JP2004006095A

JP2004006095A - スイッチ

Info

Publication number: JP2004006095A
Application number: JP2002159490A
Authority: JP
Inventors: Masaji Masuda; 増田　政次
Original assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Current assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: US6683265B2; US20030221943A1; CN100490036C; JP3753676B2; KR20030093081A; KR100486935B1; CN1462050A; TWI270907B

Abstract

【課題】ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねの寿命を低下させないで、接点ばねの電気的な接触の安定性に優れ、偏心した操作荷重に対しても必要なストロークを確保し、クリック感のばらつきの少ないスイッチを提供する。
【解決手段】ドーム状でクリックアクション付きの接点ばね３の内側中央部分すなわち可動接点部８に窪み９を形成し、この窪み９の周囲に形成されるエッジ部１０を固定接点部１３の表面に対して線接触により接触させることによって、両者間の接触の電気的な安定性を確保すると同時に、可動接点部８に孔をあけない形状とすることにより、塵埃の侵入や接点ばね３の寿命の低下を防いでいる。また、接点ばね３の中央部を球面によりドーム部５として形成するとともに、このドーム部５の外周縁部に円錐面のスカート部６を形成することにより、必要なストロークを確保し、クリック感のばらつきを少なくしている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ機器、ビデオ機器、携帯電話などの通信機器、測定機器などの電気機器や電子機器に用いられる信号入力用のスイッチに関わり、特にドーム状でクリックアクション付きの可動接点ばねの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記の機器の信号入力部に用いられるスイッチは、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねと、この接点ばねの内側の可動接点部に対向する固定接点部とを有している。可動接点部は、固定接点部に対する面接触による接触不良を防止するために、最近では孔を有する可動接点が用いられることが多い。
【０００３】
接点ばねは、スイッチ操作時に、接点ばねの頂部に作用する押圧力により弾性変形し、反りの方向をクリックアクションのもとに反転させる。この反転時に、可動接点部の孔の外周のエッジ部と固定接点部とは、線接触により接触し、電気的にオンの状態となり、スイッチの用途に応じた信号を発生する。このように、可動接点部の孔の存在によって、可動接点部のエッジ部と固定接点部との接触が面接触に代わって線接触となり、微細なごみなどに対して、エッジ部での接触圧力が高くなることにより、可動接点部と固定接点部との接触の電気的な安定性が大幅に改善される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、可動接点部に孔をあけて、板状のばね材をドーム状に成形して、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねを製造するときに、成形後にばね材のスプリングバックにより、接点ばねが均一なドーム形状にならず、動作特性としての移動量（ストローク）が大きくなってしまい、接点ばねの繰り返し使用時に、孔の周囲にかかる引っ張り応力や、圧縮応力が大きくなり、孔の周囲にクラックが入り易くなる。このため、製品としての寿命が短くなってしまうという問題がある。特に、接点ばねのサイズが小さくなっている現在、この傾向は高くなっている。
【０００５】
したがって、本発明の第１の目的は、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねを繰り返し動作させたとき、その接点ばねの寿命を低下させないで、接点ばねの可動接点部と固定接点部との接触の電気的な安定性に優れたクリックアクション付きの接点ばねを提供することである。
【０００６】
一方、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねは、携帯電話などで、プリント基板とともに用いられる。プリント基板のスイッチ用の導電パターンは、通常、同一平面上で、上記接点ばねの外周部分に対応する接触片、および上記接点ばねの内側中央部分の可動接点部に対応する固定接点部を形成している。ドーム状の接点ばねは、その外周部分で、常時、接触片に接し、オン操作時に、接点ばねを反転させ、その可動接点部を導電パターンの固定接点部に圧接させることにより、導電パターンの接触片と固定接点部とを電気的に導通させる。
【０００７】
このオン操作の時、つまり接点ばねの反転時にも、接点ばね外周部分を接触片に確実に圧接させるために、ドーム状の接点ばねの外周縁部を円錐面によりスカート状として形成することが有効である。なお、接点ばねの反転時に、スカート状の部分は、反転せず、スカート状の外周縁部は、接触片に圧接している。
【０００８】
このスカート状の部分の存在、スカート状の部分の形成の仕方によって、接点ばねのストロークが増減すること、また、押す位置をドーム状の接点ばねの中心位置からずらしていくと、反転させる荷重が大きくなり、同時に復帰荷重も大きくなるため、接点ばねの中心位置から離れた位置において、クリック動作時の感触が悪化すること、などの欠点がある。
【０００９】
したがって、本発明の第２の目的は、ドーム状の接点ばねを押した時に、偏心した操作荷重にたいしても必要なストロークを確保し、押す位置によるクリック感のばらつきを少なくすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記第１の目的のもとに、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねの内側中央部分すなわち可動接点部に窪みを形成し、この窪みの周囲に形成されるエッジ部を固定接点部の表面に対して線接触により接触させることによって、両者間の接触の電気的な安定性を確保すると同時に、可動接点部に孔をあけない形状とすることにより、接点ばねの寿命の低下を防いでいる。
【００１１】
また、本発明は、前記第２の目的のもとに、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねの中央部を球面によりドーム部として形成するとともに、このドーム部の外周縁部を１または２以上の円錐面の一部によってスカート部として形成し、上記ドーム部と上記スカート部との環状の境界部分を屈曲部とすることによって、ドーム状の接点ばねを押した時に、必要なストロークを確保し、押す位置によるクリック感のばらつきを少なくしている。
【００１２】
具体的に記載すれば、本発明のスイッチは、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねの内側中央部分を可動接点部とし、この可動接点部を固定接点部に対して接離させて、上記可動接点部と上記固定接点部との間を電気的にオン・オフの状態とするスイッチにおいて、上記可動接点部に窪みを形成し、この窪みの周囲に形成されるエッジ部を上記固定接点部の表面に接触させることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
また、本発明のスイッチは、スイッチケースに、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばね、および上記接点ばねの頂部に当接し上記接点ばねの弾性変形方向に変位自在の操作ボタンを収納し、上記接点ばねの外周部分を接触片に当接させるとともに、上記接点ばねの内側中央部分を可動接点部とし、この可動接点部を上記スイッチケース内で固定接点部に対して接離させて、上記可動接点部と上記固定接点部との間を電気的にオン・オフの状態とするスイッチにおいて、上記可動接点部に窪みを形成し、この窪みの周囲に形成されるエッジ部を上記固定接点部の表面に接触させることを特徴とする（請求項２）。
【００１４】
そして、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねの中央部は、球面によりドーム部として形成され、ドーム部の外周縁部は、１または異なる２以上の円錐面の一部により１または２以上の段として形成され、それらのドーム部とスカート部との環状の境界部分、および隣合うスカート部とスカート部との環状の境界部分を屈曲部とされる（請求項３、４）。
【００１５】
可動接点部の窪みは、円形、だ円形、多角形、星形のいずれかの形状として形成される（請求項５）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のスイッチ１のオフの状態を示しており、図２は、そのオンの状態を示している。これらの図で、スイッチ１は、スイッチケース２内で、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばね３、およびこの接点ばね３の頂部に当接し、接点ばね３の弾性変形方向に変位可能な操作ボタン４を収納している。
【００１７】
接点ばね３は、図１、図２のほか図３および図４に見られるように、例えば厚み０．０６ｍｍ、直径３．５ｍｍ程度のステンレス板によって、全体として一体的なドーム状に形成されており、中央部分での所定の曲率の球面の一部もしくは楕円球面の一部により形成されるドーム部５と、このドーム部５の外周縁部分で円錐面の一部により形成されるスカート部６とによって、一体的に形成されており、それらの境界部分は、環状の屈曲部７となっている。なお、スカート部６の円錐面は、ドーム部５の頂点側（凸側）に円錐の頂点を有する。接点ばね３の内側中央部分すなわちドーム部５の凹側中央部分は、銀めっき層による可動接点部８であり、この可動接点部８で円形の窪み９を形成し、この窪み９の周囲でエッジ部１０を形成している。この窪み９は、通常、接点ばね３のプレス機による打ち抜き曲げ加工と同時に形成されるため、窪み９に対応する外側面に突部１１が形成される。
【００１８】
接点ばね３のスカート部６の端部は、スイッチケース２の内部に納められた状態で、スイッチケース２の底部に埋め込まれている例えば環状の接触片１２に対し常に接触し、電気的に導通状態となっている。また、可動接点部８のエッジ部１０は、スイッチケース２の底部中央に埋め込まれている固定接点部１３に対向し、それに接触して、電気的に導通可能な状態となっている。なお、接触片１２および固定接点部１３は、それぞれスイッチケース２の外部に露出している接続端子１４、１５と一体となっている。
【００１９】
そして、操作ボタン４は、スイッチケース２の内部で、端部の突起１７によって接点ばね３のドーム部５の頂部の突部１１に当接し、接点ばね３の弾性変形方向に変位自在となっており、フランジ部１６とスイッチケース２に固定されたスイッチカバー１８との当接によって一部を外部に突出させた状態で保持されている。
【００２０】
図５は、接点ばね３のストロークＳ（横軸）に対する動作荷重Ｎ（縦軸）の特性のグラフを示している。図４に見られるように、接点ばね３のドーム部５の中心に対し法線方向の動作荷重Ｎが作用すると、可動接点部８（エッジ部１０）のストロークＳは、ほぼ比例しながら増加するが、動作荷重Ｎ１によって、ストロークＳがクリックアクションを起こすストロークＳ１を過ぎたときに、接点ばね３は、クリックアクションにより反りの方向を反転させ、今までよりも小さな動作荷重Ｎによっても同じストロークＳの方向に移動し、その後、小さな動作荷重Ｎ２、Ｎ３に対応する力で、ストロークＳ２、Ｓ３となり、反転した状態を維持する。動作荷重Ｎ３がなくなれば、接点ばね３は、逆方向に再び反転し、もとの状態に復帰する。
【００２１】
操作者が操作ボタン４を下向きに押し付けると、接点ばね３は、図５の特性のグラフにもとづいて、動作荷重Ｎに応じて弾性変形し、偏平な状態となる。接点ばね３がクリックアクションを起こすストロークＳ１を過ぎると、接点ばね３のドーム部５は、図２および図６に見られるように、屈曲部７を屈曲線として反りの方向を反転させ、可動接点部８のエッジ部１０を固定接点部１３の表面に接触させ、電気的に導通し、オンの状態となる。ドーム部５の反転時にも、スカート部６は、反転せず、ドーム部５の反転前の状態のままで、接触片１２に所定の接触圧のもとに接し、電気的に導通している。
【００２２】
このオンの状態で、可動接点部８のエッジ部１０は、環状の線接触となって固定接点部１３の表面に接触する。したがって、それらの接触部分の間に微細なごみなどが付着したとしても、固定接点部１３に対する可動接点部８のエッジ部１０の接触圧力が高くなるため、可動接点部８のエッジ部１０と固定接点部１３との接触の安定性が大幅に改善され、電気的な特性も良好となる。
【００２３】
しかも、窪み９の形成によって、プレス加工時の曲げひずみ応力が窪み９の周囲に残るものの、窪み９の部分のひずみ応力は、孔を形成したときの剪断ひずみ応力よりも小さく、また、接点ばね３の弾性変形時に、窪み９の周囲にかかる引っ張り応力や、圧縮応力が孔に比較して小さくなっている。したがって、接点ばね３の窪み９の部分にクラックが入りにくく、従来のものに比較して接点ばね３の寿命が長くなる。また、ドーム部５に孔がないため、微細なごみの侵入もなくなる。なお、窪み９の深さは、接点ばね３のばね特性に影響を与えないよう、接点ばね３の板厚の２／３以下に抑えておくことが好ましい。
【００２４】
ちなみに、窪み９の形状は、円形に限らず、図７に示すように、だ円形、多角形、星形などの形状として形成することもできる。また、窪み９は、図８に示すように、接点ばね３の可動接点部８に窪み９となる部分の外周部分を固定接点部１３の方向に隆起させることによって形成することもできる。この場合、エッジ部１０は、その隆起部分と窪み９との間に形成されることになる。ちなみに、窪み９は、半球面状のものであってもよい。さらに、エッジ部１０は、好ましい例として環状で連続しているが、不連続な状態で形成されていてもよい。
【００２５】
さて、図９および図１０は、本発明の他の接点ばね３を示す。図３および図４の接点ばね３は、ドーム部５の外周縁部に、円錐面の一部により１段のスカート部６を有している。これに対して、図９および図１０の接点ばね３は、２段のスカート部６を有している。２段のスカート部６は、異なる２つの円錐面の一部によるスカート要素６ａ、６ｂにより形成されている。ここで、屈曲部７ａ、７ｂは、ドーム部５とスカート要素６ａとの間、およびスカート要素６ａとスカート要素６ｂとの間の境界部分となる。なお、スカート部６は、２段に限らず、３段あるいはそれ以上の段、さらに多段つまり曲面に近い面として構成することできる。
【００２６】
図１１は、接点ばね３の機能上の違いの説明図である。図１１において、Ａ、Ｂ、Ｃは、図３および図４の１段のスカート部６による接点ばね３に対応しており、Ｄは、図９および図１０の２段のスカート部６による接点ばね３に対応している。なお、この図１１において、接点ばね３は、プリント回路基板などの基板１９の平面上に置かれている。この状態で、接点ばね３の可動接点部８は、基板１９の固定接点部１３に対応し、スカート部６の端部は、基板１９の接触片１２に接している。
【００２７】
図１１のＡで、スイッチング操作のために、動作荷重Ｎがドーム部５の中心に作用すると、接点ばね３は、屈曲部７の近くの位置から反転する。動作荷重Ｎの作用位置をドーム部５の中心からずらしていくと、接点ばね３を反転させる動作荷重Ｎ’が大きくなり、同時に復帰荷重も大きくなる。このため、クリック動作の感触が悪化する。また、動作荷重Ｎ’の作用位置がドーム部５の外周部に近くなると、復帰荷重が急激に上昇するため、動作荷重Ｎを作用させ得る範囲（押し範囲）が狭いものとなる。この押し範囲が狭いと、接点ばね３を携帯電話などの基板１９に配置して使用する際に、基板１９に対する接点ばね３の位置決め精度が悪いときに、携帯電話などのスイッチキー毎の感触のばらつきが大きくなるため、高い位置決め精度が要求され、この結果、組み立て、検査に手間がかかっている。特に、接点ばね３のサイズが小さくなっている現在、この傾向は高くなっている。なお、この例で、平面に対するスカート部６の角度（円錐面の底角）αは、２５°である。
【００２８】
図１１のＢのように、復帰荷重を小さくするために、スカート部６の角度（円錐面の底角）αを１５°程度に小さくするか、あるいは図１１のＣのように、スカート部６の半径方向の長さを短くすると、復帰荷重は小さくなるが、逆に、接点ばね３の完全な反転に必要なストロークは大きくなる。この結果、スイッチング操作時に、接点ばね３が完全に反転する前に、エッジ部１０が基板１９の平面上に当たり、ストロークが不足し、クリック動作が不完全になり、クリック動作の感触が悪くなってしまう。
【００２９】
図１１のＤのように、スカート部６の曲げを２段階にすれば、充分なストロークが確保され、２段目の曲げ角度（α−α’）つまり屈曲部７ｂ、７ｂの曲げ角度を小さくすることができる。その結果として、動作荷重Ｎをドーム部５の中心からずれた位置に作用させたときでも、接点ばね３を反転させる動作荷重Ｎ’が大きくならず、同時に復帰荷重も小さくなるため、動作荷重Ｎを作用させ得る範囲（押し範囲）が広くなり、クリック動作の感触が比較的良好なものとなる。しかも、スカート部６の曲げが２段階になっており、それぞれの屈曲部７ａ、７ｂでの曲げ角度を小さくできるから、接点ばね３のプレス曲げ加工の工程で、プレス金型の磨耗が少なく、それにより荷重特性の変化が小さくなり、荷重特性のばらつきがなく、量産安定性に優れたものとなる。
【００３０】
なお、図１２は、図１１のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの接点ばね３のストロークＳ（横軸）に対する動作荷重Ｎ（縦軸）の特性のグラフを示している。図１１のＢ、Ｃでの接点ばね３では、既に記載したように、スイッチング操作時に、接点ばね３が完全に反転する前に、エッジ部１０が基板１９の平面上に当たり、ストロークＳが不足し、クリック動作が不完全になっている。これに対して、図１１のＡ、Ｄでの接点ばね３では、充分なストロークＳが確保でき、完全なクリック動作が得られる。
【００３１】
ちなみに、図１３および図１４は、多数の接点ばね３を携帯電話用のスイッチボードに組み込むときの状態を示している。多数の接点ばね３は、ドーム部５の凸側面で粘着フイルム２０の粘着面に貼り付けられ、プリント回路基板２１の平面に対してドーム部５の凹側で対向する状態として組み合わせられる。この組み合わせ状態で、それぞれの接点ばね３の可動接点部８は、プリント回路基板２１の固定接点部１３に対応し、スカート部６の端部は、プリント回路基板２１の接触片１２に接している。ここで、固定接点部１３および接触片１２は、プリント回路基板２１の平面上の導電パターンの一部により形成されている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明では、接点ばねの可動接点部の窪みの周囲に形成されるエッジ部が固定接点部の表面に線接触により接触するから、微細なごみなどの介在によっても、それらの間の接触圧力が高められ、電気的に安定な接触状態が確保でき、また、接点ばねの可動接点部に孔があけられていないため、塵埃の侵入がなく、窪みの周囲に発生する引っ張り応力や圧縮応力が孔に比較して低く抑えられ、エッジ部にクラックが入りにくく、接点ばねの寿命が長くなり、長時間にわたって安定なスイッチング機能が期待できる。
【００３３】
さらに、接点ばねの外周縁に円錐面の一部によってスカート部が形成されていると、ドーム部の反転時にも、スカート部が反転前の形態を保っているから、スカート部の端部と接触片との電気的な接触が確実であり、電気的な特性も安定する。また、スカート部が２段以上形成されていると、屈曲部の曲げ角度が小さくしても、必要なストロークが確保でき、しかも、ドーム部の中心から離れた位置の近くを押しても、クリック動作の感触の悪化が少なく、かつ、外周部の２段曲げ形状により、曲げ部分のストレスが小さくなり、接点ばね毎の特性のばらつきが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチにおいてスイッチオフの状態でのスイッチおよびスイッチケースの断面図である。
【図２】本発明のスイッチにおいてスイッチオンの状態でのスイッチおよびスイッチケースの断面図である。
【図３】本発明のスイッチでの接点ばねの平面図である。
【図４】本発明のスイッチでの接点ばねの側面の断面図である。
【図５】本発明のスイッチでの接点ばねのストローク−動作荷重のグラフである。
【図６】本発明のスイッチにおいて接点ばねの可動接点部のエッジ部と固定接点部との接触状態の一部の拡大断面図である。
【図７】本発明のスイッチでの他の形状の窪みの平面図である。
【図８】本発明のスイッチでの他の窪みの一部の拡大断面図である。
【図９】本発明のスイッチでの他の接点ばねの平面図である。
【図１０】本発明のスイッチでの他の接点ばねの側面図である。
【図１１】本発明での接点ばねの動作・作用の説明図である。
【図１２】本発明のスイッチでの接点ばねのストローク−動作荷重のグラフである。
【図１３】本発明の接点ばねを携帯電話用のスイッチボードに組み込むときの裏面図である。
【図１４】本発明の接点ばねを携帯電話用のスイッチボードに組み込んだ状態での要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１　スイッチ
２　スイッチケース
３　接点ばね
４　操作ボタン
５　ドーム部
６　スカート部
６ａ、６ｂ　スカート要素
７、７ａ、７ｂ　屈曲部
８　可動接点部
９　窪み
１０　エッジ部
１１　突部
１２　接触片
１３　固定接点部
１４　接続端子
１５　接続端子
１６　フランジ部
１７　突起
１８　スイッチカバー
１９　基板
２０　粘着フイルム
２１　プリント回路基板

Claims

ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねの内側中央部分を可動接点部とし、この可動接点部を固定接点部に対して接離させて、上記可動接点部と上記固定接点部との間を電気的にオン・オフの状態とするスイッチにおいて、上記可動接点部に窪みを形成し、この窪みの周囲に形成されるエッジ部を上記固定接点部の表面に接触させることを特徴とするスイッチ。
スイッチケースに、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばね、および上記接点ばねの頂部に当接し上記接点ばねの弾性変形方向に変位自在の操作ボタンを収納し、上記接点ばねの外周部分を接触片に当接させるとともに、上記接点ばねの内側中央部分を可動接点部とし、この可動接点部を上記スイッチケース内で固定接点部に対して接離させて、上記可動接点部と上記固定接点部との間を電気的にオン・オフの状態とするスイッチにおいて、上記可動接点部に窪みを形成し、この窪みの周囲に形成されるエッジ部を上記固定接点部の表面に接触させることを特徴とするスイッチ。
ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねの中央部を球面によりドーム部として形成するとともに、このドーム部の外周縁部を円錐面によりスカート部として形成し、上記ドーム部と上記スカート部との環状の境界部分を屈曲部とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスイッチ。
上記スカート部を異なる２以上の円錐面により２以上の段として形成し、それらのドーム部とスカート部との環状の境界部分、および隣合うスカート部とスカート部との環状の境界部分を屈曲部とすることを特徴とする請求項３記載のスイッチ。
可動接点部の窪みを円形、だ円形、多角形、星形のいずれかの形状として形成することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載のスイッチ。