JP2020009607A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作指の生体情報検出機能を備えた押圧操作部の接続の容易化を図ったスイッチ装置を提供する。【解決手段】スイッチ装置１は、ケース３に押圧移動可能に設けられた押圧操作部２と、押圧操作部２に設けられ、操作指の生体情報を検出する生体情報センサ１１と、押圧操作部２の押圧操作方向に沿ってケース３内に設けられ、生体情報センサ１１に接続された制御基板１３と、制御基板１３に固定された外部接続用コネクタ１５とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチ装置に係わり、特に、押圧操作部上における操作指の生体情報を検出する機能を備えたスイッチ装置に関する。

押しボタン式の始動スイッチを用いて車両のエンジンを始動させる始動制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された始動制御装置は、始動スイッチの押圧部に設けられた指紋センサと、始動スイッチ及び指紋センサからの入力に基づいて、エンジンを始動させる始動手段の作動を制御する始動処理を実行する制御手段とを備えている。

特開２００８−１７４０９５号公報

特許文献１に記載の始動制御装置に用いられる始動スイッチの押圧部は、筐体の開口部に往復移動可能に保持されるのが一般的である。その構造上、始動スイッチの押圧部に設けられた指紋センサから引き出された配線は、筐体内に設けられた固定側の接続部と電気的に接続されることとなり、指紋センサを配線接続するための組み立てが煩雑化してしまう。

本発明の目的は、操作指の生体情報検出機能を備えた押圧操作部の接続の容易化を図った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に、本発明に係るスイッチ装置は、ケースに押圧移動可能に設けられた押圧操作部と、前記押圧操作部に設けられ、操作指の生体情報を検出する生体情報センサと、前記押圧操作部の押圧操作方向に沿って前記ケース内に設けられ、前記生体情報センサに接続された制御基板と、前記制御基板に固定された外部接続用コネクタとを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係るスイッチ装置において、前記生体情報センサは、前記制御基板と接続されるフレキシブル配線を有していることが好ましい。

また、本発明に係るスイッチ装置において、前記生体情報センサは、前記制御基板と電気的に摺動接触する摺動端子を有する構成とすることができる。

更に、本発明に係るスイッチ装置において、前記押圧操作部の押圧操作を検出するスイッチを備え、前記スイッチは、前記制御基板と接続されていることが好ましい。

更にまた、本発明に係るスイッチ装置において、前記制御基板は、両面実装基板であることが好ましい。

本発明によれば、操作指の生体情報検出機能を備えた押圧操作部の接続の容易化を実現することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るスイッチ装置の内部構造の一例を説明するための断面模式図であり、（ｂ）はスイッチ装置を押圧操作したときの断面模式図である。 図１（ａ）の矢視ＩＩ線からみた平面図である。 図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るスイッチ装置の内部構造の一例を説明するための断面模式図であり、（ｂ）はスイッチ装置を押圧操作したときの断面模式図である。 図４（ａ）のＶ−Ｖ線矢視断面図である。

本発明のスイッチ装置に係る実施の形態について、以下に添付図面を参照して説明する。

以下に説明する実施の形態は、車両用エンジンのスイッチ装置を例に挙げているが、これに限定されるものではない。各種車載機器のスイッチ装置にも適用可能であり、車両用スイッチ装置の他にも、遠隔操作、情報端末あるいは家電等の各種機器のスイッチ装置に適用することができる。

［第１の実施の形態］
図１（ａ）において、スイッチ装置１は、車両電源を切り替えるときに押圧操作するプッシュモーメンタリ式のエンジンスイッチ装置として構成されている。スイッチ装置１は、押圧操作部２を押圧操作することにより、車両の電源をイグニッションオフ状態、アクセサリオン状態、イグニッションオン状態、及びエンジン始動状態の４つの状態に切り替える電源遷移操作機能を有している。ここで、押圧操作とは、押圧操作部２の操作面を押すことで、押圧操作部２を押し動かす操作をいう。

スイッチ装置１は、外筒となる合成樹脂製のケース３と、内筒となる合成樹脂製の基板ホルダ４とを備えている。ケース３の操作者対向面側の端部に開口を形成する側壁には、互いに相対して対をなす一対の弾性変形可能な弾性係止片３ａ，３ａが一体に形成されている。弾性係止片３ａは、図示しないステアリングホイールの前方に設けられたインストルメントパネル等の内装品の取付孔にスナップフィット固定される。

ケース３の操作者対向面側の開口には、操作者による押圧操作を受けるキャップ状の押圧操作部２と、押圧操作部２を取り囲む操作部ホルダ５とが設けられている。操作部ホルダ５は、押圧操作部２を中心軸線ＣＬに沿って往復移動可能に保持している。押圧操作部２及び操作部ホルダ５の周囲には、ベゼル６が組み付けられている。

図１（ａ）及び図２に示すように、操作部ホルダ５の内部底面には、押圧操作部２の押圧操作を検出する検出部となるスイッチ７が設けられている。図示例では、３個のスイッチ７が中心軸線ＣＬを中心とする同一円周上に等間隔に配置されている。

スイッチ７は、配線基板８に設けられた固定接点に対し、弾性変形して座屈するドーム状のラバーコンタクト９の内部底面に設けられた可動接点が接離するラバーコンタクトスイッチとして構成されている。固定接点には、配線基板８の裏面側に配置された配線接続用コネクタ１０が電気的に接続されている。

押圧操作部２の裏面には、生体情報センサ１１が配置されている。ラバーコンタクト９は、生体情報センサ１１の裏面に配置されている。ラバーコンタクト９としては、スイッチ奥行き方向の寸法の半分よりも小さい押圧操作部２寄りに配置することが好適である。これにより、ラバーコンタクト９の可動は、押圧操作部２の裏面のごく一部に限定されている。

図１（ｂ）の矢印方向に押圧操作部２を押圧操作することで、ラバーコンタクト９の可動接点と配線基板８の固定接点とが当接して接触することとなり、ラバーコンタクトスイッチはスイッチオン状態となる。押圧操作部２の押圧操作が解除されたときは、ラバーコンタクト９が弾性復元力により元のドーム形状に自動復帰する。ラバーコンタクト９の可動接点が配線基板８の固定接点から離れることになり、ラバーコンタクトスイッチはスイッチオフ状態となる。

生体情報センサ１１は、押圧操作部２を押圧操作する操作者の手指の指紋や静脈の生体情報を検出するものである。生体情報センサ１１の検出方式としては、静電容量式や光学式などのいずれかの検出方式が用いられる。

生体情報センサ１１のセンサ基板には、フレキシブル配線１２が電気的に接続されている。フレキシブル配線１２としては、導体を平行に並べた配線材であるフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）、又は銅箔からなる配線パターンが形成されたフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等が用いられる。

押圧操作部２、スイッチ７、及び生体情報センサ１１は、操作部ホルダ５内に集約化して配置される一方、操作部ホルダ５の裏面近傍には、スイッチ７及び生体情報センサ１１と電気的に接続する制御基板１３が押圧操作方向に沿って配置されている。なお、スイッチ７としては、ラバーコンタクトスイッチに代えて、マイクロスイッチ等の機械式接点を用いたスイッチなどを用いることができる。

図３に示すように、ケース３の内部に中心軸線ＣＬに沿って形成された帯状の嵌合溝３ｂには、筒状の基板ホルダ４が嵌合固定されている。基板ホルダ４の内部には、帯状の嵌合溝４ａが中心軸線ＣＬに沿って形成されている。嵌合溝４ａには、両面実装基板である制御基板１３が嵌合固定されている。制御基板１３は、押圧操作部２及び生体情報センサ１１の移動に対して固定された位置に配置されている。

制御基板１３の操作者対向面側の一端部における一方の面には、配線接続用コネクタ１０が固定されており、一方の面とは反対側の他方の面には、センサ接続用コネクタ１４が固定されている。制御基板１３の他端部における一方の面には、外部の制御装置等と電気的に接続される外部接続用コネクタ１５が固定されている。これにより、制御基板１３を集約化して接続部の構成とスイッチ装置１の内部空間とを簡素化することができる。

配線接続用コネクタ１０には、スイッチ７の固定接点が電気的に接続されている。センサ接続用コネクタ１４には、フレキシブル配線１２を介して生体情報センサ１１が電気的に接続されている。生体情報センサ１１のフレキシブル配線１２を制御基板１３の操作者対向面側の一端部に接続することができるので、他部品との干渉を回避することができる。

図１（ｂ）に示すように、押圧操作部２を押圧操作したとき、生体情報センサ１１のフレキシブル配線１２は、押圧操作部２の移動に追従して撓み変形する。この撓み変形により生体情報センサ１１に作用する反力を吸収することができる。

制御基板１３には、スイッチ７及び生体情報センサ１１からの信号を処理する制御部１６等が実装されている。制御部１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等の構成要素により構成されるマイクロコンピュータからなる。

制御部１６は、ＲＯＭに予め登録されている複数のテンプレートに基づいて押圧操作部２の押圧操作による操作指の生体情報を照合する機能を有するとともに、押圧操作部２の押圧操作を検出するスイッチ７から入力する信号に基づいて押圧操作部２の押圧操作の有無を認識する機能などを有している。

制御部１６は、車両電源から駆動電圧が供給されることにより、押圧操作部２による押圧操作の検出、及び生体情報センサ１１による生体情報の取得等が行える状態となる。なお、駆動電圧は、無線通信に基づく認証によるドアの開錠、メカニカルキーによるドアの開錠、あるいはドアの開放等によって供給される。

押圧操作部２が押圧操作された際に、制御部１６は、押圧操作部２に設けられた生体情報センサ１１から操作指の生体情報を取得することで、取得した生体情報と、ＲＯＭに予め登録されている生体情報とを比較して照合する。生体情報を照合した結果は、制御基板１３に固定された外部接続用コネクタ１５の端子を介して図示しない車両側の制御部へ出力される。車両側の制御部では、生体情報の正否を確認する生体認証が実行される。

生体情報が一致すれば、生体認証を成立処理することで、押圧操作部２の押圧操作による車両の電源遷移操作が許可される。生体情報センサ１１により読み取られた生体情報がＲＯＭに予め登録されている生体情報と一致しない場合には、押圧操作部２の押圧操作による車両の電源遷移操作が許可されない。これにより、エンジンは始動しない。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された第１の実施の形態に係るスイッチ装置１によると、スイッチ７及び生体情報センサ１１の接続部を集約して中心軸線ＣＬに沿って延びる制御基板１３の一端部に接続した接続部構造となっているため、上記効果に加えて、以下の効果が得られる。

ラバーコンタクト９を押圧操作部２の裏面側に配置することで、ラバーコンタクト９の可動を押圧操作部２の裏面近傍の一部に限定することができる。これにより、配線接続用コネクタ１０、センサ接続用コネクタ１４、及び外部接続用コネクタ１５を固定した制御基板１３にフレキシブル配線１２を介して生体情報センサ１１を接続することが容易となり、制御基板１３と外部接続用コネクタ１５とを接続するフレキシブル配線をも削減することができる。

制御基板１３の一端部に配線スペースを確保すればよいため、制御基板１３に対する配線距離が短くなり、配線スペースを削減することができる。

制御基板１３に対する配線距離を短くすることができるため、ノイズの影響を受けることなく、生体情報センサ１１の検出動作の応答性を向上させることができる。

制御基板１３に対する配線距離を短くすることができるため、配線の引き回しや組み付けが容易である。

操作部ホルダ５には、押圧操作部２、スイッチ７、及び生体情報センサ１１が集約化されるとともに、制御基板１３の一端部にスイッチ７及び生体情報センサ１１の固定側の接続部が集約化されているため、スイッチ装置１の小型化や高密度実装化が可能となる。

［第２の実施の形態］
図４（ａ）、図４（ｂ）、及び図５を参照すると、これらの図には、第２の実施の形態に係るスイッチ装置１の一構成例が示されている。

図４（ａ）は、第２の実施の形態に係るスイッチ装置１の内部構造の一例を説明するための断面模式図であり、図４（ｂ）は、スイッチ装置１を押圧操作したときの断面模式図である。図５は、図４（ａ）のＶ−Ｖ線矢視断面図である。

上記第１の実施の形態では、生体情報センサ１１と制御基板１３とをフレキシブル配線１２を介して接続する構成であったものを、この第２の実施の形態にあっては、生体情報センサ１１と制御基板１３とを直接接続する構成としている点で上記第１の実施の形態と異なっている。

なお、図４（ａ）、図４（ｂ）、及び図５において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を用いている。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

ケース３の内部に中心軸線ＣＬに沿って形成された帯状の嵌合溝３ｂには、制御基板１３を保持する基板ホルダ４が嵌合固定されている。基板ホルダ４の内部に形成された帯状の摺動案内溝４ｂには、押圧操作部２及び生体情報センサ１１と一体的に中心軸線ＣＬに沿って往復移動可能な筒状のスライダ１７が嵌合されている。スライダ１７とケース３の内部底面との間には、押圧操作する押圧操作部２を自動復帰させる自動復帰用のドーム状ラバー部材１８が設けられている。

生体情報センサ１１のセンサ基板における制御基板１３の実装面と対向する面には、制御基板１３の制御部１６と接続された配線に摺接する図示しない板バネ接点等の複数の摺動端子が設けられている。摺動端子は、生体情報センサ１１と制御基板１３とを常に電気的に接続している。摺動端子としては、例えば、入力端子、出力端子、電源端子、及び接地端子が用いられる。

生体情報センサ１１を含む押圧操作部２の押圧操作を検出する検出部であるスイッチとしては、押圧操作部２の押圧操作による操作荷重を検出する図示しない歪センサ等の荷重センサを用いることができる。荷重センサにより検出された荷重情報は、制御部１６へ出力されるように構成することができる。

なお、荷重センサに代えて、押圧操作部２に設けられた磁石の磁場を検出することでオンオフを検出する磁気センサ等の無接点センサを用いた構成であっても構わない。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態に係るスイッチ装置１によると、押圧操作部２及び生体情報センサ１１を制御基板１３に直接接続する構成となっているため、上記効果に加えて、以下の効果が得られる。

スイッチ接点用の配線基板やフレキシブル配線を配置する必要がなくなり、コネクタの削減や配線スペースの削減を図ることができる。

スイッチ接点用の配線基板、配線接続用コネクタ、フレキシブル配線、センサ接続用コネクタ等を不要とするため、スイッチ装置１の内部空間を有効利用することができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例、及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例、及び図示例は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。従って、上記実施の形態、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…スイッチ装置、２…押圧操作部、３…ケース、３ａ…弾性係止片、３ｂ，４ａ…嵌合溝、４…基板ホルダ、４ｂ…摺動案内溝、５…操作部ホルダ、６…ベゼル、７…スイッチ、８…配線基板、９…ラバーコンタクト、１０…配線接続用コネクタ、１１…生体情報センサ、１２…フレキシブル配線、１３…制御基板、１４…センサ接続用コネクタ、１５…外部接続用コネクタ、１６…制御部、１７…スライダ、１８…ドーム状ラバー部材、ＣＬ…中心軸線

Claims (5)

1. ケースに押圧移動可能に設けられた押圧操作部と、
   前記押圧操作部に設けられ、操作指の生体情報を検出する生体情報センサと、
   前記押圧操作部の押圧操作方向に沿って前記ケース内に設けられ、前記生体情報センサに接続された制御基板と、
   前記制御基板に固定された外部接続用コネクタと、
   を備えたことを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記生体情報センサは、前記制御基板と接続されるフレキシブル配線を有してなる請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記生体情報センサは、前記制御基板と電気的に摺動接触する摺動端子を有してなる請求項１に記載のスイッチ装置。
4. 前記押圧操作部の押圧操作を検出するスイッチを備え、
   前記スイッチは、前記制御基板と接続されてなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
5. 前記制御基板は、両面実装基板である請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチ装置。

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