JP2005353565A - ハイブリッドセンサ及び静電容量式近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 検出感度をより一層向上させる。
【解決手段】 ハイブリッドセンサ１は、電極パターンが形成された複数枚の可撓性シート２１，２４を重合して構成され、荷重印加によってオンオフするスイッチからなる接触センサと、物体の接近を非接触で検出する静電容量式近接センサとを含む。電極パターンは、接触センサのスイッチを構成するスイッチ電極パターン１４と、静電容量式近接センサの検知電極パターン２２とを含む。検知電極パターン２２は、スイッチ電極パターン１４が形成されていない領域のほぼ全体を覆うように形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電極パターンが形成された複数枚の可撓性シートを重合してなるメンブレン回路に関し、特に物体の近接を静電容量の変化で検出する静電容量式近接センサ及びこの静電容量式近接センサと荷重印加によってオンオフする接触センサとを含むハイブリッドセンサに関する。

従来より、メンブレンスイッチを使用した接触センサと静電容量式センサとを併用したハイブリッドセンサとしては、本出願人によって、特許文献１に開示されたものが提案されている。図４に、このハイブリッドセンサの概略構成を示す。このハイブリッドセンサ６は、例えば自動車等の着座検出システムに適用されるもので、ポリエステルフィルムのような絶縁樹脂フィルム等からなる一対の可撓性シート１１，１２を、シート状の絶縁スペーサ１３を介して重合することにより構成されている。一対の可撓性シート１１，１２の対向面１１ａ，１２ａには、それぞれ銀ペースト等の導電材からなるスイッチ電極パターン１４，１５がスクリーン印刷等の方法で形成されている。これらスイッチ電極パターン１４，１５は、接点部１６に対応する位置に形成されたランド部１４ａ，１５ａと、ランド部１４ａ，１５ａを図示しない回路まで導くリード部１４ｂ，１５ｂとからなる。絶縁スペーサ１３の接点部１６に対応する位置には、ランド部１４ａ，１５ａが互いに十分に接触できるだけの開口径を有する開口部１７が形成され、この開口部１７を介して着座部への荷重印加時に上下のランド部１４ａと１５ａとが接触してオン状態となる。これらの構成が接触センサを構成している。

一方、静電容量式センサは、可撓性シート１１の対向面１１ａにスイッチ電極パターン１４とは絶縁状態で形成された一組の検知電極パターン７ａ，７ｂからなり、それらの容量変化から人体等の物体の接近を非接触で検出するように構成されている。

この構成によれば、接触センサと静電容量式近接センサとを、同一のメンブレンスイッチを含む形態で構成しているので、製造コストの削減を図ることができる。
特開２００２−３２６５５４公報（段落００２０、図７）

しかし、上述した従来のハイブリッドセンサでは、静電容量式近接センサを構成する検知電極パターンが部分的にしか形成されていないので、電極から離れた位置で人体や物体が接近した場合の感度が無い又は低いという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、検出感度のより一層の向上を図ることができるハイブリッドセンサ及び静電容量式近接センサを提供することを目的とする。

本発明に係るハイブリッドセンサは、電極パターンが形成された複数枚の可撓性シートを重合して構成され、荷重印加によってオンオフするスイッチからなる接触センサと、物体の接近を非接触で検出する静電容量式近接センサとを含むハイブリッドセンサにおいて、前記電極パターンが、前記接触センサのスイッチを構成するスイッチ電極パターンと、前記静電容量式近接センサの検知電極パターンとを含み、前記検知電極パターンが、前記スイッチ電極パターンが形成されていない領域のほぼ全体を覆うように形成されていることを特徴とする。

本発明の一つの実施形態において、前記電極パターンは、前記接触センサ及び静電容量式近接センサで共用されるグランド電極パターンを含む。また、前記検知電極パターンは、例えば、前記スイッチ電極パターン及びグランド電極パターンが形成されていない領域のほぼ全体覆うように形成されている。

本発明の他の実施形態において、前記電極パターンは、前記スイッチ電極パターン及びグランド電極パターンと前記検知電極パターンとの間に、前記スイッチ電極パターン及びグランド電極パターンを取り囲むように形成されたガード電極パターンを含み、前記ガード電極パターンは、バッファアンプを介して前記検知電極パターンと同電位に保たれるものである。

本発明の更に他の実施形態においては、前記スイッチ電極パターン及びグランド電極パターンが形成された領域と、前記検知電極パターンが形成された領域との間にスリットが形成され、前記２つの領域が一部を残して分離されている。

本発明に係る静電容量式近接センサは、検知電極と、この検知電極における静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記検知電極と他の回路の回路パターンとの間に、前記他の回路の回路パターンを取り囲むように形成されたガード電極パターンとを備え、前記ガード電極パターンには、前記検知電極に対して同電位となる電圧が印加されていることを特徴とする。

本発明のハイブリッドセンサによれば、検知電極パターンが、スイッチ電極パターンが形成されていない領域のほぼ全体を覆うように形成されているので、検知電極パターンの形成領域を、広くとることができ、検出感度を向上させることができる。

また、本発明の静電容量式近接センサによれば、検知電極と他の回路の回路パターンとの間に、前記他の回路の回路パターンを取り囲むようにガード電極パターンが形成され、ガード電極パターンには、検知電極に対して同電位となる電圧を印加するようにしているので、検知電極と他の回路との間の容量的な遮断が図れ、複数の機能の混載によっても、検出感度が低下することがない。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るハイブリッドセンサの概略構成を示す図である。

このハイブリッドセンサ１が、図４に示した従来のハイブリッドセンサ６と異なる点は、静電容量式近接センサを構成する検知電極パターンが形成される可撓性シート２１，２４の構成であり、その他は、図４の構成と基本的には同様であるため、重複する部分の説明は割愛する。

可撓性シート２１は、スイッチ電極パターン１４が形成された面と同一面（又はその裏面でも良い）に、検知電極パターン２２を形成したものである。この検知電極パターン２２は、スイッチ電極パターン１４が形成された領域を除く領域の殆ど全てを覆うように形成されている。検知電極パターン２２をこのように形成することにより、検知面積を大幅に拡大して検出感度を向上させることができる。

また、可撓性シート２４は、スイッチ電極パターン１４と対をなす電極パターンが、この例では、グランド電極パターン２５であり、スイッチ電極パターン１４のランド部１４ａ及びリード部１４ｂと対応するグランド電極パターン２５として、ランド部２５ａ及びリード部２５ｂが形成されている。

グランド電極パターン２５は、接触センサ及び静電容量式近接センサの共通の接地電極としてセンサ回路３０の端子ｃを介して接地されている。スイッチ電極パターン１４は、センサ回路３０の端子ａに接続され、グランド電極パターン２５との接触時にＧＮＤレベルとなるＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。

検知電極パターン２２は、静電容量を検出する検知回路３１の入力である端子ｂに接続されている。検知回路３１は、例えば検知電極パターン２２と接地との間の静電容量によって決まる周波数又はデューティー比で発振する発振回路と、その出力を積分する低域通過フィルタ等により構成することができる。検知回路３１の入力端と電源Ｖｃｃの間には、抵抗３２が接続されている。

次に、このように構成されたハイブリッドセンサ１の動作について説明する。

いま、検知電極パターン２２は、スイッチ電極パターン１４及びグランド電極パターン２５の形成されない領域上には形成されていないので、両者の間の静電容量は、それほど大きなものではないものの、両者の間には、寄生容量Ｃ０が存在する。もし、検知電極パターン２２に物体が接近すると、その近接物と対地との間に発生した容量Ｃｘが大きくなり、寄生容量Ｃ０と近接物による容量Ｃｘの合成容量Ｃが増加する。従って、検知回路３１により、合成容量Ｃの変化を検出すれば、人体の接近等を検知する近接センサとして機能する。

このように、ハイブリッドセンサ１の静電容量式近接センサは、検出すべき物体が存在する側に１枚の検知電極パターン２２を形成すれば足り、他方の電極としては、共通のグランド電極パターン２５を使用することができる。

図２は、本発明の第２の実施形態に係るハイブリッドセンサの概略構成を示す図である。

このハイブリッドセンサ２では、図１に示した第１のハイブリッドセンサ１に加えて、可撓性シート４１のスイッチ電極パターン１４と検知電極パターン２２との間に、スイッチ電極パターン１４を取り囲むように、ガード電極４２を形成している。ガード電極パターン４２には、検知電極パターン２２と同電位が与えられている。すなわち、センサ回路５０は、検知電極パターン２２の出力を、ボルテージフォロワのバッファアンプ５１を介して端子ｄに接続されたガード電極パターン４２に供給する。

このような構成によれば、検知電極パターン２２とガード電極パターン４２の間は同電位であるから、両者の間には静電容量は発生せず、検知電極パターン２２とスイッチ電極パターン１４及びグランド電極パターン２５との間の寄生容量Ｃ０を小さくすることができる。このため、近接物と対地との間に発生した容量Ｃｘによる変化量を先の実施形態の場合よりも大きくすることができ、検出感度を向上させることができる。

なお、上述したガード電極パターンは、対象物が存在する側（検出側）とは反対側（裏面）に追加的に形成するようにしても良い。そのように構成することにより、裏側からの誤検出を防止して検出精度をより高めることができる。

図３は、本発明の第３の実施形態に係るハイブリッドセンサの構成を示す平面図である。

このハイブリッドセンサ３は、可撓性シート６１，６２と、これらの間に介装される絶縁スペーサ６３とを重合して構成されている。可撓性シート６１に形成された電極パターン６４は、スイッチ電極パターン６４ｃとグランド電極パターン６４ｄからなり、ランド部６４ａでは、両電極パターン６４ｃ，６４ｄが櫛歯状に対向するパターンを形成している。この櫛歯状パターンの部分が、絶縁スペーサ６３の開口部６７を介して可撓性シート６２の短絡電極パターン６５に接続され、両者が導通することで接触センサを構成するようにしている。ランド部６４ａ及びリード部６４ｂは、ガード電極パターン６９によって取り囲まれている。そして、その周りの領域は、殆ど全てが検知電極パターン６６で覆われている。

更に、この実施形態では、ガード電極パターン６９によって取り囲まれた領域を取り囲むように、可撓性シート６１，６２及び絶縁スペーサ６３の全てを貫通するスリット６８ａ，６８ｂ，６８ｄが形成され、検知電極パターン６６が形成された領域と、その他の領域とが一部を残して分離されている。

この実施形態によれば、いわゆるメンブレンスイッチの部分を検知電極パターン６６の領域と分離することができるので、設置された場所が曲面の多い場所でも、適応しやすく、メンブレンスイッチの一部に負荷がかかって誤動作するという問題を回避することができる。

本発明の第１の実施形態に係るハイブリッドセンサの概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るハイブリッドセンサの概略構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るハイブリッドセンサの概略構成を示す図である。 従来のハイブリッドセンサの概略構成を示す図である。

符号の説明

１，２，３，６…ハイブリッドセンサ、１１，１２，２１，２４，４１，６１，６２…可撓性シート、１３，６３…絶縁スペーサ、１４，１５，６４ｃ…スイッチ電極パターン、２２，６６…検知電極パターン、２５，６４ｄ…グランド電極パターン、４２，６９…ガード電極パターン。

Claims (6)

1. 電極パターンが形成された複数枚の可撓性シートを重合して構成され、荷重印加によってオンオフするスイッチからなる接触センサと、物体の接近を非接触で検出する静電容量式近接センサとを含むハイブリッドセンサにおいて、
   前記電極パターンは、
   前記接触センサのスイッチを構成するスイッチ電極パターンと、
   前記静電容量式近接センサの検知電極パターンとを含み、
   前記検知電極パターンは、前記スイッチ電極パターンが形成されていない領域のほぼ全体を覆うように形成されている
   ことを特徴とするハイブリッドセンサ。
2. 前記電極パターンは、前記接触センサ及び静電容量式近接センサで共用されるグランド電極パターンを含むことを特徴とする請求項１記載のハイブリッドセンサ。
3. 前記検知電極パターンは、前記スイッチ電極パターン及びグランド電極パターンが形成されていない領域のほぼ全体覆うように形成されていることを特徴とする請求項２記載のハイブリッドセンサ。
4. 前記電極パターンは、前記スイッチ電極パターン及びグランド電極パターンと前記検知電極パターンとの間に、前記スイッチ電極パターン及びグランド電極パターンを取り囲むように形成されたガード電極パターンを含み、
   前記ガード電極パターンは、バッファアンプを介して前記検知電極パターンと同電位に保たれるものである
   ことを特徴とする請求項３記載のハイブリッドセンサ。
5. 前記スイッチ電極パターン及びグランド電極パターンが形成された領域と、前記検知電極パターンが形成された領域との間にスリットが形成され、前記２つの領域が一部を残して分離されている
   ことを特徴とする請求項３又は４記載のハイブリッドセンサ。
6. 検知電極と、
   この検知電極における静電容量を検出する静電容量検出手段と、
   前記検知電極と他の回路の回路パターンとの間に、前記他の回路の回路パターンを取り囲むように形成されたガード電極パターンと
   を備え、
   前記ガード電極パターンには、前記検知電極に対して同電位となる電圧が印加されている
   ことを特徴とする静電容量式近接センサ。