JPS5838970Y2

JPS5838970Y2 - キ−ボ−ドスイツチ

Info

Publication number: JPS5838970Y2
Application number: JP15448478U
Authority: JP
Inventors: 文章斎; 敏雄四方; 善一北尾
Original assignee: オムロン株式会社
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1978-11-09
Publication date: 1983-09-02
Also published as: JPS5570731U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は、スイッチング素子として圧電フィルムを用
い、かつ各キー出力をＸ、Ｙコードで゛出力するように
したキーボードスイッチに関する。

昨今、圧電フィルム等と呼ばれるフィルム状の圧電素材
が開発され、キーボードスイッチ等の各種用途に応用さ
れている。

この圧電フィルムは、ボッフッカビニリデン等のフィル
ム状に成形し、これに特殊な方法で圧電性を付与せしめ
たもので、外部から衝撃等により急激な歪みが加えられ
ると、その両面間にパルス状電圧が生ずるものである。

特に、この圧電フィルムをスイッチング素子として使用
するためには、フィルムを挾んでその表裏両面に蒸着等
の方法で電極を形成するだけでよく、シかも、互いに適
当な距離を隔てさえすれば、同一フィルム面上に多数の
電極を同時に形成し、それらを互いに電気的に独立した
スイッチング素子として作用させることができ、特にこ
の性質はキーボードスイッチなどのような面一体形スイ
ッチの構造には極めて好適なものとされている。

一方、圧電フィルムに対して急激な歪みを与えるために
従来様々のスイッチ構造が提案されている。

第１図Ａに示されるものは、凹部ａを形成してなる基板
す上に、その凹部ａを塞ぐ如く圧電フィルムＣを張設し
て緊張せしめ、その上から押ボタンｅの下端に一体形成
されたハンマｆで叩いて凹部ａの底に圧電フィルムＣを
陥没せしめ、その際に生ずる伸びによって起電力を生ゼ
しぬようとするものである。

また、第１図Ｂに示すものは、同様にして緊張せしめて
なる圧電フィルムＣの上方に、内部スプリングｇを介し
て押ボタンｅにより押し下げられるハンマｆを設けると
ともに、このハンマｆを磁石りを介して常時吸着板ｉに
吸着せしめ、押ボタンの押し下げに伴なって内側スプリ
ングｇの圧縮応力が磁石りの吸着力に勝った瞬間に、ハ
ンマｆが吸着板ｉを離れ圧電フィルムＣを叩くようにし
たもので゛ある。

しかしながら、以上説明した各スイッチ構造の中で、前
者については圧電フィルムＣに対する打撃力にバラツキ
があることから均一なレベルの信号を得ることが難かし
く、また、後者にあっては上記欠点について解決される
反面構造が複雑化し、部品点数の増大を招きまた、薄形
化に反するなどの問題がある。

そこで、以上の問題を解決するために第２図Ａ。

Ｂに示す構造が提案されている。

これはダイヤフラム状乃至皿状の金属性板バネｊの下面
に圧電フィルムＣをぴったりと密着せしめて貼付し、更
にその下面に電極ｋを蒸着等によって形成してなるもの
で、これを空孔ｌの形成された基板ｍ上に載置固定せし
めたのち、その上から押ボタンｅと一体に固定された押
圧子ｎによって押圧し、第２図Ｂに示すように板バネｊ
を変形させ、その際に圧電フィルムＣに対して歪みを与
えようとするものである。

尚、図中Ｏは押圧子ｎの下限を規制するストッパである
。

このスイッチ構造によれば、ある一定の力を作用させな
い限り変形しないという板バネ固有の性質を利用したこ
とにより、前記第１図Ｂに示す磁石り及び内側スプリン
グｇが全く不要になるとともに、スイッチが動作する瞬
間を指先の感覚を介して確認することができ、また板バ
ネ自体に押ボタンを復帰させる作用があることから押ボ
タン復帰用スプリングが不要になり、従来のスイッチ構
造に比較して部品点数を大幅に減少させることができる
。

更に、押圧子を介して作用する力がある一定の値を越え
た場合、板バネの変形は急激に進行することから、ひと
たび変形が生ずれば、その瞬間に確実に一定レベル以上
のパルス状電圧が得られ、またこの出力信号は第３図に
示すように動作時と復帰時に各１度あられれ、しかも互
いに逆極性の関係にあることから、これを利用してスイ
ッチが押圧されている状態か否かを出力信号の性状に基
づいて外部から監視することができるという格別の効果
を有する。

一方、キーボードスイッチとは簡単に言えば複数のキー
スイッチをボード状本体に取付け、各キースイッチの動
作に応じてそのキースイッチに対応するコードを出力せ
しめるようにした装置であるが、これを更にコーディン
グ方式により分けると、各キースイッチの動作に対応さ
せて直接にＢＣＤのような２進コードを出力するものと
、各キースイッチをＸ−Ｙ座標上の各交点に対応させ、
Ｘ、Ｙ値別にそれぞれＸ、Ｙ番目のみを１とするビット
コード、例えば座標（１，１）の場合（１００・・・・
・・１００・・・・・・）によって出力するものとがあ
る。

そして、前者の場合にはボード上における各スイッチの
配列をそのまま利用してシステムを構成できるような用
途に使用すれば、何らエンコーディング手段を用いずと
も出力信号をそのまま使用できるため便利な一面を有す
るが、その反面ボード上の特定のスイッチから所望する
コードを得たい場合には、複雑なコード変換回路を必要
とするという欠点がある。

これに対して、後者、すなわちＸ−Ｙ方式の場合にはＢ
ＣＤ出力を得ようとすると市販のＢＣＤエンコーダ等が
必要となるが、しかしながらキーボードスイッチ側の出
力端子とＢＣＤエンコーダ側の入力端子との配線を変更
するだけで特定のキースイッチから任意のＢＣＤコード
を得ることができ、また昨今のようにキーボードスイッ
チをマイコンのインターフェイスとして使用し、各キー
スイッチの状態をパスライン方式によって走査する場合
などには極めて好適なものである。

ところが、スイッチング素子として圧電フィルムを用い
るとともに、これに歪みを加える手段として前述の金属
性板バネによる構造を採用し、更にコーディング方式と
して上述のＸ−Ｙ出力方式を採用してキーボードスイッ
チを構成しようとすると以下の如き問題に直面する。

すなわち、圧電フィルムを使用してＸ−Ｙ方式のキーボ
ードスイッチを構成するためには、第４図の原理図に示
すように圧電フィルム上における各キー（ＸＩ、Ｙｌ）
、（Ｘ、、Ｙ２）、（Ｘ２．Ｙｌ）、（Ｘ２．Ｙ２）と
対応する位置に、圧電フィルムを挾んで互いに対向する
電極Ｐｉ、Ｐ２を２組設け、一方の組の電極間に生ずる
出力はそのキーと対応するＸ座標出力に、また他方の組
の電極間に生ずる出力はそのキーと対応するＹ座標出力
になるように構威せねばならない。

この結果、圧電フィルムの表裏両面には各電極から対応
するＸ、Ｙ座標端子Ｘ工、Ｘ２．Ｙｌ。

Ｙ２に通ずる独立な導電ラインＬ１．Ｌ２・・・・・・
が多数生ずることになる。

ところが、このような圧電フィルムを前述の金属性板に
密着させて貼付すると、板バネを介して上記導電ライン
間あるいは電極Ｐ１．Ｐ２間等が短絡されてしまい信号
を取り出すことができなくなってしまうのである。

この考案の目的は、以上説明した如くスイッチング素子
として圧電フィルムを採用するとともに、これに歪みを
加える手段として各キーに対応したダイヤフラム部を有
する非導電性プレートを使用し、かつコーディング方式
としてＸ−Ｙ方式を採用してキーボードスイッチを構成
することを可能ならしめることにある。

以下に、この考案の好適一実施例にを添付図面に基づい
て詳述する。

第５図は、この考案に係るキーボードスイッチ１の構造
を概略的に示す分解斜視図である。

図において２は合成樹脂（例えば、ポリエステル、ポリ
カーボネート等）よりなる薄板（以下、樹脂板と言う。

）であり、この樹脂板２上にはＸ方向４列Ｙ方向３列、
合計１２個のバネ性を有する球面状湾曲部（以下、ダイ
ヤフラム部と言う。

）３，３・・・・・・が形成されている。

この樹脂板２の下面には圧電フィルム４がぴったりと密
着させた状態で貼付される。

尚、第５図において圧電フィルム４は平担に描かれてい
るが、樹脂板２の下面に貼付された状態においては、ダ
イヤフラム部３の下面に沿って撓曲し、ダイヤフラムの
下面にぴったりと密着することになる。

圧電フィルム４を樹脂板２の下面に貼付する方法は、種
々の方法が挙げられる。

例えば絶縁性接着剤をフィルム４に塗布した後、樹脂板
２に接着する方法が通常用いられる。

圧電フィルム４上における前記ダイヤフラム部３と対応
する部分には、それぞれ圧電フィルム４を挾んで対向す
る２組の電極５ａ、５ａ’、５ｂ、５ｂ’
が蒸着、あルイハ印刷等の方法で形成されている。

電極５ａ、５ａ’間に生ずる出力はそのキーと対
応するＸ座標を出力するために、電極５ｂ、５ｂ
’間に生ずる出力はそのキーと対応するＹ座標を出力す
るために使用されている。

また、圧電フィルム４の図において上面には、各Ｘ座標
出力端子へ通ずる導電ラインＸ１〜Ｘ４及びアースへ通
ずる導電ラインＥが、前記各電極と同様な方法で形成さ
れており、導電ラインＸ１〜Ｘ４はそれぞれ対応するＸ
座標を有するキーの電極５ａに共通接続され、また導電
ラインＥは電極５ｂの全てに共通接続されている。

同様にして圧電フィルム４の図においても、下面に各Ｙ
座標出力端子へ通ずる導電ラインＹ１〜Ｙ３及びアース
へ通ずる導電ラインＥが形成されており、導電ラインＹ
１〜Ｙ３はそれぞれ対応するＹ座標を有するキーの電極
５ｂ’に共通接続され、また導電ラインＥは電極５ａ’
の全てに共通接続されている。

その下面に圧電フィルム４を貼付してなる樹脂板２はプ
リント基板６上に載置された状態で固定される。

第５図において仮想線７により囲まれている部分は、樹
脂板２が載置固定される位置を示し、図示の如くプリン
ト基板６上において前記ダイヤフラム部３の直下には空
孔８，８・・・・・・が形成され、後述するキースイッ
チの動作時にダイヤフラム部３が自由に下方へ湾曲し得
るようになされている。

また、プリント基板６上には前記圧電フィルム４の表裏
に形成された各導電ラインＸ１〜Ｘ４゜Ｙ１〜Ｙ３．
Ｅの末端に電気的に接続される信号取出用の導電ライン
ｘｉ’〜Ｘ４′、Ｙ１′〜Ｙ３′、Ｅ′がプリント形成
されており、これらの導電ラインの末端は基板６の外部
接続端子部６ａにおいて一括集合されている。

一方、樹脂板２の上方には、樹脂板２と適当な間隔を隔
てて剛性を有する薄板（以下、これを押下げ規制板と言
う。

）が固定され、この押下げ規制板９上における前記ダイ
ヤフラム部３の真上に相当する部分には、後述するブツ
シャを挿通せしめる円孔（以下、ブツシャ挿通孔と言う
。

）１０．１０・・・・・・が形成されている。

これらのブツシャ挿通孔１０゜１０・・・・・・には、
その周に沿ってフランジ部１１を形成してなる円筒体（
以下、これをブツシャと言う。

）１２が上方から挿入されており、このブツシャ１２の
下端は前記ダイヤフラム部３の上面と当接するようにな
されており、またこのブツシャ１２の下降限はフランジ
部１１により規制されるようになされている。

押下げ規制板９の更に上方には、キーボタン１３を支承
するキーボード１４が設けられ、このキーボード１４上
における前記ブツシャ１２の真上に相当する部分には円
孔１５，１５が設けられている。

そして、前記ブツシャ１２の上端は上記円孔１５を貫通
してその上方へ突出しており、その上記にはキーボタン
１３が嵌合固着されている。

以上の構成によれば、ダイヤフラム部３の素材として非
導電性部材である合成樹脂を使用したことから、圧電フ
ィルム４上において相隣接する電極５ａ、５ｂ間、ある
いは導電ラインＸ１〜Ｘ４間等が互に導通することを確
実に防止することができ、これによりスイッチング素子
として圧電フィルムを採用するとともに、これに歪みを
与える手段としてダイヤフラム部材を使用し、しかもコ
ーディング方式としてＸ−Ｙ方式を採用してキーボード
スイッチを構成することが初めて可能となるのである。

次に、このキーボードスイッチ１の動作を説明すると、
キーボタン１３を押圧すればその押圧力はブツシャ１２
を介してダイヤフラム部３に伝達され、その押圧力が一
定の値を越えた瞬間にダイヤフラム部３は急激に変形し
て第６図に示す如く下方へ湾曲することになり、その際
にアース用導電ラインＥ′と、その押圧されたキーボタ
ンの座標と対応するＸ、Ｙ座標用導電ラインＸ１〜Ｘ４
．Ｙ１〜Ｙ３間には第３図に示す如き正方向パルス電圧
が出力されることになる。

一方、キーボタン１３に対する押圧力を除くとダイヤフ
ラム部３は元の状態に復元し、その際には第３図に示す
如き負方向パルス電圧を生じることになる。

このように、この考案に係るキーボードスイッチ１は各
キーボタン１３の動作と対応させて、そのキーボタン１
３のＸ、Ｙ座標値に対応するコードをＸ、Ｙ別に出力さ
せることができる。

例えば、キーボタンＯＮのＸＹ座標が（Ｘｌ、Ｙ２）で
あるとすると、キーボタンＯＮを押圧すると（１００，
０，０１０）なる出力信号が得られることになり、この
信号から所望する２逆打号（例えば、ＢＣＤ）等に変換
することは周知の如く極めて容易である。

また、キーボタン１３を１回押圧する毎に、互いに逆極
性を有する２個のパルス信号が得られることから、その
信号に基づいて外部からキーボタンの作動状態すなわち
ボタンを押圧している状態か歪かを確実に認識すること
ができ、これを利用することによって雑音信号により誤
動作の防止等が可能になりシステムの信頼性を向上させ
ることができる。

また、図示実施例の場合には、ダイヤフラム部３を押圧
するに際してキーボタン１３及びブツシャ１２を介して
行なうように構成したが、ダイヤフラム部３が非導電性
部材である合成樹脂によって形成されていることに着目
すれば、ダイヤフラム部３を直接指先で押圧することも
可能になり、これによれば更に部品点数を減少させ構造
を著しく簡単化することが可能になるとともに、その厚
さを極めて薄くすることができる。

以上の説明により明らかなように、この考案によれば、
各キーに対応させて断面が湾曲するダイヤフラム部を複
数一体に形成してなる非導電性プレートと、このプレー
トに密着させて貼付される圧電フィルムとを備え、この
圧電フィルム上における前記各ダイヤプラム部と対応す
る位置には、それぞれ圧電フィルムを挾んで対向する２
組の電極が形成され、かつ、一方の組の電極はそのキー
のＸ値を、また他方の組の電極はＹ値を出力するように
、前記圧電フィルムの表裏には導電帯が形成されてなり
、上記各板バネ状部分を湾曲させつつ圧電フィルムに歪
みを与え、そのキーに対する出力をＸＹコードで゛出力
するようにしたので゛、ダイヤフラム部材の素材として
合成樹脂の如き非導電性部材を使用することができ、構
造が簡単で安価になる。

しかも各キーに対する出力をＸＹコードで出力すること
ができ、信頼性の極めて高い圧電フィルム式キーボード
スイッチを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂは、圧電フィルム式キースイッチの従来例
を示す断面図、第２図Ａ、Ｂは板バネを使用した圧電式
キーボードスイッチの従来例を示す断面図、第３図は、
ダイヤフラムを使用した圧電フィルム式キーボードスイ
ッチから得られる信号波形を示す図、第４図は、圧電フ
ィルムを使用したＸＹ方式キーボードスイッチの原理を
説明するための図、第５図は、この考案に係るキーボー
ドスイッチの概略構造を示す分解斜視図、第６図は、こ
の考案に係るキーボードスイッチの作動状態を説明する
ための断面図である。１・・・・・・キーボードスイッチ、２・・・・・・非
導電性プレート、３・・・・・・ダイヤフラム部、４・
・・・・・圧電フィルム、５ａ、５ａ’・・・・・・一
方の組の電極、５ｂ、５ｂ’・・・・・他方の組の電極
、Ｘ１〜Ｘ４．Ｙ１〜Ｙ３・・・・・・導電帯。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

各キーに対応させて断面が湾曲するダイヤフラム部を複
数一体に形成してなる非導電性プレートと、このプレー
トに密着させて貼付される圧電フィルムとを備え、この
圧電フィルム上における前記各ダイヤフラム部と対応す
る位置には、それぞれ圧電フィルムを挾んで対応する２
組の電極が形成され、かつ、一方の組の電極はそのキー
のＸ値を、また他方の組の電極はＹ値を出力するように
、前記圧電フィルムの表裏には導電帯が形成されてなり
、上記各板バネ状部分を湾曲させつつ圧電フィルムに歪
みを与え、そのキーに対する出力をＸＹコードで出力す
るように構成したことを特徴とするキーボードスイッチ
。