JP6056324B2 - 可動接点を有する電子部品 - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチ装置などの可動接点を有する電子部品に関する。
スイッチ装置においては、例えば、スイッチケース内にスイッチング機構を組み込み、アクチュエータとしての押しボタンの摺動変位によってスイッチング機構の可動片をスナップ作動させて、端子間の導通切換えを行うよう構成したマイクロスイッチが広く活用されている（例えば、特許文献１参照）。
このようなマイクロスイッチでは、マイクロスイッチに近接して、あるいはマイクロスイッチと同じ密閉空間内に、シリコーン系の接着剤やシリコーングリースなどのシロキサンガスを発生させるシリコーン系材料が使用される場合がある。シロキサンガスは、マイクロスイッチのケース内部に侵入すると、スイッチング機構の接点にＳｉＯ2などの絶縁物として付着してしまい、接触不良を起こすこととなる。
このような絶縁物の付着を防止するために、マイクロスイッチにおいては、スイッチケースの連結部をシールし、押しボタンの摺動部分をゴムキャップで覆ったり、ガスケットで塞いだりして、密閉構造とすることが行われている。
ゴムキャップやガスケットには、シリコーンゴムが多く使用される。ゴムキャップやガスケットにシリコーンゴムを使用する場合、成型後も残留するシロキサンガスによる上記した絶縁物の付着を防止するために「二次加硫」を行っている。二次加硫とは、残留シロキサンガスを除去するために行われるものであるが、生産面や品質管理面で煩雑となる。
また、シリコーンゴムは、たとえ二次加硫を行ったとしても、化学的特性として分子間結合が粗いため、気体を容易に通過させてしまう問題もある。
一方、特許文献２には、押しボタンに相当する操作釦の外側全体が、エチレン・プロピレン系・共重合ゴム製のガスケットにて覆われることで密閉されたマイクロスイッチが記載されている。特許文献２には、ガスケットをエチレン・プロピレン系・共重合ゴム製とすることで、スイッチの作動時に押しボタンに相当する操作釦の上下動によって、ガスケットと操作釦の接合部から、塵埃や液体、更には気体がスイッチ内部に侵入すること防止することができると記載されている。また、残留シロキサン成分を除去するための二次加硫を実施する必要がなく、ガスケットの製造が容易となることが記載されている。
しかしながら、特許文献２においてガスケットに用いられているエチレン・プロピレン系・共重合ゴムは、グリース等の油分を吸収して膨張するといった性質がある。潤滑材であるグリースは、電子部品にはよく用いられるものであり、スイッチング機構や押しボタンの摺動変位を可能にするプランジャ部分などに用いられる。また、スイッチ装置は自動車などにも搭載され、自動車においては、各種のオイルが使用されている。そのため、油分に弱いエチレン・プロピレン系・共重合ゴムよりなるガスケットを備えたスイッチ装置では、油分の付着によってガスケットが劣化し、密閉構造を長く保持できないといった問題点がある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであって、その目的は、シロキサンガスなどのガスの影響を低減しつつ、密閉構造を長く保持することが可能な、可動接点を有する電子部品の提供にある。
上記の課題を解決するために、本発明の電子部品は、ケース内にスイッチング機構を組み込むとともに、前記スイッチング機構を作動させるアクチュエータを、前記ケースに摺動変位可能に設ける一方、前記アクチュエータの摺動部を密封するゴムキャップを装着した電子部品であって、前記ゴムキャップは、ヒドリン系ゴム製であることを特徴としている。
これによれば、ゴムキャップをヒドリン系ゴム製としたことで、当該電子部品を、シリコーン系材料からシロキサンガスが揮発するような環境下で使用しても、シロキサンガスが、ゴムキャップを透過してケース内部に侵入して、スイッチング機構の接点にシリコン酸化物が付着することを効果的に抑制することができ、接触不良を低減することができる。
しかも、ヒドリン系ゴムは耐油性に優れているため、当該電子部品を、グリース等の油分が付着しやすい環境下で使用しても、付着した油分を吸収してゴムキャップが劣化するようなことがなく、密閉構造を長く保持することができる。
本発明の電子部品においては、さらに、前記ヒドリン系ゴムに、エーテル系可塑剤が、ゴム１００重量部に対して５〜４０重量部の割合で添加されている構成とすることが好ましい。
エーテル系可塑剤を上記範囲で添加することで、耐油性を保持しながら、−４０℃もの低温環境下であっても、シリコーンゴムと同程度の密着性および押しボタンの操作性を得ることができる。
本発明の電子部品においては、さらに、前記ヒドリン系ゴムが、エピクロルヒドリン・エチレンオキサイド・アリルグリシジルエーテルターポリマーであることが好ましい。
ヒドリン系ゴムの中でも、エピクロルヒドリン・エチレンオキサイド・アリルグリシジルエーテルターポリマーが、最も、耐寒性と耐油性のバランスがよく、好ましい。
本発明の電子部品は、さらに、複数の端子を装着固定したベースと、該ベースに組み付けられるケースとを備え、前記ベースとケースとで囲まれた空間に前記スイッチング機構を組み込み、前記ケースに摺動変位可能に装着された前記アクチュエータの変位作動によって前記スイッチング機構の可動片をスナップ作動させて、端子間の導通切換えを行う構成としてもよい。
本発明によれば、シロキサンガスなどのガスの影響を低減しつつ、密閉構造を長く保持することが可能な、可動接点を有する電子部品の提供できるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は、本実施の形態の電子部品であるマイクロスイッチの斜視図であり、図２はマイクロスイッチの分解斜視図、図３はマイクロスイッチを断面図である。
図１〜図３に示すように、本実施の形態のマイクロスイッチ１は、樹脂製のケース２と、該ケース２が外嵌装着される樹脂製のベース４とを備え、該ベース４には３本の端子６，８，１０が設けられている。各端子６，８，１０は、ベース４の成形時にインサート成型で一体製作されており、マイクロスイッチ１と外部導線との接続を可能にするものである。
ケース２とベース４とで区画されるケース内部には、スナップ作動式のスイッチング機構１２が設けられている。その他、マイクロスイッチ１には、ケース２に摺動変位可能に装着されたアクチュエータとしての押しボタン１４、および該押しボタン１４の摺動部分を密封するゴムキャップ１６等が備えられている。
スイッチング機構１２は、コモン端子となる端子６の内端部に基端部（図２、図３では左端部）が連結された板バネ製の可動片１８、常開端子となる端子８の内端部に連結された固定片２０、常閉端子となる端子１０の内端部に連結された固定片２２とを備え、可動片１８の遊端部側と中央側との間には、スナップ作動用のバネ片１９が弾性湾曲された状態で取付けられている。
可動片１８は、端子６との連結箇所を支点にして上下に湾曲揺動可能に片持ち支持されており、一対の固定片２０，２２は可動片１８の遊端部に上下から対向するよう配備されている。
可動片１８の遊端に備えられた上下の可動接点２４に対向する固定接点２６，２８が、各固定片２０，２２に設けられており、可動片１８が上下に揺動して可動接点２４が、固定接点２６あるいは固定接点２８に接触されることで、端子６と端子８の導通状態、あるいは、端子６と端子１０の導通状態が得られるようになっている。
押しボタン１４が押し込み操作されると、可動片１８が下方変位して、可動接点２４が、固定片２０の固定接点２６に接触する。また、押しボタン１４に外力をかけない常態においては、バネ片１８ａの弾性復元力によって可動片１８の遊端側が上方に付勢変位されて、可動接点２４が、固定片２２の固定接点２８に接触維持される。
マイクロスイッチ１は、ケース２とベース４とが、接着剤で封止されて連結されると共に、上述のように、押しボタン１４の摺動部分をゴムキャップ１６で密封した、いわゆる、防滴タイプのマイクロスイッチである。ゴムキャップ１６は、押しボタン１４などのアクチュエータの摺動部を覆うゴム製の部材である。マイクロスイッチ１では、ゴムキャップ１６は、押しボタン１４とケース２とに亘って装着されている。
なお、図１〜３では、ゴムキャップ１６として、アクチュエータの上部が通る孔を有している構成を例示しているが、このような孔を有しておらず、アクチュエータの上部を含めて覆うものであってもよい。要は、アクチュエータの上部を覆う構成であればよい。
そして、マイクロスイッチ１においては、ケース内部にシロキサンガスが侵入してスイッチング機構１２の接触不良を生じさせることを抑制するために、ゴムキャップ１６に、耐寒耐油に優れ、かつガス透過を抑制できるヒドリン系ゴムを使用している。
ヒドリン系ゴムとしては、エピクロルヒドリンホモポリマー（ＣＯ）、エピクロルヒドリン・エチレンオキサイドコポリマー（ＥＣＯ）、あるいはエピクロルヒドリン・エチレンオキサイド・アリルグリシジルエーテルターポリマー（ＧＥＣＯ）などを用いることができる。中でもＧＥＣＯが、耐油に優れ、低温時の操作性が優れている点で特に好ましい。
ＣＯの耐油体積変化率は、ＡＳＴＭ Ｎｏ．１:０％、ＡＳＴＭ Ｎｏ．３:１０〜２０％、Ｆｕｅｌ Ｂ：〜２０％であり、ＣＯの最低使用温度：−１５℃、ＣＯの最高使用温度：１４０℃である。
ＥＣＯの耐油体積変化率は、ＡＳＴＭ Ｎｏ．１:０％、ＡＳＴＭ Ｎｏ．３:１０〜２０％、Ｆｕｅｌ Ｂ：〜３０％であり、ＥＣＯの最低使用温度：−３５℃、ＥＣＯの最高使用温度：１２０℃である。
ＧＥＣＯの耐油体積変化率は、ＡＳＴＭ Ｎｏ．１:０％、ＡＳＴＭ Ｎｏ．３:１０〜２０％、Ｆｕｅｌ Ｂ：〜３５％であり、ＧＥＣＯの最低使用温度：−３５℃、ＧＥＣＯの最高使用温度：１３０℃である。
図４に、ヒドリン系ゴム（ゴム材）とシリコーンゴム（ゴム材）とのシロキサンガス透過試験の結果を示す。試験ではＭJIS K7126（プラスチックフィルム及びシートの気体透過度測定方法）を参考に、等圧法にてガス透過評価を行った。この方法は、対象ガス透過性だけを評価するものであり、試験片の一方に対象ガスを供給し、もう一方に等圧に保ち、透過した対象ガスを種々の検知手段を用いて測定した。
図５にシロキサンガス透過試験に用いた実験系を示す。今回は検知手段にトラップ法を用いて、重量計測にて、透過サンプルの透過量を計測した。具体的には、サンプル管１００内にシリコーントラッパ１０２を入れ、サンプル管１００の口を透過サンプル１０８で塞いでなる測定対象物を準備した。
透過サンプル１０８は、ヒドリン系ゴムとして、ＧＥＣＯであるEPION-301（ダイソー（株）製）、シリコーンゴム KE-9511（信越シリコーン（株）製）とを用い、各透過サンプル１０８に付き測定対象物をそれぞれ２個ずつ用意した。可塑剤は、低温時のゴムの可塑性を保持し、例えば、ゴムキャップ１６として使用された場合には、押しボタン１４の上下の動作をスムーズに行うために添加される。
次に、準備した測定対象物をシリコーンチャンバー１０４内に入れ、チャンバー１０４内部に試験気体１０６を供給し、測定対象物を試験気体１０６の雰囲気下において、所定時間放置した。ここでは、試験気体１０６としてＤ４試薬を用い、チャンバー１０４内の試験気体１０６の濃度（周囲環境）を２５ｐｐｍ、シリコーンチャンバー１０４内の温度（周囲温度）を８０℃として、１２６時間放置した。所定時間経過後、サンプル管１００からシリコーントラッパ１０２を取り出し、シリコーントラッパ１０２を熱処理して重量を測定した。そして、重量変化量から吸着シリコーンを計測し、透過係数を算出した（参考資料：安田武夫：プラスチック材料の各動特性の試験法と評価結果(５)、プラスチックス: 日本プラスチック工業連盟誌/「プラスチックス」編集委員会編）。
図４に示すように、シリコーンゴムは２つの測定対象物共に、４９０×１０-１０ｇ・ｃｍ2/ｓｅｃ/Ｐａ以上ものシロキサンガス（Ｄ４試薬）が通過している。これに対し、ヒドリン系ゴムの２つの測定対象物は、一方はシロキサンガス（Ｄ４試薬）の通過量がゼロであり、もう一方はほぼゼロである。なお、ヒドリン系ゴムにおいて、一方には若干のシロキサンガスが検出されているが、実験系の精度等を考慮すると、これは誤差の範囲に入ると考えるべきものである。
図６の（ａ）（ｂ）に、シロキサンガス雰囲気下でマイクロスイッチの電気的開閉試験を実施した結果を示す。ここでは、ヒドリン系ゴムのＧＥＣＯよりなるゴムキャップ１６を有する実施例のマイクロスイッチと、シリコーンゴム（二次加硫済み）製のゴムキャップを有する従来例のマイクロスイッチとを用いて、シロキサンガス雰囲気下でスイッチの電気的開閉試験を実施し、接点の表面変化を比較した。
接点の表面変化を示すデータとして、Ｘ線回折装置による接点の表面のＳｉ強度（ＣＰＳ）の測定結果と、電子顕微鏡にて撮影した接点の表面の写真を示す。図６の（ａ）が実施例の結果で、（ｂ）が従来例の結果である。
図６の（ａ）（ｂ）における接点の表面の写真を比較すると一目瞭然であるように、従来例のマイクロスイッチでは、接点の表面に付着物が付着して荒れていることがわかる。Ｓｉ強度の測定結果より、付着物がＳｉ、つまり、酸化シリコンであることがわかる。一方、実施例のマイクロスイッチの接点の表面は、滑らかさを保持しており、Ｓｉ強度の測定結果からも、酸化シリコンが付着していないことがわかる。
このように、押しボタン１４の摺動部分を密封するゴムキャップ１６を、ヒドリン系ゴムにて形成することにより、シロキサンガスなどがゴムキャップ１６を透過してケース内に侵入することを効果的に抑制することが可能となる。
ところで、上述したように、ゴムキャップ１６の材質としては、シロキサンガスを通過させないことはもちろんであるが、それだけでは十分ではなく、グリース等の油分に対する強さ、すなわち耐油性が、シリコーンゴムと同程度要求される。
図７に、ヒドリン系ゴムとシリコーンゴムとの耐油試験の結果を示す。試験では、オレフィン系、パラフィン系、エステル系の３種類のグリースを用い、３種類のグリースに、ヒドリン系ゴムとして２種類の＃１、＃２と、前述のシロキサンガス透過試験で用いたものと同じシリコーンゴムを、９０℃で９６時間浸漬した後、重量を測定して重量変化率（％）を求めた。ヒドリン系ゴム＃１は、ＧＥＣＯであるエピクロマーCG102（ダイソー（株）製）１００重量部にエーテル系可塑剤であるアデカサイザーRS-705を２０重量部添加したもので、ヒドリン系ゴム＃２は、アデカサイザーRS-705の添加量を半分の１０重量部としたものである。
図７に示すように、シリコーンゴムは、重量が増えており、各種グリースを吸収している。シリコーンゴムは、グリースをゴム材に吸収する性質があるが、問題になる吸収量ではない。一方、ヒドリン系ゴム＃１，＃２は、重量が減少しており、各種グリースを吸収していないことがわかる。このように、ヒドリン系ゴムは、ゴム材にグリースを吸収する性質ではないので、特許文献２においてガスケットに用いられているエチレン・プロピレン系・共重合ゴムのように、グリースを吸収して膨張する恐れはない。
なお、ヒドリン系ゴム＃１，＃２は、重量が減少しているのは、ゴム材より添加物が溶け出しているためと考えられる。このことは、可塑剤の添加量の多いヒドリン系ゴム＃１の方が、＃２よりも重量変化が大きいことからもわかる。ヒドリン系ゴム＃１，＃２におけるこのような添加物の溶け出しは、ゴム材としての性質に何ら問題のない範囲の値である。
最後に、ゲーマンねじり試験を行って、低温環境下で使用される場合にゴムキャップに要求される低温環境下での柔軟性を調べた結果を、図８に示す。低温環境下でマイクロスイッチの使用を考えると、密着性および押しボタンの操作性を保持するためには、シリコーンゴムと同程度の低温柔軟性が要求される。
ゲーマンねじり試験（低温ねじり試験）：JIS K 6261について説明する。この試験では、ゴムの試験片頭部を、ねじり定数が一定のワイヤーに連結し、ワイヤ頭部にねじりを与えたときの、試験片頭部のねじれの角度（Ｘ）を測定する。温度と測定した角度Ｘの関係をグラフにし、凍結点、軟化点を求める。一般的には、比モジュラス（１８０−Ｘ）／Ｘが、常温におけるそれの２，５，１０，１００倍になる温度Ｔ２、Ｔ５、Ｔ１０、Ｔ１００を求める。
ここでは、前述のシロキサンガス透過試験で用いた２種類のヒドリン系ゴム＃１，＃２と、シリコーンゴムとを用いて、温度Ｔ２、Ｔ５、Ｔ１０、Ｔ１００、Ｔｇを求めた。Ｔ２：この温度付近までは、室温と同様なゴム弾性を維持しているものとみなすことができる。Ｔ５、Ｔ１０：この温度領域ではわずかな温度の違いで剛性率が著しく変化し、ガラス転移領域にあることがわかる。Ｔ１００：この温度では、ゴムはほぼ凍結しており、ガラス状態にある。Ｔｇ：ガラス転移温度であり、ガラス状態からゴム状態にかわる温度である。
２種類のヒドリン系ゴム＃１，＃２の結果より、可塑剤の添加量の多いヒドリン系ゴム＃１の各温度が添加量の少ないヒドリン系ゴム＃２よりも全体的に低く、より低温で柔軟性を保持できることがわかる。つまり、低温での柔軟性を向上させるためには、可塑剤の添加量が多いことが好ましい。また、ヒドリン系ゴム＃１，＃２の結果とシリコーンゴムの結果をより、ヒドリン系ゴム＃１，＃２共にシリコーンゴムと同等以上の低温での柔軟性が得られていることがわかる。
但し、実際にゴム材をゴムキャップに成型加工した場合、適切な厚さの範囲がゴム材の種類によって決まる。そのため、試験片で測定した低温での柔軟性が直に、ゴムキャップの試験結果に当てはまるものではない。しかしながら、ゴム材としては、シリコーンゴムと同等以上の結果が得られているので、厚みや形状の工夫次第で、ゴムキャップとしてシリコーンゴム製のゴムキャップと同等の密着性および押しボタンの操作性を得ることは十分に可能である。
ヒドリン系ゴムに添加するエーテル系可塑剤の量は、ゴム１００重量部に対して５〜４０重量部の割合であることが好ましい。添加量が４０重量部を超えると、グリース等の油分が付着したことによる添加物の溶け出しが多くなり好ましくない。また、添加量が５重量部を下回ると、可塑剤の効きが悪くなり、低温環境下において、十分な柔軟性が期待できない。
エーテル系可塑剤を上記範囲で添加することで、耐油性を保持しながら、−４０℃もの低温環境下であっても、シリコーンゴムと同程度の密着性および押しボタンの操作性を得ることができる。
以上のように、マイクロスイッチ１は、アクチュエータの摺動部を密封するゴムキャップがヒドリン系ゴム製である。
これによって、マイクロスイッチ１を、シリコーン系材料からシロキサンガスが揮発するような環境下で使用しても、シロキサンガスが、ゴムキャップ１６を透過してケース内部に侵入して、スイッチング機構１２の接点にシリコン酸化物が付着することを効果的に抑制することができ、接触不良を低減することができる。
また、グリース剤が付着しやすい環境下で使用しても、付着したグリースを吸収してゴムキャップ１６が劣化するようなことがなく、密閉構造を長く保持することができる。
本発明は、マイクロスイッチなどに利用することができる。
２ ケース
４ ベース
６，８，１０ 端子
１２ スイッチング機構
１４ 押しボタン
１６ ゴムキャップ
１８ 可動片
１９ バネ片
２０，２２ 固定片
２４ 可動接点
２６，２８ 固定接点
１００ サンプル管
１０２ シリコーントラッパ
１０４ シリコーンチャンバー
１０６ 試験気体
１０８ 透過サンプル
４ ベース
６，８，１０ 端子
１２ スイッチング機構
１４ 押しボタン
１６ ゴムキャップ
１８ 可動片
１９ バネ片
２０，２２ 固定片
２４ 可動接点
２６，２８ 固定接点
１００ サンプル管
１０２ シリコーントラッパ
１０４ シリコーンチャンバー
１０６ 試験気体
１０８ 透過サンプル
Claims (4)
- ケース内にスイッチング機構を組み込むとともに、前記スイッチング機構を作動させるアクチュエータを、前記ケースに摺動変位可能に設ける一方、前記アクチュエータの摺動部を密封するゴムキャップを装着した電子部品であって、
前記ゴムキャップは、シロキサンガスの透過を抑制するべくヒドリン系ゴム製であることを特徴とする電子部品。 - 前記ヒドリン系ゴムに、エーテル系可塑剤が、ゴム１００重量部に対して５〜４０重量部の割合で添加されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
- 前記ヒドリン系ゴムが、エピクロルヒドリン・エチレンオキサイド・アリルグリシジルエーテルターポリマーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
- 複数の端子を装着固定したベースと、該ベースに組み付けられるケースとを備え、前記ベースとケースとで囲まれた空間に前記スイッチング機構を組み込み、前記ケースに摺動変位可能に装着された前記アクチュエータの変位作動によって前記スイッチング機構の可動片をスナップ作動させて、端子間の導通切換えを行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電子部品。
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