JP2007194092A - メンブレンシート及びスイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のキートップの表面部を所望の色及び所望の明るさによって照明することが容易であり、また、各キートップについて、個別に異なる色の照明光によって照明したり、個別に照明光の色や点灯及び消灯を切替えることができるスイッチ装置を提供する。
【解決手段】一主面上に固定接点電極１が形成されたベース基材２と、固定接点電極１に対応する位置に配されたメタルドーム３と、メタルドーム３上に設置されたメンブレンシート９とを備える。メンブレンシート９は、絶縁材料からなるメンブレン基材９ａと、メンブレン基材９ａ上に設置されたＬＥＤ１０と、メンブレン基材９ａ上に形成されＬＥＤ１０に給電するための回路パターン９ｂと、ＬＥＤ１０を覆ってメンブレン基材９ａ上に設置された透光材料からなるキートップ１１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話装置等の種々の電子機器における入力キースイッチ等として使用されるスイッチ装置に関し、また、このようなスイッチ装置の構成に使用されるメンブレンシートに関する。

従来、携帯電話装置等の電子機器においては、入力キースイッチとして、特許文献１に記載されているように、いわゆるメンブレンスイッチやメタルドームスイッチ（皿バネ式スイッチ）等、クリック感のあるスイッチ装置が使用されている。このようなクリック感のあるスイッチとして、メタルドームスイッチは、図４に示すように、接点電極１０１が形成された接点回路ベース基材１０２を有し、この接点回路ベース基材１０２上にメタルドーム（皿バネ）１０３及びメタルドーム押さえシート１０４を有するとともに、さらに、メタルドーム押さえシート１０４上にキーマット層１０５を有して構成されている。

接点回路ベース基材１０２には、接点電極１０１に接続された内部配線回路１０６が形成されている。これら接点電極１０１と内部配線回路１０６とは、ビア（Via）、または、スルーホール（TH）１０７によって接続されている。接点電極１０１は、接点回路ベース基材１０２の表面上に形成されている。

メタルドーム１０３は、薄い金属板によってドーム状（皿状）に形成されており、接点電極１０１上に位置して設置されている。このメタルドーム１０３は、メタルドーム押さえシート１０４によって覆われた状態で、接点回路ベース基材１０２の上面に固定されている。メタルドーム押さえシート１０４は、接着剤層１０８により、接点回路ベース基材１０２の表面及びメタルドーム１０３の上面に接着されている。

キーマット層１０５は、メタルドーム押さえシート１０４上に設置されるベースラバー１０９と、このベースラバー１０９に接着剤１１０により接着されたキートップ１１１とにより構成されている。ベースラバー１０９は、合成樹脂材料によりシート状に形成されており、メタルドーム押さえシート１０４に対向する下面部にプランジャ１１２を有している。このプランジャ１１２は、ベースラバー１０９下面部より下方に向けて突設された突起部として形成されている。キートップ１１１は、押釦となる部分であって、合成樹脂材料により形成されている。このキートップ１１１の押圧操作される上面部は、文字や記号等が印刷されるキートップ加装飾部１１３となっている。

このスイッチ装置においては、キートップ１１１の上面部が押圧操作されると、このキートップ１１１がメタルドーム１０３側に移動し、ベースラバー１０９が押圧されて変形する。このベースラバー１０９は、キートップ１１１によって押圧されて変形することにより、プランジャ１１２により、メタルドーム押さえシート１０４を介してメタルドーム１０３の上面中央部を押圧する。すると、メタルドーム１０３は、接点回路ベース基材１０２側に弾性変位し、 接点電極１０１に接触する。接点電極１０１にメタルドーム１０３が接触することにより、この接点電極１０１において離間したパターン間が導通され、スイッチ操作がなされる。

また、このようなスイッチ装置においては、図５に示すように、キートップ１１１を照明するための発光素子（ＬＥＤ）１１４を備えたものが提案されている。このスイッチ装置においては、発光素子１１４は、メタルドーム押さえシート１０４上に設置され、複数のキートップ１１１の間となる位置に配置されている。そのため、発光素子１１４からの照明光がキートップ１１１を介してキートップ加装飾部１１３に導かれるように、導光体を用いる必要がある。この導光体は、透光性を有する樹脂材料等からなる導光板と、ベースラバー１０９とによって構成される。

特開２００４−０３１１５４公報

ところで、前述したような従来のスイッチ装置においては、発光素子１１４から発せられた照明光は、メタルドーム押さえシート１０４によって分散反射され、ベースラバー１０９、接着剤１１０及びキートップ１１１間を透過して、キートップ加装飾部１１３に到達し、このキートップ加装飾部１１３を裏面側から照明する。

このように、従来のスイッチ装置においては、発光素子１１４から発せられた照明光は、種々の部材中を透過してキートップ加装飾部１１３に到達する。そのため、キートップ加装飾部１１３が所望の色及び所望の明るさによって照明されるようにするために、発光素子１１４からの照明光が透過する各部材の透過率及び色のそれぞれを適切に設定しなければならず、設計及び製造が困難とものとなっている。

また、従来のスイッチ装置においては、各キートップ１１１と各発光素子１１４とが一対一で対応しておらず、各キートップ１１１は複数の発光素子１１４によって照明され、また、各発光素子１１４は複数のキートップ１１１を照明することとなる。

そのため、従来のスイッチ装置においては、各キートップ１１１について、個別に異なる色の照明光によって照明することは困難であり、また、個別に照明光の色や点灯及び消灯の切替えを行うことはできなかった。なお、各キートップ１１１を個別に異なる色の照明光によって照明するには、各キートップ１１１ごとにカラーフィルタを設置することが考えられるが、構成が複雑となり、また、照明光の色を切替えることはできない。

なお、発光素子１１４として、ＬＥＤではなくＥＬパネルを使用したスイッチ装置が考えられるが、ＥＬパネルを使用したスイッチ装置においても、各キートップ１１１について、個別に異なる色の照明光によって照明することは困難であり、また、個別に照明光の色や点灯及び消灯の切替えを行うことはできない。また、ＥＬパネルには、耐久性や発光輝度について問題があり、インバータ制御回路を用いないとノイズを発生し易いといった問題もある。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、複数のキートップを有するスイッチ装置において、各キートップの表面部（キートップ加装飾部）を所望の色及び所望の明るさによって照明することを容易に行えるようにし、また、各キートップについて、個別に異なる色の照明光によって照明したり、個別に照明光の色や点灯及び消灯を切替えることを容易に行えるようにするメンブレンシートを提供し、また、このメンブレンシートを使用して構成されたスイッチ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
本発明に係るメンブレンシートは、絶縁材料からなりスイッチ装置における可動部となるメンブレン基材と、メンブレン基材上に設置された発光素子と、メンブレン基材上に形成され発光素子に給電するための回路パターンと、発光素子を覆ってメンブレン基材上に設置された透光材料からなるキートップとを有することを特徴とするものである。

〔構成２〕
本発明に係るメンブレンシートは、構成１を有するメンブレンシートにおいて、メンブレン基材の下面部の発光素子に対応する位置に、プランジャ部材が設置されていることを特徴とするものである。

〔構成３〕
本発明に係るメンブレンシートは、構成１、または、構成２を有するメンブレンシートにおいて、メンブレン基材には、発光素子の周囲となる位置に、複数の開口部が形成されていることを特徴とするものである。

〔構成４〕
本発明に係るメンブレンシートは、構成１乃至構成３のいずれか一を有するメンブレンシートにおいて、発光素子は、透光性を有する樹脂材料によって封止されていることを特徴とするものである。

〔構成５〕
本発明に係るスイッチ装置は、一主面上に固定接点電極が形成されたベース基材と、固定接点電極に対応する位置に配された可動接点となるメタルドームと、メタルドーム上に設置された構成１乃至構成４のいずれか一を有するメンブレンシートとを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係るメンブレンシートは、構成１を有することにより、発光素子とキートップとが一対一に対応しているので、複数のキートップを有するスイッチ装置において、各キートップの表面部（キートップ加装飾部）を所望の色及び所望の明るさによって照明することが容易となり、また、各キートップについて、個別に異なる色の照明光によって照明したり、個別に照明光の色や点灯及び消灯を切替えることが容易となる。

また、発光素子としてＬＥＤを使用した場合、例えば、ＥＬパネルを使用した照明と比較して、各キートップを高輝度で照明することができ、ノイズ発生の虞れがなく、かつ、十分な耐久性を実現することができる。

このメンブレンシートを使用したスイッチ装置は、各キートップについて個別に照明光の色や点灯及び消灯の切替えが可能なので、いわゆる「操作ガイド」や「タイピング練習」等の目的で、所定のキートップを照明によって指示することが可能となる。

また、このメンブレンシートを使用したスイッチ装置は、別途の導光体が不要であるため、薄型化を図ることができる。

本発明に係るメンブレンシートは、構成２を有することにより、発光素子に対応する位置にプランジャ部材が有しているので、確実なスイッチ操作を実現することができる。

本発明に係るメンブレンシートは、構成３を有することにより、発光素子の周囲となる位置に複数の開口部が有するので、発光素子が設置された個所におけるメンブレンシートの面方向（上下方向）の移動が円滑に行える。

本発明に係るメンブレンシートは、構成４を有することにより、発光素子は、透光性を有する樹脂材料によって封止されているので、発光素子が保護され、発光素子の対ＥＳＤ（Electric Static Discharge：静電放電）破壊特性を向上させることができる。

本発明に係るスイッチ装置は、構成５を有することにより、メンブレンシートが構成１乃至構成４のいずれか一を有するので、各キートップの表面部（キートップ加装飾部）を所望の色及び所望の明るさによって照明することが容易であり、また、各キートップについて、個別に異なる色の照明光によって照明したり、個別に照明光の色や点灯及び消灯を切替えることが容易である。

また、発光素子としてＬＥＤを使用した場合、例えば、ＥＬパネルを使用した照明と比較して、各キートップを高輝度で照明することができ、ノイズ発生の虞れがなく、かつ、十分な耐久性を実現することができる。

このスイッチ装置においては、各キートップについて個別に照明光の色や点灯及び消灯の切替えが可能なので、いわゆる「操作ガイド」や「タイピング練習」等の目的で、所定のキートップを照明によって指示することが可能となる。

また、このスイッチ装置においては、別途の導光体が不要であるため、薄型化を図ることができる。

すなわち、本発明は、複数のキートップを有するスイッチ装置において、各キートップの表面部（キートップ加装飾部）を所望の色及び所望の明るさによって照明することを容易に行えるようにし、また、各キートップについて、個別に異なる色の照明光によって照明したり、個別に照明光の色や点灯及び消灯を切替えることを容易に行えるようにするメンブレンシートを提供することができるものである。

また、本発明は、このメンブレンシートを使用することによって、各キートップの表面部（キートップ加装飾部）を所望の色及び所望の明るさによって照明することが容易であり、また、各キートップについて、個別に異なる色の照明光によって照明したり、個別に照明光の色や点灯及び消灯を切替えることが容易であるスイッチ装置を提供することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１中の（ａ）は、本発明に係るスイッチ装置の構成を示す平面図であり、図１中の（ｂ）は、このスイッチ装置の構成を示す断面図である。

本発明に係るスイッチ装置は、以下に述べるように、本発明に係るメンブレンシートを備えて構成されるものである。このスイッチ装置は、図１中の（ｂ）に示すように、接点電極１が形成された接点回路ベース基材２を有し、この接点回路ベース基材２上に可動接点となるメタルドーム（皿バネ）３を有し、さらに、本発明に係るメンブレンシート９を備えるキーマット層５を有して構成されている。

接点回路ベース基材２には、接点電極１に接続された図示しない内部配線回路が形成されている。これら接点電極１と内部配線回路とは、図示しないビア（Via）、または、スルーホール（TH）によって接続されている。接点電極１は、接点回路ベース基材２の表面上に形成されている。

メタルドーム３は、薄い金属板によってドーム状（皿状）に形成されており、接点電極１上に位置して設置されている。このメタルドーム３は、メタルドーム押さえシート４によって覆われた状態で、接点回路ベース基材２の上面に固定されている。メタルドーム押さえシート４は、ＰＥＴ（Polyethyleneterephthalate）基材の如き絶縁材料からなり、接着剤層８により、接点回路ベース基材２の表面及びメタルドーム３の上面に接着されている。

キーマット層５は、メタルドーム押さえシート４上に設置されるメンブレンシート９によって構成され、キートップ１１を有して構成されている。メンブレンシート９は、平坦なシート状のＰＥＴの如き絶縁材料からなり可動部となるメンブレン基材９ａを有して構成されている。このメンブレン基材９ａ上には、発光素子となるＬＥＤ１０が設置されている。このＬＥＤ１０は、各メタルドーム３に対応して設置される。このＬＥＤ１０は、メンブレン基材９ａ上に導電性接着剤がスクリーン印刷されて形成された実装ランド部上に実装されている。また、メンブレン基材９ａ上には、ＬＥＤ１０に給電するための回路パターン９ｂが形成されている。この回路パターン９ｂは、スクリーン印刷によって形成されている。また、この回路パターン９ｂ上には、保護層９ｃが形成されている。この保護層９ｃは、回路パターン９ｂを保護するものであって、絶縁フィルムを貼り付けることや、絶縁材料を印刷することによって形成されている。

そして、ＬＥＤ１０は、透光性を有する樹脂材料１２によって封止されている。この樹脂材料１２は、ＬＥＤ１０を保護し、また、ＬＥＤ１０の対ＥＳＤ（Electric Static Discharge：静電放電）破壊特性を向上させるものである。

ＬＥＤ１０を封止する樹脂材料１２上には、ベースラバー１４を介して、キートップ１１が設置されている。ベースラバー１４及びキートップ１１は、透光性を有する合成樹脂材料からなり、ＬＥＤ１０を覆って、メンブレン基材９ａ上に設置されている。キートップ１１は、押釦となる部分であって、押圧操作される上面部は、図１中の（ａ）に示すように、文字や記号等が印刷されるキートップ加装飾部１３となっている。

そして、メンブレン基材９ａの下面部のＬＥＤ１０に対応する位置には、プランジャ部材７が設置されている。すなわち、メンブレン基材９ａは、メタルドーム３上に配置されたときに、メタルドーム３のほぼ中央部となる位置に凹部（エンボス部）６を有している。この凹部６は、メタルドーム３側に対しては、突起部となっている。この凹部６は、プレス成形（いわゆるエンボス加工、または、絞り加工）によって形成されている。この凹部６の深さは、組合わせるメタルドーム３の仕様に依存するが、通常は、０．２ｍｍ乃至０．８ｍｍ程度が望ましい。そして、この凹部６内には、プランジャ部材７が配置されている。このプランジャ部材７は、例えば、エポキシ樹脂や紫外線硬化型樹脂（ＵＶ樹脂）の如き流動材料が凹部６内に充填されて硬化されたものである。プランジャ部材７をなす材料としては、ほとんどのエポキシ系樹脂を採用することができる。

このスイッチ装置においては、キートップ１１の上面部が押圧操作されると、このキートップ１１がメタルドーム３側に移動し、メンブレンシート９が押圧されて変形する。このとき、キートップ１１を押圧操作した押圧力は、キートップ１１から、ベースラバー１４、ＬＥＤ１０を封止している樹脂材料１２及びＬＥＤ１０を経て、メンブレンシート９に伝達される。このメンブレンシート９は、このように押圧されて変形することにより、プランジャ部材７及びメタルドーム押さえシート４を介して、メタルドーム３の上面中央部を押圧する。すると、メタルドーム３は、接点回路ベース基材２側に弾性変位し、 接点電極１に接触する。このように、接点電極１にメタルドーム３が接触することにより、この接点電極１において離間したパターン間が導通され、スイッチ操作がなされる。このスイッチ装置においては、プランジャ部材７が設けられていることにより、確実なスイッチ操作が実現されている。

また、このスイッチ装置においては、ＬＥＤ１０が発する照明光は、このＬＥＤ１０を封止している樹脂材料１２、ベースラバー１４及びキートップ１１内を透過して、キートップ加装飾部１３を裏面側より照明する。このスイッチ装置においては、ＬＥＤ１０とキートップ１１とが一対一に対応しているので、各キートップ１１のキートップ加装飾部１３を所望の色及び所望の明るさによって照明することが容易であり、また、各キートップ１１について、個別に異なる色の照明光によって照明したり、個別に照明光の色や点灯及び消灯を切替えることが容易である。そのため、このスイッチ装置においては、いわゆる「操作ガイド」や「タイピング練習」等の目的で、所定のキートップ１１を照明の有無や色によって指示することが可能である。

また、このスイッチ装置においては、ＥＬパネルを使用した照明と比較して、各キートップ１１を高輝度で照明することができ、ノイズ発生の虞れがなく、かつ、十分な耐久性を実現している。さらに、このスイッチ装置においては、別途の導光体が不要であるため、薄型化を図ることができる。そして、このスイッチ装置は、携帯電話、ゲーム機、電化製品等のほとんどの全ての入力スイッチに適用することができる。

なお、本発明に係るメンブレンシート９は、以下の工程によって作製することができる。

（１）メンブレン回路加工
まず、ＰＥＴ等からなるメンブレン基材９ａに、印刷タイプ導電インクをスクリーン印刷し、回路パターン９ｂを形成する。その後、保護層９ｃをラミネート加工、もしくは、スクリーン印刷加工によって形成する。ここで、外形の制約等によっては、スルーホールを介して両面回路印刷を行うこととしてもよい。

（２）エンポス加工
メンブレン基材９ａにエンポス加工を行うことにより、プランジャー部材７が設置されるための凹部６を形成する。なお、このエンポス加工は、（１）のメンブレン回路加工の前に行ってもよい。

（３）プランジャー部材の設置（樹脂充填）
エポキシ系樹脂等の十分な硬さを有する樹脂材料を、ディスペンスやスクリーン印刷によって凹部６内に充填し、硬化させることによってプランジャ部材７とする。なお、このような樹脂充填を、下記（４）の実装工程における導電性接着剤スクリーン印刷よりも先に行い、部品実装を行ってから、この樹脂材料を硬化させた後に、導電接着剤をディスペンスするようにすれば、より信頼性の高い実装が可能となる。

（４）部品実装
メンブレン基材９ａ上の凹部６の周囲に導電性接着剤をスクリーン印刷して実装ランド部を形成し、ＬＥＤ１０を実装してから、導電性接着剤を硬化させる。その後、ＬＥＤ１０を封止する樹脂材料１２をディスペンスし、よくキュアさせる。このとき、ＬＥＤ１０の全面をコートすると、ＥＳＤ破壊特性に対して優れた効果が得られる。

〔第２の実施の形態〕
図２中の（ａ）は、本発明に係るメンブレンシートの第２の実施の形態における構成を示す平面図であり、図２中の（ｂ）は、このメンブレンシートの構成を示す断面図である。

本発明に係るメンブレンシート９は、図２に示すように、メンブレン基材９ａのＬＥＤ１０の周囲となる位置に、複数の開口部１５を形成して構成してもよい。すなわち、このメンブレンシート９においては、ＬＥＤ１０を取り囲むようにして、複数の開口部１５が形成されている。この開口部１５は、プレス加工（打抜き加工）によって形成することができる。

このように複数の開口部１５が形成されていることにより、ＬＥＤ１０が設置された個所におけるメンブレンシート９の面方向（上下方向）の弾発力が弱くなり、キートップ１１に対する押圧操作によるメタルドーム３側への移動が円滑に行われるようになる。この場合には、メタルドーム３の特性が直接的にキートップ１１に伝達されるようになり、良好なスイッチ操作感を実現することができる。

〔第３の実施の形態〕
図３は、本発明に係るスイッチ装置の第３の実施の形態における構成を示す断面図である。

本発明に係るスイッチ装置は、図３に示すように、キートップ１１とベースラバー１４とを一体的に形成して構成してもよい。すなわち、この場合には、キートップ１１は、ＬＥＤ１０を覆った状態で、直接、メンブレンシート９に接着されて設置される。

この場合にも、キートップ１１の上面部が押圧操作されると、この押圧力は、キートップ１１から、ＬＥＤ１０を封止している樹脂材料１２及びＬＥＤ１０を経て、メンブレンシート９に伝達される。このメンブレンシート９は、このように押圧されて変形することにより、プランジャ部材７及びメタルドーム押さえシート４を介して、メタルドーム３の上面中央部を押圧する。すると、メタルドーム３が接点回路ベース基材２側に弾性変位して接点電極１に接触し、スイッチ操作がなされる。また、このスイッチ装置において、ＬＥＤ１０が発する照明光は、このＬＥＤ１０を封止している樹脂材料１２及びキートップ１１内を透過して、キートップ加装飾部１３を裏面側より照明する。

なお、本発明に係るメンブレンシートは、前述した各実施の形態におけるメタルドームスイッチに限定されず、メタルドームを用いずに、このメンブレンシートをＦＰＣ回路（ポリイミドベースの銅箔エッチング回路）上に設置した構成のスイッチ装置にも適用可能である。

（ａ）は、本発明に係るスイッチ装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、このスイッチ装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係るメンブレンシートの第２の実施の形態における構成を示す平面図であり、（ｂ）は、このメンブレンシートの構成を示す断面図である。 本発明に係るスイッチ装置の第３の実施の形態における構成を示す断面図である。 従来のスイッチ装置の構成を示す断面図である。 従来のスイッチ装置における発光素子の設置位置を示す平面図である。

符号の説明

１ 接点電極
２ 接点回路ベース基材
３ メタルドーム
４ メタルドーム押さえシート
５ キーマット層
６ 凹部
７ プランジャ部材
８ 接着剤層
９ メンブレンシート
９ａ メンブレン基材
９ｂ 回路パターン
１４ ベースラバー
１５ 開口部
１０ ＬＥＤ
１１ キートップ
１３ キートップ加装飾部

Claims (5)

1. 絶縁材料からなり、スイッチ装置における可動部となるメンブレン基材と、
   前記メンブレン基材上に設置された発光素子と、
   前記メンブレン基材上に形成され、前記発光素子に給電するための回路パターンと、
   前記発光素子を覆って前記メンブレン基材上に設置された透光材料からなるキートップと
   を有することを特徴とするメンブレンシート。
2. 前記メンブレン基材の下面部の前記発光素子に対応する位置に、プランジャ部材が設置されている
   ことを特徴とする請求項１記載のメンブレンシート。
3. 前記メンブレン基材には、前記発光素子の周囲となる位置に、複数の開口部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載のメンブレンシート。
4. 前記発光素子は、透光性を有する樹脂材料によって封止されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のメンブレンシート。
5. 一主面上に固定接点電極が形成されたベース基材と、
   前記固定接点電極に対応する位置に配された可動接点となるメタルドームと、
   前記メタルドーム上に設置された請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のメンブレンシートと
   を備えたことを特徴とするスイッチ装置。

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