JP2018129208A - キースイッチ及びキーボード - Google Patents

Abstract

【課題】故障による不具合や危険を防止可能なキースイッチ及びキーボードを提供する。【解決手段】操作面を有するキートップと、前記キートップを昇降可能に支持する支持機構と、第１スイッチを有するメンブレンシートと、前記キートップの下方に配置された磁気センサと、キートップの昇降と連動して昇降するように設けられた磁石とを備える第２スイッチと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、キースイッチ及びキーボードに関する。

産業用機械の操作盤等には、情報を入力するためにキースイッチ、または複数のキースイッチを備えるキーボードが使用されている。キートップが押下されると、キートップに対応するキー入力信号が装置本体に送信される。キーボードは、産業用機械の操作盤の他に店舗のＰＯＳ（Point of Sales）システム、パーソナルコンピュータ等にも使用されている。

こうしたキースイッチとして、メンブレン方式や皿ばねなどのメカニカル方式によるスイッチ部が形成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−７１９６５号公報

特許文献１のキースイッチはスイッチ部を１つしか有していない。そのため、スイッチ部が摩耗や油や粉塵の混入により故障した場合、キースイッチが使用不可能になってしまう。特に、キースイッチが産業用機械の操作盤等に使用されている場合、機械本体の始動や緊急停止を司るキースイッチが故障すると、機械本体の誤動作や破損などの不具合が発生する。また、機械本体を停止できないことにより、周辺領域が危険に晒される虞がある。

本発明は、上記課題に鑑み、故障による不具合や危険を防止可能なキースイッチ及びキーボードを提供することにある。

本発明の実施形態の一観点に係るキースイッチは、操作面を有するキートップと、前記キートップを昇降可能に支持する支持機構と、第１スイッチを有するメンブレンシートと、前記キートップの下方に配置された磁気センサと、キートップの昇降と連動して昇降するように設けられた磁石とを備える第２スイッチと、を有する。

開示の技術によれば、故障による不具合や危険を防止可能なキースイッチ及びキーボードを提供できる。

本実施の形態に係るキースイッチの構成を説明する断面図である。 図１のキースイッチが装着されたキーボードの構成図である。 キーボードの内部構成を説明する図である。 本実施の形態に係るキースイッチが産業用機械の操作盤に搭載された例を示す図である。

以下、図面を参照して、実施の形態によるキースイッチおよびキーボードについて説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜キースイッチ１＞
図１は、本実施の形態に係るキースイッチ１の構成を説明する断面図である。図１に示すキースイッチ１は、押下方向（Ｙ２方向）と反対側に操作者が押し下げる操作面２ａを有するキートップ２を備える。キースイッチ１は、キートップ２がパネル４に対して鉛直方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に昇降移動することにより、キースイッチ１の内部に配置されているスイッチ部の接続及び切離しが行われる。

キースイッチ１は、キートップ２を移動可能に支持するギヤリンク機構（支持機構）を備える。ギヤリンク機構は、複数のリンク部材３１，３２を含む。キートップ２は、複数のリンク部材３１，３２を介してパネル４に支持されている。

パネル４の下側には、メンブレンシート５が配置されている。

メンブレンシート５とキートップ２との間には、ラバーカップ６が配置されている。ラバーカップ６は弾性を有し、キートップ２をパネル４から離間する向きに付勢する。パネル４には、ラバーカップ６を支持する孔４ａが形成されている。また、パネル４の表面には枠４１が形成されている。

メンブレンシート５の押下方向側にはプリント配線基板７が配置されている。プリント配線基板７には、その押下方向側に磁気センサ７１が搭載されている。本実施の形態では磁気センサ７１としてホールＩＣを採用しているが、この限りではなくリードスイッチなども使用できる。

キートップ２は箱型に形成され、ラバーカップ６を押圧する押圧部２ｂを有する。押圧部２ｂは、キートップ２の内側の中央に配置されている。キートップ２は更に、端部を切り欠いた挿入部２ｃを有する。

リンク部材３１、３２は、一方の端部に摺動軸３１ａ、３２ａを有し、他方の端部に回動軸３１ｂ，３２ｂを有する。摺動軸３１ａ，３２ａはパネル４の枠４１に挿入され、パネル４の表面に沿って水平方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に摺動可能に支持されている。回動軸３１ｂ，３２ｂは挿入部２ｃに回動可能に支持されている。図１Ｂは、リンク部材３１，３２と挿入部２ｃとの関係を説明する部分拡大図である。

リンク部材３１，３２は、互いに係合する係合部として作用する歯部３１ｃ、３２ｃを有する。

図１に示すキースイッチ１では、操作者によりキートップ２が押圧されると、Ｙ２方向へキートップ２がパネル４に向かって移動する。このとき、リンク部材３１，３２の回動軸３１ｂ，３２ｂがキートップ２に押圧されて、リンク部材３１，３２が駆動される。リンク部材３１，３２が駆動されるときには、摺動軸３１ａ，３２ａが枠４１の内部でＸ１方向、Ｘ２方向にそれぞれ摺動する。

リンク部材３１の歯部３１ｃとリンク部材３２の歯部３２ｃとが係合しているために、リンク部材３１，３２の一方が駆動されると係合部を介して他方も駆動される。たとえば、キートップ２が傾斜する方向に押圧された場合においても、歯部３１ｃおよび歯部３２ｃが噛み合っているために、リンク部材３１，３２は連動する。このために、キートップ２は、Ｙ２方向に、パネル４の表面にほぼ垂直な方向に移動する。

ラバーカップ６は変形可能な材質により形成されている。ラバーカップ６はキートップ２に当接する円環状の当接部６ａを有する。当接部６ａは、キートップ２の押圧部２ｂに押圧される。ラバーカップ６は、当接部６ａが押圧されたときに座屈変形し、メンブレンシート５と接触し後述するメンブレンシート５の第１スイッチを押圧する。

メンブレンシート５は、上側層５１と、下側層５２と、上側層５１と下側層５２との間に隙間を形成するスペーサ５３とを含む。

上側層５１には電気接点５１Ａが設けられ、下側層５２は電気接点５２Ａが設けられており、電気接点５１Ａと５２Ａとが接触することで電気接点同士が導通状態となる。本実施の形態において、電気接点５１Ａと５２Ａとが第１スイッチとしてのスイッチＳ１を構成する。

スイッチＳ１は、ラバーカップ６がキートップ２に押圧されてメンブレンシート５を押圧し電気接点５１Ａと５２Ａとが接触するとＯＮとなり、ＯＮ信号を出力する。またスイッチＳ１は、電気接点５１Ａと５２Ａとが離れるとＯＦＦとなり、ＯＦＦ信号を出力する。上記の通り、スイッチＳ１は接触方式のスイッチである。

キースイッチ１は、スイッチＳ１の他に第２スイッチを有している。

キートップ２の押圧部２ｂ内には、磁石２１が内在する空間が形成されている。磁石２１は、キートップ２の移動に伴ってＹ１−Ｙ２方向に移動する。磁石２１とプリント配線基板７に搭載された磁気センサ７１は、第２スイッチとしてのスイッチＳ２を構成する。

スイッチＳ２において、磁石２１がキートップ２の押下移動に伴って磁気センサ７１に近接すると、磁気センサ７１からの出力信号は磁束密度の増加に対応して変化する。スイッチＳ２は、スイッチＳ１がＯＮとなる位置に磁石２１が近接したときに、キースイッチがオンとなったことを示すＯＮ信号を磁気センサ７１から出力する。またスイッチＳ２は、磁石２１が磁気センサ７１から離間してスイッチＳ１がスイッチＯＦＦとなる位置に磁石２１が移動すると、磁束密度が減少して磁気センサ７１からの出力信号が変化し、磁束密度が一定以下となると、キースイッチがオフとなったことを示すＯＦＦ信号を出力する。上記の通り、スイッチＳ２は非接触方式のスイッチである。

上記したように、キースイッチ１は２つのスイッチを有する。そのため、操作者がキートップ２を押圧すると、ラバーカップ６がスイッチＳ１を押圧してスイッチＳ１がＯＮ信号を出力すると共に、磁石２１が磁気センサ７１と近接することでスイッチＳ２が磁力を感知してＯＮ信号を出力する。つまり、１回の押下操作で２つの出力信号が出力される。したがって、本実施の形態のキースイッチ１は、スイッチＳ１とスイッチＳ２のうちのいずれか一方が故障しても他方のスイッチを用いて信号を出力できるため、キースイッチ１を使用し続けることができる。

また本実施の形態のキースイッチ１は、スイッチＳ１とスイッチＳ２をそれぞれ異なる方式のスイッチ部としたので、故障に対するリスクを分散することができる。即ち、接触方式のスイッチＳ１は、電気接点５１Ａと５２Ａとの間にゴミや埃が侵入すると接触不良を起こす可能性がある。しかし、スイッチＳ２は非接触方式であるため、ゴミや埃などの影響を殆ど受けない。一方、スイッチＳ２を構成する磁気センサ７１は電子部品のため、静電気や外気温の変化によって破損したり誤操作する可能性があるが、スイッチＳ１はこうした影響を受けない。したがって、異なる方式の２種類のスイッチを用いることにより、故障するリスクを分散させ、かつ故障による不具合を防止できる。

なお、スイッチＳ１は従来のキースイッチに搭載されているスイッチを用いることができる。また、スイッチＳ２は、磁石２１をキートップ２の空間内に配置し、磁気センサ７１をプリント配線基板７に配置する構成である。そのためキースイッチ１の内部構成に大きな変更を加える必要が無く、経済的で汎用性に富む。

＜キーボード＞
次に、図２、図３を参照しながら、キースイッチ１を搭載したキーボードについて説明する。図２は、図１のキースイッチが装着されたキーボードの構成図である。図３は、キーボードの内部構成を説明する図である。

図２ではパーソナルコンピュータに接続されるキーボードの例を示すが、本実施の形態のキースイッチはこの限りではなく、工作機などの産業用機械の操作盤などに使用されるキーボードにも適用可能である。

図２、図３に示すキーボード８は、図１に示すキースイッチ１が複数配列され、各キーに対応した孔８ａが形成されている。図２では、孔８ａはその上に配置されるキートップ２よりも大きい。

メンブレンシート５及びパネル４は、キーボード８に含まれる全てのキースイッチ１に対して共通する大判のメンブレンシート及びパネルとして形成されている。キートップ２、リンク部材３１、３２は、キースイッチ１毎に別々に設けられている。また、図３に示したように、キーボード８のプリント配線基板７は各キースイッチ１に共通であり、それぞれのキースイッチ１と対応する位置に磁気センサ７１が配置されている。またプリント配線基板７には、メンブレンシートを接続し、メンブレンシートからの信号をプリント配線基板７に取り込むためのメンブレンコネクタ７３が配置されている。

プリント配線基板７には、情報処理部としてのマイコン７２が配置されている。マイコン７２には、スイッチＳ１及びスイッチＳ２からの出力信号が入力する。マイコン７２は、スイッチＳ１及びスイッチＳ２から出力信号が入力すると、どのキーが押されたか又はどのキーを離したかを特定するキー特定情報を生成し、キー特定情報を外部機器へ出力する機能を有する。キー特定情報は、検知信号情報に該当する。

外部機器とは、例えばパーソナルコンピュータや産業用機器などの、キーボードによるキー入力により機器を動作させる機能を有する本体機器を指す。

外部機器への出力手段としては大きく分けて有線と無線があるが、マイコン７２はいずれか一方又は両方で信号を外部機器に出力することが可能である。本実施の形態のマイコン７２は、有線インタフェースＵＩ／Ｆと無線インターフェースＭＩ／Ｆを有し、キー特定情報を有線又は無線に対応した信号に変換して出力する。

有線とは、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの有線インタフェース全般を指し、無線とは例えばBluetooth（登録商標）等の無線インタフェース全般を指す。

マイコン７２は、スイッチＳ１及びスイッチＳ２のうちいずれか一方からＯＮ信号又はＯＦＦ信号を取得すると、取得した信号に対応するキー特定情報を有線インタフェースＵＩ／Ｆを介して外部機器へ出力する（第１出力条件）。また、マイコン７２は、スイッチＳ１及びスイッチＳ２のうちいずれか一方からＯＮ信号又はＯＦＦ信号を取得すると、キー特定情報を無線インタフェースＭＩ／Ｆを介して外部機器へ出力する（第３出力条件）。したがって本実施の形態のキーボード８は、キースイッチ１のスイッチＳ１とスイッチＳ２のうちいずれか一方が故障しても使用し続けることができる。

また、マイコン７２は、スイッチＳ１及びスイッチＳ２の両方からＯＮ信号又はＯＦＦ信号を取得すると、キー特定情報を有線インタフェースＵＩ／Ｆを介して外部機器へ出力する（第２出力条件）とともに、キー特定情報を無線インタフェースＭＩ／Ｆを介して外部機器へ出力する（第４出力条件）。したがって本実施の形態のキーボード８は、スイッチＳ１とスイッチＳ２のどちらかがノイズなどで信号ラインが疑似的にＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態になったとしても、両方のスイッチからの出力信号が同じでないとＯＮ又はＯＦＦとは判断しないため、重要な動作に拘るキーに本実施形態のキースイッチ１を適用することで本体機器の誤動作を防止できる。

特に、本実施の形態を図４に示す産業用機械Ｋの操作盤８'で実施する場合、スイッチＳ１とスイッチＳ２との双方から同じ信号が出力された場合にキー特定情報を外部機器に出力するようにすることで、産業機械Ｋの誤動作などの不具合や危険を防止できる。

なお、マイコン７２は、外部機器へ出力する際の出力条件として第１出力条件〜第４出力条件を選択的に設定可能な構成とされている。これは、マイコン７２内に予め第１出力条件〜第４出力条件を記憶しておき、ディップスイッチなどにより適切な出力条件に切替えて設定する構成で実現できる。また、マイコン７２は、設定する出力条件をキースイッチ１毎にそれぞれ別個に設定可能である。

したがって、電源キーやスタートキーなど誤動作でＯＮとなることが許されないキーには第２、第４出力条件を設定して、スイッチＳ１とスイッチＳ２の両方ともがＯＮ信号を出力した場合のみ検知信号情報を外部へ出力させる。また、緊急停止キーや文字キーなど押下時には速やかに機能して欲しいキーなどには第１、第３出力条件を設定して、スイッチＳ１とスイッチＳ２のいずれか一方がＯＮ信号を出力したら直ちに検知信号情報を外部へ出力させる。

本実施の形態のキーボード８は、キーの種類やキーボードを組み込む本体機器の用途に合わせて各キーの出力条件を変えることで、誤動作やスイッチ部の故障による不具合を効果的に防止できる。

また、本実施の形態のキーボードを図４に示す工作機などの産業用機械Ｋの操作盤８'として実施する場合、事務所環境に比べて電波ノイズが多く、無線では正しく通信できないことがあるため、スイッチＳ１とスイッチＳ２からの出力信号は有線で外部に出力することが好ましい。

図３には、プリント配線基板７上にマイコン７２とメンブレンコネクタ７３の両方を配置した例を示したが、キーボードが接続される本体機器に合わせていずれか一方のみを搭載する構成であってもよい。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。例えば、図１に示したキースイッチ１は、スイッチ部Ｓ１とスイッチ部Ｓ２が同軸上に配置されているが、スイッチ部Ｓ１とスイッチ部Ｓ２は異なる軸上に配置されるようにしてもよい。

１ キースイッチ
２ キートップ
２１ 磁石
４ パネル
５ メンブレンシート
７ プリント配線基板
７１ 磁気センサ
７２ マイコン
７３ メンブレンコネクタ
８ キーボード

Claims (4)

1. 操作面を有するキートップと、
   前記キートップを昇降可能に支持する支持機構と、
   第１スイッチを有するメンブレンシートと、
   前記キートップの下方に配置された磁気センサと、キートップの昇降と連動して昇降するように設けられた磁石とを備える第２スイッチと、
   を有することを特徴とするキースイッチ。
2. 請求項１のキースイッチが複数配置されていることを特徴とするキーボード。
3. 前記第１スイッチ及び前記第２スイッチからの出力信号を取得する情報処理部を更に有し、
   前記情報処理部は、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうちいずれか一方からの出力信号を取得すると、取得した前記出力信号に係る検知信号情報を外部機器へ出力することを特徴とする請求項２に記載のキーボード。
4. 前記情報処理部は、
   前記外部機器へ出力する際の出力条件を切替え可能に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のキーボード。

Images