JP5795202B2 - メタルドーム及びその実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話機等のキースイッチの接点部品として用いられるメタルドーム及びその実装構造に関する。

現状技術のメタルドームは、その一例として、中央部が上側に膨らんだ球面部と、この球面部と不連続面をなして下側に傾斜する台座部とから構成されている。かかるメタルドームは、押下操作に基づいて球面部に荷重が加えられたときに、横方向に広がりながら弾性反転する。その反転時に音（操作音）が発生する。

また、メタルドームを基板に実装する場合、メタルドームの上面及び基板上に絶縁性のシートが貼り付けられる。これにより、メタルドームの球面部がシートに接着されて固定される。

かかる従来技術に関連する技術としては、ドーム状に膨らんだ部分が曲率の異なる曲面の組合せ（非球面形状）で形成したもの（例えば、特許文献１）や、ドーム状の可動接点の角部に円弧状の面取りを施したもの（例えば、特許文献２）が知られている。

特開２０１１−３４９２７号公報 特開２００９−４３４７５号公報

後述する予備的事項で説明するように、現状のメタルドームの構造では、特に小型で表面積の小さいトラック形状（平面視したとき）のものになると、操作時に発生する音が高音になり、採用が困難な機器がある。

その一例は携帯電話機である。最近の携帯電話機は、ユーザのニーズ等を反映して、より高性能でより多くの機能を搭載した「ハイエンド」製品と、性能や機能はそれほど高くはないが低価格を重視した「ローエンド」製品に２極化してきている。とりわけ「ローエンド」製品は、外見上は「ハイエンド」製品と同じようでも、筺体内部に実装されている構成部品などが相対的に少ないため、スイッチ操作を行ったときにその操作音が筺体内で反響し、高音になり易い。

このような高音の操作音は、例えば、筐体内の必要な箇所に吸音材等を設けることで対応が可能であるが、コストがかかってしまう。また、聴感上の面からも、高音の操作音は必ずしも好ましいとはいえない。

以上に鑑み、操作時に発生する高音を抑制し、静音化に寄与することができるメタルドーム及びその実装構造を提供することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、平面視したときに小判形状で、断面視したときに上面側に膨らんだ球面部からなり、前記球面部の表面及び裏面の各全面が同じ曲率の球面からなり、前記球面部の中心を通り長手方向に延びる最長部分の両端近傍の端部のみが、前記球面部の下面側で最下に位置しており、かつ、前記最長部分の両端近傍の端部の両側に位置する各隅部が直線状にカットされており、該カットされている端部は、前記球面部の下面側で最下の位置よりも上側に位置しており、前記球面部の縁部が、前記最長部分と平行する端部であって対向する一対の直線状端部と、前記最長部分の両端近傍の端部であって対向する一対の曲線状端部と、前記カットされている端部であって前記直線状端部と前記曲線状端部の間に介在する直線状の切欠き端部とから構成されることを特徴とするメタルドームが提供される。

また、他の観点によれば、上記の一観点に係るメタルドームが、基板上に、前記最長部分の両端近傍の端部を下にして実装され、前記メタルドームの上面側全面及び前記基板上にシートが接着されていることを特徴とするメタルドームの実装構造が提供される。

上記の一観点に係るメタルドームによれば、全体が球面部であり、この球面部の最長部分の両端近傍の端部のみが最下に位置している。この最下の位置は、メタルドームが実装される基板の表面の位置に対応する。つまり、最長部分の両端近傍の端部のみを基板に接触させるようにしている。

これにより、押下操作に基づいてメタルドームの中央部に荷重が加えられたときに、その最長部分に沿った部分でメタルドームを弾性反転させることができ、球面部の曲がる辺の長さが相対的に長くなる。その結果、反転時に発生する音は比較的低い音（低音）に変化する。これは、高音の抑制につながる。

上記の他の観点に係るメタルドームの実装構造によれば、メタルドーム全体が球面部をなしているので、基板に実装したときに、この球面部の上面側全面にシートを密着させることができる。つまり、現状技術の場合と比べて、メタルドーム（球面部）とシートの接着面積を相対的に大きくすることができる。

これにより、メタルドームの弾性反転時に発生する音はシートに吸収され、外部に聞こえる操作音は小さく抑制される。つまり、静音化に寄与する。

現状技術に係る一例としてのメタルドームの構成を示したもので、（ａ）はメタルドームを上から見たときの平面図、（ｂ）は（ａ）においてＡ１−Ａ１線に沿って見たときの断面図、（ｃ）は（ａ）においてＡ２−Ａ２線に沿って見たときの断面図である。 図１のメタルドームを作用させたときの状態を模式的に示す断面図である。 図１のメタルドームを基板に実装したときの状態（実装構造）を示す断面図である。 一実施形態に係るメタルドームの構成を示したもので、（ａ）はメタルドームを上から見たときの平面図、（ｂ）は（ａ）においてＢ１−Ｂ１線に沿って見たときの断面図、（ｃ）は（ａ）においてＢ２−Ｂ２線に沿って見たときの断面図である。 図４のメタルドームを作用させたときの状態を模式的に示す断面図である。 図４のメタルドームを基板に実装したときの状態（実装構造）を示す断面図である。

先ず、実施形態について説明する前に、その実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図１は現状技術に係る一例としてのメタルドームの構成を示したものであり、（ａ）はそのメタルドームを上から見たときの平面図、（ｂ）は（ａ）においてＡ１−Ａ１線に沿って見たときの断面図、（ｃ）は（ａ）においてＡ２−Ａ２線に沿って見たときの断面図である。また、図２はこのメタルドームを作用させたときの状態を断面図の形態で模式的に示したものである。

図１に示すように、メタルドーム１０は、中央部が上側に膨らんだ球面部１０Ｓと、この球面部１０Ｓと不連続面をなして下側に傾斜する台座部１０Ｐとから構成されている。このように球面部１０Ｓと曲率の異なる台座部１０Ｐを設ける理由は、押下操作の際にメタルドーム１０の球面部１０Ｓに加えられる荷重とストローク（高さ）の関係を満足させるためである。

図１（ａ）に示すように、メタルドーム１０の縁部は、球面部１０Ｓにおいて対向する一対の直線状端部１１と、台座部１０Ｐにおいて対向する一対の曲線状端部１２とから構成されている。直線状端部１１は、球面部１０Ｓの中心を通り長手方向に延びる最長部分（Ａ１−Ａ１線に沿った部分）と平行し、曲線状端部１２は、一対の直線状端部１１の間に介在している。

このメタルドーム１０において、台座部１０Ｐの縁部（曲線状端部１２の部分）のみが最下に位置している（図１（ｂ）、（ｃ）において点線で示すＬＰの位置）。この最下の位置ＬＰは、後述するようにメタルドーム１０が実装される基板の表面の位置に対応している。つまり、メタルドーム１０を実装したときに、台座部１０Ｐの曲線状端部１２全体が基板表面に接触するようになっている。

メタルドーム１０は、図２に模式的に示すように、押下操作に基づいて球面部１０Ｓの中央部に荷重Ｆが加えられたときに、実装基板に接触する曲線状端部１２の部分を支点として、横方向（図２において矢印Ｍで示す方向）に広がりながら弾性変形し、下方に膨らんだ状態（図２において破線で示した状態）に弾性反転する。

このメタルドーム１０の反転時に音（操作音）が発生するが、短い辺ほど高音が発生する。つまり、台座部１０Ｐの部分では、弾性反転の際に曲がる部分の長さが他の部分と比べて相対的に短いため、比較的高い音（高音）が発生する。

また、メタルドーム１０は、携帯電話機等のキースイッチの接点部品として、基板に実装されて用いられる。図３はその場合の実装構造の一例を示したものである。

図３に示す実装構造２０では、基板２１上にメタルドーム１０が、その台座部１０Ｐの曲線状端部１２を下にして、実装されている。さらに、このメタルドーム１０の上面及び基板２１上に樹脂製のシート２５が貼り付けられている。

このとき、メタルドーム１０の台座部１０Ｐは球面部１０Ｓと不連続面をなして下側に傾斜しているため、球面部１０Ｓはシート２５に接着されて固定されるものの、台座部１０Ｐは、シート２５に接着されない場合が多い（図３においてＡで示す部分）。つまり、台座部１０Ｐの部分が接着されていない分だけ、メタルドーム１０とシート２５の接着面積が相対的に減少することになる。

その結果、メタルドーム１０が弾性反転したときに発生する操作音をシート２５で吸収する効果（吸音効果）が弱められる。

次に、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図４は一実施形態に係るメタルドームの構成を示したものであり、（ａ）はメタルドームを上から見たときの平面図、（ｂ）は（ａ）においてＢ１−Ｂ１線に沿って見たときの断面図、（ｃ）は（ａ）においてＢ２−Ｂ２線に沿って見たときの断面図である。また、図５はこのメタルドームを作用させたときの状態を断面図の形態で模式的に示したものである。

図４に示すように、本実施形態に係るメタルドーム３０は、全面が同じ曲率の球面形状である球面部３０Ｓからなっており、現状技術のメタルドーム１０（図１）が備えているような台座部１０Ｐを有していない。

メタルドーム３０（球面部３０Ｓ）は、平面視したときに全体的に小判形状（もしくはトラックの形状）であり（図４（ａ）参照）、断面視したときに上面側にドーム状に膨らんだ形状を有している（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。

図４（ａ）に示すように、メタルドーム３０の縁部は、対向する一対の直線状端部３１と、対向する一対の曲線状端部３２と、直線状端部３１と曲線状端部３２の間に介在する切欠き端部３３（４箇所）とから構成されている。直線状端部３１は、球面部３０Ｓの中心を通り長手方向に延びる最長部分（Ｂ１−Ｂ１線に沿った部分）と平行し、曲線状端部３２は、この最長部分の両端Ｅ１，Ｅ２近傍の端部である。また、切欠き端部３３は、最長部分の両端Ｅ１，Ｅ２近傍の端部（曲線状端部３２）の両側にそれぞれ位置する各隅部がカットされた部分である。

このメタルドーム３０において、球面部３０Ｓの中心を通り長手方向に延びる最長部分の両端Ｅ１，Ｅ２近傍の端部（曲線状端部３２）のみが、球面部３０Ｓの下面側で最下に位置している（図４（ｂ）において点線で示すＬＰの位置）。この最下の位置ＬＰは、後述するようにメタルドーム３０が実装される基板の表面の位置に対応している。

これにより、図５に模式的に示すように、押下操作に基づいてメタルドーム３０（球面部３０Ｓ）の中央部に荷重Ｆが加えられたときに、実装基板に接触する曲線状端部３２の部分を支点として、メタルドーム３０は横方向（図５において矢印Ｍで示す方向）に広がりながら弾性変形し、下方に膨らんだ状態（図５において破線で示した状態）に弾性反転することができる。

また、メタルドーム３０において各隅部がカットされた部分（切欠き端部３３）は、図４（ｃ）に示すように、球面部３０Ｓの下面側で最下の位置ＬＰよりも上側に位置している。つまり、この切欠き端部３３は、メタルドーム３０が基板に実装されたときに基板表面に接触しない位置にある。

なお、図４（ａ）の例では切欠き端部３３は直線状にカットされているが、この形状に限定されないことはもちろんである。要は、メタルドーム３０が基板に実装されたときに切欠き端部３３が基板表面に接触しないような形状にカットされていれば十分である。例えば、球面部３０Ｓの内側方向に曲線状にカットされていてもよい。ただし、球面部３０Ｓの曲線状端部３２の部分のみが実装基板に接触する点を考慮し、実装時のメタルドーム３０の安定性を損なわない程度に最小限度の範囲内でカットするのが好ましい。

メタルドーム３０は、押下操作によって荷重が加えられたときに下方に膨らんだ状態に弾性反転し、その荷重が取り除かれたときに元の位置に復元する必要がある。このため、メタルドーム３０の材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ベリリウム銅、りん青銅などのばね性を有した材料が用いられる。入手のし易さ、加工のし易さ等の点で、ステンレス鋼が好適に用いられる。

メタルドーム３０は、所要の厚さのステンレス鋼板をドーム状にプレス加工することによって製造することができる。例えば、厚さが１０〜１００μｍ程度のステンレス鋼板をプレス加工した場合、製造されるメタルドーム３０の各部の寸法は、長さＬが２〜１０ｍｍ程度、幅Ｗが１〜５ｍｍ程度、曲げ高さＨが０．１〜０．５ｍｍ程度である。

メタルドーム３０は、例えば、携帯電話機の操作部（押下操作入力を行う部分）に用いられるキースイッチの接点部品として使用される。その際、メタルドーム３０は可動接点として機能する。

図６はその適用例を示したもので、メタルドーム３０を基板に実装したときの状態（実装構造）を示す断面図である。図６に示す実装構造４０では、基板４１上にメタルドーム３０（球面部３０Ｓ）が、その最長部分の両端近傍の曲線状端部３２を下にして、実装されている。さらに、このメタルドーム３０の上面側全面及び基板４１上にシート４５が貼り付けられている。

シート４５は、例えば、ポリエステル樹脂等の絶縁性のフィルムであり、その下面側に粘着剤が塗布されたものである。この粘着剤によりメタルドーム３０はその上面側全面を粘着保持（密着）されるとともに、基板４１上に接触するメタルドーム３０の曲線状端部３２とシート４５との間に隙間を生じることなく、基板４１上にシート４５を密着させることができる。

基板４１は、例えば、ガラス−エポキシ樹脂等からなる基板である。この基板４１上には、メタルドーム３０（可動接点）と電気的に接続される固定接点４２及び４３が設けられている。固定接点４２，４３は、銅箔や銅めっき膜等の金属導体である。

このうち固定接点４２は、図６の断面構造では２箇所に分かれて示されているが、実際には１つの接点（平面視したときにリング状に形成された接点）として設けられている。この接点４２は、メタルドーム３０の最長部分の両端の曲線状端部３２に常時接触している。

一方、このリング状の固定接点４２に囲まれて配置される固定接点４３は、メタルドーム３０（可動接点）の中央部に対応する位置に設けられている。この固定接点４３は、図６に示すようにメタルドーム３０が押下されていない状態では、可動接点（メタルドーム３０）に接触しておらず、メタルドーム３０に一定の荷重Ｆが加えられたときに（図５参照）、可動接点（メタルドーム３０）に接触して固定接点４２と導通する。

以上説明したように、本実施形態に係るメタルドーム３０及びその実装構造４０（図４〜図６）によれば、現状技術のメタルドーム１０（図１）が備えている台座部１０Ｐを無くし、メタルドーム全体を球面部３０Ｓとしている。つまり、メタルドーム全体の大きさを現状技術のものと同じとした場合、球面部３０Ｓの大きさを相対的に大きくしている。そして、この球面部３０Ｓの最長部分の両端Ｅ１，Ｅ２近傍の曲線状端部３２の部分のみを実装基板４１（図６）に接触させるようにしている。

この構造により、押下操作に基づいてメタルドーム３０（球面部３０Ｓ）の中央部に一定の荷重Ｆ（図５）が加えられたときに、曲線状端部３２の部分を支点としてメタルドーム３０を下方に膨らんだ状態に弾性反転させることができる。

つまり、メタルドーム３０（球面部３０Ｓ）の最長部分に沿った部分で弾性反転させているので、現状技術のメタルドーム１０（図２）の場合と比べて、球面部３０Ｓの曲がる辺（最長部分に沿った弾性反転する部分）の長さが相対的に長くなる。その結果、押下操作によってメタルドーム３０が弾性反転したときに、その部分で発生する音は比較的低い音（低音）に変化する。つまり、操作時に発生する高音を抑制することができる。

また、メタルドーム３０全体が球面部３０Ｓ（全面が同じ曲率の球面形状）をなしているので、基板４１に実装したときに（図６の実装構造４０）、この球面部３０Ｓの上面側全面に樹脂製のシート４５を密着させることができる。つまり、現状技術（図３）におけるメタルドーム１０（台座部１０Ｐの部分を除く）とシート２５の接着面積と比べて、メタルドーム３０（球面部３０Ｓ全体）とシート４５の接着面積を相対的に大きくすることができる。

これにより、押下操作によってメタルドーム３０が弾性反転したときに発生する音は、樹脂製のシート４５に吸収される（吸音効果が高められる）。その結果、外部に聞こえる操作音は小さく抑制される。つまり、メタルドーム３０を含めた実装構造４０全体としての静音化を図ることができる。

３０（３０Ｓ）…メタルドーム（球面部）、
３１…直線状端部、
３２…曲線状端部（最長部分の両端近傍の端部）、
３３…切欠き端部（隅部がカットされた部分）、
４０…実装構造、
４１…基板、
４２，４３…固定接点、
４５…シート、
Ｅ１，Ｅ２…最長部分の両端、
ＬＰ…メタルドームの曲線状端部が位置する最下の位置。

Claims (3)

1. 平面視したときに小判形状で、断面視したときに上面側に膨らんだ球面部からなり、前記球面部の表面及び裏面の各全面が同じ曲率の球面からなり、
   前記球面部の中心を通り長手方向に延びる最長部分の両端近傍の端部のみが、前記球面部の下面側で最下に位置しており、かつ、
   前記最長部分の両端近傍の端部の両側に位置する各隅部が直線状にカットされており、該カットされている端部は、前記球面部の下面側で最下の位置よりも上側に位置しており、
   前記球面部の縁部が、
   前記最長部分と平行する端部であって対向する一対の直線状端部と、
   前記最長部分の両端近傍の端部であって対向する一対の曲線状端部と、
   前記カットされている端部であって前記直線状端部と前記曲線状端部の間に介在する直線状の切欠き端部とから構成されることを特徴とするメタルドーム。
2. 請求項１に記載のメタルドームが、基板上に、前記最長部分の両端近傍の端部を下にして実装され、
   前記メタルドームの上面側全面及び前記基板上にシートが接着されていることを特徴とするメタルドームの実装構造。
3. 前記基板上に、前記メタルドームの前記最長部分の両端近傍の端部に常時接触する接点と、前記メタルドームの中央部に対応する位置で、前記メタルドームが押下されたときに該メタルドームに接触する接点とが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のメタルドームの実装構造。

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