JP2015153482A

JP2015153482A - 感圧スイッチ

Info

Publication number: JP2015153482A
Application number: JP2014024018A
Authority: JP
Inventors: 竜中江; Ryu Nakae; 直樹立畠; Naoki Tachihata
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-24

Abstract

【課題】各種電子機器の操作部に用いられる感圧スイッチに関し、押圧力に対する抵抗値の変化が緩やかなものとなるものを提供することを目的とする。【解決手段】ベースシート２下面に形成された抵抗膜２５は、ベースシート２下面から順番に、低抵抗体層２２、中抵抗体層２３、高抵抗体層２４を塗布形成して構成されている。そして、抵抗膜２５下面の中央位置に高抵抗体層２４が円形状に露呈し、その外周部に中抵抗体層２３が円環状に露呈した構成のものとした。これにより、押圧部材２６の押圧操作で、最初に高抵抗体層２４が固定接点と１２Ａ、１２Ｂと接触し、さらなる押圧によって中抵抗体層２３が固定接点１２Ａ、１２Ｂと接触を始めるように構成した。【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感圧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感圧スイッチにも、多様で確実な操作の可能なものが求められている。

このような従来の感圧スイッチ１００について、図８〜図１１を用いて説明する。なお、この断面図は構成をわかりやすくするために厚さ方向の寸法を拡大して表している。

図８は従来の感圧スイッチの断面図、図９は同部分拡大断面図、図１０は同動作状態を示す部分拡大断面図、図１１は同押圧力に対する特性の変化を示すグラフである。

導電シート１は可撓性を有する上面視略矩形状に形成された絶縁フィルム製のベースシート２の下面に、低抵抗体層３と高抵抗体層４がスクリーン印刷などで積層して形成された抵抗膜が形成されている。

低抵抗体層３は、シート抵抗値が０．１ｋ〜１０ｋΩ／□で、粒径１〜５μｍのカーボン粉を分散した合成樹脂製で、ベースシート２下面にスクリーン印刷などで厚さ５〜２０μｍで塗布形成されている。

高抵抗体層４は、シート抵抗値が５０ｋ〜５００ｋΩ／□に設定された合成樹脂製の抵抗体であり、低抵抗体層３下面にスクリーン印刷などで厚さ５〜２０μｍで塗布形成されている。

ここに、高抵抗体層４は、ウレタンなどで構成された粒径５〜３０μｍの弾性を有する軟質粒子４Ａが分散されていて、高抵抗体層４の下面は細かな凹凸状になっている。

そして、絶縁樹脂からなる押圧部材６が、ベースシート２の上面に接着固定されている。

導電シート１はスペーサ７を挟んで配線基板１１上面に搭載される。スペーサ７は、中央孔７Ａが設けられた絶縁樹脂製の薄板であり、下面の粘着剤７Ｂによって配線基板１１上面と貼着している。

そして、高抵抗体層４の下面中央が、スペーサ７の中央孔７Ａを介して、配線基板１１に配されている固定接点１２Ａ、１２Ｂに対向している。

なお、図８に示すように固定接点１２Ａは所定の電位Ｖｃｃに接続されて、固定接点１２Ｂはプルダウン抵抗１３を介してグランド電位に接続されている。

以上のように従来の感圧スイッチは構成されており、次にその動作について説明する。

押圧部材６の上面を下方に向かって押圧すると、導電シート１が下方に撓み、高抵抗体層４下面は対向する固定接点１２Ａ、１２Ｂと接触する。そして固定接点１２Ａ、１２Ｂ間が高抵抗体層４を介して電気的に接続されて、プルダウン抵抗１３間には、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値とプルダウン抵抗１３の抵抗値の比率に応じた電圧Ｖｏｕｔが発生する。

さらに押圧力を加えると、導電シート１は軟質粒子４Ａが潰されて高抵抗体層４下面の細かな凹凸が潰れることで、高抵抗体層４下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積が大きくなると共に、導電シート１がより広範囲に亘って下方に撓むことで、高抵抗体層４下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積が大きくなる。

これにより、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値が小さくなる。このときの押圧力に対する抵抗値の関係は図１１の実線に示す関係になる。

そして、上述した電圧Ｖｃｃの変化を図示しない所定の検出回路が検出し、押圧力に応じた、電子機器の様々な機能の操作が行われるように構成されている。

以上のように、使用者の押圧力に応じて、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値を変化させることで、電子機器の多様な操作が可能なものを実現していた。

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、特許文献２が知られている。

特開２００９−２１８０２９号公報特開２０１２−２０４１２７号公報

しかしながら、従来の感圧スイッチは、押圧力が大きくなるにつれて、押圧力に対する高抵抗体層４下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積の変化量が次第に小さくなるものであった。つまり、図１１に示すように、押圧力が小さい領域では押圧力に対する固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値の変化量が大きいが、大きい領域では、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値の変化が小さい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、押圧力に対して抵抗値が緩やかに変動する感圧スイッチを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、基材の下面に抵抗膜を備えた導電シートと、抵抗膜と対向する位置に配された固定接点とで構成された感圧スイッチであって、抵抗膜は第一の抵抗体層と第一の抵抗体層より低い抵抗値を有する第二の抵抗体層とで構成され、押圧操作により導電シートが撓み、第一の抵抗体層と固定接点が接触した後に、第二の抵抗体層と固定接点が接触することを特徴とする感圧スイッチとしたものである。

これであれば、押圧操作したときに固定接点に最初に接触する抵抗膜の抵抗値と、さらに押圧力を加えたときに固定接点に接触する抵抗体層の抵抗値が異なるものに構成でき、抵抗値の変動を緩やかなものに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、押圧力に対する抵抗値の変化を緩やかなものとすることができるという有利な効果が得られる。

本発明の実施の形態による感圧スイッチの断面図同部分拡大断面図同分解斜視図同動作状態を示す断面図同押圧力が小さい領域での動作状態を示す部分拡大断面図同押圧力が大きい領域での動作状態を示す部分拡大断面図同押圧力に対する特性の変化を示すグラフ従来の感圧スイッチの断面図同部分拡大断面図同動作状態を示す部分拡大断面図同押圧力に対する特性の変化を示すグラフ

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７用いて説明する。なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。

また、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態による感圧スイッチの断面図、図２は同部分拡大断面図、図３は同分解斜視図である。

同図において、感圧スイッチ２００は、押圧部材２６と、導電シート２１と、スペーサ７と、配線基板１１を備える。

導電シート２１は、可撓性を有する上面視略矩形状に形成された絶縁フィルム製のベースシート２の下面に、低抵抗体層２２と中抵抗体層２３と高抵抗体層２４からなる抵抗膜２５が形成されて構成されている。

そして、上述した導電シート２１は、スペーサ７を介して、配線基板１１上面に搭載されている。
スペーサ７は、上面視外形が導電シート２１と同形状で厚さ寸法が１０〜１００μｍ程度の絶縁樹脂製の薄板であり、中央に円形の中央孔７Ａが設けられている。そして、下面に粘着剤７Ｂが形成されている。

ここに、上述した抵抗膜２５は、ベースシート２下面から低抵抗体層２２、中抵抗体層２３、高抵抗体層２４の順番に、それぞれ厚さ５〜２０μｍで塗布形成されて構成されている。低抵抗体層２２と中抵抗体層２３はベースシート２下面の全面領域に亘って形成されている。そして、高抵抗体層２４は中抵抗体層２３下面に、スペーサ７の中央孔７Ａと同心円で、かつ中央孔７Ａよりも小さい径に設定された上面視円形状に形成されている。

つまり、スペーサ７の中央孔７Ａ内から露呈する抵抗膜２５は、中央孔７Ａの中央部では高抵抗体層２４が円形状に露呈し、外周部では中抵抗体層２３が円環状に露呈している。

なお、低抵抗体層２２のシート抵抗値は５０Ω／□〜２０ｋΩ／□、中抵抗体層２３のシート抵抗値は２０ｋΩ／□〜８０ｋΩ／□、高抵抗体層２４のシート抵抗値は８０ｋΩ／□〜５ＭΩ／□にするとよく、これら抵抗体層は、合成樹脂に粒径１〜１０μｍのカーボン粉などの導電粒子を分散した材料をスクリーン印刷などで塗布形成することで構成するとよい。

さらに、高抵抗体層２４にはウレタンなどで構成された粒径５〜３０μｍの弾性を有する軟質粒子４Ａが分散されており、この軟質粒子４Ａにより高抵抗体層２４の下面に細かな凹凸が形成されている。

そして、絶縁樹脂からなる押圧部材２６が、中央孔７Ａの中央位置に対応するベースシート２の上面位置に、図示しない接着剤によって接着固定されている。

なお、押圧部材２６は、ショアＡ硬度５０〜７０ＨＳに設定されたエラストマなどの絶縁樹脂製で、下方が小径となる円柱台形状に形成されているとよい。

そして、導電シート２１はスペーサ７下面の粘着剤７Ｂによって配線基板１１上面と貼着し、抵抗膜２５の下面がスペーサ７の中央孔７Ａを介して配線基板１１上面に対向状態に配され、配線基板１１上面と所定の間隔を空けて対向している。

配線基板１１には抵抗膜２５の下面中央位置に対応する位置に、電気的に独立した上面視略短冊状の固定接点１２Ａ、１２Ｂが所定の間隔で交互に配された櫛歯状に形成されていて、これら固定接点１２Ａ、１２Ｂ上面が、スペーサ７の中央孔７Ａを介して、抵抗膜２５の下面中央位置と所定の間隔を空けて対向している。

配線基板１１の固定接点１２Ａ、１２Ｂは、図示しない所定の電子回路に接続され、その接続状態は、図１に示すように固定接点１２Ａは所定の電位ＶＣＣに接続されて、固定接点１２Ｂはプルダウン抵抗１３を介してグランド電位に接続されている。

以上のように感圧スイッチ２００は構成されており、次にその動作について図４〜図７を用いて説明する。

図４は本発明の実施の形態による感圧スイッチの動作状態を示す断面図、図５は同押圧力が小さい領域での動作状態を示す部分拡大断面図、図６は同押圧力が大きい領域での動作状態を示す部分拡大断面図、図７は同押圧力に対する特性の変化を示すグラフである。

押圧部材２６の上面を下方に向かって押圧すると、図４に示すように、その押圧力により導電シート２１の中央部が下方へ撓む。このとき、導電シート２１に形成された抵抗膜２５は、高抵抗体層２４が露呈している領域のみが、対向する固定接点１２Ａ、１２Ｂに接触する。そして、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間が高抵抗体層２４、中抵抗体層２３、低抵抗体層２２を介して電気的に接続されたスイッチオン状態になる。

これにより、プルダウン抵抗１３間には、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値とプルダウン抵抗１３の抵抗値の比率に応じた電圧Ｖｏｕｔが発生する。

そして、加えている押圧力を徐々に大きくすると、図５に示すように、導電シート２１は、高抵抗体層２４内に分散されている軟質粒子２４Ａが潰され、高抵抗体層２４の厚さが僅かに小さくなると共に、高抵抗体層２４下面の細かな凹凸が潰されて、高抵抗体層２４下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂ上面との接触面積が大きくなる。

これにより、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値が小さくなり、プルダウン抵抗１３間の電圧Ｖｏｕｔは大きくなる。

なお、以上の述べた動作は押圧力が小さい領域での動作であり、次に押圧力が大きい領域での動作について説明する。

図５に示した状態から押圧力をさらに大きくすると、図６に示すように、導電シート２１はより広範囲が下方方向に撓み、抵抗膜２５は高抵抗体層２４が露呈している領域だけでなく、高抵抗体層２４の外側位置に形成された中抵抗体層２３が露呈している領域も、固定接点１２Ａ、１２Ｂに接触する。

そして、押圧力が大きい領域では、押圧力をさらに大きくすると導電シート２１はより広範囲に撓むため、中抵抗体層２３と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積が大きくなる。

これにより、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値がより小さくなり、プルダウン抵抗１３間の電圧Ｖｏｕｔはより大きくなる。

ここに、当該実施の形態のものも押圧力が大きくなるにしたがって、導電シート２１の撓み量が徐々に小さくなるなどの要因により、押圧力に対する高抵抗体層２４下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積の変化量が次第に小さくなる。つまり、押圧力に対する接触面積の変化は一定ではなく、押圧力が小さい領域では接触面積の変化が大きく、押圧力が大きい領域では接触面積の変化が小さくなる。

しかしながら、当該実施の形態のものは、中央孔７Ａ内から露呈する抵抗膜２５を、円形状に露呈した高抵抗体層２４の外縁部に中抵抗体層２３が円環状に露呈した構成とすることで、押圧力に対する抵抗値の変動を図５の実線に示す関係のように緩やかなものにできる。

なお、図５は横軸を押圧部材２６に加えた押圧力として、縦軸を固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値として、押圧力に対する抵抗値の関係を示したグラフである。

以下に、上述した押圧力が小さい領域と大きい領域の両領域における、抵抗膜２５下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積の変化と、固定接点１２Ａ、１２Ｂ間の抵抗値の変化の関係について詳しく説明する。

まず、図５に示す押圧力が小さい領域では、導電シート２１の抵抗膜２５は、シート抵抗値が高い高抵抗体層２４下面のみが固定接点１２Ａ、１２Ｂと接触する。したがって、例えば押圧力を大きくして接触面積が急激に増大しても、抵抗値は緩やかに低下する。

一方、図６に示す押圧力が大きい領域では、高抵抗体層２４下面に加えて、シート抵抗値の低い中抵抗体層２３下面も固定接点１２Ａ、１２Ｂと接触する。そして、当該領域では、押圧力に対して主に中抵抗体層２３下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積が変動する。したがって、接触面積の変動が小さいものであっても、抵抗値の変動を大きいものにできる。

なお、本実施の形態のもののように、押圧部材２６は弾性を有した樹脂製で、底面が小径となる円柱台形にすれば、図６に示すように、押圧部材２６は押圧操作により変形して、ベースシート２上面との接触面積が増大する。つまり、押圧部材２６は押圧操作により底面の面積が広がるように歪んで導電シート２１を押圧するので、押圧力が大きい領域において、中抵抗体層２３下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積の変動度合いを大きいものにでき望ましい。

以上のように、押圧力が小さい領域、つまり導電シート２１の撓み量が大きく抵抗膜２５と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積の変動度合いが大きい領域では、シート抵抗値が高い高抵抗体層２４が固定接点１２Ａ、１２Ｂと接触することで、抵抗値を緩やかに低下させることができる。

そして、押圧力が大きい領域、つまり導電シート２１の撓み量が小さく、抵抗膜２５と固定接点１２Ａ、１２Ｂとの接触面積の変動度合いが小さい領域では、高抵抗体層２４よりもシート抵抗値が低い中抵抗体層２３が固定接点１２Ａ、１２Ｂと接触し、その接触面積が変化することで抵抗値を緩やかに低下させることができる。

以上により押圧力の小さい領域及び大きい領域の両領域において、押圧力に対する抵抗値の変動を緩やかなものにすることができる。

なお、以上には、高抵抗体層２４と中抵抗体層２３は積層するものとして説明したが、高抵抗体層２４と中抵抗体層２３は必ずしも積層する必要はなく、導電シート２１下面の表面に２種類以上の抵抗値の異なる抵抗体層が露呈していればよい。また、高抵抗体層は必ずしも軟質粒子２４Ａの混合を必要とするものではなく。中抵抗体層２３に比べてシート抵抗が大きくなっていればよい。

このように本実施の形態によれば、押圧部材２６の押圧により最初に高抵抗体層２４下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂが接触し、さらなる押圧によって中抵抗体層２３下面と固定接点１２Ａ、１２Ｂが接触を始めるような構成にしているため、押圧力に対する抵抗値の変化を緩やかなものにすることができる。

本発明による感圧スイッチは、押圧力に対する抵抗値の変化を緩やかなものとすることができるという有利な効果を有し、主に各種電子機器の操作部等に有用である。

２ベースシート
７スペーサ
７Ａ中央孔
７Ｂ粘着剤
１１配線基板
１２Ａ、１２Ｂ固定接点
１３プルダウン抵抗
２１導電シート
２２低抵抗体層
２３中抵抗体層
２４高抵抗体層
２４Ａ軟質粒子
２５抵抗膜
２６押圧部材
２００感圧スイッチ

Claims

基材の下面に抵抗膜を備えた導電シートと、
前記抵抗膜と対向する位置に配された固定接点とで構成された感圧スイッチであって、
前記抵抗膜は第一の抵抗体層と前記第一の抵抗体層より低い抵抗値を有する第二の抵抗体層とで構成され、
押圧操作により前記導電シートが撓み、前記第一の抵抗体層と前記固定接点が接触した後に、前記第二の抵抗体層と前記固定接点が接触することを特徴とする感圧スイッチ。
前記基材の上面に押圧部材が配され、
前記押圧操作により前記押圧部材と前記基材の上面との接触面積が増大する請求項１記載の感圧スイッチ。