JP4362089B2 - 押圧スイッチ及びその可動接点 - Google Patents

Description

本発明は、押圧スイッチ及びその可動接点に係り、特に、携帯電話機等の電子機器に使用されるドーム状可動接点内蔵タイプの押圧スイッチ及びその可動接点の改良に関する。

近年、携帯電話機等の電子機器の分野等では小形、薄形、軽量化が要求され、これらの機器に使用される押圧スイッチの構造にも同様な要求が益々高まってきている。この要求に応えるものの一例として、従来からドーム状可動接点内蔵タイプの押圧スイッチが開発されてきた。

この種の一般的な押圧スイッチの従来技術（第１従来例）について説明すると、このスイッチは円環状の第１固定接点、その内側に並置された円盤状の第２固定接点及びこれらに対面するように配置された例えば円形ドーム状の可動接点を組合せて形成されている。そして前記可動接点のドーム周縁部は前記第１固定接点の円環上面に重ね合わせて接触されており、前記可動接点のドーム頂点部は第２固定接点方向に押圧して凹ませることによってその内壁の一部が第２固定接点に接触させられて、第１固定接点−第２固定接点間が導通状態（オン）となる。次に前記押圧を解除すると前記可動接点は元の状態に戻り、第１固定接点−第２固定接点間は非導通状態（オフ）となる。

この種スイッチはそのオン／オフ操作が頻繁に繰り返され、前記可動接点のドーム内空間と外部との間で外気の流出及び流入を無数なほどに多数回繰り返すために、外気中の導電性の低い又は絶縁性の粉塵等の塵埃をドーム内に寄せ集め、固定接点と可動接点との接触不良を起こす問題がある。その塵埃は、特に第２固定接点の中央部に集積し易い傾向があり、第２固定接点と可動接点のドーム頂点部との接触不良を起こし易い問題がある。

また、ドーム状可動接点の頂点部（中央部）に比較的大きな開口を設けて、この開口の周縁を固定接点に押圧接触させるようにし、可動接点外壁に粘着剤で接着された可撓性カバーフィルムにより可動接点を保持するようにした従来技術（第２従来例）がある（例えば特許文献１の図９参照）。この従来技術にあっては、このような比較的大きな開口を有する可動接点は繰返し押圧に対する耐久性が低下し易く、前記比較的大きな開口を通して、カバーフィルムの粘着剤が固定接点に付着或いは転着する恐れがある。この粘着剤を、カバーフィルムの前記孔に対応する部分には予め塗布しないでおくことが考えられるが、カバーフィルムへの粘着剤の塗布パターンを予め定め、組立て時にカバーフィルムの粘着剤の無い部分と可動接点との位置合わせをする必要があり、その製造が煩雑となり易い。

更に、本願出願人により、前記塵埃の固定接点中央部への集積の問題解決を図るために、ドーム状可動接点の頂点部（中央部）を避けてその頂点部を囲むようにドーム内壁に環状突起部を設けた可動接点及びこれを用いた押圧スイッチに関する特許出願がなされている（特許文献２参照）。
特開２００３−２５７２８０号公報 特願２００４−１１５１４３号明細書

本発明は、前記特許文献２に示された発明の改良に関すると共に、前記第１及び第２従来例に示されたような問題点を解決するためになされたものであり、オン操作時の固定接点と可動接点との良好な接触状態を確保し、安定したスイッチング機能を有する押圧スイッチ及びその可動接点を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明の押圧スイッチ用可動接点は、ドーム状の可撓性導電性板材からなり、環状の第１固定接点の上面に重ね合わせて接触させるためのドーム周縁部と、前記第１固定接点の環内に配置される第２固定接点の中央部に対向させるためのドーム頂点部と、この頂点部を囲むようにドーム内壁に形成された環状の突起部と、前記環状突起部に貫通形成された複数の接触孔と、これら接触孔の各内周縁から前記第２固定接点側へドーム内方に向けてそれぞれほぼ枠状に突出され先端が鋭角とされた複数の付加突起部とを備えてなることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可動接点において、前記環状の第１固定接点の外周縁及び可動接点のドーム外壁面を覆って接着されこの可動接点を前記第１固定接点上に保持する可撓性カバーフィルムを備えてなることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の可動接点において、前記環状の突起部は複数の環状突起部を同軸に並設した構成とされていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明の押圧スイッチは、支持体上に配置された環状の第１固定接点と、この固定接点の環内にこれと離間して前記支持体上に配置された第２固定接点と、これら固定接点に対向して配置されたドーム状の可動接点とを備え、前記可動接点は請求項１乃至３のいずれか一の請求項に記載の可動接点の構成を備えていることを特徴とするものである。

本発明の押圧スイッチ及び可動接点によれば、ドーム状の導電性板材からなる可動接点のドーム内壁に環状突起部を設けてスイッチオン時の固定接点との接触面積を大きくすると共に、この環状突起部に貫通形成された複数の接触孔の各内周縁から前記ドーム内方に向けてそれぞれほぼ枠状に突出され先端が鋭角とされた複数の付加突起部により固定接点への接触性が高められ、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。

図1は本発明の押圧スイッチ及び可動接点の一実施形態を示すものであり、図１（ａ）はその可動接点の上平面図、図１（ｂ）はその押圧スイッチの縦断面図である。また、図１（ｂ）に示された可動接点は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図で表されている。

例えばプリント配線基板に用いられる絶縁基板のような支持体１上に例えば円形環状の第１固定接点２が配置されており、更に、その支持体１上には例えば円板状の第２固定接点３が前記第１固定接点２の内側壁から離間して相互に同軸的に並置され、これら固定接点２、３は例えば金メッキが施された銅層で形成されている。

また、前記第１及び第２固定接点２、３に対向して相互に同軸的関係位置に配置された可動接点４１は、平面形状が例えば円形状の反転可能なドーム状に形成されており、前記第１固定接点の上面に重ね合わせて接触される円形のドーム周縁部４１ａ、前記第２固定接点３の中央部に対向するドーム頂点部４１ｂ及びこの頂点部を囲むようにドーム内壁に形成された円環状の突起部５１を有している。

前記可動接点４１は可撓性及び弾性を有するステンレスやりん青銅などの金属導電性板材が用いられ、ここでは板厚約５０μｍのＳＵＳ３０１板材を例えばプレス加工によりドーム状に成形され、前記環状突起部５１も前記ドームの外側に環状溝５１ａを、ドームの内側に環状突端部５１ｂを有するように例えば縦断面円弧状に彎曲成形されている。

この環状突起部５１の環に沿った複数箇所例えばほぼ９０度間隔の４箇所には、前記板材に対して複数の円形の接触孔５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄがそれぞれ貫通形成されている。これら各接触孔５２ａ乃至５２ｄの内周縁には前記突起部５１の突端部５１ｂから前記第２固定接点３側へ向けてドーム内方に突出する円形の枠状の付加突起部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ及び５３ｄが形成されている。これら付加突起部５３ａ乃至５３ｄは、いずれも例えば９０度以下の鋭角に形成され、鋭い先端を有する形状となっていて、その素材である板材同様に押圧力に応じた弾性変形も可能である。そして、付加突起部５３ａ乃至５３ｄの突出高さは、前記可動接点の押圧時に、付加突起部５３ａ乃至５３ｄが先に前記第２固定接点３に接触し、次いで前記環状突起部５１の環状突端部５１ｂの稜線が前記第２固定接点３に接触できるような高さに設定されている。

前記支持体１及び第１固定接点２の各外周縁及び可動接点４１のドーム外壁面を覆って接着された可撓性カバーフィルム５４は、予め片面全体に粘着剤が一様に塗布されたものが用意され、その粘着剤による接着により可動接点４１が前記第１固定接点上に保持されている。

ここで、前記可動接点４１の形状及び寸法の一例を示すと、円形状ドーム周縁部４１ａの外径は約４ｍｍ、円環状突起部５１はその環の内径が約０．６ｍｍで外径が約１．４ｍｍ、縦断面が円弧状の環状突端部５１ｂの環径が１．０ｍｍ程度となるように形成されている。従って、円環状突起部５１は、その環幅が約０．４ｍｍとされ、前記特許文献２に示されたもの（環幅約０．１ｍｍ）に比してかなり大きな幅となっているため、押圧荷重に対して撓み易くなっている。また、環状突端部５１ｂの高さは約１３μｍとされている。更に前記各接触孔５２ａ乃至５２ｄの孔径は約０．２ｍｍで、前記各付加突起部５３ａ乃至５３ｄの高さは約１０μｍ以下に形成されている。

そこでスイッチング機能について説明すると、無操作時は付加突起部５３ａ乃至５３ｄは第２固定接点３上面から離間しており、第１固定接点２−第２固定接点３間はオフ状態にあるが、前記可動接点４１の頂点部４１ｂ或いはその近傍をドームの外方から内方に向けて例えば指によって又は押しボタンを介して押圧すると、ドーム外壁が撓んで凹み、まず、付加突起部５３ａ乃至５３ｄが前記第２固定接点３に接触され、次いでその押圧進行中に、前記環状突起部５１の環状突端部５１ｂの稜線が前記第２固定接点３に押圧接触されて、第１固定接点２−第２固定接点３間がオン状態になる。この押圧が解除されると前記可動接点４１は元のドーム状に復元してオフ状態に戻る。

前記第２固定接点３の表面が金メッキなどによる柔軟性を有していれば、付加突起部５３ａ乃至５３ｄの押圧を柔軟に受入れ、前記環状突端部５１ｂの稜線の第２固定接点３への接触性を高めることができる。また、メンブレンスイッチのように固定接点が柔軟性のある導電性樹脂で形成されている場合でも、押圧により付加突起部がその導電性樹脂に沈み込んで環状突端部５１ｂの稜線部分を含めて全体が接触し信頼性が向上する。

この実施形態の発明によれば、前記突起部５１の突端部５１ｂはドーム頂点部４１ｂの中心から半径約０．３ｍｍの位置にあり、塵埃の集積し易い第２固定接点３の中央部を避けた位置にあるために、第２固定接点３との接触状態が塵埃の影響を受け難いことは勿論のこと、前記突起部５１が環状であるために、第２固定接点３との接触面積が前述の従来例に比して遥かに大きくなるため、確実かつ安定なスイッチングオン特性が得られる。

その上、前記各付加突起部５３ａ乃至５３ｄが、塵埃を突き通して第２固定接点３に確実に接触するため、従来技術に比較して塵埃による影響が軽減され、確実かつ安定したスイッチング機能が得られる。

また、環状突端部５１ｂ稜線の複数箇所（例えば４箇所）の部分に代わって、枠状の前記付加的突起部５３ａ乃至５３ｄが配置されているため、これらの枠状の部分が固定接点へ接触し、環状突端部５１ｂの稜線部分のみの接触よりも更に接触面積を大きくできる。

そこで、このような利点について理解をより深めるために、前記実施形態及び従来例の押圧スイッチにおける粉塵等の塵埃に対するスイッチング特性の比較実験結果について説明する。

この実験では、可動接点を押圧するための用具として先端曲率が０．２ｍｍの直径１ｍｍの押圧棒を用意し、その押圧棒の先端部で前記可動接点の頂点部を押圧することによって行われ、その際、可動接点のドーム内に絶縁性の粉塵等の塵埃としてここではガラスクロス片を用い、粉塵が存在する場合でオン状態を得るに必要な押圧荷重Ｐａ（Ｎ）と粉塵が存在しない場合で同じくオン状態を得るに必要な押圧荷重Ｐｂ（Ｎ）との押圧荷重差△Ｐ（＝Ｐａ−Ｐｂ）が測定された。

そして、下記の表１には、前記第１従来例（ドーム頂点部開口無し）、第２従来例（ドーム頂点部開口有り）及び本発明（実施形態）を比較対象とし、前記ガラスクロス片を可動接点のドーム内の中央部に集積させた場合、全体的に散乱させた場合の分布状態ついて、前記押圧荷重差△Ｐ（Ｎ）を測定した結果が示されている。

この実験結果からみても、前記実施形態の本発明スイッチでは、その押圧荷重差△Ｐ（Ｎ）は、中央集積の場合でほぼ零、全体散乱で約０．１９５（Ｎ）と小さい値を示し、第1及び第２従来例に比して粉塵の分布状態に拘わらず、粉塵の影響を受け難く安定したスイッチングオン特性が得られていることが理解される。

また、表１に第1従来例の前記押圧荷重差△Ｐが０．５１３及び０．５４３と示されているように、粉塵によって接点接触がし難くなる場合は、オン状態を得るための前記押圧荷重Ｐａを大きくしなければならず前記押圧荷重差△Ｐ値が大きくなると共に、クリックによって通常オンする荷重値が不所望に大きない値にずれ込むために、良好なスイッチ応答が得られず、クリック感触（スイッチ操作性）が低下するが、前記実施形態の本発明スイッチでは、前述のように、押圧荷重差△Ｐが小さく、前記従来例よりもクリック感触が改善される。

更に、前記第２従来例との比較において、前記実施形態の可動接点は、その頂点部が存在し局所的な応力集中が避けられ耐久性が高く、接触孔５２ａ乃至５２ｄが環状突起部５１の底部に設けられているので、カバーフィルムが貼り付けられても粘着剤と固定接点との間に隙間があり、粘着剤が固定接点に付着することがない。この粘着剤の固定接点への付着有無に関しては、前記比較実験の際に、前記第２従来例品では付着が起こり、前記実施形態品では付着が起こらないことが確認された。また、カバーフィルムへの粘着剤の塗布パターンについて格別に手を加える必要もなく、その製造上の煩雑さを招く恐れが少ない。

また、可動接点４１の中心を外れた位置で部分的に押圧（偏心押圧）された場合においても、前記環状突起部５１の形成により可動接点の頂点部４１ｂ及びその近傍が加工硬化されるため、中心軸に沿った方向の押圧力が突起部５１の環全体にほぼ一様に伝達され、環状突起部全体がほぼ一様に下方に変位するので、可動接点４１の変形挙動が中心部を押圧した時と同様な結果をもたらし、従来例よりも操作感触が著しく向上する。

前記実施形態では、環状突起部５１は単一の環状に形成されているが、複数の環状突起部を同軸に並設した構成、言い換えると相互に同軸配置の２重或いは３重などの多重環状となるような構成にしてもよく、この場合は第２固定接点３への接触面積が増加しスイッチングオン特性が更に向上する。

なお、前記実施形態では第１及び第２固定接点や可動接点は平面形状が円形になっているが、楕円、樽状、コーナーを弧状にしたほぼ矩形状など用途に応じた種々の形状にしても良い。可動接点の形状についてはドーム状との表現をしているが、皿状、椀状或いはダイヤフラム状等と表現するも自由であり、本発明の目的及び効果に照らして同様な形状や機能をもつものを総称してドーム状と表現した。

そして、前記実施形態において表現された中心、中心点、中心軸或いは中央部等の用語は、各種部品の外形が円形でなく部分的に変形している場合もあり得るので、その場合は厳密な幾何学的位置にこだわることなく、押圧スイッチ操作上、機能的に最良の押圧位置を表すものとして解すればよく、頂点部と言う用語もその部分の断面形状が弧状に限らずフラットになる場合もあり得るので、この場合も機能的に最良の押圧位置に存在する部分として解して良い。

また、一般的には前記押圧スイッチの固定接点や可動接点等はハウジング（図示せず）内に収められ、可動接点に対する押圧操作は押しボタン或いはステム（図示せず）を介して行われる。

本発明の一実施形態に係る押圧スイッチ及び可動接点を説明するための図であり、図１（ａ）はその可動接点を示す上平面図、図１（ｂ）はその押圧スイッチを示す縦断面図である。

符号の説明

１ 支持体
２ 第１固定接点
３ 第２固定接点
４１ 可動接点
４１ａ ドーム周縁部
４１ｂ ドーム頂点部
５１ 環状突起部
５１ａ 環状溝
５１ｂ 環状突端部
５２ａ乃至５２ｄ 接触孔
５３ａ乃至５３ｄ 付加突起部
５４ 可撓性カバーフィルム

Claims (4)

1. ドーム状の可撓性導電性板材からなり、環状の第１固定接点の上面に重ね合わせて接触させるためのドーム周縁部と、前記第１固定接点の環内に配置される第２固定接点の中央部に対向させるためのドーム頂点部と、この頂点部を囲むようにドーム内壁に形成された環状の突起部と、前記環状突起部に貫通形成された複数の接触孔と、これら接触孔の各内周縁から前記第２固定接点側へドーム内方に向けてそれぞれほぼ枠状に突出され先端が鋭角とされた複数の付加突起部とを備えてなることを特徴とする押圧スイッチ用の可動接点。
2. 請求項１に記載の可動接点において、前記環状の第１固定接点の外周縁及び可動接点のドーム外壁面を覆って接着されこの可動接点を前記第１固定接点上に保持する可撓性カバーフィルムとを備えてなることを特徴とする押圧スイッチ用の可動接点。
3. 請求項１又は請求項２に記載の可動接点において、前記環状の突起部は複数の環状突起部を同軸に並設した構成とされていることを特徴とする押圧スイッチ用の可動接点。
4. 支持体上に配置された環状の第１固定接点と、この固定接点の環内にこれと離間して前記支持体上に配置された第２固定接点と、これら固定接点に対向して配置されたドーム状の可動接点とを備え、前記可動接点は請求項１乃至３のいずれか一の請求項に記載の可動接点の構成を備えていることを特徴とする押圧スイッチ。

Images