JP5595124B2 - キースイッチ装置およびキーボード - Google Patents

Description

本発明は、キースイッチ装置およびキーボードに関する。

シート状のメンブレンスイッチを有するキーボード等において、キートップの打鍵操作によりドーム状のラバー部材を弾性変形させて、ラバー部材の頂部中央に設けた凸状の押圧部によりメンブレンスイッチを押圧し、スイッチの接点部を閉成するようにしたキースイッチ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この種のキースイッチ装置では、ラバー部材が座屈式に弾性変形することで、キートップの押下変位量に非線形対応する弾性付勢力がキートップに作用し、それによりクリック感を伴う独特の打鍵操作性が得られる。

特開２０００−３４７７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、ラバー部材の頂部中央に押圧部を設けているため、押圧部がメンブレンスイッチに接触した後にさらにキートップの押し下げ力を増加させると接点部が閉成することとなり、良好なタイミングで接点部を開閉することが難しい。

本発明によるキースイッチ装置は、下方に押圧操作される操作部材と、操作部材の下方に配置されたメンブレンスイッチと、操作部材の押圧操作により弾性座屈変形し、操作部材に対して弾性座屈変形に応じた反発力を付与する弾性部材と、操作部材に対して相対移動可能に設けられ、操作部材の操作力とは独立した押圧力をメンブレンスイッチに付加する押圧部材とを備え、操作部材は、押圧部材を保持する保持部を有することを特徴とする。
また、本発明によるキーボードは、上記のキースイッチ装置が複数配設されたものである。

本発明によれば、操作部材の操作力とは独立した押圧力をメンブレンスイッチに付加するようにしたので、良好なタイミングでスイッチの接点を開閉することができる。

本発明の実施の形態に係るキースイッチ装置の全体構成を示す斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図１の縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の実施の形態に係るキースイッチ装置の動作を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態にかかるキースイッチ装置の押し下げ特性を示す図であり、（ｂ）はその比較例である。 図２の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るキーボードの斜視図である。

以下、図１〜図７を参照して本発明の実施の形態に係るキースイッチ装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るキースイッチ装置１００の全体構成を示す斜視図であり、図２はその分解斜視図、図３はキースイッチ装置１００の縦断面図である。本実施の形態に係るキースイッチ装置１００は、例えば後述するように所定の配列にて複数配設して、デスクトップ型パソコン等のキーボード２００を構成する（図７参照）。

図１〜図３に示すように、キースイッチ装置１００は、下方に押圧操作されるキートップ１０と、スイッチパネル２０上に配置され、キートップ１０の押圧操作により弾性座屈変形するドームラバー３０と、スイッチパネル２０の下方に配置されたメンブレンスイッチ４０と、メンブレンスイッチ４０を押下する接点押下部材５０とを備える。

キートップ１０は、樹脂を構成材として一体成形により形成され、図２に示すように略矩形状の頂部１１と頂部１１の各辺から下方に延在する側部１２とを有し、全体として底面が開口した略ボックス形状をなしている。キートップ１０の内側には、キートップ１０の底面からスライダー１３が圧入され、スライダー１３はキートップ１０と一体に動作する。

スライダー１３は、樹脂を構成材として一体成形により形成され、上下方向に延在する内筒１４と、内筒１４の外側に配設されて上下方向に延在する外筒１５とを有する二重筒構造をなしている。内筒１４および外筒１５は、頂部の水平部１６を介して一体化され、内筒１４と外筒１５の間には底面が開口した空間部１７（図３）が形成されている。内筒１４は外筒１５よりも長尺であり、内筒１４は外筒１５の下端から下方に突出している。

内筒１４および外筒１５は、それぞれ周囲四方に略矩形状の側壁１４ａ，１５ａを有し、内筒１４および外筒１５の外形は略直方体形状を呈する。内筒１４の互いに対向する一対の側壁１４ａの底部には、外側に突出した爪部１４ｂが設けられている。側壁１４ａの爪部１４ｂの両側には切り欠きが形成され、爪部１４ｂは切り欠きを介して側壁１４ａの内側および外側に弾性変形可能となっている。外筒１５の各側壁１５ａには、それぞれ上下方向に細長の一対の突起部１５ｂが設けられ、突起部１５ｂを介して外筒１５がキートップ１０に密に嵌合される。

内筒１４の中心には、上下方向にかけて断面略円形状の貫通孔１９が開口されている。図３に示すように貫通孔１９の周壁には段部１９ａが設けられ、段部１９ａを境にしてその下方側の貫通孔１９の開口面積は小さくなっている。外筒１５の内周面は円筒形状をなして、内筒１４の側壁１４ａとの間に空間部１７を形成している。外筒１５の底面には円形状のリング部１８が設けられ、リング部１８は外筒１５の底面角部から水平方向外側に円弧状に突出している。

図２に示すように、ドームラバー３０は、ゴム材料から一体成形により構成されたドーム状部材であり、リング状の基部３１と、基部３１からドーム状に立ち上がるドーム部３２と、ドーム部３２の頂部から上方に延在する円筒部３３とを有する。円筒部３３は、スライダー１３のリング部１８の外周面に下方から圧入され、リング部１８は円筒部３３と一体に動作する。なお、リング部１８を設けずにスライダー１３の底部外周面を例えば円形状として、この底部外周面に円筒部３３を嵌合することもできる。図３では、リング部１８を設けずにスライダー１３の外周面に円筒部３３を嵌合している。

スイッチパネル２０は、スライダー１３とドームラバー３０とを支持する板部材であり、板部２１と、板部２１から上方に直立したガイド２２とを有する。ガイド２２の中心には、スライダー１３の内筒１４に対応して断面略矩形状の貫通孔２３が開口されている。図３に示すように、ガイド２２の内壁には段部２４が形成され、段部２４を境にしてその下方側の貫通孔２３の開口面積は拡大している。貫通孔２３には、スライダー１３の内筒１４が爪部１４ｂを内側に圧縮しながら上方から圧入され、爪部１４ｂが段部２４に係合することで、スライダー１３がガイド２２に係止される。図３の状態では、爪部１４ｂの下方空間は開放されており、スライダー１３はガイド２２に沿ってさらに下降可能である。

図２に示すように、メンブレンスイッチ４０は、上下に対向して配置された一対の接点４１と、一対の接点４１を各々担持する一対のシート基板４２と、一対のシート基板４２の間に配設され、シート基板同士を所定距離だけ離間して両接点４１を開状態に保持する不図示のスペーサとを有する。各シート基板４２は、周知のフレキシブル印刷回路板の構成を有し、そのフィルム基体の表面に、互いに短絡可能な接点４１が設けられる。接点４１は、スイッチパネル２０の貫通孔２３の下方に配置され、所定の押下力が作用すると閉じられる。シート基板４２は、サポートパネル４３上に配置され、図示しないねじ等により、サポートパネル４３に固定される。

接点押下部材５０は、上下方向に細長の棒状部材であり、円柱形状の大径部５１と、下端部が円弧状に形成された円柱形状の小径部５２とを上下に有する。接点押下部材５０は、例えば比較的密度の大きい金属により構成され、その自重による力は、接点４１を閉じるのに必要な押下力よりも大きい。図３に示すように、接点押下部材５０は上方からスライダー１３の貫通孔１９に挿入される。このとき、大径部５１の下端面が内筒１４の段部１９ａに当接し、接点押下部材５０がスライダー１３に保持される。この状態では、接点押下部材５０の下端部がスライダー内筒１４の下端面から所定長さだけ突出し、大径部５１は段部１９ａの上方にて貫通孔１９内を上下方向に摺動可能である。

以上のように構成されたキースイッチ装置１００の主要な動作について説明する。キートップ１０の打鍵操作前の初期状態では、図４（ａ）に示すように、キートップ１０はドームラバー３０により上方位置（初期位置）に保持され、接点押下部材５０は、その下端面がメンブレンスイッチ４０の表面から所定距離Ｌだけ離れた状態で、スライダー１３に係止される。この状態では、接点押下部材５０がスライダー１３の内筒１４に沿って上方に移動可能であるが、スライダー１３の上方はキートップ１０で覆われているため、キースイッチ１００を上下ひっくり返した場合でもキートップ５０の脱落を防止できる。

キートップ１０の打鍵操作を開始すると、図４（ｂ）に示すようにドームラバー３０のドーム部３２はキートップ１０の押し下げ力Ｆにより弾性変形し、スライダー１３はスイッチパネル２０のガイド１１に沿って下方に移動する。このとき、接点押下部材５０もスライダー１３とともに下方に移動し、接点押下部材５０の下端部がスイッチパネル４０の上面に接触する。

さらにキートップ１０を押し下げ力Ｆにより押し下げると、図４（ｃ）に示すように接点押下部材５０がスイッチパネル４０の表面に接触したままスライダー１３は下方に移動し、接点押下部材５０の大径部５１の下端面がスライダー１３の段部１９ａから離間する。このときメンブレンスイッチ４０には接点押下部材５０の自重が作用し、この自重によりメンブレンスイッチ４０の接点４１が押下され、接点４１が閉成される。

この状態からさらに押し下げ力Ｆによりキートップ１０を押し下げると、スライダー１３は下方に移動するが、接点押下部材５０はメンブレンスイッチ４０の表面に当接したままであり、接点４１の閉状態（オン状態）が継続される。キートップ１０を最大に押し下げた状態では、図４（ｄ）に示すようにドームラバー３０の円筒部３３の下端がスイッチパネル２０の上面に当接し、スライダー１３の下方への移動が制限される。このとき、スライダー内筒１４の下端部とスイッチパネル４０との間には隙間があり、打鍵操作時のスライダー１３とスイッチパネル４０との接触が防止される。

その後、キートップ１０の押し下げ操作をやめると、ドームラバー３０の復元力によりスライダー１３が上方に押し戻される。スライダー１３の上方移動により接点押下部材５０の大径部５１の下端面に段部１９ａが接触すると、接点押下部材５０はスライダー１３に係合して押し上げられる。これにより接点押下部材５０はメンブレンスイッチ４０から離間し、接点４１が開放（オフ）される。このとき、図４（ａ）に示すようにスライダー１３の下端の爪部１４ｂがスイッチパネル２０のガイド２２の内側の段部２４に係合することで、スライダー１３の上方への移動が制限される。

以上の打鍵操作時におけるキートップ１０のストロークＳ（押し下げ量）と操作力（押し下げ力）Ｆとの関係について説明する。図５（ａ）は、本実施の形態に係るキースイッチ装置１００の押し下げ特性を示す図、すなわち、ドームラバー３０に対して相対移動可能に接点押下部材５０を用いた場合の特性であり、図５（ｂ）は、本実施の形態の比較例である。なお、図５（ａ），（ｂ）では、横軸にストロークＳを、縦軸に操作力Ｆをとり、接点オンのポイントａを併せて示している。

図５（ａ）に示すように、キートップ１０の操作力Ｆが増加すると、それに伴いストロークＳも増加する。このとき、ドームラバー３０が弾性変形し、キートップ１０にはドームラバー３０からの反力が作用する。この場合の押し下げ特性は、ドームラバー３０自体の荷重変位特性に等しく、ドームラバー３０に作用する荷重がドームラバー３０の座屈荷重に達するまでは操作力Ｆが上昇し、座屈荷重に達すると、以降、操作力ＦはストロークＳの増加に伴いなだらかに減少する。このドームラバー３０の弾性座屈変形によりピーク操作力Ｆ０を得ることで、ユーザは打鍵操作に特有のクリック感を得ることができる。

この場合、接点オン時のストロークＳ１は、接点押下部材５０の下端とメンブレンスイッチ４０との間の初期長さＬ（図４（ａ））に相当する。この長さＬは、接点押下部材５０の小径部５２の長さ、あるいはスライダー１３の内周面の段部１９ａの位置を調整することで設定することができる。これにより接点オン時のキートップ１０のストロークＳ１を任意に設定できる。

とくに本実施の形態では、ピーク操作力Ｆ０が発生するストロークＳ０よりも大きく、かつ、エンドストロークＳ２よりも小さい値（例えばＳ０とＳ２の中間）に、ストロークＳ１を設定している。これにより、ユーザがクリック感を得た後に操作力Ｆの減少領域で接点４１がオンするため、ユーザの操作感覚と接点４１のオン動作とが良好に対応し、キースイッチの操作性が向上する。

図５（ｂ）は、ドームラバーと一体に接点押下部を設けた場合の特性である。すなわち、図示は省略するが、例えば頂部が閉塞されたドームラバーを用い、その頂部から下方に向けて接点押下部を突設するように構成した場合の特性である。この場合には、キートップ１０の操作力Ｆが増加すると、それに伴いストロークＳも増加し、ドームラバーに作用する荷重が座屈荷重に達すると、操作力Ｆは最大Ｆ１となる。その後、操作力Ｆは減少し、ストロークＳ３で接点押下部がメンブレンスイッチに接触すると、再び操作力Ｆが上昇する。

このとき、メンブレンスイッチの接点は、接点押下部がメンブレンスイッチに接触した後に所定の押圧力が付加されると、オンする。したがって、接点オン時のストロークＳ１は、操作力Ｆが最小Ｆ３となるストロークＳ３よりも大きい。このため、接点をオンするためにユーザは、ピーク操作力Ｆ０を超えた後に操作力が減少し、再び操作力が増加するまでキー操作する必要がある。しかし、通常ユーザは、ピーク操作力Ｆ０を超えた後の操作力Ｆの減少領域で接点がオンされたとみなすため、操作力Ｆの増加領域までキー操作する必要があるとすると、操作感覚と接点オン動作との間に乖離が生じ、違和感がある。この点、本実施の形態では、操作力Ｆの減少領域で接点をオンできるため、操作感覚と接点オン動作とが良好に対応し、違和感がない。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）キートップ１０と一体にスライダー１３を設けるとともに、スライダー１３に対して相対移動可能に接点押圧部材５０を設け、キートップ１０が打鍵操作された場合に、その操作力とは独立した接点押下部材５０の自重による押圧力をメンブレンスイッチ４０に付加するようにした。これによりピーク操作力Ｆ０の後の操作力Ｆの減少領域で接点４１をオンすることができ、良好なタイミングで接点を開閉することが可能である。
（２）スライダー１３を内筒１４と外筒１５とを有する二重筒構造とし、外筒１５の外周にドームラバー３０を圧入するとともに、内筒１４の内側の段部１９ａで接点押下部材５０を保持するようにした。これによりキースイッチ装置１００をコンパクトに構成できるとともに、初期状態では接点押下部材５０をメンブレンスイッチ４０から離間して保持できる。

（３）内筒１４の内側の貫通孔１９に接点押下部材５０を挿入し、その下端部を内筒１４の下端面から突出した状態で、接点押下部材５０を保持するようにしたので、接点押下部材５０がメンブレンスイッチ４０に接触するタイミングを容易に調整できる。
（４）内筒１４と外筒１５の間の空間部１７にスイッチパネル２０のガイド２２を挿設するようにしたので、スライダー１３をガイド２２に沿って鉛直方向に昇降させることができ、接点押下部材５０をスライダー１３の鉛直方向の貫通孔１９に沿ってスムーズに移動できる。
（５）内筒１４の下端に爪部１４ｂを設け、ガイド２２の内側の段部２４に係合するようにしたので、スライダー１３の上方への移動を制限できる。

なお、上記実施の形態では、接点押下部材５０の自重によりメンブレンスイッチ４０に押圧力を付加するようにしたが、自重だけでなく、磁力を用いて押圧力を付加するようにしてもよい。例えば図２において、接点押下部材５０を磁石により構成するとともに、サポートパネル４３を鉄などの磁性体により構成してもよい。これにより接点押下部材５０とサポートパネル４３との間に、磁石による吸引力が作用するため、接点押下部材５０の重量をそれほど増加することなく、メンブレンスイッチ４０の接点４１を確実にオンできる。また、磁力により接点押下部材５０が保持されることにより、キーを連続で打鍵した場合に、接点押下部材５０がバウンドすることを防止でき、安定したキー入力が可能である。

接点押下部材５０を磁石、サポートパネル４３を磁性体とする代わりに、接点押下部材５０を磁性体、サポートパネル４３を板状の磁石として、接点押下部材５０とサポートパネル４３との間に吸引力を発生させるようにしてもよい。接点押下部材５０とサポートパネル４３をそれぞれ磁性体により構成するとともに、図６に示すように、サポートパネル４３に磁石４４を取り付けるようにしてもよい。これによりサポートパネル全体が磁性を帯びて磁石の役割をするため、接点押下部材５０とサポートパネル４３との間に吸引力を発生させることができる。接点押下部材５０の周囲に磁石を取り付け、接点押下部材５０が磁石により磁性を帯びるようにしてもよい。

接点押下部材５０を磁石により構成するとともに、サポートパネル４３を板状の磁石もしくは磁性を帯びた磁性体により構成してもよい。あるいは接点押下部材５０を磁性を帯びた磁性体により構成するとともに、サポートパネル４３を磁石もしくは磁性を帯びた磁性体により構成してもよい。この場合、接点押下部材５０とサポートパネル４３の磁極が互いに異極同士となるように、接点押下部材５０とサポートパネル４３を配置すればよい。磁石としては、永久磁石だけでなく電磁石を用いることもできる。

以上のキースイッチ装置１００は、例えばキーボードに配設される。図７は、多数のキースイッチ装置１００を備えた本発明の実施の形態に係るキーボード２００の斜視図である。キーボード２００は、様々な形状のキートップ１０を有するキースイッチ装置１００を多数、所定の配列で備えて構成される。このキーボード２００では、キースイッチ装置１００におけるスイッチパネル２０とメンブレンスイッチ４０とサポートパネル４３とがキーボード全体にわたって水平方向に拡大して形成され、各キースイッチ装置１００に対して共通化されている。

なお、上記実施の形態では、キートップ１０の下方にスライダー１３を圧入してキートップ１０とスライダー１３を一体に操作するようにしたが、下方に押圧操作される操作部材の構成はこれに限らない。押圧操作により弾性座屈変形するドームラバー３０を設けるようにしたが、キートップ１０に対して弾性座屈変形に応じた反発力を付与するのであれば、弾性部材の形状はいかなるものでもよい。接点押下部材５０を段付きの棒形状としたが、スライダー１３に対して相対移動可能に設けられ、操作力Ｆとは独立した押圧力をメンブレンスイッチ４０に付加するのであれば、押圧部材の構成は上述したものに限らない。例えば球状に形成してもよい。

スライダー１３の貫通孔１９内に接点押下部材５０を移動可能に保持するようにしたが、保持部材の構成はこれに限らない。例えば、スライダー１３の貫通孔１９の内壁上端部に接点押下部材５０の抜け止め用の突起部を設けるようにしてもよい。貫通孔１９の内壁に段部１９ａを形成して接点押下部材５０を保持するようにしたが、他の保持部を設けてもよい。メンブレンスイッチ４０の下方にサポートパネル４３を配置したが、支持部材の形状はいかなるものでもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のキースイッチ装置に限定されない。

１０ キートップ
１３ スライダー
１９ 貫通孔
１９ａ 段部
３０ ドームラバー
４０ メンブレンスイッチ
４３ サポートパネル
５０ 接点押下部材
４４ 磁石
１００ キースイッチ装置
２００ キーボード

Claims (6)

1. 下方に押圧操作される操作部材と、
   前記操作部材の下方に配置されたメンブレンスイッチと、
   前記操作部材の押圧操作により弾性座屈変形し、前記操作部材に対して弾性座屈変形に応じた反発力を付与する弾性部材と、
   前記操作部材に対して相対移動可能に設けられ、前記操作部材の操作力とは独立した押圧力を前記メンブレンスイッチに付加する押圧部材とを備え、
   前記操作部材は、前記押圧部材を保持する保持部を有することを特徴とするキースイッチ装置。
2. 請求項１に記載のキースイッチ装置において、
   前記弾性部材は、中空のドーム形状を呈し、
   前記操作部材は、
   キートップと、
   前記弾性部材の内側に弾性部材と一体に設けられ、前記キートップの操作により昇降する保持部材とを有し、
   前記保持部材は、前記保持部を有することを特徴とするキースイッチ装置。
3. 請求項２に記載のキースイッチ装置において、
   前記保持部材は、上下方向に貫通孔が開口された筒形状を呈し、
   前記保持部は、前記貫通孔に形成された段部であり、
   前記押圧部材は、その下端部が前記保持部材の下端から突出して保持されることを特徴とするキースイッチ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のキースイッチ装置において、
   前記メンブレンスイッチの下方に配置された支持部材を有し、
   前記押圧部材および前記支持部材のいずれか一方は、磁石または磁石により磁性を帯びた磁性体により構成され、前記押圧部材および前記支持部材のいずれか他方は、磁性体により構成されていることを特徴とするキースイッチ装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のキースイッチ装置において、
   前記メンブレンスイッチの下方に配置された支持部材を有し、
   前記押圧部材および前記支持部材は、互いに異なる極性を有する磁石または磁石により磁性を帯びた磁性体によりそれぞれ構成されていることを特徴とするキースイッチ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のキースイッチ装置が複数配設されたキーボード。

Images