JP2020071991A - スイッチモジュール、及び、スイッチ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】はんだを用いない構成で良好な動作を可能にするスイッチモジュール、及び、スイッチ装置を提供する。【解決手段】スイッチモジュールは、第1面及び第2面の間を厚さ方向に貫通する収納部を有し、固定接点部材を有する基板に固着されるハウジングと、前記収納部に収納され、前記固定接点部材と接離可能な可動接点部材と、前記ハウジングの第1面に固着されるカバーシートと、を含み、前記ハウジングは、前記第2面から突出して形成され、平面視で前記収納部を囲み、弾性を有する囲繞部を有する。【選択図】図6

Description

本発明は、スイッチモジュール、及び、スイッチ装置に関する。
従来より、基部と該基部から突出形成された反転可能なドーム状の膨出部とを有する絶縁性の弾性体と、前記膨出部の下面側に設けられた接点部と、半田付け可能な金属材からなり、前記弾性体の基部に取り付けられた枠体とを備え、前記枠体は、前記基部の縦方向の移動を規制する規制部と、前記基部の外周面と当接して前記基部の横方向の移動を規制する内壁面が形成された壁部とを有し、この壁部の下部側の少なくとも一部が回路基板への表面実装時の半田付け部とされると共に、前記基部は、その底面が前記回路基板への載置面とされており、該載置面側における前記基部と前記壁部の内壁面との間に空間部を設けたことを特徴とする押釦スイッチ用可動接点体がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−281967号公報
ところで、半田(はんだ)付けを行わずに枠体(ハウジング)を回路基板に取り付けたい場合がある。例えば、ハウジングを接着剤や接着シート等で回路基板に固定する方法があるが、接着剤や接着シート等が軟化してハウジングと回路基板とで囲まれた内部空間に流れ込むと、回路基板に設けられた接点等に付着し、接点部の動作不良に繋がるおそれがある。
そこで、はんだを用いない構成で良好な動作を可能にするスイッチモジュール、及び、スイッチ装置を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態のスイッチモジュールは、第1面及び第2面の間を厚さ方向に貫通する収納部を有し、固定接点部材を有する基板に固着されるハウジングと、前記収納部に収納され、前記固定接点部材と接離可能な可動接点部材と、前記ハウジングの第1面に固着されるカバーシートと、を含み、前記ハウジングは、前記第2面から突出して形成され、平面視で前記収納部を囲み、弾性を有する囲繞部を有する。
はんだを用いない構成で良好な動作を可能にするスイッチモジュール、及び、スイッチ装置を提供することができる。
実施の形態のスイッチ装置100を示す斜視図である。 スイッチ装置100の分解図である。 スイッチ装置100の裏側を示す斜視図である。 図1のA−A矢視断面を示す図である。 スイッチモジュール100Aを示す斜視図である。 スイッチモジュール100Aの裏側を示す斜視図である。 スイッチモジュール100Aを示す底面図である。
以下、本発明のスイッチモジュール、及び、スイッチ装置を適用した実施の形態について説明する。
<実施の形態>
図1は、実施の形態のスイッチ装置100を示す斜視図である。図2は、スイッチ装置100の分解図である。図3は、スイッチ装置100の裏側を示す斜視図である。図4は、図1のA−A矢視断面を示す図である。図4では、スイッチモジュール100Aと配線基板160とを分けて示す。図5は、スイッチモジュール100Aを示す斜視図である。図6は、スイッチモジュール100Aの裏側を示す斜視図である。
以下ではXYZ座標系を用いて説明する。また、以下では、説明の便宜上、Z軸負方向側を下側又は下、Z軸正方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。また、平面視とはXY面視をいう。
図1乃至図4に示すように、スイッチ装置100は、ハウジング110、メタルコンタクト120、ステム130、インシュレータ140、接着シート150、及び配線基板160を含む。これらのうち、ハウジング110、メタルコンタクト120、ステム130、及びインシュレータ140は、スイッチモジュール100Aを構成する。スイッチモジュール100Aは、押釦スイッチである。
ハウジング110は、樹脂製であり、X軸方向及びY軸方向の長さが等しく、Z軸方向に厚さを有する板状の部材(筐体)である。ハウジング110の上面は第1面の一例であり、下面は第2面の一例である。
ハウジング110は、厚さ方向に貫通する収納部111を有する。ハウジング110の上面にはインシュレータ140が接着され、下面には配線基板160が固着される。
収納部111には、メタルコンタクト120とステム130の一部とが収納される。平面視における収納部111の位置は、配線基板160の上面に配置される固定接点161の位置と合わせられているため、収納部111の下部には固定接点161も収納されることになる。
収納部111は、図4に示すように、脚部収納部111Aと支持部111Bを有する。脚部収納部111Aは、収納部111の内周部からハウジング110の四隅の方向に延在しており、収納部111を延長した部分である。脚部収納部111Aは、ハウジング110の下面までは貫通しておらず、上面側から凹んだ形状を有する。換言すれば、脚部収納部111Aは、有底(底がある構造)である。脚部収納部111Aの底部には、支持部111Bが設けられる。支持部111Bは、脚部収納部111Aの有底の部分である。脚部収納部111Aは、メタルコンタクト120の脚部123を収納し、脚部123の先端は、支持部111Bに支持される。脚部収納部111Aと支持部111Bは、保持ガイド部の一例である。
また、ハウジング110は、図4及び図6に示すように、下面に突起部112及び囲繞部113を有する。
突起部112は、ハウジング110の四隅からZ軸負方向側に突出した円柱状の部材である。突起部112は、弾性を有する樹脂製の部材であり、一例としてハウジング110と一体成型される。
突起部112は、4本設けられており、それぞれ配線基板160の貫通孔162に挿入される。貫通孔162の内径は、突起部112の外径よりも小さいため、突起部112は貫通孔162に圧入された状態で挿入され、貫通孔162にかしめられる。突起部112の先端は、図3に示すように配線基板160の下面から突出し、その突出した部分はかしめられる。する。このため、突起部112が貫通孔162に挿入され圧入され、かしめられた状態では、突起部112の先端は、貫通孔162の中の部分よりも太くなっている。このように、突起部112の先端を貫通孔162に挿入してかしめる場合には、突起部112を貫通孔162に圧入しなくてもよい。
ハウジング110は、接着シート150を介して配線基板160に接着されるとともに、突起部112が配線基板160の貫通孔162に圧入され、先端がかしめられることによって配線基板160に固定される。
囲繞部113は、図6に示すようにハウジング110の下面に設けられる畝状の部分であり、ハウジング110の下面よりもZ軸負方向側に突出している。囲繞部113は、XY平面視で収納部111(脚部収納部111Aを含む)よりも外側で、かつ、突起部112よりも内側を通り、収納部111の周りを1周するように矩形状に設けられている。囲繞部113は、XY平面視で収納部111を囲繞している。囲繞部113は、弾性を有する樹脂製の部材であり、一例としてハウジング110と一体的に成形される。囲繞部113をハウジング110と一体的に成形する場合は、2色成型によって囲繞部113がハウジング110よりも弾性率が低い(変形しやすい)部材になるようにすればよい。
囲繞部113は、図2に示す接着シート150の開口部151の内側に位置するため、ハウジング110が接着シート150を介して配線基板160に接着されるとともに、突起部112が配線基板160の貫通孔162に圧入されて配線基板160に固定されると、囲繞部113は、Z軸方向に押し潰された状態で配線基板160の上面に当接する。
この状態で囲繞部113はZ軸方向に押し潰されているため、ハウジング110と配線基板160との間は、囲繞部113によって封止される。囲繞部113による封止は、所定の防水レベルを満たすレベルのものである。囲繞部113は、メタルコンタクト120及び固定接点161が位置する空間内に、軟化した接着シート150やその他の異物が進入するのを防ぐ防壁部としての役割を担う。
メタルコンタクト120は、弾性および導電性を有する金属板ばねで構成され、収納部111に配置されている。ここでは、図7をさらに用いてメタルコンタクト120を説明する。図7は、スイッチモジュール100Aを示す底面図である。
メタルコンタクト120は、図2に示すように、膨出した形状のドーム部121と、ドーム部121を支持する脚部123と、ドーム部121の頂部近傍で開口部122によって舌片状に区画され、屈曲部124から折り曲げられた接片部125とを有している。この片持ちの舌片状の外形を有する接片部125は、図2に示すように、その先端側に凸部125Aが設けられている。
ドーム部121はドーム状に図2のZ軸正方向に膨出した形状を有し、XY平面視で円形状である。ドーム部121は、膨出方向(Z軸正方向)からの押圧操作によって、膨出する方向が反転する反転動作可能な形状を有している。また、この押圧から解放されると元の膨出する方向に復帰する弾性を有している。
脚部123は、ドーム部121の外周端部から外方向へ延在して4個形成されている。脚部123は、ドーム部121の外周端部から外方向かつZ軸負方向に延在し、折曲部123Aで外方向かつZ軸正方向に延在するように折り曲げられている。このため、折曲部123Aは、ドーム部121よりもメタルコンタクト120の押圧方向(Z軸負方向)に突出している。
4個の脚部123の折曲部123Aは、それぞれ、4個の周辺固定接点161Bに当接するように配置される。このため、折曲部123Aは、脚部収納部111Aの内部には収納されておらず、脚部収納部111Aの内部には、脚部123のうち折曲部123Aよりも先の部分が収納され、脚部123の先端が支持部111Bによって支持される。折曲部123Aは、当接部の一例である。
このように、脚部123の先端が支持部111Bによって支持されることにより、メタルコンタクト120は、収納部111の内部で安定的に保持される。
なお、ハウジング110が配線基板160に固定された場合には、折曲部123Aがそれぞれ4個の周辺固定接点161Bに当接するので、脚部123の先端が支持部111Bから離間していても良い。
脚部123は、押圧操作によってドーム部121が反転動作する際にはドーム部121の外周端部を支持し、ドーム部121の反転動作後には撓むことが可能な弾性力を備えている。後述するように、脚部123は、ドーム部121が反転動作した際に、接片部125の凸部125Aが中央固定接点161Aに当接可能となる長さ(高さ)を有している。
メタルコンタクト120は、図7に示すように、ドーム部121の頂部側から平面視したときに、接片部125が、ドーム部121の仮想頂点126を中心とする円形領域CR内に配置された開口部122によって舌片状に区画されている。そして、接片部125が接片部125の根元側の屈曲部124からZ軸負方向側折り曲げられて、ドーム部121の内側に向かって突出し、接片部125以外のドーム部121の円形領域CRは、ほぼ平坦な面に加工されている。屈曲部124には、2個の凸部124Aが設けられている。
接片部125に設けられた凸部125Aと、円形領域CR内に設けられた凸部124Aとは、どちらも、Z軸負方向に突出する半球状に形成されている。なお、上記のようなメタルコンタクト120の形状は、金型を用いた金属板の打ち抜き加工およびプレス加工と折り曲げ加工との組み合わせによって形成可能である。
メタルコンタクト120はハウジング110の収納部111に配置され、ステム130がドーム部121の頂部側に接するように配置される。インシュレータ140の突出部141が押圧されていない初期状態では、ドーム部121および接片部125と中央固定接点161Aとは離間している。なお、メタルコンタクト120は、4個の脚部123が4個の周辺固定接点161Bにそれぞれ接して、周辺固定接点161Bとの電気的な導通状態が得られている。
突出部141が押圧され、ドーム部121の反転状態になると、接片部125がZ軸負方向に移動して、中央固定接点161A側に向かって凸状に設けられた凸部125Aが中央固定接点161Aに当接する状態になる。接片部125は、ドーム部121が反転動作する弾性力に比べて小さな弾性力となるように設定されており、撓みやすくなっている。このため、接片部125は、凸部125Aが中央固定接点161Aに当接して、屈曲部124を支点に先端側がわずかに弾性変形して接触が安定に保たれている。当接する部位が凸部125Aであるため、電気的にも安定した接触が得られる。
さらに突出部141が押圧された最大操作量では、脚部123および接片部125が撓むことによって反転状態のドーム部121全体が中央固定接点161Aに接近し、中央固定接点161A側に向かって凸状に設けられた凸部124Aが中央固定接点161Aに当接する状態になる。この状態からは、これ以上弾性変形しにくいため、操作者に感じられる操作荷重が急激に増大する。このとき、上述したように、メタルコンタクト120と中央固定接点161Aとの電気的な導通はすでになされており、凸部124Aが当接しても電気的な接離状態は変化しない。なお、凸部125Aと2個の凸部124Aとの3点で、中央固定接点161Aに当接するので、メタルコンタクト120と中央固定接点161Aとの当接状態がより安定する。
また、凸部125Aと2個の凸部124Aとの3点で中央固定接点161Aに当接することで、過剰な力で押圧された場合でも、接片部125が突出方向と逆側に折り曲げるような力が掛かりにくくなるので、動作寿命が長くなる効果もある。
突出部141の押圧操作を解放すると、メタルコンタクト120の弾性力によって初期状態に復帰する。
ステム130は、図2及び図4に示すように、柱状部131とフランジ部132とを有する。ステム130は、一例として樹脂製であり、押圧部材の一例である。柱状部131は、ステム130の基部であり、円柱状の形状を有する。柱状部131は、一例として、フランジ部132よりも上側の部分(上部)131Aの方が下側の部分(下部)131Bよりも直径が大きい(太い)。
上部131Aは、インシュレータ140の突出部141が指等によって押されるため、ある程度太い方が押圧時に確実に押すことができ、下部131Bは、メタルコンタクト120のドーム部121の中央を押圧するため、ある程度細い方がドーム部121の中央を確実に押せて反転させやすいからである。
フランジ部132は、柱状部131の側面から径方向外側に突出する円盤状の突出部である。フランジ部132の高さは、柱状部131の上端と下端の略中間である。フランジ部132の直径は、収納部111の内径に合わせられている。すなわち、ステム130の平面視の形状及びサイズは、収納部111から脚部収納部111Aを除いた部分の形状及びサイズと略等しい。上下動に伴うステム130の振れを抑制するためである。なお、図4は、脚部収納部111Aも含む断面である。
このようなステム130をメタルコンタクト120とインシュレータ140との間に配設し、インシュレータ140の突出部141が押圧されたときに、ステム130を介してメタルコンタクト120を押圧する構成にすることにより、スイッチモジュール100Aを小型化してメタルコンタクト120が小型化されても、確実にメタルコンタクト120の中心を押圧することができる。
また、スイッチモジュール100Aが小型化されると、ハウジング110とインシュレータ140との接着面積が小さくなる。このような場合に、実装時等にスイッチモジュール100Aが高温に晒されてインシュレータ140及び配線基板160によって上下が封止された収納部111の内部の空間の温度が上昇すると、空気の熱膨張によってインシュレータ140がハウジング110から剥がれるおそれがある。
しかしながら、ステム130を設けることで内部空間の空気の量を減らすことができ、さらにステム130がフランジを有することで、さらに内部空間の空気の量を減らすことができるので、空気の熱膨張によるインシュレータ140の剥がれを抑制することができる。
インシュレータ140は、樹脂シートで構成され、ハウジング110の上面に接着され、収納部111を封止している。このようにして、インシュレータ140は、ハウジング110の上面に固着される。ハウジング110とインシュレータ140との間の封止は、所定の防水レベルを満たすレベルのものである。インシュレータ140は、透明であってもよい。インシュレータ140は、カバーシートの一例である。
インシュレータ140は、平面視におけるステム130の上部131Aと重なる位置に突出部141を有する(図1、2、4、5参照)。突出部141は、樹脂シートを加熱加工することによって形成される。
ハウジング110の収納部111に、メタルコンタクト120及びステム130が収納された状態で、インシュレータ140がハウジング110に接着される。インシュレータ140がハウジング110に接着されることで、メタルコンタクト120及びステム130は、収納部111内にガタつかないように保持される。
突出部141は、平面視でステム130の柱状部131の上部131Aの上面と重なる位置に配置され柱状部131の上部131Aの上面に接触している。突出部141は、Z軸負方向に押圧されることによってZ軸負方向に撓み変形可能であり、図4に示すように撓み変形していない状態において、柱状部131の上面に接触している。
接着シート150は、ハウジング110の下面に配線基板160を接着するシート状の部材である。接着シート150は、粘着部の一例である。接着シート150は、図2に示すように、収納部111及び囲繞部113に対応した開口部151と、4本の突起部112及び貫通孔162に対応した切り欠き部152とを有する。開口部151は、平面視で囲繞部113の外側に位置する。接着シート150は、ハウジング110の下面と配線基板160との間を接着する。ハウジング110は、突起部112を配線基板160の貫通孔162に圧入することによって配線基板160に固定されるが、接着シート150を用いることにより、より安定的に固定することができる。
配線基板160の上面には、固定接点161が実装されている。固定接点161は、平面視で収納部111に対応した位置に設けられており、1個の中央固定接点161Aと4個の周辺固定接点161Bを有する。4個の周辺固定接点161Bは、それぞれ、メタルコンタクト120の4本の脚部123の折曲部123Aに対応した位置に配置されている。
インシュレータ140の突出部141が押圧されていない状態では、メタルコンタクト120の4本の脚部123の折曲部123Aが、それぞれ、4個の周辺固定接点161Bに接触し、電気的に接続されている。
インシュレータ140の突出部141がZ軸方向における最下部(フルストロークの位置)まで押圧されると、メタルコンタクト120のドーム部121が反転動作して中央固定接点161Aに接触し、中央固定接点161Aと4個の周辺固定接点161Bとが反転動作したメタルコンタクト120によって電気的に接続される。
以上のように、スイッチモジュール100A、及び、スイッチ装置100では、ハウジング110が接着シート150を介して配線基板160に接着されるとともに、突起部112が配線基板160の貫通孔162に圧入されて配線基板160に固定されると、囲繞部113は、Z軸方向に押し潰された状態で配線基板160の上面に当接するので、ハウジング110と配線基板160との間は囲繞部113によって封止される。
このため、メタルコンタクト120及び固定接点161が存在する内部空間は、囲繞部113によって封止されているため、軟化した接着シート150やその他の異物がメタルコンタクト120や固定接点161に付着することを抑制でき、スイッチモジュール100A、及び、スイッチ装置100の動作不良の発生を抑制できる。
したがって、はんだを用いない構成で良好な動作を可能にするスイッチモジュール100A、及び、スイッチ装置100を提供することができる。
また、ステム130の平面視の形状及びサイズは、収納部111の形状及びサイズと合わせてあるが、収納部111は脚部収納部111Aを有するため、ステム130が上下に移動する際には、収納部111の内部空間の空気は脚部収納部111Aを主に通過してフランジ部132の上の空間と下の空間とを行き来できる。
このため、ステム130が上下にスムーズに移動できるようになり、動作の良好なスイッチモジュール100A、及び、スイッチ装置100を提供することができる。
なお、以上では、接着シート150を用いる形態について説明したが、接着剤や粘着剤又は粘着シートを用いた場合でも同様である。
また、以上では、囲繞部113がハウジング110と一体成型されている形態について説明したが、囲繞部113はハウジング110とは別部材であって、位置を合わせて配置されるようにしてもよい。また、軟化してもメタルコンタクト120や固定接点161の接点不良を生じないものであれば、両面テープのようなものであってもよい。
また、以上では、ハウジング110が突起部112を有し、突起部112が配線基板160の貫通孔162に圧入される形態について説明したが、ハウジング110は突起部112を有さず、配線基板160は貫通孔162を有しない構成であってもよい。この場合には、接着シート150の接着力をより強くすること等によって、ハウジング110と配線基板160とをしっかりと固定するようにすればよい。
また、以上では、メタルコンタクト120のドーム部121に開口部122、屈曲部124、及び接片部125等が設けられる形態について説明したが、ドーム部121は、開口部122、屈曲部124、及び接片部125等を含まず、半球体状でドーム状の部材であって、頂部がステム130の下部131Bの下面に当接するように構成されていてもよい。
また、以上では、メタルコンタクト120の脚部123が4本である形態について説明したが、メタルコンタクト120の脚部123は、メタルコンタクト120をハウジング110に対して支持できればよいので、4本には限られない。
以上、本発明の例示的な実施の形態のスイッチモジュール、及び、スイッチ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
100 スイッチ装置
100A スイッチモジュール
110 ハウジング
111 収納部
111A 脚部収納部
111B 支持部
120 メタルコンタクト
121 ドーム部
123 脚部
130 ステム
131 柱状部
132 フランジ部
140 インシュレータ
161 固定接点
161A 中央固定接点
161B 周辺固定接点

Claims (10)

  1. 第1面及び第2面の間を厚さ方向に貫通する収納部を有し、固定接点部材を有する基板に固着されるハウジングと、
    前記収納部に収納され、前記固定接点部材と接離可能な可動接点部材と、
    前記ハウジングの第1面に固着されるカバーシートと、
    を含み、
    前記ハウジングは、前記第2面から突出して形成され、平面視で前記収納部を囲み、弾性を有する囲繞部を有する、スイッチモジュール。
  2. 前記囲繞部は、前記ハウジングと一体成型されている、請求項1記載のスイッチモジュール。
  3. 前記ハウジングは、前記第2面から突出し、前記基板の貫通孔に挿入されて固定される柱状の突起部を有する、請求項1又は2記載のスイッチモジュール。
  4. 前記突起部の先端側の前記貫通孔から突出する部分は、前記突起部の前記貫通孔の内部に位置する部分よりも太い、請求項3記載のスイッチモジュール。
  5. 前記ハウジングは、平面視で前記囲繞部を囲むように前記第2面に配置される粘着部によって前記基板に固着される、請求項1乃至4のいずれか一項記載のスイッチモジュール。
  6. 前記可動接点部材は、ドーム状に形成され反転動作可能なドーム部と、前記ドーム部の外周端部から外方へ帯状に延設された脚部とを有する金属板ばねであり、
    前記ハウジングは、前記収納部に連続して形成され、前記脚部を収納可能で有底の保持ガイド部を有する、請求項1乃至5のいずれか一項記載のスイッチモジュール。
  7. 前記脚部は前記ドーム部の押圧方向に突出する当接部を有し、
    前記当接部は、前記ドーム部よりも前記押圧方向に突出している、請求項6記載のスイッチモジュール。
  8. 前記可動接点部材と前記カバーシートとの間に配設される柱状の本体部と、前記本体部の側面から全周にわたって突出し、前記収納部の内壁形状に沿った形状を有するフランジ部とを有する押圧部材をさらに含み、
    前記本体部は、平面視で前記ドーム部の頂部に位置を合わせて配置される、請求項6又は7記載のスイッチモジュール。
  9. 前記本体部は、前記フランジ部よりも前記カバーシート側の第1部の方が、前記フランジ部よりも前記可動接点部材側の第2部の方が太い、請求項8記載のスイッチモジュール。
  10. 請求項1乃至9のいずれか一項記載のスイッチモジュールと、
    前記固定接点部材を有する基板と
    を含む、スイッチ装置。
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