JP2017016906A - キースイッチ装置及びキーボード - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の接点対を1回の操作にて安定して接続するキースイッチ装置及びキーボードを提供する。【解決手段】押し込むことにより移動する移動部材と、前記移動部材を移動可能に支持する支持機構と、上側電極と下側電極との接点対が一つの前記移動部材に対して複数配置される電気的接続部材と、前記移動部材と前記電気的接続部材との間に配置され、前記移動部材の移動に伴い弾性変形して前記電気的接続部材を押圧する皿ばねとを備え、前記皿ばねは、前記移動部材の移動により変形した時、対応する前記移動部材に対して複数配置された前記接点対を同時に押圧する。【選択図】 図1

Description

本発明は、キースイッチ装置及びキーボードに関する。
コンピュータ等における情報入力機器の一つとして、複数のキースイッチ装置が配設されたキーボードが知られている。
キースイッチ装置は、押下操作されるキートップを支持する支持機構と、キートップを上方に向けて弾性付勢するラバーカップと、キートップが押し込まれた際に接点が押圧されて接続状態となるメンブレンスイッチとを有している(特許文献1)。
特開2003−263257号公報
1つのキースイッチ装置に2つの接点対を配置し、キートップを押し込むことにより2つの接点対を同時に接続させようとする時、キートップを押す力及び押し方は操作者により異なるため、2つの接点対を安定して接続させることができないおそれがある。
本発明のある態様の例示的な目的の一つは、複数の接点対を安定して接続できるキースイッチ装置及びキーボードを提供することにある。
本発明のある態様によると、
押し込むことにより移動する移動部材と、
前記移動部材を移動可能に支持する支持機構と、
上側電極と下側電極との接点対が一つの前記移動部材に対して複数配置される電気的接続部材と、
前記移動部材と前記電気的接続部材との間に配置され、前記移動部材の移動に伴い弾性変形して前記電気的接続部材を押圧する皿ばねとを備え、
前記皿ばねは、前記移動部材の移動により変形した時、対応する前記移動部材に対して複数配置された前記接点対を同時に押圧する。
本発明のある態様によると、複数の接点対を安定して接続することができる。
一実施形態によるキースイッチ装置及びキーボードの斜視図である。 一実施形態によるキースイッチ装置の第1の断面図である。 一実施形態によるキースイッチ装置の第2の断面図である。 メンブレンシートの電極のパターン及び駆動回路を説明する図である。 一実施形態によるキースイッチ装置の動作を説明するための図である(操作前)。 一実施形態によるキースイッチ装置の動作を説明するための図である(操作後)。 一実施形態によるキースイッチ装置を押下する時の押下特性を示すグラフである。 参考例によるキースイッチ装置を押下する時の押下特性を示すグラフである。 他の電極パターンを説明する図である。 他の電極パターンを説明する図である。 他の電極パターンを説明する図である。 他の電極パターンを説明する図である。 エンボスシートを示す図である。
次に、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。
なお、添付した全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、特に指定しない限り、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。従って、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。
また、以下説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
図1〜図4は、キースイッチ装置及びキーボードの一実施形態を示す図である。
図1はキーボード100の一部を拡大して示している。図2は、キースイッチ装置1をキートップ10とリンク部材11,12との係合位置で切断した断面を示し、図3はキースイッチ装置1をリンク部材11,12の歯部11c,12cの歯合位置で切断した断面を示している。図4は、メンブレンシート23に形成された下側電極27,28及び上側電極31,32とメンブレンシート23が接続される駆動回路41を示している。
キーボード100は、キースイッチ装置1、基材21、支持材22、メンブレンシート23を有する。
キースイッチ装置1は、基材21に取り付けられている。基材21は金属板であり、キースイッチ装置1を保持する強度を有している。また基材21の表面には、後述するリンク部材11,12を支持する枠部21aが形成されている。
キースイッチ装置1は、操作者により操作されるキートップ10と、キートップ10を移動可能に支持するギヤリンク機構13と、キートップ10に押圧されることによりスイッチが開閉するメンブレンシート23と、キートップ10を基材21から離れる向きに付勢する皿ばね51を有している。
キートップ10は、皿ばね51と当接して皿ばねを押圧する押圧部10aを有する。押圧部10aは、キートップ10の内側の中央領域に配置されている。押圧部10aは、端部を切り欠いた挿入部10bを有する。
ギヤリンク機構13はリンク部材11,12を有している。キートップ10は、リンク部材11,12を介して基材21に支持される。リンク部材11,12は、一方の端部に摺動軸11a,12aを有し、他方の端部に回動軸11b,12bを有する。
リンク部材11,12の摺動軸11a,12aは、基材21の枠部21aの内部に挿入され、基材21の表面に沿って摺動可能に支持されている。リンク部材11,12の回動軸11b,12bは、押圧部10aに形成されている挿入部10bに挿入され、挿入部10bに回動可能に支持されている。
また図3に示すように、リンク部材11,12の回動軸11b、12bが形成されている側の端部には、歯部11c,12cが形成されている。歯部11cと歯部12cは歯合しており、リンク部材11とリンク部材12は連動して動作する。
メンブレンシート23は、図2に示すように、支持材22の下側に配置されている。支持材22は、メンブレンシート23を支持する。メンブレンシート23は、上側層24、下側層26、スペーサ25を有している。
上側層24及び下側層26は、ポリエチレンテレフタラート(PET)フィルムで形成されている。また、上側層24には上側電極31,32が、下側層26には下側電極27,28が、それぞれ導電性ペーストを印刷することにより形成されている。
スペーサ25は、上側層24と下側層26との間に隙間を形成する部材である。スペーサ25は、皿ばね51と対向する位置に穴部25aを有しており、上側層24と下側層26との間に間隙部91が形成される。
間隙部91と対応する下側層の領域内には、下側電極27,28の接点27a,28aが形成されている。また間隙部91と対応する上側層の領域内には、上側電極31,32の接点31a,32aが形成されている。接点27a,28a,31a,32aは、図4に示すようにそれぞれの平面形状が半円形に形成されている。
各接点27a,28a,31a,32aは、皿ばね51により押圧される領域92(以下、領域92という)の内部に配置されるように形成されている。また、接点27aと接点32aが対向し、接点28aと接点31aが対向する。よって、下側電極27の接点27aと上側電極32の接点32aで一つの接点対をなし、下側電極28の接点28aと上側電極31の接点31aで一つの接点対を形成する。
接点27a,28a,31a,32aを上記のように形成することにより、メンブレンシート23は一つの皿ばね51(一つのキートップ10)に対して二つの接点対が配設された構造となる。よって、本実施形態のキースイッチ装置1では、キートップ10を操作することにより、下側電極27の接点27aと上側電極32の接点32aとの接点対と、下側電極28の接点28aと上側電極31の接点31aとの接点対とが同時に接続される。
メンブレンシート23の下側電極27,28及び上側電極31,32は、駆動回路41に接続される。駆動回路は、装置44に接続される。装置44は、例えばパーソナルコンピュータである。
駆動回路41は、下側電極28及び上側電極31に接続された第1制御回路42と、下側電極27及び上側電極32に接続された第2制御回路43とを有する。第1制御回路42及び第2制御回路43は互いに独立した電気回路である。駆動回路41は、例えば第1制御回路42が出力する制御信号と第2制御回路43が出力する制御信号とが一致した時に装置44に対して信号を出力する。
皿ばね51は、メンブレンシート23とキートップ10との間に配設されている。具体的には、皿ばね51は、メンブレンシート23の上部に配設された支持材22と、押圧部10aの下面との間に配設されている。
皿ばね51は、押圧部52と袴部53とを有する。押圧部52はキートップ10の押圧部10aと接触する部分であり、皿ばね51の中央に形成されている。袴部53は押圧部52が押圧されて所定の荷重が印加された時に座屈変形する部分である。袴部53は、押圧部52の外周縁から支持材22に向け袴状に延出している。
次に、図1〜図6を用いてキースイッチ装置1の動作について説明する。
図1〜図3、及び図5に示す状態から操作者によりキートップ10が押下されると、キートップ10はメンブレンシート23に向け移動する。これに伴い押圧部10aに接続された回動軸11b,12bはキートップ10に押圧され、リンク部材11,12は移動する。リンク部材11,12が移動する際、摺動軸11a,12aは枠部21aの内部で水平方向に摺動する。
また図3に示すように、リンク部材11の歯部11cとリンク部材12の歯部12cが係合しているため、リンク部材11,12の一方が移動すると他方も連動して移動する。2つのリンク部材が同時に移動するため、キートップ10は基材21に対してほぼ垂直な方向に移動する。
キートップ10が押下されることにより、押圧部10aの下端部は皿ばね51の押圧部52を押圧する。そして、キートップ10が所定距離だけ押下された時点で、皿ばね51が座屈変形して反転し、押圧部52がメンブレンシート23の上側層24を押圧する。
図4に示す領域92は、皿ばね51が反転した際、押圧部52がメンブレンシート23を押圧する領域である。
よって、皿ばね51が反転して押圧部52が領域92を押圧することにより、下側電極27の接点27aと上側電極32の接点32aとの接点対と、下側電極28の接点28aと上側電極31の接点31aとの接点対とが、同時に接続される。
図4に示す領域93は、スペーサ25の穴部25aが形成されている領域である。領域93は、メンブレンシート23が押圧された時に上側層24が変形する領域である。また皿ばね5の押圧部52が押圧する領域92は、領域93の中央に設けられている。
よって、皿ばね51が反転して押圧部52が上側層24の領域92を押圧することにより上側層24が変形し、この変形に伴い接点27aと接点32aとの接点対と、接点28aと接点31aとの接点対が同時に接続される。
ここで、皿ばね51を用いたキースイッチ装置1の押下特性について説明する。キースイッチ装置の押下特性とは、キートップを押下する際の荷重と、押下されたキートップが移動するストローク(移動量)との関係をいう。
図7は、皿ばね51を用いたキースイッチ装置1の押下特性を示している。また図8は、参考例としてラバーカップを用いたキースイッチ装置の押下特性を示している。
図7及び図8において、横軸はキートップの移動量を示し、縦軸はキートップを押下している時の荷重を示している。移動量とは、キートップが押下される前の初期位置を基準とした、初期位置からのキートップの押し下げ距離である。また図7及び図8では、メンブレンシートの接点の接続状態も合わせて示しており、“ON”は接点が接続された状態を示し、“OFF”は接点が接続されていない状態を示している。
まず、図8を用いてラバーカップを用いたキースイッチ装置の押下特性について説明する。
キースイッチ装置の押下特性は、キートップを押下した時の特性と、押下後にキートップが皿ばね又はラバーカップにより押し戻される時の特性は異なる(ずれが生じる)。よって、図7及び図8に示すように、キースイッチの押下特性はヒステリシスを有した特性となる。
操作者がキートップを押下すると、キートップが下降することによりラバーカップは押圧され弾性変形する。弾性変形に伴い発生するラバーカップの弾性力はキートップに印加され、よって押下荷重は徐々に大きくなる。
図8に示す例では、キートップの移動量が約0.50mmに達した時点で、ラバーカップは座屈変形する。ラバーカップが座屈変形した後は、ラバーカップがキートップに印加する弾性力が低下するため、荷重は低下する。
キートップの移動量が約1.10mm(図8にB2で示す)になると、ラバーカップはメンブレンシートに当接するが、この状態では、まだメンブレンシートに形成された下側電極と上側電極は離間しており接続されていない。
この状態から更にキートップを押下すると、ラバーカップはメンブレンシートを更に押圧し、メンブレンシートの上側層が下側層に近接するように変形する。上側層が変形することにより、メンブレンシートにはキートップを押し上げようとする力(反力)が生じる。よって、キートップの移動量が約1.10mmを超えた後は、キートップを押下する荷重は増大する。
キートップの押下に伴い上側層が下側層に近接するよう変形することにより、やがて上側電極は下側電極と接触して電気的に接続する。図8に示す例では、移動量が約1.28mm(図8にB3で示す)で上側電極と下側電極は接続状態(ON状態)となる。
更にキートップを押下し、上側層が変形限度位置まで変形すると、キートップのそれ以上の移動は規制される。図8に示す例では、移動量が約2.00mm(図8にB4で示す)でキートップ移動が規制される。B4における移動量が、キートップのストローク量となる。
キートップの押下を解除すると、約1.22mmの位置(図8にB5で示す)までキートップが戻ると、上側電極と下側電極の接続が解除された状態(OFF状態)となり、移動量が約1.50mmとなると(図8にB6で示す)でラバーカップが上側層から離間する。そして、移動量が約0.50mmとなると(図8にB7で示す)座屈変形していたラバーカップが元の状態に戻り、キートップは押下前の状態に戻る。
弾性部材としてラバーカップを用いたキースイッチ装置の場合には、ラバーカップが座屈変形してから、上側電極と下側電極が接続するまでのキートップの移動量は比較的長くなる。具体的には、座屈変形が発生するB1(移動量約0.50mm)から、上側電極と下側電極とが接続するB3(移動量約1.28mm)まで、キートップは約0.78mm移動する。B1位置からB3位置までのキートップ移動は、操作者がキートップを押下することによる移動である。
よってラバーカップを用いたキースイッチ装置では、上側電極と下側電極の接続は、操作者のキートップを押す力により行われる。
しかしながら、キートップを押す力及び押し方は操作者により異なる。このため、ラバーカップを用いたキースイッチ装置では、操作者が二つの接点対を同時に接続するに足る十分な力でキートップを押さなかったり、キートップの中央から外れた位置を押してしまったりすると、2つの接点対を安定して且つ同時に接続することができないおそれがある。
次に、図7を用いて本実施形態の皿ばね51を用いたキースイッチ装置1の押下特性について説明する。
図5に示す状態で操作者がキートップ10を押下すると、キートップ10の押圧部10aにより皿ばね51の押圧部52が押圧される。押圧部52が押圧されることにより皿ばね51は弾性変形し、弾性変形に伴い発生する弾性力がキートップ10に対し押下方向と反対方向に作用する。よってキートップ10の荷重は徐々に大きくなる。
図7に示す例では、キートップ10の移動量が約1.38mm(図7にA1で示す)に達した状態で、皿ばね51に座屈変形が発生する。図6は、皿ばね51に座屈変形が発生した状態を示している。
皿ばね51に座屈変形が発生することにより、図5に示すように押圧部10aに向けて突出していた押圧部52が、図6に示すように図中上下にひっくり返ってメンブレンシート23に向け突出した状態となる。なお、このように皿ばね51の座屈変形する現象を反転現象或いは飛び移り現象ということもある。
皿ばね51の座屈変形は、所定の荷重(本実施形態では、約0.6N)が印加された時に発生する。具体的には、皿ばね51に所定の荷重が印加されると、皿ばね51の袴部53に座屈変形が発生し、押圧部52は押下方向に瞬間的に移動して上側層24を押圧する。
押圧部52の瞬間的な移動は、皿ばね51の座屈変形により生じる。なお、皿ばね51に座屈変形が発生することにより、キートップ10の荷重は図7にA1で示す荷重量(約0.8N)からA2で示す荷重量(約0.6N)に急激に低下する。
皿ばね51が座屈変形することにより、押圧部52はメンブレンシート23の上側層24の領域92を下側層26に向けて押圧する。これにより上側層24は下側層26に向けて変形し、下側電極27の接点27aと上側電極32の接点32aとの接点対、及び下側電極28の接点28aと上側電極31の接点31aとの接点対が接続状態(ON状態)となる。
上側電極31,32と下側電極27,28が接続状態となった後に、更にキートップ10を押下すると、皿ばね51は座屈変形後も若干弾性変形するため、キートップ10は更に下方に移動する。そして、移動限界位置である移動量約1.83mm(図7にA3で示す)の位置にキートップがに達した時点でキートップ10の移動は規制される。
キートップの押下を解除すると、皿ばねの復元力により、キートップ10は押下方向と反対方向に移動する。キートップ10の移動量が約1.08mm(図7にA4で示す)に達するまでの間は、皿ばね51は座屈変形した状態を維持する。
キートップ10が約1.08mm(A4に示す位置)に達すると、皿ばね51は座屈変形前の状態に戻る。皿ばね51が座屈変形前の状態に戻ることにより、押圧部52は上側層24から離間し、よって下側電極27の接点27aと上側電極32の接点32aとの接点対、及び下側電極28の接点28aと上側電極31の接点31aとの接点対の接続が解除された状態(OFF状態)となる。
また皿ばね51が座屈変形前の状態に戻ることにより、キートップ10の荷重も増大する(図7にA5で示す)。その後、皿ばね51の復元力によりキートップ10は押下方向と反対方向に移動して押下前の状態に戻る。
本実施形態によるキースイッチ装置1は、皿ばね51が座屈変形した時の反転力により上側層24の領域92を押圧し、これにより二つの接点対を接続する。
皿ばね51の座屈変形は局所的に発生することはなく、よって押圧部52は上側層24の領域92全面を偏りなく押圧する。また、押圧部52が上側層24を押圧する押圧力は、操作者がキートップ10を押下することによる力ではなく、皿ばね51が反転する際の反転力である。また、皿ばね51は座屈変形発生時に押圧部52が瞬間的に移動して上側層24を押圧する。よって操作者がキートップ10を押下する位置に偏りがあっても、上側電極31,32と下側電極27,28の接続に影響を及ぼすようなことはない。
本実施形態によるキースイッチ装置1は、上記のように複数電極対27,32、28,31が形成された領域92を均一に偏りなく押圧することができるため、複数の接点対を安定して、同時に接続することができる。
次に、上記した実施形態のキースイッチ装置1に対し、上側電極及び下側電極の形状を変更した各種実施形態について説明する。
キースイッチ装置1の各電極27,28,31,32の各接点27a,28a,31a,32aは、いずれも半円形状にバターン形成したものを用いた。しかしながら、上側電極及び下側電極の各接点のパターンはこれに限定されるものではなく、任意のパターンの電極を形成することができる。
以下、図9〜図12を用いて、上側電極及び下側電極の他のパターン形状について例示する。なお、いずれの例でも上側電極及び下側電極は同一形状であるため、図9〜図12においては上側電極のみを図示して説明する。また図9〜図12において、図1〜図4に示した構成と対向する構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図9に示す上側層62は、第1制御回路42に接続される上側電極33と、第2制御回路43に接続される上側電極34とを有している。
上側電極33の接点33aと上側電極34接点34aは、領域92の内部で交互に並んで互いに平行に延在するよう形成されている。接点33aは二股に分岐した形状とされており、接点34aは二股の接点33aの間に配設されている。
図10に示す上側層63は、第1制御回路42に接続される上側電極35と、第2制御回路43に接続される上側電極36とを有している。
上側電極35の接点35a及び上側電極36の接点36aは、いずれも二股に分岐した形状とされている。接点35aと接点36aは、領域92の内部で交互に並んで互いに平行に延在するよう形成されている。
図11に示す上側層64は、第1制御回路42に接続される2本の上側電極37と、第2制御回路43に接続される2本の上側電極38とを有している。
上側電極37,38は、いずれも平面形状が扇形に形成された接点37a,38aを有する。領域92の内部において、それぞれ二つの接点37a,38aは交互に配置されている。また、それぞれ二つの接点37a,38aは、領域92の内部で互いに対向するよう配置されている。
図12に示す上側層65は、第1制御回路42に接続される3本の上側電極39と、第2制御回路43に接続される3本の上側電極40とを有している。
上側電極39,40は、いずれも二等辺三角形の形状に形成された接点37a,38aを有する。領域92の内部において、それぞれ四つの接点37a,38aは交互に配置されている。また、四つの接点37a,38aはそれぞれその内の二つが対をなし、領域92の内部で対をなす2本の接点37a,38aが互いに対向するよう配置されている。
図9〜図12に示したように、電極の接点の形状は扇形形状、三角形状等の種々の形状を採用することができる。また、第1制御回路42に接続される上側電極及び第2制御回路43に接続される上側電極を複数配設する場合には、各上側電極の接点を互いに隣接して配置するのではなく、領域92の内部に分散して配置することが好ましい。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能なものである。
具体的には、上記の実施形態ではキースイッチ装置1は、キートップ10とメンブレンシート23との間に配設される弾性部材として皿ばね51を用いた例を示したが、皿ばね51に代えて図13に示すエンボスシート55を用いることも可能である。
エンボスシート55は、シート部材56に凸部57が形成されている。凸部57は押圧されることにより座屈変形する。よって、エンボスシート55を皿ばね51に代えて用いることが可能である。
また上記の実施形態ではキートップを支持する支持機構としてギヤリンク機構13を用いた例を示した。しかしながらギヤリンク機構13の形態はこれに限定されるものではなく、パンタグラフ機構等の他の支持機構によりキートップを支持することとしてもよい。
本実施の形態におけるキーボード及びキースイッチ装置は、例えば産業用機械の操作盤、又は、医療機の操作パネル等に好適に使用することができる。本実施の形態におけるキースイッチ装置は、キーボードに配置されているが、この形態に限られず、キー入力を行う任意のキースイッチ装置に採用することができる。
1 キースイッチ装置
10 キートップ
10a 押圧部
10b 挿入部
11,12 リンク部材
13 ギヤリンク機構
21 基材
22 支持材
23 メンブレンシート
24 上側層
25 スペーサ
26 下側層
27,28 下側電極
31〜40 上側電極
27a,28a,30a〜40a 接点
41 駆動回路
42 第1制御回路
43 第2制御回路
44 装置
51 皿ばね
52 押圧部
53 袴部
55 エンボスシート

Claims (5)

  1. 押し込むことにより移動する移動部材と、
    前記移動部材を移動可能に支持する支持機構と、
    上側電極と下側電極との接点対が一つの前記移動部材に対して複数配置される電気的接続部材と、
    前記移動部材と前記電気的接続部材との間に配置され、前記移動部材の移動に伴い弾性変形して前記電気的接続部材を押圧する皿ばねとを備え、
    前記皿ばねは、前記移動部材の移動により変形した時、対応する前記移動部材に対して複数配置された前記接点対を同時に押圧することを特徴とするキースイッチ装置。
  2. 前記電気的接続部材は、
    前記上側電極が形成された上側層と、前記下側電極が形成された下側層とを有するメンブレンスイッチであることを特徴とする請求項1記載のキースイッチ装置。
  3. 前記電気的接続部材は、
    樹脂シート上に前記上側電極が形成された電極シートと、
    前記下側電極がプリント形成されたプリント配線基板と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装置。
  4. 前記接点対は、前記移動部材の押下を開始した後に最初に前記移動部材を押し込む荷重が低下する荷重低下点において接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載のキースイッチ装置。
  5. 請求項1から3のいずれか一項に記載のキースイッチ装置が複数配置されている、キーボード。
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