JP6698379B2 - プッシュスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、プッシュスイッチに関する。

夜間などの暗い環境でも使用者がスイッチを認識できるように、あるいはオン／オフなどの状態を使用者が識別できるように、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子を内蔵し、その発光素子によってボタンを光らせる照光式のプッシュスイッチが知られている。照光式のプッシュスイッチは、例えば、自動車のステアリング操作などに使われるスイッチや、エレベータ内に設置されたスイッチなどに広く用いられている。

例えば、特許文献１には、発光素子を内蔵したプッシュボタンと、絶縁枠体と、絶縁枠体の内側で上下動自在にプッシュボタンを支持する可撓性の連結部と、プッシュボタンの下方に配置されたダイアフラム形可動接点と、絶縁枠体の下方に外周壁を重ねて配され、底面の中央および端部に固定接点を有すると共に可動接点を内包した箱形絶縁ケースとを有するプッシュスイッチが記載されている。

特許文献２には、キートップと、回路基板に配置されたスイッチ本体と、発光体とからなり、スイッチ本体から斜めに突出するアクチュエータの自由端を押下して回路を切り換える照光式押釦スイッチであって、キートップとスイッチ本体の間におけるキートップと対応する位置に、アクチュエータの変移を妨げないように回路基板に接続固定された発光体実装ユニットに発光体を実装したものが記載されている。

特許文献３には、操作釦を配設した覆蓋とスイッチ基板からなり、操作釦を上下動することにより電路の開閉を行うスイッチであって、操作釦を導光部材で形成するとともに操作釦の少なくとも一側面に隣接して発光体を配設し、操作釦の側面の外周と底面とに光の反射を助成する材料で形成した部材を配設した照光押釦スイツチが記載されている。

特許文献４には、固定接点を有するスイッチ基板と、スイッチ基板上に実装される発光素子と、固定接点の上方に配置されるタクトバネからなる可動接点とを備えた照光式スイッチにおいて、可動接点に窓部が設けられ、この窓部と対応する位置に発光素子が配置されたものが記載されている。

特許文献５には、長板状のプリント基板の上面における先端部にスイッチ本体が、中央部に照光用光源であるチップ状のＬＥＤがそれぞれ実装され、利用者が操作ボタンを押圧することにより、スイッチ本体が動作すると共に、ＬＥＤからの光が操作ボタンを照光する照光式押しボタンスイッチが記載されている。

特許文献６には、複数の接点が設けられた基台と、それらの接点を接離させる金属弾性片と、上部に２つの相対する側立板を有し上方から金属弾性片を押下する移動キーと、移動キーの側立板がそれぞれ挿入される２つの相対する貫通溝を有し発光体を収納する定位台と、定位台の上に配置された押圧キーとを有するボタンスイッチが記載されている。

特開平０５−１３５６５１号公報 特開平０７−２４５０３６号公報 特開平０８−０７７８６７号公報 特開２００８−０２７６４２号公報 特開２０１２−１１３８３１号公報 実用新案登録第３１８９４７７号公報

照光式のプッシュスイッチでは、発光素子とスイッチ機構とを水平方向にずらして配置すると、スイッチの水平方向の面積が大きくなるため、小型化の妨げになる。また、照光式のプッシュスイッチでは、押圧面を明るく光らせたいという要求があることから、押圧面の下にスイッチ機構と発光素子とを両方配置することが望ましい。

押圧面の下にスイッチ機構と発光素子とを両方配置するためには、複数の接点が形成された基板上に発光素子も実装し、接点同士を接離させるバネ部材に穴を開けて、バネ部材を発光素子の上に配置する形態が考えられる。しかしながら、この形態では、発光素子の光がバネ部材の穴から出るので光の利用効率が悪くなり、特に小型化したスイッチではバネ部材に穴を開けると製品寿命が短くなり、さらに、発光素子の実装不良や輝度または色度のバラつきなどに起因して製品の歩留まりが悪くなるなどの不具合が生じる。

特許文献６のボタンスイッチでは、バネ部材に相当する金属弾性片よりも上方に発光体が実装されているが、移動キーの２つの相対する側立板の間から光が漏れるため、光の利用効率は上がらない。

そこで、本発明は、光の利用効率を向上させて使用者が押圧する面の中央部を照光する光量を増大させるとともに、小型で歩留まりを向上させたプッシュスイッチを提供することを目的とする。

上面に複数の固定接点が形成された基板と、基板上に載置され、凸型の湾曲形状を有し、押下されることにより変形して複数の固定接点の間で導通を生じさせる可動部材と、可動部材を押下するための押下面を下面側に有し、切欠き部を除いて略環状に形成された上側突出部を上面側に有する第１の押下部材と、周縁部との連結部を残して中央部を取り囲み上側突出部が挿入される略環状の貫通孔を有し、可動部材の上方に配置されて押下時に動かないように基板に固定され、切欠き部の位置に対応する連結部の上面側に隆起が形成された枠体と、枠体の中央部に実装され、上側突出部および隆起により周囲が取り囲まれた発光素子と、上側突出部および発光素子を覆い、使用者による押圧力を受けて第１の押下部材を押下する透光性の第２の押下部材とを有するプッシュスイッチが提供される。

上記のプッシュスイッチでは、第２の押下部材が押下されていないときの第２の押下部材の下面と枠体の隆起の上面との間の距離は、押下時の第１および第２の押下部材の移動距離よりも長いことが好ましい。

上記のプッシュスイッチでは、隆起の発光素子に面した内側側面と上側突出部の発光素子に面した内側側面は、いずれも上方に行くほど枠体の周縁部側に傾斜しており、発光素子から側方に出射された光を上方に反射させる反射面であることが好ましい。

上記のプッシュスイッチでは、上方から見たときの上側突出部および貫通孔の形状はＣ字型であることが好ましい。

上記のプッシュスイッチでは、第２の押下部材は、発光素子からの出射光を集光するレンズであることが好ましい。

上記のプッシュスイッチでは、可動部材の湾曲形状の中心軸上において、第１の押下部材の押下面の中央部、発光素子、および第２の押下部材の中央部が鉛直方向に重ねて配置されていることが好ましい。

上記のプッシュスイッチでは、枠体の連結部を経由して、発光素子に電力を供給するための配線パターンが枠体の周縁部側に引き出されていることが好ましい。

上記のプッシュスイッチによれば、光の利用効率が向上して使用者が押圧する面の中央部を照光する光量が増大するとともに、小型で歩留まりも向上する。

プッシュスイッチ１の斜視図である。 プッシュスイッチ１の正面図および側面図である。 キャップ８０が取り除かれたプッシュスイッチ１の斜視図である。 プッシュスイッチ１の分解斜視図である。 図１に示すＶ−Ｖ線に沿ったプッシュスイッチ１の断面図である。 ＬＥＤ素子７０用の配線パターン６７，６８を説明するための図である。 プッシュスイッチ１の動作を説明するための図である。 上側突出部５２および隆起６６による光の反射を説明するための図である。

以下、図面を参照して、プッシュスイッチについて詳細に説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

図１は、プッシュスイッチ１の斜視図である。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、プッシュスイッチ１の正面図および側面図である。図３は、キャップ８０が取り除かれたプッシュスイッチ１の斜視図である。図４は、プッシュスイッチ１の分解斜視図である。図５は、図１に示すＶ−Ｖ線に沿ったプッシュスイッチ１の断面図である。

プッシュスイッチ１は、基板１０、タクトバネ２０、接着シート３０、カバーシート４０、プランジャー５０、リードフレーム６０、ＬＥＤ素子７０およびキャップ８０を有する。プッシュスイッチ１は、ＬＥＤ素子７０からの出射光によりキャップ８０の押圧面を照らす照光式のスイッチである。

基板１０は、例えばガラスエポキシなどの樹脂材で構成された絶縁基板である。基板１０の上面には、複数の固定接点の一例として、中央接点１２と外側接点１４が形成されている。中央接点１２は、例えば円形の上面を有する導体であり、基板１０の上面の中央部に配置されている。外側接点１４は、例えば矩形の上面を有する２つの導体であり、中央接点１２を挟むように基板１０の上面の中央部に配置されている。中央接点１２と外側接点１４は、基板１０の対向する２つの側面に形成された半円形のスルーホール部１３，１５に、それぞれ電気的に接続されている。スルーホール部１３，１５を半田付けすることにより、プッシュスイッチ１は外部機器に接続される。

タクトバネ２０は、可動部材の一例であり、例えばステンレス鋼により構成される。タクトバネ２０は、凸型のドーム形状（湾曲形状）を有し、中央接点１２を跨いで端部が外側接点１４に接するように、基板１０の上面に配置される。タクトバネ２０は、押圧力（操作荷重）がかけられることで、ドーム形状の湾曲がつぶれるように変形して、中央接点１２と外側接点１４との間で導通を生じさせる。タクトバネ２０は、その中央部分だけが凹型に変形するものでもよいし、全体が凹型に変形するものでもよい。

接着シート３０は、基板１０の上にカバーシート４０を固定するためのものであり、基板１０に合わせた大きさを有する。接着シート３０の中央部には矩形の開口部３１が形成されており、タクトバネ２０はこの中に位置する。

カバーシート４０は、基板１０との間で中央接点１２、外側接点１４およびタクトバネ２０を密封するための可とう性の絶縁樹脂シートであり、基板１０と同じ大きさを有し、接着シート３０の上に貼り付けられている。プッシュスイッチ１は、カバーシート４０により中央接点１２、外側接点１４およびタクトバネ２０が密閉されているため、防水および防塵の構造を有する。

プランジャー５０は、第１の押下部材の一例であり、タクトバネ２０を押下するための樹脂製の部材である。プランジャー５０は、図５に示すように、タクトバネ２０とリードフレーム６０の間に配置され、これらによって挟持されている。プランジャー５０は、下面側の中央部に下側突出部５１を有し、上面側に、１か所の切欠き部５３を除いて略環状に形成された上側突出部５２を有する。

プランジャー５０は、使用者によりキャップ８０が押下されたときに、キャップ８０とともに下方に移動して、下側突出部５１により、タクトバネ２０のドーム形状の中央部を下方に押下する。こうして、プランジャー５０は、操作荷重をタクトバネ２０に伝達する。すなわち、下側突出部５１の下面は、タクトバネ２０を押下するための押下面である。また、図３に示すように、上方から見たときの上側突出部５２の形状はＣ字型である。Ｃ字型とは、アルファベットの「Ｃ」と同一の丸い形状に限らず、カタカナの「コ」の字か、または「ロ」の字の１か所が切り欠かれたような４角い形状であってもよい。

リードフレーム６０は、例えばインサート成型により４つの接続電極９１〜９４と一体に形成された樹脂製の枠体である。接続電極９１，９２は、プッシュスイッチ１の固定用に設けられた未接続端子であり、リードフレーム６０の一方の側面に露出している。接続電極９３，９４は、ＬＥＤ素子７０を外部電源に接続するための端子であり、接続電極９１，９２に対向するリードフレーム６０の他方の側面に露出している。リードフレーム６０は、基板１０と同じ大きさの矩形の形状を有し、タクトバネ２０の上方に配置されており、キャップ８０が押下されたときに動かないように、カバーシート４０を介して基板１０に対して固定されている。

リードフレーム６０は、その上面に、周縁部６１との連結部６２を残して中央部６３を取り囲む略環状の貫通孔６４を有する。また、リードフレーム６０は、基板１０上のカバーシート４０との間に、プランジャー５０が収容される内部空間６５を形成する（後述する図７（Ａ）を参照）。上方から見たときの貫通孔６４の形状は、プランジャー５０の上側突出部５２と同じＣ字型である。上側突出部５２は、貫通孔６４を貫通してリードフレーム６０よりも上側に突出している。また、図５に示すように、連結部６２の上面には、隆起６６が形成されている。隆起６６の高さは貫通孔６４から突出している上側突出部５２の高さよりも低いが、隆起６６があることにより、中央部６３の周囲は、全周にわたって上側に突出している。

ＬＥＤ素子７０は、発光素子の一例であり、プッシュスイッチ１の用途に応じて、例えば、赤色光、緑色光、青色光または白色光などを発光する。ＬＥＤ素子７０は、リードフレーム６０の中央部６３に例えば半田で実装されており、その周囲は、プランジャー５０の上側突出部５２およびリードフレーム６０の隆起６６によって取り囲まれている。ＬＥＤ素子７０の種類および実装方法はどのようなものでもよく、特に限定されない。

図６は、ＬＥＤ素子７０用の配線パターン６７，６８を説明するための図である。リードフレーム６０には、ＬＥＤ素子７０に電力を供給するための１組の配線パターン６７，６８が形成されている。図６に示すように、配線パターン６７，６８は、中央部６３から、連結部６２を経由して、リードフレーム６０の周縁部６１側に引き出されており、プッシュスイッチ１の側面に形成された接続電極９３，９４にそれぞれ電気的に接続されている。接続電極９３，９４を外部電源に接続することにより、必要に応じてＬＥＤ素子７０を発光させることが可能である。

キャップ８０は、第２の押下部材の一例であり、プランジャー５０の上側突出部５２とＬＥＤ素子７０とを覆うように、プッシュスイッチ１の最上層に配置されている。キャップ８０は、使用者により押下される部材であるとともに、ＬＥＤ素子７０からの出射光を上方に透過させる働きを有するため、透光性の材料で形成されている。キャップ８０の下面は上側突出部５２の上面に接触しており、キャップ８０は、使用者による操作荷重を受けて下方に移動して、プランジャー５０を押下する。

図７（Ａ）〜図７（Ｆ）は、プッシュスイッチ１の動作を説明するための図である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、図７（Ｃ）に示すＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿ったプッシュスイッチ１の断面図であり、図７（Ｄ）および図７（Ｅ）は、図７（Ｆ）に示すＶＩＩＤ−ＶＩＩＤ線に沿ったプッシュスイッチ１の断面図である。図７（Ｃ）および図７（Ｆ）は、リードフレーム６０の上面、プランジャー５０の上側突出部５２およびＬＥＤ素子７０を示す平面図であり、図７（Ｆ）は、図７（Ｃ）を時計回りに９０度回転させたものに相当する。

操作荷重が掛けられていないときには、図７（Ａ）および図７（Ｄ）に示すように、タクトバネ２０は上に凸のドーム形状を保持している。使用者によりキャップ８０の上面が下方に押下されると、図７（Ｂ）および図７（Ｅ）に示すように、キャップ８０とプランジャー５０は下方に移動し、プランジャー５０の下側突出部５１は、カバーシート４０を介してタクトバネ２０の中央部を下方に押下する。これにより、ドーム形状の湾曲がつぶれるようにタクトバネ２０が変形するため、タクトバネ２０を介して基板１０上の中央接点１２と外側接点１４とが導通して、プッシュスイッチ１はＯＮになる。また、キャップ８０の上面に掛けられた操作荷重がなくなると、図７（Ａ）および図７（Ｄ）に示すように、キャップ８０とプランジャー５０は上方に移動し、タクトバネ２０のドーム形状が復元される。これにより、中央接点１２と外側接点１４は導通しなくなるため、プッシュスイッチ１はＯＦＦになる。

図７（Ｄ）に示すように、キャップ８０が押下されていないときのキャップ８０の下面とリードフレーム６０の隆起６６の上面との間の距離をｄ１とおく。また、図７（Ｅ）に示すように、押下時のキャップ８０とプランジャー５０の移動距離をｄ２とおく。すると、プッシュスイッチ１では、距離ｄ１が距離ｄ２よりも長くなるように、隆起６６の高さが調整されている。すなわち、キャップ８０が押下されていないときのキャップ８０の下面と隆起６６の上面との間には、プッシュスイッチ１のストローク分よりも広い隙間が形成されている。距離ｄ１が距離ｄ２よりも短いと、操作荷重が掛けられたときにキャップ８０の下面が隆起６６の上面に当接して、それ以上、キャップ８０とプランジャー５０が下方に移動できなくなってしまう。しかしながら、プッシュスイッチ１では、キャップ８０が下方に移動してもキャップ８０の下面が隆起６６の上面に当接することはなく、その移動が妨げられることはない。

図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、上側突出部５２および隆起６６による光の反射を説明するための図である。これらの図は、それぞれ、図７（Ａ）および図７（Ｄ）と同じプッシュスイッチ１の断面図である。

上側突出部５２のＬＥＤ素子７０に面した内側側面５２１は、上方に行くほどリードフレーム６０の周縁部６１側に傾斜した反射面である。また、隆起６６のＬＥＤ素子７０に面した内側側面６６１も、上方に行くほどリードフレーム６０の周縁部６１側に傾斜した反射面である。これらの反射面は、例えば、光反射率が高い金属薄膜で内側側面５２１，６６１を被覆することにより形成される。これにより、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に矢印Ｌで示すように、ＬＥＤ素子７０から側方に出射された光は、内側側面５２１，６６１で上方に反射して、プッシュスイッチ１の上方に出射される。なお、上側突出部５２と隆起６６の内側側面は、必ずしも全体が傾斜面でなくてもよく、どちらも一部に鉛直面を含んでいてもよい。

プッシュスイッチ１では、図７（Ａ）および図７（Ｄ）に示すように、タクトバネ２０のドーム形状の中心軸Ｘ上において、プランジャー５０の下側突出部５１の中央部、ＬＥＤ素子７０、およびキャップ８０の中央部が、鉛直方向に重ねて配置されている。このため、中央接点１２、外側接点１４およびタクトバネ２０を含むスイッチ機構とＬＥＤ素子７０とを水平方向にずらして配置する形態と比べて、スイッチの水平方向の面積が小さくなるため、小型化が可能になる。

また、プッシュスイッチ１では、中央接点１２と外側接点１４が形成された基板１０とは別の基板であるリードフレーム６０にＬＥＤ素子７０が実装されて、リードフレーム６０が基板１０上に配置される。このため、リードフレーム６０上に実装して良品であると確認されたＬＥＤ素子だけをプッシュスイッチ１に組み込めば、例えば輝度や色度が規定範囲外のＬＥＤ素子を初めから除外することができる。したがって、基板１０上にＬＥＤ素子を実装する形態と比べて、歩留まりが向上し、製造コストを削減することが可能になる。

また、プッシュスイッチ１では、ＬＥＤ素子７０を取り囲むプランジャー５０の上側突出部５２の形状がＣ字型であり、その開口部が切欠き部５３の１か所しかない。このため、上側突出部５２の開口部が複数箇所に形成されている形態と比べて、プランジャー５０とキャップ８０との接触面積が広くなるので、上からの操作荷重に対する上側突出部５２の強度も強くなる。

また、プッシュスイッチ１では、タクトバネ２０よりも上方にＬＥＤ素子７０が実装されているため、基板１０上にＬＥＤ素子を実装し、タクトバネ２０に穴を開けてその穴から出射される光を利用する形態と比べて、光の利用効率は高くなる。また、プッシュスイッチ１では、プランジャー５０の上側突出部５２の形状がＣ字型であり、さらに、切欠き部５３においてリードフレーム６０の上面に隆起６６が形成されているため、切欠き部５３からもＬＥＤ素子７０の光は漏れにくくなる。しかも、プッシュスイッチ１では、上側突出部５２の内側側面５２１と隆起６６の内側側面６６１は傾斜面であり、その傾斜面には反射型の光学形状が設けられているので、ＬＥＤ素子７０の周囲の全周で光を上方に反射させることができる。このため、プッシュスイッチ１では、ＬＥＤ素子７０の周囲の２か所以上に開口部がある形態と比べて、光の利用効率は高くなる。

なお、キャップ８０の中央部または全体は、ＬＥＤ素子７０からの出射光を集光するレンズであってもよい。キャップ８０をレンズで構成すれば、キャップ８０は、使用者による押圧面としての機能と集光機能とを兼ねることができる。この場合には、反射面である上側突出部５２の内側側面５２１および隆起６６の内側側面６６１の形状と、キャップ８０のレンズの形状とにより、用途に応じて光の指向性を変更することが可能である。また、反射面とレンズとの組合せによりＬＥＤ素子７０からの出射光を効率よく照光に利用できるので、ＬＥＤ素子７０自体への電流を低く抑えることもでき、消費電力を削減することも可能である。

１ プッシュスイッチ
１０ 基板
１２ 中央接点
１４ 外側接点
２０ タクトバネ
３０ 接着シート
４０ カバーシート
５０ プランジャー
５１ 下側突出部
５２ 上側突出部
６０ リードフレーム
６１ 周縁部
６２ 連結部
６３ 中央部
６４ 貫通孔
６６ 隆起
６７，６８ 配線パターン
７０ ＬＥＤ素子
８０ キャップ

Claims (8)

1. 上面に複数の固定接点が形成された基板と、
   前記基板上に載置され、凸型の湾曲形状を有し、押下されることにより変形して前記複数の固定接点の間で導通を生じさせる可動部材と、
   前記可動部材を押下するための押下面を下面側に有し、切欠き部を除いて略環状に形成された上側突出部を上面側に有する第１の押下部材と、
   周縁部との連結部を残して中央部を取り囲み前記上側突出部が挿入される略環状の貫通孔を有し、前記可動部材の上方に配置されて押下時に動かないように前記基板に固定され、前記切欠き部の位置に対応する前記連結部の上面から前記貫通孔に沿って起立し、頂部が前記周縁部の上面から突出して、前記切欠き部に挿入される隆起が形成された枠体と、
   前記枠体の前記中央部に実装され、前記上側突出部および前記隆起により周囲が取り囲まれた発光素子と、
   前記上側突出部および前記発光素子を覆い、使用者による押圧力を受けて前記第１の押下部材を押下する透光性の第２の押下部材と、を有し、
   前記隆起は、前記上側突出部と共に、前記発光素子の周囲を取り囲むようにして、前記切欠き部に挿入される、ことを特徴とするプッシュスイッチ。
2. 前記第２の押下部材が押下されていないときの前記第２の押下部材の下面と前記枠体の隆起の上面との間の距離は、押下時の前記第１および第２の押下部材の移動距離よりも長い、請求項１に記載のプッシュスイッチ。
3. 前記隆起の前記発光素子に面した内側側面は、上方に行くほど前記枠体の前記周縁部側に傾斜しており、前記発光素子から側方に出射された光を上方に反射させる反射面である、請求項２に記載のプッシュスイッチ。
4. 前記上側突出部の前記発光素子に面した内側側面は、上方に行くほど前記枠体の前記周縁部側に傾斜しており、前記発光素子から側方に出射された光を上方に反射させる反射面である、請求項３に記載のプッシュスイッチ。
5. 上方から見たときの前記上側突出部および前記貫通孔の形状はＣ字型である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプッシュスイッチ。
6. 前記第２の押下部材は、前記発光素子からの出射光を集光するレンズである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプッシュスイッチ。
7. 前記可動部材の前記湾曲形状の中心軸上において、前記第１の押下部材の前記押下面の中央部、前記発光素子、および前記第２の押下部材の中央部が鉛直方向に重ねて配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプッシュスイッチ。
8. 前記枠体の前記連結部を経由して、前記発光素子に電力を供給するための配線パターンが前記枠体の前記周縁部側に引き出されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプッシュスイッチ。

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