JPH04140916A - 発振式タッチスイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 零発吋は、主として医療、福祉関連施設等において用い
られ、筋萎縮性情索硬化書、進行性筋ジストロフィなど
の患者のような、重度の身体障害者がナースコールその
他の機器の押しボタン操作をするのと同等の操作をする
ために開発されたもので、まぶたや舌、あご等の皮膚を
接触することにより動作する皮膚接触型スイッチにかか
る発振式タッチスイッチに関する。

（従来の技術） 従来より、一般に用いられている皮膚抵抗検出形または
誘導電圧検出形タッチスイッチをナースコールに用いた
例は既に提案されている。

また、これら以外にも、発振式タッチスイッチも、一部
には知られている。

第６図は従来の発振式タッチスイッチのブロック図であ
る。この種の従来の構造は、タッチ電極６１、発振器６
２、検出回路６３および波形整形回路６４から構成され
ている。６５は電源１．６８は出力部を示す。

（発明が解決しようとする課題） 一般に用いられている皮膚抵抗検出形またば誘ｉｉｉ圧
検出形タッチスイッチを用いた構成のものを使用する場
合においては、電源ハム等の変化の影響を常に受けるた
め、その動作を２４時間連続で安定に１ｊわせることは
困難であり、さらに、本発明の主たる利用分野である医
療関連施設等においては、心電図、脳波針１、他のＭＥ
機器と併用することが多いシこもかかわらす′、これら
機器と併用した場合には、これら機器と同−帯ｍ（づ近
の電気信号庖扱うため、これら機器の雑音除去の能等の
影ｖＩを受けるなどにより誤動作Ｌ２不都合を牛！ニア
る欠点を伴っている。

一部に知られている従来の発振式タソナス・イ・７・チ
を用いようとした場合は、電気回路士、ての制約のため
に、タッチ電極が発振回路の近傍になｌればならない構
造に限られ、そのために、人体等の細部に近接さゼで設
置する等の用途への使用が不可能４ｍ近い６ 本発明はこのような点に鑑み提案されたもので、その目
的とするとごろは、誤動作を防■し、２かつ２４時間連
続して安定ｃ：ｔ１作する使い易い皮膚接触型の発振式
タッチスイッチを提供する。：、ａ：ｅある。

（課題を解決するための１段） 本発明はＬ記の目的を達成するために、物体の接触によ
り静電容置が変化する−・個または複＠個のタッチ電極
と、これらのタッチ電極におのおの接続され、それらお
のおののｎ電容且の変化を伝送する一本または複数本の
表面を絶縁した導線と、この表面を絶縁した導線すべて
と接続され、これらの表面を絶縁　　導線　物体　近接
　・場合でも静電容置の変化の影響を受けることなく、
いずれか一個以上のタッチ電極におりる静電容置の変化
のみにより発振回路の発振振幅を変化さセるために、長
波ないＩ２巾波帯域の発振を行・）よ・）にさゼた発振
器と、この発振器の出力側に接続され、その出力を検出
する検出回路と、この検出回路の出力側に接続され、そ
の出力のオン、オフ状態を切り分ける波形整形回路と、
この波形整形回路を介牝、ての、出力信号を積分し、一
定時間物体が接触した場合にのみ出力を送出５る誤操作
防止回路とを備えて構成したことに特徴を有し５ている
。

（作用） 本発明は１妃のようにして構成し、た発振式夕５・チス
イッチであるため、前述の単なる一般のタッチスイッチ
とは異なり、電源ハム等の影響を賀壱ノないので、人体
が検出部に接触することを２４時間連続で安定して正確
に検出し、さらに、本発明の主たる利用分野である医療
関連施設等において使用される事の多い心電図、１波計
、他のＭＥ＆１器と併用し７ても１、これら＠器とは異
なる周波数帯の電気信号を扱うよつにしたため、これら
ｆｌｌｌ、Ｈからの影響を受けで誤動作することも生じ
ない作用を有するものである。

また、前述の−・部に知られるｉｆ来の発振式タッチス
イッチでは７６発振回路の近傍にタッチ電極がなＩ′ｊ
ればならないが、本発明ではタッチ電極と発振器ｌを分
離し１、これらを表面を絶縁した導線で接続Ｌ２で構成
し５、この表面を絶縁した導線に物体が近接した場合で
も静電容置の変化の影響を９′Ｂ・することなく、タッ
チ電極における静電容量の変化のみＶより発振回銘の発
振振幅を変化させるために、発振器の発振周波数を長波
ないし中波帯とシ７，４タッチ電極を小型軒量として本
体から阿れた構成としたため７、検出部分が非常に小型
でなげればならない用途であっても容品に使用可能とし
５、このためｔこ人体等の複数の細部に近接して設置す
る専一の用途へ、の使用を可能とし２、扱い５．いもの
とし、ている。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例は
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変ψあるいは改良を行いうること巳ｊ言・うま
でもない。

第１図は本発明の実施例における発振式タッチスイッチ
のブロック図、第２図は第１図における回路図、第３図
はタッチ電極とアース間の静電容量を説明する説明図、
第４図は誤操作防止回路の各部のタイムチャートである
。

図において、ｌａ、ｌｂ、Ｉｃ・・は物体の接触により
静電容量が変化するタッチ電極であり、６ａ・６ｂ・６
Ｃ・・はこれらタッチ電極１ａ、１ｂ、ＩＣ・・におの
おの接続され、それらおのおのの静電容量の変化を伝送
する表面を絶縁した導線、２はこの表面を絶縁した導線
６ａ、６ｂ、６ｃ・・すべてと接続され、これらの表面
を絶縁した導線６ａ、６ｂ、６ｃ・・に物体が近接した
場合でも静電容量の変化の影響を受けることなく、いず
れか一個以上のタッチ電極における静電容量の変化のみ
により発振回路の発振振幅を変化させるために、長波な
いし中波帯域の発振を行うようにした発振器、３はこの
発振器２の出力側に接続され、その出力を検出する検出
回路、４はこの検出回路３の出力側に接続され、その出
力のオン、オフ状態を切り分ける波形整形回路、７はこ
の波形整形回路４を介しての出力信号を積分し、一定時
間物体が接触した場合にのみ出力を送出する誤操作防止
回路、５は発振器２、検出回路３、波形整形回路４、誤
操作防止回路７等に電力を供給する電源、８は誤操作防
止回路７の出力からの出力部でリレーもしくはこれと同
等のものを示す。

ここで、タッチ電極は、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ・・と示した
様に、複数個を並列に接続することが可能であり、これ
らタッチ電極のうち、いずれか一個、もしくは同時に複
数個の電極に、物体の接離による静電容量の変化があっ
た場合、出力部８が動作する樟になっている。

次に動作について説明する。

第２図は第１図における回路図であり、図において、タ
ッチ電極１ａは、金属製の先端部の角が丸くなった円筒
体とし、表面を絶縁した導線６ａにはビニール被覆多芯
銅線を用いる。また、もう一つのタッチ電極１ｂとして
は、表面を絶縁した導線６ｂの先端部のビニール被覆を
剥がしただけのものとする。ただし導線６ｂの先端部の
タッチ電極１ｂが接触する接触片は、人体のまぶたの上
等の皮膚の表面に付着させた小さな金属片等とする０発
振器２はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１石による交
流発振回路を用いている。

この発振回路の方式は、コルピッツ形を応用したタラッ
プ発振回路である。これは一般の無線通ｆＫＦｉ等に広
く用いられている、安定性の高い実績ある方式である。

しかして、待受時、すなわちタッチ電極１ａ、１ｂ共に
人体が触れていない時は、本回路は安定に交流を発振し
続ける。この交流出力信号は検出回路３のダイオード２
ケおよびコンデンサによる倍電圧検波回路により検波さ
れる。これが検出回路３である。これより得られる直流
電圧は、抵抗分圧された後、波形整形回路４のデジタル
ＩＣへ入力され、このデジタルＩＣにより定められたし
きい値以上ならばＨ１以下ならばＬと波形整形されるわ
けであるが、待受時は発振状態としたことにより、ここ
ではＨとなる。

これに対し、人体がタッチ電極１ａまたはＩｂに触れた
時、この人体の静電容量のためにタッチ電極１ａまたは
Ｉｂの静電容量が増大する。

第３図はタッチ電極とアース間の静電容量を説明する説
明図である０人体３３がタッチ電極３１に触れると、電
磁見学の基本法則により、電導体である人体３３は、仮
想接地面３９に対して静電容量Ｃｓとして作用する。こ
の人体３３の静電容量Ｃｓのためにタッチ電極３１の静
電容量が増大する。

ここで第２図に戻り、表面を絶縁した導体６ａまたは６
ｂに人体が近接した場合、発振器２の入力部の容量も若
干増大し、タッチ電極１ａまたは１ｂに人体が触た状態
に近づくわけであるが、本発明では発振器２の発振周波
数を長波ないし中波帯域としたため、これによる影響を
無視できる様にしている。

しかも発振周波数を長波ないし中波帯域とすることによ
り、導線６ａおよび６ｂを単に表面を絶縁しただけのも
のとすることを可能とし、さらにはタッチ電極をｌａ、
１ｂ、ＩＣ・・と並列に設置することも可能としたわけ
である。

さてここで、発振器２０人力部の等価直列容せＣおよび
インダクタンスＬ、、ＦＥＴの相？１′コンダクタンス
ｇｍおよび出力フンダクタンスｇｏｓ、、■。

の損失γ（γ−２冨ｆｔ、、’Ｑ、、ｆは発振周波数１
、Ｑは共振の鋭さ）とおけば、発振器２の発振持続。

条件は、 ｇｏｓ　　　　　　　Ｃ重 Ｉ ト　　　　　−−Ｔ　Ｉ である。この発振持続条件のもとで、人体がタッチ電極
１ａまたは１ｂに触れると、この人体の静電容量のため
にタッチ電極１ａまたは１１）の静電容ｋが増大する。

この場合に発振回路の発振持続条件を満たさなくなる状
態に近づくため、発振振幅が低下する。ＶＣは発振条件
調整のバリコンである。

発振振幅が低１すると、検出回路３の出力電圧が低下す
る。ＶＲＩは感度調整の、１．９１Ｊユーノ４である８
検出ｉｉ′ｉｊ路３の出力型打７が低１ζすると、波形
整形回路４のデジタルＩＣへの入力電圧も、しきい使よ
り下となるため、出力もＩ２となる。以−１，により波
形整形回路４の出力し”、は、タッチ電極１ａまたｔ、
；ｔ　ｉ　ｂに人が触れれば１７、触れなければＨの信
号が得られる。

次に、Ｊ−の１１またはＬの波形整形回路４からの出力
信号は、前後にデジタルＩｃの入７．たＲＣ積分匠路お
よびダイオ・・−ドおよび保護抵抗から成る誤操作防止
回路７−１入力される。

実麗の使用においＣ、タッチＴｉ極１ａまたは１ｂを不
用意に短時間触れてしま・）ような場合があるが、この
樺な場合ρおいても、本発明におけるタッチ電極１ａま
たは１ｂから波形整形回路４までは感度良く正確に動作
してしまう、そこで、本発明ではこの誤操作防止回路７
により、ＲＣ積分回路の時定数で決まる一定時間以↓７
触れ続けた場合のみ出力するようにし、誤伊作なく確実
に動作するようにしでいる。すなわち、Ｎ０７回路で波
形整形回路４の出力を反転し、てＲＣ積分回路に入力し
、ＲＣ積分回路の時定数と次段のし５、きい値により定
まる一定時間を超えて触れ続けた場合のみ出カブる。Ｖ
Ｂ２はＲＣ＠Ｃ回分の特定ｉ調整のボリュームＣある。

第４図は誤操作防止回路の基部のタイム−チャートであ
る。

（イ）は、一般によくありがちな、不安定な状態で夕〕
・チ１ｉ極を触れた場合４例にし、た時の最初の波形整
形後の波形を示している。触れた場合１！：■、触れな
い場合はＬとなる、 （１コ）は、その後に積分回路を介し７た後の波形（〜
点鎖線は５：の後の回路のしきい偵を示す。）を示す。

（ハ）は、出力波形を示し、一定時間φ・−超えで触れ
続けた場合のみ、出力が生１，５るよ・）にしマいる。

なお、（ロ）図において、触れる状態から触れられない
状態に切り換わった時に急、峻な立ドがり特性が得られ
ζいるが、これは、誤操作防止回路７中のＲＣ積分回路
の抵抗に並列に接続さイ゛１．たダイオ〜　ト“によっ
て、充電電荷を会、速に放電さ丑゛ることによるもので
ある。

第５図は他の実施例における発振器の回路構成を示す図
である。図におい”ζ、発振器５２を電歪振動？〜Ｘと
デンタルＩＣにより構成している。電歪振動子Ｘとして
セラミ、・り振動子を用いた場内は、本発明とし、ての
条ｒ＋　、発振周波数を長波ないＩ４．中波帯域とづ゛
る点を渦た４ごとができるＪに安価５、小型に実視する
６二とができるので、本発明にとって好適である。

なお、１第５図の他の実施例においＣは、発振器５２の
発振４る／１１．ないの関係と、波形整形回路４出力の
Ｈ／　Ｉ、の関係とは、デジタルＩｃのＮＯ］゛回路の
使用の有／無により、適当に使い分けできるものとする
。

次に本発明の特徴を示す。

（イ）本発明は発振式タッチスイッチであるため、。

単なる一般のタッチスイッチとは異なり、電源ハム等の
影響を受けないので、人体が検出部に接触する。−とを
２４時間連続、で安定Ｌ　′Ｃ正確に検出１５、さらに
、本発明の土たる利用分野である医療関連施設等におい
て利用される事の多い心電図、脳波計、他のＭＥ機器と
使用しても、これら機器とは異なる周波数帯の電気信号
を扱うようにしたため、これら機器からの影響を受けて
誤動作することも生じない。

（ロ）本発明は一般の発振式タッチスイッチの場合と異
なり、タッチ電極と本体とが離れており、これらの間を
単なる表面を絶縁しただけの導体で接続した構造である
。

すなわち、一般の発振式タッチスイッチは、発振器の近
傍にタッチ電極がなければならないが、本発明の場合は
、先端部が軽量小型であり、本体から離れた構造となっ
ているいため、検出部分が非常に小型でなければならな
い用途にも使用することができる。

もし一般の発振式タッチスイッチを本発明の様な構造の
ものとしたならば、動作が大変不安定なものとなり、タ
ッチ電極と本体間の接続線に人体が近づこうものならま
ず確実に動作が不能となってうまうが、本発明はこのよ
うな構造にもかかわらず、２４時間安定に動作すること
が可能である。

しかも、タッチ電極を並列に設置することが可能である
。

（ハ）本発明の実施例においては発振回路は半導体１石
のみによる構造であり、他の実施例においては発振回路
はデジタルＩＣ１個および電歪発振子１個から成る構成
であり、実施例、他の実施例共に他部分の構成部品数も
大変少ない構成であるため、軽量小型であり、低消費電
力である。

このため、電池動作が可能である。電池動作させた場合
は、 （ａ）フローティング動作であるので、感電事故が簾く
、他のＭＥ機器との併用も万全となる。

（ｂ）無線機器と接続することにより、接続線が１本も
無い状態で使用できる。

（ニ）本発明は誤操作防止回路を使用しているため、医
療の現場で使用する場合等において大変使い易く誤操作
がない。

（発明の効果） 本発明の発振式タッチスイッチは叙上のように、物体の
接触により静電容量が変化する一個または複数個のタッ
チ電極と、これらのタッチ電極におのおの接続され、そ
れらおのおのの静電容量の変化を伝送する一本または複
数本の表面を絶縁した導線と、この表面を絶縁した導線
すべてと接続され、これらの表面を絶縁した導線に物体
が近接しり場合でモ静電宴量の変化の影響を受けること
なく、いずれか一個以上のタッチ電極における静電容量
の変化のみにより発振回路の発振振幅を変化させるため
に、長波ないし中波帯域の発振を行うようにさせた発振
器と、この発振器の出力側に接続され、その出力を検出
する検出回路と、この検出回路の出力側に接続され、そ
の出力のオン、オフ状態を切り分ける波形整形回路と、
この波形整形回路を介しての、出力信号を積分し、一定
時間物体が接触した場合にのみ出力を送出する誤操作防
止回路とを備えて構成したことにより、（イ）本発明の
主たる利用分野である医療関連施設等において使用され
る事の多い心電図、脳波計、他のＭＥ機器と併用しても
、これら機器とは異なる周波数帯の電気信号を扱うよう
にしたため、これら機器からの影響を受けて誤動作が生
じない。

また、誤操作防止回路により、タッチ電極に瞬間的に触
れたことによる誤操作が生じない。

（ロ）電源ハム等の影響を受けないので、人体が検出部
に接触することを２４時間連続で安定して正確に検出す
る。

（ハ）検出部分が非常に小型であるので、人体等の複数
の細部に近接して設置する等の用途への使用を可能とし
、扱い易いものとしてい、る。

等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における発振式タッチスイッチ
のブロック図、 第２図は第１図における回路図、 第３図はタッチ電極とアース間の静電容量を説明する説
明図、 第４図は誤操作防止回路の各部のタイムチャート、 第５図は他の実施例における発振器の回路構成を示す図
、 第６図、は従来の発振式タッチスイ７・千のプロ。 り図である。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、３１．６１・・スソチ電極２．５２
．６２・・・発振器、 ３．６３・・検出回路 ４．６４・・・波形整形回路５ ５．６５・・電源 ６ａ、６ｂ、６ｃ・・・表面を絶縁した導線７・・・誤
操作防止回路 ８．６８・・・出力部 ３３・・・・・人体 ３９・・・・・仮想接地面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 物体の接触により静電容量が変化する一個または複数個
   のタッチ電極と、これらのタッチ電極におのおの接続さ
   れ、それらおのおのの静電容量の変化を伝送する一本ま
   たは複数本の表面を絶縁した導線と、この表面を絶縁し
   た導線すべてと接続され、これらの表面を絶縁した導線
   に物体が近接した場合でも静電容量の変化の影響を受け
   ることなく、いずれか一個以上のタッチ電極における静
   電容量の変化のみにより発振回路の発振振幅を変化させ
   るために、長波ないし中波帯域の発振を行うようにさせ
   た発振器と、この発振器の出力側に接続され、その出力
   を検出する検出回路と、この検出回路の出力側に接続さ
   れ、その出力のオン、オフ状態を切り分ける波形整形回
   路と、この波形整形回路を介しての、出力信号を積分し
   、一定時間物体が接触した場合にのみ出力を送出する誤
   操作防止回路とを備えることを特徴とした発振式タッチ
   スイッチ。