JP5524168B2 - タッチスイッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用者の指によるタッチ操作を検出するタッチスイッチ装置に関する。

従来より、スイッチ電極及び中継接続部と、スイッチ電極と中継接続部間を導通する配線パターンとをＰＥＴフィルム等に形成した電極シートを、ガラス（誘電体）の裏面に貼り付けると共に、電極シートの中継接続部を制御基板のコネクタに接続して構成されたタッチスイッチ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたタッチスイッチ装置では、スイッチ電極により形成されるコンデンサの容量の変化を制御基板で検出することによって、ガラス表面のスイッチ操作部に触れる使用者の指（導電体）の有無を、検知している。

特開２００８−１９２３３６号公報

特許文献１に記載されたタッチスイッチ装置のように、電極シートの中継接続部を制御基板に接続した構成とした場合に、中継接続部と制御基板間の接続不良が生じると、制御基板側で使用者のタッチ操作を検知することができなくなる。その結果、タッチスイッチ装置が組み込まれた製品（調理器具等）の操作が不能になってしまうという不都合がある。

そこで、電極シートと制御基板間の接続状況を検知する機能を追加することが考えられるが、この機能の追加により装置構成が複雑になることは極力回避することが望ましい。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、電極シートと制御基板間の接続状況を、簡易な構成により精度良く検出することができるタッチスイッチ装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、
スイッチ電極と、
第１電極用端子及び該第１電極用端子を挟んで配置された一対の第１接続検知用端子を有する第１接続部と、前記スイッチ電極と前記第１電極用端子間を導通する電極用配線と、前記一対の第１接続検知用端子間を、前記スイッチ電極と前記電極用配線を囲む経路により導通する接続検知用配線とが形成された電極シートと、
前記電極シートが裏面に取り付けられて、表面の前記スイッチ電極と対向する箇所が、使用者によるタッチ操作部とされた誘電体パネルと、
前記第１接続部の前記第１電極用端子と接続される第２電極用端子、及び前記第１接続検知用端子と接続される一対の第２接続検知用端子を有する第２接続部と、前記スイッチ電極により形成されるコンデンサの容量の変化を、前記第２電極用端子を介して検出することにより、前記タッチ操作部の操作の有無を検知するスイッチ操作検知部と、前記一対の第２接続検知用端子間の抵抗に基づいて、前記第１接続部と前記第２接続部の接続状況を検知する接続状況検知部とを有する制御基板とを備え、
前記一対の第２接続検知用端子の電位が、前記制御基板の作動用電源の出力電圧と接地電位との間の電位とされていることを特徴とする（第１発明）。

第１発明によれば、前記電極シートの前記第１接続部において、前記一対の第１接続検知用端子が前記第１電極用端子を挟んで形成され、前記一対の第１接続検知用端子間が、前記スイッチ電極と前記電極用配線を囲んで配置された前記接続検知用配線によって導通している。このように前記電極シートを構成することにより、前記一対の第１接続検知用端子及び前記接続検知用配線を、前記スイッチ電極と前記第１電極用端子と前記電極用配線と交差せずに配置することができる。そのため、前記電極シートを単層の簡易な構成にすることができる。

さらに、前記電極シートの構成によれば、前記スイッチ電極と前記第１電極用端子と前記電極用配線と、前記一対の第１接続検知用端子及び前記接続検知用配線とが近傍に配置された場合に形成される余分な浮遊容量を抑制して、前記スイッチ操作検知部による前記タッチ操作部の操作の有無の誤検知を防止することができる。

また、第１発明によれば、前記一対の第２接続検知用端子間の抵抗が所定値以下であれば、前記一対の第２接続検知用端子と前記一対の第１接続検知用端子間の接続が良好であると判断することができる。そして、この場合には、前記一対の第２接続検知用端子により挟まれている前記第２電極用端子と、前記一対の第１接続検知用端子により挟まれている前記第１電極用端子との間の接続も良好であると期待できる。そのため、前記接続状況検知部は、前記一対の第２接続検知用端子間の抵抗に基づいて、前記電極シートの前記第１接続部と前記制御基板の前記第２接続部間の接続状況を、精度良く検知することができる。

さらに第１発明によれば、前記第２接続検知用端子の電位を前記制御基板の作動用電源の出力電圧と接地電位との間の電位とすることによって、前記第２接続検知用端子と接続される前記電極シートの前記第１接続検知用端子、及び前記第１接続検知用端子と導通した前記接続検知用配線も、前記制御基板の作動用電源の出力電圧と接地電位との間の電位となる。

そのため、前記スイッチ電極と前記接続検知用配線間に形成されるコンデンサに貯まる電荷が減少し、これにより、前記スイッチ操作部のタッチ操作の有無による前記スイッチ電極により形成されるコンデンサの容量の変化を大きくして、前記スイッチ操作部による前記タッチ操作部の操作の有無の検知精度を向上させることができる。

タッチスイッチ装置の構成図。 タッチスイッチ装置の回路図。 スイッチ操作検知回路の作動説明図。

本発明の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態のタッチスイッチ装置１は、ガラス板２０（本発明の誘電体パネルに相当する）の裏面に電極シート１０を密着して取り付け、アッシーケース３０に収容される制御基板４０を電極シート１０の下部に取り付けて、制御基板４０のコネクタ４２（本発明の第２接続部に相当する）と電極シート１０の中継接続部１２（本発明の第１接続部に相当する）を接続することにより構成される。

電極シート１０は、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）であり、スイッチ電極１１ａ〜１１ｅと中継接続部１２が形成されている。また、ガラス板２０には、タッチマークが描かれたタッチ操作部２１ａ〜２１ｅが設けられている。

電極シート１０とガラス板２０は、スイッチ電極１１ａとタッチ操作部２１ａが対向し、スイッチ電極１１ｂとタッチ操作部２１ｂが対向し、スイッチ電極１１ｃとタッチ操作部２１ｃが対向し、スイッチ電極１１ｄとタッチ操作部２１ｄが対向し、スイッチ電極１１ｅとタッチ操作部２１ｅが対向する位置に、位置決めされている。

これにより、タッチ操作部２１ａ〜２１ｅについて、静電容量式のタッチスイッチが形成され、タッチ操作部２１ａ〜２１ｅの使用者によるタッチ操作の有無（タッチ操作部２１ａ〜２１ｅに使用者の指が触れているか否か）が、制御基板４０で検知される。

制御基板４０には、５個のＬＥＤ４１ａ〜４１ｅが実装されており、ＬＥＤ４１ａがスイッチ電極１１ａの中央部付近の真下に位置し、ＬＥＤ４１ｂがスイッチ電極１１ｂの中央部付近の真下に位置し、ＬＥＤ４１ｃがスイッチ電極１１ｃの中央部付近の真下に位置し、ＬＥＤ４１ｄがスイッチ電極１１ｄの中央部付近の真下に位置し、ＬＥＤ４１ｅがスイッチ電極１１ｅの中央部付近の真下に位置するように、電極シート１０とアッシーケース３０と制御基板４０が位置決めされて固定される。これにより、ＬＥＤ４１ａ〜４１ｅを点灯することによって、タッチ操作部２１ａ〜２１ｅを光らせることができるようになっている。

また、制御基板４０に実装されたコネクタ４２（基板−ＦＰＣコネクタ）に、電極シート１０の中継接続部１２を挿入することによって、中継接続部１２の各接続端子とこれに対応するコネクタ４２の各接続端子間が導通する。

次に、図２を参照して、電極シート１０には、スイッチ電極１１ａ〜１１ｅと中継接続部１２の他に、接続検知用配線１５と電極用配線１６ａ〜１６ｅが形成されている。中継接続部１２は、５個の第１電極用端子１３ａ〜１３ｅと、第１電極用端子１３ａ〜１３ｅを挟んだ一対の第１接続検知用端子１４ａ，１４ｂとを、平行に配置して形成されている。

第１電極用端子１３ａは、電極用配線１６ａによりスイッチ電極１１ａと導通している。同様に、第１電極用端子１３ｂは電極用配線１６ｂによりスイッチ電極１１ｂと導通し、第１電極用端子１３ｃは電極用配線１６ｃによりスイッチ電極１１ｃと導通し、第１電極用端子１３ｄは電極用配線１６ｄによりスイッチ電極１１ｄと導通し、第１電極用端子１３ｅは電極用配線１６ｅによりスイッチ電極１１ｅと導通している。

接続検知用配線１５は、スイッチ電極１１ａ〜１１ｅと電極用配線１６ａ〜１６ｅを囲む経路により、一対の第１接続検知用端子１４ａ，１４ｂ間を導通する配線パターンとなっている。この場合、接続検知用配線１５は、スイッチ電極１１ａ〜１１ｅ及び電極用配線１６ａ〜１６ｅを跨ぐ必要がないため、電極シート１０を単層構成とすることができる。

電極シート１０を単層構成とすることで、スイッチ電極１１ａ〜１１ｅと電極用配線１６ａ〜１６ｅと第１電極用端子１３ａ〜１３ｅと、接続検知用配線１５及び第１接続検知用端子１４ａ，１４ｂとが近傍に配置された場合に形成される、余分な浮遊容量を抑制することができる。

制御基板４０は、コネクタ４２の他に、スイッチ電極１１ａ〜１１ｅにより形成される各コンデンサの容量を検出して、各タッチ操作部２１ａ〜２１ｅ（図１参照）の使用者によるタッチ操作の有無を検知するスイッチ操作検知回路５５（本発明のスイッチ操作検知部に相当する）と、電極シート１０の中継接続部１２とコネクタ４２の接続状況を検知する接続状況検知回路５６（本発明の接続状況検知部に相当する）と、ＣＰＵ５７とを備えている。

コネクタ４２は、５個の第２電極用端子４３ａ〜４３ｅと、第２電極用端子４３ａ〜４３ｅを挟んだ一対の第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂとを、平行に配置して構成されている。コネクタ４２の第２電極用端子４３ａ〜４３ｅと第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂのピッチは、電極シート１０の中継接続部１２の第１電極用端子１３ａ〜１３ｅと第１接続検知用端子１４ａ，１４ｂのピッチと同一になっている。

中継接続部１２をコネクタ４２に挿入することで、中継接続部１２の第１電極用端子１３ａ〜１３ｅ及び第１接続検知用端子１４ａ，１４ｂが、コネクタ４２の対応する第２電極用端子４３ａ〜４３ｅ及び第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂと導通する。

第２接続検知用端子４４ａは抵抗５０を介してＶccの電位部に接続され、第２接続検知用端子４４ｂは抵抗５１を介して接地電位部に接続されている。そして、中継接続部１２とコネクタ４２が正常に接続されているときは、一対の第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂ間が、電極シート１０の接続検知用配線１５を介して導通し、第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂ間の抵抗がほぼゼロになる。

そのため、中継接続部１２とコネクタ４２が正常に接続されているときは、第２接続検知用端子４４ｂの電圧（接地電位に対する電圧）Ｖsは、以下の式（１）のＶokとなる。

但し、Ｒ１：抵抗５０の抵抗値、Ｒ２：抵抗５１の抵抗値。

それに対して、中継接続部１２がコネクタ４２から外れているときには、第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂ間が絶縁状態となるため、第２接続検知用端子４４ｂの電圧Ｖsはほぼゼロになる。

また、中継接続部１２がコネクタ４２に斜めに挿入されている場合や、中継接続部１２がコネクタ４２から外れかかっている場合のように、中継接続部１２とコネクタ４２間のの接続が不十分であるときには、第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂ間の抵抗値が高くなる。

そのため、第２接続検知用端子４４ｂの電圧Ｖsは、以下の式（２）のＶng（＜Ｖok）となる。

但し、Ｒ１：抵抗５０の抵抗値、Ｒ２：抵抗５１の抵抗値、Ｒｃ：第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂ間の抵抗値。

そこで、接続状況検知回路５６は、第２接続検知用端子４４ｂの電圧Ｖsと閾値Ｖth（Ｖokよりも低い電圧に設定される。）を比較する。そして、接続状況検知回路５６は、ＶsがＶthを越えているとき（Ｖth＜Ｖs）は、中継接続部１２とコネクタ４２間の接続が正常であることを示す信号をＣＰＵ５７に出力し、ＶsがＶth以下（Ｖs≦Ｖth）であるときには、中継接続部１２とコネクタ４２間の接続が異常であることを示す信号をＣＰＵ５７に出力する。

ＣＰＵ５７は、接続状況検知回路５６から接続異常信号を入力したときに、ランプやブザー（図示しない）による報知を行なって、使用者にタッチスイッチ装置１の不良を認識させる。

ここで、第２電極用端子４３ａ〜４３ｅを挟んだ第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂ間が導通しているときには、中継接続部１２の第１接続検知用端子１４ａとコネクタ４２の第２接続検知用端子４４ａ、及び中継接続部１２の第１接続検知用端子１４ｂとコネクタ４２の第２接続検知用端子４４ｂが、正常に接続されていると判定できる。

そして、この場合には、第１接続検知用端子１４ａ，１４ｂにより挟まれた第１電極用端子１３ａ〜１３ｅと、第２接続検知用端子４４ａ，４４ｂにより挟まれた第２電極用端子４３ａ〜４３ｅ間も、正常に接続されていると期待することができる。そのため、接続状況検知回路５６は、第２接続検知用端子４４ｂの電圧Ｖsが閾値Ｖthを越えているときに、電極シート１０に中継接続部１２と制御基板４０のコネクタ４２が正常に接続されていると、精度良く検知することができる。

なお、タッチスイッチ装置１が例えば加熱調理器具の加熱停止スイッチに用いられ、加熱調理中に中継接続部１２とコネクタ４２間の接続異常が生じたときには、使用者は、加熱停止スイッチを操作して加熱調理を停止することができなくなる。そこで、接続状況検知回路５６により、中継接続部１２とコネクタ４２間の接続異常が検知されたときには、加熱調理を強制的に停止するようにしてもよい。

次に、図３を参照して、スイッチ操作検知回路５５の動作について、タッチ操作部２１ａの使用者によるタッチ操作を検知する場合を例に説明する。なお、タッチ操作部２１ｂ〜２１ｅのタッチ操作を検知する場合の動作も同様である。

スイッチ操作検知回路５５は、スイッチ電極１１ａと接地電位部との間に形成されるコンデンサ（浮遊容量）の容量を検出する。コンデンサとしては、電極シート１０及び制御基板４０におけるスイッチ電極１１ａとの導通部６０（電極用配線１６ａ等）と接地電位部間のコンデンサ７１、スイッチ電極１１ａとタッチスイッチ装置が取り付けられる金属筐体間のコンデンサ７２、使用者の指Ｆがタッチ操作部２１ａに触れたときに形成されるスイッチ電極１１ａと指Ｆ間のコンデンサ７３等がある。

図３の例では、使用者の指Ｆがタッチ操作部２１ａに触れていないときに、スイッチ電極１１ａにより形成されるコンデンサの総容量は、コンデンサ７１の容量Ｃ１とコンデンサ７２の容量Ｃ２の合計（Ｃ１＋Ｃ２）となる。

それに対して、使用者の指Ｆがタッチ操作部２１ａに触れているときには、スイッチ電極１１ａと使用者の指Ｆによりコンデンサ７３が形成されるため、スイッチ電極１１ａにより形成されるコンデンサの総容量は、コンデンサ７１の容量Ｃ１とコンデンサ７２の容量Ｃ２とコンデンサ７３の容量Ｃ３の合計（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）へと増加する。

そこで、スイッチ操作検知回路５５は、スイッチ電極１１ａにより形成されるコンデンサの総容量の変化に基づいて、タッチ操作部２１ａのタッチ操作の有無を検知する。具体的には、スイッチ操作検知回路５５は、スイッチ電極１１ａに電圧を印加して、スイッチ電極１１ａにより形成されるコンデンサを充電した際の、コンデンサに流れる電荷量の相違によって、コンデンサの総容量の変化を検出する等の処理を行って、タッチ操作部２１ａのタッチ操作の有無を検知する。

スイッチ操作検知回路５５は、タッチ操作部２１ａのタッチ操作の有無を示す信号をＣＰＵ５７に送信し、ＣＰＵ５７は、この信号の受信によりタッチ操作部２１ａの有無を認識する。

ここで、スイッチ電極１１ａの近傍に接地電位部を配線して、コンデンサ７１，７２の容量が大きくなってしまうと、使用者の指がタッチ操作部２１ａに触れたときの、スイッチ電極１１ａにより形成されるコンデンサの総容量の変化が小さくなるため、タッチ操作の有無の検知がし難くなる。

そこで、図２に示したように、接続検知用配線１５の電圧を接地電位よりも高いＶokとすることによって、容量Ｃ１のコンデンサ７１及び容量Ｃ２のコンデンサ７２に流れる電荷量を減少させて、タッチ操作の有無の検知精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、電極シート１０の中継接続部１２を制御基板４０のコネクタ４２に挿入して、電極シート１０と制御基板４０を接続したが、コネクタ４２を用いずに、中継接続部１２を制御基板４０に直付けして、電極シート１０と制御基板４０を接続する場合にも、本発明を適用することができる。

１…タッチスイッチ装置、１０…電極シート、１１ａ〜１１ｅ…スイッチ電極、１２…中継接続部（第１接続部）、１３ａ〜１３ｅ…第１電極用端子、１４ａ，１４ｂ…第１接続検知用端子、１５…接続検知用配線、１６ａ〜１６ｅ…電極用配線、２０…ガラス板（誘電体パネル）、２１ａ〜２１ｅ…タッチ操作部、３０…アッシーケース、４０…制御基板、４１ａ〜４１ｅ…ＬＥＤ、４２…コネクタ（第２接続部）、４３ａ〜４３ｅ…第２電極用端子、４４ａ，４４ｂ…第２接続検知用端子、５５…スイッチ操作検知部、５６…接続状況検知回路。

Claims (1)

1. スイッチ電極と、
   第１電極用端子及び該第１電極用端子を挟んで配置された一対の第１接続検知用端子を有する第１接続部と、前記スイッチ電極と前記第１電極用端子間を導通する電極用配線と、前記一対の第１接続検知用端子間を、前記スイッチ電極と前記電極用配線を囲む経路により導通する接続検知用配線とが形成された電極シートと、
   前記電極シートが裏面に取り付けられて、表面の前記スイッチ電極と対向する箇所が、使用者によるタッチ操作部とされた誘電体パネルと、
   前記第１接続部の前記第１電極用端子と接続される第２電極用端子、及び前記第１接続検知用端子と接続される一対の第２接続検知用端子を有する第２接続部と、前記スイッチ電極により形成されるコンデンサの容量の変化を、前記第２電極用端子を介して検出することにより、前記タッチ操作部の操作の有無を検知するスイッチ操作検知部と、前記一対の第２接続検知用端子間の抵抗に基づいて、前記第１接続部と前記第２接続部の接続状況を検知する接続状況検知部とを有する制御基板とを備え、
   前記一対の第２接続検知用端子の電位が、前記制御基板の作動用電源の出力電圧と接地電位との間の電位とされていることを特徴とするタッチスイッチ装置。

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