JP2673288B2 - キースイッチのラバースプリング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、キーボード装置
等に使用されるキースイッチのラバースプリングに関
し、特にチャタリングの発生を制御するように構成され
たキースイッチのラバースプリングに関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】一般に、キーボード装置等のキー入力操
作を、表示手段の助けによらずに触知により確認可能
な、触感効果を有するキースイッチがある。 【０００３】このように効果を有するキースイッチの一
例としては、特開昭５８−１１７６１５号公報に開示さ
れた電子機器のキースイッチがあげられる。このキース
イッチのラバースプリングは、中央厚肉部の上端縁周囲
に第１のリング状薄肉部を連設し、第１のリング状薄肉
部の周囲に第２のリング状薄肉部を、第２のリング状薄
肉部の周囲に第３のリング状薄肉部を、第２のリング状
薄肉部の周囲に肉厚ベース部をそれぞれ連設すると共
に、第１のリング状薄肉部と第２のリング状薄肉部の外
表面に第１のリング状リブを、第２のリング状薄肉部と
第３のリング状薄肉部の内表面にその下端縁が上記厚肉
ベース部の底面に達しない高さの第２のリング状リブを
それぞれ突設したものである。 【０００４】そして、キートップが押下げられると、第
１のリング状リブが押され、第３のリング状薄肉部が除
々に圧縮力を受け座屈変形して、第２のリング状リブの
下端縁がプリント回路基板面に接触し、ついで第２のリ
ング状薄肉部が次第に座屈変形し、クリック動作を起こ
してその押圧荷重が急激に減少する。このクリック動作
に伴って、第２のリング状リブが一旦プリント回路基板
から離れ、ついで可動接点が固定接点に接触するように
なる。クリック動作終了後の押し込み、即ちオーバース
トロークに際し、主として第１のリング状薄肉部が変形
し、第２のリング状リブが再びプリント回路基板面に接
触してその押圧が急激に増加するようになる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のキースイッチのラバースプリングは、一般的
なドーム形のラバースプリングの中央外周に座屈用のリ
ング状薄肉部を形成した構成であり、その構成は複雑で
あり、その製造は非常に難しく且つ精度が出しにくかっ
た。 【０００６】また、中央厚肉部の底面と、第２のリング
状薄肉部と第３のリング状薄肉部との連設部（屈曲部）
とは同じ高さであり、且つ第２のリング状リブの下面と
プリント回路基板上面とは有る程度の間隔が必要である
ので、プリント回路基板上面から第１のリング状リブの
上面までの高さ、即ちラバースプリングの高さが高くな
ってしまい、そのラバースプリングを薄型のキーボード
には使用することができなかった。 【０００７】この発明は、上記問題点を解決するために
なされたものであり、構成が簡単で且つラバースプリン
グの高さを低くできると共に、キー入力時にチャタリン
グに伴う指先等の振動があっても、安定した荷重状態で
スイッチ電極を押圧して、チャタリング発生を抑制する
ことができるキースイッチのラバースプリングを提供す
ることを目的とするものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明のキースイッチのラバースプリングは、キー
の押下操作により座屈変形され、一対の電極間を圧接せ
しめるようにしたキースイッチのラバースプリングであ
って、キースイッチの支持部に支持されるベース部と、
キーのキーステム下面と当接する環状頂部と、その環状
頂部の内方に位置し、且つ環状頂部とベース部との中間
に位置する厚肉状の動作部と、ベース部に連続して円筒
状で且つ略垂直な下方部と、環状頂部に連続して円すい
状で且つその円すい状部分の長さが下方部の円筒状部分
の長さよりも長い上方部と、動作部の下面位置よりも低
く且つ上方部と下方部との連結部分に形成された屈曲部
とを有し、ベース部と環状頂部とを連結するとともに、
押圧力が所定値を越えると、座屈してその抗力が減少す
る薄肉の側壁部と、側壁部の下方部の変形を許容すべ
く、ベース部における下方部の外周縁に設けられた環状
溝部と、環状頂部と動作部とを連結するとともに、押圧
力が所定値を越えると変形する下向きに膨出する略円弧
状の薄肉の内壁部と、ベース部に設けられ、ラバースプ
リング全体と支持部とで形成される空間内外の気圧調整
を行う切欠部とを備えている。 【０００９】 【作用】上記構成を有するこの発明のキースイッチのラ
バースプリングにおいては、キーを押下げることによ
り、ラバースプリングの環状頂部が押圧される。する
と、側壁部が変形しつつ押圧荷重が増加し、更に押下げ
られると、ラバースプリング内部の空間の空気を切欠部
から外に排出して空間内外の気圧が調整されると共に側
壁部は座屈し、押圧荷重を急激に減少させる。この反転
動作により操作者に触感効果が与えられる。そして、キ
ーが更に押下げられることにより、動作部がキースイッ
チの支持部に圧接状態になるとともに、押圧荷重の増加
に伴い内壁部が変形する。この内壁部の変形により押下
ストロークを吸収し、スイッチ電極圧接の荷重変動幅を
小さくして、動作部と回路パターン基板との当接時に生
じる動作部のおどりを迅速に収斂させる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図１
乃至図４に基づいて説明する。 【００１１】１は手指により押下げ操作されるキーであ
り、指先が触れるキートップ２と、その下部に固着され
たキーステム３とから形成されている。 【００１２】４はキースイッチが装備されるキーボード
装置のフレームであり、上記キーステム３の上下動を案
内支持するためのキーガイド部５が設けられている。そ
して、フレーム４の下方に沿ってラバースプリング１
０、更にその下面に回路パターン基板２０であるメンブ
レンスイッチ２１および支持板３０が配設され、支持板
３０のフレーム４への固着により、ラバースプリング１
０、メンブレンスイッチ２１がフレーム４と支持板３０
との間に挟持される。尚、本発明の支持部はメンブレン
スイッチ２１および支持板３０から構成される。 【００１３】フレーム４には、下方に突出してその下面
でラバースプリング１０のベース部１６上面を支持する
下方延出部６と、ラバースプリング１０，メンブレンス
イッチ２１，支持板３０の取付けのための複数の位置決
め用突起７と、支持板３０を固着する突起部（図示せ
ず）とがそれぞれ所定位置に設けられている。 【００１４】ラバースプリング１０は、ゴム若しくは弾
性を有する高分子材料により逆カップ状に形成されてお
り、キーガイド部５の空間に収容され、キースイッチア
クション作用を担うものである。このラバースプリング
１０は、上部に糸底状の環状頂部１１を有しており、そ
の上面はキーステム３下面にその軸心を共有して対応
し、その下部外周縁には、外方へ膨出した側壁部１２が
形成されている。側壁部１２は薄肉に形成されており、
環状頂部１１に連続して円すい状とされている上方部分
１２ａと、この上方部分１２ａの下端部に連続した円筒
状とされ、略垂直に形成されている下方部分１２ｂとか
らなり、この両者の連結部分に屈曲部１２ｃが形成され
ている。そして、屈曲部１２ｃは、図２に示す如く、側
壁部１２の中央下部に位置するように、しかも、後述の
動作部１４の下面位置より幾分低くなるように設定（配
置）されている。 【００１５】１６は側壁部１２の下方部分１２ｂに連続
し、ラバースプリング１０全体をフレーム４の下方延出
部６と回路パターン基板２０との間に支持するベース部
である。そして、図２に示すように、ベース部１６にお
ける下方部分１２ｂの外周縁には環状溝部１５が設けら
れ、また所定位置に突起７が嵌入可能な位置決め用孔７
が設けられている。更に、ラバースプリング１０全体と
回路パターン基板２０とで形成される空間内外の気圧調
整用の切欠部１６ａが設けられている。 【００１６】１３は環状頂部１１の下部内周縁に連続
し、下向きに膨出した断面がほぼ円弧状の内壁部であ
り、側壁部１２と略同様に薄肉で形成されている。 【００１７】１４は内壁部１３に連続して環状頂部１１
の中央に、下方へ向けて設けられたほぼ厚肉円板状の動
作部であり、その下面位置は、環状頂部１１上面とベー
ス部１６下面との略中央位置の高さになるように設定さ
れている。 【００１８】２０は、実施例ではメンブレンスイッチ２
１と支持板３０とからなる回路パターン基板である。支
持板３０は金属材料からなる基板であり、所定位置に突
起７が嵌入可能な位置決め用孔３０ａが設けられてお
り、更にフレーム４の図示しない突起部に固着されて、
メンブレンスイッチ２１の基台部を形成している。 【００１９】メンブレンスイッチ２１は、上部パターン
フィルム２２と、下部パターンフィルム２７とからな
り、両者の間には所定のスイッチ動作空隙を形成する開
孔２６および図示しない位置決め用孔を有する絶縁性の
スペーサ２５が介装されている。 【００２０】上部パターンフィルム２２は、可動性を有
するプラスチックフィルムからなり、所定位置に図示し
ない位置決め用孔を有し、下面には第１スイッチ電極お
よび所定の電子回路パターン２４が印刷手段で形成され
ている。 【００２１】下部パターンフィルム２７は、上記と同様
なプラスチツクフィルムからなり、所定位置に図示しな
い位置決め用孔を有し、上面に第１スイッチ電極２３に
対向する第２スイッチ電極２８および所定の電気回路パ
ターン２９が印刷手段で形成されている。 【００２２】そして、上部パターンフィルム２２，スペ
ーサ２５，下部パターンフィルム２７は積層されて、そ
れぞれの第１スイッチ電極２３，開孔２６，第２スイッ
チ電極２８の中心を同一軸線上に位置合せして固着され
ている。また、電気回路パターン２４，２９は図示しな
いコネクタにより電気回路（図示せず）に電気的に接続
されている。 【００２３】次に、このように構成されたラバースプリ
ング１０およびメンブレンスイッチ２１の作用を、図３
（ａ）〜図３（ｆ）に示す各動作状態図を参照しながら
説明する。 【００２４】図３（ａ）はキーの非押圧時の状態を示
し、図３（ｂ）はその押圧動作開始直後の状態を示して
いる。両図の比較により、ラバースプリング１０は押圧
開始直後では、押圧荷重を受けるその側壁部１２の内、
屈曲部１２ｃが外側（ベース部１６の環状溝部１５側）
へ膨出するように変形される。この変形はベース部１６
における下方部分１２ｂの外周縁に形成された環状溝部
１５側に下方部分１２ｂが傾斜することによりスムース
に行われ、ベース部１６のドーム空間側内方が浮き上が
ることがない。 【００２５】この状態より少し荷重が増加された図３
（ｃ）の状態では、屈曲部１２ｃの外側への膨出現象並
びに上方部分１２ａと下方部分１２ｂとの撓み現象が進
行され、この直後に荷重状態が反転する、いわゆるクリ
ック点（第１の荷重反転点Ｑ）に達する。 【００２６】即ち、図３（ｂ）の状態より図３（ｃ）の
状態を経て連続的に荷重が増加していくと、上方部分１
２ａが屈曲部１２ｃを介して下方部分１２ｂを側方へ押
圧するように作用する一方、自身はこの下方部分１２ｂ
より横方向の弾性抗緑を受け内側に撓むような力を受け
るとともに、これに関連して屈曲部１２ｃの外側への膨
出現象が進行していく結果、遂には上方部分１２ａと下
方部分１２ｂとの間の力学的バランスが崩れ、押圧荷重
で殆んど上方部分１２ａ並びに屈曲部１２ｃを屈曲せし
めるためのものに向けられるようになり、それまで連続
的に増加傾向であった押圧荷重が漸減的なものに変化す
るクリック点に達するものであり、このクリック感が指
先に好適な触感効果を与えるものである。 【００２７】このクリック点直後の状態は、図３（ｄ）
に示すように屈曲部１２ｃの外方への膨出並びに下方部
分１２ｂの撓みは極限状態より復帰し、上方部分１２ａ
並びに屈曲部１２ｃの屈曲現象のみが進行される状態と
なっている。更に、動作部１４がベース部１６下面の高
さ、即ち回路パターン基板２０の上部パターンフィルム
２２上面に接する位置に達している。 【００２８】図３（ｅ）は、この状態より更に環状頂部
１１が押圧された状態を示すものであり、この状態では
屈曲部１２ｃ並びに上方部分１２ａの各屈曲状態が進行
し、上方部分１２ａが下方部分１２ｂと環状頂部１１と
の間に完全に埋没した形となり、下方部分１２ｂは略垂
直な状態である。そして、動作部１４が圧縮されるとと
もに、押圧荷重を受けた薄肉の内壁部１３が撓んで環状
頂部１１の内方へめり込み、更に上部パターンフィルム
２２が押圧されて撓み、第１スイッチ電極２３が下部パ
ターンフィルム２７の第２スイッチ電極２８に当接しキ
ー信号が出力される。 【００２９】図３（ｆ）は、このような状態より更に環
状頂部１１が押圧された押圧動作限界状態を示すもので
あり、図３（ｅ）の状態を経て連続的に荷重が増加され
ると、環状頂部１１が更に下降し、内壁部１３は動作部
１４より上下方向の弾性抗力を受けて撓み現象が進行
し、この直後に第２の荷重状態の反転、即ち第２のクリ
ック点（第２の荷重反転点Ｓ）に達する。 【００３０】この第２のクリック点の直後に内壁部１３
の下面が上部パターンフィルム２２上部に当接して押圧
動作限界状態となり、第１スイッチ電極２３と第２スイ
ッチ電極２８とが圧接する形となる。 【００３１】そして、この図３（ｆ）の状態で押圧荷重
を除去すると、ラバースプリング１０および上部パター
ンフィルム２２は、それぞれのもつ弾性復元力により、
上記と逆の順序で復帰し、且つ、第１スイッチ電極２３
は第２スイッチ電極２８から開離される。 【００３２】尚、以上のような動作におけるラバースプ
リング１０の各部の作用について補足説明すると、ラバ
ースプリング１０は、側壁部１２を円すい状の上方部分
１２ａと、円筒状の下方部分１２ｂと、その下方部分１
２ｂの外周縁に形成された環状溝部１５とから形成され
ているため、押圧荷重に対して、下方部分１２ｂが極端
に変形することなく外方（環状溝部１５側）へ傾斜し
て、屈曲部１２ｃを介して上方部分１２ａを支持するこ
とができる。 【００３３】更に、上方部分１２ａは屈曲して可動性を
有するので、キー１の押下時に容易に変形可能であり、
これにより屈曲部１２ｃに変形応力が集中することなく
上方部分１２ａにも分散されるので、ラバースプリング
１０の耐疲労性を向上して寿命を延ばすことができる。
加えて、上方部分１２ａはキー１の押下時に、その変形
可能限度内において応力を蓄積しておくことができるの
で、キー１の操作性を良好にすることができる。 【００３４】また、動作部１４が上部パターンフィルム
２２に当接後に作用する薄肉の内壁部１３は、その変形
に伴う押下ストロークの吸収により、動作部１４が上部
パターンフィルム２２に当接する瞬間の位置（図４のＲ
点）からスイッチ電極が圧接する瞬間の位置（図４のＴ
点）に至る間の荷重変動を平準化、即ち荷重変動幅を小
さくして、動作部１４のおどりを抑え、また、指先等に
振動があっても、安定した荷重状態でスイッチ電極を押
圧して、チャタリングの発生を抑制するためのものであ
る。 【００３５】図４は、以上のようなラバースプリング１
０を用いたキースイッチの押圧操作における図３（ａ）
〜図３（ｆ）の各動作状態に対応したＡ〜Ｆで示した荷
重−ストローク特性曲線図である。図４に示す第１の荷
重反転点Ｑは、側壁部１２の上方部分１２ａの座屈によ
り形成されるクリック点であり、第２の荷重反転点Ｓは
内壁部１３の座屈により形成されるものである。また、
第１の荷重低位点Ｒは動作部１４と上部パターンフィル
ム２２との当接により形成され、第２の荷重低位点Ｔは
第１，第２スイッチ電極２３，２８の圧接により形成さ
れる。このように第１の荷重低位点Ｒを形成後に、内壁
部１３の座屈により荷重−ストローク特性が負の方向に
変化する部分を有するように構成されている。 【００３６】この曲線の第１の荷重低位点Ｒと第２の荷
重低位点Ｔとの間の特性変化は、主として、内壁部１３
の断面形状の曲率の大小および複合曲線化、または、内
壁部１３の全体或は部分的な肉厚の増域によって調整可
能である。そして、第２の荷重反転点Ｓおよび第２の荷
重低位点Ｔは、第１の荷重反転点Ｑおよび第１の荷重低
位点Ｒが形成する荷重値の中間に位置するように設定さ
れることにより、チャタリングの発生を有効に抑制する
ことができる。 【００３７】尚、この発明は上述の実施例の構成のみに
限定されるものではなく、例えば動作部の下面に導電ゴ
ム、または、下面に導電フィルムを有する軟質弾性体を
具備して一対の電極間を電気的に閉成するものであって
も同様の作用・効果を奏する。 【００３８】また、内壁部の断面形状は略くの字形等、
第２の荷重反転点を形成するものであれば、その形状を
任意に設定できることはもちろんである。 【００３９】 【発明の効果】以上説明したようにこの発明のキースイ
ッチのラバースプリングは、キースイッチの支持部に支
持されるベース部と、キーのキーステム下面と当接する
環状頂部と、その環状頂部の内方に位置し、且つ環状頂
部とベース部との中間に位置する厚肉状の動作部と、ベ
ース部に連続して円筒状で且つ略垂直な下方部と、環状
頂部に連続して円すい状で且つその円すい状部分の長さ
が下方部の円筒状部分の長さよりも長い上方部と、動作
部の下面位置よりも低く且つ上方部と下方部との連結部
分に形成された屈曲部とを有し、ベース部と環状頂部と
を連結するとともに、押圧力が所定値を越えると、座屈
してその抗力が減少する薄肉の側壁部と、側壁部の下方
部の変形を許容すべく、ベース部における下方部の外周
縁に設けられた環状溝部と、環状頂部と動作部とを連結
するとともに、押圧力が所定値を越えると変形する下向
きに膨出する略円弧状の薄肉の内壁部と、ベース部に設
けられ、ラバースプリング全体と支持部とで形成される
空間内外の気圧調整を行う切欠部とを備えているので、
構成が極めて簡単であるため、製造も容易になり且つ安
価に製造できると共にラバースプリングの高さを低くす
ることができる。 【００４０】また、キースイッチ閉成時の指先による荷
重変動幅が少ないため、キー入力時にチャタリングに伴
う指先等の振動があっても、可動部分のおどりを抑えて
安定した荷重状態でスイッチ電極を押圧でき、チャタリ
ングの発生を抑制することができる。従って、キー入力
時の機器作動が迅速化し、入力操作感覚も改善される。 【００４１】更に、閉成時の指先の荷重変動幅が少ない
ため、長時間のキーボード装置の操作にも疲労の少ない
キースイッチのラバースプリングを提供することができ
るなどその奏する効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の実施例キースイッチの縦断面図であ
る。 【図２】そのラバースプリングの拡大縦断面図である。 【図３】（ａ）〜（ｆ）はそのラバースプリングの各押
圧動作状態図である。 【図４】そのラバースプリングの荷重−ストローク特性
曲線図である。 【符号の説明】 １ キー ３ キーステム ４ フレーム １０ ラバースプリング １１ 環状頂部 １２ 側壁部 １２ａ 上方部分 １２ｂ 下方部分 １２ｃ 屈曲部 １３ 内壁部 １４ 動作部 １５ 環状溝部 １６ ベース部 １６ａ 切欠部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−117615（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−54122（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−87720（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−9767（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−15724（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−41938（ＪＰ，Ｕ) 電波新聞 昭和58年12月22日発行 Ｐ．20−25

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．キーの押下操作により座屈変形され、一対の電極間
   を圧接せしめるようにしたキースイッチのラバースプリ
   ングであって、 キースイッチの支持部に支持されるベース部と、 前記キーのキーステム下面と当接する環状頂部と、 その環状頂部の内方に位置し、且つ環状頂部と前記ベー
   ス部との中間に位置する厚肉状の動作部と、 前記ベース部に連続して円筒状で且つ略垂直な下方部
   と、前記環状頂部に連続して円すい状で且つその円すい
   状部分の長さが下方部の円筒状部分の長さよりも長い上
   方部と、前記動作部の下面位置よりも低く且つ上方部と
   下方部との連結部分に形成された屈曲部とを有し、ベー
   ス部と環状頂部とを連結するとともに、押圧力が所定値
   を越えると、座屈してその抗力が減少する薄肉の側壁部
   と、 前記側壁部の下方部の変形を許容すべく、前記ベース部
   における下方部の外周縁に設けられた環状溝部と、 前記環状頂部と前記動作部とを連結するとともに、押圧
   力が所定値を越えると変形する下向きに膨出する略円弧
   状の薄肉の内壁部と、 前記ベース部に設けられ、ラバースプリング全体と前記
   支持部とで形成される空間内外の気圧調整を行う切欠部
   と、 を備えたことを特徴とするキースイッチのラバースプリ
   ング。