(57)【要約】【課題】操作部を操作するときの節度感を消失することなく電極部の回路基板に対する接続作業性を高めること。【解決手段】操作ボタン７が押圧操作されることに基づいてばね部２３の断面形状Ｈｓｅｃが円弧面状から平面状に弾性的に変形し、ばね部２３の断面形状Ｈｓｅｃが変化するときに操作ボタン７の操作力が大きく変動する。このため、使用者が操作ボタン７を操作するときの節度感をばね部２３の断面形状Ｈｓｅｃの変化から得ることができるので、タクトスイッチ１１に節度感を得るための反発力を持たせる必要がなくなる。従って、脚部４をプリント配線基板１に直接的に半田付けすることに基づいて電極部３をプリント配線基板１に電気的に接続することができるので、電極部３のプリント配線基板１に対する接続作業性が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に電気的および機械的に接続された導電性の脚部と、
前記脚部に設けられ、前記回路基板に隙間を介して対向する導電性の電極部と、
使用者が手指で操作するためのものであって前記電極部を覆う非導電性の操作部と、
前記脚部に設けられ、使用者が前記操作部を操作するときの操作力で弾性変形することに基づいて前記操作部が前記回路基板側へ移動することを許容するばね部と、
前記操作部が前記回路基板側へ移動することに基づいて状態が変化するスイッチとを備え、
前記ばね部は、前記操作部に操作力が加えられたときにばね定数が第１のばね定数から第１のばね定数とは異なる第２のばね定数に変わるように断面形状が弾性的に変化するものであることを特徴とするスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は使用者の手指が触れたことを検出するための電極部を有するスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記スイッチ装置には、図７に示すように、使用者の手指１００が操作部１０１に触れたことを手指１００および電極部１０２相互間の静電容量の変化として検出する構成のものがある。この構成の場合には電極部１０２がフィルム状のフレキシブル基板１０３を介して回路基板１０４に電気的および機械的に接続されており、使用者が操作部１０１に手指を触れたまま操作部１０１を押圧操作したときには操作部１０１が電極部１０２と共に下降し、タクトスイッチ１０５が操作部１０１によって操作される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記スイッチ装置の場合には操作部１０１を押圧操作するときの操作力が操作途中で大きく変化する節度感をタクトスイッチ１０５の反発力によって生成している。このため、電極部１０２および回路基板１０４相互間を接続する接続手段として操作部１０１の操作力に大きな影響を与えないフィルム状のフレキシブル基板１０３を選定する必要が生じるので、電極部１０２およびフレキシブル基板１０３相互間を半田付けした後にフレキシブル基板１０３を回路基板１０４に半田付けする手間が必要になる。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、操作部を操作するときの節度感を消失することなく電極部の回路基板に対する接続作業性の向上を図り得るスイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のスイッチ装置は、回路基板に電気的および機械的に接続された導電性の脚部と、前記脚部に設けられ前記回路基板に隙間を介して対向する導電性の電極部と、使用者が手指で操作するためのものであって前記電極部を覆う非導電性の操作部と、前記脚部に設けられ使用者が前記操作部を操作するときの操作力で弾性変形することに基づいて前記操作部が前記回路基板側へ移動することを許容するばね部と、前記操作部が前記回路基板側へ移動することに基づいて状態が変化するスイッチとを備えたものであり、前記操作部に操作力が加えられたときに前記ばね部のばね定数が第１のばね定数から第１のばね定数とは異なる第２のばね定数に変わるように前記ばね部の断面形状が弾性的に変化するところに特徴を有している。
【発明の効果】
【０００６】
使用者が操作部を操作したときにはばね部が弾性変形することに基づいて操作部が回路基板側へ移動し、操作部が回路基板側へ移動することに基づいてスイッチの状態が変化する。この操作部の操作途中でばね部のばね定数が第１のばね定数から第２のばね定数に変わるようにばね部の断面形状が弾性的に変化し、ばね部の断面形状が変化するときに操作部の操作力が大きく変動する。このため、使用者が操作部を操作するときの節度感をばね部の断面形状の変化から得ることができるので、スイッチに節度感を得るための反発力を持たせる必要がなくなる。従って、脚部を回路基板にフィルム状のフレキシブル基板を介することなく直接的に半田付けすることに基づいて電極部を回路基板に電気的に接続することができるので、電極部の回路基板に対する接続作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
【実施例１】
【０００８】
プリント配線基板１には、図１に示すように、センサ電極２が搭載されている。このセンサ電極２は導電性の金属板を材料に形成されたものであり、電極部３および脚部４を有している。電極部３はプリント配線基板１に隙間を介して対向する水平な板状をなすものであり、脚部４はプリント配線基板１に対して直交する垂直な板状をなしている。この脚部４の先端部には端子部５が形成されており、端子部５はプリント配線基板１のスルーホール６内に挿入されている。この端子部５は脚部４に比べて幅寸法が小さなピン状をなすものであり、プリント配線基板１に半田付けされることに基づいて機械的に接続されている。このプリント配線基板１には回路パターンが形成されており、端子部５はプリント配線基板１に半田付けされることに基づいてプリント配線基板１の回路パターンに電気的に接続されている。このプリント配線基板１は回路基板に相当するものである。
【０００９】
センサ電極２には操作ボタン７が接合されている。この操作ボタン７は非導電性の合成樹脂を材料に形成されたものであり、センサ電極２は操作ボタン７を成形するための成形型内にセンサ電極２を収納した状態で成形型内に溶融樹脂を注入することに基づいて操作ボタン７に一体化されている。この操作ボタン７は操作部８とカバー部９とアーム部１０を有している。操作部８は使用者が手指を触れるための水平な板状の部分を称するものであり、センサ電極２の電極部３は操作部８によって覆われている。カバー部９は操作部８の左端部から下方へ垂直に延びる板状の部分を称するものであり、センサ電極２の脚部４はカバー部９によって上半部が覆われている。アーム部１０は操作部８の右端部から下方へ垂直に延びる板状の部分を称するものであり、プリント配線基板１にはアーム部１０の延長上に位置してタクトスイッチ１１が搭載されている。このタクトスイッチ１１はスイッチに相当するものである。
【００１０】
タクトスイッチ１１はゴムを材料に形成されたものであり、ベース部１２とホルダ部１３とベロー部１４を有している。ベース部１２はタクトスイッチ１１の下端部に位置する円環状の部分を称するものであり、タクトスイッチ１１はベース部１２をプリント配線基板１に接合することに基づいて固定されている。ホルダ部１３はアーム部１０の下端面に対向する円柱状の部分を称するものであり、使用者が操作ボタン７の操作部８を押圧操作したときにはセンサ電極２が弾性変形することに基づいて操作ボタン７のアーム部１０がホルダ部１３を押圧する。ベロー部１４はベース部１２およびホルダ部１３相互間を接続する部分を称するものであり、ホルダ部１３からベース部１２へ向うに従って直径寸法が大きくなる円筒状をなしている。
【００１１】
タクトスイッチ１１のホルダ部１３にはベロー部１４の内部に位置して可動コンタクト１５が接合されており、可動コンタクト１５には一対の固定コンタクト１６が対向配置されている。これら両固定コンタクト１６のそれぞれはプリント配線基板１に接合されたものであり、操作ボタン７のアーム部１０からタクトスイッチ１１のホルダ部１３に操作力が作用していないときには可動コンタクト１５がベロー部１４の弾性力で両固定コンタクト１６のそれぞれから離間した状態に保持されている。このタクトスイッチ１１のオフ状態で操作ボタン７の操作部８に操作力が作用したときには操作ボタン７のアーム部１０がタクトスイッチ１１のホルダ部１３を押圧し、タクトスイッチ１１のベロー部１４が弾性変形することに連動して可動コンタクト１５が下降し、可動コンタクト１５が両固定コンタクト１６のそれぞれに接触することに基づいて両固定コンタクト１６相互間が可動コンタクト１５を介して導通する。このタクトスイッチ１１のオン状態で操作ボタン７の操作部８から操作力が除去されたときにはベロー部１４が弾性復帰することに連動して可動コンタクト１５が上昇し、可動コンタクト１５が両固定コンタクト１６のそれぞれから離間したオフ状態に復帰する。
【００１２】
プリント配線基板１には、図２に示すように、センサ回路１７が搭載されている。このセンサ回路１７は使用者の手指１００が操作ボタン７の操作部８に触れたことを手指１００およびセンサ電極２相互間の静電容量の変化として検出するものであり、発振回路１８と負荷抵抗１９とセンサ電極２と検波回路２０とオペアンプ２１を有している。発振回路１８は一定レベルの高周波信号Ｖｏを出力するものであり、発振回路１８から出力された高周波信号Ｖｏは負荷抵抗１９を通して検波回路２０に検出信号Ｖｃとして与えられる。この検波回路２０は検出信号Ｖｃの検波および平滑のそれぞれを行うものであり、ダイオードおよびコンデンサを有している。この検波回路２０から出力された検出信号Ｖｃはオペアンプ２１に与えられる。このオペアンプ２１は検出信号Ｖｃの増幅およびオフセットのそれぞれを行うものであり、オペアンプ２１からの出力信号Ｖｏｕｔは制御回路に与えられる。
【００１３】
センサ回路１７にはコンデンサ２２がプリント配線基板１の回路パターンを介して接続されている。このコンデンサ２２は使用者の手指１００およびセンサ電極２の電極部３の双方から形成されるものであり、使用者の手指が操作ボタン７の操作部８に触れているときには発振回路１８から発振された高周波信号Ｖｏがコンデンサ２２のインピーダンスおよび負荷抵抗１９の両者に分圧されるので、使用者の手指１００が操作ボタン７の操作部８に触れていないときに比べて検出信号Ｖｃのレベルが小さくなる。このため、オペアンプ２１を通して出力される出力信号Ｖｏｕｔのレベルが小さくなり、使用者の手指１００が操作ボタン７の操作部８に触れていないときに比べてレベルが小さな出力信号Ｖｏｕｔがオペアンプ２１から制御回路に与えられる。
【００１４】
制御回路は出力信号Ｖｏｕｔのレベルを予め決められた基準レベルＶｂａｓｅと比較するものであり、「Ｖｏｕｔ＜Ｖｂａｓｅ」を検出することに基づいて使用者の手指１００が操作ボタン７の操作部８に触れていると判定し、「Ｖｏｕｔ≧Ｖｂａｓｅ」を検出することに基づいて使用者の手指１００が操作ボタン７の操作部８に触れていないと判定する。この制御回路には両固定コンタクト１６のそれぞれが接続されており、制御回路は使用者の手指１００が操作ボタン７の操作部８に触れていると判定している状態で両固定コンタクト１６相互間が導通したことを検出することに基づいてタクトスイッチ１１が操作されたことを有効に判定する。
【００１５】
センサ電極２の脚部４には、図１に示すように、ばね部２３が形成されている。このばね部２３は操作ボタン７のカバー部９から露出した湾曲部分を称するものであり、破断線Ｘｖに沿う断面形状Ｖｓｅｃおよび破断線Ｘｈに沿う断面形状Ｈｓｅｃのそれぞれが円弧面状に設定されている。このばね部２３は使用者が操作ボタン７の操作部８を押圧操作するときに操作力Ｆが集中する部分であり、使用者が操作ボタン７の操作部８を押圧するときにはばね部２３が弾性変形することに基づいて操作ボタン７が下降し、タクトスイッチ１１のホルダ部１３が操作ボタン７のアーム部１０によって操作される。
【００１６】
図３は使用者が操作ボタン７をタクトスイッチ１１のオフ状態で下方へ真直ぐに操作するときの操作曲線αを示すものであり、操作曲線αは操作ボタン７の操作力Ｆおよび操作ボタン７の操作ストロークＳの相関関係を示している。この操作曲線αはばね部２３が第１のばね定数ｋ１で弾性変形する第１の操作段階Ｓ１とばね部２３のばね定数が第１のばね定数ｋ１から第２のばね定数ｋ２に切換わる第２の操作段階Ｓ２とばね部２３が第２のばね定数ｋ２で弾性変形する第３の操作段階Ｓ３から構成されている。
【００１７】
第１の操作段階Ｓ１はばね部２３の水平方向の断面形状Ｈｓｅｃが初期の円弧面状に保たれた段階であり、第１の操作段階Ｓ１ではばね部２３のばね定数が断面形状Ｈｓｅｃに応じた第１のばね定数ｋ１に設定される。この第１の操作段階Ｓ１では操作ボタン７の操作ストロークＳが大きくなることに比例してばね部２３の弾性復元力が大きくなるので、操作ボタン７の操作力Ｆが大きくなる。
【００１８】
第２の操作段階Ｓ２はばね部２３の水平方向の断面形状Ｈｓｅｃが初期の円弧面状から平面化されるようにばね部２３が弾性変形する段階である。この第２の操作段階Ｓ２では操作ボタン７の操作力Ｆが第１の操作段階Ｓ１での上限値Ｆｍａｘから下降するので、使用者が操作ボタン７を操作する操作感に第１の操作段階Ｓ１とは異なる節度感が生成される。タクトスイッチ１１の可動コンタクト１５は第２の操作段階Ｓ２の途中で両固定コンタクト１６のそれぞれに接触するものであり、使用者は操作ボタン７を節度感が得られるまで操作することに基づいてタクトスイッチ１１をオフ状態からオン状態に切換えることができる。
【００１９】
第３の操作段階Ｓ３はばね部２３の水平方向の断面形状Ｈｓｅｃが変形後の平面状に保たれた段階であり、第３の操作段階Ｓ３ではばね部２３のばね定数が断面形状Ｈｓｅｃに応じた第２のばね定数ｋ２に設定される。この第３の操作段階Ｓ３では操作ボタン７の操作ストロークＳが大きくなることに比例してばね部２３の弾性復元力が大きくなるので、操作ボタン７の操作力Ｆが大きくなる。
【００２０】
上記実施例１によれば次の効果を奏する。
ばね部２３の水平方向の断面形状Ｈｓｅｃを円弧面状および平面状相互間で弾性変形させたので、ばね部２３の断面形状Ｈｓｅｃが変化するときに操作ボタン７の操作力Ｆが大きく変動するようになる。このため、使用者が操作ボタン７を操作するときの節度感をばね部２３の断面形状Ｈｓｅｃの変化から得ることができるので、タクトスイッチ１１に節度感を得るための反発力を持たせる必要がなくなる。従って、センサ電極２の脚部４をプリント配線基板１にフィルム状のフレキシブル基板１０３を介することなく直接的に半田付けすることに基づいてセンサ電極２の電極部３をプリント配線基板１に電気的に接続することができるので、電極部３のプリント配線基板１に対する接続作業性が向上する。しかも、ばね部２３の断面形状Ｈｓｅｃに応じて操作曲線αを調整することができるので、Ｆ−Ｓ特性（操作ボタン７の操作力Ｆおよび操作ストロークＳ相互間の関係）を設定するときの自由度が向上する。さらに、フレキシブル基板１０３が不要になるので、部品点数が少なくなる。これと共にフレキシブル基板１０３が繰返し応力で破断することがなくなるので、機械的な耐久性が向上する。
【実施例２】
【００２１】
センサ電極２の電極部３には、図４に示すように、２本の脚部４が形成されており、各脚部４の下端部には端子部５が形成されている。これら各端子部５はプリント配線基板１のスルーホール６内に挿入されたものであり、プリント配線基板１に半田付けされている。センサ電極２の一方の脚部４にはばね部２３が形成され、他方の脚部４にはばね部２４が形成されている。このばね部２４は断面形状Ｖｓｅｃが円弧面状に設定され、断面形状Ｈｓｅｃが平面状に設定されたものであり、ばね部２４の断面形状Ｈｓｅｃは操作ボタン７が操作されたときであっても平面状に保たれる。このばね部２４は操作ボタン７を操作するときの節度感の生成に寄与しないものであり、操作ボタン７を操作するときの節度感はばね部２３の断面形状Ｈｓｅｃが円弧面状から平面状に変化することに基づいて得られる。
【００２２】
上記実施例２においては、センサ電極２に３本以上の脚部４を形成しても良い。この場合、１本の脚部４のみに節度感を生成するためのばね部２３を形成し、残りの複数の脚部４のそれぞれには節度感の生成に寄与しないばね部２４を形成すると良い。
【実施例３】
【００２３】
センサ電極２の脚部４には、図５に示すように、水平な支え部２５が形成されており、支え部２５には端子部５が形成されている。この端子部５はプリント配線基板１のスルーホール６内に挿入されたものであり、支え部２５と共にプリント配線基板１に半田付けされている。この支え部２５は幅寸法Ｗｓが脚部４の幅寸法Ｗｋに比べて大きく設定されたものであり、脚部４は支え部２５がプリント配線基板１に接触することに基づいて起立した正規姿勢に保持されている。
【００２４】
上記実施例３においては、センサ電極２にばね部２３を有する１本の脚部４およびばね部２４を有する１本の脚部４の合計２本を形成し、２本の脚部４のそれぞれに支え部２５を形成しても良い。
【実施例４】
【００２５】
センサ電極２の脚部４には、図６に示すように、水平な支え部２６が形成されている。この支え部２６は幅寸法Ｗｓが脚部４の幅寸法Ｗｋに比べて大きく設定されたものであり、脚部４は支え部２６がプリント配線基板１に接触することに基づいて起立した正規姿勢に保持されている。この支え部２６の両端部のそれぞれには端子部５が形成されている。これら各端子部５はプリント配線基板１のスルーホール６内に挿入されたものであり、プリント配線基板１に半田付けされている。
【００２６】
上記実施例４においては、センサ電極２にばね部２３を有する１本の脚部４およびばね部２４を有する１本の脚部４の合計２本を形成し、２本の脚部４のそれぞれに支え部２６を形成しても良い。
【００２７】
上記実施例１〜４のそれぞれにおいては、ばね部２３の水平方向の断面形状Ｈｓｅｃを三角形状および平面状相互間で弾性変形させても良い。
上記実施例１〜４のそれぞれにおいては、操作ボタン７のアーム部１０に可動コンタクト１５を直接的に接合し、操作ボタン７が操作されることに基づいて可動コンタクト１５をプリント配線基板１の両固定コンタクト１６のそれぞれに接触させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施例を示す図（ａはスイッチ装置を示す断面図、ｂはばね部を示す断面図）
【図２】センサ回路を示す図
【図３】操作曲線を示す図
【図４】本発明の実施例２を示す図（センサ電極を示す図）
【図５】本発明の実施例３を示す図（センサ電極の接続状態を示す図）
【図６】本発明の実施例４を示す図（センサ電極の接続状態を示す図）
【図７】従来例を示す図（スイッチ装置を示す断面図）
【符号の説明】
【００２９】
１はプリント配線基板（回路基板）、３は電極部、４は脚部、８は操作部、１１はタクトスイッチ（スイッチ）、２３はばね部を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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