JP7132001B2 - 押しボタンスイッチ - Google Patents

Description

本開示は、押しボタンスイッチに関する。

押しボタンスイッチは、例えば産業用機器操作のパネルキーボード、店舗入力端末用キーボード等のキースイッチの接点構造に利用される。

従来の押しボタンスイッチは、一対の接点と、接点の上部に配置される皿ばねと、皿ばねの上に配置されるダンパと、その上に押下用の突起を設けたキートップとが嵌合してスイッチを構成している（例えば特許文献１）。このタイプのスイッチでは、キートップを押下して皿ばねの凹凸が反転し、皿ばねと一対の接点とが直接接触することで接点間が導通する。

特開平１－２２１８２１号公報

押しボタンスイッチでは、キートップ上部より押下力（１４０～１８０ｇｆ）がかかるが、ダンパを介しているとはいえ、直接押下力が皿ばねや接点にかかってくるため、相当な衝撃力（１ｋｇｆ以上）がかかる場合がある。

このように打鍵衝撃が常にかかる構造により、皿ばね側と接点側の双方とも接触している箇所が序々に磨耗する。接点の磨耗が進むとメッキされた表面から素地が露出し、接触抵抗が増大して導通不良となり、接点寿命を縮める場合がある。

本開示は、接点磨耗を抑制できる押しボタンスイッチを提供することを目的とする。

本発明の実施形態の一観点に係る押しボタンスイッチは、キートップと、前記キートップと対向配置される端子板と、前記キートップと前記端子板との間に配置される皿ばねと、前記端子板のうち前記皿ばねの中央部と対向する位置に設けられた中央接点と、前記端子板のうち前記皿ばねの外周部と対向する位置に設けられた外周接点と、を備え、前記外周接点の周囲にはスリットが設けられ、前記スリットは、前記皿ばねの周方向に沿って延在する片持ち梁を形成し、前記外周接点は、前記キートップの押下に応じて基準位置から前記キートップと反対方向に移動し、前記基準位置に復帰するばね性を有する。

本開示によれば、接点磨耗を抑制できる押しボタンスイッチを提供することができる。

第１実施形態に係る押しボタンスイッチの概略構成を示す断面図 押しボタンスイッチの分解断面図 モールド体の上面図 第１実施形態による皿ばねの回転動作を説明する模式図 第２実施形態に係る押しボタンスイッチの断面図 キートップの下面側斜視図 第３実施形態に係る押しボタンスイッチの断面図 第４実施形態に係るキートップの下面側斜視図 第５実施形態に係る押しボタンスイッチの断面図 キー押下時の押しボタンスイッチの断面図 キートップの下面側斜視図 第６実施形態に係る押しボタンスイッチの断面図 キートップのヒンジ展開時の状態を示す断面図

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

なお、以下の説明において、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は互いに垂直な方向であり、ｘ方向およびｙ方向は水平方向、ｚ方向は鉛直方向である。ｚ方向は、上側がｚ正方向、下側がｚ負方向である。

［第１実施形態］
図１～図４を参照して第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係る押しボタンスイッチ１の概略構成を示す断面図である。図２は押しボタンスイッチ１の分解断面図である。図３はモールド体３の上面図である。

図１、２に示すように、押しボタンスイッチ１は、端子板２と、端子板２が一体成形されたモールド体３と、ドーム形状の皿ばね４と、緩衝部材であるダンパ５と、キートップ６と、を有する。

モールド体３には、図３に示すようにｚ正方向に開口する円形の凹部３１が設けられる。凹部３１の底面３２に端子板２の中央接点２１と外周接点２２とが露出するように、端子板２はモールド体３と一体成形されている。端子板２は、キートップ６と対向配置される。また、モールド体３の側面から端子板２のリード端子２３、２４が引き出されている。リード端子２３は中央接点２１と一体成形されており、リード端子２４は外周接点２２と一体成形されている。端子板２は、例えば図１に示すようにリード端子２３、２４を介して基板に設置される。

図３に示すように、中央接点２１は、端子板２のうち皿ばね４の中央部と対向する位置、すなわち底面３２の略中央部に配置されている。外周接点２２は、端子板２のうち皿ばね４の外周部と対向する位置、すなわち底面３２の周縁部に配置されている。モールド体３は例えば樹脂で成形される。端子板２は例えば金属などの導電性材料で成形される。

図１に示すように、皿ばね４は凹部３１に嵌め入れられている。皿ばね４は無負荷時にはｚ正側に凸となるように配置されている。皿ばね４は、中央接点２１、外周接点２２を上方から覆うように凹部３１に載置される。このとき、皿ばね４は外周接点２２と接触しており、中央接点２１とは非接触の状態となる。皿ばね４はキートップ側から押圧される負荷時には、中央部分がｚ負方向に弾性変形して中央接点２１とも接触状態に切り替わり、中央接点２１と外周接点２２を導通する。皿ばね４は金属などの導電性材料で形成される。

皿ばね４のｚ正側にダンパ５が配置される。ダンパ５は、例えば皿ばねと同様の円形状であり、凹部３１に嵌め入れられる。ダンパ５は例えばゴム製のシート等が用いられる。

キートップ６は、モールド体３に対してｚ方向に摺動自在となるように、モールド体３の外周側に嵌め込まれている。キートップ６は、操作される矩形状の操作部６１と、操作部６１の外縁に設けられる側壁６２と、操作部６１の中央位置からｚ負方向に凸状に延びる押下部６３と、を有する。キートップ６は、側壁６２がモールド体３の外周側に嵌ることで水平方向の移動が規制される。押下部６３は、キー押下時にその先端がダンパ５及び皿ばね４をｚ負方向に押圧できるように長さが調整される。キートップ６は例えば樹脂で成形される。

このような構成の押しボタンスイッチ１においてキートップ６が押下されると、ダンパ５を介して皿ばね４が駆動される。凹部３１の中央部に露呈する中央接点２１と皿ばね４とは当初は離れている。キートップ６を押下する力が皿ばね４の座屈荷重を超えると皿ばね４が反転し、皿ばね４が中央接点２１に当接して、中央接点２１と外周接点２２の間が皿ばね４によって橋絡される。

特に本実施形態では、図３に示すように、モールド体３の底面３２には、外周接点２２の周囲にスリット３３が設けられている。スリット３３は、底面３２の周方向に沿って延在する片持ち梁３４を形成し、外周接点２２が片持ち梁３４の先端に配置されるよう形成される。スリット３３は端子板２に形成され、さらに底面３２とモールド体３の下面との間を貫通して形成される。つまり、スリット３３により形成される片持ち梁３４は、先端に外周接点２２が設けられる端子板２の部分と、その周囲を覆うモールド体３の部分とで形成される。

片持ち梁構造により、外周接点２２は、キートップ６の押下に応じて基準位置からキートップ６と反対方向の下方（ｚ負方向）に移動し、基準位置に復帰するばね性を有する。ここで「基準位置」とは、図４（ａ）や図４（ｃ）に示す状態であり、片持ち梁３４の上面が、モールド体３の底面３２と同一平面上にあるときの外周接点の位置である。片持ち梁３４は、キートップ６の押下時に外周接点２２が皿ばね４により押下されるのに応じて、基端側を中心として下方に弾性変形する。

また、片持ち梁構造により、弾性変形時に片持ち梁３４に生じるバネ性応力の発生方向が皿ばね４の周方向と一致するので、片持ち梁３４の弾性復帰により、外周接点２２と接触している皿ばね４を周方向に押し出して回転移動させることができる。図３では、皿ばね４の回転移動の方向を点線矢印で示している。

図４は、皿ばね４の回転動作を説明する模式図である。図４では、図３に示した皿ばね４の周方向を、図の上下方向として模式的に示している。また図４では図の左右方向がｚ方向である。また、図４では、モールド体３及び端子板２は、スリット３３により形成された片持ち梁３４の部分のみを図示している。

図４（ａ）に示すように、外周接点２２に力が付加されない無負荷時には、外周接点２２は上下方向の基準位置に位置し、皿ばね４と点Ａで接触している。

次に、キー操作が行われて皿ばね４により外周接点２２が押圧されると、図４（ｂ）に示すように、片持ち梁３４が下方に湾曲する。すなわち、先端に外周接点２２が設けられる端子板２の部分と、その周囲を覆うモールド体３の部分とが下方に弾性変形する。

このとき、外周接点２２は片持ち梁３４の基端側を中心に回動するので、外周接点２２と接触する皿ばね４の接触点は上記（ａ）の点Ａよりも図中左側の点Ｂに移動する。このとき、片持ち梁３４の湾曲によって、外周接点２２には周方向に対して斜め上方の向きに力Ｆが付勢される。

そしてキー操作が終了して皿ばね４による外周接点への押圧が無くなると、皿ばね４は図４（ｂ）で示した力Ｆを外周接点２２から受けることによって周方向に沿って回転移動する。この結果、図４（ｃ）に示すように外周接点２２が基準位置に復帰する。このとき、外周接点２２と接触する皿ばね４の接触点は、上記（ｂ）の点Ｂよりもさらに図中左側の点Ｃに移動する。このように、一回のキー押下操作によって、外周接点２２と皿ばね４との接触点が点Ａから点Ｃへ遷移する。この結果、皿ばね４は、図４の右方向、すなわち図３の反時計回り方向に回転する。なお、図４（ａ）～（ｃ）では、外周接点２２が基準位置にあるときの皿ばね４との周方向の接触位置を、各図を横断する横方向の点線で図示しており、図４（ａ）から図４（ｃ）までの一回のキー押下操作によって、外周接点２２と皿ばね４との接触点が点Ａから点Ｃへ遷移していることを明確にしている。

このように第１実施形態の押しボタンスイッチ１は、外周接点２２に、キートップ６の押下に応じて基準位置からキートップ６と反対方向に移動し、基準位置に復帰するばね性を設けることによって、打鍵時に皿ばね４により外周接点２２に加わる押圧力を下方に逃がすことが可能となり、皿ばね４と外周接点２２との接触部に生じる衝撃を緩和することができる。これにより、皿ばね４側と端子板２側との接触箇所の摩耗を抑制でき、接点寿命を延ばすことができる。

本実施形態では、外周接点２２の周囲の端子板２及びモールド体３に設けられるスリット３３により、皿ばね４の周方向に沿って延在する片持ち梁３４を形成し、外周接点２２を片持ち梁３４の先端に配置する構成としている。そして、キートップ６の押下時に外周接点２２が押下されるのに応じて片持ち梁３４が弾性変形することにより、外周接点２２にばね性を付与している。これにより、既存の押しボタンスイッチに対して端子板２及びモールド体３にスリット３３を入れるだけで外周接点２２にばね性を持たせることができ、ばね性を付与するためのコストを低く抑えることができる。

従来の押しボタンスイッチでは、皿ばねと端子板とが同一箇所のみで接触するため、一度めっきの摩耗が始まると加速度的に摩耗が進行し、接触抵抗が増大する恐れがある。これに対して本実施形態では、スリット３３により形成される片持ち梁３４によって、片持ち梁３４の弾性復帰の際に外周接点２２と接触している皿ばね４を周方向に押し出して回転移動させることができる。これにより、打鍵時の皿ばね４から外周接点２２に加えられる下方の押圧力を、片持ち梁３４の弾性変形を利用して皿ばね４の回転力に変換することができ、打鍵に応じて接点接触位置を回転移動させることが可能となる。この結果、外周接点２２と接触する皿ばね４の接触部分を変えることができ、皿ばね４と外周接点２２との常時同一箇所で接触することを防止できる。皿ばね４側と端子板２側との接触箇所を移動させることによって、皿ばね４や外周接点２２のめっき摩耗を低減かつ均一化でき、接点寿命を伸ばすことができる。

［第２実施形態］
図５～図６を参照して第２実施形態を説明する。図５は、第２実施形態に係る押しボタンスイッチ１Ａの断面図である。図６はキートップ６Ａの下面側斜視図である。第２実施形態の押しボタンスイッチ１Ａは、第１実施形態では外周接点２２に持たせていたバネ性をキートップ６Ａの押下部６３に持たせている。

押下部６３は、キートップ６Ａの押下時に皿ばね４を押圧する部分である。第２実施形態では、押下部６３がキートップ６の押下に応じて基準位置から皿ばね４と反対方向の上方（ｚ正方向）に移動し、基準位置に復帰するばね性を有する。

図６に示すように、キートップ６Ａの押下部６３周囲にスリット６４が設けられる。スリット６４により、操作部６１の外縁から中央部に向かって延在する片持ち梁６８が形成され、押下部６３が片持ち梁６８の先端に配置される。片持ち梁６８の部分は、図５に示すようにその上面が操作部６１の上面に対して一段下げられてクリアランスが設けられており、これによりキートップ６Ａの押下時に、操作部６１の上面が押下されても、ばね性を有する押下部６３を含む片持ち梁６８の部分が直接押下されないようにされている。キートップ６Ａは例えば樹脂で成形される。ここで上記の「基準位置」とは、図５に示す状態であり、片持ち梁６８の上面が、操作部６１の上面と平行なときの押下部６３の下端の位置である。

キートップ６Ａの押下部６３が形成される位置にバネ性を持たせることにより、操作部６１に押下衝撃が発生しても、この衝撃を押下部６３の片持ち梁６８により上方に逃がして吸収できる。これにより、押下衝撃が押下部６３から皿ばね４側に直接伝達することを防止でき、適正な応力で皿ばね４を押下することができる。この結果、打鍵時に皿ばね４と外周接点２２との接触部に生じる衝撃を緩和でき、接点摩耗を抑制できる。

［第３実施形態］
図７を参照して第３実施形態を説明する。図７は、第３実施形態に係る押しボタンスイッチ１Ｂの断面図である。

第２実施形態の押しボタンスイッチ１Ａでは、スリット６４による押下部６３の片持ち梁６８がダンパの機能も発揮できるので、例えば図７に示す押しボタンスイッチ１Ｂのようにキートップ６Ｂ下のダンパ５を無くしてもよい。この場合、ダンパ５の厚さの分だけ押下部６３を下方に伸ばして、押下部６３が皿ばね４と直接接触する構成となる。

この構成により、第２実施形態と同様の効果を奏すると共に、スイッチの構成要素としてダンパ５が不要となるのでコストダウンを図れる。

［第４実施形態］
図８を参照して第４実施形態を説明する。図８は、第４実施形態に係るキートップ６Ｃの下面側斜視図である。第４実施形態では、キートップ６Ｃの材料が金属などの耐熱性材料である。

図８に示すように、第４実施形態では、押下部６３は、操作部６１に略コの字状のスリット６４を設けて形成された片持ち板ばねの先端を下側に屈曲して形成されている。これにより、押下部６３は第２、第３実施形態と同様の片持ち梁６８の構造となっている。図８に例示するキートップ６Ｃは、例えばプレス成形により形成される。

従来キートップの材料は、摺動性確保のため主に樹脂素材を使用していたが、昨今の鉛フリー化の影響により半田付け時の温度が高温になりやすく、また、プリヒート等によりスイッチに高温がかかりやすくなり、キートップが熱変形し、ＯＮ不良が発生する場合がある。これに対してキートップ６Ｃを金属製とすることにより、キートップ６Ｃの耐熱温度が向上するので、近年の半田付け条件に対応することが可能となる。

また、一般的に押しボタンスイッチでは、スイッチに組立状態でガタツキが出ない様に皿ばねにかけられる初期圧力である初圧が掛かっているため、押下部に初圧による応力が加わる。キートップが樹脂材料の場合、樹脂の荷重撓み温度（熱変形温度）に達すると、押下部の応力発生部に永久変形が発生する場合がある。これに対してキートップ６Ｃを金属製とすることにより、押下部６３に初圧による応力がかかっていても、リフロー熱により変形することなく、押下部６３のバネ性を維持できる。すなわち、本実施形態の押しボタンスイッチ１Ｃは、キートップ６Ｃの耐熱性と押下部６３のばね性が両立できる。

また、キートップ６Ｃの材料が耐久性の高い金属なので、樹脂製のキートップと同等の耐久性を持たせる場合、金属のほうが樹脂製と比較して各部を薄板化できる。

［第５実施形態］
図９～図１１を参照して第５実施形態を説明する。図９は、第５実施形態に係る押しボタンスイッチ１Ｄの断面図である。図１０は、キー押下時の押しボタンスイッチ１Ｄの断面図である。図１１はキートップ６Ｄの下面側斜視図である。

図９、図１１に示すように、押しボタンスイッチ１Ｄは、キートップ６Ｄの押下部６３にバネ性を持たせている。具体的には、押下部６３はＺ方向に延在し、先端が４点突起となっている４本の棒材を有する。各棒材は、互いに平行に配置されている。各棒材の先端部は、ｘ方向に対向する組の間で内側にテーパ面６５が形成されている。

本実施形態では、押下部６３を上記の構造とすることにより、キートップ押下時に押下部６３の各棒材に所定以上の力が加わった場合には、図１０に示すように、テーパ面６５と反対側のｘ方向外側に棒材の先端が開いて力を逃がすことができる。

このように第５実施形態の押しボタンスイッチ１Ｄは、押下部６３の形状によって押下部６３にバネ性を持たせることで、押下衝撃が押下部６３から皿ばね４側に直接伝達することを防止でき、適正な応力で皿ばね４を押下することができる。

［第６実施形態］
図１２、図１３を参照して第６実施形態を説明する。図１２は、第６実施形態に係る押しボタンスイッチ１Ｅの断面図である。図１３はキートップ６Ｅのヒンジ展開時の状態を示す断面図である。

図１２に示すように、押しボタンスイッチ１Ｅでは、キートップ６Ｅの押下部６３は板状のヒンジ６６の先端６６Ａに配置されている。ヒンジ６６は、基端６６Ｂが側壁６２に設けられ、側壁６２から操作部６１の中央部へ延在するよう配置される。ヒンジ６６は、図１３に示すように側壁６２の一部を延長して形成され、基端６６Ｂから内側へ略直角に折って組み立てられる。

また、キートップ６Ｅの下面には、ヒンジ６６の中間部と接触する位置に支点６７が設けられている。図１２に示すようにキートップ６Ｅが設置された状態では、ヒンジ６６は支点６７と常時接触し、支点６７より中央部側に押下部６３が配置される。押下部６３は、支点６７を基端としヒンジ６６の先端に配置される片持ち梁構造となる。

第６実施形態では、押下部６３を上記の構造とすることにより、キートップ押下時に押下部６３に所定以上の力が加わった場合には、支点６７を支点としてヒンジ６６が上方に撓むことにより操作部６１から押下部６３に加わる衝撃を吸収できる。このように第６実施形態の押しボタンスイッチ１Ｅは、押下部６３をヒンジ６６及び支点６７を介してキートップ６Ｅ本体に連結することによって押下部６３にバネ性を持たせることで、押下衝撃が押下部６３から皿ばね４側に直接伝達することを防止でき、適正な応力で皿ばね４を押下することができる。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

例えば、第１実施形態の外周接点２２にバネ性を持たせる構成に、第２～第６実施形態のキートップ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅの押下部６３にバネ性を持たせる構成のいずれかを組み合わせてもよい。

１、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 押しボタンスイッチ
２ 端子板
２１ 中央接点
２２ 外周接点
２３、２４ リード端子
３ モールド体
３１ 凹部
３２ 底面
３３ スリット
３４，６８ 片持ち梁
４ 皿ばね
５ ダンパ
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ キートップ
６１ 操作部
６２ 側壁
６３ 押下部
６４ スリット
６５ テーパ面
６６ ヒンジ
６７ 支点

Claims (3)

1. キートップと、
   前記キートップと対向配置される端子板と、
   前記キートップと前記端子板との間に配置される皿ばねと、
   前記端子板のうち前記皿ばねの中央部と対向する位置に設けられた中央接点と、
   前記端子板のうち前記皿ばねの外周部と対向する位置に設けられた外周接点と、
   を備え、
   前記外周接点の周囲にはスリットが設けられ、
   前記スリットは、前記皿ばねの周方向に沿って延在する片持ち梁を形成し、
   前記外周接点は、前記キートップの押下に応じて基準位置から前記キートップと反対方向に移動し、前記基準位置に復帰するばね性を有する、
   押しボタンスイッチ。
2. キートップと、
   前記キートップと対向配置される端子板と、
   前記キートップと前記端子板との間に配置される皿ばねと、
   前記端子板のうち前記皿ばねの中央部と対向する位置に設けられた中央接点と、
   前記端子板のうち前記皿ばねの外周部と対向する位置に設けられた外周接点と、
   を備え、
   前記外周接点は、前記キートップの押下に応じて基準位置から前記キートップと反対方向に移動し、前記基準位置に復帰するばね性を有し、
   前記キートップと対向配置され、前記キートップの方向に開口する円形の凹部が設けられるモールド体を備え、
   前記端子板は前記凹部の底面に前記中央接点及び前記外周接点が露出するように前記モールド体と一体成形され、
   前記外周接点の周囲には前記端子板と前記モールド体とを貫通するスリットが設けられ、
   前記スリットは、前記皿ばねの周方向に沿って延在する片持ち梁を形成し、前記外周接点が前記片持ち梁の先端に配置され、
   前記片持ち梁は、前記キートップの押下時に前記外周接点が前記皿ばねにより押下されるのに応じて弾性変形する、
   押しボタンスイッチ。
3. 前記キートップが、押下時に前記皿ばねを押圧する押下部を有し、
   前記押下部は、前記キートップの押下に応じて基準位置から前記キートップの押下方向とは異なる方向に移動し、前記基準位置に復帰するばね性を有する、
   請求項１または２に記載の押しボタンスイッチ。

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