(57)【要約】【課題】  特に、従来に比べゴム傷に対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。【解決手段】  押圧部４と、前記押圧部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において、前記脚部５は、高硬度ゴム領域１０と、前記高硬度ゴム領域の厚さ方向の少なくとも一方の面側に形成された低硬度ゴム領域１１とを備えて構成される。これにより、従来に比べて前記脚部５に傷が入っても破断しにくい高荷重対応のラバースプリング２を提供できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記脚部は、高硬度ゴム領域と、前記高硬度ゴム領域の厚さ方向の少なくとも一方の側に形成された低硬度ゴム領域とを備えて構成されることを特徴とするラバースプリング。
【請求項２】
前記高硬度ゴム領域の厚さ方向の両側に前記低硬度ゴム領域が設けられる請求項１記載のラバースプリング。
【請求項３】
前記高硬度ゴム領域及び低硬度ゴム領域は、架橋前の高硬度ゴムと低硬度ゴムとを重ねて熱プレスして架橋したことにより形成されたものである請求項１又は２に記載のラバースプリング。
【請求項４】
前記高硬度ゴム領域のゴム硬度は７８°〜８５°で、前記低硬度ゴム領域のゴム硬度は、４０°〜７７°の範囲内である請求項１ないし３のいずれかに記載のラバースプリング。
【請求項５】
前記高硬度ゴム領域及び低硬度ゴム領域は、共にシリコーンゴム中にシリカ粒子が充填された複合体であり、前記低硬度ゴム領域のシリカ粒子の含有率は、前記高硬度ゴム領域のシリカ粒子の含有率よりも小さい請求項１ないし４のいずれかに記載のラバースプリング。
【請求項６】
請求項１ないし５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入力装置。
【請求項７】
前記脚部の低硬度ゴム領域は、前記スイッチ部の方向に向く前記脚部の内側に位置し、前記高硬度ゴム領域は、前記脚部の外側に位置する請求項６記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
押釦スイッチには高荷重が要求され、押圧されたときに適切なクリック感と作動力を出すために、前記押釦スイッチに用いられるラバースプリングに高硬度シリコーンゴム（ゴム硬度７８°〜８５°程度）を使用していた。
【特許文献１】特開２００２−３３４６２９号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５００６号公報
【特許文献３】特開平８−８３５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、例えば、前記ラバースプリングの下方に載置される金属で形成された可動接点にバリが生じている場合、前記ラバースプリングを前記可動接点方向に向けて押圧して屈曲させると、前記ラバースプリングの脚部の屈曲部分に前記ばりにより傷が付きやすい。そして傷が付いた状態でラバースプリングの脚部を繰り返し屈曲させると、特に高硬度ゴムで作製したラバースプリングで容易に破断するといった問題が生じた。
【０００４】
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、従来に比べゴム傷に対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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、
前記脚部は、高硬度ゴム領域と、前記高硬度ゴム領域の厚さ方向の少なくとも一方の側に形成された低硬度ゴム領域とを備えて構成されること特徴とするものである。これにより、高荷重で押圧されたときに適切にクリック感を出すことができるともに、従来に比べて前記脚部の強度を高めることができ、傷に対して破断しにくい高荷重対応のラバースプリングを提供できる。
【０００６】
本発明では、前記高硬度ゴム領域の厚さ方向の両側に前記低硬度ゴム領域が設けられることが、より効果的に、傷に対する破断し難さを増し、高寿命化に好適である。
【０００７】
また本発明では、前記高硬度ゴム領域及び低硬度ゴム領域は、架橋前の高硬度ゴムと低硬度ゴムとを重ねて熱プレスして架橋したことにより形成されたものであることが好ましい。これにより、前記脚部の強度を高めることができ、傷に対して破断しにくい構造のラバースプリングを容易に形成できる。
【０００８】
また本発明では、前記高硬度ゴム領域のゴム硬度は７８°〜８５°で、前記低硬度ゴム領域のゴム硬度は、４０°〜７７°の範囲内であることが好ましい。
【０００９】
また本発明では、前記高硬度ゴム領域及び低硬度ゴム領域は、共にシリコーンゴム中にシリカ粒子が充填された複合体であり、前記低硬度ゴム領域のシリカ粒子の含有率は、前記高硬度ゴム領域のシリカ粒子の含有率よりも小さいことが好ましい。これにより、高硬度ゴム領域及び低硬度ゴム領域のゴム硬度を適切且つ簡単に調整できる。
【００１０】
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。これにより、前記ラバースプリングの押圧部を下方向に押圧したときの前記脚部の屈曲部分に、前記可動接点に生じたばりにより傷が付けられても、前記脚部を従来に比べて破断しにくく出来、入力操作の安定性及び長寿命化を得ることが出来る。しかも従来と同様に、前記押圧部を押圧したときのクリック感や作動力を適切に保つことができ、高荷重対応の入力装置を提供できる。
【００１１】
本発明では、前記脚部の低硬度ゴム領域は、前記スイッチ部の方向に向く内側に位置し、前記高硬度ゴム領域は、外側に位置することが好ましい。これにより、より効果的に、前記脚部の屈曲部分に、前記可動接点に生じたばりにより傷が付けられても、前記脚部を従来に比べて破断しにくく出来る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来に比べて前記脚部の強度を高めることができ、傷に対して破断しにくい高荷重対応のラバースプリングを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、図３は、図１とは別のラバースプリングの形態を用いた押釦スイッチの部分断面図、である。
【００１４】
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。
【００１５】
前記ラバースプリング２は、押圧部４と前記押圧部４と一体に形成された脚部５とを備える。前記押圧部４の上面４ａは平坦面で形成された押圧面である。前記押圧部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。
【００１６】
前記脚部５は前記押圧部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、前記突出部４ｂの下側は空洞になっている。前記脚部５は平均厚さＨ１で形成されている。前記脚部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。前記ラバースプリング２の外周形状は略截頭円錐形状となっている。
【００１７】
前記脚部５は、図２に示すように前記押圧部４を下方向に押圧したときに屈曲可能な部分である。
【００１８】
前記スイッチ部３は、基板６上に形成された導電性の固定接点７と、前記固定接点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。前記可動接点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、前記基板６上に固定されている。前記可動接点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）。
【００１９】
図２に示すように前記可動接点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、前記可動接点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。
【００２０】
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、前記ラバースプリング２を構成する脚部５が、高硬度ゴム領域１０と、前記高硬度ゴム領域１０の厚さ方向の少なくとも一方の側に形成された低硬度ゴム領域１１とを備えて構成される点にある。
【００２１】
図１には点線で、高硬度ゴム領域１０と低硬度ゴム領域１１の境界を示している。前記境界を観察できるか否かは特に問題ではない。高硬度ゴム領域１０と低硬度ゴム領域１１とが厚さ方向に存在することが重要である。
【００２２】
前記高硬度ゴム領域１０は、それ単独では、従来と同様に、強度が弱く傷に対する破断が生じやすい領域であるが、高荷重を実現させるためには、必要な領域である。前記高硬度ゴム領域１０のゴム硬度は、７８°〜８５°の範囲内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。
【００２３】
次に前記低硬度ゴム領域１１は、前記高硬度ゴム領域１０に比べてゴム硬度が低く、前記低硬度ゴム領域１１のゴム硬度は、４０°〜７７°の範囲内であることが好適である。前記低硬度ゴム領域１１のゴム硬度は、４０°〜５０°の範囲内であることがさらに好ましい。
【００２４】
図１に示すように前記低硬度ゴム領域１１及び高硬度ゴム領域１０は、前記ラバースプリング２の脚部５のみならず押圧部４にも形成されている。前記押圧部４は、前記低硬度ゴム領域１１と高硬度ゴム領域１０との積層ゴム構造であることに限定されないが、前記ラバースプリング２を簡単に製造するには、前記押圧部４も脚部５と同様の積層構造であることが好適である。
【００２５】
すなわち本実施形態におけるラバースプリング２は、架橋前の高硬度ゴムと低硬度ゴムとを重ね合わせ、この積層体を、加熱された金型内に入れて、熱プレスにて架橋したことにより形成されたものである。ラバースプリング２の形状加工は、この金型に入れて行う。前記熱プレス後、前記ラバースプリング２に対して、さらに熱処理を施してもよい。例えば前記ラバースプリング２は後述するようにシリコーンゴムで形成されるが、通常、シリコーンゴムの製造過程で行われる低分子量シロキサンの除去を目的とした架橋条件（例えば２００℃で４時間）での熱処理工程を加える。
【００２６】
以上の製造工程により、前記脚部５のみならず押圧部４もゴム硬度が異なる積層構造で形成されることになる。
【００２７】
以上のように、前記ラバースプリング２の脚部５を高硬度ゴムのみで形成せず低硬度ゴム領域１１を設けることで、前記脚部５に傷があっても従来に比べて引張強さ及び破断までの伸び率を大きくでき、脚部５を、図２のように、繰り返し屈曲させても破断しにくくすることが出来る。しかも高硬度ゴム領域１０を設けることで高荷重に対応でき、図２のように脚部５が座屈してクリック感を出すことも可能である。前記脚部５を座屈させるのに必要な荷重は、３００〜６００ｇｆ程度であり、高荷重に適切に対応可能である。
【００２８】
図１に示すように、前記低硬度ゴム領域１１は、前記スイッチ部３方向に向く前記脚部５の内側に位置し、前記高硬度ゴム領域１０は前記脚部５の外側に位置している。
【００２９】
図２のように前記押圧部４が下方向に押圧されて脚部５が変形したときに、スイッチ部３方向に座屈により大きく伸びる屈曲部分５ａが、前記スイッチ部３に接近する。このとき本実施形態では、前記脚部５のスイッチ部３方向を向く内側に低硬度ゴム領域１１を設けているため、たとえ前記可動接点８にばりがあり、前記屈曲部分５ａに傷が付いても、傷がつく領域は、引張り強さ及び破断までの伸び率が大きい低硬度ゴム領域１１であるため、より効果的に傷に対して破断しにくい構造に出来る。
【００３０】
前記脚部５の平均厚さＨ１に対する低硬度ゴム領域１１の平均厚さＨ２の比率（Ｈ２／Ｈ１）は、０．１〜０．３であることが好ましい。これにより、脚部５の強度を適切に強くできるとともに、高荷重に適切に対応可能となる。前記脚部５の平均厚さＨ１は、３００〜４００μｍ、前記低硬度ゴム領域１１の平均厚さＨ２は、３０〜１２０μｍ、前記高硬度ゴム領域１０の平均厚さＨ３は、２１０〜３６０μｍであることが好ましい。
【００３１】
また、図３のように、前記高硬度ゴム領域１０の膜厚方向の両側に低硬度ゴム領域１１が形成された形態であってもよい。これにより、より効果的に脚部５の強度を高めることができ、傷に対してより破断しにくい構造に出来る。
【００３２】
図４，図５に示すように、前記低硬度ゴム領域１１及び高硬度ゴム領域１０は、共に、シリコーンゴムを構成するシリコーンポリマー２０中に多数のシリカ（ＳｉＯ２）粒子２１が分散した複合体である。前記低硬度ゴム領域１１の前記シリカ粒子２１の含有率は、前記高硬度ゴム領域１０の前記シリカ粒子２１の含有率よりも小さい。例えば、前記低硬度ゴム領域１１の前記シリカ粒子２１の含有率は、５〜１５体積％であり、前記高硬度ゴム領域１０の前記シリカ粒子２１の含有率は、３０〜４０体積％である。
【００３３】
図４，図５に示すように、前記低硬度ゴム領域１１に含有されるシリカ粒子２１の粒径と、前記高硬度ゴム領域１０に含有されるシリカ粒子２１の粒径は、数十ｎｍ〜数百ｎｍであることが望ましい。前記高硬度ゴム領域１０に粒径数μｍの大きいシリカ粒子が存在すると、その粒子とポリマーの界面がクラックの起点となって破断する恐れがある。
【００３４】
上記した膜構造を備えることで、前記低硬度ゴム領域１１及び高硬度ゴム領域１０のゴム硬度を簡単且つ適切に調整できる。前記低硬度ゴム領域１１に含まれるシリカ粒子２１の含有量を前記高硬度ゴム領域１０に含まれるシリカ粒子２１の含有量より小さくすることで、前記低硬度ゴム領域１１の硬度を前記高硬度ゴム領域１０の硬度よりも効果的に低くでき、したがって、より効果的に脚部５の強度を高めることができ、傷に対してより破断しにくい構造に出来る。
【００３５】
シリカ粒子を相対的に多く含有した高硬度タイプのシリコーンゴムに対し、傷による破断のメカニズムは、主として、シリカ粒子の三次元構造の破壊と考えられる。本実施形態のように高硬度ゴム領域１０に比べてシリカ粒子２１の含有量が小さい低硬度ゴム領域１１を設けることで、傷があっても、従来より、シリカ粒子の三次元構造が破壊されにくくなり（あるいは破壊される領域が小さくなり）、傷による破断を効果的に抑制出来るものと考えられる。
【実施例】
【００３６】
ゴム硬度４０°の低硬度シリコーンゴムと、ゴム硬度８５°の高硬度シリコーンゴムの２層構造からなる実施例１、ゴム硬度７０°の低硬度シリコーンゴムと、ゴム硬度８５°の高硬度シリコーンゴムの２層構造からなる実施例２、ゴム硬度８５°の高硬度シリコーンゴムの単層構造からなる比較例の各シリコーンゴム試料を作製し、各シリコーンゴム試料に対して引張強さと破断までの伸び率を測定した。
【００３７】
実施例１、２の試料は以下のように作製した。まず、大きさが約１２ｃｍ×１２ｃｍ（厚さ約２ｍｍ）に加工した架橋前の硬度８５°の高硬度シリコーンゴム上に、ほぼ同じ大きさで厚さが約０．３ｍｍに加工した架橋前の硬度４０°あるいは７０°の低硬度シリコーンゴムを重ねてシリコーンゴム積層体を形成した。
【００３８】
続いて、前記シリコーンゴム積層体を１７０℃に加熱しておいた金型に入れて、約２００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で６分間熱プレスして一体化した。さらにシリコーンゴム積層体をシロキサンの除去を目的とした２次架橋条件（２００℃で４時間）で加熱した。
【００３９】
続いて、前記シリコーンゴム積層体を図６に示すダンベル試験片（ダンベル３号）の形状に加工し、平坦なガラス基板上にカッター刃を設置し、ガラス表面からカッターの刃を傷の深さに相当する寸法で突き出させた専用治具を用いて前記シリコーンゴム積層体の表面に傷を形成した。なお傷の深さが異なる複数のシリコーンゴム積層体を形成した。
【００４０】
傷が付けられたシリコーンゴム積層体を、テンシロン万能試験機（（株）オリエンテック  ＲＴＣ−１１５０Ａ）で、ゴムが破断したときの荷重と変位量を測定し、引張強さと破断までの伸び率を算出した。なお試験速度は１００ｍｍ／ｍｉｎとした。
なお上記した比較例のシリコーンゴムについても上記と同様の試験を行った。
【００４１】
図７，図８に示すように、引張強さ、及び破断までの伸び率はいずれも実施例１、２のほうが、比較例に比べて大きくなった。
【００４２】
実施例１と実施例２を比べると、硬度が小さい低硬度ゴムの実施例１のほうが、実施例２に比べて、引張強さ、及び破断までの伸び率は大きくなった。特に、実施例１の場合、傷を１００μｍまで深く形成しても、引張強さ、及び破断までの伸び率を比較例に比べて十分に大きくでき、ゴム強度を効果的に強く出来ることがわかった。
【００４３】
これにより、前記低硬度ゴムの硬度はより低いほうが好ましく、特にゴム強度を４０°以下の低硬度ゴムを使用することが好ましいとわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】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】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、
【図３】図１とは別のラバースプリングの形態を用いた押釦スイッチの部分断面図、
【図４】低硬度ゴム領域の膜構造を示す模式図、
【図５】高硬度ゴム領域１０の膜構造を示す模式図、
【図６】実験で使用したダンベル試験片の形状を示す模式図、
【図７】実施例１、実施例２及び比較例の各ダンベル試験片に形成した傷の深さと破断時の引張強さとの関係を示すグラフ、
【図８】実施例１、実施例２及び比較例の各ダンベル試験片に形成した傷の深さと破断までの伸び率との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【００４５】
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
１０  高硬度ゴム領域
１１  低硬度ゴム領域
２０  シリコーンポリマー
２１  シリカ粒子
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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