Control system input apparatus and method

（関連出願との相互参照）
本出願は、２００１年５月７日付けで出願された米国仮特許出願番号第６０／２８９，２２５号の優先権を主張するものである。

（技術分野）
本発明は、広義の概念では、コントロール・システム入力装置およびそれを構成する方法に関するものである。 本発明は、より詳細には、例えば装飾的な計器盤などといった、電子タッチ・スイッチまたはセンサと成形パネルとの統合に関するものである。

従来の電気的なコントロール・パネルは、典型的には、実質的に均一な厚みおよび／または断面を有する平坦または平面状のパネルに装着された１つまたは複数のメカニカルまたはメンブレン・スイッチを有している。 １つの周知のタイプのコントロール・パネルは、１つまたは複数のメカニカル・スイッチを収容するための１つまたは複数の開口を有するフラット・パネルに装着された１つまたは複数のメカニカル・スイッチを含む。 そのようなコントロール・パネルは、工業機械、自動車計器盤、およびあらゆる種類の消費製品を含む広範囲な機器とともに広く使用されている。 他の周知のタイプのコントロール・パネルは、実質的に平坦な基板上に装着され、薄いプラスチック・オーバレイで覆われた１つまたは複数のメンブレン・スイッチを含む。 オーバレイは、下部のスイッチおよび回路を汚染および水分から保護する。 オーバレイは、その上に、擬似的なスイッチ・レイアウトの模造のような装飾的なデザインを取り入れることもできる。 そのようなコントロール・パネルは、（ローイング・マシンおよびトレッドミルといった）運動器具、ガス・ポンプ、およびあらゆる種類の他の装置とともに広く使用されている。

先述のタイプのコントロール・パネルには固有の欠点がある。 例えば、メカニカル・スイッチに固有の開口は、流体および汚染物がコントロール・パネルの後部に入り込む経路を与え、漏電、およびパネル内部のコンポーネントの損傷の可能性を高める。 さらに、メカニカル・スイッチ自体が、典型的には、水分または流体の侵入を受けるいくつかの別個の部品の組立品である。 そのように、メカニカル・スイッチ・パネルは、周辺防護囲壁を設けなければ、過酷な環境での使用に適さない。 そのような囲壁は、高価で目障りであり、またスイッチ・パネルの使用を不便なものにする。

メンブレン・スイッチを使用したスイッチ・パネルは、可撓性のオーバレイによって構成要素を保護する。 しかしそのようなオーバレイは、典型的には、水分および流体に対する完全なバリヤを提供するものではない。 またそれらは、通常の使用および洗浄による損傷を受けやすい。 さらに、特に過酷な環境で使用されると経時的に脆くなるおそれがある。 オーバレイはひび割れを起こし、水分バリヤの損傷を生じる可能性がある。

一般にメカニカル・スイッチは、平坦な表面または基板上に装着するのに最適な実質的に剛性すなわち硬質のデバイスである。 メンブレン・スイッチにおける接触機構は本来ある程度可撓性であるが、スイッチ・パッケージ全体は実質的に剛性で、平坦な表面または基板への装着に最適なものである。 メカニカル・スイッチもメンブレン・スイッチも平坦でないパネル形状への使用には特に適していない。 そのような従来のスイッチを湾曲パネルなどの成形パネルとともに使用する試みがなされてきたが、そのような試みは、典型的には、満足な解決策を生み出すに至っていない。 したがってその外形が平面に限定されることのない自由形状デザインのスイッチ・パネルを提供することが望まれる。

本発明は、新規のコントロール・システム入力装置、ならびに電子タッチ・スイッチおよび／またはセンサ（本明細書ではこれらの用語を互換可能なものとして用いる）と、平面、曲面または複合表面を有する装飾的且つ／または機能的計器盤などのパネルとを統合することによって入力装置を構成する方法を提供する。 好ましい実施例では、１つまたは複数のタッチ・スイッチと、そのようなタッチ・スイッチからコントロール・システム入力を受ける装置の機能的且つ／または装飾的パネルの後面とが合わせられている。 対応するタッチ面が、そのような各タッチ・スイッチと反対のパネルの前面に画定されている。 タッチ・スイッチの１つを作動させるために、ユーザは、対応するタッチ面のあたりで、指または手でただ単に刺激を導入する。

本発明によるコントロール・システム入力装置またはコントロール・パネルは、ほぼあらゆる形態をとりうる。 例えば、任意の数の凸面または凹面を有することが可能であるし、またはユーザが特定のタッチ・スイッチを容易に突き止められるように、凸部および／または凹部、すなわち不均一な断面または厚みを有する実質的に平面状のパネルとすることができる。 本発明は、制御装置エクササイズ器具に使用するためのコントロール・パネルを提供したり、自動販売機、およびファースト・フード販売店や映画館でよく見られる飲料ディスペンサの如き製品の装飾的な計器盤にコントロール・パネルを一体化するのに非常に適している。

本発明によるコントロール・パネルは、その開示内容を本願に引用して援用する米国特許第５，５９４，２２２号、第６，３１ ０ ，６１１号および／または第６，３２０，２８２号に扱われている技術を具体化するタッチ・スイッチまたはセンサを取り入れるのが好ましい。 そのようなタッチ・スイッチは、イリノイ州ホイートンのタッチセンサ・テクノロジー（ＴｏｕｃｈＳｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）から入手可能である。 先述の参考文献によるタッチ・スイッチは様々な基板上に作製することが可能である。 例えば、そのようなタッチ・スイッチを可撓性シートおよび剛性基板上に作製することができる。

図１は、本発明を具体化するエクササイズ器具、すなわちトレッドミル（図示せず）のユーザ・インターフェース１０を示す図である。 ユーザ・インターフェース１０は、ディスプレイ１２およびコントロール・パネル１４を含む。 コントロール・パネル１４は、ディスプレイ１２の様々な機能を制御するディスプレイ制御タッチ面１６、数字入力のためのタッチ面１８、トレッドミルの制御をリセットするためのタッチ面２０、トレッドミルの滑走面の傾きを調節するためのタッチ面２２、トレッドミルを起動するためのタッチ面２４、トレッドミルの抵抗を調節するためのタッチ面２６、およびデータをトレッドミルのコントロール・システムに入力することを指示するためのタッチ面２８といった複数のタッチ面を含む基板である。

コントロール・パネル１４は、図１に示されるように、一般に平面状である。 他の実施例において、コントロール・パネル１４は、任意の所望の湾曲形状または角形状をとることが可能である。 例えば、コントロール・パネル１４は、凸形、凹形および／または角形の要素を含むことができる。

コントロール・パネル１４の前面３０は、概ねコントロール・パネル１４の形状に適合している。 すなわち、図１の実施例において、コントロール・パネル１４は概ね平面状で、その前面３０も概ね平面状である。 タッチ面１８は、概ね前面３０と同一平面にある。 しかし、コントロール・パネル１４のいくつかの部分、すなわちタッチ面１６、２０、２２、２６および２８は、前面３０に対して窪んでいる。 コントロール・パネル１４の他の部分、すなわちタッチ面２４は前面３０に対して突出している。 図２および図３を参照すればより容易にわかるこれらの特徴は、ユーザが、視覚的手段に加えて、または視覚的手段の代わりに、触覚手段を介して特定のタッチ面を突き止めることを容易にする。 さらに、タッチ面２４の如き突出したタッチ面に連結されたスイッチまたはセンサ（以下により詳細に説明する）には、汚染物が突出面付近に蓄積または沈降することが不可能でなくとも困難であるため、汚染物（特に液体汚染物）による悪影響を受けにくい。

前面３０の凸部および凹部は様々な方法で達成されうる。 例えば、図２は、コントロール・パネル１４が複数の厚みを有する実施例を示す図である。 本実施例において、コントロール・パネル１４は、一般には、前面３０と後面３６（概ね平面状）の間に第１の厚み３４を有する。 コントロール・パネル１４は、例えばタッチ面２０、２２、２６および２８に対応する領域に第２の小さな厚み３２をも有する。 コントロール・パネル１４は、タッチ面２４に対応する領域に第３のより大きな厚み３３をさらに有する。 図３は、コントロール・パネル１４が実質的に均一な厚み３８を有し、後面３６が概ね前面３０に対応している代替的な実施例を示す図である。 他の実施例では、先述の技術または他の任意の好適な技術の組合せを使用することができる。

図４は、図２に示すコントロール・パネル１４の実施例に取りつけられたセンサ・パネル５０を示す図である。 センサ・パネル５０は、基板５２上に形成されたタッチ・スイッチ４０、４２、４４、４６および４８を含む。 各タッチ・スイッチ４０、４２、４４、４６および４８は、コントロール・システム、コントロール・インターフェースまたはコントロール・ロジック（図示せず）に接続される。 基板５２は概ね平面状であり、コントロール・パネル１４の後面３６に概ね対応している。 代替的な実施例では、基板５２は、実質的に後面３６に一致できるように凸状、凹状または他の形状をとることが可能である。 基板５２は、タッチ・スイッチ４０、４２、４４、４６および４８がタッチ面２０、２２、２４、２６および２８に対して整列するように、コントロール・パネル１４に対して配置される。 図４の実施例では、適切な接着剤を使用して、適切に整列した基板５２がコントロール・パネル１４の後面３６に接着される。 他の実施例では、基板５２をメカニカル・ファスナの如き任意の他の手段によってコントロール・パネル１４の後面３６に接続することができる。 ただし、取付け機構は、コントロール・パネル１４への穴あけを必要としないことが好ましい。

図５は、図３に示すコントロール・パネル１４の実施例に取り付けられたセンサ・パネル５０を示す図である。 本実施例では、基板５２は、タッチ面２０、２２、２６および２８に隣接する後面３６の部分、すなわち後面３６の「高点」に概ね適合している。 図４の実施例のように、タッチ・スイッチ４０、４２、４４、４６および４８が、対応するタッチ面２０、２２、２４、２６および２８に対して整列するように、基板５２がコントロール・パネル１４に対して配置される。 適切な接着剤を使用して、適切に整列した基板５２をコントロール・パネル１４の後面３６に接着することが好ましい。 他の実施例では、メカニカル・ファスナの如き任意の他の好適な手段によって基板５２をコントロール・パネル１４の後面３６に接続することができる。 しかし、取付け機構は、コントロール・パネル１４への穴あけを必要としないことが好ましい。

図６は、本発明を具体化する湾曲コントロール・パネル１００の断面図である。 コントロール・パネル１００は、いくつかのタッチ面１０２を含む。 好適な接着剤１１０を使用して、基板１０８上に設けられたいくつかのタッチ・スイッチ１０４を含むスイッチ・パネル１０６がコントロール・パネル１００に接着されている。 コントロール・パネル１００は、一般に第１の厚み１１２を有し、タッチ面１０２に隣接する領域に第２の小さな厚み１１４を有する。 あるいは、１つまたは複数の突出したタッチ面（図示せず）に対応したコントロール・パネル１００の１つまたは複数の領域が、大きな厚み（図示せず）を有することも可能である。

動作中、各タッチ・スイッチ（例えばタッチ・スイッチ４０）は、その近傍において電場６０を引き起こす。 電場の近傍においてユーザの指（図示せず）などの刺激を導入すると、タッチ・スイッチ４０は機能的に状態を変化させて、対応する入力を、関連するコントロール・システム、コントロール・インターフェースまたはコントロール・ロジック（図示せず）に提供する。 この現象は、本願に引用して援用する先述の米国特許により詳細に論述されている。

例えばユーザが、図１に示されたコントロール・パネルを有するトレッドミルを起動させたい場合には、タッチ面２４に触れるか、またはそれに指を近づけることになる。 この行動は、対応するタッチ・スイッチ４４によって引き起こされた電場を妨害することになる。 それに応答して、タッチ・スイッチ４４がトレッドミルのコントロール・ロジック（図示せず）に出力信号を提供し、それによってトレッドミルが起動することになる。

本発明は、従来のメカニカル・スイッチおよび／またはメンブレン・スイッチを使用する場合のようにパネルに対する穴あけを必要とすることなく、電気的スイッチ機構を、既存のまたは特別に作られた、機能的および／または装飾的なパネルに一体化することを可能にする。 例えば上述のように、装飾的パネルの前部における任意の所望の位置にタッチ面を規定し、装飾的パネルの後部における対応する位置に関連するタッチ・スイッチを設けるだけで、自動販売機または飲料ディスペンサ（図示せず）の装飾的前部パネルをコントロール・パネルとしての用途に適合させることができる。 これは、あらゆる種類の器具に対する美観的且つ人間工学的コントロール・システム入力デバイスを提供する課題に対する新規且つ満足な解決策を考慮したものである。

特定の好ましい実施例に関して本発明を説明した。 これらの実施例は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、その範囲は添付の請求項によって規定される。

本発明を具体化する運動器具のためのユーザ・インターフェースの平面図である。

本発明の好ましい実施例による器具パネルの断面正面図である。

本発明の他の好ましい実施例による器具パネルの断面正面図である。

本発明の好ましい実施例による器具パネルと統合した電子スイッチ・パネルの断面正面図である。

本発明の他の好ましい実施例による器具パネルと統合した電子スイッチ・パネルの断面正面図である。

本発明の他の好ましい実施例による器具パネルと統合した電子スイッチ・パネルの断面正面図である。