JP2016201274A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、かつ、操作に応じて移動する部材のストロークが長いスイッチ装置を実現する。
【解決手段】スイッチ装置は、動作部（１２）と、可動部（１３）と、第１ベース部（１４）と、動作部と可動部との間で働くねじりコイルバネである第２バネ（２）とを備える。可動部は、ベース部に対して可動である。動作部が第３位置にあるときに第２バネの力が動作部に加わる方向は、動作部が第４位置にあるときの該力の方向に対して平行ではない。
【選択図】図１

Description

本発明はスイッチ装置に関する。

スイッチ装置では、操作に応じて移動する部材の位置に応じて、スイッチングが行われる。移動する部材を元の位置に復帰させるために、一般的にバネが使用される。

特許文献１に記載のスイッチ装置では、可動接点部材を復帰させるための圧縮コイルバネと、操作荷重を調整するための板バネとが用いられている。板バネを特定の形状および配置にすることで、スナップアクションを実現することができる。

特開２００７−２２７３０８号公報（２００７年９月６日公開）

発電装置が組み込まれたスイッチ装置では、発電量を大きくすることが求められる。発電装置は、操作に応じて移動する部材の運動によって、発電を行う。そのため、操作に応じて移動する部材のストロークを長くすることで、発電量を大きくすることができる。それゆえ、発電装置が組み込まれたスイッチ装置では、操作に応じて移動する部材のストロークを長くすることが求められる。また、発電装置を含まないスイッチ装置でも、操作に応じて移動する部材のストロークを長くすることが求められる場合がある。

一方で、復帰させるためのバネとして圧縮コイルバネまたは板バネを使用すると、スイッチ装置のサイズが大きくなってしまうという問題が生じる。これに対して圧縮コイルバネまたは板バネ自体を小さくすると、所望の、寿命、操作荷重、およびストロークが得られなくなる。

本発明に係る一態様では、小型で、かつ、操作に応じて移動する部材のストロークが長いスイッチ装置を実現することを目的とする。

本発明に係るスイッチ装置は、動作部の位置に応じて切り替わるスイッチ装置であって、前記動作部と、可動部と、ベース部と、前記動作部と前記可動部との間で働くねじりコイルバネとを備え、前記可動部は、該可動部を支持する前記ベース部に対して可動であり、前記動作部は、第１動作位置と第２動作位置との間で運動し、前記動作部が前記第１動作位置にあるときに、前記ねじりコイルバネの力が前記動作部に加わる方向は、前記動作部が前記第２動作位置にあるときに、前記ねじりコイルバネの力が前記動作部に加わる方向に対して平行ではない。

上記の構成によれば、ねじりコイルバネの力が動作部に加わる方向は、動作部の位置（動作位置）に応じて変化する。このとき、可動部は動作部の運動に応じて（ねじりコイルバネの力の方向に応じて）動くことができるので、動作部の運動に応じたねじりコイルバネの撓みを小さくすることができる。それゆえ、動作部のストロークを大きく設定することができる。また、ねじりコイルバネの撓みを小さくすることができるので、ねじりコイルバネ自体を小型化することができる。よって、動作部のストロークを大きくし、かつ、スイッチ装置を小型化することができる。

また、前記ねじりコイルバネの一方のアームは、前記可動部に対して固定されていてもよい。

上記の構成によれば、動作部の運動に応じて、ねじりコイルバネと可動部とは、一体で運動する。そのため、動作部の運動に応じたねじりコイルバネの撓みを小さくすることができる。それゆえ、動作部のストロークを大きく設定することができる。

また、前記可動部は、位置規制突起と、前記ねじりコイルバネの前記アームからの力を受ける支持部とを備え、前記ねじりコイルバネの前記アームは、前記支持部と前記位置規制突起との間に挟まれるように配置される構成であってもよい。

上記の構成によれば、ねじりコイルバネのアームは、支持部と位置規制突起との間に挟まれるため、衝撃によってアームが可動部から外れるのを防止することができる。また、スイッチ装置の組み立て時においても、アームが可動部から外れないため、組み立て作業性を向上することができる。

また、前記可動部は、前記ベース部に対して回動可能であり、前記動作部の運動に応じて回動する構成であってもよい。

上記の構成によれば、動作部の運動に応じて可動部が回動するため、動作部の運動に応じたねじりコイルバネの撓みを小さくすることができる。

また、前記可動部は、前記可動部および前記ベース部を貫通するシャフトによって、前記ベース部に回動可能に固定されている構成であってもよい。

上記の構成によれば、シャフトが可動部およびベース部を貫通しているため、衝撃等によって可動部がベース部から外れることを防ぐことができる。

また、前記ねじりコイルバネの軸は、前記可動部に固定されている構成であってもよい。また、前記ねじりコイルバネの前記軸は、前記ねじりコイルバネのコイル部分を貫通するシャフトによって、前記可動部に固定されている構成であってもよい。

上記の構成によれば、ねじりコイルバネの軸が可動部に固定されているため、ねじりコイルバネの軸がねじれる（軸の向きが変わる）ことを防ぐことができる。そのため、ねじりコイルバネは安定して動作部に力を加えることができる。

また、前記ねじりコイルバネは、共通の軸を有する２つのコイル部分と、前記２つのコイル部分を繋ぐ連結アームと、前記２つのコイル部分からそれぞれ延びる２つのアームとを備える構成であってもよい。

上記の構成によれば、連結アームを２つのコイル部分で支持することができるため、連結アームが動作部に加える力の方向を安定させることができる。

また、前記ねじりコイルバネの力のうち前記動作部の運動方向の成分は、前記動作部が前記第２動作位置から前記第１動作位置に復帰する方向を正として、前記動作部が前記第１動作位置にあるときよりも前記第２動作位置にあるときの方が小さい構成であってもよい。

上記の構成によれば、ねじりコイルバネの力のうち動作部の運動方向の成分は、動作部が第１動作位置にあるときよりも第２動作位置にあるときの方が小さい。そのため、動き始めた動作部をさらに加速させることができる。

また、前記スイッチ装置は、操作部と、前記操作部と前記動作部との間で働く加速バネとを備え、前記操作部は、外力によって第１操作位置から第２操作位置に運動し、前記動作部は、前記操作部の前記第１操作位置と前記第２操作位置との間での運動に応じて、前記第１動作位置と前記第２動作位置との間で運動し、前記加速バネは、前記操作部に加わる外力によって蓄積された弾性エネルギーによって前記動作部を運動させるものであり、前記動作部には、前記動作部が前記第１動作位置および前記第２動作位置のうち少なくともいずれか一方の位置にある場合、前記動作部を該位置に保持しようとする保持力が働いている構成であってもよい。

上記の構成によれば、例えば第１動作位置において保持力が働く場合、操作部の第１操作位置から第２操作位置への運動に応じて、加速バネに弾性エネルギーが蓄積される。加速バネの復元力による影響がねじりコイルバネの復元力の運動方向の成分と保持力との和を越えると、加速バネに蓄積された弾性エネルギーが解放され、操作速度に関わらず動作部を高速で運動させることができる。同様に第４位置において保持力が働く場合、復帰時に動作部を高速で運動させることができる。

また、前記スイッチ装置は、磁石と、コイルとを備え、前記動作部の運動に連動して、前記コイルを通過する、前記磁石の磁束を変動させることによって、前記コイルに電流を誘導する構成であってもよい。

上記の構成によれば、動作部の運動によって発電することができる。

本発明によれば、動作部のストロークを大きくし、かつ、スイッチ装置を小型化することができる。

本発明の一実施形態に係るスイッチ装置が備える復帰機構の概略構成を示す図である。 上記復帰機構の操作および復帰の動作の概略を示す図である。 上記復帰機構の構成およびＦＳ特性を示す図である。 ねじりコイルバネである第２バネの詳細な構成を示す斜視図である。 上記復帰機構の動作部、可動部、第１ベース部、および第２バネの詳細な構成を示す斜視図である。 上記動作部の動作を説明する正面図である。 参考例の動作部の構成を説明する正面図である。 本発明の一実施形態に係るスイッチ装置が備える発電装置の構成を示す斜視図である。 上記発電装置の構成を示す正面図である。 保持力の具体例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るスイッチ装置が備える復帰機構の操作および復帰の動作の概略を示す図である。

説明の便宜上、以下の各項目において、上述の項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略することがある。

〔実施形態１〕
本実施形態のスイッチ装置は、発電装置と、発信装置と、操作部の復帰機構とを備える。まず復帰機構の概略構成について説明する。

（復帰機構５０の構成）
図１は、本実施形態の復帰機構５０の概略構成（力学モデル）を示す図である。復帰機構５０では、操作部１１および動作部１２が自己復帰し、かつ、動作部１２が操作速度に関わらず高速で動作する。第２バネ２によって、動作部１２の高速での動作を実現することができる。また、第３バネ３によって操作部１１および動作部１２の自己復帰を実現することができる。

復帰機構５０（加速機構）は、操作部１１、動作部１２、可動部１３、第１ベース部１４（ベース部）、第２ベース部１５、第１バネ１（加速バネ）、第２バネ２、および第３バネ３（復帰バネ）を備える。第１バネ１は、操作部１１と動作部１２とを接続している。第２バネ２は、動作部１２と可動部１３とを接続している。第３バネ３は、動作部１２と第２ベース部１５とを接続している。第１バネ１および第３バネ３は、コイルバネ、ねじりコイルバネ、または板バネ等の任意のバネであってよい。第２バネ２は、ねじりコイルバネであり、ねじりコイルバネの軸２ａ（コイルの軸）および一端２ｂ（一方のアーム）は、可動部１３に固定されている。可動部１３は、第１ベース部１４に支持されており、第１ベース部１４に対して可動である。具体的には、可動部１３は、軸１３ａを中心に回動可能である。第１ベース部１４および第２ベース部１５は、固定された部材である。第１ベース部１４および第２ベース部１５は、一体の部品であっても別々の部品であってもよい。可動部１３は、第１ベース部１４に固定された軸１３ａを中心に回動し、第２バネ２の軸２ａおよび一端２ｂは、可動部１３に固定されている。そのため、第２バネ２の軸２ａ、一端２ｂ、および軸１３ａの相対的な位置関係は変化しない。

操作部１１および動作部１２は、ストローク軸Ｓに沿って運動可能な部材である。第１バネ１が操作部１１に力を加える方向は、操作部１１が運動可能な方向に平行である。また、第３バネ３が動作部１２に力を加える方向は、動作部１２が運動可能な方向に平行である。

一方、第２バネ２が動作部１２に力を加える方向は、動作部１２が運動可能な方向に対して斜めになっている。第２バネ２が動作部１２に力を加える方向とストローク軸Ｓとの間の角度をηとする。第１ベース部１４に固定された軸１３ａは移動しない。一方、動作部１２に接続された第２バネ２の他端（他方のアーム）は、動作部１２の移動に合わせて移動する。そのため、動作部１２がストローク軸Ｓに沿って運動すると、角度ηも変化する。

操作部１１上の操作点１１ａを操作部１１の変位の基準として考える。外力によって操作部１１が平行移動するとき、操作部１１の任意の点が同じように平行移動する。平行移動する場合、操作点１１ａは操作部１１上の任意の点でよい。同様に、平行移動する動作部１２上の任意の動作点１２ａを動作部１２の変位の基準とする。

操作部１１の操作点１１ａは、ストローク軸Ｓに沿って、第１位置（第１操作位置）から第２位置（第２操作位置）の間で変位可能である。動作部１２の動作点１２ａは、ストローク軸Ｓに沿って、第３位置（第１動作位置）から第４位置（第２動作位置）の間で変位可能である。動作部１２は接続点１２ｂにおいて第２バネ２と接続されている。接続点１２ｂは、第２バネ２に動作部１２が接続されている点であり、動作部１２上において、第１バネ１の伸び縮みと同じ方向に変位する点である。

動作点１２ａが第３位置にあるとき、動作部１２には動作点１２ａを第３位置に保持するように保持力が働いている。動作点１２ａが第４位置にあるとき、動作部１２には動作点１２ａを第４位置に保持するように保持力が働いている。具体的には、動作部１２は、第３位置および第４位置で働く磁力によって、それぞれの位置に保持される。

以下では便宜的に、操作点１１ａが例えば第１位置にあることを、操作部１１が第１位置にあると表現することがある。動作点１２ａおよび動作部１２についても同様である。

（復帰機構５０の動作）
図２は、本実施形態の復帰機構５０の操作および復帰の動作の概略を示す図である。利用者は、操作部１１に外力として操作力を加えることにより操作部１１を運動（移動）させる。そして操作部１１の変位に応じて、動作部１２が変位する。動作部１２が移動することにより、復帰機構５０は機能を提供する。例えば後述するようにスイッチ装置が備える発電装置は、動作部１２の運動によって発電を行う。スイッチ装置は、発電された電力を用いて、操作部１１が操作されたことを示す信号を外部に出力する。

図２の（ａ）は、復帰機構５０の初期状態を示す。なお、操作部１１および動作部１２に働くバネ力を矢印で図示するが、矢印の長さは、正確な力の大きさを示すものではない。初期状態は、操作部１１に外力が加えられていない状態である。初期状態において、動作部１２は、圧縮された第３バネ３の復元力、変形した第２バネ２の復元力、および保持力（図示せず）によって第３位置に保持されている。また、初期状態において、操作部１１は圧縮された第１バネ１の復元力によって第１位置に押しつけられている。動作部１２が第３位置にあるときの角度ηをη１とする。角度ηは、動作部１２（接続点１２ｂ）が復帰する方向と、第２バネ２の復元力が動作部１２に加わる方向との間の角度である。動作部１２が第３位置にあるとき、動作部１２に働く第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分（動作部１２の運動方向の成分）は、cosη１である。動作部１２に上向きに働く力（動作部１２の復帰方向に働く力）を正としている。

図２の（ｂ）は、操作部１１に操作する力（操作力）が加えられて操作部１１が変位した状態を示す。操作部１１に外力として操作力が加えられると、操作部１１は、第１位置から第２位置へ変位する。操作部１１の変位に応じて、第１バネ１は圧縮される。

圧縮された第１バネ１の復元力が、動作部１２に働く第２バネ２の復元力、第３バネ３の復元力、および保持力の和より大きくなると、圧縮された第１バネ１の復元力により、動作部１２は第３位置から第４位置に変位する（図２の（ｃ））。第４位置に変位した動作部１２は、保持力によってそのまま第４位置に保持される（図２の（ｄ））。また、動作部１２の接続点１２ｂの変位に応じて、第２バネ２の方向が変わる（第２バネ２が回動する）ので、第２バネ２の復元力が働く方向も変化する。動作部１２が第３位置にあるときに動作部１２に第２バネ２の力が加わる方向は、動作部１２が第４位置にあるときに動作部１２に第２バネ２の力が加わる方向に対して平行ではない。

動作部１２が第４位置にあるときの角度ηをη２とする。動作部１２が第４位置にあるとき、動作部１２に働く第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分は、cosη２である。０°＜η１＜η２＜１８０°であり、cosη１＞cosη２である。すなわち、動作部１２に働く第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分（動作部１２が復帰する方向を正とした成分）は、第３位置のときより第４位置のときの方が小さく、単調減少する。そのため動作部１２が第３位置から第４位置に向かって動き始めると、第２バネ２による反発力は徐々に小さくなる。そのため、動作部１２が動き始めると、動作部１２はさらに加速される。以上で、操作部１１および動作部１２の操作時の動作が完了する。

動作部１２は、圧縮された第１バネ１の復元力が第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分、第３バネ３の復元力、および保持力の和を越えて、蓄積された弾性エネルギーが解放されるときに、第１バネ１によって動かされる。すなわち、動作部１２は、操作部１１の運動速度に関係なく、第１バネ１によって高速に動かされる。

操作部１１に対する操作力がなくなると、圧縮された第１バネ１の復元力によって、操作部１１は、第２位置から第１位置へと動き始める（図２の（ｅ））。このとき、動作部１２は、保持力および第１バネ１の復元力によって第４位置に保持されたままである。ただし、操作部１１の変位に応じて、第１バネ１の復元力は徐々に小さくなる。操作部１１は、第１位置まで移動する（図２の（ｆ））。

圧縮された第１バネ１の復元力と保持力との和が、動作部１２に働く第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分と第３バネ３の復元力との和より小さくなると、圧縮された第３バネ３の復元力により、動作部１２は第４位置から第３位置に変位する（図２の（ｇ））。第３位置に移動した動作部１２は、保持力によってそのまま第３位置に保持される（図２の（ｈ））。

動作部１２が第３位置から第４位置に向かって動き始めると、第２バネ２による上方向の力（動作部１２が復帰する方向を正とした成分）は、徐々に大きくなる。そのため、動作部１２が動き始めると、動作部１２はさらに加速される。このように復帰時も、第２バネ２があるために、動作部１２を高速で動作させることができる。以上で、操作部１１および動作部１２の復帰時の動作が完了する。

動作部１２は、第３バネ３に蓄積された弾性エネルギーが解放されるときに、第３バネ３によって動かされる。すなわち、動作部１２は、復帰する操作部１１の運動速度に関係なく、第３バネ３によって高速に動かされる。

なお、ここでは、動作部１２を復帰させるために第３バネ３を設けたが、第３バネ３を省略することもできる。例えば、動作部１２が第４位置にあるときに第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分が、上向きであり（η２＜９０°）、かつ、保持力と第１バネの復元力との和よりも大きければ、第２バネ２の復元力によって動作部１２を第３位置へ復帰させることができる。また、復帰用のバネ（第３バネ３）があれば、第３位置における角度η１は９０°より大きくてもよい。

（復帰機構５０のＦＳ特性）
図３は、本実施形態の復帰機構５０の構成およびＦＳ特性を示す図である。横軸は操作部１１のＳ（ストローク）を示し、縦軸はＦ（フォース）を示す。図３には、操作力が示されている。各ストローク位置において操作に必要な操作力は、第１バネの反発力と同じである。力が正であることは、操作部１１に上向き（第２位置から第１位置の方向）の力が加わっていることを示す。必要な操作力は、操作部１１が復帰する上向きの力（復帰力）と言うこともできる。

動作部１２に働く保持力のために、ＦＳ特性はヒステリシスになる。操作部１１の第１位置は、操作部１１の上死点（Ｓ０）からストロークＳ１の間であればよい。操作部１１の第２位置は、ストロークＳ２から操作部１１の下死点（Ｓ３）の間であればよい。

操作部１１に操作力を加えて操作部１１の上死点（Ｓ０）から変位させていく。操作部１１のストロークがＳ２に達したとき、圧縮された第１バネ１の復元力が第３位置における保持力と第２バネ２の力と第３バネ３の力との和（合力）を上回る。そのため、ストロークＳ２において、動作部１２が第３位置から第４位置に変位する。この変位に伴い、圧縮されていた第１バネ１が解放される。同時に操作力も低下する。

Ｓ２からさらに操作部１１のストロークを増加させると、第１バネ１は再び圧縮され、操作力が増加する。

一方、操作部１１に加える外力（操作力）を弱めると、第１バネ１の力によって、操作部１１が復帰する。操作部１１を第２位置から第１位置の方向へ復帰させていくと、第１バネ１の圧縮が少なくなっていく。操作部１１のストロークがＳ１に達したとき、第３バネ３の復元力が第４位置における保持力と第２バネ２の力と第１バネ１の力との和を上回る。そのため、ストロークＳ１において、動作部１２が第４位置から第３位置に変位する。この変位に伴い、第１バネ１が圧縮される。同時に復帰力は増加する。

Ｓ１からさらに操作部１１のストロークを減少させると、第１バネ１の圧縮は減少する。

復帰機構５０では、第２バネ２が設けられているため、動作部１２を第３位置から第４位置へ変位させるために、第２バネ２がない場合に比べてより大きな操作力を操作部１１に加える必要がある。また上述したように、動作部１２が第４位置に変位すると、動作部１２が第４位置から第３位置へ復帰する方向を正として、第２バネ２の力のストローク軸Ｓに沿った成分は小さくなる。そのため、動作部１２の移動距離（ストローク）を大きく設定することで、第１バネ１の圧縮をより解放することができる。そのため、ストロークＳ２での操作力の低下量を大きくすることができる。図に斜線で示す面積は、操作および復帰において、動作部１２に与えられるエネルギーを表す。

本実施形態の復帰機構５０では、より大きなエネルギーを動作部１２に与えることができる。すなわち、動作部１２を高速で運動させることができる。復帰機構５０の動作部１２を発電装置と組み合わせて発電を行う場合、動作部１２の運動エネルギーを高くすることができるため、発電量をより大きくすることができる。また、発電装置の磁石による磁力（保持力）を大きくすることなく、発電量を大きくする（動作部を高速動作させる）ことができる。

スイッチ装置の一部として復帰機構５０を用いれば、高速にスイッチ動作を行うことができる。動作部１２に電極端子に対する可動接点を設けることで、復帰機構５０自体をスイッチ装置として用いることもできる。また、動作部１２を電極端子に対する可動接点として用いる場合、接点の開離が速いので接点間にアークが生じる時間が短く、消耗を抑えることができる。

なお、第２バネ２と動作部１２および可動部１３との接続は、固定されていなくともよい。第２バネ２は、動作部１２と可動部１３との間で、それぞれに反発力を与えるように配置されていればよい。また、操作部１１および動作部１２は、それぞれ複数の部品から構成されていてもよい。

また、復帰機構を、操作時に第１バネが伸長され、復帰時に第１バネが圧縮されるように構成することもできる。例えば図１に示す操作部１１および第１バネ１を動作部１２に対して反対側に配置してもよい。この場合、操作部１１が下側（第２位置）に変位するのに応じて、第１バネ１が伸長される。伸長された第１バネ１によって動作部１２が下側（第４位置）に変位させられる。

なお、操作部１１と第１バネ１とをプランジャ等の別の部品を用いて接続してもよく、同様に、第１バネ１（または第２バネ２、第３バネ３）と動作部１２とを別の部品によって接続してもよい。

（動作部１２周辺の詳細な構成）
図４は、ねじりコイルバネである第２バネ２の詳細な構成を示す斜視図である。第２バネ２は、２つのコイル部分２ｃ、２つのアーム２ｄ、および連結アーム２ｅを備える。２つのコイル部分２ｃは、共通の軸２ａを有する。２つのコイル部分２ｃは、一方のコイル部分２ｃから外側に延びて他方のコイル部分２ｃに戻ってくるような略Ｕ字形状の連結アーム２ｅによって繋がっている。２つのコイル部分２ｃの反対側からは、それぞれアーム２ｄが同じ方向に延びている。２つのコイル部分２ｃの巻きの方向は互いに逆である。なお、２つのアーム２ｄと連結アーム２ｅとの位置が入れ替わっていてもよい。また、連結アーム２ｅは、Ｕ字形状に限らず、２つのコイル部分２ｃから外側に延びており、かつ、２つのコイル部分２ｃを連結するような、任意の形状であってよい。

図５は、復帰機構５０の動作部１２、可動部１３、第１ベース部１４、および第２バネ２の詳細な構成を示す斜視図である。図５では、操作部１１、第１バネ１、第３バネ３、および第２ベース部１５は図示を省略している。

第２バネ２および可動部１３の組は、動作部１２の両側に、対称に設けられる。動作部１２に対して２つの第２バネ２を対称に配置することで、第２バネ２の復元力のうち、ストローク軸Ｓに垂直な成分がキャンセルされる。そのため、動作部１２に働く摩擦力を低減することができる。

シャフト１６は、可動部１３に設けられた穴（軸２ａ）と、第２バネ２のコイル部分とを貫通するように配置される。シャフト１７は、可動部１３に設けられた穴（軸１３ａ）と、第１ベース部１４に設けられた穴とを貫通するように配置される。抜け止めのために、シャフト１６、１７の一端にはフランジが設けられており、他端にはＥリングが装着される。例えばＣ字型（オープンエンド）の軸受けにシャフトを嵌め込む場合と異なり、可動部１３の穴および第１ベース部１４の穴はクローズエンドであるので、挿入されたシャフト１６、１７が衝撃等で外れる虞がない。また、シャフト１６が第２バネ２の２つのコイル部分２ｃを貫通しているため、第２バネ２に加わる力によって２つのコイル部分２ｃの軸がずれることがない。そのため、第２バネ２の動作と寿命とを安定させることができる。

可動部１３の側面には、２つの突起（支持部１８および位置規制突起１９）が設けられている。なお、可動部１３の反対側の側面にも同様に支持部１８および位置規制突起１９が設けられている。第２バネ２の一方のアーム（一端２ｂ）は、支持部１８および位置規制突起１９の間に挟まれるように配置される。支持部１８は、第２バネ２の一方のアームからの力を受け、アームを支持する。位置規制突起１９は、アームからの力が掛からない側に位置している。ただし、位置規制突起１９と支持部１８とでアームを挟むことにより、スイッチ装置に強い衝撃が加わった場合でもアームが可動部１３から外れにくくなる。また、スイッチ装置を組み立てる際にも、位置規制突起１９によってアームの位置が固定されるので、組み立てが容易になる。第２バネ２の連結アーム２ｅは、動作部１２にも受けられた２つの突起に挟まれるように配置される。なお、連結アーム２ｅとアーム２ｄとは逆に配置されてもよい。

第２バネ２において、中央の連結アーム２ｅの両側に、２つのコイル部分２ｃが配置されている。２つのコイル部分２ｃはシャフト１６によって支持されている。２つのコイル部分２ｃの外側には、２つのアーム２ｄが延びている。２つのアーム２ｄは、それぞれ可動部１３の支持部１８によって支持されている。中央の連結アーム２ｅはその両側で支えられるため、動作部１２からの力が加わる中央の連結アーム２ｅが、第２バネ２の軸に対してねじれることを防ぐことができる。このように、第２バネ２は、安定して動作部１２を動作させることができる構成である。なお、本実施形態では、２つの第２バネ２を動作部１２に対して対称に配置することにより、合計４つのコイル部分２ｃが動作部１２の重心を囲むように配置される。そのため、２つの第２バネ２は、安定して動作部１２に力を加えることができる。連結アーム２ｅの両側は、２つのコイル部分２ｃによって支えられるので、連結アーム２ｅ自体がねじれにくい。そのため、連結アーム２ｅを有する第２バネ２は、回動する可動部１３に固定されるバネとして好適である。なお、第２バネ２は２つに限らず、１つの第２バネ２で動作部１２を動作させてもよい。

なお、第２バネ２は、２つのコイル部分２ｃが連結アーム２ｅで接続された形状であるが、これに限らず、連結アーム２ｅの中央で分かれた、２つのねじりコイルバネを用いてもよい。また、２つのアームと１つのコイル部分とからなる単純な１つのねじりコイルバネを第２バネ２として用いてもよい。

第１ベース部１４には、動作部１２のスライドを案内する凹部のガイド１４ａが設けられている。動作部１２の一部はガイド１４ａの凹部に嵌る。これにより、動作部１２のねじれを防止することができる。

（動作部１２の詳細な動作）
図６は、動作部１２の動作を説明する正面図である。図６の（ａ）は、動作の初期状態を示し、図６の（ｂ）は、動作の中間状態を示し、図６の（ｃ）は、動作の完了状態を示す。

初期状態（図６の（ａ））において、動作部１２は第３位置にある。操作部１１のストロークがＳ２に達すると、動作部１２は下側へ動き出す。図６の（ｂ）は、動作部１２が動いているときの状態を示す。動作部１２の移動により、連結アーム２ｅが下に押し下げられるため、連結アーム２ｅにトルクが加えられる。これにより、第２バネ２は撓む（弾性変形する）。このとき、連結アーム２ｅとアーム２ｄとの間の角度が変わるだけではなく、第２バネ２および可動部１３もシャフト１７を軸にして回動する。図６の（ｃ）は、動作部１２の移動が完了した状態、すなわち、動作部１２が第４位置にある状態を示す。

動作部１２が下側に移動すると共に、第２バネ２の軸の位置（シャフト１６の位置）も下側に移動する。また、可動部１３に固定されたアーム２ｄの角度も、連結アーム２ｅの角度と共に、同じ回転方向に変化する。それゆえ、連結アーム２ｅの先端は、動作部１２の側面に当接したまま、動作部１２の移動に合わせて変位することができる。そのため、第２バネ２の軸の位置およびアーム２ｄの位置が固定されている場合に比べて、本実施形態では、動作部１２のストロークを長くすることができる。

図７は、参考例の動作部１１２の構成を説明する正面図である。動作部１１２の両側に、ねじりコイルバネ１０２が配置されている。ねじりコイルバネ１０２の連結アーム１０２ｅは動作部１１２の凹部に掛かっており、他方のアーム１０２ｄはベース部１１４の凹部に掛かっている。ベース部１１４の位置は固定されている。ねじりコイルバネ１０２のコイル部分（軸）は、ベース部１１４に固定されている。そのため、この参考例では、動作部１１２が下側に移動したときに、ねじりコイルバネ１０２の連結アーム１０２ｅのみが変位する。動作部１１２の変位に応じて、連結アーム１０２ｅの支点（コイルと接続される位置）と動作部１１２の凹部との間の距離が変化する。そのため、参考例の構成では、動作部１１２のストロークを長くすることができない。また、無理に動作部１１２のストロークを長くすると、ねじりコイルバネ１０２の変形が大きくなるため、ねじりコイルバネ１０２の寿命が短くなってしまう。寿命を長くしつつ動作部１１２のストロークを長くするためには、連結アーム１０２ｅを長くし、ねじりコイルバネ１０２の軸の位置を動作部１１２からより離す必要がある。しかしながら、ねじりコイルバネ１０２のサイズを大きくすることはスイッチ装置のサイズを大きくすることに繋がる。なお、ねじりコイルバネ１０２のコイル部分（軸）を固定せずにフリーにすると、動作部１１２の変位に応じてアーム１０２ｄの向き（角度）が変わる。これは、アーム１０２ｄが当接しているベース部１１４の凹部に摩耗を生じさせるため、耐久性を低下させる一因となる。

本実施形態では、動作部１２と第１ベース部１４との間に可動の可動部１３を設け、動作部１２と可動部１３との間で働くねじりコイルバネである第２バネ２を配置する。動作部１２の変位に応じて可動部１３が移動するため、第２バネ２の寿命を長くしつつ、スイッチ装置のサイズを小さくすること、および、動作部１２のストロークを長くすることを両立することができる。また、第２バネ２が動作部１２を加速させるので、発電量を大きくすることができる。

また、第２バネ２のアーム２ｄは、支持部１８と位置規制突起１９とに挟まれて固定されている。可動部１３に対するアーム２ｄの角度は固定されているため、動作部１２の変位によってアーム２ｄと可動部１３との間で摺動が起こることはない。そのため、アーム２ｄおよび可動部１３の摩耗を防ぐことができる。また、可動部１３を設けることで、連結アーム２ｅとアーム２ｄとの間の角度を大きくすることができる（直線に近くすることができる）。連結アーム２ｅとアーム２ｄとの間の角度がある程度大きい方が、組み立てやすい。

なお、第２バネ２の代わりに他のバネ（板バネまたは圧縮コイルバネ等）を用いて、本実施形態と同様の寿命とストロークとを実現しようとすると、より大きなサイズの板バネまたは圧縮コイルバネ等を用いる必要が生じる。そのため、スイッチ装置の小型化の観点から、本実施形態のようにねじりコイルバネを用いることが好ましい。

なお、可動部１３と第１ベース部１４との間に、他の部材が介在してもよい。例えば、可動部１３と第１ベース部１４との間に、別の可動部（第２の可動部）を設けてもよい。例えば、可動部１３は連結された第２の可動部に対して回動し、第２の可動部は連結された第１ベース部１４に対して回動する。さらに、可動部１３と第２の可動部との間に別のねじりコイルバネを設け、別のねじりコイルバネの一方のアームを可動部１３に固定し、他方のアームを第２の可動部に固定してもよい。

（発電装置の構成）
図８は、発電装置４６の構成を示す斜視図である。本実施形態のスイッチ装置は、復帰機構５０と、発電装置４６と、発信装置とを備える。発電装置４６は、アマチュア４１（電機子）、コイル４２、２つのヨーク４３ａ・４３ｂ、および磁石４４を備える。アマチュア４１は、プランジャ等で動作部１２と結合しており、動作部１２に連動して動く。

図９は、発電装置４６の構成を示す正面図である。図９の（ａ）は、動作部１２が第３位置にある状態を示し、図９の（ｂ）は、動作部１２が第４位置にある状態に対応する。

アマチュア４１は鉄等の強磁性体である。アマチュア４１はＵ字型の形状をしている。アマチュア４１は、中央付近（磁石４４の付近）にある支点を中心に、２つのヨーク４３ａ・４３ｂの間で回転可能である。アマチュア４１は、動作部１２の変位に応じて、２つのヨーク４３ａ・４３ｂの間で回転する。２つのヨーク４３ａ・４３ｂは、その間に配置された磁石４４（永久磁石）によって磁化されている。アマチュア４１は、コイル４２の中を通過するよう配置されている。

動作部１２が第３位置にある状態（図９の（ａ）に示す状態）において、アマチュア４１は、一端が一方のヨーク４３ａに接し、他端が他方のヨーク４３ｂに接する。アマチュア４１は、両端に働く磁力（保持力）によって、この位置（第３位置に対応する位置）に保持される。これにより、動作部１２はアマチュア４１と連動しているので、動作部１２も第３位置に保持される。アマチュア４１を動作部１２の一部と見なすこともできる。

一方、動作部１２が第４位置にある状態（図９の（ｂ）に示す状態）において、アマチュア４１は、上記一端が他方のヨーク４３ｂに接し、上記他端が一方のヨーク４３ａに接する。アマチュア４１は、両端に働く磁力（保持力）によって、この位置（第４位置に対応する位置）に保持される。これにより、動作部１２はアマチュア４１と連動しているので、動作部１２も第４位置に保持される。

２つのヨーク４３ａ・４３ｂの対向する面は互いに逆の磁極になっているため、動作部１２が第３位置から第４位置に移動すると、アマチュア４１の磁化の方向が反転する。そのため、コイル４２を通過する磁束の向きが反転し、コイル４２に磁束の変動に応じた誘導電流が流れる。発電装置４６はこのようにして発電を行う。時間当たりの磁束の変化が大きい方が大きな誘導電流が流れる。スイッチ装置の復帰機構５０は、第１バネ１および第２バネ２によって高速で動作部１２を運動させることができるので、発電効率がよい。また、動作部１２のストロークを大きくすることができるので、発電効率がよい。

コイル４２は、リード線等により発信装置（図示せず）に接続されている。発信装置は、コイル４２で発電された電力を用いて、無線または有線により、外部の装置に信号を発信する。発信装置は、操作部１１が第１位置から第２位置に操作されたとき（すなわち動作部１２が第３位置から第４位置に移動したとき）に、操作部１１が第２位置にあること（または動作部１２が第４位置にあること）を示す信号を、外部の装置に発信する。一方、発信装置は、操作部１１が第２位置から第１位置に復帰したとき（すなわち動作部１２が第４位置から第３位置に復帰したとき）に、操作部１１が第１位置にあること（または動作部１２が第３位置にあること）を示す信号を、外部の装置に発信する。

よって、スイッチ装置は、操作部１１の位置または動作部１２の位置に応じた信号を外部の装置に発信するスイッチ装置として機能する。スイッチ装置は、利用者が操作する操作スイッチ、および、対象物の位置を検出するリミットスイッチ（検出スイッチ）等として利用することができる。

なお、発信装置は、操作部１１または動作部１２の位置に関わらず、発電された電力を用いて所定の信号を発信するように構成することもできる。また、発電装置４６と復帰機構５０とを、単なる発電装置として利用することもできる。

なお、スイッチ装置は、発電装置４６の代わりに、電池または外部電源を有する構成とすることもできる。この場合、発信装置は、電池または外部電源から供給される電力を用いて動作部１２の位置に応じた信号を生成する。

なお、利用者または位置検出の対象物が、直接的に操作部１１を操作する構成であってもよいし、間接的に操作部１１を操作する構成であってもよい。例えば、利用者が操作するレバー等の回転動作を、操作部１１の動作に変換してもよい。

（保持力の具体例）
図１０は、保持力の具体例を示す図である。図１０の（ａ）は、保持力として磁力を用いる場合を示す。復帰機構は、動作部１２を挟んで対向する２つの磁石２１ａ・２１ｂを備える。この場合、動作部１２は強磁性体である。第３位置にある動作部１２は、上側の磁石２１ａの磁力によって第３位置に保持され、第４位置にある動作部１２は、下側の磁石２１ｂの磁力によって第４位置に保持される。なお２つの磁石２１ａ・２１ｂは、図示しない箇所においてつながっていてもよい。

図１０の（ｂ）は、保持力として粘着力を用いる場合を示す。復帰機構は、動作部１２を挟んで対向する２つの支持体２２ａ・２２ｂを備える。動作部１２の上側面および下側面にはそれぞれ粘着体２３ａ・２３ｂが設けられている。粘着体２３ａ・２３ｂが支持体２２ａ・２２ｂに粘着することで、動作部１２は第３位置および第４位置に保持される。粘着体２３ａ・２３ｂは、それぞれ２つの支持体２２ａ・２２ｂの対向する面に設けられていてもよい。

図１０の（ｃ）は、保持機構としてスナップフィットを用いる場合を示す。復帰機構は、動作部１２を挟んで対向する２つの支持体２２ａ・２２ｂを備える。復帰機構は、動作部１２を第３位置または第４位置に押しつける弾性体２４を備える。動作部１２が移動するときに弾性体２４は弾性変形する。

図１０の（ｄ）は、保持力としてバネ力を用いる場合を示す。復帰機構は、動作部１２を挟んで対向する２つの支持体２２ａ・２２ｂと第５バネ５とを備える。第５バネ５は、一端が他の部材に固定され、他端が動作部１２に接続されている。第３位置において、圧縮された第５バネ５の復元力は上側に働き、第４位置において、圧縮された第５バネ５の復元力は下側に働く。第２バネ２を第５バネ５の代わりとすることもできる。

なお、保持力は第３位置および第４位置のいずれか一方にある動作部１２に働く構成であってもよく、他方の位置にある動作部１２には働かなくてもよい。例えば、第３位置にある動作部１２にのみ保持力が働く場合、操作時において動作部１２は第１バネ１によって高速に動作させられ、復帰時においては動作部１２は操作部１１の速度に応じた速度で復帰する。逆に、第４位置にある動作部１２にのみ保持力が働く場合、操作時において動作部１２は操作部１１の速度に応じた速度で動作させられ、復帰時においては動作部１２は第１バネ１によって高速に復帰する。なお、第３位置および第４位置のいずれにおいても保持力が働かない構成であってもよい。この場合でも、動作部１２の位置に応じた第２バネ２の力のストローク軸に沿った成分の変化により、動作部１２を加速することができる。また、操作部１１および第１バネ１を省略し、利用者が動作部１２を操作してもよい。

〔実施形態２〕
以下に、本発明に係る他の実施形態について説明する。本実施形態のスイッチ装置は、第３バネの代わりに復帰用に第４バネを設ける点が実施形態１とは異なる。

（復帰機構５１の構成）
図１１は、本実施形態のスイッチ装置が備える復帰機構５１の操作および復帰の動作の概略を示す図である。第４バネ４によって操作部１１および動作部１２の自己復帰を実現することができる。

復帰機構５１（加速機構）は、操作部１１、動作部１２、可動部１３、第１ベース部１４（図示せず）、第２ベース部１５、第１バネ１、第２バネ２、および第４バネ４を備える。第４バネ４は、操作部１１と第２ベース部１５とを接続している。第４バネ４が操作部１１に力を加える方向は、操作部１１が運動可能な方向に平行である。

実施形態１と同様に、操作部１１は操作力に応じて第１位置と第２位置との間で変位し、動作部１２は第３位置と第４位置との間で変位する。本実施形態では、復帰時に、第４バネ４が操作部１１を第２位置から第１位置へ復帰させ、それによって伸長された第１バネ１が動作部１２を引っ張り、動作部１２を第４位置から第３位置へ復帰させる。

第２バネ２（ねじりコイルバネ）は動作部１２の運動方向に対して斜めに作用する。そのため、動作部１２に働く第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分（動作部１２が復帰する方向を正とした成分）は、第３位置のときより第４位置のときの方が小さく、単調減少する。そのため動作部１２が第３位置から第４位置に向かって動き始めると、第２バネ２による反発力は徐々に小さくなる。そのため、動作部１２が動き始めると、動作部１２はさらに加速される。また、復帰時においても、動作部１２が第４位置から第３位置に動き始めると、増加する第２バネ２のストローク軸Ｓに沿った力成分によって動作部１２は加速される。

図１１の（ａ）は、復帰機構５１の初期状態を示す。なお、操作部１１および動作部１２に働くバネ力を矢印で図示するが、矢印の長さは、正確な力の大きさを示すものではない。初期状態は、操作部１１に外力が加えられていない状態である。初期状態において、動作部１２は、変形した第２バネ２の復元力（反発力）、および保持力（図示せず）によって第３位置に保持されている。また、初期状態において、操作部１１は圧縮された第１バネ１の復元力および圧縮された第４バネ４の復元力によって第１位置に押しつけられている。

図１１の（ｂ）は、操作部１１に操作する力（操作力）が加えられて操作部１１が変位した状態を示す。操作部１１に外力として操作力が加えられると、操作部１１は、第１位置から第２位置へ変位する。操作部１１の変位に応じて、第１バネ１および第４バネ４は圧縮される。

圧縮された第１バネ１の復元力が、動作部１２に働く第２バネ２の復元力、および保持力の和より大きくなると、圧縮された第１バネ１の復元力により、動作部１２は第３位置から第４位置に変位する（図１１の（ｃ））。第４位置に変位した動作部１２は、保持力によってそのまま第４位置に保持される（図１１の（ｄ））。また、動作部１２の接続点１２ｂの変位に応じて、第２バネ２の方向が変わる（第２バネ２が回動する）ので、第２バネ２の復元力が働く方向も変化する。

動作部１２に働く第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分（動作部１２が復帰する方向を正とした成分）は、第３位置のときより第４位置のときの方が小さく、単調減少する。そのため動作部１２が第３位置から第４位置に向かって動き始めると、第２バネ２による反発力は徐々に小さくなる。そのため、動作部１２が動き始めると、動作部１２はさらに加速される。以上で、操作部１１および動作部１２の操作時の動作が完了する。

操作部１１に対する操作力がなくなると、圧縮された第４バネ４の復元力によって、操作部１１は、第２位置から第１位置へと動き始める（図１１の（ｅ））。このとき、動作部１２は、保持力および第１バネ１の復元力によって第４位置に保持されたままである。

操作部１１が第１位置まで復帰したとき、第１バネ１は自然長より伸張された状態になる（図１１の（ｆ））。伸長された第１バネ１の復元力は、動作部１２を引き上げる方向に働く。伸長された第１バネ１の復元力が、動作部１２に働く第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分と保持力との和より大きくなると、伸長された第１バネ１の復元力により、動作部１２は第４位置から第３位置に変位する（図１１の（ｇ））。動作部１２の復帰の途中で第１バネ１が圧縮されても、第２バネ２の復元力のストローク軸Ｓに沿った成分が上向きに動作部１２に働く。そのため、操作部１１は第３位置まで復帰する（図１１の（ｈ））。以上で、操作部１１および動作部１２の復帰時の動作が完了する。

動作部１２は、第１バネ１に蓄積された弾性エネルギーが解放されるときに、第１バネ１によって動かされる。すなわち、動作部１２は、復帰する操作部１１の運動速度に関係なく、第１バネ１によって高速に動かされる。

なお、復帰機構５０・５１の操作部１１は、回転する構成であってもよい。この場合、操作部１１の回転に応じて、操作部１１の操作点に接続された第１バネ１が圧縮または伸長される。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、スイッチ装置に利用することができる。

１ 第１バネ（加速バネ）
２ 第２バネ（ねじりコイルバネ）
２ｃ コイル部分
２ｄ アーム
２ｅ 連結アーム
３ 第３バネ
４ 第４バネ
５ 第５バネ
１１ 操作部
１２ 動作部
１３ 可動部
１４ 第１ベース部（ベース部）
１５ 第２ベース部
１６、１７ シャフト
１８ 支持部
１９ 位置規制突起
２１ａ・２１ｂ・４４ 磁石
４１ アマチュア
４２ コイル
４３ａ・４３ｂ ヨーク
４６ 発電装置
５０・５１ 復帰機構

Claims (11)

1. 動作部の位置に応じて切り替わるスイッチ装置であって、
   前記動作部と、可動部と、ベース部と、前記動作部と前記可動部との間で働くねじりコイルバネとを備え、
   前記可動部は、該可動部を支持する前記ベース部に対して可動であり、
   前記動作部は、第１動作位置と第２動作位置との間で運動し、
   前記動作部が前記第１動作位置にあるときに、前記ねじりコイルバネの力が前記動作部に加わる方向は、前記動作部が前記第２動作位置にあるときに、前記ねじりコイルバネの力が前記動作部に加わる方向に対して平行ではないことを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記ねじりコイルバネの一方のアームは、前記可動部に対して固定されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記可動部は、位置規制突起と、前記ねじりコイルバネの前記アームからの力を受ける支持部とを備え、
   前記ねじりコイルバネの前記アームは、前記支持部と前記位置規制突起との間に挟まれるように配置されることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
4. 前記可動部は、前記ベース部に対して回動可能であり、前記動作部の運動に応じて回動することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
5. 前記可動部は、前記可動部および前記ベース部を貫通するシャフトによって、前記ベース部に回動可能に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のスイッチ装置。
6. 前記ねじりコイルバネの軸は、前記可動部に固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
7. 前記ねじりコイルバネの前記軸は、前記ねじりコイルバネのコイル部分を貫通するシャフトによって、前記可動部に固定されていることを特徴とする請求項６に記載のスイッチ装置。
8. 前記ねじりコイルバネは、
   共通の軸を有する２つのコイル部分と、
   前記２つのコイル部分を繋ぐ連結アームと、
   前記２つのコイル部分からそれぞれ延びる２つのアームとを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
9. 前記ねじりコイルバネの力のうち前記動作部の運動方向の成分は、前記動作部が前記第２動作位置から前記第１動作位置に復帰する方向を正として、前記動作部が前記第１動作位置にあるときよりも前記第２動作位置にあるときの方が小さいことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
10. 操作部と、
    前記操作部と前記動作部との間で働く加速バネとを備え、
    前記操作部は、外力によって第１操作位置から第２操作位置に運動し、
    前記動作部は、前記操作部の前記第１操作位置と前記第２操作位置との間での運動に応じて、前記第１動作位置と前記第２動作位置との間で運動し、
    前記加速バネは、前記操作部に加わる外力によって蓄積された弾性エネルギーによって前記動作部を運動させるものであり、
    前記動作部には、前記動作部が前記第１動作位置および前記第２動作位置のうち少なくともいずれか一方の位置にある場合、前記動作部を該位置に保持しようとする保持力が働いていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
11. 磁石と、コイルとを備え、
    前記動作部の運動に連動して、前記コイルを通過する、前記磁石の磁束を変動させることによって、前記コイルに電流を誘導することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のスイッチ装置。

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