JP4924946B2 - 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、コンビネーションスイッチとして、接点式のスイッチを用いたものが車両等の操作スイッチとして用いられている。接点式のコンビネーションスイッチは、レバー内を機構部品で構成し、基板側に接点を設けてスイッチを構成しているが、基板上に複数の接点が集積されるため、接点面積に限界があり、そのため電流容量が制限されるという問題がある。また、接点部分の摩耗や接触不良、あるいは焼き付き等による短寿命という問題がある。この問題を解決する方法として、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、２、および３）。

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 特開平８−２７３４９２号公報 特許第３８７５５６２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、レバーの傾斜方向の歪み以外を検知できないという問題がある。また、操作状況に合わせて、レバーを大きく移動させて操作するコンビネーションスイッチ、または細かく移動させて操作するコンビネーションスイッチが必要となるが、レバー操作の大きさに合わせて歪みゲージに最適な歪みが加わるように、歪みゲージの設置場所を変更する必要があるため、複数の形状のレバーを用意する必要があり生産性が低い。

従って、本発明の目的は、無接点で電流容量を制限することなく、様々なレバーの動きを検知可能であり、レバー操作の大きさに簡単に対応できるコンビネーションスイッチを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、レバーと、弾性部材と、前記レバーの動作を伝達して前記弾性部材を変形させるため、前記レバーと連結され、回動可能に支持された作用部材と、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、レバーの動きを弾性部材に伝達し、弾性部材の変位を力センサによって検知するため、弾性部材を変形させるレバーの動きであれば力センサにより検知可能で、弾性部材の材質を変更することにより、様々なレバー操作の大きさに対応できる。

本発明によれば、様々な動きに対応した無接点のコンビネーションスイッチを達成できる。

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。

〔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、レバー１Ｂと、レバー１Ｂの一端に設けられた円柱状の作用部材１０と、作用部材１０の一部を埋設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、作用部材１０の回動孔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。また、レバー１Ｂは、作用部材１０に穴部１０ａ〜１０ｅを設け、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。

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、他端は作用部材１０を介して弾性部材１１に埋設されている。

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。また、同様に、回転スイッチ１３を操作することで、回転軸１３Ａは作用部材１０を介して、回転スイッチ１３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、弾性部材１１に埋設された複数の作用板１０Ａを有し、レバー１Ｂの動きを弾性部材１１に効率的に伝達する。また、回転軸１３Ａは作用部材１０を介して作用部１３Ｂに動作を伝達する。作用部１３Ｂは、作用板１０Ａとともにレバー１Ｂの動きを弾性部材１１に伝達するとともに、回転スイッチ１３の動きを弾性部材１１に伝達する。

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。

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。

運転手がレバー１Ｂを操作することにより、レバー支点１Ａを中心に作用部材１０が回転する。レバー１Ｂは、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、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）〜（ｃ）は、本発明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。レバーを操作することで、作用部材１０が回転し、作用板１０Ａに追従するように弾性部材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。

図６（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、作用部１３Ｂを同様にＢ方向に回転させる。作用部１３Ｂは、回転方向に弾性部材１１を捩らせる。弾性部材１１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。

（実施の形態の効果）
上記した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、無接点でレバーの様々な動きを検知可能である。また、レバー１Ｂの動きの大きさに合わせて、硬度や変形量等を最適化した弾性部材１１を選択することで、他の部材を変更することなく仕様変更に対応することができ、生産性が高い。

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。

本発明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…回動孔（レバー支点）、１Ｂ…レバー、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、１０ａ〜１０ｅ…穴部、１０…作用部材、１０Ａ…作用板、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、１３Ｂ…作用部、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. レバーと、
   弾性部材と、
   前記レバーの動作を伝達して前記弾性部材を変形させるため、前記レバーと連結され、回動可能に支持された作用部材と、
   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. 前記レバーは、内部に回転軸を有し、前記回転軸は、前記作用部材を介して前記弾性部材を変形させ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. 前記力センサは、複数の歪みゲージからな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。

Images