JP7432825B2 - 可動部材、及び入力装置 - Google Patents

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Description

本開示は、一般に可動部材及び入力装置に関し、特に各種電子機器への入力に用いる可動部材及び入力装置に関する。
特許文献1は、プッシュオンスイッチを開示している。特許文献1のプッシュオンスイッチは、上方開口の凹部を有する絶縁樹脂からなる箱形のケースを備える。ケースの凹部の内底面は、中央部が円形状でさらに窪んだ接点配置部として形成されている。接点配置部の底部外周位置に外側固定接点、またその中央位置に中央固定接点が互いに電気的に独立状態で配されている。また、プッシュオンスイッチは、上方凸形のドーム状に形成された良導電性金属薄板からなる可動接点を備え、ドーム状の外周部下端が、接点配置部内の外側固定接点上に載せられている。
特開2006-120397号公報
プッシュオンスイッチの操作時には、可動接点の外周部下端が外側固定接点上を摺り動く。これによって、外側固定接点が削られて、削れ粉が生じる。このような削れ粉は、プッシュオンスイッチ(入力装置)の信頼性(特に、長期信頼性)の低下の一因となり得る。
本開示の目的は、信頼性を向上できる可動部材及び入力装置を提供することである。
本開示の一態様に係る可動部材は、上方に向かって突出するように湾曲し、可動電極を含む、弾性変形部と、前記弾性変形部の周縁から下方に近づくように延在する脚部と、前記脚部から上方に近づくように延在する延出部と、前記脚部と前記延出部を繋ぐ接続部と、を有する支持部と、を備える。前記脚部は、幅方向において、前記脚部の両端部の間に位置する前記脚部の中間部が突出しており、前記脚部と前記延出部との境界は、上面視において円弧状であり、前記接続部の下面は、下方に向かって突出する凸曲面である。
本開示の一態様に係る入力装置は、固定電極と、前記固定電極が設けられる載置面を有するベースと、上述した可動部材と、を備え、前記可動部材は、前記可動電極が前記固定電極に対向するように、前記載置面に載置され、前記可動部材の前記凸曲面が前記載置面に当接している。
本開示によれば、信頼性を向上できる、という効果を奏する。
図1Aは、第1状態における実施形態1の入力装置の概略断面図である。 図1Bは、図1AにおいてPで示す部分の部分図である。 図2は、第2状態における実施形態1の入力装置の概略断面図である。 図3は、実施形態1の入力装置の斜視図である。 図4は、実施形態1の入力装置の分解斜視図である。 図5は、実施形態1の入力装置のケースの平面図である。 図6は、実施形態1の入力装置の可動部材の斜視図である。 図7は、実施形態1の入力装置の可動部材の別の斜視図である。 図8は、上記入力装置の可動部材の平面図である。 図9は、上記入力装置の可動部材の底面図である。 図10Aは、図8及び図9でのA-A線断面図である。 図10Bは、図8及び図9でのB-B線断面図である。 図11Aは、上記入力装置の可動部材の製造方法の説明図である。 図11Bは、上記入力装置の可動部材の製造方法の説明図である。 図11Cは、上記入力装置の可動部材の製造方法の説明図である。 図12は、実施形態1の入力装置の説明図である。 図13は、比較例1の入力装置の説明図である。 図14は、比較例2の入力装置の説明図である。 図15は、実施形態1の入力装置の試験結果を示す図である。 図16は、比較例1の入力装置の試験結果を示す図である。 図17は、比較例2の入力装置の試験結果を示す図である。 図18は、実施形態2の入力装置の斜視図である。 図19は、実施形態2の入力装置の分解斜視図である。 図20は、変形例1の入力装置の可動部材の斜視図である。 図21は、変形例2の入力装置の可動部材の斜視図である。
1.実施形態
1.1 実施形態1
1.1.1 概要
図1Aは、本開示の一実施形態の入力装置1の概略断面図を示す。入力装置1は、可動部材3を備える。可動部材3は、図6~図9に示すように、弾性変形部30と、支持部31とを備える。弾性変形部30は、第1面81及び第2面82を有する可動電極8を含む。支持部31は、弾性変形部30の周縁から第1面81の向く第1方向に突出する脚部311と、脚部311の先端から第1方向とは反対の第2方向に突出する延出部312とを有する。脚部311は、図10Aに示すように、脚部311の幅方向の両端部311aよりも両端部311a間の中間部311bが突出する。脚部311と延出部312との境界は、図8に示すように、上面視において円弧状である。境界部分は、図1Bに示すように、第1方向を向いた凸曲面310を有する。脚部311と延出部312とを接続する部分を、説明しやすいよう『接続部317』と表す場合がある。接続部317の下面が凸曲面310である。
なお、本開示では、「上」、「下」、「左」、「右」「上方」、「下方」等の方向を示す用語を用いて説明するが、これらは相対的な位置関係を示しているだけであり、それにより本開示が限定されるものではない。
入力装置1は、更にベース21を備える。ベース21は、固定電極7が設けられる載置面S10を有する。可動部材3は、固定電極7に対向する可動電極8、及び、載置面S10に支持される支持部31を有する。可動部材3は、固定電極7に向かって可動電極8が近付くように変形可能である。支持部31は、凸曲面310を有し、凸曲面310で載置面S10と接触する。つまり、可動部材3は、可動電極8が固定電極7に対向するように、凸曲面310で載置面S10に載置される。
入力装置1では、可動部材3が、支持部31の凸曲面310で載置面S10と接触する。そのため、可動部材3による載置面S10上の摺動に起因する削り粉の発生が低減され得る。更に、支持部31が凸曲面310を有していることによって、削れ粉を払うことができ、凸曲面310と載置面S10との間に削れ粉がたまることを抑制でき得る。したがって、削れ粉の発生に起因する信頼性(特に長期信頼性)の低下を抑制し得る。このように、可動部材3及び入力装置1によれば、信頼性を向上できる。
1.1.2 詳細
以下、可動部材3及び入力装置1について更に詳細に説明する。図3は、入力装置1の斜視図を示す。入力装置1は、いわゆるプッシュスイッチである。入力装置1は、携帯情報端末、車載機器、及び家電機器等の各種電子機器への入力に用いられる。入力装置1は、例えば、プリント基板に実装された状態で機器の筐体に内蔵される。この場合、筐体において入力装置1に対応する位置には、例えば中間部材として操作釦10(図1A及び図2参照)が配置される。これにより、操作者が操作釦10を押すことによって、入力装置1が操作釦10を介して間接的に操作される。
入力装置1は、図4に示すように、ケース2と、可動部材3と、押し子5と、保持体6と、導電部材(第1及び第2導電部材)91,92と、を備えている。
ケース2は、図3及び図4に示すように、可動部材3と、押し子5と、保持体6と、導電部材91,92とを収容する。ケース2は、ベース(ボディ)21と、カバー22と、を備える。
ベース21は、図4及び図5に示すように、扁平な四角形(例えば、方形)の箱状である。ベース21は、電気絶縁性を有している。一例として、ベース21は、合成樹脂製である。ベース21は、厚み方向の一面(図4の上面)に凹部210を有している。凹部210は、可動部材3を収容するための空間を構成する。凹部210の底面211が可動部材3を載置するための載置面S10の一部を構成する。凹部210は、図5に示すように、平面視で円形状の第1空間210aと、第1空間210aから外方に突出する複数(本実施形態では、4つ)の第2空間210bとを有している。4つの第2空間210bは、等間隔で、第1空間210aの周方向に並んでいる。また、ベース21は、両側面(前の側面と後ろの側面)のそれぞれに、一対の突部212を有している。一対の突部212は、左右方向に離間している。
カバー22は、図4に示すように、ベース21の凹部210を一部覆うようにしてベース21に取り付けられる。カバー22は、金属製である。カバー22は、平板部220を有する。平板部220は、平面視で四角形(例えば、方形)である。平板部220の四辺には、下方に向かって突出する2つの第1突片231と2つの第2突片232とが設けられている。2つの第1突片231と2つの第2突片232とは、矩形の板状である。2つの第1突片231は、左右方向に間隔を空けて対向しており、2つの第2突片232は、前後方向に間隔を空けて対向している。2つの第1突片231と2つの第2突片232とは、保持体6に接触することで、平面視において、保持体6をケース2に対して位置決めする。2つの第2突片232のそれぞれは、前後方向に間隔を空けて互いに対向しており、先端から突出する一対の引掛け爪233を有している。一対の引掛け爪233は、互いに離間している。2つの第2突片232の一対の引掛け爪233を、ベース21の一対の突部212に引っ掛けることで、ベース21とカバー22とが互いに結合される。また、カバー22の平板部220の中央部には、通孔24が設けられている。通孔24は、押し子5を露出させるための孔である。通孔24は、平面視で円形状である。
第1導電部材91及び第2導電部材92は、いずれも導電性を有する材料(本実施形態では、金属板)からなる。第1導電部材91及び第2導電部材92は、互いに接触しないようにベース21に取り付けられている。特に、本実施形態では、第1導電部材91及び第2導電部材92は、インサート成形により、ベース21と一体化されている。すなわち、ベース21は、第1導電部材91及び第2導電部材92をインサート品としてインサート成形されている。
第1導電部材91は、図4に示すように、電極(固定電極)7と、端子(第1端子11)と、を有している。第1導電部材91は、ベース21の凹部210の底面211の中央に露出する部分があり、当該部分に、固定電極7が設けられている。このように、固定電極7が載置面S10に露出するかたちで設けられている。固定電極7は、平面視において円形状である。第1端子11は、ベース21の側面から外方へ突出している。第1端子11は、例えば、入力装置1が実装されるプリント基板上の導電部材に対して、はんだ付けにより機械的に結合及び電気的に接続され得る。
第2導電部材92は、図4に示すように、電極(支持電極921)と、端子(第2端子12)と、を有している。支持電極921は、枠状である。支持電極921は、凹部210の底面211に露出している。特に、支持電極921は、凹部210の底面211の中央部の固定電極7を避けて底面211の周部に露出している。少なくとも、支持電極921は、凹部210の各第2空間210bに対応する位置に露出している。支持電極921の表面は、底面211と面一となっており、底面211とともに載置面S10を構成する。第2端子12は、ベース21の側面から外方へ突出している。特に、第2端子12は、ベース21において第1端子11とは反対側の側面から突出している。第2端子12は、例えば、入力装置1が実装されるプリント基板上の導電部材に対して、はんだ付けにより機械的に結合及び電気的に接続され得る。
以下、可動部材3について、図4~図9、図10A及び図10B、並びに図11A~図11Cを参照して説明する。可動部材3は、図4~図9に示すように、全体として円形の板状である。なお、図8は可動部材3の平面図であり、図9は可動部材3の底面図であるが、外観が似ているため、これらを区別するために、図9にはドットのハッチングをしている。
可動部材3は、弾性変形部30と、支持部(本実施形態では、複数の支持部)31と、を有している。可動部材3は、導電性を有している。本実施形態では、可動部材3は、弾性を有する材料により形成されており、弾性変形部30と支持部31とは一体となっている。弾性を有する材料としては、金属板が挙げられる。一例として、厚み0.075mmのステンレス(SUS301)製の金属板が、可動部材3の材料として利用され得る。なお、金属板は、必要に応じて、金属板の材料(例えばステンレス)より導電性が高い金属(金や銀)の膜(例えば、メッキ膜)で被覆されていてよい。
弾性変形部30は、ドーム状である。特に、弾性変形部30は、平面視において円形状である。弾性変形部30は、いわゆるメタルドームである。弾性変形部30の厚み方向の一面(図4の上面)は、凸面であり、その中央部が受圧部32を構成する。弾性変形部30の受圧部32を押圧していくと、図2に示すように弾性変形部30が弾性変形をし、これによって、クリック感が発生する。より詳細には、この弾性変形によって、弾性変形部30の中央部が反転して凸状態から凹状態となる。このように、弾性変形部30は、受圧部32が押圧されると受圧部32が凹むように弾性変形してクリック感を発生する。本実施形態では、弾性変形部30の中央部(受圧部32)に対応する部分が可動電極8を構成する。可動電極8は、図1A及び図6~図9に示すように、第1面81及び第2面82を有する。第1面81は、可動電極8において固定電極7を向く面(載置面S10を向く面)であり、第2面82は第1面81とは反対側の面である。本実施形態では、第1面81は凹面であり、第2面82は凸面である。可動電極8は、弾性変形部30の中央部分である。したがって、弾性変形部30は、可動電極8の第2面82の押圧によって可動電極8が第1面81の向く第1方向に移動するように変形可能である。第1面81の向く方向は、第1面81の基準点に対して考慮される。本実施形態では、第1面81の基準点は第1面81の中心であり、最も凹んでいる部分である。ここにおいて、第1方向は、可動電極8から固定電極7へ向かう方向であるともいえる。ここでは第1方向は下方である。また、第2方向は上方である。
複数(本実施形態では、4つ)の支持部31は、可動部材3において載置面S10で支持される部位である。各支持部31は、弾性変形部30の周縁から突出している。図5に示すように、4つの支持部31は、平面視において弾性変形部30(可動電極8)から放射状に延びている。4つの支持部31は、等間隔で、弾性変形部30の周方向に並んでいる。このように、支持部31は、弾性変形部30を囲うように配置されている。
図6~図9に示すように、各支持部31は、板状であり、先端ほど幅が狭くなっている。更に、各支持部31は、脚部311と、延出部312を有している。脚部311は、図1A及び図1Bに示すように、弾性変形部30の周縁から載置面S10に向けて延びる。換言すれば、脚部311は、図7に示すように、第1方向(可動電極8の第1面81の向く方向)に突出する。ここで、「脚部311が第1方向に突出する」とは、脚部311が第1方向と同じ方向だけではなく、第1方向に対する角度が90度未満の方向に突出していることを含む。要するに、脚部311が突出する方向のベクトルが、第1方向と同じ方向の成分を含んでいれば、「脚部311が第1方向に突出する」といってよい。延出部312は、図1A及び図1Bに示すように、脚部311の先端から載置面S10から離れる方向に延びる。よって、入力装置1は、脚部311の先端には載置面S10から離れる方向に延びる延出部312を有する。換言すれば、延出部312は、図8に示すように、脚部311の先端から第1方向とは反対の第2方向に突出する。ここで、「延出部312が第2方向に突出する」とは、延出部312が第2方向と同じ方向だけではなく、第2方向に対する角度が90度未満の方向に突出していることを含む。要するに、延出部312が突出する方向のベクトルが、第2方向と同じ方向の成分を含んでいれば、「延出部312が第2方向に突出する」といってよい。このように、入力装置1は、脚部311の先端には載置面S10から離れる方向に延びる延出部312を有する。
言い換えれば、脚部311は弾性変形部30の周縁から下方に近づくように延在しており、延出部312は脚部311から上方に近づくように延在している。
そして、支持部31は、図1Bに示すように側面視では、L字形である。支持部31では、脚部311と延出部312との接続部317の下面は、凸曲面310となっている。支持部31は、凸曲面310で載置面S10に接触する。なお、載置面S10に接触する凸曲面310を有する構成とする場合、一つの曲げ線で凸曲面310を構成すると望ましいが、近接した位置に二つ以上の曲げ線を設けて複数の凸曲面を設けてもよい。この構成の場合、二つ以上の曲げ線のうちの一つに対応する凸曲面を載置面S10に接触する凸曲面310にすればよい。
可動部材3は、金属板の打ち抜き加工及び曲げ加工により形成され得る。可動部材3の製造方法は、一例として、打ち抜きステップ、第1曲げステップ、及び第2曲げステップを含み得る。打ち抜きステップでは、図11Aに示すように、金属体の打ち抜き加工によって、可動部材3として利用する部分300を形成する。部分300は、弾性変形部30となる第1部分301と、それぞれ支持部31となる複数(4つ)の第2部分302とを有している。第1部分301は、円形状である。第2部分302は、第1部分301の周縁から突出している。第2部分302の突出する方向は、第1部分301の径方向に沿っている。第1曲げステップでは、図11Bに示すように、第1部分301を全体的に湾曲させ、弾性変形部30を形成する。ここでは、部分300を全体的に球形状に湾曲させる。更に、第2部分302を第1部分301に対して折り曲げる。折り曲げの度合いは、弾性変形部30と支持部31の脚部311との角度によって決まる。なお、弾性変形部30と支持部31の脚部311との角度によっては、第2部分302を第1部分301に対して折り曲げる必要はない。第2曲げステップでは、図11Cに示すように、支持部31となる第2部分302を折り曲げる。ここでは、第2部位の先端部分を、直線ではなく、曲線313(図5参照)に沿って折り曲げる。この曲線は、円弧である。円弧の中心は、弾性変形部30の中心に一致している。
このように、支持部31(脚部311及び延出部312)は、支持部31となる金属板(第2部分302)の先端部分を折り曲げることで形成される。したがって、凸曲面310は、延出部312を形成するための折り曲げ加工により形成される。本実施形態では、凸曲面310の曲率半径R(図1B参照)は、0.2mmである。なお、曲率半径Rは、0.15mm以上であるとよい。一方、曲率半径Rは、0.25mm以下であるとよい。
更に、本実施形態では、支持部31となる金属板(第2部分302)の先端部分を、直線ではなく、曲線313(図5参照)に沿って折り曲げている。そのため、図5~図7に示すように、脚部311と延出部312との境界部分(接続部317)の下面が円弧状となっている。そのため、凸曲面310は、載置面S10との接触部分が円弧状となる。換言すれば、凸曲面310は載置面S10に線状に接触するように構成できる。これであれば、物理的安定性及び電気的安定性が向上する。例えば、本実施形態のように脚部311が幅方向で上向きに湾曲した形状である場合に、曲線313ではなく平面視において直線で曲げた境界部分にすると、幅方向での両端と中間部とで高さ位置に差が生じ得る。この構成の境界部分では載置面S10に対して幅方向での両端の端部に限られた点接触状態になる。この構成は、載置面S10に可動部材を載置した状態で、ぐらつきを生じる要因になる。また、境界部分が載置面S10に点接触することになるため、電気的安定性も得られ難い。これに対して、本実施形態による曲線313に沿って折り曲げた境界部分を設けたことによって、凸曲面310は載置面S10に線状に接触し、物理的特性及び電気的特性が安定する。特に、図5に示すように、凸曲面310の載置面S10との接触部分(脚部311と延出部312との境界部分)は、平面視において、可動電極8(弾性変形部30)を中心とする円弧状に延びている。そのため、凸曲面310の載置面S10との接触部分は、可動電極8(弾性変形部30)を中心とする円C10上にある。この設定とすることで、凸曲面310の載置面S10との接触部分の接触状態が、線状かつ均等状態で接触しやすくなる。これによって、可動部材3の支持部31が更に載置面S10上を摺動しやすくなる。また、弾性変形部30は、平面視において、外周が可動電極8を中心とする円状に延びている。よって、円C10は、弾性変形部30の外周と同心円である。本実施形態では、弾性変形部30の外周の直径は、4.5mmであり、可動部材3の外接円(可動部材3の延出部312の先端に当接する円)の直径は、5.8mmである。この場合、円C10の直径は、4.8~5.6mmの範囲であり、一例としては5.4mmである。換言すれば、脚部311と延出部312との境界部分の曲率半径は、2.4~2.8mmの範囲であり、一例として、2.7mmである。
更に、脚部311は、図10Aに示すように、幅方向の両端部311aと、両端部311a間の中間部311bを有し、中間部311bが両端部311aよりも上方に突出している。本実施形態では、脚部311は、中間部311bが両端部311aよりも上方に突出するように、脚部311の幅方向において湾曲している。また、脚部311の中間部311bは、中間部311bの中央(脚部311の中央)で最も突出している。脚部311の長さ方向(脚部311の突出する方向)に直交する断面での脚部311の表面の曲率半径は、可動部材3の動作力(押し力、クリック率)によって適宜設定され得る。一例として、可動部材3が厚み0.075mmのステンレス(SUS301)製であって、押し力が2.2N、クリック率が55%であれば、曲率半径は、6.0~8.0mmであってよく、例えば6.9mmであってよい。また、脚部311の幅方向の中央は第2方向に突出している。これは、脚部311が、ドーム状である弾性変形部30の周縁から延びているためである。なお、脚部311の幅方向とは、脚部311が突出する方向(すなわち、長さ方向)と脚部311の厚み方向との両方に直交する方向である。
更に、延出部312は、図10Bに示すように、幅方向の両端部312aと、両端部312a間の中間部312bを有し、中間部312bが両端部312aよりも下方に突出している。本実施形態では、延出部312は、中間部312bが両端部312aよりも下方に突出するように、延出部312の幅方向において湾曲している。また、延出部312の中間部312bは、中間部312bの中央(延出部312の中央)で最も突出している。また、延出部312の幅方向の中央は第1方向に突出している。つまり、脚部311の幅方向の中央と延出部312の幅方向の中央とは反対側に突出している。これは、延出部312が、支持部31となる金属板の先端部分を、直線ではなく、曲線313(図5参照)に沿って折り曲げることで形成されているためである。なお、延出部312の幅方向とは、延出部312が突出する方向(すなわち、長さ方向)と延出部312の厚み方向との両方に直交する方向である。
本実施形態では、図1Bに示すように、接続部317の下面(凸曲面310)の下端は、円孤状の線となる。その線を、図1Bに点Aとして示す。図1Bは断面図であるため点Aとして示しているが、実際は、図1Bにおける手前から後方に向かって延伸する線であり、その線は、下方から見ると円弧を描いている。また、円弧状の線の上下方向における高さ位置は、同じとなる。例えば、図7を参照して説明すると、円弧状の線は、図7に示す凸曲面310で示す線に実質的に沿って延伸している。
つまり、接続部317の下面(凸曲面310)の下端は、高さ位置が同じとなる円弧状の線になる。
可動部材3は、図5に示すように、ベース21の凹部210に収容されて、載置面S10上に置かれる。特に、4つの支持部31は、凹部210の4つの第2空間210bにそれぞれ位置するように、第2導電部材92の支持電極921上に載置される。これによって、弾性変形部30の可動電極8がケース2の固定電極7に対向する位置に保持される。弾性変形部30は、弾性変形可能であるから、可動部材3は、固定電極7に対して可動電極8が近付くように(弾性的に)変形可能である(図1A及び図2参照)。
押し子5は、可動部材3の弾性変形部30の受圧部32を押圧するための部材である。押し子5は、電気絶縁性を有している。押し子5は、弾性を有する材料(本実施形態では、ゴム)で形成されている。押し子5は、中実の円柱状である。押し子5は、可動部材3において固定電極7とは反対側に、可動部材3の受圧部32と対向するように配置される。本実施形態では、通常時において、押し子5と可動部材3とは接触しておらず、押し子5と、可動部材3の受圧部32との間には、隙間がある。
保持体6は、押し子5をケース2に取り付けるための部材である。保持体6は、電気絶縁性を有している。保持体6は、弾性を有する材料(本実施形態では、ゴム)で形成されている。保持体6は、図4に示すように、主部61と、台部62と、を有している。主部61は、図1Aに示すように、中空の円錐台状である。主部61は、ベース21から遠い側の開口端(図1Aでの上側の開口端)で、押し子5の側面の中間部に一体に連結されている。つまり、本実施形態では、押し子5及び保持体6は、一体的に形成されている。台部62は、円形の開口を有する矩形の枠状である。主部61は、ベース21に近い側の開口端(図1Aでの下側の開口端)で、台部62の内側面に一体に連結されている。台部62は、ベース21とカバー22との間に挟まれて、ケース2に固定される。
1.1.3 動作
以下、入力装置1の動作について説明する。入力装置1は、図1Aに示す第1状態と、図2に示す第2状態とを有している。第1状態では、可動部材3の弾性変形部30は弾性変形しておらず、可動電極8は固定電極7に接触していない。よって、第1状態では、第1端子11と第2端子12との間が導通していない。第2状態では、可動部材3の弾性変形部30が弾性変形して、可動電極8が固定電極7に接触している。よって、第2状態では、第1端子11と第2端子12との間が導通している。よって、第1状態及び第2状態は、それぞれ、オフ状態及びオン状態であるといえる。
入力装置1を第1状態から第2状態にするには、操作者が押し子5を一定以上の力で押圧すればよい。これによって、押し子5を介して可動部材3の受圧部32が載置面S10側に押圧される。これによって、可動部材3の弾性変形部30が徐々に変形する。そして、弾性変形部30を押す力の大きさが一定値を超えると、弾性変形部30は勢いよく座屈して大きく変形する(図2参照)。このような弾性変形部30の反転動作によって、押し子5を押す操作者には、弾性変形部30の弾性変形に伴って節度感(クリック感)が与えられる。そして、弾性変形部30が上記のように変形すると、図2に示すように、可動電極8が固定電極7に接触して、第1端子11と第2端子12との間が導通する。よって、入力装置1が第2状態となる。
入力装置1を第2状態から第1状態にするには、操作者が押し子5の押圧をやめればよい。押し子5が押圧されなくなると、弾性変形部30がその復元力によって元の形状に戻る。そして、弾性変形部30が元の形状になると、図1Aに示すように、可動電極8が固定電極7から離れるから、第1端子11と第2端子12との間が導通しなくなる。よって、入力装置1が第1状態となる。
1.1.4 試験
入力装置1の第1状態と第2状態との切り替えを行った場合には、可動部材3の弾性変形部30の弾性変形に起因して、支持部31が載置面S10(本実施形態では、支持電極921)上を摺動する。支持部31が載置面S10上を摺動すると、載置面S10が支持部31で僅かに削られて、削れ粉500(図12参照)が発生する。入力装置1の第1状態と第2状態との切り替えの回数が増加すると、やがて、図12に示すように、載置面S10に凹所400が生じ、削れ粉500が凹所400にたまる場合がある。削れ粉500は、一般に、金属酸化物であって、電気絶縁性を有している。そのため、凹所400内に削れ粉500が大量にたまると、支持部31と支持電極921との電気的な特性が悪化し得る。これは、入力装置1の信頼性の低下につながる。
入力装置1では、可動部材3が、支持部31の凸曲面310で載置面S10と接触する。そのため、可動部材3による載置面S10上の摺動に起因する削れ粉500の発生が低減され得る。更に、支持部31が凸曲面310を有していることによって、削れ粉500を払うことができ、凸曲面310と載置面S10との間(載置面S10の凹所400内)に削れ粉500がたまることを抑制でき得る。したがって、削れ粉500の発生に起因する信頼性(特に長期信頼性)の低下を抑制し得る。よって、入力装置1によれば、信頼性を向上できる。
このような入力装置1の利点を確認するため、比較例1(図13参照)、及び、比較例2(図14参照)を用いて試験を行った。
比較例1は、図13に示すように、入力装置1の支持部31とは異なる支持部31aを有する入力装置である。支持部31aは、支持部31と同様に、脚部311を有するが、図12に示す延出部312の代わりに、脚部311の先端から載置面S10に沿って延びる延出部312(図13参照)を有している。支持部31aは、図13に示すように、延出部312の一面である平坦な面で、載置面S10に接触する。
比較例2は、図14に示すように、入力装置1の支持部31とは異なる支持部31bを有する入力装置である。支持部31bは、支持部31と同様に、脚部311を有するが、延出部312を有していない。支持部31bは、図14に示すように、脚部311の先端の角で、載置面S10に接触する。
試験では、入力装置の第1状態と第2状態との切り替え(押し子5の押し操作)を所定回数繰り返し行った。そして、試験結果として、載置面S10の状態を観察して、入力装置1、比較例1、及び比較例2の評価を行った。
図15は、試験後の上記実施形態の入力装置1の載置面S10の状態を示す画像である。図15において、R10は、載置面S10を支持部31が摺動してできた跡を含む領域である。図16は、試験後の比較例1の入力装置の載置面S10の状態を示す画像である。図16において、R20は、載置面S10を支持部31aが摺動してできた跡を含む領域である。図17は、試験後の比較例2の入力装置の載置面S10の状態を示す画像である。図17において、R30は、載置面S10を支持部31bが摺動してできた跡を含む領域である。図15~図17の画像において、色が濃いほど、削れ粉が多いことを表している。
図15~図17の画像の比較から明らかなように、入力装置1では、比較例1及び比較例2よりも明らかに、削れ粉の量が少ない。これは、支持部31が凸曲面310で載置面S10と接触しているために削れ粉500の発生が低減されており、更に、支持部31が凸曲面310で削れ粉500を払って凹所400から外へ掃き出しているからと考えられる。
これに対して、比較例1では、図13に示すように、支持部31aは、延出部312の一面である平坦な面で、載置面S10に接触する。そのため、載置面S10が削れてできる凹所410から削れ粉510があまり掃き出されずに、凹所410内に、削れ粉510が堆積していると考えられる。したがって、入力装置1は、比較例1に比べて、支持部と載置面との間にたまる削れ粉の量を少なくできて、信頼性の向上が期待できる。
また、比較例2では、図14に示すように、支持部31bは、脚部311の先端の角で、載置面S10に接触する。そのため、載置面S10が削れてできる凹所420は、入力装置1及び比較例1の場合よりも深くなって、削れ粉520がたまりやすくなっていると考えられる。したがって、入力装置1は、比較例2に比べて、支持部と載置面との間にたまる削れ粉の量を少なくできて、信頼性の向上が期待できる。
1.2 実施形態2
図18は、実施形態2の入力装置101を示す。入力装置101は、入力装置1と同様のプッシュスイッチである。入力装置101は、図19に示すように、ベース110と、可動部材3と、スペーサ120と、カバー130と、押し子140を備えている。可動部材3は、実施形態1と同様の構成である。
ベース110は、基板(配線基板、プリント基板)を含む。ベース110は、図18及び図19に示すように、扁平な四角形(例えば、方形)の板状である。ベース110は、厚み方向の一面(図18及び図19での上面)が可動部材3を載置するための載置面110aを構成する。また、載置面110aには、電極(固定電極)111と電極(支持電極)112とが設けられている。固定電極111は、平面視において、円形である。支持電極112は、平面視において、円環形である。固定電極111は、支持電極112の内側にある。また、固定電極111と支持電極112とは中心が一致している。固定電極111及び支持電極112は、アディティブ法(フルアディティブ法、セミアディティブ法)及びサブトラクティブ法等の従来周知の技術により、設けられ得る。
実施形態1と同様に、可動部材3は、可動電極8が固定電極111に対向するように、凸曲面310(図1B参照)で載置面110aに載置される。特に、可動部材3の支持部31は、支持電極112上に位置する。つまり、支持部31は、凸曲面310で支持電極112に接触する。
スペーサ120は、ベース110とカバー130との間に、可動部材3を収める空間を形成するためのものである。スペーサ120は、フィルム状である。スペーサ120は、平面視において、円環形である。スペーサ120は、内径が支持電極112の外径より大きい。スペーサ120は、固定電極111及び支持電極112を囲うように、ベース110の載置面110aに配置される。なお、スペーサ120は、電気絶縁性を有している。一例として、スペーサ120は、合成樹脂製である。
カバー130は、可動部材3を覆うようにしてベース110に取り付けられる。本実施形態では、カバー130は、スペーサ120を間に挟んでベース110に取り付けられる。カバー130は、フィルム状である。カバー130は、平面視において、円形である。カバー130は、スペーサ120に取り付けられる円環状の固定部131と、固定部131の内側にあって可動部材3を覆うドーム部132とを有する。カバー130は、電気絶縁性を有している。また、カバー130は、可撓性を有し、これによって、カバー130越しに受圧部32を押圧しやすくしている。一例として、カバー130は、合成樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート)製のフィルムである。カバー130の材料は、合成樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート)に限らず、弾性を有する材料(ゴム等)であってもよい。
押し子140は、可動部材3の弾性変形部30の受圧部32を押圧するための部材である。より詳細には、押し子140は、カバー130にかけられた力を効率的に受圧部32に伝達するための部材である。押し子140は、電気絶縁性を有している。一例としては、押し子140は、合成樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート)製のフィルムの打ち抜き加工により形成され得る。押し子140の材料は、合成樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート)に限らず、弾性を有する材料(ゴム等)であってもよい。押し子140は、中実の円柱状である。押し子140は、可動部材3において固定電極111とは反対側に、可動部材3の受圧部32と対向するように配置される。本実施形態では、押し子140は、可動部材3とカバー130との間に、それぞれに接触した状態で介在されている。
以下、入力装置101の動作について説明する。入力装置101は、第1状態と、第2状態とを有している。第1状態では、可動部材3の弾性変形部30は弾性変形しておらず、可動電極8は固定電極111に接触していない。第2状態では、可動部材3の弾性変形部30が弾性変形して、可動電極8が固定電極111に接触している。
入力装置1を第1状態から第2状態にするには、操作者がカバー130越しに押し子140を一定以上の力で押圧すればよい。これによって、押し子140を介して可動部材3の受圧部32が載置面S10側に押圧される。これによって、可動部材3の弾性変形部30が徐々に変形する。そして、弾性変形部30を押す力の大きさが一定値を超えると、弾性変形部30は勢いよく座屈して大きく変形する。このような弾性変形部30の反転動作によって、押し子140を押す操作者には、弾性変形部30の弾性変形に伴って節度感(クリック感)が与えられる。そして、弾性変形部30が上記のように変形すると、可動電極8が固定電極111に接触する。よって、入力装置101が第2状態となる。
入力装置101を第2状態から第1状態にするには、操作者が押し子140の押圧をやめればよい。押し子140が押圧されなくなると、弾性変形部30がその復元力によって元の形状に戻る。そして、弾性変形部30が元の形状になると、可動電極8が固定電極111から離れる。よって、入力装置101が第1状態となる。
入力装置101では、可動部材3が、支持部31の凸曲面310で載置面110aと接触する。そのため、可動部材3による載置面110a上の摺動に起因する削り粉の発生が低減され得る。更に、支持部31が凸曲面310を有していることによって、削れ粉を払うことができ、凸曲面310と載置面110aとの間に削れ粉がたまることを抑制でき得る。したがって、削れ粉の発生に起因する信頼性(特に長期信頼性)の低下を抑制し得る。このように、可動部材3及び入力装置101によれば、信頼性を向上できる。
2.変形例
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
例えば、可動部材3の形状は、上記実施形態で示す形状に限定されない。
2.1 変形例1
図20は、変形例1の入力装置の可動部材3Aを示す。可動部材3Aは、全体として四角形(例えば正方形)の板状である。可動部材3Aは、その中央部に、ドーム状の弾性変形部30を有している。また、可動部材3Aは、その四隅に、支持部31Aを有している。各支持部31Aは、脚部311Aと、延出部312Aとを有している。脚部311Aは、弾性変形部30の周縁から載置面S10に向けて延びる。延出部312Aは、脚部311Aの先端から載置面S10から離れる方向に延びる。つまり、支持部31Aは、側面視では、L字形である。支持部31Aは、脚部311A(の載置面S10側の面)と延出部312A(の載置面S10側の面)との境界部分が凸曲面310Aとなっている。支持部31Aは、凸曲面310Aで載置面S10に接触する。
以上に述べた変形例1では、実施形態1,2の入力装置1,101と同様に、可動部材3Aが、支持部31Aの凸曲面310Aで載置面S10と接触する。そのため、変形例1の入力装置によっても、信頼性を向上できる。
2.2 変形例2
図21は、変形例2の入力装置の可動部材3Bを示す。可動部材3Bは、可動部材3の支持部31と異なる支持部31Bを有している。
より詳細には、可動部材3Bは、可動部材3と同様に、全体として円形の板状である。可動部材3Bは、弾性変形部30と、複数(図21では4つ)の支持部31Bと、を有している。可動部材3bは、可動部材3と同じ材料で形成されている。
各支持部31Bは、脚部314と、複数(図21では2つ)の凸部315と、を有している。脚部314は、弾性変形部30の周縁から載置面S10に向けて延びる。脚部314は、板状であり、先端ほど幅が狭くなっている。また、脚部314は、先端が折れ曲がった形状である。各凸部315は、脚部314の先端から載置面S10に向かって突出する。各凸部315は、半球状である。よって、凸部315の表面は、凸曲面316を含んでいる。2つの凸部315は、脚部314の幅方向に並んでいる。
支持部31B(脚部314及び凸部315)は、支持部31Bの脚部314となる金属板の先端部分を折り曲げて、脚部314の一部に打ち出し加工をすることで形成される。したがって、凸曲面316は、凸部315を形成するための打ち出し加工により形成される。なお、凸曲面316の曲率半径は、凸曲面310の曲率半径Rと同じ条件で設定されてよい。
以上の述べた変形例2では、実施形態1,2の入力装置1,101と同様に、可動部材3Bが、支持部31Bの凸曲面316で載置面S10と接触する。そのため、変形例2の入力装置によっても、信頼性を向上できる。
なお、変形例2において、凸部315の数は限定されず、凸部315はその表面が凸曲面316を含む限り、形状も限定されない。また、凸部315は、脚部314の先端ではなく、中腹部にあってよい。つまり、脚部314での凸部315の位置は特に限定されない。
2.3 その他の変形例
可動部材3の弾性変形部30は金属製ではなく、樹脂製であってもよい。また、弾性変形部30は、ドーム状に限定されず、弾性変形が可能な形状であればよい。なお、弾性変形部30は、クリック感を生じる形状であってよいが、これに限定されない。
支持部31の形状等は、上記実施形態に限定されず、変更可能である。一例として、脚部311は、両端部311aよりも中間部311bが突出するように、脚部311の幅方向において1以上の箇所で折れ曲がっていてよい。同様に、延出部312は、両端部312aよりも中間部312bが突出するように、延出部312の幅方向において1以上の箇所で折れ曲がっていてよい。一例として、脚部311の中間部311bは、中央で最も突出していなくてもよく、両端部311aの一方に他方よりも近い部分で最も突出していてよい。同様に、延出部312の中間部312bは、中央で最も突出していなくてもよく、両端部312aの一方に他方よりも近い部分で最も突出していてよい。
また、脚部311の突出する方向に直交する断面での脚部311の表面の曲率半径は、延出部312の突出する方向に直交する断面での延出部312の表面の曲率半径と等しくなくてよい。また、凸曲面310は、境界部分の幅に沿った断面では平坦ではなく円弧状であってもよい。また、境界部分は、平面視において、楕円の円弧状に延びていてよい。つまり、境界部分は、平面視において、直線状ではなく、曲線状に延びていてよい。
可動部材3の支持部31の数も限定されない。例えば、可動部材3は、3つの支持部31を有していてよく、3つの支持部31は、弾性変形部30を囲うように等間隔で配置されていてよい。更に、可動部材3が支持部31を一つ有する場合、支持部31は、弾性変形部30を囲う環状であってよい。
可動部材3の数は、特に限定されず、可動部材3は、複数枚重ねて用いられてよい。この場合、重ねる可動部材3の数によって、可動部材3が座屈するために必要な操作力の大きさが変化し、入力装置1の操作感触が変化する。
また、ケース2、押し子5、保持体6、第1導電部材91、及び第2導電部材92の形状は上記実施形態で示す形状に限定されない。
一変形例では、ケース2は、平面視において、円形状、四角形以外の多角形状であってよい。
一変形例では、押し子5は、ケース2から突出していなくてもよい。例えば、押し子5は、ケース2に収容されていてよい。この場合、ケース2のカバー22は、押し子5を覆う部位が可撓性を有していてよい。この場合、押し子5は、導電性を有していてよく、例えば、金属製であってもよい。
一変形例では、第1状態において、押し子5と可動部材3との間に隙間はなくてもよい。つまり、第1状態において、押し子5が可動部材3の受圧部32に接触していてもよい。
一変形例では、保持体6は、ゴム製でなくてもよい。保持体6は、導電性を有してればよく、例えば、金属製であってもよい。
一変形例では、押し子5及び保持体6は一体でなくてもよく、別体であってよい。この場合、保持体6は、例えば接着などの適宜の固定手段により、押し子5に固定されればよい。また、押し子5及び保持体6は、必須ではない。
一変形例では、第1導電部材91及び第2導電部材92の数も特に限定されない。また、第2導電部材92は、支持電極921が、2以上の電極で構成されていてよく、例えば、可動部材3の複数の支持部31にそれぞれ対応する複数の支持電極921を有していればよい。
上記実施形態では、固定電極7と可動電極8とで機械接点を構成している。一変形例では、固定電極7と可動電極8との間に誘電層があってよく、この場合、圧力センサが構成される。つまり、可動電極8と固定電極7と機械接点又は圧力センサに利用でき得る。
入力装置1のストローク長、つまり第1状態時から押操作によって入力装置1が第2状態になるまでの押し子5の移動量は、適宜設定可能である。例えば、入力装置1は、ストローク長が比較的短い短ストロークタイプ、ストローク長が比較的長い長ストロークタイプ、又は短ストロークタイプと長ストロークタイプとの中間に該当する中ストロークタイプであってもよい。また、入力装置1は、常開型に限らず、操作時にのみオフになる、常閉型であってもよい。つまり、入力装置1の押し子5は、外部からの力を受けてオフ位置からオン位置へ可動部材3を押す構成であってもよいし、その逆であってもよい。
入力装置1は、機器の操作部に用いられて人に操作される構成に限らず、例えば機器の検知部等に用いられてもよい。入力装置1が機器の検知部に用いられる場合、入力装置1は、例えばリミットスイッチとしてアクチュエータ等の機械部品の位置検出に用いられる。
3.態様
本開示の可動部材の一態様は、上方に向かって突出するように湾曲し、可動電極8を含む、弾性変形部30と、弾性変形部30の周縁から下方に近づくように延在する脚部311と、脚部311から上方に近づくように延在する延出部312と、脚部311と延出部312を繋ぐ接続部317と、を有する支持部31と、を備える。脚部311は、幅方向において、脚部311の両端部311aの間に位置する脚部311の中間部311bが突出しており、脚部311と延出部312との境界は、上面視において円弧状であり、接続部317の下面は、下方に向かって突出する凸曲面310である。
本開示の可動部材の別の態様は、弾性変形部30は、下方に押圧されることで、可動電極8が下方に移動するように変形する。
本開示の可動部材の別の態様は、脚部311は、幅方向において、脚部311の両方の端部311aの間に位置する脚部311の中間部311bが突出するように湾曲している。
本開示の可動部材の別の態様は、延出部312は、幅方向において、延出部312の両方の端部312aの間に位置する延出部312の中間部312bが突出している。
本開示の可動部材の別の態様は、延出部312は、幅方向において、延出部312の両方の両端部312aの間に位置する延出部312の中間部312bが突出するように湾曲している。
本開示の可動部材の別の態様は、脚部311の中間部311bと延出部312の中間部311bとは互いに反対方向に向かって突出する。
本開示の可動部材の別の態様は、延出部312の中間部312bは第1方向(下方に近づく方向)に向かって突出しており、脚部311の中間部311bは第2方向(上方に近づく方向)に突出している。
本開示の可動部材の別の態様は、脚部311の中間部311bは、脚部311の両方の端部311aの中央で最も突出している。
本開示の可動部材の別の態様は、延出部312の中間部312bは、延出部312の両方の端部312aの中央で最も突出している。
本開示の可動部材の別の態様は、脚部311の中間部311bは、中央で最も突出している。
本開示の可動部材の別の態様は、接続部317の下面(凸曲面310)における下端は、高さ位置が同じとなる円弧状の線である。
本開示の可動部材の別の態様は、脚部311と延出部312との境界は、上面視において、正円の円弧状である。
本開示の可動部材の別の態様は、脚部311と延出部312との境界は、上面視において、可動電極8を中心とする円弧状である。
本開示の可動部材の別の態様は、弾性変形部30の外周は、上面視において、可動電極8を中心とする円である。
上述した態様によれば、信頼性を向上できる。
本開示の可動部材の別の態様は、弾性変形部30は、ドーム状であり、弾性変形部30の中央部分が可動電極8である。この態様によれば可動部材がクリック感を有する。
本開示の可動部材の別の態様は、導電性を有する。この態様によれば、信頼性を向上できる。
本開示の可動部材の別の態様は、凸曲面310は、延出部312を形成するための折り曲げ加工により形成される。この態様によれば、可動部材3の製造が容易になる。
本開示の可動部材の別の態様は、複数の支持部31を備える。この態様によれば、可動部材3を安定して配置できる。
本開示の可動部材の別の態様は、前記複数の支持部31は、上面視において可動電極8から放射状に延在している。この態様によれば、可動部材3をより安定して配置できる。
本開示の入力装置の一態様は、固定電極7と、固定電極7が設けられる載置面S10(110a)を有するベース21(110)と、本開示の可動部材3と、を備える。可動部材3は、可動電極8が固定電極7に対向するように、載置面S10(110a)に載置され、可動部材3の凸曲面310が載置面S10(110a)に当接している。この態様によれば、信頼性を向上できる。
1,101 入力装置
11 第1端子
12 第2端子
21,110 ベース
3,3A,3B 可動部材
30 弾性変形部
31,31A,31B 支持部
310,310A 凸曲面
311,311A 脚部
311a 端部
311b 中間部
312,312A 延出部
312a 端部
312b 中間部
313 曲線
314 脚部
315 凸部
316 凸曲面
317 接続部
7,111 固定電極
8 可動電極
81 第1面
82 第2面
921,112 支持電極
S10,110a 載置面

Claims (19)

  1. 上方に向かって突出するように湾曲し、可動電極を含む、弾性変形部と、
    前記弾性変形部の周縁から下方に近づくように延在する脚部と、前記脚部から上方に近づくように延在する延出部と、前記脚部と前記延出部を繋ぐ接続部と、を有する支持部と、
    を備え、
    前記脚部は、幅方向において、前記脚部の両端部の間に位置する前記脚部の中間部が突出しており、
    前記脚部と前記延出部との境界は、上面視において円弧状であり、
    前記接続部の下面は、下方に向かって突出する凸曲面であり、
    前記延出部は、幅方向において、前記延出部の両端部の間に位置する前記延出部の中間部が突出する、
    可動部材。
  2. 前記弾性変形部は、下方に押圧されることで、前記可動電極が下方に移動するように変形する、
    請求項1に記載の可動部材。
  3. 前記脚部は、幅方向において、前記脚部の前記両端部の間に位置する前記脚部の前記中間部が突出するように湾曲している、
    請求項1又は2に記載の可動部材。
  4. 前記延出部は、前記幅方向において、前記延出部の前記両端部の間に位置する前記延出部の前記中間部が突出するように湾曲している、
    請求項1~4のいずれか一つに記載の可動部材。
  5. 前記脚部の前記中間部と前記延出部の前記中間部とは互いに反対方向に向かって突出する、
    請求項1~4のいずれか一つに記載の可動部材。
  6. 前記延出部の前記中間部は第1方向に向かって突出しており、
    前記脚部の前記中間部は前記第1方向とは反対の第2方向に突出している、
    請求項5に記載の可動部材。
  7. 前記脚部の前記中間部は、前記脚部の前記両端部の中央で最も突出している、
    請求項1~6のいずれか一つに記載の可動部材。
  8. 前記延出部の前記中間部は、前記延出部の前記両端部の中央で最も突出している、
    請求項1~6のいずれか一つに記載の可動部材。
  9. 前記脚部の前記中間部は、中央で最も突出している、
    請求項8に記載の可動部材。
  10. 前記接続部の前記下面における下端は、高さ位置が同じとなる円弧状の線である、
    請求項1~9のいずれか一つに記載の可動部材。
  11. 前記脚部と前記延出部との前記境界は、上面視において、正円の円弧状である、
    請求項1~10のいずれか一つに記載の可動部材。
  12. 前記脚部と前記延出部との前記境界は、上面視において、前記可動電極を中心とする円弧状である、
    請求項1~11のいずれか一つに記載の可動部材。
  13. 前記弾性変形部の外周は、上面視において、前記可動電極を中心とする円である、
    請求項12に記載の可動部材。
  14. 前記弾性変形部は、ドーム状であり、
    前記弾性変形部の中央部分が前記可動電極である、
    請求項1~13のいずれか一つに記載の可動部材。
  15. 前記可動部材は、導電性を有する、
    請求項1~14のいずれか一つに記載の可動部材。
  16. 前記凸曲面は、前記延出部を形成するための折り曲げ加工により形成される、
    請求項1~15のいずれか一つに記載の可動部材。
  17. 前記可動部材は、前記支持部を複数備える、
    請求項1~16のいずれか一つに記載の可動部材。
  18. 数の前記支持部は、上面視において前記可動電極から放射状に延在している、
    請求項17に記載の可動部材。
  19. 固定電極と、
    前記固定電極が設けられる載置面を有するベースと、
    請求項1~18のいずれか一つの可動部材と、
    を備え、
    前記可動部材は、前記可動電極が前記固定電極に対向するように、前記載置面に載置され、
    前記可動部材の前記凸曲面が前記載置面に当接している、
    入力装置。
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