JP2004247102A - スイッチ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が削減された、スイッチノブを押すとオン／オフが切り替わるスイッチ構造を提供すること。
【解決手段】相手側部材に組み付けられ、ノブの押下により接点のオン及びオフが実現されるスイッチ構造が、回路基板上に配置された固定接点ユニットと、ノブの押下に応じて接点オン／オフ位置の間を固定接点ユニットに接しながら移動する可動接点部と、押下されたノブを元の位置に復帰させる付勢手段とを備えた可動接点ユニットと、回転可能に固定され、ノブを押下する力を可動接点ユニットを回転させる力に変換する回転力発生手段とを有し、ノブは、付勢手段によって付勢されたときに、相手側部材と当接し、ノブを元の位置に留めるためのストッパ部を有し、回転力発生手段は、ノブの１回の押下により可動接点が固定接点ユニット上の接点オン位置からオフ位置へ又はオフ位置からオン位置へ移動するように可動接点ユニットを回転させる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、スイッチノブを押すと可動接点が回転し、オン／オフが切り替わるスイッチ構造に係り、特に、組み付け相手側部材及び回路基板を構造の一部として利用するスイッチ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノック式ボールペンに代表される機構を利用して、スイッチノブの押下により可動接点が回転し、オン／オフが切り替わるスイッチ構造が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
これら特許文献に開示されているスイッチ構造について図１を用いて簡単に説明する。図１（ａ）は組み付け前の様子を示しており、スイッチアッセンブリ１００は、ハウジング１０１と、スイッチノブ１０２と、カム１０３と、バネ１０４と、可動接点部１０５と、固定接点部１０６と、端子１０７と、ハウジング１０１と嵌合して各要素を上下方向に押さえて保持し、スイッチアッセンブリ１００の外観を形作るホルダ１０８と、から成る。
【０００４】
これら各要素は１つのスイッチアッセンブリとして組み付けられ、図１（ｂ）に示すように、基板１０９上に設置される。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第４，８９１，４７６号明細書
【０００６】
【特許文献２】
特許第２７７９９５１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスイッチ構造は、それ自体が１つの製品（スイッチアッセンブリ）として完結しているため、部品点数の点でかならずしも有利でない。例えば、上記特許文献に開示されたスイッチアッセンブリは、基板を含めて数えれば、合計９点の部品から構成されている。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、部品点数が削減された、スイッチノブを押すとオン／オフが切り替わるスイッチ構造を提供することを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、相手側部材に組み付けられ、スイッチノブの押下によりスイッチ接点のオン及びオフが実現されるスイッチ構造であって、
回路基板上に配置された固定接点ユニットと、
上記スイッチノブの押下に応じて該固定接点ユニット上に設けられた接点オン位置と接点オフ位置との間を該固定接点ユニットに接しながら移動する可動接点部と、上記相手側部材側から上記固定接点ユニット側へ押下された上記スイッチノブを元の位置に復帰させる力を該スイッチノブに与える付勢手段とを備えた可動接点ユニットと、
上記回路基板及び上記固定接点ユニットに回転可能に固定され、上記スイッチノブを押下する力を上記可動接点ユニットを回転させる力に変換する回転力発生手段と、を有し、
上記スイッチノブは、上記付勢手段によって該スイッチノブが付勢されたときに、上記相手側部材と当接し、該スイッチノブを上記元の位置に留めるためのストッパ部を有し、
上記回転力発生手段は、上記スイッチノブの１回の押下により上記可動接点が上記固定接点ユニット上の接点オン位置から接点オフ位置へ又は接点オフ位置から接点オン位置へ移動するように上記可動接点ユニットを回転させる、ことを特徴とするスイッチ構造である。
【００１０】
この態様によれば、スイッチを、組み付け先である相手側部材と回路基板との間に挟まれるように構成し、これら相手側部材及び回路基板をスイッチ構造の一部として利用することによって、スイッチ単体のアッセンブリとするためのハウジングやホルダなどを省く構造とすることができ、部品点数の削減が図られる。
【００１１】
また、単体で、スイッチノブに対する付勢手段と、可動接点とを実現する可動接点ユニットにより、従来のノック式ボールペン類似の機構に比べて部品点数の削減が図れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。なお、同じ要素には全図を通じて同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図２は、本実施形態に係るスイッチ構造の組み付け前の様子を示す概略図である。図示するように、本実施形態に係るスイッチ構造２００は、スイッチ構造２００を組み付ける先の相手側部材２０１と、ユーザがスイッチをオン／オフする際に押下するスイッチノブ２０２と、押下されたスイッチノブ２０２を上方へ押し返すと共に、可動接点を備えたコンタクト２０３と、コンタクト２０３を搭載し、スイッチノブ２０２の押下により回転するコンタクトホルダ２０４と、固定接点が設けられたコンタクトガイドプレート２０５と、スイッチングの対象となる端子を含む回路基板２０６と、から構成される。
【００１４】
すなわち、本実施形態に係るスイッチ構造２００は、組み付け先である相手側部材２０１とスイッチングの対象である回路基板２０６とを含めて数えたとしても、全体で６点の部品によって構成可能な構造となっている。
【００１５】
また、本実施形態に係るスイッチ構造２００は、図２からも明らかなように、組み付け先である相手側部材２０１とスイッチングの対象であえる回路基板２０６との間に挟まれるように構成され、これら相手側部材２０１と回路基板２０６とを構造の一部として用いている。
【００１６】
すなわち、スイッチ構造２００は、単体でスイッチアッセンブリとして機能し得るものではなく、実際に適用される場面において初めてスイッチとして機能するように構成される。このように周囲の部材を構造の一部とすることによって、本実施形態に係るスイッチ構造２００は部品点数が大幅に削減されている。
【００１７】
以下、本実施形態に係るスイッチ構造２００の形状・構成及び機能をより具体的に説明していく。
【００１８】
相手側部材２０１は、スイッチ構造２００を組み付けたい任意の装置又は部材の一部である。例えば、本実施形態に係るスイッチ構造２００を車両の車室内上方に備えられた車室内ランプ（マップランプ）のオン／オフ切替スイッチに適用する場合、該車室内ランプのランプカバーの一部をこの相手側部材２０１として利用することができる。
【００１９】
ここで、図２の相手側部材２０１について、それより上方をユーザ側、それより下方をスイッチ側と称するならば、相手側部材２０１には、スイッチノブ２０２の頭部をユーザ側へ露出させる開口部２０７が設けられている。ユーザは、この開口部２０７から露出したスイッチノブ２０２の頭部をスイッチ側へ押下することによってオン／オフを切り替える。
【００２０】
スイッチノブ２０２は、ノブガイド２０８と、ノブストッパ２０９とを備える。ノブガイド２０７は、相手側部材２０１に設けられた縦長の溝２１０（図６参照）に嵌まり、上下に摺動することによってスイッチノブ２０２の上下方向の軸芯を保つ。ノブストッパ２０８は、押下されたスイッチノブ２０２がコンタクト２０３の復帰力用バネ２１２の付勢力によって上方へ押された時に相手側部材２０１下面と当接し、スイッチノブ２０２の頭部が開口部２０７を通じて相手側部材２０１を越えて必要以上にユーザ側へ行かないようにするストッパとして機能する。
【００２１】
スイッチノブ２０２は、更に、軸回りに円筒状に設けられた縁部２１１を有する。この縁部２１１は、スイッチノブ２０２が押下された時に、コンタクト２０３の復帰力用バネ２１２と当接する。本実施形態において、復帰力用バネ２１２は４つ設けられており、縁部２１１は、それらすべてと当接することが望ましい。
【００２２】
スイッチノブ２０２は、更に、底面に楔状の突起２１３を有する。この楔上突起２１３は、後述するコンタクトホルダ２０４の楔状突起２１４と斜面同士で当接することにより、スイッチノブ２０２の押下をコンタクトホルダ２０４の回転に変換する。また、楔状突起２１３は、回転し、隣りの楔状突起２１４と縦壁同士が接触することによって、スイッチノブ２０２押下に対するストッパとしても機能する。
【００２３】
コンタクト２０３は、スイッチがオン状態の時に電流が流れるように導体から成ると共に、コンタクトホルダ２０４上に載せられるリング部分２１５と、リング部分２１５から上方へ延び、放射状に等間隔に配置された４つの復帰力用バネ２１２と、リング部分２１５に向かい合って配置され、下方へ延びる２つの脚部２１６と、脚部２１６の各先端に下方へ向けて配置された可動接点２１７と、を有する。コンタクト２０３の上面図を図３（ａ）に、側面図を図３（ｂ）にそれぞれ示す。
【００２４】
復帰力用バネ２１２は、ユーザによって押下されたスイッチノブをユーザ側へ押し返す付勢力を発生させる弾性構造であり、軸方向に挿入された物体によって所定位置から放射方向に広げられることで弾性力を蓄え、この弾性力で閉じながら該所定位置に戻る際に内側に受け入れた物体を軸方向上方へ搾り出すように押圧する。
【００２５】
また、復帰力用バネ２１２には、スイッチノブ押下時に節度を出すための凸部２１８が設けられている。当然、凸部２１８は、縁部２１１に当たるように、内側に向かって凸状となっている。
【００２６】
さらに、脚部２１６も、復帰力用バネ２１２と同様に、上方へ持ち上げられることで弾性力を蓄える弾性構造であり、可動接点２１７を回路基板２０６上に設けられた固定接点（端子２２７、２２８）へ押し付ける役割を果たす。これにより、接点間の接圧が確保され、接点接触の安定性が向上する。
【００２７】
コンタクト２０３を搭載するコンタクトホルダ２０４は、楔状突起２１３と当接し、斜面同士が滑ることによって、スイッチノブ２０２の押下を回転に変える上述の楔状突起２１４の他に、台座２１９、突起２２０、脚２２１（図６参照）、及び回転軸２２２を有する。
【００２８】
台座２１９からは、上方に楔状突起２１４（内側）及び突起２２０（外側）が延び、下方に脚２２１（外側）及び回転軸２２１（内側）が延びる。台座２１９は、コンタクト２０３と当接し、搭載する。台座２１９から上方へ延びる４本の突起２２０は、コンタクト２０３のリング部分２１５に設けられた４つの穴２２２にそれぞれ差し込まれ、中心軸回りの回転方向についてコンタクト２０３とコンタクトホルダ２０４との相対的動き（ずれ）を防止する。すなわち、突起２２０が穴２２２に差し込まれることにより、コンタクト２０３とコンタクトホルダ２０４は、中心軸回りに一体となって回転し得る。
【００２９】
また、脚２２１は、コンタクトホルダ２０４とコンタクトガイドプレート２０５との接触面積を低減し、コンタクトホルダ２０４の回転を容易にする。
【００３０】
コンタクトガイドプレート２０５には、コンタクト２０３の中心軸回りの回転により可動接点２１７が当接しながら移動するガイドレール２２４が設けられている。
【００３１】
また、図４のコンタクトガイドプレート２０５の上面図に示すように、ガイドレール２２４上には９０°間隔で１対の接点オン位置（固定接点）と１対の接点オフ位置がそれぞれ向かい合って設置されている。すなわち、可動接点２１７が接点オン位置（固定接点）にある時には基板２０６上のリード線２２５、２２６の端子２２７、２２８間が導通し、可動接点２１７が接点オフ位置にある時にはリード線２２５、２２６の端子２２７、２２８間が導通しない。
【００３２】
また、ガイドレール２２４の接点オン／オフ位置以外の部分（以下、ガイド部２２９と称す）には、後に詳述するように、可動接点２１７を移動させるための傾斜が付けられている。
【００３３】
コンタクトガイドプレート２０５の下面四隅には突起２３０が備えられ、基板２０６上の穴２３１に差し込まれ、コンタクトガイドプレート２０５を基板２０６上に固定する。
【００３４】
また、コンタクトガイドプレート２０５及び基板２０６には、回転軸２２２を通すための穴２３２、２３３がそれぞれ設けられている。
【００３５】
コンタクトガイドプレート２０５上にコンタクト２０３を載せた状態の上面図を図５に示す。図５は、可動接点２１７が接点オン位置にある場合を示す。図から明らかなように、コンタクト２０３が９０°回転すると、可動接点２１７はちょうど接点オフ位置に移動し、同じ方向に更に９０°回転すると再度接点がオンとなる。このように、コンタクト２０３は、コンタクトホルダ２０４によって同じ方向に回転させられながら固定接点とのオン／オフを交互に実現する。
【００３６】
図６に、本実施形態に係るスイッチ構造２００を組み上げた状態を示す。図６は、スイッチノブ２０２がユーザによって押下されていない非操作時の様子を示す側面図である。この図６に示す定常状態において、可動接点２１７は、ガイドレール２２４上の接点オン位置又は接点オフ位置のいずれかに位置する。
【００３７】
また、図示するように、コンタクトホルダ２０４の回転軸２２２は、基板２０６の外側で例えば熱加工によりかしめられ、コンタクトガイドプレート２０５及び基板２０６に対して回転可能に固定される。
【００３８】
すなわち、図２及び６から明らかなように、本実施形態に係るスイッチ構造２００は、各要素に備えられた凸部分（２０２、２２０、２２２、２３０）を同じく備えられた凹部分（２０７、２２３、２３２、２３３）に差し込むだけでの組み合わせることができる簡易な構造である共に、回転軸２２２の先端をかしめるだけでコンタクト２０３及びコンタクトホルダ２０４の回転性を維持しながらスイッチ構造２００全体の上下方向を規定することができる。
【００３９】
次いで、図７及び８を用いて、本実施形態に係るスイッチ構造２００がスイッチノブ２０２の押下により如何にオン／オフ制御を実現しているかを詳述する。
【００４０】
まず、図７を用いて、本実施形態においてスイッチノブ２０２が押下された場合のコンタクト２０３の動きを説明する。
【００４１】
図７（ａ）は、ユーザによりスイッチノブ２０２の頭部が押下された状態を示す。スイッチノブ２０２が押し下げられることにより、ノブガイド２０８及びノブストッパ２０９は、溝２１０及び相手側部材２０１の下面からそれぞれ離れる。
【００４２】
また、スイッチノブ２０２が押し下げられることにより、縁部２１１が復帰力用バネ２１２と当接しながら下方へ押し下げられることになる。ここで、復帰力用バネ２１２は、図示するように上方へ向かって開いた状態で設置されている。したがって、図示するように、縁部２１１が下方へ押し下げられることによって、復帰力用バネ２１２は外側へ開く。
【００４３】
また、縁部２１１は、復帰力用バネ２１２と当接しながら下方へ押し下げられるため、途中で各復帰力用バネ２１２の内側に設けられた凸部２１８を乗り越えることになる。これにより、節度を出すことができる。
【００４４】
また、スイッチノブ２０２の押下により、楔状突起２１３及び２１４の斜面同士が当接する。コンタクトホルダ２０４は、その回転軸２２２の先端がかしめられることによって上下方向には移動しないように固定されているため、スイッチノブ２０２によって押圧されると、楔状突起２１３及び２１４の斜面によって下向きの力が横向きの力に変えられる。円周上に配置されたすべての（ここでは４つの）楔状突起２１３及び２１４のペアについてこの横向きの力が発生するため、コンタクトホルダ２０４は、図示する矢印方向へ回転する。
【００４５】
コンタクトホルダ２０４が回転すると、コンタクト２０３も一緒に回転する。したがって、復帰力用バネ２１２は、縁部２１１と当接しながら、すなわち縁部２１１によって広げられたまま、回転する。また、接点オン位置又は接点オフ位置に当接していた可動接点２１７は、コンタクト２０３の回転に伴い、略円周状のガイドレール２２４上をその表面に接しながら移動する。
【００４６】
次いで、図７（ｂ）は、ユーザによってスイッチノブ２０２に掛けられていた下向きの力が解除された様子を示す。スイッチノブ２０２への押圧が止まれば、縁部２１１が復帰力用バネ２１２を押し広げる力も止まり、コンタクトホルダ２０３を回転させることもなく、逆に押し広げられていた復帰力用バネ２１２が元の位置へ閉じて戻る付勢力によって、スイッチノブ２０２が上方へ付勢される。
【００４７】
この復帰力用バネ２１２によるスイッチノブ２０２の上方への付勢は、ノブストッパ２０９が相手側部材２０１の下面と当接することによって停止する。
【００４８】
次いで、図７（ｃ）は、コンタクト２０３の回転が終了した状態、すなわちスイッチノブ２０２押下前の状態からちょうど９０°回転した状態で静止した様子を示す。
【００４９】
可動接点２１７が接点オン又はオフ位置から接点オフ又はオン位置へ移動する際、図示するような傾斜が付けられたガイド部２２９上を通過する。したがって、図７（ｂ）に示すように、楔状突起２１３が楔状突起２１４を押圧することによって生じる回転が終了した後、可動接点２１７はガイド部２２９上の（回転方向について）下り斜面に位置するため、脚部２１６による下方への付勢力により、可動接点２１７は、ガイド部２２９上を当接しながら斜面を下り、接点オン／オフ位置へ落ちていく。
【００５０】
この可動接点２１７の移動により、コンタクト２０３自体も引き続き回転することになる。この回転は、可動接点２１７がガイド部２２９から落ち、接点オン／オフ位置に到達した時点で終了する。すなわち、本実施形態に係るコンタクト２０３の回転は、楔状突起２１３及び２１４が斜面同士で接触することに起因するものと、可動接点２１７とガイド部２２９とが接触することに起因するものとを含んでいる。
【００５１】
次に、この可動接点２１７の動きについて、図８を用いて、詳述する。図８は、一接点オン位置から一接点オフ位置まで可動接点２１７が移動する際の楔状突起２１３及び２１４の状態、及び可動接点２１７とガイド部２２９との関係の遷移を示す展開図である。
【００５２】
まず、可動接点２１７が、図８（ａ）に示すように、接点オン位置にあるものとする。この時、楔状突起２１４の回転方向について前端となる縦壁は接点オン位置（０°）と一致する。
【００５３】
ここで、スイッチノブ２０２が操作されることによって楔状突起２１３及び２１４が当接すると、図８（ｂ）に示すように、可動接点２１７がガイド部２２９に乗り上げ、ガイド部２２９の斜面を上り始める。ガイド部２２９が可動接点２１７を上方へ持ち上げることにより、板バネとして機能し得る脚部２１６に弾性力が蓄積される。
【００５４】
また、可動接点２１７が接点オン位置からガイド部２２９上へ最初に乗り上げる際には、図示するように、可動接点２１７の接触面全体が接点オン位置から直ちに離れるように（換言すれば、両者間に直ちにエアギャップが生じるように）段差が設けられている。これにより、アーク発生が低減される。
【００５５】
図８（ｃ）に示すように、可動接点２１７は、スイッチノブ２０２の押圧が続いている間にガイド部２２９の頂点に達する。そして、図８（ｄ）に示すように、楔状突起２１４の縦壁が斜面同士が接触していた楔状突起２１３の隣りの突起２１３の縦壁と当接し、コンタクト２０３の回転が終わった時点では、可動接点２１７は既に下り斜面に入っている。
【００５６】
そして、スイッチノブ２０２の押下が終わり、復帰力用バネ２１２による上方への付勢が終わると、図８（ｅ）に示すように、今度は脚部２１６による下向きの付勢により、可動接点２１７がガイド部２２９の斜面を下る。そして、これは、図８（ｆ）に示すように、可動接点２１７が接点オフ位置に到達したときに終了する。
【００５７】
このように、図８（ａ）〜（ｆ）の遷移を経て、コンタクト２０３の９０°の回転が達成される。すなわち、スイッチのオン／オフの切り替えが実現される。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、主として、共にバネ板として機能する復帰力用バネ２１２及び脚部２１６を備えた可動接点側回転部材（コンタクト２０３）と、傾斜が付いた可動接点用ガイドレール２２４を備えた固定接点側部材（コンタクトガイドプレート２０５）と、を備えることによって、組み付け先相手側部材及び回路基板をハウジングの一部として用いた部品点数の少ない簡易なスイッチ構造を実現することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品点数が削減された、スイッチノブを押すとオン／オフが切り替わるスイッチ構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ） 従来のスイッチアッセンブリの組み立て前の様子を示す概略図である。
（ｂ） 組み立てられた従来のスイッチアッセンブリを基板上に設置した様子を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るスイッチ構造の組み付け前の様子を示す概略図である。
【図３】（ａ） 本発明の一実施形態に係るコンタクト２０３の上面図である。
（ｂ） 本発明の一実施形態に係るコンタクト２０３の側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るコンタクトガイドプレート２０５の上面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るコンタクトガイドプレート２０５上にコンタクト２０３を載せた状態の上面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るスイッチ構造２００を組み上げた状態を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態においてスイッチノブ２０２が押下された場合のコンタクト２０３の動きを示す状態遷移図である。
【図８】本発明の一実施形態においてスイッチノブ２０２が押下された場合の可動接点２１７の動きを示す状態遷移図である。
【符号の説明】
２００ スイッチ構造
２０１ 組み付け相手側部材
２０２ スイッチノブ
２０３ コンタクト
２０４ コンタクトホルダ
２０５ コンタクトガイドプレート
２０６ 回路基板
２０７ 開口部
２０８ ノブガイド
２０９ ノブストッパ
２１０ 溝
２１１ 縁部
２１２ 復帰力用バネ
２１３、２１４ 楔状突起
２１５ リング部分
２１６ 脚部
２１７ 可動接点
２１８ 凸部
２１９ 台座
２２０、２３０ 突起
２２１ 脚
２２２ 回転軸
２２３、２３１、２３２、２３３ 穴
２２４ ガイドレール
２２５、２２６ リード線
２２７、２２８ 端子
２２９ ガイド部

Claims (1)

1. 相手側部材に組み付けられ、スイッチノブの押下によりスイッチ接点のオン及びオフが実現されるスイッチ構造であって、
   回路基板上に配置された固定接点ユニットと、
   前記スイッチノブの押下に応じて該固定接点ユニット上に設けられた接点オン位置と接点オフ位置との間を該固定接点ユニットに接しながら移動する可動接点部と、前記相手側部材側から前記固定接点ユニット側へ押下された前記スイッチノブを元の位置に復帰させる力を該スイッチノブに与える付勢手段とを備えた可動接点ユニットと、
   前記回路基板及び前記固定接点ユニットに回転可能に固定され、前記スイッチノブを押下する力を前記可動接点ユニットを回転させる力に変換する回転力発生手段と、を有し、
   前記スイッチノブは、前記付勢手段によって該スイッチノブが付勢されたときに、前記相手側部材と当接し、該スイッチノブを前記元の位置に留めるためのストッパ部を有し、
   前記回転力発生手段は、前記スイッチノブの１回の押下により前記可動接点が前記固定接点ユニット上の接点オン位置から接点オフ位置へ又は接点オフ位置から接点オン位置へ移動するように前記可動接点ユニットを回転させる、ことを特徴とするスイッチ構造。

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