JP5691020B2

JP5691020B2 - 感圧スイッチ

Info

Publication number: JP5691020B2
Application number: JP2011067240A
Authority: JP
Inventors: 竜中江; 山本　保; 保山本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: US20140015633A1; JP2012204127A; WO2012132224A1

Description

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられる感圧スイッチに関するものである。

近年、携帯電話やカーナビ等の各種電子機器の高機能化や多様化が進むに伴い、これらの操作に用いられる感圧スイッチにも、多様で確実な操作の可能なものが求められている。

このような従来の感圧スイッチについて、図７〜図８を用いて説明する。

図７は従来の感圧スイッチの分解斜視図、図８は同断面図である。

ここで、同図においてポリエチレンテレフタレートなどを材料とする可撓性の基材１の下面には、低抵抗体層２、高抵抗体層３がスクリーン印刷などで形成され、その下面から環状のスペーサ４が貼り付けられ感圧導電シート５が構成されている。

この低抵抗体層２は、シート抵抗値５０Ω／□〜３０ｋΩ／□で、カーボン粉を分散したフェノールなどで形成されている。また、高抵抗体層３はシート抵抗値５０ｋΩ／□〜５ＭΩ／□で、カーボン粉を分散したフェノールなどで形成されている。なお、ここで高抵抗体層３には多数の球状の粒子６が混合されており、この粒子６により高抵抗体層３の下面に凹凸が形成されている。

また、基板１１上には、電極１２Ａ〜１２Ｄ、電極１３Ａ〜１３Ｃで構成される櫛歯状の電極対１５が形成されると共に、電極対１５の上方に高抵抗体層３が対向するように感圧導電シート５が配置されている。

また感圧導電シート５の上面には操作者の操作により上下動する押圧部材１６が配置されて感圧スイッチ２０が構成されている。

そして、このように構成された感圧スイッチ２０が携帯電話やカーナビ等の各種電子機器の筐体前面などに配置され、電子機器の液晶ディスプレイ（図示せず）などに表示されたカーソル（図示せず）などを移動表示するために用いられる。

ここで、操作者が感圧スイッチ２０の押圧部材１６の上面を押圧すると、電極１２Ａ〜１２Ｄ、電極１３Ａ〜１３Ｃと高抵抗体層３の下面が接触する。高抵抗体層３の下面には凹凸が形成されているため、操作者の押圧力が大きいほど、高抵抗体層３と電極１２Ａ〜１２Ｄ、電極１３Ａ〜１３Ｃの接触面積が増加する。

ここで、電極１２Ａ〜１２Ｄと電極１３Ａ〜１３Ｃは高抵抗体層３を介して電気的に接続しており、電極１２Ａ〜１２Ｄと高抵抗体層３との間、電極１３Ａ〜１３Ｃと高抵抗体層３との間の接触面積が大きいほど、電極１２Ａ〜１２Ｄと電極１３Ａ〜１３Ｃとの間の接触抵抗値は小さくなる。

すなわち、操作者が感圧スイッチ２０の押圧部材１６の上面を押圧すると、電極１２Ａ〜１２Ｄと電極１３Ａ〜１３Ｃとの間の接触抵抗値が変化し、電子機器の制御回路（図示せず）に対する電極対１５の出力電圧が変化する。そして、制御回路はこの電圧の変化に従って、例えば、液晶ディスプレイなどに表示されたカーソルを移動表示する速度を変化させるものとなっていた。

なお、この出願の発明に関連する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２００９−２１８０２９号公報

しかしながら、従来の感圧スイッチ２０においては、低抵抗体層２や高抵抗体層３は非常に薄く、押圧部材１６の上面への押圧力が小さくても、電極１２Ａ〜１２Ｄと電極１３Ａ〜１３Ｃとの間の接触抵抗値がすぐに小さくなってしまう。

そのため、カーソルなどが移動する速度を操作者が所望の速度に調整しようとしても、適切な押圧力で押圧部材１６を押圧することが難しく、容易な操作の妨げとなっていた。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、押圧力に対して緩やかに制御回路への入力電圧が変化することにより、操作者が容易に操作できる感圧スイッチを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１記載の発明は、押圧部材と、押圧部材の下方に配置された可撓性の基材と、基材の下面に設けられた抵抗体と、第１電極と第２電極とを含む複数の電極で構成され、押圧部材が押圧されると抵抗体に接触する位置に基材に対向して設けられた電極群と、電極群と間隔を空けて設けられ、押圧部材が押圧されると抵抗体に接触する位置に基材に対向して設けられた第３電極と、第１電極と第２電極との間に直列接続された抵抗素子と、第２電極と抵抗素子との間に接続された第１端子と、第３電極に接続された第２端子とを備え、第１電極は、押圧部材の押圧中心から第２電極よりも近い位置に設けられるよう構成しているため、電極対の抵抗値の変化を基材の押圧力の変化に対し緩やかなものとすることができ、電子機器に表示されたカーソルの移動速度を所望の速度に調整するなど電子機器の操作が容易な感圧スイッチを提供することができるという作用を有する。

請求項２記載の発明は、電極群は、押圧部材の押圧中心から第２電極よりも遠い位置に設けられた第２電極と直接に接続された第４電極をさらに含み、第１電極、第２電極、第４電極は並行に配置されるよう構成しているため、抵抗素子の所定の抵抗値を想定しやすく、設計が容易な感圧スイッチを提供することができるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、操作者が容易に操作できる感圧スイッチを提供することができるという有利な効果が得られる。

本発明の一実施の形態による感圧スイッチの分解斜視図同感圧スイッチの断面図同感圧スイッチの断面図同感圧スイッチの回路図同感圧スイッチの押圧力に対する特性の変化を示すグラフ同感圧スイッチの基板の上面図従来の感圧スイッチの分解斜視図従来の感圧スイッチの断面図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。

なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。

また、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による感圧スイッチの分解斜視図、図２は同断面図であり、同図においてポリエチレンテレフタレートなどを材料とする可撓性の基材２１の下面には、低抵抗体層２２、中抵抗体層２３、高抵抗体層２４が形成され、その下面から環状のスペーサ２５が貼り付けられ感圧導電シート２６が構成されている。

ここで中抵抗体層２３のシート抵抗値は、高抵抗体層２４のシート抵抗値と低抵抗体層２２のシート抵抗値の間となり、低抵抗体層２２のシート抵抗値が最も低くなる。なお、低抵抗体層２２のシート抵抗値は５０Ω／□〜２０ｋΩ／□、中抵抗体層２３のシート抵抗値は２０ｋΩ／□〜８０ｋΩ／□、高抵抗体層２４のシート抵抗値は８０ｋΩ／□〜５ＭΩ／□が、より適している。

そして、この低抵抗体層２２、中抵抗体層２３、高抵抗体層２４の厚さは１〜５０μｍ程度で、スクリーン印刷などで形成されている。

なお、ここで高抵抗体層２４には多数の球状の粒子２７が混合されており、この粒子２７により高抵抗体層２４の下面に凹凸が形成されている。

なお、高抵抗体層２４は特許請求の範囲に記載した抵抗体の一例である。

そして、基板３１の上面には、電極３２Ａ〜３２Ｄ、電極３３Ａ〜３３Ｃ、抵抗素子３４で構成される櫛歯状の電極対３５が形成されている。この電極３２Ａ〜３２Ｄは左側の端子Ａ１１で電源に電気的に接続されている。また、電極３３Ｂは抵抗素子３４を介して、電極３３Ａ、３３Ｃと接続されると共に、右側の端子Ｂ１１でプルダウン用の抵抗を介してグランド電位に接続している。

そして、感圧導電シート２６は、電極対３５の上方に配置され、電極対３５と高抵抗体層２４を対向させている。また、感圧導電シート２６の上面には操作者の操作により上下動する押圧部材３６が配置され、感圧スイッチ４０が構成されている。

そして、このように構成された感圧スイッチ４０が携帯電話やカーナビ等の各種電子機器の筐体前面などに配置され、例えば、電子機器の液晶ディスプレイ（図示せず）などに表示されたカーソル（図示せず）を移動表示するために用いられる。

ここで、操作者が感圧スイッチ４０の基材２１の上面を押圧すると、電極３２Ａ〜３２Ｄ、電極３３Ａ〜３３Ｃの上面と高抵抗体層２４の下面が接触する。

ここで、高抵抗体層２４の下面には凹凸が形成されているため、操作者の押圧力が大きいほど、高抵抗体層２４と電極３２Ａ〜３２Ｄ、電極３３Ａ〜３３Ｃの接触面積が増加する。ここで、電極３２Ａ〜３２Ｄと電極３３Ａ〜３３Ｃは高抵抗体層２４を介して電気的に接続しており、電極３２Ａ〜３２Ｄと高抵抗体層２４との間、電極３３Ａ〜３３Ｃと高抵抗体層２４との間の接触面積が大きいほど、電極３２Ａ〜３２Ｄと電極３３Ａ〜３３Ｃとの間の接触抵抗値は小さくなる。

すなわち、操作者が感圧スイッチ４０の基材２１の上面を押圧すると、電極３２Ａ〜３２Ｄと電極３３Ａ〜３３Ｃとの間の接触抵抗値の変化により、電子機器の制御回路（図示せず）に電極対３５から入力される電圧が変化する。そして、制御回路はこの電圧の変化に従って、液晶ディスプレイなどに表示されたカーソルを移動表示する速度を変化させる。

次に、図３から図５を用いて、操作者が基材２１の上面を押圧した際の、電極対３５の抵抗値の変化、電極対３５からの出力電圧の変化について説明する。

ここで、図３は感圧スイッチ４０の断面図で、同図（ａ）は電極３３Ｂに沿った断面での断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面の断面図である。

そして、同図（ａ）および同図（ｂ）に示すように操作者が基材２１の上面を押圧すると、出力側の電極３３Ａ〜３３Ｃのうち、最初に電極３３Ｂと高抵抗体層２４が接触する。ここで、高抵抗体層２４は、同図（ｂ）に示すように電極３２Ｂ、３２Ｃとも接触しており、高抵抗体層２４を介して電極３３Ｂと電極３２Ｂ、３２Ｃとが電気的に接続される。

これにより、電源からグランド電位に、電極３２Ｂ、３２Ｃ、３３Ｂ、低抵抗体層２２、中抵抗体層２３、高抵抗体層２４、および抵抗素子３４を介して電流が流れ、端子Ｂ１１から基材２１の押圧力を反映した電圧が出力される。

さらに、操作者が基材２１の上面の押圧力を強くしていくと、電極３２Ａ、３２Ｄ、３３Ａ、３３Ｃのうち、最初に高抵抗体層２４に接触した電極３３Ｂに近い側の電極から順次、高抵抗体層２４と接触する。また、高抵抗体層２４の下面には凹凸が形成されているため、操作者が基材２１の上面の押圧力を強くしていくと、各電極が高抵抗体層２４と接触する面積が増加し、押圧力の増加に伴い、高抵抗体層２４との間の接触抵抗値は減少する。

ここで、図４の回路図と図５のグラフを用い、基材２１の上面の押圧力に対する電極対３５の抵抗値および出力電圧の変化について説明する。

なお、図４（ａ）は電極対３５の回路図で、同図（ｂ）は電極３３Ａと抵抗素子３４の間、および電極３３Ｃと抵抗素子３４の間の接続を切断した回路図である。なお、同図（ｂ）は仮想として示すもので、個々の電極３３Ａ〜３３Ｃに関する抵抗値の変化を説明するためのものである。

また、ここで同図（ａ）において電極対３５の両端のうち、前記のように端子Ａ１１は電源と接続され、電極対３５の出力端子となる端子Ｂ１１はプルダウン用の抵抗素子を介してグランド電位と接続されている。また、同図（ｂ）において電極３３Ａ、電極３３Ｂおよび抵抗素子３４、電極３３Ｃに関する出力端子を端子Ｂ１２〜Ｂ１４とする。ここで、端子Ａ１１−端子Ｂ１１間の抵抗値は、端子Ａ１１−端子Ｂ１２間の抵抗値、端子Ａ１１−端子Ｂ１３間の抵抗値、端子Ａ１１−端子Ｂ１４間の抵抗値を合成した抵抗値となる。

そして、図５（ａ）に示すのは、操作者の押圧力と抵抗値の関係を示すグラフで、曲線Ｃ１１で示すのは端子Ａ１１−端子Ｂ１１間の抵抗値、曲線Ｃ１２で示すのは端子Ａ１１−端子Ｂ１３間の抵抗値、曲線Ｃ１３で示すのは端子Ａ１１−端子Ｂ１２間の抵抗値、および端子Ａ１１−端子Ｂ１４間の抵抗値である。なお、端子Ａ１１−端子Ｂ１２間の抵抗値と端子Ａ１１−端子Ｂ１４間の抵抗値はほぼ同様であり曲線Ｃ１３で代表して示す。

また、図５（ｂ）に示すのは、操作者の押圧力と端子Ｂ１１の出力電圧の関係を示すグラフである。ここで、曲線Ｄ１１は端子Ｂ１１の出力電圧で、同図（ａ）の曲線Ｃ１１の変化と反比例して変化する。

まず、図５（ａ）において、曲線Ｃ１２は、高抵抗体層２４の下面と最初に接するのが電極３３Ｂであるため、押圧力が小さくても電極３３Ｂと高抵抗体層２４との接触面積が大きい。そのため、小さい押圧力でも変化し、抵抗素子３４の所定の抵抗値である抵抗値Ｒ１１に収束する。なお、抵抗値Ｒ１１は、１０ｋΩ以上、１０ＭΩ以下が好ましい。

それに対し、電極３３Ａ、電極３３Ｃは曲線Ｃ１３で示すように押圧力が大きくなってから緩やかに接触抵抗値が減少する。

この結果、曲線Ｃ１１で示す端子Ａ１１−端子Ｂ１１間の抵抗値は、押圧力が小さい領域では曲線Ｃ１２の影響が大きく、一方押圧力が大きい領域では曲線Ｃ１３の影響が大きくなり、全体として押圧力の変化に対し、緩やかに変化する。

そして、同図（ｂ）に示すように、曲線Ｄ１１は、前記のように曲線Ｃ１１が全体として押圧力の変化に対し緩やかに変化するのと同様、全体として押圧力の変化に対し、緩やかに変化する。

すなわち、感圧スイッチ４０は従来の感圧スイッチ２０に比べ、高抵抗体層２４に最初に接触する電極３３Ｂに抵抗素子３４が接続されているため、高抵抗体層２４と電極３３Ｂとの間の接触抵抗値の変化が、電極対３５の抵抗の変化に与える影響を緩和することができる。

つまり、電極対３５の抵抗値の変化を基材２１の押圧力の変化に対し緩やかなものとすることができる。

次に、図６の基板３１の上面図を用いて、電極対３５の基板３１での配線パターンの一例と、本発明に関する他の電極対４５、５５の配線パターンの一例について説明する。

ここで、同図（ａ）は電極対３５の配線パターンの一例、同図（ｂ）は電極対４５の配線パターンの一例、同図（ｃ）は電極対５５の配線パターンの一例を示すものである。

ここで、同図（ａ）において、電極３２Ａ〜３２Ｄ、３３Ａ〜３３Ｃの線路幅は、０．１ｍｍで、電極３２Ａと電極３３Ａとの間など、それぞれの電極は０．１ｍｍの間隔で配列したものを一例として示している。

ここで、電極３２Ａ〜３２Ｄはそれぞれ高抵抗体層２４と接触する部分で並行に配置され、電極３３Ａ〜３３Ｃも高抵抗体層２４と接触する部分でそれぞれ並行に配置される。また、高抵抗体層２４に最初に接触する電極３３Ｂは抵抗素子３４を介して、電極３３Ａ、３３Ｃは抵抗素子３４を介さず並列に電気的に接続されている。

さらに、電極３３Ａ〜３３Ｃは抵抗体となる高抵抗体層２４と接触する部分で並行に配置しており、押圧部材３６の押圧により最初に高抵抗体層２４に接する電極に近い電極から順次、高抵抗体層２４と接触するよう構成しているため、抵抗素子３４の所定の抵抗値Ｒ１１を想定しやすいという利点がある。

また、同図（ｂ）の電極対４５は、同図（ａ）と比べ、電極３３Ａに抵抗素子４１が、電極３３Ｃに抵抗素子４２が接続されている点が異なる。ここで、電極３３Ａ、３３Ｃはそれぞれ抵抗素子４１、４２が接続される場合であっても、抵抗素子４１、４２の抵抗値が抵抗素子３４よりも小さければ良い。

さらに、同図（ｃ）の電極５１は櫛歯状ではなく方形で、電極５２Ａ〜５２Ｄは凹凸のある形状であるが、このように電極の形状は櫛歯状の電極の形状で無くても良い。複数の電極５２Ａ〜５２Ｄが並列に接続されていれば、本発明の実施は可能である。

なお、ここで、電極５２Ｂ、電極５２Ｃにはそれぞれ抵抗素子５３、５４が電気的に接続されており、高抵抗体層２４と最初に接触する電極に接続する抵抗素子の抵抗値を大きくしている。

なお、前記の説明では、低抵抗体層２２、中抵抗体層２３、高抵抗体層２４を備えるものとして説明したが、低抵抗体層２２、中抵抗体層２３は必ずしも必要ではなく、高抵抗体層２４を備えればよい。また、高抵抗体層２４は必ずしも粒子２７の混合を必要とするものではなく、下面に凹凸を備えていれば良い。

このように本実施の形態によれば、押圧部材３６の押圧により最初に抵抗体となる高抵抗体層２４に接する電極３３Ｂは抵抗素子３４を介して他の電極３３Ａ、３３Ｃと並列に電気的に接続されるよう構成しているため、電極対３５の抵抗値の変化を基材の押圧力の変化に対し緩やかなものとすることができ、電子機器に表示されたカーソルの移動速度を所望の速度に調整するなど電子機器の操作が容易な感圧スイッチを提供することができる。

また、電極３３Ａ〜３３Ｃは抵抗体となる高抵抗体層２４と接触する部分で並行に配置し、押圧部材３６の押圧により最初に高抵抗体層２４に接する電極に近い電極から順次、高抵抗体層２４と接触するよう構成しているため、抵抗素子３４の所定の抵抗値Ｒ１１を想定しやすく、設計が容易な感圧スイッチを提供することができる。

本発明による感圧スイッチは、操作者が容易に操作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のため有用である。

２１基材
２２低抵抗体層
２３中抵抗体層
２４高抵抗体層
２５スペーサ
２６感圧導電シート
３１基板
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、５１、５２Ａ〜５２Ｄ電極
３４、４１、４２、５３、５４抵抗素子
３５、４５、５５電極対
３６押圧部材
４０感圧スイッチ

Claims

押圧部材と、
前記押圧部材の下方に配置された可撓性の基材と、
前記基材の下面に設けられた抵抗体と、
第１電極と第２電極とを含む複数の電極で構成され、前記押圧部材が押圧されると前記抵抗体に接触する位置に前記基材に対向して設けられた電極群と、
前記電極群と間隔を空けて設けられ、前記押圧部材が押圧されると前記抵抗体に接触する位置に前記基材に対向して設けられた第３電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に直列接続された抵抗素子と、
前記第２電極と前記抵抗素子との間に接続された第１端子と、
前記第３電極に接続された第２端子とを備え、
前記第１電極は、前記押圧部材の押圧中心から前記第２電極よりも近い位置に設けられた感圧スイッチ。
前記電極群は、前記押圧部材の前記押圧中心から前記第２電極よりも遠い位置に設けられた前記第２電極と直接に接続された第４電極をさらに含み、前記第１電極、第２電極、第４電極は並行に配置された請求項１記載の感圧スイッチ。