Low-voltage current switching device and manufacture thereof

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低圧電流すなわちマイクロプロセッサ・レベルの信号のための切り換え装置に関するもので、より詳しくいえば、オペレータに触覚フィードバックを与える戻り止め構造を備えた上記切り換え装置で、いっそう詳しく説明すれば、製造段階において動力電流切り換え装置のフィードバックに同調させて触覚フィードバックが容易に変えられるような戻り止め装置の改良に関わるものである。

【０００２】

【従来の技術・発明が解決しようとする課題】コンピュータの利用が増加したことで、消費者向けの数多くのアプリケーションにおいて、複合システムが多用されるようになり、その結果として、マイクロプロセッサ・レベルの信号とのインタフェースが可能なスイッチの需要が存在するようになった。 このようなアプリケーションの好例として乗用車がある。 ただし本発明は乗用車用のアプリケーションに限定されるものではない。 ウィンドウ、シート、ミラーの調整等、乗用車における利便機能は、通常ドアのアームレスト（肘かけ）の中に収められた一個のパッケージにまとめられた多重スイッチにより制御されている。 これらのスイッチは、電力を直接モーターやソレノイドのようなアクチュエータに中継するよう設計されており、大型で重量のあるケーブルを用いてこれを一方の乗客用ドアの蝶番部分に通し、シャシー全体を経由してもう一方のドアに到達させなければならない。

【０００３】最新式の乗用車は、エンジンや関連部品の作動可能な機能数種類を監視・制御するための車載コンピュータを備えている。 このコンピュータは既に自動車に搭載されているため、利便機能の前記コンピュータによる多重制御システムが組み込まれているのが理想的である。 しかしながら、特にドアのアームレストのような特定の箇所においては、触覚的な重量感すなわち現在使用されている最新式の電力切り換え装置の大きさ、形、
戻り止め特性等がそのまま維持されるのが望ましい。 さらに、この切り換え装置は、操作中に与えられる触覚的なフィードバックを自動車メーカーのさまざまな仕様に適合できるよう、製造段階において前記フィードバックを容易に、かつ予測可能なやり方で、変更できるような設計を備えているのが理想的である。 考慮すべきもう一つの機構はスイッチ・パッケージ内部のバックライティング（背面照光）で、車の他の部分のスタイリングと共通した外観を与えるようなものでなければならない。 これらの機構はパッケージに組み込まれ、このパッケージのためにタイヤのフットプリント（すなわち平方インチで示した表面積）が増大してはならず、また、多くの場合には現在あるスイッチの深さおよび（もしくは）体積があまり大きくならないようにしなければならない。 かつ、前記パッケージは、市場競争が可能な程度のコストで、現在の動力スイッチと一体に組み立てることができるものでなければならない。 これら既存の動力スイッチは、長年にわたり低コストで大量生産するために洗練を加えられてきたものである。

【０００４】

【課題を解決するたの手段・作用】本発明は、力の減衰をオペレータが触覚的に識別することを可能にする戻り止めを備えた低圧電流切り換え装置を提供するものである。 この戻り止めは、製造段階において容易に、かつ予測可能なやり方で変更することができ、作動時のアクチュエータの変位に対して大きくも小さくも設定することが可能なものである。 本発明による切り換え装置は、１
個のスイッチ、または層をなした形で部品を積み重ねることにより組み立てられ、同一のハウジング内に配置された複数のスイッチを含むものである。 前記スイッチの接触部にはプリント回路もしくはそれに類する伝導部品が間隔をおいて配置され、伝導部品は電気伝導性のある圧縮弾性素材のブロックにより橋絡され、スイッチの作動にしたがって電流伝導経路を構成する。 戻り止め構造は、角張ったスロットを向い合わせに配置したモジュラーブロックを備えている。 前記のスロットは、１個以上のフラットビームリーフ・スプリングの末端を受けて、
ブロック中間部にある穴の上にスプリングを弓形に固定するためのものである。 戻り止めとは別の構造をなす戻り止め支持板には、複数のモジュラー戻り止めブロックをそれぞれのスイッチの接触部分に配置し、ユニットのカバーに取り付けられたスイッチの作動機構に対応して位置調整するための位置設定機構が備えられている。 アクチュエータの変位に対して生じる力は、戻り止めブロックとスプリングの組合せを変えることによって変化させることができる。 この際に変化させるパラメータとしては、スプリングの素材、１つのビームの厚さ、幅、長さ、ビームの数、スプリング末端のクランプ角、スプリングが形成する初期アーチの高さなどがある。 スイッチ組立作業の間に、戻り止めブロックの組立を変えることにより、触覚的なフィードバックを大きくも小さくも設定できる。 触覚的フィードバックを変化させるのに用いられるもう一つのパラメータは、スプリング上部に支えられているアクチュエータ部分のトラベルパスである。
カバー内側と戻り止め支持板との間には、軽量パイプ材によりさらに別の層が形成されている。 この軽量パイプは、必要な場合にはスイッチのアクチュエータを支える支持材としての機能を果たすこともある。 以上の機構および本発明の提供するその他の特徴と長所は、以下の説明ならびに図面を添えて添付された特許請求範囲を参照することにより、いっそう明らかになるものと思われる。

【０００５】

【実施例】実施例においては、本発明による低圧電流切り換え装置は、乗用車のドアのアームレスト等に用いられる便利なパッケージスイッチの実施態様として説明されている。 ただし前記切り換え装置は乗用車以外の電流切換アプリケーションにおいても使用されうるものと理解するべきである。 図１ないし図３および図５を参照すると、パッケージスイッチ２にはモールド成型による絶縁カバー４が備わっており、５つのスイッチ６〜14のためのアクチュエータ／オペレータのアセンブリがピボット（軸）によってカバーに取り付けられている。 スイッチ６は２ポジションのロックアウトスイッチで、スイッチパッケージ２がウィンドウ調節に用いられる際には、
別のドアに電流が作動するのを防ぐように作動する。 ２
ポジションスイッチ６のための戻り止め構造は、本発明について説明される戻り止め構造とは異なっている。 そのため、スイッチ６の細部については図示されていない。 スイッチ８〜14はすべて同一のものであるため、スイッチ14の細部のにを図示することにする。

【０００６】図３および図５を参照すると、トラニオン
18を備えたアクチュエータ16がピボットによって半円筒形の軸受けジャーナル20内に取り付けられており、ジャーナル20は底面に対して開いている。 アクチュエータ16
には１個のペグ16ａがあり、ペグはカバー４の開口部４
ａを通って前方に突出している。 ロッカーボタン22には中空のステム22ａがあり、これがペグ16ａに押し付けられ、ボタン22をアクチュエータ16に取り付けるようになっている。 図２に示されている通り、ロッカーボタン22
下部の側面エッジはカバー４の冠状構造４ｂの上に安置されており、ジャーナル20内のアクチュエータ16の軸動に合わせて振動する。 アクチュエータ16にはトラニオン
18の軸に面して横に広がる穴16ｂが開けられており、そこを通ってリーフスプリング24が、図３および図５の波線で示したような形で延びることが可能になっている。
スプリング24はアクチュエータ16を中心の位置に維持する機能を有している。 後に説明するが、本発明の戻り止め構造はアクチュエータ16を中心位置に寄らせる機能を持っているため、スプリング24は必ずしも必要ない。 アクチュエータ16には１対のフィンガー（指状小片）16
ｃ，16ｄが取り付けられており、これらのフィンガーは、図３に示すようにトラニオン18の軸方向およびアクチュエータの反対側の側面とは反対の方向に延びている。 以上に示した通り、カバーおよびアクチュエータ／
オペレータのアセンブリは、動力を直接ウィンドウのモーターに伝える高圧電流スイッチに用いられている最新式の構造を備えている。

【０００７】本発明による切り換え装置は、特に、マイクロプロセッサレベルの信号を中継するために設計されたものである。 それぞれのスイッチの接触面にはプリント回路による伝導機構が間隔をおいて取り付けられ、電導性のある弾性素材のブロックがそれに押し付けられ、
それによって橋絡されている。 図４に見られるように、
スイッチパッケージ２に含まれる５つのスイッチすべてについて、スイッチ構成部分に共通の部品が用いられ、
それらが本発明によるスイッチのために層状のアセンブリ構成している。 支持層として、モールド成型された絶縁ベースが設置されている。 プリント回路はプレーナースイッチ28の形をとり、そのプレーナースイッチがベース26上部平面に安置されている。 プリント回路はマイラーシート30などの弾力性のあるサブストレート上に形成され、絶縁フィルム32によって被覆されている。 絶縁フィルムは、マイヤーシートとその上のプリント回路に直接塗布しても、独立した被覆フィルムを用いてもよい。
絶縁体32には複数の開口部32ａ，32ｂが対をなして設けられ、それぞれのスイッチ８〜14に対して配列されている。 また、図４で左側の端に見える単独の開口部32ｃ
は、スイッチ６に対して配置されたものである。 それぞれの開口部32ａ，32ｂ，32ｃからは間隔をあけて設置されたプリント回路による伝導部分が露出し、伝導部分にはそれぞれのスイッチに設置された接触子が含まれている。 プレーナースイッチ28からは弾力のある帯状のコンダクタ（導体）28ａが延びており、コンダクタの末端には複数のピンコネクタ（ピン端子）が取り付けられている。

【０００８】本発明による切り換え装置の接触部分には、プラナースイッチ28上の伝導スイッチの接触子の上に電導性のある弾性素材のブロックが配置されており、
弾性素材のブロックが接触子に押し付けられる事によって電流を伝える。 電導性の弾性素材にはポリマー素材もしくはゴム素材が含まれており、それが、本来なら電気絶縁体である素材の中で、高密度のフィラメント型電導素材を形成している。 これらの素材の電気的特性は、通常、体積と表面抵抗により規定される。 前記の特性は電導素材の網目構造と、それにかかる圧力によって変化する。 モールド成型されたゴムもしくはポリマーのシート
34には、対をなす複数の突起34ａ，34ｂが、プレーナースイッチ28のそれぞれの開口部32ａ，32ｂにより与えられるスイッチの接触部分に沿って配列され、このシートが電導橋絡接触を形成している。 シート全体34は、電導性のあるゴムもしくはポリマーを素材として、または、
電気絶縁体であるゴムまたはポリマーの表面の下にある突起34ａ，34ｂを前記のような電導性のあるポリマーもしくはゴムで被覆して作られる。 あるいは、突起34ａ，
34ｂにポリマーやゴム以外の電導素材を接着してもよい。 電導ゴムもしくはポリマーで作られたブロックをそれぞれのスイッチの接触部分に配置してもよい。 図４で左側の端に見える単独の突起34ｃは、プレーナースイッチ上の開口部32ｃに対して配置されたものである。

【０００９】弾性素材のシート34の上には成型プラスチックでできた戻り止め支持板36が配置される。 支持板36
には、対をなす複数の四角い窓36ａ，36ｂが開けられており、その中に弾性素材のシートにある突起34ａ，34ｂ
がそれぞれはまって突出する。 図４で支持板36の左側の端に見える窓36ｃは、突起34ｃがそこから突出するように開けられたものである。 四角い窓36ａ，36ｂの端には、凹型の段差が向かい合って配置されており、それぞれの窓の四角い輪郭とともに、モジュラー戻り止めブロック38を中に固定する役割を果たしている。 戻り止めブロック38の中で図４に示されているのは１個だけであるが、このブロックは絶縁素材を成型し、窓36ａ，36ｂにぴったり合う四角い輪郭を持った形にしたもので、その両端には段差36ｄにかかるようになっている。 ブロック
38には四角い窓の段差36ｄの間に配置され、支えられる中心部分38ａがある。 さらに、ブロック中心には上に開いた穴38ｂが開いており、この穴には弾性シート34の突起34ａ，34ｂが収まるようになっている。 戻り止めブロック38の中間部分の上部表面は凹型にへこんで、スロット38ｃを備えた向かい合う縦の面を作りだしている。 スロット38ｃは戻り止めブロックの中間部分全体が収束する向かい合った角を形成しており、その間に鈍角を作りだしている。 フラットビームリーフ・スプリング40はスプリング40の向かい合う両端をそれぞれのスロット38ｃ
に挿入することにより、弓なりに曲げられた状態で戻り止めブロック38に取り付けられる。 スロットの寸法とスプリングの厚さは、スプリングが横からスロットに滑り込む際に入口でスプリングにかかる圧力が最小限で、かつスロット、スプリングの双方が良好な密着状態を保てる程度であることが望ましい。 それぞれの窓36ａ，36ｂ
には戻り止めブロック38とリーフ・スプリング40が取り付けられる。 後に説明するが、スロット38ｃの角度、スロット両端の間の距離、スプリングの長さ、厚さ、幅、
素材、数は、オペレータ／アクチュエータのパスと同様可変パラメータであって、さまざまな触覚的フィードバックの特質をオペレータに与える戻り止めブロックアセンブリを作ることができる。

【００１０】多層構造をなしたアセンブリはベース26、
絶縁体32つきプレーナースイッチ28、電導ゴムシート3
4、戻り止め支持板36からできており、それぞれのアセンブリに戻り止めブロック38とスプリング40が取り付けられ、アセンブリは支持板26上のタブ26ａによってカバー４に止めつけられる。 タブはカバー４の四角い穴４ｃ
に固定されるものである（図２参照）。 ベース26には周縁部にステップ26ｂが作られ、これがカバー４内のショルダ４ｄ（図３参照）に接合してベース26をカバー４の方に押し付ける。 このような組立を行う場合には、フィンガー16ｃ，16ｄはそれぞれの戻り止めブロック38のリーフ・スプリング40上に支えられ、リーフ・スプリングはアクチュエータに対して傾斜角を提供し、アクチュエータを中心に位置させ、ジャーナル20の内部のトラニオンを支える。 支持板36にも４つの上向きの支持ポスト36
ｅがあって、カバーの壁にあるジャーナル20に対応するよう配列されている。 ポスト36ｅの高さは段差36ｄの深あに対応するような寸法に細かく調整し、戻り止めブロック38とスプリング40がアクチュエータ16に対して正確な位置を保つようにする。 さらに、アクチュエータ16のフィンガー16ｃ，16ｄとスプリング40との噛み合いによって戻り止めブロックのアセンブリは支持板36にあるそれぞれの窓の内部で固定される。

【００１１】図４においては、支持板36の中心部分には
36ｅに相当するような、カバー４中心のジャーナル20と対をなす上向きの支持ポストがないことに注意されたい。 この部分は、切り換え装置が適当な背面照明を得られるようわざと空白にされているのである。 後に詳細を示すが、この場合には照明パイプ42または支持ブロック
44がカバー４の内部と支持板36との間に挟まれる。 照明パイプ42にはそれぞれ上部表面のカバー４に隣接した部分に四角い凹部42ａが設けられており、中心にあるジャーナル20のそれぞれの上に凹部があたり、それによってジャーナル開口面がぴったり塞がれるようになっている。

【００１２】本発明によるパッケージ２のような利便スイッチパッケージは、特に乗用車に使用される場合、それぞれのスイッチの位置や機能を示すために照明を施されていることが望ましい。 この場合、照明は背面照明とするのが理想的である。 背面照明は、それぞれの自動車内部にある照明配線の構成にしたがって簡単に調整することができるようでなければならない。 このため、本発明による切り換え装置はカバーに４ｅ，４ｆのようなウィンドウを配置し、横にバー42ｂ，42ｃを備えたモールド成型による透明な照明パイプ42（図２および図３参照）をウィンドウ４ｅ，４ｆに合わせて配列するようになっている。 カバーとクロスしたバー42ｂ，42ｃとの間にはインディシシア・ベアリング・フィルム46，48を配置して、それぞれのウィンドウ４ｅ，４ｆが見られるようにする。 照明パイプ42の本体はスイッチ８および10の間に縦に置かれ、パイプにある穴42ｄはランプまたはＬ
ＥＤ50からの光を受けて、ライトパイプに光を提供する。 ランプ50はマイクロプロセッサ基板52（これについては後に説明する）に取り付けられており、ベース26に開いた穴26ｃ、プレーナースイッチの穴28ｃ、電導ゴムシート34の穴34ａ、戻り止め支持板36の穴36ｅを通って上方に延びている。 これらの穴はすべて照明パイプ42の穴42ｄに沿って配列されている。 照明パイプの両端には、Ｖ字形をしたノッチ42ｅ，42ｆがあり、照明パイプ本体内部の光線を横に延びたバー42ｂ，42ｃに沿って外部に反射する。 横バーの下部表面にはセレーション（鋸歯状の刻み）があって、それぞれの横バーの内部で屈折した光を均等に散らすようになっている。

【００１３】スイッチ12，14の右側の場所を照明したい場合、照明パイプ42の長さがカバー４全体に届くようにする。 ただし図示された実施例では、スイッチ12，14の右側の照明は要求されておらず、そのため支持ブロック
44はカバー４の内部表面と支持板６との間に固定され、
ジャーナル20の開いた基底部を密閉し、スイッチ12，14
と結び付いたトラニオン18とアクチュエータ16の底面を支える面を提供するようになっている。

【００１４】図２に見るように、カバー４の側面と一つの底面はベース26を超えて下向きに延び、マイクロプロセッサ基板52の取り付け、保護のためのスカート部分を作りだしている。 図２および図２を見ると、マイクロプロセッサ基板には複数の構成部品が上下双方の表面に固定されている。 下部の表面にはマイクロプロセッサ54、
センサー、リレードライバ、電源の保護とフィルタリング、マルチピン端子60，62などの機能を果たす各種チップが取り付けられ、上部表面には各種レジスタ、コンプレッサが設置されている。 ランプ50は導線によってマイクロプロセッサ基板の回路に接続され、そこから上方に延びて、前述したような整列した穴を通って照明パイプ
42にいたる。 基板52側面にはいくつかのタブ52ａがあって、これらはカバー４の壁面に開けられた対応する穴４
ｇの中まで延びて、マイクロプロセッサ基板52を固定している。 プレーナースイッチ28とマイクロプロセッサ基板52との接続は、帯状のコンダクタ28ａを通じてなされる。 このコンダクタはカバー４の側壁、ベース26、マイクロプロセッサ基板52の間をスイッチ・アセンブリの底面外側まで延び、そこから上に向かってマイクロプロセッサ基板52のマルチピン端子62に接続されている。 プレーナースイッチ28のプリント回路を直接ベース26の上部表面に、マイクロプロセッサ基板52の回路および構成部品を直接ベース26の下部表面に接続させ、ホール（穴）
を経由して、あるいはプレートを用いて（どちらでも経済的に見合う方法を用いて）、スイッチのプリント回路をマイクロプロセッサのプリント回路にじかに接続してもよい。

【００１５】つぎに図５ないし図８を参照されたい。 図５では、突起34ａをなした電導ゴムブロックがゴムシート34の下部表面から、スイッチの接触子を形成する伝導部品28ｄ，28ｅに対応する形で上向きに突出し、伝導部品のためのスペースを提供している。 戻り止めブロック
38は戻り止め支持板36の窓36ａの中におさまっている。
スロット38ｃはリーフスプリング40の両端を所定の角度に固定し、ブロック38中間のへこんだ部分にスプリングが広がるようになっている。 スプリングは下に向かって開いた弓形をなし、電導ゴムブロック34ａからは所定の間隔をおいている。 アクチュエータ16のフィンガー16ｃ
はスプリング40の上部表面、事実上、弓形の張り出している部分の上、真の頂点よりもややはずれた箇所に支えられている。 同様にフィンガー16ｄは、図５に示すとおり、戻り止め支持板にある窓36ｂの中に収まっている戻り止めブロック38のスプリング40の上部表面に支えられている。

【００１６】アクチュエータ16が図５に示したような中心の位置から、図６および図７に示すような、そこから時計回りにずれた第二の位置に動くと、フィンガー16ｃ
の先はアーチを描いて下方に移行し、スプリング40の上部表面に沿って左に動き、上に盛り上がった弓形をなすスプリングの中間部分をたわませ、凸状態であったスプリングの中間部分は逆に下向きの弓形を描くようになる。 これらの状態は作動の順序にしたがって図６、図７、図８に示されている。 スプリング40は突起34ａの上部表面に噛み合い（図７参照）、その後突起はプレーナースイッチ28の伝導部分28ｄ，28ｅに対して押し付けられ、両者の間に電流伝導（スイッチ）の橋絡を形成する。 以前に示した通り、スプリング40はアクチュエータ
16に戻りバイアスを加え、アクチュエータ16の中心位置（図５参照）から時計回りにずれた位置（図８）への動きに抵抗する。 フィンガー16ｃがスプリング40にかみ合った後は、ゴムの突起34ａもアクチュエータ16の運動を妨げようとする。 アクチュエータの動きに抵抗しようとするスプリング40の力は、オペレータボタン22が行程の最初の半分に差し掛かる頃まで増加し続け、アクチュエータの進行が伝導部品28ｄ，28ｅの間の電流伝導（スイッチ）の成立を推進するポイントに達すると、実質的にはそれとほぼ同時に、抵抗力は減少し始める。 スプリング40とゴムの突起34ａがアクチュエータ16を通してオペレータ22に及ぼす抵抗力は、図11の、変位に対する力を示した線グラフ64に示されている。 ここにみられる通り、抵抗力の増大から減衰への転換点Ｂは、オペレータ／アクチュエータの移動距離がおよそ1.5 ミリメートルに達したあたりである。 伝導部品28ｄ，28ｅの間に電流伝導が成立する時点（スイッチングポイント）はアクチュエータ／オペレータの移動距離が 1.7-1.9ミリメートルの範囲（Ｓ領域）に達した時点である。 オペレータがウィンドウから作動を感知することができるよう、力の転換点Ｂはスイッチングポイントよりもやや早めか同時であるのが望ましい。

【００１７】スイッチの素材およびアクチュエータに接触する絶縁材として弾性素材を使用することにより、切り換え装置に緩衝性を与え、作動音を抑えることが可能になる。 スプリング40が凸型から凹型に変化し、あるいはアクチュエータのフィンガー16ｃがスプリング表面に沿って滑る際にも、このメカニズムでは耳に聞こえるほどのクリック音（カチッという音）は発生しない。 突起
34ａの弾力性のため、スプリング40が上部表面に摂氏、
突起が接触子28ｄ，28ｅとかみ合う際にもほとんど、あるいはまったく音が発生しないのである。 アクチュエータ16の移動は、ロッカーボタン22の右端がカバー４に接する地点までに限られる。 このとき、ボタンにかかる外力はグラフの曲線Ｔに示されている通り急速に増大する。 この部分の曲線の勾配は、ゴムの硬度を減少させることによりもっと緩やかなものにすることができる。 例えば、ゴムの突起34ａが充分に硬ければ、ロッカーボタン22がカバー４に当たる前にアクチュエータの動きを止めることができ、ロッカーボタンとカバーの衝突から生じる音を防ぐことができる。

【００１８】本発明の主要な長所は、アクチュエータの変位に対する理想的な力の変化曲線を得るために戻り止めブロック38および（もしくは）スプリング40の設計を容易に変更することが可能で、したがって、仕様の変更に充分に対応できることである。 「マークス・エンジニアリング・ハンドブック」の機械工学関連の章や、以下に述べるベルヌーリ−オイラーの法則に見られる標準的なビーム分析を用いて、ビームの薄さの近似値すなわちビームがその運動全体を通じて安定であるような長さを推定すると、幾何学的なパラメータの変化とそれが変位に対する力に及ぼす理想的な効果との間に、単純な設計上の関連性を導くことができる。 図12を見ると、ビームの設計には以下のパラメータが使用されている。

【００１９】 素材 （ヤング率） ｌ＝長さ （２つのサポート間のビームに沿った長さ） ｄ＝距離 （サポート間の距離） ｗ＝幅 （紙の寸法） ｔ＝厚さ （個々のビームの厚さ） ｈ＝高さ （当初のアーチの高さ） θ１，θ２＝クランプ角 （ビーム両端） ｎ＝ビームの数 ｐ＝アクチュエータの移動距離（アーチ運動、ノーマル、往復運動） さらに、戻り止め構造全体の設計の際には、ゴムのブロック（34ａの突起）に関するいくつかのパラメータを考慮しなければならない。 ゴムのブロックは伝導部分38
ｄ，38ｅに押し付けられ、スイッチングを実行するものである。 そのゴムに関する伸び弾性率、ポワソン率、伝導部分38ｄ，38ｅの間に電流の伝導を成立させるために必要な圧力、ブロックの寸法、スプリング40に対するブロックの位置、ブロックを伝導部分38ｄ，38ｅの上に支えるための束縛などをパラメータとして考慮する必要がある。

【００２０】図11および13を見ると、設計は、自動制御汎用有限要素分析プログラムＡＮＳＹＳ（スワンソンアナリシス社の商標）のようなソフトウェアプログラムによる弾性分析によって決定されている。 このプログラムのコンフィギュレーションは非常に単純であるため、特に本書で扱われているような作業を専門に行うようなソフトウェアを開発することも可能であるが、そうしたプログラムの開発については本書においては言及しない。
設計は、まず、仕様、スイッチングポイントＳ、顧客により与えられる許容誤差を考慮して、目的とする力対変位の曲線Ｆ／Ｄを定義することから始まる。 つぎにゴム（突起34ａ）とビーム（スプリング40）の素材を選択する。 ゴムを測定にかけて、ヤング率（ヤングの伸び弾性率）とスイッチングの実行に必要な力を決定する。 ゴムに関するパラメータとして前に言及されている寸法、位置などのパラメータを弾性分析プログラムに入力する。
移動経路中最も速い接触（スイッチング）可能なポイントによって、ゴムのブロックの上部表面の位置を定める。 ゴムのブロックの寸法は、ヤング率、接触（スイッチング）を実行するのに必要な力、移動経路中最も後の接触可能ポイント、Ｆ／Ｄ曲線全体に伴うゴムの復元力などを考えて選択される。 ビームのパラメータもいくつか与えられている。 未知の、あるいは確定できなかったパラメータについては、単純なビームスプリング理論から考案されたスケーリング式を用いて、当該技術分野に熟練した者が選んだ妥当なパラメータが選ばれる。 プログラムが算出したアウトプットをＦ／Ｄ曲線と比較して、許容誤差に適合しているかどうかを調べる。 許容誤差の範囲を外れている場合には、パラメータの選択を変えるために再設計モードにしてプログラムを初めからやり直す。 分析プログラムが算出した別のアウトプットを用いてビームの最大応力を、選択された素材から判明した作業応力と比較し、最大応力が作業応力よりも小さいことを確かめる。 そうでない場合には、再設計モードにして初めからやり直す。

【００２１】以上２つのアウトプットの比較において双方とも肯定的な結果が出た場合には、スイッチと戻り止め構造の物理モデルを作成する。 物理モデルについて試験を行ってＦ／Ｄ曲線と比較し、結果が曲線の許容誤差に合致していなかった場合には、再設計が必要となる。
試験結果がＦ／Ｄ曲線の許容誤差に合致している場合には、スイッチングポイントＳが許容誤差内にあるかどうかを調べる。 ここでＳが許容誤差から外れていれば、ゴムのブロックの寸法および（もしくは）位置について再度分析をやり直し、改めて選択されたパラメータをプログラムにもう一度入力する。 以上の２つの比較で双方とも肯定的な結果が出たら、スイッチと戻り止め構造について繰り返し耐久試験を行い、最終的な設計を決定する。

【００２２】基本設計が決定したら、１つないし数個のパラメータの変化によって、異なるＦ／Ｄ曲線に適合した新しい設計を容易に完成することができる。 前述したように、ベルヌーイ−オイラーの法則は以下のようなものである。

【００２３】ビームに沿ったすべての点において Ｅ＝ヤング率 Ｉ＝ビーム中心軸に関する慣性モーメント と定義し、ｙ″＝ｄ2y／ｄx2 のとき 曲率＝ｙ″／ [１＋（ｙ′）2 ]3/2 であるとすれば、 Ｅ・Ｉ・曲率＝Σモーメント 以上のことから、何らかの形でクランプ角のついたあらゆるビームに対して一般的に適用されるスケーリング法則を展開することができる。 これを実際の設計に照らして考量する。

【００２４】例えば、初期設計が考案された後で力を増大させるためにいくつか変更を加える必要が生じたとする。 一般には、力はアクチュエータの移動が所定の通りであることを条件として、顧客により決定される。 これは、硬度（力÷移動）を定めることに等しい。 一定の幅と厚さを持ったビームのためのスケーリング法則は、以下のようなものである。 １． Ｅ＝ヤング率 ｗ＝ビームの幅 ｎ＝ビームの数 ｔ＝ビームの厚さ ｌ＝ビームの長さ ｈ＝高さ（当初のアーチの高さ） とすると、力／移動 の解は、Ｅ・Ｗ・ｎ（ｔ／ｌ)3 に固有である。 ２． 最大応力は、Ｅｙ (ｔ／ｌ2) に固有である。 例えば、同じ移動距離・同じビーム素材を用いながら、応力を減らして力を大きくしたい場合には、次のようになる。 (旧) (新) ３． 力 (新) ／力 (旧) ＝Ｒ＞１ かつ ４． 応力 (新) ／応力 (旧) ＝ｒ＞１である。

【００２５】ゆえに、 ５． ｗ (新) ｎ (新) ／ｗ (旧) ｎ (旧)×［ｔ (新)
ｌ (旧) ／ｌ (新) ｔ (旧) ］3 ＝Ｒ かつ ６． ｔ (新) ｌ2(旧) ／ｔ (旧) ｌ2(新) ＝ｒである。

【００２６】（６）を（５）に代入すれば： ｗ (新) ｎ (新) ／ｗ (旧) ｎ (旧)×［ｒ×ｌ2(新）
／ｌ2(旧）×ｌ (旧）／ｌ (新）］3 ＝Ｒ すなわち ｗ (新) ／ｗ (旧) ×ｎ (新) ／ｎ (旧) ×［ｌ (新）
／ｌ (旧）］3 ＝Ｒ／ｒ3 ＞１ この方法は、ビームの幅ｗ、長さｌまたは数ｎのいずれかをトレードオフ（同時に満たし得ないいくつかの条件の取捨についての考量）して望ましい結果を得ようというものである。 上記の式では、当初の解では厚さが無視されている。 そのため、厚さは後に公式を用いて算出しなければならない。 次のような式を用いて、改めて長さを無視して厚さを計算することになる。

【００２７】ｗ (新) ／ｗ (旧)×ｎ (新) ／ｎ (旧)
×［ｔ (新) ／ｔ (旧) ］3/2 ＝Ｒ／ｒ3/2 こうしてスプリング40の厚さｔを変更すると、高さｈがもっと大きくなるように長さを変更することになる可能性もある、等々といった案配である。 図９に示した通り、スプリング40を１つ以上追加したい場合には、スロット38ｃの厚みもこれに応じて大きくしなければならない。 ブロックが異なる厚さのスロット38c'を持つようになるのを避けるために、複数の厚さや、スタブスプリング40" を用いた場合のシムに対応できるようにスロットを標準化することも可能である。

【００２８】以上に説明した低圧電流切り換え装置は、
同様なアプリケーションに用いられる最新型の動力電流切り換え装置と同様な大きさ、形状、触覚を提供するものであるが、マイクロせっさレベルの信号の切り換えを行い、スイッチを多重システム的なアプリケーションに用いることを可能にするものである。 そのため、ＯＥＭ
の顧客は多重システムの利点を享受できることになる。
モジュラー戻り止め機構により、スイッチの触覚的フィードバックを与え、製造段階においてスイッチの容易かつ迅速な変更が可能になり、多様な要請を満たすことができる。 切り換え装置には多層アセンブリの概念が取り込まれており、照明パイプつきの仕様の場合は照明パイプの層も含めたアセンブリにおいて経済的なメリットをもたらしている。 以上はスイッチの望ましい実施例を示したが、本書に添付された特許請求範囲から逸脱することなく、各種の変更・修正を行うことも可能であることを理解されたい。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、スイッチアクチュエータの軸運動により、リーフ・スプリングの中間部分はアクチュエータの動きに抗して不安定な凹形の状態になり、当初は抵抗力が次第に増大するが、アクチュエータの移動が所定のポイントに達すると抵抗力は減少し、アクチュエータに固定されたオペレータに触覚的なフィードバックが与えられる。 これによりドアのアームレストのような特定の箇所において、外観仕様を維持しながら種々の触覚的なフィードバック仕様に容易に対応できるのみでなく、低コストで、現在の動力スイッチと一体に組み立てることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にしたがって構築された多重スイッチ式低圧電流切り換え装置の平面図である。

【図２】図１に示された線2-２にしたがって切断した場合の断面図を示したものである。

【図３】図１に示されている装置のカバーとスイッチ・
アクチュエータの底面図である。

【図４】本発明による切り換え装置の、層状に組み立てられている各構成部分に分解したところを等寸で示したものである。

【図５】図１に示された線5-5 に沿って切断した場合のひとつの切り換え機構の断面図を拡大して示したものである。

【図６】図５に示したスイッチ部分をやや略し、拡大して示したもので、スイッチの作動に従った連続図である。

【図７】図５に示した戻り止め部分をやや略し、拡大して示したもので、スイッチの作動に従った連続図である。

【図８】図５に示したアクチュエータ部分をやや略し、
拡大して示したもので、スイッチの作動に従った連続図である。

【図９】複数のフラットビームリーフ・スプリングを互いに積み重ねた形の、戻り止めブロックの組立ての異る実施例を示した側面図である。

【図10】図９に示したものと類似した、さらに別の戻り止めブロックの組立の側面図である。

【図11】本発明による切り換え装置のオペレータに与えられる力とそれに対応したアクチュエータの変位を示した図である。

【図12】本発明によるビーム・スプリングと末端支持部品の概略図である。

【図13】本発明による覚的フィードバックを生じさせるべく戻り止めアセンブリを設計・変更するためのプロセスを示したフローチャート図である。

【符号の説明】

２ パッケージスイッチ ４ カバー ６〜14，28 スイッチ 16 アクチュエータ 24 スプリング 28ｄ，28ｅ 伝導部品 34 弾性素材のシート 34ａ 電導ゴムブロック 36 戻り止め支持板 38 戻り止めブロック 38ｃ スロット 40 スプリング 44 支持ブロック Ｓ スイッチングポイント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード ジョージ ルイス アメリカ合衆国，ウィスコンシン 53092, メコン，ダブリュ． ランチノ レーン 920 (72)発明者 マイケル ジー． タラノウスキー アメリカ合衆国，ウィスコンシン 53223, ミルウーキ，ノース 75ス ストリート 308 9220 (72)発明者 コンスタント レーナー ウイリアムス アメリカ合衆国，ウィスコンシン 53217, グレンデイル，ノース モウホーク アベ ニュー ３ 5335