Molding / integrated touch switch / control panel assembly and fabrication method thereof |
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| 申请号 | JP2003546484 | 申请日 | 2002-11-19 | 公开(公告)号 | JP2006507695A | 公开(公告)日 | 2006-03-02 |
| 申请人 | タッチセンサー テクノロジーズ,エルエルシー; | 发明人 | コールドウェル、デーヴィッド、ダブリュ．; シェファー、ウイリアム、ディ．; バード、ケヴィン、シー．; | ||||
| 摘要 | 本発明は、一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリを製作するために、一体化された熱成型可能な射出成型された 基板 を備えたタッチスイッチの一体化に関する。 このアセンブリは尾根、窪み、アンカー、重なり部、リベット、ベゼルまたは他のハウジングを含む。 それらは平坦面、湾曲面の任意の組み合わせを持つことができる。 さらに、そのようなアセンブリを自動車など、他のアセンブリの部材に組み込むことができる。 | ||||||
| 权利要求 | 少なくとも一つの接触スイッチ装置と、 前記少なくとも一つの接触スイッチ装置に対応する少なくとも一つの接触面を画定する基板とを有し、 前記接触スイッチ装置と前記基板を一体化したコントロールパネル。 支持体上に設けられた少なくとも一つの接触スイッチ装置と、 前記少なくとも一つの接触スイッチ装置に対応する少なくとも一つの接触面を画定する基板とを有し、 前記支持体と前記基板を一体化したコントロールパネル。 前記支持体と前記基板の少なくとも一方に熱成型可能材料が含まれる請求項２記載のコントロールパネル。 前記支持体または前記基板の少なくとも一方に更にアンカーが含まれる請求項３記載のコントロールパネル。 前記支持体と前記基板の少なくとも一方に射出成型可能材料が含まれる請求項２記載のコントロールパネル。 前記支持体または前記基板の少なくとも一方に更に少なくとも１つのアンカーが含まれる請求項５記載のコントロールパネル。 タッチスイッチとコントロールパネルを一体化する方法であって、 支持体上に少なくとも一つの電極を配置するステップと、 熱成型可能基板と接合した状態で前記支持体を配置するステップと、 前記基板を前記支持体に熱成型するステップとを含む一体化方法。 タッチスイッチとコントロールパネルを一体化する方法であって、 支持体上に少なくとも一つの電極を配置するステップと、 部材の射出成型に適したモールドと接合した状態で前記支持体を配置するステップと、 前記支持体の少なくとも一部を封入するために前記モールドに射出成型材料を導入するステップとを含む一体化方法。 |
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| 说明书全文 | （関連出願の相互参照） （１．技術分野） （２．従来技術） 一般にユーザは、接触面基板上の対応する接触面に触れるか、その上の付属物等に手を接近させることによって、タッチスイッチを作動させ、その結果、タッチスイッチの関連制御回路が応答する。 この応答は、タッチパッドと接触面の間隔（距離）や、タッチスイッチ支持体、接触面基板、その他を含むパネルの材料特性などの要素に影響される。 タッチスイッチの設計と動作に関する詳細は、例えば米国特許No. 5,594,222、No. 5,856,646、No. 6,310,611、No. 6,320,282B1において参照することができる。 上に述べた従来のアセンブリ技術は一般に効果的であるが、接触面基板にタッチスイッチ支持体を最適状態で一体化した場合より劣ることがあり、タッチスイッチの動作に悪影響を及ぼす可能性がある。 例えば、スタッド／ブラケット取り付け方法は、取り付け部材、タッチスイッチ支持体、接触面基板における機械的ばらつきが原因で、タッチパッドと接触面基板上の対応接触面間のスペースが不揃いになる場合がある。 また、スタッド／ブラケット・アセンブリは、特に振動の強い環境や、その他の厳しい環境で分解することがある。 単純な接着による取り付け方法の場合は、タッチスイッチ支持体と接触面基板間で接着剤が不均一になると、タッチスイッチと対応接触面間のスペースにばらつきが生じる。 また、接着剤自体の材料に気泡やむらがあると、タッチスイッチの性能に悪影響を及ぼすことがある。 さらに、上記従来技術には、最終的なタッチスイッチ／接触面インタフェースの設計に限界がある。 例えば、従来方法でタッチスイッチが取り付けられる予備成型基板は、製作および取り付け工程を容易にするために一般に平坦形状である。 従来の取り付け方法によってタッチスイッチを非平坦基板に取り付ける場合、取り付け工程の複雑さの問題と、取り付け自体の確実性に関する問題が生じることがある。 （発明の概要） 本発明による一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリには、ユーザに触覚フィードバックを与える凹凸を形成し、成型基板のユーザインタフェース部を填め込むベゼルとハウジングを設けることができる。 また、本発明による一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリは、更に大きく、より複雑なアセンブリのコンポーネントとして実現することができる。 本発明は、例えば自動車の電動窓を作動させるためのタッチスイッチを自動車のドア・パネルまたはセンターコンソールに一体化するために利用することができる。 本発明の一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリにより、製造工程の簡素化、製造コスト削減、タッチスイッチ性能の最適化、タッチスイッチの柔軟設計が可能になり、タッチスイッチに適した用途、種類が広がる。 （実施例の詳細な説明） 図１Ａ−１Ｆはタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリを形成するためにタッチスイッチ支持体を接触面基板に取り付ける既知の方法を示す。 図１Ａは図１Ｂに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの個々の層を示す。 アセンブリは、電極６０、一体化制御回路６２、電気トレース６３を備えたタッチスイッチ４０を３個支持するタッチスイッチ支持体５０と、接触面基板５１と、接着層５４、５５と接着層５５を覆うライナー５６とを備えた接着性支持体基板５２とを含む。 他の実施例では、タッチスイッチの個数が４個以上または３個未満の場合や、タッチスイッチの構造がそれぞれ異なる場合がある。 ライナー５６を剥離して接着層５５を露出させ、タッチスイッチ支持体５０に基板５１を取り付けると、図１Ｂのようになる。 図１Ｃ−１Ｄも同様の取り付け方法であるが、タッチスイッチが容量性タッチスイッチ４１として具体化されたもので、一体化制御回路を含まない。 図１Ｃ−１Ｄ、１Ｆに示すタッチスイッチ４１は共に、内側電極６０と外側電極６１を含んでいて、作動制御回路（図示せず）との併用に適している。 図１Ｅのタッチスイッチ４０は単一電極６０と、一体化制御回路６２と、両者を接続するトレース６３を含んでいる。 上記タッチスイッチ構成はいずれも、他の構成と同様に、本発明のすべての実施例と共に使用することができる。 いくつかの実施例では単一電極６０が好ましいが、他の実施例では図１Ｆのデュアル電極構成が好ましい。 その他のタッチスイッチ構成も可能であり、タッチスイッチに電極を追加すること、電極を様々な形状、サイズにすること、一体化制御回路の省略、追加などが可能であるが、一部ここに示されていないものもある。 図２Ａは図２Ｂに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの個々の層を示す。 図２Ａ−２Ｂでは、接着性支持体基板５２を用いてタッチスイッチ支持体５０の部品支持面１９０に基板５１が接着される。 この設計では、接触面基板５１の接触面９０からの電極６０の剥離が抑制される。 一体化制御回路部品６２を収容するために、接着性支持体基板５２に切抜き部５７が設けられる。 図３Ａは図３Ｂに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの個々の層を示す。 参照符号は図２Ａ、２Ｂと同じであるが、一体化制御回路部品６２を収容するために、基板５１に切抜き部５８が追加されている。 図２Ａ−３Ｂでは、電極６０、トレース６３、一体化制御回路６２は周囲環境から有効に保護されるが、一体化制御回路６２を収容できる接着性支持体アセンブリ（および図３Ａ−３Ｂの接触面基板５１）を作るためには、かなりの労力が必要である。 本発明の一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリは、既知の接着性取り付け技術に関わる問題を回避すると共に、タッチスイッチ製造プロセスの複雑さを軽減することができる。 また、本発明による他のパネルおよび基板を備えたタッチスイッチ支持体の一体化は、ユーザフィードバックのためのコントロールパネルインタフェースを作成する際の柔軟性を高くする。 例えば、本発明はタッチスイッチを人間工学的な構成に形作るために射出成形や熱成形等の技術を利用して可撓性またはフォーマブルなタッチスイッチ支持体の一体化を可能にする。 本発明による一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリは、制御パネル上領域の触覚情報をユーザに知らせるために接触面近傍に凹凸のテクスチャを施し、それに触れることにより、所望の応答を得ることができる。 従来のタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリと比較して、一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリには、その他にも利点がある。 発明によれば、例えば自動車のダッシュボードや内部ドア・パネルのように本来それ自体が熱成形または射出成型される構造物にタッチスイッチ一体化することができる。 さらに、本発明に利用可能な成型、フォーミング、その他の技術を利用すれば、機械的集積度を高めたタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリをより効率的に作成することができる。 例えば、本発明では（接着剤の必要性を抑制することにより）、材料節約、ツールの必要条件緩和、人件費削減（超音波圧接は自動化可能）が可能な超音波溶接技術を利用することが可能であり、（リベットを形成するか、あるいはタッチスイッチ支持体と接触面基板を融合させる技術を用いて）緻密な機械的一体化が確実に実現できる。 また、従来技術のタッチスイッチでは、スイッチ感度は少なくとも部分的にコントロールパネル基板の厚さで決まるが、本発明によってコントロールパネルに一体化されるタッチスイッチでは、コントロールパネル基板を所望の厚さに形成することによって電極からユーザの接触する指までの距離を（従来技術と比較して）短くすることができるので、特に感度が良く、特に高信号レベルを生成することができる。 本発明の更なる利点は、以下の様々な実施例説明によりタッチスイッチの設計および応用に関わる当業者には自明であろう。 図４Ａ−１８Ｂは、単純な加圧成型によるものも含めて熱成型可能な基板を用いた一体化タッチスイッチに係る本発明の基本的実施例を示す。 図４Ａ−１８Ｄの熱成型可能基板は、プラスチックまたはその他の熱成型可能な誘電体で構成することができる。 熱成形には、加熱か加圧条件下、あるいは加熱加圧条件下における成型も含まれる。 本発明では、使用される特定の熱成型可能な誘電体基板に応じて、高温または低温（周囲温度も含めて）と高圧または低圧の各種組み合わせが可能である。 図４Ａ−５Ｂは、本発明の熱成形技術と接着性取り付け技術の組み合わせを示している。 図４Ａは図４Ｂに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの個々の層を示す。 このアセンブリは３個のタッチスイッチ４０を含んでいて、各タッチスイッチは、タッチスイッチ支持体５０に形成された電極６０、集積回路６２、電気トレース６３を含んでいる。 タッチスイッチ支持体５０としては、従来通りの適切な基板が使用可能であり、例えばプリント基板、プラスチック、ガラス、可撓性または熱成型可能な材料が含まれるが、これらに限定するものではない。 これらの図（および図４Ｃ−１２Ｂ）において、タッチスイッチ支持体５０は剛性材料として示されているが、特定用途で保証されるように可撓性支持体基板を代替的に使用することができる。 タッチスイッチ支持体５０は不透明、透明、半透明を問わず、図１４Ａ、１４Ｂと関連して後述するように装飾層であっても良い。 接着性層５５はタッチスイッチ支持体５０の側面２９０に設けられる。 タッチスイッチ支持体および接触面基板上での使用に適したものであれば材質を問わず、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、エポキシ、熱活性または紫外線硬化型の接着剤が使用可能であるが、これらに限定するものではない。 熱と圧力は熱成形工程の固有要素であるから、本発明による熱成型タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの製作には、使用に際して過熱または加圧を必要とする接着剤が特に適している。 熱成形工程は、他の工程では接着性層５５の内部で（層の存在に起因して）起こり得る非一貫性を排除するのに役立つ。 例えば、熱成形工程における圧力成分は、従来技術によるタッチスイッチの接着性層中に時々発生する気泡と不均一の排除に役立ち、したがって、最初に述べたような簡単な接着性取り付け工程の欠点を克服することができる。 図４Ａ−４Ｂの各タッチスイッチ４０に単一電極６０と一体化制御回路６２が含まれることを除けば、図４Ｃ−４Ｄは図４Ａ−４Ｂと同様であり、図４Ｃ−４Ｄに示す容量性タッチスイッチ４１は２つの電極６０、６１を備えているが、一体化制御回路を含まない。 図示されていないが、熱成型を伴うすべての実施例において、熱成形工程中に、熱成型アセンブリの接触面、具体的には動作接触面９０にテクスチャ加工されたインタフェースを設けることが可能である。 ユーザは、テクスチャ加工されたインタフェースからの触覚フィードバックによって特定の接触面を容易に探すことができる。 図４Ａ−４Ｄの実施例では、タッチスイッチの部品を全く保持しないタッチスイッチ支持体５０の非支持面２９０に接着性層５５が設けられる。 図５Ａ−５Ｂは代替実施例であって、タッチスイッチ支持体５０の部品支持面１９０に接着性層５５が設けられる。 図５Ａは図５Ｂに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。 タッチスイッチ支持体５０と接触面基板５１が一緒に熱成型される場合、基板５１は電極６０、一体化制御回路６２、トレース６３に適合し、それはすべて、実質的にタッチスイッチ支持体５０と基板５１の間に封入され、タッチスイッチの部品と電気回路を湿気や他の環境条件から効果的に保護する。 図５Ｂに示すように、接触面９０は完成アセンブリのどちら側の面に配置することも可能である。 図６Ａ−７Ｂの実施例では、タッチスイッチ支持体５０の上に基板５１が熱成型される。 図６Ａ、７Ａは図６Ｂ、７Ｂに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。 図６Ａ−６Ｂでは、電極６０と一体化制御回路６２はタッチスイッチ支持体５０の同一面１９０上に配置され、図７Ａ−７Ｂでは、電極６０と一体化制御回路６２は互いにタッチスイッチ支持体５０の反対側に位置する。 図７Ａ−７Ｂでは、一体化制御回路６２と電極６０を電気的に接続するトレース６３がタッチスイッチ支持体５０を貫通して延在する。 この実施例では、トレース６３は、タッチスイッチ支持体５０の一体的要素か、あるいはタッチスイッチ支持体５０の切抜き部（図示せず）に挿入された個別要素にすることができる。 その他にも、発明の趣旨から逸脱することなく、タッチスイッチ支持体５０を介して電極６０と一体化制御回路６２を接続する適切な技術を利用することができる。 電極６０の好適配列は用途によって異なる。 図７Ａ−７Ｂに示す電極６０の配列の利点は、電極６０が周囲環境から完全に封止されることである。 もう一つの利点は、図６Ａ−６Ｂに示す実施例と比較して、電極６０が接触面９０に近いことであり、したがって、対応する接触面９０から検出の容易な強い信号が得られる。 図６Ｂと７Ｂでは共に、熱成型可能な基板５１は、重なり部８１が形成されるようにタッチスイッチ支持体５０の上で熱成型され、重なり部は支持体５０を基板５１に確実に固定する補助的な働きをする。 一緒に形成されるべき支持体と基板が熱成形技術によって十分に接着されない場合か、両者の相互適合が最適でない場合には、支持体と基板の間にわずかな空隙が存在するかもしれない。 図８Ａ−９Ｂは、熱成型可能な接触面基板５１とタッチスイッチ支持体５０の取り付けを改良する別の方法を示しており、タッチスイッチ支持体５０の上で支持される機械的アンカー７０が熱成型可能基板５１を貫通する。 この構造では、図６Ａ−７Ｂの重なり部８１の必要性がなくなるが、基板５１と支持体５０の一体化を増強するために重なり部と併用することも可能である。 更に具体的に、図８Ａ、９Ａは図８Ｂ、９Ｂに示すタッチスイッチアセンブリの組立前における各層を示す。 アンカー７０は細長い要素として示され、タッチスイッチ支持体５０からほぼ垂直に突き出る。 アンカー７０は図８Ａ−９Ｂで示されるような鉤７１か突起、または傾斜枝かボタンヘッド等の他の構造（図示せず）を含むことが好ましく、当業者には明らかなように、それにより基板５１にアンカー７０を確実に固定することができる。 アンカー７０は、その他の様々な方法で形成することができる。 図１０Ａは図１０Ｂに示すタッチスイッチアセンブリの組立前における個々の層を示す。 この実施例では、電極６４をアンカーとして使用してタッチスイッチ支持体５０に熱成型可能な基板５１が取り付けられる。 この実施例には、機械的アンカー７０が示されているが、アンカー７０を省略することも可能である。 個別の機械的アンカーの必要性をなくすとともに、図のようにアンカーとして電極を構成することにより、他の実施例と比較して接触センサ電極を対応接触面９０に近づけることができるので、接触面における信号強度が増大する。 図１０Ａ−１０Ｂでは、タッチスイッチ支持体５０と熱成型可能な基板５１の取り付けを更に確実にするために、電極アンカー６４に鉤がつけられている。 図１０Ｃ−１０Ｅは、容量性タッチセンサ６４の電極アンカーの別構成を示す。 図１０Ｃは、図１０Ｄの一体化タッチスイッチアセンブリの個別層を示しており、このアセンブリは熱成型可能基板５１とタッチスイッチ支持体５０からなり、タッチスイッチ支持体には、ボタンヘッド状の電極アンカー６４と、タッチスイッチ支持体５０に保持された電極１６０、１６１が含まれる。 熱成形工程中に電極１６０、１６１を機械的に支持するために、誘電体層５９を設けることができる。 熱成形工程中、熱成型可能な基板５１は流動して電極アンカー６４の形状に従い、そして冷却時に、アセンブリの寸法安定性を維持、制御し得る強固な接続部の一部を形成する。 図１０Ｅは、図１０Ｃのタッチスイッチ支持体５０の上で支持される上記部品の平面図を示す。 図１０Ａ−１０Ｅの電極アンカー６４の材料として、グラファイト、銅または導電被覆プラスチック等の非絶縁材が使用可能であるが、これらに限定するものではない。 他の機械的アンカーと同様に、電極アンカー６４の場合、接着剤の省略または使用量削減が可能になる。 図１０Ｆは、図１０Ｄの電極６４と接触面９０の間のキャパシタンスＣ１と、図１０Ｃ−１０Ｅの一体化タッチスイッチの電極１６０と電極１６１の間のＣ２、Ｃ３を示す。 図１１Ａ−１３の横断面の図は実施例を示す。 熱成形工程は、切抜き部１５７（図の実施例では、一部が電極６０を貫通する）を通ってタッチスイッチ支持体５０を貫通し、タッチスイッチ支持体５０と基板５１を確実に結合するためのリベット７１が熱成型可能な基板５１から形成される。 切抜き部１５７は形状、サイズを問わず、必ずしも電極６０を貫通する必要もない。 重なり部８１は、タッチスイッチ支持体５０と基板５１の結合を更に強固にする。 図１１Ａ、１２Ａは、図１１Ｂ、１２Ｂに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。 図１１Ａ−１１Ｂでは、基板５１はタッチスイッチ支持体５０の非部品支持面２９０に熱成型される。 図１２Ａ−１２Ｂでは、基板５１はタッチスイッチ支持体５０の部品支持面１９０に熱成型される。 図１１Ｂ、１２Ｂでは共に、各リベット７１は電極６０を貫通している。 他の実施例では、特定用途の条件に応じて、リベット７１はタッチスイッチ支持体５０に沿って様々な位置に形成することができる。 しかし、接触面９０と電極６０の間の所望分離間隔が確実に形成、維持されるようにリベット７１が補助する点で、図１１Ａ−１２Ｂの構成は有利である。 熱成形工程に続いてリベット７１の冷却または減圧が行われると、機械的な接合によって基板５１にタッチスイッチ支持体５０が結合され、機械的接合アセンブリを分離する必要はない。 図１３はプラテン２００とモールド２０２を含むプレス／モールド装置を示しており、この装置は図１１Ａ−１２Ｂに示すアセンブリの製作に使用することができる。 上記の詳細図面はすべて、剛性タッチスイッチ支持体を示している。 上述したように、これらの図面に対応する本発明の実施例では、代替的に可撓性または熱成型可能なタッチスイッチ支持体を採用することができる。 可撓性または熱成型可能なタッチスイッチ支持体を使用すると、特定の利点があり、そのいくつかを図１４Ａ−１８Ｄにしたがって以下に説明する。 図１４Ａ、１４Ｃ、１４Ｅは、それぞれ図１４Ｂ、１４Ｄ、１４Ｆに示すタッチスイッチアセンブリの組立前における個々の層を示す。 図１４Ａは、２０００年１０月１５日出願の「Touch Sensor with Integrated Decoration」と題するUSProvisional Patent Application No.60/341,551および関連のUSPatent Application Serial No.10/272,047に記載された発明による可撓性タッチスイッチ支持体５０を示しており、この支持体には装飾層が設けられている。 図１４Ｂの一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリでは、可撓性タッチスイッチ支持体５０が熱成型可能な基板５１に直接固定されておらず、可撓性タッチスイッチ支持体の一部として可撓性尾部７２が含まれる。 可撓性尾部７２に回路トレース６３を含めれば、信号、電源または接地との接続に有利であり、特定のタッチスイッチ部材と一体化されていないか、それらの近傍に配置されていない制御回路へ回路トレース６３を引き回すことができる。 また、熱成型されたタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリをモールドから取外す際にも、可撓性尾部７２は有用である。 可撓性尾部７２は、それを障害物（obstacles and obstructions）を巻き込んで基板５１の下で接続することができるので、特に有利である。 同様に、図１４Ｃ−１４Ｄは装飾層１０２およびコネクタ７３と共に一体化されたタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリを示す。 前に可撓性尾部７２と関連して説明したものと同様または類似の電気的機能をもつ。 コネクタ７３は、熱成型可能な基板５１の切り抜き部７４に挿入された状態で示されている。 代わりに、コネクタ７３をタッチスイッチ支持体５０に取り付けて、特定のタッチスイッチの設計と用途に適した構成に適合させることができる。 タッチスイッチ支持体基板５０が剛性である場合、コネクタ７３は有利であるが、剛性支持体と可撓性尾部接続の両方の特長が得られるように、屈曲尾部（図示せず）を剛性支持体５０に取り付けることができる。 図１４Ｅ−１４Ｆは、容量性タッチスイッチとその部品を含み、図１４Ｃ−１４Ｄに示すものと同様の発明の原理を示す。 可撓性尾部７２およびコネクタ７３により、例えばタッチスイッチから離れた制御回路に電極６０、６１を接続することができる。 図１５Ａ−１８Ｄに示されるように、一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリは熱成形工程中に形成することができる。 これらの図面は一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの有利な構成を表しているが、本発明の一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリを特定用途に応じて他の構成に形成することができる。 図４Ａ−１８Ｄの熱成型可能な基板５１は、自動車などのように通常熱成型部品を含んでいる個別装置またはアセンブリに組み込むために、ドア・パネルなどの構造の部材として利用することができる。 そして、対応するタッチスイッチは最終的な装置またはアセンブリの一体構造とすることができる。 本発明の実施例はいずれも、タッチスイッチアセンブリを別のアセンブリの部材に一体化するために使用することができる。 タッチスイッチ／コントロールパネルが熱成形技術によって作られたアセンブリを示す図１５Ａ−１８Ｄにしたがって説明した本発明の原理は、タッチスイッチアセンブリがより複雑なアセンブリの部材に一体化される場合に特に有用であることが分かる。 それは、ドア・パネル等の部材を含むコントロールパネルに一体化されるタッチスイッチは一般に、ユーザが別の動作、例えば運転から注意を逸らすことなく探すのが難しいからである。 図１５Ａ−１８Ｄに従って説明した本発明の原理によれば、ユーザに触覚フィードバックを与えることによって上記問題を軽減することが可能になり、ユーザは部材自体の形によって接触面の位置を認識することができる。 上述のようにタッチスイッチを製品部材に一体化すると、製品への組み込みに必要であった個別のコントロールパネルが不要になる。 これは、例えば自動車のダッシュボードやコンソールなどのインタフェーススペースに多数のコントロールパネルが散乱している場合に特に有用である。 また、個別のパネルが不要になると、一部の設計上の制限が解消され、最終的な装置またはアセンブリのデザイナおよびメーカはインタフェーススペースのデザインを能率化し易くなり、乱雑さが減り、クリーニングが容易になり、組立工程のコストおよび複雑さも減少する。 図１５Ａ、１５Ｃはそれぞれ図１５Ｂ、１５Ｄに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。 図１５Ａは接触面基板５１と、２つのタッチスイッチを支持するタッチスイッチ支持体５０とを示しており、各タッチスイッチは内側電極６０と、外側電極６１と、一体化制御回路６２と、これら部材を接続するトレース６３とを含む。 図１５Ｃも同様であるが、これには容量性タッチスイッチが含まれ、一体化制御回路は含まれない。 接触面基板５１とタッチスイッチ支持体５０は一緒に一体化され、本発明による熱成形工程によって成形され、図１５Ｂ、１５Ｄに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリが完成する。 図のように、これらのアセンブリは各接触面９０の周辺に窪み９１を含んでいるが、本発明によれば、アセンブリの接触面９０の全体より狭い範囲で窪み９１を作るようにすることも可能である。 窪み９１は、ユーザに接触面９０の存在を認識させる役割をする。 このような設計により、ユーザは窪み９１を探すことによって接触面を触知が可能になり、不注意でタッチスイッチを作動させることを防ぐ。 これらの実施例は差分検出技術との併用に適しており、意図しない作動を最小限に抑えることができる。 そのため、内側電極６０および外側電極６１に差分制御回路に接続することにより、２つの電極の周辺電界への外乱から生じる差分制御回路入力を検出する。 差分制御回路は、内側電極６０に触れたときだけタッチスイッチが作動し、逆に外側電極６１のみ、あるいは内側電極、外側電極の両方にほぼ等しく触れた場合には作動しないように構成することができる。 例えば、アームレストとしても機能し得るコンソールにタッチスイッチが一体化される自動車に応用する場合、この実施例は特別な価値をもつかもしれない。 アームが瞬時にタッチスイッチ全体を覆うようになっていれば、付属物が内側、外側の両電極に同時に触れるから、タッチスイッチは起動されない。 あるいは、アームがタッチスイッチ全体を覆うとき、窪み９１に基づくインタフェース幾何形状にしたがって内側電極６０の方が外側電極６１よりもアームから遠くなるので、アームによる外側電極６１の周辺電界への影響が内側電極６０の周辺電界への影響より大きくなって、タッチスイッチは作動しないだろう。 したがって、このタッチスイッチ構成や同等のタッチスイッチ構成は、意図しないスイッチ作動を防ぐことができる。 電極６１の上方領域と比較して、電極６０の上方領域の基板５１を厚くすることによって、同様の効果が得られる。 この構成（図示せず）は、タッチスイッチを作動させるために比較的厳密な、あるいは明確に意図した接触刺激を必要とする。 図１６Ａ−１８Ｄは、各接触面９０の周囲に尾根９２を備えた実施例を示す。 尾根９２により、ユーザは動作接触面９０の存在を触覚または視覚的に見つけやすくなり、不注意でタッチスイッチを作動させることがなくなる。 また、これらの図面は、内側電極６０および外側電極６１が設計の応用または指図で要求される様々な形状が可能であることを示している。 図１６Ａ、１６Ｄ、１７Ａ、１８Ａ、１８Ｃはそれぞれ、図１６Ｂ、１６Ｅ、１７Ｂ、１８Ｂ、１８Ｄに示すタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの組立前における個々の層を示す。 図１６Ｃは円形電極６０、６１を備えた一体化制御回路６２を含むタッチセンサ、図１６Ｆは長方形電極６０、６１を備えた容量性タッチセンサを示す。 図１７Ａ−１７Ｃと図１６Ａ−１６Ｃの相違点は、図１７Ａ−１７Ｃの基板５１がタッチスイッチ支持体５０の部材支持面１９０上の部材に適合していることである。 この構成では、接触面９０（厳密に言えば接触面９０の一部）と内側電極６０の間隔を最小にすることが可能であり、また、周囲環境から電極６０、６１、トレース６３、一体化制御回路６２を封止することができる。 図１８Ａ−１８Ｄに示す発明の実施例において、タッチスイッチ支持体５０は接触面９０を施した装飾層１０２を含んでおり、したがって、一体化された成型加工タッチスイッチを比較的厚い基板５１に熱成型することができる。 図１８Ａ−１８Ｂは、電極６０、６１と一体化制御回路を備えたタッチスイッチを使用する実施例であり、一方の図１８Ｃ−１８Ｄは電極６０、６１を備えた容量性タッチスイッチを使用する実施例であって、ローカル制御回路を含まない。 図１８Ｃ−１８Ｄはさらに、リモコン回路に電極を接続するために使用可能な可撓性尾部７２を示す。 なお、本発明は可撓性尾部７２を使用せずに実施可能である。 上述の実施例はいずれも、設計または用途の条件に応じて、熱成型可能な基板５１を様々に構成することができる。 例えば、熱成型可能な基板５１は平坦面と湾曲面の任意の組み合わせが可能である。 図１９−２６において、本発明の原理は射出成型されたタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリに適用される。 射出成型は、成形材料、デザイン、用途に応じて様々な温度と圧力条件下で行うことができる。 成形材料としてはプラスチックを含む様々な材料が可能であり、一体化タッチスイッチアセンブリの最終形状は、材料を注入するモールド構成で決まる。 図１９−２６の一体化タッチスイッチアセンブリは、タッチスイッチ支持体５０と一体化された成型接触面基板１５１を含む。 各支持体５０は２個のタッチスイッチを含み、各タッチスイッチは電極６０、６１、一体化制御回路６２、トレース６３を含んでいる。 図１９−２２は、可撓性タッチスイッチ支持体５０と可撓性尾部７２を含む実施例、図２３−２６は剛性タッチスイッチ支持体５０とコネクタ７３を含む実施例を示す。 図１９−２５の実施例はさらに、成型された基板１５１とタッチスイッチ支持体５０との一体化を補助する接着性層５５を含んでいる。 これらの構成において接着性層５５は任意であり、接着性層を使用するか否かは主としてタッチスイッチ支持体５０と成型基板１５１の特性に依存する。 あるいは、その他の手段あるいは付加的な取り付け手段、例えばリベットやアンカーなどを使用することも可能である。 図１９−２０の実施例は、成型基板１５１で支持されるタッチスイッチ支持体５０の上に配置された接触面９０を画定する装飾層１０２を含んでいる。 また、個別の装飾層を使わずに、タッチスイッチ支持体５０に直接装飾を施すことも可能である。 図２０の一体化タッチスイッチは図１９のものと同様の構成であるが、本発明の原理にしたがって接触面９０の周辺に窪み９１と尾根９２が形成される。 図２１は成型基板１５１と一体形成されたタッチスイッチアセンブリを示す。 図２２は図２１の一体化形成されたタッチスイッチアセンブリを示しており、タッチスイッチ支持体５０がほぼ全体的に成型基板１５１で囲まれているので、湿気や化学物質など、好ましくない外部環境条件からタッチセンサ部材が保護される。 これらいずれの実施例でも、基板１５１をモールド成型することにより、窪み９１と尾根９２が下側のタッチスイッチに対応するように接触面９０の周辺に形成される。 代替実施例では、窪み９１、尾根９２の一方または双方を省略することができる。 図２３−２６に示す本発明の様々な実施例において、一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリは射出成型によって作られる。 ある特徴的側面で熱成形工程に順応する構成を示す図２３において、タッチスイッチ支持体５０はアンカー７０を含むプリント基板である。 成型基板１５１は接着性層５５、アンカー７０、重なり部８１によってタッチスイッチ支持体５０に固定され、接触面９０は窪み９１によって示される。 図２４では、成型基板１５１はタッチスイッチ支持体５０の非部材支持面２９０に成形されている。 図２５では、図２３、２４の特徴的側面が結合され、図示されたタッチスイッチはタッチスイッチ支持体５０の非部材支持面２９０に成形される成型基板１５１と窪み９１を含む。 図２６では、成型基板１５１は実質的にタッチスイッチ支持体５０を囲んでいるため、アンカー７０を省略することが可能である。 図３０−３１では、接触面９０を画定する成型基板１５１に可撓性タッチスイッチ支持体５０を固定するために、リベット７１が、電極６０も含めてタッチスイッチ支持体５０を貫通している。 他の実施例では、リベット７１は電極６０を貫通する必要がない。 図３１では、図３０の一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリが接着性層５５によって追加基板１５２に取り付けられ、この取り付けには本発明の方法またはその他の方法が適用可能であり、これにより、図３０の一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリは剛性を持つことができる。 図３０、３１に示す両方の一体化タッチスイッチアセンブリには、アンカー７０が使用され、この場合、類似のボタンヘッドも使用される。 図３０−３１に示される実施例は射出成型または熱成形技術を用いて製作することができるが、タッチセンサ部材を完全に封入し、周囲環境条件から封止することができる点で、射出成形技術の方が有利である。 図２７−２９と図３２−３４に示す実施例では、ユーザに触覚フィードバックと他のフィードバックを与えるために軟質接触面基板が使用される。 軟質接触面基板はユーザの指先になじむので、動作接触面を感知したことが認識できる。 軟質接触面基板を備えたタッチスイッチでは、タッチスイッチが作動する前に軟質接触面基板に一定の最低量の窪みが生じる必要があるように構成することができる。 このように構成されたタッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリでは、機械的スイッチの動作に対応する触覚フィードバックが得られる。 図２７では、タッチスイッチ４０を含むタッチスイッチ支持体がほぼ全体的に軟質基板５３で覆われ、接触面９０が画定される。 軟質基板５３は、本発明による一体化タッチスイッチアセンブリなどの任意のタッチスイッチアセンブリに熱成型、射出成型または別の方法によって取り付けることができる。 軟質基板５３が熱成形か射出成型によって形成される場合、軟質基板５３はプラスチックを含めた任意の適切な材料でよい。 軟質基板５３が熱成型、射出成型以外で形成される場合、軟質基板５３の材料として、革、ビニール、ゴム、発泡体、プラスチック等の任意の軟質材料が使用可能であり、接着法を含めた既知の方法によって、ここに記述される一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの任意の実施例に軟質基板を取り付けることができる。 また、軟質材料は、予備成型されたドームやドームスイッチ、その他の類似構造を利用した従来のメンブレンスイッチに使用されるものと同じオーバレイとすることも可能である。 接触面９０は、形成工程中または別途形成されたテクスチャか、または形成工程中または別途形成された窪みまたは尾根か、またはテクスチャ加工された領域を含む装飾層によって示すことが可能であり、また、特定用途の要求条件にしたがって任意の方法で表示することもできる。 図２８−２９において、軟質基板５３はタッチスイッチ支持体５０と任意の適切な材料からなる第三の基板１５０との間に挟まれている。 図２８では、例えば、基板５１は熱成型または射出成型することが可能であり、また、タッチスイッチ支持体５０または軟質基板５３に接続されたアンカー７０を貫通させることもできる。 この実施例では、様々な構成と組立技術が可能である。 例えば図２９に関しては、タッチスイッチ支持体５０をプリント基板とし、そのタッチスイッチ支持体に、２ステップ共射出成形工程で軟質基板５３と基板１５０に成形されるサブアセンブリとして基板５２に熱成型される機械的取り付け装置を設けることが可能である。 図２９では、基板５２はタッチスイッチアセンブリの部材を封止し、タッチスイッチ支持体５０に支持されるアンカー７０が基板５２を貫通する。 したがって、接着性層５５を用いるか、熱成型またはモールド成形技術を用いるか、あるいは両者の組み合わせによって、図２９の基板１５０を軟質材料５３に取り付けることができる。 ユーザが軟質基板５３に触れ易くするために、動作接触面９０と整合したアパチャを基板１５０に設けることが望ましい。 図３２では、機械的スイッチの触覚的利点を持つリベット７１を形成するために、軟質基板５３は成型基板１５１の領域に作り込まれる。 軟質基板５３は、共射出成形か、選択的定量吐出（selective dispensing）か、超音波溶接によって付加することが可能であり、軟質基板５３を基板１５１に接着するために接着剤を使用することができる。 基板１５１は射出成型されるように示されているが、本発明の実施例の様々な構造（リベット７１を含む）を収容するために基板１５１を熱成型または予備成型することも可能である。 図３３−３４では、基板５１とタッチスイッチ支持体５０の両方を貫通し、タッチスイッチ電極部材６０も貫通するリベット７１が軟質材料５３で形成される。 その結果、接着剤の必要性が全体的に減少または省略可能になる。 図３２−３４に示す本発明の実施例を製作するためには熱成型とモールド成形の両方法が利用可能であるが、モールド成形の方が好ましい。 軟質材料５３については、その他の様々な構成が本発明との互換性を持ち得るが、特定のタッチスイッチに対する要求条件やタッチスイッチの応用面によって様々である。 図３５−４１は、普通のタッチスイッチと一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリの両方のためのベゼルおよびハウジングと、本発明による新規なタッチスイッチのためのベゼルおよびハウジングを製作するための発明原理を示している。 図のベゼルとハウジングは、タッチスイッチのユーザに人間工学的コントロールパネルを提供すると共に、タッチスイッチ支持体基板を補強、支持することが可能であり、また、当業者には明らかなように、自動車の内装などの比較的大きいアセンブリにおける他の部材とタッチスイッチコントロールパネルとの一体化を容易にすることができる。 図３５−４１は、基板１５１へのタッチスイッチ支持体５０の確実な取り付けを保証するためにベゼルおよびハウジングを製作する様々な方法を示す。 図３５に示す実施例では、接触面９０を画定するガラス層９４が示されている。 図３５において、タッチスイッチ支持体５０とガラス層９４の周囲にベゼル８４が形成されるように、基板１５１は熱成型またはモールド成形される。 ガラス層９４およびタッチスイッチ支持体５０を含むタッチスイッチアセンブリを基板１５１に固定する際の補助として接着性５５を任意で使用することができる。 図３６では、アンカー、切り込み線、その他のテクスチャまたは他の適当な機械的取り付け構造などの機械的取り付け装置１７０によってベゼル８４を形成するために、基板１５１は熱成型またはモールド成形される。 図３６に示される実施例は接触面９０を備えた軟質層５３を含んでいる。 図３７では、基板１５１は、タッチスイッチ支持体５０とその搭載部材に適合するハウジング８３が形成されるようにモールド成形され、片側で支持体５０を囲み、周囲にフレームを形成する。 接着性層５５を使用することにより、更に確実な取り付けが可能になる。 図３８−４１において、タッチスイッチ支持体５０は剛性で、接触面９０を画定することが好ましい。 図３８において、基板１５１はタッチスイッチ支持体５０の端部周囲で成形される。 タッチスイッチ支持体５０の一端において、アンカー７０は２つの基板の接合を補助する。 アンカー７０は他の位置に設けることも可能である。 図３９において、基板１５１は、任意の接着性層５５と組み合わせて支持体５０に熱成型またはモールド成形される。 棚１８１によって確実な取り付けが行われる一方、基板１５１はタッチスイッチ支持体５０の接触面９０あるいは接触面９０の支持面の妨げにならない。 図４０では、電極６０、トレース６３、一体化制御回路６２を含むタッチスイッチ部材は、支持体５０の断面周囲を部分的に囲むベゼル８４を備えたフレーム８２として形成された成型基板１５１に封入される。 図４１は、動作接触面９０、フレーム８２、フレーム８２のベゼル部分８４を含む図４０の一体化タッチスイッチの平面図である。 以上に述べた発明の種々側面は、タッチスイッチの意図する応用面の要求条件に従って様々な組み合わせが可能である。 例えば、応用面の要求条件を満たすために必要な製造工程において、タッチスイッチアセンブリは、射出成型または熱成型されるか、あるいは、その両方を様々なステップ利用することによって製作することができる。 また、一体化タッチスイッチ／コントロールパネル・アセンブリは、湾曲形状、平坦形状を含む任意の全体形状とすることが可能であり、用途に応じた幾何形状に合わせることができる。 応用分野の要求条件に応じて、発明者David W. Caldwellによる２００２年１０月１５日出願US Provisional Patent Application Serial No. 60/341,350および関連出願US Patent Application Serial No. 10/271,438「Integrated Touch Sensor and Light Apparatus」の実施例による基板で保持することができる。 また、剛性、可撓性、または熱成型可能な材料や、装飾付きや透明材料も使用可能である。 さらに、上述で引用された米国特許記載のタッチセンサや関連制御回路はすべて、本発明の上記実施例と互換性がある。 上記では熱成型法と射出成型法について詳述したが、この開示内容と特許請求範囲によれば、ここに開示される特許請求範囲の新規なタッチセンサを製作するために他の方法を使用することも可能である。 例えば、超音波成型法が可能であり、また、組立中にモールド成型可能でその後硬化するエポキシを使用することもできる。 また、本明細書に明示的に記載されていない形式に従って、発明の趣旨、基本的特質から逸脱することなく本発明を実施することも可能である。 上記実施例はあらゆる点において単なる説明手段であって制限的な意味を持たない。 発明の範囲は以上の記述ではなく、特許請求の範囲によって規定される。 したがって、特許請求の範囲と同等の意味および範囲における変更は特許請求の範囲に包含される。 |
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