JP2010146947A - プッシュスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】高荷重対応でありながらステムに付与されるプリテンションを抑制することができ、かつ長寿命で操作フィーリングも良好なプッシュスイッチを提供すること。
【解決手段】プッシュスイッチ１は、ハウジング２に形成された収納部２ｂの内底面２ｃに設けられた中央固定接点３に対して接離可能なドーム状の可動接点５と、この可動接点５を覆うドーム状の板ばね６とを備えており、収納部２ｂの上部開口２ａに挿入されたステム７が板ばね６上に搭載されて上下動可能となっている。板ばね６の周縁部の立上り角度βは可動接点５の周縁部の立上り角度αよりも大きく、これら板ばね６と可動接点５の周縁部どうしが隙間Ｃ１を存して重なり合っている。また、ステム７には板ばね６のプリテンションが付与されており、このステム７を所定ストローク下動させることによって、板ばね６および可動接点５の各中央部が押圧駆動されて反転し、可動接点５が中央固定接点３に当接するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジング内に収納されたドーム状の可動接点をステムで押圧駆動することによってオン動作させるプッシュスイッチに係り、特に、ステムに対して比較的大きな操作荷重（押圧操作力）が要求される高荷重対応のプッシュスイッチに関するものである。

一般的に、ハウジングの収納部内に配置されたドーム状の可動接点がステムで押圧駆動されるプッシュスイッチは、収納部の内底部に設けられた固定接点の上方に可動接点の中央部が接離可能に配置されており、この可動接点上に搭載されたステムがハウジングに対して上下動可能となっている。ステムの頂部はハウジングの上方に突出しているが、ステムの鍔部はハウジング内に配置されており、このハウジングにかしめ固定（係止）された板金フレームによって該鍔部の飛び出しを規制することにより、ステムはハウジングからの脱落が防止されている。また、非操作時に可動接点のプリテンションによってステムは上方へ弾性付勢されており、これによって振動等が加わってもステムにガタが生じないようになっている。この種のプッシュスイッチは、操作荷重が付与されてステムが所定ストローク下動すると、可動接点の中央部が反転して固定接点に当接するためスイッチオン状態に切り替わり、その際、反転した可動接点が生起するクリック感が操作者の手指に感得されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、例えばキーレスエントリーでドアロックの開閉が行える自動車のキーに内蔵されているプッシュスイッチなどでは、ステムに小さな外力が加わっただけでオン動作してしまうと、携帯時や保管時に不用意にドアロックの開閉が行われてしまうことになるので、ステムにある程度大きな操作荷重を加えなければ作動しないように設定されることが多い。このようにステムに対して比較的大きな操作荷重が要求される高荷重対応のプッシュスイッチを実現する際に、反転させるために必要な作動力が重い肉厚なメタルドームを可動接点として用いることもある。その場合、肉厚で作動力の重いメタルドームは、寿命が短いうえに良好な操作フィーリングを出しにくいという難点があった。

そこで従来より、同一構造のメタルドームを２枚重ねてハウジングの収納部内に配置し、ステムに弾接する上側のメタルドームと可動接点として機能する下側のメタルドームとが一体的に弾性変形するように構成した高荷重対応のプッシュスイッチが提案されている。
特開２００１−２１６８６５号公報

前述した従来提案のように同一構造のメタルドームを２枚重ねて使用すれば、メタルドームを１枚だけ使用する場合に比べて操作荷重を２倍に高めることができ、寿命や操作フィーリングを犠牲にすることもなくなる。しかしながら、２枚重ねのメタルドームによってステムにプリテンションが付与される構成にすると、非操作時にステムや板金フレームが大きな力で上方へ弾性付勢されてしまうため、ステムの初期位置が上方へずれたり、板金フレームがリフロー半田時にハウジングから外れる等の不良が発生しやすくなり、製造歩留まりや信頼性が低下するという問題があった。

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あり、その目的は、高荷重対応でありながらステムに付与されるプリテンションを抑制することができ、かつ長寿命で操作フィーリングも良好なプッシュスイッチを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、上面を開口した収納部を有するハウジングと、前記収納部の内底面に設けられた固定接点と、前記収納部内に配置されて前記固定接点に接離可能なドーム状の可動接点と、前記収納部内を上下動可能なステムと、前記収納部の上面開口を覆って前記ステムの脱落を防止している板金フレームとを備え、前記ステムを所定ストローク下動させることによって前記可動接点が押圧駆動されて反転するプッシュスイッチにおいて、前記収納部の内部に前記可動接点を覆うようにドーム状の板ばねを積層配置し、この板ばねの周縁部の立上り角度が前記可動接点の周縁部の立上り角度よりも大きく、これら板ばねと可動接点の周縁部どうしが隙間を存して重なり合っていると共に、非操作時に前記板ばねのプリテンションによって前記ステムが上方へ弾性付勢されているという構成にした。

このように構成されたプッシュスイッチは、異なる形状にフォーミングされた異種のメタルドームからなる可動接点と板ばねとを重ね合わせ、両者の周縁部どうしの間に隙間が形成されるようにしてあるため、ステムを搭載していない状態で板ばねの中央部を可動接点の中央部から大きく離隔させることができる。したがって、ハウジングにステムを組み付ける際に、このステムによって板ばねの中央部を可動接点の中央部へ向けて押し込んでおけば、可動接点にほとんど（あるいは全く）プリテンションを生じさせず、事実上板ばねのみによってステムにプリテンションを付与することができる。それゆえ、こうして組み立てられたプッシュスイッチは、押圧操作時には板ばねと可動接点を一体的に弾性変形させ得る比較的大きな操作荷重が必要となるため、高荷重の要求に応えることができ、かつ非操作時にはステムに付与されるプリテンションがさほど大きくないため、製造歩留まりや信頼性に悪影響を及ぼす虞がない。

上記の構成において、板ばねと可動接点とが板厚を同じくする同種材料の金属板からフォーミングされたものであれば、部品コストを抑えることができるため好ましい。

また、上記の構成において、板ばねと可動接点の反転特性を比較した場合、板ばねの作動力よりも可動接点の作動力のほうが軽く設定されていることが好ましい。すなわち、メタルドームは作動力が軽いほど長寿命化を期待できるので、押圧操作時に固定接点に当接して応力が集中する可動接点の作動力を軽く設定しておけば、長期に亘って高信頼性が維持しやすくなる。

本発明のプッシュスイッチは、ハウジングの収納部内で積層されている可動接点と板ばねの周縁部どうしの間に隙間が存し、ステムを搭載していない状態で板ばねの中央部を可動接点の中央部から大きく離隔させることができるため、組立時にステムによって板ばねの中央部を可動接点の中央部へ向けて押し込んでおけば、事実上板ばねのみによってステムにプリテンションを付与することができる。それゆえ、こうして組み立てられたプッシュスイッチは、押圧操作時には板ばねと可動接点を一体的に弾性変形させ得る比較的大きな操作荷重が必要となって高荷重の要求に応えることができ、かつ非操作時にはステムに付与されるプリテンションがさほど大きくないため製造歩留まりや信頼性に悪影響を及ぼす虞がない。また、このプッシュスイッチは、２枚のメタルドームの協働によって操作荷重を高めているので、肉厚で作動力の重いメタルドームを採用する必要はなく、それゆえ長寿命化が図りやすく操作フィーリングも良好である。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るプッシュスイッチの非操作時の状態を示す断面図、図２は該プッシュスイッチに用いられた可動接点と板ばねの無負荷時における積層状態を示す説明図、図３は該プッシュスイッチの押圧操作時の状態を示す断面図、図４は該プッシュスイッチに用いられた可動接点と板ばねそれぞれの単品状態でのフィーリング曲線を示す特性図、図５は図２に示す状態で板ばねの中央部に荷重を加えたときのフィーリング曲線を示す特性図、図６は図５のＤ部拡大図である。

図１と図２に示すプッシュスイッチ１は、上部開口２ａを有する収納部２ｂが形成されたハウジング２と、収納部２ｂの内底面２ｃに配設された中央固定接点３および外側固定接点４と、各固定接点３，４から導出されてハウジング２の外部に配設された図示せぬ複数の端子と、内底面２ｃを覆うように収納部２ｂ内に配置されたドーム状の可動接点５と、可動接点５を覆うように収納部２ｂ内に配置されたドーム状の板ばね６と、上部開口２ａに挿入されて収納部２ｂ内を上下動可能なステム７と、ハウジング２の上壁面にかしめ固定されて上部開口２ａの周縁部を覆っている板金フレーム８とによって主に構成されている。

ハウジング２は絶縁性樹脂からなる成形品であり、収納部２ｂの内底面２ｃが上部開口２ａに臨出している。中央固定接点３は内底面２ｃの中央領域に位置し、外側固定接点４は内底面２ｃの外周領域の複数個所に位置している。これら両固定接点３，４はインサート成形加工によってハウジング２に一体化されたものである。中央固定接点３から導出された端子と外側固定接点４から導出された端子とは電気的に絶縁されている。これらの端子は、プッシュスイッチ１が実装される図示せぬ配線基板上にリフロー半田によって半田付けされるようになっている。

可動接点５は、良導電性の金属薄板をドーム状にフォーミングしてなる公知のメタルドームである。可動接点５の周縁部は外側固定接点４上に搭載されて常時接触しており、該周縁部の立上り角度α（図２参照）は約１０度に設定されている。また、可動接点５の中央部は中央固定接点３の真上に位置し、該中央部はステム７に押し込まれると反転して中央固定接点３に当接するようになっている。なお、可動接点５の中央部における複数個所、例えば１２０度の等間隔を保って離れた３箇所には、下方へ向けて突出する小突起５ａが形成されている。これらの小突起５ａは中央固定接点３に当接する部位であり、塵埃等の異物が中央固定接点３や可動接点５に付着しても押圧操作時に両者３，５が確実に接触して導通不良が起こらないようにするためのものである。

板ばね６は、可動接点５とは形状が若干異なるメタルドームである。すなわち、板ばね６と可動接点５は平面視形状が略同等で、可動接点５上に板ばね６が重なり合っているが、板ばね６の周縁部の立上り角度β（図２参照）は約１２度に設定されている。そのため、図１に示すように、プッシュスイッチ１の非操作時において、板ばね６の周縁部と可動接点５の周縁部との間には隙間Ｃ１が形成されている。また、プッシュスイッチ１の組立時に可動接点５上に板ばね６を重ね合わせると、図２に示すように、ステム７を組み付ける前の無負荷状態において、板ばね６の中央部は可動接点５の中央部から大きく離隔しており、両中央部どうしの間には比較的広い隙間Ｃ２が形成されている。そして、ハウジング２にステム７を組み付ける際には、ステム７で板ばね６の中央部を可動接点５の中央部へ向けて押し込んだまま、板金フレーム８をハウジング２の外壁にかしめ固定（係止）してステム７の脱落を防止することによって、隙間Ｃ２がほぼゼロとなるように板ばね６を予め弾性変形させておく。こうすることによって、図１に示すように、プッシュスイッチ１の非操作時に板ばね６にプリテンションを生じさせている。ただし、非操作時に可動接点５はほとんど（あるいは全く）弾性変形していないのでプリテンションは生じていない。

ステム７は絶縁性樹脂からなる成形品であり、ハウジング２に上下動可能に組み付けられている。ステム７の頂部７ａは上部開口２ａから上方へ突出しているが、ステム７の鍔部７ｂや駆動部７ｃは収納部２ｂの内部に挿入されている。駆動部７ｃはプリテンションが付与された状態で板ばね６の中央部に搭載されているため、このステム７は非操作時に上方へ弾性付勢されている。ただし、板金フレーム８が上部開口２ａの周縁部を覆っているため、鍔部７ｂが上部開口２ａから飛び出すことはない。これにより、ステム７の脱落が防止されていると共に、振動等が加わってもステム７にガタが生じないようになっている。

このように構成されたプッシュスイッチ１は、図３に示すように、操作荷重Ｆが付与されてステム７が所定ストローク下動すると、板ばね６および可動接点５の各中央部がステム７の駆動部７ｃに押圧駆動されて反転し、可動接点５の小突起５ａが中央固定接点３に当接する。その結果、可動接点５を介して中央固定接点３と外側固定接点４とが導通されるため、両固定接点３，４が導通されたことによる電気信号が端子から外部回路へ出力されて、プッシュスイッチ１はスイッチオフからスイッチオン状態に切り替わる。その際、反転した板ばね６および可動接点５の生起するクリック感がステム７を介して操作者の手指に伝わるため、このクリック感によって操作者はプッシュスイッチ１のオン動作を感得することができる。

図５は、図２に示す状態で板ばね６の中央部に荷重を加えたときのフィーリング曲線であり、変位量（押下量）がゼロからＰに達したときに板ばね６の中央部が可動接点５に当接し、変位量がＱに達したときに板ばね６および可動接点５が反転してクリック感が生起されることがわかる。すなわち、図５の要部拡大図である図６において実線グラフで示すように、荷重をゼロからＦ１まで増大させると板ばね６の中央部が下方へＰだけ変位して可動接点５の上面に当接し、荷重をさらに増大させると板ばね６と可動接点５とが一体的に弾性変形するようになるため、フィーリング曲線の傾きは変位量がＰを越えると大きくなる。また、この変位量Ｐは図２に示す隙間Ｃ２の間隔に相当するので、図１に示す非操作状態のステム７には、板ばね６のプリテンションによってＦ１の力が上向きに作用していることがわかる。

なお、荷重がＦ１以下であれば可動接点５の中央部は板ばね６に押し込まれないため変位しないが、仮に可動接点５と板ばね６の中央部どうしが無負荷状態でも接触しているとすると、板ばね６の中央部を下方へＰだけ変位させて生じるプリテンションの大きさは、図６の鎖線グラフからわかるようにＦ１よりもかなり大きいＦ２となる。つまり、本実施形態例のように隙間Ｃ２がほぼゼロとなるように板ばね６を弾性変形させることによってプリテンションを生じさせる構成にしてあると、非操作状態で可動接点５を弾性変形させる必要がなくなるため、ステム７に付与されるプリテンションを大幅に低減することができる。

また、本実施形態例において、可動接点５と板ばね６は板厚を同じくする同種材料の金属板（例えばリン青銅）からフォーミングされているが、図４に実線Ａで示す可動接点５のフィーリング曲線と破線Ｂで示す板ばね６のフィーリング曲線からわかるように、単品状態での可動接点５と板ばね６の反転特性を比較すると、板ばね６の作動力よりも可動接点５の作動力のほうが軽く設定されている。つまり、反転させるために必要な作動力が軽いメタルドームを可動接点５として採用し、それよりも作動力が若干重いメタルドームを板ばね６として採用している。

なお、板ばね６の中央部が下方へＰだけ変位すると可動接点５の上面に当接するため、図４に実線Ａで示す可動接点５のフィーリング曲線を同図の右方へＰだけシフトさせたうえで、破線Ｂで示す板ばね６のフィーリング曲線に重畳すれば、図５に示すフィーリング曲線と同等のグラフが得られる。

以上説明したように本実施形態例に係るプッシュスイッチ１は、異なる形状にフォーミングされた異種のメタルドームからなる可動接点５と板ばね６とを重ね合わせて、両者５，６の周縁部どうしの間に隙間Ｃ１が形成されるようにしてあるため、ステム７を搭載していない状態で板ばね６の中央部を可動接点５の中央部から大きく離隔させることができる。したがって、ハウジング２にステム７を組み付ける際に、このステム７によって板ばね６の中央部を可動接点５の中央部へ向けて押し込んでおけば、可動接点５にほとんど（あるいは全く）プリテンションを生じさせず、事実上板ばね６のみによってステム７にプリテンションを付与することができる。それゆえ、こうして組み立てられたプッシュスイッチ１は、押圧操作時に板ばね６と可動接点５とを一体的に弾性変形させ得る比較的大きな操作荷重が必要となって、高荷重の要求に応えることができる。しかも、このプッシュスイッチ１は、非操作時にステム７に付与されるプリテンションがさほど大きくないため、ステム７の初期位置が上方へずれたり板金フレーム８がハウジング２から外れる等の不良を起こす虞がなく、高荷重対応でありながら製造歩留まりが良好で信頼性も高い。また、このプッシュスイッチ１は、２枚のメタルドーム（可動接点５と板ばね６）の協働によって操作荷重を高めているので、肉厚で作動力の重いメタルドームを採用する必要はなく、それゆえ長寿命化が図りやすく操作フィーリングも良好である。

また、このプッシュスイッチ１は、押圧操作時に小突起５ａが中央固定接点３に当接して応力の集中する可動接点５の作動力が、可動接点５上に積層した板ばね６の作動力よりも軽く設定されているため、可動接点５の長寿命化が図りやすい。

なお、上記実施形態例では、可動接点５と板ばね６とが板厚を同じくする同種材料の金属板からフォーミングされているため、部品コストを抑制することができる。ただし、可動接点５と板ばね６が別々の金属板からフォーミングされていてもよく、両者５，６の板厚が若干異なっていてもよい。

本発明の実施形態例に係るプッシュスイッチの非操作時の状態を示す断面図である。 該プッシュスイッチに用いられた可動接点と板ばねの無負荷時における積層状態を示す説明図である。 該プッシュスイッチの押圧操作時の状態を示す断面図である。 該プッシュスイッチに用いられた可動接点と板ばねそれぞれの単品状態でのフィーリング曲線を示す特性図である。 図２に示す状態で板ばねの中央部に荷重を加えたときのフィーリング曲線を示す特性図である。 図５のＤ部拡大図である。

符号の説明

１ プッシュスイッチ
２ ハウジング
２ａ 上部開口
２ｂ 収納部
２ｃ 内底面
３ 固定接点（中央固定接点）
５ 可動接点
６ 板ばね
７ ステム
７ｂ 鍔部
８ 板金フレーム
Ｃ１ 隙間
α，β 立上り角度

Claims (3)

1. 上面を開口した収納部を有するハウジングと、前記収納部の内底面に設けられた固定接点と、前記収納部内に配置されて前記固定接点に接離可能なドーム状の可動接点と、前記収納部内を上下動可能なステムと、前記収納部の上面開口を覆って前記ステムの脱落を防止している板金フレームとを備え、前記ステムを所定ストローク下動させることによって前記可動接点が押圧駆動されて反転するプッシュスイッチであって、
   前記収納部の内部に前記可動接点を覆うようにドーム状の板ばねを積層配置し、この板ばねの周縁部の立上り角度が前記可動接点の周縁部の立上り角度よりも大きく、これら板ばねと可動接点の周縁部どうしが隙間を存して重なり合っていると共に、非操作時に前記板ばねのプリテンションによって前記ステムが上方へ弾性付勢されていることを特徴とするプッシュスイッチ。
2. 請求項１の記載において、前記板ばねと前記可動接点とが板厚を同じくする同種材料の金属板からフォーミングされたものであることを特徴とするプッシュスイッチ。
3. 請求項１または２の記載において、前記板ばねと前記可動接点の反転特性を比較した場合、前記板ばねの作動力よりも前記可動接点の作動力のほうが軽く設定されていることを特徴とするプッシュスイッチ。

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