(57)【要約】【課題】使用者の手指が操作ボタン８に触れたことを検出する検出性能の大幅な低下を招くことなく操作ボタン８を照明する照明機能を付加すること。【解決手段】ＬＥＤ２２から電極板９ａの複数の照明孔２３のそれぞれを通して操作ボタン８に光を投射しているので、電極板９ａの中央部に１個の透光孔を形成する場合に比べて電極板９ａの小さな開口面積で操作ボタン８を満遍なく照明することができる。このため、電極板９ａおよび手指相互間の静電結合面積の減少が抑えられるので、使用者の手指が操作ボタン８に触れたことを検出する検出性能の大幅な低下を招くことなく操作ボタン８を照明する照明機能を付加することが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が手指で操作するものであって、光を透過することが可能な透光性を有する非導電性の操作子と、
前記操作子の内部に埋設され、光を透過することが不能な非透光性を有する導電性の電極板と、
前記電極板に設けられ、光を透過することが可能な複数の透光孔と、
前記複数の透光孔を通して前記操作子に光を投射する光源と
を備えたことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記複数の透光孔のそれぞれは、丸い形状に設定されてい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】
前記複数の透光孔のそれぞれは、前記電極板の全域に前記透光孔が均等に分散するように配置されていることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記複数の透光孔には、隣接する２以上の前記透光孔に対するピッチが相互に同一なものが存在することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記複数の透光孔のそれぞれは、使用者が前記操作子に手指を触れたときの手指および前記電極板相互間の距離である電極間距離に比べて前記透光孔の直径寸法が小さく設定または前記透光孔の直径寸法に比べて前記透光孔相互間のピッチが大きく設定または前記電極間距離に比べて前記透光孔相互間のピッチが大きく設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、使用者の手指が触れたことを検出するための電極板を有するスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記スイッチ装置には非導電性の合成樹脂からなる操作子の内部にフレキシブル基板からなる電極板を埋設し、使用者の手指が操作子に触れたことを手指および電極板相互間のコンデンサ容量の変化として検出する構成のものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本件出願人は電極板の中央部に１個の透光孔を形成し、光源から投射された光を透光孔を通して操作子に照射することに基づいて操作子を照明することを提案した。この構成の場合、透光孔の面積に相当する分だけ電極板および手指相互間の静電結合面積が減少するので、使用者の手指が操作子に触れたことを検出する検出性能が大幅に低下する。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用者の手指が操作子に触れたことを検出する検出性能の大幅な低下を招くことなく操作子を照明する照明機能を付加することができ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】
【０００５】
請求項１記載のスイッチ装置は、使用者が手指で操作するものであって光を透過することが可能な透光性を有する非導電性の操作子と、前記操作子の内部に埋設され光を透過することが不能な非透光性を有する導電性の電極板と、前記電極板に設けられ光を透過することが可能な複数の透光孔と、前記複数の透光孔を通して前記操作子に光を投射する光源とを備えたところに特徴を有している。
【０００６】
請求項２記載のスイッチ装置は、前記複数の透光孔のそれぞれは丸い形状に設定されているところに特徴を有している。
請求項３記載のスイッチ装置は、前記複数の透光孔のそれぞれは前記電極板の全域に前記透光孔が均等に分散するように配置されているところに特徴を有している。
【０００７】
請求項４記載のスイッチ装置は、前記複数の透光孔には隣接する２以上の前記透光孔に対するピッチが相互に同一なものが存在するところに特徴を有している。
請求項５記載のスイッチ装置は、前記複数の透光孔のそれぞれは電極間距離（使用者が前記操作子に手指を触れたときの手指および前記電極板相互間の距離）に比べて前記透光孔の直径寸法が小さく設定または前記透光孔の直径寸法に比べて前記透光孔相互間のピッチが大きく設定または前記電極間距離に比べて前記透光孔相互間のピッチが大きく設定されているところに特徴を有している。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のスイッチ装置によれば、光源から電極板の複数の透光孔のそれぞれを通して操作子に光を投射しているので、電極板の中央部に１個の透光孔を形成する場合に比べて電極板の小さな開口面積で操作子を満遍なく照明することができる。このため、電極板および手指相互間の静電結合面積の減少が抑えられるので、使用者の手指が操作子に触れたことを検出する検出性能の大幅な低下を招くことなく操作子を照明する照明機能を付加することが可能になる。
【０００９】
請求項２記載のスイッチ装置によれば、各透光孔が丸い形状に設定されているので、使用者の手指が電極板に対して斜めに結合する距離が各透光孔の全周で同程度になる。このため、各透光孔の全周で斜め結合の変化率が同程度になるので、電極板に複数の透光孔を形成したことによるコンデンサ容量の低下率が小さく抑えられる。
【００１０】
請求項３記載のスイッチ装置によれば、電極板の全域に透光孔が均等に分散配置されているので、操作子を一層均等に照明することができる。しかも、使用者の手指に対して斜めに結合する箇所が電極板の全域に均等に分散するので、手指の検出性能が電極板の全域で平滑化される。
【００１１】
請求項４記載のスイッチ装置によれば、電極板の全域に透光孔が一層均等に分散配置されるので、操作子の均等な照明効果および手指の平滑な検出効果のそれぞれが高まる。
請求項５記載のスイッチ装置によれば、電極間距離に比べて透光孔の直径寸法が小さく設定または透光孔の直径寸法に比べて透光孔相互間のピッチが大きく設定または電極間距離に比べて透光孔相互間のピッチが大きく設定されているので、コンデンサ容量の低下率が小さく抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
【実施例１】
【００１３】
プリント配線基板１には、図１に示すように、タクトスイッチ２が搭載されている。このタクトスイッチ２はベース部３とホルダ部４とベロー部５を有するものであり、ベース部３とホルダ部４とベロー部５のそれぞれはゴムを材料に形成されている。ベース部３はタクトスイッチ２の下端部に位置する円環状の部分を称するものであり、タクトスイッチ２はベース部３をプリント配線基板１に接合することに基づいて固定されている。ホルダ部４は円柱状の部分を称するものであり、ホルダ部４には可動コンタクト６が接合され、プリント配線基板１には可動コンタクト６の下方に位置して一対の固定コンタクト７が接合されている。ベロー部５はベース部３およびホルダ部４相互間を接続する部分を称するものであり、ホルダ部４からベース部３へ向って直径寸法が大きくなる円筒状をなしている。
【００１４】
プリント配線基板１の上面には操作ボタン８が隙間を介して対向配置されている。この操作ボタン８は使用者が手指で操作する操作子に相当するものであり、プリント配線基板１に対して上下方向へ移動可能にされている。この操作ボタン８は非導電性の透明な合成樹脂を材料に形成されたものであり、操作ボタン８の内部には導電板９が埋設されている。この導電板９は導電性の金属を材料に形成されたものであり、操作ボタン８を成形するための成形型内に導電板９を収納した状態で成形型内に溶融樹脂を注入することに基づいて操作ボタン８に一体化されている。この導電板９は水平な電極板９ａおよび垂直な接続板９ｂを有するものであり、接続板９ｂの下端部には柔軟な導電ケーブル９ｃが半田付けされている。この導電ケーブル９ｃにはコネクタ９ｄが半田付けされており、コネクタ９ｄには対のコネクタ９ｅが電気的および機械的に接続されている。この対のコネクタ９ｅはプリント配線基板１に搭載されたものであり、電極板９ａは接続板９ｂと導電ケーブル９ｃとコネクタ９ｄとコネクタ９ｅのそれぞれを介してプリント配線基板１に電気的に接続されている。
【００１５】
操作ボタン８にはスイッチ操作部１０が形成されている。このスイッチ操作部１０はタクトスイッチ２のホルダ部４によって下方から支持された部分を称するものであり、操作ボタン８に操作力が作用していないときにはタクトスイッチ２の可動コンタクト６がベロー部５の弾性力で両固定コンタクト７のそれぞれから離間したオフ状態に保持され、操作ボタン８がベロー部５の弾性力でオフ位置に保持されている。この操作ボタン８がオフ位置から下方のオン位置に押圧操作されたときにはスイッチ操作部１０からタクトスイッチ２のホルダ部４に操作力が作用し、ベロー部５が弾性変形することに連動して可動コンタクト６がホルダ部４と共に下降し、可動コンタクト６が両固定コンタクト７のそれぞれに接触することに基づいて両固定コンタクト７相互間が可動コンタクト６を介して導通する。このタクトスイッチ２のオン状態で操作ボタン８から操作力が除去されたときにはベロー部５が弾性復帰することに連動して可動コンタクト６がホルダ部４と共に上昇し、両固定コンタクト７のそれぞれから離間したオフ状態に復帰する。このホルダ部４が上昇することに基づいて操作ボタン８のスイッチ操作部１０が持上げられ、操作ボタン８がオン位置からオフ位置に復帰する。
【００１６】
プリント配線基板１には、図２の（ａ）に示すように、静電検出回路１１が搭載されている。この静電検出回路１１は使用者の手指が操作ボタン８に触れたことを手指および電極板９ａ相互間のコンデンサ容量の変化として検出するものであり、発振回路１２と負荷抵抗１３とダイオード１４とローパスフィルタ１５と増幅器１６を有している。発振回路１２は一定レベルの高周波信号Ｖｏを出力するものであり、発振回路１２から出力された高周波信号Ｖｏは負荷抵抗１３からダイオード１４およびローパスフィルタ１５のそれぞれを通して増幅器１６に検出信号Ｖｃとして与えられ、増幅器１６から出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。
【００１７】
静電検出回路１１にはコンデンサ１７がプリント配線基板１の回路パターンを介して接続されている。このコンデンサ１７は使用者の手指および電極板９ａの双方から形成されるものであり、使用者の手指が操作ボタン８に触れているときには発振回路１２から発振される高周波信号Ｖｏがコンデンサ１７のインピーダンスおよび負荷抵抗１３の両者に分圧されるので、図２の（ｂ）に示すように、使用者の手指が操作ボタン８に触れていないときに比べて検出信号Ｖｃのレベルが小さくなり、増幅器１６から出力される出力信号Ｖｏｕｔのレベルが小さくなる。
【００１８】
静電検出回路１１には、図２の（ａ）に示すように、通信回路１８が接続されている。この通信回路１８は出力信号Ｖｏｕｔのレベルを予め決められた基準レベルＶｂａｓｅと比較するものであり、「Ｖｏｕｔ＜Ｖｂａｓｅ」を検出することに基づいて使用者の手指が操作ボタン８に触れていると判定し、「Ｖｏｕｔ≧Ｖｂａｓｅ」を検出することに基づいて使用者の手指が操作ボタン８に触れていないと判定する。この通信回路１８には表示部１９が接続されており、通信回路１８は使用者の手指が操作ボタン８に触れていることを判定したときには表示部１９にタッチ信号を送信する。この表示部１９は使用者の前方に配置されたものであり、タッチ信号を受信することに基づいて使用者の手指が操作ボタン８に触れていることを報知するための絵柄を表示部１９に表示する。
【００１９】
操作ボタン８の表面には、図１に示すように、非導電性の塗膜２０が形成されている。この塗膜２０は操作ボタン８の表面を装飾する有色不透明なものであり、塗膜２０には、図３に示すように、マーク２１が形成されている。このマーク２１は塗膜２０が形成されていない透明部分を称するものであり、スイッチ装置の機能を特定する絵柄から構成されている。プリント配線基板１には光源に相当するＬＥＤ２２が搭載されている。このＬＥＤ２２は上方の電極板９ａに向って光を投射するものであり、ＬＥＤ２２が発光したときには透明な操作ボタン８から複数の照明孔２３のそれぞれを通して光が投射されることに基づいてマーク２１が下方から照明される。これら各照明孔２３は電極板９ａに形成されたものであり、図４に示すように、直径寸法φが一定な円形に設定されている。これら照明孔２３は横方向に複数列および縦方向に複数段に配列されたものであり、複数の列のそれぞれには列相互間で同一な数の照明孔２３が配置され、各行のそれぞれには行相互間で同一な数の照明孔２３が配置されている。
【００２０】
複数の照明孔２３のそれぞれは透光孔に相当するものであり、隣接する照明孔２３相互間のピッチＰは縦方向に隣接する照明孔２３相互間のピッチＰａを除いて相互に同一に設定され、ピッチＰは照明孔２３の直径寸法φに比べて大きく設定されている（Ｐ＞φ）。即ち、複数の照明孔２３のそれぞれは電極板９ａの全域に照明孔２３が均等に分散するように配置されたものであり、マーク２１の大きさは照明孔２３の直径寸法φおよびピッチＰのそれぞれに比べて大きく設定され、各照明孔２３の面積Ｓｈは電極板９ａの面積Ｓに比べて大幅に小さく設定され（Ｓｈ＜Ｓ）、照明孔２３の直径寸法φは電極板９ａの上面から塗膜２０の上面までの電極間距離ｄに比べて小さく設定され（φ＜ｄ）、電極間距離ｄは照明孔２３相互間のピッチＰに比べて小さく設定されている（ｄ＜Ｐ）。
【００２１】
静電検出回路１１は電極板９ａおよび手指相互間で発生するコンデンサ容量Ｃを検出し、手指が電極板９ａに触れたか否かをコンデンサ容量Ｃの検出結果に基づいて判定するものであり、平行平板形の一般的なコンデンサ容量Ｃは下記（１）式の通りである。但し、εは誘電率、Ｓは平板の面積、ｄは平板相互間の距離である。
【００２２】
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ                            ・・・・・・（１）
電極板９ａおよび手指相互間のコンデンサ容量Ｃは電磁結合に基づいて発生するものであり、コンデンサ容量Ｃには使用者の手指が操作ボタン８に触れたときに手指に対して対向する対向方向から手指に電磁結合する平行成分および手指に対して対向しない斜め方向から手指に電磁結合する斜め成分の双方が存在する。このコンデンサ容量Ｃの斜め成分は物理的な数式による原理証明はされていないが、電磁結合が斜めになされることから考えて実験的に十分に説明できる。図５は斜め結合の原理を説明するものである。ここでΔＳは電極板９ａのうち平行平板形の電極を構成する部分からはみ出した斜め結合部分の面積であり、コンデンサ容量Ｃの増加分ΔＣはΔＳが大きくなることに応じて大きくなる。即ち、電極板９ａはコンデンサ容量Ｃとして平行成分および斜め成分の双方を有するものであり、複数の照明孔２３を形成したことに基づくコンデンサ容量Ｃの低下は斜め成分を付加したことで補われている。
【００２３】
上記実施例１によれば次の効果を奏する。
ＬＥＤ２２から電極板９ａの複数の照明孔２３のそれぞれを通して操作ボタン８に光を投射したので、電極板９ａの中央部に１個の透光孔を形成する場合に比べて電極板９ａの小さな開口面積で操作ボタン８を満遍なく照明することができる。このため、電極板９ａおよび手指相互間の静電結合面積の減少が抑えられるので、使用者の手指が操作ボタン８に触れたことを検出する検出性能の大幅な低下を招くことなく操作ボタン８を照明する照明機能を付加することが可能になる。
【００２４】
複数の照明孔２３のそれぞれを丸い形状である円形に設定したので、使用者の手指が電極板９ａに対して斜めに結合する距離が各照明孔２３の全周で均一になる。このため、各照明孔２３の全周で斜め結合の変化率が一定になるので、電極板９ａに複数の照明孔２３を形成したことによるコンデンサ容量Ｃの低下率が小さく抑えられる。
【００２５】
電極板９ａの全域に照明孔２３を均等に分散配置したので、操作ボタン８を一層均等に照明することができる。しかも、使用者の手指に対して斜めに結合する箇所が電極板９ａの全域に均等に分散するので、手指の検出性能が電極板９ａの全域で平滑化される。さらに、照明孔２３相互間のピッチＰを相互に同一に設定した。このため、電極板９ａの全域に照明孔２３が一層均等に分散配置されるので、操作ボタン８の均等な照明効果および手指の平滑な検出効果のそれぞれが高まる。
【００２６】
各照明孔２３の直径寸法φを電極間距離ｄに比べて小さく設定し（φ＜ｄ）、各照明孔２３の面積Ｓｈを電極板９の面積Ｓに比べて小さく設定し（Ｓｈ＜Ｓ）、照明孔２３相互間のピッチＰを照明孔２３の直径寸法φに比べて大きく設定し（Ｐ＞φ）、照明孔２３相互間のピッチＰを電極間距離ｄに比べて大きく設定したので（Ｐ＞ｄ）、コンデンサ容量Ｃの低下率が小さく抑えられる。さらに、マーク２１の大きさを照明孔２３の直径寸法φおよびピッチＰのそれぞれに比べて大きく設定したので、複数の照明孔２３がマーク２１を照明するときの照度のばらつきも抑えることができる。
【実施例２】
【００２７】
操作ボタン８には、図６に示すように、ＬＥＤ２２に対向する内面に位置して拡散部２４が形成されている。この拡散部２４はＬＥＤ２２から投射された光の進行方向に対して傾斜する複数の傾斜面からなるものであり、ＬＥＤ２２から投射された光は拡散部２４を通して操作ボタン８の内部に進入することに基づいて拡散される。従って、複数の照明孔２３がマーク２１を照明するときの照度のばらつきを一層抑えることができる。
【実施例３】
【００２８】
電極板９ａには、図７に示すように、複数の照明孔２３が形成されている。これら複数の照明孔２３のそれぞれは電極板９ａの全域に照明孔２３が均等に分散するように配置されたものであり、隣接する照明孔２３に対するピッチＰが相互に全て同一に設定されている。
【００２９】
上記実施例１〜３のそれぞれにおいては、操作ボタン８に塗膜２０およびマーク２１のそれぞれを設けない構成としても良い。
上記実施例１〜３のそれぞれにおいては、フレキシブル基板に電極を印刷することから電極板９ａを構成しても良い。
【００３０】
上記実施例１〜３のそれぞれにおいては、各照明孔２３を丸い形状である楕円形または長円形に設定しても良い。
上記実施例１〜実施例３のそれぞれにおいては、各照明孔２３の直径寸法φを電極間距離ｄに比べて小さく設定する点（φ＜ｄ）と照明孔２３相互間のピッチＰを照明孔２３の直径寸法φに比べて大きく設定する点（Ｐ＞φ）と照明孔２３相互間のピッチＰを電極間距離ｄに比べて大きく設定する点（Ｐ＞ｄ）のいずれか１点またはいずれか２点を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施例を示す図（スイッチ装置を示す断面図）
【図２】（ａ）は電気的構成を示す図、（ｂ）は検出信号および出力信号を示す図
【図３】操作ボタンを示す図
【図４】電極板を示す図
【図５】コンデンサ容量の斜め成分を説明するための図
【図６】本発明の第２実施例を示す図（操作ボタンを示す図）
【図７】本発明の第３実施例を示す図（電極板を示す図）
【符号の説明】
【００３２】
８は操作ボタン（操作子）、９ａは電極板、２２はＬＥＤ（光源）、２３は照明孔（透光孔）を示している。
【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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