JPH08255537A - 容量性スイッチアセンブリ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パッドの弾性圧縮によって一対の直列コンデン
サのキャパシタンスを変化させることによってスイッチ
ング作動を与えること。 【解決手段】 耐火性基板16上に同一平面で間隔をおい
て形成された一対の薄い金属箔の導電性プレート42,44
の表面上の誘電被膜に押し付けられて圧縮する、弾性変
形可能な導電性パッド54を備えたキャパシタンス変化形
スイッチに関する。パッド54は、プレート42,44 と協働
して一対のキャパシタンスを直列状に形成する。使用者
がアクチュエータ36を移動させることによって、パッド
54が圧縮されて、スイッチング機能を実施するために電
気的に検出できる大きなキャパシタンスの変化が発生す
る。発明の形態として、第１では、パッド54は導電性エ
ラストマー製であり、第２では、パッド54は、非導電性
エラストマーに導電性金属箔カバーを設けて形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、押しボタン作動式
であることが望ましい、微弱電流のスイッチングに用い
られる形式のスイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この形式のスイッチは、低コストで、小
型で、パネルからの突出量が最小であることが望まれ
る。これまでの低電流スイッチは様々な技術を用いてき
ており、その１つは、使用者がアクチュエータを移動さ
せるのに応じてスイッチの接点を移動させるためにオー
バセンターまたはトグルばね機構を用いている押しボタ
ン作動式スイッチであった。

【０００３】そのようなスイッチは、確実な回路開閉特
性のため、広く利用されていることがわかっているが、
個別の部品数が多く、スイッチング作動を行うために、
また遮断時のアークを最小限に抑えるために高価な貴金
属を使用していることから、大量生産でのコストが比較
的高い。また、低電流または微弱電流を切り換える場
合、電流のスイッチング及びアーク防止用に貴金属また
は個別接点を用いる必要がない。

【０００４】従って、従来のものより部品数が少なく、
簡単で信頼性が高く低コストである低電流スイッチング
素子用スイッチの提供が望まれている。

【０００５】これまで、使用者がパネル上の層に触れる
と、２つのプレート間のキャパシタンスが変化し、それ
が適当な回路で検出されて、スイッチング動作として認
識されるようにしたキャパシタンス変化形（容量性）ス
イッチが、平形パネルスイッチに使用されてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の容量性
スイッチは、スイッチングが行われたことを使用者に確
実に知らせるための大きい移動、すなわち触覚的に認識
できるスイッチング動作を与えることがなかった。

【０００７】従って、製造コストを最小限に抑えること
ができ、機械式の接触を必要としないで、機械的接触形
のスイッチングの場合と同様な移動及び触覚的に認識で
きる移動表示を与えるようにした低電流スイッチング機
構を提供することが望まれてきた。

【０００８】本発明は、移動及びそれに伴って増大する
力によってスイッチの作動を触覚的に認識できるように
表示し、一対の直列のコンデンサのキャパシタンスの大
きい変化を検出することによってスイッチング作動を実
行できる押しボタン作動式低電流スイッチを提供してい
る。

【０００９】本発明の目的は、使用者が導電性の弾性パ
ッドを、同一平面に間隔をおいて設けられた一対のプレ
ートの表面上の誘電被膜に接触させて押し付け、パッド
の弾性圧縮によって一対の直列コンデンサのキャパシタ
ンスを変化させることによってスイッチング作動を与え
ることである。

【００１０】本発明のさらなる目的は、同一平面に間隔
をおいて設けた一対のプレートの表面上の誘電材料に、
導電性のエラストマー部材が接触するように移動させ
て、エラストマー部材を押し付けることによってキャパ
シタンスを変化させ、これを検出してスイッチングに利
用するようにしたキャパシタンス変化形（容量性）スイ
ッチを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、特許請求の範
囲に記載の構成を有している。すなわち、本発明のスイ
ッチアセンブリは、非導電性基板の表面上に比較的薄い
一対の導電性プレートまたはフィルムを設けて、そのプ
レートの露出面を誘電材料で被覆したものを用いてい
る。使用者が移動できる押しボタン等のアクチュエータ
か、直接的な接触によって、導電性の弾性パッドまたは
ディスクを押し付けて誘電材料に接触させ、さらにアク
チュエータを継続して移動させると、エラストマー製の
ディスクが圧縮されるため、プレートのキャパシタンス
が変化し、それを検出することによってスイッチング機
能を実施することができる。１つの実施例では、弾性パ
ッドは導電性のエラストマー部材であり、別の実施例で
は、パッドは、表面に導電性金属箔を設けた非導電性の
エラストマーである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図面を参照しながら説明すると、
スイッチアセンブリ10は、主フレーム12、及び好ましく
はスナップロック式にフレーム12に取り付けられたカバ
ー14とを有するハウジング手段を備えている。基板また
はベース16が、主フレーム12とカバー14との間に挟まれ
て、その間に固定されている。カバー14の周囲に複数の
タブまたは突起18を配置して、フレーム12の下部分の周
囲に設けられた対応配置の溝20にスナップロック式に噛
み合わせることが好ましい。

【００１３】フレーム12には、好ましくは中空の円筒支
柱部分22が取り付けられており、この支柱部分22は、そ
の一端部またはその付近の外周沿いに配置された複数の
ラグ24をスナップロック式に噛み合わせることによっ
て、主フレーム12に取り付けられている。支柱部分22
は、ラグ24がフレーム12に設けられたアンダーカットま
たは肩部26と噛み合うようにして、フレーム12にはめ込
まれている。支柱部分22は、フレーム12に形成された座
ぐり孔28内に摺動可能に収容されており、ばね30が支柱
部分22の外周に巻装されている。ばね30の一端部は、座
ぐり穴28内に設けられた環状肩部32に当接して位置決め
されている。

【００１４】ばね30の他端部は、支柱部分22の端部の上
方に載せられた押しボタン（アクチュエータ）36の下表
面34に当接して位置決めされている。押しボタン36の下
表面から環状位置決め部分38が垂下して、それが支柱部
分22の内周部に形成された溝40とスナップロック式に係
合することによって、支柱部分上に押しボタンが保持さ
れるようになっている。

【００１５】基板またはベース16は、導電性材料からな
る一対の導電性プレート42、44を備えており、これらは
同一平面に間隔をおいて配置された薄膜導電材料にする
ことができ、それぞれに電気リード線を取り付けるため
のタブまたはコネクタ部分46、48が形成されている。必
要に応じて、図１に参照番号50、52で示されているよう
にリード線をタブ46、48に溶接することによって電気接
続を行ってもよい。

【００１６】プレート42、44は、いずれの適当な接着ま
たは付着構造によってもベース16に取り付けることがで
きる。発明の現時点での好適な実施例では、基板または
ベースは耐火性酸化アルミニウム材で形成されている。

【００１７】次に、プレート42、44を誘電材料で被覆し
て、そのサブアセンブリを 930℃の温度で焼結すること
によって、基板プレート及び誘電材料を硬化させる。現
時点で好適な実施例では、電極材は基板上にスクリーン
印刷され、誘電材料は導電材料上にスクリーン印刷され
る。

【００１８】図１及び図５に示されているように、基板
16上には、好ましくはパラジウム及び銀の混合物からな
る導電性インクを用いてスクリーン印刷することによっ
てプレート42、44が形成されており、その上に誘電材料
60の好ましくはスクリーン印刷層が重ねられている。

【００１９】発明の現時点での実施例では、強誘電材料
及びガラス材の混合物が誘電材料として満足できるもの
であり、特に米国ペンシルバニア州19406 、キング・オ
ブ・プラッシア、イースト・チャーチ・ロード416 に所
在するエレクトロサイエンス・ラボラトリーズ(Electro
science Laboratories) 社から得られる製造者番号「Ｄ
−４１１７」の、厚さが40〜60ミクロン（１０^-6ｍ）の
材料が特に好ましいことがわかっている。現時点で好適
な実施例では、プレート42、44を形成する導電層は、1
1.5±1.5 ミクロン（１０^-6ｍ）である。

【００２０】図１、図３、図４及び図５において、ほぼ
ディスク形状で、弾性変形可能な材料からなるスイッチ
ング部材、すなわちパッド54が、好ましくは接着剤によ
ってプランジャ部材（キャリア）56の下表面に取り付け
られている。プランジャは、支柱部分22の内側表面内に
摺動可能にはまって、その内部を移動するように案内さ
れる。プランジャ56は、ばね58の一端部によってベース
16に向かって移動する方向へ押し付けられており、ばね
の他端部は、押しボタン36の下表面に当接して位置決め
されている。

【００２１】現時点では、図５に示されている実施例の
エラストマーディスク54は、所望の導電性を与えるよう
に炭素を散在させたシリコンゴムで形成されて、ショア
硬さ(A) が60である。米国ペンシルバニア州19136 、フ
ィラデルフィア、トルバットストリート 4749 に所在す
るストックウェル・ラバー（Stockwell Rubber）社から
満足できる材料が販売されている。

【００２２】図１及び図５を参照しながら説明すると、
使用者が押しボタン36を基板に向けて移動させると、ば
ね58が圧縮されて、プランジャ56及びディスク54を基板
16に向けて押し付けることによって、やがてディスク54
が図５の接合線Ｄo に沿って誘電材料と接触する。使用
者が押しボタンを押し続けると、ばね58、30がさらに圧
縮されて、ディスク54のエラストマー部材がある程度圧
縮される。

【００２３】図６は、リード線50、52間で測定したキャ
パシタンスを、接合線Ｄo に沿って接触した後のエラス
トマーの圧縮の関数として示すグラフである。図６から
わかるように、キャパシタンスが大幅に増加するまで
に、ディスクが約0.25ｍｍ圧縮される必要があり、さら
に0.15ｍｍ圧縮されることによってキャパシタンスが幾
次数も増加し、スイッチング機能を行うためにそれを検
出することは容易である。

【００２４】図７及び図８は、エラストマーディスク5
4’が導電性を備えていないエラストマー部材で形成さ
れ、金属箔55の導電層をその表面に付着させることによ
って、金属箔がプレート42、44の誘電材料60と接触した
時に２つのコンデンサが完成するようにした本発明の別
の実施例を示している。

【００２５】本発明の現時点での実施例では、エラスト
マーディスク54’はジュロメータ値が比較的低く、厚さ
が3.5 ｍｍの極低弾性スポンジ材で形成されている。導
電性金属箔55は、0.06ｍｍ厚さで、アルミニウム材製で
あることが好ましい。

【００２６】図８は、図６と同様なグラフであり、図７
の実施例の場合に、金属箔55が誘電材料60と初期接触し
た時、キャパシタンスが大きく変化し、その後の0.25ｍ
ｍの圧縮によってさらに大幅に増加し、ディスク54’の
スポンジ材が2.75ｍｍだけ圧縮した時、キャパシタンス
が10倍に増加することを示している。

【００２７】このように、本発明は、弾性パッド54, 5
4’及び導電材料を、同一平面に間隔をおいて設けられ
たプレート上に重ねられた誘電材料の表面に押し付ける
ことによって、一対の直列コンデンサを形成し、弾性パ
ッドが誘電材料と接触した時、パッドの圧縮が、スイッ
チング機能を実施するために容易に検出できるようにキ
ャパシタンスを大幅に増大させる押しボタン作動式スイ
ッチアセンブリを提供している。

【００２８】１つの実施例では、弾性パッドは導電性エ
ラストマー製であり、第２実施例では、非導電性エラス
トマーが薄い導電性金属箔で被覆されている。

【００２９】パッド54、54’を、初めにプレート42、44
の上の誘電被膜から離れた位置から移動させるアクチュ
エータについて本発明を説明してきたが、パッド54、5
4’が初めに線Ｄo で誘電材料と接触しているようにア
クチュエータ機構を変更できることは、理解されるであ
ろう。また、必要に応じてアクチュエータ機構を全く省
いて、使用者が直接触れることができるようにパッド表
面を露出させてもよいことも、理解されるであろう。

【００３０】以上に本発明を図示の実施例について説明
してきたが、本発明の特許請求の範囲内において様々な
変更を加えることができることは理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチアセンブリの分解図である。

【図２】図１のスイッチアセンブリの上面図である。

【図３】図２の３−３線に沿った断面図である。

【図４】図２の４−４線に沿った断面図である。

【図５】図１の５−５線に沿った断面図の拡大図であ
る。

【図６】図５の実施例の場合のパッド圧縮に対するキャ
パシタンスの値を示すグラフである。

【図７】本発明の変更実施例を示す断面図である。

【図８】図７の実施例の場合の図６と同様なグラフであ
る。

【符号の説明】

12 主フレーム 14 カバー 30、58 ばね 36 押しボタン 42、44 導電性プレート 54 スイッチ部材 56 プランジャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ダグラス エミル ヴィケルト アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53072 ペウォーキー リバーウォルク コート 1142 (72)発明者 ルース エレン ハッベル アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53223 ミルウォーキー エヌ．レイントリー ドライブ 69220 (72)発明者 マイケル ロバート ラーセン アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53228 ミルウォーキー エス．88 ストリート 3609 (72)発明者 デニス ジャン−ピエール レベック アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53224 ミルウォーキー ウエスト ベラ アベ ニュー 9612

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a) ハウジング手段と、 (b) このハウジング手段上に同一平面で間隔をおいて並
   置されており、各々の共通側面に誘電材料を重合させた
   一対の比較的薄い導電性プレートと、 (c) 前記ハウジング手段に対して相対移動可能に配置さ
   れたキャリヤと、 (d) このキャリヤ上に配置された、弾性変形可能な導電
   性材料からなるスイッチ部材と、 (e) 前記ハウジング手段から外部へ延出し、使用者が移
   動させた時に作動することによって、前記キャリヤを移
   動させて前記スイッチ部材を前記誘電材料の被膜に接触
   させて押し付けることができるアクチュエータとを有し
   ており、前記スイッチ部材は前記プレートと協働して一
   対のコンデンサを電気的に直列に形成し、前記スイッチ
   部材の弾性変形によって前記コンデンサ対のキャパシタ
   ンスが大きく変化するようにしたことを特徴とする容量
   性スイッチアセンブリ。
2. 【請求項２】 スイッチ部材は導電性エラストマーで形
   成されていることを特徴とする請求項１に記載のアセン
   ブリ。
3. 【請求項３】 導電性プレートは、耐火性物質からなる
   基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記
   載のアセンブリ。
4. 【請求項４】 キャリヤは、ハウジング手段に摺動可能
   に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載
   のアセンブリ。
5. 【請求項５】 導電性プレートは、焼結アルミナ材から
   なる基板上に形成されていることを特徴とする請求項１
   に記載のアセンブリ。
6. 【請求項６】 スイッチ部材は、非導電性エラストマー
   材の上に導電性材料の層を重合させて形成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
7. 【請求項７】 基板は、酸化アルミニウム材料で形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブ
   リ。
8. 【請求項８】 キャパシタンス変化形スイッチアセンブ
   リを製造する方法であって、 (a) 同一平面にある一対の導電性プレートを非導電性基
   板上に形成し、 (b) 前記プレートの共通の一面側に誘電材料を重合さ
   せ、 (c) 弾性変形可能な材料からなるスイッチ部材を形成
   し、前記誘電材料を前記スイッチ部材と接触させて一対
   の直列のコンデンサを形成し、 (d) 前記スイッチ部材を前記誘電材料に押し付けて、前
   記コンデンサのキャパシタンスを大きく変化させる、各
   工程を有していることを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 形成工程(a) は、耐火性基板上に材料を
   スクリーン印刷してから焼結することを含むことを特徴
   とする請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 重合工程(b) は、導電性プレート上に
    耐火性誘電材料をスクリーン印刷してから焼結すること
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 押し付け工程(d) は、スイッチ部材を
    キャリヤ上に配置すること、非導電性基板をハウジング
    に取り付けること、及び前記キャリヤを前記ハウジング
    上で摺動させることを含むことを特徴とする請求項８に
    記載の方法。
12. 【請求項１２】 形成工程(a) は、耐火性材料を準備
    し、その材料を焼結することを含むことを特徴とする請
    求項８に記載の方法。
13. 【請求項１３】導電性プレートの形成工程(a) は、耐火
    性材料からなる基板を準備して、その基板上に導電性イ
    ンクをスクリーン印刷することを含み、 重合工程(b) は、導電性インクの上に誘電インクをスク
    リーン印刷することを含んでおり、 さらに、前記スクリーン印刷した基板を焼結する工程と
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。