JP2005183152A - 多方向スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯電話、ビデオカメラ等の操作用の多方向スイッチにて、プランジャを傾斜させた時、傾斜方向の隣りの接点もオンする誤動作を防ぐ。
【解決手段】 基板２１を底部とするケース中に、導電性薄板のタクトばね２４と接点ばね２５を重ねて隔膜２７で覆い、その上にプランジャ２６を置く。接点ばねには放射状の腕を例えば８本設け、各腕の先端をリム２５ｃで連結する。スイッチを下向きに押すとタクトばねが急激に変形して節度を生じ、中央のスイッチ接点が閉じる。スイッチを横方向に押すとプランジャが傾き、タクトばねによって節度を生じるとともに、接点ばねの傾斜方向のリム下面が基板外周の固定接点に接して導通し、４方向、８方向等の動作を検出する。この時、傾斜方向の隣りの腕の先端が下がろうとしても、リムで拘束されていて傾斜方向の腕ほどには下がらず、隣りの固定接点に当たって導通する誤動作が低減する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、携帯電話、ポータブルステレオ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、車載オーディオ等の操作用に組み込まれる多方向スイッチに関する。

多方向スイッチは複数のスイッチ接点を備えていて、操作部に加えられる力の着力点や方向によって、それらのスイッチ接点のうちのあるものが選択されて動作するように構成されており、操作の違いに応じて何通りかの異なる信号を出力する。操作方法には、例えば直立に設けてある操作レバーあるいはステムを前後左右に傾けることにより、４通りまたはそれ以上の入力を行うものがある。さらに操作レバーの傾斜でなく、軸方向の動きに対応するスイッチ接点を設けて、入力の種類に軸方向に押す動きを加えたものもある。

従来の多方向スイッチには、ケースの内部の基板の中央部およびその周辺の４方向の計５箇所に、浅いドーム状のタクトばねを１個ずつ、計５個配置し、タクトばね群の上に、プランジャを置いてカバーで覆った構成のものがあった。タクトばねはそれぞれ基板の環状固定接点に外周が乗っており、ドームの頂点の下方の基板上には円形固定接点が設けてある。プランジャの動作によってタクトばねの頂点が押されて湾曲が反転すると、ドームの頂点が下部の円形固定接点に接触して、円形固定接点とこれを囲む環状固定接点が導通する。

この多方向スイッチは、静止状態でプランジャの下端が中央のタクトばねの頂点にほぼ接するが、プランジャの外周部は周辺のタクトばねの頂点との間に若干の隙間がある構成である。使用者がプランジャを垂直に押し下げると中央のタクトばねが押されて変形し、中央のスイッチ接点が導通して軸方向の動作を検出するが、周辺では前記の隙間によってプランジャの動きが吸収されるため、周辺のタクトばねはプランジャの下降によっては動作しない。

一方、使用者がプランジャを横に押すと、プランジャが傾斜して外周が前記の隙間以上に下がり、周辺のタクトばねを変形させてそのタクトバネが乗っている環状固定接点とその中心の円形固定接点が導通する。この時、中央のタクトばねは変形しないか、あるいは僅かしか変形せず、中央のスイッチはオンしない。このようなスイッチ構造と制御ソフトの併用により、４方向あるいは８方向などにプランジャを傾ける操作が検出される。

しかしこのような多方向スイッチは、各接点毎にタクトばねを用いるため、部品点数が多くなり、パッケージ寸法も大きくなって小型化に適しない。そこで本発明者らは先に特願２００３−１２９６３４により、構造簡単な多方向スイッチを提案した。図５にその多方向スイッチを示す。

図５の（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ガラス入りエポキシなどの基板１を底部とし、ポリイミドなどのスペーサ３、合成樹脂のカバー２を重ねて接合したケースにタクトばね４、接点ばね５それにプランジャ６を収容してある。タクトばね４は浅いドーム状であって基板１の中央に配置してあり、接点ばね５はステンレス鋼など導電材料の弾性薄板製で、図６に単体の形状を示す。図６（Ａ）に見るように放射状に８本の腕を持ち、断面Ｂ−Ｂは同図（Ｂ）のごとくで、中央部に球面状の下向きの凹部を形成してあり、腕の先端部が下向きに反った形状である。

図５にて、プランジャ６は円板状のフランジ６ａの上面にステム６ｂがついていて、カバー２の上面中央の穴から上に突き出しており、フランジ６ａの下面中央に球面の突起６ｃがある。

カバー２とスペーサ３の間には薄い樹脂シートなどの可撓性の隔膜７を挟んで接合してあり、隔膜７はタクトばね４と接点ばね５を覆っている。隔膜７はプランジャ６のフランジ６ａと接点ばね５の上面の間に完全に挟まれていてもよいが、図５では隔膜７の中央部に穴を開けてあって、プランジャ６の下面の突起６ｃがこの穴から下に出て、接点ばね５の中央部の球面状の凹部にはまり、接点ばね５の中心出しをしている。基板１の外周の複数箇所に円弧状の凹部１ａが設けてあり、凹部１ａの表面は導電被覆してあって、基板１の上下面の電極パターンを接続している。

スペーサ３は中央部を打ち抜いて大きな穴にした形状で、この穴に接点ばね５を収容しているが、穴の外周から等間隔に８個のストッパー３ａが内側に突き出していて、図５（Ａ）に見るように、接点ばね５の８本の腕の先端がストッパー３ａ同士の間に挟まれて回り止めされている。

図７に示すのは基板１の上面に設けた電極のパターンで、中央の円形の第２固定接点１２の周囲に環状の第１固定接点１１があり、さらにその外側に扇形に分割した８個の第３固定接点１３が設けてある。基板１の外周の複数の円弧状の凹部１ａは導電被覆してあって、基板１の上下面の電極パターンを接続しており、扇形の第３固定接点１３はそれぞれ配線電極１６によって凹部１ａの導電被覆に接続してある。環状の第１固定接点１１と円形の第２固定接点１２は、それぞれスルーホール１４、１５によって基板１の下面で凹部１ａに接続している。

図５と図７を見比べれば分かるように、ドーム状のタクトばね４は外周が環状の第１固定接点１１に乗っているが、ドームの頂点は第２固定接点１２から離れている。接点ばね５の８本の腕の先端は、それぞれ対応する扇形の第３固定接点３の上方にあって、第３固定接点３との間には隙間ができている。以上が先に出願した多方向スイッチの構造である。

この多方向スイッチの動作を説明すると、まず、図８の矢印のようにプランジャ６のステム６ｂを下向きに押した時、フランジ６ａの下面の突起６ｃが接点ばね５を介してタクトばね４の頂点を下に押し、荷重がある程度増したところでタクトばね４の湾曲が一気に反転して節度感を生じるとともに、タクトばね４の中央下面が図７の第２固定接点１２に接する。これで、タクトばね４の外周が乗っている環状の第１固定接点１１と第２固定接点１２が導通する。この時、接点ばね５の各腕の先端は、図８に見るように基板１との間にまだ隙間があって、図７の扇形の第３固定接点１３に接触せず、電気的導通は生じない。

次に、プランジャ６のステム６ｂを、例えば図９の矢印のように右に押すと、プランジャ６が右下がりに傾き、フランジ６ａの下面の突起６ｃが接点ばね５を介してタクトばね４を押して変形させ、節度感を生じる。同時に接点ばね５の右側の腕の先端が下がって、図７に示した基板１上の扇形の第３固定接点１３に接触する。これにより第３固定接点１３が接点ばね５とタクトばね４を介して第１固定接点１１および第２固定接点１２と導通する。接点ばね５の腕の先端は、第３固定接点１３に接してからさらにプランジャ６が若干傾く余分の動きによって弾性変形し、接触圧を生じて電気的導通を確実にする。

このようにプランジャ６を傾斜させた時は、第１、第２、第３固定接点１１、１２、１３の三つの固定接点が導通し、第１、第２固定接点１１、１２に関しては、図８のようにプランジャ６を下に押した時と同様の導通が生じるが、これについては機器の制御ソフトで第３固定接点１３の状態も監視することにより、この動作がプランジャ６を下に押したのでなく、横に傾けたのであることを識別する。このような構造と作用によって、垂直に押し込む動作のほか、横向きに４方向あるいは８方向などに押す動作を検出する。

しかしながら、このような従来の多方向スイッチには次の問題があった。すなわち図９のようにプランジャ６のステム６ｂを右に傾ければ接点ばね５の右側の腕の先端が下がって基板１上の固定接点（図７の第３固定接点１３）に当たるが、この時、平面的に見て右側の腕の両隣りにある腕も、先端が下がってそれぞれの下にある固定接点に接触しがちなことである。図１０にタクトばね４の右側部分を切り取ってその様子を示す。同図にてプランジャ６が右に傾くと、接点ばね５の右側の腕５ａ１の先端が下がって基板１上の固定接点に接触するが、このとき腕５ａ１の隣りの腕５ａ２の先端も下がって、対応する固定接点に接触してしまう。腕５ａ１によるスイッチ・オンだけを意図した操作の場合、これは誤動作である。

これを防ぐには、図５の構成において、同図（Ｂ）の接点ばね５の腕の先端と基板１の隙間を増して、腕の先端が基板１の固定接点に接触する時の傾斜角を大きくし、隣接する腕の先端と固定接点との距離に余裕を生じさせるのが一法であるが、それでは多方向スイッチ全体の寸法が大きくなって製品の小型化に逆行し、また、プランジャの傾斜角を増すことから操作性にも問題を生じる。本発明はこのような不利を避けながら前記の問題を解消するのを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明では接点ばねの外周にリムを設け、ハブから延びる複数の腕の先端をこのリムで連結した形状にする。このような接点バネがどれかの腕の方向にプランジャと一体になって傾斜して、腕の先端のリム部分が基板上の固定接点に接触した場合、その両側の腕の先端部は従来の構造と違ってリムで拘束されているので、傾斜方向の腕の先端ほどには下がらず、基板上の固定接点との間に若干の隙間が確保される。これにより従来例におけるような誤動作、誤検出が大幅に低減する。

従来の多方向スイッチでは、プランジャを横に押す操作の際に、押す方向に隣接する接点がオンする誤動作が起こりがちで、これを防ぐには接点ばねの先端と基板上の固定接点の隙間を増すなどの処置が必要であり、このため製品の小型化が妨げられたりしていた。本発明では接点ばねの改良により、寸法の増加などを伴わずにこのような誤動作の発生を低減できる。接点ばねは各腕の先端をリムで連結した構造なので、従来のように枝分かれしたままで先端が自由な腕に比べて先端位置がばらつかず、製作が容易である。こうして小型で信頼性に富む横４方向、８方向等の多方向スイッチが廉価に実現される。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の多方向スイッチの断面図で、図５の従来例とは部品形状が若干異なるものの、基本構成はほぼ同じである。すなわちガラス入りエポキシなどの基板２１を底部とし、ポリイミドなどのスペーサ２３、合成樹脂のカバー２２を重ねて接合したケースにタクトばね２４、接点ばね２５、それにプランジャ２６を収容してある。プランジャ２６は円板状のフランジ２６ａと肩部２６ｄとステム２６ｂからなる形状で、カバー２２の上面中央の穴から上に突き出しており、フランジ２６ａの下面中央になべ状の突起２６ｃがある。この実施形態ではステム２６ｂにキートップ２８を取り付けてある。タクトばね２４はここでも浅いドーム状である。

薄い樹脂シートなどの可撓性の隔膜２７の外周をカバー２２とスペーサ２３の間に接合して挟持し、隔膜２７はタクトばね２４と接点ばね２５を覆うとともに、中央部が接点ばね２５とプランジャ２６の間に挟まれているが、隔膜２７の中心には丸穴が開けてあり、プランジャ２６の下面の突起２６ｃがこの穴から下に出て、接点ばね２５の中央の下向きの凹部にはまり、接点ばね２５の中心出しをしている。基板２１の外周の複数箇所に円弧状の凹部２１ａが設けてあり、凹部２１ａの表面は導電被覆してあって、基板２１の上下面の電極パターンを接続している。基板２１の電極パターンは従来例の図７と同様のものである。

本発明に用いる接点ばね２５を図２に示す。同図（Ａ）は接点ばね２５の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。中央のハブ２５ｂにはプランジャ２６の下面の突起２６ｃ（図１）がはまる凹部２５ｄを形成してあり、ハブ２５ｂから８本の腕２５ａが外向きに放射状に延びている。これらは図６の従来の接点ばね５と同様であるが、異なるのは外周に円環状のリム２５ｃを設けたことで、腕２５ａの外端をリム２５ｃにつないである。図２（Ｂ）に見るように、リム２５ｃには絞り加工で段差を形成し、全体として皿を伏せたような形状にしてある。このような接点ばね２５を用いるのが本発明の特徴である。

この実施形態の多方向スイッチの動作は基本的に従来例と同様である。まず、図３の矢印のようにキートップ２８を下向きに押すと、プランジャ２６の下面の突起２６ｃが接点ばね２５を介してタクトばね２４の頂点を下に押して変形させ、頂点が基板２１の固定接点に接触することにより中央のスイッチがオンする。この時、接点ばね２５の外周のリム２５ｃの下端は基板２１との間にまだ隙間があって、基板上の固定接点に接触せず電気的導通は生じない。

次に プランジャ２６を横に押す場合を説明する。例えば図４（Ａ）の矢印のようにキートップ２８を右に押してプランジャ２６を傾けると、下面の突起２６ｃが接点ばね２５を介してタクトばね２４を押して変形させ、節度感を生じる。同時に接点ばね２５のリム２５ｃの右端が下がって基板２１上の固定接点に接触することにより、その方向の外周スイッチ接点がオンする。リム２５ｃは、固定接点に接してからさらにプランジャ１６が若干傾く余分の動きによって弾性変形し、接触圧を生じて電気的導通を確実にする。

プランジャ２６を傾ける操作の時、従来の多方向スイッチでは、図１０に見るように、接点ばね５が傾いた方向の腕５ａ１だけでなく、その隣りの腕５ａ２も先端が下がって基板１上の固定接点に接触し、誤動作となりやすかった。図４（Ａ）では本発明の多方向スイッチについて、タクトばね２４の右側部分を除去して描いてあるが、接点ばね２５の右端近傍の丸で囲った部分を拡大して同図（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）にて、リム２５ｃの右端が図７に示す扇形の第３固定接点１３の一つに接触して導通している。矢印を描いた箇所は、リム２５ｃの右端が当たっている基板上の固定接点の隣の固定接点に、リム２５ｃの下縁が面している部分である。

図４（Ｂ）に示すように、矢印の箇所では、リム２５ｃの下縁と基板２１の上面の間に僅かながら隙間があって、接点ばね２５と固定接点との導通が避けられる。これは図６の従来の多方向スイッチの接点ばね５では、各腕の先端が自由なため、ハブの傾斜に応じて各腕の先端が大きく下降するのに対し、図２の本発明の接点ばね２５では、外周のリム２５ｃが各腕２５ａの先端を連結して拘束しているため、接点ばね２５を傾斜させた方向の腕に隣接する腕であっても、その先端の下降量は傾斜方向を向く腕の先端の下降量に達しないからである。

本発明の実施形態におけるその他の特徴について説明を補足する。まず、図１の実施形態は１枚のタクトばね２４で構成しているが、タクトばね２４を２枚重ねて配置する方法もある。スイッチを動作させる時の押し力や節度感はタクトばね２４に依存するが、１枚のタクトばねでは特性のばらつきが大きくて微妙な動作特性を実現しにくいことがあり、２枚のタクトばね２４を重ねて用いた方が所望の特性を得るのが容易な場合がある。

また、隔膜２７は周辺がカバー２２とスペーサ２３の間に挟まれて固着されてケースの内部を覆っており、前述のように隔膜２７の中央には穴が開いていて、プランジャ２６の下面の突起２６ｃが穴から下に出ているが、接点ばね２５のハブ２５ｂとプランジャ２６のフランジ２６ａに挟まれた穴周辺の隔膜２７上下面を、接着剤あるいは接着シートによってハブ２５ｂとフランジ２６ａに接合してある。すなわち接点ばね２５と隔膜２７とプランジャ２６は一体化している。これにより接点ばね２５は隔膜２７で保持されて回転止めされ、向きが変わることがない。

また、プランジャ２６の肩部２６ｄがカバー２２の開口部にはまっていて、ステム２６ｂが上に突き出しているが、肩部２６ｄとこれがはまる開口部の平面形状、さらにはフランジ２６ａとこれを収めるカバー２２の内壁形状を多角形、例えば８方向の傾斜を検出する多方向スイッチであれば８角形などにしてもよい。こうすればプランジャ２６自体がカバー２２の開口部によって形状的に回転止めされ、これと一体に接合された隔膜２７や接点ばね２５の回転止めが一層確実になる。

また、図１では、基板２１に設けた円環状の土手２１ｂの中にタクトばね２４を置いているが、隔膜２７と同種の材料などで土手２１ｂと外径が等しく中央に穴を開けたドーナツ状のカバーを作り、これを土手２１ｂの上面に接合することにより、タクトばね２４の外周を覆って土手２１ｂ内に保持する構造とすることもある。

本発明の多方向スイッチの断面図である。 図１の多方向スイッチに用いる接点ばねで、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１の多方向スイッチを下向きに押した時の動作を示す断面図である。 図１の多方向スイッチを横向きに押した時の動作を示す図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）にて丸で囲った箇所の拡大図である。 従来の多方向スイッチの一例で（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図５の多方向スイッチに用いる接点ばねで、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図５の多方向スイッチの基板上の電極パターン図である。 図５の多方向スイッチを下向きに押した時の動作を示す断面図である。 図５の多方向スイッチを横向きに押した時の動作を示す断面図である。 図９の断面図にてタクトばねの一部を除去して示す図である。

符号の説明

１、２１ 基板
２、２２ カバー
３、２３ スペーサ
４、２４ タクトばね
５、２５ 接点ばね
６、２６ プランジャ
７、２７ 隔膜
１１ 第１固定接点
１２ 第２固定接点
１３ 第３固定接点
１４、１５ スルーホール
１６ 配線電極
２８ キートップ

Claims (6)

1. 固定接点を設けた基板を底部としてケースを構成し、基板中央に浅いドーム状のタクトばねを配置して、その上に接点ばねとプランジャをこの順に前記のケースに収容し、プランジャのステムがケース中央の穴から上方に突き出している多方向スイッチであって、
   接点ばねは導電材料の弾性薄板製で、中央のハブと、ハブから放射状に延びる複数の腕と、各腕の先端を連結するリムからなり、リム下面が基板外周に環状に配置した接点群に隙間を隔てて面していることを特徴とする多方向スイッチ。
2. 請求項１に記載の多方向スイッチにおいて、
   プランジャの傾斜時、前記タクトばねがプランジャに押されて湾曲が反転し、タクトばねの頂点が基板中央の固定接点に接触するとともに、接点ばねのリムの傾斜側が下がって基板外周の固定接点に接触することにより、基板中央の固定接点およびタクトばね外周の乗る環状の固定接点と基板外周の固定接点がタクトばねと接点ばねを介して導通することを特徴とする多方向スイッチ。
3. 請求項１に記載の多方向スイッチにおいて、
   プランジャの下面中央に突起を有し、接点ばねはハブに下向きの凹部を有するとともに外周が下に下がった形状であって、上記突起と凹部のはめ合いにより接点ばねを中心出しすることを特徴とする多方向スイッチ。
4. 請求項１または請求項３に記載の多方向スイッチにおいて、
   外周をケースに固定した可撓性の隔膜をプランジャと接点ばねの間に設けて、タクトばねと接点ばねを覆ったことを特徴とする多方向スイッチ。
5. 請求項３に記載の多方向スイッチにおいて、
   外周をケースに固定し中央に穴を開けた可撓性の隔膜をプランジャと接点ばねの間に設けてタクトばねと接点ばねを覆い、前記プランジャ下面の突起が前記隔膜中央の穴から下に出て接点ばねのハブの凹部にはまることを特徴とする多方向スイッチ。
6. 請求項４または請求項５に記載の多方向スイッチにおいて、
   隔膜はプランジャと接点バネに挟まれた部分がプランジャおよび接点ばねの双方に接合してあって、これら３部品が一体化していることを特徴とする多方向スイッチ。
   

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