JPS5936776B2 - 差動トランス素子を使用するソリツドステ−ト非接触キ−ボ−ド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 基本スイツチ素子 本発明において記載される基本スイツチ素子はバランス
状態またはアンバランス状態で存在し得る差動電磁トラ
ンスである。

このスイツチはスイツチの作動によりバランス状態のオ
フ状態からアンバランス状態のオン状態にスイツチが切
換わるように設計され、構成されている。差動トランス
は２つの同一の簡単なトランス、すなわち１つの１次巻
線と１つの２次巻線を有し、両トランスの１次巻線が対
立するように直列に相互接続され、２次巻線が助け合う
ように直列に相互接続された２つのトランスよりなる。
これら状態のもとでは、差動トランスの１次巻線に印加
される励起電圧はトランスの２次巻線または出力端子に
おいて相殺される。何故ならば、差動トランスがバラン
ス状態にあるからである。差動トランスをアンバランス
状態にさせるために、２つの簡単なトランスの一方の電
気特性が変更される。すなわち、それらの結合が増大ま
たは減少される。その後人力または１次巻線に供給され
る励起電圧は相殺されず、信号がスイツチの出力端子に
現われる。簡単なトランススイツチ形態に勝る差動トラ
ンスの利点はプリントコイル形式の差動トランスにおい
ては高度のバランス状態が得られ、所望のスイツチ特性
である高いオン／オフ比またはダイナミツクレンジをス
イツチに与えるという事実による。この事実およびプリ
ントコイルが非常に安価であるという事実は比較的性能
の高い、しかも価格の安いスイツチの設計を可能にする
。第１図は可動フエライト磁心４、２つの平面のまたは
平坦な１次コイル２および８、２つの平坦な２次コイル
６および９よりなる基本差動トランススイツチ素子を示
す。

２つの２次コイルは７にいて助け合うように直列に接続
され、２つの１次コイル２および８は３において交差手
段により対立するように直列に接続されている。

励起電圧が１次コイルに１において供給され、出力信号
は２次巻線の出力１０に現われる。第１図は磁心４が巻
線２および６に影響を与えないので、バランス状態、す
なわちオフ状態のスイツチを示す。第１図はまた、磁心
１４がコイル１５および１２の中心にあり、これら２つ
のコイルを磁気的に結合し、それによつてそれらの相互
インダクタンス、従つてそれらの結合を増大させるアン
バランス状態すなわちオン状態にあるスイツチを示す。
第１図において、各２次コイルの両端間の電圧は等しい
が、反対位相を有し、従つて互いに相殺する。磁心が巻
線１５および１２の内側に位置付けされると、巻線１５
の両端間の電圧は巻線１５と１２間の結合が増大するの
で増大し、その結果２つの電圧は互いに相殺せず、正昧
の電圧が差動トランスの出力端子１８間に現われる。第
１図の磁心４および１４は短絡されたターン（１巻きコ
イル）と置換してもよい。短絡ターン形式のスイツチに
おいては、アンバランス状態は２つの巻線間の磁気結合
をフエライトコアによつて増大させることによつてでは
なく、２つの巻線間の磁気結合を減少させることによつ
て生じる。フエライトコアのような透磁性コアと比較し
て短絡ターン形式スイツチの欠点は出力が低いというこ
とだけで、他のすべての条件は同じである。相互接続回
路またはマトリツクス 本発明において記載される差動トランススイツチはＸ−
Ｙ形式走査マトリツクスを含む種々のマトリツクスの設
計に良好に適合している。

この形式のマトリツクスはキーボードスイツチをコード
化するための、および種々の形式のマルチキー・ロール
オーバー機能を提供するための効率の良い、有効な手段
を提供する。第３図は２次コイルが相互接続され、Ｙ軸
に沿う行または感知ラインに配列された態様を示し、第
４図は対応する１次コイルが相互接続され、列または駆
動ラインに配列された態様を示す。第３図に示す回路は
第４図に示す回路に重ねられるように眺めることができ
るが、しかし非導電性サブストレートまたは絶縁板によ
つて分離されており、従つて２次コイルは対応する１次
コイルの頂部にある、すなわち２次コイル３０は１次コ
イル３２の頂部にあり、２次コイル３１は１次コイル３
３の頂部にある。与えられた行または感知ラインの２次
コイルは助け合う態様で直列に接続され、与えられた列
または駆動ラインの１次コイルは同じく直列に接続され
るが、しかし与えられたスイツチの１次巻線の電流は反
対位相を有する。第４図は反対位相の１次電流を提供す
るいくつかの回路形態を示す。トランスコイルおよび相
互接続回路の構成トランスコイルおよびそれらの相互接
続回路は平坦な形式に構成されている、すなわちコイル
および回路は１つの平面内に平坦である。

これら回路をこのように構成する目的は、非常に安価な
製造技術、主としてプリント回路板および厚膜スクリー
ン印刷技術を使用できるようにすることである。これら
技術による他の利益は高精度の、非常に反復性のある導
電パターンが形成でき、高度にバランスされた差動トラ
ンス、従つて高いオン／オフ信号比またはダィナミツク
レンジを持つスイツチが提供できるということである。
１次および２次回路は別個の、平行な面にあり、一般に
可能な限り互いに接近している。

両面プリント回路板の設計においては、１次および２次
回路は同じ回路板の両側に印刷される。厚膜スクリーン
印刷技術は２つのパターンが回路板の両側にあるいは同
じ側にスクリーン印刷されることを可能にする。対の１
次および２次コイルは同じ軸線にあり、磁気的スイツチ
作動子の挿入のために必要である回路板を貫通する孔が
対のコイルの中心を通るように設けられている。他の製
造技術も使用できる。

種々の感知および駆動ラインは一例として導電性ワイヤ
から「ワイヤ成形品」に形成できる。これらワイヤ成形
品は適当に設計されたスイツチハウジングの基部にスナ
ツプ挿入することができる。ワイヤ成形品の代りに、薄
い金属ストリツプを打抜いて正しい回路パターンを形成
し、適当に設計されたスイッチハウジングに同様にスナ
ツプ挿入してもよい。ワイヤ巻付け技術を使用すること
は他の可能な方法である。ワイヤはコイルを形成するよ
うに適当に設計されたスイツチハウジングの基部に巻く
ことができ、そして相互接続回路を形成するように次の
スイツチ位置へワイヤを導びくことができる。スイツチ
構造設計第２図は基本差動トランススイツチ素子を組込
んだ代表的なスイツチモジユールの設計を示す。

このスイツチ素子はキーキヤツプまたはボタン２９、垂
直軸線方向に移動し、かつフエライト磁心２４を組込ん
だキーステム２８、スイツチハウジング２７、戻しスプ
リング２６、ならびにスナツプ挿入保持体２０よりなる
。スイツチハウジング２７はスナツプ挿入タブ４０を含
み、シヤーシ２１にスナツプ挿入される。案内ピン４２
がハウジング２７をプリント回路板２５上に位置決めす
る。プリント回路板２５は１次コイル２２がこのプリン
ト回路板２５の底部側に印刷されており、また２次コイ
ル２３が頂部側に印刷されている。スイツチが作動され
るときに、スイツチボタンが押され、それによつてスイ
ツチステム２８を下方へ移動させ、その結果磁心２４が
１次および２次コイル２３および２２の内側に位置付け
される。スイツチステムの設計は磁心の代りに短絡ター
ンを組み込むことができる。電子走査のためのインター
フエース回路 ２次元のＸ−Ｙマトリツクスに構成されたキーボードス
イツチアレイは電子的に好都合に走査できる。

これはスイツチをコード化するための、および種々のマ
ルチキー・ロールオーバー機能を提供するための通常の
最も有効な形態である。駆動ラインＸＯないしＸＮはタ
イミング情報の最下位ビツトを表わす電流パルスによつ
て逐次走査され、感知ラインＹＯな（゛しＹＮはタイミ
ング情報の最上位ビツトに従つてマルチプレクサによつ
て走査される。基本タイミング情報はマスタークロツク
によつて進められる２進カウンタにより与えられる。マ
ルチプレクサからの出力は単一チャンネル信号であり、
各フレーム間隔においてマトリツクスにおいて押された
各キースイツチごとに出力パルスが現われる。フレーム
間隔はマトリツクスを一回走査するのに必要な期間と定
義される。マルチプレクサからの各出力パルスは２進カ
ウンタからの独特のコードに対応するフレーム間隔にお
ける独特のタイムスロツトを占有する。このパルスは記
憶レジスタ等を可能化するためのストローブ信号を構成
する。発明の背景および概要 本発明は差動トランス素子を使用するソリッドステー
ト非接触キーボードに関し、詳しくいうと、差動トラン
ス素子の１次巻線と２次巻線の相互インダクタンスを変
化させるための可動作動子を有するキーボードに関する
。

従来技術においては、コンピュータ、コンピュータ端
末、カルキユレータ、制御パネル、電話装置等で代表的
に使用されているキーボードは機械的形式のものであつ
たが、最近ではソリッドステート非接触形式のものも使
用されている。

機械的形式のものは機械的摩耗、接点の腐食等が生じ、
使用寿命および信頼性に限界があつた。また、ソリッド
ステート形式のものは一般に電磁形式、容量形式、光電
形式、あるいはホール効果形式であるが、これらは高価
であり、ぎりぎりの性能であり、電力消費量が多く、周
囲環境の要因の影響を受け易く、ときどき信頼性に欠け
る。本発明において記載されるスイッチの概念は改善さ
れた性能および信頼性、ならびに安価にすることにより
キーボードスイッチの技術分野に進歩をもたらす。 本
発明はＸ−Ｙマトリックスを含み、このマトリックスと
の関連において各スイッチは差動トランスを構成する。
このスイッチの基本的利点は構成が簡単であり、非常に
安価であり、信頼性が高く、プリント回路板に維持でき
るトランスの高度のバランスにより高いオン／オフ比ま
たはダイナミックレンジの点から高度のスイッチ性能が
提供されるという点である。 従来技術のものは本発明
の構造、機能あるいは利点を有しなかつた。

例えば、米国特許第３６６８６９７号においては、スイ
ッチはそのバランスを保持するために外部の回路または
素子を必要としている。

同様の課題に対処するものであるが、しかし本発明を開
示していない他の特許として米国特許第３５７３３６９
号、第３７４０７４６号、第３７４５５３６号、ならび
に本出願人の米国特許第３６１２２４１号、第３６３８
２２１号、第３６３８２２２号、第３６９８５３１号、
第３８２５９０９号、第３８３６９１０号、および第３
９１８０５１号がある。

本発明の好ましい実施例においては、キーボードは差
動トランススイッチのアレイより構成され、各スイッチ
は４つの同一のプリント回路コイルよりなり、スイッチ
組立体はスイツチステム、戻しスプリング、磁心および
キートップより構成される。

キースイッチが押されると、磁心は差動トランス素子の
半分である１次−２次コイル対の中心に位置付けされ、
差動トランスをバランス状態すなわちオフ状態からアン
バランス状態すなわちオン状態へ変化させる。差動トラ
ンス素子の２つの１次コイルは対立するように直列に接
続され、２つの２次コイルは助け合うように直列に接続
されている。信号が押されないスイッチに供給されると
、この信号は、差動トランスがバランス状態にあるので
、このスイッチの出力端子に現われない。スイッチの押
圧はトランスをアンバランス状態に変えるので、駆動ま
たは励起信号がそのスイッチの出力端子に結合されるこ
とを可能にする。２つの１次コイルはプリント回路板の
一側に印刷され、このプリント回路板の他側の正反対の
位置に２次コイルが印刷され、回路板を貫通する１つの
孔が磁気的作動子の挿入のために１つの１次−２次対の
中心に形成される。

スイッチキートップ、磁心等を含むスイッチ組立体また
は機構は差動トランスのコイルの上部に直接取付けられ
る。２次コイルを相互接続する回路はプリント回路板に
コイルの印刷と同時に印刷される。

１次コイルおよび相互接続回路は同じ態様で印刷される
。

好ましい実施例においては、キーボードスイッチアレ
イは、１次コイルがＸ軸に沿う列または駆動ラインに配
列され、かつ２次コイルがＹ軸に沿う行または感知ライ
ンに配列されているＸ−Ｙマらに含み、それによつてス
イツチ動作を示す差動トランスのバランス状態の変化を
生じさせ、前記スイツチのアレイが、Ｙ軸に沿う独特の
位置を有する行感知ラインに前記スイツチの出力端子を
接続することによつて、かつＸ軸に沿う独特の位置を有
する列駆動ラインに入力端子を接続することによつて２
次元のＸ−Ｙスイツチマトリツクスを形成するように電
気的に相互接続されていることを特徴とするキーボード
。

５ 前記各行感知ラインがその行の前記スイツチの２次
巻線の全部の直列接続によつて形成され、前記各列駆動
ラインがその列の前記スイツチの１次巻線の全部の直列
接続によつて形成される特許請求の範囲第４項記載のキ
ーボード。

発明の背景および概要 本発明は差動トランス素子を使用するソリツドステート
非接触キーボードに関し、詳しくいうと、差動トランス
素子の１次巻線と２次巻線の相互インダクタンスを変化
させるための可動作動子を有するキーボードに関する。

従来技術においては、コンピユータ、コンピユータ端末
、カルキユレータ、制御パネル、電話装置等で代表的に
使用されているキーボードは機械的形式のものであつた
が、最近ではソリツドステート非接触形式のものも使用
されている。

機械的形式のものは機械的摩耗、接点の腐食等が生じ、
使用寿命および信頼性に限界があつた。また、ソリツド
ステート形式のものは一般に電磁形式、容量形式、光電
形式、あるいはホール効果形式であるが、これらは高価
であり、ぎりぎりの性能であり、電力消費量が多く、周
囲環境の要因の影響を受け易く、ときどき信頼性に欠け
る。本発明において記載されるスイツチの概念は改善さ
れた性能および信頼性、ならびに安価にすることにより
キーボードスィツチの技術分野に進歩をもたらす。本発
明はＸ−Ｙマトリツクスを含み、このマトリツクスとの
関連において各スイツチは差動トランスを構成する。こ
のスイツチの基本的利点は構成が簡単であり、非常に安
価であり、信頼性が高く、プリント回路板に維持できる
トランスの高度のバランスにより高いオン／オフ比また
はダイナミツクレンジの点から高度のスイツチ性能が提
供されるという点である。従米技術のものは本発明の構
造、機能ある（・は利点を有しなかつた。

例えば、米国特許第３６６８６９７号においては、スイ
ツチはそのバランスを保持するために外部の回路または
素子を必要としている。

同様の課題に対処するものであるが、しかし本発明を開
示していない他の特許として米国特許第３５７３３６９
号、第３７４０７４６号、第３７４５５３６号、ならび
に本出願人の米国特許第３６１２２４１号、第３６３８
２２１号、第３６３８２２２号、第３６９８５３１号、
第３８２５９０９号、第３８３６９１０号、および第３
９１８０５１号がある。

本発明の好ましい実施例においては、キーボードは差動
トランススイツチのアレイより構成され、各スイツチは
４つの同一のプ１ノット回路コイルよりなり、スィツチ
組立体はスイツチステム、戻しスプリング、磁心および
キートツプより構成される。

キースイツチが押されると、磁心は差動トランス素子の
半分である１次−２次コイル対の中心に位置付けされ、
差動トランスをバランス状態すなわちオフ状態からアン
バランス状態すなわちオン状態へ変化させる。差動トラ
ンス素子の２つの１次コイルは対立するように直列に接
続され、２つの２次コイルは助け合うように直列に接続
されている。信号が押されないスイツチに供給されると
、この信号は、差動トランスがバランス状態にあるので
、このスイツチの出力端子に現われない。スイツチの押
圧はトランスをアンバランス状態に変えるので、駆動ま
たは励起信号がそのスイツチの出力端子に結合されるこ
とを可能にする。２つの１次コイルはプリント回路板の
一側に印刷され、このプリント回路板の他側の正反対の
位置に２次コイルが印刷され、回路板を貫通する１つの
孔が磁気的作動子の挿入のために１つの１次−２次対の
中心に形成される。

スイツチキートツプ、磁心等を含むスイツチ組立体また
は機構は差動トランスのコイルの上部に直接取付けられ
る。２次コイルを相互接続する回路はプリント回路板に
コイルの印刷と同時に印刷される。

１次コイルおよび相互接続回路は同じ態様で印刷される
。

好ましい実施例においては、キーボードスイツチアレイ
は、１次コイルがＸ軸に沿う列または駆動ラインに配列
され、かつ２次コイルがＹ軸に沿う行または感知ライン
に配列されているＸ−Ｙマトリツクスに、相互接続され
、組織化されている。

このマトリツクスはスイツチのコード化、種々のマルチ
キー・ロールオーバー回路を完成する等のため、通常の
手段で走査できる。差動トランス形式のスイツチを使用
するＮキー・ロールオーバー回路を完成するときには、
分離の目的のためのダイオードは、この形式の回路でし
ばしば必要であるが、必要がなくなる。差動トランス形
式スイツチは完備した、独立形式のスイツチであり、従
つてバランス状態を維持するために、すなわち機能を実
行するために、他のスィツチ、外部の構成素子または回
路を必要としない。図面の詳細な説明 第１図はフエライトコアを使用するバランス状態および
アンバランス状態における基本スイツチ素子を示す概略
図、第２図は代表的なスイツチモジユールを示す概略断
面図、第３図はＸ−Ｙマトリツクスの２次コイルの相互
接続状態を示す概略図、第４図はＸ−Ｙマトリツクスの
１次コイルの相互接続状態を示す概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通平面内に存在する２つの平坦な１次巻線と、該
   １次巻線の共通平面に平行なかつ非常に接近した別個の
   平面内にある２つの平坦な２次巻線とを含み、各１次巻
   線が異なる２次巻線と共通軸に関して互いに対向する隣
   接関係にあるように関係付けられて２つの１次−２次巻
   線対を形成するように前記巻線は配置されており、前記
   １次巻線および２次巻線はそれぞれ直列に接続され、か
   つ直列接続された２次巻線からの出力信号電圧が前記１
   次巻線に結合される励起エネルギの差を表わす差動トラ
   ンス形態を形成するように電気的に位相調整されており
   、一方の１次−２次巻線対によつて形成される共通の巻
   線の孔の外側の位置から該孔内の位置へ相互インダクタ
   ンスを変化させるように移動可能な可動相互インダクタ
   ンス変化用部材をさらに含み、それによつてスイッチン
   グ動作を示す差動トランスのバランス状態の変化を生じ
   させるようにしたことを特徴とする差動トランススイッ
   チ。 ２ ２つの実質的に平行な表面を有し、前記１次巻線が
   一方の表面に固着され、前記２次巻線が他方の表面に固
   着された平坦な回路板を含み、可動インダクタンス変化
   用部材が回路板の孔中を往復動する特許請求の範囲第１
   項記載のスイッチ。 ３ 各１次および２次巻線が僅か１ターンである特許請
   求の範囲第２項記載のスイッチ。 ４ ２つの実質的に平行な平面を有する回路板と、差動
   トランススイッチのアレイとを含み、各スイッチが前記
   回路板の一方の平面の共通平面内に存在する一対の平坦
   な１次巻線と、該１次巻線の共通平面に平行なかつ非常
   に接近した前記回路板の他方の平面の別個の平面内にあ
   る一対の平坦な２次巻線とを有し、これら巻線は各１次
   巻線が異なる２次巻線と共通軸に関して互いに対向する
   隣接関係にあるように関係付けられて２つの１次−２次
   巻線対を形成するように配置されており、前記１次巻線
   および２次巻線はそれぞれ直列に接続され、かつ直列接
   続された２次巻線からの出力信号電圧が前記１次巻線に
   結合される励起エネルギの差を表わす差動トランス形態
   を形成するように電気的に位相調整されており、一方の
   １次−２次巻線対によつて形成される共通の巻線の孔の
   外側の位置から回路板の孔によつて形成される該孔内の
   位置へ相互インダクタンスを変化させるように移動可能
   な可動相互インダクタンス変化用部材をさらに含み、そ
   れによつてスイッチ動作を示す差動トランスのバランス
   状態の変化を生じさせ、前記スイッチのアレイが、Ｙ軸
   に沿う独特の位置を有する行感知ラインに前記スイッチ
   の出力端子を接続することによつて、かつＸ軸に沿う独
   特の位置を有する列駆動ラインに入力端子を接続するこ
   とによつて２次元のＸ−Ｙスイッチマトリックスを形成
   するように電気的に相互接続されていることを特徴とす
   るキーボード。 ５ 前記各行感知ラインがその行の前記スイッチの２次
   巻線の全部の直列接続によつて形成され、前記各列駆動
   ラインがその列の前記スイッチの１次巻線の全部の直列
   接続によつて形成される特許請求の範囲第４項記載のキ
   ーボード。