JP2015026426A - 複合スイッチ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転体に搭載されたスイッチと本体との間に有線配線がない複合スイッチ装置を提供することを目的とする。【解決手段】複合スイッチ装置101は、固定体1と、固定体1に対して回転可能に支持された回転体3と、回転体3に設けられた複数のスイッチ6と、複数のスイッチ6と交信する固定体1に設けられた制御部9と、制御部9に接続された固定体側コイルC2と、固定体側コイルC2によって電磁誘導される回転体側コイルC4と、を備え、制御部9が、固定体側コイル9に給電する給電回路SCと、固定体側コイルC2に流れる電流値を検出する電流検出回路KCと、検出された電流値に応じた信号を出力する処理回路TCと、を有し、複数のスイッチ6が、回転体側コイルC4に対して並列に接続され、回転体側コイルC4と複数のスイッチ6との間には、それぞれ複数の抵抗体8が接続され、複数の抵抗体8のそれぞれは、抵抗値が異なることを特徴とする。【選択図】図5

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる入力装置に関し、特に、回転体に搭載される複合スイッチ装置に関する。
近年より、電子機器の様々な使用方法に伴い、様々な箇所に入力装置が使用されるようになってきた。例えば、回転体側にスイッチを設け、本体側に信号を送信するような入力装置が考えられる。特許文献1(従来例1)では、車両のステアリングホイール(回転体)に搭載され、車両(本体)側に各種命令を伝達するスイッチ群が提案されている。このような場合は、特許文献1で提案されているように、車両(本体)側の制御部とスイッチ群との接続は、有線であるハーネスで行っているのが一般的である。
しかしながら、このような入力装置は、回転体側と本体側を有線で接続しているため、回転体の回動には、制限があり、ステアリングホイールのようなせいぜい右回転,左回転ともに数回の回転しかしない箇所にしか適用できなかった。そこで、この課題を解決するために、ブルートゥース(登録商標)のような電波を用いた無線通信を使い、回転体と本体との間を無線通信で繋ぐ方法が容易に考えられる。これにより、回転体を無限回数、回動させることができるようになる。しかしながら、回転体の方に電力の供給が必要で、回転側にバッテリが必須となるので、定期的なバッテリの交換が必要であるいう課題が新たに生じてしまった。
一方、特許文献2(従来例2)では、バッテリレス通信を可能とするRFID(Radio Frequency-Identification)のような近距離無線通信を用いて、複数のスイッチ901とスイッチ制御ユニット903との間の配線(ハーネス)を省略したスイッチ装置900が提案されている。図8は、従来例2のスイッチ装置900を説明する図であって、図8(a)は、各スイッチ901(901a、901b、901c、901d、901e)とスイッチ制御ユニット903のアンテナ923との位置関係を示す模式図であり、図8(b)は、スイッチ装置900を示すブロック図である。
図8に示すスイッチ装置900は、スイッチ操作を行う5個のスイッチ901(901a、901b、901c、901d、901e)が設けられたスイッチボックス902と、この5個のスイッチ901との間で所定の近距離無線通信を行って当該各スイッチ901での操作を認識するスイッチ制御ユニット903とを備えて構成される。また、スイッチ901は、図8(b)に示すように、機械的操作を電気信号に変換するスイッチ機構911と、RF回路913a,CPU913b及び不揮発性記憶装置(ROM)913c等を有したICチップ913と、内部アンテナとしてのコイル915と、を備えている。また、スイッチ制御ユニット903は、図8(b)に示すように、コイル915と磁気的な結合をするアンテナ923と、アンテナ923が接続されアンテナ923からの情報を処理する制御部927と、を備えている。
そして、図8(a)に示すように、これらスイッチ901がスイッチボックス902の所定のフレーム916内に、所定の間隙を隔てるようにして、一列に配列されると、予めフレーム916に巻回されたアンテナ923がスイッチ901の全周に亘ってコイル状に周回されるよう配策される。これにより、スイッチ901のコイル915とスイッチ制御ユニット903のアンテナ923とが近接した状態で磁気的な結合が可能となり、スイッチ901とスイッチ制御ユニット903(図8(b)を参照)との間で無線通信によりスイッチ操作の情報等を送受信できるので、スイッチ901とスイッチ制御ユニット903との間の配線を省略することができるとしている。
特開2010−241275号公報 特開2005−310650号公報
しかしながら、RFIDのような近距離無線通信を用いた従来例2のスイッチ装置900では、コイル915とアンテナ923とを近接させ、コイル915とアンテナ923との位置関係が適切に保たれていなければ、通信ができないシステムであった。このため、回転体側にコイル915を有したスイッチ901を搭載し、本体側にアンテナ923を備えたスイッチ制御ユニット903を配置した構成にしても、通信ができない虞があり、実質的にこのシステムを適用することは困難であるという課題があった。
本発明は、上述した課題を解決するもので、回転体に搭載されたスイッチと本体との間に有線配線がない複合スイッチ装置を提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明の複合スイッチ装置は、固定体と、前記固定体に対して回転可能に支持された回転体と、該回転体の回転を検出する回転検出手段と、前記回転体に設けられた複数のスイッチと、前記回転体に設けられた複数のスイッチと交信する前記固定体に設けられた制御部と、を備えた複合スイッチ装置において、前記固定体には、前記制御部に接続された固定体側コイルを有し、前記制御部が、前記固定体側コイルに給電する給電回路と、前記固定体側コイルに流れる電流値を検出する電流検出回路と、前記検出された電流値に応じた信号を出力する処理回路と、を備え、前記回転体には、前記固定体側コイルによって電磁誘導される回転体側コイルを有し、前記複数のスイッチが、前記回転体側コイルに対して並列に接続され、前記回転体側コイルと前記複数のスイッチとの間には、それぞれ複数の抵抗体が接続され、前記複数の抵抗体のそれぞれは、抵抗値が異なることを特徴としている。
これによれば、本発明の複合スイッチ装置は、固定体と回転体との間に有線配線を用いずに、制御部の給電回路から固定体側コイルに給電した電力を回転体側に伝送することができる。このため、回転体側にバッテリを備える必要がない。また、各スイッチのON/OFFに対応して、回転体側コイルに流れる電流(回転体側電流)が変化するようになり、この電流(回転体側電流)の変化に応じて固定体側コイルに流れる電流(固定体側電流)が変化するようになる。そして、この固定体側コイルに流れる電流(固定体側電流)の電流値を電流検出回路で検出し、この電流値の変化を判定することにより、各スイッチのON/OFFを検知することができる。これらのことにより、固定体と回転体との間に有線配線を用いずに、回転体側に電力を伝送することができるとともに、回転体側に設けられた複数のスイッチのON/OFFの検知ができる複合スイッチ装置を提供できる。
また、本発明の複合スイッチ装置は、前記回転体の回転軸を中心にした強磁性体の軸部が配設され、前記固定体側コイル及び前記回転体側コイルが、前記軸部の周りに巻かれていることを特徴としている。
これによれば、固定体側コイルと回転体側コイルの誘導結合がより強くなる。このことにより、電力の伝送効率が向上するとともに、回転体側コイルの電流値の変化が固定体側コイルの電流値の変化により正確に反映されるようになり、複数のスイッチのON/OFFの判定精度が向上する。
本発明の複合スイッチ装置は、固定体と回転体との間に有線配線を用いずに、制御部の給電回路から固定体側コイルに給電した電力を回転体側に伝送することができる。このため、回転体側にバッテリを備える必要がない。また、各スイッチのON/OFFに対応して、回転体側コイルに流れる電流(回転体側電流)が変化するようになり、この電流(回転体側電流)の変化に応じて固定体側コイルに流れる電流(固定体側電流)が変化するようになる。そして、この固定体側コイルに流れる電流(固定体側電流)の電流値を電流検出回路で検出し、この電流値の変化を判定することにより、各スイッチのON/OFFを検知することができる。これらのことにより、固定体と回転体との間に有線配線を用いずに、回転体側に電力を伝送することができるとともに、回転体側に設けられた複数のスイッチのON/OFFの検知ができる複合スイッチ装置を提供できる。
本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置を説明する斜視図である。 本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置を説明する側面図である。 本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置を説明する上面図である。 本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置を説明する図であって、図3に示すVI−VI線における断面を模式化した構成断面図である。 本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置を説明するブロック図である。 本発明の第1実施形態に係わる複合スイッチ装置の回路図である。 本発明の第1実施形態の変形例1を説明する図であって、図4と比較した構成断面図である。 従来例2のスイッチ装置を説明する図であって、図8(a)は、各スイッチとスイッチ制御ユニットのアンテナとの位置関係を示す模式図であり、図8(b)は、スイッチ装置を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101を説明する斜視図である。図2は、本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101を説明する側面図である。図3は、本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101を説明する上面図である。図4は、本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101を説明する図であって、図3に示すVI−VI線における断面を模式化した構成断面図である。
本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101は、図1ないし図4に示すように、ハウジングH9に保持された固定体1と、固定体1に対して回転可能に支持された回転体3と、回転体3の回転を検出する回転検出手段5と、回転体3に設けられた複数のスイッチ6と、複数のスイッチ6にそれぞれ対応した複数の抵抗体8と、複数のスイッチ6と交信する固定体1側に設けられた制御部7と、制御部7に接続された固定体側コイルC2と、固定体側コイルC2によって電磁誘導される回転体側コイルC4と、から構成される。
複合スイッチ装置101の固定体1は、図4に示すように、側壁部11w及び鍔部11vを有した基体11と、中空体12c及び台座部12dを有した支持体12と、基体11及び支持体12の一部を収容するハウジングH9と、ハウジングH9と係合し収容部99sを形成する台座部材D9と、から構成されている。
この基体11は、図4に示すように、図1ないし図3に示す箱状のハウジングH9の開口部H9kに側壁部11wが挿通され、ハウジングH9の天井部H9tに鍔部11vが載置され、ハウジングH9に係合保持されている。また、この支持体12は、図4に示すように、基体11の側壁部11wの内側に中空体12cが挿通され、上下移動が可能に基体11に支持されている。なお、この上下移動可能に支持する機構についての詳細な説明は省略するが、基体11と支持体12との間にコイルばねのような付勢部材を配置することで容易に達成している。
また、ハウジングH9の天井部H9tには、図1ないし図4に示すように、基体11の鍔部11vを覆うようにカバー部材C9が配設されている。この基体11、支持体12、ハウジングH9、台座部材D9及びカバー部材C9は、ABS樹脂(acrylonitrilebutadiene styrene copolymer)等の合成樹脂を用い、射出成形で容易に作製することができる。
また、固定体1側には、図4に示すように、回転体3の回転軸を中心にした強磁性体の軸部J1が支持体12の中空体12c内に配設されており、この軸部J1の周りに固定体側コイルC2が巻かれている。この軸部J1はハウジングH9に固定されている(図示していない)。また、固定体1側の収容部99sには、プリント配線板(PWB、printed wiring board)を用いたメイン基板17が台座部材D9に載置されて配設されている。また、このメイン基板17には、制御部7が設けられていて、詳細な図示はしていないが、この制御部7に固定体側コイルC2が接続されている。
複合スイッチ装置101の回転体3は、図1及び図2に示すように、操作者の手指で掴まれるような有底筒状の形状をしており、操作者の手指により、回転操作や押圧操作等の入力操作が行われる。この回転操作ができるようにするため、回転体3は、固定体1の支持体12に対し回転可能に支持されている。なお、この回転可能に支持する機構についての詳細な説明は省略するが、ベアリング機構を用いて容易に達成できる。また、回転操作時のカクカク感触もカム機構を用いて容易に達成している。
また、回転体3は、ABS樹脂等の合成樹脂を用いて作製され、図4に示すように、天面部13mを有した上ケース13と、支持体12に支持される下ケース33と、上ケース13と下ケース33との係合部を覆うようにして配設されたリング状の横ケース53と、から構成され、上ケース13と下ケース33とで空間部23cを形成している。そして、この空間部23cには、プリント配線板(PWB、printed wiring board)を用いたサブ基板37が配設されている。また、このサブ基板37における、上ケース13の天面部13mと対向する正対面37mには、複数(本発明の第1実施形態では4つ)のスイッチ6が搭載されている。なお、このサブ基板37は、回転体3に保持されて、回転体3の回転に伴って回転する。
また、回転体3の上ケース13の天面部13mには、図1ないし図4に示すように、サブ基板37に搭載された4つのスイッチ6に対応して、4つのキートップK6が設けられており、操作者により回転操作や押圧操作以外のスイッチ操作が行われるようになっている。また、回転体3の空間部23cには、固定体側コイルC2によって電磁誘導される回転体側コイルC4が配設されており、この回転体側コイルC4は、前述した軸部J1の周りに、固定体側コイルC2と対向して巻かれている。
複合スイッチ装置101の回転検出手段5は、図4に示すように、回転体3の回転軸を中心にして円周上に配設されたリング状の磁石25と、磁石25に対向配置されたホール素子を用いた磁気センサ35と、から構成され、回転体3の回転動作を検出している。この磁石25は回転体3の下ケース33に固定されており、一方、この磁気センサ35は固定体1の支持体12に固定されメイン基板17に接続されている。
複合スイッチ装置101のスイッチ6は、一般に広く用いられているプッシュスイッチを用い、回転体3側のサブ基板37の正対面37mに4つ設けられている。
複合スイッチ装置101の抵抗体8は、一般に広く用いられているチップ抵抗を用い、回転体3側のサブ基板37の正対面37mに4つ設けられている。なお、本発明の第1実施形態では、4つのスイッチ6及び4つの抵抗体8を用いているが、この4つに限るものではなく、複数のスイッチ6及び抵抗体8を有していれば良い。
次に、図5及び図6を用いて、本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101に係わる固定体1と回転体3との通信システムについて説明する。図5は、本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101を説明するブロック図である。図6は、本発明の第1実施形態に係わる複合スイッチ装置の回路図である。
複合スイッチ装置101の固定体1側に設けられた制御部7は、メイン基板17に設けられ、図5に示すように、固定体側コイルC2に給電する給電回路SCと、固定体側コイルC2に流れる電流値を検出する電流検出回路KCと、検出された電流値に応じた信号を出力する処理回路TCと、を備えて構成される。そして、回転体3側に電力を供給するとともに、回転体3側の複数のスイッチ6と交信をしている。
制御部7の給電回路SCは、図6に示すように、例えば50kHzの発振回路を有した交流信号源AC1を備えており、この交流信号源AC1は、負荷抵抗FR1(図中に示す抵抗Rs1)を介して固定体側コイルC2に接続されている。この給電回路SCにより、固定体側コイルC2に給電を行っている。これにより、固定体1と回転体3との間に有線配線を用いずに、固定体側コイルC2に給電した電力を回転体3側に伝送することができる。このため、回転体3側にバッテリを備える必要がない。
また、本発明の第1実施形態では、図4に示すように、固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4が強磁性体の軸部J1の周りに巻かれているので、固定体側コイルC2と回転体側コイルC4の誘導結合がより強くなっている。このことにより、固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4間の電力の伝送効率が向上している。
制御部7の電流検出回路KCは、図6に示すように、複数の抵抗(図中に示すR1、R2、R3、R4)とオペレーショナル・アンプリファイア(Operational Amplifier)を組み合わせて回路を構成し、負荷抵抗FR1の両端に接続されている。この電流検出回路KCにより、固定体側コイルC2に流れる電流値を増幅し、僅かな電流値の変化を検出している。
制御部7の処理回路TCは、図6に示すように、アナログ−デジタル変換回路(ADC、Analog-to-digital converter)を備えて構成されており、コンデンサCA1(図中に示すC)を介して電流検出回路KCに接続されている。この処理回路TCにより、電流検出回路KCで検出された電流値のアナログ信号を中央演算処理装置(CPU、Central Processing Unit)で処理できるデジタル信号に変換して出力している。
複合スイッチ装置101の回転体3側の回路は、サブ基板37に設けられ、図6に示すように、回転体側コイルC4と4つのスイッチ6(図中に示すA、B、C、D)と4つの抵抗体8(図中に示すRa、Rb、Rc、Rd)と、を有して構成されている。そして、図6に示すように、4つのスイッチ6が回転体側コイルC4に対して並列に接続され、4つの抵抗体8のそれぞれが、回転体側コイルC4と4つのスイッチ6との間に直列に接続されている。
また、4つの抵抗体8のそれぞれは、異なる抵抗値にしている。このため、各スイッチ6のON/OFFに対応して、回転体側コイルC4に流れる電流(回転体側電流)が変化するようになり、この電流(回転体側電流)の変化に応じて固定体側コイルC2に流れる電流(固定体側電流)が変化するようになる。そして、この固定体側コイルC2に流れる電流(固定体側電流)の電流値を電流検出回路KCで検出し、この電流値の変化を判定することにより、各スイッチ6のON/OFFを検知することができる。
また、本発明の第1実施形態では、固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4が強磁性体の軸部J1の周りに巻かれているので、固定体側コイルC2と回転体側コイルC4の誘導結合がより強くなっている。このことにより、回転体側コイルC4の電流値の変化が固定体側コイルC2の電流値の変化により正確に反映されるようになり、複数のスイッチ6のON/OFFの判定精度が向上する。
以上のように構成された本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101における、効果について、以下に説明する。
本発明の第1実施形態の複合スイッチ装置101は、固定体1に固定体側コイルC2を設け、回転体3に固定体側コイルC2によって電磁誘導される回転体側コイルC4を設けたので、固定体1と回転体3との間に有線配線を用いずに、制御部7の給電回路SCから固定体側コイルC2に給電した電力を回転体3側に伝送することができる。このため、回転体3側にバッテリを備える必要がない。
また、回転体側コイルC4に対して並列に接続された4つのスイッチ6(6A、6B、6C、6D)と、回転体側コイルC4と複数のスイッチ6との間にそれぞれ接続された複数の抵抗体8(8a、8b、8c、8d)と、を設け、4つの抵抗体8のそれぞれは、異なる抵抗値にした構成としている。このため、各スイッチ6のON/OFFに対応して、回転体側コイルC4に流れる電流(回転体側電流)が変化するようになり、この電流(回転体側電流)の変化に応じて固定体側コイルC2に流れる電流(固定体側電流)が変化するようになる。そして、この固定体側コイルC2に流れる電流(固定体側電流)の電流値を電流検出回路KCで検出し、この電流値の変化を判定することにより、各スイッチ6のON/OFFを検知することができる。
以上のことにより、固定体1と回転体3との間に有線配線を用いずに、回転体3側に電力を伝送することができるとともに、回転体3側に設けられた複数のスイッチ6のON/OFFの検知ができる複合スイッチ装置101を提供できる。
また、固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4が強磁性体の軸部J1の周りに巻かれているので、固定体側コイルC2と回転体側コイルC4の誘導結合がより強くなっている。このことにより、固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4間の電力の伝送効率が向上するとともに、回転体側コイルC4の電流値の変化が固定体側コイルC2の電流値の変化により正確に反映されるようになり、複数のスイッチ6のON/OFFの判定精度が向上する。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
<変形例1>
図7は、本発明の第1実施形態に係わる変形例1の複合スイッチ装置C101を説明する図であって、図4と比較した構成断面図である。上記第1実施形態では、回転体3の回転軸を中心にした軸部J1を設け、この軸部J1の周りに固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4を巻く構成にしたが、軸部J1を設けずに、例えば図7に示すように、回転体3の外周近傍に固定体側コイルCC2及び回転体側コイルCC4を設けた構成であっても良い。
<変形例2>
上記第1実施形態では、軸部J1を固定体1側のハウジングH9に固定する構成としたが、回転体3側に固定する構成でも良い。
<変形例3>
上記第1実施形態では、軸部J1を支持体12の中空体12c内に配設して構成したが、中空体12cの部分を中空にせずに柱状の柱状部とし、この支持体の柱状部を軸部として、柱状部に固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4を巻いた構成としても良い。
<変形例4>
上記第1実施形態では、固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4が軸部J1を用いた有芯コイルの構成に好適にしたが、固定体側コイル及び回転体側コイルが軸部J1を用いない空芯コイルの構成であっても良い。
<変形例5>
上記第1実施形態では、固定体側コイルC2及び回転体側コイルC4が軸部J1に巻き付けられたヘリカルコイルを用いた構成にしたが、例えば図7に示すような位置で、平面コイルが対向した、固定体側コイル及び回転体側コイルであっても良い。
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
1 固定体
3 回転体
5 回転検出手段
6、6A、6B、6C、6D スイッチ
7 制御部
8、8a、8b、8c、8d 抵抗体
C2、CC2 固定体側コイル
C4、CC4 回転体側コイル
J1 軸部
KC 電流検出回路
SC 給電回路
TC 処理回路
101、C101 複合スイッチ装置

Claims (2)

  1. 固定体と、
    前記固定体に対して回転可能に支持された回転体と、
    該回転体の回転を検出する回転検出手段と、
    前記回転体に設けられた複数のスイッチと、
    前記回転体に設けられた複数のスイッチと交信する前記固定体に設けられた制御部と、を備えた複合スイッチ装置において、
    前記固定体には、前記制御部に接続された固定体側コイルを有し、
    前記制御部は、前記固定体側コイルに給電する給電回路と、前記固定体側コイルに流れる電流値を検出する電流検出回路と、前記検出された電流値に応じた信号を出力する処理回路と、を備え、
    前記回転体には、前記固定体側コイルによって電磁誘導される回転体側コイルを有し、
    前記複数のスイッチは、前記回転体側コイルに対して並列に接続され、
    前記回転体側コイルと前記複数のスイッチとの間には、それぞれ複数の抵抗体が接続され、
    前記複数の抵抗体のそれぞれは、抵抗値が異なることを特徴とする複合スイッチ。
  2. 前記回転体の回転軸を中心にした強磁性体の軸部が配設され、
    前記固定体側コイル及び前記回転体側コイルは、前記軸部の周りに巻かれていることを特徴とする請求項1に記載の複合スイッチ。
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