Switch equipped with touch sensor

本発明は、タッチセンサを備えたスイッチに関する。

例えば、自動車においては、搭載する電子機器やエンジン等の動作開始・停止に押しボタンやタッチセンサを用いたスイッチが用いられている。

タッチセンサを用いたスイッチとして、例えば、特許文献１に示されるように、タイルの表面に導電性のタッチ部を設け、タイルの裏側にタッチセンサ回路を設置し、タッチセンサ回路とタッチ部とを導電ゴム及びリード線により接続し、タッチ部に指が接触した際の電気的変化をタッチセンサ回路により検出してオン／オフ動作を行わせるスイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、押しボタン式のスイッチとタッチセンサを同一基板上に搭載したスイッチも用いられている。 この場合、スパッタリング等により押しボタン（ノブ）の表面に導電膜を設けてタッチセンサを構成している。 なお、導電膜と基板上の配線パターンとの接続は、ハーネスにより行われる。

また、オン／オフ動作を機械的なスイッチエレメントによらないスイッチとして、例えば、特許文献２に示されるものがあり、押しボタンの下端とプリント基板との間に導電接点ゴムを介在させ、押しボタンを押したときに導電接点ゴムの膨出部がその弾性力に抗して下降し、膨出部の接点部がプリント基板上の配線パターンに接触してスイッチオンになる構造を用いている。

特開平７−２７２６０４号公報

実開平５−３８７３５号公報

しかし、従来のタッチセンサを備えたスイッチによると、導電膜と基板上の配線パターンとの接続にハーネスを用いているため、押しボタンの使用回数が多くなるほど、また、ストロークが大きいほどハーネスの導体部の金属疲労が進み、ハーネスが断線し易くなり、信頼性を上げることができない。 また、部品点数が多くなることで組み立て工数が増加し、生産性や低コスト化に問題を有する。

更に、特許文献２の構造によると、導電接点ゴムがスイッチ用に用いられているため、タッチセンサの接続手段にハーネスを用いることになり、タッチセンサと押しボタンスイッチを組み合わせて複合スイッチにするのは難しい。

従って、本発明の目的は、タッチセンサの出力の取り出しを簡単かつ高信頼に行えるようにしたタッチセンサを備えたスイッチを提供することにある。

［１］本発明の一態様によれば、印刷配線基板と、
前記印刷配線基板上に実装された少なくとも１つのプッシュ式のスイッチエレメントと、
前記スイッチエレメントを覆う膨出部を備えると共に、前記膨出部の上面を含む所定領域に導電部が設けられているラバードームと、少なくとも外表面及び下面に導電処理が施されていると共に、前記ラバードームの前記膨出部上に配設された少なくとも１つのスイッチノブと、前記スイッチノブを往復動可能に保持すると共に前記ラバードームを固定する本体と、を備えたことを特徴とするタッチセンサを備えたスイッチを提供する。

［２］前記ラバードームはシート状に形成され、、前記ラバードームの前記導電部の前記所定領域は、前記膨出部の上面から前記印刷配線基板上の導電部に至る領域であることを特徴とする上記［１］に記載のタッチセンサを備えたスイッチであってもよい。

前記ラバードームは、前記導電部が導電性ゴムまたは導電性ポリマーにより構成されていることを特徴とする上記［３］に記載のタッチセンサを備えたスイッチであってもよい。

本発明の実施の態様によれば、タッチセンサの出力の取り出しを簡単かつ高信頼に行えるようにすることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るスイッチを示す分解斜視図である。

図２は、図１の印刷配線基板上の構成を示す斜視図である。

図３は、図１のスイッチの完成状態を示す斜視図である。

図４は、図３のスイッチのＡ−Ａ線の断面図である。

（スイッチの構成）
図１に示すように、スイッチ１００は、長板状の印刷配線基板１、印刷配線基板１上に図２に示すように実装されたスイッチエレメント２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃを収容する膨出部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを備えると共に印刷配線基板１上に配設されるラバードーム３と、導電膜４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが上面、側面及び下面の外表面に設けられていると共に膨出部３０Ａ〜３０Ｃ上に配置されるスイッチノブ４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、スイッチノブ４Ａ〜４Ｃを収容すると共にスイッチノブ４Ａ〜４Ｃの頭部を露出させる貫通孔５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを備えてラバードーム３上に配設される本体５とを備えて構成されている。

印刷配線基板１は、例えば、長板状のガラスエポキシ基板を主体に構成され、この基板の表面には、図２に示すように、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃに一端が接続された各一対の配線パターン６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃに隣接させて同方向に設けられた角形のランド部７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃと、ランド部７０Ａ〜７０Ｃに一端が接続されると共に配線パターン６Ａ〜６Ｃに平行な配線パターン７Ａ，７Ｂ，７Ｃとが設けられている。

スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃは、押しボタンスイッチであり、可動部が所定の位置まで押し下げられることによりスイッチオンになる構成を有している。 また、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃは、上記可動部が内蔵のスプリングによってスイッチノブ４Ａ〜４Ｃを附勢する附勢手段を兼ねている。

ラバードーム３は、全体が復元性、可撓性、耐湿性及び耐水性を備えていることが望ましく、このような材料としてシリコーンゴムがある。 なお、ラバードーム３は、複数のスイッチエレメント２Ａ〜２Ｃ全体を覆うシート状に形成され、本体５の下面の全域が接触可能な面積を有している。

更に、ラバードーム３は、膨出部３０Ａ〜３０Ｃのほぼ全域、及びこの領域と印刷配線基板１のランド部７０Ａ〜７０Ｃに接触する領域とが導電部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ（図１の斜線部分）を成し、他の部分は通常の絶縁性を有するゴムから成る。 導電部３１Ａ〜３１Ｃは、シリコーンにカーボンを含有させた導電性ゴム、または、導電性ポリマーからなり、例えば、２色成形により設けることができる。

２色成形とは、二色または２種類の樹脂からなる一体の製品を作る成形法をいうが、ここでは、シリコーンと「シリコーン＋カーボン」の２種類からなる２色成形としている。

スイッチノブ４Ａ〜４Ｃは、同一仕様であり、例えば、樹脂成形により作られている。 スイッチノブ４Ａ〜４Ｃは、内部が中空で、下端縁には本体５から抜け出るのを防止するための鍔４０が設けられている。 そして、スイッチノブ４Ａ〜４Ｃは、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃにより附勢されているとき、鍔４０の上面が本体５の貫通孔５０Ａ〜５０Ｃの周縁の下面に接するように配設される。

本体５は、例えば、樹脂成形により箱型に作られており、貫通孔５０Ａ〜５０Ｃの周縁には、図４に示すように、鍔４０の移動を規制するための段差が設けられている。

導電膜４１Ａ〜４１Ｃは、例えば、金属蒸着、メッキ、導電塗料の塗布、金属箔の貼着等により設けられている。 尚、上記の導電膜４１Ａ〜４１Ｃは、導電体（ブロック）の表面部分であってもよい。

（スイッチの組み立て）
まず、図２及び図４に示すように、予め、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃを印刷配線基板１に実装しておく。

次に、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃ及び印刷配線基板１の表面を覆うようにして、ラバードーム３を印刷配線基板１に取り付ける。

次に、ラバードーム３の膨出３０Ａ〜３０Ｃ上にスイッチノブ４Ａ〜４Ｃを配置し、このスイッチノブ４Ａ〜４Ｃを貫通孔５０Ａ〜５０Ｃに位置決めした後、本体５を所定位置に保持する。

本体５の固定は、本体５と印刷配線基板１とを一体化するベゼルを被せ、或いは接着剤等を用いて接着する等により行うことができる。 以上により、スイッチ１００が完成する。

（スイッチの動作）
次に、スイッチ１００の動作について説明する。 ここで、ラバードーム３の導電部３１Ａ〜３１Ｃには、図２に示すランド部７０Ａ〜７０Ｃが接触しており、このランド部７０Ａ〜７０Ｃに配線パターン７Ａ〜７Ｃを介して図示しないタッチセンサ回路が接続されている。 また、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃには、配線パターン６Ａ〜６Ｃを介して図示しない負荷、電源回路等が接続されているものとする。

操作者が、例えば、図２に示すスイッチノブ４Ａの上面の導電膜４１Ａに指等を接触させると、導電膜４１Ａ、膨出部３０Ａの導電部３１Ａ、ランド部７０Ａ〜７０Ｃ、配線パターン７Ａからなる経路における絶縁抵抗や静電容量等の電気特性が変化する。 この変化がタッチセンサ回路によって検知され、タッチセンサ回路は電気信号（タッチセンサ検知信号）を出力する。 この出力信号によりリレー、電子スイッチ等が駆動される。

次に、操作者が、スイッチエレメント２Ａの可動部の附勢力に抗してスイッチノブ４Ａを押すと、スイッチノブ４Ａがラバードーム３を介してスイッチエレメント２Ａを押下することにより、スイッチエレメント２Ａがスイッチオンになる。

以上の説明は、スイッチノブ４Ａについてであるが、スイッチノブ４Ｂ，４Ｃも同様にして指の接触及び押下操作によりタッチセンサ及びスイッチが動作する。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、スイッチノブ４Ａ〜４Ｃの外表面及び下面を導電膜４１Ａ〜４１Ｃで成膜し、膨出部３０Ａ〜３０Ｃの上面及びラバードーム３の所定領域に導電部３１Ａ〜３１Ｃを設け、スイッチノブ４Ａ〜４Ｃの導電膜４１Ａ〜４１Ｃとラバードーム３の導電部３１Ａ〜３１Ｃが常時接触するようにしたことにより、スイッチノブ４Ａ〜４Ｃの可動に起因するセンサ信号の断線を防止することができる。 さらに、ラバードーム３がシート状に形成されているので、防水性が向上すると共に、組立性にも優れるという効果を有する。 。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、第１の実施の形態ではラバードーム３がシート状に形成されていたものを、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃそれぞれに対応して個別のラバードーム３Ａ〜３Ｃとしたものである。

図５は、ラバードーム３Ａ〜３Ｃと印刷配線基板１とを示す斜視図であり、特に、ラバードーム３Ａ〜３Ｃが第１の実施の形態と異なり、個別に形成されていることを示す図である。

図６は、第１の実施の形態における図４に対応する第２の実施の形態を示す断面図である。

以下においては、第１の実施の形態と異なるところについて説明する。

ラバードーム３は、スイッチエレメント２Ａ〜２Ｃそれぞれに対応して個別にラバードーム３Ａ〜３Ｃとして設けられており、膨出部３０ａ〜３０ｃの全域、及びこの領域と印刷配線基板１のランド部７０Ａ〜７０Ｃに接触する領域とが導電部３１ａ，３１ｂ，３１ｃを成しており、シリコーンにカーボンを含有させた導電ゴム又は導電ポリマーからなる。 また、ラバードーム３Ａ〜３Ｃには、それぞれ、膨出部３０ａ〜３０ｃの反対側の端部に突起部３２ａ，３２ｂ，３２ｃが形成されており、印刷配線基板１のランド部７０Ａ〜７０Ｃに設けられた穴部７０ａ〜７０ｃに対して嵌合することで位置決めが容易にできる構成とされている。 ラバードーム３Ａ〜３Ｃは、それぞれ、本体５の一部により押さえられることにより固定される。

尚、上記のように、それぞれのラバードーム３Ａ〜３Ｃの全体が導電部であってもよいが、第１の実施の形態と同様に、スイッチノブ４Ａ〜４Ｃとランド部７０Ａ〜７０Ｃとの間を電気的に接続する部分だけが導電部となるように、２色成形により形成されていてもよい。 その他の構成およびスイッチ動作は、ラバードーム３がスイッチエレメント２Ａ〜２Ｃそれぞれに対応して個別にラバードーム３Ａ〜３Ｃとして設けられていることを除いて、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、ラバードーム３を小型形状に形成できると共に、組立て性の向上を図りつつ、安定な電気的接続が可能となる。 尚、ラバードーム３がシート状に形成されていないことを除いて、第１の実施の形態と同様の効果も有する。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各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な変形が可能である。

例えば、スイッチノブ４Ａ〜４Ｃ及びスイッチエレメント２Ａ〜２Ｃは、各３つとしたが、任意の個数にすることができるし、スイッチノブ４Ａ〜４Ｃの形状も四角形以外の形状、例えば、円形であってもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係るスイッチを示す分解斜視図である。

図２は、図１の印刷配線基板上の構成を示す斜視図である。

図３は、図１のスイッチの完成状態を示す斜視図である。

図４は、図３のスイッチのＡ−Ａ線の断面図である。

図５は、ラバードーム３Ａ〜３Ｃと印刷配線基板１とを示す斜視図であり、特に、ラバードーム３Ａ〜３Ｃが第１の実施の形態と異なり、個別に形成されていることを示す図である。

図６は、第１の実施の形態における図４に対応する第２の実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 印刷配線基板２Ａ，２Ｂ，２Ｃ スイッチエレメント３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ ラバードーム４Ａ，４Ｂ，４Ｃ スイッチノブ５ 本体６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 配線パターン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 膨出部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 導電部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 突出部４０ 鍔４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ 導電膜５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 貫通孔７０Ａ〜７０Ｃ ランド部７０ａ〜７０ｃ 穴部１００ スイッチ