TWI529764B

TWI529764B - 按鍵開關及使用此按鍵開關的電子機器

Info

Publication number: TWI529764B
Application number: TW101137582A
Authority: TW
Inventors: 松原純一; 糟谷誠
Original assignee: 歐姆龍股份有限公司
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2016-04-11
Also published as: JP2013089349A; US20140090968A1; EP2698804B1; JP5842527B2; EP2698804A1; TW201320134A; US9251973B2; CN103548108B; CN103548108A; EP2698804A4; WO2013054649A1

Description

按鍵開關及使用此按鍵開關的電子機器

本發明係關於具有因應按下操作而動作之按鍵開關及導入有此開關的操作部之電子機器。

作為一般之按鍵開關，具有於下端部設有可動接點之可動部、及按壓可動部的按鈕部者。可動部係於設在電路基板上之固定接點之上與其對向配置，按鈕部則露出於框體之表面。當由使用者之手指按下按鈕部時，按鈕部與可動部均朝下方位移，成為可動接點與固定接點接觸之狀態。當手指離開按鈕部時，按鈕部及可動部返回原來的位置，而解除各接點之接觸狀態(參照專利文獻1)。

近年來，已開發出適合於各種小型電子機器之按鍵開關，如專利文獻2所示，還有於寬度窄之框體的上部配置複數個按鍵開關的情況。於此種電子機器中，因為是將控制基板於豎立狀態下收容，所以有使用如第8圖所示之構成的按鍵開關的情況。

此例之按鍵開關SW0係具備：開關本體1，其具有可於上下方向移動之可動部10；按鈕部2，其因應按下操作而按壓可動部10；及支撐臂3，其與按鈕部2一體設置。開關本體1之背面係固定於豎立配置之基板的一面(圖中之背景部分)，支撐臂3之前端部亦可轉動地安裝於相同之基板面上。

如第8圖(1)所示，未進行按下操作之狀態的按鈕部2 ，係於自可動部10略微離開之狀態下被支撐。當按鈕部2受到按下操作之按壓力時，如第8圖(2)所示，支撐臂3及按鈕部2以支撐臂3之安裝在基板上的前端部作為軸進行旋轉，且按鈕部2係於傾斜之狀態下按壓可動部10。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本國特開2002-56738號公報

[專利文獻2]日本國特開2004-101446號公報

於使用按鍵開關之情況下，期望能對按下按鈕之使用者提供充分之觸鍵感(按壓按鈕之手感)。

第9圖顯示表示伴隨按鍵開關之按下操作而來自可動部之反作用力F與可動部的行程量S之關係的曲線(FS曲線)。於可動部開始移動後不久，反作用力漸漸地上升，但於可動部通過使可動接點與固定接點接觸之高度位置(以下稱為「導通點」)之期間(圖中的S1~S2間)，反作用力急遽下降。此後之反作用力再度轉為上升。觸鍵感正是藉由此反作用力之下降或增加的轉換而產生，但當像第8圖(2)之例子那樣由斜向按壓可動部時，此反作用力之變化的斜率變緩，進而造成觸鍵感降低。

於第8圖之構成中為了提高觸鍵感，必須將通過導通點之可動部10自接近於垂直方向之方向進行按壓。因此，必須使按鈕部2之底面盡量不要發生傾斜。換言之，必須以盡量小之旋轉角度使按鈕部2移動至與第8圖(2) 所示的情況為相同高度的位置為止。但是，為了以較小之旋轉角度確保相同的行程量，必須增加支撐臂3之長度，因此，會導致開關SW0之設置所需的空間擴大。因此，恐有對操作部之大小受到限制的小型電子機器之導入會產生困難之虞。

作為確保觸鍵感之其他方法，可考慮於框體上面之下方水平地配置開關專用的基板，並導入專利文獻1所記載之構成的按鍵開關的方法。但是，此方法中，不僅需要2片基板，並且用於基板間之電性連接等的工時亦會增加，造成成本增高。

本發明係著眼於上述問題，其課題在於提供一種不會增加設置用之空間或成本，而可提高觸鍵感之按鍵開關。

本發明之按鍵開關，其具備：開關本體，其具有可動部，該可動部藉由按壓力朝下方位移而使可動接點與固定接點接觸，藉由按壓力之解除而朝上方位移以解除各接點之接觸；按鈕部，其因應按下操作按壓可動部之上面；及支撐臂，其一端部與按鈕部連結，另一端部可轉動地安裝於沿上下方向之支撐面，以將未受到按下操作之狀態下的按鈕部於自可動部分離之狀態下予以支撐。支撐臂之未連結於按鈕部之側的端部，係定位於可動部之上面的移動範圍旁邊或斜下方的位置而被安裝於支撐面上。另外，按鈕部之底面係以於未受到按下操作之狀態下成為傾斜面，並且當將可動部按壓至使可動接點與固定接點接觸之位置為止時底面會成為大致水平的狀態之方式，設定該底面之傾斜角度。

根據該構成，按下操作前之按鈕部係於使其底面傾斜之狀態下被支撐。當進行按下操作時，按鈕部及支撐臂係以支撐臂之未連結於按鈕部的端部作為軸進行旋轉，所以按鈕部係以其與可動部間之間隙一面逐漸縮小一面下降之方式按壓可動部。當可動部下降至使可動接點與固定接點接觸之高度位置(導通點)附近為止時，按壓可動部之按鈕部的底面成為大致水平之狀態，所以可將通過導通點之可動部自接近於垂直方向的方向進行按壓。藉此，可使進行按下操作之使用者感受充分之觸鍵感。

於該構成之按鍵開關的一實施形態中，按鈕部之底面的傾斜角度，係以對於連結下降至使可動接點與固定接點接觸之位置的可動部上面之中心點(後述之B點)及作為支撐臂之旋轉軸的位置之直線、與連結未受到按下操作之狀態下的按鈕部之底面的中心點及作為支撐臂之旋轉軸的位置之直線所構成之角度θ，成為既定之誤差範圍內的角度的方式設定。於進一步限定之實施形態中，將該誤差範圍設定於θ-3度~θ+3度之範圍。

根據這些實施形態，可將按鈕部及支撐臂旋轉角度θ時之按鈕部的底面之傾斜相對於水平方向的差作成為相當微小。

該構成之按鍵開關，係可於在框體內之支撐面(例如，豎立配置於框體內之基板的一面或框體的內壁面)上安裝除了開關本體之上面及下面以外的一面及支撐臂之未連結於按鈕部之側的端部，且使該按鈕部露出於框體之表面之狀態下進行配置。根據此構成，即使不增加支撐臂之長度，仍可對通過導通點之可動部施加來自接近於垂直的方向之按壓力，所以對設置空間不夠充裕之小型電子機器，亦可配置操作性良好之按鍵開關。

根據本發明，關於安裝於沿上下方向之支撐面之類型的按鍵開關，不用增加設置用之空間及成本，而可提高觸鍵感。

[實施發明之形態]

第1圖係模式地顯示應用本發明之按鍵開關的構成例。

此實施例之按鍵開關SW係由具有突出於上部之可動部10的開關本體1、用以按壓可動部10之按鈕部2、及支撐按鈕部2之支撐臂3等所構成。開關本體1之背面及支撐臂3的一端部，係安裝於豎立配置之控制基板的一面(圖中之背景部分)。

於開關本體1之內部配置有固定接點(未圖示)，於可動部10之下端部配置有可動接點(未圖示)。可動部10係藉由未圖示之彈性構件等可上下移動地支撐於開關本體1內，當開關本體1之上面下降至圖中的B點之高度時，可動接點與固定接點成為接觸之狀態。

按鈕部2與支撐臂3係一體形成。按鈕部2係於立方體形狀之本體的底部一體地設有鍔部20之形狀者，於此鍔部20之一邊連接有支撐臂3。鍔部20係比開關本體1大許多，其厚度係隨著自連結於支撐臂3之一邊朝向對向側的一邊漸漸地減小。藉由此鍔部20之厚度變化，按鈕部2之底面2M成為於自與支撐臂3連結之側朝向相反側的方向上朝斜上方位移之傾斜面。

支撐臂3係與開關本體1相距既定距離而可轉動地被支撐於比開關本體1之上面的移動範圍略低之位置上。藉由此支撐臂3，以水平之姿勢支撐按鈕部2，而使鍔部20之支撐臂3附近的部分(比開關本體靠外側)之底面與可動部10的上面之高度對齊。此時，於按鈕部2與可動部10之間形成有依按鈕部2之底面2M的傾斜角度而成之間隙。當使用者以手指按下按鈕部2時，按鈕部2及支撐臂部3係以支撐臂3之安裝位置作為軸進行旋轉，該間隙逐漸變窄，於是可動部10被按壓。

圖中之A點顯示未受到按下操作時之按鈕部2的底面2M之中心位置，B點顯示可動接點與固定接點接觸時之可動部10的上面之中心位置(與「導通點」對應)。另外，C點相當於支撐臂3之旋轉軸的位置。

按鈕部2之底面2M的傾斜角度，係設定為接近圖中之角度θ的角度。

角度θ係為連結A點及C點之線段AC與連結B點及C點之線段BC所構成之角度。當支撐臂3以C點作為軸旋轉角度θ時，與支撐臂3連結之按鈕部2亦成為傾斜角度θ之姿勢，並且包含A點之底面2M下降至B點的高度附近。被按鈕部2所按壓之可動部10的上面，亦同樣下降至B點的高度附近。

當將按壓操作前之按鈕部2的底面2M的傾斜角度設定為接近於θ之值時，傾斜了角度θ之按鈕部2的底面2M成為大致水平狀，從而可正下方的可動部10從接近於垂直之方向進行按壓。藉此，來自可動部10之反作用力的變化曲線變陡，從而可對進行按下操作之使用者提供充分之觸鍵感。

第2圖顯示表示該按鈕部2之底面2M的中心點的位置之A點、表示可動部10之導通點的B點、表示支撐臂3之旋轉軸的位置之C點、及角度θ、之關係。另外，於此圖中，以極粗線表示線段AC、線段BC及按鈕部之底面2M的傾斜。

另外，於第2圖中，設A-B間之高度差為d，A-C間之高度差為h，C點至開關本體1之中心線為止的距離為I，線段AC之長度為L1，線段BC之長度為L2。藉由這些參數，可根據以下之數學式算出線段AC及線段BC相對於水平方向所構成之角度θ1、θ2。

又，使用由上述數學式所求得之θ1、θ2，執行θ=θ1-θ2的運算，即可求得θ。

因此，於進行開關的設計之際，若先確定A、B、C 之各點的位置時，便可從這些關係計算出角度θ。又，若將按鈕部2之底面2M的傾斜角度相對於角度θ之角度差收在既定誤差範圍內的話，即使於導通點之附近，亦可從被認為是確保觸鍵感所必要之按壓方向對可動部10進行按壓。

又，發明者等經實驗確認之後判明，若將朝可動部10按壓之方向與垂直方向之間的角度差設定於±3度的範圍內，即不會損及觸鍵感。因此，以=θ±3度以內之範圍來決定角度較為適宜。

接著，為了說明使按鈕部2之底面2M傾斜而可得到之優點，第3圖顯示以不使按鈕部2之底面2M傾斜而可確保觸鍵感的方式設計之開關SW’。又，為了容易進行對照，亦對開關SW’之各構成標示與第1圖相同的符號。

當將未受到按下操作時之按鈕部2的底面2M設為水平時，按鈕部2之底面2M隨著因應按壓操作與支撐臂3一起旋轉，而成為傾斜的狀態。根據先前所述之實驗結果，為了確保觸鍵感，必須將可動部10之按壓方向與垂直方向的差設定為3度以內，所以使按鈕部2之底面2M位移至作為導通點的B點為止所需要之旋轉角度θ(線段AB及線段BC所構成之角度)，亦須收在3度左右之範圍內。

然而，為了在不變更行程量的情況下減小旋轉角度θ，則必須增加線段AB及線段BC的長度，為此，由於必須使C點大幅遠離開關本體1，所以開關SW’之設置所需要的空間會擴大。另外，於分配給開關SW’之設置的空間中，無法在滿足將角度θ設定為3度左右之條件的位置設定C點時，難以提高觸鍵感。

相對於此，根據第1圖之構成例的按鍵開關SW，可先訂定點A、B、C，再以適合這些點之方式來決定角度θ及按鈕部2之底面2M的傾斜角度。藉此，即使於開關SW之設置空間受到限制之情況下，亦能於此空間內的可能之部位訂定C點，再藉由調整角度θ或來應對。例如，於因設置空間較小而需要比第1圖之例使C點更靠近開關本體1的情況下，可將C點設定於更下方，來求得角度θ，再根據θ之值，來訂定按鈕部2之底面2M的傾斜角度。

因此，只要是第1圖所示之構成的開關SW，其亦可容易地導入小型機器中。

又，於第1圖之例子中，將安裝支撐臂3之部位(C點)設定在相對於可動部10之上面所移動的範圍斜下方之位置上，但不限於此，亦可將C點設定於可動部10之上面的移動範圍的旁邊。

另外，於第1圖之例子中，係針對將圖中之背景部分作為基板面，於此基板面上固定開關本體1之背面，並且支撐臂3朝開關本體1之側面延伸而安裝於相同基板面的情況進行了說明，但支撐臂3之方向或安裝位置不限於此例。

例如，若將開關本體1作成薄型，則可於將支撐臂3朝開關本體1之前面側延伸後，引導至開關本體1之斜下方的位置而安裝於基板上。

以下，針對配置有此種構成之按鍵開關的電子機器之一例進行說明。

第4及第5圖顯示導入有本發明之按鍵開關的光電感測器之外觀。

此光電感測器係於寬度窄之框體200的上面配置有顯示部201及複數個按鍵開關SW1~SW4之構成。上面通常由外蓋204所覆蓋，於設定之際等，打開外蓋204，即可操作各按鍵開關SW1~SW4。

另外，此光電感測器係使用光纖進行投光及受光之類型者，於框體200之前面設有用以插入投光用及受光用的各光纖(未圖示)之插入口202、203。另外，自框體200之背面引出連接用的電纜205。

於框體200之內部除了設有包含發光元件的投光部及包含受光元件之受光部(均未圖示)外，後述之基板60係以豎立之姿勢配置。

於顯示部201分別設有複數個由7段LED組成之顯示器210(顯示數字或拉丁字母者)或顯示燈211。於顯示部201之前方配置有單獨之按鍵開關SW4，於顯示部201之後方配置有3個按鍵開關SW1、SW2、SW3。這些開關中，設在最接近顯示部201附近之按鍵開關SW1中包含有2個開關SW1a、SW1b。

本發明係應用於此2口型之開關SW1a、SW1b及其後面之2個開關SW2、SW3。第6及第7圖顯示這些開關SW1a、SW1b、SW2、SW3的詳細構成。

又，於第6及第7圖中，將各開關SW1a、SW1b、SW2、SW3以與第5圖為相反之側設為正面的方式加以顯示，但於以下之說明中，亦可將第6及第7圖中位於前方之面設為正面。

於此例中，將開關SW1a、SW1b、SW2、SW3之各開關本體設為11a、11b、12、13，且將各可動部設為101a、101b、102、103。各開關本體11a、11b、12、13係間隔既定間隔而固定於豎立配置之基板60的一面。

開關SW1a、SW1b之按鈕部21a、21b係被一體化為一個構件21。於此構件21之前面側的下端部連結有三根叉狀之支撐臂31(以各根作為支撐臂31a、31b、31c)。支撐臂31a係支撐按鈕部21a，支撐臂31b係支撐按鈕部21b，支撐臂31c係支撐各按鈕部21a、21b之連結部分(構件21之中央部)。

於其他之開關SW2、SW3之按鈕部22、23，亦分別於前面之下端部一體地設有支撐臂32、33。這些支撐臂32、33係朝右斜下方向(框體200之前面側)延伸，且與沿水平方向延伸之基部50相連。連結於構件21之三根叉狀的支撐臂31亦同樣與基部50相連。藉此，形成連結有各按鈕部21a、21b、22、23及支撐臂31、32、33之按鍵單元。

於基部50設有3個矩形之孔部(未圖示)，藉由將設於基部60側之凸構件51、52、53嵌入這些孔部，將各支撐臂31、32、33安裝於基板60上。

與開關SW1a、SW1b之按鈕部21a、21b相連的支撐臂31a、31b，係將這些支撐臂間之支撐臂31c的正下方之凸構件51作為共有之支撐手段而可轉動地被支撐。與開關 SW2之按鈕部22相連的支撐臂32，係藉由凸構件52以可轉動的方式支撐，開關SW3之支撐臂33係藉由凸構件53以可轉動的方式支撐。亦即，各支撐臂係以可轉動的方式被支撐在相對於對應之開關本體的可動部的移動範圍位在斜下方之位置。

第7圖中，藉由對各開關SW1a、SW1b、SW2、SW3之按鈕部21a、21b、22、23與各開關本體11a、11b、12、13及可動體101a、101b、102、103賦予網點圖案，以明確顯示兩者之關係。未受到按下操作時之各按鈕部21a、21b、22、23，係在與對應之可動部101a、101b、102、103之間確保略微之間隙的狀態下被支撐。另外，各按鈕部21a、21b、22、23之底面，均於自靠近阻止對應之支撐臂31a、31b、32、33的凸構件51、52、53之側朝向相反側的方向朝斜上方傾斜。

當按下開關SW1a、SW1b、SW2、SW3之按鈕部21a、21b、22、23的任一者時，支撐臂及按鈕部係以連結於此按鈕部之支撐臂的支撐位置作為軸進行旋轉，以按壓對應之開關本體的可動部。當被按壓之可動部下降至導通點時，可動接點與固定接點接觸而使兩者導通，於是因此導通而產生之電性信號被輸入至未圖示的控制電路。於任一開關SW1a、SW1b、SW2、SW3中，亦於按鈕部21a、21b、22、23之底面將對應的可動部101a、101b、102、103按壓至導通點附近時，以該底面之傾斜相對於水平方向存在3度以內的角度差之方式設定各底面之傾斜角度。

具體而言，此實施例中之各按鈕部21a、21b、22、23的底面之傾斜角度，係設定於1.5~2.5度之範圍內。但是，傾斜角度不限於此範圍，可根據使用於開關之設置的空間之廣度等而作變動。

藉由依上述方式調整各按鈕部21a、21b、22、23之傾斜角度，即使於任一開關SW1a、SW1b、SW2、SW3中，仍可將通過導通點之可動部101a、101b、102、103自接近於垂直之方向禁行按壓，從而可對進行按下操作之使用者提供充分之觸鍵感。

又，根據設計，亦可將固定支撐臂之凸構件不是設於基板60上，而是設於開關本體之前面或框體的內壁面。另外，開關本體亦同樣可安裝於框體之內壁面等的基板以外之支撐面上。

另外，針對配置於框體200前方的按鍵開關SW4，省略了詳細說明，但對此開關SW4亦可單獨地應用與其他開關SW1a、SW1b、SW2、SW3相同之構成。另外，接受來自各開關SW1a、SW1b、SW2、SW3之信號的控制電路，係可搭載於比基板60之配置有開關的範圍更靠前方或下方或者與開關為相反側的面上。

SW、SW1a、SW1b、SW1~SW4‧‧‧按鍵開關

1、11a、11b、12、13‧‧‧開關本體

2、21a、21b、22、23‧‧‧按鈕部

2M‧‧‧按鈕部之底面

3、31a、31b、32、33‧‧‧支撐臂

10、101a、101b、102、103‧‧‧可動部

20‧‧‧鍔部

50‧‧‧基部

51、52、53‧‧‧凸構件

60‧‧‧基板

200‧‧‧框體

201‧‧‧顯示部

202、203‧‧‧插入口

204‧‧‧外蓋

205‧‧‧電纜

210‧‧‧顯示器

211‧‧‧顯示燈

第1圖為顯示應用本發明之按鍵開關的構成之模式圖。

第2圖為顯示第1圖之A、B、C的各點與角度θ、角度之關係的模式圖。

第3圖為顯示不應用本發明而用以確保觸鍵感之按鍵開關的構成之模式圖。

第4圖為顯示導入本發明之按鍵開關的光電感測器之外觀之立體圖。

第5圖為該光電感測器之側視圖。

第6圖為顯示按鍵開關SW1a、SW1b、SW2、SW3之詳細構成之立體圖。

第7圖為按鍵開關SW1a、SW1a、SW1b、SW2、SW3之開關本體與按鈕部之關係的示意圖。

第8圖為顯示習知之按鍵開關之構成的模式圖。

第9圖為顯示藉由可動部之按壓所產生的反作用力F與行程量S之關係的曲線圖。

1‧‧‧開關本體

2‧‧‧按鈕部

2M‧‧‧按鈕部之底面

3‧‧‧支撐臂

10‧‧‧可動部

20‧‧‧鍔部

Claims

一種按鍵開關，其具備：開關本體，其具有可動部，該可動部藉由按壓力朝下方位移而使可動接點與固定接點接觸，藉由按壓力之解除而朝上方位移以解除各接點之接觸；按鈕部，其因應按下操作而按壓該可動部之上面；及支撐臂，其一端部與按鈕部連結，另一端部可轉動地安裝於沿上下方向之支撐面，以將未受到按下操作之狀態下的按鈕部於自可動部分離之狀態下加以支撐；該支撐臂之未連結於該按鈕部之側的端部，係定位於該可動部之上面的移動範圍旁邊或斜下方的位置而被安裝於該支撐面上；該按鈕部之底面係於未受到按下操作時、以及受到該按下操作且該底面與該可動部的上面接觸時成為傾斜面，並且當將該可動部按壓至使可動接點與固定接點接觸之位置為止時該底面會成為大致水平的狀態之方式，設定該底面之傾斜角度。
一種按鍵開關，其具備：開關本體，其具有可動部，該可動部藉由按壓力朝下方位移而使可動接點與固定接點接觸，藉由按壓力之解除而朝上方位移以解除各接點之接觸；按鈕部，其因應按下操作而按壓該可動部之上面；及支撐臂，其一端部與按鈕部連結，另一端部可轉動地安裝於沿上下方向之支撐面，以將未受到按下操作之狀態下的按鈕部於自可動部分離之狀態下加以支撐；該支撐臂之未連結於該按鈕部之側的端部，係定位於該可動部之上面的移動範圍旁邊或斜下方的位置而被安裝於該支撐面上；該按鈕部之底面係以於未受到按下操作之狀態下成為傾斜面，並且當將該可動部按壓至使可動接點與固定接點接觸之位置為止時該底面會成為大致水平的狀態之方式，設定該底面之傾斜角度；該按鈕部之底面的傾斜角度，係以對於連結下降至使可動接點與固定接點接觸之位置的可動部上面之中心點及作為該支撐臂之旋轉軸的位置之直線、與連結未受到按下操作之狀態下的按鈕部之底面的中心點及作為該支撐臂之旋轉軸的位置之直線所構成之角度θ，成為既定之誤差範圍內的角度的方式設定。
如申請專利範圍第2項之按鍵開關，其中相對於該角度θ之誤差範圍係設定於θ-3度~θ+3度之範圍。
一種電子機器，其包含以下構成：按鍵開關係具備：開關本體，其具有可動部，該可動部藉由按壓力朝下方位移而使可動接點與固定接點接觸，藉由按壓力之解除而朝上方位移以解除各接點之接觸；按鈕部，其因應按下操作而按壓該可動部；及支撐臂，其一端部與按鈕部連結，另一端部可轉動地安裝於沿上下方向之支撐面，以將未受到按下操作之狀態下的按鈕部於自可動部分離之狀態下加以支撐；且該按鍵開關係於在框體內之該支撐面上安裝除了該開關本體之上面及底面以外的一面及支撐臂，並使該按鈕部露出於框體之表面之狀態下所配置；該支撐臂之未連結於該按鈕部之側的端部，係定位於可動部之上面的移動範圍旁邊或斜下方的位置而被安裝於該支撐面上；該按鈕部之底面係於未受到按下操作時、以及受到按下操作且該底面與該可動部的上面接觸時成為傾斜面，並且當下降至使該可動接點與該固定接點接觸之位置為止時該底面會成為大致水平的狀態之方式，設定該底面之傾斜角度。
如申請專利範圍第4項之電子機器，其中該按鈕部之底面的傾斜角度，係以對於連結下降至使可動接點與固定接點接觸之位置的可動部上面之中心點及作為該支撐臂之旋轉軸的位置之直線、與連結未受到按下操作之狀態下的按鈕部之底面的中心點及作為該支撐臂之旋轉軸的位置之直線所構成之角度θ，成為既定之誤差範圍內的角度的方式設定。
如申請專利範圍第5項之電子機器，其中相對於該角度θ之誤差範圍係設定於θ-3度~θ+3度之範圍。