JP4186664B2 - スイッチ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は操作ボタンの上昇や下降を任意に制御できるスイッチ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のスイッチ装置の例について図１０を用いて説明する。
【０００３】
図１０は、電子機器の入力装置に用いられているキーボードの複数のスイッチの一つの構成を示す図である。キートップ１０１を押すことでスイッチが開閉され、このキートップ１０１はリンク機構１０２によって上下方向に移動できるように保持されていて、このリンク機構１０２は形状記憶合金からなる引張りコイルバネ１０３と弾性体からなる付勢部材１０４に連結されている。これらの部材によりキートップ１０１は常時は下方向に付勢されている。形状記憶合金からなる引張りコイルバネ１０３は回路基板１０５と伸縮自在の通電線１０６により電気的に接続されていて、回路から電力が供給されると形状記憶合金からなる引張りコイルバネ１０３は形状記憶効果によって付勢部材１０４の力に抗して縮まることによりリンク機構１０２を動作させて、キートップ１０１は上昇することになる。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２０７９８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来例におけるスイッチ装置においては、形状記憶合金からなる引張りコイルバネ１０３は伸縮自在の通電線１０６を通じて電力を供給する回路部と接続されているため、この通電線１０６と引張りコイルバネ１０３との接合が難しく、また通電線１０６の変形に伴う抵抗力が引張りコイルバネ１０３の形状記憶効果による発生力を損失させるという問題点があった。さらに通電線１０６と引張りコイルバネ１０３の接合部は引張りコイルバネ１０３の伸縮に応じて移動するので、接合部にかかる繰返し応力により接合部を破断させスイッチ装置の信頼性を損なわせるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は操作ボタンを可動するスイッチ装置において、信頼性の向上と構成の簡素化を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものであり、その特徴部分について列挙する。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、操作ボタンと、この操作ボタンを上下に駆動するためのリンク機構と、プリント基板上に保持され前記操作ボタンの移動に対応して開閉するプッシュスイッチと、前記操作ボタンを上向きに常時付勢する圧縮コイルバネと、前記操作ボタンの上動を規制する上ケースと、この上ケースと嵌合してこれらの機構を収納する下ケースからなるスイッチ装置において、線状の形状記憶合金の中間部を前記リンク機構の一端が支持されている駆動体に設けた係止部に保持させ、その両端部をプリント基板に固定保持させた構成のスイッチ装置である。この構成においては、線状の形状記憶合金の両端部はプリント基板上に固定されており、この線状の形状記憶合金が回路から供給される電力によって形状記憶効果を発現して変形することにより駆動体を動作させる際に、電気的接続部は固定されているので応力が発生せず、繰返し動作が頻繁に行われる場合にも疲労による損傷が発生することはなく信頼性の高いものとなる。また、通電線のような別部品が不要となるので装置は簡素化でき、通電線の取り付け作業などの工程も不要となるので低価格なスイッチ装置の提供が可能となる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、線状の形状記憶合金の両端部に駆動体に設けた係止部に向かって広がるテーパを形成した接続端子を備えたことを特徴とするスイッチ装置であり、プリント基板と線状の形状記憶合金を接続する接続端子に、初期状態における線状の形状記憶合金の位置と形状記憶合金が駆動体を移動させた状態における位置に対応する形状のテーパ部を接続端子に設けることにより、このテーパ部内では線状の形状記憶合金は接続端子に拘束されることなく自由に移動が可能であるので、接続端子をプリント基板に固定保持させ線状の形状記憶合金が駆動体を変位させた後でも、接続部に折り曲がりなどの急激な変形が発生して応力集中が発生することはなく、断線や接続不良などの不具合の発生を防止し装置の信頼性の向上が図れるという利点を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、線状の形状記憶合金の各両端部を円形断面をもつ接続端子に円弧状に巻きつけて保持させたことを特徴とするスイッチ装置であり、接続端子を円形断面に構成してこの円に接するように線状の形状記憶合金を巻きつけて配置することにより、初期状態及び形状記憶効果が発現された状態での線状の形状記憶合金の接続端子との接触部は常に滑らかな円弧状態を維持しているので、接続端子をプリント基板に固定保持し線状の形状記憶合金が駆動体を変位させた後でも接続部に折り曲がりなどの急激な変形が発生し応力集中が発生することはなく、断線や接続不良などの不具合の発生を防止し信頼性の向上が図れるという利点を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、線状の形状記憶合金の中間部とプリント基板に固定保持させた両端部の一方との間に、前記形状記憶合金に弾性力を常時与える弾性部材を配置したことを特徴とするスイッチ装置であり、線状の形状記憶合金が形状記憶効果により変形したり、操作者が操作ボタンを操作したときに駆動体が移動して線状の形状記憶合金に緩みが生じるような場合に、この緩みを弾性部材にて吸収することが可能となるので、緩みの発生による操作ボタンの遊びやガタを防止できるという効果が得られる。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、線状の形状記憶合金が駆動体を移動させた時、形状記憶合金の一部が当接するように放熱部材を設けたことを特徴とするスイッチ装置であり、回路部からの電力の供給により自己発熱して、形状記憶効果を発現した形状記憶合金の熱を放熱部材に当接させて速やかに逃がすことによって、形状記憶合金の状態を初期状態（通電なしの状態）にすばやく復帰させることが可能となり、応答速度の向上が図れるという利点を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、線状の形状記憶合金が駆動体を移動させた時、形状記憶合金の一部が当接するように設けた放熱部材をペルチェ素子により温度制御するようにしたことを特徴とするスイッチ装置であり、放熱部材の温度をペルチェ素子で温度制御することにより、形状記憶合金の放熱時間をコントロールすることが可能となり、線状の形状記憶合金の初期状態（通電なしの状態）への復帰時間すなわち応答性を向上させることができるという利点を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発明は、複数個の操作ボタンに対応させた複数個の線状の記憶合金をプリント基板に配置したことを特徴とするスイッチ装置であり、形状記憶合金の両端部を直接プリント基板上に配置できるので、例えばキーボードのように複数個の操作ボタンが配列されているような装置に適用する場合にも、任意の位置の操作ボタンの昇降を制御する装置を簡単に構成することができる。さらにプリント基板上に形状記憶合金を配置しているので、コントロール用の回路部品との接続も容易であり、装置全体の信頼性を高め、構成の簡素化を可能とするものである。
【００１６】
本発明の請求項８に記載の発明は、複数個の操作ボタンに対応させた複数個の線状の形状記憶合金をプリント基板に配置し、形状記憶合金の両端部の片方を他の形状記憶合金の両端部の片方と共通に接続したことを特徴とする入力装置であり、２個の操作ボタンの移動を制御する回路部と機構部の構成を簡素化できるという利点を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１について図１から図９を用いて説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｃ）において、成型などの手段によって形成した樹脂材料からなる操作ボタン１の裏面には溝部２、３が一体に設けられている。この溝部２、３は樹脂材料などからなる２本のアームによって構成されるリンク機構４の円柱状の突起５、６と嵌合し摺動するようになっている。またリンク機構４の操作ボタン１側と反対の端部は、その一方がフレーム１２に固定され、他方は駆動体９に係合し摺動するようになっている。フレーム１２はプリント基板１３上に配置されており、さらにフレーム１２には摺動溝１４が設けられていて、上記駆動体９はこの摺動溝１４に案内されてリンク機構４と連結しながら左右方向に摺動自在に動くよう配置されている。
【００１９】
さらに駆動体９にはプリント基板１３の貫通孔１５を通して下方に突出した係止部１６が設けられており、この係止部１６には線状の形状記憶合金１７がその中間部で略Ｖ字状に張り渡されて配置されている。線状の形状記憶合金１７の両端部には接続端子１８が固着されており、この接続端子１８はプリント基板１３上に配置されて電力を供給するようにはんだ付けやカシメなどの手段により固定されている。
【００２０】
また、操作ボタン１の裏面には、操作ボタン１の上下動により開閉されるプッシュスイッチ１９がプリント基板１３上に配置され、操作ボタン１の裏面のプッシュスイッチ１９と対向する部分には突起２０が設けられている。さらに操作ボタン１はプッシュスイッチ１９側に設けられた圧縮コイルバネ２１により常時上方向に付勢されており、この動作は上ケース２２に上記操作ボタン１のつば部２３が当接することによって規制されている。また操作ボタン１の下方向への動作は、フレーム１２の上面に操作ボタン１のつば部２３が当接することで規制される。プリント基板１３に配置された上記の部材は、上ケース２２と嵌合する下ケース２４により保持されて、本発明によるスイッチ装置全体を構成している。
【００２１】
次に図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明によるスイッチ装置の動作について説明する。
【００２２】
図２（ａ）、（ｂ）は本発明によるスイッチ装置のスイッチ部分の動作を説明する説明図であり、リンク機構４は省略して書かれている。図２（ａ）は操作ボタン１が操作可能な状態すなわち圧縮コイルバネ２１により操作ボタン１が上ケース２２側に押し上げられている状態を示す。この状態では操作ボタン１の突起２０はプッシュスイッチ１９から離れているのでプッシュスイッチ１９は開いているが、操作者が操作ボタン１を下方に押し下げると操作ボタン１に設けられた突起２０がプッシュスイッチ１９を押し下げプッシュスイッチ１９は閉状態になる。
【００２３】
しかしながら、操作ボタン１の上下動を操作者の操作によるのではなく、装置側の信号により制御したい場合には、リンク機構４を形状記憶合金１７により動作させることができる。図３（ａ）、（ｂ）はリンク機構４と駆動体９の動きを説明する図であり、圧縮コイルバネ２１は省略して書かれている。図３（ａ）は操作ボタン１が上ケース２２より突出した状態を示す。この状態で操作ボタン１は前述したように圧縮コイルバネ２１で上方向に付勢されているので、この付勢力によりリンク機構４は操作ボタン１とフレーム１２との間で引き伸ばされた状態になり、リンク機構４に係合した駆動体９は図の左方向に付勢されている。したがって、駆動体９に設けた係止部１６に略Ｖ字状に係止された線状の形状記憶合金１７は、図のような状態にある。
【００２４】
ここで、プリント基板１３に固定された接続端子１８を通じて線状の形状記憶合金１７に電力を供給すると、形状記憶合金１７は自己発熱により温度上昇し形状記憶効果が発現して収縮力を発生する。このとき、この収縮力により駆動体９は右方向に移動し、駆動体９と係合したリンク機構４は、操作ボタン１とフレーム１２との間で縮む方向に動き、リンク機構４に係止された操作ボタン１は圧縮コイルバネ２１の付勢力に逆らって下方に移動し、図３（ｂ）に示した状態となる。プリント基板１３から形状記憶合金１７への電力の供給を停止し形状記憶合金１７が冷却されると、上記の収縮力は消滅するので圧縮コイルバネ２１の付勢力によって操作ボタン１は図３（ａ）の状態に復帰する。
【００２５】
形状記憶合金１７は細い線状に加工してあり、形状記憶効果による発生力は面積に比例するため、その発生する収縮力は比較的小さいのが一般的である。しかし、本発明のように線状の形状記憶合金１７の中間部を駆動体９に係止して配置した場合には、形状記憶合金１７の収縮力はＶ字状になって係止部１６の両側に作用するので、一本で直線的に配置した場合に較べ大きく増加させることが可能となる。さらに、形状記憶合金１７の両端部は接続端子１８を通じてプリント基板１３に電気的にも確実に固定されていて動くことがないので、形状記憶合金１７に電力を供給するために伸縮自在な通電線などを別に接続する必要がなく、また接続部が動かないので形状記憶合金１７の繰返しによる変形動作に対しても接続部への応力集中が起きることはなく、断線や接続不良などの不具合の発生も抑えられる。
【００２６】
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように金属プレスや絞り加工などの工法で作製された板金の接続端子１８を用いる場合には、接続端子１８と線状の形状記憶合金１７とははんだ付けや溶接などの一般的な接合手段で電気的・機械的に接続されるが、接続端子１８の駆動体９の係止部１６側に向かって形状記憶合金１７の変形や移動に合致したテーパ２５を設け、このテーパ２５に沿って線状の形状記憶合金１７を取り付けることにより、形状記憶合金１７の伸縮動作の際に固定部への応力集中を緩和させ信頼性を向上させることができる。
【００２７】
また、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように接続端子１８に円形断面２６を形成しこの円周上に沿って線状の形状記憶合金１７を巻きつけて固定する構造の接続端子１８も、切削などの工法により容易に作製が可能であり、上記と同様の効果を実現することができる。そして本発明によれば、細い線状の形状記憶合金１７を用いることが可能となるので自己発熱の際の熱容量を小さくすることができ、操作ボタン１の上下動の応答時間を短縮することができるため性能を向上させることができる。
【００２８】
さらに図６（ａ）、（ｂ）において、線状の形状記憶合金１７が電力を供給されて収縮し駆動体９を移動させたとき、線状の形状記憶合金１７の一部が当接するように熱伝導性の良い金属材料（銅、アルミ等）から構成された放熱部材２７を配置している。線状の形状記憶合金１７は、電力を供給されると自己発熱により温度上昇し、その結果として形状記憶効果を発現し収縮するが、元の形状に復帰する際にはこの温度を取り除く必要がある。従って、自然放熱により温度を下げる場合には、周囲の環境温度により復帰時間が左右されるという欠点がある。図６のような構成をとった場合、収縮後の形状記憶合金１７は熱容量の大きい放熱部材２７に接触し強制的に冷却されるので、復旧時間を短縮することが可能となる。ここで、この放熱部材２７との接触状態をより確実にするため、どちらか一方にシリコングリスなどのグリスを塗布しても良い。
【００２９】
また、放熱部材２７自体の温度を確実に制御するために、ペルチェ素子をプリント基板上に配置して積極的に放熱部材２７の温度を制御することも可能であり、こうすることにより周囲の環境温度に対する復帰時間はさらに短縮され、応答性はいっそう改良される。
【００３０】
また、図７は引張りコイルバネで形成された弾性部材２８を用いて、線状の形状記憶合金１７に常に引張り力を加えた構成を示している。こうすることにより、温度や組立て誤差またはガタなどの要因で形状記憶合金１７に緩みが発生した場合、形状記憶合金１７の収縮時に引張り力の駆動体９への伝達が遅れスイッチ装置の応答性が劣化するといった不具合を防止させることが可能となる。
【００３１】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について、図８、図９を用いて説明する。以降の説明においては、前述の説明で使用した部品には同じ番号を付与してその説明は省略する。
【００３２】
図８（ａ）はスイッチ装置の断面図であり、各スイッチ装置は図８（ｂ）に示すようにマトリックス状に複数個配列されている。このようにスイッチ装置が複数個配列された装置としては、コンピュータやワードプロセッサのキーボードや携帯電話の入力キーなどがある。このスイッチ装置には前述した操作ボタン１、リンク機構４、駆動体９とプッシュスイッチ１９を各々具備している。プリント基板１３上にはこれらのプッシュスイッチ１９がマトリックス状に配置されていて、それに対応する位置に前述の線状の形状記憶合金１７が複数個配置されている。このように多数のスイッチ装置を配置するような場合、本発明にかかわる構成によれば、各スイッチ装置を制御するために略Ｖ字状の線状の形状記憶合金１７を一枚のプリント基板１３上に配置すれば良いので、全体を簡潔に構成できるとともに、スイッチ装置全体の薄型化も可能となり実用上の効果が大である。
【００３３】
さらに図９は各線状の形状記憶合金１７の両端部の接続端子１８の片方は、隣り合ったスイッチ装置の接続端子１８の片方と共通に固定されていて電気的に共通端子２９となっている。このように複数個のスイッチ装置を配置する場合、各操作ボタン１に対応した形状記憶合金１７を作動させるために、形状記憶合金ごとに従来例のような通電部材を接続することは、構造が煩雑になると同時に工程が多くなり、スイッチ装置の安価な提供の障害となるとともに、信頼性を低下させる。本発明の構成によれば、隣り合うスイッチ装置の形状記憶合金１７への電力の供給は共通端子２９を通じて行うことができ、同時に回路部への配線は一枚のプリント基板１３上で行えるので、多数のスイッチ装置を制御する場合に、工数及び部品点数の削減が可能となると同時に装置の簡素化と信頼性の向上を図ることができる。
【００３４】
以上の説明において、形状記憶合金１７は略Ｖ字状に形成したが、この形状にこだわることなく要請にしたがってＵ字状あるいはへの字状のように配置しても良いことは勿論であるとともに、Ｖ字状の折り返しを複数回重ねることにより、発生力を大きくする構成にできることはいうまでもない。またプリント基板１３に接続する際に別部品として接続端子１８を用いたが、直接プリント基板１３に両端部を固定してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、線状の形状記憶合金の中間部をリンク機構の一端が支持されている駆動体に設けた係止部に保持させ、その両端部をプリント基板に固定保持させた構成のスイッチ装置とすることにより、線状の形状記憶合金の両端部はプリント基板上に固定されており、この線状の形状記憶合金が回路から供給される電力によって形状記憶効果を発現して変形することにより駆動体を動作させる際に、電気的接続部は固定されているので応力が発生せず、繰返し動作が頻繁に行われる場合にも疲労による損傷が発生することはなく信頼性の高いものとなる。また、通電線のような別部品が不要となるので装置は簡素化でき、通電線の取り付け作業などの工程も不要となるので低価格なスイッチ装置の供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるスイッチ装置の断面図
（ｂ）同図１（ａ）のＡ−Ａ’で切断した状態の上面図
（ｃ）同図１（ａ）のＢ−Ｂ’で切断した状態の下面図
【図２】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるスイッチ動作を説明するための断面図
【図３】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるリンク機構を説明するための断面図
【図４】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１における接続部の説明図
【図５】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態１における他の接続部の説明図
【図６】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１における放熱部材を設けた構成の説明図
【図７】本発明の実施の形態１における弾性部材を設けた構成の説明図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態２におけるスイッチ装置の断面図
（ｂ）同下面図
【図９】本発明の実施の形態２における共通端子を設けた構成の説明図
【図１０】従来の実施例の説明図
【符号の説明】
１ 操作ボタン
２、３ 溝部
４ リンク機構
５、６ 突起
９ 駆動体
１２ フレーム
１３ プリント基板
１４ 摺動溝
１５ 貫通孔
１６ 係止部
１７ 線状の形状記憶合金
１８ 接続端子
１９ プッシュスイッチ
２０ 突起
２１ 圧縮コイルバネ
２２ 上ケース
２３ つば部
２４ 下ケース
２５ テーパ
２６ 円形断面
２７ 放熱部材
２８ 弾性部材
２９ 共通端子
【発明の属する技術分野】
本発明は操作ボタンの上昇や下降を任意に制御できるスイッチ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のスイッチ装置の例について図１０を用いて説明する。
【０００３】
図１０は、電子機器の入力装置に用いられているキーボードの複数のスイッチの一つの構成を示す図である。キートップ１０１を押すことでスイッチが開閉され、このキートップ１０１はリンク機構１０２によって上下方向に移動できるように保持されていて、このリンク機構１０２は形状記憶合金からなる引張りコイルバネ１０３と弾性体からなる付勢部材１０４に連結されている。これらの部材によりキートップ１０１は常時は下方向に付勢されている。形状記憶合金からなる引張りコイルバネ１０３は回路基板１０５と伸縮自在の通電線１０６により電気的に接続されていて、回路から電力が供給されると形状記憶合金からなる引張りコイルバネ１０３は形状記憶効果によって付勢部材１０４の力に抗して縮まることによりリンク機構１０２を動作させて、キートップ１０１は上昇することになる。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２０７９８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来例におけるスイッチ装置においては、形状記憶合金からなる引張りコイルバネ１０３は伸縮自在の通電線１０６を通じて電力を供給する回路部と接続されているため、この通電線１０６と引張りコイルバネ１０３との接合が難しく、また通電線１０６の変形に伴う抵抗力が引張りコイルバネ１０３の形状記憶効果による発生力を損失させるという問題点があった。さらに通電線１０６と引張りコイルバネ１０３の接合部は引張りコイルバネ１０３の伸縮に応じて移動するので、接合部にかかる繰返し応力により接合部を破断させスイッチ装置の信頼性を損なわせるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は操作ボタンを可動するスイッチ装置において、信頼性の向上と構成の簡素化を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものであり、その特徴部分について列挙する。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、操作ボタンと、この操作ボタンを上下に駆動するためのリンク機構と、プリント基板上に保持され前記操作ボタンの移動に対応して開閉するプッシュスイッチと、前記操作ボタンを上向きに常時付勢する圧縮コイルバネと、前記操作ボタンの上動を規制する上ケースと、この上ケースと嵌合してこれらの機構を収納する下ケースからなるスイッチ装置において、線状の形状記憶合金の中間部を前記リンク機構の一端が支持されている駆動体に設けた係止部に保持させ、その両端部をプリント基板に固定保持させた構成のスイッチ装置である。この構成においては、線状の形状記憶合金の両端部はプリント基板上に固定されており、この線状の形状記憶合金が回路から供給される電力によって形状記憶効果を発現して変形することにより駆動体を動作させる際に、電気的接続部は固定されているので応力が発生せず、繰返し動作が頻繁に行われる場合にも疲労による損傷が発生することはなく信頼性の高いものとなる。また、通電線のような別部品が不要となるので装置は簡素化でき、通電線の取り付け作業などの工程も不要となるので低価格なスイッチ装置の提供が可能となる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、線状の形状記憶合金の両端部に駆動体に設けた係止部に向かって広がるテーパを形成した接続端子を備えたことを特徴とするスイッチ装置であり、プリント基板と線状の形状記憶合金を接続する接続端子に、初期状態における線状の形状記憶合金の位置と形状記憶合金が駆動体を移動させた状態における位置に対応する形状のテーパ部を接続端子に設けることにより、このテーパ部内では線状の形状記憶合金は接続端子に拘束されることなく自由に移動が可能であるので、接続端子をプリント基板に固定保持させ線状の形状記憶合金が駆動体を変位させた後でも、接続部に折り曲がりなどの急激な変形が発生して応力集中が発生することはなく、断線や接続不良などの不具合の発生を防止し装置の信頼性の向上が図れるという利点を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、線状の形状記憶合金の各両端部を円形断面をもつ接続端子に円弧状に巻きつけて保持させたことを特徴とするスイッチ装置であり、接続端子を円形断面に構成してこの円に接するように線状の形状記憶合金を巻きつけて配置することにより、初期状態及び形状記憶効果が発現された状態での線状の形状記憶合金の接続端子との接触部は常に滑らかな円弧状態を維持しているので、接続端子をプリント基板に固定保持し線状の形状記憶合金が駆動体を変位させた後でも接続部に折り曲がりなどの急激な変形が発生し応力集中が発生することはなく、断線や接続不良などの不具合の発生を防止し信頼性の向上が図れるという利点を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、線状の形状記憶合金の中間部とプリント基板に固定保持させた両端部の一方との間に、前記形状記憶合金に弾性力を常時与える弾性部材を配置したことを特徴とするスイッチ装置であり、線状の形状記憶合金が形状記憶効果により変形したり、操作者が操作ボタンを操作したときに駆動体が移動して線状の形状記憶合金に緩みが生じるような場合に、この緩みを弾性部材にて吸収することが可能となるので、緩みの発生による操作ボタンの遊びやガタを防止できるという効果が得られる。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、線状の形状記憶合金が駆動体を移動させた時、形状記憶合金の一部が当接するように放熱部材を設けたことを特徴とするスイッチ装置であり、回路部からの電力の供給により自己発熱して、形状記憶効果を発現した形状記憶合金の熱を放熱部材に当接させて速やかに逃がすことによって、形状記憶合金の状態を初期状態（通電なしの状態）にすばやく復帰させることが可能となり、応答速度の向上が図れるという利点を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、線状の形状記憶合金が駆動体を移動させた時、形状記憶合金の一部が当接するように設けた放熱部材をペルチェ素子により温度制御するようにしたことを特徴とするスイッチ装置であり、放熱部材の温度をペルチェ素子で温度制御することにより、形状記憶合金の放熱時間をコントロールすることが可能となり、線状の形状記憶合金の初期状態（通電なしの状態）への復帰時間すなわち応答性を向上させることができるという利点を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発明は、複数個の操作ボタンに対応させた複数個の線状の記憶合金をプリント基板に配置したことを特徴とするスイッチ装置であり、形状記憶合金の両端部を直接プリント基板上に配置できるので、例えばキーボードのように複数個の操作ボタンが配列されているような装置に適用する場合にも、任意の位置の操作ボタンの昇降を制御する装置を簡単に構成することができる。さらにプリント基板上に形状記憶合金を配置しているので、コントロール用の回路部品との接続も容易であり、装置全体の信頼性を高め、構成の簡素化を可能とするものである。
【００１６】
本発明の請求項８に記載の発明は、複数個の操作ボタンに対応させた複数個の線状の形状記憶合金をプリント基板に配置し、形状記憶合金の両端部の片方を他の形状記憶合金の両端部の片方と共通に接続したことを特徴とする入力装置であり、２個の操作ボタンの移動を制御する回路部と機構部の構成を簡素化できるという利点を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１について図１から図９を用いて説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｃ）において、成型などの手段によって形成した樹脂材料からなる操作ボタン１の裏面には溝部２、３が一体に設けられている。この溝部２、３は樹脂材料などからなる２本のアームによって構成されるリンク機構４の円柱状の突起５、６と嵌合し摺動するようになっている。またリンク機構４の操作ボタン１側と反対の端部は、その一方がフレーム１２に固定され、他方は駆動体９に係合し摺動するようになっている。フレーム１２はプリント基板１３上に配置されており、さらにフレーム１２には摺動溝１４が設けられていて、上記駆動体９はこの摺動溝１４に案内されてリンク機構４と連結しながら左右方向に摺動自在に動くよう配置されている。
【００１９】
さらに駆動体９にはプリント基板１３の貫通孔１５を通して下方に突出した係止部１６が設けられており、この係止部１６には線状の形状記憶合金１７がその中間部で略Ｖ字状に張り渡されて配置されている。線状の形状記憶合金１７の両端部には接続端子１８が固着されており、この接続端子１８はプリント基板１３上に配置されて電力を供給するようにはんだ付けやカシメなどの手段により固定されている。
【００２０】
また、操作ボタン１の裏面には、操作ボタン１の上下動により開閉されるプッシュスイッチ１９がプリント基板１３上に配置され、操作ボタン１の裏面のプッシュスイッチ１９と対向する部分には突起２０が設けられている。さらに操作ボタン１はプッシュスイッチ１９側に設けられた圧縮コイルバネ２１により常時上方向に付勢されており、この動作は上ケース２２に上記操作ボタン１のつば部２３が当接することによって規制されている。また操作ボタン１の下方向への動作は、フレーム１２の上面に操作ボタン１のつば部２３が当接することで規制される。プリント基板１３に配置された上記の部材は、上ケース２２と嵌合する下ケース２４により保持されて、本発明によるスイッチ装置全体を構成している。
【００２１】
次に図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明によるスイッチ装置の動作について説明する。
【００２２】
図２（ａ）、（ｂ）は本発明によるスイッチ装置のスイッチ部分の動作を説明する説明図であり、リンク機構４は省略して書かれている。図２（ａ）は操作ボタン１が操作可能な状態すなわち圧縮コイルバネ２１により操作ボタン１が上ケース２２側に押し上げられている状態を示す。この状態では操作ボタン１の突起２０はプッシュスイッチ１９から離れているのでプッシュスイッチ１９は開いているが、操作者が操作ボタン１を下方に押し下げると操作ボタン１に設けられた突起２０がプッシュスイッチ１９を押し下げプッシュスイッチ１９は閉状態になる。
【００２３】
しかしながら、操作ボタン１の上下動を操作者の操作によるのではなく、装置側の信号により制御したい場合には、リンク機構４を形状記憶合金１７により動作させることができる。図３（ａ）、（ｂ）はリンク機構４と駆動体９の動きを説明する図であり、圧縮コイルバネ２１は省略して書かれている。図３（ａ）は操作ボタン１が上ケース２２より突出した状態を示す。この状態で操作ボタン１は前述したように圧縮コイルバネ２１で上方向に付勢されているので、この付勢力によりリンク機構４は操作ボタン１とフレーム１２との間で引き伸ばされた状態になり、リンク機構４に係合した駆動体９は図の左方向に付勢されている。したがって、駆動体９に設けた係止部１６に略Ｖ字状に係止された線状の形状記憶合金１７は、図のような状態にある。
【００２４】
ここで、プリント基板１３に固定された接続端子１８を通じて線状の形状記憶合金１７に電力を供給すると、形状記憶合金１７は自己発熱により温度上昇し形状記憶効果が発現して収縮力を発生する。このとき、この収縮力により駆動体９は右方向に移動し、駆動体９と係合したリンク機構４は、操作ボタン１とフレーム１２との間で縮む方向に動き、リンク機構４に係止された操作ボタン１は圧縮コイルバネ２１の付勢力に逆らって下方に移動し、図３（ｂ）に示した状態となる。プリント基板１３から形状記憶合金１７への電力の供給を停止し形状記憶合金１７が冷却されると、上記の収縮力は消滅するので圧縮コイルバネ２１の付勢力によって操作ボタン１は図３（ａ）の状態に復帰する。
【００２５】
形状記憶合金１７は細い線状に加工してあり、形状記憶効果による発生力は面積に比例するため、その発生する収縮力は比較的小さいのが一般的である。しかし、本発明のように線状の形状記憶合金１７の中間部を駆動体９に係止して配置した場合には、形状記憶合金１７の収縮力はＶ字状になって係止部１６の両側に作用するので、一本で直線的に配置した場合に較べ大きく増加させることが可能となる。さらに、形状記憶合金１７の両端部は接続端子１８を通じてプリント基板１３に電気的にも確実に固定されていて動くことがないので、形状記憶合金１７に電力を供給するために伸縮自在な通電線などを別に接続する必要がなく、また接続部が動かないので形状記憶合金１７の繰返しによる変形動作に対しても接続部への応力集中が起きることはなく、断線や接続不良などの不具合の発生も抑えられる。
【００２６】
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように金属プレスや絞り加工などの工法で作製された板金の接続端子１８を用いる場合には、接続端子１８と線状の形状記憶合金１７とははんだ付けや溶接などの一般的な接合手段で電気的・機械的に接続されるが、接続端子１８の駆動体９の係止部１６側に向かって形状記憶合金１７の変形や移動に合致したテーパ２５を設け、このテーパ２５に沿って線状の形状記憶合金１７を取り付けることにより、形状記憶合金１７の伸縮動作の際に固定部への応力集中を緩和させ信頼性を向上させることができる。
【００２７】
また、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように接続端子１８に円形断面２６を形成しこの円周上に沿って線状の形状記憶合金１７を巻きつけて固定する構造の接続端子１８も、切削などの工法により容易に作製が可能であり、上記と同様の効果を実現することができる。そして本発明によれば、細い線状の形状記憶合金１７を用いることが可能となるので自己発熱の際の熱容量を小さくすることができ、操作ボタン１の上下動の応答時間を短縮することができるため性能を向上させることができる。
【００２８】
さらに図６（ａ）、（ｂ）において、線状の形状記憶合金１７が電力を供給されて収縮し駆動体９を移動させたとき、線状の形状記憶合金１７の一部が当接するように熱伝導性の良い金属材料（銅、アルミ等）から構成された放熱部材２７を配置している。線状の形状記憶合金１７は、電力を供給されると自己発熱により温度上昇し、その結果として形状記憶効果を発現し収縮するが、元の形状に復帰する際にはこの温度を取り除く必要がある。従って、自然放熱により温度を下げる場合には、周囲の環境温度により復帰時間が左右されるという欠点がある。図６のような構成をとった場合、収縮後の形状記憶合金１７は熱容量の大きい放熱部材２７に接触し強制的に冷却されるので、復旧時間を短縮することが可能となる。ここで、この放熱部材２７との接触状態をより確実にするため、どちらか一方にシリコングリスなどのグリスを塗布しても良い。
【００２９】
また、放熱部材２７自体の温度を確実に制御するために、ペルチェ素子をプリント基板上に配置して積極的に放熱部材２７の温度を制御することも可能であり、こうすることにより周囲の環境温度に対する復帰時間はさらに短縮され、応答性はいっそう改良される。
【００３０】
また、図７は引張りコイルバネで形成された弾性部材２８を用いて、線状の形状記憶合金１７に常に引張り力を加えた構成を示している。こうすることにより、温度や組立て誤差またはガタなどの要因で形状記憶合金１７に緩みが発生した場合、形状記憶合金１７の収縮時に引張り力の駆動体９への伝達が遅れスイッチ装置の応答性が劣化するといった不具合を防止させることが可能となる。
【００３１】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について、図８、図９を用いて説明する。以降の説明においては、前述の説明で使用した部品には同じ番号を付与してその説明は省略する。
【００３２】
図８（ａ）はスイッチ装置の断面図であり、各スイッチ装置は図８（ｂ）に示すようにマトリックス状に複数個配列されている。このようにスイッチ装置が複数個配列された装置としては、コンピュータやワードプロセッサのキーボードや携帯電話の入力キーなどがある。このスイッチ装置には前述した操作ボタン１、リンク機構４、駆動体９とプッシュスイッチ１９を各々具備している。プリント基板１３上にはこれらのプッシュスイッチ１９がマトリックス状に配置されていて、それに対応する位置に前述の線状の形状記憶合金１７が複数個配置されている。このように多数のスイッチ装置を配置するような場合、本発明にかかわる構成によれば、各スイッチ装置を制御するために略Ｖ字状の線状の形状記憶合金１７を一枚のプリント基板１３上に配置すれば良いので、全体を簡潔に構成できるとともに、スイッチ装置全体の薄型化も可能となり実用上の効果が大である。
【００３３】
さらに図９は各線状の形状記憶合金１７の両端部の接続端子１８の片方は、隣り合ったスイッチ装置の接続端子１８の片方と共通に固定されていて電気的に共通端子２９となっている。このように複数個のスイッチ装置を配置する場合、各操作ボタン１に対応した形状記憶合金１７を作動させるために、形状記憶合金ごとに従来例のような通電部材を接続することは、構造が煩雑になると同時に工程が多くなり、スイッチ装置の安価な提供の障害となるとともに、信頼性を低下させる。本発明の構成によれば、隣り合うスイッチ装置の形状記憶合金１７への電力の供給は共通端子２９を通じて行うことができ、同時に回路部への配線は一枚のプリント基板１３上で行えるので、多数のスイッチ装置を制御する場合に、工数及び部品点数の削減が可能となると同時に装置の簡素化と信頼性の向上を図ることができる。
【００３４】
以上の説明において、形状記憶合金１７は略Ｖ字状に形成したが、この形状にこだわることなく要請にしたがってＵ字状あるいはへの字状のように配置しても良いことは勿論であるとともに、Ｖ字状の折り返しを複数回重ねることにより、発生力を大きくする構成にできることはいうまでもない。またプリント基板１３に接続する際に別部品として接続端子１８を用いたが、直接プリント基板１３に両端部を固定してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、線状の形状記憶合金の中間部をリンク機構の一端が支持されている駆動体に設けた係止部に保持させ、その両端部をプリント基板に固定保持させた構成のスイッチ装置とすることにより、線状の形状記憶合金の両端部はプリント基板上に固定されており、この線状の形状記憶合金が回路から供給される電力によって形状記憶効果を発現して変形することにより駆動体を動作させる際に、電気的接続部は固定されているので応力が発生せず、繰返し動作が頻繁に行われる場合にも疲労による損傷が発生することはなく信頼性の高いものとなる。また、通電線のような別部品が不要となるので装置は簡素化でき、通電線の取り付け作業などの工程も不要となるので低価格なスイッチ装置の供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるスイッチ装置の断面図
（ｂ）同図１（ａ）のＡ−Ａ’で切断した状態の上面図
（ｃ）同図１（ａ）のＢ−Ｂ’で切断した状態の下面図
【図２】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるスイッチ動作を説明するための断面図
【図３】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるリンク機構を説明するための断面図
【図４】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１における接続部の説明図
【図５】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態１における他の接続部の説明図
【図６】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１における放熱部材を設けた構成の説明図
【図７】本発明の実施の形態１における弾性部材を設けた構成の説明図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態２におけるスイッチ装置の断面図
（ｂ）同下面図
【図９】本発明の実施の形態２における共通端子を設けた構成の説明図
【図１０】従来の実施例の説明図
【符号の説明】
１ 操作ボタン
２、３ 溝部
４ リンク機構
５、６ 突起
９ 駆動体
１２ フレーム
１３ プリント基板
１４ 摺動溝
１５ 貫通孔
１６ 係止部
１７ 線状の形状記憶合金
１８ 接続端子
１９ プッシュスイッチ
２０ 突起
２１ 圧縮コイルバネ
２２ 上ケース
２３ つば部
２４ 下ケース
２５ テーパ
２６ 円形断面
２７ 放熱部材
２８ 弾性部材
２９ 共通端子
Claims (8)
- 操作ボタンと、この操作ボタンを上下に駆動するためのリンク機構と、プリント基板上に保持され前記操作ボタンの移動に対応して開閉するプッシュスイッチと、前記操作ボタンを上向きに常時付勢する圧縮コイルバネと、前記操作ボタンの上動を規制する上ケースと、この上ケースと嵌合してこれらの機構を収納する下ケースからなるスイッチ装置において、線状の形状記憶合金の中間部を前記リンク機構の一端が支持されている駆動体に設けた係止部に保持させ、その両端部をプリント基板に固定保持させたスイッチ装置。
- 線状の形状記憶合金の両端部に、駆動体に設けた係止部に向かって広がるテーパを形成した接続端子を備えた請求項１に記載のスイッチ装置。
- 線状の形状記憶合金の両端部を、円形断面をもつ接続端子に円弧状に巻きつけて保持した請求項１に記載のスイッチ装置。
- 線状の形状記憶合金の中間部とプリント基板に固定保持した両端部の一方との間に、前記形状記憶合金に弾性力を常時与える弾性部材を配置した請求項１に記載のスイッチ装置。
- 線状の形状記憶合金が駆動体を移動させた時、形状記憶合金の一部が当接するように放熱部材を設けた請求項１に記載のスイッチ装置。
- 線状の形状記憶合金が駆動体を移動させた時、形状記憶合金の一部が当接するように設けた放熱部材をペルチェ素子により温度制御するようにした請求項５に記載のスイッチ装置。
- 複数個の操作ボタンに対応させた複数個の線状の形状記憶合金をプリント基板に配置した請求項１に記載のスイッチ装置。
- 複数個の操作ボタンに対応させた複数個の線状の形状記憶合金をプリント基板に配置し、形状記憶合金の両端部の片方を他の形状記憶合金の両端部の片方と共通に接続した請求項７に記載のスイッチ装置。
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