特許 6040841 静電容量式スイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6040841

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】静電容量式スイッチ

(51)【国際特許分類】

   H01H 36/00 20060101AFI20161128BHJP

   H01H 9/18 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   H01H36/00 F

   H01H36/00 J

   H01H9/18 A

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-76203(P2013-76203)

(22)【出願日】2013年4月1日

(65)【公開番号】特開2014-203542(P2014-203542A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2015年6月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】加藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】佐橋 義英

【審査官】 塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−３１２１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２２５７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４２５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１７４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０５８８４１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３６／００

Ｈ０１Ｈ ９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作体（Ｆ）により接触操作される操作面（１１ａ、１１ｂ）を形成する操作プレート（１０）と、
前記操作プレートに対して前記操作面の反対側に配置される電極板（１４）と、
前記操作体と前記電極板との間で生じる静電容量の変化に応じて、前記操作面が接触操作されたか否かを判定する判定回路（２２）と、
前記電極板に接続され、前記判定回路へ信号を出力する配線（１５）と、
前記電極板の外周部（１４ａ）に配置され、前記操作プレートに比べて誘電率の高い高誘電率材（３０）と、
を備え、
前記操作プレート、前記電極板、前記配線および前記高誘電率材は、互いに一体成形された多色成形品であることを特徴とする静電容量式スイッチ。

【請求項2】

前記高誘電率材は、前記外周部の全体に配置されて前記電極板を取り囲む形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式スイッチ。

【請求項3】

前記高誘電率材は、前記電極板の板面と水平な方向のうち前記電極板から離れる向きに延出する延出部（３０ｐ）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量式スイッチ。

【請求項4】

前記配線は、前記電極板を取り囲むように環状に延びる環状部（１５ａ）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の静電容量式スイッチ。

【請求項5】

前記電極板は透光性を有する材質で形成され、
前記操作プレートを前記操作面の反対側から透過照明する光源（２３）を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の静電容量式スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、操作体（例えばユーザの指先）で接触操作することにより生じる静電容量変化に応じてオンオフ作動する、静電容量式スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ユーザの指先により接触操作される操作面を表面に形成する操作プレートと、操作プレートの裏面に貼り付けられた電極シートと、を備えた静電容量式スイッチが開示されている。電極シートは、可撓性を有するフィルムに電極および配線を蒸着して構成されており、電極は、操作面に対向して配置されている。

【0003】

指先と電極との間で生じる静電容量の変化を表した検出信号は、電極に接続された配線を通じて判定回路へ出力され、判定回路は、この検出信号に基づき操作面が接触操作されたか否かを判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１１３８９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記構成では、操作プレートに電極シートを貼り付ける作業が必要となり、この貼り付け作業が製造コスト低減の妨げとなっている。特に、電極シートとともに操作プレートに照明光を透過させて操作面を透過照明する構造の場合には、電極シートと操作プレートとの接着面に気泡が生じないように貼り付け作業を実施しなければならないので、貼り付け作業の手間が大きい。

【0006】

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、電極シートの貼り付け作業を不要にした静電容量式スイッチを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

開示されたひとつの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。なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。

【0008】

上記目的を達成する発明は以下の点を特徴とする。すなわち、操作体（Ｆ）により接触操作される操作面（１１ａ、１１ｂ）を形成する操作プレート（１０）と、操作プレートに対して操作面の反対側に配置される電極板（１４）と、を備える。さらに上記発明は、操作体と電極板との間で生じる静電容量の変化に応じて、操作面が接触操作されたか否かを判定する判定回路（２２）と、電極板に接続され、判定回路へ信号を出力する配線（１５）と、電極板の外周部（１４ａ）に配置され、操作プレートに比べて誘電率の高い高誘電率材（３０）と、を備える。そして、操作プレート、電極板、配線および高誘電率材は、互いに一体成形された多色成形品であることを特徴とする。

【0009】

これによれば、電極板および配線は、操作プレートとともに多色成形されるので、電極板および配線が操作プレートに一体化され、電極板および配線を操作プレートに貼り付ける作業を不要にできる。よって、従来必要であった電極シートの貼り付け作業を不要にでき、静電容量式スイッチの製造コスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る静電容量式スイッチの全体図であって、図２のＩ−Ｉ断面図。

【図2】図１のII矢視図。

【図3】本発明の第２実施形態に係る静電容量式スイッチの断面図。

【図4】本発明の第３実施形態に係る静電容量式スイッチの全体図であって、図５のIV−IV断面図。

【図5】図４のＶ矢視図。

【図6】本発明とは異なり高誘電率材を配置しない場合の比較例を示す図。

【図7】第３実施形態の構造において、電極板から出る電気力線の分布を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、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。

【0012】

（第１実施形態）
図１に示す操作プレート１０は、板状の基板１３と、透光性を有する樹脂で形成された操作部１３ａとを備えて構成されている。これらの樹脂材料の具体例としては、ＰＣ（ポリカーボネート）、アクリル、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）等が挙げられる。基板１３および操作部１３ａは、多色成形により樹脂で一体に形成されている。なお、基板１３には、透光性を有する材料を用いる必要はないが、透光性材料を用いた場合には遮光性を有する塗料を印刷することが望ましい。

【0013】

基板１３および操作部１３ａの表面、つまり操作プレート１０のうちユーザ側の面は、ユーザに視認される意匠面１１である。そして、意匠面１１のうち操作部１３ａの部分、およびその周囲の部分が操作面１１ａ、１１ｂとして機能する。操作面１１ａ、１１ｂは、ユーザの指先Ｆ（操作体）で接触操作されるものである。操作面１１ａ、１１ｂには、操作対象を表した文字や記号等が印刷されている。

【0014】

意匠面１１には、３つ以上の操作面が限られた範囲に密集して配置されているが、図１では２つの操作面１１ａ、１１ｂを図示している。なお、図１の例では、２つの操作面１１ａ、１１ｂが並ぶ方向（図１の左右方向）において、２つの操作面１１ａ、１１ｂの間隔は、操作面１１ａ、１１ｂの長さよりも小さい。

【0015】

操作プレート１０には電極板１４が設けられている。電極板１４は、透光性を有するとともに、基板１３に比べて誘電率の高い材料で形成されている。電極板１４を形成する材料の具体例としては、導電性を有する物質（例えばガラスフィラー、カーボンフィラー等）を樹脂（例えばポリカーボネート、アクリル、ＡＢＳ等）に混入させたものが挙げられる。そして、電極板１４は、基板１３および操作部１３ａとともに、多色成形により樹脂で一体に形成されている。なお、電極板１４は、意匠面１１には露出しないように配置されている。また、電極板１４と操作部１３ａとは、意匠面１１に対して垂直な方向（図１の上下方向）に積層配置され、互いに接触している。

【0016】

操作プレート１０の裏面１２には、電極板１４に接続された配線１５が設けられている。この配線１５は、導電性を有する材料で形成されており、基板１３、操作部１３ａおよび電極板１４とともに、多色成形により樹脂で一体に形成されている。なお、配線１５は、電極板１４に比べて誘電率が高い高誘電率材である。配線１５には、透光性を有する材料を用いる必要はない。

【0017】

配線１５の一端は電極板１４に接続されている。配線１５の他端は、接続配線（フラットケーブル２１）を介して回路基板２０に接続されている。これにより、電極板１４から出力される検出信号は、配線１５およびフラットケーブル２１を通じて、回路基板２０に実装されたマイクロコンピュータ（マイコン２２）に入力される。この検出信号は、指先Ｆと電極板１４との間で生じる静電容量の変化に応じた、電圧変化の信号である。なお、電極板１４は、複数の操作面１１ａ、１１ｂの各々に対して配置されており、各々の電極板１４から出力される検出信号がマイコン２２に入力される。

【0018】

マイコン２２は、検出信号に変化に基づき、操作面１１ａ、１１ｂに指先Ｆが接触したか否かを判定し、接触していると判定した場合には、操作対象に対してオン信号を出力し、操作対象が所望の作動をするように操作する。操作対象の具体例としては、車両に搭載された空調装置の起動、風量設定、温度設定、車両に搭載されたオーディオ装置の音量設定、選曲、車両に搭載されたナビゲート装置の目的地設定等が挙げられる。

【0019】

また、上記判定の具体例としては、検出信号が基準電圧に対して所定値以上変化した場合に、接触していると判定することが挙げられる。換言すれば、自己容量検出方式の原理にしたがって、先述した静電容量が所定量以上増大した場合に、接触していると判定する。

【0020】

より詳細に説明すると、操作面１１ａ、１１ｂに指先Ｆを接触させていない時には、電極板１４の周辺にある回路基板２０のグランドパターン等と電極板１４との間に寄生容量が発生している。そして、導体である人体が仮想グランドに接地されているため、操作面１１ａ、１１ｂに指先Ｆを近づけると、電極板１４と指先Ｆとの間に静電容量が発生する。これによる静電容量の増加量を測定する事により、指先Ｆの接近（接触操作）を感知する。なお、このように接触操作の有無を判定している時のマイコン２２は「判定回路」に相当する。

【0021】

電極板１４に対して意匠面１１の反対側には、発光ダイオード等の光源２３が配置されている。光源２３は回路基板２０の表側に実装されている。光源２３は、各々の電極板１４に対向して配置されている。光源２３から出射した光は、図示しない導光部材により対応する電極板１４に導かれ、その電極板１４および操作部１３ａを透過する。そして、複数の操作面１１ａ、１１ｂのうち対応する操作面を透過することで、その操作面を透過照明する。

【0022】

図２に示すように、電極板１４および操作部１３ａは矩形である。操作部１３ａは、電極板１４の投影範囲に重なるように配置されている。「投影範囲」とは、電極板１４の裏面１４ｒから、該裏面１４ｒに対して垂直な方向に操作プレート１０を見た場合において、意匠面１１のうち電極板１４と重なる範囲のことである。配線１５は、電極板１４を取り囲むように環状に延びる環状部１５ａを有する。環状部１５ａの内周端面は電極板１４の外周端面と接触している。配線１５および電極板１４は、操作プレート１０の裏面１２に露出している。

【0023】

以上により、本実施形態によれば、操作プレート１０の基板１１、電極板１４および配線１５を、多色成形で樹脂で一体に形成する。そのため、電極板１４および配線１５を操作プレート１０に貼り付ける作業を不要にできる。よって、従来必要であった電極シートの貼り付け作業を不要にでき、静電容量式スイッチの製造コスト低減を図ることができる。

【0024】

さらに本実施形態では、配線１５は、電極板１４を取り囲む環状部１５ａを有する。そのため、電極板１４の外周端面の全体と配線１５は接触するようになるので、電極板１４の外周端面の一部と接触する場合に比べて、接触面積を大きくできる。よって、電極板１４と配線１５との結合容量が大きくなるので、配線１５により送信される検出信号の電圧変化を大きくできる。よって、操作面１１ａに軽く触れただけで、つまり、指先Ｆの操作面１１ａへの接触面積が小さい状態であっても、検出信号が基準電圧に対して所定値以上変化するようになる。よって、スイッチの感度を向上できる。

【0025】

さらに本実施形態では、操作プレート１０の操作部１３ａおよび電極板１４は、透光性を有する材質で形成されている。そのため、電極板１４を基板１３と樹脂で一体に形成しつつも、操作面１１ａ、１１ｂを透過照明することを実現できる。

【0026】

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、透光性を有する材料で操作部１３ａを形成することで、光源２３から出射した光が操作部１３ａを透過して透過照明するように構成している。これに対し、本実施形態では、操作部１３ａを廃止して、透光性を有する材料で基板１３を形成し、意匠面１１のうち特定範囲Ａ、Ｂを除く部分に遮光性の塗料を印刷している。

【0027】

特定範囲Ａ、Ｂは、電極板１４の投影範囲に位置しており、基板１３のうち特定範囲Ａ、Ｂの部分が操作面１１ａ、１１ｂとして機能する。これにより、光源２３から出射した光は、図示しない導光部材により対応する電極板１４に導かれ、その電極板１４および基板１３を透過する。そして、複数の操作面１１ａ、１１ｂのうち対応する操作面を透過することで、その操作面を透過照明する。

【0028】

以上により、遮光性を有する基板１３を採用して電極板１４、配線１５および基板１３を多色成形した場合であっても、意匠面１１に遮光性の印刷を施すことで、透過照明する構成が実現可能になる。

【0029】

（第３実施形態）
図４および図５に示す本実施形態では、図１に示す第１実施形態の構造に、以下に説明する高誘電率材３０をさらに追加したものである。また、上記第１実施形態に係る配線１５は環状部１５ａを有するのに対し、本実施形態では環状部１５ａを廃止している。

【0030】

高誘電率材３０は、基板１３に比べて誘電率の高い材料で形成されている。具体的には、樹脂よりも高誘電率の物質（例えばガラスフィラー、カーボンフィラー等）を樹脂（例えばポリカーボネート、アクリル等）に混入させて高誘電率材３０を形成する。

【0031】

高誘電率材３０は、電極板１４の外周部１４ａに配置されている。「外周部１４ａ」とは、電極板１４の裏面１４ｒ（電極板１４のうち意匠面１１の反対側の面）のうち、電極板１４の外周端面１４ｂと隣接する所定範囲の部分のことを言う。したがって、電極板１４の外周部１４ａの形状は環状であり、本実施形態では、外周部１４ａの全体を覆うように高誘電率材３０は配置されている。但し、電極板１４の裏面１４ｒの中央部分であって、外周部１４ａ以外の部分の一部については、高誘電率材３０は配置されていない。換言すれば、本実施形態に係る高誘電率材３０は環状に形成されている。

【0032】

さらに厳密に説明すると、高誘電率材３０は、電極板１４の裏面１４ｒと水平な方向（図４の左右方向）のうち外周端面１４ｂから離れる向きに延出する延出部３０ｐを有する。換言すれば、図２の如く電極板１４の板面に垂直な方向から見て、高誘電率材３０の外周端部３０ａは、電極板１４の外周端面１４ｂの外側に位置する。また、高誘電率材３０は、電極板１４の外周端面１４ｂの全体を覆う形状である。

【0033】

次に、高誘電率材３０を配置することによる作用効果について、図６および図７を用いて説明する。なお、図６中の点線は、本発明に反して高誘電率材を廃止した場合の電気力線分布を示し、図７中の点線は、本実施形態の場合における電気力線分布を示す。両図に示すように、電極板１４から出る電気力線は、表面１４ｆと裏面１４ｒの両方から出る。表面１４ｆから出る電気力線は、基板１３を介して、電極として機能する指先Ｆに通じる。一方、裏面１４ｒから出る電気力線の一部は、空気中に出てから指先Ｆに向かう経路となる。

【0034】

そして、空気は誘電率が極めて低いので、図７に示す如く電極板１４の外周部１４ａに高誘電率材３０が配置されていると、空気中の電気力線は高誘電率材３０に強く引き寄せられることとなる。そのため、裏面１４ｒから出た電気力線がＵターンして指先Ｆへ向かうにあたり、高誘電率材を廃止した図６の場合に比べて図７の場合にはＵターンすることが促進される。よって、裏面１４ｒから出た電気力線の、対応する操作面１１ａに接触する指先Ｆへ向かう指向性が強くなるとともに、その指先Ｆに通じる電気力線の本数が増大する。

【0035】

以上により、本実施形態によれば、電極板１４の外周部１４ａに高誘電率材３０を配置することにより、裏面１４ｒから出た電気力線の、対応する操作面１１ａへの指向性が強くなる。そのため、隣の操作面１１ｂに接触させている指先との間で電極板１４の検出信号が変化することを抑制できる。よって、ユーザの意図しない隣の操作面に対応する操作対象がオン作動するといった誤作動を抑制できる。

【0036】

しかも、上述の如く指向性が強くなることに起因して、対応する操作面１１ａに接触する指先Ｆに通じる電気力線の本数が増大するので、操作面１１ａに指先Ｆを接触した場合に生じる電極板１４の検出信号の変化を大きくできる。よって、操作面１１ａに軽く触れただけで、つまり、指先Ｆの操作面１１ａへの接触面積が小さい状態であっても、検出信号が基準電圧に対して所定値以上変化するようになる。よって、スイッチの感度を向上できる。

【0037】

さらに本実施形態では、高誘電率材３０を、外周部１４ａの全体に配置して電極板１４を取り囲む形状に形成している。そのため、外周部１４ａの一部にだけ高誘電率材３０を配置した場合に比べて、先述した指向性向上および電気力線の本数増大の作用を大きくできる。よって、誤作動抑制および感度向上の効果が促進される。

【0038】

さらに本実施形態では、高誘電率材３０は、電極板１４の外周端面１４ｂから離れる向きに延出する延出部３０ｐを有する。そのため、延出部３０ｐの裏面（図７に示す延出部裏面３０ｂ）と指先Ｆとの間に電極板１４が位置しなくなるので、延出部裏面３０ｂから出る電気力線が直線的に指先Ｆへ向かうことを促進できる。よって、高誘電率材３０に引き寄せられた電気力線の、対応する操作面１１ａへの指向性を向上できる。よって、誤作動抑制の効果が促進される。

【0039】

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

【0040】

・上記第１実施形態では、配線１５は導電体であり、電極板１４は配線１５よりも誘電率の低い材料で形成されている。これに対し、電極板１４も導電体で形成してもよく、この場合には、電極板１４と配線１５を同じ材料で形成して、多色成形の作業性向上を図るようにしてもよい。

【0041】

・上記各実施形態では、意匠プレート１０が肉厚均一の平板形状であるため、操作面１１ａ、１１ｂと電極板１４との距離を均一に保つことができている。これに対し、意匠プレート１０が肉厚不均一であったり、凹凸を有する形状であったりする場合の如く、操作面１１ａ、１１ｂと電極板１４との距離を均一に保つことができない場合でも、本発明は適用可能である。そして、このような場合には、第３実施形態に係る高誘電率材３０の形状および大きさを調節することで、所望の静電容量変化になるように調整することができる。

【0042】

・上記各実施形態では、操作面１１ａ、１１ｂを透過照明する構成にしているが、透過照明の構成を廃止して、透光性を有していない材料で電極板１４を形成してもよい。

【0043】

・上記第１実施形態では、電極板１４の形状および大きさが操作面１１ａ、１１ｂと同一であるが、異なっていても良い。この場合、操作面１１ａ、１１ｂの投影範囲の全面を覆いつつ、その投影範囲よりも大きい形状に電極板１４を形成してもよいし、投影範囲の一部を覆う形状に電極板１４を形成してもよい。

【0044】

・図５に示す例では、高誘電率材３０は電極板１４の一部を覆う範囲に配置されているが、全面を覆う範囲に配置されていてもよい。

【0045】

・上記第３実施形態では、高誘電率材３０が延出部３０ｐを有しており、高誘電率材３０の外周端部３０ａが、電極板１４の外周端面１４ｂの外側に位置している。これに対し、延出部３０ｐを有していない高誘電率材３０を用いて、外周端部３０ａを外周端面１４ｂに位置させる、または外周端面１４ｂの内側に位置させるようにしてもよい。

【0046】

・上記各実施形態では、ユーザの指先Ｆを操作面１１ａ、１１ｂに接触させて操作することを想定しており、指先Ｆを操作体としている。これに対し、例えばペン形状の操作部材をユーザが持ち、その操作部材を操作面１１ａ、１１ｂに接触させて操作することを想定し、人体以外の操作部材を操作体としてもよい。

【0047】

・上記各実施形態では、操作面１１ａ、１１ｂが複数設けられた静電容量式スイッチに本発明を適用しているが、操作面が１つ設けられた静電容量式スイッチに本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0048】

１０…操作プレート、１１ａ、１１ｂ…操作面、１４…電極板、１４ａ…電極板の外周部、１５…配線、２２…マイコン（判定回路）、３０…高誘電率材、３０ｐ…延出部、Ｆ…ユーザの指先（操作体）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】