JP2004235006A - プッシュスイッチ - Google Patents

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JP2004235006A
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Keiko Kawamoto
桂子 河本
Yasunori Yanai
康典 屋内
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01H13/12Movable parts; Contacts mounted thereon
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  • Push-Button Switches (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Mechanisms For Operating Contacts (AREA)

Abstract

【課題】電子機器の操作部に使用されるプッシュスイッチに関し、耐久性の優れたものの提供を目的とする。
【解決手段】接点基板1上の可動接点体4を押して接点部を接離させる弾性材料からなるばね体11において、円柱状押圧部11Aの外周面とドーム部11B側面の直線部との接合部11Eの全周に亘って、ドーム部11Bの肉厚の0.08倍〜0.14倍の肉付け部12Aを設けることによって、この部分に集中して発生する応力を軽減することができると共に、押圧操作時の動作力を大きくすることができるのでばね体11のゴム材料の硬度を低くして耐久性を向上させることができ、ばね体11にクラックが発生し難く、10万回以上の動作回数において安定した動作をするプッシュスイッチが得られる。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器の入力操作部に使用される耐久性の優れたプッシュスイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子機器の入力操作部に使用されるプッシュスイッチは、小型で耐久性が優れていると共に、不用意に操作部に触れた場合の誤動作を防止するために、所定の大きさの動作力を有し、節度感を伴って動作することを要求されるので、ゴム製ドーム形状のばね体を用いる方式のものが多い。
【0003】
従来のこの種のプッシュスイッチについて、図7〜図9を用いて説明する。
【0004】
図7は従来のプッシュスイッチの正面断面図、図8は分解斜視図である。
【0005】
同図において、1は接点基板で、周辺固定接点2および中央固定接点3と、それぞれに導通した接続端子2A,3Aを備えていると共に、周辺固定接点2上に載せられた環状部4Aとその内周から中心に向けて突出して上方に折り曲げられた舌片部4Bからなる弾性金属薄板製の可動接点体4がその上部に配設されて、スイッチ接点部を形成している。
【0006】
その上部に載せられた5はゴム製のばね体で、中央の円柱状押圧部5Aの外周面の接合部5Eから斜め下方へ、所定の肉厚のドーム部5Bが側面視直線的に広がるように伸ばされ、接点基板1上に載せられている下端の円形リング部5Cに繋がっていると共に、円柱状押圧部5Aの下端部には円柱状押圧部5Aよりも小径の突起5Dが設けられて、可動接点体4の舌片部4Bに対峙している。
【0007】
更に、ばね体5の円柱状押圧部5Aの上面には、操作部としての硬質樹脂からなる押ボタン6が載せられ、ドーム部5Bの周囲を囲うように接点基板1の爪部1Aにより固定されたケース7のガイド溝7Aによって、上下動可能に支持されている。
【0008】
このような構成のプッシュスイッチにおいて、押ボタン6上面を所定の押圧力で押圧操作すると、押ボタン6を介してばね体5の円柱状押圧部5Aおよび突起5Dが下方に押し下げられ、図9の正面断面図に示すように、所定の押圧ストロークでドーム部5Bが節度感を伴って外方へ弾性変形すると共に、突起5Dの先端が可動接点体4の舌片部4Bを押して中央固定接点3に接触させる。
【0009】
これにより、周辺固定接点2と中央固定接点3との間が導通され、その信号は接続端子2A,3Aを通して使用電子機器の回路に伝達される。
【0010】
この後、押ボタン6すなわちばね体5の円柱状押圧部5Aに加える押圧力を除くと、ドーム部5Bが自身の弾性復元力により元のドーム形状に復帰しようとして円柱状押圧部5Aを介して押ボタン6を押し上げると共に、可動接点体4の舌片部4Bも上方に向けて元の形状に復帰して中央固定接点3から離れる。
【0011】
すなわち、押ボタン6を介してばね体5の円柱状押圧部5Aを所定の押圧力で押圧操作すると、ドーム部5Bが弾性反転して動作し、押圧力を除くと、ドーム部5Bの弾性復元力によって元の図7の状態に復帰するものであった。
【0012】
なお、本出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1〜特許文献3が知られている。
【0013】
【特許文献1】
実開平6−56929号公報
【特許文献2】
特開平10−92260号公報
【特許文献3】
特開平11−265634号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のプッシュスイッチは、厳しい温度雰囲気での使用時等に数万回の動作回数において、ばね体5の円柱状押圧部5Aの外周面が側面視直線的に伸びたドーム部5Bに繋がる接合部5Eにクラックが発生して耐久性の不安定なものが発生することもあるという課題があった。
【0015】
一方、上記実開平6−56929号公報にも示されているように、ばね体5を形成するゴムの成分を変えて硬度を低くすると、ゴムの劣化による耐久性が向上することは知られているが、ゴムの硬度が低くなるとプッシュスイッチの動作力が小さくなるという別の課題があった。
【0016】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、所定の動作力で節度感を伴って動作すると共に、厳しい温度雰囲気での10万回以上の動作回数においても弾性材料製のばね体にクラックが発生し難くて、安定した動作をするプッシュスイッチを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【0018】
本発明の請求項1に記載の発明は、少なくとも一対の接点を有する接点基板と、円柱状押圧部外周面から斜め下方へ所定肉厚のドーム部が側面視直線的に伸ばされ、ドーム部外側面と円柱状押圧部外周面との接合部全周に亘り、側面視接合角の二等分線上における肉厚が上記ドーム部の肉厚の0.08倍〜0.14倍であるように面取りをして肉付けされていると共に、接点を囲むように接点基板上に載せられた下端の円形リング部に繋がり、円柱状押圧部下端の突起が接点に対峙しているゴム等の弾性材料からなるばね体とで構成されたプッシュスイッチであり、円柱状押圧部の外周面からドーム部が側面視直線的に伸びる接合部に肉付けすることによって、この部分に集中して発生する応力を軽減することができると共に、同じ大きさのばね体であっても円柱状押圧部を押圧操作する時の動作力を大きくすることができるのでゴム材料の硬度を低くして耐久性を向上させることができ、厳しい温度雰囲気での使用時等においても、弾性材料製のばね体にクラックが発生し難く、10万回以上の動作回数においても安定した動作をするプッシュスイッチを実現できるという作用効果を有する。
【0019】
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、特に、ばね体のドーム部外側面と円柱状押圧部外周面との接合部を肉付けする肉付け部外周の面取り線が、側面視接合角の二等分線上に中心を有して、ドーム部外側面と円柱状押圧部外周面を接線とする円弧であるものであり、ばね体の円柱状押圧部を押圧操作する時に発生する応力が、接合部からばね体の円柱状押圧部の外周面およびドーム部にかけて緩やかに変化するので、請求項1に記載の発明による作用に加えて、より長期の使用においてばね体にクラックが発生し難いプッシュスイッチとすることができるという作用効果を有する。
【0020】
請求項3に記載の発明は、請求項1記載の発明において、接点基板に固定されたケースにより上下動可能に支持された硬質樹脂製の押ボタンを、ばね体の円柱状押圧部上面に載せたものであり、請求項1に記載の発明による作用に加えて、押圧操作時にばね体の円柱状押圧部を傾かないように安定して下方へ押し下げることができ、ばね体に発生する応力が円柱状押圧部の周囲に均等に発生して特定の方向に集中しないので、ばね体にクラックが発生するまでの動作回数を長くして、安定させることができるという作用効果を有する。
【0021】
請求項4に記載の発明は、請求項1記載の発明において、特に、ばね体の円柱状押圧部下端の突起下面に導電部を設け、円柱状押圧部の押圧操作時に、導電部が接点基板の対となった接点間を導通させるものであり、接点基板の接点部分の構成が簡単で、安定した接離をするプッシュスイッチとすることができるという作用効果を有する。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図1〜図6を用いて説明する。
【0023】
なお、従来の技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【0024】
(実施の形態)
図1は本発明の一実施の形態によるプッシュスイッチの正面断面図であり、同図に示すように、基本的な構成および外形寸法は従来の技術の項で説明したものと同じである。
【0025】
すなわち、周辺固定接点2と中央固定接点3およびそれぞれと導通した接続端子2Aと3Aを備えた接点基板1上に環状部4Aと舌片部4Bからなる弾性金属薄板製の可動接点体4が載せられてスイッチ接点部を形成している。
【0026】
そして、この上部に従来の技術の場合と同じ大きさのゴム製のばね体11が載せられて、その円柱状押圧部11Aの外周面の接合部11Eから斜め下方へ、所定の肉厚のドーム部11Bが側面視直線的に広がるように伸ばされて、下端の円形リング部11Cに繋がっていると共に、円柱状押圧部11Aの下端部には小径の突起11Dが設けられて、可動接点体4の舌片部4Bに対峙している。
【0027】
なお、押圧操作時に、この突起11Dが舌片部4Bを押して中央固定接点3に接触させることは従来の技術の場合と同じである。
【0028】
そして、ばね体11の円柱状押圧部11Aの上面に、操作部としての硬質樹脂製の押ボタン6が載せられ、接点基板1に固定されたケース7のガイド溝7Aによって、上下動可能に支持されていることも従来の技術の場合と同じである。
【0029】
そして、上記ばね体11は、ドーム部11B側面の直線部と円柱状押圧部11Aの外周面との接合部11Eに全周に亘って、図2のばね体の拡大断面図に示すように、面取り線としての所定の半径の円弧12に囲まれた肉付け部12Aが設けられ、またばね体11を形成するゴム材料の硬度は従来の場合よりも低いもので構成された点が大きく異なるものとなっている。
【0030】
そして、このようなばね体11を備えたプッシュスイッチにおいて、押ボタン6上面を所定の押圧力で押圧操作すると、押ボタン6を介してばね体11の円柱状押圧部11Aおよび突起11Dが下方に押し下げられ、図3の正面断面図に示すように、所定の押圧ストロークでドーム部11Bが節度感を伴って外方へ弾性変形すると共に、突起11Dの先端が可動接点体4の舌片部4Bを押して中央固定接点3に接触させて、周辺固定接点2と中央固定接点3との間が導通し、その信号が接続端子2A,3Aを通して使用電子機器の回路に伝達される。
【0031】
このようなプッシュスイッチの押圧操作時に、ばね体の各部に圧縮応力および引張り応力が加わる状態を、従来の技術の場合と本実施の形態によるものを比較して、図4(a),(b)の応力分布図に示す。
【0032】
すなわち、図4(a)に示す従来のばね体5の場合は、分割されたメッシュが極端に変形した応力集中部が接合部5Eの近傍にみられるが、図4(b)に示す接合部11Eに肉付け部12Aを設けた本実施の形態によるばね体11の場合には、接合部11E近傍のメッシュの変形が緩やかに変化し、従来の場合よりもずっと応力が緩和されていることが確認できる。
【0033】
次に、このばね体11の接合部11Eに設ける肉付け部12Aの大きさおよびゴム材料の硬度を変えて実験した結果について説明する。
【0034】
実験に使用したばね体は、図5の寸法図に示すような、電子機器の入力操作部に一般的に使用されるプッシュスイッチのばね体11で、JIS K6249中で規定されたJIS K6253のデュロメータ硬さ試験で、タイプAデュロメータ硬さHA75(以下、JIS硬度HA75と記載。)のシリコーンゴムで形成され、円柱状押圧部11Aの直径D=2.2mmで、この外周面から斜め下方へθ=25°の角度で肉厚T=0.45mmのドーム部11Bが伸ばされた押圧ストロークS=1.3mmのものである。
【0035】
まず、上記ばね体11のドーム部11B外側面と円柱状押圧部11A外周面との接合部11E全周に亘り、ドーム部11B外側面と円柱状押圧部11A外周面を接線とする面取りをして肉付けする場合の円弧Rの大きさを変えながら、70℃の温度雰囲気において、プッシュスイッチの動作力と動作時の節度感、およびばね体11の耐久回数について比較実験をした。
【0036】
その結果を(表1)に示す。
【0037】
【表1】
Figure 2004235006
【0038】
(表1)から判るように、肉付け部12Aの円弧の大きさRが大きくなるのに伴い、ばね体11の耐久回数は向上するが、プッシュスイッチの動作力が大きくなり、また節度感も少しずつ弱くなる傾向にある。
【0039】
そして、この(表1)の結果より、肉付け部12Aの円弧の大きさRが1.5〜2.5mmの範囲において、ばね体11の耐久回数は10万回を超えると共に、節度感も明確であることが判ったが、動作力も肉付けしていないものより10〜20%大きくなっていた。
【0040】
なお、この大きさRの円弧で面取りされた肉付け部12Aの大きさを、ドーム部11B外側面と円柱状押圧部11Aとの側面視接合角の二等分線上における肉厚tとして計算した値、およびこの肉厚tのドーム部11Bの肉厚T=0.45mmに対する比率t/Tすなわちt/0.45の値も(表1)のそれぞれの欄に示す。
【0041】
これから、上記の円弧の大きさRが1.5〜2.5mmの範囲は、t/0.45の値が0.082〜0.136の範囲となる。
【0042】
すなわち、側面視接合角の二等分線上における肉付け部12Aの肉厚tがドーム部11Bの肉厚の0.08倍〜0.14倍となるように、円弧の大きさRを設定すればよいと考えられる。
【0043】
しかし、ばね体11のドーム部11B外側面と円柱状押圧部11A外周面との接合部11Eに上記の条件で肉付けして耐久回数を向上させても、プッシュスイッチの動作力が大きくなるので、次に、上記の条件の中央値である肉付け部12Aの円弧の大きさRが2mmの場合について、ばね体11を形成するシリコーンゴムのJIS硬度を変えて、70℃の温度雰囲気で実験した結果を(表2)に示す。
【0044】
【表2】
Figure 2004235006
【0045】
(表2)から判るように、ばね体11の接合部11Eに円弧の大きさR=2mmの肉付けをしたもののシリコーンゴムをJIS硬度HA70にすれば、上記(表1)においてJIS硬度HA75のシリコーンゴムで形成した接合部11Eに肉付けをしないばね体11のものとほぼ同じプッシュスイッチの動作力にすることができると共に、動作時の節度感は殆ど変わらず、しかも耐久性は更に向上・安定したものとなった。
【0046】
なお、ドーム部11B側面の直線部と円柱状押圧部11A外周面との接合部11Eに、側面視接合角の二等分線上における肉厚tがドーム部11Bの肉厚Tの0.08倍〜0.14倍であるような面取りをして肉付けをすることにより、上記のような効果が期待できるばね体11の寸法範囲は、類似形状・寸法のばね体11に対し行なった実験結果から推測すると、円柱状押圧部11Aの直径D=2〜5mm、ドーム部11Bの傾斜角度θ=20〜40度、ドーム部11Bの肉厚T=0.3〜0.6mm、押圧ストロークS=0.5〜2.5mmと推測される。
【0047】
また、以上の実験は、ばね体11の接合部11Eに円弧12で面取りして肉付けする場合について説明したが、これを側面視接合角の二等分線上における肉付け部12Aの肉厚tが同寸法となる直線で面取りして肉付けしてもほぼ同様の結果が得られた。
【0048】
以上のように、ばね体11の円柱状押圧部11Aの外周面からドーム部11Bが側面視直線的に伸びる接合部11Eに肉付けすることによって、この部分に集中して発生する応力を軽減することができると共に、同じ大きさのばね体11であっても円柱状押圧部11Aを押圧操作する時の動作力を大きくすることができるのでゴム材料の硬度を低くして耐久性を向上させることができ、厳しい温度雰囲気での使用時等においても、10万回以上の動作回数においても安定した動作をするプッシュスイッチが実現できるものである。
【0049】
なお、以上の説明において、本実施の形態によるプッシュスイッチのばね体11の円柱状押圧部11Aは、ケース7により上下動可能に支持された押ボタン6を介して押圧操作するとしたが、これは押圧操作時にばね体11の円柱状押圧部11Aを傾かないように安定して下方へ押し下げるためであり、これにより、ばね体11に発生する応力が円柱状押圧部11Aの周囲に均等に発生して特定の方向に集中しないので、ばね体11にクラックが発生するまでの動作回数を長くして、安定させることができる。
【0050】
なお、使用する電子機器においてヒンジ付きの操作ボタンを使うなど安定した押圧操作をされる場合には、押ボタン6を省略して、電子機器の操作ボタンで直接にばね体11の円柱状押圧部11Aの上面を押すようにしてもよい。
【0051】
また、本実施の形態によるプッシュスイッチの接点部は、ばね体11の円柱状押圧部11A下端部の突起11Dが接点基板1上の可動接点体4の舌片部4Bを押して、この舌片部4Bが中央固定接点3と接離するものを例として説明したが、これを図6の他の構成の接点部を有するプッシュスイッチの正面断面図に示すように、接点基板13に独立状態で併設された二つの固定接点14A,14Bに対し、ばね体15の円柱状押圧部15A下端部の突起15Bの先端に設けられた導電部16で短絡させる構成としてもよい。
【0052】
このようにすることにより、接点部分の構成が簡単で、安定した接離をするプッシュスイッチとすることができる。
【0053】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、弾性材料からなるばね体の円柱状押圧部の外周面からドーム部が側面視直線的に伸びる接合部全周にドーム部の肉厚の0.08倍〜0.14倍の肉付けをすることによって、この部分に集中して発生する応力を軽減することができると共に、同じ大きさのばね体であっても円柱状押圧部を押圧操作する時の動作力を大きくすることができるのでゴム材料の硬度を低くして耐久性を向上させることができ、厳しい温度雰囲気での使用時等においても、弾性材料製のばね体にクラックが発生し難く、10万回以上の動作回数においても安定した動作をするプッシュスイッチを実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態によるプッシュスイッチの正面断面図
【図2】同要部であるばね体の拡大断面図
【図3】同押圧操作時の正面断面図
【図4】(a)従来のばね体の押圧操作時の応力分布図
(b)本実施の形態によるばね体の押圧操作時の応力分布図
【図5】同本実施の形態による実験に使用したばね体の寸法図
【図6】同他の構成の接点部を有するプッシュスイッチの正面断面図
【図7】従来のプッシュスイッチの正面断面図
【図8】同分解斜視図
【図9】同押圧操作時の正面断面図
【符号の説明】
1,13 接点基板
2 周辺固定接点
2A,3A 接続端子
3 中央固定接点
4 可動接点体
4A 環状部
4B 舌片部
6 押ボタン
7 ケース
7A ガイド溝
11,15 ばね体
11A,15A 円柱状押圧部
11B ドーム部
11C 円形リング部
11D,15B 突起
11E 接合部
12 円弧
12A 肉付け部
14A,14B 固定接点
16 導電部

Claims (4)

  1. 少なくとも一対の接点を有する接点基板と、円柱状押圧部外周面から斜め下方へ所定肉厚のドーム部が側面視直線的に伸ばされ、このドーム部外側面と上記円柱状押圧部外周面との接合部全周に亘り、側面視接合角の二等分線上における肉厚が上記ドーム部の肉厚の0.08倍〜0.14倍であるように面取りをして肉付けされていると共に、上記接点を囲むように上記接点基板上に載せられた下端の円形リング部に繋がり、上記円柱状押圧部下端の突起が上記接点に対峙しているゴム等の弾性材料からなるばね体とで構成され、上記ばね体の上記円柱状押圧部を押圧操作すると、上記ドーム部が外方へ弾性変形して上記突起が下方へ動き、上記接点基板の対となった接点間を導通させるプッシュスイッチ。
  2. ばね体のドーム部外側面と円柱状押圧部外周面との接合部を肉付けする肉付け部外周の面取り線が、側面視接合角の二等分線上に中心を有して、上記ドーム部外側面と上記円柱状押圧部外周面を接線とする円弧である請求項1記載のプッシュスイッチ。
  3. 接点基板に固定されたケースにより上下動可能に支持された硬質樹脂製の押ボタンを、ばね体の円柱状押圧部上面に載せた請求項1記載のプッシュスイッチ。
  4. ばね体の円柱状押圧部下端の突起下面に導電部を設け、上記円柱状押圧部の押圧操作時に、上記導電部が接点基板の対となった接点間を導通させる請求項1記載のプッシュスイッチ。
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Cited By (2)

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