JP5772204B2 - ドーム状ばね及びスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、ドーム状ばね及びスイッチに関する。

従来、携帯電話機等の電子機器の操作部に、クリックアクション付きの押釦スイッチを用いる構成が知られている。クリックアクション付きの押釦スイッチは、押下入力時にクリック感を操作者に与えることができる。クリックアクション付きの押釦スイッチは、ドーム状ばね（ドーム状接点ばね）を備える。

また、球面でドーム形状のドーム状ばねよりも小型で良好なクリック感が得られる非球面でドーム形状のドーム状ばね及びこれを用いたスイッチが知られている（特許文献１参照）。ここで、図１５及び図１６を参照して、従来の非球面のドーム状ばね及びスイッチを説明する。図１５に、従来のスイッチ１００の断面構成を示す。図１６に、従来のドーム状ばね２１の外周エッジ部２１ｃと固定接点４との接触を示す。

図１５に示すように、スイッチ１００は、ドーム状ばね２１と、基板３と、固定接点４，５，６と、を備える。ドーム状ばね２１は、全面が非球面でドーム形状の金属導体からなる接点用のばねである。ドーム状ばね２１を上面から見た平面において円形をしており、この円形の中心を可動接点２１ａとする。図１５に、ドーム状ばね２１における可動接点２１ａを通る断面が示されている。

基板３は、ドーム状ばね２１が載置される基板である。基板３には、固定接点４，５，６が設けられている。固定接点４，５，６は、金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４，５は、ドーム状ばね２１を常時支持している。固定接点６は、ドーム状ばね２１の可動接点２１ａに対応する位置に設けられている。

ドーム状ばね２１の可動接点２１ａに垂直上方からの操作者の押下で動作荷重Ｆが加えられることにより、ドーム状ばね２１が変形する。そして、さらに動作荷重Ｆが加えられると、座屈によるクリックアクションが発生して、可動接点２１ａが固定接点６に接する。このようにして、固定接点４，５が、ドーム状ばね２１を介して固定接点６に導通される。そして、操作者の押下解除で動作荷重Ｆが０にされると、ドーム状ばね２１も元の形状に戻る。このようなドーム状ばね２１の押下及びその解除の繰り返し動作中に、図１６に示すように、ドーム状ばね２１の外周エッジ部２１ｃと固定接点４との接触位置は、動径方向（図１６の左右方向）に反復して変位する。この繰り返し動作時において、外周エッジ部２１ｃにおけるドーム状ばね２１と基板３との間の角度を角度θ２とする。

ドーム状ばね２１は、動作荷重Ｆが加わっていない断面における中立面が、次式（１）の６次の偶関数の非球面方程式で表される形状である。
ｆ（ρ）＝ｂ_１・ρ^６＋ｂ_２・ρ^４＋ｂ_３・ρ^２＋ｈ …（１）
但し、ρ：ドーム状ばねの平面の中心からの動径、ｂ_１，ｂ_２，ｂ_３：係数、ｈ：ドーム状ばねの平面の中心における載置面（基板）からの高さ、ｆ（ρ）：ドーム状ばねの動径ρにおける載置面（基板）からの高さ、である。

ドーム状ばね２１の載置面（基板３の表面）において、ドーム状ばね２１の平面の中心を通るドーム状ばね２１の外周エッジ部２１ｃと載置面との接触位置として、対向する２つの接触位置間の長さを外径Ｄａとする。また、式（１）において、外径Ｄａとドーム状ばね２１の平面の中心との間に変曲点Ｐａ１が存在する。ドーム状ばね２１の載置面（基板３）において、ドーム状ばね２１の平面の中心を通る変曲点Ｐａ１間の長さを直径Ｄａ１とする。

外径Ｄａに対応して、ドーム状ばね２１の外周エッジ部２１ｃにおけるドーム状ばね２１の中立面と、基板３（固定接点４，５）の表面（ドーム状ばね２１の載置面）と、の間の角度を角度γ１とする。直径Ｄａ１に対応して、変曲点Ｐａ１におけるドーム状ばね２１の中立面と、基板３の表面（ドーム状ばね２１の載置面）と、の間の角度を角度β１とする。ドーム状ばね２１は、次式（２）を満たす。
β１＜γ１ …（２）

式（１）、（２）は、ドーム状ばねにおいて座屈が発生する条件式である。上記のように、ドーム状ばね２１は、式（１）、（２）の条件を満たす形状を有するので、球面でドーム形状のドーム状ばねよりも、小型化できるとともに、座屈によるクリックアクションを確実に起こすことができる。なお、式（１）は、８次以上の偶関数としてもよい。

特開２０１１−３４９２７号公報

しかし、図１６に示すように、従来のドーム状ばね２１の外周エッジ部２１ｃが固定接点４により支持されるため、固定接点４における接触圧が高い。よって、ドーム状ばね２１の押下及び解除の繰り返し動作により、外周エッジ部２１ｃが左右に変位して、外周エッジ部２１ｃ及び固定接点４が磨耗される。例えば、ドーム状ばね２１がＳＵＳ（Steel Use Stainless）からなり、固定接点４が銅箔からなる物とすると、ドーム状ばね２１に比べて固定接点４が柔らかく、固定接点４が大きく磨耗される。固定接点５でも同様である。この磨耗により、ドーム状ばね２１押下時の固定接点４，５と固定接点６との導通不良が起こるおそれがあった。

本発明の課題は、ドーム状ばねを小型化し、クリックアクションを確実に得るとともに、ドーム状ばねの押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばねの外周エッジ部と固定接点との磨耗を低減することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明のドーム状ばねは、
第１の固定接点を有する基板に設けられ、外周エッジ部が前記第１の固定接点に常時接触されるドーム状ばねであって、
少なくとも一部の中立面が、８次以上の偶関数で表される形状を有し、
前記外周エッジ部から中心方向への２番目の位置の変曲点である第２の変曲点における前記基板及び前記中立面の間の角度αと、前記外周エッジ部から中心方向への１番目の位置の変曲点である第１の変曲点における前記基板及び前記中立面の間の角度βと、前記外周エッジ部における前記基板及び前記中立面の間の角度γとが、α＜β且つβ＞γを満たすよう前記８次以上の偶関数の係数が決定されている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のドーム状ばねにおいて、
前記ドーム状ばねの一部がカットされた形状を有する。

請求項３に記載の発明のスイッチは、
請求項１又は２に記載のドーム状ばねと、
前記第１の固定接点と、
前記ドーム状ばねの座屈時に可動接点が接触される第２の固定接点と、
前記第１の固定接点及び前記第２の固定接点が設けられた前記基板と、を備え、
前記ドーム状ばねは、導体であり、
押下により座屈された前記ドーム状ばねを介して、前記第１の固定接点と前記第２の固定接点とが電気的に導通されるスイッチ。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のスイッチにおいて、
前記ドーム状ばねを前記基板上の所定位置に固定する固定部又はばね押えシートを備える。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のスイッチにおいて、
押下入力を受け付けて前記ドーム状ばねに動作荷重を伝える操作ボタンを備える。

本発明によれば、ドーム状ばねを小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができるとともに、ドーム状ばねの押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばねの外周エッジ部と固定接点との磨耗を低減できる。

本発明の実施の形態のスイッチを示す断面図である。 実施の形態のドーム状ばねの平面図である。 実施の形態のドーム状ばねの動径に対する高さを示す図である。 実施の形態のドーム状ばねの形状を示す図である。 （ａ）は、実施の形態の一例のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、実施の形態の一例のドーム状ばねの断面図である。 実施の形態の一例のドーム状ばねの動作荷重変位特性を示す図である。 実施の形態の一例のドーム状ばねの外周エッジ部と固定接点との接触を示す図である。 第１の変形例のスイッチの断面図である。 （ａ）は、第２の変形例の第１のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第２の変形例の第１のドーム状ばねの断面図である。 （ａ）は、第２の変形例の第２のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第２の変形例の第２のドーム状ばねの側面図である。 （ａ）は、第２の変形例の第３のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第２の変形例の第３のドーム状ばねの断面図である。 第１の実施例のスイッチの断面図である。 第２の実施例のスイッチの断面図である。 別の変形例のスイッチの断面図である。 従来のスイッチの断面図である。 従来のドーム状ばねの外周エッジ部と固定接点との接触を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態、第１及び第２の変形例、並びに実施例１，２を順に詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。

（実施の形態）
図１〜図７を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図１及び図２を参照して、本実施の形態のスイッチ１の装置構成を説明する。図１に、スイッチ１の断面構成を示す。図２に、ドーム状ばね２の平面構成を示す。図１は、図２のI−I線におけるドーム状ばね２の断面を含むスイッチ１の断面図である。

本実施の形態のスイッチ１は、例えば、電子機器用の操作部に用いられるスイッチである。当該電子機器は、押下操作入力を行う操作部を備える電子機器であり、例えば、携帯電話機、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、スマートフォン、ゲーム機等の携帯機器である。

図１に示すように、スイッチ１は、ドーム状ばね２と、基板３と、固定接点４，５，６と、を備える。ドーム状ばね２は、全面が非球面であるドーム形状の金属導体からなる接点用のばねである。ドーム状ばね２の材料は、ＳＵＳ３０１（ばね用ステンレス鋼帯）等のステンレス、ベリリウム銅、ばね用りん青銅等の金属導体である。しかしこれらの材料に限定されるものではなく、一般的にばね用途として用いられる材料であればよい。

また、図２に示すように、ドーム状ばね２は、図１の上方から見た平面形状が円形である。ドーム状ばね２の平面の中心点を可動接点２ａとする。また、ドーム状ばね２の断面の中立面を中立面２ｂとする。中立面とは、圧縮側と引張側との境目にあり伸びも縮みもしない断面である。ドーム状ばね２では、中立面２ｂが、非球面形状である。ドーム状ばね２の非球面形状については、詳細に後述する。また、ドーム状ばね２は、操作者の押下方向と逆方向に凸形状を有する。

基板３は、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。基板３には、ドーム状ばね２が載置されている。基板３には、固定接点４，５，６が設けられている。固定接点４，５，６は、銅箔等の金属導体からなる電気的な固定された接点である。固定接点４，５は、ドーム状ばね２の外周エッジ部を常時接触して支持している。固定接点６は、ドーム状ばね２の可動接点２ａに対応する位置に設けられている。固定接点６は、ドーム状ばね２が操作者に押下されていない（動作荷重Ｆがない）状態でドーム状ばね２に接触されていない。また、基板３、固定接点４，５，６の表面は、凹凸のない平面である。

次いで、図３及び図４を参照して、ドーム状ばね２の非球面形状を説明する。図３に、ドーム状ばね２の動径ρに対する高さを示す。図４に、ドーム状ばね２の形状を示す。

図３及び図４に示すように、ドーム状ばね２は、非球面形状を有するように設計される。図３におけるドーム状ばね２の高さは、載置面（基板３の表面）からドーム状ばね２の下側の面までの垂直方向の長さである。ドーム状ばね２の平面（載置面（基板３の表面））上におけるドーム状ばね２の平面の中心に対応する点から、ドーム状ばね２の外周エッジ部と基板３との接触点までを半径とする円の直径を外径Ｄとする。ドーム状ばね２の平面上におけるドーム状ばね２の平面の中心に対応する点からの動径を動径ρとする。つまり、外径Ｄに対応する動径ρはＤ／２である。また、ドーム状ばね２の中心点に対応するドーム状ばね２の高さを、高さｈとする。

ドーム状ばね２は、上側の面、中立面及び下側の面に同様の非球面形状を有する。少なくとも、ドーム状ばね２の中立面が下記非球面形状であればよい。このため、ドーム状ばね２の下側の面の形状を、ドーム状ばね２の中立面の形状と見なして以下説明する。

ドーム状ばね２の中立面の非球面形状は、次式（３）の８次の偶関数の非球面方程式で表される形状である。
ｆ（ρ）＝ａ_１・ρ^８＋ａ_２・ρ^６＋ａ_３・ρ^４＋ａ_４・ρ^２＋ｈ …（３）
但し、ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４は、係数である。

また、図４に示すように、式（３）から算出される、ドーム状ばね２の外周エッジ部よりも内側で中心方向に１番目の位置にある変曲点を変曲点Ｐ１とし、外周エッジ部よりも内側で中心方向に２番目の位置にある変曲点を変曲点Ｐ２とする。載置面（基板３の表面）上におけるドーム状ばね２の平面の中心に対応する点から、変曲点Ｐ１に対応する点の円の直径を直径Ｄ１とする。載置面（基板３の表面）上におけるドーム状ばね２の平面の中心に対応する点から、変曲点Ｐ２に対応する点の円の直径を直径Ｄ２とする。

外径Ｄに対応して、ドーム状ばね２の外周エッジ部におけるドーム状ばね２の中立面と、基板３の表面（ドーム状ばね２の載置面）と、の間の角度を角度γとする。直径Ｄ１に対応して、変曲点Ｐ１におけるドーム状ばね２の中立面と、基板３の表面（ドーム状ばね２の載置面）と、の間の角度を角度βとする。直径Ｄ２に対応して、変曲点Ｐ２におけるドーム状ばね２の中立面と、基板３（固定接点４，５）の表面（ドーム状ばね２の載置面）と、の間の角度を角度αとする。

ドーム状ばね２において、次式（４）、（５）を満たすことが必要である。
α＜β …（４）
β＞γ …（５）
式（３）において、式（４）、（５）を満たす係数ａ _１，ａ _２，ａ _３，ａ _４が決定される。

式（３）に８次の偶関数を用いたのは、動径ρ＝０（ドーム状ばね２の平面の中心に対応する点）と、動径ρ＝Ｄ／２（ドーム状ばね２の平面の中心に対応する点）との間に、２つの変曲点を得るためである。動径ρ＝０，Ｄ／２以外の２つの変曲点が、変曲点Ｐ１，Ｐ２である。

式（３）における式（４）、（５）の条件は、ドーム状ばね２に座屈が発生することと、ドーム状ばね２の押下及びその解除の繰り返し動作において固定接点４，５に接触するドーム状ばね２の外周エッジ部の動径方向の変位を低減することと、の条件である。式（３）、（４）、（５）を満たすように、ドーム状ばね２が設計される。

式（３）では、ドーム状ばね２の中立面２ｂの非球面形状を８次の偶関数で表したが、１０次以上の偶関数としてもよい。例えば、次式（６）に１０次の偶関数を示す。
ｆ（ρ）＝ａ_１・ρ^１０＋ａ_２・ρ^８＋ａ_３・ρ^６＋ａ_４・ρ^４＋ａ_５・ρ^２＋ｈ …（６）
つまり、本実施の形態のドーム状ばね２の非球面形状は、まとめて次式（７）で表される。
ｆ（ρ）＝ａ_１・ρ^ｎ＋ａ_２・ρ^ｎ−２＋ａ_３・ρ^ｎ−４＋…＋ａ_ｎ／２・ρ^２＋ｈ …（７）
但し、ｎ：８以上の任意の偶数、ａ_１〜ａ_ｎ／２：係数、である。

ドーム状ばね２を設計する場合に、式（７）の次数ｎを高くするほど、非球面形状を理想的な形状に設定できるが、計算量も多くなる。このため、８次等の適切な次数の非球面方程式でドーム状ばね２を設計するのが好ましい。

次に、図５〜図７を参照して、ドーム状ばね２の一例における動作を説明する。図５（ａ）に、本実施の形態の一例としてのドーム状ばね２Ａの平面構成を示す。図５（ｂ）に、ドーム状ばね２Ａの断面構成を示す。

図５（ａ），（ｂ）に示すドーム状ばね２Ａは、式（３）、（４）、（５）を用いて設計されたドーム状ばね２の一例である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のドーム状ばね２ＡのV−V線での断面図である。

ドーム状ばね２Ａの平面上の外径を長さＬ１とし、断面における基板からのドーム状ばね２Ａの上面までの高さを長さＬ２とする。ドーム状ばね２Ａの平面の中心を可動接点２Ａａとする。ドーム状ばね２Ａの平面上の外周のエッジ部を外周エッジ部２Ａｃとする。

図６に、ドーム状ばね２Ａの動作荷重変位特性を示す。図６において、ドーム状ばね２Ａの基板３に対する垂直方向の可動接点２Ａａの変位［ｍｍ］に対する動作荷重Ｆ［ｇｆ］の曲線が実線で表されている。図６は、一例として、Ｌ１＝４［ｍｍ］、Ｌ２＝０．１９［ｍｍ］とした場合のドーム状ばね２Ａの特性を示している。

ドーム状ばね２Ａを備えるスイッチにおいて、ドーム状ばね２Ａの中心の可動接点２Ａａを操作者が上から動作荷重Ｆで押下した場合を考える。可動接点２Ａａに力を加えない初期状態での動作荷重及び変位を０とする。

スイッチの初期状態において、ドーム状ばね２Ａに動作荷重Ｆを与える場合に、先ず、操作者が可動接点２Ａａの押下により動作荷重Ｆを増加開始する。図６に示すように、動作荷重Ｆは、変位が０から変位量ＳＴ１までほぼ比例して増加される。そして、変位量ＳＴ１に対応する動作荷重Ｆ１でドーム状ばね２Ａが座屈を起こす。すると、ドーム状ばね２Ａの可動接点２Ａａを含む中央部分が反転し、動作荷重Ｆ１よりも小さな動作荷重で可動接点２Ａａが変位する。その後、可動接点２Ａａが変位量ＳＴ２に至るまで、動作荷重は減少し続ける。変位量ＳＴ２でドーム状ばね２Ａの可動接点２Ａａが固定接点６に接し、ドーム状ばね２Ａを介して固定接点４，５と固定接点６とが電気的に導通する。可動接点２Ａａが固定接点６に接する変位量は、変位量ＳＴ１と変位量ＳＴ２との間にとってもよい。そして、操作者が可動接点２Ａａへの押下を解除し、動作荷重Ｆがなくなれば、ドーム状ばね２Ａは初期状態に復帰する。

図７に、ドーム状ばね２Ａの外周エッジ部２Ａｃと固定接点４との接触を示す。上記のドーム状ばね２Ａの押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばね２Ａの外周エッジ部２Ａｃは、固定接点４と接触しつつ左右に変位（反復）される。この繰り返し動作において、外周エッジ部２Ａｃでのドーム状ばね２Ａと基板３（固定接点４）との間の角度を角度θ１とする。ドーム状ばね２Ａの押下により、固定接点４と外周エッジ部２Ａｃとの接触部分において、固定接点４は、ドーム状ばね２Ａから力を受ける。

固定接点４がドーム状ばね２から受ける力のベクトル分解により、垂直方向の力Ｆ３と、動径方向（接触方向）の力Ｆ４＝Ｆ３・ｔａｎ（θ１）と、が得られる。ドーム状ばね２Ａは、角度γが小さくなるよう設計されているので、角度θ１を減少させることで、動径方向の力Ｆ４を減少することができる。ドーム状ばね２Ａの押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばね２Ａの外周エッジ部２Ａｃと固定接点４との角度を平行に近づけ、外周エッジ部２Ａｃと固定接点４との接触を面接触に近づけるので、動径方向の力Ｆ４を減少することで、外周エッジ部２Ａｃの動径方向の変位を低減でき、外周エッジ部２Ａｃと固定接点４との磨耗を低減して防止できる。ドーム状ばね２Ａの外周エッジ部２Ａｃと固定接点５との接触についても同様である。

以上、本実施の形態によれば、スイッチ１は、固定接点４，５を有する基板３に設けられ、外周エッジ部が固定接点４，５に常時接触されるドーム状ばね２を備え、中立面２ｂが、式（３）、（６）又は（７）の８次以上の偶関数で表される形状を有する。変曲点Ｐ２における基板３及び中立面２ｂの間の角度αと、変曲点Ｐ１における基板３及び中立面２ｂの間の角度βと、外周エッジ部における基板３及び中立面２ｂの間の角度γとが、式（４）、（５）の条件を満たす。このため、ドーム状ばね２及びスイッチ１を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができるとともに、ドーム状ばね２の押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばね２の外周エッジ部と固定接点４，５との磨耗を低減できる。

（第１の変形例）
図８を参照して、上記実施の形態の第１の変形例を説明する。図８に、本変形例のスイッチ１０の断面構成を示す。

上記実施の形態のスイッチ１は、操作者の押下方向と逆方向に凸形状を有するドーム状ばね２を備える構成であった。これに対し、本変形例のスイッチ１０は、操作者の押下方向と同じ方向に凸形状を有するドーム状ばね２の一例としてのドーム状ばね２Ｂを備える構成である。

図８に示すように、スイッチ１０は、ドーム状ばね２Ｂと、基板３Ａ，３Ｂと、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａと、を備える。ドーム状ばね２Ｂは、中立面がドーム状ばね２と同様の非球面形状であるドーム形状のＳＵＳ等の金属導体からなる接点用のばねである。また、ドーム状ばね２Ｂは、平面形状が円形である。ドーム状ばね２Ｂの平面の中心点を可動接点２Ｂａとする。

基板３Ａ，３Ｂは、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。基板３Ａは、ドーム状ばね２Ｂの上方に設けられ、ドーム状ばね２Ｂに載置される基板である。基板３Ｂは、ドーム状ばね２Ｂの下方に設けられ、ドーム状ばね２Ｂが載置される基板である。基板３Ａには、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａが設けられている。固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａは、銅箔等の金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４Ａ，５Ａは、ドーム状ばね２Ｂの外周エッジ部に常時接触されている。固定接点６Ａは、ドーム状ばね２Ｂの可動接点２Ｂａに対応する位置に設けられている。固定接点６Ａは、ドーム状ばね２Ｂが押下されていない状態で、ドーム状ばね２Ｂに接触されていない。基板３Ｂは、ドーム状ばね２Ｂが押下されていない状態で、可動接点２Ｂａに接触されている。

スイッチ１０についても、スイッチ１と同様に、動作荷重Ｆがない初期状態において、ドーム状ばね２Ｂの押下により、動作荷重Ｆを可動接点２Ｂａに加えて増加していくと、ある変位でドーム状ばね２Ｂが座屈を起こして中央部分が反転してクリックアクションが発生し、可動接点２Ｂａが固定接点６Ａに接触される。そして、ドーム状ばね２Ｂの押下の解除により、動作荷重Ｆがなくなれば、ドーム状ばね２Ｂは初期状態に復帰する。

以上、本変形例によれば、スイッチ１０は、ドーム状ばね２Ｂを備え、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２Ｂにより、ドーム状ばね２Ｂ及びスイッチ１０を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができるとともに、ドーム状ばね２Ｂの押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばね２Ｂの外周エッジ部と固定接点４Ａ，５Ａとの磨耗を低減できる。

また、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａが基板３Ａに設けられている。このため、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａをドーム状ばね２の上方（押下元側）に設けることができる。

（第２の変形例）
図９〜図１１を参照して、上記実施の形態の第２の変形例を説明する。図９（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｃの平面構成を示す。図９（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｃの断面構成を示す。図１０（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｄの平面構成を示す。図１０（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｄの側面構成を示す。図１１（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｅの平面構成を示す。図１１（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｅの断面構成を示す。

上記実施の形態のスイッチ１は、平面形状が円形のドーム状ばね２を備える構成であった。これに対し、本変形例のスイッチは、ドーム状ばね２に代えて、ドーム状ばね２の一部がカットされたドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅを備える構成である。

図９（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｃは、平面において、ドーム形状の上下の一部がカットされた俵型のドーム形状を有する。図９（ｂ）は、図９（ａ）のドーム状ばね２ＣのIX−IX線における断面図である。ドーム状ばね２Ｃは、ドーム状ばね２の上下の端部をカットすることにより製造される。このため、ドーム状ばね２Ｃは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。但し、ドーム状ばね２Ｃにおいて、カットされていない端部のうち、中心の可動接点２Ｃａを挟んで対向する２つの外周エッジ部２Ｃ１，２Ｃ２が、基板３の固定接点４，５に接触される。

図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｄは、平面において、ドーム形状の４つの端部がカットされた十字型のドーム形状を有する。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のドーム状ばね２Ｄの側面図である。ドーム状ばね２Ｄは、ドーム状ばね２の４つの端部をカットすることにより製造される。このため、ドーム状ばね２Ｄは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。但し、ドーム状ばね２Ｄにおいて、カットされていない端部のうち、平面の中心の可動接点２Ｄａを挟んで対向する２つの外周エッジ部２Ｄ１，２Ｄ２、又は外周エッジ部２Ｄ３，２Ｄ４が、基板３の固定接点４，５に接触される。

図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｅは、平面において、ドーム形状の中央部がカットされた穴あき型のドーム形状を有する。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のドーム状ばね２ＥのXI−XI線における断面図である。ドーム状ばね２Ｅは、ドーム状ばね２の中心部を円形にカットすることにより製造される。ドーム状ばね２Ｅの穴側の端部を可動接点２Ｅａとする。このため、ドーム状ばね２Ｅは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。ドーム状ばね２Ｅにおいて、ドーム状ばね２と同様に、中心の可動接点２Ｅａを挟んで対向する任意の２つの外周エッジ部が、基板３の固定接点４，５に接触される。固定接点６は、ドーム状ばね２Ｅの座屈時に可動接点２Ｅａに接触されるように形成及び配置される。

以上、本変形例によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅにより、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ及びスイッチを小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができるとともに、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの外周エッジ部と固定接点との磨耗を低減できる。

また、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅは、一部がカットされている。このため、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの材料を少なくすることができ、ドーム状ばね及びスイッチの軽量化を実現できる。

図１２を参照して、上記実施の形態のスイッチ１の第１の実施例としてのスイッチ３０を説明する。図１２に、本実施例のスイッチ３０の断面構成を示す。

スイッチ３０は、携帯機器等の操作部等に設けられる押釦スイッチである。スイッチ３０は、ドーム状ばね２と、基板３Ｃと、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃと、操作ボタン７と、スイッチケース８と、を備える。基板３Ｃ、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃは、順に、基板３、固定接点４，５，６に対応する。以下、実施の形態と同じ部材には、同じ符号を付してその説明を省略する。

基板３Ｃは、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。基板３Ｃは、ドーム状ばね２に接続される固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃが載置されている。固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃは、銅箔等の金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４Ｃ，５Ｃは、ドーム状ばね２の外周エッジ部に常時接触されている。固定接点６Ｃは、ドーム状ばね２の可動接点２ａに対応する位置に設けられている。固定接点６Ｃは、ドーム状ばね２が押下されていない状態で、ドーム状ばね２に接触されていない。

操作ボタン７は、ＡＢＳ樹脂等の樹脂等からなり、操作者の押下入力を受け付ける操作ボタンである。操作ボタン７は、ドーム状ばね２の上方に接触されており、操作者の押下入力を受け付け、この押下入力に応じてスイッチケース８に沿って上下に移動し、当該押下入力に対応する動作荷重Ｆをドーム状ばね２に伝える。スイッチケース８は、プラスチック等の樹脂等からなるケースである。スイッチケース８は、ドーム状ばね２、基板３Ｃ、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ、操作ボタン７を覆うとともに、操作ボタン７の一部を露出させる。また、スイッチケース８は、操作ボタン７を上下方向にガイドする。

また、スイッチケース８は、固定部８ａを有する。固定部８ａは、基板３Ｃ上における上面から見たドーム状ばね２の平面の位置を固定している。この位置は、ドーム状ばね２が固定接点４Ｃ，５Ｃに接触し、且つドーム状ばね２の可動接点２ａが座屈時に固定接点６Ｃに接触する位置である。この位置でドーム状ばね２は、操作ボタン７の押下及びその解除により、外周エッジ部が固定接点４Ｃ，５Ｃに接触したまま左右に変位する。

以上、本実施例によれば、スイッチ３０は、ドーム状ばね２を備え、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２により、ドーム状ばね２及びスイッチ３０を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができるとともに、ドーム状ばね２の押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばね２の外周エッジ部と固定接点４Ｃ，５Ｃとの磨耗を低減できる。また、スイッチ３０は、操作ボタン７を備える。このため、操作ボタン７により、操作者に押下入力の操作を容易に行わせることができる。

また、スイッチ３０は、固定部８ａを有するスイッチケース８を備える。このため、固定部８ａにより、ドーム状ばね２を、固定接点４Ｃ，５Ｃに常時接触させ、座屈時に固定接点６Ｃに接触させる位置に確実に配置することができる。

図１３を参照して、上記実施の形態のスイッチ１の第２の実施例としてのスイッチ４０を説明する。図１３に、本実施例のスイッチ４０の断面構成を示す。

スイッチ４０は、携帯機器等の操作部等に設けられる押釦スイッチである。スイッチ４０は、ドーム状ばね２と、基板３と、固定接点４，５，６と、ばね押えシート９と、を備える。

ばね押えシート９は、ポリエステルフィルム等の絶縁性のシートである。ばね押えシート９は、ドーム状ばね２及び基板３の上面に貼り付けられている。ばね押えシート９は、基板３上における上面から見たドーム状ばね２の平面の位置を固定している。この位置は、ドーム状ばね２が固定接点４，５に接触し、且つドーム状ばね２の可動接点２ａが座屈時に固定接点６に接触する位置である。ばね押えシート９により固定された位置でドーム状ばね２は、その押下及びその解除により、外周エッジ部が固定接点４，５に接触したまま左右に変位する。

以上、本実施例２によれば、スイッチ４０は、ドーム状ばね２を備え、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２により、ドーム状ばね２及びスイッチ４０を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができるとともに、ドーム状ばね２の押下及びその解除の繰り返し動作において、ドーム状ばね２の外周エッジ部と固定接点４，５との磨耗を低減できる。

また、スイッチ４０は、ばね押えシート９を備える。このため、ばね押えシート９により、ドーム状ばね２を固定接点４，５に常時接触させ、座屈時に固定接点６に接触させる位置に確実に配置することができる。さらに、ばね押えシート９により、スイッチ４０を実施例１のスイッチ３０よりも高さを低くしてより小型化できる。

なお、上記実施の形態、各変形例及び各実施例における記述は、本発明に係るドーム状ばね及びスイッチの一例であり、これに限定されるものではない。

図１４に、上記実施の形態の別の変形例としてのスイッチ５０の断面構成を示す。図１４に示すように、スイッチ５０は、ドーム状ばね２Ｆと、基板３Ｄと、固定接点４Ｄ，５Ｄ，６Ｄと、を備える。

ドーム状ばね２Ｆは、従来技術で説明した図１５に示すドーム状ばね２１と同様のドーム状ばねである。つまり、ドーム状ばね２Ｆは、中立面が式（１）、（２）を満たす形状を有し、ＳＵＳ等の金属導体からなる。ドーム状ばね２Ｆの平面の中心を可動接点２Ｆａとする。

基板３Ｄは、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。基板３Ｄには、固定接点４Ｄ，５Ｄ，６Ｄが設けられている。固定接点４Ｄ，５Ｄ，６Ｄは、銅箔等の金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４Ｄ，５Ｄは、ドーム状ばね２Ｆの外周エッジ部に常時接触されている。固定接点６Ｄは、ドーム状ばね２Ｆの可動接点２Ｆａに対応する位置に設けられている。固定接点６Ｄは、ドーム状ばね２Ｆが押下されていない状態で、ドーム状ばね２Ｆに接触されていない。また、基板３における固定接点４Ｄ，５Ｄ，６Ｄを除く表面を表面３Ｄａとする。表面３Ｄａは、凹凸のない平面である。

固定接点４Ｄ，５Ｄ，６Ｄは、表面３Ｄａに対して、上面が突き出た位置に配置されている。固定接点４Ｄ，５Ｄの表面を、表面４Ｄａ，５Ｄａとする。表面４Ｄａ，５Ｄａは、表面３Ｄａに対して、角度δ（δ＜γ１）の傾斜を有するものとする。

スイッチ５０は、ドーム状ばね２Ｆを備え、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２Ｆにより、ドーム状ばね２Ｆ及びスイッチ５０を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができる。さらに、固定接点４Ｄ，５Ｄにより、ドーム状ばね２Ｆの外周エッジ部と固定接点４Ｄ，５Ｄとの角度を平行に近づけ、外周エッジ部と固定接点４Ｄ，５Ｄとの接触を面接触に近づけるので、ドーム状ばね２Ｆの外周エッジ部の動径方向の変位を低減でき、及び固定接点４Ｄ，５Ｄの磨耗を低減できる。

また、上記実施の形態、各変形例及び各実施例の構成の少なくとも２つを適宜組み合わせることとしてもよい。例えば、上記実施例１のスイッチ３０のドーム状ばね２を、上記第２の変形例に記載のドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅに代える構成としてもよい。また、例えば、上記実施例１のスイッチ３０において、固定部８ａを設けず、ドーム状ばね２に上記実施例２のばね押えシート９を貼り付けて位置決めした構成としてもよい。

また、上記実施の形態、各変形例及び各実施例のドーム状ばねは、全面の中立面が非球面形状である構成としたが、これに限定されるものではない。ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部が非球面である構成としてもよい。例えば、ドーム状ばねの平面の中心の円部分を球面形状にし、それ以外の部分を非球面形状とした構成としてもよい。

また、上記実施の形態、各変形例及び各実施例において、ドーム状ばねを設けた装置として、スイッチを説明したが、これに限定されるものではない。非球面のドーム状ばねをコネクタ等、他の装置に設ける構成としてもよい。例えば、非球面のドーム状ばねをコネクタに用いる構成では、コネクタの接点を、非球面のドーム状ばねとし、コネクタを接続する際に、ドーム状ばねによりクリックアクションが起こる構成とする。つまり、コネクタを接続先に接続する際に、ドーム状ばねの座屈により、クリックアクションが起こるとともに、ドーム状ばねを介してコネクタの接点とその接続先の接点とが電気的に導通される。このため、操作者にクリック感を与えることができ、コネクタを小型化できるとともに、ドーム状ばね及び固定接点の磨耗を低減できる。

その他、上記実施の形態、変形例、実施例におけるドーム状ばね、スイッチの細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１，１０，３０，４０，５０，１００ スイッチ
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２１ ドーム状ばね
２ａ，２Ａａ，２Ｂａ，２Ｃａ，２Ｄａ，２Ｅａ，２Ｆａ，２１ａ 可動接点
２ｂ 中立面
２Ａｃ，２Ｃ１，２Ｃ２，２Ｄ１，２Ｄ２，２Ｄ３，２Ｄ４，２１ｃ 外周エッジ部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐａ１ 変曲点
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 基板
３Ｄａ 表面
４，５，６，４Ａ，５Ａ，６Ａ，４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ，４Ｄ，５Ｄ，６Ｄ 固定接点
４Ｄａ，５Ｄａ 表面
７ 操作ボタン
８ スイッチケース
８ａ 固定部
９ ばね押えシート

Claims (5)

1. 第１の固定接点を有する基板に設けられ、外周エッジ部が前記第１の固定接点に常時接触されるドーム状ばねであって、
   少なくとも一部の中立面が、８次以上の偶関数で表される形状を有し、
   前記外周エッジ部から中心方向への２番目の位置の変曲点である第２の変曲点における前記基板及び前記中立面の間の角度αと、前記外周エッジ部から中心方向への１番目の位置の変曲点である第１の変曲点における前記基板及び前記中立面の間の角度βと、前記外周エッジ部における前記基板及び前記中立面の間の角度γとが、α＜β且つβ＞γを満たすよう前記８次以上の偶関数の係数が決定されたドーム状ばね。
2. 前記ドーム状ばねの一部がカットされた形状を有する請求項１に記載のドーム状ばね。
3. 請求項１又は２に記載のドーム状ばねと、
   前記第１の固定接点と、
   前記ドーム状ばねの座屈時に可動接点が接触される第２の固定接点と、
   前記第１の固定接点及び前記第２の固定接点が設けられた前記基板と、を備え、
   前記ドーム状ばねは、導体であり、
   押下により座屈された前記ドーム状ばねを介して、前記第１の固定接点と前記第２の固定接点とが電気的に導通されるスイッチ。
4. 前記ドーム状ばねを前記基板上の所定位置に固定する固定部又はばね押えシートを備える請求項３に記載のスイッチ。
5. 押下入力を受け付けて前記ドーム状ばねに動作荷重を伝える操作ボタンを備える請求項３又は４に記載のスイッチ。

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