JP2013089306A - プッシュスイッチ - Google Patents

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Tomosada Inada
具貞 稲田
Toshimizu Tomizuka
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Abstract

【課題】防水性を損なうことなく操作感を良好にできるプッシュスイッチを提供する。
【解決手段】第1および第2基材11、12を中空層4を隔てて積層した基板1と、第1基材11の外面11aに設けられたスイッチ素子2と、スイッチ素子2を第1基材11の外面11aで隙間なく包囲するカバー部3とを備えたプッシュスイッチ10。スイッチ素子2は、中央接点部23と周辺接点部24とを有する固固定接点部21と、中央接点部23に接離可能な可撓性を有して中央接点部23と周辺接点部24とを導通させる可動接点部22とを有する。第1基材11にはカバー部3の内部空間20と中空層4とを連通させる通気口部19が形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、携帯電話、情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistant)、パーソナルコンピュータなどに用いられるプッシュスイッチに関する。
携帯電話等には、電源スイッチなどとしてプッシュスイッチが用いられる(例えば、特許文献1を参照)。
図10は、プッシュスイッチの一例を示すもので、ここに示すプッシュスイッチ110は、基板101と、基板101に設けられたスイッチ素子102と、スイッチ素子102を包囲して密閉するカバー部103とを備えている。
スイッチ素子102は、固定接点部111と可動接点部112とを有する。固定接点部111は、中央接点部113とその外周側に設けられた周辺接点部114とを有する。可動接点部112は、中央接点部113に接離可能な可撓性を有する。
カバー部103は、スイッチ素子102を覆う可撓性のカバーシート115と、カバーシート115の基板101側に設けられたスペーサ116とを備えている。
近年では、防水性についての要求が高まっており、プッシュスイッチ110では、カバー部103のスペーサ116はカバーシート115と基板101に隙間なく接合され、これによってスイッチ素子102の防水性が確保されている。
スイッチ素子102の押圧操作の際には、カバー部103のカバーシート115を基板101に向けて押圧し、可動接点部112を反転変形させて中央接点部113に当接させ、中央接点部113と周辺接点部114とを導通させる。可動接点部112は、前記変形によって操作者にクリック感を与える。
特開2009−146630号公報
しかしながら、プッシュスイッチ120では、カバー部103が密閉構造であるため、スイッチ素子102の押圧操作の際には、カバー部103の内圧により押圧抵抗が大きくなって操作感が良好でなくなることがあった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、防水性を損なうことなく操作感を良好にできるプッシュスイッチを提供することを目的とする。
本発明は、第1および第2基材を中空層を隔てて積層した多層構造の基板と、前記第1基材の外面側に設けられたスイッチ素子と、前記スイッチ素子を前記第1基材外面側で隙間なく包囲するカバー部とを備え、前記スイッチ素子は、中央接点部およびその周囲に形成される周辺接点部を有する固定接点部と、前記中央接点部に接離可能な可撓性を有して前記中央接点部への当接時に前記中央接点部と前記周辺接点部とを導通させる可動接点部と、を有し、前記第1基材には、前記カバー部の内部空間と前記中空層とを連通させる通気口部が形成されているプッシュスイッチを提供する。
前記第1基材は、可撓性を有し、前記カバー部を押圧することにより前記可動接点部が前記中央接点部に接するように変形したときに、前記可動接点部による押圧によって前記第2基材に接近するように撓み変形可能であることが好ましい。
前記通気口部は、前記可動接点部の内部空間と前記中空層とを連通させることが好ましい。
前記中空層の体積は、前記可動接点部の内部空間の体積以上であることが好ましい。
前記中空層厚さは、20〜50μmであることが好ましい。
本発明のプッシュスイッチは、前記可動接点部の基端部が、前記第1基材外面に、所定厚さの導電体層を介して設置されている構成としてもよい。
前記可動接点部は、前記第1基材から離れる方向に突出したドーム形状であり、前記可動接点部の頂点部と前記カバー部との間に、前記カバー部への押圧力を前記可動接点部に伝える押圧力伝達部材が設けられ、前記カバー部には、前記押圧力伝達部材を収容する収容凹部が形成されている構成とすることができる。
本発明のプッシュスイッチは、前記第1基材と前記第2基材との間に、前記中空層を気密に囲む介在層が形成され、前記介在層が、少なくとも前記可動接点部の基端部における前記第1基材と前記第2基材との間に形成されていることが好ましい。
本発明によれば、第1基材が中空層に通じる通気口部を有するので、上記押圧操作では、内部空間の空気の一部が、通気口部を通って中空層に流れる。このため、カバー部の内圧上昇が抑制され、上記押圧操作時の抵抗が小さくなり、操作感が良好となる。また、カバー部がスイッチ素子を包囲するため、防水性は確保される。
従って、防水性を損なうことなく、スイッチ素子の押圧操作時の操作感を良好にすることができる。
本発明の第1実施形態であるプッシュスイッチを示す断面図である。 図1の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。 図1のプッシュスイッチの第1基材を示す平面図である。 本発明の第2実施形態であるプッシュスイッチを示す断面図である。 図4の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。 本発明の第3実施形態であるプッシュスイッチを示す断面図である。 試験結果を示すグラフである。 可動接点部の一例を示す平面図である。 可動接点部の他の例を示す平面図である。 従来のプッシュスイッチの一例を示す断面図である。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態であるプッシュスイッチ10を示す断面図である。図2は、プッシュスイッチ10の押圧操作時の状態を示す断面図である。図3は、プッシュスイッチ10の第1基材11を示す平面図である。以下の説明において、高さ方向とは、図1における上方(基板1から離れる方向)という。
図1に示すように、プッシュスイッチ10は、基板1と、基板1に設けられたスイッチ素子2と、スイッチ素子2を包囲して密閉するカバー部3とを備えている。
基板1は、第1基材11と第2基材12とを、中空層4を隔てて積層した多層構造(2層構造)とされている。
第1基材11は、基材本体13の基準面13a(外面)(図1の上面)に、スイッチ素子2の固定接点部21(導電層)(後述)が形成されている。
基材本体13はポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエステル樹脂、アラミド樹脂、液晶ポリマーなどの絶縁性の樹脂材料からなり、後述のスイッチ素子2の押圧操作時に可動接点部22に押圧されて、第2基材12に接近するように撓み変形可能である。基材本体13の厚さは、例えば10〜100μmである。
基材本体13の内面13b(基準面13aとは反対の面)には、銅などの導電体からなる導電層8が形成されている。導電層8は、基材本体13を貫通する層間導通部26を介して固定接点部21に接続されている。
図1および図3に示すように、第1基材11には、基材本体13を厚さ方向に貫通する通気口部19が形成されている。
通気口部19は、カバー部3の内部空間20と中空層4とを連通させるものであって、その形状、大きさ、位置等は、内部空間20と中空層4との間で空気を流通させ得るものであれば特に限定されない。
通気口部19の平面視形状は、円形、矩形などとしてよい。図3に示す例の通気口部19は平面視円形とされている。通気口部19の内径は例えば0.1〜1mmとすることができる。
通気口部19は、可動接点部22の内部空間29と中空層4とを連通させることが好ましい。図示例では、通気口部19の形成位置(平面視位置)は、スイッチ素子2の可動接点部22の基端部22aより内側であり、通気口部19は可動接点部22内に開口している。
これによって、押圧操作時に可動接点部22内の圧力を確実に低下させ、押圧抵抗を抑えることができる。
第2基材12は、ポリイミド、PET、ポリカーボネート、ポリエステル樹脂、アラミド樹脂、液晶ポリマーなどの絶縁性の樹脂材料からなる基材本体14の外面14b(図1の下面)に、銅などの導電体からなる導電層6が形成されている。導電層6は、基材本体14を貫通する層間導通部27を介して導電層8に接続されている。
第1基材11および第2基材12としては、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)などのプリント配線板を使用できる。第1基材11および第2基材12に形成された固定接点部21、導電層6、8は、銀、アルミニウム等からの金属から構成されていてもよい。
第2基材12の外面12b(図1の下面)は、被覆樹脂層7(被覆層)に覆われている。図示例では、外面12bの全面が被覆樹脂層7で覆われている。
被覆樹脂層7が形成されることによって、第2基材12の層間導通部等を封止し、外面12b側からの浸水を防ぎ、防水性を高めることができる。
第2基材12は、介在層5を介して第1基材11に重なるように配置され、これによって基材11、12間には介在層5の内側に中空層4が確保されている。
介在層5は、樹脂などからなり、基材11、12の間にて中空層4を気密に囲んでいる。介在層5は、例えば基材11、12の全周縁部に沿う枠状に形成することができる。介在層5の平面視形状は、例えば円形や多角形の枠状とすることができる。
介在層5は、少なくとも可動接点部22の基端部22aにおける第1基材11と第2基材12との間に形成されていることが望ましい。図示例の介在層5は、平面視において外周縁5bが基材11、12の外周縁に達し、内周縁5aは可動接点部22の基端部22a(またはその近傍)に達している。なお、介在層5の内周縁5aは、平面視において基端部22aより内側に達していてもよい。
介在層5の内周縁5aが平面視において基端部22aまたはこれより内側にあると、中空層4は、平面視において可動接点部22に包含される領域に形成されることになる。
基端部22aにおける基材11、12間に介在層5が設けられていると、後述する中央接点部23は撓み下方変位するが、基端部22aは下方変位しにくくなり、後述するスイッチ素子2の押圧操作時の可動接点部22の変位量を大きくすることができる。
中空層4は、第1基材11と第2基材12との間の空間であり、平面視において介在層5よりも内側の領域である。中空層4の平面視形状は、例えば可動接点部22の外形に沿う形状とされる。
中空層4は介在層5に気密に囲まれており、第2基材12は空気の流通ができないため、中空層4は、通気口部19以外の箇所から空気の流通ができない構造である。すなわち、中空層4は、外部との空気の流通ができない気密構造であり、防水性が確保されている。
中空層4の厚さ寸法(第1基材11と第2基材12との間隔)は、小さすぎればクリック感に影響が及び、大きすぎればプッシュスイッチ10の薄型化が難しくなる。
中空層4の厚さは、20〜50μmとすることができる。中空層4の厚さを前記範囲とすることによって、空気の流通がスムーズになり、操作感が良好となる。また、スイッチ素子2の押圧操作時の第1基材11の変位を大きくしてクリック感を良好にし、かつプッシュスイッチ10の薄型化が可能となる。
中空層4の体積は、ドーム形状の可動接点部22の内部空間29の体積以上であると、スイッチ素子2の押圧操作時の内圧上昇を抑え、押圧抵抗を小さくできる。
スイッチ素子2は、固定接点部21と可動接点部22とを有する。固定接点部21は、中央接点部23とその外周側に設けられた周辺接点部24とを有する。可動接点部22は、中央接点部23に接離可能な可撓性を有し、中央接点部23に当接したときに中央接点部23と周辺接点部24とを導通させることができる。
可動接点部22は、例えば金属などの導電体からなる板状体であり、上方(基板1から離れる方向)に突出したドーム形状とすることができる。可動接点部22は断面略楕円弧形であり、平面視形状は円形とすることができる(図8参照)。可動接点部22の平面視形状は長円形(図9参照)とすることもできる。
可動接点部22は、1枚の板状体から構成されていてもよいし、2枚以上の板状体が積層された構造であってもよい。可動接点部22が2枚以上の板状体を積層した構造は、可動接点部22の剛性を高め、高い動作荷重(例えば2N以上)を設定できる。
可動接点部22の基端部22aは、第1基材11の基準面11a(外面)(図1の上面)に形成されている。基端部22aは、周辺接点部24に電気的に接続されている。図示例では基端部22aは、可動接点部22の周縁部であり、周辺接点部24の上面24aに接して形成されている。
可動接点部22は、中央接点部23に接離可能な可撓性を有し、操作者による押圧による弾性変形によって頂点部22b(中央部)が下方に変位して中央接点部23に当接したときに中央接点部23と周辺接点部24とを導通させることができる。
可動接点部22の断面形状および平面視形状は図示例に限らず、他の形状であってもよい。
カバー部3は、スイッチ素子2を覆う可撓性のカバーシート15と、カバーシート15の基板1側(図1の下面側)に設けられたスペーサ16とを備えている。
カバーシート15は、PETなどの樹脂材料等からなる。カバーシート15の下面15b側(基板1側の面)にはアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂(シリコン系樹脂)などからなる粘着層17が形成されている。
スペーサ16は、ポリイミド等の樹脂材料等からなり、平面視形状は例えばスイッチ素子2を囲む枠状とすることができる。スペーサ16は、カバーシート15の全周縁部に沿って形成することができ、例えば円形や多角形の枠状とすることができる。
スペーサ16の高さは、カバーシート15の変形が小さくなるように設定するのが好ましい。図示例のスペーサ16は、上面16aの高さ位置が可動接点部22の頂部22cの高さ位置と同じになるように設計され、これによってカバーシート15は変形のない状態、すなわち基板1に平行な状態となっている。
スペーサ16は上面16aが粘着層17によってカバーシート15に隙間なく接合され、下面16bが第1基材11の基準面13aに隙間なく接合され、これによってスイッチ素子2を密閉し、防水性を確保している。
カバーシート15の上面15a(外面)には、押圧力伝達部材28が設けられている。
押圧力伝達部材28は、操作者の押圧力を可動接点部22の頂点部22bに集中して作用させるためのもので、樹脂などで構成される。押圧力伝達部材28は円柱状、直方体状などのブロック状とすることができる。押圧力伝達部材28の平面視位置は可動接点部22の頂点部22bに一致していることが好ましい。
押圧力伝達部材28を設けることによって、操作者の押圧力を可動接点部22の頂点部22bに作用させ、操作の確実性を高めることができる。
次いで、プッシュスイッチ10の動作について説明する。
図2に示すように、カバー部3のカバーシート15を、押圧力伝達部材28を介して下方(基板1に近づく方向)に押圧すると、カバーシート15の頂点部が下方に撓み、可動接点部22の頂点部22bを下方に押圧する。
これによって、可動接点部22は弾性的に反転変形して頂点部22bが下方に変位する。この変形の際に、可動接点部22は操作者にクリック感を与える。
可動接点部22の頂点部22bが中央接点部23に当接すると、可動接点部22を介して中央接点部23と周辺接点部24とを導通させることができる。
上記押圧操作では、内部空間20(特に可動接点部22の内部空間29)の空気の一部は、第1基材11の通気口部19を通って中空層4に流れる。このため、カバー部3(特に可動接点部22)の内圧上昇が抑制され、上記押圧操作時の抵抗が小さくなり、操作感が良好となる。
上記押圧操作では、可動接点部22の頂点部22bが第1基材11を下方(第2基材12に近づく方向)に押圧し、第1基材11は下方に撓み変形する。
これによって、頂点部22bを低い位置まで変位させることができるため、可動接点部22の接離方向(中央接点部23に対して接近および離間する方向。図1、図2では上下方向)の変位量(ストローク量)を大きくできる。このため、操作者に与えられるクリック感が良好になる。
操作者が押圧を停止すると、可動接点部22の弾性復元力によって頂点部22bは上方に変位し、図1に示す状態に戻る。
プッシュスイッチ10では、基板1が中空層4を有する2層構造であり、第1基材11が中空層4に通じる通気口部19を有し、かつ可撓性を有するので、スイッチ素子2の押圧操作時の抵抗を抑えるとともに、可動接点部22の変位量(ストローク量)を大きくしてクリック感を高めることができる。
また、カバー部3がスイッチ素子2を包囲することに加え、中空層4は、外部との空気の流通がない構造であるため、密閉構造は失われず、十分な防水性が確保される。
従って、防水性を損なうことなく、スイッチ素子2の押圧操作時の操作感を良好にすることができる。
また、プッシュスイッチ10では、中央接点部23と周辺接点部24とに高低差がなくても可動接点部22の接離方向の変位量(ストローク量)を大きくできるため、プッシュスイッチ10の薄型化の点で有利である。また、製造工程も簡略にできる。
(第2実施形態)
次に、本発明のプッシュスイッチの第2実施形態を説明する。以下の説明において、既出の構成については同じ符号を付してその説明を簡略化または省略することがある。
図4は、本発明の第2実施形態であるプッシュスイッチ30を示す断面図である。図5は、プッシュスイッチ30の押圧操作時の状態を示す断面図である。
プッシュスイッチ30では、スイッチ素子2の可動接点部22の基端部22aが、第1基材11の基準面11a(外面)(図1の上面)に形成された所定厚さの導電体層31上に形成されている。
導電体層31は、導電性材料、例えば導電性ペーストからなる。導電性ペーストは、導電粒子とバインダ樹脂とを含む。導電粒子はカーボン、金属(銀、銅、ニッケル、金、錫など)などの導電性物質からなる粒子または粉体である。バインダ樹脂としては、飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などが使用できる。
導電体層31は、スクリーン印刷、インクジェット印刷などにより形成することができる。
導電体層31は、可動接点部22の基端部22aを高い位置に配置でき、かつ接続時の頂点部22bの高さ位置に影響が出ないように形成される。図示例の導電体層31は、周辺接点部24の上面24aにのみ形成され、中央接点部23には形成されていない。
導電体層31の厚さ寸法は、小さすぎればクリック感を高める効果が低下し、大きすぎればプッシュスイッチ10の薄型化が難しくなる。
導電体層31の厚さは、10〜100μmとすることができる。中空層4の厚さを前記範囲とすることによって、スイッチ素子2の押圧操作時の第1基材11の変位を大きくしてクリック感を良好にし、かつ薄型化が可能となる。
図5に示すように、カバー部3のカバーシート15を、押圧力伝達部材28を介して下方(基板1に近づく方向)に押圧すると、可動接点部22は弾性変形して頂点部22bが下方に変位する。頂点部22bが中央接点部23に当接すると、可動接点部22を介して中央接点部23と周辺接点部24とを導通させることができる。
プッシュスイッチ30では、基端部22aが導電体層31の上に形成されている。一方、中央接点部23に接続されるときの頂点部22bの高さ位置は図1に示すプッシュスイッチ10の場合と同じである。
従って、図1に示すプッシュスイッチ10に比べて、可動接点部22の接離方向(中央接点部23に対して接近および離間する方向)の変位量(ストローク量)を大きくでき、クリック感を良好にできる。
(第3実施形態)
次に、本発明のプッシュスイッチの第3実施形態を説明する。
図6は、本発明の第3実施形態であるプッシュスイッチ40を示す断面図である。
カバー部3のカバーシート35は、上方に突出した突出部32を有する。突出部32の内面側(下面側)は収容凹部33であり、収容凹部33内には押圧力伝達部材34が収容される。
押圧力伝達部材34は、操作者の押圧力を可動接点部22の頂点部22bに集中して作用させるためのもので、樹脂などで構成される。押圧力伝達部材34は円柱状、直方体状などのブロック状とすることができる。押圧力伝達部材34の平面視位置は可動接点部22の頂点部22bに一致していることが好ましい。
押圧力伝達部材34は、可動接点部22とカバーシート35との間に、可動接点部22に対して上方に突出して設置されている。
プッシュスイッチ40は、押圧力伝達部材34が設けられているため、操作者の押圧力を可動接点部22の頂点部22bに作用させ、操作の確実性を高めることができる。
カバーシート35の突出部32は、例えばプレス成形によりカバーシート35を作製する際に同時に形成することができるため、製造工程を簡略にできることから、量産化に対応可能である。
上記実施形態1〜3においては、基材本体13は、スイッチ素子2の押圧操作時に可動接点部22に押圧されて、第2基材12に接近するように撓み変形可能としたが、基材本体13は撓まなくても良い。この場合でも、押圧操作では、内部空間20(特に可動接点部22の内部空間29)の空気の一部は、第1基材11の通気口部19を通って中空層4に流れる。このため、カバー部3(特に可動接点部22)の内圧上昇が抑制され、上記押圧操作時の抵抗が小さくなり、操作感が良好となる。撓まない基材本体13の材料としては、ポリカーボネートや、ベークライト等を用いることができる。
(実施例1)
図1に示すように、第1基材11に通気口部19が形成されたプッシュスイッチ10を作製した。
第1基材11および第2基材12は矩形(3.4×2.9mm)であり、可動接点部22は平面視円形(外径2.8mm)のドーム形状とした。中空層4は平面視円形であり、内径1.35mm、厚さ70μmとした。
プッシュスイッチ10のスイッチ素子2を押圧操作したときのクリック率(%)〔(動作荷重−反転荷重)×100/動作荷重〕を算出した。クリック率はクリック感の良さを示す指標である。結果を表1および図7に示す。動作荷重とは、スイッチ素子2を押圧操作し、可動接点部22の押し込み深さ(変位量)が増加する際の荷重−変位曲線における荷重の極大値であり、反転荷重とは極小値である。
表1および図7において、オーバーストローク量とは、スイッチ素子2の押圧操作において、可動接点部22の基端部22aの高さ位置より低い位置まで頂点部22bを押し込む際の、基端部22aより低い範囲の可動接点部22の高さ方向の変位量である。
Figure 2013089306
表1および図7より、このプッシュスイッチ10では、可動接点部22の変位量を、オーバーストローク量が0を越える範囲まで大きくでき、これによって高いクリック率が得られ、クリック感が良好になることがわかる。
1・・・基板、2・・・スイッチ素子、3・・・カバー部、4・・・中空層、11・・・第1基材、11a・・・第1基材の基準面(外面)、12・・・第2基材、19・・・通気口部、20・・・カバー部の内部空間、21・・・固定接点部、22・・・可動接点部、22a・・・基端部、22b・・・頂点部、22c・・・頂部、23・・・中央接点部、24・・・周辺接点部、28、34・・・押圧力伝達部材、29・・・可動接点部の内部空間、31・・・導電体層、33・・・収容凹部。

Claims (8)

  1. 第1および第2基材を中空層を隔てて積層した多層構造の基板と、前記第1基材の外面側に設けられたスイッチ素子と、前記スイッチ素子を前記第1基材外面側で隙間なく包囲するカバー部とを備え、
    前記スイッチ素子は、中央接点部およびその周囲に形成される周辺接点部を有する固定接点部と、前記中央接点部に接離可能な可撓性を有して前記中央接点部への当接時に前記中央接点部と前記周辺接点部とを導通させる可動接点部と、を有し、
    前記第1基材には、前記カバー部の内部空間と前記中空層とを連通させる通気口部が形成されていることを特徴とするプッシュスイッチ。
  2. 前記第1基材は、可撓性を有し、前記カバー部を押圧することにより前記可動接点部が前記中央接点部に接するように変形したときに、前記可動接点部による押圧によって前記第2基材に接近するように撓み変形可能であることを特徴とする請求項1記載のプッシュスイッチ。
  3. 前記通気口部は、前記可動接点部の内部空間と前記中空層とを連通させることを特徴とする請求項1または2記載のプッシュスイッチ。
  4. 前記中空層の体積は、前記可動接点部の内部空間の体積以上であることを特徴とする請求項3記載のプッシュスイッチ。
  5. 前記中空層厚さは、20〜50μmであることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載のプッシュスイッチ。
  6. 前記可動接点部の基端部は、前記第1基材外面に、所定厚さの導電体層を介して設置されていることを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項記載のプッシュスイッチ。
  7. 前記可動接点部は、前記第1基材から離れる方向に突出したドーム形状であり、前記可動接点部の頂点部と前記カバー部との間に、前記カバー部への押圧力を前記可動接点部に伝える押圧力伝達部材が設けられ、
    前記カバー部には、前記押圧力伝達部材を収容する収容凹部が形成されていることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載のプッシュスイッチ。
  8. 前記第1基材と前記第2基材との間に、前記中空層を気密に囲む介在層が形成され、
    前記介在層は、少なくとも前記可動接点部の基端部における前記第1基材と前記第2基材との間に形成されていることを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項記載のプッシュスイッチ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023191439A1 (ko) * 2022-03-31 2023-10-05 이수호 소형 택트스위치

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