(57)【要約】電気スイッチアセンブリが提供される。上記電気スイッチアセンブリはハウジング、上記ハウジングによって支持されたアクチュエータであって、１以上の下向きの延在部を有しており、各延在部は少なくとも１つの丸みを帯びた先端部を有するアクチュエータ、上記ハウジングに収容された電気回路、上記電気回路を覆う１以上の変形可能なドームを備える弾性パッド、および上記ハウジング内の上記少なくとも１つの丸みを帯びた先端部と上記ドームの各々との間で支持される１以上のプランジャエレメントを備え、各プランジャエレメントは傾斜面を備え、上記アクチュエータが動いている間上記丸みを帯びた先端部に係合し、下にあるドームの１つを変形させることを特徴とする電気スイッチアセンブリ。
2012528423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング、
上記ハウジングによって支持されたアクチュエータであって、１以上の下向きの延在部を有しており、各延在部は少なくとも１つのアーチ形の先端部を有するアクチュエータ、
上記ハウジングに収容された電気回路、
上記電気回路を覆う１以上の変形可能なドームを備える弾性パッド、および
上記ハウジング内の上記アクチュエータと上記ドームの各々との間で支持される１以上のプランジャエレメントを備え、各プランジャエレメントは傾斜面を備え、上記アクチュエータが動いている間上記アーチ形の先端部に係合し、上記プランジャエレメントに上記プランジャエレメントの下にあるドームを変形させることを特徴とする電気スイッチアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のアセンブリにおいて、
上記ハウジングは各プランジャエレメントを拘束して実質的に上方向および下方向に動かすように構成されていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアセンブリにおいて、
上記アーチ形の先端部は丸みを帯びていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項４】
請求項１から３いずれか一項に記載のアセンブリにおいて、
上記傾斜面はさらに湾曲部を有することを特徴とするアセンブリ。
【請求項５】
第１プランジャエレメント、第２プランジャエレメント、第１延在部、および第２延在部を備える請求項１から４いずれか一項に記載のアセンブリにおいて、
静止位置において、上記アクチュエータが動くと、上記第１プランジャエレメントが上記第２プランジャエレメントより前に動くように、上記第１延在部は上記第１プランジャエレメントまでの距離が、上記第２延在部と上記第２プランジャエレメントとの間の距離より近くなるように構成されていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項６】
向かい合って間隔をおいた一対の第１プランジャエレメントおよび向かい合って間隔をおいた一対の第２プランジャエレメントを備える請求項５記載のアセンブリにおいて、
上記アクチュエータが一方向へ動くことによって、上記一対の第１プランジャエレメントの一方を上記第２プランジャエレメントの一方よりも前に動作させ、上記アクチュエータが他方向へ動くことによって、上記一対の第１プランジャエレメントの他方を上記第２プランジャエレメントの他方よりも前に動作させることを特徴とするアセンブリ。
【請求項７】
電気スイッチアセンブリにおいて下にある変形可能ドームを動作させるためのプランジャエレメントであって、上記プランジャエレメントは、
上記変形可能ドームに係合するベース部、および
上記ベース部から延在する本体を備え、上記本体は上方に面する傾斜面を備え、上記傾斜面の方へ弧を描いて動く部分を有するアクチュエータと相互に作用し、それによって上記プランジャを上記ドームに向かって下方向に動かすことを特徴とするプランジャエレメント。
【請求項８】
請求項７記載のプランジャエレメントにおいて、
上記本体はハウジングが上記プランジャエレメントを拘束して、実質的に上方向および下方向に動かすことができるような大きさに作られていることを特徴とするプランジャエレメント。
【請求項９】
請求項７または８記載のプランジャエレメントにおいて、
上記傾斜面はさらに湾曲部を備えることを特徴とするプランジャエレメント。
【請求項１０】
アクチュエータを備える電気スイッチアセンブリであって、上記アクチュエータは上記アセンブリ内を移動可能なプランジャエレメントに作用して電気回路を動作させ、上記プランジャエレメントは傾斜面を備え、上記アクチュエータの制御下で弧を描いて動くように構成されている部材と相互に作用して上記電気回路を動作させることを特徴とする電気スイッチアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０記載のアセンブリにおいて、
さらに上記プランジャエレメントを拘束して、実質的に上方向および下方向に動かすよう構成されているハウジングを備えることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載のアセンブリにおいて、
上記部材はアーチ形の先端部を備えることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２記載のアセンブリにおいて、
上記アーチ形の先端部は丸みを帯びていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１０から１３いずれか一項記載のアセンブリにおいて、
上記傾斜面はさらに湾曲部を備えることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１５】
第１プランジャエレメント、および第２プランジャエレメントを備える請求項１０から１４いずれか一項に記載のアセンブリにおいて、
上記部材は第１延在部および第２延在部を備え、
静止位置において、上記アクチュエータが動くと、上記第１プランジャエレメントが上記第２プランジャエレメントより前に動くように、上記第１延在部は上記第１プランジャエレメントまでの距離が、上記第２延在部と上記第２プランジャエレメントとの間の距離より近くなるように形成されていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１６】
向かい合って間隔をおいた一対の第１プランジャエレメントおよび向かい合って間隔をおいた一対の第２プランジャエレメントを備える請求項１５記載のアセンブリにおいて、
上記アクチュエータが一方向へ動くことによって、上記一対の第１プランジャエレメントの一方を上記第２プランジャエレメントの一方よりも前に動作させ、上記アクチュエータが他方向へ動くことによって、上記一対の第１プランジャエレメントの他方を上記第２プランジャエレメントの他方よりも前に動作させることを特徴とするアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
下記は電気スイッチに関し、より詳細にはそのようなスイッチを動作させるためのプランジャ関する。
【０００２】
なお、下記は、米国特許出願番号第６1／１８１，９３４号（２００９年５月２８日出願）の優先権を主張し、その内容を本願明細書に援用する。
【背景技術】
【０００３】
自動車及び他の用途においてユーザによって動作するスイッチは、たいていは触覚フィードバックを提供することにより、ユーザが異なるスイッチ段階および/または機能を認識できるようにすることが望ましい。このようにして、ユーザは、スイッチを操作している間に、ユーザにスイッチの状態についてフィードバックした力の変化を体験できる。
【０００４】
例えば、スイッチを動作させると、ユーザは最初に増加する抵抗力を感じることができ、その後この力は低下し、アクチュエータはスイッチが電気的に動作していることをユーザに示す第１識別位置で停止する。この第１位置はしばしば第１デテントとも言う。自動車のウィンドウスイッチなどに「自動降下」、「急速降下」または「ワンタッチダウン」オプションを設けるように構成されている。この種のオプションを動作させるために、ユーザは、スイッチアクチュエータを、第１デテントを越えて第２識別位置または第２デテントまで下向きに押す（もしくは「自動上昇」オプションへと引き上げる）。従ってこの例では、スイッチを２つの独立した機能の各々に関する第１または第２デテントへと押すまたは引くことができる（この場合ウィンドウ降下/ウィンドウ急速降下またはウィンドウ上昇/ウィンドウ急速上昇）。このようにスイッチを押したり引いたりすることはスイッチを操作するとも言う。
【０００５】
そのような触覚フィードバックを提供するための２つのデザインが普及している。一方はバネ系の独立したスイッチ要素を有する触覚機構であり、他方はシリコンゴム系の膜または弾性パッドであって、しばしばｅ-パッドとも呼ばれる。ｅ-パッドはプリント基板（ＰＣＢ）に接続すると、触覚応答および電気的スイッチングを提供する。これらのデザインのいずれも力、移動、パッケージサイズ、および、パフォーマンスのばらつきという限界を抱えうる。
【発明の概要】
【０００６】
１つの側面において、ハウジング、上記ハウジングによって支持されたアクチュエータであって、１以上の下向きの延在部を有しており、各延在部は少なくとも１つのアーチ形の先端部を有するアクチュエータ、上記ハウジングに収容された電気回路、上記電気回路を覆う１以上の変形可能なドームを備える弾性パッド、および上記ハウジング内の上記アクチュエータと上記ドームの各々との間で支持される１以上のプランジャエレメントを備え、各プランジャエレメントは傾斜面を備え、上記アクチュエータが動いている間上記アーチ形の先端部に係合し、上記プランジャエレメントに上記プランジャエレメントの下にあるドームを変形させることを特徴とする電気スイッチアセンブリが提供される。
【０００７】
もう一つの側面において、電気スイッチアセンブリにおいて下にある変形可能ドームを動作させるためのプランジャエレメントであって、上記プランジャエレメントは、  上記変形可能ドームに係合するベース部、および上記ベース部から延在する本体を備え、上記本体は上方に面する傾斜面を備え、上記傾斜面の方へ弧を描いて動く部分を有するアクチュエータと相互に作用し、それによって上記プランジャを上記ドームに向かって下方向に動かすことを特徴とするプランジャエレメントが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
さて、実施形態を例として添付の図面のみを参照しながら説明する。
【０００９】
図１は一式の電気スイッチアセンブリからなる自動車の内部を示す部分図である。
【００１０】
図２は分離した電気スイッチアセンブリの斜視図である。
【００１１】
図３は図２に示した電気スイッチアセンブリの分解斜視図である。
【００１２】
図４は分離した一式のプランジャおよび弾性ドームの斜視図である。
【００１３】
図５は図４のプランジャおよびドームの面Ａに沿った断面図である。
【００１４】
図６は図４のプランジャおよびドームの面Ｂに沿った断面図である。
【００１５】
図７は分離した第１プランジャの横から見た図である。
【００１６】
図８はアクチュエータの回動によるプランジャエレメントの動作を説明する断面図である。
【００１７】
図９は第１プランジャの傾斜表面５５度の場合の力−変位のグラフ図である。
【００１８】
図１０は第１プランジャの傾斜表面６０度の場合の力−変位のグラフ図である。
【００１９】
図１１（ａ）から図１１（ｈ）は湾曲していない表面の力変位および動力学的な計算を説明するための自由体図である。
【００２０】
図１２（ａ）から図１２（ｇ）は湾曲する表面の力変位および動力学的な計算を説明するための自由体図である。
【００２１】
図１３（ａ）から図１３（ｅ）はアクチュエータ延在部およびプランジャエレメントの一連の動作段階を示す断面図である。
【００２２】
図１４（ａ）から図１４（ｃ）は弾性ドームの一連の動作段階を示す断面図である。
【００２３】
図１５は図１４（ａ）から図１４（ｃ）に示した動作段階の移動量−力を示すグラフ図である。
【００２４】
図１６は動作段階時のアクチュエータの角度−力を示すグラフ図である。
【００２５】
図１７は１つの上方への機能および２つの下方への機能から成る電気スイッチアセンブリの一例における２方向の角度−力を示すグラフ図である。
【００２６】
図１８はバネ操作の実施に関する力−変位のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下のことによって、電気スイッチを動作させるためのプランジャエレメントが提供される。このプランジャエレメントによって、より小型になる可能性のあるパッケージサイズにおいて耐久性および信頼性を高めることを可能にしながら、連動した電気−機械のタイミングを有し、より少ない構成要素を用いて構成要素の変化に対して耐性を有する、より広範囲の触覚プロファイル（力および移動）を提供することが可能になる。
【００２８】
丸みを帯びたもしくはアーチ形の延在部の先端部に作用する、スイッチのアクチュエータで動く傾斜面を有するプランジャエレメントを備えると、上記長所を有する一方向および双方向への単段階または二段階の動作構成を達成できることがわかっている。このことによって、プランジャエレメントによって操作されるｅ−パッドの特性を変更することなく、スイッチアセンブリの触覚プロファイルの変更が可能になる。ここで述べたプランジャエレメントおよび原理は、バネおよびその他の弾性部材においてもＰＣＢを起動するために用いることができることは理解されよう。しかしながら、注意すべきは、例えば、バネによって発生する触覚応答は一般的に以下に検討するｅ−パッドによって発生する触覚応答とは異なっているということである。
【００２９】
さて図１に戻ると、プランジャエレメントおよびスイッチアセンブリが用いることができる環境例が示されている。上記環境においては、一式の電気スイッチアセンブリ１０は自動車ドア１４のコンソール１２に組み込まれてドアウィンドウ１６を操作する。この例においては、横から２つのスイッチアセンブリ１０が見える。１つはフロントウィンドウ１６用で、もう一つはリアウインドウ用である。例えば、自動車の反対側（図示せず）のもう一対のフロント/リアウインドウ１６の制御を提供するためにより多くのスイッチを含むことができることが理解されよう。自動車用途においてスイッチアセンブリ１０およびその構成要素を使用することはほんの一例であり、以下の記載で明らかなように様々な他の用途が適用可能であることも理解されよう。
【００３０】
図２は分離した電気スイッチアセンブリ１０の拡大図を示す。スイッチアセンブリ１０はアクチュエータ１８、この例においては制限された回動運動を提供するノブまたはロッカースタイル部材を用いて操作され、アクチュエータ１８は、取り付け点２１によって規定されるその軸を中心として回動することによって動作することができる。アクチュエータ１８は唇状部１９または他の突出部から成り、これによってアクチュエータ１８を上方方向に「引っぱる」ことが可能になり、アクチュエータ１８を反対方向に揺動させる。アクチュエータ１８は下方方向に「押圧」することができる広い上面も備え、それによってアクチュエータを前方へ揺動させる。図２にはスイッチアセンブリ１０の様々な構成要素を入れ、ガイドし、支持するのに用いられるハウジング２０が示されている。ハウジング２０は図２に示すように独立した構成要素であってもよいし、他のアセンブリと図１に示すコンソール２０を介して一体化されていてもよい。図２に示すハウジング２０は単に例示を目的とするものであることが理解されよう。
【００３１】
図３はスイッチアセンブリ１０の分解斜視図を示す。この図からアクチュエータ１８はハウジング２０の上に、アクチュエータ１８の対向する側壁にある対応する孔２１と接触する一対の直立する支持体２８を用いて支持されていることがわかる。支持体２８は同様にハウジング２０によって支持されたまたはハウジング２０に取り付けられたアクチュエータベース２６から延在している。アクチュエータ１８は第１延在部２２および第２延在部２４を備え、延在部はそれぞれハウジング２０に向かって下方へ突出しており、アクチュエータ１８と共同して動く。アクチュエータベース２６は孔または開口を備え、それによって延在部２２，２４がハウジング２０の内部へと延在することができる。
【００３２】
先に説明したように、ハウジング２０はスイッチアセンブリ１０の様々な構成要素を含んでいる。この例では、ハウジング２０は開口下端（図示せず）を備え、ハウジングベース４０が設けられており、ハウジングベース４０はハウジング内の構成要素を支持および保持してハウジング２０を閉じるのに用いられる。ハウジングベース４０はＰＣＢ３８の支持体になり、ＰＣＢ３８は上方に重なる一式の変形可能なドーム３６を備えるｅ-パッド３４を支持する。変形可能なドーム３６は２対のプランジャエレメントと整列し、その２対のプランジャエレメントによって操作される。ハウジング２０の内部は、プランジャエレメント３０、３２の垂直運動を許容しながら、前後および側方の動きを制限するように構成されており（図５および６参照）、プランジャエレメント３０、３２がプランジャエレメント３０、３２と整列した下にある変形可能なドーム３６に作用し、上記下にあるドーム３６を変形させることが可能になる。第１延在部２２は第１延在部の各々の少なくとも一部と整列し、第１スイッチ操作を動作させ、第２延在部２４は第２延在部の各々の少なくとも一部と整列し第２スイッチ操作を動作させる。延在部２２、２４およびプランジャエレメント３０、３２の形状は、第１プランジャエレメント３０および第２プランジャエレメント３２が、以下に詳細に説明するように連続して動作するように選択される。
【００３３】
延在部２２、２４およびプランジャエレメント３０、３２の相対的な配置を図４から図６に詳細に示す。プランジャエレメント３０の１つおよびプランジャエレメントト３２の１つは、前方のまたは押圧作用によって一対の第１/第２プランジャエレメント３０、３２が連続して動作するように、一方、後方または引き作用によって他方の第１/第２プランジャエレメント３０、３２が連続して動作するようにアクチュエータ１８の回動軸のいずれか一方の側に配置される。
【００３４】
図５および図６に最もよく示されているように、静止時は、第１プランジャエレメント３０は、第２プランジャエレメント３２が延在部２４に対するよりも、延在部２２により近い。この例では、第１プランジャエレメント３０がそれぞれの延在部２２に接しているが、多少の公差は許容されることは理解できる。規定された動作点で（そして動作方向に依存して）他方の延在部２４は第２プランジャエレメント３２の１つに接する。まず図５を参照すると、延在部２２の幅は一対のアーチ形の、この例では実質的に丸みを帯びた第１延在部先端４２が、スイッチアセンブリ１０がニュートラルまたは静止位置にある時、第１プランジャエレメント３０のそれぞれの第１傾斜面４３に接するような大きさに作られている。傾斜面４３はそれぞれの直立した第１プランジャ本体４４上に形成され、第１プランジャ本体４４はそれぞれの第１プランジャベース４６から延在している。プランジャベース４６はドーム３６の各々と整列するような大きさに作られ、方向付けられている。第１プランジャエレメント３０はハウジング２０内を第１中央ガイド部材５０の両側に形成された一対の一体化された外側ガイド部材４８を用いてガイドされ、第１プランジャエレメント３０の位置を維持し、側方および前後の動きを制限して、震動によって引き起こされうるガタガタ音を減じる。
【００３５】
図６を参照すると、第２延在部２４の幅は第１延在部２２の幅より少ないことがわかる。従って一対のアーチ形の、この例では実質的に丸みを帯びた第２延在部先端５２が、図示のようにスイッチアセンブリ１０がニュートラル位置にある時、第２プランジャエレメント３２のそれぞれの第２傾斜面５３から離れるような大きさに作られている。このように、アクチュエータ１８が動くことによって、延在部２４が第２プランジャエレメント３２の１つに作用するのに先だって、延在部２２が第１プランジャエレメント３２の１つに作用する。図５に示されたものと同様に、第２傾斜面５３はそれぞれの直立した第２プランジャ本体５４上に形成され、第２プランジャ本体５４は、それぞれの第２プランジャベース５６から延在している。第２プランジャエレメント３０もまたハウジング２０内で一対の一体化された外側ガイド部材４８、および第２プランジャエレメント３２の間に位置する第２中央ガイド部材５８を用いてガイドされ、第２プランジャエレメント３２の位置を維持し、側方および前後の動きを制限して、震動によって引き起こされうるガタガタ音を減じる。この例ではガイド部材５０、５８は共にハウジング２０と一体となっており、概して方向付けられ、プランジャエレメント３０、３２を保持するような大きさに作られている。この例では、ガイド部材５０，５８は同じハウジング２０の異なる断面から成り、第１および第２のプランジャエレメント一式の駆動を同期させるための同じ構成部材の一部である。
【００３６】
図７は分離した第１プランジャエレメント３０の１つを示す。プランジャ本体４４の先端部６０は傾斜面４３を直線の側面から曲線の側面４３’に変えることによって変更することができ、第１プランジャエレメント３０に作用する際に、触覚感のさらなる制御が得られることがわかる。第１プランジャエレメント３０および第１延在部２２の形状に対する計算を通じて正確な触覚応答を描くことができる。第２プランジャエレメント３２上の傾斜面５３も同様に曲線にすることができ、同様の結果を得られることに気付くだろう。
【００３７】
図８はアクチュエータ延在部２２、２４がプランジャエレメント３０、３２の傾斜面４３、５３と相互に作用している状態を示し、この例では第１延在部２２と第１プランジャエレメント３０との相互作用を示している。アクチュエータ１８の唇状部１９を回動させるまたは「引き」上げることによって動きＡが引き起こされる。動作Ａの結果、第１先端部４２がＢで示される進路に沿って動く。動作Ｂによって、プランジャ本体４４の角度がついた先端部と、傾斜面４３との相互作用が引き起こされ、それによって第１プランジャエレメント３０が動作Ｃによって示されるように下方向に動く。アクチュエータ１８が動作すると、第１延在部２２の結合動作によって、第１プランジャエレメント３０は、第１プランジャエレメント３０の外側ガイド部材４８の１つと、第１内部ガイド部材５０との間の配置のために実質的に下方向へ一直線に動く。図８より傾斜面４３の角度、丸みを帯びた先端部４２の半径、アクチュエータ１８の回動点と第１プランジャエレメント３０との間の距離によって、ユーザがアクチュエータ１８を回動させるときに感じる力および移動量が制御されることを理解することができる。同様の原理が第２プランジャエレメント３２の動作にも当てはまることは理解されよう。
【００３８】
図９および図１０は、傾斜面４３の角度を５５°から６５°へ変更したときの力-変位曲線の変化および各々のスイッチング段階に先だってスナップオーバー点を達成するのに必要な対応する力の増化を示している。
【００３９】
上で述べたように、アクチュエータ延在部２２、２４およびプランジャエレメント３０，３２の形状が変化することによってスイッチアセンブリ１０の触覚応答に作用することができる。さて図１１（ａ）から１１（ｈ）を参照して形状に関する様々な計算が提供される。プランジャエレメント３０に関しては、どのようにして上記変化が測定されるのかを説明するために曲線の先端部６０無しに描かれている。
【００４０】
以下は図１１（ａ）から１１（ｈ）に示される変数およびそれらの定義のリストである。
【００４１】
Ｆｃ−アクチュエータ１８にかかる力、回動円弧の接線方向/回動半径に垂直
【００４２】
Ｆｃｖ−アクチュエータ１８に鉛直方向（Ｚ）に作用する力
【００４３】
Ｆｅ−ｅ−パッド３４（弾性キートップ）からの力
【００４４】
α−アクチュエータ１８の回動角度
【００４５】
γ−回動中心を通過する水平線に対してγの角度を有する、ニュートラルにおける作用点
【００４６】
ｂ−アクチュエータ１８の作用点と回動中心（アクチュエータ１８のモーメントアーム）との間の距離
【００４７】
ｈ、ｈ１、ｈ２−アクチュエータ延在部２２の回動中心までの高さ
【００４８】
ｖ、ｖ１、ｖ２−アクチュエータ延在部２２の回動中心までの幅
【００４９】
ｒ、r１、ｒ２−丸みを帯びた先端部４２の半径
【００５０】
θ−水平線に対するプランジャエレメント３０の傾斜面４３の角度
【００５１】
φ−垂直線に対するプランジャエレメント３０の傾斜面４３の角度
【００５２】
ｆｆ１−プランジャエレメント３０と外側ガイドエレメント４８との間の摩擦力
【００５３】
ｆｆ２−プランジャエレメント３０とアクチュエータ延在部２２との間の摩擦力
【００５４】
μ１−プランジャエレメント３０と外側ガイドエレメント４８との間の摩擦係数
【００５５】
μ２−プランジャエレメント３０とアクチュエータ延在部２２間の摩擦係数
【００５６】
Ｆｐ−丸みを帯びた先端部４２から傾斜面４３に対して働く垂直力
【００５７】
Ｆｐｘ−Ｆｐの水平成分
【００５８】
Ｆｐｙ−Ｆｐの垂直成分
【００５９】
ｄ−回動時のアクチュエータ１８に作用するＦｐのモーメントアーム
【００６０】
ｍ−回動時の時アクチュエータ１８に作用するｆｆ２のモーメントアーム
【００６１】
Ｌ−回動中心とプランジャエレメント３０の外側の垂直面間の水平距離
【００６２】
ｎ−プランジャエレメント３０の底面と任意の外面と傾斜面４３との交差点間の垂直距離
【００６３】
Ｈ−プランジャエレメント３０の底面とアクチュエータ１８の回動中心との間の垂直距離
【００６４】
Ｈ０−ニュートラル位置（α＝０）におけるＨ
【００６５】
ΔＨ−プランジャエレメント３０の垂直位置の変化＝あらゆる角度でのｅ−パッド圧縮
【００６６】
Ｈｕｐ−プリロードがかかっている時の最初の数度の回動における対向するプランジャエレメント３０のＨ＝対向するｅ−パッド３４が上がる量
【００６７】
Ｗ＋−スナップオーバー保護のための余分のプランジャエレメント幅
【００６８】
α＋ｍａｘ−スナップオーバー保護のための余分のアクチュエータの角移動距離
【００６９】
2012528423.tif 000003
【００７０】
また、
2012528423.tif 000004
【００７１】
2012528423.tif 000005
【００７２】
さて図１１（ｄ）を参照する。｜α｜が負方向に示されていることに留意すべきであるが、正方向に示しても同じ結果が得られる。図１１（ｄ）において、ＫＯ＝ｈ１、ＸＯ＝ｈ２、ＫＸ＝ｈ３、およびｈ１＝ｈ２＋ｈ３（９）。また、
2012528423.tif 000006
【００７３】
さて、
2012528423.tif 000007
【００７４】
さらに図１１（ｄ）を参照すると、
2012528423.tif 000008
従って、
【００７５】
2012528423.tif 000009
【００７６】
2012528423.tif 000010
【００７７】
2012528423.tif 000011
【００７８】
2012528423.tif 000012
【００７９】
2012528423.tif 000013
【００８０】
2012528423.tif 000014
【００８１】
2012528423.tif 000015
【００８２】
2012528423.tif 000016
【００８３】
適切な形状を決定する際に上記計算を用いるために、プリロードゾーンに関して、ΔＨが等式（２６）および等式（２８）から計算される。E−パッドドーム３６の力/変位から、ｅ−パッドの力Ｆｅが導出される。次にアクチュエータ１８にかかる力が動作および動作停止の等式（１８）および（１９）からそれぞれ計算される（そしてプリロードゾーンに関しては対向するｅ−パッドドーム３６により発生する力が計算され主要な力から差し引かれる）。Ｌ（移動超過/スナップオーバープロテクションに余分のプランジャ幅および余分のアクチュエータの回動角度を割り当てること）を計算するために、ａ）等式（２０）における全移動角およびα＋maxを挿入し、ｂ）この値にＷ＋を足すことによって｜ＯＳｘ｜ｍａｘを計算し、Ｌを求める。
【００８４】
さて図１２（ａ）から図１２（ｇ）を参照すると、曲面の先端部６０を有するプランジャエレメント３０の形状に関する様々な計算が提供される。
【００８５】
図１１に関して参照した上記変数は、明確にする丈に図１２（ａ）から図１２（ｇ）において再び用いられ、以下の追加の変数が用いられる。
【００８６】
ω−プランジャエレメント３０とアクチュエータ延在部２２との間の接触角。
【００８７】
上記と同様に、図１２（ａ）および図１２（ｂ）はスイッチアセンブリ１０に関する変数を示す。さて図１２（ｃ）を参照すると、プランジャエレメントの曲面の先端部に関する力の計算例が提供される。上記のように、
2012528423.tif 000017
【００８８】
2012528423.tif 000018
【００８９】
2012528423.tif 000019
【００９０】
2012528423.tif 000020
【００９１】
2012528423.tif 000021
【００９２】
2012528423.tif 000022
【００９３】
2012528423.tif 000023
【００９４】
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【００９５】
図１２（ｇ）を参照すると、上記のように、この図に関する計算例はプリロードがかかっている最初の数度の回動の間のみに当てはまる計算例である。対向するプランジャエレメント３０からの力はメインプランジャエレメント３０からの力より差し引かれる。
【００９６】
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【００９７】
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【００９８】
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【００９９】
スイッチアセンブリ１０の二段階動作に関する様々な動作段階を図１３（ａ）から１３（ｅ）に示す。図において一対の電気接続が連続してなされる。これらの図において、第１プランジャエレメント３０および第１延在部２２は実線で示し、第２プランジャエレメント３２および第２延在部２４は破線で示して連続動作を説明している。明確にするために、ドーム３６は図１３（ａ）から１３（ｅ）の線図から省略され、代わりにそれぞれの実線および破線の矢印が描かれドーム３６がプランジャエレメント３０、３２にかける力を示している。図１３（ａ）は静止またはニュートラル位置を示し、静止またはニュートラル位置においては、第１プランジャ３０の両方が対応する先端部４２に接しており、わずかな係合がなされ、プランジャエレメント３０のガタガタ音を最小限にする（説明が容易なように一方のプランジャエレメント３０のみ示す）。静止時の係合をしばしば「プレロード」とも言う。先に述べ、図１３（ａ）にも示すように、静止位置では、連続係合および動作を提供するために、第２延在部先端５２は第２プランジャエレメント３２に接していない。
【０１００】
図１３（ｂ）および図１３（ｃ）は第１電気接続、つまり第１ドーム３６が変形して下にあるＰＣＢ３８に接触する様子を示している。二段階動作のこの第一段階において、第１プランジャエレメント３０は第１先端部４２が作る円弧によって下方向に押されており、順に下にあるドーム３６を押しつけて変形させ、第一電気接続を形成し、ユーザは最初のデテントを感じる。第一段階が終わると、図１３（ｃ）に最もよく示すように第２延在部先端５２が第２プランジャエレメント３２の傾斜面５３に接触する。
【０１０１】
図１３（ｄ）および図１３（ｅ）は二段階動作の第二段階における第２電気接続の動作を示す。第二段階において、第２プランジャエレメント３２は第２延在部先端５２が作る円弧によって下方向に押されており、順に下にあるドーム３６を押しつけて（この例では、変形した第１ドーム３６から横方向に間隔が開いている）変形させ、第２電気接続を形成し、一方、第１電気接続は維持される。この段階で、二度目のデテントがユーザに伝わるはずである。第一段階が終わると、図１３（ｅ）に最もよく示すように、移動の終点でプランジャエレメント３０、３２の形状および延在先端部４２、５２の半径によって最適な移動距離が与えられ、ドーム３６の耐久性に悪影響を及ぼさずに信頼性のある電気接続を達成することが理解できる。各ドーム３６は一般的にはドーム３６の最大移動距離を特定する仕様書を有するｅ-パッド設計者によって設計されることを指摘しておいてもよいだろう。例えば、上記原理を評価するために用いられる適切なドーム３６は、１．４ミリメートル移動して電気接続し、もう０．５ミリメートル移動し、その限界までの合計１．９ミリメートル移動するように設計される。従ってこの範囲の移動距離は１．４ミリメートルより長く、１．９ミリメートルより短いことになり、これらの範囲は計算に組み込まれる。個々に示す例では、第１および第２ドームの移動距離は同じであるので、第１および第２接続の全移動距離は等しいことになる。
【０１０２】
ドームの移動距離は一般的なスイッチアセンブリの操作性にとって重要であることを指摘しておいてもよいだろう。なぜなら、最少移動量より少ないと、信頼性のある電気接続が形成される可能性が下がり、一方、最大移動量より多いと、ドーム３６の耐久性に悪影響を及ぼし、それによって早くにドーム３６が動作しなくなる。
【０１０３】
図１４（ａ）から図１４（ｃ）はドーム３６の更なる詳細およびドーム３６の動作に関する対応する段階を示している。各ドーム３６は環状変形可能部材６２の上に支持された動作面６０を備える。変形可能部材６２に付いている動作面６０の裏面は上方電気接続点６４であって、上記上方電気接続点は、下にある下方電気接続点またはＰＣＢ３８（図示せず）上の配線に係合する時にＰＣＢ３８上の回路を閉じる。段階Ａにおいて、動作面６０にかかる力が増加するにつれて、ドーム３６の機械抵抗は増加する。段階Ｂにおいて、この移動点では、ドーム３６は機械抵抗が減少し始める「スナップオーバー点」を越えて移動し、移動速度が増す。そして段階Ｃで、電気接続がＰＣＢ３８に係合する上方接点６４によって確立される。もしドーム３６が押しつけられてこの点を越えてさらに変形すると、機械抵抗はｅ-パッド材料の圧縮性のために再び増加することを指摘しておいてもよいだろう。図１５は、図１４（ａ）から図１４（ｃ）に示すドーム３６の力対移動距離曲線を示している。
【０１０４】
Ｅ−パッドドーム３６は一般に自動車、通信、コンピュータおよび他の用途において用いられている。従って、プランジャエレメント３０、３２および連続動作の原理は自動車の用途の範囲を超えて適用することができることを理解できる。用途の中には同じスイッチの様々な型が必要なものもあることを指摘しておいてもよいだろう。例えば、第２機能が所望される用途、および第２機能が所望されない用途には同じスイッチアセンブリ１０が所望される場合がある。ここに記載の構成を用いると、いずれかの動作方向の第２機能を追加または削除することで十分であり、それは第２プランジャエレメント３２の一方または両方の追加または削除に相当する。このことによって、それぞれの方向への一段階または二段階のデテント操作の様々な組み合わせが提供される。例えば、図１６は、もし両方の第２プランジャエレメント３２を用いると両方向へ適用可能な二段階動作に関する力対角度のグラフを示している。図１７は第１および第２プランジャエレメント３０、３２が「下」方向用に設けられ、第１プランジャエレメント３０のみが「上」方向用に設けられた例を示している。図１７の力対角度のグラフは、この例での下方向は２つのはっきりしたデテントを有するのに対し、上方向は１つのデテントしかないことを示している。図１８はｅ−パッド３４ではなくバネを用いた実施形態における触覚応答を示しており、図１６に見られたピークが存在しないことを示している。
【０１０５】
従ってここに記載した構成によってスイッチアセンブリ１０の「ファミリー」を製造する柔軟性が提供される。なぜなら１つ、２つ、３つまたは４つの機能を容易に配置して提供することができるからである。以下の表１に挙げた組み合わせは先に述べたように（図５を前方対後方の参照として用いて）一方または両方の第２プランジャエレメント３２を追加するまたは取り除くことによって達成される。あるいは、一段階一方向の組み合わせはリミッタ（図示せず）を組み込んでアクチュエータの動きを一方向または他方向に制限することによって達成される。
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表１：  スイッチファミリーの組み合わせ
【０１０６】
上記した電気スイッチアセンブリ１０を用いて、スイッチアセンブリ１０の全体的な触覚応答をｅ−パッド３４の触覚プロファイルとは独立してカスタマイズすることができるので、異なる触覚プロファイルを提供するためにｅ−パッド３４を変更する必要がなくなる。プランジャエレメント３０、３２および延在部２２、２４の形状を変更することによって、各デテントの力の量を特定の用途に合うように調整することができる。このことによって、上記したような形状における変形物を用いて広範囲の力が達成される。さらに、各スイッチ段階の移動対動作を調整することができる。これは第１および第２デテントに達するのに必要な回動角度に相当する。この柔軟性を有することで、ｅ−パッド３４とは独立して、プランジャエレメント３０、３２およびアクチュエータ１８の形状に対する変化のみが生じる。一般的に所定のドーム３６の利用可能な移動距離および力の範囲は大変限られているので、このことは特に有利である。また、力、移動距離などのｅ−パッド３４の特性を変更することは一般的には全体の形状を変更することのみによってできるものである。これは時間がかかり、高価でその結果は十分に予測可能ではないので、試験を通じた実証を要する。Ｅ−パッド３４の耐久性はそのようないかなる変化によっても影響を受ける可能性があるので、ｅ−パッド３４に対する各変更後には全耐久試験も必要になるであろうが、これは望ましくない。従って、これらを考慮することなく電気スイッチアセンブリ１０の触覚感を変更する能力を提供することがすこぶる望ましい。
【０１０７】
ドーム３６の耐久性および信頼性はここに記載の構成を用いても維持される。なぜなら、図５および図６に示したプランジャエレメント３０、３２の拘束された直線運動がドーム３６を非軸方向の動作から保護するからである。この非軸方向の動作は先に述べた従来の設計で起こりうる。さらに、ドーム３６の移動距離は（上記した）構成要素の形状を変更することによって最適化され、ｅ−パッド３４の寿命を最大限に延ばすことができる。ここに例示した構成のパッケージサイズは比較的小さくすることができる。例えば、図２に示すアセンブリ１０は２６ｍｍ（Ｌ）×２３ｍｍ（Ｗ）×３４ｍｍ（Ｈ）という全体の寸法で製造することができる。しかしながら、いっそう小さなパッケージサイズを達成できることは理解できる。
【０１０８】
ここに示した最小限数の部品と簡単な配置のスイッチアセンブリ１０によって、製造エラーを最小限に抑えながら、より容易に製造することができ、より費用のかからない製品に寄与することができる。図３に示す構造および組み立て部品は低容量/手動環境または高容量/自動化環境を用いて製造することができる。
【０１０９】
他のｅ−パッド系スイッチアセンブリ（図示せず）と違って、ここに示すスイッチアセンブリ１０は、構成部品間の力の方向および角度を用いて小型のパッケージにおいて機械効率を生み、結果として生じたｅ−パッド３４によって発生したノブに対する力を増加させ、図１３（ａ）から図１３（ｅ）に示すように、アクチュエータ１８はより広範囲の移動が可能になる。プランジャエレメント３０、３２は外側ガイド部材４８を用いて側面に装着されているので、力の方向はより正確な機能に貢献する。従って、数多くの製造部品にわたってよりよい性能の均一性を得るために、プランジャエレメント３０、３２の外面および対応するハウジング２０の表面のみを制御すればよい。全体で、制御すべき寸法の数がより減少し、異なる製造部品間のばらつき（すなわち製造上の公差）が減少する。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
上記原理をある特定の実施形態を参照しながら述べてきたが、それらの種々の変更はここに添付の請求項の範囲を逸脱せずに当業者に対して明らかになるであろう。
【符号の説明】
【０１１１】
１０            電気スイッチアセンブリ
１２            コンソール
１４            自動車ドア
１６            リアウィンドウ
１８            アクチュエータ
１９            唇状部
２０            ハウジング
２１            孔
２２            第１延在部
２４            第２延在部
２６            アクチュエータベース
２８            支持体
３０            第１プランジャエレメント
３２            第２プランジャエレメント
３４            ｅ−パッド
３６            変形可能なドーム
３８            プリント基板（ＰＣＢ）
４０            ハウジングベース
４２            第１延在部先端
４３            傾斜面
４３’            曲線の側面
４４            第１プランジャ本体
４６            第１プランジャベース
４８            外側ガイド部材
５０            第１中央ガイド部材
５２            第２延在部先端
５３            第２傾斜面
５４            第２プランジャ本体
５８            第２ガイド部材
６０            プランジャ本体の先端部
６２            環状変形可能部材
６４            上方電気接続点
【図１】
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【図２】
2012528423.tif 000030
【図３】
2012528423.tif 000031
【図４】
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【図５】
2012528423.tif 000033
【図６】
2012528423.tif 000034
【図７】
2012528423.tif 000035
【図８】
2012528423.tif 000036
【図９】
2012528423.tif 000037
【図１０】
2012528423.tif 000038
【図１１（ａ）】
2012528423.tif 000039
【図１１（ｂ）】
2012528423.tif 000040
【図１１（ｃ）】
2012528423.tif 000041
【図１１（ｄ）】
2012528423.tif 000042
【図１１（ｅ）】
2012528423.tif 000043
【図１１（ｆ）】
2012528423.tif 000044
【図１１（ｇ）】
2012528423.tif 000045
【図１１（ｈ）】
2012528423.tif 000046
【図１２（ａ）】
2012528423.tif 000047
【図１２（ｂ）】
2012528423.tif 000048
【図１２（ｃ）】
2012528423.tif 000049
【図１２（ｄ）】
2012528423.tif 000050
【図１２（ｅ）】
2012528423.tif 000051
【図１２（ｆ）】
2012528423.tif 000052
【図１２（ｇ）】
2012528423.tif 000053
【図１３（ａ）】
2012528423.tif 000054
【図１３（ｂ）】
2012528423.tif 000055
【図１３（ｃ）】
2012528423.tif 000056
【図１３（ｄ）】
2012528423.tif 000057
【図１３（ｅ）】
2012528423.tif 000058
【図１４】
2012528423.tif 000059
【図１５】
2012528423.tif 000060
【図１６】
2012528423.tif 000061
【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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