JP4201381B2

JP4201381B2 - キートップシート

Info

Publication number: JP4201381B2
Application number: JP11367098A
Authority: JP
Inventors: 尚登小嶺; 登中藤
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-04-23
Also published as: JPH11306908A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯電話等の移動体通信機器、家庭用電話機、電子手帳、車載用スイッチ、リモコン、計算機あるいはパーソナルコンピュータのキーボード等のデータ入力装置に用いられるスイッチのキートップシート、詳しくは、操作感の改善を図ったキートップシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータのキーボード（押釦スイッチ）にあっては、一般に、支承部に複数の可動部が薄肉ドーム状の皿ばね部を介して変位可能に連続するキートップシートをシリコーンゴム等のゴム組成物で成形し、このシート基体を直接若しくはクリック板等の中間部材を介して回路基板に組み付けられる。そして、この種のキートップシートとして、従来、特許公報第２６７３２８８号に記載されたもの等が知られる。
【０００３】
上述した特許公報第２６７３２８８号には、キースイッチの支持部に支持されるベース部と、キーのキーステム下面と当接する環状頂部と、環状頂部の内方、かつ、環状頂部とベース部の中間に位置する厚肉状の動作部と、ベース部に連続して円筒状でかつ略垂直な下方部、環状頂部に連続して円錐状でかつ円錐状部分の長さが下方部の円筒状部分の長さよりも長い上方部、および、動作部の下面位置よりも低くかつ上方部と下方との連結部分に形成された屈曲部とを有する側壁部と、下方部の外周縁に設けられて下方部の変形を許容する環状溝部と、環状頂部と動作部とを連結し、押圧力が所定値を超えると下向きに膨出変形する略円弧状の薄肉の内壁部と、ベース部に設けられた切欠部とを備えるキートップシートが記載される。
【０００４】
この特許公報第２６７３２８８号に記載のキートップシートは、環状頂部に荷重が負荷されると、先ず側壁部が変形を生じて動作部が回路基板と当接し、続いて加えられる荷重で内壁部が変形を生じる。そして、内壁部と側壁部にそれぞれ皿ばね的な弾性変形特性を付与し、そのストローク−荷重特性に４カ所の荷重方向反転点を得る（同公報図４参照）。すなわち、この特許公報第２６７３２８８号に記載のキートップシートは、その特性曲線が４カ所に凸または凹の変曲点を有し、これら変曲点でストロークに対する荷重の作用方向が変化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許公報第２６７３２８８号に記載のキートップシートにあっては、内壁部も皿ばね的な弾性変形特性で変形するため内壁部の変形（ストローク）域でチャタリングを生じやすく操作感が劣るという問題がある。すなわち、内壁部は変形域の途中でばね常数が低下するため、荷重の僅かの変化でもストロークが変化し、チャタリングを生じやすい。
この発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、チャタリングを防止でき、良好な操作感が得られるキートップシートを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、スイッチ素子を形成した支持部材に支持される支承部と、該支承部に連続する薄肉略ドーム状の皿ばね部と、該皿ばね部の頂部に連続する環状凸部と、該環状凸部内側底部に連続する略円板状の薄肉部と、該薄肉部の中央から前記支持部材側に突出して該支持部材側への変位で前記スイッチ素子を開閉する作動部とがゴム弾性体で一体成形され、前記環状凸部に操作力が作用すると、前記皿ばね部を変形させて前記作動部を前記支持部材に当接させた後に前記皿ばね部および前記薄肉部を変形させて前記環状凸部の前記支持部材側への変位を許容するキートップシートであって、前記皿ばね部は、前記支承部に形成された円筒部分と、該円筒部分から前記薄肉部に連続する円錐部分とからなり、前記支承部には前記皿ばね部の外周側付け根部分に、前記円筒部分の全周にわたって囲周する凹溝が形成され、前記薄肉部は前記作動部側を厚肉とし、該薄肉部の前記環状凸部側を薄肉とし、前記薄肉部の厚肉の部分に、前記薄肉部の曲げ変形時に発生する最大応力が径方向に一様な平等強さ部分が形成され、前記環状凸部のみを押圧する前記操作力に対して前記皿ばね部がＳ字状の屈曲変形した後、該皿ばね部とともに前記薄肉部が曲げ変形することによりストロークの増大とともに前記操作力が漸増し、次いで前記薄肉部が伸び変形するようにしたことを特徴とするキートップシートである（請求項１）。
【０００７】
また、この発明のキートップシートは、前記薄肉部の作動部側平等強さ部分の肉厚ｔが下式により定まる特性あるいは該特性に近似した特性で変化する。肉厚ｔは、ｔ＝ｔ_０｛１＋（ｘ／ｗ）^１／２｝で求められる。ただし、図２に示すように、ｔ_０は前記環状凸部側の縁の肉厚、ｗは平等強さ部分の径方向幅寸法、ｘは前記環状凸部側の縁を基準とした径方向内側へ向かった位置を示す。
【０００８】
この発明にかかるキートップシートは、キートップ部材が環状凸部に設けられ、支持部材に直接あるいはクリック板を介して組み付けられてスイッチ装置を構成する。キートップ部材は、操作部として機能するもので、キーの機能や種類等を表す文字や記号の表示部を有するＡＢＳ等の樹脂（望ましくは硬質樹脂）の成形品が用いられ、接着剤やインサート成形等で固着される。支持部材は、スイッチ用の接点等を有するもので、回路基板に代表される。クリック板は、樹脂や金属の薄板からなり、キートップ部材（環状凸部）に対応した皿ばね部、この皿ばね部の裏面に設けられた接点等を有する。このクリック板は、皿ばね部をキートップシートの作動部に係合させ、キートップ部材の操作に反発弾性特性（クリック感）を付与する。
【０００９】
キートップシートは、支承部、皿ばね部、環状凸部、薄肉部、作動部を有し、また、必要に応じて、支承部に皿ばね部の周りで皿ばね部を囲周する環状の凹溝が形成される。支承部は支持部材（以下、回路基板と称する）へ支持する機能、皿ばね部はクリック感を付与する機能、環状凸部はキートップ部材の取付部としての機能、薄肉部は作動部が回路基板に当接した後の環状凸部の回路基板側への変位を許容する機能、作動部は接点の開閉を行わせる機能、凹溝は皿ばね部の付け根部分の外側への変形（曲げ）を許容する機能を有する。
【００１０】
特に、薄肉部は、発生する応力の最大値が幅方向に一定な平等強さ部分を幅（径）方向の少なくとも一部に備え、皿ばね的な弾性変形特性を呈さない部分、変形に際しての撓み角度の変化が９０゜を超えない部分と定義される。平等強さ部分は、環状凸部と連続し、環状凸部側が薄肉、作動部側が厚肉であり、薄肉部の少なくとも１／３以上の範囲に形成される。そして、望ましい態様としては、薄肉部は、平等部分を一部に備える場合は、作動部側を平等強さ部分よりも厚肉に成形する。また、平等強さ部分は、剪断力および幅方向の伸びを無視して静定的に考察すれば、環状凸部への付け根を基準として作動部側へｘ変位した位置における厚みｔが、付け根の厚みｔ_０と幅寸法ｗにより下式で示される。付け根の厚みｔは、概ね、ｔ＝ｔ _０｛１＋（ｘ／ｗ） ^１／２｝で表される。
【００１１】
このキートップシートは、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）等の合成ゴムや天然ゴム、ポリエステル系若しくはウレタン系の熱可塑性エラストマ等のゴム弾性体（組成物）を用いて、圧縮成形や射出成形等で単独に、あるいは、キートップ部材をインサートとするインサート成形等により各部が一体成形される。ただし、作動部は、必要に応じて導電性ゴム等で別個に成形され、接着剤等で固着、あるいは、インサート成形で一体化される。特に、スイッチを照光式に構成する場合等には、回路基板にＬＥＤ等の発光体を設け、キートップシートやキートップ部材を透光性材料から成形し、また、クリック板に透明板を用い、キートップシートには表面に環状凸部等を除いて遮光性着色層をスプレー等の塗装等で形成する。
【００１２】
【作用】
この発明にかかるキートップシートは、環状凸部にキートップ部材等を介して荷重が負荷されると、先ず、皿ばね部が弾性変形して作動部が回路基板に当接し、作動部の当接でスイッチが開閉作動する。ここで、皿ばね部は皿ばね的な弾性変形で変形するため作動部が回路基板に当接するまでに加重方向が反転し、この加重方向の反転でクリック感が得られる。次いで、作動部が回路基板に当接した後は、環状凸部は薄肉部と皿ばね部の双方を変形させつつ回路基板側へさらに変位するが、薄肉部が皿ばね的な弾性変形特性を呈しないため、チャタリングの発生が抑制でき、良好な操作感が得られる。すなわち、薄肉部は、平等強さ部分に発生する応力が一様で、また、作動部側が平等強さ部分より厚肉であるため、撓み角度の変化が９０゜以下の曲げ変形を生じるにすぎず、荷重方向反転点が表れず、チャタリングを防止でき、また、少ない体積で発生応力を小さくでき、優れた耐久性が安価に得られる。
【００１３】
【実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１から図４はこの発明の一の実施の形態を表し、図１がキートップシートの一部拡大断面図、図２が図１の部分拡大図、図３が押圧動作時の変形状態をアルファベット順に示す模式断面図、図４がストロークに対する荷重の特性を示すグラフである。
【００１４】
図中、Ｐは回路基板、１０はキートップシートを示す。図示および詳細な説明は割愛するが、回路基板Ｐは、エポキシ樹脂板に導電パターン等を形成した周知のものが用いられ、表面に圧電素子等のスイッチ素子Ｓが設けられる。後述するように、スイッチ素子Ｓは、押圧部に押圧されると信号を発生する。
なお、スイッチ素子Ｓは、周知の銅箔等で構成された固定接点を用いることも可能である。
【００１５】
キートップシート１０は、シリコーンゴム組成物等を用いた射出成形や圧縮成形等で一体成形される。このキートップシート１０は、回路基板Ｐへの支持部であるシート状の支承部１１に複数の環状凸部１２がそれぞれ薄肉略ドーム状の皿ばね部１３を介して連続し、各環状凸部１２の内側に薄肉部１４が連続し、薄肉部１４の中央に回路基板側（以下、下方と称する）に向かって押圧部（作動部）１５が一体に突設される。
【００１６】
支承部１１には、下面に切欠１１ａが形成され、上面に皿ばね部１３の周りで環状溝１１ｂが形成される。切欠１１ａは回路基板Ｐ表面との間に空気通路を画成し、この空気通路が皿ばね部１３内外を連通する。環状溝１１ｂは、皿ばね部１３の付け根を全周にわたって囲周し、付け根の外側への倒れを容易にする。環状凸部１２は、キートップ部材Ｋが接着剤等で固着、あるいは、内部に嵌着して設けられ、このキートップ部材Ｋに作用する操作力Ｆが荷重として負荷される。
【００１７】
皿ばね部１３は、支承部１１側に円筒部分１３ａを、環状凸部１２側に側壁が部分球面をなす円錐部分１３ｂを有し、これら部分１３ａ，１３ｂが環状溝１１ｂの開口面の高さ位置で滑らかに連続する（連続する部分を符号１３ｃで表す）。この皿ばね部１３は、環状凸部１２から下向きに荷重が負荷されると、押圧部１５がスイッチ素子Ｓに当接するまでに１つの荷重反転点を有する特性、すなわち、皿ばね的な特性で外側に膨出、かつ、断面略Ｓ字状に屈曲するような変形を生じる。
【００１８】
薄肉部１４は、円形（環状）であって、外周が環状凸部１２に連続し、内周が押圧部１５に連続する。図２に詳示するように、この薄肉部１４は、環状凸部１２側に平等強さ部分１４ａを、押圧部１５側に厚肉部分１４ｂを連続して有する。平等強さ部分１４ａは、環状凸部１２の下向きの変位で変形した際に生じる最大応力が径方向全域ｗにわたって一定（略一定）となる厚みｔ、例えば、環状凸部１２への付け根を基準として作動部側へｘ変位した位置における厚みｔが下式により示される厚みとなるように成形される。また、厚肉部分１４ｂは、その厚みが径方向に一様で、その厚み寸法が平等強さ部分１４ａの内周側部分と等しい。
ｔ＝ｔ_０｛１＋（ｘ／ｗ）^１／２｝
ただし、上式中、ｔ_０は環状凸部１２への付け根の厚み、ｗは平等強さ部分１４ａの幅（径）寸法である。
【００１９】
押圧部１５は、略円柱状であって、薄肉部１４の下面中心部から一体に垂下する。この押圧部１５は、環状凸部１２の下向き変位で下端がスイッチ素子Ｓに当接して押圧し、スイッチ素子Ｓを駆動する。
なお、前述したように、押圧部１５は導電性ゴム等で別個に成形して接着剤等で薄肉部１４の下面に固着することも可能であり、押圧部１５の形状や材質等はスイッチ素子Ｓの構造やクリック板の有無等に応じて適宜選択される。
【００２０】
この実施の形態にかかるキートップシート１０は、環状凸部１２にキートップ部材Ｋを取り付け、回路基板Ｐと組み付けられて押釦スイッチを構成する。この押釦スイッチは、携帯電話やパーソナルコンピュータのキーボード等のケーシング内にキートップ部材を突出させて収納され、キートップシート１０がキートップ部材Ｋに図４に示すようなストローク−荷重特性を付与し、キートップ部材Ｋの押圧操作で押圧部１５がスイッチ素子Ｓを押圧して作動させる。
【００２１】
すなわち、図３を参照してキートップ部材Ｋを介して操作力Ｆが環状凸部１２に作用した際の変形状態を説明すると、先ず、皿ばね部１３を連続部分１３ｃが外側に膨出するように変形させて環状凸部１２が下降する（図３ａ）。続いて、皿ばね部１３は円錐部分１３ｂが略Ｓ字状に屈曲変形し、環状凸部１２がさらに下降する（図３ｂ）。そして、円錐部分１３ｂが所定の変形状態に到達すると（図４中のＭ１点）、その付勢力の方向が反転し、操作力Ｆ（荷重）が減少する。
【００２２】
そして、皿ばね部１３はさらに変形して環状凸部１２が下降し、図３ｃに示すように、押圧部１５がスイッチ素子Ｓに当接する（図４中の点Ｍ２）。この後、皿ばね部１３とともに薄肉部１４も変形し（図３ｄ）、環状凸部１２が下降する。この時、薄肉部１４は主に曲げが支配的な変形を生じ（図４中の点Ｍ２と点Ｍ３の間）、次いで、伸びが支配的な変形を生じる（図４中、点Ｍ３以降）。このため、操作力Ｆはストロークの増大とともに漸増し、荷重方向が反転することがなく、チャタリングが防止され、良好な操作感が得られる。
【００２３】
また、薄肉部１４の曲げ変形に際しては、平等強さ部分１４ａに生じる最大応力がその径方向にわたって一様であるため、部分的に過大な応力が作用することが無く、疲労が軽減されて優れた耐久性が得られ、また、シリコーンゴム材料を有効利用して節減でき、製造コストの低減が図れる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるキートップシートによれば、回路基板への支持部である支承部に皿ばね的な弾性変形特性で変形する皿ばね部を介して環状凸部を連続させるとともに、環状凸部の内側に薄肉部を介して作動部を連続させ、薄肉部の少なくとも一部に曲げ変形で生じる最大応力が一定の平等強さ部分を環状凸部と連続させて形成し、薄肉部が皿ばね的な弾性変形特性を呈さないようにしたため、チャタリングが防止され、優れた操作感が得られ、また、製造コストの低減も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態にかかるキートップシートの一部を拡大した断面図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】同キートップシートの変形状態の変遷をアルファベット順に示す模式断面図である。
【図４】同キートップシートのストローク−加重特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０キートップシート
１１支承部
１１ａ切欠
１１ｂ環状溝
１２環状凸部
１３薄肉部
１３ａ円筒部分
１３ｂ円錐部分
１３ｃ連続部分
１４薄肉部
１４ａ平等強さ部分
１４ｂ圧肉部分
１５押圧部（作動部）
Ｋキートップ部材
Ｐ回路基板（支持部材）
Ｓスイッチ素子

Claims

スイッチ素子を形成した支持部材に支持される支承部と、該支承部に連続する薄肉略ドーム状の皿ばね部と、該皿ばね部の頂部に連続する環状凸部と、該環状凸部内側に連続する略円板状の薄肉部と、該薄肉部の中央から前記支持部材側に突出して該支持部材側への変位で前記スイッチ素子を開閉する作動部とがゴム弾性体で一体成形され、前記環状凸部に操作力が作用すると、前記皿ばね部を変形させて前記作動部を前記支持部材に当接させた後に前記皿ばね部および前記薄肉部を変形させて前記環状凸部の前記支持部材側への変位を許容するキートップシートであって、
前記皿ばね部は、前記支承部に形成された円筒部分と、該円筒部分から前記薄肉部に連続する円錐部分とからなり、前記支承部には前記皿ばね部の外周側付け根部分に、前記円筒部分の全周にわたって囲周する凹溝が形成され、前記薄肉部は前記作動部側を厚肉とし、該薄肉部の前記環状凸部側を薄肉とし、前記薄肉部の厚肉の部分に、前記薄肉部の曲げ変形時に発生する最大応力が径方向に一様な平等強さ部分が形成され、前記環状凸部のみを押圧する前記操作力に対して前記皿ばね部がＳ字状の屈曲変形した後、該皿ばね部とともに前記薄肉部が曲げ変形することによりストロークの増大とともに前記操作力が漸増し、次いで前記薄肉部が伸び変形するようにしたことを特徴とするキートップシート。