静电电容式开关的制作方法

本发明涉及一种开关，其用于向电子设备输入信息的输入装置等，特别涉及一种使用静电电容方式的静电电容式开关。

背景技术：

例如，作为用于电脑的鼠标的开关，已知专利文献1中揭示的按钮开关。在专利文献1中，相对向地配置有固定触点和呈圆顶形的可动触点。如果与可动触点相接的柱塞被按下，则设置在该柱塞上的作用片按压可动触点。其结果是，可动触点与固定触点相接，开关接通。进一步，作用片发生变形。因此，揭示了可将开关冲程增大。

[先行技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特开2005－44739号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

然而，在专利文献1中揭示的技术中，由于是藉由按压柱塞而使呈圆顶形的可动触点变形的构成，因此，对作用片施加的力会根据按压柱塞的方向而变化。因此，存在如下问题：按压柱塞时的负荷特性产生变动，且冲程内的接通位置发生变化。

本发明是为了解决这种现有的问题而研发出来，其目的在于提供一种静电电容式开关，其能够稳定按压柱塞时的负荷特性，并抑制冲程内的接通位置的偏差。

[解决问题的技术手段]

为了实现上述目的，本发明的特征在于，具备：平板形电极部，其由第一电极、及与前述第一电极绝缘配置的第二电极构成；平板形移动构件，其由导电体或电介质形成；及，按压构件，其具有突起部，藉由该突起部的位移使前述移动构件与前述电极部之间的距离发生变化；其中，前述移动构件由固定部、藉由前述突起部的位移而相对于前述电极部的面向法线方向位移的平面移动部、及连结前述平面移动部和前述固定部的弹簧部构成；在前述突起部没有位移时，前述平面移动部处于与前述电极部隔开规定距离的通常位置，藉由前述突起部的位移前述弹簧部赋能，前述平面移动部处于与前述电极部接触或者接近的位移位置；并且，前述按压构件具有可挠性，并具备形成在周围部的基座部、形成在中央部的按压部、及连结前述按压部和前述基座部的呈空心圆锥形状的支撑腿部，进一步，在形成在前述按压部的下方的突起部支撑面上安装有前述突起部；在按压前述按压部时，前述支撑腿部发生弹性变形，且在前述突起部与前述平面移动部的表面直接或间接地相接之后，前述突起部支撑面发生弹性变形且前述突起部发生位移，从而使前述平面移动部处于前述位移位置；在前述按压部的按压被释放时，前述支撑腿部和前述突起部支撑面的弹性变形被释放并返回前述突起部的位移，使前述平面移动部处于前述通常位置。

(发明的效果)

根据本发明，能够稳定按压柱塞时的负荷特性，并抑制冲程内的接通位置的偏差。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的静电电容式开关的构成的剖面图，表示没有被操作的状态。

图2是示出本发明的实施方式的静电电容式开关中所使用的橡胶构件的剖面图。

图3是从下方观察本发明的实施方式的静电电容式开关中所使用的橡胶构件的斜视图。

图4是示出本发明的实施方式的静电电容式开关中所使用的固定电极的构成的平面图。

图5是示出本发明的实施方式的静电电容式开关中所使用的可动电极的构成的平面图。

图6是示出在本发明的实施方式的静电电容式开关中所使用的固定电极上配置有可动电极的状态的说明图。

图7是示出本发明的实施方式的静电电容式开关被按下，橡胶突起部与可动电极接触时的状态的剖面图。

图8是示出本发明的实施方式的静电电容式开关被按下，可动电极与载置有固定电极的基板接触时的状态的剖面图。

图9是示出本发明的实施方式的静电电容式开关被按下，柱塞的腿部的下表面与橡胶基座的上表面接触的状态的剖面图。

图10是本发明的实施方式的静电电容式开关被按下时的各部的负荷特性的图表。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式的静电电容式开关进行说明。图1是本发明的一实施方式的静电电容式开关(以下，简称为“开关”)的构成的剖面图。

如图1所示，开关1具备：橡胶构件11(按压构件)、柱塞12、上壳体13、下壳体14、可动电极16(移动构件)、固定电极17及基板18。下壳体14(的内壁)上设置有垫片15。此外，符号19是用于将下壳体14固定在基板18上的凸台。

图2是橡胶构件11的剖面图，图3是从下方(图2所示的箭头g的方向)观察橡胶构件11的斜视图。橡胶构件11由具有可挠性且具有绝缘性的材质构成。例如由硅橡胶、聚氨酯橡胶等构成。

如图2所示，橡胶构件11具备：呈中空圆筒状的按压部111、形成在按压部111的下部的突起部支撑面116、形成在该突起部支撑面116的中央部且呈圆柱形状的中央突起部113、支撑腿部112、及橡胶基座115(基座部)。橡胶构件11与按压部111、突起部支撑面116、中央突起部113、支撑腿部112、及橡胶基座115一体成型。

橡胶基座115，在俯视橡胶构件11时呈圆环形状，剖面为矩形。如图1所示，橡胶基座115位于可动电极16的周围部的表面，支撑整个橡胶构件11。

支撑腿部112设置在按压部111和橡胶基座115之间，形成为上部被裁断的空心圆锥形状。支撑腿部112具有可挠性，在藉由用户操作将按压部111从上端侧向下方按压时，发生弹性变形(参考后述的图7)。因此，按压部111向下方移动，进而中央突起部113也向下方移动。另外，如果用户的按压被解除，则藉由弹性力而恢复原来的状态。

中央突起部113设置在按压部111的突起部支撑面116的大致中央。在未按压橡胶构件11的通常状态下，中央突起部113被设置在与可动电极16(移动构件)隔开规定距离的通常位置。具体而言，如图1、图2所示，中央突起部113的下表面和可动电极16之间，仅间隔距离z2(例如，0.1[mm])。此外，中央突起部113不限于圆柱形状，也可以设为其它的形状。

突起部支撑面116具有可挠性，如果按压部111被向下方按下而中央突起部113与可动电极16相接，则藉由与该可动电极16的接触而产生的反作用力，发生弹性变形(参考后述的图8)。突起部支撑面116的厚度例如为0.2[mm]。

返回图1，柱塞12设置在橡胶构件11的上方。柱塞12由筒状部121、平板部122、及腿部123构成。柱塞12由刚度比橡胶构件11高且具有绝缘性的材质例如塑料构成。此外，在柱塞12的上部设置有例如鼠标按键等(省略图示)的操作开关。

筒状部121呈圆柱形状，上表面形成被用户从符号“f”的方向按压的面。平板部122与基板18几乎平行地形成，该平板部122的下表面与橡胶构件11的按压部111的上表面相接。

腿部123从平板部122的周围向斜下方形成。即，腿部123构成为从筒状部121向该筒状部121的下方周边延伸。

在柱塞12的周围设置有用于保持该柱塞12的上壳体13及下壳体14。

下壳体14固定在基板18上。下壳体14呈筒形，设置为筒的中心轴相对于基板18朝向垂直方向。

上壳体13配置为包围柱塞12。在上壳体13的上表面形成有例如俯视呈矩形的开口部133，在该开口部133嵌入有柱塞12的筒状部121。如果按压筒状部121，则该筒状部121沿该开口部133在上下方向上滑动。

在上壳体13的周围部形成有突起131，在下壳体14的内面侧形成有缺口141，突起131与缺口141卡合，由此，上壳体13相对于下壳体14被固定。

另外，在未按压柱塞12的状态(未从符号“f”的方向施加力的状态)的通常状态下，上壳体13的上部背面132与柱塞12的平板部122面接触。

形成在下壳体14上的垫片15，剖面呈l字形，且设置在橡胶构件11的橡胶基座115的外周面和基板18之间。由垫片15和上壳体13按压橡胶基座115，从而固定橡胶构件11。

可动电极16(移动构件；参考后述的图5)呈平板形，与基板18几乎平行地配置在垫片15的上表面。另外，在可动电极16的周围部的上表面连接有橡胶构件11的橡胶基座115。下壳体14上形成有垫片15，从而形成有空间20。即，可动电极16经由空间20与基板18相对向，进而与设置在基板18内的固定电极17相对向。如图1所示，可动电极16的背面与基板18的表面之间的距离被设为z1。

可动电极16的外周部被垫片15的表面和橡胶基座115的下表面夹持。

基板18例如是刚性基板。在基板18上形成有平板形固定电极17，其表面还形成有抗蚀剂。

[可动电极16、固定电极17的构成]

接着，参考图4～图6对可动电极16和固定电极17的详细构成进行说明。图4是固定电极17的平面图，图5是可动电极16的平面图，图6是示出将固定电极17(用两点划线表示)叠加在可动电极16上的平面图。

如图4所示，固定电极17(电极部)形成在基板18上。基板18是普通的印制电路板(刚性基板)。固定电极17例如由铜箔等导电体构成，基板18上表面形成为用抗蚀剂(绝缘体)覆盖的结构。

固定电极17具有呈半圆形状的两个电极即第一电极171和第二电极172。将各电极171,172之间的没有形成电极的区域设为空间部173。即，第一电极171和第二电极172被空间部173绝缘。空间部173由抗蚀剂构成。此外，第一电极171和第二电极172的形状不限于半圆形状，也可以设为其它的形状。

第一电极171和第二电极172分别经由电线与检测电路(省略图示)连接。

固定电极17具有电容器的功能。各电极171,172之中的一个为驱动侧固定电极，另一侧为感应侧固定电极。

如图5所示，可动电极16由不锈钢等金属板形成，呈旋涡形状的四个缺口161a、161b、161c、161d藉由蚀刻等形成。各缺口161a～161d呈宽度窄的圆弧形状，并以可动电极16的中央部为中心，以略小于360°的角度，分别形成在错开90°的位置。可动电极16也可以由金属之外的电介质构成。

藉由各缺口161a～161d，在可动电极16上形成弹簧部。即，由各缺口161a～161d夹持的金属板的区域成为弹簧部q1，所述弹簧部q1具有呈旋涡状的弹簧的功能。另外，弹簧部q1的外侧被设为相对于垫片15被固定的周围区域p2，弹簧部q1的内侧被设为可相对于可动电极16的法线方向(图中，与纸张表面正交的方向)位移的中央区域p1(平面移动部)。即，周围区域p2和中央区域p1经由弹簧部q1连结。

具体而言，在可动电极16的中央区域p1，如果施加朝向该可动电极16的法线方向的力，则弹簧部q1赋能，中央区域p1将相对于周围区域p2(固定部)向法线方向位移。各缺口161a、161b、161c、161d被设为相同的形状。因此，弹簧部q1几乎均匀地变形，中央区域p1将相对于周围区域p2平行位移。

此外，在图5中，示例了各缺口161a～161d以比360°略小的角度形成的例子，但本发明并不限定于此，也可以比360°大。另外，各缺口161a～161d只要是构成弹簧部的形状即可，也可以不是圆弧形状。

缺口部161a～161d例如形成为阿基米得(archimedes)的螺旋状，缺口的宽度设为定值。因此，弹簧部q1也设为固定的宽度。由于弹簧部q1相对于与金属板(可动电极16)正交的方向(法线方向)的变动，在水平方向(与金属板平行的方向)的变动量较小，因此，耐久性高。可动电极16具有作为由导电体或电介质形成的移动构件的功能。

此外，缺口部161a～161d也可以不是相同的宽度。例如，也可以使外侧的起点较粗，朝向终点逐渐变细，相反，也可以使外侧的起点较细，朝向终点逐渐变粗。只要中央区域p1藉由弹簧部q1在上下方向(与图5的纸张表面正交的方向)上移动即可。缺口部161a～161d的形状可形成为各种形状，例如，也可以形成为以一定的宽度波动起伏的形状。另外，缺口部不限定于四个，可以是三个、或者五个以上。

藉由形成弹簧部q1，如果向可动电极16的法线方向(与图5的纸张表面正交的方向)按压中央区域p1，则中央区域p1向法线方向移动，弹簧部q1被赋能。也就是，如果将中央区域p1向法线方向按压，则弹簧部q1被赋能，如果解除按压，则中央区域p1返回原来的位置。

图6是示出将固定电极17叠加在可动电极16上的说明。如图6所示，如果可动电极16的中央区域p1(参考图5)向法线方向位移，则该中央区域p1将向固定电极17的空间部173靠近，能够使第一电极171和第二电极172之间的静电电容发生变化。另外，俯视时，构成固定电极17的第一电极171和第二电极172，与弹簧部q1的内侧即中央区域p1几乎重叠。因此，在中央区域p1位移时，能够使第一电极171和第二电极172之间的静电电容稳定地变化。

[本实施方式的作用的说明]

接着，对本实施方式的开关1的作用进行说明。图7～图9是示出在图1所示的状态(通常状态)下，从符号“f”所示的方向按压柱塞12时的动作的剖面图。即，表示藉由按压柱塞12，从图1所示的通常状态，按照图7、图8、图9的顺序进行变化。

如果按压柱塞12，则伴随于此，按压部111(参考图2)向下方位移。此时，如图7所示，支撑腿部112发生弹性变形，中央突起部113向下方位移。其结果是，中央突起部113的底面与可动电极16的表面相接。在该状态下，可动电极16没有位移。此时，上壳体13的上部背面132和柱塞12的平板部122之间会产生距离为x1的间隙。距离x1与图1、图2所示的距离z2相等。

从图7所示的状态进一步按压柱塞12，则中央突起部113进一步向下方位移。此时，中央突起部113克服弹簧部q1的赋能力向下方位移。因此，如图8所示，可动电极16的中央区域p1向下方位移的同时，突起部支撑面116藉由弹簧部q1(参考图5)的赋能力向上方弹性变形。

即，在橡胶构件11中，支撑腿部112向下方弹性变形，且突起部支撑面116向上方弹性变形，由这些弹性变形而作用的力与由弹簧部q1而产生的赋能力平衡，同时，中央区域p1向下方位移。

之后，如图8所示，如果可动电极16的中央区域p1与基板18的表面相接，则抑制了中央区域p1的进一步位移。即，藉由中央突起部113的位移而弹簧部q1赋能，中央区域p1发生位移，直到成为中央区域p1(平面移动部)与固定电极17(电极部)接触或者靠近的位移位置。即，在使中央区域p1处于位移位置时，该中央区域p1与固定电极17直接或者间接地面接触。

之后的由柱塞12的按压而产生的位移量，都成为由于支撑腿部112和突起部支撑面116的弹性变形而产生的位移量。此时，上壳体13的上部背面132与柱塞12的平板部122之间的间隙变为距离x2。

另外，藉由中央区域p1与基板18的表面相接，第一电极171和第二电极172之间的静电电容发生变化。即，从通常状态下的静电电容c1变为按压柱塞12时的静电电容c2。检测电路(省略图示)检测由于该静电电容的变化而引起的电压或者电流的特定的变化，判断柱塞12是否被按压。以及判断是否进行了开关操作。对于检测电路可以采用已知的技术，因此，省略详细的说明。

之后，如果再按压柱塞12，则如图9所示，腿部123的下部与橡胶基座115相接。即，在图8中，在腿部123的下部和橡胶基座115之间产生多个间隙，但在图9中，腿部123的下部与橡胶基座115相接。如上所述，柱塞12(腿部123)由塑料等具有刚性的材质形成，因此阻止了对柱塞12进一步按压。此时，上壳体13的上部背面132和柱塞12的平板部122之间的间隙成为距离x3。即，藉由按压柱塞12，按如图1、图7、图8、图9所示的顺序，使橡胶构件11和可动电极16动作，能够进行开关操作。

接着，对按压柱塞12时的作用在该柱塞12上的负荷、作用在可动电极16上的负荷、及作用在突起部支撑面116上的负荷的变化进行说明。图10是示出柱塞12的冲程与作用在该柱塞上的负荷之间的关系(曲线q1)、可动电极16的位移与作用在该可动电极16上的负荷之间的关系(曲线q2)、橡胶构件11的突起部支撑面116的位移与作用在该突起部支撑面116上的负荷的关系(曲线q3)的图表。

如果按压图1所示的柱塞12的筒状部121，则橡胶构件11的按压部111被按压，支撑腿部112弹性变形(从图1向图7变化)。因此，如曲线q1所示，随着零位移的点t1开始位移量增加(图中，随着沿横轴方向前进)，作用在柱塞12上的负荷逐渐上升。

在此期间的橡胶构件11的中央突起部113的移动量(位移)是图1所示的z2(或者图7所示的x1)。z2是例如0.1[mm]。藉由按压橡胶构件11，支撑腿部112以在剖面图中凸起的方式变形(参考图7)。

如果柱塞12的位移到达从中央突起部113的下表面到可动电极16的表面的距离z2(例如，z2＝0.1[mm])的点t2，则中央突起部113的下表面与可动电极16的表面相接(图7的状态)。如果在该状态下进一步按压柱塞12，则中央突起部113向下方按压可动电极16。

如前所述，由于可动电极16被弹簧部q1赋能，施加给可动电极16的中央区域p1的负荷如曲线q2所示逐渐増加。与此同时，橡胶构件11的突起部支撑面116藉由弹簧部q1的赋能力，而向与按压柱塞12的方向相反的方向(即上方)开始弹性变形。突起部支撑面116，其厚度设为例如0.2[mm]，比前述的支撑腿部112的厚度(例如，0.3[mm])薄，因此，突起部支撑面116藉由弹簧部q1的赋能力而弹性变形。即，支撑腿部112的初始弯曲刚度，大于突起部支撑面116的初始弯曲刚度。因此，突起部支撑面116先弹性变形。

另一方面，如果进一步按压柱塞12且位移量到达点t3，则支撑腿部112自中央凹陷，以将橡胶构件11的按压部111导入呈空心圆锥形状的支撑腿部112的内部的方式弹性变形。此时，对柱塞12施加的负荷从増加趋势转为减少趋势。因此，曲线q1在点t3处最大。

操作开关1时的点击感是由于该橡胶构件11的动作而引起的。即，藉由支撑腿部112弹性变形，该支撑腿部112的中央凹陷，并且按压部111以被导入支撑腿部112的内部的方式而变形，从而感觉到点击感。因此，在图10的点t3，操作者能够感觉到操作开关1时的点击感。此外，由于中央突起部113形成为例如直径为8[mm]左右，因此，在按压可动电极16时几乎不产生变形。

如果可动电极16的中央区域p1的位移量到达图1所示的距离z1，则中央区域p1与基板18的表面相接。即，在图10所示的点t4，中央区域p1与基板18的表面(抗蚀剂部)相接，抑制了中央区域p1的进一步位移，对中央区域p1施加的负荷成为固定值(参考图8)。

如前所述，可动电极16的背面与基板18的表面之间的距离z1(参考图1)例如为0.3[mm]，从中央突起部113的下表面至可动电极16的表面的距离z2例如为0.1[mm]。另外，藉由突起部支撑面116弹性变形，中央突起部113向上方位移例如0.2[mm]。因此，在柱塞的位移量成为了0.6[mm](0.3+0.1+0.2[mm])时，即，在图10所示的点t4，可动电极16的中央区域p1与基板18的表面相接。

之后，如果进一步按压柱塞12，则突起部支撑面116和支撑腿部112进一步变形。柱塞12位移直到位移量达到点t5例如0.86[mm]，柱塞12的腿部123的下表面和橡胶基座115的上表面相接(参考图9)。此外，橡胶基座115由硅橡胶等弹性体形成，因此，柱塞12的腿部123从橡胶基座115的表面略微下沉。该下沉位移量例如为0.15[mm]。之后，对柱塞12施加的负荷急剧增加，产生超冲程。

即，在按压柱塞12的筒状部121时，与此连动地按压橡胶构件11(按压构件)，筒状部121被按压预设的阈值距离(到达点t5的距离)时，腿部123与橡胶基座115(基座部)相接而阻止进一步的按压。

如前所述，柱塞12的超冲程产生的时刻，是当柱塞12的腿部123的下表面与橡胶基座115的上表面接触的时刻，因此几乎没有偏移。即，柱塞12的冲程距离几乎固定，没有产生偏差。

之后，如果释放柱塞12的按压，则向下方位移的柱塞12藉由橡胶构件11的反作用力而返回初始位置。即，返回图1所示的通常状态。这样，能够稳定按压柱塞12时的负荷特性，并能够抑制在冲程内的接通位置的偏差。

[本实施方式的效果的说明]

这样，在本实施方式的静电电容式开关1中，能够实现以下所示的效果。

(1)如果按压柱塞12，则形成在橡胶构件11上的支撑腿部112及突起部支撑面116的两个部位发生弹性变形。因此，能够延长操作柱塞12时的冲程距离，并能够改善输入触感。另外，藉由支撑腿部112弹性变形，能够获得点击感。

(2)如果按压柱塞12，则支撑腿部112弹性变形，进一步如果到达一定的位移量(例如，图10的点t3)，则支撑腿部112自中央凹陷，且以将橡胶构件11的按压部111导入呈空心圆锥形状的支撑腿部112的内部的方式，支撑腿部112弹性变形。此时，对柱塞12施加的负荷从増加趋势转为减少趋势。其结果是，用户能够更明显地感觉到点击感。

(3)柱塞12由塑料等具有刚性的材质形成，在按压该柱塞12时，沿形成在上壳体13上的开口部133，冲程动作，直到腿部123的下表面与橡胶基座115的上表面相接，因此能够抑制接通位置的偏差。

(4)由于弹簧部q1是旋涡状的弹簧，因此，能够稳定地对中央区域p1赋能。

(5)由于可动电极的移动部与固定电极面接触，因此，能够使第一电极171和第二电极172之间的静电电容急剧变化。因此，能够抑制接通位置的偏差。因此，可实现开关的连续输入。

(6)由于是静电电容式开关，因此，不会产生颤动等接触不良，耐久性优异，可实现较长的使用寿命。

(7)由于形成在橡胶构件11上的中央突起部113的下表面和可动电极16的中央区域p1是面接触，因此，能够减小磨损并提高耐久性。另外，能够实现在现有的锥形弹簧方式下的静电电容型开关中无法实现的薄型化。

(8)藉由任意设定橡胶构件11的形状和可动电极16的形状的组合，可以根据用户的喜好来选择由柱塞12的按压而产生的接通位置。

(9)由于柱塞12的筒状部121沿上壳体13的开口部133在上下方向上滑动，因此，即使从倾斜方向按压柱塞12时，也能够避免负荷特性产生偏差和接通位置发生变动。

以上，尽管已经描述了本发明的实施方式，但是不应理解为，构成本揭示的一部分的论述及图式对本发明加以限定。所属技术领域中具有通常知识者由本揭示可以明白各种代替实施方式、实施例及应用技术。

附图标记

1静电电容式开关

11橡胶构件(按压构件)

12柱塞

13上壳体

14下壳体

15垫片

16可动电极(移动构件)

17固定电极(电极部)

18基板

19凸台

20空间

111按压部

112支撑腿部

113中央突起部(突起部)

115橡胶基座(基座部)

116突起部支撑面

121筒状部

122平板部

123腿部

131突起

132上部背面

133开口部

141缺口

161a，161b，161c，161d缺口部

171第一电极

172第二电极

173空间部

p1中央区域(平面移动部)

p2周围区域(固定部)

q1弹簧部。