JP2009016330A - 可動接点体及びこれを用いたスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】各種電子機器の操作に用いられる可動接点体及びこれを用いたスイッチに関し、簡易な構成で、多様な操作の可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】下面に略ドーム状で導電金属薄板製の可動接点１２が貼付されたカバーシート１１を、感圧導電シート１５上面に重ねて可動接点体１７を構成すると共に、この可動接点体１７を対向する固定接点１９Ａと１９Ｂが形成された基板１８の上面に貼付してスイッチを形成することによって、押圧操作によるクリック感触を伴った電気的接離に加え、その後の押圧による抵抗値変化が得られるため、簡易な構成で、多様な操作の可能な可動接点体、及びこれを用いたスイッチを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられる可動接点体、及びこれを用いたスイッチに関するものである。

近年、携帯電話やカーナビ等の各種電子機器の高機能化や多様化が進むに伴い、これらの操作に用いられる可動接点体やスイッチにも、安価で多様な操作の行えるものが求められている。

このような従来の可動接点体及びこれを用いたスイッチについて、図１４を用いて説明する。

なお、構成を判り易くするために、図面は厚さ方向の寸法を拡大して表わしている。

図１４は従来のスイッチの断面図であり、同図において、１は可撓性を有するフィルム状のカバーシート、２は略ドーム状で導電金属薄板製の可動接点で、カバーシート１下面に、複数の可動接点２が接着剤３によって貼付されて、可動接点体４が構成されている。

また、５は上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された基板で、上面には略円形状の中央固定接点６Ａと、これを囲む略馬蹄状の外側固定接点６Ｂから形成された複数の固定接点６が設けられている。

さらに、この基板５上面にはカバーシート１が貼付され、可動接点２外周が外側固定接点６Ｂ上に載置されると共に、可動接点２の下面中央が中央固定接点６Ａと所定の間隙を空けて対向して、スイッチが構成されている。

そして、このように構成されたスイッチが電子機器の操作部に装着され、スイッチ上方に上下動あるいは揺動可能に操作体（図示せず）が配置されると共に、複数の固定接点６が配線パターンを介して、機器の電子回路（図示せず）に接続される。

以上の構成において、上方の操作体を押圧あるいは揺動操作すると、その操作された箇所の操作体下面が上方のカバーシート１上面を押圧し、カバーシート１が撓むと共に可動接点２の略ドーム状の中央部が押圧され、所定の押圧力が加わると、可動接点２がクリック感を伴って下方へ弾性反転し、可動接点２の下面中央が中央固定接点６Ａに接触することによって、中央固定接点６Ａと外側固定接点６Ｂが、可動接点２を介して電気的に接続された状態となる。

また、操作体への押圧力を解除すると、弾性復帰力によって可動接点２が上方へ弾性反転し、下面中央が中央固定接点６Ａから離れて、中央固定接点６Ａと外側固定接点６Ｂが電気的に切断された状態となる。

そして、このような複数の固定接点６の電気的接離を機器の電子回路が検出し、例えば、機器の液晶表示素子等の表示画面（図示せず）に複数のメニューが表示された状態で、操作体を上方向へ操作した場合には、表示画面に表示されたカーソルやポインタ等を上方向へ所定距離だけ移動させる。

また、操作体を右方向へ操作した場合には、その箇所の固定接点６の電気的接離を電子回路が検出し、表示画面のカーソルやポインタ等を右方向へ所定距離だけ移動させる。

つまり、操作体を押圧あるいは揺動操作することによって、この下方の可動接点２を弾性反転させて複数の固定接点６の電気的接離を行うと共に、どの箇所の固定接点６の電気的接離が行われたかを機器の電子回路が検出して、その操作に応じて、機器の機能の動作や切換えが行われるように構成されているものであった。

なお、この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が知られている。
特開２００３−１２３５９６号公報

しかしながら、上記従来の可動接点体及びこれを用いたスイッチにおいては、より多様な操作を行うには、さらに多くの可動接点２と固定接点６が必要になると共に、操作体の構造も複雑なものとなるため、使用部品数が増え、構成も複雑で高価なものになってしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、多様な操作の可能な可動接点体及びこれを用いたスイッチを提供することを目的とする。

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。

本発明の請求項１に記載の発明は、下面に略ドーム状で導電金属薄板製の可動接点が貼付されたカバーシートを、感圧導電シート上面に重ねて可動接点体を構成したものであり、スイッチを形成した際、押圧操作によるクリック感触を伴った電気的接離に加え、その後の押圧による抵抗値変化が得られるため、このスイッチとしての電気的接離と抵抗値変化を用いて、簡易な構成で、多様な操作の可能な可動接点体を得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の可動接点体を、上面に感圧導電シート下面と対向する固定接点が形成された基板の上面に貼付してスイッチを構成したものであり、安価で、多様な操作の可能なスイッチを実現することができるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、簡易な構成で、多様な操作の可能な可動接点体、及びこれを用いたスイッチを実現することができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１３を用いて説明する。

なお、これらの図面のうち断面図は、構成を判り易くするために厚さ方向の寸法を拡大して表わしている。

（実施の形態１）
実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１及び２記載の発明について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態によるスイッチの断面図、図２は同分解斜視図、図３は同斜視図であり、同図において、１１はポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、ポリイミド等の可撓性を有するフィルム状のカバーシート、１２は略ドーム状で銅合金や鋼等の導電金属薄板製の可動接点で、カバーシート１１下面に可動接点１２が、アクリルやシリコン等の接着剤（図示せず）によって貼付されている。

また、１３はカバーシート１１と同様の可撓性を有するフィルム状のベースシートで、この下面には、図４の断面図に示すように、合成樹脂内にカーボン粉を分散したシート抵抗値０．５ｋΩ〜３０ｋΩ／□の低抵抗体層１４Ａと、下面が細かな凹凸状のシート抵抗値５０ｋΩ〜５ＭΩ／□の高抵抗体層１４Ｂが、重ねて印刷形成された複数の感圧導電層１４が設けられて、感圧導電シート１５が形成されている。

さらに、この感圧導電シート１５上面には複数のカバーシート１１が重ねて貼付され、感圧導電層１４上方に複数の可動接点１２が載置されると共に、感圧導電シート１５下面の感圧導電層１４を除く箇所には、エポキシやポリエステル等の絶縁層１６が形成されて、可動接点体１７が構成されている。

また、１８はポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート等のフィルム状、あるいは紙フェノールやガラス入りエポキシ等の板状の基板で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、上面にはカーボンや銀、銅箔等によって、略半円形状の一対の固定接点１９Ａと１９Ｂが、０．２ｍｍ前後の間隙を空けて設けられている。

そして、この基板１８上面に可動接点体１７が載置されると共に、感圧導電シート１５下面の感圧導電層１４と固定接点１９Ａ，１９Ｂが、１０〜１００μｍ前後の空隙で対向している。

また、２０はシリコンゴムやエラストマー等のラバーシート、２１は絶縁樹脂製の押釦、２２は絶縁樹脂製の操作体で、ラバーシート２０下面の複数の押圧部２０Ａが複数の可動接点１２中央部のカバーシート１１上面に当接すると共に、この上方には押釦２１が上下動可能に、操作体２２が揺動可能に、各々絶縁樹脂製のケース２３に配置されて、スイッチが構成されている。

そして、このように構成されたスイッチが電子機器の操作部に装着されると共に、図２に示す中央、及び上下左右の複数の固定接点１９Ａと１９Ｂが、各々配線パターンから抵抗２４を介して、マイコン等から形成された電子回路（図示せず）や電源に接続されて、入力装置が構成される。

以上の構成において、図３（ａ）に示すように、中央の押釦２１を下方へ押圧操作すると、図５の断面図に示すように、ラバーシート２０が撓んで、下面の押圧部２０Ａがカバーシート１１を介して中央部の可動接点１２を押圧し、所定の押圧力が加わると、可動接点１２がクリック感を伴って下方へ弾性反転し、感圧導電シート１５が下方へ撓んで、下面の感圧導電層１４が固定接点１９Ａと１９Ｂに接触して、固定接点１９Ａと１９Ｂが、感圧導電層１４を介して電気的に接続される。

そして、この後、さらに押圧力を加えると、感圧導電層１４下面には細かな凹凸状の高抵抗体層１４Ｂが形成され、押圧力によって感圧導電層１４の固定接点１９Ａと１９Ｂに対する接触面積が増えるため、固定接点１９Ａと１９Ｂの間の抵抗値が小さくなり、抵抗２４から電子回路への出力電圧が変化する。

つまり、押圧ストロークに対する操作荷重Ｐ、及び抵抗２４からの出力電圧Ｖの関係を表す、図６の抵抗特性図に示すように、所定ストローク押圧操作して可動接点１２が弾性反転すると、操作荷重がＰ１からＰ２に変化し、この直後に感圧導電層１４が固定接点１９Ａと１９Ｂに接触する。

そして、この時、固定接点１９Ａと１９Ｂに印加されたＤＣ３Ｖ前後の電圧に対し、電子回路が電気的接離を検出する閾値電圧Ｖ１を０．２〜０．３Ｖとしておけば、この閾値電圧Ｖ１をやや超えた出力電圧Ｖ２で、電子回路が固定接点１９Ａと１９Ｂの電気的接続、すなわちＯＮとなったことを検出する。

なお、この時、感圧導電層１４と固定接点１９Ａ、１９Ｂの空隙があまり大きいと、可動接点１２が弾性反転した操作荷重Ｐ２から、電気的接続が検出される出力電圧Ｖ２までのストロークが大きくなり、間延びした操作感触となるため、この空隙は上述したように１０〜１００μｍ前後、さらには２０〜４０μｍ前後に設定することが好ましい。

そして、この後、さらに押圧すると、操作荷重Ｐが再び増加すると共に、上記のように固定接点１９Ａと１９Ｂの間の抵抗値が小さくなるため、出力電圧Ｖが曲線状に増加し、この抵抗値の変化を電子回路が検出する。

また、押釦２１への押圧力を解除すると、弾性復帰力によって可動接点１２が上方へ弾性反転し、感圧導電シート１５も弾性復帰力によって元の状態に戻るため、感圧導電層１４が固定接点１９Ａと１９Ｂから離れて、固定接点１９Ａと１９Ｂが電気的に切断された状態となる。

なお、この時には、出力電圧Ｖが閾値電圧Ｖ１以下となった時点で、電子回路が固定接点１９Ａと１９Ｂの電気的切断、すなわちＯＦＦを検出する。

また、図３（ｂ）に示すように、操作体２２を上下あるいは左右へ揺動操作した場合にも、同様に、上下あるいは左右の可動接点１２がクリック感を伴って弾性反転し、その箇所の感圧導電シート１５が撓んで、感圧導電層１４が固定接点１９Ａと１９Ｂに接触あるいは離れて、電気的接続や切断、すなわちＯＮやＯＦＦが行われる。

そして、このような押釦２１の押圧操作や操作体２２の揺動操作による、複数の固定接点１９Ａと１９Ｂの電気的接離や抵抗値変化を電子回路が検出し、例えば、図７（ａ）の平面図に示すように、液晶表示素子等の表示画面３０に音楽選択の複数のメニューが表示された状態で、操作体２２を上方向へ揺動操作した場合には、この箇所の固定接点１９Ａと１９Ｂの電気的接離を電子回路が検出し、表示画面に表示されたカーソル３１を上方向へ一つだけ移動させる。

また、ある程度の力で続けて操作された場合には、この固定接点１９Ａと１９Ｂの抵抗値変化、つまり抵抗２４からの出力電圧を電子回路が検出し、カーソル３１を上方向へ継続して移動させ、さらに強く操作され、抵抗値が大きく変化した場合には、カーソル３１の移動速度を速める。

あるいは、図７（ｂ）に示すように、表示画面３０に地図のメニューが表示された状態で、操作体２２を上方向へ揺動操作した場合には、一回だけ操作された時にはポインタ３２を上方向へ一つだけ移動させ、継続して操作された場合には上方向へ継続して移動させ、さらに強い力で操作された場合にはポインタ３２の移動速度を速める。

そして、このようにカーソル３１やポインタ３２を上下や左右方向へ移動させ、選択したいメニュー上や地図上に置いた状態で、押釦２１を押圧操作すると、これを電子回路が検出して選択が確定し、例えば、次の複数の曲名が表示された画面や、選択した箇所の拡大地図が表示された画面等に切換わる。

つまり、操作体２２の揺動操作や押釦２１の押圧操作に伴う、複数の固定接点１９Ａと１９ＢのＯＮやＯＦＦといった電気的接離に加え、その後の抵抗値変化を電子回路が検出し、これらの電気的接離や抵抗値変化に応じて、カーソル３１やポインタ３２の移動量や速度を変えることによって、多様な機器の操作が行えるように構成されている。

すなわち、下面に略ドーム状で導電金属薄板製の可動接点１２が貼付されたカバーシート１１を、感圧導電シート１５上面に貼付して可動接点体１７を構成すると共に、この可動接点体１７を用いてスイッチを形成することで、押圧操作によるクリック感触を伴った電気的接離に加え、その後の押圧による抵抗値変化も得られるため、簡易な構成で、多様な操作が可能なようになっている。

また、感圧導電層１４と固定接点１９Ａ、１９Ｂを所定の空隙をあけて対向配置することによって、これらの間の絶縁を確実に保つことができると共に、この空隙を１０〜１００μｍ前後、好ましくは２０〜４０μｍ前後に設定することによって、可動接点１２の良好なクリック感触とズレのない電気的接離を行うことができるようになっている。

さらに、電子回路が所定の閾値電圧Ｖ１で固定接点１９Ａと１９Ｂの電気的接離を検出することによって、スイッチとしての電気的接離、及びその後の抵抗値変化の検出を誤差なく、確実に行うことが可能なようになっている。

このように本実施の形態によれば、下面に略ドーム状で導電金属薄板製の可動接点１２が貼付されたカバーシート１１を、感圧導電シート１５上面に重ねて可動接点体１７を構成すると共に、この可動接点体１７を対向する固定接点１９Ａと１９Ｂが形成された基板１８の上面に貼付してスイッチを形成することによって、押圧操作によるクリック感触を伴った電気的接離に加え、その後の押圧による抵抗値変化が得られるため、簡易な構成で、多様な操作の可能な可動接点体、及びこれを用いたスイッチを得ることができるものである。

（実施の形態２）
実施の形態２を用いて、本発明の他の実施の形態について説明する。

なお、実施の形態１の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。

図８は本発明の第２の実施の形態によるスイッチの断面図、図９は同固定接点の平面図であり、同図において、カバーシート１１下面に可動接点１２が貼付されると共に、このカバーシート１１が感圧導電シート１５Ａ上面に貼付されていることは実施の形態１の場合と同様であるが、感圧導電層２６の外周は絶縁層１６よりも下面に形成され、下方に露出して可動接点体１７Ａが構成されている。

また、基板１８の上面には、図９に示すように、略リング状の外周固定接点２９Ａが形成されると共に、この内側に略半円形状の一対の中央固定接点２９Ｂと２９Ｃが、各々所定の間隙を空けて設けられている。

そして、この基板１８上面に可動接点体１７Ａが載置されると共に、感圧導電シート１５Ａ下面の感圧導電層２６中央と中央固定接点２９Ｂ、２９Ｃは、所定の空隙で対向しているが、感圧導電層２６の下面外周は外周固定接点２９Ａに載置されて接触し、電気的に接続された状態となっている。

なお、以上のような基板１８やカバーシート１１上方に、ラバーシート２０や押釦２１、操作体２２が配置されて、スイッチが構成されることは実施の形態１の場合と同様である。

そして、このように構成されたスイッチが電子機器の操作部に装着されることも実施の形態１の場合と同様であるが、中央固定接点２９Ｂは配線パターンから抵抗２４を介して、中央固定接点２９Ｃは抵抗２４よりも大きな抵抗値の抵抗２４Ａを介して、各々マイコン等から形成された電子回路（図示せず）に接続されると共に、外周固定接点２９Ａが電源に接続されて、入力装置が構成される。

以上の構成において、操作体２２を揺動操作、あるいは押釦２１を押圧操作すると、その箇所の可動接点１２がクリック感を伴って弾性反転し、感圧導電層２６下面が中央固定接点２９Ｂと２９Ｃに接触することは実施の形態１の場合と同様であるが、電源が外周固定接点２９Ａに供給されているため、感圧導電層２６を介して外周固定接点２９Ａと、中央固定接点２９Ｂ及び２９Ｃが各々電気的に接続される。

そして、この後、操作体２２や押釦２１にさらに力を加えると、下面が細かな凹凸状に形成された感圧導電層２６の、中央固定接点２９Ｂと２９Ｃに対する接触面積が増え、抵抗値が小さくなるため、図１０の抵抗特性図に示すように、中央固定接点２９Ｂ側の抵抗２４からは、実施の形態１の場合と同様に曲線状の出力電圧Ｖが電子回路に出力される。

これに対し、中央固定接点２９Ｃ側からは、接続された抵抗２４Ａが抵抗２４よりも大きな抵抗値となっているため、ほぼ垂直な直線状に電圧が変化する、あたかもＯＦＦからＯＮへスイッチの電気的接続が行われたかのような、出力電圧Ｖ０が電子回路に出力される。

つまり、本実施の形態においては、特に閾値電圧Ｖ１を設けなくとも、あるいは閾値電圧Ｖ１がある程度バラツキのあるものであっても、中央固定接点２９Ｃ側からの出力電圧Ｖ０によって、可動接点１２が弾性反転し操作荷重がＰ１からＰ２に変化した直後あるいは直前に、電気的なＯＮやＯＦＦといった電気的接離の検出が行えるようになっている。

すなわち、中央固定接点２９Ｃ側からの出力電圧Ｖ０によって、可動接点１２が弾性反転した直後あるいは直前の電気的接離の検出を行うと共に、その後の操作による中央固定接点２９Ｂ側の出力電圧Ｖによって、抵抗値変化を電子回路が検出するように構成されている。

なお、このような押釦２１の押圧操作や操作体２２の揺動操作による、複数の外周固定接点２９Ａと中央固定接点２９Ｂ及び２９Ｃの、電気的接離や抵抗値変化を電子回路が検出し、例えば、図７に示したように、カーソル３１やポインタ３２の移動量や速度を変えることによって、多様な機器の操作が可能なことは実施の形態１の場合と同様である。

このように本実施の形態によれば、感圧導電シート１５Ａ下面の感圧導電層２６中央を、中央固定接点２９Ｂと２９Ｃに所定の空隙で対向させると共に、感圧導電層２６外周を外周固定接点２９Ａに接続することによって、実施の形態１の場合と同様の効果に加え、可動接点１２が弾性反転した直後あるいは直前の電気的接離の検出を、より確実に行うことができるものである。

そして、外周固定接点２９Ａに接触した感圧導電層２６の外周の上方には、可動接点１２外周が載置され、上記のような押圧操作や揺動操作が行われた際には、可動接点１２外周によって感圧導電層２６の下面外周が外周固定接点２９Ａ上面に圧接され、確実な電気的接続が行えるようになっている。

また、図１１の断面図に示すように、感圧導電シート１５Ａの感圧導電層２６を、ベースシート１３下面の低抵抗体層１４Ａは可動接点１２外周下方にまで延出させて形成するが、この下面の高抵抗体層１４Ｂは中央部にのみ形成することによって、押圧操作時に可動接点１２外周に低抵抗体層１４Ａ外周が押圧され、この箇所と外周固定接点２９Ａとの間の抵抗値変化が加算されることを防ぐことができるため、中央部の高抵抗体層１４Ｂと中央固定接点２９Ｂ、２９Ｃのみの、安定した抵抗値変化を得ることが可能となる。

さらに、基板１８上面の固定接点を、実施の形態１の場合には、図１２（ａ）の平面図に示すように、固定接点１９Ｃと１９Ｄを、本実施の形態の場合には、図１２（ｂ）に示すように、中央固定接点２９Ｄと２９Ｅを、各々交互に噛み合う櫛歯状に形成することによって、感圧導電層１４や２６との間に多少の中心ズレが生じた場合でも、安定した抵抗値変化を得ることができる。

なお、実施の形態１の場合と同様に、電子回路による閾値電圧の検出は必要となるが、図１３の断面図に示すように、固定接点を略円形状の中央固定接点２９Ｆと、これを囲む略リング状または略馬蹄状の外側固定接点２９Ａから形成し、この上方に感圧導電シート１５Ａや可動接点１２等を載置した構成としても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、個々の可動接点１２を各々別のカバーシート１１下面に貼付し、これらを感圧導電シート１５や１５Ａ上面に貼付した構成について説明したが、一枚の大きなカバーシート下面に複数の可動接点１２を貼付すると共に、これを感圧導電シート１５や１５Ａ上面に貼付して、可動接点体を形成した構成としても、本発明の実施は可能である。

さらに、感圧導電シート１５や１５Ａ上面に複数の可動接点１２を載置し、これらを押釦２１や操作体２２で押圧あるいは揺動操作する、いわゆる複合スイッチの構成として説明したが、例えば単独のプッシュスイッチや、左右方向に揺動操作可能なシーソスイッチ等、様々なスイッチにおいても実施が可能である。

そして、以上の説明では、ベースシート１３下面に低抵抗体層１４Ａと高抵抗体層１４Ｂを重ねて、感圧導電層１４や２６を形成した感圧導電シート１５や１５Ａの構成について説明したが、シリコンゴム等の基材内にカーボン等の導電粒子を分散した感圧導電層や感圧導電シートを用いた構成としても、本発明の実施は可能である。

本発明による可動接点体及びこれを用いたスイッチは、簡易な構成で、多様な操作の可能なものを得ることができるという有利な効果を有し、各種電子機器の操作用として有用である。

本発明の第１の実施の形態によるスイッチの断面図 同分解斜視図 同斜視図 同感圧導電シートの断面図 同押圧操作時の断面図 同抵抗特性図 同表示画面の平面図 本発明の第２の実施の形態によるスイッチの断面図 同固定接点の平面図 同抵抗特性図 同他の実施の形態による断面図 同固定接点の平面図 同他の実施の形態による断面図 従来のスイッチの断面図

符号の説明

１１ カバーシート
１２ 可動接点
１３ ベースシート
１４、２６ 感圧導電層
１４Ａ 低抵抗体層
１４Ｂ 高抵抗体層
１５、１５Ａ 感圧導電シート
１６ 絶縁層
１７、１７Ａ 可動接点体
１８ 基板
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ 固定接点
２０ ラバーシート
２１ 押釦
２２ 操作体
２３ ケース
２４、２４Ａ 抵抗
２９Ａ 外周固定接点
２９Ｂ、２９Ｃ、２９Ｄ、２９Ｅ、２９Ｆ 中央固定接点
３０ 表示画面
３１ カーソル
３２ ポインタ

Claims (2)

1. 下面に略ドーム状で導電金属薄板製の可動接点が貼付されたカバーシートを、感圧導電シート上面に重ねた可動接点体。
2. 請求項１記載の可動接点体を、上面に感圧導電シート下面と対向する固定接点が形成された基板の上面に貼付したスイッチ。

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