JPH05190048A - 操作スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触型のスイッチに、バネなどの機械的部
材を用いることなく良好な操作感を持たせる。 【構成】 押圧ボタン１８に連結された操作棒１４に、
鉄など強磁性体の被吸引板１２を設け、ケース側に永久
磁石１６を設ける。操作スイッチ１０の操作前には、被
吸引板１２は永久磁石１６に吸着した状態となってお
り、押圧ボタン１８を両者の吸着力以上の力で操作する
と、被吸着板１２は永久磁石１６から離脱して、検出部
２０方向に移動する。検出部２０では、この動きを操作
棒１４が検出孔２２に挿通されることで検出する。被吸
着板１２が永久磁石１６から離脱する際、急激に両者の
吸着力が低減するので、使用者にはクリック感として感
じられ、良好な操作感が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、手や肘あるいは足等の
人体もしくはロボットのアームなどの物体により操作さ
れ、所定のスイッチ信号を得る操作スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】操作スイッチには、移動可能な操作部を
設け、この操作部を押し込むなどの操作を行なうこと
で、スイッチのオン・オフ操作がなされるのが一般的で
ある。タッチスイッチなど、移動しない操作部を有する
スイッチも存在するが、可動タイプのスイッチには、使
用者にとってスイッチ操作の動作確認が容易であるこ
と、物体の位置を検出するリミットスイッチとして容易
に利用できるなどの利点が存在するため、広く用いられ
ている。

【０００３】通常、操作部には、スイッチ操作による移
動方向と逆方向の力が予め与えられている。使用者にと
っては、この逆方向の力に抗して操作部を操作すること
で、触覚的にスイッチ操作の確認が図られる。最も一般
的には、ばねを操作スイッチの操作部に取り付け、操作
部のストロークに比例した逆方向の力が操作者に感じら
れるように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の操作スイ
ッチは、操作感の向上等のために設けたばね等の機械部
品のために、次のような多くの問題点があった。操作ス
イッチに設けられたばね等の機械部品は、操作スイッチ
を使用する度に変形させられる構成となっており、徐々
に塑性変形してしまう。従って、塑性変形に伴う使用限
界が存在し、操作スイッチの耐用操作回数や耐用年数を
制限していた。また、ばねの座屈や折損等の機械部品の
故障が操作スイッチの不良を招き、品質向上のネックと
なっていた。特に、スイッチの操作感を高めるために、
明確な動作点のある動きを実現していわゆるクリック感
を得ようとすると、スナップアクションを行なう板ばね
などを設ける必要があり、折損など故障の可能性が増大
すると言う問題があった。

【０００５】更に、機械部品の腐食による信頼性の低下
を防止するため、湿度、温度等、操作スイッチの使用環
境に厳しい制限が必要となったり、機械部品の材料を厳
選してコストの向上を招いたりしていた。その上、操作
スイッチを小型化しようとすれば、機械部品を操作スイ
ッチに組み込むこと自体、操作スイッチの設計上の大き
な制約条件であり、設計の困難性、組立作業の悪化など
を招来していた。

【０００６】本発明の操作スイッチは、上記問題点を解
決し、使用環境を問わず半永久的な使用が可能となり、
かつ、信頼性、組立作業性の向上を図りつつ、しかも設
計が極めて容易な操作スイッチを提供することを目的と
してなされ、次の構成を採った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の操作スイッチ
は、スイッチ操作の実行により、スイッチ本体に対して
移動自在に設けられた操作部が移動し、その操作部の移
動に基づきスイッチ信号を発生する操作スイッチにおい
て、前記スイッチ本体に取り付けられる磁気抵抗の小さ
な吸引部と、前記操作部に取り付けられて前記吸引部と
の間に磁気回路を形成すると共に、前記スイッチ操作の
実行により前記吸引部との離隔距離が大きくなるように
移動する磁気抵抗の小さな被吸引部と、該被吸引部と前
記吸引部とを磁路とする前記磁気回路に磁束を形成する
起磁力発生部とを備えることを要旨とする。

【０００８】ここで、吸引部および／または被吸引部と
起磁力発生部とは、永久磁石により一体に構成されても
よい。

【０００９】また、被吸引部を永久磁石により構成する
と共に、この被吸引部に反発力または吸引力を与える永
久磁石を、スイッチ本体側であって、かつ操作部の操作
により被吸引部との離隔距離が小さくなる位置に配置す
ることも、操作感を向上する上で好適である。

【００１０】

【作用】以上のように構成された本発明の操作スイッチ
では、起磁力発生部にて発生される磁束が吸引部及び被
吸引部を磁路の一部として貫き、吸引部と被吸引部には
その磁束に比例した吸引力が作用し合う。すなわち、こ
の磁力は、操作部に対してスイッチ操作時の反力として
作用し、その点で従来の機械部品と等価の作用を奏す
る。

【００１１】また、被吸引部を永久磁石にて構成し、そ
の被吸引部に反発力または吸引力を与える永久磁石をス
イッチ本体側であって、スイッチ操作の実行により離隔
距離が小さくなる位置に配置するならば、被吸引部には
既設の吸引部と当該永久磁石との合成磁力が作用するこ
とになり、スイッチ操作に必要とする操作力を自由に設
計することができる。

【００１２】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の操作スイッチの好適な実
施例について説明する。

【００１３】図１は第１実施例である押圧タイプの操作
スイッチ１０の端面図、図２はその分解斜視図、図３は
その操作スイッチ１０のスイッチ出力を発生する検出部
２０の電気回路図である。

【００１４】図示するように、この操作スイッチ１０
は、円盤状の被吸引板１２を貫通固着した操作棒１４、
その操作棒１４が遊嵌された環状の永久磁石１６、操作
棒１４の押圧操作を容易とするため操作棒１４の一端に
螺合される押圧ボタン１８、そして操作棒１４の他端側
に設けられ操作棒１４の進退を検出する検出部２０、図
示しないケースを全部品とする極めて簡易な構成からな
る。なお、永久磁石１６と検出部２０とは、操作スイッ
チ１０のケース側に固定されている。

【００１５】ここで、被吸引板１２は、鉄、パーマロイ
などの強磁性体の金属により構成されており、操作スイ
ッチ１０に何らの力も作用していない状態においては永
久磁石１６に吸引され、図１に示す状態にて安定してい
る。また、この安定状態にあるときに操作棒１４の他端
は、検出部２０に穿設された検出孔２２にまで至らず、
距離ＤＳだけ離隔している。

【００１６】操作棒１４は、被吸引板１２と一体に、あ
るいはその他の金属により別途形成されるもので、大き
な透磁率を示す。このため、任意の空間に配置される
と、その空間のインダクタンスに大きな変化をもたら
す。従って、このインダクタンスの変化を検出すれば、
操作棒１４の位置を検出することは容易である。本実施
例では、このインダクタンスの変化を利用して、操作棒
１４の位置を検出器２０によりに検出する。なお、イン
ダクタンスの変化を用いて検出を行なうので、電波雑音
等による誤動作の心配がない。

【００１７】検出部２０の構成および働きを、図３の回
路図を用いて詳細に説明する。検出部２０は、発振回路
ＣＯとスイッチング回路ＳＷとから構成されており、そ
の内部基板ＰＣには、各回路を構成するコイルＬ１やト
ランジスタＴｒ１，Ｔｒ２等の電子部品が組み立てられ
ている。なお、コイルＬ１は、検出孔２２の周囲に配線
パターンにより形成された数ターンのコイルである。内
部基板ＰＣにコイルＬ１が形成されている様子を、検出
部２０の分解斜視図として、図４に示した。

【００１８】この検出部２０は、１２ボルトが供給され
る電源端子Ｔ１と、検出端子Ｔ２とを有する。この検出
端子Ｔ２は、回路のグランドレベルを兼ねており、検出
部２０の検出信号を処理する側の抵抗器ＲＤを介して接
地されている。この１２ボルトの電力の供給を受けて発
振回路ＣＯと、発振回路ＣＯの発振状態に基づいてオン
・オフするスイッチング回路ＳＷとが作動する。

【００１９】スイッチング回路ＳＷには、電源端子Ｔ１
から１２ボルトの電圧が加えられているが、検出端子Ｔ
２が抵抗器ＲＤ（本実施例では抵抗値６８０Ω）により
接地されていることから、スイッチング回路ＳＷの電源
電圧は、スイッチング回路ＳＷのトランジスタＴｒ２の
オン・オフ状態により変化する。一方、発振回路ＣＯに
は、電源端子Ｔ１と検出端子Ｔ２との間に介装された抵
抗器Ｒ１（本実施例では抵抗値２７ＫΩ）とツェナーダ
イオードＤ１により安定化されたツェナー電圧Ｖｚ（本
実施例では約５．５ボルト）が供給される。

【００２０】発振回路ＣＯは、特性が同一の２つのトラ
ンジスタを同一チップ内に形成した双トランジスタＴｒ
１を備え、この双トランジスタＴｒ１の一方のエミッタ
とグランドラインとの間に介装されたコンデンサＣ１お
よびコイルＬ１と、双トランジスタＴｒ１の他方のエミ
ッタとコイルＬ１の中間タップとの間に介装された抵抗
器Ｒ３およびコンデンサＣ２とにより、コルピッツ型の
高周波発振回路として構成されている。なお、双トラン
ジスタＴｒ１のベースは、抵抗器Ｒ２を介して電源ライ
ンに接続されている。この発振回路ＣＯの発振周波数
は、コイルＬ１のインダクタンスとコンデンサＣ１，Ｃ
２の容量とで決まり、本実施例ではおよそ３００ＫＨｚ
となっている。

【００２１】双トランジスタＴｒ１のコレクタの一方は
使用されていないが、他方はスイッチング回路ＳＷのト
ランジスタＴｒ２のベース端子に接続されている。トラ
ンジスタＴｒ２のベース端子には、グランドラインとの
間にコンデンサＣ３が接続されており、また、電源ライ
ンとの間に抵抗器Ｒ４が接続されている。エミッタ端子
には抵抗器Ｒ５（本実施例では２２０Ω）が接続されて
いる。また、トランジスタＴｒ２のコレクタ端子は、電
源ラインに接続されている。発振回路ＣＯが発振してい
る状態では、双トランジスタＴｒ１は約３００ＫＨｚで
オン・オフを繰り返しており、双トランジスタＴｒ１が
オンのときには、そのコレクタ電流はスイッチング回路
ＳＷのトランジスタＴｒ２のベースから流れ込んでトラ
ンジスタＴｒ２をターンオンする。一方、発振回路ＣＯ
の発振により双トランジスタＴｒ１が僅かの時間オフと
なる間は、トランジスタＴｒ２のベース電流はコンデン
サＣ３の放充電により継続され、トランジスタＴｒ２は
オン状態に保たれる。

【００２２】発振回路ＣＯが発振している状態で、検出
孔２２に金属製の操作棒１４の一端が通過すると、コイ
ルＬ１の磁束が操作棒１４の他端を通り抜けることにな
り、操作棒１４内には渦電流が流れて電流損失を生じ
る。この渦電流の発生は発振回路ＣＯの発振エネルギを
消費することになるから、その高周波発振は著しく減衰
してほぼ停止状態となり、これによりスイッチング回路
ＳＷのトランジスタＴｒ２はターンオフする。

【００２３】一方、操作棒１４の一端が検出孔２２を貫
通していない状態、即ち、発振回路ＣＯが発振している
状態では、トランジスタＴｒ２はオン状態を維持する。

【００２４】抵抗器Ｒ５は抵抗器Ｒ１より抵抗値が小さ
く設計されており（本実施例では２２０Ω：２７Ｋ
Ω）、トランジスタＴｒ２がオン状態となると、電源端
子Ｔ１からトランジスタＴｒ２，抵抗器Ｒ５を介してツ
ェナーダイオードＤ１に流れる電流は、抵抗器Ｒ１を介
して流れる電流より増大する（本実施例ではおよそ約１
３０倍となる）。この電流は最終的には、検出端子Ｔ２
に接続された抵抗器ＲＤを介して接地側に流れ込むか
ら、抵抗器ＲＤの両端電圧、即ち検出部２０の検出信号
を処理する回路２の入力ポートＰＢ１の電圧は、トラン
ジスタＴｒ２がオフ状態で約０．２ボルト、オン状態で
約４．９ボルトとなる。従って、ＰＢ１の状態を監視す
ることで、操作棒１４が検出孔２２を貫通している押圧
操作状態（ロウレベル）、操作棒１４が検出孔２２にま
で至っていない未操作状態（ハイレベル）を容易に知る
ことができる。

【００２５】この様に構成された操作スイッチ１０の押
圧ボタン１８の押圧操作量とその操作に要する操作力の
特性曲線は、図５に示すような右下がり特性を示すこと
が明らかである。すなわち、押圧操作を開始する時点に
あっては、図１に示すように被吸引板１２は永久磁石１
６に当接し、この安定状態を崩すには両部材間を貫く磁
束密度ＢＳに比例した大きな操作力ＦＳを必要とする。
しかし、この大きな操作力ＦＳを越える力を与えて被吸
引板１２を永久磁石１６から一旦剥離してしまえば、そ
の後は両部材の距離の２乗に反比例して磁束密度Ｂが減
少すると共に漏れ磁束も大きくなり、徐々に小さな操作
力を与えるのみで押圧ボタン１８の押圧操作を行なうこ
とが可能となる。操作力ＦＳを越える力を与えた後は、
急速に必要操作力は低下するから、使用者にとっては、
ある種のクリック感が得られることになり、被接触式の
スイッチでありながら、明確な動作点を備えたものとな
っている。

【００２６】押圧ボタン１８、延いては操作棒１４の押
圧操作量が所定量ＤＳを越えるとき、操作棒１４の一端
が検出部２０の検出孔２２を貫通することとなり、検出
部２０の検出信号を監視する上位の回路２に操作スイッ
チ１０の操作状態の信号が伝えられる。すなわち、図１
に示す様な機械部品を一切使用しない簡単な構成によ
り、スイッチ操作に必要とされる操作感を実現しつつ操
作スイッチ１０を構成することができる。

【００２７】こうして目的とするスイッチ操作が完了し
て操作者が押圧ボタン１８から指を離すと、被吸引板１
２は磁力により永久磁石１６に吸引され、図１に示すス
イッチ操作以前の状態に自動的に復帰する。

【００２８】この様に、本実施例の操作スイッチ１０に
よれば、ばね等の機械部品を何ら使用することなく、従
来の操作スイッチと全く同様の使い勝手、操作感を実現
することができる。このため、本実施例の操作スイッチ
１０は、錆などの腐食に極めて強くなり、水周りでの使
用環境にも十分な耐久性を示し半永久的な使用が可能と
なる。また、故障の原因となっていた複雑な機構の機械
部品が皆無となるため、信頼性、組立作業性が向上し、
かつ、小型化が達成できる。また、永久磁石１６を利用
することで被吸引板１２に磁気的吸引力を作用させてい
るため、一層の小型化が可能となり、かつ、操作特性が
安定し、省エネルギーをも達成することができる。

【００２９】なお、本実施例の操作スイッチ１０では永
久磁石１６の利用により上述のごとき効果を発揮するこ
とができるが、これを公知の電磁石に置換しても機械部
品を一切使用しない優れた効果を奏する操作スイッチ１
０として構成できることは勿論である。そして、その場
合には、操作スイッチ１０の使用を許可する場合のみ電
磁石を作動させて磁力によるスイッチ操作感を実現し、
その他の場合には電磁石への電力の供給を停止するなど
の副次的な効果を奏させることができる。

【００３０】また、上記の第１実施例は、機械部品を一
切使用しない例として操作棒１４の操作状態を検出する
検出部２０までも非接触タイプのものとして説明した
が、この部分を従来より公知である単純な接点タイプの
検出回路としたり、防水あるいは耐腐食性の接点タイプ
とするなど種々の態様とすることも可能である。

【００３１】また、非接触タイプの検出回路であって
も、上述した検出部２０に限定されることなく、操作棒
１４の材質や操作スイッチ１０の使用環境等を考慮し、
公知のホールセンサ、光センサ、超音波センサ、静電容
量センサ等の各種センサを適宜利用することができる。

【００３２】この様に検出部２０の構成に関しては従来
の各種センサが利用可能であり、その何れを採用しよう
とも本発明の本質を変更するものでもない。従って、以
下に説明する第２実施例以降では、これらの検出用のセ
ンサに関する説明および図示を省略する。

【００３３】第２実施例の操作スイッチ３０の端面図を
図６に示す。図示するようにこの操作スイッチ３０は、
第１実施例の操作スイッチ１０と基本的に同一の構成で
あって被吸引板３２、操作棒３４、ケース側に固定され
た永久磁石（以下、第１永久磁石という）３６、押圧ボ
タン３８を備える。この操作スイッチ３０の操作スイッ
チ１０との相違点は、被吸引板３２が永久磁石により構
成され、その磁極（Ｓ−Ｎ）が第１永久磁石３６と吸引
し合う向きに配置されていること、および被吸引板３２
の移動方向に第２永久磁石３９が配設さて、その磁極が
被吸引板３２と反発し合う向きに配置されていることで
ある。

【００３４】こうして構成された操作スイッチ３０の押
圧操作量と操作力との特性曲線を、図７に示した。被吸
引板３２には、第１永久磁石３６との吸引力（一点鎖線
で示す）と第２永久磁石３９との反発力（二点鎖線で示
す）とが、押圧ボタン３８の押圧操作量に応じて作用し
合うことになる。従って、両者の合成力は、実線で示す
ようにＵ字型となり、操作スイッチ３０の押圧操作には
第１実施例同様に始めに大きな力が必要となってスイッ
チ操作感を得ることができる。そして、更に押圧操作を
実行するならば、被吸引板３２に対して第２永久磁石３
９からの反発力が大きく作用しだすのである。

【００３５】従って、本実施例の操作スイッチ３０によ
れば、前述した第１実施例同様の効果を総て奏すること
が可能であるうえに、更に次のような効果を奏する。操
作者が押圧ボタン３８を押圧し続けて押圧操作量が大き
くなると、第２永久磁石３９による反発力が大きくな
る。これにより、操作者に対して指の触覚をもってスイ
ッチ操作の完了を認識させることができる。また、この
様な状態において操作者がスイッチ操作の完了を知って
押圧ボタン１８から指を離すと、第２永久磁石３９によ
る反発力のために被吸引板３２は大きな加速度で第１永
久磁石３６側へ押し返され、スイッチの復帰が瞬時に完
了する。すなわち、本実施例の操作スイッチ３０は、２
種の磁力の合成力を制御することでスイッチ操作力及び
スイッチ復帰力を自由に設計でき、種々の仕様を満足す
る操作スイッチを提供することが可能となる。

【００３６】図８は、第３実施例の操作スイッチ４０の
端面図である。図より一見して理解される通り、本実施
例の操作スイッチ４０の基本構成は第２実施例の操作ス
イッチ３０と同一であり、説明の重複を避けるために操
作スイッチ３０と同一の構成要素には図６で使用した符
号と下１桁に同一数字を符している。

【００３７】本操作スイッチ４０の特徴的な構成は、被
吸引板４２が、ニッケル、パーマロイ等の強磁性体にて
構成された第１被吸引板４２Ａと永久磁石にて構成され
た第２被吸引板４２Ｂとに分割構成されている点にあ
る。

【００３８】この様に構成される操作スイッチ４０で
は、押圧ボタン４８の操作力は、第２実施例である操作
スイッチ３０と同様に、第１永久磁石４６−第１被吸引
板４２Ａ間の吸着力と、第２永久磁石４９−第２被吸引
板４２Ｂ間の反発力との合成力となる。従って、その押
圧操作力や復帰力を自由に設計することができる。その
上、第１被吸引板４２Ａと第２被吸引板４２Ｂとの離隔
距離を制御することで押圧操作量までも自由に設計する
ことが可能となり、大小様々なスイッチストロークの操
作スイッチを提供することが可能となる。

【００３９】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこうした実施例に何等限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない種々の態様により具現化さ
れることは勿論である。例えば、上記実施例では総て押
圧タイプの操作スイッチに本発明を適用する事例につい
て詳述したが、操作スイッチには押圧タイプに限らずト
グルタイプなど種々のタイプが存在し、その総てのタイ
プについて本発明は容易に適用可能である。その一例を
図９の概念図に示す。この例では、２つの永久磁石Ａ、
Ｂをトグルスイッチ用の操作棒Ｃの回転支点Ｄに対して
対称に配置し、操作棒Ｃに延出して強磁性体の被吸引板
Ｅを設けている。こうした簡易な構成により、ばねなど
を使用することなくクリック感のあるトグルスイッチを
構成することができる。

【００４０】また、この様な他のタイプの操作スイッチ
への適用についても、磁力の発生源は永久磁石、電磁石
を問わず、かつ、その磁力発生源の使用個数や配置、強
磁性体への置換など各種の態様が実現可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の操作スイッ
チでは、起磁力発生部が磁気回路に形成する磁束によっ
て吸引部と被吸引部には吸引力が作用し、これが操作部
に対してスイッチ操作時の反力となる。従って、一切の
機械部品を使用する必要がなく、使用環境を問わず半永
久的な使用が可能となり、信頼性も格段に向上する。更
に、操作スイッチの組立や設計も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である操作スイッチの端面
図である。

【図２】同じくその分解斜視図である。

【図３】同じくその操作スイッチに使用される検出回路
の電気回路図である。

【図４】検出部２０のコイルＬ１の外観を示す斜視図で
ある。

【図５】同じくその押圧操作の特性図である。

【図６】第２実施例である操作スイッチの端面図であ
る。

【図７】同じくその押圧操作の特性図である。

【図８】第３実施例である操作スイッチの端面図であ
る。

【図９】その他の実施例である操作スイッチの概念説明
図である。

【符号の説明】

１０ 操作スイッチ １２ 被吸引板 １４ 操作棒 １６ 永久磁石 １８ 押圧ボタン ２０ 検出部 ２２ 検出孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチ本体に対して移動自在な操作部
   を備え、該操作部の移動に基づきスイッチ信号を発生す
   る操作スイッチにおいて、 前記スイッチ本体に取り付けられる磁気抵抗の小さな吸
   引部と、 前記操作部に取り付けられて前記吸引部との間に磁気回
   路を形成すると共に、前記操作部の操作により前記吸引
   部との離隔距離が大きくなるように移動する磁気抵抗の
   小さな被吸引部と、 該被吸引部と前記吸引部とを磁路とする前記磁気回路に
   磁束を形成する起磁力発生部とを備えることを特徴とす
   る操作スイッチ。
2. 【請求項２】吸引部および／または被吸引部が永久磁石
   により構成され、起磁力発生部を兼ねる請求項１記載の
   操作スイッチ。
3. 【請求項３】請求項１記載の操作スイッチであって、 被吸引部を永久磁石により構成すると共に、 該被吸引部に反発力または吸引力を与える永久磁石を、
   スイッチ本体側であって、かつ操作部の操作により該被
   吸引部との離隔距離が小さくなる位置に配置した操作ス
   イッチ。