JP6521374B2

JP6521374B2 - シートスイッチ

Info

Publication number: JP6521374B2
Application number: JP2015134126A
Authority: JP
Inventors: 菊田　俊成; 俊成菊田; 俊彦原田
Original assignee: 株式会社マルサン・ネーム
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: JP2017016937A

Description

本発明は、シートスイッチに関し、例えばスイッチ接点の大きさに対しスイッチ操作面部の大きさが格段に大きい場合であってもスイッチ接点の開閉動作が可能なシートスイッチに関する。

近年、電化製品等のスイッチ部品において、プリント基板の離間したプリント配線部分を導通可能にするものとして、例えば特許文献１に開示されるような可撓性合成樹脂製のシートを用いたシートスイッチ（メンブレンスイッチともいう）が知られている。
図６に示すように、このシートスイッチ５０は、可撓性合成樹脂、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド等のシートからなるシート部５１を備え、シート部５１には例えばドーム状に突起するエンボス部５２（スイッチ操作面部）が形成されている。

また、シート部５１の下には、スペーサ５３を挟んで、押し子シート５５が設けられている。押し子シート５５において、エンボス部５２の直下には下方に突出する押し子５４が設けられている。
また、押し子シート５５の下には、スペーサ５６を挟んで、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）からなる上部接点シート５８が設けられている。この上部接点シート５８において、前記押し子５４の直下に上部接点５７が形成されている。尚、この上部接点５７はドーム状に形成されたシートの裏側に例えばカーボン、銀カーボンからなる電極が印刷されている。
さらに、上部接点シート５８の下には、スペーサ６１を挟んで、下部接点シート６０（例えばプリント基板）が配置されている。この下部接点シート６０には、前記上部接点５７と接触可能な下部接点５９（プリント配線の離間した部分）が形成されている。

このように構成されたシートスイッチ５０にあっては、操作者がエンボス部５２を押すと、押し子５４が上部接点５７を下方に押し込み、上部接点５７が下部接点５９に当接してプリント配線の離間した部分が接続され、電気的に導通（スイッチオン）するようになっている。

また、操作者がエンボス部５２の押圧状態を解除すると、エンボス部５２が復元し、スイッチ接点（上部接点５７と下部接点５９）が離れ、プリント配線の離間した部分は再び絶縁状態（スイッチオフ）となる。

特開２００１−８４８６８号公報

ところで、図６に示したような構造のシートスイッチ５０にあっては、エンボス部５２の中央の直下に押し子５４が設けられているため、エンボス部５２の中央が下方に押し込まれることによって、スイッチ接点が接触する。
そのため、操作者が確実にエンボス部５２の中央部を操作点として押すように、エンボス部５２の径Ｗを指先の大きさ程度（具体的には１０〜１５ｍｍ程度）に小さく形成しなければならないという制限があった。
言い換えれば、エンボス部５２を大きく（例えば、４０〜５０ｍｍの径に）形成した場合には、中央部以外を押してもスイッチが反応しないという課題があった。

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、可撓性合成樹脂からなるシートによりスイッチ操作面部が形成されたシートスイッチにおいて、スイッチ接点の大きさに対しスイッチ操作面部の大きさが格段に大きい場合に、スイッチ操作面部のいずれの位置を押してもスイッチ動作可能なシートスイッチを提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係るシートスイッチは、可撓性合成樹脂からなるシートに形成されたスイッチ操作面部と、前記スイッチ操作面部の下方に配置された第１の押し子と、前記第１の押し子に押し込まれることにより開閉動作するスイッチ接点とを備え、前記スイッチ接点の大きさに対し前記スイッチ操作面部の大きさが大きく形成されたシートスイッチであって、前記スイッチ操作面部と前記第１の押し子との間に配置され、前記スイッチ操作面部の形状に合わせて形成されたプレート部材と、前記プレート部材の周囲に配置され、前記プレート部材が傾斜する際の上下方向のストロークを設定するスペーサと、前記プレート部材の周囲において、前記スペーサと前記スイッチ操作面部が形成されたシートとの間に配置され、前記プレート部材が傾斜した際の支点の荷重を受け止める環状フレームと、を備え、前記スイッチ操作面部を介して前記プレート部材が押し込まれることにより、前記第１の押し子が前記スイッチ接点側に押し込まれることに特徴を有する。
尚、前記プレート部材には、前記第１の押し子を前記スイッチ接点側に押し込むための第２の押し子が形成されていることが望ましい。
或いは、可撓性合成樹脂からなるシートに形成されたスイッチ操作面部と、前記スイッチ操作面部の下方に配置された押し子と、前記押し子に押し込まれることにより開閉動作するスイッチ接点とを備え、前記スイッチ接点の大きさに対し前記スイッチ操作面部の大きさが大きく形成されたシートスイッチであって、前記スイッチ操作面部の下方に配置され、下面側に前記押し子を有するとともに、前記スイッチ操作面部の形状に合わせて形成されたプレート部材と、前記プレート部材の周囲に配置され、前記プレート部材が傾斜する際の上下方向のストロークを設定するスペーサと、前記プレート部材の周囲において、前記スペーサと前記スイッチ操作面部が形成されたシートとの間に配置され、前記プレート部材が傾斜した際の支点の荷重を受け止める環状フレームと、を備え、前記スイッチ操作面部を介して前記プレート部材が押し込まれることにより、前記押し子が前記スイッチ接点側に押し込まれるように構成してもよい。

このような構成によれば、スイッチ接点に対しスイッチ操作面部を格段に大きく形成した場合であっても、スイッチ操作面部の形状に対応したプレート部材をスイッチ操作面部と第１の押し子との間に配置することにより、スイッチ操作面部上のいずれの場所を押しても、スイッチ操作が可能となる。
特に、前記プレート部材の周囲に配置されたスペーサを押さえるように部分的変形が生じ難い環状フレームを設けることにより、スイッチ操作面部上のいずれの場所を操作点として押しても、プレート部材が傾斜した際の支点の位置ずれを防ぐことができ、スイッチ動作を可能とする充分なストロークを確保することができる。

本発明によれば、可撓性合成樹脂からなるシートによりスイッチ操作面部が形成されたシートスイッチにおいて、スイッチ接点の大きさに対しスイッチ操作面部の大きさが格段に大きい場合に、スイッチ操作面部のいずれの位置を押してもスイッチ操作可能なシートスイッチを提供することができる。

図１は、この発明に係るシートスイッチの実施の形態を示す断面図である。図２は、図１のシートスイッチの平面図である。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、図１のシートスイッチの動作原理を説明するための断面図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図１のシートスイッチの動作を説明するための断面図である。図５は、本発明に係るシートスイッチの変形例を示す断面図である。図６は、従来のシートスイッチの断面図である。

以下、本発明にかかるシートスイッチの実施の形態について図に基づいて説明する。図１は、この発明に係るシートスイッチの実施の形態を示す断面図、図２は図１のシートスイッチの平面図である。
本発明に係るシートスイッチ１は、可撓性合成樹脂、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド等のシートからなるシート部２を備える。

前記シート部２には、断面台形状に突出したエンボス部３（スイッチ操作面部）が、例えば電化製品等の操作パネルに対応して複数個形成されている（図では１つのエンボス部３のみ示す）。前記エンボス部３の平面形状は、例えば図２に示すように略矩形状とされ、その一辺の長さＷ１は例えば４０ｍｍ〜５０ｍｍと大きく形成されている。
尚、本実施の形態において、エンボス部３の平面形状を矩形状としているが、本発明に係るシートスイッチにあってはエンボス部３の形状は特に限定されるものではなく、例えば円形状であってもよい。
また、本実施の形態においては、シート部２にエンボス部３が一体的に形成されているものとするが、夫々別体のシート部２とエンボス部３とを用意し、シート部２にエンボス部３を接着した構成であってもよい。

また、前記エンボス部３の直下には、例えば、透明なポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、或いはアルミニウムなどの金属材料により形成されたスイッチプレート４（プレート部材）が配置されている。このスイッチプレート４は、エンボス部３に対応して形成された厚肉部４Ａ（例えば厚さ２ｍｍ）と、その周縁部に形成された薄肉部４Ｂ（例えば厚さ０．５ｍｍ）とを有し、厚肉部４Ａの下面中央には下方に突起する押し子部４ａ（第２の押し子）が形成されている。尚、スイッチプレート４を透明材料により形成した場合には、例えば、その一部にＬＥＤ素子を組み込むことによりシートスイッチ１全体を発光させることも可能となる。

また、スイッチプレート４の周囲には、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）により形成されたスペーサ５と、このスペーサ５及び前記スイッチプレート４の薄肉部４Ｂの上に配置される環状フレーム６とが設けられている。
前記スペーサ５は、その厚さ寸法Ｈ１（例えば１．６ｍｍ）によりスイッチプレート４の上下方向のストロークを設定するために用いられる。
また、前記環状フレーム６は、例えば、シート部２と同様の大きさの板部材にスイッチプレート４（エンボス部３）の形状に沿った貫通孔が形成され、その縁部が補強されたものからなる。前記縁部の補強は、例えば補強リブを縁部全周に形成する、または、前記縁部の全周にＵＶ硬化樹脂等をリブ状に形成する、または、前記縁部全周に沿って部分的変形が生じ難い金属プレートを配置する方法等が挙げられる。これにより環状フレーム６は硬質となり、少なくとも部分的な変形が生じ難くなされている。また、スペーサ５及びエンボス部３（シート部２）の変形を防ぎ、スイッチプレート４が押されて傾斜する際の支点のずれ防止、及びストロークの確保が可能となっている。
尚、環状フレーム６の上面側は前記シート部２に接着され、下面側は前記スペーサ５に接着されている。

また、スイッチプレート４の下には、例えばＰＥＴにより形成された押し子シート７が設けられる。この押し子シート７の下面には、スイッチプレート４の押し子部４ａの直下の位置に、下方に突起する押し子部７ａ（第１の押し子）が形成されている。即ち、スイッチプレート４の押し子部４ａが下方に押し込まれると、押し子部７ａに当接して、押し子部７ａが下方に移動するようになされている。

また、押し子シート７の下方には、スペーサ８を挟んで例えばＰＥＴにより形成された上部接点シート９が配置されている。前記上部接点シート９には、前記押し子部７ａの直下の位置に、上部接点９ａが設けられている。前記上部接点９ａは、ドーム状に形成されたシート裏に、例えばカーボン、銀カーボンからなる電極が印刷されている。

また、前記上部接点シート９の下方には、スペーサ１０を挟んで下部接点シート１１（例えばプリント基板）が配置されている。この下部接点シート１１には、前記上部接点９ａの位置に合わせて下部接点１１ａが形成されている。下部接点１１ａは、例えば離間したプリント配線により形成されており、スイッチ操作において上部接点９ａが当接することにより、離間したプリント配線同士が導通する（スイッチオンする）ようになされている。
尚、このように積層されたスイッチプレート４の厚さＨ２（エンボス部３高さ除く）は、例えば、２．５ｍｍに形成される。

さらに本発明に係るシートスイッチ１の構成について図３（ａ）乃至図３（ｄ）を用いて説明する。
図３（ａ）に示すようにシート部２（エンボス部３）と押し子シート７との間にスイッチプレート４を配置した場合、例えばエンボス部３の端部である操作点３ｂを押すと、図３（ｂ）に示すように、これが力点Ｐ２となり、スイッチプレート４の端部４ｂが支点Ａとなって図３（ｃ）に示すようにスイッチプレート４は傾斜する。尚、押し子部４ａは作用点Ｐ１となる。

この場合、支点Ａから作用点Ｐ１までの距離をＬ１とし、支点Ａから力点Ｐ２までの距離をＬ２とすると、支点Ａから力点Ｐ２、作用点Ｐ１の距離と各位置の荷重の関係は、式（１）で表すことができる。
Ｌ２×Ｐ２＝Ｌ１×Ｐ１・・・式（１）
また、式（１）から、作用点Ｐ１においてスイッチ接点を閉じる（オンする）ために必要な荷重は、式（２）で表すことができる。
Ｐ１＝（Ｌ２×Ｐ２）／Ｌ１・・・式（２）

ここで、作用点Ｐ１の位置は、エンボス部３の中央であるため、式（３）の関係から式（２）は式（４）の関係に表すことができる。
Ｌ２＝Ｌ１×２・・・式（３）
Ｐ１＝（Ｌ１×２×Ｐ２）／Ｌ１＝２×Ｐ２・・・式（４）
即ち、スイッチプレート４を設けた場合、操作点３ｂを押して作用点Ｐ１によりスイッチ接点をオンするために必要な荷重Ｐ２は、エンボス部３の中心部（操作点３ａ）を押したときの荷重値の１／２でよい。

また、その場合において必要なストローク（押し込み量）ＬＰ２は、図３（ｃ）から、支点Ａを中心とした回転動作角度θを用いて式（５）、式（６）の関係が成り立つ。
tanθ＝ＬＰ１／Ｌ１・・・式（５）
tanθ＝ＬＰ２／Ｌ２・・・式（６）
また、式（３）、式（５）、式（６）より式（７）が導出される。
ＬＰ２＝ＬＰ１×２・・・式（７）

式（７）より、操作点３ｂを押してスイッチ接点を閉じる（オンする）ためには、エンボス部３の中心の操作点３ａを押してスイッチ接点をオンさせるために必要なストロークの２倍のストロークが必要である。このストロークを考慮してスペーサ５の厚みＨ１、及び押し子４ａの高さ等が設定される。尚、言うまでも無いが、押し子４ａの高さ寸法が大きいほど、押し込みのストロークは小さくなる。

また、前記のようにスイッチプレート４を設け、エンボス部３の端部の操作点３ｂを押す場合、支点Ａには操作点３ｂを押す力とは逆方向の力が加わることになる。さらに、スイッチ接点をオンした後に、さらに操作点３ｂを押した場合、図３（ｄ）に示すようにスイッチ接点部を支点Ｂとして荷重Ｐ２の反力が全てエンボス部３を剥がす向きの力となる。
このようになると、スペーサ５及びエンボス部３が浮き上がり、支点Ａの位置がずれて必要なストロークＬＰ２を確保できない虞がある。
そのため、本発明に係るスイッチプレート１にあっては、図１に示したようにスペーサ５の上に環状フレーム６を設け、この環状フレーム６により支点Ａに加わる荷重を全周で受けることによって、支点Ａのずれを防止するようにしている。

このように構成されたシートスイッチ１を操作する場合、図４（ａ）に示すようなスイッチを押していない状態から、例えば図４（ｂ）に示すようにエンボス部３の中央部３ａを押すと、スイッチプレート４全体が略傾斜することなく沈み込む。
これによりスイッチプレート４の押し子部４ａが押し子シート７の押し子部７ａを押し込み、さらに押し子部７ａが上部接点９ａを押し込んで、上部接点９ａが下部接点１１ａに当接する（スイッチ接点が閉じられる）。

一方、図４（ａ）に示すスイッチを押していない状態から、例えば図４（ｃ）に示すようにエンボス部３の端３ｂを押すと、スイッチプレート４は、反対側の端部４ｂを支点として傾斜し、押し子部４ａが下方に移動する。
これによりスイッチプレート４の押し子部４ａが押し子シート７の押し子部７ａを押し込み、さらに押し子部７ａが上部接点９ａを押し込んで、上部接点９ａが下部接点１１ａに当接する（スイッチ接点が開かれる）。

尚、図４（ｂ）と図４（ｃ）のいずれの場合も、操作者が指をスイッチから離すと、スイッチプレート４はその復元力により元の位置に戻り、押し子部７ａによる上部接点９ａの押圧が解除され、上部接点９ａと下部接点１１ａとが分離（スイッチオフ）する。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、エンボス部３（スイッチ操作面部）を大きく形成した場合であっても、エンボス部３の形状に対応したスイッチプレート４をエンボス部３と押し子シート７との間に配置することにより、エンボス部３上のいずれの場所を押しても、スイッチ操作が可能となる。
特に、前記スイッチプレート４の周囲に配置されたスペーサ５を押さえるように部分的変形が生じ難い環状フレーム６を設けることにより、エンボス部３上のいずれの場所を操作点として押しても、スイッチプレート４が傾斜した際の支点の位置ずれを防ぐことができ、スイッチ動作を可能とする充分なストロークを確保することができる。

尚、前記実施の形態にあっては、エンボス部３はシート部２から断面台形状に突出した形状としたが、本発明にあってはその形態に限定されず、例えば図５に示すようにフラットな形状であってもよい。その場合、スイッチプレート４はエンボス部３の領域内において略全体にわたり均一な板厚（フラット）に形成される。また、この場合、スイッチプレート４の径は、図１の構成に比べて小さく形成することができる。そのため、エンボス部３の端部を押した際に傾斜するスイッチプレート４のストロークは図１の構成に比べて小さくなる。したがって、支点側の荷重がスペーサ５に加わらず、図１のように環状フレーム６を設ける必要がなく、スペーサ５及びエンボス部３の変形を抑制することができる。

また、前記実施の形態にあっては、押し子７ａがスイッチ接点（上部接点９ａ）を押すことによりスイッチ接点が閉じる（スイッチオンとなる）ものとしたが、本発明に係るシートスイッチにあっては、その形態に限定されるものではない。
即ち、押し子７ａがスイッチ接点を押すことによってスイッチ接点が開く（スイッチおオフ）となるような構造にも適用することができる。

また、前記実施の形態にあっては、スイッチプレート４に形成された押し子部４ａと、押し子シート７に形成された押し子部７ａとによりスイッチ接点を押し込む構成としたが、本発明にあっては、その構成に限定されるものではない。
例えば、押し子シート７を設けず、スイッチプレート４に形成された押し子部４ａにより直接、スイッチ接点（上部接点９ａ）を押し込む構成としてもよい。

１シートスイッチ
２シート部
３エンボス部（スイッチ操作面部）
４スイッチプレート（プレート部材）
４ａ押し子部（第２の押し子、押し子）
５スペーサ
６環状フレーム
７押し子シート
７ａ押し子部（第１の押し子）
８スペーサ
９上部接点シート
９ａ上部接点
１０スペーサ
１１下部接点シート
１１ａ下部接点

Claims

可撓性合成樹脂からなるシートに形成されたスイッチ操作面部と、前記スイッチ操作面部の下方に配置された第１の押し子と、前記第１の押し子に押し込まれることにより開閉動作するスイッチ接点とを備え、前記スイッチ接点の大きさに対し前記スイッチ操作面部の大きさが大きく形成されたシートスイッチであって、
前記スイッチ操作面部と前記第１の押し子との間に配置され、前記スイッチ操作面部の形状に合わせて形成されたプレート部材と、
前記プレート部材の周囲に配置され、前記プレート部材が傾斜する際の上下方向のストロークを設定するスペーサと、
前記プレート部材の周囲において、前記スペーサと前記スイッチ操作面部が形成されたシートとの間に配置され、前記プレート部材が傾斜した際の支点の荷重を受け止める環状フレームと、
を備え、
前記スイッチ操作面部を介して前記プレート部材が押し込まれることにより、前記第１の押し子が前記スイッチ接点側に押し込まれることを特徴とするシートスイッチ。
前記プレート部材には、前記第１の押し子を前記スイッチ接点側に押し込むための第２の押し子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたシートスイッチ。
可撓性合成樹脂からなるシートに形成されたスイッチ操作面部と、前記スイッチ操作面部の下方に配置された押し子と、前記押し子に押し込まれることにより開閉動作するスイッチ接点とを備え、前記スイッチ接点の大きさに対し前記スイッチ操作面部の大きさが大きく形成されたシートスイッチであって、
前記スイッチ操作面部の下方に配置され、下面側に前記押し子を有するとともに、前記スイッチ操作面部の形状に合わせて形成されたプレート部材と、
前記プレート部材の周囲に配置され、前記プレート部材が傾斜する際の上下方向のストロークを設定するスペーサと、
前記プレート部材の周囲において、前記スペーサと前記スイッチ操作面部が形成されたシートとの間に配置され、前記プレート部材が傾斜した際の支点の荷重を受け止める環状フレームと、を備え、
前記スイッチ操作面部を介して前記プレート部材が押し込まれることにより、前記押し子が前記スイッチ接点側に押し込まれることを特徴とするシートスイッチ。