(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１固定接点と、
前記第１固定接点の内側に互いに所定間隔離間して配置された第２、第３固定接点と、
前記第１固定接点上に載置され、前記第２、第３固定接点を覆うドーム状の可動接点と、を有し、
前記第２固定接点は、一定の電位に接続され、前記第１固定接点及び可動接点によりスイッチを構成し、前記第３固定接点は、前記スイッチの動作を検出する検出信号出力端として機能することを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
第１固定接点と、
前記第１固定接点の内側に互いに所定間隔離間して配置された第２、第３固定接点と、
前記第１固定接点上に載置され、前記第２、第３固定接点を覆うドーム状の可動接点と、を有し、
前記第２固定接点は、一定の電位に接続され、前記第１固定接点及び可動接点によりスイッチを構成し、
前記第１固定接点に第１電圧を供給する第１電圧供給手段と、
前記第３固定接点に第２電圧を供給する第２電圧供給手段と、
前記第３固定接点の電圧をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、
前記アナログ／デジタル変換器の出力信号と、前記第１固定接点の電圧とを比較し、前記スイッチを構成する第１乃至第３固定接点の接続状態を判別する制御部と
を具備することを特徴とするスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子機器の操作パネルに適用されるスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチには、開放（オープン）及び短絡（ショート）の故障がある。オープンで故障した場合はスイッチ操作に対して電子機器は動作しない。
【０００３】
一方、ショートで故障した場合、電子機器を停止することが出来ない。このため、
従って、ショートによる故障を検知できれば安全性を向上することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ショート故障を検知することが可能なスイッチ装置と故障検出装置とを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この実施形態によればスイッチ装置は、第１固定接点と、前記第１固定接点の内側に互いに所定間隔離間して配置された第２、第３固定接点と、前記第１固定接点上に載置され、前記第２、第３固定接点を覆うドーム状の可動接点とを有し、前記第２固定接点は、一定の電位に接続され、前記第１固定接点及び可動接点によりスイッチを構成し、前記第３固定接点は、前記スイッチの動作を検出する検出信号出力端として機能する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ショート故障を検知することが可能なスイッチ装置と故障検出装置とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係るスイッチ装置を搭載した回路基板の平面図。
【図２】図２（ａ）は、図１に示すスイッチ装置の１つを取り出して示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に可動接点を装着した状態を示す平面図。
【図３】図３（ａ）は、図２（ａ）に示す３−３線に沿った断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）を押圧し、動作状態を示した断面図。
【図４】本実施形態に係るスイッチ装置及び制御部を備えた回路図。
【図５】本実施形態に係るスイッチ装置が正常動作をする際の各ノードの電圧値を示した概念図。
【図６】本実施形態に係るスイッチ装置が異常動作をする際の各ノードの電圧値を示した概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態は、ドーム型の１つの可動接点と、１つのコモン接点としての固定接点と、２つの固定接点とを備えた、例えば単極のスイッチ装置に係り、このスイッチ装置において一方の固定接点をスイッチ装置本来の固定接点として機能させ、他方の固定接点を、一方の固定接点が正常に可動接点と導通しているかを検知する検知部として機能させる。すなわち、本実施形態に係るスイッチ装置は、スイッチ装置が正常に動作しているかを検知することが可能な検知部を備えている。
【００１０】
以下、この発明の実施形態につき図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１１】
図１は本実施形態に係るスイッチ装置が配置された電子機器の、例えば操作パネルを構成する回路基板１０を示している。図１において、回路基板１０の表面にはスイッチ装置を構成する１つのリング状コモン接点と、コモン接点の内側に配置された２個の固定接点を含む複数のスイッチ装置ＳＷが形成されている。各スイッチ装置ＳＷは、リング状コモン接点が戴置され、２つの固定接点を覆うドーム状の可動接点（図２（ｂ）に示す）が設けられる。なお、スイッチ装置ＳＷの数は、電子機器の機能に応じて、任意である。
【００１２】
図２（ａ）、（ｂ）は１つのスイッチ装置ＳＷを示している。
【００１３】
図２（ａ）に示すようにスイッチ装置ＳＷは、回路基板１０上に形成されたリング状のコモン接点としての固定接点１１−１、及び固定接点１１−１の内側に形成された２つの固定接点１１−２、及び１１−３を備える。
【００１４】
リング状の固定接点１１−１は外縁と内縁とに囲まれた領域により構成される。外縁からリングの中心部分までの距離をａ１とし、内縁からリングの中心部分までの距離をａ２とすると、外縁から内縁までの距離は（ａ１−ａ２）となる。
【００１５】
固定接点１１−２及び１１−３は、半円形状の金属片により構成され、所定間隔離隔して中心部分を対称的に配置される。また、固定接点１１−２、１１−３の外縁から固定接点１１−１の内縁までの距離をａ３とする。
【００１６】
固定接点１１−３は後述する可動接点１２と電気的に接触することで電子機器のスイッチ素子として機能する。また固定接点１１−２は、固定接点１１−３が正常にオン、オフしているかを検知する検知部として機能する。このため、固定接点１１−３は接地され、また固定接点１１−２は図示せぬスルーホールを介してＡ／Ｄ変換器（後述する）に電気的に接続される。なお、Ａ／Ｄ変換器は回路基板１０の裏面側に設けられていてもよい。
【００１７】
図２（ｂ）はドーム状の可動接点１２をリング状の固定接点１１−１上に戴置した状態を示している。この状態において、ドーム状の可動接点１２は図３（ａ）に示すように固定接点１１−２、１１−３及び固定接点１１−１を覆う。
【００１８】
図３（ａ）は、オフ状態のスイッチ装置を示している。この場合、可動接点１２は固定接点１１−３、１１−２から離隔しており、固定接点１１−１と１１−３とは電気的に切断されている。また、可動接点１２は頂点ｂを有する。
【００１９】
一方、図３（ｂ）はオン状態のスイッチ装置を示している。すなわち、ドーム状の可動接点１２の中央部が押圧されると、可動接点１２の中央部が撓み、中央部がそれぞれ固定接点１１−２、１１−３に接触されるため、固定接点１１−２、１１−３と固定接点１１−１とが可動接点１２を介して電気的に接続される。すなわち、中央部は固定接点１１１−２、１１−３と接触する接触部として機能する。図示はしていないが、この頂点ｂ（接触部）に固定接点１１−２、１１−３との接触用突起（窪み）を設けてもよい。
【００２０】
ところで、固定接点１１−３は接地されている。このため、スイッチがオン状態において可動接点１２の電位もゼロ電位となる。
【００２１】
図４は、上記スイッチ装置が正常に導通しているか否かを検知するスイッチ回路を示している。ここでは一例として回路基板１０上にスイッチ装置が、例えば２つ設けられている場合を想定する。なお、図４において、図２、図３と同一部分には同一符号を付す。
【００２２】
図示するように、本実施形態に係るスイッチ回路は、第１スイッチ装置３０、第２スイッチ装置３１、及び制御部２１を備える。
【００２３】
図示するように第１スイッチ装置３０は可動接点１２と固定接点１１−２、１１−３、及びノイズ吸収容量１３とを備える。以下、第１スイッチ装置３０の固定接点１１−１はノードＮ１を介して制御部２１の入力端子Ｄ１に接続される。  
また、固定接点１１−３はノードＮ２を介して、接地される。  
また、固定接点１１−２は抵抗素子２７及びノードＮ３を介して制御部２１内のＡ／Ｄ変換器２１−２に接続される。また容量１３の一方の電極はノードＮ１に接続され、他方の電極はノードＮ２に接続される。
【００２４】
同様に、第２スイッチ装置３１の固定接点１１−１はノードＮ４を介して制御部２１の入力端子Ｄ２に接続される。  
また、固定接点１１−３はノードＮ５を介して接地される。  
さらに、固定接点１１−２は抵抗素子２７及びノードＮ３を介して制御部２１内のＡ／Ｄ変換器２１−２に接続される。また容量１４の一方の電極はノードＮ４に接続され、他方の電極はノードＮ５に接続される。
【００２５】
また、抵抗素子２２は一端には電圧ＶＤＤが供給され、他端はノードＮ１に接続される。抵抗素子２３は一端が上記抵抗素子２２の一端と共通接続され、他端はノードＮ４に接続される。
【００２６】
また、抵抗素子２４の一端には電圧ＶＤＤが供給され、他端はノードＮ３に接続される。抵抗素子２５の一端はノードＮ３で上記抵抗素子２４の他端と共通接続され、他端は接地される。すなわち、ノードＮ３の電圧Ｖは抵抗素子２４と２５とにより分圧された値に設定される。
【００２７】
更に、ノードＮ３と接地間には容量２６が接続されている。  
制御部２１は入力端子Ｄ１、Ｄ２、ＣＰＵ２１−１、及びＡ／Ｄ変換器２１−２を備える。入力端子Ｄ１及びＤ２はＣＰＵ２１−１に接続され、ＣＰＵ２１−１は第１、第２スイッチ装置３０、３１の出力信号を受ける。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器２１−２はノードＮ３の電位と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、ノードＮ３の電位に応じたデジタル値を変換する。Ａ／Ｄ変換器２１−２の出力信号はＣＰＵ２１−１に供給される。
【００２９】
ＣＰＵ２１−１は、例えば入力端子Ｄ１とＡ／Ｄ変換器２１−２が算出したデジタル値とを参照する。参照した結果、ＣＰＵ２１−１は第１スイッチ装置３０が正常に動作（導通）しているか否かを判断する。第２スイッチ装置３１に対しても同様である。
【００３０】
次に図５を用いて上記制御部２１、具体的にはＣＰＵ２１−１による検知動作（その１）について説明する。  
図５は第１スイッチ装置３０が正常動作する場合において、ＣＰＵ２１−１により第１スイッチ装置３０がオン状態かオフ状態かを判断する概念図である。すなわち、図５は、ノードＮ１、Ｎ３の電圧値と、ＣＰＵ２１−１の判断結果を示している。
【００３１】
各ノードの電位は０［Ｖ］、“Ｌ”レベル、及び“Ｈ”レベルで表わされる。これらの関係は０［Ｖ］＜ “Ｌ”レベル、“Ｈ０”レベル＞“Ｈ１”レベル＞“Ｌ”レベルである。ここで、“Ｈ０”レベルは、第１スイッチ装置３０が、オフ状態におけるノードＮ１の電位であり、ＶＤＤ−ＩＲ１の電位である。Ｒ１は抵抗素子２２の抵抗値であり、Ｉは抵抗素子２２に流れる電流である。
【００３２】
また、“Ｈ１”レベルは、第１スイッチ装置３０がオフ状態におけるノードＮ３の電位であり、抵抗素子２４、２５の分圧電圧である。  
更に、“Ｌ”レベルは、第１スイッチ装置３０がオン状態におけるノードＮ３の電位であり、抵抗素子２４、２５の分圧電圧より低い電圧である。
【００３３】
図示するように、ノードＮ１が０［Ｖ］であって、ノードＮ３が“Ｌ”レベル＞０［Ｖ］であると、ＣＰＵ２１−１はノードＮ１とＮ２間、及びノードＮ１とＮ３間がそれぞれ電気的に接続されている、すなわち正常にオン状態とされていると判断する。
【００３４】
また、ノードＮ１が“Ｈ０”レベル、ノードＮ３が“Ｈ１”レベル（＜“Ｈ０”レベル）とされると、ＣＰＵ２１−１は、ノードＮ１とＮ２間、及びノードＮ１とＮ３間がそれぞれ電気的に開放されている、すなわち正常にオフ状態とされていると判断する。第２スイッチ装置３１に対しても第１スイッチ装置３０と同様に、ＣＰＵ２１−１は、入力端子Ｄ２に供給される信号とＡ／Ｄ変換器２１−２の出力信号に基づき第２スイッチ装置３１の状態を判断する。
【００３５】
一方、図６はＣＰＵ２１−１により、第１スイッチ装置３０が異常動作をしていると判断する概念図であり、図５と同一部分には同一符号を付している。図６において、ノードＮ１、Ｎ３の電圧の値を示す。各レベルの関係は次の通りである。０［Ｖ］＜“Ｌ”レベル、“Ｈ３”レベル＜“Ｈ２”レベル＜“Ｈ１”レベル＜“Ｈ０”レベルの関係を満たす。ここで、“Ｈ１”レベルは、ノードＮ１とノードＮ３のみが接続されている場合におけるノードＮ１の電位であり、“Ｈ２”レベルはこの時のノードＮ３の電位であり、抵抗素子２７の電圧降下分だけノードＮ１より低い電位である。
【００３６】
図示するように、ノードＮ１が“Ｈ１”レベル、及びノードＮ３が“Ｈ２”レベルの場合、ＣＰＵ２１−１は、ノードＮ１とＮ３のみが接続された状態、すなわち異常接触と判断する。
【００３７】
また、ノードＮ１が“Ｈ０”レベル、ノードＮ３がそれぞれ“Ｌ”レベルの場合、ＣＰＵ２１−１は、ノードＮ２とＮ３とがショートした、すなわち異常接触と判断する。
【００３８】
更に、ノードＮ１が０［Ｖ］、ノードＮ３が“Ｈ３”レベルの場合、ＣＰＵ２１−１はノードＮ１とＮ２のみが接続された状態、すなわち異常接触と判断する。異常を示す場合、第２スイッチ装置３１に対しても、第１スイッチ装置３０と同様にして、ＣＰＵ２１−１は、入力端子Ｄ２に供給される信号とＡ／Ｄ変換器２１−２の出力信号に基づき第２スイッチ装置３１の状態を判断することが出来る。
【００３９】
以上から制御部２１はノードＮ１、及びノードＮ３の電圧に応じたデジタル値を参照し、図６に示す組み合わせであれば、第１、第２スイッチ装置３０、３１のいずれかまたは両方が異常動作をしていると判断する。
【００４０】
＜本実施形態に係る効果＞  
本実施形態に係るスイッチ回路によれば、スイッチ装置はリング状の固定接点１１−１の内側に２つの固定接点１１−２、１１−３を設け、一方の固定接点１１−３はスイッチ素子として機能し、他方の固定接点１１−２は検知部として機能することにより、可動接点１２と固定接点１１−２、１１−３及び固定接点１１−１とがスイッチ装置として正常に動作しているか否かを検知することができる。
【００４１】
つまり、ＣＰＵ２１−１は入力端子Ｄ１、Ｄ２に入力されるノードＮ１、Ｎ４の電位及びノードＮ３の電位に応じたデジタル値を検知することでスイッチ回路がオフ状態の場合であっても、第１スイッチ装置３０、第２スイッチ装置３１において、固定接点及び可動接点間に、例えば異物などが挟まったこと、又は固定接点同士がショートしたことを検知することが出来る。
【００４２】
また、本実施形態では、２つのスイッチ装置に対して、Ａ／Ｄ変換器２１−２を設けていたが、スイッチ装置毎にＡ／Ｄ変換器を設けてもよい。この場合、制御部２１は異常のスイッチ装置を検知することが出来るため、複数のスイッチ装置の中から故障状態のスイッチ装置を容易に検知することが出来る。すなわち、この構成であると、ＣＰＵ２１−１は各入力端子と対応するＡ／Ｄ変換器の出力信号を参照することで、より具体的にどちらのスイッチ装置で異常が発生しているかを検知することが出来る。
【００４３】
１）また、本実施形態に係るスイッチは、スイッチのオンまたはオフを制御可能な可動部（１２）と、前記スイッチが前記オン状態とされると、前記可動部に接続される固定部（１１−２、１１−３）とを備え、
前記固定部は、固定接点（１１−３）と、前記可動部と前記固定接点とにそれぞれ接続されたか否かによって前記スイッチが前記オン状態とされたか否かを検知する検知部（１１−２）とを備える。
【００４４】
２）また、本実施形態に係るスイッチは、前記第２固定接点は接地されることを備える。
【００４５】
３）また、本実施形態に係るスイッチは、前記上部スイッチの電圧が入力される端子と、前記第３固定接点の電圧をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、前記端子の値と、前記デジタル変換によって得られたデジタル値とを参照するＣＰＵとを備えた制御部を更に備える。
【００４６】
４）また、本実施形態に係るスイッチは、前記制御部は、前記値と前記デジタル値とを参照した結果、窪み部分と前記第１固定接点及び前記第２固定接点とが接合しているか否かを検知する。
【００４７】
なおまた本実施形態では、固定接点１１−２、１１−３の形状は半円であったが、窪み部分と接触可能であれば形はこれに限らない。つまり、例えば正方形を分割した長方形や、三角形を分割した垂直三角形などであってもよい。しかし、好ましくは、本実施形態に示した円形を２つに分割した半円形状が良い。なぜなら、固定接点１１−２、１１−３の外縁から固定接点１１−１の内縁までの距離は一定とされａ３である。従って、固定接点１１−１の内縁からある所だけ固定接点１１−２、１１−３の外縁まで近い箇所があるといったことがなくなる。つまり、異物などによってオフ状態にも関わらず、異常接触を起こすといったことを防止することが出来る。
【００４８】
また、可動接点１２と固定接点１１−１とのコモン接点は、リング状であれば円形以外であってもよい。すなわち、線の一端と他端とが互いに接続され、閉じた図形（リング状）であれば、平面状の閉じた単純折れ線、及び平面状の閉じた単純折れ線によって囲まれた図形であってもよい。具体的には、（正）多角形などの形状であってもよい。
【００４９】
なお、可動接点１２の形状はリング状に限られない。すなわち、固定接点１１−１が可動接点１２の一部に接続されていればリング状に限られない。
【００５０】
また、本実施形態の可動接点１２の形状の一例としてドーム状を上げたが、これに限られない。すなわち、固定接点１１−１に接し、且つ可動接点１２の一部が固定接点１１−２、１１−３の両端に接触さえすれば、どのような形状であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…基板回路、１２…可動接点、１１−１、１１−２、１１−３…固定接点、１３、１４、２６…容量、２１…制御部、２１−１…ＣＰＵ、２１−２…Ａ／Ｄ変換器、２３〜２６…抵抗素子、３０…第１スイッチ装置、３１…第２スイッチ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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