JP2006185745A - 静電容量型タッチスイッチ装置 - Google Patents
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Abstract
【構成】 パネル部に指で押すと抵抗値が変化するレジスタ電極とスイッチ電極をPETフィルムに印刷したパネルスイッチを作り、アクリル板又はガラス板に接着剤で貼り付けたタッチスイッチであり、上記タッチスイッチに対し、指が押した状態と押さない状態時の各レジスタ電極とスイッチ電極の静電容量変化量を計測する演算回路と、変化量を記憶する不揮発性メモリを搭載した、制御基板からなる静電容量型タッチスイッチ装置。
【選択図】
図4
Description
図3−1で示すパネルスイッチに指(導通部材)が近づくと、誘電体を電極と指で挟んだ平行板コンデンサが形成され静電容量が増加する。また、逆にパネルから指が離れるとこの原理とは反対に静電容量が減少する。制御基板は、この静電容量の変化をC/V(容量を電圧)変換回路で電圧に変換し、CPUのADCでデジタルデータに置き換え、演算プログラムよりスイッチのON/OFF状態を判断しているのが、静電容量型タッチスイッチの一般的な動作原理である。
しかし図3−2で示すようにパネルスイッチ表面に水がかかり水滴が出来ると、水も導通性があるため上記した指が近づいた状態と同様に、静電容量の増加が発生し誤動作の原因となる。
その為パネルスイッチに水がかかり誤動作を防止する対策として、パネルスイッチ表面の水滴が素早く流れるように表面に傾斜を付け、更にパネル表面スイッチ部のみに凸局面を設け、撥水処理を施しているのが現状である。しかしパネルスイッチ表面に傾斜を付けた場合、シャワーのような連続的に水がかかる場所では、水が捌けきれず容量変化が発生し、誤動作を防止できない。また、パネルスイッチ表面に部分的に突起部を設け、凸局面を付けた場合にも、小さなスイッチには有効であるが、大きなスイッチでは水がかかり、水滴が出来てしまい静電容量が変化し誤動作を防止できない。また、スイッチ形状が限定され汎用性に乏しく使いにくい。
そこで本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、屋外や台所、風呂場等の水回りで使用しても水がかかり、水滴が出来ても誤動作せず、またスイッチの大きさや形状も限定しない静電容量型タッチスイッチを提供する事にある。
上記パネルスイッチに水がかかり水滴が出来ると、従来同様スイッチ電極の静電容量は変化するが(図4−3)、水滴が出来てもパネルスイッチは湾曲しないため抵抗値は変化せず(図4−4)、抵抗値変化と静電容量変化の両方変化量を併せて判断することで誤動作を防止できる。
すなわち指(導通部材)でパネルスイッチを押すと、パネルに貼り付けられたレジスタ電極が湾曲し、抵抗値が変化する。更に指(導通部材)とスイッチ電極の間で容量変化が発生する。抵抗変化と静電容量変化両方の変化を同時に制御基板に内蔵した演算回路で判断することで、水がかかり、水滴が出来ても誤動作を防止する静電容量型タッチスイッチ装置を提案するものである。
更に制御基板に於いても、従来微少な抵抗変化を計測するには、図5で示したブリッジ回路で検知し、その信号を増幅する差動増幅回路が一般的に使われる。図5のブリッジ回路で示す電圧Veを発生させないためには、ブリッジ回路常数で(RD1+VR1)×R2=R1×R3の条件を満たす必要がある。しかしレジスタ電極RD1は、印刷抵抗のためバラツキが大きく抵抗値が一定しない。その為抵抗値(RD1+VR1)が一定値になるように可変抵抗VR1が必要で、個々のパネルに対し上記条件を満たすためVR1を調整しなければならない。
その為、レジスタ電極の抵抗変化量を電圧に変換すると、図5で示したブリッジ回路が必要になり、抵抗変化量を周波数に変換すれば静電容量変化を計測する回路が利用できる。その結果、図5で示したブリッジ回路が不要になり、可変抵抗VR1を調整する手間もいらず、ブリッジ回路にかかる部品もなくなり、コスト削減も可能となる。
パネルスイッチは、PETフィルムにスイッチ電極とレジスタ電極とGND電極を印刷した電極シート図7−1を作成し、その電極シートをガラス板または、アクリル板(誘電体)に、接着剤で貼り付け構成する。
レジスタ電極は、湾曲すると抵抗値が変化する電極で、図7−2に示したPETフィルムにカーボン抵抗を印刷し、そのカーボン抵抗に上部よりレーザーカッティングで表面にクラックを付け、クラックの状態が変化しないように樹脂系の接着剤でオーバーコートした構造になっている。人の指でパネルスイッチを押した場合、前記カーボン抵抗に押圧が加わって湾曲し、クラックが開いた状態では、抵抗値が大きくなり、逆にクラックが閉じた状態では(図7−3を参照)、抵抗値が小さくなる。このメカニズムにより、湾曲すると抵抗値が変化する機能を実現している。
制御基板は、図6で示したレジスタ電極と発信回路を接続するための電極切り換え回路、スイッチ電極を順番にて発振回路に接続するためのスイッチ電極切り換え回路、周波数が可変出来る発振回路、しきい値データを記憶するための不揮発性メモリ、波形の幅が計測できるインプットキャプチャ機能が内蔵されたCPUで構成する。電極切り換え回路は、CPUのI/O端子1で設定し、レジスタ電極またはスイッチ電極かを選択する。スイッチ電極切り換え回路は、CPUのI/O端子2でスイッチ電極SW1〜SW6の何れかを選択する機能を有している。
まず始めにパネルスイッチを押した状態と、押さない状態を判断する方式について図面を参照して説明する。CPUのI/O端子1から電極切り換え回路でレジスタ電極を選択すると、図8に示したレジスタ電極と発振回路を接続したレジスタモードになる。このレジスタモードでは、レジスタ電極の抵抗値変化量を測定する回路でレジスタ電極は抵抗、C1はコンデンサ、TLC555は発振用タイマーICで、発信回路が構成される。すなわちこの回路は、図9の等価回路となり抵抗値変化を周波数変化に変換するR/F変換回路が成り立ち一定の周波数が発生し、CPUに内蔵されたカウンタより周波数の測定が可能となる。
Trd0は指がパネルスイッチを押していない状態の周波数値を示し、Trd1はパネルスイッチを押した状態の周波数値を表すから、周波数変化(Trd0−Trd1)を測定することで、レジスタ電極の抵抗値変化量が測定でき、パネルスイッチを押した状態と押さない状態を判断出来る。
1)パネルスイッチが押されたことを判断するレジスタモード初期データ
1.パネルスイッチを指で押していない状態の発振周波数
・容量 C=C1
・抵抗値 R=R7(一定値)
・周波数 Trd0=100kHz程度
2.パネルスイッチを指で押した状態の発振周波数指
・容量 C=C1
・抵抗値 R=R7(指の押方により変化する変動値)
・周波数 Trd1=101kHz程度
2)どのスイッチが押されたかを判断するスイッチモード初期データ
1.パネルスイッチを指で押していない状態でのSW1〜SW6の発振周波数
・容量 C=C1
・抵抗値 R=R6
・周波数 (Toff1〜Toff6)=100kHz程度
2.SW1〜SW6を指で押した状態での発振周波数
・容量 C=C1+C2(指の押し方により変化する変動値)
・抵抗値 R=R6
・周波数 (Ton1〜Ton6)=99.9kHz程度
そこで一例としてSW3が押された場合について、判断方法を具体的な測定データを使い説明する。
始めにレジスタモードで、周波数を測定した結果101kHzが計測できた。この値をCPUの演算プログラムで照らし合わせた結果1)−1と周波数が一致するため、パネルスイッチが押されたと判断できる。次にスイッチモードで、周波数を測定した結果SW1=SW2=SW4=SW5=SW6=100kHzでSW3=99.9kHzが計測できた。この値をCPUの演算プログラムで照らし合わせた結果SW1、SW2、SW4,SW5,SW6は、2)−1と周波数が一致するため押されていないと判断でき、SW3は、2)−2と一致するためSW3が押されたと判断できる。
またスイッチ形状も制約無く自由な大きさに出来、静電容量型タッチスイッチが実現できる。
2 CPU
3 I/O端子
4 スイッチ電極切り換え回路
Claims (2)
- 静電容量型タッチスイッチにおいて、PETフィルムに銀ペーストでスイッチ電極を印刷し、更に湾曲すると抵抗値が変化するレジスタ電極を搭載した電極シートを作成し、アクリル板又はガラス板等の誘電体に接着手段で貼り付けたパネルスイッチであり、上記パネルスイッチに対し導通部材が、押した状態と押さない状態でレジスタ電極の抵抗値変化量を計測する演算回路及び、指で押した状態と押さない状態時でスイッチ電極の静電容量変化量を計測する演算回路で、抵抗値及び静電容量両方の変化量を記憶する不揮発性メモリを搭載した制御基板からなることを特徴とする静電容量型タッチスイッチ装置。
- 静電容量型タッチスイッチは、抵抗値変化量を計測する演算回路並び静電容量変化量を計測する演算回路を共有することを特徴とする請求項1記載の静電容量型タッチスイッチ装置。
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