(57)【要約】【課題】  簡易な構成でスイッチ信号をワンショット出力することができる静電容量型スイッチ装置を提供する。【解決手段】  静電容量型スイッチ装置１は、センサ出力に基づいてワンショットパルス信号を出力する第１信号出力部４と、スイッチ信号を出力するスイッチ部７とを、備えている。スイッチ部７は、ワンショットパルス信号の有無を閾値Ｔｈと比較判定することでスイッチ信号をワンショット出力する。第１信号出力部４は、センサ出力を微分することでワンショットパルス信号を生成する不完全微分回路２５と、不完全微分回路２５に対して、閾値Ｔｈよりも低い電圧を基準電圧として与えることで、ワンショットパルス信号の低レベルを閾値Ｔｈよりも低くする基準電圧供給回路２７とを備えている。【選択図】図４
2017103032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量型センサのセンサ出力に応じたスイッチ信号を出力する静電容量型スイッチ装置であって、
前記センサ出力に基づいてワンショットパルス信号を出力する第１信号出力部と、
前記スイッチ信号を出力するスイッチ部と、を備え、
前記スイッチ部は、前記ワンショットパルス信号の有無を第１の電圧と比較判定することで前記スイッチ信号をワンショット出力し、
前記第１信号出力部は、
前記センサ出力を微分することで前記ワンショットパルス信号を生成する微分回路と、
前記微分回路に対して、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を基準電圧として与えることで、前記ワンショットパルス信号の低レベルを前記第１の電圧よりも低くする基準電圧供給回路と、を備えている
静電容量型スイッチ装置。
【請求項２】
前記微分回路によって生成される前記ワンショットパルス信号は、その高レベルが前記第１の電圧より小さくなるように設定され、
前記第１信号出力部は、前記微分回路によって生成される前記ワンショットパルス信号の高レベルが前記第１の電圧より大きくなるように前記ワンショットパルス信号を増幅して前記スイッチ部に与える増幅回路を備え、
前記基準電圧供給回路は、前記微分回路及び前記増幅回路に対して、前記第２の電圧を基準電圧として与える請求項１に記載の静電容量型スイッチ装置。
【請求項３】
前記静電容量型センサは、当該静電容量型センサの変形に応じて静電容量が変化するように構成され、前記静電容量型センサの変形を静電容量として出力する請求項１又は請求項２に記載の静電容量型スイッチ装置。
【請求項４】
前記センサ出力に基づいて、前記スイッチ部にスイッチ信号を連続出力させるための連続出力信号を出力する第２信号出力部と、
前記連続出力信号、及び前記ワンショットパルス信号のいずれか一方を前記スイッチ部に与える切替部と、をさらに備えている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の静電容量型スイッチ装置。
【請求項５】
前記スイッチ部は、前記連続出力信号のレベルを前記第１の電圧と比較判定することでスイッチ信号を連続出力する請求項４に記載の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、静電容量型スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量の変化を利用したスイッチ装置として、従来からタッチセンサを用いたものがある。
タッチセンサを用いたスイッチ装置は、人体が接触することにより生じる微小な静電容量変化をタッチセンサによって検出し、人体が接触しているか否かを判定するように構成されている。
このようなスイッチ装置では、タッチセンサの静電容量を電圧値として測定し、その静電容量を示す電圧値に基づいて、人体が接触しているか否かを判定するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９６３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のスイッチ装置では、静電容量を示す電圧値に対して予め所定の閾値を設定しておき、静電容量を示す電圧値が閾値以下である場合、人体が接触していないと判断してスイッチをオフとする信号出力を行い、静電容量を示す電圧値が閾値を超えると、人体が接触していると判断してスイッチをオンとする信号出力を行う。
よって、人体が接触していると判定する間だけ、スイッチをオンとする信号を連続出力するように構成されている。
【０００５】
ところで、スイッチ装置が接続される機器には、スイッチ信号をワンショット出力とする必要があるものもある。
これに対し、上記従来例のスイッチ装置では、スイッチをオンとする信号をワンショット出力することはできない。
【０００６】
また、上記従来のスイッチ装置では、大きな静電容量が接続された場合、静電容量が変化せずとも静電容量を示す電圧値が、そもそも所定の閾値を超えてしまい、所望の動作が得られないことがあった。つまり、接続できる静電容量が限られているという課題があった。
【０００７】
さらに、上記従来のスイッチ装置を利用してスイッチ信号をワンショット出力させようとする場合、上述と同様の課題を回避するために、静電容量を示す電圧値のレベルを調整する回路や、電圧値のレベルに応じて閾値を変更するための回路を設けなければならず、回路構成が複雑になり、設計上の制約が多くなるという課題があった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でスイッチ信号をワンショット出力することができる静電容量型スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、静電容量型センサのセンサ出力に応じたスイッチ信号を出力する静電容量型スイッチ装置であって、前記センサ出力に基づいてワンショットパルス信号を出力する第１信号出力部と、前記スイッチ信号を出力するスイッチ部と、を備え、前記スイッチ部は、前記ワンショットパルス信号の有無を第１の電圧と比較判定することで前記スイッチ信号をワンショット出力し、前記第１信号出力部は、前記センサ出力を微分することで前記ワンショットパルス信号を生成する微分回路と、前記微分回路に対して、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を基準電圧として与えることで、前記ワンショットパルス信号の低レベルを前記第１の電圧よりも低くする基準電圧供給回路と、を備えている。
【００１０】
上記のように構成された静電容量型スイッチ装置によれば、微分回路の基準電圧を、スイッチ部が判定に用いる第１の電圧よりも低く設定したので、ワンショットパルス信号をスイッチ部における判定に際して適切なレベルに設定することができる。この結果、増幅回路で増幅されたワンショットパルス信号をそのままスイッチ部に与えることができ、スイッチ部にワンショットパルス信号の有無を適切に判定させることができる。
この結果、微分回路により生成されたワンショットパルス信号をそのままスイッチ部に与えるという簡易な構成で、スイッチ信号をワンショット出力することができる。
【００１１】
（２）上記静電容量型スイッチ装置において、前記微分回路によって生成される前記ワンショットパルス信号は、その高レベルが前記第１の電圧より小さくなるように設定され、前記第１信号出力部は、前記微分回路によって生成される前記ワンショットパルス信号の高レベルが前記第１の電圧より大きくなるように前記ワンショットパルス信号を増幅して前記スイッチ部に与える増幅回路を備え、前記基準電圧供給回路は、前記微分回路及び前記増幅回路に対して、前記第２の電圧を基準電圧として与えることが好ましい。
【００１２】
この場合、微分回路が生成したワンショットパルス信号の高レベルが第１の電圧よりも大きくなるようにワンショットパルス信号を増幅するので、微分回路においては当該微分回路が出力する信号のレベルを第１の電圧に応じて設定する必要がなく、センサ出力の変化に対するゲインをより小さく設定することができる。これにより、微分回路において当該微分回路が出力する信号のレベルを第１の電圧に応じて設定した場合と比較して、微分回路における時定数をより小さく設定することができ、微分回路のセンサ出力の変化に対する応答性を高めることができる。
この結果、センサ出力に変化が見られなくなった後における微分回路の信号出力の収束性を高めることができ、適切な特性のワンショットパルス信号を生成することができる。これにより、適切にスイッチ信号をワンショット出力することができる。
【００１３】
（３）上記静電容量型スイッチ装置において、前記静電容量型センサは、当該静電容量型センサの変形に応じて静電容量が変化するように構成され、前記静電容量型センサの変形を静電容量として出力するものとすることができる。
【００１４】
（４）上記静電容量型スイッチ装置において、前記センサ出力に基づいて、前記スイッチ部にスイッチ信号を連続出力させるための連続出力信号を出力する第２信号出力部と、前記連続出力信号、及び前記ワンショットパルス信号のいずれか一方を前記スイッチ部に与える切替部と、をさらに備えていることが好ましい。
この場合、切替部によって、スイッチ信号の出力態様をワンショット出力と、連続出力のいずれかを選択して切り替えることができる。この結果、汎用性が高まる。
【００１５】
（５）さらに、前記スイッチ部は、前記連続出力信号のレベルを前記第１の電圧と比較判定することでスイッチ信号を連続出力するように構成されていてもよい。
この場合、スイッチ部は、連続出力信号、及び前記ワンショットパルス信号を区別することなく判定を行い、スイッチ信号を出力することができる。この結果、簡易な構成で、
スイッチ信号の出力態様をワンショット出力と、連続出力のいずれかを切り替え可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成でスイッチ信号をワンショット出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係る静電容量型スイッチ装置の全体構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、センサシートの一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】検出部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】第１信号出力部、第２信号出力部、及びスイッチ部の構成例を示すブロック図である。
【図５】不完全微分回路、増幅回路、及び基準電圧供給回路の一例を示す回路図である。
【図６】（ａ）は、不完全微分回路が生成したワンショットパルス信号を示す図、（ｂ）は、増幅回路が増幅したワンショットパルス信号を示す図、（ｃ）は、不完全微分回路にてゲイン調整し、ワンショットパルス信号のＨｉレベルを閾値よりも大きくなるように設定したときの一例を示す図である。
【図７】リレー回路の回路図である。
【図８】（ａ）は、検出部からのセンサ出力に変化がないときの各部の電圧を示すグラフ、（ｂ）は、検出部からのセンサ出力に変化があるときの各部の電圧を示すグラフである。
【図９】（ａ）は、静電容量型スイッチの静電容量を第１の値としたときの各部の電圧を示すグラフ、（ｂ）は、静電容量型スイッチの静電容量を第２の値としたときの各部の電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔システムの全体構成について〕
図１は、一実施形態に係る静電容量型スイッチ装置の全体構成を示す図である。図中、静電容量型スイッチ装置１は、センサシート２と、検出部３と、第１信号出力部４と、第２信号出力部５と、切替部６と、スイッチ部７とを備えている。
センサシート２は、面状に形成されたエラストマー製の誘電層と、誘電層を挟むように当該誘電層の表裏面に形成されている一対の電極層と備えており、面状に形成された容量素子を構成している。
このセンサシート２は、当該センサシート２の表裏面に平行な方向（面方向）に沿って変形（伸縮）可能に形成されている。センサシート２は、面方向に変形する際、誘電層の面方向の変形に追従して電極層の面積に変化が生じる。このため、センサシート２の静電容量は、当該センサシート２の変形に応じて変化する。
センサシート２は、その静電容量が当該センサシート２の変形に応じて変化するという特性を利用して、例えば、測定対象物の可動部分に取り付けられて、その可動部分の可動状態を把握するセンサとして用いられる。
【００１９】
センサシート２は、測定対象物の可動部分に、当該可動部分の可動に応じて変形するように取り付けられる。センサシート２は、可動部分が可動すると、それに応じて自身も変形し、その変形に応じて静電容量が変化する。
よって、センサシート２が取り付けられた状態で可動部分を可動させ、可動部分の可動状態と、センサシート２の静電容量との相関関係を予め把握しておけば、センサシート２の静電容量に基づいて測定対象物の可動状態を把握することができる。
このように、センサシート２は、当該測定対象物の可動部分の可動状態を示す情報を静電容量として出力するように構成されている。つまり、このセンサシート２は、外部からの入力に応じて変形することで静電容量が変化する静電容量型センサを構成している。
【００２０】
検出部３は、センサシート２に電圧を印加し、センサシート２の静電容量を検出する機能を有している。検出部３は、センサシート２の静電容量を電圧信号として取得し、取得した電圧信号を後段の第１信号出力部４及び第２信号出力部５に与える。
第１信号出力部４は、スイッチ部７にスイッチ信号をワンショット出力させるためのワンショットパルス信号を出力する機能を有している。
また、第２信号出力部５は、スイッチ部７にスイッチ信号を連続出力させるための連続出力信号を出力する機能を有している。
【００２１】
切替部６は、第１信号出力部４からのワンショットパルス信号及び第２信号出力部５からの連続出力信号が与えられ、ワンショットパルス信号、及び連続出力信号のいずれか一方をスイッチ部７に与える機能を有している。
スイッチ部７は、当該スイッチ部７に接続される装置に対してスイッチ動作を行わせるためのスイッチ信号を出力する機能を有している。スイッチ部７は、ワンショットパルス信号、及び連続出力信号に基づいてスイッチ信号を出力する。よって、スイッチ部７は、センサシート２の出力に応じたスイッチ信号を出力することができる。
スイッチ信号が与えられる装置は、このスイッチ信号に基づいて動作の切り替え等を行う。
【００２２】
〔センサシートの構成について〕
図２（ａ）は、センサシート２の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、センサシート２は、シート状の誘電層１１と、誘電層１１の表面（おもて面：図２中、上側）に形成された表側電極層１２Ａと、誘電層１１の裏面（図２中、下側）に形成された裏側電極層１２Ｂと、一端が表側電極層１２Ａに連結された表側配線１３Ａと、一端が裏側電極層１２Ｂに連結された裏側配線１３Ｂと、表側配線１３Ａの他端に取り付けられた表側接続端子１４Ａと、裏側配線１３Ｂの他端に取り付けられた裏側接続端子１４Ｂと、誘電層１１の表側及び裏側のそれぞれに積層された表側保護層１５Ａ及び裏側保護層１５Ｂと、裏側保護層１５Ｂに積層された粘着層１８とを備える。
【００２３】
誘電層１１は、エラストマー製のシート状物であり、その厚みは、例えば、１０〜１０００μｍに設定されている。誘電層１１は、表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとの間に介在しており、容量素子における誘電体としての機能を有している。
誘電層１１は、エラストマーと他の任意成分とを含むエラストマー組成物を用いて形成されており、その表裏面の面積が変化するように可逆的に変形することができる。
上記エラストマーとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が用いられ、これらのなかではウレタンゴムやシリコーンゴムが好ましく、ウレタンゴムがより好ましい。
【００２４】
両電極層１２Ａ、１２Ｂは、導電材料を含有する導電組成物からなる。両電極層１２Ａ、１２Ｂは、互いに同一組成の導電性組成物から構成されていてもよいし、互いに異なる組成の導電性組成物から構成されていてもよい。
表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとは、同一の平面視形状を有しており、誘電層１１を挟んで表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとは全体が対向している。センサシート２は、表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとの対向した部分が容量素子として機能する。
なお、表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとは、必ずしも誘電層を挟んでその全体が対向している必要はなく、少なくともその一部が対向していればよい。
【００２５】
上記導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、導電性カーボンブラック、グラファイト、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、導電性高分子等を単独で用いても良いし、２種以上併用してもよい。上記導電材料としては、カーボンナノチューブが好ましい。導電性及び伸縮性に優れた電極層を形成するのに適しているからである。
上記導電性組成物は、カーボンナノチューブ等の導電材料以外に、例えば、バインダー成分を含有していてもよい。
上記バインダー成分はつなぎ材料として機能し、上記バインダー成分を含有させることにより、誘電層との密着性、及び、電極層自体の強度を向上させることができる。
【００２６】
なお、両電極層１２Ａ、１２Ｂと、両接続端子１４Ａ、１４Ｂとを接続している両配線１３Ａ、１３Ｂも、両電極層１２Ａ、１２Ｂと同様の導電性組成物から構成されている。
【００２７】
表側配線１３Ａを介して表側電極層１２Ａに接続されている表側接続端子１４Ａは、例えば、銅板等を用いて形成された板状の部材であり、外部に露出して設けられ、検出部３から延びる接続線が接続される。
また、裏側配線１３Ｂを介して裏側電極層１２Ｂに接続されている裏側接続端子１４Ｂも、銅板等を用いて形成された板状の部材であり、外部に露出して設けられ、検出部３から延びる接続線が接続される。
センサシート２は、表側接続端子１４Ａによって検出部３から与えられる入力電圧を受け付け、裏側接続端子１４Ｂから入力電圧に応じたセンサ出力を出力する。
【００２８】
両保護層１５Ａ、１５Ｂは、電極層１２Ａ、１２Ｂ等を電気的に絶縁し外部環境から保護するために設けられている。また、両保護層１５Ａ、１５Ｂは、センサシート２全体としての強度や耐久性を高める補強部材としての機能も有している。
この保護層１５Ａ、１５Ｂの材質は特に限定されず、その要求特性に応じて適宜選択することができる。保護層１５Ａ、１５Ｂの材質の具体例としては、例えば、誘電層１１の材質と同様のエラストマー組成物等が挙げられる。
【００２９】
粘着層１８は、センサシート２を測定対象物に貼り付けるために設けられた層であり、測定対象物の可動部分表面に貼り付けられたときに、可動部分の動作に応じて変形可能な程度に貼り付くことができる程度の粘着力を有している。
【００３０】
センサシート２は、誘電層１１がエラストマー製のため、上述のように、面方向に変形（伸縮）可能である。誘電層１１が面方向に変形した際には、その変形に追従して表側電極層１２Ａ及び裏側電極層１２Ｂ、並びに、表側保護層１５Ａ及び裏側保護層１５Ｂが変形する。
そして、センサシート２の変形に伴い、上記検出部の静電容量が誘電層１１の変形量と相関をもって変化する。よって、静電容量の変化を検出することで、センサシート２の変形状態を把握することができる。
【００３１】
〔検出部の構成について〕
図３は、検出部３の構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、検出部３は、発振回路２０と、整流回路２１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２と、増幅器２３とを備えている。
発振回路２０は、センサシート２に与える入力電圧を生成し、センサシート２に入力電圧を印加する。発振回路２０は、矩形波の入力電圧を生成する。
発振回路２０は、センサシート２の表側接続端子１４Ａに接続されており、表側接続端子１４Ａを介してセンサシート２に入力電圧を印加する。
【００３２】
センサシート２の裏側接続端子１４Ｂには、整流回路２１が接続されている。
センサシート２は、発振回路２０からの入力電圧の印加に応じたセンサ出力を整流回路２１に与える。センサシート２は、センサ出力を電流信号として整流回路２１に与える。
【００３３】
整流回路２１は、センサシート２から出力される電流信号であるセンサ出力を電圧信号に変換する機能を有している。整流回路２１は、センサシート２から与えられるセンサ出力を整流する。
整流回路２１は、平滑コンデンサ（図示省略）や、シャント抵抗（図示省略）も備えている。整流回路２１は、平滑コンデンサによって整流したセンサ出力を平滑化する。
センサ出力の最大振幅は、センサシート２の静電容量に応じた電流値を示している。よって、整流回路２１は、整流されたセンサ出力を平滑コンデンサによって平滑化することで、センサシート２の静電容量に応じた電流値を示す値を時間軸方向に沿って取得することができる。
【００３４】
シャント抵抗は、平滑コンデンサの両端に接続されており、シャント抵抗の両端電圧を測定することで、平滑化されたセンサ出力が示す電流値を求めることができる。
つまり、整流回路２１は、センサシート２が出力した電流信号であるセンサ出力を、センサシート２の静電容量に応じた電流値を表す電圧信号に変換することができる。
整流回路２１は、電圧信号に変換したセンサ出力を、後段のＬＰＦ２２に与える。
ＬＰＦ２２は、センサ出力に表れるリップルノイズを抑圧する。
ＬＰＦ２２は、リップルノイズを除去した後のセンサ出力を、後段の増幅器２３に与える。
増幅器２３は、与えられたセンサ出力を増幅し、電圧信号であるセンサ出力を後段の第１信号出力部４及び第２信号出力部５に与える。
【００３５】
〔第１信号出力部、第２信号出力部、及びスイッチ部について〕
図４は、第１信号出力部４、第２信号出力部５、及びスイッチ部７の構成例を示すブロック図である。
図４中、第１信号出力部４は、検出部３からのセンサ出力が与えられる不完全微分回路２５と、不完全微分回路２５が生成する信号を増幅する増幅回路２６と、不完全微分回路２５及び増幅回路２６に基準電圧を供給する基準電圧供給回路２７とを備えている。
【００３６】
不完全微分回路２５は、電圧信号であるセンサ出力を微分することでワンショットパルス信号を出力する機能を有している。
増幅回路２６は、不完全微分回路２５によって生成されるワンショットパルス信号を増幅し、切替部６に与える機能を有している。
基準電圧供給回路２７は、不完全微分回路２５及び増幅回路２６に対して、基準電圧を与える機能を有している。
【００３７】
図５は、不完全微分回路２５、増幅回路２６、及び基準電圧供給回路２７の一例を示す回路図である。
図５中、不完全微分回路２５は、一端が検出部３に接続されセンサ出力が与えられる第１容量素子３０と、一端が第１容量素子３０の他端に接続された第１抵抗素子３１と、一端が第１抵抗素子３１の他端に接続された第２抵抗素子３２と、反転入力端子に第２抵抗素子３２の他端が接続されているオペアンプ３３と、オペアンプ３３の帰還抵抗として接続されている第３抵抗素子３４と、第３抵抗素子３４に並列に接続されている第２容量素子３５とを備えている。オペアンプ３３の出力端は、増幅回路２６に接続されている。
【００３８】
増幅回路２６は、一端がオペアンプ３３の出力端に接続された第４抵抗素子３８と、反転入力端子に第４抵抗素子３８の他端が接続されているオペアンプ３９と、オペアンプ３９の帰還抵抗として接続されている第５抵抗素子４０とを備えている。
オペアンプ３９の出力端は、切替部６に接続されている。
【００３９】
オペアンプ３３の非反転入力端子及びオペアンプ３９の非反転入力端子には、基準電圧供給回路２７が有するオペアンプ４２の出力端が接続されている。
基準電圧供給回路２７は、オペアンプ４２と、一端が電源供給端４３に接続された第６抵抗素子４４と、一端が第６抵抗素子４４の他端に接続され他端が接地されている第７抵抗素子４５とを備えている。オペアンプ４２の非反転入力端子には、第６抵抗素子４４及び第７抵抗素子４５の間から延びている線路が接続されている。
【００４０】
本実施形態において、電源供給端４３からは、＋３．３Ｖが供給されており、第６抵抗素子４４は、第７抵抗素子４５の１０倍の抵抗値に設定されている。これによって、基準電圧供給回路２７は、約０．３３Ｖの電圧を基準電圧として、オペアンプ３３の非反転入力端子及びオペアンプ３９の非反転入力端子に与える。
【００４１】
不完全微分回路２５は、第１容量素子３０の一端から与えられるセンサ出力に変化が生じると、その変化量に応じて基準電圧に対して値を増加させパルス信号（ワンショットパルス信号）を生成する。つまり、ワンショットパルス信号は、センサ出力に変化が生じると、不完全微分回路２５によって生成される。
【００４２】
不完全微分回路２５は、センサ出力の信号変化に含まれる周波数が一定以上になると、ゲインを抑制するように設定されている。不完全微分回路２５の最大ゲインは、第１容量素子３０、第１抵抗素子３１、第３抵抗素子３４、及び第２容量素子３５によって設定される。
例えば、本実施形態の不完全微分回路２５は、ワンショットパルス信号の最大電圧変化が約１Ｖとなるように最大ゲインの設定がなされている。
また、不完全微分回路２５のオペアンプ３３には、基準電圧供給回路２７から約０．３３Ｖの基準電圧が与えられる。
よって、不完全微分回路２５が生成するワンショットパルス信号は、Ｈｉレベル（高レベル）が約１Ｖ、Ｌｏレベル（低レベル）が約０．３３Ｖに設定されている。なお、不完全微分回路２５は、Ｈｉレベルがマイナス側となるように出力する。
【００４３】
不完全微分回路２５によって生成されるワンショットパルス信号は、増幅回路２６に与えられて増幅される。
増幅回路２６は、第４抵抗素子３８と第５抵抗素子４０との抵抗値の比率によって定まる増幅率でワンショットパルス信号を増幅する。
増幅回路２６のオペアンプ３９には、不完全微分回路２５と同様、基準電圧供給回路２７から約０．３３Ｖの基準電圧が与えられる。よって、増幅回路２６が出力するワンショットパルス信号は、Ｈｉレベル（高レベル）が所定の増幅率で増幅された電圧、Ｌｏレベル（低レベル）が約０．３３Ｖに設定されている。なお、増幅回路２６は、反転増幅回路として構成されているので、Ｈｉレベルがマイナス側となるように不完全微分回路２５から出力されたワンショットパルス信号を反転し、Ｈｉレベルがプラス側となるように出力する。
【００４４】
ここで、本実施形態のスイッチ部７は、後に説明するように、当該スイッチ部７に与えられる信号のレベル判定を行う際の閾値Ｔｈが約２Ｖに設定されている。スイッチ部７はワンショットパルス信号の有無をこの閾値Ｔｈ（第１の電圧）と比較判定することでスイッチ信号の出力を行う。
【００４５】
増幅回路２６は、ワンショットパルス信号のＨｉレベルが閾値Ｔｈよりも大きくなるようにワンショットパルス信号を増幅するように設定されている。
図６（ａ）は、不完全微分回路２５が生成したワンショットパルス信号、図６（ｂ）は、増幅回路２６が増幅したワンショットパルス信号を示す図である。
なお、図６（ａ）では、理解を容易とするため、ワンショットパルス信号のＨｉレベルを、増幅回路２６による増幅後のワンショットパルス信号と同じ符号側に表している。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、不完全微分回路２５が生成した増幅前のワンショットパルス信号は、Ｈｉレベルが閾値Ｔｈよりも小さくなるように設定されている。Ｌｏレベルは、上述のように約０．３３Ｖに設定されており、閾値Ｔｈよりも十分に低い値に設定されている。
【００４７】
図６（ｂ）に示すように、増幅回路２６により増幅されたワンショットパルス信号は、Ｈｉレベルが閾値Ｔｈよりも大きくなるように増幅されている。さらに、Ｌｏレベルは、約０．３３Ｖに設定されており、閾値Ｔｈよりも十分に低い値に設定されている。
【００４８】
上記のように構成された静電容量型スイッチ装置１によれば、不完全微分回路２５及び増幅回路２６の基準電圧を、スイッチ部７が判定に用いる第１の電圧である閾値Ｔｈよりも低く設定したので、ワンショットパルス信号をスイッチ部７における判定に際して適切なレベルに設定することができる。この結果、増幅回路２６で増幅されたワンショットパルス信号をそのままスイッチ部７に与えることができ、スイッチ部７にワンショットパルス信号の有無を適切に判定させることができる。
この結果、微分回路により生成され増幅回路で増幅されたワンショットパルス信号をそのままスイッチ部７に与えるという簡易な構成とすることができる。
【００４９】
また、本実施形態の静電容量型スイッチ装置１において、不完全微分回路２５によって生成されるワンショットパルス信号は、そのＨｉレベルが閾値Ｔｈより小さくなるように設定され、第１信号出力部４は、不完全微分回路２５によって生成されるワンショットパルス信号のＨｉレベルが閾値Ｔｈより大きくなるようにワンショットパルス信号を増幅してスイッチ部７に与える増幅回路２６を備えている。
【００５０】
これにより、本実施形態では、不完全微分回路２５が生成したワンショットパルス信号のＨｉレベルが閾値Ｔｈよりも大きくなるように、ワンショットパルス信号が増幅されるので、不完全微分回路２５においては、センサ出力の変化に対するゲインをより小さく設定することができる。従って、不完全微分回路２５において当該不完全微分回路２５が出力する信号レベルを閾値Ｔｈに応じて設定した場合と比較して、不完全微分回路２５における時定数をより小さく設定することができる。
具体的には、第１容量素子３０の静電容量や、第１抵抗素子３１及び第３抵抗素子３４の抵抗値を調整することにより不完全微分回路２５が出力する信号レベルが閾値Ｔｈよりも大きくなるようにした場合、不完全微分回路２５における時定数が非常に大きくなってしまう。これに対して、本実施形態では、ゲインの小さい不完全微分回路２５が出力する信号を増幅回路２６で増幅する構成としたので、不完全微分回路２５のセンサ出力の変化に対する応答性を高めることができる。
【００５１】
図６（ｃ）は、不完全微分回路２５にてゲイン調整してワンショットパルス信号のＨｉレベルを閾値Ｔｈよりも大きくなるように設定したときの一例を示す図である。
この場合、不完全微分回路２５の時定数が大きくなるため、応答性が低下してしまう。この結果、図６（ｃ）に示すように、センサ出力に変化が見られなくなったタイミングであるｔ１の後、ワンショットパルス信号がＬｏレベルまで収束するまでに必要な期間Ｔが、図６（ｂ）の場合と比較して長時間となり、ワンショットパルス信号の収束性が悪化してしまう。
【００５２】
このように、ワンショットパルス信号がＬｏレベルまで収束するまでに必要な期間Ｔが長時間となると、それ以下の期間でワンショット出力することが困難となり、スイッチ信号をワンショット出力する際の制御性が悪化し、スイッチ信号をワンショット出力する際の特性に影響を与えてしまう。
【００５３】
一方、本実施形態では、センサ出力の変化に対する不完全微分回路２５のゲインを小さく設定することができるので、不完全微分回路２５において当該不完全微分回路２５が出力する信号レベルを閾値Ｔｈに応じて設定した場合と比較して、不完全微分回路２５における時定数をより小さく設定することができ、不完全微分回路２５のセンサ出力の変化に対する応答性を高めることができる。
この結果、センサ出力に変化が見られなくなった後における不完全微分回路２５の信号出力の収束性を高めることができ、さらに増幅回路２６によって増幅することで、適切な特性のワンショットパルス信号を生成することができる。これにより、適切にスイッチ信号をワンショット出力することができる。
【００５４】
図４に戻って、第２信号出力部５は、検出部３からのセンサ出力が与えられる調整部５０と、調整部５０が調整したセンサ出力について判定を行う判定部５１と、判定部５１が生成した連続出力信号が与えられる遅延回路５２とを備えている。
【００５５】
調整部５０は、電圧信号であるセンサ出力のレベルを調整可能であり、適切にレベル調整したセンサ出力を判定部５１に与える。
判定部５１は、センサ出力に対する予め設定された判定値を記憶しており、この判定値に基づいて、スイッチ部７にスイッチ信号を連続出力させるための連続出力信号を生成する。
判定部５１は、例えば、センサ出力が判定値よりも大きければＨｉレベルの信号を出力し、センサ出力が判定値よりも低ければＬｏレベルの信号を出力し、連続出力信号を生成するように構成されている。
このように、判定部５１は、センサ出力に応じてＨｉレベル及びＬｏレベルとされた連続出力信号を生成する。
【００５６】
調整部５０は、検出部３からのセンサ出力のレベルを調整することで、センサ出力と、判定部５１における判定値との間の相対的な関係を調整する。具体的には、例えば、検出部３から与えられたセンサ出力が判定値よりも高い電圧値Ｖ１である場合に、調整部５０は、電圧値Ｖ１のセンサ出力を判定値よりも低い電圧値Ｖ２となるようにセンサ出力を減衰させる。これにより、判定部５１は、本来Ｈｉレベルの信号を生成するところ、Ｌｏレベルの信号を生成することができる。
【００５７】
静電容量型スイッチ装置１は、第１信号出力部４に与えられるセンサ出力と同じセンサ出力を第２信号出力部５に与えるが、この調整部５０によって、判定部５１におけるＨｉレベルとＬｏレベルとの切り替りのタイミングを必要に応じて調整することができる。
【００５８】
遅延回路５２は、判定部５１が生成した連続出力信号について、センサ出力の変動に起因するノイズを除去する機能を有している。遅延回路５２は、ノイズを除去した連続出力信号を切替部６に与える機能を有している。
【００５９】
切替部６は、静電容量型スイッチ装置１の操作者による設定に基づいて、ワンショットパルス信号、及び連続出力信号のいずれか一方を選択的にスイッチ部７に与える。
【００６０】
スイッチ部７は、信号判定部５５と、出力部５６とを備えている。
信号判定部５５は、閾値Ｔｈに基づいて、第１信号出力部４から与えられるワンショットパルス信号についての判定を行う。また、信号判定部５５は、閾値Ｔｈに基づいて、第２信号出力部５から与えられる連続出力信号についての判定を行う。
【００６１】
信号判定部５５は、与えられる信号が閾値Ｔｈを超えている間、スイッチ信号を出力するように判定する。
よって、第１信号出力部４からワンショットパルス信号が与えられる場合、信号判定部５５は、ワンショットパルス信号が閾値Ｔｈを超えている期間でスイッチ信号を出力するように判定する。よって、この場合、出力部５６は、ワンショットパルス信号に応じて、スイッチ信号をワンショット出力する。
【００６２】
一方、第２信号出力部５から連続出力信号が与えられる場合、センサ出力が前記判定値を超えていれば、閾値Ｔｈよりも大きいＨｉレベルの信号が連続出力信号として与えられ、信号判定部５５は、スイッチ信号を連続的に出力するように判定し、センサ出力が前記判定値を超えていなければ、閾値Ｔｈよりも小さいＬｏレベルの信号が連続出力信号として与えられ、信号判定部５５は、スイッチ信号を出力しないように判定する。
よって、第２信号出力部５から連続出力信号が与えられる場合、出力部５６は、連続出力信号に応じて、スイッチ信号を連続出力する。
【００６３】
このため、切替部６の設定が、第１信号出力部４からのワンショットパルス信号をスイッチ部７に与えるように選択されている場合、静電容量型スイッチ装置１は、スイッチ信号をワンショット出力し、第２信号出力部５から連続出力信号が与えられるように選択されている場合、スイッチ信号を連続出力する。
【００６４】
このように本実施形態の静電容量型スイッチ装置１では、第１信号出力部４の他、センサ出力に基づいてスイッチ部７に連続出力信号を出力する第２信号出力部５を備え、さらに連続出力信号、及びワンショットパルス信号のいずれか一方をスイッチ部７に与える切替部６を備えているので、スイッチ信号の出力態様をワンショット出力と、連続出力のいずれかを選択して切り替えることができ、この結果、静電容量型スイッチ装置１の汎用性が高まる。
【００６５】
さらにスイッチ部７は、連続出力信号のレベルを、ワンショットパルス信号の有無を判定するための閾値Ｔｈで比較判定することでスイッチ信号を連続出力するように構成されている。つまり、スイッチ部７は、連続出力信号、及びワンショットパルス信号を区別することなく、１つの閾値Ｔｈを用いて判定するだけで、スイッチ信号を出力することができる。この結果、簡易な構成で、スイッチ信号の出力態様をワンショット出力と、連続出力のいずれかを切り替え可能とすることができる。
【００６６】
〔その他〕
本発明は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、静電容量型センサとしてセンサシート２を用いた場合を例示したが、他の静電容量型センサを用いてもよい。他の静電容量型センサとしては、外部環境の変化に応じて静電容量が変化するように構成され、外部環境の変化を静電容量として出力するセンサ、例えば、タッチセンサ等を用いることができる。
【００６７】
また、上記実施形態では、第１信号出力部４に不完全微分回路２５を用いた場合を例示したが、微分回路において当該微分回路のゲインを調整するための構成を備えていれば、不完全微分回路のみでなく、一般的な微分回路を用いてもよい。
【００６８】
〔検証試験について〕
次に、静電容量型スイッチ装置１における動作について検証した結果について説明する。
検証試験には、上述の静電容量型スイッチ装置１を用いた。
静電容量型スイッチ装置１のスイッチ部７後段には、本検証試験のためのリレー回路を接続した。
図７は、リレー回路の回路図である。
図７中、リレー回路６０は、スイッチ信号が与えられるコイル６０ａと、スイッチ６０ｂとを備えており、電源６１から例えば３Ｖの電源電圧の供給を受けて動作する。
スイッチ６０ｂの第１端子６０ｂ１は、抵抗素子６２を介して電源６１に接続されている。また、スイッチ６０ｂの第２端子６０ｂ２は、接地されている。スイッチ６０ｂは、第１端子６０ｂ１と第２端子６０ｂ２との間を繋ぐことで接続状態となり、第１端子６０ｂ１と第３端子６０ｂ３とを接続することで切断状態となる。
【００６９】
リレー回路６０は、コイル６０ａにスイッチ信号が与えられていない状態では、スイッチ６０ｂの第１端子６０ｂ１と第３端子６０ｂ３とを接続し、切断状態を維持する。
一方、コイル６０ａにスイッチ信号が与えられると、リレー回路６０は、スイッチ６０ｂの第１端子６０ｂ１と第２端子６０ｂ２とを接続し、接続状態に切り替える。
【００７０】
本試験では、図７中、第１端子６０ｂ１の電圧（以下、地点Ｄの電圧ともいう）の他、  図４中、地点Ａ、地点Ｂ、及び地点Ｃの電圧を測定し、静電容量型スイッチ装置１がスイッチ信号をワンショット出力する場合と、連続出力する場合の両方について動作の検証を行った。
【００７１】
センサシート２を模擬する静電容量としては、静電容量が既知のコンデンサを組み合わせたものを代用して用いた。
静電容量が既知のコンデンサを組み合わせ、第１の値として４５０ｐＦ、第２の値として５５０ｐＦを設定し、第１の値の設定と第２の値の設定との間を切り替えることで、センサ出力に生じる変化を擬似的に再現した。
【００７２】
図８（ａ）は、検出部３からのセンサ出力に変化がないときの各部の電圧を示すグラフである。図中横軸は時間を示している。また、図８（ａ）では、静電容量型スイッチの静電容量を第１の値に固定し、センサ出力として４４５ｍＶの電圧が第１信号出力部４に与えられている場合を示している。
【００７３】
図８（ａ）に示すように、センサ出力に変化がなく一定であれば、第１信号出力部４の不完全微分回路２５はワンショットパルス信号を生成しないので、地点Ｂの電圧は、Ｌｏレベルで一定となっている。
また、地点Ｂの電圧がＬｏレベルで一定であるので、スイッチ部７は、スイッチ信号を出力しない。よって、リレー回路６０は切断状態を維持しているため、地点Ｄにおいては３Ｖの電圧で一定となっている。
【００７４】
図８（ｂ）は、検出部３からのセンサ出力に変化があるときの各部の電圧を示すグラフである。図８（ｂ）では、静電容量型スイッチの静電容量をタイミングｔ１０において第１の値から第２の値となるように設定を切り替え、タイミングｔ１０においてセンサ出力が４４５ｍＶから５２３ｍＶに上昇し変化した場合を示している。
図８（ｂ）に示すように、タイミングｔ１０以前では、図８（ａ）と同様の状態である。
【００７５】
一方、タイミングｔ１０では、センサ出力に変化が生じているので、不完全微分回路２５は、ワンショットパルス信号を生成する。このため、地点Ｂでは、Ｌｏレベルから閾値Ｔｈよりも高いレベルであるＨｉレベルに立ち上がる。
これによって、スイッチ部７はスイッチ信号を出力する。よって、リレー回路６０は、接続状態に切り替わる。このため、図８（ｂ）では、タイミングｔ１０以降、地点Ｄの電圧は、３Ｖから０Ｖとなり、リレー回路６０が接続状態に切り替わっていることを表している。
【００７６】
その後、タイミングｔ１１で地点Ｂの電圧が閾値Ｔｈよりも低い電圧になると、スイッチ部７はスイッチ信号の出力を停止する。これにより、リレー回路６０は、切断状態に切り替わる。このため、図８（ｂ）では、タイミングｔ１１以降、地点Ｄの電圧は、再度０Ｖとなり、リレー回路６０が切断状態に切り替わっていることを表している。
【００７７】
このように、上記試験より、静電容量型スイッチ装置１は、タイミングｔ１０とタイミングｔ１１との間で、スイッチ信号をワンショット出力できることを確認することができた。なお、このタイミングｔ１０とタイミングｔ１１との間は、例えば、１〜２秒に設定される。
【００７８】
図９（ａ）は、静電容量型スイッチの静電容量を第１の値としたときの各部の電圧を示すグラフである。図中横軸は時間を示している。また、図９（ａ）では、静電容量型スイッチの静電容量を第１の値に固定することで、センサ出力として４４６ｍＶの電圧が第２信号出力部５に与えられている場合を示している。
【００７９】
本試験における静電容量型スイッチ装置１の第２信号出力部５では、検出部３からのセンサ出力が約５００ｍＶのときにＨｉレベルとＬｏレベルとが切り替わるように調整部５０を設定し、連続出力信号を生成するように設定している。
【００８０】
よって、図９（ａ）では、検出部３からのセンサ出力が判定値よりも小さいと判定され、第２信号出力部５の判定部５１はＬｏレベルとされた連続出力信号を生成するので、地点Ｃの電圧は、Ｌｏレベルで一定となっている。
また、地点Ｃの電圧がＬｏレベルで一定であるので、スイッチ部７は、スイッチ信号を出力しない。よって、リレー回路６０は切断状態を維持しているため、地点Ｄにおいては３Ｖの電圧で一定となっている。
【００８１】
図９（ｂ）は、静電容量型スイッチの静電容量を第２の値としたときの各部の電圧を示すグラフである。図９（ｂ）では、静電容量型スイッチの静電容量を第１の値に固定することで、センサ出力として５３５ｍＶの電圧が第２信号出力部５に与えられている場合を示している。
【００８２】
図９（ｂ）では、検出部３からのセンサ出力が判定値よりも大きいと判定され、第２信号出力部５の判定部５１はＨｉレベルとされた連続出力信号を生成するので、地点Ｃの電圧は、Ｈｉレベルで一定となっている。
また、地点Ｃの電圧がＨｉレベルで一定であるので、スイッチ部７は、スイッチ信号を出力する。よって、リレー回路６０は、接続状態に切り替わる。このため、図９（ｂ）では、地点Ｄの電圧は、３Ｖから０Ｖとなり、リレー回路６０が接続状態に切り替わっていることを表している。
【００８３】
このように、上記試験より、静電容量型スイッチ装置１は、スイッチ信号を連続出力できることを確認することができた。
また、第２信号出力部５に、ワンショットパルス信号を生成する第１信号出力部４と同じレベルのセンサ出力を与えたとしても、第２信号出力部５においては連続出力信号を出力できることも確認できた。
【００８４】
以上、上記検証試験より、静電容量型スイッチ装置１は、センサ出力に基づいてワンショットパルス信号を出力するとともに、ワンショットパルス信号の有無を閾値Ｔｈと比較判定することでスイッチ信号をワンショット出力できること、及びワンショット出力と、連続出力のいずれかを選択して切り替えることができることを確認できた。
【符号の説明】
【００８５】
１  静電容量型スイッチ装置    ２  センサシート          ３  検出部
４  第１信号出力部            ５  第２信号出力部        ６  切替部
７  スイッチ部                １１  誘電層              １２Ａ  表側電極層
１２Ｂ  裏側電極層            １３Ａ  表側配線          １３Ｂ  裏側配線
１４Ａ  表側接続端子          １４Ｂ  裏側接続端子      １５Ａ  表側保護層
１５Ｂ  裏側保護層            １８  粘着層              ２０  発振回路
２１  整流回路                ２２  ローパスフィルタ    ２３  増幅器
２５  不完全微分回路          ２６  増幅回路            ２７  基準電圧供給回路
３０  第１容量素子            ３１  第１抵抗素子        ３２  第２抵抗素子
３３  オペアンプ              ３４  第３抵抗素子        ３５  第２容量素子
３８  第４抵抗素子            ３９  オペアンプ          ４０  第５抵抗素子
４２  オペアンプ              ４３  電源供給端          ４４  第６抵抗素子
４５  第７抵抗素子            ５０  調整部              ５１  判定部
５２  遅延回路                ５５  信号判定部          ５６  出力部
６０  リレー回路              ６０ａ  コイル            ６０ｂ  スイッチ
６０ｂ１  第１端子            ６０ｂ２  第２端子        ６０ｂ３  第３端子
６１  電源                    ６２  抵抗素子
【図１】
2017103032.tif 000003
【図２】
2017103032.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017103032.tif 000009
【図８】
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【図９】
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