JP2015179665A - マイクロスイッチ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従って、従来技術のような切替えジャンプ時の振動の発生が低減され、従来技術に比べて、貴金属を殆ど使用せず製造費用の安い構造的形状が単純な電気マイクロスイッチに対する要求がある。
【解決手段】電気マイクロスイッチは、少なくとも１つの電気接点を有する。接点は特定の形状セクションを有する。この形状セクションは、長手方向の伸長部と、長手方向の伸長部に形成されて少なくとも断面で丸い様態に形成された外表面を有する湾曲部とを有する。接触領域は、湾曲部の外表面に定められる。マイクロスイッチを製造するための方法も開示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気マイクロスイッチに関し、特にマイクロスイッチ用の接点及びその製造方法に関する。

電気マイクロスイッチは、電気回路の一部でありこれをオンオフする。従って、接点及び接続部は導電性が良い材料で作られる。マイクロスイッチは複雑な組立体の一部を形成する。車両では、マイクロスイッチは、一般にドア、前部フード、後部ドア、サンルーフなどの閉鎖システムに使用される。マイクロスイッチは、一般にマイクロプロセッサが評価する小さな制御電流を切替える。マイクロスイッチの必須の性能機能は、切替え動作が完了する時間である。この時間はバウンス時間と呼ばれる。制御ユニットで信頼性のある評価を行うためには、バウンス時間は、非常に短いこと、及び異なる動作条件及び環境の影響（例えば、温度変動）にわたって一定であることが必要である。

バウンス時間は、移動質量、ジャンプ動作の速度、関連する接触面の幾何学的形状、及び接触面の電気的な表面特性の影響を受ける。時間及び環境の影響にわたって一定で短いバウンス時間を保証するために、以下の公知の基準が目標とされる。

−小さな移動質量：機械的振動を引き起こす機械的パルスは、質量の増大につれて大きくなる。

−高いジャンプ速度（滑り接触のための動作速度）：ジャンプ速度（可動接点が飛翔する）は、ジャンプ機構によって構造的に決まる。硬いバネは迅速なジャンプを引き起こす。滑り接触に関して、ジャンプ速度は動作速度に左右される。

−全ての動作状態及び時間にわたって一定の接触幾何学的形状：開閉サージ及び摩耗に起因する変形は、耐用年数を通して幾何学的形状を変化させないものとする。理想的には、接触面は理論的な点状様式で相互に接触する。現実的には、接触荷重により、楕円形に平坦化した接触領域となり、ここを通って電気が流れる。この理想的な接触領域は、各接触面の間で角度偏位が生じたとしても、最大面積に維持される。関連の接点は、個別の接点の間で異なる高い硬度をもつことが理想的である。その結果、相対移動時に不可避的に発生する幾何学的偏位及び摩耗が回避される。

−各接点の間の接触領域における低い電気抵抗：接点が接触する領域に貴金属層又は他の接触層を施工する理由は目的とする低い抵抗を得るためである。

−低い電気抵抗は、小さな点状接触面によっても助長される。

全ての金属表面は、外来原子の連続層で被覆される。理想的には、外来原子の層（非導電性）は非常に薄く、トンネル電流は、抵抗なくこれらの層（外来メッキ）を流れることができる。この特性は、硬質金から作られた層に見られる。厚い外来被覆層は、接触面において強い加圧によって貫通できる。点状接触面は、最大加圧をもたらし、点状接触を損なうことなく大きな角度偏位を許容する。

ＤＥ１０２００６０４３７９５Ｂ３によれば、接点は、円筒中空形状セクションで形成される。この先行技術に記載されたマイクロスイッチでは、対向する接点への接近時に発生する振動（バウンシング）の可能性が非常に低い（＜１ｍｓ）。質量は、硬質材料で作られた通常の接点に比べて小さく、結果として振動パルスが小さくなる。点状接触は（接触時には楕円平坦化が得られる）互いにほぼ直角に配置された円筒形の各接触面により実現される。この最適の接触は、角度誤差があっても維持される。この先行技術は関連の接点の高い材料硬度を目的としており、円筒を得るための再形成加工は硬度の増大を助ける。この先行技術に記載の接点は、中空形状セクションの領域に選択的に施工された貴金属層を備える。このことは、すでに貴金属の節約をもたらしている。好ましくはブラッシング加工である選択的ガルバニック加工を使用する。貴金属を大幅に低減するために、片面にだけに施工することが提案され、作動時、貴金属層は、反対の接点からの材料移送によってもたらされる。

ＤＥ１０２００６０４３７９５Ｂ３

従って、従来技術のような切替えジャンプ時の振動の発生が低減され、従来技術に比べて、貴金属を殆ど使用せず製造費用の安い構造的形状が単純な電気マイクロスイッチに対する要求がある。加えて、前述の電気マイクロスイッチを効率的手法で製造できる方法が提供される。

本発明において、前述のことは、接触領域を備えた特定の形状セクションを有する少なくとも１つの接点を使用することにより実現され、接点領域の長手方向の伸長部には湾曲部が導入され、湾曲部の接触領域の外表面は、少なくとも断面が丸く形成される。

接触領域の長手方向の伸長部に導入されたこの湾曲部に基づき、第１のアーチ形状がもたらされる。第２のアーチ形状は、湾曲部で丸くなっている接触領域の外表面により形成される。こうして、接触領域は２つの平面でアーチ形状であり、これらのアーチ形状のための曲げ及び丸め処理は、エンボス加工により行うことができる。２つのアーチ形状の平面は互いにほぼ垂直である。

この接点の特別な形状によって、対向接点と点状に接触することができる。点状接触により、対向接点には外来原子の層を貫通するような高い加圧力が付与される。

接点は、硬質材料で作ることが好ましく、型打ち成形構成要素として形成することがさらに好ましい。型打ち成形構成要素は、狭い形状とすることができ、型打ち成形の前に対応する「硬質肩部」を圧延することにより硬化される。接触領域の硬化は、２つの平面でのアーチ形状を実現するための後続のエンボス加工によってさらに強化される。

本発明の別の変形によれば、対向接点は、平らな接触領域で形成することができる。この平らな接触領域は、接点の湾曲部と接触するように作ることができ、例えば許容誤差に起因して生ずる角度偏位がある場合でも点状に接触する。

導電性材料の層を接触領域に施工することができ、この導電性材料は、貴金属又はカーボン構造体とすることができる。対向接点は、各接点の間にクランプされた板バネの一部とすることができる。

対向接点は、マイクロスイッチの移動部品に属しているが、湾曲部を備える接点は静止している。この理由から、本発明のマイクロスイッチは、最小の移動質量の接点を有する。対向接点の接触領域の平らな構造は、質量の小さな形態である。これにより機械振動を引き起こす機械パルスが最小になる。

平らな接触領域を備える対向接点は、平らな様式で形成することができる。この形態は、アーチ形状又は他の複雑な形状と比べて剛性がある。その結果、切替え時間を短縮する高いジャンプ速度が実現される。最小化された可動質量と併せて、バウンス時間は、公知の構造と比べて短縮される。この接点及び対向接点の構造により、小型も点状接触面が得られる。角度偏位に対して理想的な点状接触が実現されて維持される。

前提条件を満たす製造方法に関して、本発明は、少なくとも１つの接点を導電性料から型打ち成形して接触領域をエンボス加工し、各接点の接触領域を液相の導電性材料でメッキ処理し、この導電性材料の硬質層でメッキ処理した接点をスイッチハウジングに挿入するようになっている。

製造プロセスにおいて最初に製作されるのは接点である。湾曲部を備える接点を導電性材料から型打ち成形し、その後、接触領域をエンボス加工する。エンボス加工時、湾曲部を形成すると共に接触領域の外表面を丸くする。

その後、接触領域を液相の導電性材料で被覆する。この導電性材料は硬質層を形成する。最後に、接点をスイッチハウジングへ挿入する。接点及び対向接点はスイッチハウジング内に配置され、切替え状態を変えるためにプランジャーが対向接点に作用する。

各接点の接触領域の被覆／メッキ処理は、浸漬処理で行うことが好ましい。浸漬処理は、例えば接触領域を貴金属イオンでメッキするガルバニック処理槽を備えることができる。しかしながら、例えば導電性材料が炭素系である場合は、非ガルバニック処理槽を使用することもできる。接触領域に導電性材料を施工すると、接点が互いに接触する領域での電気抵抗が低下する。

貴金属を避ける場合、代わりに炭素表面を使用することができる。本明細書において、グラフェン又はフラーレンのような炭素の硬質改質物が好ましい。グラフェンは、二次元構造を備える炭素の改質物の名前である。フラーレンは、高三次元構造及び対称性を備える炭素の改質物の名前である。

本発明では、炭素材料の塗布は、炭素が溶解した液相で実行する。塗布は、処理槽内で、又はそれに代えて吹付け又は印刷によって実行することができる。炭素を液相で塗布した後に溶媒が蒸発すると炭素の層が得られる。

例えば、グラフェンは、インクジェットプリンタを使用して塗布することもでき、これによって硬質の導電性層が得られる。グラフェン液体のための溶媒として遷移金属を使用することができ、冷却時、グラフェン自体は、自己組織化様式で表面に配列する。

製造プロセスの結果として、関連の接点、つまり湾曲部を備えた接点及び平らな対向接点の両方は、大きな硬度を備えるが、各接点の間では硬度は様々である。これにより、例えば再形成加工又は圧縮加工の機械パルスによる幾何学的形状の変化、及び相対移動により不可避的に生ずる摩耗が防止される。全ての動作状態及び時間にわたる一定の接触幾何学的形状が保証される。

本発明の好ましい実施形態は、以下に例示的に添付図面を参照して説明される。各図面において、２つ以上の図に現れる同じ構造、要素、又は部品は、概してそれらが現れる全ての図面で同じ参照番号が付与されている。各図面に示す構成要素及び特徴部の寸法は、一般に便宜的に説明の明確化のために選択され、必ずしも縮尺通りではない。

本発明によるマイクロスイッチの部分的に切断された斜視図である。 図１のマイクロスイッチの導電性構成要素の斜視図である。 図１のマイクロスイッチの導電性構成要素の異なる切替え状態での斜視図である。 図１のマイクロスイッチの接点用の型打ち成形された元の構成要素の斜視図である。 図１のマイクロスイッチの接点用の型打ち成形された元の構成要素の異なる製造段階での斜視図である。 図１のマイクロスイッチの対向接点用の型打ち成形された元の構成要素の斜視図である。 図１のマイクロスイッチの対向接点用の型打ち成形された元の構成要素の異なる製造段階での斜視図である。

図１のマイクロスイッチは、略矩形形状の凹型の下側部分又は基部１と、この基部１に固定されたリッド部又はハウジング２とを有する。基部１の内側には複数の接点つまり接点３、接点３’及び対向接点４が配置される。

図２及び図３には、接点３、接点３’が、長手方向の伸長部に湾曲部を有する接触領域５、５’を備えることが示されている。加えて、湾曲した接触領域５、５’の外表面は、各接面が丸く形成されている。

対向接点４は、平らな接触領域６を有し、図２において上側の接触領域５と導電接触し、図３において下側の接触領域５’と導電接触する。対向接点４は、スナップ作用バネ７を備え、対応するバネホルダ８に係合する。

図４及び図５には、接点３が型打ち成形された構成要素として形成されることが示されている。接点３は、真鍮等の導電性材料のシートを型打ち成形することによって製作され、接触領域５はエンボス加工によって形成する。エンボス加工は、接触領域５に二重アーチ形状をもたらす。

接触領域５は導電性材料９でメッキを行う。材料９は、貴金属とすること又は炭素系とすることができる。この材料９は、浸漬、吹付け、又は印刷等で施工することができる。好ましくは、材料９は、インクジェットプリンタを使用して塗布される。

接触領域５’は同様の手法で作られる。

図６及び図７には、対向接点４が同様に型打ち成形された構成要素であること、対向接点４の平らな接触領域６が導電性材料９でメッキ処理されていることが示されている。対向接点４の材料は、ベリリウム銅等のシートバネの導電性材料であることが好ましい。

前記で説明して図示したように、１つの又は複数の静止接点及び移動接点は、単純かつ費用効率が高い方法で意図的に点状接触を実現する。

移動接点は、製作後は本質的に平らな板バネで形成される。板バネの機能的な部分的に湾曲した形状は、組立時に付与される。

静止接点は、狭い型打ち成形されたセクションによって形成され、このセクションは、２つの平面においてアーチ形状である。好ましくは、この形態は、曲げ加工及びエンボス加工によって型打ち成形ツール内で作られる。これらの単純な形態に起因して、各接点は最適な点状様式で接触することができ（接触時に楕円形に平坦化する）、点状接触は、大きな角度偏位があっても維持される。

関連の基部接点本体及び付加される接触層の高い材料硬度を実現することを目的としている。穿孔ストリップを製造するための圧延プロセスにより、基部本体の材料硬度をほとんど任意の所望（高い）レベルに設定することができる。静止接点に施される曲げ加工及びエンボス加工は、接触領域における硬度の正確な増大を助ける。

振動（バウンシング）は、切替えジャンプ時に移動する質量をさらに低減することで防止される。加えて、アクチュエータの圧力は、振動を抑制する様式で板バネに作用する。

大規模な連続生産に関して、最も経済的なプロセスは、メッキされる構成要素を搬送するベルトを用いて電気メッキ処理を行うことである。ベルトを選択的にメッキ処理する最も単純な方法は、移動ベルトを部分的にガルバニック処理槽に浸漬し、ベルトと処理槽との間に電気を流す方法である。接点のデザインにより、接点を型打ち成形用ベルトに埋め込むことができ、この機能に必要な部品を蓄え、これ以外に部品は処理槽に浸漬させず、結果的に不要な領域は被覆しない。完全に浸漬する場合に比べて、貴金属の必要量が少なくなる。

前記のように接点及びベルトをデザインすると、移動ベルトを非ガルバニック処理槽に浸漬することによる被覆も可能となる。

貴金属をさらに低減する必要がある場合、片面被覆も可能である。

貴金属の含有量をさらに低減するために、炭素の固体層を施工して対向接点のみを貴金属で被覆することができる。

随意的に、各接触面を炭素のみで形成し、貴金属を完全に省略することができる。

本出願の明細書及び請求項において、動詞「備える」、「含む」、「包含する」、及び「有する」並びにその変形形態は、記載された要素又は特徴部が存在することを特定するために包括的意味で使用されるが、追加的な要素又は特徴部の存在を排除するものではない。

本発明の特定の特徴部は、明確化のために別個の実施形態に記載されるが、単一の実施形態に組み合わせて提示し得ることを理解されたい。対照的に、本発明の様々な特徴部は、簡略化のために単一の実施形態に記載されるが、別個に又は任意の適切な部分的組み合わせで提示できる。

上述した実施形態は例示的なものであり、当業者であれば、特許請求の範囲によって定義される本発明の範疇を逸脱することなく、様々な他の実施形態が可能なことは明らかである。

１ 基部
２ ハウジング
３、３’ 接点
４ 対向接点
５、５’、６ 接触領域
７ スナップバネ
８ バネホルダ

Claims (12)

1. 少なくとも１つの静止電気接点を有するスイッチング機構を備える電気マイクロスイッチであって、前記接点（３、３’）は特定の形状セクションを有し、
   前記形状セクションは、長手方向の伸長部と、該長手方向の伸長部に形成されて少なくとも断面で丸い様態に形成された外表面を有する湾曲部と、該湾曲部の外表面に定められた接触領域（５、５’）と、を有する、
   ことを特徴とする電気マイクロスイッチ。
2. 前記接点（３、３’）は硬質材料で作られる、請求項１に記載のマイクロスイッチ。
3. 前記接点（３、３’）は型打ち成形された構成要素である、請求項２に記載のマイクロスイッチ。
4. 少なくとも１つの対向接点（４）を備え、前記対向接点は平らな接触領域（６）を有する、請求項１、２、又は３に記載のマイクロスイッチ。
5. 導電性材料（９）の層が、接触領域（５、５’、６）の各々に施工される、請求項１から４の何れか１つに記載のマイクロスイッチ。
6. 前記導電性材料（９）は貴金属である、請求項５に記載のマイクロスイッチ。
7. 前記導電性材料（９）は炭素である、請求項５に記載のマイクロスイッチ。
8. 請求項１から７の何れか１つに記載の電気マイクロスイッチを製造する方法であって、
   前記少なくとも１つの接点（３、３’）を導電性材料から型打ち成形し、接触領域（５、５’）をエンボス加工する段階と、
   前記接点（３、３’）の各々の接触領域（５、５’）を液相の導電性材料（９）で被覆する段階と、
   前記導電性材料（９）が硬化した後、前記接点（３、３’）をスイッチハウジングに挿入する段階と、
   を含む方法。
9. 平らな接触領域（６）を有する少なくとも１つの対向接点（４）を準備する段階と、前記平らな接触領域（６）を液相の導電性材料（９）で被覆する段階と、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記接点（３、３’、４）の各々の前記接触領域（５、５’、６）を前記導電性材料（９）で被覆する段階は、浸漬プロセスで実行する、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記接点（３、３’、４）の各々の前記接触領域（５、５’、６）を前記導電性材料（９）でメッキする段階は、吹付けプロセスで実行する、請求項８又は９に記載の方法。
12. 前記吹付けプロセスのために、少なくとも１つのインクジェットプリンタを使用することを含む、請求項１１に記載の方法。

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