JPH03214518A - 電子式接触ボタン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、典型的には、人間である作動者が指でボタン
に接触し、あるいはこれを押した時に、作動もしくは停
止を行い、あるいは電気的又は電子的な何らかの動作を
行うために使用される接触ボタンに関する。さらに、本
発明は、特に、音の吸収によって作動される、例えばエ
レベータカー制御のための押しボタン等を含む、多くの
異なる分野において適用可能な電子式接触ボタンに関す
る。

〔従来の技術、及び解決すべき課題〕

電子式接触ボタンのほとんど全ては、その動作を人体の
もつ静電容量に依存している。しかしながら、この様な
検出方法では、少なくとも以下の様な欠陥がある。

（１）ボタンが感熱性であり、その結果誤動作を生じる
。

（２）ボタンが電磁的干渉（ＥＭＩ）に対して比較的高
い感度を示し、その結果多くの誤動作を生じる。

（３）ボタンが静電放電（ＥＳＤ）に対して比較的感度
が高く、その結果誤りを生じる。

（４）接触したことのフィードバック（接触したことを
示す反応や感覚）が全く無い。

（５）ＩＪ気的ショックの危険の可能性がある。

これに対し、本発明ではボタンの動作に音吸収技術を用
いることにより、これらの問題点を取り除こうとするも
のである。

「乗り物制御」と題するゲイルの米国特許明細書第３，
５　１　９，１　０　５号（１９７０年７月７日発行）
テハ、特に、搭乗者による押しボタンの操作によって選
択される様々な階でエレベータを停止したり発車したり
する制御を行うための配列に関連し、発振器はエレベー
タ制御システムに関連して、一義的には、作動のためと
言うよりはむしろ符号化のための手段として使用されて
おり、その結果、非常に複雑な設計構造となっていた。

このゲイル特許では、発振器は、作動が生じるためには
、発振が停止されなければならない。すなわち、ボタン
が接触されると、全く発振が生ぜず、音の吸収は全く生
じない。

さらに、ゲイル特許では発振エレメントは公衆に対して
露出されており、その設計は非常に脆弱なものとなり、
実用的でないと思われる。

音に関する本発明者の発明には、「音エネルギーを利用
した複数のバー・エンコーディング装置」と題する米国
特許明細書第４．２５８．３５６号（１９８１年３月２
４日発行）や「音エンコーディング装置」と題する米国
特許明細書第４．３　７　８．５　５　２号があり、こ
れら双方共に本発明とは明らかに異なっている。

〔課題を解決するための手段、及び作用〕本発明は上記
のものとは異なり、音の吸収を用い、誰かがボタンを作
動し又は押した結果として、対応する電気的又は電子的
な動作を活性化させる。

本質的には、本発明は、人体の接触を検出するために超
音波を使用する。人体及びほとんどの手袋の材質は良吸
収音材である。この吸音特性が本発明におけるキー・エ
レメントである。

音の吸収は以下の様な種々の技術によって測定すること
ができる。

（１）周波数のシフト （２）移送のシフト、及び （３）種々のソナ一方法 本発明においては、上記ゲイル特許とは対照に、超音波
を発生する発振エレメントは、作動を生じるために影響
を及ぼされる必要はない。本発明においては、作動を生
じさせ、あるいは起動する手段は音（超音波）であるこ
とから、ボタンが接触された時、音の発振は続いている
。

この状態を有効なものにするため、本発明では、接触表
面と音波（又は超音波）を発生する発振部材（トランス
デューサ）との間に、ある形状の音を伝搬するための媒
体を含んでいる。この媒体が、例えばスティールの板や
他の金属または適切なプラスチックから成る場合、本発
明は非常に凹凸なボタンを製造することが出来る。

以下に記載される例示的な実施例では、ソナー型の装置
が使用されている。この様なアプローチでは、トランス
デューザによって発生されるエコ一の数やサイズの双方
が、如何なる音の吸収の方策をも提供する。

音の吸収は以下の理由から、検出のための良い方法であ
る。

（１）適当な量の吸収が起こるためには、最小の容積と
表面での力が与えられなければならず、この事実によっ
て、塵、汚れ、蝿等によって間違って作動されることが
除かれる。

（２）人は、しばしば、種々の異なる物、例えばキー、
缶、靴等を使ってボタンを押すことがある。

これらの物もまた適度な量の力で押しつけられれば音を
吸収する。

本発明の利点は、ボタンに関する以下の点をも含んでい
る。

（１）耐久性であり、 （２）耐ＥＭＩ性であり、 （３）耐ＥＳＤ性であり、そして、光及び触覚双方によ
る及び／または音によるフィードバックが可能になる。

本発明は、これのみには限定されないが、エレベータ・
カ一の制御ボタンを含む異なる広い適用範囲において、
以下に詳述される本発明の教えるところにより、既知の
技術を利用することにより実施され得る。

他の特徴や利点は、本発明の二つの例示的な実施例を示
した明細書及び特許請求の範囲、そして添付された図面
から明らかとなる。

〔実施例〕

第１図から分かる様に、本発明の原理に従って音の吸収
によって動作する第１の例示的な実施例である電子制御
、すなわち接触ボタンは、強度を増すために例えば金属
で作られ、そして、典型的には同一適用のために使用さ
れる他のボタンの外径とも同じ外径とされるであろうと
ころの円筒状の外部ケーシング１を含んでいる。ケーシ
ングは球状形ボタン２の本体及び周囲の側面を取り囲み
、そして保持しており、その露出した側はボタンの接触
表面３として働く。

例えばガラス等で作られ得ることの球形ボタン２の裏側
には、集積回路（ＩＣ）５、超音波トランスデューサ６
、そして少なくとも１個の（あるいは、一連の）発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を搭載した印刷回路基板４がある。

動作においては、トランスデューサ６は定常的に音波（
すなわち、超音波）をガラスポール２に送り、音波の搬
送媒体として働き、それから、発射した音の反響音をソ
ナ一方式で受信する。

ここで理解されるべきことは、「音」という言葉は広義
に使用されており、可聴周波数に限定されず、例えば超
音波を含んでいる。

この実施例において使用されるトランスデューサの一例
としては、フィリップス（ｐｈ　ｉ　ｌ　ｌ　ｉｐｓ　
）社のディスク形状のｒＰＸＥ５ｊで作られたピエゾエ
レクトリック・セラミック・トランスデューサ〔ｌ９８
６年度の「コンポーネントと材料」（本Ｃ１９）のカタ
ログ番号４３２２−０２０−０２２７０、電話９１４／
２４６−２８１　１３である。また、ボタンのための電
子回路の一例が、名称が付けられた回路の機能ブロック
や番号が付されたトランスデューサ６とＬＥＤ７と共に
、第３図に詳細に示されている。

もしも、皮膚やその他の物質が接触表面３に近づいてき
て接触すると、いくらかの音波が皮膚やその物質によっ
て吸収され、そして、その反響音が結果として減少され
る。この反響音の減少が、反響音の数を測定しかつ計測
している集積回路５によって検出される（詳細は第３図
）．，第４Ａ図及び第４Ｂ図はこのシステムにおいて発
生する信号の波形の一例を示している。第４Ａ図の上方
のトレースはトランスデューサ６における信号のもので
あり、一方、下方のトレースは接地とビン７との間の出
力信号である。第４Ｂ図の上方のトレースは、誰もボタ
ン表面３に接触していない時のエコー信号の典型的な形
状である。

方、下方のトレースは、比較のための、誰かがそのボタ
ンに接触している時の典型的な反響信号であり、これは
、類似的にも分かるように、実質的に反響波形の大部分
が吸収される結果となる。しかしながら、これらのトレ
ースは、エコー信号から取り出された実際のトレースで
はない。

オシログラフの両方のセットは、室温において、ｒＡＪ
軸を２０ｍＶ／ｄｉｖ．とじ、「Ｂｊ軸を２Ｖ／ｄｉｖ
，とし、第４Ａ図では時間軸を２　．　５　ｒａｓｅｃ
．で、第４Ｂ図では時間軸を０　．　１　ｍｓｅｃ，と
して取ったものである。

反響がボタン表面３に接触する何者かによって減衰され
ると、ＩＣ５が、接触ボタンによって制御される電気的
あるいは電子的な動作を引き起こして作動される（ある
いは、その設計に対応して、停止、変更、その他、制御
される）。それから、その電気的な動作は、典型的には
、ボタンシステムの出力に接続されるある種の制御エレ
メントによって影響される。

１Ｃ５は、それからまた、ＬＥＤ７を起動し（または、
設計に応じて、停止する）、ボタンを押した者に対して
光の形でフィードバックを与える。

加うるに、要求される場合には、触覚及び又は可聴音に
よるフィードバックのためには、トランスデューサの発
射する音の周波数を可聴の周波数にシフトする。

例えば、ガラスの内部における音の速度は、その他の材
料と同様に、温度の関数である。「飛行Ｊの時間、すな
わち、同じ音信号を発射してから受戻すまで間の時間を
測定することにより、ボタンはまた熱センサーとしても
働き、そして、火事の警報器にもなる。事実、ボタン本
体あるいはその接触表面が加熱された場合、装置は自身
で［オフ（ｏｆｆ）　Ｊになり、例えば火事の状態にお
いてはボタンの使用が防止され、このことは、特にエレ
ベータへの適用にとって有利である。

もしも要求されるならば働く様にすることも可能である
が、ボタンの表面３は接触あるいは「押され」でも移動
しない。

印刷回路基板４上のコンポーネントの低電圧及び低電流
特性、そして、ガラスボタンの絶縁性により、装置は電
気的なショックの危険を生じない。

また、装置はＥＳＤによる影響を受けない。

加うるに、この装置で使用されるタイプのトランスデュ
ーサは比較的に安価であり長寿命である。

接触表面の材料や形状は特に重要ではない。しかしなが
ら、少なくとも、ボタンに対し、その接触表面をフレー
ムあるいはケーシングから分離することが一般的にも必
要である。ここに示された実施例では、ボタンの球形が
フレームやケーシングとの表面接触を最小限にし、丸い
リング状の接触だけであり、好ましい。しかしながら、
完全な球形やボール状の形状よりはむしろ、そのケーシ
ング（＋）への搭載表面において円形の断面を有し、エ
レメントのその他の部分に関しては、例えば接触表面（
３）としての円形凹部や電子部品（５−７）の搭載を容
易にするための平坦な背面等の他の形状を備えた複合形
状のものとすることも可能である。

しかしながら、なお多くの実用的な形状も可能であり、
更に他の実施例が第２図及び第２Ａ図に示されている。

第２図及び第２Ａ図のボタンシステム１０では、可動部
分がなく、「ボタン」の接触表面として働く二つの円形
凹部であるえくぼ部分１３Ａ及び１３Ｂを備えた固体の
金属基板１１を含んでいる。４個の搭載用の穴１５が基
板１ｌの四隅に設けられている。

二つのボタン１３と１３Ｂはエレベータのシグナリング
・システムとしても使用することが出来、一個のボタン
を、エレベータ・カーを呼ぶために、例えば［上ｊボタ
ンとして、他のボタンを「下」ボタンとして使用するこ
とも出来る。その様なエレベータへの適用においては、
基板１１はエレベータに近接した壁上に搭載され、そし
て、エレベータを表示しながら通行者がボタン表面のど
れかひとつに選択的に接触するのを待っている。

二つの同心の円形チャネル１４Ａと１４Ｂは、接触ボタ
ンの表面１３Ａと１３Ｂを取り囲み、それらを基板１１
の他の部分から分離する。第２Ａ図からも分かる様に、
チャネルＩ４は基板１１の裏側から、ボタンの凹部１３
とは反対の側にまでずっと延びている。

基板１１は、導電性の材料で作られた場合には、図にも
示す様に接地される。これによって装置がＥＳＣやＥＭ
Ｉによって影響されないであろうことは明らかである。

板状のボタンシステム１０の寸法の一例が以下に概観さ
れる。

基板１ｌの厚さ　　　　　　　　３／８インチボタン表
面ｌ３の直径　　　　　７／７インチ表面■３の深さの
半径　　　　　１／４インチ分離チャネル１４の幅　　
　　　１／４インチボタン表面１３の中心　　　　０．
５インチから内部チャネル１４の中心の距離 更ニ、「オン」／「オフ」やボタンの起動として使用さ
れる他、本発明のボタンは、例えば比例制御等の他の目
的にも使用することが出来る。

本発明は、その例示的な実施例の詳細に関連して示され
かつ記載されたが、形状、詳細、方法論及び／又はアプ
ローチにおける種々の変更が本発明の精神及び範囲から
逸脱することなく可能であることが当業者により理解さ
れるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を適用した第１の実施例である
電子制御あるいは接触ボタンの単純化された側面断面図
である。第１図の接触ボタンは、印刷回路基板４及びそ
のコンポーネント５−７の詳細部分を除き、一般的に筒
状であり、基本的にそのセンターラインの周りに対称に
なっている。 第２図は、「ボタン」として働＜２ａｌのボタン形状の
凹部を有する固体金属板を使用した、本発明の第２の例
示的な実施例の平面図であり、一方、第２Ａ図は、第２
図の切断面２Ａ−２Ａに沿って切り取った実施例の詳細
な側面断面図である。 第３図は本発明の「ボタン」のための例示的な回路図で
ある。 第４Ａ図及び第４Ｂ図は、第３図の回路で現れる信号を
示す比較オシログラフであり、前者はトランスデューサ
によって発生される信号（上方のトレース）とを比較し
、後者は、何人もボタンに接触していない場合（上方の
トレース）の反響された信号と、何人かがボタンに接触
している場合の信号とを、類似の様式によって比較する
ものである。 巳σ口郁」 図面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書 （方式） 平５５．３年１月２３日 ２． ３． ４ 平成２年特許願第１５７３８６号 発明の名称 電子式接触ボタン 補正をする者 事件との関係　特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電気的に制御される動作を行わせるための電子式
   接触ボタンであって、 電子的に発生される音波源と； 押しボタン表面部と； 上記音源と上記押しボタン表面部との間に配置され、音
   波を上記音源から上記押しボタン表面部に伝達する、上
   記音源と関連する音の伝達媒体と； 接触された時にボタン表面部で吸収される音の量を検知
   し、充分な量の音が吸収された時、ボタン表面部に例え
   ば人間の皮膚等の外来物質が存在することを示すための
   信号を、電気的に制御される動作を行わせるために発生
   する電子式検知手段と； 上記音の伝達媒体を取り囲んで保持し、かつ、その内部
   には上記音源及び上記電子式検知手段を含み、ボタンの
   部品の全てを１個のパッケージに接合したボタンハウジ
   ングとを備えたことを特徴とする電子式接触ボタン。 （２）請求項１に記載の電子式接触ボタンにおいて、上
   記音の伝達媒体は円形の断面形状を有し、上記ハウジン
   グは、その内部に円形の断面を含み、かつその円形断面
   の周囲の円形リングに沿って上記音の伝達媒体と接して
   いる、少なくとも一般的な円筒形状を有していることを
   特徴とする電子式接触ボタン。 （３）請求項２において、上記音の電圧媒体はボール形
   状であることを特徴とする電子式接触ボタン。 （４）請求項１に記載の電子式接触ボタンにおいて、上
   記電子式検知手段は、その上に音波源として働くトラン
   スデューサを搭載したプリント回路基板と、上記トラン
   スデューサによって発せられる音波の反響音波を検出し
   てその数を数えるセンサーとを含んでいることを特徴と
   する電子式接触ボタン。 （５）請求項１に記載の電子式接触ボタンにおいて、上
   記トランスデューサは超音波を発生することを特徴とす
   る電子式接触ボタン。 （６）請求項１に記載の電子式接触ボタン１において、
   上記のボタンハウジングは金属基板であり、そして、上
   記押しボタン表面部は上記基板における凹部であること
   を特徴とする電子式接触ボタン。 （７）請求項６に記載の電子式接触ボタンにおいて、さ
   らに、上記凹部を取り囲む少なくとも一のチャネル部を
   有し、上記チャネル部は少なくとも上記凹部の反対側の
   基板の側まで伸びていることを特徴とする電子式接触ボ
   タン。 （８）請求項６に記載の電子式接触ボタンにおいて、さ
   らに、上記基板には、それぞれが押しボタン表面として
   働く２個の凹部を有していることを特徴とする電子式接
   触ボタン。（９）請求項８に記載の電子式接触ボタンに
   おいて、上記基板はエレベータに近接した壁上に配置さ
   れ、その二つの押しボタン表面部はエレベータを表示す
   る「上」及び「下」ボタンとして働くことを特徴とする
   電子式接触ボタン。 （１０）請求項１に記載の電子式接触ボタンにおいて、
   さらに、上記電子式検知手段は、音波が伝達媒体を通し
   て伝達される速度の関数としてその伝達媒体の温度を測
   定し、火災警報器として働くところの温度測定手段を含
   むことを特徴とする電子式接触ボタン。 （１１）押しボタン表面が押されたことを検出する方法
   であって、 音が伝達される様に押しボタン表面に接触された音の伝
   達媒体を解して音波を送るステップと、押しボタン表面
   部で伝達された音がかなり吸収されたときに、人間の皮
   膚等の外来物が上記の押しボタン表面部と接触している
   ことを検出するステップとを備えたことを特徴とする検
   出方法。 （１２）請求項１１に記載の方法において、さらに、多
   量の音の吸収が検出された時に、電気的な動作の制御装
   置に信号を送り、上記制御装置に電気的な制御動作を行
   わせるステップを備えたことを特徴とする検出方法。 （１３）請求項１２において、さらに、一般的には超音
   波周波数の音波を送り、多量の音の吸収が検出された時
   にはその送られた音波を可聴周波数の音波にシフトして
   、可聴音の形で、押しボタンに接触している者に触覚的
   なフィードバックを与えるステップを含むことを特徴と
   する検出方法。