JP5963477B2 - スイッチの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，スイッチ本体及びこれを用いたスイッチの製造方法に関する。

スイッチは，電気機器の一部品として用いられ，押されることで電気機器における電気回路の動作のオンオフを制御することができるものである。スイッチは，使用される機器の種類に応じて種々のものが製造されている。

一般にスイッチは，スイッチ本体と，このスイッチ本体に嵌め合わされる一体化したボタンとを有して構成されており，使用者は，このボタンを押すことで当該電気機器における電気回路の動作の接続・切断を制御することができる。

スイッチは，以前は制御パネルに取付るのが、ほとんどであったが，近年は電気回路が形成されたプリント基板に直接取り付けるものが多くなった。
特許文献１はプリント基板に取り付けるスイッチの一例である。この例では，プリント基板上に上記スイッチを配置し，スイッチ及びプリント基板上にそれぞれの接続点を接続し，ハンダで接続することによって行う。

特開２００３−０１６８７４号公報

従来の技術では，スイッチをプリント基板上にハンダを介して接続する作業は，この接続作業は現状手作業で行わざるを得ず，非常に時間及びコストがかかるものとなっている。特に，プリント基板上に多数のスイッチを近接して配置するような場合は，既に固着したスイッチに隣接して他のスイッチのハンダ付けを行う必要があるため，より限られた空間でハンダ付けをしていかなくてはならない等，更に作業が複雑となってしまうといった課題がある。

また近年，リフロー炉等を用いハンダ付けを行う実装技術が広く広まってきている。
この技術は，一般にプリント基板上にハンダペーストを印刷し，その上に部品を載せてから熱を加えてはんだを溶かす方法である。ハンダを溶かす温度は一般に２５０〜２６０℃でるためプリント基板に用いる部品の耐熱温度を考慮する必要があり，場合によっては片面加熱を行う技術もあるが，通常のリフロー炉で使用される熱温度で使用出来，プリント基板上に多数のスイッチを近接して配置出来るスイッチ，例えば照光式等の内部に種々の電子部品等内蔵されているスイッチ部品の提供が望まれていた。
特に照光式押しボタンスイッチでは，内部にＬＥＤ等の電子部品が内在し，高温雰囲気では，素子の機能を損ねる可能性がある他，スイッチの内部の接点等にハンダ溶着時に発生するガス等が，付着するとスイッチ動作に支障を来す影響を与える可能性があった。

そこで，本発明は上記課題に鑑み，リフロー炉等を用いる実装技術で，容易にプリント基板に固着させることのできるスイッチ本体及びスイッチの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るスイッチの製造方法は，突起と端子が付された底面，及び，側壁を備え開口部が形成された耐熱樹脂からなるベース部と，前記ベース部に収納され前記ベース部内において摺動自在な作動桿と，開口部を有し，前記ベース部と組み合わされ前記作動桿の摺動域を制限する耐熱樹脂からなるカバー部と，前記カバー部の開口部を密着して覆う耐熱シートと，を有するスイッチ本体を，前記スイッチ本体の前記ベース部の前記突起に対応した孔及び前記ベース部の前記端子に対応した位置に接続領域にハンダペーストを印刷したプリント基板に，前記突起と前記孔が嵌合し，かつ，前記端子と前記接続領域がハンダを介して重なり合うよう配置する工程，
前記スイッチ本体及び前記プリント基板周囲の雰囲気の温度を前記ハンダの融点以上に昇温して前記スイッチ本体及び前記プリント基板を固着する工程の後に，前記スイッチ本体の前記耐熱シートを剥がし，前記スイッチ本体の前記作動桿にボタンを嵌め込む工程，を有することを特徴とする。

以上，本発明では，スイッチ本体内は，耐熱樹脂からなるベース部と，カバー部とよりなり，スイッチ本体上面のカバー部の開口部を、耐熱シートにより密着して覆う構成となっていることより，スイッチ本体内部に，ハンダを溶着時に内部にガスが入ることがなく，また，スイッチ本体の上面の耐熱シートは平滑面となり，ロボット等の機械で，装着時に吸着手段でスイッチ本体１をハンドリングが出来，作業性が良好となる他，容易にプリント基板に装着固着させることができ，プリント基板への固着に必要な時間即（すなわ）ちコストを大幅に低減することが可能となる。

実施形態に係るスイッチ本体の斜視図である。 実施形態に係るスイッチ本体（耐熱シートを除去したもの）の斜視図である。 実施形態に係るスイッチ本体の分解図である。 実施形態に係るスイッチの斜視図である。 実施形態に係るスイッチ本体のベース部の底面を示す図である。 実施形態に係るスイッチ本体のベース部の可動接点部分の例を示す図である。 実施形態に係るスイッチ本体の開口部近傍の一部拡大図である。 実施形態に係るスイッチの製造方法の工程を示す概略図である。 実施形態に係るスイッチの製造方法において用いられるプリント基板の概略を示す図である。 実施形態に係るスイッチの製造方法において，プリント基板上に複数のスイッチ本体を配置した場合の概略を示す図である。

以下，本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし，本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり，以下に示す実施形態で用いた例示にのみ限定されるものではない。

図１は，本実施形態に係るスイッチ本体１の斜視図であり，図２は，スイッチ本体１のうち耐熱シートを除去した後の斜視図であり，図３はスイッチ本体１の分解図である。

これらの図で示されるように，スイッチ本体１は，耐熱シートを除去した状態において開口部１１を有しており，この開口部１１にボタンが嵌め合わされることでスイッチとして完成する。ボタン部が嵌め合わされた状態の斜視図を図４に示しておく。

本実施形態においてボタン部６は，具体的には，作動桿３の開口部３２に挿入されるとともに，後述の作動桿３の段差部３６に引っ掛けるための突起を有して構成されており，一度挿入するとこの突起が作動桿３の上記段差部３６に引っ掛かり一体化される。ボタン部６は，スイッチを使用する者が押すことができる程度に大きなものであれば特に限定されないが，透過性のある樹脂で形成され，その内部にＬＥＤ等の小型照明装置を設け，スイッチを押すたびに照明がオン又はオフするように設けても良い。

図3，図５に示すように，スイッチ本体１は，突起２１１と端子２１２が付された底面２１，及び，側壁２２を備え開口部２３が形成された耐熱樹脂からなるベース部２と，ベース部２に収納されベース部２内において摺動自在な作動桿３と，開口部４１を有し，ベース部２と組み合わされ作動桿３の摺動域を制限する耐熱樹脂からなるカバー部４と，カバー部４の開口部４１を覆う耐熱シート５と，を有する。

本実施形態においてベース部２は，スイッチ本体１の外見を構成するための主要な部材であり，上記のとおり底面２１と，この底面２１に接続され底面を囲う側面を形成する側壁２２を有して構成されており，内部に空間を形成するとともに開口部２３が形成されている。なお底面２１と側壁２２とは一体に形成されていることが強度の観点，製造を容易にする観点から好ましい。

また，本実施形態に係るベース部２の底面２１には，突起２１１が配置されている。突起２１１は，スイッチ本体１をプリント基板に固着する際，位置決めのために用いられるものであり，限定されるわけではないが，少なくとも２以上，好ましくは３以上設けられていることが好ましい。
なお図５に，ベース部２の底面２１の概略を示しておく。

また，本実施形態に係るベース部２の底面２１には，端子２１２が設けられている。また端子２１２は，プリント基板と電気的接続を可能とするために用いられるものであり，導電性の物質，例えば銅等の金属により形成されていることが好ましい。端子２１２の数は，必要とされる接続点の数に応じて適宜選択可能であり限定されるわけではないが，一般に照光用の電源回路に接続する４端子，及びスイッチの２端子が設けられており，図５の例では６個の例を示している。

また，本実施形態に係るベース部２の側壁２２には係止突起２２１が形成されており，ここにカバー部４のつまみ４３を合わせることでカバー部４を固定することができる。

また，本実施形態に係るベース部２の側壁２２の内側には可動接点２４が設けられており，作動桿３は，上側（底面２１から開口部２３側，以下「上側」という場合において同じ。）から押し込むと，作動棹３の端部が可動接点２４の下部の湾曲部２４１に上方から下方に押し圧することにより，移動し接点部２４２が，移動しベース部の接点２４３に押しつけられ接点がオン状態となる。逆に作動棹３が上側に移動した場合には，可動接点２４の湾曲部２４１の弾性力により，接点がオフとなる。なおこの可動片の形の例を例えば図６に示しておく。

また本実施形態に係るベース部２は耐熱樹脂によって構成されている。これは，後述するスイッチの製造工程から明らかであるが，ハンダ付けの工程において高温となった場合でも溶融してしまわないようにするためである。耐熱樹脂としては，限定されるわけではないが，例えば耐熱性ポリアミド樹脂（ＰＡ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を例示することができ，これ以外の材料であっても用いるハンダの融点よりも高いガラス転移点を有するものであること，更に例えば用いるハンダの融点が概ね２５０〜２６０℃の範囲にあると考えると，これ以上の耐熱温度を有するものであれば用いることが出来ることは言うまでもない。

なお，ベース部２の底部２１の内側に前記端子２１２に接続しているボタン部導通用接続体２５が設けてあり，このボタン部５の下部を挿入する構成となっている。このボタン部５の下部に図示しないが，ボタン部導通用接続体２５に対応した数の穴が穿設され，この穴部内にコイルスプリングを介し，ボタン部の照光用ＬＥＤに電源の供給を行う。そしてこのコイルスプリングは，ボタン部５及びボタン部５と一体化している作動棹３の，復帰スプリングとして作用させる弾性材としての機能をも有している。

本実施形態に係る作動桿３は，上記のとおりベース部２に収納され，ベース部２内に対し摺動自在なものであり，側壁３１によって囲まれて構成され，貫通孔３２を有する筒状となっている。更に作動桿３の側壁３１の周囲にはベース部２に対する摺動方向を規定するとともに摩擦抵抗を低減させるための摩擦低減部材３３が配置されている。なお，限定されるわけではないが，本実施形態において摩擦低減部材３３は，金属材料によって構成される球であって，側壁３１に形成される半円球の凹みに嵌め込まれており，その中で回転自在となっている。なお，この場合，ベース部２の側壁２２の内側には上下方向（ベース部２の底面２１から開口部２３の方向）に断面が半円状となっている溝２２２が形成されている。

また，本実施形態に係る作動桿３の側壁３１にはバネ３４が設けられており，作動桿３の上下摺動に伴い，クリック音を発生させることができる。なお，バネ３４の形状としては，上記の機能を奏する限りにおいて限定されるわけではなく，例えば図３で示すようなクリックバネであってもよく，Ｃ字形状のバネであっても良い。またこの態様に応じて作動桿３の側壁３１の形状は適宜変形可能である。

また本実施形態に係る作動桿３の側壁３１のいずれか一部には，上下方向に溝３５が形成されており，ベース部２に作動桿３が収納された場合でも上下方向に溝３５を設けておくことができる。

また本実施形態に係る作動桿３の側壁３１の内側には，段差部３６が設けられており，上記のとおりボタン部６に形成されたつまみを引っ掛けることができるようになる。

また本実施形態に係る作動桿３の材質としては，限定されるわけではないが，ベース部２及びカバー部４内に収納されているために，ベース部ほど耐熱性は要求されないが，これらと同様に，耐熱樹脂によって構成されることが好ましく，ベース部２と同様の材質，例えば耐熱性ポリアミド樹脂（ＰＡ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を用いることが出来る。

本実施形態に係るカバー部４は，上記のとおりベース部２と組み合わされ作動桿３の摺動域を制限することのできるものである。本実施形態に係るカバー部４は，上記図から明らかなように，開口部４１を形成する枠部４２と，フック４３，柱体４４と，を有して構成されている。

本実施形態に係るカバー部４の枠部４２は，カバー部４の主要な骨格を示す部材であって，ベース部２と組み合わされた場合に上記作動桿３の側壁３１上端の少なくとも一部を覆うことができるものである。このようにすることで，作動桿３の摺動域を制限することができる。なお，枠部４２には，切り欠き部４２１が設けてあり，後述の耐熱シート５を剥がすときに剥（は）がしやすくしている。

本実施形態に係るカバー部４のフック４３は，上記ベース部２の側壁２２に形成される係止突起２２１に対応した係止穴４３１が形成されており，この係止突起２２１と係止穴４３１が組み合わされることにより，ベース部２とカバー部４とを固定することができる。

本実施形態に係るカバー部４の柱体４４は，上述の作動桿３の側壁３１において形成される溝３５に挿入されるものであるが，前述のバネ３４のクリック動作に使用されることを第一の目的とするとともに，スイッチ本体の組み立ての際，この溝３５と柱体４４とを組み合わせることで間違った方向にカバー部４を取り付けてしまうことを防止する機能も有する。

また本実施形態に係るカバー部４は耐熱樹脂によって構成されている。これは，後述するスイッチの製造工程から明らかであるが，ハンダ付けの工程において高温となった場合でも溶融してしまわないようにしておくことが好ましいためである。耐熱樹脂としては，前述のベース部２と同様の材質の耐熱性ポリアミド樹脂（ＰＡ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を用いることが出来る。

本実施形態に係る耐熱シート５は，カバー部４の開口部４１を覆い，ベース部２及びカバー部４内部の空間を密封する為に設けている。この耐熱性シール５の裏面には粘着剤を介しカバー部４の開口部４１の上面に貼付し，内部を密封する構成となっている。
密閉する意義は，まず密閉する第１の意義としては，リフロー炉等を通過させる際に，リフロー炉等の内部が，スイッチの接点等に関し，有害な高温ガスがあり，これらからスイッチ内部を保護する必要があるからである。
また，第２に，カバー部４の開口部４１の上面に貼付し内部を密封する際に，開口部４１の上面を平滑な平面状態とすることで，スイッチ本体１をプリント基板の所定の位置に配置する際に，スイッチ本体１の上面を装着機械のヘッドに吸着させ，ハンドリングを良好とするものである。即（すなわ）ち，スイッチ本体１を吸着保持した後，プリント基板の所定の位置に移動させて配置させる必要から，スイッチ本体１の上面となる耐熱シート５を平滑な平面とする必要があるからである。したがって，この耐熱シート５は，ある程度強度を有する必要があり，例えば例えばポリイミドフィルム（ＰＩＦ）を用いた場合には，５０μｍ以上の厚みのものを使用することが好ましい。

本実施形態において，耐熱シート５は，耐熱性を有するシート状のものであって，樹脂で構成され，耐熱シート５の材質に樹脂を採用する場合，ハンダ付けの工程において高温となった場合でも溶融してしまわないようにしておくことが好ましく，上記ポリイミドフィルム（ＰＩＦ）等の材料に限定されるわけではない。

また本実施形態において，作動桿３の上端は，カバー部４の開口部４１の上端即（すなわ）ち枠部４２の上端とほぼ同一面，若しくは開口部４１の上端即（すなわ）ち枠部４２の上端よりも低い状態となっていることが好ましい。ほぼ同一面とすることで，耐熱シート５は，接着面積が大きくなりより安定した密着性を得ることが出来る。
また，開口部４１の上端即（すなわ）ち枠部４２の上端よりも低い状態の作動桿３とする場合には，耐熱シート５の平面性，及び密封性を維持できるほか，スイッチ本体１をプリント基板上に固着させる工程の際，高温雰囲気と直接触れ合うことが少なくなるため，より低い耐熱温度の樹脂を採用することも可能になるといった効果がある。この場合の一部断面を図７に示しておく。

以上，本実施形態に係るスイッチ本体１は，より容易かつ安定的にプリント基板に固着させることができるものとなる。

ここで，本実施形態に係るスイッチ本体１を用いてスイッチを製造する方法について説明する。図８は，本実施形態に係る製造方法の工程の概略を示す図である。

本図で示すように，本製造方法は，（Ａ）プリント基板７上にスイッチ本体１を配置する工程，（Ｂ）スイッチ本体１及びプリント基板７周囲の雰囲気の温度を昇温してスイッチ本体１とプリント基板７を固着する工程，（Ｃ）スイッチ本体１の耐熱シート５を剥（は）がし，スイッチ本体１の作動桿３にボタン部６を嵌め込む工程，を有する。

まず，本製造方法では，（Ａ）プリント基板７上にスイッチ本体１を配置する工程において，用いるスイッチ本体１は，今まで詳細に説明した構成からなるスイッチ本体１である。具体的に説明すると，スイッチ本体１は，突起と端子が付された底面２１，及び，側壁２２を備え開口部が形成された耐熱樹脂からなるベース部２と，ベース部２に収納されベース部２内において摺動自在な作動桿３と，開口部４１を有し，ベース部２と組み合わされ作動桿３の摺動域を制限する耐熱樹脂からなるカバー部４と，カバー部４の開口部４１を覆う耐熱シート５と，を有する。

また本工程において，用いるプリント基板７は，耐熱性の樹脂によって形成され，この上に金属等の導電性材料が張り巡らされたものであり，更に，スイッチ本体１のベース部２の突起２１１に対応した孔７１及びベース部２の端子２１２に対応した接続領域７２が形成されている。図９に，本実施形態に係るプリント基板７の概略を示しておく。なお図中の点線で囲まれた領域が一つのスイッチ本体１に対応する領域である。また，スイッチ本体１の端子２１２に対応する位置の、プリント基板７の接続領域７２の間には印刷したハンダペーストをあらかじめ配置しておくことで，後述の工程によってハンダを溶融し，プリンタ基板７とスイッチ本体１とを固着させることができる。

また本工程において，上記の記載から明らかなように，スイッチ本体１の突起２１１をプリント基板の孔７１に嵌合させる。スイッチ本体１の突起２１１と端子２１２の位置関係は固定されており，プリント基板７の孔７１とハンダペーストを印刷した接続領域７２も，上記関係に対応して固定されている。このため，スイッチ本体１の突起２１１をプリント基板の孔７１に装着させることで，スイッチ本体１の端子２１１とプリント基板７の接続領域７２とを確実に重なり合わせる配置を行うことが出来る。
なお，上記作業は，一般にロボット等の機械で，スイッチ本体１上面の耐熱シート５の上面に吸着手段で吸着を行い，スイッチ本体１のハンドリングを行い，スイッチ本体の配置作業を自動化で行うことができる。

次に，本製造方法では，（Ｂ）スイッチ本体及びプリント基板周囲の雰囲気の温度を上昇させてスイッチ本体及びプリント基板を固着する工程を有する。より具体的には，スイッチ本体１及びプリント基板７周囲の雰囲気の温度をハンダの融点以上に上昇させてハンダを溶融し，その後冷却してスイッチ本体，及びプリント基板を固着する。

本工程において，スイッチ本体及びプリント基板周囲の雰囲気の温度を上昇させる工程としては，限定されるわけではないが，例えばこのスイッチ本体が配置されたプリント基板をリフロー炉に入れる方法が挙げられる。
なお，一般的なリフロー炉では，加熱〜冷却まで一連の温度管理が行われるため，リフロー炉からこのプリント基板を出すことで，プリント基板にスイッチ本体１をハンダ付けした製品状態にすることができる。
なお，図１０に，プリント基板と，このプリント基板上に配置された複数のスイッチ本体１の例を示しておく。

次に，本製造方法では，（Ｃ）スイッチ本体の耐熱シートを剥がし，スイッチ本体の作動桿にボタンを嵌め込む工程，を有する。具体的には，耐熱シート５を剥がし，スイッチ本体１の開口部１１にボタン部６を挿入し，作動桿３の側壁３１の内側に形成された段差部３５，ボタン部６に形成されたつまみを引っ掛けることで作動桿３とボタン６を固定する。

以上，本実施形態によって，より容易にプリント基板に固着させることのできるスイッチ本体及びスイッチの製造方法を提供することができる。特に，一つのプリント基板上に多数のスイッチを近接して配置するような場合であっても，一度の昇温作業で固着が可能となるため，既に固着したスイッチに隣接して他のスイッチのハンダ付けを行う等，限られた空間でハンダ付けをしていかなくてはならない等の欠点はなく，プリント基板への固着に必要な時間即（すなわ）ちコストを大幅に低減することが可能となる。

本発明は，スイッチのスイッチ本体，さらにはこれを用いたスイッチの製造方法として産業上の利用可能性がある。

１…スイッチ本体
２…ベース部
３…作動桿
４…カバー部
５…耐熱シート
６…ボタン部
７…プリント基板

Claims (1)

1. 突起と端子が付された底面，及び，側壁を備え開口部が形成された耐熱樹脂からなるベース部と，前記ベース部に収納され前記ベース部内において摺動自在な作動桿と，開口部を有し，前記ベース部と組み合わされ前記作動桿の摺動域を制限する耐熱樹脂からなるカバー部と，前記カバー部の開口部を密着して覆う耐熱シートと，を有するスイッチ本体を，前記スイッチ本体の前記ベース部の前記突起に対応した孔及び前記ベース部の前記端子に対応した位置に接続領域にハンダペーストを印刷したプリント基板に，前記突起と前記孔が嵌合し，かつ，前記端子と前記接続領域がハンダを介して重なり合うよう配置する工程，
   前記スイッチ本体及び前記プリント基板周囲の雰囲気の温度を前記ハンダの融点以上に昇温して前記スイッチ本体及び前記プリント基板を固着する工程の後に，前記スイッチ本体の前記耐熱シートを剥がし，前記スイッチ本体の前記作動桿にボタン部を嵌め込む工程とを有することを特徴とするスイッチの製造方法。
   

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