(57)【要約】【課題】低荷重操作で接点の導通を行うスイッチ装置において、外部からの振動が加わった場合や高温の状況で使用する場合であっても誤作動を起こすことのないスイッチ装置を提供する。【解決手段】熱電変換モジュール５は熱電変換部７を直列接続して構成されている。熱電変換部７は、Ｐ型半導体素子８とＮ型半導体素子９とから構成されている。使用者が指でスイッチ装置１に対してタッチ操作をすると、使用者の体温により熱電変換素子の基準端部１０の温度が上昇するので、ゼーベック効果により下面の出力端部１２に電圧が発生して、熱電変換モジュール５から電圧が出力される。これにより、スイッチ装置１からタッチ操作された位置を示す信号がカーナビゲーションに出力されるので、カーナビゲーションは、タッチ操作された位置に応じて動作するようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度差に応じて基準端部に対して出力端部の電位が異なる一対の熱電変換素子の前記基準端部を接続用電極で接続することにより熱電変換部を構成し、この熱電変換部を複数直列接続することにより構成された熱電変換モジュールと、
この熱電変換モジュールから出力される電圧が所定レベル以上となったときは、当該熱電変換モジュールがタッチ操作されたことを示す信号を出力する出力回路とを備え、
前記熱電変換モジュールは、前記熱電変換素子の前記基準端部がタッチ操作可能に構成されていることを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記熱電変換素子は、半導体素子であることを特徴とする請求項１記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記熱電変換モジュールはプリント基板に複数設けられ、
前記出力回路は、タッチ操作されたことを示す信号を出力するように設けられ、
前記プリント基板をシート部材で被覆することによりメンブレンスイッチとして構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低荷重操作で導通状態となるスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のスイッチ装置において、低荷重の押圧操作で接点間の導通ができる低荷重スイッチ装置、例えばメンブレンスイッチに対する市場の必要性が高まっている。
従来のメンブレンスイッチは、シート状の可動電極と固定電極との間にスペーサーを挟んで所定間隙を設け、使用者のシート状の可動電極に対する押圧操作により低荷重で接点間の導通を行うことができるものであった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００５−５２８７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなメンブレンスイッチは、低荷重で接点間の導通ができるようにシートに形成した可動電極と固定電極との間に所定間隙を設けるようにしているため、メンブレンスイッチに対して外部から大きな振動が加わってシート状の可動電極及び固定電極が振動した場合は、可動接点が固定接点に接触することがあり、このような場合は接点同士が導通してしまい、誤作動が発生する虞があった。
【０００４】
また、このようなメンブレンスイッチを高温の状況で使用する場合に、可動電極と固定電極とが形成されたシートが熱によって膨張して撓んでしまうことがあり、このような場合も、接点同士が接触して誤作動が生じる虞があった。
一方、このような問題の発生の虞がない静電容量式のスイッチ装置では、特に電子機器が多い車内での使用の場合には、ノイズの影響で電界強度が変化して誤作動を起こす虞があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、低荷重操作で接点の導通を行う構成において、外部からの振動が加わった場合や高温となる状況で使用する場合であっても誤作動を起こすことのないスイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のスイッチ装置は、温度差に応じて基準端部に対して出力端部の電位が異なる一対の熱電変換素子の前記基準端部を接続用電極で接続することにより熱電変換部を構成し、この熱電変換部を複数直列接続することにより構成された熱電変換モジュールと、この熱電変換モジュールから出力される電圧が所定レベル以上となったときは、当該熱電変換モジュールがタッチ操作されたことを示す信号を出力する出力回路を備え、前記熱電変換モジュールは、前記熱電変換素子の前記基準端部がタッチ操作可能に構成されているものである（請求項１）。
【０００７】
前記熱電変換素子は、半導体素子であるのが望ましい（請求項２）。
前記熱電変換モジュールはプリント基板に複数設けられ、前記出力回路は、タッチ操作されたことを示す信号を出力するように設けられ、前記プリント基板をシート部材で被覆することによりメンブレンスイッチとして構成してもよい（請求項３）。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の手段によれば、使用者が熱電変換モジュールにタッチ操作すると、熱電変換素子の基準端部の温度が上昇するので、熱電変換素子の基準端部と出力端部との間に温度差を生じる。これにより、熱電変換部を構成する一対の熱電変換素子の出力端部に電位差が発生する。この電位差は極めて小さいものの、熱電変換モジュールは熱電変換部を直列接続して構成されているので、熱電変換モジュールからの電圧を検出可能な大きさまで増大させることができる。従って、出力回路は、熱電変換モジュールがタッチ操作されたことを示す信号を出力することができるので、外部機器は、スイッチ装置に対するタッチ操作位置に応じて動作することができる。この場合、スイッチ装置に対するタッチ操作を温度変化で検出する構成であるので、外部からの振動や電極の熱膨張による原因で、接点間の導通が行われて、スイッチ装置が誤作動を起こすことを防止できる。
【０００９】
請求項２の手段によれば、熱電変換素子は半導体素子であるので、小形の熱電変換モジュールを製作することが可能となる。また、熱電変換効果の大きな半導体素子を用いることによりタッチ操作により大きな電圧を発生させることができるので、使用者によるタッチ操作を高精度で検出することができる。
請求項３の発明によれば、メンブレンスイッチとして構成することができるので、タッチ位置検出用のスイッチ装置を製作するのに適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例につき図面を参照して説明する。
図３には、本発明を自動車のカーナビゲーションの操作に用いられるスイッチ装置として使用した実施例を示している。このスイッチ装置１は、運転者が車両を運転しながら操作可能な位置に設置されるもので、スイッチ装置１に対する操作位置がカーナビゲーション２の表示器３にカーソル位置として表示されるようになっている。
【００１１】
図３に示すように、スイッチ装置１は、ケース内にプリント基板４（図１参照）を収納して構成されている。プリント基板４の表面には複数の熱電変換モジュール５がマトリックス状に実装されており、それらの熱電変換モジュール５を樹脂フィルム６（シート部材に相当）で被膜することによりメンブレンスイッチとして構成されている。使用者は、スイッチ装置１の表面を軽くなぞり、決定したい箇所に来たときに、指をスイッチ装置１から離すことで決定操作が可能となる。
【００１２】
図１は熱電変換モジュール５の縦断面図を示し、図２は熱電変換モジュール５の斜視図を示している。これらの図１及び図２において、熱電変換モジュール５は、熱電変換部７を直線状に直列接続して構成されている。
熱電変換部７は、直方体形状のＰ型半導体素子（熱電変換素子に相当）８とＮ型半導体素子（熱電変換素子に相当）９とを連結して構成されている。つまり、対をなすＰ型半導体素子８とＮ型半導体素子９の図示上端となる基準端部１０同士を上部接続用電極１１で接続して構成されている。上部接続用電極１１は、薄い扁平矩形状であって、熱伝導性のよい銅部材から形成されている。Ｐ型半導体素子８とＮ型半導体素子９の図示下端となる出力端部１２同士を下部接続用電極１３で接続して構成されている。
【００１３】
これらのＰ型半導体素子８及びＮ型半導体素子９は、基準端部１０と出力端部１２との間の温度差に応じてゼーベック効果により両端部間に電圧を生じる。この場合、基準端部１０の温度が出力端部１２よりも高い場合に、Ｐ型半導体素子８では出力端部１２の電圧が基準端部１０よりも高くなり、Ｎ型半導体素子９では出力端部１２の電圧が基準端部１０よりも低くなる。従って、一つの熱電変換部７に着目した場合、基準端部１０の温度が出力端部１２よりも高いという条件では、Ｐ型半導体素子８の出力端部１２の電圧がＮ型半導体素子９の出力端部１２の電圧よりも高くなる。
【００１４】
このように温度差に応じて電圧発生特性を有する複数の熱電変換部７が下部接続用電極１３によって一直線上に直列接続されている。これは、１個の熱電変換素子からの出力電圧は数μＶと小さいことから、複数の熱電変換素子を直列接続することにより出力電圧の増大を図って検出可能とするためである。また、熱電変換モジュール５における端部に位置するＮ型半導体素子９の下部接続用電極１３は０Ｖラインに接続されており、反対側の端部に位置する下部接続用電極１３からは０Ｖを基準とした電圧が出力されることになる。
尚、本実施例の説明で使用する上下方向とは、使用者がスイッチ装置１を使用する際に指を接触させてタッチ操作をする面を上、その反対方向の面を下として考えるものである。
【００１５】
図１に示すように、熱電変換モジュール５の上部表面は樹脂フィルム６で被覆されている。
熱電変換モジュール５の両端に位置する熱電変換部７の下部接続用電極１３は側方に延出しており、その延出部がワイヤボンディグ１４によりプリント基板４の所定の導電パターンに接続されており、その導電パターンを通じて出力回路１５と接続されている。
【００１６】
尚、ワイヤボンディグ１４は、使用者による樹脂フィルム６に対するタッチ操作時に損傷しないように図示しない保護手段により機械的に保護されている。
図４は、スイッチ装置１の電気的構成を概略的に示すブロック図を示す。この図４において、熱電変換モジュール５の出力は出力回路１５に入力されている。この出力回路１５は、各熱電変換モジュール５からの入力電圧が所定レベル以上かを検出しており、所定レベル以上となった場合は、その熱電変換モジュール５の位置を示す信号をカーナビゲーション２に出力する。この場合、複数の熱電変換モジュール５からの入力電圧が同時に所定レベル以上となったときは、それらの位置を示す信号を出力するようになっている。
【００１７】
カーナビゲーション２は、表示器３にその時点で操作可能な動作に対応したボタンを表示すると共に、スイッチ装置１からの信号に基づいて表示器３に表示しているカーソルがボタンに位置したときは当該ボタンを選択表示（例えば反転表示、点滅表示）するようになっている。また、このようなボタンの表示状態でスイッチ装置１に対するタッチ操作（低荷重操作）が解除されたことを検出したときは、選択しているボタンが最終的に選択されたと判断して当該ボタンに対応した所定動作を実行するようになっている。
【００１８】
次に、上記構成の作用について説明する。カーナビゲーション２を動作させると、表示器３にはその時点で操作可能な動作に対応したボタンが表示される。
車両の運転者は、スイッチ装置１の表面をなぞる感覚でスイッチ装置１の表面に対して指によるタッチ操作を行う。すると、指でタッチ操作が行われた部位に位置する熱電変換モジュール５の上部接続用電極１１が指から伝導される体温の熱により短時間で温度上昇するので、上部接続用電極１１（基準端部１０）と下部接続用電極１３（出力電極）との間に温度差が生じる。このように上部接続用電極１１と下部接続用電極１３との間に温度差が生じると、ゼーベック効果によって熱電変換モジュール５から電圧が発生するようになる。
【００１９】
出力回路１５は、熱電変換モジュール５からの電圧が所定レベル以上となったときは、その熱電変換モジュール５の位置を示す信号をカーナビゲーション２に出力する。この場合、使用者によるタッチ操作に応じて複数の熱電変換モジュール５からの電圧が同時に所定レベル以上となったときは、それらの熱電変換モジュール５の位置を示す信号をカーナビゲーション２に出力する。
【００２０】
カーナビゲーション２は、スイッチ装置１から入力した信号が１個の位置を示していたときは、その位置に表示器３に表示しているカーソルを移動する。また、複数の位置を示していたときは、それらの中心位置にカーソルを移動する。従って、運転者がスイッチ装置１に対する操作位置を移動したときは、それに伴った表示器３に表示されているカーソル位置が移動することになる。このとき、表示器３に表示しているボタンにカーソルが位置したときは、そのボタンを選択表示することにより当該ボタンが選択されていることを示す。
【００２１】
運転者は、スイッチ装置１に対するタッチ操作により表示器３に表示されている所望のボタンが選択表示されたときは、スイッチ装置１に対するタッチ操作を解除する。これにより、スイッチ装置１から指を離した位置で、その位置の熱電変換モジュール５が最後にオフするので、カーナビゲーション２は、最後にオフした熱電変換モジュール５の位置で決定操作が行われたと判断する。この場合、熱電変換モジュール５がオンする場合と同様に、複数のスイッチ素子が同時にオフしたときは、その中心位置で決定操作が行われたと判断する。
【００２２】
カーナビゲーション２は、上述のようにボタンが選択表示した状態で決定操作が行われたときは、その時点で選択表示されているボタンに応じた動作を実行する。
ところで、本実施例のスイッチ装置１は車両に搭載されていることから、車両の走行状態では、スイッチ装置１に対して外部から大きな振動が加わる。従来のメンブレンスイッチでは、振動によって接点同士が接触してしまう虞があった。
【００２３】
また、夏などの気温が上昇する季節であって、特に停車中に車内の温度が高温になり、スイッチ装置１も高温となることがある。従来のメンブレンスイッチでは、可動電極と固定電極とを挟んだシートが熱によって膨張して、接点同士が接触してしまうことがあり、誤作動を発生する虞があった。
一方、このような問題の発生の虞がない静電容量式のスイッチ装置では、特に電子機器が多い車内での使用の場合には、ノイズの影響で電界強度が変化して誤作動を起こす虞があった。
【００２４】
しかしながら、本実施例によれば、熱電変換モジュール５に対するタッチ操作により生じる電圧に基づいてタッチ操作されたことを検出するようにしたので、メンブレンスイッチのように可動接点や固定接点のような機構的なものを備えておらず、使用者の指から伝導する体温の検知する熱電変換モジュール５という電気的手段を利用してスイッチ装置１を構成することができる。従って、外部からの振動或いは熱の影響を受けることがないと共に、周囲に設けられた電子機器のノイズの影響を受けることがないスイッチ装置１を実現することができる。
【００２５】
本発明は、上記しかつ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
半導体素子を、ゼーベック効果を呈する金属、例えば銅部材或いはニッケル部材で形成してもよい。
【００２６】
熱電変換部７を構成する一対の熱電変換素子としては、形状や大きさが異なるものでもよい。
熱電変換モジュール５は、ワイヤボンディグ１４でプリント基板４の導電パターンと接続するようにしたが、要はプリント基板４の導電パターンと接続されていればよく、例えばバンプによってプリント基板４の導電パターンと接続するようにしてもよい。
【００２７】
熱電変換モジュール５としては、複数の半導体素子を直線上に直列接続されるとしたが、直列接続されていれば、蛇行状でも、渦巻状でもよい。
熱電変換モジュール５からの電圧を増幅回路により増幅するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例を示す熱電変換モジュールの縦断面図
【図２】熱電変換モジュールの斜視図
【図３】スイッチ装置の斜視図
【図４】スイッチ装置の電気的構成を概略的に示すブロック図
【符号の説明】
【００２９】
図面中、１はスイッチ装置、４はプリント基板、５は熱電変換モジュール、６は樹脂フィルム（シート部材）、８はＰ型半導体素子（熱電変換素子）、９はＮ型半導体素子（熱電変換素子）、１０は基準端部、１２は出力端部、１５は出力回路を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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