JP6176999B2 - 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スイッチ装置を備えるキーボードに関する。

産業用機械の操作盤等には、所定の情報を装置本体に入力するためにキースイッチ装置が使用されている。または、複数のキースイッチ装置を備えるキーボードが使用されている。キーボードでは、所定の情報ごとにキースイッチ装置が配置され、キートップの表面に入力される文字や制御内容などの入力情報が刻印されている。キートップが押下されると、キートップに刻印された入力情報に対応するキー入力信号が装置本体に送信される。このようなキーボードは、産業用機械の操作盤の他に店舗のＰＯＳ（Point of Sales）システム等でも使用されている。

特許文献１においては、基板の表面に一対の導電パターンが形成され、一対の導電パターンが互いに接続される操作装置が開示されている。この操作装置においては、一対の導電パターンに対向して押圧部材が配置され、押圧部材は弾性部材により上下方向に移動可能に支持されている。弾性部材には、接点が導電パターンに対向して設けられており、接点が一対の導電パターンに接触することにより、一対の導電パターン同士の電気的導通を得ることが開示されている。

特許文献２においては、機器本体と一体的に形成された下部電極パターンに、キーボードの押圧部の裏面に上部電極を対向して配置したメンブレンスイッチが開示されている。このメンブレンスイッチにおいては、下部電極を機器本体と一体的に形成しているので、粘着テープや接着剤の使用およびそれらの配設のための作業が必要ないことが開示されている。

特開２００３−２６３９３１号公報 特開平２−１３２７１８号公報

産業用機械等に用いられるキースイッチ装置では、皿バネを備え、キートップを押圧することにより、皿ばねを反転させて電気的な導通を得るものが多く採用されている。

また、キースイッチ装置は、メンブレン接点式のものが採用されている。メンブレン接点式のキースイッチ装置は、メンブレンシートを備え、メンブレンシートを押圧することにより電気的な接続を得ることができる。メンブレンシートは、直接押圧されたり、または、ラバーカップと称される中空の弾性部材により押圧されたりする。キートップは、例えば半球状のラバーカップの上面に配置され、ラバーカップにより支持されている。この場合には、キートップの摺動を案内する部材がない機構が多く採用されている。

特に、産業用機械などでは、油や粉塵等の異物がキースイッチ装置に侵入する場合がある。キートップを摺動させて案内する部材が配置されていると、異物がキースイッチ装置に侵入した時にキートップが滑らかに移動しなくなる。このために、上記のようなラバーカップのみによりキートップを支持する機構が主流である。

ところで、近年においては、１つのキートップを押圧することにより、独立した２つの電気回路を接続させることが所望される場合がある。このような装置では、１つの電気回路と他の電気回路との２つの接点対を１つのキースイッチ装置の内部に配置し、キートップを押圧することにより、２つの接点対を同時に接続することができる。

このような２つの接点対を同時に接続するキースイッチ装置には、上記のような皿ばねを備える機構やラバーカップによりキートップを支持する機構は適していないという問題があった。例えば、ラバーカップによりキートップを支持する機構では、キートップの中央から外れた位置を押圧するとキートップが傾いてしまうために、２つの接点対を安定して接続させることができない場合があった。

本発明のキースイッチ装置は、押込むことにより移動する移動部材と、移動部材を移動可能に支持する支持機構と、複数の上側電極が形成された上側層と、それぞれが複数の上側電極のいずれかに対応し、対応する上側電極と接点対を構成する複数の下側電極が形成された下側層とを有する電気的接続部材と、移動部材と電気的接続部材との間に配置され、弾性を有し、移動部材に押圧されて電気的接続部材を押圧する弾性部材とを備える。一つの移動部材に対して複数の接点対が配置され、弾性部材は、一つの移動部材に対して配置される複数の接点対を押圧し、電気的接続部材を押圧する押圧部を有し、押圧部は、一方向に延びる形状を有する頂部を含み、頂部は、電気的接続部材に対向し、複数の接点対が対向する方向に延びている。

上記発明においては、押圧部は、線状に延びる頂部を有する略三角柱の形状を有することができる。

上記発明においては、支持機構は、複数のリンク部材と、複数のリンク部材が互いに係合する係合部とを有し、１つのリンク部材が駆動したときに、係合部を介して他のリンク部材が連動して駆動されるように形成されており、リンク部材は、端部に形成されている歯部を有し、係合部は、複数のリンク部材の歯部が互いに噛み合うように形成されており、１つのリンク部材が駆動することにより、歯部を介して他のリンク部材が駆動されることができる。

上記発明においては、支持機構は、複数のリンク部材と、複数のリンク部材が互いに係合する係合部とを有し、１つのリンク部材が駆動したときに、係合部を介して他のリンク部材が連動して駆動されるように形成されており、複数のリンク部材は、側面視したときに互いに交差するように配置され、複数のリンク部材が交差する部分には、複数のリンク部材を支持する支持軸が配置されており、１つのリンク部材が駆動することにより、支持軸を介して他のリンク部材が駆動されることができる。

上記発明においては、移動部材を押し込んだときの荷重の押下特性は、荷重が極小となる極小点を有し、電気的接続部材および弾性部材は、極小点以下の移動部材の移動量において接点対が接続されるように形成されることができる。

上記発明においては、上側層は、ポリエチレンテレフタラートフィルムを含み、上側電極は、導電性ペーストを用いて印刷により形成されることができる。

上記発明においては、下側電極は、基板の表面にエッチング加工により形成されることができる。

本発明のキーボードは、上述のキースイッチ装置が複数配置されている。

本発明によれば、複数の接点対を１回の操作にて安定して接続するキースイッチ装置およびキースイッチ装置を備えるキーボードを提供することができる。

実施の形態におけるキーボードの斜視図である。 実施の形態におけるキースイッチ装置の第１の断面図である。 実施の形態におけるキースイッチ装置の第２の断面図である。 実施の形態における第１のラバーカップを表側から見たときの斜視図である。 実施の形態における第１のラバーカップを裏側から見たときの斜視図である。 実施の形態のキースイッチ装置におけるラバーカップの部分の断面図である。 実施の形態のキースイッチ装置におけるメンブレンシートの部分の拡大断面図である。 実施の形態における第１のメンブレンシートの電極のパターンを説明する図である。 実施の形態における第２のメンブレンシートの電極のパターンを説明する図である。 実施の形態における第３のメンブレンシートの電極のパターンを説明する図である。 実施の形態における第４のメンブレンシートの電極のパターンを説明する図である。 実施の形態における第５のメンブレンシートの電極のパターンを説明する図である。 実施の形態における第２のラバーカップを裏側から見た時の斜視図である。 実施の形態における第３のラバーカップを裏側から見た時の斜視図である。 実施の形態における第１のメンブレンシートに第３のラバーカップを配置するときの図である。 実施の形態における第２のメンブレンシートに第３のラバーカップを配置するときの図である。 実施の形態における第４のラバーカップを裏側から見た時の斜視図である。 実施の形態における第１のメンブレンシートに第４のラバーカップを配置するときの図である。 実施の形態における第５のラバーカップを裏側から見た時の斜視図である。 実施の形態におけるキースイッチ装置を押下するときの押下特性を示すグラフである。 実施の形態におけるキースイッチ装置を押下したときのラバーカップの部分の断面図である。 実施の形態におけるキースイッチ装置の他のキートップの支持機構を説明する図である。

図１から図２２を参照して、実施の形態におけるキースイッチ装置およびキーボードについて説明する。本実施の形態においては、キーボードに配置されているキースイッチ装置を例に取り上げて説明する。

図１は、本実施の形態におけるキーボードの一部を破断した斜視図である。図１では、キーボード表面のカバー部材等を取り外し、更に、一部のキースイッチ装置１についてキートップ１０を取り外した状態を示している。本実施の形態におけるキーボード８１は、複数のキースイッチ装置１を含む。複数のキースイッチ装置１は、並んで配置されている。本実施の形態におけるキーボード８１は、基材２１を有する。本実施の形態における基材２１には、複数のキースイッチ装置１が取り付けられている。

図２は、本実施の形態におけるキースイッチ装置の第１の断面図である。図１および図２に示すキースイッチ装置１は、使用者が押し込むことにより移動する移動部材としてのキートップ１０を備える。本実施の形態のキースイッチ装置１は、キートップ１０が移動することにより、キースイッチ装置１の内部に配置されている電気的な接点対の接続が行われる。

本実施の形態のキースイッチ装置１は、キートップ１０を移動可能に支持する支持機構としてギヤリンク機構を備える。ギヤリンク機構は、複数のリンク部材１１，１２を含む。キートップ１０は、複数のリンク部材１１，１２を介して基材２１に支持されている。基材２１の下側には、支持材２２が配置されている。支持材２２と、キートップ１０との間には、弾性部材としてのラバーカップ５１が配置されている。ラバーカップ５１は、弾性を有し、キートップ１０を基材２１から離れる向きに付勢する。支持材２２は、ラバーカップ５１を支持している。支持材２２には、ラバーカップ５１がメンブレンシート２３に接触可能なように穴部２２ａが形成されている。

支持材２２の下側には、電気的接続部材としてのメンブレンシート２３が配置されている。本実施の形態におけるメンブレンシート２３は、後述するように、１回のキー操作で複数の接点対をほぼ同時かつ個別に接続するように形成されている。

本実施の形態におけるキートップ１０は、箱型に形成されている。キートップ１０は、ラバーカップ５１を押圧する押圧部１０ａを有する。本実施の形態における押圧部１０ａは、キートップ１０の内側のほぼ中央の領域に配置されている。押圧部１０ａは、端部を切り欠いた挿入部１０ｂを含む。基材２１の表面には、枠部２１ａが形成されている。

リンク部材１１，１２は、一方の端部に摺動軸１１ａ，１２ａを有し、他方の端部に回動軸１１ｂ，１２ｂを有する。リンク部材１１，１２の摺動軸１１ａ，１２ａは、基材２１の枠部２１ａの内部に挿入され、基材２１の表面に沿って摺動可能に支持されている。リンク部材１１，１２の回動軸１１ｂ，１２ｂは、押圧部１０ａに形成されている挿入部１０ｂに挿入され、挿入部１０ｂに回動可能に支持されている。

図３に、本実施の形態におけるキースイッチ装置を複数のリンク部材１１，１２が配置されている部分で切断したときの断面図である。本実施の形態における支持機構は、複数のリンク部材１１，１２が互いに係合する係合部を有する。本実施の形態におけるリンク部材１１，１２は、他方の端部の先端に歯部１１ｃ，１２ｃを有する。係合部は、歯部１１ｃと歯部１２ｃとが互いに噛み合うように形成されている。

図２および図３に示すキースイッチ装置１は、使用者によりキートップ１０が押圧されると、矢印１０１に示すように、キートップ１０が基材２１に向かって移動する。このときに、リンク部材１１，１２の回動軸１１ｂ，１２ｂがキートップ１０に押圧されて、リンク部材１１，１２が駆動する。リンク部材１１，１２が駆動する時には、矢印１０２に示すように、摺動軸１１ａ，１２ａが枠部２１ａの内部で摺動する。

また、図３に示すように、リンク部材１１の歯部１１ｃとリンク部材１２の歯部１２ｃとが係合しているために、リンク部材１１，１２の一方が駆動すると、係合部を介して他方が駆動される。たとえば、キートップ１０が傾斜する方向に押圧された場合においても、歯部１１ｃおよび歯部１２ｃが噛み合っているために、リンク部材１１，１２は同時に移動する。すなわち、歯部１１ｃ，１２ｃを介してリンク部材１１，１２が連動する。このために、キートップ１０は、矢印１０１に示すように、基材２１の表面にほぼ垂直な方向に移動する。

図４に、本実施の形態における第１のラバーカップを表側から見たときの斜視図を示す。図５に、本実施の形態における第１のラバーカップを裏側から見たときの斜視図を示す。図６に、本実施の形態における第１のラバーカップの部分の断面図を示す。図４から図６に示す第１のラバーカップ５１は、変形可能な材質により形成されている。第１のラバーカップ５１は、キートップ１０に当接する当接部１３ａを有する。当接部１３ａは、円環状に形成されている。ラバーカップ５１の当接部１３ａは、キートップ１０の押圧部１０ａに押圧される。

第１のラバーカップ５１は、ラバーカップ５１を下側から支持するための鍔部１３ｆを有する。ラバーカップ５１は、鍔部１３ｆが支持材２２と基材２１とに挟まれることにより固定されている。また、鍔部１３ｆは、ラバーカップ５１が変形するときに空気が流通する凹部１３ｃを含む。

ラバーカップ５１は、当接部１３ａと鍔部１３ｆとの間に形成されている第１の変形部としての変形部１３ｄを有する。変形部１３ｄは、当接部１３ａが押圧されたときに変形して、キートップ１０に反力を供給するように形成されている。変形部１３ｄは、当接部１３ａが押圧されたときに座屈変形し、押圧が解除されると元の形状に戻るように形成されている。

第１のラバーカップ５１は、第２の変形部としての変形部１３ｅを有する。本実施の形態における変形部１３ｅは、当接部１３ａの内側に配置されている。図５に示す変形部１３ｅは、ほぼ円錐形状になるように、また、断面形状がＶ字形になるように形成されている。ラバーカップ５１は、変形部１３ｅの先端に押圧部１３ｂを有する。押圧部１３ｂは、メンブレンシート２３に対向するように配置されている。押圧部１３ｂは、メンブレンシート２３を押圧する部分である。

押圧部１３ｂがメンブレンシート２３に接触した状態で、キートップ１０が押圧されることにより、変形部１３ｅが変形する。すなわち、変形部１３ｅは、キートップ１０の押圧力と、メンブレンシート２３からの反力により変形するように形成されている。

図７に、本実施の形態における第１のメンブレンシートの部分の拡大断面図を示す。第１のメンブレンシート２３は、支持材２２の下側に配置されている。メンブレンシート２３は、上側層２４と、下側層２６と、上側層２４と下側層２６との間に隙間を形成する介在部材としてのスペーサ２５とを含む。スペーサ２５には、穴部２５ａが形成されている。上側層２４と下側層２６との間には、間隙部９１が形成されている。

間隙部９１の領域内において、上側層２４の下側層２６に向かいあう面には、１つのラバーカップ５１に対して上側電極の接点部３１ａが形成されている。また、下側層２６の表面には、１つのラバーカップ５１に対して下側電極の接点部３０ａが形成されている。１つの上側電極の接点部３１ａと１つの下側電極の接点部３０ａとで、１つの接点対が構成されている。第１のメンブレンシート２３は、１つのラバーカップ５１に対して複数の接点対が形成されている。本実施の形態における上側電極の接点部と、下側電極の接点部とは、ほぼ同一の平面形状を有する。また、上側電極の接点部と、下側電極の接点部とは、互いに対向している。

図８に、第１のメンブレンシートの電極のパターンの説明図を示す。図８は、上側層２４の下面図である。本実施の形態おいては、１つのキースイッチ装置１の１回の操作により、複数の接点対の接続を可能にするために、複数の異なる電気回路に含まれる複数の電極が形成されている。図８に示す上側層２４の例では、２つの異なる電気回路に含まれる２つの上側電極３１，３２が形成されている。上側電極３１は接点部３１ａを有し、上側電極３２は接点部３２ａを有する。

図８に示す領域９２は、ラバーカップ５１の押圧部１３ｂにより押圧される領域である。領域９２の内部において、上側電極３１，３２の接点部３１ａ，３２ａと対応する下側電極の接点部とが接触する。また、領域９３は、メンブレンシート２３において、スペーサ２５の穴部２５ａが形成されている領域である。すなわち、領域９３は、メンブレンシート２３が押圧されたときに上側層２４が変形する領域である。

図８に示す接点部３１ａおよび接点部３２ａは、それぞれの平面形状が半円形に形成されている。接点部３１ａおよび接点部３２ａは、少なくとも一部が領域９２の内部に配置されるように形成されている。図８においては、領域９２の内部に接点部３１ａおよび接点部３２ａが形成されている。

本実施の形態におけるキースイッチ装置１は、装置４４を制御する制御装置に配置されている。本実施の形態における制御装置は、駆動回路４１を含み、キースイッチ装置１は、駆動回路４１に含まれている。駆動回路４１により装置４４が駆動される。本実施の形態における駆動回路４１は、複数の電気回路としての第１制御回路４２と第２制御回路４３とを含む。本実施の形態においては、第１制御回路４２と第２制御回路４３とは、互いに独立した電気回路であり、それぞれの制御信号を出力するように形成されている。

本実施の形態による駆動回路４１は、第１制御回路４２が出力する制御信号と第２制御回路４３が出力する制御信号とが一致したときに、この制御信号に従って装置４４を駆動するものとする。すなわち、本実施の形態における駆動回路４１は、第１制御回路４２および第２制御回路４３の両方が正常に作動しているときに装置４４を駆動している。駆動回路４１は、第１制御回路４２および第２制御回路４３のうち少なくとも一方に異常が生じた場合には、装置４４を停止する制御を行っている。

第１制御回路４２は、第１電極としての上側電極３１を有している。また、第２制御回路４３は、第２電極としての上側電極３２を有している。上側電極３１の接点部３１ａと対応する下側電極の接点部３０ａとが接触することにより、第１制御回路４２の接点対が接続される。また、上側電極３２の接点部３２ａと、対応する下側電極の接点部とが接触することにより、第２制御回路４３の接点対が接続される。

図６から図８に示すラバーカップ５１は、キートップ１０とメンブレンシート２３との間に配置されている。使用者によりキートップ１０が押込まれると、キートップ１０の押圧部１０ａがラバーカップ５１の当接部１３ａを押圧し、ラバーカップ５１の変形部１３ｄが変形する。

ラバーカップ５１の押圧部１３ｂは、矢印１０１に示すように、メンブレンシート２３に向かって移動する。押圧部１３ｂは、メンブレンシート２３の上側層２４に接触して、上側層２４を押圧する。押圧部１３ｂが上側層２４に接触することにより、変形部１３ｅが変形する。メンブレンシート２３は、上側層２４が変形し、上側層２４に形成されている複数の上側電極３１，３２と、下側層２６に形成され、上側電極３１，３２と対応する下側電極とが接触する。すなわち、互いに対向する上側電極の接点部と下側電極の接点部とが個別に接触し、電気的に接続される。本実施の形態においては、第１制御回路４２の接点対が接続され、さらに、ほぼ同時に第２制御回路４３の接点対が接続される。

使用者がキートップ１０から指を離すと、ラバーカップ５１は、元の形状に戻り、第１制御回路４２の接点対が開放され、さらに、第２制御回路４３の接点対が開放される。このように、本実施の形態におけるキースイッチ装置１は、一つのキートップ１０に対して複数の接点対が配置され、１回のキートップ１０を押圧する操作で複数の接点対を同時に接続したり開放したりすることができる。この場合に、複数の電気回路は、それぞれの電気回路ごとに個別に接点対が接続されたり開放されたりする。

ところで、本実施の形態のキースイッチ装置１は、ラバーカップ５１の押圧部１３ｂがメンブレンシート２３を押圧したときに、複数の接点対を接続する必要がある。このために、１つの接点対を接続するキースイッチ装置よりも、安定してメンブレンシート２３を押圧することが好ましい。たとえば、キートップ１０は、矢印１０１に示すように、メンブレンシート２３の表面に対してほぼ垂直な向きにラバーカップ５１を押圧することが好ましい。すなわち、ラバーカップ５１の押圧部１３ｂが接点部３１ａ，３２ａが形成されている領域のほぼ中心を押圧することが好ましい。また、キートップ１０の押込み量は、上側電極の接点部と下側電極の接点部とが接触するように、十分に大きな量であることが好ましい。

本実施の形態のキースイッチ装置１においては、キートップ１０を支持する支持機構として、ギヤリンク機構が採用されている。本実施の形態における支持機構は、１つのリンク部材が駆動することにより、歯部を介して他のリンク部材が駆動される。このために、キートップ１０が移動している期間中に、キートップ１０が傾くことを抑制できる。メンブレンシート２３の表面に対してほぼ垂直な方向に、ラバーカップ５１を押圧することができる。例えば、使用者がキートップ１０の端部を押圧した場合においても、キートップ１０をメンブレンシート２３の表面に対してほぼ垂直な方向に移動させることができる。キートップ１０によりラバーカップ５１を安定して押圧することができる。このために、メンブレンシート２３に複数の接点対が形成されていても、複数の接点対を安定して接続したり開放したりすることができる。

さらに、本実施の形態における支持機構は、キートップ１０の傾きを抑制し、キートップ１０を所望の方向に移動させることができるために、ラバーカップ５１の押込み量を大きくすることができる。たとえば、キートップ１０がメンブレンシート２３の表面に垂直な方向と傾斜する方向に押圧された場合においても、キートップ１０をメンブレンシート２３の表面に垂直な方向に移動させることにより、キートップ１０の移動量が小さくなることを抑制できる。

たとえば、複数のリンク部材を備えておらず、ラバーカップのみによりキートップが支持されているキースイッチ装置では、キートップが傾いた状態のまま押込まれる場合がある。このような場合には、ラバーカップの押圧部が、接点部が配置されている領域の中央部からずれる場合があり、接点対の接続を行うことができない場合が生じる。たとえば、ラバーカップの押圧部がスペーサの穴部の中心からずれた位置を押圧すると、１つの接点対を接続しても他の接点対を接続しない場合が生じ得る。これに対して、本実施の形態のキースイッチ装置は、互いに独立した複数の接点対を安定して接続したり開放したりすることができる。

本実施の形態におけるギヤリンク機構は、側面視したときにＶ字形状に複数のリンク部材が配置されているが、この形態に限られず、複数のリンク部材が歯部（ギヤ）を介して係合する機構を有していれば構わない。

メンブレンシート２３の上側層２４および下側層２６の電極は、任意の方法により形成することができる。本実施の形態における上側層２４および下側層２６は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルムで形成されている。また、上側電極および下側電極は、それぞれの層の表面に導電性ペーストにて印刷により形成されている。または、下側層２６を配線板等の基板にエッチング加工を行って電極を形成しても構わない。たとえば、下側層２６の表面に銅膜をコーティングし、下側電極の形状に対応するレジストを塗布し、エッチングすることにより、銅膜の不要部分を除去して、所望の形状の下側電極を形成しても構わない。

第１のメンブレンシート２３における上側電極および下側電極は、接点部が半円形に形成されているが、この形態に限られず、任意のパターンの電極を形成することができる。次に、電極の接点部の他の形状について例示する。

図９に、本実施の形態における第２のメンブレンシートの上側層の下面図を示す。第２のメンブレンシートの上側層６２は、上側電極３３，３４を含む。上側電極３３の接点部３３ａと、上側電極３４の接点部３４ａとが線状に形成されている。接点部３３ａと接点部３４ａとは、互いに平行に延びるように形成され、交互に並んで配置されている。ラバーカップ５１の押圧部１３ｂが押圧する領域９２の内部では、接点部３３ａと接点部３４ａとが互いに対向するように配置されている。

図１０に、本実施の形態における第３のメンブレンシートの上側層の下面図を示す。第３のメンブレンシートの上側層６３は、上側電極３５，３６を含む。第２のメンブレンシートの電極と同様に、上側電極３５の接点部３５ａと上側電極３６の接点部３６ａとが線状に形成されている。また、接点部３５ａと接点部３６ａとは、交互に並んで配置されている。

図１１に、本実施の形態における第４のメンブレンシートの上側層の下面図を示す。第４のメンブレンシートの上側層６４は、上側電極３７，３８を含む。上側電極３７，３８は、接点部３７ａ，３８ａの平面形状が扇形に形成されている。上側電極３７は、分岐して２つの接点部３７ａを有する。電極３８は、分岐して２つの接点部３８ａを有する。２つの接点部３７ａは同電位であり、互いに対向するように配置されている。また、２つの接点部３８ａは同電位であり、互いに対向するように配置されている。それぞれの接点部３７ａ，３８ａは、円が四等分された形状を有する。接点部３７ａおよび接点部３８ａは、周方向に沿って交互に配置されている。

図１２に、本実施の形態における第５のメンブレンシートの上側層の下面図を示す。第５のメンブレンシートの上側層６５は、上側電極３９，４０を含む。第４のメンブレンシートの電極と同様に、上側電極３９は、分岐して４つの接点部３９ａを有する。上側電極４０は、分岐して４つの接点部４０ａを有する。４つの接点部３９ａは互いに同電位である。また、４つの接点部４０ａは互いに同電位である。接点部３９ａおよび接点部４０ａは、それぞれが扇形に形成されている。それぞれの接点部３９ａ，４０ａは、円が八等分された形状を有する。

このように、電極の接点部の形状は、円等の幾何学形状を分割した形状や線状を採用することができる。また、１つの電極に複数の接点部が含まれる場合には、複数の接点部が互いに隣接して配置されるのではなく、ラバーカップ５１の押圧部１３ｂに押圧される領域９２の内部に分散して配置されることが好ましい。

次に、本実施の形態におけるキースイッチ装置のラバーカップについて説明する。図４から図６に示す第１のラバーカップ５１の変形部１３ｅおよび押圧部１３ｂは、円錐状に形成されているが、この形態に限られず、ラバーカップの押圧部は、メンブレンシート２３を押圧可能な任意の形状を採用することができる。

図１３に、本実施の形態における第２のラバーカップを裏側から見た時の斜視図を示す。第２のラバーカップ５２は、円柱状の押圧部１３ｇと変形部１３ｈとを有する。押圧部１３ｇは、メンブレンシート２３を押圧する面が、平面になるように形成されている。第２のラバーカップ５２は、広い面積にてメンブレンシート２３を押圧することができる。

図１４に、本実施の形態における第３のラバーカップを裏側から見た時の斜視図を示す。第３のラバーカップ５３は、押圧部１３ｉを含み、押圧部１３ｉは、図１４に示すように斜視したときに略三角柱の形状を有する。押圧部１３ｉの頂部は、矢印１０３に示す一方向に直線状に延びる稜線を有している。押圧部１３ｉの線状に延びる頂部は、メンブレンシート２３に対向している。押圧部１３ｉは、稜線の延びる方向に垂直な方向にて切断したときに、Ｖ字形の断面形状を有する。

図１５に、本実施の形態における第３のラバーカップを配置する向きを説明する図を示す。図１５は、第１のメンブレンシートの上側層２４を示している（図８参照）。第１のメンブレンシート２３の上側電極３１，３２の接点部３１ａ，３２ａは、互いに対向している。このような接点部３１ａ，３２ａが互いに対向する電極に対して、第３のラバーカップ５３は好適である。第３のラバーカップ５３を用いる場合には、押圧部１３ｉにより押圧される上側層２４の領域９２は長方形になる。領域９２は、矢印１０３に示すように押圧部１３ｂの直線状の頂部に対応して延びる形状を有する。図１５に示す例においては、ラバーカップ５３の押圧部１３ｂの頂部の延びる方向と、接点部３１ａと接点部３２ａとが対向する方向とがほぼ平行になるようにラバーカップ５３を配置する。この構成により、より安定して複数の接点部を押圧することができる。

図５および図６に示す第１のラバーカップ５１においては、押圧部１３ｂが尖っているため、点状にメンブレンシート２３を押圧する。このために、複数の接点対のうち一部の接点対の接続が十分に安定しない場合がある。例えば、図８に示す第１のメンブレンシートの上側層２４において、第１のラバーカップ５１は、接点部３１ａと接点部３２ａとの間の領域を中心にメンブレンシート２３を押圧する。このために、接点部３１ａまたは接点部３２ａの押圧が不十分になる場合がある。

また、図１３に示す第２のラバーカップ５２においては、押圧部１３ｇが円柱状に形成されている。第２のラバーカップ５２は、メンブレンシート２３を押圧する部分が面状である。このために、大きな領域にてメンブレンシート２３を押圧することができるものの、メンブレンシート２３を押圧する力は分散されて、上側層２４の変形が不十分になる場合がある。

これに対して、本実施の形態における第３のラバーカップ５３では、メンブレンシート２３を押圧する領域が長方形になり、第１のラバーカップ５１よりも広い範囲にてメンブレンシートを押圧することができる。また、第２のラバーカップ５２では押圧部１３ｇの頂部が面状であるために力が分散されるのに対して、第３のラバーカップ５３では押圧部１３ｉの頂部が線状であるために力の分散を抑制することができる。この結果、より確実に上側電極の接点部と下側電極の接点部とを接触させることができる。特に、接点部同士が対向する方向に沿って、押圧部の頂部が延びるように第３のラバーカップ５３を配置することにより、より確実に接点部同士を接触させて、より安定して複数の接点対を接続することができる。

図１６に、本実施の形態における第３のラバーカップの配置する向きを説明する図を示す。図１６は、第２のメンブレンシートの上側層６２を示している（図９参照）。第２のメンブレンシートの上側電極３３，３４の接点部３３ａ，３４ａは線状に形成され、互いに平行に配置されている。このような複数の接点部３３ａ，３４ａが一つの方向に延びる電極に対しても、第３のラバーカップ５３は好適である。

第３のラバーカップ５３は、押圧部１３ｉがメンブレンシート２３を押圧する領域９２の長手方向が、複数の接点部３３ａ，３４ａが互いに対向する方向とほぼ平行になるように配置することができる。すなわち、第３のラバーカップ５３は、それぞれの接点部３３ａ，３４ａが延びる方向に対して垂直に、押圧部１３ｉの線状の頂部が延びる方向を設定することができる。この構成においても、より確実に接点部同士を接触させて、より安定して複数の接点対を接続することができる。

図１７に、本実施の形態における第４のラバーカップを裏側から見た時の斜視図を示す。第４のラバーカップ５４は、２つの押圧部１３ｊを有する。それぞれの押圧部１３ｊは、尖るように形成されている。２つの押圧部１３ｊは、矢印１０４に示す方向に並んで配置されている。第４のラバーカップ５４は、複数個の押圧部１３ｊを中心にしてメンブレンシート２３を押圧することができる。

図１８に、本実施の形態における第４のラバーカップの配置する向きを説明する図を示す。図１８は、第１のメンブレンシート２３の上側層２４を示している（図８参照）。第４のラバーカップ５４は、矢印１０４に示す２個の押圧部１３ｊの並ぶ方向と、複数の接点部３１ａ，３２ａが対向する方向とがほぼ平行になるように配置される。ラバーカップ５４の押圧部１３ｊに押圧される領域９６は、それぞれの接点部３１ａ，３２ａの真上に配置することができる。このように、複数の接点部３１ａ，３２ａの位置に対応するように、複数の押圧部１３ｊを形成することができる。この構成により、複数の接点対の電気的な接続をより確実に行うことができる。

図１９に、本実施の形態における第５のラバーカップを裏側から見た斜視図を示す。第５のラバーカップ５５は、複数の押圧部１３ｋを有する。押圧部１３ｋは、先端が尖っており、山型に形成されている。第５のラバーカップ５５においても、第４のラバーカップと同様に、上側電極３１，３２の複数の接点部３１ａ，３２ａの位置に対応するように複数の押圧部１３ｋを形成することができる。

次に、本実施の形態におけるキースイッチ装置を操作したときの押下特性について説明する。図２０に、本実施の形態におけるキースイッチ装置を操作したときの荷重を示すグラフを示す。図２０は、押下特性のグラフであり、横軸はキートップ１０の移動量を示し、縦軸はキートップ１０を押圧しているときの荷重を示している。キートップ１０は、移動量Ｘ４まで移動可能に形成されている。すなわち、移動量Ｘ４は、キートップ１０のストロークに相当する。

図２１は、本実施の形態におけるキースイッチ装置を押圧したときのラバーカップの部分の断面図である。図２１に示す例では、第２のラバーカップ（図１３参照）を取り上げている。第２のラバーカップ５２は、円柱状の押圧部１３ｇを有し、押圧部１３ｇがメンブレンシート２３を押圧している。

図２０および図２１に示すように、使用者がキートップ１０を押し始めると、荷重は徐々に大きくなる。キートップ１０の移動量がＸ１となるまでは、外側の変形部１３ｄが変形することにより荷重が大きくなる。そして、移動量Ｘ１において変形部１３ｄが座屈変形するため、移動量がＸ１を超えると荷重が低下する。

次に、移動量Ｘ２において、ラバーカップ５２の押圧部１３ｇがメンブレンシート２３の上側層２４に接触する。押圧部１３ｇがメンブレンシート２３を押圧することにより、上側層２４が変形し、メンブレンシート２３を押圧する向きと反対向きの力が生じる。また、内側の変形部１３ｈが変形し、メンブレンシート２３による力と釣り合う。変形部１３ｈの変形による力は、当接部１３ａに伝達されて荷重の一部に相当する。移動量Ｘ３において、変形部１３ｄ，１３ｈの変形による荷重が極小になる。また、図２０に示す例では、移動量Ｘ３において、メンブレンシート２３の上側電極の接点部が下側電極の接点部に接触する。すなわち、荷重の極小点９５にて電気的な接続が達成されている。

キートップ１０が更に押込まれて、移動量Ｘ３よりも移動量が大きくなると、メンブレンシート２３を押圧する向きと反対向きの力が大きくなって、移動量がＸ４になるまで荷重が上昇する。補助線９４は、変形部１３ｈがない場合の荷重を示している。また、荷重Ｌは、メンブレンシート２３の上側層２４を変形させるための荷重を示している。

キートップ１０を押圧したときに、荷重の極小点９５の移動量または極小点９５よりも小さな移動量にて電気的な接続が得られると、良好な操作感覚を得ることができる。一方で、キートップ１０を押圧したときの荷重の極小点９５の移動量よりも大きな移動量にて電気的に接続されると、操作に違和感が生じる場合がある。たとえば、メンブレンシート２３の上側層２４の弾性が大きいと、上側電極の接点部と下側電極の接点部とが接触するまでの変形部１３ｈの変形量が大きくなる。すなわち、電気的接続が達成される時のキートップ１０の移動量が大きくなる。この場合には、荷重の極小点９５よりも大きな移動量の範囲にて電気的に接続され、操作に違和感が生じてしまう。

また、電気的に接続される位置が深すぎると、キートップ１０の押下量が足りずに電気的な接続が達成されない場合がある。特に、十分にキートップ１０を押し込まなかった場合に電気的な接続が行われない場合がある。例えば、複数のキースイッチ装置１を有するキーボード８１において、キーボード８１の外周部に配置されているキースイッチ装置１は、キーボード８１の中央部に配置されているキースイッチ装置１よりも、押圧力が小さくなる場合がある。電気的に接続される位置が深すぎると、外周部に配置されているキースイッチ装置１では、電気的な接続が十分に達成されない場合がある。

本実施の形態のキースイッチ装置１においては、極小点９５の移動量以下の領域にて電気的な接続が達成される弾性力になるように、上側層２４が形成されている。また、極小点９５の移動量以下の領域にて電気的な接続が達成される弾性力になるように、変形部１３ｈが形成されている。このように、本実施の形態におけるメンブレンシート２３およびラバーカップ５２は、荷重の極小点９５以下の移動量において、電気的に接続されるように、形状や材質が選定されている。この構成により、良好な操作感覚にてキースイッチ装置を操作することができる。または、電気的な接続を確実に達成することができる。

また、メンブレンシート２３を押圧している期間中に、ラバーカップの押圧部が変形する場合がある。たとえば、図６に示す第１のラバーカップ５１は、押圧部１３ｂが尖った形状を有する。このために、押圧部１３ｂは、メンブレンシート２３を押圧すると共に変形する。押圧部１３ｂの変形により、キートップ１０を押し込む向きと反対向きに力が生じる。

このような変形可能な押圧部を有するラバーカップを用いた場合においても、キートップの押下特性において、荷重の極小点９５の移動量以下の領域にて電気的な接続を達成できることが好ましい。すなわち、押圧部は、極小点９５の移動量以下の領域にて電気的に接続される材質および形状が選定されていることが好ましい。

たとえば、図７に示すように、本実施の形態におけるメンブレンシート２３では、スペーサ２５の穴部２５ａの直径ｄは４．３ｍｍに形成されている。接点部３１ａと接点部３０ａとのギャップＧは５０μｍに形成されている。上側層２４は、厚さがほぼ７５μｍのＰＥＴフィルムで形成されている。このようなメンブレンシート２３を形成するとことにより、１つの接点対において荷重が２０ｇ以下で上側電極の接点部と下側電極の接点部とを接触させることができる。この結果、押下特性において極小点９５の移動量以下の領域にて、電気的な接続を得ることができる。

本実施の形態における上側電極の接点部の形状と下側電極の接点部とは、ほぼ同一の形状を有するが、この形態に限られず、上側電極の接点部と下側電極の接点部とが接触できるように形成されていれば構わない。たとえば、上側電極の接点部の形状と、下側電極と接点部との形状とは互いに異なっていても構わない。

また、上述のキースイッチ装置におけるキートップを支持する支持機構としては、ギヤリンク機構が採用されているが、この形態に限られず、パンタグラフ機構が採用されていても構わない。

図２２に、本実施の形態における他のキースイッチ装置の断面図を示す。図２２に示す他のキースイッチ装置は、キートップ１０を支持する支持機構としてパンタグラフ機構が採用されている。キートップ１０は、複数のリンク部材１５，１６を介して基材２１に支持されている。基材２１の下側には、支持材２２およびメンブレンシート２３が配置されている。キートップ１０と支持材２２との間には、弾性部材としてのラバーカップ５１が配置されている。

リンク部材１５，１６は、一方の端部に摺動軸１５ａ，１６ａを有する。リンク部材１５，１６は、他方の端部に回動軸１５ｂ，１６ｂを有する。摺動軸１５ａは、キートップ１０に形成された枠部１０ｃの内部で摺動可能に支持されている。摺動軸１６ａは、基材２１に形成された枠部２１ａの内部で摺動可能に支持されている。回動軸１５ｂは、基材２１に形成された挿入部２１ｂに回動可能に支持されている。回動軸１６ｂは、キートップ１０に形成された挿入部１０ｂに回動可能に支持されている。

複数のリンク部材１５，１６は、側面視したときに互いに交差するように配置されている。リンク部材１５，１６は、支持軸１７によって支持されている。支持軸１７は、複数のリンク部材１５，１６が交差する部分に配置されている。リンク部材１５，１６は、支持軸を介して互いに係合している。すなわち、リンク部材１５，１６が交差して、支持軸１７が配置されている部分が係合部に相当する。

パンタグラフ機構においては、矢印１０１に示す方向にキートップ１０が押圧されると、摺動軸１５ａ，１６ａが矢印１０２に示す方向に移動する。また、回動軸１５ｂ，１６ｂが回動して、リンク部材１５，１６が駆動する。このときに、リンク部材１５，１６は、支持軸１７を介して係合しているために、１つのリンク部材が駆動したときに、支持軸１７を介して他のリンク部材が連動して駆動される。たとえば、キートップ１０の端部が押圧されて、リンク部材１５が駆動し始めると、支持軸１７を介してリンク部材１６も駆動する。リンク部材１５，１６が連動することにより、キートップ１０をメンブレンシート２３の表面にほぼ垂直な方向に移動させることができる。

このように、キートップの支持機構がパンタグラフ機構の場合においても、ギヤリンク機構と同様に、ラバーカップを安定して押圧することができる。メンブレンシート２３において１回の操作により複数の接点対を接続する場合にも、安定した接続を達成することができる。

本実施の形態におけるキーボードおよびキースイッチ装置は、たとえば産業用機械の操作盤、または、医療機の操作パネル等に好適に使用することができる。本実施の形態におけるキースイッチ装置は、キーボードに配置されているが、この形態に限られず、キー入力を行う任意のキースイッチ装置に採用することができる。なお、キーボードに複数のキースイッチ装置を配置する場合には、複数のラバーカップを一体化して形成しても構わない。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。

１ キースイッチ装置
１０ キートップ
１１，１２ リンク部材
１１ｃ，１２ｃ 歯部
１３ｂ，１３ｇ，１３ｉ，１３ｊ，１３ｋ 押圧部
１３ｄ 変形部
１３ｅ，１３ｈ 変形部
５１〜５５ ラバーカップ
１５，１６ リンク部材
１７ 支持軸
２２ 支持材
２３ メンブレンシート
２４，６２〜６５ 上側層
２５ スペーサ
２６ 下側層
３０ａ 接点部
３１〜４０ 上側電極
３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａ，４０ａ 接点部
４１ 駆動回路
８１ キーボード
９５ 極小点

Claims (8)

1. 押込むことにより移動する移動部材と、
   前記移動部材を移動可能に支持する支持機構と、
   複数の上側電極が形成された上側層と、それぞれが複数の前記上側電極のいずれかに対応し、対応する上側電極と接点対を構成する複数の下側電極が形成された下側層とを有する電気的接続部材と、
   前記移動部材と前記電気的接続部材との間に配置され、弾性を有し、前記移動部材に押圧されて前記電気的接続部材を押圧する弾性部材とを備え、
   一つの移動部材に対して複数の接点対が配置され、
   前記弾性部材は、一つの前記移動部材に対して配置される複数の前記接点対を押圧し、前記電気的接続部材を押圧する押圧部を有し、
   前記押圧部は、一方向に延びる形状を有する頂部を含み、
   前記頂部は、前記電気的接続部材に対向し、複数の前記接点対が対向する方向に延びていることを特徴とする、キースイッチ装置。
2. 前記押圧部は、線状に延びる前記頂部を有する略三角柱の形状を有している、請求項１に記載のキースイッチ装置。
3. 前記支持機構は、複数のリンク部材と、複数の前記リンク部材が互いに係合する係合部とを有し、１つの前記リンク部材が駆動したときに、前記係合部を介して他の前記リンク部材が連動して駆動されるように形成されており、
   前記リンク部材は、端部に形成されている歯部を有し、
   前記係合部は、複数の前記リンク部材の歯部が互いに噛み合うように形成されており、
   １つの前記リンク部材が駆動することにより、前記歯部を介して他の前記リンク部材が駆動される、請求項１または２に記載のキースイッチ装置。
4. 前記支持機構は、複数のリンク部材と、複数の前記リンク部材が互いに係合する係合部とを有し、１つの前記リンク部材が駆動したときに、前記係合部を介して他の前記リンク部材が連動して駆動されるように形成されており、
   複数の前記リンク部材は、側面視したときに互いに交差するように配置され、
   複数の前記リンク部材が交差する部分には、複数の前記リンク部材を支持する支持軸が配置されており、
   １つの前記リンク部材が駆動することにより、前記支持軸を介して他の前記リンク部材が駆動される、請求項１または２に記載のキースイッチ装置。
5. 前記移動部材を押し込んだときの荷重の押下特性は、荷重が極小となる極小点を有し、
   前記電気的接続部材および前記弾性部材は、前記極小点以下の前記移動部材の移動量において前記接点対が接続されるように形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のキースイッチ装置。
6. 前記上側層は、ポリエチレンテレフタラートフィルムを含み、
   前記上側電極は、導電性ペーストを用いて印刷により形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のキースイッチ装置。
7. 前記下側電極は、基板の表面にエッチング加工により形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のキースイッチ装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のキースイッチ装置が複数配置されている、キーボード。

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