JP2005259376A - クリックばねとクリックばね付きシートおよびスイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 組み込み作業が簡単で接点信頼性の高いクリックばねとクリックばね付きシートおよび、電子機器に内蔵された地磁気センサに対して磁気的に悪影響を及ぼすことのないスイッチ装置を提供すること。
【解決手段】 回路基板２に設けられた中央固定接点１ｂに対してドーム状の可動接点３が接離することで接点の切替動作が行われるスイッチ装置において、可動接点３をＳＵＳ３０５を原材料とする非磁性のステンレス鋼材で形成することにより、その比透磁率が１．０１以下になるようにしたので、可動接点３がその近傍に搭載された地磁気センサ７に磁気的な悪影響を及ぼさなくなると共に、スイッチ装置に組み込む前の可動接点３に金属粉が吸着しなくなるため、金属粉の吸着によって接点信頼性が阻害されることを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話機等の電子機器に適用されるスイッチ装置と、該スイッチ装置の可動接点等として用いられるクリックばねおよびクリックばね付きシートに関するものである。

携帯電話機の操作パネルには複数のダイヤルキーや機能キー等が配置されており、ユーザがこれらキーを選択的に押圧操作することにより、内部のスイッチ装置をオン動作するようになっている。このスイッチ装置は、絶縁基板上に設けられた固定接点と、クリックばねと呼称されるドーム状の可動接点とを備えており、可動接点は絶縁基板上に載置されて固定接点に対向している。そして、キーから可動接点に押圧力が作用していないとき、可動接点は自己復帰力によって固定接点から離間してオフ状態を維持し、キーから可動接点に押圧力が作用すると、その押圧力により可動接点がクリック感を伴って座屈・反転し、可動接点が固定接点に接触してオン状態となる。

上記の如くこの種のスイッチ装置では、可動接点が外部からの押圧力に伴う反転動作と該押圧力の除去に伴う自己復帰動作とを繰り返すことにより、該可動接点が固定接点に接離して接点の切替動作が行われるため、従来より、可動接点の材料としてはステンレス鋼やリン青銅等のばね特性に優れた金属薄板が用いられている（例えば、特許文献１参照）。ここで、リン青銅はステンレス鋼に比べると機械的強度がかなり劣るため、携帯電話機のように数多くの打鍵寿命回数が要求される電子機器の場合は、一般的にステンレス鋼が可動接点の材料として用いられている。
特開２００１−１６０３３４号公報（第３−４頁、図３）

ところで、可動接点の材料として用いられているステンレス鋼は、その組成により主としてフェライト系ステンレス鋼とマルテンサイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼に分類されるが、これらの中でオーステナイト系ステンレス鋼は非磁性ステンレス鋼として知られており、前述した携帯電話機等のスイッチ装置にも広く使用されている。しかしながら、オーステナイト系ステンレス鋼をドーム状に冷間加工して可動接点を形成した後、本発明者等がこの可動接点の比透磁率（μ）を測定してみたところ、可動接点の比透磁率が１．０５以上になって磁性を帯びていることが判明した。これは、原材料を冷間加工することによりオーステナイト相の一部またはほとんどがマルテンサイト相に変態したためと推測される。

このように、従来のステンレス鋼で形成された可動接点は磁性体となっているため、スイッチ装置に組み込む前の保管時や搬送時等に磁化されやすく、例えば組み込み時のバキューム吸着に支障をきたしたり、組み込み後に金属粉を吸着して接点信頼性を阻害する虞があった。特に、地磁気センサを内蔵した電子コンパス付き携帯電話機においては、スイッチ装置に組み込まれた可動接点の磁気の影響により、地磁気センサが周囲の磁界を正確に検出できなくなるという問題が発生する。なお、このような問題はドーム状のクリックばねを可動接点として用いたスイッチ装置に限らず、クリックばねを単にクリック感を生起させる部材として用いたスイッチ装置、すなわち、スペーサフィルムを介して対向する一対のフィルムに可動接点と固定接点を形成してメンブレンスイッチを構成し、このメンブレンスイッチの上部フィルムにクリックばねを載置したスイッチ装置にも同様に発生する。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、組み込み作業が簡単で接点信頼性の高いクリックばねおよびクリックばね付きシートを提供することにあり、他の目的は、電子機器に内蔵された地磁気センサに対して磁気的に悪影響を及ぼすことのないスイッチ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のクリックばねは、外部からの押圧力に伴う反転動作と該押圧力の除去に伴う自己復帰動作とが可能であって、ステンレス鋼材をドーム状にフォーミングしたものからなり、その比透磁率が１．０１以下である構成としたもので、特に、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０５のステンレス鋼材を用いてクリックばねを形成した。

このように構成されたクリックばねは、スイッチ装置に組み込む前の保管時や搬送時等に磁化されないため組み込み作業が簡単となり、スイッチ装置に組み込み後にクリックばねが金属粉を吸着しないため接点信頼性が阻害されることもなくなる。

また、本発明のクリックばね付きシートは、非磁性フィルムからなるシート部と該シート部の下面に設けられた粘着剤とを有する粘着シートと、上面が前記粘着剤に貼着された上記のクリックばねと、前記粘着シートに貼り合わされた非磁性の剥離シートとを備える構成とした。

このように構成したクリックばね付きシートによれば、スイッチ装置に組み込む前は粘着シートとクリックばねおよび剥離シートを一体化したシート全体が非磁性のため、保管時や搬送時等にクリックばねが磁化されることを確実に防止でき、また、スイッチ装置に組み込み時は剥離シートを除去することにより、粘着シートとクリックばねを簡単に組み込むことができる。

また、本発明のスイッチ装置は、固定接点を有する絶縁基板と、前記固定接点に対して接離可能なドーム状の可動接点とを備え、前記可動接点を比透磁率が１．０１以下のステンレス鋼材で形成する構成とした。

このように構成されたスイッチ装置によれば、可動接点が非磁性のステンレス鋼材で形成されているため、可動接点が搭載機器に磁気的な悪影響を及ぼすことがなく、可動接点に金属粉が吸着して接点信頼性を阻害することも防止できる。

上記の構成において、前記可動接点をＪＩＳ規格のＳＵＳ３０５で形成することが好ましく、特に、地磁気を検知可能な地磁気センサを備え、この地磁気センサを前記絶縁基板上または該絶縁基板の下方に近接配置すると、可動接点の磁気の影響による地磁気センサの誤動作を防止した電子コンパス付き携帯電話機を実現できて好ましい。また、前記可動接点を前記絶縁基板上に載置すると共に、この可動接点を絶縁フィルムからなる上部シートで被覆すると、可動接点の周囲が非磁性材料で覆われて好ましい。

本発明のクリックばねは、ステンレス鋼材をドーム状にフォーミングしてその比透磁率を１．０１以下としたので、スイッチ装置に組み込む前の保管時や搬送時等に磁化されず組み込み作業が簡単となり、スイッチ装置に組み込み後にクリックばねが金属粉を吸着しないため接点信頼性が阻害されることも防止できる。

また、本発明のクリックばね付きシートは、非磁性フィルムからなるシート部と該シート部の下面に設けられた粘着剤とを有する粘着シートと、上面が粘着剤に貼着された上記クリックばねと、粘着シートに貼り合わされた非磁性の剥離シートとを備えており、スイッチ装置に組み込む前は粘着シートとクリックばねおよび剥離シートを一体化したシート全体が非磁性のため、保管時や搬送時等にクリックばねが磁化されることを確実に防止でき、また、スイッチ装置に組み込み時は剥離シートを除去することにより、粘着シートとクリックばねを簡単に組み込むことができる。

また、本発明のスイッチ装置は、固定接点を有する絶縁基板と、固定接点に対して接離可能なドーム状の可動接点とを備え、この可動接点を比透磁率が１．０１以下のステンレス鋼材で形成したため、可動接点が搭載機器に磁気的な悪影響を及ぼすことがなく、可動接点に金属粉が吸着して接点信頼性を阻害することも防止できる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るスイッチ装置の分解斜視図、図２は該スイッチ装置の要部断面図、図３は該スイッチ装置に用いられる可動接点付きシートの製造工程を示す説明図、図４は該可動接点付きシートの平面図である。

図１に示すように、本実施形態例に係るスイッチ装置は、多数の固定接点１を有する回路基板２と、この回路基板２上に載置された多数の可動接点３と、各可動接点３を保持する粘着シート４とを備えており、この粘着シート４は積層構造の表面シート５とスペーサシート６からなる。なお、このスイッチ装置は電子コンパス付き携帯電話機の図示せぬケーシング内に配置され、このケーシングの操作パネルには各可動接点３に対応する多数の操作キー（図示せず）が配設されている。

回路基板２はガラス入りエポキシ樹脂やフェノール樹脂等の非磁性絶縁基板からなり、この回路基板２上には多数の固定接点１や図示せぬ配線パターンが銅箔等の非磁性導電材で形成されている。各固定接点１はリング状の周辺固定接点１ａと該周辺固定接点１ａの中心に位置する中央固定接点１ｂとで構成され、これら周辺固定接点１ａと中央固定接点１ｂは前記配線パターンを介して図示せぬ制御回路部に接続されている。また、回路基板２上には各固定接点１の近傍に位置する地磁気センサ７が搭載されており、この地磁気センサ７が周囲の磁界を検出することで携帯電話機の向いている方向を認識できるようになっている。なお、本実施形態例において、地磁気センサ７は各固定接点１と同一面における回路基板２上に搭載されているが、回路基板２の下面や下方に積層状態で配置しても良い。

可動接点３はドーム状にフォーミングされたクリックばねであり、図２に示すように、可動接点３の周縁部は固定接点１の周辺固定接点１ａに常時接触し、可動接点３の中央部は中央固定接点１ｂと所定間隔を存して対向している。この可動接点３はＪＩＳ規格のＳＵＳ３０５（概略組成 １８Ｃｒ−１２Ｎｉ−０．１Ｃ）を原材料とする金属薄板を冷間加工して形成したものであり、冷間加工後の可動接点３の比透磁率を測定（電子磁気工業（株）製のＬＰ−１４１、μメータを使用）したところ、可動接点３の比透磁率は１．０１以下（実測値平均１．００１２）であった。なお、かかる測定に関しては、従来の可動接点の比透磁率測定と同条件となるように、５個の可動接点を平面視十字状に並べ、その交差点である中央の可動接点での比透磁率を測定した。

表面シート５はポリエステル樹脂等の非磁性絶縁フィルムからなり、その下面全体に粘着剤が塗布されている。スペーサシート６もポリエステル樹脂等の非磁性絶縁フィルムからなり、このスペーサシート６は表面シート５の下面に粘着剤を介して積層・一体化されている。スペーサシート６には透孔６ａが形成されており、この透孔６ａ内に配置した可動接点３の上面を表面シート５下面の粘着剤に貼着することにより、各可動接点３と表面シート５およびスペーサシート６が一体化されている。そして、スペーサシート６の下面全体に塗布された粘着剤を介して粘着シート４が回路基板２上に貼着されることにより、各可動接点３が対応する固定接点１に対して位置決めされると共に、表面シート５で各可動接点３が覆われることにより、接点部に塵埃等の異物が侵入しないようになっている。

このような可動接点３と粘着シート４の一体品を製造する場合は、図３と図４に示すように、まずフープ供給される搬送シート８上にスペーサシート６を貼着した後、パンチングによってスペーサシート６と搬送シート８にそれぞれ透孔６ａ，８ａを開設する。次いで、スペーサシート６上に表面シート５を貼着して透孔６ａを塞いだ後、搬送シート８の下方から透孔６ａ，８ａ内に可動接点３を挿入し、この可動接点３の上面を表面シート５下面の粘着剤に貼着する。最後に、搬送シート８の下面に保護シート９を貼着して透孔８ａを塞ぐことにより、粘着シート４（表面シート５とスペーサシート６）に貼り合わされ可動接点３の下面を剥離シート１０（搬送シート８と保護シート９）で覆った可動接点付きシート１１が得られる。なお、剥離シート１０を構成する搬送シート８と保護シート９はポリエステル樹脂等の非磁性絶縁フィルムからなり、可動接点３をスイッチ装置に組み込むまでの保管・搬送時において、可動接点付きシート１１はボビン１２に巻回されている。そして、スイッチ装置に組み込む際に、可動接点付きシート１１から剥離シート１０（搬送シート８と保護シート９）を除去すれば、可動接点３と粘着シート４を回路基板２の所定位置に簡単かつ正確に組み込むことができる。

このように構成されたスイッチ装置において、図示せぬ操作キーから可動接点３に押圧力が作用していないとき、可動接点３は自己復帰力によって中央固定接点１ｂから離間しているため、周辺固定接点１ａと中央固定接点１ｂは導通されずにオフ状態となっている。また、操作キーから可動接点３に押圧力が作用すると、その押圧力により可動接点３がクリック感を伴って座屈・反転し、可動接点３が中央固定接点１ｂに接触するため、周辺固定接点１ａと中央固定接点１ｂが可動接点３を介して導通されてオン状態となる。なお、操作キーの代わりにユーザの指で可動接点３を押圧操作することも可能であり、この場合、表面シート５に文字・図形等の表示部を形成すれば良い。

本実施形態例に係るスイッチ装置によれば、可動接点３がＳＵＳ３０５を原材料とする非磁性のステンレス鋼材で形成されているため、可動接点３がその近傍に搭載された地磁気センサ７に磁気的な悪影響を及ぼすことがなく、地磁気センサ７の誤動作を防止した電子コンパス付き携帯電話機を実現することができる。また、スイッチ装置に組み込む前の可動接点３に金属粉が吸着しないため、金属粉の吸着によって接点信頼性が阻害されることはなく、しかも、スイッチ装置に組み込み後の可動接点３が表面シート５によって覆われているため、この点からも接点信頼性を高めることができる。

図５は本発明の第２実施形態例に係るスイッチ装置の平面図、図６は図５のVI−VI線に沿う断面図、図７は該スイッチ装置に備えられるウエハと可動接点の平面図である。

本実施形態例に係るスイッチ装置は、携帯電話機やゲーム機器等の電子機器内のプリント基板に実装されて使用される単品のプッシュスイッチであり、可動接点１２を内蔵するウエハ１３と、このウエハ１３の上面に被着された枠体１４と、可動接点１２を押圧操作するアクチュエータ１５とを備えている。ウエハ１３は合成樹脂製の基台１６にＳＵＳ３０５等の非磁性導電材からなる中央固定接点１７と一対の周辺固定接点１８とをアウトサートしたものからなり、両周辺固定接点１８は端子１８ａとして基台１６の端面から突出している。可動接点１２は第１実施形態例で説明した可動接点３と同じもので、この可動接点１２もＳＵＳ３０５を原材料としてドーム状に冷間加工され、冷間加工後の比透磁率を測定すると１．０１以下である。可動接点１２は基台１６の凹部１６ａ内に挿入されて位置決めされており、その周縁部が両周辺固定接点１８に常時接触すると共に、中央部が中央固定接点１７と所定間隔を存して対向している。また、凹部１６ａの上面はポリエステル樹脂等の非磁性絶縁フィルムからなるカバーシート１９によって塞がれており、このカバーシート１９によって接点部に塵埃等の異物が侵入しないようになっている。

枠体１４はＳＵＳ３０５等の非磁性金属平板をプレス加工したものからなり、その上面から斜め下方へ突出する第１の弾性舌片１４ａと、側面から内方へ台形状に突出する第２の弾性舌片１４ｂとが一体的に折曲形成されている。枠体１４はスナップ止め等の手段を用いてウエハ１３に固定されており、枠体１４の上面と基台１６に貼着されたカバーシート１９との間にアクチュエータ１５が配置されている。このアクチュエータ１５は先端を球状にした駆動部１５ａを有しており、この駆動部１５ａは枠体１４の第１の弾性舌片１４ａに対向している。

このように構成されたプッシュスイッチにおいて、ウエハ１３の側方へ突出するアクチュエータ１５が押圧操作されていないとき、可動接点１２は自己復帰力によって中央固定接点１７から離間しているため、中央固定接点１７と周辺固定接点１８は導通されずにオフ状態となっている。一方、アクチュエータ１５をウエハ１３の内方へ押し込み操作すると、駆動部１５ａが第１の弾性舌片１４ａに沿って斜め下方へ移動して可動接点１２の中央部を押圧するため、その押圧力により可動接点１２がクリック感を伴って座屈・反転する。その結果、可動接点１２が中央固定接点１１７に接触するため、中央固定接点１７と周辺固定接点１８が可動接点１２を介して導通されてオン状態となる。また、アクチュエータ１５に対する押し込み操作力を除去すると、アクチュエータ１５は第１および第２の弾性舌片１４ａ，１４ｂの弾発力によって元位置に戻り、可動接点１２も自己復帰力によって中央固定接点１７から離間するため再びオフ状態となる。

本実施形態例に係るスイッチ装置（プッシュスイッチ）においても、可動接点１２がＳＵＳ３０５を原材料とする非磁性のステンレス鋼材で形成されているため、スイッチ装置に組み込む前の可動接点１２に金属粉が吸着せず、金属粉の吸着によって接点信頼性が阻害されることを防止でき、しかも、スイッチ装置に組み込み後の可動接点１２がカバーシート１９によって覆われているため、この点からも接点信頼性を高めることができる。また、このスイッチ装置が地磁気センサを内蔵する電子コンパス付き携帯電話機等の電子機器に使用された場合、可動接点１２が地磁気センサに磁気的な悪影響を及ぼすことを防止できる。

図８は本発明の第３実施形態例に係るスイッチ装置の断面図であり、このスイッチ装置はメンブレンスイッチ２０とクリックばね２１とを備えており、クリックばね２１は表面シート２２とスペーサシート２３とで構成される粘着シート２４によってメンブレンスイッチ２０上に保持されている。

メンブレンスイッチ２０はスペーサフィルム２５を介して積層・一体化された上下一対のフィルム２６，２７を有し、これら上下フィルム２６，２７に形成された可動接点２８と固定接点２９がスペーサフィルム２２の透孔２５ａ内で所定間隔を存して対向している。クリックばね２１は第１実施形態例で説明した可動接点３と同一のものであり、粘着シート２４も第１実施形態例で説明したものと同一である。すなわち、このクリックばね２１は、それ自体が接点となる可動接点ではなく、接点の切替動作に間接的に関与するものであるが、ＳＵＳ３０５を原材料としてドーム状に冷間加工されたものであり、第１実施形態例の可動接点３と第３実施形態例のクリックばね２１とは構造上同一のものである。

このように構成されたスイッチ装置において、クリックばね２１に押圧力が作用していないとき、クリックばね２１は自己復帰力によってドーム形状を維持して上部フィルム２６上に保持されているため、可動接点２８と固定接点２９が離反してメンブレンスイッチ２０はオフ状態となっている。一方、図示せぬ操作キーまたはユーザの手指によってクリックばね２１を押圧すると、その押圧力によりクリックばね２１がクリック感を伴って座屈・反転し、上部フィルム２６が反転したクリックばね２１によって下方へ撓められる。その結果、可動接点２８が固定接点２９に接触しメンブレンスイッチ２０はオン状態となる。また、クリックばね２１に対する上記押圧力を除去すると、クリックばね２１は自己復帰力によってドーム状に戻り、上部フィルム２６も自己復帰して可動接点２８が固定接点２９から離間するため、メンブレンスイッチ２０は再びオフ状態となる。

本実施形態例に係るスイッチ装置においては、メンブレンスイッチ２０にクリック感を付与するクリックばね２１がＳＵＳ３０５を原材料とする非磁性のステンレス鋼材で形成されているため、このスイッチ装置が地磁気センサを内蔵する電子コンパス付き携帯電話機等の電子機器に使用された場合でも、クリックばね２１が地磁気センサに磁気的な悪影響を及ぼすことを防止できる。

本発明の第１実施形態例に係るスイッチ装置の分解斜視図である。 該スイッチ装置の要部断面図である。 該スイッチ装置に用いられる可動接点付きシートの製造工程を示す説明図である。 該可動接点付きシートの平面図である。 本発明の第２実施形態例に係るスイッチ装置の平面図である。 図５のVI−VI線に沿う断面図である。 該スイッチ装置に備えられるウエハと可動接点の平面図である。 本発明の第３実施形態例に係るスイッチ装置の断面図である。

符号の説明

１ 固定接点
１ａ 周辺固定接点
１ｂ 中央固定接点
２ 回路基板
３，１２ 可動接点
４，２４ 粘着シート
５，２２ 表面シート
６，２３ スペーサシート
６ａ 透孔
７ 地磁気センサ
８ 搬送シート
９ 保護シート
１０ 剥離シート
１１ 可動接点付きシート
１３ ウエハ
１４ 枠体
１５ アクチュエータ
１７ 中央固定接点
１８ 周辺固定接点
１９ カバーシート
２０ メンブレンスイッチ
２１ クリックばね

Claims (7)

1. 外部からの押圧力に伴う反転動作と該押圧力の除去に伴う自己復帰動作とが可能であって、ステンレス鋼材をドーム状にフォーミングしたものからなり、その比透磁率が１．０１以下であることを特徴とするクリックばね。
2. 請求項１の記載において、前記ステンレス鋼材がＪＩＳ規格のＳＵＳ３０５であることを特徴とするクリックばね。
3. 非磁性フィルムからなるシート部と該シート部の下面に設けられた粘着剤とを有する粘着シートと、上面が前記粘着剤に貼着された請求項１または２に記載のクリックばねと、前記粘着シートに貼り合わされた非磁性の剥離シートとを備えたことを特徴とするクリックばね付きシート。
4. 固定接点を有する絶縁基板と、前記固定接点に対して接離可能なドーム状の可動接点とを備え、前記可動接点を比透磁率が１．０１以下のステンレス鋼材で形成したことを特徴とするスイッチ装置。
5. 請求項４の記載において、前記可動接点がＪＩＳ規格のＳＵＳ３０５であることを特徴とするスイッチ装置。
6. 請求項４または５の記載において、地磁気を検知可能な地磁気センサを備え、この地磁気センサを前記絶縁基板上または該絶縁基板の下方に近接配置したことを特徴とするスイッチ装置。
7. 請求項４〜６のいずれか１項の記載において、前記可動接点を前記絶縁基板上に載置すると共に、この可動接点を絶縁フィルムからなる上部シートで被覆したことを特徴とするスイッチ装置。
   

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