CN102789918A - 开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关。即使对开关进行小型化，也能够得到良好的操作感觉。开关（1）具备棘爪弹簧（2）、固定接点（4、5、6）、弹簧按压片（7）、开关基座（3）、以及动作载荷位移特性为非线性且设在上述弹簧按压片上的Nub（8）。Nub（8）的动作载荷位移曲线的原点的斜率即弹簧常数k11、连结棘爪弹簧（2）及弹簧按压片（7）的动作载荷位移曲线的动作载荷为峰值的位移S1及其动作载荷的点和原点的直线的斜率即弹簧常数k3、Nub（8）的动作载荷位移曲线的非线性部分中的任意切点的切线的斜率即弹簧常数k12、弹簧常数k11的直线及弹簧常数k12的直线的交点的位移s11满足k11＜k3、k12＞k3、0＜s11＜S1。

Description

开关

技术领域

本发明涉及具备棘爪弹簧的开关。

背景技术

以往，公知有在便携电话等电子设备的输入键开关上使用带有单击操作的开关的结构。带有单击操作的开关在下压输入时能够给予操作者单击感。带有单击操作的开关具备棘爪弹簧。

参照图10及图11，对现有的开关1a进行说明。图10中表示了现有的开关1a的截面结构。图11表示现有的开关1a的动作载荷位移特性。

如图10所示，开关1a具备棘爪弹簧2、开关基座3、固定接点4、5、6、以及弹簧按压片7。棘爪弹簧2是由圆顶形状的金属导体构成的接点用弹簧。棘爪弹簧2在从上面观察的平面中呈圆形，将其圆形的中心作为可动接点2a。图10表示通过棘爪弹簧2的可动接点2a的截面。

开关基座3是载置棘爪弹簧2并支撑弹簧按压片7的开关基座。在开关基座3上设有固定接点4、5、6。固定接点4、5、6是由金属导体构成的电接点。固定接点4、5以总是接触的方式支撑着棘爪弹簧2。固定接点6设置在与棘爪弹簧2的可动接点2a对应的位置上。弹簧按压片7是贴在棘爪弹簧2上并固定棘爪弹簧2的位置的片材。

在开关1a中，通过操作者从垂直上方的下压操作在下压操作范围R内对棘爪弹簧2的可动接点施加动作载荷，给予单击感。进行按压操作的操作者所感到的单击感较大地依赖于棘爪弹簧2的特性。一般地，这种单击感能够通过动作载荷位移测定器来进行测定，能够作为图11所示那样的动作载荷位移曲线进行数值化并表示。图11横轴的位移（mm）是棘爪弹簧2的可动接点2a的垂直方向的位移，纵轴的动作载荷（gf）是施加在可动接点2a的垂直方向上的动作载荷。

如图11所示，若在未施加动作载荷的棘爪弹簧2上施加动作载荷，则棘爪弹簧2变形，位移与动作载荷的增加大致成比例地增加。并且，若进一步增加动作载荷，则在成为峰值的动作载荷F1、位移S1的地方，产生因压曲引起的单击操作，棘爪弹簧2中央部反转，以比动作载荷F1小的动作载荷产生位移（与位移的增加相应地动作载荷减少），在成为底部的动作载荷F2、位移S2的地方，可动接点2a与固定接点6相接。这样一来，固定接点4、5通过棘爪弹簧2与固定接点6导通。并且，若因操作者解除下压而使动作载荷为0，则棘爪弹簧2恢复到原来的形状。

作为表示单击感的指标，已知有以〔｛（动作载荷F1）-（动作载荷F2）｝／（动作载荷F1）〕×100%表示的单击率。单击率是表示感触好坏的变量。而且已知，若按压操作位置从棘爪弹簧2的中心部（与可动接点2a对应的位置）产生位置偏移，则无法得到原来的动作载荷位移曲线，单击率下降。按压操作位置的位置偏移因使用设备机箱公差或组装偏移、电路基板的安装偏移等而产生。已知有为了抑制因按压操作位置的位置偏移而引起的单击率的下降，而在弹簧按压片7上设置Nub（突起状物）的方法（例如，参照专利文献1、2、3、4、5）。

在此，参照图12～图15，对具有现有的Nub8b的开关1b进行说明。图12中表示了现有的开关1b的截面结构。图13表示现有的开关1b的动作载荷位移特性。图14表示现有的Nub8b的动作载荷位移特性。图15表示现有的开关1b的力学模型。

如图12所示，开关1b具备棘爪弹簧2、开关基座3、固定接点4、5、6、弹簧按压片7、以及Nub8b。Nub8b使用粘接剂9粘接于弹簧按压片7。Nub8b通过将合成树脂材料模具成型为预定形状而形成。

如图13所示，棘爪弹簧2所具有的动作载荷位移特性经弹簧按压片7、粘接剂9、Nub8b依次传递，可作为开关1b的动作载荷位移特性而被测定。在开关1b中，与开关1a同样，棘爪弹簧2能够得到单击操作。另外，在开关1b中，若动作载荷F作用于棘爪弹簧2，则动作载荷相对于位移大致成比例（线性）地增加，由动作载荷F1引起压曲，棘爪弹簧2中央部反转，以比动作载荷F1小的动作载荷发生位移。

如图14所示，就Nub8b的动作载荷位移特性而言，动作载荷相对于位移大致成比例（线性）地增加。用弹簧常数k1表示该斜率。同样，弹簧按压片7及Nub8b用弹簧常数k2表示。这种开关1b的力学模型如图15所示，以串联连接的两个弹簧81、82表示。弹簧81、82分别是弹簧常数为k1、k2的弹簧。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-269864号公报

专利文献2：日本特开2008-177155号公报

专利文献3：日本特开2006-252887号公报

专利文献4：日本特开平10-125172号公报

专利文献5：日本特开平10-116639号公报

但是，在现有的开关1b中，如图13所示，直到动作载荷成为峰值动作载荷F1，动作载荷位移曲线都为线性，由于开关的小型化（小型化、薄型化），直至峰值动作载荷F1的位移（行程）S1减少，无法得到良好的操作感觉。

发明内容

本发明的课题是即使将开关小型化，也能得到良好的操作感觉。

为了解决上述课题，方案一所记载的发明的开关具备：

具备：

通过下压来进行单击操作的棘爪弹簧；

与上述棘爪弹簧的外周边缘总是接触的第一固定接点；

单击操作时与上述棘爪弹簧的可动接点接触的第二固定接点；

贴附在上述棘爪弹簧上的弹簧按压片；

设有上述第一及第二固定接点并支撑上述弹簧按压片的开关基座；以及

动作载荷位移特性为非线性且设置于上述弹簧按压片的Nub，

上述Nub的动作载荷位移曲线的原点的斜率即弹簧常数k11、连结原点与上述棘爪弹簧及上述弹簧按压片的动作载荷位移曲线的动作载荷为峰值的位移S1及其动作载荷的点的直线的斜率即弹簧常数k3、上述Nub的动作载荷位移曲线的非线性部分中的任意切点的切线的斜率即弹簧常数k12、上述弹簧常数k11的直线与上述弹簧常数k12的直线的交点的位移s11满足

k11＜k3，

k12＞k3，

0＜s11＜S1。

方案二所记载的发明，在方案一所记载的开关中，上述Nub形成为能够得到所希望的上述位移s11的值的形状。

方案三所记载的发明，在方案二所记载的开关中，上述Nub形成为具有能够得到所希望的上述位移s11的值的直径的圆筒形状，上述圆筒形状的圆的直径越大，上述位移s11的值越小。

本发明的效果如下。

根据本发明，即使将开关小型化，也能够得到良好的操作感觉。

附图说明

图1是本发明的实施方式的开关的剖视图。

图2是表示实施方式的开关的动作载荷位移特性的图。

图3是表示实施方式的Nub及现有的Nub的动作载荷位移特性的图。

图4是表示实施方式的开关及现有的开关的动作载荷位移特性的图。

图5是表示实施方式的Nub的动作载荷位移特性和弹簧常数的图。

图6是表示棘爪弹簧及弹簧按压片的动作载荷位移特性和弹簧常数的图。

图7（a）是实施方式的一例的开关的俯视图。（b）是（a）的VII-VII线的实施方式的一例的开关的剖视图。

图8是表示实施方式的一例的开关的Nub的动作载荷位移特性的图。

图9是表示实施方式的一例的开关的动作载荷位移曲线的图。

图10是现有的第一开关的剖视图。

图11是表示现有的第一开关的动作载荷位移特性的图。

图12是现有的第二开关的剖视图。

图13是表示现有的第二开关的动作载荷位移特性的图。

图14是表示现有的Nub的动作载荷位移特性的图。

图15是表示现有的第二开关的力学模型的图。

图中：

1、1A、1a、1b-开关，2-棘爪弹簧，2a-可动接点，3-开关基座，4、5、6—固定接点，7—弹簧按压片，8、8A、8b—Nub，81、82—弹簧，9—粘接剂，10—端子。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。但是，发明的范围并不限定于图示例。

（实施方式）

参照图1～图9，对本发明的实施方式进行说明。首先，参照图1对本实施方式的开关1的装置结构进行说明。图1表示开关1的截面结构。

本实施方式的开关1是例如电子设备用的操作部所使用的开关。该电子设备是具备进行下压操作输入的操作部的电子设备，例如是便携电话、PHS（Personal Handyphone System）、PDA（Personal Digital Assistant）、智能手机、游戏机等便携设备。

如图1所示，开关1具备棘爪弹簧2、开关基座3、固定接点4、5、6、弹簧按压片7、以及Nub8。棘爪弹簧2由圆顶形状的金属导体构成，是能够得到单击操作的接点用弹簧。棘爪弹簧2的材料为SUS301（弹簧用不锈钢鋼帯）等不锈钢、铍青铜、弹簧用磷青铜等金属导体。但是并不限定于这些材料，一般地，只要是用作弹簧用途的材料即可。

另外，棘爪弹簧2的从图1的上方观察的平面形状为圆形。棘爪弹簧2将从上方观察的平面的中心点作为可动接点2a。另外，棘爪弹簧2的截面的中立面的整个面或一部分为球面或非球面。所谓中立面是处于压缩侧和拉伸侧的边界，既无伸展也无压缩的截面。另外，棘爪弹簧2在与操作者的下压操作方向（垂直下方向）相反的方向上为凸状。

开关基座3是由玻璃-尼龙树脂等构成的开关壳体。开关基座3载置棘爪弹簧2并支撑弹簧按压片7。在开关基座3上设有固定接点4、5、6。固定接点4、5、6是由铜箔等金属导体构成的电固定接点。固定接点4、5以总是接触棘爪弹簧2的外周边缘的方式对其进行支撑。固定接点6设置在与棘爪弹簧2的可动接点2a对应的位置上。固定接点6在棘爪弹簧2未被操作者下压（没有动作载荷F）状态下不与棘爪弹簧2接触。

弹簧按压片7是由聚酰亚胺薄膜等形成的绝缘性的片材。弹簧按压片7贴附在棘爪弹簧2及开关基座3的上表面。弹簧按压片7固定在从开关基座3上的上表面观察的棘爪弹簧2的平面位置上。该位置是棘爪弹簧2与固定接点4、5接触、而且棘爪弹簧2的可动接点2a压曲时与固定接点6接触的位置。

Nub8是由UV（Ultra Violet）固化树脂、高分子材料等、动作载荷位移特性为非线性的材料形成的Nub。Nub8设置在弹簧按压片7上且包含可动接点2a的下压操作范围内。通过Nub8，操作者的下压操作即使偏离可动接点2a，也能够将动作载荷适当地传递到可动接点2a。

其次，参照图2，对开关1的动作进行说明。图2表示开关1的动作载荷位移特性。

在开关1中，考虑了操作者从上方以动作载荷F对棘爪弹簧2的中心的可动接点2a进行下压操作的情况。将未对可动接点2a施加力的初始状态的动作载荷及位移设为0。在图2中，实线是开关1的动作载荷位移曲线。

在开关1的初始状态，在对棘爪弹簧2给予动作载荷F的情况下，首先，操作者对Nub8进行下压操作，该下压操作作为动作载荷F经由Nub8、弹簧按压片7传递到可动接点2a。这样，开始增加动作载荷F。如图2所示，动作载荷F的位移从0至位移S0非线性地增加。将与位移S0对应的动作载荷设为动作载荷F0。接着，动作载荷F从位移S0至位移S1大致成比例（线性）地增加。

并且，棘爪弹簧2在与位移S1对应的动作载荷F1下发生压曲。于是，棘爪弹簧2的包含可动接点2a的中央部分反转，可动接点2a通过小于动作载荷F1的动作载荷进行位移。然后，动作载荷持续减小，直到可动接点2a到达位移S2。在位移S2，可动接点2a与固定接点6相接触，固定接点4、5与固定接点6经由棘爪弹簧2而电导通。接着，若操作者解除对Nub8的下压，动作载荷F消失，则棘爪弹簧2恢复到初始状态。

在图2中，在开关1的动作载荷位移曲线中，用点线表示位移S0、动作载荷F0的点的切线。参照该点线可知，在从位移0至位移S0、动作载荷0至动作载荷F0的范围（图2中影线的区域）内，开关1b的动作载荷位移曲线为非线性。

其次，参照图3及图4对本实施方式的开关1与现有的开关1b的比较进行说明。图3表示本实施方式的Nub8及现有的Nub8b的动作载荷位移特性。图4表示本实施方式的开关1及现有的开关1b的动作载荷位移特性。

参照图3，对本实施方式的Nub8单体及现有的Nub8b的动作载荷位移特性进行说明。在图3中，用实线表示Nub8单体的动作载荷位移曲线，用点线表示Nub8b单体的动作载荷位移曲线。如图3所示，就本实施方式的Nub8单体的动作载荷位移曲线而言，与位移的增加相应地动作载荷非线性地增加。就现有的Nub8b单体的动作载荷位移曲线而言，与位移的增加相应地动作载荷大致成比例（线性）地增加。

参照图4，对本实施方式的开关1及现有的开关1b的动作载荷位移特性进行说明。在图4中，用实线表示开关1的动作载荷位移曲线，用点线表示开关1b的动作载荷位移曲线。如图4所示，就本实施方式的开关1的动作载荷位移曲线而言，在上升部分（图4中从位移0至位移S0、从动作载荷0至动作载荷F0的阴影线的区域），与位移的增加相应地动作载荷非线性地增加。就现有的开关1b的动作载荷位移曲线而言，在上升部分，与位移的增加相应地动作载荷大致成比例（线性）地增加。

接着，参照图5及图6，对在开关1中能够得到良好操作感觉的条件进行说明。图5表示Nub8的动作载荷位移特性和弹簧常数k11、k12、k3。图6表示棘爪弹簧2及弹簧按压片7的动作载荷位移特性和弹簧常数k3。

对开关1适用于图15所示的开关1b的力学模型。如图5所示，对该力学模型的弹簧常数k1使用Nub8的动作载荷位移曲线中上升（原点的切线）的斜率即弹簧常数k11。图5中用点划线表示通过原点的弹簧常数k11的直线。如图6所示，k3＝F1/S1。在图5中用点线表示通过位移S1及其动作载荷F1的点和原点的弹簧常数k3的直线。

在图5的Nub8的动作载荷位移曲线中，将非线性部分的任意切点的切线的斜率设为弹簧常数k12。图5中用双点划线表示弹簧常数k12的直线。另外，将弹簧常数k11的直线与弹簧常数k12的直线的交点设为交点p11。交点p11是从弹簧常数k11向弹簧常数k12变化的拐点。

弹簧常数k11、k12、k3满足以下条件式（1）、（2）。

k11＜k3…（1）

k12＞k3…（2）

另外，交点p11的位移s11满足以下条件式（3）。

0＜s11＜S1…（3）

通过开关1的各值满足式（1）、（2）、（3），在开关1上升时能够得到非线性的动作载荷位移特性，能够得到良好的操作感觉。

接着，参照图7～图9对操作感觉的调整进行说明。图7（a）表示开关1A的平面结构。图7（b）表示图7（a）的VII-VII线的开关1A的截面结构。图8表示开关1A的Nub8A的动作载荷位移特性。图9表示开关1A的动作载荷位移曲线。

图7（a）、图7（b）所示的开关1A的结构与开关1相同，以Nub8A代替了Nub8，并且具备四个端子10。端子10是与固定接点4、5、6连接的端子。如图7（a）、图7（b）所示，Nub8A是由与Nub8同样的材料成型的圆筒形的Nub。在图7（a）的平面中，将Nub8的直径设为直径D，将棘爪弹簧2的直径设为直径D1。

准备直径D为0.7mm、0.8mm、0.9mm的三个开关1A进行测定。在这些开关1A中，直径D1以2.4mm为固定长度。

如图8所示，测定了直径D不同的Nub8A单体的动作载荷位移特性。在图8中，用实线表示直径D＝0.7mm的Nub8A单体的动作载荷位移曲线，用点线表示直径D＝0.8mm的Nub8A单体的动作载荷位移曲线，用点划线表示直径D＝0.9mm的Nub8A单体的动作载荷位移曲线。

如图9所示，测定了具有不同直径D的Nub8A的开关1A的动作载荷位移特性。在图9中，用实线表示具有直径D＝0.7mm的Nub8A的开关1A的动作载荷位移曲线，用点线表示具有直径D＝0.8mm的Nub8A的开关1A的动作载荷位移曲线，用点划线表示具有直径D＝0.9mm的Nub8A的开关1A的动作载荷位移曲线。

另外，在具有直径D＝0.7mm、0.8mm、0.9mm的Nub8A的开关1A中通用，将动作载荷位移曲线中在动作载荷F1的切点的切线设为弹簧常数k12的直线。另外，将具有直径D＝0.7mm、0.9mm的Nub8A的开关1A的弹簧常数k11的直线与弹簧常数k12的直线的交点分别设为交点p17、p19。

如图8所示可知，通过变更Nub8A的直径D，从原点至从初期的上升的弹簧常数k11向弹簧常数k12变化的拐点（交点p17、p19）的位移随着直径D变大而变小。另外，如图9所示可知，开关1的动作载荷位移特性也同样，通过增大直径D，动作载荷位移特性的非线性的上升变大。

因此，通过增大Nub8A的圆筒形的直径D而缩短从原点至拐点的距离，由此能够抑制低载荷的位移，制作游隙小的具有敏锐感触的开关1A。反之，通过减小直径D而增长从原点至拐点的距离，由此能够抑制因小位移引起的载荷的上升，制作载荷平缓上升的开关1A。

以上，根据本实施方式，开关1具备棘爪弹簧2、固定接点4、5、6、弹簧按压片7、开关基座3、以及动作载荷位移特性为非线性且设在上述弹簧按压片上的Nub8。弹簧常数k11、k12、k3和交点p11的位移s11满足式（1）、（2）、（3）。因此，即使将开关小型化，也能在开关1中得到非线性的动作载荷位移特性，能够得到良好的操作感觉。

另外，Nub8形成为圆筒形状，该圆筒形状采用的是能够得到期望位移s11值的形状。Nub8的圆筒形状的圆的直径D越大，弹簧常数k11、k12的直线的交点p11（拐点）的位移s11的值越小、Nub8的圆筒形状的圆的直径D越小，位移s11的值越大。因此，用过使Nub8A的形状变化，能够控制开关1A中的动作载荷位移特性。更为具体地说，通过增大直径D而缩短从原点至交点（拐点）的距离，从而能够抑制低载荷的位移，能够制作游隙小的具有敏锐的感触的开关。反之，通过减小直径D而增长从原点至交点（拐点）的距离，能够抑制因小的位移而引起的载荷的上升，能够制作载荷上升平缓的开关。

此外，上述实施方式的叙述是本发明的开关的一例，并不限定于此。关于上述实施方式中的开关的细微结构及详细动作，在不脱离本发明的主旨的范围内也可以适当变更。

Claims (3)

1.一种开关，其特征在于，具备：

通过下压来进行单击操作的棘爪弹簧；

与上述棘爪弹簧的外周边缘总是接触的第一固定接点；

单击操作时与上述棘爪弹簧的可动接点接触的第二固定接点；

贴附在上述棘爪弹簧上的弹簧按压片；

设有上述第一及第二固定接点并支撑上述弹簧按压片的开关基座；以及

动作载荷位移特性为非线性且设置于上述弹簧按压片的Nub，

上述Nub的动作载荷位移曲线的原点的斜率即弹簧常数k11、连结上述棘爪弹簧及上述弹簧按压片的动作载荷位移曲线的动作载荷为峰值的位移S1及其动作载荷的点和原点的直线的斜率即弹簧常数k3、上述Nub的动作载荷位移曲线的非线性部分中的任意切点的切线的斜率即弹簧常数k12、上述弹簧常数k11的直线与上述弹簧常数k12的直线的交点的位移s11满足

k11＜k3，

k12＞k3，

0＜s11＜S1。

2.根据权利要求1所述的开关，其特征在于，

上述Nub形成为能够得到所希望的上述位移s11的值的形状。

3.根据权利要求2所述的开关，其特征在于，

上述Nub形成为具有能够得到所希望的上述位移s11的值的直径的圆筒形状，上述圆筒形状的圆的直径越大，上述位移s11的值越小。

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