JP2018170262A - 反力発生部材及びキースイッチ装置 - Google Patents

反力発生部材及びキースイッチ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】操作部材の角が押下された場合でも、操作感覚と接点押下動作とを良好に対応させることができる反力発生部材及びキースイッチ装置を提供する。【解決手段】反力発生部材としてのドームラバー15は、キートップ10の押下に応じて、キートップ10に反力を付与する外ドーム部15bと、外ドーム部15bの内側に配置される半球状の椀部15eと、椀部15eの中央から下方に突出し、キートップ10の下方に配置された接点14dを押下する突起部15fとを有する内ドーム部15dとを備える。【選択図】図2

Description

本発明は、反力発生部材及びキースイッチ装置に関する。
従来より、メンブレンシートとキートップとの間に配置され、キートップに対して弾性変形に応じた反力を付与する外ドーム部と、メンブレンシートの接点を押下する内ドーム部とを備えるドームラバーを用いたキースイッチ装置が知られている(例えば、特許文献1)。
このキースイッチ装置では、ドームラバーの外ドーム部に作用する荷重が外ドーム部の座屈荷重に到達するまで操作力が上昇する。外ドーム部に作用する荷重が外ドーム部の座屈荷重に到達すると、操作力がキーストロークの増加に伴い徐々に減少する。それから、操作力が減少している過程で、メンブレンシートの接点がオンになる。このため、操作者は、外ドーム部の座屈変形によりピーク(最大)操作力を得ることで、クリック感を得る。その後、操作力が減少している過程で、内ドームがメンブレンシートを押下し、メンブレンシートの接点がオンになるので、操作感覚と接点押下動作とが良好に対応し、キースイッチの操作性が向上する。
特開2015−133309号公報
しかしながら、特許文献1のキースイッチ装置では、キートップの角が押下された場合にキートップが傾くので、荷重は外ドーム部及び内ドーム部に左右均等にかからない。このため、内ドーム部が座屈変形するおそれがある。内ドーム部が座屈変形すると、ドームラバーの所望の荷重特性が得られず、操作感覚と接点押下動作との間に乖離が生じ、操作者に違和感を生じさせる。
本発明は、操作部材の角が押下された場合でも、操作感覚と接点押下動作とを良好に対応させることができる反力発生部材及びキースイッチ装置を提供することを目的とする。
本明細書に記載の反力発生部材は、操作部材の押下に応じて、前記操作部材に反力を付与する第1ドーム部と、前記第1ドーム部の内側に配置される半球状の椀部と、前記椀部の中央から下方に突出し、前記操作部材の下方に配置されたスイッチを押下する突起部とを有する第2ドーム部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、操作部材の角が押下された場合でも、操作感覚と接点押下動作とを良好に対応させることができる。
(A)は本実施の形態に係るキースイッチ装置を例示する分解斜視図である。(B)は図1(A)のキースイッチ装置が複数配列されたキーボードを備えるコンピュータを示す図である。 (A)は本実施の形態に係るドームラバーの断面図である。(B)は比較例に係るドームラバーの断面図である。 (A)は、本実施の形態に係るドームラバーの荷重変位特性を示す図である。(B)は、比較例に係るドームラバーの荷重変位特性を示す図である。 (A)〜(D)は本実施の形態に係るドームラバーの変形の遷移状態を示す図である。(E)〜(H)は比較例に係るドームラバーの変形の遷移状態を示す図である。 (A)は、キートップが傾いている場合の本実施の形態に係るドームラバーの変形状態を示す図である。(B)は、キートップが傾いて、内ドーム部が座屈変形した場合の比較例に係るドームラバーの変形状態を示す図である。(C)は、内ドーム部が反転した場合の比較例に係るドームラバーの変形状態を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。
図1(A)は本実施の形態に係るキースイッチ装置を例示する分解斜視図である。図1(B)は図1(A)のキースイッチ装置が複数配列されたキーボードを備えるコンピュータを示す図である。図2(A)は本実施の形態に係るドームラバーの断面図であり、図2(B)は比較例に係るドームラバーの断面図である。
図1(A)に示すように、キースイッチ装置100は、操作部材として機能するキートップ10、2つのギアリンク12a及び12b、メンブレンシート14及びサポートパネル17を含む。図1(B)に示すように、キーボード200は複数のキースイッチ装置100が配列されて構成されている。尚、図1(B)のキーボードでは、複数のキースイッチ装置100に対応する1つのメンブレンシート14及び1つのサポートパネル17が使用されるものとする。
図2(A)に示すように、メンブレンシート14は、シート基板14b及び14cと、シート基板14bとシート基板14cとの間に配置されるスペーサ14eと、スイッチとして機能する一対の接点14dとを備えている。シート基板14b及び14cはスペーサ14eを介して所定距離だけ離れている。接点14d同士は対向するように、スペーサ14eが設けられていない位置にそれぞれ形成されている。メンブレンシート14上には、反力発生部材としてのドームラバー15が固定されている。
ドームラバー15は、ゴム材料から一体成型により構成されるドーム状部材であり、リング状の基部15a、基部15aから斜め上方に延在する第1ドーム部としての外ドーム部15bと、外ドーム部15bから鉛直上方に延在する円筒部15cと、円筒部15cから下方に突出する第2ドーム部としての内ドーム部15dとを備えている。外ドーム部15bは反力発生部として機能し、内ドーム部15dは接点押下部として機能する。外ドーム部15bは、押し下げる力により弾性変形する。円筒部15cの上端はキートップ10の裏面と接触する。
基部15a、外ドーム部15b及び内ドーム部15dに囲まれる箇所は空間であり、基部15aには、空気穴18が形成されている。内ドーム部15dは、円筒部15cから下方に延出する半球状の椀部15eと、椀部15eの中央から下方に突出する突起部15fとを備えている。椀部15eの中央には突起部15fが設けられているので、椀部15eの中央は椀部15eの外周よりも厚い。従って、突起部15fがメンブレンシート14に接触しキートップ10が押し込まれると、椀部15eは上方に向かって変形するが、突起部15fは折れ曲がらず、座屈変形しない。本実施の形態では、座屈変形は、ストロークの増加に従って荷重レベルが低下する変形である。円筒部15cは、内ドーム部15d(即ち、上方に向かって変形した椀部15eと突起部15f)を収容する凹部15gを有する。
図2(B)に示す比較例のドームラバー150は、逆円錐形状の内ドーム部15mを備えており、ドームラバー150の円筒部15cは、内ドーム部15mを収容する凹部15nを有する。ドームラバー15とドームラバー150とでは、内ドーム部及び凹部の形状が異なり、その他の構造は同様である。
図2(A)の内ドーム部15dの変形する部分(円筒部15cから突起部15fまでの部分)の長さL1は、図2(B)の内ドーム部15mの変形する部分(円筒部15cから頂点Xまでの部分)の長さL2よりも短い。
図2(B)の場合、長さL2が長さL1よりも長いため、金型の出来具合によって内ドーム部15mの左右の肉厚が異なると、不均一な変形の影響を受けやすい。これに対して、図2(A)のドームラバー15では、椀部15eの中央に突起部15fが設けられているので、内ドーム部15dの変形する部分の長さL1を短くすることができ、不均一な変形の影響を受けにくい。
また、ストロークの増加に伴い、内ドーム部は突っ張りながら凹部に収納されるため、図2(B)の逆円錐形状の内ドーム部15mの変形する部分にかかる負荷は大きく、ドームラバー150の製品寿命が短くなるおそれがある。さらに、ドームラバー150の場合、ストロークエンド以上にキートップ10が押し込まれると、内ドーム部15mが反転し、図2(B)の形状に戻らないおそれがある。これに対して、図2(A)の内ドーム部15dの変形する部分は椀形なので、凹部15gに収納する際に負荷を小さくでき、反転も生じない。
図2(A)の内ドーム部15dの椀部15eの上面19aは球面形状であり、特に突起部15fの上方に位置する椀部15eの上面19bは、緩やかな球面形状又は平面形状である。これは、椀部15eの上面19a及び上面19bの断面が図2(B)のV字形状である場合、内ドーム部15dが座屈変形しやすくなり、ドームラバー15の所望の荷重変位特性が得られないためである。
図2(A)に示す椀部15eの上面19bから突起部15fの先端までの長さP2は、椀部15eの上面19bから円筒部15cの上端までの長さP3よりも短い。また、椀部15eの上面19bの水平方向の長さP4は、円筒部15cの内径の長さP5よりも短い。これらは、内ドーム部15dを凹部15gに収容し、より長いストロークを確保するためである。
図1(A)に戻り、サポートパネル17はキートップ10の下に配置され、メンブレンシート14はキートップ10とサポートパネル17との間に配置される。サポートパネル17の上面はメンブレンシート14の下面と対向する。サポートパネル17は、ギアリンク12a及び12bの軸12cの垂直方向の移動を規制する4つの規制部17aを備えている。各規制部17aは、サポートパネル17に対して垂直に形成されており、水平方向に移動する軸12cが挿入される略矩形の穴17bを備えている。メンブレンシート14に設けられた穴14aから、サポートパネル17の上面の一部及び規制部17aが露出する。
図1(A)に示すように、ギアリンク12a及び12bの先端部12dには、突起12eが形成されており、突起12eは回転可能にキートップ10の裏面に固定される。ギアリンク12a及び12bの後端には、軸12cが形成されており、軸12cは規制部17aの穴17bに挿入される。これにより、ギアリンク12a及び12bは移動可能にサポートパネル17に固定される。
ギアリンク12aの一方(図1(A)中の手前側)の先端部12dには第1歯12gが設けられ、他方(図1(A)中の奥側)の先端部12dには第2歯12hが設けられている。ギアリンク12bには第1歯12g及び第2歯12hが設けられている。ギアリンク12aの第1歯12gとギアリンク12bの第2歯12hとが噛み合い、ギアリンク12aの第2歯12hとギアリンク12bの第1歯12gとが噛み合う。このように、一対のギアリンク12a及び12bは先端部12dにおいて連結されており、連動して動くことができる。アーム部12fは先端部12dから軸12cに向けて伸びている。
キートップ10が押下されていないとき(非押下時)において、2つのギアリンク12a及び12bは逆V字状に組みつけられ、キートップ10を支持する。例えば操作者の指などでキートップ10が押下されると(押下時)、キートップ10の下面がドームラバー15を押し下げる。これにより、ドームラバー15の外ドーム部15bが座屈変形し、内ドーム部15dの突起部15fがメンブレンシート14を押し下げ、接点14dがオンになる。指をキートップ10から離すと、外ドーム部15b及び内ドーム部15dの上方向の弾性力によりキートップ10は上に押し上げられる。キートップ10の押下に伴い、ギアリンク12a及び12bの後端は水平方向(左右方向)にスライドする。またアーム部12fは下方向に倒れる。このように、ギアリンク12a及び12bは、キートップ10を水平に保ちながら、キートップ10を上下方向に案内する。
図1(A)では、2つのギアリンク12a及び12bは逆V字状に組みつけられ、キートップ10を支持する。しかし、2つのギアリンク12a及び12bはV字状に組みつけられてもよい。
以下、キートップ10のストロークS(押し下げ量)と荷重(押し下げ力)Fとの関係について説明する。図3(A)は、ドームラバー15の荷重変位特性を示す図であり、図3(B)は、比較例に係るドームラバー150の荷重変位特性を示す図である。なお、図3(A),(B)では、横軸にストロークSを、縦軸に荷重Fをとり、接点オンのポイントaを併せて示している。F0はピーク荷重を示し、F3はピーク荷重後に最も荷重が小さくなるボトム荷重を示す。S0は、ピーク荷重F0に対応するストロークを示す。S1は、接点14dがオンになるときのストロークを示す。S2は、ストロークエンドを示す。S3は、ボトム荷重F3に対応するストロークを示す。S4は、突起部15fの下端又は内ドーム部15mの頂点Xがメンブレンシート14に接触するときのストロークを示す。
図3(A)において、点線は、外ドーム部15bの荷重変位特性を示し、一点鎖線は、内ドーム部15dの荷重変位特性を示し、実線は、外ドーム部15b及び内ドーム部15dの荷重変位特性を合計した特性、即ちドームラバー15の荷重変位特性を示す。
図3(A)に示すように、キートップ10の荷重Fが0から増加すると、それに伴いストロークSも0から増加する。このとき、外ドーム部15bが弾性変形し、キートップ10には外ドーム部15bからの反力が作用する。ドームラバー15に作用する荷重がドームラバー15の座屈荷重(即ちピーク荷重F0)に達するまでは荷重Fが上昇し、座屈荷重に達すると、以降、荷重FはストロークSの増加に伴いなだらかに減少する。このドームラバー15の座屈変形によりピーク荷重F0を得ることで、操作者は打鍵操作において特有のクリック感を得ることができる。
この場合、ストロークS4は、突起部15fの下端とメンブレンシート14との間の初期長さP1(図2(A)参照)に相当する。この長さP1は、突起部15fの長さを調整することで設定することができる。長さP1を調整することによりストロークS4を変更することができ、その結果、接点オン時のキートップ10のストロークS1を変更することができる。即ち、長さP1を調整することにより、接点オン時のキートップ10のストロークS1を任意に設定できる。
本実施の形態では、ピーク荷重F0が発生するストロークS0よりも大きく、かつ、ボトム荷重F3に対応するストロークS3よりも小さい値(例えばS0とS3の間)に、ストロークS1を設定している。これにより、操作者がクリック感を得た後に荷重Fの減少領域で接点14dがオンするため、操作者の操作感覚と接点14dのオン動作とが良好に対応し、キースイッチの操作性が向上する。
図3(A)では、ストロークS0とストロークS4とが重なっている。つまり、外ドーム部15bが座屈荷重(即ちピーク荷重F0)に達すると同時に突起部15fの下端がメンブレンシート14に接触する。しかし、図3(B)に示すように、ストロークS4がストロークS0のわずかに右に配置されてもよい。この場合、外ドーム部15bが座屈荷重(即ちピーク荷重F0)に達した後に突起部15fの先端がメンブレンシート14に接触する。
ピーク荷重に対応するストロークS0とボトム荷重に対応するストロークS3との間の区間、即ち荷重レベルが減少する区間(以下クリック区間という)では、外ドーム部15bの荷重減少量が内ドーム部15dの荷重増加量よりもわずかに大きい。このため、クリック区間では、ドームラバー15の荷重変位特性(実線)はなだらかに減少している。
ところで、クリック区間において、図3(A)の内ドーム部15dの荷重変位特性(一点鎖線)はなだらかに増加する一方、図3(B)の内ドーム部15mの荷重変位特性(一点鎖線)はリニアに増加する。つまり、クリック区間において、図3(A)の内ドーム部15dの荷重変位特性(一点鎖線)は、図3(B)の内ドーム部15mの荷重変位特性(一点鎖線)よりも荷重増加率が下がっている。これは、内ドーム部15dが座屈変形まではしないが、それに近い変形まではするので、一定区間、荷重増加率を下げることができるためである。
このように、クリック区間において、図3(A)の内ドーム部15dの荷重変位特性(一点鎖線)は、図3(B)の内ドーム部15mの荷重変位特性(一点鎖線)よりも荷重増加率が下がるので、図3(A)のボトム荷重に対応するストロークS3が図3(B)のストロークS3よりも大きくなり、クリック区間を長くでき、より良い操作感が得られる。
図4(A)〜(D)はドームラバー15の変形の遷移状態を示す図である。図4(E)〜(H)はドームラバー150の変形の遷移状態を示す図である。
図4(A)は、図3(A)の荷重Fが0で且つストロークSが0である場合のドームラバー15の状態を示す。図4(E)は、図3(B)の荷重Fが0で且つストロークSが0である場合のドームラバー150の状態を示す。
図4(B)は、図3(A)の荷重FがF0で且つストロークSがS0,S4である場合のドームラバー15の状態を示す。図4(B)では、外ドーム部15bが座屈変形すると同時に又は直後に突起部15fの先端がメンブレンシート14に接触する。図4(F)は、図3(B)の荷重FがF0で且つストロークSがS4である場合のドームラバー150の状態を示す。図4(F)では、外ドーム部15bが座屈変形した直後に内ドーム部15mの頂点Xがメンブレンシート14に接触する。
図4(C)は、図3(A)のストロークSがS1である場合のドームラバー15の状態を示す。外ドーム部15bは座屈変形を継続しており、外ドーム部15bの荷重変位特性は減少傾向である。内ドーム部15dはメンブレンシート14を押下し接点14dがオンになる。また、内ドーム部15dが凹部15gに収容されるように内ドーム部15dの椀部15eが変形する。内ドーム部15dの荷重変位特性は増加傾向である。外ドーム部15b及び内ドーム部15dの荷重変位特性を合計した特性は、減少傾向である。
図4(G)は、図3(B)のストロークSがS1である場合のドームラバー150の状態を示す。外ドーム部15bは座屈変形を継続しており、外ドーム部15bの荷重変位特性は減少傾向である。内ドーム部15mはメンブレンシート14を押下し接点14dがオンになる。また、内ドーム部15mが凹部15nに収容されるように内ドーム部15mが変形する。内ドーム部15mの荷重変位特性はリニアに増加する傾向である。外ドーム部15b及び内ドーム部15mの荷重変位特性を合計した特性は、減少傾向である。
図4(D)は、図3(A)の荷重FがF3で且つストロークSがS3である場合のドームラバー15の状態を示す。図4(D)では、内ドーム部15dの変形可能状態が終了し、以降、内ドーム部15dの荷重変位特性は大きく増加する傾向である。また、図4(D)でクリック区間は終了する。
図4(H)は、図3(B)の荷重FがF3で且つストロークSがS3である場合のドームラバー150の状態を示す。図4(H)では、内ドーム部15mの変形可能状態が終了し、以降、内ドーム部15mの荷重変位特性は大きく増加する傾向である。また、図4(H)でクリック区間は終了する。
図5(A)は、キートップ10が傾いている場合のドームラバー15の変形状態を示す図である。図5(B)は、キートップ10が傾いて、内ドーム部15mが座屈変形した場合のドームラバー150の変形状態を示す図である。図5(C)は、内ドーム部15mが反転した場合のドームラバー150の変形状態を示す図である。
キートップ10の角が押下されてキートップ10が傾いた場合、荷重はドームラバー150の外ドーム部15b及び内ドーム部15mに左右均等にかからないので、図5(B)に示すように内ドーム部15mが座屈変形する場合がある。また、ストロークエンド以上にキートップ10が押し込まれると、図5(C)に示すようにドームラバー150の内ドーム部15mが反転し、元の形状に戻らない場合がある。
これに対して、ドームラバー15では、キートップ10の角が押下されてキートップ10が傾いた場合でも、椀部15eの中央に突起部15fが設けられているので、図5(A)に示すように突起部15fが座屈変形せずに支点になり、接点14dを押下する。従って、ドームラバー15はキートップ10の傾きの影響を受けずに接点14dを押下することができる。
以上説明したように、ドームラバー15は、キートップ10の押下に応じて、キートップ10に反力を付与する外ドーム部15bと、外ドーム部15bの内側に配置される半球状の椀部15eと、椀部15eの中央から下方に突出し、キートップ10の下方に配置された接点14dを押下する突起部15fとを有し、外ドーム部15bと一体形成された内ドーム部15dとを備える。これにより、キートップ10の角が押下されてキートップ10が傾いた場合でも、突起部15fが支点になり接点14dを押下するので、キートップ10の押下荷重が減少している過程で接点14dがオンになり、操作感覚と接点押下動作とを良好に対応させることができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例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・変更が可能である。
10 キートップ
12a,12b ギアリンク
14 メンブレンシート
14b,14c シート基板
14d 接点
15,150 ドームラバー
15b 外ドーム部
15d 内ドーム部
15e 椀部
15f 突起部
100 キースイッチ装置

Claims (6)

  1. 操作部材の押下に応じて、前記操作部材に反力を付与する第1ドーム部と、
    前記第1ドーム部の内側に配置される半球状の椀部と、前記椀部の中央から下方に突出し、前記操作部材の下方に配置されたスイッチを押下する突起部とを有する第2ドーム部と
    を備えることを特徴とする反力発生部材。
  2. 前記第1ドーム部は座屈変形し、前記第2ドーム部は座屈変形しないことを特徴とする請求項1に記載の反力発生部材。
  3. 前記第1ドーム部が前記座屈変形をすると同時に又は前記座屈変形の直後に、前記突起部が前記スイッチに接触することを特徴とする請求項2に記載の反力発生部材。
  4. 前記第2ドーム部は、前記操作部材の押下量に応じて前記操作部材の押下荷重がリニアに増加する荷重変位特性よりも荷重増加率が低い荷重変位特性を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の反力発生部材。
  5. 前記第1ドーム部は、前記操作部材の押下に応じて前記座屈変形するまで前記操作部材の押下荷重が増加し、前記座屈変形後に前記操作部材の押下荷重が減少する荷重変位特性を有し、
    前記第2ドーム部は、前記操作部材の押下量に応じて前記操作部材の押下荷重が増加する荷重変位特性を有し、
    前記操作部材の押下に応じて、前記第1ドーム部及び前記第2ドーム部の合計の荷重変位特性における前記操作部材の押下荷重が減少している場合に、前記突起部が前記スイッチをオンすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の反力発生部材。
  6. 押下される操作部材と、
    前記操作部材の下方に配置されたスイッチと、
    前記操作部材と前記スイッチとの間に設けられる反力発生部材であって、前記操作部材の押下に応じて、前記操作部材に反力を付与する第1ドーム部と、前記第1ドーム部の内側に配置される半球状の椀部、及び前記椀部の中央から下方に突出し、前記操作部材の下方に配置されたスイッチを押下する突起部とを有する第2ドーム部とを有する反力発生部材と、
    を備えることを特徴とするキースイッチ装置。
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