JP2003031077A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】多段多方向キー及びこれを用いた多段多方向キースイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】硬質樹脂製のキートップと、表面に前記キートップを搭載するゴム状弾性体からなるキーベースと、前記キーベースのキートップ搭載部分裏面から垂直下方にキーベースと同一材料で形成される複数のスイッチ押圧突起と、を備える多方向キーにおいて、
前記キートップの中央直下と、キートップ面内においてキートップ中心を囲む複数の同心円とキートップ傾斜方向半径とが作る各交点に、それぞれ前記スイッチ押圧突起が設けられ、かつ、キートップの各傾斜方向における前記スイッチ押圧突起の長さが、前記同心円毎に互いに異なることを特徴とする、多段多方向キー。
【請求項２】請求項１記載の多段多方向キーにおける前記キーベースの裏面から所定距離を隔てて、前記各スイッチ押圧突起と向き合う位置にそれぞれスイッチ要素を配置してなる、多段多方向キースイッチ。
【請求項３】前記スイッチ要素が、薄い金属製皿ばねの変形を利用して基板上に設けた固定接点を導通／開放するメタルドーム・スイッチ、又は前記スイッチ押圧突起先端に設けた金属片又は導電性インクで描いた線を前記固定接点に接触させて導通／開放する接触式スイッチ、のいずれか一方あるいは双方を含む、請求項２記載の多段多方向キースイッチ。
【請求項４】さらに計時回路を備え、キートップ傾斜方向にある各スイッチ要素が押されて導通状態になった時点を検出することにより、キーを傾斜させる操作のスピードを検出することを特徴とする請求項２記載の多段多方向キースイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話等の電子機器においてスクロールキーやナビゲーションボタンとして用いられる多方向キースイッチ、及びその押釦機構である多方向キーの新たな構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
「多方向キースイッチ」は、垂直方向へのキー押下に加えて、前後あるいは左右へのキーの傾斜によっても、スイッチ要素をオン−オフさせることができ、単一のキーにより複のスイッチ要素を別々に動作させる複合スイッチである。その複数のスイッチ要素のそれぞれに特定の機能を割り当てておけば、複数機能からの選択と決定のような操作を指先ひとつでスピーディに行うことができる。
【０００３】
「多方向キー」は多方向キースイッチ操作用の押釦機構である。多方向キーは多数のキーの集合体である「キーシート」と呼ばれる部品の一部分であって、多数のスイッチ要素を表面に配置した印刷回路基板等と組み合わせられて、キーシート及び印刷回路基板の当該部分に「多方向キースイッチ」を作り出す。
【０００４】
多方向キーは、直接指で操作する部分である「キートップ」と、キートップを所定の位置に保持しつつキートップの動きをスイッチ要素に伝える柔軟な「キーベース」とから構成され、キーベースの下面には、キートップの中央直下及びキーの各傾斜方向に各１個づつの、スイッチ押圧突起（いわゆる「押し子」）が形成される。
【０００５】
この多方向キーと組み合わせられる印刷回路基板等はキーベースの下面に接して設けられ、基板表面の、上記スイッチ押圧突起先端に対向するそれぞれの位置にスイッチ要素が配置される。なお、これらのスイッチ要素は、動作時の手応えが指先に感じられるように、クリック感と呼ばれる微振動がキートップに伝わるものであることが望ましい。
【０００６】
一方、上記のものとは異なる動作原理に基づく多方向キーがあり、アナログ入力タイプなどと呼ばれる。例えば、キーの動きを静電容量の変化として検出するものである。この種の多方向キーは、キーの動きをオン／オフの２値でなく連続変数として捉え、また、前後・左右だけでなく任意の方向への傾斜を捉えることができる。このような特性に着目して、ゲーム機用のジョイスティックキーなどに用いられる。しかしその構造上、金属製ドームのような要素を付加してクリック感を出すことができず、携帯電話機等に適するとはいえない。なお、このアナログ入力タイプに対比して、スイッチ要素を用いるものを「有接点多方向キー（スイッチ）」などと呼ぶ場合がある。
【０００７】
従来の有接点多方向キースイッチでは、キーの各傾斜方向にスイッチ要素が１個しかないため、その方向での［０，１］を変域とする２値信号しか入力できない。また、キーをゆっくり傾けても急速に傾けてもその結果に違いがなく、キーを傾けるスピードを信号として利用できない。他方、アナログ入力タイプにはそのような制約はないが、上述の通り携帯電話機等には向いていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明における課題は、有接点多方向キースイッチを改良して、キーの傾斜操作による多値信号の入力を可能にすること、及びその目的に適合する多方向キーの構造を提案することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、硬質樹脂製のキートップと、表面にキートップを搭載するゴム状弾性体からなるキーベースと、キーベースのキートップ搭載部分裏面から垂直下方にキーベースと同一材料で形成される複数のスイッチ押圧突起とを備える多方向キーにおいて、キートップの中央直下と、キートップ面内においてキートップ中心を囲む複数の同心円とキートップ傾斜方向半径とが作る各交点に、それぞれスイッチ押圧突起を設け、キートップの各傾斜方向におけるスイッチ押圧突起の長さを、上記同心円毎に互いに異ならせることにより達成される。
【００１０】
本願発明に係る多段多方向キーの構造的特徴は、一つのキートップ傾斜方向に複数（つまり、多段）のスイッチ押圧突起を備え、かつ、各突起の長さが上記の同心円毎に互いに異なる点にある。しかも、各突起はキーベースと同じ柔軟なゴム状弾性体から形成されている。なお、この多段多方向キーと組み合わせられるスイッチ要素は、キーベースの下方に平行に置かれた印刷回路基板面に配置されているものとする。
【００１１】
上記のように構成される多段多方向キーにおいて、キーを傾斜させると、最初にその傾斜方向における最も長いスイッチ押圧突起が対応するスイッチ要素を押すが、他のスイッチ押圧突起は短いのでその先端が対応するスイッチ要素に届かない。しかし、キーの傾斜をさらに強めると、先に接触を果たしたスイッチ押圧突起が弾性変形を起こして潰れ、その次に長い突起が対応するスイッチ要素を押すようになる。したがって、キーを傾ける力の大小によってオンされるスイッチ要素の個数が異なり、その個数は［０，１，…，ｎ］を変域とする多値変数であるから、これにより多値信号が入力されることになる。ここにｎは、あるキートップ傾斜方向における上記のスイッチ押圧突起（とスイッチ要素）の数である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本願発明の好適な実施形態を挙げる。その第１は、キーを傾斜させるスピードの検出に関する。すなわち、本願発明に係る多段多方向キーを用いる多段多方向キースイッチにおいて、キーの傾斜を次第に強めて行くと、１つのスイッチ列中のスイッチ要素が時間差をおいて次々にオンされるから、これら各スイッチ要素がオンされる時間間隔を計測することにより、キーを傾斜させるスピードを検出することができる。そしてこのスピードは、第１のスイッチ要素と第２のスイッチ要素の間、第２のスイッチ要素と第３のスイッチ要素の間、… についてそれぞれ定義されるから、それらは個々のスイッチ要素のオン−オフとは独立な、１個又は数個のアナログ信号を与える。このスピードの検出は、本願発明外の簡単な計時回路を用いて容易に行うことができる。
【００１３】
第２の実施形態は、本願発明の多段多方向キーと組み合わせて使用するスイッチ要素の形式に関する。すなわち、メタルドームスイッチ又は接触式スイッチのどちらか又は双方を用いる。前者は薄い金属製皿ばね（メタルドーム）の反転変形を利用して基板上に設けた固定接点を導通／開放させるものであり、後者はスイッチ押圧突起の先端に設けた金属片又は導電性インクで描いた線を同様の固定接点に接触させて導通／開放させるものである。
【００１４】
メタルドームスイッチの特色はその動作がクリック感を伴うことである。しかし、メタルドームの直径が４〜５ｍｍと大きく、あまり狭い間隔で配列することができない。これに対して、接触式スイッチはメタルドームスイッチよりも狭い間隔で配列することができるが、その動作はクリック感を伴わない。したがって、これらを適宜混用することが望ましい。例えば１つの直線上に複数のスイッチ要素を配列する場合、そのスイッチ列中の少なくとも１個はメタルドームスイッチを用い、他は接触式スイッチとするのが良い。
【００１５】
【実施例】
以下に、本願発明の好適な実施例について、添付の図１〜図４を参照しつつ説明する。各図に共通に、参照符号１はキートップ、２は上面にキートップ１を搭載するキーベース、３はキーベース２の下面（キートップ１を搭載する面とは反対側の面）に形成されたスイッチ押圧突起を示す。なお、各スイッチ押圧突起３の下方にはそれぞれの先端に対向してスイッチ要素が配置され、各スイッチ要素はキーベース２の裏面に平行に置かれた１つの面内に配置されている。
【００１６】
図１は従来の５方向キースイッチを示す裏面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）の組である。裏面図（Ａ）は５方向キーの部分（大きい円で囲まれた部分）を含むキーベース２を裏から見た図であり、その中の５個の小円のうち、中央のものは垂直押下用スイッチ押圧突起３を、周囲の４個はそれぞれ前後左右へのキートップ傾斜用スイッチ押圧突起３である。側断面図（Ｂ）は裏面図（Ａ）に記入したＡ−Ａ方向から視た断面を示す。図中の左右の破断線は、表示されたキーベース２の部分が他の部分とつながっていることを表している。キーベース２の上面にキートップ１が載り、下面には中央の垂直押下用突起３の左右にキートップ傾斜用突起３が形成されている。
【００１７】
図２は本願発明に係る多段５方向キースイッチの一例を示す裏面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）の組である。裏面図（Ａ）において、中心部の円は垂直押下用スイッチ押圧突起３、その周囲の同心円と交わる４方向に２個づつ並んだ小円は、それぞれのキートップ傾斜方向における２段階のスイッチ押圧突起３である。側断面図（Ｂ）には、キーベース２の下面に形成されたスイッチ押圧突起３の、それぞれの長さが異なる様子が示されている。図の場合、中心に近い方の突起３が長く、遠い方の突起３が短い。また、印刷回路基板９の上面には、中心と最外周の押圧突起３に対応してそれぞれメタルドームスイッチ４が、中間の第１周には接触式スイッチ５が設けられている。なお、参照符号６及び７は接点及びメタルドーム、参照符号８はスイッチ押圧突起３の先端に設けられた接触片である。
【００１８】
図３及び図４はともに実施例を示す側断面図（見易さのためハッチングを省略）であり、構造の異なる２種類の多段多方向キーを示す。図３に示すスイッチ押圧突起３は外側のものが長く内側のものが短い。図４ではこの関係が逆になっている（つまり、図２のものと同構造）。各図とも、キートップの傾斜を次第に強めた際に側断面図に現れる変化を、左図（Ａ）、右図（Ｂ）として対比して描いている。
【００１９】
図３、図４とも左図（Ａ）はキートップを軽く右方（時計回り）に傾けた場合であり、図３では外側の突起３が、図４では内側の突起３が、黒丸で示す位置でスイッチ要素を押している。上記に対して、図３、図４とも右図（Ｂ）はキートップをさらに深く右方へ傾けた場合である。図３の右図（Ｂ）では外側の突起３に加えてさらに内側の突起３が、図４の右図（Ｂ）では内側の突起３に加えてさらに外側の突起３が、２個の黒丸で示す位置でスイッチ要素を押している。
【００２０】
以上のように、いずれの図の多段多方向キースイッチにおいても、キートップの傾斜を次第に強めて行くと、最初は１個のスイッチ要素がオンになり、次いでもう１個が加わって２個のスイッチ要素がオンになる。したがって、ある方向への１回のキートップ傾斜操作により［０，１，２］を変域とする多値変数信号の入力が行われる。また、その傾斜操作のスピードを検出すれば、さらに１個のアナログ信号入力が付加される。
【００２１】
【発明の効果】
従来の多方向キースイッチでは、ある方向へのキートップ傾斜操作により［０，１］を変域とする２値変数信号しか入力できなかったのに対して、本願請求項１の発明に係る多段多方向キーを用いる多段多方向キースイッチ（本願請求項２の発明）では、１回のキートップ傾斜操作により、［０，１，…，ｎ］を変域とする多値変数信号の入力が可能になる。ここに、ｎはあるキートップ傾斜方向におけるスイッチ押圧突起とその先端に配置されるスイッチ要素の組数である。
【００２２】
本願請求項３の発明によれば、多段多方向キースイッチ中のスイッチ要素としてメタルドームスイッチを含ませることができるので、キートップの傾斜操作に際して確実なクリック感が得られる。
【００２３】
本願請求項４の発明によれば、キーを傾斜させる操作のスピードに関する情報が得られるので、スイッチ要素のオン・オフに関する信号の入力に加えて、さらにもう１個のアナログ信号入力を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の５方向キーを示す裏面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）の組である。
【図２】本願発明に係る多段５方向キーの一例を示す裏面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）の組である。
【図３】実施例に係る２段５方向キーにおける浅い傾斜時の側断面図（Ａ）と深い傾斜時の側断面図（Ｂ）の組である。
【図４】他の実施例に係る２段５方向キーにおける浅い傾斜時の側断面図（Ａ）と深い傾斜時の側断面図（Ｂ）の組である。
【符号の説明】
１…キートップ
２…キーベース
３…スイッチ押圧突起
４…メタルドームスイッチ
５…接触式スイッチ
６…接点
７…メタルドーム
８…接触片
９…回路基板

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