JP2016168128A - 洗濯機の操作パネル - Google Patents

Abstract

【課題】洗濯機特有の設置環境、接地状態に応じて、ノイズに対して誤動作を少なくし安定して動作する洗濯機の操作パネルを実現する。【解決手段】静電型タッチスイッチと、前記タッチスイッチへの入力の有無を判定する検知回路５と、本体外郭を接地するための接地線と、接地がなされているかを判定する接地判定回路２を有し、接地判定回路２の判定結果に検知回路５のタッチ判定の閾値を切り替える洗濯機の操作パネルであり、低価格なマイクロコンピュータでも、設置環境に応じた効果的な閾値を引くことができ、外来ノイズや、機器自身の出すノイズに対して安定して動作させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は洗濯機の操作パネルに関するものである。

近年、洗濯機の操作パネルは、そのデザイン性と先進感が見出され、従来からのタクタイルスイッチを使用したものから、タッチスイッチ、あるいはタッチパネルを使用したものへと、上位機種から移行が始まっている。

ここで、タッチスイッチは、操作パネルのスイッチを構成する部分、またはその裏側に静電電極を配置し、人の指が触れたときの静電容量変化、それに伴う電圧変化を読み取って入力を検出するものである。タッチパネルは、液晶表示パネルの表面に透明電極を貼り付けたもので、これにも、静電容量式などがある。ここでは、まとめてタッチセンサと呼ぶことにする。

しかし、これらのタッチセンサの多くは、微小な容量分の変化を微小な電圧変化で捕らえるという構成になっていることから、ノイズによる誤動作への懸念があった。外来ノイズだけでなく、洗濯機などのインバータ機器は、スイッチング電源回路やインバータ回路など、商用電源電圧やその倍電圧を半導体でスイッチングして所望の電圧を得る回路をもっているため、機器自身の出すノイズが悪影響を及ぼす可能性が大きかった。

従来、タッチセンサのノイズ除去方式としては、隣接センスラインの信号との差分をとることでノイズを除去する方式（例えば、特許文献１参照）、明らかにノイズが発生する、走査期間、バックライトのオン・オフ期間を除いて検知する方式（例えば、特許文献２参照）、検出信号からリファレンス値を作成し、それを元に判定する方式（例えば、特許文献３参照）など、さまざまな方式が提案されてきた。

国際公開第２０１３／１７９４２２号 特開２０１４−６４１３号公報 特開２０１１−２３３１０９号公報

静電容量式のタッチセンサというものは、本質的には、検知電極と（アースされた）人間との間の容量を測定するものである。したがって、この測定時に、検知電極の電位がどのレベルであるかは、一つの重要な点である。ところが、洗濯機は、商用電源に接続して動作させる機器である。また、安全のため、アースして使用される機器でもある。このことから、タッチ電極は対地で商用電源電圧がかかっている状態か、絶縁はされているものの何らかのインピーダンスでアースか商用電源電圧に接続されている状態かというどちらかの構成にされることが多い。

したがって、実際、アースがとれているときと（図１０参照）、（それが設備的なものか、設置工事によるものかを問わず）アースがとれていないとき（図１１参照）の回路状態というものは図のように大きく違い、タッチ判定の閾値も、また違ってくるものである。

また、図１０と図１２のように洗濯機の商用電源の２本のラインは、どちらかが、アースに接続されているはずである。この２本のラインについて、電極との間にインピーダンスの差が大きいと、やはり回路状態というものは大きく違い、タッチ判定の閾値も、また違ってくるものである。そして、電源回路で整流をして、スイッチング電源などによりタッチ判定用の低電圧を作ると、その電圧は対地で考えると、商用電源の２つのラインのどちらの電圧が高いかによって、高い方、あるいは、低い方のラインにくっついて動いてしまう。ということは、電源のサイクルの半波ごとに、接地状態が大きく変わっているように見えるのである。

こうした設置環境の違いは確かにノイズとされるものではあるが、動いていないときだけ検知しなければいいというものでもない。コストやデザインの制限上、必ずしも検知電極を隣接させたり、複雑な数値計算をしてよいリファレンスを生成したりということができるわけではない。

したがって、ノイズの悪影響を除去するため、上記各特許文献に記載されたような各種のノイズ除去技術を搭載した洗濯機の操作パネルが提案されてきたのであるが、これらのノイズ除去技術には、複雑な校正用の数値演算装置が必要があったり、洗濯機個々の設置環境、接地状態によるノイズレベルの相違に対応させる必要上、タッチセンサの感度が低くなってしまうという課題があった。

また、従来の洗濯機の操作パネルには、静電容量式のタッチセンサを搭載するに際し、上記の洗濯機特有の設置環境、接地状態に応じて適切にタッチ判定の閾値を切り替えて、ノイズに対して誤動作を少なくし安定して動作するものは存在しなかった。

本発明は上記課題を解決するために、接地がなされているかを判定する接地判定回路の判定結果によりタッチ判定の閾値を切り替える洗濯機の操作パネルである。

本発明の洗濯機の操作パネルは、接地判定回路と、２つ以上の判定閾値のセットを有し、接地状態により、判定閾値を切り替えることにより、複雑な校正用の数値演算が不要になり、低価格なマイクロコンピュータでも、設置環境に応じた効果的な閾値を引くことができ、外来ノイズや、機器自身の出すノイズを効果的に除去することができるので、タッチセンサのタッチ判定精度をより向上させることができる。

本発明の実施の形態１における洗濯機の操作パネルの制御手段を示すブロック図 本発明の実施の形態１における洗濯機の操作パネルの電極部の具体的な構成の一例の断面図 本発明の実施の形態１における洗濯機の操作パネルの接地判定回路の具体的な一例を示す回路図 本発明の実施の形態１における洗濯機の操作パネルの電源投入時の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における洗濯機の操作パネルの制御手段を示すブロック図 本発明の実施の形態２における洗濯機の操作パネルの接地判定回路の具体的な一例を示す回路図 本発明の実施の形態２における洗濯機の操作パネルのアース電流検知回路の具体的な一例を示す回路図 本発明の実施の形態２における洗濯機の操作パネルの接地されている構成の第１の動作説明図 本発明の実施の形態２における洗濯機の操作パネルの接地されている構成の第２の動作説明図 従来の洗濯機の操作パネルにおける本体外郭が接地されている構成のブロック図 従来の洗濯機の操作パネルにおける本体外郭が接地されていない構成のブロック図 従来の洗濯機の操作パネルにおける電源コンセントを図１０とは逆につないだ構成のブロック図

第１の発明は、静電型のタッチスイッチと、前記タッチスイッチへの入力の有無を判定するタッチ判定回路と、本体外郭を接地するための接地線と、前記接地線が接地されているかを判定する接地判定回路を有し、前記接地判定回路の判定結果により前記タッチ判定回路のタッチ判定の閾値を切り替えることにより、低価格なマイクロコンピュータでも、接地状態に応じた適切な閾値に設定にすることができ、外来ノイズや、機器自身の出すノイズを効果的に除去することができるので、タッチセンサのタッチ判定精度をより向上させることができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、商用電源に接続された電源コードの２本の線のどちらが接地されている中性線かを判定する中性線判定回路を有し、前記中性線判定回路の判定結果により前記タッチ判定回路のタッチ判定の閾値を切り替えることにより、より精度の高いタッチ判定をすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における洗濯機の操作パネルの制御手段の構成を示すブロック図である。図２は、同洗濯機の操作パネルの電極部の具体的な構成の一例の断面図である。図３は同洗濯機の操作パネルの接地判定回路の具体的な一例の回路図である。

図１において、洗濯機の操作パネルの制御手段である制御基板１は、商用電源ＣＰＳに接続されていて、電源回路３により、洗濯機内で使用される各電圧の直流電源が作られる。商用電源ＣＰＳと電源回路３の間には、洗濯機の本体外郭を接地するための接地線が接地されているかを判定する接地判定回路２が備えられている。制御装置４は主にマイクロコンピュータで構成され、静電容量式のタッチスイッチを搭載した操作パネル１０を制御している。また、制御装置４は、使用者が行った操作パネル１０での設定をもとに、制御装置４に内蔵されたプログラムに基づいて、洗濯槽やパルセータを回転させるモータ等の洗濯機の各負荷（図示せず）を順序よく動作させる。

検知回路５は、操作パネル１０内のプリント配線板９上に実装された、使用者の操作パネル１０へのタッチの有無を判定するタッチ判定回路である。検知電極６は、使用者が触れる操作パネル１０を構成する樹脂パネル８の裏面に構成された導体であり、検知回路５と電気的に接続されている。

検知電極６等より成り操作パネル１０の一部を構成する電極部の具体的な一例として、図２のようなものがあげられる。構造用の樹脂パネル８表面に、コース表示名や、スイッチ、ＬＥＤ表示の枠などを印刷等により表示した、操作部の表示シート７が接着されている。樹脂パネル８の裏面には、検知電極６をプリントしたプリント配線板９が接着されている。

図３は接地判定回路２の具体的な一例の回路図である。ゼロ相電流トランス１３の出力をアンプ１１で増幅し、その値をコンパレータ１２ａ、１２ｂで閾値となる２つの基準電位と比較するものである。コンパレータ１２ａ、１２ｂはウィンドウコンパレータ構成になっていて、どちらの電流方向であっても検知できるようにしたものである。

以上のように構成した洗濯機の操作パネルについて、その動作、作用を、電源投入時の動作の概略を示したフローチャートである図４を参照して説明する。

使用者が洗濯機の電源スイッチ（図示せず）を押して電源回路３が立ち上がった後、まず、制御装置４は接地入力読み込みを行い（ステップＳ１）、接地判定回路２の出力のＨＩ／ＬＯＷを確認する。

前述したとおり、接地判定回路２の具体的な一例は図３に示すようなものである。これは漏電検知回路を基本とした構成で、商用電源ラインの電流差がアースに流れていると考え、そのアースに流れる電流が一定以上であればＬＯＷ、流れていなければＨＩを出力する回路である。洗濯機を接地線（図示せず）でアースＥにつないだ場合、洗濯機には安全にかかわらない程度の一定の漏れ電流が流れるので、その漏れ電流の有無を判定するのである。コンパレータ１２ａ、１２ｂの判定に使用する基準電位は、漏れ電流の大きさに応じて設定する。

次に、制御装置４は、読み込んだ接地判定回路２の入力をもとに、接地判定を行う（ステップＳ２）。この場合は、接地判定回路２の出力がＬＯＷならば接地されていて、ＨＩであれば接地されていないという判断である。

次に、制御装置４は、ステップＳ２で接地判定回路２によって判定した結果を検知回路５に出力する（ステップＳ３）。検知回路５には、接地の有無それぞれに応じた、タッチ判定の閾値が組み込まれており、制御装置４からの出力に応じて、タッチ判定の閾値を切り替えるのである。

最後に、決定した閾値を基に、検知回路５は検知電極６の読み取りを開始する。以降、使用者の操作パネル１０へのタッチを検知電極６が検知するたびに、検知回路５が読み取り（ステップＳ４）、ＳＷ入力処理を行う（ステップＳ５）ことを繰り返す。

なお、本実施の形態では、接地判定は、モータ等の洗濯機の各負荷が動作していない電源スイッチ投入直後に行うとしたが、検知の状態が安定していれば、電源入り直後でなくても良い。

また、接地判定回路２は、接地の状態が検出できればよいので、図３のようなゼロ相トランス回路でなくてもよく、アース線の電流を測定する回路であったり、アースＥと商用電源ライン間のインピーダンスを測定する回路であったり、アースＥと商用電源ライン間の電圧を測定する回路であったり、これらを組み合わせて精度を上げたものであってもよい。

また、図３の回路には省略しているが、適当な時定数のフィルタをゼロ相電流トランス１３とアンプ１１の間などに入れておくべきである。

なお、検知電極６は、人間の指による静電容量変化を検出できればよいので、必ずしもプリント配線板９上に構成する必要はなく、樹脂パネル８の内部、あるいは表面、あるいは、表示シート７上に構成してもよい。また、プリント配線板９は樹脂パネル８に接着されている必要はなく、その際の検知電極６は、樹脂パネル８にあたるようなコイルばね状や、板ばね状の電極であってもよい。

また、プリント配線板９は必ずしも必要なく、メイン、あるいはサブの基板から、樹脂パネル８や表示シート７にある検知電極６に電気的に接続されていればよい。

なお、検知回路５は、ディスクリート部品で構成されていても、ＩＣで構成されていても、機能を内蔵したマイコンで構成されていても、さらに、制御装置４と一体になっていても問題はない。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における洗濯機の操作パネルの制御手段の構成を示すブロック図である。図６は接地判定回路の具体的な一例の回路図、図７はアースの電流検知回路の具体的な一例の回路図である。これら二つのブロックで本実施の形態の回路の特徴ある部分を構成している。

図５は実施の形態１に対して、アースの電流検知回路１４とゼロクロス検出回路１８を追加したものである。

本実施の形態においては、接地判定回路２とアースの電流検知回路１４で中性線判定回路２３を構成する。ゼロクロス検出回路１８は接地判定回路２と電源回路３との間に接続構成されており、商用電源線の二本のラインの電圧ゼロクロスを検出する。

図６は、本実施の形態における接地判定回路２の具体的な一例を示したもので、図３に示した実施の形態１のゼロ相トランス回路をベースにしたもので、ゼロ相電流トランス１５の出力をアンプ１６で増幅し、その値がある一定以上を超えると、コンパレータ１７ａ、１７ｂで検知するように構成している。コンパレータ１７ａ、１７ｂはウィンドウコンパレータ構成になっていて、実施の形態１と相違する点は、コンパレータ１７ａの出力とコンパレータ１７ｂの出力の２本の出力は接続しない点である。このように構成することで、電流の方向をわかるようにしたものである。

また、図７は、本実施の形態におけるアースの電流検知回路１４の具体的な一例を示したもので、ボデー２２とアースＥ間に挿入した電流トランス１９の出力をアンプ２０で増幅し、その値をコンパレータ２１ａ、２１ｂで閾値となる２つの基準電位と比較するものである。コンパレータ２１ａ、２１ｂはウィンドウコンパレータ構成になっていて、コンパレータ２１ａの出力とコンパレータ２１ｂの出力の２本の出力は接続しない。このように構成することで、電流の方向をわかるようにしたものである。

以上のように構成した洗濯機の操作パネルについて、その動作、作用を、図８、図９を基に説明する。図８は、洗濯機の操作パネルの接地されている構成の第１の動作説明図、図９は、洗濯機の操作パネルの接地されている構成の第２の動作説明図である。

使用者が洗濯機の電源スイッチ（図示せず）を押して電源回路３が立ち上がった後、まず、接地判定回路２とアースの電流検知回路１４で構成される中性線判定回路２３による中性線判定を行う。

接地判定回路２とアースの電流検知回路１４で構成される中性線判定回路２３による中性線判定は次のように行う。

商用電源ＣＰＳの二本のラインをラインＬ１、Ｌ２とする。洗濯機の制御基板１のライン間インピーダンスをＺ１、ライン−アースＥ間インピーダンスをＺ２（図８に示す状態の場合）、Ｚ３（図９に示す状態の場合）とする。ラインＬ１に流れる電流をＩ１、ラインＬ２に流れる電流をＩ２、アースＥへの電流をＩ３とする。

図８においては、ラインＬ１がライブ側で、ラインＬ２が配電設備内でアースＥに接続されているニュートラル側すなわち中性線である。図９においては、ラインＬ２がライブ側で、ラインＬ１が配電設備内でアースＥに接続されているニュートラル側すなわち中性線である。

このとき、各電流の間には、図８の場合は、数１、図９の場合は、数２の単純な関係が成り立つ。

接地判定回路２のゼロ相電流トランス１５によってＩ１−Ｉ２とその方向がわかり、アースの電流検知回路１４によってアースＥへの電流Ｉ３とその方向がわかるため、現在この洗濯機が、従来例で示した図１０、図１１、図１２のどの状態で接地されているかが、判別できるのである。

以降の動作は実施の形態１の図４と同様であり、制御装置４は、それぞれの回路の出力を読み取って、現在この洗濯機が図１０、図１１、図１２のどの状態で接地されているかを判別する。次に、制御装置４は、判定した結果を検知回路５に出力する。

ここで、ゼロクロス検出回路１８は、商用電源ＣＰＳのラインＬ１、Ｌ２の電圧ゼロクロスを判定するが、同時に、ラインＬ１とラインＬ２のどちらの電圧が高いかがわかるので、電極電位にどちらが近いかはこれで判別できる。制御装置４はこの判定をおこなって、ゼロクロス毎に、検知回路５に、図８、図９のどちらの状態であるかを出力する。

検知回路５には、それぞれの接地パターンに応じた、タッチ判定の閾値が組み込まれており、制御装置４からの出力に応じて、タッチ判定の閾値を切り替えるのである。

このように、本実施の形態の洗濯機の操作パネルによれば、タッチセンサのタッチ判定精度を実施の形態１よりもさらに向上させることができる。

なお、接地判定、中性線判定は、モータ等の洗濯機の各負荷が動作していない電源スイッチ投入直後に行うとしたが、検知の状態が安定していれば、電源入り直後でなくても良く、毎ゼロクロス時に判定しても良い。

また、組み合わせさえわかればいいので、ゼロクロス毎にゼロクロス検出出力を行うのではなく、電源オン時や、瞬時電圧低下復帰時等だけおこなって、タッチ検知回路だけでタイミングをとって閾値切り替えを行っても良い。

なお、接地判定回路２、アースの電流検知回路１４は、機器の電源、アースの状態が検出できればよいので、図６のようなゼロ相トランス回路、図７のような電流トランス回路でなくてもよく、アースと商用電源ライン間のインピーダンスを測定する回路であったり、アースと商用電源ライン間の電圧を測定する回路であったり、これらを組み合わせて精度を上げたものであったりしてもよい。

また、図６、図７の回路には省略しているが、適当な時定数のフィルタをゼロ相電流トランス１５、電流トランス１９とアンプ１６、２０の間などに入れておくべきである。

以上のように、本発明にかかる洗濯機の操作パネルは、接地線が接地されているかを判定する接地判定回路の判定結果により操作パネルのタッチ判定の閾値を切り替えることにより、低価格なマイクロコンピュータでも、設置環境に応じた効果的な閾値を引くことができ、外来ノイズや、機器自身の出すノイズに対して安定して動作させることができるので、設置環境によってさまざまな接地状況が考えられる洗濯機等の操作パネルとして有用である。

１ 制御基板（制御手段）
２ 接地判定回路
３ 電源回路
４ 制御装置
５ 検知回路（タッチ判定回路）
６ 検知電極
７ 表示シート
８ 樹脂パネル
９ プリント配線板
１０ 操作パネル
１１ アンプ
１２ａ、１２ｂ コンパレータ
１３ ゼロ相電流トランス
１４ 電流検知回路
１５ ゼロ相電流トランス
１６ アンプ
１７ａ、１７ｂ コンパレータ
１８ ゼロクロス検出回路
１９ 電流トランス
２０ アンプ
２１ａ、２１ｂ コンパレータ
２２ ボデー
２３ 中性線判定回路
ＣＰＳ 商用電源
Ｅ アース（接地）
Ｌ１、Ｌ２ ライン

Claims (2)

1. 静電型のタッチスイッチと、前記タッチスイッチへの入力の有無を判定するタッチ判定回路と、本体外郭を接地するための接地線と、前記接地線が接地されているかを判定する接地判定回路を有し、前記接地判定回路の判定結果により前記タッチ判定回路のタッチ判定の閾値を切り替える洗濯機の操作パネル。
2. 商用電源に接続された電源コードの２本の線のどちらが接地されている中性線かを判定する中性線判定回路を有し、前記中性線判定回路の判定結果により前記タッチ判定回路のタッチ判定の閾値を切り替える請求項１記載の洗濯機の操作パネル。

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