(57)【要約】【課題】コストの低廉化を図ることができるとともに、信号線の削減を可能にするスイッチ装置を提供する。【解決手段】スイッチ装置２は、静電容量ＩＣ１０と、操作キー２３と、タッチ用電極２４ａと、タッチ用可動電極２４ｂと、プッシュ用可動電極２５ａと、表面にプッシュ用固定電極２５ｃを備えた基板２７と、静電容量ＩＣ１０及びタッチ用可動電極２４ｂに電気的に接続する信号線２００とで構成されている。コントローラ１２は、静電容量ＩＣ１０が出力するＶｏｕｔの電圧値に基づいてタッチ操作状態かプッシュ操作状態か否かを判断する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地パターンが形成された基板と、
タッチ操作に基づく静電容量を形成する第１の電極を内蔵し、プッシュ操作によってプッシュ方向に変位する第１のスイッチ部と、
前記基板上に設けられ、前記第１の電極に電気的に接続し、前記第１のスイッチ部の前記プッシュ方向への変位によって変位する導電部材と、
前記基板上の前記接地パターンに接続され、前記第１のスイッチ部の前記プッシュ方向への変位によって変位する第２の電極、及び前記第２の電極と対向する前記基板上の位置に設けられ、前記導電部材と電気的に接続される第３の電極とを有する第２のスイッチ部と、
前記導電部材と電気的に接続し、前記第１のスイッチ部の前記静電容量の変化、及び前記第２のスイッチ部の前記プッシュ操作に基づいた出力信号が伝播する信号線と、
前記信号線と電気的に接続し、前記出力信号に基づいて前記第１のスイッチ部の前記静電容量の変化、及び前記第２のスイッチ部の前記プッシュ操作を検出する検出部と
を備えたことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記第１のスイッチ部が前記タッチ操作によって電気的に接続するとき、所定の第１の出力レベルを規定する負荷抵抗を有し、
前記第２のスイッチ部は、前記第１〜第３の電極が電気的に接続するとき、所定の第２の出力レベルを規定する接地機構を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記第１及び第２の出力レベルと、異なる２つのしきい値とを比較することにより前記第１及び第２のスイッチ部の入状態を検出するコントローラ部を有することを特徴とする請求項１に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、スイッチ装置に関し、特にスイッチ操作部材へのタッチ操作状態及びプッシュ操作状態に基づいてスイッチの入・切状態を検出するための機能を備えたスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチ装置として、例えば、操作者によってスイッチ操作部材を操作したときに第１操作状態と第２操作状態を検出するものがある（特許文献１）。
【０００３】
このスイッチ装置は、操作キーを有するキーパッドと、スイッチ用電極及び接点電極を有するドーム型スイッチと、変位電極及び容量素子用電極を有する容量素子と、容量素子及びドーム型スイッチを搭載するフレキシブルプリント基板とを備えている。
【０００４】
キーパッドは、操作キーのプッシュ操作によって弾性変形し、ドーム型スイッチを下方にプッシュする。ドーム型スイッチは、操作キーのプッシュ操作力をキーパッドから受けてスイッチ用電極が下方に変位し、接点電極に接触する。これにより、操作キーの第１操作状態が第１の処理回路によって検出される。容量素子は、キーパッドに作用した操作キーのプッシュ操作力をドーム型スイッチから受けて変位電極が変位し、容量素子用電極に接近する。これにより、変位電極と容量素子用電極との間に形成されるコンデンサの静電容量が変化し、操作キーの第２操作状態が第２の処理回路によって検出される。フレキシブルプリント基板は、折り返して配置され、スペーサを介して対向する固定部と折り返し部を有している。固定部の折り返し部側には容量素子の容量素子用電極が搭載されている。折り返し部の固定部側には容量素子の変位電極が、またそのキーパッド側にはドーム型スイッチがそれぞれ搭載されている。
【０００５】
以上の構成において、操作キーがプッシュ操作されると、キーパッドが弾性変形して撓み、ドーム型スイッチを下方にプッシュする。このため、ドーム型スイッチのスイッチ用電極が下方に変位して接点電極に接触し、操作キーの第１操作状態が検出される。この後、引き続いて操作キーがプッシュ操作されると、操作キーの第１操作状態を保持しつつ、フレキシブルプリント基板が弾性変形して撓み、容量素子を下方にプッシュする。このため、容量素子の変位電極が下方に変位して容量素子用電極に接近し、操作キーの第２操作状態が検出される。
【特許文献１】特開２００４−４５２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のスイッチ装置によると、キーパッド及びスペーサのみならず、操作キーの第１、第２操作状態を検出するためにフレキシブルプリント基板を必要とするものであり、またフレキシブルプリント基板を折り返して配置するものであるため、部品点数が嵩むばかりか、構造全体が複雑になり、コスト高になるという問題があった。
【０００７】
また、特許文献１のスイッチ装置によると、第１操作状態の検出と、第２操作状態の検出は、別々の検出回路によってなされるので、複数の信号線が必要になり、限られた場所に設置するのが困難であった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、コストの低廉化を図ることができるとともに、信号線の削減を可能にする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】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、接地パターンが形成された基板と、タッチ操作に基づく静電容量を形成する第１の電極を内蔵し、プッシュ操作によってプッシュ方向に変位する第１のスイッチ部と、前記基板上に設けられ、前記第１の電極に電気的に接続し、前記第１のスイッチ部の前記プッシュ方向への変位によって変位する導電部材と、前記基板上の前記接地パターンに接続され、前記第１のスイッチ部の前記プッシュ方向への変位によって変位する第２の電極、及び前記第２の電極と対向する前記基板上の位置に設けられ、前記導電部材と電気的に接続される第３の電極とを有する第２のスイッチ部と、前記導電部材と電気的に接続し、前記第１のスイッチ部の前記静電容量の変化、及び前記第２のスイッチ部の前記プッシュ操作に基づいた出力信号が伝播する信号線と、前記信号線と電気的に接続し、前記出力信号に基づいて前記第１のスイッチ部の前記静電容量の変化、及び前記第２のスイッチ部の前記プッシュ操作を検出する検出部とを備えたことを特徴とするスイッチ装置を提供する。
【００１０】
上記のような構成によれば、コストの低廉化を図ることができるとともに、信号線の削減を可能にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、コストの低廉化を図ることができるとともに、信号線の削減を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の後述する図２のＡ―Ａ線断面図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の使用状況を示す図である。
【００１３】
車両１は、図２に示すように、スイッチ装置２と表示画面３を備えており、表示画面３には、カーソル３０と、メニュー３１とが表示されており、メニュー３１の「テレビ」をカーソル３０によって選択した場合を表している。
【００１４】
（スイッチ装置２の全体構成）
スイッチ装置２は、後述するコントローラとともに検出部を構成する静電容量ＩＣ１０と、装置本体２０と、操作キー２３と、第１の電極としてのタッチ用電極２４ａと、タッチ用電極２４ａと電気的に接続された導電部材としてのタッチ用可動電極２４ｂと、基板２７に設けられた図示しない接地パターンに電気的に接続する接地機構を有するプッシュ用可動電極２５ａと、第２の電極としてのラバーコンタクト２５ｂと、基板２７の表面に設けられた第３の電極としてのプッシュ用固定電極２５ｃと、タッチ用可動電極２４ｂとプッシュ用可動電極２５ａの間に設けられた絶縁部材２６と、装置本体２０に配設される基板２７と、静電容量ＩＣ１０及びタッチ用可動電極２４ｂに電気的に接続する信号線２００とから構成されている。
【００１５】
なお、図１に示す構成では、操作キー２３が１個のみであるが、例えば表示画面３における複数のメニュー３１と対応させる場合には、操作キー２３、タッチ用電極２４ａ、タッチ用可動電極２４ｂ、プッシュ用可動電極２５ａ、プッシュ用固定電極２５ｃ及び絶縁部材２６を含むユニットを複数個用意しても良い。
【００１６】
（装置本体２０の構成）
装置本体２０は、図２に示すように、下方に開口する凹部２１及びこの凹部２１の内外に開口するキー挿通孔２２を有し、全体が例えば合成樹脂材料によって形成されている。
【００１７】
（操作キー２３の構成）
操作キー２３は、図１に示すように、凹部２１に遊嵌するキー基部２３ｂ及びキー挿通孔２２を挿通するキー操作部２３ａを有し、装置本体２０に出没自在に配設され、全体が装置本体２０と同様に合成樹脂材料によって形成されている。そして、プッシュ操作によってプッシュ方向に変位するように構成されている。操作キー２３には、タッチ用可動電極２４ｂに接続するコンデンサ形成用のタッチ用電極２４ａが埋設されている。タッチ用電極２４ａは、その下方端面が装置本体２０内に露出する断面略Ｔ字状の導電性部材によって形成され、操作者（手指）による操作キー２３へのタッチ操作に基づいてコンデンサを形成するように構成されている。
【００１８】
（タッチ用可動電極２４ｂの構成）
タッチ用可動電極２４ｂは、例えば、導電性と弾性を兼ね備えた導電性ゴムによって形成されており、操作キー２３と基板２７との間に配設され、かつ基板２７上に搭載されている。また、タッチ用可動電極２４ｂは、後述する静電容量検出ＩＣ１０に接続されている。これにより、操作キー２３に操作者の手指がタッチすると、この手指とタッチ用電極２４ａとの間にコンデンサが形成され、コンデンサの静電容量検出ＩＣ１０への出力によって操作キー２３のタッチ操作状態が検出される。そして、タッチ用可動電極２４ｂは、操作キー２３のプッシュ操作によって屈曲した状態に弾性変形し、かつ操作キー２３のプッシュ操作解除によって屈曲した状態から弾性復帰するように構成されている。
【００１９】
（プッシュ用可動電極２５ａの構成）
プッシュ用可動電極２５ａは、タッチ用可動電極２４ｂと同様に導電性ゴムによって形成されており、絶縁部材２６を介在させてタッチ用可動電極２４ｂの下方に配設されている。プッシュ用可動電極２５ａは、操作キー２３のプッシュ操作のとき、基板２７に設置されたプッシュ用固定電極２５ｃと電気的に接続するラバーコンタクト２５ｂを有している。このプッシュ用固定電極２５ｃとラバーコンタクト２５ｂとの電気的な接続によって、静電容量検出ＩＣ１０から分圧された電圧がゼロになり、操作キー２３のプッシュ操作状態が検出される。また、プッシュ用可動電極２５ａは、操作キー２３のプッシュ操作によって屈曲した状態に弾性変形し、かつ操作キー２３のプッシュ操作解除によって屈曲した状態から弾性復帰するように構成されている。なお、本実施の形態において、タッチ用可動電極２４ｂ及びプッシュ用可動電極２５ａは、導電性ゴムによって形成されるが、導電性を有しない弾性部材でこれらを形成し、配線によって電気的接続する構成でも良い。
【００２０】
（静電容量ＩＣ１０の構成）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置のブロック図である。静電容量ＩＣ１０は、信号線２００を介してタッチ用可動電極２４ｂと電気的に接続し、例えば１００ｋＨｚの高周波信号を出力する発振部１０Ａと、例えば１００ｋΩの抵抗値を有する負荷抵抗１０Ｂと、発振部１０Ａから出力された高周波信号の平滑化を行うダイオード１０Ｃと、例えば２ｋＨｚ以下の信号を通過させるＬＰＦ１０Ｄと、オペアンプ１０Ｅとから構成されている。オペアンプ１０Ｅは、増幅及びオフセットが行われた信号（Ｖｏｕｔ）として発振部１０Ａからの高周波信号をコントローラ１２に出力する。第１のスイッチ部としてのコンデンサ２４は、タッチ用電極２４ａ及び操作者（手指）によって形成されており、第２のスイッチ部としてのプッシュスイッチ２５は、プッシュ用可動電極２５ａとプッシュ用固定電極２５ｃとで構成されている。コンデンサ２４及びプッシュスイッチ２５からの出力信号は、重畳されて信号線２００を介して静電容量ＩＣ１０に出力される。
【００２１】
（コントローラ１２の構成）
コントローラ１２は、図３に示すように、後述する各種しきい値等を記憶するメモリ１３を有し、判断手段及び制御手段として機能する車両用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からなり、車両１に配設されている。判断手段としてのコントローラ１２は、メモリ１３に記憶されたデータに基づいて静電容量ＩＣ１０からの重畳された出力信号を判断する。制御手段としてのコントローラ１２は、静電容量ＩＣ１０からの重畳された出力信号の判断結果に基づいて表示画面３に表示されたメニュー３１の選択及び決定を判断し、その結果を表示画面３に出力する。
【００２２】
（スイッチ装置２の動作）
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の動作を説明するために用いる信号波形図である。図４（ａ）は、タッチ操作による静電容量ＩＣの検出信号を、図４（ｂ）は、その出力信号を、図４（ｃ）は、プッシュ動作による静電容量ＩＣの検出信号を、図４（ｄ）は、その出力信号をそれぞれ示している。以下の実施の形態においては、操作者が、スイッチ装置２に触れない状態で出力される基準電圧１００（Ｖｃ）を２ｖ、タッチ用しきい値４０を１．５ｖ、プッシュ用しきい値５０を０．５ｖとしている。
【００２３】
図１に示すように、操作キー２３のキー操作部２３ａが操作者の手指によってタッチ操作されると、静電容量ＩＣ１０の発振部１０Ａから出力された高周波信号が、コンデンサ２４のインピーダンスと負荷抵抗１０Ｂとで分圧してダイオード１０Ｃで整流され、ＬＰＦ１０Ｄでフィルタされた後、オペアンプ１０Ｅに入力する。この場合、タッチ区間におけるオペアンプ１０Ｅに入力される高周波信号の第１の出力レベルは、キー操作部２３ａに手指が触れていない場合の出力レベルと比べて小さくなる。そして、オペアンプ１０Ｅからコントローラ１２に信号（Ｖｏｕｔ）として入力する。このとき、キー操作部２３ａが操作者の手指によってタッチ操作される前に比べて、オペアンプ１０Ｅから出力される信号（Ｖｏｕｔ）には、電位差Ａが生じる。電位差Ａは、タッチ操作される前の電圧である基準電圧１００と、タッチ又はプッシュ操作された後に静電容量ＩＣ１０から出力される電圧である第１の出力レベルとしての検出電圧１０１との差である。
【００２４】
コントローラ１２は、タッチ用しきい値４０及びプッシュ用しきい値５０と、電位差Ａに基づいて、操作者が、キー操作部２３ａに触れたか否か、又はプッシュ操作したか否かを判断する。図４（ｂ）に示す電位差Ａは、基準電圧１００とタッチ用しきい値４０との差より大きく、基準電圧１００とプッシュ用しきい値５０との差よりも小さいので、コントローラ１２は、タッチ区間において操作者による手指のタッチ操作状態（入状態）と判断し、例えば、図１に示す表示画面３に表示されたカーソル３０が指示するメニュー３１が選択されたとして表示画面３に表示された「テレビ」を選択状態にする。
【００２５】
一方、操作キー２３のキー操作部２３ａが操作者の手指によってプッシュ操作されると、操作キー２３が下方に移動してタッチ用可動電極２４ｂ、プッシュ用可動電極２５ａ及び絶縁部材２６をプッシュし、これに伴いタッチ用可動電極２４ｂ及びプッシュ用可動電極２５ａが屈曲した状態に弾性変形し、プッシュ用可動電極２５ａのラバーコンタクト２５ｂがプッシュ用固定電極２５ｃに電気的に接触、つまり、図３に示すプッシュ区間においてプッシュスイッチ２５が入状態になる。そのとき、プッシュ用固定電極２５ｃが、基板２７の接地パターンに接続されていることから第２の出力レベルはゼロになり、図４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、電位差Ｂは２ｖになる。
【００２６】
コントローラ１２は、タッチ用しきい値４０及びプッシュ用しきい値５０と、電位差Ｂに基づいて、操作者が、キー操作部２３ａに触れたか否か、又はプッシュ操作されたか否かを判断する。図４（ｄ）に示す電位差Ｂは、基準電圧１００とプッシュ用しきい値５０との差よりも大きいので、コントローラ１２は、操作者によるプッシュ操作状態と判断し、例えば図１に示す表示画面３に表示されたメニュー３１が選択・決定されたとして表示画面３の表示状態をテレビに変更する。
【００２７】
[第１の実施の形態の効果]
上記した実施の形態によると、部品点数を削減でき、また、構造を簡素化することができるので、コストの低廉化を図ることができる。更に、静電容量ＩＣ１０に接続するための信号線２００を１本に削減することができ、スイッチ装置２の設置の自由度を増すことができる。
【００２８】
[第２の実施の形態]
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチ装置の図１のＡ−Ａ線断面図であり、図６は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチ装置のブロック図である。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成及び機能を有する部分については共通の符号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分だけ説明する。
【００２９】
（スイッチ装置２の構成）
スイッチ装置２の基板２７は、その内部にプッシュ用固定電極２５ｄを備えている。プッシュ用固定電極２５ｄは、プッシュ用可動電極２５ａのラバーコンタクト２５ｂと図６に示す第２のスイッチとしてのコンデンサ２８を形成するように構成されている。
【００３０】
（第２の実施の形態の動作）
図７は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の動作を説明するために用いる信号波形図である。図７（ａ）は、タッチ動作による静電容量ＩＣの検出信号を、図７（ｂ）は、その出力信号を、図７（ｃ）は、プッシュ動作による静電容量ＩＣの検出信号を、図７（ｄ）は、その出力信号をそれぞれ示している。図５に示すように、操作キー２３のキー操作部２３ａが操作者の手指によってタッチ操作されると、第１の実施の形態と同様に図７（ｂ）に示すタッチ区間において電位差Ａが生じる。
【００３１】
コントローラ１２は、タッチ用しきい値４０及びプッシュ用しきい値５０と、電位差Ａに基づいて、操作者が、キー操作部２３ａに触れたか否か、又はプッシュ操作したか否かを判断する。図７（ｂ）においては、電位差Ａは、基準電圧１００とタッチ用しきい値４０との差より大きく、基準電圧１００とプッシュ用しきい値５０との差よりも小さいので、コントローラ１２は、タッチ区間において操作者による手指のタッチ操作状態（入状態）と判断し、例えば、図１に示す表示画面３に表示されたカーソル３０が指示するメニュー３１が選択されたとして表示画面３に表示された「テレビ」を選択状態にする。
【００３２】
一方、操作キー２３のキー操作部２３ａが操作者の手指によってプッシュ操作されると、操作キー２３が下方に移動してタッチ用可動電極２４ｂ、プッシュ用可動電極２５ａ及び絶縁部材２６を押圧し、これに伴いタッチ用可動電極２４ｂ及びプッシュ用可動電極２５ａが屈曲した状態に弾性変形し、プッシュ用可動電極２５ａのラバーコンタクト２５ｂとプッシュ用固定電極２５ｄが作るコンデンサ２８の静電容量が変化し、図７（ｄ）に示すプッシュ区間において電位差Ｃが生じる。
【００３３】
コントローラ１２は、タッチ用しきい値４０及びプッシュ用しきい値５０と、電位差Ｃに基づいて、操作者が、キー操作部２３ａに触れたか否か、又はプッシュ操作したか否かを判断する。図７（ｄ）に示す電位差Ｃは、基準電圧１００とプッシュ用しきい値５０との差よりも大きいので、コントローラ１２は、操作者によるプッシュ操作状態と判断し、例えば図２に示す表示画面３に表示されたメニュー３１が選択・決定されたとして表示画面３の表示状態を「テレビ」に変更する。
【００３４】
[第２の実施の形態の効果]
上記した実施の形態によると、部品点数を削減でき、また、構造を簡素化することができるので、コストの低廉化及び長寿命化を図ることができる。更に、静電容量ＩＣ１０に接続するための信号線２００を１本に削減することができ、スイッチ装置２の設置の自由度を増すことができる。
【００３５】
上記した実施の形態において、プッシュスイッチ２５及びコンデンサ２８は、変位量を電気信号に変換する磁気センサ及び超音波センサ等のセンサを用いても良い。
【００３６】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の後述する図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の使用状況を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置のブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の動作を説明するために用いる信号波形図であり、（ａ）は、タッチ操作による静電容量ＩＣの検出信号を、（ｂ）は、その出力信号を、（ｃ）は、プッシュ動作による静電容量ＩＣの検出信号を、（ｄ）は、その出力信号である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチ装置の図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチ装置のブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の動作を説明するために用いる信号波形図であり、（ａ）は、タッチ操作による静電容量ＩＣの検出信号を、（ｂ）は、その出力信号を、（ｃ）は、プッシュ動作による静電容量ＩＣの検出信号を、（ｄ）は、その出力信号である。
【符号の説明】
【００３８】
１…車両、２…スイッチ装置、３…表示画面、１０…静電容量ＩＣ、１０Ａ…発振部、１０Ｂ…負荷抵抗、１０Ｃ…ダイオード、１０Ｅ…オペアンプ、１２…コントローラ、１３…メモリ、２０…装置本体、２１…凹部、２２…キー挿通孔、２３…操作キー、２３ａ…キー操作部、２３ｂ…キー基部、２４…コンデンサ、２４ａ…タッチ用電極、２４ｂ…タッチ用可動電極、２５…プッシュスイッチ、２５ａ…プッシュ用可動電極、２５ｂ…ラバーコンタクト、２５ｃ…プッシュ用固定電極、２５ｄ…固定電極、２５ｄ…プッシュ用固定電極、２６…絶縁部材、２７…基板、２８…コンデンサ、３０…カーソル、３１…メニュー、４０…タッチ用しきい値、５０…プッシュ用しきい値、１００…基準電圧、１０１…検出電圧、２００…信号線、Ａ、Ｂ、Ｃ…電位差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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