JP2015502007A - 摩擦接触を有する電気スイッチ - Google Patents

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Abstract

本発明は、摩擦接触(3)を有する電気スイッチにおいて、一方において、少なくとも1つの固定接触(9)と、他方において、所定の軌跡に沿って移動することができるとともに、前記少なくとも1つの固定接触(9)に摩擦することが意図されている接触表面(10)を示す、少なくとも1つの移動摩擦接触(3)と、を備え、前記少なくとも1つの接触表面(10)は、イオンビームを用いたイオン衝撃によって処理されており、固定接触(9)及び移動接触(3)は露出している、ことを特徴とする、電気スイッチに関する。

Description

本発明は、特に、ステアリングホイール制御モジュール又は電動フロントガラスワイパーブレード駆動システム用の摩擦接触を有する電気スイッチに関する。
自動車において、摩擦又は滑り接触を有する電気スイッチが一般に使用されている。
このような電気スイッチは、通常、PCB回路に設けられた1つ又は複数の導電トラックと、ワイパー接触又はキャリッジと、からなる。ワイパー接触又はキャリッジは、PCB上の所定の軌道に沿って移動することにより特定の位置において電気接触し、これにより、例えば車のヘッドライトを点灯する、フロントガラスワイパーを制御する等のコマンドを生じさせ得る。例えば、本出願人名義で出願されたFR2933530号を引用することができる。
このような摩擦接触の正確な動作を、車両の寿命すなわち10〜15年間を通じて厳しい動作条件においても保証することが必須であることを考慮すると、摩擦接触の品質水準は非常に高い。例えば、このような摩擦接触は、近年安価な車に使用されてフロントガラスワイパーのモータやヘッドライトを直接制御するための高電流(例えば数アンペア)用の摩擦接触、或いは、例えばフロントガラスワイパーのモータ又はヘッドライトにリンクされた電力継電器を制御する低電流(例えば数ミリアンペア)用の摩擦接触であり得る。
実用において、このような摩擦接触は−40℃から+120℃に及び得る非常に広範な温度変化を受ける。PCBの導電トラックに埃が堆積して動作、すなわち電気接触の形成が妨げられる場合がある。車両はいかなる場所にも停車され得るので、車は湿気のある状態、更には塩気を含んだ湿気のある状態にさらされることもあり、酸化に関する問題が引き起こされ得る。この場合、電気的に絶縁している酸化物の層が、電気接触の形成を阻害する。更に、摩擦接触や導電トラックの表面品質に依存して接触抵抗が変化し得る。また、金属部品の磨耗に関する問題が生じる場合もあり、これらが長期に亘って累積すると、擬似接触を招き結果としてステアリングホイール制御モジュールの異常を引き起こす。高電流用の摩擦接触の場合、電気接触表面を損なう電気アークの形成に関する問題も加わる。
これらの問題は、例えば、アールエスコンポーネンツ株式会社による、1997年3月付のデータシートK232−4033に詳細に説明されている。
これらの問題を克服するために、本産業部門の従事者全員に特定の潤滑剤や接触グリースの使用が求められている。なぜならば、これらの使用により磨耗の影響を減少させることができ、表面を汚れから保護することができるとともに、摩擦接触及び導電トラックの腐食が妨げられ、且つ電気アークの形成が妨げられるからである。
このような潤滑剤は、特に摩擦接触を有する回路の製造者又はステアリングホイール制御モジュール等の製造者からの要請により、以前からそして今現在も大いに研究されている。
このような研究活動の証拠として、多くの文献を挙げることができる。
1991年、1992年(2回)及び1995年にステアリングホイール制御モジュールのある製造者の名義でそれぞれ公開されたJP030117191号、JP04114098号、US5156756号、US5405543号には、接触抵抗を低減し得るとともに炭化物質を発生しない、摩擦接触用の潤滑剤について記載されている。
1999年のIEIC技術レポートジャーナルにおいて、「電気接触グリースに要求される性能/特徴及びその評価方法」という記事が公開された(99巻、360号、39−43頁)。
2001年の同ジャーナルにおいて(101巻、375号、7−11ページ)、「滑り接触の信頼性。グリースの効果」と題する記事が公開された。
更に最近では、接触グリースに関連する摩擦接触が、例えば、ステアリングホイール制御モジュールの他の製造者の名義で2010年に公開されたEP2216796号の特許出願のテーマとなっている。
2011年には、US2011/0117383号が、摩擦電気接触の正確な動作を保証するために、グリースが摩擦電気接触に対していかに不可欠であるかを記載している。
2010年に公開されたFR2933530号は、グリースを不要なものとし得る、カーボン及びポリマー系インクから形成されたコーティングを開示している。しかし、実験により、このようなコーティングは完全に満足のゆくものではないということがわかっている。特に、このコーティングの適用は、例えばライトやフロントガラスワイパーの制御等の安全面に関する機能に必要とされる基準に合致しない。実際に、樹脂に炭素が混合されているため、接触抵抗がかなり高い。更に、磨耗抵抗が非常に悪いため、粒子がトラック同士の間に詰まって、ショートを引き起こす場合がある。
したがって、特に安全面に関する機能について、上述のような接触グリースに関して従来の解決策に代わる代替手段はない。
要するに、摩擦電気接触の製造者にとって、グリースの製造中に生じる材料コスト及び」グリースの塗布にかかる追加の組立時間という両方の点における製造間接コストの問題にもかかわらず、摩擦電気接触の長期に亘る正確な動作を保証するためにグリースの使用は必須であると結論できる。
1997年の物理ジャーナルIV(J.PHYS.IV フランス7(1997)−シンポジウムC6、物理ジャーナルIII補足1997年12月)において、「イオン衝撃による表面の改質と特性」と題する記事が公開された。
この記事は、イオン衝撃による表面改質とその効果、及び潜在的な適用について記載している。
以上より、当技術が長年知られたものであって、金属表面の摩擦特性(微小硬度、磨耗、摩擦)、耐腐食性及び耐酸化性を改良するべく多くの研究がなされていることが理解されるであろう。
更に具体的には、金属表面の摩擦特性について同記事は以下のように考察している。「金属の表面にイオン注入により硬化層を形成することが、摩擦研究の最近の一般的な傾向である。この作業は、主に、スチール合金又はチタン合金の窒化物を形成して金属表面の磨耗抵抗を高めることに関する。」
しかしながら、同記事は以下のような批判も述べている。「欠点として初期投資コストが挙げられる。」「イオン注入は、専ら基礎研究だけに用いられて今後も専門ツールであり続けるとは限らないかもしれない。」
更に最近では、FR2939973号は、金からなる層が蒸着された基板を有するコネクタ要素の製造方法を開示している。
本文献において記載のコネクタは雄−雌型のコネクタであり、ここでは電気接触がイオン衝撃により処理された金からなる層を備えている。
しかしながら、本文献には、ステアリングホイール制御モジュールにおいて知られている摩擦接触やそれに関する問題、特に導電トラック上での摩擦電気接触の移動を原因とする問題について全く記載していない。実用において、雄−雌型コネクタは、摩擦接触の受ける機械的移動応力と同じ応力を受けることは全くない。
したがって、本発明は従来技術に比較して改良された摩擦接触を有する電気スイッチを提案する。
この目的のために、本発明の主題は、摩擦接触を有する電気スイッチにおいて、一方において、少なくとも1つの固定接触と、他方において、所定の軌跡に沿って移動するとともに、前記少なくとも1つの固定接触に摩擦することが意図されている接触表面を有する、少なくとも1つの移動摩擦接触と、を備え、前記少なくとも1つの接触表面は、イオンビームを用いたイオン衝撃によって処理されており、固定接触及び移動接触は露出している、ことを特徴とする、電気スイッチである。
本発明の結果として、電気スイッチは潤滑剤すなわち表面グリースを含まないため、既知の電気スイッチに対して顕著な改良点を有するものであるとともに、動作サイクル、磨耗、接触抵抗、汚染や酸化に対する耐性という点における信頼性に関して一切妥協することなく、スイッチのコスト及び組立時間について大きな利点を提供するものである。
イオン衝撃自体は知られていたにも拘わらず、電気スイッチに関する最近の特許公開文献に見られるように、当業者は操作に接触グリースが必須であるとみなし続けて来た。
FR2939973号は、US2011/0117383号の2年前に公開され、摩擦移動接触を有するスイッチとは異なる動作をする雄−雌プラグ型にのみ関するものであるが、当文献であっても摩擦移動接触を有する電気スイッチに対する接触グリースの必要性についての当業者の認識を変えることはなかった。
したがって、本発明により、出願人は、摩擦移動接触を有する電気スイッチの技術分野に広く固定している偏見を克服する。
更に、本発明による電気スイッチの環境への影響は大幅に小さくなっている。
更に、電気スイッチは、以下の特徴を単独で又は組み合わせて示し得る。
・前記少なくとも1つの固定接触は、接触グリースを有していない。
・前記固定接触及び前記移動接触の全ては、少なくとも電気接触可能な表面において、イオンビームを用いたイオン衝撃によって処理されている。
・前記移動摩擦接触は、スチール、銅、ステンレススチール、青銅、真鍮、アルミニウム、又はアルミニウム合金からなる。
・前記摩擦移動接触の前記接触表面は、前記摩擦移動接触を形成する基板上のニッケルめっきと、前記ニッケルめっき上の貴金属めっきと、を備えている。
・前記摩擦移動接触の前記接触表面は、前記摩擦移動接触を形成する基板上の貴金属めっきを備えている。
・前記貴金属めっきの厚さは、0.25μmと1μmとの間である。
・前記少なくとも1つの固定接触に摩擦することが意図されている前記接触表面は、前記摩擦移動接触の移動する方向において0.5mmと5mmとの間にある第1曲率半径と、前記摩擦移動接触の移動に垂直な方向において0.5mmと2mmとの間にある第2曲率半径と、を有している。
・前記固定接触と前記移動接触は、特に1Aを超える高電流を伝達するような寸法とされている。
・前記固定接触と前記移動接触は、特に20mA未満の低電流を伝達するような寸法とされている。
・イオン衝撃による処理のために、希ガス、窒素又はホウ素原子からなる群の原子のイオンが選択される。
本発明は、上記で定義された電気スイッチを備え、その移動摩擦接触は、特にヘッドライト又はフロントガラスワイパーを制御するための制御レバーにリンクされている、自動車用ステアリングホイール制御モジュールにも関する。
本発明は、更に、フロントガラスワイパーブレード駆動モータと、ワイパーの前後移動を制御するための上記で定義された電気スイッチと、を備える自動車のフロントガラスワイパーブレード用の電動駆動システムに関する。
本発明の特徴及び利点は、添付図面を参照しつつ非制限的な例として示される以下の説明から明らかになるであろう。
図1a及び図1bは、本発明による摩擦接触を有する電気スイッチの平面図である。 図2a及び図2bは、移動摩擦接触の端部の側面図である。図2cは、図2aの端部の断面図である。 図3は、摩擦接触を有する電気スイッチの固定接触支持部の平面図である。
これらの図において、同一の部材には同一の参照番号が付されている。
図1a、1b及び3は、摩擦接触を有する電気スイッチ1の例示的な実施形態を示している。
このような電気スイッチ1は、例えば、自動車用のステアリングホイール制御モジュール又はワイパーの前後移動を制御するための電動フロントガラスワイパーブレード駆動システムに組み込まれて、特に、例えば、ライトやフロントガラスワイパー等の制御等の電気スイッチの安全面に関する機能を果たし得る。
図面には、低電流用の電気スイッチ、すなわち20mA未満の電流を伝達する電気スイッチが示されている。
別の態様として、本発明は、高電流用の電気スイッチ、すなわち1Aを超える電流を伝達する電気スイッチとすることもできる。このような高電流用の電気スイッチは、高電流を伝達可能とするために導体が厚い断面を有しているという点で、特に低電流用スイッチから区別される。
この電気スイッチ1は、支持部7に配置された少なくとも1つの固定接触9を備えており、図1aでは数個の固定接触9が示されている。例えば、支持部7はプリント回路基板であり、固定接触9は接触ランドである。
このプリント回路基板の電気トラックは、固定接触9を電気制御回路にリンクさせている。
図1乃至3は、ステアリングホイール制御ストーク用のレバー及び電線の通過を許容する穿孔中央部8を有する支持部7を示している。
図1乃至3に示すように、複数の固定接触9は支持部7上において円周状に配置されている。
図3から、支持部7が円弧ストリップ形状の8個の固定接触9を備えていることが理解される。
したがって、信頼性に関する理由から固定接触9が本例において複製されたもの(同一のもの)であるとすれば、固定接触9は電気スイッチ1の4つの異なるスイッチ状態を画成している。
リング状の追加固定接触14が更に設けられて、電源又は地面にリンクされている。
追加固定接触14は、例えば、固定接触9により形成された円と同心的に配置されている。
また、電気スイッチ1は、所定の軌道に沿って移動可能な、少なくとも1つの移動摩擦接触3を備えている。本例では、円弧状軌跡により摩擦接触3が1つ又は複数の固定接触9に接触可能とされている。この軌跡は、支持部7により画成された面に、すなわちプリント回路基板に、少なくとも部分的に平行である。図1a及び1bに示す例によれば、本発明の対象はロータリースイッチであるため、移動摩擦接触3は回転動作を行う。
図示しない変形例によれば、移動摩擦接触は、直線的な軌跡に沿って移動して一列に配置された固定接触に接触可能なキャリッジの形態で製造されてもよい。
移動摩擦接触3は、例えば、特にヘッドライト又はフロントガラスワイパーを制御するための制御レバーにリンクされている。したがって、ユーザが制御レバーを移動させることによって、移動摩擦接触3は所定の軌跡に沿って移動する。
こうしてスイッチ1は、移動摩擦接触3の1つ又は複数の所定位置について、支持部7により支持された少なくとも1つの対応する固定接触9に電気接触可能となっている。
図1a及び1bに示すように、移動摩擦接触3は、少なくとも2つ、本例では3つの分岐部11、12、13を有するフォーク形状を有している。有利には、分岐部11、12、13は可撓性であって移動ベース上に載置されている。
また、移動ベースは、装置の制御要素(図示せず)に固定される手段を備えている。
分岐部11、12は、2つの対応する固定接触9に同時に電気接触することができ、信頼性向上のために複製されている(同一のものとされている)。
分岐部13は、追加固定接触14に摩擦接触している。
摩擦接触3は、各分岐部11、12、13において支持部7に向かって付勢されている湾曲端部5を備えている。したがって、その角度位置に応じて、湾曲端部5のドーム状部分は対応する固定接触9に摩擦接触し、これにより電気接触する。各分岐部の端部5は、したがって、少なくとも1つの固定接触9に摩擦することが意図されている接触表面10を形成している。
固定接触9に摩擦することが意図されている各分岐部の端部5の少なくともこの部分は、イオンビームを用いたイオン衝撃によって処理されている。
イオン衝撃による処理により、当該被処理部分は、摩擦の小さいより良い表面状態を有する。更に、このより良い表面状態により、例えばシリコンによる摩擦移動接触の汚染が防止される。
更にまた、前記処理は酸化によるリスクを防止することができ、これによりスイッチの全寿命に亘って許容レベルでの接触抵抗を維持することが可能となる。
更にまた、固定接触9及び移動接触3は露出している。すなわち、例えば接触グリース等の潤滑剤を有していない。
したがって、組立工程中に、接触グリース塗布という冗長な工程を設ける必要はもはやない。グリース塗布工程の省略により、スイッチが環境をより汚染しないものとされ得る。
ある開発例によれば、固定接触9及び移動摩擦接触3の両方が、イオンビームを用いたイオン衝撃によって処理される。これは、接触をする表面だけの局所的処理であってもよい。或いは、固定接触及び移動摩擦接触の全体的処理ということも考えられ得る。
移動摩擦接触3は、スチール、銅、ステンレススチール、青銅、真鍮、アルミニウム、又はアルミニウム合金から形成することができる。
銅や青銅又は真鍮からなる接触より高価でないスチール又はステンレススチールからなる移動摩擦接触が特に注目される。実用において、イオン衝撃により、移動表面上の絶縁酸化層の形成がされにくくなる、更には形成されないものとすることができ、これにより、ニッケルめっきが不要となる。この場合、移動摩擦接触の基板は、イオンビームを用いたイオン衝撃を全体的に受けることとなる。
全ての実施形態のイオン衝撃による処理のために、希ガス(特に、He、Ne、Ar、Kr、Xe)、窒素又はホウ素原子からなる群の原子のイオンが選択される。
変形例によれば、摩擦移動接触3の接触表面10は、摩擦移動接触3を形成する基板上のニッケルめっきと、このニッケルめっき上の金又は銀等の貴金属からなるめっきと、を備えている。この場合のイオン衝撃は、貴金属めっきの蒸着後に実施する。
他の実施形態によれば、摩擦移動接触3の接触表面10は、摩擦移動接触を形成する基板上の金又は銀等の貴金属からなるめっきのみを備えている。この変形例は、ニッケルめっきを省略できるという利点を有している。ニッケルめっきは、特に銅又は真鍮からなる基板に対して貴金属を接着可能とするために従来技術において必要とされていた。したがって、接触グリースを省略する上に更にニッケルも不要とすることができ、これにより、スイッチの製造中及びその寿命が尽きるまで、スイッチが環境をより汚染しないものとされ得る。更に、ニッケルめっきの省略により、スイッチの製造において工程を1つ省略することができ、電気スイッチのコストを削減することができる。実際に、イオン衝撃による処理は、電気接触表面の表面状態を改善するという効果だけでなく、貴金属を含まない基板に貴金属を接着させ得るという効果をも、例えばニッケルによるめっきを伴わずに提供することができる。
上述の2つの変形例は、厚さが0.25μmと1μmとの間にある貴金属(金又は銀)めっきを設けられる。この厚さは、従来既知の2乃至3μmという厚さよりかなり小さい。近年特に顕著に増大している貴金属の材料コストに関して、貴金属厚さを著しく減少させること、すなわち適用される貴金属の量を著しく減少させることにより、電気スイッチのコスト費用を著しく減少させることができる。
3番目の変形例によれば、電気接触表面10にめっきが付与されていない。したがって、端部はイオンビームを用いた衝撃法のみによって処理される。この場合も、接触グリースを用いることなく、電気スイッチの全寿命を通じて正確な動作を保証しつつ電気スイッチの製造コストを削減することができる。
以下の表は、幾分は消耗的であるが最も有利と考えられる実施形態を一覧にしている。これら全ての変形例に共通している特徴は、一切の接触潤滑剤がもはや用いられないということである。
Figure 2015502007
特に2a、2b及び2cの図面から理解されるように、移動摩擦接触の端部5は、ドーム形状又は湾曲形状である。
湾曲端部5の第1ドーム状部分の曲率半径Rは、摩擦移動接触の移動方向において、0.5mmと5mmとの間(図2c)である。
湾曲端部5の第2ドーム状部分の曲率半径rは、摩擦移動接触の移動に垂直な方向において、0.5mmと2mmとの間(図2b)である。
したがって、摩擦接触を有する電気スイッチを、接触潤滑剤を用いずに、且つニッケルめっきを用いずに、更には貴金属を用いずに製造することが可能であり、これにより、模範的信頼性を保証しつつ優位なコスト費用及び環境とのより良い適合性を得ることができる。

Claims (13)

  1. 摩擦接触(3)を有する電気スイッチにおいて、
    一方において、少なくとも1つの固定接触(9)と、
    他方において、所定の軌跡に沿って移動するとともに、前記少なくとも1つの固定接触(9)に摩擦することが意図されている接触表面(10)を有する、少なくとも1つの移動摩擦接触(3)と、を備え、
    前記少なくとも1つの接触表面(10)は、イオンビームを用いたイオン衝撃によって処理されており、
    固定接触(9)及び移動接触(3)は露出している、ことを特徴とする、
    電気スイッチ。
  2. 前記少なくとも1つの固定接触(9)は、接触グリースを有していないことを特徴とする
    請求項1に記載の電気スイッチ。
  3. 前記固定接触(9)及び前記移動接触(3)の全ては、少なくとも電気接触可能な表面において、イオンビームを用いたイオン衝撃によって処理されていることを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の電気スイッチ。
  4. 前記移動摩擦接触(3)は、スチール、銅、ステンレススチール、青銅、真鍮、アルミニウム、又はアルミニウム合金からなることを特徴とする、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電気スイッチ。
  5. 前記摩擦移動接触(3)の前記接触表面(10)は、前記摩擦移動接触を形成する基板上のニッケルめっきと、前記ニッケルめっき上の貴金属めっきと、を備えていることを特徴とする、
    請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電気スイッチ。
  6. 前記摩擦移動接触(10)の前記接触表面(10)は、前記摩擦移動接触を形成する基板上の貴金属めっきを備えていることを特徴とする、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電気スイッチ。
  7. 前記貴金属めっきの厚さは、0.25μmと1μmとの間であることを特徴とする、
    請求項5又は6に記載の電気スイッチ。
  8. 前記少なくとも1つの固定接触に摩擦することが意図されている前記接触表面(10)は、前記摩擦移動接触の移動する方向において0.5mmと5mmとの間にある第1曲率半径(R)と、前記摩擦移動接触の移動に垂直な方向において0.5mmと2mmとの間にある第2曲率半径と、を有していることを特徴とする、
    請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電気スイッチ。
  9. 前記固定接触(9)と前記移動接触(3)は、特に1Aを超える高電流を伝達するような寸法とされていることを特徴とする、
    請求項1乃至8に記載の電気スイッチ。
  10. 前記固定接触(9)と前記移動接触(3)は、特に20mA未満の低電流を伝達するような寸法とされていることを特徴とする、
    請求項1乃至9に記載の電気スイッチ。
  11. イオン衝撃による処理のために、希ガス、窒素又はホウ素原子からなる群の原子のイオンが選択されることを特徴とする、
    請求項1乃至10に記載の電気スイッチ。
  12. 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の電気スイッチ(1)を備え、
    その移動摩擦接触(3)は、特にヘッドライト又はフロントガラスワイパーを制御するための制御レバーにリンクされている、
    自動車用ステアリングホイール制御モジュール。
  13. フロントガラスワイパーブレード駆動モータと、
    ワイパーの前後移動を制御するための請求項1乃至11のいずれか一項に記載の電気スイッチ(1)と、を備える
    自動車のフロントガラスワイパーブレード用の電動駆動システム。
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