特開 2022-171134 スイッチ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022171134

(43)【公開日】2022-11-11

(54)【発明の名称】スイッチ装置

(51)【国際特許分類】

   H01H 36/00 20060101AFI20221104BHJP

【ＦＩ】

H01H36/00 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021077578

(22)【出願日】2021-04-30

(71)【出願人】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】折戸 光雄

【テーマコード（参考）】

5G046

【Ｆターム（参考）】

5G046AA03

5G046AB02

5G046AE12

5G046AE13

(57)【要約】

【課題】電極と基板との間の安定した電気的接続を可能にするスイッチ装置を提供する。
【解決手段】スイッチ装置１は、基板５０と、操作ノブ１０と、導電部とを備えている。操作ノブ１０は、表面に電極１２を有している。操作ノブ１０は、基板５０に対して相対移動可能に支持されている。導電部は、基板５０に接触し、かつ操作ノブ１０に接触し、基板５０と電極１２とを電気的に接続する導通経路を形成している。導通経路は、導電性を有する材料で構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
表面に電極を有し、前記基板に対して相対移動可能に支持された操作ノブと、
前記基板に接触し、かつ前記操作ノブに接触し、前記基板と前記電極とを電気的に接続する導通経路を形成する導電部とを備え、
前記導通経路は、導電性を有する材料で構成されている、スイッチ装置。

【請求項2】

前記導電部は、前記操作ノブに向けて付勢された先端と、前記基板に向けて付勢された基端とを有する、請求項１に記載のスイッチ装置。

【請求項3】

前記操作ノブと前記導電部とは面接触し、
前記操作ノブは、前記基板に対して相対移動するときに前記導電部との接触面積が不変であるように構成されている、請求項１または２に記載のスイッチ装置。

【請求項4】

前記操作ノブの、前記導電部に接触する接触面が球面形状を有する、請求項３に記載のスイッチ装置。

【請求項5】

前記導電部の、前記操作ノブに接触する接触面が球面形状を有する、請求項４に記載のスイッチ装置。

【請求項6】

前記導電部は、金属スプリングを含み、前記金属スプリングは圧縮された状態で前記操作ノブと前記基板との間に配置されている、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。

【請求項7】

前記導通経路の少なくとも一部が、電気絶縁性の基材と、前記基材の内部に分散配置された導電性のフィラーとを含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のスイッチ装置。

【請求項8】

前記基材は樹脂材料である、請求項７に記載のスイッチ装置。

【請求項9】

前記基材はゴム材料である、請求項７に記載のスイッチ装置。

【請求項10】

前記導電部の前記先端を前記操作ノブとの間で圧縮し、前記導電部の前記基端を前記基板との間で圧縮する、押え部材をさらに備える、請求項２を引用する請求項９に記載のスイッチ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スイッチ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

各種の機器に対する入力を受け付けるスイッチが知られている。たとえば、特開２０２０－１２６７７９号公報（特許文献１）には、プッシュスイッチ装置が記載されている。上記文献に記載のプッシュスイッチ装置は、複数の押圧位置が設けられた操作ノブを備えている。操作ノブの下側の静電フィルムは、各押圧位置に対応した静電容量検出部を設けて構成され、静電容量の変化を検出する。操作ノブのいずれかの押圧位置が押圧操作されると、静電フィルムにより、どの押圧位置が操作されたかが検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１２６７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

人体と静電シート（電極）との間に形成される静電容量を基板で検出するスイッチ装置においては、電極と基板との間に安定した電気的接続を形成することが求められる。

【0005】

本開示では、電極と基板との間の安定した電気的接続を可能にする、スイッチ装置が提案される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従ったスイッチ装置は、基板と、操作ノブと、導電部とを備えている。操作ノブは、表面に電極を有している。操作ノブは、基板に対して相対移動可能に支持されている。導電部は、基板に接触し、かつ操作ノブに接触し、基板と電極とを電気的に接続する導通経路を形成している。導通経路は、導電性を有する材料で構成されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係るスイッチ装置によれば、電極と基板との間の安定した電気的接続を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態のスイッチ装置の構成を示す断面図である。

【図2】第２実施形態のスイッチ装置の構成を示す断面図である。

【図3】第３実施形態のスイッチ装置の構成を示す斜視図である。

【図4】図３に示されるスイッチ装置の断面図である。

【図5】導電ゴムの構成を示す斜視図である。

【図6】第４実施形態のスイッチ装置の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0010】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のスイッチ装置１の構成を示す断面図である。図１に示されるスイッチ装置１は、たとえば、乗用車などの車両に搭載されている。スイッチ装置１は、たとえば、車室内前方のインストルメントパネルに配置されている。スイッチ装置１は、たとえば、車室内の温度調整をするための空調装置を作動させるために操作される。

【0011】

スイッチ装置１は、操作ノブ１０を備えている。操作ノブ１０はたとえば、回転中心Ｃを中心として揺動可能なトグルノブである。操作ノブ１０は、スイッチ装置１における、スイッチ装置１を操作する操作者によって操作される操作箇所である。

【0012】

操作ノブ１０は、表面に電極１２を有している。電極１２は、金属材料に代表される導電性の材料で形成されている。電極１２は、たとえばめっきにより形成されている。操作者が電極１２に接触することで、操作者と電極１２との間に静電容量が形成される。なお、電極１２は、導電性を有する材料で形成される場合に限らず、導電性を有さない材料で形成されていてもよい。導電性を有さない材料には、たとえば、樹脂が含まれる。

【0013】

後述する基板５０が、操作者と電極１２との間に形成された静電容量を検出することで、スイッチ装置１は操作者による入力操作を受け付ける。スイッチ装置１は、制御対象とする機器、たとえば空調装置、へのスイッチ操作を受け付ける。

【0014】

操作ノブ１０は、ベース部２０を有している。ベース部２０の先端を覆うように電極１２が設けられている。ベース部２０は、基端に凹部２２を有している。凹部２２の表面は球面形状に形成されている。ベース部２０、さらには操作ノブ１０は、支持構造６０によって移動可能に支持されている。

【0015】

スイッチ装置１は、第１導電部材３０を備えている。第１導電部材３０は、中実の筒状の軸部３４と、軸部３４の先端（図１においては左端）に設けられた球体部３２を有している。球体部３２の表面は、球面形状に形成されている。球体部３２は、軸部３４よりも大径に形成されている。

【0016】

球体部３２は、操作ノブ１０のベース部２０に形成された凹部２２内に嵌まるように配置されている。球体部３２の表面が、凹部２２の表面と面接触している。第１導電部材３０の、操作ノブ１０に接触する接触面が、球面形状を有している。操作ノブ１０の、第１導電部材３０に接触する接触面が、球面形状を有している。操作ノブ１０の凹部２２は、第１導電部材３０の球体部３２と係合する受け部としての機能を有している。球体部３２と凹部２２とは、これらが互いに係合する係合構造を形成している。

【0017】

操作ノブ１０のベース部２０と、第１導電部材３０とは、いずれも導電樹脂製である。導電樹脂は、電気絶縁性の基材と、基材の内部に分散配置された導電性のフィラーとを含んでいる。本実施形態においては、基材は樹脂材料である。フィラーとしては、たとえばカーボンブラック、金属粒子、カーボンナノチューブなどを用いることができる。

【0018】

操作ノブ１０のベース部２０と第１導電部材３０とは、いずれも導電樹脂製である場合に限らず、導電性を有する材料によって導通経路を構成できれば、どのような材料で構成されていてもよい。たとえば、操作ノブ１０のベース部２０と第１導電部材３０とを、金属材料で形成してもよい。操作ノブ１０のベース部２０と第１導電部材３０とを、金属によるメッキで形成してもよい。

【0019】

スイッチ装置１は、第２導電部材４０を備えている。第２導電部材４０は、収容穴４８の内部に配置されている。第２導電部材４０は、金属スプリングであり、導電性を有している。第２導電部材４０はコイルばねであり、その内部に第１導電部材３０の軸部３４が配置されている。第１導電部材３０と第２導電部材４０とは、実施形態の導電部を構成している。

【0020】

スイッチ装置１は、基板５０を備えている。導電部を構成する第２導電部材４０が基板５０に接触しており、第１導電部材３０が操作ノブ１０に接触している。導電部（第１導電部材３０および第２導電部材４０）と、操作ノブ１０のうちベース部２０とは、基板５０と電極１２とを電気的に接続する導通経路を形成している。

【0021】

操作ノブ１０は、回転中心Ｃを中心として、基板５０に対して相対移動可能とされている。回転中心Ｃは、凹部２２の表面を形成する球面の中心であり、かつ、球体部３２の表面を形成する球面の中心とされている。これにより操作ノブ１０は、基板５０に対して相対移動するときに、第１導電部材３０との接触面積が不変であるように構成されている。

【0022】

第２導電部材４０を構成する金属スプリングは、圧縮された状態で操作ノブ１０と基板５０との間に配置されている。金属スプリングの基端（図１においては右端）は、基板５０に向けて付勢されており、基板５０に押し付けられている。

【0023】

金属スプリングの先端（図１においては左端）は、第１導電部材３０の球体部３２に接触しており、第１導電部材３０を操作ノブ１０に向けて付勢している。第１導電部材３０を操作ノブ１０のベース部２０に押し付ける力を作用することによって、導電樹脂である第１導電部材３０およびベース部２０の互いのフィラー同士を接触させて、第１導電部材３０とベース部２０とが電気的に接続される構成とされている。

【0024】

以上の構成を備えている第１実施形態のスイッチ装置１では、操作者が操作ノブ１０を操作するときに操作者と電極１２との間に形成される静電容量が、基板５０で検出される。電極１２と基板５０とを電気的に接続する導通経路は、導電樹脂製のベース部２０と、導電樹脂製の第１導電部材３０と、金属製の第２導電部材４０とを含んでいる。電極１２とベース部２０とは互いに接触している。ベース部２０と第１導電部材３０とは互いに接触している。第１導電部材３０と第２導電部材４０とは互いに接触している。第２導電部材４０と基板５０とは互いに接触している。

【0025】

導通経路が空気層を介した静電容量結合を含んでいると、静電容量のばらつきが大きく、静電容量の安定した検出が困難になる。本実施形態のスイッチ装置１においては、導電性の部材同士が互いに接触することで、電極１２と基板５０との間の導通経路が形成されている。スイッチ装置１は、電極１２と基板５０との間の安定した電気的接続を維持することができる。したがって、操作者と電極１２との間に形成される静電容量を、強い出力のまま基板５０へ伝えることができる。

【0026】

［第２実施形態］
図２は、第２実施形態のスイッチ装置１の構成を示す断面図である。図２に示される第２実施形態のスイッチ装置１では、操作ノブ１０のベース部２０の基端が、図１に示される凹部２２に替えて、凸部２８を有している。凸部２８の表面は球面形状に形成されている。第２実施形態のスイッチ装置１は、図１に示される第１導電部材３０を備えていない。金属スプリングである第２導電部材４０の内部に、ベース部２０の凸部２８が嵌まるように配置されている。

【0027】

第２実施形態では、第２導電部材４０が、基板５０に接触しかつ操作ノブ１０に接触する導電部を構成している。第２導電部材４０とベース部２０とが、基板５０と電極１２とを電気的に接続する導通経路を形成している。

【0028】

このような構成を備える第２実施形態のスイッチ装置１においても、導電性の部材同士が互いに接触することで電極１２と基板５０との間の導通経路が形成されているので、電極１２と基板５０との間の安定した電気的接続を維持することができる。

【0029】

［第３実施形態］
図３は、第３実施形態のスイッチ装置１の構成を示す斜視図である。図４は、図３に示されるスイッチ装置１の断面図である。第３実施形態のスイッチ装置１は、第１実施形態および第２実施形態で説明した導電樹脂製の第１導電部材３０および金属スプリングである第２導電部材４０に替えて、導電ゴム７０を備えている。導電ゴム７０は、電気絶縁性の基材と、基材の内部に分散配置された導電性のフィラーとを含んでおり、基材はゴム材料である。フィラーとしては、第１実施形態で説明した導電樹脂と同様に、カーボンブラック、金属粒子、カーボンナノチューブなどを用いることができる。

【0030】

図５は、導電ゴム７０の構成を示す斜視図である。図３～図５に示されるように、導電ゴム７０は板状の形状を有している。導電ゴム７０は柔軟性を有しており、湾曲した状態でスイッチ装置１に取り付けられている。導電ゴム７０は長手方向を有しており、長手方向の一方端である第１端７２と、長手方向の他方端である第２端７４とを有している。

【0031】

導電ゴム７０には、導電ゴム７０を厚み方向に貫通する貫通孔部７６，７８が形成されている。貫通孔部７６，７８は、導電ゴム７０の長手方向に並んで配置されている。貫通孔部７６は、貫通孔部７８よりも第１端７２に近く第２端７４から離れた位置に形成されている。貫通孔部７８は、貫通孔部７６よりも第２端７４に近く第１端７２から離れた位置に形成されている。

【0032】

図４に示されるように、導電ゴム７０の第１端７２は、操作ノブ１０のベース部２０に接触している。導電ゴム７０の第２端７４は、基板５０に接触している。第３実施形態では、導電ゴム７０が、基板５０に接触しかつ操作ノブ１０に接触する導電部を構成している。導電ゴム７０とベース部２０とが、基板５０と電極１２とを電気的に接続する導通経路を形成している。

【0033】

図３，４に示されるように、貫通孔部７６内に、押え部材８６が配置されている。導電ゴム７０の、第１端７２から貫通孔部７６までの範囲は、操作ノブ１０のベース部２０と押え部材８６との間に規定される領域内に配置されている。導電ゴム７０に応力が作用していない無負荷状態で、導電ゴム７０の長手方向における第１端７２から貫通孔部７６までの寸法が、操作ノブ１０のベース部２０と押え部材８６との間の距離よりも大きい。そのため、操作ノブ１０のベース部２０と押え部材８６との間に規定される領域内に配置されている導電ゴム７０の第１端７２から貫通孔部７６までの範囲は、長手方向の寸法を小さくするように圧縮されている。

【0034】

押え部材８６は、導電ゴム７０の先端の第１端７２から貫通孔部７６までの範囲を、操作ノブ１０との間で圧縮している。これにより、導電ゴム７０の先端の第１端７２から貫通孔部７６までの範囲は、操作ノブ１０に向けて付勢されている。

【0035】

貫通孔部７８内に、押え部材８８が配置されている。導電ゴム７０の、第２端７４から貫通孔部７８までの範囲は、基板５０と押え部材８６との間に規定される領域内に配置されている。導電ゴム７０に応力が作用していない無負荷状態で、導電ゴム７０の長手方向における第２端７４から貫通孔部７８までの寸法が、基板５０と押え部材８８との間の距離よりも大きい。そのため、基板５０と押え部材８８との間に規定される領域内に配置されている導電ゴム７０の第２端７４から貫通孔部７８までの範囲は、長手方向の寸法を小さくするように圧縮されている。

【0036】

押え部材８８は、導電ゴム７０の基端の第２端７４から貫通孔部７８までの範囲を、基板５０との間で圧縮している。これにより、導電ゴム７０の基端の第２端７４から貫通孔部７８までの範囲は、基板５０に向けて付勢されている。

【0037】

押え部材８６は、操作ノブ１０に設けられ、導電ゴム７０が係合する第１の係合部としての機能を有している。押え部材８８は、基板５０に設けられ、導電ゴム７０が係合する第２の係合部としての機能を有している。導電ゴム７０は、押え部材８６と押え部材８８との間に掛け渡されている。

【0038】

このような構成を備える第３実施形態のスイッチ装置１においても、導電性の部材同士が互いに接触することで電極１２と基板５０との間の導通経路が形成されているので、電極１２と基板５０との間の安定した電気的接続を維持することができる。

【0039】

導電ゴム７０の、長手方向における貫通孔部７６と貫通孔部７８との間の範囲は、図３，４に示されるスイッチ装置１に取り付けられた状態においても、圧縮されておらず、柔軟性を維持している。そのため、操作者が操作ノブ１０を操作するときの、操作ノブ１０の基板５０に対する相対移動に追従して、導電ゴム７０が変形することが可能である。柔軟な導電ゴム７０が操作ノブ１０の移動を阻害することがないので、操作者が操作ノブ１０を操作する操作感への影響がなく、操作者は快適にスイッチ装置１を操作することができる。

【0040】

［第４実施形態］
図６は、第４実施形態のスイッチ装置１の構成を示す断面図である。第４実施形態のスイッチ装置１は、第３実施形態と同様に、導電ゴム７０を備えている。導電ゴム７０の第１端７２は、操作ノブ１０のベース部２０に接触している。導電ゴム７０の第２端７４は、基板５０に接触している。導電ゴム７０は、ガイド部材８０によって位置決めされている。導電ゴム７０は、第１端７２から第２端７４にまで亘る導電ゴム７０の長手方向の全体が圧縮された状態で、基板５０と操作ノブ１０のベース部２０とを電気的に接続している。

【0041】

このような構成を備える第４実施形態のスイッチ装置１においても、導電性の部材同士が互いに接触することで電極１２と基板５０との間の導通経路が形成されているので、電極１２と基板５０との間の安定した電気的接続を維持することができる。

【0042】

以上のように実施形態について説明を行ったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0043】

たとえば、操作ノブ１０は、基板５０に対して相対移動可能なノブであればよい。操作ノブ１０は、実施形態で説明した、回転中心Ｃを中心として揺動可能なトグルノブに限られず、ロータリースイッチノブであってもよい。

【0044】

以上に説明した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例である。

【0045】

一態様に係るスイッチ装置１は、図１～図６に示されるように、基板５０と、操作ノブ１０と、導電部とを備えている。操作ノブ１０は、表面に電極１２を有している。操作ノブ１０は、基板５０に対して相対移動可能に支持されている。導電部は、基板５０に接触し、かつ操作ノブ１０に接触し、基板５０と電極１２とを電気的に接続する導通経路を形成している。導通経路は、導電性を有する材料で構成されている。

【0046】

このスイッチ装置１においては、導電性の部材同士が互いに接触することで、電極１２と基板５０との間の導通経路が形成されている。これにより、スイッチ装置１は、電極１２と基板５０との間の安定した電気的接続を維持することができる。

【0047】

上記のスイッチ装置１において、導電部は、操作ノブ１０に向けて付勢された先端と、基板５０に向けて付勢された基端とを有していてもよい。導電部の先端を操作ノブ１０に向けて付勢することで、導電部の先端を操作ノブ１０に確実に接触させることができ、導電部と操作ノブ１０との電気的接続を確保することができる。導電部の基端を基板５０に向けて付勢することで、導電部の基端を基板５０に確実に接触させることができ、導電部と基板５０との電気的接続を確保することができる。

【0048】

上記のスイッチ装置１において、操作ノブ１０と導電部とは面接触しており、操作ノブ１０は、基板５０に対して相対移動するときに導電部との接触面積が不変であるように構成されていてもよい。これにより、導電部と操作ノブ１０との電気的接続をより確実に維持することができる。

【0049】

上記のスイッチ装置１において、図１，２に示されるように、操作ノブ１０の、導電部に接触する接触面が球面形状を有してもよい。操作ノブ１０が球面上で導電部に接触することにより、操作ノブ１０が移動しても安定した接触面積を確保できる。

【0050】

上記のスイッチ装置１において、図１に示されるように、導電部の、操作ノブ１０に接触する接触面が球面形状を有してもよい。操作ノブ１０の球面と導電部の球面とが面接触することにより、操作ノブ１０は一定の接触面積を維持したまま動くことができ、安定した接触面積を確保できるので、導電部と操作ノブ１０との電気的接続をより確実に維持することができる。

【0051】

上記のスイッチ装置１において、図１，２に示されるように、導電部は、金属スプリングを含み、金属スプリングは圧縮された状態で操作ノブ１０と基板５０との間に配置されていてもよい。圧縮された状態の金属スプリングが、操作ノブ１０に向かう方向の付勢力と、基板５０に向かう方向の付勢力とを発生させる。したがって、導電部と操作ノブ１０との電気的接続を確保することができ、また、導電部と基板５０との電気的接続を確保することができる。

【0052】

上記のスイッチ装置１において、図１～図６に示されるように、導通経路の少なくとも一部が、電気絶縁性の基材と、基材の内部に分散配置された導電性のフィラーとを含んでいてもよい。導電性のフィラーを接触させて導電経路を形成することで、電極１２と基板５０との安定した電気的接続を維持することができる。

【0053】

上記のスイッチ装置１において、導通経路に含まれる基材は樹脂材料であってもよい。導電樹脂を用いて導通経路を形成することで、電極１２と基板５０との間の安定した電気的接続を維持することができる。

【0054】

上記のスイッチ装置１において、導通経路に含まれる基材はゴム材料であってもよい。導電ゴムを用いて導通経路を形成することで、電極１２と基板５０との間の安定した電気的接続を維持することができる。

【0055】

上記のスイッチ装置１において、図３，４に示されるように、導電部の先端を操作ノブ１０との間で圧縮し、導電部の基端を基板５０との間で圧縮する、押え部材８６，８８をさらに備えてもよい。圧縮された状態の導電部の先端が、操作ノブ１０に向かう方向の付勢力を発生させ、圧縮された状態の導電部の基端が、基板５０に向かう方向の付勢力を発生させる。したがって、導電部と操作ノブ１０との電気的接続を確保することができ、また、導電部と基板５０との電気的接続を確保することができる。

【符号の説明】

【0056】

１ スイッチ装置、１０ 操作ノブ、１２ 電極、２０ ベース部、２２ 凹部、２８ 凸部、３０ 第１導電部材、３２ 球体部、３４ 軸部、４０ 第２導電部材、４８ 収容穴、５０ 基板、６０ 支持構造、７０ 導電ゴム、７２ 第１端、７４ 第２端、７６，７８ 貫通孔部、８０ ガイド部材、８６，８８ 押え部材、Ｃ 回転中心。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】