JP4310699B2

JP4310699B2 - スイッチ装置

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Publication number: JP4310699B2
Application number: JP2004183665A
Authority: JP
Inventors: 清一家田; 英夫羽田; 毅伊藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: CN1942989A; EP1763048A4; DE602005012100D1; JP2006012446A; CN100545977C; US7763819B2; WO2005124806A1; US20080067050A1; EP1763048B1; EP1763048A1

Description

本発明は、スイッチ装置であって、主に車両のドアハンドルにおけるドア施錠スイッチ等に関する。

従来、利用者の押下操作による情報のオン・オフを切り替えるスイッチ操作を行うスイッチ装置は、弾性のあるシート状のゴム板（例えば特許文献１）や膨出部を設けたシート（例えば特許文献２）等により、前記押下操作に対する反力を得て、スイッチ操作を行っていた。

つまり、特許文献１に開示のスイッチ装置によると、例えば合成ゴム等の弾性体を介して突起した金属板接点を有するスイッチが設けられ、このスイッチは、スイッチ操作に際して弾性体直上の対応するキーボタンが押下されることによって金属板接点が平坦化され、例えばオン状態とされる構成となっていた。一方、キーボタンの押下力が除かれると、弾性体及び金属板接点の復元力によって金属板接点が元の形状に戻り、例えばオフ状態となっていた。

また、特許文献２に開示のスイッチ装置は、スイッチ操作に際し、シートに設けた膨出部を利用者が指で押すことで膨出部が下方にへこみ、その下方に配設してあるスイッチ類の頭部が下方に押されてスイッチがオンする構成となっていた。

一方、スイッチ操作に際して押下操作を必要とする上述したスイッチ装置の他に、利用者の接触を検知して当該スイッチ操作を行う、所謂タッチスイッチが知られていた（例えば特許文献３）。
つまり、特許文献３に開示のタッチスイッチは、タッチ検出用電極の静電容量が変化し、静電容量が一定の閾値以下になった場合、或いは、閾値以下の状態が一定時間以上継続した場合に利用者のタッチ面への接触を検出している。

特開２００３−３４７７５７号公報（段落００２６〜００２９等参照）特開２００３−４７７９７号公報（段落００１８等参照）特許第３４８０２７６号（段落０００２〜０００６等参照）

上述したように、押下操作によりスイッチ操作を行う場合、弾性体やキーボタンを指で押下して金属板接点を押し込む（特許文献１）、或いは、シートに設けた膨出部を指で押すことで膨出部が下方にへこみ、その下方に配設してあるスイッチ類の頭部が下方に押される（特許文献２）ことによってオン状態となる。

このとき、利用者は、指とスイッチ装置との接点であるキーボタンや膨出部を指で押下する際に、どの程度の押下力で、どの程度の距離（ストローク）を押下すれば情報のオン・オフを切り替えるスイッチ操作が完了するかを確実に判別するのが困難である。つまり、利用者にとって確実にスイッチ操作を完了できたことを体感し難いという問題点があった。

そのため、確実なスイッチ操作を遂行しようとすれば、本来のスイッチ操作に必要な押下力よりも強い力で、かつ本来のスイッチ操作に必要な時間よりも長く押下する等、本来必要としない操作を行う必要が生じていた。また、スイッチ操作完了後に期待されるドアの施錠やライトの点灯等が既に完了したことを視覚的に確認できたことによりスイッチ操作が正常に行えたことを認識していた。

ここで、スイッチ装置は、例えば車両のドアハンドルにおけるドア施錠スイッチ等として、暗闇や風雨に曝される劣悪な屋外等の環境下におかれる部位に設置される場合がある。このような場合には、スイッチ操作をした瞬間にスイッチ操作の完了を指等で体感できる構成であれば、視覚的な確認の手間が省ける。

一方、特許文献３に記載のタッチスイッチでは、利用者はタッチ面に軽く触れるだけでスイッチ操作が完了する。しかし、利用者の意図に反して体の一部がタッチ面に触れてしまった場合や、屋外に設置した場合等には雨滴の接触によってもスイッチが操作されてしまう。そのため、スイッチ装置の設置場所、或いは、ドアの施錠等に使用するという設置目的によっては、ある程度の押下ストロークを伴い、かつ、スイッチ操作の完了を体感できる構成であるのが好ましい。

従って、本発明の目的は、ある程度の押下ストロークを行った時点でスイッチ操作の完了を確実に認識でき、かつ、劣悪な屋外等の環境下に設置したときであっても誤作動を未然に防止できるスイッチ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るスイッチ装置の第一特徴構成は、利用者の操作入力を感知する感知手段として、弾性を有する板状部材である第１電極と、前記第１電極と対向する第２電極とを有し、前記第１電極を、スイッチの入力解除位置において前記利用者側に突出した形状である凸状形状の第１安定姿勢と、スイッチの入力位置において凹状形状の第２安定姿勢とに切り替え可能に設け、スイッチ装置外壁部と、該スイッチ装置外壁部の内側に配置される第１スイッチ装置封止部と第２スイッチ装置封止部とを有し、前記第１スイッチ装置封止部は、前記利用者の操作入力が印加された際に前記第１電極を前記第１安定姿勢から前記第２安定姿勢に姿勢変更できるように弾性部材で構成されており、前記第１スイッチ装置封止部と前記第２スイッチ装置封止部とを圧着することによって、前記感知手段の内部が前記第１スイッチ装置封止部によって密封され、前記第１スイッチ装置封止部と前記第２スイッチ装置封止部との圧着部を含む前記第１スイッチ装置封止部と前記第２スイッチ装置封止部との側面全体が前記スイッチ装置外壁部で覆われており、前記第１電極と前記第１スイッチ操作封止部とを係合する操作部材を設けて、前記第１安定姿勢から前記第２安定姿勢に姿勢変更した後、前記操作部材を介して伝わる前記第１スイッチ操作封止部の弾性復元力により、前記第１電極を前記第２安定姿勢から前記第１安定姿勢に戻す点にある。

第１電極において、スイッチの入力解除位置、つまり、利用者のスイッチ操作待ち状態である第１安定姿勢では、第１電極と対向する第２電極とは反対側に付勢する状態で安定な姿勢となっている。また、スイッチの入力位置、つまり、利用者がスイッチ操作した後の状態である第２安定姿勢では、第１電極と対向する第２電極の側に付勢する状態で安定な姿勢となっている。

そして、上記第一特徴構成によれば、第１電極は、これら第１安定姿勢と第２安定姿勢とを切り替え可能に構成してあるため、例えば利用者側に突出した形状である凸状形状の第１安定姿勢から凹状形状の第２安定姿勢に姿勢変更する際には、板状部材を弾性変形させる際の衝撃、つまり、板状部材が凸状形状を乗り越えて凹状形状に移行する際の衝撃を利用者にクリック感として体感させることができる。

尚、第１電極は、スイッチ操作の際、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した後、スイッチの入力位置に付勢する第２安定姿勢の状態となっている。この状態では、スイッチは入力位置を維持した姿勢となるため、第１安定姿勢に戻す必要がある。
つまり、本構成では、第１電極と第１スイッチ操作封止部とを係合する操作部材を設けており、第１電極が第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した後、操作部材を介して伝わる第１スイッチ操作封止部の弾性復元力により、２安定姿勢から第１安定姿勢に戻すことができる。このときも上述したように板状部材を弾性変形させる際の衝撃を利用者にクリック感として体感させることができる。
また、スイッチ操作後に、第１電極を直ちにスイッチ操作待ち状態である入力解除位置に戻すことができるため、スイッチの再入力操作を迅速に行うことができる。

従って、本発明の第１特徴構成に記載のスイッチ装置であれば、利用者は、スイッチ操作が行われたことをクリック感により体感できるため、スイッチ操作の完了を確実に認識できると共に、利用者の視覚によるスイッチ操作完了の確認動作が不要となる。
さらに、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更することから、ある程度の押下ストロークを行った時点でスイッチ操作の完了を認識できるため、本来のスイッチ操作に必要な押下力よりも強い力でスイッチ操作を行う必要がない。そのため、少ない押下力でスイッチ操作を行うことができ、さらに、スイッチの再入力操作を迅速に行うことができるスイッチ装置を提供できる。
また、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更することから、ある程度の押下ストロークを行うことが必要となるため、利用者が意図しない接触等によるスイッチ操作といった誤作動が発生するのを未然に防止できる。
また本発明においては、第１スイッチ操作封止部と第２スイッチ装置封止部を圧着して外部と感知手段内部とを気密および水密に構成される。
従って、本発明のスイッチ装置であれば、風雨に曝される劣悪な屋外等の環境下においても、感知手段の内部に雨滴や塵等が侵入しにくくなる。そのため、このような環境下においても第１及び第２電極に悪影響を与える虞が殆どなくなり、確実にスイッチ操作を行うことが期待できる。

本発明に係るスイッチ装置の第二特徴構成は、前記感知手段が、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を検出する静電容量型である点にある。

上記第二特徴構成によれば、第１電極を第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した際に、静電容量の変化を回路において電圧変化に変換させることにより、スイッチ操作の有無を検出できる。
つまり、スイッチ操作により第１電極が第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更することにより静電容量の変化を検出してスイッチ操作を行うのと同時に、当該姿勢変更の際に利用者はクリック感を体感できる構成となり、公知の静電容量検出センサの構成を好適に本構成に適用できるため、感知手段を容易かつ安価に製造できる。

本発明に係るスイッチ装置の第三特徴構成は、前記感知手段が、前記第２電極に対する前記第１電極の圧力変化を検出する圧電型である点にある。

上記第三特徴構成によれば、第１電極を第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した際に第１電極が第２電極に接触し、このときの第２電極に対する第１電極の圧力変化が圧電素子の電圧変化として検出することによりスイッチ操作の有無を検出できる。
つまり、スイッチ操作により第１電極が第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更することにより圧電素子の電圧変化を検出してスイッチ操作を行うのと同時に、当該姿勢変更の際に利用者はクリック感を体感できる構成となり、公知の圧電型センサの構成を好適に本構成に適用できるため、感知手段を容易かつ安価に製造できる。

本発明に係るスイッチ装置の第四特徴構成は、前記第１スイッチ装置封止部と、前記第２スイッチ装置封止部との間に弾性を有する封止材を挟持させる点にある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明のスイッチ装置は、劣悪な環境下においても確実にスイッチ操作ができるため、車両用ドアの外側に配置されたドアハンドルに設けてある施錠スイッチとすることができるが、これに限られるものではない。他の実施形態としては、屋外に設ける計器類のスイッチ、或いは、屋内であっても、粉塵の発生や高湿度になることが予想される工場内等におけるスイッチ等、広範なスイッチ装置が対象となる。
以下、本発明のスイッチ装置を施錠スイッチに適用した場合について説明する。

図１及び図２に示すように、本発明のスイッチ装置Ｘは、車両用ドア１０の外側に配置されたドアハンドル１に設けてある。
このドアハンドル１は、車体前側にアーム４を備えたハンドル本体２や、ハンドル本体２を覆うハンドルカバー３などで構成されている。ハンドル本体２及びハンドルカバー３は合成樹脂で製作されている。

ドアハンドル１内には、スイッチ装置Ｘの他に、利用者の接近を認識してドアの施錠を解除するドア施錠解除用センサ５、ドア施錠解除用センサ５の信号に基づき人体の接近を判別する判別回路と接続するワイヤーハーネス６、利用者が所持するリモートコントローラと通信するアンテナ７等が内蔵してある。

図３にスイッチ装置Ｘの詳細な図を示す。
スイッチ装置Ｘには、利用者の操作入力を感知する感知手段として、弾性を有する板状部材である第１電極１１と、第１電極と対向する第２電極１２とを有する。
また、スイッチ装置Ｘには、キーボタン１３、スイッチ装置封止部１４ａ、１４ｂ、電極支持部１５、及び、スイッチ装置外壁部１６を有する。

スイッチ装置封止部１４ａは、利用者がキーボタン１３を押下した際に第１電極１１を第２電極１２側に姿勢変更できるように、ゴム等の弾性部材で構成する。
また、スイッチ装置封止部１４ａとスイッチ装置封止部１４ｂとを圧着して感知手段の内部を密封してある。これにより、風雨に曝される劣悪な環境下においても、スイッチ装置Ｘ内部の感知手段に雨滴や塵等が侵入し難くなる。このように本実施例では、感知手段の外形を形成する複数の部材（スイッチ装置封止部１４ａ、１４ｂ）同士を圧着することにより、感知手段の高度な密封状態を維持できる。
尚、スイッチ装置Ｘの形状は特に限定されるものではないが、四角柱状、円柱状等、種々の形状を適用できる。

第１電極１１は、弾性を有する板状部材であれば特に限定されるものではなく、例えば公知の金属製（例えば銅）の板ばねであれば適用できる。このとき、板ばねの表面には、腐植防止の防錆処理等の表面加工を行うことが可能である。

この板状の第１電極１１は、スイッチの入力解除位置に付勢する第１安定姿勢と、スイッチの入力位置に付勢する第２安定姿勢とに切り替え可能に設ける。例えば、利用者側に突出した形状である凸状形状の第１安定姿勢と、凹状形状の第２安定姿勢とを有するように構成するのが好ましい。
このとき、第１電極１１において、スイッチの入力解除位置、つまり、利用者のスイッチ操作待ち状態である第１安定姿勢では、第１電極１１と対向する第２電極１２とは反対側に付勢する状態で安定な姿勢となっている（図３（ａ）参照）。
また、スイッチの入力位置、つまり、利用者がスイッチ操作した後の状態である第２安定姿勢では、第１電極１１と対向する第２電極１２の側に付勢する状態で安定な姿勢となっている（図３（ｂ）参照）。
尚、第１電極１１が凸状形状の第１安定姿勢と凹状形状の第２安定姿勢とに容易に弾性変形可能となるように、第１電極１１の前記両姿勢時の直径は、電極支持部１５における第１電極１１を保持する空間の内径より小さく設定してある。

このとき、例えば板ばねで構成される第１電極１１は、ある荷重以上の力で押下されると、凸状形状の第１安定姿勢から凹状形状の第２安定姿勢に姿勢を変更可能となる。「ある荷重」とは、例えば、利用者が、意図的にスイッチ操作をするのに適した通常の力で押下する荷重のことであり、利用者の意図に反して体の一部が触れてしまった場合等の弱い荷重は含まない。

そして、第１電極１１は、これら第１安定姿勢と第２安定姿勢とを切り替え可能に構成してあるため、例えば凸状形状の第１安定姿勢から凹状形状の第２安定姿勢に姿勢変更する際には、板状部材を弾性変形させる際の衝撃、つまり、板状部材が凸状形状を乗り越えて凹状形状に移行する際の衝撃を利用者にクリック感として体感させることができる。

このとき、前記感知手段が、第１電極１１と第２電極１２との間の静電容量の変化を検出する静電容量型であるように構成してあれば、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した際に、静電容量の変化を検出回路（図外）において電圧変化に変換させることにより、スイッチ操作の有無を検出できる構成となる。検出回路は、第２電極１２と信号線１８により接続してある。

この静電容量型感知手段について以下に詳述する。
つまり、このとき、第２電極１２はセンサ電極となり、板ばねで構成される第１電極１１との間には静電容量が発生している。尚、第２電極１２は、公知のセンサ電極である金属板や導体板等が適用できる。このとき、第２電極１２表面は誘電体保護膜で被覆してあってもよい。

ここで、静電容量Ｃは、一般式Ｃ＝εγ・Ｓ/ｄ（εγ：非誘電率、Ｓ：電極の面積、
ｄ：電極間の距離）で表される。つまり、非誘電率（εγ）及び電極の面積（Ｓ）は一定であるため、静電容量Ｃは電極間の距離の変動に応じて変化する。この静電容量Ｃの変化を前記検出回路で検出できる。

従って、スイッチ操作により第１電極１１が第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した際には、第１電極１１と第２電極１２との距離（ｄ）は変動しているため、静電容量Ｃは変化し、当該静電容量変化を検出することにより、スイッチ操作が行われる。
そして、このようにスイッチ操作が行われる際に、上述したように姿勢変更に伴うクリック感が利用者に体感され、確実にドアの施錠が完了したことを認識できることになる。

第１電極１１及び第２電極１２の寸法は、本実施例のように車両のドア施錠スイッチ装置として適用する場合、直径９ｍｍ±０．５ｍｍ、厚さ０．０６〜０．０８ｍｍ程度とする。このとき、第１電極１１の第１安定姿勢から第２安定姿勢への偏位量が０．４ｍｍ程度となるように構成すると、利用者が、意図的にスイッチ操作をするのに適した通常の力で押下する荷重で第１電極１１を第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更できる。そのため、少ない押下力でスイッチ操作を行うことができる。
尚、第１電極１１及び第２電極１２の寸法設定は、スイッチ装置Ｘを設置する部材（ドアハンドル等）の大きさ等に応じて適宜変更可能であるため、上述した寸法に限られるものではない。
また、本実施例では、スイッチ操作により第１電極１１が第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更したときには、第１電極１１と第２電極１２との変動距離（ｄ）によって静電容量を検出する。そのため、第１電極１１は、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更したときにおいて第２電極１２とは接触しないように構成している。

第１電極１１は、スイッチ操作の際、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した後、スイッチの入力位置に付勢する第２安定姿勢の状態となっている。この状態では、スイッチは入力位置を維持した姿勢となるため、第１安定姿勢に戻す必要がある。そのため、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した後、第１電極に操作力を付与して第２安定姿勢から第１安定姿勢に戻す操作部材１７を設けてある。
具体的には、図３〜４に示したように、第１電極１１の中央付近に孔部１１ａを設け、スイッチ装置封止部１４ａに、孔部１１ａを貫通し、かつ、先端が第１電極１１と係合する操作部材１７を設ける。

上述したようにスイッチ装置封止部１４ａはゴム等の弾性部材で構成してあるため、利用者のスイッチ操作による押下後にキーボタン１３から指を離すと、弾性復元力によりスイッチ装置封止部１４ａはスイッチ操作による押下前のフラットな状態に戻る。このとき、スイッチ装置封止部１４ａに設けてある操作部材１７もスイッチ装置封止部１４ａと共に押下前の位置に戻ろうとする。ここで、操作部材１７は、先端において第２安定姿勢にある第１電極１１と係合しているため、第１電極１１をスイッチ操作による押下前の状態、つまり、第１安定姿勢に戻す操作力が第１電極１１に作用する。
このように、操作部材１７により、第１電極１１に操作力を付与して第２安定姿勢から第１安定姿勢に戻すことができるため、スイッチ操作後に、第１電極を直ちにスイッチ操作待ち状態である入力解除位置に戻すことができる。このとき、凹状形状を乗り越えて凸状形状に移行する際の衝撃を利用者にクリック感として体感させることができる。

〔別実施の形態１〕
上述した実施形態において、感知手段を、第１電極１１と第２電極１２との間の静電容量の変化を検出する静電容量型であるように構成した場合を例示した。この場合、第１電極１１は、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更したときにおいて第２電極１２とは接触しないように構成してある。
一方、スイッチ装置Ｘのコンパクト化等の観点から、第１電極１１が、第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更したとき、第２電極１２と接触するように構成してもよい。

この場合、感知手段が、第２電極に対する第１電極の圧力変化を検出する圧電型であるように構成する。
このとき、第２電極１２は圧電電極で構成する。圧電電極は、公知のチタン酸バリウム・チタン酸ジルコン酸鉛等により形成された圧電素子を有する電極が適用できる。
そして、スイッチ操作の際に板ばねで構成される第１電極１１が第１安定姿勢から第２安定姿勢に姿勢変更した際に第１電極１１が第２電極１２に接触する。ここで、圧電電極を構成する圧電素子の電圧が変化し、この電圧変化を検出回路（図外）で検出することによりスイッチ操作の有無を検出可能となる。
従って、このようにスイッチ操作が行われる際に、上述したように姿勢変更に伴うクリック感が利用者に体感されることになる。

〔別実施の形態２〕
上述した実施例形態において、スイッチ装置封止部１４ａ、１４ｂの間に、弾性を有する封止材を挟持させることが可能である。このとき、封止材はゴム性のＯリング等が適用できる。このとき、第２電極１２に接続された信号線１８は、封止材により圧着された状態で外部の検出回路と連結するが、信号線１８は封止材により圧着されているため、外部から雨滴等が侵入し難くなる。
これにより、劣悪な環境下においても、スイッチ装置Ｘ内部の感知手段に雨滴や塵等が更に侵入しにくくなる。そのため、第１及び第２電極に悪影響を与える虞が殆どなくなり、確実にスイッチ操作を行うことができる。

本発明のスイッチ装置を設けた車両ドアハンドルの断面概略図本発明のスイッチ装置を設けた車両ドアハンドルの正面概略図本発明のスイッチ装置の断面概略図（ａ）第１安定姿勢（ｂ）第２安定姿勢

符号の説明

Ｘスイッチ装置
１１第１電極
１２第２電極
１７操作部材

Claims

利用者の操作入力を感知する感知手段として、弾性を有する板状部材である第１電極と、前記第１電極と対向する第２電極とを有し、
前記第１電極を、スイッチの入力解除位置において前記利用者側に突出した形状である凸状形状の第１安定姿勢と、スイッチの入力位置において凹状形状の第２安定姿勢とに切り替え可能に設け、
スイッチ装置外壁部と、該スイッチ装置外壁部の内側に配置される第１スイッチ装置封止部と第２スイッチ装置封止部とを有し、前記第１スイッチ装置封止部は、前記利用者の操作入力が印加された際に前記第１電極を前記第１安定姿勢から前記第２安定姿勢に姿勢変更できるように弾性部材で構成されており、
前記第１スイッチ装置封止部と前記第２スイッチ装置封止部とを圧着することによって、前記感知手段の内部が前記第１スイッチ装置封止部によって密封され、
前記第１スイッチ装置封止部と前記第２スイッチ装置封止部との圧着部を含む前記第１スイッチ装置封止部と前記第２スイッチ装置封止部との側面全体が前記スイッチ装置外壁部で覆われており、
前記第１電極と前記第１スイッチ操作封止部とを係合する操作部材を設けて、
前記第１安定姿勢から前記第２安定姿勢に姿勢変更した後、前記操作部材を介して伝わる前記第１スイッチ操作封止部の弾性復元力により、前記第１電極を前記第２安定姿勢から前記第１安定姿勢に戻すスイッチ装置。
前記感知手段が、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を検出する静電容量型である請求項１に記載のスイッチ装置。
前記感知手段が、前記第２電極に対する前記第１電極の圧力変化を検出する圧電型である請求項１に記載のスイッチ装置。
前記第１スイッチ装置封止部と、前記第２スイッチ装置封止部との間に弾性を有する封止材を挟持させる請求項１〜３の何れか一項に記載のスイッチ装置。