JP4843419B2 - キーシート - Google Patents

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Description

本発明は、携帯電話、PDA等の携帯情報端末、車載用AV機器、リモコン、パーソナルコンピュータ等の各種電子機器に用いられる押釦スイッチ用のキーシートに関する。
携帯電話やAV機器等の各種電子機器の押釦スイッチには、電子機器の筐体に形成された操作開口から、押圧による入力操作を行うための押釦(キートップ)を表出させる構造のものが多い。具体的にはキートップを有するキーシートを、接点スイッチを配置した基板上に載置し、キーシートの表面側から筐体を被せることで、キーシートを筐体に組み込んでいるのが通例である。
ところで高機能化が進む電子機器では、機器の内部で発生する熱を放散する構造がとられている。この熱は基板に高密度で実装されている半導体素子や電子部品等の実装素子から発生する。とりわけ半導体素子については処理能力の向上、処理容量の増大に伴って発熱量も大きくなり、局所的な蓄熱を放置すると誤動作や故障を生じるおそれがある。このため実装素子の周辺に発生した熱を局所的に留めることなく周辺に効果的に放散させる必要がある。
このような熱対策の一従来例としては、発熱する実装素子に熱伝導性シートや熱伝導性グリス等を介してヒートシンクや冷却フィン等の冷却部品を取付けることが行われている。しかし基板の実装面側についてはこうした熱対策がなされても、その裏面側についてはこれまで十分な熱対策が行われておらず、発熱量が大きくなるにつれて基板の裏面側でも熱が局所的に蓄熱されてしまう問題がでてきている。
局所的な蓄熱の問題は、例えば携帯電話機のような携帯用の電子機器では早急に解決すべき深刻な課題である。すなわち携帯用の電子機器では、動画再生等の処理負荷の高い多くの機能が搭載されてきている。このため理想的には前述のような熱対策を基板の両面で行うことが望まれる。しかし、電子機器のより一層の薄型化が要請されている中で、キーシートと基板との間に冷却部品等の配置スペースを確保するのは難しい。またキーシートがキートップの押圧操作により可動する可動部品であることも、キーシートと基板との間での熱対策を困難とする一要素となっている。
この点、例えば特許文献1には、キーボードに内蔵する基板と入力操作するキートップとの間に介在させる金属製の輻射電磁波吸収用シールド板と、このシールド板に貼り付けたグラファイトシートとによる熱対策が提案されている。しかしより一層の薄型化が求められる、特に携帯用の電子機器では前述のように基板とキーシートとの間に熱対策を施すことができるような大きな隙間をあける余裕がない。
特開2000−311050号公報
以上のような従来技術を背景としてなされたのが本発明である。すなわち、本発明の目的は、基板の実装素子が発生する局所的な熱を効率的に拡散することのできる技術を提案することにある。
上記課題を解決し上記目的を達成する本発明は以下のように構成される。
すなわち本発明は、押圧操作部を有し、発熱する電子部品を実装した回路基板に載置するゴム状弾性体でなるベースシートを備えており、該ベースシートに該電子部品が発生する熱のベースシートの面方向への拡散を促進する熱拡散性部材を有するキーシートを提供する。
本発明では、押圧操作部を有し、発熱する電子部品を実装した回路基板に載置するゴム状弾性体でなるベースシートを備えるキーシートが、ベースシートに電子部品が発生する熱のベースシートの面方向への拡散を促進する熱拡散性部材を有している。つまり、キーシート自体の構成としてベースシートに熱拡散性部材を備えている。このため、基板とキーシートとの間に熱拡散用の部材を取付けなくても、ベースシートの熱拡散性部材によって基板の実装素子から発生する局所的な熱をベースシートの面方向へ効率的に拡散させることができる。したがって本発明のキーシートならば、熱拡散と電子機器の薄型化の双方の要請に対応することができる。
以上のようにベースシートに備える熱拡散性部材としては、大別して2つの形態で実施できる。その一つは、後述のようにベースシートの素材となるゴム状弾性体に配合させる熱伝導性充填剤の形態として実施することができる。また他の一つは、ゴム状弾性体でなるベースシートとは別部材の熱伝導性シートの形態として実施することができ、具体的には後述の金属薄板やグラファイトシートとして構成することができる。
本発明は前記キーシートについて、熱拡散性部材がベースシートのゴム状弾性体に配合した熱伝導性充填剤である。
本発明では、熱拡散性部材をベースシートのゴム状弾性体に配合した熱伝導性充填剤としているため、ベースシートに熱拡散用の別部材を一体化する必要がなく薄型化を実現でき、また簡単に製造することができる。また、熱伝導性充填剤を強磁場により配向させ、ベースシートの肉厚方向よりも面方向での熱伝導性を高めることもできる。以上のような熱伝導性充填剤としては、炭素材料、金属窒化物、金属酸化物、金属炭化物、金属水酸化物より選ばれる少なくとも1種のものを使用することができる。
本発明は前記キーシートについて、熱拡散性部材がベースシートに一体に備える金属薄板である。
本発明では、熱拡散性部材をベースシートに一体に備える金属薄板としているため、ベースシートが歪んだりしないように機械的強度を高めることができる。また金型インサート成形が可能となるため、ゴム状弾性体でなるベースシートとの一体化も金型成形により簡単にできる。さらにキーシートにキートップが照光する照光機能を持たせた場合は、基板に実装された照光用光源が発する光を金属薄板が効率よく反射するため、透光性のキートップの明るい照光を実現できる。
本発明は前記キーシートについて、熱拡散性部材がベースシートに一体に備えるグラファイトシートである。
本発明では、熱拡散性部材をベースシートに一体に備えるグラファイトシートとしているため、熱伝導性が高く効率的に熱拡散できる。またグラファイトシートは軽量であるため、携帯用の電子機器の軽量化にも対応できる。
本発明は前記キーシートについて、熱拡散性部材が金属薄板とグラファイトシートとの積層体である。
本発明では、熱拡散性部材が金属薄板とグラファイトシートとの積層体であるため、金属薄板によって脆弱なグラファイトシートの割れや欠けを抑えることができ、グラファイトシートの物理的な強度を補うことができる。なお、金属薄板とグラファイトシートとは直接積層しても、間接的に積層しても使用できる。
金属薄板とグラファイトシートとの積層体は、回路基板側に金属薄板が位置し回路基板とは反対側にグラファイトシートが位置する積層体とすることができる。換言すれば、金属薄板を裏面側に積層する積層体とすることができる。
回路基板側に金属薄板が位置し回路基板とは反対側にグラファイトシートが位置する積層体としたため、回路基板とは反対側に金属薄板が位置する積層体とした場合に比べて熱拡散効率を高めることができる。
本発明は前記キーシートについて、熱拡散性部材に少なくともその片面を被覆する高分子保護層を設けたものである。
本発明では、グラファイトシートや金属薄板、グラファイトシートと金属薄板との積体の少なくとも片面に高分子保護層を設けているため、物理的に脆い性質のグラファイトシートが割れたり欠けたりし難くなる。また、金属薄板の表面を保護することができる。さらに、高分子保護層とベースシートとの接着性が高まる。したがってキーシートの製造工程でグラファイトシートなどを単独で取り扱う場合と比べて取り扱い易くなり、ベースシートとの一体化が簡単にできる。また、実装時において、グラファイトシートの割れや欠けが生じると熱伝導路が断絶し、熱伝導効率が低下するが、高分子保護層があることで割れや欠けによる熱伝導路の断絶を抑制できるため、熱拡散促進効果の低下を防ぐことができる。
本発明は前記キーシートについて、熱拡散性部材にその全体を包んで被覆する高分子保護層を設けたものである。
本発明では、グラファイトシートや金属薄板、グラファイトシートと金属薄板との積層体の全体を包んで被覆する高分子保護層を設けていることから、グラファイトシートなどの両面だけでなく端部も覆われて封止されるので、グラファイトシートが割れたり欠けたりした場合でもグラファイトシートの破片の脱落を完全に防止でき、また、金属薄板の酸化等を防止することができる。
本発明は前記キーシートについて、高分子保護層を樹脂フィルムとしている。このため、繰り返し変形させても破損し難く、確実にグラファイトシートを保護することができる。またベースシートを薄型化、軽量化できる。
本発明は前記キーシートについて、高分子保護層を塗層としている。このため、確実にグラファイトシートを保護することができる。またベースシートを薄型化、軽量化できる。
本発明は前記キーシートについて、押圧操作部が透光性樹脂でなるキートップであり、ベースシートのゴム状弾性体が透光性であり、該ベースシートにはキートップを押圧変位可能に支持する浮動支持部を有しており、熱拡散性部材を該ベースシートの浮動支持部を除く残余の部分に設ける。
本発明では、透光性のキートップを透光性のベースシートの浮動支持部に有しており、熱拡散性部材をベースシートの浮動支持部を除く残余の部分に設けている。このためベースシートの裏面に照光用の光源を配置した場合、光源の光は浮動支持部を通ってキートップを照らすことができ、照光式キーシートを実現できる。
本発明は前記キーシートについて、高分子保護層を基板に実装した照光源からの光を拡散させる光拡散層としたものである。
本発明では、光を拡散させる光拡散層を設けているため、暗色の熱拡散性部材へ光が達する前に光拡散層が光を拡散する。よって、グラファイトシートなどの熱拡散性部材による光吸収を抑制することができる。また、光を周囲に拡散させることでキートップが明るく照光する照光式キーシートを実現できる。
本発明のキーシートによれば、ベースシート自体に熱拡散性部材を備えているため、基板とキーシートとの間に熱拡散用の部材を取付けなくても、ベースシートによって基板の実装素子から発生する局所的な熱をベースシートの面方向へ効率的に拡散させることができる。よって本発明のキーシートによれば、発熱量の大きな小型の電子機器、特に携帯用電子機器について有効であり、実装素子の誤動作や故障といった不具合の発生を防止できる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各実施形態で共通する構成については、同一符号を付して重複説明を省略する。
以下の各実施形態では、図1で示すように、携帯電話機1の筐体2の内部に組み込むキーシートに本発明を適用する例を説明する。
第1実施形態〔図1,図2〕
キーシート3は、携帯電話機1の筐体2と基板4との間で押圧状態で狭持されて取付けられる。キーシート3は、ゴム状弾性体で形成されたベースシート5を備えている。このベースシート5は、操作面側となる表面に「押圧操作部」としての複数のキートップ部6が長円柱状に突設されている。このキートップ部6の周囲にはキートップ部6を押圧変位可能にする浮動支持部5aが形成されている。そして、表面の全外周は、筐体2の内面から突出する保持部2aによる押圧を受けている。他方、基板4と対向する裏面には、キートップ部6ごとに押し子部7が円柱状に形成されている。押し子部7は、基板4の接点スイッチ8を押圧する部分である。また裏面には、全外周及び隣り合うキートップ部6どうしの間に脚部9が突設されており、その先端は基板4の表面と接している。
基板4は、ベースシート5と対向する表面に金属皿ばねでなる接点スイッチ8を備えている。裏面には半導体素子10が実装されている。
筐体2には、キートップ部6ごとに操作開口2bが形成されており、操作開口2bは仕切桟2cによって仕切られて形成されている。
ベースシート5は、「熱拡散性部材」としての熱伝導性充填剤11をゴム状弾性体に分散した成形体である。熱伝導性充填剤11の含有割合は、成形体の熱特性や柔軟性から5vol%〜60vol%が好適である。熱伝導性充填剤11の含有割合が5vol%未満だと分散状態が離散的過ぎてベースシートで効果的な熱伝導ができず、60vol%を超えるとキートップ部6の軽快な押圧操作に必要なベースシートの柔軟性が失われてしまうからである。
次にベースシート5の製造方法について説明する。まず混練機を用いて未硬化状態のゴム組成物に熱伝導性充填剤11を添加混練し、熱伝導性充填剤11を均一分散させたゴム組成物を得る。次にこのゴム組成物をベースシート5の成形金型で成型硬化すると、熱伝導性充填剤11が均一分散したベースシート5が得られる。なお、ゴム組成物を成形金型で成型硬化する前にゴム組成物に強磁場を当てることで、ゴム組成物中に含有されている熱伝導性充填剤11を特定方向に配向させることができる。こうすることでベースシート5の肉厚方向での熱伝導性よりも面方向での熱伝導性を高めることができる。
ここでキーシート3を構成する各部材の材質を説明する。なお以下の説明は後述の各実施形態についても共通である。
「ゴム状弾性体」の材質は反発弾性の高いゴム又は熱可塑性エラストマーが好ましい。例えばゴムの場合、天然ゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム等を利用でき、また熱可塑性エラストマーの場合にはスチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、ブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン−酢酸ビニル系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー、イソプレン系熱可塑性エラストマー、塩素化ポリエチレン系熱可塑性エラストマー等を利用できる。これらのうちシリコーンゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマーは、反発弾性に加え耐久性にも優れている点で好ましい素材である。
熱伝導性充填剤11の材質は炭素繊維、炭素ナノチューブ、気相成長微細炭素繊維、黒鉛粒子等の炭素材料、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の金属窒化物、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、炭化チタン、炭化クロム等の金属炭化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物より選ばれる少なくとも1種のものを使用することができる。これらのうち透光性、環境安定性が優れる点で窒化ホウ素、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムを好ましい素材として使用することができる。
次に本実施形態のキーシート3の作用・効果について説明する。
キーシート3のベースシート5は熱伝導性充填剤11を均一分散した成形体であるため、ベースシート5の面方向に熱を拡散することができる。よって基板4の半導体素子10が発熱しても、この熱を基板4の表面に接しているベースシート5がその面方向に伝えて拡散し、基板4における半導体素子10周辺の局所的な蓄熱を防ぐことができる。したがって半導体素子10の誤動作や故障を防止できる。
キーシート3のベースシート5に熱拡散性部材を備えているため、基板4とキーシート3との間に熱拡散用の部材を取付けることなく、熱をベースシート3の面方向へ効率的に拡散させることができる。よって携帯電話機1の薄型化に対応することができる。
キーシート3はベースシート5がゴム状弾性体で形成されているため、ベースシート5の内部に熱伝導性充填剤11が均一分散していても柔軟であり反撥弾性や耐屈曲性に優れている。よって長期間にわたって確実な入力操作が行える耐久性の高いベースシート5を実現できる。
第2実施形態〔図3〕
第2実施形態のキーシート12が、第1実施形態のキーシート1と異なるのは、ベースシート5に「押圧操作部」としてのキートップ13を備える構造である。残余の構成は第1実施形態と同じである。
ベースシート5は操作面側となる表面に台座部14が形成されており、図外の接着剤によってここに硬質樹脂でなるキートップ13が固着してある。この台座部14の周囲には台座部14を押圧変位可能にする浮動支持部5aが形成されている。
第2実施形態のキーシート12は、第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができるほか、さらに次の作用・効果を発揮する。すなわちキーシート12は硬質樹脂で形成されたキートップ13を備えているため、押圧操作時の操作荷重が緩和されず、接点スイッチ6(図示略)の正確な操作荷重を操作者に伝達可能であり、操作者にとって明瞭な入力感が得られる。また金属調めっき層や塗層などの加飾層も設けることができ、デザイン性の高いキーシート12を実現できる。
第3実施形態〔図4,図5〕
第3実施形態のキーシート15が第2実施形態のキーシート12と異なるのは、ベースシート16と、ベースシート16と別部材の脚部9を備える構造である。残余の構成は第2実施形態と同じである。
ベースシート16は第2実施形態のベースシート5と同様にゴム状弾性体の成形体であるが、台座部14や台座部14を押圧変位可能にする浮動支持部16aなどベースシート16の内部には熱伝導性充填剤11を含有していない。またベースシート16の裏面には、第1実施形態で示すような基板4の表面と接するベースシート16のゴム状弾性体の一部としての脚部9を設けていない。
これに換えて本実施形態の脚部9はベースシート5とは別部材とした熱伝導性充填剤11を均一分散してなるゴム状弾性体の成形体としている。そして図5で示すように、ベースシート16の台座部14に対応して、肉厚を貫通する貫通孔9aが設けられている。脚部9のベースシート16との対向面はベースシート16に接着接合され、その反対面は第1実施形態と同様に基板4(図示略)の表面に載置される。
以上のような第3実施形態のキーシート15は、第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができる。また第2実施形態のキーシート12と同様に明瞭な入力感や豊富なデザイン性が得られるほか、さらに次の作用・効果を発揮する。
本実施形態のキーシート15ではベースシート16の裏面に別部材の熱伝導性充填剤11を均一分散した脚部9が接着接合されている。このためこの脚部9がベースシート16の面方向に熱を拡散し、基板4の裏面に備えてある半導体素子11が発熱しても、この熱を基板4の表面に接している脚部9がベースシート16の面方向に熱を伝えて拡散し、基板4における半導体素子11の周辺の局所的な蓄熱を防ぐことができる。したがって半導体素子11の誤動作や故障を防止できる。
本実施形態のキーシート15はベースシート5と脚部9を別部材としている。脚部9は柔軟性を必要としないため熱伝導性充填剤11の含有率を高めることができる。よって脚部9の熱伝導性が大きくすることができより一層効率的な熱拡散を行うことができる。
シート状の熱拡散性部材の各種実施形態の説明: 第1実施形態から第3実施形態の「熱拡散性部材」はゴム状弾性体に均一分散させる熱伝導性充填剤11であるが、前述のように金属薄板やグラファイトシートを使うシート状の熱拡散性部材17としても実現することができる。この点を予め説明しておく。
熱拡散性部材17は、図6で示す断面構造のように高分子保護層18を備えた様々な形態で実施することができる。金属薄板やグラファイトシートは導電性を有するため、高分子保護層18を電気絶縁層として利用することができる。またグラファイトシートは物理的性質として脆いため、高分子保護層18でグラファイトシートを割れたり欠けたりし難くすることができる。
図6(A)は熱拡散性部材17として金属薄板やグラファイトシートのみを使用する形態である。
図6(B)は熱拡散性部材17の上面を高分子保護層18で被覆する形態である。この形態では、押圧操作によりキートップを沈ませても熱拡散性部材17には接触しないので、熱拡散性部材17の損傷を防ぐことができる。
図6(C)は熱拡散性部材17の下面を高分子保護層18で被覆する形態である。導電性を有する熱拡散性部材17が基板上の複数の配線に接触すると短絡を起してしまい、回路の誤動作が発生するなどの不都合が生じる虞がある。この形態では熱拡散性部材17が基板に対して直接接触しないので、基板面に絶縁層を被覆する処置を施さなくても熱拡散性部材17をそのまま載置することができる利点がある。
図6(D)は熱拡散性部材17の上面及び下面を高分子保護層18で被覆する形態である。この形態では図6(B)(C)の利点が得られる。
図6(E)は熱拡散性部材17の全体を高分子保護層18としての塗層によって被覆する形態である。この形態では熱拡散性部材17の全体が高分子保護層18により封止されるので、熱拡散性部材17の端部の脱落を完全に防止できる。
図6(F)は熱拡散性部材17の全体を高分子保護層18としての2枚の樹脂フィルムによって上下から挟み込んだサンドイッチ構造により被覆する形態である。この形態では図6(E)の形態と同様に熱拡散性部材17の端部の脱落を完全に防止できる。
ここで上記図6(B)〜(F)で示す高分子保護層18の材質について説明する。
高分子保護層18の材質は入力操作に伴う変形によって亀裂を生じないような耐屈曲性に優れる樹脂フィルムや塗膜が好ましい。例えば樹脂フィルムの場合、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン等のフィルムを利用でき、粘着層又は接着層を介したり、ドライラミネートにより一体化するとよい。また塗膜の場合にはウレタン系塗料、エポキシ系塗料、イミド系塗料、アクリル系塗料、フッ素系塗料、シリコーン系塗料等を利用でき、塗布して形成するとよい。
また高分子保護層18は光拡散層を兼ねるものとしても構成できる。すなわち、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の材料に白色顔料、ガラスビーズ、樹脂ビーズ等の光拡散性フィラーを配合してなる樹脂フィルムを使用できる。この場合、表面にブラスト加工やエンボス加工を施して光拡散性を向上させた樹脂フィルムも使用できる。またブラスト加工やエンボス加工を施した透明な樹脂フィルムを使用できる。さらに光拡散性フィラーを配合した塗料やインキを浸漬、塗布、印刷してなる塗層としてもよい。
以下の各キーシートの実施形態では図6で示すシート状の熱拡散性部材17の各種実施形態のうちの幾つかの例を挙げて説明するが、勿論、熱拡散性部材17の例示しない他の図6で示す実施形態のものに置換して実施することも可能である。
第4実施形態〔図7,図8〕
第4実施形態のキーシート19が第3実施形態のキーシート15と異なるのは、ベースシート16の構造と、ベースシート16に熱拡散性部材17を備える構成である。残余の構成は第3実施形態と同じである。
ベースシート16は表面の台座部14の周囲に熱拡散性部材17と対応する固着凹部20が設けられている。この固着凹部20には熱拡散性部材17を接着接合している。裏面には、全外周及び隣り合う台座部14どうしの間に脚部9が突設されている。この先端は基板の表面と接している。なお、前述のベースシート5のように台座部14や台座部14を押圧変位可能にする浮動支持部16aを有するベースシート16を熱伝導性充填剤11が均一分散した成形体とすることもできる。
熱拡散性部材17は一枚物のグラファイトシートとしてある。図8で示すように熱拡散性部材17の外縁はベースシート16の外縁よりやや小さく、ベースシート16の台座部14に対応して肉厚を貫通する貫通孔17aが設けられている。表面には樹脂フィルムによる高分子保護層18が貼着してある。そして熱拡散性部材17はベースシート16の固着凹部20に接着接合されている。なおグラファイトシートでなる熱拡散性部材17は導電性を有しているため、ノイズ対策として機器の零ボルト電力線路に接続することが好ましい。
第4実施形態のキーシート19は、第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができる。また第3実施形態のキーシート15と同様に明瞭な入力感や豊富なデザイン性が得られるほか、さらに次の作用・効果を発揮することができる。
すなわち本実施形態のキーシート19は、熱拡散性部材17がグラファイトシートの成形体であるため、熱伝導性が高く効率的に熱拡散できる。また軽量であるため携帯機器の軽量化にも対応できる。
本実施形態のキーシート19は表面に高分子保護層18を設けた熱拡散性部材17を備えている。このため押圧操作の際にキートップ13が接触しても熱拡散性部材17に破損が起き難くなり耐久性が高いものとなる。
第5実施形態〔図9〕
第5実施形態のキーシート21が第4実施形態のキーシート19と異なるのは、ベースシート16の構造と、熱拡散性部材17の取付構成である。残余の構成は第4実施形態と同じである。
ベースシート16には第4実施形態のベースシート16の表面に見られるような固着凹部20が設けておらず、その代わりに脚部9に熱拡散性部材17を埋設する形態としている。
熱拡散性部材17は第4実施形態と同様の平面視形状としてあり、グラファイトシートの表面及び裏面には樹脂フィルムによる高分子保護層18が貼着してある。
第5実施形態のキーシート21は、第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができる。また第4実施形態のキーシート19と同様に明瞭な入力感や豊富なデザイン性が得られ、携帯機器の軽量化にも対応できるほか、さらに次の作用・効果を発揮する。すなわち本実施形態のキーシート21によれば、熱拡散性部材17がベースシート16の脚部9の内部に埋設されているため、熱拡散性部材17がベースシート16から脱落することを防止できる。
第6実施形態〔図10〕
第6実施形態のキーシート22が第4実施形態のキーシート19と異なるのは、ベースシート16の構造と、熱拡散性部材17の取付構成である。残余の構成は第4実施形態と同じである。
ベースシート16には第4実施形態のベースシート16の表面に見られるような固着凹部20が設けられていない。その代わりに脚部9の先端には、熱拡散性部材17と対応する固着凹部20を設けている。
熱拡散性部材17は第4実施形態と同様の平面視形状としてあり、グラファイトシートの全体を被覆する塗膜による高分子保護層18が設けてある。そして熱拡散性部材17はベースシート16の脚部9の固着凹部20に接着接合されている。なお、高分子保護層18を光拡散層を兼ねるものとすることができる。
第6実施形態のキーシート22は第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができる。また第4実施形態のキーシート19と同様に明瞭な入力感や豊富なデザイン性が得られ、携帯機器の軽量化にも対応できるほか、さらに次の作用・効果を発揮することができる。
本実施形態のキーシート22は熱拡性部材17が高分子保護層18で全面を覆われている。このため熱拡散性部材17の端部の脱落を完全に防止できる。
本実施形態のキーシート22では熱拡散性部材17が基板に対して直接接触しないので、基板面に短絡防止用の絶縁層を被覆しなくても熱拡散性部材17をそのまま載置することができる。
第7実施形態〔図11〕
第7実施形態のキーシート23が第4実施形態のキーシート19と異なるのは、ベースシート16と、熱拡散性部材17の構造である。残余の構成は第4実施形態と同じである。
ベースシート16の脚部9の先端には基板4(図示略)に配置したLEDなどの照光用光源を収容する収容凹部24が設けられている。
熱拡散性部材17は第4実施形態と同様の平面視形状としてあり、グラファイトシートの表面及び裏面には樹脂フィルムによる高分子保護層18が貼着してある。裏面の高分子保護層18は光拡散層25を兼ねている。そして熱拡散性部材17はベースシート16の表面の固着凹部20に接着接合されている。
第7実施形態のキーシート23は、第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができる。また第4実施形態のキーシート19と同様に明瞭な入力感や豊富なデザイン性が得られ、携帯機器の軽量化にも対応できるほか、さらに次の作用・効果を発揮することができる。
すなわち本実施形態のキーシート23では、熱拡散性部材17に対してベースシート16の台座部14に対応して設けた貫通孔17aが光の透過孔となる。よって収容凹部24に収容されたLEDなどの照光用光源が発する光は、貫通孔17aを通りキートップ13へ導かれることから、照光式キーシートを実現できる。
本実施形態のキーシート23は熱拡散性部材17の裏面に光拡散層25を備えているため、熱拡散性部材17としてグラファイトシートを用いた場合に、LEDなどの照光用光源が発する光が暗色系のグラファイトシートに到達する前に光拡散層25が乱反射させるので、グラファイトシートによる光吸収を抑制することができる。
第8実施形態〔図12〕
第8実施形態のキーシート26が第4実施形態のキーシート19と異なるのは、ベースシート16と、熱拡散性部材17の構造である。残余の構成は第4実施形態と同じである。
ベースシート16は表面が平坦に形成されている。裏面には全外周に脚部9が突設されている。この先端は基板4の表面と接している。
熱拡散性部材17はグラファイトシートの表面及び裏面に樹脂フィルムによる高分子保護層18を貼着しており、ベースシート16の表面及び外側面と同形状であって、ベースシート16の表面側を全て覆っている。
第8実施形態のキーシート26は、第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができる。また第4実施形態のキーシート19と同様に明瞭な入力感や豊富なデザイン性が得られ、携帯機器の軽量化にも対応できるほか、さらに次の作用・効果を発揮することができる。すなわちキーシート26は、熱拡散性部材17に貫通孔が無く、熱をベースシート16の360°全方向に伝えることができる。よって効率性の高い熱拡散を行うことができる。
第9実施形態〔図13〕
第9実施形態のキーシート27が第4実施形態のキーシート19と異なるのは、熱拡散性部材17を金属薄板とし、熱拡散性部材17を覆う高分子保護層18を設けないこととした構成である。残余の構成は第4実施形態と同じである。
熱拡散性部材17は一枚物としてあり、第4実施形態のグラファイトシートと同様にその外縁はベースシート16の外縁よりやや小さく、ベースシート16の台座部14に対応して肉厚を貫通する貫通孔17aが設けられている。そして熱拡散性部材17はベースシート16の固着凹部20に接着接合されている。なお金属薄板でなる熱拡散性部材17は導電性を有しているため、グラファイトシートと同様にノイズ対策として機器の零ボルト電力線路に接続することが好ましい。
ここで金属薄板の材質について説明する。金属薄板は、鉄、アルミニウム、銅、金、銀、錫、ニッケル、クロム、チタンなどの単一金属、又はこれらの合金を用いることができる。
第9実施形態のキーシート27は、第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができる。また第4実施形態のキーシート19と同様に明瞭な入力感や豊富なデザイン性が得られ、携帯機器の軽量化にも対応できるほか、さらに次の作用・効果を発揮することができる。すなわちキーシート27は、熱拡散性部材17が金属薄板であるため高強度であり、熱拡散性部材17の補強に寄与する高分子保護層18を不要にすることができる。また、金属薄板は熱伝導性が高く、効率的に熱拡散することができる。
第10実施形態〔図14〕
第10実施形態のキーシート28が第4実施形態のキーシート19と異なるのは、熱拡散性部材29の構造である。残余の構成は第4実施形態と同じである。
本実施形態の熱拡散性部材29では、金属薄板29aとグラファイトシート29bを、表面(上面)にグラファイトシート29b、裏面(下面)に金属薄板29aとなるように積層した構造としている。この熱拡散性部材29の外観形状は第4実施形態の熱拡散性部材17と同様であり、外縁はベースシート16の外縁よりやや小さく、ベースシート16の台座部14に対応して肉厚を貫通する貫通孔29cが設けられている。そして熱拡散性部材29はベースシート16の固着凹部20に接着接合されている。本実施形態では表面側をグラファイトシート29bとしており、このグラファイトシート29bの表面側を樹脂フィルムでなる高分子保護層18が覆っている。つまりグラファイトシート29bは、裏面側の金属薄板29aと表面側の高分子保護層18によって完全に封止されている。そして、金属薄板29aやグラファイトシート29bは導電性を有するため、高分子保護層18を電気絶縁層として利用している。
第10実施形態のキーシート28は、第1実施形態のキーシート3と同様に熱拡散による半導体素子10の誤動作や故障を防止し、電子機器の薄型化に対応することができる。また第4実施形態のキーシート19と同様に明瞭な入力感や豊富なデザイン性が得られ、携帯機器の軽量化にも対応できるほか、さらに次の作用・効果を発揮する。すなわち本実施形態のキーシート28によれば、熱伝導性を有する金属薄板29aによって脆弱なグラファイトシート29bの割れや欠けを抑えることができ、グラファイトシート29bの物理的な強度を補うことができる。そして、金属薄板22を備えたりすることで、実装素子から発生する熱が熱拡散性部材を伝わり易くなり、熱拡散を向上させることができる。さらに、金属薄板29aをグラファイトシート29bの裏面側に積層したため熱拡散性部材29の面方向への熱拡散性を高めることができる。
2層構造の熱拡散性部材29の実施形態の説明: 第10実施形態では金属薄板29aとグラファイトシート29bとを積層した2層構造の熱拡散性部材29の一例について示したが、金属薄板29aとグラファイトシート29bを積層してなる熱拡散性部材29は、以下の図15に示すような種々の構造をとることができる。以下、図15の分図15(A)〜分図15(H)に示した種々の構造について説明する。
図15(A)は熱拡散性部材29として金属薄板29aとグラファイトシート29bのみを使用する形態である。なお、金属薄板29aをグラファイトシート29bの裏面側に積層すると、グラファイトシート29bによる面方向への熱拡散性を高めることができる。
図15(B)は熱拡散性部材29として第10実施形態で用いたもので、グラファイトシート29bの外面を高分子保護層18で被覆する形態である。換言すれば、グラファイトシート29bを金属薄板29aと高分子保護層18で挟持したものである。この形態ではグラファイトシート29bは物理的性質として脆いため、金属薄板29aと高分子保護層18によってグラファイトシート29bを割れたり欠けたりし難くすることができる。
図15(C)は熱拡散性部材29の上面及び下面を高分子保護層18で被覆する形態である。この形態では図15(B)の利点に加え、金属薄板29aとグラファイトシート29bのどちらを基板と対向させても熱拡散性部材29が基板に対して直接接触しないので、基板面に絶縁層を被覆する処置を施さなくても熱拡散性部材29をそのまま載置することができる利点がある。
図15(D)は熱拡散性部材29の全体を高分子保護層18としての塗層によって被覆する形態である。この形態では熱拡散性部材29の全体が高分子保護層18により封止されるので、熱拡散性部材29の端部の脱落を完全に防止できる。
図15(E)は熱拡散性部材29の全体を高分子保護層18としての2枚の樹脂フィルムによって上下から挟み込んだサンドイッチ構造により被覆する形態である。この形態では図15(D)の形態と同様に熱拡散性部材29の端部の脱落を完全に防止できる。
図15(F)はグラファイトシート29bの上面及び下面を高分子保護層18でそれぞれ被覆し、その外面に金属薄板29aを積層する形態である。この形態では、金属薄板29aが外面に表出しているため、前述の図6(D)と比べ熱伝導性を高めることができる。
図15(G)はグラファイトシート29bの全体を高分子保護層18としての塗層によって被覆し、その外面に金属薄板29aを積層する形態である。この形態では、金属薄板29aが外面に表出しているため、前述の図6(E)と比べ熱伝導性を高めることがでる。
図15(H)はグラファイトシート29bの全体を高分子保護層18としての2枚の樹脂フィルムで上下から挟み込むように被覆し、その外面に金属薄板29aを積層する形態である。換言すれば、グラファイトシート29bの両面を高分子保護層18で被覆したものと金属薄板29aとの積層体である。この形態では、金属薄板29aが外面に表出しているため、前述の図6(F)と比べ熱伝導性を高めることができる。なお、図15では金属薄板29aをグラファイトシート29bの裏面に積層するように示したが、金属薄板29aをグラファイトシート29bの表面に積層して使用することもできる。金属薄板29aを裏面に積層する形態と表面に積層する形態を比較すると金属薄板29aを裏面に積層する形態の方が熱拡散効率を高めることができる。
上記第4実施形態〜第10実施形態の変形例として、これらの各実施形態で説明した熱拡散性部材17,29に代えて、図6(A)〜図6(F)、図15(A)〜図15(H)で示した種々の熱拡散性部材17,29を用いることができる。
次に実施例および比較例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なおキーシートについては前述の第7実施形態を代表例とし説明する。
1.キーシートの製造
実施例1
厚さ0.13mmのグラファイトシート(厚み方向の熱伝導率が7W/m・K、面方向の熱伝導率が240W/m・K グラフテック社製)を抜き加工して、熱拡散性部材17を形成した。熱拡散性部材17の形状は、外縁はベースシート16の外縁よりやや小さく、ベースシート16の台座部14に対応して肉厚を貫通する貫通孔17aを設けている。得られた熱拡散性部材17をベースシート16の成形金型にインサートした後、その金型にシリコーンゴム組成物を投入して、ベースシート16を成形すると同時に熱拡散性部材17を一体化し、熱拡散性部材17を備えるベースシート16を形成した。ベースシート16の形状は、操作面側となる表面に、「押圧操作部」としての複数の台座部14が突設されている。この台座部14の周囲に熱拡散性部材17と対応する固着凹部20が設けられている。基板4と対向する裏面には、台座部14ごとに押し子部7が円柱状に形成されており、さらに全外周及び隣り合う台座部14どうしの間に脚部9が突設されている。脚部9の先端には、基板4(図示略)に配置した照光用光源のLEDを収容する収容凹部24が設けられている。これとは別に、射出成形によりポリカーボネート樹脂のキートップ13を形成し、ベースシート16の対向面に文字、記号等の表示部を印刷にて形成した。このキートップ13をベースシート16の台座部14に対して紫外線硬化型接着剤で接着接合し、実施例1のキーシートを製造した。
得られたキーシートの寸法は、ベースシート16の脚部9の先端から台座部14の表面までの高さが0.7mm、キートップ13の厚みが0.7mm(ベースシート16の脚部9の先端からは約1.4mm)、平面視でキートップ13の中央から隣接するキートップ13の中央までの間隔(ピッチ)が20mmである。またキーシートの大きさは、65mm×40mm程度である。
実施例2
実施例1と同様のグラファイトシートの両面に、アクリル系粘着剤を介して厚さ0.1mmのポリエチレンテレフタレートフィルムを貼り合わせた後、実施例1と同様の平面視形状に抜き加工して、両面に高分子保護層18を備える熱拡散性部材17を形成した。得られた熱拡散性部材17を用い、実施例1と同様の工程を経て、実施例2のキーシートを製造した。
実施例3
実施例1と同様のグラファイトシートを実施例1と同様の平面視形状に抜き加工した後、2液硬化型ウレタン塗料に浸漬し、全表面に高分子保護層18を備える熱拡散性部材17を形成した。得られた熱拡散性部材17を用い、実施例1と同様の工程を経て、実施例3のキーシートを製造した。
実施例4
実施例1と同様のグラファイトシートの片面に、アクリル系粘着剤を介して厚さ0.1mmのポリエチレンテレフタレートフィルムを貼り合わせ、反対面にアクリル系粘着剤を介して厚さ0.1mmの白色ポリエチレンテレフタレートフィルムを貼り合わせた後、実施例1と同様の平面視形状に抜き加工して、両面に高分子保護層18を備える熱拡散性部材17を形成した。なお、白色ポリエチレンテレフタレートフィルムを貼り合わせた高分子保護層18は光拡散層25を兼ねるものである。得られた熱拡散性部材17を用い、実施例1と同様の工程を経て、実施例4のキーシートを製造した。
実施例5
先ず、酸化チタン30vol%、ガラスビーズ10vol%が配合されたウレタン系インキを用意し、別に、球状の酸化アルミニウム(平均粒径2μm、マイクロン社製)が50vol%となるようにシリコーンゴムに配合されたベースシート用のシリコーンゴム組成物を用意した。そして、実施例1と同様のグラファイトシートの片面に、アクリル系粘着剤を介して厚さ0.1mmのポリエチレンテレフタレートフィルムを貼り合わせ、反対面に、用意したウレタン系インキをスクリーン印刷して塗膜を形成した。その後、実施例1と同様の平面視形状に抜き加工して、両面に高分子保護層18を備える熱拡散性部材17を形成した。なお、ウレタン系インキで形成した塗膜は光拡散層25を兼ねるものである。得られた熱拡散性部材17と、実施例5で用意したシリコーンゴム組成物を用い、実施例1と同様の工程を経て、実施例5のキーシートを製造した。
実施例6
実施例1の平面視形状と比べて外縁をやや小さくし、貫通孔をやや大きくした平面視形状にグラファイトシートを抜き加工した。このグラファイトシートの裏面にアクリル系粘着剤を介して厚さ0.1mmのステンレス鋼板を金属薄板29aとして貼り合わせ、表面にアクリル系粘着剤を介して厚さ0.02mmのポリエチレンテレフタレートフィルムを高分子保護層29bとして貼り合わせた後、実施例1と同様の平面視形状に抜き加工して、グラファイトシートを裏面側からステンレス鋼板によって表面側からポリエチレンテレフタレートフィルムによって完全に封止した熱拡散性部材29を形成した。熱拡散性部材29の外縁及び孔縁は、ステンレス鋼板とポリエチレンテレフタレートフィルムが接着しており、グラファイトシートを封止している。得られた熱拡散性部材29を用い、実施例1と同様の工程を経て、実施例6のキーシートを製造した。
実施例7
実施例6のステンレス鋼板に替えて厚さ0.1mmの銅板を用いて実施例6と同様の熱拡散性部材29を形成した。得られた熱拡散性部材29を用い、実施例1と同様の工程を経て、実施例7のキーシートを製造した。
比較例1
熱拡散性部材を用いないこと以外は実施例1と同様の工程を経て、比較例1のキーシートを製造した。
2.キーシートの評価
キーシートにおける熱拡散特性、輝度、折り曲げ耐久性について、以下のように測定し、評価した。その測定結果を表1に示す。
「熱拡散特性」; 発熱する半導体素子を想定した熱源としてセラミックヒータ(「マイクロセラミックヒータMS−3」(商品名) 発熱部の大きさ10mm×10mm、坂口電熱社製)を用いて、発熱部の上方0.6mm離した位置に基板(厚さ4mm)を設置した。この基板上にキートップ13が発熱部の真上に来るように上記のキーシートを載置した後、セラミックヒータに通電し、発熱量1.4Wにて10分後の温度を温度計にて測定した。温度の測定箇所は、セラミックヒータの真上に位置するベースシートの台座部の表面(t1)と、セラミックヒータ中心の真上に位置するベースシートの台座部の位置から20mm離れたベースシートの台座部(隣接する台座部)の表面(t2)、及びセラミックヒータの真上に位置するキートップの表面(t3)の3か所である。表1にはt1〜t3の各点における温度を示す。
「輝度」; 収容凹部21に収容したLEDを発光させ、表示部に導光された光を輝度計(LS−100 KONICA MINOLTA製)にて測定した。表1にはその測定値を示す。
「折り曲げ耐久性」; キーシートを、毎秒1回の割合で90°傾かせて元の状態に戻す繰り返し折り曲げ試験を行い、グラファイトシートにクラックが生じるまでの折り曲げ回数をカウントした。表1にはクラックが生じた時の回数を示す。
表1で示すように、各実施例におけるキーシートの温度t1,t3は、比較例1の温度t1,t3よりそれぞれ低く、局所的に蓄熱されていないことが分かる。
また、光拡散層25を兼ねた高分子保護層18を備えた実施例4及び実施例5のキーシートは、明るさが2.0cd/m以上であり、黒色のグラファイトシートを備えていても光の吸収を抑制でき、明視な照光が可能であることがわかる。
グラファイトシートの裏面にステンレス鋼板や銅板などの金属薄板29aを備えた実施例6及び実施例7のキーシートは、明るさが2.0cd/m以上であり、黒色のグラファイトシート29bを備えていてもLED側の金属薄板29aが光を反射し、明視な照光が可能であることがわかる。
また、高分子保護層18を備えた実施例2〜実施例7のキーシートは、クラックが生じた時の回数が100回以上であり、グラファイトシートが保護されていることがわかる。
Figure 0004843419
第1実施形態のキーシートを備える携帯電話機の外観図。 図1のSA−SA線断面の腰部拡大図。 第2実施形態のキーシートの断面図。 第3実施形態のキーシートの断面図。 第3実施形態のキーシートの説明図。 シート状の熱拡散性部材の各種実施形態の説明図。 第4実施形態のキーシートの断面図。 第4実施形態のキーシートの説明図。 第5実施形態のキーシートの断面図。 第6実施形態のキーシートの断面図。 第7実施形態のキーシートの断面図。 第8実施形態のキーシートの断面図。 第9実施形態のキーシートの断面図。 第10実施形態のキーシートの断面図。 シート状の熱拡散性部材の実施形態の説明図。 実施例における熱拡散特性の測定の説明図。
符号の説明
1 携帯電話機
2 筐体
2a 保持部
2b 操作開口
2c 仕切桟
3 キーシート(第1実施形態)
4 基板
5 ベースシート
5a 浮動支持部
6 キートップ部
7 押し子部
8 接点スイッチ
9 脚部
9a 貫通孔
10 半導体素子
11 熱伝導性充填剤
12 キーシート(第2実施形態)
13 キートップ
14 台座部
15 キーシート(第3実施形態)
16 ベースシート
16a 浮動支持部
17 熱拡散性部材
17a 貫通孔
18 高分子保護層
19 キーシート(第4実施形態)
20 固着凹部
21 キーシート(第5実施形態)
22 キーシート(第6実施形態)
23 キーシート(第7実施形態)
24 収容凹部
25 光拡散層
26 キーシート(第8実施形態)
27 キーシート(第9実施形態)
28 キーシート(第10実施形態)
29 熱拡散性部材
29a 金属薄板
29b グラファイトシート

Claims (14)

  1. 押圧操作部と、この押圧操作部を載置するゴム状弾性体でなるベースシートとを備えており、回路基板に実装する電子部品が発生する熱のベースシートの面方向への拡散を促進する熱拡散性部材をベースシートに有するキーシートであって、
    ベースシートの裏面にこのベースシートとは別部材であって、前記回路基板に載置する脚部を押圧操作部どうしの間に設け、この脚部の回路基板に接する表面に熱拡散性部材を備えるキーシート。
  2. 熱拡散性部材がゴム状弾性体に配合した熱伝導性充填剤である請求項1記載のキーシート。
  3. 熱拡散性部材がベースシートに一体に備える金属薄板である請求項1記載のキーシート。
  4. 熱拡散性部材がベースシートに一体に備えるグラファイトシートである請求項1記載のキーシート。
  5. 熱拡散性部材が金属薄板とグラファイトシートとの積層体である請求項1記載のキーシート。
  6. 回路基板側に金属薄板が位置し回路基板とは反対側にグラファイトシートが位置する積層体である請求項5記載のキーシート。
  7. 押圧操作部を有し、発熱する電子部品を実装した回路基板に載置するゴム状弾性体でなるベースシートを備えており、該ベースシートに該電子部品が発生する熱のベースシートの面方向への拡散を促進する熱拡散性部材を有するキーシートであって、
    押圧操作部がキートップであり、ベースシートにはキートップを押圧変位可能に支持する浮動支持部を有しており、
    熱拡散性部材がベースシートに一体に備えるグラファイトシートであって、この熱拡散性部材をベースシートの浮動支持部を除く残余の部分に設けてあるキーシート。
  8. 押圧操作部を有し、発熱する電子部品を実装した回路基板に載置するゴム状弾性体でなるベースシートを備えており、該ベースシートに該電子部品が発生する熱のベースシートの面方向への拡散を促進するシート状の熱拡散性部材を有するキーシートであって、
    熱拡散性部材に少なくともその片面を被覆する高分子保護層を設け、この高分子保護層が基板に実装した照光用光源からの光を拡散させる光拡散層であるキーシート。
  9. 熱拡散性部材に少なくともその片面を被覆する高分子保護層を設けた請求項3〜請求項8何れか1項記載のキーシート。
  10. 熱拡散性部材にその全体を包んで被覆する高分子保護層を設けた請求項3〜請求項8何れか1項記載のキーシート。
  11. 高分子保護層が樹脂フィルムである請求項9又は請求項10記載のキーシート。
  12. 高分子保護層が塗層である請求項9又は請求項10記載のキーシート。
  13. 押圧操作部を有し、発熱する電子部品を実装した回路基板に載置するゴム状弾性体でなるベースシートを備えており、該ベースシートに該電子部品が発生する熱のベースシートの面方向への拡散を促進する熱拡散性部材を有するキーシートであって、
    押圧操作部がキートップであり、ベースシートにはキートップを押圧変位可能に支持する浮動支持部を有しており、
    熱拡散性部材がゴム状弾性体に配合した熱伝導性充填剤であって、この熱拡散性部材をベースシートの浮動支持部を除く残余の部分に設けてあるキーシート。
  14. キートップが透光性樹脂でなり、ベースシート透光性のゴム状弾性体でなる請求項7〜請求項13何れか1項記載のキーシート。
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