JP7216535B2 - 可動接点及び可動接点を用いたスイッチ - Google Patents

Description

本願は、薄板状の金属ばねからなる可動接点及び可動接点を用いたスイッチに関する。

パソコンのキーボードや携帯電話など様々な電子機器の操作信号入力用スイッチとして使われているプッシュスイッチは、例えば、基板上に配置された中央固定接点及び周辺固定接点と、両接点の上方に配置された可動接点とを備え、可動接点を押し込んで反転させ、中央固定接点と周辺固定接点とを導通させる構成となっている。可動接点は、薄板状の金属ばねからなり、外形が円形状に形成され、中央部がドーム状に膨出されている。また、薄型スイッチに対応するように、金属ばねの外周縁の互いに対向する位置には、一対の突出部が形成されており、可動接点のばね特性を損なわないようにしている。すなわち、金属ばねの一対の対向する突出部を基板の周辺固定接点の上面に接触させ、可動接点の頂部を下方に押し込み中央部が反転して中央固定接点に接触するまでの所定ストロークを確保することで、良好なクリック感を得られるようにしている（特許文献１）。

上記のプッシュスイッチでは、可動接点の頂部を下方に押し込んだ時に、金属ばねの外周縁には円周方向に延びようとする力が加わると共に、突出部が外方に押されて周辺固定接点の上を接触しながらスライドする。

特開２００４‐１４２１２号公報

上記従来の可動接点は、金属ばねの頂部を繰り返し押圧操作することにより、突出部の基端部に繰り返しの応力が集中し、金属ばねの中心部に向けてクラックが発生するおそれがあった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、金属ばねの周縁部に突出部が設けられた可動接点を繰り返し押圧操作しても、金属ばねにクラックが発生しにくい長寿命の可動接点及びこれを用いたスイッチを提供するものである。

本発明に係る可動接点は、薄板状の金属ばねであって、反転可能な中央部分を有するドーム形状の膨出部と、膨出部の外周縁から斜め下方に突出する少なくとも一対の対向する突出部、とを備え、前記膨出部は、反転可能な中央部分を含む本体部と、該本体部の外側の外周部と、を有し、前記本体部と前記外周部との間に折れ曲がり部が設けられることで、前記外周部が前記本体部に対して下向きにカーブし、前記突出部は、前記膨出部の外周縁との間に設けられる連結部から突出部の先端部に向けてほぼ直線的に延びる直線部を有し、前記直線部が連結部を境にして前記膨出部の外周部に対して上向きに屈曲し、水平基準に対する直線部の傾斜角度が、前記水平基準に対する外周部の傾斜角度より小さい。

また、本発明に係るスイッチは、薄板状の金属ばねであって、反転可能な中央部分を有するドーム形状の膨出部と、膨出部の外周縁から斜め下方に突出する少なくとも一対の対向する突出部とを備える可動接点と、この可動接点が載置される基板を備え、基板の上面には可動接点の膨出部が反転することで中央部分の下面と接触する第１固定接点と、第１固定接点の外側に配置され可動接点の突出部が接触する少なくとも一対の対向する第２固定接点と、が配置されるスイッチであって、前記可動接点の突出部は、膨出部の外周縁との間に設けられる連結部から突出部の先端部に向けてほぼ直線的に延びる直線部と、可動接点の膨出部が押圧されない状態で第２固定接点に接触する第１接触部と、膨出部が押圧され且つスイッチオフ状態の間で第２固定接点と接触する第２接触部と、を有し、前記第２接触部は、突出部の直線部に形成される平坦な下面に位置する。

本発明に係る可動接点は、ドーム形状の膨出部の外周縁から斜め下方に突出する少なくとも一対の対向する突出部を備え、この突出部が膨出部の外周縁との連結部から突出部の先端部に向けてほぼ直線的に延びる直線部を有するので、直線部の高さ分のストロークを稼ぐことができ、可動接点を押圧した時に良好なクリック感が得られる。また、可動接点を押圧したときに、連結部付近に掛かる応力を突出部の直線部にも分散させることができる。

また、本発明に係るスイッチは、可動接点の膨出部が、膨出部が押圧されて中央部分が反転し第１固定接点と接触したスイッチオン状態で第２固定接点と接触する第３接触部を有するので、膨出部と突出部の連結部付近に集中していた応力を分散させることができる。そのため、突出部の連結部付近でのクラックを抑えることができ、良好なクリック感を保持しつつスイッチ寿命を延ばすことが可能となった。

本発明の一実施形態に係る可動接点を示し、（ａ）は可動接点の平面図、（ｂ）は可動接点の断面図である。 図１（ｂ）の要部拡大図である。 可動接点を作製する際の一工程を示す斜視図である。 可動接点の突出部の先端形状の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るスイッチを分解した斜視図である。 図５に示されたスイッチを組みつけた時の断面図である。 可動接点が押圧されていない時のスイッチの内部を示し、（ａ）はスイッチの部分断面図、（ｂ）は要部拡大図である。 可動接点が軽く押圧された状態のスイッチの内部を示し、（ａ）はスイッチの部分断面図、（ｂ）は要部拡大図である。 可動接点がさらに押圧された状態のスイッチの内部を示し、（ａ）はスイッチの部分断面図、（ｂ）は要部拡大図である。 可動接点が反転して第１固定接点に接触した状態のスイッチの内部を示し、（ａ）はスイッチの部分断面図、（ｂ）は要部拡大図である。

以下、本発明に係る可動接点及びこの可動接点を用いたスイッチの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は、本発明の可動接点及びスイッチを模式的に表したものである。これらの実物の寸法及び寸法比は、図面上の寸法及び寸法比と必ずしも一致していない。また、重複説明は適宜省略させることがあり、同一部材には同一符号を付与することがある。さらに、本発明の技術的範囲は以下で説明する各実施の形態には限定されず、請求の範囲の記載内容とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

（第１実施形態）
図１及び図２には、本発明の一実施形態に係る可動接点１が示されている。この可動接点１は、薄板状の金属ばねからなり、弾性を有するステンレスなどの金属板によって形成されている。

可動接点１を構成する金属ばねは、半径寸法Ｒ１の外形を有する円形の上下の一部を切り欠いたもので、左右に円弧状の外周縁２を有する楕円形状をしている。可動接点１は、反転可能な中央部分を有するドーム形状の膨出部３と、膨出部３の円弧状の外周縁２の互いに対向する位置から外側に所定寸法突出する少なくとも一対の突出部４と、を備えている。

前記膨出部３は、反転可能な中央部分を含む本体部５と、その外側を取り囲む外周部６と、を有する。膨出部３は全体が緩やかな曲面形状となっており、本体部５と外周部６との間には折れ曲がり部７が設けられている。この折れ曲がり部７によって外周部６が僅かに下向きにカーブする。なお、本体部５の周縁、すなわち折れ曲がり部７と、外周部６の外周縁、すなわち膨出部３の外周縁２は、膨出部３の中心に対して同心円となっている。

前記一対の突出部４は、膨出部３の外周縁２から斜め下方に突出しており、膨出部３の外周縁２上に沿った連結部８から突出部４の先端部に向けてほぼ直線的に真っすぐ延びる直線部４ａを有し、この直線部４ａには平坦な下面４ｂが形成されている。また、突出部４の先端部には、上向きの屈曲部４ｃが設けられ、この屈曲部４ｃと直線部４ａとの間には屈曲突部４ｄが形成されている。

図２に示したように、前記突出部４は、鉛直方向と直交する水平方向の水平基準Ｈに対する直線部４ａの傾斜角度α１が、水平基準Ｈに対する前記連結部８における膨出部３の外周縁２の内側、すなわちこの実施例では膨出部３の外周部６の傾斜角度α２より小さいものとなっている。このように、傾斜角度α１を傾斜角度α２より小さくしたことで、突出部４のスライドを可能として膨出部３と突出部４との連結部８付近に集中していた応力を分散させることができる。そのため、前記連結部８付近でのクラックを効果的に抑えることができ、可動接点１として良好なクリック感を保持しつつ金属ばねとしての寿命を延ばすことが可能となった。

この実施形態において、前記突出部４の左右両側の側縁４ｅは、膨出部３の外周縁２に湾曲状につながっている。このような湾曲形状とすることで、可動接点１を押圧操作したときに、膨出部３の外周縁２と突出部４との連結部８に掛かる繰り返しの応力を軽減することができる。

図３に示されるように、前記可動接点１は、キャリア９に連結された状態でプレス加工され、一対のキャリア９に連結された左右の脚１０を所定の位置で切断することによって得られる。切断された脚１０の一部がそのまま可動接点１の膨出部３から突出する突出部４となる。脚１０の幅寸法ｗ１は特に限定されるものではなく、０．１ｍｍから可動接点１の幅寸法ｗ２の１/２以下の範囲であれば十分である。

上述した実施形態では可動接点１の外形はほぼ楕円形であるが、外形全体が円形であってもよい。また、突出部４の先端部の形状は、図２に示したような直線部４ａの先端に上向きの屈曲部４ｃが設けられたものでなくてもよく、例えば図４に示されるように、突出部４の直線部４ａの先端で切れているような形状であってもよい。

図５及び図６には、前記構成からなる可動接点１を利用したスイッチ１１の一例が示されている。このスイッチ１１は、押し釦型のプッシュスイッチであって、前記可動接点１と、可動接点１が配置される基板１２と、基板１２上に配置されて可動接点１の外周を取り囲むフレーム１３と、可動接点１の膨出部３のほぼ頂部に接触するように配置される円盤状の押圧体１４と、押圧体１４を介して可動接点１の上方に配置されフレーム１３の上面に接着されるカバーシート１５と、を備える。押圧体１４はカバーシート１５の中央部１５ａの下面に接着されていてもよい。

基板１２の上面にはその中央部に第１固定接点１６が配置され、第１固定接点１６の左右両側に一対の第２固定接点１７が配置される。図５において、第１固定接点１６はほぼ円形状に形成されているが、円形状に限定されるものではない。また、第２固定接点１７は、ほぼ台形状に形成されているが、台形状に限定されるものではない。また、基板１２の長辺側の左右両側面には片側に２つずつのスルーホール電極１８が設けられている。なお、図５では基板１２上に形成される電子回路が省略されている。なお、本実施形態では基板１２にスルーホール電極１８を配置したが、リードフレームを用いることもできる。

フレーム１３は絶縁性材料によって形成され、基板１２の上面形状にほぼ対応した大きさである。中央には前記可動接点１が収容される空間部１９が設けられている。空間部１９の形状は可動接点１の外形の形状にほぼ対応しており、これによって可動接点１の水平方向の位置ずれが防止される。また、フレーム１３の上面にはカバーシート１５の下面と接着する接着シート１３ａが設けられ、フレーム１３の下面には基板１２の上面と接着する接着シート１３ｂが設けられている。なお、接着シートの代わりにフレーム１３の上面と下面にそれぞれ接着剤を塗布してあってもよい。さらに、図５において、フレーム１３の長辺側の左右両側面にはスイッチ１１をマザーボード（図示せず）に半田付けする際又は樹脂を塗布する際などに利用される作業用の切り欠き２０が基板１２のスルーホール電極１８に対応した位置に設けられている

カバーシート１５の上から操作した押圧力は、押圧体１４を介して可動接点１に伝えられる。そのため、押圧体１４は、押圧したときに容易に変形しない材質が望ましい。例えば、ポリイミドやナイロンなどのプラスチックによって形成される。また、押圧体１４の形状も円形状に限られるものではない。さらに、押圧体１４の大きさや厚みなども機能を損なわない限り自由に設計可能である。

カバーシート１５は、柔軟性を有する薄いプラスチックシートが望ましい。カバーシート１５の周囲の下面がフレーム１３の上面に接着シート１３ａによって接着されている。カバーシート１５の下面が押圧体１４を介して可動接点１の膨出部３の頂部に接触している。そのため、カバーシート１５の中央部１５ａが周辺部１５ｂに比べて山形に盛り上がる。カバーシート１５の中央部１５ａを押し下げることで、押圧体１４を介して可動接点１の頂部付近を押圧することができる。

前記可動接点１は、第１固定接点１６と第２固定接点１７を覆うようにして基板１２の上方に配置される。膨出部３の中央部分が第１固定接点１６の上方に位置しており、中央部分が反転することで、その下面が第１固定接点１６と接触して第２固定接点１７と導通し、スイッチオン状態となる。一方、膨出部３の外周縁２から突出する一対の突出部４は、第２固定接点１７の上部に位置し、突出部４の屈曲突部４ｄが第２固定接点１７の上面１７ａに接触している。可動接点１は、金属ばねを複数枚重ねて使用することも可能である。その場合、同一形状の金属ばねを重ねて使用してもよく、また、突出部を有する金属ばねを一番下にしてその上に突出部を持たない金属ばねを重ねて使用することもできる。

次に、上記構成からなるスイッチ１１の押圧操作ついて説明する。図７乃至図１０にはスイッチ１１がオフ状態からオン状態に移るまでの可動接点１の押圧位置及び第２固定接点１７に接触する突出部４の姿勢が示されている。

図７（ａ），（ｂ）には可動接点１がまだ押圧されていない時のスイッチオフ状態が示されている。この状態では可動接点１の突出部４の先端部に設けられた屈曲突部４ｄが第１接触部として第２固定接点１７の上面１７ａに接触する。このように突出部４の屈曲突部４ｄを第２固定接点１７に接触させることで、突出部４の高さ分のストロークを稼げることになり、可動接点１を押圧した時に良好なクリック感が得られる。

図８（ａ），（ｂ）には押圧体１４を介してカバーシート１５の上から可動接点１の中央部分を軽く押圧した時のスイッチオフ状態が示されている。この状態では第２固定接点１７との接触が可動接点１の突出部４の屈曲突部４ｄから直線部４ａへと移動し、直線部４ａの平坦な下面４ｂが第２接触部として第２固定接点１７の上面１７ａに接触する。

図９（ａ），（ｂ）には押圧体１４を介してカバーシート１５の上から可動接点１の中央部分をさらに押圧した時のスイッチオフ状態が示されている。この状態では可動接点１の突出部４と膨出部３との連結部８側に近い直線部４ａの平坦な下面４ｂの基端部側が第２接触部として第２固定接点１７の上面１７ａに接触すると共に、連結部８に近い膨出部３の外周部６が沈み込む。

図１０（ａ），（ｂ）には可動接点１の中央部分が反転して第１固定接点１６に接触した時のスイッチオン状態が示されている。この状態では可動接点１と第２固定接点１７との接触が、突出部４が連結される膨出部３の外周縁２の内側に移動し、連結部８に近い位置の外周部６の一部の下面６ａが第３接触部として第２固定接点１７の上面１７ａに接触する。なお、外周部６の下面６ａと共に、連結部８近い位置の突出部４の平坦の下面４ｂが第２固定接点１７の上面１７ａに接触してもよい。このように、可動接点１の中央部分が反転した状態では、可動接点１の突出部４が第２固定接点１７に接触せずに、主に可動接点１の外周縁２の内側が第２固定接点１７に接触するので、突出部４の直線部４ａ及び突出部４の連結部８付近に集中していた繰り返しの応力を直線部４ａと膨出部３の外周部６とに分散させることができる。そのため、突出部４の連結部８付近でのクラックを抑えることができる。また、良好なクリック感を保持しつつスイッチ寿命を延ばすことが可能となった。

本発明の可動接点及び可動接点を用いたスイッチは、上述した実施形態の内容に限定されるものではない。

１ 可動接点
２ 外周縁
３ 膨出部
４ 突出部
４ａ 直線部
４ｂ 直線部の平坦な下面
４ｃ 屈曲部
４ｄ 屈曲突部
４ｅ 側縁
５ 本体部
６ 外周部
６ａ 外周部の下面
７ 折れ曲がり部
８ 連結部
９ キャリア
１０ 脚
１１ スイッチ
１２ 基板
１３ フレーム
１３ａ，１３ｂ 接着シート
１４ 押圧体
１５ カバーシート
１５ａ カバーシートの中央部
１５ｂ カバーシートの周辺部
１６ 第１固定接点
１７ 第２固定接点
１７ａ 第２固定接点の上面
１８ スルーホール電極
１９ 空間部
２０ 作業用の切り欠き
Ｈ 水平基準
ｗ１ 脚の幅寸法
ｗ２ 可動接点の幅寸法

Claims (7)

1. 薄板状の金属ばねであって、反転可能な中央部分を有するドーム形状の膨出部と、膨出部の外周縁から斜め下方に突出する少なくとも一対の対向する突出部とを備える可動接点と、この可動接点が載置される基板を備え、基板の上面には可動接点の膨出部が反転することで中央部分の下面と接触する第１固定接点と、第１固定接点の外側に配置され可動接点の突出部が接触する少なくとも一対の対向する第２固定接点と、が配置されるスイッチであって、
   前記可動接点の突出部は、膨出部の外周縁との間に設けられる連結部から突出部の先端部に向けてほぼ直線的に延びる直線部と、可動接点の膨出部が押圧されない状態で第２固定接点に接触する第１接触部と、膨出部が押圧され且つスイッチオフ状態の間で第２固定接点と接触する第２接触部と、を有し、
   前記第２接触部は、突出部の直線部に形成される平坦な下面に位置するスイッチ。
2. 前記第１接触部は、突出部の先端部に位置する請求項１に記載のスイッチ。
3. 前記可動接点の膨出部は、膨出部が押圧されて中央部分が反転し第１固定接点と接触したスイッチオン状態で第２固定接点と接触する第３接触部を有する請求項１に記載のスイッチ。
4. 前記第３接触部は、少なくとも突出部が連結される膨出部の外周縁内側に位置する請求項３に記載のスイッチ。
5. 前記第２接触部は、膨出部が押圧されて中央部分が反転し第１固定接点と接触したスイッチオン状態では第２固定接点と接触しない請求項１に記載のスイッチ。
6. 前記可動接点の膨出部は、反転可能な中央部分を含む本体部と、該本体部の外側の外周部とを有し、前記本体部と前記外周部との間に折れ曲がり部が設けられることで、前記外周部が前記本体部に対して下向きにカーブする請求項１に記載のスイッチ。
7. 前記可動接点の突出部は、前記直線部が連結部を境にして前記膨出部の外周部に対して上向きに屈曲し、水平基準に対する直線部の傾斜角度が、前記水平基準に対する外周部の傾斜角度より小さい請求項１に記載のスイッチ。

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