JP3541559B2 - 照光式タッチスイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指や手の接近によって静電容量を変化させて、スイッチ表面を発光させることが出来る照光式タッチスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、家電機器などの電気機器のスイッチとして照光式のタッチスイッチが種々開発されており、このようなスイッチは、照明が充分にいき渡らない薄暗い空間であっても、スイッチ表面が発光するので、このスイッチ表面に指を触れて、電気機器のオン、オフ操作が迅速かつ確実にできるようになっている。
【０００３】
この種のタッチスイッチには、タッチ検出のために様々な構造を有したものが提案されており、図７の（ａ）〜（ｃ）には、これらの構造を断面図をもって示している。
同図（ａ）は短絡検知型のタッチスイッチである。このスイッチは、絶縁基板１００上に一対のタッチ検出用電極１０１ａを形成し、この電極１０１ａの形成された面を指ｆで触れることによって電極１０１ａ間の短絡を検出する。
【０００４】
同図（ｂ）は単極型のタッチスイッチである。このスイッチは、絶縁基板１００上に単極のタッチ検出用電極１０１ｂを形成し、更にその上に電極１０１ｂを保護するための絶縁被膜１０２を形成して、この絶縁被膜１０２を形成した面を、指ｆで触れたり、接近したことによるインピーダンス変化を検出する。
同図（ｃ）は３電極型のタッチスイッチである。このスイッチは、絶縁基板１００の表面にタッチ用電極１０３を形成する一方、背面に一対のタッチ検出用電極１０１ｃを形成し、このタッチ検出用電極１０１ｃが、タッチ用電極１０３の面に指ｆが触れたことを電極間の容量あるいはインピーダンス変化によって検出する。
【０００５】
この他に、上記３タイプのタッチスイッチのそれぞれの構造を、縦横にマトリクス状に配列して、タッチ面を広く構成したものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の照光式タッチスイッチは、特に図７（ａ），（ｃ）に示したスイッチでは、指を直接電極に触れるので、電極膜に対し、脂などによる汚れ、塩害などの化学的作用や、摩耗、破壊、損傷などが生じ易いなどの問題があった。
【０００７】
また、損傷などを防ぐため、図７（ｂ）に示したタッチ面に絶縁被膜を形成したものでは、検知感度を保つために絶縁被膜の厚さを所定の厚さ以下にしなければならないが、その強度に限度があった。
即ち、タッチ検出用電極と指との距離が広がれば、インピーダンスの変化量が減少するため、検知感度が低下するので、絶縁被膜の厚さを薄く保ったまま、十分な耐久性を得ることは難しい。加えて、指が乾燥している場合や手袋などをはめている場合、老人などの乾燥した指に対してはタッチが検知しにくくなってしまう。
【０００８】
更に、図７（ａ）の短絡検知型の場合、矩形または同心円上の電極ユニットを複数配列し、検知領域を広くして、均一なタッチ検知ができるようにしたものがあるが、この構造にすれば、各ユニット間の結線が煩雑になり、それぞれのユニット毎に駆動回路やタッチ検出手段を備える必要があるので、構成が複雑になると同時にコストが高くなる問題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、検知感度を保持しつつ強度を増し、簡単な構成で、広い面積のタッチ面を形成することができる照光式タッチスイッチを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するため、本発明の照光式タッチスイッチは、透明絶縁基板の上面に、透明絶縁被膜で覆った一対の透明電極を形成し、更にその上に透明絶縁保護板を積層する一方、透明絶縁基板の下方に発光部を有した構造とする。
請求項１では、透明電極にはＣＲ発振回路を付加し、このＣＲ発振回路の発振周期の変化によって、透明絶縁保護板に対する指の接近を検知するタッチ判定回路と、タッチ判定回路が指の接近を検知する毎に、負荷機器をオン、オフ駆動させる制御回路とを備えている。
ここで、透明絶縁保護板に対して指が接近あるいは接触したときには、透明電極の一方から他方に対する電気力線の一部が指を通過し、接地されることにより、透明電極のコンデンサとしての容量が減少し、その結果、上記ＣＲ発振回路の時定数が減少し、発振周期が小さくなる。タッチ判定回路は、このＣＲ発振回路の発振周期の変化を検出して、透明絶縁保護板に対する指の接近あるいは接触を検知するようにしている。
【００１１】
すなわち、透明絶縁保護板に、指を接近させ、あるいはこれに触れると、電極間の静電容量が減少し、ＣＲ発振回路の発振周期は減少するので、この変化をタッチ判定回路で検知して、スイッチ操作を判断する。
なお、オン、オフ制御される負荷機器には、空調機器、ＡＶ機器、家電機器、ＯＡ機器などの電気機器がある。
【００１２】
請求項２では、制御回路は、負荷機器のオン、オフ駆動に応じて、発光部を点灯から消灯、あるいは、消灯から点灯に制御する。
したがって、タッチ操作と、発光部からの発光と、負荷機器の駆動は、このスイッチを使用する各負荷機器毎にその使用態様に応じて定めることが出来る。
請求項３では、透明電極は１対の櫛歯電極で構成される。これによって、簡単な構成でタッチ面の面積を広くするとともに、均等なタッチ検知を行うことが出来る。
【００１３】
請求項４では、透明絶縁被膜と透明絶縁保護板の間には、ネームプレートを挿脱させて取り外し可能になっている。このネームプレートには、文字や図形などでスイッチの名称などを表示すればよく、スイッチの使用目的に応じてプレートのみを差し替えればよい。
請求項５では、発光部としては、蛍光体に交流電圧を加えることでＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス）を発光させて、面発光体を簡単に構成出来るＥＬ発光層を用いており、透明電極を形成した透明絶縁基板と簡単に積層化できる構造にしているが、このような発光部に代えて、面発光ＬＥＤ、冷陰極管を用いたバックライトなどが適用できる。また、これらは、タッチ検出用の電極等に必ずしも一体化させる必要がない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の一例を図面とともに説明する。
図１は本発明に係る照光式タッチスイッチの内部回路の構成の一例を示したブロック図、図２は照光式タッチスイッチの構造の一例を示す断面図である。
この照光式タッチスイッチＳＷは、図２に示すように、透明絶縁基板１の上面に、透明絶縁被膜３で覆った透明電極２（透明電極層）を形成し、更にその上に透明絶縁保護板４を積層し、透明絶縁基板１の下方には発光部５を有した構造となっており、透明絶縁被膜３と透明絶縁保護板４の間には、透明なネームプレート６が挿脱可能になっている。なお、図中の７は、壁面などに取り付けられるタッチスイッチＳＷの外枠である。
【００１５】
このタッチスイッチＳＷでは、透明絶縁保護板４で構成された表面（タッチ面）に指ｆを接近し、あるいは直接触れたときの静電容量の変化を検出して、スイッチ操作（タッチ操作）を判断する。また、発光部５の上方は、透明絶縁基板１、透明電極２、透明絶縁被膜３、透明絶縁保護板４、ネームプレート６とすべて透明で製されているので、発光部５は、タッチスイッチＳＷの位置を明示すべく、ネームプレート６の文字などを浮かび出させるように表面を発光できる。
【００１６】
タッチスイッチＳＷの内部には、ＣＲ発振回路１０が透明電極２に付加接続されており、透明絶縁保護板４で構成された表面（タッチ面）に指ｆを接近し、あるいは直接触れたときの静電容量の変化は、このＣＲ発振回路１０の発振周期の変化となって表れ、これをタッチ判定回路１１で検知判別しており、タッチ判定回路１１が指ｆの接近あるいは接触を検知すれば、その度に制御回路１２は負荷機器１３をオン、オフ駆動させる構成となっている。
【００１７】
次に、図３の模式図とともに、本発明の基本原理を説明する。
指ｆを透明絶縁保護板４に接近させず、また直接触れないときには、透明電極２は対をなしているので、図３（ａ）の左図に示すように、一方の電極から他方の電極に対する電気力線は、図中の点線で示すようになる。
ところが、この状態で右図に示すように、指ｆを透明絶縁保護板４に接近させ、あるいは直接触れたときには、電気力線の一部が指ｆを通過し、接地されるので、透明電極２で構成される平面状コンデンサＣの容量が減少することになり、ＣＲ発振回路１０の時定数が減少し、発振周期は小さくなる。
【００１８】
タッチ判定回路１１は、常時、ＣＲ発振回路１０の発振周期を、所定のしきい値と比較しているので、発振周期が所定のしきい値を下回って小さくなれば、指ｆの接近あるいは接触を判別して、制御回路１２を作動する。
したがって、このような構成によれば、電極間の距離や電極の形状などを変えれば、電界を変化させ、検知感度を調節することもできる。
【００１９】
なお、図３（ｂ）は、比較のため、従来の単極型のタッチスイッチ（図７（ｂ）参照）での電気力線の変化を示した図である。
また、制御回路１２が作動されると、負荷機器１３をオン、オフ駆動させ、このとき発光部５に駆動電圧を供給して、点灯から消灯、あるいは、消灯から点灯に制御する。
【００２０】
このような制御回路１２による制御動作の一例を、図４の（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
制御回路１２では、負荷機器１３を駆動制御するときには、同時に発光部５への電源供給をオン、オフ制御するようになっているので、スイッチＳＷの表面がタッチされ、タッチ判定回路１１がこれを検知すれば、制御回路１２が負荷機器１３をオンにするとともに、点灯していた発光部５を消灯させる。その後、この状態で再度タッチされれば、負荷機器１３をオフにするとともに、発光部５を再び点灯する。
【００２１】
なお、制御回路１２による制御は、これには限定されず、タッチ動作と、発光部５の点灯と、負荷機器１３の駆動とは、それぞれの負荷機器１３に合わせて、自由に設定できる。例えば、図例とは逆にタッチを検出して負荷機器１３をオンにすると同時に、発光部５を点灯する一方、負荷機器１３をオフにすると同時に、発光部５を消灯するようにしてもよい（モニタ表示）。
【００２２】
次に、透明電極２の構成について、図５とともに更に詳細に説明する。
透明電極２は、インジウムオキサイドや酸化錫などで製されるが、ここには、その形状が一対の櫛歯電極で構成された例を示している。このような櫛歯電極構造にすれば、透明絶縁基板１上に平面的に配置できるので均等なタッチ検知を可能とするとともに、タッチ面の面積を容易に広くすることが出来る。
【００２３】
次に、ネームプレート６について、図６とともに説明する。
ネームプレート６は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルムで製されており、同図（ａ）に示すように、文字、絵文字（アイコン）、図形、記号などを表すことが出来る。この図では、ネームプレート６に文字「トイレ」を記入し、これを透明絶縁被膜３と透明絶縁保護板４の間に、取り外し可能に挿入している。
【００２４】
同図（ｂ）は、ネームプレート６を挿入した後のタッチスイッチＳＷの外観を示したものであるが、このような構造にすれば、文字部分のみが発光しないので、薄暗い場所でもスイッチ表示が容易に確認でき、適切かつ迅速なスイッチ操作が可能になる。
タッチ面となる透明絶縁保護板４は、アクリルやポリカーボネートなどで製されており、更にこの表面を抗菌性・撥水性材料でコートして、機能性を付加してもよい。
【００２５】
なお、図示するように、タッチスイッチＳＷをトイレに使用するような場合には、未使用時は発光を保持し、タッチ面に触れれば発光を停止して、照明機器や空調機器を作動するようにすればよい。このようにすれば、使用中は発光が停止しているので、他人が操作することがない。逆に、使用中に発光させる場合には、スイッチ表示に「使用中」などの文字を表示してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の請求項１に記載の照光式タッチスイッチによれば、電極に直接触れなくてもタッチの検出が容易にできるので、電極の汚れや摩耗などが生じない。また、透明電極間の静電容量の変化によって、タッチ検出を行っているので、スイッチの断面構造を厚くしても、検出感度が低下することもなく、耐久性、強度的にも優れた照光式タッチスイッチが提供できる。
【００２７】
請求項２によれば、このスイッチに対するタッチ操作と、発光部からの発光と、負荷機器の駆動を、このスイッチの使用態様に応じて定めることが出来る。
請求項３によれば、透明電極を一対の櫛歯電極で構成できるので、複雑な結線は必要がなく、簡単な構成でタッチ面の面積を広くできるとともに、均等なタッチ検知が可能となる。
【００２８】
請求項４によれば、透明絶縁被膜と透明絶縁保護板の間には、ネームプレートが挿脱可能になっているので、各スイッチの目的などに合わせて、プレートの表示を自由に変更し差し替えて使用できる。また、制御対象とする負荷機器や操作手順などの理解を容易にでき、適切かつ迅速なスイッチ操作が可能となる。
更に、請求項５によれば、蛍光体に交流電圧を加えることでＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス）を発光させて面発光体を簡単に構成出来るＥＬ発光層を用いているので、透明電極を形成した透明絶縁基板と簡単に積層化できる構造の簡単な照光式タッチスイッチが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る照光式タッチスイッチの内部回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る照光式タッチスイッチの基本構造を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る照光式タッチスイッチの基本原理を説明する図、（ｂ）は従来の例（単極型）の基本原理を説明する図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る照光式タッチスイッチの動作の一例を示すタイムチャートである。
【図５】一対の櫛歯電極を示す図である。
【図６】（ａ）はネームプレートの一例を示す図、（ｂ）はネームプレートを挿入した照光式タッチスイッチの一例を示す外観図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、従来の照光式タッチスイッチの断面構造と、操作要領を示す図である。
【符号の説明】
ＳＷ・・・照光式タッチスイッチ
１・・・透明絶縁基板
２・・・透明電極
３・・・透明絶縁被膜
４・・・透明絶縁保護板
５・・・発光部
６・・・ネームプレート
１０・・・ＣＲ発振回路
１１・・・タッチ判定回路
１２・・・制御回路
１３・・・負荷機器
ｆ・・・指

Claims (5)

1. 透明絶縁基板の上面に、透明絶縁被膜で覆った一対の透明電極を形成し、更にその上に透明絶縁保護板を積層する一方、上記透明絶縁基板の下方に発光部を設けた構造の照光式タッチスイッチであって、
   上記透明電極に付加されたＣＲ発振回路と、
   透明絶縁保護板に対して指が接近したときに、上記透明電極の一方から他方に対する電気力線の一部が指を通過し、接地されることにより、上記透明電極のコンデンサとしての容量が減少した際の上記ＣＲ発振回路の発振周期が小さくなる変化によって、上記透明絶縁保護板に対する指の接近あるいは接触を検知するタッチ判定回路と、
   上記タッチ判定回路が指の接近を検知する毎に、負荷機器をオン、オフ駆動させる制御回路とを備えたことを特徴とする照光式タッチスイッチ。
2. 請求項１において、
   上記制御回路は、負荷機器のオン、オフ駆動に応じて、上記発光部を点灯から消灯、あるいは、消灯から点灯に制御することを特徴とする照光式タッチスイッチ。
3. 請求項１あるいは２において、
   上記透明電極は、一対の櫛歯電極を組み合わせて構成されていることを特徴とする照光式タッチスイッチ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記透明絶縁被膜と透明絶縁保護板の間には、ネームプレートが取り外し可能になっていることを特徴とする照光式タッチスイッチ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記発光部が、ＥＬ発光層で構成されていることを特徴とする照光式タッチスイッチ。

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