JP6619016B2

JP6619016B2 - プッシュスイッチ

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Publication number: JP6619016B2
Application number: JP2017545137A
Authority: JP
Inventors: 純一宮本
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2036-09-27
Also published as: CN108028145B; CN108028145A; JPWO2017065003A1; KR102017435B1; EP3364436A4; EP3364436B1; WO2017065003A1; US10354815B2; EP3364436A1; US20180218854A1; KR20180040686A

Description

本発明は、各種電子機器の入力操作部に用いられるプッシュスイッチに関する。

昨今、パソコンのキーボード等には、キーを押したときの操作感を良くするため、キートップ毎に独立したプッシュスイッチを配設する構成のものが増えてきた。プッシュスイッチを使用する場合、操作者の手指がキートップの端を押した場合でも確実にスイッチ動作させるために、キートップとプッシュスイッチの押子部材との接触面積を広くすることが必要となる。このため、プッシュスイッチには、大型化（大面積化）が要求されている。

一般的に、この種のプッシュスイッチは、ベース部材の内底部に固定接点部材および外側固定接点部材が配設されるとともに、ベース部材の上部開口部が絶縁性のシート部材で覆われており、シート部材で覆われたベース部材内の空間にドーム状の可動接点部材が収納されている。可動接点部材の外周縁部は外側固定接点部材に常時接触しており、可動接点部材の中央部は固定接点部材の上方に接離可能に配設されている。固定接点部材および外側固定接点部材からは、それぞれベース部材の外部へ外部端子が導出されており、このプッシュスイッチが実装される回路基板にリフロー半田工程によって外部端子が半田付けされている。

上述のようなプッシュスイッチとして、特許文献１では、図６から図８に示すようなプッシュスイッチ９００が提案されている。図６は、従来例のプッシュスイッチ９００の断面図、図７は、プッシュスイッチ９００の斜視図、図８は、プッシュスイッチ９００の保護シート９４０にしわＷＲが発生したことを説明するプッシュスイッチ９００の斜視図である。

プッシュスイッチ９００は、図７に示すような外観を成し、図６に示すように、ケース９０１の収容部内に可動接点９０５が配設され、その収容部を覆うように保護シート９４０がケース９０１に粘着層９４３を介して装着されている。また、プッシュスイッチ９００は、図６に示すように、可動接点９０５の中央部に応じた保護シート９４０の上面位置に突起用部材９４５を溶着で固定されており、突起用部材９４５が剥き出し状態になっている。つまり、この突起用部材９４５そのものが、プッシュスイッチ９００の突起部９５０として構成されている。

そして、操作者がプッシュスイッチ９００の突起部９５０を上方から押下操作すると、可動接点９０５の中央部が押し込まれるため、可動接点９０５の中央部が反転して中央接点９０２に接触する。その結果、中央接点９０２と外側接点９０４とが可動接点９０５を介して導通されるため、スイッチ動作がオフからオンに切り替わる。その際、可動接点９０５の反転動作によって、クリック感が生成されるため、操作者は、プッシュスイッチ９００がオンしたことを手指で感じることができる。

特開２０１２−０５９４３２号公報

しかしながら、従来例のプッシュスイッチ９００を大面積化して、リフロー半田工程で回路基板に実装した場合、プッシュスイッチ９００は、図８に示すように、保護シート９４０にしわＷＲが発生するという新たな問題が見出された。これは、保護シート９４０がリフロー半田工程時に高い温度（約２６０℃になる）に晒されるので熱変形して生じたものである。そして、プッシュスイッチ９００の操作時における保護シート９４０の動きに伴って、しわＷＲの形状が変化することで異音が発生するおそれがあるという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、異音の発生を抑制したプッシュスイッチを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のプッシュスイッチは、凹状に形成された収容部を有するベース部材と、該ベース部材の前記収容部内に露出して設けられた固定接点部材と、前記収容部内に配設され反転動作可能なドーム部が前記固定接点部材に接触可能な可動接点部材と、前記収容部を覆うように配設され前記可動接点部材を保持するシート部材と、前記ドーム部の頂部と前記シート部材との間に配設される押子部材と、を有するプッシュスイッチにおいて、前記シート部材よりも熱膨張係数が小さい材料からなるシート状の補強部材を有し、該補強部材は、前記シート部材に重ねて配設されているという特徴を有する。

これによれば、本発明のプッシュスイッチは、シート部材よりも熱膨張係数が小さい材料からなるシート状の補強部材を有し、補強部材は、シート部材に重ねて配設されている。そのため、プッシュスイッチを回路基板にリフロー半田付けで実装する際に、熱が加わった場合でも、シート部材の熱変形を補強部材が抑制するので、シート部材にしわが発生し難くなる。これにより、プッシュスイッチを操作した際に、シート部材のしわが原因の異音の発生を抑制することができる。

また、本発明のプッシュスイッチは、前記補強部材は、少なくとも前記シート部材の接合部から前記押子部材が配設される前記シート部材の中央部までの間で前記シート部材に重ねて配設されているという特徴を有する。

これによれば、本発明のプッシュスイッチは、補強部材がシート部材の中央部から界面部までの間でシート部材に重ねて配設されるので、押子部材の押下操作に影響せず、操作者がプッシュスイッチを押下操作する際の操作感触の劣化を防ぐことができる。

また、前記補強部材は、円環形状であり、円環形状の幅は前記ドーム部の半径の４０％以上であるという特徴を有する。

これによれば、本発明のプッシュスイッチは、補強部材が円環形状で、円環形状の幅がドーム部の半径の４０％以上であるので、シート部材への貼り付け面積を充分確保することができる。

また、本発明のプッシュスイッチは、前記補強部材が平面視したときに、前記押子部材に対応する位置に孔部を備えた環形状であるという特徴を有する。

これによれば、本発明のプッシュスイッチは、補強部材が孔部を備えた環形状であるので、押子部材の位置に孔部を対応させていることで、押子部材の押下操作に影響せず、操作者がプッシュスイッチを押下操作する際の操作感触の劣化を防ぐことができる。

また、本発明のプッシュスイッチは、前記押子部材が円柱状に形成され、前記補強部材は円環形状に形成され、前記補強部材の外径は、前記ドーム部の直径に対して１５０％以下であり、前記孔部の直径は、前記押子部材の直径に対して１００％以上であるという特徴を有する。

これによれば、本発明のプッシュスイッチは、孔部の直径が押子部材の直径に対して１００％以上であるので、補強部材が突出する押子部材の部分を避ける構成となる。このため、補強部材をシート部材に貼り付けた際に、補強部材とシート部材との間に隙間や浮き上がり等が発生し難くなるので、シート部材のしわの発生を抑制することができる。また、補強部材の外径がドーム部の直径に対して１５０％以下であるので、シート部材のほぼ全体を覆うことができて補強部材の貼り付け面積を確保することができる。このため、シート部材のしわの発生をより抑制することができる。これらにより、プッシュスイッチを回路基板にリフロー半田付けで実装する際に、熱変形によるシート部材のしわの発生をより効率的に抑制するとともに、プッシュスイッチの操作感触の劣化を防ぐことができる。また、補強部材が円環形状に形成されているので、円筒形状の押子部材から均等距離の範囲で貼り付けられている。このため、押圧操作されたときシート部材が偏ることがなく撓むので操作感触の劣化を防ぐことができる。

また、本発明のプッシュスイッチは、前記補強部材が前記シート部材の上方に配設されているという特徴を有する。

これによれば、本発明のプッシュスイッチは、補強部材がシート部材の上方に配設されているため、補強部材をシート部材に予め貼り付けておく必要が無く、ケース部材に対して可動接点部材、押子部材、シート部材、補強部材の順番に配設でき、プッシュスイッチの組み立て作業性が良い。このとき、押子部材を予め可動接点部材またはシート部材に貼り付けておくと、押子部材の位置ずれが無くなるため、より組み立て作業性が良くなる。

本発明のプッシュスイッチは、操作した際の異音の発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係わるプッシュスイッチの外観を示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係わるプッシュスイッチの分解斜視図である。本発明の第１実施形態に係わるプッシュスイッチの平面図である。本発明の第１実施形態に係わるプッシュスイッチを説明する図３のＡ―Ａ線における断面図である。本発明の第１実施形態に係わるプッシュスイッチを説明する図３のＢ―Ｂ線における断面図である。従来例のプッシュスイッチの断面図である。従来例のプッシュスイッチの斜視図である。従来例のプッシュスイッチの保護シートにしわが発生したことを説明する斜視図である。

［第１実施形態］
以下に本発明の第１実施形態におけるプッシュスイッチ１００について、図１から図５までを用いて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態のプッシュスイッチ１００の外観を示す斜視図である。図２は、プッシュスイッチ１００の分解斜視図である。図３は、プッシュスイッチ１００の平面図である。図４は、プッシュスイッチ１００を説明する図３のＡ―Ａ線における断面図である。図５は、プッシュスイッチ１００を説明する図３のＢ―Ｂ線における断面図である。

本発明の第１実施形態のプッシュスイッチ１００は、図１に示すように直方体形状の外観を成し、中央部が突起した形状を成している。

プッシュスイッチ１００は図２に示すように、凹状に形成された収容部ＡＤを有するベース部材３０と、ベース部材３０の収容部ＡＤ内に露出して設けられた固定接点部材５０と、収容部ＡＤ内に配設され反転動作可能なドーム部ＤＤが固定接点部材５０に接触可能な可動接点部材６０と、収容部ＡＤを覆うように配設され可動接点部材６０を保持するシート部材２０と、ドーム部ＤＤの頂部とシート部材２０との間に配設される押子部材４０と、シート部材２０よりも熱膨張係数が小さい材料からなるシート状の補強部材１０と、プッシュスイッチ１００が実装される回路基板に形成されたパターンと接続される外部端子５１と、を有している。

プッシュスイッチ１００のベース部材３０は、回路基板（図示しない）にプッシュスイッチ１００を実装する際にリフロー半田工程で約２６０［℃］の高温環境下に晒されるので、耐熱性の高いポリアミド（ＰＡ、ＰＯＬＹＡＭＩＤＥ）系の合成樹脂（ＰＡ９Ｔ等）を用いて、固定接点部材５０および外部端子５１が一体になるようインサート成形にて作製されている。また、ベース部材３０は、黒色または暗色の合成樹脂が使用されている。

ベース部材３０は図２に示すように、矩形状の形状を成し、その中央部分は円状の凹部に形成された収容部ＡＤが設けられている。また、ベース部材３０と一体に固定接点部材５０と外部端子５１とが形成されている。固定接点部５０は、図２に示すように収容部ＡＤの中央部分と、図５に示すように収容部ＡＤの一方側（図５のＸ１方向）に露出するように配設されている。外部端子５１はベース部材３０の四隅のＹ方向側に突出するように配設され、長方形の板状に形成されている。尚、固定接点部材５０と外部端子５１とは、導電性の高い銅系（洋白、リン青銅等）の金属板に金、ニッケル、錫等のメッキが施されたフープ状のものをプレス加工して一体に作製されている。

収容部ＡＤの中央部に配置された固定接点部材５０は、図２に示すように、円盤状に加工され、図３に示すＸ２方向側に配置された２つの外部端子５１に接続されている。また、収容部ＡＤのＸ１方向側に配置された固定接点部材５０は、図３に示すＸ１方向側に配置された２つの外部接続端子５１に接続されている。尚、２つの固定接点部材５０は電気的な接続はされていない。

外部端子５１は、プッシュスイッチ１００が実装される回路基板のパターンとそれぞれリフロー半田工程により、半田付けされて接続可能である。

プッシュスイッチ１００の可動接点部材６０は、導電性の高い銅系（洋白、リン青銅等）の金属板に金、ニッケル、錫等のメッキが施されたフープ状のものを図４および図５に示すようにドーム状（ドーム部ＤＤ）に加工して作製されている。また、可動接点部材６０のドーム部ＤＤの頂部は、図４および図５に示すように、後述する押子部材４０が安定的に戴置できるように平面状に形成されている。

可動接点部材６０の外周縁部は、図５に示すように、収容部ＡＤのＸ１方向側に配置された固定接点部材５０に接続され、ドーム部ＤＤが収容部ＡＤの中央部に配置された固定接点部材５０の上方に接離可能に配設されている。また、可動接点部材６０は、固定接点部材５０に接触する構成となるので、異種金属間の電位勾配の影響で電食による腐食が発生する理由から、同じ金属材を使用することで接触の信頼性を確保している。

プッシュスイッチ１００のシート部材２０は、図２および図３に示すように、耐熱性があり、レーザ光の透過率が高いＰＡ系の透明色または半透明色の合成樹脂（ＰＡ９Ｔ等）のフィルムシートを用いている。シート部材２０は、４角形の形状を成し、その中央部は後述する押子部材４０が収納できるように円筒形状に形成されている。

シート部材２０の一方（図４に示すＺ２方向）の面側には、第２粘着層（図示しない）が形成され、シート部材２０がこの第２粘着層を介して後述する押子部材４０の一方の面と可動接点部材６０のドーム部ＤＤとに貼り付けられている。

シート部材２０は、図４および図５に示すように、ベース部材３０を覆うように配設され、シート部材２０とベース部材３０との間の界面部ＩＤがレーザ溶着を用いて接合されている接合部を有している。また、シート部材２０は、プッシュスイッチ１００の接点部材（固定接点部材５０、可動接点部材６０）の保護と防塵性能等を確保するために設けられ、ベース部材３０との間の界面部ＩＤの接合信頼性を確保するため、ベース部材３０と熱膨張係数が同じ材料を使用することが一般的に行われている。

プッシュスイッチ１００の押子部材４０は、高強度で電気的絶縁性の良いポリイミド（ＰＩ、ＰＯＬＹＩＭＩＤＥ）系の合成樹脂を用いて、射出成形にて作製されている。また、押子部材４０は図２に示すように、円柱状の形状を成し、図４および図５に示すように、シート部材２０の中央部の円筒形状に形成された箇所の内側に配設されている。

押子部材４０は、図４および図５に示すように、可動接点部材６０のドーム部ＤＤの外形形状よりも小さい外形形状となっており、可動接点部材６０のドーム部ＤＤの頂部に配設され接着剤等で固定されている。よって、押子部材４０は、可動接点部材６０のドーム部ＤＤの頂部とシート部材２０との間に配設されている。押子部材４０の外形寸法は、可動接点部材６０の外形寸法よりも小さい寸法となっており、このため可動接点部材６０の頂部付近のみを押し込むようになっている。また、押子部材４０はシート部材２０に貼り付けられているため、可動接点部材６０に接着剤等で固定されていなくとも外れることはない。この場合、押子部材４０を予めシート部材２０に貼り付けてから組み立てを行ってもよい。

プッシュスイッチ１００の補強部材１０は、シート部材２０よりも熱膨張係数が小さい熱可塑性樹脂であるＰＥＥＫ（ＰＯＬＹＥＴＨＥＲＥＴＨＥＲＫＥＴＯＮＥ）材を用いたフィルムシートをプレス加工して作製されている。また、補強部材１０は、図２および図３に示すように、平面視したときにドーム部ＤＤの上方を覆い、且つ、孔部ＨＤを備えた環形状に形成されている。すなわち、補強部材１０は、平面視したときにドーム部ＤＤに重なる領域内で、且つ、押子部材４０に重なる領域外に対応するよう、孔部ＨＤを備えた環形状に形成されている。

補強部材１０は、図１および図２に示すように、平面視で円筒形状の押子部材４０を囲うように円環形状に形成されている。また、補強部材１０は、図４および図５に示すように、シート部材２０の上方に重ねて配設されている。また、補強部材１０の一方（図４に示すＺ２方向）の面側には第１粘着層（図示しない）が形成され、補強部材１０がこの第１粘着層を介してシート部材２０に貼り付けられている。

補強部材１０の外径は、ドーム部ＤＤの直径に対して１５０％以下であり、孔部ＨＤの直径は、押子部材４０の直径に対して１００％以上となるように形成されている。すなわち、補強部材１０は、押子部材４０に対応する部分を除いてシート部材２０全体を覆うことができる。尚、本実施形態においては、補強部材１０の外径は、ドーム部ＤＤの直径に対して略９０％、孔部ＨＤの直径は、押子部材４０の直径に対して略１３０％に設定している。このように設定していることで、補強部材１０は、シート部材２０の接合部から押子部材４０に至るまでの間でシート部材２０に貼り付けられることとなる。

熱膨張係数の小さい補強部材１０（熱膨張係数＝５［Ｘ１０^-5／℃］）が、熱膨張係数の大きいシート部材２０（熱膨張係数＝８［Ｘ１０^-5／℃］）と貼り合わされていることにより、シート部材２０は、プッシュスイッチ１００のリフロー半田工程の際に生じる熱変形を抑制される。また、シート部材２０の熱変形を抑えるためには、補強部材１０の円環形状の幅、すなわち、外周端部から孔部ＨＤまでの幅は、ドーム部ＤＤの半径の４０％以上あることが望ましく、本実施形態においては５０％にしている。このような設定とすることで、熱変形によるしわが発生しやすいシート部材２０の接合部から押子部材４０に至るまでの間の大部分に補強部材１０を配設することになり、シート部材２０のしわの発生を抑えられる。

従って、図７に示す従来例のプッシュスイッチ９００では、大型化のために大面積化すると、図８に示すようにリフロー半田工程の際に保護シート９４０にしわＷＲが発生したが、本実施形態のプッシュスイッチ１００では、大面積化しても、シート部材２０（図７の保護シート９４０に相当）のしわの発生を抑制することができる。

ここで、プッシュスイッチ１００の動作について簡単に説明する。

回路基板上に実装されたプッシュスイッチ１００の上方（図１に示すＺ１方向）には、操作用キートップ等の押圧駆動体が配設され、操作者の手指によってこの押圧駆動体が押下操作されると、シート部材２０および押子部材４０を介して可動接点部材６０のドーム部ＤＤが押し込まれるため、押圧駆動体が所定のストローク押下操作されたときに、可動接点部材６０のドーム部ＤＤが反転動作して固定接点部材５０に接触する。

この結果、固定接点部材５０と可動接点部材６０が導通されるため、導通されたことによる電気信号が外部端子５１から出力されて、スイッチ動作がオフからオン状態に切り替わる。その際、可動接点部材６０の反転動作によってクリック感が生成されるため、操作用キートップ等を押下操作した操作者は、プッシュスイッチ１００がオンしたことを手指で感じることができる。

押圧駆動体への押下操作を解除すると、反転した可動接点部材６０のドーム部ＤＤが元のドーム状の形状に自己復元して、スイッチ動作が元のオフ状態に戻る。

以上のように構成された本発明の第１実施形態のプッシュスイッチ１００における効果について、以下にまとめて説明する。

本発明の第１実施形態のプッシュスイッチ１００は、シート部材２０よりも熱膨張係数が小さい材料からなるシート状の補強部材１０を有し、補強部材１０は、シート部材２０に重ねて配設されている。そのため、プッシュスイッチ１００を回路基板にリフロー半田付けで実装する際に、熱が加わった場合でも、シート部材２０の熱変形を補強部材１０が抑制するので、シート部材２０にしわが発生し難くなる。これにより、プッシュスイッチ１００を操作した際に、シート部材２０のしわが原因の異音の発生を抑制することができる。

また、補強部材１０が孔部ＨＤを備えた環形状であるので、押子部材４０が可動接点部材６０と直接対向させることができ、押子部材４０の押下操作に影響せず、操作者がプッシュスイッチ１００を押下操作する際の操作感触の劣化を防ぐことができる。

また、孔部ＨＤの直径が押子部材４０の直径に対して１００％以上であるので、補強部材１０が突出する押子部材４０の部分を避ける構成となる。このため、補強部材１０をシート部材２０に貼り付けた際に、補強部材１０が押子部材４０に干渉することによる補強部材１０とシート部材２０との間に隙間や浮き上がり等が発生し難くなるので、シート部材２０のしわの発生を抑制することができる。また、補強部材１０の外径がドーム部ＤＤの直径に対して１５０％以下であるので、補強部材１０の貼り付け面積を確保することができる。このため、シート部材２０のしわの発生をより抑制することができる。これらにより、プッシュスイッチ１００を回路基板にリフロー半田付けで実装する際に、熱変形によるシート部材２０のしわの発生をより効率的に抑制するとともに、プッシュスイッチ１００の操作感触の劣化を防ぐことができる。

また、補強部材１０がシート部材２０の上方（図４に示すＺ１方向）に配設されているため、プッシュスイッチ１００の組み立て作業性が良い。

以上のように、本発明の実施形態に係るプッシュスイッチ１００を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

＜変形例１＞
第１実施形態では、プッシュスイッチ１００は垂直方向に押下操作されるタイプで説明したが、水平方向に操作されるサイドプッシュタイプのものでも良い。

＜変形例２＞
第１実施形態では、外部端子５１にはメッキ処理が施されているが、回路基板のパターンとの半田付け性向上のため半田メッキ処理を行っても良い。

＜変形例３＞
第１実施形態では、補強部材１０とシート部材２０は、それぞれ別体で準備していたが、射出成形の２色成形加工を行うことで一体化したものが可動接点部材６０を覆うようにベース部材３０にレーザ溶着で接続しても良い。

１０補強部材
２０シート部材
３０ベース部材
４０押子部材
５０固定接点部材
５１外部端子
６０可動接点部材
１００プッシュスイッチ
ＡＤ収容部
ＤＤドーム部
ＨＤ孔部
ＩＤ界面部

Claims

凹状に形成された収容部を有するベース部材と、
該ベース部材の前記収容部内に露出して設けられた固定接点部材と、
前記収容部内に配設され反転動作可能なドーム部が前記固定接点部材に接触可能な可動接点部材と、
前記収容部を覆うように配設され前記可動接点部材を保持するシート部材と、
前記ドーム部の頂部と前記シート部材との間に配設される押子部材と、を有するプッシュスイッチにおいて、
前記シート部材よりも熱膨張係数が小さい材料からなるシート状の補強部材を有し、
該補強部材は、前記シート部材に重ねて配設されており、且つ、前記押子部材を取り囲む環形状を有し、且つ、粘着層を介して前記シート部材に貼り付けられていることを特徴とするプッシュスイッチ。
前記補強部材は、少なくとも前記シート部材の前記ベース部材との接合部から前記押子部材が配設される前記シート部材の中央部までの間で前記シート部材に重ねて配設されていることを特徴とする請求項１記載のプッシュスイッチ。
前記補強部材は、円環形状であり、円環形状の幅は前記ドーム部の半径の４０％以上であることを特徴とする請求項２記載のプッシュスイッチ。
前記補強部材は、平面視したときに、前記押子部材に対応する位置に孔部を備えた環形状であることを特徴とする請求項１に記載のプッシュスイッチ。
前記押子部材は円柱状に形成され、
前記補強部材は円環形状に形成され、
前記補強部材の外径は、前記ドーム部の直径に対して１５０％以下であり、
前記孔部の直径は、前記押子部材の直径に対して１００％以上であることを特徴とする請求項４に記載のプッシュスイッチ。
前記補強部材は、前記シート部材の上方に配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のプッシュスイッチ。