特開 2024-75398 操作装置

(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】P2024075398

(43)【公開日】2024-06-03

(54)【発明の名称】操作装置

(51)【国際特許分類】

   H01H 36/00 20060101AFI20240527BHJP

   H01H 9/02 20060101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

H01H36/00 J

H01H9/02 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186820

(22)【出願日】2022-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(72)【発明者】

【氏名】江平 浩太

【テーマコード（参考）】

5G046

5G052

【Ｆターム（参考）】

5G046AA01

5G046AA03

5G046AB02

5G046AC24

5G046AD02

5G046AD06

5G046AD13

5G046AE02

5G052AA40

5G052BB10

5G052HA13

5G052HC08

(57)【要約】

【課題】操作者による操作と蓋の開閉とを共に検知することができる操作装置を提供する。
【解決手段】操作パネル１２を覆う蓋４を有した操作装置において、基板の表面に形成された一対の電極１６を有し、操作者による操作の有無を電極１６の静電容量の変化に基づいて検出する複数の静電容量型の操作スイッチ１０を備え、電極１６からの信号に基づいて蓋４有り、蓋４無しかつ操作無し、及び蓋４無しかつ操作有りの状態を区別して判定する判定手段１８を備えたので、追加コスト無しで蓋４の有無を確実に検出することができる。

【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作者により操作される操作パネルを覆う蓋を有した操作装置において、
前記操作パネルを覆う蓋は誘電体で構成し、
前記操作パネルの操作側とは反対側に配置された基板と、
前記基板の表面に形成された一対の電極を有し、操作者による操作の有無を前記電極の静電容量の変化に基づいて検出する複数の静電容量型の操作スイッチと、
前記電極に接続され、前記電極からの信号に基づいて、前記蓋有り、前記蓋無しかつ前記操作無し、及び前記蓋無しかつ前記操作有りを区別して判定する判定手段と、
を設けたことを特徴とする操作装置。

【請求項2】

操作者により操作され、器具本体から操作するために引き出し可能とされた操作パネルを有した操作装置において、
前記操作パネルの操作側とは反対側に配置された基板と、
前記基板の表面に形成された一対の電極を有し、操作者による操作の有無を前記電極の静電容量の変化に基づいて検出する複数の静電容量型の操作スイッチと、
前記操作パネルの前記器具本体への収納時に、前記操作パネルと対面する位置に設けた誘電体で構成された部材と、
前記電極に接続され、前記電極からの信号に基づいて、前記操作パネルが収納された状態、前記操作パネルが引き出された状態かつ前記操作無し、及び前記操作パネルが引き出された状態かつ前記操作有りを区別して判定する判定手段と、
を設けたことを特徴とする操作装置。

【請求項3】

前記操作スイッチは、相互容量方式により静電容量の変化を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の操作装置。

【請求項4】

前記蓋の厚みは、前記操作パネルの厚みと略同一又はそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の操作装置。

【請求項5】

前記部材の厚みは、前記操作パネルの厚みと略同一又はそれ以上であることを特徴とする請求項２に記載の操作装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、操作パネルを覆う蓋を有した操作装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の操作装置では、特許文献１記載のように、多数のスイッチを隠す目的等で操作スイッチ部を覆う開閉可能な蓋を設けることがあり、この蓋の開閉状態に応じて画面表示を消灯する等をして消費電力を抑えたり、スイッチに割り当てる機能を変更したりするものがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－０９７９９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上記従来のものでは、蓋の開閉状態を検知するためには、磁気センサ、近接センサ、照度センサ、マイクロスイッチ等の専用のセンサーが必要となり、コストがかかっていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の操作装置では、操作パネルを覆う蓋を有した操作装置において、前記操作者により操作される操作パネルと、前記操作パネルの操作側とは反対側に配置された基板と、前記基板の表面に形成された一対の電極を有し、操作者による操作の有無を前記電極の静電容量の変化に基づいて検出する複数の静電容量型の操作スイッチと、前記操作パネルを覆う誘電体の蓋と、前記電極に接続され、前記電極からの信号に基づいて、前記蓋有り、前記蓋無しかつ前記操作無し、及び前記蓋無しかつ前記操作有りを区別して判定する判定手段と、を有することを特徴としている。

【0006】

また、請求項２の操作装置では、操作パネルを覆う蓋を有した操作装置において、前記操作者により操作され、器具本体から前記操作者が操作するために引き出し可能とされた操作パネルと、前記操作パネルの操作側とは反対側に配置された基板と、前記基板の表面に形成された一対の電極を有し、操作者による操作の有無を前記電極の静電容量の変化に基づいて検出する複数の静電容量型の操作スイッチと、前記操作パネルの前記器具本体への収納時に、前記操作パネルと対面する位置に設けた誘電体で構成された部材と、前記電極に接続され、前記電極からの信号に基づいて、前記操作パネルが収納された状態、前記操作パネルが引き出された状態かつ前記操作無し、及び前記操作パネルが引き出された状態かつ前記操作有りを区別して判定する判定手段と、を有することを特徴としている。

【0007】

また、請求項３の操作装置では、前記操作スイッチは、相互容量方式により静電容量の変化を検出することを特徴としている。

【0008】

また、請求項４の操作装置では、前記蓋の厚みは、前記操作パネルの厚みと略同一又はそれ以上であることを特徴としている。

【0009】

また、請求項５の操作装置では、前記部材の厚みは、前記操作パネルの厚みと略同一又はそれ以上であることを特徴としている。

【発明の効果】

【0010】

この発明の請求項１によれば、操作スイッチにて操作者による操作（例えば指など）の有無の他に、蓋の有無と、操作による指有りと蓋有りとの違いを判別できるので、追加コスト無しで蓋の有無を確実に検出することができる。

【0011】

また、請求項２によれば、操作スイッチにて操作者による操作（例えば指）の有無の他に、操作パネルの本体への収納状態と、操作による指有りと操作パネルが収納された状態との違いを判別できるので、追加コスト無しで操作パネルが器具本体へ収納されたかどうかを確実に検出することができる。

【0012】

また、請求項３によれば、操作スイッチに付着した水などの異物と、蓋有り又は操作パネルが収納された状態とを、検出した静電容量の違いで区別することができる。更に、操作者の指等による操作と、操作スイッチに付着した水などの異物とを区別することができる。

【0013】

また、請求項４によれば、蓋の厚みは、操作パネルの厚みと略同一又はそれ以上であるので、判定手段は静電容量の僅かな変化を検知するための細かい分解能を不要とすることができる。

【0014】

また、請求項５によれば、誘電体で構成された部材の厚みは、操作パネルの厚みと略同一又はそれ以上であるので、判定手段は静電容量の僅かな変化を検知するための細かい分解能を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第一の実施形態の外観構成を表す斜視図

【図2】同実施形態の外観構成を表す斜視図

【図3】同実施形態の操作スイッチの内部構成を表す分解斜視図

【図4】同実施形態の電極間に生じる電磁界のイメージを表す図

【図5】同実施形態の静電容量の変化量を表す図

【図6】第二の実施形態の外観構成を表す斜視図

【図7】第一及び第二の実施形態の静電容量の変化量を表す図

【図8】第一及び第二の実施形態の静電容量の変化量を表す図

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、この発明の一実施形態における操作装置を図に基づいて説明する。

【0017】

まず、図１を用いて本発明の操作装置を適用した、本実施形態の浴室リモコン装置１の外観構成を示す。浴室リモコン装置１は、住宅設備機器用操作装置の一例として、ふろ給湯装置において浴室の壁に設置される据付型のリモコン装置である。浴室リモコン装置１は、外殻を構成するケース部２と、その中央上部にふろ給湯装置の設定状態や動作状態を表示する表示部３と、浴室リモコン装置１の下半分に設けられた複数の操作スイッチ１０と、この操作スイッチ１０を覆い、下端を軸に開閉する蓋４とを備えている。ここで、蓋４は誘電体の材料、例えばアクリルなどのプラスチック材で構成されている。また蓋４は、閉状態時には浴室リモコン装置１の外殻の一部を構成し、操作者（ここでは入浴者）が操作しないときに浴室内のふろ水やシャワーの水がかからないように保護する。

【0018】

図２に、浴室リモコン装置１の蓋４を開状態とした外観を示す。複数の操作スイッチ１０は操作パネル１２に設けられており、例えば給湯温度やふろ温度の設定温度を変更するスイッチや、たし湯やさし水を行うスイッチが設けられている。複数の操作スイッチ１０の各々は、操作者による操作の有無を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量型操作スイッチとして構成されている。

【0019】

次に、図３を用いて複数の操作スイッチ１０の内部構成について説明する。図３に、複数の操作スイッチ１０のうちの２つの操作スイッチ１０Ａ、１０Ｂを抽出してその内部構成を示す。この例では、「たし湯」スイッチである操作スイッチ１０Ａと、「さし水」スイッチである操作スイッチ１０Ｂの内部構成を示している。なお、以下の説明において、操作スイッチ１０Ａと操作スイッチ１０Ｂとを区別しない場合には、単に操作スイッチ１０と記載する。

【0020】

操作スイッチ１０は、操作パネル１２と、基板１４とを有している。操作パネル１２は、例えば可撓性を有するプラスチック（アクリルを含む）等の誘電体の材料で構成されており、操作者により操作されるパネルである。操作者は、操作パネル１２の表面に指２４を接触又は近接させることにより、操作スイッチ１０を操作する。操作パネル１２は、１つのパネルを複数の操作スイッチ１０で共用するように構成されているが、各操作スイッチ１０ごとに別々のパネルとして構成してもよい。以下では説明の便宜上、操作パネル１２のうち、操作スイッチ１０Ａに対応する部分を操作パネル１２Ａ、操作スイッチ１０Ｂに対応する部分を操作パネル１２Ｂと記載する。

【0021】

操作パネル１２には、スイッチの機能や用途を示すシンボルマーク１５が形成されている。図３に示す例では、シンボルマーク１５として、操作パネル１２Ａには「たし湯」の文字、操作パネル１２Ｂには「さし水」の文字が形成されている。なお、シンボルマーク１５は文字に限らず、記号や図柄としてもよい。シンボルマーク１５は、各操作パネル１２Ａ，１２Ｂにおいて、各操作スイッチ１０Ａ，１０Ｂの電極１６Ａ，１６Ｂの略中央位置に対応する位置に形成されている。なお、前記シンボルマーク１５は、当該マーク部分を透明又は半透明、かつ、それ以外のパネル部分を不透明とすることで形成してもよいし、マーク部分を不透明、かつ、それ以外のパネル部分を透明又は半透明とすることで形成してもよい。

【0022】

基板１４は、操作パネル１２の操作側（操作者により操作される側で表面側）とは反対側（内部側）に配置された、プリント基板である。基板１４は、絶縁板の両面に回路パターンが形成された両面基板である。基板１４の操作パネル１２側の表面１４ａには、各操作スイッチ１０Ａ，１０Ｂごとに、電極１６が設けられている。以下では説明の便宜上、操作スイッチ１０Ａに対応する電極を電極１６Ａ、操作スイッチ１０Ｂに対応する電極を電極１６Ｂと記載する。

【0023】

電極１６Ａは、電極１６Ａ１及び電極１６Ａ２の一対で対向して構成され、電極１６Ａ１が送信電極、電極１６Ａ２が受信電極とした相互容量方式の静電容量型操作スイッチである。電極１６Ａ１、電極１６Ａ２間に所定のタイミングで通電（電圧を印加）し、当該電極間に蓄えられる静電容量値を検出することにより、操作者の操作による指２４の接触又は近接を検知する。なお、以下の説明において、電極１６Ａ１と電極１６Ａ２とを区別しない場合には、単に電極１６Ａと記載する。なお、電極１６Ｂについても同様である。

【0024】

また、電極１６Ａ及び１６Ｂの形状は、送信電極と受信電極の間に最適な電荷量を蓄積できるよう、対向した当該電極の配線距離及び当該電極間の離隔距離を適切に設けることができれば、図３に示す形状以外であっても良い。なお、電極１６Ａ及び１６Ｂの大きさは、操作者の指２４の大きさと同程度に設定されている。

【0025】

また、基板１４の表面１４ａには、電極１６Ａ，１６Ｂからの信号に基づいて操作パネル１２Ａ，１２Ｂに対する操作の有無をそれぞれ判定するＩＣチップ１８（判定手段）が設けられている。また、電極１６Ａ，１６Ｂの各々とＩＣチップ１８とをそれぞれ接続する信号線１９が設けられている。電極１６Ａ，１６Ｂ及び信号線１９は、基板１４の表面１４ａに回路パターンとして形成されている。信号線１９の一部の回路パターンは、基板１４の表面１４ａの回路パターンからスルーホールを介して基板１４の操作パネル１２とは反対側の裏面１４ｂに回路パターンを形成している。なお、図３では、ＩＣチップ１８は基板１４の表面１４ａに形成し実装されているが、裏面１４ｂに形成された信号線１９の回路パターンから配線することで、裏面１４ｂに実装されても良い。

【0026】

なお、ＩＣチップ１８は基板１４に実装することに限るものではなく、例えばＩＣチップ１８が基板１４とは別の基板に実装されても良い。つまり、基板１４の表面１４ａに実装された電極１６Ａ，１６Ｂの各々と基板１４とは別の基板に実装されたＩＣチップ１８とがそれぞれ電気的に接続されていれば良いものである。

【0027】

なお、前述した基板１４を両面基板としたが、絶縁板の表面にのみ回路パターンが形成された片面基板としても良い。その場合、電極１６Ａ及び１６Ｂの形状や信号線１９の回路パターンは実装可能な引き回しとなるよう、適宜設計される。

【0028】

なお、図示は省略するが、電極１６Ａ及び１６Ｂの周囲にノイズ対策用のグランドパターン（ガードパターン）を設けても良い。

【0029】

また、電極１６Ａ及び１６Ｂの近傍に、操作パネル１２に光を照射するＬＥＤのような発光素子（図示せず）が配置されても良い。また、発光素子から照射される光を隣接する操作スイッチに漏れないよう遮光する目的で、操作パネル１２と基板１４との間に各操作スイッチ１０を囲むようなケース（図示せず）を設けても良い。

【0030】

次に、本発明の一実施形態における、操作者による操作の有無、蓋の有無、及び操作有りと蓋有りとの違いを判別する方法について、図４及び図５に基づいて説明する。

【0031】

図４に、送信電極である電極１６Ａ１と受信電極である電極１６Ａ２間で容量結合した際に発生する電磁界のイメージを示す。図４（ａ）は、基板１４上の電極１６Ａ１及び１６Ａ２上に操作パネル１２が設置された状態を表している。電極１６Ａ１と電極１６Ａ２間に通電すると、当該電極間に寄生容量による電荷が蓄積し、静電容量が発生する。

【0032】

図４（ｂ）は、図４（ａ）に対して操作者の指２４が操作パネル１２の表面に接触又は近接させた状態を表しており、操作スイッチ１０を操作する状況である。このとき、電磁界の一部が指２４に移り、電極１６Ａ１と電極１６Ａ２間に発生した電磁界が遮られることで、当該電極間の静電容量は減少する。なお、図４（ｂ）中に示した静電容量の変化量（ここでは－８０）とは、図４（ａ）の状態からの変化量であり、他の図４（ｃ）及び図４（ｄ）における同変化量との相対的な値である。図４（ｃ）及び図４（ｄ）の変化量の説明も同様である。

【0033】

図４（ｃ）は、図４（ａ）に対して蓋４を閉じた状態を表している。蓋４は誘電体で構成されていることから当該電極間の寄生容量は増加するため、静電容量は増加する。

【0034】

図４（ｄ）は、図４（ａ）に対して蓋４を閉じた状態で、かつ操作者の指２４が図４（ａ）と同じ位置に蓋４の上から接触又は近接した状態を示している。このとき、図４（ｂ）と同様に電磁界の一部が指２４に移るが、蓋４の厚さ分だけ指２４と電極１６Ａ１及び電極１６Ａ２との距離が離れるため、当該電極間の静電容量は減少するものの、変化量は図４（ｂ）よりも小さくなる。

【0035】

図５に、図４で示した静電容量の変化量をグラフに示す。（ａ）～（ｄ）はそれぞれ図４での状態を表している。なお、蓋４は誘電体であるので、その厚さによって誘電体の比誘電率が変わるが、ここでは蓋４の厚さは操作パネル１２の厚さと同等としている。

【0036】

ここで、（ａ）と（ｂ）を比較すると、静電容量の変化量が（ａ）０に対して（ｂ）－８０となるため、操作者による操作の有無、つまり指２４の接触の有無を確実に判別することができる。

【0037】

また、（ａ）と（ｃ）を比較すると、静電容量の変化量が（ａ）０に対して（ｃ）＋２０となるため、蓋４の有無、つまり蓋４が閉状態なのか開状態なのかを確実に判別することができる。

【0038】

また、（ｂ）と（ｃ）を比較すると、静電容量の変化量が（ｂ）－８０に対して（ｃ）＋２０となるため、操作者による操作が行われたのか、蓋４が閉状態なのかを確実に判別することができる。

【0039】

従って、本実施形態の構成によって、図４（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の各状態を区別することができる。つまり、図４（ａ）蓋４無しかつ操作無し、図４（ｂ）蓋４無しかつ操作有り、図４（ｃ）蓋４有り、のそれぞれの状態を区別して判定することができる。言い換えると、操作パネル１２に対する操作者による操作の有無、及び蓋４の有無、及び操作有りと蓋有りとの違いを判別することができる。

【0040】

なお、操作者による操作（指等）及び水やゴミなどの異物により操作パネル１２が部分的に覆われ、操作スイッチ１０の幾つかに接触又は近接有りが検出された場合、静電容量が変化した操作スイッチ１０は限定的となる。一方、蓋４が覆われたときの静電容量の変化は操作スイッチ１０全体に及ぶため、操作者による操作（指等）及び水やゴミなどの異物と蓋４との違いを確実に判別することができる。また、水の誘電率はアクリルなどのプラスチック材よりも大きいため、水が付着した場合は蓋４が有る状態より静電容量の増加量が大きい。つまり、蓋４が有るのか、操作者の指等や水が有るのかを区別しつつ、操作者の指等が有るのか、水が有るのかを区別することで、操作者の指等による操作と、操作スイッチに付着した水などの異物とを区別することができる。

【0041】

次に、この発明の第二の実施形態における操作装置を図に基づいて説明する。

【0042】

図６に、本発明の操作装置を適用した、他の実施形態における操作部５の外観構成を示す。操作部５は、例えば石油燃焼機器（石油ストーブなど）の器具本体６の前面に搭載される操作部である。操作部５は、中央上部に器具本体６の設定状態や動作状態を表示する表示部３と、下半分に設けられ、器具本体６に収納可能な操作パネル１２を備えている。図６（ａ）は操作パネル１２を器具本体６に収納している状態を示し、図６（ｂ）は操作パネル１２を器具本体６から引き出している状態を示しており、この状態で複数の操作スイッチ１０を操作することができる。図６（ｃ）は操作部５及び器具本体６の断面図を示しており、操作パネル１２の収納及び引き出しは、回転軸８を軸に回動することで行われる。

【0043】

第一の実施形態と同様に、図６（ｂ）で操作パネル１２を引き出した状態にて、操作パネル１２の表面に操作者の指２４を接触又は近接させることにより、操作スイッチ１０を操作することができる。また、操作パネル１２、操作スイッチ１０、基板１４、電極１６、の関係も、図３に示した第一の実施形態と同様である。

【0044】

ここで、図６（ｃ）にて、操作パネル１２を器具本体６内に収納した場合、操作パネル１２と対面する位置に部材７が設けられている。部材７は、第一の実施形態における蓋４と同様に誘電体の材料、例えばアクリルなどのプラスチック材で構成されている。

【0045】

従って、第二の実施形態において操作パネル１２を器具本体６に収納することは、第一の実施形態において蓋４を閉状態にすることと同様の作用効果を生じることとなる。つまり、図４において蓋４を部材７に置き換えた場合も、同様の静電容量の増減が発生する。

【0046】

従って、第二の実施形態において、操作者による操作の有無、及び操作パネル１２の器具本体６への収納状態（収納されたかどうか）、及び操作有りと操作パネル１２が収納された状態との違いを判別することができる。その他、第一の実施形態で生じた作用効果も同様に、第二の実施形態で生じる。

【0047】

次に、第一の実施形態における蓋４、及び第二の実施形態における部材７の厚みを、操作パネルの厚みと略同一又はそれ以上とすることの作用効果について、図７、図８に基づいて説明する。以下では説明の便宜上、代表して蓋４で説明を進める。

【0048】

図５では、蓋４の厚さが操作パネル１２と同等の場合について静電容量の変化量を記載しているが、図７では、蓋４の厚さが操作パネル１２より薄い場合について静電容量の変化量を記載している。ここで、図７（ｃ）は蓋４を閉じた状態の静電容量の変化量であるが、蓋４が薄いことで電極１６Ａ１と電極１６Ａ２間の静電容量の増加は小さくなるため、蓋４の有無による変化量が小さくなっている。つまり、蓋４の有無を判別するためには、判定手段であるＩＣチップ１８の分解能を上げて小さな静電容量の変化量でも検出する必要があり、性能アップ、コストアップが生じてしまう。

【0049】

一方で、図８では、蓋４の厚さが操作パネル１２より厚い場合について静電容量の変化量を記載している。ここで、図８（ｃ）は蓋４を閉じた状態の静電容量の変化量であるが、蓋４が厚いことで電極１６Ａ１と電極１６Ａ２間の静電容量の増加は大きくなるため、蓋４の有無による変化量が大きくなっている。つまり、蓋４の厚さを操作パネル１２と同等又はそれ以上とすることで、薄い場合に比べて、蓋４の有無を明確に判別することができる。なお、第二の実施形態における部材７の厚みについても、操作パネル１２と同等又はそれ以上とすることで、同様の作用効果を発揮することができる。

【0050】

なお、蓋４及び部材７の厚さが操作パネル１２より厚い場合、図８（ｃ）と（ｄ）の静電容量の変化量が同等となってしまうが、蓋４が閉状態、又は部材７が収納状態における操作の有無は判別する必要がないため、実質的に影響はない。

【0051】

なお、本発明の実施形態では、操作パネル１２及び蓋４の材質はアクリルなどのプラスチック材としたが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ樹脂などのプラスチック材でも良い。

【0052】

なお、本発明の実施形態では、電極１６Ａ及び電極１６Ｂは相互容量方式の静電容量型操作スイッチとしたが、自己容量方式の操作スイッチとしても良い。つまり、蓋４及び部材７の誘電率を操作パネル１２より大きくし、複数の操作スイッチ１０を覆うように構成することで、複数の操作スイッチ１０に生じる静電容量の変化と、一部の操作スイッチ１０に生じる変化とを区別することができ、その結果、前者の変化を蓋４及び部材７有りの状態とし、後者の変化を操作者による操作又は水やゴミなどの異物有りとして区別することができる。

【0053】

また、本実施形態で用いたその他の構成は一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図しておらず、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0054】

４ 蓋
１０ 操作スイッチ
１２ 操作パネル
１４ 基板
１６ 電極
１６Ａ１ 電極（送信電極）
１６Ａ２ 電極（受信電極）
１８ ＩＣチップ（判定手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】