(57)【要約】【課題】組み付けが容易であると共に、回転操作部の回転操作に起因する断線及び接触不良を抑制する非接触スイッチ装置を提供する。【解決手段】スイッチ装置１は、図２（ａ）に示すように、なされた操作により回転するステアリングホイール９０に配置され、一方端が接地されたスイッチ１５と、スイッチ１５の他方端と電気的に接続され、ステアリングホイール９０と連動して回転する第１の電極１０、及び第１の電極１０と容量結合を行うように対向すると共に、ステアリングホイール９０と連動して回転しない第２の電極１１を有する容量結合部１２と、電圧Ｖｃｃを印加する電源部１７と第２の電極１０との間に直列に接続されたコンデンサ１６と、容量結合部１２とコンデンサ１６により分圧された電圧ＶＡに基づいて判別したハイ又はローを示す判別信号Ｓ２を出力するＩ／Ｏ部１８と、を備えて概略構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
なされた操作により回転する回転操作部に配置され、一方端が接地されたスイッチと、
前記スイッチの他方端と電気的に接続され、前記回転操作部と連動して回転する第１の電極、及び前記第１の電極と容量結合を行うように対向すると共に、前記回転操作部と連動して回転しない第２の電極を有する容量結合部と、
電圧を印加する電源部と前記第２の電極との間に直列に接続されたコンデンサと、
前記容量結合部と前記コンデンサにより分圧された電圧に基づいて判別したハイ又はローを示す判別信号を出力する入出力部と、
を備えた非接触スイッチ装置。
【請求項２】
前記入出力部と電気的に接続され、入力する前記判別信号に基づいて前記スイッチのオン及びオフを判定する判定部を有する、
請求項１に記載の非接触スイッチ装置。
【請求項３】
前記第１の電極は、前記回転操作部と共に回転する回転部材に配置され、
前記第２の電極は、前記第１の電極と接触しないように、前記回転部材を収容する収容部材に配置された、
請求項１又は２に記載の非接触スイッチ装置。
【請求項４】
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記回転操作部の回転によって対向する面積が変化しないように配置された、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非接触スイッチ装置。
【請求項５】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、半径が異なるリング形状を有する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非接触スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、ステアリングホイール側に固定されるロテータと、車体側に固定され、ロテータを回転自在に収容するステータとを備えると共に、ロテータとステータとで構成する収容空間に、可撓性を有する帯状のフラットケーブルを、巻き締め及び巻き戻し可能に収容した回転コネクタ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この回転コネクタ装置のフラットケーブルは、例えば、ステアリングホイール内において、ホーンスイッチやステアリングスイッチの電気回路から引き出されたケーブルと接続されている。回転コネクタ装置は、フラットケーブルがステアリングホイールの回転操作に応じて巻き締め及び巻き戻し可能に収容されているので、ステアリングホイールが回転操作されても当該ケーブルとフラットケーブルとの接続が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９７９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の回転コネクタ装置は、フラットケーブルの長さが有限なため、フラットケーブル及びステアリングホイールの中立点を合わせて組み付けなければならず、組み付け作業が煩雑になる問題がある。また従来の回転コネクタ装置は、フラットケーブルがステアリングホイールの回転操作に応じて何度も屈曲するので、断線や接触不良が発生する可能性がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、組み付けが容易であると共に、回転操作部の回転操作に起因する断線及び接触不良を抑制する非接触スイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、なされた操作により回転する回転操作部に配置され、一方端が接地されたスイッチと、スイッチの他方端と電気的に接続され、回転操作部と連動して回転する第１の電極、及び第１の電極と容量結合を行うように対向すると共に、回転操作部と連動して回転しない第２の電極を有する容量結合部と、電圧を印加する電源部と第２の電極との間に直列に接続されたコンデンサと、容量結合部とコンデンサにより分圧された電圧に基づいて判別したハイ又はローを示す判別信号を出力する入出力部と、を備えた非接触スイッチ装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、組み付けが容易であると共に、回転操作部の回転操作に起因する断線及び接触不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置が搭載された車両内部の概略図であり、図１（ｂ）は、スイッチ装置の第１の電極及び第２の電極の配置を説明するための要部断面図であり、図１（ｃ）は、スイッチ装置の第１の電極及び第２の電極の寸法を説明するための上面図と側面図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置のブロック図であり、図２（ｂ）は、スイッチＳＷのオン、オフのタイミングを示す概略図であり、図２（ｃ）は、ステアリングホイールのスイッチのオン、オフのタイミングを示す概略図であり、図２（ｄ）は、Ｉ／Ｏ部に入力する電圧ＶＡを示す概略図であり、図２（ｅ）は、制御部に出力される判別信号の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る非接触スイッチ装置は、なされた操作により回転する回転操作部に配置され、一方端が接地されたスイッチと、スイッチの他方端と電気的に接続され、回転操作部と連動して回転する第１の電極、及び第１の電極と容量結合を行うように対向すると共に、回転操作部と連動して回転しない第２の電極を有する容量結合部と、電圧を印加する電源部と第２の電極との間に直列に接続されたコンデンサと、容量結合部とコンデンサにより分圧された電圧に基づいて判別したハイ又はローを示す判別信号を出力する入出力部と、を備えて概略構成されている。
【００１１】
[実施の形態]
（スイッチ装置１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置が搭載された車両内部の概略図であり、図１（ｂ）は、スイッチ装置の第１の電極及び第２の電極の配置を説明するための要部断面図であり、図１（ｃ）は、スイッチ装置の第１の電極及び第２の電極の寸法を説明するための上面図と側面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係るスイッチ装置のブロック図であり、図２（ｂ）は、スイッチＳＷのオン、オフのタイミングを示す概略図であり、図２（ｃ）は、ステアリングホイールのスイッチのオン、オフのタイミングを示す概略図であり、図２（ｄ）は、Ｉ／Ｏ部に入力する電圧ＶＡを示す概略図であり、図２（ｅ）は、制御部に出力される判別信号の概略図である。図２（ａ）〜図２（ｅ）は、横軸が時間である。図２（ｄ）は、縦軸が電圧ＶＡである。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図２（ａ）では、主な信号の流れを矢印で示している。
【００１２】
非接触スイッチ装置としてのスイッチ装置１は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、車両９に搭載されている。このスイッチ装置１は、回転操作部としてのステアリングホイール９０に配置された後述するスイッチと車体側に配置された後述するＩ／Ｏ部とを電気的に接続する回転コネクタ装置を用いなくても、当該スイッチと当該Ｉ／Ｏ部とを非接触で接続することを可能としている。
【００１３】
具体的には、スイッチ装置１は、図２（ａ）に示すように、なされた操作により回転するステアリングホイール９０に配置され、一方端が接地されたスイッチ１５と、スイッチ１５の他方端と電気的に接続され、ステアリングホイール９０と連動して回転する第１の電極１０、及び第１の電極１０と容量結合を行うように対向すると共に、ステアリングホイール９０と連動して回転しない第２の電極１１を有する容量結合部１２と、電圧Ｖｃｃを印加する電源部１７と第２の電極１０との間に直列に接続されたコンデンサ１６と、容量結合部１２とコンデンサ１６により分圧された電圧ＶＡに基づいて判別したハイ（Ｈｉ）又はロー（Ｌｏ）を示す判別信号Ｓ２を出力する入出力部としてのＩ／Ｏ部１８と、を備えて概略構成されている。
【００１４】
またスイッチ装置１は、図２（ａ）に示すように、Ｉ／Ｏ部１８と電気的に接続され、入力する判別信号Ｓ２に基づいてスイッチ１５のオン及びオフを判定する判定部としての制御部１９を備えている。
【００１５】
さらにスイッチ装置１は、電源部１７とコンデンサ１６とに直列に接続されるスイッチＳＷを有している。このスイッチＳＷは、制御部１９から出力される制御信号Ｓ１に基づいてオン、オフするスイッチである。このスイッチＳＷがオンすることで、コンデンサ１６が充電され、スイッチ１５がオフの場合、コンデンサ１６と容量結合部１２の間のノード１００における電圧ＶＡがＶｃｃとなる。
【００１６】
上述のステアリングホイール９０は、図１（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９０と共に回転する回転部材としてのステアリングシャフト２と連結されている。従ってステアリングホイール９０とステアリングシャフト２は、同じ回転軸５を軸として回転する。スイッチ１５と第１の電極１０とを電気的に接続する電線は、ステアリングホイール９０とステアリングシャフト２と一体となって回転するので、ステアリングホイール９０の回転により、ねじれたり、屈曲したりすることがない。
【００１７】
このステアリングシャフト２は、棒形状を有している。またステアリングシャフト２は、円筒形状を有する収容部材としてのステアリングポスト３の収容部３０に、ベアリング４に支持されて回転可能に収容されている。
【００１８】
上述の第１の電極１０は、ステアリングシャフト２に配置されている。また第２の電極１１は、第１の電極１０と接触しないように、ステアリングポスト３に配置されている。この第２の電極１１の配置は、ステアリングポスト３に限定されず、車体に対して静止すると共に第１の電極１０と対向するように行われても良い。
【００１９】
ステアリングシャフト２の先端部２０は、ステアリングホイール９０の骨格である芯金９１０の中央に位置する開口９１１に挿入されている。この挿入により、ステアリングシャフト２と芯金９１０が一体となる。
【００２０】
この芯金９１０は、一例として、マグネシウム合金、アルミ合金等の導電性を有する金属材料を用いて形成されている。ステアリングシャフト２は、一例として、鋼等の導電性を有する金属材料を用いて形成されている。
【００２１】
ステアリングホイール９０は、芯金９１０を骨格として樹脂製の部品等を組み付けて構成されている。ステアリングホイール９０は、図１（ａ）に示すように、操作者が把持するリング形状の把持部９１と、ホーンスイッチ等が配置される中央部９２と、把持部９１と中央部９２とを連結する複数のスポーク部９３と、を有している。この中央部９２には、一例として、図１（ａ）に示すように、スイッチ１５が配置されている。
【００２２】
（容量結合部１２の構成）
容量結合部１２の第１の電極１０及び第２の電極１１は、図１（ｃ）及び図２（ａ）に示すように、半径が異なるリング形状を有している。この第１の電極１０及び第２の電極１０は、例えば、銅、金等の導電性を有する金属材料を用いて形成されている。また第１の電極１０と第２の電極１１は、ステアリングホイール９０の回転によって対向する面積が変化しないように配置されている。
【００２３】
この第１の電極１０は、例えば、ステアリングシャフト２と絶縁されるように、ステアリングシャフト２との間に塗装膜や樹脂ケース等の絶縁体が設けられ、ステアリングシャフト２との間に静電容量が発生しないギャップが確保されている。
【００２４】
第１の電極１０は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ステアリングシャフト２の外周部２１に嵌め込まれている。この第１の電極１０の直径φ１は、一例として、３８ｍｍである。この第１の電極１０の幅Ｗは、一例として、１０ｍｍである。
【００２５】
第２の電極１１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ステアリングポスト３の上部３１に設けられた取付部３２に取り付けられている。この取付部３２は、内周側に凹部３２０が形成され、第２の電極１１がこの凹部３２０に嵌め込まれている。
【００２６】
この第１の電極１０と第２の電極１１のギャップｇは、一例として、１ｍｍである。この第２の電極１１は、例えば、ステアリングポスト３と絶縁されるように、ステアリングポスト３との間に塗装膜や樹脂ケース等の絶縁体が設けられ、ステアリングポスト３との間に静電容量が発生しないギャップが確保されている。
【００２７】
第２の電極１１の直径φ２は、一例として、４０ｍｍである。第２の電極１１の幅Ｗは、一例として、第１の電極１０に合わせて１０ｍｍである。
【００２８】
この第１の電極１０と第２の電極１１の静電結合による容量Ｃ１は、例えば、１１ｐＦである。
【００２９】
（スイッチ１５の構成）
スイッチ１５は、なされたプッシュ操作に基づいてオン、オフを切り替える機械式スイッチである。このスイッチ１５の一方端は、図２（ａ）に示すように、第１の電極１０に電気的に接続されている。またスイッチ１５の他方端は、接地されている。
【００３０】
このスイッチ１５は、例えば、芯金９１０及びステアリングシャフト２の少なくとも１つと接続して実質的に接地されている。スイッチ１５がステアリングシャフト２と電気的に接続されている場合、スイッチ１５は、例えば、ステアリングシャフト２と車両９の車輪とを連結するリンク機構を介して車体に接地される。この場合、スイッチ１５の一方端がステアリングシャフト２に接続されても良いし、芯金９１０とステアリングシャフト２を導通させて、当該一方端部が芯金９１０に接続されても良い。
【００３１】
またスイッチ１５の一方端は、芯金９１０又はステアリングシャフト２のみに接続されても良い。これは、スイッチ１５がオンすることにより、第２の電極１１が充電されることにより発生した第１の電極１０の電荷が芯金９１０又はステアリングシャフト２に吸収されて放電し、実質的に第１の電極１０が接地されたのと同等の作用が得られるからである。
【００３２】
（コンデンサ１６の構成）
コンデンサ１６は、容量Ｃ２を有している。この容量Ｃ２は、一例として、１ｐＦである。従って、スイッチ１５がオンされた場合、ノード１００における電圧ＶＡは、コンデンサ１６と容量結合部１２との直列接続による合成容量（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＝１２ｐＦから算出してＶｃｃ／１２となる。つまりスイッチ１５がオンされた場合、Ｉ／Ｏ部１８には、電圧Ｖｃｃ／１２が入力する。
【００３３】
（Ｉ／Ｏ部１８の構成）
Ｉ／Ｏ部１８は、しきい値Ｖｔｈを有している。Ｉ／Ｏ部１８は、例えば、図２（ｄ）及び図２（ｅ）に示すように、入力する電圧ＶＡがしきい値Ｖｔｈより大きい場合、ハイ（Ｈｉ）を示す判別信号Ｓ２を制御部１９に出力する。またＩ／Ｏ部１８は、例えば、入力する電圧ＶＡがしきい値Ｖｔｈ以下である場合、ロー（Ｌｏ）を示す判別信号Ｓ２を制御部１９に出力する。この判別信号Ｓ２は、例えば、ハイの場合、「１」を示す信号であり、ローの場合、「０」を示す信号である。
【００３４】
（制御部１９の構成）
制御部１９は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成される。このＲＯＭには、例えば、制御部１９が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。また制御部１９は、その内部にクロック信号を生成する手段を有し、このクロック信号に基づいて動作を行う。
【００３５】
Ｉ／Ｏ部１８は、制御部１９の入出力部である。Ｉ／Ｏ部１８と制御部１９は、１つのＩＣ（integrated circuit）チップとして構成されている。このＩ／Ｏ部１８と制御部１９は、汎用のマイクロコンピュータに備わっているものを利用することが可能である。従ってＩ／Ｏ部１８と制御部１９は、例えば、静電容量の差に基づいてスイッチのオン、オフを検出するためのＡ／Ｄ変換回路等を有する専用の容量検出回路とは異なり、汎用のマイクロコンピュータを利用して低コストで構成することが可能である。またスイッチ装置１は、例えば、スイッチ１５のオン、オフによってＩ／Ｏ部１８に入力する電圧ＶＡをコンデンサ１６の容量Ｃ２によって容易に調整することが可能なので、汎用のマイクロコンピュータを用いてのスイッチ１５のオン、オフの判定が可能となる。
【００３６】
この制御部１９は、スイッチＳＷがオンであり、かつＩ／Ｏ部１８から出力された判別信号Ｓ２がハイを示す場合、スイッチがオフであると判定し、ローを示す場合、スイッチがオンであると判定する。また制御部１９は、例えば、スイッチＳＷがオフの場合、つまりコンデンサ１６が充電されない場合は、スイッチ１５のオン、オフの判定を行わないように構成されている。
【００３７】
制御部１９は、スイッチＳＷを制御する制御信号Ｓ１を生成するように構成されている。制御部１９は、例えば、スイッチＳＷのオンとオフを周期的に切り替える。
【００３８】
以下に、本実施の形態に係るスイッチ装置１の動作について、説明する。
【００３９】
（動作）
スイッチ装置１の制御部１９は、車両９の電源が投入されると、制御信号Ｓ１をスイッチＳＷに出力してスイッチＳＷをオンし、予め定められた時間、コンデンサ１６を充電する。図２（ｂ）では、電源が投入された時間ｔ１にスイッチＳＷがオンされた状態を示している。
【００４０】
コンデンサ１６は、スイッチＳＷがオンされることにより、充電される。この充電により、コンデンサ１６と第２の電極１１との間のノード１００の電圧ＶＡが、図２（ｄ）に示すように、Ｖｃｃとなる。従ってＩ／Ｏ部１８には、電圧ＶＡとして電圧Ｖｃｃが入力する。
【００４１】
Ｉ／Ｏ部１８は、しきい値Ｖｔｈと電圧Ｖｃｃを比較し、電圧Ｖｃｃがしきい値Ｖｔｈより大きいのでハイを示す判別信号Ｓ２を制御部１９に出力する。制御部１９は、スイッチＳＷがオンで、かつ判別信号Ｓ２がハイであることから、スイッチ１５がオフであると判定する。
【００４２】
ここで、図２（ｃ）に示すように、スイッチ１５が時間ｔ２においてオンされた場合、ノード１００における電圧ＶＡは、Ｖｃｃ／１２となる。従ってＩ／Ｏ部１８には、図２（ｄ）に示すように、電圧ＶＡとして電圧Ｖｃｃ／１２が入力する。
【００４３】
Ｉ／Ｏ部１８は、しきい値Ｖｔｈと電圧Ｖｃｃ／１２を比較し、電圧Ｖｃｃ／１２がしきい値Ｖｔｈ以下なのでローを示す判別信号Ｓ２を制御部１９に出力する。制御部１９は、スイッチＳＷがオンで、かつ判別信号Ｓ２がローであることから、スイッチ１５がオンであると判定し、スイッチ１５がオンの際の動作を実行する。この動作は、一例として、スイッチ１５が操作可能な電子機器に対する、スイッチ１５がオンしたことを示す信号の出力である。
【００４４】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、組み付けが容易であると共に、ステアリングホイール９０の回転操作に起因する断線及び接触不良を抑制することができる。このスイッチ装置１は、容量結合部１２が第１の電極１０と第２の電極１１とで構成されることで、車体に対して回転するステアリングホイール９０に配置されるスイッチ１５と、車体に配置されるＩ／Ｏ部１８と、が非接触で電気的に接続される。従って、スイッチ装置１は、回転コネクタ装置を介してステアリングホイールのスイッチと車体に配置された電子機器とを直接接続する場合と比べて、ステアリングホイール９０の回転操作に起因する断線及び接触不良を抑制することができる。
【００４５】
スイッチ装置１は、ステアリングホイール９０の回転操作に伴って、巻き締め及び巻き戻しされるケーブルを必要としないので、当該ケーブル及びステアリングホイール９０の中立点を合わせて組み付ける必要がなく、組み付けが容易となる。
【００４６】
スイッチ装置１は、回転コネクタ装置と比べて、構成部品が少ないので、低コストで製造することができる。
【００４７】
スイッチ装置１は、汎用のマイクロコンピュータに備わっているＩ／Ｏ部１８及び制御部１９を用いてスイッチ１５のオン、オフを判定する構成を構築することができるので、容量結合部の静電容量の変化をＡ／Ｄ変換回路等を含む専用の容量検出回路により処理する場合と比べて低コストで製造することができる。またスイッチ装置１は、Ａ／Ｄ変換回路等を含む容量検出回路と比べて、専有面積が小さく、小型である。
【００４８】
なお変形例として、スイッチ装置１は、車両９のステアリングホイール９０に配置されたスイッチ１５のオン、オフの検出に限定されず、回転部材に設けられたスイッチのオン、オフを検出する装置として様々に適用することができる。
【００４９】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが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。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１…スイッチ装置、２…ステアリングシャフト、３…ステアリングポスト、４…ベアリング、５…回転軸、９…車両、１０…第１の電極、１１…第２の電極、１２…容量結合部、１５…スイッチ、１６…コンデンサ、１７…電源部、１８…Ｉ／Ｏ部、１９…制御部、２０…先端部、２１…外周部、３０…収容部、３１…上部、３２…取付部、９０…ステアリングホイール、９１…把持部、９２…中央部、９３…スポーク部、１００…ノード、３２０…凹部、９１０…芯金、９１１…開口
【図１】
2016068916.tif 000003
【図２】
2016068916.tif 000004