JP2010186580A - 操作スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ、クリック感（クリック率）を向上させることのできる操作スイッチを提供する。
【解決手段】基板１３と、この基板１３の一主表面１３ａに設けられた中心電極１５と、この中心電極１５が開口部１９ａの中心部分に位置する状態に基板１３の一主表面１３ａに設けられた絶縁層１９と、この絶縁層１９の、基板１３と反対側の一主表面１９ｂに設けられた環状電極２１と、絶縁層１９の開口部１９ａを覆うように環状電極２１上に載置されて環状電極２１と周縁部で導通し、中心電極１５と環状電極２１とを非導通状態または導通状態にする金属クリックばね２５とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、操作した際にクリック感を与える操作スイッチに関するものである。

電子機器などに使用される操作スイッチとして、操作したか否かを操作者が指先で確認できるように、操作した際にクリック感を与える構成のものが提案されている。

図７は従来の操作スイッチの構成を示す断面図に相当する説明図である。

図７において、操作スイッチ１１は、絶縁性を有した基板１３と、この基板１３の一主表面（上面）１３ａに設けられた中心電極（一方の電極）１５と、この中心電極１５が中心部分に位置する状態に基板１３の一主表面１３ａに設けられた円形の環状電極（他方の電極）１７と、この環状電極１７が円形の開口部１９ａ内に同心円状に位置する状態に基板１３の一主表面１３ａに設けられた絶縁層１９と、この絶縁層１９の開口部１９ａ内に位置するように収容されて環状電極１７と周縁部で導通し、中心電極１５と環状電極１７とを非導通状態または導通状態にするドーム状の金属クリックばね２５と、この金属クリックばね２５を絶縁層１９の開口部１９ａ内に位置決めし、絶縁層１９および金属クリックばね２５を覆うように粘着層２７で絶縁層１９および金属クリックばね２５に貼り付けられたプラスチックシート２９と、このプラスチックシート２９の上側に配置され、下面に設けられたアクチュエータ部３１ａを金属クリックばね２５の中心部上に位置させたキーマット３１とで構成されている。なお、両電極１５，１７の厚さ（高さ）は、同じ厚さとされている。そして、キーマット３１は、図示を省略したスプリングなどの付勢手段により、基板１３から所定距離離れるように上方へ付勢されている。

上記した金属クリックばね２５、粘着層２７およびプラスチックシート２９で、スイッチシート２３が構成されている。

このように構成された操作スイッチ１１のキーマット３１が押し下げられると、アクチュエータ部３１ａ、プラスチックシート２９および粘着層２７を介して金属クリックばね２５の頂部が押し下げられ、金属クリックばね２５が下側へ反転してクリック感を付与し、金属クリックばね２５の中心部分（頂部）が中心電極１５に接触することにより、中心電極１５と環状電極１７とが導通状態になる。そして、キーマット３１を押し下げる力を解除すると、金属クリックばね２５、キーマット３１および付勢手段（図示省略）の復元（弾性）力により、各部が元の状態へと戻り、中心電極１５と環状電極１７とが非導通状態になる。

上記したように、キーマットを押し下げて金属クリックばねを反転させる際のクリック感を向上させるため、金属クリックばねの頂部に相当するプラスチックシートの部分に上方へ突出する突部を設けたり（例えば、特許文献１参照。）、スイッチシート内に突起付きの金属薄板を内蔵させている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００６−１６４５５２号公報 特開２００４−３１１１５６号公報

近年、電子機器の小型化に伴って操作スイッチ１１の小型化も進み、金属クリックばね２５の動作ストロークが短くなっている。このように金属クリックばね２５の動作ストロークが短くなると、クリック感が小さくなる（低下する）という問題がある。

この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、小型化を図りつつ、クリック感（クリック率）を向上させることのできる操作スイッチを提供するものである。

請求項１に記載の発明は、基板と、この基板の一主表面に設けられた一方の電極と、この一方の電極が開口部の中心部分に位置する状態に前記基板の一主表面に設けられた絶縁層と、この絶縁層の、前記基板と反対側の一主表面に設けられた他方の電極と、前記開口部を覆うように前記他方の電極上に載置されて前記他方の電極と周縁部で導通し、前記一方の電極と前記他方の電極とを非導通状態または導通状態にする金属クリックばねとを備えていることを特徴とする操作スイッチである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の操作スイッチにおいて、前記絶縁層の厚さを２０μｍ以上１１０μｍ以下にし、前記開口部の外形形状および前記金属クリックばねの外形形状を円形にしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の操作スイッチにおいて、前記絶縁層の厚さを２０μｍ以上７０μｍ以下にし、前記開口部の外形形状および前記金属クリックばねの外形形状を長方形にしたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、絶縁層上の他方の電極上に金属クリックばねを載置したので、金属クリックばねの押し込み深さ（動作ストローク）を絶縁層の厚さ分だけ深く（長く）することができることにより、操作スイッチの小型化を図りつつ、クリック感（クリック率）を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、絶縁層の厚さを２０μｍ以上１１０μｍ以下にし、開口部の外形形状および金属クリックばねの外形形状を円形にしたので、操作スイッチの小型化を図りつつ、クリック感を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、絶縁層の厚さを２０μｍ以上７０μｍ以下にし、絶縁層の開口部の外形形状および金属クリックばねの外形形状を長方形にしたので、絶縁層の開口部を長方形にして操作スイッチの占有面積を少なくした場合においても、操作スイッチの小型化を図りつつ、クリック感を向上させることができる。

この発明の一実施例である操作スイッチの構成を示す断面図に相当する説明図である。 金属クリックばねの荷重変位特性図である。 外形形状が円形の金属クリックばねにおける絶縁層の厚さと押し込み深さとの関係を示す特性図である。 外形形状が円形の金属クリックばねにおける絶縁層の厚さとクリック率との関係を示す特性図である。 外形形状が長方形の金属クリックばねにおける絶縁層の厚さと押し込み深さとの関係を示す特性図である。 外形形状が長方形の金属クリックばねにおける絶縁層の厚さとクリック率との関係を示す特性図である。 従来の操作スイッチの構成を示す断面図に相当する説明図である。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１はこの発明の一実施例である操作スイッチの構成を示す側面図に相当する説明図であり、図７と同一または相当部分には同一符号を付してある。

図１において、操作スイッチ１１Ａは、絶縁性を有した基板１３と、この基板１３の一主表面（上面）１３ａに設けられた中心電極（一方の電極）１５と、この中心電極１５が、例えば、直径が３ｍｍの円形の開口部１９ａの中心部分に同心円状に位置する状態に基板１３の一主表面１３ａに設けられた絶縁層１９と、この絶縁層１９の、基板１３と反対側の一主表面１９ｂに開口部１９ａと同心円状に設けられた環状電極（他方の電極）２１と、絶縁層１９の開口部１９ａを覆うように環状電極２１上に載置されて環状電極２１と周縁部で導通し、中心電極１５と環状電極２１とを非導通状態または導通状態にする、例えば、直径が４ｍｍのドーム状の金属クリックばね２５と、この金属クリックばね２５を環状電極２１上に位置決めし、絶縁層１９および金属クリックばね２５を覆うように粘着層２７で絶縁層１９および金属クリックばね２５に貼り付けられたプラスチックシート２９と、このプラスチックシート２９の上側に配置され、下面に設けられたアクチュエータ部３１ａを金属クリックばね２５の中心部上に位置させたキーマット３１とで構成されている。なお、両電極１５，２１の厚さ（高さ）は、同じ厚さとされている。そして、キーマット３１は、図示を省略したスプリングなどの付勢手段により、基板１３から所定距離離れるように上方へ付勢されている。

上記した金属クリックばね２５、粘着層２７およびプラスチックシート２９で、スイッチシート２３が構成されている。そして、プラスチックシート２９は、機械的強度、製造コストなどを考慮してＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で構成されている。

このように構成された操作スイッチ１１Ａのキーマット３１が押し下げられると、アクチュエータ部３１ａ、プラスチックシート２９および粘着層２７を介して金属クリックばね２５の頂部が押し下げられ、金属クリックばね２５が下側へ反転してクリック感を付与し、金属クリックばね２５の中心部分（頂部）が中心電極１５に接触することにより、中心電極１５と環状電極２１とが導通状態になる。そして、キーマット３１を押し下げる力を解除すると、金属クリックばね２５、キーマット３１および付勢手段（図示省略）の復元（弾性）力により、各部が元の状態へと戻り、中心電極１５と環状電極２１とが非導通状態になる。

〔実施例１〜実施例５および比較例１〕
図１に示す金属クリックばね２５の直径を４ｍｍとし、絶縁層１９の開口部１９ａの直径を３ｍｍ（金属クリックばね２５の直径の７５％）とし、絶縁層１９の厚さを変化させたときの金属クリックばね２５の荷重変位特性と、図７に示す金属クリックばね２５の荷重変位特性とを図２に示す。なお、図２において、曲線Ａは絶縁層の厚さが０μｍ、すなわち、図７に示した金属クリックばねの荷重変位特性（比較例１）、曲線Ｃは絶縁層の厚さを５０μｍとしたときの金属クリックばねの荷重変位特性（実施例２）、曲線Ｄは絶縁層の厚さを７０μｍとしたときの金属クリックばねの荷重変位特性（実施例３）、曲線Ｅは絶縁層の厚さを９０μｍとしたときの金属クリックばねの荷重変位特性（実施例４）、曲線Ｆは絶縁層の厚さを１１０μｍとしたときの金属クリックばねの荷重変位特性（実施例５）を示している。

ここで、図２の曲線Ａ（比較例１）に基づいてクリック率を説明すると、荷重を０から増加させて押し込み深さ（動作ストローク）が増加し、荷重が極大になったときの荷重値Ｐ１と、さらに押し込み深さを増加させて荷重が極小になったときの荷重値Ｐ２とに基づき、クリック率（％）は〔（Ｐ１−Ｐ２）×１００／Ｐ１〕と表すことができる。このクリック率は、金属クリックばねのクリック感のよさを示す指標であり、荷重値Ｐ１と荷重値Ｐ２との差が大きくなる程クリック感がよくなる。

図２に示した曲線Ａ（比較例１）、曲線Ｃ（実施例２）〜曲線Ｆ（実施例５）に基づいて絶縁層の厚さと押し込み深さとの関係、および、金属クリックばねの下の絶縁層の厚さを２０μｍとしたときの押し込み深さの関係（実施例１）を図３に示す。また、図２に示した曲線Ａ（比較例１）、曲線Ｃ（実施例２）〜曲線Ｆ（実施例５）に基づいて絶縁層の厚さとクリック率との関係、および、金属クリックばねの下の絶縁層の厚さを２０μｍとしたときのクリック率の関係（実施例１）を図４に示す。

図３における絶縁層の厚さを５０μｍとした点ＰＣ_３（実施例２）の押し込み深さは、絶縁層の厚さを０とした点ＰＡ_３（比較例１）の０．１５６ｍｍから０．１８４ｍｍへと深く（長く）なる。そして、図４における絶縁層の厚さを５０μｍとした点ＰＣ_４（実施例２）のクリック率は、絶縁層の厚さを０とした点ＰＡ_４（比較例１）のクリック率（４４％）から６０％へと上昇（向上）する。また、図３における絶縁層の厚さを２０μｍ（実施例１の点ＰＢ_３）、７０μｍ（実施例３の点ＰＤ_３）、９０μｍ（実施例４の点ＰＥ_３）、１１０μｍ（実施例５の点ＰＦ_３）とした押し込み深さも、絶縁層の厚さを０とした点ＰＡ_３（比較例１）の押し込み深さからそれぞれ深く（長く）なる。そして、図４における絶縁層の厚さを２０μｍ（実施例１の点ＰＢ_４）、７０μｍ（実施例３の点ＰＤ_４）、９０μｍ（実施例４の点ＰＥ_４）、１１０μｍ（実施例５の点ＰＦ_４）としたクリック率は、絶縁層の厚さを０とした点ＰＡ_４（比較例１）のクリック率からそれぞれ上昇（向上）する。なお、絶縁層の厚さが５０μｍ〜１１０μｍの間では、図３および図４に示されているように、押し込み深さおよびクリック率が劇的に変化しないことが解る。

〔試験例１〕
実施例１〜実施例５、比較例１のそれぞれに対して各試料（金属クリックばね）を２０個用意し、打鍵後の状態を評価した。打鍵条件は、１．６ｍｍ径のアクチュエータ付きシリコンキーマットで打鍵圧を８Ｎ〔ニュートン〕とし、打鍵回数を携帯電話機用のスイッチシート評価に用いられている１００万回とし、打鍵位置を金属クリックばねのセンタ位置からオフセット量を０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍとした。この結果を表１に示す。表１における個数は、２０個の金属クリックばねに対して割れを観測した金属クリックばねの個数である。

表１から理解できるように、絶縁層の厚さを９０μｍ（実施例４）とし、オフセット量を０．５ｍｍとしたときに金属クリックばねに割れを観測した。しかし、一般的に、キーマットと金属クリックばねの位置は±０．３ｍｍの範囲に収められているため、絶縁層の厚さを１１０μｍ（実施例５）としてもよいものと考えられる。なお、絶縁層の厚さは、１１０μｍ以上にするのは難しく、また、５０μｍ〜１１０μｍの範囲で金属クリックばねの押し込み深さおよびクリック率に大きな変化がないことから、上限を１１０μｍとするのが実用的である。

上記したように、金属クリックばねに割れが発生する原因は、一般的に、絶縁層の厚さが厚い程オーバーストロークとなり、打鍵位置がずれる程（オフセット量が多くなる程）金属が疲労し易くなるためと考えられる。したがって、絶縁層の厚さが厚くなる程、また、オフセット量が大きく（長く）なる程、金属クリックばねに割れが発生する。

〔実施例１１〜実施例１５および比較例１１〕
図１に示す金属クリックばね２５を縦が２．８ｍｍで、横が４ｍｍの長方形とし、絶縁層１９の開口部１９ａを縦が２．１ｍｍで、横が３ｍｍの長方形（金属クリックばね２５の外形形状の７５％）とした場合の、金属クリックばね２５の下の絶縁層１９の厚さと押し込み深さとの関係（実施例１１〜実施例１５および比較例１１）を図５に示し、金属クリックばね２５の下の絶縁層１９の厚さとクリック率との関係（実施例１１〜実施例１５および比較例１１）を図６に示す。

図５における絶縁層の厚さを５０μｍとした点ＰＯ_５（実施例１２）の押し込み深さは、絶縁層の厚さを０とした点ＰＭ_５（比較例１１）の０．１７ｍｍから０．１９２ｍｍへと深く（長く）なる。そして、図６における絶縁層の厚さを５０μｍとした点ＰＯ_６（実施例２）のクリック率は、絶縁層の厚さを０とした点ＰＭ_６（比較例１１）のクリック率（４０％）から５０％へと上昇（向上）する。また、図５における絶縁層の厚さを２０μｍ（実施例１１の点ＰＮ_５）、７０μｍ（実施例１３の点ＰＰ_５）、９０μｍ（実施例１４の点ＰＱ_５）、１１０μｍ（実施例１５の点ＰＲ_５）とした押し込み深さも、絶縁層の厚さを０とした点ＰＭ_５（比較例１１）の押し込み深さからそれぞれ深く（長く）なる。そして、図６における絶縁層の厚さを２０μｍ（実施例１１の点ＰＮ_６）、７０μｍ（実施例１３の点ＰＰ_６）、９０μｍ（実施例１４の点ＰＱ_６）、１１０μｍ（実施例１５の点ＰＲ_６）としたクリック率は、絶縁層の厚さを０とした点ＰＭ_６（比較例１１）のクリック率からそれぞれ上昇（向上）する。なお、絶縁層の厚さが５０μｍ〜１１０μｍの間では、図５および図６に示されているように、押し込み深さおよびクリック率が劇的に変化しないことが解る。

〔試験例１１〕
実施例１１〜実施例１５、比較例１１のそれぞれに対して各試料（金属クリックばね）を２０個用意し、打鍵後の状態を評価した。打鍵条件は、先に説明した試験例１の打鍵条件と同一にした。この結果を表２に示す。表２における個数は、２０個の金属クリックばねに対して割れを観測した金属クリックばねの個数である。

表２から理解できるように、絶縁層の厚さを５０μｍ（実施例１２）とし、オフセット量を０．５ｍｍとしたときに金属クリックばねに割れを観測した。しかし、一般的に、キーマットと金属クリックばねの位置は±０．３ｍｍの範囲に収められているため、絶縁層の厚さを７０μｍ（実施例１３）としてもよいものと考えられる。なお、金属クリックばねの外形形状を長方形にした場合は、金属クリックばねの外形形状を円形にした場合に比べて耐久性が劣るため、金属クリックばねの下に位置する絶縁層の厚さが薄くなる。

上述したように、絶縁層上の環状電極上に金属クリックばねを載置したので、金属クリックばねの押し込み深さを絶縁層の厚さ分だけ深くすることができることにより、クリック感（クリック率）を向上させることができる。また、金属クリックばねを絶縁層上の環状電極上の載置してクリック感（クリック率）を向上させたので、絶縁層の厚さ分だけ操作スイッチの高さが高くなるが、絶縁層の厚さは僅かであるため、操作スイッチの小型化を図ることができる。そして、絶縁層の厚さを薄くして操作スイッチの小型化を図る場合は、絶縁層の厚さを５０μｍとすることにより、操作スイッチの小型化を図りつつ、クリック率の向上をも確保することができる。

なお、絶縁層の開口を小さくすることは、金型の調整で容易に実施することが可能で、大幅なコストアップにはならない。また、プラスチックシートに防塵、防水機能が求められているが、絶縁層の開口部の開口径を小さくすることによって所期の目的を達成できるため、防塵、防水効果は損なわれない。

１１Ａ 操作スイッチ
１３ 基板
１３ａ 一主表面（上面）
１５ 中心電極（一方の電極）
１９ 絶縁層
１９ａ 開口部
１９ｂ 一主表面（上面）
２１ 環状電極（他方の電極）
２３ スイッチシート
２５ 金属クリックばね
２７ 粘着層
２９ プラスチックシート
３１ キーマット
３１ａ アクチュエータ部

Claims (3)

1. 基板と、
   この基板の一主表面に設けられた一方の電極と、
   この一方の電極が開口部の中心部分に位置する状態に前記基板の一主表面に設けられた絶縁層と、
   この絶縁層の、前記基板と反対側の一主表面に設けられた他方の電極と、
   前記開口部を覆うように前記絶縁層上に載置されて前記他方の電極と周縁部で導通し、前記一方の電極と前記他方の電極とを非導通状態または導通状態にする金属クリックばねと、
   を備えていることを特徴とする操作スイッチ。
2. 請求項１に記載の操作スイッチにおいて、
   前記絶縁層の厚さを２０μｍ以上１１０μｍ以下にし、
   前記開口部の外形形状および前記金属クリックばねの外形形状を円形にした、
   ことを特徴とする操作スイッチ。
3. 請求項１に記載の操作スイッチにおいて、
   前記絶縁層の厚さを２０μｍ以上７０μｍ以下にし、
   前記開口部の外形形状および前記金属クリックばねの外形形状を長方形にした、
   ことを特徴とする操作スイッチ。

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