JP4153052B2 - 押ボタンスイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押ボタンスイッチに関し、詳しくは、回路基板等に実装される形態のクリック式押ボタンスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の押ボタンスイッチとして、クリック感を持たせるためにドーム状の単体皿ばねを内装した押ボタンスイッチの２例を図６および図７によって示す。これらの図において、１０１は弾性導電体によりドーム型に形成された一種の皿ばね（以下ではクリックドームと呼ぶ）であり、１０２はクリックドーム１０１の頂部を押下するための押ボタン、１０３は押ボタン１０２を上下自在に保持するスイッチカバー、１０４はクリックドーム１０１を伏せた状態に保つ円形の凹部面１０４Ａを有するスイッチ箱である。
【０００３】
また、１０５Ａは凹部面１０４Ａの中央部に突設された第１接点、１０５Ｂは凹部面１０４Ａの周囲部複数位置に配設された第２接点であり、１０６はこれらの第１接点１０５Ａ、第２接点１０５Ｂにそれぞれ接続されているリード端子、１０７は組立時に上述のスイッチカバー１０３の周囲部１０３Ａをスイッチ箱１０４に係着させるための係着部である。
【０００４】
なお、クリックドーム１０１の裏面側中心と第１接点１０５Ａとの間のすき間は非押下状態でも極めて僅かな寸法に保たれており、その間に異物がはまり込むことにより短絡や作動不良が発生するのを防止するために、図６（Ｃ）に示すようにクリックドーム１０１の中央部に孔１０１Ａを設けると共に第１接点１０５Ａを孔１０１Ａの周囲部に複数分散させて突設するようにしたものもある。また、押ボタン１０２により繰り返し操作のうち、特に操作者が強い力で押ボタン１０２を押下したりすると図６の（Ｄ）に示すようにクリックドーム１０１の頂部が第１接点１０５Ａのために変形する虞れがある。図７はこのような操作者の押下力を緩衝する目的で押ボタン１０２とクリックドーム１０１との間にゴムなどの弾性体によるダンパ１０８を介装したもので、その他の構成は図７の押ボタンスイッチと変わらない。ここで、ダンパ１０８としては例えば硬度が５０度位のシリコンゴムが使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、その組立の場合、清浄な雰囲気のクリーンルームで行われるので、かかる押ボタンスイッチ内に異物が混入する虞はないものの、繰返しの操作により擦れる部分等から擦り屑などの異物が発生し、かかる異物がスイッチ箱１０４の凹部面１０４Ａ上に蓄積され、クリックドーム１０１の変形によるポンピング作用でこれらの異物が中央部に集り易い。そして、このような異物が特に第１接点１０５Ａとクリックドーム１０１の裏面側との間に入り込むと押しつぶされて付着し、次第に接触抵抗が増大して、終いには導通しなくなる虞れがあった。また、図６の（Ｃ）に示した例のように中央部に孔１０１Ａを設けると繰返し操作のうちに金属疲労から亀裂の発生する虞れがあり、信頼性にかける。
【０００６】
更にまた、いずれにしても押ボタン１０２を介してクリックドーム１０１に得られるオン・オフのためのストロークが短かく、その結果、クリック感が十分でないために操作結果に対する信頼性に欠ける。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来の問題に着目し、オン・オフ操作に充分な移動行程を持たせてクリック感を高めることができると共に、操作によってクリックドームに作用する力を操作者の押下力のいかんに拘らず一定させ、繰り返し荷重によるクリックドームの変形やへたりを防止することのできる押ボタンスイッチを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の一形態は、スイッチ箱内側面のほぼ上下方向に形成された凹部面に配設され、電気的に接続される第１接点および第２接点と、前記凹部面に沿って収容され、ドーム状をなして裏面中央部が前記第１接点と離間して対向するとともに裏面周囲部と前記第２接点との接触を保つ導体の皿ばねと、ばね材によって形成されて前記皿ばねの凸面に沿って配設され、一端が前記スイッチ箱に固定されると共に他端がフリーに保たれ、かつ前記一端と前記他端との間の作動部が前記皿ばねの頂部に当たる板部材と、前記スイッチ箱内側面と平行する方向に移動自在であり、上限と下限との間の移動位置に応じて前記板部材の他端に係合することにより前記板部材を撓ませる可動軸と、該可動軸を前記移動位置の上限に向けて偏倚させる復帰手段と、を備え、前記凹部面は、前記皿ばねの外周面に合わせて円形に形成され、かつ円形をなす周縁の下縁のみに１つの異物収集溝を有し、該異物収集溝は円弧状に形成されて、前記皿ばねと前記凹部面との間に発生する異物を重力により収集が可能であり、前記可動軸は、前記復帰手段の付勢力に抗して押下されることにより前記移動位置の上限から下限まで移動され、かつ前記移動位置の上限と下限との間の移動行程が一定とされ、前記板部材は、前記可動軸の一定した移動行程により撓みが一定し、前記可動軸が前記復帰手段の付勢力によって前記移動位置の上限に移動されたときに、前記板部材が前記皿ばねの裏面中央部と前記第１接点とを離間した対向位置に保ち、前記可動軸が前記ばねの力に抗して前記移動位置の下限に移動されたときに、前記板部材の前記作動部が前記皿ばねの頂部近傍を押下することにより前記皿ばねの裏面中央部と前記第１接点とを接触させることを特徴とする。
【００１０】
前記復帰手段は前記スイッチ箱と前記可動軸とに配設された復帰ばねであることを特徴とする。
【００１２】
前記可動軸の上部に押ボタンを照明する照明手段を有し、前記ばねは導体で形成されて、前記照明手段への電気的接続手段を兼ねることを特徴とする。
【００１３】
前記可動軸の上部に押ボタンを照明する照明手段を有し、前記ばねは前記可動軸を貫通して、前記可動軸の下側に位置する前記スイッチ箱の上面と、前記可動軸の上部における前記照明手段の下面と、の間に介在することを特徴とする。
【００１４】
前記板部材の他端は、前記作動部と反対側に湾曲された係合端であることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、可動軸を復帰手段のばね力に抗して押し下げることによりその移動行程の下限で可動軸により板部材を撓ませ、板部材によりドーム状をなす皿ばねの頂部近傍を押下させて、皿ばねによりスイッチ箱凹部面に配設された第１接点と第２接点との間を電気的に接続させるもので、可動軸から押下力を除くことにより、復帰手段のばね力で可動軸を行程の上限位置に戻すと共に、板部材との干渉を無くし、板部材による皿ばねの押下を解放してスイッチをオフの状態とすることができる。
【００１６】
なお、スイッチ機構の構成いかんによっては一度目の押下操作でスイッチを“オン”の状態とし、二度目の押下操作でスイッチを“オフ”の状態とすることも可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体的に説明する。
【００１８】
図１は本発明にかかるスイッチ機構部を分解して示すもので、ここで１は上下方向のスイッチ機構部２の凹部面２Ａに収容されるクリックドームである。クリックドーム１を収容する凹部面２Ａの底部中央には第１接点３Ａが周部には第２接点３Ｂが設けられている。これらの第１接点３Ａおよび第２接点３Ｂは、それぞれ絶縁性の樹脂系材料等によって成形されるスイッチ機構部２の成形時に図１の（Ｂ）に示すようにしてこれらの端子板４Ａおよび４Ｂが埋設されるもので、５Ａおよび５Ｂは不図示の基板等に接続されるリード端子である。また、図１の（Ａ）および（Ｂ）において、２Ｂは凹部面２Ａの下方に設けた異物収集溝であり、スイッチ操作中に上述したようにして発生する虞れのある異物がその重力によりこの異物収集溝２Ｂに自然と収集され、クリックドーム１によるスイッチ動作が異物によって支障を来すのを防ぐことができるようにされている。
【００１９】
続いて図２および図３により本発明押ボタンスイッチ全体の構成を組立順序に従って説明する。
【００２０】
図２の（Ａ）は図１の（Ｂ）に示すようにして得られたスイッチ機構部２をスイッチ箱６に嵌め込み装着した状態を示す。そこで、この状態で凹部面２Ａに例えばピンセット等の挿入道具を用いてクリックドーム１を収容した上、更に図２の（Ｂ）に７として示す形状の板部材としての板ばねをスイッチ箱６のスイッチ機構部２装着部分に沿わせるようにして取付ける。なお、スイッチ機構部２はスイッチ箱６と一体に成形されてもよい。なお、板ばね７はこの図に示すように断面がほぼコの字型に形成されると共にその一方の片７Ａのクリックドーム１と対向する裏面側の丁度クリックドーム１の頂部にあたる部分に突部（以下で作動部という）７Ｂが突設されている。７Ｃは板ばね片７Ａの端部に形成され作動部７Ｂとは反対側に弯曲された係合端であり、これらの突部７Ｂおよび係合端７Ｃによる動作については後述する。
【００２１】
図２の（Ｃ）において、８は復帰手段の一例を構成する復帰ばねとしての複数（本例では３本）のコイルばね、９は複数のコイルばね８を保持するためのばね収容孔９Ａを有し、コイルばね８のばね力によりスイッチ箱６の内面に沿って上下自在に摺動する可動軸、また、６Ａはスイッチ箱６の底部に突設され、コイルばね８の下端を支持する支持ピンである。かくしてコイルばね８および可動軸９をスイッチ箱６に組込んだ上、（Ｄ）に示すように、スイッチカバー１０のほぼ方形をなす軸孔１０Ａに可動軸９を嵌め合わせ、スイッチカバー１０をスイッチ箱６に係着させることにより図３に示すスイッチアセンブリ１１が得られる。なお、このようにして組立てられたスイッチアセンブリ１１に対し、可動軸９の頂部に例えばＬＥＤユニット１２や不図示の方形レンズ、拡散板等を組込んだキャップホルダ１３を装着することにより、キャップホルダ１３を介して可動軸９を押下し、スイッチ機構部２におけるオン・オフを実施することができる。また、ＬＥＤユニット１２がキャップホルダ１３に組込まれる場合は、コイルばね８を導電性の材料で形成することによりＬＥＤ点灯用の電源供給用導体通路としても使用することができる。
【００２２】
続いて図４の（Ａ）および（Ｂ）により本発明にかかる押ボタンスイッチのスイッチ動作について説明する。
【００２３】
図４の（Ａ）はスイッチ操作前の状態を示す。この状態では可動軸９はコイルばね８のばね力に支持されてキャップホルダ１３（図３参照）と共に上方に位置し、従って、クリックドーム１の作動にかかわる作動片として機能する板ばね７もまた、この図に示すように可動軸９によって撓ませられることもない。よって、クリックドーム１も正常なドーム形に保たれ、第１接点３Ａと接触することはなく、第１接点３Ａとクリックドーム１の裏面側対向位置との間は例えば０．５ｍｍと云った十分な離間距離に保たれる。
【００２４】
ついで、キャップホルダ１３を介して可動軸９が押下されると、コイルばね８のばね力に抗して可動軸９が（Ｂ）に示すようにスイッチカバー１０およびスイッチ箱６の内面に沿って移動し、可動軸９の下端部が板ばね７の係合端７Ｃに干渉することで板ばね片７Ａをクリックドーム１の頂部に向けて撓ませその突部７Ｂによりクリックドーム１を変形させてドーム１の頂部裏面を第１接点３Ａに当接させることができる。但し、この場合、可動軸９の上下移動方向の移動行程は決まっており、また、その移動による板ばね片７Ａの撓みが一定しているので、可動軸９を介してクリックドーム１に作用する力は可動軸９にかかる押下力の大小に拘らず変化することがない。従って、無理な力がクリックドーム１に作用することはなく、クリックドーム１の破損や永久歪を防止することができる。なお、（Ｂ）に示す状態から可動軸９にかかる押下力を無くすことによりコイルばね８および板ばね７のばね力で図４の（Ａ）に示す状態に復元させることができる。
【００２５】
上述した例では、コイルばね８を主に復帰手段として用いたが、図示のように、板ばね７の係合端７Ｃを作動軸９側に折曲げ作動軸９の軸方向分力が発生するようにしておけば、コイルばね８を設けることなく板ばね７を復帰手段として用いることも可能である。
【００２６】
図５は本発明を適用したトグルスイッチの構成例を示す。トグルスイッチは公知のように操作レバーの中立位置から双方向のいずれか一方を押下することで選択的に接続回路の変換を行うものである。図５において、２０は第１スイッチ箱６Ａおよび第２スイッチ箱６Ｂを併列保持する２連キャップホルダ、９Ａおよび９Ｂはキャップホルダ２０に摺動自在に保たれる可動軸である。そして、これらのスイッチ箱６Ａおよび６Ｂにはそれぞれ、図４に示すようなオン・オフ機構が内装されている。
【００２７】
なお、、２連キャップホルダ２０には軸受アーム２１，２１が設けられていて、これらの軸受アーム２１，２１間に双方向操作レバー（トグルキーという）２２が軸支される。
【００２８】
このような構成になるトグルスイッチ２３では、トグルキー２２の例えば左側の押下部２２Ａを押下することにより可動軸９Ａを介して第１スイッチ箱６Ａ側の先に述べた構成になるスイッチ機構部を作動させ、また右側の押下部２２Ｂを押下することにより可動軸９Ｂを介して第２スイッチ箱６Ｂ側の同様な構成になるスイッチ機構部を作動させることができる。なお、例えば一方のスイッチ機構部を介して一方の回路側の“オン・オフ”と他方のスイッチ機構部を介して他方の回路側の“オン・オフ”とを同時に行うように構成することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、スイッチ箱内側面のほぼ上下方向に形成された凹部面に配設され、電気的に接続される第１接点および第２接点と、前記凹部面に沿って収容され、ドーム状をなして裏面中央部が前記第１接点と離間して対向するとともに裏面周囲部と前記第２接点との接触を保つ導体の皿ばねと、ばね材によって形成されて前記皿ばねの凸面に沿って配設され、一端が前記スイッチ箱に固定されると共に他端がフリーに保たれ、かつ前記一端と前記他端との間の作動部が前記皿ばねの頂部に当たる板部材と、前記スイッチ箱内側面と平行する方向に移動自在であり、上限と下限との間の移動位置に応じて前記板部材の他端に係合することにより前記板部材を撓ませる可動軸と、該可動軸を前記移動位置の上限に向けて偏倚させる復帰手段と、を備え、前記凹部面は、前記皿ばねの外周面に合わせて円形に形成され、かつ円形をなす周縁の下縁のみに１つの異物収集溝を有し、該異物収集溝は円弧状に形成されて、前記皿ばねと前記凹部面との間に発生する異物を重力により収集が可能であり、前記可動軸は、前記復帰手段の付勢力に抗して押下されることにより前記移動位置の上限から下限まで移動され、かつ前記移動位置の上限と下限との間の移動行程が一定とされ、前記板部材は、前記可動軸の一定した移動行程により撓みが一定し、前記可動軸が前記復帰手段の付勢力によって前記移動位置の上限に移動されたときに、前記板部材が前記皿ばねの裏面中央部と前記第１接点とを離間した対向位置に保ち、前記可動軸が前記ばねの力に抗して前記移動位置の下限に移動されたときに、前記板部材の前記作動部が前記皿ばねの頂部近傍を押下することにより前記皿ばねの裏面中央部と前記第１接点とを接触させることを特徴とするので、従来と同様の組立により基板実装型の押ボタンスイッチ本体が得られ、かかる押ボタンスイッチ本体を基体として各種な用途に合わせた形態の構成とすることができる。しかして、このような本発明押ボタンスイッチによれば、ドーム式皿ばねの特性（クリック感の発生等）を生かしつつ、従来のように水平配置されるクリックドームの吸引作用の繰り返しにより異物がクリックドーム収容孔の中央部に集まり、第１接点とこれと対向位置のクリックドーム裏面中央部との間の電気的接続不良を発生するのを防止し、異物をクリックドーム収容の凹部面の下方の集塵溝に収集することができる。
【００３０】
また、可動軸を介して押ボタン押下時および戻し時におけるオン・オフ動作の移動行程を十分にすることができ、しかも従来のようにクリックドームに直接押下力が伝達されるのでなく、可動軸の一定した移動行程により板部材を撓ませて、その変位によりクリックドームを押下させるようにしたことで、クリック感を持たせつつクリックドームの押下力を操作者の押下力のいかんにかかわらず安定させることができ、クリックドームを破損したり永久歪を発生させるのを防止し、スイッチ機構の延命を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるスイッチ機構部とクリックドームとの構成を分解斜視図（Ａ）およびスイッチ機構の正面図（Ｂ）によって示す説明図である。
【図２】本発明押ボタンスイッチの構成を（Ａ）〜（Ｄ）の組立順序に従って示す斜視図である。
【図３】本発明を適用したＬＥＤ付き押ボタンスイッチの構成例を示す斜視図である。
【図４】本発明押ボタンスイッチによる操作時の動作を押下前（Ａ）および押下後（Ｂ）の断面図によって示す説明図である。
【図５】本発明のトグルスイッチへの適用例を示す斜視図である。
【図６】従来例による構成を分解図（Ａ）、クリックドームおよびスイッチ機構部の２例の断面図（Ｂ），（Ｃ）および不具合発生状態の断面図（Ｄ）によって示す説明図である。
【図７】従来例による他の構成を分解して示す説明図である。
【符号の説明】
１ クリックドーム（ドーム型の皿ばね）
２ スイッチ機構部
２Ａ （クリックドーム収容）凹部面
２Ｂ 異物収集溝
３Ａ，３Ｂ 接点
４Ａ，４Ｂ 端子板
５Ａ，５Ｂ リード端子
６，６Ａ，６Ｂ スイッチ箱
７ 板ばね
７Ａ （ばね）片
７Ｂ 突部
７Ｃ 係合端
８ コイルばね
９ 可動軸
９Ａ ばね収容孔
１０，２０ スイッチカバー
１１ スイッチアセンブリ
１２ ＬＥＤユニット
１３ キャップホルダ

Claims (5)

1. スイッチ箱内側面のほぼ上下方向に形成された凹部面に配設され、電気的に接続される第１接点および第２接点と、
   前記凹部面に沿って収容され、ドーム状をなして裏面中央部が前記第１接点と離間して対向するとともに裏面周囲部と前記第２接点との接触を保つ導体の皿ばねと、
   ばね材によって形成されて前記皿ばねの凸面に沿って配設され、一端が前記スイッチ箱に固定されると共に他端がフリーに保たれ、かつ前記一端と前記他端との間の作動部が前記皿ばねの頂部に当たる板部材と、
   前記スイッチ箱内側面と平行する方向に移動自在であり、上限と下限との間の移動位置に応じて前記板部材の他端に係合することにより前記板部材を撓ませる可動軸と、
   該可動軸を前記移動位置の上限に向けて偏倚させる復帰手段と、
   を備え、
   前記凹部面は、前記皿ばねの外周面に合わせて円形に形成され、かつ円形をなす周縁の下縁のみに１つの異物収集溝を有し、該異物収集溝は円弧状に形成されて、前記皿ばねと前記凹部面との間に発生する異物を重力により収集が可能であり、
   前記可動軸は、前記復帰手段の付勢力に抗して押下されることにより前記移動位置の上限から下限まで移動され、かつ前記移動位置の上限と下限との間の移動行程が一定とされ、
   前記板部材は、前記可動軸の一定した移動行程により撓みが一定し、
   前記可動軸が前記復帰手段の付勢力によって前記移動位置の上限に移動されたときに、前記板部材が前記皿ばねの裏面中央部と前記第１接点とを離間した対向位置に保ち、
   前記可動軸が前記ばねの力に抗して前記移動位置の下限に移動されたときに、前記板部材の前記作動部が前記皿ばねの頂部近傍を押下することにより前記皿ばねの裏面中央部と前記第１接点とを接触させる
   ことを特徴とする押ボタンスイッチ。
2. 前記復帰手段は前記スイッチ箱と前記可動軸とに配設された復帰ばねであることを特徴とする請求項１に記載の押ボタンスイッチ。
3. 前記可動軸の上部に押ボタンを照明する照明手段を有し、
   前記復帰ばねは導体で形成されて、前記照明手段への電気的接続手段を兼ねることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の押ボタンスイッチ。
4. 前記可動軸の上部に押ボタンを照明する照明手段を有し、
   前記復帰ばねは、前記可動軸を貫通して、前記可動軸の下側に位置する前記スイッチ箱の上面と、前記可動軸の上部における前記照明手段の下面と、の間に介在する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の押ボタンスイッチ。
5. 前記板部材の他端は、前記作動部と反対側に湾曲された係合端であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の押ボタンスイッチ。

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