WO2021176993A1 - スイッチ装置及びキー入力装置 - Google Patents

スイッチ装置及びキー入力装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021176993A1
WO2021176993A1 PCT/JP2021/005200 JP2021005200W WO2021176993A1 WO 2021176993 A1 WO2021176993 A1 WO 2021176993A1 JP 2021005200 W JP2021005200 W JP 2021005200W WO 2021176993 A1 WO2021176993 A1 WO 2021176993A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
movable
fixed
terminal
fixed electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/005200
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
成信 岸
真美子 仲
光一 古澤
幸二 ▲高▼見
Original Assignee
オムロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オムロン株式会社 filed Critical オムロン株式会社
Publication of WO2021176993A1 publication Critical patent/WO2021176993A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/02—Input arrangements using manually operated switches, e.g. using keyboards or dials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/70—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard
    • H01H13/84—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard characterised by ergonomic functions, e.g. for miniature keyboards; characterised by operational sensory functions, e.g. sound feedback

Definitions

  • the present invention relates to a switch device including a fixing member and a movable member that moves with respect to the fixing member in response to a pressing operation, and a key input device including such a switch device.
  • Patent Document 1 discloses a switch in which a push rod opens and closes an electrical contact between a fixed contact piece and a movable contact.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a main object of the present invention is to provide a switch device that can be applied as various switches such as analog switches.
  • Another object of the present invention is to provide a key input device such as a keyboard using such a switch device.
  • the switch device (key switch) described in the present application is a switch device including a fixing member and a movable member that moves with respect to the fixing member in response to a pressing operation. It includes a fixed electrode attached, a movable electrode attached to the movable member, and a first terminal and a second terminal capable of detecting the capacitance of the fixed electrode and a capacitor formed by using the movable electrode. It is characterized by that.
  • the fixed electrode and the movable electrode each have an electrode surface, and the electrode surface of the fixed electrode and the electrode surface of the movable electrode are arranged in parallel and at least have been pressed.
  • the capacitance detected from the first terminal and the second terminal changes according to the moving distance of the movable member.
  • one of the fixed electrode and the movable electrode has a plate shape in which both sides serve as the electrode surface, and the other electrode of the fixed electrode and the movable electrode is the one. It is characterized by having a plurality of electrode surfaces facing both electrode surfaces of the electrode from both sides.
  • the switch device is characterized by including a dielectric material arranged between the fixed electrode and the movable electrode.
  • the dielectric is characterized in that it has a plate shape fixed to the fixing member and / or the movable member.
  • the first terminal is electrically connected to the fixed electrode, and the movable electrode and the second terminal are connected by a conductive member.
  • the first terminal is conductive with the fixed electrode, and includes a conductive urging member that urges the movable member in a direction opposite to the moving direction by a pressing operation.
  • the force member is characterized in that it is connected between the movable electrode and the second terminal.
  • a first fixed electrode conducting with the first terminal and a second fixed electrode conducting with the second terminal are provided, and between the first fixed electrode and the movable electrode.
  • a first capacitor is formed, and a second capacitor that is connected in series with the first capacitor is formed between the second fixed electrode and the movable electrode.
  • the key input device (keyboard) described in the present application is a key input device in which a plurality of key switches are arranged, and the switch device is arranged as the key switch.
  • the switch device and key input device described in the present application can detect the capacitance between the fixed electrode attached to the fixed member and the movable electrode attached to the movable member.
  • a fixed electrode is attached to a fixed member
  • a movable electrode is attached to a movable member that moves in response to a pressing operation
  • a capacitance between the fixed electrode and the movable electrode is measured. It is detectable.
  • the present invention can detect the moving state of the movable member from the capacitance. Therefore, for example, it is possible to realize a switch having various characteristics such as an analog switch, and the like has an excellent effect.
  • the key input device described in the present application is, for example, a keyboard used for inputting data such as characters, numbers and symbols, as well as various commands into an electronic device such as a computer, and a notebook computer in which a computer and a keyboard are integrated.
  • a notebook computer in which a computer and a keyboard are integrated.
  • it is used for devices such as notebook PCs).
  • embodiments will be described with reference to a drawing showing such a key input device such as a keyboard or a notebook PC as a keyboard KB.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of the appearance of a keyboard KB to which the key input device described in the present application is applied.
  • a plurality of key switches 1 such as character keys, numeric keys, and other function keys are arranged side by side on the keyboard KB as a switch device.
  • the keyboard KB illustrated in FIG. 1 shows an example applied to a general QWERTY keyboard KB, but is applied to various keyboard KBs such as a keyboard KB dedicated to computer games and a keyboard KB having only numerical keys. It is possible to do.
  • the key switch 1 described in the present application may be applied to all of the plurality of key switches 1 arranged in the keyboard KB, but the key switch described in the present application is applied only to a specific key frequently used in a computer game. 1 may be applied.
  • the key switch 1 described in the present application is a switch whose capacitance changes in response to a pressing operation, detects the changed capacitance, and is applied to opening / closing or level control of a circuit based on the detected capacitance. It is possible to do.
  • FIG. 2 and 3 are schematic perspective views showing an example of the appearance of the key switch 1 described in the present application.
  • FIG. 2 is shown from an obliquely upper viewpoint
  • FIG. 3 is shown from an obliquely lower viewpoint.
  • the key switch 1 includes a fixing member 10 fixed to a substrate built in the keyboard KB, and a movable member 11 that can move up and down and is pushed downward by a pressing operation of the user.
  • a key top 12 is detachably attached to the upper end of the key switch 1 as a pressed member that receives a pressing operation by the user.
  • a substantially circular light guide port 100 is provided near the center of the lower surface of the fixing member 10 of the key switch 1. Further, on the lower surface of the fixing member 10, the first terminal T1 and the second terminal T2 project from the periphery of the light guide port 100.
  • the user can operate the keyboard KB with the key top 12 attached to the key switch 1.
  • the key switch 1 When the user touches the key top 12 of the key switch 1 arranged on the keyboard KB and presses the key top 12, the key switch 1 is connected to an electronic device such as a personal computer. A signal for each 1 is transmitted. Further, by releasing the pressing of the key top 12, the key switch 1 released from the pressing rises and returns to the original position.
  • the key switch 1 described in the present application is applied as a switch such as an analog switch having a monotonous increase relationship in which an output signal increases with respect to a moving distance (stroke) of the movable member 11.
  • FIG. 4 is a schematic exploded view showing an example of the key switch 1 described in the present application.
  • 5 and 6 are schematic cross-sectional views showing an example of the key switch 1 described in the present application.
  • 5 and 6 are cross-sections of the key switch 1 cut along a vertical plane passing through AB shown in FIG. 2, exemplifying a state in which the key top 12 is removed in order to make the internal configuration easy to see.
  • FIG. 5 illustrates a state in which the key switch 1 is located at the top dead center where the key switch 1 has not been pressed
  • FIG. 6 shows the movable member 11 moving downward when the key switch 1 is pressed. It shows the state of being located at the bottom dead center.
  • the key switch 1 includes various members such as the movable electrode 13, the urging member 14, the fixed electrode 15, the conductive member 16, and the optical member 17, in addition to the above-mentioned fixed member 10, the movable member 11, and the key top 12.
  • the fixing member 10 is a housing having a substantially rectangular parallelepiped shape, and is formed by combining an upper half body 10a and a lower half body 10b. On the upper surface of the fixing member 10, a substantially square-shaped insertion port 101 for inserting the movable member 11 is provided.
  • the light guide port 100 described above is provided on the lower surface of the fixing member 10, and the first terminal T1 and the second terminal T2 project from the inside.
  • a light guide wall 102 having a substantially cylindrical shape is erected near the center of the inner bottom of the fixing member 10.
  • the light guide wall 102 is erected on the inner bottom portion of the fixing member 10 so that the axial direction of the cylinder is in the vertical direction.
  • the inside of the light guide wall 102 is a through hole having a square shape when viewed from above, and is connected to the light guide port 100 on the lower surface of the fixing member 10.
  • the optical member 17 upwards light emitted from a light emitting member (not shown) such as an LED (Light Emitting Diode) arranged on a substrate inside or below the light guide port 100 provided in the fixing member 10. It is a member that serves as an optical path leading to.
  • the optical member 17 is formed of a highly transparent material such as polyacrylic, and the light emitted from the light emitting portion irradiates the upper key top 12 from below through the optical path in the optical member 17. ..
  • a translucent material By forming the character portion or the entire upper surface of the key top 12 with a translucent material, the effect that the character portion or the entire upper surface of the key top 12 emits light by the light emitted from below is performed.
  • An urging member 14 using a compression coil spring is arranged around the light guide wall 102 and the optical member 17.
  • the lower end of the urging member 14 is attached to the inner bottom portion of the fixing member 10 via the conductive member 16, and the upper end presses the movable member 11 upward.
  • a movable electrode 13 is attached to the upper end of the urging member 14.
  • the urging member 14 is formed of a conductive material, and is conductive between the movable electrode 13 at the upper end and the conductive member 16 at the lower end.
  • the term "conducting" as used in the present application means that the conductor is electrically connected by a conductor having a small electric resistance and easily conducting electricity without using an insulator (dielectric). The same applies to the case where the word "conductive" is used as the property of the member, which means that it functions as a conductor having low electrical resistance and easily conducts electricity.
  • a wall-shaped resin-made fixed dielectric 103 (dielectric) is erected from the inner bottom around the light guide wall 102 in the fixing member 10.
  • the fixed dielectric 103 is formed of an insulating resin, and is positioned at a position corresponding to the fixed electrode 15 and the movable electrode 13 so as to function as a dielectric interposed between the fixed electrode 15 and the movable electrode 13. Have been placed.
  • an example is shown in which two fixed dielectrics 103 are arranged so as to face each other with the light guide wall 102 interposed therebetween.
  • the fixed dielectric 103 has a plate shape fixed to the fixing member 10 and functions as a dielectric interposed between the fixed electrode 15 and the movable electrode 13.
  • a fixed electrode 15 forming a movable electrode 13 and a capacitor C is erected on the outside of the fixed dielectric 103 in a state of being press-fitted into the inner bottom portion. ..
  • the fixed electrode 15 is formed by using a conductive material such as a metal plate, and includes two plate-shaped fixed electrode plates 150 and a fixed connecting portion 151 for connecting the two fixed electrode plates 150. ing.
  • the two plate-shaped fixed electrode plates 150 are erected at positions where they are in contact with or slightly spaced apart from the outer surfaces of the two fixed dielectrics 103.
  • Both sides of the plate-shaped fixed electrode plate 150 are fixed electrode surfaces 1500 (electrode surfaces) forming the movable electrode 13 and the capacitor C.
  • the first terminal T1 described above is formed in the fixed connecting portion 151 connecting the two fixed electrode plates 150, and the lower end of the first terminal T1 penetrates the inner bottom portion of the fixing member 10 to the outside. It is protruding.
  • the fixed electrode 15 fixed inside the fixing member 10 has two plate-shaped fixed electrode plates 150, and both surfaces of each fixed electrode plate 150 form a movable electrode 13 and a capacitor C.
  • the fixed electrode surface is 1500, and the fixed electrode 15 and the first terminal T1 are conductive.
  • a conductive member 16 formed of a conductive material such as a metal plate is erected around the light guide wall 102 in a state of being press-fitted into the inner bottom portion.
  • the conductive member 16 includes a horizontal surface portion 160 which is arranged on the inner bottom portion of the fixing member 10 and on which the urging member 14 is placed, and a vertical surface portion 161 whose lower portion is press-fitted into the inner bottom portion of the fixing member 10. ing.
  • the horizontal surface portion 160 is formed in an arc shape curved along the circumference in which the urging member 14 contacts.
  • the above-mentioned second terminal T2 is formed on the vertical surface portion 161, and the lower end of the second terminal T2 penetrates the inner bottom portion of the fixing member 10 and projects to the outside. In this way, the urging member 14 and the second terminal T2 are electrically connected to each other via the conductive member 16 fixed inside the fixing member 10.
  • the movable member 11 has a square tubular outer shape having a substantially square shape when viewed from above, and the lower portion is inserted into the insertion port 101 of the fixing member 10.
  • the upper surface side of the movable member 11 is open, and a mounting portion 110 to which the key top 12 can be mounted is formed.
  • a resin-made movable dielectric 111 (dielectric) having a rectangular plate shape is formed so as to project downward from two opposing side surfaces.
  • the movable dielectric 111 is formed of an insulating resin, and is positioned at a position corresponding to the fixed electrode 15 and the movable electrode 13 so as to function as a dielectric interposed between the fixed electrode 15 and the movable electrode 13. Have been placed.
  • a columnar guide portion 112 for guiding the vertical movement with respect to the fixing member 10 is formed so as to project downward from the four corners.
  • the movable electrode 13 is a member obtained by molding a conductive material such as a metal plate, and is attached to the upper end of an urging member 14 using a compression coil spring.
  • the movable electrode 13 extends from the four movable electrode plates 130 forming a plate shape, the movable connecting portion 131 connecting the four movable electrode plates 130, and the movable connecting portion 131, and abuts on the upper end of the urging member 14. It includes a conductive piece 132.
  • Two of the four plate-shaped movable electrode plates 130 are arranged at positions where they are in contact with or slightly spaced apart from the outer surfaces of the two movable dielectrics 111 of the movable member 11, respectively.
  • the two pieces of the above are arranged at positions with a gap inside the two pieces of the movable dielectric 111.
  • the inner surface of the two movable electrode plates 130 located outside the movable dielectric 111 forms the fixed electrode surface 1500 of the fixed electrode 15 and the capacitor C.
  • the movable electrode surface is 1300.
  • the outer surfaces of the two movable electrode plates 130 located inside the movable dielectric 111 are the fixed electrode surface 1500 of the fixed electrode 15 and the movable electrode surface 1300 forming the capacitor C. It has become.
  • the fixed electrode surface 1500 and the movable electrode surface 1300 forming the capacitor C are arranged so that the opposing surfaces are parallel to each other.
  • the four movable electrode plates 130 are electrically connected to the urging member 14 via the movable connecting portion 131 and the conductive piece 132, and are further conductive from the urging member 14 to the second terminal T2 via the conductive member 16. ing. Further, in the movable electrode 13, a slit 133 is provided between the movable electrode plate 130 located on the outer side and the movable electrode plate 130 located on the inner side. By inserting the movable dielectric 111 of the movable member 11 into the slit 133 of the movable electrode 13 from above, the movable electrode 13 is attached to the lower part of the movable member 11.
  • the movable electrode plate 130 of the movable electrode 13 As illustrated in FIGS. 5 and 6, inside the key switch 1, from the outside, the movable electrode plate 130 of the movable electrode 13, the movable dielectric 111, the fixed electrode plate 150 of the fixed electrode 15, the fixed dielectric 103, and , The movable electrode plate 130 of the movable electrode 13 is arranged. Further, from the center to the outside on the opposite side, the movable electrode plate 130 of the movable electrode 13, the fixed dielectric 103 of the fixed electrode 15, the fixed electrode plate 150, the movable dielectric 111 of the movable electrode 13, and the movable electrode plate. 130 is arranged.
  • one of the two fixed electrode plates 150, the fixed electrode plate 150 is inserted between the two movable electrode plates 130 of the four movable electrode plates 130, and the movable electrodes on both sides are inserted.
  • a capacitor C is formed between the plate 130 and the plate 130.
  • the other fixed electrode plate 150 enters between the other two movable electrode plates 130 and forms a capacitor C between the movable electrode plates 130 on both sides.
  • the fixed dielectric 103 and the movable dielectric 111 function as a dielectric interposed between the fixed electrode plate 150 and the movable electrode plate 130.
  • FIG. 5 illustrates a state in which the key switch 1 is located at the top dead center where the key switch 1 has not been pressed
  • FIG. 6 shows the movable member 11 in which the key switch 1 is pressed. Indicates that is located at the bottom dead center that has moved downward.
  • the key switch 1 described in the present application has four fixed electrode surfaces 1500 located on both sides of each of the two fixed electrode plates 150 and four movable electrode surfaces 1300 located on one side of each of the four movable electrode plates 130.
  • a capacitor C is formed between the two. Since the capacitance of the formed capacitor C is given by the following equation 1, it is proportional to the area of the opposing electrode surfaces.
  • C ⁇ ⁇ S / d ⁇ ⁇ ⁇ Equation 1
  • C capacitance
  • ⁇ permittivity
  • S electrode area
  • d distance between electrodes
  • the area of the facing electrode surfaces is 0 or small, and as illustrated in FIG. 6, the movable member 11 is dead center. When it is located at a point, the area of the opposing electrode surfaces becomes large. Further, the area of the opposing electrode surfaces is substantially proportional to the moving distance of the movable member 11, and the capacitance changes according to the moving distance of the movable member 11.
  • the capacitance of the key switch 1 can be detected as the capacitance between the first terminal T1 and the second terminal T2.
  • the capacitance between the first terminal T1 and the second terminal T2 changes. Based on the capacitance detected at the first terminal T1 and the second terminal T2, a signal related to opening / closing or level control of the circuit related to the key switch 1 is output from the keyboard KB to an electronic device such as a personal computer. NS.
  • FIG. 7 is a schematic circuit diagram schematically showing an example of the circuit configuration of the key switch 1 described in the present application.
  • the first terminal T1 formed on the fixed electrode 15 is conductive with the two fixed electrode plates 150 of the fixed electrode 15.
  • the four fixed electrode surfaces 1500 located on the two fixed electrode plates 150 have the four movable electrode surfaces 1300 located on the four movable electrode plates 130 via the fixed dielectric 103 or the movable dielectric 111, respectively.
  • the movable electrode 13 on which the movable electrode plate 130 is formed is in contact with the upper end of the urging member 14 by a conductive piece 132 extending from the movable connecting portion 131, and the movable electrode 13 is conducting with the urging member 14.
  • the lower end of the urging member 14 is in contact with the conductive member 16, and the urging member 14 is conductive with the conductive member 16.
  • a second terminal T2 is formed on the conductive member 16. Therefore, the key switch 1 can detect the capacitance of the four capacitors C connected in parallel as the capacitance between the first terminal T1 and the second terminal T2.
  • the capacitance is the sum of the capacitances of each capacitor C, so that the amount of change in the capacitance with respect to the moving distance of the movable member 11 becomes large, and the detection accuracy is improved. It becomes possible.
  • the second embodiment is configured with two movable electrode plates 130 formed on the movable electrode 13 in the first embodiment.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the first embodiment will be referred to, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is a schematic exploded view showing an example of the key switch 1 described in the present application.
  • the key switch 1 according to the second embodiment includes various members such as a fixed member 10, a movable member 11, a key top 12, a movable electrode 13, an urging member 14, a fixed electrode 15, a conductive member 16, and an optical member 17. There is.
  • the movable electrode 13 is a member obtained by molding a conductive material such as a metal plate, and is attached to the upper end of an urging member 14 using a compression coil spring.
  • the movable electrode 13 extends from the movable connecting portion 131 connecting the two plate-shaped movable electrode plates 130 and the two movable electrode plates 130, and abuts on the upper end of the urging member 14. It includes a conductive piece 132.
  • the movable electrode 13 according to the first embodiment includes four movable electrode plates 130, whereas the movable electrode 13 according to the second embodiment includes two outer movable electrode plates 130.
  • the inner surface of the two movable electrode plates 130 is the movable electrode surface 1300, and forms the fixed electrode surface 1500 of the fixed electrode 15 and the capacitor C via the movable dielectric 111 included in the movable member 11. Further, the fixed electrode plate 150 of the fixed electrode 15 has a fixed electrode surface 1500 only on one side facing the outside. Since the movable electrode 13 does not include the two inner movable electrode plates 130 unlike the first embodiment, the fixed dielectric 103 formed on the fixing member 10 of the first embodiment is not required. .. Other configurations and operations included in the key switch 1 according to the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic circuit diagram schematically showing an example of the circuit configuration of the key switch 1 described in the present application.
  • the first terminal T1 formed on the fixed electrode 15 is conductive with the two fixed electrode plates 150 of the fixed electrode 15.
  • the two fixed electrode surfaces 1500 facing the outside of the two fixed electrode plates 150 are connected in parallel with the two movable electrode surfaces 1300 located on the two movable electrode plates 130 via the movable dielectric 111, respectively.
  • the capacitor C is formed.
  • the movable electrode 13 on which the movable electrode plate 130 is formed is in contact with the upper end of the urging member 14 by a conductive piece 132 extending from the movable connecting portion 131, and the movable electrode 13 is conducting with the urging member 14.
  • the lower end of the urging member 14 is in contact with the conductive member 16, and the urging member 14 is conductive with the conductive member 16.
  • a second terminal T2 is formed on the conductive member 16. Therefore, the key switch 1 can detect the capacitance of the two capacitors C connected in parallel as the capacitance between the first terminal T1 and the second terminal T2.
  • the third embodiment is a mode in which the urging member 14 is not incorporated in the circuit and some capacitors C are connected in series in the first embodiment.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the first embodiment will be referred to, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 10 is a schematic exploded view showing an example of the key switch 1 described in the present application.
  • the key switch 1 according to the third embodiment includes various members such as a fixing member 10, a movable member 11, a key top 12, a movable electrode 13, an urging member 14, a fixed electrode 15, and an optical member 17.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 are formed on the fixed electrode 15, and the urging member 14 is not incorporated in the circuit. Therefore, the key switch 1 according to the third embodiment does not require the conductive member 16 on which the second terminal T2 is formed and conducts with the urging member 14.
  • a fixing electrode 15 formed of a conductive material such as a metal plate is erected on the inner bottom of the fixing member 10 in a state of being press-fitted into the inner bottom.
  • the fixed electrode 15 is formed as two divided members.
  • the first fixed electrode 15a serving as one of the fixed electrodes 15 includes one plate-shaped first fixed electrode plate 150a and a first fixed connecting portion 151a extending from the first fixed electrode plate 150a. Both sides of the plate-shaped first fixed electrode plate 150a are first fixed electrode surfaces 1500a (electrode surfaces).
  • a first terminal T1 is formed on the first fixed connecting portion 151a of the first fixed electrode 15a, and the lower end of the first terminal T1 penetrates the inner bottom portion of the fixing member 10 and projects to the outside.
  • the second fixed electrode 15b serving as the other fixed electrode 15 includes one plate-shaped second fixed electrode plate 150b and a second fixed connecting portion 151b extending from the second fixed electrode 15b. Both sides of the plate-shaped second fixed electrode plate 150b are second fixed electrode surfaces 1500b (electrode surfaces).
  • a second terminal T2 is formed on the second fixed connecting portion 151b of the second fixed electrode 15b, and the lower end of the second terminal T2 penetrates the inner bottom portion of the fixing member 10 and projects to the outside. That is, in the third embodiment, the fixed electrode 15 includes a first fixed electrode plate 150a conducting with the first terminal T1 and a second fixed electrode plate 150b conducting with the second terminal T2.
  • the movable electrode 13 is a member obtained by molding a conductive material such as a metal plate, and includes four plate-shaped movable electrode plates 130 and a movable connecting portion 131 for connecting the four movable electrode plates 130. There is. Of the four movable electrode plates 130, the movable electrode surface 1300 of the two movable electrode plates 130 has a fixed dielectric 103 or a movable dielectric 111 with respect to the first fixed electrode plate 150a extending from the first fixed electrode 15a. The capacitors C are formed so as to face each other via the above.
  • the movable electrode surface 1300 of the other two movable electrode plates 130 is a fixed dielectric 103 or a fixed dielectric 103 or the second fixed electrode plate 150b extending from the second fixed electrode 15b.
  • Capacitors C are formed so as to face each other via the movable dielectric 111.
  • the first fixed electrode plate 150a, the two movable electrode plates 130 forming the capacitor C, and the movable electrode surface 1300, which is one surface thereof, are combined with the first movable electrode plate 130a and the first movable electrode plate 130a. It is referred to as a movable electrode surface 1300a (electrode surface).
  • the two movable electrode plates 130 forming the second fixed electrode plate 150b and the capacitor C and the movable electrode surface 1300 which is one surface thereof are referred to as the second movable electrode plate 130b and the second movable electrode surface 1300b.
  • the capacitor C formed by the first fixed electrode plate 150a and the first movable electrode plate 130a is referred to as the first capacitor C1
  • the capacitor C formed by the first fixed electrode plate 150a and the second movable electrode plate 130b Is referred to as a second capacitor C2.
  • the movable electrode 13 according to the third embodiment is substantially the same as the movable electrode 13 according to the first embodiment, but since it does not need to be electrically connected to the urging member 14, a conductive piece that abuts on the urging member 14. It is not necessary to form 132.
  • FIG. 11 is a schematic circuit diagram schematically showing an example of the circuit configuration of the key switch 1 described in the present application.
  • the first terminal T1 formed on the first fixed electrode 15a is conductive with the first fixed electrode plate 150a of the first fixed electrode 15a.
  • the two first fixed electrode surfaces 1500a located on the first fixed electrode plate 150a are respectively located on the two first movable electrode plates 130a via the fixed dielectric 103 or the movable dielectric 111, respectively.
  • a first capacitor C1 is formed with the electrode surface 1300a, respectively.
  • the two first capacitors C1 formed between the first fixed electrode plate 150a and the two first movable electrode plates 130a are connected in parallel.
  • the two second fixed electrode surfaces 1500b located on the second fixed electrode plate 150b are respectively located on the two second movable electrode plates 130b via the fixed dielectric 103 or the movable dielectric 111, respectively.
  • a second capacitor C2 is formed with the electrode surface 1300b, respectively.
  • the two second capacitors C2 formed between the second fixed electrode plate 150b and the two second movable electrode plates 130b are connected in parallel. Further, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected in series via the movable connecting portion 131 of the movable electrode 13.
  • a second terminal T2 is formed on the second fixed electrode 15b.
  • the key switch 1 sets the capacitance of the capacitor C in which the two first capacitors C1 connected in parallel and the two second capacitors C2 connected in parallel are connected in series to the first terminal T1 and the first terminal T1. It can be detected as the capacitance between the two terminals T2.
  • the key switch 1 and the keyboard KB described in the present application are formed by the fixed electrode 15 attached to the fixed member 10 and the movable electrode 13 attached to the movable member 11 that moves in response to the pressing operation. It is possible to detect the capacitance of the capacitor C. Therefore, since the capacitance changes according to the amount of movement of the movable member 11, it can be applied to a switch that opens and closes a circuit by setting a predetermined capacitance value as a threshold value. Further, since the capacitance changes according to the movement amount of the movable member 11, the level can be controlled by the movement amount. For example, in a computer game such as e-sports, it corresponds to an accelerator for adjusting the speed.
  • the key switch 1 described in the present application has characteristics as an analog switch in which the output signal increases monotonically with respect to the moving distance of the movable member 11, and is therefore suitable for the key switch 1 for level control. There is.
  • the relationship between the moving distance and the output signal is preferably a proportional relationship with a constant slope, but the slope does not necessarily have to be constant as long as it has a monotonously increasing relationship with a gradual increase.
  • the relationship between the travel distance and the output signal may be similar to a function that can be shown as a monotonically increasing function such as a cubic function, a logarithmic function, or an exponential function.
  • the key switch 1 and the keyboard KB described in the present application have a plurality of fixed electrodes 15 and movable electrodes 13, and can form a plurality of capacitors C. Moreover, a plurality of capacitors C are connected in parallel, connected in series, or the like. It is possible to appropriately design the connection form of.
  • the key switch 1 and the keyboard KB described in the present application can form a capacitor C having a dielectric such as a fixed dielectric 103 and a movable dielectric 111 interposed therebetween, the capacitance is determined based on the material of the dielectric. It can be designed as appropriate.
  • the key switch 1 and the keyboard KB described in the present application can be appropriately designed with characteristics such as capacitance.
  • characteristics such as capacitance. For example, when the capacitance is increased, the amount of change in the capacitance with respect to the moving distance of the movable member 11 can be increased, the S / N ratio can be improved, and the detection accuracy can be improved. It works.
  • a plurality of fixed electrodes 15 and movable electrodes 13 are used to form a plurality of capacitors C, but the present invention is not limited to this, and the number and connections of the capacitors C to be formed are not limited to this.
  • the form can be appropriately designed.
  • the fixed electrode 15 and the movable electrode 13 may be one by one.
  • the form can be appropriately designed. It is possible.
  • the movable electrode 13 and the second terminal T2 are conducted by an urging member 14 using a conductive compression coil spring, but the present invention is not limited to this.
  • the movable electrode 13 and the second terminal T2 can be made conductive, they may be connected by another member made of a conductive material.
  • the movable electrode 13 and the second terminal T2 may be connected by an urging member 14 such as a conductive leaf spring, and further, a sliding material formed of a conductive material may be used. It may be connected by a member such as a contact or a lead wire to make it conductive.
  • a mode applied to a key input device for mainly inputting characters such as a keyboard KB has been shown, but the present invention is not limited to this.
  • it can be applied to a key input device dedicated to number keys such as a numeric keypad, and other various key input devices such as various switches used for electronic devices other than computers, for example, a dedicated game machine.
  • It can also be applied to a notebook PC in which a keyboard KB and a computer are integrated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Input From Keyboards Or The Like (AREA)

Abstract

アナログスイッチ等の様々なスイッチとして適用可能なスイッチ装置及びキー入力装置を提供する。　キーボード等のキー入力装置が備えるキースイッチ１等のスイッチ装置は、固定部材１０と、押下操作を受けて固定部材１０に対して移動する可動部材１１とを備えている。固定部材１０には固定電極１５が取り付けられており、可動部材１１には可動電極１３が取り付けられている。更に、固定電極１５及び可動電極１３を用いて形成されるコンデンサの静電容量を検出可能な第１端子及び第２端子Ｔ２を備えている。第１端子及び第２端子Ｔ２の間の静電容量は、可動部材１１の移動距離に応じて変化するので、検出した静電容量に基づいて、回路の開閉又はレベルの制御を行うことが可能である。

Description

スイッチ装置及びキー入力装置
　本発明は、固定部材と、押下操作を受けて固定部材に対して移動する可動部材とを備えるスイッチ装置、及びそのようなスイッチ装置を備えるキー入力装置に関する。
　コンピュータ等の電子機器への入力装置として、複数のキースイッチが並べて配置されたキーボードが普及している。特に、昨今では、ｅスポーツと呼ばれるコンピュータゲームの人気の高まりに伴い、様々な特性を有するキーボードが求められてきている。例えば、特許文献１では、押棒が固定接触片と可動接触子との間の電気接触を開閉するスイッチを開示している。
特表平８－５０４０５０号公報
　しかしながら、ｅスポーツ等のキーボードの用途の多様化に伴い、特許文献１に開示しているような機械的な構造及び動作にて導電性の部材の間を接離することで回路を開閉するメカニカルスイッチでは対応し難い特性も求められてきている。例えば、アナログスイッチのように、キースイッチのストローク（移動距離）に対して、出力信号が増大するという特性もその一つである。
　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、アナログスイッチ等の様々なスイッチとして適用可能なスイッチ装置の提供を主たる目的とする。
　また、本発明は、そのようなスイッチ装置を用いたキーボード等のキー入力装置の提供を他の目的とする。
　上記課題を解決するため、本願記載のスイッチ装置（キースイッチ）は、固定部材と、押下操作を受けて前記固定部材に対して移動する可動部材とを備えるスイッチ装置であって、前記固定部材に取り付けられた固定電極と、前記可動部材に取り付けられた可動電極と、前記固定電極及び前記可動電極を用いて形成されるコンデンサの静電容量を検出可能な第１端子及び第２端子とを備えることを特徴とする。
　また、前記スイッチ装置において、前記固定電極及び前記可動電極は、それぞれ電極面を有し、前記固定電極の電極面及び前記可動電極の電極面は、並行に配置され、かつ少なくとも押下操作を受けた場合に対向するようにしてあり、前記第１端子及び前記第２端子から検出される静電容量は、前記可動部材の移動距離に応じて変化することを特徴とする。
　また、前記スイッチ装置において、前記固定電極及び前記可動電極のうち一方の電極は、両面が前記電極面となる板状をなし、前記固定電極及び前記可動電極のうち他方の電極は、前記一方の電極の両電極面に対して両側から対向する複数の電極面を有することを特徴とする。
　また、前記スイッチ装置において、前記固定電極及び前記可動電極の間に配置される誘電体を備えることを特徴とする。
　また、前記スイッチ装置において、前記誘電体は、前記固定部材及び／又は前記可動部材に固定された板状をなすことを特徴とする。
　また、前記スイッチ装置において、前記第１端子は、前記固定電極と導通しており、前記可動電極及び前記第２端子の間は、導電性の部材で接続されていることを特徴とする。
　また、前記スイッチ装置において、前記第１端子は、前記固定電極と導通しており、前記可動部材を、押下操作による移動方向の反対方向へ付勢する導電性の付勢部材を備え、前記付勢部材は、前記可動電極及び前記第２端子の間を接続していることを特徴とする。
　また、前記スイッチ装置において、前記固定電極として、前記第１端子と導通する第１固定電極及び前記第２端子と導通する第２固定電極を備え、前記第１固定電極及び前記可動電極の間で第１コンデンサを形成し、前記第２固定電極及び前記可動電極の間で、第１コンデンサと直列接続となる第２コンデンサを形成することを特徴とする。
　更に、本願記載のキー入力装置（キーボード）は、複数のキースイッチが配置されたキー入力装置であって、前記キースイッチとして、前記スイッチ装置が配置されていることを特徴とする。
　本願記載のスイッチ装置及びキー入力装置は、固定部材に取り付けられた固定電極と、可動部材に取り付けられた可動電極との間の静電容量を検出することが可能である。
　本発明に係るスイッチ装置及びキー入力装置は、固定部材に固定電極が取り付けられ、押下操作を受けて移動する可動部材に可動電極が取り付けられており、固定電極及び可動電極間の静電容量を検出可能である。これにより、本発明は、静電容量から可動部材の移動状況を検出することが可能である。従って、例えば、アナログスイッチ等の様々な特性のスイッチを実現することが可能である等、優れた効果を奏する。
本願記載のキー入力装置を適用したキーボードの外観の一例を示す概略斜視図である。 本願記載のキースイッチの外観の一例を示す概略斜視図である。 本願記載のキースイッチの外観の一例を示す概略斜視図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略分解図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略断面図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略断面図である。 本願記載のキースイッチの回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略分解図である。 本願記載のキースイッチの回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略分解図である 本願記載のキースイッチの回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。
　＜適用例＞
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本願記載のキー入力装置は、例えば、コンピュータ等の電子機器へ文字、数字及び記号の他、各種命令等のデータの入力に用いられるキーボード、更には、コンピュータ及びキーボードを一体化したノート型コンピュータ（以下、ノートＰＣという）等の装置に用いられる。以下では、このようなキーボード、ノートＰＣ等のキー入力装置をキーボードＫＢとして示した図面を用いて実施形態を説明する。
　＜キーボードＫＢ（キー入力装置）＞
　図１は、本願記載のキー入力装置を適用したキーボードＫＢの外観の一例を示す概略斜視図である。キーボードＫＢには、スイッチ装置として、文字キー、数字キー、その他ファンクションキー等の複数のキースイッチ１が並べて配列されている。なお、図１に例示したキーボードＫＢは、一般的なＱＷＥＲＴＹ配列のキーボードＫＢに適用した例を示しているが、コンピュータゲーム専用のキーボードＫＢ、数字キーのみのキーボードＫＢ等、様々なキーボードＫＢに適用することが可能である。また、キーボードＫＢに配列された複数のキースイッチ１の全てに本願記載のキースイッチ１を適用するようにしてもよいが、コンピュータゲームに頻繁に使用される特定のキーのみに本願記載のキースイッチ１を適用するようにしてもよい。
　＜キースイッチ１（スイッチ装置）＞
　次にキーボードＫＢに配設されたキースイッチ１について説明する。本願記載のキーボードＫＢが備えるキースイッチ１は、様々な形態として実現することが可能であり、ここでは、その一例として、第１実施形態乃至第３実施形態を例示して説明する。
　＜第１実施形態＞
　本願記載のキースイッチ１は、押下操作に対して静電容量が変化するスイッチであり、変化した静電容量を検出し、検出した静電容量に基づいて、回路の開閉又はレベルの制御に適用することが可能である。
　　＜構造＞
　先ず、キースイッチ１の構造について説明する。図２及び図３は、本願記載のキースイッチ１の外観の一例を示す概略斜視図である。図２は、斜め上からの視点で示しており、図３は、斜め下からの視点で示している。キースイッチ１は、キーボードＫＢに内蔵された基板に固定される固定部材１０と、上下に移動可能で、使用者の押下操作により下方へ押し込まれる可動部材１１とを備えている。キースイッチ１の上端には、使用者の押下操作を受け付ける被押下部材としてキートップ１２が取り外し可能に取り付けられている。キートップ１２及び可動部材１１は、使用者の押下操作により、固定部材１０に対して移動するが、固定部材１０は、押下操作により移動することはない。また、キースイッチ１の固定部材１０の下面の中央付近には、略円形状の導光口１００が開設されている。更に、固定部材１０の下面には、導光口１００の周囲から第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２が突出している。
　使用者は、キースイッチ１にキートップ１２を取り付けた状態で、キーボードＫＢを操作可能となる。使用者がキーボードＫＢに配設されたキースイッチ１のキートップ１２に触れ、キートップ１２を押下する操作を行うことにより、キースイッチ１から、接続されているパーソナルコンピュータ等の電子機器へキースイッチ１毎の信号が送信される。また、キートップ１２の押下を解除することにより、押下から解放されたキースイッチ１は、上昇して元の位置に復帰する。本願記載のキースイッチ１は、可動部材１１の移動距離（ストローク）に対し、出力信号が増大する単調増加の関係にあるアナログスイッチ等のスイッチとして適用される。
　キースイッチ１の内部構造について説明する。図４は、本願記載のキースイッチ１の一例を示す概略分解図である。図５及び図６は、本願記載のキースイッチ１の一例を示す概略断面図である。図５及び図６は、図２に示すＡ－Ｂを通る垂直面で切断したキースイッチ１の断面であり、内部構成を視認し易くするためキートップ１２を外した状態を例示している。図５は、キースイッチ１が押下操作を受けていない上死点に位置している状態を例示しており、図６は、キースイッチ１が押下操作を受けて可動部材１１が下方へ移動して下死点に位置している状態を示している。キースイッチ１は、前述の固定部材１０、可動部材１１及びキートップ１２の他、可動電極１３、付勢部材１４、固定電極１５、導電部材１６、光学部材１７等の各種部材を備えている。
　固定部材１０は、略直方体状をなす筐体であり、上半体１０ａと下半体１０ｂとを組み合わせて形成されている。固定部材１０の上面には、可動部材１１を挿嵌する略正方形状の挿嵌口１０１が開設されている。固定部材１０の下面には、前述の導光口１００が開設されており、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２が内部から突出している。
　固定部材１０の内底部には、中央付近に略円筒状をなす導光壁１０２が立設されている。導光壁１０２は、円筒の軸方向が上下方向となるように固定部材１０の内底部に立設されている。導光壁１０２の内側は、上面視正方形状をなす貫通孔となっており、固定部材１０の下面の導光口１００に繋がっている。導光壁１０２として形成された円筒内側の貫通孔には、上下方向に長い略四角柱状をなす光学部材１７が挿通されている。光学部材１７は、固定部材１０に開設された導光口１００の内側又はその下方の基板に配設されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光部材（図示せず）から発せられた光を上方へ導く光路となる部材である。光学部材１７は、ポリアクリル等の透明性の高い材料を用いて形成されており、発光部から発せられた光は、光学部材１７内の光路を通って上方のキートップ１２を下方から照射する。キートップ１２の文字部分又は上面全体を半透明の材質で形成することにより、下方から照射された光にてキートップ１２の文字部分又は上面全体が発光するという演出が行われる。
　導光壁１０２及び光学部材１７の周囲には、圧縮コイルバネを用いた付勢部材１４が配置されている。付勢部材１４の下端は、導電部材１６を介して固定部材１０の内底部に取り付けられ、上端は可動部材１１を上方へ押圧している。付勢部材１４の上端には、可動電極１３が取り付けられている。付勢部材１４は、導電性材料を用いて形成されており、上端の可動電極１３と下端の導電部材１６との間を導通している。なお、本願でいう導通しているとは、絶縁体（誘電体）を介さずに、電気抵抗が小さく電気を通しやすい導体にて電気的に接続していることを意味する。部材の性質として「導電」との文言を使用する場合も同様であり、電気抵抗が小さく電気を通しやすい導体として機能することを意味する。
　更に、固定部材１０内の導光壁１０２の周囲には、壁状をなす樹脂製の固定誘電体１０３（誘電体）が内底部から立設されている。固定誘電体１０３は、絶縁体の樹脂にて形成されており、固定電極１５及び可動電極１３の間に介装される誘電体として機能すべく、固定電極１５及び可動電極１３に対応する位置に配置されている。第１実施形態では、導光壁１０２を挟んで、２枚の固定誘電体１０３が、壁面同士を対向するように配置された例を示している。このように、固定誘電体１０３は、固定部材１０に固定された板状をなし、固定電極１５及び可動電極１３の間に介装される誘電体として機能する。
　固定部材１０の内底部において、固定誘電体１０３の外側には、可動電極１３とコンデンサＣ（図７等参照）を形成する固定電極１５が、内底部に圧入された状態で立設されている。固定電極１５は、金属板等の導電性材料を用いて形成されており、板状をなす２枚の固定電極板１５０と、２枚の固定電極板１５０を連結する固定連結部１５１とを備えている。板状をなす２枚の固定電極板１５０は、２枚の固定誘電体１０３の外側の面に当接又は若干の間隙を空けた位置にそれぞれ立設されている。板状をなす固定電極板１５０の両面は、いずれも可動電極１３とコンデンサＣを形成する固定電極面１５００（電極面）となっている。２枚の固定電極板１５０を連結する固定連結部１５１には、前述の第１端子Ｔ１が形成されており、第１端子Ｔ１の下端は、固定部材１０の内底部を貫通して、外部へ突出している。このように、固定部材１０の内部に固定された固定電極１５は、板状をなす２枚の固定電極板１５０を有し、各固定電極板１５０の両面は、可動電極１３とコンデンサＣを形成する固定電極面１５００であり、固定電極１５と第１端子Ｔ１とは、導通している。
　固定部材１０の内底部において、導光壁１０２の周囲には、金属板等の導電性材料を用いて形成された導電部材１６が、内底部に圧入された状態で立設されている。導電部材１６は、固定部材１０の内底部上に配置され、上面に付勢部材１４が載置される水平面部１６０と、下部が固定部材１０の内底部に圧入される垂直面部１６１とを備えている。水平面部１６０は、付勢部材１４が接触する円周に沿って湾曲した弧状に形成されている。垂直面部１６１には、前述の第２端子Ｔ２が形成されており、第２端子Ｔ２の下端は、固定部材１０の内底部を貫通して、外部へ突出している。このように、固定部材１０の内部に固定された導電部材１６を介することにより、付勢部材１４及び第２端子Ｔ２の間が導通する。
　可動部材１１は、上面視略正方形状をなす角筒状の外形をなし、下部は固定部材１０の挿嵌口１０１内に挿嵌されている。可動部材１１の上面側は開放されており、キートップ１２を取付可能な取付部１１０が形成されている。可動部材１１の下部には、対向する二側面から下方へ突出するように、長方形の板状をなす樹脂製の可動誘電体１１１（誘電体）が形成されている。可動誘電体１１１は、絶縁体の樹脂にて形成されており、固定電極１５及び可動電極１３の間に介装される誘電体として機能すべく、固定電極１５及び可動電極１３に対応する位置に配置されている。更に、可動部材１１の下部には、四隅から下方へ向けて突出するように、固定部材１０に対する上下動を案内する柱状の案内部１１２が形成されている。
　可動電極１３は、金属板等の導電性材料を成型した部材であり、圧縮コイルバネを用いた付勢部材１４の上端に取り付けられている。可動電極１３は、板状をなす４枚の可動電極板１３０と、４枚の可動電極板１３０を連結する可動連結部１３１と、可動連結部１３１から延びて付勢部材１４の上端に当接する導通片１３２とを備えている。板状をなす４枚の可動電極板１３０のうちの２枚は、可動部材１１の２枚の可動誘電体１１１の外側の面に当接又は若干の隙間を空けた位置にそれぞれ配置され、他の２枚は、２枚の可動誘電体１１１の内側に隙間を空けた位置にそれぞれ配置されている。板状をなす４枚の可動電極板１３０のうち、可動誘電体１１１の外側に位置する２枚の可動電極板１３０の内側の面は、固定電極１５の固定電極面１５００とコンデンサＣを形成する可動電極面１３００となっている。４枚の可動電極板１３０のうち、可動誘電体１１１の内側に位置する２枚の可動電極板１３０の外側の面は、固定電極１５の固定電極面１５００とコンデンサＣを形成する可動電極面１３００となっている。コンデンサＣを形成する固定電極面１５００と可動電極面１３００とは、対向する面が並行になるように配置されている。４枚の可動電極板１３０は、可動連結部１３１及び導通片１３２を介して付勢部材１４と導通しており、更に、付勢部材１４から導電部材１６を介して第２端子Ｔ２と導通している。また、可動電極１３において、外側に位置する可動電極板１３０と、内側に位置する可動電極板１３０との間には、スリット１３３が開設されている。可動電極１３のスリット１３３に、可動部材１１の可動誘電体１１１を上方から挿嵌することにより、可動電極１３が可動部材１１の下部に取り付けられる。
　図５及び図６に例示するように、キースイッチ１の内部では、外側から、可動電極１３の可動電極板１３０、可動誘電体１１１、固定電極１５の固定電極板１５０、固定誘電体１０３、そして、可動電極１３の可動電極板１３０が配置されている。更に、中央を経て、反対側の外側へ向かって、可動電極１３の可動電極板１３０、固定電極１５の固定誘電体１０３、固定電極板１５０、可動電極１３の可動誘電体１１１、そして可動電極板１３０が配置されている。このような配置により、２枚の固定電極板１５０のうち、一方の固定電極板１５０は、４枚の可動電極板１３０のうち２枚の可動電極板１３０の間に入って、両側の可動電極板１３０との間でコンデンサＣを形成する。他方の固定電極板１５０は、他の２枚の可動電極板１３０の間に入って、両側の可動電極板１３０との間でコンデンサＣを形成する。また、固定誘電体１０３及び可動誘電体１１１は、固定電極板１５０及び可動電極板１３０の間に介装される誘電体として機能する。
　　＜動作＞
　次に、本願記載のスイッチ装置の動作について説明する。前述のように、図５は、キースイッチ１が押下操作を受けていない上死点に位置している状態を例示しており、図６は、キースイッチ１が押下操作を受けて可動部材１１が下方へ移動した下死点に位置している状態を示している。本願記載のキースイッチ１は、２枚の固定電極板１５０のそれぞれ両面に位置する４箇所の固定電極面１５００と、４枚の可動電極板１３０のそれぞれ片面に位置する４箇所の可動電極面１３００との間でコンデンサＣが形成される。形成されるコンデンサＣの静電容量は、下記の式１となるため、対向する電極面の面積に比例する。
　Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ　　・・・式１
　　但し、Ｃ：静電容量
　　　　　ε：誘電率
　　　　　Ｓ：電極の面積
　　　　　ｄ：電極間の距離
　図５に例示するように、可動部材１１が上死点に位置している場合、対向する電極面の面積は０又は小さい状態にあり、図６に例示するように、可動部材１１が下死点に位置している場合、対向する電極面の面積は大きくなる。また、対向する電極面の面積は、可動部材１１の移動距離と略比例関係にあり、可動部材１１の移動距離に応じて静電容量が変化する。キースイッチ１の静電容量は、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の間の静電容量として検出することが可能である。従って、キートップ１２が押下され、可動部材１１が上死点から下死点へ移動する過程で、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の間の静電容量が変化する。第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２にて検出される静電容量に基づき、当該キースイッチ１に係る回路の開閉又はレベルの制御に関する信号が、キーボードＫＢから、パーソナルコンピュータ等の電子機器へ出力される。
　　＜回路構成＞
　次に、本願記載のスイッチ装置の回路構成について説明する。図７は、本願記載のキースイッチ１の回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。固定電極１５に形成された第１端子Ｔ１は、固定電極１５の２枚の固定電極板１５０と導通している。２枚の固定電極板１５０に位置する４箇所の固定電極面１５００は、それぞれ固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して、４枚の可動電極板１３０に位置する４箇所の可動電極面１３００と並列接続された４個のコンデンサＣを形成する。可動電極板１３０が形成された可動電極１３は、可動連結部１３１から延びる導通片１３２にて付勢部材１４の上端に当接し、可動電極１３は付勢部材１４と導通している。付勢部材１４の下端は、導電部材１６に当接し、付勢部材１４は、導電部材１６と導通している。導電部材１６には、第２端子Ｔ２が形成されている。従って、キースイッチ１は、並列接続された４個のコンデンサＣの静電容量を、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の間の静電容量として検出することが可能となる。またコンデンサＣを並列接続した場合、その静電容量は、各コンデンサＣの静電容量の和となるため、可動部材１１の移動距離に対する静電容量の変化量が大きくなり、検出精度を向上させることが可能となる。
　＜第２実施形態＞
　第２実施形態は、第１実施形態において、可動電極１３に形成される可動電極板１３０を２枚とした構成である。なお、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付し、第１実施形態を参照するものとし、詳細な説明を省略する。
　図８は、本願記載のキースイッチ１の一例を示す概略分解図である。第２実施形態に係るキースイッチ１は、固定部材１０、可動部材１１、キートップ１２、可動電極１３、付勢部材１４、固定電極１５、導電部材１６、光学部材１７等の各種部材を備えている。
　可動電極１３は、金属板等の導電性材料を成型した部材であり、圧縮コイルバネを用いた付勢部材１４の上端に取り付けられている。可動電極１３は、板状をなす２枚の可動電極板１３０と、２枚の可動電極板１３０を連結する可動連結部１３１と、可動連結部１３１から延びて付勢部材１４の上端に当接する導通片１３２とを備えている。第１実施形態に係る可動電極１３は、４枚の可動電極板１３０を備えていたが、第２実施形態に係る可動電極１３は、外側の２枚の可動電極板１３０を備えている。２枚の可動電極板１３０の内側の面は、可動電極面１３００となっており、可動部材１１が備える可動誘電体１１１を介して、固定電極１５の固定電極面１５００とコンデンサＣを形成する。また、固定電極１５の固定電極板１５０は、外側に向かう一面側のみが固定電極面１５００となる。なお、可動電極１３は、第１実施形態と異なり、内側の２枚の可動電極板１３０を備えていないため、第１実施形態の固定部材１０に形成されていた固定誘電体１０３は必要ではない。第２実施形態に係るキースイッチ１が備える他の構成及び動作は、第１実施形態と同様である。
　図９は、本願記載のキースイッチ１の回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。固定電極１５に形成された第１端子Ｔ１は、固定電極１５の２枚の固定電極板１５０と導通している。２枚の固定電極板１５０の外側に向かう２箇所の固定電極面１５００は、それぞれ可動誘電体１１１を介して、２枚の可動電極板１３０に位置する２箇所の可動電極面１３００と並列接続されたコンデンサＣを形成する。可動電極板１３０が形成された可動電極１３は、可動連結部１３１から延びる導通片１３２にて付勢部材１４の上端に当接し、可動電極１３は付勢部材１４と導通している。付勢部材１４の下端は、導電部材１６に当接し、付勢部材１４は、導電部材１６と導通している。導電部材１６には、第２端子Ｔ２が形成されている。従って、キースイッチ１は、並列接続された２個のコンデンサＣの静電容量を、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の間の静電容量として検出することが可能となる。
　＜第３実施形態＞
　第３実施形態は、第１実施形態において、付勢部材１４を回路に組み込まず、また、一部のコンデンサＣを直列接続とする形態である。なお、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付し、第１実施形態を参照するものとし、詳細な説明を省略する。
　図１０は、本願記載のキースイッチ１の一例を示す概略分解図である。第３実施形態に係るキースイッチ１は、固定部材１０、可動部材１１、キートップ１２、可動電極１３、付勢部材１４、固定電極１５、光学部材１７等の各種部材を備えている。
　第３実施形態に係るキースイッチ１は、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２が、固定電極１５に形成されており、付勢部材１４が回路に組み込まれていない。従って、第３実施形態に係るキースイッチ１は、第２端子Ｔ２が形成され付勢部材１４と導通する導電部材１６を必要としない。
　固定部材１０の内底部には、金属板等の導電性材料を用いて形成された固定電極１５が、内底部に圧入された状態で立設されている。第３実施形態に係るキースイッチ１において、固定電極１５は、分割された２個の部材として形成されている。一方の固定電極１５となる第１固定電極１５ａは、板状をなす１枚の第１固定電極板１５０ａと、第１固定電極板１５０ａから延びる第１固定連結部１５１ａとを備えている。板状をなす第１固定電極板１５０ａの両面は、いずれも第１固定電極面１５００ａ（電極面）となっている。第１固定電極１５ａの第１固定連結部１５１ａには、第１端子Ｔ１が形成されており、第１端子Ｔ１の下端は、固定部材１０の内底部を貫通して、外部へ突出している。他方の固定電極１５となる第２固定電極１５ｂは、板状をなす１枚の第２固定電極板１５０ｂと、第２固定電極１５ｂから延びる第２固定連結部１５１ｂとを備えている。板状をなす第２固定電極板１５０ｂの両面は、いずれも第２固定電極面１５００ｂ（電極面）となっている。第２固定電極１５ｂの第２固定連結部１５１ｂには、第２端子Ｔ２が形成されており、第２端子Ｔ２の下端は、固定部材１０の内底部を貫通して、外部へ突出している。即ち、第３実施形態において、固定電極１５は、第１端子Ｔ１と導通する第１固定電極板１５０ａと、第２端子Ｔ２と導通する第２固定電極板１５０ｂとを備えている。
　可動電極１３は、金属板等の導電性材料を成型した部材であり、板状をなす４枚の可動電極板１３０と、４枚の可動電極板１３０を連結する可動連結部１３１とを備えている。４枚の可動電極板１３０のうち、２枚の可動電極板１３０の可動電極面１３００は、第１固定電極１５ａから延びる第１固定電極板１５０ａに対して、固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して対向し、それぞれコンデンサＣを形成する。また、４枚の可動電極板１３０のうち、他の２枚の可動電極板１３０の可動電極面１３００は、第２固定電極１５ｂから延びる第２固定電極板１５０ｂに対して、固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して対向し、それぞれコンデンサＣを形成する。なお、説明の便宜上、必要に応じて、第１固定電極板１５０ａとコンデンサＣを形成する２枚の可動電極板１３０及びその一面である可動電極面１３００を、第１可動電極板１３０ａ及び第１可動電極面１３００ａ（電極面）と称する。同様に、第２固定電極板１５０ｂとコンデンサＣを形成する２枚の可動電極板１３０及びその一面である可動電極面１３００を、第２可動電極板１３０ｂ及び第２可動電極面１３００ｂと称する。また、第１固定電極板１５０ａ及び第１可動電極板１３０ａにて形成されるコンデンサＣを第１コンデンサＣ１と称し、第１固定電極板１５０ａ及び第２可動電極板１３０ｂにて形成されるコンデンサＣを第２コンデンサＣ２と称する。第３実施形態に係る可動電極１３は、第１実施形態に係る可動電極１３と略同様であるが、付勢部材１４と導通している必要は無いため、付勢部材１４に当接する導通片１３２を形成する必要は無い。
　図１１は、本願記載のキースイッチ１の回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。第１固定電極１５ａに形成された第１端子Ｔ１は、第１固定電極１５ａの第１固定電極板１５０ａと導通している。第１固定電極板１５０ａに位置する２箇所の第１固定電極面１５００ａは、それぞれ固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して、２枚の第１可動電極板１３０ａにそれぞれ位置する第１可動電極面１３００ａとそれぞれ第１コンデンサＣ１を形成する。第１固定電極板１５０ａ及び２枚の第１可動電極板１３０ａの間で形成する２個の第１コンデンサＣ１は、並列接続された関係にある。第２固定電極板１５０ｂに位置する２箇所の第２固定電極面１５００ｂは、それぞれ固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して、２枚の第２可動電極板１３０ｂにそれぞれ位置する第２可動電極面１３００ｂとそれぞれ第２コンデンサＣ２を形成する。第２固定電極板１５０ｂ及び２枚の第２可動電極板１３０ｂの間で形成する２個の第２コンデンサＣ２は、並列接続された関係にある。また、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２は、可動電極１３の可動連結部１３１を介して直列接続された関係にある。第２固定電極１５ｂには第２端子Ｔ２が形成されている。従って、キースイッチ１は、並列接続された２個の第１コンデンサＣ１と、並列接続された２個の第２コンデンサＣ２とを直列接続したコンデンサＣの静電容量を、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２間の静電容量として検出することが可能となる。
　以上のように、本願記載のキースイッチ１及びキーボードＫＢは、固定部材１０に取り付けられた固定電極１５と、押下操作を受けて移動する可動部材１１に取り付けられた可動電極１３とにより形成されるコンデンサＣの静電容量を検出することが可能である。従って、可動部材１１の移動量に応じて静電容量が変化するので、所定の静電容量値を閾値として設定することにより、回路を開閉するスイッチに適用することが可能である。また、可動部材１１の移動量に応じて静電容量が変化するので、移動量にてレベルを制御することが可能であり、例えば、ｅスポーツ等のコンピュータゲームにおいて、速度を調整するアクセルに対応付けたキースイッチ１として適用することが可能である等、様々な分野に適用することが可能である。本願記載のキースイッチ１は、可動部材１１の移動距離に対して出力信号が増大する単調増加の関係にあるアナログスイッチとしての特性を有しているため、レベル制御用のキースイッチ１に適している。なお、移動距離と出力信号との関係は、傾きが一定の比例関係等の関係が望ましいが、漸次増加する単調増加の関係にあれば傾きは必ずしも一定でなくてもよい。例えば、移動距離と出力信号との関係は、３次関数、対数関数、指数関数等の単調増加の関数として示すことが可能な関数に近似される関係であってもよい。
　また、本願記載のキースイッチ１及びキーボードＫＢは、固定電極１５及び可動電極１３を複数有し、複数のコンデンサＣを形成することが可能であり、しかも複数のコンデンサＣの並列接続、直列接続等の接続形態を適宜設計することが可能である。
　更に、本願記載のキースイッチ１及びキーボードＫＢは、固定誘電体１０３、可動誘電体１１１等の誘電体を介装したコンデンサＣを形成することができるので、誘電体の材料に基づき静電容量を適宜設計することが可能である。
　このように、本願記載のキースイッチ１及びキーボードＫＢは、静電容量等の特性を適宜設計することが可能である。例えば、静電容量を大きくした場合、可動部材１１の移動距離に対する静電容量の変化量を大きくし、Ｓ／Ｎ比を向上させて、検出精度を向上させることが可能となる等、優れた効果を奏する。
　本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　例えば、前記実施形態では、複数の固定電極１５及び可動電極１３を用い、複数のコンデンサＣを形成する形態を示したが、本発明はこれに限るものではなく、形成するコンデンサＣの数及び接続形態は適宜設計することが可能である。例えば、固定電極１５及び可動電極１３を１枚ずつとしてもよい。また、固定電極１５側の固定電極板１５０を４枚とし、可動電極１３側の可動電極板１３０を２枚とする等、４個のコンデンサＣであっても、その形態は適宜設計することが可能である。
　また、例えば、前記実施形態では、可動電極１３と第２端子Ｔ２との間を導電性の圧縮コイルバネを用いた付勢部材１４で導通させる形態を示したが、本発明はこれに限らず、可動電極１３及び第２端子Ｔ２の間を導通させることができるのであれば、導電性材料で形成された他の部材で接続するようにしてもよい。具体的には、可動電極１３及び第２端子Ｔ２の間を、導電性の板バネ等の付勢部材１４で接続するようにしてもよく、更には、導電性の材料で形成された摺動接点、リード線等の部材で接続し、導通させるようにしてもよい。
　また、例えば、前記実施形態では、キーボードＫＢ等の主として文字を入力するキー入力装置に適用する形態を示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、テンキー等の数字キー専用のキー入力装置、その他、コンピュータ以外の電子機器、例えば、ゲーム専用機に対して用いられる各種スイッチ等の様々なキー入力装置に適用することが可能である。また、キーボードＫＢとコンピュータとが一体化したノートＰＣに適用することも可能である。
　ＫＢ　　　　キーボード（キー入力装置）
　　１　　　　キースイッチ（スイッチ装置）
　　１０　　　固定部材
　　１０３　　固定誘電体（誘電体）
　　１１　　　可動部材
　　１１１　　可動誘電体（誘電体）
　　１２　　　キートップ
　　１３　　　可動電極
　　１３０　　可動電極板
　　１３０ａ　第１可動電極板
　　１３０ｂ　第２可動電極板
　　１３００　可動電極面（電極面）
　　１３００ａ　第１可動電極面（電極面）
　　１３００ｂ　第２可動電極面（電極面）
　　１３１　　可動連結部
　　１３２　　導通片
　　１４　　　付勢部材
　　１５　　　固定電極
　　１５ａ　　第１固定電極
　　１５ｂ　　第２固定電極
　　１５０　　固定電極板
　　１５０ａ　第１固定電極板
　　１５０ｂ　第２固定電極板
　　１５００　固定電極面（電極面）
　　１５００ａ　第１固定電極面（電極面）
　　１５００ｂ　第２固定電極面（電極面）
　　１５１　　固定連結部
　　１５１ａ　第１固定連結部
　　１５１ｂ　第２固定連結部
　　１６　　　導電部材
　　１７　　　光学部材
　　Ｃ　　　コンデンサ
　　Ｃ１　　第１コンデンサ
　　Ｃ２　　第２コンデンサ
　　Ｔ１　　　第１端子
　　Ｔ２　　　第２端子

Claims (9)

  1. 　固定部材と、押下操作を受けて前記固定部材に対して移動する可動部材とを備えるスイッチ装置であって、
    　前記固定部材に取り付けられた固定電極と、
    　前記可動部材に取り付けられた可動電極と、
    　前記固定電極及び前記可動電極を用いて形成されるコンデンサの静電容量を検出可能な第１端子及び第２端子と
    　を備えることを特徴とするスイッチ装置。
  2. 　請求項１に記載のスイッチ装置であって、
    　前記固定電極及び前記可動電極は、それぞれ電極面を有し、
    　前記固定電極の電極面及び前記可動電極の電極面は、
    　並行に配置され、かつ少なくとも押下操作を受けた場合に対向するようにしてあり、
    　前記第１端子及び前記第２端子から検出される静電容量は、前記可動部材の移動距離に応じて変化する
    　ことを特徴とするスイッチ装置。
  3. 　請求項２に記載のスイッチ装置であって、
    　前記固定電極及び前記可動電極のうち一方の電極は、両面が前記電極面となる板状をなし、
    　前記固定電極及び前記可動電極のうち他方の電極は、前記一方の電極の両電極面に対して両側から対向する複数の電極面を有する
    　ことを特徴とするスイッチ装置。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のスイッチ装置であって、
    　前記固定電極及び前記可動電極の間に配置される誘電体を備える
    　ことを特徴とするスイッチ装置。
  5. 　請求項４に記載のスイッチ装置であって、
    　前記誘電体は、前記固定部材及び／又は前記可動部材に固定された板状をなす
    　ことを特徴とするスイッチ装置。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のスイッチ装置であって、
    　前記第１端子は、前記固定電極と導通しており、
    　前記可動電極及び前記第２端子の間は、導電性の部材で接続されている
    　ことを特徴とするスイッチ装置。
  7. 　請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のスイッチ装置であって、
    　前記第１端子は、前記固定電極と導通しており、
    　前記可動部材を、押下操作による移動方向の反対方向へ付勢する導電性の付勢部材を備え、
    　前記付勢部材は、
    　前記可動電極及び前記第２端子の間を接続している
    　ことを特徴とするスイッチ装置。
  8. 　請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のスイッチ装置であって、
    　前記固定電極として、前記第１端子と導通する第１固定電極及び前記第２端子と導通する第２固定電極を備え、
    　前記第１固定電極及び前記可動電極の間で第１コンデンサを形成し、
    　前記第２固定電極及び前記可動電極の間で、第１コンデンサと直列接続となる第２コンデンサを形成する
    　ことを特徴とするスイッチ装置。
  9. 　複数のキースイッチが配置されたキー入力装置であって、
    　前記キースイッチとして、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のスイッチ装置が配置されている
    　ことを特徴とするキー入力装置。
PCT/JP2021/005200 2020-03-03 2021-02-12 スイッチ装置及びキー入力装置 WO2021176993A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-036099 2020-03-03
JP2020036099A JP2021140901A (ja) 2020-03-03 2020-03-03 スイッチ装置及びキー入力装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021176993A1 true WO2021176993A1 (ja) 2021-09-10

Family

ID=77613378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/005200 WO2021176993A1 (ja) 2020-03-03 2021-02-12 スイッチ装置及びキー入力装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2021140901A (ja)
WO (1) WO2021176993A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022105875A1 (zh) * 2020-11-20 2022-05-27 深圳市力驰创新科技有限公司 输入装置、输入方法及键盘

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5767241A (en) * 1980-10-15 1982-04-23 Hitachi Ltd Input switch
JP2004045243A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Nitta Ind Corp 静電容量式センサ
JP2007173068A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Tokai Rika Co Ltd スイッチ装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5767241A (en) * 1980-10-15 1982-04-23 Hitachi Ltd Input switch
JP2004045243A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Nitta Ind Corp 静電容量式センサ
JP2007173068A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Tokai Rika Co Ltd スイッチ装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022105875A1 (zh) * 2020-11-20 2022-05-27 深圳市力驰创新科技有限公司 输入装置、输入方法及键盘

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021140901A (ja) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4880299B2 (ja) 実体化したボタン機能付静電容量式タッチパネル
US10715141B2 (en) Capacitive keyboard keys which translate pressing input into output response speed
US10795447B2 (en) Keyswitch with adjustable tactile feedback
US7978175B2 (en) Magnetic re-centering mechanism for a capacitive input device
US4584444A (en) Keyboard switch
US20100328234A1 (en) Touchpad
EP2302486A2 (en) Keyboard
US11557444B2 (en) Keyboard key switches
WO2021176993A1 (ja) スイッチ装置及びキー入力装置
TW202001960A (zh) 按鍵結構
CN108305806A (zh) 按键及其按键开关
US11670465B2 (en) Key structure
NL2021672B9 (en) Mechanical computer keyboard with analog input
EP3611600B1 (en) Keyboard
CN111354592B (zh) 键盘
CN205681393U (zh) 电容感应按键开关及采用所述按键开关的键盘
JP6496198B2 (ja) 入力装置
US4482932A (en) Keyboard switch
CN110879664B (zh) 键盘
JP2002149337A (ja) ポインティングデバイス
CN109390177B (zh) 具有按压段落感的薄型按键
CN209981071U (zh) 一种超薄笔记本光学键盘
US11621710B2 (en) Capacitance switch
CN211557246U (zh) 触摸按键
EP2937998A1 (en) Providing capacitive sensing to a push button

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21764253

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21764253

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1