JP6355259B2 - 押釦スイッチ - Google Patents

Description

本発明は押釦スイッチに関する。

押釦スイッチは電子機器や電気機器の電気信号の入り切りを手動で切り替えるために用いられる。使用環境によっては、防塵、防水といった耐環境性が要求されている。

従来の押釦スイッチについて図面を用いて説明する。図３，４は、従来の押釦スイッチを示す断面図である。

図３，４に示すように、第１ハウジング１１は、主に熱可塑性樹脂などによる絶縁合成樹脂材料を成形加工して、略矩形に形成される。

第１固定接点１２は、金属平板を切断・折り曲げ加工して略Ｌ字状に形成され、接点部１２ａと、端子部１２ｂとを有している。そして、この第１固定接点１２は、第１ハウジング１１にインサート成形され、接点部１２ａは、第１ハウジング１１の凹部の中央部に表面が露出した状態で配設され、端子部１２ｂは、第１ハウジング１１の側面から側壁に沿って下方に突出して配設されている。

第２固定接点１３は、金属平板を切断・折り曲げ加工して略Ｌ字状に形成し、接点部１３ａと、端子部１３ｂとを有している。そして、この第２固定接点１３は、第１ハウジング１１にインサート成形され、接点部１３ａは、第１ハウジング１１の凹部の中央部に表面が露出した状態で配設された前記第１固定接点１２の接点部１２ａを挟むように凹部の内周縁部に近接し、且つ、表面が露出した状態で配設され、端子部１３ｂは、第１ハウジング１１の側面から側壁に沿って下方に突出して配設されている。

可動接点１４は、弾性金属平板を切断・押し出し加工にて、ドーム状に形成されている。この可動接点１４は、第１ハウジング１１の凹部内に配置され、可動接点１４の周縁部は、第２固定接点１３の接点部１３ａに当接され、且つ、可動接点１４は、第１固定接点１２の接点部１２ａを覆うような状態で配置されている。

第１ハウジング１１と第２ハウジング１８の間にはインシュレータ１６と防水部材１７が配置されている。インシュレータ１６は、例えば、ポリイミド樹脂材料などからシート状で形成されている。防水部材１７は、例えば、ＥＰＤＭ材料などのゴム材料からシート状で形成されている。この２つがハウジング間に挟み込まれており、ハウジング間からの水の浸入を防いでいる。

ステムは第１ステム１５と第２ステム１９に分かれている。第２ステム１９を押圧した際、インシュレータ１６及び防水部材１７を介して第１ステム１５が押圧され、ドーム状の可動接点１４を下方に押圧する。そして、可動接点１４が押圧されると可動接点１４が反転して可動接点１４の裏面が第１固定接点１２の接点部 １２ａに当接される。この接点部１２ａへの当接によって、第１固定接点１２と第２固定接点１３とは、可動接点１４を介して導通されて押釦スイッチは、オンの状態となる。

従来の押釦スイッチの場合、主に防水が必要とされるのは第１ハウジング１１と第２ハウジング１８の接合部であった。例えば、特許文献１には、第２ハウジングの外周部を変形させることによって、第１ハウジングと第２ハウジングの隙間からの水の浸入を防ぐ押釦スイッチが記載されている。

しかしながら、第１ハウジング１１と第２ハウジング１８の接合部からの水の浸入を防いだ場合であっても、固定接点と第１ハウジングの間に隙間が生じた場合、この隙間より水が浸入し金属表面が腐食することによって導通不良が発生し押釦スイッチの機能に支障をきたす問題があった。

一般的に熱可塑性樹脂で押釦スイッチを製造する場合、固定接点と第１ハウジングを一体化させる方法として、前記の通り熱可塑性樹脂と固定接点のインサート成形を行う方法が使用されている。インサート成形で製造した場合、射出成形工程において、熱可塑性樹脂が固定接点へ押圧されて作成されるため、隙間が空きにくく防水機能が高いとされているためである。

しかしながら、通常の方法でインサート成形を行った場合でも、熱可塑性樹脂と固定接点の種類によっては隙間が発生し防水機能が満たせないことがある。また、成形直後に防水機能を満たした場合でも、長期に渡って使用している間に隙間が発生し、水の浸入によって押釦スイッチ機能が損なわれることがあった。この原因を解析したところ、長期間の使用中に高温環境と低温環境に繰り返し晒されることによって、線膨張係数の小さな固定接点と、線膨張係数の大きな熱可塑性樹脂の間に歪が発生し隙間が発生することが分かった。そのため、通常の方法でインサート成形を行った場合では防水機能を確保することは困難であるという問題があった。

これらの問題に対し、固定接点と熱可塑性樹脂との密着性を向上させて防水機能を付与したインサート成形技術として、いくつかの方法が知られている。例えば、インサートする樹脂に含まれる無機フィラーの量を少なくすることで収縮時の異方性なくし隙間を発生させにくくした方法(特許文献２)が開示されている。

しかしながら、この方法では一般的に使用される無機フィラー量の樹脂に対して適用することができないため、強度が必要とされる製品には使用できなかった。さらに、無機フィラー量が少なくなることによって、金属と樹脂との熱膨張係数の差は大きくなるため、異方性の影響が少ない形状では、却って隙間が発生しやすくなる問題もあった。

特開２０００−６７６８７ 特開２０１３−１８８８８８

上記のように、温度範囲が広い使用環境下では固定接点と第１ハウジングの間に隙間は発生し押釦スイッチの機能が損なわれるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされた発明であり、その目的は、温度範囲が広い温度環境でも、固定接点と第１ハウジングの間に隙間が発生せず水の浸入を防ぐ押釦スイッチを提供することにある。

本発明者は、上記課題に対し、クロロスルホン化ポリエチレン組成物からなる密着層を形成した金属端子をインサート成形することによって、クロロスルホン化ポリエチレン組成物が金属端子、熱可塑性樹脂と強固に接着することにより高い密着性が得られ、この密着層が水の浸入を防ぐことを見出し、この手法で作られた押釦スイッチが高湿環境でも長期間正常に作動することを見出した。

すわなち、本発明は以下のものを提供する。
請求項１へ記載の金属製の接点部と、端子部から構成される固定接点と、熱可塑樹脂で形成されたハウジングを有する押釦スイッチであって、固定接点の端子部におけるハウジングが覆う部分にクロロスルホン化ポリエチレン組成物からなる密着層を有することを特徴とした押釦スイッチであり、
請求項２へ記載の固定接点とハウジングを結合させる方法として、射出成形金型に金属製固定接点を配置し、型締めしてキャビティ内に熱可塑性樹脂をインサート成形する方法を用いる押釦スイッチの製造方法であって、射出成形前に予め固定接点におけるハウジングが覆う部分へクロロスルホン化ポリエチレン組成物からなる密着層を形成し、密着層がキャビティ内に配置されるように固定接点を射出成形金型へ装着してインサート成形を行うことを特徴とする押釦スイッチの製造方法であり、
請求項３へ記載の請求項２記載の押釦スイッチの製造方法において、予めクロロスルホン化ポリエチレン組成物を有機溶剤を用いて溶液化し、クロロスルホン化ポリエチレン組成物の溶液を固定接点の端子部におけるハウジングが覆う部分の全体もしくは一部へ塗布した後に乾燥させて密着層を形成することを特徴とする押釦スイッチの製造方法である。
ここで、ハウジングが覆う部分とは、ハウジングによって、固定接点の端子部が固定される部分であり、端子部の外周部をハウジングで包埋する部分を示す。

本発明によれば、密着層はクロロスルホン化ポリエチレン組成物からなる。このクロロスルホン化ポリエチレンは耐熱性、耐寒性に優れた合成ゴムであるため、使用温度範囲が広い使用環境でも弾性を有するクロロスルホン化ポリエチレン組成物からなる密着層は金属端子と熱可塑性樹脂の線膨張係数の差による歪を吸収し隙間が発生することを防ぎ、防水機能の高い押釦スイッチを提供することができる。

本発明の実施の形態の押釦スイッチを示す断面図である 本発明の実施の形態の押釦スイッチを示す断面図である 従来の押釦スイッチを示す断面図である 従来の押釦スイッチを示す断面図である

以下、本発明に係る実施形態の一例を、添付図面を参照しながら説明をする。

本実施形態の押釦スイッチは図１、２に示す第１ハウジング１、第２ハウジング１８およびインシュレータ１６、防水部材１７、第１ステム１５、第２ステム１９から成る。図１に示すように第１ハウジング１は第１固定接点２、第２固定接点３を熱可塑性樹脂でインサート成形した略矩形のインサート成形品である。第１ハウジング１によって第１固定接点２、第２固定接点３が覆われる部分には、密着層４が形成されている。

本実施形態で使用する第１固定接点２、第２固定接点３は、図１に示すように、接点部と端子部から成る略Ｌ字状のものを使用している。接点部と端子部は同一部として形成されていても良いし、独立した部品を接合しても構わない。第１固定接点２、第２固定接点３は、角形状や丸形状、単純な板状や複雑な折り曲げ形状など、使用目的に合わせてどのような形状であっても構わない。また、固定接点の素材は銅または銅合金などの導電性金属材料を用いる。さらに、使用目的に応じてニッケル下地の金メッキや、錫メッキ、ニッケルメッキ等が施されていても構わない。

本実施形態に使用される第１固定接点２、第２固定接点３は第１ハウジング１で覆われる部分へ、射出成形前に予め密着層４の形成を行う。本発明の密着層は、その端部が第１ハウジングからはみ出した状態になってもよいし、第１ハウジングよりも内方に位置させて第１ハウジングで覆われた状態になってもよい。何れの場合でも、第１固定接点、第２固定接点と第１ハウジングとが密着層に良好に密着する。

本実施形態に使用される密着層４は、クロロスルホン化ポリエチレン（以下、ＣＳＭという）と、加硫剤、加硫促進剤、受酸材などの添加剤との混合物であるＣＳＭ組成物から形成される膜である。さらに、ＣＳＭ組成物は密着層をいる効果的に作用させる為に、酸化防止剤、老化防止剤、充填剤、加工助剤、軟化剤、樹脂、金属導電体に対する濡れ性を改善する濡れ性改善剤などが必要に応じて添加される。

本実施形態に使用されるクロロスルホン化ポリエチレンは、ポリエチレン、エチレン−ブテン−１共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体等へ塩素と亜硫酸ガスとを反応させ、塩素化とクロロスルホン化を行う事によってゴム状にしたものである。

本実施形態に使用される加硫剤は、例えば、酸化マグネシウム、Ｎ,Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミド等のマレイミド化合物、ジクミルペルオキシド等の有機酸化物などを用いることができる。

本実施形態に使用される加硫促進剤は、例えば、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド等のチウラム化合物、６−エトキシ−１，２−ジヒドロ−２、２，２，４−トリメチルキノリン、ジブチルジチオカルバミン酸、２−メルカプトベンズイミダゾール等を用いることができる。

本実施形態に使用される受酸剤は、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の金属酸化物や金属水酸化物、ハイドロタルサイト等を用いることができる。

本実施形態に使用される密着層４は、ＣＳＭ組成物を有機溶剤へ溶解させた有機溶液を第１固定接点２、第２固定接点３の前述した位置に塗布し乾燥させることによって形成する。有機溶媒に、ＣＳＭ組成物を投入して均質になるまで攪拌して有機溶液にする。均質に溶解させるためにＣＳＭ組成物の混錬工程を追加しても構わない。

ＣＳＭを溶解する有機溶媒としては、ＣＳＭに対して溶解性を示す不活性な有機溶媒を用いる。具体的には、例えば、トルエン、キシレン、塩化メチレン、四塩化炭素、トリクロロエチレン、メチルエチルケトンなどを用いることができる。

ＣＳＭ、加硫剤、加硫促進剤、受酸剤及び酸化防止剤をより均質に混合することを目的に、予めＣＳＭ及び添加剤をロール混錬機、ニーダー、バンバリーミキサー等で添加剤が均一に混ざるまで混錬してＣＳＭ組成物固体を作製する。このＣＳＭ組成物固体を有機溶媒に溶かすと、より均質な有機溶液が作製できる

有機溶液の塗布方法は、第１固定接点２、第２固定接点３が第１ハウジング１に覆われる部分へ塗布できる方法であれば限定されるものではなく、はけ塗り法、エアーブラシ法、浸漬法などの塗装方法、または、パット印刷法、シルク印刷、インクジェット印刷などの印刷方法などの塗布方法を用いることができる。また、１度の塗布で目的の膜厚を確保することが望ましいが、膜厚の均一性や厚い膜厚が必要な場合は複数回塗布してもかまわない。さらに、塗布領域に関しては、第１ハウジング１で包埋される部分全体であっても一部であっても防水機能が満たせれば構わない。

密着層４の乾燥方法は、自然乾燥、加熱乾燥のいずれかの方法が適宜選択され、乾燥時間は有機溶媒が蒸発すれば限定されないが、ＣＳＭ組成物の加硫が起こらない乾燥条件で行う。また、乾燥後の第１固定接点２、第２固定接点３は密着層４の加硫が起こらない温度であれば、長期間保管しても構わない。

本実施形態に使用される密着層４の膜厚は、第１ハウジング１への第１固定接点２、第２固定接点３のインサート方法、形状、使用される第１固定接点２、第２固定接点３と熱可塑性樹脂の線膨張係数の差などによって適宜選択する必要があるが、５μm以上１００μm以下の範囲が好ましい。密着層の膜厚が薄いと、温度範囲が広い際に密着効果が低く、防水効果を十分に保つことができない。また、膜厚が厚いと、インサート成形工程で密着層が押し流され、押し流された密着層が異物となったり、金型汚染の原因となったりする。さらに好ましくは１０μm以上６０μm以下であれば、防水機能を良好に保ち、かつインサート成形時に押し流されない膜の密着膜を形成できる

有機溶液の濃度は、使用する有機溶媒、第１固定接点２、第２固定接点３への塗布方法、目的とする膜厚によって有機溶媒１００重量部に対して、ＣＳＭ組成物を１０重量部以上７０重量部以下の範囲で作成される。有機溶液のＣＳＭ組成物の濃度が１０重量部未満では、密着層の膜厚は薄くなり、温度範囲が広い際に密着効果が小さく防水効果が低くなる。対して、有機溶液のＣＳＭ組成物の濃度が７０重量部より高いと、膜厚が厚くなりすぎて異物や金型汚染の原因となるため好ましくない。そのため、有機溶液を塗装工程により塗布する場合は、有機溶液のＣＳＭ組成物の濃度は、有機溶媒１００重量部に対し、ＣＳＭ組成物を３０重量部以上７０重量部以下で調整することが好ましい。また、有機溶液を印刷工程により塗布する場合は、有機溶液のＣＳＭ組成物の濃度は、有機溶媒１００重量部に対し、ＣＳＭ組成物を１０重量部以上５０重量部以下の範囲で調整することが好ましい。

本実施形態に使用される第１ハウジング１を形成するために使用される熱可塑性樹脂は、通常の射出成形法に用いられる樹脂が選択される。特に、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ナイロン系樹脂は寸法精度が高く耐熱性が高いため好ましい。

本実施形態で使用される射出成型用金型は、溶融し液化した熱可塑性樹脂が注入されるキャビティ部と固定端子が保持される空間を有する一般的なインサート成形用途の金型である。ＣＳＭ組成物の密着層を形成した第１固定接点２、第２固定接点３を上述の射出成形用金型に配置し、一般的な射出成形機を用いてインサート成形を行う。

以上のように、本実施形態の押釦スイッチは、第１ハウジング１と第１固定接点２、第２固定接点３との間に密着層４を形成しているため、第１ハウジング１を構成する熱可塑性樹脂と第１固定接点２、第２固定接点３とを密着層４を介して良好に密着させることができる。その結果、押釦スイッチの第１ハウジング１と第１固定接点２、第２固定接点３とは密着層４を介することにより長期使用を行なっても良好な密着性を有し、確実な防水・防塵機能が得られる。

尚、本発明に係る押釦スイッチおよびその製造方法は、上記記述および図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の変更を施すことが可能である。

本発明の押釦スイッチは、電子機器や車載部品などの分野で使用することが出来る。特に、防水・防塵が必要とされる使用環境下で高い信頼性を有する。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれによりなんら限定されるものではない

製造例
（固定接点）
本実施例および比較例に使用した第１固定接点２、第２固定接点３は、錫メッキ処理を行った銅を用いた。

（ＣＳＭ組成物の作成）
クロロスルホン化ポリエチレン(ＴＯＳＯ−ＣＳＭ(商標登録) ＣＭ−１５００：東ソー株式会社製）１００重量部に対し、
加硫剤および受酸材として酸化マグネシウム(キョーワマグ１５０(商標登録)：協和化学工業株式会社製)４重量部、
加硫促進剤としてジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド（ノクセラー(商標登録)ＴＲＡ：大内新興化学工業株式会社製）２重量部、
酸化防止剤としてペンタエリスリトール(ノイライザー(商標登録)Ｐ：日本合成化学株式会社製)３重量部の割合で添加して、加工温度８０℃のロール混錬機で１５分間混錬することによりＣＳＭ組成物を得た。

（有機溶液の作成）
トルエン（和光純薬工業株式会社製・１級）１００重量部に対し、上記ＣＳＭ組成物４０重量部の割合で投入し、スターラーを用いて４時間撹拌し有機溶液を得た。

（密着層の形成）
第１固定接点２、第２固定接点３へはけ塗りによって有機溶液を塗布し、室温２５℃の環境下で１６時間自然乾燥して密着層４を得た。乾燥後に膜厚を測定したところ、１５〜３０μmであった。

（成形材料）
本実施例および比較例に使用した押釦スイッチを形成するための成形材料は市販のポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳ樹脂という）、ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴ樹脂という）を用意し、それぞれ１４０℃の乾燥機で３時間以上乾燥したものを用いた。それぞれの商品名に関しては表１に記載する。

（押釦スイッチの作成）
図示しない射出成形機、金型によって、インサート成形を行い図１に示す第１ハウジングを作成した。主な成形条件は表１に示す。その後、図１に示す可動接点１４、第１ステム１５、インシュレータ１６、防水材１７、第２ハウジング１８、第２ステム１９を一般的な組立工程で組立て押釦スイッチを作成した。

評価方法
（インサート成形品の防水機能評価）
得られた押釦スイッチを１日間室温で保管した後、水深１ｍの水中で３０分水没させた。その後、動作確認を行い作動不良の有無の確認を行った。

（ヒートサイクル試験後の防水機能評価）
得られた押釦スイッチを１日間室温で保管した後、表１に示す温度環境下でヒートサイクル試験を行った。その後、この押釦スイッチを上記防水機能評価と同様の方法で評価を行った。

[実施例１]
有機溶液を第１固定接点２、第２固定接点３へ塗布・乾燥し密着層４を得た。この密着層４を形成し第１固定接点２、第２固定接点３へＰＰＳ樹脂をインサート成形して押釦スイッチを得た。得られた押釦スイッチ１０個に対して防水機能評価を行ったところ、動作不良は１つも確認されなかった。さらにヒートサイクル試験後の押釦スイッチ１０個に対して防水機能評価を行なったところ、動作不良は１つも確認されなかった。実施例１により、ＣＳＭ組成物を密着層４として形成した第１固定接点２、第２固定接点３にＰＰＳ樹脂をインサート成形して得られた押釦スイッチは、第１固定接点２、第２固定接点３と熱可塑性樹脂の密着状態は良好であり、防水機能を有することを確認した。

[実施例２]
インサート成形する樹脂をＰＢＴ樹脂に変更する点以外、実施例１と同様に押釦スイッチを成形した。得られた押釦スイッチ１０個に対して防水機能評価を行ったところ、動作不良は１つも確認されなかった。さらにヒートサイクル試験後の押釦スイッチ１０個に対して防水機能評価を行なったところ、動作不良は１つも確認されなかった。実施例２により、ＣＳＭ組成物を密着層４として形成した第１固定接点２、第２固定接点３にＰＢＴ樹脂をインサート成形して得られた押釦スイッチは、第１固定接点２、第２固定接点３と熱可塑性樹脂の密着状態は良好であり、防水機能を有することを確認した。

[比較例１]
密着層４を形成しない第１固定接点２、第２固定接点３へＰＰＳ樹脂をインサート成形して押釦スイッチを得た。得られた押釦スイッチ１０個に対して防水機能評価を行ったところ、動作不良は１つも確認されなかった。さらにヒートサイクル試験後の押釦スイッチ１０個に対して防水機能評価を行なったところ、１０個中３個動作不良が確認された。比較例１により、密着層４を形成していない第１固定接点２、第２固定接点３にＰＰＳ樹脂をインサート成形して得られた押釦スイッチは、高温環境と低温環境に繰り返し晒されることによって密着状態が悪化し、防水機能が損なわれることを確認した。

[比較例２]
密着層４を形成しない第１固定接点２、第２固定接点３へＰＢＴ樹脂をインサート成形して押釦スイッチを得た。得られた押釦スイッチ１０個に対して防水機能評価を行ったところ、動作不良は１つも確認されなかった。さらにヒートサイクル試験後の押釦スイッチ１０個に対して防水機能評価を行なったところ、１０個中４個動作不良が確認された。比較例２により、密着層４を形成していない第１固定接点２、第２固定接点３にＰＢＴ樹脂をインサート成形して得られた押釦スイッチは、高温環境と低温環境に繰り返し晒されることによって密着状態が悪化し、防水機能が損なわれることを確認した。

実施例１、２および比較例１、２の評価結果を表２に示す。

以上の各実施例および比較例の結果から、固定接点とハウジングとの間にクロロスルホン化ポリエチレン組成物からなる密着層を付与する事により、防水が要求される使用環境において、長期にわたって確実な防水機能が得られる押釦スイッチが作成されることを確認した。ＣＳＭ組成物を密着層として形成することによって、ＰＰＳ樹脂、ＰＢＴ樹脂を成形樹脂としたインサート成形時に優れた密着性の改善効果があることが確認された。

１ 第１ハウジング
２ 第１固定接点
３ 第２固定接点
４ 密着層

１１ 第１ハウジング
１２ 第１固定接点
１３ 第２固定接点
１４ 可動接点
１５ 第１ステム
１６ インシュレータ
１７ 防水部材
１８ 第２ハウジング
１９ 第２ステム

Claims (3)

1. 金属製の接点部と端子部から構成される固定接点と、熱可塑樹脂で形成されたハウジングを有する押釦スイッチであって、
   固定接点の端子部におけるハウジングが覆う部分にクロロスルホン化ポリエチレン組成物からなる密着層を有することを特徴とした押釦スイッチ
2. 固定接点とハウジングを結合させる方法として、射出成形金型に金属製固定接点を配置し、型締めしてキャビティ内に熱可塑性樹脂をインサート成形する方法を用いる押釦スイッチの製造方法であって、
   射出成形前に予め固定接点の端子部におけるハウジングが覆う部分へクロロスルホン化ポリエチレン組成物からなる密着層を形成し、密着層がキャビティ内に配置されるように固定接点を射出成形金型へ装着して射出成形を行うことを特徴とする押釦スイッチの製造方法。
3. 請求項２記載の押釦スイッチの製造方法において、
   予めクロロスルホン化ポリエチレン組成物を有機溶剤を用いて溶液化し、クロロスルホン化ポリエチレン組成物の溶液を固定接点の端子部におけるハウジングが覆う部分へ塗布した後に乾燥させて密着層を形成することを特徴とする押釦スイッチの製造方法。