JP2804826B2

JP2804826B2 - 電子式接触ボタン

Info

Publication number: JP2804826B2
Application number: JP2157386A
Authority: JP
Inventors: ピー．ジャルバートヴィンセント
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1998-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JPH03214518A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、典型的には、人間である作動者が指でボタ
ンに接触し、あるいはこれを押した時に、作動もしくは
停止を行い、あるいは電気的又は電子的な何らかの動作
を行うために使用される接触ボタンに関する。さらに、
本発明は、特に、音の吸収によって作動される、例えば
エベレータカー制御のための押しボタン等を含む、多く
の異なる分野において適用可能な電子式接触ボタンに関
する。

〔従来の技術、及び解決すべき課題〕

電子式接触ボタンのほとんど全ては、その動作を人体
のもつ静電容量に依存している。しかしながら、この様
な検出方法では、少なくとも以下の様な欠陥がある。

（１）ボタンが感熱性であり、その結果誤動作を生じ
る。

（２）ボタンが電磁的干渉（EMI）に対して比較的高い
感度を示し、その結果多くの誤動作を生じる。

（３）ボタンが静電放電（ESD）に対して比較的感度が
高く、その結果誤りを生じる。

（４）接触したことのフィードバック（接触したことを
示す反応や感覚）が全く無い。

（５）電気的ショックの危険の可能性がある。

これに対し、本発明ではボタンの動作に音吸収技術を
用いることにより、これらの問題点を取り除こうとする
ものである。

「乗り物制御」と題するゲイルの米国特許明細書第3,
519,105号（1970年７月７日発行）では、特に、搭乗者
による押しボタンの操作によって選択される様々な階で
エレベータを停止したり発車したりする制御を行うため
の配列に関連し、発振器はエレベータ制御システムに関
連して、一義的には、作動のためと言うよりはむしろ符
号化のための手段として使用されており、その結果、非
常に複雑な設計構造となっていた。このゲイル特許で
は、発振器は、作動が生じるためには、発振が停止され
なければならない。すなわち、ボタンが接触されると、
全く発振が生ぜず、音の吸収は全く生じない。

さらに、ゲイル特許では発振エレメントは公衆に対し
て露出されており、その設計は非常に脆弱なものとな
り、実用的でないと思われる。

音に関する本発明者の発明には、「音エネルギーを利
用した複数のバー・エンコーディング装置」と題する米
国特許明細書第4,258,356号（1981年３月24日発行）や
「音エンコーディング装置」と題する米国特許明細書第
4,378,552号があり、これら双方共に本発明とは明らか
に異なっている。

〔課題を解決するための手段、及び作用〕

本発明は上記のものとは異なり、音の吸収を用い、誰
かがボタンを作動し又は押した結果として、対応する電
気的又は電子的な動作を活性化させる。

本質的には、本発明は、人体の接触を検出するために
超音波を使用する。人体及びほとんどの手袋の材質は良
吸収音材である。この吸音特性が本発明におけるキー・
エレメントである。

音の吸収は以下の様な種々の技術によって測定するこ
とができる。

（１）周波数のシフト（２）移送のシフト、及び（３）種々のソナー方法本発明においては、上記ゲイル特許とは対照に、超音
波を発生する発振エレメントは、作動を生じるために影
響を及ぼされる必要はない。本発明においては、作動を
生じさせ、あるいは起動する手段は音（超音波）である
ことから、ボタンが接触された時、音の発振は続いてい
る。

この状態を有効なものにするため、本発明では、接触
表面と音波（又は超音波）を発生する発振部材（トラン
スデューサ）との間に、ある形状の音を伝搬するための
媒体を含んでいる。この媒体が、例えばスティールの板
や他の金属または適切なプラスチックから成る場合、本
発明は非常に凹凸なボタンを製造することが出来る。

以下に記載される例示的な実施例では、ソナー型の装
置が使用されている。この様なアプローチでは、トラン
スデューサによって発生されるエコーの数やサイズの双
方が、如何なる音の吸収の方策をも提供する。

音の吸収は以下の理由から、検出のための良い方法で
ある。

（１）適当の量の吸収が起こるためには、最小の容積と
表面での力が与えられなければならず、この事実によっ
て、塵、汚れ、蝿等によって間違って作動されることが
除かれる。

（２）人は、しばしば、種々の異なる物、例えばキー、
缶、靴等を使ってボタンを押すことがある。これらの物
もまた適度な量の力で押しつけられれば音を吸収する。

本発明の利点は、ボタンに関する以下の点をも含んで
いる。

（１）耐久性であり、（２）耐EMI性であり、（３）耐ESD性であり、そして、光及び触覚双方による
及び／または音によるフィードバックが可能になる。

本発明は、これのみには限定されないが、エレベータ
・カーの制御ボタンを含む異なる広い適用範囲におい
て、以下に詳述される本発明の教えるところにより、既
知の技術を利用することにより実施され得る。

他の特徴や利点は、本発明の二つの例示的な実施例を
示した明細書及び特許請求の範囲、そして添付された図
面から明らかとなる。

〔実施例〕

第１図から分かる様に、本発明の原理に従って音の吸
収によって動作する第１の例示的な実施例である電子制
御、すなわち接触ボタンは、強度を増すために例えば金
属で作られ、そして、典型的には同一適用のために使用
される他のボタンの外径とも同じ外径とされるであろう
ところの円筒状の外部ケーシング１を含んでいる。ケー
シングは球状形ボタン２の本体及び周囲の側面を取り囲
み、そして保持しており、その露出した側はボタンの接
触表面３として働く。

例えばガラス等で作られ得ることの球状ボタン２の裏
側には、集積回路（IC）５、超音波トランスデューサ
６、そして少なくとも１個の（あるいは、一連の）発光
ダイオード（LED）を搭載した印刷回路基板４がある。

動作においては、トランスデューサ６は定常的に音波
（すなわち、超音波）をガラスボール２に送り、音波の
搬送媒体として働き、それから、発射した音の反響音を
ソナー方式で受信する。

ここで理解されるべきことは、「音」という言葉は広
義に使用されており、可聴周波数に限定されず、例えば
超音波を含んでいる。

この実施例において使用されるトランスデューサの一
例としては、フィリップス（phillips）社のディスク形
状の「PXE5」で作られたピエゾエレクトリック・セラミ
ック・トランスデューサ〔1986年度の「コンポーネント
と材料」（本C19）のカタログ番号4322−020−02270、
電話914/246−2811〕である。また、ボタンのための電
子回路の一例が、名称が付けられた回路の機能ブロック
や番号が付されたトランスデューサ６とLED7と共に、第
３図に詳細に示されている。

もしも、皮膚やその他の物質が接触表面３に近づいて
きて接触すると、いくらかの音波が皮膚やその物質によ
って吸収され、そして、その反響音が結果として減少さ
れる。この反響音の減少が、反響音の数を測定しかつ計
測している集積回路５によって検出される（詳細は第３
図）。

第4A図及び第4B図はこのシステムにおいて発生する信
号の波形の一例を示している。第4A図の上方のトレース
はトランスデューサ６における信号のものであり、一
方、下方のトレースは接地とピン７との間の出力信号で
ある。第4B図の上方のトレースは、誰もボタン表面３に
接触していない時のエコー信号の典型的な形状である。
一方、下方のトレースは、比較のための、誰かがそのボ
タンに接触している時の典型的な反響信号であり、これ
は、類似的にも分かるように、実質的に反響波形の大部
分が吸収される結果となる。しかしながら、これらのト
レースは、エコー信号から取り出された実際のトレース
ではない。

オシログラフの両方のセットは、室温において、
「Ａ」軸を20mV/div.とし、「Ｂ」軸を2V/div.とし、第
4A図では時間軸を2.5msec.で、第4B図では時間軸を0.1m
sec.として取ったものである。

反響がボタン表面３に接触する何者かによって減衰さ
れると、IC5が、接触ボタンによって制御される電気的
あるいは電子的な動作を引き起こして作動される（ある
いは、その設計に対応して、停止、変更、その他、制御
される）。それから、その電気的な動作は、典型的に
は、ボタンシステムの出力に接続されるある種の制御エ
レメントによって影響される。

IC5は、それからまた、LED7を起動し（または、設計
に応じて、停止する）、ボタンを押した者に対して光の
形でフィードバックを与える。加うるに、要求される場
合には、触覚及び又は可聴音によるフィードバックのた
めには、トランスデューサの発射する音の周波数を可聴
の周波数にシフトする。

例えば、ガラスの内部における音の速度は、その他の
材料と同様に、温度の関数である。「飛行」の時間、す
なわち、同じ音信号を発射してから受戻すまで間の時間
を測定することにより、ボタンはまた熱センサーとして
も働き、そして、火事の警報器にもなる。事実、ボタン
本体あるいはその接触表面が加熱された場合、装置は自
身で「オフ（off）」になり、例えば火事の状態におい
てはボタンの使用が防止され、このことは、特にエレベ
ータへの適用にとって有利である。

もしも要求されるならば働く様にすることも可能であ
るが、ボタンの表面３は接触あるいは「押され」ても移
動しない、印刷回路基板４上のコンポーネントの低電圧及び低電
流特性、そして、ガラスボタンの絶縁性により、装置は
電気的なショックの危険を生じない。また、装置はESD
による影響を受けない。

加うるに、この装置で使用されるタイプのトランスデ
ューサは比較的に安価であり長寿命である。

接触表面の材料や形状は特に重要ではない。しかしな
がら、少なくとも、ボタンに対し、その接触表面をフレ
ームあるいはケーシングから分離することが一般的にも
必要である。ここに示された実施例では、ボタンの球形
がフレームやケーシングとの表面接触を最小限にし、丸
いリング状の接触だけであり、好ましい。しかしなが
ら、完全な球形やボール状の形状よりはむしろ、そのケ
ーシング（１）への搭載表面において円形の断面を有
し、エレメントのその他の部分に関しては、例えば接触
表面（３）としての円形凹部や電子部品（５−７）の搭
載を容易にするための平坦な背面等の他の形状を備えた
複合形状のものとすることも可能である。

しかしながら、なお多くの実用的な形状も可能であ
り、更に他の実施例が第２図及び第2A図に示されてい
る。第２図及び第2A図のボタンシステム10では、可動部
分がなく、「ボタン」の接触表面として働く二つの円形
凹部であるえくぼ部分13A及び13Bを備えた固体の金属基
板11を含んでいる。４個の搭載用の穴15が基板11の四隅
に設けられている。

二つのボタン13と13Bはエレベータのシグナリング・
システムとしても使用することが出来、一個のボタン
を、エレベータ・カーを呼ぶために、例えば「上」ボタ
ンとして、他のボタンを「下」ボタンとして使用するこ
とも出来る。その様なエレベータへの適用においては、
基板11はエレベータに近接した壁上に搭載され、そし
て、エレベータを表示しながら通行者がボタン表面のど
れかひとつに選択的に接触するのを待っている。

二つの同心の円形チャネル14Aと14Bは、接触ボタンの
表面13Aと13Bを取り囲み、それらを基板11の他の部分か
ら分離する。第2A図からも分かる様に、チャネル14は基
板11の裏側から、ボタンの凹部13とは反対の側にまでず
っと延びている。

基板11は、導電性の材料で作られた場合には、図にも
示す様に接地される。これによって装置がESDやEMIによ
って影響されないであろうことは明らかである。

板状のボタンシステム10の寸法の一例が以下に概観さ
れる。

基板11の厚さ 3/8インチボタン表面13の直径 7/7インチ表面13の深さの半径 1/4インチ分離チャネル14の幅 1/4インチボタン表面13の中心 0.5インチから内部チャネル14の中心の距離更に、「オン」／「オフ」やボタンの起動として使用
される他、本発明のボタンは、例えば比例制御等の他の
目的にも使用することが出来る。

本発明は、その例示的な実施例の詳細に関連して示さ
れかつ記載されたが、形状、詳細、方法論及び／又はア
プローチにおける種々の変更が本発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなく可能であることが当業者により理解
されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を適用した第１の実施例である
電子制御あるいは接触ボタンの単純化された側面断面図
である。第１図の接触ボタンは、印刷回路基板４及びそ
のコンポーネント５−７の詳細部分を除き、一般的に筒
状であり、基本的にそのセンターラインの周りに対称に
なっている。第２図は、「ボタン」として働く２個のボタン形状の凹
部を有する固体金属板を使用した、本発明の第２の例示
的な実施例の平面図であり、一方、第2A図は、第２図の
切断面2A−2Aに沿って切り取った実施例の詳細な側面断
面図である。第３図は本発明の「ボタン」のための例示的な回路図で
ある。第4A図及び第4B図は、第３図の回路で現れる信号を示す
比較オシログラフであり、前者はトランスデューサによ
って発生される信号（上方のトレース）とを比較し、後
者は、何人もボタンに接触していない場合（上方のトレ
ース）の反響された信号と、何人かがボタンに接触して
いる場合の信号とを、類似の様式によって比較するもの
である。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01H 13/00 - 13/76 H01H 35/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気的に制御される動作を行わせるための
電子式接触ボタンであって、電子的に発生される音波源と；押しボタン表面部と；上記音源と上記押しボタン表面部との間に配置され、音
波を上記音源から上記押しボタン表面部に伝達すると、
上記音源と関連する音の伝達媒体と；接触された時にボタン表面部で吸収される音の量を検知
し、充分な量の音が吸収された時、ボタン表面部に例え
ば人間の皮膚等の外来物質が存在することを示すための
信号を、電気的に制御される動作を行わせるために発生
する電子式検知手段と；上記音の伝達媒体を取り囲んで保持し、かつ、その内部
には上記音源及び上記電子式検知手段を含み、ボタンの
部品の全てを１個のパッケージに接合したボタンハウジ
ングとを備えたことを特徴とする電子式接触ボタン。
【請求項２】請求項１に記載の電子式接触ボタンにおい
て、上記音の伝達媒体は円形の断面形状を有し、上記ハ
ウジングは、その内部に円形の断面を含み、かつその円
形断面の周囲の円形リングに沿って上記音の伝達媒体と
接している、少なくとも一般的な円筒形状を有している
ことを特徴とする電子式接触ボタン。
【請求項３】請求項２において、上記音の電圧媒体はボ
ール形状であることを特徴とする電子式接触ボタン。
【請求項４】請求項１に記載の電子式接触ボタンにおい
て、上記電子式検知手段は、その上に音波源として働く
トランスデューサを搭載したプリント回路基板と、上記
トランスデューサによって発せられる音波の反響音波を
検出してその数を数えるセンサーとを含んでいることを
特徴とする電子式接触ボタン。
【請求項５】請求項１に記載の電子式接触ボタンにおい
て、上記トランスデューサは超音波を発生することを特
徴とする電子式接触ボタン。
【請求項６】請求項１に記載の電子式接触ボタンにおい
て、上記のボタンハウジングは金属基板であり、そし
て、上記押しボタン表面部は上記基板における凹部であ
ることを特徴とする電子式接触ボタン。
【請求項７】請求項６に記載の電子式接触ボタンにおい
て、さらに、上記凹部を取り囲む少なくとも一のチャネ
ル部を有し、上記チャネル部は少なくとも上記凹部の反
対側の基板の側まで伸びていることを特徴とする電子式
接触ボタン。
【請求項８】請求項６に記載の電子式接触ボタンにおい
て、さらに、上記基板には、そぞれが押しボタン表面と
して働く２個の凹部を有していることを特徴とする電子
式接触ボタン。
【請求項９】請求項８に記載の電子式接触ボタンにおい
て、上記基板はエレベータに近接した壁上に配置され、
その二つの押しボタン表面部はエレベータを表示する
「上」及び「下」ボタンとして働くことを特徴とする電
子式接触ボタン。
【請求項１０】請求項１に記載の電子式接触ボタンにお
いて、さらに、上記電子式検知手段は、音波が伝達媒体
を通して伝達される速度の関数としてその伝達媒体の温
度を測定し、火災報知器として働くところの温度測定手
段を含むことを特徴とする電子式接触ボタン。
【請求項１１】押しボタン表面が押されたことを検出す
る方法であって、音が伝達される様に押しボタン表面に接触された音の伝
達媒体を解して音波を送るステップと、押しボタン表面部で伝達された音がかなり吸収されたと
きに、人間の皮膚等の外来物が上記の押しボタン表面部
と接触していることを検出するステップとを備えたこと
を特徴とする検出方法。
【請求項１２】請求項11に記載の方法において、さら
に、多量の音の吸収が検出された時に、電気的な動作の
制御装置に信号を送り、上記制御装置に電気的な制御動
作を行わせるステップを備えたことを特徴とする検出方
法。
【請求項１３】請求項12において、さらに、一般的には
超音波周波数の音波を送り、多量の音の吸収が検出され
た時にはその送られた音波を可聴周波数の音波にシフト
して、可聴音の形で、押しボタンに接触している者に触
覚的なフィードバックを与えるステップを含むことを特
徴とする検出方法。