СКОНФИГУРИРОВАННЫЙ СЕНСОРНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК H01H36/00 H03K17/00 

Предпосылки к созданию изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к конфигурации электростатического емкостного сенсорного переключателя, предназначенного для регистрации операции касания оператора на основе изменения электростатической емкости между электродами и, более конкретно, к конфигурации сенсорного переключателя, пригодного для использования в панели управления для устройств во внутренней части автомобиля.

2. Описание известного уровня техники

До настоящего времени широко известен сенсорный переключатель, выполненный таким образом, что когда часть тела человека входит в контакт или приближается к проводящему электродному элементу, он регистрирует данное состояние для приведения в действие заданного устройства. В таком сенсорном переключателе электродный элемент работает как электростатический емкостной датчик так, чтобы считывать изменение импеданса (электростатической емкости) электрода, когда тело человека входит в контакт с электродом, тем самым определяя нахождение сенсорного переключателя в положении «включено»/«выключено». Обычно электродный элемент выполнен из металлической пластины (например, см. патентный документ 1).

Кроме того, известны такие типы электростатических емкостных сенсорных переключателей как переключатели, сконфигурированные путем образования электродов, схем соединений (монтажных электрических схем), проводящих тонких пленок и других элементов посредством использования метода напыления; переключатели, сконфигурированные путем образования электродов, схем соединений (монтажных электрических схем), проводящих тонких пленок и других элементов на подложке посредством использования проводящих чернил в соответствии с методом трафаретной печати, или другие типы переключателей.

Между тем в последние годы была предложена идея использования такого сенсорного переключателя в панели управления для устройств во внутренней части автомобиля. Конкретно, предполагается использовать его в качестве переключателя, имеющего положение «включено»/«выключено», для звукового устройства, кондиционера или переключателя для переключения различных режимов в автомобиле.

Применительно к такой панели управления автомобиля патентный документ 2 раскрывает метод, в котором когда электрод изготовлен из оптически непрозрачного материала, данный электрод выполнен как сетчатый электрод, при этом форма сетки выбирается с учетом возможности работы ночью. Данная конфигурация обеспечивает передачу светового излучения от светоизлучающего устройства, расположенного напротив электрода, и обеспечивает совместимость между функцией передачи светового излучения, несмотря на то что он изготовлен из непрозрачного материала, и функцией электродного элемента.

Кроме того, патентный документ 3 раскрывает сенсорный переключатель, в котором панель может быть сконфигурирована свободно в виде криволинейной поверхности, такой как трехмерная конфигурация. Конкретно, данный документ раскрывает метод, в котором проводящая резина размещена на задней стороне непроводящей панели, так что изменение импеданса при операции касания оператором передается через данную проводящую резину на электрод.

Патентный документ 1: выложенная японская патентная заявка № 2004-22356.

Патентный документ 2: выложенная японская патентная заявка № 2006-196395.

Патентный документ 1: выложенная японская патентная заявка № 2007-35334.

Однако если на поверхности панели управления размещено большое количество переключателей управления, как, например, панель управления автомобиля, конфигурация с использованием электродов в виде металлических пластин, раскрытая в патентном документе 1, требует размещения множества металлических пластин в задней части панели, изготовленной из полимера, что затрудняет процесс сборки.

Кроме того, в случае метода, раскрытого в патентном документе 2, в котором оптически непрозрачный сетчатый электрод впечатан в заднюю поверхность полимерного листа и затем полимерный лист прикреплен к поверхности полимерной панели, возможности для выполнения сборки повышаются, однако существует необходимость в выполнении печати на полимерном листе и формирования трехмерной конфигурации, что приводит к увеличению стоимости.

Кроме того, в случае метода, раскрытого в патентном документе 3, проводящий элемент (проводящая резина) не находится на поверхности панели и, поскольку изменение импеданса проводящей резины регистрируется посредством панели при операции касания, чувствительность регистрации является низкой, и существует вероятность возникновения трудностей точной регистрации касания. В данном случае, хотя предполагается повышение чувствительности регистрации посредством увеличения мощности электрического сигнала на выходе схемы обнаружения, происходит повышение уровня шума, и при наличии вокруг него множества сенсорных переключателей существует вероятность ошибочного обнаружения касания (например, происходит срабатывание при касании соседнего сенсорного переключателя).

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предназначено для решения этих проблем, и, следовательно, целью настоящего изобретения является создание устройства сенсорного переключателя, обладающего высокой точностью, низкой стоимостью, удобного для выполнения сборки без монтирования большого количества металлических электродов в панель управления, содержащую множество переключателей.

Для достижения данной цели сенсорным переключателем в соответствии с настоящим изобретением является электростатический емкостной переключатель, предназначенный для регистрации операции касания на основе изменения электростатической емкости между электродами и состоящий из подложки, изготовленной из материала, имеющего непроводящую характеристику проводящего элемента, изготовленного из материала, имеющего проводящую характеристику и выполненного как одно целое с подложкой таким образом, что часть проводящего элемента появляется на поверхности подложки, и электрода для регистрации касания, расположенного на обратной стороне (задней) подложки и напротив проводящего элемента в положении, в котором образуется зазор относительно проводящего элемента.

В данном случае предпочтительно, если светоизлучающее устройство расположено на печатной плате, размещающей регистрирующий электрод, и поверхность проводящего элемента со стороны подложки выполнена для обеспечения пропускания света, излученного из светоизлучающего устройства.

Кроме того, предпочтительно, если на проводящем элементе образована секция стенки для окружения светоизлучающего устройства, для того чтобы секция стенки экранировала свет, испускаемый из светоизлучающего устройства.

Предпочтительно также, если подложка выполнена из непроводящего полимера, а проводящий элемент выполнен из проводящего полимера.

Конфигурация сенсорного переключателя в соответствии с настоящим изобретением выполнена таким образом, что между регистрирующим электродом для регистрации касания, расположенным на задней стороне подложки, и проводящим элементом образован зазор, что устраняет необходимость в строгом соблюдении размеров по сравнению со случаем, когда регистрирующий электрод и проводящий элемент электрически соединены друг с другом, в результате чего обеспечивается удобство сборки и снижение стоимости.

Кроме того, поскольку подложка и проводящий элемент выполнены как одно целое друг с другом, так что часть проводящего элемента появляется на поверхности подложки, операция касания оператора может надежно регистрироваться, что повышает точность регистрации. Кроме того, уменьшается вероятность ошибочной регистрации, что обеспечивает возможность использования сенсорного переключателя в соответствии с настоящим изобретением в панели управления, на которой имеется в наличии множество переключателей.

Кроме того, поскольку поверхность проводящего элемента со стороны подложки выполнена для обеспечения передачи света, излученного из светоизлучающего устройства, обеспечивается улучшение видимости в ночное время. Кроме того, в том случае, когда настоящее изобретение применяется в панели управления автомобиля, преимущество заключается в том, что данное улучшение видимости повышает безопасность.

Кроме того, поскольку светозащитная секция стенки выполнена таким образом, чтобы окружать светоизлучающее устройство, можно устранить рассеивание излученного света по направлению к другим переключателям.

Кроме того, поскольку как подложка, так и проводящий элемент выполнены из полимеров, оба полимера, обладающие разными свойствами, могут быть выполнены как единое целое друг с другом посредством прессования посредством вставки, прессования двух материалов или подобного метода, что обеспечивает дополнительное уменьшение стоимости.

Краткое описание чертежей

Сущность настоящего изобретения, а также другие его цели и преимущества будут объяснены ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых подобные ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых или подобных элементов и в которых:

Фиг.1а изображает вид с продольным разрезом, иллюстрирующий конфигурацию сенсорного переключателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.1b изображает вид сверху, иллюстрирующий конфигурацию сенсорного переключателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Ниже будет приведено описание конфигурации сенсорного переключателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Фиг.1а изображает вид в разрезе, иллюстрирующий основную часть сенсорного переключателя, и фиг.1b изображает вид сверху, иллюстрирующий его конфигурацию.

В данном варианте осуществления сенсорный переключатель 1, показанный на фиг.1а, расположен во внутренней части автомобиля и является переключателем, преимущественно выполненным в приборной панели для аудиотехники или кондиционера. Подложка 2 сенсорного переключателя 1 выполнена из АБС-смолы (сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола) молочно-белого цвета для получения формы листа. Благодаря образованию подложки 2 в форме тонкого листа сенсорный переключатель 1 может быть выполнен в виде сложной криволинейной поверхности в соответствии с формой приборной панели. Кроме того, передняя поверхность (верхняя поверхность на чертеже) данной подложки 2 выполнена как поверхность, содержащая конструктивные элементы, открытая во внутреннюю часть автомобиля, при этом множество ребер жесткости (не показанных на чертежах) выполнено на задней стороне подложки 2, не содержащей конструктивные элементы.

Хотя в данном варианте осуществления изобретения сополимер акрилонитрила бутадиена и стирола используется в качестве подложки 2, допустимо использование другого полимера, такого как полипропилен, поликарбонат или акриловая смола. Кроме того, что касается его цвета, настоящее изобретение не ограничено молочно-белым цветом. Кроме того, хотя в данном варианте осуществления изобретения подложка 2 изготовлена из полимера, для образования подложки 2 подходит также любой непроводящий материал, и материал подложки 2 не ограничивается полимером.

Кроме того, как проиллюстрировано, проводящий элемент 3 для регистрации касания сформирован за одно целое с подложкой 2 при помощи прессования посредством вставки или прессования двух материалов. В данном случае проводящий элемент 3 работает как основной узел переключателя, и когда оператор касается данного проводящего элемента (который в дальнейшем будет называться как основной узел 3 переключателя), рабочее состояние устройства, соединенного с сенсорным переключателем, переключается. Кроме того, основной элемент переключателя 3 изготовлен из полимера, обладающего проводящими свойствами, и, более конкретно, выполнен из так называемого проводящего полимера, имеющего химический состав, обеспечивающий электронный переход, состав проводящего полимера получен посредством включения химического вещества или металлического измельчения, такого как химическое средство разделяющего действия, или электролит, или проводящий наполнитель, включая углерод или другие материалы.

Кроме того, основной узел 3 переключателя состоит из участка 3а верхней поверхности (тактильной поверхности), посредством которого оператор непосредственно входит в контакт, как проиллюстрировано, и секции 3b стенки, проходящей из данного участка 3а верхней поверхности по направлению к задней стороне. Кроме того, участок 3а верхней поверхности основного узла 3 переключателя выполнен открытым на передней стороне подложки 2 (внутренней стороне автомобиля) и, как показано на фиг.1b, символ (символы) 3с, значок (значки) или подобные условные обозначения, указывающие функцию сенсорного переключателя, нанесены на верхней поверхности основного узла 3 переключателя посредством использования обработки, такой как лазерное гравирование или прессование двух материалов с использованием материала молочно-белого цвета.

Кроме того, на печатной плате 4, которая будет описана далее, для освещения установлено светоизлучающее устройство (LED) 6 в положении напротив участка 3а верхней поверхности между печатной платой 4 и участком 3а верхней поверхности, и участок 3а верхней поверхности выполнен для обеспечения передачи света, излучаемого из LED 6. В данном варианте осуществления толщина участка 3а верхней поверхности устанавливается так, чтобы обеспечить передачу света из LED 6, тем самым обеспечивая проницаемость.

Кроме того, секция 3b стенки образована по всему краю участка 3а верхней поверхности, и в данном варианте осуществления выполнен в виде квадратной опоры или стойки, образованной для прохождения по направлению к обратной стороне панели 1.

С другой стороны, как проиллюстрировано, печатная плата 4 расположена на обратной стороне подложки 2, и схема регистрации электростатической емкости (рельефный рисунок) 5, содержащая электрод 5а для регистрации касания, впечатана в данную печатную плату 4. Кроме того, данная печатная плата 4 входит в зацепление и установлена в захвате (захватах) 2а, проходящих из подложки 2 по направлению к обратной стороне панели, как проиллюстрировано на чертеже. Между прочим, хотя на фигуре захват 2а установлен только в одной точке, такой захват 2а расположен во множестве точек, для того чтобы печатная плата 4 могла быть надежно прикреплена к подложке 2.

Регистрирующий электрод 5а, образованный на печатной плате 4, находится в положении напротив задней боковой концевой поверхности секции 3b стенки основного узла 3 переключателя на расстоянии d от нее. В данном случае величина расстояния d устанавливается таким образом, чтобы, когда оператор входит в контакт с основным узлом 3 переключателя, можно было зарегистрировать изменение импеданса. Хотя в зависимости от электрического выходного сигнала схемы 5 в целях предотвращения ошибочной регистрации касания, обеспечения сборки печатной платы 4 с подложкой 2, соблюдения допустимых пределов для размера данного зазора, предпочтительно, чтобы размер, посредством которого можно регистрировать изменение импеданса, был установлен не более 0,1 мм. В данном случае допустимо также, чтобы секция 3b стенки входила в контакт со считывающим электродом 5а (то есть d=0).

Обычно в случае проводящего основного узла 3 переключателя диэлектрическое тело, включающее оператор (тело человека), приближается к основному узлу 3 переключателя, электростатическая емкость увеличивается, и при касании основного узла 3 переключателя величина электростатической емкости достигает максимума. С другой стороны, в данном варианте осуществления изобретения, поскольку между секцией 3b стенки и печатной платой 4 задается малый или очень малый зазор, равный приблизительно 0,1 мм, изменение электростатической емкости, происходящее вследствие касания оператором, регистрируется без образования электрического соединения между основным узлом 3 переключателя и печатной платой 4. Кроме того, при этом выдается выходной сигнал регистрации касания из схемы 5 регистрации электростатической емкости. При наличии малого зазора, равного приблизительно 0,1 мм, операция касания оператором может быть зарегистрирована на регистрирующем электроде 5а, и точность регистрации при этом не уменьшается.

Хотя вышеуказанный обычный метод (патентный документ 3: выложенная японская патентная заявка № 2007-35334) раскрывает конфигурацию, в которой проводящий элемент расположен между регистрирующим электродом и непроводящей панелью, поскольку проводящий элемент не открыт на тактильной поверхности, существует проблема снижения чувствительности регистрации касания. Кроме того, при увеличении мощности выходного сигнала схемы 5 с целью повышения чувствительности возможна ошибочная регистрация вследствие регистрации шума.

С другой стороны, в соответствии с настоящим изобретением, поскольку непроводящая подложка 2 и проводящий основной узел 3 переключателя соединены друг с другом посредством прессования двух материалов на подложке 2, так что участок 3а верхней поверхности основного узла 3 переключателя появляется над поверхностью подложки 2, можно создать сенсорный переключатель высокого качества конструктивного исполнения, обеспечивая надежную регистрацию касания.

Кроме того, между регистрирующим электродом 5а и секцией 3b стенки основного узла 3 переключателя предусмотрен зазор, который улучшает возможность сборки и обеспечивает соблюдение размерного допуска. То есть, предположительно, в том случае, когда секция 3b стенки и регистрирующий электрод 5а входят в контакт друг с другом, образуя электрическое соединение, поскольку размерные допуски основного узла 3 переключателя, печатной платы 4 и подложки 2 суммируются, существует необходимость очень жесткого соблюдения точности изготовления, что приводит к увеличению стоимости.

С другой стороны, в соответствии с настоящим изобретением задание зазора, равного приблизительно 0,1 мм, устраняет необходимость строгого соблюдения размерных допусков, что обеспечивает снижение стоимости.

Между тем, как указано выше, на данной печатной плате 4 установлен LED 6. LED 6 работает при выключенном освещении автомобиля и загорается в положении, связанном с зажиганием фары. Это улучшает видимость сенсорного переключателя 1 в ночное время.

Кроме того, как проиллюстрировано, секция стенки 3b основного узла 3 переключателя сконфигурирована для окружения LED 6. То есть, как указано выше, секция 3b стенки имеет форму квадратной опоры, и взаимное расположение LED 6 и основного узла 3 переключателя установлено таким образом, что LED 6 расположен внутри данной квадратной опоры.

В данном случае толщина секции 3b стенки установлена таким образом, чтобы экранировать свет, излучаемый от LED 6, таким образом, она выполняет функцию защитной стенки. То есть рассеивание света из LED 6 делает подсветку рассеянной в ночное время, что может снизить видимость или испортить внешний вид. Поэтому для предотвращения передачи света на элементы, где в нем нет необходимости, толщина секции 3b стенки установлена равной заданной величине, для того чтобы препятствовать прохождению света через нее. Таким образом, свет, излученный из LED 6, распространяется только по направлению к участку 3а верхней поверхности, что обеспечивает надежное освещение участка 3а верхней поверхности переключателя даже в ночное время.

Сконфигурированный сенсорный переключатель в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, конфигурация которого описана выше, может обеспечить следующие эффекты и преимущества.

Регистрирующий электрод 5а схемы 5 регистрации электростатической емкости, установленный на печатной плате, расположен напротив секции 3b стенки основного узла 3 переключателя, выполненной из проводящего полимера, на небольшом расстоянии d и обеспечивает электростатическую связь. Следовательно, когда оператор касается основного узла 3 переключателя, изменение электростатической емкости основного узла 3 переключателя, которое происходит вследствие касания оператора, передается через регистрирующий электрод 5а в схему 5 регистрации электростатической емкости, которая выдает сигнал регистрации касания.

Кроме того, как описано выше, в данном сенсорном переключателе 1, поскольку основной узел 3 переключателя сформирован с проводящим элементом, и часть его предусмотрена на подложке 2, для того чтобы участок 3а верхней поверхности работал как тактильная поверхность, регистрация контакта может осуществляться с высокой точностью. Это может устранить необходимость увеличения мощности электрического сигнала на выходе схемы 5 регистрации электростатической емкости, что позволяет не допустить появления шума, тем самым обеспечивая возможность использования данного сенсорного переключателя 1 для панели управления (в частности, приборной панели автомобиля), на которой сосредоточено множество (или значительное количество) переключателей, находящихся в согласованном состоянии.

Кроме того, поскольку свет, излученный из LED 6, установленного на печатной плате 4, экранирован посредством секции 3b стенки, можно предотвратить излучение света на элементы, где в нем нет необходимости. В связи с этим, поскольку проводящий полимер обычно содержит углерод и является оптически непрозрачным, секция 3b стенки может легко приобрести светозащитные свойства, если она выполнена так, что имеет соответствующую толщину.

Кроме того, если участок 3а верхней поверхности основного узла 3 переключателя выполнен таким тонким, что он становится светопроницаемым, то свет, излучаемый из LED 6, проходит через участок 3а верхней поверхности при освещении таким образом, чтобы обеспечить проявление символа (или значка), выполненного на участке 3а верхней поверхности, что улучшает видимость в ночное время.

Кроме того, зазор d между регистрирующим электродом 5а схемы 5 регистрации электростатической емкости и секцией 3b стенки основного узла 3 переключателя облегчает регулирование размеров и обеспечивает снижение стоимости. Кроме того, наличие зазора d позволяет осуществить сборку, при которой печатная плата 4 и панель 2 соединяются друг с другом посредством зацепления с захватами 2а панели 2, что способствует дополнительному снижению стоимости.

Кроме того, в том случае, когда подложка 2 изготовлена из непроводящего полимера, а основной узел 3 переключателя изготовлен из проводящего полимера, данные два элемента могут быть выполнены как одно целое друг с другом с использованием прессования посредством вставки или прессования двух материалов, которые уже хорошо известны, что обеспечивает дополнительное снижение стоимости.

Хотя выше описан один вариант осуществления изобретения, настоящее изобретение не ограничено вышеописанным вариантом осуществления и охватывает все изменения и модификации данного варианта осуществления изобретения без отхода от сущности и объема формулы изобретения. Например, соединение печатной платы 4 с подложкой 2 не ограничивается зацеплением с захватами, и допустимо также, например, выполнение вертикального выступа на задней поверхности подложки 2, с которым печатная плата может быть соединена при помощи винта. Кроме того, светоизлучающее устройство не ограничено LED, и могут быть также использованы различные типы светоизлучающих устройств.

Настоящее изобретение относится к сконфигурированному сенсорному переключателю, который является переключателем электростатического емкостного типа. Технический результат - создание устройства сенсорного переключателя, обладающего высокой точностью, низкой стоимостью, удобного для выполнения сборки без монтирования большого количества металлических электродов в панель управления, содержащую множество переключателей. Достигается тем, что сконфигурированный сенсорный переключатель содержит подложку, изготовленную из материала, имеющего непроводящую характеристику, проводящий элемент, изготовленный из материала, имеющего проводящую характеристику, и выполненный как одно целое с подложкой таким образом, чтобы часть проводящего элемента появлялась на поверхности подложки, и регистрирующий электрод, расположенный на обратной стороне подложки и находящийся напротив проводящего элемента в положении, в котором образуется зазор относительно проводящего элемента. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сконфигурированный сенсорный переключатель электростатического емкостного типа, предназначенный для регистрации касания на основе изменения электростатической емкости между электродами, содержащий: подложку, изготовленную из материала, имеющего непроводящую характеристику, проводящий элемент, изготовленный из материала, имеющего проводящую характеристику и выполненного как одно целое с указанной подложкой таким образом, что часть указанного проводящего элемента появляется на поверхности указанной подложки, и электрод для регистрации касания, расположенный на обратной стороне указанной подложки и напротив указанного проводящего элемента в положении, в котором образуется зазор относительно указанного проводящего элемента.

2. Сконфигурированный сенсорный переключатель по п.1, в котором светоизлучающее устройство расположено на печатной плате, размещающей указанный электрод для регистрации, и поверхность указанного проводящего элемента со стороны подложки выполнена для обеспечения прохождения света, излучаемого из светоизлучающего устройства.

3. Сконфигурированный сенсорный переключатель по п.2, в котором на проводящем элементе образована секция стенки для окружения указанного светоизлучающего устройства, так чтобы указанная секция стенки экранировала свет, излучаемый из указанного светоизлучающего устройства.

4. Сконфигурированный сенсорный переключатель по п.1, в котором указанная подложка изготовлена из непроводящего полимера, а указанный проводящий элемент изготовлен из проводящего полимера.