スイッチ用接点バネ及びその製造方法
【課題】 本発明は、携帯電話などに使用される接触式などのスイッチに用いられる接点バネで、ドームの円周部の機械的特性の向上を図ったものを提供する。
【解決手段】 かゝる本発明は、浅いドーム型の形状であって、ドームの円周部１０ａに、パンチとダイを備えたプレス装置などにより圧縮プレスして、圧縮残留応力を残留させたスイッチ用接点バネにあり、この圧縮残留応力の残留により、ドームの円周部の機械的特性の向上が図られるため、大幅な耐久性の向上が得られる。
【解決手段】 かゝる本発明は、浅いドーム型の形状であって、ドームの円周部１０ａに、パンチとダイを備えたプレス装置などにより圧縮プレスして、圧縮残留応力を残留させたスイッチ用接点バネにあり、この圧縮残留応力の残留により、ドームの円周部の機械的特性の向上が図られるため、大幅な耐久性の向上が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や、ゲーム機器、携帯オーディオ機器、カメラなどに使用される接触式などのスイッチに用いられる接点バネ、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなスイッチ用接点バネは、通常ステンレス鋼やリン青銅などの金属薄板から浅いドーム型の形状に形成されている（例えば引用文献１）。そして、その使用時には、丁度ドームの頂点部分が、使用者の操作圧（押荷重）によって押し潰されて、ドーム下の接点と接触するようになっている。この一例を図示すると、図３の如くである。
【特許文献１】特開２００３−１９７０６６号公報
【０００３】
つまり、図３において、スイッチ用接点バネ１、即ち、突起（ドーム）の円周部１ａは回路基板２側の固定接点３上に載り、使用者の操作圧によって、ドームの頂点部分１ｂが押し潰されたとき（図中の破線状態）、回路基板２側の他方の固定接点４と接触して、スイッチオンとなる。勿論、使用者から操作圧が解除されれば、バネ特性によりドームの頂点部分１ｂが自動的に復帰して、スイッチオンとなる。
【０００４】
このスイッチのオン−オフは、数十万回〜１００万回、ときには数百万回に達することもあり、当然、用いられるスイッチ用接点バネ１に対して、所定回数以上の耐久性が求められる。特に、多機能の携帯電話やゲーム機器などでは、Ｅメールの文字入力やゲーム操作に対応してオン−オフ回数が膨大な数に達し、それは益々増える傾向にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、実際のスイッチ用接点バネは、板厚が４０〜６０μｍ程度と極めて薄く、かつ、その直径もたかだか３．０〜６．０ｍｍ程度と極めて小さいため、使用者の操作圧、即ち、オン−オフ時には、大きなストレスを受ける。特に直径が４．０ｍｍ以下の場合、ストレスによる歪み発生が大きく、接点バネによっては、１００万回以下のオン−オフ回数で破断してしまうということがあった。
【０００６】
そこで、本発明者等において、その破断状況を観察したところ、破断はスイッチ用接点バネのドームの円周部から頂点部分に向かって亀裂が入って起こっているものが多かった。その理由は、ドームの頂点部分が押し潰される際、ドームの円周部に最も大きな力（応力）が作用するからと推測される。
【０００７】
このことから、本発明者等は、スイッチ用接点バネの耐久性の向上には、ドームの円周部を何らかの手段で補強するのが有効でないかと着想し、ドームの円周部に、積極的に圧縮残留応力を残留させて、機械的特性を改善することを見い出したのである。
【０００８】
本発明は、このような着想に基づきなされたもので、基本的には、ドームの円周部に圧縮残留応力を残留させて、金属バネ材料の機械的特性を向上させたスイッチ用接点バネ、及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の本発明は、浅いドーム型の形状であって、ドームの円周部に圧縮残留応力を残留させたことを特徴とするスイッチ用接点バネにある。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、金属薄板にプレス加工によりドーム形状の突起を形成し、ついで、この突起の円周部に圧縮プレスにより圧縮残留応力を残留させることを特徴とするスイッチ用接点バネの製造方法にある。
【００１１】
請求項３記載の本発明は、前記突起の円周部の内側にパンチの外周部を押圧させると共に、その外側にダイの内周部を押圧させて圧縮プレスすることを特徴とする請求項２記載のスイッチ用接点バネの製造方法にある。
【００１２】
請求項４記載の本発明は、前記圧縮プレス時少なくとも０．２％以上の歪みが加わる荷重で塑性変形させることを特徴とする請求項２又は３記載のスイッチ用接点バネの製造方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
先ず、本発明のスイッチ用接点バネによると、ドームの円周部に圧縮残留応力を残留させてあるため、少なくともドームの円周部の機械的特性が、後述する理由から、改善される。つまり、ドームの円周部からの亀裂が走り難くなり、大きな耐久性が得られる。
【００１４】
次に、本発明のスイッチ用接点バネの製造方法によると、ドームの円周部を圧縮プレスするのみでよいため、容易に製造できる。例えば、パンチとダイの簡単な工具によって製造することができる。その際、少なくとも０．２％以上の歪みが加わる荷重で塑性変形させ、荷重の除去するのみでよい。これにより、簡単に圧縮残留応力が残留される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明に係るスイッチ用接点バネの一例を示したものである。このスイッチ用接点バネ１０は、ステンレス鋼やリン青銅などの金属薄板からなり、形状は浅いドーム型としてある。そして、バネの板厚は４０〜６０μｍ程度で、かつ、ドームの直径は３．０〜６．０ｍｍ程度としてある。そして、最大の特徴とする点は、ドームの縁部近傍の円周部１０ａの内外領域（一方も可）に圧縮残留応力を残留させてあることである。
【００１６】
この圧縮残留応力を残留させるには、例えば、図２に示す製造方法により行う。
先ず、金属薄板から所定のドーム形状で打ち抜かれたスイッチ用接点バネ１０を、図２のように、パンチ２０とダイ３０を備えたプレス装置（全体図示省略）に供給し、このパンチ２０とダイ３０によって、ドームの円周部１０ａのみに所定の荷重を掛ける。
【００１７】
この際の荷重の大きさは、バネ材に少なくとも０．２％以上の歪みが加わる荷重で塑性変形させるものとする。塑性変形させることにより、その後、パンチ２０とダイ３０による荷重を解除しても、バネ材に応力、即ち、圧縮残留応力が残ることになる。この歪みの程度は特に限定されず、板厚で元の９０％程度まで塑性変形させてもよい。
【００１８】
この圧縮残留応力の残留により、バネ材の機械的特性が改善されるのは、以下の理由によるものと推測される。一般に金属加工において、例えば、ショットピーニング（ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ）加工という方法がある。これは、材料表面に金属球（粒）を衝突させて材料表面を塑性変形させ、圧縮残留応力を残留させる方法である。そして、この圧縮残留応力の残留により、対象金属材料の機械的特性、例えば、疲労強度や耐応力腐食割れなどが改善されることが知られている。
【００１９】
本発明では、金属球に替えて、パンチ２０とダイ３０を用い、しかも、ドームの円周部１０ａのみという場所（部位）を限定して、圧縮残留応力の残留領域層を意図的に設けたものである。これによって、ドームの円周部１０ａが他の部分（頂点部分１０ｂなど）に比べて強度が強くなる。これにより、スイッチ用接点バネ１０の耐久性は大幅に向上することとなる。
【００２０】
因みに、本発明のドームの円周部に圧縮残留応力を残留させたスイッチ用接点バネと、全く同構造でドームの円周部に圧縮残留応力のない従来のスイッチ用接点バネとについて、耐久性試験を行ったところ、以下の表１の如くであった。
【００２１】
各スイッチ用接点バネは、板厚４４μｍＳＵＳ３０１材を用い、ドームの外径は３ｍｍである。耐久性試験のサンプルはスイッチ用接点バネについて２０個用意した。そして、先端径が１．６ｍｍのシリコーンゴム（硬度Ｈｓ６０°）を用い、動作速度３回／秒で１０Ｎの押圧荷重を作用させて耐久性試験を行った。このとき、スイッチ用接点バネ側は平滑な平面を持つガラスエポキシ板上粘着性のシートで固定した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１から、本発明のドームの円周部に圧縮残留応力を残留させたスイッチ用接点バネ（実施例）の場合、すべてのサンプル（２０個）について、２００万回以上の耐久回数を繰り返しても、破損するものは全く無かった。この耐久性を、同表１では合格と判定した。これに対して、ドームの円周部に圧縮残留応力のない従来のスイッチ用接点バネ（比較例）の場合、２０個のサンプル中５個のサンプルについて、１００万回以下の耐久回数で、破損が確認された。このように１個のサンプルでも１００万回以下で破損する場合、同表１では、耐久性を不合格と判定した。このことから、本発明のドームのスイッチ用接点バネでは、大幅な耐久性の向上が得られていることが分かる。
【００２４】
なお、上記説明では、圧縮残留応力の残留にあたって、パンチ２０とダイ３０を備えたプレス装置により行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、近年はショットピーニングの一種である、レーザピーニングなども提案されているため、ドームの円周部にレーザ光線を環状に走査させたり、或いは、リング状のレーザ光線を照射するなどして、圧縮残留応力を残留させるようにすることもできる。このレーザ光線による場合、打ち抜き機に併設して、ドームの打ち抜き時一緒に行うことも可能となり、工程削減の省工程化効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るスイッチ用接点バネの一例を示した縦断面図である。
【図２】本発明に係るスイッチ用接点バネの製造方法の一例を示した縦断面図である。
【図３】ドーム型のスイッチの一例を示した概略説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０・・・スイッチ用接点バネ、１０ａ・・・ドームの円周部、１０ｂ・・・ドーム
の頂点部分、２０・・・パンチ、３０・・・ダイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や、ゲーム機器、携帯オーディオ機器、カメラなどに使用される接触式などのスイッチに用いられる接点バネ、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなスイッチ用接点バネは、通常ステンレス鋼やリン青銅などの金属薄板から浅いドーム型の形状に形成されている（例えば引用文献１）。そして、その使用時には、丁度ドームの頂点部分が、使用者の操作圧（押荷重）によって押し潰されて、ドーム下の接点と接触するようになっている。この一例を図示すると、図３の如くである。
【特許文献１】特開２００３−１９７０６６号公報
【０００３】
つまり、図３において、スイッチ用接点バネ１、即ち、突起（ドーム）の円周部１ａは回路基板２側の固定接点３上に載り、使用者の操作圧によって、ドームの頂点部分１ｂが押し潰されたとき（図中の破線状態）、回路基板２側の他方の固定接点４と接触して、スイッチオンとなる。勿論、使用者から操作圧が解除されれば、バネ特性によりドームの頂点部分１ｂが自動的に復帰して、スイッチオンとなる。
【０００４】
このスイッチのオン−オフは、数十万回〜１００万回、ときには数百万回に達することもあり、当然、用いられるスイッチ用接点バネ１に対して、所定回数以上の耐久性が求められる。特に、多機能の携帯電話やゲーム機器などでは、Ｅメールの文字入力やゲーム操作に対応してオン−オフ回数が膨大な数に達し、それは益々増える傾向にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、実際のスイッチ用接点バネは、板厚が４０〜６０μｍ程度と極めて薄く、かつ、その直径もたかだか３．０〜６．０ｍｍ程度と極めて小さいため、使用者の操作圧、即ち、オン−オフ時には、大きなストレスを受ける。特に直径が４．０ｍｍ以下の場合、ストレスによる歪み発生が大きく、接点バネによっては、１００万回以下のオン−オフ回数で破断してしまうということがあった。
【０００６】
そこで、本発明者等において、その破断状況を観察したところ、破断はスイッチ用接点バネのドームの円周部から頂点部分に向かって亀裂が入って起こっているものが多かった。その理由は、ドームの頂点部分が押し潰される際、ドームの円周部に最も大きな力（応力）が作用するからと推測される。
【０００７】
このことから、本発明者等は、スイッチ用接点バネの耐久性の向上には、ドームの円周部を何らかの手段で補強するのが有効でないかと着想し、ドームの円周部に、積極的に圧縮残留応力を残留させて、機械的特性を改善することを見い出したのである。
【０００８】
本発明は、このような着想に基づきなされたもので、基本的には、ドームの円周部に圧縮残留応力を残留させて、金属バネ材料の機械的特性を向上させたスイッチ用接点バネ、及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の本発明は、浅いドーム型の形状であって、ドームの円周部に圧縮残留応力を残留させたことを特徴とするスイッチ用接点バネにある。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、金属薄板にプレス加工によりドーム形状の突起を形成し、ついで、この突起の円周部に圧縮プレスにより圧縮残留応力を残留させることを特徴とするスイッチ用接点バネの製造方法にある。
【００１１】
請求項３記載の本発明は、前記突起の円周部の内側にパンチの外周部を押圧させると共に、その外側にダイの内周部を押圧させて圧縮プレスすることを特徴とする請求項２記載のスイッチ用接点バネの製造方法にある。
【００１２】
請求項４記載の本発明は、前記圧縮プレス時少なくとも０．２％以上の歪みが加わる荷重で塑性変形させることを特徴とする請求項２又は３記載のスイッチ用接点バネの製造方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
先ず、本発明のスイッチ用接点バネによると、ドームの円周部に圧縮残留応力を残留させてあるため、少なくともドームの円周部の機械的特性が、後述する理由から、改善される。つまり、ドームの円周部からの亀裂が走り難くなり、大きな耐久性が得られる。
【００１４】
次に、本発明のスイッチ用接点バネの製造方法によると、ドームの円周部を圧縮プレスするのみでよいため、容易に製造できる。例えば、パンチとダイの簡単な工具によって製造することができる。その際、少なくとも０．２％以上の歪みが加わる荷重で塑性変形させ、荷重の除去するのみでよい。これにより、簡単に圧縮残留応力が残留される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明に係るスイッチ用接点バネの一例を示したものである。このスイッチ用接点バネ１０は、ステンレス鋼やリン青銅などの金属薄板からなり、形状は浅いドーム型としてある。そして、バネの板厚は４０〜６０μｍ程度で、かつ、ドームの直径は３．０〜６．０ｍｍ程度としてある。そして、最大の特徴とする点は、ドームの縁部近傍の円周部１０ａの内外領域（一方も可）に圧縮残留応力を残留させてあることである。
【００１６】
この圧縮残留応力を残留させるには、例えば、図２に示す製造方法により行う。
先ず、金属薄板から所定のドーム形状で打ち抜かれたスイッチ用接点バネ１０を、図２のように、パンチ２０とダイ３０を備えたプレス装置（全体図示省略）に供給し、このパンチ２０とダイ３０によって、ドームの円周部１０ａのみに所定の荷重を掛ける。
【００１７】
この際の荷重の大きさは、バネ材に少なくとも０．２％以上の歪みが加わる荷重で塑性変形させるものとする。塑性変形させることにより、その後、パンチ２０とダイ３０による荷重を解除しても、バネ材に応力、即ち、圧縮残留応力が残ることになる。この歪みの程度は特に限定されず、板厚で元の９０％程度まで塑性変形させてもよい。
【００１８】
この圧縮残留応力の残留により、バネ材の機械的特性が改善されるのは、以下の理由によるものと推測される。一般に金属加工において、例えば、ショットピーニング（ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ）加工という方法がある。これは、材料表面に金属球（粒）を衝突させて材料表面を塑性変形させ、圧縮残留応力を残留させる方法である。そして、この圧縮残留応力の残留により、対象金属材料の機械的特性、例えば、疲労強度や耐応力腐食割れなどが改善されることが知られている。
【００１９】
本発明では、金属球に替えて、パンチ２０とダイ３０を用い、しかも、ドームの円周部１０ａのみという場所（部位）を限定して、圧縮残留応力の残留領域層を意図的に設けたものである。これによって、ドームの円周部１０ａが他の部分（頂点部分１０ｂなど）に比べて強度が強くなる。これにより、スイッチ用接点バネ１０の耐久性は大幅に向上することとなる。
【００２０】
因みに、本発明のドームの円周部に圧縮残留応力を残留させたスイッチ用接点バネと、全く同構造でドームの円周部に圧縮残留応力のない従来のスイッチ用接点バネとについて、耐久性試験を行ったところ、以下の表１の如くであった。
【００２１】
各スイッチ用接点バネは、板厚４４μｍＳＵＳ３０１材を用い、ドームの外径は３ｍｍである。耐久性試験のサンプルはスイッチ用接点バネについて２０個用意した。そして、先端径が１．６ｍｍのシリコーンゴム（硬度Ｈｓ６０°）を用い、動作速度３回／秒で１０Ｎの押圧荷重を作用させて耐久性試験を行った。このとき、スイッチ用接点バネ側は平滑な平面を持つガラスエポキシ板上粘着性のシートで固定した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１から、本発明のドームの円周部に圧縮残留応力を残留させたスイッチ用接点バネ（実施例）の場合、すべてのサンプル（２０個）について、２００万回以上の耐久回数を繰り返しても、破損するものは全く無かった。この耐久性を、同表１では合格と判定した。これに対して、ドームの円周部に圧縮残留応力のない従来のスイッチ用接点バネ（比較例）の場合、２０個のサンプル中５個のサンプルについて、１００万回以下の耐久回数で、破損が確認された。このように１個のサンプルでも１００万回以下で破損する場合、同表１では、耐久性を不合格と判定した。このことから、本発明のドームのスイッチ用接点バネでは、大幅な耐久性の向上が得られていることが分かる。
【００２４】
なお、上記説明では、圧縮残留応力の残留にあたって、パンチ２０とダイ３０を備えたプレス装置により行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、近年はショットピーニングの一種である、レーザピーニングなども提案されているため、ドームの円周部にレーザ光線を環状に走査させたり、或いは、リング状のレーザ光線を照射するなどして、圧縮残留応力を残留させるようにすることもできる。このレーザ光線による場合、打ち抜き機に併設して、ドームの打ち抜き時一緒に行うことも可能となり、工程削減の省工程化効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るスイッチ用接点バネの一例を示した縦断面図である。
【図２】本発明に係るスイッチ用接点バネの製造方法の一例を示した縦断面図である。
【図３】ドーム型のスイッチの一例を示した概略説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０・・・スイッチ用接点バネ、１０ａ・・・ドームの円周部、１０ｂ・・・ドーム
の頂点部分、２０・・・パンチ、３０・・・ダイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浅いドーム型の形状であって、ドームの円周部に圧縮残留応力を残留させたことを特徴とするスイッチ用接点バネ。
【請求項２】
金属薄板にプレス加工によりドーム形状の突起を形成し、ついで、この突起の円周部に圧縮プレスにより圧縮残留応力を残留させることを特徴とするスイッチ用接点バネの製造方法。
【請求項３】
前記突起の円周部の内側にパンチの外周部を押圧させると共に、その外側にダイの内周部を押圧させて圧縮プレスすることを特徴とする請求項２記載のスイッチ用接点バネの製造方法。
【請求項４】
前記圧縮プレス時少なくとも０．２％以上の歪みが加わる荷重で塑性変形させることを特徴とする請求項２又は３記載のスイッチ用接点バネの製造方法。
【請求項１】
浅いドーム型の形状であって、ドームの円周部に圧縮残留応力を残留させたことを特徴とするスイッチ用接点バネ。
【請求項２】
金属薄板にプレス加工によりドーム形状の突起を形成し、ついで、この突起の円周部に圧縮プレスにより圧縮残留応力を残留させることを特徴とするスイッチ用接点バネの製造方法。
【請求項３】
前記突起の円周部の内側にパンチの外周部を押圧させると共に、その外側にダイの内周部を押圧させて圧縮プレスすることを特徴とする請求項２記載のスイッチ用接点バネの製造方法。
【請求項４】
前記圧縮プレス時少なくとも０．２％以上の歪みが加わる荷重で塑性変形させることを特徴とする請求項２又は３記載のスイッチ用接点バネの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２６０８４８（Ｐ２００６−２６０８４８Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７３８０８（Ｐ２００５−７３８０８）
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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