JP7389540B1 - 押しボタンスイッチ - Google Patents

Abstract

押しボタンスイッチ（１）は、同一円周上に互いに離間して配置された複数の端子を有するベース（３０）と、複数の端子の上に配置された複数の接点部を有する可動接点ブラシ（５０）と、複数の接点部を複数の端子に接触または離間させるカムを有し、ベース（３０）の軸心周りに回転可能に支持されたロータ（９０）と、ロータ（９０）に設けられたギアに当接し、ベース（３０）の軸心に直交する方向に移動してロータ（９０）を回転させるアクチュエータ（７０）と、アクチュエータ（７０）に当接し、押し込み操作によりアクチュエータ（７０）を移動させ、ばね力により弾性復帰するボタン（６０）と、を備えて構成されている。

Description

本発明は、例えば自動車のシートヒータを操作するスイッチとして好適な押しボタンスイッチに関する。

従来、この種のスイッチとして、下記の特許文献１に記載されたシーソースイッチが知られている。このシーソースイッチは、ケースに支持されたノブが傾倒し、ケース内の可動接点の接点部が端子に接触するかあるいは離間することで導通状態と非導通状態を切り替えることができ、かつ、その状態を保持するロック機構を備えている。このスイッチによれば、ケースの上部に設けられた操作体の左端部分を押すと電源Ｖｃｃと接点Ａが導通し、その導通状態（ＨＩＧＨ設定）がロックされる。一方、操作体の右端部分を押すと接点Ａの導通が解除され、電源Ｖｃｃと接点Ｂが導通し、その導通状態（ＬＯＷ設定）がロックされる。

特開２０１７－０７３２１５号公報

従来の前記シーソースイッチによると、例えばＨＩＧＨ設定からＬＯＷ設定に回路を切り替える場合、操作体の右端部分を押してロックされている状態を解除し、電源を一旦ＯＦＦの状態に切り替える必要がある。そして、操作体の右端部分をもう一度押して電源をＯＮの状態にしてからロックしなければならず、このロックを解除するための操作が面倒であるという問題があった。また、回路の切替がＨＩＧＨ設定とＬＯＷ設定の２通りしかないため、例えばＭＩＤ設定のように細かな温度設定のシートヒータに適用することができないという問題もあった。

そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単な操作で回路を切り替えることができ、かつ、多数の回路の切替にも対応することができる押しボタンスイッチを提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る押しボタンスイッチは、同一円周上に互いに離間して配置された複数の端子を有するベースと、前記複数の端子の上に配置された複数の接点部を有する可動接点ブラシと、前記複数の接点部を前記複数の端子に接触または離間させるカムを有し、前記ベースにおいて前記複数の端子と同心に設けられた軸部の軸心周りに回転可能に支持されたロータと、前記ロータに設けられたギアに当接し、前記ベースの前記軸部の軸心に直交する方向に移動して前記ロータを回転させるアクチュエータと、前記アクチュエータに当接し、押し込み操作により前記アクチュエータを移動させ、ばね力により弾性復帰するボタンと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る押しボタンスイッチにおいて、前記アクチュエータによる前記ロータを回転させる機構は、前記アクチュエータに対向配置された上側突起及び下側突起と、前記ロータに上下２段に積層され、前記上側突起が当接する上段ギア及び前記下側突起が当接する下段ギアと、から構成されており、前記上段ギアと前記下段ギアは、回転半径が異なり、かつ、ギア歯が回転方向において互いにずれた位置に配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る押しボタンスイッチにおいて、前記ボタンを弾性復帰させる機構は、前記ベースに設けられた傾斜面と、前記アクチュエータにより圧縮されたコイルスプリングを収容し、その反発力で前記傾斜面に押し付けられたスプリングホルダと、から構成されていることを特徴とする。

本発明に係る押しボタンスイッチによれば、前記構成を採用したことにより、簡単な操作で回路を切り替えることができ、かつ、多数の回路の切替にも対応することができるという効果がある。

本発明に係る押しボタンスイッチの外観を示す斜視図。 同スイッチの内部構造を示す分解斜視図。 同スイッチを構成するベースの構造を示す平面図。 同スイッチを構成するトップケースの構造を示す平面図。 同スイッチを構成する可動接点ブラシの構造を示す平面図。 同スイッチを構成するボタンの構造を示す平面図。 同スイッチを構成するアクチュエータの構造を示す平面図。 同スイッチを構成するスプリングホルダの構造を示す平面図。 同スイッチを構成するロータの構造を示す平面図。 同スイッチの組み立て時の状態を示す断面図。 同スイッチにおけるボタン押し込み時のロータの回転動作を示す説明図。 同スイッチにおけるボタン自動復帰時のロータの回転動作を示す説明図。 同スイッチにおけるロータの回転動作に伴う回路の状態を示す説明図。 同スイッチにおける接点部と端子の接触状態を示す説明図。 同スイッチにおけるスプリングホルダとベースの関係を示す説明図。 同スイッチにおけるギアを上下２段にした理由を示す説明図。 同スイッチにおける各回路の切替タイミングを示す説明図。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の押しボタンスイッチ１は、自動車のシートヒータを操作するスイッチとして適用したものである。この押しボタンスイッチ１は、ケース２の上部に設けられた操作体３を押すとボタン６０が矢印Ａ方向に沈み込み、指を離すとボタン６０が矢印Ｂ方向に自動復帰するオートリターンタイプのスイッチである。回路図に示すとおり、操作体３を１回押す毎に、内部の回路はＯＦＦ（停止）→ＬＯＷ（弱：ＳＷ１がＯＮ）→ＭＩＤ（中：ＳＷ２がＯＮ）→ＨＩＧＨ（強：ＳＷ３がＯＮ）→ＯＦＦ（停止）の順番で切り替わるように構成されている。

図２に示すように、本実施形態の押しボタンスイッチ１は、ベース３０の上にトップケース４０を被せたケース２の内部に可動接点ブラシ５０が収容されており、この可動接点ブラシ５０を動かすためのボタン６０、アクチュエータ７０、スプリングホルダ８０、及びロータ９０からなる操作体３が設置された構造になっている。以下、この押しボタンスイッチ１の詳細な構造について、各部品に分解して説明する。

図３に示すベース３０は、絶縁性を有する樹脂材料で構成されており、方形箱型のベース本体３１の外壁面にトップケース４０を装着するための係止爪３２，３２，…が形成されている。ベース本体３１の内部には、可動接点ブラシ５０（図５参照）とロータ９０（図９参照）を収容するための円形台座３３が設けられている。円形台座３３の中心にはロータ９０を軸心周りに回転可能に支持する軸部３４が設けられ、円形台座３３の左右両側にはスプリングホルダ８０（図８参照）が当接して移動する傾斜面３５，３５が設けられている。円形台座３３の床面には導電性を有する金属板を打ち抜き加工した固定接点パターン１０がインサート成形されている。固定接点パターン１０は、円形台座３３の同一円周上９０度毎に、第１スイッチ端子１１、第２スイッチ端子１２、第３スイッチ端子１３、グランド端子１４が互いに離間して配置されている。なお、ベース３０の上面には、プリント基板２０（図２参照）が装着され、基板２１上にスイッチの表示灯であるＬＥＤ２２と抵抗２３が実装されている。

図４に示すトップケース４０は、絶縁性を有する樹脂材料で構成されており、前記ベース３０を覆う天板４１と左右両側の側板４２，４２からなる断面コ字型に成形されている。天板４１の上面と側板４２の底面にはボタン６０を装着するための係止爪４３，４３，…が形成されている。側板４２の左右上方にはこの押しボタンスイッチ１を車内に取り付けるための取付片４４，４４が設けられており、側板４２の左右両側面には２列の係止孔４５，４５が形成されている。この係止孔４５，４５に前記係止爪３２，３２を係止することにより、ベース３０にトップケース４０が装着され、部品を収容するケース２が構成されている。

図５に示す可動接点ブラシ５０は、導電性を有する金属板５１で構成されており、方形状の金属板５１の各辺に切り込み加工を施して４本の板ばね片５２，５２，…が形成されている。各々の板ばね片５２の中間位置には、上方に向かって湾曲状に折り曲げた湾曲部５３，５３，…が設けられている。各々の板ばね片５２の先端位置には、接触不良を防ぐために二股に分岐して鈍角に折り曲げた接点部５４，５４，…が設けられている。全部で４個ある接点部５４は、時計回りに第１スイッチ接点部５５、第２スイッチ接点部５６、第３スイッチ接点部５７、グランド接点部５８として割り当てられている。

図６に示すボタン６０は、絶縁性を有する樹脂材料で構成されており、前記ケース２を覆う方形箱型のボタン本体６１と、ボタン本体６１の上面に突出形成された扁平矩形状の操作部６２とを備えている。ボタン本体６１には、正面及び背面に２列の係止孔６３，６３が設けられており、左右両側面に前記取付片４４，４４を避けるための凹部６４，６４が設けられている。

図７に示すアクチュエータ７０は、絶縁性を有する樹脂材料で構成されており、扁平箱型のアクチュエータ本体７１の上面に前記ボタン６０を装着するための一対の凸部７２，７２が設けられている。アクチュエータ本体７１の背面には、ロータ９０（図９参照）を回転させる機構として、鋭角の先端を有する上側突起７３と下側突起７４が設けられている。上側突起７３と下側突起７４は、互いに１８０度対向する位置に配置され、前記軸部３４の軸心に直交する方向に往復移動する。

図８に示すスプリングホルダ８０は、絶縁性を有する樹脂材料で構成されており、前記ボタン６０を弾性復帰させる機構として、扁平箱型のホルダ本体８１の上面に円筒状の収容部８２が設けられ、この収容部８２に金属線を螺旋状に巻いたコイルスプリング８３が収容される。ホルダ本体８１の底面には、前記ボタン６０の押し込み時及び自動復帰時のクリック感を付与するためのクリック片８４，８４が形成されている。

図９に示すロータ９０は、絶縁性を有する樹脂材料で構成されており、円盤状のロータ本体９１の正面に上下２段に積層された上段ギア９２と下段ギア９３が設けられている。本実施形態では上段ギア９２は歯数１２、圧力角１８度、下段ギア９３は歯数１２、圧力角１２度に設定されている。また、上段ギア９２と下段ギア９３は、回転半径が異なり、ギア歯の位置が円周方向（回転方向）において互いに所定角度ずらした位置に配置された構造になっている。ロータ本体９１の背面の中心には、前記ベース３０の軸部３４に嵌められる円筒状の軸受９４が設けられている。軸受９４を中心とした外側の同一円周上には、第１スイッチ接点部５５、第２スイッチ接点部５６、第３スイッチ接点部５７を所定範囲で接触させる３個の円弧カム９５，９６，９７が等間隔で突出形成されている。軸受９４を中心とした内側の円周上には、グランド接点部５８を常時接触させる円形カム９８が一連となって突出形成されている。

押しボタンスイッチ１を構成する部品は以上のとおりであるが、組み立て時には、まず図１０（Ａ）に示すようにベース３０の円形台座３３の上に可動接点ブラシ５０が載置される。これにより、固定接点パターン１０の第１スイッチ端子１１、第２スイッチ端子１２、第３スイッチ端子１３の上に、第１スイッチ接点部５５、第２スイッチ接点部５６、第３スイッチ接点部５７がそれぞれ非接触状態で配置される。次に、図１０（Ｂ）に示すようにロータ９０を可動接点ブラシ５０の上に被せ、ロータ９０の軸受９４（図９参照）がベース３０の軸部３４（図３参照）に嵌め込まれる。さらに、図１０（Ｃ）に示すようにコイルスプリング８３が収容されたスプリングホルダ８０をアクチュエータ７０に装着し、ベース３０の上にアクチュエータ７０が載置され、その上からトップケース４０を被せてベース３０に装着する。最後に、ボタン６０をアクチュエータ７０に固定し、ボタン６０の係止孔６３（図６参照）にトップケース４０の係止爪４３（図４参照）を嵌めてボタン６０をトップケース４０に装着する。

このようにして、ボタン６０、アクチュエータ７０、スプリングホルダ８０、及びロータ９０からなる操作体３が構成される。これにより、押しボタンスイッチ１は、操作体３を指で押すとボタン６０が沈み込み、アクチュエータ７０に押されたロータ９０がベース３０の軸部３４を中心に所定角度回転し、可動接点ブラシ５０を動作させて接点を切り替える。一方、操作体３から指を離し、ボタン６０を押していた力を解除すると、スプリングホルダ８０に収容されたコイルスプリング８３のばね力によってボタン６０が元の位置に弾性復帰するように構成されている。

以上が本実施形態の押しボタンスイッチ１の構造であるが、次にボタン６０の操作によるロータ９０の回転動作について説明する。図１１（Ａ）はボタン６０が自由位置にあるときのケース２の内部の状態を示している。このとき、アクチュエータ７０の下側突起７４はロータ９０の下段ギア９３に接触しているが、上側突起７３は上段ギア９２に接触していない。ここで、図１１（Ｂ）に示すようにボタン６０の操作部６２を矢印Ａ方向に押し込むと、ボタン本体６１に接触している凸部７２が押されてアクチュエータ７０が軸心と直交する方向に移動し、上側突起７３が上段ギア９２に衝突してロータ９０を反時計回りに回転させ始める。また、図１１（Ｃ）に示すようにボタン６０の操作部６２を矢印Ａ方向に更に押し込むと、上側突起７３が上段ギア９２に接触しながらロータ９０を更に回転させる。このとき、アクチュエータ７０は移動したままの状態なので、回転中にロータ９０の下段ギア９３と下側突起７４は接触しない。

図１２（Ａ）はボタン６０がフルストローク（図中Ｓ）移動したときのケース２の内部の状態を示している。このとき、上側突起７３が上段ギア９２の歯底に接触するまでロータ９０を回転させるので、ロータ９０は図１１（Ａ）の自由位置から上段ギア９２の圧力角（１８度）の角度だけ回転する。ここで、ボタン６０を押していた力を解除すると、コイルスプリング８３のばね力によってボタン６０が自動復帰する。このとき、図１２（Ｂ）に示すようにアクチュエータ７０がボタン６０を矢印Ｂ方向に押し上げ、下側突起７４が下段ギア９３に衝突してロータ９０を反時計回りに回転させ始める。そして、図１２（Ｃ）に示すようにボタン６０が自由位置まで戻ると、ロータ９０は図１２（Ａ）のフルストローク位置から下段ギア９３の圧力角（１２度）の角度だけ回転する。すなわち、ボタン６０を１回押す毎に、ロータ９０は、ボタン６０がフルストローク位置に移動するまでに１８度、ボタン６０が自由位置に戻るまでに１２度、合計３０度回転することになる。

次に、ロータ９０の回転動作に伴う回路の切替について説明する。図１３は接点の位置関係を理解し易くするためにトップケース４０、ボタン６０、アクチュエータ７０の図示を省略し、ロータ９０の背面側の円弧カム９５，９６，９７の位置を網掛けで表示してある。図１３（Ａ）はボタン６０が自由位置にあるときのケース２の内部の状態を示している。このとき、ロータ９０の円形カム９８が可動接点ブラシ５０の湾曲部５３を常時押圧しており、押し下げられたグランド接点部５８がグランド端子１４に常時接触している。これに対し、３個の円弧カム９５，９６，９７はいずれも可動接点ブラシ５０の湾曲部５３を押圧していないので、第１スイッチ接点部５５、第２スイッチ接点部５６、第３スイッチ接点部５７はいずれも第１スイッチ端子１１、第２スイッチ端子１２、第３スイッチ端子１３から離れており接触していない（図１４（Ａ）参照）。これが、回路ＯＦＦの状態である。

ここで、ボタン６０を１回押すと、図１２で説明したとおりロータ９０が反時計回りに３０度回転するので、カム位置も３０度回転して移動する。すると、図１３（Ｂ）に示すように１個の円弧カム９５が可動接点ブラシ５０の湾曲部５３を押圧し、押し下げられた第１スイッチ接点部５５が第１スイッチ端子１１に接触する。このとき、グランド接点部５８はグランド端子１４に常時接触しているが、第２スイッチ接点部５６と第３スイッチ接点部５７はどちらも第２スイッチ端子１２と第３スイッチ端子１３に接触していない。これが、ＳＷ１がＯＮの状態である。

ここで、ボタン６０をもう１回押すと、ロータ９０が反時計回りに更に３０度回転し、カム位置も更に３０度回転して移動する。すると、図１３（Ｃ）に示すように、接触していた円弧カム９５が湾曲部５３から離れ、次の円弧カム９６が湾曲部５３を押圧し、押し下げられた第２スイッチ接点部５６が第２スイッチ端子１２に接触する。このとき、グランド接点部５８はグランド端子１４に常時接触しているが、第１スイッチ接点部５５と第３スイッチ接点部５７はどちらも第１スイッチ端子１１と第３スイッチ端子１３に接触していない。これが、ＳＷ２がＯＮの状態である。

ここで、ボタン６０を更にもう１回押すと、ロータ９０が反時計回りに更に３０度回転し、カム位置も更に３０度回転して移動する。すると、図１３（Ｄ）に示すように、接触していた円弧カム９６が湾曲部５３から離れ、次の円弧カム９７が湾曲部５３を押圧し、押し下げられた第３スイッチ接点部５７が第３スイッチ端子１３に接触する（図１４（Ｂ）参照）。このとき、グランド接点部５８はグランド端子１４に常時接触しているが、第１スイッチ接点部５５と第２スイッチ接点部５６はどちらも第１スイッチ端子１１と第２スイッチ端子１２に接触していない。これが、ＳＷ３がＯＮの状態である。最後に、ボタン６０をもう１回押すと、ロータ９０が反時計回りに更に３０度回転し、図１３（Ａ）に示した回路ＯＦＦの状態に戻る。

次に、ボタン６０の復帰動作について説明する。図１５に示すように、ボタン６０が自由位置にあるとき、スプリングホルダ８０に収容されたコイルスプリング８３はアクチュエータ７０に当接して圧縮されており、その反発力でクリック片８４をベース３０に押し付けている。ここで、矢印Ａ方向にボタン６０を押していくと、アクチュエータ７０とスプリングホルダ８０が押し込まれ、クリック片８４がコイルスプリング８３のばね力に逆らいながらベース３０の傾斜面３５を登っていく。傾斜面３５は、拡大図に示すように最初は傾斜角度が３０度であるが途中から傾斜角度が１５度に変化しているため、クリック片８４がこの傾斜角度の境界線を越える際に抵抗力が変わって指先にクリック感が得られるようになっている。一方、指を離してボタン６０を押していた力を解除すると、コイルスプリング８３のばね力で下向きに押されたクリック片８４が反対に傾斜面３５を下っていき、それに伴ってアクチュエータ７０に押されたボタン６０が元の自由位置に自動復帰するように構成されている。

なお、本実施形態では、ロータ９０に上段ギア９２と下段ギア９３を設けたが、ギアを上下２段にした理由は次のとおりである。図１６（Ａ）に示すように、仮に１段のギア（歯数１２、回転角度１５度）に設定した場合、ギアの形状が点対称であるため、図のように自由位置の状態のとき、下側突起７４の位置では回転しているギア歯に干渉してしまう。これを避けるためには、この下側突起７４の位置ではロータ９０が更に１５度回転している状態でなければならない。したがって、本実施形態では図１６（Ｂ）に示すように、ロータ９０のギアを回転半径の異なる上下２段にしてギア歯の位置を円周方向（回転方向）にずらすことにより、ボタン６０の押し込み時と自動復帰時に、１８０度対向する位置のギア歯と突起との干渉を防いでいる。

また、本実施形態では、上段ギア９２の圧力角を１８度、下段ギア９３の圧力角を１２度に設定したが、上下のギアの圧力角を変えている理由は次のとおりである。この押しボタンスイッチ１は、ボタン６０を１回押す毎に内部の回路がＯＦＦ→ＳＷ１がＯＮ→ＳＷ２がＯＮ→ＳＷ３がＯＮ→ＯＦＦの順番で切り替わる。図１７は各回路の切替タイミングを示したものであり、接点がＯＮしている箇所を網掛けで表示してある。同図に示すように、各回路の切替タイミングは、ボタン６０を押し込んでいる最中に行っており、各回路の切り替わり時はＯＦＦになっている。切替タイミングを狭くすると部品の精度が必要になるからである。そこで、ボタン６０を押し込んだときのロータ９０の回転角度が大きいほど切替にかかる角度が大きくとれて有利なため、押し込み時の回転角度を自動復帰時の回転角度よりも大きく設定してある（押し込み時１８度、自動復帰時１２度）。

以上説明した実施形態では、回路のＯＮ／ＯＦＦする接点の数を３個（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）としたが、接点の数はこれに限られない。例えば、固定接点パターン１０のスイッチ端子の数、可動接点ブラシ５０の接点部の数、ロータ９０の円弧カムの数を増やすことにより、ＯＮ／ＯＦＦする接点の数を４個以上（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，…）に設定することも可能である。すなわち、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において当業者の通常の創作能力によって適宜変更することが可能である。

１：押しボタンスイッチ
２：ケース
３：操作体
１０：固定接点パターン
１１：第１スイッチ端子
１２：第２スイッチ端子
１３：第３スイッチ端子
１４：グランド端子
２０：プリント基板
２１：基板
２２：ＬＥＤ
２３：抵抗
３０：ベース
３１：ベース本体
３２：係止爪
３３：円形台座
３４：軸部
３５：傾斜面
４０：トップケース
４１：天板
４２：側板
４３：係止爪
４４：取付片
４５：係止孔
５０：可動接点ブラシ
５１：金属板
５２：板ばね片
５３：湾曲部
５４：接点部
５５：第１スイッチ接点部
５６：第２スイッチ接点部
５７：第３スイッチ接点部
５８：グランド接点部
６０：ボタン
６１：ボタン本体
６２：操作部
６３：係止孔
６４：凹部
７０：アクチュエータ
７１：アクチュエータ本体
７２：凸部
７３：上側突起
７４：下側突起
８０：スプリングホルダ
８１：ホルダ本体
８２：収容部
８３：コイルスプリング
８４：クリック片
９０：ロータ
９１：ロータ本体
９２：上段ギア
９３：下段ギア
９４：軸受
９５：円弧カム
９６：円弧カム
９７：円弧カム
９８：円形カム

Claims (3)

1. 同一円周上に互いに離間して配置された複数の端子を有するベースと、
   前記複数の端子の上に配置された複数の接点部を有する可動接点ブラシと、
   前記複数の接点部を前記複数の端子に接触または離間させるカムを有し、前記ベースにおいて前記複数の端子と同心に設けられた軸部の軸心周りに回転可能に支持されたロータと、
   前記ロータに設けられたギアに当接し、前記ベースの前記軸部の軸心に直交する方向に移動して前記ロータを回転させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータに当接し、押し込み操作により前記アクチュエータを移動させ、ばね力により弾性復帰するボタンと、を備えた
   ことを特徴とする押しボタンスイッチ。
2. 前記アクチュエータによる前記ロータを回転させる機構は、
   前記アクチュエータに対向配置された上側突起及び下側突起と、
   前記ロータに上下２段に積層され、前記上側突起が当接する上段ギア及び前記下側突起が当接する下段ギアと、から構成されており、
   前記上段ギアと前記下段ギアは、回転半径が異なり、かつ、ギア歯が回転方向において互いにずれた位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の押しボタンスイッチ。
3. 前記ボタンを弾性復帰させる機構は、
   前記ベースに設けられた傾斜面と、
   前記アクチュエータにより圧縮されたコイルスプリングを収容し、その反発力で前記傾斜面に押し付けられたスプリングホルダと、から構成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の押しボタンスイッチ。

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