JP3820729B2 - 電子機器のセンシング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電子楽器やその他の電子機器に用いられるセンシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子楽器のキースイッチやその他のスイッチ部あるいは各種電子機器におけるスイッチやその他各種部材の動作により駆動されその動作を検出するセンシング装置としてアクチュエータにより押圧駆動される被駆動体からなる接点装置が用いられている。
【０００３】
図５は従来のセンシング装置の一例として電子機器の接点装置を示す。図５（Ａ）に示すように、基板１上にアクチュエータ２により押圧駆動される被駆動体３が設けられる。この被駆動体３は、回転支持部４を介して固定部５に一体に連結され、固定部５が基板１に固定される。被駆動体３には中空部６が形成され、この中空部６内に弾性片７を介して可動接点８が備わる。被駆動体３はアクチュエータ２に押圧駆動されると回転支持部４の回転中心Ｃ廻りに回転し、可動接点８が基板面に当接する。この場合、被駆動体３と固定部５とを連結する回転支持部４は基板１の上面から離れて設けられ、回転支点Ｃは基板１から離れた上方に位置している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転支点Ｃが基板１から離れていると、アクチュエータ２により被駆動体３を押圧してこれを回転動作させたとき、図５（Ｂ）に示すように、可動接点８は回転支点Ｃを中心とする円弧Ｓに沿って回転する。したがって、可動接点８が基板１に当接したとき、アクチュエータ２の押圧力によって可動接点８が受ける力Ｆのベクトル方向は図の矢印で示すように、円弧Ｓのほぼ接線方向となって、基板面に対し斜め方向に作用する。
【０００５】
可動接点８はこのような斜め方向の力Ｆとともに、基板１からの反力として、基板面に垂直に、力Ｆの垂直方向成分に対応した力を受ける。可動接点８に対する斜め方向の力Ｆと基板からの垂直反力との合力がこの可動接点に対する水平方向の力として作用する。言換えると、可動接点はアクチュエータから斜め方向の力Ｆを受け、この力Ｆの垂直方向成分が基板面に対する押圧力として作用し可動接点はこれに対応した反力を基板から受ける。さらに、斜め方向の力Ｆの水平方向成分が可動接点に対し基板面上で水平方向にずらせる力として作用する。
【０００６】
このように可動接点に対し基板上で水平方向にずれる力が作用すると、接点ずれを起こして接触抵抗が変化し適正な接点特性が得られなくなったり誤動作するおそれがでてくる。例えば１接点形式のキースイッチとして用いた場合、押鍵動作のタイミングが正確に検出できず発音タイミングの精度が悪くなり、また、２接点の２メイクスイッチとして用いた場合には、２メイクの時間差による押鍵速度の検出精度が低下する。
【０００７】
さらにアクチュエータからの押圧力は、基板面に当接した被駆動体３に対しても上記可動接点に対する力Ｆと同様に斜め方向に作用する。これにより、被駆動体３は基板面上で上記可動接点と同様に水平方向にずれるように力を受ける。このため、被駆動体３を回転可能に支持する回転支持部４（図５（Ａ））に対し圧縮力を作用させる。これにより、回転支持部４が座屈してＳ字状に変形する。このような回転支持部のＳ字状の変形により前述の接点ずれをさらに助長して検出精度を低下させるとともに、座屈変形の繰り返しにより回転支持部の部材が疲労して劣化が速まり、寿命が短くなる。
【０００８】
このような水平方向の位置ずれを起こす力は、被駆動体が回転して基板に当接したときに、前述の力Ｆで示したように、回転軌跡の接線方向の傾きに起因して力Ｆが斜め方向に作用することが原因で発生するが、これ以外にも、アクチュエータから直接水平方向の力が作用した場合や、被駆動体自体にアクチュエータを介さずに直接水平方向の力が作用する場合等にも発生する。
【０００９】
また、アクチュエータにより押圧駆動される被駆動体からなる従来の接点構造において、被駆動体がアクチュエータに押圧されて基板上に当接したときに、アクチュエータによる被駆動体の被押圧面（上面）が、基板との接触面（下面）に対し傾斜していると、アクチュエータからの押圧力が基板に対し斜め方向に作用し、押圧力の一部が水平方向に逃されて基板からの垂直反力が小さくなる。
【００１０】
したがって、例えば鍵盤装置において、鍵を押し切った後さらに鍵を押し込んでこの鍵に対する上記垂直反力により押圧力を検出しようとした場合に、正確な押圧力が検出できなくなる。したがって、このようなアフターストロークの押鍵力により、ビブラートやトレモロ等の各種楽音を制御しようとした場合、演奏者の意志が的確に反映されなくなる。また、この場合、斜め方向に作用する押圧力により被駆動体あるいはその支持部材等が変形してこれが繰り返されると被駆動体等の材料が疲労して劣化を来す。さらに、このような傾斜した被押圧面に、例えば踏まれた場合等のように過度な力が作用すると、その力の水平方向の分力により被駆動体が大きく変形して損傷のおそれがでてくる。
【００１１】
本発明は上記の点を考慮したものであって、アクチュエータにより押圧されて回転動作する被駆動体を基板上に設けた接点装置等のセンシング装置において、被駆動体が回転しながら基板に当接するとき及び／又は当接した状態でアクチュエータから押圧力が作用したときに、接点および被駆動体自体に対し基板面上で水平方向（基板面と平行な方向）に作用する力をなくして接点ずれを防止し、また変形による劣化の抑制を図った電子機器のセンシング装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、アクチュエータと、このアクチュエータにより押圧駆動される可動接点を備えた被駆動体と、この被駆動体を回転支持部を介して搭載する基板とからなる電子機器のセンシング装置において、前記被駆動体と前記基板とに接点を設け、前記回転支持部は、一端に前記被駆動体部を他端に固定部を一体に構成して、前記回転支持部は、基板当接側を回転支点とするように基板当接側の反対側を薄くして、前記被駆動体部と固定部とをヒンジ状態として、前記回転支持部を前記基板に接触させた状態で、前記固定部を基板に固定したことを特徴とする電子機器のセンシング装置を提供する。
【００１３】
この構成によれば、アクチュエータに押圧駆動されたときの被駆動体の回転支点となる回転支持部が基板に当接しているため、被駆動体が円弧軌跡を描いて基板に当接したときに、基板面での円弧の接線方向が基板面に垂直になる。したがって、可動接点や被駆動体に対するアクチュエータの押圧力は基板面と垂直方向にのみ作用し水平方向の成分は発生しない。したがって、可動接点や被駆動体は水平方向の力を受けず、接点ずれや水平方向の力による変形が防止される。
【００１４】
また、前記被駆動体は固定部を介して前記基板に固定され、この固定部と被駆動体の連結部に前記回転支持部が形成され、この固定部と被駆動体間の回転支持部全体が連続して基板に接触しているように構成される。
【００１５】
この構成により、簡単な構造で被駆動体が基板上に回転可能に支持されるとともに、アクチュエータの押圧力による水平方向の力の発生を確実に防止でき、また回転支持部全体が基板に接触しているためその変形が確実に防止できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る電子機器の接点装置を示す。図１（Ａ）に示すように、基板１１上に、アクチュエータ１２により押圧駆動される被駆動体１３が設けられる。この被駆動体１３は、回転支持部１４を介して固定部１５に一体に連結され、固定部１５が基板１１に固定される。被駆動体１３の固定部１５と反対側の端部に薄肉部１９が一体形成され、アクチュエータ１２からの押圧力に対する反力を付与する。被駆動体１３には中空部１６が形成され、この中空部１６内に弾性片１７を介して可動接点１８が備わる。被駆動体１３はアクチュエータ１２に押圧駆動されると回転支持部１４の回転中心Ｃ廻りに回転し、可動接点１８が基板面に当接する。
【００２４】
この回転支点Ｃは基板１１上に当接した状態となるように回転支持部１４が被駆動体１３と固定部１５との間に設けられる。この回転支持部１４は、被駆動体１３と固定部１５の間の全体が基板１１に当接した状態で被駆動部１３と固定部１５とを連結する。
【００２５】
このような構成の被駆動体１３をアクチュエータ１２により押圧駆動して基板１１面に当接させた状態を図１（Ｂ）に示す。可動接点１８は、回転支点Ｃを中心に円弧軌跡Ｓを描いて基板１１に当接する。このとき回転支点Ｃが基板１１面上に位置しているため、円弧軌跡Ｓの基板と交差する位置での接線方向は基板に垂直方向になる。したがって、アクチュエータ１２の押圧力により可動接点１８に作用する力Ｆのベクトル方向は、図示したように、基板面に対し垂直方向となる。このため、可動接点１８には水平方向の力が作用せず、接点の位置ずれは起こらない。したがって、例えば鍵盤装置のキースイッチとして用いた場合、押鍵タイミングに正確に対応して動作するため検出精度が向上する。
【００２６】
また、アクチュエータ１２からの押圧力は、被駆動体１３に対しても同様に基板面に対し垂直方向に作用するため、水平方向の力は作用せず、回転支持部１４に対し水平方向の圧縮力は作用しない。このため回転支持部１４の座靴によるＳ字変形が起こらず劣化が抑制され寿命を延ばすことができる。
【００２７】
また、回転支持部１４全体が基板面に当接しているため、この回転支持部に水平方向の圧縮力が作用したときに座屈応力により上に持上がってＳ字変形を起こすことが確実に防止される。
【００２８】
このとき、被駆動体１３の上面側のアクチュエータ１２が当接する被押圧面２０と下面側の基板１１との接触面２１は平行であることが望ましい。これにより、例えば鍵盤のアフターストロークのように被駆動体１３が基板に当接した後にアクチュエータからの押圧力が被駆動体１３に付加されたとき、この押圧力が被押圧面２１に対し垂直に作用するため、これを検出しようとした場合、その検出精度が向上するとともに被駆動体や可動接点に対し水平方向の力が作用せず位置ずれや変形が防止される。この点についてはさらに後述する。
【００２９】
図２は本発明の別の実施の形態の要部構成図である。この実施形態は、図１で示した構成の接点装置において、基板１１に当接した状態の回転支持部１４を押圧部材２２により上から押えて保持したものである。この押圧部材２２は例えば弾性材料で構成し、回転支持部１４を常に基板面側に付勢するように設ける。このような押圧部材２２を設けることにより、回転支持部１４に水平方向に圧縮力が作用したときに座屈応力により上に持上がってＳ字変形を起こすことがさらに確実に防止される。
【００３０】
本発明は、上記図１に示した実施形態のように可動接点が１つのみ備わる１メイクスイッチとしてだけでなく、可動接点が２つ備わる２メイクスイッチ又はそれ以上備わるスイッチに対しても同様に適用可能である。２メイクスイッチに適用すれば、例えば鍵盤装置の押鍵速度が正確に検出でき、スイッチの変形による劣化の防止とともに、鍵のタッチレスポンス検出精度が向上する。
【００３１】
図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ、本発明の別の実施の形態の例を示す構成説明図である。また、図４はその作用説明図である。
図３（Ａ）は、基板１１上に搭載された被駆動体３０の上面側のアクチュエータ１２による被押圧面２０と、被駆動体３０の下面側の基板１１との接触面２１が平行となるセンシング装置を示す。このセンシング装置においてスイッチにより動作を検出する場合には、そのスイッチ部は図４（Ａ）の点線で示す部分に設けられる。このようなスイッチ部は接触式のゴムスイッチでもよいし、フォトリフレクタ等からなる光学的スイッチあるいは磁気センサーであってもよい。
【００３２】
このようなセンシング装置は、例えば図４（Ａ）に示すように、鍵盤装置の各鍵２３の下側に一体形成されたアクチュエータ１２に駆動されるように配置される。鍵２３の押鍵動作により一点鎖線で示す初期位置（非押鍵位置）から押鍵ストロークの最下位置（実線）まで鍵が押し下げられると、アクチュエータ１２により、被駆動体３０が押圧されてその下面が基板１１に当接する。この状態でアクチュエータ１２から被駆動体３０にさらに押圧力Ｆが作用すると、図４（Ｂ）に示すように、被駆動体３０の上面側の被押圧面２０と下面側の基板との接触面２１とが平行であるため、押圧力Ｆが基板１１に対し垂直方向に作用し、基板１１から押圧力Ｆに等しい反力Ｒを受ける。
【００３３】
すなわち、基板面に垂直なアクチュエータ１２の押圧力Ｆは被駆動体３０の被押圧面２０に対し垂直に作用して水平方向の分力を発生させないため、押圧力Ｆの一部が水平方向に逃されることなくすべてが基板面に対し作用する。したがって、アフターストロークにおけるこの押圧力を検出する場合に、その反力Ｒが正確に押圧力Ｆと一致するため、被駆動体の接点によりこの反力Ｒを検出することにより、押圧力の検出精度が向上する。また、水平方向の力が作用しないため、接点ずれが防止されまた過渡な力が作用したときに被駆動体の水平方向の変形が抑制される。
【００３４】
図３（Ｂ）に示す接点装置の被駆動体３１は、アクチュエータ１２による被押圧面（上面）２０と基板１１への接触面（下面）２１がそれぞれ半径Ｒ１，Ｒ２の同心円の円弧曲面により形成された同心円筒面である。この接点装置を前述の図４（Ａ）と同様に鍵盤装置の各鍵に対応して基板上に設置し、鍵を押し下げるとその押鍵ストロークの最下位置で被駆動体３１が基板１１に当接する。この状態でアクチュエータ１２から被駆動体３１に押圧力Ｆがさらに作用すると、図４（Ｃ）に示すように、被駆動体３１の上面側の被押圧面２０と下面側の基板との接触面２１とが同心円筒面であるため、前述の図４（Ｂ）の場合と同様に、押圧力Ｆが基板１１に対し垂直方向に作用し、基板１１から押圧力Ｆに等しい反力Ｒを受ける。
【００３５】
すなわち、基板面に垂直なアクチュエータ１２の押圧力Ｆは被駆動体３１の被押圧面２０に対し垂直に作用して水平方向の分力を発生させないため、押圧力Ｆの一部が水平方向に逃されることなくすべてが基板面に対し作用する。したがって、前述の平行面の被駆動体３０と同様に、アフターストロークにおけるこの押圧力を検出する場合に、その反力Ｒが正確に押圧力Ｆと一致するため、被駆動体の接点によりこの反力Ｒを検出することにより、押圧力の検出精度が向上する。また、水平方向の力が作用しないため、接点ずれが防止されまた過渡な力が作用したときに被駆動体の水平方向の変形が抑制される。
【００３６】
図４（Ｂ）（Ｃ）において、被駆動体３０，３１の被押圧面（上面）２０上でアクチュエータ１２の接点における接面２０ａと、この接面２０ａの法線（一点鎖線）が基板１１と交わる点における基板への接触面（下面）２１上での接面２１ａが実質上平行となる。この場合、前述の法線は基板に垂直となる。このように基板１１上で平行になる接面２０ａ，２１ａを構成する被押圧面２０と基板との接触面２１は、図４（Ｂ）のように直線状に平行であってもよいし、図４（Ｃ）のように同心円筒面であってもよい。また同心円筒面以外にも同心楕円筒面（焦点を同じとして長軸、短軸長さが異なる楕円による曲面）あるいはその他形状の同じ並列した曲面であってもよいし、また同じ形状の３次曲面であってもよい。
【００３７】
図３（Ｃ）の被駆動体３２は、基板１１に当接する回転支点Ｄからなる回転支持部を介して基板１１上に支持されている。被駆動体３２は、アクチュエータ１２からの押圧駆動によりこの回転支点Ｄを中心に矢印のように回動して基板面に当接する。この場合にも、前述の図３（Ａ）の場合と同様に、被駆動体３２の上面側のアクチュエータ１２による被押圧面２０と、被駆動体３２の下面側の基板１１との接触面２１が平行となるように形成されている。これにより、前述の図３（Ａ）の場合と同様に、被駆動体が基板に当接した後にさらに押圧力Ｆが作用すると、図４（Ｂ）のように、この押圧力Ｆが被駆動体３２の被押圧面２０に対し垂直方向に付与され、前記図３（Ａ）の被駆動体３０の場合と同様の作用効果が得られる。
【００３８】
図３（Ａ）（Ｂ）において、被駆動体３０，３１はその周囲の薄肉弾性部３４を介して基板１１上に支持されている。この薄肉弾性部３４が被駆動体３０，３１の上下方向の変位を許容し、アクチュエータ１２の押圧動作により被駆動体３０，３１の上下方向に変位させるとともに、アクチュエータの押圧解除時に被駆動体３０，３１に対し復帰力を付与する。このような薄肉弾性部３４は、被駆動体と一体成形した樹脂製弾性材であってもよいし、被駆動体とは別体であってもよい。別体の場合には被駆動体は剛体であってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、アクチュエータに押圧駆動されたときの被駆動体の回転支点となる回転支持部が基板に当接しているため、被駆動体が円弧軌跡を描いて基板に当接したときに、基板面での円弧の接線方向が基板面に垂直になる。したがって、可動接点や被駆動体に対するアクチュエータの押圧力は基板面と垂直方向にのみ作用し水平方向の成分は発生しない。したがって、可動接点や被駆動体は水平方向の力を受けず、接点ずれや水平方向の力による変形が防止され、接点による駆動タイミングの検出精度が高まり、また変形による劣化が抑制され寿命が延びる。
【００４０】
また、本発明において、被駆動体上面のアクチュエータによる被押圧面と下面の基板との接触面を実質上平行とすることにより、例えばアフターストロークの鍵押し込み動作のように、基板に当接した被駆動体にさらにアクチュエータからの押圧力が作用した場合、アクチュエータの押圧力はすべて基板面に対し垂直方向に作用し、水平方向には作用しない（水平分力は発生しない）。したがって、アクチュエータからの押圧力を検出する場合、この押圧力はすべて基板からの反力として検出できるためアフターストロークの押圧力の検出精度が向上して、演奏者の意志を的確に反映してアクターストロークの押鍵力によるビブラートやトレモロ等の楽音制御を行うことができる。また被駆動体に対する水平方向の力による変形が防止される劣化が抑制されて寿命が延びる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る接点装置の構成および作用説明図。
【図２】 本発明の別の実施の形態に係る接点装置の要部構成図。
【図３】 本発明のさらに別の実施の形態の例を示す構成図。
【図４】 図３の各実施の形態の作用説明図。
【図５】 従来の接点装置の構成および作用説明図。
【符号の説明】
１１：基板、１２：アクチュエータ、１３：被駆動体、１４：回転支持部、
１５：固定部、１６：中空部、１７：弾性片、１８：可動接点、
１９：薄肉部、２０：被押圧面、２１：接触面、
３０，３１，３２：被駆動体。

Claims (1)

1. アクチュエータと、
   このアクチュエータにより押圧駆動される可動接点を備えた被駆動体と、
   この被駆動体を回転支持部を介して搭載する基板とからなる電子機器のセンシング装置において、
   前記被駆動体と前記基板とに接点を設け、
   前記回転支持部は、一端に前記被駆動体部を他端に固定部を一体に構成して、
   前記回転支持部は、基板当接側を回転支点とするように基板当接側の反対側を薄くして、
   前記被駆動体部と固定部とをヒンジ状態として、
   前記回転支持部を前記基板に接触させた状態で、前記固定部を基板に固定したことを特徴とする電子機器のセンシング装置。

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