JP2003050658A

JP2003050658A - キー入力装置

Info

Publication number: JP2003050658A
Application number: JP2001272712A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Komatsu; 聖一小松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】キーデータを入力する際に、当該キーデータが
所望のものであるかどうかをキー押下げ前にキーに接触
するだけで知ることを可能にし、押し間違いの少ない効
率的な入力作業ができる操作性のよい、構造が簡単で低
コストの接触検知機能を有すキー入力装置を提供する。【解決手段】スイッチの接点が接触センサの電極を兼ね
ることで、スイッチと接触センサを機能的かつ構造的に
一体化した接触検知機能を有すキースイッチを平板状も
しくは２次元面状に複数形成する。また、平板状もしく
は２次元面状の接触検知機能を有すキー入力装置の下部
にキーストローク発生機構を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータや電
子式電話機等の電子機器に文字、数字、記号、制御、機
能等のキーデータを入力する際に、操作者の指先等が接
触しているキーを事前に視覚的、聴覚的、あるいは皮膚
感覚的に知ることを可能にするための接触検知機能を有
すキー入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人の指先等による接触を検知する接触セ
ンサとして、静電容量式、抵抗膜式、電極間短絡式、加
圧導電ゴムや圧電効果等の感圧式、赤外線を含む光学
式、超音波式、電磁誘導式、誘導電流式等の多様な方式
の物理的検知手段が公知されており、入力機器において
はタッチスイッチ、タッチパッド、タッチパネル等の名
称で呼ばれる無圧または微少圧で働くセンサとして広く
使用されている。

【０００３】従来の個別キーボタン式のキー入力装置に
接触センサを付加した接触検知機能を有すキー入力装置
においては、所望のキーを押下げてキーデータを入力す
る前に、キーボタンに指先等で触れるか僅かに押して、
キーボタン上部またはキーボタンに連動する機構に設置
された接触センサにより接触を検知し、当該キーデータ
をコンピュータ等を介しディスプレイ装置や音響発生装
置等に出力し、視覚的もしくは聴覚的にあるいはその両
方で確認する方法が採られる。

【０００４】従来、平板状のタッチパッド等の接触検知
機能を有す座標位置検出機器で文字等を入力するものと
して、ディスプレイ装置の画面上に表示されたキーボー
ド図形を見ながら同じく画面上に表示されている単一の
指示点を座標位置検出機器上で指先にて画面上のキーボ
ードの所望のキー位置に移動させキーデータを確認し入
力する、いわゆるソフトキーボードが知られている。

【０００５】従来、平板状のキーボードの上面に可撓性
のタッチパッド等を重ねて接触検知機能を有すキー入力
装置を構成したものでは、キーストローク機能がない点
を補うために平板状構造内に空気やゲル状の物質を注入
するか発泡体を挟み込み、キーボタンを模した凸状の形
を作り擬似的なキーストロークを得る方法を採る場合が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
接触検知機能を有すキー入力装置では、以下の問題があ
った。従来の、個別キーボタン式のキー入力装置に接触
センサを付加した接触検知機能を有すキー入力装置は、
各キーのスイッチ機能の他に各キーボタンに接触検知に
関わる回路や構造または機構が必要となるため、キーボ
タン自体が大変複雑になり、それに伴いコストも上昇す
る問題がある。

【０００７】接触検知機能を有すキー入力装置として
は、複数のキーへの同時接触を検知することは、キーを
見ないで円滑で素早いキー入力操作をする場合、手指と
各キーの位置関係を認識する上で特に必要な機能であ
り、従来の例えば抵抗膜によるアナログ式の接触検知回
路を使用した平板状のタッチパッド等によるソフトキー
ボードでは、キーデータを一つづつ選択確認し入力する
方式であるため、円滑で素早い入力操作は不可能であ
る。従来は、複数のキーへの同時接触を検知し確認した
後キー入力することを円滑に行うには、ＸＹマトリック
ス式か全キースキャン式等の接触検知回路を有す接触検
知部分とキーボード部分とからなる二重構造のキー入力
装置を必要とし、複雑な構造になり、かつコスト高にな
る問題がある。

【０００８】従来の平板状の接触検知機能を有すキー入
力装置では、キーストローク機能がないのでその点を補
うために平板状構造内に空気やゲル状の物質を注入する
か発泡体を挟み込み、キーボタンを模した凸状の形を作
り擬似的なキーストロークを得る方法を採る場合がある
が、個別キーボタン式のキー動作のような応答性のよい
明瞭なキー押下げ感触は得られず素早い入力操作をする
場合に対応できない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記により上
記課題を解決したものである。請求項１記載の本発明
は、スイッチの接点が接触センサの電極を兼ねること
で、スイッチと接触センサを機能的かつ構造的に一体化
した接触検知機能を有すキースイッチのキー上面に、操
作者の指先等が接触したとき当該キーの接触センサ機能
が接触検知状態となり、さらに当該キーを押圧したとき
当該キーのスイッチ機能が導通しスイッチオン状態とな
ることを特徴とするキースイッチを提供する。

【００１０】請求項２記載の本発明は、接点を形成した
プリント配線板と、その接点と対向するもう１つの接点
を形成した弾性を有すシート状プリント配線板とが、双
方の接点部分を除き絶縁体のスペーサを挟んで重ね合わ
された構造によりスイッチを構成し、かつ接触センサを
兼ねるキースイッチを複数形成した、平板状もしくは２
次元面状のキー入力装置を提供する。

【００１１】請求項３記載の本発明は、２個の接点を近
接して形成したプリント配線板と、当該２個の接点にま
たがって対向し、当該２個の接点の導通を目的とする接
片を形成した弾性を有すシート状プリント配線板とが、
当該２個の接点と接片の部分を除き絶縁体のスペーサを
挟んで重ね合わされた構造によりスイッチを構成し、か
つ接触センサを兼ねるキースイッチを複数形成した、平
板状もしくは２次元面状のキー入力装置を提供する。

【００１２】請求項４記載の本発明は、キー押下げ時の
キーの沈み込みと元の位置へ戻る反発機構を、請求項２
あるいは請求項３の平板状もしくは２次元面状のキー入
力装置の下部に設けたキーストローク発生機構を提供す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。なお以下に述べる実施の形態
は技術的な限定が付されている場合があるが、本発明の
範囲は特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これ
らの形態に限られるものではない。またプリント配線板
およびシート状プリント配線板の導体パターン形成方法
は、通常のエッチング法による他、蒸着法や貼付け法や
引剥がし法等を含み製造方法を限定されない。

【００１４】本発明の接触検知機能を有すキー入力装置
の第１の実施形態を図１〜図６を参照に説明する。図１
と図２は図３に示す接触検知機能を有すキー入力装置の
平板状のキーボード例で、当該第１の実施形態を採用し
た場合のＡ−Ａ矢視断面の内、本発明のキースイッチ３
個分を示す部分断面図である。図４は接点部分、端子部
分、導電パターンの説明のためにキー２個分の平面図を
示したものである。図５は絶縁体のスペーサの形状の説
明のためにキー２個分の平面図を示したものである。図
１において、プリント配線板１０８の上面に形成されて
いる接点１０３と、弾性を有すシート状プリント配線板
１０４の下面に接点１０３に対向して形成されている接
点１０２とが、スイッチ接点と静電容量式接触センサを
兼ね、キーの上面１０１に操作者の指先１０９が接触す
るか極接近すると、接点１０２と接点１０３間の静電容
量が変化し、当該キーへの接触検知信号が図４に示す接
点１０２から導電パターンで接続されている共通端子１
１０と接点１０３からパターン配線されている端子１１
１間で得られる。

【００１５】次に図２に示すように操作者がキー１０１
を指先１０９で押圧すると、弾性を有すシート状プリン
ト配線板１０４とプリント配線板１０８の間にある、図
５に示す形状で押圧されていない時は接点１０２と接点
１０３が接触しない厚さの絶縁体のスペーサ１０６の当
該接点部分に相当する位置に開けられている孔１０７を
通して、接点１０２と接点１０３が接触導通し、当該キ
ーのスイッチオン信号が共通端子１１０と端子１１１間
で得られる。弾性を有すシート状プリント配線板１０４
の下面には、図４に示すように絶縁体のスペーサの孔部
分１０７を除いて、接点１０２とそのパターン配線を含
み全面的に導電パターン１０５が形成されており、接地
することでシールド効果を持つ。指を離すと弾性を有す
シート状プリント配線板１０４は元の状態に復帰し、ス
イッチはオフ状態になり、接触検知信号も非接触検知状
態となる。図６は指先の接触時の静電容量変化を増大さ
せるために接点１０２のパターンの形を変え接点１０２
ａとした例を示すキー１個分の接点部分の説明のための
平面図である。

【００１６】本発明の接触検知機能を有すキー入力装置
の第２の実施形態を図７〜図１０を参照に説明する。図
７と図８は図３に示す接触検知機能を有すキー入力装置
の平板状のキーボード例で、当該第２の実施形態を採用
した場合のＡ−Ａ矢視断面の内、本発明のキースイッチ
３個分を示す部分断面図である。図９は接点部分、端子
部分、導電パターンの説明のためにキー２個分の平面図
を示したものである。図７において、プリント配線板２
０９の上面に近接して形成されている２個の接点２０
３、２０４と、弾性を有すシート状プリント配線板２０
５の下面に接点２０３、２０４にまたがって対向して形
成されている導体接片２０２とが、スイッチ接点と静電
容量式接触センサを兼ね、キーの上面２０１に操作者の
指先２１０が接触するか極接近すると、接点２０３と接
点２０４間の静電容量が変化し、当該キーへの接触検知
信号が図９に示す接点２０３からパターン配線されてい
る端子２１１と接点２０４からパターン配線されている
端子２１２間で得られる。

【００１７】次に図８に示すように操作者がキー２０１
を指先２１０で押圧すると、弾性を有すシート状プリン
ト配線板２０５とプリント配線板２０９の間にある、押
圧されていない時は接点２０３、２０４が接片２０２と
接触しない厚さの絶縁体のスペーサ２０７の当該２個の
接点および接片の部分に相当する位置に開けられている
孔２０８を通して、接点２０３と接点２０４とが接片２
０２を介して導通し当該キーのスイッチオン信号が端子
２１１と端子２１２間で得られる。なお絶縁体のスペー
サ２０７は第１の実施形態で説明の図５の場合と形状は
同じである。弾性を有すシート状プリント配線板２０５
の下面には、図９に示すように絶縁体のスペーサの孔部
分２０８を除いて全面的に導電パターン２０６が形成さ
れており、接地することでシールド効果を持つ。指を離
すと弾性を有すシート状プリント配線板２０５は元の状
態に復帰し、スイッチはオフ状態になり、接触検知信号
も非接触検知状態となる。図１０は指先の接触時の静電
容量変化を増大させるために接片２０２を接片２０２ａ
と接片２０２ｂの２つに分離し、かつ接点２０３と接点
２０４のパターンの形を変え接点２０３ａと接点２０４
ａとした例を示すキー１個分の接点部分の説明のための
平面図である。

【００１８】図１１は第１及び第２の実施形態で説明の
接触検知機能を有すキー入力装置の回路構成の一例を表
すブロック図である。３０１は接触センサ兼キースイッ
チを表す等価回路である。キーボード３０２の接触セン
サ兼キースイッチ３０１をキースキャン回路３０３で全
てスキャンし、キー接触・非接触検知回路３０４および
キースイッチオン・オフ検知回路３０５に信号を送る。
キー接触・非接触検知回路３０４は接触している全ての
キーを検知し、キー信号処理回路３０６に信号を送る。
またキースイッチオン・オフ検知回路３０５はどのキー
が導通したかを検知し、キー信号処理回路３０６に信号
を送る。キー信号処理回路３０６は接触を検知している
キーデータと、オンとなったキースイッチのキーデータ
をコード化し、インタフェース回路３０７を介してコン
ピュータに伝達する。上記各ブロックの動作は制御回路
３０８により統制される。

【００１９】図１２は本発明の接触検知機能を有すキー
入力装置をコンピュータシステムのキー入力装置として
使用した場合の一例を表す第１、第２の実施形態におけ
るブロック図である。接触検知機能を有すキー入力装置
４０１からのキーデータはコンピュータ４０２を介して
ディスプレイ装置４０３で表示される。また音響発生装
置４０４のスピーカまたはヘッドフォン等から音声等の
音として発生することができる。この他にキーデータの
出力装置として点字発生器等の皮膚感覚発生装置４０５
を接続してもよい。

【００２０】以下に本発明の接触検知機能を有すキー入
力装置をコンピュータシステムのキー入力装置として使
用した場合の第１、第２の実施形態におけるディスプレ
イ装置、音響発生装置への出力例を図１３〜図１５を参
照に説明する。

【００２１】図１３はディスプレイ装置の画面上で文章
作成等の際に、直前に入力された文字に続いて、次の入
力位置を示す点滅するカーソルより一段下げた場所に、
入力された文字より小さい文字で、現在指先が接触して
いるキーが「ｓ」「ｄ」「ｆ」「ｊ」「ｋ」であればそ
れを画面に表示している例である。この他、接触キーの
表示方法としては大きな文字で表示する、画面の周辺部
分に表示する、色を変える、字体を変える、点滅する等
により入力済みの文字と判別できる方法であればよい。

【００２２】図１４はディスプレイ装置の画面上で文章
作成等の際に、直前に入力された文字に続いて、次の入
力位置を示すカーソルが点滅している一方、画面下部に
キーボードを模した図形を表示し、現在指先が接触して
いるキーが例えば「ｓ」「ｄ」「ｇ」「ｍ」であれば、
そのキーに相当する部分の表示濃度を変えて表示してい
る例である。この他、接触キーの表示方法としては輝度
を変える、色を変える、形を変える、大きさを変える、
点滅する等による方法でもよい。なお本図では図示を省
略しているが、ディスプレイ装置に表示されている模し
されたキーボードの図形のキー個々にはキー名が表示さ
れている。

【００２３】図１５はディスプレイ装置の画面上で文章
作成等の際に、直前に入力された文字に続いて、次の入
力位置を示すカーソルが点滅している一方、例えば
「ま」「の」「り」の順にキーに指先が接触すると、音
響発生装置のスピーカ等から接触順に「まのり」と
発声している場合を示す。複数のキーに同時に接触した
場合には、例えばより左側にあるキーから順にそのキー
データを発声するようにしておくとよい。なお、音響発
生装置の替わりにもしくは併用して皮膚感覚発生装置に
接触キーのデータを出力してもよい。図１３〜図１５
は、単独でも組合わせて用いてもよい。

【００２４】本発明による接触検知機能を有すキー入力
装置の外観を２次元面状にした場合の例を以下に説明す
る。図１７は図１６の接触検知機能を有すキー入力装置
のキーボード例のＢ−Ｂ矢視断面の内、本発明のキース
イッチ２個分を示す部分断面図であり、個別キーボタン
を持つキーボードに近似させるため、凹凸のある立体的
な外観を有す２次元面状の形に成型加工した場合の例で
ある。動作機能は第２の実施形態の接触検知機能を有す
キー入力装置の場合と同じである。なお第２の実施形態
における下側のプリント配線板２０９の替わりに、加工
し易いようにシート状プリント配線板５０１を使用し、
かつキーボードの形を保持するために剛性のある金属製
あるいはプラスチック製等の基盤５０２を付加してあ
る。第１の実施形態の場合も同様の形状に成型加工が可
能である。この立体的な外観を有す２次元面状の接触検
知機能を有すキー入力装置のキーボードは各キー間の境
界が視覚的、触覚的に明確で、従来の個別キーによるキ
ーボードと違和感のない使用感覚が得られる。

【００２５】以上の実施形態の例で説明したように、操
作者は自分のどの指がキーに接触しているかは指先の触
覚で自明的に判かり、また同時に指先がどのキーに接触
しているかはディスプレイ装置、あるいは音響発生装置
によって視覚的または聴覚的に確認できる。さらに皮膚
感覚発生装置を使用すれば触覚でも確認できる。もしど
の指がどのキーに接触しているか判別ができなくなった
場合は、触っているキーを別のキーに変えてみるか離す
か等の方法で確認できる。なお、キーを見ないでも入力
できるため、通常各キー上部に印刷または彫刻してある
標示をしないことも可能である。また本発明の接触検知
機能を有すキー入力装置を透明材料で製造し、ディスプ
レイ装置の前面に装着するタッチパネルとして使用すれ
ば、接触したキーの正否を確認してから入力できるので
入力間違いを減らす効果が得られる。

【００２６】本発明の第３の実施形態として、キー押下
げ時のキーストロークを発生する機構の例を図１８〜図
２０を参照に説明する。図１９は図１８の接触検知機能
を有すキー入力装置のキーボード例のＣ−Ｃ矢視断面図
である。本例では図１９に示すように、１つのキーボー
ドを中央で左右に分けた２つのキーボードユニット６０
１ａと６０１ｂで構成した場合で説明する。６０１ａと
６０１ｂは機能的に同一の動作である。コイルバネ６０
２はキーが押されていない場合にキーボードを上方に水
平に支えている。あるキーを押すと即ちキーボードユニ
ット６０１ａを押下げると、その下部のコイルバネ６０
２が下方に押されキーストロークが発生する。指を離す
とキーボードユニット６０１ａは、コイルバネ６０２の
反発力で、元の位置に復帰する。図２０は本例のキース
トローク発生機構１個のコイルバネとそのガイド筒部分
を上面からみた説明のための断面図である。図１９及び
図２０に示すようにコイルバネ６０２はキーボードユニ
ット６０１ａの下側に固定されている内側ガイド筒６０
３の中にあり、さらにキーボード筐体６０５に固定され
ている外側ガイド筒６０４で、キーボードユニットが前
後左右に揺れないようになっている。なお上記ガイド筒
の内外を逆にしてもよい。ストロークが短いコイルバ
ネ、もしくは板バネ等で弾性方向が一方向のバネを使用
する場合は揺れ防止のガイド筒を使用しなくてもよい。
ストローク発生バネにはコイルバネに限らず、板バネ、
盤面状バネ、シリコンゴムの他、バネとしての性質のあ
る弾性体を使用できる。キーストローク感触の質を高め
るために性質の異なる幾種類かのバネを併用してもよ
い。さらにこのキーストローク発生のバネ機構部分は、
１台のキーボードユニットに１個以上少数個あればよい
ので、各キー個別にキーストローク発生機構を持つ従来
のキーボードの場合と比べコストを大幅に下げることが
できる。本例ではキーボードを２分割した場合を説明し
たが、分割数を増やした場合もしくは分割しない場合も
同様の構造でキーストローク発生機構を得られる。なお
接触検知機能を有さない平板状もしくは２次元面状のキ
ー入力装置においても、本キーストローク発生機構を付
加すれば入力操作感触を向上できる。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べたように本発明による接触検
知機能を有すキー入力装置は、構造がごく簡単で低コス
トでありながら、キーデータを入力する際に当該キーの
データが所望のものであるかどうかをキー押下げ前にキ
ーに接触するだけで知ることを可能にし、それにより視
点の移動を減らし押し間違いの少ない、よって疲労の少
ない効率的なキー入力作業ができる。また視覚障害者も
音や皮膚感覚でキーデータを事前に確認してから入力す
ることが可能になり、効率的なキー入力作業ができる。
さらに本発明によるキーストローク発生機構は、未入力
や重ね押しの不安のない円滑な入力操作が行える応答性
のよい明瞭なキー押下げ感触を、平板状もしくは２次元
面状のキー入力装置で得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のキーボード例の接触時の部分
断面図である。

【図２】第１の実施形態のキーボード例の押圧時の部分
断面図である。

【図３】第１および第２の実施形態のキーボード例の平
面図である。

【図４】第１の実施形態のキー２個分の説明のための平
面図である。

【図５】絶縁体のスペーサの説明のための平面図であ
る。

【図６】第１の実施形態の接点部分例の説明のための平
面図である。

【図７】第２の実施形態のキーボード例の接触時の部分
断面図である。

【図８】第２の実施形態のキーボード例の押圧時の部分
断面図である。

【図９】第２の実施形態のキー２個分の説明のための平
面図である。

【図１０】第２の実施形態の接点部分例の説明のための
平面図である。

【図１１】接触検知機能を有すキー入力装置のブロック
図例である。

【図１２】コンピュータシステムの構成例を示すブロッ
ク図である。

【図１３】ディスプレイ装置に接触検知文字を表示して
いる例である。

【図１４】キーボード図形に接触検知文字を示している
例である。

【図１５】音響発生装置から接触検知文字を発声してい
る例である。

【図１６】図１７のキーボード例の平面図である。

【図１７】立体的な外観を有すキーボード例の部分断面
図である。

【図１８】図１９のキーボード例の平面図である。

【図１９】第３の実施形態のキーストローク発生機構の
断面図である。

【図２０】キーストローク発生機構１個の説明のための
断面図である。

【符号の説明】

１０１キー上面、１０２〜１０３接点、１０２ａ
接点１０４弾性を有すシート状プリント配線板、１０５
導電パターン１０６絶縁体のスペーサ、１０７スペーサの孔１０８プリント配線板、１０９指先１１０共通端子、１１１端子２０１キー上面、２０２接片、２０２ａ〜２０２ｂ
接片２０３〜２０４接点、２０３ａ〜２０４ａ接点２０５弾性を有すシート状プリント配線板、２０６
導電パターン２０７絶縁体のスペーサ、２０８スペーサの孔２０９プリント配線板、２１０指先、２１１〜２１
２端子３０１接触センサ兼キースイッチ、３０２キーボー
ド３０３キースキャン回路、３０４キー接触・非接触
検知回路３０５キースイッチオン・オフ検知回路、３０６キ
ー信号処理回路３０７インタフェース回路、３０８制御回路４０１キー入力装置、４０２コンピュータ４０３ディスプレイ装置、４０４音響発生装置４０５皮膚感覚発生装置５０１シート状プリント配線板、５０２基盤６０１ａ〜６０１ｂキーボードユニット、６０２コ
イルバネ６０３内側ガイド筒、６０４外側ガイド筒６０５キーボード筐体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０６Ｆ 3/03 ３８０Ｇ０６Ｆ 3/03 ３８０ＤＨ０１Ｈ 13/00 Ｈ０１Ｈ 13/00 Ｂ 13/02 13/02 Ｂ 13/64 13/64 13/70 13/70 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチの接点が接触センサの電極を兼ね
ることで、スイッチと接触センサを機能的かつ構造的に
一体化した接触検知機能を有すキースイッチのキー上面
に、操作者の指先等が接触したとき当該キーの接触セン
サ機能が接触検知状態となり、さらに当該キーを押圧し
たとき当該キーのスイッチ機能が導通しスイッチオン状
態となることを特徴とするキースイッチ。
【請求項２】接点を形成したプリント配線板と、その接
点と対向するもう１つの接点を形成した弾性を有すシー
ト状プリント配線板とが、双方の接点部分を除き絶縁体
のスペーサを挟んで重ね合わされた構造によりスイッチ
を構成し、かつ接触センサを兼ねる、請求項１記載のキ
ースイッチを複数形成した平板状もしくは２次元面状の
キー入力装置。
【請求項３】２個の接点を近接して形成したプリント配
線板と、当該２個の接点にまたがって対向し、当該２個
の接点の導通を目的とする接片を形成した弾性を有すシ
ート状プリント配線板とが、当該２個の接点と接片の部
分を除き絶縁体のスペーサを挟んで重ね合わされた構造
によりスイッチを構成し、かつ接触センサを兼ねる、請
求項１記載のキースイッチを複数形成した平板状もしく
は２次元面状のキー入力装置。
【請求項４】キー押下げ時のキーの沈み込みと元の位置
へ戻る反発機構を、請求項２あるいは請求項３記載の平
板状もしくは２次元面状のキー入力装置の下部に設けた
キーストローク発生機構。