特許 7651061 スイッチ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-14

(45)【発行日】2025-03-25

(54)【発明の名称】スイッチ装置

(51)【国際特許分類】

   H01H 13/14 20060101AFI20250317BHJP

   C03C 21/00 20060101ALI20250317BHJP

【ＦＩ】

H01H13/14 Z

C03C21/00 101

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024503272

(86)(22)【出願日】2023-02-24

(86)【国際出願番号】 JP2023006840

(87)【国際公開番号】W WO2023163128

(87)【国際公開日】2023-08-31

【審査請求日】2024-12-20

(31)【優先権主張番号】P 2022029745

(32)【優先日】2022-02-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003964

【氏名又は名称】日東電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】村重 毅

(72)【発明者】

【氏名】日野 高文

【審査官】井上 信

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－５９６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２９２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００３３９２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２１８６４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第５７４７７５７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ １３／００ － １３／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

強化ガラスからなるガラス層と、
前記ガラス層の裏面側に配置されたスイッチ部と、を有し、
前記ガラス層の厚さは、１００μｍ以上２００μｍ以下であり、
前記スイッチ部は、上下に可動する接点を含む複数の接点を備え、
前記ガラス層が押されると、前記ガラス層が弾性変形して複数の前記接点の導通と非導通とが切り替わる、スイッチ装置。

【請求項2】

前記ガラス層は、圧縮応力層を有する化学強化ガラスである、請求項１に記載のスイッチ装置。

【請求項3】

前記ガラス層は、圧縮応力が６００ＭＰａ以上である、請求項２に記載のスイッチ装置。

【請求項4】

前記ガラス層と前記スイッチ部との間にフレームが介在し、
前記フレームは、固定部と、固定部に対して弾性支持部で支持された可動部と、を有し、
前記ガラス層が押されると、前記ガラス層が弾性変形して前記可動部を可動させ、複数の前記接点の導通と非導通とが切り替わる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチ装置。

【請求項5】

前記ガラス層の裏面側に、前記ガラス層を支持する支持部を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチ装置。

【請求項6】

前記支持部は、前記スイッチ部の一部又は全部である、請求項５に記載のスイッチ装置。

【請求項7】

前記支持部は、前記スイッチ部の外側に配置される、請求項５に記載のスイッチ装置。

【請求項8】

前記ガラス層と前記スイッチ部との間に接合層が介在する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチ装置。

【請求項9】

前記ガラス層と前記スイッチ部との間に樹脂層が介在する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品のインプットの手法として電気的な接触を機械的に制御するスイッチが多く用いられている。このようなスイッチとして、例えば、特許文献１に示すタクトスイッチが挙げられる。この種のスイッチでは、摺動タイプのボタンはオン／オフを自己認識できるため、タッチ式に比べて誤動作を招かない特長を有すると考えられる。

【0003】

この種のスイッチの中でも、上下に可動する接点を備え、上下に摺動するスイッチは、柔軟性があって破損し難い樹脂を最表面に用いる。しかし、樹脂は、傷等により表面が劣化しやすく、溶剤等による清掃がしにくく、質感もあまりよくなく、強度も十分ではない。そこで、これらの問題を解消するスイッチ装置が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平０６－２０３６７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、上下に可動する接点を備えたスイッチ装置において、耐擦傷性、溶剤清掃性、及び質感を向上すると共に、十分な強度を有することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本スイッチ装置は、強化ガラスからなるガラス層と、前記ガラス層の裏面側に配置されたスイッチ部と、を有し、前記ガラス層の厚さは、１００μｍ以上２００μｍ以下であり、前記スイッチ部は、上下に可動する接点を含む複数の接点を備え、前記ガラス層が押されると、前記ガラス層が弾性変形して複数の前記接点の導通と非導通とが切り替わる。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、上下に可動する接点を備えたスイッチ装置において、耐擦傷性、溶剤清掃性、及び質感を向上すると共に、十分な強度を有することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係るスイッチ装置を例示する断面図（その１）である。

【図2】第１実施形態に係るスイッチ装置のフレームを例示する平面図である。

【図3】第１実施形態に係るスイッチ装置を例示する断面図（その２）である。

【図4】実施例及び比較例の条件及び結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

図１は、第１実施形態に係るスイッチ装置を例示する断面図（その１）である。図１に示すように、スイッチ装置１は、支持部１０と、接合層２０と、フレーム３０と、接合層４０と、樹脂層５０と、接合層６０と、ガラス層７０と、スイッチ部８０とを有している。なお、支持部１０、フレーム３０、接合層４０、樹脂層５０、及び接合層６０は、スイッチ装置１の必須の構成要素ではない。

【0011】

ガラス層７０の一方の面７０ａ側は、スイッチ装置１の最表面となる。支持部１０等の他の部材や他の層は、ガラス層７０の他方の面７０ｂ側（裏面側）に配置されている。スイッチ装置１は、例えば、配線基板上に実装される。

【0012】

ここで、スイッチ装置１の各部の材料等について説明する。

【0013】

［支持部］
支持部１０は、ガラス層７０の他方の面７０ｂ側（裏面側）に配置され、ガラス層７０等を支持する。支持部１０は、例えば、スイッチ部８０の外側に、スイッチ部８０を囲むように枠状に配置することができる。或いは、複数の支持部１０をスイッチ部８０の外側の任意の位置に間隔を置いて配置してもよい。支持部１０は、例えば、樹脂や金属等から形成される。

【0014】

なお、スイッチ部８０を構成する部品を支持部としてもよい。或いは、スイッチ部８０自体を支持部としてもよい。すなわち、支持部は、スイッチ部８０の一部であってもよいし、全部であってもよい。これらの場合には、図１に示す支持部１０は配置しなくてもよい。或いは、スイッチ部８０の一部又は全部を支持部として用い、これとは別に、さらに図１に示す支持部１０を配置してもよい。

【0015】

［接合層］
接合層２０、４０、及び６０としては、任意の粘着剤又は接着剤を使用できる。本明細書において、粘着剤とは、常温で接着性を有し、軽い圧力で被着体に接着する層をいう。従って、粘着剤に貼着した被着体を剥離した場合にも、粘着剤は実用的な粘着力を保持する。一方、接着剤とは、物質の間に介在することによって物質を結合できる層をいう。従って、接着剤に貼着した被着体を剥離した場合には、接着剤は実用的な接着力を有さない。

【0016】

粘着剤としては、例えば、アクリル系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエーテル、フッ素系やゴム系等のポリマーをベースポリマーとする粘着剤が挙げられる。

【0017】

接着剤としては、例えば、ポリエステル系接着剤、ポリウレタン系接着剤、ポリビニルアルコール系接着剤、エポキシ系接着剤が挙げられ。接着剤が熱硬化型接着剤である場合は、加熱して硬化（固化）することにより剥離抵抗力を発揮できる。又、接着剤が紫外線硬化型等の光硬化型接着剤である場合は、紫外線等の光を照射して硬化することにより剥離抵抗力を発揮できる。又、接着剤が湿気硬化型接着剤である場合は、空気中の水分等と反応して硬化し得るので、放置することによっても硬化して剥離抵抗力を発揮できる。

【0018】

なお、強度の観点から、接合層２０としては接着剤または粘着剤を用い、接合層４０としては粘着剤を用い、接合層６０としては接着剤を用いることが好ましい。接合層２０の厚みは、５μｍ～２ｍｍ以内が好ましい。接合層４０の厚みは、粘着層の製法上、５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上１５０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以上１００μｍ以下であることが更に好ましい。接合層６０の厚みは、０．５μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましく、０．５μｍ以上３μｍ以下であることが更に好ましい。

【0019】

［フレーム］
フレーム３０は、ガラス層７０とスイッチ部８０との間に介在することができる。図１の例では、フレーム３０は、接合層２０を介して、支持部１０上に接合されている。図２は、フレームを例示する平面図である。図２に示すように、フレーム３０は、固定部３１と、固定部３１に対して弾性支持部３３で支持された可動部３２とを有している。固定部３１は開口部を有し、開口部内に可動部３２が配置されている。固定部３１と可動部３２は、複数の弾性支持部３３により可動自在に支持されている。なお、支持部１０と接合されるのは固定部３１のみであり、可動部３２及び弾性支持部３３は支持部１０には接合されない。

【0020】

図２の例では、矩形の固定部３１の略中央部に円形の開口部が形成され、開口部内に円形の可動部３２が配置されている。可動部３２の直径は、例えば、１０ｍｍ～３０ｍｍ程度とすることができる。また、図２の例では、３つの弾性支持部３３が可動部３２の周方向を略３等分する位置に配置されている。ただし、固定部３１や可動部３２の形状、弾性支持部３３の個数や接続位置は、図２の例には限定されない。なお、弾性支持部３３は、例えば、ばねである。ばねは、板ばねであってもよいし、コイルばねであってもよい。弾性支持部３３は、ゴムなど、ばね以外の部材であってもよい。

【0021】

フレーム３０は、例えば、樹脂や金属等により一体に形成できる。フレーム３０が樹脂である場合、例えば、ＡＢＳ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂等の材料を用いることができる。また、フレーム３０が金属である場合、例えば、アルミニウムやＳＵＳ等の材料を用いることができる。フレーム３０の厚さは、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。

【0022】

［樹脂層］
樹脂層５０は、ガラス層７０とスイッチ部８０との間に介在することができる。図１の例では、樹脂層５０は、接合層４０を介して、フレーム３０の固定部３１上に接合されている。樹脂層５０は、可撓性を有する。樹脂層５０の厚さは、可撓性の観点から５０μｍ以上１５０μｍであることが好ましい。樹脂層５０の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート系樹脂やポリエチレンナフタレート系樹脂等のポリエステル系樹脂、ノルボルネン系樹脂等のシクロオレフィン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミドアミド系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ウレタン系樹脂等が挙げられる。

【0023】

このように、ガラス層７０の下層に樹脂層５０を積層すると、樹脂層５０がガラス層７０の必要以上の変形を抑制し、ガラス層７０の割れを抑制する効果があるとともに、適正な変形量を実現するため、ガラス層７０が繰り返し弾性変形する際の耐久性を向上することができる。なお、樹脂層５０の厚さを変えることで、ガラス層７０の変形量を制御できる。

【0024】

ガラス層７０の下層に、接合層を介して複数の樹脂層を積層してもよい。このような積層構造により、ガラス層７０の割れをさらに抑制することができると共にガラス層７０が繰り返し弾性変形する際の耐久性をさらに向上することができる。

【0025】

［ガラス層］
ガラス層７０は、接合層６０を介して樹脂層５０上に積層されている。ガラス層７０は、強化ガラスからなる。強化ガラスは、化学強化ガラスでも熱強化ガラスでもよいが、圧縮応力層を有する化学強化ガラスの方が熱強化ガラスよりも製造が容易である。ガラス層７０は、圧縮応力が６００ＭＰａ以上であることが好ましい。

【0026】

なお、化学強化とは、ガラス板の表面付近のイオンを、イオン半径の大きいイオンに置換することである。イオン交換により、ガラス板の表面に圧縮応力層が形成され、化学強化ガラスができあがる。圧縮応力層におけるガラス組成は、ガラス内部におけるガラス組成と異なる。

【0027】

化学強化ガラスにおいて、強化前のガラス板としては、例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス等を用いることができる。圧縮応力層の深さが必要以上に大きくなり過ぎない点では、ソーダライムガラス又はソーダシリケートガラスが好ましく、ソーダライムガラスがより好ましい。

【0028】

イオン交換は、例えば、ガラス板の表面のＬｉイオンをＮａイオン及び／又はＫイオンに置換することで行うことができる。あるいは、ガラス板の表面のＮａイオンをＫイオンに置換してもよい。これらのイオン交換により、ガラス板の表面に圧縮応力層が形成される。

【0029】

ＮａイオンをＫイオンに置換する場合は、例えば、硝酸カリウムを含む無機溶融塩に、ナトリウムを含むガラス板を接触させればよい。硝酸カリウムを含む無機溶融塩は、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＫＨＣＯ_３、ＮａＨＣＯ_３、ＫＯＨ及びＮａＯＨからなる群より選ばれる少なくとも一種の塩を含むことが好ましい。

【0030】

ガラス層７０の厚みは、スイッチ装置に要求されるガラス層の強度や耐久性を考慮すると、１００μｍ以上であることが好ましい。一方、スイッチ装置に用いるガラス層は弾性変形する必要があり、十分に弾性変形できる点を考慮すると、ガラス層７０の厚みは２００μｍ以下が好ましい。

【0031】

ガラス層７０の表面及び／又は裏面に、防汚層、反射防止層、導電層、反射層、加飾層等の機能層を設けてもよい。なお、本実施形態に係るスイッチ装置では、ガラス層７０が最表面に位置する。ここで、『ガラス層７０が最表面に位置する』とは、ガラス層７０が実質的に最表面に位置することであり、上記のような付加的な層が設けられた場合であっても、本実施形態では、ガラス層７０が最表面に位置すると表現する。

【0032】

［スイッチ部］
スイッチ部８０は、ガラス層７０の裏面側に配置される。図１の例では、スイッチ部８０は、支持部１０の内側であり、かつ、フレーム３０のガラス層７０等とは反対側に配置されている。

【0033】

また、スイッチ部８０は、上下に可動する接点を含む複数の接点を備る。図１の例では、スイッチ部８０は、タクトスイッチであり、ハウジング８１と、フィルム８２と、フレーム８３と、ステム８４と、第１接点８５と、第２接点８６とを有している。第１接点８５及び第２接点８６のうち、第２接点８６が上下に可動する接点である。

【0034】

ハウジング８１とフレーム８３は、それぞれが枡状であり、粘着性のフィルム８２を挟んで対向して配置されている。フィルム８２は、例えば、ハウジング８１の開口部を塞ぐように配置されている。ステム８４は、上下方向に摺動自在な状態でフレーム８３に保持されている。

【0035】

ハウジング８１の底面には第１接点８５及び第２接点８６が配置されている。第２接点８６は、第１接点８５と離隔して第１接点８５の上方に配置されている。フィルム８２及び第２接点８６は、弾性変形可能に構成されている。ハウジング８１、フィルム８２、フレーム８３、及びステム８４は、例えば、樹脂製である。

【0036】

図１において、第１接点８５と第２接点８６と電気的に接続される外部接続用端子については、図示が省略されている。スイッチ部８０のステム８４の上面とフレーム３０の可動部３２の下面との間には、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ程度の隙間がある。なお、スイッチ部８０は、タクトスイッチには限定されず、メンブレンスイッチ等であってもよい。

【0037】

図３は、第１実施形態に係るスイッチ装置を例示する断面図（その２）であり、ガラス層７０の一方の面７０ａ側が矢印方向に押された様子を示している。

【0038】

前述のようにガラス層７０の厚さは、１００μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。ガラス層７０をこのような厚さとすることで、ガラス層７０は弾性変形が可能となり、局所的に凹ませることができる。ガラス層７０の一方の面７０ａ側が押されると、樹脂層５０及び接合層６０と共にガラス層７０が弾性変形してフレーム３０の可動部３２を可動させ、スイッチ部８０の第１接点８５と第２接点８６の接触（導通）と非接触（非導通）とが切り替わる。ガラス層７０は、例えば、垂直方向に０．５ｍｍ～２ｍｍ程度沈み込むように弾性変形することができる。

【0039】

図１の例では、ガラス層７０が押されていないときにスイッチ部８０の第１接点８５と第２接点８６が非接触（非導通状態）である。そのため、図３に示すように、ガラス層７０が押されて変形すると、それに伴ってスイッチ部８０のステム８４が押されてフィルム８２及び第２接点８６が弾性変形して第２接点８６が第１接点８５に近づき、第１接点８５と第２接点８６が接触して導通状態になる。ガラス層７０を押す力をとり除くと、ガラス層７０は図１の状態に戻り、第１接点８５と第２接点８６とは再び非接触となる。

【0040】

このように、ガラス層７０の厚さを１００μｍ以上２００μｍ以下とすることで、ガラス層７０が弾性変形可能となる。これにより、ガラス層７０が押されると、ガラス層７０の局所的な変形に伴なってスイッチ部８０の接点を上下に摺動させ、スイッチ部８０の複数の接点の導通と非導通とを切り替えることができる。

【0041】

スイッチ装置１は、最表面がガラス層７０であるため、最表面が樹脂である場合と比べて、耐擦傷性、溶剤清掃性、及び質感を向上することができる。また、スイッチ装置１は、ガラス層７０が強化ガラスであるため、ガラス層７０が未強化ガラスである場合と比べて、十分な強度及び耐久性を備えることができる。また、スイッチ装置１は、摺動タイプのスイッチであるため、押した感触が得られるとともに、誤動作が生じるおそれを低減できる。

【0042】

なお、最表面にガラスを用いたスイッチとして、静電容量などを用いたタイプも考えられるが、上下に摺動する動作を作り出すことは一般的な板ガラスでは困難である。そのため、押した感触が得られず、意図せずに触れただけで誤動作が生じるおそれがある。

【0043】

［実施例１］
実施例１では、図１に示す構造のスイッチ装置を作製した。ガラス層７０として、圧縮応力が６００ＭＰａの化学強化ガラスを用い、厚さは２００μｍとした。また、樹脂層５０の材料にはＰＥＴを用い、厚さは１００μｍとした。また、接合層６０は接着剤とし、材料にはエポキシ樹脂を用い、厚さは１μｍとした。

【0044】

［実施例２］
実施例２では、ガラス層７０として、圧縮応力が６００ＭＰａの化学強化ガラスを用い、厚さは１５０μｍとした。それ以外は実施例１と同様にしてスイッチ装置を作製した。

【0045】

［実施例３］
実施例２では、ガラス層７０として、圧縮応力が６００ＭＰａの化学強化ガラスを用い、厚さは１００μｍとした。それ以外は実施例１と同様にしてスイッチ装置を作製した。

【0046】

［比較例１］
比較例１では、ガラス層７０として、圧縮応力が６００ＭＰａの化学強化ガラスを用い、厚さは３００μｍとした。それ以外は実施例１と同様にしてスイッチ装置を作製した。

【0047】

［比較例２］
比較例２では、ガラス層７０として、圧縮応力が６００ＭＰａの化学強化ガラスを用い、厚さは５０μｍとした。それ以外は実施例１と同様にしてスイッチ装置を作製した。

【0048】

［比較例３］
比較例３では、ガラス層７０として、未強化ガラスを用い、厚さは２００μｍとした。それ以外は実施例１と同様にしてスイッチ装置を作製した。

【0049】

［比較例４］
比較例４では、ガラス層７０として、未強化ガラスを用い、厚さは１００μｍとした。それ以外は実施例１と同様にしてスイッチ装置を作製した。

【0050】

［評価１］
実施例１～３及び比較例１～４で作製したスイッチ装置について、ガラス層７０を押したときにガラス層７０が弾性変形してスイッチ部８０を押せるか否かを確認した。具体的には、ガラス層７０側から図３の矢印方向に荷重５Ｎの力で押したときにスイッチ部８０が非導通から導通に切り替わるか否かを確認し、切り替わった場合を〇、切り替わらなかった場合を×とした。

【0051】

［評価２］
実施例１～３及び比較例１～４で作製したスイッチ装置について、強度試験を行い、ガラス層７０にクラックが入るか否かを目視で確認し、クラックが確認できなかった場合を〇、クラックが確認できた場合を×とした。強度試験は、ＪＩＳ Ｃ４５２６－１：２０２１に規定されているスプリングハンマー試験に準拠して行った。なお、スプリングハンマー試験によりスイッチ装置に加えた力は、０．５Ｊである。

【0052】

［評価結果］
評価結果を図４に示す。図４の実施例１～３より、ガラス層７０として圧縮応力が６００ＭＰａの化学強化ガラスを用い、かつ厚さを１００μｍ～２００μｍとすることで、スイッチ部の導通と非導通を切り替えることができ、かつ十分な強度が得られることが確認できた。

【0053】

これに対して、比較例１より、ガラス層７０として圧縮応力が６００ＭＰａの化学強化ガラスを用いたとしても、厚さが３００μｍであると、強度が高すぎて弾性変形することができず、スイッチ部の導通と非導通を切り替えることとができないことが確認できた。また、比較例２より、ガラス層７０として圧縮応力が６００ＭＰａの化学強化ガラスを用いたとしても、厚さが５０μｍであると、十分な強度が得られないことが確認できた。また、比較例３及び４より、ガラス層７０として未強化ガラスを用いると、厚さが１００μｍ及び２００μｍであっても、十分な強度が得られないことが確認できた。

【0054】

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0055】

本国際出願は２０２２年２月２８日に出願した日本国特許出願２０２２－０２９７４５号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０２２－０２９７４５号の全内容を本国際出願に援用する。

【符号の説明】

【0056】

１ スイッチ装置
１０ 支持部
２０，４０，６０ 接合層
３０ フレーム
３１ 固定部
３２ 可動部
３３ 弾性支持部
５０ 樹脂層
７０ ガラス層
７０ａ 一方の面
７０ｂ 他方の面
８０ スイッチ部
８１ ハウジング
８２ フィルム
８３ フレーム
８４ ステム
８５ 第１接点
８６ 第２接点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】