JP2009123480A - スイッチ及びこれを用いたスイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に自動車の各種制御用に用いられるスイッチ及びこれを用いたスイッチ装置に関し、簡易な構成で、確実な故障検知が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】作動体２に装着された磁石１３との対向面に第一の検出手段１６Ａを、この下方に第二の検出手段１６Ｂを設けると共に、制御手段１８がこの二つの検出手段を用いて磁石１３の磁気を検出することによって、いずれか一方の検出手段に故障が生じた場合、これを検出手段からのＯＮ／ＯＦＦ信号により検知することができるため、簡易な構成で、確実な故障検知が可能なスイッチ、及びこれを用いたスイッチ装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車のブレーキペダル操作時の、ストップランプの消点灯制御等に用いられるスイッチ及びこれを用いたスイッチ装置に関するものである。

近年、ブレーキペダルを踏み込んだ際にはストップランプを点灯させ、離した際には消灯させる、ブレーキペダルの操作に伴うストップランプの制御用として、主に押圧操作型のスイッチが多く使用されている。

このような従来のスイッチについて、図７及び図８を用いて説明する。

図８は従来のスイッチの断面図であり、同図において、１は上面開口で略箱型の絶縁樹脂製のケース、２はこのケース１内に上下動可能に収納された作動体で、作動体２の下方右側面には磁石３が装着されている。

そして、４は導電金属製の複数の端子、５は左右面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板で、配線基板５がケース１の右方側壁に配置されると共に、複数の端子４の上端がこの配線基板５の配線パターンに半田付け等によって接続され、端子４下端はケース１底面から下方へ突出している。

また、配線基板５の磁石３との対向面には、ホール素子等の検出手段６やトランジスタ等のスイッチング手段７が形成されると共に、ＦＥＴや複数の固定抵抗器等によって制御手段８が形成され、この制御手段８と検出手段６、スイッチング手段７、端子４が配線パターンを介して電気的に接続されている。

さらに、９はコイル状の戻りばね、１０はケース１上面の開口部を覆う絶縁樹脂製のカバーで、戻りばね９が作動体２下面とケース１の底面との間にやや撓んだ状態で装着されて、作動体２を上方に付勢すると共に、作動体２上端がカバー１０上面中央の中空筒部から上方へ突出して、スイッチ１１が構成されている。

そして、このように構成されたスイッチ１１が、図７の要部側面図に示すように、一般に自動車のブレーキペダル３０の手前に、アーム３０Ａによって作動体２先端が押圧された状態で装着されると共に、ケース１底面から突出した複数の端子４が、コネクタ３１やリード線によってストップランプやイグニションスイッチ、バッテリー、車両の電子回路（図示せず）等に接続される。

つまり、ブレーキペダル３０が踏み込まれていない状態では、作動体２が戻りばね９を撓めながら下方へ押圧操作され、作動体２右側面に装着された磁石３も下方へ移動し、磁石３の中心と対向配置された検出手段６の中心が大きく離れて、検出手段６が検出する磁石３の磁気は微弱な状態となっている。

また、この検出手段６に接続された制御手段８は、検出手段６が検出した磁気の強弱によって、その磁気が所定値以上のＯＮ信号の場合には、スイッチング手段７を閉状態とし、磁気が所定値以下のＯＦＦ信号の場合には、スイッチング手段７を開状態とするようになっているため、この作動体２が押圧された状態では、スイッチング手段７は開状態となり、ストップランプは消灯した状態となっている。

そして、ブレーキペダル３０が踏み込まれると、アーム３０Ａが作動体２先端から離れ押圧力が除かれるため、図８に示したように、戻りばね９の弾性復帰力によって作動体２が上方へ移動すると共に、作動体２に装着された磁石３も上方へ移動して、磁石３と検出手段６が対向した状態となり、検出手段６が検出する磁石３の磁気が強くなるため、制御手段８がスイッチング手段７を閉状態に切換え、ストップランプが点灯する。

つまり、ブレーキペダル３０の操作によって、車両用スイッチ１１の作動体２を上下動させると共に、作動体２右側面の磁石３の磁気を検出手段６が検出し、この検出手段６からのＯＦＦ信号やＯＮ信号に応じて、制御手段８がスイッチング手段７を開閉することによって、ストップランプの消点灯制御を行うように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００６−９２７７７号公報

しかしながら、上記従来のスイッチにおいては、万が一検出手段６等に故障が生じた場合、検出手段６からは作動体２の上下動に係らず常にＯＦＦ信号が出力されるため、作動体２が押圧されてＯＦＦ信号が出力されているのか、あるいは検出手段６が故障であるのかを、制御手段８や車両の電子回路によって判別することが、困難であるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、確実な故障検知が可能なスイッチ、及びこれを用いたスイッチ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、作動体に装着された磁石との対向面に第一の検出手段を、この下方に第二の検出手段を設けてスイッチを構成したものであり、二つの検出手段を用いて磁石の磁気を検出することによって、いずれか一方の検出手段に故障が生じた場合、これを確実に検知することができるため、簡易な構成で、故障検知が可能なスイッチを得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、作動体に装着された磁石が第一の検出手段と第二の検出手段の中間位置に移動した際、第一の検出手段と第二の検出手段の両方が磁石の磁気を検出するものであり、磁石が中間位置に移動した際に、二つの検出手段の両方が磁気を検出することによって、故障検知をより確実に行うことができるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、磁石のＮ極またはＳ極を第一及び第二の検出手段に対向させたものであり、磁石を第一及び第二の検出手段に対し、平行ではなく垂直方向に配置することによって、二つの検出手段が磁石の磁気を高精度で検出することができるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載のスイッチの第一及び第二の検出手段に制御手段を接続すると共に、この制御手段が第一及び第二の検出手段からの検出信号に応じて、報知手段を制御するようにしてスイッチ装置を構成したものであり、簡易な構成で、確実な故障検知が可能なスイッチ装置を実現することができるという作用を有する。

以上のように、本発明によれば、簡易な構成で、故障検知が可能なスイッチ、及びこれを用いたスイッチ装置を実現することができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明する。

なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態によるスイッチの断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１は上面開口で略箱型のポリブチレンテレフタレートやＡＢＳ等の絶縁樹脂製のケース、２は略円柱状で同じく絶縁樹脂製の作動体で、ケース１内に作動体２が上下動可能に収納されると共に、この作動体２の下方右側面には磁石１３が、Ｎ極またはＳ極を外方に向けて横向きに装着されている。

そして、４は銅合金等の導電金属製の端子、５は左右面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板で、配線基板５がケース１の右方側壁に配置されると共に、複数の端子４の上端がこの配線基板５の配線パターンに半田付け等によって接続され、端子４下端はケース１底面から下方へ突出している。

また、配線基板５の磁石１３との対向面には、ホール素子やＳＭＲ素子等の第一の検出手段１６Ａや、この下方の第二の検出手段１６Ｂ、トランジスタ等のスイッチング手段７が各々形成されると共に、ＦＥＴや複数の固定抵抗器等によって制御手段１８が形成され、この制御手段１８と第一の検出手段１６Ａや第二の検出手段１６Ｂ、スイッチング手段７、端子４が配線パターンを介して電気的に接続されている。

なお、磁石１３と対向した第一の検出手段１６Ａと、この下方に配置された第二の検出手段１６Ｂは、素子の表面、つまり左側面に対して垂直な方向の磁気を検出する磁気特性を備えたものが用いられている。

さらに、９はコイル状の戻りばね、１０はケース１上面の開口部を覆う絶縁樹脂製のカバーで、戻りばね９が作動体２下面とケース１の底面との間にやや撓んだ状態で装着されて、作動体２を上方に付勢すると共に、作動体２上端がカバー１０上面中央の中空筒部から上方へ突出して、スイッチ２０が構成されている。

そして、以上の構成において、図３（ａ）の部分側面図に示すように、磁石１３は上述したようにＮ極またはＳ極を外方に向けて、例えばＮ極を第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂに対向させて、横向きに作動体２に装着されている。

つまり、図３（ｂ）に示すように、磁石１３を第一の検出手段１６Ａや第二の検出手段１６Ｂに対して、縦向きの平行方向に配置し、磁気が上下方向の広い範囲に生じる場合に比べ、図３（ａ）に示すように、横向きの垂直方向に配置することによって、磁石１３の磁気が上下から垂直方向に均等に放出されるため、この垂直方向の磁気を、二つの検出手段が高精度で検出することができるようになっている。

また、第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂの、上下方向への磁気検出が可能な検出距離を各々Ｘ、第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂの中心距離をＬとした場合、二つの検出手段の中心距離Ｌは検出距離Ｘより大きく、かつ検出距離Ｘの２倍の２Ｘよりも小さな間隔で配置され、両方の検出手段が磁気検出可能な区間Ｙが設けられている。

すなわち、例えば二つの検出手段の検出距離Ｘを各々２．６ｍｍとした場合、中心距離Ｌは４．２ｍｍに設定され、第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂの中間部、１ｍｍの区間Ｙは両方の検出手段が磁気検出を行えるようになっている。

そして、このように構成されたスイッチ２０が、図７の要部側面図に示すように、一般に自動車のブレーキペダル３０の手前に、アーム３０Ａによって作動体２先端が押圧された状態で装着されると共に、ケース１底面から突出した複数の端子４がコネクタ３１やリード線に接続され、図４のブロック回路図に示すように、制御手段１８やスイッチング手段７が、発光ダイオード等のストップランプ３２やイグニションスイッチ３３、バッテリー３４、警告灯やブザー等の報知手段３５、車両の電子回路（図示せず）等に接続されて、スイッチ装置が構成される。

つまり、ブレーキペダル３０が踏み込まれていない状態では、図５の断面図に示すように、作動体２が戻りばね９を撓めながら下方へ押圧操作され、作動体２右側面に装着された磁石１３も下方へ移動して、第一の検出手段１６Ａから離れ、例えば作動体２が６ｍｍ前後押し込まれた状態では、磁石１３の中心が第二の検出手段１６Ｂの中心よりもやや下方に位置した状態となっている。

すなわち、第一の検出手段１６Ａが検出する磁石１３の磁気は微弱なものとなっているのに対し、第二の検出手段１６Ｂが検出する磁気は強いものとなっている。

また、第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂに接続された制御手段１８が、この両方の検出手段からの信号を検知し、第一の検出手段１６Ａからの磁気が弱く所定値以下のＯＦＦ信号で、第二の検出手段１６Ｂからの磁気が強く所定値以上のＯＮ信号の場合には、スイッチング手段７を開状態とするようになっているため、この作動体２が押圧された押圧位置の状態では、スイッチング手段７は開状態となり、ストップランプ３２は消灯した状態となっている。

そして、ブレーキペダル３０が踏み込まれると、アーム３０Ａが作動体２先端から離れ押圧力が除かれるため、図１に示したように、戻りばね９の弾性復帰力によって作動体２が上方へ移動すると共に、作動体２に装着された磁石１３も上方へ移動して、磁石１３と第一の検出手段１６Ａが対向した状態となって、第一の検出手段１６Ａが検出する磁石１３の磁気が強くなり、第二の検出手段１６Ｂからの磁気は殆どなくなるため、制御手段１８がスイッチング手段７を閉状態に切換え、ストップランプ３２が点灯する。

つまり、図６（ａ）の部分側面図に示すように、ブレーキペダル３０が操作されず、作動体２が押圧操作された押圧位置では、第一の検出手段１６Ａが検出する磁石１３の磁気は微弱で、第二の検出手段１６Ｂが検出する磁気が強くなり、図６（ｃ）に示すように、ブレーキペダル３０が踏み込まれ、作動体２が元に戻った復帰位置では、第一の検出手段１６Ａが検出する磁気が強くなり、第二の検出手段１６Ｂの磁気は殆どなくなる。

すなわち、制御手段１８に対して、押圧位置では、第一の検出手段１６ＡからはＯＦＦ信号が、第二の検出手段１６ＢからはＯＮ信号が各々出力されるのに対し、復帰位置では、第一の検出手段１６ＡからＯＮ信号、第二の検出手段１６ＢからＯＦＦ信号というように、作動体２の操作位置によって二つの検出手段から、異なる組み合わせの信号が制御手段１８に出力される。

そして、この二つの検出手段からの信号を制御手段１８が検知し、第一の検出手段１６Ａの信号がＯＦＦで、第二の検出手段１６ＢがＯＮの押圧位置では、スイッチング手段７を開状態に、第一の検出手段１６ＡがＯＮで、第二の検出手段１６ＢがＯＦＦの復帰位置では、スイッチング手段７を閉状態に各々切換えることによって、ストップランプ３２の消点灯制御を行うように構成されている。

なお、このように第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂを上下に配置し、対向した磁石１３の磁気を検出する構成とすることによって、検出する磁気の方向や極性等の特性が全く同じものを用いても、上記のように異なる組み合わせのＯＮ／ＯＦＦ信号が得られるため、異なる特性の検出手段を使用する必要がなく、構成部品の共用化が図れると共に、部品間違い等もなく製作も容易に行うことができる。

また、この時、制御手段１８が第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂの、二つの検出手段を用いて磁石１３の磁気を検出することによって、いずれか一方の検出手段に故障が生じた場合、これを検知することができるようになっている。

つまり、例えば第一の検出手段１６Ａが故障していた場合、図６（ａ）の押圧位置では、第一の検出手段１６Ａからは故障していてもいなくともＯＦＦ信号が、第二の検出手段１６ＢからはＯＮ信号が各々出力されるため、故障の検知は行えないが、図６（ｃ）の復帰位置では、ＯＮとなるはずの第一の検出手段１６ＡからもＯＦＦ信号が出力されて、両方の検出手段からＯＦＦ信号が出力されるため、これによって制御手段１８が第一の検出手段１６Ａの故障を検知することができる。

また、同様に、第二の検出手段１６Ｂが故障した場合には、第二の検出手段１６ＢからＯＮ信号が出力されるはずの、図６（ａ）の押圧位置で、第二の検出手段１６ＢからもＯＦＦ信号が出力されて、両方の検出手段からＯＦＦ信号が出力されるため、これによって制御手段１８が第二の検出手段１６Ｂの故障を検知することができる。

すなわち、制御手段１８が押圧位置及び復帰位置での、二つの検出手段からの出力信号を比較することによって、いずれか一方の検出手段に故障が生じた場合、その各々の操作位置でのＯＦＦ信号によって、故障を検知することが可能なように構成されている。

さらに、作動体２に装着された磁石１３が押圧操作の途中、及び復帰操作途中の、第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂ中間の、図６（ｂ）の中間位置に移動した際には、両方の検出手段が磁石１３の磁気を検出することによって、故障検知をより確実に行うことができるようになっている。

つまり、上述したように、二つの検出手段の検出距離を各々Ｘとした場合、この中心距離Ｌは検出距離Ｘより大きく、かつ検出距離Ｘの２倍の２Ｘよりも小さくなっているため、磁石１３が中間位置に移動した際には、区間Ｙの間、両方の検出手段によって磁気検出が行われ、第一の検出手段１６Ａからも第二の検出手段１６Ｂからも、制御手段１８にＯＮ信号が出力される。

したがって、この中間位置でいずれかの検出手段からＯＦＦ信号が出力された場合には、ＯＦＦ信号を出力した検出手段に故障が生じたことを、制御手段１８が容易に検知できると共に、この中間位置でもし両方の検出手段からＯＦＦ信号が出力された場合には、両方の検出手段に故障が生じたことを、制御手段１８が判別することが可能なようになっている。

なお、二つの検出手段の中心距離Ｌを、検出距離Ｘの２倍の２Ｘよりも大きく、あるいは同等のものとした場合には、磁石１３と二つの検出手段の形状寸法のばらつきや装着位置のばらつき等によって、第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂに故障が生じていなくても、両方の検出手段からＯＦＦ信号が出力されてしまう場合があるため、上記のような検知を行うことは不可能となる。

これに対し、上記のような寸法で二つの検出手段を上下に配置することで、磁石１３や検出手段の形状寸法や装着位置に多少のばらつきが生じた場合でも、中間位置で両方の検出手段からＯＦＦ信号が出力されることがないように構成されている。

すなわち、故障検知については、制御手段１８は磁石１３が押圧位置にあるのか、あるいは中間位置や復帰位置にあるのかを認識する必要はなく、いずれの操作位置でも両方の検出手段からＯＦＦ信号が出力された場合には、いずれか一方または両方の検出手段に故障が生じたことを検知可能なようになっている。

なお、このような中心距離Ｌで第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂを配置すると共に、上述したように、磁石１３をＮ極またはＳ極を二つの検出手段に向けて垂直方向に配置することによって、磁石１３を例えば縦３ｍｍで横５ｍｍ、厚さ２ｍｍ前後の寸法の小さな形状で形成できると共に、二つの検出手段を用いているにも係らず、全体の高さも比較的小さな寸法でスイッチ２０を構成することができる。

また、磁石１３に残留磁束密度の高いネオジ系のものを用い、二つの検出手段に１０ｍＴ以下の磁束密度では磁気を検出しない低感度のホール素子を用いることで、よりスイッチの小型化を図ることができる。

そして、以上のような押圧位置や復帰位置、あるいは操作途中の中間位置で、第一の検出手段１６Ａや第二の検出手段１６Ｂの故障を検知した場合には、制御手段１８が警告灯やブザー等の報知手段３５を駆動して、運転者や同乗者に故障を通知するように構成されている。

このように本実施の形態によれば、作動体２に装着された磁石１３との対向面に第一の検出手段１６Ａを、この下方に第二の検出手段１６Ｂを設けると共に、制御手段１８がこの二つの検出手段を用いて磁石１３の磁気を検出することによって、いずれか一方の検出手段に故障が生じた場合、これを検出手段からのＯＮ／ＯＦＦ信号により検知することができるため、簡易な構成で、確実な故障検知が可能なスイッチ、及びこれを用いたスイッチ装置を得ることができるものである。

なお、以上の説明では、第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂを用いて、制御手段１８がストップランプ３２の消点灯制御を行う構成について説明したが、上記とは逆に、ブレーキペダル３０が踏み込まれていない状態では、制御手段１８がスイッチング手段７を閉状態とし、ブレーキペダル３０が踏み込まれた状態では、開状態に制御するように構成して、例えば車両の電子回路に接続され、車両の走行速度を一定に保つオートクルーズ装置等の制御用として用いても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、制御手段１８やスイッチング手段７をスイッチ２０に一体に形成した構成について説明したが、これらを車両の電子回路に設け、スイッチの配線基板５には、第一の検出手段１６Ａと第二の検出手段１６Ｂのみを設けた構成としても、本発明の実施は可能である。

本発明によるスイッチ及びこれを用いたスイッチ装置は、簡易な構成で、確実な故障検知が可能なものを得ることができ、主に自動車のストップランプの消点灯制御用等として有用である。

本発明の一実施の形態によるスイッチの断面図 同分解斜視図 同部分側面図 同スイッチ装置のブロック回路図 同押圧操作時の断面図 同部分側面図 ブレーキペダルの要部側面図 従来のスイッチの断面図

符号の説明

１ ケース
２ 作動体
４ 端子
５ 配線基板
７ スイッチング手段
９ 戻りばね
１０ カバー
１３ 磁石
１６Ａ 第一の検出手段
１６Ｂ 第二の検出手段
１８ 制御手段
２０ スイッチ
３０ ブレーキペダル
３０Ａ アーム
３１ コネクタ
３２ ストップランプ
３３ イグニションスイッチ
３４ バッテリー
３５ 報知手段

Claims (4)

1. 略箱型のケースと、このケース内に上下動可能に収納された作動体と、この作動体を上方へ付勢するばねと、上記作動体に装着された磁石と、この磁石の磁気を検出する検出手段からなり、上記磁石との対向面に第一の検出手段を、この下方に第二の検出手段を設けたスイッチ。
2. 作動体に装着された磁石が第一の検出手段と第二の検出手段の中間位置に移動した際、上記第一の検出手段と第二の検出手段の両方が上記磁石の磁気を検出する請求項１記載のスイッチ。
3. 磁石のＮ極またはＳ極を第一及び第二の検出手段に対向させた請求項１記載のスイッチ。
4. 請求項１記載のスイッチと、このスイッチの第一及び第二の検出手段に接続された制御手段と、この制御手段に接続された報知手段からなり、上記制御手段が上記第一及び第二の検出手段からの検出信号に応じて、上記報知手段を制御するスイッチ装置。

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