JP7294959B2 - スイッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチ装置に関するものである。

ゲーム機等の電子機器等においては、電子機器の操作を行うためのスイッチ装置が設けられている。このようなスイッチ装置では、例えば、スイッチ装置の押下部を押すと押している加重に対応して出力が変化するスイッチ装置が開示されている。

特開２００２－４２５９７号公報 特開２００９－１６３３０号公報

上記のような、押下部を押すと押している加重に対応して出力が変化するスイッチ装置においては、スイッチのオンとオフとを切り替える際に、クリック感を得ることができるものが求められている。

本実施の形態の一観点によれば、基板の上に設けられた第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた抵抗体層と、前記抵抗体層よりも比抵抗が低く、弾性を有する導電性弾性部材と、前記導電性弾性部材の上に設けられたドーム部材と、を有し、前記ドーム部材を上から押すことにより、前記抵抗体層と前記導電性弾性部材との接触面積が広くなり、更に押すと、前記ドーム部材が反転変形することを特徴とする。

開示のスイッチ装置によれば、押下部を押すと押している加重に対応して出力が変化するスイッチ装置において、スイッチのオンとオフとを切り替える際に、クリック感を得ることができる。

本実施の形態におけるスイッチ装置の上面図 本実施の形態におけるスイッチ装置の側面図 本実施の形態におけるスイッチ装置の斜視図 本実施の形態におけるスイッチ装置の分解斜視図 本実施の形態におけるスイッチ装置の断面図 本実施の形態におけるスイッチ装置の基板の上面図 本実施の形態におけるスイッチ装置の説明図（１） 本実施の形態におけるスイッチ装置の説明図（２） 本実施の形態におけるスイッチ装置の回路図 本実施の形態におけるスイッチ装置の動作の説明図

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

（スイッチ装置）
本実施の形態におけるスイッチ装置について、図１から図５に基づき説明する。図１は、本実施の形態におけるスイッチ装置の上面図であり、図２は、側面図であり、図３は、斜視図であり、図４は、分解斜視図であり、図５は、断面図である。

本実施の形態におけるスイッチ装置は、上ケース１１、下ケース１２、カバー２０、基板３０、導電ゴム部材５０、導電ゴム保持部材６０、メタルドーム７０を有しており、更には、後述する検出部８０を有している。本願においては、導電ゴム部材５０を導電性弾性部材と、導電ゴム保持部材６０を保持部材と、メタルドーム７０をドーム部材と記載する場合がある。

上ケース１１及び下ケース１２は、絶縁性を有する樹脂材料により形成されており、上ケース１１と下ケース１２とにより、略直方体の形状の本実施の形態におけるスイッチ装置の筐体が形成される。上ケース１１には、中央部分に貫通穴１１ａが設けられており、下ケース１２の上には、基板３０が搭載されている。

カバー２０は、金属板等を加工することにより形成されており、上ケース１１と下ケース１２とを連結する部材である。カバー２０は、上ケース１１の上面を覆う略正方形の平板部２１と、平板部２１の端より下に設けられた爪部２２とを有している。カバー２０の平板部２１の中央部分には、略円形の貫通穴２３が設けられている。下ケース１２の上に上ケース１１を載せた状態で、上ケース１１と下ケース１２とをカバー２０により連結することができる。具体的には、カバー２０の平板部２１と上ケース１１の上面が接触し、カバー２０の爪部２２において先端部分が折り曲げられたフック部２２ａが、下ケース１２の下側と接触し、上ケース１１と下ケース１２とが、カバー２０の平板部２１と爪部２２のフック部２２ａとにより挟まれた状態となり連結される。

基板３０は、絶縁体により形成されており、図６に示されるように、表面には、銀等の導電体により第１の電極３１、第２の電極３２、第３の電極３３、電極３４が形成されており、第１の電極３１、第２の電極３２、第３の電極３３、電極３４がを覆う抵抗体層３５のパターンが形成されている。

基板３０は、略正方形で形成されており、基板３０の四隅の近傍には、第１の端子４１、第２の端子４２、第３の端子４３、第４の端子４４が接続されている。第１の端子４１は、基板３０に設けられた第１の電極３１と接続されており、所定の電源電圧Ｖｉｎが印加されている。第２の端子４２は、基板３０に設けられた第３の電極３３と接続されており、接地電位となっている。第３の端子４３及び第４の端子４４は、基板３０に設けられた第２の電極３２と接続されており、ともに出力電圧Ｖｏｕｔが出力される出力端子となっている。尚、電極３４は基板３０の中央部分に設けられている。

抵抗体層３５は、基板３０の中央部分に略円形の中央部３５ａと、中央部３５ａよりも第１の電極３１側の抵抗変化領域３５ｂと、中央部３５ａよりも第２の電極３２側の抵抗変化領域３５ｃとを有している。抵抗変化領域３５ｂは、中央部３５ａより第１の電極３１側に向かって徐々に幅が広がるように形成されており、抵抗変化領域３５ｃは、中央部３５ａより第２の電極３２側に向かって徐々に幅が広がるように形成されている。従って、第１の電極３１と第２の電極３２との間には、抵抗体層３５の抵抗変化領域３５ｂ、中央部３５ａ及び抵抗変化領域３５ｃが形成されている。

また、抵抗体層３５は、第２の電極３２と第３の電極３３との上にも形成されており、第２の電極３２と第３の電極３３との間の部分が固定抵抗領域３５ｄとなっている。尚、本実施の形態におけるスイッチ装置では、中央部３５ａの下にも銀等により電極３４が形成されているが、電極３４が形成されていないものであってもよい。

導電ゴム部材５０は、カーボン等の導電性材料を含む弾性体により形成されており、力が加わると容易に変形する。導電ゴム部材５０は、図５に示されるように、円錐台形状に形成されており、面積の狭い下側が基板３０側となるように取り付けられている。導電ゴム部材５０における比抵抗は、抵抗体層３５における比抵抗よりも低くなるように形成されている。

導電ゴム保持部材６０は、導電ゴム部材５０よりも硬い絶縁性の樹脂材料等により形成されており、導電ゴム部材５０を保持するために設けられている。具体的には、導電ゴム保持部材６０は、導電ゴム部材５０の面積の広い上側、即ち、導電ゴム部材５０の基板３０側とは反対側を保持するように取り付けられる。

メタルドーム７０は、薄いステンレスの金属板をドーム状に形成した構造のものであり、上側が凸、下側が凹となっている。メタルドーム７０は、導電ゴム保持部材６０の上に設置されており、メタルドーム７０の凸状となっている上側を所定の力で押した場合、メタルドーム７０のドーム状の形状が反転変形し、押された部分は下に凸となる。

また、反転するドーム部材であるメタルドーム７０は、金属製の接点として機能するものが一般的であるが、本実施の形態においては、絶縁性の導電ゴム保持部材６０によって隔離されているため、メタルドーム７０は電気的な接点部材としては機能しておらず、反転機能を生じる部材として使用されている。

本実施の形態においては、導電ゴム部材５０の下側は、抵抗体層３５の中央部３５ａと接触しており、導電ゴム部材５０が上から押されて変形すると、導電ゴム部材５０の下側と抵抗体層３５の中央部３５ａ、抵抗変化領域３５ｂ及び抵抗変化領域３５ｃとの接触面積が広くなる。このように、導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積が広くなると、この部分における抵抗が低くなる。即ち、導電ゴム部材５０を上から押すと、押された力に依存して変形し、導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積が変化する。よって、導電ゴム部材５０が押されていない状態より、導電ゴム部材５０を押ことにより、導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積が広がり、抵抗が低くなる。導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積は、導電ゴム部材５０を押す力に依存しており、導電ゴム部材５０を押す力が強いと、導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積は広くなり、抵抗が低くなる。

具体的には、導電ゴム部材５０が上から押されていない状態では、導電ゴム部材５０との接触領域は、図７における破線５０ａに示す範囲であり、導電ゴム部材５０の下側は、抵抗体層３５の中央部３５ａと接触しているが、抵抗変化領域３５ｂ及び３５ｃとは殆ど接触してはいない。

導電ゴム部材５０を上から押すと、導電ゴム部材５０は変形し、導電ゴム部材５０との接触領域は、図８における破線５０ｂに示す範囲まで広がり、導電ゴム部材５０の下側と、抵抗変化領域３５ｂ及び３５ｃとの接触している部分が広くなる。このように、導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積が広がるため、抵抗が低くなる。

尚、本実施の形態におけるスイッチ装置には、図７及び図８に示されるように、第４の端子４４には、検出部８０が接続されている。また、検出部８０は、第３の端子４３に接続されていてもよい。

（スイッチ装置の動作）
次に、本実施の形態におけるスイッチ装置の動作について説明する。図９は、本実施の形態におけるスイッチ装置の回路図を示す。本実施の形態にけるスイッチ装置は、導電ゴム部材５０と抵抗体層３５とにより可変抵抗Ｒ１が形成され、抵抗体層３５の固定抵抗領域３５ｄにより固定抵抗Ｒ２が形成されている。導電ゴム部材５０が上から押されていない状態では、可変抵抗Ｒ１の抵抗値は高いため、可変抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２とにより抵抗分割された出力電圧Ｖｏｕｔの値は比較的低い。導電ゴム部材５０が上から押されることにより、導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積は広くなり、可変抵抗Ｒ１の抵抗が低くなるため、可変抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２とにより抵抗分割された出力電圧Ｖｏｕｔの値は高くなる。

次に、本実施の形態におけるスイッチ装置の操作について説明する。本実施の形態におけるスイッチ装置では、図５に示されるように、導電ゴム部材５０の上には、導電ゴム保持部材６０が設けられており、導電ゴム保持部材６０の上には、上に凸となるように、メタルドーム７０が設けられている。本実施の形態におけるスイッチ装置を操作する際には、メタルドーム７０を上から押す。図１０は、メタルドーム７０を上から押した場合の変位量となるストローク長と、加重及び出力電圧との関係を示す。

最初に、メタルドーム７０を上から押すと、上に凸の形状のメタルドーム７０は徐々に変形し、更に押すと、加重の一部は下に伝わり、導電ゴム保持部材６０を介し、導電ゴム部材５０が変形し出力電圧が上昇する。所定のストローク長となるまで押されると、メタルドーム７０の押された部分は、下に凸となるように反転変形する。この際に、クリック感を得ることができる。このように、メタルドーム７０の押された部分が下に凸となるように反転変形する際に、上昇していた出力電圧が、一旦、急激に低下する。これは、荷重を加えることにより、導電ゴム部材５０が圧縮されて導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積が増加するが、メタルドーム７０が下に凸となるように反転変形するときに導電ゴム部材５０に加えられていた荷重が一旦低減されて圧縮が緩和されることにより、導電ゴム部材５０と抵抗体層３５との接触面積が一旦狭くなるからである。検出部８０では、出力電圧の急激な低下を検出し、検出部８０が出力電圧の急激な低下を検出した場合には、スイッチ装置においてオンからオフに、または、オフからオンに状態が変化したものと判断する。

これにより、押している加重に対応して出力が変化するスイッチ装置において、スイッチ装置をオンにした際に、クリック感を得ることができる。

本実施の形態においては、導電ゴム部材５０とメタルドーム７０との間に、導電ゴム部材５０を保持する導電ゴム保持部材６０を設けている。導電ゴム保持部材６０が設けられていない場合には、導電ゴム部材５０とメタルドーム７０とが接触するため、メタルドーム７０が押されると、弾性を有する導電ゴム部材５０にメタルドーム７０がめり込んでしまい特性が不均一となったり、所望の特性を得ることができない場合があるが、導電ゴム保持部材６０を設けることにより、これを防ぐことができる。

本実施の形態においては、所望のストローク長で、オンとオフとの状態が切り替わるように、導電ゴム部材５０の硬度、抵抗体層３５のパターン形状、メタルドーム７０の厚さ等を調整してもよい。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

１１ 上ケース
１２ 下ケース
２０ カバー
３０ 基板
３１ 第１の電極
３２ 第２の電極
３３ 第３の電極
３４ 電極
３５ 抵抗体層
３５ａ 中央部
３５ｂ 抵抗変化領域
３５ｃ 抵抗変化領域
３５ｄ 固定抵抗領域
４１ 第１の端子
４２ 第２の端子
４３ 第３の端子
４４ 第４の端子
５０ 導電ゴム部材
６０ 導電ゴム保持部材
７０ メタルドーム
Ｒ１ 可変抵抗
Ｒ２ 固定抵抗

Claims (4)

1. 基板の上に設けられた第１の電極及び第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた抵抗体層と、
   前記抵抗体層よりも比抵抗が低く、弾性を有する導電性弾性部材と、
   前記導電性弾性部材の上に設けられたドーム部材と、
   を有し、
   前記ドーム部材を上から押すことにより、前記抵抗体層と前記導電性弾性部材との接触面積が広くなり、更に押すと、前記ドーム部材が反転変形し、
   前記ドーム部材が反転変形した際に、前記抵抗体層と前記導電性弾性部材との接触面積が一旦狭くなる
   ことを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記導電性弾性部材と前記ドーム部材との間には、前記導電性弾性部材を保持する絶縁性の保持部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記抵抗体層と前記導電性弾性部材との接触面積が広くなると、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間の抵抗が低くなることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチ装置。
4. 前記第２の電極の電位を検出する検出部を有し、
   前記基板の上には、第３の電極が設けられており、
   前記第２の電極と前記第３の電極との間には、抵抗体層により固定抵抗が形成されており、
   前記第１の電極には、電源電圧が印加されており、
   前記第３の電極には、接地電位が印加されており、
   前記検出部は、前記ドーム部材が反転変形した際の前記第２の電極の電位を検出し、オンとオフとの切り替えを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチ装置。

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