JP2021158060A - スイッチ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】可動接片と接触端子との間に発生した金属摩耗紛や樹脂摩耗紛を原因とする絶縁性の劣化を防ぐこと。【解決手段】ケース１０に回転自在に保持されたロータ７と略同心円状に配置された接触端子１１と、ロータ７に略同心円状に配置された可動接片８とを備え、ケース１０の固定面に露出した接触端子１１と、ケース１０の固定面に向い合うロータ７の可動面から突出した可動接片８とが接触及び離隔することにより、通電状態と遮断状態とを切換えるロータリスイッチ機構１００において、固定面に対し可動面を圧接させるウェーブスプリング６を備え、固定面が溝１０１を有し、可動面が溝１０１と嵌脱可能な凸部７１を有し、ロータ７の回転により、溝１０１と凸部７１とが嵌合するときに可動接片８が接触端子１１上に着地して接触し、嵌合が脱するときに可動接片８が接触端子１１から浮き上がり離隔する。【選択図】図４

Description

本発明は、スイッチ機構に関する。

従来より、固定側の端子（以下、「接触端子」と呼ぶ）と可動側の接触片（以下、「可動接片」と呼ぶ）との接触と離隔により、通電状態と遮断状態とを切換えるスイッチ機構は存在する（例えば特許文献１）。

実開昭５８−１４２８２４号公報

しかしながら、従来のスイッチの構造（例えば図７及び図８）は、可動接片が、固定側の接触端子と、接触端子が存在しない樹脂面とを摺動する構造となっていた。このような構造では、可動接片と接触端子との間の摩擦により金属摩耗紛が発生する。また、可動接片と樹脂面との間の摩擦により樹脂摩耗紛が発生する。金属摩耗紛や樹脂摩耗紛が接点グリースに混入されて接触端子間に存在すると、アークによって金属摩耗紛や樹脂摩耗紛が炭化し、絶縁性の劣化が生じる。このような課題に対し、特許文献１を含む従来の技術のみでは有効な解決策を見出せない状況にあった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、可動接片と接触端子との間に発生した金属摩耗紛や樹脂摩耗紛を原因とする絶縁性の劣化を防ぐ手法を提供することを目的とする。

ケースと、
前記ケースに回転自在に保持されたロータと、
前記ケースに略同心円状に配置された接触端子と、
前記ロータに略同心円状に配置された可動接片と、
を備え、
前記ケースの固定面に露出した前記接触端子と、前記固定面に向い合う前記ロータの可動面から突出した可動接片とが接触及び離隔することにより、通電状態と遮断状態とを切換えるロータリスイッチ機構において、
前記固定面に対し前記可動面を圧接させる圧接手段を備え、
前記固定面又は前記可動面のいずれか一方が凹部を有し、
前記可動面又は前記固定面のいずれか他方が前記凹部と嵌脱可能な凸部を有し、
前記ロータの回転により、前記凹部と前記凸部とが嵌合するときに前記可動接片が前記接触端子上に着地して接触し、前記嵌合が脱するときに前記可動接片が前記接触端子から浮き上がり離隔する、
スイッチ機構。

この発明によれば、可動接片と接触端子との間に発生した金属摩耗紛や樹脂摩耗紛を原因とする絶縁性の劣化を防ぐことができる。

本発明のスイッチ機構の第１実施形態に係るロータリスイッチ機構の分解斜視図である。 （Ａ）は、図１のロータリスイッチ機構の断面正面図である。（Ｂ）は、図１のロータリスイッチ機構の断面側面図である。 （Ａ）は、図１のロータリスイッチ機構の動作を示す断面正面図である。（Ｂ）は、図１のロータリスイッチ機構を構成するウェーブスプリングの外観斜視図である。（Ｃ）は、図１のロータリスイッチ機構を構成するロータの外観斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、回転操作が行われた場合の、図１のロータリスイッチ機構の様子を示す断面正面図である。 本発明のスイッチ機構の第２実施形態に係るロータリスイッチ機構の分解斜視図である。 （Ａ）は、図５のロータリスイッチ機構の断面正面図である。（Ｂ）は、図５のロータリスイッチ機構の断面側面図である。 （Ａ）は、従来のロータリスイッチ機構の動作を示す断面正面図である。（Ｂ）は、従来のロータリスイッチ機構を構成する板バネの外観斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、従来のロータリスイッチ機構の特徴を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態及び第２実施形態に係るロータリスイッチ機構の特徴を示す図である。 第２実施形態に係るロータリスイッチ機構の組立て上の問題と、その解決策を示す図である。 （Ａ）は、可動接片の外観を示す正面図である。（Ｂ）は、ロータの底面に設けられた溝の内部で可動接片が支持される様子を示す断面側面図である。（Ｃ）は、ロータの底面に設けられた溝の内部で可動接片が支持される様子を示す断面平面図である。

以下、本発明のスイッチ機構の一実施形態に係るロータリスイッチ機構について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
また、本明細書における、「下側」、「下方向」といったような「下」を示す表現は、図面上の下方向を示す表現である。また、「上側」、「上方向」といったような「上」を示す表現は、図面上の上方向を示す表現である。

［第１実施形態］
（基本構成）
本発明の第１実施形態に係るロータリスイッチ機構１００は、ロータリスイッチ（図示せず）の一部を構成するスイッチ機構である。
ロータリスイッチ機構１００は、図１乃至図４に示すように、ストッパ１と、マウント２と、Ｏリング３と、シャフト４と、座金５ａ及び５ｂと、ウェーブスプリング６と、ロータ７と、可動接片８と、ゴム座金９と、ケース１０と、接触端子１１とを含む。

以下、ロータリスイッチ機構１００の各構成要素について詳しく説明する。

（ストッパ）
ストッパ１は、シャフト４の一部を挿通させるリング形状の金属部材である。ストッパ１の嵌挿孔１１１及びシャフト４の嵌挿方向と直交する断面は、ともにＤ形状であり、ストッパ１はシャフト４に対して回転しない。ストッパ１は、マウント２に挿通されたシャフト４をマウント２に回転自在に保持する。

（マウント）
マウント２は、ロータリスイッチ機構１００の本体部を形成する金属製の筐体である。マウント２の中心部には、シャフト４を挿通させるための孔２１が設けられている。

（Ｏリング）
Ｏリング３は、シャフト４の側面に設けられた溝４１に嵌合されることで、マウント２とシャフト４との間を密閉する弾性部材である。

（シャフト）
シャフト４は、マウント２の中心部に設けられた孔２１に挿通される金属製のシャフトである。ロータリスイッチ（図示せず）に対する回転操作が行われると、その操作とともにシャフト４が回転する。シャフト４の端部４２は、ロータ７に設けられた溝７３に嵌合される。

（座金）
座金５ａは、ウェーブスプリング６の上端部とマウント２との間に配置される金属製の座金である。座金５ｂは、ウェーブスプリング６の下端部とロータ７との間に配置される金属製の座金である。

（ウェーブスプリング）
ウェーブスプリング６は、マウント２とロータ７との間に配置される金属製のバネである。ウェーブスプリング６は、弾性力によってロータ７をケース１０側に圧接させる。ウェーブスプリング６は、例えば図３（Ｂ）に示すように、板状の鋼線をらせん状に多重に巻きながら波を加えるように成形されたバネである。ウェーブスプリング６には、例えば（１）図７（Ｂ）に示す従来品の板バネよりも、加えられた荷重を効率よく吸収して伝達することができる、（２）コイルバネよりも作業高さを縮小させることができる、（３）皿バネや波形座金（ウェーブワッシャー）のように積み重ねて使用する必要がない、といった特徴がある。

（ロータ及び可動接片）
ロータ７は、シャフト４の回転とともに回転する円盤状の部材である。可動接片８は、ロータ７の回転ともにロータ７の軸心の周囲を回りながら、接触端子１１との接触することで通電し、又は離隔することで遮断する可動接片である。可動接片８は、図１１（Ａ）に示すように、二股に分かれた端部８１及び８２と、その反対側の端部８３とを有する。
ロータ７の底面（ケース１０側の面）には、図３（Ｃ）、図１１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、可動接片８の端部８３を挿入して支持するための溝７２が設けられている。可動接片８は、図１１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、できる限り溝７２の内壁面に対して平行に挿入されるのが望ましく、かつ溝７２の内部で支持される深さが浅い程、端部８１及び８２側の撓み量を増やすことができる。そのために、溝７２の内部の形状は、図１１（Ｃ）に示すように、端部８３の一方の面を１か所（支持点Ｐ１）、他方の面を２か所（支持点Ｐ２及びＰ３）で支持している。即ち、可動接片８の端部８３は、３つの支持点（支持点Ｐ１乃至Ｐ３）によって支持される態様となっている。これにより、可動接片８の端部８３が広い面積で確実に支持されるので、可動接片８の端部８１及び８２の寸法を長くとることが可能となる。その結果、端部８１及び８２側のしなやかな動作を実現させることができるので、可動接片８と、ケース１０の上面（ロータ７側の面）に設けられた接触端子１１との間で、滑らかでありながらも、かつ確実な接触が実現される。

また、ロータ７の底面の縁部付近には、図３（Ｃ）に示すように、４つの凸部７１が均等又は略均等間隔で設けられている。４つの凸部７１の夫々は、ロータ７が回転すると、ケース１０の上面（ロータ７側の面）に設けられた複数の溝１０１のうちいずれかに同時に嵌合し、また、同時に離隔する（溝１０１から出る）。これにより、ロータ７は、図３（Ａ）に矢印で示すように、回転に合わせて上下運動を行う。

ここで、従来からあるロータリスイッチのスイッチ機構について説明する。図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、従来からあるロータリスイッチのスイッチ機構は、板バネによって樹脂製のケースに圧接された状態の可動接片が、その状態のままケースの表面を摺動する。例えば図８（Ａ）に示すように、可動接片がケースの表面を矢印Ｙ１の方向に摺動すると、可動接片と接触端子との摩擦により金属摩耗紛が発生する。また、可動接片と樹脂製のケースの表面との摩擦により樹脂摩耗紛が発生する。これが絶縁性の劣化を招く原因となっていた。

本実施形態に係る可動接片８は、ウェーブスプリング６の弾性力により、従来のロータリスイッチのスイッチ機構と同様に、ケース１０の上面に圧接された状態で回転する。ただし、ロータ７は、上述した特徴によって回転しながら適切なタイミングで上下運動を行う。
具体的には、可動接片８と接触端子１１とが接触するタイミングでは、図４（Ａ）に示すように、ロータ７の凸部７１とケース１０の溝１０１とが嵌合した状態になる。このため、ロータ７はケース１０側に下降した状態となる。これに対して、可動接片８と接触端子１１とが離隔するタイミングでは、図４（Ｂ）に示すように、ロータ７の凸部７１とケース１０の溝１０１とが離隔した状態になる。このため、ロータ７はケース１０側から離れるように上昇した状態となる。
このため、ロータリスイッチの回転操作時に、可動接片８は、接触端子１１を一部に含むケース１０の表面を摺動しない。即ち、本実施形態では、図９（Ａ）に示すように、ロータリスイッチの回転操作時には、矢印Ｙ２の方向に可動接片８が上昇し、その後矢印Ｙ３の方向に下降する。そして、可動接片８が接触端子１１に着地するが、着地の際に僅かな摺動動作が生じる。これにより、可動接片８と接触端子１１との夫々の接触面のセルフクリーニングが行われるため、接触が安定するという効果を奏する。このような効果は、従来技術である打接点接触の構造では期待することができない。これにより、図９（Ｂ）に示すように、可動接片８と接触端子１１との間では僅かな摺動動作が生じるが、可動接片８とケース１０の上面（樹脂面）との間で接触が生じることはない。その結果、金属摩耗紛や樹脂摩耗紛を原因とする絶縁性の劣化を防ぐことができる。

（ゴム座金）
ゴム座金９は、マウント２とケース１０との間に設けられたゴム製の座金である。

（ケース）
ケース１０は、上面（ロータ７側の面）の一部に接触端子１１を有する樹脂製のケースである。ケース１０の上面には、ロータ７の底面に配置された４つの凸部７１をすべて同時に嵌合させることができる複数の溝１０１を有する。

（接触端子）
接触端子１１は、上述したように、可動接片８と接触することで通電し、離隔することで遮断する端子である。接触端子１１は、ケース１０の上面の一部に設けられている。

［第２実施形態］
（基本構成）
本発明の第２実施形態に係るロータリスイッチ機構２００は、第１実施形態のロータリスイッチ機構１００と同様に、図示せぬロータリスイッチの一部を構成するスイッチ機構である。
ロータリスイッチ機構２００は、図５に示すように、ストップリング２１と、マウント２２と、Ｏリング２３と、シャフト２４と、ストッパ２５と、座金２６と、ウェーブスプリング２７と、ロータ２８と、可動接片２９と、ゴム座金３０と、ケース３１と、接触端子３２とを含む。

以下、ロータリスイッチ機構２００の各構成要素について詳しく説明する。

（ストッパ）
ストップリング２１は、シャフト２４の一部に形成された溝２４５に嵌合されるリング形状の金属部材である。ストップリング２１は、マウント２２に挿通されたシャフト２４をマウント２２に回転自在に保持する。

（マウント）
マウント２２は、ロータリスイッチ機構２００の本体部を形成する金属製の筐体である。マウント２２の中心部には、シャフト２４を挿通させるための孔２２１が設けられている。

（Ｏリング）
Ｏリング２３は、シャフト２４の側面に設けられた溝２４１に嵌合されることで、マウント２２とシャフト２４との間を密閉する弾性部材である。

（シャフト）
シャフト２４は、マウント２２の中心部に設けられた孔２２１に挿通される金属製のシャフトである。ロータリスイッチ（図示せず）に対する回転操作が行われると、その操作とともにシャフト２４が回転する。シャフト２４の端部２４２は、ロータ２８に設けられた溝２８３に嵌合される。

（ストッパ）
ストッパ２５は、マウント２２に挿通されたシャフト２４の一部を挿通させるリング形状の金属部材である。ストッパ２５はシャフト２４に対して回転しない。ストッパ２５は、マウント２２に挿通されたシャフト２４をマウント２２に回転自在に保持する。

（座金）
座金２６は、ウェーブスプリング２７の上端部とストッパ２５との間に配置される金属製の座金である。

（ウェーブスプリング）
ウェーブスプリング２７は、座金２６とロータ２８との間に配置される金属製のバネである。なお、ウェーブスプリング２７のその他の構成は、第１実施形態のウェーブスプリング６と同様である。このため、ウェーブスプリング２７のその他の構成については説明を省略する。

（ロータ及び可動接片）
ロータ２８は、シャフト２４の回転とともに回転する円盤状の部材である。可動接片２９は、ロータ２８の回転ともにロータ２８の軸心の周囲を回りながら、接触端子３２との接触することで通電し、又は離隔することで遮断する可動接片である。
また、ロータ２８の底面（ケース３１側の面）には、第１実施形態のロータ７と同様に、可動接片２９の端部２９３を挿入して支持するための溝（図示せず）が設けられている。なお、当該溝の構成は、第１実施形態のロータ７の溝７２と同様の構成である。このため、当該溝の説明は省略する。
また、ロータ２８の底面の縁部付近には、凸部２８１が、均等又は略均等間隔で４つ設けられている。なお、凸部２８１は、第１実施形態のロータ７の凸部７１と同様の構成である。このため、凸部２８１の説明は省略する。

（ゴム座金）
ゴム座金３０は、マウント２２とケース３１との間に設けられたゴム製の座金である。

（ケース）
ケース３１は、上面（ロータ２８側の面）の一部に接触端子３２を有する樹脂製のケースである。ケース３１の上面には、ロータ２８の底面に配置された４つの凸部２８１をすべて同時に嵌合させることができる複数の溝３１１を有する。

（接触端子）
接触端子３２は、上述したように、可動接片２９と接触することで通電し、離隔することで遮断する端子である。接触端子３２は、ケース３１の上面の一部に設けられている。

ここで、第２実施形態におけるロータリスイッチ機構２００の組立て時には、以下のような問題が生じる。
まず、ロータリスイッチ機構２００の組立ては、図５や図６に示すロータリスイッチ機構２００の上下の向きとは逆さまの状態で行われる。つまり、最終的にはケース３１が下から上方向に嵌め込まれることでロータリスイッチ機構２００が完成する。このような前提のもと、ロータ２８の溝２８３にシャフト２４の端部２４２を嵌合させる組立ては以下の手順で行われる。
即ち、座金２６の上にウェーブスプリング２７を載せて、その上からロータ２８を被せつつ、ロータ２８の溝２８３にシャフト２４の端部２４２を嵌合させる。ここで、シャフト２４の端部２４２がウェーブスプリング２７の上端部よりも上に出ていれば容易に溝２８３に端部２４２を嵌合させることができる。
しかしながら、ウェーブスプリング２７の自由長がある。このため、ウェーブスプリング２７の種類によってはシャフト２４の端部２４２がウェーブスプリング２７の上端部よりも上側に出ないことがある。
このような場合に備え、本実施形態では、図１０の右側に示すように、シャフト２４の端部２４２の一部に切欠き部２４３を設けるとともに、ストッパ２５の孔の縁の一部には、シャフト２４に切欠き部２４３が設けられたことで形成された凸部２４４に対応する形状の切欠き部２５１を設ける。切欠き部２５１は、上下方向の中心からオフセットした位置に設けられている。このため、ストッパ２５が表裏反転した姿勢でのシャフト２４の挿入や、図１０の右側に示す姿勢からシャフト２４が上下軸回りに１８０度回転させた姿勢でのストッパ２５への挿入等の誤挿入を防止することができる。これにより、切欠き部２４３や切欠き部２５１を設けない場合（図１０の左側）よりも溝２４１に接近する位置でストッパ２５が係止される。その結果、組立て時にシャフト２４の端部２４２がマウント２２内に深く挿入されるので、シャフト２４の端部２４２をウェーブスプリング２７の上端部よりも上側に出すことができる。これにより、容易に溝２８３に端部２４２を嵌合させることができるようになる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。また、本発明に係る要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を施してもよい。

例えば、上述の第１実施形態では、ロータ７（第２実施形態ではロータ２８）に設けられた凸部７１（第２実施形態では凸部２８１）の数は４つであるが、これは例示に過ぎない。凸部７１（第２実施形態では凸部２８１）の数は１乃至３つでもよいし、５つ以上であってもよい。
また、凸部７１（第２実施形態では凸部２８１）を嵌合させる溝１０１（第２実施形態では溝３１１）の数は、凸部７１（第２実施形態では凸部２８１）をすべて同時に嵌合させることができれば、数量は特に限定されない。

以上まとめると、本発明が適用されるスイッチ機構は、次のような構成を取れば足り、各種各様な実施形態を取ることができる。
即ち、本発明が適用されるスイッチ機構（例えば図１のロータリスイッチ機構１００）は、
ケース（例えば図４のケース１０）と、
前記ケースに回転自在に保持されたロータ（例えば図４のロータ７）と、
前記ケースに略同心円状に配置された接触端子（例えば図４の接触端子１１）と、
前記ロータに略同心円状に配置された可動接片（例えば図４の可動接片８）と、
を備え、
前記ケースの固定面に露出した前記接触端子と、前記固定面に向い合う前記ロータの可動面から突出した可動接片とが接触及び離隔することにより、通電状態と遮断状態とを切換えるロータリスイッチ機構において、
前記固定面に対し前記可動面を圧接させる圧接手段（例えば図４のウェーブスプリング６）を備え、
前記固定面又は前記可動面のいずれか一方が凹部（例えば図４の溝１０１）を有し、
前記可動面又は前記固定面のいずれか他方が前記凹部と嵌脱可能な凸部（例えば図４の凸部７１）を有し、
前記ロータの回転により、前記凹部と前記凸部とが嵌合するときに前記可動接片が前記接触端子上に着地して接触し、前記嵌合が脱するときに前記可動接片が前記接触端子から浮き上がり離隔する。

これにより、固定面の凹部と可動面の凸部とが嵌合するときに可動接片が接触端子上に着地して接触し、嵌合が脱するときに接触端子が可動接片から浮き上がり離隔する。可動接片８が接触端子１１に着地する際、僅かな摺動動作が生じる。その結果、可動接片８と接触端子１１との夫々の接触面のセルフクリーニングが行われるため接触が安定する。

また、前記可動面は、前記可動接片の端部（例えば図１１（Ａ）の端部８３）を挿入して３つの支持点（例えば図１１（Ｃ）の支持点Ｐ１乃至Ｐ３）により係止する溝（例えば図１１（Ｃ）の溝７２）を有することができる。

これにより、可動接片が広い面積で確実に支持されるので、可動接片の他方の端部（例えば端部８１及び８２）の寸法を長くとることが可能となる。その結果、可動接片の他方の端部のしなやかな動作を実現させることができるので、可動接片と接触端子との間で、滑らかでありながらも、かつ確実な接触が実現される。

１・・・ストッパ、２・・・マウント、３・・・Ｏリング、４・・・シャフト、５ａ，５ｂ・・・座金、６・・・ウェーブスプリング、７・・・ロータ、８・・・可動接片、９・・・ゴム座金、１０・・・ケース、１１・・・接触端子、２１・・・ストップリング、２２・・・マウント、２３・・・Ｏリング、２４・・・シャフト、２５・・・ストッパ、２６・・・座金、２７・・・ウェーブスプリング、２８・・・ロータ、２９・・・可動接片、３０・・・ゴム座金、３１・・・ケース、３２・・・接触端子、１００・・・ロータリスイッチ機構、２００・・・ロータリスイッチ機構

Claims (2)

1. ケースと、
   前記ケースに回転自在に保持されたロータと、
   前記ケースに略同心円状に配置された接触端子と、
   前記ロータに略同心円状に配置された可動接片と、
   を備え、
   前記ケースの固定面に露出した前記接触端子と、前記固定面に向い合う前記ロータの可動面から突出した可動接片とが接触及び離隔することにより、通電状態と遮断状態とを切換えるロータリスイッチ機構において、
   前記固定面に対し前記可動面を圧接させる圧接手段を備え、
   前記固定面又は前記可動面のいずれか一方が凹部を有し、
   前記可動面又は前記固定面のいずれか他方が前記凹部と嵌脱可能な凸部を有し、
   前記ロータの回転により、前記凹部と前記凸部とが嵌合するときに前記可動接片が前記接触端子上に着地して接触し、前記嵌合が脱するときに前記可動接片が前記接触端子から浮き上がり離隔する、
   スイッチ機構。
2. 前記可動面は、前記可動接片の端部を挿入して３つの支持点により係止する溝を有する、
   請求項１に記載のスイッチ機構。

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