静电容量传感器的制作方法

本发明涉及一种基于静电容量的变化来对检测对象物的接近进行检测的静电容量传感器。

背景技术：

以往，已利用对检测对象物的接近进行检测的静电容量传感器。在静电容量传感器中，存在例如构成为具有在与检测对象物之间进行电容耦合的检测电极，并基于静电容量的变化对检测对象物的接近进行检测的结构。在这样的静电容量传感器中，若检测电极、连接该检测电极的线处于短路状态、开放状态，则无法适当地对检测对象物的接近进行检测，因此对故障诊断技术进行了研究(例如专利文件1和2)。

在专利文献1中，记载了对用手把持对象物进行检测的握持传感器。该握持传感器构成为具备把持检测用电极、配置于第一端附近的断线判断用电极、配置于第二端附近的断线判断用电极、以及将断线判断用电极的状态切换为接地和非接地的开关，该握持传感器基于将断线判断用电极的状态从非接地切换为接地时的把持检测用电极的静电容量的变化来判断把持检测用电极有无断线。

在专利文献2中，记载有如下的开闭体控制装置：根据从设于开闭体的端部的静电容量式的传感器电极输出的检测信号，通过将该检测信号与夹入判定阈值进行比较来判定工作中的开闭体有无夹入物体，若检测到夹入则使工作中的开闭体反转或停止。该开闭体控制装置具有：对开闭体的开闭位置进行检测的开闭位置检测部、在判定传感器电极有无断线时所使用的断线阈值、以及基于传感器电极的检测信号和断线阈值来判定该传感器电极断线的断线判定部。断线判定部在开闭体位于不进行夹入判定的区域时进行使用了断线阈值的有无断线的判定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-67423号公报

专利文献2：日本特开2017-48640号公报

发明要解决的技术问题

在专利文献1所记载的技术中，在进行把持检测用电极的断线判定时需要在把持检测中不使用的开关。因此，专利文献1所记载的技术的零部件增加，因此制造成本和搭载空间増大，存在改良的余地。另外，专利文献2所记载的技术中，在进行有无断线的判定时开闭体需要位于不进行夹入判定的区域，存在提高便利性的余地。

技术实现要素：

因此，谋求一种低成本且在进行故障判定时便利性高的静电容量传感器。

用于解决技术问题的技术手段

本发明的静电容量传感器能够基于检测对象物与第一检测电极之间的静电容量的变化和所述检测对象物与第二检测电极之间的静电容量的变化对所述检测对象物的接近进行检测，其特征结构在于，具有：电容器，在该电容器的一方的端子施加有预先设定的第一电位；第一开关，该第一开关跨越所述电容器的一方的端子和所述电容器的另一方的端子地设置；第二开关，该第二开关的一方的端子与所述电容器的另一方的端子连接；第三开关，该第三开关的一方的端子与所述第二开关的另一方的端子以及所述第一检测电极连接，在该第三开关的另一方的端子施加有比所述第一电位低的第二电位；第四开关，该第四开关的一方的端子与所述电容器的另一方的端子连接；第五开关，该第五开关的一方的端子能够与所述第二检测电极连接并且与所述第四开关的另一方的端子连接，在该第五开关的另一方的端子施加有所述第二电位；以及判定部，该判定部基于所述电容器的另一方的端子的电位与根据所述第一电位设定的基准电位的电位差对至少所述第一检测电极的故障进行判定。

根据这样的特征结构，判定部基于第一检测电极自身是否流过电流来对第一检测电极是否故障进行判定，因此能够高精度地进行对第一检测电极的故障判定。另外，由于利用原本具备的开关来进行故障判定，因此不需要为了故障判定而设置新的开关。因此，能够低成本地进行故障判定并抑制零部件的搭载区域増大。另外，由于基于在检测对象物的检测时进行的开关的开闭动作来实施故障判定，因此便利性也较高。

另外，优选的是，在使所述第一开关在规定时间内为闭状态之后使所述第一开关为开状态，之后在所述第五开关处于开状态的情况下使所述第二开关为闭状态，所述判定部基于此时的所述电容器的另一方的端子的电位对所述第一检测电极是否处于短路状态进行判定。

根据这样的结构，能够利用第一检测电极对检测对象物的检测时所使用的第二开关来对第一检测电极是否处于短路状态进行判定，因此不需要设置新的开关。因此，能够低成本地实现故障判定。

另外，优选的是，在使所述第一开关在规定时间内为闭状态之后使所述第一开关为开状态，之后使所述第二开关和所述第五开关双方为闭状态，所述判定部基于此时的所述电容器的另一方的端子的电位对所述第一检测电极是否处于开放状态进行判定。

根据这样的结构，能够利用在第一检测电极对检测对象物的检测时所使用的第二开关和在第二检测电极对检测对象物进行检测时所使用的第五开关来对第一检测电极是否处于开放状态进行判定，因此不需要设置新的开关。因此，能够低成本地实现故障判定。

另外，优选的是，在所述第二检测电极与所述第五开关的一方的端子连接的情况下，在使所述第一开关在规定时间内为闭状态之后使所述第一开关为开状态，之后在所述第三开关处于开状态的情况下使所述第四开关为闭状态，所述判定部基于此时的所述电容器的另一方的端子的电位对所述第二检测电极是否处于短路状态进行判定。

根据这样的结构，能够使用在第二检测电极对检测对象物的检测时所使用的第四开关来对第二检测电极是否处于短路状态进行判定，因此不需要设置新的开关。因此，能够低成本地实现故障判定。

另外，优选的是，在所述第二检测电极与所述第五开关的一方的端子连接的情况下，在使所述第一开关在规定时间内为闭状态之后使所述第一开关为开状态，之后使所述第三开关和所述第四开关双方为闭状态，所述判定部基于此时的所述电容器的另一方的端子的电位对所述第二检测电极是否处于开放状态进行判定。

根据这样的结构，能够利用在第一检测电极对检测对象物的检测时所使用的第三开关和在第二检测电极对检测对象物的检测时所使用的第四开关来对第二检测电极是否处于开放状态进行判定，因此不需要设置新的开关。因此，能够低成本地实现故障判定。

另外，优选的是，在所述第一检测电极的故障判定后，在进行了第一动作之后，交替地重复第二动作和第三动作来对所述第一检测电极的静电容量进行检测，该第一动作是将所述第一开关在规定时间内设为闭状态之后设为开状态的动作，该第二动作是将所述第二开关设为开状态之后设为闭状态、再设为开状态的动作，该第三动作是将所述第三开关设为开状态之后设为闭状态、再设为开状态的动作。

根据这样的结构，能够在第一检测电极的故障判定后进行第一检测电极对检测对象物的检测动作。

另外，优选的是，所述判定部在所述第二检测电极与所述第五开关的一方的端子连接的情况下对所述第二检测电极的故障进行判定，在所述第二检测电极的故障判定后，在进行了将所述第一开关在规定时间内设为闭状态之后设为开状态的第一动作之后，交替地重复第四动作和第五动作来对所述第二检测电极的静电容量进行检测，该第四动作是将所述第四开关设为开状态之后设为闭状态、再设为开状态的动作，该第五动作是将所述第五开关设为开状态之后设为闭状态、再设为开状态的动作。

根据这样的结构，能够在第二检测电极的故障判定后进行第二检测电极对检测对象物的检测动作。

另外，优选的是，所述第二开关的在所述第一检测电极的故障判定时的闭状态的时间比所述第二动作的闭状态的时间长。

根据这样的结构，在第一检测电极的故障判定时能够使电容器的电荷完全地放电，因此能够精度良好地进行故障判定。

另外，优选的是，所述第四开关的在所述第二检测电极的故障判定时的闭状态的时间比所述第四动作的闭状态的时间长。

根据这样的结构，在第二检测电极的故障判定时能够使电容器的电荷完全地放电，因此能够精度良好地进行故障判定。

附图说明

图1是表示静电容量传感器的结构的图。

图2是表示静电容量传感器的动作的时序图。

图3是表示故障判定的处理和判定基准的图。

符号说明

1：静电容量传感器

11：第一开关

12：第二开关

13：第三开关

14：第四开关

15：第五开关

21：第一检测电极

22：第二检测电极

31：判定部

vcc：第一电位

vr：基准电位

vss：第二电位

具体实施方式

本发明的静电容量传感器能够基于检测对象物与第一检测电极之间的静电容量的变化和检测对象物与第二检测电极之间的静电容量的变化来对检测对象物的接近进行检测，并且构成为能够不具备新零部件地进行故障判定。以下，对本实施方式的静电容量传感器1进行说明。

图1是表示静电容量传感器1的结构的图。本实施方式的静电容量传感器1具备电容器cs、第一开关11、第二开关12、第三开关13、第四开关14、第五开关15、第一检测电极21、第二检测电极22、比较部30以及判定部31。

电容器cs在一方的端子施加有预先设定的第一电位。该电容器cs被用于检测对象物的检测时和故障判定时双方。电容器cs具有一对端子，并在一方的端子施加有作为定电压的第一电位。在本实施方式中，该第一电位被表示为vcc。另外，为了降低该第一电位的变动(波纹电压)，电容器cs在一对端子与接地电位之间设有滤波电容器c1。

第一开关11跨越电容器cs的一方的端子和另一方的端子地设置。电容器cs的一方的端子与另一方的端子是上述的电容器cs所具有的一对端子。跨越一方的端子和另一方的端子地设置是指，第一开关11所具有的一方的端子与电容器cs的一方的端子电连接，第一开关11所具有的另一方的端子与电容器cs的另一方的端子电连接。因此，在第一开关11处于开状态时，电容器cs被第一电位vcc充电，在第一开关11处于闭状态时，储存于电容器cs的电荷放电。

第二开关12具有一对端子。第二开关12的一方的端子与电容器cs的另一方的端子连接。电容器cs的另一方的端子是电容器cs的一对端子中的未被施加第一电位vcc的一侧的端子。因此，第二开关12的一对端子中的一方的端子与电容器cs的一对端子中的未被施加第一电位vcc的一侧的端子电连接。

第三开关13具有一对端子。第三开关13的一方的端子与第二开关12的另一方的端子以及第一检测电极21连接，在另一方的端子施加有比第一电位vcc的电位低的第二电位vss。第二开关12的另一方的端子是第二开关12的一对端子中的未与电容器cs连接的一侧的端子。第一检测电极21是在与检测对象物之间进行电容耦合的电极。另外，在本实施方式中，比第一电位vcc的电位低的第二电位vss是接地电位。因此，第三开关13的一对端子中的一方的端子与第二开关12的一对端子中的未与电容器cs连接的一侧的端子以及在与检测对象物之间进行电容耦合的电极电连接，第三开关13的一对端子中的另一方的端子被施加接地电位。另外，在本实施方式中，在第三开关13的一方的端子与第一检测电极21之间设有由电阻器r、电容器c、线圈l、变阻器vs构成的滤波器部51。

第四开关14具有一对端子。第四开关14的一方的端子与电容器cs的另一方的端子连接。电容器cs的另一方的端子是电容器cs的一对端子中的未被施加第一电位vcc的一侧的端子。因此，第四开关14的一对端子中的一方的端子与电容器cs的一对端子中的未被施加第一电位vcc的一侧的端子电连接。

第五开关15具有一对端子。第五开关15的一方的端子能够与第二检测电极22连接且与第四开关14的另一方的端子连接，在第五开关15的另一方的端子施加有第二电位vss。第二检测电极22是在与检测对象物之间进行电容耦合的电极。能够连接是指，在静电容量传感器1对检测对象物进行检测时，可以仅由第一检测电极21来进行对检测对象物的检测，也可以由第一检测电极21和第二检测电极22双方来进行对检测对象物的检测。因此，也可以不具备第二检测电极22。在本实施方式中，列举了具有第二检测电极22的情况的例子。第四开关14的另一方的端子是第四开关14的一对端子中的未与电容器cs连接的一侧的端子。另外，在本实施方式中，第二电位vss是接地电位。因此，第五开关15的一对端子中的一方的端子与第四开关14的一对端子中的未与电容器cs连接的一侧的端子以及与第一检测电极21不同的在与检测对象物之间进行电容耦合的电极电连接，第五开关15的一对端子中的另一方的端子被施加接地电位。另外，在本实施方式中，在第五开关15的一方的端子与第二检测电极22之间设有由电阻器r、电容器c、线圈l以及变阻器vs构成的滤波器部52。

在此，在本实施方式中，第一检测电极21经由电阻器r1和二极管d1与滤波器部52电连接。因此，第一检测电极21被构成为能够经由电阻器r1、二极管d1、滤波器部52的线圈l、电阻器r以及第五开关15接地。另外，第二检测电极22经由电阻器r2和二极管d2与滤波器部51电连接。因此，第二检测电极22被构成为能够经由电阻器r2、二极管d2、滤波器部51的线圈l、电阻器r以及第三开关13接地。

比较部30将电容器cs的另一方的端子的电位与根据第一电位vcc设定的基准电位vr的大小关系进行比较。于是，比较部30所具有的一对输入端子中的一方的端子与电容器cs的一对端子中的未施加第一电位vcc的一侧的端子电连接(将连接节点的电位设为vcs)，比较部30所具有的一对输入端子中的另一方的端子被施加以下的电位：第一电位vcc被具有规定的电阻值的二个电阻器r3、r4分压后的电位(将被施加的电位设为vr)。在本实施方式中，构成为在比较部30所具有的一对输入端子中的另一方的端子施加有第一电位vcc的1/2的电位。

判定部31基于电容器cs的另一方的端子的电位与根据第一电位vcc设定的基准电位vr的电位差对至少第一检测电极21的故障进行判定。在本实施方式中，电容器cs的另一方的端子的电位与根据第一电位vcc设定的基准电位的电位差是电容器cs的另一方的端子的电位与根据第一电位vcc设定的基准电位的大小关系，并由比较部30进行比较。因此，判定部31根据比较部30的比较结果判定第一检测电极21是否故障。在此，在本实施方式中还具备第二检测电极22。因此，判定部31判定第一检测电极21和第二检测电极22是否故障。

以下，对判定部31的故障判定进行说明。图2是表示静电容量传感器1的动作的时序图。如图2所示，故障判定在静电容量传感器1对检测对象物的接近进行检测的接近检测之前进行。例如，优选在静电容量传感器1开始通电时进行故障判定。另外，如图2所示，故障判定和接近检测基于对规定时间进行计数的clk信号进行。

在开始对静电容量传感器1通电的时刻(t1以前)，第一开关11、第二开关12、第三开关13、第四开关14以及第五开关15被设为开状态。此时，在电容器cs储存有电荷。判定部31在进行故障判定时，首先，使第一开关11在规定时间内为闭状态。使第一开关11为闭状态的时间(上述“规定时间”)设定为比直到存储于电容器cs电荷放电的时间长即可。在图2的例子中，在从t1到t2的时间(t1[毫秒])第一开关11被设为闭状态，由此电容器cs的另一方的端子的电位变为规定值以下(接近零)。在此，以下为了便于理解，将电容器cs的另一方的端子的电位设为vcs。

判定部31在使第一开关11为闭状态且vcs变为规定值以下之后，使第一开关11为开状态，之后在第五开关15处于开状态的情况下使第二开关12为闭状态。在图2的例子中，在从t2到t3的时间(t2[毫秒])第五开关15被设为开状态并且第二开关12被设为闭状态。判定部31根据此时的电容器cs的另一方的端子的电位vcs判定第一检测电极21是否处于短路状态。即，若第一检测电极21处于短路状态，则在第二开关12为闭状态的情况下vcs上升。此时，若vcs上升至作为判定阈值而设定的基准电位vr，则判定部31判定为第一检测电极21处于短路状态。另一方面，如图2所示，若第一检测电极21不处于短路状态，则即使在第二开关12为闭状态的情况下vcs也不会大幅上升。因此，在vcs不上升至作为判定阈值的基准电位vr的情况下，判定部31为判定第一检测电极21不处于短路状态。

接着，判定部31使第二开关12和第五开关15双方为闭状态。在图2的例子中，在从t3到t4的时间(t3[毫秒])第二开关12和第五开关15双方被设为闭状态。判定部31根据此时的电容器cs的另一方的端子的电位vcs判定第一检测电极21是否处于开放状态。即，若第一检测电极21处于开放状态，则即使在第二开关12和第五开关15为闭状态的情况下vcs也不上升。因此，此时，若vcs不上升至作为判定阈值而设定的基准电位vr，则判定部31判定为第一检测电极21处于开放状态。另一方面，若第一检测电极21不处于开放状态，则在第二开关12和第五开关15为闭状态的情况下vcs大幅上升。因此，如图2所示，在vcs上升至作为判定阈值的基准电位vr的情况下，判定部31判定为第一检测电极21不处于开放状态。

另外，在本实施方式这样的第五开关15的一方的端子与第二检测电极22连接的情况下，也能够进行第二检测电极22的故障判定，在进行第二检测电极22的故障判定的情况下，判定部31使第一开关11在规定时间内为闭状态。在图2的例子中，在从t5到t6的时间(t1[毫秒])第一开关11被设为闭状态，由此vcs变为零。

判定部31在使第一开关11为闭状态且vcs变为规定值以下之后，使第一开关11为开状态，之后在第三开关13处于开状态的情况下使第四开关14成为闭状态。在图2的例子中，在从t6到t7的时间(t2[毫秒])第三开关13被设为开状态并且第四开关14被设为闭状态。判定部31根据此时的电容器cs的另一方的端子的电位vcs判定第二检测电极22是否处于短路状态。即，若第二检测电极22处于短路状态，则在第四开关14为闭状态的情况下vcs上升。此时，若vcs上升至作为判定阈值而设定的基准电位vr，则判定部31判定为第二检测电极22处于短路状态。另一方面，如图2所示，若第二检测电极22不处于短路状态，则即使在第四开关14为闭状态的情况下vcs也不会大幅上升。因此，在vcs不上升至作为判定阈值的基准电位vr的情况下，判定部31判定为第二检测电极22不处于短路状态。

接着，判定部31使第三开关13和第四开关14双方为闭状态。在图2的例子中，在从t7到t8的时间(t3[毫秒])第三开关13和第四开关14双方被设为闭状态。判定部31根据此时的电容器cs的另一方的端子的电位vcs判定第二检测电极22是否处于开放状态。即，若第二检测电极22处于开放状态，则即使在第三开关13和第四开关14为闭状态的情况下vcs也不上升。因此，此时，若vcs不上升至作为判定阈值而设定的基准电位vr，则判定部31判定为第二检测电极22处于开放状态。另一方面，若第二检测电极22不处于开放状态，则在第三开关13和第四开关14为闭状态的情况下vcs大幅上升。因此，如图2所示，在vcs上升至作为判定阈值的基准电位vr的情况下，判定部31判定为第二检测电极22不处于开放状态。另外，在图2中还示出判定部31被用于故障判定的情况下，即在vcs超过基准电位vr的情况下所输出的比较部30的输出(比较结果)。

在图3中表示上述的本实施方式的故障判定的处理和判定基准。另外，在图3中，未示出的开关处于开状态。在第一检测电极21的故障判定时，第一开关11在规定时间内被设为闭状态，电容器cs放电(步骤#1)。当第一开关11被设为开状态时，第二开关12被设为闭状态，第五开关15被设为开状态(步骤#2)。此时，在vcs小于基准电位vr的情况下第一检测电极21被判定为不处于短路状态，在vcs大于基准电位vr的情况下第一检测电极21被判定为处于短路状态。接着，第二开关12和第五开关15被设为闭状态(步骤#3)。此时，在vcs大于基准电位vr的情况下第一检测电极21被判定为不处于开放状态，在vcs小于基准电位vr的情况下第一检测电极21被判定为处于开放状态。

关于第二检测电极22，第一开关11在规定时间内被设为闭状态，电容器cs放电(步骤#1)。当第一开关11被设为开状态时，第三开关13被设为开状态，第四开关14被设为闭状态(步骤#2)。此时，在vcs小于基准电位vr的情况下第二检测电极22被判定为不处于短路状态，在vcs大于基准电位vr的情况下第二检测电极22被判定为处于短路状态。接着，第三开关13和第四开关14被设为闭状态(步骤#3)。此时，在vcs大于基准电位vr的情况下第二检测电极22被判定为不处于开放状态，vcs小于基准电位vr的情况下第二检测电极22被判定为处于开放状态。

如上所述，本静电容量传感器1进行故障判定。该故障判定并非为了进行故障判定而设置开关，而是利用原本具备的开关来进行故障判定。即，在第一检测电极21的故障判定中，利用第二开关12和第五开关15进行故障判定，该第二开关在第一检测电极21对检测对象物的检测中使用，该第五开关15在第二检测电极22对检测对象物的检测中使用。另外，在第二检测电极22的故障判定中，利用第四开关14和第三开关13进行故障判定，该第四开关14在第二检测电极22对检测对象物的检测中使用，该第三开关13在第一检测电极21对检测对象物的检测中使用。因此，不会增大故障判定的成本，并且容易进行故障判定的控制且便利性提高。

在第一检测电极21和第二检测电极22的故障判定后，即当第一检测电极21和第二检测电极22被判定为没有故障时，静电容量传感器1开始检测对象物的检测。静电容量传感器1对检测对象物的检测是公知的所以省略详细说明，但在图2的t9以后表示为“检测动作”。例如关于第一检测电极21，在进行了第一动作(在图2中相当于直到各“检测动作”之前的第一开关11的动作)之后，交替地重复进行第二动作和第三动作，来对第一检测电极21的静电容量进行检测(不重复第一动作，交替地重复第二动作和第三动作)，即利用此时的vcs的值来判定检测对象物是否接近，第一动作是将第一开关11在规定时间为闭状态之后设为开状态的动作，第二动作是将第二开关12设为开状态之后设为闭状态、再设为开状态的动作，第三动作是将第三开关13设为开状态之后设为闭状态、再设为开状态的动作。另外，第二检测电极22也同样地，在进行了第一动作(在图2中相当于直到各“检测动作”之前的第一开关11的动作，但在接着第一检测电极21的检测动作之后继续进行的情况下，也可以不进行该第一动作)之后，交替地重复第四动作和第五动作，来对第二检测电极22的静电容量进行检测(不重复第一动作，交替地重复第四动作和第五动作)，即利用此时的vcs的值来判定检测对象物是否接近，第一动作是将第一开关11在规定时间为闭状态之后设为开状态的动作，第四动作是将第四开关14设为开状态之后设为闭状态、再设为开状态的动作，第五动作是将第五开关15设为开状态之后设为闭状态、再设为开状态的动作。

即，检测对象物的检测根据第一开关11的从开状态到闭状态的切换而进行。另外，如上所述，在进行第一检测电极21和第二检测电极22的故障判定的情况下，也进行将第一开关11在规定时间为闭状态之后设为开状态的第一动作，但第二开关12的在第一检测电极21的故障判定时的闭状态的时间被设定为比第二动作的闭状态的时间长。即，图2中的第一检测电极21的故障判定所需的t2-t3、t3-t4的时间被设定为比“检测动作”时的第二开关12的闭状态长。另外，第五开关15的在第一检测电极21的故障判定时的闭状态的时间被设定为比第五动作的闭状态的时间长。即，图2中的第一检测电极21的故障判定所需的t3-t4的时间被设定为比“检测动作”时的第五开关15的闭状态长。另外，第四开关14的在第二检测电极22的故障判定时的闭状态的时间被设定为比第四动作的闭状态的时间长。即，图2中的第二检测电极22的故障判定所需的t6-t7、t7-t8的时间被设定为比“检测动作”时的第四开关14的闭状态长。另外，第三开关13的在第二检测电极22的故障判定时的闭状态的时间被设定为比第三动作的闭状态的时间长。即，图2中的第二检测电极22的故障判定所需的t7-t8的时间被设定为比“检测动作”时的第三开关13的闭状态长。由此，能够在故障判定时将电容器cs的电荷完全地放电，因此能够精度良好地进行故障判定。

〈其他实施方式〉

在上述实施方式中，举例说明了第二检测电极22与第五开关15的一方的端子连接的情况，但第二检测电极22也可以不与第五开关15的一方的端子连接。该结构也能够进行第一检测电极21的故障判定和第一检测电极21对检测对象物的检测。

在上述实施方式中，对第二开关12的在第一检测电极21的故障判定时的闭状态的时间被设定为比第二动作的闭状态的时间长，第四开关14的在第二检测电极22的故障判定时的闭状态的时间被设定为比第四动作的闭状态的时间长的情况进行了说明，但第二开关12的在第一检测电极21的故障判定时的闭状态的时间、第四开关14的在第二检测电极22的故障判定时的闭状态的时间可以分别与第二动作的闭状态的时间、第四动作的闭状态的时间相同，也可以分别比第二动作的闭状态的时间、第四动作的闭状态的时间短。

本发明能够用于基于静电容量的变化对检测对象物的接近进行检测的静电容量传感器。