JP2005005058A

JP2005005058A - 導電体検出スイッチ

Info

Publication number: JP2005005058A
Application number: JP2003165488A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Tsugii; 秀史次井; Masahiro Kinoshita; 政宏木下
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06
Also published as: US20040264150A1; EP1487105A1

Abstract

【課題】操作パネルにおける占有面積を小さくできるようにするとともに、このように占有面積を小さくした場合であっても検出感度を良くできるようにした導電体検出スイッチを提供することを目的とする。
【解決手段】操作パネル７の内側に、制御基板２に設けられた電極２０と、この電極２０に蓄えられた静電容量を検出する静電容量検出回路４０を有する制御ＩＣチップ４を設ける。そして、その電極２０上に誘電体であるＬＥＤ３と合成樹脂で形成された誘電体５をオーバーラップさせるように設け、この誘電体５を挟み込むようにして制御基板２を操作パネル７の内側に取り付けるようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電体の接近に伴って変化する静電容量を検出することによって導電体の接近を検出できるようにした導電体検出スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量型の導電体検出スイッチは、一般に、平面状の電極と、この電極の静電容量を検出する静電容量検出回路とを備え、例えば、人間の指などのような導電体が接近した場合に、その接近に伴って変化する静電容量を検出してその導電体の接近を検出するようにしたものである。そして、このような導電体検出スイッチの電極は、特許文献１に記載されるように、導電体の検出感度を良好なものにするために外側ケース本体の内側近傍に設けられるか、もしくは、電子機器の操作パネル上に設けられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３２９８０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような導電体検出スイッチには、機械接点式スイッチのようなプランジャを押し込む感触が存在しないため、オン・オフなどの状態を示す表示部などを操作パネル上に設ける必要がある。
【０００５】
しかし、この操作パネルの内側近傍もしくはその操作パネルの表面には電極が設けられているため、表示部を取り付けようとすると、その電極を避けた位置に取り付けなければならない。このため、電極と表示部とが並列することになり、操作パネルにおける占有面積が大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、操作パネルにおける占有面積を小さくできるようにするとともに、このように占有面積を小さくした場合であっても導電体の検出感度を良好にできるようにした導電体検出スイッチを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の導電体検出スイッチは上記課題を解決すべく、平面状の基板と、この基板に設けられ、検出対象である導電体の接近方向に対面する検出面を備えた電極とを具備し、この電極の静電容量を検出することによって導電体の接近を検出する導電体検出スイッチにおいて、前記電極上に、誘電体である電子部品を設けるようにしたものである。
【０００８】
このように構成すれば、電子部品（例えば、ＬＥＤなど）と電極とをオーバーラップさせて設けることができるので、スイッチをコンパクトなものにすることができ、操作パネルにおける占有面積を小さくすることができる。また、電極上の電子部品を誘電体として機能させているため、操作パネルと電極との距離が離れてしまった場合であっても、導電体の検出感度を良好なものにすることができる。
【０００９】
また、この電極上に誘電体である電子部品を設ける場合、この電極における電子部品の外側に、この電子部品と異なる誘電体を設ける。
【００１０】
このように構成すれば、例えば、電子部品が電極よりも相対的に小さく構成されている場合であっても、その外側部分に別の誘電体を設けることによって検出感度を良好なものにすることができる。
【００１１】
さらに、好ましい実施態様としては、基板をプリント基板で構成し、このプリント基板によって電極を構成する。
【００１２】
このように構成すれば、基板の回路線路を作成する工程と同じ工程で電極を作成することができ、別途新たな電極を設けて基板上に取り付ける場合に比べて製作工程を著しく簡略化することができる。
【００１３】
加えて、このような電子部品としてのＬＥＤを電極の中心側に設け、また、誘電体にこのＬＥＤを収納しうる貫通孔を設けてＬＥＤの外周を覆うように構成する。
【００１４】
これにより、例えば、その誘電体を半透明もしくは不透明の部材で構成すれば、ＬＥＤの照射光をその貫通孔内に閉じこめることができ、外周方向への拡散を防止することができる。
【００１５】
また、このような誘電体の貫通孔の上方に、その内部に収納されたＬＥＤの照射光を拡散させるための拡散板を設ける。
【００１６】
このように構成すれば、操作パネルが透明なものであってもその拡散板によってＬＥＤの照射光を均一に拡散させることができる。
【００１７】
さらに、別の実施態様の導電体検出スイッチとして、基板上に複数の電極を設けてその中心側に電子部品を設けるとともに、これらの電極上に単一の誘電体を設ける。
【００１８】
このように構成すれば、一の基板を電子機器に取り付けることによって複数の電極も同時に設けることができ、また、誘電体の取り付けは単一の誘電体の取り付けだけで済むため、製作工程を簡素化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態における導電体検出スイッチ１の構成について図面を参照して説明する。この実施の形態において、図１は、操作パネル７の内側に設けられる導電体検出スイッチ１の分解斜視図を示したものであり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図を示したものである。また、図３は制御基板２に取り付けられる制御ＩＣチップ４の静電容量検出回路４０の構成を示したものである。
【００２０】
この導電体検出スイッチ１は、クッキングヒータや携帯電話、その他操作部を有する電子機器に取り付けられるもので、透明もしくは半透明の部材で構成された操作パネル７の内側に、導電体の接近方向に対面する検出面２０ａを備えた電極２０と、この電極２０をプリントした制御基板２と、この電極２０に蓄えられた静電容量を検出する静電容量検出回路４０（図３）を備えた制御ＩＣチップ４と、この制御基板２の電極２０上に誘電体であるＬＥＤ３とを設ける。そして、この電極２０におけるＬＥＤ３の外側に、別の誘電体５を取り付けるようにしたものである。以下、この導電体検出スイッチ１の構成について詳細に説明する。
【００２１】
制御基板２は、比較的厚みを有する平面状のプリント基板によって構成されるもので、その表面２１ｕに、エッチングもしくは蒸着などによって円形の電極２０を形成する。そして、この電極２０の中心側に検出面２０ａを有しない円形の中空部２２を設け、その中空部２２の内側にＬＥＤ３の脚部３０を挿通するための脚孔２３を設ける。そして、この脚孔２３にＬＥＤ３の脚部３０を挿通し、制御基板２上に起立させた状態でＬＥＤ３を固定する。
【００２２】
このＬＥＤ３は、スイッチのオン・オフに対応した点灯・消去を行えるようにしたもので、空気よりも誘電定数の高い合成樹脂などで構成される。そして、その外形寸法が中空部２２の外径よりも大きいものを取り付け、電極２０とオーバーラップさせることによって電極２０に対して誘電体として機能させる。
【００２３】
一方、制御基板２の裏面２１ｄには回路線路２４（図２参照）と制御ＩＣチップ４が設けられる。この回路線路２４は、表面２１ｕ側に設けられた電極２０と同様に、エッチングもしくは蒸着などによって形成されるもので、表面２１ｕの電極２０やＬＥＤ３と導通する。また、制御ＩＣチップ４は、図３に示す静電容量検出回路４０を具備してなるもので、人間の指などのような導電体の接近に伴って変化する電極の静電容量を検出し、これによってスイッチのオン・オフを切り替える。この静電容量検出回路４０を含む構成について説明する。
【００２４】
図３において、波線で囲まれた部分が静電容量検出回路４０の構成を示し、２０は制御基板２に設けられた電極、２０ｆはこの電極２０に対向して接近する導電体（人間の指など）を示す。そして、この電極２０と導電体２０ｆとによって可変コンデンサ２００を構成する。この静電容量検出回路４０において、４１はＣ／Ｖ変換回路であり、電極２０に蓄えられた静電容量を検出し、この検出した静電容量に対応する電圧を出力する。４２はＡ／Ｄ変換回路であり、Ｃ／Ｖ変換回路４１から出力されたアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換する。４３はＣＰＵであり、Ａ／Ｄ変換回路４２から出力された信号に基づいて、スイッチのオン・オフを切り替える。４４はＲＯＭであり、ＣＰＵ４３を動作させるためのプログラムを記憶する。また、４５はＲＡＭであり、スイッチのオン・オフ状態を切り替えるための閾値に関する情報などを記憶する。この閾値に関する情報としては、例えば、Ｃ／Ｖ変換回路４１によって静電容量を電圧情報に変換して出力する場合は、スイッチを切り替える距離に対応する電圧の閾値が記憶される。
【００２５】
誘電体５は、導電体の検出感度を良好なものにするために、空気よりも誘電定数の高い材質、例えば、プラスチックなどの樹脂によって形成されるもので、ＬＥＤ３の外形形状に対応して上下方向に貫通する貫通孔５０を設け、ＬＥＤ３をその貫通孔５０に収納した状態でその外側における電極２０上に底面部５１ｄを接触させて設けられる。また、この誘電体５は、不透明もしくは半透明な材料で構成され、貫通孔５０内に収納されたＬＥＤ３の照射光を外周方向に拡散させないようにする拡散防止機能を備えている。さらに、この誘電体５は、その厚みを、制御基板２に取り付けられたＬＥＤ３の高さ寸法よりも厚く構成している。そして、ＬＥＤ３を誘電体３の高さ方向の内側に収納した状態でその上面部５１ｕを操作パネル７の内側に当接させ、図示しない留め具などを用いて制御基板２を操作パネル７の内側に支持させる支持機能も持たせるようにしている。
【００２６】
次に、このように構成された導電体検出スイッチ１のオン・オフ切り替え制御について図４を用いて説明する。
【００２７】
図４において、図４（ａ）は、人間の指の位置に対応したスイッチの切り替え状態を示すもので、縦軸は人間の指と電極２０との距離を示し、横軸は時間軸を示す。この図において、Ｘはスイッチのオン・オフを切り替える距離の閾値を示したものであり、ＲＡＭ４５に記憶されている電圧の閾値に対応した距離を示したものである。また、図４（ｂ）は、この図４（ａ）に対応したスイッチのオン・オフの切り替え状態を示したものである。
【００２８】
まず、指が電極２０から遠い位置Ｐ１に存在する場合、Ｘよりも遠い位置に指が存在するため静電容量は小さく検出され、また、これに対応して電圧も閾値より低く検出される。この結果、スイッチはオフ状態となる。そして、そこから徐々に指が電極２０側に近づいてきた場合、これに基づいて電極２０に蓄えられる静電容量も徐々に増加し、Ｘを超えて導電体が近づいた場合、閾値よりも大きな電圧が検出されてスイッチはオン状態に切り替わる。そして、これに対応して、電極２０上に設けられたＬＥＤ３を点灯させる。そして、今度は逆に電極２０から指が離れる場合、これに対応して電極２０に蓄えられる静電容量も徐々に減少し、Ｘの位置を超えて導電体が遠ざかった場合、閾値よりも低い電圧が検出されてスイッチはオフ状態に切り替わる。また、これに対応して、電極２０上に設けられたＬＥＤ３も消去する。
【００２９】
このように本実施形態によれば、操作パネル７の内側に電極２０を設け、この電極２０上に誘電体である電子部品のＬＥＤ３と、このＬＥＤ３とは別の誘電体である合成樹脂の誘電体５を設けるようにしたので、ＬＥＤ３と電極２０とをオーバーラップさせることができ、スイッチをコンパクトなものにして操作パネル７における占有面積を小さくすることができる。また、このように電極２０を操作パネル７の下方に設けるようにした場合であっても、誘電体であるＬＥＤ３と合成樹脂の誘電体５とを設けることによって導電体の検出感度を良くすることができる。
【００３０】
また、この実施形態では、プリント基板によって電極２０を形成するようにしたので、制御基板２の回路線路などを作成する工程と同じ工程で電極２０を作成することができる。このため、別途新たに電極２０を作成して基板に取り付けるようにする場合に比べて製作工程を著しく簡略化することができる。
【００３１】
さらに、電極２０上にＬＥＤ３を取り付け、貫通孔５０を有する半透明もしくは不透明な誘電体５によってその外周部分を覆うようにしたので、ＬＥＤ３の照射光を外周方向に拡散させないようにすることができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変更して実施することができる。
【００３３】
例えば、上記実施形態においては、静電容量検出回路４０としてＣ／Ｖ変換回路４１およびＡ／Ｄ変換回路４２を用いて構成するようにしているが、図５に示すような構成にしても良い。
【００３４】
図５において、図３と同様に波線で囲まれた部分は静電容量検出回路４０ａの構成を示し、２０は制御基板２に設けられた電極を示す。また、２０ｆはこの電極２０の検出面２０ａに対向して接近する導電体（人間の指など）を示し、電極２０とこの導電体２０ｆとによって可変コンデンサ２００を構成する。この静電容量検出回路４０ａにおいて、４１ａはＣ／Ｆ変換回路であり、電極２０に蓄えられた静電容量を検出し、この検出した静電容量に対応する周波数を出力する。また、４２ａはカウンタであり、このＣ／Ｆ変換回路４１ａから出力された周波数に対応する波数をカウントする。４３ａはＣＰＵであり、カウンタ４２ａから出力された信号に基づいて、スイッチのオン・オフを切り替える。４４ａはＲＯＭであり、このＣＰＵ４３ａを動作させるためのプログラムを記憶し、また、４５ａはＲＡＭであり、スイッチのオン・オフを切り替えるための閾値に関する情報を記憶する。この閾値に関する情報としては、スイッチの切り替え距離に対応する周波数のカウンタ値が閾値として記憶される。
【００３５】
また、第一の実施形態では、ＲＡＭ４５に記憶される閾値として、図４のＸに対応する一の閾値を用いるようにしているが、これに限らず、値の異なる２つの閾値を設けてスイッチのオン・オフを切り替えるようにしても良い。この２つの閾値を設けた場合におけるスイッチのオン・オフ制御について図６に示す。
【００３６】
図６は、図４（ａ）に対応したものであり、図６（ａ）は人間の指の位置と閾値との関係を示したものであり、縦軸は人間の指と電極２０との距離、横軸は時間軸を示したものである。この図において、Ｘ１、Ｘ２はスイッチのオン・オフを切り替えるための距離の閾値を示したものであり、ＲＡＭ４５、４５ａに記憶されている電圧の閾値もしくは周波数のカウンタ値に対応した距離の閾値を示したものである。また、図６（ｂ）は、この図６（ａ）に対応したスイッチのオン・オフを切り替え状態を示したものである。
【００３７】
図６において、指が電極２０から遠い位置Ｐ２に存在する場合、閾値よりも遠い位置に指が存在するため、静電容量は小さく、またこれに対応した周波数のカウント値も低く検出されてスイッチはオフ状態となる。そして、そこから徐々に指が電極２０に近づいてきた場合、電極２０に蓄えられる静電容量は徐々に増加し、Ｘ２よりも近いＸ１を超えて距離が近づいた場合、閾値を超える周波数のカウント値が検出されてスイッチがオン状態に切り替わる。
【００３８】
そして、今度は逆に指が電極２０から離れる場合、これに対応して電極２０に蓄えられる静電容量も徐々に減少し、Ｘ１よりも遠いＸ２を超えて導電体が遠ざかった場合、閾値よりも低い周波数のカウント値が検出されて、スイッチはオフ状態に切り替わる。そして、これに対応して、電極２０上に取り付けられたＬＥＤ３も消去する。このように値の異なる２つの閾値を設ければ、閾値の近傍に指が存在した場合に生ずるチャタリングを防止することができる。
【００３９】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態における導電体検出スイッチ１ｂの構成を図７、図８を用いて説明する。図７は導電体検出スイッチ１ｂの分解斜視図であり、図８は図７におけるＢ−Ｂ断面図である。この第二の実施形態における導電体検出スイッチ１ｂは、第一の実施形態の誘電体５の上部に凹部５２を設けてＬＥＤ３の照射光を拡散させるための拡散板６を取り付けられるようにしたものである。この実施形態において、第一の実施形態と同じ符号を付したものは第一の実施形態と同じ構成を有する。
【００４０】
拡散板６はＬＥＤ３の照射光を拡散させる磨りガラスなどによって円盤状に構成されるもので、誘電体５ｂの貫通孔５０上部に凹部５２を設けて取り付けられる。そして、誘電体５ｂの上面部５１ｕと拡散板６の上面部６ｕとを一致させ、これによって誘電体５ｂと拡散板６とを面一にして操作パネル７の内側に密着して取り付けられるようにしたものである。
【００４１】
このように構成すれば、操作パネル７が透明なものであっても、この拡散板６によってＬＥＤ３の照射光を均一に拡散させることができる。
【００４２】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について図９を用いて説明する。この実施形態における導電体検出スイッチ１ｃは、プリント基板によって構成された制御基板２ｃ上に複数の電極２０を設け、この電極２０の中心側に第一の実施形態と同様に中空部２２を設けてそこにＬＥＤ３を取り付けるようにしたものである。また、このＬＥＤ３に対応して誘電体５ｃに複数の貫通孔５０を設け、この誘電体５ｃを制御基板２ｃ上に取り付けるようにしたものである。なお、この第三の実施形態においても、第一の実施形態と同じ符号を付したものは第一の実施形態と同じ構成を有する。
【００４３】
このように構成すれば、一度に大量の電極２０を作成することができ、電極２０の製作工程を著しく簡略化することができる。また、この制御基板２ｃ上に単一の誘電体５ｃを取り付けるようにしたので、誘電体５ｃの取り付け工程も簡略化することができる。
【００４４】
（第四の実施形態）
次に、本発明の第四の実施形態における導電体検出スイッチ１ｄの構成を図１０を用いて説明する。この第四の実施形態における導電体検出スイッチ１ｄは、電極２０ｄに中空部を設けることなくＬＥＤ３の大きさに対応させて設けたもので、ＬＥＤ３の下面ほぼ全域に電極２０ｄを設け、このＬＥＤ３を誘電体として機能させるようにしたものである。そして、制御基板２ｄを支持させるための支持部材５ｄとして、第一の実施形態の誘電体５と同じ構成を有する部材を設け、この支持部材５ｄおよび図示しない留め具などを用いて制御基板２を操作パネル７に支持させるようにしたものである。
【００４５】
このように構成すれば、中空部を設けていないため電極の面積を大きくすることができ、しかも、このように電極の面積を大きく確保した場合であっても導電体検出スイッチ１ｄ全体をコンパクトなものにすることができる。
【００４６】
なお、電極２０ｄをＬＥＤ３の下面に設けるようにする場合、図１１に示すように、電極２０ｅをＬＥＤ３の外側にも露出させるように構成しても良い。そして、この露出部分の電極上にも第一の実施形態と同様の誘電体５を取り付け、また、第二の実施形態のようにこの誘電体５の貫通孔５０の上部に拡散板を設けるようにしても良い。また、第三の実施の形態のように電極をアレイ状に設けて製作工程の簡略化を図れるようにしても良い。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の導電体検出スイッチは、平面状の基板と、この基板に設けられ、検出対象である導電体の接近方向に対面する検出面を備えた電極とを具備し、この電極の静電容量を検出することによって導電体の接近を検出する導電体検出スイッチにおいて、前記電極上に、誘電体である電子部品を設けるようにしたので、電子部品と電極とをオーバーラップして設けることができ、スイッチをコンパクトにして、操作パネルにおける占有面積を小さくすることができる。また、電極上に、誘電体である電子部品を設けているため、電極が電子部品の下方に設けられて操作パネルから離れてしまった場合であっても、導電体の検出感度を良好なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における導電体検出スイッチの分解斜視図
【図２】図１の導電体検出スイッチを組み立てた状態におけるＡ−Ａ断面図
【図３】同形態における静電容量検出回路の回路構成図
【図４】同形態における人間の指の位置に対応したスイッチの切り替え状態を示す図
【図５】他の静電容量検出回路の回路構成図
【図６】閾値を複数設けた場合における人間の指の位置に対応したスイッチの切り替え状態を示す図
【図７】本発明の第二の実施形態における導電体検出スイッチの分解斜視図
【図８】図７の導電体検出スイッチを組み立てた状態におけるＢ−Ｂ断面図
【図９】本発明の第三の実施形態における導電体検出スイッチの分解斜視図
【図１０】本発明の第四の実施形態における導電体検出スイッチの分解斜視図
【図１１】第四の実施形態における電極を大きく構成した導電体検出スイッチの分解斜視図
【符号の説明】
１、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・導電体検出スイッチ
２、２ｃ・・・制御基板
２０、２０ｄ、２０ｅ・・・電極
２０ａ・・・検出面
３・・・ＬＥＤ
４０、４０ａ・・・静電容量検出回路
５、５ｂ、５ｃ、５ｄ・・・誘電体
６・・・拡散板

Claims

平面状の基板と、この基板に設けられ、検出対象である導電体の接近方向に対面する検出面を備えた電極とを具備し、この電極の静電容量を検出することによって導電体の接近を検出する導電体検出スイッチにおいて、
前記電極上に、誘電体である電子部品を設けたことを特徴とする導電体検出スイッチ。
前記電極上に、誘電体である電子部品を設けるとともに、この電極上における電子部品の領域外に、この電子部品と異なる誘電体を設けた請求項１に記載の導電体検出スイッチ。
基板がプリント基板であり、前記電極がプリント基板によって形成されたものである請求項１に記載の導電体検出スイッチ。
前記電子部品がＬＥＤであり、電極の中心側に前記ＬＥＤを設けるとともに、誘電体にこのＬＥＤの外形形状に対応した貫通孔を設け、この誘電体によってＬＥＤの外周を覆った請求項１に記載の導電体検出スイッチ。
前記貫通孔に収納されたＬＥＤの上方に拡散板を設けた請求項３に記載の導電体検出スイッチ。
前記電極が基板上に複数設けられたものであり、それぞれの電極の中心側に電子部品を設けるとともに、この電極上に単一の誘電体を設けた請求項１に記載の導電体検出スイッチ。