JP2007220528A - 可動接点構造体及び押ボタンスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】特に高ストロークタイプの押ボタンスイッチにおいても優れたクリック感触、安定したスイッチング機能を有する可動接点構造体及び押ボタンスイッチを提供すること。
【解決手段】押ボタンスイッチ用の可動接点構造体２、３０、３３は、ドーム部４ａ、４ｂ及び前記ドーム部の周縁部に形成された台座部４ｃを有し押圧操作により反転変形可能な弾性可動接点板４と、前記可動接点板のドーム外面側に張り合わせられた絶縁シート３、３１、３４とを備え、前記絶縁シートは、前記弾性可動接点板のドーム部外面に対する前記絶縁シートによる応力作用を抑制する窓孔５、３２、３５を有することを特徴とする。また、前記可動接点構造体２、３０、３３を組込んで押ボタンスイッチを構成したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、可動接点構造体及びこれを備えた押ボタンスイッチに係り、特に高ストロークタイプのドーム状可動接点内蔵の押ボタンスイッチのスイッチング特性向上に好適な可動接点構造体及び押ボタンスイッチに関する。

近年、各種電子機器の分野等ではその小形化、薄形化及び軽量化が要求され、これら電子機器の機能操作ボタン、テンキー或いはキーボードなどの操作用スイッチに使用される押ボタンスイッチにも同様な要求が益々高まってきている。そこで、この要求に応える従来のドーム状可動接点内蔵タイプの押ボタンスイッチの一例を図５を参照して説明する。

即ち、図５（ａ）は前記押ボタンスイッチの未操作（開放）時の状態を示し、図５（ｂ）はそのオン操作（押圧）時の状態を示す断面図である。支持体となる基板５１はＲＰＣ或いはＦＰＣなどのプリント配線基板で構成されている。前記基板５１の上表面には円環状の第１固定電極５２及びその環内側方に離間して同軸的に円板状の第２固定電極５３が配設されている。

前記第１及び第２固定電極５２、５３上に対向配置された弾性可動接点板５４は、その主要部となる円形ドーム部及びそのドーム周縁の台座部を有するように成形された弾性金属板で構成されている。前記ドーム周縁の台座部は第１固定接点５２の環に沿って重ねられ、前記ドーム部はその内面が前記第２固定接点５３から離間するように上方に凸となる向きに配置されている。

前記弾性可動接点板５４のドーム外面全体に張り合わされた絶縁シート５５は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド（ＰＩ）などの材料からなる厚さ５０μｍ程度の粘着シートで構成され、前記弾性可動接点板５４をその弾性変形可能な状態で前記固定接点５２、５３上に支持している。

そこで、図５（ｂ）に示すように、前記弾性可動接点板５４のドーム中央部を押下げる（押圧する）と、前記弾性可動接点板５４は反転彎曲変形し、そのドーム部内面が第２固定接点５３に接触することによって、前記第１及び第２固定接点間が接続（オン）される。次に前記押圧を解除すると、前記弾性可動接点板５４は板バネのように自動的に復元し図５（ａ）のように開放（オフ）状態に戻る。また、前記ドームの押圧操作時のドーム内空気の圧縮作用などの影響を避けるために、前記弾性可動接点板５４の台座部周辺の一部において、前記絶縁シート５５に直径１ｍｍ程度の通気孔５６が設けられている。前記のようなドーム状可動接点内蔵タイプの押ボタンスイッチの構造は下記特許文献１にもみられる。

ところで、前記弾性可動接点板５４は、例えば携帯電話などの電子機器に使用される場合、外径が４〜６ｍｍで、高さが０．２〜０．３ｍｍのものが用いられることが多い。しかしながら、応用電子機器に応じて、前記弾性可動接点板５４として、例えば外径１０ｍｍ以上で、高さが０．７ｍｍ程度の高ストロークタイプのドーム形状をもったものが使用される場合がある。

また、この種スイッチにおいては、そのスイッチング特性の１つとして、前記弾性可動接点板５４のクリック感触に関する特性が重要な要素となっている。図４はこのクリック特性を説明するための荷重（Ｎ）−変位（ｍｍ）特性曲線図であり、その縦軸は前記ドーム部の頂部を開放状態から前記第２固定接点５３に押し付けるに至る押圧荷重量（Ｎ）を示し、横軸は前記ドーム部の頂部の第２固定接点５３に至る変位（操作移動）量（ｍｍ）を示す。

図４中の特性曲線４１は図５に示された従来の押ボタンスイッチの前記弾性可動接点板５４に代えて、前記高ストロークタイプのドーム状弾性可動接点板を組込んだ場合（即ち、この可動接点板の外面全体に前記絶縁シート５５が張り合わされた状態）の特性を示し、特性曲線４２は前記高ストロークタイプの弾性可動接点板自身である単体の特性を示す。

いずれの特性曲線においても、各ドーム部は荷重量の増加に伴って変位量が増加するように変形し、荷重量が極大値Ｐ１（Ｐａ）に達した時点で座屈反転が生じ、荷重量が低下するものの変位量は増加進行し荷重量が極小値Ｐ２（Ｐｂ）に達するとドーム部内面が前記第２固定接点５３に接触する。前記極小値に達した後は、前記変位量は小さく前記ドーム部内面が前記第２固定接点５３に押し付けられる状態へ進行する。

そして、外面全体に絶縁シートが張り合わされた状態の高ストロークタイプのドーム状弾性可動接点板においては、前記特性曲線４１で示されるように、スイッチ操作時の前記可動接点板に対する押圧荷重量が本来の値よりも小さく、スイッチングまでのストロークが短くなったりする。従って、前記従来の高ストロークタイプのスイッチでは、本来、前記高ストロークタイプ接点板単体が有している特性（特性曲線４２）を維持することができず、所望のクリック感触が得られなくなるという問題がある。

このような問題発生のまた、前記極大値Ｐａ及びクリック率η２が小さくなる原因は、前記高ストロークタイプの可動接点板のドーム高さが大きくなればなるほど、前記ドーム部外面に張り合わされた絶縁シート５５の押し伸ばしに対する反作用による絶縁シートの内部収縮応力によって可動接点板のドーム部に押し潰し応力が働き、スイッチ組立後のドーム高さが本来の高さ以下に減少され、その高さを所望通りに維持できないためと考えられる。
国際公開番号ＷＯ ２００４／０２５６７７号公報

本発明は、前記従来技術のような問題を解決するためになされたものであり、特に高ストロークタイプの押ボタンスイッチにおいても優れたクリック感触を有し、安定したスイッチング機能を行える可動接点構造体及び押ボタンスイッチを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明の押ボタンスイッチ用の可動接点構造体は、ドーム部及び前記ドーム部の周縁部に形成された台座部を有し押圧操作により反転変形可能な弾性可動接点板と、前記可動接点板のドーム外面側に張り合わせられた絶縁シートとを備え、前記絶縁シートは、前記弾性可動接点板のドーム部外面に対する前記絶縁シートによる応力作用を抑制する窓孔を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可動接点構造体において、前記可動接点板の台座部はドーム部周縁に形成された複数脚を有する形状とされていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の可動接点構造体において、前記応力作用を抑制する前記窓孔は、前記可動接点板の少なくともドーム部外面を全体的に露出させる孔径を有し、前記絶縁シートの前記窓孔に沿う内周縁部が前記台座部の縁部に張り合わされていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の可動接点構造体において、前記絶縁シートは前記可動接点板のドーム部及び台座部の各外面に亘って張り合わされ、前記応力作用を抑制する前記窓孔は、前記絶縁シートの張り合わせ部分に複数孔群を形成することによって構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明の押ボタンスイッチは、支持体上に相互離間して並置された第１固定接点及び第２固定接点と、前記第２固定接点に離間して対向するドーム部及び前記第１固定接点上に重ねられた台座部を有する弾性可動接点板のドーム部の外面側及び前記支持体上に亘って絶縁シートを張り合わせて構成された可動接点構造体とを備え、前記可動接点構造体は請求項１乃至請求項４のいずれか一の請求項に記載の可動接点構造体によって構成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の押ボタンスイッチにおいて、前記支持体上に前記第１固定接点及び第２固定接点から離間して並置された電子部品を備え、前記絶縁シートは前記電子部品に対する逃げ孔を有し、前記絶縁シートの前記逃げ孔及び前記応力作用を抑制する前記窓孔は、前記絶縁シートの同時打抜きによって形成されていることを特徴とする。

本発明の押ボタンスイッチ及び可動接点構造体によれば、前記可動接点構造体は、ドーム部及び前記ドーム部の周縁部に形成された台座部を有する弾性可動接点板のドーム外面側に張り合わされた絶縁シートに前記弾性可動接点板のドーム部外面に対する前記絶縁シートによる応力作用を抑制する窓孔を有する構造とされている。そのために、前記弾性可動接点板は、前記絶縁シートによる押潰し応力作用を殆ど受けることがなく、所定のドーム外径及び高さで製作された本来の寸法及び機能を維持した状態で、押ボタンスイッチに組込み或いは装着できる。従って、押ボタン操作時に前記弾性可動接点板が設計に基づく本来の優れたクリック特性を有し、そのスイッチング機能が安定し周辺機器に対する確実なオン、オフの信号伝達ができるという効果を奏する。

以下に、本発明による可動接点構造体及び押ボタンスイッチの実施形態である実施例１乃至実施例３について図１乃至図３を参照して説明する。また、各図間において各構成部分に付された同一符号は同一構成であることを示す。

（実施例１）：
図1は本発明の第１の実施例の押ボタンスイッチを複数配置した全体像を表すための一部分解概略斜視図である。図２（ａ）は前記押ボタンスイッチの可動接点構造体の一単位体の拡大平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う可動接点構造体の断面を含む押ボタンスイッチの一単位体を示す断面図である。

平板状の支持体１は、例えばＲＰＣやＦＰＣなどのプリント配線基板で構成され、その上表面には、複数の押ボタンスイッチを配置するために、複数組の固定接点対及び搭載される各種電子部品用の導電配線層がパターンニングして形成されている（詳細は後述する）。
前記支持体１の表面上に配置された可動接点構造体２は、前記支持体１のほぼ全面を覆う絶縁シート３と、前記複数組の固定接点対に対応してそれぞれ配置された複数のドーム状の弾性可動接点板４との一体化構造により構成されている。

前記絶縁シート３は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド（ＰＩ）などのフレキシブルな樹脂材料からなる厚さ５０μｍ程度の粘着シートで構成され、前記各弾性可動接点板４のドーム主要部に対向する位置にそれぞれ貫通して形成された例えば円形状の複数の窓孔５を有する。

そして、前記絶縁シート３の各窓孔５に沿う内周縁部は、前記各弾性可動接点板４のドーム周縁部の外面に粘着により張り合わされ、前記一体構造の可動接点構造体２が構成される。そして、前記各窓孔５は、前記各弾性可動接点板４のドーム外面に対して絶縁シートによる応力（ドーム押潰し）負荷をかけないように機能する。

前記絶縁シート３の前記可動接点板４と接しない下面には、スイッチ組立て前の状態において離型シートが貼られており、前記離型シートは、前記各可動接点板４を前記支持体１上に組立てる際に剥がされ、前記絶縁シート３が前記支持体１の上表面のほぼ全体に亘って粘着される。

前記可動接点構造体２の上方に配置された押ボタン操作パネル１０は例えば絶縁性ラバーシートからなる可撓性のパネル１１及び複数の押ボタン部１２を有し、前記複数の押ボタン部１２は前記複数の弾性可動接点板４の配列に対応してパネル１１上に設けられている（詳細は後述する）。また、前記押ボタン部１２の表面にはキー表示符号（図示せず）が表示されている。

ところで、前記支持体１には、前記配線層の一部と電気的に接続された複数の電子部品２０が装着されており、これらの電子部品２０は、前記各可動接点板４に対応して並置された例えばＬＥＤ素子で構成され、前記複数の押ボタン部１２の各キー表示符号に対するサイドビュー照明として利用される。そして、前記絶縁シート３には、前記各ＬＥＤ素子２０にそれぞれ対応する複数の逃げ孔２１が形成されている。

前記可動接点構造体２の複数の窓孔５及び電子部品用の複数の逃げ孔２１は、押ボタンスイッチ配列パターン及び電子部品配置パターンを定めた上で、前記絶縁シート３に同時打ち抜きによって形成され、その製造工程が簡素化されている。なお、前記押ボタン操作パネル１０は、前記支持体１から上方に遠く離間させて図示されているが、前記押ボタン部１２の操作によって、前記各可動接点板４がそのスイッチング機能を果たすに必要な間隔をもって前記支持体１上に支持固定される（図示略）。

次に、本実施例における前記可動接点構造体及びこれを用いた押ボタンスイッチの一単位体の構造を図２を参照して詳細に説明する。

前記プリント配線基板製の支持体１（図２（ｂ）参照）上表面には、配線層パターンニングにより、円環状の第１固定電極２５及びその環内側方に離間して同軸的に配置された円板状の第２固定電極２６が形成されている。

前記第１及び第２固定電極２５、２６上に対向配置された前記可動接点構造体２の弾性可動接点板４は、ここでは、例えばステンレスやリン青銅などの弾性金属板を前述のような高ストロークタイプのドーム状に成形加工して製作されている。前記弾性可動接点板４は、その主要部となる円形或いは球面形のドーム中央部４ａ、前記ドーム中央部４ａの周縁に連続する円環状のドーム周辺部４ｂ、及び前記ドーム周辺部４ｂの外周縁から部分的に例えば４方向の十字形状に連続する複数（４つ）の脚状の台座部４ｃを有する。

これら各部ドーム中央部４ａ、ドーム周辺部４ｂ及び脚状台座部４ｃは、各部相互間にそれぞれ僅かに屈曲させた円環状の屈曲稜線４ｄ及び４ｅが形成されており、前記弾性可動接点板４が全体的にドーム状となるように成形加工されている。前記弾性可動接点板４は、例えば外径（ドーム中心に相対向する２つの台座部４ｃの各最外端縁間の距離）が１０ｍｍ、ドーム高さ（台座部４ｃの最下面とドーム中央部４ａの最頂外面との距離）が０．６〜０．７ｍｍの高ストロークタイプの寸法とされている。

前記弾性可動接点板４は、その台座部４ｃの下端を前記第１固定電極２５の円環に沿って重ね、ドーム中央部４ａの内面が前記第２固定電極２６から離間するように上方に凸となる向きで配置されている。

そこで、前記ドーム中央部４ａの頂部を前記第２固定電極２６に向かって押下（押圧）操作する場合、前記台座部４ｃが脚状に分割された形状とされているために、前記可動接点板４は、前記台座部４ｃ全体を環状に形成する場合よりも弱い押圧力で弾性変形が生じ易く押圧操作が円滑に行える。また、前記ドーム周辺部４ｂ及び屈曲稜線４ｄ及び４ｅが形成されているために、前記可動接点板４は、前記屈曲稜線４ｄ及び４ｅを基点にした座屈によりドーム反転変形が円滑に行われる。このような前記可動接点板４の円滑な弾性変形及びドーム反転変形により、前記可動接点板４の高ストロークスイッチング操作が確実かつ安定して行える。

そして、前記絶縁シート３の窓孔５に沿う内周縁部は、前記各弾性可動接点板４のドーム周縁部に位置する前記各台座部４ｃの脚端部から１ｍｍ程度の範囲でその外面に重ねて粘着して張り合わされている。このように前記各台座部４ｃは各脚相互間に切欠を有する形状となっていて、前記各弾性可動接点板４に対する押潰し負荷を抑制する前記窓孔５が設けられているために、自ずから前記ドームの内外空間に通気路が形成されるので、前記従来技術において説明したような通気孔を格別に設ける必要はない。

図２（ｂ）に示された前記押ボタン操作パネル１０は、フレキシブルな絶縁性ラバーシートからなる可撓性のパネル１１の一部上面に設けられた前記押ボタン１２を有し、前記押ボタン１２に対応して前記パネル１１の一部下面に突出して設けられたアクチュエータ（押圧子）１３を有する。このアクチュエータ１３は、押ボタン操作毎に複数の前記各弾性可動接点板４の各ドーム中央部４ａに押圧荷重を印加できるように対向配置されている。

前記実施例１の押ボタンスイッチにおける可動接点構造体２は、図４の特性曲線４３で示されているように、前記弾性可動接点板４単体の特性曲線４２とほぼ同等の動作特性（クリック感触）を実現している。即ち、前記実施例１の可動接点構造体２を備えた押ボタンスイッチによれば、前記各窓孔５は、前記各弾性可動接点板４のドーム外面に対して絶縁シートによる応力（ドーム押潰し）負荷をかけないように機能する。可動接点板４を所定のドーム外径及び高さで製作された本来の寸法及び機能を維持した状態で、押ボタンスイッチに組込み或いは装着できる。従って、押ボタン操作時に前記弾性可動接点板が設計に基づく本来の優れたクリック特性を有し、そのスイッチング機能が安定し周辺機器に対する確実なオン、オフの信号伝達ができる。このような効果は前記弾性可動接点板４が高ストロークタイプのものにおいて特に発揮される。

（実施例２）：
図３（ａ）に示す第２の実施例においては、可動接点構造体３０の絶縁シート３１は、前記実施例１の絶縁シート３と同様な材料が用いられているが、絶縁シート３１に貫通形成された窓孔３２が例えば八角形の多角形状に形成されている。このようにすれば、前記実施例１における円形窓孔５の場合よりも、前記支持体を構成するプリント基板の配線層をできるだけ露出させないようにその保護範囲を拡大できる効果が得られる。このように、保護の目的などの目的に応じて窓孔３２の形状を変更してもよい。

（実施例３）：
図３（ｂ）に示す第３の実施例においては、可動接点構造体３３の絶縁シート３４は、前記実施例１の絶縁シート３と同様な材料が用いられているが、前記各弾性可動接点板４
のドーム外面全体的に亘って張り合わされている。そして、前記絶縁シート３４の前記弾性可動接点板４のドーム外面に重なる面に複数（図中では１６個）の窓孔３５が貫通形成されている。また、前記複数の窓孔３５のうち一部の窓孔は前記各弾性可動接点板４の台座部４ｃの脚側縁に外方にも跨る配置とされていて、この部分で、ドーム内外通気路として機能させることもできる。

前記複数の窓孔３５は、絶縁シート３４の可動接点板４のドーム部外面に張り合わされた部分の内部収縮応力を弱めることができるために、前記弾性可動接点板４は、前記絶縁シート３４による押潰し応力作用を殆ど受けることがなく、可動接点板４を所定のドーム外径及び高さで製作された本来の寸法及び機能を維持した状態で、図１に示すような押ボタンスイッチに組込み或いは装着できる。従って、押ボタン操作時に前記弾性可動接点板が設計に基づく本来の優れたクリック特性を有し、そのスイッチング機能が安定し周辺機器に対する確実なオン、オフの信号伝達ができるという効果を奏する。また、絶縁シート３４は、前記可動接点板４のドーム外面に広く張り合わされているために、前記可動接点板４の支持力や前記プリント基板の配線層の保護範囲は、実施例１及び２の場合よりも大きくできる。

ところで、前記実施例１、２における窓孔５、３２は、前記弾性可動接点板４のドーム中央部４ａ、ドーム周辺部４ｂ及び台座部４ｃの根元部分を全面的に露出させるので、ドーム部外面に対する絶縁シート３、３１による応力作用（ドーム押潰し作用）が殆ど起こらないように、その応力作用を抑制する。一方、前記実施例３における複数の窓孔３５は、絶縁シート３４の可動接点板４のドーム部外面に対する内部収縮応力を弱めるように、その応力作用を抑制する。

なお、前記弾性可動接点板４の台座部４ｃの脚数は４つに限らず増加或いは減少させてもよく、実施例における前記弾性可動接点板４は、ドーム中央部４ａとドーム周辺部４ｂとによる２段ドーム形状で示したが、弾性可動接点板に要求されるクリック機能の度合いに応じて、ドーム周辺部を省略しドーム中央部による１段ドーム形状とすることもできる。

本発明の実施例１に係る押ボタンスイッチを複数配置した全体像を表すための一部分解概略斜視である。 本発明の実施例１に係る可動接点構造体及び押ボタンスイッチを説明するための図であり、（ａ）はその可動接点構造体の一単位体の拡大平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う可動接点構造体の断面を含む押ボタンスイッチの一単位体を示す断面図である。 本発明の他の実施例に係る可動接点構造体の一単位体を説明するための図であり、（ａ）は本発明の実施例２に係る可動接点構造体の一単位体の拡大平面図、（ｂ）は本発明の実施例３に係る可動接点構造体の一単位体の拡大平面図である。 可動接点構造体及び押ボタンスイッチの荷重−変位特性を説明するための特性曲線図である。 従来の可動接点構造体を説明するための図であり、（ａ）は従来の可動接点構造体の断面図、（ｂ）はその可動接点構造体のオン操作時の状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 支持体
２、３０、３３ 可動接点構造体
３、３１、３４ 絶縁シート
４ 弾性可動接点板
５、３２、３５ 窓孔
１０ 押ボタン操作パネル
１１ パネル
１２ 押ボタン部
１３ アクチュエータ
２０ 電子部品
２１ 逃げ孔

Claims (6)

1. ドーム部及び前記ドーム部の周縁部に形成された台座部を有し押圧操作により反転変形可能な弾性可動接点板と、前記可動接点板のドーム外面側に張り合わせられた絶縁シートとを備え、前記絶縁シートは、前記弾性可動接点板のドーム部外面に対する前記絶縁シートによる応力作用を抑制する窓孔を有することを特徴とする押ボタンスイッチ用の可動接点構造体。
2. 請求項１に記載の可動接点構造体において、前記可動接点板の台座部はドーム部周縁に形成された複数脚を有する形状とされていることを特徴とする可動接点構造体。
3. 請求項１または請求項２に記載の可動接点構造体において、前記応力作用を抑制する前記窓孔は、前記可動接点板の少なくともドーム部外面を全体的に露出させる孔径を有し、前記絶縁シートの前記窓孔に沿う内周縁部が前記台座部の縁部に張り合わされていることを特徴とする可動接点構造体。
4. 請求項１または請求項２に記載の可動接点構造体において、前記絶縁シートは前記可動接点板のドーム部及び台座部の各外面に亘って張り合わされ、前記応力作用を抑制する前記窓孔は、前記絶縁シートの張り合わせ部分に複数孔群を形成することによって構成されていることを特徴とする可動接点構造体。
5. 支持体上に相互離間して並置された第１固定接点及び第２固定接点と、前記第２固定接点に離間して対向するドーム部及び前記第１固定接点上に重ねられた台座部を有する弾性可動接点板のドーム部の外面側及び前記支持体上に亘って絶縁シートを張り合わせて構成された可動接点構造体とを備え、前記可動接点構造体は請求項１乃至請求項４のいずれか一の請求項に記載の可動接点構造体によって構成されていることを特徴とする押ボタンスイッチ。
6. 請求項５に記載の押ボタンスイッチにおいて、前記支持体上に前記第１固定接点及び第２固定接点から離間して並置された電子部品を備え、前記絶縁シートは前記電子部品に対する逃げ孔を有し、前記絶縁シートの前記逃げ孔及び前記応力作用を抑制する前記窓孔は、前記絶縁シートの同時打抜きによって形成されていることを特徴とする押ボタンスイッチ。
   
   

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