JPH0219570B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、接触制御式スイツチ用容量装置に関
する。この容量装置は誘電体シートの一側面に第
一電極をつけ、他側面に第二および第三電極を容
量関係的につけたものである。 かかる容量装置は、接触制御式スイツチに用い
られる。接触制御式スイツチにおいては、交流信
号が第二および第三電極のいずれか一方に印加さ
れ、出力信号回路はこれら電極の他のものに接続
されている。第一電極が指で接触されると、この
第一電極を介しての第二および第三電極間の容量
が変化し、出力信号回路は接触されたことを検出
する信号を発生せしめる。接触制御式スイツチは
種々な具合に使用し得る。例えば、コンピユータ
入力、電話の「タツチダイアル」、リフトないし
エレベーターの制御、調理器の如き家庭電器の制
御などに使える。接触制御式スイツチを信頼しう
るものにするには、非接触時の容量装置の綜体的
静電容量と接触時の容量装置の綜体的静電容量と
の差ができるだけ大きくて、検出回路機構によつ
てその変化の検出が容易にできなくてはならない
という一般的要求がある。また、非接触時の容量
装置の綜体的静電容量もまたできるだけ大きいこ
とが望ましい。その理由は、パルス発生器により
電極に加えられた信号は入力インピーダンスの容
量を考慮して可能な最高レベルを保つべきだとい
うことにある。このレベルが高い程、検出回路機
構内に内蔵されている閾回路によつて、ノイズを
除去することが一層容易になる。容量的接触制御
式スイツチ用に特に開発された市販の検出回路に
おいては、3pFという値が、容量装置の綜体的静
電容量として達成さるべき典型的なものとなつて
いることが挙げられる。もつと低い容量でも、勿
論、制御回路機構の感度によつては使用してもよ
いが、上述の如く、高い値が好ましい。よく知ら
れている如くに平板蓄電器静電容量Ｃは次式で与
えられる。Ｃ＝Ｋ・ka／ｄ、ここでａは全体の面 積、ｄは誘電体の厚み、ｋは誘電率、Ｋは選ばれ
たユニツトに関する常数である。かくして、与え
られた誘電体材料に対して、蓄電器静電容量を増
大するためには、その板の面積をより大きくする
か、板を隔離している誘電体シートの厚みを減少
することができる。 本発明が関係しているところの容量装置は相互
に直列接続された二つの蓄電器からなつていると
考えてもよい。一方の蓄電器は第二電極と第一電
極とにより形成されており、他方は第三電極と第
一電極から形成されている。なお、第二電極と第
三電極との間に若干の容量的相互作用があつて、
前述の二つの直列接続の蓄電器に並列な第三の蓄
電器を形成している。直列相互接続蓄電器の綜体
容量は、各個の蓄電器の静電容量の逆数の和の逆
数で与えられる。従つて容量装置が最大静電容量
を有するためには第二と第三の電極は等しい容量
を有すべきだという結論になるようである。かく
して、公知の典型的な容量装置では、ガラスシー
トの一側面に四角い第一電極をつけ、シートの他
側面には矩形の第二および第三電極がついてい
る。実用例においては、第一電極は4.9mm厚みの
ガラスシート上に酸化錫塗装で作られ、26mm角で
ある。他方、第二および第三電極は、26×12mmの
寸法の矩形上に沈積した電導性銀含有エナメルか
らなつていて、２mmだけ間を空けて離れている。
こうした容量装置は3.8pFの綜体的静電容量を持
つている（表の容量装置参照）。 この容量装置の綜体的静電容量値は万能ブリツ
ジWAYNE KERR、B224型を用いて測定されて
いる。測定は通常室温で行われている。容量装置
はSnO₂塗装が頂部になるように水平に配置され
ている。第二および第三電極に半田付けされた長
さ５mmの線に標準接続線が端子把手によつて接続
されている。 接触制御式スイツチの電極は誘電体シートに塗
布された電導性材料から作られている。そうした
電導性材料としては、電導性酸化物またはエナメ
ルないし金属がある。電極のコストは使用される
材料の量による。従つて接触制御式スイツチの量
産については、使用材料の量を減ずることが関心
事である。このことは、例えば、電極が銀含有ペ
ーストから始まつて作られるときは特にそうであ
る。使用されるペーストの量をどんなにしてでも
減らせば、製品のコスト価格に好ましい影響を与
える。従つて、小面積のスイツチを作ること、す
なわち電極の活性表面積を減ずることが望まし
い。 小面積のスイツチを好ましいとするには他の理
由もある。例えば、電話のタツチダイヤル用に使
用するときなどスイツチの複数個を配列する場合
である。その場合には、各々26mm角の面積を占め
る10個のスイツチの配列は、実用価値あるものと
しては余りに場所をとり過ぎる。電極によりとら
れる空間をスイツチに触れる指先が占める面積に
ほぼ該当する位のものに減ずるのが望ましいだろ
う、例えば12mm角位にしたい。しかしながら、12
mm角の第一電極を4.9mm厚みのガラスのシート上
に沈積した酸化錫で作り、第二および第三の矩形
の電極（これも酸化錫）を各12×５mmで２mm離し
てつけて作つた容量装置は1.4pFの綜体静電容量
になる（表の容量装置参照）。前に説明した如
き理由から、そうした配列にて静電容量がもつと
良いレベルになることが望ましい。このことは、
誘電体の厚みを減ずることで達成しうる。ガラス
シートの場合には、厚みを１mmに減ずることで、
綜体静電容量は3.1pFへ増大しうる（表の方式
参照）。 しかし１mm厚みのガラスのシートは脆弱である
ために、繰返して叩かれる面を形成するのには余
り理想的ではなくなつてしまう。 このような点に鑑み、本発明は接触時の綜体静
電容量と非接触時の綜体静電容量との間の差を大
きくすることと、容量装置の寸法に依つて決ると
ころの電極形成用材料の量との間に好ましい妥協
を達成することをより容易く可能ならしめること
が、本発明の一つの目的である。 本発明によれば、一側面に第一電極を有し、そ
の他側面に第一電極に対して容量的関係にして第
二と第三の電極を相互に間を空けて有している誘
電体シートからなり、該第二と第三の電極のうち
の一方（今後「外側電極」と呼ぶ）が他方（今
後、「内側電極」と呼ぶ）の周辺の少なくとも主
要部分を取巻くような形状になつている容量装置
において、内側電極の面積の外側電極の面積に対
する比が１対0.25以上になつていることを特徴と
するところの容量装置が提供される。 第二電極と第三電極とをこのような具合に配列
することにより、与えられた寸法の容量装置に
て、高い綜体的静電容量、接触されることにより
大きな容量変化が生じること、および電極用使用
材料の量の間に最良の妥協を得ることができるこ
とが判つた。単に一例として、ある所定の活性面
積のスイツチに対して、接触されることによる容
量変化を同じに保ちつつ、かつ、使用材料の量を
保つかまたは減ずるかしても、容量装置の綜体的
静電容量を増大せしめることが可能である。更
に、同じ綜体的静電容量を保ちつつも容量装置が
占める活性面積を減ずることも、シート厚みを増
大することも可能である。実際に、出願者等によ
るある実験結果によると、利点（得る静電容量の
相対的増加という点で）は、より厚いガラス、即
ち、厚み３から６mmのガラスを好ましい誘電体と
して使用すると一層大きなものとなることが判つ
た。 内側電極の面積の外側電極に対する比を１対
0.5以上にするとより有利である。 参照に供すべき試験結果若干を表に示す。 総ての場合において、第一電極は基板上に沈積
せしめた酸化錫塗装であつた。第二および第三電
極は銀含有ラツカーを焼付けて得られる層で作つ
た。からまでの容量装置では、第一電極は26
×26mmの四角形で、第二および第三電極はガラス
の反対面上にこれまた26×26mmに含致する面積内
に入るように沈積して作つた。容量装置におい
ては、第二および第三電極は２mmの広さのギヤツ
プをあけて各26×12mmの矩形にした。なお、括弧
を付したものは本発明と比較されるものであるこ
とを意味している。容量装置からまでの各個
においては、第二すなわち内側電極は特定寸法の
四角であつて、特定幅の四角の環状の第三すなわ
ち外側電極から、特定幅の四角の環状ギヤツプだ
け離してあるものであつた。容量装置の綜体静電
容量値（pFで示す）は主として4.9mm厚のガラス
についてであるが、ある場合には2.8mmおよび１
mm厚ガラスについてのものである。また、容量装
置の非接触時における綜体静電容量値と接触時に
おける綜体静電容量値との差すなわち容量変化
dcをも示してある。更にまた、「活性面積」と題
して、容量装置の総面積（つまり第一電極の面
積）に対する第二と第三電極の面積の和の面積比
を％で示している。 からXIまでの容量装置では、第一電極は12×
12mmの四角であつて、第二および第三電極はこれ
も12×12mmの面積内に含致するようにして、ガラ
スの反対面上に沈積した。容量装置は比較のた
めで前述した如く括弧を付した。これは第二と第
三の電極は２mmギヤツプだけ離れた12×５mmの矩
形である。他の場合（およびXI）では、第二す
なわち内側電極は特定寸法の四角で、特定幅の四
角環状外側すなわち第三電極より、特定幅の四角
い環状ギヤツプだけ離れてついている。しかし、
容量装置XIは内／外電極面積比が0.2であるため
本発明外であり、括弧を付している。 容量装置XIIからおよびからでは第
一電極はそれぞれ直径29.5および13.5mmの円形面
積を占めたものであつた。第二および第三電極は
同じ寸法の正確に一致する円形面積内につけられ
た。容量装置XIIととでは、第二および第三電
極は直径方向ギヤツプ幅２mmにして特定直径の円
の断片（半円形）をつけたものであり、本発明外
である。他の容量装置，，，にお
いては、第二すなわち内側電極は特定直径の円形
面積を占め、特定幅の環状ギヤツプを置いて、特
定幅の環状の第三すなわち外側電極と離れてい
た。 表中にある数字から種々の推論を引出すことが
可能である。 容量装置からは装置と比較して、4.9mm
ガラスに対して、各々の場合、綜体静電容量の増
加となつている。この増加は外側面積に対する内
側面積の比が増すとほぼ増大する。一方で容量変
化dcの値はかなり一定である。同時に、「活性面
積」の欄からは、第二および第三電極に使用され
る材料の量が減少していることが判る。 容量装置は本発明の範囲外のものであり、綜
体静電容量が減じ同時にdcも減じていることが
判る。 以上のことは、からまでの容量装置での
4.9mmガラスについてもあてはまる。 2.8mmガラスに関しては、容量装置からXIと
からにおいて、綜体静電容量の増大と電
極形成材料の消費の減少とに関して同様な結果が
得られるのが判る。しかしdcの減少は受容しな
ければならない。同じことは他の容量装置から
も、もしも充分に高い内／外電極面積比を選べば
誘導しうる。 １mmガラスに対しても、表から、同様な結果が
推論しうる。しかし、ここでもまた、高い外／内
電極面積比を選び、dcの減少が受容れられるこ
とが望ましい。 静電容量の減少が指示されている場合でも、本
発明の容量装置は、電極形成材料の量が減少され
ることを基底として、なお価値あるものと考えら
れる。これは、既に電極材料を多量に必要とする
ような大面積の容量装置に対して特に興味あるも
のでありうる。 綜体静電容量を容量装置とを容量装置と
比較し、容量装置を容量装置と比較し、容量
装置とを容量装置XIIと比較しまた容量装
置と容量装置とを比較することから、綜
体静電容量の改善は誘電体基板が4.9mm厚ガラス
の時の方が誘電体が2.8mm厚の時よりも大きく、
かつまた、多くの場合、実際に、誘電体が１mm厚
のときにのみ綜体静電容量の減少があることが注
目されよう。 更に、容量装置およびXIから、第二および第
三の電極面積間の比が0.25より小さいと、厚いガ
ラスの場合でさえ、結果は悪くなることが認めら
れる。 容量装置，およびの比較、容量装置と
XIの比較、容量装置との比較、および容
量装置との比較から、同じ外側電極面積
に対して、内側電極面積が大きい程、綜体静電容
量が大きいのが認められる。 また表からも、第二および第三電極の面積の和
は、最良の結果を得るためには高くあるべきであ
る、すなわち、これらの電極間のギヤツプの面積
は比較的小さくあるべきことが明らかである。し
かしながら、そのギヤツプ面積を減ずることは、
第二と第三の電極との間の容量的相互作用を増加
することを念頭にとどめておかなければならな
い。

【表】

【表】 また、最良の結果のためには、誘電体シートの
一方の側上で第一電極の占める面積と他方の側上
で第二および第三の電極とそれらの間に介在する
ギヤツプの占める面積とは実質的に等しくかつ正
確に合つているべきであることが見出されてお
り、従つてこの特徴もまた好ましいものである。 電極は誘電体シート上に沈積された塗装により
形成することが好ましい。 電極はどんな適当な導電材料で形成してもよ
く、また、誘電体シートの異なる側部上の電極が
同じ材料であるということも決して肝要ではな
い、第一電極は、容量装置が接触制御回路の一部
として使用されているときには暴露されている電
極であるが故に、耐摩耗性材料であることが好ま
しいけれども、このことは第二および第三電極に
とつて必要なことではない。適当な導電性材料の
例としては、例えば銅の如き金属、例えば酸化錫
の如き導電性酸化物、例えば銀エナメルの如き電
導性エナメルがあげられる、電導性酸化物が使わ
れるときは、なるべくはドーピング剤を含有せし
める。 好ましい誘電体材料はガラスである。 勿論、ガラス、特に薄いガラスは高度に耐衝撃
性ではないことが理解されよう。衝撃に対する抵
抗を改善するためには、該誘電体シートは焼入れ
ガラスシートであることが好ましい。薄いガラス
シートを熱的に焼入れすることに含まれる困難に
鑑み、そうしたシートは化学的に焼入れされるこ
とが好ましい。 本発明のこの好ましい特徴に関しては、同一日
付の我々の特許出願第(2)号（特開昭56−57228号）
に注目される。これに提案されているのは少なく
とも一つの接触スイツチを担つている誘電シート
からなる接触スイツチパネルであつて、その、ま
たは各スイツチは、該シートの一方の側上に第一
の接触可能電極と、シートの反対の側上には第二
と第三の相互に離れた電極が第一電極に対し容量
的関係になつてついたものからなつていて、該誘
電体シートは化学的焼入れ処理をうけたガラス製
であることと、少なくとも一つの該電極がシート
上に沈積された塗装から構成されていることとを
特徴としている。 本発明の種々の好ましい実施態様を付属する図
を参照しつつ、ここに記述する。 第１図では、誘電体シート１１の上部面上に第
一電極１２が沈積されている。第一電極と同じ形
ではあるが、より少ない面積の第二すなわち内側
電極１３がシートの下部表面上に沈積されてい
る。第三すなわち外側電極１４もシート１１の下
部表面上に少なくとも第二電極１３の周辺の大部
分を取巻くように沈積されている。第二と第三の
電極はギヤツプ１５により隔離されている。第三
電極１４の外側境界は第一電極１２の境界と一致
し正確に適合している。 第２図は四角い環状の第三ないし外側電極に囲
まれた四角い第二ないし内側電極２３を一方の面
上に沈積されている誘電体シート２２のある容量
装置を示している。これら二つの電極は四角い環
状ギヤツプ２５により隔てられている。 四角い第一電極（図示せず）が誘電体シート２
１の他の面上に、その境界を外側電極２４の誘電
的境界に正確に合せて沈積されている。 第３図では、四角い内側ないし第二電極３３が
誘電体シート３１上に沈積されている。導入導体
３６が第二電極３３に対して設けられていて、他
は四角な環状の外側電極３４の欠け目３７を通つ
て導いている。内側および外側電極３３，３４は
ギヤツプ３５により隔てられている。外側電極３
４には導入導体３８が設けられている。導入導体
３６と３８とは、電極３３，３４と同材料で適当
な形に作り、これらと同時に沈積される。誘電体
シート３１の他面上に沈積された第一電極の境界
の一部が３２に示されている。この実施態様にお
いて、また、導入導体が設けられていて、かつ／
または、外側電極の一部が欠けている他の実施態
様において、内側または外側電極の面積は、それ
へ接続されている導体の何れかの部分で第一電極
の一部と正確に一致しているものを含んでおり、
第二と第三の電極間のギヤツプは第一電極の境界
まで拡がるようにされている。すなわち、第３図
に描かれている場合では、ギヤツプ３５の面積
は、内側電極３３への導入導体３６によつて覆わ
れていないところの外側電極内の欠け目３７の面
積の一部を含むように取られている。導入導体３
６，３８の間の距離は、それらの間に余り大き過
ぎる容量的結合が生ずることを避けるのに充分な
くらいにすべきである。外側電極３４内の欠け目
３７もまた、導入導体３６が外側電極と余り大き
過ぎる容量的結合を有せぬように充分に広くすべ
きである。 第４図は、誘電体シート４１に、ギヤツプ４５
で隔てられて円形の内側電極４３と環状の外側電
極４４がつけられてある容量装置を描いたもので
ある。外側電極４４の外側直径と同じ直径の正確
に合致する第一電極（図示せず）が誘電体シート
の他面につけられている。 第５図は三角形の容量装置を描いてあり、内側
電極５３とこれに同心の三角形型の外側電極５４
の双方が誘電体シート５１上に、三角形ギヤツプ
５５で隔てられて沈積されているようになつてい
る。外側電極５５の外部周縁は誘電体シートの反
対の面上の第一電極（図示せず）と適合し、正確
に合つている。 第１から５図までによると、第二および第三電
極は誘電体シートへ適用されている。ある改良案
では、これらの電極は誘電体シート上でなく容量
装置と組合された印刷回路基板上に沈積されてい
る。そうしたプリント回路基板で二つの電極付の
ものは、例えば膠付けなどにより、第一電極に正
確に合致して誘電体シートに全体として固定され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による容量装置の実施態様の断
面図である。第２図より第５図までは、各々、本
発明の容量装置の第二および第三電極を示す平面
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一側面に第一電極を有し、その他側面に第一
   電極に対して容量的関係にして第二と第三の電極
   を相互に間を空けて有している誘電体シートから
   なり、該第二と第三の電極のうちの一方（今後
   「外側電極」と呼ぶ）が他方（今後、「内側電極」
   と呼ぶ）の周辺の少なくとも主要部分を取巻くよ
   うな形状になつている容量装置において、内側電
   極の面積の外側電極の面積に対する比が１対0.25
   以上になつていることを特徴とするところの容量
   装置。 ２ 内側電極の面積の外側電極の面積に対する比
   が１対0.5以上になつていることを特徴とすると
   ころの特許請求の範囲第１項記載の容量装置。 ３ 誘電体の一側面上で第一電極が占める面積
   と、他側面上で、第二および第三の電極とそれら
   に介在するギヤツプとを占める面積とは、実質上
   等しく、かつ、正確に重なつていることを特徴と
   するところの特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の容量装置。 ４ 電極が、誘電体シート上に沈積した電導性塗
   装により形成されることを特徴とするところの特
   許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか一項に記
   載の容量装置。 ５ 該第一の電極は電導性酸化錫塗装から構成さ
   れていることを特徴とするところの特許請求の範
   囲第４項記載の容量装置。 ６ 該誘電体シートがガラス製であることを特徴
   とするところの特許請求の範囲第１項乃至第５項
   の何れか一項に記載の容量装置。 ７ 該誘電体ガラスシートの厚みが３mmから６mm
   の間であることを特徴とするところの特許請求の
   範囲第６項記載の容量装置。 ８ 該ガラスシートが焼入れされたものであるこ
   とを特徴とするところの特許請求の範囲第６また
   は７項記載の容量装置。