JPWO2004025677A1 - キースイッチ用ダイヤフラムおよびキースイッチ - Google Patents

Abstract

良好なクリック感を得ることができると共に、接触不良の発生を回避でき、耐久性が高いキースイッチ用ダイヤフラムを提供する。可撓性と導電性とを具備する薄板よりなるキースイッチ用ダイヤフラム３０において、円錐台形状の台座部１６と、この台座部１６の上部側でこの上部側に突出した球面状のドーム状部１８とを備えていると共に、ドーム状部１８の外面側に突出した外方突出部３２をドーム状部１８のほぼ中央部に備え、外方突出部３２の内面側の周縁部が接点３４を形成している。

Description

本発明は、円錐状の台座部とこの上部に球面上のドーム状部を備えたキースイッチ（平面スイッチ）用のダイヤフラム、キースイッチに関する。

図１は、第１の従来のキースイッチ１００の概略構成を示す図であり、図１Ａは、キースイッチ１００の平面図であり、図１Ｂは、図１ＡにおけるＩＢ−ＩＢ断面を示す図である。図２は、キースイッチ１００を押した状態を示す図である。たとえば携帯電話の押しボタンに使用されている従来のキースイッチ１００は、環状の配線パターン２と配線パターン２のほぼ中央部に配置され配線パターン２とは離反している配線パターン４とが設けられている基板６と、中央部が基板６から離反する方向に湾曲し、基板６に載置されているキースイッチ用ダイヤフラム１０２と、キースイッチ用ダイヤフラム１０２と基板６とを覆っているカバーフィルム１０とによって構成されている。なお、キースイッチ１００を携帯電話等の機器に使用する場合、一般的に、１００万回以上の押し下げに耐える耐久力が要求される。
また、基板６とキースイッチ用ダイヤフラム１０２とに接触しているカバーフィルム１０の片側の面（基板６側の面）は粘着性を備えるので、キースイッチ用ダイヤフラム１０２が、基板６の表面に沿う方向にずれない。
キースイッチ用ダイヤフラム１０２の周縁部は接点１２を形成し、キースイッチ用ダイヤフラム１０２が基板６上に載置された状態では、接点１２と基板６上に形成された配線パターン２とが互いに電気的に接触する。
図２に示すように、キースイッチ用ダイヤフラム１０２の中央部を、基板６の方向に押すと、キースイッチ用ダイヤフラム１０２の中央部が基板６の方向にへこみ、中央部の凹側に設けられているキースイッチ用ダイヤフラム１０２の接点１０４と基板６に形成された配線パターン４とが互いに電気的に接続して、配線パターン２と配線パターン４とが互いに電気的に接続される。
ここで、キースイッチ用ダイヤフラム１０２は、可撓性と導電性とを具備する、たとえば金属性の薄板を加工して形成され、また、キースイッチ用ダイヤフラム１０２は、適宜の高さを具備する円錐台形状の台座部（ペデスタル；ｐｅｄｅｓｔａｌ）１６の上部側（台座部の窄まった側）に、この上部側に突出した球面状のドーム状部１８を備える。
そして、キースイッチ１００を押した場合、キースイッチ用ダイヤフラム１０２の台座部１６はほとんど変形せず、接点１０４と基板６の配線パターン４とが互いに電気的に接触するまで、ドーム状部１８が主に弾性変形する。したがって、台座部１６が存在しない場合よりも、大きな押し下げストロークと大きな押し下げ力とを確保することができ、これによって良好なクリック感を得ることができる。
なお、キースイッチ１００を、図２に示すように基板６の方向に押し下げ、またはこの押し下げを解除するときに、基板６とキースイッチ用ダイヤフラム１０２とで囲繞されている空間の体積が変化して、この空間の空気圧の変化を防止するために、キースイッチ用ダイヤフラム１０２の周縁近傍においてカバーフィルム１０に貫通孔２０が設けられている。そして、貫通孔２０を空気が通過することにより、押し下げまたは押し下げ解除したときにおける空間内の空気圧をほぼ一定に保っている。

しかし、キースイッチ用ダイヤフラム１０２と基板６とで囲繞された空間に、たとえばガラスフロスなどの粉塵が侵入した場合、このガラスフロスによって、キースイッチ１００を押し下げても、基板６の配線パターン４とキースイッチ用ダイヤフラム１０２の接点１０４とが互いに接触できず、キースイッチ１００の接触不良によるスイッチング機能障害が発生する場合があるという問題がある。
そこで、上記問題を回避するために、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、中央部に突起１０２Ｂを備えたキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａやキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃを用いて、キースイッチ２００やキースイッチ３００のようなキースイッチを構成することが考えられる。
図３（Ａ）は、第２の従来のキースイッチ２００の断面を示す図である。キースイッチ２００のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａは、ほぼ中央部に、凹側に突出している突起１０２Ｂを具備している。キースイッチ２００を押し下げた場合、接点１０４Ａと基板６の配線パターン４とが互いに接触し電気的に接続する。
図３（Ｂ）は、第３の従来のキースイッチ３００の断面を示す図である。キースイッチ３００のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃは、ほぼ中央部に、凹側に突出している突起１０２Ｂを複数（本例では３つ）具備している。キースイッチ３００を押し下げた場合、各接点１０４Ａのうちの少なくとも１つと基板６の配線パターン４とが互いに接触し電気的に接続する。
キースイッチ２００ではこれを押し下げた場合、基板６の配線パターン４と接触する接点１０４Ａの面積が、キースイッチ１００の接点１０４よりも小さいので、囲繞された空間にガラスフロス等の粉塵が侵入しても、キースイッチ２００の接触不良は、キースイッチ１００よりも発生しにくい。
また、キースイッチ３００では、接点１０４Ａを複数備えており、キースイッチ３００を押し下げた場合、各接点１０４Ａのうちの少なくとも１つの接点が、基板６の配線パターン４と接触すれば、キースイッチの接触不良を回避できるので、キースイッチ２００よりも、一層接触不良が発生しにくい。
ところが、上記囲繞された空間に侵入した粉塵がガラスフロスやその他の繊維である場合には、突起１０２Ｂによって、粉塵が押しのけられるので、キースイッチ２００やキースイッチ３００を押し下げた場合の接触不良が回避されやすいが、粉塵がたとえば接着剤飛沫や樹脂飛沫などのような付着しやすい物質で構成され、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａ、１０２Ｃの接点１０４Ａに付着している場合には、接触不良が発生しやすいという問題がある。
さらに、キースイッチ２００のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａやキースイッチ３００のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃでは、このほぼ中央部（押し下げられる部分）の凹側（基板６側；台座部１６側）に、突起１０２Ｂが形成されているので、突起１０２Ｂの先端側に形成されている接点１０４Ａと、基板６の配線パターン４との間の距離が、非操作時（キースイッチ２００、キースイッチ３００が、図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示すように押し下げられていない状態）において、キースイッチ１００よりも小さくなる。したがって、キースイッチ２００やキースイッチ３００では、押し下げのストロークがキースイッチ１００よりも小さくなり、良好なクリック感が失われるおそれがある。
そこで、上記押し下げのストロークを確保するために、台座部１６の高さを高くすることが考えられる。しかし、台座部１６の高さが高くなるように、キースイッチ２００のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａやキースイッチ３００のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃを、たとえばプレスによって成型すると、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａやキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃが、特に台座部１６のところで、大きく塑性変形しなければならず、この大きな塑性変形により、各キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａ、１０２Ｃに大きな残留応力が発生する。そして、これらのキースイッチ２００やキースイッチ３００を押し下げ、この押し下げを解除する動作を繰り返す度に、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａやキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃが弾性変形し、この弾性変形による繰り返し応力が上記残留応力に加えられて大きな応力が発生し、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ａやキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃが疲労破壊しやすくなり、耐久性が悪化するという問題がある。
また、キースイッチ３００の場合には、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃが突起１０２Ｂを複数備えているので、キースイッチ２００よりも接触不良が発生しにくいが、キースイッチ３００を押し下げたときに、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃの各接点１０４Ａのうち１つの接点が、基板６の配線パターン４に接触すると、上記１つの接点は、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃに対して偏心しているので、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃに偏在した応力が発生し、耐久性がキースイッチ２００よりもさらに悪化する場合がある。
図３（Ｃ）は、第４の従来のキースイッチ４００の断面図である。キースイッチ４００のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｄは、ほぼ中央部に、突起１０２Ｂの代わりに貫通孔１０２Ｅが設けられている。
キースイッチ４００を押し下げた場合、貫通孔１０２Ｅの外周縁の基板６側のエッジ部が接点１０４Ｂを形成し、この接点１０４Ｂが基板６の配線パターン４とが互いに接触し電気的に接続する。キースイッチ４００では、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｄのほぼ中央部の貫通孔１０２Ｅのエッジが接点１０４Ｂを形成しているので、キースイッチ４００を押し下げた場合、上記囲繞された空間に粉塵が存在しても、接点１０４Ｂが基板６の配線パターン４に接触しやすく、接触不良を回避することができる。また、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｄの凹側に突起が存在しないため、台座部１６の高さを高くしなくても、押し下げストロークを確保することができ、良好なクリック感を得ることができる。
しかし、キースイッチ４００を押し下げたときに、キースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｄが弾性変形し、貫通孔１０２Ｅの外周縁に応力集中が発生し、貫通孔１０２Ｅ外周縁からキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｄの外周に向かってクラックが発生する場合があり、キースイッチ４００の耐久性が悪化する場合があるという問題がある。
また、キースイッチ４００を押し下げたときに、貫通孔１０２Ｅが存在するために、カバーフィルム１０の粘着部が基板６の配線パターン４に転写され、これによって、キースイッチ４００の接触不良が発生する場合があるという問題がある。
なお、貫通孔１０２Ｅに対応する部分において、粘着性が無いカバーフィルムを使用することが考えられるが、このようなカバーフィルムを製作することは煩雑であり、また、上記粘着性が無い部分と貫通孔１０２Ｅとの位置を合致させて、キースイッチを組み立てることは困難である。
さらに、また、キースイッチ用ダイヤフラム１０２を用いて構成されたキースイッチ１００は、図１Ｂに示すように、キースイッチ用ダイヤフラム１０２を押圧するための押圧部材（アクチュエータ）ＡＣ１を備え、このアクチュエータＡＣ１は、たとえば、キースイッチ１００のおもて面に配置される図示しないシート状の弾性支持部材（たとえばシリコンラバーシート）と一体化して形成され、シリコンラバーシートと共に、キースイッチの基板６とキースイッチ用ダイヤフラム１０２とに積層されて、キースイッチ１００に設置されのであるが、この設置のときに、キースイッチ用ダイヤフラム１０２の中心ＣＬ１０に対して、アクチュエータＡＣ１の中心ＣＬ１２がΔＬ３だけずれて設置される場合がある。
このようにアクチュエータＡＣ１がずれて設置されると、従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２を用いたキースイッチ１００では、上記ずれ量にほぼ比例して、後に詳しく説明するクリック率（クリック感の良否を数値で客観的に示すための指標の１つ）が低下する。すなわち、ずれ量によって良好なクリック感が損なわれるという問題がある。なお、アクチュエータのずれによって発生する上記問題は、他の各キースイッチ２００、３００、４００においても発生する問題である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明によれば、押した場合に良好なクリック感を得ることができると共に、接触不良の発生を回避でき、耐久性が高いキースイッチ用ダイヤフラム、キースイッチを提供することができる。
本発明の第１の技術的側面によれば、キースイッチ用ダイヤフラムは、導電性を有する第１の板バネ部であって、前記第１の板バネ部が基準面に対して位置固定される基部と前記基準面から離れる凸形状を有する板部とを備えるものと、導電性を有し、前記板部の中央部に前記基準面から離れる方向に突出して形成される第２の板バネ部とを具備し、前記第２の板バネ部に前記基準面に向かう方向の外力が付加されると、少なくとも前記中央部の周縁部が前記基準面に接触することを特徴とする。
本発明の第２の技術的側面によれば、キースイッチ用ダイヤフラムは、さらに、前記第２の板バネ部に前記基準面に向かって突出形成される少なくとも１つの突出部を具備し、前記第２の板バネ部に前記基準面に向かう方向の外力が付加されると、少なくとも前記突出部が前記基準面に接触することを特徴とする。
本発明の第３の技術的側面によれば、キースイッチ用ダイヤフラムは、第１の技術的側面に加えて、さらに、前記第２の板バネ部に前記基準面から離れる方向に突出して形成され、導電性を有する第３の板バネ部を具備し、前記第３板バネ部に前記基準面に向かう方向の外力が付加されると、少なくとも前記第３の板バネ部の周縁部が前記基準面に接触することを特徴とする。
本発明の第４の技術的側面によれば、キースイッチ用ダイヤフラムは、第１の技術的側面に加えて、さらに、前記第２の板バネ部に形成される開口部を具備し、前記第２の板バネ部に前記基準面に向かう方向の外力が付加されると、少なくとも前記開口部の周縁部が前記基準面に接触することを特徴とする。
本発明の第５の技術的側面によれば、キースイッチ用ダイヤフラムは、第２の技術的側面に加えて、前記突出部は３個の突起部を有し、各前記突起部は前記第２の板バネ部の中心部に中心をもつ円の円周上で等間隔に配置されることを特徴とする。

図１Ａは、第１の従来のキースイッチの概略構成を示す図、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢに沿った断面図である。
図２は、第１の従来キースイッチを押した状態を示す図である。
図３（Ａ）は第２の従来のキースイッチの概略構成を示す図、図３（Ｂ）は第３の従来のキースイッチの概略構成を示す図、図３（Ｃ）は、第４の従来のキースイッチの概略構成を示す図である。
図４Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るキースイッチを構成するキースイッチ用ダイヤフラムの概略構成を示す図、図４Ｂは図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢに沿った断面図である。
図５（Ａ）はキースイッチ用ダイヤフラムによって構成されたキースイッチを押し下げた状態を示す図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のキースイッチを押し下げたときの接触面パターンを示す図である。
図６（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るキースイッチを構成するキースイッチ用ダイヤフラムの概略構成を示す図、図６（Ｂ）は図６（Ｂ）のキースイッチを押し下げたときの接触面パターンを示す図である。
図７（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るキースイッチを構成するキースイッチ用ダイヤフラムの概略構成を示す図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のキースイッチを押し下げたときの接触面パターンを示す図である。
図８Ａは、本発明の第４の実施の形態に係るキースイッチを構成するキースイッチ用ダイヤフラムの概略構成を示す図、図８Ｂは図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢに沿った断面図である。
図９は、クリック率を説明する図である。
図１０は、アクチュエータ変位量とキースイッチ用ダイヤフラムのクリック率の関係およびアクチュエータ変位量とキースイッチ用ダイヤフラムの変位荷重値との関係を示す図である。

第１実施形態
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るキースイッチ１を構成するキースイッチ用ダイヤフラム３０の概略構成を示す図である。図４Ａは、キースイッチ用ダイヤフラム３０の平面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ断面を示す図である。図５は、キースイッチ用ダイヤフラム３０によって構成されたキースイッチ１を押し下げた状態を示す図である。なお、図４Ａにおいては、理解を容易にするために基板６やカバーフィルム１０や基板６の配線パターン２、４の表示を省略してある。
キースイッチ用ダイヤフラム３０は、可撓性と導電性とを具備する薄板（たとえば金属の薄い板）を、たとえばプレス加工することによって一体的に形成されている。キースイッチ用ダイヤフラム３０は、球面状のドーム状部１８のほぼ中央部に、絞り上げて形成されることによって、ドーム状部１８の上側（凸側）に突出した外方突出部３２を備えている。すなわち、キースイッチ用ダイヤフラム３０は、円錐台形状の台座部１６の上部側に、導体パターン２によって画成される基準面ＰＬから離れる方向（Ｚ軸負方向）に突出した球面状のドーム状部１８を備えると共に、このドーム状部１８のほぼ中央部に、ドーム状部１８の内面側（凹側）周縁部を接点３４として、ドーム状部１８の外面側（凸側）に基準面ＰＬから離れる方向に突出した外方突出部３２を備えている。
換言すれば、キースイッチ用ダイヤフラム３０は、可撓性と導電性とを具備する薄板よりなり、円錐台形状の台座部１６とこの台座部の上部側（窄まった側）でこの上部側に突出した球面状のドーム状部１８とを備えていると共に、ドーム状部１８の外面側（凸面側；台座部側とは反対側）に突出した円形状の外方突出部３２をドーム状部１８のほぼ中央部に備え、外方突出部３２の内面側（台座部１６側；ドーム状部１８の凹面側）の周縁部（外方突出部３２とドーム状部１８との境界部）が接点３４を形成している。
さらに、外方突出部３２は、筒状の円錐台形状の台座部３２Ａの上部側（台座部３２Ａの窄まった側）に、この上部側に突出した球面状のドーム状部３２Ｂを備えると共に、このドーム状部３２Ｂのほぼ中央部に、ドーム状部３２Ｂの内面側（凹側）に突出し、先端部が接点３８を構成している突起（内方突出部）３６を備えている。
換言すれば、外方突出部３２のほぼ中央部には、外方突出部３２の内面側（台座部１６側；ドーム状部１８の凹面側）に突出して接点３８を構成する突起３６が設けられている。
次に、キースイッチ１にＺ軸正方向の外力を付与した場合について、図５を用いて説明する。正方向とは基板６あるいは基準面ＰＬに接近する向きを意味する。キースイッチ１のほぼ中央部を、基板６方向に押すと、キースイッチ用ダイヤフラム３０は弾性変形し（キースイッチ用ダイヤフラム３０のドーム状部１８とドーム状部３２Ｂとが主に弾性変形し）、キースイッチ用ダイヤフラム３０の接点３４や接点３８が基板６の配線パターン４に接触する。なお、接触した部分は、図５（Ｂ）に示すように、環状の接触面Ｃ２１と、この接触面の内側ほぼ中央部に形成された円形上の接触面Ｃ２２とによって形成される。
ドーム状部１８と台座部１６は２つの状態、すなわち図４Ａの安定状態および外力（Ｚ軸正方向）の付与により安定化する図５（Ａ）の準安定状態とを有するトグル機構を備えた第１の板バネ部として機能する。また上方突出部３２は第２の板バネ部として機能する。周縁部３４は２つの板バネを連結する連結部として機能する。したがって、本実施例のキースイッチ用ダイヤフラム３０は、基部１６および板部１８を備える第１の板バネ部１８、１６、板部１８に連結部３４を介して連結される第２の板バネ部３２を備えるものである。板部１８の外縁部１７は基部１６によって基準面ＰＬに対して位置固定される。
なお、本発明によるキースイッチ用ダイヤフラムは、第１の板バネ部や第２の板バネ部が図４Ａに示すように同心円状の皿バネに限定されるものではなく楕円形状の皿バネであってもよく、その一断面が図４Ｂ、図５（Ａ）で示されるような板バネであればよい。すなわち、本発明は板部１８の両端部（外縁部）１７，１７が基部１６，１６によって基準面ＰＬに対して位置固定され、第２の板バネ部３２が周縁部３４，３４によって第１の板バネ部１８，１８に固定されるような断面を有するダイヤフラムに対して適用される。たとえば、リボン状の板バネから構成されるダイヤフラムの場合には周縁部３４の接触パターンＣ２１は環状ではなく接触パターンＣ２２に対して実質的に対称な２つの位置に離れて存在する。
なお、キースイッチ１を押していない状態では、キースイッチ用ダイヤフラム３０の接点３８は接点３４よりも同レベルか僅かに高い位置、すなわち、基準位置ＰＬとの距離が接点３４と実質的に同一か基準位置ＰＬに対して接点３４より僅かに離れた位置に設けられている。したがって、キースイッチ１を押したときに、第１の板バネであるドーム状部１８と第２の板バネであるドーム状部３２Ｂとがそれぞれ適宜弾性変形し、接点３４と接点３８とが、ともに配線パターン４に（たとえばほぼ同時に）接触する。これにより、キースイッチ１を押した場合のクリック感が、押し下げ途中で急激に変化する事態を回避することができる。
また、接点と配線パターン同士の接触により、キースイッチ用ダイヤフラム３０を介して、基板６の配線パターン２と配線パターン４とが互いに電気的に接続される。キースイッチ用ダイヤフラム３０に対する配線パターン４方向（Ｚ軸正方向）への外力の付加がなくなると、図５（Ａ）の状態が不安定となって押圧状態が解除されて、キースイッチ用ダイヤフラム３０が弾性変形をする前の初期形状（安定状態）に戻る。その結果、キースイッチ用ダイヤフラム３０の接点３４や接点３８が基板６の配線パターン４から離反し、基板６の配線パターン２と配線パターン４との間の電気的接続が遮断される。
キースイッチ用ダイヤフラム３０で構成されたキースイッチ１によれば、ドーム状部１８と上方突出部３２とを連結する周縁部が接点３８を囲むリング状の接点３４を構成するので、キースイッチ１を押した場合にエッジ状の接点３４が配線パターン４に接触する。その結果、キースイッチ用ダイヤフラム３０と基板６とで囲繞されている空間内に粉塵が侵入したり、接点３４の一部に接着剤飛沫や樹脂飛沫などが付着していても、接点３４と配線パターン４との接触を確保することができる。したがって、キースイッチ１を押した場合の接触不良の発生を回避することができる。
なお、外方突出部３２の外径は、ダイヤフラム３０の外径の２０％以上かつ２．５ｍｍ以下とすることが好ましい。このような構成とすることでエッジ３４が電気的接点として機能し、かつ外方突出部３２の周縁部周辺における応力分散が効率よく行われて耐久性も向上する。
さらに、接点３４と共に、接点３８も配線パターン４に接触するので、キースイッチ１を押した場合の接触不良の発生を一層回避することができると共に、キースイッチ１を押した場合、外方突出部３２のほぼ中央部に設けられている突起３６が配線パターン４に接触すると、第２の板バネとしての外方突出部３２の球面状のドーム状部３２Ｂがそれ以上変形しない。その結果、ドーム状部３２Ｂが不必要な応力を受けることを防止することができ、キースイッチ用ダイヤフラム３０の耐久性を向上させることができる。
また、キースイッチ用ダイヤフラム３０のドーム状部１８のほぼ中央部に設けられている外方突出部３２が、ドーム状部１８の外側、すなわちドーム状部１８に対して配線パターン４から離隔する方向（Ｚ軸負方向）に突出している。したがって、台座部１６の高さを高くしなくても、キースイッチ１を押し下げたときのストロークを、従来のキースイッチ１００と同様に大きく確保することができ、良好なクリック感を確保することができると共に、台座部１６の高さを高くする必要がないので、キースイッチ用ダイヤフラム３０をプレス成形する場合、キースイッチ用ダイヤフラム３０に発生する残留応力を低く押えることができ、キースイッチ用ダイヤフラム３０の耐久力を向上させることができる。
また、キースイッチ１を押した場合には、図５（Ｂ）に示すようにキースイッチ用ダイヤフラム３０のほぼ中央部が２次元的に基板６の配線パターン４に接触する。したがって、キースイッチ用ダイヤフラム３０に、偏心した応力が発生しないので、キースイッチ用ダイヤフラム３０に発生する応力を均一に配分することができ、キースイッチ用ダイヤフラム３０の押し下げ、押し下げ解除を繰り返した場合の耐久性を向上させることができる。
さらに、キースイッチ１は従来のキースイッチ４００との対比で中央部に貫通孔が設けられた第１の板バネであるドーム状部１８のほかに第２の板バネである突出部３２および周縁部３４を備える。したがって、孔の周縁に発生する応力集中が発生しないのでキースイッチ１の耐久性が向上する。なお、キースイッチ用ダイヤフラム３０において、ドーム状部３２Ｂのほぼ中央部に設けられている突起３６を削除してもよい。
突出部３２がドーム状部１８に対して配線パターン４から離隔する方向（Ｚ軸負方向）に突出しているので、この部分でカバーフィルム１０が弾性変形して張力が増して突出部３２への圧力も増大するので、カバーフィルム１０のキースイッチ１を接着保持する力を大きくすることができる。
第２実施形態
図６は、本発明の第２の実施形態に係るキースイッチを構成するキースイッチ用ダイヤフラム４０の概略構成を示す図である。キースイッチ用ダイヤフラム４０は、外方突出部３２のドーム状部３２Ｂのほぼ中央部に第１の実施形態の突起３６の代わりに、外方突出部３２のドーム状部３２Ｂのほぼ中央部に外方突出部４２を設けたものであり、その他の点は、キースイッチ用ダイヤフラム３０とほぼ同様に構成されている。
すなわち、キースイッチ用ダイヤフラム４０は、外方突出部３２のドーム状部３２Ｂのほぼ中央部に、ドーム状部３２Ｂの内面側（凹側）周縁部を接点４４とする外方突出部４２であって、ドーム状部３２Ｂの外面側（凸側）に基準面ＰＬから離れるように突出した外方突出部４２を備えている。なお、外方突出部４２は、筒状の円錐台形状の台座部４２Ａの上部側（台座部４２Ａの窄まった側）に、この上部側に突出した球面状のドーム状部４２Ｂを備えている。したがって、外方突出部４２は第２の板バネ部としての上方突出部３２に形成された第３の板バネ部として機能する。
換言すれば、外方突出部３２のほぼ中央部には、外方突出部３２の外面側（台座部１６側とは反対側）に突出して、外方突出部３２の内面側（台座部１６側）の周縁部（外方突出部３２との境界部）を環状の接点４４とする外方突出部４２が設けられている。
キースイッチ用ダイヤフラム４０によって構成されているキースイッチのほぼ中央部を押すと、キースイッチ用ダイヤフラム４０が弾性変形し、キースイッチ用ダイヤフラム４０の接点３４や接点４４が基板６の配線パターン４に接触する。なお、接触した部分は、図６（Ｂ）に示すように、環状の接触面Ｃ３１と、この接触面の内側ほぼ中央部に形成された環状の接触面Ｃ３２とによって形成される。接触により、キースイッチ用ダイヤフラム４０を介して、基板６の配線パターン２と配線パターン４とが互いに電気的に接続される。
キースイッチ用ダイヤフラム４０によって構成されているキースイッチによれば、第１の実施形態に係るキースイッチ１とほぼ同様に動作しほぼ同様の効果を奏する。なお、キースイッチ１とは異なり、接点４４がエッジ状に形成されているので、基板６とキースイッチ用ダイヤフラム４０とで囲繞されている空間内に粉塵が侵入した場合でも、接点３４の他に接点４４も配線パターン４に接触しやすくなり、キースイッチを押した場合の接触不良を一層回避することができる。
第３実施形態
図７は、本発明の第３の実施形態に係るキースイッチを構成するキースイッチ用ダイヤフラム５０の概略構成を示す図である。キースイッチ用ダイヤフラム５０は、外方突出部３２のドーム状部３２Ｂのほぼ中央部に、突起３６の代わりに貫通孔５２を設けた点が、第１の実施の形態に係るキースイッチ用ダイヤフラム３０とは異なり、その他の点は、キースイッチ用ダイヤフラム３０とほぼ同様に構成されている。換言すれば、外方突出部３２のほぼ中央部には貫通孔５２を備えてあって、この貫通孔５２の内面側（台座部１６側）の周縁部に接点５８が形成されている。
キースイッチ用ダイヤフラム５０によって構成されているキースイッチのほぼ中央部を押すと、キースイッチ用ダイヤフラム５０が弾性変形し、キースイッチ用ダイヤフラム５０の接点３４や、貫通孔５２の内面側（ドーム状部３２Ｂの凹面側）の周縁部で形成された接点５８が基板６の配線パターン４に接触する。なお、接触した部分は、図７（Ｂ）に示すように、環状の接触面Ｃ４１と、この接触面の内側ほぼ中央部に形成された環状の接触面Ｃ４２とによって形成される。
キースイッチ用ダイヤフラム５０によって構成されているキースイッチのよれば、第１の実施形態に係るキースイッチ１とほぼ同様に動作しほぼ同様の効果を奏する。なお、キースイッチ１とは異なり、接点５８がエッジ状に形成されているので、基板６とキースイッチ用ダイヤフラム５０とで囲繞されている空間内に粉塵が侵入している場合でも、接点３４の他に接点５８も配線パターン４に接触しやすくなり、キースイッチを押した場合の接触不良を一層回避することができる。
また、キースイッチ用ダイヤフラム３０やキースイッチ用ダイヤフラム５０を使用したキースイッチによれば、外方突出部３２のドーム状部３２Ｂの外方側（基板６と離反する側）に突出物がないので、キースイッチ用ダイヤフラム３０やキースイッチ用ダイヤフラム５０の高さが、キースイッチ用ダイヤフラム４０よりも低くなり、キースイッチの高さを押えることによってキースイッチを小型化することができる。
さらに、キースイッチ５０は従来のキースイッチ４００との対比で中央部に貫通孔が設けられている点で共通しているが、キースイッチ５０の貫通孔（開口部）５２は第１の板バネ１８とは独立したバネ要素である第２の板バネ３２上に形成されている。したがって、キースイッチ５０の接触パターンは図７（Ｂ）に示すように２つの環状パターンＣ４１、Ｃ４２で構成され、応力が適切に分散される。したがつて、開口部５２の周縁に発生する応力集中が発生しないのでキースイッチ１の耐久性が向上する。
第４実施形態
図８は、本発明の第４の実施形態に係るキースイッチを構成するキースイッチ用ダイヤフラム６０の概略構成を示す図である。なお、図８Ａは、キースイッチ用ダイヤフラム６０の平面図であり、図８Ｂは、図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ断面を示す図である。
キースイッチ用ダイヤフラム６０は、外方突出部３２のドーム状部３２Ｂに、複数の（たとえば３個の）突起３６を、たとえば、キースイッチ用ダイヤフラム６０または外方突出部３２の中心ＣＬ２やこの近傍を避けて設けた点が、第１の実施形態に係るキースイッチ用ダイヤフラム３０とは異なり、その他の点は、キースイッチ用ダイヤフラム３０とほぼ同様に構成されている。
すなわち、キースイッチ用ダイヤフラム６０は、第２の板バネ部としての外方突出部３２の内面側（台座部１６側）に基準面ＰＬに向かう方向に突出して接点３８を構成する突起３６を複数個備える。各突起３６は、キースイッチ用ダイヤフラム６０の中心ＣＬ２を中心とする円ＣＬ３の円周上に配置されている。さらに、本実施形態では各突起３６の個数は３個であり、これらの各突起３６は円周上で等分配された位置に配置されている。
本実施形態のキースイッチ用ダイヤフラムによれば、第１〜第３実施形態についてすでに述べた特徴に加えて次のような効果を奏する。図８Ａ，８Ｂに示すように、外方突出部３２に突起３６を複数個形成することにより、外方突出部３２のドーム状部３２Ｂの変形応力が増大し、キースイッチ用ダイヤフラム６０に上面からの外力が作用した場合に、ドーム状部３２Ｂの面はほとんど変形せずにドーム上部１８の変形による動作が行われる。すなわち、図８Ｂに示すように、ΔＬ１だけ変位した位置でキースイッチ用ダイヤフラム６０に外力が作用した場合を想定する。この場合でも、ドーム状部１８の変形が外方突出部３２に先行して発生するので、後述するように、外力が作用する位置の変位が外方突出部３２のドーム状部３２Ｂの範囲内であれば、キースイッチ用ダイヤフラム６０が本来有するクリック感の劣化がほとんど発生せず、安定したクリック感を得ることができる。
キースイッチ
本発明に係るキースイッチ用ダイヤフラムを用いて構成されたキースイッチについて説明する。キースイッチは、キースイッチ用ダイヤフラム６０の周縁部（接点１２）と接触して、一方の面にキースイッチ用ダイヤフラム６０を載置した基板（図示せず）を備える。キースイッチ用ダイヤフラム６０に対して基準面ＰＬに交差する方向（たとえば直交するＺ方向方向）に移動自在に位置固定され、キースイッチ用ダイヤフラム６０に基準面ＰＬに向かう方向に外力を付加する押圧部材（アクチュエータ）ＡＣ１が設けられる。押圧部材ＡＣ１はキースイッチのおもて面に設けられるシート状の弾性部材などの支持部材（図示せず）を介してキースイッチ用ダイヤフラム６０を押圧する。より詳細には押圧部材ＡＣ１の一端側（ダイヤフラム６０に面する端部）に平面状の接触部ＡＣ３を備え、接触部ＡＣ３が移動してダイヤフラム６０に接触し基準面ＰＬに向かう方向（Ｚ軸正方向）の外力を付加する。
常態（ダイヤフラム６０に外力を付加しない状態）においてはキースイッチ用ダイヤフラム６０の外方突出部３２の接点３４が基板から離反してキースイッチ用ダイヤフラム６０は安定状態を保持している。押圧部材ＡＣ１で押圧することによって、キースイッチ用ダイヤフラム６０に外力が付加されて弾性変形し、キースイッチ用ダイヤフラム６０の外方突出部３２の接点３４が基板（あるいは基準面）と接する。さらに、外方突出部３２の各接点３８も基板（あるいは基準面）と接する。
基板の一方の面に設けられ接点を構成する第１電気配線（第１導体パターン）と、台座部１６に電気的接続される第２電気配線（第２導体パターン）とは基板上では絶縁配置されている。常態においては第１電気配線と第２電気配線とは互いに絶縁されたままであるが、押圧部材ＡＣ１でキースイッチ用ダイヤフラム６０を押圧することによってキースイッチ用ダイヤフラム６０の中央部の接点３４や接点３８が基板の第１電気配線と接すると、第１電気配線と第２電気配線とが、キースイッチ用ダイヤフラム６０を介して互いに導通する。
なお、上記説明は、本発明の第４実施形態に係るキースイッチ用ダイヤフラム６０を用いたキースイッチについてのもであるが、他のキースイッチ用ダイヤフラム３０、４０、５０を用いたキースイッチについても同様に適用できることは明らかである。キースイッチ用ダイヤフラム６０によって構成されているキースイッチによれば、第１の実施形態に係るキースイッチ１とほぼ同様の効果を奏する。
さらに、キースイッチ用ダイヤフラム６０を用いて構成されたキースイッチによれば、キースイッチ用ダイヤフラム６０の中心に対して、アクチュエータＡＣ１の中心が、図８Ｂに示すように、ΔＬ１だけ変位して設置された状態で、キースイッチ１を押した場合を想定する。この場合でも、外方突出部３２よりも先にドーム状部１８の変形が先行して発生することから、アクチュエータＡＣ１の変位ΔＬ１の値が、外方突出部３２のドーム状部３２Ｂの範囲内であれば、キースイッチ用ダイヤフラム６０が本来有するクリック感の劣化（クリック率の低下）がほとんど発生せず、安定したクリック感を得ることができる。すなわち、外方突出部３２は第１の板バネ部であるドーム状部１８等とは独立したバネ要素（第２の板バネ部）であるために、外方突出部３２のいずれかの位置に外力が付与されれば外方突出部全体として移動、変形するのでドーム部１８に均一に応力を分配することができる。その結果変位ΔＬ１が発生しても安定してクリック感を提供することができる。したがって、第１〜第３の実施形態に係る他のキースイッチ用ダイヤフラム３０、４０、５０を用いたキースイッチでも同様な効果を得ることができることは当業者であれば容易に理解するであろう。
次に、アクチュエータがずれて設置された場合のクリック感（クリック率）の測定結果について説明する。図９は、クリック率を説明する図であり、図１０は、アクチュエータのずれ量とキースイッチ用ダイヤフラムのクリック率との関係、アクチュエータのずれ量とキースイッチ用ダイヤフラムの変位荷重値との関係を示す図である。
ここで、クリック率とは、クリック感の良否を数値で客観的に示すための指標の１つであり、クリック率の値が小さいほど、一般的には、クリック感が損なわれる。図９の横軸はキースイッチ用ダイヤフラムを押したときの移動方向（図８ＢではＺ軸方向）の変位量（ストローク）を示し、キースイッチ用ダイヤフラムが基準面ＰＬに近づくほど大きくなる。また、図９の縦軸は、キースイッチ用ダイヤフラムを押したときの荷重を示す。
すなわち、常態（ダイヤフラムに外力が付加されない状態）からキースイッチ用ダイヤフラムを押し始めると荷重が「０」から徐々に増加してやがて極大値Ｐ１になる。さらに押圧を続けると荷重はストローク量Ｓ３において極小値になりその後増加する。このようにキースイッチ用ダイヤフラムはトグル機構を利用する接点構造を構成する。
キースイッチ用ダイヤフラムが基板に載置されてキースイッチを構成した場合には、ストローク量Ｓ３に達する前のストローク量Ｓ２のときに、キースイッチ用ダイヤフラムの中央部の接点が基準面ＰＬに位置する導体（第１電気配線）に接する。このときの荷重を荷重Ｐ２とする。するとクリック率ηは、η（％）＝１００×（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ１と表される。
また、図１０の横軸は図８Ｂの変位量ΔＬ１を示し、図１０の縦軸は図９の極大値荷重Ｐ１とクリック率とをそれぞれ示す。図１０に示すＧ１のグラフは、キースイッチ用ダイヤフラム６０の極大値荷重Ｐ１を示し、Ｇ３のグラフは、従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃ（図３（Ｂ）参照）の極大値荷重Ｐ１を示す。また、図１０に示すＧ５のグラフは、キースイッチ用ダイヤフラム６０のクリック率を示し、Ｇ７のグラフは、従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃのクリック率を示す。図１０に示すように、極大値荷重については、キースイッチ用ダイヤフラム６０と従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０６Ｃとの間でほとんど差がなく、キースイッチ用ダイヤフラムの中心とアクチュエータの中心の変位量にかかわらずほぼ一定の値（１６０ｇｆ＝１．５７Ｎ）を示している。
一方、クリック率は、キースイッチ用ダイヤフラム６０では、キースイッチ用ダイヤフラム６０の中心ＣＬ２とアクチュエータＡＣ１の中心ＣＬ４の変位量にかかわらずほぼ一定の値（約４０％）を示しているが、従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃでは、キースイッチ用ダイヤフラムの中心とアクチュエータの中心との変位量が大きくなるにしたがって徐々に小さくなっており、変位量が０．８ｍｍになると、クリック率は「０」の近傍まで落ち込んでいる。
なお、図８Ｂに示すキースイッチ用ダイヤフラム６０の外径ｄ４は、５ｍｍであり、外方突出部３２の外径ｄ２は２ｍｍであり、従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃ外径も５ｍｍである。また、アクチュエータＡＣ１の外径は２ｍｍである。
ところで、各キースイッチ用ダイヤフラムを用いて、キースイッチを構成し、このキースイッチを押圧しまた押圧をやめて、キースイッチのオンオフを繰り返すと、キースイッチ用ダイヤフラムとこのキースイッチ用ダイヤフラムを載置している基板とで囲繞された空間内の体積や気圧が変化し、囲繞された空間内に、基板とキースイッチ用ダイヤフラム外縁との間の僅かな隙間から空気と共に微細な塵が進入してくる場合がある。
そして、上述のように進入してきた微細な塵は、キースイッチ用ダイヤフラムの外周全縁に沿ってほぼ一様に形成されている僅かな隙間から囲繞された空間内に進入してくる空気がキースイッチ用ダイヤフラムの中央部で干渉し合うことによって、キースイッチ用ダイヤフラムの中央部に収束して蓄積される傾向が強い。
しかし、キースイッチ用ダイヤフラム６０によって構成されているキースイッチによれば、外方突出部３２の内面側で各接点３８を構成する各突起３６が、キースイッチ用ダイヤフラム６０の中心を中心にした円の円周上に配置されているので、換言すれば、キースイッチ用ダイヤフラム６０の中央部には、接点３８が形成されていないので、キースイッチ用ダイヤフラム６０の中央部に収束して蓄積される傾向が強い微細なゴミによって、キースイッチの繰り返し使用による接触不良の発生を極力抑制することができる。
さらに、キースイッチ用ダイヤフラム６０によって構成されているキースイッチによれば、外方突出部３２の内面側で各接点３８を構成する各突起３６が、キースイッチ用ダイヤフラム６０または外方突出部３２の中心ＣＬ２を中心とした円ＣＬ３の円周上で３等置配された位置に配置されている。すなわち、キースイッチ用ダイヤフラム６０が押圧されたときに、各突起３６の先端の接点３８と外方突出部３２の周縁部接点３４で１つの平面を規定するように各突起３６がバランス良く配置されているので、キースイッチ用ダイヤフラムが載置されている基板の面（基準面ＰＬ）に対して直角ではなく直角（Ｚ軸）から僅かにずれた角度でキースイッチ用ダイヤフラムが押圧されても、キースイッチ用ダイヤフラムの各接点のうちのいずれかの接点が、基準面に位置する導体と接触しやすくなっている。
したがって、キースイッチ用ダイヤフラム６０を用いたキースイッチによれば、このキースイッチを僅かに斜めな方向から押圧しても、キースイッチの接点の接触不良の発生を抑制することができる。
また、外方突出部３２の内面側で接点を構成する突起の数を４つ以上にしてもよいが、突起の数を４つ以上にすると、キースイッチ用ダイヤフラムの構成が煩雑になる。そして、キースイッチ用ダイヤフラムの内部応力が大きくなるおそれがある。したがって、接点を構成する突起の数を３つにすることで、キースイッチ用ダイヤフラムの構成を簡素化しつつ、このキースイッチ用ダイヤフラムを用いたキースイッチの接触不良を極力回避することができる。
次に、本発明に係るキースイッチ用ダイヤフラムの寿命について従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃ（図３（Ｂ）参照）との対比に基づいて説明する。キースイッチ用ダイヤフラム６０（タイプＩ）のサンプルを１０個、キースイッチ用ダイヤフラム６０において突起３６を備えないもの（タイプＩＩ）のサンプルを１０個、そして従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃ（タイプＩＩＩ）のサンプルを１０個それぞれについて寿命試験を行った。突起３６を備えないタイプは第２の板バネ部を備えるキースイッチ用ダイヤフラムであって本発明の典型的な実施形態の１つである。また、同じクリック感を確保するために突起部の基準面との距離は同じものを使用した。
試験では荷重３２０ｇｆ（３．１Ｎ）、毎秒３〜５回の頻度で２００万回打鍵した。打鍵の結果、従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃの総ては、ひび割れまたは動作復帰異常（へこんだまま）を発生した。また本発明に係るタイプＩＩのキースイッチ用ダイヤフラムはひび割れや動作復帰異常が発生したものはなく、また極大値荷重Ｐ１の変化量は３０％以内のものが６個、３０〜４０％のものは４個であった。突起を有するタイプＩのキースイッチ用ダイヤフラム６０では、ひび割れや動作復帰異常が発生したものは無く、また、図９に示す極大値荷重Ｐ１の変化量も、総てのものにおいて３０％以内に入っており、したがって、動作復帰荷重における試験実施前後の異常の発生もなかった。したがって、本発明によればキースイッチ用ダイヤフラムの寿命特性が向上することが明らかとなった。さらに、突起を備えることによって寿命特性がさらに向上することが明らかとなった。
本発明に係るキースイッチ用ダイヤフラムの寿命特性が向上するのは、第１の板バネ部の中央部に第２の板バネ部をさらに備えることによって、基準面ＰＬへの接触部３４が点ではなく環状に分布していること、および図４Ｂに例示するように複数の曲折部１７，３４，３５などにおいて応力を負担するため応力が適切に分散され、各板バネ部の弾性が保持されたためであると考えられる。また、突起を有するキースイッチ用ダイヤララム６０の寿命が長い理由として、従来のキースイッチ用ダイヤフラム１０２Ｃと同じ押圧ストロークを得る場合、外方突出部３２に突起３６が設けられていることによって、製作するときに大きな内部応力を発生させる要因となる台座部の高さを低く構成することができる点が挙げられる。したがって、製作するときに発生する内部応力の大きさが、キースイッチ用ダイヤフラム６０のほうが小さいということが考えられる。また、突起３６がダイヤフラム６０に付与される外力の大きさにかかわらずダイヤフラム６０の変形量（Ｚ方向）を制限するストッパーとしても機能するために、第１の板バネ部や第２の板バネ部への過度な応力の付加が制限されるためにさらに寿命特性が向上するものと考えられる。
上述したように、本発明によれば、押した場合に良好なクリック感を得ることができると共に、接触不良の発生を回避でき、耐久性が高いキースイッチ用ダイヤフラムを提供することができるという効果を奏する。

Claims (9)

1. 導電性を有する第１の板バネ部（１６，１８）であって、前記第１の板バネ部が基準面（ＰＬ）に対して位置固定される基部（１６）と前記基準面から離れる凸形状を有する板部（１８）とを備える第１の板バネ部と、
   導電性を有し、前記板部の中央部に前記基準面から離れる方向に突出して形成される第２の板バネ部（３２）と
   を具備し、
   前記第２の板バネ部（３２）に前記基準面に向かう方向の外力が付加されると、少なくとも前記中央部の周縁部（３４）が前記基準面（ＰＬ）に接触することを特徴とするキースイッチ用ダイヤフラム（３０）。
2. 前記第１の板バネ部は少なくとも前記基準面と交差する面内で山形形状の断面を有することを特徴とする請求項１記載のキースイッチ用ダイヤフラム。
3. 前記第１の板バネ部および前記第２の板バネ部はそれぞれ皿バネであることを特徴とする請求項１記載のキースイッチ用ダイヤフラム。
4. 前記ダイヤフラムはさらに、
   前記第２の板バネ部に前記基準面に向かって突出形成される少なくとも１つの突出部を具備し、
   前記第２の板バネ部に前記基準面に向かう方向の外力が付加されると、少なくとも前記突出部が前記基準面に接触することを特徴とする請求項１記載のキースイッチ用ダイヤフラム。
5. 前記ダイヤフラムはさらに、
   導電性を有し、前記第２の板バネ部に前記基準面から離れる方向に突出して形成される第３の板バネ部を具備し、
   前記第３板バネ部に前記基準面に向かう方向の外力が付加されると、少なくとも前記第３の板バネ部の周縁部が前記基準面に接触すること
   を特徴とする請求項１記載のキースイッチ用ダイヤフラム。
6. 前記ダイヤフラムはさらに、
   前記第２の板バネ部に形成される開口部を具備し、
   前記第２の板バネ部に前記基準面に向かう方向の外力が付加されると、少なくとも前記開口部の周縁部が前記基準面に接触すること
   を特徴とする請求項１記載のキースイッチ用ダイヤフラム。
7. 前記突出部は３個の突起部を有し、各前記突起部は前記第２の板バネ部の中心部以外に配置されることを特徴とする請求項４記載のキースイッチ用ダイヤフラム。
8. 各前記突起部は前記第２の板バネ部の中心部に中心をもつ円の円周上で等間隔に配置されることを特徴とする請求項７記載のキースイッチ用ダイヤフラム。
9. キースイッチであって、
   請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムの基部が載置される基板であって、前記基準面を画成しかつ前記基部と電気的に絶縁された導体を画成する基板と、
   前記ダイヤフラムに前記基準面に向かう外力を付加するアクチュエータであって、前記基準面に交差する方向に移動自在に前記基板に位置固定されるアクチュエータと
   を具備することを特徴とするキースイッチ。

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