JP2017044590A - 押圧検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 対向部材に対する押圧力を除去したときにスペーサの残留歪みなどにより対向部材の復帰が遅れたとしても、押圧検知ＯＦＦ状態を確実に設定できる押圧検知装置を提供する。
【解決手段】 対向部材に押圧力が作用し、固定電極と対向電極との距離が接近し、検知信号Ｘｔから予め設定されているオフセット値Ｏｔを引いた測定値Ｘ０がＯＮしきい値を超えると、演算部で押圧検知フラッグがＯＮになる。その後、押圧力が除去され、測定値Ｘ０がＯＦＦしきい値よりも低くなったら、押圧検知フラッグがＯＦＦになる。押圧検知フラッグがＯＦＦになったら、オフセット値Ｏｔを検知信号Ｘｔに一致する値に更新する。これにより、対向部材の復元が遅れても、押圧検知ＯＦＦ状態を確実に維持することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、静電容量の変化でＯＮ−ＯＦＦの検知出力を得る押圧検知装置に関する。

特許文献１には静電容量の変化を検知する荷重センサに関する発明が記載されている。

この荷重センサは、固定基板と、弾性合金からなる可動基板とが、封止部材を挟んで対向し、固定基板と可動基板とでコンデンサが構成されている。可動基板に荷重が作用すると、可動基板が撓み、固定基板と可動基板とが接近して静電容量値が増大し、これにより荷重値が検出される。

実願昭６３−８１１１９号（実開平２−５０３８号公報）のマイクロフィルム

特許文献１に記載されている荷重センサは、可動基板に与えられている荷重が減少すると、可動基板の撓みが復元し、静電容量値が初期値に向けて復元されていく。しかし、固定基板と可動基板との間に介在する封止部材に、荷重が減少しても歪みが残ることがある。この場合には、可動基板の復元が鈍くなり、静電容量値が初期値に戻りにくくなる。したがって、その次に可動基板に荷重が与えられたときに、荷重の大きさと検知出力との間に誤差が生じやすくなる。

また、特許文献１に示す構造の荷重センサの使用方法として、可動基板に荷重が作用し静電容量値が所定のＯＮしきい値を超えたときにＯＮ出力とし、荷重が低下して静電容量値がＯＦＦしきい値よりも低下したときにＯＦＦ出力とすることもある。このような使用方法において、前述のように封止部材に歪みが残留すると、可動基板に与えられている荷重を除去したのにもかかわらず、ＯＮ出力状態が継続し、なかなかＯＦＦに復帰できない現象が発生する。あるいは、一度ＯＦＦになった後にＯＦＦ状態が不安定となり、ＯＮ状態に復帰してしまうなどの現象が発生する。

特に、全体を薄型に構成し、軽い荷重が与えられたときにＯＮ出力となるように押圧検知装置を構成すると前記現象が発生しやすくなる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、スペーサなどの残留歪みにより静電容量値の復元が遅れた場合であっても、押圧検知ＯＦＦ状態を安定して設定することができる押圧検知装置を提供することを目的としている。

本発明は、固定電極を有する電極支持部材と、前記固定電極に対向する対向電極を有する対向部材と、前記電極支持部材と前記対向部材との間に配置されたスペーサと、検知信号を処理する制御部とを有する押圧検知装置において、
前記制御部では、オフセット値Ｏｔが設定されて、
前記検知信号Ｘｔが所定値を超えると押圧検知ＯＮとなり、
前記検知信号Ｘｔと前記オフセット値Ｏｔとの差である測定値Ｘ０がＯＦＦしきい値よりも小さい値となったときに押圧検知ＯＦＦとされ、
押圧検知ＯＮになった後の前記測定値Ｘ０の極大値Ｘmaxに対し、前記測定値Ｘ０が所定の比率の値まで低下したときに、前記オフセット値Ｏｔを初期値よりも高い値に更新する更新処理を行うことを特徴とするものである。

本発明の押圧検知装置は、前記測定値Ｘ０がＯＮしきい値を超えると、押圧検知ＯＮになることが好ましい。

本発明の押圧検知装置は、前記更新処理では、そのときの前記検知信号Ｘｔを前記オフセット値Ｏｔとすることが可能である。

本発明の押圧検知装置は、前記更新処理では、前記検知信号Ｘｔの低下に応じて前記オフセット値Ｏｔを低下させることが好ましい。

例えば、前記測定値Ｘ０が逆符号になったら、その分前記オフセット値Ｏｔを低下させる。

ただし、前記オフセット値Ｏｔを低下させる更新処理を行っているときに、前記検知信号Ｘｔが上昇したら、オフセット値Ｏｔの更新処理を停止することが好ましい。

本発明の押圧検知装置は、前記ＯＦＦしきい値は、前記極大値Ｘmaxに対して所定の比率で低下した値とされており、前記測定値Ｘ０が前記ＯＦＦしきい値よりも低下したときに前記更新処理に移行することが好ましい。

本発明は、検知信号Ｘｔとオフセット値Ｏｔとの差である測定値Ｘ０がその極大値Ｘmaxに対して所定の比率まで低下したときに、オフセット値Ｏｔを更新することで、押圧検知ＯＦＦとなった後に、押圧検知ＯＦＦが安定させることができ、押圧検知ＯＮに切り替わってしまうなどの不都合を防止できる。

また、オフセット値Ｏｔを更新した後に、このオフセット値Ｏｔを検知信号Ｘｔの低下に伴って小さくしていくことで、その後の押圧操作で、検知信号Ｘｔとオフセット値Ｏｔの差である測定値Ｘ０を正確に得ることができるようになる。

さらに、検知信号Ｘｔとオフセット値Ｏｔの差である測定値Ｘ０がＯＮしきい値を超えたときに押圧検知ＯＮとなるように設定し、オフセット値Ｏｔを更新した後に、このオフセット値Ｏｔを検知信号Ｘｔの低下に伴って小さくしていくと、その後の押圧操作で、必要以上に大きい押圧力を与えなくても、測定値Ｘ０がＯＮしきい値を超えることができるようになり、オフセット値Ｏｔを更新しても、押圧検知ＯＮとするための操作感度が低下するのを防止できるようになる。

外観形成部材と本発明の実施の形態の押圧検知装置を示す分解斜視図、 図１に示す押圧検知装置の構造を示す分解斜視図、 図１と図２に示す押圧検知装置の縦断面図、 本発明の実施の形態の押圧検知装置の検知動作を示すフローチャート、 本発明の実施の形態の押圧検知装置の信号波形を示す線図、 図５に示す信号波形の具体的な数値例を示すデータ説明図、

図１には、外観形成部材１とその一部に設置される本発明の実施の形態の押圧検知装置１０が示されている。

外観形成部材１は、機器の外観を形成するものであり、図１に示す実施の形態での外観形成部材１は、全体が反射面となった化粧用や洋服の試着用などに使用される家庭用または業務用の鏡である。外観形成部材１の一部が操作パネル部１ａとなり、操作パネル部１ａの裏側に押圧検知装置１０が取り付けられる。

前記操作パネル部１ａは、外観形成部材１である鏡の一部であり、この部分の厚さは操作パネル部１ａの周辺の他の領域の厚さ寸法と同じであり、操作パネル部１ａとその周囲部分とで構造が同じである。ただし、操作者が操作しやすいように、鏡の表面に、操作パネル部１ａの領域であることを示す枠状の表示や、後に説明する感知領域の押圧操作箇所を示すマークなどが付されていてもよい。
なお、外観形成部材１は電子機器の筐体や、電子機器の操作パネルであってもよい。

図２と図３に示すように、押圧検知装置１０は、電極支持部材１１を有している。電極支持部材１１は硬質基板でありガラスエポキシ基板である。電極支持部材１１の前面１１ａに固定電極１２が設けられている。固定電極１２は、複数のＸ電極１２ｘと複数のＹ電極１２ｙとから構成されている。Ｘ電極１２ｘとＹ電極１２ｙは交差しているが、交差部分でＸ電極１２ｘとＹ電極１２ｙが互いに絶縁されている。あるいは、複数のＸ電極１２ｘと複数のＹ電極１２ｙが、基板の異なる面に形成されていてもよい。

電極支持部材１１の前面１１ａにはスペーサ１３が設置され、その前方に対向部材１５が設置されている。スペーサ１３は樹脂フィルムなどの薄いものであり、好ましくは樹脂フィルムの両面に粘着層が形成された両面接着テープが使用される。スペーサ１３には、円形の穴１３ａが複数箇所に形成されており、この穴１３ａの内部が押圧検知装置１０の感知領域１４となる。

スペーサ１３の前方に設けられた対向部材１５には、複数箇所の感知領域１４の全てに対向できる広い面積の対向電極が設けられている。対向部材１５は、電極支持部材１１よりも剛性が低く撓み変形可能な可撓性部材で形成されており、この実施の形態では可撓性シートで構成されている。例えば、対向部材１５は銅箔やアルミニウム箔などの金属箔であり、この場合には対向部材１５の全体が対向電極となる。あるいは樹脂シートの表面に銅や銀などの金属層が蒸着工程などで形成され、または前記金属層が印刷などで形成されている。この場合には、前記金属層が対向電極となる。

また、対向部材１５はその全体が弾性変形可能な導電性の金属板で形成されていてもよい。

電極支持部材１１と対向部材１５はスペーサ１３を挟んで互いに固定されている。図３に示すように、スペーサ１３の穴１３ａの内部の感知領域１４で、電極支持部材１１に形成された固定電極１２と対向部材１５に形成された対向電極とが対向する。対向電極は接地電位に設定されることが好ましい。例えば、対向部材１５の一部に細片が形成され、この細片が電極支持部材１１の位置まで延ばされ、対向電極の一部が電極支持部材１１の接地電位部に半田付けにより接続されている。

押圧検知装置１０は、対向部材１５の前面１５ａに粘着層１６が設けられる。粘着層１６は、対向部材１５の前面１５ａに転写されて形成されていてもよいし、対向部材１５の前面１５ａに両面接着テープが貼着されて形成されてもよい。粘着層１６は粘性とスタック性を有し、対向部材１５のほぼ全面を外観形成部材１の背面１ｂに密着させて固定するものである。または粘着層１６の代わりに２液混合で硬化する接着層や紫外線で硬化するＵＶ接着剤を使用することもできる。

図２に示すように、押圧検知装置１０に制御部２０が設けられている。制御部２０には、マルチプレクサ２１と駆動回路２２および検知回路２３が設けられており、それぞれのＸ電極１２ｘとＹ電極１２ｙがマルチプレクサ２１を介して駆動回路２２と検知回路２３に選択的に接続される。制御部２０には演算部２４が設けられている。駆動回路２２は演算部２４で制御され、検知回路２３で検知された検知信号が演算部２４に与えられる。

次に、押圧検知装置１０の検知動作を説明する。
電極支持部材１１に設けられた固定電極１２は相互容量検知方式の静電センサであり、Ｘ電極１２ｘと対向電極の間およびＹ電極１２ｙと対向電極の間に静電容量が形成されている。駆動回路２２によって複数のＸ電極１２ｘに順番にパルス状の電圧が印加されると、この電圧の立ち上がり時と立下り時にＹ電極１２ｙに電流が流れる。ここで接地電位の対向電極が固定電極１２に接近すると、固定電極１２と対向電極との間の静電容量が変化し、Ｙ電極１２ｙに流れる電流が変化する。制御部２０では、検知回路２３によりＹ電極１２ｙの電流値を順番に検知することで、対向電極がどの感知領域１４において固定電極１２に箇所に接近しているかを認識することができる。

また、いずれかの感知領域１４と対向する部分で外観形成部材１が押圧力Ｆ０で押されると、感知領域１４と対向する部分で外観形成部材１と共に対向部材１５が電極支持部材１１の前面１１ａへ接近するように変形し、対向電極が固定電極１２と接近する。このとき、前記制御部２０の演算部２４では、検知回路２３からの検知信号に基づいて、押圧検知ＯＮと押圧検知ＯＦＦの判定が行われる。

図４には、押圧検知ＯＮならびに押圧検知ＯＦＦの判定を行う際の。演算部２４での演算処理のフローチャートが示されている。図５には、感知領域１４と対向する部分で外観形成部材１が２回押されたときに検知回路２３で得られる検知信号の波形および演算部２４で演算される演算波形を示している。図５に示す（ａ）（ｂ）（ｃ）・・・（ｋ）での各波形の出力値（ディジタル値）の具体例が図６に示されている。また、図５の最下段に、図４のフローチャートのどの状態に対応しているかをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示している。

図２と図３に示す押圧検知装置１０では、複数箇所の感知領域１４のいずれかにおいて、対向部材１５に設けられた対向電極が固定電極１２に接近して静電容量が変化したときに検知回路２３で得られた検知信号をＸｔ、演算部２４に予め設定されているオフセット値をＯｔ、検知信号Ｘｔとオフセット値Ｏｔとの差を測定値Ｘ０、押圧検知ＯＮとなった後の測定値Ｘ０の極大値をＸmaxで示している。

図５に示す時間（ａ）では、外観形成部材１が未だ押されておらず、図６に示すように、押圧入力装置１０の固定電極１２から得られた生出力（生信号）である検知信号Ｘｔの数値（ディジタル値）が「３００」である。オフセット値Ｏｔは、検知信号Ｘｔを基準としてその±αの範囲内の値に設定されるものであるが、この実施の形態では、オフセット値Ｏｔが検知信号Ｘｔと同じ値に設定され、オフセット値Ｏｔの初期値は「３００」である。したがって時間（ａ）では、測定値Ｘ０＝（検知信号Ｘｔ−オフセット値Ｏｔ）は「０」である。

前記時間（ａ）では、図４に示すフローチャートのＳＴ１（ステップ１）において、演算部２４が押圧検知ＯＮであると認識しておらず、押圧検知フラッグがＯＮではない。よって、ＳＴ１はＮＯであり、ＳＴ２に移行する。時間（ａ）では、ＳＴ２おいて測定値Ｘ０がＯＮしきい値を超えていないため、ＳＴ２もＮＯである。よって、時刻（ａ）は＜状態Ｅ＞である。
なお、実施の形態では、ＯＮしきい値が「１０００」に設定されている。

外観形成部材１が押されると、対向部材１５の対向電極が固定電極１２に接近していくため、検知信号Ｘｔが上昇する。図５と図６に示す時刻（ｂ）では、検知信号Ｘｔが「２１００」となり、測定値Ｘ０（＝Ｘｔ−Ｏｔ）が「１８００」となって、測定値Ｘ０がＯＮしきい値である「１０００」を超える。そのため、図４に示すＳＴ２がＹＥＳとなり、ＳＴ３に移行して、演算部２４で押圧検知ＯＮと認識し、押圧検知フラッグがＯＮになる。

図６に示すように、検知信号Ｘｔは、時刻（ｂ）で「２１００」、時刻（ｃ）で「３０００」になるが、この間オフセット値Ｏｔは初期値の「３００」のままであるため、測定値Ｘ０（＝Ｘｔ−Ｏｔ）は、時刻（ｂ）で「１８００」、時刻（ｃ）で「２７００」である。ＳＴ４では、押圧検知フラッグがＯＮとなった後に、測定値Ｘ０の極大値Ｘmaxを検出し、この値を保持する。保持される極大値Ｘmaxは、時刻（ｃ）で得られた「２７００」である。このとき＜状態Ｄ＞である。

押圧検知フラッグがＯＮになると、ＳＴ１からＳＴ５に移行する。ＳＴ５では、測定値Ｘ０が極大値Ｘmaxよりも小さくなるか否かを監視する。測定値Ｘ０が極大値Ｘmaxよりも小さくならないときは、外観形成部材１への押圧力が解除されていないため、ＳＴ４を維持し、現在の測定値Ｘ０は極大値Ｘmaxである。

外観形成部材１への押圧力が解除されると、外観形成部材１と対向部材１５の弾性復帰力によって対向部材１５に設けられた対向電極が固定電極１２から離れていくため、図６の時刻（ｄ）のように検知信号Ｘｔが低下していく。図６に示す例では、時刻（ｄ）の検知信号Ｘｔの値が「２０００」であり、オフセット値Ｏｔは初期値「３００」から変化がないため、測定値Ｘ０は「１７００」まで低下する。

図４に示すＳＴ６では、測定値Ｘ０がＯＦＦしきい値よりも低下するか否かを監視する。ＯＦＦしきい値は前記極大値Ｘmaxに対する所定の比率で設定される。この比率は機器に応じて任意に決められるが、図６に示す例では、ＯＦＦしきい値が極大値Ｘmax×０．５に決められている。測定値Ｘ０がＯＦＦしきい値よりも低下しないときは（ＳＴ６のＮＯ）、押圧動作の解除待ちであり、＜状態Ｃ＞である。

図５の時刻（ｅ）で、測定値Ｘ０がＯＦＦしきい値よりも小さくなり、図４のＳＴ６がＹＥＳになると、ＳＴ７に移行し、演算部２４で押圧検知ＯＦＦと認識し、押圧検知フラッグがＯＦＦになる。このとき図４のフローチャートは＜状態Ａ＞である。

押圧検知フラッグがＯＦＦになると、演算部２４では、オフセット値Ｏｔを初期値である「３００」よりも高くする更新処理が行われる。この更新処理では、オフセット値Ｏｔをそのときの検知信号Ｘｔよりも高くならないように設定されることが好ましい。この実施の形態では、図４のＳＴ８に示すように、オフセット値Ｏｔを、そのときの検知信号Ｘｔと一致する値に更新する。図５と図６では、押圧検知フラッグがＯＦＦになった時刻（ｅ）のタイミングで、オフセット値Ｏｔをそのときの検知信号Ｘｔと同じ値の「８４０」に更新している。その結果、測定値Ｘ０（＝Ｘｔ−Ｏｔ）は「０」になる。

押圧検知フラッグがＯＦＦになった直後に、測定値Ｘ０がＯＮしきい値の「１０００」よりも十分に小さい「０」になる。図５に示す信号波形では、外観形成部材１への押圧力が解除された後のスペーサ１３の残留歪みなどに起因して、時刻（ｅ）の後に、対向部材１５が固定電極１２から離れる動作に遅れが生じ、検知信号Ｘｔの低下が遅れたり、検知信号Ｘｔに変動が生じやすくなっている。このような場合でも、測定値Ｘ０が「０」になっているため、押圧検知フラッグがＯＦＦからＯＮに切り替わる誤動作を防止できるようになる。

また、図５に示すように、スペーサ１３に残留歪みがあると、時刻（ｅ）の後に、対向部材１５が固定電極１２から離れる動作が時間をかけて継続するようになり、検知信号Ｘｔの値が徐々に小さくなっていく。したがって、オフセット値Ｏｔを時刻（ｅ）で更新した「８４０」のままにしておくと、その後、検知信号Ｘｔがオフセット値Ｏｔよりも小さくなって、測定値Ｘ０（＝Ｘｔ−Ｏｔ）の極性がマイナスに転換する現象が発生する。しかも、検知信号Ｘｔの低下に伴って、測定値Ｘ０のマイナスが徐々に増大していく。

その結果、その後に外観形成部材１を押圧するときに、前記測定値Ｘ０のマイナス分を回復させるだけの押圧力を作用させて測定値Ｘ０を「０」に復帰さ、さらに測定値Ｘ０をＯＮしきい値の「１０００」まで上昇させないと押圧検知フラッグをＯＮにできなくなる。そのため、押圧検知ＯＮとするために、必要以上に強い力で押圧することが必要になる。また、場合によっては、十分に押圧しているのにもかかわらず、押圧検知フラッグがＯＮに切り替わらなくなり、正常な制御動作ができないこともあり得る。

そこで、時刻（ｅ）においてオフセット値Ｏｔを一度更新したら、その後は、図４のＳＴ９に移行し、測定値Ｘ０の符号がマイナスになるか否かを監視する。測定値Ｘ０がマイナスになりＳＴ９がＹＥＳになると、ＳＴ１０に移行してオフセット値Ｏｔをマイナスさせ、オフセット値Ｏｔをその時点での検知信号Ｘｔに一致させる処理を行い、さらにＳＴ９で監視する。その結果、検知信号Ｘｔがオフセット値Ｏｔよりも低くなる状態の発生を防止できる。

上記更新処理により、図４と図５に示す＜状態Ｂ＞では、時刻（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）と進むにしたがって、検知信号Ｘｔが「８４０」→「６００」→「５００」と低下していく。それに合わせてオフセット値Ｏｔも「８４０」→「６００」→「５００」と更新される。よって＜状態Ｂ＞では、測定値Ｘ０が「０」のままに維持される。

その後は、検知信号Ｘｔが所定の比率以上に上昇したら、オフセット値Ｏｔの更新処理を停止し、図４のＳＴ１に移行する。この状態が図５と図６に示す時刻（ｈ）である。

時刻（ｈ）では、測定値Ｘ０が「０」であるため、外観形成部材１に押圧力を作用すると、比較的軽い力で測定値Ｘ０がＯＮしきい値の「１０００」を超えるようになり、ＳＴ３に移行して押圧検知フラッグがＯＮになる。その後は、ＳＴ４で測定値Ｘ０の極大値Ｘmaxを検知して保持する。時刻（ｉ）ではＸmaxが「２０００」である。その後は、前述と同じ処理動作となる。

なお、前記実施の形態では、測定値Ｘ０がＯＦＦしきい値よりも低くなったときに、オフセット値Ｏｔの更新処理に移行するが、本発明では、オフセット更新しきい値をＯＦＦしきい値と別個に設定してもよい。オフセット更新しきい値はＯＦＦしきい値よりも低い値に設定される。この場合には、ＳＴ６において測定値Ｘ０がＯＦＦしきい値よりも低下して押圧検知フラッグがＯＦＦとなった後に、さらに測定値Ｘ０がオフセットしきい値よりも低下したときに、ＳＴ８に移行して、オフセット値Ｏｔの更新処理に移行する。

１ 外観形成部材
１ａ 操作パネル部
１０ 押圧検知装置
１１ 基板
１２ 固定電極
１３ スペーサ
１４ 感知領域
１５ 対向部材
１６ 粘着層
２０ 制御部
２４ 演算回路

Claims (7)

1. 固定電極を有する電極支持部材と、前記固定電極に対向する対向電極を有する対向部材と、前記電極支持部材と前記対向部材との間に配置されたスペーサと、検知信号を処理する制御部とを有する押圧検知装置において、
   前記制御部では、オフセット値Ｏｔが設定されて、
   前記検知信号Ｘｔが所定値を超えると押圧検知ＯＮとなり、
   前記検知信号Ｘｔと前記オフセット値Ｏｔとの差である測定値Ｘ０がＯＦＦしきい値よりも小さい値となったときに押圧検知ＯＦＦとされ、
   押圧検知ＯＮになった後の前記測定値Ｘ０の極大値Ｘmaxに対し、前記測定値Ｘ０が所定の比率の値まで低下したときに、前記オフセット値Ｏｔを初期値よりも高い値に更新する更新処理を行うことを特徴とする押圧検知装置。
2. 前記測定値Ｘ０がＯＮしきい値を超えると、押圧検知ＯＮになる請求項１記載の押圧検知装置。
3. 前記更新処理では、そのときの前記検知信号Ｘｔを前記オフセット値Ｏｔとする請求項１または２記載の押圧検知装置。
4. 前記更新処理では、前記検知信号Ｘｔの低下に応じて前記オフセット値Ｏｔを低下させる請求項１ないし３のいずれかに記載の押圧検知装置。
5. 前記測定値Ｘ０が逆符号になったら、その分前記オフセット値Ｏｔを低下させる請求項４記載の押圧検知装置。
6. 前記更新処理を行っているときに、前記検知信号Ｘｔが上昇したら、オフセット値Ｏｔの更新処理を停止する請求項４または５記載の押圧検知装置。
7. 前記ＯＦＦしきい値は、前記極大値Ｘmaxに対して所定の比率で低下した値とされており、前記測定値Ｘ０が前記ＯＦＦしきい値よりも低下したときに前記更新処理に移行する請求項１ないし６のいずれかに記載の押圧検知装置。

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