JP6783930B2 - マイコン入力用スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、マイコン入力用スイッチに係り、特に、車両の電装機器等を作動させる手動スイッチに適用されるマイコン入力用スイッチに関する。

従来から、ホーンスイッチやスタータスイッチ等、車両の電装機器を作動させる手動スイッチにおいて、スイッチの接点が雨等の水分によって被水した場合の電装機器の誤作動を防ぐ試みが行われている。

特許文献１には、ＬＥＤを光源とするブレーキランプを作動させるブレーキスイッチの電気回路において、手動スイッチの接点が被水してリーク電流が発生し、手動スイッチがオフであるにもかかわらずブレーキランプが作動することを防ぐために、電気回路中の半導体スイッチのグランドを手動スイッチのグランドと共通化した構成が開示されている。

特許第５９５５７２７号公報

しかし、特許文献１に開示されたスイッチ回路は、２つの半導体スイッチを必要とするためにコストが上昇するという課題があった。また、スイッチの開閉状態を検出するための電流により生じる接点電蝕の防止に関しては検討されていなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、非防水スイッチにおいて、被水時でも接点電蝕が少なく、スイッチのオフ状態を確実に検知できるマイコン入力用スイッチを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、スイッチ（５）を構成する一方側接点（６）および他方側接点（７）を有するマイコン入力用スイッチにおいて、前記スイッチ（５）のオフ状態を検出するための電流として、パルス波形が出力される定電流を前記スイッチ（５）に印加する点に第１の特徴がある。

また、前記定電流が１００ｍＡ以下の微小電流である点に第２の特徴がある。

また、前記一方側接点（６）または他方側接点（７）が、前記スイッチ（５）のオフ状態を検知する電圧閾値検出手段（４）に接続されており、前記電圧閾値検出手段（４）の出力信号に基づいて前記スイッチ（５）のオフ状態を判断する制御部（８）を備え、前記制御部（８）は、前記印加した電流が予め定められた閾値（Ｖａ）を超えることで前記スイッチ（５）がオフ状態であると判断する点に第３の特徴がある。

また、前記スイッチ（５）に印加する電流のパルスの幅（Ｔ１）は、前記検出される電圧値が閾値（Ｖａ）を超える範囲を含む最小値に設定される点に第４の特徴がある。

また、前記スイッチ（５）のオフ状態の検出が、前記スイッチ（５）に通電する電流のパルスの幅（Ｔ１）内で複数回実行される点に第５の特徴がある。

また、前記検出される電圧値が閾値（Ｖａ）を超えると電流の印加を停止する点に第６の特徴がある。

さらに、前記制御部（８）は、複数のスイッチのオフ状態の検出を予め定められた順序で実行し、前記順序は、早い応答速度が必要なスイッチのオフ状態の検出インタバルが短くなるように設定されている点に第７の特徴がある。

第１の特徴によれば、スイッチ（５）を構成する一方側接点（６）および他方側接点（７）を有するマイコン入力用スイッチにおいて、前記スイッチ（５）のオフ状態を検出するための電流として、パルス波形が出力される定電流を前記スイッチ（５）に印加するので、スイッチの開閉状態を検出する際の通電量を低減して、被水時の接点電蝕を最小化することが可能となる。また、パルス波形が出力される電流とするので、電流のパルス波形を監視することでスイッチのオフ状態を精度よく検出することが可能となる。さらに、定電流とした場合は、酸化膜によって抵抗値が上がると、規定電流を流そうとして、接点間の電圧が上昇して酸化膜が破壊されることとなり、酸化膜の生成を抑えることができる。これにより、オン抵抗を低く保つことが可能になる。

第２の特徴によれば、前記定電流が１００ｍＡ以下の微小電流であるので、接点電蝕の進行を最小限に抑えることができる。

第３の特徴によれば、前記一方側接点（６）または他方側接点（７）が、前記スイッチ（５）のオフ状態を検知する電圧閾値検出手段（４）に接続されており、前記電圧閾値検出手段（４）の出力信号に基づいて前記スイッチ（５）のオフ状態を判断する制御部（８）を備え、前記制御部（８）は、前記印加した電流が予め定められた閾値（Ｖａ）を超えることで前記スイッチ（５）がオフ状態であると判断するので、パルス波形の態様を利用して、スイッチのオフ状態を確実に検知することが可能となる。

第４の特徴によれば、前記スイッチ（５）に印加する電流のパルスの幅（Ｔ１）は、前記検出される電圧値が閾値（Ｖａ）を超える範囲を含む最小値に設定されるので、スイッチのオフ状態の検出時間を短くすることができ、被水時の電蝕を最小限に抑えることができる。

第５の特徴によれば、前記スイッチ（５）のオフ状態の検出が、前記スイッチ（５）に通電する電流のパルスの幅（Ｔ１）内で複数回実行されるので、スイッチのオフ状態の検出精度を高めることが可能となる。

第６の特徴によれば、前記検出される電圧値が閾値（Ｖａ）を超えると電流の印加を停止するので、電流の印加時間を短くして、被水時の接点電蝕を最小化することが可能となる。

第７の特徴によれば、前記制御部（８）は、複数のスイッチのオフ状態の検出を予め定められた順序で実行し、前記順序は、早い応答速度が必要なスイッチのオフ状態の検出インタバルが短くなるように設定されているので、ホーンスイッチやブレーキランプスイッチ等の応答速度を早くすることができる。

本実施形態に係るスイッチ構造を適用したスイッチ回路の模式図である（スイッチオン状態）。 本実施形態に係るスイッチ構造を適用したスイッチ回路の模式図である（スイッチオフ状態）。 スイッチがオフ状態における電圧閾値検出手段への入力信号の電圧の推移を示すグラフである。 スイッチのオフ状態検出制御１の手順を示すフローチャートである。 スイッチのオフ状態検出制御２の手順を示すフローチャートである。 被水状態で長時間使用した際のスイッチ接点の変化を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１，２は、本実施形態に係るスイッチ構造を適用したスイッチ回路１の模式図である。図１はスイッチ５が閉じたオン状態を示し、図２はスイッチ５が開いたオフ状態を示す。

スイッチ回路１は、人間の操作によりオンオフ状態を切り替えるホーンスイッチ等のスイッチ５と、電源電流を微小定電流に変換する変圧器２と、ゲートに低い電圧を印加することでソースからドレインに向かって電流を流すＰ型のＦＥＴ３と、ＦＥＴ３の出力電圧の閾値を検出する電圧閾値検出手段４と、電圧閾値検出手段４の出力信号に基づいてスイッチ５のオンオフ状態を判断する制御部（マイコン）８とを含む。

マイコン入力用スイッチであるスイッチ５は、電圧閾値検出手段４の側に位置する一方側接点６と、グランド側に位置する他方側接点７とからなる。本実施形態では、スイッチ５のオフ状態を検出するための電流として、パルス波形が出力される定電流を印加する点に特徴がある。なお、定電流の印加は、検出タイミングの直前に行うことができる。

従来は、スイッチ５のオフ状態を検出するため、スイッチに電流を印加し続ける方式とされていた。このため、一方側接点６と他方側接点７との間に導電性液体Ｗが満たされると、導電性液体Ｗを介してリーク電流が流れ、スイッチ５のオフ状態の検出が難しくなると共に、リーク電流により接点に電蝕が発生するという課題があった。このような導電性液体Ｗは、海水のほか、例えば、自動二輪車のハンドルスイッチケースに侵入した雨水や洗車時の水等で生成されることも考えられる。

本実施形態では、電圧閾値検出手段４への入力信号が所定閾値を超えることでスイッチ５がオフ状態であると判断する構成において、スイッチ５のオフ状態を検出するための電流として、スイッチ５のオフ状態の検出タイミングの直前に、パルス波形が出力される定電流を印加することにより、スイッチ５が被水した状態でも接点の電蝕を防ぐと共に、確実にスイッチ５のオフ状態を検知することが可能となる。また、定電流のため、酸化膜が発生した際は、生成された酸化膜により抵抗値が上がると規定電流を流そうとして接点間の電圧が上昇し、酸化膜を破壊することが可能となる。

図３は、スイッチ５がオフ状態における電圧閾値検出手段４への入力信号の電圧の推移を示すグラフである。前記したように、変圧器２を介してスイッチ５に印加される電流は、１００ｍＡ以下（例えば、７ｍА）の微小電流とされる。これにより、接点の電蝕を抑えることができる。

さらに、本実施形態では、この微小電流を、パルス波形をなすパルス電流としている。これにより、電流のパルス波形を監視することでスイッチのオフ状態を検知することが容易となり、さらに、印加する電流の電気量を抑えて接点の電蝕が低減されることとなる。

時刻ｔ＝０では、スイッチのオフ状態の検出待ちの状態にある。時刻ｔ１では、電圧閾値検出手段４への入力信号の印加が開始され、微小定電流の最初のパルスが立ち上がりを開始する。そして、スイッチ５のオフ状態の判定は、パルスの電圧が、ピーク電圧Ｖ２より小さい閾値Ｖａを超えたか否かにより行われるので、リーク電流の影響があっても確実にオフ状態を検知することができる。

ここで、印加する定電流のパルスの幅Ｔ１は、ピーク電圧Ｖ２に基づいて、検出される電圧値が閾値Ｖａを超える範囲を含む最小値に設定される。これにより、スイッチ５のオフ状態の検出時間を短くすることが可能となる。このグラフでは、時刻ｔ２において定電流の印加開始から所定時間Ｔ２が経過し、時刻ｔ３において定電流の印加開始から所定時間Ｔ３が経過し、また、時刻ｔ４において定電流による出力電圧がピーク電圧Ｖ２に達する状態を示している。

また、本実施形態では、スイッチ５のオフ状態の検出精度を高めるために、スイッチ５のオフ状態の検出を、スイッチ５に通電する電流のパルスの幅Ｔ１内で複数回実行するように設定することができる。これにより、例えば、５回連続して電圧Ｖが閾値Ｖａを超えたことでスイッチ５がオフ状態であると判定することとして、ノイズタフネス性を高めることが可能となる。

さらに、別の方法として、検出される電圧値が閾値Ｖａを超えると、直ちに電流の印加を停止するように設定し、電流の印加時間の短縮を図って被水時の接点電蝕を最小化することもできる。

一方、制御部８は、ホーンスイッチやブレーキランプスイッチ等の複数のスイッチのオフ状態の検出を予め定められた順序で実行するように構成されている。このとき、オフ状態の検出の順序を、早い応答速度が必要なスイッチのオフ状態の検出インタバルが短くなるように設定することができる。これにより、スイッチの要求応答速度に応じたオフ状態の検出が可能となる。

図４は、本実施形態に係るスイッチ５のオフ状態検出制御１の手順を示すフローチャートである。以下に示す所定時間等は、図３のグラフに対応する。スイッチオフ状態検出制御として、ステップＳ１では、複数のスイッチのオフ状態の検出が開始される。ステップＳ２では、微小定電流の印加が開始される。ステップＳ３では、印加経過時間Ｔが所定時間Ｔ２を超えたか否かが判定される。ステップＳ３で肯定判定されると、ステップＳ４に進み、電圧検出が実行される。一方、ステップＳ３で否定判定されるとステップＳ３の判定に戻る。

ステップＳ５では、検出電圧Ｖが閾値電圧Ｖａを超えたか否かが判定される。ステップＳ５で肯定判定されると、ステップＳ６に進んでスイッチがオフ状態であると判定されると共に、ステップＳ７で微小定電流の印加が停止されて、一連の制御を終了する。なお、ステップＳ５で否定判定されると、ステップＳ６，Ｓ７をスキップして一連の制御を終了する。

図５は、本実施形態に係るスイッチ５のオフ状態検出制御２の手順を示すフローチャートである。前記したように、所定のパルス幅内で複数回の検出を行う際には、例えば、５回連続して電圧Ｖが閾値Ｖａを超えたことでスイッチのオフ判定を行ってから通電を停止することができるため、より精度の高い検出を短時間でできる。

ステップＳ１０では、複数のスイッチのオフ状態の検出が開始される。ステップＳ１１では、微小定電流の印加が開始される。ステップＳ１２では、印加経過時間Ｔが所定時間Ｔ２を超えたか否かが判定される。ステップＳ１２で肯定判定されると、ステップＳ１３に進み、電圧検出が実行される。一方、ステップＳ１２で否定判定されるとステップＳ１２の判定に戻る。

ステップＳ１４では、検出電圧Ｖが閾値電圧Ｖａを超えたか否かが判定される。ステップＳ１４で肯定判定されると、ステップＳ１５に進んでオフ検出カウンタがインクリメント（＋１）される。一方、ステップＳ１４で否定判定されると、ステップＳ１５をスキップしてステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、印加経過時間Ｔが所定時間Ｔ３未満であるか否かが判定される。ステップＳ１６で肯定判定されると、ステップＳ１３に戻る。一方、ステップＳ１６で否定判定されると、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、オフ検出カウンタ数Ｎｃが５回を超えたか否かが判定される。ステップＳ１７で肯定判定されると、ステップＳ１８に進んでスイッチがオフ状態であると判定される。そして、ステップＳ１９では、オフ検出カウンタがリセットされて、ステップＳ２０で微小定電流の印加が停止されて、一連の制御を終了する。

図６は、被水状態で長時間使用した際のスイッチ接点の変化を示す図である。（ａ）は、本実施形態に係る方法によって電流を印加した状態を示し、（ｂ）は、従来方式によって電流を印加した状態を示す。（ｂ）の従来方式では、スイッチのオフ状態を検出するためにスイッチに電流を印加し続けるために電蝕が早く進行するのに対し、（ａ）に示す本実施形態では、スイッチ接点にほとんど電蝕が生じていないことがわかる。

なお、スイッチの構成、変圧器、ＦＥＴ、電圧閾値検出手段、一方側接点および他方側接点の形状や構造、パルス幅や閾値等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。本発明に係るマイコン入力用スイッチは、自動二輪車のハンドルスイッチに限られず、種々の車両や動力装置のスイッチに適用することが可能である。

１…スイッチ回路、２…変圧器、３…ＦＥＴ、４…電圧閾値検出手段、５…スイッチ、６…一方側接点、７…他方側接点、８…制御部、Ｖ２…パルスのピーク電圧、Ｖａ…閾値、Ｗ…導電性液体

Claims (5)

1. スイッチ（５）を構成する一方側接点（６）および他方側接点（７）を有するマイコン入力用スイッチにおいて、
   前記スイッチ（５）のオフ状態を検出するための電流として、グランド（０Ｖ）から立ち上がるパルス波形が出力される定電流源を前記スイッチ（５）に印加し、
   前記定電流源が、１００ｍＡ以下の微小電流であり、
   前記一方側接点（６）または他方側接点（７）が、前記スイッチ（５）のオフ状態を検知する電圧閾値検出手段（４）に接続されており、
   前記電圧閾値検出手段（４）の出力信号に基づいて前記スイッチ（５）のオフ状態を判断する制御部（８）を備え、
   前記制御部（８）は、前記電圧閾値検出手段（４）によって検出される電圧値（Ｖ）が予め定められた閾値（Ｖａ）を超えることで前記スイッチ（５）がオフ状態であると判断し、
   前記定電流源の印加が、前記スイッチ（５）のオフ状態を検出するときに行われ、
   前記スイッチ（５）が、自動二輪車のハンドルスイッチケースに適用されることを特徴とするマイコン入力用スイッチ。
2. 前記スイッチ（５）に印加する電流のパルスの幅（Ｔ１）は、前記電圧値（Ｖ）が閾値（Ｖａ）を超える範囲を含む最小値に設定されることを特徴とする請求項１に記載のマイコン入力用スイッチ。
3. 前記スイッチ（５）のオフ状態の検出が、前記スイッチ（５）に通電する電流のパルスの幅（Ｔ１）内で複数回実行されることを特徴とする請求項１に記載のマイコン入力用スイッチ。
4. 前記検出される電圧値が閾値（Ｖａ）を超えると、電流の印加を停止することを特徴とする請求項１に記載のマイコン入力用スイッチ。
5. 前記制御部（８）は、複数のスイッチのオフ状態の検出を予め定められた順序で実行し、
   前記順序は、早い応答速度が必要なスイッチのオフ状態の検出インタバルが短くなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のマイコン入力用スイッチ。

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