【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量の変化に基づいて導電体の有無を検出するようにしたタッチスイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電極間の静電容量の変化に基づいて動作するスイッチとして、特開平１０−６４３８６号公報、特許２６４４０７２号公報等が公知である。
【０００３】
前者の公報には、基板上面に２組の電極を隣接配置し、各電極間の静電容量の変化に基づいて導電体である指の接近あるいは接触を判定することにより信号を出力するようにした静電容量型タッチスイッチが開示されている。このスイッチでは、電極間の電圧レベルを予め設定した閾値と比較することにより、静電容量の変化を推測し、導電体の有無を検出するようにしている。
【０００４】
後者の公報には、複数の電極を略同一平面上に配置し、電極間の静電容量の変化に基づいて、一方の面（スイッチ面）での誘電体の有無を判定することにより信号を出力するようにしたノンタッチスイッチが開示されている。このスイッチでは、電源投入時の検出パルスの波高値から作成した基準値と、検出パルス信号の波高値とを比較することにより、静電容量の変化を推測し、導電体の有無を検出するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記いずれのスイッチでも、導電体の有無による電極間の容量変化が小さいため、浮遊容量の影響を受けやすい。すなわち、スイッチの設置場所によっては浮遊容量が大きく、その影響により導電体の有無を判定できないことがある。このため、設置場所に応じた調整作業が必要となるが、種々の用途に使用できるタッチスイッチの全ての設置場所に対応させるために、個々に調整作業を行うのは実際には不可能である。
【０００６】
そこで、本発明は、設置場所等の使用環境による影響を受けにくい、検出精度に優れたタッチスイッチを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、タッチスイッチを、第１電極と、該第１電極の周囲に配置される第２電極と、前記両電極に対向する共通電極と、前記全電極を覆う絶縁ケースと、該絶縁ケースの表面であって、前記第１電極の近傍に於ける誘電体の有無を、第１電極と共通電極との間の静電容量、及び、第２電極と共通電極との間の静電容量の比較結果に基づいて判定する判定手段とを備えた構成としたものである。
【０００８】
この構成により、浮遊容量の影響を受けることのない静電容量の変化率に基づいて導電体の有無を検出することができるので、設置場所等の環境条件の違いに拘わらず、検出精度を高めて良好なスイッチ機能を発揮させることが可能となる。
【０００９】
前記共通電極を接地すると、初期状態を安定させることができる点で好ましい。
【００１０】
前記第１電極と前記第２電極の占有面積を略同一とするのが好ましい。
【００１１】
前記各電極を構成する導電層と、前記接地電極を構成する接地層と、導電層と接地層の間に介在する絶縁層とを有する多層基板を備えた構成としてもよい。
【００１２】
また、前記両電極と前記接地電極とをそれぞれ表裏面に形成される基板を備えた構成としてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本実施形態に係るタッチスイッチを示す。このタッチスイッチは、絶縁ケース１内に、第１電極２、第２電極３、接地電極４、及び基板５を収容し、シールドプレート６で閉鎖した構成である。
【００１５】
絶縁ケース１は、絶縁性に優れた合成樹脂材料からなり、平面視略矩形の皿状となっている。下方開口縁には鍔部７が形成され、設置場所に接着等により固定できるようになっている。絶縁ケース１により、電極の絶縁が図られると共に、外力による変形等が防止される。
【００１６】
第１電極２は、銅合金等の導電性板材からなり、略楕円形状の電極部２ａと、電極部２ａの一端から直交して下方に延びる端子部２ｂとで構成されている。
【００１７】
第２電極３は、銅合金等の導電性板材からなり、第１電極２と略同一面内で、その周囲に配設される環状の電極部３ａと、電極部３ａの一端から直交して下方に延びる端子部３ｂとで構成されている。電極部３ａは、前記第１電極２の電極部２ａとほぼ同一面積となるように形成されている。なお、第１電極２と第２電極３を同一面内に設けることにより、性能を向上させることが可能となる。
【００１８】
接地電極４は、銅合金等の導電性板材からなり、前記両電極２，３に対して所定寸法の間隙を介して対向する略楕円形状の電極部４ａと、この電極部４ａの一端から直交して下方に延びる一対の端子部４ｂとで構成されている。なお、第１電極２と第２電極３を等間隔で配置することにより、性能を向上させることが可能となる。端子部４ｂの基部近傍には、前記各電極２，３の端子部２ｂ，３ｂが挿通する矩形孔４ｃが形成されている。接地電極４は、絶縁ケース１の表面に指が位置することによる第１電極２と第２電極３との間の静電容量の変化を適切に検出するために設けられている。すなわち、この接地電極４の存在により、第１電極２と第２電極３は、周囲の環境の違いによる浮遊容量の影響を回避され、製品間での初期特性が安定する。
【００１９】
基板５は、図示しない配線パターンが形成され、前記各電極が接続されている。また、基板５には、シールドプレート６が取り付けられると共に、リード線８が接続されている。
【００２０】
シールドプレート６は、矩形板状で、両側中央部に直交して上方に延びる係止片９が形成され、一端には前記リード線８のための切欠き１０が形成されている。シールドプレート６は、係止部を基板５に係止され、絶縁ケース１の下方開口部を覆うように取り付けられる。これにより、浮遊容量の影響が抑制される。
【００２１】
なお、絶縁ケース１とシールドプレート６によって区画される内部空間にはエポキシ樹脂等の絶縁樹脂が充填され、基板５が保護されると共に、防水性が高められる。
【００２２】
前記構成のタッチスイッチは、判定手段、例えば、図３に示す回路により絶縁ケース１の表面に導電体が位置するか否かを判定する。すなわち、発振回路１１からの高周波信号に基づいて、第１電極２と接地電極４との間の静電容量（以下、第１静電容量と記載する。）が第１ＣＶ変換回路１２に入力され、第２電極３と接地電極４との間の静電容量（以下、第２静電容量と記載する。）が第２ＣＶ変換回路１３に入力される。各変換回路１１，１２では入力された静電容量値を電圧値に変換して差動増幅回路１４に出力する。差動増幅回路１４では、入力電圧の差を演算して増幅して比較回路１５に出力する。比較回路１５では、入力された電圧差を予め設定した閾値と比較して制御信号を出力する。
【００２３】
次に、前記構成からなるタッチスイッチの動作について説明する。
【００２４】
絶縁ケース１の表面に導電体（例えば、指）が位置していない状態では、第１静電容量と第２静電容量の差は殆ど発生しない。つまり、アース接続される接地電極４を使用すると共に、第１電極２と第２電極３の占有面積をほぼ同一としているので、製品間の加工及び組立誤差に拘わらず、常に所望の初期特性を得ることが可能である。したがって、比較回路１５に入力される電圧差は閾値よりも小さくなり、制御信号としてオフ信号が出力される。
【００２５】
ここで、絶縁ケース１の表面、詳しくは第１電極２に対向する部分に導電体が位置すると、第１静電容量が大きくなり、第２静電容量との差が増大する。そして、差動増幅回路１４から出力される電圧値が基準電圧値を超える。この結果、比較回路１５にて絶縁ケース１の表面に導電体が位置していることが検出され、制御信号としてオン信号が出力される。
【００２６】
前記構成のタッチスイッチは、水道栓や携帯電話等、種々の用途に使用することができる。特に、外部が絶縁ケース１で覆われ、内部にエポキシ樹脂が充填されているので、防水性に優れ、水道栓を開閉させるために蛇口に直接設ける場合に最適である。
【００２７】
なお、前記実施形態では、各電極を基板５に実装する構成としたが、図４ないし図７に示す構成としてもよい。
【００２８】
図４及び図５では、絶縁ケース２０とシールドプレート２１で区画される内部空間内に多層基板２２が収容されている。多層基板２２は、上面側から電極層２３、基板層２４、接地層２５、基板層２６、及び回路層２７で構成されている。電極層２３には、第１電極２３ａ及び第２電極２３ｂが形成されている。第１電極２３ａ、第２電極２３ｂ、及び接地層２５には回路層２７を介してリード線２８がそれぞれ接続されている。
【００２９】
図６及び図７では、絶縁ケース３０内に、電極板３１、フレキシブル基板３２、接地電極板３３、及び回路基板３４が収容されている。電極板３１には、第１電極３１ａ及び第２電極３１ｂが形成されている。フレキシブル基板３２は、略Ｕ字形に折り曲げられ、上面部の下面に接地電極板３３及び回路基板３４が配置され、下面部は回路基板３４の下方に位置している。回路基板３４にはリード線３５が接続され、接地電極板３３と、フレキシブル基板３２を介して第１電極３１ａ及び第２電極３１ｂとにそれぞれ電圧を印加可能となっている。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電極間の静電容量の変化率に基づいて、絶縁ケースの表面での導電体の有無を検出するようにしたので、設置場所の違いに拘わらず、調整作業を必要とすることなく、適切に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るタッチスイッチの分解斜視図である。
【図２】（ａ）は図１の平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１に示すタッチスイッチの回路構成を示すブロック図である。
【図４】他の実施形態に係るタッチスイッチの分解斜視図である。
【図５】（ａ）は図４の平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図、（ｄ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】他の実施形態に係るタッチスイッチの分解斜視図である。
【図７】（ａ）は図６の平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１…絶縁ケース
２…第１電極
３…第２電極
４…接地電極
５…基板
６…シールドプレート
１１…発振回路
１２…第１ＣＶ変換回路
１３…第２ＣＶ変換回路
１４…差動増幅回路
１５…比較回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a touch switch that detects the presence or absence of a conductor based on a change in capacitance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as switches that operate based on a change in capacitance between electrodes, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-64386 and 2644072 are known.
[0003]
In the former publication, two pairs of electrodes are arranged adjacently on the upper surface of a substrate, and a signal is output by judging approach or contact of a finger which is a conductor based on a change in capacitance between the electrodes. The disclosed capacitive touch switch is disclosed. In this switch, a change in capacitance is estimated by comparing the voltage level between the electrodes with a preset threshold value, and the presence or absence of a conductor is detected.
[0004]
In the latter publication, a plurality of electrodes are arranged on substantially the same plane, and a signal is obtained by determining the presence or absence of a dielectric substance on one surface (switch surface) based on a change in capacitance between the electrodes. A non-touch switch configured to output is disclosed. In this switch, by comparing the reference value created from the peak value of the detection pulse when the power is turned on with the peak value of the detection pulse signal, the change in capacitance is estimated, and the presence or absence of a conductor is detected. I have to.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, any of the above switches has a small change in capacitance between electrodes due to the presence or absence of a conductor, and thus is susceptible to stray capacitance. That is, the stray capacitance is large depending on the installation location of the switch, and the influence of the stray capacitance may make it impossible to determine the presence or absence of the conductor. For this reason, it is necessary to perform an adjustment operation according to the installation location. However, it is actually impossible to perform an adjustment operation individually to correspond to all the installation locations of the touch switches that can be used for various purposes. .
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a touch switch that is hardly affected by a use environment such as an installation place and has excellent detection accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides, as a means for solving the above problems, a touch switch comprising: a first electrode; a second electrode disposed around the first electrode; a common electrode opposed to the two electrodes; An insulating case that covers the electrode, a presence or absence of a dielectric near the first electrode on the surface of the insulating case, and a capacitance between the first electrode and the common electrode; And a determination means for determining based on the comparison result of the capacitance between the common electrode and the common electrode.
[0008]
With this configuration, it is possible to detect the presence or absence of the conductor based on the change rate of the capacitance that is not affected by the stray capacitance, so that the detection accuracy can be improved regardless of the environmental conditions such as the installation location. It is possible to exhibit a good switch function.
[0009]
It is preferable to ground the common electrode because the initial state can be stabilized.
[0010]
It is preferable that the occupied areas of the first electrode and the second electrode are substantially the same.
[0011]
A configuration may be provided including a multilayer substrate having a conductive layer forming each of the electrodes, a ground layer forming the ground electrode, and an insulating layer interposed between the conductive layer and the ground layer.
[0012]
Further, a configuration may be provided that includes a substrate on which the two electrodes and the ground electrode are respectively formed on the front and back surfaces.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0014]
1 and 2 show a touch switch according to the present embodiment. The touch switch has a configuration in which a first electrode 2, a second electrode 3, a ground electrode 4, and a substrate 5 are accommodated in an insulating case 1 and closed by a shield plate 6.
[0015]
The insulating case 1 is made of a synthetic resin material having excellent insulating properties, and has a substantially rectangular dish shape in plan view. A flange 7 is formed at the lower opening edge, and can be fixed to the installation location by bonding or the like. The insulating case 1 ensures insulation of the electrodes and prevents deformation or the like due to external force.
[0016]
The first electrode 2 is made of a conductive plate material such as a copper alloy, and includes a substantially elliptical electrode portion 2a and a terminal portion 2b extending perpendicularly downward from one end of the electrode portion 2a.
[0017]
The second electrode 3 is made of a conductive plate material such as a copper alloy, and is substantially in the same plane as the first electrode 2, and is orthogonal to an annular electrode portion 3 a disposed around the first electrode 2 from one end of the electrode portion 3 a. And a terminal portion 3b extending downward. The electrode section 3a is formed to have substantially the same area as the electrode section 2a of the first electrode 2. The performance can be improved by providing the first electrode 2 and the second electrode 3 in the same plane.
[0018]
The ground electrode 4 is made of a conductive plate material such as a copper alloy, and has a substantially elliptical electrode portion 4a opposed to the two electrodes 2 and 3 via a gap of a predetermined dimension, and is orthogonal to one end of the electrode portion 4a. And a pair of terminal portions 4b extending downward. The performance can be improved by arranging the first electrode 2 and the second electrode 3 at equal intervals. Near the base of the terminal portion 4b, a rectangular hole 4c through which the terminal portions 2b and 3b of the electrodes 2 and 3 are inserted is formed. The ground electrode 4 is provided in order to appropriately detect a change in capacitance between the first electrode 2 and the second electrode 3 due to a finger located on the surface of the insulating case 1. That is, due to the presence of the ground electrode 4, the first electrode 2 and the second electrode 3 are prevented from being affected by the stray capacitance due to a difference in the surrounding environment, and the initial characteristics between products are stabilized.
[0019]
A wiring pattern (not shown) is formed on the substrate 5 and the electrodes are connected to the wiring pattern. A shield plate 6 is attached to the substrate 5 and a lead wire 8 is connected to the shield plate 6.
[0020]
The shield plate 6 has a rectangular plate shape, and has a locking piece 9 extending upward perpendicular to the center of both sides, and a notch 10 for the lead wire 8 at one end. The shield plate 6 is fixed so that the locking portion is locked to the substrate 5 and covers the lower opening of the insulating case 1. Thereby, the effect of the stray capacitance is suppressed.
[0021]
The internal space defined by the insulating case 1 and the shield plate 6 is filled with an insulating resin such as an epoxy resin to protect the substrate 5 and increase waterproofness.
[0022]
The touch switch having the above-described configuration determines whether or not the conductor is located on the surface of the insulating case 1 by using a determination unit, for example, a circuit illustrated in FIG. That is, the capacitance between the first electrode 2 and the ground electrode 4 (hereinafter, referred to as the first capacitance) is input to the first CV conversion circuit 12 based on the high frequency signal from the oscillation circuit 11. , The capacitance between the second electrode 3 and the ground electrode 4 (hereinafter, referred to as a second capacitance) is input to the second CV conversion circuit 13. Each of the conversion circuits 11 and 12 converts the input capacitance value into a voltage value and outputs the voltage value to the differential amplifier circuit 14. The differential amplifier circuit 14 calculates and amplifies the difference between the input voltages and outputs the result to the comparison circuit 15. The comparison circuit 15 compares the input voltage difference with a preset threshold value and outputs a control signal.
[0023]
Next, the operation of the touch switch having the above configuration will be described.
[0024]
When a conductor (for example, a finger) is not located on the surface of the insulating case 1, a difference between the first capacitance and the second capacitance hardly occurs. That is, since the ground electrode 4 connected to the ground is used and the occupied areas of the first electrode 2 and the second electrode 3 are substantially the same, the desired initial characteristics are always obtained regardless of the processing and assembly errors between products. It is possible to get. Therefore, the voltage difference input to the comparison circuit 15 becomes smaller than the threshold, and an off signal is output as a control signal.
[0025]
Here, when the conductor is located on the surface of the insulating case 1, more specifically, on the portion facing the first electrode 2, the first capacitance increases, and the difference from the second capacitance increases. Then, the voltage value output from the differential amplifier circuit 14 exceeds the reference voltage value. As a result, the comparison circuit 15 detects that the conductor is located on the surface of the insulating case 1, and outputs an ON signal as a control signal.
[0026]
The touch switch having the above configuration can be used for various uses such as a tap and a mobile phone. In particular, since the outside is covered with the insulating case 1 and the inside is filled with epoxy resin, it is excellent in waterproofness, and is most suitable for directly providing a faucet for opening and closing a faucet.
[0027]
In the above embodiment, each electrode is mounted on the substrate 5, but may be configured as shown in FIGS.
[0028]
4 and 5, a multilayer substrate 22 is accommodated in an internal space defined by an insulating case 20 and a shield plate 21. The multilayer substrate 22 includes an electrode layer 23, a substrate layer 24, a ground layer 25, a substrate layer 26, and a circuit layer 27 from the upper surface side. On the electrode layer 23, a first electrode 23a and a second electrode 23b are formed. Lead wires 28 are connected to the first electrode 23a, the second electrode 23b, and the ground layer 25 via a circuit layer 27, respectively.
[0029]
6 and 7, the electrode plate 31, the flexible substrate 32, the ground electrode plate 33, and the circuit board 34 are accommodated in the insulating case 30. On the electrode plate 31, a first electrode 31a and a second electrode 31b are formed. The flexible substrate 32 is bent into a substantially U-shape, and a ground electrode plate 33 and a circuit board 34 are arranged on the lower surface of the upper surface, and the lower surface is located below the circuit substrate 34. A lead wire 35 is connected to the circuit board 34, and a voltage can be applied to each of the first electrode 31 a and the second electrode 31 b via the ground electrode plate 33 and the flexible board 32.
[0030]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the presence or absence of the conductor on the surface of the insulating case is detected based on the rate of change of the capacitance between the electrodes. Regardless, it is possible to operate properly without the need for adjustment work.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a touch switch according to an embodiment.
2A is a plan view of FIG. 1, FIG. 2B is a sectional view taken along line AA, and FIG. 2C is a sectional view taken along line BB.
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the touch switch shown in FIG.
FIG. 4 is an exploded perspective view of a touch switch according to another embodiment.
5A is a plan view of FIG. 4, FIG. 5B is a sectional view taken along line AA, FIG. 5C is a partially enlarged view of FIG. 4B, and FIG. 5D is a sectional view taken along line BB.
FIG. 6 is an exploded perspective view of a touch switch according to another embodiment.
7A is a plan view of FIG. 6, FIG. 7B is a sectional view taken along line AA, and FIG. 7C is a sectional view taken along line BB.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating case 2 ... 1st electrode 3 ... 2nd electrode 4 ... Ground electrode 5 ... Substrate 6 ... Shield plate 11 ... Oscillation circuit 12 ... 1st CV conversion circuit 13 ... 2nd CV conversion circuit 14 ... Differential amplification circuit 15 ... Comparison circuit
