JP6780242B2

JP6780242B2 - キー入力装置

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Publication number: JP6780242B2
Application number: JP2015247182A
Authority: JP
Inventors: 啓喜大平
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2020-11-04
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: JP2017112028A

Description

本発明は、各種の電気・電子機器で使用されるキー入力装置に関する。

キー入力装置を備えた各種の電気・電子機器では、当該機器の小型化を図るため、キーの長押し操作や繰り返し操作等により、１つのキーに複数の機能を持たせることが一般的に行われている。

従来の電子機器において、ストロークキーの表面にタッチキーを設けて、当該キーへのタッチ操作とストローク操作とで入力を制御する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−７４６８９号公報

本発明は、簡単な構成でタッチ操作を検出することが可能になるキー入力装置を提供することを目的とする。

本発明に係るキー入力装置は、少なくとも表面が導電部材からなる鍔付きの押圧キーと、前記押圧キーが裏面側から嵌め込まれるキー穴を備えたキーパネルと、前記キーパネルの裏面にキー穴に対応して配置され、前記押圧キーが押圧されない状態で当該押圧キーの鍔が接触する導電性の接触部材と、前記押圧キーに接触することで静電容量の変化を検知する第１検知手段と、前記押圧キーのストローク操作を検知する第２検知手段と、前記第１検知手段及び第２検知手段による検知に応じて機能を制御する制御手段と、を備え、前記第１検知手段は、前記押圧キーへのユーザの接触により生じる静電容量の変化を当該押圧キーから前記接触部材を介し接触操作の入力として検知することを特徴としている。

本発明によれば、簡単な構成でタッチ操作を検出することが可能になる。

本発明のキー入力装置の実施形態に係る電子式卓上計算機（電卓）１０の外観構成を示す正面図。前記電卓１０のキー入力部１１における数値キー［１］〜［９］１１ａの部分を抜き出して示す図であり、同図（Ａ）は当該数値キー［１］〜［９］１１ａが裏面側から嵌め込まれているキーパネル部１１Ｐを示す正面図、同図（Ｂ）は当該キーパネル部１１Ｐの裏面に沿って貼り付けられた導電シート２０を示す正面図。前記導電シート２０の構成を拡大して示す正面図。前記数値キー［１］〜［９］１１ａにおけるキー構造を側面から見て示す部分断面図。前記電卓１０の電子回路の構成を示すブロック図。前記電卓１０のキー入力処理を示すフローチャート。前記電卓１０のキー入力部１１に対するユーザ操作の一例を示す図。

以下図面により本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明のキー入力装置の実施形態に係る電子式卓上計算機（電卓）１０の外観構成を示す正面図である。

この電卓１０は、その本体正面に、キー入力部１１、表示部１２、太陽電池パネル１３を備えている。

前記キー入力部１１は、オールクリアキー［ＡＣ］、クリアキー［Ｃ］、正負切替キー［＋／−］、テンキー［０］〜［９］、演算キー［＋］［−］［×］［÷］［＝］等を備え、何れのキーもユーザの押圧により押下されて当該キートップに表記（印刷）された内容を入力する押圧（ストローク）キーの構造を有する。

前記テンキー［０］〜［９］のうち、９つの数値キー［１］〜［９］１１ａは、３×３の行列状に配置され、当該数値キー［１］〜［９］１１ａは、押圧（ストローク）キーとして機能するだけでなく、接触（タッチ）キーとしても機能する。

図２は、前記電卓１０のキー入力部１１における数値キー［１］〜［９］１１ａの部分を抜き出して示す図であり、同図（Ａ）は当該数値キー［１］〜［９］１１ａが裏面側から嵌め込まれているキーパネル部１１Ｐを示す正面図、同図（Ｂ）は当該キーパネル部１１Ｐの裏面に沿って貼り付けられた導電シート２０を示す正面図である。

図３は、前記導電シート２０の構成を拡大して示す正面図である。

図４は、前記数値キー［１］〜［９］１１ａにおけるキー構造を側面から見て示す部分断面図である。

前記数値キー［１］〜［９］１１ａは、何れのキー１１Ｋ（図４参照）も、キーパネル部１１Ｐの個々のキー穴（Ａ１Ｂ１）ｈ１１〜（Ａ３Ｂ３）ｈ３３に裏面側から嵌め込まれて突出する突出部１１Ｔと、当該突出部１１Ｔの下端の外周に一体形成され前記キー穴（Ａ１Ｂ１）ｈ１１の縁に係止されて突出位置の制限を受ける鍔部１１Ｒとを有し、同キー１１Ｋは少なくともその表面の材料に導電部材を用いて構成される。

前記導電シート２０（図３参照）は、前記数値キー［１］〜［９］１１ａが挿入されるキー穴（Ａ１Ｂ１）ｈ１１〜（Ａ３Ｂ３）ｈ３３に対応する開口が設けられたプラスチックフィルムであって、表面の前記キー１１Ｋの鍔部１１Ｒが当接して係止される部分、つまり、前記キーパネル部１１Ｐの各キー穴ｈ１１〜ｈ３３の裏面の縁に沿った部分に、導電性の印刷又は箔による接触部材ｈ１１Ｒ，ｈ１１Ｌ〜ｈ３３Ｒ，ｈ３３Ｌを配置して構成される。この接触部材は、各キー穴ｈ１１〜ｈ３３の右縁に沿った右接触部材ｈ１１Ｒ〜ｈ３３Ｒと左縁に沿った左接触部材ｈ１１Ｌ〜ｈ３３Ｌとに分離して設けられる。

そして、前記３×３の行列状に配置された各数値キー［１］〜［９］１１ａのうち、１行目の数値キー［９］［８］［７］に対応する右接触部材ｈ１１Ｒ，ｈ１２Ｒ，ｈ１３Ｒには行配線Ａ１が施され、２行目の数値キー［６］［５］［４］に対応する右接触部材ｈ２１Ｒ，ｈ２２Ｒ，ｈ２３Ｒには行配線Ａ２が施され、３行目の数値キー［３］［２］［１］に対応する右接触部材ｈ３１Ｒ，ｈ３２Ｒ，ｈ３３Ｒには行配線Ａ３が施される。

また、前記各数値キー［１］〜［９］１１ａのうち、１列目の数値キー［９］［６］［３］に対応する左接触部材ｈ１１Ｌ，ｈ２１Ｌ，ｈ３１Ｌには列配線Ｂ１が施され、２列目の数値キー［８］［５］［２］に対応する左接触部材ｈ１２Ｌ，ｈ２２Ｌ，ｈ３２Ｌには列配線Ｂ２が施され、３列目の数値キー［７］［４］［１］に対応する左接触部材ｈ１３Ｌ，ｈ２３Ｌ，ｈ３３Ｌには列配線Ｂ３が施される。

前記行配線Ａ１〜Ａ３と列配線Ｂ１〜Ｂ３は、前記キー入力部１１からの信号線として、後述する電子回路（図５参照）のＣＰＵ３１に接続される。

一方、前記数値キー［１］〜［９］１１ａは、何れのキー１１Ｋ（図４参照）も、キー入力部１１のベース基板１１Ｂ上に当該キー１１Ｋの位置に対応して配置されたゴム製で台形状の押し上げ台（絶縁弾性材料）２２に支持される。つまり、同キー１１Ｋが押下されない状態でその鍔部１１Ｒは前記キー穴ｈ１１の右縁に沿った右接触部材ｈ１１Ｒと左縁に沿った左接触部材ｈ１１Ｌとに押し付けられた状態で支持されることになる。

また、前記キー１１Ｋの位置に対応する前記ベース基板１１Ｂ上と前記押し上げ台２２の裏面凸部には、その他のキーと同様に、当該キー１１Ｋが前記押し上げ台２２の弾性力に抗して押下された状態で接触して導通する対向電極２３ａ，２３ｂが設けられる。

前記各数値キー［１］〜［９］１１ａを含む全てのキーの対向電極２３ａ，２３ｂも、前記キー入力部１１からの信号線として、後述する電子回路（図５参照）のＣＰＵ３１に接続される。

このように構成されたキー入力部１１の各キー（数値キー［１］〜［９］１１ａ含む）は、当該キーが押下されることで同キーに対応する前記対向電極２３ａ，２３ｂが接触して導通し、その押下（ストローク）操作のキー入力信号として前記ＣＰＵ３１に検出される。

更に、前記３×３の行列状に配置された各数値キー［１］〜［９］１１ａについては、例えば数値キー［９］の場合であれば、当該キー１１Ｋが押下されずにタッチされることで、同キー１１Ｋの表面に起きる静電容量の変化が、その鍔部１１Ｒが接触している右接触部材ｈ１１Ｒと左接触部材ｈ１１Ｌ及び行配線Ａ１と列配線Ｂ１を介して、接触（タッチ）操作のキー入力信号として前記ＣＰＵ３１に検出される。

そして、他の数値キー［１］〜［８］についても同様に、その行列状のキー位置に対応した行配線Ａ１〜Ａ３と列配線Ｂ１〜Ｂ３を介して、接触（タッチ）操作のキー入力信号が前記ＣＰＵ３１に検出される。

図５は、前記電卓１０の電子回路の構成を示すブロック図である。

この電卓１０の電子回路は、コンピュータであるＣＰＵ３１、フラッシュＲＯＭ等の記憶装置３２、作業データの記憶領域であるＲＡＭ３３を備えている。

前記記憶装置３２には、本電卓１０の全体の動作を司る電卓制御プログラム３２ａが記憶される。この電卓制御プログラム３２ａのデータは、前記記憶装置３２に予め記憶されていてもよいし、外部のプログラムサーバから通信ネットワークを介してダウンロードされたり、外部の記録媒体から記録媒体読取装置を介して読み取られたりして、前記記憶装置３２に記憶されたものでもよい。

前記ＣＰＵ３１は、前記キー入力部１１からのキー入力信号に応じて、前記記憶装置３２に記憶された電卓制御プログラム３２ａを起動させ、当該電卓制御プログラム３２ａに従い回路各部の動作を制御する。

前記ＲＡＭ３３には、前記回路各部の動作に応じた計算データが記憶されるほか、当該動作に応じて表示部１２に表示させる表示データ３３ａが記憶される。

そして、前記キー入力部１１のうち、前記３×３の行列状に配置された各数値キー［１］〜［９］１１ａへの接触（タッチ）操作を検出するための行配線Ａ１〜Ａ３と列配線Ｂ１〜Ｂ３は、タッチ検出部３４に接続されて何れの数値キー［１］〜［９］へのタッチ操作であるかが検出され、その検出結果が前記ＣＰＵ３１に通知される。

このように構成された電子式卓上計算機（電卓）１０は、前記ＣＰＵ３１が前記電卓制御プログラム（キー入力処理プログラムを含む）３２ａに記述された命令に従い回路各部の動作を制御し、ソフトウエアとハードウエアとが協働して動作することにより、以下の動作説明で述べる機能を実現する。

なお、本実施形態のキー入力処理プログラムでは、前記各数値キー［１］〜［９］１１ａへの接触（タッチ）操作を検出してＣＰＵ３１に実行させる機能として、例えば以下（１）〜（４）の機能を持たせる。
（１）数値キー［１］〜［９］１１ａのうち、中央の縦３つのキー［８］［５］［２］から順番に接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された場合には、表示された数値をＲＡＭ３３内の数値メモリに加算して記憶させる、［Ｍ＋］キーに代る機能。
（２）数値キー［１］〜［９］１１ａのうち、中央の横３つのキー［４］［５］［６］から順番に接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された場合には、表示された数値を前記数値メモリから減算して記憶させる、［Ｍ−］キーに代る機能。
（３）数値キー［１］〜［９］１１ａのうち、右斜めの３つのキー［７］［５］［３］から順番に接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された場合には、前記数値メモリに記憶されている数値を“０”にクリアして記憶させる、［ＭＲＣ］キーに代る機能。
（４）数値キー［１］〜［９］１１ａのうち、左斜めの３つのキー［９］［５］［１］から順番に接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された場合には、表示された数値で百分率を計算させる、［％］キーに代る機能。

次に、前記構成の電子式卓上計算機（電卓）１０のキー入力処理に伴う動作を説明する。

図６は、前記電卓１０のキー入力処理を示すフローチャートである。

図７は、前記電卓１０のキー入力部１１に対するユーザ操作の一例を示す図である。

先ず、前記キー入力部１１のうち、前記３×３の行列状に配置された各数値キー［１］〜［９］１１ａを除く、タッチ操作の検出機能を備えない各キーのキー入力処理について説明する。

例えば、オールクリアキー［ＡＣ］やクリアキー［Ｃ］等、タッチ操作の検出機能を備えない何れかのキーが押下（ストローク）操作されると、当該キーに対応する対向電極２３ａ，２３ｂが接触して導通することで、そのキー入力信号がＣＰＵ３１に検出され（ステップＳ６（Ｙｅｓ））、検出されたキーに応じた処理が実行される（ステップＳ７）。

次に、前記キー入力部１１のうち、前記３×３の行列状に配置された各数値キー［１］〜［９］１１ａでのキー入力処理について説明する。

各数値キー［１］〜［９］１１ａのうち、何れかのキー１１Ｋに対してユーザの指Ｆが接触することで、当該キー１１Ｋに生じた静電容量の変化が、導電シート２０の行配線Ａｎと列配線Ｂｎを介して、タッチ検出部３４により接触（タッチ）操作のキー入力信号として検出されると（ステップＳ１（Ｙｅｓ））、検出されたキー位置が予め設定された前記（１）〜（４）のキー入力処理機能に対応する開始のキー位置（本実施形態では［８］［４］［７］［９］の何れか）であるか判断される（ステップＳ２）。

ここで、前記数値キー［８］［４］［７］［９］の何れかの開始のキー位置であると判断された場合は（ステップＳ２（Ｙｅｓ））、次のキーに対する接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出されるか否か判断される（ステップＳ３）。

そして、前記予め設定された機能に対応する次のキーに対する接触（タッチ）操作のキー入力信号が順番に検出されたことで、例えば図７に示すように、左斜めの３つのキー［９］［５］［１］から順番に接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された場合は、百分率を計算させる機能（４）であると特定される（ステップＳ４（Ｙｅｓ））。

すると、前記特定された機能が実行され、この場合は、表示部１２に表示された数値で百分率を計算する計算処理が実行される（ステップＳ５）。

前記予め設定された機能（１）（２）（３）についても同様に、中央の縦３つのキー［８］［５］［２］から順番に接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された場合は、［Ｍ＋］キーに代る機能（１）が実行され、また、中央の横３つのキー［４］［５］［６］から順番に接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された場合は、［Ｍ−］キーに代る機能（２）が実行され、また、右斜めの３つのキー［７］［５］［３］から順番に接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された場合は、［ＭＲＣ］キーに代る機能（３）が実行される（ステップＳ１〜Ｓ５）。

これにより、本実施形態の電卓１０では、少なくとも前記［Ｍ＋］［Ｍ−］［ＭＲＣ］［％］の４つのキーを設ける必要がなく、当該各キーに応じた機能をタッチ操作で実行させることができ、キー入力部１１の小型化、電卓１０本体の小型化を図ることができる。

一方、前記接触（タッチ）操作によるキー入力信号が検出されたキー位置が、キー入力処理機能として予め設定された前記（１）〜（４）の機能の何れかに対応する開始のキー位置ではない場合（ステップＳ１，Ｓ２（Ｎｏ））、あるいは次のキーに対する接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出されない場合（ステップＳ３（Ｎｏ））、あるいは次のキーに対する接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出されても（ステップＳ３（Ｙｅｓ））、前記予め設定された機能に対応する次のキーではなく当該機能が特定されない場合（ステップＳ４（Ｎｏ））は、例えばキー操作中に生じた一過性の接触（タッチ）であると判断され、何の機能も実行されない。

一方、前記各数値キー［１］〜［９］１１ａのうち、何れかのキー１１Ｋに対する接触（タッチ）操作のキー入力信号が検出された後（ステップＳ１（Ｙｅｓ））、当該数値キーが押下（ストローク）操作されることで、当該数値キーのキー入力信号が検出された場合は（ステップＳ６（Ｙｅｓ））、検出された数値キーに応じた数値入力処理が実行される（ステップＳ７）。

したがって、前記構成の電子式卓上計算機（電卓）１０によれば、キー入力部１１の各キーのうち３×３の行列状に配置された数値キー［１］〜［９］１１ａの各キー１１Ｋの表面を導電材料で構成し、当該キー１１Ｋが押下（ストローク）操作されない状態で同キー１１Ｋの鍔部１１Ｒが接触する各キー穴ｈ１１〜ｈ３３の裏面側の縁に、導電シート２０による右接触部材ｈ１１Ｒ〜ｈ３３Ｒと左接触部材ｈ１１Ｌ〜ｈ３３Ｌを配置し、１行目〜３行目の行毎の各キーに対応した右接触部材ｈ１１Ｒ〜ｈ１３Ｒ，ｈ２１Ｒ〜ｈ２３Ｒ，ｈ３１Ｒ〜ｈ３３Ｒには行配線Ａ１，Ａ２，Ａ３を施し、１列目〜３列目の列毎の各キーに対応した左接触部材ｈ１１Ｌ〜ｈ３１Ｌ，ｈ１２Ｌ〜ｈ３２Ｌ，ｈ１３Ｌ〜ｈ３３Ｌには列配線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を施す。そして、ユーザが各キー１１Ｋに接触（タッチ）した際に生じる静電容量の変化を当該キーの左右接触部材から行列配線Ａｎ，Ｂｎを介して接触（タッチ）操作のキー入力信号として検出する。

これにより、個々の押圧（ストローク）キーにタッチセンサを設ける必要なく、簡単な構成でタッチ操作を検出し当該キーにより複数の機能を行なわせることが可能になる。

よって、キー入力部１１の小型化を図ることができ、電卓１０本体の小型化も実現できる。

また、前記構成の電子式卓上計算機（電卓）１０によれば、前記接触（タッチ）操作を検出可能な各数値キー［１］〜［９］１１ａにおいて、予め設定された数値キーの順番で接触（タッチ）操作によるキー入力が検出された場合には、当該数値キーの順番に応じて設定された機能が実行されるので、当該機能の実行を指示するための個別のキーを設ける必要がなく、キー入力部１１の小型化、電卓１０本体の小型化を実現できる。

なお、本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの構成要件が異なる形態にして組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

［１］
押圧キーと、
前記押圧キーに接触することで静電容量の変化を検知する第１検知手段と、
前記押圧キーのストローク操作を検知する第２検知手段と、
前記第１検知手段及び第２検知手段による検知に応じて機能を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするキー入力装置。

［２］
前記押圧キーは複数あり、
前記制御手段は、前記第１検知手段が、前記複数の押圧キーのうちの任意の押圧キーへの接触を検知した場合に第１機能を制御し、前記第２検知手段が、前記任意の押圧キーの少なくとも１つへのストローク操作を検知した場合に前記第１機能と異なる第２機能を制御する、ことを特徴とする［１］に記載のキー入力装置。

［３］
前記押圧キーは、少なくとも表面が導電部材からなる鍔付きキーであって、
前記キー入力装置は、
前記押圧キーが裏面側から嵌め込まれるキー穴を備えたキーパネルと、
前記キーパネルの裏面にキー穴に対応して配置され、前記押圧キーが押圧されない状態で当該押圧キーの鍔が接触する導電性の接触部材と、
を備え、
前記第１検知手段は、前記押圧キーへのユーザの接触により生じる静電容量の変化を当該押圧キーから前記接触部材を介し接触操作の入力として検知する、ことを特徴とする［２］に記載のキー入力装置。

［４］
前記キーパネルは、複数の押圧キーがそれぞれ嵌め込まれる複数のキー穴を有し、
前記接触部材は、１つのキー穴に対応して２つの接触部材が配置され、前記押圧キーが押圧されない状態で同押圧キーの鍔が前記２つの接触部材と接触し、
前記第１検知手段は、前記複数のキー穴のそれぞれに対応した２つの接触部材に対して当該キー穴の押圧キーを特定可能に設けられた配線を有し、前記押圧キーへのユーザの接触により生じる静電容量の変化を当該押圧キーに対応した２つの接触部材及び配線を介し同押圧キーを特定した接触操作の入力として検知する、ことを特徴とする［３］に記載のキー入力装置。

［５］
前記複数の押圧キーは、“１”〜“９”の数値キーであることを特徴とする［４］に記載のキー入力装置。

［６］
電卓に使用されるキー入力装置であって、前記制御手段は、前記第１検知手段により検知された前記数値キーを特定した接触操作の入力の仕方に応じて予め設定された前記電卓の機能を実行させることを特徴とする［５］に記載のキー入力装置。

１０ …電子式卓上計算機（電卓）
１１ …キー入力部
１１ａ…３×３の行列状に配置された数値キー［１］〜［９］
１１Ｐ…キーパネル部
１１Ｂ…ベース基板
１１Ｋ…キー
１１Ｔ…キー突出部
１１Ｒ…キー鍔部
２０ …導電シート
ｈ１１〜ｈ３３…キー穴
ｈ１１Ｒ〜ｈ３３Ｒ…右接触部材
ｈ１１Ｌ〜ｈ３３Ｌ…左接触部材
Ａ１〜Ａ３…行配線
Ｂ１〜Ｂ３…列配線
２２ …押し上げ台（キー支持台）
２３ａ，２３ｂ…対向電極
３１ …ＣＰＵ
３２ａ…電卓制御プログラム
３４ …タッチ検出部

Claims

少なくとも表面が導電部材からなる鍔付きの押圧キーと、
前記押圧キーが裏面側から嵌め込まれるキー穴を備えたキーパネルと、
前記キーパネルの裏面にキー穴に対応して配置され、前記押圧キーが押圧されない状態で当該押圧キーの鍔が接触する導電性の接触部材と、
前記押圧キーに接触することで静電容量の変化を検知する第１検知手段と、
前記押圧キーのストローク操作を検知する第２検知手段と、
前記第１検知手段及び第２検知手段による検知に応じて機能を制御する制御手段と、
を備え、
前記第１検知手段は、前記押圧キーへのユーザの接触により生じる静電容量の変化を当該押圧キーから前記接触部材を介し接触操作の入力として検知する、ことを特徴とするキー入力装置。
前記押圧キーは複数あり、
前記制御手段は、前記第１検知手段が、前記複数の押圧キーのうちの任意の押圧キーへの接触を検知した場合に第１機能を制御し、前記第２検知手段が、前記任意の押圧キーの少なくとも１つへのストローク操作を検知した場合に前記第１機能と異なる第２機能を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のキー入力装置。
前記押圧キーは複数あり、
前記キーパネルは、複数の押圧キーがそれぞれ嵌め込まれる複数のキー穴を有し、
前記接触部材は、１つのキー穴に対応して２つの接触部材が配置され、前記押圧キーが押圧されない状態で同押圧キーの鍔が前記２つの接触部材と接触し、
前記第１検知手段は、前記複数のキー穴のそれぞれに対応した２つの接触部材に対して当該キー穴の押圧キーを特定可能に設けられた配線を有し、前記押圧キーへのユーザの接触により生じる静電容量の変化を当該押圧キーに対応した２つの接触部材及び配線を介し同押圧キーを特定した接触操作の入力として検知する、ことを特徴とする請求項１に記載のキー入力装置。