JP2003172674A - スイッチ耐久試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境条件を問わず、被検スイッチの操作力の
大きさとともに負荷力をも監視できるスイッチ耐久試験
装置を提供することである。 【解決手段】 スイッチ耐久試験装置１は、制御装置５
の制御下で、駆動機構７に接続されたフォースモータ１
１が被検スイッチ１３に試験負荷を与える。制御装置５
は、駆動機構７と信号線１５で接続される駆動機構制御
部３１、フォースモータ１１と信号線１７で接続される
フォースモータ制御部３３、被検スイッチ１３と信号線
１９で接続される端子間電圧検出部３５を有する。切替
部３７は、被検スイッチ１３の端子間電圧検出部３５の
結果に応じ、フォースモータ制御部３３のフィードバッ
クループを閉じて、被検スイッチ１３の操作力を測定
し、フィードバックループを開放して、被検スイッチ１
３に一定の試験荷重を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチの耐久試
験装置に係り、特に所定負荷下の試験に適したスイッチ
の耐久試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スイッチの耐久試験装置において
は、被検スイッチの開閉を行うための可動子を駆動し、
その駆動力の大きさから被検スイッチの操作力を測定
し、また被検スイッチの開状態または閉状態で、被検ス
イッチに所定負荷を所定時間与え、開閉を繰返して、被
検スイッチのオン抵抗またはオン時端子間電圧等の変化
を測定する。この場合、操作力の大きさ、所定負荷の測
定・監視は、バネばかりや、歪ゲージを設けたロードセ
ルが用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のバネばかり
や、ロードセルを用いる方法により、一定の範囲のスイ
ッチ耐久試験を行うことができる。しかし、多数のスイ
ッチ耐久試験を同時に行うには、負荷力は相当の大きさ
となり、バネばかりによる方法では、バネばかり自身の
繰返し耐久性が問題となる。またロードセルを用いる場
合には、歪ゲージを接着材等で固定することが必要であ
るので、高温、低温、高湿あるいはこれらの組合せテス
ト、繰返しサイクルテスト等において接着材の固定力が
低下し、測定・監視が満足に行えない問題がある。この
ように、従来技術による操作力の大きさ、負荷力の測定
・監視には限界があった。

【０００４】本発明の目的は、かかる従来技術の課題を
解決し、環境条件を問わず、被検スイッチの操作力の大
きさとともに負荷力をも監視できるスイッチ耐久試験装
置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係るスイッチの耐久試験装置は、被検スイ
ッチの両端子間に、被検スイッチの電気特性をモニタす
る測定回路を接続し、スイッチの可動子部分に、試験負
荷を与える負荷手段を含むスイッチの耐久試験装置にお
いて、前記負荷手段は、駆動部を有する駆動機構と、前
記駆動部に接続され、コイルへの入力電流に応じ、可動
の出力軸から推力を発生するフォースモータであって、
前記出力軸は、外力によりモータ内定位置から変位した
ときは、生じた変位をゼロにする方向へコイルに電流を
流すフィードバック制御により、出力軸をモータ内定位
置に保つフォースモータと、を備え、フォースモータの
推力と被検スイッチからの反力を釣り合わせて、フォー
スモータを荷重計として用い、前記入力電流の大きさか
ら、被検スイッチの操作力を検出・測定することを特徴
とする。

【０００６】また、本発明に係るスイッチの耐久試験装
置において、さらに、被検スイッチの開閉状態を検出す
る開閉状態検出器と、前記開閉状態の検出に応じ、前記
フィードバック制御のループを開放するループ開放手段
と、を備え、フォースモータのコイルに一定の入力電流
を供給し、前記出力軸に前記試験負荷として所定の負荷
力を発生させ、フォースモータを定負荷駆動源として用
いることを特徴とする。

【０００７】本発明に係るスイッチの耐久試験装置は、
被検スイッチの可動子部分に、フォースモータの出力軸
を接触させ試験負荷を与える。このフォースモータは、
機構上温度湿度に対し安定で、変位に対するフィードバ
ック制御下の入力電流の大きさから出力軸の負荷力の大
きさを測定することが可能であるが、出力軸の変位を大
きく取ることが困難である。そこで、本発明において
は、フォースモータの筐体を別途設けた駆動機構の駆動
部に接続して変位を十分取れるようにし、一方フォース
モータ自体は、目標変位をゼロとしたフィードバック制
御を行う。これにより、フォースモータの推力と被検ス
イッチからの反力を釣り合わせて、入力電流の大きさか
らフォースモータの推力、すなわち被検スイッチからの
反力である操作力の大きさを検出・測定する荷重計とし
て用いることを特徴とし、この結果、被検スイッチの操
作力をフォースモータにより正確に検出・測定すること
ができる。

【０００８】また、被検スイッチの開閉状態を検出し、
状態が変化した時点で、前記フィードバック制御のルー
プを開放することにより、フォースモータを定負荷駆動
源として用いることを特徴とする。すなわち、フォース
モータのコイルに一定の入力電流を供給し、フォースモ
ータの出力軸に所定の負荷力を発生させ、これにより、
被検スイッチに所定の試験負荷を与えることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。図１は、スイッチ耐久
試験装置１の機構部分３と、制御装置５からなる全体構
成を、平面ブロック図で示した図であり、図２は、主と
して制御装置５のブロック図を、図３はフォースモータ
の断面模式図を示した。

【００１０】図１において、機構部分３は、基板に固定
された駆動機構７と、駆動機構７に取付けられ、図１に
おいて矢印で示す左右方向に移動可能な駆動板９、駆動
板９に取付けられた六個のフォースモータ１１と、フォ
ースモータ１１に対向して、図１において矢印で示す左
右方向に移動可能な可動子を備え、筐体部分が基板に固
定された六個の被検スイッチ１３の耐久試験を行う。制
御装置５と、駆動機構７、六個のフォースモータ１１、
六個の被検スイッチ１３は、それぞれ信号線１５，１
７，１９により制御されている。フォースモータ１１、
被検スイッチ１３の個数は六個に限られない。駆動機構
７は、例えばエアーシリンダを用いることができる。

【００１１】図２は、主として制御装置５のブロック図
を示したもので、説明の便宜上、一組のフォースモータ
１１、被検スイッチ１３についてのみ図示した。制御装
置５は、駆動機構７と信号線１５で接続される駆動機構
制御部３１、フォースモータ１１と信号線１７で接続さ
れるフォースモータ制御部３３、被検スイッチ１３と信
号線１９で接続される端子間電圧検出部３５を有する。

【００１２】端子間電圧検出部３５の結果に応じて、切
替部３７は、フォースモータ制御部３３の制御モードを
切替える。第一の制御モードは、フィードバック制御で
あり、被検スイッチ１３に対向するフォースモータ１１
の出力軸の位置が、外力によりモータ内定位置から変位
したときは、生じた変位をゼロにする方向へコイルに電
流を流すフィードバック制御電流により、出力軸をモー
タ内定位置に保ち、フォースモータ１１を荷重計として
用いる。第二の制御モードは、フィードバックループを
開放し、フォースモータ１１のコイルに一定の入力電流
を供給し、フォースモータ１１の出力軸に所定の負荷力
を発生させ、フォースモータ１１を定負荷駆動源として
用いる。

【００１３】端子間電圧検出部３５の結果は、電気特性
評価部３９に送られ、被検スイッチ１３の電気特性が測
定される。また、フォースモータ制御部３３における入
力電流値は荷重評価部４１に送られ、フォースモータ１
１がフィードバック制御下にあって荷重計として用いら
れるときは、被検スイッチ１３の操作力を測定し、フィ
ードバックループを開放してフォースモータを定負荷駆
動源として用いるときは、被検スイッチ１３に印加され
る試験荷重を測定する。また、駆動機構制御部３１の駆
動部の変位量は、変位評価部４３によって測定される。

【００１４】図３は、フォースモータ１１の断面模式図
である。図３のフォースモータ１１は、可動部５１、磁
気回路部５３でモータ部分を構成し、さらに変位検出部
５５を内蔵する。一般にフォースモータは、上記モータ
部分を指し、変位検出部５５を含まないが、本明細書で
は、変位検出部５５を内蔵するフォースモータを、フォ
ースモータ１１と示すこととする。可動部５１は、円環
状のコイル６３と、中心軸上に配置された出力軸６１、
鉄心６５を備える。磁気回路部５３は、永久磁石６９と
対向するヨーク６７の間に磁気ギャップが形成され、こ
の磁気ギャップの磁束と鎖交するように、磁気ギャップ
間に円環状のコイル６３が挿入される。

【００１５】変位検出部５５は三個のコイルからなる。
三個のコイルのうち、中央のコイルは他のコイルと独立
であるが、両端の二つのコイルは、互いに極性が逆向き
に巻かれ、それぞれの一端子が相互に結線されている。
また、変位検出部５５の三個のコイルの中空部に、可動
部５１の鉄心６５が挿入される。

【００１６】まず、図３の構造のフォースモータ１１の
作用について説明し、その上で、図１、図２の構造のス
イッチ耐久試験装置１全体の作用について説明する。

【００１７】図４は、フォースモータ１１における変位
検出の原理を示す図である。変位検出部５５の三個のコ
イルと、可動部５１の鉄心６５は、図で示すように一種
の差動トランスを構成する。中央のコイルの端子には、
発振周波数３−５ｋＨｚの発振器７１が接続され、両端
のコイルの端子には、検波整流機能を持つ変位電圧検出
器７３が接続される。ここで、鉄心６５の位置が、ちょ
うど三個のコイルの配置の中央にあれば、端子ホとヘの
間の差動出力がゼロとなるので、変位電圧検出器７３の
出力はゼロである。鉄心６５の位置が、三個のコイルの
配置の中央から変位すると、その変位の大きさに従った
差動波形が端子ホとヘの間に出力され、検波整流機能を
有する変位電圧検出器７３から、鉄心６５の変位量に従
った電圧値が出力される。このようにして、鉄心６５の
変位量から、フォースモータ１１における変位量が電圧
値で検出される。

【００１８】図５は、上記変位検出原理を用いて、フォ
ースモータに変位フィードバック制御を行い、フォース
モータを荷重計として用いる場合のブロック線図であ
る。Ｋ１は、モータ駆動回路の電圧・電流変換係数、Ｋ
２はモータ定数、１／（Ｍ＊ｓ＊ｓ）は、モータ可動部
の質量Ｍと二回積分を示す伝達関数、Ｋ３は変位電圧検
出器の変換定数で、ＣＳは目標値、ｆは、被検スイッチ
からの反力をあらわす。このブロック線図のうち、Ｋ１
から１／（Ｍ＊ｓ＊ｓ）までの部分がモータ部分の動作
を示し、Ｋ３の部分がフィードバック部分を示す。

【００１９】フィードバック部分を考えないモータ部分
のみの動作、すなわちフォースモータを定負荷駆動源と
して用いるときの動作は、次のように行われる。すなわ
ち、モータ駆動回路に駆動電圧Ｖが供給され、変換係数
Ｋ１に従い、可動部５１のコイル６３の両端子間に入力
電流Ｉが供給される。入力電流Ｉに応じモータ定数Ｋ２
で定まる駆動力Ｆを生じ、出力軸６１が受ける外力ｆと
のバランスと、可動部５１の質量Ｍに応じて出力軸６１
の変位ｘが生ずる。このようにして、モータ部分は入力
電流Ｉで定められる駆動力Ｆを生じ、入力電流Ｉが一定
のとき、フォースモータは定負荷駆動源として、被検ス
イッチに試験荷重を与える。

【００２０】フィードバックループが形成されるときの
動作、すなわちフォースモータを荷重計として用いると
きの動作は、次のように行われる。変位ｘから、変位電
圧検出器７３の変換係数Ｋ３で定まるフィードバック電
圧を発生し、フィードバック電圧の反転値が目標値ＣＳ
に加算され、その合算値が、コイル６３の駆動回路に入
力電圧Ｖとして与えられる。したがって、もし変位ｘが
目標と異なるときは、フィードバックが働き、変位は目
標値に落ち着く。このようにして、フォースモータ１１
は、変位電圧検出器７３とモータ部分とのフィードバッ
クループを形成することで、目標値ＣＳを与えると、そ
の値に対応して、出力軸をモータ内定位置に保つ。この
とき、目標値ＣＳをゼロにすれば、モータ部分の発生す
る駆動力Ｆは、被検スイッチからの反力、すなわち操作
力ｆとつりあっているので、被検スイッチの操作力の大
きさを測定する荷重計として用いることができる。

【００２１】次に、図１、図２の構成のスイッチ耐久試
験装置１の動作について説明する。図６は、スイッチ耐
久試験装置１の動作に伴う、フォースモータ１１と、エ
アーシリンダ等の駆動機構７とが、被検スイッチ１３に
試験荷重をかけてゆく経過を説明する図である。この動
作の制御は、制御装置５の、駆動機構制御部３１、フォ
ースモータ制御部３３、端子間電圧検出部３５、切替部
３７が行う。

【００２２】図６（ａ）は、初期状態を示す図であり、
被検スイッチ１３は、筐体部分８１で基板に固定されて
いる。駆動機構７は初期位置に設定され、その駆動部に
接続される駆動板９は後退状態にあり、駆動板９に取付
けられたフォースモータ１１の出力軸６１は、被検スイ
ッチ１３の可動子８３と離れた状態にある。このとき、
被検スイッチ１３はＯＦＦ状態にあり、そのＯＦＦ状態
を検出して、フォースモータ１１は、モータ内定位置か
らの変位ゼロを目標値とする変位フィードバック制御を
行っている。

【００２３】図６（ｂ）は、駆動機構７が働き、駆動板
９が被検スイッチ１３側に移動し、出力軸６１が可動子
８３と接触した状態を示す。図６（ｃ）は、さらに駆動
板９が前進し、出力軸６１が可動子８３を押込み始めた
状態を示す。このとき、フォースモータ１１はモータ内
変位ゼロを目標値とするフィードバック制御が働き、出
力軸６１の先端の移動は、駆動板９の移動と連動し、被
検スイッチ１３の反力、すなわちその押込まれた状態に
おける操作力ｆにつりあう駆動力Ｆを発生している。す
なわちフォースモータ１１は、被検スイッチ１３の可動
子８３が押込まれた状態の操作力ｆに応じ、それと同じ
大きさの駆動力Ｆを発生させるので、フォースモータ１
１の入力電流を測定することで、押込み状態に対応して
操作力ｆを測定できる。このように、フォースモータ１
１は、荷重計として用いられる。また、出力軸６１は、
フォースモータ１１が取付けられた駆動板９に対しては
変位ゼロであるから、可動子８３の変位量は、駆動機構
７の駆動部の変位量を測定することで求められる。

【００２４】図６（ｄ）は、さらに駆動板９が前進し、
出力軸６１により、被検スイッチ１３がＯＮ状態になる
位置まで可動子８３が押込まれた状態を示す。このと
き、被検スイッチ１３がＯＮ状態になったことを検出
し、駆動機構７はその状態で停止し、駆動板９はその位
置を保持する。また、フォースモータ１１のフィードバ
ックループが開放され、フォースモータ１１のコイルに
所定の入力電流が供給され、その入力電流に応じた一定
値の駆動力を出力軸６１に発生する。したがって、出力
軸６１は、可動子８３に対し、一定値の駆動力、すなわ
ち一定値の試験荷重を保持して印加することができる。
このように、フォースモータ１１は、定負荷駆動源とし
て用いられる。

【００２５】図６（ｅ）は、図６（ｄ）の状態を所定の
試験時間保持した後、駆動機構７により、駆動板９を後
退させ、出力軸６１と可動子８３を離した状態を示す。

【００２６】図７、図８は、被検スイッチ１３の可動子
８３の移動する変位量Ｘ、印加される試験荷重Ｗをそれ
ぞれ縦軸にとり、横軸に時間をとって、その変化を示し
たものである。試験荷重Ｗの大きさは、フォースモータ
１１の入力電流の大きさから求められ、変位量Ｘの大き
さは、例えば駆動機構７のデータから求めることができ
る。図中（ａ）から（ｄ）で、図６（ａ）から（ｄ）に
対応する状態を明らかにした。このように、期間（ｃ）
は、フィードバック制御下のフォースモータ１１が荷重
計として働いて、被検スイッチ１３の操作力を測定で
き、期間（ｄ）は、フィードバックループが開放された
フォースモータ１１により、被検スイッチ１３に一定値
の試験荷重を印加・保持することができる。

【００２７】図９は、被検スイッチ１３の端子間電圧Ｖ
ｓを得る試験回路を示す図である。被検スイッチ１３に
所定の負荷９１が直列に接続され、図９に示す結線で、
試験電源９３が印加される。このような回路結線で、被
検スイッチ１３の端子間電圧Ｖｓを測定できる。図１０
は、被検スイッチ１３をＯＮ／ＯＦＦを繰返したとき
の、端子間電圧Ｖｓの変化を模式的に示したものであ
る。図９の試験回路を用いるときは、端子間電圧Ｖｓ
は、被検スイッチ１３がONのときＬＯＷレベル、ＯＦＦ
のときＨＩＧＨレベルとなる。ＯＮ／ＯＦＦの切替わり
時の波形からチャタリングが評価でき、ＯＮ／ＯＦＦの
繰返しによる、ＯＮ時のＶｓの変化から、ＯＮ抵抗の増
大が評価できる。

【００２８】図１１、図１２は、切替部３７に、トラン
ジスタスイッチング回路を用いた場合の、被検スイッチ
１３の試験回路と、ブロック線図の関係を示す図であ
る。これらの図において、被検スイッチ１３の試験回路
において負荷９１と被検スイッチ１３間の電位Ａを、エ
ミッタフォロワ回路９５のトランジスタのベースに入力
し、エミッタ出力Ｂを用いて、フィードバックループを
閉じるか、開放するかの選択スイッチを制御する。図１
１は、被検スイッチ１３がＯＦＦのとき、フィードバッ
クループが閉じて、フォースモータが荷重計として作用
している場合の全体図、図１２は、被検スイッチ１３が
ＯＮのとき、フィードバックループを開放し、フォース
モータが一定の試験荷重を印加している場合の全体図で
ある。なお、エミッタフォロワ回路９５に印加される電
圧ＶＲは、全体回路の作動に適切な値に可変できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係るスイッチの耐久試験装置
は、環境条件に安定で、フォースモータを荷重計として
用いて被検スイッチの操作力を測定することができ、定
負荷駆動源として用いて被検スイッチに所定の試験負荷
を与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るスイッチ耐久試験
装置の全体構成のブロック図である。

【図２】 本発明の実施の形態に係るスイッチ耐久試験
装置の、主として制御装置のブロック図を示した図であ
る。

【図３】 本発明の実施の形態に係るフォースモータの
断面模式図である。

【図４】 本発明の実施の形態に係るフォースモータに
おける変位検出の原理を示す図である。

【図５】 本発明の実施の形態に係るフォースモータに
変位フィードバック制御を行う場合のブロック線図であ
る。

【図６】 本発明の実施の形態に係るスイッチ耐久試験
装置において試験荷重をかける経過を説明する図であ
る。（ａ）は、初期状態、（ｂ）は、出力軸が可動子と
接触した状態、（ｃ）は、出力軸が可動軸を押込み始め
た状態、（ｄ）は、被検スイッチがＯＮ状態になる位置
まで可動子が押込まれた状態、（ｅ）は、再び出力軸と
可動軸とが離れた状態を示す。

【図７】 本発明の実施の形態に係る被検スイッチの可
動子の移動する変位量Ｘを縦軸に、横軸に時間をとっ
て、その変化を示したものである。

【図８】 本発明の実施の形態に係る被検スイッチの可
動子に印加される試験荷重Ｗを縦軸に、横軸に時間をと
って、その変化を示したものである。

【図９】 本発明の実施の形態に係る被検スイッチの端
子間電圧を得る試験回路を示す図である。

【図１０】 本発明の実施の形態に係る被検スイッチに
つきＯＮ／ＯＦＦを繰返したときの、端子間電圧Ｖｓの
変化を模式的に示したものである。

【図１１】 本発明の実施の形態に係る切替部に、トラ
ンジスタスイッチング回路を用いた場合の、フィードバ
ック制御を行うときのブロック線図を含む全体図であ
る。

【図１２】 本発明の実施の形態に係る切替部に、トラ
ンジスタスイッチング回路を用いた場合の、フィードバ
ックループを開放したときのブロック線図を含む全体図
である。

【符号の説明】

１ スイッチ耐久試験装置、３ 機構部分、５ 制御装
置、７ 駆動機構、９駆動板、１１ フォースモータ、
１３ 被検スイッチ、１５，１７，１９ 信号線、３１
駆動機構制御部、３３ フォースモータ制御部、３５
端子間電圧検出部、３７ 切替部、３９ 電気特性評
価部、４１ 荷重評価部、４３ 変位評価部、５１ 可
動部、５３ 磁気回路部、５５ 変位検出部、６１ 出
力軸、６３ コイル、６５ 鉄心、６７ ヨーク、６９
永久磁石、７１ 発振器、７３ 変位電圧検出器、８
１ 筐体部分、８３ 可動子、９１ 負荷、９３ 試験
電源、９５ エミッタフォロワ回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検スイッチの両端子間に、被検スイッ
   チの電気特性をモニタする測定回路を接続し、スイッチ
   の可動子部分に、試験負荷を与える負荷手段を含むスイ
   ッチの耐久試験装置において、 前記負荷手段は、 駆動部を有する駆動機構と、 前記駆動部に接続され、コイルへの入力電流に応じ、可
   動の出力軸から推力を発生するフォースモータであっ
   て、前記出力軸は、外力によりモータ内定位置から変位
   したときは、生じた変位をゼロにする方向へコイルに電
   流を流すフィードバック制御により、出力軸をモータ内
   定位置に保つフォースモータと、を備え、フォースモー
   タの推力と被検スイッチからの反力を釣り合わせて、フ
   ォースモータを荷重計として用い、前記入力電流の大き
   さから、被検スイッチの操作力を検出・測定することを
   特徴とするスイッチの耐久試験装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスイッチの耐久試験装
   置において、 さらに、 被検スイッチの開閉状態を検出する開閉状態検出器と、 前記開閉状態の検出に応じ、前記フィードバック制御の
   ループを開放するループ開放手段と、を備え、フォース
   モータのコイルに一定の入力電流を供給し、前記出力軸
   に前記試験負荷として所定の負荷力を発生させ、フォー
   スモータを定負荷駆動源として用いることを特徴とする
   スイッチの耐久試験装置。