JP2019114382A

JP2019114382A - スイッチ

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Publication number: JP2019114382A
Application number: JP2017246010A
Authority: JP
Inventors: 賢太久保; Kenta Kubo; 圭一郎山本; Keiichiro Yamamoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP6519646B1

Abstract

【課題】操作者の操作感を好適に向上させることができるスイッチを提供する。【解決手段】ストロークにおけるスイッチ切り換え地点において荷重をピーク荷重Ｆｐからボトム荷重Ｆｂに低下させることにより、操作者に操作完了を認識させるスイッチ１において、スイッチ切り換え地点までのストローク量Ｓｐと、スイッチ切り換え地点に至るまでのストロークに対する荷重の変化率を、操作者における心地よさを制御する制御因子とするとともに、スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比と、スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合を、操作者における覚醒度を制御する制御因子として、スイッチ１のＦ−Ｓ特性を設定するようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、車両内の各種機器等に用いられるスイッチに関するものである。

自動車等の車両内の各種機器等においては、クリック式のスイッチ（タクタイル・スイッチ）が用いられてきている。このようなスイッチにおいては、適切な操作性が得られるように、スイッチのストローク（操作量）に対する荷重（操作力）の関係（Ｆ−Ｓ特性）の設定がなされる。例えば、特許文献１（特開２０１３−８９５２０）には、スイッチ装置におけるＦ−Ｓ特性の設定例が開示されている。

特開２０１３−８９５２０

このようなスイッチにおいては、スイッチの操作者にとって、より好適な操作感が得られるものが求められていた。しかしながら、操作者の操作感を構成する様々な要素（例えば操作の心地よさ）が、Ｆ−Ｓ特性のどのような制御因子をどのように調整すれば好適に高められるかについては知られていなかった。

本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、操作者の操作感を好適に向上させることができるスイッチを提供することである。

前記目的を達成するため、本発明にあっては、次のような解決方法を採択している。すなわち、請求項１に記載のように、スイッチ操作のために押圧可能な押圧部と、前記押圧部のストロークに対して所定のＦ−Ｓ特性に基づいて抵抗荷重を与えるとともに、前記押圧部のストロークが、スイッチがオンに切り換わるスイッチ切り換え地点に到達したときに、荷重を所定のボトム荷重まで低下させる荷重付与手段とを備えたスイッチにおいて、スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量と、スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至るまでのストロークに対する荷重の変化率と、スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比と、スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合とを制御因子として、前記Ｆ−Ｓ特性を設定するようにした。

上記解決手法によれば、スイッチの操作感に大きな影響を与える制御因子を管理することにより、スイッチのＦ−Ｓ特性を設定するようにしたので、好適な操作感を有するスイッチを提供することができる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載の通りである。すなわち、前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量と、前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至るまでのストロークに対する荷重の変化率は、前記押圧部の操作者における心地よさを制御する制御因子として用いられる（請求項２対応）。この場合、操作者における心地よさに関連する制御因子が個別に制御されるので、操作者における心地よさを好適に高めることができる。

前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量と、前記スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比と、前記スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合は、前記押圧部の操作者における覚醒度を制御する制御因子として用いられる（請求項３対応）。この場合、操作者における覚醒度に関連する制御因子が個別に制御されるので、操作者における覚醒度を好適に高めることができる。

前記制御因子は、前記押圧部のストロークがスイッチ切り換え地点に達するまでは前記操作者における心地よさを高める一方、前記押圧部のストロークがスイッチ切り換え地点に達した後には前記操作者における覚醒度を高めるように設定される（請求項４対応）。この場合、操作者における心地よさと覚醒度を、バランスよく向上させることができる。

前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量は、０．５ｍｍから０．６ｍｍの範囲内に設定される（請求項５対応）。この場合、スイッチ切り換え地点までのストローク量が、操作者における心地よさを高める値に適切に設定される。

前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至るまでのストロークに対する荷重の変化率は、前記Ｆ−Ｓ特性曲線におけるスイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至る各地点において、７．５Ｎ／ｍｍから８．５Ｎ／ｍｍの範囲内に設定される（請求項６対応）。この場合、荷重の変化率が、操作者における心地よさを高める値に適切に設定される。

前記スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比は、前記Ｆ−Ｓ特性曲線におけるスイッチ切り換え地点から荷重が前記ボトム荷重となる地点に至る線分の傾きに対するスイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至る線分の傾きの絶対値の比として算出され、５倍から１０倍の範囲内に設定される（請求項７対応）。この場合、スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比が、操作者における覚醒度を好適に高める値に適切に設定される。

前記スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合は、スイッチ切り換え地点における荷重に対する前記ボトム荷重の比であり、５０％から６０％の範囲内に設定される（請求項８対応）。この場合、スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合が、操作者における覚醒度を好適に高める値に適切に設定される。

前記スイッチ切り換え地点における前記Ｆ−Ｓ特性の曲率半径が、前記操作者における覚醒度を制御する制御因子として用いられる（請求項９対応）。この場合、操作者における覚醒度が好適に高められる。

本発明によれば、スイッチにおいて、操作者の心地よさに関連した制御因子と操作者の覚醒度に関連した制御因子のそれぞれを適切に調整することにより、Ｆ−Ｓ特性を設定するようにしたので、操作者の心地よさと覚醒度を同時に好適に高めることができ、操作感の良いスイッチを得ることができる。

本発明が適用されるスイッチの一例を示す概略断面図。スイッチにおけるＦ−Ｓ特性曲線の一例を示す図。ピークストロークと心地よさの関係についての実験結果を示す図。ピークまでの傾きと心地よさの関係についての実験結果を示す図。ピーク前後における傾きの比と覚醒度の関係についての実験結果を示す図。クリック率と覚醒度の関係についての実験結果を示す図。ピークにおけるＦ−Ｓ特性の曲率半径と覚醒度の関係についての実験結果を示す図。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１には、本発明の実施形態におけるスイッチ１を示す。図示されるように、タクタイル・スイッチであるスイッチ１は、ハウジング２上に載置されたアウターステム３と、アウターステム３の下側に接触した状態でハウジング２内に配置されたインナーステム４とを備えている。

アウターステム３は、可撓性のある材料（例えばゴム）で形成された押圧部（操作部）であり、スイッチ１の操作者により頂部３Ａが押圧されることで、撓み部３Ｂが変形して、下方に向けて操作（移動）可能となっている。また、インナーステム４は、ハウジング２の内面に設けたレール５に沿って上下に移動可能とされており、アウターステム３の操作量（ストローク）にしたがって下方に移動する。

インターステム４の下側には、荷重付与手段であるドーム部材６が配置されている。ドーム部材６は、例えば金属からなる椀形状の反転式バネ部材であり、初期状態では上側に凸状態となっており、インターステム４の下面と接触した状態にある。この状態からアウターステム３の押圧を開始すると、アウターステム３の下方に向けたストロークに応じて、ドーム部材６は、初期状態から下方に撓んでいき、この変形に伴う抵抗荷重をアウターステム３のストロークに対して付与するようになっている。

アウターステム３のストローク（ドーム部材６の下側への変形）がスイッチ切り換え地点に達すると、ドーム部材６は、凹状態（下側に凸状態）に反転した状態となる。これにより、ドーム下側に配置された接点７に接触し、スイッチがオンに切り換わる。また、これと同時に、ドーム部材６の反転により、アウターステム３のストロークに付与される荷重は急激に低下する。この荷重の急激な低下によって、操作者に対するクリック感が創出され、操作者はスイッチが切り換わったこと（スイッチ操作の完了）を認識することができるようになっている。

なお、ドーム部材６は、操作力が解除されると、初期状態（凸状態）に戻り、スイッチはオフに切り換わる。また、これに伴って、アウターステム３及びインナーステム４も初期位置に復帰するようになっている。

図２には、スイッチ１におけるＦ−Ｓ特性の一例を示す。ここで、Ｆ−Ｓ特性とは、操作部（アウターステム３）のストローク（操作量）に対する荷重（操作力）の関係であり、図２においては、横軸にストロークが、縦軸に荷重が示されている。図示されるように、Ｆ−Ｓ特性において、押圧開始地点０（特性曲線の初期位置Ｉ）から押圧が開始され、ストローク量が増加していくと、これに対する荷重も増大していく。そして、ストロークがピークストロークＳｐに至る（つまり、ストロークがスイッチ切り換え地点に至る）と、特性曲線はピークＰに達し（荷重はピーク荷重Ｆｐに達し）、その後のストロークでは、荷重がボトム荷重Ｆｂまで急激に低下する（特性曲線はボトムＢに至る）。

本発明は、このようなＦ−Ｓ特性を有するスイッチにおける操作感が、以下の５つの制御因子（１）〜（５）を適切に設定することにより、好適に制御できるという知見に基づくものである。
（１）ピークストロークＳｐ
（２）ピークＰに至るまでのＦ−Ｓ特性曲線の傾き（変化率）
（３）ピークＰの前後におけるＦ−Ｓ特性曲線の変化割合の比
（４）クリック率
（５）ピークＰにおけるＦ−Ｓ特性曲線の曲率半径Ｒ
これらの制御因子を適切に設定することにより、操作者に好適な操作感（後述する「心地よさ」及び「覚醒度」）を付与できるＦ−Ｓ特性を生成することができる。

ここで、上記（１）ピークストロークＳｐは、押圧部のスイッチ操作開始位置からスイッチ切り換え地点までのストローク量である。また、上記（２）Ｆ−Ｓ特性曲線の傾きは、Ｆ−Ｓ特性曲線におけるストロークに対する荷重の変化率であり、初期位置ＩからピークＰに至る各地点における傾きが所定範囲内となるように設定される。

また、上記（３）ピークＰの前後におけるＦ−Ｓ特性曲線の変化割合の比は、Ｆ−Ｓ特性曲線の初期位置ＩからピークＰに至るまでの全体の傾きとピークＰからボトムＢに至るまでの全体の傾きの比を意味し、例えば、Ｆ−Ｓ特性曲線におけるピークＰ（スイッチ切り換え地点）からボトムＢ（荷重が前記ボトム荷重Ｆｂとなる地点）に至る線分Ｘの傾きの絶対値に対する初期位置Ｉ（スイッチ操作開始地点）からピークＰに至る線分Ｙの傾きの絶対値の比（何倍になっているか）として算出され、この算出値が所定の範囲内となるように設定される。

また、上記（４）クリック率は、スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合を意味し、ピーク荷重Ｆｐ（スイッチ切り換え地点における荷重）に対するピーク荷重Ｆｐからボトム荷重Ｆｂへの低下量（Ｆｐ−Ｆｂ）の比として、以下の式で算出される。
クリック率（％）＝［（Ｆｐ−Ｆｂ）／Ｆｐ］×１００
上記制御因子（１）〜（５）のうち、（１）ピークストロークＳｐ及び（２）ピークＰに至るまでのＦ−Ｓ特性曲線の傾きは、操作者の感じる心地よさを制御するための制御因子である。これらの制御因子を適切な範囲に設定することにより、操作者の感じる心地よさを高めることができる。

ここで、「心地よさ」は、操作者の副交感神経の働きが優勢となっている状態（操作者がリラックスしている状態）に相当するもので、例えば、心拍揺らぎ（心拍間隔のばらつき）が大きくなるほど、副交感神経の働きが優勢であり、心地よさの程度が高いと評価されることになる。

一方、上記制御因子（１）〜（５）のうち、（３）ピークＰの前後におけるＦ−Ｓ特性曲線の変化割合の比と、（４）クリック率と、（５）ピークＰにおけるＦ−Ｓ特性曲線の曲率半径Ｒは、操作者における覚醒度を制御するための因子である。また、（１）ピークストロークＳｐについては、操作者における覚醒度を制御するための因子としても用いられ得る。これらの制御因子を適切な範囲に設定することにより、操作者における覚醒度を高めることができる。

ここで、「覚醒度」は、操作者の交感神経の働きが優勢となっている程度（操作者の目が覚めるような程度）に相当するもので、例えば心拍数が大きくなるほど、交感神経の働きが優勢であり、覚醒度が高いと評価されることになる。

図３から図７には、各制御因子（１）〜（５）と操作者における心地よさ又は覚醒度との関係についての実験結果のグラフを示す。各グラフにおいて、点は実験データを表し、曲線は実験データに基づいて算出された制御因子と心地よさ又は覚醒度との関係を示している。

図３には、ピークストロークＳｐと快指数の関係についての実験結果のグラフを示す。ここで、快指数は、操作者の心地よさの程度を示すパラメータであり、数値が大きくなるほど心地よさの程度が高くなるものである。グラフから分かるように、ピークストロークＳｐが、０．５ｍｍ〜０．６ｍｍであるときには、快指数が高い一方、ピークストロークＳｐが長くなり過ぎると、快指数は低下する。

図４には、ピークＰに至るまでのＦ−Ｓ特性曲線の傾きと快指数の関係についての実験結果のグラフを示す。グラフから分かるように、快指数は、Ｆ−Ｓ特性曲線の傾きが大きくなるほど高くなり、Ｆ−Ｓ特性曲線の傾きが、７．５Ｎ／ｍｍ〜８．５Ｎ／ｍｍに達すると好適に高い値となる。

図５には、ピークＰの前後におけるＦ−Ｓ特性曲線の変化割合の比（図２における傾きＸとＹの絶対値の比）と覚醒指数の関係についての実験結果のグラフを示す。ここで、覚醒指数は、操作者の覚醒度を示すパラメータであり、数値が大きくなるほど操作者の覚醒度が高くなるものである。グラフから分かるように、傾きの比が５倍〜１０倍の場合に、覚醒度は好適に高くなる。

図６には、クリック率と覚醒指数の関係についての実験結果のグラフを示す。グラフから分かるように、クリック率が大きくなるほど覚醒度は大きくなり、５０％を超えると特に覚醒度が高められる。

図７には、ピークＰにおけるＦ−Ｓ特性曲線の曲率半径Ｒと覚醒指数の関係についての実験結果のグラフを示す。本グラフにおいて、横軸は、ピークのＲに対応するパラメータを示している。グラフから分かるように、ピークのＲが適切な値に設定されると、覚醒度は高くなる。

上記実験結果等を考慮した各制御因子の具体的な設定例は、以下の通りである。

まず、ピークストロークＳｐは、図３の実験結果等に基づいて、例えば、０．５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内に設定される。また、ピークＰに至るまでのＦ−Ｓ特性曲線の傾きは、図４の実験結果等に基づいて、例えば、７．５Ｎ／ｍｍ〜８．５Ｎ／ｍｍの範囲内に設定される。これらの設定により、操作者の心地よさを好適に高めることができる。

また、ピークＰの前後におけるＦ−Ｓ特性曲線の変化割合の比は、図５の実験結果等に基づいて、例えば、５倍以上、更に好ましくは５倍〜１０倍の範囲内になるように設定される。また、クリック率は、図６の実験結果等に基づいて、例えば、５０％以上、更に好ましくは５０％〜６０％の範囲内になるように設定される。これらの設定により、操作者の覚醒度を好適に高めることができる。

以上のように、本発明によれば、スイッチのＦ−Ｓ特性における制御因子を、操作者の心地よさを高めるための制御因子と覚醒度を高めるための制御因子に分けて、それぞれの制御因子毎に適切な値を設定することができるので、スイッチ操作における操作者の心地よさと覚醒度を同時に好適に高めることができる。

また、心地よさを高めるための制御因子（ピークストロークＳｐ、ピークＰに至るまでのＦ−Ｓ特性曲線の傾き）は、スイッチ操作がピークＰ（スイッチ切り換え地点）に至るまでの前半部分に関係する因子であり、覚醒度を高めるための制御因子（ピークストロークＳｐ、ピークＰの前後におけるＦ−Ｓ特性の傾きの比、クリック率、ピークＰにおけるＦ−Ｓ特性曲線の曲率半径Ｒ）は、スイッチ操作がピークＰに達した後の後半部分に関係する因子となっている。したがって、本発明は、スイッチ操作がスイッチ切り換え地点に至るまでは操作者の心地よさを高める一方で、スイッチ操作がスイッチ切り換え地点に達した後には操作者の覚醒度を高めることにより、最適な操作感を得るものである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば、上記実施形態で示したスイッチ１は、本発明の適用されるスイッチの一例であり、本発明は、実施形態とは異なる構成のスイッチにも当然に適用可能である。

本発明は、車両内の各種機器等におけるタクタイル・スイッチにおいて、操作感を高めるために利用できる。

１スイッチ
２ハウジング
３アウターステム
４インターステム
５レール
６ドーム部材
７接点
Ｉ初期位置
Ｐピーク
Ｂボトム
Ｓｐピークストローク
Ｆｐピーク荷重
Ｆｂボトム荷重

前記目的を達成するため、本発明にあっては、次のような解決方法を採択している。すなわち、請求項１に記載のように、スイッチ操作のために押圧可能な押圧部と、前記押圧部のストロークに対して所定のＦ−Ｓ特性に基づいて抵抗荷重を与えるとともに、前記押圧部のストロークが、スイッチがオンに切り換わるスイッチ切り換え地点に到達したときに、荷重を所定のボトム荷重まで低下させる荷重付与手段とを備えたスイッチにおいて、スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量が、０．５ｍｍから０．６ｍｍの範囲内に設定され、スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至るまでのストロークに対する荷重の変化率が、前記Ｆ−Ｓ特性曲線におけるスイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至る各地点において、７．５Ｎ／ｍｍから８．５Ｎ／ｍｍの範囲内に設定され、前記Ｆ−Ｓ特性曲線におけるスイッチ切り換え地点から荷重が前記ボトム荷重となる地点に至る線分の傾きに対するスイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至る線分の傾きの絶対値の比として算出されるスイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比が、５倍から１０倍の範囲内に設定され、スイッチ切り換え地点における荷重に対する前記ボトム荷重の比であるスイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合が、５０％から６０％の範囲内に設定される。

上記解決手法によれば、スイッチの操作感に大きな影響を与える制御因子を管理する（スイッチ切り換え地点までのストローク量と、荷重の変化率を、操作者における心地よさを高める値に設定し、スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比と、スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合を、操作者における覚醒度を好適に高める値に設定する）ことにより、スイッチのＦ−Ｓ特性を設定するようにしたので、好適な操作感を有するスイッチを提供することができる。

Claims

スイッチ操作のために押圧可能な押圧部と、
前記押圧部のストロークに対して所定のＦ−Ｓ特性に基づいて抵抗荷重を与えるとともに、前記押圧部のストロークが、スイッチがオンに切り換わるスイッチ切り換え地点に到達したときに、荷重を所定のボトム荷重まで低下させる荷重付与手段と
を備えたスイッチにおいて、
スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量と、
スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至るまでのストロークに対する荷重の変化率と、
スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比と、
スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合と
を制御因子として、前記Ｆ−Ｓ特性を設定するようにしたスイッチ。
請求項1に記載のスイッチにおいて、
前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量と、前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至るまでのストロークに対する荷重の変化率は、前記押圧部の操作者における心地よさを制御する制御因子として用いられるスイッチ。
請求項1又は請求項２に記載のスイッチにおいて、
前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量と、前記スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比と、前記スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合は、前記押圧部の操作者における覚醒度を制御する制御因子として用いられるスイッチ。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスイッチにおいて、
前記制御因子は、前記押圧部のストロークがスイッチ切り換え地点に達するまでは前記操作者における心地よさを高める一方、前記押圧部のストロークがスイッチ切り換え地点に達した後には前記操作者における覚醒度を高めるように設定されるスイッチ。
請求項1から請求項４のいずれか1項に記載のスイッチにおいて、
前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点までのストローク量は、０．５ｍｍから０．６ｍｍの範囲内に設定されるスイッチ。
請求項１から請求項５のいずれか1項に記載のスイッチにおいて、
前記スイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至るまでのストロークに対する荷重の変化率は、前記Ｆ−Ｓ特性曲線におけるスイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至る各地点において、７．５Ｎ／ｍｍから８．５Ｎ／ｍｍの範囲内に設定されるスイッチ。
請求項１から請求項６のいずれか1項に記載のスイッチにおいて、
前記スイッチ切り換え地点の前後におけるストロークに対する荷重の変化割合の比は、前記Ｆ−Ｓ特性曲線におけるスイッチ切り換え地点から荷重が前記ボトム荷重となる地点に至る線分の傾きに対するスイッチ操作開始地点からスイッチ切り換え地点に至る線分の傾きの絶対値の比として算出され、５倍から１０倍の範囲内に設定されるスイッチ。
請求項１から請求項７のいずれか1項に記載のスイッチにおいて、
前記スイッチ切り換えに伴う荷重の低下割合は、スイッチ切り換え地点における荷重に対する前記ボトム荷重の比であり、５０％から６０％の範囲内に設定されるスイッチ。
請求項１から請求項８のいずれか1項に記載のスイッチにおいて、
前記スイッチ切り換え地点における前記Ｆ−Ｓ特性の曲率半径が、前記操作者における覚醒度を制御する制御因子として用いられるスイッチ。