JP4954847B2 - コンビネーションスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、コンビネーションスイッチに関する。

従来の技術として、無接点でレバー動作を検知できるコンビネーションスイッチが知られている（例えば、特許文献１）。

この特許文献１のコンビネーションスイッチは、支持基板と、支持基板に対して垂直に配置されて一端が支持基板に結合される操作用のレバーと、レバーの中間部側面に固着された少なくとも１対の歪みゲージとを有し、歪みゲージは、レバーの歪みを検知して電気信号として出力する。歪みゲージをレバーに直接固着したことにより、無接点でレバーの歪みを高感度に検知することができる。
特開平７−３０２１６１号公報

しかし、従来のコンビネーションスイッチによると、レバーの操作感は、レバーの材質で決まり、レバーの操作感を変更するためにレバーの材質を変更した場合は、レバーの歪み量が変わるために歪みゲージの配置を変更する必要があり、新たにレバーの設計をする必要があるため、生産性が良くない。

従って、本発明の目的は、容易に任意の操作感を設定できる無接点のコンビネーションスイッチを提供することにある。

（１）本発明は上記目的を達成するため、一端に磁石を有し、複数の回動方向に回動するレバーと、前記レバーの前記磁石と作用して動作する作用部材と、前記作用部材の動作に基づき変形する弾性部材と、前記弾性部材内に配置され、前記弾性部材の変位を検知することで前記レバーの前記複数の回動方向への回動を検知する複数の歪みゲージからなる力センサとを有することを特徴とするコンビネーションスイッチを提供する。

上記した構成によれば、磁性体を用いてレバーの動きを力センサに伝達しているため、レバーが独立して配置され、レバーに任意の操作感を設定することができる。

本発明によれば、容易に無接点コンビネーションスイッチの操作感を変更できる。

以下に、本発明のコンビネーションスイッチの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
（コンビネーションスイッチの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチを示す概略斜視図である。

コンビネーションスイッチＣは、自動車のハンドル７付近の、カバー６内に設置される。コンビネーションスイッチＣは、ＰＣＢ（Print Circuit Board）３上に設けられ、ワイパーやワイパーウォッシャーノズル等の動作をスイッチ制御する第１レバーコンビネーションスイッチ１、またはウインカーやライトの点灯をスイッチ制御する第２レバーコンビネーションスイッチである。ＰＣＢ３は、ハンドル７の操舵角を検出するハンドル角センサ４と、ハンドル７のコネクタ７ａと接続されるコネクタ５と、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）に接続するためのコネクタ８とを有する。

第１レバーコンビネーションスイッチと第２レバーコンビネーションスイッチとは、スイッチ制御する対象が異なるが、構成は同一であるので、以下においては代表して、第１レバーコンビネーションスイッチについて説明する。

第１レバーコンビネーションスイッチ１は、レバー支点１Ａを中心として回動可能なレバー１Ｂを有し、レバー１Ｂの一端に回転スイッチ１３を有する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチを示す概略図である。

第１レバーコンビネーションスイッチ１は、回動孔１Ａをカバー６から突出する回動軸ピン６０に挿入することで回動可能となるレバー１Ｂと、レバー１Ｂの一端に設けられた長方形状を有する磁石１０Ａと、コの字型を有し一端に長方形状を有する磁性体１０Ｂを有する作用部材１０と、作用部材１０に接するように形成されるシリコーン樹脂からなる弾性部材１１と、弾性部材１１に埋設されて弾性部材１１の歪みを検知する力センサ１２とを有する。

レバー１Ｂは、穴部１０ａ〜１０ｅを有し、カバー６から突出するボールストッパ６１ａ、およびバネ６１ｂを介してボール６１ｃと嵌合することで、段階的に回動する。レバー１Ｂは、図２の上下方向に１０〜１５°の角度で回動可能である。また、レバー１Ｂは、図示しない一端に回転スイッチを有し、回転スイッチは回動軸１３Ａに接続されている。回転スイッチを回転させることで回動軸１３Ａが回転し、磁石１０Ａが回転する。磁石１０Ａの回転は磁性体１０Ｂに伝達し、作用部材１０を動かせる。

磁石１０Ａに対して磁性体１０Ｂは、互いに引き合う性質を有する。作用部材１０は、その動作をストッパ１０Ｃにより制限される。

弾性部材１１は、例えば、シリコーン樹脂等の弾性材料を用いて形成されており、奥行き、幅、および厚さともに１〜２ｃｍ程度である。弾性部材１１、および力センサ１２は、ＰＣＢ３上に設置された支持板３Ａ上に配置される。

レバー１Ｂを操作することで、作用部材１０は、レバー１Ｂの動きを弾性部材１１に伝達して、弾性部材１１を変形させる。力センサ１２は、弾性部材１１の変位を検知し、支持板３Ａ、およびＰＣＢ３を介して外部に検知した変位に基づいた信号を出力する。

図３は、本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの詳細を示す概略図である。

力センサ１２は、中央部に凹部を有し、凹部に円柱状の力検知部１２ａを有したマス１２ｂを配するダイヤフラム形状である。マス１２ｂは、４本の歪みゲージ１２ｃによって凹部中央に支持される。力センサ１２は、５×５ｍｍ程度のサイズを有する。

力検知部１２ａは、弾性部材１１の変位に追従して動き、力検知部１２ａの動きはマス１２ｂを介して４つの歪みゲージ１２ｃに伝達する。歪みゲージ１２ｃは、それぞれ歪みに基づいた抵抗を発生するピエゾ抵抗素子であり、外部から一定電圧を入力してやることで、抵抗に比例した電圧を出力する。力検知部１２ａが検知可能な変位は約数百μｍであり、前後、左右、上下方向の他、回転方向の変位を検知可能である。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの構成を示すブロック図である。

力センサ１２の４つの歪みゲージ１２ｃは、それぞれ独立しており、それぞれ歪みに基づいた電圧を出力する。歪みゲージ１２ｃが出力した電圧は、ＥＣＵ１５に入力され、ＥＣＵ１５内で解析され、レバー１Ｂの動きが特定される。ＥＣＵ１５は、内蔵した記憶部１５０に操作信号テーブル（後述）を有し、解析結果としてのレバー１Ｂの動きと照合し、照合結果を操作命令としてワイパー駆動系１６へと送信する。ワイパー駆動系１６は、操作命令に従って動作する。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る操作信号テーブルの例を示す表である。

操作信号テーブル１５０は、レバー１Ｂの位置に対応して、ワイパー動作を定義している。例えば、ＥＣＵ１５が力センサ１２の出力を解析した結果、レバー１Ｂの作用部材１０が穴部１０ａの位置にあると判断した場合、ＥＣＵ１５は、操作信号テーブル１５０を参照し、ワイパー駆動系１６に対してワイパー動作「停止」の操作信号を出力する。

作用部材１０が穴１０ｃの位置にある場合、ＥＣＵ１５は、操作信号テーブル１５０を参照し、ワイパー駆動系１６に対してワイパーが１秒間隔で動作する操作信号を出力する。

（動作）
以下に、本発明の第１の実施の形態におけるコンビネーションスイッチの動作を各図を参照しつつ説明する。

運転手がレバー１Ｂを操作することにより、レバー１Ｂは、レバー支点１Ａを中心に回転し、ボールストッパ６１ａにバネ６１ｂを介して取り付けられたボール６１ｃが、穴部１０ａ〜１０ｅに嵌合することで、段階的に回動する。作用部材１０は、磁石１０Ａ、および磁性体１０Ｂを介してレバー１Ｂの動作が伝達し、穴部１０ａ〜１０ｅの位置に対応して、弾性部材１１を変形する。

力センサ１２は、弾性部材１１の変位を検知し、力センサ１２の歪みゲージ１２ｃは、自らの歪みを電圧として出力し、出力された電圧信号はＥＣＵ１５に入力される。

ＥＣＵ１５は、複数の歪みゲージ１２ｃから入力された電圧信号を、解析し、レバー１Ｂの位置を特定する。

次に、ＥＣＵ１５は、特定したレバー１Ｂの位置と操作信号テーブル１５０とを比較して、ワイパー駆動系１６に操作信号を出力する。ワイパー駆動系１６は、入力された操作信号に基づいて動作する。

図６の（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの動作を示す概略図である。

図６（ａ）は、レバー１Ｂを操作して、ボール６１ｃが穴部１０ｂに嵌合している状態を示す。レバー１Ｂを操作することで、レバー１Ｂが回転し、磁石１０Ａに追従するように磁性体１０Ｂが移動する。磁性体１０Ｂの移動に合わせて、作用部材１０と弾性部材１１が変形する。弾性部材１１の変位に合わせて力検知部１２ａが動き、力検知部１２ａの動きは歪みゲージ１２ｃに伝達する。同様に、図６（ｂ）は、ボール６１ｃが穴部１０ａに嵌合している状態を示す。

（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、レバー１Ｂの動きを弾性部材１１を介して力センサ１２に伝達するため、無接点でレバーの動きを検知可能であるだけでなく、回動孔１Ａと回動軸ピン６０との材質等を変更し、摩擦係数を変更することでレバー１Ｂの操作感を容易に変更可能である。

なお、レバー１Ｂの回動方向は一方向に限らず、二方向の回動を組み合わせて操作するものとしてもよい。

〔第２の実施の形態〕
（コンビネーションスイッチの構成）
図７は、本発明の第２実施の形態に係るコンビネーションスイッチを示す概略図である。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については共通の符号を付している。

第１レバーコンビネーションスイッチ１は、回動孔１Ａをカバー６から突出する回動軸ピン６０に挿入することで回動可能となるレバー１Ｂと、レバー１Ｂの一端に設けられた磁石１０Ｄ、および磁石１０Ｅと、コの字型を有し一端に磁性体１０Ｆ、および磁性体１０Ｇを有する作用部材１０と、作用部材１０の動きを検知する力センサ１２とを有する。

磁石１０Ｄと磁性体１０Ｆ、また磁石１０Ｅと磁性体１０Ｇは、互いに引き合う性質を有する。作用部材１０は、その動作をストッパ１０Ｃにより制限される。

レバー１Ｂは、内部に回転軸１３Ａを有し、回転軸１３Ａの一端は、回転スイッチ１３に接続され、他端は磁石１０Ｄ、および磁石１０Ｅに接続されている。

レバー１Ｂを操作することで、レバー１Ｂの動きを磁石１０Ｄ、および磁石１０Ｅが磁性体１０Ｆ、および磁性体１０Ｇに伝達し、作用部材１０を動作させる。作用部材１０は、弾性部材１１を変形させる。また、同様に、回転スイッチ１３を操作することで、弾性部材１１を捻るように変形させる。力センサ１２は、弾性部材１１の変位を検知し、支持板３Ａ、およびＰＣＢ３を介して外部に検知した変位に基づいた信号を出力する。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの詳細を示す概略図である。

レバー１Ｂの作用部材１０は、力センサ１２の力検知部１２ａに取り付けられており、レバー１Ｂの動作を力検知部１２ａに伝達する。また、回転軸１３Ａは、磁石Ｄ、および磁石Ｅに接続されており、磁石Ｄ、および磁石Ｅを回転させて、作用部材１０を回転させることで力センサ１２に動作を伝達する。

図９は、本発明の第２の実施の形態に係る操作信号テーブルの例を示す表である。

回転スイッチ１３が後述するＢの方向に回転されている場合、ＥＣＵ１５は、操作信号テーブル１５０を参照し、ワイパー駆動系１６に対してワイパーウォッシャノズルから噴射するよう操作信号を出力する。

（動作）
以下に、本発明の実施の形態におけるコンビネーションスイッチの動作を各図を参照しつつ説明する。

図１０の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの動作を示す概略図である。

図１０（ａ）は、レバー１Ｂを操作して、ボール６１ｃが穴部１０ｂに嵌合している状態を示す。レバー１Ｂを操作することで、磁石１０Ｄ、および磁石１０Ｅに引きつけられるように作用部材１０が変位する。作用部材１０の変位に合わせて力検知部１２ａが動き、力検知部１２ａの動きは歪みゲージ１２ｃに伝達する。同様に、図１０（ｂ）は、ボール６１ｃが穴部１０ａに嵌合している状態を示す。

図１０（ｃ）は、回転スイッチ１３をＢ方向に回転した状態を示している。回転スイッチ１３をＢ方向に回転することによって、回転軸１３Ａが回転し、磁石１０Ｄ、および磁石１０Ｅを同様にＢ方向に回転させる。磁石１０Ｄ、および磁石１０Ｅの回転に対し、磁性体Ｆ、および磁性体Ｇが追従して作用部材１０を捩らせる。作用部材１０の捩れに合わせて力検知部１２ａが回転し、力検知部１２ａの回転は歪みゲージ１２ｃに歪みとして伝達する。

（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、第１の実施の形態の効果に加え、回転スイッチ１３の回転動作を力センサ１２に伝達することができ、操作の種類を増加させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチを示す概略斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチを示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの詳細を示す概略図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る操作信号テーブルの例を示す表である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの動作を示す概略図である。 本発明の第２実施の形態に係るコンビネーションスイッチを示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの詳細を示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る操作信号テーブルの例を示す表である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係るコンビネーションスイッチの動作を示す概略図である。

符号の説明

Ｃ…コンビネーションスイッチ、１…第１レバーコンビネーションスイッチ、１Ａ…レバー支点（回動孔）、１Ｂ…レバー、１Ａ…回動孔、２…第２レバーコンビネーションスイッチ、２Ａ…レバー支点、３…ＰＣＢ、３Ａ…支持板、４…ハンドル角センサ、５…コネクタ、６…カバー、７…ハンドル、７ａ…コネクタ、８…コネクタ、１０…作用部材、１０ａ−１０ｅ…穴部、１０Ａ…磁石、１０Ｂ…磁性体、１０Ｃ…ストッパ、１０Ｄ…磁石、１０Ｅ…磁石、１０Ｆ…磁性体、１０Ｇ…磁性体、１１…弾性部材、１２…力センサ、１２ａ…力検知部、１２ｂ…マス、１２ｃ…歪みゲージ、１３…回転スイッチ、１３Ａ…回転軸、１５…ＥＣＵ、１６…ワイパー駆動系、６０…回動軸ピン、６１ａ…ボールストッパ、６１ｂ…バネ、６１ｃ…ボール、１５０…記憶部（操作信号テーブル）

Claims (3)

1. 一端に磁石を有し、複数の回動方向に回動するレバーと、
   前記レバーの前記磁石と作用して動作する作用部材と、
   前記作用部材の動作に基づき変形する弾性部材と、
   前記弾性部材内に配置され、前記弾性部材の変位を検知することで前記レバーの前記複数の回動方向への回動を検知する複数の歪みゲージからなる力センサとを有することを特徴とするコンビネーションスイッチ。
2. 前記作用部材は、前記レバーの前記複数の回動方向への回動のそれぞれに応じ、前記磁石と作用して動作することを特徴とする請求項１に記載のコンビネーションスイッチ。
3. 前記力センサの複数の歪みゲージの独立した出力に基づき予め用意されたテーブルを参照して、前記レバーの前記複数の回動方向への回動に応じた操作信号を出力する制御部をさらに有する請求項１又は２に記載のコンビネーションスイッチ。

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