JPH0561733B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は接点開閉装置、とりわけキーを押すこ
とによつて薄膜接点スイツチを付勢するための接
点開閉装置に関する。

［従来技術］ 米国特許第4118611号には次のような従来例が
示されている。座屈圧縮ばねを用いた軸支点式の
切替付勢手段（アクチユエータ）がキーを押すこ
とに応答して動くようになつており、それによつ
て接点間の容量を変化させてスイツチの開閉を行
うものである。この従来例では、キーを押した際
に、１つのピボツト点を支点にしてアクチユエー
タが回転する。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記米国特許に示されるような従来のスイツチ
開閉手段は、アクチユエータが１つの軸を支点に
して回転するのでキーを押す力がスイツチ開閉の
ための力として作用する場合に効率よくその力が
伝達されていないという問題がある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明の接点開閉装
置は、筐体と、該筐体に沿つて摺動できるように
前記筐体に取付けられたキーと、該キーの下方で
前記筐体に取付けられた、接点スイツチを含む薄
膜接点スイツチ構造と、前記接点スイツチの開閉
を行うアクチユエータと、該アクチユエータと前
記キーとの間に保持されたばねと、を有し、前記
アクチユエータは平面から成る第１の面及び曲面
から成る第２の面で構成される底面ならびに上面
を有し、前記ばねの一端が前記キーに作用し他端
が前記アクチユエータの前記上面に作用して、前
記キーが移動されていない場合には前記ばねがわ
ずかに圧縮されかつ選択された方向にわずかに座
屈しており、前記キーが移動されていない場合に
は前記第２の面は前記接点スイツチ部分の前記薄
膜接点スイツチ構造の上方に位置し前記第１の面
のみが前記接点スイツチのないところの前記薄膜
接点スイツチ構造の上面と接することによつて前
記接点スイツチを開いた状態で前記アクチユエー
タを静止位置に保ち、前記キーが下方に押された
場合には前記ばねが圧縮され選択された方向にさ
らに座屈して前記アクチユエータが前記第１の面
の端と前記接点スイツチのないところの前記薄膜
接点スイツチ構造の上面とで構成されるピボツト
軸を支点にして回転し次に前記第２の面のみが前
記スイツチ部分の前記薄膜接点スイツチ構造の上
面に接してこれにより形成される接触位置が前記
キーの押下げに伴つて移動して前記アクチユエー
タが回転することによつて前記接点スイツチを閉
じるようにしたことを特徴としている。次に本発
明の作用効果を説明する。薄膜接点スイツチ構造
の接点スイツチの開閉のためのアクチユエータ
が、ばねを選択された方向に過度に座屈するよう
にキーを押している間に、第１のピボツト点を軸
として回転する。ばねが過度に座屈すると、アク
チユエータが第２のピボツト点を軸として回転す
る。第２のピボツト点は前述の接点スイツチのほ
ぼ真上に位置し接点スイツチを閉じるようになつ
ている。従つて、キーを押す力のほとんどが第２
のピボツト点に加えられて接点スイツチを閉じ
る。以上のようにして、ばねが座屈した時に、キ
ーを押す力のほとんどが接点スイツチに伝えられ
てこれを閉じる。

本発明の揺動式アクチユエータによつて、キー
が解除された場合に接点スイツチが誤つて開いて
また閉じるということはなくなる。押されていた
キーが解除された場合は、ばねの座屈によつて生
成されるモーメントの減少度はばねの圧縮力の減
少度よりも小さい。従つてキーが解除されてもキ
ーが押されている間に揺動式アクチユエータが回
転するのと同じ方向にさらに揺動式アクチユエー
タが回転し、しかる後に反対方向に回転して初め
の静止位置に戻る。これが接点スイツチの誤まつ
た開閉の起こらない理由である。

本発明による接点開閉装置は、前記米国特許に
比べて、コストはおよそ半分になる。本発明の接
点開閉装置は、薄膜接点スイツチ構造の接点スイ
ツチとアクチユエータが共働して、接点スイツチ
を閉じるのに要する力の少なくとも２倍の力を生
成するように設計される。これは、薄膜接点スイ
ツチの接点スイツチを閉じるために、キーに加え
られる力のほとんど全てを接点スイツチに伝達す
ることによつて達成される。

［実施例］ 第１図について説明する。第１図はキーボード
上の１つのキー１０を表わす。キーボードは、例
えば、1982年５月20日付の米国特許出願第380386
号に示されるタイプのものである。キー１０を用
いて、例えば、タイプライタの１つの文字を選択
する。

キー１０は、フレーム１２の直立した中空の円
筒支持体１１に沿つて摺動するように取付けられ
ている。フレーム１２は、キーボードのキー１つ
に対して円筒支持体１１を１つ有する。

フレーム１２はキー１０と同様に適切なプラス
チツクでできており、金属の基板１４に取付けら
れている。タイプライタの筐体が基板１４を支持
する。フレーム１２は適切な手段を用いて基板１
４に取付ければよい。良好な例では、フレーム１
２に階段状のほぞを成形して基板１４に取付け
る。各々のほぞを薄膜接点スイツチ構造１５の開
口部（図示せず）および基板１４の開口部（図示
せず；ただし薄膜接点スイツチ構造１５の開口部
よりは狭くなつている）に順に通して、フレーム
１２を基板１４の上面に置く。階段状のほぞの大
きい部分と小さい部分との間は肩のようになつて
いる。これは、ほぞの小さい部分を基板１４の開
口部に通した場合に、肩の部分が基板１４の上面
に載るようにするためである。ほぞを熱するとそ
れが基板１４の底面とリベツト状に係合する。

キー１０は下方に延びた心棒１６を有する。心
棒１６はフレーム１２の円筒支持体１１の内側に
入つていて、これによつてキー１０が円筒支持体
に入つていて、これによつてキー１０が円筒支持
体１１内で摺動する。二また状になつていて２つ
の分離したスカート部１７（ただし図示されてい
るのは１つだけである）を有する心棒１６の外面
および円筒支持体１１の内面には、リブとみぞ穴
が設けてある。ユーザがキーを押したり離したり
することによつて、キー１０が垂直方向に移動す
る間、こうしたリブおよびみぞ穴が共働して、キ
ー１０の移動を方向付けて誘導する。

ばね１８はキー１０とアクチユエータ１９との
間に張り渡す。軸支揺動式のアクチユエータ１９
は、キー１０が押された場合に、薄膜接点スイツ
チ構造１５の１つの接点スイツチ２０を閉じる。
ばね１８の上端は、キー１０の心棒１６にある取
付け台２１に作用する。取付台２１は、ばね１８
が始めに選択された方向（第１図では右方向）に
屈折するように、わずかに傾いている。この方向
はタイプライタの前面へ向う方向である。キー１
０の傾斜面２２がキー１０の前面であり、これが
タイプライタの前面となる。ばね１８の横方向の
座屈は心棒１６のスカート部１７によつて制限さ
れている。

アクチユエータ１９が常に薄膜接点スイツチ構
造１５の上面２５に静止しているので、ばね１８
は絶えずキー１０を上方に押す。キー１０の上方
への移動は、止め部２６（ただし図示されている
のは１つだけである）によつて制限されている。
止め部２６は心棒１６の各スカート部１７の底に
隣接してスカート部１７の外面に付いており、円
筒支持体１１の内面にある肩２７（ただし図示さ
れているのは１つだけである）と係合するように
なつている。各々の止め部２６は斜面を有する。
止め部２６の斜面は肩２７上の斜面と対になつて
おり、キーボード組立またはキー１０の交換の際
にキー１０を円筒支持体１１内に挿入した場合は
各々の止め部２６が肩２７よりも上がらないよう
になつている。

ばね１８の下端は、圧入によつて、アクチユエ
ータ１９の支柱２３の周囲に取り付けられてい
る。支柱２３は、ばね１８を容易に圧入できるよ
う、平坦な面２４（第８図参照）を有する。

アクチユエータ１９の支柱２３は指状突起部２
８（第８図参照）から上方に延びている。指状突
起部２８はアクチユエータ１９の底板２９の中央
から突き出ている。底板２９の両側からもそれぞ
れ指状突起部３０および３１が突き出ている。

第７図および第８図に示すように、アクチユエ
ータ１９に形成された指状突起部２８，３０およ
び３１の間には空間がある。キー１０の心棒１６
の一方のスカート部１７が中央の指状突起部２８
と外側の指状突起部３０との間の空間に入り、も
う一方のスカート部１７が、中央の指状突起部２
８と外側の指状突起部３１との間の空間に入るよ
うになつている。こうして、第１図および第３図
に示すように、キー１０の心棒１６のスカート部
はアクチユエータ１９に対して第１図の位置から
第３図の位置まで下方に移動可能となる。

外側の指状突起部３０はその先端に支え台３２
を有し、他方の外側の指状突起部３１もその先端
に支え台３３を有する。支柱２３は支え台３２の
底面３４、および支え台３３の底面３５に対して
ほぼ垂直に配置されている。支え台３２の底面３
４と支え台３３の底面３５は同一平面上にある。

アクチユエータ１９は下方に延びた突起部３６
（第２図および第７図参照）を有する。突起部３
６は、図からわかるように、中央の指状突起部２
８の底面、および、底板２９の一部の所から下方
に延びている。下方に延びた突起部３６の底面３
７はその外面全体が曲面となつていることが望ま
しい（第２図参照）。突起部３６は、第２図の断
面図に示すように中央の指状突起部２８から底板
２９に至るまで曲がつている底面３７を有する。

キー１０が押されておらずばね１８によつて最
上端まで押し上げられているような状態、すなわ
ち、アクチユエータ１９が第１図および第２図に
示すように静止位置にある場合は、薄膜接点スイ
ツチ構造１５の上面に接触する面は、アクチユエ
ータ１９の支え台３２の底面３４（第８図）およ
び支え台３３の底面３５だけである。支え台３２
の底面３４および支え台３３の底面３５は接点ス
イツチ２０（第２図）から離れているので、アク
チユエータ１９が静止位置にある間は、ばね１８
がたとえ圧縮されたとしても接点スイツチ２０に
何ら力を加えることはない。アクチユエータ１９
が静止位置にある間は、突起部３６の底面３７
と、薄膜接点スイツチ構造１５の上面２５の間に
はわずかにすき間がある。このすき間は、およそ
0.02mmである。

薄膜接点スイツチ構造１５の形成方法は前記米
国特許出願に詳述されている。薄膜接点スイツチ
構造１５は、上部層３８、中間層３９、および下
部層４０を有し、これらは全て電気的絶縁材でで
きている。良好な実施例ではこうした層は全てマ
イラである。これらの層は、にかわによつて互い
に重ねて保持する。

上部層３８の底面４２には、円形接点４１（図
は１つだけ）が形成されている。下部層４０の上
面４４には円形接点４３（図は１つだけ）が形成
されている。前記米国特許出願に示されているよ
うに円形接点４１，４３は回路の一部となつてい
る。

中間層３９の中には円形開口部４５が形成され
ている。円形開口部４５は、円形接点４１，４３
を入れるためのもので、従つてそれらよりも大き
い。円形接点４１，４３により接点スイツチ２０
が構成される。従つて、アクチユエータ１９によ
つて上部層３８を中間層３９の円形開口部４５の
中に移動させると、第３図および第４図に示すよ
うに、円形接点４１と円形接点４３とが接触して
接点スイツチ２０が閉じる。

第１図および第２図に示すように、アクチユエ
ータ１９が静止位置にある場合は、薄膜接点スイ
ツチ構造１５（第２図）の上面に接触する面は、
アクチユエータ１９の支え台３２の底面３４（第
８図）および支え台３３の底面３５だけである。
この理由を以下に示す。ばね１８によつてアクチ
ユエータ１９に加えられる圧縮力を表わす力Ｆは
モーメントを生成する。このモーメントは、支え
台３２の底面３４の先端部４７および支え台３３
の底面３５の先端部４８（第７図）から支柱２３
の中心までの距離ｘに力Ｆ（第２図）を乗じたも
のである。このモーメントは、ばね１８のわずか
な初期座屈によつて生成されているモーメントＭ
（第２図）よりも大きい。従つてアクチユエータ
１９は静止位置を維持する。前述のように、キー
１０が押されていない場合は、ばね１８は選択さ
れた方向に座屈している。

支え台の底面の先端部４７，４８（第７図）
は、初期のピボツト点すなわちピボツト軸を構成
し、モーメントＭが力Ｆと距離ｘの積よりも大き
くなつた時にアクチユエータ１９はこれを軸にし
て時計方向に回転する（第２図）。前述のように、
アクチユエータ１９が静止位置にある時は、モー
メントＭは力Ｆと距離ｘの積により生成されるモ
ーメントよりも小さい。アクチユエータ１９が静
止位置にある間は、突起部３６の底面３７と、薄
膜接点スイツチ構造１５の上面２５の間にはわず
かにすき間がある。

キー１０を第１図の位置から第３図の位置まで
押すと、キー１０に加えられる力によつて第３図
の力Ｆ、すなわち、ばね１８によつてアクチユエ
ータ１９に伝えられる力、が増加する。キー１０
を押している間にキー１０に加えられる力と、キ
ー１０の移動量との関係を第９図に示す。

キー１０を押すことによつて（第３図）、アク
チユエータ１９が静止位置にある場合の力Ｆより
も力Ｆが増加すると（第４図）、モーメントＭ（第
４図）も力Ｆ（第４図）と距離ｘとの積から生成
されるモーメントよりも大きくなる。モーメント
Ｍ（第４図）は、ばね１８が第１図の位置から第
３図の位置まで過度に座屈しその座屈量が増加す
ることによつて生ずるものである。こうしてアク
チユエータ１９が初期のピボツト軸、すなわち、
支え台の底面の先端部４７および４８、を軸にし
て回転する。この時計方向（第２図および第４
図）の回転により、突起部３６の底面３７が薄膜
接点スイツチ構造１５の上面２５に接触して、薄
膜接点スイツチ構造１５の上部層３８が中間層３
９の円形開口部４５の中に移動する。従つて、上
部層３８の底面４２の円形接点４１が下部層４０
の上面４４の円形接点４３に接触する。

アクチユエータ１９が初期のピボツト軸を軸に
して回転すると、アクチユエータ１９の突起部３
６の底面３７が薄膜接点スイツチ構造１５の上部
層３８の点４９（第４図）に接する。第４図に示
すように、点４９から初期のピボツト軸までの距
離はｄである。アクチユエータ１９が第４図の位
置にある場合は、力Ｆと距離の合計（ｘ＋ｄ）と
の積で生成されるモーメントがモーメントＭに対
抗している。この時、モーメントＭはモーメント
Ｆ（ｘ＋ｄ）よりもわずかに大きい。

薄膜接点スイツチ構造１５とアクチユエータ１
９は点４９だけで接しているので、力Ｆは点４９
における合力Ｒに等しい。これは、アクチユエー
タ１９に垂直方向に作用する力の合計である。

これは、キー１０に下方に加えられる力（第３
図）のほとんど全てが薄膜接点スイツチ構造１５
に伝えられるということを意味する。比較的大き
なこの力はアクチユエータ１９の反発力を減じ、
接点スイツチ２０を閉じる。

キー１０を押して生成される力Ｆ（第４図）は、
アクチユエータ１９が点４９で薄膜接点スイツチ
構造１５と接触している場合は、40グラムないし
50グラムである。接点スイツチ２０を閉じるのに
必要な力はおよそ15グラムである。従つて、アク
チユエータ１９に加わる力は、接点スイツチ２０
を閉じるのに必要な力の少なくとも２倍はある。

接点スイツチ２０を閉じるのに必要な力は上部
層３８の材質および厚さ、ならびに中間層３９の
円形開口部４５の大きさおよび深さに依存する。
従つて、接点スイツチ２０を閉じるのに必要な力
が、点４９に作用する合力Ｒの半分よりも小さく
なるように、これらを選択する。

接点スイツチ２０が閉じると、ばね１８の過度
の座屈（第３図）によつてユーザはこれを感じて
キー１０から指を離す（キー１０の解除）。仮に
ユーザがキー１０を押しつづけたとしても、キー
１０の表面５０と円筒支持体１１の上端部５１が
係合するので、キー１０の下降の最大量はここで
制限される。

キー１０が解除された場合、初めは、力Ｆ（第
６図）の減少の度合はモーメントＭの減少の度合
よりも大きい。従つて、モーメントＭは、依然と
してモーメントＦ（ｘ＋ｄ）よりも大きく、アク
チユエータ１９は時計方向の回転を続けて、接点
スイツチ２０は閉じたままとなつている。従つて
支え台の底面３４，３５は薄膜接点スイツチ１５
の上面２５よりもさらに高い所にある。こうし
て、アクチユエータの突起部３６の底面３７と、
薄膜接点スイツチ構造１５の上面２５が、点５２
において接する。

第４図および第６図からわかるように、距離ｄ
は増加している。最終的に、ばね１８が元に戻る
（第５図）のでモーメントＭは減少する。モーメ
ントＭが減少し、かつ、距離ｄが増加するので、
モーメントＦ（ｘ＋ｄ）がモーメントＭより大き
くなつて、アクチユエータ１９は反時計方向に回
転を始めて、第６図の位置から第２図の静止位置
に戻る。ところで、点５２（第６図）初期のピボ
ツト軸、すなわち、支え台の底面の先端部４７，
４８からずつと離れた所にあるので、接点スイツ
チ２０が誤つて開いてまた閉じるということはな
い。アクチユエータ１９が点５２（第６図）から
左方に揺れ動いて、支え台の底面３４，３５が薄
膜接点スイツチ構造１５の上面に再び接触する。
アクチユエータ１９がこうして揺れ動く際には、
過度の反発力は何ら伴わない。何故なら、アクチ
ユエータ１９の突起部３６の底面３７が曲面とな
つているからである。

第９図は、キー１０に加えられる力とキー１０
の移動量との関係を、１サイクル全体にわたつて
示した図である。第９図は、キー１８の幾つかの
位置も示している。例えば、点５３は、アクチユ
エータ１９が静止位置にあつて打鍵が行われてい
ない場合のキー１０の位置を表わしている。点５
４は、アクチユエータ１９が第３図および第４図
の位置にある場合のキー１０の位置を表わす。点
５５は、アクチユエータ１９が第５図および第６
図の位置にある場合のキー１０の位置を表わす。
点５６は、キー１０が初めの位置に戻つてアクチ
ユエータ１９が第１図および第２図の位置にある
場合のキー１０の位置を表わす。点５３および点
５６ではキー１０の移動量はゼロであるが、移動
中の摩擦によるロスのために力はわずかの違いが
ある。

第２図からわかるように、アクチユエータ１９
の突起部３６の底面３７はその外面全体が曲面に
なつているが、必要ならば、底面３７の一部を平
坦にしてもよい。底面３７の一部を平坦にしてお
けば、アクチユエータ１９の移動（第４図の位置
から第６図の位置）の際、この平坦部が薄膜接点
スイツチ１５の上面と係合する。

前記米国特許に示されるのと同様にして本実施
例においても、接点スイツチの開閉をユーザは感
知することができる。すなわち、接点スイツチの
開閉が行われた場合は必ずキー１０が少し動いて
ユーザにその感触が伝わるようになつている。

第９図に示す物理的なヒステリシスは、この接
点スイツチ開閉の感触が存在することを表わして
いる。点５４は接点スイツチが閉じている状態で
あり、キー１０が初めの押されていない位置に復
帰する際にヒステリシスを経過しなければ接点ス
イツチは開かない。

以上に説明した各構成部の寸法関係の１例を挙
げる。薄膜接点スイツチ構造１５の上部層３８、
中間層３９、および下部層４０の厚みは、それぞ
れ、0.0762mm、0.127mm、およそ、0.2032mmであ
る。基板１４の厚みはおよび1.27mmである。アク
チユエータ１９の突起部３６の底面３７の曲線の
半径は７mmである。前述のように、第２図で、底
面３７と薄膜接点スイツチ構造１５の上面２５と
の間のすき間はおよそ0.02mmである。これらの大
きさは各部分の大きさが相対的になるように示し
てある。大きさは図によつてかなり異なるので、
目盛りは図示しない。

［発明の効果］ 本発明により、接点スイツチに比較的大きな力
を作用させることができる。他の利点として、キ
ーを押す力を薄膜接点スイツチ構造の接点スイツ
チに効率よく伝えてそれを閉じることができる。
さらに他の利点として、キーを押した際およびキ
ーを離した際のいずれの場合にもスイツチの反発
力を最小限にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアクチユエータが静止位置にある場合
の接点開閉装置の断面図、第２図は第１図の状態
におけるアクチユエータおよび薄膜接点スイツチ
構造の関係を表わす部分拡大図、第３図はアクチ
ユエータが接点スイツチを閉じている状態にある
場合の接点開閉装置の断面図、第４図は第３図の
状態におけるアクチユエータおよび薄膜接点スイ
ツチ構造の関係を表わす部分拡大図、第５図はア
クチユエータが接点スイツチを開く寸前の接点開
閉装置の断面図、第６図は第５図の状態における
アクチユエータおよび薄膜接点スイツチ構造の関
係を表わす部分拡大図、第７図はアクチユエータ
の上面図、第８図はアクチユエータの斜視図、第
９図はキーに加わる力とキーの移動量との関係を
表わすグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筐体と、 該筐体に沿つて摺動できるように前記筐体に取
   付けられたキーと、 該キーの下方で前記筐体に取付けられた、接点
   スイツチを含む薄膜接点スイツチ構造と、 前記接点スイツチの開閉を行うアクチユエータ
   と、 該アクチユエータと前記キーとの間に保持され
   たばねと、 を有し、 前記アクチユエータは平面から成る第１の面及
   び曲面から成る第２の面で構成される底面ならび
   に上面を有し、 前記ばねの一端が前記キーに作用し他端が前記
   アクチユエータの前記上面に作用して、前記キー
   が移動されていない場合には前記ばねがわずかに
   圧縮されかつ選択された方向にわずかに座屈して
   おり、 前記キーが移動されていない場合には前記第２
   の面は前記接点スイツチ部分の前記薄膜接点スイ
   ツチ構造の上方に位置し前記第１の面のみが前記
   接点スイツチのないところの前記薄膜接点スイツ
   チ構造の上面と接することによつて前記接点スイ
   ツチを開いた状態で前記アクチユエータを静止位
   置に保ち、 前記キーが下方に押された場合には前記ばねが
   圧縮され選択された方向にさらに座屈して前記ア
   クチユエータが前記第１の面の端と前記接点スイ
   ツチのないところの前記薄膜接点スイツチ構造の
   上面とで構成されるピボツト軸を支点にして回転
   し次に前記第２の面のみが前記スイツチ部分の前
   記薄膜接点スイツチ構造の上面に接してこれによ
   り形成される接触位置が前記キーの押下げに伴つ
   て移動して前記アクチユエータが回転することに
   よつて前記接点スイツチを閉じるようにしたこと
   を特徴とする接点開閉装置。