特開 2018-163807 感圧式静電スイッチ及び電気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-163807(P2018-163807A)

(43)【公開日】2018年10月18日

(54)【発明の名称】感圧式静電スイッチ及び電気装置

(51)【国際特許分類】

   H01H 13/00 20060101AFI20180921BHJP

   H01H 13/02 20060101ALI20180921BHJP

【ＦＩ】

   H01H13/00 B

   H01H13/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-60499(P2017-60499)

(22)【出願日】2017年3月27日

(71)【出願人】

【識別番号】000102500

【氏名又は名称】ＳＭＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082762

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 正知

(74)【代理人】

【識別番号】100123973

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 拓真

(72)【発明者】

【氏名】南部 元俊

【テーマコード（参考）】

5G206

【Ｆターム（参考）】

5G206AS36H

5G206AS36K

5G206AS46H

5G206AS46K

5G206CS04K

5G206CS11H

5G206DS02H

5G206GS14

5G206HS22

5G206HU50

5G206HU64

5G206KS07

5G206KS57

5G206KU36

5G206QS04

5G206RS04

5G206RS06

5G206RS14

5G206RS24

(57)【要約】      （修正有）

【課題】不用意に指を近づけるだけで意図しない入力が行われず、操作領域を有する導電板を使用した感圧式静電スイッチを提供する。
【解決手段】操作領域を有し、交流信号発生部が発生した交流信号が供給される導電板と、前記導電板に対して対向するように配される電極と、前記導電板と前記電極との間に介在される弾性体とを有する感圧式静電スイッチである。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作領域を有し、交流信号発生部が発生した交流信号が供給される導電板と、
前記導電板に対して対向するように配される電極と、
前記導電板と前記電極との間に介在される弾性体と
を有する感圧式静電スイッチ。

【請求項2】

前記交流信号発生部を含むコントローラと前記導電板とが接続されている
請求項１に記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項3】

前記交流信号発生部を含むコントローラと前記導電板とが、前記交流信号に対するインピーダンスを増加させる素子を介して接続されている
請求項２に記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項4】

前記素子は、抵抗である
請求項３に記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項5】

前記コントローラを有する
請求項１〜４の何れに記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項6】

前記コントローラは、初期状態において前記電極で検出される検出信号のレベルと、前記導電板に対する操作がなされた操作状態において前記電極で検出される検出信号のレベルとに基づいて、前記操作がなされた操作箇所を検出する検出部を有する
請求項５に記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項7】

前記検出部は、初期状態において複数の前記電極のそれぞれで検出される検出信号のうち、レベル変化が最も大きい検出信号が検出された電極に対応する領域を、前記操作箇所として検出する
請求項６に記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項8】

前記検出部は、初期状態において前記電極で検出される検出信号のレベルの低下を検出することにより前記導電板に対する操作体の接近を検出する
請求項６または７に記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項9】

前記導電板は、金属板により構成されて成る
請求項１〜８の何れかに記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項10】

前記導電板は、絶縁部材と前記絶縁部材のおける少なくとも前記電極と対向する箇所に形成された導電層とを備える
請求項１〜８の何れかに記載の感圧式静電スイッチ。

【請求項11】

請求項１〜１０の何れかに記載の感圧式静電スイッチを有する電気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、感圧式静電スイッチ及び電気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、モバイル機器や携帯電話機器、カーナビゲーション装置などが備える液晶表示素子等の表示素子上に、操作入力を検出するためのタッチスイッチが配置されたタッチパネル（タッチスクリーンなどとも称される）が広く普及している。タッチスイッチの一つの方式として、静電容量方式のタッチスイッチが提案されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

【0003】

静電容量方式のタッチスイッチの原理について、図１を参照して概略的に説明する。図１に示すように、一般的なタッチスイッチ１は、絶縁体の操作パネル２と電極３が形成された回路基板４とが対向配置されている。タッチスイッチ１では、指Ｆを近づけた場合の電極３と指Ｆとの静電容量変化を捉えることにより、タッチ操作がなされたこと及び操作がなされた箇所を検出する。そして、検出に応じた処理がなされることにより、タッチスイッチ１がスイッチとして機能する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−１３４２７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

タッチスイッチ１のような一般的な静電容量方式のタッチスイッチは、指Ｆを操作パネルに近接させる若しくは指を操作パネルに軽く接触させるだけで入力が可能となり、操作性を向上させることができる。一方で、不用意に指を近づけるだけで意図しない入力（処理）が行われてしまうという問題があった。また、静電容量の変化を捉えることができない理由により操作パネルの材料として金属等の導電体を使用することができないという問題があった。このため、特許文献１に記載されているように、絶縁材に金属粒子を添加して金属調とすることができるに留まり、美観、デザイン性や質感の向上、タッチスイッチの用途等に限界が画されてしまうという問題があった。

【0006】

したがって、本発明の目的の一つは、操作領域に金属等の導電板を使用可能とした感圧式静電スイッチ及び当該感圧式静電スイッチを有する電気装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、例えば、
操作領域を有し、交流信号発生部が発生した交流信号が供給される導電板と、
導電板に対して対向するように配される電極と、
導電板と電極との間に介在される弾性体と
を有する感圧式静電スイッチである。
また、本発明は、上述した感圧式静電スイッチを有する電気装置であってもよい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、感圧式静電スイッチの操作領域に金属等の導電板を使用できる。また、指等が近接または接触しただけで意図しない入力がなされてしまうことを防止することができる。なお、本明細書において例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一般的な静電容量方式のタッチスイッチを説明するための図である。

【図2】図２Ａは、第１実施形態に係る感圧式静電スイッチの外観例を示す図であり、図２Ｂは、第１実施形態に係る感圧式静電スイッチの構成例を示す図である。

【図3】図３Ａは、第１実施形態に係る導電板を示す図であり、図３Ｂは、第１実施形態に係る回路基板を示す図であり、図３Ｃは、第１実施形態に係る弾性体を示す図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る感圧式静電スイッチの構成例を示す図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る感圧式静電スイッチの電気的な構成例を示す図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る感圧式静電スイッチに対する操作例を示す図である。

【図7】図７は、第１実施形態に係る感圧式静電スイッチの等価回路を示す回路図である。

【図8】図８Ａ及び図８Ｂは、電極で検出される検出信号のレベル変化を模式的に示した図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係る感圧式静電スイッチの電気的な構成例を示す図である。

【図10】図１０は、第２実施形態に係る感圧式静電スイッチの等価回路を示す回路図である。

【図11】図１１は、変形例の説明図である。

【図12】図１２Ａ及び図１２Ｂは、変形例の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。説明は以下の順序で行う。
＜１．第１実施形態＞
＜２．第２実施形態＞
＜３．変形例＞
但し、以下に示す実施形態等は、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明は例示された構成に限定されるものではない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものではない。特に、実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置、上下左右等の方向の記載等は特に限定する旨の記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがあり、また、図示が煩雑となることを防止するために、参照符号の一部のみを図示する場合もある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一つの部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一つの部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

【0011】

＜１．第１実施形態＞
「感圧式静電スイッチの全体構成について」
図２Ａは、本発明の第１実施形態に係る感圧式静電スイッチ（感圧式静電スイッチ１０）の外観例を示す斜視図である。図２Ａに示すように、感圧式静電スイッチ１０は、例えば全体として薄板状を成している。

【0012】

図２Ｂは、感圧式静電スイッチ１０の構成例を説明するための図（断面的に示した図）である。感圧式静電スイッチ１０は、導電板２０と、回路基板３０と、弾性体４０とを有している。導電板２０の一面が操作領域面２１ａとされており、図２Ｂの上方から指、ペン等の操作体により操作領域面２１ａに対する押圧操作（押下操作）がなされる。導電板２０には、具体的な操作領域を示す加工が施されており、これらが参照符号２２ａ、２２ｂ・・２２ｅにより適宜簡略化されて示されている。

【0013】

回路基板３０には、所定数（本実施形態では、５個）の電極３１（３１ａ、３１ｂ・・３１ｅ）が形成されており、これらの電極３１が導電板２０の対向面２１ｂ（操作領域面２１ａと反対側の面）と対向するように配されている。

【0014】

導電板２０と回路基板３０との間に弾性体４０が介在している。弾性体４０には、例えば開口４１（４１ａ、４１ｂ・・４１ｅ）が形成されている。本実施形態における感圧式静電スイッチ１０は、導電板２０と弾性体４０とが両面等テープ等により接着されており、導電板２０が弾性体４０により支持された構成を成している。

【0015】

「導電板について」
次に、感圧式静電スイッチ１０の各部について図３Ａ乃至図３Ｃを参照して詳細に説明する。図３Ａは、第１実施形態に係る導電板２０を示す図である。導電板２０は、アルミニウム、ステンレス等の金属から構成されており、全体として薄板状を成す金属板である。導電板２０は、押圧操作により対向面２１ｂ側がやや凸になるように撓む程度の厚み（例えば、０．３〜０．５ｍｍ（ミリメートル））とされている。

【0016】

感圧式静電スイッチ１０の用途に応じた加工が導電板２０に対して施されることで、ユーザは具体的な操作領域及びその操作領域を押下したときに実行される処理を認識することができる。図３Ａは、感圧式静電スイッチ１０が、オーディオの再生態様を変化させるスイッチとして使用される場合の導電板２０に施される加工例を示している。例えば、オーディオを再生／再生停止するためのボタンを模したボタン加工２２ａと、オーディオ再生を早送りするためのボタンを模したボタン加工２２ｂと、次の曲（トラック）に遷移するための曲送りボタンを模したボタン加工２２ｃと、オーディオ再生を戻すためのボタンを模したボタン加工２２ｄと、前の曲（トラック）に遷移するための曲戻しボタンを模したボタン加工２２ｅが導電板２０に対して施されている。

【0017】

本実施形態では、導電板２０に貫通孔を形成することで各ボタン加工２２が施されている。この貫通孔を介して後述する発光素子が発光した光をユーザが視認することができる。すなわち、導電板２０が有するボタン加工２２が光透過部として機能している。

【0018】

「回路基板について」
次に、第１実施形態に係る回路基板３０について説明する。図３Ｂは、第１実施形態に係る回路基板３０を示す図である。回路基板３０には、導電板２０における操作領域と対向する位置若しくは当該位置の近傍の位置に矩形状の電極３１が形成されている。

【0019】

さらに、本実施形態に係る回路基板３０には発光素子が設けられている。発光素子は、例えばＬＥＤ(Light Emitting Diode)から構成されており、例えば導電板２０における操作箇所に対応した数の５個のＬＥＤ３２（３２ａ、３２ｂ・・３２ｅ）が回路基板３０に設けられている。ＬＥＤ３２は、ＬＥＤ３２が発光（出射）した光が開口４１及びボタン加工２２を介してユーザが視認できる位置に設けられており、一例として電極３１の近傍に設けられている。例えば、略矩形の電極３１ａの中央にＬＥＤ３２ａが設けられている。同様に、他の電極の略中央にＬＥＤがそれぞれ設けられている。ＬＥＤ３２は、マイクロコンピュータ等の図示しない制御回路に接続されており、当該制御回路によりＬＥＤ３２を点灯／消灯させる制御が行われる。

【0020】

「弾性体について」
次に、第１実施形態に係る弾性体４０について説明する。図３Ｃは、第１実施形態に係る弾性体４０を示す図である。弾性体４０は、厚みが１．０〜数ｍｍ程度の薄板状のゴムシート等により構成されている。弾性体４０は、押圧操作に応じて局所的に変形し、押圧操作後に変形箇所が復元するものであればゴムに限定されるものではない。弾性体４０には、導電板２０における操作領域に対応する位置に円形の開口４１が形成されている。

【0021】

図４は、上述した導電板２０、回路基板３０及び弾性体４０が積層するように配置され一体化された感圧式静電スイッチ１０を導電板２０側から見た図である。例えば、導電板２０におけるボタン加工２２ａが施された位置と対向する位置に電極３１ａ及びＬＥＤ３２ａが配されており、ボタン加工２２ａと電極３１ａ等との間に弾性体４０の開口４１ａが位置している。また、例えば、導電板２０におけるボタン加工２２ｂが施された位置と対向する位置に電極３１ｂ及びＬＥＤ３２ｂが配されており、ボタン加工２２ｂと電極３１ｂ等との間に弾性体４０の開口４１ｂが位置している。他の箇所についても同様である。ボタン加工２２の箇所に対する押圧操作がなされると、押圧操作がなされた箇所の直下に位置するＬＥＤ３２が発光する。ＬＥＤ３２からの光が開口４１及びボタン加工２２を透過する。ユーザは、この光を視認することで入力が受け付けられたことを認識することができ、感圧式静電スイッチ１０を照光式スイッチとして動作させることが可能となっている。

【0022】

「感圧式静電スイッチの電気的な構成について」
図５は、感圧式静電スイッチ１０の電気的な構成例を示す図である。接地電位（グランド）とした低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣが、コントローラとしてのＳｏＣ(System on Chip)５０に接続されている。ＳｏＣ５０は、例えば回路基板３０に実装されたチップ上にＣＰＵ（Central Processing Unit）５１等が集積された集積回路である。

【0023】

ＳｏＣ５０は、その機能として上述したＣＰＵ５１の他に、アナログマルチプレクサ５２と、増幅回路５３と、Ａ／Ｄ(Analog to Digital)５４と、交流信号発生部としての発振回路５５とを有している。ＣＰＵ５１は、ＳｏＣ５０の各機能を制御するとともに、導電板２０において操作がなされた箇所を検出する検出部として機能する。アナログマルチプレクサ５２は、電極３１ａ〜３１ｅにおいて検出される交流信号（電圧信号）を選択的に増幅回路５３に供給するものである。増幅回路５３は、アナログマルチプレクサ５２から入力される交流信号を所定の増幅率でもって増幅し、Ａ／Ｄ５４に出力する回路である。Ａ／Ｄ５４は、増幅回路５３から供給される交流信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、ＣＰＵ５１に出力する回路である。発振回路５５は、交流信号（例えば、方形波）Ｓ１を生成、出力する回路である。交流信号の周波数は、例えば、９０〜１００ｋＨｚ程度である。なお、図示はしていないが、上述したＬＥＤ３２の点灯／消灯を制御する制御回路をＳｏＣ５０が有する構成としてもよい。

【0024】

ＳｏＣ５０（具体的には発振回路５５）が導電板２０と接続されており、発振回路５５から出力された交流信号Ｓ１が導電板２０に供給されるように構成されている。

【0025】

「感圧式静電スイッチの動作例」
次に、図５に加え、図６〜図８も参照して、感圧式静電スイッチ１０の動作例について説明する。図５では、導電板２０と各電極３１との間の静電容量Ｃ（Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄ、Ｃｅ）が模式的に示されている。静電容量Ｃ［Ｆ(ファラド)］は、下記の数式（１）により求めることができる。

【0026】

【数1】

【0027】

なお、数式（１）におけるＳは電極の面積［ｍ²］、ｄは金属板間距離［ｍ］を示している。またε₀は真空の誘電率(８．８５４・１０^-12)であり、ε_rは比誘電率であり空気の場合は、ε_r≒１．０である。

【0028】

数式（１）において、Ｓ、ε₀、ε_rは一定の値である。押圧操作により距離ｄのみが変化し、この変化により静電容量Ｃも変化する。

【0029】

図６に示すように、例えば、導電板２０におけるボタン加工２２ａが施された操作領域に対して押圧操作がなされたとする。この押圧操作は、導電板２０を所定以上撓ますことができる程度の力を必要とする操作である。このように感圧式静電スイッチ１０は、近接または触れるだけでは反応しないスイッチである。

【0030】

導電板２０における押圧操作がなされた箇所（以下、操作箇所と適宜称する）が撓み、それに連動して操作箇所の下方付近に位置する弾性体４０が撓む。導電板２０における操作箇所が撓むことで、当該操作箇所と電極３１ａとの間の距離が変化し、その間の静電容量が変化する。具体的には、数式（１）における距離ｄが小さくなることから静電容量Ｃａが増加する。

【0031】

図７は、感圧式静電スイッチ１０の等価回路である。本実施形態における感圧式静電スイッチ１０は、導電板２０に対して交流信号Ｓ１が供給されており、導電板２０が電気的に振動されている。信号レベル（交流電圧）がＶ_Pの交流信号Ｓ１が導電板２０及び電極３１間の静電容量Ｃを介して電極３１で受けられ、ＳｏＣ５０に入力される。ＳｏＣ５０に入力された交流信号の信号レベルであるＶ_OがＣＰＵ５１により検出される。図７の回路における抵抗Ｒは、終端抵抗である。

【0032】

図７の回路に流れる電流を電流ｉ₁とすると、電流ｉ₁は、下記の数式（２）で表すことができる。なお、ｊは虚数単位、ωは各周波数２πｆ（ｆは周波数）である。

【0033】

【数2】

【0034】

ＳｏＣ５０に入力される交流信号の信号レベルをＶ_oとすると、Ｖ_oは下記の数式（３）により表すことができる。

【0035】

【数3】

【0036】

数式（３）を変形することにより下記の数式（４）が導かれる。

【0037】

【数4】

【0038】

数式（２）及び数式（４）により下記の数式（５）が導かれる。

【0039】

【数5】

【0040】

数式（５）を変形することにより下記の数式（６）が導かれる。

【0041】

【数6】

【0042】

数式（６）から、静電容量Ｃが大きくなると、ＣＰＵ５１で検出される交流信号の信号レベルであるＶ_Oが大きくなる。

【0043】

図８は、電極３１で検出される交流信号を模式的に示した図である。図８Ａは、初期状態において、例えば電極３１ａで検出される交流信号（検出信号）を示している。なお、初期状態とは、導電板２０に対して操作や人体の接近がなされていない状態である。

【0044】

図８Ｂは、電極３１ａに対応する操作領域（ボタン加工２２ａの箇所）に対する押下操作がなされた操作状態において、電極３１ａで検出される交流信号（検出信号）を示している。上述したように、押下操作に応じて導電板２０及び電極３１ａ間の静電容量Ｃａが増加する。静電容量Ｃａの増加に伴って、図８Ｂに示すように電極３１ａで検出される交流信号の信号レベルが初期状態で検出される交流信号の信号レベルより大きくなる。ＣＰＵ５１は、この信号レベルの変化（増加）を検出することによりボタン加工２２ａの箇所を押下操作がなされた操作箇所として検出する。

【0045】

なお、押下操作がなされた際の導電板２０の変形（撓み）により電極３１ａの周囲の電極（例えば、電極３１ｂや電極３１ｄ）で検出される交流信号の信号レベルも大きくなり得る。しかしながら、操作に応じて導電板２０が最も変形した箇所の電極（本例では電極３１ａ）の交流信号のレベル変化が最も大きくなる。ＣＰＵ５１は、アナログマルチプレクサ５２を制御して電極３１を切り替え、各電極における交流信号のレベル変化を検出する。そして、レベル変化が最も大きくなる交流信号、換言すれば、信号レベルが最も増加した交流信号が検出された電極に対応する箇所を操作箇所と判断する。以上が第１実施形態における感圧式静電スイッチ１０の動作例である。

【0046】

「効果」
第１実施形態によれば、例えば、下記の効果が得られる。導電板２０と回路基板３０との間に弾性体４０が介在しない場合には、操作箇所と電極３１との間の静電容量の変化が小さくその変化を検出することが困難である。しかしながら、弾性体４０を介在させることにより、押圧操作がなされたことによる操作箇所と他の箇所との相対的な位置の変位を大きくすることができ、操作箇所における静電容量の変化を大きくすることができる。したがって、操作箇所と電極３１との間の静電容量の変化を確実に検出することができ、当該操作箇所を正確に特定することができる。

【0047】

さらに、本実施形態では、操作領域（ボタン加工２２ａ）に対応した位置、具体的には、ボタン加工２２ａの直下に開口４１ａが位置し、スペースが形成された構成としている。このため、操作箇所が他の箇所に比べてより撓むようにすることができる。このため、操作箇所と他の箇所との相対的な位置の変位をより大きくすることができ、操作箇所における静電容量の変化をより大きくすることができる。

【0048】

操作箇所が検出されると、図示しない制御回路によりＬＥＤ３２ａを発光（点灯）させる制御が実行される。弾性体４０には開口４１ａが形成され、且つ、導電板２０には貫通孔であるボタン加工２２ａが形成されているので、ＬＥＤ３２ａが発光した光をユーザが視認することができ、あたかもボタン加工２２ａが点灯したように感じることができる。

【0049】

第１実施形態に係る感圧式静電スイッチによれば、操作領域に金属等から成る導電板を使用することができる。このため、美観、デザイン性、質感等を従来よりも向上させることができ、タッチスイッチとしての用途を拡大することができる。また、導電板を撓ますことができる程度の一定以上の力が入力操作に必要とされるため、指等を不用意に近づけることにより誤入力がなされてしまうことを防止することができる。さらに、上述した第１実施形態で説明された作用効果を奏するために特別な部品を多数使用する必要もなく、シンプルな構成の感圧式静電スイッチにより本発明を実現することができる。また、操作領域に金属等から成る導電板を使用した感圧式静電スイッチにおける新たな駆動方法を提供することができる。

【0050】

＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第２実施形態に適用することができる。第２実施形態は、第１実施形態における導電板２０に対する操作体の接近をより効果的に検出するための構成を有する感圧式静電スイッチの例である。

【0051】

「電気的な構成について」
図９は、第２実施形態に係る感圧式静電スイッチ（感圧式静電スイッチ１０Ａ）の電気的な構成例を示している。感圧式静電スイッチ１０Ａの構成において、第１実施形態に係る感圧式静電スイッチ１０の構成と異なる点は、ＳｏＣ５０の発振回路５５と導電板２０との間に、交流信号Ｓ１に対するインピーダンスを増加させる素子が接続されている点である。本実施形態では、交流信号Ｓ１に対するインピーダンスを増加させる素子として抵抗Ｒ_Iが使用されている。

【0052】

感圧式静電スイッチ１０Ａの基本的な動作（操作箇所を検出する動作）は、感圧式静電スイッチ１０と同様であるので重複した説明を省略する。感圧式静電スイッチ１０Ａは、導電板２０に対する操作体の接近を検出する。本実施形態では、操作体として例えば人体ＨＡ（具体的には手）を例に説明するが、スタイラスペン等であってもよい。

【0053】

「感圧式静電スイッチの動作例」
図１０は、感圧式静電スイッチ１０Ａの導電板２０に人体ＨＡが接近した場合の等価回路を示している。図１０に示す回路を参照して、感圧式静電スイッチ１０Ａの動作例について説明する。人体ＨＡは、体を通じて接地されているとみなすことができる。交流信号Ｓ１の信号レベルをＶ_Iとし、導電板２０に接近した人体ＨＡと導電板２０との間に生じる浮遊容量を浮遊容量Ｃ_Mとすると、抵抗Ｒ_I及び浮遊容量Ｃ_Mを介して人体ＨＡ側に流れる電流ｉ₂は、下記の数式（７）により表すことができる。

【0054】

【数7】

【0055】

また、導電板２０における電圧Ｖ_pは、下記の数式（８）により表すことができる。

【0056】

【数8】

【0057】

数式（８）を変形することにより、下記の数式（９）が導かれる。

【0058】

【数9】

【0059】

数式（７）及び数式（９）により、下記の数式（１０）が導かれる。

【0060】

【数10】

【0061】

数式（１０）を変形することにより、下記の数式（１１）が導かれる。

【0062】

【数11】

【0063】

数式（１１）より、人体ＨＡが導電板２０に近づき浮遊容量Ｃ_Mが増加すると、導電板２０における交流信号の信号レベルであるＶ_Pが小さくなる。これに伴って、第１実施形態で説明した数式（５）に基づいて、ＣＰＵ５１で検出される交流信号の信号レベルであるＶ_Oも小さくなる。すなわち、ＣＰＵ５１が、初期状態（人体ＨＡが導電板に近づいておらず、Ｖ_I＝Ｖ_Pの状態）で検出される交流信号の信号レベルの低下を検出することにより、人体ＨＡが導電板２０に接近したことを検出することができる。反対に、一度低下した交流信号の信号レベルが回復したことをもって、導電板２０から人体ＨＡが離れたことを検出することができる。なお、外乱ノイズ等を考慮して、ＣＰＵ５１は、閾値以上の信号レベルの低下があった場合に人体ＨＡが導電板２０に接近したと判断するようにしてもよい。

【0064】

感圧式静電スイッチ１０Ａは、導電板２０に対する人体ＨＡの接近に応じた処理を行う。例えば、ＣＰＵ５１は、導電板２０に人体ＨＡが接近したことを検出すると、ＬＥＤ３２の制御回路を動作させて、ＬＥＤ３２（例えば、５個全てのＬＥＤ３２ａ〜３２ｅ）を一時的に発光させる処理を行う。これにより、導電板２０に手を近づけたユーザは、感圧式静電スイッチ１０Ａが反応したことを認識することができる。

【0065】

他の処理例として、導電板２０に対する人体ＨＡの接近に応じて感圧式静電スイッチ１０Ａの動作状態が遷移するようにしてもよい。例えば、ＳｏＣ５０が有する機能のうち最低限の機能のみを動作させた状態（スリープ状態）から、ＳｏＣ５０が有する各機能を動作させた状態（ウェイクアップ状態）に状態遷移させる処理が、導電板２０に対する人体ＨＡの接近をトリガーとして行われてもよい。これにより感圧式静電スイッチ１０Ａの省電力化を図ることができる。

【0066】

以上説明した第２実施形態によれば、操作領域を有する導電板に対する人体の接近を検出することができる。なお、第１実施形態に係る感圧式静電スイッチにおいても同様にして導電板に対する人体の接近を検出することができるものの、抵抗Ｒ_Iを挿入することにより電極で検出される交流信号のレベル変化をより正確に検出することができる。

【0067】

「応用例」
本発明は、上述した感圧式静電スイッチ１０、１０Ａを備える電気装置として実現することができる。感圧式静電スイッチ１０、１０Ａが組み込まれる電気装置としては、例えば、一定以上の力での押圧操作が必要とされる装置、換言すれば、安全性等の観点から近接または触れるだけで入力がなされてしまうのが不向きな機器を挙げることができる。このような電気装置として、具体的には、冷蔵庫、ガスやＩＨ型キッチン、電子レンジ等の調理機器、ポット、車載装置、照明機器、扇風機等の空調機器、食器乾燥機等を挙げることができる。

【0068】

＜３.変形例＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく各種の変形が可能である。

【0069】

導電板２０は、金属板に限定されることはない。例えば、図１１に示すように、薄板状の絶縁部材２３と当該絶縁部材２３における少なくとも電極３１と対向する箇所に形成された導電層２４とを備えたものでもよい。導電層２４は、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜により形成することができる。導電層２４が発振回路５５に接続される。なお、図１１に示すように、導電層２４は、絶縁部材２３の電極３１と対向する対向面全体にわたって形成されていてもよい。絶縁部材２３は、板状、フィルム状その形状は任意の形状とすることができる。なお、この場合、絶縁部材２３をガラス、アクリル等の光透過性部材により構成することにより、導電板２０全体を光透過部として機能させることができる。すなわち、光透過部は導電板２０に形成された貫通孔に限定されるものではない。また、導電板２０が光透過部を有しない構成でもよい。
上述した実施形態において、導電板２０における操作領域の数は適宜、変更することができる。また、導電板２０における操作領域を識別するための手段（識別手段）は、ボタン加工２２のような貫通孔に限定されることはなく、装飾シート等を貼付するようにしてもよいし、導電板２０をプレス加工してもよいし、これらを組み合わせたものでもよい。また、導電板２０における操作領域は、上述した識別手段を含んでいなくてもよいし、導電板２０全体が操作領域とされていてもよい。識別手段は、矩形、三角等の単純な形状でもよく、操作領域を押下したときに実行される処理を示すものでなくてもよい。

【0070】

上述した実施形態では、回路基板３０における電極３１を略矩形の形状として示しているが、円形、楕円形、三角形等、その形状は適宜変更することができる。
上述した実施形態では、導電板２０における操作領域（ボタン加工２２）の数と電極３１の個数とが一致しているが、それらの数が必ずしも一致している必要はない。複数の電極が１つの操作領域に対応するようにしてもよい。
回路基板３０に設けられる発光素子の種類や個数、発光態様は適宜変更することができ、また、発光素子が回路基板３０に設けられていなくてもよい。また、発光素子が操作の有無に関わらず電源がオンされたときから常に点灯するようにしてもよい。

【0071】

弾性体４０の開口４１は、円形に限らず図１２Ａに示すように矩形でもよいし、楕円形、三角形等、その形状は適宜、変更することができる。また。開口４１に代えて、導電板２０から回路基板３０に向かう方向に凹となる凹部が弾性体４０に形成されていてもよいし、図１２Ｂに示すように、それら開口や凹部がない一様な平面のものでもよい。
弾性体４０は、ゴムに限定されることはなく、バネ、スポンジ等を使用することも可能である。例えば、弾性体４０として複数のバネが使用される場合には、それら複数のバネを電極３１の近傍にそれぞれ配設するようにしてもよい。

【0072】

上述した感圧式静電スイッチ１０、１０Ａは、オン／オフのスイッチに限定されるものはない。例えば、導電板２０の撓み量に応じた静電容量の変化を段階的に検出し、静電容量の段階的な変化に伴う信号レベルの変化に応じて、ＬＥＤ３２の発光強度や色等が段階的に変化するようにしてもよい。

【0073】

また、上述した感圧式静電スイッチ１０、１０Ａは、操作領域を一列に配置しているが、操作領域を複数の列に、すなわち、２次元的に配置してもよい。

【0074】

感圧式静電スイッチ１０、１０Ａの形状は薄板状に限定されることはなく、円筒形、球形等適宜な形状により構成することもできるし、それに応じて導電板２０等の形状も適宜な形状により構成することができる。また、感圧式静電スイッチ１０、１０Ａを縦向きや斜めに配置して水平方向や斜め方向に押圧操作がなされるようにしてもよい。この場合、感圧式静電スイッチ１０、１０Ａの各構成（導電板２０、回路基板３０及び弾性体４０等）が所定の支持部材により支持される構成でもよい。

【0075】

回路基板３０にバイブレータやアクチュエータを配設し、押圧操作に応じて当該操作がなされた箇所を振動等させるフィードバック動作が行われるようにしてもよい。

【0076】

上述した実施形態において、導電板２０に供給される交流信号は矩形波に限定されるものではなく、サイン波（ｓｉｎ波）等であってもよい。また、ＳｏＣ５０が有する機能が追加されてもよく、例えば、ＳｏＣ５０が積分回路の機能を有していてもよい。さらに、第２実施形態において、抵抗Ｒ_Iは、インダクタ等の他の素子やこれらの素子を組み合わせたものであってもよい。

【0077】

上述の実施形態及び変形例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよく、公知のもので置き換えることも可能である。また、実施形態及び変形例における構成、方法、工程、形状、材料及び数値などは、技術的な矛盾が生じない範囲において、互いに組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0078】

１０，１０Ａ・・・感圧式静電スイッチ、２０・・・導電板、３１・・・電極、４０・・・弾性体、５０・・・ＳｏＣ、５１・・・ＣＰＵ、５５・・・発振回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】