JP5349545B2 - リードスイッチ制御装置および押しボタンスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、リードスイッチ制御装置と、このリードスイッチ制御装置を備えた押しボタンスイッチとに関する。

乗客が少ない路線の電車や気動車には、駅に停車中、不必要に長くドアが開放されたままになって、冬場では暖房による暖気が流出して温度が低下したり、夏場では冷房による車内温度が上昇したりするのを防止するために、乗客自らが開閉操作できる半自動ドアを備えたものがある。

上記のような車両では、ドア収容部の車外側と車内側とにそれぞれ、ドア開閉用のスイッチとして押しボタンスイッチが設置されている。

この種の押しボタンスイッチには、従来、図９に示すように、ケーシング内に固定的に設けられたリードスイッチ２と、ケーシングに対して出没自在の押しボタン３とを備え、押しボタン３の上記リードスイッチ２側の面部にはリードスイッチ２駆動用の磁石４が取り付けられている押しボタンスイッチがある。

なお、図９では、ケーシング全体の図示は省略している。また、上記図９の例では、磁石４の磁極軸の方向は、リードスイッチ２の電極軸の方向(長さ方向でもある)と直交する方向に設定されていて、一方のＳもしくはＮの磁極がリードスイッチ２の側に向いている。

上記構成の押しボタンスイッチでは、接点部分がリードスイッチであることで、比較的高い電圧での使用が可能で、電車等の車両での設置が容易になるほか、リードスイッチが押しボタンの変位経路の脇に位置するので、全体の厚みが、押しボタンの奥行き長さにその変位ストロークを加えた程度の厚みに収まり、薄型化できる等の利点がある。

特開２００１−１８４９７３号公報

上記のように、リードスイッチと磁石とで押しボタンスイッチ等のリードスイッチ制御装置を構成する場合、リードスイッチに対する磁石の作用を検討してみると、改良の余地があり、オンオフ動作の確実性を損なうことなく、さらに磁石の移動ストロークを短くすることが望まれる。

本発明の発明者が検討したところ、上記図９に示したリードスイッチ制御装置(もしくは押しボタンスイッチ)には、以下のような課題がある。

上記リードスイッチ制御装置では、リードスイッチと磁石の配置は、図１０の配置図のようになる。すなわち、リードスイッチ２の電極軸の方向をＸ軸方向とすると、このＸ軸方向は、図１０の紙面と直交しており、磁石４の磁極方向は、上記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に設定されており、磁石４は、上記Ｙ軸、Ｘ軸と直交するＺ軸方向に移動するようになっている。

そして、上記磁石４のＮ極がリードスイッチ２の側に向いているとすると、リードスイッチ２に対する磁石４の磁化力は、図１１のようになる。

磁石４のリードスイッチ２に対する磁化力は、磁石４がリードスイッチ２に最接近するＺ軸方向の位置（ｚ＝０）では最大となるが、そのＺ軸方向の両側では、Ｚの値が増加もしくは減少するにつれて磁化力は緩やかに減少し、ｚ＝０からＺ軸方向にかなり離れた位置で、リードスイッチ２がオンする磁化力レベル(特性図ではオン磁化力と称する)以下となり、さらに、それより離れた位置でリードスイッチ２がオフする磁化力レベル(オフ磁化力と称する)以下となる。磁石４がリードスイッチ２に対してＺ軸方向に移動し、その磁化力がリードスイッチのオフ磁化力レベルを下回った位置でリードスイッチ２はオフとなる。

したがって、リードスイッチ２に対して、磁石４は少なくとも、その磁化力がオン磁化力レベルを上回る位置（−５＜ｚ）から、オフ磁化力レベルを下回る位置（ｚ＜−８）まで移動することで、リードスイッチ２はオンオフ動作する。

しかしながら、磁石４の位置がＺ＝０の両側では、上にも記したように、磁化力は緩やかに減少しているから、磁化力がオン磁化力レベルを上回る位置からオフ磁化力レベルを下回るまでの距離Ｓｔが長く、それだけ磁石４をリードスイッチ２に対して長いストローク移動させる必要があり（例えば図のSt:ｚ＝−１１〜−４）、リードスイッチ制御装置もしくは押しボタンスイッチの薄型化に限度がある。

本発明は上記の課題に対処したもので、本発明に係るリードスイッチ制御装置は、リードスイッチに対して、その電極軸(Ｘ軸)と直角に交叉する方向に磁石が移動することで上記リードスイッチがオンオフ動作するようにしたリードスイッチ制御装置であって、上記磁石は、その磁極軸が上記リードスイッチの電極軸および磁石の移動方向(Ｚ軸方向)に直交する直交軸(Ｙ軸)上にあり、上記磁石とその移動方向に間隔をおいた位置に、磁性体からなり上記磁石のリードスイッチ側の磁極とは逆極性の磁極となる補助磁極体が配置され、上記磁石と上記補助磁極体とは一定間隔を保ちながら上記磁石の移動方向に移動可能とされていることを特徴とする。

上記構成の実施形態として、補助磁極体は、磁石と分離した状態で設けてもよいが、望ましくは、磁石の反リードスイッチ側(リードスイッチから遠い側)にヨークを設けて、該ヨークにより磁石の反リードスイッチ側の磁極の磁力を補助磁極体に導くようにする。

あるいは、磁石の反リードスイッチ側にヨークを設けるともに、このヨークの端部をリードスイッチ側に延出させるなどして、ヨーク全体を補助磁極体としてもよい。

上記の構成において、磁石と間隔をおいて配置されている補助磁極体は、磁石のリードスイッチ側の磁極と逆極性の弱い磁極として作用する。リードスイッチに対する磁化力は、磁石のリードスイッチ側磁極と補助磁極体のそれぞれの磁化力の合成となるが、磁石と補助磁極体とがその移動方向に間隔をおいて並んでいて、かつ互いに逆極性であるから、リードスイッチに加わる合成磁化力は、磁石と補助磁極体の間で互いに打ち消し合い、磁石の移動に従ってＮから磁化力＝０を経てＳへ、またはＳから磁化力＝０を経てＮへ急激に変化する。

したがって、例えば、磁石がリードスイッチに近接している位置から、補助磁極体がリードスイッチに近接する位置まで移動すれば、その間にリードスイッチはオンからオフが切り換わることになり、磁石は短い距離を移動するだけでよい。

上記構成において、補助磁極体は磁石と同様の形状としてよいが、補助磁極体の磁化力は、磁石の磁化力と合成されて磁石と補助磁極体との間で合成磁化力を小さくするものであるから、上記したように、ヨークを省略したり、ヨークで補助磁極体を兼用させたりしてもよい。

また、上記構成において、磁石と補助磁極体の移動方向の前後の配置は交換可能で、磁石と補助磁極体の移動に伴い、リードスイッチがオフからオンに切り換わる構成にも、また、リードスイッチがオンからオフに切り換わるようにも構成でき、リードスイッチをａ接点またはｂ接点とすることができる。

本発明に係る押しボタンスイッチは、上記構成のリードスイッチ制御装置を備え、上記磁石と補助磁極体を移動させる手段として、ケーシングに対して出没変位自在に設けられた押しボタンを有するものである。

本発明によれば、リードスイッチに対して磁石が短い距離を移動するだけで、リードスイッチに働く磁化力が大きく増減変化するから、磁石の移動距離を短縮でき、これにより、リードスイッチ制御装置や、この制御装置を備えた押しボタンスイッチを薄型化できる。

また、本発明は、リードスイッチに対して、単一の磁石と、この磁石の磁力により磁化される磁性体からなる補助磁極体があればよいから、構成が簡単で安価に製作しうる。

本発明の第１の実施形態に係る押しボタンスイッチの正面図。 図１の(２)−(２)線における断面図。 上記第１の実施形態における磁石とリードスイッチの位置関係を示す斜視図。 上記第１の実施形態における磁石とリードスイッチの配置図。 図４の位置関係における磁石のリードスイッチに対する磁化力の強さを示す特性図。 本発明の第２の実施形態における磁石とリードスイッチの配置図。 本発明の参考例における磁石とリードスイッチの配置図。 本発明の第４の実施形態における磁石とリードスイッチの配置図。 従来の押しボタンスイッチの概略斜視図。 上記従来の押しボタンスイッチの磁石とリードスイッチの配置図。 上記従来の押しボタンスイッチの磁石のリードスイッチに対する磁化力の強さを示す特性図。

〔第１の実施形態〕
図１ないし図５は、本発明の第１の実施形態を示すものである。この第１の実施形態に係る押しボタンスイッチは、図１および図２に示すように、ケーシング１と、リードスイッチ２と、押しボタン３と、リードスイッチ２の開閉に関与する磁石(永久磁石)４と、磁性体からなる補助磁極体７と、ヨーク８とを備えている。

ケーシング１は合成樹脂製で、内部にリードスイッチ２が固定的に装着されている。リードスイッチ２は、その電極軸(長手方向軸でもある)がケーシング１の左右を向く所定の向きとなっている。

押しボタン３は、合成樹脂製の短寸の軸体で、その軸体の軸方向であってリードスイッチ２の電極軸と直交する方向に一定ストローク摺動しうるようケーシング１内に保持され、少なくともその前面部がケーシング１から出没変位するようになっている。この押しボタン３の中途部には、摺動範囲を規制するための鍔３aが一体に形成され、後部には、押しボタン３を突出方向に付勢するバネ５が設けられている。ケーシング１の前面には押しボタン３の鍔３aを受け止める蓋板６が取り付けられている。

磁石４は、補助磁極体７およびヨーク８とともに、押しボタン３のリードスイッチ２に面する側に埋め込む形で取り付けられており、押しボタン３の軸方向であってリードスイッチ２の電極軸と直交する方向に移動するようになっている。補助磁極体７は、磁石４の磁力により、磁石４のリードスイッチ２側の磁極とは逆極性の磁極となるもので、磁石４とはその移動方向に間隔をおいて配置されている。なお、磁石４と補助磁極体７とは、リードスイッチ２の一方のリード片に磁力を作用させるよう、リードスイッチ２の左右片側に偏位した部分に臨んでいる。この場合リードスイッチは固定片および可動片に異なった大きさの磁化力を受け、磁化の差でギャップに吸引力が生じ、ギャップが閉じてオンに駆動される。

リードスイッチ２に対する磁石４や補助磁極体７の配置、移動方向等についてさらに詳しく述べると、図３および図４に示すように、リードスイッチ２の電極軸をＸ軸とし、リードスイッチ２の電極軸(Ｘ軸)と直交する方向であって磁石４と補助磁極体７の移動方向をＺ軸に平行とし、上記Ｘ軸にもＺ軸にも直交する直交軸をＹ軸とすると、磁石４の磁極軸(Ｓ−Ｎ軸)がＹ軸と平行で、磁石４と補助磁極体７とは、リードスイッチ２に対してＹ軸上の位置ｙにおいて、Ｚ軸方向に間隔をおいて配置されており、かつ、リードスイッチ２の側では、磁石４の磁極と補助磁極体７の磁極とが逆極性となり、この実施形態では、リードスイッチ２側には、磁石４のＮ極と補助磁極体７のＳ極とが向いている。

そして、押しボタン３の非操作時、図４に示すように、補助磁極体７がリードスイッチ２に近接する位置にあり、押しボタン３を所定ストローク押し込んだ状態では、磁石４がリードスイッチ２に近接するようになっている。

上記の構成において、押しボタン３の押し込み操作の前では、補助磁極体７がリードスイッチ２に近接する位置にあり（図４の位置）、補助磁極体７の磁化力は弱いのでリードスイッチ２はオフとなっているが、押しボタン３の押し込み操作に伴い、磁石４がＺ軸上をｚ増加方向に移動すると、磁石４がリードスイッチ２に最も近接する手前において、リードスイッチ２に働く磁化力が急激に増加して、リードスイッチ２がオフからオンに切り換わり、磁石４がリードスイッチ２に最も近接した位置でリードスイッチ２をオン状態に維持する。

この動作を図４および図５により詳しく説明する。図５は、磁石４のＺ軸方向の位置を補助磁極体７とともに図４に示す位置から変化させたとき、リードスイッチ２に働く磁化力の特性を示したものである。磁石４がリードスイッチ２に最接近したときをｚ＝０とし、補助磁極体７がリードスイッチ２に最接近したときをｚ＝−１０とする。リードスイッチ２に及ぼす磁化力は、磁石４と補助磁極体７のそれぞれが単独に有する磁化力の合成となる。図５では、磁石４と補助磁極体７単独の磁化力を点線で示し、合成磁化力は実線で示している。

図５に示すように、磁石４と補助磁極体７の合成磁化力は、磁石４と補助磁極体７の間で、単独の磁石４の磁化力よりも急峻に変化しており、磁石４の位置がｚ＝−４でリードスイッチ２がオンとなり、ｚ＝−５．５でリードスイッチ２はオフとなる。磁石４単独の磁化力では、ｚ＝−５でリードスイッチ２がオン、ｚ＝−８でリードスイッチ２はオフとなるのに比べて、必要な磁石４の移動量は半減しており、しかもｚ＝０における最大磁化力はほとんど同じである。したがって、図５に示すように、例えば位置ｚ＝−８〜−２を押しボタン３のストロークとすることで、リードスイッチ２は確実にオンオフされる。押しボタンスイッチとしてはａ接点の動作である。

以上の動作から分かるように、この第１の実施形態では、磁石４がリードスイッチ２を主としてオンさせ、補助磁極体７が、リードスイッチ２に対する磁化力に急峻な変化を付与している。

〔第２の実施形態〕
図６は、第２の実施形態における磁石とリードスイッチとの位置関係を示している。

この第２の実施形態では、第１の実施形態で示されているような独立した部材としての補助磁極体を使用せず、磁石４と共に移動するヨーク８の一部を補助磁極体７１としている。すなわち、ヨーク８は強磁性体であるから、磁石４のＳ極からリードスイッチ２に向かって磁束を導き、Ｓの磁化力を与える。独立した部材である補助磁極体７を使用したときより作用は弱いが、磁石４とは逆極性の磁化力をもつので、磁石４が移動したときの磁化力特性は図５に近いものとなり、磁石４の移動にしたがってリードスイッチ２の受ける磁化力変化を急峻にする効果を持つ。第１の実施形態で示されているように独立した部材である補助磁極体７を使用する場合より構造が簡単となる特徴を持つ。

〔参考例〕
図７は、参考例における磁石とリードスイッチとの位置関係を示している。

この参考例では、磁石４と共に使用するのは独立した部材である補助磁極体７のみとし、ヨーク８は省略している。補助磁極体７は磁石４からの誘導を受けて、弱いながらも図の極性の磁極(磁石４のリードスイッチ２側の磁極とは逆極性の磁極)を生じる。リードスイッチ２に対する磁化特性は、基本的に図５と同様の形となり、磁石４の位置に対する磁化力の変化を急にすることが出来る。

〔第４の実施形態〕
図８は、第４の実施形態における磁石と補助磁極体とリードスイッチとの位置関係を示しており、第１の実施形態における磁石４と補助磁極体７の位置が入れ替わっている。

磁石４と補助磁極体７が平行してＺ軸方向に動くとき、磁石４がリードスイッチ２に最接近する位置（図８の位置）をｚ＝０とし、補助磁極体７がリードスイッチ２に最接近する位置をｚ＝１０とする。リードスイッチ２に対する磁化特性は、図５においてｚ＝０を対称軸に左右反転した特性となる。

押しボタン３の操作にしたがって磁石４と補助磁極体７がｚの増加方向に動くとき、非操作時の磁石位置ｚ＝０ではリードスイッチ２はオンになっている。押しボタンが押されると、ｚ＝５．５でリードスイッチ２はオフとなり、押しボタンを戻すとｚ＝４でオンに戻る。押しボタンスイッチとしてｂ接点の動作となる。

このように磁石４と補助磁極体７の位置を交換することで容易にａ接点またはｂ接点を構成できる。

１ ケーシング
２ リードスイッチ
３ 押しボタン
４ 磁石
７ 補助磁極体
８ ヨーク

Claims (3)

1. リードスイッチに対して、その電極軸と直角に交叉する方向に磁石が移動することで上記リードスイッチがオンオフ動作するようにしたリードスイッチ制御装置であって、
   上記磁石は、その磁極軸が上記リードスイッチの電極軸および磁石の移動方向に直交する直交軸上にあり、上記磁石とその移動方向の１方に間隔をおいた位置に磁性体からなる補助磁極体が配置され、上記補助磁極体には上記磁石の反リードスイッチ側に設けられたヨークにより上記磁石の反リードスイッチ側の磁極の磁力が導かれ、上記磁石と上記補助磁極体とは一定間隔を保ちながら上記磁石の移動方向に移動可能とされている、ことを特徴とするリードスイッチ制御装置。
2. 請求項１に記載のリードスイッチ制御装置において、
   上記磁石の反リードスイッチ側にヨークが設けられ、該ヨークが上記補助磁極体とされている、リードスイッチ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のリードスイッチ制御装置を備えた押しボタンスイッチであって、
   上記磁石と補助磁極体を移動させる手段として、ケーシングに対して出没変位自在に設けられた押しボタンを有する、ことを特徴とする押しボタンスイッチ。

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