JP3553166B2 - 圧力作動スイッチアセンブリ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はラバードーム圧力作動スイッチに関し、特に実質的に汚染されないスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラバードーム圧力作動スイッチはフィールドコンソールやその他の電話関連の用途にしばしば使用されているが、その殆どの場合固い回路基板上で使用されており、特に固いプラスチックのキーあるいは固いプラスチックのキーキャップの使用は実際的でなかったり、あるいはプッシュボタン型のスイッチの中に含めてしまうことが経済的に無理であったりするような固い回路基板上で使用されている。さらに、サイズやスペース上の制約によって、固いプラスチックキャップを使用できないことも多い。多くの場合、ラバードームを含浸するためにシーラントが使用されているが、電話関連の用途の多くが、例えば電話のコンソールやターミナルなどの場合のように膨大な数のスイッチを使用しているので、このような材料を使用したり、含浸工程を行うのはあまりにもコストがかかりすぎる。
【０００３】
これまでラバードームキーを使用した回路基板アセンブリは、使用期間が長期にわたる場合や、使用頻度が高い、すなわち、ドームをオペレータが押すことによってスイッチを作動させる頻度が高い場合に、頻繁に機械的および電気的故障を起こしやすかった。このような故障は、欠陥スイッチの交換であっても、またこのスイッチや回路基板そのものの修理であっても、特に現場ではコストがかかる。従って、従来の配列では、スイッチの修理が必要となる欠陥はどのようなものであっても、通常そのスイッチがとりつけられている回路基板全体を交換することが必要とされてきた。
【０００４】
最近の研究によれば、このスイッチがマウントされているスイッチパッドを持つ回路基板、さらに詳しくはスイッチパッド自身が、使用の際に異物によって汚染されていることがわかっている。この異物は化学分析によれば、スクアレンという塩で、その殆どは汗の成分として人の皮膚から放出されたものである。スクアレンはまたある種の化粧品にも含まれているので、かなりありふれた存在である。この物質、すなわち塩は、油に似た粘ちゅう度と極めて高い粘度を持つので、ドームのシリコーンラバーによって簡単に吸収されてしまう。長い期間使用したり、使用頻度が高いと、ラバードームはこの塩で飽和され、さらにスイッチの作動を続けると、この塩は回路基板、特にスイッチパッドに堆積しはじめ、殆ど確実にスイッチパッドの故障を引き起こし、さらに回路基板上のその他の部品の故障さえ引き起こす。このような汚染を受けやすいラバードームスイッチの型としてノッパーらの米国特許第４８１８８２９号に掲載されているものがある。この特許の図２に示されている構造では、ドームを作動、すなわちへこませると、ドームが回路基板上の回路の能動素子に押しつけられるのであるが、時間の経過につれて、スクアレンの汚染がここまで及び、この素子までもが汚染されてしまうことも多い。
【０００５】
現在の使用法においては、ドームスイッチ、あるいはその他の圧力作動スイッチは、通常安定性と信頼性の点から一つに結合された複数のパートで形成されている。このような構造は前述のノッパーらの特許や、イプチンスキらの米国特許第４８１８８２７号に示されている。イプチンスキらの米国特許には結合メンブランスイッチが示されている。すでに述べたように、汚染、劣化、その他故障を引き起こす出来事が起こると、前述の特許で示したように、通常スイッチ全体を、付随する回路基板と一緒に交換しなくてはならない。例えば、その回路基板に５０個のスイッチがとりつけられており、たった一つのスイッチが故障を起こした場合に、このような交換を行うやり方は極めてコストが高くつくことにもなる。従来の配列の殆どがそうであるように、結合型のスイッチを使用する場合、スイッチと他の素子からなる分離不可能なアレイは全面交換する以外に方法はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は汚染物質、特にスクアレンの影響を受けない、ラバードームスイッチ配列であり、どのような理由にせよ故障が生じたときに、スイッチアレイ全体（交換と修理用の回路基板アセンブリ）を取り替える必要がなく、現場でスイッチの故障部分だけを簡単に交換することができるように作られている。本発明のスイッチは保護材料によるラバードームの含浸を行ったり、ハードプラスチックキャップおよびハードプラスチックドームを使用する必要がない。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】
本発明の第一の例示的実施例において、本発明のスイッチすなわちスイッチアレイは、ガラスエポキシなどの材料からなりスイッチフットプリントを持つ回路基板などの基板上にマウントされており、このスイッチアセンブリは前記の回路基板の上に設けられた第一のプラスチックシートを含有し、このプラスチックシートには、前記の回路基板上にマウントされた発光ダイオード（ＬＥＤ）等の部品用の開口部、ならびにカーボンインクで、あるいは金でメッキされた、前記の回路基板上のスイッチフットプリント用の開口部が設けられている。この第一のプラスチックシートの上に、それから分離可能に、より薄い第二のプラスチックシートが設けられ、ここにも同様にアセンブリの上部から見える、あるいはアクセスできるように、ＬＥＤやその他の素子のための開口部が設けられており、またこのプラスチックシートの下側には、回路基板上のスイッチフットプリントと位置合わせされたカーボンパッドが設けられている。この両プラスチックシートの材料は好ましくはマイラー（商標）などのポリカーボネートやメリニックス（商標）などのポリエステルフィルムであり、これらはともに薄いシートに成形できるプラスチック材として良く知られており、本質的に汚染物質、液体などを通さず、一般にそれらに対して化学的に不活性である。
【０００８】
前記の第二のシートの上に、それから分離可能に、好ましくは程良いしなやかさをもつシリコーンゴム材からなるラバードームボタンシートが設けられ、そこに作動ドーム、すなわちボタンが形成されている。ＬＥＤを使用する場合は、このラバードームシートにもまたこれらの部品用の開口部が設けられる。このラバードームシートの上に、好ましくはアルミニウムや適当なプラスチックなどの固い材料から作られている面材が設けられ、その上部表面には、オペレータを案内するために必要な説明や図形が印刷されている。全アセンブリは、各部品を積み重ね、ラバードームシートの下側からマイラーシートの合わせ孔を通って前記の回路基板にある合わせ孔内に降りているゴムの合わせピンによって、正しい位置関係に整列される。前記の合わせピンは好ましくは成型時に前記のラバードームシートと一体に形成される。このアセンブリは好ましくは前記の回路基板の下側からいくつかの部品を通過し、前記の面材の中に形成されたネジ切りされている穴に達しているネジやボルトによって一つに結合されている。
【０００９】
本発明の第二の例示的実施例において、前記の面材は垂れ下がった側壁を持つように形成されている。スイッチと回路基板のアセンブリにおいて、この面材が底になるように上下を逆さまにすると、上記に解説した各部品はこのようにして形成された開いた箱の中に積み重ねられた形になる。マウントされている、あるいは前記の面材と一体に形成されている合わせピンは、回路基板に設けられた孔の中に入れられ、これらの部品を正しい位置に保持している。次にクロージャープレートを正しい位置にはめ込んでこのアセンブリを一つにまとめ、バネクリップなどの適当な手段で正しい位置に保持する。
【００１０】
この二つの本発明の例示的実施例において、前記の第一のプラスチックシートは回路基板の回路の上にあって回路を汚染から保護し、前記の第二のシートはスイッチフットプリントとスイッチパッドの両方をラバードームシートからの汚染に対して保護している。さらに、前記のスイッチの各種部品は一つに積み重ねられしっかりと正しい位置に保たれ、正しい位置決めがされているので、スイッチの分解や故障部品の交換は現場で簡単に行うことができ、全アセンブリを取り外し、修理ステーションへと送る必要がない。
【００１１】
【実施例】
図１に、２列の複数のドームスイッチ１２と１３が回路基板１４（これは図２に詳しく示されている）の上にマウントされているストリップ形アセンブリ１１を示す。ストリップ形アセンブリ１１の配置は単に説明するためのものであり、ストリップ、四角いアレイあるいはその他の形状の物も簡単に用いることができ、実際の配置は特定の機能を持つ用途における回路基板の配置によって決定される。スイッチ１２と１３のそれぞれに隣接して発光ダイオード（ＬＥＤ）１６と１７が置かれ、各スイッチとそれに付随した回路の状態を適宜表示するようになっている。現実の用途では、このＬＥＤ１６と１７は回路の一部として回路基板１４の上にマウントされている。図１の下の角の部分に、アセンブリ１１の一部を切り取り回路基板１４にマウントされて回路の一部を形成しているスイッチフットプリント１８を示す。
【００１２】
図２と図３からわかるように、この実施例においてアセンブリ１１は、回路基板１４（これは例えばガラスエポキシ製である）、その上にマウントされている回路、ＬＥＤ１６と１７、及びスイッチフットプリント１８を有している。この回路基板１４の上にマイラー（商標）あるいはメリネックス（商標）などの不活性プラスチック材からなり、回路基板１４の上の回路を汚染から保護する第一のフレキシブルシート１９が置かれている。これらの材料は遭遇しそうな汚染物質の殆ど、特に、スクアレンを通さないことがわかっている。図３に詳しく示されているように、シート１９はＬＥＤ１６を通すための開口部２１を持つ。ＬＥＤ１６は図３に示すよりもさらに小型であってもよく、例えば実質的に平坦であっても、また回路基板１４よりもほんのわずかに上方に突き出していてもよく、その場合アセンブリ１１の上部へと光を伝達するための光パイプがその上にマウントされていても良い。逆にＬＥＤ１６は図３に示すように回路基板１４から上方にかなり突き出していてもよい。シート１９にはまた開口部２２が設けられており、後で詳しく述べるように、スイッチフットプリントすなわちパッド１８をスイッチの作動部分へとアクセスできるようにしている。これも後に詳しく説明するが、シート１９には合わせピン２４を通すための孔２３があけてある。回路基板１４にはまた合わせピン２４を受け入れるために開口部２６が設けられている。
【００１３】
シート１９の上に、マイラーなどの適当な不活性プラスチック材料製のスイッチ遮断シート２７がもうけられており、これもまた汚染物質を通さないものである。シート２７はＬＥＤ１６あるいはその付属している光パイプを通すための開口部２８と、合わせピン２４を通すための開口部２９を持つ。シート２７の下側にフットプリント１８と位置合わせしてカーボン遮断パッド３１が置かれるが、これは後に説明するように、作動させることによってフットプリント１８を短絡させ、各スイッチを閉じる。シート１９の厚みはフットプリント１８と遮断パッド３１間の分離を維持するに十分であり、したがって偶発的なショートと、それによる各スイッチの遮断を予防する。実際の使用においては、シート１９は、ほぼ０．０１２７センチの厚みを持つ。一方、シート２７は、各スイッチの開閉のために十分な弾力性と回復力とを提供するために十分な薄さを持っている。実際の用途ではシート２７は大体０．００７６２センチの厚みである。シート１９と２７は前記のＬＥＤ用の開口部を持つように図示されているが、このＬＥＤが比較的平らである場合、シート１９と２７は透明である限り開口される必要はない。実際に使用される場合、これらは透明である。従ってさらに保護手段が増えることになる。
【００１４】
シリコーンゴムなどの材料からなるラバードームシート３２はシート２７の上におかれ、成型によって一体形成された複数の作動ボタン３３を有する。各ボタン３３は薄いウエブ３４によって支持されているが、このウエブがスイッチを作動させるためボタンをへこませるのに必要な弾力性を提供する。オペレータが力を加えることをやめると、ウエブは図示されている位置へとバネの力で戻る。各ボタンの下側にベアリング面３６が設けられているが、これはボタンがへこんだときにシート２７の上部表面に押しつけられ、遮断パッド３１を開口部２２を通じてフットプリント１８と接触するまで押し込み、スイッチを切る。すでに指摘したように、作動圧力が解除されると、ウエブ３４とシート２７の弾力性によりボタン３３とパッド３１は係合状態から戻る。シート３２の下側から複数の合わせピン２４がたれ下がっているが、ここではそのうちの一つだけが示されており、これはシート１９と２７にある開口部を通って回路基板１４の開口部２６内へ入っている。ピン２４は、必ずしもそうである必要はないが、好ましくはシート３２と一体に形成されており、シート１９、２７と３２のそれぞれを互いに、また回路基板１４に対して整列させ正しい位置関係に保つ働きをする。シート３２はまたＬＥＤ１６、あるいは光パイプを通すための、あるいは上からＬＥＤを単に見るための開口部３５を持つ。
【００１５】
面材３７はシート３２の上に置かれ、前記のＬＥＤ１６、１７が見えるように設けられた開口部３８と、ボタン３３をその表面から上に突出させるための開口部３９を持つ。面材はアルミニウムやプラスチックなどの数多くの固い、硬質材料の中のいかなる物から形成されても良く、その表面には必要な図や説明が設けられている。面材３７は、その下側にねじ切りされた孔４１を有し、ここではそのうちの一つしか示されていないが、この中にねじ付きボルト４２が設けられている。各ボルト４２は回路基板１４、シート１９、２７および３２を通って孔４１の中へ入り、ボルトを締めることによって、図２に示すように各部分がそれぞれしっかりと密着する。その後このアセンブリを締め付けると、スペーサ部材４３が面材３７とシート３２の上部との間に分離を設ける役割を果たす。この図においてこのスイッチアセンブリの締め付けはボルト４２によってなされているが、その他のクランプ手段も容易に用いることができる。
【００１６】
以上述べたように、図１、２および３に示される本発明のスイッチは、回路基板１４の上にシート１９を置き、シート１９の上にシート２７を置き、そしてシート２７の上にシート３２を置いて、面材３７をシート３２から分離した状態でその上に置き、ついでこれらを一つに締めつけることによって組み立てられる。どのような理由にせよ、部品の一つを交換することが必要になった場合、このスイッチアセンブリは簡単に分解し、欠陥部分を交換し、スイッチをもう一度現場で組み立てることができ、全スイッチアセンブリを取り除き、交換する必要はない。従って、操作性ならびに経済性の両方の観点から、このスイッチは実際最小のダウンタイムで修理する事ができ、スイッチ交換の費用に比べ、たった一つの部品の費用だけで修理ができるのである。
【００１７】
図４に本発明の第二の実施例を示す。理解を容易にするために図４の配置における部品のうちで図３の配置と同じものには同じ参照番号をつけてある。
【００１８】
図４に示す配置において面材３７は垂れ下がる側壁４６を持つ（ここにはそのうちの一つだけが図示されている）。好ましくは板３７の各端がそこから垂れ下がる側壁を持ち、面材が長方形、正方形あるいはその他の形の場合には、これらが開いた箱の形を形成する。面材３７の下側に合わせピン４７がマウントされて、あるいは一体に形成されている（図４にはそのうちの一つのみ示してある。）ラバードームシート３２はピン４７が組み立てられたスイッチ内を通ることができるように開口部４８を持つ。スイッチアレイと回路基板１４のアセンブリにおいては、面材３７を底にした下向きのふたのない箱の形が形成され、部品の各層はこの箱の中でラバードームシート３２から始まり、シート２７および１９、回路基板１４と続く正しい順序に積み重ねられており、ピン４７が各シートのそれぞれの開口部を通過して回路基板１４の開口部２６内へ達している。プレート、すなわちフレーム部材４９がついで回路基板１４の下側にはめ込まれ、バネ５１などの適切な手段によって正しい位置に保持される。バネ５１は部材４９を正しい位置に保つための数多くの手段のうちの一つを例示しているに過ぎない。部材４９は、はめ込まれたときにすべての層を互いに隣接する層としっかりと密着させ、スイッチが正しく作動することを保証するような大きさを持つ。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の例示的実施例において、分解と再組立はともに容易にかつ短時間で行うことができる。従ってすでに述べたように、スイッチの各部品は速やかに現場で交換することができ、再組立されたスイッチはオリジナルアセンブリと同様汚染から守られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を具現化するドームスイッチのストリップ型の配置を示す平面図である。
【図２】図１のＩとＩを結ぶ線に沿って切った立面断面図である。
【図３】図２を拡大し、一部分解した立面断面図である。
【図４】本発明の第二の実施例において図２に示す部分に相当する部分を一部分解した断面図である。
【符号の説明】
１０ ストリップ形アセンブリ
１２ ドームスイッチ
１３ ドームスイッチ
１４ 回路基板
１６ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１７ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１８ スイッチフットプリント
１９ 第一のフレキシブルシート
２１ ＬＥＤ用開口部
２２ スイッチフットプリント用開口部
２３ ＬＥＤ用開口部
２４ 合わせピン
２６ 合わせピン用開口部
２７ スイッチ遮断シート
２８ 開口部
２９ 合わせピン用開口部
３１ カーボン遮断パッド
３２ ラバードームシート
３３ 作動ボタン
３４ ウエブ
３５ 開口部
３６ ベアリング面
３７ 面材
３８ ＬＥＤ用開口部
３９ ボタン用開口部
４１ ねじ切りされた孔
４２ ねじ付きボルト
４３ スペーサ部材
４６ 側壁
４７ 合わせピン
４８ 合わせピン用開口部
４９ フレーム部材
５１ バネ

Claims (10)

1. スイッチフットプリント（１８）をその第一表面に有し、前記スイッチフットプリントに接続された回路部品を有する基板部材（１４）と、
   前記基板部材の上に分離可能に設けられた耐汚染性のフレキシブルな非導電性プラスチック材料製の第一の層（１９）と、
   前記第一の層（１９）には前記スイッチフットプリントを露出する孔（２２）があけられ、
   前記第一の層（１９）の上に分離可能に設けられた耐汚染性のフレキシブルな非導電性プラスチック材料製の第二の層（２７）と、
   前記第二の層（２７）は前記スイッチフットプリント（１８）に対向して配置されたスイッチパッド（３１）を有し、
   前記第二の層の上に分離可能に設けられた弾性材料製の第三の層（３２）と、
   前記第三の層（３２）は感圧性スイッチ作動部材（３３）が突出形成されており、前記スイッチ作動部材（３３）は、このスイッチ作動部材へ圧力が加えられると、前記第二の層を押しつけてへこませ、前記スイッチパッド（３１）を前記スイッチフットプリントに接触させ、
   前記の第三の層（３２）の上に設けられ、第一と第二の開口（３９，３８）が形成された面材部材（３７）と、
   前記感圧性スイッチ作動部材（３３）は、前記面材部材の第一の開口（３９）と整合し、
   前記第一、第二、第三の各層（１９，２７，３２）を互いに位置合わせする位置合わせ手段（２３、２４、２６、２９、４７、４８）と、
   前記基板部材と前記第一、第二、第三の層とを保持する手段（４１，４２、４６，５１）と、
   前記スイッチフットプリントと前記スイッチパッドとの接触状態を示す発光ダイオード（１６）を有する表示手段と、
   を有し、
   前記表示手段を見ることができるように、前記第一、第二、第三の層（１９，２７，３２）を貫通する開口（２１，２８，３５）で形成された光パイプは、前記面材部材の第二開口（３８）と整合している
   ことを特徴とする圧力作動スイッチアセンブリ。
2. 前記保持手段は、前記面材部材の側壁に結合されたスプリングクリップ手段（４６，５１）を有し、
   前記基板部材と前記第一、第二、第三の層を、前記面材部材の方向に押しつけることにより一体に保持する
   ことを特徴とする請求項１記載の圧力作動スイッチアセンブリ。
3. 前記保持手段は、ねじが切られた先端部を有するボルト（４２）を有し、
   前記ボルトは、前記第一、第二、第三の層に形成された開口を貫通して延び、
   前記ボルトのねじ部分は、前記面材部材内に形成された第三の開口のねじ（４１）に係合する、
   ことを特徴とする請求項１記載の圧力作動スイッチアセンブリ。
4. 前記位置合わせ手段は、前記第三の層と一体に形成され、前記第一と第二の層と前記基板部材に形成された開口を貫通して延びる位置決定ピン（２４）を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の圧力作動スイッチアセンブリ。
5. 前記位置合わせ手段は、前記面材部材から延び、前記第一、第二、第三の層と前記基板部材に形成された開口を貫通して延びるピン（４７）を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の圧力作動スイッチアセンブリ。
6. スイッチフットプリント（１８）をその第一表面に有し、前記スイッチフットプリントに接続された回路部品を有する基板部材（１４）と、
   前記基板部材の上に分離可能に設けられた耐汚染性のフレキシブルな非導電性透明プラスチック材料製の第一の層（１９）と、
   前記第一の層（１９）には前記スイッチフットプリントを露出する孔（２２）があけられ、
   前記第一の層（１９）の上に分離可能に設けられた耐汚染性のフレキシブルな非導電性透明プラスチック材料製の第二の層（２７）と、
   前記第二の層（２７）は前記スイッチフットプリント（１８）に対向して配置されたスイッチパッド（３１）を有し、
   前記第二の層の上に分離可能に設けられる弾性材料製の第三の層（３２）と、
   前記第三の層（３２）は感圧性スイッチ作動部材（３３）が突出形成されており、前記スイッチ作動部材（３３）は、このスイッチ作動部材へ圧力が加えられると、前記第二の層を押しつけてへこませ、前記スイッチパッド（３１）を前記スイッチフットプリントに接触させ、
   前記の第三の層（３２）の上に設けられ、第一と第二の開口（３９，３８）が形成された面材部材（３７）と、
   前記感圧性スイッチ作動部材（３３）は、前記面材部材の第一の開口（３９）と整合し、
   前記第一、第二、第三の各層（１９，２７，３２）を互いに位置合わせする位置合わせ手段（２３、２４、２６、４６、４７、４８）と、
   前記基板部材と前記第一、第二、第三の層とを保持する手段（４１，４２、４６，５１）と、
   前記スイッチフットプリントと前記スイッチパッドとの接触状態を示す発光ダイオード（１６）を基板部材上に搭載した表示手段と、
   を有し、
   前記表示手段を見ることができるように、前記第一、第二の層（１９，２７）の透明部分と、第三の層（３２）を貫通する開口（３５）で形成された光パイプは、前記面材部材の第二開口（３８）と整合している
   ことを特徴とする圧力作動スイッチアセンブリ。
7. 前記保持手段は、前記面材部材の側壁に結合されたスプリングクリップ手段（４６，５１）を有し、
   前記基板部材と前記第一、第二、第三の層を、前記面材部材の方向に押しつけることにより一体に保持する
   ことを特徴とする請求項６記載の圧力作動スイッチアセンブリ。
8. 前記保持手段は、ねじが切られた先端部を有するボルト（４２）を有し、
   前記ボルトは、前記第一、第二、第三の層に形成された開口を貫通して延び、
   前記ボルトのねじ部分は、前記面材部材内に形成された第三の開口のねじ（４１）に係合する、
   ことを特徴とする請求項６記載の圧力作動スイッチアセンブリ。
9. 前記位置合わせ手段は、前記第三の層と一体に形成され、前記第一と第二の層と前記基板部材に形成された開口を貫通して延びる位置決定ピン（２４）を有する
   ことを特徴とする請求項６記載の圧力作動スイッチアセンブリ。
10. 前記位置合わせ手段は、前記面材部材から延び、前記第一、第二、第三の層と前記基板部材に形成された開口を貫通して延びるピン（４７）を有する
    ことを特徴とする請求項６記載の圧力作動スイッチアセンブリ。

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