(57)【要約】      （修正有）【課題】製作コストが低廉で、導電性に優れかつ長寿命なキー作動機構などのスイッチデバイスを提供する。【解決手段】キー作動機構１２などのスイッチデバイスを、導電性フィラー充填樹脂系材料で製作するようにしたものである。本導電性樹脂系材料は、極小の導電性粉体、極細の導電性ファイバまたはそれらの混合物を樹脂材料から成る樹脂ホスト材料の中に均一に分散させて成る材料である。導電性粉体は、カーボンなどの非金属粉体、非金属粉体に金属メッキした粉体、ステンレス鋼などの金属粉体、金属粉体に金属メッキした粉体もしくはそれら粉体を混合したものとしてもよい。導電性ファイバは、ニッケルメッキしたカーボンファイバ、ステンレス鋼ファイバなどとすることが好ましい。また、本導電性樹脂系材料での製造方法としては、射出成形法、圧縮成形法もしくは押出成形法などのモールド成形法を用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチデバイスにおいて、
導電性を有する第１端子と、
導電性を有する第２端子と、
開位置と閉位置との間を移動可能な導電性ピルとを備え、
前記閉位置において前記第１端子と前記第２端子とは短絡状態とされ、
前記開位置において前記第１端子と前記第２端子とは非短絡状態とされ、
前記導電性ピルは、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である、
ことを特徴とするスイッチデバイス。
【請求項２】
前記樹脂ホスト材料の重量に対する前記導電性材料の重量比が約０．２０〜約０．４０の範囲内にある請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項３】
前記導電性材料が金属粉体から成る請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項４】
前記金属粉体が、ニッケル、銅、または銀の粉体、もしくは、ニッケル、銅、または銀のメッキを施した材料の粉体である請求項４記載のスイッチデバイス。
【請求項５】
前記金属粉体の粒径が、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にある請求項３記載のスイッチデバイス。
【請求項６】
前記導電性材料が非金属粉体から成る請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項７】
前記非金属粉体が、カーボン、グラファイト、またはアミン系材料の粉体である請求項６記載のスイッチデバイス。
【請求項８】
前記導電性材料が、金属粉体と非金属粉体との混合物から成る請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項９】
前記導電性材料が、極細の導電性ファイバから成る請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項１０】
前記極細の導電性ファイバが、ニッケルメッキしたカーボンファイバ、ステンレス鋼ファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、またはそれらの混合物である請求項９記載のスイッチデバイス。
【請求項１１】
前記極細の導電性ファイバの直径が、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあり、前記極細の導電性ファイバの長さが、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にある請求項９記載のスイッチデバイス。
【請求項１２】
前記導電性材料が、導電性粉体と導電性ファイバとの混合物から成る請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項１３】
導電性を有する前記第１端子及び前記第２端子の少なくとも一方が、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項１４】
移動可能な前記導電性ピルが、キーパッドに固定して取付けられている請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項１５】
前記キーパッドが、キーボードデバイスに装備された複数のキーパッドから成るキーパッドアレイの一部である請求項１４記載のスイッチデバイス。
【請求項１６】
前記キーパッドアレイの前記複数のキーパッドが、それら複数のキーパッドに共通する１枚のメンブレンを備えている請求項１４記載のスイッチデバイス。
【請求項１７】
前記メンブレンが、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である請求項１６記載のスイッチデバイス。
【請求項１８】
パッド構造部及びスプリング構造部を更に備え、前記導電性ピル、前記パッド構造部、及び前記スプリング構造部の全てが、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である請求項１４記載のスイッチデバイス。
【請求項１９】
前記導電性ピルが、前記開位置と前記閉位置との間を移動する際に軸心の回りに回転する請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項２０】
前記導電性ピルが、前記開位置と前記閉位置との間を移動する際に３次元的に傾動する請求項１記載のスイッチデバイス。
【請求項２１】
キーパッドデバイスにおいて、
導電性を有する第１端子と、
導電性を有する第２端子と、
パッド構造部と、
スプリング構造部と、
開位置と閉位置との間を移動可能な導電性ピルとを備え、
前記閉位置において前記第１端子と前記第２端子とは短絡状態とされ、
前記開位置において前記第１端子と前記第２端子とは非短絡状態とされ、
前記導電性ピル、前記パッド構造部、及び前記スプリング構造部の全てが、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である、
ことを特徴とするキーパッドデバイス。
【請求項２２】
前記樹脂ホスト材料の重量に対する前記導電性材料の重量比が約０．２０〜約０．４０の範囲内にある請求項２１記載のキーパッドデバイス。
【請求項２３】
前記導電性材料が金属粉体から成る請求項２１記載のキーパッドデバイス。
【請求項２４】
前記導電性材料が非金属粉体から成る請求項２１記載のキーパッドデバイス。
【請求項２５】
前記非金属粉体が、カーボン、グラファイト、またはアミン系材料の粉体である請求項２４記載のキーパッドデバイス。
【請求項２６】
前記導電性材料が、金属粉体と非金属粉体との混合物から成る請求項２１記載のキーパッドデバイス。
【請求項２７】
前記導電性材料が、極細の導電性ファイバから成る請求項２１記載のキーパッドデバイス。
【請求項２８】
前記導電性材料が、導電性粉体と導電性ファイバとの混合物から成る請求項２１記載のキーパッドデバイス。
【請求項２９】
導電性を有する前記第１端子及び前記第２端子の少なくとも一方が、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である請求項２１記載のキーパッドデバイス。
【請求項３０】
スイッチデバイスにおいて、
導電性端子と、
開位置と閉位置との間を移動可能な導電性ピルとを備え、
前記導電性端子と前記導電性ピルとの間の容量結合の大きさは、前記開位置における容量結合の大きさより前記閉位置における容量結合の大きさの方が大きくなるようにしてあり、
前記導電性ピルは、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である、
ことを特徴とするスイッチデバイス。
【請求項３１】
前記樹脂ホスト材料の重量に対する前記導電性材料の重量比が約０．２０〜約０．４０の範囲内にある請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項３２】
前記導電性材料が金属粉体から成る請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項３３】
前記導電性材料が非金属粉体から成る請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項３４】
前記非金属粉体が、カーボン、グラファイト、またはアミン系材料の粉体である請求項３３記載のスイッチデバイス。
【請求項３５】
前記導電性材料が、金属粉体と非金属粉体との混合物から成る請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項３６】
前記導電性材料が、極細の導電性ファイバから成る請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項３７】
前記導電性材料が、導電性粉体と導電性ファイバとの混合物から成る請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項３８】
前記キーパッドが、キーボードデバイスに装備された複数のキーパッドから成るキーパッドアレイの一部である請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項３９】
前記キーパッドアレイの前記複数のキーパッドが、それら複数のキーパッドに共通する１枚のメンブレンを備えている請求項３８記載のスイッチデバイス。
【請求項４０】
前記メンブレンが、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である請求項３９記載のスイッチデバイス。
【請求項４１】
パッド構造部及びスプリング構造部を更に備え、前記導電性ピル、前記パッド構造部、及び前記スプリング構造部の全てが、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である請求項３８記載のスイッチデバイス。
【請求項４２】
前記導電性ピルが、前記開位置と前記閉位置との間を移動する際に軸心の回りに回転する請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項４３】
前記導電性ピルが、前記開位置と前記閉位置との間を移動する際に３次元的に傾動する請求項３０記載のスイッチデバイス。
【請求項４４】
スイッチデバイスの製作方法において、
導電性フィラー充填樹脂系材料を用意し、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料であり、
モールド成形法を用いて前記導電性フィラー充填樹脂系材料を成形することで、導電性端子と、開位置と閉位置との間を移動可能な導電性ピルとを備えたスイッチデバイスにおける、導電性ピルを形成する、
ことを特徴とするスイッチデバイスの製作方法。
【請求項４５】
前記樹脂ホスト材料の重量に対する前記導電性材料の重量比を約０．２０〜約０．４０の範囲内とする請求項４４記載のスイッチデバイスの製作方法。
【請求項４６】
前記導電性材料を導電性粉体とする請求項４４記載のスイッチデバイスの製作方法。
【請求項４７】
前記導電性材料を極細の導電性ファイバとする請求項４４記載のスイッチデバイスの製作方法。
【請求項４８】
前記導電性材料を導電性粉体と導電性ファイバとの混合物とする請求項４４記載のスイッチデバイスの製作方法。
【請求項４９】
前記モールド成形法が、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料を成形型の中へ注入し、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料を硬化させ、
前記導電性ピルを前記成形型から取り出す、
ことから成る請求項４４記載のスイッチデバイスの製作方法。
【請求項５０】
前記モールド成形法が、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料をチャンバの中に充填し、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料を、成形開口を介して前記チャンバから押し出し、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料を硬化させて前記導電性ピルを形成する、
ことから成る請求項４４記載のスイッチデバイスの製作方法。
【請求項５１】
前記押し出し工程により前記導電性フィラー充填樹脂系材料のロッドを形成し、更に、前記押し出し工程により形成した前記導電性フィラー充填樹脂系材料のロッドを切断して前記導電性ピルを形成する請求項５０記載のスイッチデバイスの製作方法。
【請求項５２】
前記導電性フィラー充填樹脂系材料の表面に金属層を更に形成する請求項４４記載のスイッチデバイスの製作方法。
【請求項５３】
メッキ法またはコート層形成法を用いて前記導電性フィラー充填樹脂系材料の表面に前記金属層を形成する請求項５２記載のスイッチデバイスの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キー作動機構などのスイッチデバイスに関する。より詳しくは、本発明は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作するようにしたキー作動機構などのスイッチデバイス作動機構に関するものであり、その導電性フィラー充填樹脂系材料は、モールド成形が完了した時点で、極小の導電性粉体、または極細の導電性ファイバ、またはそれらの混合物が、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散した状態となっている材料である。この製作方法によれば、ＥＭＦスペクトル領域ないし電子スペクトル領域において大きな有用性を発揮する、導電性を備えた構成部品ないし材料が得られる。
【０００２】
本件特許出願は、米国特許仮出願第60/463,368号（2003年4月16日出願）に基づく優先権、並びに、米国特許仮出願第60/484,458号（2003年7月2日出願）に基づく優先権を主張するものであり、それら２件の米国特許仮出願の内容は、この言及をもってそれらの全体が本願開示に組込まれたものとする。
【０００３】
本件特許出願の基礎米国出願は、米国特許出願第10/309.429号（2002年12月4日出願、整理番号：INT01-002CIP）の一部継続出願であり、該米国特許出願第10/309.429号の内容もまた、この言及をもってその全体が本願開示に組込まれたものとする。更に、該米国特許出願第10/309.429号は、米国特許出願第10/075,778号（2002年2月14日出願、整理番号：INT01-002）の一部継続出願であり、該米国特許出願第10/075,778号は、米国特許仮出願第60/317,808号（2001年9月7日出願）に基づく優先権、同じく第60/269,414号（2001年2月16日出願）に基づく優先権、及び同じく第60/317,808号（2001年2月15日出願）に基づく優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００４】
キー作動機構などの電気スイッチデバイスは、非常に多くの用途に用いられている。電気スイッチは、しばしば、直接的な制御手段として使用されており、その場合の制御対象は、種々の機械、種々の機構、コンピュータ、工作機械ないし加工装置、それに通信機器など多岐に亘っている。キー作動機構の用途には、標準的なコンピュータ用キーボード、移動電話ないし固定電話の端末である電話機、工業用の各種制御装置、ヒューマン−マシン−インターフェース、計算機、楽器、それにPDAデバイスなどがあり、更にその他の多くの用途が存在している。また、更にその他の単純な種々のスイッチが、コンピュータ用マウス、様々な器具、コンピュータ用ジョイスティック、様々な機械の手動操作用スイッチ、それに操縦ハンドルなどをはじめとする、多くの用途に用いられている。
【０００５】
あらゆるスイッチは、開状態と閉状態との２つの状態のうちの一方を選択的に取り得るという点において、本質的に二値トランスデューサであるといえる。スイッチは、開状態においては、そのインピーダンスが略々無限大となっている。閉状態にすると、そのインピーダンスが略々ゼロにまで低下する。スイッチが持つこの二値的性質は、デジタルコンピューティング技術にとって極めて好都合であり、なぜならば、スイッチが取り得る２つの状態を、夫々、「０」を表す状態と、「１」を表す状態とに割り当てることができるからである。
【０００６】
従来より様々な方式のスイッチが使用されている。それらのうち、接点式スイッチは、導電性部材どうしの直接的接触によって回路を開閉するようにしたものである。この方式は、室内照明用スイッチなどに採用されている。また、この方式のスイッチにおいて直接的接触をする導電性部材は、例えば、金属線、金属材料で形成されたパターン、金属製ブラシ、それに金属製タブなどで構成されている。更に、直接的接触によって導電経路を確立するための手段として、液体金属を使用したものもあり、例えば水銀スイッチなどがそれに該当している。スイッチ方式のうちには更に、非接触式ないし間接的接触式のスイッチ方式がある。例えば、磁気リードスイッチ、ホール効果スイッチ、フェライトコアスイッチなどは、磁気を利用して導電経路の断接を制御するようにしたものである。また、非接触式のスイッチ方式のうちで特に重要な方式として、容量スイッチ方式がある。容量スイッチでは、そのスイッチが取り得る２つの異なった容量値が、開状態と閉状態とに対応する。そして、検出回路を用いて、スイッチの容量値を判別することで、そのスイッチの状態を判別するようにしている。
【０００７】
以上のような様々な方式のスイッチ機構がある中で、本発明にとって特に重要であるのは、キーパッドに採用されているスイッチ機構である。キーパッドのスイッチ機構には、直接的接触式（導体と導体とを接触させる方式）のものと、間接的接触式または非接触式（容量方式）のものとがある。どちらの方式であれ、キー入力のためのスイッチ機構は、第１導電性部材と第２導電性部材とを備えており、第１導電性部材は、通常、キーパッドの底面に設けられ、一方、第２導電性部材は、通常、複数のキーパッドから成るキーパッドアレイを支持している回路基板の、対応するキーパッドの直下の位置に設けられる。直接的接触式のキー作動機構では、キーパッドを押下したならば、キーパッド側の第１導電性部材が、回路基板上のマトリクス回路の一部を形成している第２導電性部材に接触し、それによって回路が閉成される。そして、デジタルデコーディング用集積回路が、その閉成された回路をデコードして、どのキーが押下されたかを判別する。一方、非接触式、即ち容量方式のキー作動機構では、キーパッドを押下することによって第１導電性部材と第２導電性部材との間の距離が減少することを利用している。ここで、第１導電性部材と第２導電性部材とは、１個のキャパシタの２枚の極板を構成している。キーパッドを押下したならば、そのキャパシタの両極板間の距離が減少するため、回路基板上のマトリクス回路のうちの、そのキーパッドに対応した位置における容量が増大する。そして、デジタルデコーディング用集積回路が、例えばＲＣ時定数を測定することによって、その容量の変化を検出するようにしている。
【０００８】
直接的接触式のスイッチ方式でも、非接触式のスイッチ方式でも、キーパッドに設ける接点の材料や、回路基板上に形成するマトリクス回路の材料として使用する導電性材料には、特段の相違はなく、例えば、銅、銀、金などの金属材料や、導電性インク、それに、カーボンピルなどが使用されている。導電性インクは、通常、シルクスクリーン印刷法を用いて、回路基板上、及び／または、キーパッドの底面に印刷するようにしている。カーボンピルは、通常、キーパッドの下面に設けられる。カーボンピルは、カーボン製の、より詳しくはグラファイト製の、錠剤の形状をした部材であり、キーパッドに半ば埋め込むようにして取付けられる。また、カーボンピルのうちには、シリコンラバーにカーボンを充填して形成したものもある。
【０００９】
その他の種類のスイッチ作動機構であって、本発明にとって重要なものとしては、例えば、ロータリースイッチ、トグルスイッチ、押ボタンスイッチ、それにシーソースイッチなどがあり、シーソースイッチは、照明用スイッチなどに使用されている。これらのスイッチ作動機構のスイッチ接点は、金属製の接点どうしが直接的に接触するようにしたものが圧倒的に多く、導電性インクやカーボンピルを使用したものは、ときどき見かける程度のものである。
【００１０】
従来より、キー作動機構などの電気スイッチデバイスに関する発明が幾つも提案されている。米国特許出願公開第2001/0025065号公報（Matsumora）には、エンコーダスイッチが教示されており、そのエンコーダスイッチは、表面に導電性樹脂から成るパターンを形成した回転コードディスクを備えている。導電性樹脂は、銀の粉体、または、銀をコーティングしたカーボンのビーズ、またはそれら両方を、樹脂材料に充填して成るものである。また、コードディスクのパターンに接触する燐青銅製のブラシを使用している。米国特許出願公開第2003/0203668号公報（Cobbley et al.）には、電気接続デバイスが開示されている。その電気接続デバイスは、樹脂と触媒とを混合した導電性の混合系を２枚の導電性板材の間に挟んで構成したものである。２枚の板材を互いに押し付けると、樹脂に充填されている導電性粒子の周囲の絶縁コーティングが破壊されて、導電性粒子が露出する。そして、こうして露出した導電性粒子によって導電経路が形成される。米国再発行特許第34,642号公報（Maenishi et al.）には、接点式の電気スイッチデバイスが開示されており、その電気スイッチデバイスは、その一部が導電性樹脂で構成されている。米国特許第6,362,976号公報（Winters et al.）には、シリコン製ドームと、その上方に配設したシリコン製ボタンとで構成されたキーパッドが記載されている。シリコン製ボタンを押下すると、そのシリコン製ボタンがシリコン製ドームを変形させ、それによって、プリント回路基板上に形成されている２つのパターンに、カーボンピルが接触する。接触したカーボンピルにより、それら２本のパターンが短絡状態になる。米国特許第4,503,410号公報（Hochreutiner）には、２個の接点ピルを備えた電磁リレーデバイスが記載されており、それら接点ピルは、導電性及び透磁性を有する材料で形成されている。
【００１１】
本発明の重要な目的の１つは、効果的なキー作動機構などのスイッチデバイスを提供することにある。
本発明の更なる目的は、キー作動機構などのスイッチデバイスの製作方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の更なる目的は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作したキー作動機構などのスイッチデバイスを提供することにある。
本発明の更なる目的は、製作コストが低廉なキー作動機構などのスイッチデバイスを提供することにある。
【００１３】
本発明の更なる目的は、閉状態における抵抗が小さいキー作動機構などのスイッチデバイスを提供することにある。
本発明の更なる目的は、長寿命のキー作動機構などのスイッチデバイスを提供することにある。
【００１４】
本発明の更なる目的は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作したキー作動機構などのスイッチデバイスであって、その導電性フィラー充填樹脂系材料の表面に金属層を形成することによって、抵抗に関する特性、寿命に関する特性、ないしは外観性などを変化させることのできるキー作動機構などのスイッチデバイスを提供することにある。
【００１５】
本発明の更なる目的は、様々な形態の導電性材料を充填した導電性フィラー充填樹脂系材料でキー作動機構などのスイッチデバイスを製作することのできる、キー作動機構などのスイッチデバイスの製作方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の更なる目的は、布状材料の形態の導電性フィラー充填樹脂系材料でキー作動機構などのスイッチデバイスを製作するようにした、キー作動機構などのスイッチデバイスの製作方法を提供することにある。
【特許文献１】米国特許出願公開第2001/0025065号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第2003/0203668号公報
【特許文献３】米国再発行特許第34,642号公報
【特許文献４】米国特許第6,362,976号公報
【特許文献５】米国特許第4,503,410号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は以上の目的に鑑み、次のごときスイッチデバイスを提供するものである。このスイッチデバイスは、導電性を有する第１端子と、導電性を有する第２端子と、導電性ピルとを備えている。前記導電性ピルは、開位置と閉位置との間を移動可能である。前記閉位置において前記第１端子と前記第２端子とは短絡状態とされる。前記開位置において前記第１端子と前記第２端子とは非短絡状態とされる。前記導電性ピルは、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である。
【００１８】
また更に、本発明は以上の目的に鑑み、次のごときキーパッドデバイスを提供するものである。このキーパッドデバイスは、導電性を有する第１端子と、導電性を有する第２端子と、パッド構造部と、スプリング構造部と、導電性ピルとを備えている。前記導電性ピルは、開位置と閉位置との間を移動可能である。前記閉位置において前記第１端子と前記第２端子とは短絡状態とされる。前記開位置において前記第１端子と前記第２端子とは非短絡状態とされる。前記導電性ピル、前記パッド構造部、及び前記スプリング構造部の全てが、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である。
【００１９】
また更に、本発明は以上の目的に鑑み、次のごときスイッチデバイスを提供するものである。このスイッチデバイスは、導電性端子と、導電性ピルとを備えている。前記導電性ピルは、開位置と閉位置との間を移動可能である。前記導電性端子と前記導電性ピルとの間の容量結合の大きさは、前記開位置における容量結合の大きさより前記閉位置における容量結合の大きさの方が大きくなるようにしてある。前記導電性ピルは、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である。
【００２０】
また更に、本発明は以上の目的に鑑み、次のごときスイッチデバイスの製作方法を提供するものである。この製作方法においては、導電性フィラー充填樹脂系材料を用意し、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である。そして、モールド成形法を用いて前記導電性フィラー充填樹脂系材料を成形することで、導電性端子と、開位置と閉位置との間を移動可能な導電性ピルとを備えたスイッチデバイスにおける、導電性ピルを形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作するようにしたキー作動機構などの電気スイッチデバイスに関するものであり、その導電性フィラー充填樹脂系材料は、モールド成形が完了した時点で、極小の導電性粉体、または極細の導電性ファイバ、またはそれらの混合物が、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散した状態となっている材料である。
【００２２】
本発明における導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料に導電性フィラーを充填することによって、その樹脂材料を、絶縁性材料ではなく導電性材料としたものである。樹脂材料は、モールド成形法を用いて形成する構成部品に、必要とされる強度を付与するための構造材料としての役割を果たすものである。また、モールド成形の工程において、極細の導電性ファイバ、または極小の導電性粉体、またはそれらの混合物が、樹脂材料の中に均一に分散することによって、導電性を備えた材料となるようにしたものである。
【００２３】
この導電性フィラー充填樹脂系材料は、押出成形法をはじめとする様々なモールド成形法を用いて、殆どいかなる形状及び寸法にも成形することができるものである。モールド成形法を用いて製作した導電性フィラー充填樹脂系材料に対して、更に加工を施すことも可能であり、例えば、射出成形法や押出成形法などを用いて製作した板状または棒状の導電性フィラー充填樹脂系材料に対して、切断加工、スタンピング加工、真空成形加工などを施すことも可能であり、また、オーバーモールド加工、積層加工、切削加工などを施して、所望の形状及び寸法に仕上げることも可能である。導電性フィラー充填樹脂系材料を使用して製作するキー作動機構などの電気スイッチデバイスの熱伝導特性ないし導電特性は、使用する導電性フィラー充填樹脂系材料の材料組成に影響される。導電性フィラー充填樹脂系材料の機械特性や電気特性をはじめとする様々な物理特性を、所望の特性にするには、導電性フィラー充填樹脂系材料に充填する導電性フィラーの充填量、即ちドープ量に関するパラメータを調節するとよい。キー作動機構などの電気スイッチデバイスを製作するために使用する成分材料を選定したならば、それら成分材料をモールド成形の工程で均一に混合するようにし、また、その際のモールド成形法としては、射出成形法、オーバーモールド法、熱硬化成形法、押出成形法、等々の方法を用いることができる。これによって得られる２Ｄ、３Ｄ、４Ｄ、及び５Ｄ構造に関する特性、モールド成形特性、それに電気特性は、種々の利点をもたらすものであり、それら利点のうちには、モールド成形法を用いて実際の構成部品を製作することによって得られる機械特性及び電気特性に関する利点や、モールド成形法を用いて製作した構成部品ないし材料の内部に形成される網状の導電構造に関するポリマーの物性に関する利点などが含まれる。
【００２４】
この導電性フィラー充填樹脂系材料を使用して、キー作動機構などの電気スイッチデバイスを製作することによって、材料コスト及び設計コストを大幅に低減でき、またそれと共に、導電性フィラー充填樹脂系材料は所望の形状及び寸法に成形できることから、寸法誤差を非常に小さな許容範囲内に維持するために必要となる製作コストも大幅に低減することができる。更に、従来の一般的な成形法を用いて、無数の様々な形状及び寸法のキー作動機構などの電気スイッチデバイスを製作することができ、用いることのできる一般的な成形法としては、射出成形法、オーバーモールド法、押出成形法、及びその他の方法がある。モールド成形法を用いて成形した時点での、導電性フィラー充填樹脂系材料の抵抗率の実用的な望ましい範囲は、約５オーム／スクエア〜約２５オーム／スクエアの範囲であるが、ただしこれに限られるものではなく、抵抗率の値をこの範囲から外れた値とすることもある。抵抗率の値を変更するには、導電性フィラーのドープ量に関するパラメータを変更するようにしてもよく、また、使用する樹脂材料の種類を変更するようにしてもよい。
【００２５】
この導電性フィラー充填樹脂系材料は、極小の導電性粉体、または極細の導電性ファイバ、またはそれらの混合物を、樹脂材料の中に充填して成る材料であり、充填された導電性フィラーは、モールド成形の工程において、その樹脂材料の中に均一に分散され、これによって、製作が容易で、低コストで、導電性に優れ、しかも寸法誤差の小さな、構成部品ないし回路を製作することが可能となっている。極小の導電性粉体としては、例えば、カーボンパウダー、グラファイトパウダー、それにアミンパウダーなどの粉体、及び／または、ニッケル、銅、銀、それにメッキ粉体などの金属粉体を用いることができる。カーボンパウダーやグラファイトパウダーを使用した場合には、それによって、低レベル電子交換が更に行われるようになり、また、カーボンパウダーやグラファイトパウダーを、極細の導電性ファイバと併用した場合には、導電性ファイバにより形成される微細な網状の導電構造の内部に、極小の導電性フィラーであるそれらパウダーが入り込むために、更に導電性が高まり、またそれと共に、それらパウダーが、モールド成形機の潤滑剤としての機能も果たすことになる。極細の導電性ファイバとしては、例えば、ニッケルメッキしたカーボンファイバ、ステンレス鋼ファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、等々を用いることができ、また、それらのうちの２種類以上を混合して用いるようにしてもよい。構造材料としての機能を果たす樹脂材料としては、例えば、任意のポリマー系樹脂材料などを用いることができる。構造材料としての機能を果たす樹脂材料としては、例えば、GE PLASTICS社（米国、マサチューセッツ州、Pittsfield）が製造している幾つかのポリマー樹脂、同じくGE PLASTICS社が製造しているその他の一連の樹脂材料、その他のメーカーが製造している一連の樹脂材料、GE SILICONES社（米国、ニューヨーク州、Waterford）が製造している幾つかのシリコーン材料、それに、その他のメーカーが製造している、可撓性を有する幾つかの樹脂系ラバー複合材料などを用いることができ、更にその他にも、使用可能な様々な樹脂材料がある。
【００２６】
極小の導電性粉体、または極細の導電性ファイバ、またはそれらの混合物を充填して成る構造材料であるこの導電性フィラー充填樹脂系材料は、射出成形法、オーバーモールド法、押出成形法などをはじめとする、一般的な種々のモールド成形法を用いて、所望の形状及び寸法に成形することができる。また、モールド成形法を用いて成形した導電性フィラー充填樹脂系材料に対しては、必要に応じて更に、スタンピング加工、切断加工、切削加工などを施すことができ、それによって、所望の形状ファクタを備えたヒートシンクを形成することができる。樹脂材料に充填する微細な導電性フィラーの配合構造と、その配向方向とは、キー作動機構などの電気スイッチデバイスの電気特性及び機械特性に影響を及ぼすものであり、それら配合構造ないし配向方向は、成形型の構造、成形機のゲート部の構造、及び／または、成形機の押出部の構造を適宜設計することにより、或いはまた、モールド成形の工程の実施方式を適宜定めることにより、精密に制御することができる。更にまた、導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料とする樹脂材料には、その導電性フィラー充填樹脂系材料が、例えば非常に高い融点を有することや、非常に大きな熱伝導率を有することなどをはじめとする、望ましい熱特性を備えたものとなるような樹脂材料を選択するとよい。
【００２７】
樹脂系積層材料を製作することも可能であり、それには、例えば、極細のステンレス鋼ファイバなどの導電性ファイバを、連続的に編み上げるか、またはランダムに絡み合わせることによって、布状の材料を形成する。そして、その導電性ファイバで形成した布状の材料を、例えばテフロン（登録商標）、ポリエステル、或いはその他の樹脂系の可撓性を有する材料ないしは剛性を有する材料と貼り合わせるなどすればよく、このようにして製作する積層材料は、充填する導電性ファイバの含有量、配向方向、及び形状を適宜選定することによって、導電性及び可撓性に優れた布状材料とすることができる。このような布状材料で製作したキー作動機構などの電気スイッチデバイスは、衣服に縫い込むことも可能であり、また、ゴム材料やプラスチック材料などの樹脂材料に埋め込むことも可能である。導電性ファイバを編み上げたもの、または絡み合わせたものを、積層材料または布状材料の構成要素である導電性材料として使用するときには、その導電性ファイバの直径を、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内のものとし、また一般的には、約８μｍ〜約１２μｍの範囲内、即ち約１０μｍの前後の範囲内のものとするのがよく、また、長手方向に継ぎ目のない導電性ファイバ、または長手方向に重なり部を有する導電性ファイバとするのがよい。
【００２８】
本発明の導電性フィラー充填樹脂系材料は、腐蝕及び／または金属電触に対する耐性を備えた材料とすることができ、それには、極細の導電性ファイバ及び／または極小の導電性粉体、並びにホスト材料とする樹脂材料として、腐蝕及び／または金属電触に対する耐性を有する材料を選択すればよい。例えば、耐腐蝕性及び／または耐金属電触性を有する樹脂材料に、ステンレス鋼ファイバと、カーボンファイバないしカーボンパウダとを組合せた場合には、それによって、耐腐蝕性及び／または耐金属電触性を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料が得られる。
【００２９】
ホスト材料とする樹脂材料の中に、極細の導電性ファイバ及び／または極小の導電性粉体を均一に混合することを、本明細書では「ドープする」と表現する。このプロセスは、一般的には非導電性材料であるところの、ホスト材料とする樹脂材料を、それに導電性フィラーを均一に混合することによって導電性材料に転換するプロセスである。そして、このプロセスは、半導体デバイスの分野では周知の、ドナーイオンやアクセプタイオンを注入することでシリコンなどの半導体材料を導電性材料に転換するドーピングプロセスと、同様のプロセスである。それゆえ、本発明に関しては、一般的には非導電性材料であるところの、ホスト材料とする樹脂材料を、それに極細の導電性ファイバ及び／または極小の導電性粉体を均一に混合することによって導電性材料に転換することを、「ドープする」という用語を用いて言い表すのである。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示した図である。この図には、本発明の幾つかの重要な特徴が示されており、それら特徴について以下に説明して行く。図１に示したのはキーボード作動機構である。キーボード１０が示されている。この種のキーボード１０はコンピュータシステムの入力機器として非常にありふれたものである。図示したキーボード１０は標準的な文字入力用のキーボードであるが、ただし本発明に係るキーボードは、キーパッドを用いた様々な形態の入力デバイスとして構成することができ、例えば、移動電話ないし固定電話の端末である電話機、工業用の各種制御装置、ヒューマン−マシン−インターフェース、計算機、楽器、それにPDAデバイスなどに装備される入力デバイスなどとすることも可能である。キーボード１０は、アレイ状に列設した複数のキー作動機構１２を備えている。ここでいうキー作動機構１２は、キーパッドであり、従ってこのキーボード１０は、複数のキーパッドから成るキーパッドアレイを備えている。アレイ状に列設する複数のキーの配列は、具体的な個々の用途に適した配列とすればよい。通常のコンピュータ用キーボードでは、アルファベットの文字を、伝統的なQWERTY配列としたものが用いられている。
【００３１】
キーパッドアレイの下方に、マトリクス回路が設けられている。マトリクス回路は、複数の回路を格子状に配列して成るものであり、個々の回路は、対応する個々のキーの直下に位置しており、このマトリクス回路によって、どのキーが押下されたかを判別する（デコードする）ようにしている。直接的接触式のキーボードでは、図１の下方の図に示したように、各キーの直下の位置で回路が分断されている。図１の下方の図は、「Ｂ」のキーに対応した回路を示したものである。この回路は、第１導体１８’と第２導体１８”とを備えており、それら導体は、互いに入り込むように組合わされているが、互いに接続はしていない。キーパッド１２を押下すると、このキーパッド１２の導電性接点ピル１５が、第１導体１８’と第２導体１８”との両方に接触し、それによって「Ｂ」回路が閉成される。こうして「Ｂ」回路が閉成されたことを、集積回路で構成されたデコード回路（不図示）が検出して、そして、例えばASCIIコードなどのデジタルコードを、コンピュータのＣＰＵへ送出する。
【００３２】
図１におけるキーパッドの断面図は、このデバイスのキーの構成部品どうしの相対的な位置関係を示したものである。キーマトリクス回路１９は、回路基板１９の表面に線状の導電パターン１８を形成することで構成したものである。キーパッド１２は、パッド構造部１４と、接点ピル構造部１５と、スプリング構造部１７とを備えている。また更に、キーパッド１２が、アウターシェル構造部１３を備えているようにしてもよい。パッド構造部１４は、オペレータがキーを打つ際に実際にそれを打つところの対象物である。接点ピル構造部１５は、開回路として形成されている導電パターン１８’及び１８”を互いに短絡状態にするための導電性端子として機能するものである。スプリング構造部１７は、キーパッドをキーマトリクス平面１９の上方に保持するための物理的な力を提供し、また、適当な抵抗力を発揮することでオペレータがデータ入力する際の「感触」を発生させ、更に、キーを打った後にキーパッド１２を通常位置（開位置）へ復帰させるためのものである。アウターシェル構造部１３は、環境に対する防護、文字の表示、外観性、それに手触りなどの、キー表面に必要とされる種々の特性を適切化するためのものである。
【００３３】
この第１の好適な実施の形態におけるキーパッドは、図に示したように、ドーム形の弾性部材として形成されており、直接的接触式の機構を備えている。本明細書においては、キーパッド１２を、ドーム形弾性キーパッドと呼んでいるが、その理由は、パッド構造部１４とスプリング構造部１７とを一体化して、弾性材料から成る単一のドーム形の構造体として形成したものだからである。より詳しくは、この好適な実施の形態においては、パッド構造部１４、スプリング構造部１７、及び接点ピル構造部１５の全てが、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。また、その導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料とする樹脂材料には、例えば、・・・・・・・・・・・・・・・などの、スプリング構造部１７に必要とされる弾性特性を備えた樹脂材料を選択するようにしている。そのような樹脂材料を選択したならば、続いて、その樹脂材料に、本明細書において先に説明したように、極細の導電性ファイバ及び／または極小の導電性粉体を均一に混合して、導電性フィラー充填樹脂系材料を調製する。そして、モールド成形法を用いてその導電性フィラー充填樹脂系材料を成形することにより、キーパッド１２のパッド構造部１４、スプリング構造部１７、及び接点ピル構造部１５を一体化した、単一部品を形成する。
【００３４】
こうして形成したキーパッド構造体は、従来のキーパッドと比べて、数々の利点を備えたものである。それら利点のうちでも特に、内部構造部１４、１５、及び１７を一体化して単一部品としたため、１回のモールド成形法でそれら構造部を形成することができ、それら構造部を互いに組付ける工程が不要であることから、製造コストを低く抑えられるということがある。また更に、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成する接点ピル１５は、その導電性フィラー充填樹脂系材料に充填する導電性材料（導電性フィラー）のドープ量を調節することによって、その電気特性を最適化できるということがある。例えば、導電性フィラー充填樹脂系材料で接点ピル１５を形成することによって、その接点ピル１５の抵抗値を、約１オームという低い値にすることも可能である。これに対して、カーボンで形成するカーボンピルの抵抗値は、約２００オーム程度である。また、従来のカーボンピルは、反復操作回数が約百万サイクル程度に達すると摩耗により使用不能となっていた。これに対して、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成したピル１５は、はるかに摩耗量が少なく、「無摩耗ピル」といってもよい程である。また更に、本発明におけるドーム形弾性構造体は、スプリング構造部１７を形成している導電性フィラー充填樹脂系材料が、優れた材料特性を有するため、動作寿命が長い。また、この導電性フィラー充填樹脂系材料は、腐蝕するおそれもなく、電触によって故障するおそれもない。以上のことは、従来のキーパッドと比べたとき、大きな利点というべきものであり、また特に、金属製の端子を備えたキーパッドや、機械的構造を備えたキーパッドと比べたときに、顕著な利点というべきものである。尚、アウターシェル構造部１３を備えた構成とする場合には、オーバーモールド法を用いて、内側構造部１４、１５、１７の上にアウターシェル構造部１３を形成するようにしてもよく、また逆に、先にアウターシェル構造部１３を製作しておき、その上にオーバーモールド法を用いて内側構造部１４、１５、１７を形成するようにしてもよい。
【００３５】
以上に加えて、更にマトリクス回路基板１９上の導電パターン１８も、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成するようにしてもよい。その場合には、例えば、導電パターン１８、即ち配線パターンを、オーバーモールド法を用いて絶縁基板１９の表面に形成するようにするとよい。図１４は、ドーム形弾性キーパッドの具体的な構成例を、等角図法によって示した図である。この構成例は、図示のごとく、キートップ５００と、プランジャ部５０４と、保護ベゼル部と、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した導電性弾性部材５１２と、プリント回路基板５２０とを備えている。
【００３６】
図７は、本発明の第２の好適な実施の形態を示した図である。この図に示したのは、その動作方式を容量接点式とした、ドーム形弾性キーパッド１００である。第１の実施の形態と同様に、この第２の実施の形態においても、パッド構造部１０２、スプリング構造部１１２、及び接点ピル構造部１０４が一体化されて単一部材とされ、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。また、更にアウターシェル構造部１０１を備えた構成としてもよく、その場合には、一体化した内側構造部１０２、１０４、１１２の上に、オーバーモールド法を用いて、そのアウターシェル構造部１０１を形成するようにするとよい。ただし、この第２の実施の形態では、キーパッドが閉位置にあるときにも、即ちキーパッドが押下された状態にあるときにも、接点ピル１０４とマトリクス回路基板１０８上の導電パターン１０６とは接触していない。即ち、開位置にあるときには、接点ピル１０４と導電パターン１０６とは、第１距離Ｄ１だけ離隔している。そして、閉位置にあるときには、接点ピル１０４と導電パターン１０６とは、第１距離Ｄ１よりも小さい第２距離Ｄ２だけ離隔している。その結果、導電パターン１０６と接点ピル１０４との間の容量結合の大きさは、開位置における容量結合の大きさより閉位置における容量結合の大きさの方が大きくなるようになっている。この実施の形態の構成例では、導電パターン１０６は、図１に示したような、２本の導電パターンを互いに入り込むように組合わせたものではなく、デコーダＩＣ（不図示）に接続した単なる閉回路として形成されている。このデコーダＩＣは、マトリクス回路の個々のキーの容量を検出することによって、キーストロークが発生したか否かを判定するものである。例えば、デコーダＩＣが、各マトリクス回路のＲＣ遅延量を測定して、大きな容量が（従って、キーストロークが）発生しているか否かを判定するようにすればよい。
【００３７】
内側構造部１０２、１０４、１１２が導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されているために、また特に、接点ピル１０４が導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されているために、この第２の実施の形態によっても、上で列挙した第１の実施の形態による利点及び特徴と同様の幾つもの利点及び特徴が得られる。ただし、それらに加えて、この第２の実施の形態では、その動作方式が容量接点式であるために、接点ピル１０４の機械的摩耗及び電気的摩耗が発生しないという利点も得られる。また、第１の実施の形態と同様に、導体パターン１０６も導電性フィラー充填樹脂系材料で形成するようにしてもよい。
【００３８】
図８は、本発明の第３の好適な実施の形態を示した図である。この実施の形態は、接点ピルを備えたキーボード作動機構であり、その接点ピルは、モールド成形法を用いて導電性樹脂系材料で形成したものである。一方、この実施の形態では、パッド構造部１５０及びスプリング構造部１５８は、導電性フィラー充填樹脂系材料以外の材料で形成するようにしている。例えば、パッド構造部１５０はポリエステル系材料などで形成し、スプリング構造部１５８はスチール製とするようにしてもよい。この実施の形態における重要な特徴は、接点ピル１５４が、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されているということである。
【００３９】
この第３の実施の形態を製作する際の、具体的な１つの製作方法について説明すると、先ず、モールド成形法として押出成形法を用いて、導電性フィラー充填樹脂系材料のロッドを形成する。続いて、押出成形法によって形成したそのロッドを所定の寸法に切断して接点ピル１５４を形成する。この接点ピルの形成方法は、例えば射出成形法を用いて所望の寸法の接点ピル１５４を形成する方法と比べたとき、切断工程が介在することから、その切断面に、極細の導電性ファイバ及び／または極小の導電性粉体が接触することで形成される網状の導電構造が、最大限に露出するということが利点となる。続いて、形成した接点ピル１５４を、パッド構造部１５０のサブアセンブリに圧入する。別法として、パッド構造部１５０を、オーバーモールド法を用いて接点ピル１５４の上に形成するようにしてもよい。この第３の実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、耐摩耗性に優れ、信頼性が高く、オン状態としたときの電気抵抗が小さく、耐腐蝕性ないし耐電触性に優れるという、幾つもの顕著な利点を有するものである。マトリクス回路基板１６２上に形成する導電パターン１６６も、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成するようにしてもよい。また、変更構成例として、この第３の実施の形態のキーパッドの構造を採用して、しかも、第２の好適な実施の形態と同様の容量接点式のキーパッドを構成するようにしてもよい。
【００４０】
図９は、本発明の第４の好適な実施の形態を示した図である。この実施の形態は、直接的接触式のメンブレン型キーボード作動機構であって、直接的接触式の導電性接点を備えており、その導電性接点は、導電性樹脂系材料で形成されている。一般的にメンブレン型キーボード作動機構は、キーパッドを環境から封止することが必要な用途に多用されている。例えば、家庭用器具、軍用機器、製造装置などであって、水、塵芥、それに化学薬品などが、キーパッドに接触するおそれのあるものなどが、メンブレン型キーボード作動機構の典型的な用途である。この好適な実施の形態では、キーパッドは、外側メンブレン層１７０と、スペーサ層１８２と、マトリクス回路基板１８４とを積層した積層構造を備えている。
【００４１】
外側メンブレン層１７０は、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。外側メンブレン層１７０を形成している導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料である樹脂材料には、可撓性を有する樹脂材料を使用しているため、この外側メンブレン層１７０は、押下することにより、変形させることができる。スペーサ層１８２は、絶縁性材料で形成されており、外側メンブレン層１７０と回路基板１８４とを互いに絶縁している。外側メンブレン層１７０は更に、各キー位置ごとに、接点ピル構造部１７８を備えている。外側メンブレン層１７０を導電性フィラー充填樹脂系材料で形成するようにしているため、接点ピル１７８の形状とする部分を、モールド成形法を用いて外側メンブレン層１７０に直接形成することが可能となっている。また、もし必要であれば、外側メンブレン層１７０の表面に更に、可撓性を有する外側絶縁層（不図示）を形成して、オペレータの手が触れる面を絶縁するようにしてもよい。
【００４２】
外部から力が加わっていない状態では、スペーサ層１８２によって、外側メンブレン層１７０に形成されている接点ピル構造部１７８と、回路基板１８８上に形成されているマトリクス回路の端子であるパッド１８８との間に、間隙１８６が確保されている。外側メンブレン層１７０が押下されると、導電性を有する接点ピル１７８が、マトリクス回路のうちの図中に１８８で示した部分に接触して、そのキーに対応した回路が閉成される。この構成の変更例として、容量式のキー構造とするようにしてもよく、その場合には、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した接点ピル１７８が、第３の実施の形態に関連して説明したように、マトリクス回路のパッド１８８に近接するだけで、接触しないようにしておけばよい。
【００４３】
このメンブレン型キーボード作動機構は、従来のメンブレン型キーボード作動機構と比べたときに、幾つもの利点を有するものである。先ず、外側メンブレン層１７０と接点ピル１７８とを一体化し、それらを１回のモールド成形工程で同一材料で形成するようにしたため、製造コストを低く抑えることが可能となっている。また、接点ピル１７８を導電性フィラー充填樹脂系材料で形成し、場合によっては更に、マトリクス回路のパッドも導電性フィラー充填樹脂系材料で形成するようにしたため、長寿命であり、操作時の電気抵抗が小さく、更に、腐蝕ないし電触によって悪影響を受けることもない。
【００４４】
図１０は、本発明の第５の好適な実施の形態を示した図である。この実施の形態は、間接的接触式のメンブレン型キーボード作動機構２００であって、直接的接触式の導電性接点２０８を備えており、その導電性接点２０８は、導電性樹脂系材料で形成されている。この実施の形態は、第１の実施の形態の特徴と、第４の実施の形態の特徴とを組合せることによって、ドーム形弾性キーパッドと同様の外観、感触、及び応答性を備えると共に、メンブレン型接点の対環境隔離性を備えたキーパッド２００を構成したものである。このドーム形弾性キーパッド構造体２００は、公知の様々な製作方法により製作することができる。図示例では、ドーム形弾性キーパッド構造体２００は、パッド構造部とスプリング構造部とを一体化した、単一の弾性部材２０４を備えている。また、このキーパッド構造体２００において、弾性部材２０４を導電性フィラー充填樹脂系材料で構成すれば、更に好ましい。
【００４５】
この実施の形態は、接点を間接的接触式としたものである。開位置にあるときには、スペーサ２２０によって、上側の接点ピル２０８と、回路基板２２４上に形成されているマトリクス回路のパッドである端子２１２との間に、間隙２１６が確保されている。キーパッド２０４を押下すると、外側メンブレン２２４が変形する。その結果、接点ピル２０８がマトリクス回路のパッド２１２に接触し、キーパッドが閉位置を取ることになる。この構成の変更例として、先に説明したように、近接式即ち容量式の接続が行われるようにしてもよい。接点ピル２０８は、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成することが好ましい。接点ピル２０８と、マトリクス回路の導電パターン２１２とを、共に導電性フィラー充填樹脂系材料で形成すれば更に好ましい。
【００４６】
図１１は、本発明の第６の好適な実施の形態を示した図である。この実施の形態は、本発明の新規な概念を更に拡張して構成したロータリースイッチ機構２５０であり、このロータリースイッチ機構２５０は、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成された直接的接触式の導電性接点２５８ａ〜２５８ｄを備えている。一般的にロータリースイッチは、複数の選択可能値ないし設定値のうちから１つの値をデジタル的に選択することが必要とされる用途などに多用されている。
【００４７】
ロータリースイッチは様々に構成し得るものであり、ここに具体例として示したロータリスイッチ２５０は、可能な構成のうちの１つの構成例を示したものである。セレクタ端子２７４が、端子を兼用する軸部材２７０に固定されている。セレクタ端子２７４は、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。また、セレクタ端子２７４は、耐腐蝕性ないし耐電触性に優れ、低コストであるなどの、導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料である樹脂材料によるところの機械的利点と、その樹脂材料の中に均一に分散した極細の導電性ファイバ及び／または極小の導電性粉体から成る網状の導電構造によって得られるところの、電気抵抗が小さいという利点とを兼ね備えている。セレクタ端子２７４は、軸２７０を中心として回転することによって、４個の外側端子２５８ａ〜２５８ｄのうちの１つを選択する。それら４個の外側端子２５８ａ〜２５８ｄも、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、そのため、セレクタ端子２７４と同じ利点を有するものとなっている。選択ノブ２６２は、樹脂材料などの絶縁性材料から成り、セレクタ端子に固定して取付けられている。絶縁材料から成る回路基板２５４が、ロータリースイッチ２５０の５個の端子を、互いに電気的に絶縁した状態で機械的に支持している。ハンダ付け可能なピン２６６ａ〜２６６ｄ及び２７０が、５個の端子２５８ａ〜２５８ｄ及び２７４に植設されている。図示した状態は、セレクタ端子２７４が、外側端子のうちの端子２５８ｄを選択した状態であり、その結果、セレクタ端子ピン２７０と、選択された外側端子の端子ピン２６６ｄとの間に、抵抗の小さな導電経路が確立されている。
【００４８】
図１２は、本発明の第７の好適な実施の形態を示した図である。この実施の形態は、ジョイスティックデバイス３００である。このジョイスティックデバイス３００は、直接的接触式の複数の導電性端子を備えており、それら導電性端子は本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。一般的にジョイスティックデバイスは、戦闘シミュレーションゲームの画面に映し出される対象物を制御するためにも用いられ、また、重機械や軍用車両などの現実の対象物を制御するためにも用いられるなど、数多くの用途に用いられるものである。ジョイスティックデバイス３００を操作するオペレータは、スティック３００を所望の方向へ倒すことによって、例えば、前進、後退、左移動、右移動などの方向制御命令などを入力することができる。図示例のジョイスティックデバイス３００は簡単な構成のものであり、前進、後退、左移動、及び右移動に対応した制御位置だけを有するものである。このジョイスティックデバイスは、グリップハンドル３００、可撓性を有する連結軸３２４、回路基板３２０、この回路基板３２０上に取付けられた方向端子３１２、３１６、３３０、３３４、それに、グリップハンドル３００に取付けられた接点端子３０４、３０６、３０８を備えている。グリップハンドルであるスティック３００を倒すと、例えばグリップハンドル側の左端子３０８が、それに対応した回路基板側の左端子３１６に接触する。その結果、導電パターン３１６’及び３１６”で構成された左回路が閉成される。そして、ジョイスティック３００が倒されたならば、それがどの方向に倒されたのかを、デコーダ回路が検出する。
【００４９】
この好適な実施の形態においては、グリップ側端子３０４、３０６、３０８が、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。これら端子３０４、３０６、３０８は、モールド成形法を用いて形成することにより、容易にグリップに設けることができる。また、グリップ３００と端子３０４、３０６、３０８とを、同一の導電性フィラー充填樹脂系材料で形成し、モールド成形法としては射出成形法を用いて、それらを一体部材として形成すれば、なお好ましい。更に、導電パターンにより形成される回路基板側端子３１６’、３１６”、３１２’、３１２”、３３０’、３３０”、３３４’、３３４”も導電性フィラー充填樹脂系材料で形成することが好ましく、また、モールド成形法としてオーバーモールド法を用いて、それらを回路基板３２０上に形成するようにすれば、なお好ましい。
【００５０】
図１３は、本発明の第８の好適な実施の形態を示した図である。この図に示したのは、複数の導電性端子を備えた押ボタンスイッチであり、それら導電性端子は、モールド成形法を用いて導電性樹脂系材料で形成したものである。図示した押ボタンスイッチ４００のような単純なスイッチは、二値信号制御を行う多くの用途に用いられている。また、このような単純なスイッチは、様々な構成とし得るものである。この図に示した具体例の押ボタンスイッチ４００は、ボタン４０４、シャシ４１６、プランジャ４２０、スプリング４２４、第１端子４３６、第１端子ブロック４２８、第２端子４４０、それに、第２端子ブロック４３２を備えている。この押ボタンスイッチ４００の動作は非常に単純である。スプリング４２４は、プランジャ４２０及びボタン４０４を上方位置、即ち開位置に維持するように付勢している。開位置にあるとき、プランジャ４２０は、第１端子ブロック４２８と第２端子ブロック４３２とのいずれにも接触していない。ボタンを押下すると、プランジャ４２０が下動させられ、このプランジャ４２０の下端が、第１端子ブロック４２８及び第２端子ブロック４３２に接触する。
【００５１】
この好適な実施の形態では、プランジャ４２０、または端子ブロック４２８、４３２、またはそれら両方を、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成するようにしている。そして、プランジャ４２０を下動させて、この単純なスイッチを閉状態にしたならば、第１端子４３６と第２端子４４０とが短絡状態になるようにしている。この場合、第１端子４３６と第２端子４４０とを接続する導電経路が、導電性フィラー充填樹脂系材料によって形成され、この導電経路は、抵抗が小さく、耐腐蝕性及び耐電触性を有するものである。
【００５２】
図１５に示したのは、本発明の第９の好適な実施の形態を示した図である。この図に示したのはシーソースイッチ５５０であり、複数の導電性接点５６０、５６４、５７６を備えており、それら導電性接点は導電性樹脂系材料で形成されている。このシーソースイッチ５５０は、中央支点５８０に取付けたスイッチ操作部材５５５を操作することで、左側端子５７３と右側端子５７２との一方を選択するようにしたものである。従来一般的に、シーソースイッチの端子５７２、５７３や、接点５７６、５６４、５６０などの、端子ないし接点は、金属材料製とされ、例えば銅などで形成されていた。これに対して、本発明では、左側端子５７３、右側端子５７２、接点５６０、５６４、及びスイッチ操作部材側端子５７６の全てを、本発明に係る導電性樹脂系材料で形成するようにしている。特にこの好適な実施の形態では、左側端子５７３、左側接点５６４、右側端子５７２、及び右側接点５６０が、モールド成形法を用いて、導電性樹脂系材料で形成されている。スイッチ操作部材５５５は、モールド成形法を用いて、非導電性樹脂系材料で形成することが好ましい。ただし、スイッチ操作部材５５５の底面の接点５７６は、導電性樹脂系材料で形成することが好ましい。例えば、接点５７６は、スイッチ操作部材５５５に機械的に圧入するようにしてもよく、或いは、オーバーモールド法を用いて、この接点５７６の上にスイッチ操作部材を形成するようにしてもよい。
【００５３】
導電性フィラー充填樹脂系材料の表面に金属層を形成するようにしてもよく、それによって、導電性フィラー充填樹脂系材料の様々な特性並びに外観性を変化させることができる。その金属層の形成方法としては、金属メッキ法やコート層形成法を用いることができる。特に、その形成方法として、金属メッキ法を用いる場合には、導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料であり構造材料としての機能を果たす樹脂材料に、金属メッキが可能な樹脂材料を選択するようにする。金属メッキ法によって表面に金属層を形成することのできるポリマー樹脂は数多く存在している。金属メッキが可能な樹脂系材料のほんの幾つかの例を挙げるならば、例えば、いずれもGE PLASTICS社の製品である、SUPEC（登録商標）、VALOX（登録商標）、ULTEM（登録商標）、CYCOLAC（登録商標）、UGIKRAL（登録商標）、STYRON（登録商標）、それにCYCOLOY（登録商標）などがある。金属層は、例えば、電気メッキ法によって形成することもでき、また、物理蒸着法によって形成することもできる。
【００５４】
以上に説明した導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料をホスト材料とし、その樹脂ホスト材料の中に、導電性粒体から成る極小の導電性粉体、または極細の導電性ファイバ、またはそれらの混合物を充填して成る材料である。図２は、導電性フィラー充填樹脂系材料の１つの実施の形態３２の断面を示した断面図であり、この実施の形態では、樹脂ホスト材料３０の中に、導電性粒体３４から成る粉体が充填されている。この実施の形態では、粉体を構成している導電性粒体３４の粒径Ｄは、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にある。
【００５５】
図３は、導電性フィラー充填樹脂系材料の別の１つの実施の形態３６の断面を示した断面図であり、この実施の形態は、樹脂ホスト材料３０の中に導電性ファイバ３８を充填したものである。導電性ファイバ３８の直径は約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあり、典型的には１０μｍ前後の範囲内、即ち、約８μｍ〜約１２μｍの範囲内にあるようにする。また、図３の実施の形態では、導電性ファイバ３８の長さは、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にある。導電性粒体３４ないし導電性ファイバ３８として用いる導電性材料は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、それに銀などの適当な金属材料などとすればよく、また、その他の導電性を有する適当なファイバ状の材料なども使用でき、２種類以上の材料を組合せて使用するようにしてもよい。そして、そのような導電性粒体や導電性ファイバを樹脂ホスト材料の中に均一に分散させるようにする。既述のごとく、この導電性フィラー充填樹脂系材料の導電率の値は、約５オーム／スクエア〜約２５オーム／スクエアの範囲内の値とするのが一般的であるが、この範囲から外れる値とすることもあり、導電率の値を変更するには、導電性フィラーのドープ量に関するパラメータ、及び／または、使用する樹脂材料の種類を変更するなどすればよい。導電率の値を上述した範囲内の値とする場合には、樹脂ホスト材料３０の重量に対する、それに充填する導電性粒体３４及び／または導電性ファイバ３８から成る導電性材料の重量比を、約０．２０〜約０．４０の範囲内とし、好ましくは、約０．３とするのがよい。導電性フィラーとして、ステンレス鋼ファイバを使用する場合には、その直径が８μｍ〜１１μｍの範囲内にあり、その長さが４ｍｍ〜６ｍｍの範囲内にあるステンレス鋼ファイバを使用するようにし、また、樹脂ホスト材料の重量に対するそのステンレス鋼ファイバの重量比が０．３０になるような配合量とするのがよく、そうすれば、あらゆるＥＭＦスペクトル領域において高い効率を達成することのできる、非常に高い導電率を備えた材料とすることができる。図４は、導電性フィラー充填樹脂系材料の更に別の１つの実施の形態の断面を示した断面図であり、この実施の形態は、樹脂ホスト材料３０の中に、導電性粉体３４と極細の導電性ファイバ３８とを混合して成る導電性材料を充填したものであり、それら導電性材料が、モールド成形の工程において、ホスト材料である樹脂材料３０の中に均一に分散した状態となったものである。
【００５６】
図５ａ及び図５ｂは、上述した導電性フィラー充填樹脂系材料の、好適な構成例を示した図である。導電性フィラー充填樹脂系材料は、それを繊維状に形成した上で、その繊維状にしたものを織り上げるか、または絡み合わせることによって、導電性を有する布状材料とすることができる。また、導電性フィラー充填樹脂系材料は、それを撚糸状に形成した上で、図示したように織り上げることも可能である。図５ａには、繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を、縦糸４６及び横糸５０として、２次元的に織り上げて形成した導電性布状材料４２を示した。また、図５ｂには、繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を、互いに絡み合わせて形成した導電性布状材料４２’を示した。繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を絡み合わせたものでは、導電性ファイバがつながり合った撚糸状の材料がランダムに絡み合っている。このようにして形成する図５ａの導電性布状材料４２と、図５ｂの導電性布状材料４２’とは、いずれも、非常に薄い布状とすることも、厚手の布状とすることもでき、また、剛性を有するものとすることも、可撓性を有するものとすることもでき、更には、かたまり状に形成することも可能である。
【００５７】
同様に、ステンレス鋼ファイバなどの極細の導電性ファイバを織り上げ、或いは絡み合わせたものを用いて、導電性を有し、しかも布状の材料を形成することも可能である。また、このように導電性ファイバを織り上げ、或いは絡み合わせて形成した、導電性を有する布状の材料を、例えばポリエステルや、テフロン（登録商標）、ケブラー（登録商標）などの適当な樹脂系材料の層に貼り合わせて、積層材料とすることも可能である。こうして形成した導電性布状材料は、それを裁断することで、所望の形状及び寸法にすることができる。
【００５８】
導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて製作するようにした、キー作動機構などのスイッチデバイスは、例えば射出成形法、押出成形法、化学反応を伴うモールド成形法などをはじめとする、様々なモールド成形法を用いて製作し得るものである。図６ａは、射出成形用の成形型を示した簡略化した模式図であり、同図には、成形型５０の下型５４と上型５８とが示されている。成分材料の配合を完了した導電性フィラー充填樹脂系材料を、注入開口６０からモールドキャビティ６４の中へ注入する。この注入が完了した時点で、樹脂ホスト材料の中に導電性フィラーが均一に分散した状態となっており、それを熱反応によって硬化させる。硬化が完了したならば、上型５８と下型５４とを分離して、キー作動機構などのスイッチデバイスを取出す。
【００５９】
図６ｂは、押出成形法を用いて、キー作動機構などのスイッチデバイスを製作するための、押出成形機７０の簡略化した模式図である。押出機構７４のホッパ８０の中に、導電性フィラー充填樹脂系材料を投入する。次に、加熱溶融した、或いは化学反応により硬化するようにした導電性フィラー充填樹脂系材料を、ピストン、スクリュー、プレスなどの適宜の手段７８によって、押出開口８２から押し出すようにする。すると、この押出開口８２によって、その加熱溶融した、或いは化学反応により硬化するようにした導電性フィラー充填樹脂系材料に、所望の形状が賦与される。続いて、化学反応によって、或いは熱的変化によって、その導電性フィラー充填樹脂系材料が完全に硬化して、高い硬度を有する状態または弾性を有する状態になったならば、それによって使用可能となる。
【００６０】
本発明の利点を要約するならば、次の通りである。先ず、効果的なキー作動機構などのスイッチデバイスを提供することができる。また、キー作動機構などのスイッチデバイスの製作方法を提供することができる。モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料でキー作動機構などのスイッチデバイスを製作することができる。キー作動機構などのスイッチデバイスを、製作コストの低廉なものとすることができる。キー作動機構などのスイッチデバイスを、閉状態における抵抗の小さなものとすることができる。キー作動機構などのスイッチデバイスを、長寿命のものとすることができる。モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作したキー作動機構などのスイッチデバイスの、抵抗に関する特性、寿命に関する特性、ないしは外観性などを、その導電性フィラー充填樹脂系材料の表面に金属層を形成することによって変化させることができる。また、様々な形態の導電性材料を充填した導電性フィラー充填樹脂系材料でキー作動機構などのスイッチデバイスを製作することができる。
【００６１】
以上に幾つかの好適な実施の形態に関連して説明したように、本発明に係る新規な方法及びデバイスは、従来の方法及びデバイスと比べて、より効果的で製作の容易なものである。
【００６２】
以上に本発明をその幾つかの好適な実施の形態に即して具体的に図示して説明したが、当業者には容易に理解されるように、それら実施の形態は、本発明の概念及び範囲から逸脱することなく様々な形態及び細部構造に関する変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、直接的接触式の導電性接点を備えたドーム形弾性キーボード作動機構であり、導電性接点は導電性樹脂系材料で形成されている。
【図２】導電性材料として粉体を用いた、導電性フィラー充填樹脂系材料の第１の好適な実施の形態を示した図である。
【図３】導電性材料として極細の導電性ファイバを用いた、導電性フィラー充填樹脂系材料の第２の好適な実施の形態を示した図である。
【図４】導電性材料として導電性粉体と極細の導電性ファイバとの両方を用いた、導電性フィラー充填樹脂系材料の第３の好適な実施の形態を示した図である。
【図５ａ】導電性フィラー充填樹脂系材料によって導電性を有する布状の材料を形成した、第４の好適な実施の形態を示した図である。
【図５ｂ】導電性フィラー充填樹脂系材料によって導電性を有する布状の材料を形成した、第４の好適な実施の形態を示した図である。
【図６ａ】モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で回路の導体を製作するために使用することのできる、射出成形機を示した簡略化した模式図である。
【図６ｂ】モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で回路の導体を製作するために使用することのできる、押出成形機を示した簡略化した模式図である。
【図７】本発明の第２の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、容量式の導電性接点を備えたドーム形弾性キーボード作動機構であり、導電性接点は導電性樹脂系材料で形成されている。
【図８】本発明の第３の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、接点ピルから成る導電性接点を備えたキーボード作動機構であり、接点ピルはモールド成形法を用いて導電性樹脂系材料で形成したものである。
【図９】本発明の第４の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、直接的接触式の導電性接点を備えた、直接的接触式のメンブレン型キーボード作動機構であり、導電性接点は導電性樹脂系材料で形成されている。
【図１０】本発明の第５の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、直接的接触式の導電性接点を備えた、間接的接触式のメンブレン型キーボード作動機構であり、導電性接点は導電性樹脂系材料で形成されている。
【図１１】本発明の第６の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、直接的接触式の導電性接点を備えたロータリースイッチ機構であり、導電性接点は導電性樹脂系材料で形成されている。
【図１２】本発明の第７の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、直接的接触式の導電性接点を備えたジョイスティックであり、導電性接点は導電性樹脂系材料で形成されている。
【図１３】本発明の第８の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、導電性接点を備えた押ボタンスイッチであり、導電性接点はモールド成形法を用いて導電性樹脂系材料で形成したものである。
【図１４】導電性樹脂系材料を用いて製作したドーム形弾性キーボード作動機構を等角図法で示した図である。
【図１５】本発明の第９の好適な実施の形態を示した図であり、ここに示したのは、導電性接点を備えたシーソースイッチであり、導電性接点は導電性樹脂系材料で形成されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
2004342601000001.pdf