JP6402391B2 - 回転入力部品 - Google Patents

Description

本発明はタッチセンサを備えた回転入力部品に関する。

機械式の回転入力部品は、例えばオーディオ機器の音量調整や、空調機器の風量調整、温度調整などに利用されている。こうした回転入力部品では、回転量に比例する抵抗値の変化、または回転量に応じた信号を出力することができる。そうした一方で、タッチセンサを備えた回転入力部品も、例えば、特開平８−３２９７９０号公報（特許文献１）等で開示されている。

特開平８−３２９７９０号公報

しかしながら、特開平８−３２９７９０号公報（特許文献１）記載の回転入力部品は、タッチセンサによって接触検知は行うものの、回転量や回転速度、回転方向などを検知することができなかった。そこで、タッチセンサを用いて、回転量や回転速度、回転方向などを検知する回転入力部品を開発しようとすると、そうした入力部材はタッチセンサ上を指でなぞる必要があり、回転部分をなぞる操作は行い難いといった欠点があった。
そこで本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、タッチセンサを用いた回転入力部品について、操作性を向上させることを目的とする。
また本発明は、タッチセンサを用いて多彩な入力方法に対応する回転入力部品を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために次に記す回転入力部品を提供する。
即ち、電子機器に固定されタッチセンサを有するコア部材と、このコア部材を覆いコア部材に対して回転可能に取り付けられる回転操作部材と、を備え電子機器への入力操作に用いる回転入力部品であって、回転操作部材は、タッチセンサが備わるコア部材と接触して摺動可能である回転入力部品である。

この回転入力部品は、電子機器に固定されたコア部材にセンサ電極を備える。そのため、回転操作部材にセンサ電極を設ける場合と比較してセンサ電極を容易に基板に接続できる。また、この回転入力部品は、操作者が回転操作部材を触るときに、その接触をコア部材のセンサ電極で検知することができ、加えて回転操作をするときには、その回転の程度をセンサ電極で検知することができる。

コア部材が略円柱形状であり、その外周面にタッチセンサを有するものであり、回転操作部材がコア部材の外周面と対向する周壁を有し、その内側壁面がコア部材の外周面に接触して摺動する回転入力部品とすることができる。
回転操作部材の内側壁面がコア部材の外周面に接触するため、回転操作部材とセンサ電極との間の空気層を排除することができる。そのため、空気層が存在することによるセンサ感度の低下を抑制できる。
コア部材は、その外形が円柱状であれば足り、例えば一方端から内側が刳り抜かれた凹部を設け中空とした円柱であってもよい。その場合には、円柱の外周面の表側にタッチセンサを配置する場合だけでなく、内側にタッチセンサを配置することもできる。

回転操作部材が、絶縁部で形成された周囲に囲まれた孤立した導電部を備える回転入力部品とすることができる。
回転操作部材が、絶縁部で形成された周囲に囲まれた孤立した導電部を備えるため、
絶縁部のみで形成された回転操作部材とは異なる静電容量変化を生じさせることができる。そのため、回転操作部材の操作部の厚みが厚い場合であっても導電部を介在させることで無理なくタッチセンサで静電容量変化を検知することができる。
なお、ここで「絶縁部で形成された周囲に囲まれた孤立した」状態とは、操作面側から見たときに、導電部の側面が絶縁部で囲まれている状態を含み、さらに、前面や後面も絶縁部で囲まれた状態をも含む。導電部の前面や後面を含めて完全に絶縁部で囲まれていれば、コア部材と回転操作部材の接触面に導電部と絶縁部との境界ができないため、スムーズな回転操作ができるという利点もある。

また、導電部がタッチセンサと対向し、回転操作部材の内側表面から表出する回転入力部品とすることができる。
回転操作部材の周壁の厚みが厚く、絶縁性部材からなる周壁では指が触れたことによる静電容量変化が少ない場合であっても、その周壁の一部に導電部を設けることで回転操作部材の周壁を薄くしたのと同様の効果を発揮することができ、回転操作部材に指が触れる静電容量変化を検出することができる。

回転操作部材の操作面に表出するとともにタッチセンサと対向するように回転操作部材の内側壁面にも表出する導電片を備える回転入力部品とすることができる。
本構成では、導電片を触ったときと、触っていないときとで、静電容量の大きさを変えることができる。したがって、その変化を検知することで、導電片を触って操作するときと、触らずに操作するときの機能を変えることができる。

センサ電極は、回転操作部材の回転方向に沿って複数設けることができる。センサ電極を回転方向に沿って複数設けることで、入力操作時に一の電極のみが接触を検知しているときと、複数の電極が接触を検知しているときとを区別することができる。このことは、例えば２本の指で操作しているときと、３本の指で操作しているときとを区別し、指の本数で別の機能を操作できるように設定するなど、より多彩な入力方法に対応することができる。

また、回転操作部材の回転方向に対する垂直方向に複数のセンサ電極を有する回転入力部品とすることができる。
センサ電極を回転方向に対して垂直方向、すなわちコア部材の側面における手前から奥に向かう方向に複数設けることで、入力操作において手前の電極のみが接触を検知しているときと、奥の電極のみが接触を検知しているとき、両方の電極が接触を検知しているときを区別することができる。このことは、例えば回転操作部材の手前を摘まんで回転操作するときと、奥を摘まんで回転操作するときとで別の機能を設定することができる。したがって、より多彩な入力方法に対応することができる。

本発明の回転入力部品は、タッチセンサを用いた操作性に優れたものである。
また本発明の回転入力部品は、一つの回転操作部材への操作で、複数の入力操作が可能であり、より多彩な入力方法に対応することができる。

第１実施形態の回転入力部品の分解斜視図である。 図１のＳＡ−ＳＡ断面およびＳＢ−ＳＢ断面を示す分解断面図である。 図１の回転入力部品の断面図である。 変形例の回転入力部品を示す図２相当の分解断面図である。 第３実施形態の回転入力部品の図１相当の分解斜視図である。 図５の回転入力部品を組み合わせたＳＣ−ＳＣ断面図である。 第３実施形態の変形例の回転入力部品の図１相当の分解斜視図である。 図７の回転入力部品を組み合わせたＳＤ−ＳＤ断面図である。 第４実施形態の回転入力部品の図１相当の分解斜視図である。 図９の回転入力部品を組み合わせたＳＥ−ＳＥ断面図である。 第４実施形態の変形例の回転入力部品の図１相当の分解斜視図である。 図１１の回転入力部品を組み合わせたＳＦ−ＳＦ断面図である。 第５実施形態の回転入力部品の図１相当の分解斜視図である。

次に、本発明の回転入力部品を実施形態を用いてさらに詳細に説明する。なお、各実施形態で共通する部材については、同一の符号を付して重複説明を省略する。また、共通する材質、作用、効果等についても重複説明を省略する。
第１実施形態〔図１〜図３〕：

本実施形態の回転入力部品１１（１１ａ）を図１〜図３で示す。図１は回転入力部品の分解斜視図、図２はその分解断面図、図３は回転入力部品の断面図をそれぞれ示す。回転入力部品１１は、基板等に固定される略円盤状のコア部材１２と、このコア部材１２よりも一回り大きい外観を有しコア部材１２の外周面に対して回転可能に取り付けられ、操作者が直接触れて操作を行う回転操作部材１３とを備えている。

コア部材１２は、外周面１２ａにタッチセンサ１４を備える。タッチセンサ１４は、絶縁性の樹脂フィルム１４ａ上に導電性皮膜からなるセンサ電極１４ｂと、このセンサ電極１４ｂから端子（図示せず）に延びる配線（図示せず）と、センサ電極１４ｂや配線を覆うレジスト層１４ｃとを有している。本実施形態でのタッチセンサ１４には等間隔で１６個のセンサ電極１４ｂが設けられており、樹脂フィルム１４ａが外側でレジスト層１４ｃが内側になるようにしてコア部材１２を取り囲むようにその外周面１２ａに沿って貼り付けられている。
コア部材１２は基板等に接続され、またコア部材１２に備わるタッチセンサ１４もその端子を通じて基板に接続される。
回転操作部材１３は、主として絶縁性の材料からなりその内側には凹部１３ａが形成されている。この凹部１３ａはコア部材１２の外形と略同一形状に掘り込まれており、略円柱形状のコア部材１２に嵌め込み可能になっている。回転操作部材１３の周壁は、その内側壁面１３ｂでコア部材１２の外周面１２ａと摺動し、その外側壁面１３ｃが操作面１３ｃとなる。

回転操作部材１３の内側壁面１３ｂは、タッチセンサ１４が巻かれたコア部材１２の外周面１２ａと接触し、回転操作部材１３を回転させれば、タッチセンサ１４に対して摺動するようにしている。回転操作部材１３をコア部材１２に対して接触させ、タッチセンサ１４の表面に対して回転操作部材１３が接触するため、タッチセンサ１４と回転操作部材１３の間にエアが入り込むことなく、回転操作部材１３を指で触れることによる静電容量変化を直接的にセンサ電極１４ｂで検知することができる。なお、回転操作部材１３は、コア部材１２に対して回転可能であれば任意の方法で基板やコア部材１２に対して取付けることができる。

回転入力部品１１の動作について説明する。操作者が回転操作部材１３の操作面となる外側壁面１３ｃを触ると、その肉厚を介してコア部材１２に設けたセンサ電極１４ｂの静電容量を変化させる。したがって、静電容量の変化により接触の有無を検知することができる。このとき、センサ電極１４ｂは１６個あるので、操作者の指の置き方によって、各センサ電極１４ｂの静電容量変化が異なるため、触れている指の本数を検知することができる。
したがって、静電容量に変化があれば触れている指の本数から何の機能を選択したかを決定することができる。例えば、指３本での接触はエアコンの風量操作を選択したこととし、指４本での接触はエアコンの温度操作を選択したこととする等に設定することができる。

次に回転操作部材１３をコア部材１２に対して回転させると、その回転による指の位置の変化によって１６個のセンサ電極１４ｂの静電容量が変化する。この静電容量変化から回転の程度を検知し、選択された機能を変化させる程度を決定する。例えば、指３本での接触のまま時計回り方向に回転させるとその回転の大きさによりエアコンの風量を大きくするように設定することができる。

このように、本実施形態の回転入力部品１１によれば、回転操作部材１３を指で触れて、コア部材１２の周りに回転させるという通常の機械式の回転入力部品と同様の操作を行えるので、入力操作がし易い回転入力部品である。
また、本実施形態の回転入力部品１１は、操作面への接触による信号検知と回転操作による信号検知という複数の信号を検知可能なため、多彩なスイッチ機能に対応させることができる。

変形例１：
回転操作部材１３には回転軸を設けることができる。回転軸を設けることで、スムーズな回転操作ができる。そして回転軸を設けることに伴う回転操作部材１３やコア部材１２の形状変化も許容できる。例えば、回転軸に対応する部分となる凹部をコア部材１２に設ける等の変形である。

変形例２［図４］：
図４で示す回転入力部品１１ｂのように、回転操作部材１３の内側壁面１３ｂと、コア部材１２の外周面１２ａにテーパーを設けることができる。回転操作部材１３とコア部材１２との接触面にテーパーを設けておけば、回転する軸方向に押し込む強さで、この接触面での接触強さを調整することができる。したがって、多少の寸法のずれを許容できる。これに対してテーパーを設けない場合は、前記接触面は、回転中心から等距離の円柱状となるため、僅かな寸法のずれにより、回転操作部材１３をコア部材１２にはめ込みできなかったり、回転操作部材１３の回転トルクにばらつきが生じたりするおそれがある。
テーパーを設ける場合も回転操作部材１３の周壁の肉厚は一定とすることが好ましい。肉厚が異なると、その違いによるセンサ感度にばらつきを生じるためである。
なお、図４では一定の割合で半径が変化する断面形状が直線状のテーパーを示したが、断面形状が円弧状となるテーパーとすることもできる。

変形例３：
回転操作部材１３の内側壁面１３ｂと、コア部材１２の外周面１２ａとの間にはグリスを塗布したグリス層を設けることができる。グリスを塗布することで、回転操作部材１３の回転トルクを小さくして、接触面の摩耗を低減することができる。また、回転操作部材１３とコア部材１２との間隔が広くなっても、空気層が生じるのを排除してセンサ感度の低下を抑制することができる。

変形例４：
回転操作部材１３の内側壁面１３ｂと、コア部材１２の外周面１２ａとの間にはベアリングを設けることができる。例えば、回転操作部材１３の内側壁面１３ｂの表面にベアリングを設け、コア部材１２の外周面１２ａに前記ベアリングに対応するガイド溝を設ける構成とすることができる。このとき、ベアリングとセンサ電極１４ｂとは重ならない位置に設けるようにすることで、センサ感度への影響を抑えることができる。より具体的には回転操作部材１３の凹部の底側の内周（コア部材１２の先端側の外周）に沿ってベアリング配置することで、センサ電極１４ｂと重ならないようにベアリングを配置することができる。また、このようにベアリングを配置すれば、センサ電極と基板とを繋ぐ配線とも交差しないようにできるため、配線およびその保護層の摩耗についての懸念がなくなる。このようにベアリングを配置することで、回転時のトルクを抑えて、スムーズな回転操作が可能となる。

変形例５：
回転操作部材１３の内側壁面１３ｂと、コア部材１２の外周面１２ａとの間にはオイルブリード性の保護層を設けることができる。より具体的には、回転操作部材１３側にこの保護層を設けても良いし、コア部材１２側に設けても良い。
オイルブリード性の保護層を設けることで、接触面にオイルが染み出し、潤滑油として機能させることができる。さらに、回転操作部材１３とコア部材１２とを組合せた後に所定の温度で所定の時間放置することでオイルの染み出しを促進させることができる。グリス層を設ける場合は、グリスのはみ出しが懸念されるが、オイルブリード性の保護層を設けるのであれば、そうした懸念なしに回転トルクを低減させることができる。
オイルブリード性の保護層としては、例えばオイルブリード性シリコーンを用いることができる。より具体的には、シリコーンゴムにシリコーンゴムとは相溶性の悪いオイル（例えば、フェニルシリコーンオイル）を配合することで、オイルの一部がブリードアウトするオイルブリード性シリコーンゴムなどを用いることができる。

変形例６：
回転操作部材１３の内側壁面１３ｂと、コア部材１２の外周面１２ａとの間には、ＰＴＦＥフィルムやシリコーンフィルム等の摺動性フィルムを設けることができる。より具体的には、回転操作部材１３側にこの摺動性フィルムを積層しても良いし、コア部材１２側に積層しても良い。耐久性の観点からは、コア部材１２の外周面１２ａに設けて回転操作部材１３の内側壁面１３ｂとの間で摺動させることが好ましい。そうすることでセンサ電極１４ｂを保護できるからである。そのため、タッチセンサ１４を構成する樹脂フィルム１４ａ自体に摺動性フィルムが一体となった積層フィルムを用いることもできる。こうした摺動性フィルムを用いても回転トルクを小さくし、接触面の摩耗を低減することができる。
第２実施形態：

回転操作部材１３の操作面１３ｃについて、厚肉の部分と薄肉の部分とを有するものとすることができる。厚肉の部分ではセンサ感度が低下し、薄肉の部分ではセンサ感度が高まるため、センサ感度に一定の閾値を設定することで、厚肉の部分と薄肉の部分とを異なる入力手段とすることができる。

第３実施形態［図５、図６］：
本実施形態の回転入力部品３１（３１ａ）は、回転操作部材１３の内側壁面１３ｂに導電部１５を有している。この導電部１５は絶縁性部材で周囲を囲まれた中に孤立した状態で備わっている。即ち、図５で示すように回転操作部材１３の内側壁面１３ｂからは表出しているもののそれ以外の部分は回転操作部材１３に埋め込まれており、何ら導電性の部位との接点はない。

この回転入力部品３１ａでは、操作者が触った部分とは別にこの導電部１５による静電容量の変化も検知することができる。これにより導電部１５により回転操作部材１３の回転位置を把握できる。
例えば、回転操作部材１３の初期位置を所定の位置に定める必要がある用途や、アナログ時計のように回転位置が特定の意味を持つ用途に応用することができる。

変形例７［図７、図８］：
導電部１５は複数個設けることができる。図７、図８で示す回転入力部品３１ｂは、２つの導電部１５を設けている。複数の導電部１５を設けることで、複数の導電部１５ごとに静電容量変化を検知することができる。

第４実施形態［図９、図１０］：
回転操作部材１３の外側壁面１３ｃには導電片１６を設けることができる。図９、図１０で示す回転入力部品４１（４１ａ）では、導電片１６が回転操作部材１３の周壁を貫通して設けられており、外側壁面１３ｃに表出した部分を指で触れることができ、内側壁面１１３ｂに表出した部分ではコア部材１２の外周面１２ａに対向している。
この導電片１６に指が触れることでセンサ電極１４ｂの静電容量を変化させることができる。この導電片１６を設ければ、回転操作部材１３の操作面１３ｃの肉厚に依存せずに、静電容量を変化させることができる。

したがって、特に周壁の肉厚が厚いためセンサ感度が低下してしまう場合に有用な構成である。加えて、導電片１６を触ったときと、触っていないときとで、静電容量の大きさを変えることができる。したがって、その変化を検知することで、導電片１６を触って操作するときと、触らずに操作するときの機能を変えることができる。

変形例８［図１１、図１２］：
導電片１６は複数個設けることができる。図１１や図１２で示す回転入力部品４１ｂでは２つの導電片１６を有している。複数の導電片１６を設けることで操作者が触る導電片１６毎に、回転操作で行わせる機能を変えることができる。例えば、１つの導電片１６を１つのセンサ電極１４ｂに対応する面積で形成し、別の導電片１６を２つのセンサ電極１４ｂに亘って設けることで、１つのセンサ電極１４ｂで静電容量の変化を検知した場合と、２つのセンサ電極１４ｂで静電容量の変化を検知したときとで、操作者が触った導電片１６を識別することができる。複数の導電片１６ごとにそれぞれ操作機能を変える場合には、導電片１６を文字や記号等の個別に識別できる形状で形成することができる。
第５実施形態〔図１３〕：

図１３で示す回転入力部品５１のように、回転操作部材１３の回転軸方向に２列となるセンサ電極１４ｂを形成することができる。こうすることで、回転操作部材１３の操作面１３ｃを触ったときに、手前を触っているか、または奥側を触っているかを分けて検知することができる。したがって、操作面１３ｃに２系統の入力手段を設けることができ、例えば、手間側を触ればエアコンの風量の選択になり、奥側を触ればエアコンの温度の選択になる等に設定することができる。
なお、センサ電極１４ｂの配列は２列に限定するものではなく３列以上に形成しても良い。

上記実施形態は本発明の一例であり、こうした形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限度において、各部材の形状、材質、製造方法等の変更形態を含むものである。
例えば、回転操作部材１３の内側壁面１３ｂに導電部１５を設けることができる。また、導電部１５と導電片１６を共に備える構成とすることもできる。
タッチセンサ１４はその樹脂フィルムを外側にしてコア部材１２に固着しているが、レジスト層１４ｃを外側にしてコア部材に固着しても良い。またタッチセンサ１４にはレジスト層１４ｃの上にさらに保護フィルムを設けるなどの変更も可能である。

１１，１１ａ，１１ｂ，３１，３１ａ３１ｂ，４１，４１ａ，４１ｂ，５１ 回転入力部品
１２ コア部材
１２ａ 外周面
１３ 回転操作部材
１３ａ 凹部
１３ｂ 内側壁面
１３ｃ 外側壁面（操作面）
１４ タッチセンサ
１４ａ 樹脂フィルム
１４ｂ センサ電極
１４ｃ レジスト層
１５ 導電部
１６ 導電片

Claims (6)

1. 電子機器に固定されタッチセンサを有するコア部材と、このコア部材を覆いコア部材に対して回転可能に取り付けられる回転操作部材と、を備え電子機器への入力操作に用いる回転入力部品であって、
   回転操作部材は、タッチセンサが備わるコア部材と接触して摺動可能であり、絶縁部で形成された周囲に囲まれた孤立した導電部を備えるものである回転入力部品。
   
2. 前記導電部がタッチセンサと対向し、回転操作部材の内側表面から表出する請求項１記載の回転入力部品。
   
3. 回転操作部材の回転方向に対する垂直方向に複数のセンサ電極を有する請求項１または請求項２記載の回転入力部品。
   
4. 電子機器に固定されタッチセンサを有するコア部材と、このコア部材を覆いコア部材に対して回転可能に取り付けられる回転操作部材と、を備え電子機器への入力操作に用いる回転入力部品であって、
   回転操作部材は、タッチセンサが備わるコア部材と接触して摺動可能であり、
   回転操作部材の回転方向に対する垂直方向に複数のセンサ電極を有する回転入力部品。
   
5. コア部材が略円柱形状であり、その外周面にタッチセンサを有するものであり、回転操作部材がコア部材の外周面と対向する周壁を有し、その内側壁面がコア部材の外周面に接触して摺動するものである請求項１〜請求項４何れか１項記載の回転入力部品。
   
6. 回転操作部材の操作面に表出するとともにタッチセンサと対向するように回転操作部材の内側壁面にも表出する導電片を備える請求項１〜請求項５何れか１項記載の回転入力部品。
   

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