JP7010468B2

JP7010468B2 - スイッチ基板

Info

Publication number: JP7010468B2
Application number: JP2017248051A
Authority: JP
Inventors: 和雄小金平; 眞仁須山; 祐樹永井; 啓史鈴木
Original assignee: 帝国通信工業株式会社
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: JP2019114471A

Description

本発明は、エンコーダなどとして用いて好適なスイッチ基板に関するものである。

従来、エンコーダなどとして用いられる回転式スイッチ用のスイッチ基板は、絶縁基板の表面に、スイッチパターンをリング状に形成して構成されている。そして、摺動子の接点が、前記スイッチパターン上を摺動することでオンオフ信号が出力される。

特開平０３－２１９５０９号公報

しかし、例えば、耐熱性や剛性などを向上させるために、樹脂材中にガラス繊維を混合した絶縁基板を用い、且つ当該絶縁基板の表面にスクリーン印刷によってスイッチパターンを形成したスイッチ基板の場合、当該スイッチパターン上を摺動子の接点が多数回摺動しているうちに、オンオフ信号に乱れが生じてしまうという問題があった。

前記オンオフ信号に乱れを生じる原因について、本願発明者が種々の検討を行ったところ、以下のような結論を得た。即ち、例えば図８に示すように、樹脂材中にガラス繊維を混合した絶縁基板１５０の表面に、スイッチパターン１６１をスクリーン印刷によって所定の間隔で形成した場合、摺動子１７０の接点１７１は、隣り合うスイッチパターン１６１の間の絶縁基板１５０の表面上を摺動することになるが、前記ガラス繊維を混合した絶縁基板１５０は、ガラス材を混合しない絶縁基板に比べて、その表面が平滑でなく、また硬いので、その上を接点１７１が摺動することで当該接点１７１が削れ易くなってしまう。このため削れた金属粉と、スイッチパターン１６１上を摺動した際に削れるカーボン粉（金属粉とカーボン粉を合わせて「導電粉ｂ」という）が多くなって、スイッチパターン１６１の表面に多数付着し、その上を接点１７１が摺動することでオンオフ信号が乱れてしまうことがわかった。また上述のように、接点１７１が削れ易くなることで、接点１７１の表面の滑らかさも阻害されて荒くなってしまい、このこともオンオフ信号が乱れてしまう原因の一つであることもわかった。上記問題を解決する一つの方法として、接点１７１が削れないようにするために、グリスを塗布する方法も考えられるが、この場合、グリスを使用するため材料コストが増加し、またグリスの塗布工程が必要になって煩雑である。

上記問題を解決するため、図９に示すように、隣り合うスイッチパターン１６１の間にダミーパターン１６３を形成する方法も考えられる。このように構成すれば、絶縁基板１５０の表面に接点１７１が当接することがないので、接点１７１の削れを防止することができ、金属粉の発生を防止できる。しかしこのように構成した場合、接点１７１がスイッチパターン１６１やダミーパターン１６３上を摺動する際に生じるカーボン粉ｂが、スイッチパターン１６１とダミーパターン１６３の間の狭い隙間ｋ１に溜まり、両者間がショートする虞があった。特に、スイッチパターン１６１やダミーパターン１６３として、導電ペーストのスクリーン印刷を用いた場合、パターンが柔らかいので削られ易く、ショートの虞が高くなる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、スイッチパターン上を摺動子の接点が多数回摺動しても、オンオフ信号に乱れが生じることがなく、常に正常なオンオフ信号を得ることができるスイッチ基板を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、絶縁基板の表面に、摺動子の接点が摺動することでオンオフ出力を切替える複数のスイッチパターンを形成して構成されるスイッチ基板において、前記摺動子の接点の摺動軌跡上において隣接するスイッチパターンの間に、他の回路と導通しない独立したダミーパターンを形成し、且つ前記スイッチパターンとダミーパターン間の隙間の間隔は、前記摺動子の接点が前記隙間において露出する絶縁基板表面に一旦接触する以上の間隔に形成され、さらに、前記スイッチパターンは、第１の導電材料層の上面に第２の導電材料層を積層して形成され、前記ダミーパターンは、前記第２の導電材料層のみで形成されていることを特徴としている。
本発明によれば、摺動子の接点が摺動軌跡上を摺動する際に削られて生じる接点粉と、当該接点によって削られて生じるパターン粉（何れも導電粉）が、当該接点が一旦絶縁基板上に当接することで、スイッチパターンとダミーパターンのそれぞれ外周辺の段差部においてはぎ取られて当該段差部の部分に溜まる。このため、スイッチパターン上への導電粉の付着を防止できる。これによって、スイッチパターンを形成した絶縁基板上を摺動子の接点が多数回摺動しても、オンオフ信号に乱れが生じることがなくなる。
一方で、ダミーパターンを設けているため、接点が絶縁基板の表面上を摺動する距離は短いので、接点は削れにくく、それだけ接点の表面の滑らかさを保つこともでき、このことからも乱れのない安定したオンオフ信号を得ることができる。
また、スイッチパターンとダミーパターンの外周辺の段差の下側部分に導電粉が溜まっても、隣り合うスイッチパターンとダミーパターンの間の隙間は一旦接点が当接するだけの距離を有していてそれほど短くはないので、溜まった導電粉によって両パターン間がショートすることもない。

またスイッチパターンはオンオフ信号を得るためのパターンなので、第１の導電材料層を用い、且つこれを保護する第２の導電材料層を設ける必要があるが、ダミーパターンはそのような必要のないパターンなので、第２の導電材料層で構成し、これによって、材料費の削減を図ることができる。

本発明によれば、スイッチパターン上を摺動子の接点が多数回摺動しても、オンオフ信号に乱れが生じることがなく、常に正常なオンオフ信号を得ることができる。

スイッチ基板１の平面図である。摺動軌跡Ｔ２上を摺動する摺動子１００の接点１０１の動作説明図である。摺動軌跡Ｔ２上を摺動する摺動子１００の接点１０１の動作説明図である。摺動軌跡Ｔ２上を摺動する摺動子１００の接点１０１の動作説明図である。摺動軌跡Ｔ２上を摺動する摺動子１００の接点１０１の動作説明図である。摺動軌跡Ｔ２上を摺動する摺動子１００の接点１０１の動作説明図である。摺動軌跡Ｔ２上を摺動する摺動子１００の接点１０１の動作説明図である。従来例の問題点説明図である。従来例の問題点説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の１実施形態に係るスイッチ基板１の平面図である。同図に示すように、スイッチ基板１は、円板状に形成された絶縁基板１０の表面に、リング状に３つの摺動軌跡（３つの摺動子の接点の摺動軌跡）Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３用のスイッチパターン２１，３１，４１を形成し、さらにスイッチパターン３１，４１の間の位置に、それぞれダミーパターン５１，６１を形成して構成されている。なお以下の説明において、「上」とは絶縁基板１０のスイッチパターン２１，３１，４１等を形成した面側をいい、「下」とはその反対面側をいうものとする。

絶縁基板１０は、補強材としてガラス繊維（ガラス材）を混合することで耐熱性、剛性、難燃性などの各種性能を向上させた合成樹脂〔例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルフイド）〕を、略円板状に成形することで構成されている。

最も内側の摺動軌跡Ｔ１上に位置するスイッチパターン２１は、コモンパターンであり、リング状に形成された単一パターンである。また中間の摺動軌跡Ｔ２と最も外側の摺動軌跡Ｔ３上に位置するスイッチパターン３１，４１は、リング状に複数のスイッチパターン３１，４１を等間隔に形成して構成されている。内側と外側に隣接する各組のスイッチパターン３１，４１は、何れの組も円周方向に向かって所定の同一角度ずつずれた位置に形成されており、また各組のスイッチパターン３１，４１は接続されている。同様に内側の各オンオフパターン３１は前記スイッチ用パターン２１に接続されている。

各スイッチパターン２１，３１，４１は、導電体ペーストをスクリーン印刷することによって同時に形成される。具体的には、まず銀ペーストを前記各スイッチパターン２１，３１，４１の形状にスクリーン印刷して硬化させて銀層（第１の導電材料層）を形成し、その上にこれを覆うようにカーボンペーストを前記各スイッチパターン２１，３１，４１の形状にスクリーン印刷して硬化させてカーボン層（第２の導電材料層）を形成している。銀層の上にカーボン層を被せるのは、銀層の保護と、銀のマイグレーションを防止するためである。

ダミーパターン５１，６１は、中間の摺動軌跡Ｔ２と最も外側の摺動軌跡Ｔ３上に形成されるダミー用の導電パターンであり、リング状に複数組のダミーパターン５１，６１を等間隔に形成して構成されている。内側と外側に隣接する各組のダミーパターン５１，６１は、何れの組も円周方向に向かって所定の同一角度ずつずれた位置に形成されており、また各組のダミーパターン５１，６１は接続されている。各組のダミーパターン５１，６１は、他の回路には接続されておらず、それぞれが独立している。言い換えれば、ダミーパターン５１，６１は、摺動軌跡Ｔ２，Ｔ３上において隣接するスイッチパターン３１，４１の間に、他の回路と導通しない独立した状態で形成されている。

各組のダミーパターン５１，６１と、これらに隣接するスイッチパターン３１，４１の間には、所定の隙間Ｓ１，Ｓ２が形成されている。各隙間Ｓ１，Ｓ２の間隔は、下記する摺動子１００の接点１０１が前記隙間Ｓ１，Ｓ２において露出している絶縁基板１０の表面に一旦接触する以上の間隔に形成されている。各隙間Ｓ１の間隔（寸法）は、摺動軌跡Ｔ２方向に向かって何れも同一であり、また各隙間Ｓ２の間隔（寸法）も、摺動軌跡Ｔ３方向に向かって何れも同一である。

各ダミーパターン５１，６１は、導電体ペーストをスクリーン印刷することによって同時に形成される。具体的には、カーボンペーストを前記各ダミーパターン５１，６１の形状にスクリーン印刷して硬化させてカーボン層（第２の導電材料層）を形成している。カーボンペーストのスクリーン印刷は、前記スイッチパターン２１，３１，４１を形成する際のカーボンペーストのスクリーン印刷と同時に行う。

以上のことからわかるように、スイッチパターン２１，３１，４１は、銀層（第１の導電材料層）の上面に、カーボン層（第２の導電材料層）を積層して形成されており、一方ダミーパターン５１，６１は、前記カーボン層（第２の導電材料層）のみによって形成されている。即ち、スイッチパターン２１，３１，４１の方が、ダミーパターン５１，６１よりも厚みが厚い。

そして、上記スイッチ基板１上に下記する摺動子１００を設置し、下記する３つの接点１０１を各摺動軌跡Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３上に当接させ、摺動子を回転すれば、摺動子１００の各接点１０１が各摺動軌跡Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３上を摺動し、これによって、所望のオンオフ出力を切替えることができる。このスイッチ基板１の場合、前記オンオフ出力によって、摺動子１００の回転方向や回転速度などを検出することができる。

次に、上記摺動軌跡Ｔ２（スイッチパターン３１やダミーパターン５１）上を摺動する摺動子１００の接点１０１の動作について、図２～図７を用いて詳細に説明する。なお、接点１０１の動作は、スイッチパターン４１やダミーパターン６１に対しても同様なので、その説明は省略する。なお、図２～図７において、スイッチパターン３１の銀層（第１の導電材料層）を３１ａ、カーボン層（第２の導電材料層）を３１ｂ、ダミーパターン５１のカーボン層（第２の導電材料層）を５１ｂと表示する。

ここでまず、例えば図２に示すように、摺動子１００の接点１０１が、何れかのダミーパターン５１上に当接（弾接）しているとする。そして摺動子１００が、スイッチ基板１に対して相対的に矢印Ａ方向（図２に向かって左方向）に移動していくと、図３に示すように、接点１０１は、一旦、隙間Ｓ１内に入り込み、絶縁基板１０の表面に当接する。

そして、図４に示すように、短い距離だけ、絶縁基板１０の表面上を摺動した後、図５に示すように、スイッチパターン３１の外周辺Ｌに触れる。これによって、触れたスイッチパターン３１と摺動子１００間がオンする。

さらに接点１０１を同一方向Ａに向かって移動すると、図６に示すように、接点１０１は、スイッチパターン３１上に乗り上げて摺動し、前記スイッチパターン３１とのオン状態を継続する。

接点１０１を、図６の状態から、Ａ方向とは反対方向に向かって移動していくと、上記の説明とは逆に、図６→図５→図４→図３→図２のように接点１０１が移動し、スイッチパターン３１とのオンオフ状態が変化していく。

そして上述のように摺動子１００の接点１０１が、摺動軌跡Ｔ２上を繰り返し多数回摺動すると、スイッチパターン３１表面のカーボン層３１ｂと、ダミーパターン５１表面のカーボン層５１ｂが少しずつ削れ、カーボン粉が接点１０１に付着するようになる。同時に短い距離ではあるが、接点１０１が隙間Ｓ１内において、ガラス繊維を混合しない絶縁基板に比べてその表面が平滑でなく硬い絶縁基板１０の表面上を摺動することで、当該接点１０１が削れ、削れた金属粉も接点１０１に付着する。しかし、これらカーボン粉や金属粉（以下両者を合わせて「導電粉」という）は、図５から図６に接点１０１が移動する際に、即ち接点１０１がスイッチパターン３１の外周辺Ｌを乗り上げる際、図７に示すように、スイッチパターン３１の外周辺Ｌの段差部によってはぎ取られ、外周辺Ｌの段差部の下側部分に溜まる（導電粉ａ１）。一方、接点１０１が逆方向に移動する場合は、図３から図２に接点１０１が移動する際に、即ち接点１０１がダミーパターン５１の外周辺Ｍを乗り上げる際、図７に示すように、ダミーパターン５１の外周辺Ｍの段差部によってはぎ取られ、外周辺Ｍの段差部の下側部分に溜まる（導電粉ａ２）。また導電粉ａ１，ａ２がはぎ取られる段差部の数は、スイッチパターン３１の他にダミーパターン５１を設けることで２倍になり、より効果的に導電粉ａ１，ａ２をはぎ取ることができる。

これらのことから、導電粉ａ１，ａ２がスイッチパターン３１の表面上に付着することを、効果的に防止することができる。これによって、スイッチパターン３１を形成したスイッチ基板１上を摺動子１００の接点１０１が多数回摺動しても、オンオフ信号に乱れが生じることはなくなる。一方で、ダミーパターン５１を設けることで、接点１０１が絶縁基板１０の表面に当接する距離が短くなるので、接点１０１は削れにくくなり、それだけ接点１０１の表面の滑らかさを保つこともでき、このことからも乱れのない安定したオンオフ信号を得ることができる。また、外周辺Ｌ，Ｍの段差部の下側部分に導電粉ａ１，ａ２が溜まっても、隣り合うスイッチパターン３１とダミーパターン５１間の隙間Ｓ１は一旦接点１０１が絶縁基板１０表面に当接するだけの距離を有していてそれほど短くはないので、溜まった導電粉ａ１，ａ２によって両パターン３１，５１間がショートすることもない。

またこの実施形態において、スイッチパターン３１は、銀層（第１の導電材料層）３１ａの上面にカーボン層（第２の導電材料層）３１ｂを積層して構成され、一方ダミーパターン５１は、前記カーボン層（第２の導電材料層）５１ｂのみで構成されている。スイッチパターン３１はオンオフ信号を得るためのパターンなので、導電率の高い銀層３１ａを用い、且つこれを保護するカーボン層３１ｂを設ける必要があるが、ダミーパターン５１はそのような必要のないパターンなので、カーボン層５１ｂのみで構成し、これによって、材料費の削減を図っている。

さらに上記スイッチパターン３１は、銀層（第１の導電材料層）３１ａの上面ばかりでなく、さらに銀層（第１の導電材料層）３１ａの外周辺の側面（外周側面）も、カーボン層（第２の導電材料層）３１ｂで覆っている。銀層（第１の導電材料層）３１ａの側面もカーボン層（第２の導電材料層）３１ｂで覆うことで、銀層（第１の導電材料層）３１ａの保護を確実にすることができ、さらにカーボン層（第２の導電材料層）３１ｂを銀層（第１の導電材料層）３１ａよりも広い面積で印刷することで、印刷ズレによって銀層（第１の導電材料層）３１ａが露出することを確実に防止することができる。なお、上記実施形態では、カーボン層（第２の導電材料層）３１ｂによって、銀層（第１の導電材料層）３１ａの外周側面全体を覆ったが、場合によっては、銀層（第１の導電材料層）３１ａの外周側面の全体またはその一部を覆わないように構成しても良い。

上述のように、絶縁基板１０としてガラス繊維を混合することで耐熱性などを向上させた合成樹脂を用いた場合、本発明は特に有効に作用するが、ガラス繊維を混合しない合成樹脂だけの絶縁基板を用いたスイッチ基板であっても、本発明の効果を得ることができる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態は、本発明を回転式スイッチ用のスイッチ基板に適用した例を示したが、スイッチパターンを直線状（円弧状やその他の曲線状なども含む）に形成したいわゆるスライド式スイッチ用のスイッチ基板にも本発明を同様に適用することができる。

また、スイッチパターンやダミーパターンが上記実施形態に示す形状のものに限定されないことは言うまでもなく、本発明は他の種々のスイッチパターンやダミーパターンであっても良い。また上記実施形態では、スイッチパターンとして第１の導電材料層の上面に第２の導電材料層を積層したものを用い、ダミーパターンとして第２の導電材料層のみで形成したものを用いたが、本発明はこれに限定されず、何れのパターンも１層又は複数層で形成しても良い。

また、上記記載及び各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、上記記載及び各図の記載内容は、その一部であっても、それぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は上記記載及び各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

１スイッチ基板
１０絶縁基板
１００摺動子
１０１接点
２１，３１，４１スイッチパターン
５１，６１ダミーパターン
Ｓ１，Ｓ２隙間
３１ａ第１の導電材料層
３１ｂ第２の導電材料層
５１ｂ第２の導電材料層
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３摺動軌跡

Claims

絶縁基板の表面に、摺動子の接点が摺動することでオンオフ出力を切替える複数のスイッチパターンを形成して構成されるスイッチ基板において、
前記摺動子の接点の摺動軌跡上において隣接するスイッチパターンの間に、他の回路と導通しない独立したダミーパターンを形成し、
且つ前記スイッチパターンとダミーパターン間の隙間の間隔は、前記摺動子の接点が前記隙間において露出する絶縁基板表面に一旦接触する以上の間隔に形成され、
さらに、前記スイッチパターンは、第１の導電材料層の上面に第２の導電材料層を積層して形成され、
前記ダミーパターンは、前記第２の導電材料層のみで形成されていることを特徴とするスイッチ基板。