JP2023169447A - スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】マンハッタン現象によりスイッチの接続不良が発生するおそれが低いスイッチを提供する。【解決手段】スイッチ１は、第１接点及び第２接点を備え、第１側面及び第１側面と対向する第２側面を有する矩形の平面形状を有し、第１側面の端部を除いた位置に第１凹部が形成されると共に、第２側面の端部を除いた位置に配置された第２凹部が形成される基板と、第１接点と絶縁し、第２接点と導通するように配置された可動導体と、第１接点、第２接点及び可動導体を覆うカバーシートと、第１凹部の内面に形成され、第１接点と導通する第１電極と、第２凹部の内面に形成され、第２接点と導通する第２電極と有し、第１凹部の内面に沿った長さをａ、第１側面の凹部以外の直線部分の合計の長さをｂ、第２凹部の内面に沿った長さをｃ、第２側面の凹部以外の直線部分の合計の長さをｄとした場合に、ｂ／ａ＝ｄ／ｃ＞１．０を満足する。【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチに関する。

電子機器の操作ボタンとして採用されるプッシュスイッチ（以下、単にスイッチと称する）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。スイッチは、一対の短辺のそれぞれに一対の半円状の凹部が形成された略長方形の平面形状を有する。スイッチの短辺のそれぞれに形成される一対の凹部には、導電層が配置される。スイッチは、凹部に配置される導電層を半田付けすることでマザーボードに形成される配線パターンと接続される。

また、チップコンデンサ及びチップ抵抗等の小型の電子部品をマザーボードの表面にリフローにより半田を介して接続するときに、電子部品が浮き上がるマンハッタン現象と称される接続不良が発生することがある（例えば、特許文献２を参照）。マンハッタン現象は、リフロー時に、電子部品の一端の端子に接続される半田が他端の端子に接続される半田より先に溶解して、溶解した半田が端子に接着することにより生じる張力により、電子部品の他方の壁面が浮き上がることにより発生する。

特開２０１８－１２５２２９号公報 特開平８－１４８７９９号公報

携帯機器の小型化及び高性能化に伴って、スイッチをより小型化することが望まれている。スイッチの小型化が進展するに従って、スイッチをマザーボードに半田付けにより実装するときに、マンハッタン現象によりスイッチの一端が浮き上がり、スイッチの接続不良が発生する可能性がある。

本発明は、このような課題を解決するものであり、マンハッタン現象によりスイッチの接続不良が発生するおそれが低いスイッチを提供することを目的とする。

本発明に係るスイッチは、第１接点及び第２接点を備え、第１側面及び第１側面と対向する第２側面を有する矩形の平面形状を有し、第１側面の端部を除いた位置に第１凹部が形成されると共に、第２側面の端部を除いた位置に配置された第２凹部が形成される基板と、第１接点と絶縁し、第２接点と導通するように配置された可動導体と、第１接点及び第２接点を囲むように配置され、第１接点、第２接点及び可動導体を覆うカバーシートと、第１凹部の内面に形成され、第１接点と導通する第１電極と、第２凹部の内面に形成され、第２接点と導通する第２電極とを有し、第１凹部の内面に沿った長さをａ、第１側面の凹部以外の直線部分の合計の長さをｂ、第２凹部の内面に沿った長さをｃ、第２側面の凹部以外の直線部分の合計の長さをｄとした場合に、以下の式（１）
ｂ／ａ＝ｄ／ｃ＞１．０ （１）
を満足する。

さらに、本発明に係るスイッチでは、第１凹部及び第２凹部は、円弧状の平面形状を有し、円弧の直径は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。

さらに、本発明に係るスイッチは、第１接点及び第２接点を囲むように配置され、第１接点、第２接点及び可動導体を収容する収容部を基板と共に形成する枠体を更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係るスイッチでは、基板の第１凹部及び第２凹部のそれぞれの周りには、枠体が接着されていない第１平坦部及び第２平坦部が形成されることが好ましい。

本発明に係るスイッチは、マンハッタン現象によりスイッチの接続不良が発生する可能性を低くすることができる。

第１実施形態に係るスイッチの斜視図である。 図１に示すスイッチの分解斜視図である。 （ａ）は図１に示すスイッチの正面図であり、（ｂ）は図１に示すスイッチの平面図であり、（ｃ）は図１に示すスイッチの側面図であり、（ｄ）は図１に示すスイッチの底面図である。 （ａ）は図１に示す基板の斜視図（その１）であり、（ｂ）は図１に示す基板の斜視図（その２）であり、（ｃ）は（ａ）の破線Ａで囲まれた部分の拡大平面図であり、（ｄ）は（ａ）の破線Ｂで囲まれた部分の拡大平面図である。 第２実施形態に係るスイッチの斜視図である。 （ａ）は図５に示すスイッチの正面図であり、（ｂ）は図５に示すスイッチの平面図であり、（ｃ）は図５に示すスイッチの側面図であり、（ｄ）は図５に示すスイッチの底面図である。

以下、本開示の一側面に係るスイッチについて図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

（第１実施形態に係るスイッチの構成及び機能）
図１は第１実施形態に係るスイッチの斜視図であり、図２は図１に示すスイッチの分解斜視図である。図３（ａ）は図１に示すスイッチの正面図であり、図３（ｂ）は図１に示すスイッチの平面図であり、図３（ｃ）は図１に示すスイッチの側面図であり、図３（ｄ）は図１に示すスイッチの底面図である。

スイッチ１は、基板１０と、第１接点１１と、第２接点１２と、可動導体１３と、押し子１４と、枠体１５と、カバーシート１６とを有し、半田付けによって不図示の実装基板に実装される。スイッチ１は、カバーシート１６及び押し子１４を介して可動導体１３の頂部が押下されて第１接点１１と接触することに応じて第１接点１１と第２接点１２との間が可動導体１３を介して導通されてオンする。

基板１０は、ガラスエポキシ等の樹脂材により形成され、矩形状の平面形状を有する。第１接点１１は、略円形の平面形状を有する銅等の金属で形成された導電性薄膜であり、基板の表面の中央部に配置される。第２接点１２は、略Ｕ字型の平面形状を有する銅等の金属で形成された導電性薄膜であり、第１接点の周囲に配置される。

図４（ａ）は基板１０の斜視図（その１）であり、図４（ｂ）は基板１０の斜視図（その２）であり、図４（ｃ）は図４（ａ）の破線Ａで囲まれた部分の拡大平面図であり、図４（ｄ）は図４（ａ）の破線Ｂで囲まれた部分の拡大平面図である。図４（ａ）は基板１０の表面を示し、図４（ｂ）は基板１０の裏面を示す。

基板１０は、第１電極２１と、第２電極２２と、第１貫通孔２３と、第２貫通孔２４と、第１裏面電極２５と、第２裏面電極２６と、マーク２７と、第１側面３０と、第２側面４０とを有する。第１側面３０は、第１矩形部３１と、第２矩形部３２と、第１凹部３３とを有する。第２側面４０は、第３矩形部４１と、第４矩形部４２と、第２凹部４３とを有する。

第１電極２１は、第１凹部３３の内面に形成される導電性薄膜であり、銅等の金属で形成される。第２電極２２は第２凹部４３の内面に形成される導電性薄膜であり、銅等の金属で形成される。第１電極２１及び第２電極２２は、スイッチ１が実装基板に実装されるときに実装基板に形成される配線パターンに半田付けされる。

第１貫通孔２３は、基板１０の表面から裏面に貫通し、第１接点１１と第１裏面電極２５との間を電気的に接続する導電体が充填される。第２貫通孔２４は、基板１０の表面から裏面に貫通し、第２接点１２と第２裏面電極２６との間を電気的に接続する導電体が充填される。

第１裏面電極２５は、基板１０の裏面に銅等の金属で形成された導電性薄膜であり、第１貫通孔２３に充填される導電体を介して第１接点１１と第１電極２１とを電気的に接続する。第２裏面電極２６は、基板１０の裏面に銅等の金属で形成された導電性薄膜であり、第２貫通孔２４に充填される導電体を介して第２接点１２と第２電極２２とを電気的に接続する。

マーク２７は、基板１０の裏面において一対の長辺の一方に近接して視認可能に形成される標識であり、第１接点１１に接続される第１電極２１と第２接点１２に接続される第２電極２２とを識別するときに使用される。

第１矩形部３１は、第１側面３０の一端から第１凹部３３の一端に向けて延伸する一対の辺を有する略長方形状の面である。第２矩形部３２は、第１側面３０の他端から第１凹部３３の他端に向けて延伸する一対の辺を有する略長方形状の面である。

第１矩形部３１の第１側面３０の一端から第１凹部３３の一端に向けて延伸する一対の辺は第１直線部とも称され、第２矩形部３２の第１側面３０の他端から第１凹部３３の他端に向けて延伸する一対の辺は第２直線部とも称される。第１矩形部３１の第１側面３０の一端から第１凹部３３の一端に向けて延伸する一対の辺の長さｂ１は、第２矩形部３２の第１側面３０の他端から第１凹部３３の他端に向けて延伸する一対の辺の長さｂ２と等しい。

第１凹部３３は、第１矩形部３１及び第２矩形部３２の間に形成される単一の凹部であり、直径の長さがφである半円状の平面形状を有する。第１矩形部３１の形状と第２矩形部３２の形状は同一なので、第１凹部３３は、第１側面３０の中央部に形成される。第１凹部３３の内面には、第１接点１１と導通し、半田付けによって実装基板に実装するための第１接続部である第１電極２１が全面に亘って形成される。

基板１０を平面視したときの第１凹部３３の内面に沿った長さａは、第１凹部３３の直径の長さφ及び円周率πによって、（π×φ÷２）で示される。一方、基板１０を平面視したときの第１側面３０の第１凹部３３以外の直線部の合計の長さｂは、第１直線部の長さｂ１及び第２直線部の長さｂ２によって（ｂ１＋ｂ２）で示される。

第１凹部の直径φは、基板１０を平面視したときの第１凹部３３の内面に沿った長さａが第１側面３０の凹部以外の直線部の合計の長さｂよりも短くなるように設定される。すなわち、基板１０において、基板１０を平面視したときの第１凹部３３の内面に沿った長さａ、及び基板１０を平面視したときの第１側面３０の第１凹部３３以外の直線部の合計の長さｂは、式（ｂ／ａ＞１．０）を満足する。なお、第１凹部３３の円弧の直径φは、現在の製造技術を鑑み、０．１ｍｍ以上となるように設定される。

第３矩形部４１は、第２側面４０の一端から第２凹部４３の一端に向けて延伸する一対の辺を有する略長方形状の面である。第４矩形部４２は、第２側面４０の他端から第２凹部４３の他端に向けて延伸する一対の辺を有する略長方形状の面である。

第３矩形部４１の第２側面４０の一端から第２凹部４３の一端に向けて延伸する一対の辺は第３直線部とも称され、第４矩形部４２の第２側面４０の他端から第２凹部４３の他端に向けて延伸する一対の辺は第４直線部とも称される。第３矩形部４１の第２側面４０の一端から第２凹部４３の一端に向けて延伸する一対の辺の長さｄ１は、第４矩形部４２の第２側面４０の他端から第２凹部４３の他端に向けて延伸する一対の辺の長さｄ２と等しい。

第２凹部４３は、第３矩形部４１及び第４矩形部４２の間に形成される単一の凹部であり、第１凹部３３と同一の形状、すなわち直径の長さがφである半円状の平面形状を有する。第３矩形部４１の形状と第４矩形部４２の形状は同一なので、第２凹部４３は、第２側面４０の中央部に形成される。第２凹部４３の内面には、第２接点１２と導通し、半田付けによって実装基板に実装するための第２接続部である第２電極２２が全面に亘って形成される。

基板１０を平面視したときの第２凹部４３の内面に沿った長さｃは、第２凹部４３の直径の長さφ及び円周率πによって、（π×φ÷２）で示される。一方、基板１０を平面視したときの第２側面４０の第２凹部４３以外の直線部の合計の長さｄは、第１直線部の長さｄ１及び第２直線部の長さｄ２によって（ｄ１＋ｄ２）で示される。

第２凹部４３の直径φは、第１凹部３３の直径φと同様に、基板１０を平面視したときの第２凹部４３の内面に沿った長さｃが第２側面４０の第２凹部４３以外の直線部の合計の長さｄよりも短くなるように設定される。すなわち、基板１０において、基板１０を平面視したときの第２凹部４３の内面に沿った長さｃ、及び基板１０を平面視したときの第２側面４０の第２凹部４３以外の直線部の合計の長さｄは、式（ｄ／ｃ＞１．０）を満足する。なお、第２凹部４３の円弧の直径φは、現在の製造技術を鑑み、０．１ｍｍ以上となるように設定される。

可動導体１３は、薄くドーム状に形成されたステンレス鋼及び銅等の弾性を有する導電性部材により形成され、第１接点１１と絶縁し、第２接点１２と導通するように配置される。可動導体１３は、対向する辺を有する俵型形状となるように、凸型のドーム状の板バネ部材を切断して形成される。

可動導体１３は、周縁部１３ａと中央部１３ｂとを有する。可動導体１３の周縁部１３ａの少なくとも一部は第２接点１２に接する。可動導体１３の中央部１３ｂは、第１接点１１の上方に離隔されると共に、押し子１４の底面に接して配置される。

可動導体１３の中央部１３ｂは、押し子１４が押下されていないとき、第１接点１１と離隔する位置に配置される。押し子１４が押下されていないとき、第１接点１１と可動導体１３とが離隔するため、第１接点１１に接続される第１電極２１と、第２接点１２に接続される第２電極２２との間は導通せず、スイッチ１はオフ状態となる。

可動導体１３の中央部１３ｂは、押し子１４が押下されることに応じて、押し子１４と共に基板１０の方向に移動する。押し子１４に押下される可動導体１３は、反転動作して、第１接点１１に接触する。可動導体１３が第１接点１１に接触したとき、第１接点１１に接続される第１電極２１と、第２接点１２に接続される第２電極２２との間は導通し、スイッチ１はオン状態となる。可動導体１３が押下されなくなると、可動導体１３が弾性により元の形状に復元し、可動導体１３の中央部１３ｂが基板１０から離隔する方向に移動して第１接点１１から離れ、スイッチ１はオフ状態となる。

押し子１４は、円柱形状のポリイミド等の樹脂材料で形成され、可動導体１３の中央部１３ｂの上方に配置される押下部材である。押し子１４を配置することで、スイッチ１の操作性が向上する。

枠体１５は、中央領域に第１接点１１、第２接点１２及び可動導体１３が配置される収容部を基板１０の表面と共に形成する枠状の形状を有し、ポリイミド等の樹脂材料で形成されるケース部材である。枠体１５の外縁は、基板１０の外縁と略同形状である。枠体１５の裏面は、例えば、接着層を介して基板１０に接着されることで固定される。枠体１５の表面は、例えば不図示の接着層を介してカバーシート１６の外縁を保持する。

枠体１５は、基板１０に第１凹部３３及び第２凹部４３のそれぞれが形成される位置に対応する位置に、第１凹部３３及び第２凹部４３のそれぞれと同一の平面形状を有する第１枠体凹部１５ａ及び第２枠体凹部１５ｂが形成される。

カバーシート１６は、ポリイミド等の可とう性を有する合成樹脂で形成されたシート材であり、収容部に収容される第１接点１１、第２接点１２、可動導体１３及び押し子１４を保護する保護シートである。カバーシート１６は、基板１０及び枠体１５によって形成された収容部を覆うように枠体１５の表面に接着されることによって枠体１５に固定される。カバーシート１６は、傾斜部１６ａと、頂部１６ｂとを有する。傾斜部１６ａは、頂部１６ｂから枠体１５に向けて傾斜する斜面であり、頂部１６ｂは、押し子１４に対応する円形状の平面である。

スイッチ１は、以下の工程により製造される。まず、第１接点１１及び第２接点１２が表面に配置された基板１０に、可動導体１３、及び押し子１４が配置される可動導体配置工程が実行される。次いで、表面にカバーシート１６が接着された枠体１５を基板１０に接着層を介して配置して収容部を形成する収容部形成工程が実行される。そして、可動導体１３～カバーシート１６が配置された基板１０を部分的に加圧しながら加熱する熱圧着工程が実行されて、スイッチ１が製造される。なお、複数の基板１０を形成可能な集合基板を使用して、複数のスイッチ１が一括して製造されてもよい。また、カバーシート１６は、枠体１５に接着されていない状態で枠体１５の表面に配置されて、熱圧着工程で枠体１５と接着されてもよい。

（第１実施形態に係るスイッチの作用効果）
スイッチ１は、基板１０を平面視したときの第１凹部の内面に沿った長さａ、及び基板１０を平面視したときの第１側面の凹部以外の直線部の合計の長さｂは、式（ｂ／ａ＞１．０）を満足する。また、スイッチ１は、基板１０を平面視したときの第２凹部の内面に沿った長さｃ、及び基板１０を平面視したときの第２側面の凹部以外の直線部の合計の長さｄは、式（ｄ／ｃ＞１．０）を満足する。すなわち、スイッチ１は、以下の式（１）を満足する。
ｂ／ａ＝ｄ／ｃ＞１．０ （１）

スイッチ１は、式（１）を満足するように形成されることで、スイッチを半田付けによって実装基板に実装するときに溶解した半田が端子に接着することにより生じる張力の大きさをマンハッタン現象が発生する張力よりも小さくすることができる。

（第２実施形態に係るスイッチの構成及び機能）
図５は第２実施形態に係るスイッチの斜視図であり、図６（ａ）は図６に示すスイッチの正面図であり、図６（ｂ）は図５に示すスイッチの平面図であり、図６（ｃ）は図５に示すスイッチの側面図であり、図６（ｄ）は図５に示すスイッチの底面図である。

スイッチ２は、枠体５５を枠体１５の代わりに有することがスイッチ１と相違する。枠体５５以外のスイッチ２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付されたスイッチ１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

枠体５５は、第１凹部３３及び第２凹部４３のそれぞれが形成される位置に対応する位置に、第１枠体凹部５５ａ及び第２枠体凹部５５ｂが第１枠体凹部１５ａ及び第２枠体凹部１５ｂの代わりに形成されることが枠体１５と相違する。第１枠体凹部５５ａ及び第２枠体凹部５５ｂ以外の枠体５５の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された枠体１５の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第１枠体凹部５５ａ及び第２枠体凹部５５ｂは、第１凹部３３及び第２凹部４３と同様に、半円状の平面形状を有する。第１枠体凹部５５ａ及び第２枠体凹部５５ｂの直径は、第１凹部３３及び第２凹部４３の直径φよりも大きい。第１枠体凹部５５ａの直径が第１凹部３３の直径φよりも大きくなることで、第１凹部３３と第１枠体凹部５５ａとの間の基板１０の表面に第１平坦部５６ａが形成される。また、第２枠体凹部５５ｂの直径が第２凹部４３の直径φよりも大きくなることで、第２凹部４３と第２枠体凹部５５ｂとの間の基板１０の表面に第２平坦部５６ｂが形成される。

（第２実施形態に係るスイッチの作用効果）
スイッチ２では、第１凹部３３と第１枠体凹部５５ａとの間の基板１０の表面に第１平坦部５６ａが形成されると共に、第２凹部４３と第２枠体凹部５５ｂとの間の基板１０の表面に第２平坦部５６ｂが形成される。第１平坦部５６ａ及び第２平坦部５６ｂが第１凹部３３及び第２凹部４３の周囲に形成することで、基板１０と枠体５５とを接着する接着層が熱圧着時に溶解して流出した場合でも、溶解した接着層は、第１平坦部５６ａ及び第２平坦部５６ｂによって保持される。スイッチ２では、溶解した接着層を第１平坦部５６ａ及び第２平坦部５６ｂが保持することで、第２凹部４３及び第２枠体凹部５５ｂの内面に形成される第１電極２１及び第２電極に溶解した接着層が付着して、絶縁不良が発生することを防止できる。

（実施形態に係るスイッチの変形例）
スイッチ１及び２では、第１凹部３３及び第２凹部４３は、半円形状の平面形状を有するが、実施形態に係るスイッチでは、第１凹部及び第２凹部の平面形状は、式（１）を満足すれば、半円形状以外の扇型であってもよく、扇型以外の湾曲形状であってもよい。また、実施形態に係るスイッチでは、第１凹部及び第２凹部の平面形状は、三角形及び矩形等の湾曲形状以外の形状であってもよい。

また、スイッチ１及び２では、一対の凹部である第１凹部３３及び第２凹部４３が形成されるが、実施形態に係るスイッチでは、式（１）を満足すれば、複数の凹部が対向する面に形成されてもよい。

また、スイッチ１及び２では、第１凹部３３及び第２凹部４３は、第１側面及び第２側面のそれぞれの中央部に形成される。しかしながら、実施形態に係るスイッチでは、第１凹部及び第２凹部は、第１側面及び第２側面の端部以外であれば第１側面及び第２側面の中央部以外の部分に形成されてもよい。

また、スイッチ１及び２では、可動導体１３の形状は俵型形状であるが、実施形態に係るスイッチでは、可動導体の形状は、円形形状及びドーム状等の俵型形状以外の形状であってもよい。

また、スイッチ１及び２では、押し子１４は円柱状を有するが、実施形態に係るスイッチでは、押し子は、直方体形状等の円柱形状以外の形状を有してもよい。また、スイッチ１及び２では、単一の押し子１４が可動導体１３の中央部１３ｂとカバーシート１６との間に配置されるが、実施形態に係るスイッチでは、複数の押し子が可動導体１３の中央部１３ｂとカバーシート１６との間に配置されてもよい。さらに、実施形態に係るスイッチでは、押し子１４は、省略されてもよい。

また、スイッチ１及び２では、基板及び枠体は別個の部材であるが、実施形態に係るスイッチでは、基板１０及び枠体１５、５５は一体の部材であってもよい。例えば、実施形態に係るスイッチでは、基板は、表面に第１接点、第２接点及び可動導体を収容する収容部である凹部が形成されてもよい。また、実施形態に係るスイッチでは、基板は、リードフレームにより第１接点、第２接点及び外部接続用電極を形成すると共に、表面に第１接点、第２接点及び可動導体を収容する収容部である凹部がモールド樹脂によって形成されてもよい。

１、２ スイッチ
１０ 基板
１１ 第１接点
１２ 第２接点
１３ 可動導体
１４ 押し子
１５、５５ 枠体
１６ カバーシート

Claims (4)

1. 第１接点及び第２接点を備え、第１側面及び前記第１側面と対向する第２側面を有する矩形の平面形状を有し、前記第１側面の端部を除いた位置に第１凹部が形成されると共に、前記第２側面の端部を除いた位置に配置された第２凹部が形成される基板と、
   前記第１接点と絶縁し、前記第２接点と導通するように配置された可動導体と、
   前記第１接点、前記第２接点及び前記可動導体を覆うカバーシートと、
   前記第１凹部の内面に形成され、前記第１接点と導通する第１電極と、
   前記第２凹部の内面に形成され、前記第２接点と導通する第２電極と、を有し、
   前記第１凹部の内面に沿った長さをａ、前記第１側面の凹部以外の直線部分の合計の長さをｂ、前記第２凹部の内面に沿った長さをｃ、前記第２側面の凹部以外の直線部分の合計の長さをｄとした場合に、以下の式（１）
   ｂ／ａ＝ｄ／ｃ＞１．０ （１）
   を満足する、ことを特徴とするスイッチ。
2. 前記第１凹部及び前記第２凹部は、円弧状の平面形状を有し、前記円弧の直径は、０．１ｍｍ以上である、請求項１に記載のスイッチ。
3. 前記第１接点及び前記第２接点を囲むように配置され、前記第１接点、前記第２接点及び前記可動導体を収容する収容部を前記基板と共に形成する枠体を更に有する、請求項１又は２に記載のスイッチ。
4. 前記基板の前記第１凹部及び第２凹部のそれぞれの周りには、前記枠体が接着されていない第１平坦部及び第２平坦部が形成される、請求項３に記載のスイッチ。

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