JP6764015B1 - 押しボタンスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】押しボタンを各種装置で利用する際の設計上の自由度を増大させるとともに、製造コストを抑制することができる押しボタン機構を提供する。【解決手段】リング型磁石及び円柱型磁石を備え、前記リング型磁石の磁化方向と前記円柱型磁石の磁化方向が互いに反対方向になるように、前記リング型磁石のリング内側に前記円柱型磁石を配置し、前記リング型磁石又は前記円柱型磁石の一方を固定し、他方を磁力の作用によって磁気浮上した状態に保持し、前記磁気浮上した状態に保持した前記リング型磁石又は前記円柱型磁石に対して押す力を加えることによって、前記リング型磁石及び前記円柱型磁石の位置関係が変化し、前記押す力を除いた後は、磁力の作用によって、前記リング型磁石及び前記円柱型磁石の位置関係が復帰するようにしたことを特徴とする押しボタン機構。前記押しボタン機構を用いた押しボタンスイッチ。【選択図】図４

Description

本発明は、磁石を用いた押しボタンスイッチに関する。

押しボタン機構は、人が操作して電気回路の接点を閉じたり開いたりして、電気回路に電流を流したり遮断したりするための押しボタンスイッチに用いられる等、広く普及している。押しボタンスイッチは、操作用に限らず、冷蔵庫等のドアの開閉を検出するための検出用にも用いられ、様々な場面で利用されている。

押しボタンスイッチに関する技術のうち、磁石を用いたものとして、特許文献１に、接触子と永久磁石とを具備した可動部と、外部リードに電気的導通をもつ少なくとも二つの接触子と永久磁石とを具備した固定部とから成り、永久磁石と永久磁石とを互いに反発する向きに配置し、自由状態において接触子と接触子とを少なくとも絶縁距離に保つに十分な該反発力により固定部と分離しないための止め板を具備した押しボタンスイッチの構造が開示されている。同文献に開示された考案によれば、永久磁石の反発力を押しボタンスイッチの自動復帰に利用しているため、従来のばねの復元力を利用した押しボタンスイッチに比べて、ばねを利用しないために、スイッチの構造が簡素化されるという効果があり、さらに、ばねを利用しないために、従来ばねが占有していた空間が不必要になることにより、スイッチの小形化が容易になるという効果があると記載されている。

実開昭５８−１６０４２９号公報

しかしながら、従来の磁石を用いた押しボタン機構には、以下のような問題点がある。

確かに、特許文献１に開示された考案によれば、ばねを利用する場合に比べて、スイッチの構造が簡素化される。しかし、特許文献１に開示された考案は、二つの永久磁石間の反発力をばねの復元力に置き換えたものに過ぎず、自由状態において接触子同士を少なくとも絶縁距離に保つに十分である永久磁石を選ぶ必要がある。

又、特許文献１に開示された考案では、可動部が該反発力により固定部と分離しないための止め板が必要である。このため、押しボタンスイッチを各種装置で利用する際には、永久磁石の強さを選択する必要がある上に止め板が必要になり、設計上の自由度が制限されるだけでなく、止め板部分の材料コストが掛かるという問題点がある。

これらの問題点は、特許文献１に開示された考案が、二つの永久磁石間の反発力だけを利用して引力を利用していないことに起因する。

そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点を解決して、押しボタンを各種装置で利用する際の設計上の自由度を増大させるとともに、製造コストを抑制することができる押しボタン機構を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、参考例１の押しボタン機構は、リング型磁石及び円柱型磁石を備え、前記リング型磁石の磁化方向と前記円柱型磁石の磁化方向が互いに反対方向になるように、前記リング型磁石のリング内側に前記円柱型磁石を配置し、前記リング型磁石又は前記円柱型磁石の一方を固定し、他方を磁力の作用によって磁気浮上した状態に保持し、前記磁気浮上した状態に保持した前記リング型磁石又は前記円柱型磁石に対して押す力を加えることによって、前記リング型磁石及び前記円柱型磁石の位置関係が変化し、前記押す力を除いた後は、磁力の作用によって、前記リング型磁石及び前記円柱型磁石の位置関係が復帰するようにしたことを特徴とする。

本発明におけるリング型磁石には、ドーナツ型、円筒型、筒型等、様々な呼び方があるが、円柱型磁石をリング内側に配置することができ、本発明と同様の作用効果を奏するものであれば、その形態を問わない。又、本発明における円柱型磁石は、前記リング型磁石のリング内側に配置することができ、本発明と同様の作用効果を奏するものであれば、その形態を問わない。

本発明では、前記リング型磁石の磁化方向と前記円柱型磁石の磁化方向が互いに反対方向になるように、前記リング型磁石のリング内側に前記円柱型磁石を配置する。前記リング型磁石のリング内側に前記円柱型磁石を挿入しようとする時点ではＮ極同士又はＳ極同士の間に斥力が作用するものの、一旦挿入し始めるとＮ極とＳ極の間の引力が優位に作用することによって、自然に中央に位置するようになるので組立てが容易である。

又、本発明では、前記リング型磁石又は前記円柱型磁石の一方を固定し、他方を磁力の作用によって磁気浮上した状態に保持する。例えば、押しボタンスイッチに本発明を適用する場合には、前記リング型磁石又は前記円柱型磁石の一方をスイッチの筐体に固定する。他方を磁力の作用によって磁気浮上した状態に保持する。この際に作用する磁力は、引力及び斥力であるが、引力が優位に作用する。Ｎ極とＳ極の間の引力及びＮ極同士又はＳ極同士の間の斥力が均等に働く位置、すなわち中央に自然に位置するようになる。尚、ここでは、簡単のため、磁石の質量が小さい場合を記載することとし、重力の作用についての記載は省略する。

本発明において、磁気浮上とは、磁力の作用によって物体が空中浮揚することである。磁力の作用によって物体を浮上させて静止させる場合、一般的には斥力を利用する場合が多く、リニアモーターのように磁場の調整が必要になったり、特許文献１に記載されているような止め板が必要になったりしていた。本発明では、Ｎ極及びＳ極の間の引力が二箇所から作用して均衡する構成であるので、磁場の調整や止め板は不要である。

これによって、バネ等を用いずに最小限の部品だけから構成することができて、壊れにくく、しかも磁力の作用を利用して容易に組み立てることができる押しボタン機構を実現することができるようになる。

次に、本発明では、前記磁気浮上した状態に保持した前記リング型磁石又は前記円柱型磁石に対して押す力を加えることによって、前記リング型磁石及び前記円柱型磁石の位置関係が変化する。そして、前記押す力を除いた後は、磁力の作用によって、前記リング型磁石及び前記円柱型磁石の位置関係が復帰する。すなわち、前記押す力を加える前の磁気浮上の状態に復帰する。

前記リング型磁石及び前記円柱型磁石の位置関係が変化した状態においては、引力と斥力が同時に作用して復帰させようとする力が働く。例えば、前記リング型磁石のＮ極及び前記円柱型磁石のＳ極が上になるように配置した場合に、前記リング型磁石を固定して、前記円柱型磁石に対して下に押し下げる力を加えると、前記リング型磁石のＳ極と前記円柱型磁石のＳ極が近づき斥力が働き、これと押す力を加える前から作用していた引力が同時に作用して当初の位置関係に復帰させようとする力が働く。

次に、参考例２の押しボタン機構は、参考例１の押しボタン機構であって、前記リング型磁石及び前記円柱型磁石の一方又は両方が電磁石であることを特徴とする。

これによって、押しボタン機構の可動部に押す力を加えたときに、当初の位置関係に復帰させようとする力の大きさを制御できるようになる。例えば、本発明を押しボタンスイッチに適用した場合に、押しボタンの固さを制御できるようになる。

次に、参考例３の押しボタンスイッチは、押しボタンスイッチであって、参考例１又は参考例２の押しボタン機構の前記リング型磁石又は前記円柱型磁石に接触子を具備した可動部と、外部リードに電気的導通をもつ少なくとも二つの接触子を具備した固定部とからなり、前記リング型磁石又は前記円柱型磁石に対して押す力を加えることによって、ａ接点が閉じて導通し、又はｂ接点が開いて導通しないようにしたことを特徴とする。

これによって、特許文献１に開示された考案と同様の、永久磁石の反発力を押しボタンスイッチの自動復帰に利用しているため、従来のばねの復元力を利用した押しボタンスイッチに比べて、ばねを利用しないために、スイッチの構造が簡素化されるという効果、及び、ばねを利用しないために、従来ばねが占有していた空間が不必要になることにより、スイッチの小形化が容易になるという効果を維持しつつ、特許文献１に開示された考案では必要であった止め板を不要とし、バネ等を用いずに最小限の部品だけから構成することができて、壊れにくく、しかも磁力の作用を利用して容易に組み立てることができる押しボタンスイッチを実現することができるようになる。

次に、請求項１記載の押しボタンスイッチは、押しボタンスイッチであって、円柱型磁石（２）のＮ極側及びＳ極側にそれぞれ接触子（５）及び押しボタン（１２）を具備した可動部と、リング型磁石（１）を固定し、外部リードに電気的導通をもつ接触子（６）及び接触子（７）を前記リング型磁石（１）のＮ極側及びＳ極側にそれぞれ具備した筐体（４）とを備え、前記リング型磁石（１）の磁化方向と前記円柱型磁石（２）の磁化方向が互いに反対方向になるように、前記リング型磁石（１）のリング内側に前記円柱型磁石（２）を配置し、前記円柱型磁石（２）を磁力の作用によって磁気浮上した状態に保持し、前記磁気浮上した状態に保持した前記円柱型磁石（２）に対して押す力を加えることによって、前記リング型磁石（１）及び前記円柱型磁石（２）の位置関係が変化し、前記円柱型磁石（２）に具備した接触子（５）と前記筐体（４）に具備した接触子（６）及び接触子（７）が導通するようにし、前記押す力を除いた後は、磁力の作用によって、前記リング型磁石（１）及び前記円柱型磁石（２）の位置関係が元の位置に復帰するようにし、単一の押しボタンスイッチで二つのスイッチ操作ができるようにしたことを特徴とする。

外部リードに電気的導通をもつ少なくとも四つの接触子は、例えば、円柱型磁石を可動部とする場合に、リング型磁石のＮ極及びＳ極側にそれぞれ二つずつ、筐体に固定する。これによって、単一の押しボタンスイッチで少なくとも二つのスイッチ操作が可能になる。尚、この場合、リング型磁石のＮ極又はＳ極のいずれかの側に二組の接触子を固定するようにしてもよい。

以上説明したように、バネ等を用いずに最小限の部品だけから構成することができて、壊れにくく、しかも磁力の作用を利用して容易に組み立てることができる押しボタン機構を実現することができるようになる。前記押しボタン機構は、押しボタンスイッチ等に応用することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るリング型磁石の一例を示す説明図である。 図２は、本発明の実施形態に係る円柱型磁石の一例を示す説明図である。 図３は、本発明の実施形態に係る押しボタン機構の一例を示す斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に係る押しボタン機構に押す力を加えていない状態の一例を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施形態に係る押しボタン機構に押す力を加えた状態の一例を示す斜視図である。 図６は、本発明の実施形態に係る押しボタンスイッチを用いて構成した電気回路の一例を示す斜視図である。 図７は、本発明の実施形態に係る押しボタンスイッチに押す力を加えた状態の一例を示す斜視図である。 図８は、二つのスイッチ操作が可能な、本発明の実施形態に係る押しボタンスイッチを用いて構成した電気回路の一例を示す斜視図である。

以下に、本発明の最良の実施の形態に係る押しボタン機構及び押しボタンスイッチの実施例について図面を参照しながら説明する。可能な限り、同一部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。又、課題を解決するための手段における記載と重複する内容はできるだけ省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るリング型磁石の一例を示す説明図、図２は、本発明の実施形態に係る円柱型磁石の一例を示す説明図である。 リング型磁石１の中央の穴は、必ずしも円形である必要はなく、本発明と同様の技術的効果を奏することができるのであれば、その形状を問わない。

図３は、本発明の実施形態に係る押しボタン機構の一例を示す斜視図である。本発明では、リング型磁石１と円柱型磁石２の間に大きな摩擦力が働かない程度の間隙が必要となる。このため、前記間隙から水が浸入しないように、接点に防水処置等を施すことが望ましい。一旦挿入し始めるとＮ極とＳ極の間の引力が優位に作用することによって、自然に中央に位置するようになるので組立てが容易である。

図４は、本発明の実施形態に係る押しボタン機構に押す力を加えていない状態の一例を示す斜視図である。リング型磁石１のＮ極及びＳ極からの引力が円柱型磁石２のＳ極及びＮ極に均等に作用するため、リング型磁石１の中央に円柱型磁石２が磁気浮上した状態が自由状態で安定的に保持されるようになる。尚、磁石の質量が小さい場合には、重力の作用は無視することができる。

図５は、本発明の実施形態に係る押しボタン機構に押す力を加えた状態の一例を示す斜視図である。図５の矢印は、押す力を加える方向３を表している。このとき、円柱型磁石２には、元の状態に復帰させようとする復元力が働く。リング型磁石１のＳ極と円柱型磁石２のＳ極が近づき斥力が働き、これと押す力を加える前から作用していた引力が同時に作用して当初の位置関係に復帰させようとする力が働く。この力の大きさは、リング型磁石１及び円柱型磁石２の一方又は両方を電磁石にすることによって制御することもできる。

図６は、本発明の実施形態に係る押しボタンスイッチを用いて構成した電気回路の一例を示す斜視図である。リング型磁石１と円柱型磁石２の一方が可動接点で他方が固定接点であればよく、リング型磁石１と円柱型磁石２のいずれが可動接点であってもよい。図６では、リング型磁石１、陽極側外部リード線に通じる接触子６、及び陰極側外部リード線に通じる接触子７を筐体４に固定し、円柱型磁石２に接触子５を具備して可動部とした。電球９、電池１１、及び本発明に係る押しボタンスイッチを陽極側外部リード線８及び陰極側外部リード線１０で接続して、電気回路の一例を構成した。円柱型磁石２に対して押す力を加えることによって、ａ接点が閉じて導通するようにした。

尚、図６及び図７は、本発明に係る押しボタンスイッチの内部が見えるように、筐体４の前面部分を切断ないし開いた状態を表している。又、図６及び図７において、電池１１、電球９、陽極側外部リード線８、及び陰極側外部リード線１０は、本発明の実施形態に係る押しボタンスイッチを使用した回路構成の単なる例示に過ぎず、本発明の実施形態に係る押しボタンスイッチとの相対的な大きさは考慮していない。

図７は、本発明の実施形態に係る押しボタンスイッチに押す力を加えた状態の一例を示す斜視図である。図７は、押しボタンスイッチを押すと接点が閉じ、放すと接点が開くａ接点（ＮＯ接点やメイク接点とも呼ばれる）の押しボタンスイッチの場合の一例である。押す前の状態では接点は開いており導通してないが、円柱型磁石２に対して押す力を加えることによって、図７に示すように接点が閉じて導通する。図７は、ａ接点が閉じて導通し、電球９が点灯した状態を表している。

反対に、押しボタンスイッチを押すと接点が開き、放すと接点が閉じるｂ接点（ＮＣ接点やブレイク接点とも呼ばれる）の押しボタンスイッチにすることもできる。この場合、押しボタンスイッチを押している間は、接点が開き導通しない。

図６及び図７ではモーメンタリ（Ｍｏｍｅｎｔａｒｙ、自動復帰）型について記載したが、オルタネイト（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ、保持）型の押しボタンスイッチにすることもできる。モーメンタリ型の場合、押しボタンスイッチを押している間だけ接点が閉じて導通したり、開いて遮断したりする。これに対して、オルタネイト型の場合、押しボタンスイッチを押すと、接点が閉じて導通したり開いて遮断したりして、放してもそのままの状態で保持される。再び押すと、ロックが解除して復帰する。

図８は、二つのスイッチ操作が可能な、本発明の実施形態に係る押しボタンスイッチを用いて構成した電気回路の一例を示す斜視図である。図８では、押しボタン１２を円柱型磁石２の上面（Ｓ極側）及び底面（Ｎ極側）にそれぞれ新たに備える設計にしたが、接触子５を円柱型磁石２の側面に備えるようにする等、様々な設計が可能である。円柱型磁石２に押す力を加えることによって、ａ接点が閉じて導通し、又はｂ接点が開いて導通しないようにすれば、必ずしも押しボタン１２は必要ではない。

本発明に係る押しボタン機構には、操作用又は検出用の押しボタンスイッチを始め、様々な産業上の利用可能性がある。

１ リング型磁石
２ 円柱型磁石
３ 押す力を加える方向
４ 筐体
５ 可動部に具備した接触子
６ 陽極側外部リード線に通じる接触子
７ 陰極側外部リード線に通じる接触子
８ 陽極側外部リード線
９ 電球
１０ 陰極側外部リード線
１１ 電池
１２ 押しボタン

Claims (1)

1. 円柱型磁石（２）のＮ極側及びＳ極側にそれぞれ接触子（５）及び押しボタン（１２）を具備した可動部と、
   リング型磁石（１）を固定し、外部リードに電気的導通をもつ接触子（６）及び接触子（７）を前記リング型磁石（１）のＮ極側及びＳ極側にそれぞれ具備した筐体（４）とを備え、
   前記リング型磁石（１）の磁化方向と前記円柱型磁石（２）の磁化方向が互いに反対方向になるように、前記リング型磁石（１）のリング内側に前記円柱型磁石（２）を配置し、
   前記円柱型磁石（２）を磁力の作用によって磁気浮上した状態に保持し、
   前記磁気浮上した状態に保持した前記円柱型磁石（２）に対して押す力を加えることによって、前記リング型磁石（１）及び前記円柱型磁石（２）の位置関係が変化し、前記円柱型磁石（２）に具備した接触子（５）と前記筐体（４）に具備した接触子（６）及び接触子（７）が導通するようにし、
   前記押す力を除いた後は、磁力の作用によって、前記リング型磁石（１）及び前記円柱型磁石（２）の位置関係が元の位置に復帰するようにし、
   単一の押しボタンスイッチで二つのスイッチ操作ができるようにしたことを特徴とする押しボタンスイッチ。
   

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