JP2007335285A - メンブレンスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】振動や温度などの影響を受け難く、しかも操作荷重を低く設定することが可能なメンブレンスイッチを提供する。
【解決手段】ベース２に凹部３を形成すると共に、第１及び第２の固定接点４，５を設け、凹部３内に、弾性変形可能でかつ導電性を有する弾性変形素子６を配置する。非操作状態では、弾性変形素子６は、球状をなしていて、表面の導電性フィラー８が、第１及び第２の固定接点４，５に同時に接触することができず、オフ状態を維持する。シート１３を介して弾性変形素子６が押されると、弾性変形素子６がつぶれるように弾性変形し、導電性フィラー８が第１及び第２の固定接点４，５の両方に同時に接触することでオン状態となる。
【選択図】図１

Description

本発明はシートを介して押圧操作するメンブレンスイッチに関する。

従来のメンブレンスイッチは、それぞれ接点を有する２枚の接点シートを、前記接点同士を対向させる状態で対向配置すると共に、それら２枚の接点シート間にスペーサを配置し、非操作状態では、スペーサにより対向する接点同士が接触しないようにすることでオフ状態を維持していて、一方の接点シートの接点部分が押され、対向した接点同士が接触することで導通状態（オン状態）となる構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１２７９１１号公報（図６）

従来構成のものにおいて、低い操作荷重でオン動作させるようにするためには、例えばスペーサの厚さを薄くしたり、スペーサの配置間隔を広くしたりすることが考えられる。しかしながら、このような構成とした場合には、振動の影響で対向する接点同士が接触しやすくなったり、温度の影響で接点シートが伸びて、やはり対向する接点同士が接触しやすくなったりするおそれがあり、オフ状態を維持することが難しくなるという問題が発生する。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動や温度などの影響を受け難く、しかも操作荷重を低く設定することが可能なメンブレンスイッチを提供することにある。

本発明のメンブレンスイッチは、上記した目的を達成するために、第１及び第２の固定接点を有するベースと、前記第１及び第２の固定接点を覆う状態で前記ベースに対して対向配置されたシートと、弾性変形可能でかつ導電性を有し、前記ベースと前記シートとの間でかつ前記第１の固定接点と第２の固定接点との間に配置された弾性変形素子とを備え、前記シートに対する非操作状態では、前記弾性変形素子が少なくとも前記第１及び第２の固定接点の一方から離間してオフ状態を維持し、前記シートを介して前記弾性変形素子が押圧操作された際には、前記弾性変形素子が弾性変形することに伴い前記第１及び第２の固定接点に接触してオン状態を呈する構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、ベースとシートとの間に配置された弾性変形素子によりオフ状態を維持する構成としたので、振動や温度の影響を受け難くできる。また、弾性変形素子の変形のし易さを制御することにより、操作荷重を低く設定することが可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図３を参照して説明する。尚、構造を分かりやすくするため、図１〜図３に示されるスイッチは実際とは異なったスケールで図示されている。
図１において、配線板１上に、ベース２が配置されている。このベース２は、図３に示すように、絶縁材、例えばシリコンにより矩形の板状に形成されていて、ほぼ中央部に、上方から見て矩形状をなす凹部３が形成されている。この凹部３は、底部３ａよりも上面開口部３ｂ側の方が幅が広く形成されていて、断面で上部側ほど広くなる台形状をなしている。従って、凹部３の４面の各側面３ｃは、斜面となっている。この凹部３は、例えばシリコンの異方性エッチングにより形成する。

ベース２の上面には、第１及び第２の固定接点４，５が設けられている。これら第１及び第２の固定接点４，５は、それぞれベース２の上面から凹部３の側面３ｃにかけて形成されていて、凹部３内の対向する２面の側面３ｃにおいて対向するように配置されている。
凹部３内には、球状をなす弾性変形素子６が収容されている。この弾性変形素子６は、弾性変形可能な例えばゴム７の表面全体に導電性フィラー８をコーティングすることにより形成されていて、弾性変形可能でかつ導電性を有する構成となっている。この弾性変形素子６は、非押圧状態では、表面の導電性フィラー８が凹部３内において第１及び第２の固定接点４，５に同時には接触することが不能な大きさに設定されている。

ベース２の上面には、矩形板状をなすスペーサ１０が接着されている。このスペーサ１０は、ベース２よりやや小さい形状に設定されていて、そのほぼ中央部に、上記凹部３の上面開口部３ｂとほぼ同じ大きさの矩形状の開口部１１が形成されている。上記弾性変形素子６は、その開口部１１から少し上方へ突出している。ベース２の上面における第１及び第２の固定接点４，５において、スペーサ１０から外れた部分は接続部４ａ，５ａとされていて、これら接続部４ａ，５ａが、ボンディングワイヤ１２（図１、図２参照）を介して配線板１の図示しない配線パターンに接続されている。
そして、スペーサ１０の上方には、スペーサ１０及び弾性変形素子６を覆うようにシート１３が配置されている。従って、シート１３は、第１及び第２の固定接点４，５を覆う状態でベース２に対して対向配置されている。また、弾性変形素子６は、そのシート１３に覆われた状態で第１の固定接点４と第２の固定接点５との間に配置されている。

次に上記構成の作用を説明する。
シート４に対する非操作状態（シート４が押圧されていない状態）では、図１に示すように、弾性変形素子５は、球状をなしていて、表面の導電性フィラー８が第１及び第２の固定接点４，５に同時に接触することが不能な大きさに設定されている。このため、振動などで弾性変形素子６が凹部３内で移動したとしても、導電性フィラー８が第１及び第２の固定接点４，５のうちの一方に接触することはあっても、両方に同時に接触することはない。従って、この状態ではオフ状態を確実に維持することができる。

このオフ状態から、図２に示すように、人の指１４によりシート１３を介して弾性変形素子６が下方（図２の矢印Ａ１方向）へ押圧操作されると、弾性変形素子６がつぶれるように弾性変形する。すると、弾性変形素子６の表面の導電性フィラー８が、凹部３の側面３ｃにおける第１の固定接点４と第２の固定接点５との両方に接触するようになる。これにより、第１の固定接点４と第２の固定接点５との間が弾性変形素子６を介して導通されて、オン状態となる。
指１４による押圧が解除されると、弾性変形素子６は自身の弾性復元力により図１の元の状態に戻り、これに伴い導電性フィラー８が、第１及び第２の固定接点４，５のうちの少なくとも一方から離れることによりオフ状態となる。

上記した第１の実施形態によれば次のような作用効果を得ることができる。
第１の固定接点４と第２の固定接点５との間に配置された弾性変形素子６は、押されて弾性変形しない限り、第１の固定接点４と第２の固定接点５に同時に接触することはないので、非操作状態ではオフ状態を良好に維持することができる。従って、振動や温度などによって誤動作することを確実に防止できる。また、押圧操作された場合には、弾性変形素子６が弾性変形することで、第１の固定接点４と第２の固定接点５の両方に接触して、オン状態とすることができる。従って、人の操作は確実に検知し、振動などによる誤検知は防止できる。

弾性変形素子６の変形のし易さを制御することにより、操作荷重を低く設定することが可能となる。具体的には、中心部のゴム７の材質として変形し易いものを用いたり、ゴム７を空洞にしたりすることが考えられる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について図４及び図５を参照して説明する。尚、この場合も構造を分かりやすくするため、図４及び図５に示されるスイッチは実際とは異なったスケールで図示されている。
図４において、下部シート２１の上面にベース２２が配置されている。ベース２２は、絶縁性材料にて形成されていて、所定の箇所に上面が開口した凹部２３が形成されている。ベース２２の上面には、凹部２３を挟んだ左右両側に位置させて第１の固定接点２４と第２の固定接点２５が設けられている。第１及び第２の固定接点２４，２５において、凹部２３の開口部側の先端部２４ａ，２５ａは、斜面となるように形成されている。

凹部２３内には、第１の固定接点２４と第２の固定接点２５との間に位置させて、弾性変形可能でかつ導電性を有する弾性変形素子２６が配置されている。この弾性変形素子２６は、連結部２６ａと、この連結部２６ａの両端部から上方へ突出した第１及び第２の接点部２６ｂ，２６ｃとを一体に有し、上面側が開放したほぼコ字形をなしていて、下部の連結部２６ａを凹部２３内の底部に固着している。第１及び第２の接点部２６ｂ，２６ｃの先端部は、互いに遠ざかるように外側へ開いている。この弾性変形素子２６は、例えば導電性を有する合成樹脂、或いは、シリコンもしくは合成樹脂の表面に導電性の金属膜を形成することによって構成している。

ベース２２の上方には、第１及び第２の固定接点２４，２５、弾性変形素子２６を覆う状態で、シート２７が配置されている。このシート２７の下面には、弾性変形素子２６に対応する部位に位置させて、下方へ突出する半球状の凸部２８が形成されている。
ここで、凹部２３の両側に位置した第１及び第２の固定接点２４，２５と、弾性変形素子２６とにより、一組のスイッチ要素２９を構成している。

次に上記構成の作用を説明する。
シート２７に対する非操作状態（シート２７が押圧されていない状態）では、図４に示すように、弾性変形素子２６の第１及び第２の接点部２６ｂ，２６ｃの先端部は第１及び第２の固定接点２４，２５から離間していて、スイッチ要素２９はオフ状態を維持している。このとき、シート２７の凸部２８は、弾性変形素子２６の第１の接点部２６ｂと第２の接点部２６ｃとの間の上方に位置している。

このオフ状態から、図５に示すように、シート２７に人の指１４が触れて上方から押されると（図５の矢印Ｂ１参照）、そのシート２７が下方へ変位し、これに伴い半球状をなす凸部２８により弾性変形素子２６の第１及び第２の接点部２６ｂ，２６ｃが押される。これにより、第１及び第２の接点部２６ｂ，２６ｃがそれぞれ外側へ押し広げられるように弾性変形し、第１の接点部２６ｂの先端が第１の固定接点２４の先端部２４ａに接触すると共に、第２の接点部２６ｃの先端部が第２の固定接点２５の先端部２５ａに接触するようになる。これにより、第１の固定接点２４と第２の固定接点２５との間が弾性変形素子２６を介して導通されて、スイッチ要素２９がオン状態となる。

シート２７に対する押圧が解除されると、弾性変形素子２６の第１及び第２の接点部２６ｂ，２６ｃは自身の弾性復元力により図４の元の状態に戻ると共に、シート２７も元の状態に戻る。これに伴い、第１及び第２の接点部２６ｂ，２６ｃが第１及び第２の固定接点２４，２５から離れ、スイッチ要素２９はオフ状態となる。

上記した第２の実施形態によれば次のような作用効果を得ることができる。
第１の固定接点２４と第２の固定接点２５との間に配置された弾性変形素子２６は、第１及び第２の接点部２６ｂ，２６ｃが凸部２８により押されて弾性変形しない限り、第１の固定接点２４と第２の固定接点２５に同時に接触することはないので、非操作状態ではオフ状態を良好に維持することができる。従って、振動や温度などによって誤動作することを確実に防止できる。また、シート２７が押圧操作された場合には、弾性変形素子２６の第１及び第２の接点部２６ｂ、２６ｃが弾性変形することで、第１の固定接点２４と第２の固定接点２５の両方に接触して、オン状態とすることができる。従って、人の操作は確実に検知し、振動などによる誤検知は防止できる。

この場合も、弾性変形素子２６の変形のし易さを制御することにより、操作荷重を低く設定することが可能となる。
（第３の実施形態）
図６及び図７は本発明の第３の実施形態を示したものであり、この第３の実施形態は、上記した第２の実施形態とは次の点が異なっている。すなわち、ベース２２に、上記スイッチ要素２９をマトリックス状に多数組配置（図６参照）すると共に、上部側のシート２７に、各スイッチ要素２９に対応させて多数の凸部２８を設けた構成とする。図７は人の指１４により押圧操作された状態が示されており、この場合、複数個のスイッチ要素２９がオン状態となっている。
このような構成とすることにより、タッチパネルとして利用することができる。

（その他の実施形態）
第１の実施形態におけるスイッチ構成を、第３の実施形態のようにマトリックス状に多数組配置することで、タッチパネルとして利用することも可能である。

本発明の第１の実施形態を示すもので、非操作状態での縦断面図 押圧操作状態での縦断面図 要部の分解斜視図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図２相当図 本発明の第３の実施形態を示す平面図 押圧操作状態の縦断面図

符号の説明

図面中、２はベース、３は凹部、４は第１の固定接点、５は第２の固定接点、６は弾性変形素子、７はゴム、８は導電性フィラー、１３はシート、２２はベース、２３は凹部、２４は第１の固定接点、２５は第２の固定接点、２６は弾性変形素子、２６ａは連結部、２６ｂは第１の接点部、２６ｃは第２の接点部、２７はシート、２８は凸部、２９はスイッチ要素を示す。

Claims (3)

1. 第１及び第２の固定接点を有するベースと、
   前記第１及び第２の固定接点を覆う状態で前記ベースに対して対向配置されたシートと、
   弾性変形可能でかつ導電性を有し、前記シートにより覆われる状態で前記第１の固定接点と第２の固定接点との間に配置された弾性変形素子とを備え、
   前記シートに対する非操作状態では、前記弾性変形素子が少なくとも前記第１及び第２の固定接点の一方から離間してオフ状態を維持し、前記シートを介して前記弾性変形素子が押圧操作された際には、前記弾性変形素子が弾性変形することに伴い前記第１及び第２の固定接点の両方に接触してオン状態を呈する構成としたことを特徴とするメンブレンスイッチ。
2. 弾性変形素子は、非操作状態では球状をなすと共に、第１及び第２の固定接点に対して同時に両方に接触することが不能な大きさに設定されていて、シートを介して押圧操作されて弾性変形することに伴い前記第１及び第２の固定接点に対して同時に両方に接触することが可能な構成であることを特徴とする請求項１記載のメンブレンスイッチ。
3. 弾性変形素子は、第１及び第２の接点部を有し、非操作状態では前記第１及び第２の接点部が第１及び第２の固定接点から離間する形状に設定されていて、シートを介して押圧操作されて前記第１及び第２の接点部が弾性変形することに伴い前記第１及び第２の固定接点に同時に接触することが可能な構成であることを特徴とする請求項１記載のメンブレンスイッチ。

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