JP2018055935A - スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の操作意図を反映した操作が行われているか否かを感覚的に確認することができるスイッチ装置を提供する。【解決手段】スイッチ装置１は、導通または遮断により、第一装置の動作状態を切り替えるスイッチ接点部７と、押圧操作によって移動し、スイッチ接点部７における導通または遮断を切り替えるスイッチ操作部３と、スイッチ操作部３に磁気吸引力を付与する磁気アクチュエータ１５と、第二装置の作動状態に応じて磁気アクチュエータ１５を駆動する制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチ装置に係り、特に、押圧式のスイッチ装置に関する。

電子キーと車両との間のデータ伝送を無線通信によって行う電子キーシステムを備えた車両の車室内には、エンジン始動やエンジン停止を行うときに操作されるプッシュ式のエンジンスタートスイッチが備えられる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２５４６７２号公報

上記特許文献１に記載のエンジンスタートスイッチは、操作者によって押圧操作される毎に車載機器の作動状態を遷移させる構造となっている。その構造上、エンジンスタートスイッチの押圧操作が成立したか否かは、車載機器の作動状態で判断することになる。このことから、エンジンスタートスイッチが操作者の操作意思通りに切り替えられたか否かを感覚的に判断することができるスイッチ装置の出現が望まれている。

従って、本発明の目的は、操作者の操作意図を反映した操作が行われているか否かを感覚的に確認することができる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、本発明は、導通または遮断により、第一装置の動作状態を切り替える接点部と、押圧操作によって移動し、前記接点部における導通または遮断を切り替える操作部と、前記操作部に磁気吸引力を付与する磁気アクチュエータと、第二装置の作動状態に応じて前記磁気アクチュエータを駆動する制御部と、を備えるスイッチ装置により達成される。

また、本発明において、前記制御部は、前記第二装置の作動状態に応じて前記磁気アクチュエータへの通電量を変化させる構成とすることができる。

更に、本発明において、前記磁気アクチュエータは、通電によって磁力を発生する電磁コイルと、ボビン状に形成した凹部に前記電磁コイルを巻き回した第１の磁性体と、前記電磁コイルの磁力により前記第１の磁性体に向けて可動する第２の磁性体とを備え、前記第１の磁性体は、前記操作部の軸部の外周にあって前記操作部を取り付けるケースの内部に固定され、前記第２の磁性体は、前記操作部の軸部の外周に固定されている構成とすることができる。

更にまた、本発明において、前記第二装置は、車両に搭載されたブレーキ装置であり、前記制御部は、前記ブレーキ装置が動作した状態であれば、前記磁気アクチュエータを駆動する構成とすることができる。

本発明によると、スイッチ操作時におけるクリック感の有無を切り替えることが可能となり、操作者の操作意図に合った分かり易い操作を行うことができる。快適な操作性を実現することができる。

本発明に好適な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要部断面模式図である。 スイッチ装置の動作の一例を説明する図であって、クリック感が無い場合のストロークと荷重との関係を示す図（ａ）であり、クリック感が有る場合のストロークと荷重との関係を示す図（ｂ）である。 スイッチ装置の機能ブロック図である。 スイッチ装置を含む制御部が実行する操作手順の一例を説明するフローチャートである。 変形例に係るスイッチ装置の内部構造の一例を説明する要部断面模式図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

（スイッチ装置の全体構成）
図１に示すスイッチ装置１は、車両のエンジンを始動又は停止するプッシュ式のエンジンスイッチ装置である。スイッチ装置１は、例えば、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の意匠面に配置される。

スイッチ装置１は、スイッチ装置の導通または遮断によって動作状態が切り替わる第一装置の状態を切り替えるエンジンスイッチ２として構成されている。本実施形態の第一装置は、スイッチ装置１のクリック感で、利用者に作動状態を認識させたい装置、例えば自動車の駆動源である。自動車の駆動源とは、例えば、車載バッテリからの供給電力を制御する電源制御装置や、車両に搭載された内燃機関、燃料電池などである。エンジンスイッチ２は、メカニカルキーの回転操作を必要としないプッシュ操作によるスイッチ操作だけで、車両の電源をＯＦＦ状態（オフ状態）、ＡＣＣ（Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ）オン状態、ＩＧ（Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）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。

エンジンスイッチ２は、車両の電源を切り替える際の操作手段であるスイッチ操作部３を備えている。スイッチ操作部３は、押圧操作する操作ノブ４と、操作ノブ４の裏面から延びる軸部５とにより構成されている。操作ノブ４と軸部５とは、スイッチケース６に移動自在に取り付けられている。スイッチ操作部３とスイッチケース６とは、非磁性材料からなる。

（スイッチ装置の内部構成）
スイッチケース６の内部には、操作ノブ４の操作状態を検出する検出スイッチであるスイッチ接点部７が設けられている。スイッチ接点部７は、基板８に設けられた固定接点９と、固定接点９に対して接離自在な可動接点１０とを有している。これらの接点の材質は、例えば銅又は金等の導電性を有する金属材からなる。基板８は、例えばリジッド板又はフレキシブル板等の部材からなる。

固定接点９は、基板８の図示しない配線パターンに電気的に接続されている。配線パターンは、リード１１を介して制御部と電気的に接続される。

スイッチ接点部７は、金属材、ゴム材又は軟質樹脂材等のバネ性を有する部材により形成された弾性ドーム１２を備えている。弾性ドーム１２は、固定接点９と対応する部位の表面側が上方向にドーム状に***するスカート部１３と、スカート部１３の上面を形成する可動部１４とからなる。可動部１４の内部底面には、操作ノブ４の非操作時において固定接点９と離間した非接触状態で可動接点１０が形成されている。

弾性ドーム１２の可動部１４の上面に形成された凹部には、操作ノブ４の裏面から延びる軸部５が嵌着固定されており、弾性ドーム１２のスカート部１３を反転動作させない状態が維持されている。スカート部１３は、操作ノブ４の押圧力により弾性変形するように形成されているが、弾性変形しても反転することなく、スイッチ節度感触を発生させないように構成されている。

なお、可動接点１０を排除して、弾性ドーム１２を導電性材料により形成することができる。また、弾性ドーム１２のスカート部１３としては、操作ノブ４に対する弾性反発力を小さく変化させる角度及び肉厚に設定することが好適である。しかしながら、操作ノブ４からの軸部５の操作力を弾性ドーム１２に伝達してスイッチ接点部７を押圧操作したときに、弾性ドーム１２のスカート部１３が反転動作する構成を必ずしも排除するものではない。

（クリック感発生機構の構成）
エンジンスイッチ２は更に、操作ノブ４に対して押圧操作方向と反対方向に磁気吸引力を付与する磁気アクチュエータ１５をスイッチケース６の内部に備えている。操作ノブ４に作用する磁気吸引力と、その磁気吸引力に抗して押圧する操作ノブ４の操作力との大小の変化を利用することにより、クリック感を発生させることができる。クリック感は、操作ノブ４を押圧する際の操作力や節度などの操作感触である。

磁気アクチュエータ１５は、通電により磁力を発生する電磁コイル１６と、ボビン状に形成した凹部に電磁コイル１６を巻き回した第１の磁性体１７と、電磁コイル１６の磁力により第１の磁性体１７に向けて可動する板形状の第２の磁性体１９とにより構成されている。電磁コイル１６と第１の磁性体１７とにより電磁石１８が形成される。

第１の磁性体１７は、両端が開口した筒部１７ａと、筒部１７ａの両端から外向きに突出した一対のフランジ部１７ｂ，１７ｂとを有している。筒部１７ａの筒内には、操作ノブ４の軸部５が摺動自在に配されており、フランジ部１７ｂがスイッチケース６の内部に固定されている。

一方の第２の磁性体１９は、第１の磁性体１７と正対するように操作ノブ４の軸部５の外周に固定されている。各磁性体１７，１９としては、例えば軟鉄や電磁鋼等の強磁性材料でもよい。

ここで、図２を参照すると、横軸を操作ノブ４のストロークとし、縦軸を操作ノブ４の操作荷重として、電磁石１８が非通電状態になっているときの操作ノブ４のストロークに対する操作荷重の推移の一例が図２（ａ）に表されている。

電磁石１８が非通電状態になっているため、操作ノブ４を略一定の押圧力で操作することになり、操作者に操作ノブ４を介してクリック感を呈示しない（ノンクリックフィール）状態が維持される。

操作ノブ４を押圧操作すると、操作ノブ４からの軸部５の操作力が押圧方向に作用することにより、弾性ドーム１２のスカート部１３は、反転しない程度に圧縮する。弾性ドーム１２の可動接点１０の下面が基板８の固定接点９に接触することで、操作ノブ４は、固定接点９と可動接点１０とが短絡したスイッチオン状態となる。

操作ノブ４の押圧操作力を解除すると、弾性ドーム１２のスカート部１３の圧縮状態で得られる弾性反発力により、弾性ドーム１２は、元のドーム形状に自動復帰する。弾性ドーム１２の可動接点１０は、基板８の固定接点９から離れる。操作ノブ４が初期の中立姿勢に戻ることになり、操作ノブ４は、スイッチオフ状態となる。

図２（ｂ）は、横軸を操作ノブ４のストロークとし、縦軸を操作ノブ４の操作荷重として、電磁石１８が通電状態になっているときの操作ノブ４のストロークに対する操作荷重の推移の一例を表している。

電磁コイル１６に通電すると、電磁石１８が形成されて第１の磁性体１７が磁化されるため、第１の磁性体１７と第２の磁性体１９との間に磁気吸引力が働く。第１の磁性体１７が第２の磁性体１９を引き寄せる磁気吸引力により、第２の磁性体１９は、第１の磁性体１７に吸着保持される。

各磁性体１７，１９間の吸引荷重に抗して操作ノブ４を押圧操作している過程において、操作ノブ４の操作荷重が吸引荷重の限界を越えた瞬間に、吸引荷重が抜ける。このとき、操作ノブ４の押圧操作に必要とする操作荷重は小さくなる。よって、操作ノブ４を押圧操作する力の変化を利用することで、操作者に操作ノブ４を介してクリック感を呈示することができる。このクリック感を発生させるクリック感発生点の一例を図２（ｂ）の符号Ｐ１で示している。

クリック感が呈示された後に操作ノブ４の押圧操作を続ければ、第２の磁性体１９に作用する磁気吸引力が次第に低減されることになり、操作ノブ４の軸部５は、弾性ドーム１２を押し付けながら、軸部５に固定された第２の磁性体１９を第１の磁性体１７から離れる方向に移動させる。操作ノブ４の軸部５の押圧により弾性ドーム１２の可動接点１０と基板８の固定接点９とを接触させることで、操作ノブ４は、固定接点９と可動接点１０とが短絡したスイッチオン状態となる。

操作ノブ４の押圧操作力を解除すると、弾性ドーム１２の弾性復帰力と各磁性体１７，１９間の磁気吸引力との作用により、弾性ドーム１２の可動接点１０は、基板８の固定接点９から離れる。操作ノブ４が初期の中立姿勢に戻ることになり、操作ノブ４は、スイッチオフ状態となる。

電磁石１８が通電状態になっている場合には、クリック感が呈示されるが、電磁石１８が非通電状態になっている場合は、クリック感を呈示しない。よって、車両の電源状態をＯＦＦ状態、ＡＣＣオン状態、ＩＧ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するエンジンスイッチ２が切り替えられているか否かを触覚により確認することができるようになり、エンジンスイッチ２の切り忘れなどを防止することができる。

電磁石１８は、制御部３０に電気的に接続されている。制御部３０は、図示しない第二装置の作動状態に応じて、電磁石１８への通電量を変化させる制御を実行する。第二装置とは、作動状態として少なくとも２以上の動作態様を有する装置であり、作動状態に応じた信号を出力する装置である。本実施形態における第二装置は、自動車に搭載されたブレーキ装置である。本実施形態におけるブレーキ装置は、制動力を未発生である動作状態と、制動力を発生している動作状態とを有し、それぞれの動作状態を表す信号を出力する。電磁石１８への通電量を変化させることで、図２（ｂ）に示すように、操作ノブ４に対するクリック感発生点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を大、中、小の３つの段階に切り替えることができる。第二装置の作動状態に応じて、電磁石１８に通電する駆動電流の大きさを調整することにより、操作ノブ４の磁気吸引力に抗する押圧操作力やストロークを任意に設定することができる。

電磁石１８に電流を流すか否かで操作ノブ４に対する操作感（クリック感の有無）を切り替えることができる。これにより、クリック感のバリエーションを広げることができる。特に限定されるものではないが、クリック感の有無の条件の一例としては、例えばフットブレーキ装置のブレーキペダルを踏み込みながら、エンジンスイッチ２が押されたか否か、あるいはブレーキペダルを踏み込んでいない状態で、エンジンスイッチ２が押されたか否かであり、これを制御部３０において監視することである。

図３に示すように、制御部３０には、エンジンスイッチ２からのエンジンスイッチ信号Ｓ１と、ブレーキセンサからのブレーキ信号Ｓ２とが入力される。エンジンスイッチ信号Ｓ１及びブレーキ信号Ｓ２に基づいて、磁気アクチュエータ１５には、電磁石１８を駆動する駆動信号Ｓ３としての駆動電流が制御部３０から供給される。この駆動電流は、制御部３０によって駆動電流の大きさが制御される。電磁石１８は、駆動信号Ｓ３に基づいて操作ノブ４の磁気吸引力に抗する押圧操作力やストロークを調整する。

なお、制御部３０は、ＣＰＵ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等の各種の構成要素を実現する制御プログラム、制御プログラムを格納する記憶ユニット、外部接続用インターフェースを中心にハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せによって構成された電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であり、制御に必要な機能を実現する。その方法や装置としては、各種の方法や装置を用いることができることは当業者には理解されるところであり、図示例に特定されるものではない。

（スイッチ装置の制御動作）
次に、図３及び図４を参照しながら、制御部３０におけるスイッチ装置１の作用について説明する。制御動作の判断は、制御部３０が行う。制御部３０は、第二装置の作動状態を監視する。制御部３０は、第一装置の動作モードを判定する。

いま、車両停車中であって、運転者がエンジンスイッチ２を操作する。最初に、ステップＳ１０１の処理において、ブレーキ信号Ｓ２がオンか否かを判断する。ブレーキ信号Ｓ２がオンでなければ、次のステップＳ１０２の処理に移る。ステップＳ１０２の処理において、磁気アクチュエータ１５の電磁石１８には通電されない。エンジンスイッチ２が操作されても、エンジン始動を禁止した状態を維持する(ステップＳ１０３)。

ステップＳ１０１の処理において、ブレーキ信号Ｓ２がオンであると判断した場合には、次のステップＳ１０４の処理に移行し、電磁石１８に通電する。そして、ステップＳ１０５の処理を続行する。

ステップＳ１０５の処理において、エンジンスイッチ２がオンか否かを判断する。ステップＳ１０５の処理において、エンジンスイッチ２がオンではないと判断した場合には、ステップＳ１０３の処理に移り、エンジン始動を禁止する。ステップＳ１０５の処理において、エンジンスイッチ２がオンであると判断した場合は、次のステップＳ１０６の処理において、エンジンを始動する。

（実施の形態の効果）
以上のように構成されたスイッチ装置１によれば、第二装置の作動状態に応じて、操作ノブ４におけるクリック感の有無を切り替える構成とすることができるので、上記効果に加えて、次の効果が得られる。

操作者の操作意図を反映した操作ノブ４の押圧操作が確実に行えたか否かをクリック感の有無により確認することが可能となり、クリック感によって第一装置の作動状態を明確に呈示することができる。

操作者が第一装置の作動状態を触感で理解することができるようになり、操作者の操作意図に対して、その操作が上手く成立しているか否かというシステム状態が分かり易くなる。

［変形例］
以上より、本発明におけるスイッチ装置１の代表的な構成例を実施の形態、変形例、及び図示例を挙げて説明したが、本発明の技術思想の範囲内において種々の構成が可能である。本発明のスイッチ装置１としては、次に示すような変形例も可能であり、上記実施の形態の構成例と同様の効果が得られる。

図５を参照すると、同図には、変形例に係るスイッチ装置１の一構成例が示されている。上記実施の形態では、スイッチ接点部７として弾性ドーム１２に可動接点１０を設けた構成であったものを、この変形例にあっては、モーメンタリスイッチ２２を備えたスイッチ接点部７を構成している点で上記実施の形態と異なっている。

スイッチ接点部７以外の残余の構成については、上記実施の形態におけるスイッチ装置１と変わるところはない。従って、上記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とを付すことで、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

図５に示すように、操作ノブ４の軸部５の段付き先端部５ａには、可動板２０の中央部が固定されている。可動板２０は、操作ノブ４を元の初期位置に復帰させるコイルばね２１を介して基板８に支持されている。基板８には、操作ノブ４の軸部５の段付き先端部５ａと正対して、タクトスイッチ等のモーメンタリスイッチ２２により構成されたスイッチ接点部７が設けられている。

操作ノブ４の押圧操作に伴い、コイルばね２１の弾力に抗して可動板２０が移動することで、可動板２０に固定された軸部５の段付き先端部５ａは、モーメンタリスイッチ２２を作動させる。制御部３０は、モーメンタリスイッチ２２からの検出信号に基づいて車両の電源を切り替える。

なお、スイッチ装置１としては、自動車以外の自動二輪車などの車両、農業機械、建設土木機械や運搬機械等の作業用車両などの各種の車両、パーソナルコンピュータ、携帯電話機やゲーム機などの各種の端末装置の入力デバイスとして用いることができることは勿論である。

また、上記実施形態では、第一装置として、自動車の駆動源を想定したが、第一装置は、自動車の駆動源に限らず、その他の多様な装置、例えば、携帯電話機であってもよい。

更に、上記実施形態では、第二装置として、ブレーキ装置を想定したが、第二装置は、これに限るものではなく、その他の多様な装置であってもよい。更に言えば、第二装置は、第一装置と同一の装置であってもよい。

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、及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。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本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…エンジンスイッチ、３…スイッチ操作部、４…操作ノブ、５…軸部、５ａ…段付き先端部、６…スイッチケース、７…スイッチ接点部、８…基板、９…固定接点、１０…可動接点、１１…リード、１２…弾性ドーム、１３…スカート部、１４…可動部、１５…磁気アクチュエータ、１６…電磁コイル、１７…第１の磁性体、１７ａ…筒部、１７ｂ…フランジ部、１８…電磁石、１９…第２の磁性体、２０…可動板、２１…コイルばね、２２…モーメンタリスイッチ、３０…制御部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…クリック感発生点、Ｓ１…エンジンスイッチ信号、Ｓ２…ブレーキ信号、Ｓ３…駆動信号

Claims (4)

1. 導通または遮断により、第一装置の動作状態を切り替える接点部と、
   押圧操作によって移動し、前記接点部における導通または遮断を切り替える操作部と、
   前記操作部に磁気吸引力を付与する磁気アクチュエータと、
   第二装置の作動状態に応じて前記磁気アクチュエータを駆動する制御部と、
   を備えるスイッチ装置。
2. 前記制御部は、前記第二装置の作動状態に応じて前記磁気アクチュエータへの通電量を変化させる請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記磁気アクチュエータは、通電によって磁力を発生する電磁コイルと、ボビン状に形成した凹部に前記電磁コイルを巻き回した第１の磁性体と、前記電磁コイルの磁力により前記第１の磁性体に向けて可動する第２の磁性体とを備え、
   前記第１の磁性体は、前記操作部の軸部の外周にあって前記操作部を取り付けるケースの内部に固定され、
   前記第２の磁性体は、前記操作部の軸部の外周に固定されている請求項１又は２に記載のスイッチ装置。
4. 前記第二装置は、車両に搭載されたブレーキ装置であり、
   前記制御部は、前記ブレーキ装置が動作した状態であれば、前記磁気アクチュエータを駆動する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
   

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