(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の可撓性シートを絶縁スペーサを介して重合することにより形成され、前記一対の可撓性シートの対向面にそれぞれ導電パターンが形成されると共に、前記絶縁スペーサの所定位置に接点部を形成するための開口部が形成され、前記接点部で前記可撓性シートの厚み方向の荷重が加わると前記開口部位置で対向する導電パターンが接触し、スイッチオン時に前記開口部位置で対向する導電パターンの接触面積に応じて前記接点部の抵抗値が変化するメンブレンスイッチにおいて、
前記可撓性シートは、温度上昇と共に柔軟性が増加する特性を有する材質からなり、
前記可撓性シートに形成された導電パターンの少なくとも一部は、温度上昇と共に抵抗値が大きくなる特性の抵抗体からなることを特徴とするメンブレンスイッチ。
【請求項２】
前記開口部位置で対向する導電パターンは、互いに適合するパターンからなるものであることを特徴とする請求項１記載のメンブレンスイッチ。
【請求項３】
前記一方の可撓性シート側の導電パターンは、互いに絶縁されて隣接配置されたパターン対からなり、他方の可撓性シート側の導電パターンは、前記パターン対を短絡する孤立的パターンであることを特徴とする請求項１記載のメンブレンスイッチ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載のメンブレンスイッチと、このメンブレンスイッチの前記接点部の抵抗値を前記接点部に印加されたオン荷重として検出する抵抗値検出手段とを備えたことを特徴とするオン荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、重合された可撓性シートの対向面に形成された導電パターンが、絶縁スペーサに形成された孔を介して接触することによりオン状態となるメンブレンスイッチに関し、特に自動車、航空機の座席等に設置して着座状態を検出するのに適したオン荷重の測定機能を有するメンブレンスイッチ及びこれを用いたオン荷重検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のメンブレンスイッチは、各種情報機器、家電製品のみならず、自動車の着座センサ等に応用されている。図10は、一般的なメンブレンスイッチの構成を示す図である。メンブレンスイッチは、一対の可撓性シート101,102を絶縁スペーサ103を介して重合することにより構成される。可撓性シート101,102の対向面には、それぞれ導電パターン104,105が形成される。絶縁スペーサ103の所定位置には、開口部106が形成され、この開口部106の上下の導電パターン104,105が接点部107を形成する。接点部107に可撓性シート101,102の厚み方向の荷重が加わると、接点部107を介して導電パターン104,105が接触するので、この接触により流れる電流を検知することによって着座の有無を判定することができる。ここで、接点部107がメンブレンスイッチの厚み方向の荷重によってオンになるときの接点部に加わる荷重を「オン荷重」と呼ぶ。
【０００３】
このオン荷重を検出可能なメンブレンスイッチとしては、例えば、着座している人の体重を判別するようにした着座センサ等が知られている（特開平10-214537号）。このメンブレンスイッチでは、図11に示すように、絶縁スペーサの開口部の孔径を異ならせた複数の接点部111,112,113を組み合わせて１つの接点部群110を構成している。
【０００４】
また、これとは別に一対の導電パターンの間に導電粒子を分散させたペースト状の半導体層を形成し、導電パターン間に印加される押圧力によって半導体層の抵抗値が変化するようにした感圧スイッチや、導電パターン表面に所定の粗さの凹凸を形成して、押圧力によって両導電パターンの接触面積が拡大することで抵抗値が変化する感圧スイッチ等が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のメンブレンスイッチのうち、前者のものは、1つの接点部群110を開口部孔径を異ならせた複数の接点部111,112,113で構成しているため、スイッチ自体が大型化する傾向にあり、また、半導体層を介在させた感圧スイッチは、材料コストが高く、印刷性が悪いという問題がある。更に、導電パターン表面に所定の粗さの凹凸を形成し、押圧力によって接触面積が拡大することで抵抗値を変化させるようにした感圧スイッチでは、使用に伴って凹凸が潰れてしまい、経時的な劣化が大きいという問題がある。また、使用温度範囲内でもメンブレンスイッチ自体の柔軟性が変化してしまうので、一定のオン荷重でも抵抗値が変化してしまう。このため、抵抗値からオン荷重を安定して検出することができないという問題も残されている。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、小型且つ安価で安定した品質・検出性能が得られるオン荷重検出が可能なメンブレンスイッチ及びそれを用いたオン荷重検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るメンブレンスイッチは、一対の可撓性シートを絶縁スペーサを介して重合することにより形成され、前記一対の可撓性シートの対向面にそれぞれ導電パターンが形成されると共に、前記絶縁スペーサの所定位置に接点部を形成するための開口部が形成され、前記接点部で前記可撓性シートの厚み方向の荷重が加わると前記開口部位置で対向する導電パターンが接触するメンブレンスイッチにおいて、前記可撓性シートに形成された導電パターンの少なくとも一部は、温度上昇と共に抵抗値が大きくなる特性の抵抗体からなり、スイッチオン時に前記開口部位置で対向する導電パターンの接触面積に応じて前記接点部の抵抗値が変化することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るオン荷重検出装置は、上記のメンブレンスイッチと、このメンブレンスイッチの前記接点部の抵抗値を前記接点部に印加されたオン荷重として検出する抵抗値検出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、可撓性シートに形成された導電パターンの少なくとも一部が、抵抗体によるパターンとなっているので、オン荷重に応じて上下の導電パターンの接触面積がその中心部から順次増大していき、接点部全体の抵抗値はこれに対応して減少していく。この抵抗値の変化によってオン荷重を検出することが可能になる。また、導電パターンを形成する抵抗体が、温度上昇と共に抵抗値が大きくなる特性の抵抗体からなっているので、温度上昇に伴って可撓性シートが柔かくなっても、抵抗値は増加するため、両者の変動分が相殺されて、全体として安定したオン荷重検出が可能になる。本発明によれば、ペースト状の半導体層や、導電パターンの表面に凹凸を形成する必要がなく、単に開口部に位置する導電パターンに安価な２種類の抵抗体のペーストを使用するだけであるからコストが安く品質も安定している。また、１つの接点部で連続的なオン荷重の測定が可能なため、スイッチ自体が大型化することもない。
【００１０】
なお、開口部位置で対向する導電パターンは、互いに適合するパターンとすることができる。また、一方の可撓性シート側の導電パターンを、互いに絶縁されて隣接配置されたパターン対とし、他方の可撓性シート側の導電パターンを、前記パターン対を短絡する孤立的パターンとするようにしても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るメンブレンスイッチの一部を示す分解斜視図である。このメンブレンスイッチ１は、PETフィルムのような絶縁樹脂フィルム等からなる一対の可撓性シート２，３を、絶縁スペーサ４を介して重合することにより構成されている。可撓性シート２，３の対向面には、それぞれゴム系ペースト等からなる導電パターン５，６が、スクリーン印刷等の方法で形成されている。絶縁スペーサ４の接点部７に対応する位置には、開口部８が形成され、この開口部８を介して荷重印加時に上下の導電パターン５，６が接触するようになっている。
【００１２】
図２(a)は上側の導電パターン５を、また、同図(b)は下側の導電パターン６と開口部８とをそれぞれ示した図である。同図(b)に示すように、開口部８は、特定の方向、この例では図中左右両方向に向かって徐々に幅が小さくなる楕円型パターンからなり、上側の導電パターン５は、その最大経部の中心では円形になっており、左側突出方向に沿ってその円形から直線状に延びるパターンとなっている。また、下側の導電パターン６も、同図(b)に示すように、上側の導電パターン５と同じパターンで形成されている。導電パターン５，６の開口部８に臨む部分5a,6aは高抵抗で、例えば厚さ100μmで100〜100ＫΩ／cm2の抵抗率に調製された高抵抗ペーストで形成されている。また、下側の導電パターン６の高抵抗部分6aに続く部分6bは、高抵抗部分5a,6aとほぼ同じ抵抗値で、温度上昇と共に抵抗値が増加する特性を持つゴム系バインダを使用した抵抗ペーストである。更にこれに続く部分6cは、高抵抗部分5a,6a,6bよりも低抵抗値となるように前述した高抵抗ペーストに銀ペーストを重ねたもの等で形成されている。
【００１３】
メンブレンスイッチ１がこのような構成であると、オン荷重が小さい場合には、導電パターン５，６の先端円形部分しか接触しないため、低抵抗部分5b,6c間の非接触の高抵抗部分5a,6aの距離が長くなる。このため、図３(a)に示すように、接点部７の抵抗値R1は、大きな値を示す。一方、オン荷重が大きくなって高抵抗部分5a,6aの接触面積が増大すると、低抵抗部分5b,6c間の非接触の高抵抗部分5a,6aの距離が短くなるため、同図(b)に示すように、接点部7の抵抗値R2は小さな値となる。従って、この抵抗値を検出することにより、オン荷重を検出することができる。
【００１４】
シートのクッション材やメンブレンスイッチ１を構成する可撓性シート等の材質として用いられるPETフィルムのような絶縁樹脂フィルム等は、温度上昇と共に固さ（柔軟性）が変化して、図４にS1で示すように同じオン荷重でも抵抗値が低下する傾向がある。そこで、この実施例の導電パターン６の高抵抗部分6bは、図４に示すように、抵抗値が温度上昇と共に大きくなるようなペースト特性P1を持っている。すなわち、スイッチ特性S1の抵抗値は通常使用温度範囲内（この場合−30℃〜80℃）で高温になればなる程下がってしまうが、ペースト特性P1の抵抗値は高温になればなる程上がっていく。本発明では、このP1とS1の両特性を組み合わせてメンブレンスイッチを構成することにより、温度係数直線PTのようにメンブレンスイッチ１の使用状況下の温度変化に左右されないある一定の抵抗値を保持する特性を得ることができる。従って、この発明の導電パターン５，６を用いたメンブレンスイッチ１によるオン荷重検出では、より一層安定した検出結果を導き出すことを可能にする。
【００１５】
図５は、このメンブレンスイッチ１を用いたオン荷重検出装置の構成を示す回路図である。メンブレンスイッチ１の導電パターン５のリード線9aは、例えば電源（+V）に接続され、導電パターン５のリード線9bは、電流検出器10に導かれている。電流検出器10は、複数の接点部７を流れる電流値のそれぞれを検出することにより、各接点部７の抵抗値を検出する。これにより、各接点部７でのオン荷重を検出することができる。
【００１６】
なお、上記実施例では、導電パターン５，６の高抵抗部分5a,6aを円形＋直線形状パターンとしたが、図６(a)に示すように単に直線状パターンとしても良いし、同図(b)に示すように高抵抗部分11を波形パターンとしても良い。波形パターンを採用した場合、高抵抗部分11の実効距離を長くすることができるので、更に精度の良いオン荷重測定が可能になる。また、開口部の形状としては、前述したように楕円型パターンの他、図７(a)に示すように、内側に切り込んだ曲線状に幅が狭くなるウリ型パターンの開口部12aや同図(b)に示すように、直線状に幅が狭くなるウリ型パターンの開口部12bとしても良い。この場合でも、高抵抗部分の少なくとも一部を正の温度特性を持つ抵抗パターンとすれば、スイッチ全体の温度特性が安定する。
【００１７】
図８は、本発明の更に他の実施例の導電パターン21，22を示す図である。
この実施例では、同図(a)に示すように、上側の導電パターン21が図中左右に分離した分割パターン23，24で構成され、これに対応する下側の導電パターン22が、同図(b)に示すように、分割パターン23，24を短絡する孤立パターン25となっている。導電パターン21，22は、接点部７を取り囲むように配置された環状部分23a，24a，25aと、この環状部分23a，24a，25aから内側に延びる直線部分23b，24b，25bとにより構成されている。上側の導電パターン21には、環状部分23a，24aにそれぞれ接続されるリード部分23c，24cが形成されている。環状部分23a，24aとリード部分23c，24cとで低抵抗部分を形成する。また、同図(a)に示すように、開口部26は、菱形パターンとなっており、その四隅方向に延びるように直線部分23b，24b，25bが配置され，この直線部分23b，24b，25bが高抵抗部分を形成している。孤立パターン25は、高抵抗部材でも良いし、低抵抗部材でも良い。
【００１８】
この実施例でも、直線部分23b，24bと直線部分25bとの接触面積に応じて接点部７の抵抗値が変化するので、これによりオン荷重を測定することができる。この実施例によれば、導電パターン21が孤立パターンであるから、配線パターンとのコネクタ処理が一方だけで良くなり、コネクタ処理が容易になるという利点がある。また、断線自己診断抵抗が付けやすいという利点もある。なお、この実施例では、同図(b)に示す一方の導電パターン21に対応した孤立パターンの代わりに、同図(c)に示すように、導電パターン27として単なる円形のベタパターン28を使用することもできる。
【００１９】
なお、上記実施例に示した環状パターンと直線との組み合わせの他、図９(a)に示すように、一方の導電パターン31として、直線パターン31a，31bを平行に並べて配置して、両者を例えば図８(c)のようなベタパターン28や直線パターン31a，31bに対応した直線部を短絡させた図９(c)のようなコの字パターン41によって短絡させたり、図９(b)に示すように、扁平菱形の開口部32を備え、その長手方向に沿って直線パターン33，34を分離して直線配置することにより、導電パターン35を形成して、両者を例えば図８(c)のベタパターンや直線パターン33，34に対応した直線部を短絡させた図９(d)のような矩形パターン42によって短絡させるようにしても良い。
【００２０】
上述したいずれの実施例においても、高抵抗部分の少なくとも一部に正の温度特性を持たせることにより、スイッチ全体の温度特性を安定にすることができる。
また、上述の説明では導電パターン６の一部6bに、温度上昇と共に抵抗値が増加するような温度係数特性をもつものを用いたが、高抵抗部5a,6aそのものをそのような温度特性を持ったものとするようにしても良い。
【００２１】
以上説明したメンブレンスイッチ１は、例えば自動車における体重検出可能な着座センサの他、各種情報処理装置や家電製品等のスイッチ等に幅広く使用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、１つの開口部に配置された第１及び第２ランドの接触状態でオン荷重を検知することができると共に、その接触点を構成する部材として温度上昇に伴い抵抗値が増加する特性をもつ材質を採用することにより、スイッチの各接点部群をコンパクトにすることができ、且つ測定の際の温度変化に影響されにくいものとすることができる。従って、使用温度範囲での安定したオン荷重検出性能を得ることができ、各接点部の配置自由度も高めつつ、コストの低減も図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に係るメンブレンスイッチの一部の分解斜視図である。
【図２】  同スイッチの導電パターンの一部を示す平面図である。
【図３】  同スイッチの等価回路図である。
【図４】  同スイッチの導電パターンのオン荷重時の抵抗値及び温度の関係を説明するための図である。
【図５】  同スイッチを使用したオン荷重検出装置の回路図である。
【図６】  本発明の他の実施例に係るメンブレンスイッチの導電パターンを示す平面図である。
【図７】  本発明の更に他の実施例に係るメンブレンスイッチの開口部を示す平面図である。
【図８】  本発明の更に他の実施例に係るメンブレンスイッチの導電パターンを示す平面図である。
【図９】  本発明の更に他の実施例に係るメンブレンスイッチの導電パターンを示す平面図である。
【図１０】  従来のメンブレンスイッチを示す一部切欠した斜視図である。
【図１１】  オン荷重が異なる複数の接点部を備えた従来のメンブレンスイッチの平面図である。
【符号の説明】
１…メンブレンスイッチ、２，３，101，102…可撓性シート、４，103…絶縁スペーサ、５，６，21，22，27，31，35，104，105…導電パターン、７，107，111〜113…接点部、８，12，26，32，106…開口部。
【図１】
0004382932.tif 000002
【図２】
0004382932.tif 000003
【図３】
0004382932.tif 000004
【図４】
0004382932.tif 000005
【図５】
0004382932.tif 000006
【図６】
0004382932.tif 000007
【図７】
0004382932.tif 000008
【図８】
0004382932.tif 000009
【図９】
0004382932.tif 000010
【図１０】
0004382932.tif 000011
【図１１】
0004382932.tif 000012