DE112021002872T5

DE112021002872T5 - Kapazitive Eingabevorrichtung

Info

Publication number: DE112021002872T5
Application number: DE112021002872.3T
Authority: DE
Inventors: Kanae Miyanaga; Shinya Tateda; Yohei Yamamoto
Original assignee: Sekisui Polymatech Co Ltd
Current assignee: Sekisui Polymatech Co Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-04-06
Also published as: US11987124B2; US20230256822A1; CN115485803B; CN115485803A; WO2022071318A1; JP7656944B2; JP2025083551A; JPWO2022071318A1; CN120691874A

Abstract

Es wird eine kapazitive Eingabevorrichtung bereitgestellt, die es dem Benutzer ermöglicht, zu fühlen, dass der Eingabevorgang durchgeführt wurde. Eine kapazitive Eingabevorrichtung weist eine Oberflächenfolie 20, ein weiches Element 30 und eine Sensorfolie 40 auf, die dafür vorgesehen ist, eine Kapazitätsänderung zu erfassen. Die Oberflächenfolie 20 weist einen Betätigungsbereich 21 auf, auf dem ein Berührungsvorgang durchgeführt werden soll. Das weiche Element 30 ist zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorfolie 40 vorgesehen. Die Sensorfolie 40 weist eine Sensorelektrode 42 auf, die sich an einer Position befindet, die mit dem Betätigungsbereich 21 korrespondiert. Wenn der Betätigungsbereich 21 bei einem Berührungsvorgang gedrückt wird, werden die Oberflächenfolie 20 und das weiche Element 30 in Richtung der Sensorfolie 40 verschoben, und die Sensorelektrode 42 erfasst die Kapazität.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Eingabevorrichtung.
Hintergrund - Stand der Technik
Berührungseingabevorrichtungen, die mit kapazitiven Sensoren ausgestattet sind, sind als Eingabevorrichtungen für elektronische Geräte bekannt. Eine solche kapazitive Eingabevorrichtung (kapazitive Berührungseingabevorrichtung) ist dafür vorgesehen bzw. dazu eingerichtet, zum Beispiel eine Kapazitätsänderung zu erfassen, die auftritt, wenn ein Benutzer mit seinem bzw. ihrem Finger einen auf einem Gehäuse eines elektronischen Gerätes (zum Beispiel PTL 1) definierten Bedienbereich berührt.
Zitierliste
Patentliteratur
PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2016-081818 , 1
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Drucktastenschalter (Hardware-Tasten), die dafür vorgesehen sind, Eingaben vorzunehmen, indem sie physisch Verschoben werden, werden auch häufig als Eingabegeräte für elektronische Geräte verwendet. Eine Eingabe mit einem solchen Drucktastenschalter wird von einem taktilen Gefühl begleitet, das durch eine physische Verschiebung verursacht wird. Daher kann der Benutzer spüren, dass die Eingabe erfolgt ist.
Da ein solches elektronisches Gerät jedoch ein hartes Gehäuse hat, tritt bei der Berührung einer kapazitiven Berührungseingabevorrichtung, die sich auf einem solchen Gehäuse befindet, mit dem Finger des Benutzers keine Änderung der taktilen Empfindung auf, so dass es für den Benutzer schwierig ist zu erkennen, dass seine Eingabe erfolgt ist.
Lösung des Problems
Die in der vorliegenden Anmeldung offengelegten Aspekte sind wie folgt gekennzeichnet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung weist eine kapazitive Eingabevorrichtung ein Oberflächenelement, ein weiches Element und eine Sensorfolie auf, die dafür vorgesehen ist, eine Kapazitätsänderung zu erfassen. Das Oberflächenelement weist einen Betätigungsbereich auf, auf dem ein Berührungsvorgang durchgeführt werden soll. Das weiche Element ist zwischen dem Betätigungsbereich und der Sensorfolie vorgesehen. Die Sensorfolie weist eine Sensorelektrode an einer Position auf, die mit dem Betätigungsbereich korrespondiert. Wenn der Betätigungsbereich bei einem Berührungsvorgang gedrückt wird, werden das Oberflächenelement und das weiche Element in Richtung der Sensorfolie verschoben, und die Sensorelektrode erfasst die Kapazität.
Im oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die kapazitive Eingabevorrichtung das weiche Element zwischen dem Betätigungsbereich, auf dem ein Berührungsvorgang durch den Benutzer durchgeführt werden soll, und der Sensorfolie auf, die die Sensorelektrode an der Position aufweist, die mit dem Betätigungsbereich korrespondiert. Darüber hinaus ist in dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung die kapazitive Eingabevorrichtung so ausgebildet, dass, wenn der Bedienbereich durch den Benutzer in einem Berührungsvorgang gedrückt wird, das Oberflächenelement und das weiche Element in Richtung der Sensorfolie verschoben werden und die Sensorelektrode die Kapazität erfasst. Daher wird gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung dem Benutzer ein taktiles Gefühl vermittelt, dass die Eingabe in die kapazitive Eingabevorrichtung erfolgt ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das weiche Element einen leitfähigen Abschnitt aufweisen, der einen Wert der Kapazität erhöht, um die Erfassungsempfindlichkeit in einem Bereich zwischen dem Betätigungsbereich und der Sensorelektrode zu erhöhen.
Um das weiche Element zwischen dem Betätigungsbereich und der Sensorelektrode vorzusehen, muss der Abstand zwischen dem Betätigungsbereich und der Sensorelektrode um mindestens den Betrag erhöht werden, der dem weichen Element entspricht. Folglich können die Empfindlichkeit und die Erkennungsgenauigkeit des Sensors verringert werden. Im oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das weiche Element jedoch den leitfähigen Abschnitt in dem Bereich zwischen dem Betätigungsbereich und der Sensorelektrode auf. Eine elektrisch leitfähige Substanz, die als der leitfähige Abschnitt verwendet wird, weist in der Regel eine größere Dielektrizitätskonstante als isolierende Substanzen auf. Darüber hinaus erhöht die Erhöhung der Dielektrizitätskonstante des weichen Elements den Wert der Kapazität, die zwischen dem Finger, der den Betätigungsbereich berührt, und der Sensorelektrode erzeugt werden soll.
Daher weist die kapazitive Eingabevorrichtung gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung sowohl eine taktile Weichheit, die durch das weiche Element bereitgestellt wird, als auch eine elektrische Leitfähigkeit auf, die durch den leitfähigen Abschnitt bereitgestellt wird. Daher ist die kapazitive Eingabevorrichtung gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Lage, dem Benutzer ein taktiles Gefühl zu vermitteln, dass die Eingabe erfolgt ist, und die Empfindlichkeit und Erfassungsgenauigkeit des Sensors wird erhöht. Darüber hinaus wird in einem Fall, in dem eine Vielzahl von Paaren von Betätigungsbereichen und Sensorelektroden nahe beieinander vorgesehen sind, das Auftreten einer falschen Erkennung eines Eingabevorgangs, der auf einem Betätigungsbereich durchgeführt wird, der nicht mit der relevanten Sensorelektrode gepaart ist, verhindert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der leitfähige Abschnitt aus einem leitfähigen Medium gebildet sein, das in dem weichen Element enthalten ist, wobei das weiche Element aus einer Polymermatrix gebildet ist.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der leitfähige Abschnitt aus dem leitfähigen Medium gebildet, das in der Polymermatrix enthalten ist. Gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es einfach, den leitfähigen Abschnitt in der Polymermatrix zu bilden, die als das weiche Element dient und isolierend ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der leitfähige Abschnitt ein orientierter Abschnitt sein, in dem das leitfähige Medium in dem weichen Element orientiert ist.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der leitfähige Abschnitt der orientierte Abschnitt, in dem das leitfähige Medium orientiert ist. Daher ist gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Betätigungsbereich und der Sensorelektrode auf einfache Weise gewährleistet, selbst wenn die Dichte des leitfähigen Mediums verringert ist. Da die Dichte des leitfähigen Mediums verringert werden kann, kann außerdem die Flexibilität des weichen Elements auf einfache Weise gewährleistet werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das weiche Element aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet sein, das es ermöglicht, den Betätigungsbereich zu beleuchten.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das weiche Element aus dem lichtdurchlässigen Material gebildet, das es ermöglicht, den Betätigungsbereich zu beleuchten, zum Beispiel mit einer internen Lichtquelle, die in der Nähe der Sensorelektrode vorgesehen ist. Somit wird gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Position des Betätigungsbereichs in der kapazitiven Eingabevorrichtung für den Benutzer deutlich angezeigt. Daher kann der Benutzer gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung den Betätigungsbereich sicher drücken.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Betätigungsbereich einen ersten Betätigungsbereich und einen zweiten Betätigungsbereich aufweisen, die Sensorelektrode kann eine erste Elektrode, die mit dem ersten Betätigungsbereich korrespondiert, und eine zweite Elektrode, mit dem zweiten Betätigungsbereich korrespondiert, aufweisen, und das weiche Element kann einen isolierenden Abschnitt aufweisen, der zwischen einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt vorgesehen ist, wobei der erste Abschnitt zwischen dem ersten Betätigungsbereich und der ersten Elektrode angeordnet ist, und wobei der zweite Abschnitt zwischen dem zweiten Betätigungsbereich und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der erste Abschnitt, der sich zwischen dem ersten Betätigungsbereich und der ersten Elektrode befindet, die gepaart sind, und der zweite Abschnitt, der sich zwischen dem zweiten Betätigungsbereich und der zweiten Elektrode befindet, die ebenfalls gepaart sind, durch den isolierenden Abschnitt voneinander getrennt. Daher ist es gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung weniger wahrscheinlich, dass eine der Sensorelektroden durch einen irrelevanten Betätigungsbereich beeinflusst wird, der nicht derjenige ist, der mit ihr gepaart ist. Somit wird gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Empfindlichkeit und Erfassungsgenauigkeit des Sensors in der kapazitiven Eingabevorrichtung erhöht, und das Auftreten von Fehldetektion in der kapazitiven Eingabevorrichtung, die eine Vielzahl von Betätigungsbereichen aufweist, wird verhindert.
Darüber hinaus erschwert im oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung der isolierende Abschnitt den Übergang von Licht zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt. Daher neigt im oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Licht, das von einer Position in der Nähe einer der Sensorelektroden in das weiche Element eintritt, dazu, einen der Betätigungsbereiche zu erreichen, der mit dieser Sensorelektrode gepaart ist. Dementsprechend wird in dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Betätigungsbereich, der mit einer relevanten der Sensorelektroden gepaart ist, konzentriert beleuchtet. Darüber hinaus wird in einem solchen Fall, in dem mehrere Paare von Betätigungsbereichen und Sensorelektroden nahe beieinander vorgesehen sind, verhindert, dass einer der Betätigungsbereiche, der nicht mit der entsprechenden Sensorelektrode gepaart ist, beleuchtet wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die kapazitive Eingabevorrichtung des Weiteren ein erstes hartes Stützelement aufweisen, das auf einer Oberfläche der Sensorplatte vorgesehen ist, die einer dem weichen Element zugewandten Oberfläche gegenüberliegt.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung stützt das erste harte Stützelement das weiche Element, wobei die Sensorfolie dazwischen angeordnet ist. Auf diese Weise werden, gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die Form des weichen Elements, die flexibel ist, und die Form der Sensorfolie, die dünn und leicht zu verformen ist, beibehalten. Darüber hinaus bewirkt im oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung das harte Stützelement, wenn der Betätigungsbereich gedrückt wird, dass das weiche Element eine Gegen- bzw. Rückstoßkraft gegen die Druckverformung ausübt, wodurch das Absinken des weichen Elements und der Sensorfolie bis zu einem gewissen Grad unterdrückt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die kapazitive Eingabevorrichtung des Weiteren ein zweites hartes Stützelement aufweisen, das zwischen dem Oberflächenelement und der Sensorfolie vorgesehen ist und ein Loch aufweist, und das weiche Element kann in dem Loch vorgesehen sein.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung umgibt das harte Stützelement das weiche Element, das in dessen Loch vorgesehen ist. Daher wird gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine weiche taktile Empfindung in dem Betätigungsbereich erzeugt, während eine harte taktile Empfindung in dem um den Betätigungsbereich herum definierten peripheren Bereich erzeugt wird. Somit kann der Benutzer gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Eingabevorgang an einer korrekten Position durchführen, und zwar selbst ohne auf die kapazitive Eingabevorrichtung zu schauen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die kapazitive Eingabevorrichtung eine dreidimensionale äußere Oberfläche aufweisen, und der Betätigungsbereich kann auf der äußeren Fläche festgelegt sein.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Betätigungsbereich auf der dreidimensionalen äußeren Oberfläche festgelegt. Dadurch wird gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Anwendungsbereich der kapazitiven Eingabevorrichtung erweitert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das weiche Element in der kapazitiven Eingabevorrichtung eine Vielzahl von Elementen aufweisen, die gestapelt sind.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das weiche Element eine Vielzahl von Elementen auf, die gestapelt sind. Dadurch sind gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung relevante Faktoren des weichen Elements, wie die Dicke und die elektrische Leitfähigkeit, einstellbar.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der kapazitiven Eingabevorrichtung die Vielzahl von Elementen als eine Kombination aus einem isolierenden weichen Element und einem leitfähigen weichen Element ausgebildet sein.
In dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das weiche Element das isolierende weiche Element und das leitfähige weiche Element auf, die gestapelt sind. Daher sind gemäß dem oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Rückstoßkraft gegen den Drück- bzw. Pressvorgang und die Empfindlichkeit (DIFF-Wert) des Sensors einstellbar, auch ohne die Zusammensetzung des leitfähigen Mediums in dem leitfähigen weichen Element anzupassen.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug, das als beispielhafte Anwendung eines Bedienschalters gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt ist.
2 ist eine Draufsicht auf den Bedienschalter gemäß der ersten Ausführungsform, die das Aussehen desselben veranschaulicht.
3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III aus 2.
4 zeigt Schnittdarstellungen, die denen aus 3 entsprechen, von verschiedenen weichen Elementen und stellt die Orientierungen bzw. Ausführungen von verschiedenen elektrisch leitfähigen Medien dar: kugelförmige Partikel in 4A, faserige Partikel in 4B, fadenförmige Partikel bzw. Filamentpartikel in 4C und diskontinuierlich orientierte faserige Partikel in 4D.
5 zeigt einen Schnitt, der dem aus 3 entspricht, eines Bedienschalters gemäß einer ersten Modifikation.
6 zeigt einen Schnitt, der dem aus 3 entspricht, eines Bedienschalters gemäß einer zweiten Modifikation.
7 ist eine Draufsicht auf einen Bedienschalter gemäß einer dritten Modifikation, die das Aussehen desselben veranschaulicht.
8 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII aus 7.
9 ist eine Draufsicht auf einen Bedienschalter gemäß einer zweiten Ausführungsform, die das Aussehen desselben veranschaulicht.
10 zeigt einen Schnitt entlang der Linie X-X aus 9.
11 ist eine Vorderansicht eines Bedienschalters gemäß einer vierten Modifikation, die das Aussehen desselben veranschaulicht.
12 zeigt einen Schnitt, der dem aus 12 entspricht, eines Bedienschalters gemäß einer vierten Modifikation.
13 zeigt Schnittdarstellungen entlang der Linie XIII-XIII aus 11: 13A zeigt eine Anordnung eines weichen Elements, das sich über den gesamten Umfang erstreckt, und 13B zeigt eine Anordnung von weichen Elementen in einigen Bereichen.
14 ist eine perspektivische Ansicht eines Bedienschalters gemäß einer dritten Ausführungsform, die das Aussehen der Vorderseite, der linken Seitenfläche und einer ebenen Fläche desselben zeigt.
15 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XV-XV aus 14.
16 zeigt einen Schnitt, der dem aus 15 entspricht, eines Bedienschalters gemäß einer fünften Modifikation.
17 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XVII-XVII aus 14.
18 zeigt ein in Beispielen verwendetes Messverfahren.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen schränken den Umfang der Ansprüche nicht unangemessen ein, und nicht alle der in den folgenden Ausführungsformen beschriebenen Elemente sind für die Lösung wesentlich.
Elemente, die verschiedenen Ausführungsformen gemeinsam sind, werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine redundante Beschreibung wird in dieser Beschreibung weggelassen. Darüber hinaus wird auf eine redundante Beschreibung von Verwendungen und betrieblichen Auswirkungen, die verschiedenen Ausführungsformen gemeinsam sind, verzichtet. In dieser Beschreibung und in den Ansprüchen werden die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“, „vierter“, „fünfter“ und „sechster“ lediglich zur Unterscheidung relevanter Elemente voneinander verwendet und geben keine spezifische Reihenfolge, Über- oder Unterlegenheit oder ähnliches solcher Elemente an.
Die „kapazitive Eingabevorrichtung“, die in der vorliegenden Anmeldung offenbart wird, ist eine Eingabevorrichtung, die von einem Benutzer bei der Aktivierung einer gewünschten Funktion eines elektronischen Geräts bedient bzw. betätigt wird. Ein elektronisches Gerät, das die „kapazitive Eingabevorrichtung“ enthält, ist zum Beispiel für ein Fahrzeug vorgesehen: ein beliebiges Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Kraftfahrzeug oder ein Zugwaggon. Die „kapazitive Eingabevorrichtung“ gemäß jeder der folgenden Ausführungsformen ist zum Beispiel eine Eingabevorrichtung für ein elektronisches Gerät, das an einer Innenverkleidung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann.
Ein Kraftfahrzeug 1 ist beispielhaft in 1 dargestellt und ist ein rechtsgelenktes Fahrzeug, in dem ein Fahrersitz 2 auf der in Fahrtrichtung rechten Seite, ein Beifahrersitz 3 auf der in Fahrtrichtung linken Seite und ein Lenkrad 4 auf der in Fahrtrichtung rechten Seite vorgesehen ist. Der Fahrersitz 2 und der Beifahrersitz 3 des Kraftfahrzeugs 1 sind von verschiedenen Innenverkleidungen umgeben. Wie in 1 dargestellt, beinhalten solche Innenverkleidungen zum Beispiel eine Mittelkonsole 5, eine Zentraleinheit 6 und eine Türarmlehne 7. Die Zentraleinheit ist in der Mitte einer Instrumententafel angeordnet. Die bordseitigen Innenverkleidungen dienen jeweils als Bedienfeld für ein elektronisches Gerät. Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen eines Bedienschalters 10, der als „kapazitives Eingabegerät“ an der Mittelkonsole 5 vorgesehen ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In dieser Beschreibung und in den Ansprüchen wird die Seite-zu-Seite-Richtung des als „kapazitive Eingabevorrichtung“ dienenden Bedienschalters 10, wie sie in den 2, 3 und anderen dargestellt ist, der Einfachheit halber als X-Richtung, die Tiefenrichtung (vorne und hinten) als Y-Richtung und die Höhenrichtung (oben und unten) als Z-Richtung definiert. Des Weiteren ist unter Bezugnahme auf 3 eine Seite des Bedienschalters 10, auf der sich eine Oberflächenfolie 20 befindet, in der Z-Richtung als Oberseite (Außenseite) definiert. Die Oberflächenfolie 20 dient als „Oberflächenelement“, das an der äußeren Fläche der Mittelkonsole 5 freiliegt. Eine Seite des Bedienschalters 10, auf der sich eine Sensorfolie 40 befindet, wird in der Z-Richtung als die untere Seite (Innenseite) bezeichnet. Die Sensorfolie 40 wird von der Oberflächenfolie 20 abgedeckt usw. Es sollte beachtet werden, dass die oben genannten Definitionen Faktoren wie zum Beispiel die Ausrichtung des Bedienschalters 10 und die Richtung, in der ein Druckeingabevorgang durchgeführt werden soll, nicht einschränken.
Erste Ausführungsform [Figuren 1 bis 8]
Wie in 3 dargestellt, weist der Bedienschalter 10 die Oberflächenfolie 20, ein weiches Element 30 und die Sensorfolie 40 auf. Die Sensorfolie 40 ist so ausgebildet, dass sie eine Kapazitätsänderung erkennen kann. Der Bedienschalter 10 weist eine geschichtete Struktur auf, in der die Oberflächenfolie 20, das weiche Element 30 und die Sensorfolie 40 in dieser Reihenfolge von der Außenseite, auf der der Bedienschalter 10 an der äußeren Fläche der Mittelkonsole 5 freiliegt, gestapelt bzw. übereinander angeordnet sind. Wenn die Oberflächenfolie 20 des Bedienschalters 10 von der Seite der äußeren Oberfläche der Mittelkonsole 5 in einem Berührungsvorgang durch einen Benutzer gedrückt wird, werden die Oberflächenfolie 20 und das weiche Element 30 in Richtung der Sensorfolie 40 verschoben, und eine Eingabe wird durchgeführt. Der Bedienschalter 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine XY-Ebene mit einer rechteckigen Form auf, die in der X-Richtung länger ist als in der Y-Richtung. Es sollte beachtet werden, dass die Form der XY-Ebene des Bedienschalters 10 nicht spezifisch begrenzt ist.
Die Oberflächenfolie 20 bildet eine äußere Fläche des Bedienschalters 10 und ist ein Element, das von einem Finger I des Benutzers berührt werden kann. Der Finger I ist ein „Betätigungskörper“. Wie in 2 dargestellt, weist die Oberflächenfolie 20 einen Betätigungsbereich 21 und einen Umfangsbereich 22 auf. Die Oberflächenfolie 20 weist die Form einer dünnen Platte (Folie oder Blatt) mit einer Dicke (Plattendicke) in der Z-Richtung und einer Oberflächenausbreitung in einer XY-Ebene auf. Die Oberflächenfolie 20 ist flexibel genug, um sich zu verformen, wenn der Benutzer sie bei einer Berührung drückt, so dass der Betätigungsbereich 21 in der Z-Richtung nach unten verschoben wird. Die Oberflächenfolie 20 kann dehnbar sein.
Der Betätigungsbereich 21 ist eine Stelle bzw. ein Bereich, die von einem Benutzer bei einem Berührungsvorgang gedrückt werden muss, um eine der verschiedenen Funktionen des elektronischen Geräts auszuwählen oder auszuführen. Das heißt, der Betätigungsbereich 21 dient als ein Eingabeabschnitt des Bedienschalters 10. Der Bedienschalter 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist zwei Betätigungsbereiche 21 auf, die in X-Richtung nebeneinander in der Oberflächenfolie 20 angeordnet sind. Jeder der Betätigungsbereiche 21 weist in der Draufsicht eine quadratische Form auf. Der Bedienschalter 10 muss nur mindestens einen Betätigungsbereich 21 aufweisen. Die Anzahl der Betätigungsbereiche 21 ist nicht ausdrücklich begrenzt. Der Betätigungsbereich 21 ist in der Draufsicht von dem Umfangsbereich 22 umgeben.
Die Oberflächenfolie 20 weist eine beliebige Kennzeichnung auf, zum Beispiel ein Zeichen, ein Symbol oder ein Muster, das die Position und die Funktion des Betätigungsbereichs 21 darstellt. Der Betätigungsbereich 21 kann durch eine interne Lichtquelle (Hintergrundbeleuchtung) beleuchtet werden. Wenn der Betätigungsbereich 21 beleuchtet werden soll, kann die Kennzeichnung, zum Beispiel ein Zeichen, Symbol oder Muster, zum Leuchten gebracht werden, oder der Rand bzw. die Umgebung des Betätigungsbereichs 21 oder der gesamte Betätigungsbereich 21 kann zum Leuchten gebracht werden. Jegliche Dekoration, wie zum Beispiel die Position des Betätigungsbereichs 21, das Zeichen, Symbol oder Muster und eine lichtabschirmende Schicht, sind auf mindestens einer der äußeren oder inneren Flächen der Oberflächenfolie 20 durch ein beliebiges Verfahren, wie zum Beispiel Malen oder Drucken, angebracht. Die Position des Betätigungsbereichs 21 und die Kennzeichnung, wie zum Beispiel ein Zeichen, ein Symbol oder ein Muster, können durch Prägung (mit einem vertieften oder hervorstehenden Zeichen oder dergleichen) dargestellt werden. Die Darstellung der Position des Betätigungsbereichs 21 durch Einprägung mit einer beliebigen Form, wie zum Beispiel einer Vertiefung oder einem Vorsprung oder einer Rahmenform, ermöglicht es dem Benutzer, den Betätigungsbereich 21 auch durch Ertasten mit den Fingern (ohne hinzusehen) zu lokalisieren.
Vorzugsweise kann die Oberflächenfolie 20 zumindest in dem Betätigungsbereich 21 weich sein. Ein weicher Betätigungsbereich 21 ist verformbar, so dass er nach unten verschoben werden kann, wenn der Benutzer ihn bei einer Berührung drückt. Andererseits kann die Oberflächenfolie 20 vorzugsweise härter sein als das weiche Element 30, insbesondere in dem Umfangsbereich 22. Ein Umfangsbereich 22, der härter ist als das weiche Element 30, ermöglicht es dem Benutzer, den Betätigungsbereich 21 und den Umfangsbereich 22 auch durch die Haptik voneinander zu unterscheiden. Ein weicher Betätigungsbereich 21 des Bedienschalters 10 ist auf einfache Weise zu realisieren, wenn die Oberflächenfolie 20 in dem Betätigungsbereich 21 weich und flexibel ist und das weiche Element 30 unter der Oberflächenfolie 20 ebenfalls weich ist.
Die Oberflächenfolie 20 ist aus einem flexiblen Material gebildet, das einer Biegeverformung unterworfen werden kann, wie zum Beispiel einem Kunststoff- bzw. Harzfilm, einer Harzfolie oder einer Gummifolie (Film). Zu den für die Oberflächenfolie 20 geeigneten Harzfolien gehören thermoplastische Harze bzw. Kunststoffe wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polycarbonat (PC), Acryl (AC) und Polyvinylchlorid (PVC). Zu den für die Oberflächenfolie 20 geeigneten Gummifolien gehören synthetische Kautschuke (duroplastische Elastomere), wie zum Beispiel Silikon und Urethan (Polyurethan), sowie thermoplastische Elastomere.
Andere Materialien, die für die Oberflächenfolie 20 verwendet werden können, sind zum Beispiel Stoff, Gewebe, Vliesstoffe, Netzstoffe, Maschenfolie, Schaumfolie und Kunstleder. Ein solches Material sorgt dafür, dass die Oberflächenfolie 20 auf ihrer Oberfläche das Muster eines Stoffes oder dergleichen aufweist. Wenn der Stoff oder ähnliches große Lücken zwischen den Fasern oder ähnlichem aufweist, kann ein weicher Kunststoff- bzw. Harzfilm, wie zum Beispiel ein elastischer Urethanfilm, oder ein dünner Film oder ein dicht gepackter Vliesstoff oder ähnliches vorzugsweise unter den Stoff oder ähnliches gelegt werden, so dass die Lücken geschlossen werden. Auf diese Weise wird das Durchdringen des weichen Elements 30 vermieden.
Wenn die Oberflächenfolie 20 eine Dicke von 0,005 mm oder mehr aufweist, ist die Festigkeit der Oberflächenfolie 20 gewährleistet. Wenn die Oberflächenfolie 20 eine Dicke von 2 mm oder weniger aufweist, ist die Oberflächenfolie 20 auf einfache Weise zu verformen. Dementsprechend kann die Oberflächenfolie 20 vorzugsweise eine Dicke von 0,005 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt 0,05 mm, aufweisen.
Die Sensorfolie 40 ist für die kapazitive Eingabe zuständig und dient als kapazitiver Sensor, der dazu ausgebildet ist, die Annäherung eines beliebigen Fingers I des Benutzers zu erkennen. Die Sensorfolie 40 weist eine Basis- bzw. Grundfolie 41, eine Sensorelektrode 42 und eine Schutzschicht 43 auf.
Die Grundfolie 41 ist ein Element, das als Grundlage für die Sensorfolie 40 dient. Die Grundfolie 41 weist die Form einer dünnen Platte (Blatt) mit einer Dicke (Plattendicke) in der Z-Richtung und einer Oberflächenausbreitung in einer XY-Ebene auf. Die Grundfolie 41 und die Oberflächenfolie 20 sind so angeordnet, dass ihre jeweiligen Oberflächen, die sich in der XY-Ebene ausbreiten, einander zugewandt sind.
Die Grundfolie 41 ist aus einer Kunststoff- bzw. Harzfolie oder ähnlichem gebildet, die als lichtdurchlässiges und elektrisch isolierendes Material verwendet wird. Zu den für die Grundfolie 41 geeigneten Harzfolien gehören thermoplastische Harze, wie zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC), Acryl (AC) und Polyimid (PI). Wenn für die Grundfolie 41 keine Lichtdurchlässigkeit erforderlich ist, kann ein Glasfaser-Epoxidharz-Laminat verwendet werden.
Die Sensorelektrode 42 ist eine Elektrode zur Erzeugung einer Kapazität zusammen mit dem Finger I des Benutzers. Die Sensorelektrode 42 liegt in der Form eines Films mit einer Dicke (Filmdicke) in der Z-Richtung und einer Oberflächenausbreitung in einer XY-Ebene vor. Die Sensorelektrode 42 ist auf der Oberfläche der Grundfolie 41, die der Oberflächenfolie 20 zugewandt ist, und an einer Position vorgesehen, die mit dem Betätigungsbereich 21 korrespondiert. Die Sensorelektrode 42 kann entweder auf der Oberfläche der Grundfolie 41, die der Oberflächenfolie 20 zugewandt ist, oder auf der inneren Fläche der Grundfolie 41 angebracht sein, solange sich die Sensorelektrode 42 an einer Position befindet, die mit dem Betätigungsbereich 21 korrespondiert. Die Sensorelektrode 42 ist über einen Schaltdraht, der ebenfalls auf der Grundfolie 41 vorgesehen ist, mit einer Sensor-Steuer-IC verbunden.
Die Sensorelektrode 42 kann aus einer Metallpaste, wie zum Beispiel Silber, einer elektrisch leitfähigen Beschichtung, wie zum Beispiel Kohlenstoffpaste, einer elektrisch leitfähigen Metallfolie oder ähnlichem bestehen. Alternativ kann die Sensorelektrode 42 aus PEDOT/PSS (Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)-Polystyrolsulfonat (eine Dispersion aus Polyethylendioxythiophen und Polystyrolsulfonat)), ITO (Indiumzinnoxid) oder einer Paste gebildet sein, die elektrisch leitfähige Nanopartikel, wie zum Beispiel nanoskaliges feines leitfähiges Pulver oder feine leitfähige Fasern, enthält. Wenn die Sensorelektrode 42 eine dünne Folie oder eine Paste aus PEDOT/PSS oder ITO oder eine elektrisch leitfähige transparente Folie ist, die aus einer Paste mit elektrisch leitfähigen Nanopartikeln gebildet ist, ist die Sensorelektrode 42 lichtdurchlässig, sodass es dem Licht der Hintergrundbeleuchtung ermöglicht wird, durchgelassen zu werden. Wie die Sensorelektrode 42 kann auch der Schaltdraht aus einer Metallfolie, einer elektrisch leitfähigen Beschichtung oder ähnlichem bestehen.
Die Schutzschicht 43 (ein Resist bzw. Abdeckmittel) ist ein Element, das die Sensorelektrode 42 und den Schaltkreisdraht schützt. Die Schutzschicht 43 weist die Form einer dünnen Platte (Folie) mit einer Dicke (Plattendicke) in der Z-Richtung und einer Oberflächenausbreitung in einer XY-Ebene auf. Die Schutzschicht 43 ist über den jeweiligen Oberflächen der Grundfolie 41, der Sensorelektrode 42 und des Schaltkreises, die der Oberflächenfolie 20 zugewandt sind, angebracht und deckt dieselben auf diese Art und Weise ab. Wenn die Sensorelektrode 42 und der Schaltdraht auf der Innenseite der Grundfolie 41 angeordnet sind, bedeckt die Schutzschicht 43 die vorgenannten Elemente von der Innenseite her. Die Schutzschicht 43 wird aus einer elektrisch isolierenden Kunststoff- bzw. Harzfolie, einer Harzbeschichtung oder ähnlichem gebildet.
Wenn die Sensorfolie 40 eine Dicke von 10 µm oder mehr aufweist, ist die Festigkeit der Sensorfolie 40 gewährleistet. Wenn die Sensorfolie 40 eine Dicke von 2500 µm oder weniger aufweist, ist die Lichtdurchlässigkeit der Sensorfolie 40 gewährleistet und die Dicke des Bedienschalters 10 wird klein gehalten. Dementsprechend kann die Sensorfolie 40 vorzugsweise eine Dicke von 10 µm bis 2500 µm aufweisen.
Das weiche Element 30 ist ein Element, das ein flexibles taktiles Druckgefühl erzeugt, das dem Benutzer gegeben wird, der einen Berührungsvorgang auf dem Betätigungsbereich 21 durchführt. Das weiche Element 30 ist zwischen der Oberflächenfolie 20 und der Sensorfolie 40 vorgesehen. Das weiche Element 30 befindet sich zumindest zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42, die gepaart sind. Das weiche Element 30 weist die Form einer dünnen Platte mit einer Dicke (Plattendicke) in der Z-Richtung und einer Oberflächenausdehnung in einer XY-Ebene auf. Das weiche Element 30 ist flexibel genug, um zu ermöglichen, dass sich der Betätigungsbereich 21 als Reaktion auf die von dem Benutzer ausgeführte Berührung nach unten verformt.
In dem wie oben beschrieben ausgebildeten Bedienschalter 10 werden, wenn der Betätigungsbereich 21 in einem Berührungsvorgang gedrückt wird, die Oberflächenfolie 20 und das weiche Element 30 in Richtung der Sensorfolie 40 verschoben, und die Sensorelektrode 42 erfasst die Kapazität. Wie oben beschrieben, weist der Bedienschalter 10 das weiche Element 30 zumindest zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42, die gepaart sind, auf. Wenn der Benutzer den Betätigungsbereich 21 drückt, erhält er daher ein weiches taktiles Gefühl an seiner bzw. ihrer Fingerspitze und kann die erfolgte Eingabe spüren. Somit wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform dem Benutzer ein taktiles Gefühl gegeben, dass die Eingabe in den Bedienschalter 10 erfolgt ist.
Wie oben beschrieben, ist der Bedienschalter 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der Mittelkonsole 5 vorgesehen, die sich in einem rechtsgelenkten Kraftfahrzeug relativ zu dem Fahrersitz 2 auf der linken Seite befindet. Daher ist davon auszugehen, dass viele Fahrer den Betätigungsbereich 21 mit ihrer linken Hand, die nicht ihre dominante Hand ist, betätigen werden. Da jedoch der Betätigungsbereich 21 des Bedienschalters 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so ausgebildet ist, dass er ein flexibles taktiles Druckgefühl erzeugt, kann der Benutzer den Betätigungsbereich 21 sogar mit seiner bzw. ihrer linken Hand und nur durch das Gefühl lokalisieren, so dass der Benutzer sicher einen Berührungsvorgang auf dem Betätigungsbereich 21 durchführen kann.
Das weiche Element 30 ist aus einem Material mit einer sehr geringen Härte, wie einer gummi- oder gelartigen Polymermatrix, einem fettartigen weichen Füllstoff oder einer weichen Platte ausgebildet. Zu den für das weiche Element 30 geeigneten Kautschuken bzw. Gummiarten gehören synthetische Kautschuke, wie zum Beispiel Silikonkautschuk. Zu den Gelen, die für das weiche Element 30 geeignet sind, gehören Silikongel, Urethangel, Acrylgel und Hydrogel. Zu den auf das weiche Element 30 anwendbaren Fetten gehören Materialien auf Ölbasis, wie zum Beispiel solche auf Silikonbasis.
Das weiche Element 30 ist ein Element, das eine sehr geringe Härte aufweist. Das weiche Element 30 kann vorzugsweise eine Härte von A10 oder niedriger aufweisen (bei Messung mit einem Typ-A-Durometer gemäß JIS K 6253: 2012). Noch bevorzugter kann das weiche Element 30 eine Härte aufweisen, die durch eine Penetrationszahl von 50 oder höher dargestellt wird (bei der Messung mit einem Penetrationstester gemäß JIS K 2207: 2006). Noch viel bevorzugter kann das weiche Element 30 eine Härte aufweisen, die durch eine Nanoindentierungshärte von 10 N/mm2 oder weniger dargestellt wird (bei einer Messung gemäß ISO 14577-1 und JIS Z 2255: 2003). Die Nanoindentierungshärte errechnet sich aus der Prüfkraft beim Eindrücken einer Prüffläche mit einem Eindringkörper und dem Oberflächenbereich des resultierenden Eindrucks und wird durch Aufbringen einer maximalen Druckkraft (Druckkraft) von 1 mN als Prüfkraft in 10000 Millisekunden gemessen. Das weiche Element 30, das wie oben beschrieben geformt ist, trägt dazu bei, dass der Betätigungsbereich 21 ein flexibles taktiles Druckgefühl erzeugt.
Wenn das weiche Element 30 eine Dicke von 1 mm oder mehr aufweist, wird der Fingerspitze des Benutzers, der einen Berührungsvorgang auf dem Betätigungsbereich 21 durchführt, ein weiches Tastgefühl mit einem gewissen Maß an Einsinken vermittelt. Wenn das weiche Element 30 eine Dicke von 5 mm oder weniger aufweist, wird verhindert, dass sich die Empfindlichkeit des Sensors verringert. Dementsprechend kann das weiche Element 30 vorzugsweise eine Dicke von 1 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 3 mm aufweisen. Das heißt, das weiche Element 30 sollte eine Dicke aufweisen, die größer als ein bestimmter Wert ist, um dem Benutzer, der eine Berührung auf dem Betätigungsbereich 21 durchführt, ein flexibles taktiles Druckgefühl zu vermitteln.
Das weiche Element 30 kann vorzugsweise die Fähigkeit zur Wiederherstellung seiner Form aufweisen, sodass es die ursprüngliche Form wiederherstellt, wenn es entlastet wird, ohne dauerhaft (plastisch) verformt zu werden. Das Material für das weiche Element 30 kann vorzugsweise einen bleibenden Druckverformungsrest von 70 % oder weniger, vorzugsweise 50 % oder weniger, aufweisen. Ein solches weiches Element 30 nimmt auf einfache Weise seine ursprüngliche Form wieder an. Der bleibende Druckverformungsrest ist in Übereinstimmung mit JIS K 6262: 2013 wie folgt messbar: Das Material wird komprimiert und verformt, um eine um 25 % verringerte Dicke gegenüber der ursprünglichen Dicke zu erhalten, und wird 22 Stunden lang bei einer Temperatur von 70 °C gelagert. Dann wird das Material einer Messung bei Raumtemperatur unterzogen.
Um das weiche Element 30 zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42 vorzusehen, sollte der Abstand zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42 um mindestens den Betrag erhöht werden, der dem weichen Element 30 entspricht. Dadurch können die Empfindlichkeit und die Erfassungsgenauigkeit des Sensors verringert werden.
Um zu verhindern, dass sich die Empfindlichkeit und die Erfassungsgenauigkeit des Sensors verringern, kann das weiche Element 30 vorzugsweise elektrisch leitfähig sein. In dieser Hinsicht kann das weiche Element 30 einen leitfähigen Abschnitt 31 in einem Bereich zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42 aufweisen. Eine elektrisch leitfähige Substanz, die als leitfähiger Abschnitt 31 verwendet wird, weist in der Regel eine größere Dielektrizitätskonstante als isolierende Substanzen auf. Darüber hinaus erhöht die Erhöhung der Dielektrizitätskonstante des weichen Elements 30 den Wert der Kapazität, die zwischen dem Finger I, der den Betätigungsbereich 21 berührt, und der Sensorelektrode 42 erzeugt wird. Dementsprechend erhöht sich auch der von dem kapazitiven Sensor zu erfassende Wert. Folglich erhöht sich die Empfindlichkeit und Erfassungsgenauigkeit des Sensors.
Somit kann das weiche Element 30 einen leitfähigen Abschnitt 31 enthalten, der den Wert der Kapazität erhöht, um die Erfassungsempfindlichkeit in dem Bereich zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42 zu erhöhen. Der wie oben ausgebildete Bedienschalter 10 weist sowohl die Flexibilität, die durch das weiche Element 30 bereitgestellt wird, als auch die elektrische Leitfähigkeit, die durch den leitfähigen Abschnitt 31 bereitgestellt wird, auf. Daher ist der Bedienschalter 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, dem Benutzer ein taktiles Gefühl zu vermitteln, dass die Eingabe erfolgt ist, und die Empfindlichkeit und Erfassungsgenauigkeit des Sensors wird erhöht. Darüber hinaus wird in einem Fall, in dem eine Vielzahl von Paaren von Betätigungsbereichen 21 und Sensorelektroden 42 nahe beieinander vorgesehen sind, das Auftreten einer Fehldetektion eines Eingabevorgangs, der auf einem Betätigungsbereich 21 durchgeführt wird, der nicht mit der relevanten Sensorelektrode 42 gepaart ist, verhindert.
Vorzugsweise kann das weiche Element 30 einen spezifischen Durchgangswiderstand von zum Beispiel 1,0×10⁶ Ω·cm oder weniger aufweisen, so dass die Detektivität des Kapazitätssensors nicht beeinträchtigt wird. Vorzugsweise kann das weiche Element 30 einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1,0×10⁴ Ω·cm oder weniger aufweisen.
Der leitfähige Abschnitt 31 kann aus einem leitfähigen Medium gebildet werden, das in dem weichen Element 30 enthalten ist, das zum Beispiel aus einer Polymermatrix besteht. Es ist einfach, einen solchen leitfähigen Abschnitt 31 in der Polymermatrix zu bilden, die als weiches Element 30 dient und isolierend ist.
Zu den leitfähigen Medien, die für den leitfähigen Abschnitt 31 geeignet sind, gehören Metallpulver, Kohlenstoffpulver, Graphitpulver, elektrisch leitfähiges Polymerpulver und ITO-Pulver. Wenn das weiche Element 30 aus einem Hydrogel besteht, kann der leitfähige Abschnitt 31 einer von verschiedenen Elektrolyten oder ähnlichem sein. Der leitfähige Abschnitt 31 in dem weichen Element 30 kann nicht nur durch Mischen eines leitfähigen Mediums in eine Polymermatrix, sondern auch durch Verwendung eines leitfähigen Polymers als Grundmaterial des weichen Elements 30 erhalten werden.
Das weiche Element 30 kann vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet werden, das es ermöglicht, den Betätigungsbereich 21 zu beleuchten. Wenn das weiche Element 30 aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet wird, kann zum Beispiel eine interne Lichtquelle (Hintergrundbeleuchtung), die in der Nähe der Sensorelektrode 42 vorgesehen ist, den Betätigungsbereich 21 beleuchten. Auf diese Weise wird die Position des Betätigungsbereichs 21 in dem Bedienschalter 10 für den Benutzer deutlich angezeigt. Daher kann der Benutzer bei einer solchen Ausführung den Betätigungsbereich 21 sicher drücken. Vorzugsweise kann das weiche Element 30 eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht von 3 % oder mehr und 95 % oder weniger aufweisen, so dass das Licht der Hintergrundbeleuchtung durch das weiche Element 30 hindurch übertragen wird, um die Anzeige bzw. die Kennzeichnung, wie zum Beispiel ein Zeichen, ein Symbol oder ein Muster, das in dem Betätigungsbereich 21 vorgesehen ist, zu beleuchten.
Die Hintergrundbeleuchtung kann mit einer lichtemittierenden Vorrichtung, wie zum Beispiel einer LED (Leuchtdiode), und einem lichtleitfähigen Element, wie zum Beispiel einer lichtleitenden Platte, realisiert werden, die so angeordnet sind, dass sie Licht in Richtung der in dem Betätigungsbereich 21 vorgesehenen Anzeige werfen. Die lichtemittierende Vorrichtung für die Beleuchtung kann unterhalb des Betätigungsbereichs 21 in der Z-Richtung positioniert sein, oder sie kann entfernt von dem Betätigungsbereich 21 in einer seitlichen Richtung oder in einer anderen Richtung so positioniert sein, dass die Anzeige in dem Betätigungsbereich 21 durch das Lichtleitelement beleuchtet wird.
Das weiche Element 30 kann vorzugsweise sowohl eine elektrische Leitfähigkeit als auch eine Lichtdurchlässigkeit in dem Bereich zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42 aufweisen. Insbesondere wird durch die Bereitstellung des weichen Elements 30 mit elektrischer Leitfähigkeit und Lichtdurchlässigkeit in der Richtung von der Sensorelektrode 42 zu dem Betätigungsbereich 21 ein Bedienschalter 10 realisiert, bei dem die Detektivität des Sensors trotz der ausreichenden Dicke zur Erzeugung eines weichen Tastgefühls nicht verringert wird und die Anzeige in dem Betätigungsbereich 21 mit einer Hintergrundbeleuchtung beleuchtet werden kann. Wenn lichtdurchlässige Materialien als Material für das weiche Element 30 und als das leitfähige Medium verwendet werden, sind sowohl eine elektrische Leitfähigkeit als auch eine Lichtdurchlässigkeit für das weiche Element 30 gegeben. Wenn nanoskaliges feines Pulver oder feine Fasern als leitfähiges Medium verwendet werden, sind ebenfalls sowohl elektrische Leitfähigkeit als auch Lichtdurchlässigkeit für das weiche Element 30 gegeben.
Der leitfähige Abschnitt 31 kann ein orientierter Abschnitt 32 sein, in dem das leitfähige Medium in dem weichen Element 30 orientiert ist. Wie in 4A dargestellt, kann das leitfähige Medium zum Beispiel als ein orientierter Abschnitt 32 ausgebildet sein, in dem Ketten von kugelförmigen Partikeln 33 jeweils in der Z-Richtung (Dickenrichtung) orientiert sind. Wie als ein weiteres Beispiel in 4B dargestellt, kann das leitfähige Medium als ein orientierter Abschnitt 32 ausgebildet sein, in dem Ketten von faserartigen Partikeln 34 jeweils in Z-Richtung ausgerichtet sind. Gemäß einem weiteren Beispiel, das in 4C dargestellt ist, kann das leitfähige Medium als ein orientierter Abschnitt 32 ausgebildet sein, in dem Filamentpartikel 35 jeweils so orientiert sind, dass sie sich kontinuierlich in Z-Richtung erstrecken. In jedem der Fälle der kugelförmigen Partikel 33, der faserartigen Partikel 34 und der Filamentpartikel 35 sind die Partikel des leitfähigen Mediums in der Z-Richtung dichter angeordnet als in der XY-Richtung (einer ebenen Richtung) und sie sind in der Z-Richtung elektrisch kontinuierlich miteinander verbunden. Somit weist der leitfähige Abschnitt 31 des weichen Elements 30 in dem Bereich zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42 eine elektrische Leitfähigkeit in der Z-Richtung auf.
Als weiteres Beispiel kann, wie in 4D dargestellt, das leitfähige Medium als ein orientierter Abschnitt 32 ausgebildet sein, in dem faserartige Partikel 36 in der Z-Richtung orientiert sind, jedoch diskontinuierlich. In einem solchen Fall sind die faserartigen Partikel 36 nicht miteinander in Kontakt und elektrisch nicht durchgängig, bevor der Betätigungsbereich 21 und das weiche Element 30 in einem Berührungsvorgang gepresst werden. Wenn jedoch der Betätigungsbereich 21 und das weiche Element 30 in einem Berührungsvorgang gepresst werden, kommen die faserartigen Partikel 36 miteinander in Kontakt und werden in Z-Richtung elektrisch durchgängig miteinander. Daher ist auch in diesem Fall der leitfähige Abschnitt 31 des weichen Elements 30 in dem Bereich zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42 in Z-Richtung elektrisch leitfähig.
Da das leitfähige Medium in der Z-Richtung orientiert ist, um den orientierten Abschnitt 32 zu bilden, in dem die Partikel des leitfähigen Mediums elektrisch kontinuierlich miteinander verbunden sind, indem sie Ketten oder kontinuierliche Linien bilden, ist die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Betätigungsbereich 21 und der Sensorelektrode 42 auf einfache Weise gewährleistet, selbst wenn die Dichte des leitfähigen Mediums reduziert ist. In dem weichen Element 30, das den leitfähigen Abschnitt 31 enthält, der als der orientierte Abschnitt 32 dient bzw. ausgebildet ist, kann die Anordnung bzw. die Anzahl der Partikel des leitfähigen Mediums in der XY-Richtung spärlich gestaltet werden, da die elektrische Leitfähigkeit wie oben beschrieben gewährleistet ist. Das leitfähige Medium neigt dazu, eine geringere Lichtdurchlässigkeit aufzuweisen als zum Beispiel eine Polymermatrix, die als Hauptmaterial für das weiche Element 30 verwendet wird. Da die Partikel des leitfähigen Mediums in der XY-Richtung spärlich angeordnet sein können, kann das weiche Element 30 eine erhöhte Lichtdurchlässigkeit in der Z-Richtung aufweisen. Da die Dichte des leitfähigen Mediums reduziert werden kann, kann des Weiteren die Flexibilität des weichen Elements 30 auf einfache Weise gewährleistet werden. Außerdem kann die Härte des weichen Elements 30 auf ein sehr niedriges Niveau reduziert werden. Die Ausrichtung des leitfähigen Mediums in der Z-Richtung wird definiert, indem die Ausrichtung oder Kettenanordnung der Partikel des leitfähigen Mediums festgelegt wird, während eine Kraft, zum Beispiel ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld oder ein Strömungsfeld, verwendet wird, und dann die Positionen der Partikel fixiert werden.
Das weiche Element 30 kann aus einem Material gebildet werden, dessen elektrische Leitfähigkeit und Lichtdurchlässigkeit in der Z-Richtung hoch, aber in der XY-Richtung niedrig sind, d.h. ein Material, das in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit und Lichtdurchlässigkeit anisotrop ist. Das weiche Element 30 kann vorzugsweise einen spezifischen Durchgangswiderstand in XY-Richtung von zum Beispiel 1 ,0×10⁸ Ω·cm oder mehr aufweisen. Da das weiche Element 30 eine relativ niedrige Leitfähigkeit in der XY-Richtung aufweist, ist es weniger wahrscheinlich, dass der Kapazitätssensor eine falsche Erkennung eines Berührungsvorgangs verursacht, der auf einem Betätigungsbereich 21 ausgeführt wird, der nicht mit der entsprechenden Sensorelektrode 42 gepaart ist. Das weiche Element 30 kann vorzugsweise eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweisen, die zum Beispiel weniger als 3 % in XY-Richtung beträgt. Da das weiche Element 30 eine relativ niedrige Lichtdurchlässigkeit in XY-Richtung aufweist, ist es weniger wahrscheinlich, dass irrelevante Betätigungsbereiche 21 beleuchtet werden. Daher wird nur der relevante Betätigungsbereich 21 deutlich beleuchtet.
Das weiche Element 30 kann leitfähige weiche Elemente und isolierende weiche Elemente enthalten, die in Z-Richtung gestapelt sind. Die leitfähigen weichen Elemente enthalten jeweils den leitfähigen Abschnitt 31, während die isolierenden weichen Elemente jeweils den leitfähigen Abschnitt 31 nicht enthalten. Die leitfähigen weichen Elemente und die isolierenden weichen Elemente können abwechselnd gestapelt werden, oder es können entweder die leitfähigen weichen Elemente oder die isolierenden weichen Elemente nacheinander gestapelt werden.
Der Bedienschalter 10 kann jedes beliebige Element enthalten, das die Oberflächenfolie 20, das weiche Element 30 usw. festhält. Zum Beispiel kann der Bedienschalter 10 ein erstes hartes Träger- bzw. Stützelement 51 enthalten, das auf einer Oberfläche der Sensorfolie 40 vorgesehen ist, die der dem weichen Element 30 zugewandten Oberfläche gegenüber liegt. Das erste harte Stützelement 51 weist die Form einer dünnen Platte (Folie) mit einer Dicke (Plattendicke) in der Z-Richtung und einer Oberflächenausbreitung in einer XY-Ebene auf. Das erste harte Stützelement 51 ist steif genug, um das weiche Element 30 und die Sensorfolie 40 zu stützen, die dazu neigen, in der Z-Richtung nach unten verschoben zu werden.
Das erste harte Stützelement 51 stützt das weiche Element 30 mit der dazwischen liegenden Sensorfolie 40. Auf diese Weise hält das erste harte Stützelement 51 die Formen des weichen Elements 30, das flexibel ist, und der Sensorfolie 40, das dünn und auf einfache Weise zu verformen ist, fest und verhindert, dass das weiche Element 30 und die Sensorfolie 40 herausfließen. Wenn der Betätigungsbereich 21 gedrückt wird, bewirkt das erste harte Stützelement 51, dass das weiche Element 30 eine abstoßende Kraft bzw. Gegenkraft bzw. Rückstoßkraft gegen die Druckverformung ausübt, wodurch das Absinken des weichen Elements 30 und der Sensorfolie 40 bis zu einem gewissen Grad unterdrückt und ein gewünschtes weiches Tastgefühl aufrechterhalten wird.
Erste Modifikation [Fig. 51
Wie in 5 dargestellt, weist ein Bedienschalter 10A zum Beispiel ein zweites hartes Träger- bzw. Stützelement 52 auf. Das zweite harte Stützelement 52 weist ein Loch auf und ist zwischen der Oberflächenfolie 20 und der Sensorfolie 40 vorgesehen. Das weiche Element 30 ist in dem Loch vorgesehen. Das zweite harte Stützelement 52 weist die Form einer dünnen Platte (Blatt) mit einer Dicke (Plattendicke) in der Z-Richtung und einer Oberflächenausbreitung in einer XY-Ebene auf. Das zweite harte Stützelement 52 weist ein Loch auf, das an einer mit der Sensorelektrode 42 korrespondierenden Position vorgesehen ist und sich durch das zweite harte Stützelement 52 in der Z-Richtung erstreckt. Insbesondere weist der Bedienschalter 10A in der vorliegenden Modifikation weiche Elemente 30 auf, die über den jeweiligen Sensorelektroden 42 vorgesehen sind, und jedes der weichen Elemente 30 ist von dem zweiten harten Stützelement 52 umgeben, das eine Rahmenform aufweist. Somit ist das weiche Element 30 nur zwischen jedem Betätigungsbereich 21 und der Sensorfolie 40 vorhanden.
Wie oben beschrieben, umgibt das zweite harte Stützelement 52 das weiche Element 30, das in dessen Loch vorgesehen ist. Somit positioniert das zweite harte Stützelement 52 die weichen Elemente 30 seitlich. Darüber hinaus erzeugt das zweite harte Stützelement 52 eine weiche taktile Empfindung in dem Betätigungsbereich 21, aber eine harte taktile Empfindung in dem Umfangsbereich 22, der um den Betätigungsbereich 21 herum definiert ist. Somit kann der Benutzer gemäß einem solchen Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Eingabevorgang an einer korrekten Position durchführen, auch ohne auf den Bedienschalter 10A zu schauen.
Zweite Modifikation [Fig. 61
Wie in 6 dargestellt, weist ein Bedienschalter 10B zum Beispiel ein drittes hartes Träger- bzw. Stützelement 53 auf. Das dritte harte Stützelement 53 ist in dem Umfangsbereich 22 der Oberflächenfolie 20 und auf einer Oberfläche der Oberflächenfolie 20 vorgesehen, die dem weichen Element 30 gegenüberliegt. Das dritte harte Stützelement 53 weist die Form einer dünnen Platte (Folie) mit einer Dicke (Plattendicke) in der Z-Richtung und einer Oberflächenausbreitung in einer XY-Ebene auf. Das dritte harte Stützelement 53 weist ein Loch auf, das an einer mit dem Betätigungsbereich 21 korrespondierenden Position vorgesehen ist und sich durch das zweite harte Stützelement 53 in der Z-Richtung erstreckt. Insbesondere sind bei dem Bedienschalter 10B in der vorliegenden Modifikation der Umfangsbereich 22 der Oberflächenfolie 20 und das dritte harte Stützelement 53 gestapelt. Daher ist der Umfangsbereich 22 dicker als der Betätigungsbereich 21 in der Z-Richtung.
Somit wird die Dicke des Umfangsbereichs 22 durch das dritte harte Stützelement 53 erhöht, wodurch der Umfangsbereich 22 gehärtet wird. Dementsprechend erzeugt das dritte harte Stützelement 53 eine weiche taktile Empfindung in dem Betätigungsbereich 21, aber eine harte taktile Empfindung in dem Umfangsbereich 22, der um den Betätigungsbereich 21 herum festgelegt ist. Somit kann der Benutzer gemäß einem solchen Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Eingabevorgang an einer korrekten Position durchführen, auch ohne auf den Bedienschalter 10B zu schauen. Vorzugsweise kann das dritte harte Stützelement 53 eine Dicke von zum Beispiel 0,5 mm aufweisen, so dass der Umfangsbereich 22 gehärtet ist.
Das erste harte Stützelement 51 und das zweite harte Stützelement 52 können jeweils aus hartem thermoplastischem Kunststoff bzw. Harz, einem hartem duroplastischen Harz, einem synthetischen Kautschuk, einem thermoplastischen Elastomer oder ähnlichem gebildet werden. Die Materialien für das erste harte Stützelement 51 und das zweite harte Stützelement 52 können vorzugsweise elektrisch isolierend sein. Besonders bevorzugt kann das erste harte Stützelement 51 aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen, so dass es dem Licht der Hintergrundbeleuchtung ermöglicht wird, hindurchzutreten.
Das erste harte Stützelement 51 kann mit dem zweiten harten Stützelement 52 und dem dritten harten Stützelement 53 kombiniert werden.
Dritte Modifikation [Figuren 7 und 81
Wie in den 7 und 8 dargestellt, weist ein Bedienschalter 10C gemäß einer dritten Modifikation eine isolierende Nut 37 auf, die als „Isolierabschnitt“ dient, der das Auftreten von Fehldetektionen zwischen benachbarten Betätigungsbereichen 21 verhindert. Der Betätigungsbereich 21 weist in der vorliegenden Modifikation einen ersten Betätigungsbereich 21A und einen zweiten Betätigungsbereich 21 B auf. Außerdem weist die Sensorelektrode 42 eine erste Elektrode 42A, die mit dem ersten Betätigungsbereich 21A korrespondiert, und eine zweite Elektrode 42B auf, die mit dem zweiten Betätigungsbereich 21 B korrespondiert. Das weiche Element 30 weist die isolierende Nut 37 auf, die einen Spalt zwischen einem ersten Abschnitt 38A und einem zweiten Abschnitt 38B bildet. Der erste Abschnitt 38A befindet sich zwischen dem ersten Betätigungsbereich 21A und der ersten Elektrode 42A. Der zweite Abschnitt 38B befindet sich zwischen dem zweiten Betätigungsbereich 21 B und der zweiten Elektrode 42B. Die isolierende Nut 37 weist eine bestimmte Nutbreite in X-Richtung und in der Seitenansicht einen rechteckigen Querschnitt auf.
Der erste Abschnitt 38A, der sich zwischen dem ersten Betätigungsbereich 21A und der ersten Elektrode 42A befindet, die gepaart sind, und der zweite Abschnitt 38B, der sich zwischen dem zweiten Betätigungsbereich 21 B und der zweiten Elektrode 42B befindet, die ebenfalls gepaart sind, sind durch die isolierende Nut 37 voneinander getrennt. Die Leitfähigkeit ist in dem Spalt zwischen dem ersten Abschnitt 38A und dem zweiten Abschnitt 38B, die durch die isolierende Nut 37 voneinander getrennt sind, äußerst gering. Daher ist es unwahrscheinlicher, dass jede der Sensorelektroden 42 durch einen irrelevanten der Betätigungsbereiche 21 beeinflusst wird, der nicht mit diesem gepaart ist. Dementsprechend werden mit der isolierenden Nut 37, die in dem weichen Element 30 vorgesehen ist, die Empfindlichkeit und die Erfassungsgenauigkeit des Sensors in dem Bedienschalter 10C erhöht, und das Auftreten einer Fehldetektion in dem Bedienschalter 10C, der eine Vielzahl von Betätigungsbereichen 21 enthält, wird verhindert.
Darüber hinaus erschwert die isolierende Nut 37 den Weg des Lichts zwischen dem ersten Abschnitt 38A und dem zweiten Abschnitt 38B. Daher neigt das Licht, das von einer Position in der Nähe einer der Sensorelektroden 42 in das weiche Element 30 eintritt, dazu, einen der Betätigungsbereiche 21 zu erreichen, der mit dieser Sensorelektrode 42 gepaart ist. Dementsprechend wird der Betätigungsbereich 21, der mit einer der Sensorelektroden 42 gepaart ist, durch die in dem weichen Element 30 vorgesehene isolierende Nut 37 konzentriert beleuchtet. Darüber hinaus wird in einem solchen Fall, in dem eine Vielzahl von Paaren von Betätigungsbereichen 21 und Sensorelektroden 42 nahe beieinander vorgesehen sind, verhindert, dass einer der Betätigungsbereiche 21, der nicht mit der relevanten Sensorelektrode 42 gepaart ist, beleuchtet wird.
Die als „Isolierabschnitt“ dienende isolierende Nut 37, die den ersten Abschnitt 38A und den zweiten Abschnitt 38B voneinander trennt, ist nicht auf einen Spalt beschränkt und kann aus einem Material gebildet werden, das sich von dem Material für das weiche Element 30 unterscheidet. Der „isolierende Abschnitt“ kann aus elektrisch isolierendem Gel, Gummi, Kunststoff bzw. Harz oder ähnlichem gebildet sein. Der „isolierende Abschnitt“, der aus einem solchen Material gebildet wird, macht es auch weniger wahrscheinlich, dass jede der Sensorelektroden 42 durch irrelevante Betätigungsbereiche 21 beeinflusst wird, die nicht mit ihr gepaart sind. Auf diese Weise werden die Empfindlichkeit und die Erfassungsgenauigkeit des Sensors in dem Bedienschalter 10C erhöht und das Auftreten von Fehldetektionen in dem Bedienschalter 10C, der eine Vielzahl von Betätigungsbereichen 21 enthält, wird verhindert. Ein „isolierender Abschnitt“, der aus elektrisch isolierendem Gel, Gummi, Kunststoff bzw. Harz oder ähnlichem gebildet ist, trägt ebenfalls zu einer konzentrierten Beleuchtung des Betätigungsbereichs 21 bei, der mit einer relevanten Sensorelektrode 42 gepaart ist. Darüber hinaus wird in dem Fall, in dem mehrere Paare von Betätigungsbereichen 21 und Sensorelektroden 42 nahe beieinander vorgesehen sind, verhindert, dass einer der Betätigungsbereiche 21, der nicht mit der entsprechenden Sensorelektrode 42 gepaart ist, beleuchtet wird.
Zweite Ausführungsform [Figuren 9 bis 131
Ein Bedienschalter 10D, der als „kapazitive Eingabevorrichtung“ dient, muss nicht notwendigerweise unter einer flachen Oberflächenfolie 20, die keine Unregelmäßigkeiten aufweist, eingebettet sein und ist auch bei einem elektronischen Gerät anwendbar, das einen Eingabeabschnitt mit einer dreidimensionalen äußeren Fläche aufweist. Insbesondere weist der Bedienschalter 10D gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine dreidimensionale äußere Fläche auf, und der Betätigungsbereich 21 desselben ist auf der äußeren Fläche festgelegt. Wie in den 9 und 10 dargestellt, weist die Oberflächenfolie 20 eine dreidimensionale, runde, säulenartige Form auf. Der Betätigungsbereich 21 ist an der Oberseite der runden Säule festgelegt. Die Sensorfolie 40 ist in der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu der ersten Ausführungsform umgedreht angeordnet. Insbesondere ist die Sensorfolie 40 so positioniert, dass ihre Grundfolie 41 dem weichen Element 30 zugewandt ist. Eine Oberfläche der Sensorfolie 40, die der dem weichen Element 30 zugewandten Oberfläche gegenüberliegt, ist einem runden, säulenartigen ersten harten Stützelement 51 zugerichtet.
Wie oben beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Betätigungsbereich 21 auf einer dreidimensionalen äußeren Fläche festgelegt bzw. vorgesehen. Somit wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Anwendungsbereich des Bedienschalters 10 ausgeweitet. Der dreidimensionale Körper, auf dem der Betätigungsbereich 21 festgelegt ist, ist nicht auf einen runden säulenförmigen Körper beschränkt und kann ein beliebiger von verschiedenen dreidimensionalen Körpern sein, wie zum Beispiel eine konvexe Oberfläche, eine konkave Oberfläche, ein Prisma, ein Kegelstumpf, ein Pyramidenstumpf und ein ringförmiger Körper.
Vierte Modifikation [Figuren 11 bis 131
Die äußere Fläche, auf der der Betätigungsbereich 21 festgelegt ist, ist nicht auf die Oberseite eines dreidimensionalen Körpers beschränkt. Ein Bedienschalter 10E gemäß einer vierten Modifikation, die in den 11 und 12 dargestellt ist, weist einen Betätigungsbereich 21 auf einer Umfangsfläche (Außenumfangsfläche) eines runden säulenförmigen Körpers auf. Insbesondere sind vier Betätigungsbereiche 21 in Abständen von 90° in Umfangsrichtung vorgesehen. Die Grundfolie 41 ist auf der Innenseite in radialer Richtung der Betätigungsbereiche 21 und konzentrisch zu der Oberflächenfolie 20 angeordnet. Die Grundfolie 41 ist an ihrer inneren Umfangsfläche mit Sensorelektroden 42 an Positionen versehen, die mit den jeweiligen Betätigungsbereichen 21 in radialer Richtung korrespondieren. Das weiche Element 30 ist zwischen der Oberflächenfolie 20 und der Grundfolie 41 angeordnet.
Wie in 13A dargestellt, kann das weiche Element 30 eine durchgehende zylindrische Form aufweisen. Alternativ können, wie in 13B dargestellt, vier weiche Elemente 30 in Umfangsrichtung in Abständen von 90° korrespondierend zu den Betätigungsbereichen 21 und den Sensorelektroden 42 vorgesehen sein. In letzterem Fall ist ein rahmenförmiges viertes hartes Träger- bzw. Stützelement 54 so vorgesehen, dass es sich zwischen benachbarten weichen Elementen 30 befindet.
Wie oben beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Betätigungsbereich 21 auf der seitlichen Fläche (äußeren Umfangsfläche) eines dreidimensionalen Körpers festgelegt. Somit wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Anwendungsbereich erweitert, wobei der Bedienschalter 10E als Eingabevorrichtung für ein elektronisches Gerät dient, das in einer Richtung zu drücken ist, die eine Richtung von der Oberseite schneidet.
Die Sensorfolie 40 ist in der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu der ersten Ausführungsform nach innen außen gerichtet. Insbesondere ist die Sensorfolie 40 so positioniert, dass ihre Grundfolie 41 dem weichen Element 30 zugewandt ist. Alternativ kann die Sensorfolie 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der gleichen Richtung wie bei der ersten Ausführungsform ausgerichtet sein.
Dritte Ausführungsform [Figuren 14 bis 171
Die „kapazitive Eingabevorrichtung“ kann so ausgebildet sein, dass sie die äußere Oberfläche eines elektronischen Geräts mit der Oberflächenfolie 20 weitgehend bedeckt, so dass deren Oberfläche kontinuierlich mit einem äußeren, darum herum vorgesehenen Element 60 (einem Gehäuse) ist. Insbesondere, wie in 14 und anderen dargestellt, bedeckt die Oberflächenfolie 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kontinuierlich die Oberflächen der Bedienschalter 10 (ein Bedienschalter 10F und Bedienschalter 10H sind dargestellt), die nahe beieinander angeordnet sind, und das äußere Element 60, wodurch die äußere Oberfläche des elektronischen Geräts gebildet wird.
Der Bedienschalter 10F gemäß der in 15 dargestellten dritten Ausführungsform ragt aus der äußeren Fläche des äußeren Elements 60 heraus, wobei am Rand des äußeren Elements 60 ein leichter Spalt vorgesehen ist. Die Sensorelektrode 42 ist nicht dargestellt. Bei dem Bedienschalter 10F ist die gesamte Oberseite der Oberflächenfolie 20 in dem vorstehenden Teil als Betätigungsbereich 21 definiert. Das weiche Element 30 weist die Form einer Scheibe auf. Das weiche Element 30 wird an der Oberseite eines fünften harten Träger- bzw. Stützelements 55 abgestützt, während es sich innerhalb des als Bedienschalter 10F definierten Bereichs über die gesamte Innenfläche der Oberflächenfolie 20 ausbreitet. Die Sensorfolie 40 ist auf einer Oberfläche des fünften harten Stützelements 55 vorgesehen, die der dem weichen Element 30 zugewandten Oberfläche gegenüberliegt. Alternativ kann die Sensorfolie 40 zwischen dem fünften harten Stützelement 55 und dem weichen Element 30 vorgesehen sein.
Fünfte Modifikation [Fig. 161
Ein Bedienschalter 10G gemäß einer in 16 dargestellten fünften Modifikation weist ein weiches Element 30 auf, das eine hohlzylindrische Form aufweist. Die Oberflächenfolie 20 wird direkt von dem fünften harten Stützelement 55 getragen. Das weiche Element 30 ist entlang des gesamten Innenumfangs der Seitenfläche der Oberflächenfolie 20 vorhanden und wird von der äußeren Umfangsfläche des fünften harten Stützelements 55 getragen.
Sechste Modifikation [Fig. 171
Ein Bedienschalter 10H gemäß einer sechsten Modifikation, die in 17 dargestellt ist, ist so ausgebildet, dass er nicht über die äußere Fläche des äußeren Elements 60 hinausragt, wobei an der Kante des äußeren Elements 60 ein leichter Spalt vorgesehen ist. Insbesondere erstreckt sich die Oberflächenfolie 20 in beiden Bereichen, die durch den Bedienschalter 10H und das äußere Element 60 definiert sind, flach. Das weiche Element 30 weist die Form einer rechteckigen flachen Platte auf. Das weiche Element 30 stützt sich an der Oberseite eines sechsten harten Träger- bzw. Stützelements 56 ab, während es sich innerhalb des Bereichs, der als Bedienschalter 10H definiert ist, über die gesamte Innenfläche der Oberflächenfolie 20 erstreckt. Die Sensorfolie 40 ist auf einer Oberfläche des sechsten harten Stützelements 56 vorgesehen, die der dem weichen Element 30 zugewandten Oberfläche gegenüberliegt. Alternativ kann die Sensorfolie 40 zwischen dem sechsten harten Stützelement 56 und dem weichen Element 30 vorgesehen sein.
Der Bedienschalter 10F oder dergleichen gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das äußere Element 60 sind mit einer einzigen durchgehenden Oberflächenfolie 20 bedeckt. Daher bietet der Bedienschalter 10F oder dergleichen gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Oberfläche mit einem nahtlosen Erscheinungsbild ohne Lücken oder Nähte zwischen relevanten Elementen.
Wenn die Oberflächenfolie 20 weich oder ausreichend dünn ist, ist die Oberflächenfolie 20 an dem Spalt zwischen dem Bedienschalter 10F oder dergleichen und dem äußeren Element 60 dehnbar und biegbar. Daher kann der Betätigungsbereich 21 des Bedienschalters 10F oder dergleichen relativ zu dem äußeren Element 60 nach unten gedrückt werden. Nichtsdestotrotz ist ein Teil der Oberflächenfolie 20, der mit dem weichen Element 30 in Kontakt ist, zusammendrückbar, um ein taktiles Gefühl des Drückens zu erzeugen. Daher muss die Oberflächenfolie 20 bei dem auf dem Betätigungsbereich 21 ausgeführten Pressvorgang nicht notwendigerweise relativ zu dem äußeren Element 60 verformbar sein.
Bei der „kapazitiven Eingabevorrichtung“, die in der vorliegenden Anmeldung offenbart wird, können die in den oben genannten Ausführungsformen beschriebenen Ausführungen und deren Modifikationen in beliebiger Weise kombiniert werden, ohne dass es zu Widersprüchen kommt. Zum Beispiel kann das zweite harte Stützelement 52, das dritte harte Stützelement 53 oder ähnliches gemäß der ersten Ausführungsform mit jeder der Ausführungen gemäß der zweiten Ausführungsform kombiniert werden.
Während einige Ausführungsformen im Detail beschrieben wurden, sollte es für den Fachmann leicht verständlich sein, dass viele Modifikationen denkbar sind, ohne dass wesentlich von dem neuen Gegenstand und den vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Daher sind alle derartigen Modifikationen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung einzubeziehen.
BEISPIELE
Nachfolgend werden der Bedienschalter 10 und andere, die als „kapazitive Eingabegeräte“ gemäß den vorliegenden Ausführungsformen dienen, detaillierter und spezifischer anhand einiger Beispiele beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegenden Ausführungsformen nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt sind.
Die folgenden Beispiele beziehen sich jeweils auf den in 3 und anderen dargestellten Bedienschalter 10, der die Oberflächenfolie 20, die Sensorfolie 40 und das zwischen beiden vorgesehene weiche Element 30 aufweist. Die Oberflächenfolie 20 wurde aus einer weichen Polyurethanfolie mit einer Dicke von 0,05 mm gebildet. Die Sensorfolie 40 wurde durch Anbringen einer Vielzahl von (zwei oder mehr) Sensorelektroden 42 und Schaltdrähten auf einer Grundfolie 41 und Bedecken der vorgenannten Elemente mit einer Schutzschicht 43 gebildet. Die Grundfolie 41 wurde aus einer PET-Folie mit einer Dicke von 0,1 mm hergestellt. Die Vielzahl von Sensorelektroden 42 waren jeweils eine leitfähige Beschichtung, die aus einer PEDOT/PSS-Leitpaste gebildet wurde. Die Schaltkreisdrähte waren jeweils ebenfalls eine leitfähige Beschichtung aus einer silberpulverhaltigen Paste. Die Schutzschicht 43 war eine elektrisch isolierende Kunststoff- bzw. Harzbeschichtung.
Die weichen Elemente 30 bei den jeweiligen Beispielen, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind, wurden jeweils aus demselben Material oder einer Kombination verschiedener Materialien hergestellt. Die weichen Elemente 30 in den jeweiligen Beispielen wurden jeweils über zwei Sensorelektroden 42 angebracht. Die weichen Elemente 30 wurden jeweils so hergestellt, dass sie eine Gesamtdicke von 3 mm aufweisen.
Für jedes der wie oben hergestellten weichen Elemente 30 wurde der spezifische Durchgangswiderstand [Ω·cm] sowohl in Dickenrichtung (Z-Richtung) als auch in ebener Richtung (XY-Richtung) gemessen. Der spezifische Durchgangswiderstand wurde berechnet, indem der elektrische Widerstand [Ω] in der Dickenrichtung und in der ebenen Richtung des weichen Elements 30 gemessen, der elektrische Widerstand mit der Querschnittsfläche multipliziert und das Ergebnis durch die Länge geteilt wurde. Der elektrische Widerstand wurde mit einem Digitalmultimeter (R6552 von ADVANTEST CORPORATION) gemessen. Bei der Messung des elektrischen Widerstands eines Elements mit einer Dicke von 1,0 mm, wie in der nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführung 2, wurden fünf solcher Elemente in Dickenrichtung gestapelt, um eine Gesamtdicke von 0,5 cm zu erhalten, und der elektrische Widerstand des Stapels wurde gemessen.
Die so erhaltenen Bedienschalter 10 wurden jeweils auf einen Messtisch S, wie in 18 dargestellt, gelegt und jeweils verschiedenen Messungen unterzogen. Ein Druckwerkzeug P, das als Messwerkzeug in Form eines menschlichen Fingers I, der dem „Bedienkörper“ entspricht, diente, wurde gegen jeden der Bedienschalter 10 von oben gegen einen zentralen Teil einer Sensorelektrode 42 gedrückt, und es wurden die Rückstoßkraft [N] relativ zu dem Presshub [mm] und die Empfindlichkeit jeder der Sensorelektroden 42 gemessen. Das Presswerkzeug P bestand aus leitfähigem Gummi mit einer Härte von A60 und wies eine runde, säulenförmige Form mit einem Durchmesser von 6 mm auf. Die Rückstoßkraft wurde mit einer Kraftmessdose gemessen, die mit dem Presswerkzeug P verbunden war, an dessen Spitze sich das oben genannte leitfähige Gummi befand.
In den folgenden Beispielen wurden verschiedene Materialien für das weiche Element 30 verwendet. Daher wurde für die Beispiele als einheitlicher Härteindex die von jedem der weichen Elemente 30 bei einem Presshub von 1,0 mm ausgeübte Rückstoßkraft definiert, die einer Kompression des weichen Elements 30 um 33 % entspricht. Wenn die bei der Kompression um 33 % ausgeübte Rückstoßkraft 6 N oder weniger betrug, wurde die Kraft als gering genug angesehen, um ein weiches Tastgefühl zu erzeugen, und als Material für das weiche Element 30 bevorzugt, was im Voraus bestätigt wurde.
Die Empfindlichkeit jeder der Sensorelektroden 42 wurde gemessen, während der Anschluss der Sensorfolie 40, der mit der Sensorelektrode 42 elektrisch verbunden war, mit einem Steuer-IC (integrierter Schaltkreis) verbunden war. Als Steuer-IC wurde ein PSoC-IC (eingetragene Marke) verwendet (ein Mikrocontroller CY8C24894, 56-poliges QFN (Quad Flat No Leads Package), von Cypress Semiconductor Corporation). Die Parameter für den PSoC IC wurden wie folgt eingestellt: Auflösung auf 12 Bit (4096), Referenzwert auf 2, Vorteiler-Periode bzw. Dauer auf 3, Abtastgeschwindigkeit auf normal und PRS-Polynom (Pseudo-Randomsequenz-Polynom) auf kurz.
Als Empfindlichkeitsindex für die Sensorelektroden 42 wurde der DIFF-Wert [-] verwendet, der auf dem Betrag der Kapazitätsänderung basiert. Dabei bezieht sich der DIFF-Wert auf den Differenzwert zwischen einer erfassten Kapazität (RAW-Wert) und einem Basiswert (DIFF-Wert = aktuelle Messung (RAW-Wert) - Basiswert). Für jeden der Bedienschalter 10 wurde der DIFF-Wert einer der Sensorelektroden 42 gemessen, die dem Betätigungsbereich 21 entspricht, in dem das Presswerkzeug P positioniert wurde, und der DIFF-Wert der anderen Sensorelektrode 42, die der zu aktivierenden Sensorelektrode 42 benachbart war.
(Beispielhafte Anordnung 1)
Bei der beispielhaften Anordnung 1 war das weiche Element 30 als isolierendes weiches Element aus einem nicht leitfähigen Gel gebildet. Als nicht leitfähiges Gel wurde ein mittels Additionsreaktion reagierendes Zweikomponenten-Silikongel (TSE3070 von Momentive Inc.) verwendet. Das weiche Element 30 der beispielhaften Anordnung 1 war aus isolierendem Silikongel geformt, das elektrisch isolierend war und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1 ×10¹⁵ Ω·cm aufwies. Die Werte des spezifischen Durchgangswiderstands des weichen Elements 30 in Richtung der Dicke und in Richtung der Ebene wurden als im Wesentlichen gleich angesehen. Das Silikongel hatte nach dem Aushärten eine Penetrationszahl von 65, was als geringe Härte angesehen wurde. Das Silikongel war farblos und transparent und wies eine gute optische Transparenz auf.
(Beispielhafte Anordnung 2)
Bei der beispielhaften Anordnung 2 war das weiche Element 30 als leitfähiges weiches Element aus einem leitfähigen Gel gebildet. Das verwendete leitfähige Gel lag in der Form eines Klebepads (HV-PAD-3 von OMRON HEALTHCARE Co., Ltd.) mit leitfähigem Hydrogel vor und war für Niederfrequenztherapiegeräte bestimmt. Das Hydrogel war mit einem Vliesstoff versehen, der als Vorform diente. Das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 2 wies einen elektrischen Widerstand von 3×10⁵ Ω und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 6×10⁵ Ω·cm auf. Die Werte des spezifischen Durchgangswiderstand des weichen Elements 30 in Richtung der Dicke und in Richtung der Ebene wurden als im Wesentlichen gleich angesehen. Das Hydrogel wies eine gute optische Transparenz auf. Das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 2 war als ein Stapel von drei gleichartigen Klebepads gebildet. Die Klebepads waren jeweils ein Blatt mit einer Dicke von 1,0 mm. Dementsprechend wies das weiche Element 30 eine Gesamtdicke von 3 mm auf.
(Beispielhafte Anordnung 3)
Bei der beispielhaften Anordnung 3 wurden das nicht leitfähige Gel, das in der beispielhaften Anordnung 1 verwendet wurde, und das leitfähige Gel, das in der beispielhaften Anordnung 2 verwendet wurde, kombiniert, um das weiche Element 30 zu bilden. Das leitfähige Gel bildete eine obere Schicht, die der Oberflächenfolie 20 zugewandt war, und das nicht leitfähige Gel bildete eine untere Schicht, die der Sensorelektrode 42 zugewandt war, wodurch ein geschichtetes weiches Element 30 erhalten wurde. Das Silikongel wies eine Dicke von 2 mm auf, und das Hydrogel war auf demselben mit einer Dicke von 1,0 mm ausgebildet. Dementsprechend wies das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 3 eine Gesamtdicke von 3 mm auf. Das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 3 wies einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1×10¹⁵ Ω·cm auf. Der Wert des spezifischen Durchgangswiderstandes in Richtung der Dicke des weichen Elements 30 und der Wert des spezifischen Durchgangswiderstandes in Richtung der Ebene der unteren Schicht aus dem nicht leitfähigen Gel wurden als im Wesentlichen gleich angesehen. Da der spezifische Durchgangswiderstand der unteren Schicht des weichen Elements 30 hoch war, war der Einfluss auf die Empfindlichkeit der benachbarten Sensorelektrode 42 gering.
(Beispielhafte Anordnung 4)
Bei der beispielhaften Anordnung 4 war das weiche Element 30 aus einem anisotropen leitfähigen Gel gebildet, das wie folgt erhalten wurde. Ein leitfähiges Medium wurde in ein als Isolator (Nichtleiter) dienendes Basismaterial eingemischt, und das leitfähige Medium wurde in der Dickenrichtung des weichen Elements 30 ausgerichtet. Auf diese Weise wurde die Leitfähigkeit des weichen Elements 30 in Richtung der Dicke höher als in Richtung der Ebene eingestellt. Das für das anisotrope leitfähige Gel verwendete Basismaterial war ein mittels Additionsreaktion reagierendes Zweikomponenten-Silikongel (TSE3070 von Momentive Inc.), das gleiche wie in der oben beschriebenen beispielhaften Anordnung 1. Als leitfähiger Füllstoff für die Leitfähigkeit wurde versilbertes Nickelpulver verwendet. Das versilberte Nickelpulver wurde durch Beschichtung von Basisnickel mit Silber zu Partikeln mit einer durchschnittlichen Größe von 30 µm erhalten.
Das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 4 wurde durch Mischen des versilberten Nickelpulvers mit dem isolierenden Silikongel, Anlegen eines Magnetfeldes in einer bestimmten Richtung an die Mischung und Vernetzen und Aushärten der Mischung gebildet. Auf diese Weise wurde das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 4 als ein Blatt aus anisotropem leitfähigem Silikongel mit einer Dicke von 3 mm erhalten, das einen orientierten Abschnitt 32 enthielt, in dem versilberte Nickelteilchen nacheinander in Richtung der Dicke des Blattes orientiert waren. Das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 4 wies einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1.5×10^-1 Ω·cm in der Dickenrichtung und 1 ×1 0⁸ Ω·cm in der ebenen Richtung auf.
(Beispielhafte Anordnung 5)
Bei der beispielhaften Anordnung 5 war das weiche Element 30 aus einem isolierenden Gummi gebildet, das als Isolator (Nichtleiter) diente. Der verwendete isolierende Kautschuk war ein Zweikomponenten-Flüssigsilikonkautschuk (KE-1950-10A/B von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), der durch eine Additionsreaktion gehärtet wurde. Das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 5 wurde aus isolierendem Silikongel gebildet, das elektrisch isolierend war und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1 ×10¹⁵ Ω·cm aufwies. Die Werte des spezifischen Durchgangswiderstands des weichen Elements 30 in Richtung der Dicke und in Richtung der Ebene wurden als im Wesentlichen gleich angesehen. Der Silikonkautschuk wies eine Härte von A10 auf, was als geringe Härte angesehen wurde. Das weiche Element 30 in der beispielhaften Anordnung 5 wurde auf eine Dicke von 3 mm eingestellt.
(Vergleichsanordnung

Bei der Vergleichsanordnung wurde ein dem weichen Element 30 äquivalentes Element aus isolierendem Gummi gebildet, das als Isolator (Nichtleiter) dient. Der verwendete isolierende Kautschuk war ein Zweikomponenten-Flüssigsilikonkautschuk (KE-1950-20A/B von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), der durch Additionsreaktion gehärtet wurde. Bei der Vergleichsanordnung wies das Element, das dem weichen Element 30 in der oben beschriebenen beispielhaften Anordnung 5 entsprach, eine Härte von A20 auf. Die anderen Ergebnisse waren die gleichen wie die für die oben beschriebene beispielhafte Anordnung 5. [Tabelle 1]

			Beispielhafte Anordnung					Vergleichsanordnung
			1	2	3	4	5	Vergleichsanordnung
Material des weichen Elements			Silikongel	Hydrogel	Stapel aus leitfähigem Hydrogel/ Silikongel	Silikongel	Silikongummi	Silikongummi
Leitfähigkeit	Leitend/Isolierend		Isolierend	Leitend	Leitend/Isolierend	Anisotropisch nicht leitend	Isolierend	Isolierend
	spezifischer Durchgangs widerstand [Ω·cm]	Dickenrichtung (Z-Richtung)	1×10¹⁵	6×10¹⁵	1×10¹⁵	1,5×10^- ¹	1×10¹⁵	1×10¹⁵
	spezifischer Durchgangs widerstand [Ω·cm]	Ebene Richtung (XY-Richtung)	-	-	-	1×10⁸	-	-
Härteindex	Härte in Durometer [-]		-	-	-	-	A10	A20
	Penetrationszahl [-]		65	-	-	-	-	-
	Rückstoßkraft [N]	Presshub: 1,0 mm (Kompression um 33%)	0,1	1,8	0,5	3,4	5,2	9,3
Empfindlichkeit	DIFF-Wert [-]	Presshub: 0,2 mm	57,4	95,1	210	291	65,5	57,1
	DIFF-Wert [-]	Presshub: 1,0 mm	447	440	503	525	450	440
	DIFF-Wert für benachbarte Elektrode [-]	Presshub: 0,2 mm	0	0,27	75,7	0	0	0
	DIFF-Wert für benachbarte Elektrode [-]	Presshub: 1,0 mm	97,4	0	77,8	0	75,5	80,5

Rückstoßkraft und DIFF-Wert
(Beispielhafte Anordnung 1)
Bei der beispielhaften Anordnung 1 variierte die Rückstoßkraft gegen den Pressvorgang zwischen kleinen Werten. Insbesondere betrug die Rückstoßkraft in der beispielhaften Anordnung 1 nur 0,1 N bei einem Presshub von 1,0 mm (Kompression um 33%), was weit unter 6 N liegt, d.h. die Kraft wurde klein gehalten. Somit wurde gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 1 eine flexible taktile Empfindung des Drucks ermöglicht.
Andererseits stieg der DIFF-Wert in der beispielhaften Anordnung 1 stark an, wenn der Presshub einen vorgegebenen Wert überschritt. Insbesondere betrug der DIFF-Wert in der beispielhaften Anordnung 1 57,4 bei einem Presshub von 0,2 mm und erreichte selbst bei einem Presshub von 0,5 mm nicht den Wert 100. Als der Presshub jedoch 1,0 mm erreichte, stieg der DIFF-Wert auf 447 an. Außerdem wurde ein bestimmter DIFF-Wert für die benachbarte Sensorelektrode 42 festgestellt, obwohl der Wert im Vergleich zu dem für die zu aktivierende Sensorelektrode 42 festgestellten Wert gering war. Wenn jedoch ein Schwellenwert für den DIFF-Wert auf zum Beispiel 100 oder 40 % des maximalen DIFF-Wertes eingestellt wird, kann nur die für eine gewünschte der Sensorelektroden 42 durchgeführte Operation erkannt werden.
Zusammenfassend wurde gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 1 in der Anfangsphase des Drückens eine weiche taktile Empfindung bietet und als Bedienschalter 10 funktioniert, der einen Betrieb des Drückens durch einen bestimmten Hub erkennt und eine gute Druckerkennungseigenschaft aufweist.
(Beispielhafte Anordnung 2)
Bei der beispielhaften Anordnung 2 erhöhte sich die Rückstoßkraft in direkter Reaktion auf den Presshub. Konkret betrug die Rückstoßkraft in der beispielhaften Anordnung 2 bei einem Presshub von 0,2 mm 0,2 N und stieg auf 1,8 N bei einem Presshub von 1,0 mm (Kompression um 33%). Der Grund für die größere Rückstoßkraft bei der beispielhaften Anordnung 2 als bei der beispielhaften Anordnung 1 wurde als ein Effekt des in dem weichen Element 30 enthaltenen Vliesstoffs angesehen. Nichtsdestotrotz war die Rückstoßkraft, die durch das weiche Element 30 der beispielhaften Anordnung 2 bei der Kompression um 33% ausgeübt wurde, weitaus geringer als 6 N. Somit wurde gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 2 die Rückstoßkraft gegen den Pressvorgang geringhält und somit auf eine gute Art und Weise ein weiches taktiles Gefühl bietet.
Andererseits stieg der DIFF-Wert in der beispielhaften Anordnung 2 auch in direkter Reaktion auf den Presshub an. Konkret lag der DIFF-Wert in der beispielhaften Anordnung 2 bereits bei einem Presshub von 0,2 mm bei 95 und stieg bei einem Presshub von 1,0 mm auf 440 an. Es wurde also gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 2 die Erkennung eines Pressvorgangs mit geringem Presshub ermöglicht. Außerdem war in der beispielhaften Anordnung 2 der von der benachbarten Sensorelektrode 42 erfasste DIFF-Wert im Wesentlichen Null.
Zusammenfassend wurde gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 2 eine sehr zuverlässige Erkennung ermöglicht, bei der nur ein Vorgang auf einer kleinen Fläche, die einer gewünschten Sensorelektrode 42 entspricht, d.h. nur ein Vorgang an dem gepressten Teil, erkannt wird, und ein solcher Vorgang von der benachbarten Sensorelektrode 42 nicht erkannt wird. Es hat sich auch gezeigt, dass die hohe Zuverlässigkeit auch bei einem kleinen Presshub erreicht wird.
(Beispielhafte Anordnung 3)
Bei der beispielhaften Anordnung 3 variierte die Rückstoßkraft zwischen kleineren Werten als in der beispielhaften Anordnung 2. Insbesondere betrug die Rückstoßkraft bei der beispielhaften Anordnung 3 0,04 N bei einem Presshub von 0,2 mm und sogar 0,5 N bei einem Presshub von 1,0 mm, was weit unter 6 N liegt. Somit wurde gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 3 eine geringe Rückstoßkraft ausübt und somit ein flexibles taktiles Druckgefühl vermittelt.
Andererseits stieg der DIFF-Wert in der beispielhaften Anordnung 3 in direkter Reaktion auf den Presshub an. Konkret lag der DIFF-Wert in der beispielhaften Anordnung 3 bereits bei einem Presshub von 0,2 mm bei 210 und stieg bei einem Presshub von 1,0 mm auf 503 an. Damit wurde gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 3 die Erkennung eines Pressvorgangs mit geringem Einpresshub ermöglicht. Weiterhin wurde bei der beispielhaften Anordnung 3 der DIFF-Wert für die benachbarte Sensorelektrode 42 bei 100 oder kleiner gehalten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beispielhafte Anordnung 3 die Rückstoßkraft gegen den Pressvorgang verringert, so dass sie kleiner ist als bei der beispielhaften Anordnung 2, in der das weiche Element 30 aus leitfähigem Gel gebildet wurde. Darüber hinaus war der DIFF-Wert bei der beispielhaften Anordnung 3, verglichen mit dem Fall der beispielhaften Anordnung 1, in der das weiche Element 30 aus nicht leitfähigem Gel gebildet wurde, sogar in der Anfangsphase eines Pressvorgangs mit einem kleinen Presshub groß, was zeigt, dass ein solcher Vorgang nachweisbar ist. Dementsprechend hat die beispielhafte Anordnung 3 gezeigt, dass die Rückstoßkraft gegen den Pressvorgang und die Empfindlichkeit (DIFF-Wert) des Sensors mit der Kombination der Schichten, die das weiche Element 30 bilden, einstellbar sind, und zwar auch ohne die Zusammensetzung des leitfähigen Mediums in dem leitfähigen Gel wie bei der beispielhaften Anordnung 2 anzupassen.
(Beispielhafte Anordnung 4)
Bei der beispielhaften Anordnung 4 war die Rückstoßkraft größer als bei der beispielhaften Anordnung 1. Konkret betrug die Rückstoßkraft bei der beispielhaften Anordnung 4 3,4 N bei einem Presshub von 1,0 mm (Kompression um 33%). Der Grund für die größere Rückstoßkraft bei der beispielhaften Anordnung 4 als bei der beispielhaften Anordnung 1 wurde als ein Effekt des in dem weichen Element 30 enthaltenen leitfähigen Mediums angesehen. Nichtsdestotrotz war die Rückstoßkraft, die durch das weiche Element 30 der beispielhaften Anordnung 4 bei der Kompression um 33% ausgeübt wurde, weitaus geringer als 6 N. Somit wurde gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 4 den Rückstoß bzw. die Gegenkraft gegen den Pressvorgang geringhält und somit auf eine gute Art und Weise ein weiches Tastempfinden vermittelt.
Andererseits stieg der DIFF-Wert bei der beispielhaften Anordnung 4 in direkter Reaktion auf den Presshub an. Konkret lag der DIFF-Wert bei der beispielhaften Anordnung 4 bereits bei einem Presshub von 0,2 mm bei 291 und stieg bei einem Presshub von 1,0 mm auf 525 an. Es wurde also gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 4 die Erkennung eines Pressvorgangs mit geringem Presshub ermöglicht. Außerdem war bei der beispielhaften Anordnung 4 der von der benachbarten Sensorelektrode 42 erfasste DIFF-Wert im Wesentlichen Null.
Zusammenfassend hat die beispielhafte Anordnung 4 gezeigt, dass die anisotrope Leitfähigkeit des weichen Elements 30 zu der hohen Empfindlichkeit der Sensorelektrode 42 beiträgt, die sich an einer Position befindet, die dem Druckbetätigungsbereich 21 in der Dickenrichtung des weichen Elements 30 entspricht, d.h. in der Richtung, in der sich der orientierte Abschnitt 32 erstreckt und der Durchgangswiderstand niedrig ist. Andererseits weist bei der beispielhaften Anordnung 4 die Sensorelektrode 42, die an die zu aktivierende Sensorelektrode 42 angrenzt, eine extrem niedrige Empfindlichkeit auf. Dementsprechend wurde gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 4 eine sehr zuverlässige Erkennung ermöglicht, bei der nur ein Vorgang auf einem kleinen Bereich, der einer gewünschten Sensorelektrode 42 entspricht, d. h. nur ein Vorgang an dem gepressten Teil, erkannt wird, und ein solcher Vorgang von der benachbarten Sensorelektrode 42 nicht erkannt wird. Es hat sich auch gezeigt, dass die hohe Zuverlässigkeit auch bei einem kleinen Presshub erreicht wird.
(Beispielhafte Anordnung 5)
Bei der beispielhaften Anordnung 5 war die Rückstoßkraft größer als bei den anderen beispielhaften Anordnungen. Konkret betrug die Rückstoßkraft bei der beispielhaften Anordnung 5 5,2 N bei einem Presshub von 1,0 mm (Kompression um 33%). Nichtsdestotrotz war die Rückstoßkraft, die durch das weiche Element 30 der beispielhaften Anordnung 5 mit der Kompression um 33% ausgeübt wurde, nicht größer als 6 N. Somit hat sich gezeigt, dass die beispielhafte Anordnung 5 den Rückstoß gegen den Pressvorgang gering hält und somit auf eine gute Art und Weise ein weiches taktiles Gefühl bietet.
Andererseits stieg der DIFF-Wert bei der beispielhaften Anordnung 5 stark an, wenn der Presshub einen vorbestimmten Wert überschritt. Insbesondere betrug der DIFF-Wert bei der beispielhaften Anordnung 5 65,6 bei einem Presshub von 0,2 mm, stieg aber auf 447 bei einem Presshub von 1,0 mm. Darüber hinaus wurde ein bestimmter DIFF-Wert für die benachbarte Sensorelektrode 42 ermittelt, obwohl der Wert im Vergleich zu dem für die zu aktivierende Sensorelektrode 42 ermittelten Wert gering war. Wenn jedoch ein Schwellenwert für den DIFF-Wert auf zum Beispiel 100 oder 40 % des maximalen DIFF-Wertes eingestellt wird, kann nur die für eine gewünschte Sensorelektrode 42 ausgeführte Betätigung erkannt werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beispielhafte Anordnung 5 nachweislich eine weiche taktile Empfindung mit einer geringen Rückstoßkraft gegen den Pressvorgang bietet und eine zuverlässige Erkennung des Pressvorgangs bei einer geeigneten Einstellung des Schwellenwerts für den DIFF-Wert erreicht.
(Vergleichsanordnung)
Bei der Vergleichsanordnung war die Rückstoßkraft größer als bei den beispielhaften Anordnungen. Insbesondere betrug die Rückstoßkraft bei der Vergleichsanordnung 9,3 N bei einem Presshub von 1,0 mm (Kompression um 33%). Das heißt, die Rückstoßkraft, die durch das weiche Element 30 der Vergleichsanordnung mit der Kompression um 33% ausgeübt wurde, war nicht 6 N oder kleiner. Bei der Vergleichsanordnung wurde also der Rückstoß bzw. die Gegenkraft gegen den Druckvorgang nicht klein gehalten. Daher wurde kein weiches taktiles Gefühl erzeugt.
Die oben genannten Beispiele liefern die folgenden Erkenntnisse.
Die Ergebnisse der beispielhaften Anordnung 2 und der beispielhaften Anordnung 4 haben gezeigt, dass ein aus leitfähigem Gel gebildetes weiches Element 30 die Empfindlichkeit der mit dem jeweiligen Betätigungsbereich 21 korrespondierenden Sensorelektrode 42 erhöht, jedoch den Einfluss auf eine andere, der zu aktivierenden Sensorelektrode 42 benachbarte Sensorelektrode 42 verringert. Darüber hinaus haben die Ergebnisse der beispielhaften Anordnung 4 gezeigt, dass die oben genannte Tendenz durch ein weiches Element 30, das aus anisotropem leitfähigem Gel gebildet ist, dessen Leitfähigkeit in der Dickenrichtung höher ist als in der ebenen Richtung, verstärkt wird, wobei es insbesondere nur der Sensorelektrode 42, die mit dem relevanten Betätigungsbereich 21 korrespondiert, ermöglicht wird, zu reagieren.
Andererseits haben die Ergebnisse der beispielhaften Anordnung 1, der beispielhaften Anordnung 3 und der beispielhaften Anordnung 5 gezeigt, dass ein weiches Element 30, das eine Schicht aus einem nicht leitfähigen Material enthält, eine Sensorelektrode 42, die an die Sensorelektrode 42 angrenzt, miteinander reagieren lassen kann. Darüber hinaus haben die Ergebnisse der beispielhaften Anordnung 1 gezeigt, dass ein weiches Element 30, das aus einem nicht leitfähigen Gel gebildet ist, keine hohe Empfindlichkeit in einem Bereich aufweist, in dem die Rückstoßkraft klein ist, was die Erfassung erschwert, und dass die Tendenz, die benachbarte Sensorelektrode 42 miteinander reagieren zu lassen, verstärkt wird.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Fahrersitz
3: Beifahrersitz
4: Lenkrad
5: Mittelkonsole
6: Zentraleinheit
7: Türarmlehne
10: Bedienschalter (kapazitives Eingabegerät)
10A: Bedienschalter (erste Modifikation) (kapazitives Eingabegerät)
10B: Bedienschalter (zweite Modifikation) (kapazitives Eingabegerät)
10C: Bedienschalter (dritte Modifikation) (kapazitives Eingabegerät)
10D: Bedienschalter (zweite Ausführungsform) (kapazitives Eingabegerät)
10E: Bedienschalter (vierte Modifikation) (kapazitives Eingabegerät)
10F: Bedienschalter (dritte Ausführungsform) (kapazitives Eingabegerät)
10G: Bedienschalter (fünfte Modifikation) (kapazitives Eingabegerät)
10H: Bedienschalter (sechste Modifikation) (kapazitives Eingabegerät)
20: Oberflächenfolie (Oberflächenelement)
21: Betätigungsbereich
21A: erster Betätigungsbereich
21B: zweiter Betätigungsbereich
22: Umfangsbereich
30: weiches Element
31: leitfähiger Abschnitt
32: orientierter Abschnitt
33: kugelförmige Partikel
34: faserartige Partikel
35: Filamentpartikel
36: faserartige Partikel
37: isolierende Nut (isolierender Abschnitt)
38A: erster Abschnitt
38B: zweiter Abschnitt
40: Sensorfolie
41: Grundfolie
42: Sensorelektrode
42A: erste Elektrode
42B: zweite Elektrode
43: Schutzschicht
51: erstes hartes Stützelement
52: zweites hartes Stützelement
53: drittes hartes Stützelement
54: viertes hartes Stützelement
55: fünftes hartes Stützelement
56: sechstes festes Stützelement
60: äußeres Element
I: Finger (Bedienkörper)
P: Presswerkzeug
S: Messtisch
X: Seite-zu-Seite-Richtung
Y: Vorwärts- und Rückwärtsrichtung
Z: Höhenrichtung, Auf-und-Ab-Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016081818 [0003]

Claims

Kapazitive Eingabevorrichtung, die Folgendes aufweist: ein Oberflächenelement; ein weiches Element; und eine Sensorfolie, die dafür vorgesehen ist, eine Kapazitätsänderung zu erfassen, wobei das Oberflächenelement einen Betätigungsbereich aufweist, auf dem ein Berührungsvorgang durchgeführt werden soll, wobei das weiche Element zwischen dem Betätigungsbereich und der Sensorfolie vorgesehen ist, wobei die Sensorfolie eine Sensorelektrode an einer Position aufweist, die mit dem Betätigungsbereich korrespondiert, und wobei, wenn der Betätigungsbereich bei einem Berührungsvorgang gedrückt wird, das Oberflächenelement und das weiche Element in Richtung der Sensorfolie verschoben werden und die Sensorelektrode die Kapazität erfasst.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das weiche Element einen leitfähigen Abschnitt aufweist, der einen Wert der Kapazität erhöht, um die Erfassungsempfindlichkeit in einem Bereich zwischen dem Betätigungsbereich und der Sensorelektrode zu erhöhen.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach Anspruch 2, wobei der leitfähige Abschnitt aus einem leitfähigen Medium gebildet ist, das in dem weichen Element enthalten ist, wobei das weiche Element aus einer Polymermatrix gebildet ist.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach Anspruch 3, wobei der leitfähige Abschnitt ein orientierter Abschnitt ist, in dem das leitfähige Medium in dem weichen Element orientiert ist.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das weiche Element aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet ist, das es ermöglicht, den Betätigungsbereich zu beleuchten.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Betätigungsbereich einen ersten Betätigungsbereich und einen zweiten Betätigungsbereich aufweist, wobei die Sensorelektrode eine erste Elektrode, die mit dem ersten Betätigungs-bereich korrespondiert, und eine zweite Elektrode aufweist, die mit dem zweiten Betätigungsbereich korrespondiert, und wobei das weiche Element einen isolierenden Abschnitt aufweist, der zwischen einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt vorgesehen ist, wobei der erste Abschnitt zwischen dem ersten Betätigungsbereich und der ersten Elektrode angeordnet ist, und wobei der zweite Abschnitt zwischen dem zweiten Betätigungsbereich und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die des Weiteren Folgendes aufweist: ein erstes hartes Stützelement, das auf einer Oberfläche der Sensorfolie vorgesehen ist, die einer dem weichen Element zugewandten Oberfläche gegenüberliegt.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die des Weiteren Folgendes aufweist: ein zweites hartes Stützelement, das zwischen dem Oberflächenelement und der Sensorfolie vorgesehen ist und ein Loch aufweist, wobei das weiche Element in dem Loch vorgesehen ist.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die kapazitive Eingabevorrichtung eine dreidimensionale äußere Oberfläche aufweist, und wobei der Betätigungsbereich auf der äußeren Fläche festgelegt ist.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das weiche Element eine Vielzahl von Elementen aufweist, die gestapelt sind.
Kapazitive Eingabevorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vielzahl von Elementen als eine Kombination aus einem isolierenden weichen Element und einem leitfähigen weichen Element ausgebildet sind.