JP2010273020A - スイッチ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】タッチ非操作によるスイッチ誤動作の発生を抑制することができるスイッチ装置を提供する。
【解決手段】スイッチ装置1は、タッチ操作面20bを有するスイッチ操作部材2bと、スイッチ操作部材2bのタッチ操作面20bと反対側の面に対向し、かつタッチ操作面20bに対するタッチ操作による第1静電容量結合を形成する検出電極2cと、検出電極2cに並列し、かつタッチ操作面20bに対するタッチ操作による第2静電容量結合を形成する基準電極2dと、検出電極2cに生じる第1静電容量と基準電極2dに生じる第2静電容量とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する制御部5とを備えた。
【選択図】図1
【解決手段】スイッチ装置1は、タッチ操作面20bを有するスイッチ操作部材2bと、スイッチ操作部材2bのタッチ操作面20bと反対側の面に対向し、かつタッチ操作面20bに対するタッチ操作による第1静電容量結合を形成する検出電極2cと、検出電極2cに並列し、かつタッチ操作面20bに対するタッチ操作による第2静電容量結合を形成する基準電極2dと、検出電極2cに生じる第1静電容量と基準電極2dに生じる第2静電容量とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する制御部5とを備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、スイッチ装置に関し、特に比較的広いタッチ操作面を有するスイッチ操作部を備えたスイッチ装置に関する。
従来のスイッチ装置として、例えば操作者によるタッチ操作によって光源を点灯するものがある(特許文献1)。
このスイッチ装置は、タッチ操作面を有するスイッチ操作部と、このスイッチ操作部のタッチ操作面と反対側の面に対向する電極と、この電極に生じる静電容量(電極と大地との間に生じる静電容量の変化)に基づいて光源を点灯する信号を出力する制御部とを備えている。
以上の構成により、操作者がスイッチ操作部のタッチ操作面に接触すると、電極と大地との間に静電容量の変化が生じ、この変化に基づいて制御部が光源を点灯する。
しかし、従来のスイッチ装置によると、スイッチ操作部のタッチ操作面が比較的広い場合には、タッチ操作面に対して操作者の手を接近させる時(タッチ非操作時)の静電容量の変化量が、タッチ操作面に対して操作者の指を接触させる時(タッチ操作時)の静電容量の変化量と比べて同程度以上の大きさとして検出されるため、タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができず、タッチ非操作によるスイッチ誤動作が発生するという問題があった。
従って、本発明の目的は、タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができ、もってタッチ非操作によるスイッチ誤動作の発生を抑制することができるスイッチ装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために、(1)〜(3)のスイッチ装置を提供する。
(1)タッチ操作面を有するスイッチ操作部と、前記スイッチ操作部の前記タッチ操作面と反対側の面に対向し、かつ前記タッチ操作面に対するタッチ操作による第1静電容量結合を形成する第1電極と、前記第1電極に並列し、かつ前記タッチ操作面に対する前記タッチ操作による第2静電容量結合を形成する第2電極と、前記第1電極に生じる第1静電容量と前記第2電極に生じる第2静電容量とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する制御部とを備えた。
(2)上記(1)に記載のスイッチ装置において、前記制御部は、前記第1静電容量をF1とするとともに、前記第2静電容量をF2として比(F1/F2)を演算する演算部、及び前記比(F1/F2)と予め設定された閾値とを比較して判定する判定部を有する。
(3)前記制御部は、前記第1静電容量をF1とするとともに、前記第2静電容量をF2として差(F1−F2)を演算する演算部、及び前記差(F1−F2)と予め設定された閾値とを比較して判定する判定部を有する。
本発明によると、タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができ、タッチ非操作によるスイッチ誤動作の発生を抑制することができる。
〔実施の形態〕
(スイッチ装置の全体構成)
図1はスイッチ装置の接続状態を示す。図1に示すように、スイッチ装置1は、操作者(手指f)のタッチ操作を受けるスイッチ部2と、このスイッチ部2のスイッチ信号を検出して検出信号を出力する検出部3,4と、これら検出部3,4の検出信号を入力してスイッチオン・オフ信号を出力する制御部4とを備え、自動車100(図2に示す)の運転席側方に配置されている。
(スイッチ装置の全体構成)
図1はスイッチ装置の接続状態を示す。図1に示すように、スイッチ装置1は、操作者(手指f)のタッチ操作を受けるスイッチ部2と、このスイッチ部2のスイッチ信号を検出して検出信号を出力する検出部3,4と、これら検出部3,4の検出信号を入力してスイッチオン・オフ信号を出力する制御部4とを備え、自動車100(図2に示す)の運転席側方に配置されている。
図2は自動車の内部を示す。図2に示すように、自動車100は、その内部に操作者(運転者)Dが着座可能な運転席101、及びこの運転席101の右側側方に位置するドアパネル102を有している。
(スイッチ部2の構成)
図3はスイッチ装置のスイッチ部を示す。図3に示すように、スイッチ部2は、部品収納用ケースを形成する本体2a(図1に示す)と、この本体2a外(自動車100内)に露出するタッチ操作面20bを有するスイッチ操作部材2b(図1に示す)と、このスイッチ操作部材2bのタッチ操作面20bに対するタッチ操作による第1静電容量結合を形成する第1電極としての検出電極2cと、この検出電極2cに対向してタッチ操作面20bに対するタッチ操作による第2静電容量結合を形成する第2電極としての基準電極2dと、この基準電極2dと検出電極2cとの間に介在するスペーサ2e(図1に示す)とを有し、運転席101(図2に示す)の近傍に配置されている。
図3はスイッチ装置のスイッチ部を示す。図3に示すように、スイッチ部2は、部品収納用ケースを形成する本体2a(図1に示す)と、この本体2a外(自動車100内)に露出するタッチ操作面20bを有するスイッチ操作部材2b(図1に示す)と、このスイッチ操作部材2bのタッチ操作面20bに対するタッチ操作による第1静電容量結合を形成する第1電極としての検出電極2cと、この検出電極2cに対向してタッチ操作面20bに対するタッチ操作による第2静電容量結合を形成する第2電極としての基準電極2dと、この基準電極2dと検出電極2cとの間に介在するスペーサ2e(図1に示す)とを有し、運転席101(図2に示す)の近傍に配置されている。
そして、スイッチ部2は、図1に示すように、本体2aを除く構成部材(スイッチ操作部材2b,検出電極2c,基準電極2d及びスペーサ2e)によって直方体状の積層体Aを形成するように構成されている。
本体2aは、自動車100(図2に示す)におけるアームレストの一部を構成し、運転席101(図2に示す)の近傍に配置され、かつドアパネル102(図2に示す)に一体に形成されている。
スイッチ操作部材2bは、積層体Aの最上部に配置され、かつタッチ操作面20bを含む一部を除いて本体2a内に収容され、全体が例えばPC(ポリカーボネート)樹脂などの樹脂材料によって形成されている。また、スイッチ操作部材2bは、タッチ操作面(上面)20b及び下面の面積SfがSf=100×100mm2の広さに、またその厚さTp1がTp1=1mmの寸法にそれぞれ設定されている。
検出電極2cは、スイッチ操作部材2bの下方に配置され、かつ1対の検出部3,4のうち一方の検出部3に接続され、手指f又は手の平Dfと共にコンデンサC1(図3に示す)を形成するように構成されている。また、検出電極2cは、表面及び裏面の面積SdがSd=100×100mm2の広さに設定されている。検出電極2cの材料としては、例えば銅合金などの金属材料が用いられる。
基準電極2dは、積層体Aの最下部に配置され、かつ1対の検出部3,4のうち他方の検出部4に接続され、手指f又は手の平Dfと共にコンデンサC2(図3に示す)を形成するように構成されている。また、基準電極2dは、検出電極2cに厚さ方向に沿って並列する位置、すなわち上面が検出電極2cの下面にスペーサ2eを介して対向する位置に配置されている。そして、基準電極2dは、表面及び裏面の面積SrがSr=100×100mm2の広さに設定されている。基準電極2cの材料としては、例えば銅合金などの金属材料が用いられる。
スペーサ2eは、前述したように検出電極2cと基準電極2dとの間に配置され、全体が例えばPC樹脂などの樹脂材料によって形成されている。また、スペーサ2eは、上面及び下面の面積SsがSs=100×100mm2の広さに、またその厚さTp2がTp2=1mmの寸法にそれぞれ設定されている。
(検出部3の構成)
図4はスイッチ装置における一方の検出部を示す。図4に示すように、一方の検出部3は、静電容量IC(Integrated Circuit:IC)からなり、発振部3a,負荷抵抗3b,ダイオード3c,LPF(Low Pass Filter:LPF)3d及びオペアンプ3eを有し、制御部5(図1に示す)に接続されている。
図4はスイッチ装置における一方の検出部を示す。図4に示すように、一方の検出部3は、静電容量IC(Integrated Circuit:IC)からなり、発振部3a,負荷抵抗3b,ダイオード3c,LPF(Low Pass Filter:LPF)3d及びオペアンプ3eを有し、制御部5(図1に示す)に接続されている。
発振部3aは、負荷抵抗3bに接続され、例えば100kHzの高周波信号(Vo)を出力する。負荷抵抗3bは、例えば100kΩの抵抗値をもち、検出電極2c(図1に示す)及びダイオード3cに接続されている。ダイオード3cは、LPF3dに接続され、発振部3aから出力された高周波信号を平滑化する。LPF3dは、オペアンプ3eに接続され、例えば2kHz以下の信号を通過させる。オペアンプ3eは、増幅及びオフセットが行われた信号(Vout1)として発振部3aからの高周波信号を制御部5に出力する。
(検出部4の構成)
図4に示すように、他方の検出部4は、一方の検出部3と同様に静電容量ICからなり、発振部4a,負荷抵抗4b,ダイオード4c,LPF4d及びオペアンプ4eを有し、制御部5に接続されている。
図4に示すように、他方の検出部4は、一方の検出部3と同様に静電容量ICからなり、発振部4a,負荷抵抗4b,ダイオード4c,LPF4d及びオペアンプ4eを有し、制御部5に接続されている。
発振部4aは、負荷抵抗4bに接続され、例えば100kHzの高周波信号(Vo)を出力する。負荷抵抗4bは、例えば100kΩの抵抗値をもち、基準電極2d及びダイオード4cに接続されている。ダイオード4cは、LPF4dに接続され、発振部4aから出力された高周波信号を平滑化する。LPF4dは、オペアンプ4eに接続され、例えば2kHz以下の信号を通過させる。オペアンプ4eは、増幅及びオフセットが行われた信号(Vout2)として発振部4aからの高周波信号を制御部5(図1に示す)に出力する。
(制御部5の構成)
図5はスイッチ装置の制御部を示す。図5に示すように、制御部5は、メモリ5a,演算部5b及び判定部5cを有するECU(Electronic Control Unit:ECU)からなり、自動車100(図1に示す)に搭載されている。
図5はスイッチ装置の制御部を示す。図5に示すように、制御部5は、メモリ5a,演算部5b及び判定部5cを有するECU(Electronic Control Unit:ECU)からなり、自動車100(図1に示す)に搭載されている。
メモリ3aは、判定部5cに接続され、予め設定されたタッチ操作判定用の閾値F0(F0=1.5)等が記憶されている。なお、閾値F0としては、F0=1.5以外の閾値に設定することが可能である。
演算部5bは、オペアンプ3e,4eに接続されている。そして、演算部5bは、オペアンプ3e,4eからの高周波信号を入力し、検出電極2cに生じる静電容量F1と基準電極2dに生じる静電容量F2との比(F1/F2)を演算する。
判定部5cは、演算部5bに接続されている。そして、判定部5cは、演算部5bにおいて演算された比F1/F2とメモリ3aに記憶された閾値F0(例えばF0=1.5)とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する。この場合、F1/F2≧1.5であると、タッチオン信号が出力される。また、F1/F2<1.5であると、タッチオフ信号が出力される。
〔スイッチ装置1の動作〕
次に、本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の動作につき、図6(a)及び(b)を用いて説明する。図6(a)及び(b)はタッチ操作状態とタッチ非操作状態を示す。
次に、本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の動作につき、図6(a)及び(b)を用いて説明する。図6(a)及び(b)はタッチ操作状態とタッチ非操作状態を示す。
図6(a)に示すように、タッチ操作部材2bのタッチ操作面20bが操作者Dの手指fによってタッチ操作されると、検出部3の発振部3a及び検出部4の発振部4aからそれぞれ出力される高周波信号(100kHz)の振幅が小さくなる。これら各高周波信号がダイオード3c,4cを通過して平滑化された後、各低周波信号(2kHz以下の信号)がLPF3d,4dを通過してオペアンプ3e,4eに出力される。
次に、オペアンプ3eでは発振部3aからの高周波信号を入力して第1信号(Vout1)として、またオペアンプ4eでは発振部4aからの高周波信号を第2信号(Vout2)として制御部5にそれぞれ出力する。
そして、制御部5では、第1信号をオペアンプ3eから、また第2信号をオペアンプ4eから演算部5bが入力すると、検出電極2cに生じる静電容量F1と基準電極2dに生じる静電容量F2との比(F1/F2)を演算する。この場合、静電容量F1及びF2は次に示す値となる。但し、真空の誘電率εoをεo=8.854×10−12とし、PC樹脂の比誘電率εrpをεrp=2とする。
F1=εo×εrp×Sf/Tp1
=8.854×10−12
×2×10×10−3×10×10−3/(1×10−3)
=1.8×10−12(F) …(1)
=8.854×10−12
×2×10×10−3×10×10−3/(1×10−3)
=1.8×10−12(F) …(1)
F2=εo×εrp×Sf/(Tp1+Tp2)
=8.854×10−12
×2×10×10−3×10×10−3/(2×10−3)
=0.9×10−12(F) …(2)
=8.854×10−12
×2×10×10−3×10×10−3/(2×10−3)
=0.9×10−12(F) …(2)
(1),(2)より、比(F1/F2)はF1/F2=2となる。
この後、制御部5では、メモリ5aに記憶された閾値F0(F0=1.5)と演算部5bで演算された比(F1/F2)とを判定部5cが比較して判定する。この場合、(F1/F2)≧1.5であるため、タッチオン信号を出力する。
これに対して、図6(b)に示すように、タッチ操作部材2bのタッチ操作面20bから距離D(例えばD=50mm)をもって離間する位置に操作者Dの手の平Dfが配置されると、コンデンサC1が手の平Df及び検出電極2cによって、またコンデンサC2が手の平Df及び基準電極2dによってそれぞれ形成されるため、制御部5の演算部5bによる比(F1/F2)は、タッチ操作部材2bのタッチ操作面20bが操作者Dの手指fによってタッチ操作される場合と比べて異なる。
この場合、手の平Dfと検出電極2cとの間に空気層(空気の比誘電率εrはεr=1),樹脂層(スイッチ操作部材2e)が、また手の平Dfと基準電極2dとの間に空気層,樹脂層(スイッチ操作部材2b,スペーサ2e)がそれぞれ存在するため、静電容量F1,F2はそれぞれ1対のコンデンサ(Fxe,Fxp)を直列接続した場合(F1=1/{(1/F1e)+(1/F1p)},F2=1/{(1/F2e)+(1/F2p)})と等価である。これにより、手の平Dfの面積Soが検出電極2cの表裏各面の面積Sd及び基準電極2dの表裏各面の面積Srと同一の面積(So=Sd=Sr)とし、静電容量F1及びF2は次に示す値となる。
F1=1/{(1/F1e)+(1/F1p)}=1.8×10−12…(3)
∵F1e=εo×εr×Sd/D=8.854×10−12
×1×100×10−3×100×10−3/(50×10−3)
=1.8×10−12(F)
F1p=εo×εrp×Sd/Tp=8.854×10−12
×2×100×10−3×100×10−3/(1×10−3)
=1.8×10−12(F)
×1×100×10−3×100×10−3/(50×10−3)
=1.8×10−12(F)
F1p=εo×εrp×Sd/Tp=8.854×10−12
×2×100×10−3×100×10−3/(1×10−3)
=1.8×10−12(F)
F2=1/{(1/F2e)+(1/F2p)}=1.7×10−12…(4)
∵F2e=εo×εr×Sd/D=8.854×10−12
×1×100×10−3×100×10−3/(50×10−3)
=1.8×10−12(F)
F2p=εo×εrp×Sd/Tp=8.854×10−12
×2×100×10−3×100×10−3/(2×10−3)
=0.9×10−12(F)
×1×100×10−3×100×10−3/(50×10−3)
=1.8×10−12(F)
F2p=εo×εrp×Sd/Tp=8.854×10−12
×2×100×10−3×100×10−3/(2×10−3)
=0.9×10−12(F)
(3),(4)より、比(F1/F2)はF1/F2≒1.1となる。
この後、制御部5では、メモリ5aに記憶された閾値F0(F0=1.5)と演算部5bで演算された比(F1/F2)とを判定部5cが比較して判定する。この場合、(F1/F2)<1.5であるため、タッチオフ信号を出力する。
本実施の形態においては、タッチ操作時の比F1/F2がタッチ非操作時の比F1/F2よりも大きい値となるため、適正な閾値F0(本実施の形態ではF0=1.5)を設定することにより、タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができる。
〔実施の形態の効果〕
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができ、タッチ非操作によるスイッチ誤動作の発生を抑制することができる。
以上、本発明のスイッチ装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
(1)上記実施の形態では、検出電極2cに生じる第1静電容量をF1とするとともに、基準電極2dに生じる第2静電容量をF2として比(F1/F2)を演算し、この比(F1/F2)と閾値F0とを比較して判定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、検出電極に生じる第1静電容量をF1とするとともに、基準電極に生じる第2静電容量をF2として差(F1−F2)を演算し、この差(F1−F2)と閾値F0とを比較して判定してもよい。
(2)上記実施の形態では、基準電極2dが検出電極2cにスペーサ2eを介して対向する場合について、すなわち基準電極2d及び検出電極2cが電極厚さ方向に沿って互いに並列する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、基準電極及び検出電極をその電極面方向に沿って互いに並列させてもよい。この場合、例えばスイッチ操作部がタッチ操作面方向に沿って互いに並列する1対のスイッチ操作部材からなり、これら1対のスイッチ操作部材の誘電率が互いに大小異なる材料によって形成されている。
(3)上記実施の形態では、スイッチ操作部材2b及びスペーサ2eがPC樹脂である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばABS樹脂(アクリロニトリル,ブタジエン,スチレン重合合成樹脂:ABS樹脂)などの他の樹脂であってもよい。
(4)上記実施の形態では、自動車100におけるドアパネル102にスイッチ装置1が配置されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、自動車のドアパネル以外の部位にスイッチ装置を配置してもよい。また、自動車以外の他の車両にも本実施の形態の場合と同様に適用可能である。
1…スイッチ装置、2…スイッチ部、2a…本体、2b…スイッチ操作部材、20b…タッチ操作面、2c…検出電極、2d…基準電極、2e…スペーサ、3,4…検出部、3a,4a…発振部、3b,4b…負荷抵抗、3c,4c…ダイオード、3d,4d…LPF、5…制御部、5a…メモリ、5b…演算部、5c…判定部、100…自動車、101…運転席、102…ドアパネル、A…積層体、D…操作者、Df…手の平、f…手指
Claims (3)
- タッチ操作面を有するスイッチ操作部と、
前記スイッチ操作部の前記タッチ操作面と反対側の面に対向し、かつ前記タッチ操作面に対するタッチ操作による第1静電容量結合を形成する第1電極と、
前記第1電極に並列し、かつ前記タッチ操作面に対する前記タッチ操作による第2静電容量結合を形成する第2電極と、
前記第1電極に生じる第1静電容量と前記第2電極に生じる第2静電容量とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する制御部と
を備えたスイッチ装置。 - 前記制御部は、前記第1静電容量をF1とするとともに、前記第2静電容量をF2として比(F1/F2)を演算する演算部、及び前記比(F1/F2)と予め設定された閾値とを比較して判定する判定部を有する請求項1に記載のスイッチ装置。
- 前記制御部は、前記第1静電容量をF1とするとともに、前記第2静電容量をF2として差(F1−F2)を演算する演算部、及び前記差(F1−F2)と予め設定された閾値とを比較して判定する判定部を有する請求項1に記載のスイッチ装置。
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-
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