JP5138247B2 - メンブレンスイッチ構造体 - Google Patents

Description

本発明は、メンブレンスイッチ構造体に関する。

医療機器又は産業用機器などの可動部が人体や周辺機器に接触したことを検出することができるセンサとして、メンブレンスイッチ構造体が用いられている。

特許文献１には、下部ライン電極（下部フィルム電極）と上部ライン電極（上部フィルム電極）とが部分的に絶縁スペーサを介して対向するメンブレンスイッチを含む構造体（メンブレンスイッチ構造体）が記載されている。下部ライン電極は硬い基体上に配置されており、上部ライン電極上には、スポンジが配置されている。２つのライン電極の間隙を狭くする方向に所定の大きさ以上の力がメンブレンスイッチ構造体に加えられると、絶縁スペーサ以外の場所で２つのライン電極が接触する。緩衝材として機能するスポンジがこれに加えられた力を多方向に分散させるので、メンブレンスイッチ構造体に加えられた荷重を方向に関係なく検出することができる。

特開２００５−２３５７２３号公報

特許文献１に記載されたメンブレンスイッチ構造体では、上部フィルム電極の外側面全域が緩衝材と接触している。そのため、振動によって上部フィルム電極が緩衝材に押圧されて変形しやすく、所定の大きさに満たない力が加えられたときにメンブレンスイッチがオンする誤作動が起こりやすい。また、緩衝材が経時に伴って変形することに起因した誤作動も起こりやすい。以上の点から、特許文献１のメンブレンスイッチ構造体は、軽荷重でメンブレンスイッチがオンしないように、緩衝材の厚み及び電極間距離などが調整されている必要がある。

ところが、メンブレンスイッチ構造体の用途によっては、軽荷重でメンブレンスイッチがオンすることが所望されることがあり、特許文献１の技術によっては、そのような要望に対応することができない。

そこで、本発明の目的は、経時に伴う緩衝材の変形又は振動に起因した誤動作が起こりにくいメンブレンスイッチ構造体を提供することである。

本発明のメンブレンスイッチ構造体は、医療機器又は産業用機器の可動部用センサとして用いられるメンブレンスイッチ構造体であって、硬質な基体と、前記基体上に配置された下部フィルム電極と、前記下部フィルム電極と対向する上部フィルム電極と、前記下部フィルム電極と前記上部フィルム電極との間に挟持されてこれらの間に間隙を形成する絶縁スペーサと、前記上部フィルム電極の外側面から離隔し且つこの外側面に面した対向面を有していると共に、前記上部フィルム電極と前記絶縁スペーサとが互いに対向する範囲内及び範囲外のいずれでも前記上部フィルム電極に接触していない緩衝材とを備えている。

本発明によると、上部フィルム電極の外側面に面した緩衝材の対向面が上部フィルム電極の外側面から離隔しているので、経時に伴う緩衝材の変形又は振動に起因した誤動作が起こりにくくなる。したがって、緩衝材の形状を調整することなどによって軽荷重でメンブレンスイッチをオンさせることが可能となる。

前記緩衝材が、前記基体に接触していてもよい。
別の観点において、本発明のメンブレンスイッチ構造体は、医療機器又は産業用機器の可動部用センサとして用いられるメンブレンスイッチ構造体であって、硬質な基体と、前記基体上に配置された下部フィルム電極と、前記下部フィルム電極と対向する上部フィルム電極と、前記下部フィルム電極と前記上部フィルム電極との間に挟持されてこれらの間に間隙を形成する絶縁スペーサと、前記上部フィルム電極の外側面から離隔し且つこの外側面に面した対向面を有していると共に、前記上部フィルム電極と前記絶縁スペーサとが互いに対向する範囲外では前記上部フィルム電極に接触していない緩衝材とを備えている。そして、前記緩衝材が、前記上部フィルム電極と前記絶縁スペーサとが互いに対向する範囲内で前記上部フィルム電極に接触している。これらによると、緩衝材が安定に支持されるので、さらに誤動作が起こりにくくなる。

前記上部フィルム電極において前記絶縁スペーサと接触していない領域が、前記絶縁スペーサと前記上部フィルム電極との接触個所から両側に延びていることが好ましい。これによって、メンブレンスイッチ構造体の検知範囲を広げることができる。

以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態にかかるメンブレンスイッチ構造体の部分分解斜視図である。図２は、図１に示すメンブレンスイッチ構造体の部分縦断面図である。図３は、図１の拡大詳細図である。メンブレンスイッチ構造体１は、Ｌ字形状の縦断面を有する取り付けフレーム２を含んでいる。取り付けフレーム２は、樹脂又は金属などの材料からなる硬質な基体であって、リング形状を有している。なお、変形例として、取り付けフレームは矩形状などの別の形状を有するものであってもよい。

取り付けフレーム２の外側には、Ｌ字形状の縦断面を有する緩衝材としての緩衝リング３が配置されている。緩衝リング３は、ウレタンフォームやスポンジなどの発泡体からなる。緩衝リング３の外側面には、緩衝リング３を変形させようとする外力が加えられる。取り付けフレーム２及び緩衝リング３は、これらの間に挟まれるようにその内周端付近と下端付近とにそれぞれ配置された緩衝材の一部としての発泡体スペーサ４、５と接触している。そのため、取り付けフレーム２と緩衝リング３とは互いに離隔しており、両者の間にはＬ字形状の間隙が形成されている。

取り付けフレーム２の上面には、リング状のメンブレンスイッチ１０が配置されている。メンブレンスイッチ１０は、取り付けフレーム２上に配置された下部フィルム電極１１と、下部フィルム電極１１と対向する上部フィルム電極１２とを含んでいる。下部フィルム電極１１及び上部フィルム電極１２は、いずれも、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるシート基材の片側全面（下部フィルム電極１１、上部フィルム電極１２のそれぞれ内側面）に導電体が印刷されたものであって、互いに同寸法のリング形状を有している。

下部フィルム電極１１と上部フィルム電極１２との間には、絶縁スペーサ１３が挟持されている。絶縁スペーサ１３は、リング状の主部１３ａと、取り付けフレーム２の径方向に延びた複数のリブ１３ｂとから構成されている。主部１３ａは、下部フィルム電極１１及び上部フィルム電極１２の径方向中央付近に配置されている。各リブ１３ｂは、下部フィルム電極１２の幅とほぼ同じ長さを有している。複数のリブ１３ｂは、主部１３ａに対して周方向に等間隔となるように接続されている。主部１３ａは下部フィルム電極１１及び上部フィルム電極１２に比べると幅が十分に狭く、主部１３ａの半径は、電極１１、１２の内周半径と外周半径との平均値とほぼ同じである。絶縁スペーサ１３から露出する下部フィルム電極１１は、互いに同じ寸法を有する、周方向に２列に配列された複数の矩形領域に区分されているように見える。下部フィルム電極１１と上部フィルム電極１２は、絶縁スペーサ１３が配置されていない領域において、絶縁スペーサ１３によって形成された間隙を介して互いに対向している。上部フィルム電極１２において絶縁スペーサ１３と接触していない領域は、これら両者の接触個所から径方向の両側に向かって延びている。

緩衝リング３に外力（主に緩衝リング３の上面への外力）が加えられていないとき、上部フィルム電極１２の外側面と面した緩衝リング３の上対向面３ａは、上部フィルム電極１２の外側面から離隔している。

取り付けフレーム２の外周面には、リング状のメンブレンスイッチ２０が配置されている。メンブレンスイッチ２０は、取り付けフレーム２上に配置された下部フィルム電極２１と、下部フィルム電極２１と対向する上部フィルム電極２２とを含んでいる。下部フィルム電極２１及び上部フィルム電極２２は、いずれも、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるシート基材の片側全面（下部フィルム電極２１及び上部フィルム電極２２のそれぞれ内周面）に導電体が印刷されたものであって、互いに同寸法のリング形状を有している。

下部フィルム電極２１と上部フィルム電極２２との間には、絶縁スペーサ２３が挟持されている。絶縁スペーサ２３は、リング状の主部２３ａと、取り付けフレーム２の軸方向に延びた複数のリブ２３ｂとから構成されている。主部２３ａは、下部フィルム電極２１の下端付近を全周に亘って覆っている。各リブ２３ｂは、下部フィルム電極２１の幅とほぼ同じ長さを有している。複数のリブ２３ｂは、主部２３ａに対して周方向に等間隔となるように接続されている。絶縁スペーサ２３から露出する下部フィルム電極２１は、互いに同じ寸法を有する、周方向に１列に配列された複数の矩形領域に区分されているように見える。下部フィルム電極２１と上部フィルム電極２２は、絶縁スペーサ２３が配置されていない領域において、絶縁スペーサ２３によって形成された間隙を介して互いに対向している。

緩衝リング３に外力（主に緩衝リング３の外周面への外力）が加えられていないとき、上部フィルム電極２２の外周面と面した緩衝リング３の側対向面３ｂは、上部フィルム電極２２の外側面から離隔している。

上記のような構造を有するメンブレンスイッチ構造体１において、緩衝リング３の上面に外力が加えられると、緩衝リング３の上対向面３ａが下方に向かって凸となるように変形する。そして、外力が所定値を超えたときに、緩衝リング３の上対向面３ａに押圧された上部フィルム電極１２が下部フィルム電極１１に近づくように変形し、上部フィルム電極１２と下部フィルム電極１１とが接触する。その結果、メンブレンスイッチ１０がオンとなり、メンブレンスイッチ構造体１に外力が加えられたことが検知される。同様に、緩衝リング３の外周面に所定値を超えた外力が加えられると、メンブレンスイッチ２０がオンとなり、メンブレンスイッチ構造体１に外力が加えられたことが検知される。

本実施の形態のメンブレンスイッチ構造体１では、上部フィルム電極１２、２２の外側面に面した緩衝リング３の上対向面３ａ、側対向面３ｂが上部フィルム電極１２、２２の外側面から離隔しているので、経時に伴う緩衝リング３の変形又は振動に起因してメンブレンスイッチ１０、２０がオンとなる誤動作が起こりにくくなる。なおかつ、緩衝リング３の形状、電極間距離、上部フィルム電極１２と緩衝リング３との距離などを調整することなどによって、局所的には、微小な荷重で緩衝リング３が大きく変形して上部フィルム電極１２を押圧するようにすることができる。したがって、軽荷重でメンブレンスイッチ１０、２０をオンさせることが可能となる。

また、本実施の形態では、上部フィルム電極１２において絶縁スペーサ１３と接触していない領域が、絶縁スペーサ１３と上部フィルム電極１２との接触個所から両側に延びているので、メンブレンスイッチ１０に関してメンブレンスイッチ構造体１の検知範囲を広げることができる。つまり、上部フィルム電極１２の幅方向両端が絶縁スペーサ１３によって拘束されていない自由端となっていることによって、上部フィルム電極１２が内周端付近でも大きく変形して下部フィルム電極１１と接触することが可能となるため、メンブレンスイッチ２０のように上部フィルム電極２２の下端が全周に亘って絶縁スペーサ２３によって拘束されている場合と比較して、検知範囲が広がっている。

さらに、緩衝リング３が発泡体スペーサ４、５を介して基体である取り付けフレーム２と接触して、取り付けフレーム２に支持されているので、緩衝リング３が安定に支持される。したがって、メンブレンスイッチ１０、２０の誤動作がさらに起こりにくくなっている。例えば、図４のように緩衝リング３の中央の開口を閉じる丸形又は四角形の保護板３０を取り付けた場合に、保護板３０を圧迫する外力が加えられたときであっても、比較的軽荷重でメンブレンスイッチ１０がオンする。一例として、このメンブレンスイッチ構造体１がＸ線検出装置に採用されたときには、軽荷重で動作する安全センサとなる。

次に、本実施の形態の一変形例のメンブレンスイッチ構造体について説明する。図５は、本変形例のメンブレンスイッチ構造体に係る図２に相当する部分縦断面図である。上述した実施の形態では緩衝リング３が発泡体スペーサ４、５を介して基体である取り付けフレーム２と接触しているのに対して、本変形例のメンブレンスイッチ構造体５１では、緩衝リング３が発泡体スペーサ４、５を介して上部フィルム電極６２、７２とそれぞれ接触している。以下、本変形例の詳細について説明する。

メンブレンスイッチ構造体５１は、２つのリング状のメンブレンスイッチ６０、７０を有している。メンブレンスイッチ６０は、取り付けフレーム２の上面に配置されている。メンブレンスイッチ１０は、取り付けフレーム２上に配置された下部フィルム電極６１と、下部フィルム電極６１と対向する上部フィルム電極６２とを含んでいる。

下部フィルム電極６１と上部フィルム電極６２との間には、絶縁スペーサ６３が挟持されている。絶縁スペーサ６３は、リング状の主部と、取り付けフレーム２の径方向に延びた複数のリブとから構成されている。主部は、下部フィルム電極６１の内周端付近を全周に亘って覆っている。各リブは、下部フィルム電極６２の幅とほぼ同じ長さを有している。複数のリブは、主部に対して周方向に等間隔となるように接続されている。絶縁スペーサ６３から露出する下部フィルム電極６１は、互いに同じ寸法を有する、周方向に１列に配列された複数の矩形領域に区分されているように見える。下部フィルム電極６１と上部フィルム電極６２は、絶縁スペーサ６３が配置されていない領域において、絶縁スペーサ６３によって形成された間隙を介して互いに対向している。

緩衝リング３に外力（主に緩衝リング３の上面への外力）が加えられていないとき、上部フィルム電極６２の外側面と面した緩衝リング３の上対向面３ａは、上部フィルム電極６２の外側面から離隔している。また、緩衝リング３は、発泡体スペーサ４を介して上部フィルム電極６２と接触している。発泡体スペーサ４と上部フィルム電極６２との接触個所は、上部フィルム電極６２と絶縁スペーサ６３とが互いに対向する範囲内にある。

メンブレンスイッチ７０は、取り付けフレーム２の外周面に配置されている。メンブレンスイッチ７０は、取り付けフレーム２上に配置された下部フィルム電極７１と、下部フィルム電極７１と対向する上部フィルム電極７２とを含んでいる。

下部フィルム電極７１と上部フィルム電極７２との間には、絶縁スペーサ７３が挟持されている。絶縁スペーサ７３は、リング状の主部と、取り付けフレーム２の軸方向に延びた複数のリブとから構成されている。主部は、下部フィルム電極７１の下端付近を全周に亘って覆っている。各リブは、下部フィルム電極７１の幅とほぼ同じ長さを有している。複数のリブは、主部に対して周方向に等間隔となるように接続されている。絶縁スペーサ７３から露出する下部フィルム電極７１は、互いに同じ寸法を有する、周方向に１列に配列された複数の矩形領域に区分されているように見える。下部フィルム電極７１と上部フィルム電極７２は、絶縁スペーサ７３が配置されていない領域において、絶縁スペーサ７３によって形成された間隙を介して互いに対向している。

緩衝リング３に外力（主に緩衝リング３の外周面への外力）が加えられていないとき、上部フィルム電極７２の外周面と面した緩衝リング３の側対向面３ｂは、上部フィルム電極７２の外側面から離隔している。また、緩衝リング３は、発泡体スペーサ５を介して上部フィルム電極７２と接触している。発泡体スペーサ５と上部フィルム電極７２との接触個所は、上部フィルム電極７２と絶縁スペーサ７３とが互いに対向する範囲内にある。

上記のような構造を有するメンブレンスイッチ構造体１において、緩衝リング３の上面に外力が加えられると、緩衝リング３の上対向面３ａが下方に向かって凸となるように変形する。そして、外力が所定値を超えたときに、緩衝リング３の上対向面３ａに押圧された上部フィルム電極６２が下部フィルム電極６１に近づくように変形し、上部フィルム電極６２と下部フィルム電極６１とが接触する。その結果、メンブレンスイッチ６０がオンとなり、メンブレンスイッチ構造体１に外力が加えられたことが検知される。同様に、緩衝リング３の外周面に所定値を超えた外力が加えられると、メンブレンスイッチ７０がオンとなり、メンブレンスイッチ構造体１に外力が加えられたことが検知される。

さらに、緩衝リング３が、発泡体スペーサ４、５を介して、上部フィルム電極６２、６３と絶縁スペーサ７２、７３とがそれぞれ互いに対向する範囲内で、上部フィルム電極６２、６３と接触しているので、緩衝リング３が安定に支持される。したがって、メンブレンスイッチ６０、７０の誤動作がさらに起こりにくくなっている。

なお、発泡体スペーサ４、５を介する緩衝リング３と上部フィルム電極６２、７２との接触個所が、上部フィルム電極６２と絶縁スペーサ６３とが互いに対向する範囲からわずかにはみ出したとしても、発泡体スペーサ４、５に押圧された上部フィルム電極６２、７２がほとんど変形しないのであれば、誤動作が起こることはほとんど無く、本発明はこのような場合を包含するものとする。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更を上述の実施の形態に施すことが可能である。例えば、より軽荷重でメンブレンスイッチをオンさせたい場合には、外力が印加されたときに上部フィルム電極を押圧するアクチュエータを取り付けてもよい。

上述した実施の形態では緩衝リング３が発泡体スペーサ４、５を介して取り付けフレーム２又は上部フィルム電極６２、７２と接触しているが、緩衝リング３が発泡体スペーサ４、５を介さずに、取り付けフレーム２又は上部フィルム電極６２、７２と直接接触するようにしてもよい。

メンブレンスイッチ構造体の形状は実施の形態のものに限らず、用途に合わせて適宜変更してよい。

本発明の一実施の形態にかかるメンブレンスイッチ構造体の部分分解斜視図である。 図１に示すメンブレンスイッチ構造体の部分縦断面図である。 図１の拡大詳細図である。 図１に示すメンブレンスイッチ構造体の中央の開口に、これを閉じる保護板を取り付けた様子を描いた断面図である。 変形例のメンブレンスイッチ構造体に係る、図２に相当する部分縦断面図である。

符号の説明

１ メンブレンスイッチ構造体
２ 取り付けフレーム
３ 緩衝リング
３ａ 上対向面
３ｂ 側対向面
４、５ 発泡体スペーサ
１０、２０ メンブレンスイッチ
１１、２１ 下部フィルム電極
１２、２２ 上部フィルム電極
１３、２３ 絶縁スペーサ
１３ａ、２３ａ 主部
１３ｂ、２３ｂ リブ

Claims (4)

1. 医療機器又は産業用機器の可動部用センサとして用いられるメンブレンスイッチ構造体であって、
   硬質な基体と、
   前記基体上に配置された下部フィルム電極と、
   前記下部フィルム電極と対向する上部フィルム電極と、
   前記下部フィルム電極と前記上部フィルム電極との間に挟持されてこれらの間に間隙を形成する絶縁スペーサと、
   前記上部フィルム電極の外側面から離隔し且つこの外側面に面した対向面を有していると共に、前記上部フィルム電極と前記絶縁スペーサとが互いに対向する範囲内及び範囲外のいずれでも前記上部フィルム電極に接触していない緩衝材とを備えていることを特徴とするメンブレンスイッチ構造体。
2. 前記緩衝材が、前記基体に接触していることを特徴とする請求項１に記載のメンブレンスイッチ構造体。
3. 医療機器又は産業用機器の可動部用センサとして用いられるメンブレンスイッチ構造体であって、
   硬質な基体と、
   前記基体上に配置された下部フィルム電極と、
   前記下部フィルム電極と対向する上部フィルム電極と、
   前記下部フィルム電極と前記上部フィルム電極との間に挟持されてこれらの間に間隙を形成する絶縁スペーサと、
   前記上部フィルム電極の外側面から離隔し且つこの外側面に面した対向面を有していると共に、前記上部フィルム電極と前記絶縁スペーサとが互いに対向する範囲外では前記上部フィルム電極に接触していない緩衝材とを備えており、
   前記緩衝材が、前記上部フィルム電極と前記絶縁スペーサとが互いに対向する範囲内で前記上部フィルム電極に接触していることを特徴とするメンブレンスイッチ構造体。
4. 前記上部フィルム電極において前記絶縁スペーサと接触していない領域が、前記絶縁スペーサと前記上部フィルム電極との接触個所から両側に延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のメンブレンスイッチ構造体。

Images