JP2023122376A - Switching device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、スイッチ装置に関する。 The present disclosure relates to switch devices.
従来、静電容量式のスイッチ装置が知られている(例えば、特許文献1~3を参照)。
Conventionally, capacitive switching devices are known (see
しかしながら、上記従来のスイッチ装置では、スイッチのオン/オフの判定精度が低いという問題がある。 However, the above-described conventional switch device has a problem that the accuracy of determination of ON/OFF of the switch is low.
そこで、本開示は、オン/オフを精度良く判定することができ、信頼性の高いスイッチ装置を提供する。 Accordingly, the present disclosure provides a highly reliable switch device capable of determining on/off with high accuracy.
本開示の一態様に係るスイッチ装置は、絶縁基材と、前記絶縁基材の上面側に配置され、前記絶縁基材の前記上面に対する位置が変位可能な変位部を有する可動電極と、前記絶縁基材の前記上面側において、前記可動電極と対向する位置に配置された第1電極および第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の各々に接続された制御回路と、を備える。前記第1電極は、前記変位部に対向する位置に配置される。前記第2電極は、前記第1電極と離れて配置される。前記制御回路は、第1電位を前記第1電極に印加し、かつ、前記第1電位とは異なる第2電位を前記第2電極に印加して、少なくとも前記第1電極と前記可動電極との間の静電容量の容量値の変化を検出し、更には前記第1電極と前記可動電極との近接から接触に至る状態を検出し、これらの検出結果に基づいてオン/オフの判定を行う。 A switch device according to an aspect of the present disclosure includes an insulating base, a movable electrode disposed on an upper surface side of the insulating base and having a displacement portion capable of displacing a position with respect to the upper surface of the insulating base, the insulating A first electrode and a second electrode are arranged on the upper surface side of the substrate so as to face the movable electrode, and a control circuit is connected to each of the first electrode and the second electrode. The first electrode is arranged at a position facing the displacement portion. The second electrode is spaced apart from the first electrode. The control circuit applies a first potential to the first electrode and a second potential different from the first potential to the second electrode, so that at least the first electrode and the movable electrode are connected. It detects a change in the capacitance value of the capacitance between the first electrode and the movable electrode, further detects the state from proximity to contact between the first electrode and the movable electrode, and determines on/off based on these detection results. .
本開示によれば、オン/オフを精度良く判定することができ、信頼性の高いスイッチ装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to accurately determine ON/OFF and provide a highly reliable switch device.
(本開示の基礎となった知見)
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した従来のスイッチ装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Findings on which this disclosure is based)
The inventors of the present invention have found that the conventional switch device described in the "Background Art" section has the following problems.
特許文献1および2に開示されたスイッチ装置は、人の指と電極との間に生じる静電容量の変化を検出する。しかしながら、指と電極との間の静電容量は、発汗の有無、または、指の乾燥もしくは濡れた状態などの指の水分状態に依存する。また、指と電極との間の静電容量は、押圧時の指の形状、または、押し方にも依存する。例えば、指の腹で押す場合と、指の爪先で押す場合とでは、静電容量の変化量は異なる。このため、個人差および状態差によって静電容量が安定しないので、オン/オフの判定精度が低下する。
The switch devices disclosed in
また、特許文献3に開示されたスイッチ装置では、弾性体を介して押し釦と一体的に連動する導体とスイッチ電極との間、および、導体とグランド電極との間の変位による各々の容量の変化がスイッチ電極によるスイッチのオン/オフの容量測定に影響する。このため、操作者の押し込み方向によって、計測される容量値が安定しない。このため、オン/オフの判定精度が低下する。
In addition, in the switch device disclosed in
そこで、本開示は、オン/オフを精度良く判定することができるスイッチ装置を提供する。 Accordingly, the present disclosure provides a switch device capable of accurately determining ON/OFF.
例えば、本開示の一態様に係るスイッチ装置は、絶縁基材と、前記絶縁基材の上面側に配置され、前記絶縁基材の前記上面に対する位置が変位可能な変位部を有する可動電極と、前記絶縁基材の前記上面側において、前記可動電極と対向する位置に配置された第1電極および第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の各々に接続された制御回路と、を備える。前記第1電極は、前記変位部に対向する位置に配置される。前記第2電極は、前記第1電極と離れて配置される。前記制御回路は、第1電位を前記第1電極に印加し、かつ、前記第1電位とは異なる第2電位を前記第2電極に印加して、少なくとも前記第1電極と前記可動電極との間の静電容量の容量値の変化を検出し、更には前記第1電極と前記可動電極との近接から接触に至る状態を検出し、これらの検出結果に基づいてオン/オフの判定を行う。 For example, a switch device according to an aspect of the present disclosure includes an insulating base, a movable electrode disposed on an upper surface side of the insulating base and having a displacement portion capable of displacing a position with respect to the upper surface of the insulating base, a first electrode and a second electrode arranged at positions facing the movable electrode on the upper surface side of the insulating base; and a control circuit connected to each of the first electrode and the second electrode. Prepare. The first electrode is arranged at a position facing the displacement portion. The second electrode is spaced apart from the first electrode. The control circuit applies a first potential to the first electrode and a second potential different from the first potential to the second electrode, so that at least the first electrode and the movable electrode are connected. It detects a change in the capacitance value of the capacitance between the first electrode and the movable electrode, further detects the state from proximity to contact between the first electrode and the movable electrode, and determines on/off based on these detection results. .
これにより、充電時には、可動電極の電位が、第2電極との容量結合または電気的な接触によって固定される。このため、操作体との容量、押し込み方向のばらつきの影響、および、外部からのノイズの影響を抑制することができる。これにより、オン/オフを精度良く判定することができる。また、可動電極に対する直接的な電気的接続が必ずしも必要ではなくなるので、塵埃などの異物による可動電極の導通不良または短絡の影響を排除することができる。よって、スイッチ装置の信頼性を高めることができる。 Thereby, during charging, the potential of the movable electrode is fixed by capacitive coupling or electrical contact with the second electrode. For this reason, it is possible to suppress the influence of the capacitance with the operating body, the variation in the pressing direction, and the influence of noise from the outside. This makes it possible to determine on/off with high accuracy. In addition, since direct electrical connection to the movable electrode is not necessarily required, it is possible to eliminate the influence of defective conduction or short circuit of the movable electrode due to foreign matter such as dust. Therefore, the reliability of the switch device can be improved.
また、例えば、前記制御回路は、前記第1電極への充電時に前記第2電位をグランド電位と接続してもよい。 Further, for example, the control circuit may connect the second potential to a ground potential when charging the first electrode.
これにより、充電時には、可動電極の電位が、グランド電位が印加された第2電極を介して更に強く固定される。このため、オン/オフを更に精度良く判定することができる。 As a result, during charging, the potential of the movable electrode is fixed more strongly via the second electrode to which the ground potential is applied. Therefore, ON/OFF can be determined with higher accuracy.
また、例えば、前記制御回路は、前記第1電極からの放電時に前記第1電位をグランド電位と接続してもよい。 Further, for example, the control circuit may connect the first potential to a ground potential during discharging from the first electrode.
これにより、充電された電荷を速やかに放出することができ、次のセンシングまでの期間を短縮することができる。このため、単位時間あたりのセンシングスキャン時間を長く確保することができ、または、スキャン回数の増加が図れるので、検知精度を向上することができる。 As a result, the charged charge can be quickly discharged, and the period until the next sensing can be shortened. Therefore, a longer sensing scan time per unit time can be ensured, or the number of scans can be increased, thereby improving detection accuracy.
また、例えば、前記可動電極は、前記絶縁基材の前記上面に沿って広がる第1拡大部を有してもよい。前記第2電極は、前記第1拡大部に対向する位置に配置されてもよい。 Also, for example, the movable electrode may have a first enlarged portion extending along the upper surface of the insulating base. The second electrode may be arranged at a position facing the first enlarged portion.
これにより、可動電極と第2電極との容量結合を強くすることができるので、可動電極の電位をより強く固定することができる。このため、オン/オフを精度良く判定することができる。また、可動電極と第2電極とが接触している場合には、その接触面積を大きくすることができる。可動電極と第2抵抗との接触抵抗を低くすることができるので、抵抗成分に起因するノイズおよび消費電力を低減することができる。 As a result, the capacitive coupling between the movable electrode and the second electrode can be strengthened, so that the potential of the movable electrode can be fixed more strongly. Therefore, ON/OFF can be determined with high accuracy. Moreover, when the movable electrode and the second electrode are in contact with each other, the contact area can be increased. Since the contact resistance between the movable electrode and the second resistor can be reduced, noise and power consumption caused by the resistance component can be reduced.
また、例えば、前記可動電極は、操作体が前記変位部を下方へ押し込んだ場合に、前記操作体に対してクリック感触を発生させてもよい。前記制御回路は、前記クリック感触の発生時に、前記判定を行ってもよい。なお、クリック感触の発生時とは、前記変位部の前記操作体への反力が極大値となった後、前記第1電極に最近接または接触するまでの期間である。 Further, for example, the movable electrode may generate a click feeling with respect to the operating body when the operating body pushes the displacement portion downward. The control circuit may make the determination when the click feeling is generated. Note that the term "at the time of occurrence of the click feeling" refers to a period from when the reaction force of the displacement portion to the operating body reaches a maximum value to when the first electrode comes closest to or touches the first electrode.
これにより、操作体に与えるクリック感触時のオン/オフの判定を最適なタイミングに設定することができ、操作性の良いスイッチ装置を実現することができる。 As a result, it is possible to set the ON/OFF determination at the time of the click feeling given to the operating body at the optimum timing, and it is possible to realize a switch device with good operability.
また、例えば、前記第2電極は、平面視において、前記可動電極の外側に広がる第2拡大部を有してもよい。前記第2拡大部の面積は、平面視において、前記第2電極と前記可動電極とが重なる面積以上であってもよい。前記制御回路は、前記第2電極と前記操作体との間の静電容量の変化を検出し、この検出結果に基づいて操作体の接近を検知してもよい。 Further, for example, the second electrode may have a second enlarged portion extending outside the movable electrode in plan view. The area of the second enlarged portion may be equal to or larger than the area where the second electrode and the movable electrode overlap in plan view. The control circuit may detect a change in capacitance between the second electrode and the manipulation body, and detect the approach of the manipulation body based on the detection result.
これにより、操作体が可動電極の変位部を押し込む前に操作体の接近を検知することができる。例えば、操作体の接近の検知結果に基づいて動作モードを変更することができる。 Thereby, the approach of the operating body can be detected before the operating body pushes the displacement portion of the movable electrode. For example, the operation mode can be changed based on the detection result of the approach of the operating body.
また、例えば、前記制御回路は、前記第1電位および前記第2電位を互いに等しい電位に設定した状態で前記操作体の接近を検知してもよい。 Further, for example, the control circuit may detect the approach of the operating object in a state in which the first potential and the second potential are set to be equal to each other.
これにより、第1電極と第2電極との間で電荷の移動がなくなるため、見かけ上の容量成分を0にすることができる。第1電極と第2電極との間の容量成分は、操作体の接近の検知時にはノイズとなる。つまり、ノイズを抑制することができるので、操作体の近接を検知する第2電極での検知精度を高めることができる。 As a result, there is no charge transfer between the first electrode and the second electrode, so that the apparent capacitance component can be reduced to zero. The capacitance component between the first electrode and the second electrode becomes noise when detecting the approach of the operating body. In other words, since noise can be suppressed, it is possible to improve the detection accuracy of the second electrode that detects the proximity of the operating body.
また、例えば、前記制御回路は、前記操作体の接近を検知する検知モードと、前記判定を行う判定モードと、を有してもよい。前記検知モードにおいて前記操作体の接近を検知した場合に、前記検知モードから前記判定モードに切り替えてもよい。また、例えば、前記検知モードにおけるスキャン速度は、前記判定モードにおけるスキャン速度より低くてもよい。 Further, for example, the control circuit may have a detection mode for detecting the approach of the operating body and a determination mode for performing the determination. The detection mode may be switched to the determination mode when the approach of the operating body is detected in the detection mode. Also, for example, the scanning speed in the detection mode may be lower than the scanning speed in the determination mode.
これにより、検知モードでは消費電力を低減することができる。判定モードではオン/オフの判定精度を高めることができる。操作体の接近の検知結果に基づいて動作モードを切り替えることで、オン/オフの判定精度の向上と消費電力の低減とを両立させることができる。 Thereby, power consumption can be reduced in the detection mode. In the determination mode, it is possible to improve the accuracy of ON/OFF determination. By switching the operation mode based on the detection result of the approach of the operating object, it is possible to improve the accuracy of ON/OFF determination and reduce the power consumption.
以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Embodiments will be specifically described below with reference to the drawings.
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 It should be noted that the embodiments described below are all comprehensive or specific examples. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements not described in independent claims will be described as optional constituent elements.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。 Each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, scales and the like do not necessarily match in each drawing. Moreover, in each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted or simplified.
また、本明細書において、平行または垂直などの要素間の関係性を示す用語、および、円形などの要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。 Also, in this specification, terms that indicate the relationship between elements such as parallel or perpendicular, terms that indicate the shape of elements such as circular, and numerical ranges are not expressions that express only strict meanings, but substantial It is an expression that means that a difference of approximately several percent is also included, for example, a range equivalent to each other.
また、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)および下方向(鉛直下方)を指すものではなく、各電極の相対的な位置関係により規定される用語として用いる。具体的には、絶縁基材に対して、可動電極、第1電極および第2電極が配置された側を「上側」または「上方」とし、その反対側を「下側」または「下方」としている。また、「上方」および「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに密着して配置されて2つの構成要素が接する場合にも適用される。 Also, in this specification, the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward (vertically upward) and downward (vertically downward) directions in absolute spatial recognition, but rather to the relative position of each electrode. Used as a term defined by a relationship. Specifically, with respect to the insulating substrate, the side on which the movable electrode, the first electrode and the second electrode are arranged is referred to as "upper" or "upper", and the opposite side is referred to as "lower" or "lower". there is Also, the terms "above" and "below" are used not only when two components are spaced apart from each other and there is another component between the two components, but also when two components are spaced apart from each other. It also applies when two components are in contact with each other and are placed in close contact with each other.
また、本明細書および図面において、x軸、y軸およびz軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。絶縁基材の主面に対して直交する方向をz軸方向としている。 In addition, in this specification and drawings, x-axis, y-axis and z-axis indicate three axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system. The direction orthogonal to the main surface of the insulating base is taken as the z-axis direction.
また、本明細書において、「第1」、「第2」などの序数詞は、特に断りの無い限り、構成要素の数または順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、区別する目的で用いられている。 In addition, in this specification, ordinal numbers such as “first” and “second” do not mean the number or order of constituent elements unless otherwise specified, so as to avoid confusion between constituent elements of the same kind and to distinguish between them. It is used for the purpose of
(実施の形態1)
[構成]
まず、実施の形態1に係るスイッチ装置の構成について、図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係るスイッチ装置1のオフを示す断面図である。図2は、本実施の形態に係るスイッチ装置1のオンを示す断面図である。
(Embodiment 1)
[composition]
First, the configuration of the switch device according to
図1および図2に示されるように、スイッチ装置1は、可動電極20に対する操作体90による押し込み操作によって、オン/オフが切り替わる。オフは、操作体90による可動電極20の押し込み量が閾値未満の状態である。オンは、操作体90による可動電極20の押し込み量が閾値以上の状態である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
操作体90は、例えば、人の指であるが、これに限定されない。操作体90は、タッチペンのような棒状部材または所定形状のブロック状部材であってもよい。操作体90は、絶縁体であってもよい。
The operating
図1および図2に示されるように、スイッチ装置1は、絶縁基材10と、可動電極20と、第1電極30と、第2電極40と、制御回路50と、を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
絶縁基材10は、絶縁性を有する平板状の部材である。例えば、絶縁基材10は、絶縁性樹脂を用いて形成された樹脂シートまたは樹脂フィルムである。絶縁基材10は、上面11および下面12を有する。上面11および下面12は、例えば、互いに平行な面である。
The insulating
可動電極20は、絶縁基材10の上面11側に配置されている。可動電極20は、変位部21を有する。変位部21は、絶縁基材10の上面11に対する位置が変位可能な部分である。変位部21は、操作体90に押し込まれた場合に、位置が変化する。
The
本実施の形態では、可動電極20は、操作体90による押し込みがない状態では、上方に凸のドーム状に形成されている。可動電極20は、例えば、金属製のメタルドームである。可動電極20の一部であって、絶縁基材10の上面11から最も離れた部位(具体的には、平面視で中央部分)が変位部21である。可動電極20の端部は、第2電極40に固定されている。操作体90による変位部21の押し込みにより、変位部21が徐々に変形し、押し込み量に対する反力値が最初に最大値を超えた時点で、図2に示されるように、可動電極20が反転形状に移行し、押し込んだ部分(変位部21)が凹む。
In the present embodiment, the
可動電極20は、操作体90が変位部21を下方へ押し込んだ場合に、操作体90に対してクリック感触を発生させる。クリック感触は、操作体90による押し込み力に対して、可動電極20が操作体90に与える反力の変化によって発生する。押し込み量と反力との関係については、後で説明する。
The
第1電極30は、絶縁基材10の上面11側に配置されている。具体的には、第1電極30は、上面11に接触して配置された導電性の薄膜である。第1電極30は、可動電極20の変位部21に対向する位置に配置されている。すなわち、上面11または下面12の平面視において、第1電極30の少なくとも一部が変位部21に重なっている。変位部21が変位した場合に、第1電極30と変位部21とは電気的に接触することもできる。
The
第1電極30と可動電極20の変位部21との間の静電容量C1の容量値は、変位部21の変位に応じて変化する。具体的には、変位部21が第1電極30に近づくにつれて、静電容量C1の容量値は大きくなる。変位部21が第1電極30に接触した場合には、変位部21と第1電極30とが短絡状態になる。
The capacitance value of the electrostatic capacitance C<b>1 between the
第2電極40は、絶縁基材10の上面11側に配置されている。より具体的には、第2電極40は、上面11に接触して配置された導電性の薄膜である。第2電極40は、第1電極30から離れて、可動電極20に対向する位置に配置されている。具体的には、第2電極40は、可動電極20の固定部分、すなわち、可動電極20の端部に対向する位置に配置されている。可動電極20が、平面視における外形に沿って環状に固定されている場合、第2電極40は、第1電極30を囲む環状に形成されている。本実施の形態では、第2電極40と可動電極20とは接触している。
The
このため、第2電極40に所定の電位を印加することにより、可動電極20の電位を固定することができる。具体的には、操作体90の状態によって可動電極20の電位が変動するのを抑制することができる。
Therefore, by applying a predetermined potential to the
第1電極30および第2電極40はそれぞれ、例えば、銀、銅などの金属材料を用いて形成された導電性の薄膜である。第1電極30および第2電極40は、導電性カーボンなどを用いて形成されてもよい。第1電極30および第2電極40は、印刷、蒸着、スパッタリング、圧延金属薄膜の接着などによって形成することができる。
Each of the
制御回路50は、第1電極30および第2電極40の各々に接続されている。制御回路50は、第1電極30に第1電位を印加し、第2電極40に第2電位を印加する。第1電位および第2電位は、例えば、互いに異なる電位である。上述したように、第2電極40に第2電位を印加することで、可動電極20の電位が固定される。第1電極30と可動電極20との電位差によって、第1電極30と可動電極20との間に充放電される状況を作り出すことができる。例えば、制御回路50は、第1電極30への充電時に第2電位をグランド電位と接続する。また、制御回路50は、第1電極30からの放電時に第1電位をグランド電位と接続する。
A
制御回路50は、静電容量C1の変化に伴い充放電される電荷量の変化を検出することにより、第1電極30と可動電極20の変位部21との近接から接触に至る状態を検出し、検出結果に基づいてオン/オフ(オンまたはオフ)の判定を行う。具体的な判定処理については、後で説明する。
The
制御回路50は、例えば、集積回路(IC:Integrated Circuit)であるLSI(Large Scale Integration)によって実現される。なお、集積回路は、LSIに限られず、専用回路または汎用プロセッサであってもよい。制御回路50は、例えば、マイクロコントローラで実現される。具体的には、制御回路50は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、および、プログラムを実行するプロセッサなどを含んでいる。制御回路50は、プログラム可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、または、LSI内の回路セルの接続および設定が再構成可能なリコンフィギュラブルプロセッサであってもよい。制御回路50が実行する機能は、ソフトウェアで実現されてもよく、ハードウェアで実現されてもよい。
The
なお、図1および図2では、制御回路50は、物理的な構成の断面ではなく、機能的なブロックで図示している。制御回路50は、例えば、絶縁基材10に固定されている。あるいは、制御回路50は、絶縁基材10を収納する筐体(図示せず)の内部に収納され、または、外側面に取り付けられていてもよい。
1 and 2, the
[動作]
続いて、本実施の形態に係るスイッチ装置1の動作について、図3を用いて説明する。
[motion]
Next, the operation of the
図3は、可動電極20の押し込み量に対する容量値および操作体90に与える反力を示すグラフである。図3の横軸は、可動電極20の押し込み量、すなわち、変位部21の変位量を表している。押し込み量が0mmの状態は図1に示される状態に相当し、押し込み量の終点が図2に示される状態に相当する。図3の左側の縦軸は、可動電極20と第1電極30との間の静電容量C1の容量値である。図3の右側の縦軸は、可動電極20が操作体90に与える反力の荷重を表している。
FIG. 3 is a graph showing the capacitance value and the reaction force applied to the
図3の破線のグラフで示されるように、操作体90に与える反力は、押し込み量が多くなるにつれて大きくなり、形状の反転直前に最大(ピーク)となり、反転後は極小値に向けて小さくなる。このため、操作体90がクリック感触を受けるのは、反力がピークに達した後、第1電極30に最近接または接触するまでの期間である。クリック感触の発生期間内に適切なタイミングで、スイッチ装置1のオン/オフが判定されることが望まれる。本実施の形態では、制御回路50は、クリック感触の発生期間、すなわち、最大反力荷重点を超えてから変位部21が第1電極30に最近接または接触するまでの期間に、オン/オフの判定を行う。具体的には、図3に示されるように、オン/オフの判定を行う判定領域として、反力がピークに達したときの押し込み量から、押し込み量の終点に達するまでの領域に設定されている。なお、押し込み量の終点とは、最大の押し込み量に相当し、例えば、変位部21が第1電極30に接したとき(図2を参照)の押し込み量である。
As shown by the dashed line graph in FIG. 3, the reaction force applied to the operating
また、押し込み量が最大になった場合、すなわち、変位部21が第1電極30に接した場合、可動電極20と第1電極30とが導通する。第1電極30と第2電極40とが短絡した状態になるので、制御回路50は、この短絡を検出することで、スイッチのオン/オフを判定することが可能である。
Further, when the pushing amount is maximized, that is, when the
なお、可動電極20の種類によっては、反力がピークを過ぎた後、押し込み量の最大値まで反力が漸減する場合だけでなく、押し込み量の最大値の近傍で反力が上昇する場合がある。いずれの場合においても、静電容量C1の容量値に基づくオン/オフの判定が可能である。
Depending on the type of the
一方で、図4に示されるように、何らかの要因で第1電極30と可動電極20との間に、埃などの異物91が侵入するおそれがある。異物91が絶縁性である場合、操作体90が変位部21を押し込んだとしても、異物91が挟まれて第1電極30と変位部21とが接触しない。このため、第1電極30と可動電極20とが短絡せずに、スイッチのオン/オフを判定できない場合が起こりうる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, there is a possibility that
これに対して、本実施の形態では、制御回路50は、第1電極30へ流入する電荷量に基づいて、第1電極30と可動電極20との間の静電容量C1の容量値を算出し、算出した静電容量C1の容量値に基づいてオン/オフの判定を行う。例えば、制御回路50は、算出した静電容量C1の容量値と所定の閾値とを比較し、静電容量C1の容量値が閾値より大きい場合にオンされたと判定する。制御回路50は、静電容量C1の容量値が閾値より小さい場合にオンされていない(オフである)と判定する。これにより、仮に異物91の侵入によって、第1電極30と可動電極20とが接触しない場合であっても、静電容量C1の変化に基づいてオン/オフの判定を行うことができる。
In contrast, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では、第2電極40と可動電極20とが接触している例を示しているが、第2電極40と可動電極20との間にスペースが設けられていてもよい。この場合、異物91は、第2電極40と可動電極20との間に侵入することも起こりうる。仮に、異物91の侵入によって、第2電極40と可動電極20とが接触しない場合であっても、静電容量C1の変化に基づいてオン/オフの判定を行うことができる。
Moreover, although the
図3の実線のグラフに示されるように、押し込み量が大きくなるにつれて、変位部21が第1電極30に近づくので、静電容量C1の容量値が大きくなる。オン/オフの判定を行う閾値は、オン/オフの判定領域に設定される。具体的には、閾値は、反力のピークとなる押し込み量(約0.27)のときの容量値(約7.5×10-12)以上、取りうる静電容量C1の容量値の最大値(約3.4×10-11)以下の範囲内で設定される。当該範囲の下限値に近い値に閾値を設定することで、クリック感触を操作体90が受ける期間の早期時点でオンの判定を行うことができる。このため、より操作に対する反応遅れの少ないスイッチ動作を行うことができる。一方で、当該範囲の上限値に近い値に閾値を設定した場合には、当該設定に比し反応に要する所要時間は増加するが、静電容量C1の容量値のばらつきによるオン/オフの判定精度の低下を抑制することができる。このように、閾値の設定により、スイッチのオンのタイミングを随意にコントロールすることが可能になり、より操作感触の良いスイッチ動作の具現化が可能となる。
As shown in the solid line graph in FIG. 3, as the pushing amount increases, the
本実施の形態では、制御回路50は、可動電極20と第1電極30との間の静電容量C1に対する充電と放電とを繰り返す。充電時には、制御回路50は、第2電極40に対して、第1電極30に印加する電位よりも低い電位を印加する。例えば、充電時には、制御回路50は、第2電極40にグランド電位を印加し、第1電極30にグランド電位とは異なる所定の電位を印加する。充電時に可動電極20の変位部21が押し込まれると静電容量C1の容量値が大きくなるので、第1電極30に流入する電荷量も大きくなる。制御回路50は、充電時に静電容量C1の変化により発生する第1電極30に流入する電荷量の変化量を計測する。
In this embodiment, the
制御回路50は、充電期間の後に放電を行う。具体的には、制御回路50は、放電時には、第1電極30にグランド電位を印加する。
The
本実施の形態では、充電時には、可動電極20の電位が、第1電位30に印加される電位より低い電位が印加された第2電極40を介して固定される。このため、操作体90との容量、および、外部からのノイズの影響を抑制することができる。これにより、オン/オフを精度良く判定することができる。
In this embodiment, during charging, the potential of the
以上のように、本実施の形態に係るスイッチ装置1では、可動電極20と第1電極30との電気的な接触による短絡の検知が可能であるとともに、適切なタイミングでオン/オフの判定を行うことができる。また、仮に、異物91などの要因によって短絡が検知できない場合であっても、静電容量C1の容量値に基づいてオン/オフの判定を行うことができる。容量値の変化のみでオン/オフの判定を行うことに加え、短絡の検知も行えることで、ロバスト性および信頼性が高く、また、オン/オフのタイミング設定のフレキシビリティに富む操作性のよいスイッチ装置1を実現することができる。
As described above, in the
以下では、本実施の形態に係るスイッチ装置1の具体的な動作の例について説明する。上述した静電容量C1の容量値を表すパラメータとして、第1電極30に流入する電荷量、または、第1電極30に電荷が蓄積されるのに要する時間などを利用することができる。
A specific operation example of the
<第1例>
まず、第1例について、図5を用いて説明する。
<First example>
First, the first example will be explained with reference to FIG.
図5は、本実施の形態に係るスイッチ装置1の制御回路の第1例を示す図である。図5に示される制御回路は、スイッチSW1およびSW2の切り替えタイミングの制御ベース信号を発生させるクロック発振器51aと、スイッチSW1、SW2およびSW3と、電荷供給用のタンクコンデンサCmodと、電流源IDAC1およびIDAC2を含む駆動部50aを備える。
FIG. 5 is a diagram showing a first example of a control circuit of the
なお、図5では、スイッチ装置1の第1電極30と可動電極20とを、可変容量CとスイッチSWとの並列回路として等価的に表している。操作体90による変位部21の押し込みによって、可変容量Cが変化(増大)し、第1電極30と変位部21との接触により、スイッチSWがオンする。図5では、第2電極40の図示を省略している。
Note that FIG. 5 equivalently represents the
クロック発振器51aは、スイッチSW1およびSW2の各々にクロック信号を供給することで、スイッチSW1およびSW2を排他的にオン/オフさせる。スイッチSW1およびSW2ならびに可変容量Cによって、スイッチトキャパシタ抵抗を実現している。
The
可変容量Cには、容量値に応じた電荷が供給されるようにタンクコンデンサCmodがスイッチSW1を介して接続されている。なお、タンクコンデンサCmodには、電流源IDAC1およびIDAC2を介して電荷が供給される。電流源IDAC2とタンクコンデンサCmodとの間にはスイッチSW3が接続されている。スイッチSW3は、可変容量Cの電荷量の変化に応じてオン/オフが切り替えられ、タンクコンデンサCmodに電荷が供給される。操作体90による変位部21の押し込みによって、可変容量Cが変化(増大)することで、可変容量Cに流入する電荷量が変化(増大)する。検知電圧Vdetは、可変容量Cの大きさによって変動する。
A tank capacitor Cmod is connected to the variable capacitor C via a switch SW1 so as to supply a charge corresponding to the capacitance value. Charge is supplied to the tank capacitor Cmod through current sources IDAC1 and IDAC2. A switch SW3 is connected between the current source IDAC2 and the tank capacitor Cmod. The switch SW3 is switched on/off according to a change in the charge amount of the variable capacitor C, and charges are supplied to the tank capacitor Cmod. When the
第1例に係る制御回路は、検知電圧Vdetの変化に基づいて、可変容量Cに流入する電荷量を検知する。例えば、可変容量Cに流入する電荷量は、可変容量Cの容量値が大きい程、多くなる。制御回路は、電荷量と所定の閾値とを比較することにより、電荷量が閾値より多い場合に、オンを判定することができる。 The control circuit according to the first example detects the amount of charge flowing into the variable capacitor C based on changes in the detection voltage Vdet. For example, the amount of charge flowing into the variable capacitor C increases as the capacitance value of the variable capacitor C increases. The control circuit can determine ON by comparing the amount of charge with a predetermined threshold value when the amount of charge is greater than the threshold value.
なお、第1電極30と変位部21とが接触した場合には、可動電極20を介して第1電極30とグランド電位と接続された第2電極40とが導通する。第1電極30に流入する電荷量は、閾値を上回ることになり、オンを判定することができる。
Note that when the
本例において、異物91などの要因で仮に第1電極30と変位部21との接触ができない状態になったとしても、変位部21と第1電極30とが近づくことで可変容量Cの容量値が大きくなるので、第1電極30に流入する電荷量が多くなる。このため、電荷量と閾値との比較によって、オン/オフの判定を行うことができる。
In this example, even if the contact between the
<第2例>
次に、第2例について、図6を用いて説明する。
<Second example>
Next, a second example will be described with reference to FIG.
図6は、本実施の形態に係るスイッチ装置1の制御回路の第2例を示す図である。図6に示される制御回路は、2つの比較器51bおよび52bと、SRフリップフロップ回路(ラッチ回路とも称される)53bと、を含む駆動部50bを備える。
FIG. 6 is a diagram showing a second example of the control circuit of the
2つの比較器51bおよび52bはそれぞれ、非反転入力端子(+)、反転入力端子(-)および出力端子を有するオペアンプである。2つの非反転入力端子には、各々に基準となる電圧が印加される。2つの反転入力端子は、互いに接続されており、スイッチ装置1の第1電極30に接続される。2つの出力端子はそれぞれ、SRフリップフロップ回路53bのS端子およびR端子に接続されている。比較器51bから出力されてS端子に入力される信号は、反転される。SRフリップフロップ回路53bのQ’端子は、抵抗Rを介して第1電極30に接続されている。なお、Q’は、Qの反転を意味している。
The two
図6に示される駆動部50bは、図7A~図7Cに示されるように、可変容量Cに対する充放電を繰り返す。図7A~図7Cはそれぞれ、本実施の形態に係るスイッチ装置1の制御回路の第2例による動作時の第1電極30の電位の時間変化を示す図である。具体的には、図7Aは、オフ時(非操作時)の第1電極30の電位の時間変化を表している。図7Bは、オン時(押し込み時)の第1電極30の電位の時間変化を表している。図7Cは、第1電極30と可動電極20との短絡時の第1電極30の電位の時間変化を表している。
The
第2例に係る制御回路は、一定期間内における第1電極30の電位の立ち上がり回数をカウントすることにより、オン/オフの判定を行う。図7Aおよび図7Bを比較して分かるように、操作体90による押し込みによって可変容量C(第1電極30と可動電極20との間の静電容量)が増加するにつれて、立ち上がり時間が長くなる。このため、一定時間内での立ち上がり回数は、可変容量Cが大きくなるにつれて少なくなる。よって、制御回路は、立ち上がり回数と所定の閾値とを比較することにより、立ち上がり回数が閾値より少ない場合に、オンを判定することができる。
The control circuit according to the second example performs ON/OFF determination by counting the number of times the potential of the
なお、第1電極30と変位部21とが接触した場合には、可変容量Cには充電されない。このため、図7Cに示されるように、第1電極30の電位は、一定値で変化しない。立ち上がり回数のカウントが増えないので、閾値を下回ることになり、オンを判定することができる。
Note that the variable capacitor C is not charged when the
本例において、異物91などの要因で仮に第1電極30と変位部21との接触ができない状態になったとしても、変位部21と第1電極30とが近づくことで第1電極30の電位の立ち上がり時間が長くなる。このため、一定期間内の立ち上がり回数をカウントすることで、オン/オフの判定を行うことができる。
In this example, even if the contact between the
<第3例>
次に、第3例について、図8を用いて説明する。
<Third example>
Next, a third example will be described with reference to FIG.
図8は、本実施の形態に係るスイッチ装置1の制御回路の第3例を示す図である。図8に示される制御回路は、駆動バッファ51cと、スロープ駆動部52cと、比較器53cと、スイッチSW3およびSW4と、サンプル容量Csと、スロープ抵抗Rsと、を含む駆動部50cを備える。駆動部50cは、デュアルスロープ回路とも呼ばれる。
FIG. 8 is a diagram showing a third example of the control circuit of the
駆動バッファ51cは、駆動用の論理パルスを第1電極30に供給する。第1電極30は、論理パルスのデジタルバーストとして駆動される。可動電極20の変位部21が操作体90によって押し込まれ、変位部21が第1電極30に近づくことで、可動電極20(第2電極40)と第1電極30との容量結合が大きくなる。このため、当該容量結合を介して、第2電極40に発生する電荷は、サンプル容量Csに蓄積される。なお、サンプル容量Csに蓄積される電荷は、駆動用の論理パルスと同期した駆動部50cのスイッチSW3およびSW4によって蓄積保持される。
The
論理パルスのバーストが完了した後、サンプル容量Csに蓄積される電荷は、スロープ駆動部52cによってハイに駆動されるスロープ抵抗Rsを使用して変換される。具体的には、スロープ抵抗Rsの一端(比較器53cとの接続点)は、サンプル容量Csに蓄積された電荷量に応じて、負の電位から単調増加する。比較器53cは、スロープ抵抗Rsの一端の電位と所定の電位Vssとの比較結果を出力する。
After the burst of logic pulses is completed, the charge stored on sample capacitor Cs is converted using slope resistor Rs which is driven high by
比較器53cによる比較結果に基づいて、スロープ抵抗Rsの一端の電位の増加開始からゼロクロス点に至るまでの時間が検知される。当該時間は、サンプル容量Csに蓄積される電荷に依存し、蓄積される電荷量が多い程、長くなる。サンプル容量Csに蓄積される電荷量は、操作体90による押し込み量が多い程、大きくなる。つまり、操作体90による押し込み量が多い程、ゼロクロス点に至るまでの時間が長くなる。したがって、第3例に係る制御回路は、ゼロクロス点に至るまでの時間と閾値とを比較することで、オン/オフの判定を行うことができる。
Based on the result of comparison by the
なお、第1電極30と変位部21とが接触した場合には、第1電極30と第2電極40とが導通することになるので、サンプル容量Csには駆動バッファ51cから供給される電荷がそのまま蓄積される。このため、サンプル容量Csに蓄積される電荷量が多くなり、ゼロクロス点に至るまでの時間が閾値を上回ることになり、オンを判定することができる。
Note that when the
本例において、異物91などの要因で仮に第1電極30と変位部21との接触ができない状態になったとしても、変位部21と第1電極30とが近づくことで可変容量Cの容量値が大きくなるので、サンプル容量Csに蓄積される電荷量が多くなる。このため、ゼロクロス点に至るまでの時間が長くなるので、オン/オフの判定を行うことができる。
In this example, even if the contact between the
<第4例>
次に、第4例について、図9を用いて説明する。
<Fourth example>
Next, a fourth example will be described with reference to FIG. 9 .
図9は、本実施の形態に係るスイッチ装置1の制御回路の第4例を示す図である。図9に示される制御回路は、マイクロコントローラ50dを含む。
FIG. 9 is a diagram showing a fourth example of the control circuit of the
マイクロコントローラ50dは、内部にサンプルホールド容量Cs(図示せず)を有する。マイクロコントローラ50dの入力端子INには、抵抗Rsを介して、第1電極30が接続される。
The
可動電極20と第1電極30との間の可変容量Cは、マイクロコントローラ50d内のサンプルホールド容量Csと時間差を持って並列に接続される。まず、可変容量Cに対する充電の後、サンプルホールド容量Csと接続され、2つの容量間で比例的に分配されるまで、電荷が流れる。マイクロコントローラ50dは、サンプルホールド容量Csの両端の電圧をデジタル化して、第1電圧値として記憶する。
The variable capacitance C between the
次に、サンプルホールド容量Csに対する充電の後、可変容量Cに接続される2つの容量間で比例的に分配されるまで、電荷が流れる。マイクロコントローラ50dは、サンプルホールド容量Csの両端の電圧をデジタル化して、第2電圧値として記憶する。
Then, after charging the sample-and-hold capacitor Cs, the charge flows until it is proportionally distributed between the two capacitors connected to the variable capacitor C. The
マイクロコントローラ50dは、第1電圧値と第2電圧値との平均値を算出する。ある程度の長期間における平均値は、平常状態、すなわち、操作体90による押し込みがない場合の基準値(閾値)とみなすことができる。
The
操作体90によって可動電極20の変位部21が押し込まれた場合、可変容量Cの容量値が大きくなる。これは、2つの容量間で共有される電荷の量に影響を与える。例えば、可変容量Cをプリチャージしてサンプルホールド容量Csと共有した場合、可変容量Cの容量値の増加によってサンプルホールド容量Csに転送される電荷量が増加するので、第1電圧値が増加する。サンプルホールド容量Csをプリチャージして可変容量Cと供給した場合、サンプルホールド容量Csに残っていた電荷が減少して第2電圧値が減少する。しかし、第1電圧値の増加が大きいので、第1電圧値と第2電圧値との平均値は、増加することになる。したがって、操作体90による変位部21の押し込みによって第1電圧値と第2電圧値との平均値が増加するので、マイクロコントローラ50dは、基準値と比較することにより、オン/オフの判定を行うことができる。
When the
なお、第1電極30と変位部21とが接触した場合には、可変容量Cへの容量の蓄積ができない。可変容量Cへの容量の蓄積ができないことを検知することにより、オンを判定することができる。
Note that when the
本例において、異物91などの要因で仮に第1電極30と変位部21との接触ができない状態になったとしても、変位部21と第1電極30とが近づくことで可変容量Cの容量値が大きくなるので、サンプルホールド容量Csに蓄積される電荷量が多くなる。このため、第1電圧値の増加によって、第1電圧値と第2電圧値との平均値も増加するので、オン/オフの判定を行うことができる。
In this example, even if the contact between the
<第5例>
次に、第5例について、図10を用いて説明する。
<Fifth example>
Next, a fifth example will be described with reference to FIG. 10 .
図10は、本実施の形態に係るスイッチ装置1の制御回路の第5例を示す図である。図10に示される制御回路50eは、検出回路51eと、充電回路52eと、キャリブレーション回路53eと、を含む。第1電極30は、端子55eに接続されている。
FIG. 10 is a diagram showing a fifth example of the control circuit of the
検出回路51eは、例えば、図示されるような積分回路であり、入力される電荷を累積加算して出力する。具体的には、検出回路51eは、非反転入力端子(+)が初期化電圧V1に固定された演算増幅器AMP1と、演算増幅器AMP1の反転入力端子(-)と出力端子との間に接続された積分容量Cs1と、積分容量Cs1を短絡して放電および初期化することができるスイッチS1と、演算増幅器AMP1の反転入力端子と端子55eとの接続のオン/オフを制御することができるスイッチS2と、を含む。
The
充電回路52eは、スイッチS3と、演算増幅器AMP2と、演算増幅器AMP2と端子55eとの接続のオン/オフを制御するスイッチS4と、を含む。スイッチS3と演算増幅器AMP2とによるボルテージフォロワアンプによって、電圧V3を供給する電圧源が構成される。スイッチS3を切り替えることにより、電圧V3は、初期化電圧V1、または、初期化電圧V1よりも高電位の充電電圧V2に制御される。
The charging
キャリブレーション回路53eは、キャリブレーション容量Ccと、スイッチS5と、電流源54eと、を含む。キャリブレーション容量Ccは、端子55eと、演算増幅器AMP2の出力端子との間に接続される。電流源54eは、スイッチS5を介して端子55eに接続される。電流源54eの他方の端子は、例えば、接地電位Vssなどの、充電電圧V2および初期化電圧V1よりも低い任意の電位に固定される。
The
続いて、図10に示される制御回路の動作例について説明する。 Next, an operation example of the control circuit shown in FIG. 10 will be described.
充電回路52eによって、第1電極30と可動電極20との間の可変容量Cを充電する。この充電期間には、同時に検出回路51eの初期化も行われる。具体的には、第1時刻において、スイッチS3により電源V3は初期化電圧V1よりも高い充電電圧V2に設定され、スイッチS4を閉じることにより、端子55eを介して可変容量Cが電位V2に充電される。同じく、第1時刻に、検出回路51eへの入力であるスイッチS2は開かれて入力が遮断され、スイッチS1が閉じられることにより、積分容量Cs1が短絡および放電されて初期化され、出力VOUTは初期化電圧V1に初期化される。このとき、スイッチS5は開かれており電流源54eは、端子55eから遮断されている。また、キャリブレーション容量CcはスイッチS4によって短絡されており、電荷は蓄積されていない。第1時刻より後の第2時刻には、スイッチS4が開かれて可変容量Cの充電が終わり、スイッチS1が開かれて検出回路51eの初期化が終わる。
The variable capacitance C between the
充電期間の後の放電期間において、スイッチS3により電源V3は、初期化電圧V1に設定され、キャリブレーション容量Ccに可変容量Cから電荷が流入する。具体的には、第2時刻から第3時刻までの期間には、スイッチS5が閉じられて電流源54eが端子55eに接続され、可変容量Cから一定の電荷量の電荷が引き抜かれる。このとき、引き抜かれる電荷量は、電流源54eの電流値と、第2時刻から第3時刻までの期間の積によって規定される。
During the discharge period after the charge period, the power supply V3 is set to the initialization voltage V1 by the switch S3, and charges flow from the variable capacitor C into the calibration capacitor Cc. Specifically, during the period from the second time to the third time, the switch S5 is closed, the
第3時刻から第4時刻までの期間には、スイッチS2が閉じられ、可変容量Cからの電荷は、検出回路51eにも入力される。検出回路51eは、図10に示されるように、初期化電圧V1に仮想接地された演算増幅器AMP1を含むので、可変容量Cが接続される端子55eの電位は、初期化電圧V1に漸近していく。検出回路51eに入力された電荷は、積分容量Cs1に累積的に加算(積分)され、出力VOUTが変化(低下)する。
During the period from the third time to the fourth time, the switch S2 is closed and the charge from the variable capacitor C is also input to the
その後、充電期間と放電期間とが繰り返される。検出回路51eに入力された電荷は、積分容量Cs1に累積的に加算(積分)される。可変容量Cから放電される電荷量は、C×(V2-V1)である。このうちの一部が放電期間の前半に電流源54eによって引き抜かれ、別の一部が放電期間の後半にキャリブレーション容量Ccを充電するために消費され、その残りが検出回路51eに入力される。電流源54eによって引き抜かれる電荷量とキャリブレーション容量Ccを充電するために消費される電荷量との和を、非押し込み時の可変容量Cの容量値と同じ値にすることができれば、検出回路51eに入力される電荷量は、押し込みによって増加した容量値に対応する電荷量のみにすることができる。これにより、オン/オフを効率良く判定することができる。
After that, the charging period and the discharging period are repeated. The charge input to the
なお、第1電極30と変位部21とが接触した場合には、可変容量Cへの容量の蓄積ができない。つまり、端子55eの電位は、第2電極40の電位(具体的には、グランド電位)になる。このため、検出回路51eの積分容量Cs1が一定の値になる。このことを検知することにより、オンを判定することができる。
Note that when the
図11は、本実施の形態に係るスイッチ装置1の制御回路の第5例の別の例を示す図である。図11に示される制御回路50fは、検出回路51eと、放電回路52fと、キャリブレーション回路53fと、を含む。第1電極30は、端子55eに接続されている。
FIG. 11 is a diagram showing another example of the fifth example of the control circuit of the
検出回路51eおよび放電回路52fは、図10に示される検出回路51eおよび充電回路52eと同様である。なお、放電回路52fでは、スイッチS3を切替えることにより、充電電圧V2は、初期化電圧V1、または、初期化電圧V1よりも低い電圧V4に制御される点で異なる。回路構成は実質的に充電回路52eと同じであるが、電荷の移動方向が逆であることから、放電回路52fと呼ぶ。
Detecting
キャリブレーション回路53fは、キャリブレーション容量Ccと、スイッチS5と、電流源54fと、を含んで構成される。キャリブレーション容量Ccは、図10と同様に、端子55eと演算増幅器AMP2との間に接続される。電流源54fは、スイッチS5を介して、例えば、電源VDDに接続される。電源VDDの電圧値は、充電電圧V4または初期化電圧V1よりも高い電圧である。
The
図11に示される制御回路50fも、図10に示される制御回路50eと同様の制御により、オン/オフの判定が可能である。なお、制御回路50fは、放電回路52fを有し、電荷の流れが逆になるため、検出回路51eの出力VOUTの変化は、増加になる。
The
<第6例>
次に、第6例について、図12を用いて説明する。
<6th example>
Next, a sixth example will be described with reference to FIG. 12 .
図12は、本実施の形態に係るスイッチ装置1の制御回路の第6例を示す図である。図12に示される制御回路では、抵抗Rの一端が第1電極30に接続されている。抵抗Rの両端はそれぞれ、端子51gおよび52gに接続されている。制御回路は、端子51gに所定のパルス電圧を印加した場合の、端子52gの各々の信号の立ち上がり時間に基づいてオン/オフを判定する。
FIG. 12 is a diagram showing a sixth example of the control circuit of the
図13は、本例において、可動電極20と第1電極30とが接触していない場合の2つの端子51gおよび52gの電位の時間変化を示す図である。Vinが端子51gの電位の時間変化を表している。Voutが端子52gの電位の時間変化を表している。
FIG. 13 is a diagram showing temporal changes in the potentials of the two
図13に示されるように、端子51gにパルス電圧を印加した場合、抵抗Rと可変容量CとのRC並列回路によって端子52gの電位の立ち上がりが遅くなる。操作体90による変位部21の押し込みによって、可変容量Cが大きくなる程、立ち上がりに要する時間が長くなる。制御回路は、例えば、所定の閾値時間Tを設定し、設定した閾値時間Tの経過後に、端子52gの電位が立ち上がりきっていない場合には、オンであると判定することができる。
As shown in FIG. 13, when a pulse voltage is applied to the
操作体90による変位部21の押し込みによって、可動電極20と第1電極30とが接触した場合、端子52gは、スイッチSWを介して可動電極20(第2電極40)と導通する。このため、図14に示されるように、端子52gの電位は、立ち上がることなく、一定値(例えば0V)で保たれる。なお、図14は、本例において、可動電極20と第1電極30とが接触している場合の2つの端子51gおよび52gの電位の時間変化を示す図である。この場合においても、閾値時間Tが経過したとしても、端子52gの電位が立ち上がらないので、制御回路は、オンであると判定することができる。
When the
本例において、異物91などの要因で仮に第1電極30と変位部21との接触ができない状態になったとしても、変位部21と第1電極30とが近づくことで可変容量Cの容量値が大きくなるので、端子52gの電位の立ち上がりが遅くなる。このため、閾値時間Tとの比較によって、オン/オフの判定を行うことができる。
In this example, even if the contact between the
[変形例]
続いて、実施の形態1の変形例について、図15を用いて説明する。図15は、本変形例に係るスイッチ装置2の構成を示す断面図である。
[Modification]
Next, a modified example of
図15に示されるように、スイッチ装置2は、図1に示されるスイッチ装置1と比較して、可動電極20の代わりに、可動電極20a、可撓性フィルム60および粘着層70を備える点が相違する。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。
As shown in FIG. 15, the
可撓性フィルム60は、上方に凸のドーム状の部分を有するフィルム部材である。ドーム状の部分の下面(裏面)に、ドーム形状に沿った可動電極20aが設けられている。
The
可動電極20aは、可撓性フィルム60の下面に設けられた導電層である。実施の形態1と同様に、上方に凸のドーム状に形成されている。例えば、可動電極20aは、銀などの金属材料を印刷などによって塗布することで形成される。
The
可動電極20aの端部であって、第2電極40に対向する部分は、第2電極40には接触している。これにより、可動電極20aの電位を固定することができる。
The end portion of the
なお、可動電極20aと第2電極40とは接触していなくてもよい。この場合、可動電極20aと第2電極40との間の静電容量C2の容量値は、実質的に固定値である。これは、可動電極20aのうち、第2電極40が対向する部分(可動電極20aの端部)が実質的に変位しないためである。第2電極40に所定の電位を印加することにより、可動電極20aと第2電極40との容量結合によって、可動電極20aの電位を固定することができる。つまり、操作体90の押し込みによって可動電極20aの電位が変動するのを抑制することができる。
Note that the
可撓性フィルム60のドーム状の部分が操作体90に押し込まれることによって、ドーム状の部分の形状が反転する。これにより、可動電極20aは、実施の形態1に係る可動電極20と同等の機能を果たすことができる。
By pushing the dome-shaped portion of the
可撓性フィルム60は、絶縁性を有する。何らかの要因で可動電極20aに電流が流れたとしても、操作体90に電流が流れるのを抑制することができる。また、可撓性フィルム60は、可動電極20aの保護部材としても機能する。
The
粘着層70は、可撓性フィルム60を絶縁基材10の上面11に固定する部材の一例である。粘着層70は、粘着剤または接着剤を上面11に塗布することで形成される。なお、可撓性フィルム60を固定する手段は、粘着層70には限定されない。
The
以上のようなスイッチ装置2においても、実施の形態1と同様に、オン/オフを精度良く判定することができる。
In the
(実施の形態2)
続いて、実施の形態2について説明する。
(Embodiment 2)
Next,
実施の形態2に係るスイッチ装置は、実施の形態1に係るスイッチ装置と比較して、可動電極が絶縁基材の上面に沿って広がる拡大部を有する点が相違する。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する場合がある。 The switch device according to the second embodiment differs from the switch device according to the first embodiment in that the movable electrode has an enlarged portion extending along the upper surface of the insulating base. In the following, the description will focus on the differences from the first embodiment, and the description of the common points may be omitted or simplified.
[構成]
図16は、本実施の形態に係るスイッチ装置101の構成を示す断面図である。図16に示されるように、スイッチ装置101は、図1に示されるスイッチ装置1と比較して、可動電極20の代わりに可動電極120を備える。
[composition]
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of the
可動電極120は、拡大部122を有する。拡大部122は、絶縁基材10の上面11に沿って広がる第1拡大部の一例である。例えば、拡大部122は、変位部21を含むドーム状の部分の縁に沿って環状に設けられている。拡大部122は、平面視において、第2電極40に接触している。つまり、拡大部122は、第2電極40の上面の少なくとも一部を接触して覆うように設けられている。
The
このように、拡大部122と第2電極40との接触面積が大きくなるので、接触抵抗が低くなる。これにより、抵抗成分に起因するノイズおよび消費電力を低減することができる。
Since the contact area between the
なお、拡大部122と第2電極40とが接触していない場合、拡大部122と第2電極40とが平面視で重なる面積が大きくなる。このため、拡大部122と第2電極40とが大きい面積で接触することで、可動電極120の電位が強く固定される。このため、ノイズの影響を抑制することができ、オン/オフの判定精度を高めることができる。
Note that when the
[変形例1]
次に、実施の形態2の変形例1について、図17を用いて説明する。
[Modification 1]
Next,
図17は、本変形例に係るスイッチ装置102の構成を示す断面図である。図17に示されるように、スイッチ装置102は、図16に示されるスイッチ装置101と比較して、可動電極120の代わりに、可動電極120a、可撓性フィルム60および粘着層70を備える。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of a
可動電極120aは、実施の形態1の変形例に係るスイッチ装置2と同様に、可撓性フィルム60のドーム状の部分の下面(裏面)に設けられた導電層である。導電層は、ドーム状の部分だけでなく、当該部分の縁に沿って外側に延びて広がっている。この導電層の広がった部分が、拡大部122aである。
拡大部122aが設けられていることにより、拡大部122aと第2電極40とが接触する面積が大きくなる。このため、拡大部122aと第2電極40との接触抵抗が低くなり、抵抗成分に起因するノイズおよび消費電力を低減することができる。また、拡大部122aと第2電極40とが接触することで、可動電極120aの電位が強く固定される。可動電極120aのシールド機能が高まるので、ノイズの影響を抑制することができ、オン/オフの判定精度を高めることができる。
Since the
なお、拡大部122aと第2電極40とは接触していなくてもよい。例えば、粘着層70は、拡大部122aと第2電極40との間に配置されていてもよい。この場合であっても、拡大部122aと第2電極40との容量結合によって、可動電極120aの電位を固定することができる。よって、ノイズの影響を抑制することができ、オン/オフの判定精度を高めることができる。
Note that the
[変形例2]
次に、実施の形態2の変形例2について、図18を用いて説明する。
[Modification 2]
Next,
図18は、本変形例に係るスイッチ装置103の構成を示す断面図である。図18に示されるように、スイッチ装置103は、図16に示されるスイッチ装置101と比較して、可動電極120の代わりに可動電極120bを備える。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of a
可動電極120bは、ドーム状の金属部材120cと、導電層120dと、を含む。金属部材120cは、例えば、上方に凸のドーム形状の金属製のメタルドームであり、実施の形態1の可動電極20と同じである。導電層120dは、実施の形態2の変形例1と同様に、可撓性フィルム60の下面に沿って設けられ、拡大部122aを形成している。導電層120dは、金属部材120cに接触しており、電気的に導通している。つまり、導電層120dと金属部材120cとは、実質的に同一の電位になっている。
The
図7に示される例では、導電層120dは、金属部材120cの頂部、具体的には、変位部21には設けられていないが、これに限定されない。導電層120dは、実施の形態2の変形例1の可動電極120aと同様に、ドーム状に形成されていてもよい。
In the example shown in FIG. 7, the
本変形例に係るスイッチ装置103においても、実施の形態2と同様に、拡大部122aによって可動電極120bの電位を強く固定することができる。よって、ノイズの影響を抑制することができ、オン/オフの判定精度を高めることができる。
Also in the
[変形例3]
次に、実施の形態2の変形例3について、図19を用いて説明する。
[Modification 3]
Next,
図19は、本変形例に係るスイッチ装置104の構成を示す断面図である。図19に示されるように、スイッチ装置104は、図16に示されるスイッチ装置101と比較して、可動電極120の代わりに可動電極120eを備える。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the configuration of a
可動電極120eは、頂部(変位部121e)が平坦な形状を有する。可動電極120eは、変位部121eと、拡大部122と、を有する。変位部121eは、絶縁基材10の上面11から離れて位置し、操作体90に押し込まれた場合に、上面11に対して変位する。
The
本変形例では、変位部121eが操作体90に与える反力のピークは、実質的には、変位部121eの押し込み量が最大になったときである。このため、オン/オフの判定のための閾値は、例えば、変位部121eの押し込み量が最大になったときの静電容量C1の容量値に設定することができる。
In this modified example, the peak of the reaction force applied to the operating
本変形例に係るスイッチ装置104においても、実施の形態2と同様に、拡大部122によって可動電極120eの電位を強く固定することができる。よって、ノイズの影響を抑制することができ、オン/オフの判定精度を高めることができる。
Also in the
(実施の形態3)
続いて、実施の形態3について説明する。
(Embodiment 3)
Next,
実施の形態3に係るスイッチ装置は、実施の形態1の変形例に係るスイッチ装置と比較して、第2電極が可動電極の外側に広がる拡大部を有する点が相違する。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する場合がある。 The switch device according to the third embodiment differs from the switch device according to the modified example of the first embodiment in that the second electrode has an enlarged portion extending outside the movable electrode. In the following, the description will focus on the differences from the first embodiment, and the description of the common points may be omitted or simplified.
[構成]
図20は、本実施の形態に係るスイッチ装置201の構成を示す断面図である。図20に示されるように、スイッチ装置201は、図1に示されるスイッチ装置1と比較して、第2電極40の代わりに第2電極240を備える。また、スイッチ装置201は、可撓性フィルム60および粘着層70を備える。
[composition]
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the configuration of a
可撓性フィルム60および粘着層70はそれぞれ、実施の形態1の変形例に係る可撓性フィルム60および粘着層70とほぼ同じである。本実施の形態では、粘着層70は、可撓性フィルム60と可動電極20との間にも設けられている。なお、可動電極20の代わりに、実施の形態1の変形例に係る可動電極20aが設けられていてもよい。なお、可撓性フィルム60および粘着層70は、必須の構成ではない。
第2電極240は、拡大部241を有する。拡大部241は、平面視において、可動電極20の外側に広がる第2拡大部の一例である。拡大部241は、可動電極20に対する操作体90の接近の検知に利用される。拡大部241の面積は、平面視において、第2電極240と可動電極20とが重なる面積以上である。拡大部241の面積が大きい程、操作体90の接近の検知範囲を広く確保することができる。
The
本実施の形態に係るスイッチ装置201では、制御回路50は、複数の動作モードを有する。具体的には、制御回路50は、オン/オフの判定を行う判定モードと、操作体90の接近を検知する検知モードと、を動作モードとして有する。検知モードは、後述するように省電力化に寄与するので、省電力モードとも称される。判定モードは、スイッチ装置201の通常動作であるので、通常モードとも称される。
In
検知モードにおけるスキャン速度は、判定モードにおけるスキャン速度より遅い。なお、スキャン速度は、単位時間あたりの、静電容量C1に対する充放電の繰り返し回数である。スキャン速度が高い判定モードでは、単位時間あたりの充放電の繰り返し回数が多くなるので、高精度な判定が可能になる。スキャン速度が低い検知モードでは、単位時間あたりの充放電の繰り返し回数が少なくなるので、消費電力を低減することができる。検知モードを有することで、スイッチ装置201の省電力化が可能になる。
The scan speed in detection mode is slower than the scan speed in determination mode. Note that the scan speed is the number of repetitions of charging and discharging the capacitance C1 per unit time. In the determination mode with a high scanning speed, the number of charge/discharge repetitions per unit time increases, so highly accurate determination becomes possible. In the detection mode in which the scan speed is low, the number of charge/discharge repetitions per unit time is small, so power consumption can be reduced. Having the detection mode enables power saving of the
検知モードでは、制御回路50は、第2電極240と操作体90との間に生じる静電容量C3の容量値の変化を検知する。具体的には、制御回路50は、第2電極240と操作体90との間の静電容量C3に対する充電と放電とを繰り返す。充電時には、制御回路50は、第2電極240にグランド電位とは異なる所定の電位を印加する。
In the detection mode, the
充電時に第2電極240の近くに操作体90が近づいた場合、第2電極240と操作体90との静電容量C3の容量値が大きくなるので、第2電極240に流入する電荷量も大きくなる。制御回路50は、静電容量C3の容量値の変化に基づく、第2電極240に流入する電荷量の変化を計測する。すなわち、充電期間がスイッチ装置201のセンシング期間、すなわち、操作体90の接近の検知が可能な期間である。制御回路50は、静電容量C3の容量値と、操作体90用の所定の閾値とを比較し、静電容量C3の容量値が閾値より大きい場合に操作体90の接近が検知されたと判定する。制御回路50は、静電容量C3の容量値が閾値より小さい場合に操作体90は接近していないと判定する。
When the operating
検知モードでは、制御回路50は、充電期間の後に放電を行う。具体的には、制御回路50は、第2電極240にグランド電位を印加する。
In sensing mode, the
なお、検知モードでは、制御回路50は、充電時に、第1電極30にグランド電位以外の固定の電位を印加してもよい。あるいは、制御回路50は、第1電極30への電位の印加を行わず、第1電極30をフローティング状態にしてもよい。
In the detection mode, the
また、制御回路50は、第1電極30に対して、第2電極240に印加する電位を同じ電位を印加してもよい。これにより、第1電極30と第2電極240との間の見かけ上の容量成分をキャンセルすることができる。当該容量成分は、第2電極240と操作体90との間の静電容量C3にとってはノイズ成分である。このノイズ成分を低減することができるので、操作体90の検知精度および感度を高めることができる。
Also, the
[動作]
次に、本実施の形態に係るスイッチ装置201の動作について、図21を用いて説明する。図21は、本実施の形態に係るスイッチ装置201の動作を示すフローチャートである。
[motion]
Next, the operation of
図21に示されるように、制御回路50は、初期状態として、第2電極240を高速スキャンモードとし、第1電極30を高速スキャンモードで最低限1回動作させる(S10)。具体的には、制御回路50は、第2電極240を低速でスキャンする。より具体的には、制御回路50は、第1電極30と第2電極240との少なくとも一方に所定の電位を印加して充放電を繰り返すことにより、充電時に第2電極240に流入する電荷量の変化量および第1電極30に流入する電荷量の変化量を計測する。各電極へ流入する電荷量の計測は、例えばスキャンインターバルを利用して行うことができる。開始時には第1電極30を高速スキャンモードで動作させることにより、開始とほぼ同時に可動電極20が押し込まれるような場合にも精度良くオン/オフの判定を行うことができる。
As shown in FIG. 21, the
なお、開始時、第2電極240は高速でスキャンされることが望ましいが、第1電極30のみ高速スキャンしていれば、必ずしも第2電極240を高速でスキャンする必要はない。
It is desirable that the
反応がない場合(S12でNo)、すなわち、第2電極240に流入する電荷量に対応する静電容量C3の容量値が閾値未満の場合、制御回路50は、検知モードに移行する(S14)。なお、検知モードを実行中の場合は、そのまま検知モードを維持する。検知モードでは、第1電極30を低速スキャンモードで動作させる。
If there is no reaction (No in S12), that is, if the capacitance value of the electrostatic capacitance C3 corresponding to the amount of charge flowing into the
反応がある場合(S12でYes)、すなわち、第2電極240に流入する電荷量に対応する静電容量C3の容量値が閾値以上の場合、制御回路50は、判定モード(通常モード)に移行する。本実施の形態に係る判定モードでは、操作体90の接近と、操作体90による可動電極20に対するオン/オフの判定と、を行う。
If there is a reaction (Yes in S12), that is, if the capacitance value of the electrostatic capacitance C3 corresponding to the amount of charge flowing into the
具体的には、反応がある場合(S12でYes)、制御回路50は、第2電極240を高速でスキャンする(S16)。また、制御回路50は、第1電極30を高速でスキャンする(S18)。第2電極240および第1電極30の各々に対するスキャン速度は、検知モードにおけるスキャン速度より高い。
Specifically, when there is a reaction (Yes in S12), the
なお、必ずしも第2電極240を高速でスキャンする必要はない。すなわち、ステップS16は省略されてもよい。
Note that it is not always necessary to scan the
操作体90の接近、および、操作体90による可動電極20に対する押し込みが検知されている限り(S12でYes)、判定モードが維持される。操作体90の接近、および、操作体90による可動電極20に対する押し込みが検知されなくなった場合(S12でNo)、検知モードに移行して、再び操作体90の接近が検知されるまで、検知モードが維持される。
As long as the approach of the operating
以上のように、本実施の形態に係るスイッチ装置201では、制御回路50は、検知モードにおいて操作体90の接近を検知した場合に、検知モードから判定モードに切り替える。すなわち、制御回路50は、第1電極30に対するスキャン速度を低速から高速に切り替える。これにより、可動電極20に対する操作を精度良く検知することができ、オン/オフを精度良く判定することができる。また、操作体90の接近が検知されない場合には、スキャン速度を低速にすることにより、消費電力を低減することができ、省エネルギー化に貢献することができる。
As described above, in the
なお、本実施の形態では、第2電極240が拡大部241を有する例を示したが、これに限定されない。拡大部241は、第2電極240の、可動電極20に対向する部分とは、分離していてもよい。つまり、拡大部241は、第2電極240とは電気的に接続されていなくてもよい。
In addition, although the example in which the
(実施例)
以下では、上述した各実施の形態に係るスイッチ装置の具体的な実施例について、図22~図24を用いて説明する。
(Example)
Specific examples of the switch device according to each of the above embodiments will be described below with reference to FIGS. 22 to 24. FIG.
図22は、本実施例に係るスイッチ装置301の斜視図である。図23は、本実施例に係るスイッチ装置301の分解斜視図である。図24は、本実施例に係るスイッチ装置301の第1電極330および第2電極340の斜視図である。 FIG. 22 is a perspective view of the switch device 301 according to this embodiment. FIG. 23 is an exploded perspective view of the switch device 301 according to this embodiment. FIG. 24 is a perspective view of the first electrode 330 and the second electrode 340 of the switch device 301 according to this embodiment.
図22に示されるように、スイッチ装置301は、5つのスイッチ部302a、302b、302c、302dおよび302eを有する。5つのスイッチ部302a~302eはそれぞれが、操作体90によって押し込み可能であり、それぞれについて独立してオン/オフの判定が行われる。例えば、スイッチ部毎に異なる機能が割り当てられている。5つのスイッチ部302a~302eは、一方向に並んで配置されているが、行列状に配置されてもよく、配置は特に限定されない。なお、スイッチ装置301が備えるスイッチ部の個数は、5個に限定されず、1個~4個であってもよく、6個以上であってもよい。
As shown in FIG. 22, the switch device 301 has five switch units 302a, 302b, 302c, 302d and 302e. Each of the five switch portions 302a to 302e can be pushed by the operating
図23に示されるように、スイッチ装置301は、絶縁基材310と、5つの可動電極320と、5つの第1電極330と、第2電極340と、可撓性フィルム360と、粘着層370と、電極保護層380と、取付用粘着層385と、コネクタ接続用端子部390(図22にのみ図示され、図23では省略)と、を備える。また、図示されていないが、スイッチ装置301は、制御回路50を備える。可動電極320および第1電極330は、スイッチ装置301が備えるスイッチ部の個数と同じ数だけ設けられている。 As shown in FIG. 23, the switch device 301 includes an insulating substrate 310, five movable electrodes 320, five first electrodes 330, a second electrode 340, a flexible film 360, and an adhesive layer 370. , an electrode protection layer 380, an adhesive layer for attachment 385, and a connector connection terminal portion 390 (illustrated only in FIG. 22 and omitted in FIG. 23). The switch device 301 also includes a control circuit 50 (not shown). The movable electrodes 320 and the first electrodes 330 are provided in the same number as the number of switch units provided in the switch device 301 .
絶縁基材310は、上述した絶縁基材10に対応する。本実施例では、絶縁基材310は、矩形の平板状に構成されており、図23に示されるように、平板状の部分から一方向に延びる延設部313を有する。延設部313は、スイッチ装置301を他の機器に電気的に接続するための配線を設ける部分である。延設部313の先端には、コネクタ接続用端子部390および補強板(図示せず)が設けられている。延設部313は、可撓性を有し、折り曲げ可能であってもよい。なお、延設部313は、設けられていなくてもよい。
The insulating substrate 310 corresponds to the insulating
可動電極320は、上述した可動電極20に対応する。5つの可動電極320は、粘着層370に覆われており、粘着層370によって絶縁基材310の上面に固定されている。可動電極320は、図16に示される可動電極120のように、拡大部122を有してもよい。可動電極320の平面視形状は、円形であるが、正方形もしくは長方形その他多角形、または、楕円形などであってもよく、特に限定されない。
The movable electrode 320 corresponds to the
第1電極330は、上述した第1電極30に対応する。本実施例では、5つの第1電極330は、互いに電気的に絶縁されており、各々に流入する電荷量を個別に検出することが可能である。第1電極330の平面視形状は、円形であるが、正方形もしくは長方形その他多角形、または、楕円形などであってもよく、特に限定されない。図24に示されるように、5つの第1電極330の各々からの配線332は、互いに接触することなく、延設部313の先端部分まで延びている。
The first electrode 330 corresponds to the
第2電極340は、上述した第2電極40に対応する。本実施例では、第2電極340は、5つのスイッチ部302a~302eにおいて共通である。第2電極340は、5つの第1電極330の各々を囲むように設けられている。スイッチ部毎に着目すると、各スイッチ部の第2電極340が配線342によって互いに電気的に接続され、互いに等しい電位になるように制御されることになる。
The second electrode 340 corresponds to the
また、本実施例では、図24に示されるように、第2電極340は、メッシュ状の拡大部341を有する。拡大部341は、絶縁基材310の上面において、5つの可動電極320が設けられていない部分を覆うように設けられている。 Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 24, the second electrode 340 has a mesh-like enlarged portion 341 . The enlarged portion 341 is provided on the upper surface of the insulating base material 310 so as to cover the portion where the five movable electrodes 320 are not provided.
第2電極340の拡大部341を除く部分の平面視形状は、所定幅の円環形状であるが、正方形もしくは長方形その他多角形環状、または、楕円環形状などであってもよく、特に限定されない。第2電極340は、第1電極330を囲んでいなくてもよい。 The planar shape of the portion of the second electrode 340 excluding the enlarged portion 341 is an annular shape with a predetermined width, but may be a square, rectangular, polygonal annular shape, or elliptical annular shape, and is not particularly limited. . The second electrode 340 does not have to surround the first electrode 330 .
可撓性フィルム360は、5つの可動電極320を一括して覆っているが、これに限定されない。可撓性フィルム360は、1つまたは複数個の可動電極320毎に設けられていてもよい。 The flexible film 360 collectively covers the five movable electrodes 320, but is not limited to this. A flexible film 360 may be provided for each one or more movable electrodes 320 .
粘着層370は、5つの可動電極320を絶縁基材310との間に挟むようにして、絶縁基材310と可撓性フィルム360とを固定する。本実施例では、粘着層370は、2つに分離しているが、これに限定されない。粘着層370は、例えば粘着シートであるが、これに限定されない。粘着層370は、可撓性フィルム360に印刷で粘着剤を塗布することによって形成されてもよい。 The adhesive layer 370 fixes the insulating base material 310 and the flexible film 360 by sandwiching the five movable electrodes 320 with the insulating base material 310 . In this embodiment, the adhesive layer 370 is separated into two, but it is not limited to this. The adhesive layer 370 is, for example, an adhesive sheet, but is not limited to this. The adhesive layer 370 may be formed by applying an adhesive to the flexible film 360 by printing.
電極保護層380は、第1電極330および第2電極340を保護するために絶縁基材310の上面側に設けられている。電極保護層380は、第1電極330および第2電極340の各々と、粘着層370との間に設けられている。電極保護層380は、例えば、絶縁性の樹脂材料を印刷法などにより塗布することで形成される。 The electrode protection layer 380 is provided on the upper surface side of the insulating base material 310 to protect the first electrode 330 and the second electrode 340 . Electrode protection layer 380 is provided between each of first electrode 330 and second electrode 340 and adhesive layer 370 . The electrode protection layer 380 is formed, for example, by applying an insulating resin material by a printing method or the like.
電極保護層380には、可動電極320と一対一に対応する開口381が設けられている。可動電極320は、開口381内に配置されており、開口381内に露出した第2電極340に接触している。なお、開口381は、可動電極320毎に設けられていなくてもよく、5つの可動電極320に対して連続する1つの開口であってもよい。 The electrode protection layer 380 is provided with openings 381 corresponding to the movable electrodes 320 one-to-one. The movable electrode 320 is positioned within the opening 381 and contacts the second electrode 340 exposed within the opening 381 . Note that the opening 381 may not be provided for each movable electrode 320 , and may be one continuous opening for five movable electrodes 320 .
取付用粘着層385は、スイッチ装置301を他の部材に取り付けるための粘着層である。例えば、取付用粘着層385は、両面テープであるが、これに限定されない。取付用粘着層385は、例えば、電極保護層380に印刷で粘着剤を塗布することによって形成されてもよい。 The attachment adhesive layer 385 is an adhesive layer for attaching the switch device 301 to another member. For example, the mounting adhesive layer 385 is a double-sided tape, but is not limited to this. The mounting adhesive layer 385 may be formed by applying an adhesive to the electrode protection layer 380 by printing, for example.
コネクタ接続用端子部390は、絶縁基材310の延設部313の先端部分に設けられ、他の部材への電気的な接続に利用される。なお、延設部313の先端部分の強度を高めるために補強板(図示せず)が設けられていてもよい。補強板を設けることにより、配線の破損などの抑制することができる。 The connector connection terminal portion 390 is provided at the tip portion of the extension portion 313 of the insulating base material 310 and used for electrical connection to other members. A reinforcing plate (not shown) may be provided to increase the strength of the distal end portion of the extended portion 313 . By providing the reinforcing plate, damage to the wiring can be suppressed.
(他の実施の形態)
以上、1つまたは複数の態様に係るスイッチ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
(Other embodiments)
Although the switch device according to one or more aspects has been described above based on the embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments. As long as they do not deviate from the gist of the present disclosure, modifications that can be made by those skilled in the art to the present embodiment, and forms constructed by combining the components of different embodiments are also included within the scope of the present disclosure. be
例えば、実施の形態3では、制御回路50が、拡大部241を利用して操作体90の接近を検知して、スキャン速度を変更する例を示したが、これに限らない。例えば、制御回路50は、操作体90による可動電極20の変位部21の押し込み量に基づいて、スキャン速度を変更してもよい。具体的には、制御回路50は、変位部21の押し込み量に応じて増加する静電容量C1の容量値に基づいて、スキャン速度を変更してもよい。
For example, in
図3に示したように、操作体90が変位部21を押し込んだ場合、反力がピークになる前から静電容量C1の容量値は、徐々に増加する。このため、制御回路50は、オン/オフの判定の閾値(第1閾値)よりも小さい第2閾値を、スキャン速度の変更用の閾値として予め設定しておいてもよい。制御回路50は、静電容量C1の容量値が第2閾値より大きくなった場合に、スキャン速度を高速に変更してもよい。これにより、操作体90による変位部21の押し込みがない場合には、スキャン速度を低くしておくことができるので、省エネルギー化に貢献することができる。
As shown in FIG. 3, when the operating
また、スキャン速度を変更する代わりに、あるいは、スキャン速度を変更するのに加えて、制御回路50は、静電容量C1の容量値が第2閾値より大きくなった場合に、オン/オフの判定結果に応じて動作させるべき処理の一部を先行して開始してもよい。例えば、本開示に係るスイッチ装置がオンされた場合に、所定の画像をディスプレイに表示するのであれば、メモリからの画像の読み込み、読み込んだ画像の処理などを先行して開始し、オンが判定された場合には直ちに画像をディスプレイに表示してもよい。これにより、スイッチ操作に対する処理の反応遅延時間が短縮化することができる。ゲームコントローラなどの高い応答性が要求される場合により有用である。
Further, instead of changing the scanning speed, or in addition to changing the scanning speed, the
また、例えば、操作体90は、可動電極20に対して直接接触して押し込む必要はない。例えば、図25に示されるように、操作体90は、スイッチ装置401に備えられた押し子80を介して間接的に可動電極20を押し込んでもよい。押し子80は、上下方向に移動可能に支持部81によって支持されている。支持部81は、絶縁基材10と一体的に構成されていてもよい。図25に示される例では、第2電極240の拡大部241が設けられているので、実施の形態3と同様に、操作体90の接近を検知することができる。
Further, for example, the operating
また、本開示の一態様は、上述したスイッチ装置の制御方法、または、当該制御方法をコンピュータに実行させるプログラムとして実現することができる。あるいは、本開示の一態様は、当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現することもできる。 Further, one aspect of the present disclosure can be implemented as a control method for the switch device described above or a program that causes a computer to execute the control method. Alternatively, one aspect of the present disclosure can be implemented as a computer-readable non-temporary recording medium storing the program.
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 In addition, various changes, replacements, additions, and omissions can be made to each of the above-described embodiments within the scope of claims or equivalents thereof.
本開示は、オン/オフを精度良く判定することができるスイッチ装置として利用でき、例えば、入力装置、操作装置、ゲームコントローラなどの各種機器に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure can be used as a switch device that can accurately determine whether it is on or off, and can be used in various devices such as input devices, operation devices, and game controllers.
1、2、101、102、103、104、201、301、401 スイッチ装置
10、310 絶縁基材
11 上面
12 下面
20、20a、120、120a、120b、120e、320 可動電極
21、121e 変位部
30、330 第1電極
40、240、340 第2電極
50、50e、50f 制御回路
50a、50b、50c 駆動部
50d マイクロコントローラ
51a クロック発振器
51b、52b、53c 比較器
51c 駆動バッファ
51e 検出回路
52c スロープ駆動部
52e 充電回路
52f 放電回路
53b SRフリップフロップ回路
53e、53f キャリブレーション回路
54e、54f 電流源
55e 端子
60、360 可撓性フィルム
70 粘着層
80 押し子
81 支持部
90 操作体
91 異物
120c 金属部材
120d 導電層
122、122a、241、341 拡大部
302a、302b、302c、302d、302e スイッチ部
313 延設部
332、342 配線
370 粘着層
380 電極保護層
381 開口
385 取付用粘着層
390 コネクタ接続用端子部
1, 2, 101, 102, 103, 104, 201, 301, 401
Claims (9)
前記絶縁基材の上面側に配置され、前記絶縁基材の前記上面に対する位置が変位可能な変位部を有する可動電極と、
前記絶縁基材の前記上面側において、前記可動電極と対向する位置に配置された第1電極および第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の各々に接続された制御回路と、を備え、
前記第1電極は、前記変位部に対向する位置に配置され、
前記第2電極は、前記第1電極と離れて配置され、
前記制御回路は、
第1電位を前記第1電極に印加し、かつ、前記第1電位とは異なる第2電位を前記第2電極に印加して、少なくとも前記第1電極と前記可動電極との間の静電容量の容量値の変化を検出し、更には前記第1電極と前記可動電極との近接から接触に至る状態を検出し、これらの検出結果に基づいてオン/オフの判定を行う、
スイッチ装置。 an insulating substrate;
a movable electrode disposed on the upper surface side of the insulating base and having a displacement portion capable of displacing a position of the insulating base with respect to the upper surface;
a first electrode and a second electrode arranged at positions facing the movable electrode on the upper surface side of the insulating base;
a control circuit connected to each of the first electrode and the second electrode;
The first electrode is arranged at a position facing the displacement portion,
the second electrode is spaced apart from the first electrode;
The control circuit is
By applying a first potential to the first electrode and applying a second potential different from the first potential to the second electrode, the capacitance between at least the first electrode and the movable electrode detecting a change in the capacitance value of the first electrode and the movable electrode, and further detecting a state from proximity to contact between the first electrode and the movable electrode, and making an on/off determination based on these detection results.
switch device.
請求項1に記載のスイッチ装置。 The control circuit connects the second potential to a ground potential when charging the first electrode.
The switch device according to claim 1.
請求項1または2に記載のスイッチ装置。 The control circuit connects the first potential to a ground potential when discharging from the first electrode.
The switch device according to claim 1 or 2.
前記第2電極は、前記第1拡大部に対向する位置に配置される、
請求項1から3のいずれか1項に記載のスイッチ装置。 the movable electrode has a first enlarged portion extending along the upper surface of the insulating base;
The second electrode is arranged at a position facing the first enlarged portion,
The switch device according to any one of claims 1 to 3.
前記制御回路は、前記クリック感触の発生時に、前記判定を行う、
請求項1から4のいずれか1項に記載のスイッチ装置。 the movable electrode generates a click feeling with respect to the operating body when the operating body pushes the displacement portion downward;
The control circuit makes the determination when the click feeling occurs.
The switch device according to any one of claims 1 to 4.
前記第2拡大部の面積は、平面視において、前記第2電極と前記可動電極とが重なる面積以上であり、
前記制御回路は、前記第2電極と前記操作体との間の静電容量の容量値の変化を検出し、この検出結果に基づいて操作体の接近を検知する、
請求項1から5のいずれか1項に記載のスイッチ装置。 The second electrode has a second enlarged portion extending outside the movable electrode in plan view,
The area of the second enlarged portion is equal to or larger than the overlapping area of the second electrode and the movable electrode in a plan view, and
The control circuit detects a change in the capacitance value of the capacitance between the second electrode and the operating body, and detects the approach of the operating body based on the detection result.
The switch device according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載のスイッチ装置。 The control circuit detects the approach of the operating object in a state in which the first potential and the second potential are set to mutually equal potentials.
The switch device according to claim 6.
前記検知モードにおいて前記操作体の接近を検知した場合に、前記検知モードから前記判定モードに切り替える、
請求項6または7に記載のスイッチ装置。 The control circuit has a detection mode for detecting the approach of the operating object and a determination mode for performing the determination,
switching from the detection mode to the determination mode when the approach of the operating body is detected in the detection mode;
The switch device according to claim 6 or 7.
請求項8に記載のスイッチ装置。 the scan speed in the detection mode is lower than the scan speed in the determination mode;
The switch device according to claim 8.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2022026046A JP2023122376A (en) | 2022-02-22 | 2022-02-22 | Switching device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2022026046A Pending JP2023122376A (en) | 2022-02-22 | 2022-02-22 | Switching device |
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