JP5973631B1

JP5973631B1 - 静電容量方式下押しキー構造

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Publication number: JP5973631B1
Application number: JP2015147772A
Authority: JP
Inventors: ▲チョ▼錦雄
Original assignee: ▲チョ▼錦雄
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2035-07-27
Also published as: JP2017027503A

Abstract

【課題】静電容量方式下押しキ−構造を提供する。【解決手段】キーと、支持用部材と、固定パッドと、基板と、導電部とを備える。キーは、キー本体及び結合壁をさらに備え、前記キーに囲まれて収納空間が形成される。支持用部材は収納空間に内設され、本体と、テーパ状壁と、バッファ空間と、テーパ状壁の端部に形成されるガスケットとを含む。本体の上面はキー本体の底部に当接され、且つ本体の底面には前記バッファ空間内に位置される前記導電部が設けられる。基板は固定パッドの一側に連結されると共に回路ユニット及び感知層が設置され、且つ基板には感知層を少なくとも被覆させる絶縁塗料層が塗布される。キー本体が押圧されて移動して支持用部材を押圧させると、導電部と感知層との間の距離が変化することで静電容量変化が発生し、前記回路ユニットが電気信号を発信させ、電子設備の機能を駆動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量変化を利用する静電容量方式であり、且つ触覚フィードバックを提供する静電容量方式キー構造に関する。

従来のキーの多くは機械式であり、キーキャップと、キー部と、回路基板とを備え、回路基板はキー部の下方に設置され、キーキャップはキー部に覆設され、前記キー部の内部には弾性部材及び感知部材が設置され、前記回路基板のキー部に対応する箇所には金属層が設けられる。一旦キー部が押圧されると、弾性部材が押圧されて変形することでキー部を下に移動させ、感知部材が連動されて回路基板の金属層に直接接触され、キー部が回路基板に電気的に接続されて導通され、回路基板はキー部が駆動させる回路が発信させる対応する電気信号に基づいて、機具や電子製品を起動或いは制御させる。キー部の移動により指で触圧した際に触覚フィードバックを提供する。

しかしながら、前述した従来の技術では、機械式キーのキー部本体及び回路基板或いはキーボードケースの表面には相互に間隔が空けられ、外界の水気が間隔の空いた箇所からキー部内部及び回路基板に浸入し、回路基板の金属層が酸化して損壊しやすく、キー部との接触端子の電気的接触にも影響を与え、機能の損失に繋がることもあった。このほか、従来の機械式キーのキーキャップは硬質の材料で製造されるため、容易に脆化して損壊してしまう。
また、タッチ制御技術の発展に伴い、タッチスクリーンがタッチ制御キーボードとして使用されている。周知のように、タッチ制御キーボードのタッチ制御面は平坦なパネルであり、水気がパネル内部に進入するのを防ぎ、且つタッチすると電気信号が伝送される。しかし、現在のタッチ制御キーはキーのキー部が実際のタッチ制御の触覚フィードバックを提供できず、キーを正確にタッチしたか否かを知ることができない。また、各キーのキー部の間には実体としての間隔がなく、周囲のキーを誤ってタッチしやすく、制御のミスが発生する。タッチパネルのキーに震動部材を設置して、タッチ制御後に震動反応を提供することもできるが、震動部材を設置すると製造コストが大幅に増加する。また、キーを正確にタッチできない問題及び間隔を誤ってタッチする問題を解決できない。

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に到った。

本発明は、以上の従来技術の課題を解決する為になされたものである。即ち、本発明は、静電容量方式下押しキーを提供することを目的の一とし、静電容量変化を検知して回路を駆動させてクライアント設備の制御を行い、且つ回路基板に原料が塗布されて回路基板の回路及び感知層の酸化を防いで保護する

本発明の他の目的は、静電容量方式下押しキーを提供し、キーが触圧される際に触覚フィードバックを提供し、且つキーを上下真っ直ぐに維持させ、角度を一致させて移動させる。

上述した課題を解決し、目的を達成するための本発明に係る静電容量方式下押しキーは、キー本体及び前記キー本体に連接される結合壁からなり、前記結合壁は前記キー本体の押圧により変形し、前記キー本体を移動させる少なくとも１つのキーと、前記結合壁に連接され、前記キー本体に対応される箇所にはそれを貫通させる貫通孔が設けられる固定パッドと、前記固定パッドの一側に連結され、前記貫通孔に対応する箇所には回路ユニット及び感知層が設置され、前記感知層は前記回路ユニットに接続される基板と、前記キー本体の底部と前記基板との間に設けられ、且つ前記感知層の上方に対応される導電部とを備え、前記キー本体が押圧されて移動すると前記導電部も連動されて移動し、前記感知層との間隔が予定距離に達すると、前記導電部と前記感知層との間に静電容量変化が発生し、前記回路ユニットが電気信号を発信させ、電子設備の機能を駆動させることを特徴とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記基板には前記感知層を少なくとも被覆させる絶縁塗料層が塗布される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記キー本体の結合壁に囲まれることで収納空間が形成され、前記キーは、前記収納空間に内設される支持用部材と、本体と、前記本体から延伸されるテーパ状壁と、前記テーパ状壁内に形成されるバッファ空間と、前記テーパ状壁の端部に形成されるガスケットとをさらに含み、前記ガスケットは前記基板に貼設され、前記本体の上面は前記キー本体の底部に当接され、前記本体の底面には前記バッファ空間内に位置される前記導電部が設けられる。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、前記基板に電気的に接続されると共に前記支持用部材のバッファ空間内に位置される少なくとも１つの発光素子をさらに備え、前記発光素子の光源は前記キー本体及び前記支持用部材を透過して外に表示される。

本発明に係る静電容量方式下押しキー構造は、導電シリカゲルの導電部と基板の感知層との間の静電容量変化を利用し、キー本体が基板に直接接触せずとも回路ユニットを駆動させて電気信号を発生させ、且つ基板には絶縁塗料層が塗布されることで、感知層及び回路ユニットが酸化して損傷するのを防ぐ。
このほか、支持用部材のテーパ状壁の設置により、キーの上部のどの箇所が押されてもキー本体が上下に真っ直ぐ移動し、角度が不一致になって移動するのを防止する。
これにより、本発明に係る静電容量方式下押しキー構造は、従来のキーの導電部材では回路基板に直接接触させて導電させねばならず、はんだマスクが塗布できないため、回路の表面が損壊しやすいという欠点を有効に改善させ、且つ従来のタッチ制御キーは触覚フィードバックを提供できないという問題を解決させ、キーの角度が不一致で移動するために押圧が不確実になる問題を回避させる。

本発明の一実施形態に係る静電容量方式下押しキー構造を示す展開図である。本発明の一実施形態に係る静電容量方式下押しキー構造を底面から見た部分の傾斜図である。図１に示す構成図である。本発明のキーを底面から見た傾斜図である。本発明のキーを示す断面図である。図５に示すキーを示す断面の作動図である。本発明の他の実施形態に係る静電容量方式下押しキー構造を示す外観斜視図である。図７に示すキーを底面から見た傾斜図である。図８に示す平面の概念図である。図９に示す１０ー１０線を示す断面図である。図９に示す１１ー１１線を示す断面図である。本発明に係る静電容量方式下押しキー構造の具体実施形態を示す概念図である。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の静電容量方式下押しキーの好ましい実施形態を図１〜６に基づいて説明する。本発明に係る静電容量方式下押しキー１は、下に押されて移動して電子設備或いは機具（図示せず）の機能を駆動させる。
前記静電容量方式下押しキー構造１は、少なくとも１つのキー２と、支持用部材３と、固定パッド２３と、基板５とを備える。この実施形態では、静電容量方式下押しキー構造１は複数のキー２を含み、前記電子設備の異なる機能の制御及び実行にそれぞれ用いられる。各キー２はキー本体２１及びキー本体２１に連接される結合壁２２からなり、結合壁２２は固定パッド２３に連接されて一体となり、且つ結合壁２２に囲まれることで収納空間２０が形成され、キー本体２１は矩形状である。固定パッド２３のキー本体２１に対応される箇所には固定パッド２３の表面を貫通させる貫通孔２３０が設けられる（図２参照）。
この実施形態では、複数のキー２の固定パッド２３は相互に連接されて一体となり、これら前記固定パッド２３が全面板体状に一体成形され、前記板体状の固定パッド２３は基板５に貼られて固定される（図３参照）。基板５は貫通孔２３０に対応される箇所に回路ユニット５２及び感知層５１が設置され（図１参照）、前記感知層５１は回路ユニット５２に接続されると共に導電部３０に対応されて設置される。回路ユニット５２は若干の集積回路を備え、各キー２の機能に対応する回路レイアウトが予め設定される。

キー本体２１及び結合壁２２はゴム材質で製造され、且つキー本体２１は中実状であると共に厚さを有し、キー本体２１の底部の中央箇所には収納空間２０内に連通される位置決め溝２１１がさらに形成される。収納空間２０は結合壁２２により囲まれるため、外界の水気がキー２内に進入しない。また、キー本体２１の収納空間２０にはキー本体２１の支持に用いられる支持用部材３がさらに装設される。さらには、キー本体２１の結合壁２２はキー本体２１及び固定パッド２３を連接させるために用いられ、キー本体２１の支持は主に支持用部材３によるものであり、結合壁２２によるものではない。
支持用部材３は、本体３１と、本体３１から延伸されるテーパ状壁３２と、テーパ状壁３２内に形成されるバッファ空間３２０と、テーパ状壁３２の底端部に形成されるガスケット３３とを備える。ガスケット３３はテーパ状壁３２から延伸され、基板５に貼設されるために使用され、支持用部材３が基板５に接触する大きな接触面積を形成させて固定に用いられる。ガスケット３３の底面は固定パッド２３の底面に水平になる。本体３１の上部はキー本体２１の位置決め溝２１１内に嵌入して固定され、キー本体２１により支持用部材３が基板５に固定される。本体３１がキー本体２１の底部の中央に密嵌されるため、キー本体２１の上面のどの箇所が受力しても本体３１に平均的に力が伝わる。
このほか、本体３１の底面にはバッファ空間３２０内に位置される導電部３０が設けられる。導電部３０は環状板体であり、且つ導電シリカゲルで製造される。特に、テーパ状壁３２は本体３１から基板５の方向に拡径されて延伸されて形成され、キー本体２１の結合壁２２の高さはテーパ状壁３２の高さに等しいかそれよりも高く、支持用部材３を装設させるのに十分な空間を提供する。また、結合壁２２が外に向けて傾斜して固定パッド２３まで延伸され、前記傾斜形状は結合壁２２を変形させる（詳細は後述する）圧力の影響を受けなくさせ、結合壁２２の寿命を延ばす。

具体的な実施において、基板５の貫通孔２３０に対応される箇所には２つの発光素子６が電気的に接続される。これは発光ダイオードである。この実施形態において、発光素子６の外囲は環状の感知層５１に包囲され、支持用部材３の本体３１の底部の環状の導電部３０に対応される。本体３１の底部には凹部３１０がさらに形成され、前記環状の導電部３０を包囲させ、凹部３１０が本体３１で移動すると発光素子６が凹部３１０内に被覆される。
本体３１がキー本体２１に押圧されて下に移動すると、凹部３１０が発光素子６の外を被覆させ、これにより支持用部材３全体の厚さを減少させ、発光素子６の厚さを避ける。
一実施例において、支持用部材３、キー本体２１及び結合壁２２は透光性を有し、発光素子６が発する光源を表示させると共にキー本体２１に散光させ、外部から識別可能にする。発光素子６は基板５が通電するとすぐに発光するように設定され、或いはキーが押圧されて回路ユニット５２が電気信号を発信させると発光するように設定される。

導電部３０の底面及び感知層５１は本体３１が押圧される前には、二者の間隔は少なくとも１．５ミリメートルより大きく、この間隔は支持用部材３の構造の高さにより決定される。また、基板５には、感知層５１及び回路ユニット５２を完全に被覆させる絶縁塗料層４が塗布され、絶縁塗料層４は絶縁特性を有し、金属の感知層５１に塗布されて酸化を防止させ、感知層５１が酸化するのを防ぐことで導電の効果に影響を与えるのを回避させる。このほか、絶縁塗料層４の塗布には基板５及び感知層５１を保護させる作用もあり、異物が基板５の表面に直接接触しないようにする。

前述の構造により、本発明に係る静電容量方式下押しキー構造１を使用する場合、指でキー本体２１の上部を触圧すると、キー本体２１が受力して結合壁２２が湾曲されて変形し、キー本体２１を下に移動させ、同時に支持用部材３の本体３１が押圧され、テーパ状壁３２が受力して変形し、本体３１を下に移動させる。この際、環状の導電部３０と基板５の感知層５１との間隔が変化し、前記間隔が予定距離ｄに達し（図６参照）、０．５ミリメートルより小くなると、導電部３０と感知層５１との間に静電容量変化が発生し、静電場が改変され、基板５の回路ユニット５２に電気信号を発信させると共に制御する電子設備まで伝送させ、前記電子設備の機能を駆動させて実行させる。換言すれば、導電部３０と感知層５１との間隔が０．５ミリメートルより小さい予定距離ｄ以内になると、キー２は回路ユニット５２をトリガさせて電気信号を発信させる。

前述の説明の通り、本発明に係る静電容量方式下押しキー構造１は、支持用部材３のテーパ状壁３２を受力して変形する主要構造として利用され、テーパ状壁３２の円形の周面は各部位の弧度が一致し、受力する際に均一に変形され、キー本体２１を上下に真っ直ぐ作動するように確保し、辺や角の傾斜が不一致になる触覚フィードバックを防止させる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の静電容量方式下押しキー１の第２実施形態を図７〜１２に基づいて説明する。本実施形態と前述の実施形態との最大の差異は、前記支持用部材３を有しない点である。その他は前述の実施形態の構造と同じであるため再述はしない。
本実施形態に係る静電容量方式下押しキー構造１は、キー２と、固定パッド２３と、導電部３０と、基板５と、プラットフォーム２４とを備える。キー本体２１の結合壁２２はキー本体２１の底部に一体成形され、且つキー本体２１の底部の周囲から外に向けて傾斜して貫通孔２３０まで延伸されると共に固定パッド２３に連接されて一体になる。換言すれば、結合壁２２はキー本体２１の底部を包囲させて設置される。このほか、第２実施形態の導電部３０の設置は第１実施形態とは異なり、具体的には、キー本体２１の基板５に対応する側面に、複数の導電シリカゲル板体が間隔を空けて形成される導電部３０が設けられ、感知層５１は導電部３０に対応されて設置される。

図７〜１２に示すように、本実施形態のキー２の構造は特定の機能を有する。具体的には、キー本体２１は矩形状であり、且つ対応し合う二側面にはプラットフォーム２４がそれぞれ設けられ、キー本体２１の前記側面の中間より低い位置から外に向けて延伸される。前記側面の対応し合う角には弧面２４１が形成され、矩形のキー本体２１の四辺に連接される４つの角の角度を増大させると共にキー本体２１の側辺の構造を強化し、キー本体２１の上部が押圧されることでキー本体２１が角度の変化が不一致な移動を防止させる。換言すれば、単純な矩形キー本体２１ではプラットフォーム２４の構造を有せず、キー本体２１の角が押圧された後にキー本体２１が角度の傾斜が不一致になって下に移動し、キー２の触覚フィードバックが不確実になる。
これに対し、プラットフォーム２４の側辺構造では、キー本体２１が押圧される場合、受力がプラットフォーム２４まで伝わり、キー２の角度が変化して移動するのを回避させ、手に確実に触覚フィードバックを提供する。このほか、キー本体２１の底部の四周には導電部３０の厚さより薄い厚さを有する位置限定板２４２がそれぞれ設置され、位置限定板２４２は導電部３０と結合壁２２との間に位置される。キー本体２１の辺部が持続的に押圧される場合、位置限定板２４２は基板５に当接され、キー本体２１が過度に押圧されて過度に変形するのを防ぎ、導電部３０が過度の押圧により損壊しないように保護する。

また、キー本体２１の底部の対応し合う二側には固着孔２１２がそれぞれ設けられ、相互に間隔を空ける導電部３０の間に位置する。その内部には位置決めピン２５が挿設され、前記位置決めピン２５はキー本体２１の底部から延伸される（図８及び図１０参照）。基板５には各位置決めピン２５に対応する位置決め通路５３が設けられ、位置決めピン２５はキー本体２１が押圧されていない場合、位置決め通路５３の一部に嵌入され、キー本体２１及び基板５をさらに定位する。キー本体２１が押圧されて移動する場合、位置決めピン２５は位置決め通路５３内で移動し、定位の効果を達成させる。同時にキー本体２１が受けた力を基板５まで伝え、キー本体２１を上下に真っ直ぐ作動するように維持させる。

第２実施形態に係る静電容量方式下押しキー構造１を使用する場合、同様に指でキー本体２１の上部を触圧すると、キー本体２１が受けた力がプラットフォーム２４まで伝わって結合壁２２に伝わり、結合壁２２が変形することでキー本体２１を連動させて下に移動させる。この際、若干の板体で組成される導電部３０と基板５の感知層５１との間の距離が改変され、前記間隔が予定距離ｄに達し（図７参照）、０．５ミリメートルより小さくなると、導電部３０と感知層５１との間に静電容量変化が発生し、静電場が改変され、基板５の回路ユニット５２に電気信号を発信させて制御する電子設備まで伝送させ、前記電子設備の機能を駆動させて実行させる。
前述のキー本体２１の二側面のプラットフォーム２４は結合壁２２の四辺に連接される４つの角の角度を増大させて、キー本体２１が押圧されて角度の変化が不一致になるのを防止させる。内部の位置限定板２４２によりキー本体が押圧されて角度が変化するのを防止させ、また、位置決めピンによりさらなる定位機能を提供し、キー本体２１が押圧される際に位置決めピンによりキー本体２を上下に真っ直ぐ作動させる。

なお、本発明に係る静電容量方式下押しキー構造１の固定パッド２３の外はパネル７に被覆され、基板５をさらに保護する（図１２参照）。

以上のとおり、本発明に係る静電容量方式下押しキー構造１は導電シリカゲルの導電部３０と基板５の感知層５１との間の静電容量変化を利用し、キー本体２１が基板５に直接接触せずとも回路ユニット５２を駆動させて電気信号を発信させる。また、基板５には絶縁塗料層４が塗布されて、感知層５１及び回路ユニット５２の酸化及び損壊を防ぐ。このほか、支持用部材３のテーパ状壁３２の設置により、キー２の上部のどこが押圧されても、キー本体２１が上下に真っ直ぐ移動するように維持させ、角度が不一致になって移動するのを防止する。
これにより、本発明に係る静電容量方式下押しキー構造１は、従来のキーの導電部材では回路基板に直接接触されて導電され、はんだマスクが塗布できず、回路の表面が損壊しやすいという欠点を有効に改善させる。また、従来のタッチ制御キーは触覚フィードバックを提供できないという問題を解決させ、キーが異なる角度で移動して押圧が不確実になる問題を回避させる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１静電容量方式下押しキ−構造
２キー
２０収納空間
２１キー本体
２１１位置決め溝
２１２固着孔
２２結合壁
２３固定パッド
２３０貫通孔
２４プラットフォーム
２４１弧面
２４２位置限定板
２５位置決めピン
３支持用部材
３０導電部
３１本体
３１０凹部
３２テーパ状壁
３２０バッファ空間
３３ガスケット
４絶縁塗料層
５基板
５１感知層
５２回路ユニット
５３位置決め通路
６発光素子
７パネル
ｄ予定距離

Claims

キー本体及び前記キー本体に連接される結合壁からなり、前記結合壁は前記キー本体の押圧により変形し、前記キー本体を移動させる少なくとも１つのキーと、
前記結合壁に連接され、前記キー本体に対応する箇所にはそれを貫通させる貫通孔が設けられる固定パッドと、
前記固定パッドの一側に連結され、前記貫通孔に対応する箇所には回路ユニット及び感知層が設置され、前記感知層は前記回路ユニットに接続される基板と、
前記キー本体の底部と前記基板との間に設けられ、且つ前記感知層の上方に対応される導電部とを備え、
前記キー本体が押圧されて移動すると前記導電部も連動されて移動し、前記導電部と前記感知層との間隔が予定距離に達すると、前記導電部と前記感知層との間に静電容量変化が発生し、前記回路ユニットが電気信号を発信させ、電子設備の機能を駆動させ、
前記キー本体の結合壁に囲まれることで収納空間が形成され、
前記キーは、前記収納空間に内設される支持用部材と、本体と、前記本体から延伸されるテーパ状壁と、前記テーパ状壁内に形成されるバッファ空間と、前記テーパ状壁の端部に形成されるガスケットとをさらに含み、
前記ガスケットは前記基板に貼設され、
前記本体の上面は前記キー本体の底部に当接され、前記本体の底面には前記バッファ空間内に位置される前記導電部が設けられることを特徴とする、
静電容量方式下押しキー構造。
前記基板には前記感知層を少なくとも被覆する絶縁塗料層が塗布されることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式下押しキー構造。
前記キー本体の結合壁の高さは前記テーパ状壁の高さに等しいかそれよりも高く、前記支持用部材が前記キー本体に押圧された場合、前記テーパ状壁が受力することで変形して前記本体を前記基板の方向に向けて移動させることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式下押しキー構造。
前記キー本体の底部には位置決め溝がさらに形成され、前記支持用部材の本体の端部は前記位置決め溝内に嵌入して固定され、前記テーパ状壁は前記本体から前記基板の方向に拡径して延伸されることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式下押しキー構造。
前記固定パッドの底面は前記テーパ状壁のガスケットの底面に水平になることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式下押しキー構造。
前記基板に電気的に接続されると共に前記支持用部材のバッファ空間内に位置される少なくとも１つの発光素子をさらに備え、前記発光素子の光源は前記キー本体及び前記支持用部材を透過して外に表示されることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式下押しキー構造。
前記支持用部材の本体の底部には凹部がさらに形成され、前記発光素子の設置に対応されると共に前記本体が移動する場合に前記発光素子を前記凹部内で被覆させることを特徴とする、請求項６に記載の静電容量方式下押しキー構造。
前記導電部と前記感知層との間に空けられる前記予定距離は０．５ミリメートルより小さいことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式下押しキー構造。
前記キー本体の対向し合う少なくとも２つの側面にはプラットフォームがそれぞれ設置され、前記キー本体の前記側面の対応する角から外に向けて延伸されて突出する弧面が形成され、前記キー本体が押圧されることで角度の変化が不一致になって移動するのを防止させることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式下押しキー構造。
前記キー本体の底部の周囲には、前記導電部の厚さより薄い厚さを有する少なくとも１枚の位置限定板が設置され、前記キー本体の辺部が持続的に押圧される場合、前記位置限定板が前記基板に当接され、前記キー本体が過度に押圧されて過度に変形するのを防ぐことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式下押しキー構造。