JP4658765B2 - 防水キーボード - Google Patents

Description

本発明は、キーボード、とくにコンピュータにデータや指示を手操作で入力するフルキーボード、テンキーパッドなどの手操作入力装置に関するものである。

従来、キーボードには、日常の生活防水から医療現場での使用などを含めて完全防水まで、様々な防水、防滴、防塵処理が施されたものがある。たとえば、特開平10-222267号公報（特許文献１）や特開平9-305281号公報（特許文献２）には、キースイッチの配設されたサポートパネルを覆う弾性体の防水カバーによってスイッチ素子部へのミスト状の油や水蒸気の浸入を防止するパソコン用のキーボードが開示されている。いずれも、防水カバーとサポートベースによって、両者の間にあるサポートパネルに配設されているスイッチ素子部を完全に覆うことで、防塵、防滴効果を達成している。キートップは、防水カバーの上方に配設され、キートップを押した時、弾性体の防水カバーを介してスイッチ素子部を押圧することになる。

特開平10-222267号公報 特開平9-305281号公報

特許文献１および２に記載のキーボードはいずれも、堅牢な防水機構であり、防水構造専用の部材を用意して組み立てる必要があり、したがって製造原価も高い。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、通常のキーボードと実質的に同等の操作感を維持しながら、簡略な構造で日常の生活防水に適した防水キーボードを提供することを目的とする。

本発明による防水キーボードでは、複数のキートップを弾性的に支持する支持部を有する全体として平面形状の可撓性支持体の周縁部が凸状に形成され、この凸状周縁部は弾性を有し、複数のキートップを可動的に保持する第１の枠体に第２の枠体が緊締手段で固定されると、第１の枠体に押圧されることによって、塵埃および水分に対する封止機構を形成する。

より具体的には、本発明によるキーボードは、全体として矩形の平面形状を有し複数のキートップを可動的に保持する第１の枠体と、対応する複数のキー接点およびそれらの接続回路が配設された回路支持体と、前記平面形状に対応する平面形状を有し、前記回路支持体を支持する基体をなす第２の枠体と、第１の枠体と回路支持体との間にあって複数のキートップを弾性的に支持する支持部を有する可撓性支持体と、可撓性支持体を第１の枠体に対して押圧しながら第１の枠体および第２の枠体を相互に固定する緊定手段とを含み、可撓性支持体は、第１の枠体に対向する側へ凸状に形成された周縁部を有し、緊締手段による周縁部の第１の枠体に対する押圧によって塵埃および水分に対する封止機構を形成する。

本発明によればこのように、第１の枠体に対して第２の枠体が可撓性支持体を介挿した状態で固定される際、可撓性支持体の周縁部が第１の支持体に押圧されることによって、塵埃および水分に対する簡略な構造の封止機構が形成される。こうして、キーボードの接点や他の回路要素は、上方からの塵埃や水分の浸入から保護される。

次に添付図面を参照して本発明による防水キーボードの実施例を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の実施例による防水キーボード100は、たとえば、パーソナルコンピュータなどに使用される106キーボードなどの標準キー配列の汎用フルキーボードである。

キーボード100はケース136を有する。ケース136は、同図には見えないが、多数の開口208（図１３）が穿設され、これにキートップ122が収容されて、これらを上下動可能に保持する枠体であり、これによって、106キーボードまたはテンキーパッドが形成される。キートップ122は、他の実施例で図４に示すように、その下部に突起138を有し、突起138は、対応する接点116のドーム152に当接する。こうして、１つのキーに対応するキースイッチが構成される。

キーボード100は、同図の下方に示すように基体としてのシャーシ102を有する。シャーシ102は、全体として平坦なほぼ矩形の平面形状を有する、本実施例では合成樹脂の一体成形品の枠体であり、その周縁部106にはネジ穴103が穿設されている。シャーシ102の内方部には、若干の深さの凹部104が形成されている。凹部104は、やはり矩形の平面形状をなし、周縁部106が凹部の底面に対してわずかに隆起している。周縁部106には、図示のように周縁方向に沿って全体を囲繞する凸部108が形成されている。

シャーシ102の凸部108は、凹部104の底面を含む面の方向に垂直な方向の断面が、本実施例では全体として半円形または逆Ｕ字形であり、キーボード100を組み立てたとき、後述の防水ドームシート150を、間に一方のキースイッチメンブレーン112、セパレータ113および他方のキースイッチメンブレーン114を介してこれに嵌合させる大きさを有している。この断面形状は、勿論他の形状でもよく、たとえば矩形なども有利に適用される。

シャーシ102の凹部104には、キースイッチメンブレーン112および114が間にセパレータ113を介して載置される。キースイッチメンブレーン112および114は、後に分かるように両者で対をなして回路支持体として機能し、これ自体、公知の構成であってよい。これらキースイッチメンブレーン112および114、ならびにセパレータ113によって、メンブレーンスイッチ111が形成される。

より詳細には、下側のメンブレーン112は、全体として凹部104の大きさとほぼ同じ平面寸法を有する矩形の可撓性合成樹脂シートであり、たとえば厚さ0.1ミリメートル程度のポリエチレンテレフタラート(PET)のフィルムでよい。メンブレーン112は、図２からも分かるように、この図における上側の面には、キースイッチを構成する接点116の一方の電極118とその配線回路パターンが印刷されて形成されている。同様に、上側のメンブレーン114も、全体として下側のメンブレーン112とほぼ同じ平面寸法および厚さを有する矩形の可撓性合成樹脂シートであり、その下面には、キースイッチの接点116の他方の電極120とその配線回路パターンが印刷されて形成されている。セパレータ113は、電気的に絶縁性の材料で形成され、全体としてメンブレーン112または114とほぼ同じ平面寸法を有する矩形の平面形状を有する。その材料および厚さは、メンブレーン112および114と同じでよい。セパレータ113には、接点116の電極118および120に対応する位置に、本実施例では円形の透孔117が穿設され、これによって、後述のようにキートップ122が矢印Ａ方向に押された時、接点116における電極118および120が透孔を介して相互に接触し、そのキーに応じた電気回路を閉成する。

さて、本実施例では、これらの上方に可撓性のある防水ドームシート150が配設されている。防水ドームシート150は、シャーシ102の外形寸法とほぼ同じ平面寸法を有し、たとえばシリコーンまたはネオプレンなどの弾性のある合成樹脂シート部材からなる防水層を形成している。その厚さは、たとえば0.7 mm程度であり、図１からわかるように、その周縁部160が凸状に隆起している。この周縁部160は、キーボード100を組み立てたときにシャーシ102の周縁部106にある凸部108に対応する位置に形成されている。

後に詳述するが、防水ドームシート150をケース136に装着すると、この凸状周縁部160がケース136に対して水密および防塵の封止を形成し、メンブレーンスイッチ111とシャーシ102の下方にある素子および部材を防水する。

防水ドームシート150には、図示のように、多数のドーム152が凸状に一体成形されている。ドーム152は、中空であり、全体として円錐台形状を有して、キートップ122の支持部をなしている。たとえば、図５に別な実施例として示すように、円錐台形状の頂部の内部に下方に突出した突起162を有している。この突起162がキースイッチメンブレーン114の接点部116を、図２に示すように矢印Ａの方向から押圧することによって、上述のように電気回路を閉成する。

より詳細には、ドーム152は、このような円錐台形状およびその材質の弾性によってクリックアクションを達成し、キートップ122を上方から弾性に抗して押下した時に接点116の１対の電極118および120が相互に接触するようにこれらを押圧し、また、押圧力を解放すると弾性による反発力でキートップ122が原位置に復帰する、いわゆるドームクリック機構を構成している。このドーム152によって得られる反発力は、快適な感触のキータッチを生ずる。

メンブレーンスイッチ111は、他の構成、たとえば印刷配線板スイッチに置き換えてもよい。一例として図３を参照すると、印刷配線板スイッチの１つの接点116は、合成樹脂基板214の一方の主面に印刷により形成された２つの電極118および120を含んでいる。防水ドームシート150のドーム152の内側には突起162が形成されている。この突起162の自由端には電極チップ218が被着されている。キートップ122の操作によりその突起138が矢印Ａの方向に下降すると、ドームの突起162がこれにつれて下降し、その電極チップ218が基板214の２つの電極118および120を機械的および電気的に接続する。こうして、接点116が閉成される。電極118および120の配列は、図示のものに限らず、たとえば対向するくし型パターンや、対向するＤ字型パターン、渦巻きパターンなどでよい。

図１には、キートップ122、ドーム152および接点116などが１組しか示されていないが、これは図の煩雑化を避けるためであって、実際には、これらは多数、たとえば112個も配設されて、キーマトリクスを構成していることは、言うまでもない。また、各図において、同様の構成要素は、同じ参照符号で示す。

防水ドームシート150は、ケース136にシャーシ102をビス148で装着する際、その周縁部160を下方からシャーシ102の凸部108で押圧させることにより、メンブレーン112および114とともにケース136およびシャーシ102に固定される。

より詳細には、これらの各構成要素を、図１に一点鎖線142、144および146で示すように組み立てて、最終的には、ケース136にシャーシ102を嵌合させ、両者を周縁の適切な複数箇所でビス148などの緊締手段にて互に対して固定する。これによって、ケース136の周縁部137は、防水ドームシート150の凸状周縁部160を介してシャーシ102の周縁部106によって適切な圧力で押圧される。この押圧力と防水ドームシート150の凸状周縁部160の弾性により、防水、封止機構が完成する。勿論、キーボード100の中央付近でもビス留めをしてよいが、防水の観点からは、中央付近にビス穴は少ない方がよく、本実施例では、周縁部だけで全体を固定している。

このように、防水ドームシート150の可撓性のある凸状周縁部160がシャーシ102によってケース136に堅固に固定されることによって、メンブレーン112および114に形成されている電気回路および機械的接点を上方からの浸水に対して封止している。こうして、図１におけるキーボード100の上方からの塵埃や水分の侵入を阻止する防水、防塵、防滴機構を実現している。キーボードは一般に、消しゴムのかすやゴミ、飲み物のしずくなどに曝されやすく、それらが内部の回路に障害を発生させることも多い。一般に、キーボードの水濡れ事故の大半は、上方からの液体の浸入で占められる。本実施例は、このような日常の防水、防塵、防滴を簡単な構成で実現することができる。組み立て上がったシャーシ102は、用途に応じてベースユニット（図示せず）に取り付けられ、キーボード100が完成する。

図４を参照すると、本発明による防水キーボード100の他の実施例は、たとえば4列5行などのキー配列を有する、いわゆるテンキー配列のキーボードである。各図において、同様の要素は同じ参照符号で示す。その防水機構を詳細に説明すると、防水ドームシート150は、図５、さらには図６に拡大して示すように、その凸状周縁部160の頂部に凸部164が形成されている。また、凸状周縁部160の内側は、本実施例では逆Ｕ字状の空間を形成している。ケース136にシャーシ102をビス148で装着したとき、図７に示すように、両者の間に介挿された防水ドームシート150の凸状周縁部160の逆Ｕ字空間に下方からシャーシ102の凸状周縁部108が係合する。凸状周縁部160の高さ方向の寸法は、この状態で防水ドームシート150の凸状周縁部160が押圧されて、その凸部164が弾性変形し、これによって適切な防水、防塵封止が達成されるような値に設計されている。

組み立て上がった状態を図８に示す。シャーシ102の凸状周縁部108でケース136の周縁部137の頂部内側に押圧され弾性変形した防水ドームシート150の凸状周縁部160は、その凸部164が弾性変形して水密封止を形成している。このため、同図に矢印Ｂで示すように、ケース136とキートップ122との間の隙間、すなわちキートップ122を収容する開口208から浸入した、たとえば液体は、この封止機構でキーボード100の下方への浸入を完全に阻止される。この封止機構は、シャーシ102の凹部104（図１）を完全に囲繞しているため、液体は、防水ドームシート150の形成する凹部空間172に滞留することはあっても、メンブレーンスイッチ111の内部に浸入したり、シャーシ102の下方へ流れ込んだりすることは、全くない。

図８からわかるように、シャーシ102の同図における下側には、たとえばキーボードエンコーダなどの集積回路174を搭載したフレキシブル印刷回路（FPC）基板176が装着され、FPCコネクタ178によりメンブレーンスイッチ111の電極120（図１）用配線回路パターンに接続されている。上述の防水機構は、これらの回路要素174などをも、上方よりの浸入液体Ｂから保護することができる。

図９に示すように、ケース136の内側と防水ドームシート150とで画成される空間172は、その高さＣを低く設計することもできる。そのような適用例の場合、シャーシ102の周縁部106の凸部108の空間172側の面に防水ドームシート150の凸状周縁部160の空間172と反対側の面が多少の弾性をもって嵌合し、この両者の間でシャーシ102による防水ドームシート150の堅固な支持を達成するように構成されている。この場合も、水密封止機構は、防水ドームシート150の凸状周縁部160で達成される。

図９に示すような構造は、シャーシ102が金属製の板、すなわち板金の場合にも有利に適用される。この例を図１０に示す。防水ドームシート150は、その平面部において数箇所に、図１１に示すような位置決め用突起166がシート150と一体的に形成されている。また、これと対応するメンブレーンスイッチ111の箇所には、スイッチメンブレーン112および114ならびにセパレータ113に透孔168が孔設されている。さらに、シャーシ102の対応箇所にも、透孔170が孔設されている。

突起166は、図１０に示すように、その自由端が胴部より若干大きな径を有する形状でもよく、また図１１に示すように、全長にわたって同一の径を有する円柱状であってもよい。メンブレーンスイッチ111の透孔166は、突起166の外径より若干大きい径の円形孔でよい。これに対してシャーシ102の透孔170は、突起166の外径より若干小さい径の円形孔でよく、これによって突起166がシャーシ102の透孔170に弾性的かつ堅固に嵌合することができる。こうして、シャーシ102に対して防水ドームシート150が正確に位置決めされ、キートップ122の突起138、ドーム152および接点111の平面方向の位置が正確に確定する。

図９および図１０に示す実施例においても、防水ドームシート150の弾性凸状周縁部160により堅固な水密封止機構が実現される。従来、板金によるシャーシの適用例では、防水機構を実現することが困難であったが、本実施例では、シャーシ102が板金であっても、有利に防水機構を実現することができる。

キーボード100の組立ては、図１３に示すように、ケース136の開口208にキートップ122を係合させ、その下方に、上から防水ドームシート150およびシャーシ102を配し、一点鎖線210で示すようにビス148によってケース136にシャーシ102を固定する。これによって、ケース136の周縁部137は、防水ドームシート150の弾性凸状周縁部160を介してシャーシ102の周縁部106に適切な圧力で押圧される。この押圧力と防水ドームシート150の凸状周縁部160の弾性により、防水、封止機構が実現するのは、前述した通りである。

組み立て上がった状態を図１４に示す。この図では、切欠き部分にメンブレーンスイッチ111からキーボードエンコーダ（図示せず）への接続線がFPCフラットケーブルコネクタ178の形で見えている。

このように構成したキーボード100にジョイスティックなどのキー以外の操作部材を配設することもできる。図１２を参照すると、ケース136の適切な箇所に開口180が穿設され、これをジョイスティックセンサ182の操作部184が貫入している。ジョイスティックセンサ182は、制御基板186の一方の主面に搭載され、この制御基板は、図示のように、ビス188などの緊締手段によってケース136に装着されている。制御基板186の反対側の主面には、本実施例ではコネクタ190が取り付けられ、ここから伸びる接続ケーブル192が他の回路基板（図示せず）に接続される。

ところで、開口180の周縁部には、これを囲繞する環状凸部194が図示のように設けられ、これに、防水ジャバラ196がビス198によってジャバラ押さえリング200を介して固定されている。防水ジャバラ196は、本実施例では、全体としてほぼ円形の平面形状を有するゴムシートから形成されている。その中央部には円形の開口212が設けられ、この開口212に操作部184の軸202を堅固な密着状態で収容している。ジャバラ押さえリング200は、環状凸部194の平面形状とほぼ同様の平面形状、すなわち環状の合成樹脂または金属の環である。軸202に対する上述の密着機構212とビス198およびジャバラ押さえリング200による封止機構とによって、矢印Ｄで示すような開口180からはいった水などの液体や塵埃がそれ以上、内部に浸入するのを防ぐことができる。

一方、キースイッチ層111に対応したキートップ122のある空間172は、前述した防水ドームシート150の防水機構と同様の防水機構によって、キーボード100の内部と完全に分離されている。この防水機構は、前述した防水ドームシート150の凸状周縁部160および凸部164とそれぞれ同様に構成された凸状周縁部204および凸部206によって実現される。凸状周縁部204および凸部206は、ジョイスティック開口180を囲繞する凸部194のさらに外側を囲繞するように、それぞれ、防水ドームシート150およびシャーシ102に一体的に形成されている。

これらの防水機構によって、ジョイスティックセンサ182は勿論、メンブレーンスイッチ111および他の回路要素174（図８）などを、上方よりの浸入液体ＢおよびＣから保護することができる。したがって、従来、防水対策が複雑であったジョイスティックなどの操作用部品を完全に防水することができる。さらに、そのコネクタ190や接続ケーブル192も、防水対策されたものを使用する必要がない。

以上から分かるように、本発明の実施例によれば、ジョイスティックなどの操作部材や、たとえばポインティングデバイス、液晶表示素子、発光ダイオード、ランプ、集積回路素子などの回路要素を搭載する所望の位置に、選択的に防水機構を設けることができる。

本発明による防水キーボードの実施例を示す分解斜視図である。 図１に示す実施例におけるメンブレーンスイッチの部分断面を示す断面図である。 スイッチの他の実施例を示す断面図である。 本発明による防水キーボードの他の実施例を示す断側面図である。 図４に示す実施例における防水ドームシートの断面図である。 図４に示す実施例における防水ドームシートの周縁部を示す拡大断面端面図である。 同実施例における防水ドームシートをケースに組み立てた状態を示す、図６と同様の拡大断面端面図である。 同実施例の組み立て上がった状態を示す説明的断面図である。 本発明による防水キーボードのさらに他の実施例を示す部分断面図である。 本発明による防水キーボードのさらに他の実施例を示す部分断面図である。 図１０に示す実施例における防水ドームシートとシャーシとの係合部分を示す説明的部分分解斜視図である。 本発明のさらに他の実施例による防水キーボードを示す、図８と同様の説明的断面図である。 図４に示す実施例の組立てを説明するための部分分解斜視図である。 図４に示す実施例の組み立て上がった状態を説明するための部分切欠き斜視図である。

符号の説明

100 キーボード
102 シャーシ
111 メンブレーンスイッチ
116 接点
122 キートップ
136 キーパネル
150 防水ドームシート
160 凸状周縁部
164 凸部

Claims (10)

1. 全体として矩形の平面形状を有し、複数のキートップを可動的に保持する第１の枠体と、
   該複数のキートップに対応する複数のキー接点およびそれらの接続回路が配設された回路支持体と、
   前記平面形状に対応する平面形状を有し、前記回路支持体を支持する基体をなす第２の枠体と、
   第１の枠体と前記回路支持体との間にあって、前記複数のキートップを弾性的に支持する支持部を有する可撓性支持体と、
   該可撓性支持体を第１の枠体に対して押圧しながら第１の枠体および第２の枠体を相互に固定する緊定手段とを含み、
   前記可撓性支持体は、第１の枠体に対向する側へ凸状に形成された第１の周縁部を有し、第１の周縁部は、前記緊締手段によって第１の枠体へ押圧されることで第１の枠体の側から前記回路支持体の側への塵埃および水分の侵入を封止する第１の封止機構を形成することを特徴とするキーボード。
2. 請求項１に記載のキーボードにおいて、前記可撓性支持体は、弾性により前記キー接点を閉成させるドームクリック機構を形成していることを特徴とするキーボード。
3. 請求項１に記載のキーボードにおいて、前記可撓性支持体は、合成樹脂からなるからなり、前記支持部が一体に形成されていることを特徴とするキーボード。
4. 請求項１に記載のキーボードにおいて、第２の枠体は、第１の周縁部に対応して凸状に形成された第２の周縁部を有し、第２の周縁部は、第２の枠体の内側を囲繞して前記回路支持体を収容する空間を形成することを特徴とするキーボード。
5. 請求項４に記載のキーボードにおいて、第２の周縁部は、前記空間に前記回路支持体を保持しながら第１の周縁部に嵌合することを特徴とするキーボード。
6. 請求項１に記載のキーボードにおいて、第２の枠体は、金属製であることを特徴とするキーボード。
7. 請求項６に記載のキーボードにおいて、前記可撓性支持体、前記回路支持体および第２の枠体は、相互の位置を確定する位置決め機構を含むことを特徴とするキーボード。
8. 請求項１に記載のキーボードにおいて、第２の枠体は、第１の枠体とは反対の側に搭載された電気回路素子を含むことを特徴とするキーボード。
9. 請求項１に記載のキーボードにおいて、第１の枠体には、操作部材の操作部を収容する開口が形成され、
   第１の枠体はさらに、前記開口を囲繞する第３の周縁部と、第３の周縁部に押圧されるとともに前記操作部と密着することによって、前記開口から塵埃および水分が第２の枠体の前記回路支持体とは反対の側へ侵入するのを封止する第２の封止機構とを含むことを特徴とするキーボード。
10. 請求項９に記載のキーボードにおいて、
    第２の枠体はさらに、第２の封止機構の外方から第２の封止機構を囲繞する第４の周縁部を有し、
    前記可撓性支持体は、第４の周縁部に対応して第１の枠体に対向する側へ凸状に形成された第５の周縁部を有し、第５の周縁部は、前記緊締手段による押圧によって第４の周縁部に押圧されると、第１の枠体の側から第２の枠体の前記回路支持体とは反対の側へ塵埃および水分が侵入するのを封止する第３の封止機構を形成することを特徴とするキーボード。