JP2953841B2 - スイッチ装置 - Google Patents

スイッチ装置

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JP2953841B2 JP3330792A JP33079291A JP2953841B2 JP 2953841 B2 JP2953841 B2 JP 2953841B2 JP 3330792 A JP3330792 A JP 3330792A JP 33079291 A JP33079291 A JP 33079291A JP 2953841 B2 JP2953841 B2 JP 2953841B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、操作モードとして近接
検出モードと直接機械動作モードとを備えたスイッチ装
置に係り、このようなスイッチ装置の複数からなり、有
用で、汎用性のあるキーパッドの製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、直接機械動作スイッチの多くは、
フランス特許出願90 04065号（SEXTANT AVIONIQUE）に
記載されるように、導電性部材からなる弾性を有するカ
プセルを用いてきた。このカプセルは、球形のドーム形
状をしており、通常プリント回路基板に配設されてい
る。そして、このカプセルは、周縁部が一導電ランドと
電気的に接触するとともに、このカプセルの中央部に対
して整列し前述の導電ランドとは十分に絶縁された他の
導電ランドを覆っている。
【０００３】このカプセルをプリント回路基板に向けて
押しこむと、カプセルは変形してカプセルの中央部が前
述の他の導電ランドに接触するので、２つの導電ランド
間での導通が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】最も簡単で最もコンパ
クトな近接検出装置、すなわち容量型作用近接センサー
は、少くとも、基板に固定された導電ランドを検出する
導電体と、この導電ランドを電子回路に接続する接続手
段とを備えた構造が採られている。導電ランドはスイッ
チの押しボタンとともに整列して配設されるので、この
導電ランドや基板は、少くとも薄くかつ可撓性を備える
必要がある。このような構成ではスイッチの厚みが増加
する。そしてこのことに限らず、この構造は信頼性に乏
しく、導電ランドないしその接続は時間とともに劣化す
る傾向がある。特に、キーパッドを組み立てた時は、複
数の導電ランドやこれらの導電ランドと多くの接続体と
の間の接続のために、この傾向は顕著になる。
【０００５】本発明の目的は、平滑、コンパクト、およ
び安価な従来の構造のスイッチ装置に、機械的な構造を
変更したりスイッチの全体寸法や厚みを増大させること
なく、近接検出モードを付加したスイッチ装置を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチ装置
は、操作モードとして近接検出モードと直接機械動作モ
ードとを有し、基板に保持された少くとも一つの固定接
触体と、この固定接触体に接触するように設けられた可
動接触体とからなるスイッチを少くとも一つ備え、前記
接触体の少くとも一方は、容量型近接検出装置の検出要
素として用いられ、この検出要素に電気信号を印加する
印加手段と、導電体の近接による前記電気信号の変化を
検出する検出手段とを有するものである。
【０００７】近接検出装置の回路は、スイッチの機械的
スイッチ回路から分離していても良い。しかしながら本
発明によれば、上記の２つの回路が互いに関与すると、
スイッチは、少くとも３つのインピーダンス、すなわ
ち、近接検出をしない状態でスイッチの開成により生じ
る第１のインピーダンスと、カプセル近傍に導電体を検
出したことにより生じる第２のインピーダンス（接触体
間の容量の増大）と、およびスイッチの閉成により生じ
た第３のインピーダンスとを有する局部容量型組立て部
品の一部を形成する。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例を添付図面に基づいて以下に
説明する。図１において、キーパッドはプリント回路基
板としての平滑な基板１を有し、例えば、この基板１に
は複数の円筒形のくぼみが各スイッチに対応する空洞部
２として形成されている。
【０００９】各空洞部２の底部３には、直径が空洞部２
の直径と略等しい金属メッキ環状領域部４と、固定接触
体としての金属メッキ中央領域部５とが設けられてい
る。各空洞部２には、可動接触体としてのドーム型で弾
性変形可能な金属カプセル６が配設され、このカプセル
の環状の底部の直径は、空洞部２の直径と略等しくなっ
ている。そして、カプセル６の底部は金属メッキ環状領
域部４の上に支持され、カプセルの中央部は金属メッキ
中央領域部５の上方を覆っている。
【００１０】カプセル６は、弾性変形可能なプラスチッ
クフィルム７により空洞部の内部に収納されている。こ
のプラスチックフィルム７は、基板１の表面を覆い、例
えば接着剤にて基板に固定されている。基板１の裏面に
は、金属メッキ環状領域部４および金属メッキ中央領域
部５に電気的に接続する電子回路（図示せず）が形成さ
れている。
【００１１】不操作状態では、明らかに各カプセル６の
中央部は金属メッキ中央領域部から離れているので、前
記接触体からなるスイッチは開成している。この状態か
ら、圧力Ｐがカプセル６の頂部に作用すると、カプセル
６は弾性変形して凹部の反転が生じ（触知できる効
果）、金属メッキ中央領域部５と接触するようになる。
そして、スイッチは閉成する。
【００１２】本発明は、上記のキーパッドスイッチの操
作モードに、近接検出型の操作モードを加えるものであ
る。この操作モードは、図２に示すように、一方では、
各スイッチＩが部分的に容量性回路に関与することによ
り、他方では、出力点Ｓ（ダイオードＤ１が抵抗Ｒ１に
接続する接点）での電圧を検出することにより得られる
ものである。そして、前記容量性回路は、ジェネレータ
９で発生した高周波信号が印加される端子Ｂと基準ポテ
ンシャル（接地面Ｍ）との間で直列に接続された第１コ
ンデンサＣ１、スイッチＩ、及び比較的大容量の第２コ
ンデンサＣ２と、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１を介し
て接地されるスイッチＩに第１コンデンサＣ１が接続す
る接点Ｊからなるものである。
【００１３】スイッチＩが開成している時およびカプセ
ル６近傍に導電体がない時は、端子Ｂに印加された信号
は整流されてフィルタにかけられる。そして、Ｓ点での
信号は電圧Ｎ１になる。カプセル６近傍に導電体がある
と、Ｓ点と接地面との間に迷容量が誘起される。これに
よって接点Ｊでの電圧を下げるリーク電流が生じる。そ
して、出力点Ｓでの信号は最初よりも低い第２レベルＮ
２になる。
【００１４】スイッチＩを閉成すると、接点Ｊはコンデ
ンサＣ２を介して接地される。そして、コンデンサＣ２
がかなり大容量であれば、出力点Ｓでは、かなり低い、
あるいはほとんど０に近い電圧の信号レベルＮ３が得ら
れる。なお、Ｓ点での電圧信号をアナログシステム（閾
値電圧と比較するなど）にて分析して３つのレベルを識
別し、これに基づいて各命令を選択することもできる。
又、単に負荷回路１１を作動するアナログ／ディジタル
コンバータ１０に入力することもできる。
【００１５】上述の構造をマトリックス型のキーパッド
に適用すると特に効果がある。この実施例においては、
図３に示すように、キーパッドは、キーパッド基板１と
して用いられるプリント回路基板の一面に配設され、互
いに平行な複数の行配線Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎと、プリ
ント回路基板の他の面に配設され前記各行配線Ｌ１，Ｌ
２，…，Ｌｎに垂直で互いに平行な複数の列配線Ｋ１，
Ｋ２，…，Ｋｍと、行配線と列配線とがそれぞれ交差す
る交差部近傍に設けられた図１および図２に示す構造の
スイッチＩ１，…，Ｉｉとから構成される。
【００１６】各行配線Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎは、それぞ
れ多重交換装置１２の入力側に接続されるとともに、抵
抗Ｒ１を介して接地されている。各列配線Ｋ１，Ｋ２，
…Ｋｍは、それぞれスイッチユニット１３の出力側に接
続されて、ジェネレータ９からの高周波信号（２ＭＨｚ
方形波）が各列配線に印加されるようになっている。さ
らに、各列配線は比較的低容量のコンデンサＣ３を介し
て接地されている。
【００１７】スイッチユニット１３および多重交換装置
１２は、従来のシーケンスによりキーパッドをスキャン
するために、同じカウンタ１４によって制御されてい
る。多重交換装置１２の出力は、プロセッサＰに接続す
るアナログ／ディジタルコンバータ１０の入力として伝
えられる。図２に示す容量型回路は、各スイッチＩ１〜
Ｉｊに部分的に関与している。
【００１８】この回路は、列配線Ｋが接地され、第１コ
ンデンサＣ１，スイッチＩおよび第２コンデンサＣ２が
直列に接続された回路を含んでいる。コンデンサＣ１が
スイッチに接続する接点Ｊは、順方向バイアスダイオー
ドＤ１によって各行配線Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎに接続
し、逆方向バイアスダイオードＤ２を介して接地してい
る。
【００１９】この容量型回路は、図２に示す回路と同様
に動作するので、その説明は省略する。一方、キーパッ
ドのスキャンニングサイクルは以下のように説明され
る。第１期では、スイッチユニット１３はジェネレータ
９にて発生した高周波信号を第１列配線Ｋ１に印加す
る。そして、この間に多重交換器１２は次々と行配線Ｌ
１，Ｌ２，…，Ｌｎを出力側に接続する。
【００２０】第２期では、高周波信号は第２列配線Ｋ２
に印加され、多重交換器１２は、同様な接続のシーケン
スを繰返す。このプロセスは、第ｍ列配線Ｋｍまで繰り
返される。そして、このシステムは前記スキャンニング
サイクルが終わると新しいサイクルを始める。このよう
なプロセッサのスキャンニングは、いつでも既知のアド
レスでのスイッチ／容量型回路の接続状態（出力点Ｓで
の電圧）を検出していることは明らかである。
【００２１】この接続が、導電体の近接による影響を受
けない時は、多重交換器の出力電圧は最大値をとる（レ
ベルＮ１）。図４に示すように、この最大値はシステム
が移行するとわずかに変動するので（領域Ｚ１）、理想
値にできるだけ近い値の電圧にするために、抵抗Ｒ１お
よびコンデンサＣ３が設けられている。システムが導電
体の出現による影響を受けると、スイッチＩの固定接触
体とカプセル６との間の容量が増加して生じたリーク電
流のために、多重交換装置１２の出力電圧は、最大値よ
りもかなり低い中間値（レベルＮ３）をとる（図４、領
域Ｚ２）。
【００２２】スイッチＩが閉成すると、多重交換装置１
２の出力電圧は最小値、あるいは殆どゼロ（レベルＮ
３）になる（図４、領域Ｚ３）。この２種類の操作モー
ドにより、本発明を多くの装置に適用できる。図５に、
キーや触知可能な表面機能が並ぶ装置とスクリーンＥと
の端部にスイッチＩが配設された実施例を示す。メニュ
ーをスキャンするために触知可能な表面に沿って指をな
ぞると、例えば、画像またはスクリーンよりも大きなテ
キストの範囲内での移動、数値の増減、オプションない
し操作を確定するためのカーソルのａｎｄ／ｏｒへの移
動などのために「スクロール」機能が用意される。
【００２３】図６に従来と同じ大きさで、従来のキーパ
ッドおよび触知可能なパッド機能の特徴を備えたマトリ
ックス型のキーパッドを示す。前記実施例では、キーパ
ッドに関与するプロセッサは、例えばオペレータの指の
近接による影響を受けたスイッチの「質量中心」を有用
に計算できる。このようなプロセスは、フランス特許出
願第 87 07323号および第90 06820号に記載されるよう
に、従来の近接検出型キーパッドよりもより大きな効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるキーパッドの縦断面図である。
【図２】図１に示す構造のスイッチを用いた電子回路の
構成図である。
【図３】本発明によるマトリックス型キーパッドの構成
図である。
【図４】各操作モードにおいてスイッチのカプセルに印
加された電圧の変化を示すグラフである。
【図５】本発明によるスイッチ装置を用いた他の実施例
の正面図である。
【図６】本発明によるスイッチ装置を用いた他の実施例
の正面図である。
【主要部分の符号の説明】
１ 基板 ５ 固定接触体としての金属メッキ中央領域部 ６ 可動接触体としての金属カプセル ９ 印加手段としてのジェネレータ 10 検出手段としてのアナログ／ディジタルコンバータ Ｉ スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック ブイヨン フランス国 91140 ヴィユボン スル イヴェッテ リュ ラマルティーヌ ８ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H03K 17/955

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操作モードとして近接検出モードと直接
    機械動作モードとを有し、 基板に保持された少なくとも一つの固定接触体と、この
    固定接触体と接触するように設けられた可動接触体とか
    らなるスイッチを少くとも一つ備え、 前記接触体の少なくとも一方は、容量型近接検出装置の
    検出要素として用いられるとともに、この検出要素に電
    気信号を印加する印加手段と、導電体の近接による前記
    電気信号の変化を検出する検出手段とを有することを特
    徴とするスイッチ装置。
  2. 【請求項２】 前記スイッチは、前記基板に保持され導
    電ランドの形状をとる２つの固定接触体と、前記導電ラ
    ンドの一方と電気的に接触し不操作状態では他方の導電
    ランドの上方を覆う可動接触ブリッジとからなり、 この可動接触ブリッジは、前記近接検出装置の検出要素
    として機能することを特徴とする請求項１記載のスイッ
    チ装置。
  3. 【請求項３】 前記可動接触ブリッジは、弾性カプセル
    であることを特徴とする請求項２記載のスイッチ装置。
  4. 【請求項４】 前記近接検出装置は、前記スイッチの機
    械的スイッチング回路から独立していることを特徴とす
    る請求項１記載のスイッチ装置。
  5. 【請求項５】 前記スイッチは少なくとも３つのインピ
    ーダンス、すなわち、 (1) 近接検出をしない状態で前記スイッチの開成により
    生じる第１のインピーダンスと、 (2) 近接検出をする状態で前記スイッチの開成により生
    じる第２のインピーダンスと、 (3) 前記スイッチの閉成により生じる第３のインピーダ
    ンスとを有する容量型回路の一部であることを特徴とす
    る請求項１記載のスイッチ装置。
  6. 【請求項６】 前記容量型回路は、 高周波信号がジェネレータにより印加される端子と基準
    ポテンシャルに直接接続される端子との間で直列に接続
    された第１コンデンサ、前記スイッチ、および第２コン
    デンサと、 ダイオードおよび抵抗を介して前記基準ポテンシャルに
    接続される前記スイッチに前記第１コンデンサが接続す
    る接点と、 出力点での電圧を検出する前記検出手段とからなること
    を特徴とする請求項５記載のスイッチ装置。
  7. 【請求項７】前記出力点での電圧を分析する分析手段を
    有することを特徴とする請求項６記載のスイッチ装置。
  8. 【請求項８】前記分析手段は、アナログ分析手段である
    ことを特徴とする請求項７記載のスイッチ装置。
  9. 【請求項９】前記分析手段は、プロセッサに接続された
    アナログ／ディジタルコンバータであることを特徴とす
    る請求項７記載のスイッチ装置。
  10. 【請求項10】複数の前記スイッチがマトリックス型に配
    列され、 多重交換装置の入力側にそれぞれ接続され互いに平行な
    複数の行配線と、 前記行配線に対して垂直に配設され高周波信号を連続し
    て印加するスイッチユニットの出力側に接続され互いに
    平行な複数の列配線とを備え、 前記各スイッチは、前記各行配線と前記各列配線とが交
    差する各交差領域にて、前記列配線と前記基準ポテンシ
    ャルとの間で直列に接続された第１コンデンサ、前記ス
    イッチおよび第２コンデンサと、ダイオードを介して前
    記行配線に接続する前記スイッチに前記第１コンデンサ
    が接続する接点とからなる容量型回路に関与することを
    特徴とする請求項１記載のスイッチ装置。
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