WO2024070010A1 - 押圧入力装置 - Google Patents

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WO2024070010A1
WO2024070010A1 PCT/JP2023/008557 JP2023008557W WO2024070010A1 WO 2024070010 A1 WO2024070010 A1 WO 2024070010A1 JP 2023008557 W JP2023008557 W JP 2023008557W WO 2024070010 A1 WO2024070010 A1 WO 2024070010A1
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WO
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reaction force
force characteristic
input device
elastic member
metallic
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PCT/JP2023/008557
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English (en)
French (fr)
Inventor
純一 宮本
Original Assignee
アルプスアルパイン株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/50—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a single operating member
    • H01H13/52—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a single operating member the contact returning to its original state immediately upon removal of operating force, e.g. bell-push switch

Definitions

  • the present invention relates to a pressure input device.
  • Patent Document 1 discloses a technology in which a push-on switch is configured to cause a reversible movable contact to perform a reversible operation by a push button, in which a pressing elastic body is provided in the center of the underside of the push button, and the reversible movable contact is pressed and reversed via the pressing elastic body, thereby deforming (reducing) the pressing elastic body by a predetermined amount prior to the reversal operation of the reversible movable contact, thereby increasing the operating stroke by this amount.
  • a pressing input device includes a housing having a first storage section, a central fixed contact provided at the bottom of the first storage section, a base, a metallic inversion dome installed above the base, an elastic member installed above the metallic inversion dome, and an operating member installed above the elastic member and supported so as to be displaceable downward.
  • the reaction force characteristic is such that the reaction force monotonically increases from the initial position to the maximum position, the reaction force monotonically decreases from the maximum position to the minimum position, and the reaction force monotonically decreases from the minimum position onward.
  • the reaction force characteristic when a single elastic member is pushed downward is a first reaction force characteristic where the reaction force increases monotonically from the initial position
  • the reaction force characteristic when a single elastic member is pushed downward is a second reaction force characteristic where the reaction force increases monotonically from the initial position
  • the reaction force characteristic when an operating member is displaced downward is a composite reaction force characteristic that combines the first reaction force characteristic and the second reaction force characteristic.
  • a plate-shaped intermediate member that is larger in area than the elastic member when viewed from above is provided between the metallic inversion dome and the elastic member, and the elastic member is made of a metallic leaf spring member whose peripheral portion abuts against the plate-shaped intermediate member and whose center portion is separated from the plate-shaped intermediate member.
  • the pressure input device can provide the operator with a sharp operating feel.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a pressing input device according to an embodiment
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a pressing input device according to an embodiment
  • 1 is a cross-sectional view of a pressing input device according to an embodiment
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an operation of a pressing input device according to an embodiment
  • FIG. 13 is a diagram showing reaction force characteristics of a pressing input device according to an embodiment
  • the Z-axis direction in the drawings will be the up-down direction
  • the Y-axis direction in the drawings will be the left-right direction
  • the X-axis direction in the drawings will be the front-rear direction.
  • the positive Z-axis direction will be the up direction
  • the positive Y-axis direction will be the right direction
  • the positive X-axis direction will be the front.
  • Fig. 1 is an external perspective view of a pressing input device 100 according to an embodiment.
  • the pressing input device 100 has a generally thin rectangular parallelepiped shape in the up-down direction (Z-axis direction) and has a roughly square shape when viewed from above.
  • the upper surface 110A of the housing 110 is covered by a frame 120.
  • the housing 110 contains a stem 130 and the like.
  • the central portion of the stem 130 is provided with an operating portion 131 that protrudes upward (in the positive direction of the Z axis).
  • the operating part 131 of the stem 130 passes through a circular opening 120A formed in the frame 120 and protrudes upward (positive Z-axis direction) beyond the frame 120. This allows the pressing input device 100 to be pressed downward (negative Z-axis direction) using the operating part 131 of the stem 130, and this pressing operation can switch the switch from an off state to an on state.
  • Fig. 2 is an exploded perspective view of the pressing input device 100 according to one embodiment.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of the pressing input device 100 according to one embodiment.
  • the pressing input device 100 includes, in order from the bottom side in the figure (Z-axis negative side), a housing 110, a metallic inversion dome 140, a plate-shaped intermediate member 150, an elastic member 160, a stem 130, and a frame 120.
  • the housing 110 is an example of a "base”.
  • the housing 110 is a container-like member having a thin rectangular parallelepiped shape in the vertical direction (Z-axis direction). When viewed from above, the housing 110 has a roughly square shape.
  • the housing 110 has a recess 110B that is recessed downward from the upper surface 110A.
  • a metallic inverted dome 140, a plate-shaped intermediate member 150, an elastic member 160, and a stem 130 are housed in that order from the bottom (Z-axis negative side).
  • the housing 110 is formed by insert molding using a relatively hard insulating material (e.g., hard resin, etc.).
  • a pair of left and right side surfaces of the housing 110 are each formed with a claw portion 111 that protrudes outward.
  • the claw portion 111 fits into the opening 120Ba of the hook 120B of the frame 120 and engages with the hook 120B, thereby fixing the frame 120 to the housing 110.
  • a central fixed contact 112 and four peripheral fixed contacts 113 are provided on the bottom 110Ba within the recess 110B of the housing 110.
  • the central fixed contact 112 is provided in the center of the bottom 110Ba.
  • the four peripheral fixed contacts 113 are provided at the four corners of the bottom 110Ba. Both the central fixed contact 112 and the peripheral fixed contacts 113 are formed using a conductive material (e.g., a metal material).
  • the metallic inversion dome 140 is a metallic, thin plate-like member that is disposed on the bottom 110Ba within the recess 110B of the housing 110.
  • the metallic inversion dome 140 has an apex 140A in the center and is dome-shaped with a convex shape facing upward (positive direction of the Z axis).
  • the metallic inversion dome 140 also has a roughly square shape when viewed from above.
  • Each of the four corners on the outer periphery of the metallic inverted dome 140 is provided with a leg 141 that protrudes outward in the radial direction.
  • the metallic inverted dome 140 is placed on the bottom 110Ba of the recess 110B of the housing 110, so that each of the four legs 141 contacts each of the four peripheral fixed contacts 113 provided on the bottom 110Ba of the recess 110B of the housing 110.
  • the metallic inversion dome 140 is a so-called "inversion spring.”
  • the top 140A When the operating part 131 of the stem 130 is pressed, the top 140A is pressed downward by the plate-shaped intermediate member 150, and when a certain operating load is exceeded, the top 140A suddenly elastically deforms (inverts) into a concave shape. This causes the metallic inversion dome 140 to come into contact with the central fixed contact 112 at the back side of the top 140A, and to be electrically connected to the central fixed contact 112. As a result, the metallic inversion dome 140 can electrically connect the central fixed contact 112 and the peripheral fixed contact 113 to each other via the metallic inversion dome 140. When the pressing operation by the operating part 131 of the stem 130 is released, the metallic inversion dome 140 returns to its original convex shape due to elastic force.
  • the metallic inverted dome 140 may have a circular shape when viewed from above, and may not have legs 141.
  • the plate-shaped intermediate member 150 is a flat member disposed between the metallic inverted dome 140 and the elastic member 160.
  • the plate-shaped intermediate member 150 has a generally square shape with a larger area than the elastic member 160 when viewed from above.
  • the plate-shaped intermediate member 150 is a so-called rigid body, and is formed using a relatively hard material (e.g., a resin material, a metal material, etc.).
  • the plate-shaped intermediate member 150 has a pressing portion 151 that protrudes downward from the center of the bottom surface.
  • the pressing portion 151 is a portion that presses the top portion 140A of the metal inversion dome 140 when a pressing operation is performed by the operating portion 131 of the stem 130.
  • the upper surface of the plate-shaped intermediate member 150 is a flat surface 150A on which the elastic member 160 is placed.
  • the elastic member 160 is a thin metal plate-like member that is placed on the flat surface 150A of the plate-like intermediate member 150.
  • the elastic member 160 has a dome shape that is convex upward (positive direction of the Z axis) with an apex 160A in the center.
  • the elastic member 160 also has a roughly square shape when viewed from above.
  • Each of the four corners on the outer periphery of the elastic member 160 is provided with a leg 161 that protrudes outward in the radial direction.
  • each of the four legs 161 (an example of a "periphery") abuts against the flat surface 150A of the plate-shaped intermediate member 150, and the top 160A (an example of a "center”) is separated from the flat surface 150A of the plate-shaped intermediate member 150, and is made of a "metal leaf spring member.”
  • the top 160A of the elastic member 160 is pressed downward by the pressing part 133 of the stem 130, and the elastic member 160 is elastically deformed so as to be gradually crushed while applying an operating load to the stem 130. Then, when the back side portion of the top 160A comes into contact with the flat surface 150A of the plate-shaped intermediate member 150, the elastic member 160 becomes horizontal (i.e., completely crushed). At this time, the operating load applied by the elastic member 160 to the stem 130 is at its maximum. When the pressing operation by the operating part 131 of the stem 130 is released, the elastic member 160 returns to its original convex shape due to the elastic force.
  • the elastic member 160 may have a circular shape when viewed from above, and may not have legs 161.
  • the stem 130 is an example of an "operating member" and is pressed downward by the operator.
  • the stem 130 is made of a relatively hard insulating material (such as hard resin).
  • the stem 130 has an operating portion 131, a support portion 132, and a pressing portion 133.
  • the operating part 131 is located in the center of the stem 130, has a cylindrical shape that protrudes upward from the support part 132, and is the part that is pressed by the operator.
  • the support portion 132 is a flat plate-like portion provided around the operating portion 131.
  • the support portion 132 is provided integrally with the operating portion 131 and supports the operating portion 131.
  • the support portion 132 has a roughly square shape when viewed from above.
  • the pressing portion 133 is provided at the center of the bottom surface of the stem 130 and protrudes downward.
  • the pressing portion 133 is a portion that presses the top portion 160A of the elastic member 160 when a pressing operation is performed by the operating portion 131 of the stem 130.
  • the stem 130 is positioned between the frame 120 and the elastic member 160 with the operating portion 131 passing through the opening 120A of the frame 120 and the pressing portion 133 abutting against the top 160A of the elastic member 160.
  • the frame 120 is a flat, metallic member.
  • the frame 120 is fixedly attached to the upper surface 110A of the housing 110, thereby closing the upper opening of the recess 110B of the housing 110 with each component part (metallic inversion dome 140, plate-shaped intermediate member 150, elastic member 160, and stem 130) housed within the recess 110B.
  • the frame 120 is formed by processing a metal plate using a processing method such as press working.
  • a circular opening 120A is formed in the center of the frame 120 to allow the operating portion 131 of the stem 130 to protrude upward.
  • a pair of left and right sides at the outer periphery of the frame 120 are provided with hooks 120B that hang down downward.
  • the hooks 120B have openings 120Ba into which the claw portions 111 provided on the side surfaces of the housing 110 are fitted. This allows the hooks 120B to fix the frame 120 to the housing 110.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the pressing input device 100 according to an embodiment.
  • the pressing input device 100 when no pressing operation is performed by the operating portion 131 of the stem 130, the pressing input device 100 according to one embodiment has the elastic member 160 in an initial state with a convex shape upward, and the metallic inversion dome 140 also in an initial state with a convex shape upward. Therefore, the metallic inversion dome 140 is in contact with the peripheral fixed contacts 113, but is not in contact with the central fixed contact 112. In other words, the peripheral fixed contacts 113 and the central fixed contact 112 are not electrically connected to each other. Therefore, the pressing input device 100 according to one embodiment is in a switched-off state when no pressing operation is performed by the operating portion 131 of the stem 130.
  • the pressing portion 133 of the stem 130 presses down the top portion 160A of the elastic member 160 in the pressing input device 100 according to one embodiment.
  • the elastic member 160 elastically deforms and presses down the plate-shaped intermediate member 150, and further, the pressing portion 151 of the plate-shaped intermediate member 150 presses down the top portion 140A of the metal inverted dome 140, causing the elastic member 160 to elastically deform.
  • the elastic member 160 when the operating load of the pressing operation by the operating part 131 of the stem 130 exceeds a predetermined threshold (i.e., when the stroke amount of the stem 130 exceeds the top stroke amount), the elastic member 160 is completely crushed and the top 140A of the metal inversion dome 140 elastically deforms into a concave shape (inverts).
  • the stroke amount of the stem 130 becomes the bottom stroke amount, and the back side of the top 140A of the metal inversion dome 140 comes into contact with the central fixed contact 112, thereby electrically connecting with the central fixed contact 112.
  • the pressing input device 100 is switched on by the central fixed contact 112 and the peripheral fixed contact 113 being electrically connected to each other via the metallic inversion dome 140.
  • the pressing input device 100 can provide a clicking sensation in response to the pressing operation by the pressing portion 133 of the stem 130 due to the inversion action of the metallic inversion dome 140. Therefore, the pressing input device 100 according to one embodiment can allow the operator to tactilely know that it has been switched on.
  • the pressing input device 100 when the pressing operation by the pressing portion 133 of the stem 130 is released, the elastic member 160 returns to its original convex shape by its own elastic force, and the metallic inverted dome 140 returns to its original convex shape by its own elastic force. As a result, the pressing input device 100 according to one embodiment returns to the switch-off state.
  • Fig. 5 is a diagram showing reaction force characteristics of the pressing input device 100 according to an embodiment.
  • Fig. 5(a) shows an example of reaction force characteristics when a single elastic member 160 is pressed downward.
  • Fig. 5(b) shows an example of reaction force characteristics when a single metallic inversion dome 140 is pressed downward.
  • Fig. 5(c) shows an example of reaction force characteristics in which the reaction force characteristics of a single elastic member 160 and a single metallic inversion dome 140 are combined.
  • the vertical axis indicates reaction force [N]
  • the horizontal axis indicates the stroke amount [mm] of the pressing operation.
  • the reaction force characteristic is a first reaction force characteristic in which the reaction force increases monotonically from the initial position to the maximum position N1, decreases monotonically from the maximum position N1 to the minimum position N2, and increases monotonically from the minimum position N2 onward.
  • the reaction force characteristic when the single elastic member 160 is pressed downward is a second reaction force characteristic in which the reaction force increases monotonically from the initial position to the maximum position N1.
  • the reaction force of the single elastic member 160 increases more steeply than the reaction force of the single metallic inverted dome 140.
  • the elastic member 160 is stacked above the metallic inversion dome 140 via the plate-shaped intermediate member 150, and since the elastic member 160 is made of a "metallic leaf spring member", the reaction force characteristic when the stem 130 is displaced downward (i.e., when a pressing operation is performed by the operating portion 131 of the stem 130) is a composite reaction force characteristic, as shown in FIG. 5(c), which is a combination of the first reaction force characteristic shown in FIG. 5(b) and the second reaction force characteristic shown in FIG. 5(a).
  • the resultant reaction force characteristic is such that the reaction force increases gradually from the initial position to the maximum position N1, and then decreases sharply from the maximum position N1 to the minimum position N2.
  • the stroke amount from the maximum position N1 to the minimum position N2 i.e., the stroke amount of the stem 130 during the reversing operation of the metal reversal dome 140
  • the stroke amount of the stem 130 during the reversing operation of the metal reversal dome 140 is short in the resultant reaction force characteristic.
  • the top stroke amount in the first reaction force characteristic is S2'
  • the bottom stroke amount in the first reaction force characteristic is S1'.
  • the top stroke amount in the second reaction force characteristic is S2
  • the bottom stroke amount in the first reaction force characteristic is S1.
  • the top stroke amount of the stem 130 in the above composite reaction force characteristic is (S2+S2'), and the bottom stroke amount in the above composite reaction force characteristic is (S1+S1').
  • the pressing input device 100 can make the stroke amount ((S1+S1')-(S2+S2')) from the maximum position N1 to the minimum position N2 in the composite reaction force characteristic shorter than the stroke amount (S1'-S2') from the maximum position N1 to the minimum position N2 in a single metallic inversion dome 140, thereby realizing a short stroke of the stroke amount of the stem 130 during the inversion operation of the metallic inversion dome 140.
  • the stroke amount of the stem 130 during the inversion operation of the metallic inversion dome 140 is approximately 0.03 mm.
  • the pressing input device 100 can make the reaction force drop from the maximum position N1 to the minimum position N2 in the composite reaction force characteristic abrupt, as shown in FIG. 5(c), and can therefore provide the operator with a sharp operating feel.
  • the elastic member 160 hardly bends in the over-stroke region (the region after the minimum position N2) in the composite reaction force characteristics, so that the stroke amount of the stem 130 can be shortened even in the over-stroke region.
  • the pressure input device 100 can make the amount of reduction in the reaction force per unit displacement from the maximum position N1 to the minimum position N2 in the composite reaction force characteristic greater than the amount of reduction in the reaction force per unit displacement from the maximum position N1 to the minimum position N2 in the first reaction force characteristic.
  • the pressure input device 100 can rapidly reduce the reaction force from the maximum position N1 to the minimum position N2 in the composite reaction force characteristic, thereby providing the operator with a sharp operating feel.
  • the second reaction force characteristic of the single elastic member 160 is such that the increase in reaction force per unit displacement rises sharply after the reaction force becomes equal to the reaction force at the maximum position N1 of the single metallic inversion dome 140. This is because after the reaction force of the second reaction force characteristic becomes equal to the reaction force at the maximum position N1 of the single metallic inversion dome 140, the elastic member 160 is completely crushed and does not bend any further.
  • the pressing input device 100 can achieve both a short stroke of the stroke amount of the stem 130 and a low profile for the entire pressing input device 100.
  • the dimension of the elastic member 160 in the up-down direction (Z-axis direction) is smaller than the dimension of the metal inversion dome 140 in the up-down direction (Z-axis direction).
  • the pressure input device 100 can achieve a further reduction in the height of the entire pressure input device 100.
  • the plate-shaped intermediate member 150 has a flat surface 150A on which the elastic member 160 is placed.
  • the pressure input device 100 can achieve a further reduction in the height of the entire pressure input device 100.
  • Pressing input device 110 Housing (base) 110A Upper surface 110B Recess 110Ba Bottom 111 Claw 112 Central fixed contact 113 Peripheral fixed contact 120 Frame 120A Opening 120B Hook 120Ba Opening 130 Stem (operating member) 131 Operation portion 132 Support portion 133 Pressing portion 140 Metallic inverted dome 140A Top portion 141 Leg portion 150 Plate-shaped intermediate member 150A Flat surface 151 Pressing portion 160 Elastic member (metallic leaf spring member) 160A Top (center) 161 Legs (periphery)

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  • Push-Button Switches (AREA)

Abstract

押圧入力装置は、単体の金属製反転ドームが下方に押し込まれたときの反力特性は、初期位置から極大位置までは反力が単調増加し、極大位置から極小位置までは反力が単調減少し、極小位置以降は反力が単調増加する第１反力特性となっており、単体の弾性部材が下方に押し込まれたときの反力特性は、初期位置から反力が単調増加する第２反力特性となっており、操作部材を下方に変位させたときの反力特性が、第１反力特性と第２反力特性を合成した合成反力特性となっている入力装置であって、金属製反転ドームと弾性部材の間に、上面視で弾性部材よりも大面積の板状中間部材を設け、弾性部材は、周辺部が板状中間部材に当接して中心部が板状中間部材から離隔する金属製板バネ部材からなる。

Description

押圧入力装置
　本発明は、押圧入力装置に関する。
　下記特許文献１には、押ボタンによって反転動作形可動接点を反転動作させるように構成されたプッシュオンスイッチにおいて、押ボタンの下面中央に押圧用弾性体を設け、当該押圧用弾性体を介して反転動作形可動接点を押圧して反転動作させることで、反転動作形可動接点の反転動作よりも先に、押圧用弾性体を所定量だけ変形（縮小）させ、この分だけ動作ストロークを大きくする技術が開示されている。
特開平０９－１６１５９９号公報
　しかしながら、特許文献１の技術は、反転動作形可動接点の反転動作時の押ボタンのストローク量（Ｓ５－Ｓ４）が、単体の反転動作形可動接点の反転動作時のストローク量（Ｓ２－Ｓ１）と等しいため、反転動作形可動接点の反転動作時の押ボタンのストローク量をさらにショートストローク化することが困難であり、よって、切れ味のよい操作感触を操作者に呈示することができない。
　一実施形態に係る押圧入力装置は、第１収容部を有するハウジングと、第１収容部の底部に設けられた中央固定接点と、基台と、基台の上方に設置された金属製反転ドームと、金属製反転ドームの上方に設置された弾性部材と、弾性部材の上方に設置され下方に変位可能に支持された操作部材とを備え、単体の金属製反転ドームが下方に押し込まれたときの反力特性は、初期位置から極大位置までは反力が単調増加し、極大位置から極小位置までは反力が単調減少し、極小位置以降は反力が単調増加する第１反力特性となっており、単体の弾性部材が下方に押し込まれたときの反力特性は、初期位置から反力が単調増加する第２反力特性となっており、操作部材を下方に変位させたときの反力特性が、第１反力特性と第２反力特性を合成した合成反力特性となっている入力装置であって、金属製反転ドームと弾性部材の間に、上面視で弾性部材よりも大面積の板状中間部材を設け、弾性部材は、周辺部が板状中間部材に当接して中心部が板状中間部材から離隔する金属製板バネ部材からなる。
　一実施形態に係る押圧入力装置によれば、切れ味のよい操作感触を操作者に呈示することができる。
一実施形態に係る押圧入力装置の外観斜視図 一実施形態に係る押圧入力装置の分解斜視図 一実施形態に係る押圧入力装置の断面図 一実施形態に係る押圧入力装置の動作を説明するための図 一実施形態に係る押圧入力装置の反力特性を示す図
　以下、図面を参照して、一実施形態について説明する。なお、以降の説明では、便宜上、図中Ｚ軸方向を上下方向とし、図中Ｙ軸方向を左右方向とし、図中Ｘ軸方向を前後方向とする。但し、Ｚ軸正方向を上方とし、Ｙ軸正方向を右方とし、Ｘ軸正方向を前方とする。
　（押圧入力装置１００の概要）
　図１は、一実施形態に係る押圧入力装置１００の外観斜視図である。図１に示すように、押圧入力装置１００は、全体的に、上下方向（Ｚ軸方向）に薄型の直方体形状を有し、上面視において、概ね正方形状を有する。
　図１に示すように、押圧入力装置１００は、ハウジング１１０の上面１１０Ａが、フレーム１２０によって覆われている。ハウジング１１０には、ステム１３０等が収容されている。ステム１３０の中央部には、上方（Ｚ軸正方向）に凸状に突出した操作部１３１が設けられている。
　ステム１３０の操作部１３１は、フレーム１２０に形成された円形の開口部１２０Ａを貫通し、フレーム１２０よりも上方（Ｚ軸正方向）に突出している。これにより、押圧入力装置１００は、ステム１３０の操作部１３１による下方（Ｚ軸負方向）への押圧操作が可能であり、当該押圧操作により、スイッチオフ状態からスイッチオン状態に切り替え可能である。
　（押圧入力装置１００の構成）
　図２は、一実施形態に係る押圧入力装置１００の分解斜視図である。図３は、一実施形態に係る押圧入力装置１００の断面図である。図２および図３に示すように、押圧入力装置１００は、図中下側（Ｚ軸負側）から順に、ハウジング１１０、金属製反転ドーム１４０、板状中間部材１５０、弾性部材１６０、ステム１３０、およびフレーム１２０を備える。
　ハウジング１１０は、「基台」の一例である。ハウジング１１０は、上下方向（Ｚ軸方向）に薄型の直方体形状を有する、容器状の部材である。ハウジング１１０は、上面視において、概ね正方形状を有する。ハウジング１１０は、上面１１０Ａから下方に向かって凹んだ形状の、凹部１１０Ｂを有する。凹部１１０Ｂ内には、下側（Ｚ軸負側）から順に、金属製反転ドーム１４０、板状中間部材１５０、弾性部材１６０、およびステム１３０が収容される。例えば、ハウジング１１０は、比較的硬質な絶縁性素材（例えば、硬質樹脂等）が用いられて、インサート成形によって形成される。
　ハウジング１１０における左右一対の側面の各々には、外側に突出した爪部１１１が形成されている。爪部１１１は、ハウジング１１０の上面１１０Ａにフレーム１２０が取り付けられたとき、フレーム１２０のフック１２０Ｂの開口部１２０Ｂａ内に嵌め込まれることによって、フック１２０Ｂと係合することにより、ハウジング１１０に対してフレーム１２０を固定することができる。
　ハウジング１１０の凹部１１０Ｂ内の底部１１０Ｂａには、中央固定接点１１２と、４つの周辺固定接点１１３とが設けられている。中央固定接点１１２は、底部１１０Ｂａの中央部に設けられている。４つの周辺固定接点１１３は、底部１１０Ｂａの４つ角部に設けられている。中央固定接点１１２および周辺固定接点１１３は、いずれも、導電性を有する素材（例えば、金属素材）が用いられて形成される。
　金属製反転ドーム１４０は、ハウジング１１０の凹部１１０Ｂ内の底部１１０Ｂａ上に配置される、金属製且つ薄板状の部材である。金属製反転ドーム１４０は、中央部に頂部１４０Ａを有する、上方（Ｚ軸正方向）に凸状のドーム状を有する。また、金属製反転ドーム１４０は、上面視にて、概ね正方形状を有する。
　金属製反転ドーム１４０の外周縁部における４つ角部の各々には、半径方向における外側に突出した脚部１４１が設けられている。金属製反転ドーム１４０は、ハウジング１１０の凹部１１０Ｂの底部１１０Ｂａ上に配置されることにより、４つの脚部１４１の各々が、ハウジング１１０の凹部１１０Ｂの底部１１０Ｂａに設けられている４つの周辺固定接点１１３の各々に接触する。
　金属製反転ドーム１４０は、いわゆる「反転バネ」であり、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作がなされたとき、頂部１４０Ａが板状中間部材１５０によって下方へ押圧され、所定の操作荷重を超えると急激に頂部１４０Ａが凹状に弾性変形（反転動作）する。これにより、金属製反転ドーム１４０は、頂部１４０Ａの裏側の部分で、中央固定接点１１２と接触し、中央固定接点１１２と電気的に接続される。その結果、金属製反転ドーム１４０は、中央固定接点１１２と周辺固定接点１１３とを、当該金属製反転ドーム１４０を介して、互いに導通させることができる。なお、金属製反転ドーム１４０は、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作が解除されたときに、弾性力によって元の凸状に復帰する。
　なお、金属製反転ドーム１４０は、上面視にて円形状を有するものであってもよく、脚部１４１を有さないものであってもよい。
　板状中間部材１５０は、金属製反転ドーム１４０と弾性部材１６０との間に配置される、平板状の部材である。板状中間部材１５０は、上面視で弾性部材１６０よりも大面積の概ね正方形状を有する。板状中間部材１５０は、いわゆる剛体であり、比較的硬質な素材（例えば、樹脂素材、金属素材等）が用いられて形成される。
　図３に示すように、板状中間部材１５０は、底面における中央部に、下方に突出して設けられた押圧部１５１を有する。押圧部１５１は、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作がなされたとき、金属製反転ドーム１４０の頂部１４０Ａを押圧する部分である。
　また、板状中間部材１５０は、その上面が、弾性部材１６０が設置される平坦面１５０Ａとなっている。
　弾性部材１６０は、板状中間部材１５０の平坦面１５０Ａ上に設置される、金属製且つ薄板状の部材である。弾性部材１６０は、中央部に頂部１６０Ａを有する、上方（Ｚ軸正方向）に凸状のドーム状を有する。また、弾性部材１６０は、上面視にて、概ね正方形状を有する。
　弾性部材１６０の外周縁部における４つ角部の各々には、半径方向における外側に突出した脚部１６１が設けられている。弾性部材１６０は、板状中間部材１５０の平坦面１５０Ａ上に設置されたとき、４つの脚部１６１の各々（「周辺部」の一例）が、板状中間部材１５０の平坦面１５０Ａに当接し、且つ、頂部１６０Ａ（「中心部」の一例）が板状中間部材１５０の平坦面１５０Ａから離隔する、「金属製板バネ部材」からなる。
　弾性部材１６０は、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作がなされたとき、頂部１６０Ａがステム１３０の押圧部１３３によって下方へ押圧されることで、ステム１３０に対して操作荷重を付与しながら、徐々に押し潰されるように弾性変形する。そして、弾性部材１６０は、頂部１６０Ａの裏側の部分が板状中間部材１５０の平坦面１５０Ａと接触したとき、水平状態（すなわち、完全に押し潰された状態）となる。このとき、弾性部材１６０がステム１３０に対して付与する操作荷重は、最大となる。なお、弾性部材１６０は、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作が解除されたときに、弾性力によって元の凸状に復帰する。
　なお、弾性部材１６０は、上面視にて円形状を有するものであってもよく、脚部１６１を有さないものであってもよい。
　ステム１３０は、「操作部材」の一例であり、操作者によって下方への押圧操作がなされる。例えば、ステム１３０は、比較的硬質な絶縁性素材（例えば、硬質樹脂等）が用いられて形成される。ステム１３０は、操作部１３１、支持部１３２、および押圧部１３３を有する。
　操作部１３１は、ステム１３０の中央に設けられており、支持部１３２から上方に突出した円柱形状を有し、操作者による押圧操作がなされる部分である。
　支持部１３２は、操作部１３１の周囲に設けられている、平板状の部分である。支持部１３２は、操作部１３１と一体的に設けられており、操作部１３１を支持する。支持部１３２は、上面視にて概ね正方形状を有する。
　押圧部１３３は、ステム１３０の底面における中央部において、下方に突出して設けられている。押圧部１３３は、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作がなされたとき、弾性部材１６０の頂部１６０Ａを押圧する部分である。
　ステム１３０は、操作部１３１がフレーム１２０の開口部１２０Ａを貫通し、且つ、押圧部１３３が弾性部材１６０の頂部１６０Ａに当接した状態で、フレーム１２０と弾性部材１６０との間に配置される。
　フレーム１２０は、金属製且つ平板状の部材である。フレーム１２０は、ハウジング１１０の上面１１０Ａに固定的に取り付けられることにより、ハウジング１１０の凹部１１０Ｂ内に各構成部品（金属製反転ドーム１４０、板状中間部材１５０、弾性部材１６０、およびステム１３０）が収容された状態で、凹部１１０Ｂの上部開口を閉塞する。
　例えば、フレーム１２０は、金属板がプレス加工等の加工方法によって加工されることにより形成される。上面視にて、フレーム１２０の中央には、ステム１３０の操作部１３１を上方に突出させるための、円形の開口部１２０Ａが形成されている。また、フレーム１２０の外周縁部における左右一対の辺の各々には、下方に垂下したフック１２０Ｂが設けられている。フック１２０Ｂは、開口部１２０Ｂａを有しており、当該開口部１２０Ｂａ内にハウジング１１０の側面に設けられた爪部１１１が嵌め込まれる。これにより、フック１２０Ｂは、ハウジング１１０に対してフレーム１２０を固定することができる。
　（押圧入力装置１００の動作）
　図４は、一実施形態に係る押圧入力装置１００の動作を説明するための図である。
　一実施形態に係る押圧入力装置１００は、図４（ａ）に示すように、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作がなされていないとき、弾性部材１６０が上方に凸状の初期状態であるとともに、金属製反転ドーム１４０が上方に凸状の初期状態である。このため、金属製反転ドーム１４０は、周辺固定接点１１３には接触しているが、中央固定接点１１２には接触していない。すなわち、周辺固定接点１１３と中央固定接点１１２とが互いに導通していない。このため、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作がなされていないとき、スイッチオフ状態となっている。
　そして、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、図４（ｂ）に示すように、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作がなされたとき、ステム１３０の押圧部１３３が、弾性部材１６０の頂部１６０Ａを押し下げる。これにより、弾性部材１６０が弾性変形しつつ、弾性部材１６０が板状中間部材１５０を押し下げ、さらに、板状中間部材１５０の押圧部１５１が、金属製反転ドーム１４０の頂部１４０Ａを押し下げることで、弾性部材１６０が弾性変形する。
　さらに、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、図４（ｃ）に示すように、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作の操作荷重が所定の閾値を超えたとき（すなわち、ステム１３０のストローク量がトップストローク量を超えたとき）、弾性部材１６０が完全に押し潰された状態になるとともに、金属製反転ドーム１４０の頂部１４０Ａが、凹状に弾性変形（反転動作）する。これにより、ステム１３０のストローク量がボトムストローク量となり、金属製反転ドーム１４０は、頂部１４０Ａの裏側の部分が、中央固定接点１１２と接触することで、中央固定接点１１２と電気的に接続される。
　その結果、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、金属製反転ドーム１４０を介して、中央固定接点１１２と周辺固定接点１１３とが互いに導通することで、スイッチオン状態となる。この際、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、金属製反転ドーム１４０の反転動作により、ステム１３０の押圧部１３３による押圧操作に対してクリック感を呈示できる。したがって、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、操作者に対して、スイッチオン状態に切り替わったことを触覚的に把握させることができる。
　なお、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、ステム１３０の押圧部１３３による押圧操作が解除されたとき、弾性部材１６０が自身の弾性力によって元の凸状に復帰するとともに、金属製反転ドーム１４０が自身の弾性力によって元の凸状に復帰する。その結果、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、スイッチオフ状態に復帰する。
　（押圧入力装置１００の反力特性）
　図５は、一実施形態に係る押圧入力装置１００の反力特性を示す図である。図５（ａ）は、単体の弾性部材１６０が下方に押し込まれたときの反力特性の一例を示す。図５（ｂ）は、単体の金属製反転ドーム１４０が下方に押し込まれたときの反力特性の一例を示す。図５（ｃ）は、単体の弾性部材１６０の反力特性と単体の金属製反転ドーム１４０の反力特性とが合成された反力特性の一例を示す。なお、図５に示す各グラフにおいて、縦軸は反力［Ｎ］を示し、横軸は押圧操作のストローク量［ｍｍ］を示す。
　図５（ｂ）に示すように、単体の金属製反転ドーム１４０が下方に押し込まれたときの反力特性は、初期位置から極大位置Ｎ１までは反力が単調増加し、極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までは反力が単調減少し、極小位置Ｎ２以降は反力が単調増加する第１反力特性となっている。
　また、図５（ａ）に示すように、単体の弾性部材１６０が下方に押し込まれたときの反力特性は、初期位置から極大位置Ｎ１まで反力が単調増加する第２反力特性となっている。但し、第２反力特性において、単体の弾性部材１６０の反力は、単体の金属製反転ドーム１４０の反力よりも急峻に増加する。
　そして、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、金属製反転ドーム１４０の上方に、弾性部材１６０が板状中間部材１５０を介して重ねて設けられており、且つ、弾性部材１６０が「金属製板バネ部材」からなるため、ステム１３０を下方に変位させたとき（すなわち、ステム１３０の操作部１３１による押圧操作がなされたとき、）の反力特性が、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に示す第１反力特性と図５（ａ）に示す第２反力特性とが合成された合成反力特性となっている。
　図５（ｃ）に示すように、上記合力反力特性は、初期位置から極大位置Ｎ１までは反力の増加が緩やかであり、極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までは反力の減少が急峻である。すなわち、上記合成反力特性は、極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までのストローク量（すなわち、金属製反転ドーム１４０の反転動作時における、ステム１３０のストローク量）が短い。
　例えば、図５（ｂ）に示すように、上記第１反力特性におけるトップストローク量をＳ２'とし、上記第１反力特性におけるボトムストローク量をＳ１'とする。
　また、図５（ａ）に示すように、上記第２反力特性におけるトップストローク量をＳ２とし、上記第１反力特性におけるボトムストローク量をＳ１とする。
　この場合、図５（ｃ）に示すように、上記合成反力特性におけるステム１３０のトップストローク量は（Ｓ２＋Ｓ２'）となり、上記合成反力特性におけるボトムストローク量は（Ｓ１＋Ｓ１'）となる。
　これにより、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、図５（ｃ）に示すように、上記合成反力特性における極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までのストローク量（（Ｓ１＋Ｓ１'）－（Ｓ２＋Ｓ２'））を、単体の金属製反転ドーム１４０における極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までのストローク量（Ｓ１'－Ｓ２'）よりも短くすることができ、よって、金属製反転ドーム１４０の反転動作時におけるステム１３０のストローク量のショートストローク化を実現することができる。例えば、図５（ｃ）に示す例では、金属製反転ドーム１４０の反転動作時におけるステム１３０のストローク量を約０．０３ｍｍすることが実現されている。
　その結果、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、図５（ｃ）に示すように、上記合成反力特性における極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までの反力の落ち込みを急激にすることができ、よって、切れ味のよい操作感触を操作者に呈示することができる。
　また、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、上記合成反力特性におけるオーバーストローク領域（極小位置Ｎ２以降の領域）においては、弾性部材１６０が殆ど撓まないために、当該オーバーストローク領域においても、ステム１３０のストローク量のショートストローク化を実現することができる。
　特に、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、図５（ｃ）に示すように、上記合成反力特性における極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までの反力の単位変位あたりの減少量を、上記第１反力特性における極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までの反力の単位変位あたりの減少量よりも大きくすることができる。
　これにより、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、上記合成反力特性における極大位置Ｎ１から極小位置Ｎ２までの反力の落ち込みを急激にすることができ、よって、切れ味のよい操作感触を操作者に呈示することができる。
　また、一実施形態に係る押圧入力装置１００において、単体の弾性部材１６０の上記第２反力特性は、反力が単体の金属製反転ドーム１４０の極大位置Ｎ１における反力と等しくなった後に、反力の単位変位あたりの増加量が急上昇する。上記第２反力特性の反力が単体の金属製反転ドーム１４０の極大位置Ｎ１における反力と等しくなった後に、弾性部材１６０が完全に押し潰された状態となり、それ以上撓まないためである。
　これにより、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、ステム１３０のストローク量のショートストローク化と、当該押圧入力装置１００全体の低背化との双方を実現することができる。
　また、一実施形態に係る押圧入力装置１００において、弾性部材１６０の上下方向（Ｚ軸方向）の寸法は、金属製反転ドーム１４０の上下方向（Ｚ軸方向）の寸法よりも小さい。
　これにより、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、当該押圧入力装置１００全体のさらなる低背化を実現することができる。
　また、一実施形態に係る押圧入力装置１００において、板状中間部材１５０は、弾性部材１６０が設置される平坦面１５０Ａを有する。
　これにより、一実施形態に係る押圧入力装置１００は、当該押圧入力装置１００全体のさらなる低背化を実現することができる。
　以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。
　本国際出願は、２０２２年９月２８日に出願した日本国特許出願第２０２２－１５４５７０号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。
　１００　押圧入力装置
　１１０　ハウジング（基台）
　１１０Ａ　上面
　１１０Ｂ　凹部
　１１０Ｂａ　底部
　１１１　爪部
　１１２　中央固定接点
　１１３　周辺固定接点
　１２０　フレーム
　１２０Ａ　開口部
　１２０Ｂ　フック
　１２０Ｂａ　開口部
　１３０　ステム（操作部材）
　１３１　操作部
　１３２　支持部
　１３３　押圧部
　１４０　金属製反転ドーム
　１４０Ａ　頂部
　１４１　脚部
　１５０　板状中間部材
　１５０Ａ　平坦面
　１５１　押圧部
　１６０　弾性部材（金属製板バネ部材）
　１６０Ａ　頂部（中心部）
　１６１　脚部（周辺部）

Claims (5)

  1. 　基台と、
    　前記基台の上方に設置された金属製反転ドームと、
    　前記金属製反転ドームの上方に設置された弾性部材と、
    　前記弾性部材の上方に設置され下方に変位可能に支持された操作部材とを備え、
    　単体の前記金属製反転ドームが下方に押し込まれたときの反力特性は、初期位置から極大位置までは反力が単調増加し、極大位置から極小位置までは反力が単調減少し、極小位置以降は反力が単調増加する第１反力特性となっており、
    　単体の前記弾性部材が下方に押し込まれたときの反力特性は、初期位置から反力が単調増加する第２反力特性となっており、
    　前記操作部材を下方に変位させたときの反力特性が、前記第１反力特性と前記第２反力特性を合成した合成反力特性となっている入力装置であって、
    　前記金属製反転ドームと前記弾性部材の間に、上面視で前記弾性部材よりも大面積の板状中間部材を設け、
    　前記弾性部材は、周辺部が前記板状中間部材に当接して中心部が前記板状中間部材から離隔する金属製板バネ部材からなることを特徴とする押圧入力装置。
  2. 　前記合成反力特性における極大位置から極小位置までの反力の単位変位あたりの減少量が、前記第１反力特性における極大位置から極小位置までの反力の単位変位あたりの減少量よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の押圧入力装置。
  3. 　単体の前記金属製板バネ部材の前記第２反力特性は、反力が単体の前記金属製反転ドームの極大位置における反力と等しくなった後に、反力の単位変位あたりの増加量が急上昇することを特徴とする請求項１記載の押圧入力装置。
  4. 　前記金属製板バネ部材の上下方向の寸法は、前記金属製反転ドームの上下方向の寸法よりも小さい、ことを特徴とする請求項１記載の押圧入力装置。
  5. 　前記板状中間部材は、前記金属製板バネ部材が設置される平坦面を有することを特徴とする請求項１記載の押圧入力装置。
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JP2003338231A (ja) * 2002-03-13 2003-11-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd プッシュオンスイッチ
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