JP4074768B2 - 操作装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコンピュータ用のキーボード装置などの各種電子機器において回路を開閉するために使用される操作装置の製造方法に係り、特に操作力で弾性変形する弾性部材に接点が設けられた操作装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来のコンピュータ用のキーボード装置として使用される操作装置を示す断面図である。この操作装置５０は、押圧部材５１とメンブレンスイッチ６０で構成されている。
【０００３】
押圧部材５１は、指で押圧される操作面５２を有し、操作面５２の裏面に押圧突起５３が一体に形成されている。前記押圧部材５１は、パンタグラフ形状の支持部材５４によって操作面５２が上下方向に移動自在に支持されている。前記押圧突起５３とメンブレンスイッチ６０との間には、ゴム製の弾性部材５５が介装されており、この弾性部材５５の弾性力によって操作面５２が常に上方に付勢されている。また弾性部材５５の内部には、下方へ突出する突起５６が一体に形成されている。
【０００４】
メンブレンスイッチ６０は、絶縁材料で形成された上部シート６１と下部シート６２を有し、前記上部シート６１と前記下部シート６２との間にシート状のスペーサ６３が介装されている。上部シート６１と下部シート６２との間には、前記押圧部材５１の下側において、それぞれ対向する面に電極パターンの一部である接点６１ａ，６２ａが互いに対向して形成されている。スペーサ６３には、円形の貫通穴６４が形成され、この貫通穴６４に、前記接点６１ａ，６２ａが露出している。
【０００５】
押圧部材５１が押圧操作されると、このときの押圧力によって、弾性部材５５が押圧突起５３によって押し下げられ、さらに弾性部材５５の突起５６が上部シート６１の表面を押圧することで接点６１ａが押し下げられることで、接点６１ａと接点６２ａとが接触して、スイッチ出力がオフからオンに切り換えられる。また前記押圧操作を解除することで、弾性部材５５の弾性復帰力によって操作面５２が上方へ押し上げられて、スイッチ出力がオフに切り換えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の操作装置は、上部シート６１と下部シート６２の双方に接点６１ａ，６２ａを有する電極パターンを形成し、さらに両シート６１，６２とスペーサ６３を含む３層構造にする必要があるため、製造工程が煩雑になる問題があった。
【０００７】
そこで、弾性部材５５の突起５６の先端に接点を設けて、この接点に対向するシートに１対の導電パターンを形成してシートの構成を簡略化したものが提案されている。しかし、前記接点を弾性部材５５に設けて可動接点にすると、接点を接着剤を用いて弾性部材５５に接着する必要があるため、打鍵操作や接着剤の劣化によって接点が弾性部材から剥離してしまう問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、接点が弾性部材側に設けられて可動する構造のものにおいて、接点の剥離による接点不良を防止することができる操作装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電極パターンに対向して設けられ且つ前記電極パターンに接離可能に支持された接点を有する弾性部材が設けられた操作装置の製造方法において、
水酸基を有し、架橋したポリジメチルシロキサンからなる前記弾性部材の表面に、ケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンを主成分とし、導電剤を含む接点を付着し加熱することにより、前記付着面を共有結合により接合させることを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明では、接点が可動するものであっても、前記接点と前記弾性部材が共有結合により化学的に接合されるため、接点が弾性部材から剥離しにくくなり、接点不良を防止できる操作装置を製造することができる。また接着剤を塗布する工程が不要になるので、製造工程を簡略化することができる。
【００１２】
このように接点と弾性部材の双方にポリジメチルシロキサンを主成分とする化合物を使用しているので、互いの部材の親和性がより高い操作装置を製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法で製造される操作装置は、押圧操作によってスイッチ出力がオフとオンとの間で切り換えられ、所定の操作信号を出力することができるものである。例えば、前記操作装置を複数個配列して、パーソナルコンピュータのキーボード装置に適用することができる。なお、操作装置を単独で設けたスイッチであってもよい。図１は操作装置を示す断面図である。
【００１４】
図１に示す操作装置１は、基板２上に押圧部材３が昇降自在に支持されている。本実施の形態では、押圧部材３にパンタグラフ形状の支持部材４が設けられて、押圧部材３が基板２から離れる方向と基板２に接近する方向に移動自在に支持されている。
【００１５】
図１に示すように、前記押圧部材３と基板２との間には弾性部材５が設けられている。この弾性部材５は、シリコーン系のゴムを素材として形成され、上向きに凸状に形成されている。弾性部材５の内部には空間６が形成されて、この空間６内の天井面に突起７が下向きに突出して形成されている。前記突起７の先端には接点８が形成されている。接点８は、シリコーン系の素材にカーボンブラックや銀などの導電材を混入して形成されたものである。
【００１６】
基板２は、絶縁性を有するＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）をフィルム状に形成したものである。ただし基板２はフィルム状のものではなく、ガラスエポキシ樹脂や紙フェノール樹脂で形成されたものであってもよい。前記基板２には、前記接点８との対向面に１対の導電パターン９ａ，９ｂが形成されている。この導電パターン９ａ，９ｂは、銅や金などの導電性の金属材料を用いて印刷形成されて互いに離れて形成されている。
【００１７】
なお、キーボード装置では、前記基板２に前記導電パターン９ａ，９ｂが複数組設けられている。また前記基板２に広い面積の弾性シートが重ねられており、この弾性シートに図１に示す構造の弾性部材５が複数個一体に形成されており、この個々の弾性部材５が各組の前記導電パターン９ａ，９ｂに対向している。
【００１８】
前記押圧部材３の操作面３ａを下方へ押圧すると、このときの押圧力によって支持部材４が折り畳まれるように変形するとともに弾性部材５が撓み、接点８の先端が導電パターン９ａと９ｂの双方に接触する位置まで押し下げられる。接点８が導電パターン９ａと９ｂに接触することで、導電パターン９ａと９ｂとが導通してスイッチ出力がオンに切り替えられて、操作装置１に予め割り当てられている操作信号がマイコンなどの処理回路へ出力される。
【００１９】
前記弾性部材５は、付加反応タイプのシリコーン系のゴムで形成され、具体的には、ケイ素原子に結合したビニル基を有するポリジメチルシロキサンをベースポリマーとして、このベースポリマーに架橋材としてケイ素原子に結合した水素原子を有するポリジメチルシロキサン（商品名；ＰＲＫ−３Ｃ、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製）を、白金（Ｐｔ）を触媒として付加することによって得ることができる。その反応式を下記化１に示す。ただし、下記化１での反応前の各ポリジメチルシロキサンは、ケイ素原子とこのケイ素原子に結合する官能基の部分を示している。
【００２０】
【化１】
【００２１】
実際には、ベースポリマーとして使用されるケイ素原子に結合したビニル基を有するポリジメチルシロキサンは、下記化２で表されるポリジメチルシロキサンのメチル基の一部がビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）で置換されたものである。またこのベースポリマーには、下記化２に示すポリジメチルシロキサンのメチル基の一部が水酸基（−ＯＨ）で置換されたものも含まれている。
【００２２】
【化２】
【００２３】
架橋材として使用されるケイ素原子に結合した水素原子を有するポリジメチルシロキサンは、下記化３で表されるものである。
【００２４】
【化３】
【００２５】
上記した各ポリジメチルシロキサンを白金触媒を用いて生成したものを所定の金型内に流し込んでオーブンで加熱して硬化させることで、下記化４に示す架橋したポリジメチルシロキサンが得られる。
【００２６】
【化４】
【００２７】
一方、前記接点８は、ケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンを空気中で反応させることにより、空気中の水分（Ｈ2Ｏ）と反応してオキシムを副産物として生成しながら硬化させることで得ることができる。
【００２８】
本実施の形態の操作装置１では、前記弾性部材５の突起７の先端に、前記接点８の主成分となるケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンを塗布し、これを弾性部材５とともにオーブンで加熱する。これによって、前記接点８が硬化させられて、接点８が弾性部材５に接合させられる。このとき加熱して硬化させることによって、接点障害を引き起こす原因となる低分子のシロキサンを外部に放出することができる。
【００２９】
接点８と弾性部材５との接着機構について説明する。ケイ素原子にオキシム基が結合したポリジメチルシロキサン同士では、下記化５に示すように、水分（Ｈ2Ｏ）が互いのオキシム基と縮合反応して、双方のケイ素原子とケイ素原子とが酸素原子（−Ｏ−）を介して結合する。また前記縮合反応によって、オキシム（Ｒ´ＲＣ＝ＮＯＨ）からなる副生成物がガスとして外部に放出される。
【００３０】
【化５】
【００３１】
接点８と弾性部材５との間では、下記化６にしたがって反応が進行する。下記化６に示すように、ケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンからオキシム基（−ＯＮ＝ＣＲＲ´）が離れて残ったケイ素原子（−Ｓｉ）と、弾性部材５の水酸基（−ＯＨ）から水素原子（Ｈ）が離れて残った酸素原子（−Ｏ）とが結合して、接点８が弾性部材５の表面と接合させられる。このときケイ素原子と酸素原子との間では、互いの不対電子を出し合うことで共有結合が生成されるため、接点８が弾性部材５の表面との間で非常に強い結合力が発揮される。なお、接点８と弾性部材５との間では、前記共有結合による結合力とともに、ファンデルワールス力や水素結合力などの結合力が複合して寄与することで強固な結合力が発揮される。
【００３２】
【化６】
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した本発明は、弾性部材側に接点を設けた可動接点のものにおいて、接点を弾性部材に対して共有結合による強固な結合力によって接合することができるため、接点の剥離による接点不良を防止できる操作装置を製造することができる。また接着剤を塗布する工程が不要になるので、製造工程を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造方法で製造される操作装置を示す断面図、
【図２】従来の操作装置を示す断面図、
【符号の説明】
１ 操作装置
２ 基板
３ 押圧部材
５ 弾性部材
７ 突起
８ 接点
９ａ，９ｂ 導電パターン（電極パターン）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコンピュータ用のキーボード装置などの各種電子機器において回路を開閉するために使用される操作装置の製造方法に係り、特に操作力で弾性変形する弾性部材に接点が設けられた操作装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来のコンピュータ用のキーボード装置として使用される操作装置を示す断面図である。この操作装置５０は、押圧部材５１とメンブレンスイッチ６０で構成されている。
【０００３】
押圧部材５１は、指で押圧される操作面５２を有し、操作面５２の裏面に押圧突起５３が一体に形成されている。前記押圧部材５１は、パンタグラフ形状の支持部材５４によって操作面５２が上下方向に移動自在に支持されている。前記押圧突起５３とメンブレンスイッチ６０との間には、ゴム製の弾性部材５５が介装されており、この弾性部材５５の弾性力によって操作面５２が常に上方に付勢されている。また弾性部材５５の内部には、下方へ突出する突起５６が一体に形成されている。
【０００４】
メンブレンスイッチ６０は、絶縁材料で形成された上部シート６１と下部シート６２を有し、前記上部シート６１と前記下部シート６２との間にシート状のスペーサ６３が介装されている。上部シート６１と下部シート６２との間には、前記押圧部材５１の下側において、それぞれ対向する面に電極パターンの一部である接点６１ａ，６２ａが互いに対向して形成されている。スペーサ６３には、円形の貫通穴６４が形成され、この貫通穴６４に、前記接点６１ａ，６２ａが露出している。
【０００５】
押圧部材５１が押圧操作されると、このときの押圧力によって、弾性部材５５が押圧突起５３によって押し下げられ、さらに弾性部材５５の突起５６が上部シート６１の表面を押圧することで接点６１ａが押し下げられることで、接点６１ａと接点６２ａとが接触して、スイッチ出力がオフからオンに切り換えられる。また前記押圧操作を解除することで、弾性部材５５の弾性復帰力によって操作面５２が上方へ押し上げられて、スイッチ出力がオフに切り換えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の操作装置は、上部シート６１と下部シート６２の双方に接点６１ａ，６２ａを有する電極パターンを形成し、さらに両シート６１，６２とスペーサ６３を含む３層構造にする必要があるため、製造工程が煩雑になる問題があった。
【０００７】
そこで、弾性部材５５の突起５６の先端に接点を設けて、この接点に対向するシートに１対の導電パターンを形成してシートの構成を簡略化したものが提案されている。しかし、前記接点を弾性部材５５に設けて可動接点にすると、接点を接着剤を用いて弾性部材５５に接着する必要があるため、打鍵操作や接着剤の劣化によって接点が弾性部材から剥離してしまう問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、接点が弾性部材側に設けられて可動する構造のものにおいて、接点の剥離による接点不良を防止することができる操作装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電極パターンに対向して設けられ且つ前記電極パターンに接離可能に支持された接点を有する弾性部材が設けられた操作装置の製造方法において、
水酸基を有し、架橋したポリジメチルシロキサンからなる前記弾性部材の表面に、ケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンを主成分とし、導電剤を含む接点を付着し加熱することにより、前記付着面を共有結合により接合させることを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明では、接点が可動するものであっても、前記接点と前記弾性部材が共有結合により化学的に接合されるため、接点が弾性部材から剥離しにくくなり、接点不良を防止できる操作装置を製造することができる。また接着剤を塗布する工程が不要になるので、製造工程を簡略化することができる。
【００１２】
このように接点と弾性部材の双方にポリジメチルシロキサンを主成分とする化合物を使用しているので、互いの部材の親和性がより高い操作装置を製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法で製造される操作装置は、押圧操作によってスイッチ出力がオフとオンとの間で切り換えられ、所定の操作信号を出力することができるものである。例えば、前記操作装置を複数個配列して、パーソナルコンピュータのキーボード装置に適用することができる。なお、操作装置を単独で設けたスイッチであってもよい。図１は操作装置を示す断面図である。
【００１４】
図１に示す操作装置１は、基板２上に押圧部材３が昇降自在に支持されている。本実施の形態では、押圧部材３にパンタグラフ形状の支持部材４が設けられて、押圧部材３が基板２から離れる方向と基板２に接近する方向に移動自在に支持されている。
【００１５】
図１に示すように、前記押圧部材３と基板２との間には弾性部材５が設けられている。この弾性部材５は、シリコーン系のゴムを素材として形成され、上向きに凸状に形成されている。弾性部材５の内部には空間６が形成されて、この空間６内の天井面に突起７が下向きに突出して形成されている。前記突起７の先端には接点８が形成されている。接点８は、シリコーン系の素材にカーボンブラックや銀などの導電材を混入して形成されたものである。
【００１６】
基板２は、絶縁性を有するＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）をフィルム状に形成したものである。ただし基板２はフィルム状のものではなく、ガラスエポキシ樹脂や紙フェノール樹脂で形成されたものであってもよい。前記基板２には、前記接点８との対向面に１対の導電パターン９ａ，９ｂが形成されている。この導電パターン９ａ，９ｂは、銅や金などの導電性の金属材料を用いて印刷形成されて互いに離れて形成されている。
【００１７】
なお、キーボード装置では、前記基板２に前記導電パターン９ａ，９ｂが複数組設けられている。また前記基板２に広い面積の弾性シートが重ねられており、この弾性シートに図１に示す構造の弾性部材５が複数個一体に形成されており、この個々の弾性部材５が各組の前記導電パターン９ａ，９ｂに対向している。
【００１８】
前記押圧部材３の操作面３ａを下方へ押圧すると、このときの押圧力によって支持部材４が折り畳まれるように変形するとともに弾性部材５が撓み、接点８の先端が導電パターン９ａと９ｂの双方に接触する位置まで押し下げられる。接点８が導電パターン９ａと９ｂに接触することで、導電パターン９ａと９ｂとが導通してスイッチ出力がオンに切り替えられて、操作装置１に予め割り当てられている操作信号がマイコンなどの処理回路へ出力される。
【００１９】
前記弾性部材５は、付加反応タイプのシリコーン系のゴムで形成され、具体的には、ケイ素原子に結合したビニル基を有するポリジメチルシロキサンをベースポリマーとして、このベースポリマーに架橋材としてケイ素原子に結合した水素原子を有するポリジメチルシロキサン（商品名；ＰＲＫ−３Ｃ、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製）を、白金（Ｐｔ）を触媒として付加することによって得ることができる。その反応式を下記化１に示す。ただし、下記化１での反応前の各ポリジメチルシロキサンは、ケイ素原子とこのケイ素原子に結合する官能基の部分を示している。
【００２０】
【化１】
実際には、ベースポリマーとして使用されるケイ素原子に結合したビニル基を有するポリジメチルシロキサンは、下記化２で表されるポリジメチルシロキサンのメチル基の一部がビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ2）で置換されたものである。またこのベースポリマーには、下記化２に示すポリジメチルシロキサンのメチル基の一部が水酸基（−ＯＨ）で置換されたものも含まれている。
【００２２】
【化２】
架橋材として使用されるケイ素原子に結合した水素原子を有するポリジメチルシロキサンは、下記化３で表されるものである。
【００２４】
【化３】
上記した各ポリジメチルシロキサンを白金触媒を用いて生成したものを所定の金型内に流し込んでオーブンで加熱して硬化させることで、下記化４に示す架橋したポリジメチルシロキサンが得られる。
【００２６】
【化４】
一方、前記接点８は、ケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンを空気中で反応させることにより、空気中の水分（Ｈ2Ｏ）と反応してオキシムを副産物として生成しながら硬化させることで得ることができる。
【００２８】
本実施の形態の操作装置１では、前記弾性部材５の突起７の先端に、前記接点８の主成分となるケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンを塗布し、これを弾性部材５とともにオーブンで加熱する。これによって、前記接点８が硬化させられて、接点８が弾性部材５に接合させられる。このとき加熱して硬化させることによって、接点障害を引き起こす原因となる低分子のシロキサンを外部に放出することができる。
【００２９】
接点８と弾性部材５との接着機構について説明する。ケイ素原子にオキシム基が結合したポリジメチルシロキサン同士では、下記化５に示すように、水分（Ｈ2Ｏ）が互いのオキシム基と縮合反応して、双方のケイ素原子とケイ素原子とが酸素原子（−Ｏ−）を介して結合する。また前記縮合反応によって、オキシム（Ｒ´ＲＣ＝ＮＯＨ）からなる副生成物がガスとして外部に放出される。
【００３０】
【化５】
接点８と弾性部材５との間では、下記化６にしたがって反応が進行する。下記化６に示すように、ケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンからオキシム基（−ＯＮ＝ＣＲＲ´）が離れて残ったケイ素原子（−Ｓｉ）と、弾性部材５の水酸基（−ＯＨ）から水素原子（Ｈ）が離れて残った酸素原子（−Ｏ）とが結合して、接点８が弾性部材５の表面と接合させられる。このときケイ素原子と酸素原子との間では、互いの不対電子を出し合うことで共有結合が生成されるため、接点８が弾性部材５の表面との間で非常に強い結合力が発揮される。なお、接点８と弾性部材５との間では、前記共有結合による結合力とともに、ファンデルワールス力や水素結合力などの結合力が複合して寄与することで強固な結合力が発揮される。
【００３２】
【化６】
【発明の効果】
以上説明した本発明は、弾性部材側に接点を設けた可動接点のものにおいて、接点を弾性部材に対して共有結合による強固な結合力によって接合することができるため、接点の剥離による接点不良を防止できる操作装置を製造することができる。また接着剤を塗布する工程が不要になるので、製造工程を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造方法で製造される操作装置を示す断面図、
【図２】従来の操作装置を示す断面図、
【符号の説明】
１ 操作装置
２ 基板
３ 押圧部材
５ 弾性部材
７ 突起
８ 接点
９ａ，９ｂ 導電パターン（電極パターン）
Claims (3)
- 電極パターンに対向して設けられ且つ前記電極パターンに接離可能に支持された接点を有する弾性部材が設けられた操作装置の製造方法において、
水酸基を有し、架橋したポリジメチルシロキサンからなる前記弾性部材の表面に、ケイ素原子に結合したオキシム基を有するポリジメチルシロキサンを主成分とし、導電剤を含む接点を付着し加熱することにより、前記付着面を共有結合により接合させることを特徴とする操作装置の製造方法。 - 前記加熱により、低分子のシロキサン、およびオキシムからなるガスとを放出し、前記接点のケイ素原子と、前記弾性部材の酸素原子とが結合して前記共有結合を行う請求項１記載の操作装置の製造方法。
- 水酸基を含み、ケイ素原子に結合したビニル基を有するポリジメチルシロキサンに、ケイ素原子に結合した水素原子を有するポリジメチルシロキサンを付加して前記弾性部材を形成する請求項１または２記載の操作装置の製造方法。
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| JP2002064770A JP4074768B2 (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | 操作装置の製造方法 |
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