JP2010273020A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチ非操作によるスイッチ誤動作の発生を抑制することができるスイッチ装置を提供する。
【解決手段】スイッチ装置１は、タッチ操作面２０ｂを有するスイッチ操作部材２ｂと、スイッチ操作部材２ｂのタッチ操作面２０ｂと反対側の面に対向し、かつタッチ操作面２０ｂに対するタッチ操作による第１静電容量結合を形成する検出電極２ｃと、検出電極２ｃに並列し、かつタッチ操作面２０ｂに対するタッチ操作による第２静電容量結合を形成する基準電極２ｄと、検出電極２ｃに生じる第１静電容量と基準電極２ｄに生じる第２静電容量とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する制御部５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチ装置に関し、特に比較的広いタッチ操作面を有するスイッチ操作部を備えたスイッチ装置に関する。

従来のスイッチ装置として、例えば操作者によるタッチ操作によって光源を点灯するものがある（特許文献１）。

このスイッチ装置は、タッチ操作面を有するスイッチ操作部と、このスイッチ操作部のタッチ操作面と反対側の面に対向する電極と、この電極に生じる静電容量（電極と大地との間に生じる静電容量の変化）に基づいて光源を点灯する信号を出力する制御部とを備えている。

以上の構成により、操作者がスイッチ操作部のタッチ操作面に接触すると、電極と大地との間に静電容量の変化が生じ、この変化に基づいて制御部が光源を点灯する。

特開２００６−１９６３９５号公報

しかし、従来のスイッチ装置によると、スイッチ操作部のタッチ操作面が比較的広い場合には、タッチ操作面に対して操作者の手を接近させる時（タッチ非操作時）の静電容量の変化量が、タッチ操作面に対して操作者の指を接触させる時（タッチ操作時）の静電容量の変化量と比べて同程度以上の大きさとして検出されるため、タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができず、タッチ非操作によるスイッチ誤動作が発生するという問題があった。

従って、本発明の目的は、タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができ、もってタッチ非操作によるスイッチ誤動作の発生を抑制することができるスイッチ装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）〜（３）のスイッチ装置を提供する。

（１）タッチ操作面を有するスイッチ操作部と、前記スイッチ操作部の前記タッチ操作面と反対側の面に対向し、かつ前記タッチ操作面に対するタッチ操作による第１静電容量結合を形成する第１電極と、前記第１電極に並列し、かつ前記タッチ操作面に対する前記タッチ操作による第２静電容量結合を形成する第２電極と、前記第１電極に生じる第１静電容量と前記第２電極に生じる第２静電容量とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する制御部とを備えた。

（２）上記（１）に記載のスイッチ装置において、前記制御部は、前記第１静電容量をＦ_１とするとともに、前記第２静電容量をＦ_２として比（Ｆ_１／Ｆ_２）を演算する演算部、及び前記比（Ｆ_１／Ｆ_２）と予め設定された閾値とを比較して判定する判定部を有する。

（３）前記制御部は、前記第１静電容量をＦ_１とするとともに、前記第２静電容量をＦ_２として差（Ｆ_１−Ｆ_２）を演算する演算部、及び前記差（Ｆ_１−Ｆ_２）と予め設定された閾値とを比較して判定する判定部を有する。

本発明によると、タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができ、タッチ非操作によるスイッチ誤動作の発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の全体を説明するために示すブロック図。 本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の使用状態を示す側面図。 本発明の実施の形態に係るスイッチ装置のスイッチ部を説明するために示す回路図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の検出部を説明するために示すブロック図。（ａ）は一方の検出部を、また（ｂ）は他方の検出部をそれぞれ示す。 本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の制御部を説明するために示すブロック図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の動作を説明するために示す断面図。（ａ）はタッチ操作状態を、また（ｂ）はタッチ非操作状態をそれぞれ示す。

〔実施の形態〕
（スイッチ装置の全体構成）
図１はスイッチ装置の接続状態を示す。図１に示すように、スイッチ装置１は、操作者（手指ｆ）のタッチ操作を受けるスイッチ部２と、このスイッチ部２のスイッチ信号を検出して検出信号を出力する検出部３，４と、これら検出部３，４の検出信号を入力してスイッチオン・オフ信号を出力する制御部４とを備え、自動車１００（図２に示す）の運転席側方に配置されている。

図２は自動車の内部を示す。図２に示すように、自動車１００は、その内部に操作者（運転者）Ｄが着座可能な運転席１０１、及びこの運転席１０１の右側側方に位置するドアパネル１０２を有している。

（スイッチ部２の構成）
図３はスイッチ装置のスイッチ部を示す。図３に示すように、スイッチ部２は、部品収納用ケースを形成する本体２ａ（図１に示す）と、この本体２ａ外（自動車１００内）に露出するタッチ操作面２０ｂを有するスイッチ操作部材２ｂ（図１に示す）と、このスイッチ操作部材２ｂのタッチ操作面２０ｂに対するタッチ操作による第１静電容量結合を形成する第１電極としての検出電極２ｃと、この検出電極２ｃに対向してタッチ操作面２０ｂに対するタッチ操作による第２静電容量結合を形成する第２電極としての基準電極２ｄと、この基準電極２ｄと検出電極２ｃとの間に介在するスペーサ２ｅ（図１に示す）とを有し、運転席１０１（図２に示す）の近傍に配置されている。

そして、スイッチ部２は、図１に示すように、本体２ａを除く構成部材（スイッチ操作部材２ｂ，検出電極２ｃ，基準電極２ｄ及びスペーサ２ｅ）によって直方体状の積層体Ａを形成するように構成されている。

本体２ａは、自動車１００（図２に示す）におけるアームレストの一部を構成し、運転席１０１（図２に示す）の近傍に配置され、かつドアパネル１０２（図２に示す）に一体に形成されている。

スイッチ操作部材２ｂは、積層体Ａの最上部に配置され、かつタッチ操作面２０ｂを含む一部を除いて本体２ａ内に収容され、全体が例えばＰＣ（ポリカーボネート）樹脂などの樹脂材料によって形成されている。また、スイッチ操作部材２ｂは、タッチ操作面（上面）２０ｂ及び下面の面積ＳｆがＳｆ＝１００×１００ｍｍ^２の広さに、またその厚さＴｐ_１がＴｐ_１＝１ｍｍの寸法にそれぞれ設定されている。

検出電極２ｃは、スイッチ操作部材２ｂの下方に配置され、かつ１対の検出部３，４のうち一方の検出部３に接続され、手指ｆ又は手の平Ｄｆと共にコンデンサＣ_１（図３に示す）を形成するように構成されている。また、検出電極２ｃは、表面及び裏面の面積ＳｄがＳｄ＝１００×１００ｍｍ^２の広さに設定されている。検出電極２ｃの材料としては、例えば銅合金などの金属材料が用いられる。

基準電極２ｄは、積層体Ａの最下部に配置され、かつ１対の検出部３，４のうち他方の検出部４に接続され、手指ｆ又は手の平Ｄｆと共にコンデンサＣ_２（図３に示す）を形成するように構成されている。また、基準電極２ｄは、検出電極２ｃに厚さ方向に沿って並列する位置、すなわち上面が検出電極２ｃの下面にスペーサ２ｅを介して対向する位置に配置されている。そして、基準電極２ｄは、表面及び裏面の面積ＳｒがＳｒ＝１００×１００ｍｍ^２の広さに設定されている。基準電極２ｃの材料としては、例えば銅合金などの金属材料が用いられる。

スペーサ２ｅは、前述したように検出電極２ｃと基準電極２ｄとの間に配置され、全体が例えばＰＣ樹脂などの樹脂材料によって形成されている。また、スペーサ２ｅは、上面及び下面の面積ＳｓがＳｓ＝１００×１００ｍｍ^２の広さに、またその厚さＴｐ_２がＴｐ_２＝１ｍｍの寸法にそれぞれ設定されている。

（検出部３の構成）
図４はスイッチ装置における一方の検出部を示す。図４に示すように、一方の検出部３は、静電容量ＩＣ（Integrated Circuit：ＩＣ）からなり、発振部３ａ，負荷抵抗３ｂ，ダイオード３ｃ，ＬＰＦ（Low Pass Filter：ＬＰＦ）３ｄ及びオペアンプ３ｅを有し、制御部５（図１に示す）に接続されている。

発振部３ａは、負荷抵抗３ｂに接続され、例えば１００ｋＨｚの高周波信号（Ｖｏ）を出力する。負荷抵抗３ｂは、例えば１００ｋΩの抵抗値をもち、検出電極２ｃ（図１に示す）及びダイオード３ｃに接続されている。ダイオード３ｃは、ＬＰＦ３ｄに接続され、発振部３ａから出力された高周波信号を平滑化する。ＬＰＦ３ｄは、オペアンプ３ｅに接続され、例えば２ｋＨｚ以下の信号を通過させる。オペアンプ３ｅは、増幅及びオフセットが行われた信号（Ｖｏｕｔ１）として発振部３ａからの高周波信号を制御部５に出力する。

（検出部４の構成）
図４に示すように、他方の検出部４は、一方の検出部３と同様に静電容量ＩＣからなり、発振部４ａ，負荷抵抗４ｂ，ダイオード４ｃ，ＬＰＦ４ｄ及びオペアンプ４ｅを有し、制御部５に接続されている。

発振部４ａは、負荷抵抗４ｂに接続され、例えば１００ｋＨｚの高周波信号（Ｖｏ）を出力する。負荷抵抗４ｂは、例えば１００ｋΩの抵抗値をもち、基準電極２ｄ及びダイオード４ｃに接続されている。ダイオード４ｃは、ＬＰＦ４ｄに接続され、発振部４ａから出力された高周波信号を平滑化する。ＬＰＦ４ｄは、オペアンプ４ｅに接続され、例えば２ｋＨｚ以下の信号を通過させる。オペアンプ４ｅは、増幅及びオフセットが行われた信号（Ｖｏｕｔ２）として発振部４ａからの高周波信号を制御部５（図１に示す）に出力する。

（制御部５の構成）
図５はスイッチ装置の制御部を示す。図５に示すように、制御部５は、メモリ５ａ，演算部５ｂ及び判定部５ｃを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）からなり、自動車１００（図１に示す）に搭載されている。

メモリ３ａは、判定部５ｃに接続され、予め設定されたタッチ操作判定用の閾値Ｆ_０（Ｆ_０＝１．５）等が記憶されている。なお、閾値Ｆ_０としては、Ｆ_０＝１．５以外の閾値に設定することが可能である。

演算部５ｂは、オペアンプ３ｅ，４ｅに接続されている。そして、演算部５ｂは、オペアンプ３ｅ，４ｅからの高周波信号を入力し、検出電極２ｃに生じる静電容量Ｆ_１と基準電極２ｄに生じる静電容量Ｆ_２との比（Ｆ_１／Ｆ_２）を演算する。

判定部５ｃは、演算部５ｂに接続されている。そして、判定部５ｃは、演算部５ｂにおいて演算された比Ｆ_１／Ｆ_２とメモリ３ａに記憶された閾値Ｆ_０（例えばＦ_０＝１．５）とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する。この場合、Ｆ_１／Ｆ_２≧１．５であると、タッチオン信号が出力される。また、Ｆ_１／Ｆ_２＜１．５であると、タッチオフ信号が出力される。

〔スイッチ装置１の動作〕
次に、本発明の実施の形態に係るスイッチ装置の動作につき、図６（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）及び（ｂ）はタッチ操作状態とタッチ非操作状態を示す。

図６（ａ）に示すように、タッチ操作部材２ｂのタッチ操作面２０ｂが操作者Ｄの手指ｆによってタッチ操作されると、検出部３の発振部３ａ及び検出部４の発振部４ａからそれぞれ出力される高周波信号（１００ｋＨｚ）の振幅が小さくなる。これら各高周波信号がダイオード３ｃ，４ｃを通過して平滑化された後、各低周波信号（２ｋＨｚ以下の信号）がＬＰＦ３ｄ，４ｄを通過してオペアンプ３ｅ，４ｅに出力される。

次に、オペアンプ３ｅでは発振部３ａからの高周波信号を入力して第１信号（Ｖｏｕｔ１）として、またオペアンプ４ｅでは発振部４ａからの高周波信号を第２信号（Ｖｏｕｔ２）として制御部５にそれぞれ出力する。

そして、制御部５では、第１信号をオペアンプ３ｅから、また第２信号をオペアンプ４ｅから演算部５ｂが入力すると、検出電極２ｃに生じる静電容量Ｆ_１と基準電極２ｄに生じる静電容量Ｆ_２との比（Ｆ_１／Ｆ_２）を演算する。この場合、静電容量Ｆ_１及びＦ_２は次に示す値となる。但し、真空の誘電率ε_ｏをε_ｏ＝８．８５４×１０^−１２とし、ＰＣ樹脂の比誘電率ε_ｒｐをε_ｒｐ＝２とする。

Ｆ_１＝ε_ｏ×ε_ｒｐ×Ｓ_ｆ／Ｔ_ｐ１
＝８．８５４×１０^−１２
×２×１０×１０^−３×１０×１０^−３／（１×１０^−３）
＝１．８×１０^−１２（Ｆ） …（１）

Ｆ_２＝ε_ｏ×ε_ｒｐ×Ｓ_ｆ／（Ｔ_ｐ１＋Ｔ_ｐ２）
＝８．８５４×１０^−１２
×２×１０×１０^−３×１０×１０^−３／（２×１０^−３）
＝０．９×１０^−１２（Ｆ） …（２）

（１），（２）より、比（Ｆ_１／Ｆ_２）はＦ_１／Ｆ_２＝２となる。

この後、制御部５では、メモリ５ａに記憶された閾値Ｆ_０（Ｆ_０＝１．５）と演算部５ｂで演算された比（Ｆ_１／Ｆ_２）とを判定部５ｃが比較して判定する。この場合、（Ｆ_１／Ｆ_２）≧１．５であるため、タッチオン信号を出力する。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、タッチ操作部材２ｂのタッチ操作面２０ｂから距離Ｄ（例えばＤ＝５０ｍｍ）をもって離間する位置に操作者Ｄの手の平Ｄｆが配置されると、コンデンサＣ_１が手の平Ｄｆ及び検出電極２ｃによって、またコンデンサＣ_２が手の平Ｄｆ及び基準電極２ｄによってそれぞれ形成されるため、制御部５の演算部５ｂによる比（Ｆ_１／Ｆ_２）は、タッチ操作部材２ｂのタッチ操作面２０ｂが操作者Ｄの手指ｆによってタッチ操作される場合と比べて異なる。

この場合、手の平Ｄｆと検出電極２ｃとの間に空気層（空気の比誘電率εｒはεｒ＝１），樹脂層（スイッチ操作部材２ｅ）が、また手の平Ｄｆと基準電極２ｄとの間に空気層，樹脂層（スイッチ操作部材２ｂ，スペーサ２ｅ）がそれぞれ存在するため、静電容量Ｆ_１，Ｆ_２はそれぞれ１対のコンデンサ（Ｆｘｅ，Ｆｘｐ）を直列接続した場合（Ｆ_１＝１／{（１／Ｆ_１ｅ）＋（１／Ｆ_１ｐ）}，Ｆ_２＝１／{（１／Ｆ_２ｅ）＋（１／Ｆ_２ｐ）}）と等価である。これにより、手の平Ｄｆの面積Ｓｏが検出電極２ｃの表裏各面の面積Ｓｄ及び基準電極２ｄの表裏各面の面積Ｓｒと同一の面積（Ｓｏ＝Ｓｄ＝Ｓｒ）とし、静電容量Ｆ_１及びＦ_２は次に示す値となる。

Ｆ_１＝１／{（１／Ｆ_１ｅ）＋（１／Ｆ_１ｐ）}＝１．８×１０^−１２…（３）

∵Ｆ_１ｅ＝ε_ｏ×ε_ｒ×Ｓ_ｄ／Ｄ＝８．８５４×１０^−１２
×１×１００×１０^−３×１００×１０^−３／（５０×１０^−３）
＝１．８×１０^−１２（Ｆ）
Ｆ_１ｐ＝ε_ｏ×ε_ｒｐ×Ｓ_ｄ／Ｔ_ｐ＝８．８５４×１０^−１２
×２×１００×１０^−３×１００×１０^−３／（１×１０^−３）
＝１．８×１０^−１２（Ｆ）

Ｆ_２＝１／{（１／Ｆ_２ｅ）＋（１／Ｆ_２ｐ）}＝１．７×１０^−１２…（４）

∵Ｆ_２ｅ＝ε_ｏ×ε_ｒ×Ｓ_ｄ／Ｄ＝８．８５４×１０^−１２
×１×１００×１０^−３×１００×１０^−３／（５０×１０^−３）
＝１．８×１０^−１２（Ｆ）
Ｆ_２ｐ＝ε_ｏ×ε_ｒｐ×Ｓ_ｄ／Ｔ_ｐ＝８．８５４×１０^−１２
×２×１００×１０^−３×１００×１０^−３／（２×１０^−３）
＝０．９×１０^−１２（Ｆ）

（３），（４）より、比（Ｆ_１／Ｆ_２）はＦ_１／Ｆ_２≒１．１となる。

この後、制御部５では、メモリ５ａに記憶された閾値Ｆ_０（Ｆ_０＝１．５）と演算部５ｂで演算された比（Ｆ_１／Ｆ_２）とを判定部５ｃが比較して判定する。この場合、（Ｆ_１／Ｆ_２）＜１．５であるため、タッチオフ信号を出力する。

本実施の形態においては、タッチ操作時の比Ｆ_１／Ｆ_２がタッチ非操作時の比Ｆ_１／Ｆ_２よりも大きい値となるため、適正な閾値Ｆ_０（本実施の形態ではＦ_０＝１．５）を設定することにより、タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができる。

〔実施の形態の効果〕
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

タッチ操作時とタッチ非操作時との判別を行うことができ、タッチ非操作によるスイッチ誤動作の発生を抑制することができる。

以上、本発明のスイッチ装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）上記実施の形態では、検出電極２ｃに生じる第１静電容量をＦ_１とするとともに、基準電極２ｄに生じる第２静電容量をＦ_２として比（Ｆ_１／Ｆ_２）を演算し、この比（Ｆ_１／Ｆ_２）と閾値Ｆ_０とを比較して判定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、検出電極に生じる第１静電容量をＦ_１とするとともに、基準電極に生じる第２静電容量をＦ_２として差（Ｆ_１−Ｆ_２）を演算し、この差（Ｆ_１−Ｆ_２）と閾値Ｆ_０とを比較して判定してもよい。

（２）上記実施の形態では、基準電極２ｄが検出電極２ｃにスペーサ２ｅを介して対向する場合について、すなわち基準電極２ｄ及び検出電極２ｃが電極厚さ方向に沿って互いに並列する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、基準電極及び検出電極をその電極面方向に沿って互いに並列させてもよい。この場合、例えばスイッチ操作部がタッチ操作面方向に沿って互いに並列する１対のスイッチ操作部材からなり、これら１対のスイッチ操作部材の誘電率が互いに大小異なる材料によって形成されている。

（３）上記実施の形態では、スイッチ操作部材２ｂ及びスペーサ２ｅがＰＣ樹脂である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル，ブタジエン，スチレン重合合成樹脂：ＡＢＳ樹脂）などの他の樹脂であってもよい。

（４）上記実施の形態では、自動車１００におけるドアパネル１０２にスイッチ装置１が配置されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、自動車のドアパネル以外の部位にスイッチ装置を配置してもよい。また、自動車以外の他の車両にも本実施の形態の場合と同様に適用可能である。

１…スイッチ装置、２…スイッチ部、２ａ…本体、２ｂ…スイッチ操作部材、２０ｂ…タッチ操作面、２ｃ…検出電極、２ｄ…基準電極、２ｅ…スペーサ、３，４…検出部、３ａ，４ａ…発振部、３ｂ，４ｂ…負荷抵抗、３ｃ，４ｃ…ダイオード、３ｄ，４ｄ…ＬＰＦ、５…制御部、５ａ…メモリ、５ｂ…演算部、５ｃ…判定部、１００…自動車、１０１…運転席、１０２…ドアパネル、Ａ…積層体、Ｄ…操作者、Ｄｆ…手の平、ｆ…手指

Claims (3)

1. タッチ操作面を有するスイッチ操作部と、
   前記スイッチ操作部の前記タッチ操作面と反対側の面に対向し、かつ前記タッチ操作面に対するタッチ操作による第１静電容量結合を形成する第１電極と、
   前記第１電極に並列し、かつ前記タッチ操作面に対する前記タッチ操作による第２静電容量結合を形成する第２電極と、
   前記第１電極に生じる第１静電容量と前記第２電極に生じる第２静電容量とを比較して判定し、この判定結果に基づいてタッチオン・オフ信号を出力する制御部と
   を備えたスイッチ装置。
2. 前記制御部は、前記第１静電容量をＦ_１とするとともに、前記第２静電容量をＦ_２として比（Ｆ_１／Ｆ_２）を演算する演算部、及び前記比（Ｆ_１／Ｆ_２）と予め設定された閾値とを比較して判定する判定部を有する請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記制御部は、前記第１静電容量をＦ_１とするとともに、前記第２静電容量をＦ_２として差（Ｆ_１−Ｆ_２）を演算する演算部、及び前記差（Ｆ_１−Ｆ_２）と予め設定された閾値とを比較して判定する判定部を有する請求項１に記載のスイッチ装置。

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