JPWO2009096404A1 - ラバースプリング及びそれを用いた入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、シロキサンガスの発生を効果的に抑制でき、しかも破断に強く高荷重対応のラバースプリング及びそれを用いた入力装置を提供することを目的とする。【解決手段】 押圧部４と、押圧部４が押圧されたときに屈曲可能な脚部５とを備えるラバースプリング２において、少なくとも脚部５は、フッ素ゴムで形成されている。フッ素ゴムは、フッ素化ポリエーテル骨格と末端にシリコーン架橋反応基を有する構造で形成されていることが好適である。【選択図】 図１

Description

本発明は、シロキサンガスの発生を効果的に抑制でき、しかも、シリコーンゴムと比較して破断しにくいラバースプリング及びそれを用いた入力装置に関する。

押釦スイッチに用いられるラバースプリングには、例えば下記特許文献に示すようにシリコーンゴムを用いていた。

しかしながら、シリコーンゴムを用いたラバースプリングではシロキサンガスの発生による接点障害やリフロー後の作動力低下の問題があった。

また、押圧したときに適切なクリック感と作動力を出すためラバースプリングに高硬度領域のシリコーンゴムを用いると、屈曲可能なラバースプリングの脚部に傷が付いたとき、そこから容易に破断するといった問題があった。
特開２００５−０９３３４７号公報 特開２００４−２３５００６号公報

そこで本発明は上記従来課題を解決するためのものであり、特に、シロキサンガスの発生を効果的に抑制でき、しかも、シリコーンゴムと比較して破断しにくい高荷重対応のラバースプリング及びそれを用いた入力装置を提供することを目的とする。

本発明は、押圧部と、前記押圧部が押圧されたときに屈曲可能な脚部とを備えるラバースプリングにおいて、
少なくとも前記脚部は、フッ素ゴムで形成されていることを特徴とするものである。これにより、シロキサンガスの発生を効果的に抑制できるラバースプリングを提供できる。また従来のようにシリコーンゴムを用いた場合に比べて破断しにくくでき、したがって本発明では、破断に強い高荷重対応のラバースプリングを実現できる。

本発明では、前記フッ素ゴムは、フッ素化ポリエーテル骨格と末端にシリコーン架橋反応基を有する構造で形成されていることが好ましい。これにより、後述する実験で示すように、シリコーンゴムに比べて引き裂き強さ及び引き裂きによって破断に至るまでの伸び率を数段大きくでき、さらに熱によって作動力が低下しにくいことが確認された。またポリマーの構造上、シロキサンガスはほとんど発生せず、さらにシリコーンゴムに比べて耐溶剤性にも優れる。

本発明では、前記押圧部及び前記脚部の全体が前記フッ素ゴムで形成されていることが、製造工程上好ましく、さらに、シロキサンガスの発生をより効果的に抑制できる。

また本発明では、前記フッ素ゴムのゴム硬度は、７０°〜９０°であることが好ましい。これにより、より効果的に、高荷重対応のラバースプリングにできる。

本発明では、前記フッ素ゴムでの形成領域は、架橋前のフッ素ゴムを熱プレスして成形されたものであることが好ましい。

本発明における入力装置は、上記のいずれかに記載された前記ラバースプリングの下方には、前記押圧部により下方向に押圧される金属で形成された可動接点と、前記可動接点の下側に設けられた固定接点とを備えるスイッチ部が設けられていることを特徴とするものである。ラバースプリングにフッ素ゴムを使用することにより、シロキサンガスの発生を効果的に抑制でき、入力特性の安定性及び長寿命化を得ることが出来る。さらにラバースプリングの押圧部を下方向に押圧したときの脚部の屈曲部分に、可動接点に生じたばりにより傷が付けられても、脚部を従来に比べて破断しにくく出来、したがって本発明では、シリコーンゴムを用いた場合よりも、破断に強い高荷重対応の入力装置を実現できる。

本発明によれば、シロキサンガスの発生を効果的に抑制できるラバースプリングを提供できる。さらに、従来のようにシリコーンゴムを用いた場合に比べて破断しにくくでき、したがって、破断に強い高荷重対応のラバースプリングを実現できる。

図１は本実施形態における押釦スイッチ（入力装置）を高さ方向から切断した切断面を示した部分断面図、図２は、図１に示す押釦スイッチを構成するラバースプリングの押圧部を下方向に押圧したときの部分断面図、である。

本実施形態における押釦スイッチ１は、ラバースプリング２とスイッチ部３とを備える。

ラバースプリング２は、押圧部４と押圧部４と一体に形成された脚部５とを備える。押圧部４の上面４ａは平坦面で形成された押圧面である。押圧部４の下面には下方向に突出する突出部４ｂが形成されている。

脚部５は押圧部４の外周から斜め下方向に延びて形成されたスカート形状で形成され、突出部４ｂの下側は空洞になっている。脚部５は平均厚さＨ１（３００〜４００μｍ程度）で形成されている。脚部５の下縁部５ｂは支持部として基板６上に接触されている。ラバースプリング２の外周形状は略截頭円錐形状となっている。

脚部５は、図２に示すように押圧部４を下方向に押圧したときに屈曲可能な部分である。

スイッチ部３は、基板６上に形成された導電性の固定接点７と、固定接点７の上方を覆うように設けられたドーム状（あるいは凸状）の可動接点８とを備える。可動接点８は薄い金属板で形成されており、固定接点７に対向する可動接点８の下面８ａは接触部となっている。また、可動接点８の外周部８ｂは、基板６上に固定されている。可動接点８の外周部８ｂには基板６上に配線された導電パターンが接続されており（図示せず）、また固定接点７には基板６の下面側に配線された導電パターンがスルーホールを介して接続されている（図示せず）。

図２に示すように可動接点８の上面に下方向の加重を加えると、可動接点８が反転し、可動接点８の下面（接触部）８ａの一部が固定接点７に接触し、これにより、スイッチ入力を行うことが出来る。

本実施形態におけるラバースプリング２の特徴的部分は、ラバースプリング２を構成する少なくとも脚部５が、フッ素ゴムで形成されている点にある。

フッ素ゴムは、フッ素化ポリエーテル骨格と末端にシリコーン架橋反応基を有する、いわゆるシリコーンエラストマーとフッ素エラストマーを複合化した構造で形成されていることがより好適である。構造式を下記に示す。

上記構造式を備えるフッ素ゴムは、例えば信越化学工業製のフッ素ゴムＳＩＦＥＬ９７００を提示できる。

上記構造式を備えるフッ素ゴムは、ポリマーの構造上、シロキサンガスをほとんど発生しない。しかもシリコーンゴムに比べて耐薬品性にも優れている。

また脚部５のみならず押圧部４を含めたラバースプリング２全体が、上記したフッ素ゴムで形成されていることが製造工程上、好適であり、またシロキサンガスの発生をより効果的に抑制できる。

次に、フッ素ゴムのゴム硬度は、７０°〜９０°であることが好適である。基本的にシリコーンゴムの硬度はデュロメーター（スプリング式ゴム硬度計：高分子計測株式会社ＣＬ-150ＬＷ型）を用いて測定した。スプリング式ゴム硬度計は、押し針をスプリングの力で試料の表面に押し付けて変形を与え、そのときの「押し込み深さ」から硬さを数値化する測定器である。

フッ素ゴムで形成されるラバースプリング２は、例えば、架橋前のフッ素ゴムをロールで引き延ばし、熱プレス成形しやすい形状に引き出し、この引き出したフッ素ゴムを加熱した金型に設置した後、熱プレスして成形される。

以上のように本実施形態では、フッ素ゴムを用いてラバースプリング２を形成することで、従来のように、シリコーンゴムを用いた場合に比べて、シロキサンガスの発生を効果的に抑制できる。その結果、従来のようにシロキサンによる接点障害等を防止でき、入力特性の安定性及び長寿命化を得ることが出来る。

しかもラバースプリング２の押圧部４を下方向に押圧したときの脚部５の屈曲部分５ａに、可動接点８に生じたばりにより傷が付けられても、脚部５を従来に比べて破断しにくく出来る。したがって本実施形態では、シリコーンゴムを用いた場合よりも、破断に強い高荷重対応の押圧スイッチ１（入力装置）を実現できる。

特に、フッ素化ポリエーテル骨格と末端にシリコーン架橋反応基を有する、いわゆるシリコーンエラストマーとフッ素エラストマーを複合化した構造のフッ素ゴムを用いることで、後述する実験結果に示すように、シリコーンゴムに比べて数段、引き裂き強さや破断に至るまでの伸び率を大きくすることができた。よってフッ素ゴムのゴム硬度を高くしてもシリコーンゴムを用いた場合に比べて破断しにくい特性を得ることができ、したがって、破断に強い高荷重対応のラバースプリング２を簡単且つ適切に実現できる。また、熱によって作動力が低下しにくいことが確認できた。さらにポリマーの構造上、シロキサンガスはほとんど発生せず、さらにシリコーンゴムに比べて耐溶剤性にも優れている。

図３に示すように、フッ素ゴム１１は、ポリマー２０中に多数の補強材２１が分散した膜構造であることが好適である。補強材２１は、カーボンブラックあるいはシリカ（ＳｉＯ₂）粒子等である。補強材２１の含有量を多くするか、あるいは粒径を調整すれば、フッ素ゴム１１の硬度を大きくすることができる。よって補強材２１の含有量や粒径を調整することで高荷重に対応可能なラバースプリング１を簡単且つ適切に製造することができる。

（フッ素ゴムによるラバースプリングシート（実施例）の作製）
架橋前のフッ素ゴムＳＩＦＥＬ９７００（信越化学工業製）を熱プレスしやすい形状にロールで引き延ばした。引き延ばしたフッ素ゴムを熱プレスしやすい形状に切り出し、約１７５℃に加熱した金型に設置して、２００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で４分間熱プレスした。

次に２００℃で４時間、ポストキュアを行ってラバースプリングシートを完成させた。フッ素ゴムのゴム硬度は７０°であった。

またこのラバースプリングシートの端に図５のように引き裂き試験用切り抜きカッター（ＪＩＳ−Ｋ−６３０１Ａ型）で切り欠きを形成した。切り欠きの長さは１ｍｍであった。

（シリコーンゴムによる比較例の作製）
シリコーンゴムのテストピース（１２ｃｍ×１２ｃｍ 厚さ約０．３ｍｍ）から引き裂き試験用打ち抜きカッター（ＪＩＳ−Ｋ−６３０１Ａ型）を用いて図４に示すゴム試験片（比較例１）を形成した。このゴム試験片は、ゴム硬度５０°、６０°、７０°、７５°及び８０°の夫々について作製した。

また、同じ打ち抜きカッター（ＪＩＳ−Ｋ−６３０１Ａ型）を用いて、シリコーンゴム（ゴム硬度７０°）からなるラバースプリングシート（比較例２）の端に図５のように切り欠きを形成した。

（引き裂き試験）
測定機には、テンシロン万能試験機（（株）オリエンテック ＲＴＣ−１１５０Ａ）を用いた。この万能試験機を用いて引き裂き試験を行い、実施例及び比較例の各試験片が破断したときの荷重と変位量(破断したときの伸び)を測定した。試料の引き裂き強さは以下の式から算出した。試験片を引っ張るときの速度は５ｍｍ／ｍｉｎとした。また試験片を設置するつかみ具の間隔は約５０ｍｍとした。

引き裂き強さ（ｋｇｆ／ｃｍ）＝引き裂きが発生したときの最大荷重（ｋｇｆ）／試験片の厚さ（ｃｍ）

図６は、実施例、比較例１及び比較例２の各試験片の厚みと引き裂き強さとの関係を示すグラフ、図７は、実施例、比較例１及び比較例２の各試験片の厚みと破断までの伸び率との関係を示すグラフである。なお図６、図７に示す比較例１のゴム硬度は７０°であり、実施例、比較例１及び比較例２を全てゴム硬度７０°で統一している。

図８は、実施例、比較例１及び比較例２の各試験片の引き裂き強さと破断までの伸び率との関係を示すグラフである。

図６ないし図８に示すように、フッ素ゴムを用いた実施例は、シリコーンゴムを用いた比較例に比べて破断しにくいことがわかった。例えば図８に示すように、実施例（ゴム硬度７０°）と比較例２（ゴム硬度７０°）の実験結果を見ると、実施例は比較例２に比べて引き裂き強さが約２倍、引き裂き破断時の伸び率が約３倍大きくなった。

また実施例と比較例１とを比較してみると、実施例（ゴム硬度７０°）は、ゴム硬度５０°の比較例１の引き裂き強度及び伸び率に相当した。

図６、図７に示すように各試験片の厚みが違うので単純に比較できないものの、フッ素ゴムで形成された実施例はシリコーンゴムで形成された比較例に比べて遥かに破断しにくく、実施例のほうが比較例に比べて破断に強い高荷重のラバースプリングを実現できることがわかった。

（ラバースプリング作動力のリフロー回数依存性試験）
実施例及び比較例２の各ラバースプリングシート中央部に形成された６０個のラバースプリングを対象に、リフロー前後における作動力を測定した。

リフロー条件は、温度を１５０度から徐々に上昇させてピーク温度を約２６０度とし、リフローが完了する時間を約３分とした。

上記条件のリフローを１〜５回行った後、ラバースプリングの作動力を測定した。またリフロー前の作動力を基準値としたときの作動力変化率（％）も調べた。ラバースプリングの作動力として、予備押しなしの作動力と２０回予備押しした後の作動力の両方を測定した。

図９は、実施例及び比較例２に対して予備押しをせずに作動力のリフロー回数依存性を測定した実験結果である。図１０は、実施例及び比較例２に対して予備押しをせずに作動力変化率のリフロー回数依存性を測定した実験結果である。図１１は、実施例及び比較例２に対して２０回予備押して作動力のリフロー回数依存性を測定した実験結果である。図１２は、実施例及び比較例２に対して２０回予備押しして作動力変化率のリフロー回数依存性を測定した実験結果である。

図９ないし図１２に示すように実施例の作動力は５回リフローしてもほとんど変化なかった。

一方、比較例２の作動力変化率は図１０に示すように予備押しなしでは約４％低下し、また図１２に示すように２０回予備押しすると約６．５％まで低下した。

したがって、フッ素ゴムで形成されたラバースプリングのほうが、シリコーンゴムで形成されたラバースプリングに比べて、熱によって作動力が低下しにくいことがわかった。

本実施形態における押釦スイッチ（入力装置）を高さ方向から切断した切断面を示した部分断面図、 図１に示す押釦スイッチを構成するラバースプリングの押圧部を下方向に押圧したときの部分断面図、 フッ素ゴムの膜構造を示す模式図、 ゴム試験片（比較例１）の形態を示す模式図、 ラバースプリングシートの模式図、 実施例、比較例１及び比較例２（全てゴム硬度は７０°）各試験片の厚みと引き裂き強度との関係を示すグラフ、 実施例、比較例１及び比較例２（全てゴム硬度は７０°）の各試験片の厚みと破断までの伸び率との関係を示すグラフ、 実施例、比較例１及び比較例２の各試験片の引き裂き強度と破断までの伸び率との関係を示すグラフ、 実施例及び比較例２のリフロー回数と作動力との関係を示すグラフ（予備押しなし）、 実施例及び比較例２のリフロー回数と作動力変化率との関係を示すグラフ（予備押しなし）、 実施例及び比較例２のリフロー回数と作動力との関係を示すグラフ（予備押し２０回）、 実施例及び比較例２のリフロー回数と作動力変化率との関係を示すグラフ（予備押し２０回）、

符号の説明

１ 押釦スイッチ
２ ラバースプリング
３ スイッチ部
４ 押圧部
５ 脚部
６ 基板
７ 固定接点
８ 可動接点
２０ ポリマー
２１ 補強材

Claims (6)

1. 押圧部と、前記押圧部が押圧されたときに屈曲可能な脚部とを備えるラバースプリングにおいて、
   少なくとも前記脚部は、フッ素ゴムで形成されていることを特徴とするラバースプリング。
2. 前記フッ素ゴムは、フッ素化ポリエーテル骨格と末端にシリコーン架橋反応基を有する構造で形成されている請求項１記載のラバースプリング。
3. 前記押圧部及び前記脚部の全体が前記フッ素ゴムで形成されている請求項２に記載のラバースプリング。
4. 前記フッ素ゴムのゴム硬度は、７０°〜９０°である請求項２に記載のラバースプリング。
5. 前記フッ素ゴムでの形成領域は、架橋前のフッ素ゴムを熱プレスして成形されたものである請求項２に記載のラバースプリング。
6. 請求項２に記載された前記ラバースプリングの下方には、前記押圧部により下方向に押圧される金属で形成された可動接点と、前記可動接点の下側に設けられた固定接点とを備えるスイッチ部が設けられていることを特徴とする入力装置。

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