Touch switch structure

本発明は、電極間の静電容量の変化によって、指や手の接近や接触を検知する静電容量型のタッチスイッチ構造に関し、特に、自動車の車室内の機器の操作パネルに用いて好適の、タッチスイッチ構造に関するものである。

従来より、導電性の電極部材に人体の一部が接触又は近接するとこれを検出して所望の機器を作動させるタッチスイッチが広く知られている。 このようなタッチスイッチでは電極部材が静電容量センサとして機能するものであって、人体が電極に触れた際の電極のインピーダンス（静電容量）の変化を読み取って、タッチスイッチのオンオフを検出するようになっている。

また、このような静電容量型タッチスイッチとしては、電極，接続パターン（配線部分）及び導電性薄膜等をスパッタ法により成膜することで形成したもの（例えば特許文献１参照）や、電極，接続パターン及び導電性薄膜等を導電性を有するインクを用いて基材にスクリーン印刷により形成したもの等が知られている。
ところで、このようなタッチスイッチを自動車の車室内の機器の操作パネルに適用することも考えられる。 具体的には、自動車のオーディオやエアコンディショナのオンオフスイッチや各種モードの切り替えスイッチに適用するのである。 この場合、電極部材を光透過性の基材上に形成すれば、ライト点灯時にはスイッチ自体が光を透過して視認性を高めるので夜間での操作性を損なうこともない。

特開２００５−３８７３９号公報

しかしながら、従来のタッチスイッチを単に自動車の機器に適用としようとした場合には以下のような課題があった。 すなわち、操作する人（オペレータ）が手袋を着用している場合には、検出電極に指先が触れても電極のインピーダンス変化は微小であり、タッチスイッチの操作を検出するのが困難であった。
このような課題を解決するには、検出電極における検出感度を増大させればよいが、単に検出回路の電気的感度を増大させた場合には検出電極以外の配線部分（接続パターン）を触れた場合にもスイッチを操作したと誤検出する場合が考えられる。 また、これ以外にも、例えば複数のタッチスイッチを配設した場合に、隣接するタッチスイッチが反応してしまうことも考えられる。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、スイッチ操作に対する誤判定や誤検出を確実に防止できるようにした、タッチスイッチ構造を提供することを目的とする。

本発明のタッチスイッチ構造は、非導電性の特性を有する材料により形成された基材と、導電性の特性を有する材料により該基材の一方の面上に形成されたシールド電極層と、導電性の特性を有する材料により該基材の一方の面上であって且つ該シールド電極層が形成されていない部位に形成されたタッチ検出電極と、非導電性の特性を有する材料により少なくとも該シールド電極層と該タッチ検出電極の接続パターンとの間に形成された絶縁層とをそなえたことを特徴としている（請求項１）。

また、該シールド電極層，該タッチ検出電極及び該絶縁層が、いずれも印刷により該基材上に形成されているのが好ましい（請求項２）。
また、該タッチ検出電極は該接続パターンを介して検出回路，高周波信号源及びアースの順に接続され、該シールド電極層は該高周波信号源に接続されているのが好ましい（請求項３）。

また、該基材が、シート状の樹脂により形成されるのが好ましい（請求項４）。
また、該基材が、光透過性を有するのが好ましい（請求項５）。

本発明のタッチスイッチ構造によれば、タッチ検出電極に触れたときにのみ静電容量が変化するので、この場合のみスイッチにタッチしたと判定することができる。 したがって、簡素な構成で確実に誤判定及び誤検出を防止することができるという利点がある（請求項１）。
また、シールド電極層，タッチ検出電極及び絶縁層を印刷により形成することでタッチスイッチ自体を大幅に軽量化及び薄型化することができる利点がある（請求項２）。

また、タッチ検出電極を検出回路，高周波信号源及びアースの順に接続し、シールド電極層を高周波信号源に接続することにより、検出回路の感度を増大させても誤判定や誤検出を確実に防止することができる利点がある（請求項３）。
また、タッチスイッチを複雑な曲面状に形成することができ、タッチスイッチを適用する場所の自由度を高めることができる利点があるほか、意匠性を高めることができるという利点がある（請求項４）。

また、基材が光透過性を有することで、視認性及び操作性並びに意匠性を高めることができる利点がある（請求項５）。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係るタッチスイッチ構造について説明すると、図１はその構成を示す模式的な平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。
本実施形態ではタッチスイッチ１は自動車の車室内に設けられており、主に、オーディオやエアコンディショナの操作パネルに適用される。 このため、タッチスイッチ１の基材２はシート状のポリカーボネート又はアクリル等の樹脂により形成されており、このように基材２を薄いシート状に形成することによりタッチスイッチ１を複雑な曲面状の形状に形成することができる。

また、基材２を薄いシート状に形成することにより、基材２に光透過性を確保することができ、視認性及び操作性並びに意匠性を高めることができる。 すなわち、夜間等のライト点灯時には基材２の裏側に設けられたバックライト（図示略）からの光が基材２を透過して、あたかもタッチスイッチ１自体が発光するような状態とすることができ、これにより意匠性や操作性が向上する。

なお、本実施形態では基材２は樹脂により形成されているが、基材２の材料は非導電性であればよく、樹脂に限定されるものではない。
また、この基板２の裏面側（図１及び図２では上面側に相当する）にはタッチ検出電極（以下、単に検出電極と略す）３やシールド電極層４や絶縁層５が設けられている。 ここで、これらの検出電極３，シールド電極層４及び絶縁層５はスクリーン印刷により基材２に印刷されて形成されたものである。 具体的には、検出電極３及びシールド電極層４は、導電性材料を含むインクを用いて基材２に印刷することで形成されている。 また、絶縁層５は非導電性のインクで基材２に印刷することで形成されている。

ここで、図１及び図２に示すように、シールド電極層４は、検出電極３が設けられる場所以外の場所に印刷されている。 また、このシールド電極層４の形成後に、シールド電極層４の上方に絶縁層５が重合して形成される。 ここで、絶縁層５は、検出電極３の配線部分（接続パターン）６に対応する位置に形成されており、図２に示すように、接続パターン６とシールド電極層４との間に絶縁層５が介在するように構成されている。

なお、絶縁層５はシールド電極層４と略同面積として、シールド電極層４の上から当該シールド電極層４を全て覆うように形成してもよい。
そして、基材２のシールド電極層４の形成されていない部位に検出電極３を塗布するとともに、接続パターン６を絶縁層５の上に形成する。 なお、図１に示すように、シールド電極層４と検出電極３との間には隙間が形成されており、シールド電極層４及び検出電極３が直接接触しないようになっている。

これにより、図２に示すように、接続パターン６の配設位置では、接続パターン６，絶縁層５，シールド電極層４，基材２の順でこれらが重合し、検出電極３の配設位置においては、検出電極３及び基材２の順で重合し、接続パターン６及び検出電極３のいずれも配設されていない位置ではシールド電極層４及び基材２の順で重合するようになっている。
また、図１に示すように、この検出電極３は接続パターン６を介して公知の検出回路７に接続されている。 また、この検出回路７とアースＧＮＤとの間には高周波信号源８が接続されている。 一方、シールド電極層４は、検出回路７と高周波信号源８との間に接続されている。

したがって、図２の矢印で示す方向から、操作者（オペレータ）の指先等が基材２に接近すると、検出電極３の位置に指先が触れた場合には従来と同様に検出回路７と検出電極３との間のインピーダンス変化（静電容量変化）を検出することでオペレータのタッチを検出することができる。
ところで、本実施形態では、オペレータが手袋を着用している場合であっても確実にタッチスイッチ１の操作を検出するために、検出回路７の電気的感度を増大させている。 このため、検出電極３以外に触れた場合には、触れた位置がシールド電極層４であれば、従来であれば検出電極３と検出回路７との間の僅かなインピーダンス変化を読み取って検出電極３に触れたと誤判定してしまう場合があったが、本実施形態では、シールド電極層４と高周波信号源８とを直接接続しているので、検出電極３と検出回路７とのインピーダンス変化が生じないため、誤検出を防止することが可能となる。

また、触れた位置が接続パターン６の部位であれば、本来は、絶縁層５の存在によりインピーダンス変化がほとんど生じないので、通常の電気的感度であればタッチ判定せずに、誤判定を防止できる。 ただし、本実施形態では、上述のようにオペレータが手袋を着用している場合を想定して、検出回路７の電気的感度を増大させている。 このため、絶縁層５のみでは微小なインピーダンス変化を検出してしまい、誤判定することが考えられるが、本実施形態では絶縁層５と基材２との間にシールド電極層４を介装しているので、仮に僅かなインピーダンス変化を読み取った場合であっても、検出電極３と検出回路７とのインピーダンス変化が生じない。 したがって、検出回路７の感度を増大させた場合でも、接続パターン６の部位を触れたときのタッチ検出の誤判定を確実に防止することができる。

本発明の一実施形態に係るタッチスイッチ構造は上述のように構成されているので、タッチスイッチ１の操作時の誤判定や誤検出を簡素な構成で確実に防止できるという利点がある。 つまり、オペレータの指先等が検出電極３の位置に指先が触れた場合には、従来と同様に検出回路７と検出電極３との間のインピーダンス変化（静電容量変化）を検出することでオペレータのタッチを検出することができる。

また、シールド電極層４や接続パターン６に触れた場合は、シールド電極層４が高周波信号源８に直接接続されているので、検出電極３と検出回路７とのインピーダンス変化が生じずに誤検出を防止することができる。
また、検出電極３は接続パターン６を介して検出回路７，高周波信号源８及びアースＧＮＤの順に接続され、シールド電極層４は高周波信号源８に直接接続されているので、検出回路７の感度を増大させても誤判定や誤検出を確実に防止することができる。

また、タッチ検出電極３，シールド電極層４及び絶縁層５が、いずれも印刷（スクリーン印刷）により基材２上に形成されているのでスイッチ１自体を大幅に軽量化及び薄型化することができる。 また、基材２をシート状の樹脂により形成しているため、タッチスイッチ１を複雑な曲面状に形成することができ、タッチスイッチ１を適用する場所の自由度を高めることができる利点があるほか、意匠性を高めることができる。

さらに、基材２が光透過性を有しているので、タッチスイッチ１の裏側にバックライト等を配設することで、夜間等の点灯時における視認性及び操作性並びに意匠性を高めることができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものでははく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 例えば、上述の実施形態では、タッチスイッチを自動車の車室内の適用した場合について説明したが、タッチスイッチを適用する場所については何ら限定されない。 また、本実施形態では、検出電極３，シールド電極層４及び絶縁層５は、いずれもスクリーン印刷により形成されているが、これらをスパッタ法により成膜形成してもよい。

本発明の一実施形態に係るタッチスイッチ構造の構成を示す模式的な平面図である。

本発明の一実施形態に係るタッチスイッチ構造の構成を示す模式的な断面図であって、図１におけるＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ タッチスイッチ ２ 基材 ３ タッチ検出電極 ４ シールド電極層 ５ 絶縁層 ６ 接続パターン ７ 検出回路 ８ 高周波信号源