JP2013182761A - プッシュスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性皿バネを収容するバネ収容凹部が可撓性シートで密封されていても、明確なタクトフィーリングを発生させるプッシュスイッチを提供する。
【解決手段】 導電性皿バネを収容するバネ収容凹部を、絶縁ハウジングの外側面の輪郭の内側に沿った輪郭の形状とするとともに、導電性皿バネを位置決めする位置決め突起を、絶縁ハウジングの少なくとも２箇所の部位からバネ収容凹部内に突設し、可撓性シートで覆われるバネ収容凹部の容積を拡大させる。導電性皿バネを反転動作する際のバネ収容凹部の内圧上昇を抑えることができるので、明確なタクトフィーリングを発生する落差加重に保つことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、上方に湾曲する導電性皿バネを可動接点板として用いたプッシュスイッチに関し、更に詳しくは、導電性皿バネを収容するバネ収容凹部が可撓性シートにより密封されたプッシュスイッチに関する。

ＡＶ機器の各種入力スイッチ、キーボード入力装置のキースイッチなどには、小型化と微小ストロークでかつ入力操作の際に所定の操作感覚（クリック感）が要求され、これらの要求を満たすスイッチとして、従来から導電性皿バネを用いたプッシュスイッチが知られている（特許文献１）。

この従来のプッシュスイッチ１００の基本構造を、図７と図８を用いて説明すると、プッシュスイッチ１００は、輪郭が正方形状の厚板に形成された絶縁ハウジング１０１に、平面から導電性皿バネ３を位置決め収容する円筒形のバネ収容凹部１０３が凹設されている。絶縁ハウジング１０１には、コモン端子４と切換端子５が相互に絶縁して一体成形されている。コモン端子４と切換端子５は、それぞれ導電性金属板をプレス加工し、図に示すように、コモン端子４のコモン接点４ａと切換端子５の選択接点５ａを凸状に上方へ打ち出して形成したもので、絶縁ハウジング１０１に一体成形された状態で、一対のコモン接点４ａがバネ収容凹部１０３の内底面の周縁に、選択接点５ａが内底面の中心にそれぞれ露出している。

導電性皿バネ３は、円盤状の金属板を上方に湾曲させた形状に形成され、その周縁部を一対のコモン接点４ａ上に載置してバネ収容凹部１０３に収容される。従って、外力を受けない導電性皿バネ３は、周縁部がコモン接点４ａに常時接触し、中心部３ａが、選択接点５ａの鉛直方向の上方に位置し、選択接点５ａと絶縁している。

導電性皿バネ３の中心部３ａを一定長さ以上押し下げると、導電性皿バネ３は急激に反転し、下降する中心部３ａが選択接点５ａに接触し、コモン接点４ａと選択接点５ａが橋絡することによって、プッシュスイッチ１００の回路が閉じる。

バネ収容凹部１０３の円筒形の内径は、導電性皿バネ３の直径よりわずかに長く、従って、導電性皿バネ３は、バネ収容凹部１０３内に遊嵌され、バネ収容凹部１０３の内壁面１０３ａによって、中心部３ａが選択接点５ａの鉛直方向から位置ずれしないように、反転動作自在に位置決めされる。

導電性皿バネ３の大きさは、例えば、直径が５ｍｍ、周縁部から中心部３ａまでの高さが０．２５ｍｍ程度と微小であるため、コモン接点４ａや選択接点５ａと導電性皿バネ３との間にわずかな絶縁物が介在しても動作不良の原因となる。そこで、導電性皿バネ３を収容したバネ収容凹部１０３の上方の開口を、絶縁ハウジング１０１の平面に密着させた可撓性シート２で覆い、バネ収容凹部１０３を密封し外部と遮断している。

スイッチング操作は、導電性皿バネ３の上方を覆う可撓性シート２を押し下げ、可撓性シート２を介して導電性皿バネ３を押し下げて行う。この操作において、導電性皿バネ３の中心部３ａに押し下げ操作力が加わり、正常な姿勢で反転動作するように、中心部３ａの鉛直方向の可撓性シート２の部位に押圧突起が形成され、若しくは、特許文献１に記載のように、中心部３ａを押し下げる押しボタン（図示せず）が別に可撓性シート７上に配設される。

図９は、導電性皿バネ３への操作荷重Ｐと導電性皿バネ３の変位（押し下げストローク）Ｘの関係を示す荷重−変位図であり、図中（ａ）は、バネ収容凹部１０３が密封されていない状態での導電性皿バネ３自体の操作荷重Ｐと変位Ｘの関係を示している。（ａ）に示すように、操作荷重Ｐが２．７Ｎ（Ｐ１ａ）に達するまで導電性皿バネ３の変位Ｘは、操作荷重Ｐに比例し、Ｐ１ａを越えると急激に反転して中心部３ａが選択接点５ａに接触するまで下降し、この反転動作の間には、操作荷重Ｐが１．０Ｎ（Ｐ２ａ）まで低下するにもかかわらず、変位Ｘが増加する。これにより、導電性皿バネ３を押し下げ操作する操作者は、操作荷重ＰがＰ１ａからＰ２ａまで急激に減少するタクトフィーリング（クリック感）を受け、スイッチ回路が閉じられたことを認識できる。

特開２００８−７８０９０号公報

上述の従来のプッシュスイッチ１００によれば、可動接点板として上方に湾曲形成した導電性皿バネ３を用いるので、０．２５ｍｍ程度の僅かなストロークでありながら、スイッチ回路が閉じる際に皿バネ３の反転によるタクトフィーリングが操作者に伝わり、スイッチ操作の操作感覚が得られる。このタクトフィーリングは、Ｐ１ａとＰ２ａの差である落差荷重（１．７Ｎ）に依存し、導電性皿バネ３の小型、薄型化がすすむほど落差荷重が小さくなるので、明確なタクトフィーリングを発生させるためには、より大きな落差荷重とすることが臨まれている。

一方、防塵、防水の目的で導電性皿バネ３を収容したバネ収容凹部１０３は、可撓性シート２により覆われて完全に密封されるので、可撓性シート２を押し下げる押し下げ操作では、バネ収容凹部１０３内の空気が外部に排出されず、バネ収容凹部１０３内の気圧が上昇する。その結果、可撓性シート２を押し下げるほど上昇するバネ収容凹部１０３の内圧が操作荷重Ｐと逆方向に作用し、密封されたバネ収容凹部１０３に収容された導電性皿バネ３への操作荷重Ｐは上昇する。図９の（ｂ）は、バネ収容凹部１０３が密封された状態での操作荷重Ｐと変位Ｘとの関係を示し、図示するように、反転する際の操作荷重Ｐ１ｂが３．０Ｎに上昇するとともに、反転後の操作荷重Ｐ２ｂは１．７Ｎと更に上昇し、これにより両者の差である落差荷重（Ｐ２ｂ−Ｐ１ｂ）は、１．３Ｎに低下する。

このように、防塵、防水の目的でバネ収容凹部１０３を密封した従来のプッシュスイッチでは、入力操作の際の落差荷重が低下し、特に小型化の要求から微小な導電性皿バネを用いたプッシュスイッチでは、明確なタクトフィーリングが得られないという問題があった。

本発明は、上述の問題点を考慮してなされたものであり、導電性皿バネを収容するバネ収容凹部が可撓性シートで密封されていても、明確なタクトフィーリングを発生させるプッシュスイッチを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１のプッシュスイッチは、平面からバネ収容凹部が凹設された絶縁ハウジングと、バネ収容凹部の内底面に露出するコモン接点及び選択接点と、上方に湾曲形成されることにより、周縁部がコモン接点上に載置され、中心部が選択接点から離間してバネ収容凹部内に収容される導電性皿バネと、絶縁ハウジングの平面に密着し、バネ収容凹部を密封する可撓性シートとを備え、可撓性シートを押し下げて反転動作する導電性皿バネにより、コモン接点と選択接点間を橋絡させるプッシュスイッチにおいて、
バネ収容凹部を囲う絶縁ハウジングの側壁を、絶縁ハウジングの外側面に沿ってほぼ等しい厚さで形成し、バネ収容凹部を、絶縁ハウジングの外側面の輪郭の内側に沿った輪郭の形状とするとともに、中心部が選択接点の鉛直線上に配置されるように導電性皿バネを位置決めする位置決め突起を、絶縁ハウジングの少なくとも２箇所の部位からバネ収容凹部内に突設したことを特徴とする。

絶縁ハウジングの外形を変更せずに、位置決め突部の周囲にバネ収容凹部の容積を拡大する空気だまりが形成される。バネ収容凹部の容積が拡大するので、導電性皿バネが反転動作するまで可撓性シートを押し下げた際のバネ収容凹部の内圧上昇が抑えられ、一定の落差荷重に保たれたタクトフィーリングが発生する。

バネ収容凹部を拡大させても、導電性皿バネの中心部は選択接点の鉛直線上に配置されるように位置決め突起に位置決めされるので、反転動作する導電性皿バネは、確実に選択接点に接触する。

絶縁ハウジングを小型、薄型化しても、バネ収容凹部の周囲は均一な厚さの側壁で囲われるので、所定の強度が得られる。

請求項２のプッシュスイッチは、位置決め突部の導電性皿バネに対向する内壁面を、導電性皿バネの円弧状の周縁に沿った凹曲面としたことを特徴とする。

導電性皿バネの周縁に沿った位置決め突部の凹曲面に案内されるので、少ない位置決め突部の数で、導電性皿バネを位置決めできる。

請求項３のプッシュスイッチは、位置決め突部を、バネ収容凹部の内底面から上方に突設したことを特徴とする。

側壁と位置決め突部との間にバネ収容凹部の容積を拡大させる空気だまりが形成される。

請求項１の発明によれば、絶縁ハウジングを小型化し、微小な導電性皿バネを可動接点板として用いても、押し下げ操作の際に明確なタクトフィーリングが得られる。

請求項２の発明によれば、バネ収容凹部内に突設する位置決め突部の数を減少させて、簡略構造とすることができる。

請求項３の発明によれば、限られた大きさの絶縁ハウジングに、より容積を拡大させたバネ収容凹部を形成できる。

本発明の第１実施の形態に係るプッシュスイッチ１を示す分解斜視図である。 プッシュスイッチ１の斜視図である。 プッシュスイッチ１の縦断面図である。 絶縁ハウジング６の斜視図である。 プッシュスイッチ１を押し下げ操作する操作荷重Ｐと導電性皿バネ３の変位（押し下げストローク）Ｘとの関係（ｃ）を従来のプッシュスイッチ１００の関係（ｂ）と比較して示す荷重−変位図である。 本発明の第２実施の形態に係るプッシュスイッチ１０を示す分解斜視図である。 従来のプッシュスイッチ１００を示す分解斜視図である。 プッシュスイッチ１００の縦断面図である。 プッシュスイッチ１００を押し下げ操作する操作荷重Ｐと導電性皿バネ３の変位Ｘとの関係を示す荷重−変位図である。

以下、本発明の１実施の形態におけるプッシュスイッチ１を、図１乃至図５で説明する。このプッシュスイッチ１は、上述の従来のプッシュスイッチ１００と主要な構成が共通するので、プッシュスイッチ１００と同一若しくは同様に作用する構成について同一の番号を用いて説明する。各図に示すように、プッシュスイッチ１は、コモン端子４と切換端子５とが互いに絶縁して一体に取り付けられた絶縁ハウジング６と、可動接点板である導電性皿バネ３と、可撓性シート２とを備えている。

絶縁ハウジング６は、絶縁性の合成樹脂により全体が厚板状に形成されたもので、正方形状の輪郭に沿ってほぼ等しい厚さの側壁６１が形成されることにより、その内側が導電性皿バネ３を収容するバネ収容凹部７となっている。

コモン端子４は、導電性の金属板をプレス成形により打ち抜いて、両側が上方に折り曲げらた帯状片と帯状片の中間から側方に分岐する一対の分岐片が一体に形成され、一対の分岐片の先端側に、背面側から打ち出されて上方に突出するコモン接点４ａが形成される。コモン端子４は、絶縁ハウジング６の成形の際にインサート成形され、絶縁ハウジング６に一体成形された状態で、図１に示すように、絶縁ハウジング６の底面に沿って対向する側壁６１から突出する帯状片の両側は、プッシュスイッチ１を実装するプリント配線基板の導電パターンに半田付けされるコモン端子脚部４ｂとなっている。また、一対のコモン接点４ａは、対向する一対の側壁６１の内側のバネ収容凹部７の内底面上に露出してる。導電性皿バネ３は、その周縁部３ｂを各コモン接点４ａ上に載置して一対のコモン接点４ａに掛け渡されるされるもので、従って、一対のコモン接点４ａは、円形の導電性皿バネ３の直径にほぼ等しい間隔を隔てて、バネ収容凹部７の内底面に露出している。

切換端子５は、導電性の金属板をプレス成形により打ち抜いて、両側が上方に折り曲げらた帯状片と帯状片の中央で分岐する円盤状の分岐片が一体に形成され、円盤状の分岐片に、同心円上に背面側から打ち出されて上方に突出する選択接点５ａが形成される。切換端子５も、絶縁ハウジング６の成形の際にインサート成形され、絶縁ハウジング６に一体成形された状態で、絶縁ハウジング６の底面に沿って対向する側壁６１から突出する帯状片の両側が、プリント配線基板の導電パターンに半田付けされる切換端子脚部５ｂとなっている。選択接点５ａは、一対のコモン接点４ａの中間の位置となるバネ収容凹部７の内底面のほぼ中心の部位に露出してる。

導電性皿バネ３は、バネ性を有する金属板、例えば、ステンレス板、リン青銅板、ベリリウム銅板を円盤状に打ち抜き、円形の中心部３ａが上方に向かって緩やかな突曲面の頂部となるように、上方に湾曲させたものである。前述したように導電性皿バネ３は、円形の周縁部３ｂが一対のコモン接点４ａ上に載置され、頂部である中心部３ａが押し下げられると反転動作してその下方に露出する選択接点５ａに接触する。これにより、導電性皿バネ３を介してコモン端子４と切換端子５間が導通し、スイッチ回路が閉じ操作される。

このように導電性皿バネ３をバネ収容凹部７内で反転動作を自在とするように、正方形状の４辺に沿った各側壁６１の内側面から内側に向けて、複数の位置決め突部８が突設されている。各位置決め突部８の内側面８ａは、バネ収容凹部７の選択接点５ａが露出する部位を中心とし、円形の導電性皿バネ３の直径よりわずかに長い直径で仮想する同一のガイド円９（図４参照）に外接するように形成され、導電性皿バネ３は、各位置決め突部８によって、反転動作にかかわらずその中心部３ａが選択接点５ａの鉛直線上に配置されるようにバネ収容凹部７に位置決めされる。

導電性皿バネ３を収容したバネ収容凹部７の上方の開口は、側壁６１の平面に密着する状態で接着剤により固着された可撓性シート２で覆われる。可撓性シート２は、導電性皿バネ３を反転動作可能にその中央を撓ませて押し下げ操作可能であれば、ゴム、合成樹脂などの任意の可撓性材料を用いることができる。一対のコモン接点４ａ上に載置される導電性皿バネ３の中心部（頂部）３ａの高さは、側壁６１の平面よりわずかに高く、従って図３に示すように、絶縁ハウジング６の平面に固着された可撓性シート２は、導電性皿バネ３の中心部３ａに接し、導電性皿バネ３の湾曲する平面に沿って撓んでいる。

このように構成されたプッシュスイッチ１は、上述のように、コモン端子脚部４ｂと切換端子脚部５ｂを対応するプリント配線基板の表面に形成された導電パターンに半田付けしてプリント配線基板に実装される。絶縁ハウジング６の底壁には、インサート成形の際にコモン端子４と切換端子５を位置決めする位置決めピンによる抜き孔６２が形成されるが、抜き孔６２の両側は、コモン端子４若しくは切換端子５とプリント配線基板とので覆われるととともに、絶縁ハウジング６の底面の周囲とプリント配線基板との間は封止用接着剤によって封止されるので、バネ収容凹部７は外部から完全に密封され、微小な塵埃や水滴も侵入しない。

完全に密封されたバネ収容凹部７には、ガイド円９回りの側壁６１との間に空気だまりＢが別に形成されるので、外形が同一の絶縁ハウジング１０１と導電性皿バネ３を用いた従来のバネ収容凹部１０３に比べて、密封されたバネ収容凹部７の容積が増大する。例えば、図７に示す従来のバネ収容凹部１０３の容積が約４．６３ｍｍ^３であるのに対し、本実施の形態のバネ収容凹部７の容積は、約５．８３ｍｍ^３に増大する。

プッシュスイッチ１の押し下げ操作の際に、可撓性シート７は、押し下げ操作前（変位Ｘが０）から導電性皿バネ３が反転動作する位置（変位Ｘが２．５ｍｍ）まで押し下げられ、バネ収容凹部７の内圧が上昇する。以下、この内圧の変化を従来のバネ収容凹部１０３と本実施の形態に係るバネ収容凹部７と比較すると、両者に共通して収容される直径５ｍｍの導電性皿バネ３の体積１．１８ｍｍ^３を除き、押し下げ操作前後（変位Ｘが０から２．５ｍｍまで変化）の従来のバネ収容凹部１０３の容積は、３．４５ｍｍ^３から０．８１ｍｍ^３まで圧縮比４．２５で圧縮され、押し下げ操作前（変位Ｘが０）の内圧を１００ｋＰａとすれば、４２５ｋＰａまで上昇する。一方、変位Ｘが０から２．５ｍｍまで変化した際の導電性皿バネ３の体積１．１８ｍｍ^３を除いた本実施の形態に係るバネ収容凹部７の容積は、４．６５ｍｍ^３から２．２３ｍｍ^３まで圧縮比２．０８で圧縮され、押し下げ操作前（変位Ｘが０）の内圧を１００ｋＰａとすれば、２０８ｋＰａとなる。

その結果、従来のプッシュスイッチ１００では、図５に示す導電性皿バネ３の反転後（変位Ｘが２．５ｍｍ）の操作荷重Ｐ２ｂに、４２５ｋＰａの内圧による０．４２５Ｎ／ｍｍ^２の反対方向の応力が作用するのに対し、本実施の形態のプッシュスイッチ１では、反転後（変位Ｘが２．５ｍｍ）の内圧が２０８ｋＰａとなるので、その時の操作荷重Ｐ２ｃに反対方向に作用する応力は、０．２０８Ｎ／ｍｍ^２まで低下させることができる。図５の（ｃ）は、プッシュスイッチ１の操作荷重Ｐと変位Ｘとの関係を示し、図示するように、本実施の形態によれば、反転する際の操作荷重Ｐ１ｃが２．８Ｎ、反転後の操作荷重Ｐ２ｃが１．２Ｎと低下し、両者の差である落差荷重は従来の１．３Ｎ（Ｐ２ｂ−Ｐ１ｂ）から１．６Ｎ（Ｐ２ｃ−Ｐ１ｃ）まで上昇する。これにより、従来のプッシュスイッチ１００と外形が同一の絶縁ハウジング６と導電性皿バネ３を用いて、より明確なタクトフィーリングを発生させることができる。

上述の実施の形態で、位置決め突部８は、側壁６１の内側壁から内側に向けて突設されているが、バネ収容凹部７内に突設されれば、その一部若しくは全部をバネ収容凹部７の内底面から立設させてもよい。図６は、全ての位置決め突部１１をバネ収容凹部７の内底面から立設させた本発明の第２の実施の形態に係るプッシュスイッチ１０を示し、プッシュスイッチ１とは、位置決め突部１１の構成のみが異なるので、他の構成は同一の番号を付してその説明を省略する。

位置決め突部１１は、バネ収容凹部７の内底面の４箇所の部位から絶縁ハウジング６と一体に立設され、各内側面１１ａは、それぞれバネ収容凹部７内で仮想するガイド円９に外接している。従って、導電性皿バネ３は、各位置決め突部１１の内側面１１ａによって、反転動作可能で、反転動作にかかわらずその中心部３ａが選択接点５ａの鉛直線上に配置されるようにバネ収容凹部７に位置決めされる。

このプッシュスイッチ１０によれば、第１実施の形態に比べて更に、各位置決め突部１１の外側と側壁６１との間にも空気だまりＢ’が形成されるので、よりバネ収容凹部７の容積を拡大させ、導電性皿バネ３が反転動作する際の落差荷重を拡大させることができる。

バネ収容凹部７内に突設される位置決め突部８、１１の数は、反転動作の前後にかかわらず、中心部３ａが選択接点５ａの鉛直線上にとなるように導電性皿バネ３を位置決めできれば、その数は任意である。例えば、一対の位置決め突部８、１１を選択接点５ａの露出位置を挟んで対向するバネ収容凹部７内の部位に突出させ、各内側面８ａ、１１ａを、導電性皿バネ３の周縁に沿ったガイド円９に合わせて湾曲する凹曲面とすれば、一対の位置決め突部８、１１のみで導電性皿バネ３を位置決めできる。

本発明は以上の実施の形態に限定されることなく種々変形が可能であり、例えば、導電性皿バネ３は、輪郭を円形とした皿バネに限らず、長方形の薄板をその長手方向に沿って湾曲させた形状であってもよい。

また、上述の実施の形態では、可撓性シート２を押し下げ操作し、導電性皿バネ３の中心部３ａを下方へ押し下げるが、押し下げ操作力の操作荷重Ｐが中心部３ａへ鉛直方向に作用するように、中心部３ａの上方の可撓性シート２の部位に押圧突部を形成したり、その部位を押し下げるアクチュエータ若しくは押しボタンを可撓性シート２上に配置するものであってもよい。

本発明は、微小な導電性皿バネを可動接点板として用いたプッシュスイッチに適している。

１ プッシュスイッチ
２ 可撓性シート
３ 導電性皿バネ
３ａ 中心部
３ｂ 周縁部
４ａ コモン接点
５ａ 選択接点
６ 絶縁ハウジング
６１ 側壁
７ バネ収容凹部
８ 位置決め突部
８ａ 内側面
１０ プッシュスイッチ
１１ 位置決め突部
１１ａ 内側面

Claims (3)

1. 平面からバネ収容凹部が凹設された絶縁ハウジングと、
   前記バネ収容凹部の内底面に露出するコモン接点及び選択接点と、
   上方に湾曲形成されることにより、周縁部が前記コモン接点上に載置され、中心部が前記選択接点から離間して前記バネ収容凹部内に収容される導電性皿バネと、
   前記絶縁ハウジングの平面に密着し、前記バネ収容凹部を密封する可撓性シートとを備え、
   前記可撓性シートを押し下げて反転動作する前記導電性皿バネにより、前記コモン接点と前記選択接点間を橋絡させるプッシュスイッチにおいて、
   前記バネ収容凹部を囲う前記絶縁ハウジングの側壁を、前記絶縁ハウジングの外側面に沿ってほぼ等しい厚さで形成し、前記バネ収容凹部を、前記絶縁ハウジングの外側面の輪郭の内側に沿った輪郭の形状とするとともに、
   前記中心部が前記選択接点の鉛直線上に配置されるように前記導電性皿バネを位置決めする位置決め突起を、前記絶縁ハウジングの少なくとも２箇所の部位から前記バネ収容凹部内に突設したことを特徴とするプッシュスイッチ。
2. 位置決め突部の導電性皿バネに対向する内壁面を、導電性皿バネの円弧状の周縁に沿った凹曲面としたことを特徴とする請求項１記載のプッシュスイッチ。
3. 位置決め突部を、バネ収容凹部の内底面から上方に突設したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のプッシュスイッチ。

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