JPH0636337B2 - キ−スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明はキーボード装置等に使用されるキースイツチ
に関し、特にチヤタリングの発生を抑制するように構成
されたキースイツチに関する。

＜従来の技術＞ 一般にキースイッチのキー入力操作を、表示手段の助け
によらずに触知により確認可能な、触感効果を有するキ
ースイツチがある。

このような効果を有するキースイツチの一例として、特
開昭５８−１１７６１９号公報に開示された電子機器の
キースイツチがあげられる。このキースイツチによれ
ば、キートツプの押下げにより、キーゴムの突起部が押
され、スカート部が徐々に圧縮力を受け変形しつつ押圧
荷重が増加し、更にキートツプを押下げると、座屈し、
押圧荷重を急激に減少させる。この現象により指先等に
適度なクリツク感を与え、また、導電ゴムで示される押
圧動作部の下面がフレキシブルプリント板の上面を押圧
し、キー入力用近接パターン間を導通させてキー入力信
号が発信される。

このようなキーの押圧荷重とストロークの関係を図で示
すと、第５図のような荷重−ストローク特性曲線とな
る。この曲線のＧ点は、キーゴムのスカート部が座屈す
る点であり、また、Ｈ点は押圧動作部の下面が、フレキ
シブルプリント板上面に当接する点を示している。Ｈ点
を過ぎると、押圧荷重によりキーゴムの押圧動作部や突
起部に弾性変形を与えて、短いストローク区間で荷重が
急激に増加して押圧動作限界状態となるとともに、スイ
ツチ電極が圧接されて導通状態が形成される。次いで、
押圧荷重が除去されると、スカート部はそれ自身が有す
る弾性復元力によつて形態復帰し、スイツチ電極が開離
される。

なお、このようなキースイッチに関連する公知技術とし
ては、例えば、実開昭５２−９７６７号公報および特開
昭５８−１１７６１５号公報等に記載されたものがあ
る。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかし、このような従来構成のキースイツチは、上記Ｈ
点において、押圧動作部とプリント板との当接時、およ
び、スイツチ電極同志の当接時に可動部側におどりが生
じ、スイツチ電極間が若干の断続を繰返した後に安定状
態となるチヤタリング現象が発生する。このチヤタリン
グが生じると、誤入力として電子機器に入力され電子機
器が誤作動するという問題がある。

そのため、従来はチヤタリング誤作動防止のために、電
子機器にスイツチ電極の閉成が安定状態に入つたか否か
の判断機能をもたせたり、所定時間の間キー入力信号を
呼び込まないようにする等して、入力信号が安定状態に
なつてから電子機器に呼び込むようになされていた。こ
のためキー入力時の機器作動の遅れが大きくなり、ま
た、キーボード装置の操作感覚が悪くなるという問題が
あつた。

＜発明の目的＞ この発明の目的は、キー入力時にチヤタリングに伴なう
指先等の振動があつても、安定した荷重状態でスイツチ
電極を押圧して、チヤタリング発生を抑制するように構
成されたキースイツチを提供するものである。

＜問題点を解決するための手段＞ この発明は上記問題を解決するためになされたものであ
り、 キーステムがフレームにより上下方向に案内支持された
キーと、常には電気的に絶縁された一対の電極を含み、
前記キーの押下操作時に両電極が電気的に接続される回
路パターン基板と、前記キーと回路パターン基板との間
に介在され、常には自身の弾性力によりキーを不作動位
置に保持する逆カップ状のラバースプリングとを備え、
前記ラバースプリングは、前記回路パターン基板に当接
するベース部と、前記キーのキーステム下面と当接する
環状頂部と、その環状頂部の内方に位置し、且つ環状頂
部とベース部との中間に位置する厚肉円板状の動作部
と、前記ベース部と環状頂部とを連結するとともに、押
圧力が所定値を越えると座屈してその抗力が減少する薄
肉の側壁部と、前記環状頂部と動作部とを連結するとと
もに、押圧力が所定値を越えると座屈してその抗力が減
少する薄肉の内壁部とからなり、前記キーの押下操作に
より側壁部を座屈変形した後、前記内壁部が座屈変形し
た状態で前記一対の電極間を圧接せしめるようにしたこ
とを特徴とするキースイッチである。

＜作用＞ この発明は、上記のように構成されたものであり、キー
を押下げることにより、キーステム下面がラバースプリ
ングの環状頂部を押圧する。

環状頂部が押圧されると、側壁部が変形しつつ押圧荷重
が増加し、更に押下げられると側壁部は座屈し、押圧荷
重を急激に減少させる。この反転動作により操作者に触
感効果が与えられ、動作部が回路パターン基板に当接す
る。

キーが更に押下げられることにより、動作部が回路パタ
ーン基板に圧接状態になるとともに、押圧荷重の増加に
伴い内壁部が変形し、座屈する。この内壁部の変形、座
屈により押下ストロークを吸収し、スイツチ電極圧接の
荷重変動を平準化して、動作部と回路パターン基板との
当接時に生じる動作部のおどりを迅速に収斂し、安定し
たスイツチ電極閉成状態の形成を行うものである。

＜実施例＞ 以下、この発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づ
いて説明する。

１は手指により押下げ操作されるキーであり、指先が触
れるキートツプ２と、その下部に固着されたキーステム
３とから形成されている。

４はキースイツチが装備されるキーボード装置のフレー
ムであり、上記キーステム３の上下動を案内支持するた
めのキーガイド部５が設けられている。そして、フレー
ム４の下方に沿つてラバースプリング１０、更にその下
面に回路パターン基板２０であるメンブレンスイツチ２
１および支持板３０が配設され、支持板３０のフレーム
４への固着により、ラバースプリング１０，メンブレン
スイツチ２１がフレーム４と支持板３０との間に挾持さ
れる。

フレーム４には、下方に突出してその下面でラバースプ
リング１０のベース部１６上面を支持する下方延出部６
と、ラバースプリング１０，メンブレンスイツチ２１，
支持板３０の取付けのための複数の位置決め用突起７
と、支持板３０を固着する突起部（図示せず）とが夫々
所定位置に設けられている。

ラバースプリング１０は、ゴム若しくは弾性を有する高
分子材料により逆カツプ状に形成されており、キーガイ
ド部５の下部空間に収容され、キースイツチアクシヨン
作用を担うものである。このラバースプリング１０は、
上部に糸底状の環状頂部１１を有しており、その上面は
キーステム３下面にその軸心を共有して対応し、その下
部外周縁には、外方へ膨出した側壁部１２が形成されて
いる。側壁部１２は薄肉に形成されており、環状頂部１
１に連続して円すい状とされている上方部分１２ａと、
この上方部分１２ａの下端部に連続し円筒状とされてい
る下方部分１２ｂとからなり、この両者の連結部分に屈
曲部１２ｃが形成されている。そして、この屈曲部１２
ｃは側壁部１２の中央下部に位置するように、しかも、
後述の動作部１４の下面位置より幾分低くなるように設
定されている。

１６は側壁部１２の下方部分１２ｂに連続し、ラバース
プリング１０全体を、フレーム４の下方延出部６と回路
パターン基板２０との間に支持するベース部である。そ
して、下方部分１２ｂの外周縁に環状溝部１５が設けら
れ、所定位置に突起７が嵌入可能な位置決め用孔１７が
設けられている。また、ラバースプリング１０全体と回
路パターン基板２０とで形成される空間内外の気圧調整
用の切欠部１６ａが設けられている。

１３は環状頂部１１の下部内周縁に連続し、下向きに膨
出した断面が略円弧状の内壁部であり、側壁部１２と略
同様に薄肉で形成されている。

１４は内壁部１３に連続して環状頂部１１の中央に、下
方へ向けて設けられた稍厚肉円板状の動作部であり、そ
の下面位置は、環状頂部１１上面とベース部１６下面と
の略中央位置の高さになるように設定されている。

２０は、実施例ではメンブレンスイツチ２１と支持板３
０とからなる回路パターン基板である。支持板３０は金
属材料からなる基板であり、所定位置に突起７が嵌入可
能な位置決め用孔３０ａが設けられており、更にフレー
ム４の図示しない突起部に固着されて、メンブレンスイ
ツチ２１の基台部を形成している。

メンブレンスイツチ２１は、上部パターンフイルム２２
と、下部パターンフイルム２７とからなり、両者の間に
は所定のスイツチ動作空隙を形成する開孔２６および図
示しない位置決め用孔を有する絶縁性のスペーサ２５が
介装されている。

上部パターンフイルム２２は、可撓性を有するプラスチ
ツクフイルムからなり、所定位置に、図示しない位置決
め用孔を有し、下面には第１スイツチ電極および所定の
電気回路パターン２４が印刷手段で形成されている。

下部パターンフイルム２７は、上記と同様なプラスチツ
クフイルムからなり、所定位置に図示しない位置決め用
孔を有し、上面に第１スイツチ電極２３に対向する第２
スイツチ電極２８および所定の電気回路パターン２９が
印刷手段で形成されている。

そして、上部パターンフイルム２２，スペーサ２５，下
部パターンフイルム２７は積層されて、夫々の第１スイ
ツチ電極２３，開孔２６，第２スイツチ電極２８の中心
を同一軸線上に位置合せして固着されている。また、電
気回路パターン２４，２９は図示しないコネクタにより
電気回路（図示せず）に電気的に接続される。

次に、このような構成よりなるラバースプリング１０お
よびメンブレンスイツチ２１の作用を、第３図Ａ−Ｆに
示す各動作状態図を参照しながら説明する。

第３図Ａは非押圧時の状態を示し、第３図Ｂはその押圧
動作開始直後の状態を示している。両図の比較により、
ラバースプリング１０は押圧開始直後では、押圧荷重を
受けるその側壁部１２の内、屈曲部１２ｃが外側へ膨出
するように変形される。

この状態より少し荷重が増加された第３図Ｃの状態で
は、屈曲部１２ｃの外側への膨出現象並びに上方部分１
２ａと下方部分１２ｂとの撓み現象が進行され、この直
後に荷重状態が反転する、いわゆるクリツク点に達す
る。

即ち、第３図Ｂの状態より第３図Ｃの状態を経て連続的
に荷重が増加していくと、上方部分１２ａが屈曲部１２
ｃを介して下方部分１２ｂを側方へ押圧するように作用
する一方、自身はこの下方部分１２ｂより横方向の弾性
抗力を受け内側に撓むような力を受けるとともに、これ
に関連して屈曲部１２ｃの外側への膨出現象が進行して
いく結果、遂には上方部分１２ａと下方部分１２ｂとの
間の力学的バランスが崩れ、押圧荷重が殆んど上方部分
１２ａ並びに屈曲部分１２ｃを屈曲せしめるためのもの
に向けられるようになり、それまで連続的に増加傾向で
あつた押圧荷重が漸減的なものに変化するクリツク点に
達するものであり、このクリツク感が指先に好適な触感
効果を与えるものである。

このクリツク点直後の状態は、第３図Ｄに示すように屈
曲部１２ｃの外方への膨出並びに下方部分１２ｂの撓み
は極限状態より復帰し、上方部分１２ａ並びに屈曲部１
２ｃの屈曲現象のみが進行される状態となつている。更
に動作部１４がベース部１６下面の高さ、即ち回路パタ
ーン基板２０の上部パターンフイルム２２上面に接する
位置に達している。

第３図Ｅは、この状態より更に環状頂部１１が押圧され
た状態を示すものであり、この状態では屈曲部１２ｃ並
びに上方部分１２ａの各屈曲状態が進行し、上方部分１
２ａが下方部分１２ｂと環状頂部１１との間に完全に埋
没した形となり、下方部分１２ｂは略垂直な状態であ
る。そして、動作部１４が圧縮されるとともに、押圧荷
重を受けた薄肉の内壁部１３が撓んで環状頂部１１の内
方へめり込み、更に上部パターンフイルム２２が押圧さ
れて撓み、第１スイツチ電極２３が下部パターンフイル
ム２７の第２スイツチ電極２８に当接しキー信号が出力
される。

第３図Ｆは、このような状態より更に環状頂部１１が押
圧された押圧動作限界状態を示すものであり、第３図Ｅ
の状態を経て連続的に荷重が増加されると、環状頂部１
１が更に下降し、内壁部１３は動作部１４より上下方向
の弾性抗力を受けて撓み現象が進行し、この直後に第２
の荷重状態の反転、即ち第２のクリツク点に達する。

この第２のクリツク点の直後に内壁部１３の下面が上部
パターンフイルム２２上部に当接して押圧動作限界状態
となり、第１スイツチ電極２３と第２スイツチ電極２８
とが圧接する形となる。

そして、この第３図Ｆの状態で押圧荷重を除去すると、
ラバースプリング１０および上部パターンフイルム２２
は、夫々のもつ弾性復元力により、上記と逆の順序で復
帰し、且つ、第１スイツチ電極２３は第２スイツチ電極
２８から開離される。

尚、以上のような動作におけるラバースプリング１０の
各部の作用について補足説明すると、側壁部１２を円す
い状の上方部分１２ａと、円筒状の下方部分１２ｂと、
その下部の環状溝部１５とから形成されているため、押
圧荷重に対して、下方部分１２ｂが極端に変形すること
なく外方へ傾斜して、屈曲部１２ｃを介して上方部分１
２ａを支持できる。

更に、上方部分１２ａは屈曲して可撓性を有するので、
キー１の押下時に容易に変形可能であり、これにより屈
曲部１２ｃに変形応力が集中することなく上方部分１２
ａにも分散されるので、ラバースプリング１０の耐疲労
性を向上して寿命を延ばすことができる。加えて、上方
部分１２ａはキー１の押下時に、その変形可能限度内に
おいて応力を蓄積しておくことができるので、キー１の
操作性を良好にすることができる。

また、動作部１４が上部パターンフイルム２２に当接後
に作用する薄肉の内壁部１３は、その変形に伴なう押下
ストロークの吸収により、動作部１４が上部パターンフ
イルム２２に当接する瞬間の位置（Ｒ点）からスイツチ
電極が圧接する瞬間の位置（Ｔ点）に至る間の荷重変動
を平準化して、動作部１４のおどりを抑え、また、指先
等に振動があつても、安定した荷重状態でスイツチ電極
を押圧して、チヤタリングの発生を抑制するためのもの
である。

第４図は、以上のようなラバースプリング１０を用いた
キースイツチの押圧操作における第３図Ａ−Ｆの各動作
状態に対応したＡ−Ｆで示した荷重−ストローク特性曲
線図である。第４図に示す第１の荷重反転点Ｑは、側壁
部１２の上方部分１２ａの座屈により形成されるクリッ
ク点であり、荷重反転点Ｓは内壁部１３座屈により形成
されるものである。また、荷重低位点Ｒは動作部１４と
上部パターンフィルム２２との当接により形成され、荷
重低位点Ｔは第１，第２スイッチ電極２３，２８の圧接
により形成される。このように荷重低位点Ｒを形成後
に、内壁部１３の座屈により荷重−ストローク特性が負
の方向に変化する部分を有するように構成されている。
この曲線の荷重低位点Ｒと荷重低位点Ｔとの間の特性変
化は、主として、内壁部１３断面形状の曲率の大小およ
び複合曲線化、または、内壁部１３の全体或は部分的な
肉厚の増減によつて調整可能である。そして、第２の荷
重反転点Ｓおよび荷重低位点Ｔは、第１の荷重反転点Ｑ
および荷重低位点Ｒが形成する荷重値の中間に位置する
ように設定されることにより、チヤタリングの発生を有
効に抑制することができる。

尚、この発明は上述の実施例の構成のみに限定されるも
のではなく、例えば動作部の下面に導電ゴム、または、
下面に導電フイルムを有する軟質弾性体を具備して一対
の電極間を電気的に閉成するものであつても同様の作用
・効果を奏する。

また、内壁部の断面形状は略くの字形等、第２の荷重反
転点を形成するものであれば、その形状を任意に設定で
きることはもちろんである。

＜発明の効果＞ 以上説明したようにこの発明のキースイツチは、そのキ
ーアクシヨンを担うラバースプリングが、回路パターン
基板に当接するベース部と、上下方向に案内支持される
キーのキーステム下面に当接する環状頂部と、環状頂部
の内方にあつて環状頂部とベース部との中間に位置する
動作部と、ベース部と環状頂部とを連結して外方へ膨出
するとともに座屈変形可能な薄肉の側壁部と、環状頂部
と動作部とを連結して外方へ膨出するとともに座屈変形
可能な薄肉の内壁部とからなり、キーの押下操作により
側壁部を座屈変形した後、内壁部が座屈変形した状態で
一対の電極間を圧接せしめるように構成されているの
で、 キースイツチ閉成時の荷重変動が平準化され、可動部分
のおどりを抑えてチヤタリングの発生を抑制し、スイツ
チ電極間を迅速に安定した閉成状態にすることができ
る。従つて、キー入力時の機器作動が迅速化し、入力操
作感覚が改善される。

また、閉成時の指先の荷重変動が少ないため、長時間の
キーボード装置の操作にも疲労の少いキースイツチを提
供することができる。

そして、このようなキースイツチがコストの増加を伴わ
ずに構成できるなどその奏する効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例のキースイツチの縦断面図、
第２図はそのラバースプリングの拡大縦断面図、第３図
Ａ−Ｆはそのラバースプリングの各押圧動作状態図、第
４図はそのラバースプリングの荷重−ストローク特性曲
線図、第５図は従来のキースイツチの荷重−ストローク
特性曲線図である。 １…キー、 ３…キーステム、 ４…フレーム、 １０…ラバースプリング、 １１…環状頂部、 １２…側壁部、 １３…内壁部、 １４…動作部、 ２０…回路パターン基板、 ２３…第１スイツチ電極、 ２８…第２スイツチ電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キーステムがフレームにより上下方向に案
   内支持されたキーと、 常には電気的に絶縁された一対の電極を含み、前記キー
   の押下操作時に両電極が電気的に接続される回路パター
   ン基板と、 前記キーと回路パターン基板との間に介在され、常には
   自身の弾性力によりキーを不作動位置に保持する逆カッ
   プ状のラバースプリングとを備え、 前記ラバースプリングは、 前記回路パターン基板に当接するベース部と、 前記キーのキーステム下面と当接する環状頂部と、 その環状頂部の内方に位置し、且つ環状頂部とベース部
   との中間に位置する厚肉円板状の動作部と、 前記ベース部と環状頂部とを連結するとともに、押圧力
   が所定値を越えると座屈してその抗力が減少する薄肉の
   側壁部と、 前記環状頂部と動作部とを連結するとともに、押圧力が
   所定値を越えると座屈してその抗力が減少する薄肉の内
   壁部とからなり、 前記キーの押下操作により側壁部を座屈変形した後、前
   記内壁部が座屈変形した状態で前記一対の電極間を圧接
   せしめるようにしたことを特徴とするキースイッチ。