静電容量型スイッチ装置
【目的】電極間に操作者の指が位置した場合でも、スイッチがＯＮ、ＯＦＦの認識を可能なものとする。
【構成】ＣＰＵとスイッチのＯＮ、ＯＦＦを判定する閾値を内蔵し、スイッチ切り替え回路を設けた制御基板と、誘電体の内部に、前記制御基板に設けたスイッチ切り替え回路と、配線を介して接続され、直線状に配置した複数のスイッチ電極と該直線状に配置した複数のスイッチ電極の前後に、前記制御基板と電気的導通関係にないダミー電極を設けた静電容量型スイッチ装置であって、操作者の指が隣り合うスイッチ電極の中間に重なる様に、誘電体の表面に触れ、前記の隣り合うスイッチ電極の内、一方の電極が、制御基板内のスイッチ切り替え回路の切り替えにより、ＣＰＵに接続された場合、隣り合うスイッチ電極の内、他方の電極にて操作者の指との間に発生した静電容量が、前記したダミー電極と、並列状態を形成することにより、スイッチ切り替え回路にてＣＰＵに接続されたスイッチ電極にて検出される静電容量を増加とする静電容量型スイッチ装置。
【構成】ＣＰＵとスイッチのＯＮ、ＯＦＦを判定する閾値を内蔵し、スイッチ切り替え回路を設けた制御基板と、誘電体の内部に、前記制御基板に設けたスイッチ切り替え回路と、配線を介して接続され、直線状に配置した複数のスイッチ電極と該直線状に配置した複数のスイッチ電極の前後に、前記制御基板と電気的導通関係にないダミー電極を設けた静電容量型スイッチ装置であって、操作者の指が隣り合うスイッチ電極の中間に重なる様に、誘電体の表面に触れ、前記の隣り合うスイッチ電極の内、一方の電極が、制御基板内のスイッチ切り替え回路の切り替えにより、ＣＰＵに接続された場合、隣り合うスイッチ電極の内、他方の電極にて操作者の指との間に発生した静電容量が、前記したダミー電極と、並列状態を形成することにより、スイッチ切り替え回路にてＣＰＵに接続されたスイッチ電極にて検出される静電容量を増加とする静電容量型スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチ電極を設けた静電容量型スイッチ装置を用いて、操作パネル表面上で指を滑らせて、前記複数のスイッチを連続的にＯＮとする操作を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型スイッチ装置は主に図１に示すように、操作パネル１に電極シート７を用いたものと、図２に示すように、操作パネル８に電極基板９を用いた２通りの構成が知られている。
図１の構成は、操作パネル１と制御基板２からなり、コネクタ３と配線４で接続されている。また、図２の構成は操作パネル８と制御基板２からなりコネクタ１０と配線１１で接続されている。
【０００３】
図１に示した操作パネル１は、図１のＦ−Ｆ断面図に図示するように樹脂やガラス等の誘電体５の裏面に、電極シート７を接着剤や両面テープ等の接着層６にて貼り付けたものである。
図２に示した操作パネル８は、図２のＧ−Ｇ断面図に図示するように樹脂やガラス等の誘電体５の裏面に電極基板９を接着剤や両面テープ等の接着層６にて貼り付けたものである。
【０００４】
次に図１のＦ−Ｆ断面図に示した電極シート７の構成を図３に示す。
電極シート７は、図３に示す様に、ＰＥＴフィルム１２上に銀やカーボン、ＩＴＯなどの導電性の素材でスイッチ電極１３と、配線パターン１４を形成し、図１の制御基板２へ接続する為に、配線パターン１４の端部に主にカーボンなどの導電性の素材でコネクタ接続端子１５を形成したものである。
【０００５】
次に図２のＧ−Ｇ断面図に示した電極基板９の構成を図４に示す。
電極基板９は図４に示す様に、ガラスエポキシ材やガラスコンポジット材、グリーンエポキシ材、紙エポキシ材、紙フェノール（ベーク）材などの基板用基材１６上に、銅を使用してスイッチ電極１７と配線パターン１８を形成し、図２の制御基板２へ接続する為に配線パターン１８の端部にコネクタ１０を実装したものである。
【０００６】
図１に示した操作パネル１に電極シート７を用いた構成と、図２に示した操作パネル８に電極基板９を用いた構成は、構成素材は異なるが動作原理は同じである為、以下のスイッチ動作についての説明は図１に示した操作パネル１に電極シート７を用いた構成を例に説明する。
【０００７】
図１の操作パネルでのスイッチ動作について図５に示す。
図５に示す様に、スイッチ電極１３のＡに重なる様に指１９が位置し、指１９が操作パネル表面２２に触れている状態では、誘電体５を導電体であるスイッチ電極１３Ａと、指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成され静電容量２１が発生する。
また、逆に誘電体５から指１９が離れると、平行板コンデンサが無くなる為、静電容量２１が無くなる。
この時、静電容量２１は指１９と、スイッチ電極１３の間の誘電体の厚さ２０に反比例し、指１９が操作パネル表面２２に接触している面積に比例し増減する。また同様に誘電体５の誘電率にも比例して増減する。
【０００８】
この静電容量２１の変化を、図１に示す制御基板２のＣ／Ｖ変換回路（容量を電圧に変換）で電圧に変換し、演算処理装置（ＣＰＵ）に設けられているアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）でデジタルデータに置き換え、記憶装置に格納されている演算処理装置の動作を決める制御プログラムを演算処理装置（ＣＰＵ）へ読み込み、制御プログラムによりＯＮ／ＯＦＦ状態を設定した適切な閾値を基準として、該閾値との比較を行いスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を判断している。
また、図１に示す制御基板２では、上記ＯＮ／ＯＦＦ状態の判断をスイッチ電極１３のＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅの順に制御基板２のスイッチ切り替え回路にて一定の周期で切り替え判定を行っている。
これが静電容量型スイッチの一般的な動作原理である。
【０００９】
次に静電容量型スイッチを、多段階のスライドスイッチとして使用する場合の操作について説明する。
図５の指１９が、操作パネル表面２２上で操作方向２３に滑らせる様に移動し、スイッチ電極１３のＢに重なる位置まで移動すると、スイッチ電極１３のＢが制御基板２によりＯＮ状態と判断される。次に指１９が操作方向２３に更に移動し、スイッチ電極１３のＣに重なる位置となると、スイッチ電極１３のＣが制御基板２によりＯＮ状態と判断される。同様にスイッチ電極１３のＤに重なる位置まで移動すると、スイッチ電極１３のＤが制御基板２によりＯＮ状態と判断され、スイッチ電極１３のＥに重なる位置まで移動すると、スイッチ電極１３のＥが制御基板２によりＯＮ状態と判断される。
また、同様に指がＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅの各スイッチ電極１３の上を通り過ぎると、各スイッチ電極１３の静電容量２１が無くなる為、ＯＦＦ状態と判断される。
【００１０】
この時、制御基板２により判断されたＯＮ／ＯＦＦ信号の時間差を（制御基板内の）別のプログラムにより判断することで、初めにＯＮとなったスイッチの位置から次にＯＮとなったスイッチの位置へ指の動作したことを検出することが出来る。これが静電容量型スイッチを多段階のスライドスイッチとして利用した時の一般的な動作原理である。
この操作方法は、方向指示操作や操作する機器の音量や風量、火力などのボリュームコントロールの用途に多く使用されている。
【００１１】
この様に静電容量型スイッチは多段階のスライドスイッチとして使用されており、スライドスイッチとしての段回数はスイッチ電極１３と制御基板２のスイッチ切り替え回路の切り替え数で決まっていた。
例としては図５に示す静電容量型スイッチでは、スイッチ電極１３の数が５つで制御基板２のスイッチ切り替え回路の切り替え数も同数である為、スライドスイッチの段階数は５段階となる。
【００１２】
この為、方向指示操作や操作する機器のボリュームコントロールを細かく操作したい場合は、図３に示すスイッチ電極１３と図１に示す制御基板２上のスイッチ切り替え回路の切り替え数を必要な段階の数だけ設ける必要があった。
【００１３】
図６は一例として、図５のスイッチ電極１３の各電極の間に１段階を追加し、図５の５段階から９段階に段階数を増やしたものである。
この時、図６では図５に比べ電極シート２９のスイッチ電極２６が増え、それによって配線２８の配線数も増えることから制御基板３０のスイッチ切り替え回路の切り替え数も増えている。
【００１４】
しかし、上記の方法では、図６のスイッチ電極２６と制御基板３０のスイッチ切り替え回路の切り替え数が増える事からコストアップとなる為、安易に採用できない。その為、スライドスイッチの段階数を増やす別の方法を用いる事がある。
この方法は図７の様に、スイッチ電極１３の隣り合った電極、例えば図ではスイッチ電極１３のＡとＢの双方に重なる位置に指が触れた場合、誘電体５を導電体であるスイッチ電極１３のＡに指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成され、同様に誘電体５を導電体であるスイッチ電極１３のＢに指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成される。これによりスイッチ電極１３のＡに静電容量３１が発生し、制御基板２でＯＮと判断し、同じくスイッチ電極１３のＢに静電容量３２が発生し、制御基板２でＯＮと判断した時、各々のＯＮ信号を論理積として得た値を利用し、図８の様に隣り合った電極の間に仮想スイッチ３３があるように制御することが出来る。
尚、この時の各々のＯＮ信号の論理積は、ＯＮ信号を出すプログラムとは別の制御基板の記憶装置に格納されているプログラムを演算処理装置（ＣＰＵ）へ読み込み、該制御プログラムにより各々のＯＮ／ＯＦＦ状態の論理積を演算し出力するものとする。
また、図はスイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものであるが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に指１９が触れた場合についても同様である。
更に以下の説明もスイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものについて説明するが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に指１９が触れた場合についても同様である。
【００１５】
具体的には、通常は図７の様にスイッチ電極１３がＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つ存在する場合、これを用いたスライドスイッチは５段階で使用されるが、図８の様に仮想スイッチ３３を設けた制御を行う場合、同じスイッチ電極１３の数でスライドスイッチの段階数を９段階に増やすことが出来る。
同様にスイッチ電極がＮ個ある場合、段階数はＮ×２−１となる。
【００１６】
しかし、図８の様に仮想スイッチ３３を設けた場合、図７のスイッチ電極１３のＡとＢで発生する静電容量３１、３２は、図５のスイッチ電極１３のＡより発生する静電容量２１に比べて半分以下と低い為、ＯＮ／ＯＦＦの判定の閾値の設定で以下の様な問題があった。
【００１７】
ＯＮ／ＯＦＦの判定の閾値の設定で問題がある事を説明する為に、まずスイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置でのスイッチのＯＮ／ＯＦＦの判定について詳細を説明する。
【００１８】
図７ではスイッチ電極１３のＡとＢに重なる箇所に指１９が位置している状態であり、この時、静電容量３１と静電容量３２は、それぞれスイッチ電極１３に指１９が重なりあう面積に応じて発生する。
【００１９】
図９では、図７でスイッチ電極１３と指１９が重なっている状態を示しており、図７の操作パネル表面２２と指１９の接触している領域を面積３４に示している。
【００２０】
図１０では、指の接触面積３４を説明する為の便宜上、円形として図示している。
指の接触する面積３４は、スイッチ電極１３のＡ、Ｂにそれぞれ重なっており、スイッチ電極１３のＡ、Ｂがそれぞれ図７の誘電体５を指１９で挟んだ平行板コンデンサを形成している。
【００２１】
この様に形成された平行板コンデンサは、図１１に示す様にスイッチ電極１３のＡに重なっている領域を面積３５、 電極１３のＢに重なっている領域を面積３６、どちらにも重なっていない領域を面積３７というように分けると、面積３５が図７の静電容量３１に影響しており、面積３６が図７の静電容量３２に影響している。
また、スイッチ電極１３は電極間で電気的な絶縁が必要な為、電極の間の距離３８は必ず必要であり、静電容量が発生しない面積３７が存在してしまう。
【００２２】
また、この時発生した静電容量３１と、静電容量３２の双方を同時に制御基板２にてＯＮと判断する為には、静電容量３１と静電容量３２が静電容量の誤差の範囲を除いてはほぼ等しい値であることが必要であり、その為には面積３５と面積３６もほぼ等しい値である必要がある。
【００２３】
一方、図５に示す静電容量２１は、図１２に示す様に面積３４の全てを使用して誘電体５がスイッチ電極１３のＡと指１９に挟まれた平行板コンデンサを形成している。
【００２４】
静電容量２１と静電容量３１、 静電容量３２は指１９とスイッチ電極１３の間の誘電体の厚さ２０と誘電体５の誘電率が同じである為、静電容量を発生させている指１９が、スイッチ電極１３に重なる面積の比と静電容量の比は同じとなる。
よって、静電容量２１を発生させている指１９の重なる面積にくらべ、静電容量３１と静電容量３２を発生させている指１９の重なる面積は半分以下であることから、静電容量２１に比べ静電容量３１と静電容量３２は半分以下となる。
また前記したようにスイッチ電極１３は、電極間で電気的な絶縁が必要な為、電極の間の距離３８は必ず必要であり、静電容量が発生しない面積３７が存在してしまい、その分は静電容量が発生しない為、静電容量３１と静電容量３２は電極の間の距離３８が極めて短く構成できたとしても静電容量２１の半分にはならなかった。
【特許文献１】特開２０００−１３２３１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
この様に従来の方法では図５の静電容量２１、図７の静電容量３１、 静電容量３２を図５、図７の制御基板２でＯＮ／ＯＦＦを判定すると、図７に示す静電容量３１、 静電容量３２と図５に示す静電容量２１では差が大きい為、静電容量２１を基準にスイッチ電極１３のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで発生した各々の静電容量をＯＮと判断するように制御基板２の制御プログラム内の閾値を設定すると、図７に示すスイッチ電極１３のＡとＢに重なるように指１９が位置した時の静電容量３１、 静電容量３２は該閾値より低くなるためＯＮと判断出来ない。
よって、図８に示す仮想スイッチ３３のＡ∧ＢもＯＮと判断できない。
また、図７はスイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものであるが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に、指１９が触れた場合についても同様で、ＢとＣに重なる位置では仮想スイッチ３３のＢ∧ＣがＯＦＦと判断され、ＣとＤに重なる位置では仮想スイッチ３３のＣ∧ＤがＯＦＦと判断され、ＤとＥに重なる位置では仮想スイッチ３３のＤ∧ＥがＯＦＦと判断される。
この為、仮想スイッチは機能しない。
【００２６】
逆に静電容量３１、 静電容量３２を基準にスイッチ電極１３のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各々をＯＮと判断するように制御基板２の制御プログラム内の閾値を設定すると、静電容量２１が静電容量３１、 静電容量３２の倍以上の値である為、静電容量２１が制御基板２の制御プログラム内の閾値に対して高すぎてしまう。
この様に、制御基板２の制御プログラム内の閾値に対して、静電容量２１が高すぎる場合は図７の操作パネル表面２２に指１９が触れていないにも関わらずスイッチ電極１３のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各々をＯＮと判断してしまうことがあった。
【００２７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、図８の様な仮想スイッチを設けた制御をし、該制御に上記の様な制御基板２の制御プログラム内の閾値の設定に於ける問題が発生しない様に、図７の静電容量３１、静電容量３２を増加させ、静電容量２１との差を少なくする構造を構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成する為、ＣＰＵと、スイッチのＯＮ、ＯＦＦを判定する閾値を記憶装置に内蔵し、静電容量を発生するスイッチ電極の静電容量を計測する為のスイッチ切り替え回路を設けた制御基板と、樹脂やガラスで形成した誘電体を設け、該誘電体の内部に、前記スイッチ切り替え回路に配線を介して接続された複数のスイッチ電極と、該複数設けられたスイッチ電極の最初の電極の前と、最後の電極の後ろに、前記制御基板と電気的導通関係にないダミー電極を設けた静電容量型スイッチ装置であって、操作者の指が、前記した複数設けたスイッチ電極のうち、隣り合うスイッチ電極の中間に重なる様に、前記誘電体の表面ごしに触れ、前記操作者が、誘電体を介して触れた隣り合うスイッチ電極のうち、一方の電極が、前記制御基板に設けられているスイッチ切り替え回路により切り替えられ、前記ＣＰＵにより静電容量を計測される場合に、前記隣り合うスイッチ電極のうち、他方の電極と、操作者の指との間に発生した静電容量が、前記ダミー電極と、ダミー電極の隣に設けられているスイッチ電極との間に、発生する静電容量と並列状態を形成することにより、前記一方の電極の静電容量を増加させる静電容量型スイッチ装置を提案するものである。
【発明の効果】
【００２９】
上記の手段により、方向指示操作や操作する機器のボリュームコントロールを細かく操作したい場合に於いても、スイッチ電極や制御基板のスイッチ切り替え回路の切り替え数を増やすこと無くコストを抑えることが出来る。
また、適切に設定された制御基板に設けられている、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ判定の閾値により、スイッチ電極と制御基板のスイッチ切り替え回路の切り替え数を共に増やした時に近い操作性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１３は、本発明に於ける静電容量型スイッチ装置の構成を示したものである。
この静電容量型スイッチ装置は、操作パネル３９と制御基板２からなり、スイッチ電極４３の引き出し形状４０に配線４１が接続され、制御基板２と接続されている。
【００３１】
図１３に示した操作パネル３９は、図１３のＭ−Ｍ断面図に図示するように、樹脂やガラス等の誘電体４２の中に、スイッチ電極４３とダミー電極４４を設けたものであり、スイッチ電極４３とダミー電極４４の材質は、金属を導電性の樹脂、または導電性がない樹脂に導電性のあるインキで表面を被覆したもの用いる。
スイッチ電極４３とダミー電極４４の形状は、材質が導電性の金属の場合、切削加工かプレス加工で形成し、材質が導電性の樹脂の場合は射出成形にて形成する。
誘電体４２の中に、スイッチ電極４３とダミー電極４４を設ける方法については、射出成形機を用いたインサート成形や、誘電体４２を２部品に分け挟みこむ方法、誘電体４２の裏面に両面テープや接着剤などで貼り付ける方法がある。
【００３２】
図１４に、本発明に於ける静電容量型スイッチ装置の動作原理について説明する。
図１４では、スイッチ電極４３のＡに重なる様に指１９が位置する状態から、スイッチ電極４３のＥに重なる様に指１９が位置する状態まで、指１９を操作パネル表面４８上で操作方向４９に滑らせる様に移動させる状態について説明する。まず初めにスイッチ電極４３のＡに重なる様に指１９が位置するようにする。
【００３３】
この様にスイッチ電極４３のＡに重なる様に指１９が位置し、且つ操作パネル表面４８に指１９が触れている状態では、誘電体４２を導電体であるスイッチ電極４３のＡと、指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成され、静電容量４６（Ｃ9）が発生し、制御基板２によりＯＮ状態と判断される。
この時、静電容量４６（Ｃ9）は、指１９とスイッチ電極４３の間の誘電体の距離４５と反比例し、指１９が操作パネル表面４８に接触している面積に比例し増減する。また同様に誘電体４２の誘電率にも比例して増減する。
また、電極間の静電容量４７は常に一定であり、静電容量４６（Ｃ9）と並列に存在していることから、スイッチ電極４３のＡで検出される静電容量の増減には影響を与えない為、この時の制御基板によるＯＮ／ＯＦＦ状態の判断には影響を与えない。
これはスイッチ電極４３のＡに指１９が重なり、且つ操作パネル表面４８に指１９が触れた時の説明であるが、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに重なる位置に指１９が位置し、且つ操作パネル表面４８に指１９が触れた場合についても同様である。
【００３４】
次に図１４で、指１９を操作パネル表面４８上で操作方向４９に滑らせる様に移動を続け、図１５の様にスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に、指１９が位置した状態まで移動した時の状態を説明する。
図１５の様に、スイッチ電極４３の隣り合った電極、例えばスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる位置に指が触れた場合、誘電体４２を導電体であるスイッチ電極４３のＡに指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成され、同様に誘電体４２を導電体であるスイッチ電極４３のＢに指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成される。これによりスイッチ電極４３のＡに静電容量５０（Ｃ7）が発生し、同じくスイッチ電極４３のＢに静電容量５０（Ｃ8）が発生する。
この時、静電容量５０（Ｃ7）と静電容量５０（Ｃ8）は指１９とスイッチ電極４３の間の誘電体の距離４５に反比例し、指１９が操作パネル表面４８に接触している面積のうちスイッチ電極４３のＡとＢのそれぞれに重なる面積に比例し増減する。また同様に誘電体４２の誘電率にも比例して増減する。
また図１５では、スイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものを例に説明しているが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に指１９が触れた場合についても同様である。
【００３５】
更に本発明では、図３に示すように電極シートを用いた場合の電極厚さ２４、もしくは図４に示すように電極基板を用いた場合の電極厚さ２５が、数μｍ〜数十μｍと非常に薄い為、各電極の間にはほとんど静電容量が発生しなかったものを、図１５の様に、各スイッチ電極４３間とスイッチ電極４３と、制御基板に対して電気的導通が無いダミー電極４４の間に静電容量４７を発生させている。
【００３６】
以下に、ダミー電極４４とスイッチ電極４３、スイッチ電極４３とスイッチ電極４３間に発生した静電容量４７の詳細を示す。
ダミー電極４４とスイッチ電極４３のＡとの間では、ダミー電極４４とスイッチ電極４３のＡの距離とダミー電極４４とスイッチ電極４３のＡの向かい合った面の面積と、ダミー電極４４とスイッチ電極４３のＡの間の誘電体の誘電率に依存した静電容量４７（Ｃ1）が発生しており、同様にスイッチ電極４３のＡとスイッチ電極４３のＢの間に静電容量４７（Ｃ2）が発生し、スイッチ電極４３のＢとスイッチ電極４３のＣの間に静電容量４７（Ｃ3）が発生し、スイッチ電極４３のＣとスイッチ電極４３のＤの間に静電容量４７（Ｃ4）が発生し、スイッチ電極４３のＤとスイッチ電極４３のＥの間に静電容量４７（Ｃ5）が発生し、スイッチ電極４３のＥとダミー電極４４の間に静電容量４７（Ｃ6）が発生している。
【００３７】
これらの電極間に発生した静電容量の影響により、図１５のスイッチ電極４３のＡで静電容量を検出する場合には、静電容量５０（Ｃ7）に加え、静電容量５０（Ｃ8）の影響も受け静電容量が増加し、スイッチ電極４３のＢで静電容量を検出する場合には、静電容量５０（Ｃ8）に加え静電容量５０（Ｃ7）の影響も受け、静電容量が増加する。
【００３８】
次に静電容量５０（Ｃ8）と静電容量５０（Ｃ7）が各静電容量の検出に対してどのような関係にあるのかを説明する。
図１５に発生する各静電容量は、制御基板２のスイッチ切り替え回路にてスイッチ電極４３のＡの静電容量を検出する時、検出される静電容量は図１５に示す各静電容量を合成したものとなる。
制御基板２では、この合成された静電容量を元に制御基板２にて設定された閾値との比較によりＯＮ／ＯＦＦ判定を行っている。
この時の各静電容量がどのような関係になっているかを図１６に模式的に示す。
図１６では、主に増減する静電容量５０（Ｃ7）に対し、静電容量４７（Ｃ1）は並列に存在し、常に一定である為、検出される静電容量の増減には影響しない。
この為、制御基板２にて設定された閾値との比較によるＯＮ／ＯＦＦ判定にも影響が無いことがわかる。
また、静電容量４７（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）は直列に配列されており、（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）が合成された静電容量は、静電容量５０（Ｃ8）と並列の関係にある。
さらに静電容量４７（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）の直列に合成された静電容量と、静電容量５０（Ｃ8）とを合成した静電容量は、静電容量４７（Ｃ2）と直列の関係にある。
また、この図１６の模式図では指１９が触れていない場合は、静電容量４７（Ｃ2），（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）が直列の関係になる。
静電容量がこの様な関係にある時、誘電体４２に指１９が触れている場合に、制御基板２で検出される合成の静電容量は、指１９が触れていない場合に制御基板２で検出される合成の静電容量に比べ増加する。
【００３９】
以下にスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に指１９が位置した状態の時、スイッチ電極４３のＡで検出される静電容量をＣAとし、静電容量５０（Ｃ7）に対し静電容量５０（Ｃ8）が増加する方向に影響していることを証明する。
スイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に指１９が位置した状態の時、スイッチ電極４３のＡで検出される静電容量をＣAは次式で表される。
ＣA＝Ｃ1＋Ｃ7＋１／（１／Ｃ2＋１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）））・・・1
Ｃ8の影響がある部分
ＣAがＣ7に加えてＣ8影響を受け増加している場合は
以下に示す「Ｃ8により影響がある部分」がＣ8の増加に伴い増加する為
1式の「Ｃ8により影響がある部分」より
指が触れた時と指が触れなかった時の関係は下記の2式の様になる。
この時、左辺は1式の「Ｃ8により影響がある部分」であり右辺は1式の「Ｃ8により影響がある部分」で指が触れなかった時であり、指が触れていない為Ｃ8＝0を代入した。
１／（１／Ｃ2＋１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）））
＞１／（１／Ｃ2＋１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）・・・・2
１／Ｃ2＋１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6
＞１／Ｃ2＋１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6））
上式の両辺より１／Ｃ2を引いても不等号式の関係は変わらないので
両辺より１／Ｃ2を引く
１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6＞１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6））
（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）
×（１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）））＞1
Ｃ8／Ｃ3＋Ｃ8／Ｃ4＋Ｃ8／Ｃ5＋Ｃ8／Ｃ6＞０・・・・3
3は成り立つ
この事により仮定の式1も成り立つ
よってスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に指１９が位置した状態の時、スイッチ電極４３のＡで検出される静電容量ＣAは、静電容量５０（Ｃ7）加え静電容量５０（Ｃ8）の影響で更に増えていることが証明できる。
また、この証明はＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものであるが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に指１９が触れた場合についても同様である。
【００４０】
次に本発明の図１５のダミー電極４４の作用を説明する。
図１５に発生する各静電容量は、スイッチ電極４３のＢでもＡの場合と同様に合成された静電容量として検出される。
この時の各静電容量がどのような関係になっているかを図１７に模式的に示す。
図１７では静電容量５０（Ｃ8）に対し、静電容量４７（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）の合成容量は並列に存在し、常に一定である為、ＯＮ／ＯＦＦ判定に影響が無いことがわかる。
また、静電容量４７（Ｃ2）は、静電容量５０（Ｃ7）と直列の関係にあるが、静電容量５０（Ｃ7）に対し、静電容量４７（Ｃ1）が並列に存在する為、制御基板２により検出される合成の静電容量は静電容量５０（Ｃ8）に加え、静電容量５０（Ｃ7）の影響も受けて増加する。
よって、ダミー電極４４が存在しない場合は、静電容量５０（Ｃ7）が、静電容量４７（Ｃ2）と直列の関係になってしまう為、指が触れていない場合に比べ、指が触れている場合の方がスイッチ電極４３のＢで検出される合成された静電容量が少なくなる。
この為、本発明では図１５のスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に、指１９が位置した状態の時に、スイッチ電極４３のＢで合成された静電容量を検出する場合と、スイッチ電極４３のＤとＥの双方に重なる様に指１９が位置した状態の時、スイッチ電極４３のＤで合成された静電容量を検出する場合は、それぞれ図の様にスイッチ電極４３のＡの隣とスイッチ電極４３のＥの隣にダミー電極４４が必要である。
この為、本発明ではダミー電極４４を設けている。
【００４１】
よって、本実施形態によれば、入力方式に複数のスイッチ電極を設けた静電容量型スイッチ装置を用いて、操作パネル表面で指を滑らせてスイッチを連続的にＯＮとし、多段階のスライドスイッチとして使用する装置において、スイッチ電極と制御基板のスイッチ切り替え回路の切り替え数を増やさずに段階数を増やしつつ、スイッチＯＮ／ＯＦＦ判定の閾値の設定を適切に行うことが出来る。
【実施例１】
【００４２】
次に本実施形態の具体的例を示す。
前記の形態で、図１５の電極の間の静電容量４７（Ｃ2）、（Ｃ3）、（Ｃ4）、（Ｃ5）を増加させると前記の1式にもある通り、各スイッチ電極４３で検出される静電容量も増加する。
この関係を用い、図１８は電極の間の静電容量６１（Ｃ2）、（Ｃ3）、（Ｃ4）、（Ｃ5）を増加させることで、各スイッチ電極５２で検出される静電容量を増加させ、図１５による前記の形態の効果を高めている。
そして、これにより制御基板２のＯＮ／ＯＦＦ判定の閾値がより適切に行うことが出来る。
【００４３】
次に各電極間の静電容量６１について説明する。
各電極間の静電容量６１（Ｃ2）、（Ｃ3）、（Ｃ4）、（Ｃ5）は、スイッチ電極の間の距離６３と、スイッチ電極の間の誘電体５４の誘電率とスイッチ電極５２同士が向かい合う面積に依存しており、各電極間の静電容量は、スイッチ電極の間の距離６３が減るかスイッチ電極の間の誘電体５４の誘電率を増やすか、スイッチ電極５２同士が向かい合う面積を増やせば増加する。
【００４４】
このことから、各スイッチ電極５２間に、ＴｉＯ2などを含む高誘電率のフィルム５４を、電極との間に誘電率の低い空気が入らない様に、接着剤や両面テープなどの接着層６４により接着することでスイッチ電極５２間の誘電体を高誘電率化だけでなく、スイッチ電極の間の距離６３を短くしている。
また、スイッチ電極は銅や４２アロイなどの導電性金属材料で作成され、前記のスイッチ電極５２同士が向かい合う面積を増やす為、プレス加工にて曲げ加工を行いＰ−Ｐ断面図にあるようなコの字型に形成されている。
これらの作用により各電極間の静電容量６１（Ｃ2）、（Ｃ3）、（Ｃ4）、（Ｃ5）が高くなる。
また、スイッチ電極５２間に高誘電率のフィルム５４を用いたことで、前述の図１１に於ける電極の間の距離３８が短くなり、図１１の面積３７が小さくなる為、指１９が各スイッチ電極と重なる面積３５と面積３６が増え、静電容量６２も増加する。
この様な構成により本発明の効果を高く引き出すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】静電容量型スイッチ装置の構成１
【図２】静電容量型スイッチ装置の構成２
【図３】電極シートの構成
【図４】電極基板の構成
【図５】操作パネルの構成と動作原理１
【図６】静電容量型スイッチ装置の構成３
【図７】操作パネルの構成と動作原理２
【図８】模式図による仮想スイッチの位置
【図９】隣り合うスイッチ電極ＡとＢに重なる指の接触面積１
【図１０】隣り合うスイッチ電極ＡとＢに重なる指の接触面積２
【図１１】隣り合うスイッチ電極ＡとＢに重なる指の接触面積３
【図１２】スイッチ電極Ａと重なる指の接触面積
【図１３】本発明に於ける静電容量型スイッチ装置の構成
【図１４】本発明に於ける操作パネルの構成と動作原理１
【図１５】本発明に於ける操作パネルの構成と動作原理２
【図１６】スイッチ電極Ａにて静電容量を検出する際の各静電容量の関係の模式図
【図１７】スイッチ電極Ｂにて静電容量を検出する際の各静電容量の関係の模式図
【図１８】実施例１の操作パネルの構成
【符号の説明】
【００４６】
１ 操作パネル
２ 制御基板
３ コネクタ
４ 配線
５ 誘電体
６ 接着層
７ 電極シート
８ 操作パネル
９ 電極基板
１０ コネクタ
１１ 配線
１２ ＰＥＴフィルム
１３ スイッチ電極
１４ 配線パターン
１５ コネクタ接続端子
１６ 基板基材
１７ スイッチ電極
１８ 配線パターン
１９ 指
２０ 厚さ
２１ 静電容量
２２ 操作パネル表面
２３ 操作方向
２４ 電極厚さ
２５ 電極厚さ
２６ スイッチ電極
２７ コネクタ
２８ 配線
２９ 電極シート
３０ 制御基板
３１ 静電容量
３２ 静電容量
３３ 仮想スイッチ
３４ 面積
３５ 面積
３６ 面積
３７ 面積
３８ 電極の間の距離
３９ 操作パネル
４０ 引き出し形状
４１ 配線
４２ 誘電体
４３ スイッチ電極
４４ ダミー電極
４５ 距離
４６ 静電容量
４７ 電極間の静電容量
４８ 操作パネル表面
４９ 操作方向
５０ 静電容量
５１ 電極厚さ
５２ スイッチ電極
５３ ダミー電極
５４ 高誘電率のフィルム
５５ 誘電体
５６ 操作パネル表面
５７ 引き出し形状
５８ 配線
５９ フタ
６０ ねじ
６１ 電極間の静電容量
６２ 静電容量
６３ 距離
６４ 接着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチ電極を設けた静電容量型スイッチ装置を用いて、操作パネル表面上で指を滑らせて、前記複数のスイッチを連続的にＯＮとする操作を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型スイッチ装置は主に図１に示すように、操作パネル１に電極シート７を用いたものと、図２に示すように、操作パネル８に電極基板９を用いた２通りの構成が知られている。
図１の構成は、操作パネル１と制御基板２からなり、コネクタ３と配線４で接続されている。また、図２の構成は操作パネル８と制御基板２からなりコネクタ１０と配線１１で接続されている。
【０００３】
図１に示した操作パネル１は、図１のＦ−Ｆ断面図に図示するように樹脂やガラス等の誘電体５の裏面に、電極シート７を接着剤や両面テープ等の接着層６にて貼り付けたものである。
図２に示した操作パネル８は、図２のＧ−Ｇ断面図に図示するように樹脂やガラス等の誘電体５の裏面に電極基板９を接着剤や両面テープ等の接着層６にて貼り付けたものである。
【０００４】
次に図１のＦ−Ｆ断面図に示した電極シート７の構成を図３に示す。
電極シート７は、図３に示す様に、ＰＥＴフィルム１２上に銀やカーボン、ＩＴＯなどの導電性の素材でスイッチ電極１３と、配線パターン１４を形成し、図１の制御基板２へ接続する為に、配線パターン１４の端部に主にカーボンなどの導電性の素材でコネクタ接続端子１５を形成したものである。
【０００５】
次に図２のＧ−Ｇ断面図に示した電極基板９の構成を図４に示す。
電極基板９は図４に示す様に、ガラスエポキシ材やガラスコンポジット材、グリーンエポキシ材、紙エポキシ材、紙フェノール（ベーク）材などの基板用基材１６上に、銅を使用してスイッチ電極１７と配線パターン１８を形成し、図２の制御基板２へ接続する為に配線パターン１８の端部にコネクタ１０を実装したものである。
【０００６】
図１に示した操作パネル１に電極シート７を用いた構成と、図２に示した操作パネル８に電極基板９を用いた構成は、構成素材は異なるが動作原理は同じである為、以下のスイッチ動作についての説明は図１に示した操作パネル１に電極シート７を用いた構成を例に説明する。
【０００７】
図１の操作パネルでのスイッチ動作について図５に示す。
図５に示す様に、スイッチ電極１３のＡに重なる様に指１９が位置し、指１９が操作パネル表面２２に触れている状態では、誘電体５を導電体であるスイッチ電極１３Ａと、指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成され静電容量２１が発生する。
また、逆に誘電体５から指１９が離れると、平行板コンデンサが無くなる為、静電容量２１が無くなる。
この時、静電容量２１は指１９と、スイッチ電極１３の間の誘電体の厚さ２０に反比例し、指１９が操作パネル表面２２に接触している面積に比例し増減する。また同様に誘電体５の誘電率にも比例して増減する。
【０００８】
この静電容量２１の変化を、図１に示す制御基板２のＣ／Ｖ変換回路（容量を電圧に変換）で電圧に変換し、演算処理装置（ＣＰＵ）に設けられているアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）でデジタルデータに置き換え、記憶装置に格納されている演算処理装置の動作を決める制御プログラムを演算処理装置（ＣＰＵ）へ読み込み、制御プログラムによりＯＮ／ＯＦＦ状態を設定した適切な閾値を基準として、該閾値との比較を行いスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を判断している。
また、図１に示す制御基板２では、上記ＯＮ／ＯＦＦ状態の判断をスイッチ電極１３のＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅの順に制御基板２のスイッチ切り替え回路にて一定の周期で切り替え判定を行っている。
これが静電容量型スイッチの一般的な動作原理である。
【０００９】
次に静電容量型スイッチを、多段階のスライドスイッチとして使用する場合の操作について説明する。
図５の指１９が、操作パネル表面２２上で操作方向２３に滑らせる様に移動し、スイッチ電極１３のＢに重なる位置まで移動すると、スイッチ電極１３のＢが制御基板２によりＯＮ状態と判断される。次に指１９が操作方向２３に更に移動し、スイッチ電極１３のＣに重なる位置となると、スイッチ電極１３のＣが制御基板２によりＯＮ状態と判断される。同様にスイッチ電極１３のＤに重なる位置まで移動すると、スイッチ電極１３のＤが制御基板２によりＯＮ状態と判断され、スイッチ電極１３のＥに重なる位置まで移動すると、スイッチ電極１３のＥが制御基板２によりＯＮ状態と判断される。
また、同様に指がＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅの各スイッチ電極１３の上を通り過ぎると、各スイッチ電極１３の静電容量２１が無くなる為、ＯＦＦ状態と判断される。
【００１０】
この時、制御基板２により判断されたＯＮ／ＯＦＦ信号の時間差を（制御基板内の）別のプログラムにより判断することで、初めにＯＮとなったスイッチの位置から次にＯＮとなったスイッチの位置へ指の動作したことを検出することが出来る。これが静電容量型スイッチを多段階のスライドスイッチとして利用した時の一般的な動作原理である。
この操作方法は、方向指示操作や操作する機器の音量や風量、火力などのボリュームコントロールの用途に多く使用されている。
【００１１】
この様に静電容量型スイッチは多段階のスライドスイッチとして使用されており、スライドスイッチとしての段回数はスイッチ電極１３と制御基板２のスイッチ切り替え回路の切り替え数で決まっていた。
例としては図５に示す静電容量型スイッチでは、スイッチ電極１３の数が５つで制御基板２のスイッチ切り替え回路の切り替え数も同数である為、スライドスイッチの段階数は５段階となる。
【００１２】
この為、方向指示操作や操作する機器のボリュームコントロールを細かく操作したい場合は、図３に示すスイッチ電極１３と図１に示す制御基板２上のスイッチ切り替え回路の切り替え数を必要な段階の数だけ設ける必要があった。
【００１３】
図６は一例として、図５のスイッチ電極１３の各電極の間に１段階を追加し、図５の５段階から９段階に段階数を増やしたものである。
この時、図６では図５に比べ電極シート２９のスイッチ電極２６が増え、それによって配線２８の配線数も増えることから制御基板３０のスイッチ切り替え回路の切り替え数も増えている。
【００１４】
しかし、上記の方法では、図６のスイッチ電極２６と制御基板３０のスイッチ切り替え回路の切り替え数が増える事からコストアップとなる為、安易に採用できない。その為、スライドスイッチの段階数を増やす別の方法を用いる事がある。
この方法は図７の様に、スイッチ電極１３の隣り合った電極、例えば図ではスイッチ電極１３のＡとＢの双方に重なる位置に指が触れた場合、誘電体５を導電体であるスイッチ電極１３のＡに指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成され、同様に誘電体５を導電体であるスイッチ電極１３のＢに指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成される。これによりスイッチ電極１３のＡに静電容量３１が発生し、制御基板２でＯＮと判断し、同じくスイッチ電極１３のＢに静電容量３２が発生し、制御基板２でＯＮと判断した時、各々のＯＮ信号を論理積として得た値を利用し、図８の様に隣り合った電極の間に仮想スイッチ３３があるように制御することが出来る。
尚、この時の各々のＯＮ信号の論理積は、ＯＮ信号を出すプログラムとは別の制御基板の記憶装置に格納されているプログラムを演算処理装置（ＣＰＵ）へ読み込み、該制御プログラムにより各々のＯＮ／ＯＦＦ状態の論理積を演算し出力するものとする。
また、図はスイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものであるが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に指１９が触れた場合についても同様である。
更に以下の説明もスイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものについて説明するが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に指１９が触れた場合についても同様である。
【００１５】
具体的には、通常は図７の様にスイッチ電極１３がＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つ存在する場合、これを用いたスライドスイッチは５段階で使用されるが、図８の様に仮想スイッチ３３を設けた制御を行う場合、同じスイッチ電極１３の数でスライドスイッチの段階数を９段階に増やすことが出来る。
同様にスイッチ電極がＮ個ある場合、段階数はＮ×２−１となる。
【００１６】
しかし、図８の様に仮想スイッチ３３を設けた場合、図７のスイッチ電極１３のＡとＢで発生する静電容量３１、３２は、図５のスイッチ電極１３のＡより発生する静電容量２１に比べて半分以下と低い為、ＯＮ／ＯＦＦの判定の閾値の設定で以下の様な問題があった。
【００１７】
ＯＮ／ＯＦＦの判定の閾値の設定で問題がある事を説明する為に、まずスイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置でのスイッチのＯＮ／ＯＦＦの判定について詳細を説明する。
【００１８】
図７ではスイッチ電極１３のＡとＢに重なる箇所に指１９が位置している状態であり、この時、静電容量３１と静電容量３２は、それぞれスイッチ電極１３に指１９が重なりあう面積に応じて発生する。
【００１９】
図９では、図７でスイッチ電極１３と指１９が重なっている状態を示しており、図７の操作パネル表面２２と指１９の接触している領域を面積３４に示している。
【００２０】
図１０では、指の接触面積３４を説明する為の便宜上、円形として図示している。
指の接触する面積３４は、スイッチ電極１３のＡ、Ｂにそれぞれ重なっており、スイッチ電極１３のＡ、Ｂがそれぞれ図７の誘電体５を指１９で挟んだ平行板コンデンサを形成している。
【００２１】
この様に形成された平行板コンデンサは、図１１に示す様にスイッチ電極１３のＡに重なっている領域を面積３５、 電極１３のＢに重なっている領域を面積３６、どちらにも重なっていない領域を面積３７というように分けると、面積３５が図７の静電容量３１に影響しており、面積３６が図７の静電容量３２に影響している。
また、スイッチ電極１３は電極間で電気的な絶縁が必要な為、電極の間の距離３８は必ず必要であり、静電容量が発生しない面積３７が存在してしまう。
【００２２】
また、この時発生した静電容量３１と、静電容量３２の双方を同時に制御基板２にてＯＮと判断する為には、静電容量３１と静電容量３２が静電容量の誤差の範囲を除いてはほぼ等しい値であることが必要であり、その為には面積３５と面積３６もほぼ等しい値である必要がある。
【００２３】
一方、図５に示す静電容量２１は、図１２に示す様に面積３４の全てを使用して誘電体５がスイッチ電極１３のＡと指１９に挟まれた平行板コンデンサを形成している。
【００２４】
静電容量２１と静電容量３１、 静電容量３２は指１９とスイッチ電極１３の間の誘電体の厚さ２０と誘電体５の誘電率が同じである為、静電容量を発生させている指１９が、スイッチ電極１３に重なる面積の比と静電容量の比は同じとなる。
よって、静電容量２１を発生させている指１９の重なる面積にくらべ、静電容量３１と静電容量３２を発生させている指１９の重なる面積は半分以下であることから、静電容量２１に比べ静電容量３１と静電容量３２は半分以下となる。
また前記したようにスイッチ電極１３は、電極間で電気的な絶縁が必要な為、電極の間の距離３８は必ず必要であり、静電容量が発生しない面積３７が存在してしまい、その分は静電容量が発生しない為、静電容量３１と静電容量３２は電極の間の距離３８が極めて短く構成できたとしても静電容量２１の半分にはならなかった。
【特許文献１】特開２０００−１３２３１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
この様に従来の方法では図５の静電容量２１、図７の静電容量３１、 静電容量３２を図５、図７の制御基板２でＯＮ／ＯＦＦを判定すると、図７に示す静電容量３１、 静電容量３２と図５に示す静電容量２１では差が大きい為、静電容量２１を基準にスイッチ電極１３のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで発生した各々の静電容量をＯＮと判断するように制御基板２の制御プログラム内の閾値を設定すると、図７に示すスイッチ電極１３のＡとＢに重なるように指１９が位置した時の静電容量３１、 静電容量３２は該閾値より低くなるためＯＮと判断出来ない。
よって、図８に示す仮想スイッチ３３のＡ∧ＢもＯＮと判断できない。
また、図７はスイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものであるが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に、指１９が触れた場合についても同様で、ＢとＣに重なる位置では仮想スイッチ３３のＢ∧ＣがＯＦＦと判断され、ＣとＤに重なる位置では仮想スイッチ３３のＣ∧ＤがＯＦＦと判断され、ＤとＥに重なる位置では仮想スイッチ３３のＤ∧ＥがＯＦＦと判断される。
この為、仮想スイッチは機能しない。
【００２６】
逆に静電容量３１、 静電容量３２を基準にスイッチ電極１３のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各々をＯＮと判断するように制御基板２の制御プログラム内の閾値を設定すると、静電容量２１が静電容量３１、 静電容量３２の倍以上の値である為、静電容量２１が制御基板２の制御プログラム内の閾値に対して高すぎてしまう。
この様に、制御基板２の制御プログラム内の閾値に対して、静電容量２１が高すぎる場合は図７の操作パネル表面２２に指１９が触れていないにも関わらずスイッチ電極１３のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各々をＯＮと判断してしまうことがあった。
【００２７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、図８の様な仮想スイッチを設けた制御をし、該制御に上記の様な制御基板２の制御プログラム内の閾値の設定に於ける問題が発生しない様に、図７の静電容量３１、静電容量３２を増加させ、静電容量２１との差を少なくする構造を構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成する為、ＣＰＵと、スイッチのＯＮ、ＯＦＦを判定する閾値を記憶装置に内蔵し、静電容量を発生するスイッチ電極の静電容量を計測する為のスイッチ切り替え回路を設けた制御基板と、樹脂やガラスで形成した誘電体を設け、該誘電体の内部に、前記スイッチ切り替え回路に配線を介して接続された複数のスイッチ電極と、該複数設けられたスイッチ電極の最初の電極の前と、最後の電極の後ろに、前記制御基板と電気的導通関係にないダミー電極を設けた静電容量型スイッチ装置であって、操作者の指が、前記した複数設けたスイッチ電極のうち、隣り合うスイッチ電極の中間に重なる様に、前記誘電体の表面ごしに触れ、前記操作者が、誘電体を介して触れた隣り合うスイッチ電極のうち、一方の電極が、前記制御基板に設けられているスイッチ切り替え回路により切り替えられ、前記ＣＰＵにより静電容量を計測される場合に、前記隣り合うスイッチ電極のうち、他方の電極と、操作者の指との間に発生した静電容量が、前記ダミー電極と、ダミー電極の隣に設けられているスイッチ電極との間に、発生する静電容量と並列状態を形成することにより、前記一方の電極の静電容量を増加させる静電容量型スイッチ装置を提案するものである。
【発明の効果】
【００２９】
上記の手段により、方向指示操作や操作する機器のボリュームコントロールを細かく操作したい場合に於いても、スイッチ電極や制御基板のスイッチ切り替え回路の切り替え数を増やすこと無くコストを抑えることが出来る。
また、適切に設定された制御基板に設けられている、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ判定の閾値により、スイッチ電極と制御基板のスイッチ切り替え回路の切り替え数を共に増やした時に近い操作性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１３は、本発明に於ける静電容量型スイッチ装置の構成を示したものである。
この静電容量型スイッチ装置は、操作パネル３９と制御基板２からなり、スイッチ電極４３の引き出し形状４０に配線４１が接続され、制御基板２と接続されている。
【００３１】
図１３に示した操作パネル３９は、図１３のＭ−Ｍ断面図に図示するように、樹脂やガラス等の誘電体４２の中に、スイッチ電極４３とダミー電極４４を設けたものであり、スイッチ電極４３とダミー電極４４の材質は、金属を導電性の樹脂、または導電性がない樹脂に導電性のあるインキで表面を被覆したもの用いる。
スイッチ電極４３とダミー電極４４の形状は、材質が導電性の金属の場合、切削加工かプレス加工で形成し、材質が導電性の樹脂の場合は射出成形にて形成する。
誘電体４２の中に、スイッチ電極４３とダミー電極４４を設ける方法については、射出成形機を用いたインサート成形や、誘電体４２を２部品に分け挟みこむ方法、誘電体４２の裏面に両面テープや接着剤などで貼り付ける方法がある。
【００３２】
図１４に、本発明に於ける静電容量型スイッチ装置の動作原理について説明する。
図１４では、スイッチ電極４３のＡに重なる様に指１９が位置する状態から、スイッチ電極４３のＥに重なる様に指１９が位置する状態まで、指１９を操作パネル表面４８上で操作方向４９に滑らせる様に移動させる状態について説明する。まず初めにスイッチ電極４３のＡに重なる様に指１９が位置するようにする。
【００３３】
この様にスイッチ電極４３のＡに重なる様に指１９が位置し、且つ操作パネル表面４８に指１９が触れている状態では、誘電体４２を導電体であるスイッチ電極４３のＡと、指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成され、静電容量４６（Ｃ9）が発生し、制御基板２によりＯＮ状態と判断される。
この時、静電容量４６（Ｃ9）は、指１９とスイッチ電極４３の間の誘電体の距離４５と反比例し、指１９が操作パネル表面４８に接触している面積に比例し増減する。また同様に誘電体４２の誘電率にも比例して増減する。
また、電極間の静電容量４７は常に一定であり、静電容量４６（Ｃ9）と並列に存在していることから、スイッチ電極４３のＡで検出される静電容量の増減には影響を与えない為、この時の制御基板によるＯＮ／ＯＦＦ状態の判断には影響を与えない。
これはスイッチ電極４３のＡに指１９が重なり、且つ操作パネル表面４８に指１９が触れた時の説明であるが、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに重なる位置に指１９が位置し、且つ操作パネル表面４８に指１９が触れた場合についても同様である。
【００３４】
次に図１４で、指１９を操作パネル表面４８上で操作方向４９に滑らせる様に移動を続け、図１５の様にスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に、指１９が位置した状態まで移動した時の状態を説明する。
図１５の様に、スイッチ電極４３の隣り合った電極、例えばスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる位置に指が触れた場合、誘電体４２を導電体であるスイッチ電極４３のＡに指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成され、同様に誘電体４２を導電体であるスイッチ電極４３のＢに指１９で挟んだ平行板コンデンサが形成される。これによりスイッチ電極４３のＡに静電容量５０（Ｃ7）が発生し、同じくスイッチ電極４３のＢに静電容量５０（Ｃ8）が発生する。
この時、静電容量５０（Ｃ7）と静電容量５０（Ｃ8）は指１９とスイッチ電極４３の間の誘電体の距離４５に反比例し、指１９が操作パネル表面４８に接触している面積のうちスイッチ電極４３のＡとＢのそれぞれに重なる面積に比例し増減する。また同様に誘電体４２の誘電率にも比例して増減する。
また図１５では、スイッチ電極１３のＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものを例に説明しているが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に指１９が触れた場合についても同様である。
【００３５】
更に本発明では、図３に示すように電極シートを用いた場合の電極厚さ２４、もしくは図４に示すように電極基板を用いた場合の電極厚さ２５が、数μｍ〜数十μｍと非常に薄い為、各電極の間にはほとんど静電容量が発生しなかったものを、図１５の様に、各スイッチ電極４３間とスイッチ電極４３と、制御基板に対して電気的導通が無いダミー電極４４の間に静電容量４７を発生させている。
【００３６】
以下に、ダミー電極４４とスイッチ電極４３、スイッチ電極４３とスイッチ電極４３間に発生した静電容量４７の詳細を示す。
ダミー電極４４とスイッチ電極４３のＡとの間では、ダミー電極４４とスイッチ電極４３のＡの距離とダミー電極４４とスイッチ電極４３のＡの向かい合った面の面積と、ダミー電極４４とスイッチ電極４３のＡの間の誘電体の誘電率に依存した静電容量４７（Ｃ1）が発生しており、同様にスイッチ電極４３のＡとスイッチ電極４３のＢの間に静電容量４７（Ｃ2）が発生し、スイッチ電極４３のＢとスイッチ電極４３のＣの間に静電容量４７（Ｃ3）が発生し、スイッチ電極４３のＣとスイッチ電極４３のＤの間に静電容量４７（Ｃ4）が発生し、スイッチ電極４３のＤとスイッチ電極４３のＥの間に静電容量４７（Ｃ5）が発生し、スイッチ電極４３のＥとダミー電極４４の間に静電容量４７（Ｃ6）が発生している。
【００３７】
これらの電極間に発生した静電容量の影響により、図１５のスイッチ電極４３のＡで静電容量を検出する場合には、静電容量５０（Ｃ7）に加え、静電容量５０（Ｃ8）の影響も受け静電容量が増加し、スイッチ電極４３のＢで静電容量を検出する場合には、静電容量５０（Ｃ8）に加え静電容量５０（Ｃ7）の影響も受け、静電容量が増加する。
【００３８】
次に静電容量５０（Ｃ8）と静電容量５０（Ｃ7）が各静電容量の検出に対してどのような関係にあるのかを説明する。
図１５に発生する各静電容量は、制御基板２のスイッチ切り替え回路にてスイッチ電極４３のＡの静電容量を検出する時、検出される静電容量は図１５に示す各静電容量を合成したものとなる。
制御基板２では、この合成された静電容量を元に制御基板２にて設定された閾値との比較によりＯＮ／ＯＦＦ判定を行っている。
この時の各静電容量がどのような関係になっているかを図１６に模式的に示す。
図１６では、主に増減する静電容量５０（Ｃ7）に対し、静電容量４７（Ｃ1）は並列に存在し、常に一定である為、検出される静電容量の増減には影響しない。
この為、制御基板２にて設定された閾値との比較によるＯＮ／ＯＦＦ判定にも影響が無いことがわかる。
また、静電容量４７（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）は直列に配列されており、（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）が合成された静電容量は、静電容量５０（Ｃ8）と並列の関係にある。
さらに静電容量４７（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）の直列に合成された静電容量と、静電容量５０（Ｃ8）とを合成した静電容量は、静電容量４７（Ｃ2）と直列の関係にある。
また、この図１６の模式図では指１９が触れていない場合は、静電容量４７（Ｃ2），（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）が直列の関係になる。
静電容量がこの様な関係にある時、誘電体４２に指１９が触れている場合に、制御基板２で検出される合成の静電容量は、指１９が触れていない場合に制御基板２で検出される合成の静電容量に比べ増加する。
【００３９】
以下にスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に指１９が位置した状態の時、スイッチ電極４３のＡで検出される静電容量をＣAとし、静電容量５０（Ｃ7）に対し静電容量５０（Ｃ8）が増加する方向に影響していることを証明する。
スイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に指１９が位置した状態の時、スイッチ電極４３のＡで検出される静電容量をＣAは次式で表される。
ＣA＝Ｃ1＋Ｃ7＋１／（１／Ｃ2＋１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）））・・・1
Ｃ8の影響がある部分
ＣAがＣ7に加えてＣ8影響を受け増加している場合は
以下に示す「Ｃ8により影響がある部分」がＣ8の増加に伴い増加する為
1式の「Ｃ8により影響がある部分」より
指が触れた時と指が触れなかった時の関係は下記の2式の様になる。
この時、左辺は1式の「Ｃ8により影響がある部分」であり右辺は1式の「Ｃ8により影響がある部分」で指が触れなかった時であり、指が触れていない為Ｃ8＝0を代入した。
１／（１／Ｃ2＋１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）））
＞１／（１／Ｃ2＋１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）・・・・2
１／Ｃ2＋１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6
＞１／Ｃ2＋１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6））
上式の両辺より１／Ｃ2を引いても不等号式の関係は変わらないので
両辺より１／Ｃ2を引く
１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6＞１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6））
（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）
×（１／（Ｃ8＋１／（１／Ｃ3＋１／Ｃ4＋１／Ｃ5＋１／Ｃ6）））＞1
Ｃ8／Ｃ3＋Ｃ8／Ｃ4＋Ｃ8／Ｃ5＋Ｃ8／Ｃ6＞０・・・・3
3は成り立つ
この事により仮定の式1も成り立つ
よってスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に指１９が位置した状態の時、スイッチ電極４３のＡで検出される静電容量ＣAは、静電容量５０（Ｃ7）加え静電容量５０（Ｃ8）の影響で更に増えていることが証明できる。
また、この証明はＡとＢに重なる位置に指１９が触れたものであるが、ＢとＣ、ＣとＤ、ＤとＥに重なる位置に指１９が触れた場合についても同様である。
【００４０】
次に本発明の図１５のダミー電極４４の作用を説明する。
図１５に発生する各静電容量は、スイッチ電極４３のＢでもＡの場合と同様に合成された静電容量として検出される。
この時の各静電容量がどのような関係になっているかを図１７に模式的に示す。
図１７では静電容量５０（Ｃ8）に対し、静電容量４７（Ｃ3），（Ｃ4），（Ｃ5），（Ｃ6）の合成容量は並列に存在し、常に一定である為、ＯＮ／ＯＦＦ判定に影響が無いことがわかる。
また、静電容量４７（Ｃ2）は、静電容量５０（Ｃ7）と直列の関係にあるが、静電容量５０（Ｃ7）に対し、静電容量４７（Ｃ1）が並列に存在する為、制御基板２により検出される合成の静電容量は静電容量５０（Ｃ8）に加え、静電容量５０（Ｃ7）の影響も受けて増加する。
よって、ダミー電極４４が存在しない場合は、静電容量５０（Ｃ7）が、静電容量４７（Ｃ2）と直列の関係になってしまう為、指が触れていない場合に比べ、指が触れている場合の方がスイッチ電極４３のＢで検出される合成された静電容量が少なくなる。
この為、本発明では図１５のスイッチ電極４３のＡとＢの双方に重なる様に、指１９が位置した状態の時に、スイッチ電極４３のＢで合成された静電容量を検出する場合と、スイッチ電極４３のＤとＥの双方に重なる様に指１９が位置した状態の時、スイッチ電極４３のＤで合成された静電容量を検出する場合は、それぞれ図の様にスイッチ電極４３のＡの隣とスイッチ電極４３のＥの隣にダミー電極４４が必要である。
この為、本発明ではダミー電極４４を設けている。
【００４１】
よって、本実施形態によれば、入力方式に複数のスイッチ電極を設けた静電容量型スイッチ装置を用いて、操作パネル表面で指を滑らせてスイッチを連続的にＯＮとし、多段階のスライドスイッチとして使用する装置において、スイッチ電極と制御基板のスイッチ切り替え回路の切り替え数を増やさずに段階数を増やしつつ、スイッチＯＮ／ＯＦＦ判定の閾値の設定を適切に行うことが出来る。
【実施例１】
【００４２】
次に本実施形態の具体的例を示す。
前記の形態で、図１５の電極の間の静電容量４７（Ｃ2）、（Ｃ3）、（Ｃ4）、（Ｃ5）を増加させると前記の1式にもある通り、各スイッチ電極４３で検出される静電容量も増加する。
この関係を用い、図１８は電極の間の静電容量６１（Ｃ2）、（Ｃ3）、（Ｃ4）、（Ｃ5）を増加させることで、各スイッチ電極５２で検出される静電容量を増加させ、図１５による前記の形態の効果を高めている。
そして、これにより制御基板２のＯＮ／ＯＦＦ判定の閾値がより適切に行うことが出来る。
【００４３】
次に各電極間の静電容量６１について説明する。
各電極間の静電容量６１（Ｃ2）、（Ｃ3）、（Ｃ4）、（Ｃ5）は、スイッチ電極の間の距離６３と、スイッチ電極の間の誘電体５４の誘電率とスイッチ電極５２同士が向かい合う面積に依存しており、各電極間の静電容量は、スイッチ電極の間の距離６３が減るかスイッチ電極の間の誘電体５４の誘電率を増やすか、スイッチ電極５２同士が向かい合う面積を増やせば増加する。
【００４４】
このことから、各スイッチ電極５２間に、ＴｉＯ2などを含む高誘電率のフィルム５４を、電極との間に誘電率の低い空気が入らない様に、接着剤や両面テープなどの接着層６４により接着することでスイッチ電極５２間の誘電体を高誘電率化だけでなく、スイッチ電極の間の距離６３を短くしている。
また、スイッチ電極は銅や４２アロイなどの導電性金属材料で作成され、前記のスイッチ電極５２同士が向かい合う面積を増やす為、プレス加工にて曲げ加工を行いＰ−Ｐ断面図にあるようなコの字型に形成されている。
これらの作用により各電極間の静電容量６１（Ｃ2）、（Ｃ3）、（Ｃ4）、（Ｃ5）が高くなる。
また、スイッチ電極５２間に高誘電率のフィルム５４を用いたことで、前述の図１１に於ける電極の間の距離３８が短くなり、図１１の面積３７が小さくなる為、指１９が各スイッチ電極と重なる面積３５と面積３６が増え、静電容量６２も増加する。
この様な構成により本発明の効果を高く引き出すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】静電容量型スイッチ装置の構成１
【図２】静電容量型スイッチ装置の構成２
【図３】電極シートの構成
【図４】電極基板の構成
【図５】操作パネルの構成と動作原理１
【図６】静電容量型スイッチ装置の構成３
【図７】操作パネルの構成と動作原理２
【図８】模式図による仮想スイッチの位置
【図９】隣り合うスイッチ電極ＡとＢに重なる指の接触面積１
【図１０】隣り合うスイッチ電極ＡとＢに重なる指の接触面積２
【図１１】隣り合うスイッチ電極ＡとＢに重なる指の接触面積３
【図１２】スイッチ電極Ａと重なる指の接触面積
【図１３】本発明に於ける静電容量型スイッチ装置の構成
【図１４】本発明に於ける操作パネルの構成と動作原理１
【図１５】本発明に於ける操作パネルの構成と動作原理２
【図１６】スイッチ電極Ａにて静電容量を検出する際の各静電容量の関係の模式図
【図１７】スイッチ電極Ｂにて静電容量を検出する際の各静電容量の関係の模式図
【図１８】実施例１の操作パネルの構成
【符号の説明】
【００４６】
１ 操作パネル
２ 制御基板
３ コネクタ
４ 配線
５ 誘電体
６ 接着層
７ 電極シート
８ 操作パネル
９ 電極基板
１０ コネクタ
１１ 配線
１２ ＰＥＴフィルム
１３ スイッチ電極
１４ 配線パターン
１５ コネクタ接続端子
１６ 基板基材
１７ スイッチ電極
１８ 配線パターン
１９ 指
２０ 厚さ
２１ 静電容量
２２ 操作パネル表面
２３ 操作方向
２４ 電極厚さ
２５ 電極厚さ
２６ スイッチ電極
２７ コネクタ
２８ 配線
２９ 電極シート
３０ 制御基板
３１ 静電容量
３２ 静電容量
３３ 仮想スイッチ
３４ 面積
３５ 面積
３６ 面積
３７ 面積
３８ 電極の間の距離
３９ 操作パネル
４０ 引き出し形状
４１ 配線
４２ 誘電体
４３ スイッチ電極
４４ ダミー電極
４５ 距離
４６ 静電容量
４７ 電極間の静電容量
４８ 操作パネル表面
４９ 操作方向
５０ 静電容量
５１ 電極厚さ
５２ スイッチ電極
５３ ダミー電極
５４ 高誘電率のフィルム
５５ 誘電体
５６ 操作パネル表面
５７ 引き出し形状
５８ 配線
５９ フタ
６０ ねじ
６１ 電極間の静電容量
６２ 静電容量
６３ 距離
６４ 接着層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵと、スイッチのＯＮ、ＯＦＦを判定する閾値を記憶装置に内蔵し、静電容量を発生するスイッチ電極の静電容量を計測する為のスイッチ切り替え回路を設けた制御基板と、樹脂やガラスで形成した誘電体を設け、該誘電体の内部に、前記スイッチ切り替え回路に配線を介して接続された複数のスイッチ電極と、該複数設けられたスイッチ電極の最初の電極の前と、最後の電極の後ろに、前記制御基板と電気的導通関係にないダミー電極を設けた静電容量型スイッチ装置であって、操作者の指が、前記した複数設けたスイッチ電極のうち、隣り合うスイッチ電極の中間に重なる様に、前記誘電体の表面ごしに触れ、前記操作者が、誘電体を介して触れた隣り合うスイッチ電極のうち、一方の電極が、前記制御基板に設けられているスイッチ切り替え回路により切り替えられ、前記ＣＰＵにより静電容量を計測される場合に、前記隣り合うスイッチ電極のうち、他方の電極と、操作者の指との間に発生した静電容量が、前記ダミー電極と、ダミー電極の隣に設けられているスイッチ電極との間に、発生する静電容量と並列状態を形成することにより、前記一方の電極の静電容量を増加させることを特徴とする静電容量型スイッチ装置。
【請求項１】
ＣＰＵと、スイッチのＯＮ、ＯＦＦを判定する閾値を記憶装置に内蔵し、静電容量を発生するスイッチ電極の静電容量を計測する為のスイッチ切り替え回路を設けた制御基板と、樹脂やガラスで形成した誘電体を設け、該誘電体の内部に、前記スイッチ切り替え回路に配線を介して接続された複数のスイッチ電極と、該複数設けられたスイッチ電極の最初の電極の前と、最後の電極の後ろに、前記制御基板と電気的導通関係にないダミー電極を設けた静電容量型スイッチ装置であって、操作者の指が、前記した複数設けたスイッチ電極のうち、隣り合うスイッチ電極の中間に重なる様に、前記誘電体の表面ごしに触れ、前記操作者が、誘電体を介して触れた隣り合うスイッチ電極のうち、一方の電極が、前記制御基板に設けられているスイッチ切り替え回路により切り替えられ、前記ＣＰＵにより静電容量を計測される場合に、前記隣り合うスイッチ電極のうち、他方の電極と、操作者の指との間に発生した静電容量が、前記ダミー電極と、ダミー電極の隣に設けられているスイッチ電極との間に、発生する静電容量と並列状態を形成することにより、前記一方の電極の静電容量を増加させることを特徴とする静電容量型スイッチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２７２０４３（Ｐ２００９−２７２０４３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１８５８５（Ｐ２００８−１１８５８５）
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（０００００５５１１）ぺんてる株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（０００００５５１１）ぺんてる株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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