変形可能な曲面状接触要素を有する押しボタンスイッチ

本発明は、変形可能な曲面状接触要素を有する押しボタンスイッチに関し、特にノーマルオープンとノーマルクローズとの両方の状態とできるこのようなスイッチに関する。

半球状接触要素等の変形可能な曲面状接触要素を備える押しボタンスイッチが、変形可能接触要素の変形によって、一組の端子点と他の一組の端子点との間で電気的接続を生じさせることが求められる多くの用途において用いられている。典型的には、端子点は、変形可能接触要素の縁部に沿った位置と、接触要素が凹面の下方の中心位置とに配置され、これにより、変形可能接触要素に対する圧力を加えることで接触を生じさせることができる。このようなスイッチは、例えば安全ボタンが押され続けている間に動作する機器、又はボタンが押されたときに信号を生成する機器に用いることができる。このような信号は、例えば注意を喚起するよう用いる音声信号とすることができ、又は他の組のイベントを開始させるよう構成された信号とすることもできる。

上述した安全ボタン等の特定の用途では、機器のユーザがボタンを押すのを止めた後であっても、ボタンが押された状態が誤って継続される虞がある。このような機器における任意選択的な機能として、ノーマルオープンの出力と、ノーマルクローズの出力の両方の出力を検査して、ボタンが押されているか否かを判断することも考えられる。

このため、押しボタンスイッチの改良が望まれている。特に、押しボタンスイッチの信頼性を高めることが求められている。

特開2005−340154号公報

本発明の一の目的は、ノーマルオープンとノーマルクローズの両方の状態とできる押しボタンスイッチを提供することにある。

また本発明の他の目的は、現在知られているスイッチよりも高い安全性を備えた押しボタンスイッチを提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、従来技術に代わり得る押しボタンスイッチを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

したがって、本発明の一面においては、上記及びその他の目的を、第一凸状曲面と、その背面である第二凹状曲面とを有する変形可能接触要素を備える押しボタンスイッチを提供することで達成しようとするものである。この押しボタンスイッチは、 −少なくとも一の第一端子点が、変形可能接触要素の縁部に隣接して配置されると共に、電気的に接続されており、少なくとも二つの第二端子点(2)が備えられており、前記第二端子点(2)の少なくとも一が、変形可能接触要素の縁部から離間して、変形可能接触要素の第一凸状曲面と電気的に接続可能に、配置されており、変形可能接触要素は、少なくとも一の第二端子点(2)が他の少なくとも一の第二端子点(2)から電気的に絶縁されるよう配置される絶縁領域(13)を備えており、少なくとも一の第三端子点が、変形可能接触要素の第二凹状曲面に電気的に接続可能であり、且つ第二凹状曲面によって形成される空間内に変形可能接触要素の縁部から離間して位置するよう、配置されており、使用時において、変形可能接触要素が、変形可能接触要素が作動されておらず、少なくとも一の第一端子点を少なくとも一の第二端子点と接続させ、少なくとも一の第三端子点と少なくとも一の第一端子点との間の接触と、少なくとも一の第三端子点と少なくとも一の第二端子点との間の接触と、のいずれも生じていない第一状態と、変形可能接触要素が作動されており、少なくとも一の第一端子点を少なくとも一の第三端子点と接続させ、少なくとも一の第二端子点と少なくとも一の第一端子点との間の接触と、少なくとも一の第二端子点と少なくとも一の第三端子点との間の接触と、のいずれも生じていない第二状態とを取ることができる。

また、このような構成を有するスイッチは、ノーマルオープンとノーマルクローズとの両方の状態とできる押しボタンスイッチともいう。ここで「ノーマル」とは、スイッチが作動されていない状態をいう。つまり、接触要素が変形していない状態にある状態をいう。上述のように端子点をグループ化することにより、少なくとも一の第一端子点と少なくとも一の第二端子点との間の接続に関しては、スイッチはノーマルクローズとなり、少なくとも一の第三端子点と、少なくとも一の第一端子点の間の接続及び少なくとも一の第二端子との間の接続に関しては、ノーマルクローズとなる。このことは、以下の図面の説明から明らかとなる。

端子点は、好ましくはプリント基板等の電気回路に固定され、接続されるよう構成される。また一個から所望の任意数にわたるスイッチを、任意の用途に用いることができる。なお「固定」とは、全く移動しないことを意味しない。例えば、少なくとも一部の数の端子点を、スイッチが作動されたとき多少変形する、弾性変形可能な材料に配置できる。

変形可能接触要素を、その厚み全体にわたって電気的導電材料で形成できる。あるいは変形可能接触要素を、ニッケルや銅等の導電材料で覆われたシリコーンやPE等の絶縁材料で形成できる。さらに他の態様では、導電粒子を充填したゴム材料で形成された変形可能接触要素とすることもできる。これにより、接触が、その実際の構成に応じて機械的且つ/又は電気的接触となる。

本発明のある態様においては、変形可能接触要素の第一凸状曲面及び第二凹状曲面は、二重曲率を有する面、すなわち2つの方向に曲がっている面を有する。例えば変形可能接触要素は、半球状等のドーム状とすることができる、又は二つの垂直な方向に異なる曲率を有することができる。半球状の場合には、どの向きであっても装着できるという利点がある。一方、非対称形状は、変形可能接触要素を特定の向きに確実に配置する場合に、例えば以下に説明する絶縁領域を有する態様に対して好ましい。

また変形可能接触要素は、一の方向には線形であり、他の方向には曲がっている第一凸状曲面及び第二凹状曲面を有することができる。変形可能接触要素を、例えば導電材料のストリップを曲げ等により曲面状とした態様とできる。ストリップ材料等として形成された変形可能接触要素を有するスイッチは、スイッチを幅方向に狭くできるので、空間が制限される用途において有用である。

変形可能接触要素を、第一状態から第二状態へと作動器によって変形させることができる。このような作動器は、例えば押しボタンスイッチに装着される作動可能な押しボタンキーとできる。あるいは、スイッチの一部ではない作動器によって変形可能接触要素を変形させるよう、スイッチを配置し構成することもできる。このような態様のどちらにおいても、任意の角度から、例えば図面の方向において上から又は横から、変形可能接触要素に力を印加することによって、変形可能接触要素を作動させるよう構成できる。

他の態様では、変形可能接触要素を、第一状態から第二状態へと圧縮空気によって変形させることができる。接触要素を変形させるために、圧縮空気、すなわち一般には気圧を用いることによって、不燃性気体を収容するタンクにおける過負荷センサとして用いることができる。

変形可能接触要素の第一凸状曲面及び第二凹状曲面が二重曲率を有する本発明の態様において、少なくとも一の第一端子点を、変形可能接触要素の縁部全体に沿った環状領域として形成できる。このような態様の目的は、例えば接触抵抗を低減する、すなわち高い電流を用いることを可能にすることにある。

あるいは、第一端子点を複数の別々の端子点として、対応する別々の点で変形可能接触要素と接続するように配置することもできる。第一凸状曲面及び第二凹状曲面が二重曲率を有する接触要素では、このような第一端子点を縁部に沿って均等に配置できる。例えば、ストリップ材料から形成される第一凸状曲面及び第二凹状曲面が、一の方向に線形である接触要素では、典型的には変形可能接触要素の直線状の移動しない縁部に沿ってのみ第一端子点を配置できる。

少なくとも一の第二端子点は、孔を有する少なくとも部分的に導電材料で形成されている面に配置されており、変形可能接触要素を前記孔を通じて第一状態から第二状態に変えるよう作動させることができる。このような面は、例えばスイッチの上部又はハウジングの一部とできる。なお導電面は必ずしも平面状でなくてもよく、例えばドーム状とできる。電気接続を生じさせるすべての点において、孔の形状を変形可能接触要素の形状と対応させるが、孔の縁部全体に沿って電気接続を生じさせることは必ずしも必要でない。例えば、変形可能接触要素が第一状態にあるとき、変形可能接触要素と孔の縁部全体に沿った面との間に電気的接触が生じるよう、又は電気的接触が孔の一部に沿ってのみ生じるよう、孔を形成できる。また変形可能接触要素の一部を、孔を通るよう延設させることもできる。あるいは、変形可能接触要素は、例えば平面状中央部を有する、又は変形可能接触要素の他の部分の曲がりとは反対方向の曲がりを有することもできる。これにより、スイッチの高さを最小限に抑えられる利点がある。

本発明のある態様では、少なくとも二つの第一端子点が備えられる。このような態様では、少なくとも一の第一端子点が他の少なくとも一の第一端子点から電気的に絶縁されるよう配置される絶縁領域を、変形可能接触要素が備えることができる。あるいは、又はこれと組み合わせて、少なくとも一の第二端子点が他の少なくとも一の第二端子点から電気的に絶縁されるように配置された絶縁領域を、変形可能接触要素が備えることができる。変形可能接触要素は、例えばニッケルや銅等の電気的導電材料で部分的に覆われたシリコーンやPE等の絶縁材料から形成された絶縁領域を有することができる。

次に本発明に係る押しボタンスイッチを、図面を参照してより詳細に説明する。なお図面は、本発明を実施する一例を示しており、添付した特許請求の範囲の請求項の範囲内で実施可能な他の態様を制限するものではない。

図1は、本発明に係る押しボタンスイッチの一例を示す断面図である。

図2は、第一状態における端子点と変形可能接触要素との配置関係を示す概略図である。

図3は、第二状態における変形可能接触要素を示す概略図である。

図4は、本発明の異なる実施態様において変形可能接触要素が異なる方向からどのように作動されるかを示す概略図であり、図4aにおいては上から作動され、図4bにおいては横から作動された状態を示す。

図5は、環状に形成された第一端子点又は第二端子点を示す概略図である。

図6は、どのように第一端子点及び第二端子点が別々に配置されているかの一例を示す概略図である。

図7は、変形可能接触要素が第二端子点を備える面における孔を通って延設される実施形態を概略的に示す断面図である。

図8は、変形可能接触要素の中央領域が平坦であり、第二端子点を備える面における孔を通って延設されていない実施形態を概略的に示す断面図である。

図9は、変形可能接触要素が第一面に又はその厚み全体にわたって絶縁領域を備えている本発明の実施態様を示す概略図であり、図9aは上面図、図9bは側面図である。

図10は、導電領域と絶縁領域とを有する変形可能接触要素の異なる設計の断面図を示す概略図である。

図11は、導電領域と絶縁領域とを有する変形可能接触要素の一の設計を概略的に示す上面図又は底面図である。

本発明に係る押しボタンスイッチ5は、例えば図1の断面図に示すような設計とできる。この押しボタンスイッチは、上部6と、本体7と、作動可能な押しボタンキーの態様とした作動器8を備える。さらに押しボタンスイッチは、以下に詳細に説明するように、変形可能接触要素4と、複数の固定端子点1,2,3を備える。

図2に示す通り、変形可能接触要素4は、第一凸状曲面9と、その背面である第二凹状曲面10とを有する。第一端子点1は、変形可能接触要素4の縁部11に隣接して配置されると共に、変形可能接触要素に電気的に接続されている。図に示す変形可能接触要素4の非作動状態において、第二端子点2は、変形可能接触要素4の縁部11から離間した位置で、変形可能接触要素4の第一面9と電気的に接続されるように配置される。また第三端子点3は、変形可能接触要素4の第二面10と電気的に接続可能に配置される。この第三端子点3は、変形可能接触要素4の凹状曲面10によって形成される空間内で、変形可能接触要素4の縁部11から離間して配置される。なお例示した実施形態においては、第三端子点は一つだけであるが、複数の第三端子点を有するスイッチも本発明の範囲に含まれる。さらに少なくとも一の第三端子点3を、変形可能接触要素4に関して必ずしも対称に配置する必要はない。

変形可能接触要素4は、図2及び図3にそれぞれ概略的に示す第一状態と第二状態を取る。第一状態は、変形可能接触要素4が作動せず、よって変形していない「ノーマル」状態とも呼ばれる。この第一状態において、変形可能接触要素4は第一端子点1を第二端子点2に接続している。一方、第三端子点3と第一端子点1との接触や、第三端子点3と第二端子点2との間の接触は、生じていない。したがって、このような構成を有する押しボタンスイッチ5は、ノーマルオープンとノーマルクローズの両方の状態とできる。本明細書において用いられる端子点の設計では、図2及び図3に示すスイッチ5は、第一端子点1と第二端子点2との間の接続に関しては、ノーマルクローズとなり、第三端子点3と、第一端子点1及び第二端子2との間の接続に関しては、ノーマルオープンとなる。

図3に示す第二状態では、変形可能接触要素4が作動されており、したがって変形して第一端子点1を第三端子点3に接続する。その一方で、第二端子点2と第一端子点1との接触や、第二端子点と第三端子点3との間の接触は、生じていない。

図2及び図3は概略的断面図であり、変形可能接触要素4の第一面9及び第二面10が二重曲率を有する、例えばドーム状の実施形態と、変形可能接触要素4の第一面9及び第二面10が一の方向には線形で、他の方向には曲がっている、例えばストリップ材料から形成された実施形態の両方を例示している。後者の場合において、変形可能接触要素4は、紙面に垂直な方向には線形である。

図1に示す押しボタンスイッチ5において、押しボタンスイッチ5の一部である作動可能な押しボタンキーの態様の作動器8によって、変形可能接触要素4は第一状態から第二状態へと変形される。このようなキーは、例えば手動で作動させることができる。また作動器8は、自動システム又は半自動システムの一部とすることもできる。例えば押しボタンスイッチを、空気駆動システムにおける正しい位置をチェックするために用いることができる。また、例えばピストンが所望の動作範囲から外れた場合の回路遮断器として用いることもできる。原則として、変形可能接触要素4を変形させるあらゆる方向に動くように、作動器8を配置できる。実用的には、変形可能接触要素は、図4a及び図4bに概略的にそれぞれ示す実施形態の配置方向に対して、圧力を上から、又は横から変形可能接触要素4に印加するように配置されることになる。使用時には、もちろん、押しボタンスイッチ5を、任意の方向に、例えば図示した構成に対して上下逆、又は90°回転して配置することもできる。

図5は、環状の第一端子点1の実施可能なレイアウトの上面図を概略的に示す。このような形状は、典型的には、ドーム状の変形可能接触要素4と組み合わせて用いられることになる。ドーム状の変形可能接触要素は、第一端子点1の環状領域が変形可能接触要素4の縁部全体11に沿って位置するよう、配置される。垂直な方向に異なる曲率を有する二重曲率の変形可能要素4では、これに対応して形状が一致する第一端子点1は楕円領域として形成されることになる。変形可能接触要素4のこれらの両方の形状では、あるいは図6に概略的に示す通り、第一端子点1を別々の第一端子点1として形成することもできる。図6は、四つの端子点1を示す。ただ本発明においては、端子点を必要とされる任意の数とできる。

少なくとも一の第一端子点1に関して説明したのと同様、少なくとも一の第二端子点2も、第一状態の場合に変形可能接触要素4に電気的に接続されるように配置された、環状面又は複数の別々の第二端子点2として形成することができる。

図7は、変形可能接触要素4が、少なくとも一部が導電材料である面における孔12を通って延設される実施形態を示す。作動器8を用いることによって孔を通じて押圧されることにより、変形可能接触要素4が作動されて、第一状態から第二状態に変化できる。図8は、変形可能接触要素4が孔12を通って延設されないように、頂部を平坦とした他の実施形態を示す。このような設計を、例えばスイッチ5の高さを極減するために採用することができる。

変形可能接触要素4全体が導電材料から形成されている場合、すべての第一端子点1は典型的には常に互いに接続されることになる。これに対応して、変形可能接触要素4が第一状態にある場合、すべての第二端子点2は典型的には互いに接続されることになり、変形可能接触要素4が第二状態にある場合、接続が切断される。

図9は、変形可能接触要素4が、第一面9にわたって配置される絶縁領域13と、第一状態において絶縁領域13によって互いから電気的に絶縁される二つの第二端子点2とを備える実施形態を示す。図9aは上面図であり、図9bは側面図である。絶縁領域13の両側に配置される場合、第一端子点1も電気的に切断されるよう、対応する絶縁領域13を第二面10に配置することもできる。これは、例えば変形可能接触要素4の厚み全体にわたって延設される絶縁領域を備えることにより達成される。このような構成は、例えばニッケルや銅等の導電層で、高分子材料の一以上の所定領域を覆うことにより達成される。ドーピング又はコーティングを行うことで変形可能要素の所定の領域を非導電性とすることにより、スイッチの可動部品の数を低減できる。

図10は、導電領域と絶縁領域とを有する変形可能接触要素4の異なる設計の断面図を概略的に示す。図10及び図11においては、導電材料を実線で示し、絶縁材料を点線で示している。図面に示す原理全体が満たされる限り、領域の実際の範囲を図面に示したものから変更できる。

図10aは、接触要素4の厚み全体にわたって延設されると共に、紙面に垂直な面において接触要素4全体にわたって延設される、帯状の態様の中央絶縁領域13を有する一層構造としての変形可能接触要素を示す。変形可能接触要素4の他の部分は、導電材料で形成されており、互いから電気的に分離されている二つの領域14を形成している。このような設計は、例えば二つの高分子材料であって、一方が導電性粒子を含む高分子材料を射出する射出成形によって達成される。

図10bは、二つの領域14の両面にわたって配置された、電気的導電材料を有する絶縁要素で構成された変形可能接触要素4を示す。これにより、変形可能要素4の厚み全体にわたって延設される絶縁中央部13が形成される。それぞれの領域14において、二つの導電層間の電気的接触が生じるように、絶縁要素の導電材料間に配置されている部分に孔が形成される。

図10cは、導電性上部層から形成された金属ドーム等の変形可能要素4を示す。絶縁膜が、例えば高分子膜の態様で、金属ドーム直ぐ下側に配置される。さらに下側では、二つの領域14が、例えば金属材料の層すなわち膜の態様の導電材料によって覆われる。これにより、中央絶縁領域13が、変形可能接触要素4の下部の第二面10に形成される。これに対応する方法で、絶縁領域13を上部の第一面9に形成することもできる。

図11は、導電領域と絶縁領域とを有する変形可能接触要素の他の設計の上面図又は底面図を概略的に示す。ここでは、変形可能接触要素の主要部分は導電材料から形成される。絶縁材料は、接触要素の限られた領域13に配置されており、また、絶縁領域13の一部もまた電気的導電材料14で覆われている。

本発明に係る押しボタンスイッチは、原理的には、あらゆる大きさとすることができるが、典型的な大きさは10〜20mm程度の幅である。本体7及び上部6は、典型的には射出成形で形成される。また押しボタンスイッチは、典型的には全自動プロセス又は半自動プロセスで組み立てられる。さらに押しボタンスイッチを、別部品として形成したり、あるいは医療器具等の他の製品に組み込むこともできる。後者の場合は、図1に示した上部6は、典型的には省略されることになる。

以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、決して本発明を限定するよう解釈すべきでない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の請求項によって画定される。特許請求の範囲の記載において、「備える」や「備え」等の表現は、他の実施可能な要素又は工程の追加を否定するものではない。また、複数であること等を明示していない記載であっても、複数であることを否定するよう解釈されるものではない。また特許請求の範囲において使用した、図面に示した要素と対応する参照符号も、本発明の範囲を限定するよう解釈されるものではない。さらに、異なる請求項において記載された個々の特徴を組み合わせることで利点が得られる場合があり、これらの特徴を異なる請求項に記載していたとしても、特徴を組み合わせる可能性及び利点を否定するものではない。

1…第一端子点 2…第二端子点 3…第三端子点 4…変形可能接触要素 5…押しボタンスイッチ 6…上部 7…本体 8…作動器 9…第一凸状曲面 10…第二凹状曲面 11…縁部 12…孔 13…絶縁領域 14…電気的導電材料