基板30設置發光元件。另外，亦可使發光元件成為與有無操作無關地自電源被開啟時起經常開燈的方式。

彈性體40的開口41係不限為圓形，亦可為如圖9中的(A)所示的矩形，或楕圓形、三角形等，其形狀係可適宜變更。另外，亦可取***口41，使從導電板20起往朝向電路基板30的方向凹陷的凹部形成於彈性體40，亦可如圖9中的(B)所示為沒有該等開口、凹部之一樣平面。

彈性體40係不限定為橡膠，亦可使用彈簧、海綿等。例如，當使用複數個彈簧作為彈性體40時，亦可將該等複數個彈簧分別配置於電極31的附近。

前述的感壓式靜電開關10係不被限定為導通/關斷(on/off)的開關。例如，亦可為將因應於導電板20的撓曲量之電容的變化階段性地檢測，執行因應於該階段性的變化量的控制。另外，亦可因應電容的階段性變化，將LED32的發光強度、顏色等階段性地變化。

另外，前述的感壓式靜電開關10雖將操作區域配置為一列(row)，但操作區域亦可配置為複數個列，亦即2維地配置。

感壓式靜電開關10的形狀不限定為薄板狀，可以圓筒形、球形等適宜的形狀構成，亦可與其因應地將導電板20等的形狀亦以適宜的形狀構成。另外，感壓式靜電開關10亦可縱向或斜向配置而於水平方向或斜向進行按壓操作。該情形中，亦可構成為感壓式靜電開關10的各構成(導電板20、電路基板30及彈性體40等)係由預定的支持構件所支持。

亦可於電路基板30設置振動器(vibrator)、致動器(actuator)，使其因應於按壓操作而在該操作所進行的位置進行振動等的回饋(feedback)動作。

於上述實施形態及變形例中所列舉的構成、方法、步驟、形狀、材料及數值等僅為舉例，可視需要而使用與該等不同的構成、方法、步驟、形狀、材料及數值等，或亦可將該等置換為習知等。另外，實施形態及變形例的構成、方法、步驟、形狀、材料及數值等在不產生技術矛盾的範圍內係可互相組合。

10‧‧‧感壓式靜電開關

20‧‧‧導電板

21a‧‧‧操作區域面

21b‧‧‧對向面

22a、22b、22c、22d、22e‧‧‧按鈕加工

30‧‧‧電路基板

31a、31b、31c、31d、31e‧‧‧電極

40‧‧‧彈性體

41a、41b、41c、41d、41e‧‧‧開口

Claims

一種感壓式靜電開關，具有：導電板，連接於基準電位且具有操作區域；電極，以對於前述導電板成為相對向的方式配置；以及彈性體，夾設於前述導電板與前述電極之間。
如請求項1所記載的感壓式靜電開關，其中構成為在前述彈性體中的對應於前述操作區域的位置形成有開口。
如請求項2所記載的感壓式靜電開關，其中前述導電板係成為具有光透過部的構成。
如請求項3所記載的感壓式靜電開關，其中具有設置了前述電極及發光元件的電路基板；前述發光元件係構成為配設在可經由前述光透過部及前述開口目視確認從該發光元件所射出的光的位置。
如請求項1所記載的感壓式靜電開關，其中構成為在前述彈性體中的對應於前述操作區域的位置形成有凹部。
如請求項1至5中任一項所記載的感壓式靜電開關，其中構成為前述導電板係由金屬板所構成。
如請求項1至5中任一項所記載的感壓式靜電開關，其中前述導電板係具有絕緣構件及在前述絕緣構件中的至少與前述電極相對向的部位所形成的導電層。
如請求項1至5中任一項所記載的感壓式靜電開關，其中構成為前述導電板係由前述彈性體所支持的構成。
一種電性裝置，係具有如請求項1至8中任一項所記載的感壓式靜電開關。