JP5028306B2 - シーソー型ノブの照明構造 - Google Patents

Description

本発明は、車載用等の光源を内蔵するシーソー型ノブに係り、ノブを押したときに、押した側とその反対側とで輝度差が生じることを防止するためのシーソー型ノブの照明構造に関する。

従来から、電子機器や車載用等に用いられるスイッチとして、光源が内蔵されたシーソー型ノブが知られている。このようなタイプのシーソー型ノブでは、通常、該光源がノブの揺動支点の下部に設けられ、該光源により照明される識別表示部が該支点を挟んでノブの左右に設けられている。
このような構成では、ノブの操作に伴い、ノブを押した側は沈み込み、反対側は浮き上がるため、該ノブの左右に形成された識別表示部と光源との距離が異なってしまい、左右の識別表示に輝度差が発生し、表示が見苦しくなってしまう。

図１の（１）および（２）は、このようなシーソー型ノブの従来例を示したものであり、基板１上の左右にスイッチ部２が設けられ、基板１上部には、ノブ３が揺動支点４を支点として上下にシーソーするように設けられている。ノブ３の左右の下部には、スイッチ押しボス５が設けられており、ノブ３のシーソー動作に伴う上下動により、該スイッチ押しボス５を介して、スイッチ部２が作動するように構成されている。
ノブ３の左右表面には、文字や図形からなる識別表示部６が形成されている。通常、この識別表示部６は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透明樹脂からなる成形体の表面に、白色（あるいは、アルミ粉が混合されたシルバー色）のアンダー塗装を施し、更にその上に黒の遮光塗装が施されたうえで、該黒の遮光塗装をレーザーカット加工によって削除し、文字抜きするなどの周知な方法によって、形成される。
更に、上記揺動支点４の下の基板１上には、該識別表示部６を照明するための小型のランプやＬＥＤからなる光源７が設けられている。

図２に示すように、光源７から識別表示部６に入射した光は、全反射しない角度で入射するように入射角が設定されていることにより、該識別表示部６を透過して上方に放射され、該識別表示部６が照明される（光線方向Ａ）。ところが、ノブ３の右方が図２に示すように押圧されると、揺動支点４よりも光源７の位置が下にあることから、光源７から識別表示部６までの距離は右方が左方よりも短くなり、右の識別表示部６の輝度が左よりも高くなってしまう。
識別表示部６以外の部分は白あるいはシルバーのアンダー塗装の上に更に黒の遮光塗装が施されているため、ここに放射された光線は下方に反射され、反射された光は、ノブ裏面に対し全反射しない角度で入射するので、そのまま基板方向へ抜け出ることとなる（光線方向Ｂ）。

このように、シーソー型ノブでは、揺動支点４と光源７の位置が異なることにより、ノブ揺動に伴い、光源と左右の識別表示部６との間で距離差が生じてしまうことから、左右の識別表示部６には輝度差がどうしても生じてしまうこととなる。
しかしながら、揺動支点４と光源を一致させることは設計上、困難であることも多く、この輝度差を解消するのは困難であった。
これまで、ノブの内部に光源を有するスイッチでは、輝度の不均一を解消するため、該ノブの内面に傾斜部を設けたり（下記特許文献１）、あるいは突起部を設けたり（下記特許文献２）する工夫がなされている。
しかしながら、シーソー型ノブにおいては、輝度の不均一を解消する手段は取られていなかった。

特開平９−２９３４２３号公報 特開２００３−１２３５８５号公報

本発明は、光源を内蔵するシーソー型ノブにおいて、ノブの押圧操作による識別表示部の上下動に伴い左右の識別表示部に生じる輝度差を解消するため、シーソー型ノブの照明構造を提供するものである。

本発明に係るシーソー型ノブの照明構造は、基板の中央上部に配置される光源と、前記光源の真上に揺動支点が設けられた導光体からなるノブと、前記ノブの天面の左右に設けられ、上方に光透過可能に形成された識別表示部とからなるシーソー型ノブの照明構造であって、前記ノブの裏面であって前記揺動支点から等距離の左右の所定位置に前記光源からの光を取り込む断面略三角形状の突起部を設け、前記ノブが揺動することに伴って生じる前記光源から左右の前記識別表示部に直接入射する光量の不均衡を、前記突起部の前記光源から取り込む光量により補償したことを特徴とするものである。

このような構成により、シーソー型ノブの揺動操作に伴い該ノブの左右端面に設けられた識別表示部の照明輝度が左右不均衡となることを防止することができる。

また、本発明に係るシーソー型ノブの照明構造は、さらに、前記ノブが揺動した位置において、左右のうちの上方に位置する前記突起部から取り込まれた光が前記ノブの内部で全反射するとともに、左右のうちの下方に位置する前記突起部から取り込まれた光が前記ノブの内部で全反射しないように、前記光源と前記突起部の光取り込み面とがなす角度、および前記光源と前記ノブの天面および裏面とがなす角度をそれぞれ設定したことを特徴とするものである。

このような構成により、シーソー型ノブの揺動操作に伴い該ノブの左右端面に設けられた識別表示部の照明輝度が左右不均衡となることを、更に効率的に防止することができる。

また、本発明に係るシーソー型ノブの照明構造は、さらに、前記突起部の前記光取り込み面の形状を、前記ノブが揺動した上方位置において、該面から入射する光が前記天面で全反射する形状に形成したことを特徴とするものである。

このような構成により、シーソー型ノブの揺動操作に伴い該ノブの左右端面に設けられた識別表示部の照明輝度が左右不均衡となることを、更に効率的に防止することができる。

また、本発明に係るシーソー型ノブの照明構造は、さらに、前記識別表示部が形成されているノブの端部において、前記天面あるいは裏面と前記光源とがなす角度を、前記突起部から取り込まれた光が天面で全反射しない角度に形成することにより、前記突起部から取り込まれた光が前記識別表示部から放出されるように構成したことを特徴とするものである。

このような構成により、前記突起部から入射した補償光を、効率的に前記識別表示部から射出することができる。

また、本発明に係るシーソー型ノブの照明構造は、さらに、前記突起部の前記ノブ裏面における突起幅を、前記ノブが揺動した位置において、前記突起部から取り込まれた光が前記天面で全反射して前記裏面に戻る際に、前記裏面で再度全反射することを妨げない幅としたことを特徴とするものである。

このような構成により、シーソー型ノブの揺動操作に伴い該ノブの左右端面に設けられた識別表示部の照明輝度が左右不均衡となることを、更に効率的に防止することができる。

本発明は、シーソー型ノブの裏面に断面略三角形状の突起部を設け、前記ノブが揺動することに伴って生じる光源から左右の前記識別表示部に直接入射する光量の不均衡を、前記突起部が前記光源から取り込む光量により補償する構成としたことにより、シーソー型ノブの揺動操作に伴い該ノブの左右端面に設けられた識別表示部の照明輝度が左右不均衡となることを防止することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の実施の形態における全体図を示す側断面図、
図４、５は、本発明の実施の形態における識別表示部周辺の拡大図、
図６〜８は、本発明の実施の形態における突起部の説明図、
図９は、本発明の他の実施の形態における説明図、
である。

まず、本発明の実施の形態を、図３を参照して説明する。
本発明の実施の形態におけるシーソー型ノブは、従来のものと同様に、基板１上の左右にスイッチ部２が設けられ、基板１上部には、ノブ３が揺動支点４を支点として上下にシーソー動作するように設けられている。
ノブ３は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透明樹脂等の導光体からなり、その天面９には、白色（あるいは、アルミ粉が混合されたシルバー色）のアンダー塗装膜と、更にその上に黒の遮光塗装膜が施されている。
ノブ３の天面９の左右には、文字や図形からなる識別表示部６Ｌ、６Ｒが形成されている。この識別表示部６Ｌ、Ｒは、前記黒の遮光塗装膜をレーザーカット加工などの周知な方法で削除することによって形成された抜き文字であり、ノブ３の内側に設けられた光源７からの光が透過することによって照明される。
該識別表示部６Ｌ、Ｒを照明するための前記光源７は、前記揺動支点と同様に基板中央部であって、該揺動支点４の真下の基板１上に設けられる。
さらに、本発明では、ノブ３の裏面１０であって、光源７から左右に等距離の位置に、断面略三角形状の光取り込み用の突起部８Ｌ、８Ｒが、光源７に対し左右対称に設けられる。

図３は、操作者によってシーソー型ノブ３の右側部分が押圧されることで、ノブ左側部分が上昇した位置にある状態であり、この状態では、前記識別表示部６Ｌ、Ｒに向かう光は、光線ａ，ｂに示すように、該識別表示部６から外方に放射される。
そして、このようなシーソー状態における光源７と、前記突起部８Ｌの光取り込み面およびノブ３との角度を、ノブ３の左側部分の突起部８Ｌから取り込まれた光がノブ３の天面９で全反射すると共に、ノブの右側部分の突起部８Ｒから取り込まれた光がノブ天面１０で全反射しない角度に設定する。
したがって、該突起部８Ｌの光取り込み面から取り込まれた光は、光線ｃのように、ノブ３内部で天面９および裏面１０で全反射しつつ左方に伝播していく。
他方、該突起部８Ｒから取り込まれた光は、光線ｄのように、天面９から上方へ射出される角度で天面９に当たるが、前記塗装面のために天面９から出ていかずに反射され、光線ｄ２で示す裏面１０の方向に戻される。戻される光は、裏面１０で全反射しない角度で戻されるので、該裏面からノブ内側の空間へ抜け出ていく。

さらに、光線ｃのようにノブ３内を全反射しつつ伝搬してきた光を、前記識別表示部６Ｌにおいて、天面９から上方へ抜けていくように構成する。
例えば、識別表示部６が形成されている範囲のノブ３の部分において、その裏面１０を伝搬してきた光が該裏面で全反射する範囲内で傾斜させ、その傾斜角を、裏面１０により全反射した光が天面９側では全反射しない角度とすることで、突起部８Ｌから伝搬してきた光を識別表示部６Ｌから外方へ射出させる。（図４）
また、これと反対に、天面９側を傾斜させ、その傾斜角を天面９で全反射しない角度とすることで、突起部８Ｌから伝搬してきた光を識別表示部６Ｌから射出させることもできる。（図５）
あるいはまた、識別表示部６Ｌが形成されている範囲のノブ３の部分において、裏面１０をブラスト加工や、ローレット加工することで、突起部８Ｌから伝搬してきた光を該裏面１０で天面側に散乱させ、該識別表示部６Ｌから射出させることもできる。

以上のように、図３に示した状態では、突起部８Ｌから取り込まれた光が識別表示部６Ｌから射出し、突起部８Ｒから取り込まれた光は識別表示部６Ｒからは殆ど射出しないので、該識別表示部Ｌが光源７から遠くなることによる光量不足を補填することができる。

本発明のシーソー型ノブは光源７に対し左右対称に構成される。したがって、図３に示した状態とは反対に、他方の識別表示部６Ｒが上方に位置するシーソー状態においては、突起部８Ｒから取り込まれた光が識別表示部６Ｒから射出し、突起部８Ｌから取り込まれた光は識別表示部６Ｌからは殆ど射出しない構成となるので、該識別表示部Ｒが光源７から遠くなることによる光量不足を補填することができる。

次に、上記のように設けられる突起部８Ｌ、８Ｒの形状について、更に図６以下を参照して説明する。
図６〜８は、図３と同様に、識別表示部６Ｌが上方に位置した状態を示している。
図６〜８において、突起部８Ｌ上の光取り込み面ｅに光が入射する点をＴ、ノブ３内部に入射した光がノブ天面９と反射する点をＲとし、このときの入射角をαとする。該αは、ノブ３の材料の屈折率によって決められ、「該材料の臨界角＋０．５°」程度に設定する（したがって、このように入射角が臨界角以上に設定されるので、ノブ３内に取り込まれた光は天面９の内面で全反射することとなる。）。
また、光源７の中心点をＳとし、∠ＲＯＳ＝９０°となるような点Ｏ、ＯＳ上に∠ＴＱＳ＝９０°となる点Ｑを設ける。更に、ＯＲ上に∠ＲＰＴ＝９０°となるような点Ｐを設け、ＰＴ＝ｘ、ＰＲ＝ｙとする（つまり、tanα＝ｘ／ｙ）。

ここで、図７に示すように、突起部８Ｌの始点をＴ１、終点をＴ２とする。
図７に示すように、Ｔ１においては、ｙがノブ３の肉厚ｔと等しくなるため、ｙ＝ｔ、ｘ＝ｔ・tanα となる。
また、突起部８Ｌに入射した光を最大限に活用するには、Ｔ１で入射した光が天面９で全反射して裏面１０に戻る位置をＴ２とすることが望ましい。
したがって、Ｔ１Ｔ２＝２・ｔ・tanα とすることが望ましい。

次に、突起部８Ｌと光源７との角度については、次のように設定されることが望ましい。
図８は図６における突起部８Ｌの細部の拡大図であり、図８において更に、突起部８Ｌの光取り入れ面ｅ上の点Ｔにおける入射角、屈折角をそれぞれＡ、Ｂとし、接線、法線をそれぞれｌ、ｍとする。また、ｌとＱＴとのなす角をθとし、ｌ、ｍとＯＲの交点をそれぞれＵ、Ｖとする。
したがって、突起部８Ｌの光源中心Ｓとの角度が定義されるθは、
θ＝∠ＶＵＴ＝１８０°―∠ＴＶＵ―９０°＝９０°―α―Ｂ・・・・式（１）
となり、αは上記のように、例えば（臨界角＋０．５°）程度に設定される一定値であるから、θは屈折角Ｂの値に応じて定義される。

そして、突起部８Ｌを光源７の真上方向、即ちノブ３の中心側に配置しようとすると突起の傾斜が急になる（つまりθが小さくなる）ため、フレネルの方程式により入射角が大きくなると反射率が増えてしまい、光を効率的に使用できない。したがって、入射角Ａは反射率が比較的小さい６０°以内に設定することが望ましい。この場合、スネルの法則により、sinA=n・sinB という関係があるため、Ａ＝sin-1(n・sinB) ≦６０°、つまり、上記式（１）において、Ｂ≦sin-1(√３／２ｎ)とすることが望ましい。
なお、上記式（１）からも明らかなように、角度θはＲの位置に応じて変化するため、突起部８Ｌの光取り込み面ｅの理想的な形状は光源Ｓ側に突出する曲率を有するものである。

また、突起部６Ｌ、６Ｒの光取り込み面とは反対側の面の形状については、該突起部頂点付近から入射した光を遮らないように形成すればよく、通常は、突起部６Ｌ、６Ｒの端部Ｔ２と光源中心Ｓを結ぶ線上に形成することが好ましい。このように構成することで、取り入れた光を有効に伝搬することができる。

上記の実施の形態において、天面９における臨界角が４８°であるノブ材料を使用した場合、この入射角αは、４８°を基本として、シーソー型ノブの構成による傾き量などを考慮してできるだけ余裕のある数値で設定することが好ましい。
入射角αを４８°に設定した場合、ノブ３の上がった方だけ光量が増す設定となるが、反対に押されて下側に行ったときだけ光を遮るように設計することもできる。しかしノブ３を押し込んで行く操作では識別表示部が指で押し込まれて見えにくくなっているため、むしろ、ノブ３が上がったときに光量が増す設定にすることが好ましい。
例えば、臨界角４８°として、図２の突起部８Ｌ、８Ｒが上方にある場合には、α＝４８．５°に設定して入射光を全反射させ、下方にある場合には、α＝４７．５°として入射光を裏面１０から放射させ、さらに上方位置にある識別表示部６Ｌ、６Ｒにおいては、α＝４６．５°程度に角度を設定して天面から射出させる構成とすることが好ましい。

このように、本発明では、ノブ３の裏面１０に光取り込み用の略三角形状の突起部８Ｌ、８Ｒを上記したように構成することにより、ノブ３の天面の左右端に設けられた文字等の識別表示部６Ｌ、６Ｒが光源から遠ざかることによって生じる輝度低下を補償することができる。
実際、ノブ３の厚さを１．５〜２ｍｍとし、識別表示部６Ｌ、６Ｒの範囲６．３ｍｍ、突起部８Ｌ、８Ｒの幅１．３ｍｍで形成したところ、約２０％の輝度アップの効果が得られた。これにより、シーソー型ノブが揺動しても、左右の識別表示部６Ｌ、６Ｒには輝度差が殆ど生じなかった。

また、上記実施の形態では突起部８Ｌ、８Ｒを左右１対としたが、本発明の別の実施の形態として、必要に応じて、左右ともに複数の突起部を設けることもできる。
複数の突起部で構成すると、輝度不均一を解消することができると共に、突起部８Ｌ、
８Ｒの大きさ（特に、裏面からの高さ）を制限することができるので、設計の自由度が向上し、好ましい。
また、複数の突起部を設ける場合、突起部の設置位置については、既に取り入れた光を別の箇所に設けた突起部によってノブ裏面１０から射出してしまわないように、配慮する必要がある。
このため、図９に示すように、先に取り入れた光が天面９に反射して裏面１０に再度反射する場所を避けて、別の箇所の突起部８を設けることが好ましい。
このように設置することにより、取り込んだ光が識別表示部から射出する際にまばらにならずに射出されるので、比較的均一な輝度分布が得られ、好ましい。

従来例におけるシーソー型ノブの断面図および上面図 従来例におけるシーソー型ノブの揺動時の説明図 本発明の実施の形態におけるシーソー型ノブの全体図を示す側断面図 本発明の実施の形態におけるノブ端部の断面図（裏面を加工） 本発明の実施の形態におけるノブ端部の断面図（天面を加工） 本発明の実施の形態における突起部の形状を説明する全体図 本発明の実施の形態における突起部の位置の説明図 本発明の実施の形態における突起部の形状の説明図 本発明の他の実施の形態における説明図

符号の説明

１ 基板
２ スイッチ部
３ ノブ
４ 揺動支点
５ スイッチ押しノブ
６ 識別表示部（６Ｌ、６Ｒ）
７ 光源
８ 突起部（８Ｌ、８Ｒ）
９ 天面
１０ 裏面
Ｓ 光源中心

Claims (5)

1. 基板の中央上部に配置される光源と、前記光源の真上に揺動支点が設けられた導光体からなるノブと、前記ノブの天面の左右に設けられ、上方に光透過可能に形成された識別表示部とからなるシーソー型ノブの照明構造であって、
   前記ノブの裏面であって前記揺動支点から等距離の左右の所定位置に前記光源からの光を取り込む断面略三角形状の突起部を設け、前記ノブが揺動することに伴って生じる前記光源から左右の前記識別表示部に直接入射する光量の不均衡を、前記突起部の前記光源から取り込む光量により補償したことを特徴とするシーソー型ノブの照明構造。
2. 請求項１に記載の発明において、前記ノブが揺動した位置において、左右のうちの上方に位置する前記突起部から取り込まれた光が前記ノブの内部で全反射するとともに、左右のうちの下方に位置する前記突起部から取り込まれた光が前記ノブの内部で全反射しないように、前記光源と前記突起部の光取り込み面とがなす角度、および前記光源と前記ノブの天面および裏面とがなす角度をそれぞれ設定したことを特徴とするシーソー型ノブの照明構造。
3. 請求項２に記載の発明において、前記突起部の前記光取り込み面の形状を、前記ノブが揺動した上方位置において、該面から入射する光が前記天面で全反射する形状に形成したことを特徴とするシーソー型ノブの照明構造。
4. 請求項１または３に記載の発明において、前記識別表示部が形成されているノブの端部において、前記天面あるいは裏面と前記光源とがなす角度を、前記突起部から取り込まれた光が前記天面で全反射しない角度に形成することにより、前記突起部から取り込まれた光が前記識別表示部から放出されるように構成したことを特徴とするシーソー型ノブの照明構造。
5. 請求項１または４に記載の発明において、前記突起部の前記裏面における突起幅を、前記ノブが揺動した位置において、前記突起部から取り込まれた光が前記天面で全反射して前記裏面に戻る際に、前記裏面で再度全反射することを妨げない幅としたことを特徴とするシーソー型ノブの照明構造。
   

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