操作スイッチ

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられる操作スイッチに関する。

近年、携帯電話等の携帯用の電子機器あるいはカーナビゲーションシステムやオーディオシステムなどの車両に搭載された電子機器の高機能化や多様化が進んでいる。そのため、電子機器の操作に用いられる多方向操作スイッチには、高速に操作が可能で、かつ、使いやすいものが求められている。

従来の多方向操作スイッチについて、図8、図9を用いて説明する。

図8は従来の多方向操作スイッチ20の断面図である。図8において、多方向操作スイッチ20は配線基板1と、二つのプッシュスイッチ2と、感圧体3と、検知ピン4と、弾性体5と、二つのピン6と、ケース7と、操作体8と、カバー9を有する。

配線基板1の上面に二つのプッシュスイッチ2が配置され、二つのプッシュスイッチ2の間には、押されると抵抗値が変化する感圧体3が配置される。感圧体3の上面に検知ピン4が配置される。

検知ピン4は下面の押圧部4Aと、柱部4Bと、柱部4Bの上端の突端部4Cを有する。

二つのプッシュスイッチ2と検知ピン4を覆って弾性体5が配置される。弾性体5の形状は、下面が開放され上面に円形の開口を有する箱状で、弾性体5の材料はゴム等である。それぞれのプッシュスイッチ2の上方で、弾性体5の上面に二つのピン6が配置される。そして、二つのピン6と弾性体5を覆ってケース7が配置される。ケース7の形状は、下面が開放され上面に円形の開口を有する箱状である。

また、操作体8は胴部8Aと、左右の押圧腕部8Bと、軸部8Cと、操作部8Dと揺動部8Eとを有し、軸部8Cを中心に左右に傾くことができる。左右の押圧腕部8Bの下面が共にピン6の上端に接し、操作体8が傾くと、押圧腕部8Bの下面がピン6の上端を押す。

カバー9は円形の開口9Aを上面に有し、円形の開口9Aから操作部8Dを突出させるように操作体8を覆っている。

このように構成された多方向操作スイッチ20において、図9の断面図で示すように、操作者が操作部8Dを右側に傾けると、右側の押圧腕部8Bがピン6を押し、弾性体5を介しプッシュスイッチ2が押される。これによりプッシュスイッチ2がON状態となる。

プッシュスイッチ2が押されると共に、揺動部8Eが検知ピン4の突端部4Cを押し、感圧体3が押される。感圧体3は押されることで抵抗値が減少するので、操作部8Dの傾倒角度が判別される。

多方向操作スイッチ20のプッシュスイッチ2のON/OFFと感圧体3の抵抗値から、操作部8Dの傾倒方向及び傾倒角度が判別される。そして、多方向操作スイッチ20が搭載された電子機器(図示せず)のディスプレイの表示のスクロール方向とスクロール速度、あるいは、選択アイコン等の移動方向と移動速度が変化する。

なお、先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。

特開2012−12695号公報

しかしながら、感圧体の傾倒角度に対する抵抗値の変化はばらつきが大きいため、感圧体による傾倒角度の判定精度は低い。これにより、電子機器のディスプレイの表示が細かくなると、ディスプレイの表示のスクロール速度、あるいは、選択アイコンの移動速度の調整が難しかった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、傾倒角度の判定精度が高い操作スイッチを提供する。

操作スイッチは、固定電極体と、導電性の可動電極体と、操作体とを有する。固定電極体は、上面に第1の固定電極を有する。可動電極体は、固定電極体の上に設けられ、第1の固定電極に向かって突出した第1の押圧突起部を有する。操作体は、可動電極体の上に設けられ、第1の押圧突起部を上方から押すように第1の方向に傾くことができる。可動電極体は弾性体であり、第1の押圧突起部は、第1の固定電極との静電容量が変化するように変形するものである。

以上のように、本発明の操作スイッチによれば、操作体の傾倒角度を精度良く判定できる。

図1は、実施の形態による多方向操作スイッチの分解斜視図である。

図2は、実施の形態による多方向操作スイッチの断面図である。

図3Aは、実施の形態による多方向操作スイッチの可動電極体の斜視図である。

図3Bは、実施の形態による多方向操作スイッチの可動電極体の斜視図である。

図4は、実施の形態による多方向操作スイッチの固定電極体の上面図である。

図5は、実施の形態による多方向操作スイッチの斜視断面図である。

図6は、実施の形態による多方向操作スイッチの動作状態を示す断面図である。

図7は、実施の形態による多方向操作スイッチの動作状態における固定電極体の上面図である。

図8は、従来の多方向操作スイッチの断面図である。

図9は、従来の多方向操作スイッチの動作状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図1〜図7を用いて説明する。

(実施の形態) 図1は本実施の形態による多方向操作スイッチの分解斜視図、図2は本実施の形態による多方向操作スイッチの断面図である。

図1および図2において、多方向操作スイッチ100は、下ケース21と、固定電極体22と、可動電極体23と、操作体24と、バネ25と、上ケース26とを有する。

操作体24は、操作部31と、押圧部32と、傾動部33とを有する。

下ケース21は、方形の平板部21Aと、軸受部21Bと、係止ツメ部21Cとを有する。軸受部21Bは、平板部21Aの中央に配置された円筒形状の壁面を有する。係止ツメ部21Cは、平板部21Aの四方から上方に突出している。

固定電極体22は、フレキシブルプリント配線板であり、方形の電極配置部22Aと電極配置部22Aから延出するケーブル部22Bとを有する。ケーブル部22Bには複数の配線が内部に配置され、配線の一端は端子41としてケーブル部22Bの右端に配置される。配線の他端は電極配置部22A内に延出し、四つの方形のグランド電極42や、四つの扇形の固定電極43A〜43D(第1〜第4の固定電極)に接続されている。なお、グランド電極42や固定電極43A〜43Dは導電性であり、材料は銅や銀などの導電金属が好ましい。

そして、固定電極43A〜43Dの上面は絶縁層で被覆される(図示せず)。一方、グランド電極42の上面は絶縁層で被覆されていない。グランド電極42は導電性の可動電極体23に接し、可動電極体23と安定して電気的に接続することができる。

可動電極体23は、導電性ゴム等の弾性を有する導電体を材料とする。導電性ゴムとは天然ゴム、合成ゴム等のゴム基材に導電性カーボンブラックまたは金属粉末を配合したものである。なお、ゴム基材は例えばシリコーンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、またはエチレンプロピレンジエンゴム等から適宜選定しうる。

図3Aは可動電極体23を上方から見た斜視図で、図3Bは可動電極体23を下方から見た斜視図である。

図3Aで示すように、可動電極体23は、中央に円形の開口23Aを有する。可動電極体23は、円形の開口23Aの周囲に等間隔に八つの半球状の押圧突起部23B(第1〜第4の押圧突起部)が配置されている。押圧突起部23Bは、下方に突出するように設けられている。可動電極体23は、押圧突起部23Bの周囲に上面部23Cを有する。可動電極体23は、上面部23Cの周囲に、斜面を介し、一段下がった平板部23Dを有する。ここで、図3Bに示すように、平板部23Dの内側の押圧突起部23Bや円形の開口23Aの周辺は窪んでいる。可動電極体23を固定電極体22の上面に配置すると、平板部23Dの下面がグランド電極42に接触し、可動電極体23全体はグランド電位となる。可動電極体23の押圧突起部23Bの下面は、固定電極43A〜43D上の絶縁層に接触する。押圧突起部23Bは平板部23Dに比べ厚みが薄いので、上面部23Cを上方から押した際に変形しやすい。

なお、押圧突起部23Bの下端は円形の開口23Aを中心とした同一円周上に配置されている。操作体24を傾けると、押圧突起部23Bの周辺の上面部23Cが押され、押圧突起部23Bが固定電極体22に押し付けられて変形する。このとき、操作体24が傾く支点に対し八つの押圧突起部23Bは概ね等距離に位置するので、傾倒方向による押圧突起部23Bの変形のバラツキが抑制される。つまり、操作体24の傾倒方向に対する、操作体24を傾けるのに必要な押圧力のバラツキが抑制される。

また、図4は可動電極体23を固定電極体22の上面に配置した際の接触位置を示す固定電極体22の上面図である。接触部51は、八つの押圧突起部23Bのそれぞれの下面が固定電極43A〜43D上の絶縁層に接触する部分を示している。図4に示すように、接触部51は、それぞれの固定電極43A〜43D上に各二箇所存在する。

図1、図2で示す、操作体24を構成する操作部31と、押圧部32と、傾動部33とは絶縁樹脂等の成型可能な樹脂を材料とする。

操作部31は円柱形状の把持部31Aと、把持部31Aから下方に延出した軸部31Bを有する。押圧部32は中央に円形の開口32Aを有し、外周の半径は把持部31Aの半径とほぼ同程度である。また、押圧部32は、下面に円周状の突出部32Bを有する。傾動部33は前後左右の四方に突起33Aを有し、下面の形状は円弧状である。

図5は多方向操作スイッチ100の斜視断面図である。図5に示すように、操作部31の軸部31Bが円形の開口32Aに挿入され、軸部31Bの下端が突起33Aに組み合わされる。これにより、操作体24として操作部31と、押圧部32と、傾動部33とが一体となる。

傾動部33は軸受部21Bに挿入され、傾動部33は操作部31が傾く支点となる。突出部32Bは可動電極体23の押圧突起部23Bの上面を跨いで、押圧突起部23Bの周囲を上方から押すように配置される。

バネ25は、ステンレス鋼や硬鋼等の合金を巻回して弾性を持たせたものであり、軸部31Bを挿入するように配置される。バネ25は、上ケース26と押圧部32との間に位置し、傾いた操作部31を中立位置に戻すように作用する。

上ケース26は、絶縁樹脂等を材料とし、中央に円形の開口26Aを有し、下面が開放された箱形状である。

なお、下ケース21や、操作体24や、上ケース26の材料としては、例えば、ポリアセタール、ナイロン、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合合成樹脂(ABS)等を選定できる。

また、固定電極43A〜43Dの上面に配置された絶縁層(図示せず)は、固定電極体22側に配置されたものとして説明したが、可動電極体23側に配置されても良い。なお、固定電極体22側に配置するほうが、絶縁層の形成は容易である。

また、固定電極体22はフレキシブルプリント基板を用いるものとして説明したが、ガラスエポキシ基板などのリジッド基板を用いても良い。

次に、多方向操作スイッチ100の組み立て方法について、説明する。

まず、下ケース21の平板部21Aの上面に電極配置部22Aが重なるよう固定電極体22を配置する。これにより、下ケース21の外側にケーブル部22Bが露出する。

次に、電極配置部22Aの上面に可動電極体23を、押圧突起部23Bが固定電極43A〜43D上に位置し、平板部23Dの下面がグランド電極42に接触するよう配置する。

そして、操作部31の軸部31Bを上ケース26の円形の開口26Aに挿入し、バネ25を軸部31Bに下から挿入した状態で、軸部31Bを押圧部32の円形の開口32Aに挿入する。また軸部31Bの下端に、傾動部33を嵌める。

この状態で、傾動部33を軸受部21Bに差し込み、上ケース26を下ケース21に被せ、係止ツメ部21Cで上ケース26を下ケース21に係止する。

このように構成された多方向操作スイッチ100は端子41を介して、電子機器の電子回路(図示せず)に接続される。そして、電子回路から、固定電極体22内の配線を介して所定の電位が固定電極43A〜43Dに与えられる。また、可動電極体23にはグランド電極42を介してグランド電位が電子回路から供給されている。可動電極体23と固定電極43A〜43Dの間で生じる静電容量を、電子回路が検出する。例えば図2の断面図のように操作部31が中立位置にある場合には、可動電極体23と固定電極43A〜43Dの間で生じる静電容量から操作部31が中立位置にあることを判定する。

そして、図2の中立位置から操作者が操作部31を右方向に傾けると、図6の断面図で示す状態に変化する。この際に、突出部32Bが押圧突起部23Bの周囲を押すので押圧突起部23Bが押され変形する。固定電極43A〜43D上の絶縁層に押圧突起部23Bの下面が不均等に押し付けられる。これにより、図7の上面図で示すように、固定電極43A〜43Dに対する接触部51C、51Dの面積は接触部51A、51Bの面積より大きくなる。これは、操作体24が固定電極43C、43Dの間、すなわち図7の右方向に傾いたためである。

このように接触部51A〜51Dの面積が不均等となり、それぞれの固定電極43A〜43Dと可動電極体23との間の静電容量が変化する。そして、電子回路は固定電極43A〜43Dからの出力信号を基に操作部31の傾倒方向及び傾倒角度を判定し、電子機器に操作部31の傾倒方向及び傾倒角度を反映した制御を行う。

電子機器の制御の一例として、電子機器の液晶ディスプレイの表示を操作部31の傾倒方向に傾倒角度に対応した速度でスクロール表示させる等がある。

ここで、押圧突起部23Bの押圧による変形の再現性が高いので、同じ傾倒方向、同じ傾倒角度であれば、固定電極43A〜43Dで検出される静電容量は所定のバラツキ範囲内に収まる。

つまり、固定電極43A〜43Dからの出力信号により静電容量の変化を検出して、操作部31の傾倒方向及び傾倒角度を判定することで、傾倒角度の判定の精度が高い多方向操作スイッチが実現される。

なお、本実施の形態では四つの固定電極43A〜43Dを有する多方向操作スイッチの説明を行ったが、固定電極が一つであり、可動電極体との静電容量の変化から操作部の傾きを検出する操作スイッチであってもよい。

すなわち、操作スイッチは、固定電極体と、導電性の可動電極体と、操作体とを有する。固定電極体22は、上面に第1の固定電極43Aを有する。可動電極体23は、固定電極体22の上に設けられ、第1の固定電極43Aに向かって突出した第1の押圧突起部23Bを有する。操作体24は、可動電極体23の上に設けられ、第1の押圧突起部23Bを上方から押すように第1の方向に傾くことができる。可動電極体23は弾性体であり、第1の押圧突起部23Bは、第1の固定電極43Aとの静電容量が変化するように変形するものである。

これにより、操作スイッチは、操作体24の傾倒角度を制度良く判定できる。

また、操作スイッチは、固定電極体22の上面に設けられた第2の固定電極43Cと、第2の固定電極43Cに向かって突出し、可動電極体23に設けられた第2の押圧突起部23Bと、をさらに有する。操作体24は、第2の押圧突起部23Bを上方から押すように第2の方向に傾くことができる。第2の押圧突起部23Bは、第2の固定電極43Cとの静電容量が変化するように変形する。

これにより、操作体24の傾倒角度を制度良く判定でき、さらに操作体24の二つの傾倒方向を検出できる。

また、第1の方向と第2の方向とは、180度異なる方向である。

これにより、検出できる傾倒方向を正反対の方向とすることができる。

また、操作スイッチは固定電極体22の上面に設けられた第3の固定電極43Bおよび第4の固定電極43Dを有する。操作スイッチは、第3の固定電極43Bに向かって突出し、可動電極体23に設けられた第3の押圧突起部23Bと、第4の固定電極43Dに向かって突出し、可動電極体23に設けられた第4の押圧突起部23Bと、をさらに有する。第3の押圧突起部23Bは、第3の固定電極43Bとの静電容量が変化するように変形し、第4の押圧突起部23Bは、第4の固定電極43Dとの静電容量が変化するように変形する。第1の固定電極43Aと第2の固定電極43Cと第3の固定電極43Bと第4の固定電極43Dとは、同一円周上に位置するように配置される。操作体24は、可動電極体23を上方から押すように前後左右の方向に傾くことができる。

これにより、操作体24の傾倒角度を制度良く判定でき、さらに操作体24の多方向の傾倒方向を検出することができる。

また、操作スイッチは、固定電極体22に設けられたグランド電極42をさらに有する。グランド電極42と可動電極体23とは電気的に接続されている。

これにより、簡易な構造で可動電極体23をグランド電位にできる。

本発明による操作スイッチは、操作体の傾倒角度を精度良く判定できるという有利な効果を有し、主に各種電子機器の操作用として有用である。

21 下ケース 21A 平板部 21B 軸受部 21C 係止ツメ部 22 固定電極体 22A 電極配置部 22B ケーブル部 23 可動電極体 23A 円形の開口 23B 押圧突起部 23C 上面部 23D 平板部 24 操作体 25 バネ 26 上ケース 26A 円形の開口 31 操作部 31A 把持部 31B 軸部 32 押圧部 32A 円形の開口 32B 突出部 33 傾動部 33A 突起 41 端子 42 グランド電極 43A〜43D 固定電極 51,51A〜51D 接触部 100 多方向操作スイッチ