(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載の操作装置の製造においては、別部材のタッチセンサシートを操作パネルの内面側に貼り付ける工程があり、毎回精度良く貼り付ける必要があるため、組み立て性を高めることが難しかった。
【0005】
そこで本発明は、入力精度を維持しつつ簡単な構造を実現し、これにより組み立て性を高めることのできる静電容量式入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明の静電容量式入力装置は、非導電性樹脂からなる第1部材と、第1部材と一体に成形された、導電性樹脂からなる第2部材と、第2部材の静電容量の変化に基づいて、第2部材に対する操作者の入力操作の有無を判断する判断部と、カバー部材の内部に固定され、判断部が実装された回路基板と、第2部材と回路基板との間に介在させ、弾性力により第2部材と回路基板との電気的接続を維持する導電性弾性部材とを備え、
第2部材は、操作者の入力操作によって静電容量が変化する操作領域を有するとともに、操作領域と電気的に接続され、かつ導電性弾性部材を内部で接触した状態で保持するバネ保持部を有することを特徴としている。
【0007】
この構成により、第1部材に対して第2部材を容易かつ正確に配置できるため、従来の入力装置のように静電センサシートを正しく位置決めして貼り付ける工程や、センサシートと回路基板とをハンダ付け等で接続する工程が不要となるため、組み立て性を向上させることができる。
【0008】
本発明の静電容量式入力装置において
、第2部材のうち、少なくとも操作領域の外側は、第1部材で覆われており、判断部は、第1部材で覆われた操作領域に対する、操作者の入力操作の有無を判断することが好ましい。
【0009】
これにより、操作者の指等から静電気が第2部材に落ちるのを防ぐことができる。さらに、従来の入力装置のように、静電気放電(ESD)対策のシートを操作面に設ける工程が必要なくなることから、組立性の向上に資することができる。
【0010】
本発明の静電容量式入力装置において、回路基板には、操作者の入力操作によって静電容量が変化する操作領域に対応する位置にLEDが実装されており、第1部材は、LEDからの出射光を操作領域まで導く、導光性樹脂からなる導光部を有することが好ましい。
【0011】
これにより、操作者は、各操作領域を識別することができる。また、個別のLEDによって各操作領域を識別可能となるため、第1部材上に、操作領域を識別するための表示や部材を別途設ける必要がないことから、部品点数を少なくすることができる。
【0012】
本発明の静電容量式入力装置において、第1部材と第2部材は、回路基板に対して、導電性弾性部材の弾性伸縮に応じて移動可能であり、回路基板には、押圧の有無に応じた信号を発生するスイッチ部材が実装され、スイッチ部材は、操作者によって第1部材及び第2部材が回路基板側へ移動することによって押圧されたときは、オン状態を示す信号を出力し、第1部材及び第2部材による押圧が解除されているときは、オフ状態の信号を発生することが好ましい。
【0013】
これにより、操作者が意図せずに入力装置に触れた場合と、操作のために操作領域を押した場合とを区別することが可能となるため、誤動作を防ぐことができる。
【0014】
本発明の静電容量式入力装置
の製造方法は、第1部材と第2部材は、第2部材の成形後に第1部材を成形することによって一体化され、第1部材を成形するための金型のゲートの位置が導光部の内部に相当する位置に配置されたこと
を特徴としている。
【0015】
この構成により、導光部の内側から外側へ樹脂が流れるため、第1部材の成形時の熱によって、既に成形された第2部材が溶けたとしても、導光部から離れる方向にのみ溶け出すことから、導光部の形状は所望の形状を実現でき、その導光性能を確保できる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によると、入力精度を維持しつつ簡単な構造を実現し、これにより組み立て性を高めることのできる静電容量式入力装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施形態に係る静電容量式入力装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
【0019】
図1は、本実施形態に係る静電容量式入力装置10の構成を示す分解斜視図である。
図2は、静電容量式入力装置10における第1部材20と第2部材30にクッションが配置された状態を示す斜視図である。
図3は、
図2の第1部材と第2部材に対してさらにバネが配置された状態を示す斜視図である。
図4は、静電容量式入力装置10の構成を模式的に示す一部断面図であり、
図3のIV−IV線に沿った断面に対応している。
図5は、第1部材20、第2部材30、及び、ゲート24、25、26の配置を示す正面図である。
図6は、
図4の一部断面構造を模式的に示す断面図である。
図7は、静電容量式入力装置10の構成を示すブロック図である。
【0020】
図1に示すように、静電容量式入力装置10は、第1部材20、第2部材30、導電性弾性部材としてのバネ40、クッション50、回路基板70、及び、カバー部材90を備える。また、
図7に示すように、静電容量式入力装置10は、さらに、LED100(発光ダイオード)、スイッチ部材110、静電容量算出部121、判断部122、及び制御部123を備える。以下、各部材について詳細に説明する。
【0021】
第1部材20は非導電性と導光性を有する樹脂からなり、第2部材30は導電性樹脂からなる。第1部材20に用いる非導電性樹脂は、透明であることが好ましく、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルである。第2部材30に用いる導電性樹脂は、黒色で遮光性があることが好ましく、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルなどの樹脂に、カーボンブラックその他の導電性粒子を含有させたものを用いる。
【0022】
第1部材20と第2部材30は、第2部材30の成形後に第1部材20を成形することによって一体に成形し、第1部材20の内側に第2部材30を配置する。すなわち、X方向外側において、第2部材30は第1部材20に覆われている。第1部材20と第2部材30の成形においては、例えば、共通金型と第1金型を用いて第2部材30を成形し、第1部材20の成形では、第2金型と、第2部材30の成形に用いた共通金型を用いる。これにより、第1部材20と第2部材30の位置合わせを容易かつ正確に行うことができ、組立性の向上に資することができる。なお、本実施形態においては、第1部材20の内側に第2部材30が配置され、第2部材30が第1部材20に覆われているが、第2部材30の一部が最も表面になる構成としても良い。この場合、静電気放電を防ぐ点からは、少なくとも、操作領域A31、A32、A33(
図5)のX方向外側は非導電性の第1部材20で覆われていることが好ましい。
【0023】
図2〜
図4に示すように、第2部材30は、X方向から見た平面形状が矩形状の電極枠部31、32、33と、バネ保持部34、35、36、37、38、39とからなる。バネ保持部34、35は電極枠部31の外囲に、バネ保持部36、37は電極枠部32の外囲に、バネ保持部37、38は電極枠部33の外囲に、それぞれ接続されるように形成されている。したがって、電極枠部31はバネ保持部34、35と導通し、電極枠部32はバネ保持部36、37と導通し、電極枠部33はバネ保持部38、39と導通している。電極枠部31、32、33と、バネ保持部34、35、36、37、38、39は、X方向の高さが同一である。電極枠部31、32、33は、互いに導通しておらず、第1部材20の表面近傍において、操作者の入力操作によって静電容量がそれぞれ変化する、独立した操作領域A31、A32、A33を構成する(
図5)。
【0024】
また、第1部材20は、電極枠部31、32、33の内面形状にそれぞれ対応するように内側に突出する導光部21、22、23を備える。なお、電極枠部31、32、33の形状、電極枠部31、32、33に対するバネ保持部34、35、36、37、38、39の形成位置、バネ保持部の数は、対応する電極枠部とバネ保持部の間の導通状態が実現できれば
図3に示す形状・配置・数に限定されない。
【0025】
図5に示すように、第1部材20を成形するための金型のゲート24、25、26は、導光部21、22、23の内部に相当する位置に配置されている。このような配置をとることにより導光部21、22、23の内側から外側へ樹脂が流れるため、第1部材20の成形時の熱によって、既に成形された第2部材30が溶けたとしても、導光部21、22、23から離れる方向にのみ溶け出すことから、導光部21、22、23は所望の形状で形成でき、それにより導光性能を確保できる。
【0026】
また、第1部材20の成形型は、
図6に示すように、Z方向において電極枠部31との間に隙間20a、20bを形成するような形状を有している。このような形状は、電極枠部32、33についても同様である。これにより、
図6に示す場合においては、ゲート24から充填された樹脂は、Z方向上向きに電極枠部31に当たることがなくなり、矢印Dで示すように電極枠部31の周りを流れていく。このため、第1部材20の成形時の熱による第2部材30の溶け出しを抑えることが可能となる。
【0027】
図2に示すように、バネ40は、コイルバネ41、42、43、44、45、46で構成される。バネ40は、例えば、金属材料で構成され、又は、樹脂で形成した表面を金属めっきして導電性を持たせた材料で構成される。
図3に示すように、コイルバネ41、42、43、44、45、46は、一方の端部がバネ保持部34、35、36、37、38、39内にそれぞれ収容され、他方の端部は
図1に示す回路基板70に当接するように配置される。
【0028】
クッション50は、弾性材料(例えばゴム)からなり、電極枠部31、33の端面形状に対応する平面形状を備えた矩形状クッション51、52で構成される。矩形状クッション51、52は、電極枠部31、33と回路基板70の間に配置される。
【0029】
回路基板70は、LED100、スイッチ部材110、静電容量算出部121、判断部122、及び制御部123が実装された基板である。回路基板70は、X方向に孔部71、72をそれぞれ貫通する、ねじ61、62によってカバー部材90の内部に固定されている。
図4に示すように、回路基板70のカバー部材90側の背面には外部への配線のためのピンヘッダ80が設けられており、ピンヘッダ80のピンは、カバー部材90に設けた孔部91内に延び、外部機器に電気的に接続される。カバー部材90は非導電性樹脂、例えばアクリル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルで形成されている。
【0030】
LED100は、導光部21、22、23に対して、それぞれ光を入射する位置に設けた複数のLEDを備えており、それぞれのLEDは、
図7に示すように、制御部123によって動作が制御されている。より具体的には、
図4に示すように、導光部21に入射する位置にLED101、102が設けられ、導光部22に入射する位置にLED103、104が設けられ、図示しないが導光部23に入射する位置にもLEDが設けられている。この構成においては、LED101、102からの出射光は、導光部21を経て第1部材20の対応箇所(操作領域A31)から外部へ射出し、LED103、104からの出射光は、導光部22を経て第1部材20の対応箇所(操作領域A32)から外部へ射出する。なお導光部22を取り囲む電極枠部31、32は黒色で遮光性があるため、LED101、102からの出射光が隣の操作領域A32へ漏れることはないし、同様にLED103、104からの出射光が隣の操作領域A31へ漏れることはない。これにより、第1部材20において電極枠部31、32、33に対応する位置が、対応するLEDによって個別に照明・表示され、操作者は電極枠部31、32、33に対応する操作領域A31〜A31を示す表示をそれぞれ識別することができる。
【0031】
第1部材20は、カバー部材90又は外部部材によって、カバー部材90に対するX方向における移動が規制されている。これにより、コイルバネ41〜46は、その弾性力によって、一方の端部が、バネ保持部34〜39の内部にそれぞれ接触し、他方の端部が回路基板70の対応する導通部にそれぞれ接触した状態を維持する。このため、電極枠部31は、バネ保持部34、35、コイルバネ41、42を介して回路基板70に導通し、電極枠部32は、バネ保持部36、37、コイルバネ43、44を介して回路基板70に導通し、電極枠部33は、バネ保持部38、39、コイルバネ45、46を介して回路基板70に導通している。また、第1部材20は、コイルバネ41、42、43、44、45、46の弾性力によって、第2部材30、バネ40、及び回路基板70の間の導通状態を維持しつつ、カバー部材90の内側へ移動可能である。ここで、電極枠部31、32、33には、それぞれ2つのバネ保持部が接続されているため、回路基板70に対する導通を確実に維持することができる。
【0032】
図1、
図4に示すように、矩形状クッション51、52が、電極枠部31、33と回路基板70の間に配置されているため、第1部材20がカバー部材90の内側に移動しても電極枠部31〜33及びバネ保持部34〜39が回路基板70に接触することを防ぐことができる。また、
図4に示すように、回路基板70上には、Z方向においてバネ保持部35に対応する位置にスイッチ部材110が設けられている。スイッチ部材110は、押圧の有無に応じた信号を発生し、操作者によって第1部材20及び第2部材30が回路基板70側へ移動することによって押圧されたときは、オン状態を示す信号を出力し、第1部材20及び第2部材30による押圧が解除されているときは、オフ状態を示す信号を発生する、又は、信号は発生しない。このようなスイッチ部材110を設けることにより、操作者が意図せずに電極枠部31〜33に触れた場合と、意図的に電極枠部31〜33を押した場合とを区別することが可能となる。なお、スイッチ部材は、バネ保持部35以外のバネ保持部に対応する位置や電極枠部32に対応する位置に配置してもよい。
【0033】
図7に示すように、電極枠部31は検出電極31a及び駆動電極31bを備え、電極枠部32は検出電極32a及び駆動電極32bを備え、電極枠部33は検出電極33a及び駆動電極33bを備える。ここで、電極枠部31、32、33における静電容量の測定に関して、電極枠部31を例に挙げて説明するが、電極枠部32、33も同様である。すなわち、制御部123から駆動電極31bに電圧を印加すると、検出電極31aと駆動電極31bの間に電位差が発生し、検出電極31aと駆動電極31bの間の静電容量(相互容量)に応じて、検出電極31aに電流が流れる。ここで、検出電極31aに操作者の指が接近すると、指と検出電極31aの間も容量結合されるため、その分だけ検出電極31aと駆動電極31bの間の静電容量が減少し、これにより電圧印加時に検出電極31aに流れる電流も減少する。このため、検出電極31aから、指と検知素子との距離に対応した出力信号を得ることができる。検出電極31aからの出力信号は、静電容量算出部121に入力される。静電容量算出部121は、検出電極31aからの信号に基づいて静電容量データを算出し、算出結果を判断部122へ出力する。判断部122は、静電容量算出部121から受けた、電極枠部31における静電容量の変化に基づいて、電極枠部31に対する操作者の入力操作の有無を判断する。すなわち、判断部122は、第1部材20で覆われた上記操作領域(電極枠部31を第1部材20に投影した領域)に対する、操作者の入力操作の有無を判断する。
【0034】
なお、検出電極31aと接地部(GND)との間の静電容量の変化に基づいて、指の位置を特定することもできる。すなわち、検出電極31aに指が接近していないときは検出電極31aと接地部の間の寄生容量に応じて、検出電極31aに電流が流れるのに対して、検出電極31aに指が接近すると、指が接近した検出電極31aと指との間が容量結合されるため、その分だけ静電容量(自己容量)が増大し、これにより電圧印加時に検出電極31aに流れる電流も増大する。このため、検出電極31aから、指と検知素子との距離に対応した出力信号を得ることができる。
【0035】
制御部123には、スイッチ部材110が接続されている。スイッチ部材110が押圧されてオン状態を示す信号が制御部123へ出力された場合、制御部123は、判断部122による入力操作の有無の判断が始まっているときはこれを継続させ、判断が始まっていないときは判断を開始させる。これに対して、スイッチ部材110が押圧されていないためにスイッチ部材110からオフ状態を示す信号が出力されている場合、又は、スイッチ部材110からオン信号が出力されていない場合は、制御部123は、判断部122に対して、入力操作の有無の判断をしていない場合は判断を開始しないように指示し、判断を開始しているときはこれを中断するように指示する信号を出力し、判断部122は判断を行わない状態となる。
【0036】
以上の構成の静電容量式入力装置10においては、対応するLEDによって操作領域A31〜A33に指示内容がそれぞれ表示され、これに対して操作者が指等で、所望の指示内容に対応する操作領域を押すと、判断部122が該当する操作領域に対して入力操作があったことを判断する。制御部123は、判断部122が入力操作ありと判断した操作領域に対応する指示信号を外部機器に出力する。
【0037】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
(1)非導電性樹脂からなる第1部材20と導電性樹脂からなる第2部材30とを一体に成形し、導電性を有する弾性部材としてのバネ40によって第2部材30と回路基板の電気的接続(導通)を確保した構成により、従来の入力装置のように静電センサシートを正しく位置決めして貼り付ける工程や、センサシートと回路基板とをハンダ付け等で接続する工程が不要となるため、組み立て性を向上させることができる。
【0038】
(2)操作者の指が触れることによって静電容量が変化する第2部材30を、非導電性の第1部材20で覆ったため、操作面が非導電性樹脂で構成されることから、静電気が第2部材30に落ちるのを防ぐことができる。これにより、従来の入力装置のように、静電気放電(ESD)対策のシートを操作面に設ける必要が無くなることから、組立性の高い入力装置を提供することができる。
【0039】
(3)回路基板70の操作領域A31〜A33に対応する位置に、LEDがそれぞれ実装されており、LEDと操作領域A31〜A33の間に導光性を有する導光部21、22、23が配置されているため、LED100からの出射光は、導光部21、22、23に案内されて操作領域A31〜A33にそれぞれ至る。これにより、操作者は、各操作領域を識別することができる。上記実施形態の静電容量式入力装置10では、操作領域A31〜A33を規定する電極枠部31、32、33を含む第2部材30と、第1部材20とが一体で成形されているため、従来の入力装置のように別の部材を用意して精度よく組み立てるという工程が不要となることから、操作領域の視認性及び操作性を維持しつつ、組み立て性を高めることが可能となる。
【0040】
(4)第2部材30と回路基板70との間にバネ40を介在させることによって、第1部材20及び第2部材30をバネ40の弾性力に応じてX方向に移動させることが可能となり、回路基板70上に設けたスイッチ部材110によって、第1部材20及び第2部材30が回路基板70側に押し込まれたか否かを判断することができる。また、導電性を有するバネ40を介在させることによって第2部材30と回路基板70を電気的に接続できる。すなわち、スイッチ部材110への押圧の解除と電気的接続のためにバネ40を兼用することができるため、部品点数を減らして組み立て性を高めることができる。また、操作者が意図せずに操作領域に触れた場合と、意図的に操作領域を押した場合とを区別することが可能となるため、誤動作を防ぐことができる。
【0041】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。