ドーム状ばね及びスイッチ
【課題】ドーム状ばねを設けた装置を小型化するとともに、クリックアクションを確実に得ることである。
【解決手段】ドーム状ばね２は、押下により座屈を起こすドーム状ばねであって、当該ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部の中立面が非球面形状である。この非球面形状は、６次以上の偶関数で表され、ドーム状ばね２の中心及び外径の間の位置に対応する前記偶関数の変曲点におけるドーム状ばね２と基板３との間の角度αと、ドーム状ばね２の外径に対応する前記偶関数の変曲点におけるドーム状ばね２と基板３との間の角度βとにおいて、α＜βを満たす。
【解決手段】ドーム状ばね２は、押下により座屈を起こすドーム状ばねであって、当該ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部の中立面が非球面形状である。この非球面形状は、６次以上の偶関数で表され、ドーム状ばね２の中心及び外径の間の位置に対応する前記偶関数の変曲点におけるドーム状ばね２と基板３との間の角度αと、ドーム状ばね２の外径に対応する前記偶関数の変曲点におけるドーム状ばね２と基板３との間の角度βとにおいて、α＜βを満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドーム状ばねと、ドーム状ばねを備えるスイッチとに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機等の電子機器の操作部に、クリックアクション付きの押釦スイッチを用いる構成が知られている。クリックアクション付きの押釦スイッチは、操作者に、押下入力時にクリック感を与えることができる。クリックアクション付きの押釦スイッチは、ドーム状接点ばねを備える。
【０００３】
上記押釦スイッチとして、全面が球面のドーム状接点ばねを備えるスイッチが知られている。図１４を参照して、従来の全面が球面のドーム状接点ばねとを備えるスイッチ１００の装置構成を説明する。図１４に、ドーム状接点ばね２１を備えるスイッチ１００の断面構成を示す。
【０００４】
図１４に示すように、スイッチ１００は、ドーム状接点ばね２１と、基板３と、固定接点４，５，６と、を備える。ドーム状接点ばね２１は、全面が球面でドーム形状の金属導体からなる接点用のばねである。図１４は、ドーム状接点ばね２１の平面の中心に位置する可動接点２１ａを通る面の断面図である。
【０００５】
基板３は、ドーム状接点ばね２１が載置される基板である。基板３には、固定接点４，５，６が設けられている。固定接点４，５，６は、金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４，５は、ドーム状接点ばね２１の端部に常時接触されている。固定接点６は、ドーム状接点ばね２１の可動接点２１ａに対応する位置に設けられている。
【０００６】
図１５を参照して、スイッチ１００の動作を説明する。図１５に、スイッチ１００における可動接点２１ａの変位に対する動作荷重Ｆの特性を示す。
【０００７】
スイッチ１００において、ドーム状接点ばね２１が操作者により上から押下される。そして、ドーム状接点ばね２１の可動接点２１ａが固定接点６と接触すると、ドーム状接点ばね２１を介して固定接点４，５が固定接点６と電気的に導通される。この導通により、ドーム状接点ばね２１の押下を示す電気信号がスイッチ１を有する操作部から出力される。
【０００８】
このようなスイッチ１００において、ドーム状接点ばね２１の可動接点２１ａを操作者が上から動作荷重Ｆ［ｇｆ］で押した場合を考える。可動接点２１ａに力を加えない初期状態で、動作荷重Ｆと、基板３に対する垂直方向の可動接点２１ａの変位［ｍｍ］とを、０にとる。
【０００９】
スイッチ１００の初期状態において、操作者の押下により動作荷重Ｆを増加開始する。すると、図１５に示すように、動作荷重Ｆは、変位０から変位Ｓ１１までほぼ比例して増加される。そして、変位Ｓ１１に対応する動作荷重Ｆ１１でドーム状接点ばね２１が座屈を起こす。すると、ドーム状接点ばね２１の中央部分が反転し、動作荷重Ｆ１１よりも小さな動作荷重で可動接点２１ａが変位する。その後、可動接点２１ａが固定接点６に接触する変位Ｓ１２に至るまで、動作荷重は減少し続ける。そして、変位Ｓ１２に対応する動作荷重Ｆ１２がなくなれば、ドーム状接点ばね２１が逆方向に反転し、初期状態に復帰する。
【００１０】
また、球面の球面部と台座部とを有するドーム状接点ばねを備えるスイッチが知られている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。図１６を参照して、球面部及び台座部を有するドーム状接点ばねを備えるスイッチ２００を説明する。図１６に、ドーム状接点ばね２２を備えるスイッチ２００の断面構成を示す。
【００１１】
図１６に示すように、スイッチ２００は、ドーム状接点ばね２２と、基板３と、固定接点４，５，６と、を備える。ドーム状接点ばね２２は、球面部２２Ａと、台座部２２Ｂと、を有する。球面部２２Ａは、球面でドーム状の金属導体からなる接点用のばねである。台座部２２Ｂは、球面部２２Ａに接続された円錐形状の金属導体である。球面部２２Ａは、可動接点２２ａを含み、動作荷重により可動する部分である。台座部２２Ｂは、動作荷重によりほとんど動かない部分である。
【００１２】
スイッチ２００について、ドーム状接点ばね２２により、スイッチ１００に比べて、基板３からの高さを低くすることができる。このため、スイッチ２００を小型化できる。なお、ドーム状接点ばね２２には、製造時のプレス加工により、クリックアクションのための残留応力が加えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４０７９４３１号公報
【特許文献２】特許第３７５３６７６号公報
【特許文献３】特開２００４−１３９９９７号公報
【特許文献４】特開２０００−３２２９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
近年、スイッチが搭載される携帯機器等の電子機器について、さらなる小型化の要請がある。しかし、従来のスイッチ２００では、基板３からの高さをさらに低くすると、動作荷重を加えても座屈が発生せず、クリックアクションが得られなかった。
【００１５】
本発明の課題は、ドーム状ばねを設けた装置を小型化するとともに、クリックアクションを確実に得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明のドーム状ばねは、
押下により座屈を起こすドーム状ばねであって、
当該ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部の中立面が非球面形状である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のドーム状ばねにおいて、
前記非球面形状は、６次以上の偶関数で表され、
前記ドーム状ばねの中心及び外径の間の位置に対応する前記偶関数の変曲点における当該ドーム状ばねと当該ドーム状ばねの端部が接触される基板との間の角度αと、当該ドーム状ばねの外径に対応する前記偶関数の変曲点における当該ドーム状ばねと前記基板との間の角度βとにおいて、
α＜β
を満たす。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のドーム状ばねにおいて、
前記ドーム状ばねの一部がカットされた形状を有する。
【００１９】
請求項４に記載の発明のスイッチは、
請求項１から３のいずれか一項に記載のドーム状ばねと、
前記ドーム状ばねに常時接触された第１の固定接点と、
前記ドーム状ばねの座屈時に可動接点が接触される第２の固定接点と、
前記第１の固定接点及び前記第２の固定接点が設けられた基板と、を備え、
前記ドーム状ばねは、導体であり、
押下により座屈された前記ドーム状ばねを介して、前記第１の固定接点と前記第２の固定接点とが電気的に導通される。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスイッチにおいて、
前記ドーム状ばねに貼り付けられたばね押えシートを備える。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載のスイッチにおいて、
押下入力を受け付けて前記ドーム状ばねに伝える操作ボタンを備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ドーム状接点ばねを設けた装置を小型化できるとともに、クリックアクションを確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る実施の形態のスイッチの断面図である。
【図２】実施の形態のドーム状ばねの平面図である。
【図３】実施の形態のドーム状ばねの動径に対する高さを示す図である。
【図４】実施の形態のドーム状ばねの角度を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、実施の形態の一例としてのドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、実施の形態の一例としてのドーム状ばねの断面図である。
【図６】（ａ）は、従来の一例としてのドーム状接点ばねの平面図である。（ｂ）は、従来の一例としてのドーム状接点ばねの断面図である。
【図７】実施の形態の一例のドーム状ばね及び従来の一例のドーム状接点ばねの可動接点の変位に対する動作荷重の特性を示す図である。
【図８】第１の変形例のスイッチの断面図である。
【図９】（ａ）は、第２の変形例の第１のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第１の変形例の第１のドーム状ばねの断面図である。
【図１０】（ａ）は、第２の変形例の第２のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第１の変形例の第２のドーム状ばねの側面図である。
【図１１】（ａ）は、第２の変形例の第３のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第１の変形例の第３のドーム状ばねの断面図である。
【図１２】実施例１のスイッチの断面図である。
【図１３】実施例２のスイッチの断面図である。
【図１４】従来の第１のスイッチの断面図である。
【図１５】従来の第１のスイッチにおける可動接点の変位に対する動作荷重の特性を示す図である。
【図１６】従来の第２のスイッチの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態、第１及び第２の変形例、並びに実施例１，２を順に詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００２５】
図１〜図６を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図１及び図２を参照して、本実施の形態のスイッチ１の装置構成を説明する。図１に、スイッチ１の断面構成を示す。図２に、ドーム状ばね２の平面構成を示す。図１は、図２のI−I線におけるドーム状ばね２の断面を含むスイッチ１の断面図である。
【００２６】
本実施の形態のスイッチ１は、例えば、電子機器用の操作部に用いられるスイッチである。当該電子機器は、押下操作入力を行う操作部を備える電子機器であり、携帯電話機、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ハンディターミナル等の携帯機器であることが好ましい。
【００２７】
図１に示すように、スイッチ１は、ドーム状ばね２と、基板３と、固定接点４，５，６と、を備える。ドーム状ばね２は、全面が非球面形状であるドーム形状の金属導体からなる接点用のばねである。ドーム状ばね２の材料は、ＳＵＳ３０１（ばね用ステンレス鋼帯）等のステンレス、ベリリウム銅、ばね用りん青銅等の金属導体である。しかしこれらの材料に限定されるものではなく、一般的にばね用途として用いられる材料であればよい。
【００２８】
また、図２に示すように、ドーム状ばね２は、平面形状が円形である。ドーム状ばね２の平面の中心点を可動接点２ａとする。また、ドーム状ばね２の断面の中立面を中立面２ｂとする。中立面とは、圧縮側と引張側との境目にあり伸びも縮みもしない断面である。中立面２ｂが、非球面形状である。ドーム状ばね２の非球面形状については、詳細に後述する。また、ドーム状ばね２は、操作者の押下方向と逆方向に凸形状を有する。
【００２９】
基板３は、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。基板３には、ドーム状ばね２が載置されている。基板３には、固定接点４，５，６が設けられている。固定接点４，５，６は、銅箔等の金属導体からなる固定された接点である。固定接点４，５は、ドーム状ばね２の端部に常時接触されている。固定接点６は、ドーム状ばね２の可動接点２ａに対応する位置に設けられている。固定接点６は、ドーム状ばね２が押下されていない状態でドーム状ばね２に接触されていない。
【００３０】
次いで、図３及び図４を参照して、ドーム状ばね２の非球面形状を説明する。図３に、ドーム状ばね２の動径ρに対する高さを示す。図４に、ドーム状ばね２の角度を示す。
【００３１】
図３及び図４に示すように、ドーム状ばね２は、非球面形状を有するように設計される。図３におけるのドーム状ばね２の高さは、基板３の表面からドーム状ばね２の下側の面までの垂直方向の長さである。基板３の表面上におけるドーム状ばね２の中心点を中心とした端部までの円の直径を外径Ｄとする。基板３の表面上におけるドーム状ばね２の中心点からの長さを動径ρとする。つまり、外径Ｄに対応する動径ρはＤ／２である。また、ドーム状ばね２の中心点に対応するドーム状ばね２の高さを、高さｈとする。
【００３２】
ドーム状ばね２は、上側の面、中立面及び下側の面に同様の非球面形状を有する。少なくとも、ドーム状ばね２の中立面が非球面形状であればよい。このため、ドーム状ばね２の下側の面の形状を、ドーム状ばね２の中立面の形状と見なして以下説明する。
【００３３】
ドーム状ばね２の非球面形状は、次式（１）の６次の偶関数の非球面方程式で表される形状である。
ｆ（ρ）＝ａ６・ρ６＋ｂ６・ρ４＋ｃ６・ρ２＋ｈ …（１）
但し、ａ６，ｂ６，ｃ６は、任意の係数である。
【００３４】
また、式（１）において、ドーム状ばね２の変曲点の位置に対応する直径を長さＤ１とする。式（１）は、３つの変曲点を有する。３つの変曲点は、動径ρ＝０、Ｄ１／２、Ｄ／２に対応する位置に存在する。動径ρ＝Ｄ１／２におけるドーム状ばね２と基板３との間の角度を角度αとする。動径ρ＝Ｄ／２におけるドーム状ばね２と基板３との間の角度を角度βとする。
【００３５】
ドーム状ばね２において動作荷重Ｆにより座屈が起こる条件として、次式（２）を満たすことが必要である。
α＜β …（２）
式（１）において、式（２）を満たすａ６，ｂ６，ｃ６が決定される。
【００３６】
式（１）では、ドーム状ばね２の非球面形状を６次の偶関数の非球面方程式で表したが、８次以上の偶関数で表してもよい。つまり、次式（３）、（４）〜の何れか一つを満たす非球面形状である。
ｆ（ρ）＝ａ８・ρ８＋ｂ８・ρ６＋ｃ８・ρ４＋ｄ８・ρ２＋ｈ …（３）
ｆ（ρ）＝ａ１０・ρ１０＋ｂ１０・ρ８＋ｃ１０・ρ６＋ｄ１０・ρ４＋ｅ１０・ρ２＋ｈ …（４）
：
つまり、本実施の形態の非球面形状は、まとめて次式（５）で表される。
ｆ（ρ）＝ａｎ１・ρｎ＋ｂｎ・ρｎ−２＋ｃｎ・ρｎ−４＋…＋γｎ・ρ２＋ｈ …（５）
但し、ｎ：６以上の任意の偶数、γ：２次に対応する係数、である。
【００３７】
６次以上の偶関数を用いたのは、動径ρ＝０（ドーム状ばね２の中心点）を含めて、３つ以上の変曲点を得るためである。３つ以上の変曲点のうち、一つの変曲点が動径ρ＝０に対応し、もう一つの変曲点が動径ρ＝ドーム状ばね２の外径に対応し、他の変曲点が０＜ρ＜外径を満たす動径ρに対応する。３つ以上の変曲点を有する場合に、ドーム状ばね２を座屈が起こる形状にすることできる。つまり、式（５）の６次以上の偶関数を用いて、式（２）の条件を満たすドーム状ばね２を設計することで、ドーム状ばね２が動作荷重Ｆにより座屈を起こす。
【００３８】
ドーム状ばね２を設計する場合に、式（５）の次数ｎを高くするほど、非球面形状を理想的な形状に設定できるが、計算量も多くなる。このため、６次、８次等の適切な次数の非球面方程式でドーム状ばね２を設計するのが好ましい。
【００３９】
次いで、図５〜図７を参照して、ドーム状ばね２の一例における動作を説明する。図５（ａ）に、本実施の形態の一例としてのドーム状ばね２Ａの平面構成を示す。図５（ｂ）に、ドーム状ばね２Ａの断面構成を示す。図６（ａ）に、従来の一例としてのドーム状接点ばね２３の平面構成を示す。図６（ｂ）に、ドーム状接点ばね２３の断面構成を示す。図７に、ドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３の可動接点２Ａａ，２３ａの変位に対する動作荷重の特性を示す。
【００４０】
図５（ａ），（ｂ）に示すドーム状ばね２Ａは、式（２）及び８次の非球面方程式の式（３）を用いて設計されたドーム状ばね２の一例である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のドーム状ばね２ＡのV−V線での断面図である。図６（ａ），（ｂ）に示すドーム状接点ばね２３は、従来のドーム状接点ばね２２の一例である。ドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３には、プレス加工により、クリックアクションのための残留応力が加えられていないものとする。図６（ｂ）は、図６（ａ）のドーム状接点ばね２３のVI−VI線での断面図である。ドーム状接点ばね２３は、球面形状の球面部２３Ａと、円錐形状の台座部２３Ｂと、を有する。
【００４１】
ドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３の平面上の外径を長さＬ１とし、断面における基板からのドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３の上面までの高さを長さＬ２とする。
【００４２】
図７において、ドーム状ばね２Ａの基板３に対する垂直方向の可動接点２Ａａの変位［ｍｍ］に対する動作荷重Ｆ［ｇｆ］の曲線が実線で表されている。同じく、ドーム状接点ばね２３の可動接点２３ａの変位［ｍｍ］に対する動作荷重Ｆ［ｇｆ］の曲線が破線で表されている。図７は、一例として、Ｌ１＝４［ｍｍ］、Ｌ２＝０．２４［ｍｍ］とした場合のドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３の特性を示している。
【００４３】
ドーム状ばね２Ａ又はドーム状接点ばね２３を備えるスイッチにおいて、ドーム状ばね２Ａ又はドーム状接点ばね２３の中心の可動接点２Ａａ又は２３ａを操作者が上から動作荷重Ｆで押下した場合を考える。可動接点２Ａａ又は２３ａに力を加えない初期状態での動作荷重及び変位を０とする。
【００４４】
スイッチの初期状態において、ドーム状接点ばね２３に動作荷重Ｆを与える場合に、先ず、操作者が押下により動作荷重Ｆを増加開始する。図７に示すように、動作荷重Ｆは、変位が０から変位量Ｓ１までほぼ比例して増加される。しかし、変位量Ｓ１を超えても、変位の増加ともに動作荷重も増加し続ける。このため、動作荷重Ｆ１でドーム状接点ばね２３に座屈が起こらない。
【００４５】
これに対し、スイッチの初期状態において、ドーム状ばね２Ａに動作荷重Ｆを与える場合に、図７に示すように、動作荷重Ｆは、変位が０から変位量Ｓ１までほぼ比例して増加される。そして、変位量Ｓ１に対応する動作荷重Ｆ１でドーム状ばね２Ａが座屈を起こす。すると、ドーム状ばね２Ａの中央部分が反転し、動作荷重Ｆ１よりも小さな動作荷重で可動接点２Ａａが変位する。その後、可動接点２Ａａが固定接点５に接触する変位量Ｓ２に至るまで、動作荷重は減少し続ける。そして、変位量Ｓ２に対応する動作荷重Ｆ２がなくなれば、ドーム状ばね２Ａが逆方向に反転し、初期状態に復帰する。
【００４６】
以上、本実施の形態によれば、押下により座屈を起こすドーム状ばね２の中立面２ｂが非球面形状である。そして、ドーム状ばね２の非球面形状は、式（５）で表され、式（２）を満たす。このため、ドーム状ばね２の高さを小さくして、ドーム状ばね２を設けたスイッチ１を小型化できるとともに、クリックアクションを確実に得ることができる。つまり、操作者にクリック感を確実に与えることができる。
【００４７】
（第１の変形例）
図８を参照して、上記実施の形態の第１の変形例を説明する。図８に、本変形例のスイッチ１０の断面構成を示す。
【００４８】
上記実施の形態のスイッチ１は、操作者の押下方向と逆方向に凸形状を有するドーム状ばね２を備える構成であった。これに対し、本変形例のスイッチ１０は、操作者の押下方向と同じ方向に凸形状を有するドーム状ばね２Ｂを備える構成である。
【００４９】
図８に示すように、スイッチ１０は、ドーム状ばね２Ｂと、基板３Ａ，３Ｂと、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａと、を備える。ドーム状ばね２Ｂは、中立面がドーム状ばね２と同様の非球面形状であるドーム形状のステンレス等の金属導体からなる接点用のばねである。また、ドーム状ばね２Ｂは、平面形状が円形である。ドーム状ばね２Ｂの平面の中心点を可動接点２Ｂａとする。
【００５０】
基板３Ａは、ドーム状ばね２Ｂの上方に設けられ、ドーム状ばね２Ｂに載置される基板である。基板３Ｂは、ドーム状ばね２Ｂの下方に設けられ、ドーム状ばね２Ｂが載置される基板である。基板３Ａには、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａが設けられている。固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａは、銅箔等の金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４Ａ，５Ａは、ドーム状ばね２Ｂの端部に常時接触されている。固定接点６Ａは、ドーム状ばね２Ｂの可動接点２Ｂａに対応する位置に設けられている。固定接点６Ａは、ドーム状ばね２Ｂが押下されていない状態で、ドーム状ばね２Ｂに接触されていない。基板３Ｂは、ドーム状ばね２Ｂが押下されていない状態で、可動接点２Ｂａに接触されている。
【００５１】
スイッチ１０についても、スイッチ１と同様に、動作荷重Ｆがない初期状態において、ドーム状ばね２Ｂの押下により、動作荷重Ｆを可動接点２Ｂａに加えて増加していくと、ある変位でドーム状ばね２Ｂが座屈を起こして中央部分が反転し、小さな動作荷重Ｆで可動接点２Ｂａが変位していく。その後、可動接点２Ｂａが固定接点６Ａに接触して、動作荷重Ｆは減少し続ける。そして、動作荷重Ｆがなくなれば、ドーム状ばね２Ｂが逆方向に反転し、初期状態に復帰する。
【００５２】
以上、本変形例によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２Ｂにより、スイッチ１０を小型化できるとともに、クリックアクションを確実に得ることができる。
【００５３】
また、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａが基板３Ａに設けられている。このため、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａをドーム状ばね２の上方に設けることができる。
【００５４】
（第２の変形例）
図９〜図１１を参照して、上記実施の形態の第２の変形例を説明する。図９（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｃの平面構成を示す。図９（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｃの断面構成を示す。図１０（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｄの平面構成を示す。図１０（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｄの側面構成を示す。図１１（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｅの平面構成を示す。図１１（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｅの断面構成を示す。
【００５５】
上記実施の形態のスイッチ１は、平面形状が円形のドーム状ばね２を備える構成であった。これに対し、本変形例のスイッチは、ドーム状ばね２に代えて、ドーム状ばね２の一部がカットされたドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅを備える構成である。
【００５６】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｃは、ドーム形状の上下の一部がカットされた俵型のドーム形状を有する。図９（ｂ）は、図９（ａ）のドーム状ばね２ＣのIX−IX線における断面図である。ドーム状ばね２Ｃは、ドーム状ばね２の上下の端部をカットすることにより製造される。このため、ドーム状ばね２Ｃは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。但し、ドーム状ばね２Ｃにおいて、カットされていない端部のうち、中心の可動接点２Ｃａを挟んで対向する２つの端部２Ｃ１，２Ｃ２が、基板３の固定接点４，５に接触される。
【００５７】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｄは、ドーム形状の４つの一部がカットされた十字型のドーム形状を有する。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のドーム状ばね２Ｄの側面図である。ドーム状ばね２Ｄは、ドーム状ばね２の４つの端部をカットすることにより製造される。このため、ドーム状ばね２Ｄは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。但し、ドーム状ばね２Ｄにおいて、カットされていない端部のうち、中心の可動接点２Ｄａを挟んで対向する２つの端部２Ｄ１，２Ｄ２、又は２Ｄ３，２Ｄ４が、基板３の固定接点４，５に接触される。
【００５８】
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｅは、ドーム形状の中央部がカットされた穴あき型のドーム形状を有する。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のドーム状ばね２ＥのXI−XI線における断面図である。ドーム状ばね２Ｅは、ドーム状ばね２の中心部を円形にカットすることにより製造される。ドーム状ばね２Ｅの穴側の端部を可動接点２Ｅａとする。このため、ドーム状ばね２Ｅは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。ドーム状ばね２Ｅにおいて、ドーム状ばね２と同様に、中心の可動接点２Ｅａを挟んで対向する任意の２つの端部が、基板３の固定接点４，５に接触される。固定接点６は、ドーム状ばね２Ｅの座屈時に可動接点２Ｅａに接触されるように形成及び配置される。
【００５９】
以上、本変形例によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅにより、スイッチを小型化できるとともに、クリックアクションを確実に得ることができる。
【００６０】
また、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅは、一部がカットされている。このため、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅの材料を少なくすることができ、ドーム状ばね及びスイッチの軽量化を実現できる。
【実施例１】
【００６１】
図１２を参照して、上記実施の形態のスイッチ１の第１の実施例としてのスイッチ３０を説明する。図１２に、本実施例のスイッチ３０の断面構成を示す。
【００６２】
スイッチ３０は、携帯機器等の操作部等に設けられる押釦スイッチである。スイッチ３０は、ドーム状ばね２と、基板３Ｃと、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃと、操作ボタン７と、スイッチケース８と、を備える。基板３Ｃ、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃは、順に、基板３、固定接点４，５，６に対応する。以下、実施の形態と同じ部材には、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
基板３Ｃは、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。基板３Ｃは、ドーム状ばね２に接続される固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃが載置されている。固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃは、銅箔等の金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４Ｃ，５Ｃは、ドーム状ばね２の端部に常時接触されている。固定接点６Ｃは、ドーム状ばね２の可動接点２ａに対応する位置に設けられている。固定接点６Ｃは、ドーム状ばね２が押下されていない状態で、ドーム状ばね２に接触されていない。
【００６４】
操作ボタン７は、ＡＢＳ樹脂等の樹脂等からなり、操作者の押下入力を受け付ける操作ボタンである。操作ボタン７は、ドーム状ばね２の上方に接触されており、操作者の押下入力を受け付け、この押下入力に応じてスイッチケース８に沿って上下に移動し、当該押下入力に対応する動作荷重Ｆをドーム状ばね２に伝える。スイッチケース８は、プラスチック等の樹脂等からなるケースである。スイッチケース８は、ドーム状ばね２、基板３Ｃ、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ、操作ボタン７を覆うとともに、操作ボタン７の一部を露出させる。また、スイッチケース８は、操作ボタン７を上下方向にガイドする。
【００６５】
また、スイッチケース８は、固定部８ａを有する。固定部８ａは、上面から見たドーム状ばね２の位置を固定している。この位置は、ドーム状ばね２が固定接点４Ｃ，５Ｃに接触し、且つドーム状ばね２の可動接点２Ａａが座屈時に固定接点６Ｃに接触する位置である。
【００６６】
以上、本実施例１によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２により、スイッチ３０を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができる。また、スイッチ３０は、操作ボタン７を備える。このため、操作ボタン７により、操作者に押下入力の操作を容易に行わせることができる。
【００６７】
また、スイッチ３０は、固定部８ａを有するスイッチケース８を備える。このため、固定部８ａにより、ドーム状ばね２を、固定接点４Ｃ，５Ｃに常時接触させ、座屈時に固定接点６Ｃに接触させる位置に確実に配置することができる。
【実施例２】
【００６８】
図１３を参照して、上記実施の形態のスイッチ１の第２の実施例としてのスイッチ４０を説明する。図１３に、本実施例のスイッチ４０の断面構成を示す。
【００６９】
スイッチ４０は、携帯機器等の操作部等に設けられる押釦スイッチである。スイッチ４０は、ドーム状ばね２と、基板３と、固定接点４，５，６と、ばね押えシート９と、を備える。
【００７０】
ばね押えシート９は、ポリエステルフィルム等の絶縁性のシートである。ばね押えシート９は、ドーム状ばね２及び基板３の上面に貼り付けられている。ばね押えシート９は、上面から見たドーム状ばね２の位置を固定している。この位置は、ドーム状ばね２が固定接点４，５に接触し、且つドーム状ばね２の可動接点２Ａａが座屈時に固定接点６に接触する位置である。
【００７１】
以上、本実施例２によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２により、スイッチ４０を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができる。また、スイッチ４０は、ばね押えシート９を備える。このため、ばね押えシート９により、ドーム状ばね２を固定接点４，５に常時接触させ、座屈時に固定接点６に接触させる位置に確実に配置することができる。さらに、ばね押えシート９により、スイッチ４０を実施例１のスイッチ３０よりも高さを低くしてより小型化できる。
【００７２】
なお、上記実施の形態、各変形例及び各実施例における記述は、本発明に係るドーム状ばね及びスイッチの一例であり、これに限定されるものではない。
【００７３】
例えば、上記実施の形態、各変形例及び各実施例の構成の少なくとも２つを適宜組み合わせることとしてもよい。例えば、上記実施例１のスイッチ３０のドーム状ばね２を、上記第２の変形例に記載のドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅに代える構成としてもよい。また、例えば、上記実施例１のスイッチ３０において、固定部８ａが無く、ドーム状ばね２に上記実施例２のばね押えシート９を貼り付けて位置決めした構成としてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態、各変形例及び各実施例のドーム状ばねは、全面の中立面が非球面形状である構成としたが、これに限定されるものではない。ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部が非球面である構成としてもよい。例えば、ドーム状ばねの中心の円部分を球面形状にし、それ以外の部分を非球面形状とした構成としてもよい。
【００７５】
また、上記実施の形態、各変形例及び各実施例において、ドーム状ばねを設けた装置として、スイッチを説明したが、これに限定されるものではない。非球面のドーム状ばねをコネクタ等、他の装置に設ける構成としてもよい。例えば、非球面のドーム状ばねをコネクタに用いる構成では、コネクタの接点を、非球面のドーム状ばねとし、コネクタを接続する際に、ドーム状ばねによりクリックアクションが起こる構成とする。つまり、コネクタを接続先に接続する際に、ドーム状ばねの座屈により、クリックアクションが起こるとともに、ドーム状ばねを介してコネクタの接点とその接続先の接点とが電気的に導通される。このため、操作者にクリック感を与えることができるとともに、コネクタを小型化できる。
【００７６】
さらに、非球面のドーム状ばねを接点として用いることなくコネクタ等の装置に設ける構成としてもよい。例えば、非球面のドーム状ばねをコネクタに用いる構成では、ドーム状ばねがコネクタのハウジング等に設けられ、コネクタを接続する際に、ドーム状ばねによりクリックアクションが起こる構成とする。つまり、コネクタ接続時に、コネクタの接点とその接続先の接点とが電気的に導通され、それと別に、ドーム状ばねの座屈により、クリックアクションが起こる。このため、操作者に、接続完了を知らせるクリック感を与えることができるとともに、コネクタを小型化できる。
【００７７】
その他、上記実施の形態、各変形例及び各実施例におけるドーム状ばね及びスイッチの細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１，１０，３０，４０ スイッチ
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ ドーム状ばね
２ａ，２Ａａ，２Ｂａ，２Ｃａ，２Ｄａ，２Ｅａ 可動接点
２ｂ 中立面
２Ｃ１，２Ｃ２，２Ｄ１，２Ｄ２，２Ｄ３，２Ｄ４ 端部
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 基板
４，５，６，４Ａ，５Ａ，６Ａ，４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ 固定接点
７ 操作ボタン
８ スイッチケース
８ａ 固定部
９ ばね押えシート
１００，２００ スイッチ
２１，２２，２３ ドーム状接点ばね
２１ａ，２２ａ，２３ａ 可動接点
２２Ａ，２３Ａ 球面部
２２Ｂ，２３Ｂ 台座部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドーム状ばねと、ドーム状ばねを備えるスイッチとに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機等の電子機器の操作部に、クリックアクション付きの押釦スイッチを用いる構成が知られている。クリックアクション付きの押釦スイッチは、操作者に、押下入力時にクリック感を与えることができる。クリックアクション付きの押釦スイッチは、ドーム状接点ばねを備える。
【０００３】
上記押釦スイッチとして、全面が球面のドーム状接点ばねを備えるスイッチが知られている。図１４を参照して、従来の全面が球面のドーム状接点ばねとを備えるスイッチ１００の装置構成を説明する。図１４に、ドーム状接点ばね２１を備えるスイッチ１００の断面構成を示す。
【０００４】
図１４に示すように、スイッチ１００は、ドーム状接点ばね２１と、基板３と、固定接点４，５，６と、を備える。ドーム状接点ばね２１は、全面が球面でドーム形状の金属導体からなる接点用のばねである。図１４は、ドーム状接点ばね２１の平面の中心に位置する可動接点２１ａを通る面の断面図である。
【０００５】
基板３は、ドーム状接点ばね２１が載置される基板である。基板３には、固定接点４，５，６が設けられている。固定接点４，５，６は、金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４，５は、ドーム状接点ばね２１の端部に常時接触されている。固定接点６は、ドーム状接点ばね２１の可動接点２１ａに対応する位置に設けられている。
【０００６】
図１５を参照して、スイッチ１００の動作を説明する。図１５に、スイッチ１００における可動接点２１ａの変位に対する動作荷重Ｆの特性を示す。
【０００７】
スイッチ１００において、ドーム状接点ばね２１が操作者により上から押下される。そして、ドーム状接点ばね２１の可動接点２１ａが固定接点６と接触すると、ドーム状接点ばね２１を介して固定接点４，５が固定接点６と電気的に導通される。この導通により、ドーム状接点ばね２１の押下を示す電気信号がスイッチ１を有する操作部から出力される。
【０００８】
このようなスイッチ１００において、ドーム状接点ばね２１の可動接点２１ａを操作者が上から動作荷重Ｆ［ｇｆ］で押した場合を考える。可動接点２１ａに力を加えない初期状態で、動作荷重Ｆと、基板３に対する垂直方向の可動接点２１ａの変位［ｍｍ］とを、０にとる。
【０００９】
スイッチ１００の初期状態において、操作者の押下により動作荷重Ｆを増加開始する。すると、図１５に示すように、動作荷重Ｆは、変位０から変位Ｓ１１までほぼ比例して増加される。そして、変位Ｓ１１に対応する動作荷重Ｆ１１でドーム状接点ばね２１が座屈を起こす。すると、ドーム状接点ばね２１の中央部分が反転し、動作荷重Ｆ１１よりも小さな動作荷重で可動接点２１ａが変位する。その後、可動接点２１ａが固定接点６に接触する変位Ｓ１２に至るまで、動作荷重は減少し続ける。そして、変位Ｓ１２に対応する動作荷重Ｆ１２がなくなれば、ドーム状接点ばね２１が逆方向に反転し、初期状態に復帰する。
【００１０】
また、球面の球面部と台座部とを有するドーム状接点ばねを備えるスイッチが知られている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。図１６を参照して、球面部及び台座部を有するドーム状接点ばねを備えるスイッチ２００を説明する。図１６に、ドーム状接点ばね２２を備えるスイッチ２００の断面構成を示す。
【００１１】
図１６に示すように、スイッチ２００は、ドーム状接点ばね２２と、基板３と、固定接点４，５，６と、を備える。ドーム状接点ばね２２は、球面部２２Ａと、台座部２２Ｂと、を有する。球面部２２Ａは、球面でドーム状の金属導体からなる接点用のばねである。台座部２２Ｂは、球面部２２Ａに接続された円錐形状の金属導体である。球面部２２Ａは、可動接点２２ａを含み、動作荷重により可動する部分である。台座部２２Ｂは、動作荷重によりほとんど動かない部分である。
【００１２】
スイッチ２００について、ドーム状接点ばね２２により、スイッチ１００に比べて、基板３からの高さを低くすることができる。このため、スイッチ２００を小型化できる。なお、ドーム状接点ばね２２には、製造時のプレス加工により、クリックアクションのための残留応力が加えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４０７９４３１号公報
【特許文献２】特許第３７５３６７６号公報
【特許文献３】特開２００４−１３９９９７号公報
【特許文献４】特開２０００−３２２９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
近年、スイッチが搭載される携帯機器等の電子機器について、さらなる小型化の要請がある。しかし、従来のスイッチ２００では、基板３からの高さをさらに低くすると、動作荷重を加えても座屈が発生せず、クリックアクションが得られなかった。
【００１５】
本発明の課題は、ドーム状ばねを設けた装置を小型化するとともに、クリックアクションを確実に得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明のドーム状ばねは、
押下により座屈を起こすドーム状ばねであって、
当該ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部の中立面が非球面形状である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のドーム状ばねにおいて、
前記非球面形状は、６次以上の偶関数で表され、
前記ドーム状ばねの中心及び外径の間の位置に対応する前記偶関数の変曲点における当該ドーム状ばねと当該ドーム状ばねの端部が接触される基板との間の角度αと、当該ドーム状ばねの外径に対応する前記偶関数の変曲点における当該ドーム状ばねと前記基板との間の角度βとにおいて、
α＜β
を満たす。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のドーム状ばねにおいて、
前記ドーム状ばねの一部がカットされた形状を有する。
【００１９】
請求項４に記載の発明のスイッチは、
請求項１から３のいずれか一項に記載のドーム状ばねと、
前記ドーム状ばねに常時接触された第１の固定接点と、
前記ドーム状ばねの座屈時に可動接点が接触される第２の固定接点と、
前記第１の固定接点及び前記第２の固定接点が設けられた基板と、を備え、
前記ドーム状ばねは、導体であり、
押下により座屈された前記ドーム状ばねを介して、前記第１の固定接点と前記第２の固定接点とが電気的に導通される。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスイッチにおいて、
前記ドーム状ばねに貼り付けられたばね押えシートを備える。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載のスイッチにおいて、
押下入力を受け付けて前記ドーム状ばねに伝える操作ボタンを備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ドーム状接点ばねを設けた装置を小型化できるとともに、クリックアクションを確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る実施の形態のスイッチの断面図である。
【図２】実施の形態のドーム状ばねの平面図である。
【図３】実施の形態のドーム状ばねの動径に対する高さを示す図である。
【図４】実施の形態のドーム状ばねの角度を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、実施の形態の一例としてのドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、実施の形態の一例としてのドーム状ばねの断面図である。
【図６】（ａ）は、従来の一例としてのドーム状接点ばねの平面図である。（ｂ）は、従来の一例としてのドーム状接点ばねの断面図である。
【図７】実施の形態の一例のドーム状ばね及び従来の一例のドーム状接点ばねの可動接点の変位に対する動作荷重の特性を示す図である。
【図８】第１の変形例のスイッチの断面図である。
【図９】（ａ）は、第２の変形例の第１のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第１の変形例の第１のドーム状ばねの断面図である。
【図１０】（ａ）は、第２の変形例の第２のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第１の変形例の第２のドーム状ばねの側面図である。
【図１１】（ａ）は、第２の変形例の第３のドーム状ばねの平面図である。（ｂ）は、第１の変形例の第３のドーム状ばねの断面図である。
【図１２】実施例１のスイッチの断面図である。
【図１３】実施例２のスイッチの断面図である。
【図１４】従来の第１のスイッチの断面図である。
【図１５】従来の第１のスイッチにおける可動接点の変位に対する動作荷重の特性を示す図である。
【図１６】従来の第２のスイッチの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態、第１及び第２の変形例、並びに実施例１，２を順に詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００２５】
図１〜図６を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図１及び図２を参照して、本実施の形態のスイッチ１の装置構成を説明する。図１に、スイッチ１の断面構成を示す。図２に、ドーム状ばね２の平面構成を示す。図１は、図２のI−I線におけるドーム状ばね２の断面を含むスイッチ１の断面図である。
【００２６】
本実施の形態のスイッチ１は、例えば、電子機器用の操作部に用いられるスイッチである。当該電子機器は、押下操作入力を行う操作部を備える電子機器であり、携帯電話機、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ハンディターミナル等の携帯機器であることが好ましい。
【００２７】
図１に示すように、スイッチ１は、ドーム状ばね２と、基板３と、固定接点４，５，６と、を備える。ドーム状ばね２は、全面が非球面形状であるドーム形状の金属導体からなる接点用のばねである。ドーム状ばね２の材料は、ＳＵＳ３０１（ばね用ステンレス鋼帯）等のステンレス、ベリリウム銅、ばね用りん青銅等の金属導体である。しかしこれらの材料に限定されるものではなく、一般的にばね用途として用いられる材料であればよい。
【００２８】
また、図２に示すように、ドーム状ばね２は、平面形状が円形である。ドーム状ばね２の平面の中心点を可動接点２ａとする。また、ドーム状ばね２の断面の中立面を中立面２ｂとする。中立面とは、圧縮側と引張側との境目にあり伸びも縮みもしない断面である。中立面２ｂが、非球面形状である。ドーム状ばね２の非球面形状については、詳細に後述する。また、ドーム状ばね２は、操作者の押下方向と逆方向に凸形状を有する。
【００２９】
基板３は、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。基板３には、ドーム状ばね２が載置されている。基板３には、固定接点４，５，６が設けられている。固定接点４，５，６は、銅箔等の金属導体からなる固定された接点である。固定接点４，５は、ドーム状ばね２の端部に常時接触されている。固定接点６は、ドーム状ばね２の可動接点２ａに対応する位置に設けられている。固定接点６は、ドーム状ばね２が押下されていない状態でドーム状ばね２に接触されていない。
【００３０】
次いで、図３及び図４を参照して、ドーム状ばね２の非球面形状を説明する。図３に、ドーム状ばね２の動径ρに対する高さを示す。図４に、ドーム状ばね２の角度を示す。
【００３１】
図３及び図４に示すように、ドーム状ばね２は、非球面形状を有するように設計される。図３におけるのドーム状ばね２の高さは、基板３の表面からドーム状ばね２の下側の面までの垂直方向の長さである。基板３の表面上におけるドーム状ばね２の中心点を中心とした端部までの円の直径を外径Ｄとする。基板３の表面上におけるドーム状ばね２の中心点からの長さを動径ρとする。つまり、外径Ｄに対応する動径ρはＤ／２である。また、ドーム状ばね２の中心点に対応するドーム状ばね２の高さを、高さｈとする。
【００３２】
ドーム状ばね２は、上側の面、中立面及び下側の面に同様の非球面形状を有する。少なくとも、ドーム状ばね２の中立面が非球面形状であればよい。このため、ドーム状ばね２の下側の面の形状を、ドーム状ばね２の中立面の形状と見なして以下説明する。
【００３３】
ドーム状ばね２の非球面形状は、次式（１）の６次の偶関数の非球面方程式で表される形状である。
ｆ（ρ）＝ａ６・ρ６＋ｂ６・ρ４＋ｃ６・ρ２＋ｈ …（１）
但し、ａ６，ｂ６，ｃ６は、任意の係数である。
【００３４】
また、式（１）において、ドーム状ばね２の変曲点の位置に対応する直径を長さＤ１とする。式（１）は、３つの変曲点を有する。３つの変曲点は、動径ρ＝０、Ｄ１／２、Ｄ／２に対応する位置に存在する。動径ρ＝Ｄ１／２におけるドーム状ばね２と基板３との間の角度を角度αとする。動径ρ＝Ｄ／２におけるドーム状ばね２と基板３との間の角度を角度βとする。
【００３５】
ドーム状ばね２において動作荷重Ｆにより座屈が起こる条件として、次式（２）を満たすことが必要である。
α＜β …（２）
式（１）において、式（２）を満たすａ６，ｂ６，ｃ６が決定される。
【００３６】
式（１）では、ドーム状ばね２の非球面形状を６次の偶関数の非球面方程式で表したが、８次以上の偶関数で表してもよい。つまり、次式（３）、（４）〜の何れか一つを満たす非球面形状である。
ｆ（ρ）＝ａ８・ρ８＋ｂ８・ρ６＋ｃ８・ρ４＋ｄ８・ρ２＋ｈ …（３）
ｆ（ρ）＝ａ１０・ρ１０＋ｂ１０・ρ８＋ｃ１０・ρ６＋ｄ１０・ρ４＋ｅ１０・ρ２＋ｈ …（４）
：
つまり、本実施の形態の非球面形状は、まとめて次式（５）で表される。
ｆ（ρ）＝ａｎ１・ρｎ＋ｂｎ・ρｎ−２＋ｃｎ・ρｎ−４＋…＋γｎ・ρ２＋ｈ …（５）
但し、ｎ：６以上の任意の偶数、γ：２次に対応する係数、である。
【００３７】
６次以上の偶関数を用いたのは、動径ρ＝０（ドーム状ばね２の中心点）を含めて、３つ以上の変曲点を得るためである。３つ以上の変曲点のうち、一つの変曲点が動径ρ＝０に対応し、もう一つの変曲点が動径ρ＝ドーム状ばね２の外径に対応し、他の変曲点が０＜ρ＜外径を満たす動径ρに対応する。３つ以上の変曲点を有する場合に、ドーム状ばね２を座屈が起こる形状にすることできる。つまり、式（５）の６次以上の偶関数を用いて、式（２）の条件を満たすドーム状ばね２を設計することで、ドーム状ばね２が動作荷重Ｆにより座屈を起こす。
【００３８】
ドーム状ばね２を設計する場合に、式（５）の次数ｎを高くするほど、非球面形状を理想的な形状に設定できるが、計算量も多くなる。このため、６次、８次等の適切な次数の非球面方程式でドーム状ばね２を設計するのが好ましい。
【００３９】
次いで、図５〜図７を参照して、ドーム状ばね２の一例における動作を説明する。図５（ａ）に、本実施の形態の一例としてのドーム状ばね２Ａの平面構成を示す。図５（ｂ）に、ドーム状ばね２Ａの断面構成を示す。図６（ａ）に、従来の一例としてのドーム状接点ばね２３の平面構成を示す。図６（ｂ）に、ドーム状接点ばね２３の断面構成を示す。図７に、ドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３の可動接点２Ａａ，２３ａの変位に対する動作荷重の特性を示す。
【００４０】
図５（ａ），（ｂ）に示すドーム状ばね２Ａは、式（２）及び８次の非球面方程式の式（３）を用いて設計されたドーム状ばね２の一例である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のドーム状ばね２ＡのV−V線での断面図である。図６（ａ），（ｂ）に示すドーム状接点ばね２３は、従来のドーム状接点ばね２２の一例である。ドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３には、プレス加工により、クリックアクションのための残留応力が加えられていないものとする。図６（ｂ）は、図６（ａ）のドーム状接点ばね２３のVI−VI線での断面図である。ドーム状接点ばね２３は、球面形状の球面部２３Ａと、円錐形状の台座部２３Ｂと、を有する。
【００４１】
ドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３の平面上の外径を長さＬ１とし、断面における基板からのドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３の上面までの高さを長さＬ２とする。
【００４２】
図７において、ドーム状ばね２Ａの基板３に対する垂直方向の可動接点２Ａａの変位［ｍｍ］に対する動作荷重Ｆ［ｇｆ］の曲線が実線で表されている。同じく、ドーム状接点ばね２３の可動接点２３ａの変位［ｍｍ］に対する動作荷重Ｆ［ｇｆ］の曲線が破線で表されている。図７は、一例として、Ｌ１＝４［ｍｍ］、Ｌ２＝０．２４［ｍｍ］とした場合のドーム状ばね２Ａ及びドーム状接点ばね２３の特性を示している。
【００４３】
ドーム状ばね２Ａ又はドーム状接点ばね２３を備えるスイッチにおいて、ドーム状ばね２Ａ又はドーム状接点ばね２３の中心の可動接点２Ａａ又は２３ａを操作者が上から動作荷重Ｆで押下した場合を考える。可動接点２Ａａ又は２３ａに力を加えない初期状態での動作荷重及び変位を０とする。
【００４４】
スイッチの初期状態において、ドーム状接点ばね２３に動作荷重Ｆを与える場合に、先ず、操作者が押下により動作荷重Ｆを増加開始する。図７に示すように、動作荷重Ｆは、変位が０から変位量Ｓ１までほぼ比例して増加される。しかし、変位量Ｓ１を超えても、変位の増加ともに動作荷重も増加し続ける。このため、動作荷重Ｆ１でドーム状接点ばね２３に座屈が起こらない。
【００４５】
これに対し、スイッチの初期状態において、ドーム状ばね２Ａに動作荷重Ｆを与える場合に、図７に示すように、動作荷重Ｆは、変位が０から変位量Ｓ１までほぼ比例して増加される。そして、変位量Ｓ１に対応する動作荷重Ｆ１でドーム状ばね２Ａが座屈を起こす。すると、ドーム状ばね２Ａの中央部分が反転し、動作荷重Ｆ１よりも小さな動作荷重で可動接点２Ａａが変位する。その後、可動接点２Ａａが固定接点５に接触する変位量Ｓ２に至るまで、動作荷重は減少し続ける。そして、変位量Ｓ２に対応する動作荷重Ｆ２がなくなれば、ドーム状ばね２Ａが逆方向に反転し、初期状態に復帰する。
【００４６】
以上、本実施の形態によれば、押下により座屈を起こすドーム状ばね２の中立面２ｂが非球面形状である。そして、ドーム状ばね２の非球面形状は、式（５）で表され、式（２）を満たす。このため、ドーム状ばね２の高さを小さくして、ドーム状ばね２を設けたスイッチ１を小型化できるとともに、クリックアクションを確実に得ることができる。つまり、操作者にクリック感を確実に与えることができる。
【００４７】
（第１の変形例）
図８を参照して、上記実施の形態の第１の変形例を説明する。図８に、本変形例のスイッチ１０の断面構成を示す。
【００４８】
上記実施の形態のスイッチ１は、操作者の押下方向と逆方向に凸形状を有するドーム状ばね２を備える構成であった。これに対し、本変形例のスイッチ１０は、操作者の押下方向と同じ方向に凸形状を有するドーム状ばね２Ｂを備える構成である。
【００４９】
図８に示すように、スイッチ１０は、ドーム状ばね２Ｂと、基板３Ａ，３Ｂと、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａと、を備える。ドーム状ばね２Ｂは、中立面がドーム状ばね２と同様の非球面形状であるドーム形状のステンレス等の金属導体からなる接点用のばねである。また、ドーム状ばね２Ｂは、平面形状が円形である。ドーム状ばね２Ｂの平面の中心点を可動接点２Ｂａとする。
【００５０】
基板３Ａは、ドーム状ばね２Ｂの上方に設けられ、ドーム状ばね２Ｂに載置される基板である。基板３Ｂは、ドーム状ばね２Ｂの下方に設けられ、ドーム状ばね２Ｂが載置される基板である。基板３Ａには、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａが設けられている。固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａは、銅箔等の金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４Ａ，５Ａは、ドーム状ばね２Ｂの端部に常時接触されている。固定接点６Ａは、ドーム状ばね２Ｂの可動接点２Ｂａに対応する位置に設けられている。固定接点６Ａは、ドーム状ばね２Ｂが押下されていない状態で、ドーム状ばね２Ｂに接触されていない。基板３Ｂは、ドーム状ばね２Ｂが押下されていない状態で、可動接点２Ｂａに接触されている。
【００５１】
スイッチ１０についても、スイッチ１と同様に、動作荷重Ｆがない初期状態において、ドーム状ばね２Ｂの押下により、動作荷重Ｆを可動接点２Ｂａに加えて増加していくと、ある変位でドーム状ばね２Ｂが座屈を起こして中央部分が反転し、小さな動作荷重Ｆで可動接点２Ｂａが変位していく。その後、可動接点２Ｂａが固定接点６Ａに接触して、動作荷重Ｆは減少し続ける。そして、動作荷重Ｆがなくなれば、ドーム状ばね２Ｂが逆方向に反転し、初期状態に復帰する。
【００５２】
以上、本変形例によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２Ｂにより、スイッチ１０を小型化できるとともに、クリックアクションを確実に得ることができる。
【００５３】
また、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａが基板３Ａに設けられている。このため、固定接点４Ａ，５Ａ，６Ａをドーム状ばね２の上方に設けることができる。
【００５４】
（第２の変形例）
図９〜図１１を参照して、上記実施の形態の第２の変形例を説明する。図９（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｃの平面構成を示す。図９（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｃの断面構成を示す。図１０（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｄの平面構成を示す。図１０（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｄの側面構成を示す。図１１（ａ）に、本変形例のドーム状ばね２Ｅの平面構成を示す。図１１（ｂ）に、ドーム状ばね２Ｅの断面構成を示す。
【００５５】
上記実施の形態のスイッチ１は、平面形状が円形のドーム状ばね２を備える構成であった。これに対し、本変形例のスイッチは、ドーム状ばね２に代えて、ドーム状ばね２の一部がカットされたドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅを備える構成である。
【００５６】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｃは、ドーム形状の上下の一部がカットされた俵型のドーム形状を有する。図９（ｂ）は、図９（ａ）のドーム状ばね２ＣのIX−IX線における断面図である。ドーム状ばね２Ｃは、ドーム状ばね２の上下の端部をカットすることにより製造される。このため、ドーム状ばね２Ｃは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。但し、ドーム状ばね２Ｃにおいて、カットされていない端部のうち、中心の可動接点２Ｃａを挟んで対向する２つの端部２Ｃ１，２Ｃ２が、基板３の固定接点４，５に接触される。
【００５７】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｄは、ドーム形状の４つの一部がカットされた十字型のドーム形状を有する。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のドーム状ばね２Ｄの側面図である。ドーム状ばね２Ｄは、ドーム状ばね２の４つの端部をカットすることにより製造される。このため、ドーム状ばね２Ｄは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。但し、ドーム状ばね２Ｄにおいて、カットされていない端部のうち、中心の可動接点２Ｄａを挟んで対向する２つの端部２Ｄ１，２Ｄ２、又は２Ｄ３，２Ｄ４が、基板３の固定接点４，５に接触される。
【００５８】
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ドーム状ばね２Ｅは、ドーム形状の中央部がカットされた穴あき型のドーム形状を有する。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のドーム状ばね２ＥのXI−XI線における断面図である。ドーム状ばね２Ｅは、ドーム状ばね２の中心部を円形にカットすることにより製造される。ドーム状ばね２Ｅの穴側の端部を可動接点２Ｅａとする。このため、ドーム状ばね２Ｅは、ドーム状ばね２と同様の非球面形状を有する。ドーム状ばね２Ｅにおいて、ドーム状ばね２と同様に、中心の可動接点２Ｅａを挟んで対向する任意の２つの端部が、基板３の固定接点４，５に接触される。固定接点６は、ドーム状ばね２Ｅの座屈時に可動接点２Ｅａに接触されるように形成及び配置される。
【００５９】
以上、本変形例によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅにより、スイッチを小型化できるとともに、クリックアクションを確実に得ることができる。
【００６０】
また、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅは、一部がカットされている。このため、ドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ又は２Ｅの材料を少なくすることができ、ドーム状ばね及びスイッチの軽量化を実現できる。
【実施例１】
【００６１】
図１２を参照して、上記実施の形態のスイッチ１の第１の実施例としてのスイッチ３０を説明する。図１２に、本実施例のスイッチ３０の断面構成を示す。
【００６２】
スイッチ３０は、携帯機器等の操作部等に設けられる押釦スイッチである。スイッチ３０は、ドーム状ばね２と、基板３Ｃと、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃと、操作ボタン７と、スイッチケース８と、を備える。基板３Ｃ、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃは、順に、基板３、固定接点４，５，６に対応する。以下、実施の形態と同じ部材には、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
基板３Ｃは、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。基板３Ｃは、ドーム状ばね２に接続される固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃが載置されている。固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃは、銅箔等の金属導体からなる電気的な接点である。固定接点４Ｃ，５Ｃは、ドーム状ばね２の端部に常時接触されている。固定接点６Ｃは、ドーム状ばね２の可動接点２ａに対応する位置に設けられている。固定接点６Ｃは、ドーム状ばね２が押下されていない状態で、ドーム状ばね２に接触されていない。
【００６４】
操作ボタン７は、ＡＢＳ樹脂等の樹脂等からなり、操作者の押下入力を受け付ける操作ボタンである。操作ボタン７は、ドーム状ばね２の上方に接触されており、操作者の押下入力を受け付け、この押下入力に応じてスイッチケース８に沿って上下に移動し、当該押下入力に対応する動作荷重Ｆをドーム状ばね２に伝える。スイッチケース８は、プラスチック等の樹脂等からなるケースである。スイッチケース８は、ドーム状ばね２、基板３Ｃ、固定接点４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ、操作ボタン７を覆うとともに、操作ボタン７の一部を露出させる。また、スイッチケース８は、操作ボタン７を上下方向にガイドする。
【００６５】
また、スイッチケース８は、固定部８ａを有する。固定部８ａは、上面から見たドーム状ばね２の位置を固定している。この位置は、ドーム状ばね２が固定接点４Ｃ，５Ｃに接触し、且つドーム状ばね２の可動接点２Ａａが座屈時に固定接点６Ｃに接触する位置である。
【００６６】
以上、本実施例１によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２により、スイッチ３０を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができる。また、スイッチ３０は、操作ボタン７を備える。このため、操作ボタン７により、操作者に押下入力の操作を容易に行わせることができる。
【００６７】
また、スイッチ３０は、固定部８ａを有するスイッチケース８を備える。このため、固定部８ａにより、ドーム状ばね２を、固定接点４Ｃ，５Ｃに常時接触させ、座屈時に固定接点６Ｃに接触させる位置に確実に配置することができる。
【実施例２】
【００６８】
図１３を参照して、上記実施の形態のスイッチ１の第２の実施例としてのスイッチ４０を説明する。図１３に、本実施例のスイッチ４０の断面構成を示す。
【００６９】
スイッチ４０は、携帯機器等の操作部等に設けられる押釦スイッチである。スイッチ４０は、ドーム状ばね２と、基板３と、固定接点４，５，６と、ばね押えシート９と、を備える。
【００７０】
ばね押えシート９は、ポリエステルフィルム等の絶縁性のシートである。ばね押えシート９は、ドーム状ばね２及び基板３の上面に貼り付けられている。ばね押えシート９は、上面から見たドーム状ばね２の位置を固定している。この位置は、ドーム状ばね２が固定接点４，５に接触し、且つドーム状ばね２の可動接点２Ａａが座屈時に固定接点６に接触する位置である。
【００７１】
以上、本実施例２によれば、上記実施の形態と同様に、ドーム状ばね２により、スイッチ４０を小型化でき、クリックアクションを確実に得ることができる。また、スイッチ４０は、ばね押えシート９を備える。このため、ばね押えシート９により、ドーム状ばね２を固定接点４，５に常時接触させ、座屈時に固定接点６に接触させる位置に確実に配置することができる。さらに、ばね押えシート９により、スイッチ４０を実施例１のスイッチ３０よりも高さを低くしてより小型化できる。
【００７２】
なお、上記実施の形態、各変形例及び各実施例における記述は、本発明に係るドーム状ばね及びスイッチの一例であり、これに限定されるものではない。
【００７３】
例えば、上記実施の形態、各変形例及び各実施例の構成の少なくとも２つを適宜組み合わせることとしてもよい。例えば、上記実施例１のスイッチ３０のドーム状ばね２を、上記第２の変形例に記載のドーム状ばね２Ｃ，２Ｄ，２Ｅに代える構成としてもよい。また、例えば、上記実施例１のスイッチ３０において、固定部８ａが無く、ドーム状ばね２に上記実施例２のばね押えシート９を貼り付けて位置決めした構成としてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態、各変形例及び各実施例のドーム状ばねは、全面の中立面が非球面形状である構成としたが、これに限定されるものではない。ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部が非球面である構成としてもよい。例えば、ドーム状ばねの中心の円部分を球面形状にし、それ以外の部分を非球面形状とした構成としてもよい。
【００７５】
また、上記実施の形態、各変形例及び各実施例において、ドーム状ばねを設けた装置として、スイッチを説明したが、これに限定されるものではない。非球面のドーム状ばねをコネクタ等、他の装置に設ける構成としてもよい。例えば、非球面のドーム状ばねをコネクタに用いる構成では、コネクタの接点を、非球面のドーム状ばねとし、コネクタを接続する際に、ドーム状ばねによりクリックアクションが起こる構成とする。つまり、コネクタを接続先に接続する際に、ドーム状ばねの座屈により、クリックアクションが起こるとともに、ドーム状ばねを介してコネクタの接点とその接続先の接点とが電気的に導通される。このため、操作者にクリック感を与えることができるとともに、コネクタを小型化できる。
【００７６】
さらに、非球面のドーム状ばねを接点として用いることなくコネクタ等の装置に設ける構成としてもよい。例えば、非球面のドーム状ばねをコネクタに用いる構成では、ドーム状ばねがコネクタのハウジング等に設けられ、コネクタを接続する際に、ドーム状ばねによりクリックアクションが起こる構成とする。つまり、コネクタ接続時に、コネクタの接点とその接続先の接点とが電気的に導通され、それと別に、ドーム状ばねの座屈により、クリックアクションが起こる。このため、操作者に、接続完了を知らせるクリック感を与えることができるとともに、コネクタを小型化できる。
【００７７】
その他、上記実施の形態、各変形例及び各実施例におけるドーム状ばね及びスイッチの細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１，１０，３０，４０ スイッチ
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ ドーム状ばね
２ａ，２Ａａ，２Ｂａ，２Ｃａ，２Ｄａ，２Ｅａ 可動接点
２ｂ 中立面
２Ｃ１，２Ｃ２，２Ｄ１，２Ｄ２，２Ｄ３，２Ｄ４ 端部
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 基板
４，５，６，４Ａ，５Ａ，６Ａ，４Ｃ，５Ｃ，６Ｃ 固定接点
７ 操作ボタン
８ スイッチケース
８ａ 固定部
９ ばね押えシート
１００，２００ スイッチ
２１，２２，２３ ドーム状接点ばね
２１ａ，２２ａ，２３ａ 可動接点
２２Ａ，２３Ａ 球面部
２２Ｂ，２３Ｂ 台座部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押下により座屈を起こすドーム状ばねであって、
当該ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部の中立面が非球面形状であるドーム状ばね。
【請求項２】
前記非球面形状は、６次以上の偶関数で表され、
前記ドーム状ばねの中心及び外径の間の位置に対応する前記偶関数の変曲点における当該ドーム状ばねと当該ドーム状ばねの端部が接触される基板との間の角度αと、当該ドーム状ばねの外径に対応する前記偶関数の変曲点における当該ドーム状ばねと前記基板との間の角度βとにおいて、
α＜β
を満たす請求項１に記載のドーム状ばね。
【請求項３】
前記ドーム状ばねの一部がカットされた形状を有する請求項１又は２に記載のドーム状ばね。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のドーム状ばねと、
前記ドーム状ばねに常時接触された第１の固定接点と、
前記ドーム状ばねの座屈時に可動接点が接触される第２の固定接点と、
前記第１の固定接点及び前記第２の固定接点が設けられた基板と、を備え、
前記ドーム状ばねは、導体であり、
押下により座屈された前記ドーム状ばねを介して、前記第１の固定接点と前記第２の固定接点とが電気的に導通されるスイッチ。
【請求項５】
前記ドーム状ばねに貼り付けられたばね押えシートを備える請求項４に記載のスイッチ。
【請求項６】
押下入力を受け付けて前記ドーム状ばねに伝える操作ボタンを備える請求項４又は５に記載のスイッチ。
【請求項１】
押下により座屈を起こすドーム状ばねであって、
当該ドーム状ばねの座屈時の可動部分の少なくとも一部の中立面が非球面形状であるドーム状ばね。
【請求項２】
前記非球面形状は、６次以上の偶関数で表され、
前記ドーム状ばねの中心及び外径の間の位置に対応する前記偶関数の変曲点における当該ドーム状ばねと当該ドーム状ばねの端部が接触される基板との間の角度αと、当該ドーム状ばねの外径に対応する前記偶関数の変曲点における当該ドーム状ばねと前記基板との間の角度βとにおいて、
α＜β
を満たす請求項１に記載のドーム状ばね。
【請求項３】
前記ドーム状ばねの一部がカットされた形状を有する請求項１又は２に記載のドーム状ばね。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のドーム状ばねと、
前記ドーム状ばねに常時接触された第１の固定接点と、
前記ドーム状ばねの座屈時に可動接点が接触される第２の固定接点と、
前記第１の固定接点及び前記第２の固定接点が設けられた基板と、を備え、
前記ドーム状ばねは、導体であり、
押下により座屈された前記ドーム状ばねを介して、前記第１の固定接点と前記第２の固定接点とが電気的に導通されるスイッチ。
【請求項５】
前記ドーム状ばねに貼り付けられたばね押えシートを備える請求項４に記載のスイッチ。
【請求項６】
押下入力を受け付けて前記ドーム状ばねに伝える操作ボタンを備える請求項４又は５に記載のスイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−３４９２７（Ｐ２０１１−３４９２７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２９３９（Ｐ２００９−１８２９３９）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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