JP3753676B2 - スイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ機器、ビデオ機器、携帯電話などの通信機器、測定機器などの電気機器や電子機器に用いられる信号入力用のスイッチに関わり、特にドーム状でクリックアクション付きの可動接点ばねの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記の機器の信号入力部に用いられるスイッチは、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねと、この接点ばねの内側の可動接点部に対向する固定接点部とを有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ドーム状でクリックアクション付きの接点ばねは、携帯電話などで、プリント基板とともに用いられる。プリント基板のスイッチ用の導電パターンは、通常、同一平面上で、上記接点ばねの外周部分に対応する接触片、および上記接点ばねの内側中央部分の可動接点部に対応する固定接点部を形成している。ドーム状の接点ばねは、その外周部分で、常時、接触片に接し、オン操作時に、接点ばねを反転させ、その可動接点部を導電パターンの固定接点部に圧接させることにより、導電パターンの接触片と固定接点部とを電気的に導通させる。
【０００４】
このオン操作の時、つまり接点ばねの反転時にも、接点ばね外周部分を接触片に確実に圧接させるために、ドーム状の接点ばねの外周縁部を円錐面によりスカート状として形成することが有効である。なお、接点ばねの反転時に、スカート状の部分は、反転せず、スカート状の外周縁部は、接触片に圧接している。
【０００５】
このスカート状の部分の存在、スカート状の部分の形成の仕方によって、接点ばねのストロークが増減すること、また、押す位置をドーム状の接点ばねの中心位置からずらしていくと、反転させる荷重が大きくなり、同時に復帰荷重も大きくなるため、接点ばねの中心位置から離れた位置において、クリック動作時の感触が悪化すること、などの欠点がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、ドーム状の接点ばねを押した時に、偏心した操作荷重にたいしても必要なストロークを確保し、押す位置によるクリック感のばらつきを少なくすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的のもとに、本発明は、スイッチにおいて、上記接点ばねの中央部を球面により反転可能なドーム部として形成するとともに、このドーム部の円形外周縁部をスカート部として形成し、このスカート部をドーム部の凸側で頂点とする異なる２つの周方向に連続な円錐面により２段のスカート要素により形成し、ドーム部とこのドーム部に隣接する中心側のスカート要素との環状の境界部分および隣合う中心側のスカート要素と外周側のスカート要素との環状の境界部分を屈曲部とし、これらの屈曲部をドーム部の凸側に張り出させて、固定接点部の上面の延長面に対する外周側のスカート要素の角度を固定接点部の上面の延長面に対する中心側のスカート要素の角度よりも大きく設定し、上記ドーム部を復帰可能な状態で反転させ、かつドーム部の反転に応じて中心側のスカート要素をドーム部の反転方向に弾性変形させることによって、上記可動接点部と上記固定接点部とを電気的に接触させている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、スイッチ１のオフの状態を示しており、図２は、そのオンの状態を示している。これらの図で、スイッチ１は、スイッチケース２内で、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばね３、およびこの接点ばね３の頂部に当接し、接点ばね３の弾性変形方向に変位可能な操作ボタン４を収納している。
【０００９】
接点ばね３は、図１、図２のほか図３および図４に見られるように、例えば厚み０．０６ｍｍ、直径３．５ｍｍ程度のステンレス板によって、全体として一体的なドーム状に形成されており、中央部分での所定の曲率の球面の一部もしくは楕円球面の一部により形成される反転可能なドーム部５と、このドーム部５の外周縁部分で円錐面の一部により形成されるスカート部６とによって、一体的に形成されており、それらの境界部分は、環状の屈曲部７となっている。なお、スカート部６の円錐面は、ドーム部５の頂点側（凸側）に円錐の頂点を有する。接点ばね３の内側中央部分すなわちドーム部５の凹側中央部分は、銀めっき層による可動接点部８であり、この可動接点部８で円形の窪み９を形成し、この窪み９の周囲でエッジ部１０を形成している。この窪み９は、通常、接点ばね３のプレス機による打ち抜き曲げ加工と同時に形成されるため、窪み９に対応する外側面に突部１１が形成される。
【００１０】
接点ばね３のスカート部６の端部は、スイッチケース２の内部に納められた状態で、スイッチケース２の底部に埋め込まれている例えば環状の接触片１２に対し常に接触し、電気的に導通状態となっている。また、可動接点部８のエッジ部１０は、スイッチケース２の底部中央に埋め込まれている固定接点部１３に対向し、それに接触して、電気的に導通可能な状態となっている。なお、接触片１２および固定接点部１３は、それぞれスイッチケース２の外部に露出している接続端子１４、１５と一体となっている。
【００１１】
そして、操作ボタン４は、スイッチケース２の内部で、端部の突起１７によって接点ばね３のドーム部５の頂部の突部１１に当接し、接点ばね３の弾性変形方向に変位自在となっており、フランジ部１６とスイッチケース２に固定されたスイッチカバー１８との当接によって一部を外部に突出させた状態で保持されている。
【００１２】
図５は、接点ばね３のストロークＳ（横軸）に対する動作荷重Ｎ（縦軸）の特性のグラフを示している。図４に見られるように、接点ばね３のドーム部５の中心に対し法線方向の動作荷重Ｎが作用すると、可動接点部８（エッジ部１０）のストロークＳは、ほぼ比例しながら増加するが、動作荷重Ｎ１によって、ストロークＳがクリックアクションを起こすストロークＳ１を過ぎたときに、接点ばね３は、クリックアクションにより反りの方向を反転させ、今までよりも小さな動作荷重Ｎによっても同じストロークＳの方向に移動し、その後、小さな動作荷重Ｎ２、Ｎ３に対応する力で、ストロークＳ２、Ｓ３となり、反転した状態を維持する。動作荷重Ｎ３がなくなれば、接点ばね３は、逆方向に再び反転し、もとの状態に復帰する。
【００１３】
操作者が操作ボタン４を下向きに押し付けると、接点ばね３は、図５の特性のグラフにもとづいて、動作荷重Ｎに応じて弾性変形し、偏平な状態となる。接点ばね３がクリックアクションを起こすストロークＳ１を過ぎると、接点ばね３のドーム部５は、図２および図６に見られるように、屈曲部７を屈曲線として反りの方向を反転させ、可動接点部８のエッジ部１０を固定接点部１３の表面に接触させ、電気的に導通し、オンの状態となる。ドーム部５の反転時にも、スカート部６は、反転せず、ドーム部５の反転前の状態のままで、接触片１２に所定の接触圧のもとに接し、電気的に導通している。
【００１４】
このオンの状態で、可動接点部８のエッジ部１０は、環状の線接触となって固定接点部１３の表面に接触する。したがって、それらの接触部分の間に微細なごみなどが付着したとしても、固定接点部１３に対する可動接点部８のエッジ部１０の接触圧力が高くなるため、可動接点部８のエッジ部１０と固定接点部１３との接触の安定性が大幅に改善され、電気的な特性も良好となる。
【００１５】
しかも、窪み９の形成によって、プレス加工時の曲げひずみ応力が窪み９の周囲に残るものの、窪み９の部分のひずみ応力は、孔を形成したときの剪断ひずみ応力よりも小さく、また、接点ばね３の弾性変形時に、窪み９の周囲にかかる引っ張り応力や、圧縮応力が孔に比較して小さくなっている。したがって、接点ばね３の窪み９の部分にクラックが入りにくく、従来のものに比較して接点ばね３の寿命が長くなる。また、ドーム部５に孔がないため、微細なごみの侵入もなくなる。なお、窪み９の深さは、接点ばね３のばね特性に影響を与えないよう、接点ばね３の板厚の２／３以下に抑えておくことが好ましい。
【００１６】
ちなみに、窪み９の形状は、円形に限らず、図７に示すように、だ円形、多角形、星形などの形状として形成することもできる。また、窪み９は、図８に示すように、接点ばね３の可動接点部８に窪み９となる部分の外周部分を固定接点部１３の方向に***させることによって形成することもできる。この場合、エッジ部１０は、その***部分と窪み９との間に形成されることになる。ちなみに、窪み９は、半球面状のものであってもよい。さらに、エッジ部１０は、好ましい例として環状で連続しているが、不連続な状態で形成されていてもよい。
【００１７】
さて、図９および図１０は、本発明による接点ばね３を示す。前記の図３および図４の接点ばね３は、ドーム部５の外周縁部に、円錐面の一部により１段のスカート部６を有している。これに対して、図９および図１０の接点ばね３は、その中央部を球面により弾性変形により反転可能なドーム部５として形成するとともに、このドーム部５の円形外周縁部をドーム部５の凸側で頂点とする異なる２つの周方向に連続な円錐面により２段のスカート部６を有している。２段のスカート部６は、異なる２つの円錐面によって、周方向に連続な中心側のスカート要素６ａ、周方向に連続な外周側のスカート要素６ｂとして形成されている。ここで、異なる２つの円錐面（中心側のスカート要素６ａ・外周側のスカート要素６ｂ）は、ともにドーム部５の凸側において頂点を有する円錐の円錐面の一部により形成されており、上記の通りそれぞれ周方向に完全に連続している。そして、屈曲部７ａ、７ｂは、ドーム部５とスカート要素６ａとの間、およびスカート要素６ａとスカート要素６ｂとの間の環状の境界部分となる。２つの屈曲部７ａ、７ｂは、図９、図１０および後述の図１１のＤに見られるように、ともにドーム部５の凸側に張り出している。この張り出し形態のため、固定接点部１３の上面（基板１９の上面）の延長面に対する外周側のスカート要素（６ｂ）の角度αは、固定接点部１３の上面（基板１９の上面）の延長面に対する中心側のスカート要素６ａの角度α’よりも大きく設定されている。このように、中心側のスカート要素６ａは、小さな角度α’を形成しているため、動作荷重Ｎによって弾性変形可能となっているが、外周側のスカート要素６ｂは、大きな角度αを形成していて、動作荷重Ｎに対して必要な応力で対抗できるため、殆ど変形不能となっている。なお、角度αは円錐体の底面と円錐面とのなす角であるから、当然、直角より小さい角度である。
【００１８】
図１１は、接点ばね３の機能上の違いの説明図である。図１１において、Ａ、Ｂ、Ｃは、図３および図４の１段のスカート部６による接点ばね３に対応しており、Ｄは、図９および図１０の２段のスカート部６による接点ばね３に対応している。なお、この図１１において、接点ばね３は、プリント回路基板などの基板１９の平面上に置かれている。この状態で、接点ばね３の可動接点部８は、基板１９の固定接点部１３に対応し、スカート部６の端部は、基板１９の接触片１２に接している。
【００１９】
図１１のＡで、スイッチング操作のために、動作荷重Ｎがドーム部５の中心に作用すると、接点ばね３は、屈曲部７の近くの位置から反転する。動作荷重Ｎの作用位置をドーム部５の中心からずらしていくと、接点ばね３を反転させる動作荷重Ｎ’が大きくなり、同時に復帰荷重も大きくなる。このため、クリック動作の感触が悪化する。また、動作荷重Ｎ’の作用位置がドーム部５の外周部に近くなると、復帰荷重が急激に上昇するため、動作荷重Ｎを作用させ得る範囲（押し範囲）が狭いものとなる。この押し範囲が狭いと、接点ばね３を携帯電話などの基板１９に配置して使用する際に、基板１９に対する接点ばね３の位置決め精度が悪いときに、携帯電話などのスイッチキー毎の感触のばらつきが大きくなるため、高い位置決め精度が要求され、この結果、組み立て、検査に手間がかかっている。特に、接点ばね３のサイズが小さくなっている現在、この傾向は高くなっている。なお、この例で、平面に対するスカート部６の角度（円錐面の底角）αは、２５°である。
【００２０】
図１１のＢのように、復帰荷重を小さくするために、スカート部６の角度（円錐面の底角）αを１５°程度に小さくするか、あるいは図１１のＣのように、スカート部６の半径方向の長さを短くすると、復帰荷重は小さくなるが、逆に、接点ばね３の完全な反転に必要なストロークは大きくなる。この結果、スイッチング操作時に、接点ばね３が完全に反転する前に、エッジ部１０が基板１９の平面上に当たり、ストロークが不足し、クリック動作が不完全になり、クリック動作の感触が悪くなってしまう。
【００２１】
図１１のＤのように、スカート部６の曲げが２段階になっているスイッチ１では、動作荷重Ｎがドーム部５の中心に作用すると、接点ばね３のドーム部５は復帰可能な状態で弾性変形し反転する。このとき、ドーム部５の反転に応じて、中心側のスカート要素６ａは、小さな角度α’のために動作荷重Ｎに負け、ドーム部５の反転方向に弾性変形する。しかし、スカート部６の外周側のスカート要素６ｂは、角度α＞α’となっていて、スカート要素６ｂ自体の応力で動作荷重Ｎに対抗できるために、殆ど変形せず、もとの姿勢（高さ）を維持したままである。変形しないスカート要素６ｂの存在により、ドーム部５（可動接点部８）で充分なストロークが確保できる。しかも、曲げ角度（α−α’）つまりスカート要素６ｂに対するスカート要素６ａの屈曲部７ａでの曲げ角度を小さくすることができ、その結果、動作荷重Ｎをドーム部５の中心からずれた位置に作用させたときでも、接点ばね３を反転させる動作荷重Ｎ’が大きくならず、同時に復帰荷重も小さくなるため、動作荷重Ｎを作用させ得る範囲（押し範囲）が広くなり、クリック動作の感触が比較的良好なものとなる。さらに、実際の製造工程を考慮すると、スカート部６の曲げ加工部分が２段階になっており、それぞれの屈曲部７ａ、７ｂでの曲げ角度を小さくできるから、接点ばね３のプレス曲げ加工の工程で、プレス金型の磨耗が少なく、それにより製品毎の荷重特性の変化が小さくなり、各製品の荷重特性のばらつきがなく、量産安定性に優れたものとなる。
【００２２】
なお、図１２は、図１１のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの接点ばね３のストロークＳ（横軸）に対する動作荷重Ｎ（縦軸）の特性のグラフを示している。図１１のＢ、Ｃでの接点ばね３では、既に記載したように、スイッチング操作時に、接点ばね３が完全に反転する前に、エッジ部１０が基板１９の平面上に当たり、ストロークＳが不足し、クリック動作が不完全になっている。これに対して、図１１のＡ、Ｄでの接点ばね３では、充分なストロークＳが確保でき、完全なクリック動作が得られる。
【００２３】
ちなみに、図１３および図１４は、多数の接点ばね３を携帯電話用のスイッチボードに組み込むときの状態を示している。多数の接点ばね３は、ドーム部５の凸側面で粘着フイルム２０の粘着面に貼り付けられ、プリント回路基板２１の平面に対してドーム部５の凹側で対向する状態として組み合わせられる。この組み合わせ状態で、それぞれの接点ばね３の可動接点部８は、プリント回路基板２１の固定接点部１３に対応し、スカート部６の端部は、プリント回路基板２１の接触片１２に接している。ここで、固定接点部１３および接触片１２は、プリント回路基板２１の平面上の導電パターンの一部により形成されている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明では、次の特有の効果が得られる。接点ばねの球面によるドーム部の外周縁に、ドーム部の凸側で頂点とする異なる２つの円錐面の一部によって２段のスカート要素が形成され、かつ２つの円錐面の境界の屈曲部がともにドーム部の凸側に張り出しており、ドーム部の反転時に、外周側のスカート要素は、殆ど変形せず、もとの姿勢（高さ）を維持したままであるから、殆ど変形しない外周側のスカート要素の存在により、各屈曲部の曲げ角度を小さくしても、ドーム部（可動接点部）の部分において必要かつ充分なストロークが確保できる（請求項１、２）。
【００２５】
外周側のスカート要素に対する内周側のスカート要素の屈曲部での曲げ角度が小さくでき、その結果、動作荷重をドーム部の中心からずれた位置に作用させたときでも、接点ばねを反転させる動作荷重が大きくならず、同時に復帰荷重も小さくなるため、動作荷重を作用させ得る範囲（押し範囲）が広くなり、クリック動作の感触が悪化せず、比較的良好なものとなる（請求項１、２）。
【００２６】
実際の製造工程において、スカート部の曲げ加工部分が２段階になっており、それぞれの屈曲部での曲げ角度を小さくできるから、曲げ部分のストレスが小さくでき、しかも接点ばねのプレス曲げ加工過程で、プレス金型の磨耗が少なく、それにより製品毎の荷重特性の変化が小さくなり、各製品の荷重特性のばらつきがなく、量産安定性に優れたものとなる（請求項１、２）。
【００２７】
また、接点ばねの可動接点部の窪みの周囲に形成されるエッジ部が固定接点部の表面に線接触により接触するから、微細なごみなどの介在によっても、それらの間の接触圧力が高められ、電気的に安定な接触状態が確保でき、しかも、接点ばねの可動接点部に孔があけられていないため、塵埃の侵入がなく、窪みの周囲に発生する引っ張り応力や圧縮応力が孔に比較して低く抑えられ、エッジ部にクラックが入りにくく、接点ばねの寿命が長くなり、長時間にわたって安定なスイッチング機能が期待できる（請求項３、４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スイッチにおいてスイッチオフの状態でのスイッチおよびスイッチケースの断面図である。
【図２】 スイッチにおいてスイッチオンの状態でのスイッチおよびスイッチケースの断面図である。
【図３】 スイッチでの接点ばねの平面図である。
【図４】 スイッチでの接点ばねの側面の断面図である。
【図５】 スイッチでの接点ばねのストローク−動作荷重のグラフである。
【図６】 スイッチにおいて接点ばねの可動接点部のエッジ部と固定接点部との接触状態の一部の拡大断面図である。
【図７】 スイッチでの他の形状の窪みの平面図である。
【図８】 スイッチでの他の窪みの一部の拡大断面図である。
【図９】 本発明のスイッチの接点ばねの平面図である。
【図１０】 本発明のスイッチの接点ばねの側面図である。
【図１１】 接点ばねの動作・作用の説明図である。
【図１２】 接点ばねのストローク−動作荷重のグラフである。
【図１３】 接点ばねを携帯電話用のスイッチボードに組み込むときの裏面図である。
【図１４】 接点ばねを携帯電話用のスイッチボードに組み込んだ状態での要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ スイッチ
２ スイッチケース
３ 接点ばね
４ 操作ボタン
５ ドーム部
６ スカート部
６ａ、６ｂ スカート要素
７、７ａ、７ｂ 屈曲部
８ 可動接点部
９ 窪み
１０ エッジ部
１１ 突部
１２ 接触片
１３ 固定接点部
１４ 接続端子
１５ 接続端子
１６ フランジ部
１７ 突起
１８ スイッチカバー
１９ 基板
２０ 粘着フイルム
２１ プリント回路基板

Claims (4)

1. ドーム状でクリックアクション付きの接点ばね（３）の中央部内側部分を可動接点部（８）とし、この可動接点部（８）を固定接点部（１３）に対して接離させて、上記可動接点部（８）と上記固定接点部（１３）との間を電気的にオン・オフの状態とするスイッチ（１）において、
   上記接点ばね（３）の中央部を球面により反転可能なドーム部（５）として形成するとともに、このドーム部（５）の円形外周縁部をスカート部（６）として形成し、このスカート部（６）をドーム部（５）の凸側で頂点とする異なる２つの周方向に連続な円錐面により２段のスカート要素（６ａ、６ｂ）により形成し、ドーム部（５）とこのドーム部（５）に隣接する中心側のスカート要素（６ａ）との環状の境界部分および隣合う中心側のスカート要素（６ａ）と外周側のスカート要素（６ｂ）との環状の境界部分を屈曲部（７ａ、７ｂ）とし、これらの屈曲部（７ａ、７ｂ）をドーム部（５）の凸側に張り出させて、固定接点部（１３）の上面の延長面に対する外周側のスカート要素（６ｂ）の角度（α）を固定接点部（１３）の上面の延長面に対する中心側のスカート要素（６ａ）の角度（α’）よりも大きく設定し、上記ドーム部（５）を復帰可能な状態で反転させ、かつドーム部（５）の反転に応じて中心側のスカート要素（６ａ）をドーム部（５）の反転方向に弾性変形させることによって、上記可動接点部（８）と上記固定接点部（１３）とを電気的に接触させることを特徴とするスイッチ（１）。
2. スイッチケース（２）に、ドーム状でクリックアクション付きの接点ばね（３）、および上記接点ばね（３）の頂部に当接し上記接点ばね（３）の弾性変形方向に変位自在の操作ボタン（４）を収納し、上記接点ばね（３）の外周部分を接触片（１２）に当接させるとともに、上記接点ばね（３）の内側中央部分を可動接点部（８）とし、この可動接点部（８）を上記スイッチケース（２）内で固定接点部（１３）に対して接離させて、上記可動接点部（８）と上記固定接点部（１３）との間を電気的にオン・オフの状態とするスイッチ（１）において、
   上記接点ばね（３）の中央部を球面により反転可能なドーム部（５）として形成するとともに、このドーム部（５）の円形外周縁部をスカート部（６）として形成し、このスカート部（６）をドーム部（５）の凸側で頂点とする異なる２つの周方向に連続な円錐面により２段のスカート要素（６ａ、６ｂ）により形成し、ドーム部（５）とこのドーム部（５）に隣接する中心側のスカート要素（６ａ）との環状の境界部分および隣合う中心側のスカート要素（６ａ）と外周側のスカート要素（６ｂ）との環状の境界部分を屈曲部（７ａ、７ｂ）とし、これらの屈曲部（７ａ、７ｂ）をドーム部（５）の凸側に張り出させて、固定接点部（１３）の上面の延長面に対する外周側のスカート要素（６ｂ）の角度（α）を固定接点部（１３）の上面の延長面に対する中心側のスカート要素（６ａ）の角度（α’）よりも大きく設定し、上記ドーム部（５）を復帰可能な状態で反転させ、かつドーム部（５）の反転に応じて中心側のスカート要素（６ａ）をドーム部（５）の反転方向に弾性変形させることによって、上記可動接点部（８）と上記固定接点部（１３）とを電気的に接触させることを特徴とするスイッチ（１）。
3. 上記接点ばね（３）の内側中央部分の可動接点部（８）に、接点ばね（３）の板厚２／３以下の窪み（９）を形成し、この窪み（９）の周囲に形成されるエッジ部（１０）を上記固定接点部（１３）の表面に接触させることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスイッチ（１）。
4. 上記窪み（９）を円形、だ円形、多角形、星形のいずれかの形状として形成することを特徴とする請求項３記載のスイッチ（１）。

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