JP2019083090A - 接点部材及びスイッチ用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的接続の信頼性を高めることができる接点部材及びスイッチ用部材を提供する。【解決手段】接点部材１０は、一方の主面１１ａ側を電極に接離させる電極側として用いられ、電極と接触する接触部を有する金属シート材１１を備える。金属シート材１１は、第１貫通孔Ｈ１と、第１貫通孔Ｈ１と隣り合う第２貫通孔Ｈ２と、第１貫通孔と前記第２貫通孔との間を仕切る仕切部Ｓ１とを有する貫通孔構造を備える。仕切部Ｓ１の主面１１ａは、電極に接離させる方向と直交する平面に対して傾斜する傾斜面Ａ１を有する。傾斜面Ａ１は、第１貫通孔Ｈ１から第２貫通孔Ｈ２に向かうにつれて電極側に突出するように傾斜し、電極と接触する接触部は、傾斜面Ａ１において第２貫通孔Ｈ２側の端縁Ａ２により構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、接点部材及びスイッチ用部材に関する。

従来、電子機器や車載機器には、接点ゴムスイッチやコンタクトラバーと呼ばれるスイッチ用部材が用いられている。スイッチ用部材は、押圧部と接点とを有し、電極に対応して配置される。スイッチ用部材は、押圧部を押圧することで、電極に接触して電気的接続を行うように構成されている。特許文献１には、金属線から形成した金網を接点に用いたスイッチ用部材が開示されている。このスイッチ用部材では、スイッチ用部材の接点と電極との間に異物が混入した場合であっても、金網を構成する金属線間に異物が取り込まれることで、電極に対する電気的接続を確保することが可能となる。

特開２０１２−１８５９５６号公報

上記のように、金網を接点とするスイッチ用部材は、異物の対策として有効であるものの、金網の面内方向において、金属線同士の接触で導電性を確保しているため、例えば、金属板よりも電気的抵抗が高まり易い。

上記課題を解決する本発明の一態様は、一方の主面側を電極に接離させる電極側として用いられ、前記電極と接触する接触部を有する金属シート材を備える接点部材であって、前記金属シート材は、第１貫通孔と、前記第１貫通孔と隣り合う第２貫通孔と、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との間を仕切る仕切部と、を有する貫通孔構造を備え、前記仕切部の前記主面は、前記電極に接離させる方向と直交する平面に対して傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記第１貫通孔から前記第２貫通孔に向かうにつれて電極側に突出するように傾斜し、前記接触部は、前記傾斜面における前記第２貫通孔側の端縁により構成される。

この構成によれば、接点部材の金属シート材が導電経路となるため、例えば、金網を導電経路とした場合よりも電気的抵抗を小さくすることが可能となる。ここで、スイッチの電極と金属シート材の傾斜面における端縁との間に異物が存在した場合、スイッチの電極と傾斜面の端縁とにより異物が挟まれる。このように挟まれた異物は、傾斜面の端縁に面接触又は線接触しているため、押圧部にさらに力を加えると、傾斜面の端縁から異物に加わる荷重のバランスが崩れる結果、異物は、第１貫通孔側や第２貫通孔側に押し出される。これにより、傾斜面の端縁が電極に接触することで、金属シート材と電極とを電気的に接続することが可能となる。また、金属シート材よりも柔らかい異物、金属シート材よりも脆い異物、液状の異物等の場合は、傾斜面の端縁で異物を破壊したり、異物を貫通したりすることができるため、金属シート材と電極とを電気的に接続することが可能となる。

本発明によれば、電気的接続の信頼性を高めることができる。

実施形態におけるスイッチを示す断面図である。 接点部材を示す断面図である。 金属シート材を示す底面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、金属シート材の斜視図である。 接点部材を示す平面図である。 電極を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、接点部材の要部を拡大した断面図である。

以下、接点部材及びスイッチ用部材の実施形態について図面を参照して説明する。
まず、接点部材について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の接点部材１０は、金属シート材１１と高分子層１２とを有している。金属シート材１１は、一方の主面１１ａ側を電極５２と接触させる接触側として用いられ、電極５２と接触する接触部を有している。

図３は、接点部材１０の高分子層１２の図示を省略した金属シート材１１の底面図を示している。図３に示すように、金属シート材１１は、貫通孔構造２０を有している。貫通孔構造２０は、第１貫通孔Ｈ１と、第１貫通孔Ｈ１と隣り合う第２貫通孔Ｈ２と、第１貫通孔Ｈ１と第２貫通孔Ｈ２との間を仕切る仕切部Ｓ１とを有している。

図１〜図３に示すように、貫通孔構造２０の仕切部Ｓ１の主面１１ａは、電極５２に接離させる方向（Ｚ軸に沿った方向）と直交する平面（ＸＹ平面）に対して傾斜する傾斜面Ａ１を有している。

仕切部Ｓ１の傾斜面Ａ１は、第１貫通孔Ｈ１から第２貫通孔Ｈ２に向かうにつれて電極５２側に突出するように傾斜している。電極５２と接触する接触部は、傾斜面Ａ１において第２貫通孔Ｈ２側の端縁Ａ２により構成されている。第２貫通孔Ｈ２の開口端面Ｂ１（シートの切断面）は、傾斜面Ａ１の端縁Ａ２に連なっている。接触部となる端縁Ａ２は、接点部材１０において最も電極５２に近い位置となるように突出している。

図３に示すように、金属シート材１１において複数の貫通孔構造２０は規則的に配列されている。詳述すると、本実施形態の金属シート材１１は、第１の方向（Ｘ軸に沿った方向）において、第１貫通孔Ｈ１及び第２貫通孔Ｈ２が交互に配置された直線状の列を有している。また、金属シート材１１は、第１方向と直交する第２方向（Ｙ軸に沿った方向）において、上記貫通孔構造２０の仕切部Ｓ１で仕切られる一対の貫通孔をさらに有している。これら一対の貫通孔についても、さらに第１方向に沿って配列される貫通孔構造２０を構成している。このように貫通孔構造２０が配列されることで、多数の仕切部Ｓ１が金属シート材１１の平面視で千鳥状に配置される。

図４（ａ）は、図２の白抜き矢印Ｒ１の方向から見た場合の金属シート材１１の斜視図である。図４（ａ）に示すように、第１貫通孔Ｈ１及び第２貫通孔Ｈ２は、一方向に沿って延在する切れ込みとして視認される。図４（ｂ）は、図２の白抜き矢印Ｒ２の方向から見た場合の金属シート材１１の斜視図である。図４（ｂ）に示すように、第１貫通孔Ｈ１及び第２貫通孔Ｈ２の各形状は、六角形状に視認される。なお、第１貫通孔Ｈ１又は第２貫通孔Ｈ２の形状を菱形状等の他の形状に変更することもできる。

次に、金属シート材１１のさらに好ましい態様について説明する。以下では、第１貫通孔Ｈ１及び第２貫通孔Ｈ２に共通する構成については、単に貫通孔として説明する。
図３に示すように、電極５２を接離する方向（Ｚ軸方向に沿った方向）から金属シート材１１を見たときの貫通孔の長軸の長さ寸法Ｌは、２００μｍ以上、１５００μｍ以下の範囲であることが好ましい。この長さ寸法Ｌが２００μｍ以上の場合、傾斜面Ａ１における端縁Ａ２の突出長さを十分に確保することができるため、より大きい異物の対策として有効である。一方、この長さ寸法Ｌが１５００μｍ以下の場合、単位面積当たりの傾斜面Ａ１における端縁Ａ２の数を増加することが可能となるため、電気的接続の信頼性をより高めることができる。

また、電極５２を接離する方向から金属シート材１１を見たときの仕切部Ｓ１の幅寸法Ｗ１は、１００μｍ以上、８００μｍ以下の範囲であることが好ましい。この幅寸法Ｗ１が１００μｍ以上の場合、仕切部Ｓ１の強度を十分に確保することができる。一方、この幅寸法Ｗ１が８００μｍ以下の場合、単位面積当たりの傾斜面Ａ１における端縁Ａ２の数を増加することが可能となるため、電気的接続の信頼性をより高めることができる。

電極５２を接離する方向から金属シート材１１を見たときの貫通孔の開口率は、２５％以上、９０％以下であることが好ましい。この開口率が２５％以上の場合、傾斜面Ａ１における端縁Ａ２の突出長さを十分に確保することができるため、より大きい異物の対策として有効である。一方、この開口率が９０％以下の場合、単位面積当たりの傾斜面Ａ１における端縁Ａ２の数を増加することが可能となるため、電気的接続の信頼性をより高めることができる。また、この開口率が７０％以下の場合、金属シート材１１、すなわち接点部材１０の耐久性が得られ易くなる。

図２に示すように、電極５２を接離する方向と直交する平面（ＸＹ平面）に対する傾斜面Ａ１のなす角度θ１は、３０°以上、８０°以下であることが好ましい。この角度θ１が３０°以上の場合、傾斜面Ａ１における端縁Ａ２の突出長さを十分に確保することができるため、より大きい異物の対策として有効である。一方、この角度θ１が８０°以下の場合、仕切部Ｓ１の強度を十分に確保することができる。

金属シート材１１を構成する金属としては、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、錫、クロム、チタン、金、銀等の金属、又はこれらの金属の合金が挙げられる。合金としては、例えば、ステンレス鋼等の鉄合金、洋白や黄銅、ベリリウム銅等の銅合金、ジュラルミン等のアルミニウム合金や、ニッケル合金等が挙げられる。

図２及び図５に示すように、接点部材１０の高分子層１２は、金属シート材１１を支持する支持部として設けられる。金属シート材１１の厚さ方向における一部は、高分子層１２に埋設されている。接点部材１０において、金属シート材１１の端縁Ａ２、端縁Ａ２に連なる傾斜面Ａ１の一部、及び端縁Ａ２に連なる開口端面Ｂ１の一部は露出している。高分子層１２と金属シート材１１との接合力を高めるという観点から、金属シート材１１の厚さの５０％以上の範囲が高分子層１２に埋設されていることが好ましい。なお、金属シート材１１は、その厚さの２％以上の範囲で高分子層１２から露出していることが好ましい。

高分子層１２を構成する樹脂は、例えば、金属シート材１１との密着性や接点部材１０を取り付ける箇所との密着性を考慮して選択することができる。高分子層１２を構成する高分子材料としては、ゴムやエラストマーを好適に用いることができる。高分子層１２を構成する高分子材料としては、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、及びウレタンゴムが挙げられる。

次に、接点部材１０の製造方法について説明する。
接点部材１０の金属シート材１１は、無孔の金属シートから製造することができる。金属シート材１１を製造するには、まず無孔の金属シートを搬送する搬送機構と、無孔の金属シートに切込みを形成するせん断機とを準備する。せん断機は、所定間隔で山状に突出する複数の突出部を有するせん断刃を備えている。

金属シート材１１を形成するには、まず搬送機構を用いて金属シートをせん断機へ搬入する。続いて、せん断刃の突出部によって金属シートに第１の切込み（図３のＹ軸に沿って延在する切込み）を形成すると同時に、せん断刃を押し込むことで第１の切込みを押し広げる。これにより、Ｙ軸方向に沿った一列目の貫通孔を形成する。

次に、せん断機のせん断刃を、複数の突出部が連なる方向（Ｙ軸に沿った方向）に向けて各突出部の間隔の半分の移動距離で移動させる。せん断刃の移動と同時に金属シートをＸ軸方向に送り出す。続いて、せん断刃によって金属シートに第２の切込みを形成すると同時に、せん断刃を押し込むことで第１の切込みを押し広げる。これにより、Ｙ軸方向に沿った二列目の貫通孔を形成する。このような貫通孔列の形成を順次繰り返すことで、多数の貫通孔構造２０を有する金属シート材１１を得ることができる。このように得られた金属シート材１１の貫通孔の内側面（開口端面Ｂ１）は、切断面により形成されている。

続いて、金属シート材１１の両主面のうち、電極５２側となる一方の主面１１ａに粘着シート（マスキング用のシート）を貼り付けることで積層シートを得る。この積層シートでは、金属シート材１１の両主面のうち、電極５２側の反対側となる他方の主面は露出している。次に、積層シートを、金型内に配置する。このとき、金型の内底面に積層シートを構成する粘着シートを接触させるとともに、金属シート材１１の他方の主面が上側となるように配置する。続いて、金型内に硬化性の高分子材料を注入した後に硬化することで、金属シート材１１の他方の主面に高分子層１２が積層された高分子層付き積層シートを得る。

得られた高分子層付き積層シートから粘着シートを剥離し、必要に応じて打ち抜き加工を施すことで、接点部材１０が得られる。
次に、スイッチ用部材について説明する。

図１に示すように、スイッチ用部材３０は、接点部材１０と、接点部材１０が取り付けられるとともに押圧操作される押圧部材４０とを備えている。
押圧部材４０は、押圧部４１と、押圧部４１の外周から末広がりに突出するスカート部４２と、スカート部４２の下端に連結されるベース部４３とを備えている。押圧部材４０のスカート部４２は、押圧部４１が押圧されると撓むように弾性変形可能に構成されている。

押圧部材４０は、単一の材料から構成してもよいし、複数の材料から構成してもよい。押圧部材４０は、ゴムやエラストマーから構成することが好ましい。押圧部材４０を構成する材料としては、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。押圧部材４０は、圧縮永久歪みを小さくするという観点から、シリコーンゴムから構成することが好ましい。押圧部材４０のうち、少なくともスカート部４２を構成する材料の硬さは、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定されたタイプＡデュロメータで測定した硬さにおいて、Ａ７０以下であることが好ましい。押圧部材４０のうち、少なくともスカート部４２を構成する材料の硬さは、Ａ３０以上であることが好ましい。

上記硬さがＡ７０以下の場合、押圧部４１を押圧する荷重が過剰に大きくなることを抑えることができる。上記硬さがＡ３０以上の場合、押圧部４１を押圧した際のクリック感が得られ易く、また押圧部４１の位置が安定し易くなる。

接点部材１０は、押圧部材４０の押圧部４１の下面に設けられる。押圧部材４０の押圧部４１の下面には、接点部材１０の高分子層１２が接合される。
スイッチ用部材３０を製造するには、まず押圧部材４０を成形する成形用金型内に接点部材１０を配置する。次に、成形用金型内で押圧部材４０を成形（インサート成形）することによりスイッチ用部材３０が得られる。これにより、押圧部材４０の成形と同時に押圧部材４０の押圧部４１に接点部材１０を接合することができる。

なお、スイッチ用部材３０は、予め成形した押圧部材４０と接点部材１０とを接着剤を用いて接着することにより得ることもできる。
スイッチ５０は、基板５１と、基板５１上の電極５２と、電極５２に対応して配置されたスイッチ用部材３０とを備えている。

図６は、電極５２の平面形状の一例を示している。電極は、離間して配置された一対の電極部により構成されている。電極５２に対して、図６に二点鎖線で示す範囲に接点部材１０が位置するようにスイッチ用部材３０を配置する。

このように構成されたスイッチ５０の押圧部４１を押圧することで、接点部材１０の金属シート材１１を電極５２に接触させることができる。これにより、スイッチ５０では金属シート材１１を含む通電経路が形成されたＯＮの状態となる。一方、押圧部４１の押圧を解除することにより、接点部材１０が電極５２から離間されたＯＦＦの状態となる。

次に、本実施形態の主な作用について説明する。
上記接点部材１０では、金属シート材１１が導電経路となるため、例えば、金網を導電経路とした場合よりも電気的抵抗を小さくすることが可能となる。ここで、スイッチ５０の電極５２と金属シート材１１の傾斜面Ａ１における端縁Ａ２との間に異物が存在した場合、スイッチ５０の電極５２と傾斜面Ａ１の端縁Ａ２とにより異物が挟まれる。このように挟まれた異物は、傾斜面Ａ１の端縁Ａ２に面接触又は線接触しているため、押圧部４１にさらに力を加えると、傾斜面Ａ１の端縁Ａ２から異物に加わる荷重のバランスが崩れる結果、異物は、第１貫通孔Ｈ１側や第２貫通孔Ｈ２側に押し出される。これにより、傾斜面Ａ１の端縁Ａ２が電極５２に接触することで、金属シート材１１と電極５２とを電気的に接続することが可能となる。また、金属シート材１１よりも柔らかい異物、金属シート材１１よりも脆い異物、液状の異物等の場合は、傾斜面Ａ１の端縁Ａ２で異物を破壊したり、異物を貫通したりすることができるため、金属シート材１１と電極５２とを電気的に接続することが可能となる。

以上詳述した実施形態によれば、次のような作用及び効果が発揮される。
（１）接点部材１０は、一方の主面１１ａ側を電極５２に接離させる電極５２側として用いられる金属シート材１１を備えている。金属シート材１１は、電極５２と接触する接触部を有している。金属シート材１１は、第１貫通孔Ｈ１と、第１貫通孔Ｈ１と隣り合う第２貫通孔Ｈ２と、第１貫通孔Ｈ１と第２貫通孔Ｈ２との間を仕切る仕切部Ｓ１とを有する貫通孔構造２０を備えている。仕切部Ｓ１の一方の主面１１ａは、電極５２に接離させる方向と直交する平面に対して傾斜する傾斜面Ａ１を有している。傾斜面Ａ１は、第１貫通孔Ｈ１から第２貫通孔Ｈ２に向かうにつれて電極５２側に突出するように傾斜している。接触部は、傾斜面Ａ１において第２貫通孔Ｈ２側の端縁Ａ２により構成されている。

この構成によれば、上述した作用が得られるため、電気的接続の信頼性を高めることができる。
（２）接点部材１０の金属シート材１１は、貫通孔構造２０を複数有している。この場合、金属シート材１１は、複数の接触部を有するため、電気的接続の信頼性をさらに高めることができる。

（３）接点部材１０は、金属シート材１１の電極５２側の主面１１ａとは反対側の主面に積層される高分子層１２をさらに有している。この場合、接点部材１０を取り付ける取付部として高分子層１２を利用することができる。

（４）接点部材１０が高分子層１２を備えることで、以下の（４−１）〜（４−５）の効果も得ることができる。
（４−１）高分子層１２は、接点部材１０を金型にインサートして押圧部材４０を成形する際に、押圧部材４０を成形する成形材料が金属シート材１１の一方の主面１１ａ側（接触部側）に流入することを防止する。すなわち、接点部材１０と押圧部材４０とを容易に一体化することができるため、スイッチ用部材３０を容易に製造することができる。

（４−２）押圧部材４０の押圧部４１を構成する材料が比較的多くの可塑剤を含む場合、金属シート材１１の一方の主面１１ａ側（接触部側）に可塑剤がブリードアウトすることを抑えることができる。すなわち、高分子層１２は、可塑剤に対するバリア層として利用することができる。

（４−３）高分子層１２によって金属シート材１１を補強することができる。従って、接点部材１０の取り扱い性を向上させることができる。
（４−４）高分子層１２は、所望の色に着色することが可能であるため、接点部材１０の意匠性を高めることができる。

（４−５）高分子層１２によって金属シート材１１を部分的に保護することができるため、例えば、金属シート材１１の耐食性を高めることができる。なお、高分子層１２から露出している金属シート材１１の露出部分については、例えば、金属めっき層を設けることで耐食性を高めることが好ましい。

（５）従来のように金属線から形成した金網を接点部材に用いた場合、例えば、打ち抜き加工で発生した金属線片が異物として混入するおそれがあり、こうした異物を要因としてスイッチ用部材の外観不良が発生するおそれがある。本実施形態の接点部材は、金属シート材１１を接点として用いるものであるため、金属線片の発生を回避することができる。従って、金属線片を要因としたスイッチ用部材の外観不良を回避することができる。

（変更例）
上記実施形態を次のように変更することもできる。
・金属シート材１１の傾斜面Ａ１における端縁Ａ２は、傾斜面Ａ１と第２貫通孔Ｈ２の開口端面Ｂ１とが略直交する切り込み部であってもよいし、面取りされた面取り部であってもよい。端縁Ａ２が面取り部の場合、図７（ａ）に示すように、平面取り部であってもよいし、図７（ｂ）に示すように、Ｒ面取り部であってもよい。但し、傾斜面Ａ１の端縁Ａ２が面取り部の場合、面取り部の幅寸法Ｗ２は、５００μｍ以下であることが好ましい。また、面取り部以外の部分の傾斜面Ａ１と開口端面Ｂ１とのなす角度θ２は、４５°以上、１３５°以下の範囲内であることが好ましい。

・金属シート材１１には、耐食性や導電性を高めるためにめっき層を設けることもできる。金属シート材１１にめっき層を設けるめっき工程は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）のように行うことができる。

（Ａ）無孔の金属シートにめっき層を設けるめっき工程を行った後に、めっき層付きの金属シートから金属シート材１１を形成することができる。この場合、金属シート材１１の貫通孔の開口端面Ｂ１は、金属シート材１１が露出している。

（Ｂ）無孔の金属シートから金属シート材１１を形成した後、その金属シート材１１にめっき層を設けるめっき工程を行うこともできる。この方法では、金属シート材１１の全体をめっき層で被覆することができるため、金属シート材１１の耐食性を最も高めることができる。

（Ｃ）金属シート材１１と高分子層１２とを一体にした後、金属シート材１１にめっき層を設けるめっき工程を行うこともできる。これにより、金属シート材１１のうち、高分子層１２から露出する露出部分のみにめっき層を設けることができる。この場合、金属シート材１１は、高分子層１２とめっき層とにより保護される。すなわち、金属シート材１１をめっき層のみで保護した場合よりも、めっき層の貴金属の使用量を削減することができるため、コストの低減効果と耐食性向上効果とをバランスよく得ることができる。

なお、上記めっき層は、耐食性を高めるめっき層に限定されず、例えば、導電性を高めたり、硬度を高めたりする機能を有するめっき層を適用してもよい。
・金属シート材１１の製造方法は、上記方法に限定されず、例えば、無孔の金属シートを部分的に打ち抜く打ち抜き加工や、曲げ加工を含む製造方法により製造することもできる。

・金属シート材１１の貫通孔構造２０は、単数であってもよい。
・接点部材１０の高分子層１２を省略し、接点部材の金属シート材１１を押圧部材４０の押圧部４１に直接取り付けてもよい。

・接点部材１０を適用する押圧部材４０の材質や形状は、特に限定されない。押圧部材４０としては、ラバーキーシートや樹脂キーシートが挙げられる。

１０…接点部材、１１…金属シート材、１１ａ…主面、１２…高分子層、２０…貫通孔構造、３０…スイッチ用部材、４０…押圧部材、５２…電極、Ａ１…傾斜面、Ａ２…端縁、Ｈ１…第１貫通孔、Ｈ２…第２貫通孔、Ｓ１…仕切部。

Claims (5)

1. 一方の主面側を電極に接離させる電極側として用いられ、前記電極と接触する接触部を有する金属シート材を備える接点部材であって、
   前記金属シート材は、第１貫通孔と、前記第１貫通孔と隣り合う第２貫通孔と、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との間を仕切る仕切部と、を有する貫通孔構造を備え、
   前記仕切部の前記主面は、前記電極に接離させる方向と直交する平面に対して傾斜する傾斜面を有し、
   前記傾斜面は、前記第１貫通孔から前記第２貫通孔に向かうにつれて電極側に突出するように傾斜し、
   前記接触部は、前記傾斜面における前記第２貫通孔側の端縁により構成されることを特徴とする接点部材。
2. 前記貫通孔構造を複数有していることを特徴とする請求項１に記載の接点部材。
3. 前記金属シート材の前記電極側の主面とは反対側の主面に積層される高分子層をさらに有し、
   前記金属シート材の厚さ方向における一部が前記高分子層に埋設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接点部材。
4. 前記第２貫通孔側の端縁は、面取りされた面取り部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接点部材。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接点部材と、前記接点部材が取り付けられるとともに押圧操作される押圧部材と、を備えることを特徴とするスイッチ用部材。