JP4031237B2 - スイッチ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチ装置に係り、特に可動接点を押圧により操作するプッシュスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチ装置は、図１１（平面図）と図１２（断面図）に示すように、円形の金属板をドーム状に加工した可動接点体５１を有している。絶縁性の合成樹脂からなる基体５２は、上面に前記可動接点体５１を収容可能なように凹んだ収容部５２ａが設けられている。中央固定接点５３は、基体５２にインサート成形されて収容部５２ａの中央から露出している。一対の側部固定接点５４は、前記中央固定接点５３と接触しないように基体５２にインサート成形されて、中央固定接点５３を挟む位置で基体５２から露出している。
【０００３】
一対の側部固定接点５４には、それぞれ基体５２から突出した凸部５４ａが形成されており、凸部５４ａの上面は、中央固定接点５３の上面よりも高い位置にある。
【０００４】
可動接点体５１は、凹部側を中央固定接点５３に向けて基体５２の収容部５２ａ内に収容されており、縁部５１ａ，５１ａが、一対の前記側部固定接点５４の凸部５４ａの上に支持されている。
【０００５】
このような可動接点体５１が、操作キー５５により上方から押されると、可動接点体５１は、凸状態の頂部が下向きに反転して凹状態となり、中央固定接点５３と接触する。中央固定接点５３と一対の固定接点５４は、可動接点体５１により電気的に接続されて、スイッチ装置がＯＮ状態となる。また、操作キー５５の押圧力が除去されると、可動接点体５１の自らの弾性復元力により図１２に示す初期状態に復帰する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のスイッチ装置では、図１２に示すように、可動接点体５１の縁部５１ａ，５１ａが、前記側部固定接点５４，５４の凸部５４ａ，５４ａ上に支持されているが、前記凸部５４ａ，５４ａに支持されていない部分の縁部５１ｂ，５１ｂと、前記収容部５２ａの底面との間には、間隔δ１が開けられている。したがって前記縁部５１ｂ，５１ｂは収容部５２ａ内で自由状態となっている。
【０００７】
そのため、操作キー５５で押されて可動接点体５１が変形するときに、可動接点体５１の前記自由状態の前記縁部５１ｂ，５１ｂが上下動し、その結果前記縁部５１ｂ，５１ｂおよびその近傍で可動接点体５１に捩れ変形が発生する。この捩れ変形での内部応力により、変形の繰り返しにより可動接点体５１が疲労し、弾性力が低下し、あるいは縁部５１ｂ，５１ｂの部分で可動接点体５１に亀裂が生じるなどし、可動接点体５１が図１０に示す初期状態に復元しなくなるなどの動作不良が生じるおそれがある。
【０００８】
本発明は、可動接点体の応力振幅による疲労を低減させて、寿命の長いスイッチ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中央に位置する中央固定接点および前記中央固定接点を挟む位置にある一対の支持体を有する基体と、弾性変形可能な導電性の板材で形成されて中央に向けて突状に湾曲した可動接点体とを有し、前記一対の支持体の少なくとも一方が側部固定接点とされ、前記可動接点体は縁部が一対の支持体上に支持されて凹部側が前記中央固定接点に対向するように配置されたスイッチ装置において、
前記基体には、前記支持体が存在しない領域で前記可動接点体の縁部に対向する絶縁性の支え部が設けられ、前記支え部の上面は、前記支持体の上面よりも下で、前記中央固定接点の上面よりも上に位置しており、
前記可動接点体が基体の上方から押されて変形したときに、前記可動接点体の中央部と前記中央固定接点とが接触する前に、可動接点体の縁部が前記支え部で支えられることを特徴とするものである。
【００１０】
このようなスイッチ装置では、可動接点体の支持体に支持されていない縁部が支え部に接触することにより支えられて、可動接点体が変形するときに、前記縁部の上下動が抑えられるので、可動接点体の疲労が少なく長寿命のスイッチ装置とすることができる。
【００１１】
支え部は、可動接点体の縁部に接触可能であれば、どのような形状であっても良く、縁部を支える範囲は狭くても広くてもよい。支持体の高さが低い場合には、支え部は、中央固定接点と同一面上であっても良いし、中央固定接点よりも低い位置であっても良い。
【００１２】
また、前記絶縁性の支え部が前記中央固定接点を挟んで位置しており、前記中央固定接点の中心を通り直交する一対の仮想線を想定したときに、前記支持体は一方の仮想線上にその一部が存在し、前記支え部は他方の仮想線上にその一部が存在していることが好ましい。
【００１３】
このようなスイッチ装置では、可動接点体の支持体で支えられている部分と直交する方向に位置する前記縁部が支え部で支えられるため、可動接点体の変形を効果的に抑制できる。
【００１５】
このようなスイッチ装置では、可動接点体と支持体とする固定接点との接触が支え部により阻害されることがないので、固定接点と可動接点体との電気的な接続が確実である。また、可動接点体が中央固定接点に接触する前に、可動接点体の縁部を支え部に接触させることができる。支持体の高さに対する支え部の最適な高さは、可動接点体の大きさや特性により変化する。
【００１６】
また、前記可動接点体の前記縁部が前記支え部と接触した後、前記可動接点体が押圧されて可動接点体の中央部が前記中央固定接点に接触するまでの間、前記縁部が前記支え部と接触した状態を継続することが最も好ましい。
【００１７】
すなわち、支え部をある程度高くしておくと、可動接点体が変形するときに、前記縁部が支え部に当たった後にその当接状態を維持できるようになる。したがって、可動接点体が変形して中央固定接点に当たるまでの間に前記縁部が上下に動くのを防止でき、これにより可動接点体の疲労を防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のスイッチ装置の平面図、図２は、本発明のスイッチ装置での可動接点体に押圧力が与えられたときの反力の変化と、それに対応する可動接点体の縁部の挙動を示すグラフである。図３，図４，図５は、可動接点体が押圧されていく過程を示す図１の３−３線の切断断面図、図６，図７，図８は、同じく可動接点体が押圧されていく過程を示す図１の６−６線の切断断面図、図９と図１０は、本発明の他の実施の形態を示す断面図である。
【００１９】
この実施の形態のスイッチ装置は、可動接点体１が弾性変形可能で且つ導電性であり、円形の金属板が中央に向けて凸状に湾曲したいわゆるドーム状である。この可動接点体１は、力が加えられていないとき、その中心部に凸状の頂部１ａを有している。可動接点体１は、凸状側から押されることにより、頂部１ａが凸状態から凹状態に変形可能である。
【００２０】
基体２は、電気的に絶縁性である合成樹脂の成型体である。基体２には、可動接点体１を収容可能な凹んだ円形の収容部２ａが形成されている。収容部２ａの外側において、収容部２ａの直径方向の両側には、一対の固定接点形成部２ｂが収容部２ａと一体に凹んで形成されている。収容部２ａの底面と固定接点形成部２ｂの底面は、同一平面である。
【００２１】
前記収容部２ａの内側には、固定接点形成部２ｂが設けられていない周縁部の一定の角度範囲に沿って、収容部２ａの底面から上方に向けて突出した一対の支え部２ｃが設けられている。
【００２２】
中央固定接点３は、基体２にインサート成形されて、基体２の収容部２ａの中央からやや湾曲して露出している。中央固定接点３の上面３ａは、収容部２ａの底面から少し隆起しており、前記上面３ａは支え部２ｃの上面２ｃ１よりも低い位置にある。
【００２３】
一対の側部固定接点４は、中央固定接点３と接触しないように基体２にインサート成形されている。一対の側部固定接点４は、固定接点形成部２ｂにおいて基体２から露出している。
【００２４】
側部固定接点４には、上方に向けて突出した凸部４ａが設けられている。一対の固定接点４に設けられた凸部４ａの上面４ａ１は、前記支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１よりも高い位置にある。
【００２５】
図１に示すように、中央固定接点３の中心（頂部１ａ）を通る互いに直交する仮想線Ｘ０とＹ０を設定したときに、前記側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１は、その一部が一方の仮想線Ｘ０上に存在し、前記支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１は、その一部が他方の仮想線Ｙ０上に存在している。図１に示す実施の形態では、前記仮想線Ｘ０上に、前記側部固定接点４，４の中点が位置しており、仮想線Ｙ０上に前期支え部２ｃ，２ｃの中点が位置している。ただし、前記側部固定接点４，４の中心や、支え部２ｃ，２ｃの中心が、前記仮想線Ｘ０，Ｙ０上に位置していなくてもよい。
【００２６】
また、図３に示すように、中央固定接点３の上面３ａから側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１までの高さ寸法がｈ１で、中央固定接点３の上面３ａから支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１までの高さ寸法がｈ２であり、ｈ２＜ｈ１で且つ、０＜ｈ２である。
【００２７】
また、基体２には、側部固定接点４，４に接続された導電性端子６および中央固定接点３に接続された導電性端子（図示せず）がインサート成形されて基体２の外に引き出されている。
【００２８】
このスイッチ装置では、可動接点体１が、中央固定接点３に凹部側を向けて、中央固定接点３の上方を覆って基体２の収容部２ａ内に収容されている。可動接点体１の頂部１ａは、中央固定接点３に対向している。可動接点体１の縁部１ｂのうちの支持縁部１ｂ１は、側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１に当接して支持されている。この実施の形態では、前記側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１が、可動接点体１の縁部１ｂの一部である支持縁部１ｂ１を支持する支持体として機能している。
【００２９】
また、可動接点体１の縁部１ｂのうちの、前記側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１の上に乗っていない部分が自由縁部１ｂ２である。図３および図６に示すように、可動接点体１が押圧されていない状態においては、前記自由縁部１ｂ２が、前記支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１に間隔δ１を開けて対向している。前記間隔δ１は、（ｈ１−ｈ２）である。
【００３０】
操作キー５は、絶縁性の合成樹脂で形成されており、平板状の基部５ａから突出した操作部５ｂと操作部５ｂの裏側で基部から突出した突起部５ｃとを有している。操作キー５は、可動接点体１の上方で、基体２の収容部２ａを覆うように保持されており、操作キー５の突起部５ｃは、可動接点体１の頂部に対向している。前記基体２の上面には蓋体８が固定されている。前記可動接点体１が変形していない状態で、または可動接点体１の頂点１ａが下側に少し押された状態で、前記操作キー５は前記可動接点体１と前記蓋体８との間に挟まれた状態で保持されている。
【００３１】
次に、前記スイッチ装置の動作を説明する。このスイッチ装置では、上方から操作キー５の操作部５ｂが押されると、操作キー５の突起部５ｃによって、可動接点体１の頂部１ａが押され、可動接点体１が図４に示すように押し潰され、さらに図５に示すように、可動接点体１の頂部１ａが側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１の位置よりもさらに下がるように反転し、前記可動接点体１の中央部分が中央固定接点３と接触して、中央固定接点３と側部固定接点４，４とが導通状態になる。
【００３２】
図５の状態では、可動接点体１の弾性復元力により操作キー５が常に上方へ押されている。よって図５の状態で操作キー５の押圧力を解除すると、可動接点１が復元し、操作キー５が図３の状態に復帰する。このとき、中央固定接点３と側部固定接点４，４との導通が断たれる。
【００３３】
図６、図７、図８は、操作キー５が押されて可動接点体１が変形し、可動接点体１の中央部が中央固定接点３に当たるまでの間における可動接点体１の自由縁部１ｂ２の挙動を説明している。
【００３４】
図６の状態では、可動接点体１の自由縁部１ｂ２が支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１から離れている。図７に示すように、可動接点体１が平面体に近い形状に変形した時点で、可動接点体１の自由縁部１ｂ２が支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１に当たる。そして、図８に示すように、可動接点体１の中央部（頂部１ａ）が中央固定接点３に当たるまで、前記自由縁部１ｂ２は、支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１に支えられ続ける。
【００３５】
したがって、図７から図８に至る間に、可動接点体１の自由縁部１ｂ２に上下動が生じなくなり、可動接点体１の変形の繰り返しによる疲労を抑制できる。なお、この実施の形態では、図６に示すように、可動接点体１が変形する前の状態において、可動接点体１の自由縁部１ｂ２と、支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１との間に間隔δ１が空けられている。そのため、可動接点体１が図６から変形をし始めるときに可動接点体１から操作キー５に与えられる反力が過大になるのを防止でき、操作キー５を押すときの初期の操作負荷を低減できる。また、間隔δ１を空け、支え部２ｃ，２ｃの位置を側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１の位置よりも低くすることにより、可動接点体１の支持縁部１ｂ１を、側部固定接点４の上面４ａ１に確実に接触させることができる。
【００３６】
図２は、前記間隔δ１の適正な範囲および前記支え部２ｃ，２ｃの適正な高さｈ２を説明するためのグラフである。
【００３７】
図２において横軸は操作キー５を押圧操作する時間を示している。実線の曲線αは、可動接点体１が変形する際に、操作キー５に与える反発力を示しており、０点から上に向かうにしたがって前記反発力が大きくなる。破線の曲線βは、前記支え部２ｃ，２ｃが設けられていない図１２に示す従来例、すなわち可動接点体の自由縁部５１ｂと収容部５２ａの底面との間に大きな間隔が空けられているときの、前記自由縁部５１ｂの挙動を示している。前記曲線βは、０点から下に向かうにしたがって、前記自由縁部５１ｂが下方へ移動していることを意味している。
【００３８】
そして、本発明の前記実施の形態において、一点鎖線の曲線γは、高さｈ２の支え体２ｃ，２ｃを設けたときの、可動接点体１の自由縁部１ｂ２の位置の変化を示している。
【００３９】
まず、前記反発力αを説明する。操作キー５の押圧を開始すると、ドーム状の可動接点体１が平坦な形状に潰されていく。このとき可動接点体１が操作キー５に与える反発力は、曲線αで示すように、徐々に大きくなり、第１のピーク点α１に至る。その後に可動接点体１は頂部１ａが側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１よりも下へ移動するように反転する。
【００４０】
この反転の際に、α２で示すように反発力が低下していく。そして、可動接点体１の頂部１ａが中央固定接点３の上面３ａに押し付けられたときに、操作キー５の移動が停止して、反発力がα３になる。操作キー５の移動が停止すると、可動接点体１の変形も停止して、反発力は一定（α３）となる。
【００４１】
操作キー５の押圧力を除去すると、可動接点体１の反発力によって操作キー５が押し上げられ、操作キー５を押した場合とほぼ対称な反発力の変化を経て、図３に示す復帰完了となる。
【００４２】
従来例での前記自由縁部５１ｂの挙動βでは、可動接点体１が初期状態から押し潰されて平面体に近い形状に至るまで、前記自由縁部５１ｂが下がり続ける。このときの下降点をβ１で示している。その後にドーム状の可動接点体が反転する挙動に応じて自由縁部５１ｂは一度上位位置β２まで持ち上げられ、可動接点の中央部が中央固定接点に押し付けられると、自由縁部５１ｂの上下動は停止する。
【００４３】
また操作キーの押圧力が除去されると、可動接点体が復帰するまでの間、自由縁部５１ｂは押圧時とほぼ対称な挙動を示す。 すなわち図１２に示す従来例では、可動接点体の自由縁部５１ｂが、曲線βにおいてβ１、β２のように上下に変動を繰り返す。これは可動接点体にねじり変形が発生している結果であり、このねじり変形の繰り返しにより可動接点体が疲労していた。
【００４４】
そこで本発明の実施の形態のように、可動接点体１の自由縁部１ｂ２を支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１で支えるようにすると、図２において曲線γで示すように、自由縁部１ｂ２が前記上面２ｃ１，２ｃ１に当たった時点で、それ以上、下へ移動しないため、曲線βのような上下動を防止でき、その結果、可動接点体１がねじり変形するのを防止できることになる。
【００４５】
ここで、中央固定接点３の上面３ａから前記支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１までの高さ寸法ｈ２は、前記側部固定接点４，４の上面４ａ１，４ａ１の高さ寸法ｈ１の範囲内で設定可能であるが、前記支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１が、曲線βの上位位置β２よりも上に存在していれば、可動接点体１の自由縁部１ｂ２は、前記支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１から離れることなく、ほとんど上下動しなくなる。
【００４６】
ただし、前記支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１が側部固定接点４，４に近づくにしたがって、すなわち前記間隔δ１が小さくなるにしたがって、可動接点体１の縁部１ｂと側部固定接点体４ａ,４ａとの接触が確実に保持できなかったり、可動接点体１を変形させる際の初期の押圧負荷が高くなる。
【００４７】
よって、支え部２ｃの前記上面２ｃ１，２ｃ１は、前記上位位置β２と一致する位置付近よりも上で且つ前記位置β２に近いことが好ましい。このように設定すると、可動接点体１が押され始め、自由縁部１ｂ２が支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１に当接した後に、可動接点体１と中央固定接点３とが接触するまで、前記当接状態を維持できる。
【００４８】
ただし、前記上面２ｃ１，２ｃ１の位置が前記上位位置β２よりもやや下であっても、自由縁部１ｂ２の波打ちを制御する機能を発揮できる。
【００４９】
支え部２ｃ，２ｃの上面２ｃ１，２ｃ１の高さｈ２の最適値は、可動接点体１の大きさや弾性力などにより変化するが、側部固定接点４，４の上面４ａ１,４ａ１までの高さｈ１に対して５０〜８０％の範囲であることが好ましい。
【００５０】
なお、前記実施の形態では２つの支持体が双方共に、側部固定接点４，４であるが、一方の支持体が側部固定接点４で、これと反対の位置にある他方の支持体が前記側部固定接点と同じ高さの絶縁体で形成されていていてもよい。
【００５１】
図９と図１０には、本発明の他の実施の形態を示す。この実施の形態では、可動接点体１１の縁部１１ｂは、湾曲することなく平板状に延出されている。
【００５２】
側部固定接点１４,１４の凸部１４ａ，１４ａは、外側に向かうほど上面１４ａ１，１４ａ１の高さが低くなるように傾斜している。このような上面１４ａ１，１４ａ１の傾斜は、可動接点体１１の支持縁部１１ｂ１の傾斜に一致している。よって、側部固定接点１４，１４の凸部１４ａ，１４ａの上面１４ａ１，１４ａ１は、ほぼ全面が可動接点体１１の支持縁部１１ｂ１に接触するので、可動接点体１１は、固定接点１４の凸部１４ａにガタツキなく支持される。
【００５３】
また、支え部１２ｃ,１２ｃは、外側に向かうほど上面１２ｃ１，１２ｃ１の高さが低くなるように傾斜している。このような上面１２ｃ１，１２ｃ１の傾斜は、可動接点体１１の自由縁部１１ｂ２の傾斜に一致している。よって、支え部１２ｃ,１２ｃの上面１２ｃ１，１２ｃ１は、ほぼ全面が可動接点体１１の自由縁部１１ｂ２に接触可能であり、可動接点体１１の自由縁部１１ｂ２は、支え部１２ｃ，１２ｃの上面１２ｃ１，１２ｃ１にガタツキなく保持される。
【００５４】
【発明の効果】
本発明のスイッチ装置では、可動接点体が支持体により支持されており、可動接点体が変形した際、可動接点体の支持体により支持されていない縁部が支え部により支持されるので、可動接点体の縁部の上下動が抑えられる。このような可動接点体は、応力振幅による疲労が少ないので、長寿命のスイッチ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチ装置の平面図、
【図２】本発明のスイッチ装置の可動接点体に押圧力が与えられたときの反力の変化と、それに対応する可動接点体の縁部の挙動を示すグラフ、
【図３】本発明のスイッチ装置の可動接点体が押圧されていく過程を示す図１の３−３線の切断断面図、
【図４】本発明のスイッチ装置の可動接点体が押圧されていく過程を示す図１の３−３線の切断断面図、
【図５】本発明のスイッチ装置の可動接点体が押圧されていく過程を示す図１の３−３線の切断断面図、
【図６】本発明のスイッチ装置の可動接点体が押圧されていく過程を示す図１の６−６線の切断断面図、
【図７】本発明のスイッチ装置の可動接点体が押圧されていく過程を示す図１の６−６線の切断断面図、
【図８】本発明のスイッチ装置の可動接点体が押圧されていく過程を示す図１の６−６線の切断断面図、
【図９】本発明のスイッチ装置の他の実施の形態を示す断面図、
【図１０】本発明のスイッチ装置のの他の実施の形態を示す断面図、
【図１１】従来のスイッチ装置の平面図、
【図１２】従来のスイッチ装置の動作を説明するための図、
【符号の説明】
１ 可動接点体
１ａ 頂部
１ｂ 縁部
１ｂ１ 支持縁部
１ｂ２ 自由縁部
２ 基体
２ｃ 支え部
２ｃ１ 上面
３ 中央固定接点
４ 側部固定接点
４ａ 凸部
４ａ１ 上面

Claims (3)

1. 中央に位置する中央固定接点および前記中央固定接点を挟む位置にある一対の支持体を有する基体と、弾性変形可能な導電性の板材で形成されて中央に向けて突状に湾曲した可動接点体とを有し、前記一対の支持体の少なくとも一方が側部固定接点とされ、前記可動接点体は縁部が一対の支持体上に支持されて凹部側が前記中央固定接点に対向するように配置されたスイッチ装置において、
   前記基体には、前記支持体が存在しない領域で前記可動接点体の縁部に対向する絶縁性の支え部が設けられ、前記支え部の上面は、前記支持体の上面よりも下で、前記中央固定接点の上面よりも上に位置しており、
   前記可動接点体が基体の上方から押されて変形したときに、前記可動接点体の中央部と前記中央固定接点とが接触する前に、可動接点体の縁部が前記支え部で支えられることを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記絶縁性の支え部は、前記中央固定接点を挟んで位置しており、前記中央固定接点を通る直交する一対の仮想線を想定したときに、前記支持体は一方の仮想線上にその一部が存在し、前記支え部は他方の仮想線上にその一部が存在している請求項１記載のスイッチ装置。
3. 前記可動接点体の前記縁部が前記支え部と接触した後、前記可動接点体が押圧されて可動接点体の中央部が前記中央固定接点に接触するまでの間、前記縁部が前記支え部と接触した状態を継続する請求項１または２記載のスイッチ装置。

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