(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部の曲率半径が、被成形ドームばねのドーム部の曲率半径よりも小さな凸部を有する凸型と、この凸部よりも径の小さい凹部を有する凹型との間に平行出しライナーを介在させてなることを特徴とする樹脂ドームばね成形用型。
【請求項２】
請求項１記載の成形用型を用いて、厚さ80〜500 μｍの熱可塑性樹脂フィルムを凸型の温度180 〜200 ℃、凹型の温度130 〜150 ℃にて、圧力100 〜500 gf/1キーで、10〜 60 秒間加圧成形することを特徴とする樹脂ドームばねの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話をはじめとする各種情報機器などの、タッチ操作感触によって入力確認を行う押釦スイッチ部材に用いられる樹脂製のドーム形状を有するばね（以下、樹脂ドームばねという）の成形用型およびこれを用いた樹脂ドームばねの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の押釦スイッチに用いられるドームばねは、薄い金属や樹脂フィルム等をプレス成形もしくは加圧成形して作製していた。
金属製のドームばね（以下、金属ドームばねという）は、耐久性や耐熱性に優れているが、透明性を有していないため、ドームの下方から照光したい場合には使用することができない。また、接点として使用する場合には、それ自体が導電性を有するため、基板との間を絶縁しなければならず、さらに、樹脂フィルムに比べ重いことから、携帯用機器の軽量化の観点から好ましい材料ではない。
【０００３】
他方、可撓性樹脂フィルムで形成したドームばねは、透明で絶縁性を有し、機器への組み込み時、金属ドームばねのように絶縁性を確保するためのわずらわしい作業を必要とせず、かつ一枚のシート状物として機器へ組み込みやすい反面、高温環境下では、ドーム部の形状が崩れて平板化しやすく、入力時のクリック感が消滅する虞れがあった。さらに、携帯電話等のキー数は、一枚当たり20〜25あり、各キーを連接するベース部の厚さにバラツキが存在すると、各キー間の動作荷重にバラツキが生じ、同じ入力感触が得られず、違和感を与えるため、極めて精度の高い成形が要求された。このため金型精度のみならず、プレス装置に組み込まれた上型と下型の平行度は、１／100 ｍｍ台の精度が要求され、さらに、上型と下型の平行度の設定には、スペーサーを用いて厳密に調整する必要があり、長い段取り時間を要していた。
【０００４】
この点を改良するものとして、本発明者等は、先に特願平８−200345号において、ガラス転移温度が110 ℃以上の熱可塑性樹脂フィルムを用いて形成した樹脂ドームばねを提案した。これによって耐熱性は向上するものの、一般に、ガラス転移温度が110 ℃以上の熱可塑性樹脂フィルムは、従来より用いられてきたポリエチレンテレフタレートフィルムに比べ高価であり、加えて接点印刷用インキのバインダーも新たに選定しなければならなかった。さらに、各キー間の動作荷重にバラツキがあり、十分満足できるものではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、100 ℃前後の高温環境下に長期間おいても、ドーム部の形状が崩れることなく、入力時のクリック感が消滅する虞れのない、さらに、各キー間の動作荷重にバラツキがなく、入力時に違和感を与えることのない樹脂ドームばねの成形用型およびこれを用いた樹脂ドームばねの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の樹脂ドームばね成形用型は、先端部の曲率半径が、被成形ドームばねのドーム部の曲率半径よりも小さな凸部を有する凸型と、この凸部よりも径の小さい凹部を有する凹型との間に平行出しライナーを介在させてなるものである。この樹脂ドームばねの製造方法は、前記成形用型を用いて、厚さ80〜500 μｍの熱可塑性樹脂フィルムを凸型の温度180 〜200 ℃、凹型の温度130 〜150 ℃にて、圧力100 〜500 gf/1キーで、10〜 60 秒間加圧成形することにある。
【０００７】
上記成形用型と製造方法を用いて成形された樹脂ドームばねは、各種情報機器などの押釦スイッチに好ましく用いることができ、100 ℃前後の高温環境下においても、ドーム部の形状が崩れることなく、各キー間の動作荷重にバラツキがなく、すべて同様のクリック感を与える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の成形用型と製造方法を用いて成形された樹脂ドームばねを図１に示す。樹脂ドームばね１は、複数のドーム部２がベース部３によって連接され、ドーム部２の頂点には、導電性インキにより接点４が印刷されている。樹脂ドームばね１の下面には、スペーサー５が貼付されている。
押釦スイッチの組み立てに際しては、固定接点を有する基板（図示を省略）にこのスペーサー５を介して、樹脂ドームばね１が取り付けられる。組み立てられた押釦スイッチは、キー部６を押圧することにより、ドーム部２が変形して接点４が基板側の固定接点と接触し、押圧力が開放されると、樹脂ドームばね１の弾性力によってドーム部２の形状は復元し、押釦スイッチとして機能する。
次に、本発明の樹脂ドームばね１の成形用型と製造方法について、図２、図３を用いて説明する。
【０００９】
図２は、樹脂ドームばねを成形するため、本発明の成形用型を組み込んだプレス成形装置の部分断面図を示し、図３は、プレス成形装置に組み込まれた凸型７とこれと対向する位置に配置された凹型10の拡大断面図を示す。凸型７は、凸部８と凸型ベース部９からなり、凸部８の直径は、ドーム径が、４ｍｍのときは５〜７ｍｍ、５ｍｍのときは６〜７ｍｍ、６ｍｍのときは７ｍｍであり、その頂部は、曲率半径４〜６ｍｍの半球状をなしている。凸部８の直径が５ｍｍ未満では、強度が不足し、さらに、凸型ベース部９に対して垂直にセットすることが困難である。７ｍｍを超えると、キーの配列によっては隣り同士でぶつかることとなり好ましくない。また、凸部８の頂部の曲率半径が４ｍｍ未満では、成形品の荷重のバラツキが大となり、６ｍｍを超えると、所望の荷重を得るために長時間の加圧が必要となり好ましくない。
凹型10は、凹型ベース部11に、凸部８の中心線の延長線上に中心が位置する凹部12が設けられている。この凹部12は、平面視、直径４〜６ｍｍの円形状をなしており、凹部12の直径は、ドーム部２の内径（以下、ドーム径という）により適宜選択される。凹部12は、直径が４ｍｍ未満では、良好なクリック感が得られ難く、６ｍｍを超えると、キーの配列によっては隣接する凹部と重なり好ましくない。
【００１０】
凸型７と凹型10は、プレス成形装置に組み込まれ、凸型７は、ダイセット基板13に断熱板14、上熱板15を介して配設され、凹型10は、ダイセット基板16上に断熱板17、下熱板18を介して配設されている。
そして凸型７と凹型10との間で平行度を正確にだすため、従来のスペーサーによる凸型７と凹型10との間の隙間調整に代えて、型の周辺４ヶ所に高さの等しい平行出しライナー19を設ける。この平行出しライナー19を凸型７と凹型10との間に配設し、プレス成形するだけで、複数のドーム部がベース部で連接されたドームばねが得られ、凸型７と凹型10の組み付け時のズレは正され、全面に渡ってベース部３の肉厚が等しくなり、各キー間の荷重特性の等しいドームばねが得られる。
【００１１】
次に、上記成形装置を用いて、樹脂ドームばねの成形方法について説明する。凸型７の温度と凹型10の温度は、上熱板15、下熱板18の温度を調整して、凸型７が180 〜200 ℃、凹型10が130 〜150 ℃になるように調整する。このとき、凸型７の温度が180 ℃未満では、十分な耐熱性を有する樹脂ドームばねが得られず、200 ℃を超えると、押圧時、クリック感を生じ難くなる。凹型10の温度が130 ℃未満では、十分な耐熱性が得られず、150 ℃を超えると、プレス成形時、樹脂フィルム20が凸型７にはりつき、離型が困難となり形状精度が崩れやすくなる。
プレス成形時の圧力は、100 〜500 gf/1キーの範囲で行うのが好ましく、100 gf/1キー未満では形状精度およびクリック感にバラツキが出やすく、500 gf/1キーを超えると、過大な圧力によって金型にたわみが出やすくなる。
加圧時間は、10〜 60 秒であり、10秒未満では加熱状態が不均一となり、形状精度およびクリック感にバラツキが出やすく、 60 秒を超えると、押圧操作時、ドーム部が元に戻らず反転状態となりやすい。なお、凸部８の曲率半径が小さいほど、短時間の加圧で高い動作荷重を得ることができる。
【００１２】
樹脂ドームばねの成形に用いる樹脂フィルム20は、非晶性の熱可塑性樹脂、結晶性の熱可塑性樹脂、これらの共重合体もしくは混合物からなり、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド等が例示される。これらは成形前に、予め、接点となる導電性インキを成形後ドーム部２の頂面となる位置に、スクリーン印刷やグラビア印刷等で印刷、乾燥し、接点を形成しておく。導電性インキに用いるバインダーは、樹脂フィルム20への密着性の観点から、ＳＰ値（溶解度指数；分子の凝集エネルギーの平方根）が樹脂フィルム20とほぼ等しいもの、あるいは近似するものを選定する。一例を挙げれば、樹脂フィルム20に、ＳＰ値が10.3前後のポリエチレンナフタレートを用いる場合、導電性インキのバインダーとして、ＳＰ値が10.3前後のポリエステル系樹脂や10.0前後のウレタン系樹脂等を用いる。
樹脂フィルム20の厚さは、80〜500 μｍ、好ましくは100 〜300 μｍ、より好ましくは100 〜200 μｍである。
【００１３】
この接点が設けられた樹脂フィルム20を凸型７と凹型10との間に挿入し、印刷された接点が、凹部12の中心（あるいは凸部８の中心線の延長線上）に位置するように位置合わせし、温度、圧力、加圧時間の各条件を上記した範囲内で選定し、ドームばねを成形する。
なお、成形後、金型を開放すると、成形されたドームばねのドーム部は、成形戻り（いわゆるスプリングバック）を生じ、ドーム部の曲率半径は、凸型７の凸部８先端部の曲率半径より大きいものとなる。
最後に、打抜加工等により、ドーム部が所定の個数連接された所望の形状に打抜くことにより、樹脂ドームばねが得られる。
このようにして得られた樹脂ドームばねは、押釦スイッチへの組み付けに際して、ドームばねの荷重特性を調整するため、ベース部３の裏面（ドーム部２を設けた側）にドームばねのスペーサーとして、ドーム径より約１ｍｍ大きい直径で、ドーム部を打抜加工等により取り除いた、厚さが100 〜200 μｍのＰＥＴフィルムの片面もしくは両面に、アクリル系等の粘着剤を塗布したＰＥＴフィルムを張り合せて使用される。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明をより具体的な実施例および比較例により説明する。
実施例１；
図２に示すプレス成形装置に、直径６ｍｍ、先端部の曲率半径が５ｍｍの凸部を有する凸型と、径が５ｍｍ、深さ５ｍｍの凹部を有する凹型とを備えた金型をセットし、凸型と凹型の間に、平行出しライナーを四辺に配置した。この平行出しライナーによって、凸型と凹型の平行が確保されるとともに樹脂ドームばねのベース部の厚さが設定される。
次に、凸型と凹型の背面に接してそれぞれ設けられた上熱板、下熱板により、凸型の温度を190 ℃、凹型の温度を145 ℃に加熱、保持し、予め所定の位置に接点が印刷された、熱可塑性樹脂フィルムである厚さ125 μｍの二軸延伸ＰＥＴフィルムを、圧力４kgf/23キー（174 gf/1キ-）で15秒間加圧成形して、23個のキーが連接された図１に示す樹脂ドームばねを得た。
【００１５】
この樹脂ドームばねの動作荷重、クリック率を、煮沸処理の前後で測定した。その結果を表１に示す。なお、表中における動作荷重は、極小値〜極大値をしめしたものであり、クリック率は、（動作荷重−クリック時最小荷重）／動作荷重で求めたものである。総合評価欄には、樹脂ドームばねとして、良好なものを○印で、好ましくないものを×印で表示した。
【００１６】
【表１】
0003644657.tif 000002
【００１７】
実施例２〜４、比較例１〜３；
実施例２〜４は、それぞれ表１に示した条件以外は実施例１と同様にして23個のキーが連接された樹脂ドームばねを成形した。比較例１〜３についても同様であり、比較例１と比較例３は、平行出しライナーを用いず、比較例２は、凸型温度を160 ℃、凹型温度を120 ℃に設定したものである。
その結果、実施例１〜４のものは、樹脂ドームばねとして良好なものであったが、比較例１は、煮沸処理の前後に関係なく動作荷重のバラツキが大きく、比較例２は、煮沸処理後の動作荷重が低下した。また、比較例３は、煮沸処理の前後に関係なく動作荷重のバラツキが大きく、かつ煮沸処理後の動作荷重に低下が認められ、比較例１〜３は、いずれも樹脂ドームばねとして不都合なものであった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の製造方法により得られた樹脂ドームばねを組み込んだ電子機器等を、100 ℃前後の自動車内等に放置したり、カーステレオやナビゲーターシステム等の車載用機器の入力部材として用いた場合、従来品に比べ、樹脂ドームばねが変形することがないので、入力の際のクリック感が損なわれることがなく、接点としての機能の信頼性を向上させ、また、連接された多数のキー間の荷重特性のバラツキが小さく、違和感もないことから、従来の金属製のドームばねに比べ、軽量化がはかれ、その用途範囲が拡大される。
また、従来の製造方法では、連接された多数のキー間の荷重をほぼ同一にするため、凸型と凹型間に正確な平行度が得られるように、厚さ10〜100 μｍ程度の金属スペーサーを使用して微調整しなければならず、この段取りに１〜２時間費やしていたが、本発明の製造方法によれば、同一厚さの平行出しライナーを凸型と凹型間に配設するだけで、正確な平行度が得られ、段取り時間をほぼ無くすことが可能となった。
このように、本発明の製造方法によれば、耐熱性、荷重安定性、生産性に極めて優れた樹脂ドームばねが得られ、産業分野への貢献度大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形用型と製造方法を用いて形成された樹脂ドームばねの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の成形用型を組み込んだプレス成形装置の一例を示す部分断面図である。
【図３】図２のプレス成形装置に組み込まれた凸型と凹型を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・樹脂ドームばね、
２・・・・・・ドーム部、
３・・・・・・ベース部、
４・・・・・・接点、
５・・・・・・スペーサー、
６・・・・・・キー部、
７・・・・・・凸型、
８・・・・・・凸部、
９・・・・・・凸型ベース部、
10・・・・・・凹型、
11・・・・・・凹型ベース部、
12・・・・・・凹部、
13・・・・・・ダイセット基板、
14・・・・・・断熱板、
15・・・・・・上熱板、
16・・・・・・ダイセット基板、
17・・・・・・断熱板、
18・・・・・・下熱板、
19・・・・・・平行出しライナー、
20・・・・・・樹脂フィルム。
【図１】
0003644657.tif 000003
【図２】
0003644657.tif 000004
【図３】
0003644657.tif 000005