JP2009259665A

JP2009259665A - ドーム状金属バネおよびスイッチシート

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Publication number: JP2009259665A
Application number: JP2008108524A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamamoto; 和寛山本; Shoji Mimura; 彰治味村; Kunihiro Naoe; 邦浩直江
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】ドーム状金属バネのドーム状部を繰り返しクリックしても、発生する粉塵等によって前記ドーム状部と配線基板の固定接点との間で接触不良を生じることがないようにすることにある。
【解決手段】ドーム状部の外周端部およびブリッジ部が打抜き加工によって形成されたドーム状金属バネであって、前記ドーム状部の内側には、両側のそれぞれの前記ブリッジ部からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に、複数個の突起部が形成されているドーム状金属バネとすることによって、解決される。
【選択図】図１ｂ

Description

本発明は、携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器等に使用されるドーム状金属バネ（以下、ＭＤ）およびそれを用いたスイッチシート（以下、ＭＤＳ）に関するものである。

携帯電話器等の電子機器類のオンオフ操作を行う押しボタンスイッチには、ＭＤＳが用いられてきた。このＭＤＳは、スイッチ操作によりＭＤを固定接点と導通させるために、押荷重による変形を多数回に渡って繰り返し受けることになるので、耐久性に優れたステンレス製やリン青銅等の薄板等が用いられている。通常１００万回以上のクリックに耐える耐久回数が要求されている。また、特に前記固定接点中心部にはＭＤ、ＭＤＳの製造過程や組立て工程での粉塵等が蓄積されたり、さらにはスイッチとしたの後に打鍵によるクリックが繰り返された場合には、ＭＤや固定接点の微細な金属粉や他の構成材料であるプラスチック等の粉塵が発生して、固定接点上に蓄積されることが知られている。例えば、配線基板のガラスエポキシ樹脂の粉塵である。このため、固定接点中心部ではＭＤのドーム部との接点に粉塵等が挟まれて導通不良の原因になると考えられる。例えば、図４（ｂ）に示したように、接触用の固定接点５上の比較的大きく硬い粉塵等７によって、ＭＤ１のドーム部をクリックした時に接触用の固定接点５に、接触できない場合である。そこで、このような問題を解決するために、例えば特許文献１に示すようなＭＤのドーム状の頂点部を除いた部分に、固定接点と接触可能な突起部を形成することが提案されている。しかしながら、前記突起部はＭＤのドーム状部の頂点を除いた部分とあるのみで、どのような位置が好ましいのか不明であった。このため、ドーム状の頂点部を除いた位置であっても、比較的頂点部に近い位置に設けた場合には、硬くて比較的大きな粉塵等が存在すると従来の突起部を形成しないＭＤと同様に接触不良を生じることがあった。
特開２０００−３２２９７４号公報

よって本発明が解決しようとする課題は、ＭＤのドーム状部を繰り返しクリックしても、発生する粉塵等によってＭＤのドーム状部と配線基板の固定接点との間で接触不良を生じることがないようにすることにある。

前記解決しようとする課題は、請求項１に記載するように、ドーム状部の外周端部およびブリッジ部が打抜き加工によって形成されたドーム状金属バネであって、前記ドーム状部の内側には、両側のそれぞれの前記ブリッジ部からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に、複数個の突起部が形成されているドーム状金属バネとすることによって、解決される。

また、請求項２に記載するように、ドーム状部の外周端部およびブリッジ部が打抜き加工によって形成されたドーム状金属バネであって、前記ドーム状部の内側には、両側のそれぞれの前記ブリッジ部からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に、複数個の突起部が形成されたドーム状金属バネが、配線基板の固定接点上に、接着剤付保持用プラスチックシートによって固定されたドーム状金属バネスイッチシートとすることによって、解決される。

以上のような本発明によれば、ＭＤのドーム状部の内側には、両側のそれぞれの前記ブリッジ部からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に、複数個の突起部が設けられるので、このような位置には固定接点上に粉塵等が殆ど存在しないため、ドーム状部を繰り返しクリックしても粉塵等によってＭＤのドーム状部と配線基板の固定接点との間で接触不良を起こすことがない。

また、前記のＭＤを用い配線基板の固定接点上に接着剤付保持用プラスチックシートによって固定したＭＤＳなので、ＭＤＳのＭＤのドーム状部を繰り返しクリックしても、粉塵等によってＭＤのドーム状部と配線基板の固定接点との間で接触不良を起こすことがないと共に、クリック感触やクリックによる破断回数に優れた耐久性を有するＭＤＳを提供することができる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。この発明は、ＭＤＳ用のＭＤとして、ドーム状部の外周端部およびブリッジ部が打抜き加工によって形成されたＭＤであって、前記ドーム状部の内側には、両側のそれぞれの前記ブリッジ部からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に、複数個の突起部が形成されているＭＤとするものである。以下、図面に従って説明する。

まず、図５によってＭＤの加工工程を簡単に説明する。ＭＤ１は、素材２となるステンレス鋼板等をブランク抜きした後、ドーム状部に絞り成型加工を施し点線で示した部分で切断してブリッジ部分３、３´を残すことによって製造される。素材２は、通常矢印方向に移動する。なお、前記ブランク抜きする際には、切断面の破断面が極力少なくなるように切断するのが好ましい。また、前記ブリッジ部は、その突出長さが２００μｍ以下でドーム状金属バネの円周と同一までの範囲とし、かつ幅が０．３〜１．０ｍｍ程度の大きさとするのが良い。このような大きさとすることによって、ＭＤ１の外径が例えば、３〜４ｍｍ程度の小型化されても、歪がブリッジ部３、３´によって分散されて応力が集中することがなくなり３００万回のクリックに対しても十分対応できるようになる。また、前記ブリッジ部をドーム状部の底部外周部に水平或いは若干上向きに形成することにより、プラスチックシートや配線基板等に損傷を与えることもなくなる。このようにして得られたＭＤ１は、図４（ａ）のように図示しない配線基板上の固定接点４、４´上に配置されることになる。この図４では、ＭＤ１のブリッジ部３、３´が形成されている方向に対して垂直方向に切断したＭＤ１の断面を表している。そして、ＭＤ１の頂部であるドーム状部が押棒６によって、接触用の固定接点５に押付けられることによって導通することになる。ところが、図４（ｂ）に示されるように、接触用の固定接点５上に比較的硬くて大きな粉塵等７が存在していると、ＭＤ１のドーム状部が変形して固定接点と接触できないような場合がある。このように導通不良を生じることは電子機器類の不具合となる。このため、ＭＤ１の内側でドーム状部の頂点となる部分を除いた部分に、突起を形成してこのような問題を解決しようとする技術が提案されているが、取付ける位置によっては効果が生じない場合が見られた。

そこで本発明者等は、クリックが繰り返し行われた場合に、粉塵等が接触用の固定接点５上でどのような挙動を示すかを検証した。図３ａのような装置を用い調べた。すなわち、板状ガラス８の上に粒径が０．０５μｍのアルミナ微粉末９を散布し、その上から押さえテープによって、中央部分の内側に突起部１０を有する外径４ｍｍのＭＤ１を配置し、また板状ガラス８の反対側には高速度カメラを設置し、前記ＭＤ１に対して打鍵６を用いて１００回クリックした時の状態を高速度カメラで観測した。結果を図３ｂに示した。この図面は、ＭＤ１の内側に付着した前記アルミナ微粉末９を模式的に記載したものであるが、付着するアルミナ微粉末９の分布にはある傾向が見られた。すなわち、アルミナ微粉末９はＭＤ１のブリッジ部分３、３´方向を除いた中央部部分から全体に広がる傾向が見られ、アルミナ微粉末９が殆ど付着しないのは、ブリッジ部分３、３´先端から中央部に向かっておよそ１．５ｍｍ以内の部分である。また、ＭＤ１の外径が３ｍｍのものでは、アルミナ微粉末９が殆ど付着しないのは、ブリッジ部分３、３´先端から中央部に向かっておよそ１．１ｍｍ以内の部分であった。アルミナ微粉末９がこのよう状態になる原因は不明であるが、ＭＤ１の押圧によってＭＤ１内に閉じ込められた空気が、ブリッジ部３、３´付近で流出、流入するためではないかと考えられる。以上の結果から、ＭＤ１の両方のブリッジ部分３、３´から３／４以内の場所に接触用の固定接点５と接触する突起部１０を形成すれば、確実に接触用の固定接点５とＭＤ１は接触可能となる。すなわち、接触用の固定接点５上に硬くて比較的大きな粉塵等が存在してもＭＤ１と接触用の固定接点５との接触が妨害されることがなく、導通信頼性が高まると考えられる。

なお、前記突起部１０は、通常図１ｂや図１ｃに示したような形状のもので、ＭＤ１のドーム状部の内側に複数個形成される。例えば、両側のブリッジ部３、３´のそれぞれの側に、少なくとも１個設けるのが良い。そして、その先端形状は特に限定される必要はなく種々の形状とすることができる。例えば、図１ｂや図１ｃのように先端部が尖った形状でも丸い形状でも良い。また、その高さに関しては、基本的には突出していれば良いが、好ましくは、前記突起部１０の高さがＭＤ１の内部表面から少なくとも５μｍ以上となるようにするのが確実に導通できるので好ましい。これは、ＭＤ１のドーム状部の頂点が、接触用の固定接点５に接触した時に、突起部１０が確実に接触用の固定接点５に接触できる距離である。要は、前記ドーム状部の内側に、両側のそれぞれの前記ブリッジ部３、３´からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に、複数個の突起部１０を形成すれば良い。なお、図１ａはＭＤ１を内側から見た平面図で、図１ｂおよび図１ｃは、図１ａのＭＤ１をＸ、Ｘ´で切断した場合の端面図である。

なお、前記ＭＤの材料は、通常高剛性の材料が使用される。具体的には、ヤング率が７０〜２００ＧＰａの金属材料である。このようなヤング率の金属材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０１Ｈ等）、真鍮、リン青銅等の銅合金などである。特に前記スイッチシートのクリック感触、耐久性や耐食性からステンレス鋼が好ましく、その厚さは４０〜８０μｍ程度のものである。

実験例によって、本発明の効果を示す。図１ｂに示すような２ヶ所に突起部１０を形成したＭＤ１を作製した。実験例１は、突起部１０の位置がブリッジ部から１．５ｍｍの場合、実験例２は、突起部１０の位置がブリッジ部から１．６ｍｍの場合である。これに対して、突起部を設けない図４（ａ）の構造のもの（プレーン）を実験例３、ＭＤ１のドーム状部の中心から１．５ｍｍ程度離れた位置に３ヶ所の突起部を均等になるように設けたもの（３点突起）を実験例４とした。これ等の試料を用い、粉塵として大きさが１０μｍ程度のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）および大きさが１０μｍ程度のガラスクロスを、固定接点（符号５）上に散布し、前記ＭＤ１を固定接点（符号４、４´）上に接着剤付プラスチックシートで固定した。ついで、ＭＤ１上からクリックを行って導通が確認される際の荷重値を１０回クリックして測定し、それぞれの荷重の差（ΔＰ）の平均値を求めて導通の状態を評価した。ΔＰが小さいほど粉塵等の影響がなく優れたものとなる。結果は表１に記載したとおりである。

表１から明らかなとおり、実験例１および実験例２に記載したように、突起部９の位置がブリッジ部から１．６ｍｍ以内の２ヶ所に形成したＭＤは、ΔＰを比較的小さくすることができることが判る。特に実験例１のように、突起部の位置がそれぞれのブリッジ部から１．５ｍｍ以内の２ヶ所に形成したＭＤは、優れた効果を有することが判る。これに対して、実験例３として示した突起部を設けないものは、ΔＰが大きくなり導通不良の可能性が高いと考えられる。また、実験例４として記載したように突起部を有するが、ＭＤ１のドーム状部の中心から１．５ｍｍの位置に形成した場合には、ΔＰが比較的大きな値となっていた。

また、前記のＭＤを使用したＭＤＳは、ドーム状部の外周端部およびブリッジ部が打抜き加工によって形成され、前記ドーム状部の内側には、両側のそれぞれの前記ブリッジ部からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に複数個の突起部が形成されたＭＤが、配線基板の固定接点上に接着剤付保持用プラスチックシートによって固定されたＭＤＳであるから、ＭＤのドーム状部を繰り返しクリックしても、粉塵等によってＭＤのドーム状部と配線基板の固定接点との間で接触不良を起こすことがないと共に、クリック感触に優れ、またクリックによる破断回数に優れた耐久性を有するＭＤＳを提供することができる。

具体的なＭＤＳの一例は、図２ａおよび図２ｂに示すような構造である。すなわち、図２ａに示すように、フレキシブルプリント配線基板１１上に、両側のブリッジ部分３、３´から１．５ｍｍ以内の場所に、接触用の固定接点５と接触可能な先端が尖った突起部１０を２ヶ所形成した外径が４ｍｍのＭＤ１を用いた場合である。図１ａのＭＤ１をＸ、Ｘ´方向に切断した場合を表しており、ＭＤ１のブリッジ部３、３´が固定電極５上から若干浮上って配置されることになる。例えば、厚さ０．０５ｍｍのステンレス鋼薄板からなるＭＤ１が、特に材料は規定されないが厚さ４０μｍのアクリル系接着剤１２を介してＭＤ１上に接着され、その上に厚さ５０〜１００μｍ程度のＰＥＴやポリエチレンナフタレート（以下、ＰＥＮ）等のプラスチックシート１３が設けられたものを基本構造とする。なお、図２ｂには図１ｂに示したＭＤ１を、Ｙ、Ｙ´方向に切断した場合の端面図として示した。ＭＤ１の切断された端部が、固定電極（５）上に接触されて配置されている。以上のような構造のＭＤＳとしたので、接触用の固定接点５の上に比較的硬くて大きな粉塵が載っていたとしても、殆ど粉塵等が存在しない部分に形成した突起部１０が、必ず接触用の固定接点と接触するので導通不良を生じることはない。また、このＭＤＳはクリック感触に優れると共に、ＭＤ１の切断面が平滑であるため、或いはブリッジ部を特定の大きさとすることによって、クリック耐久性（３００万回のクリックに十分耐える）にも優れたもので、携帯電話等のＭＤＳとして実用上優れたものとなる。

本発明のドーム状金属バネはその特定位置に突起部を形成したので、固定接点上に粉塵等があってもそれによって導通不良を生じることがなく、携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器類用として有用なものである。

１ａは、本発明のＭＤを裏側から見た時の模式図である。１ａをＸ、Ｘ´方向で切断した時の端面図である。１ａをＸ、Ｘ´方向で切断した時の端面図である。図１ｂのＭＤがＸ、Ｘ´方向に切断された時のＭＤＳの概略断面を示す端面図である。図１ｂのＭＤがＹ、Ｙ´方向に切断された時のＭＤＳの概略断面を示す端面図である。試験装置の概要を示す概略図面である。試験結果を示す模式図である。（ａ）は、従来のＭＤの断面を示す端面図、（ｂ）は、（ａ）のＭＤをクリックした時の接触状態の概略を示す端面図である。図は、ＭＤの一般的な製造工程を示す概略図面である。

符号の説明

１ドーム状金属バネ（ＭＤ）
２ステンレステープ
３、３´ ブリッジ部
４、４´ 固定接点
５接触用の固定接点
６打鍵
７粉塵等
８ガラス板
９アルミナ微粉末
１０突起部
１１フレキシブルプリント配線基板
１２接着剤
１３プラスチックシート

Claims

ドーム状部の外周端部およびブリッジ部が打抜き加工によって形成されたドーム状金属バネであって、前記ドーム状部の内側には、両側のそれぞれの前記ブリッジ部からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に、複数個の突起部が形成されていることを特徴とするドーム状金属バネ。
ドーム状部の外周端部およびブリッジ部が打抜き加工によって形成されたドーム状金属バネであって、前記ドーム状部の内側には、両側のそれぞれの前記ブリッジ部からドーム状頂点までの距離の少なくとも３／４以内の範囲に、複数個の突起部が形成されたドーム状金属バネが、配線基板の固定接点上に、接着剤付保持用プラスチックシートによって固定されたことを特徴とするドーム状金属バネスイッチシート。