Key switch

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パーソナルコンピュータ等の入力装置として使用されるキーボード等のキースイッチに関し、特に、ノートブックコンピュータまたはＰＤＡ(Personal Display Assistance)のためにキーボードの小型化、薄型化を図りつつ大きなキーストロークを実現するとともに、簡単な構成でキー操作時にクリック感を与えることにより、明確なキー操作感を具現し且つ確実なキー入力を可能とするキースイッチに関する。 また、全体構成を簡単にすることにより、組立工程を簡単にするキースイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、キーボードの小型化に伴い、キートップが薄く扁平化される一方で、キー入力の操作性を向上させるとともにキー入力の確実性を確保するために、キー操作に関して大きなキーストロークを要求し且つ確実なクリック感を要求するようになった。 この種のキーボードに使用されるキースイッチとして各種のキースイッチが提案されている。
【０００３】
例えば、日本国特開平８−２７９３１６には次のようなキースイッチが提案されている。 即ち、キートップの上下動を案内する案内部材を第１リンク部材と第２リンク部材から構成し、この第１リンク部材と第２リンク部材を側面視Ｘ字状に交差配置してキートップの上下動を案内するようにする。 前記第１リンク部材にはその端部にスイッチ作動部が形成されたスプリング部材を形成し、支持板には傾斜面を備えた傾斜突起部を形成する。 スプリング部材が傾斜突起部の傾斜面に沿って摺動しながらキートップの押下荷重を高くする。 スプリング部材が傾斜突起部を乗り越えてスイッチシート面に落ち、押下荷重を急に低くしてクリック感を付与する。 同時に、スプリング部材のスイッチ作動部がスイッチング部を押圧しつつ接触し、キー動作が行われる。 前記キースイッチはラバースプリング(rubber spring)を使用せず、リンク構造の案内部材を使用することにより、キーボードの小型化、薄型化を図ることができる。 さらに、支持板に傾斜突起部を形成してスプリング部材のスイッチ作動部が前記傾斜突起部を乗り越えた後摺動して押下荷重を変更することにより、クリック感を与える効果がある。
【０００４】
ところがかかるリンク構造では、キーボードの薄型化には限界があった。 薄型のキーボードは、ノートブックコンピュータやＰＤＡの普及拡大に伴って近年さらに要求されているが、キートップのストロークを減らして薄型化を図ることは、クリック感（タッチ感）が悪くなり、使い勝手が劣ることとなる。 そこでキートップのストロークを確保してクリック感を良好に保ちつつ、キーボードの薄型化を実現するためには、キースイッチのストローク以外の高さを減らす必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、キースイッチのストロークは確保しつつ、ストローク以外の高さを減らすことにより、キーボードへの押圧時にはキートップのストロークだけ下がり、タッチ感（クリック感）に優れ、ノートブックコンピュータやＰＤＡの厚さを薄くすることが可能なキースイッチを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ユーザの指によって押下されるキーボードのキートップと、前記キートップの押下によって下降し、前記押下が解除されると、前記キートップを上方に押し上げるリンク組立体と、キーボードフレームの上面に配置され、前記リンク組立体の押圧によってキー動作を認識するＦＰＣ(Flexible Printed Circuits)と、前記ＦＰＣの上に、前記キーボードフレームに対して移動可能なプレートとを含み、前記リンク組立体は第１リンク及び第２リンクからなり、第１リンク及び第２リンクは各々一対の脚部を有すると共に、各一対の脚部はアーム部で連結され、前記第１リンクでは、脚部の上端が前記キートップに軸支され、脚部の下端が前記プレートに軸支され、さらに前記脚部の間に前記アーム部に連結した略帯状の弾性体を備え、前記プレートに板ばね状の支持体を設けて、前記弾性体のプレート側の端部を前記支持体に押圧するように設け、前記支持体からの弾性力によって前記リンク組立体に上方向きの力を加えるようにし、前記第２リンクは、その脚部の上端がキートップに軸支され、かつ脚部の下端がキーボードフレームに軸支されると共に、前記第１リンクの脚部と前記プレートとは、プレートに形成した中心がプレート面の下に位置する孔に第１リンクの脚部を軸支して結合し、前記第１リンクと第２リンクとは、その脚部の中間部にそれぞれ突起または孔が設けられ、前記突起と孔との結合によって互いに交差して開閉脚可能に軸支され、前記キートップへの圧力により、前記弾性体は前記支持体を加圧し、前記両リンクは開脚しつつ下降し、さらに前記支持体からの弾性力が所定値以上に増加すると、前記弾性体が湾曲しながら急激に下降してＦＰＣを押圧することにより、キーオンにするようにしたことを特徴とするキースイッチを提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を添付図に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例に係るキースイッチの斜視図である。 図２はキートップが元の状態、即ちユーザが押下していない非押下状態におけるリンク組立体の側面図である。 同図に示すように、本発明のキースイッチはキートップ１、リンク組立体２、プレート５、ＦＰＣ４及びフレーム３からなるが、図において上方から下方に、即ちキーボードの表面から下部に、キートップ１、リンク組立体２、プレート５、ＦＰＣ４、フレーム３の順序で配置される。
【０００８】
キートップ１は、キーボードなどの表面に位置し、数字（０、１、３、…）、文字（ａ、ｂ、ｃ、……、！、＠、＃、…）或いはその他の機能表示（Esc、Ctrl、Alt、Home、PgUp、…）がその表面、即ち上面に印字されており、ユーザの指などの接触によって押下されてキー入力を行い、後述するリンク組立体の圧力を受けて元の状態に復帰するなどの上下動を行う部材であって、通常、方形の屋根状にプラスチック等から形成される。 また、スペース(space)キー、エンタ(enter)キーまたはシフト(shift)キー等は長方形になっている。
【０００９】
リンク組立体２は前記キートップ１の上下動を案内する部材であって、前記キートップ１の押下で圧縮されて板ばねが急激に撓む現象などによってクリック感を提供する。
【００１０】
プレート５は、左右摺動が可能なものであって、前記リンク組立体２と結合してキーボードを折り畳むか或いはコンピュータなどの蓋を閉める時、前記リンク組立体２を開脚してリンク組立体２の高さを低めることにより、キーボード全体の高さを低くする機能を行う。 また、プレート５には支持ばね（板ばね状の支持体）５Ｓが形成されており、弾性力によって後述の板ばね２Ａに圧力を加える。 前記支持ばね５Ｓは良好なクリック感を得るために適宜な弾性力で板ばね２Ａを押し付ける必要があるが、このためには支持ばね５Ｓが一定の寸法以上にならなければならない。 従って、ＦＰＣ４及びフレーム３に溝を設け、前記支持ばね５Ｓを略Ｖ字状に屈曲させて前記溝に収容する形が好ましい。
【００１１】
ＦＰＣ(プレキシブルプリント回路)４は、前記キートップ１の下降によってその接触点が接触してそれぞれのキートップ１に対応する文字などを認識するための回路であって、通常、マトリックス回路から構成される。 ３はフレームである。 フレームは前記リンク組立体２と結合される結合機具を備え、前記リンク組立体２を支持してキートップ１を支持する部材である。
【００１２】
次に、前記各部材を相互連結する結合機具及びリンク組立体２の各部材について詳細に説明する。 前記キートップ１の裏面には、リンク組立体２と結合するために、それぞれ一対のリンク固定用フック１Ａと一対のリンク固定用溝１Ｂが設けられている。 リンク固定用フック１Ａは、半月状を有し、リンク組立体２のキートップ用固定棒２Ｃと結合してキートップ用固定棒２Ｃの回動を支持する。 また、リンク固定用溝１Ｂはリンク組立体２の直線運動ガイドであり、リンク組立体２のキートップ用固定棒２Ｄと結合してキートップ用固定棒２Ｄの回動を支持する。
【００１３】
本実施例では、前記リンク固定用フック１Ａがキートップ１の裏面の後方に、リンク固定用溝１Ｂがキートップ１の裏面の前方に位置しているが、この位置はリンク組立体２の固定棒の位置に応じて適切に変更することができる。 また、リンク組立体２にフックまたは溝を形成し、キートップ１に固定棒を形成しても構わない。
【００１４】
フレーム３には、リンクと結合するために一対の突起が設けられている。 即ち、第２リンク２２の第２リンク突起２Ｈと結合するための１対の第２リンク用ブラケット３２が設けられている。 前記第２リンク用ブラケット３２は第２リンク突起２Ｈの円運動を支持する。 これらの突起とブラケットは互いに置き換えて形成することも可能である。 即ち、ブラケットを第２リンクに、突起をフレームにそれぞれ形成してもよい。
【００１５】
次に、リンク組立体２とその各構成部材及び他の部材との連結について説明する。 図１及び図２に示すように、リンク組立体２は内側リンクと外側リンクからなり、両リンクは側面視Ｘ字状に交差配置してある。 本実施例では、便宜上、板ばねを供え且つ内側に位置するリンクを第１リンク２１とし、板ばねを供えず且つ外側に位置するリンクを第２リンク２２とする。
【００１６】
第１リンク２１の１対の脚部２１１の間には板ばね２Ａが位置する。 これは弾性力を備えた板状の部材であって、一定の圧力を加えると、弓状に湾曲してクリック感を提供する。 また、このように湾曲した弓状の板ばね２Ａの底面がＦＰＣ４を押圧してＦＰＣ４の接点をオン（ＯＮ）にし、該当キートップ１に対応する文字を認識させる。 本実施例において、板ばね２Ａは脚部２１１等と共にモールドしたが、これに限定されるのではない。 例えば、金属などで形成し、リンク組立体との結合にはインサート成形法を使用することができる。 また、リンク（第１リンク）を金属としてもよい。
【００１７】
第１リンク２１の脚部２１１の上端にはキートップ用固定棒２Ｃがそれぞれ設けられている。 前記キートップ用固定棒と前記固定用フック１Ａとの結合によってキートップ１とリンク組立体２が固定される。
【００１８】
一方、第２リンク２２の脚部２２２の上端にはキートップ用固定棒２Ｄがそれぞれ設けられている。 前記キートップ固定棒２Ｄと前記リンク固定用溝１Ｂとの結合によってキートップ１とリンク組立体２が固定される。 前記固定棒２Ｄは前記リンク固定用溝１Ｂへの容易な挿入のために、一面を傾斜面とすることが好ましい（図３）。
【００１９】
第１リンク２１の脚部２１１の下端には第１リンク突起２Ｇが設けられている。 この突起２Ｇはプレート５の第１リンク用リテイナー５１に挿入されて結合される。 前記リテイナー５１は長孔形或いは楕円形であり、第１リンク２１が円運動しつつ摺動することを支持する。 また、前記リテイナー５１はプレート５を加工して形成するが、その中心がプレート５の面より下方に位置する。 従って、リンク組立体２の全体的な高さを低くすることができる。
【００２０】
一方、第２リンク２２の脚部２２２の下端には第２リンク突起２Ｈが設けられている。 この突起２Ｈはフレーム３の第２リンク用ブラケット３２に挿入されて結合される。 前記ブラケット３２の孔は前記突起２Ｈに対応する形状をしており、第２リンク２２の円運動を支持する。 前記ブラケット３２の孔と突起２Ｈとの結合において、突起２Ｈの下方にプレート５が位置し、プレート５が突起２Ｈを支える形にすることが好ましい。 前記ブラケット３２はフレーム３を加工して形成するが、この加工においてブラケット３２の底部がフレーム３の上面より低く位置するように形成することが難しい。 即ち、突起２Ｈの底部がフレーム３の上面より低く位置するように形成することが加工上難しい。 従って、突起２Ｈの下方にプレート５を通過させて突起の底面がフレームの上面より低く位置するようにすることにより、突起の中心をフレーム３の底面に近接させて設置することが可能になり、リンク組立体２を低く設置し且つキーボードを薄くすることができる（図４参照）。
【００２１】
前記各リンク２１、２２にはその中間、即ち両リンクの交差部にそれぞれ孔及び突起が設けられている。 本実施例では、第１リンク２１には突起、第２リンク２２には孔が設けられていると仮定する。 即ち、リンク軸支用突起２Ｅとリンク軸支用孔２Ｆである。 ところが、これとは逆に、第１リンク２１に孔、第２リンク２２に突起を形成してもよい。 前記突起２Ｅと孔２Ｆとの結合によって、第１リンク２１と第２リンク２２が互いに交差して開閉脚可能に軸支される。
【００２２】
次に、キースイッチの作用を説明する。 まず、キーボードを折り畳み或いはコンピュータの蓋を閉める時、リンク組立体２の高さが低くなることについて説明する。 図２の状態でキーボードが折り畳まれるか或いはコンピュータの蓋が閉まると、図６で示すようにプレート５が矢印Ｂ方向に動く。 これにより、第１リンク用リテイナー５１も矢印Ｂ方向に動きながら、その中に挿入されている第１リンク突起２Ｇを矢印Ｂ方向に引っ張る。 このため、第１リンク２１全体が矢印方向に引かれ、まるで挟みの如く開脚動作を行うことになり、第１リンク２１の位置、即ちリンク組立体２全体の位置が低くなる。
【００２３】
この際、リンク組立体２の高さが最低になる状態では、板ばね２Ａが全く変形されないか或いはほぼ変形されない状態となるように、各部材の寸法を調整することが好ましい。 これは永久変形を防止して長時間に亘って使用するためである。
【００２４】
一方、前記プレート５の移動はノートブックコンピュータまたはＰＤＡ（Personal Display Assistance）の蓋の回動を変換させることにより行われる。 即ち、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、蓋とキーボードとの連結部を軸とし、この軸の端部に歯付きカムを形成し、プレート５はこれと対応する孔を形成する。 従って、蓋の開閉に伴ってカムが回転してプレート５を移動させる。
【００２５】
また、折り畳み式キーボードは、広がる時には、キーボードを載置した両プレート５が互いに押し付けるようにしてプレート５が移動するようにし、畳まれる時には両プレートが互いに離れてプレート５が逆方向に移動するようにする（図７参照）。
【００２６】
一方、キーボードを広げるか或いはコンピュータなどの蓋を開く時のキートップ１の上昇について説明する。 図８に示すように、キーボードを広げるか或いは蓋を開くと、プレート５及び支持ばね５Ｓが図８の矢印Ａ方向に移動する。 前記支持ばね５Ｓが前記板ばね２Ａを押圧し、且つ図示しない第１リンク２１及び第２リンク２２の作用点が板ばね２Ａの上に位置することにより、支持ばね５Ｓの付勢力はリンク組立体２を上昇させる力に変化し、結果的にキートップ１をＢ方向に上昇させる。
【００２７】
次に、キー入力について説明する。 図２の状態でキートップ１がユーザの指などによって押下されると、キートップ１はプレートの支持ばね５Ｓの弾性力に反して下降する。 この際、第１リンク２１は第１リンク突起２Ｇを中心として一方向に回転する。 これにより、第１リンク２１のリンク軸支用突起２Ｅも下降する。 一方、第２リンク２２は第２リンク突起２Ｈを中心として他方向に回転する。 これにより、第１リンク２１と第２リンク２２とがまるで挟みの如く開脚動作を行うが、この際、リンク軸支用突起２Ｅが下降することにより、第１リンク突起２Ｇは左下側に押し付けられる。 従って、第１リンク２１の突起２Ｇはプレート５の長孔形の第１リンク用リテイナー５１の孔に従って図上の左側に移動する相対的な運動を行う（図９参照）。
【００２８】
一方、この際、板ばね２Ａは長手方向に圧縮力を受ける。 最初はこの圧縮力によって板ばね２Ａがプレート５の支持ばね５Ｓを押し付けつつ下降し、リンク組立体の開脚動作方向に移動する。 このようにキートップ１が下降する状態で、支持ばね５Ｓの弾性力によってキートップ１を上昇させようとする力が発生する。 キートップ１の押下が続くと、プレート５の支持ばね５Ｓはそれ以上押し付けられようとしないため、板ばね２Ａに強い圧縮力が作用する。 従って、キートップ１には急に大きい荷重がかかり、その荷重が臨界荷重を超える場合には、この圧縮力が一定の限界を過ぎると、板ばね２Ａは図１０に示すように湾曲しつつ急激に下降する。 これにより、ユーザはクリック感を確実に感じる。 また。 湾曲した板ばね２Ａが直下のＦＰＣ４を押下して接点をオンにすることにより、キー入力を認識させる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものはない。 例えば、スペースなどの倍数キーには図１１（Ａ），（Ｂ）に示すようにリンク組立体２を多数使用することにより、キートップ１のいずれの箇所が押下されても、その圧力がムラなく加えられるようにすることができる。
【００３０】
また、図１２に示すように、第１リンク２１と第２リンク２２との交差部において、本軸２Ｅ１を中心として本軸が円滑な回動を行うように補助軸２Ｅ２が助力する方式を取ることにより、リンク相互回転軸の中心に対して板ばね２Ａから距離を確保して、蓋を開くか或いはキーボードを広げたとき、確実なキートップの上昇運動及びキートップ押下後（入力）の確実なキートップの復元を可能とする。 また、こうしてリンク組立体の厚さを薄くすることにより、キーボードを薄くすることができる。 即ち、図１２において、図示しない第１リンク２１に主突起２Ｅ１と補助突起２Ｅ２とをそれぞれ形成する。 一方、第２リンク２２には前記主突起２Ｅ１と補助突起２Ｅ２にそれぞれ対応する主孔２Ｆ１と補助孔２Ｆ２をそれぞれ形成する。
【００３１】
この際、主孔２Ｆ１はできる限り第２リンク２２の上部に形成することが好ましい。 これはキートップの確実な上下動のためには主軸を上方に位置させる必要があるからである。 従って、主突起２Ｅ１が主孔２Ｆ１に完全に挿入されない方がさらに好ましい。 これにより、主突起２Ｅ１が主孔２Ｆ１から離脱する場合がある。 これを防止するために、下方開口の補助孔２Ｆ２を形成し、ここに補助突起２Ｅ２を挿入すると、第１リンク２１の上方への離脱は補助突起２Ｅ２と補助孔２Ｆ２との結合によって、第１リンク２１の下方への離脱は主突起２Ｅ１と主孔２Ｆ１によって阻止され、安定な結合状態で良好なクリック感を得ることができる。
【００３２】
また、キートップ１の下降によって両リンクが下降しつつ開脚する時には、前記補助突起２Ｅ２が補助孔２Ｆ２の上端に係止され、キートップ１がそれ以上下降し得なくする抵抗力を受け、一方、キートップ１の上昇によって両リンクが上昇しつつ閉脚する時には、前記補助突起２Ｅ２が補助孔２Ｆ２の下端に係止され、それ以上上昇し得なくする抵抗力を受けるので、キートップの離脱に対する優れた抵抗力を得ることができる。
【００３３】
また、図１３に示すように、板ばね２Ａは支持ばね５Ｓと接触する部分に溝２Ａ１を形成して支持ばね５Ｓとの結合を確実に行うことができる。
【００３４】
また、フレーム３の溝を形成し、支持ばね５Ｓを略Ｕ字状に屈曲して、屈曲部分を前記溝に収容させることができる（図１０参照）。 こうすると、狭い空間でも前記支持ばね５Ｓの長さを長くすることができるため、十分な弾性が得られ且つ耐久性も向上する。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、弾性体と支持体の弾性力によってキートップを上昇させる。 キートップが下降する際には、前記支持体の弾性力によって急に高い圧力が必要となり、キートップから高い圧力を加えることで弾性体が湾曲して優れたクリック感が得られる。
さらに、一リンクをプレートに連結して、プレートの移動によってキートップの位置を最も低くするか或いは最も高くしてコンパクトにすることができると共に、クリック感を良くすることができる。
また、支持体を湾曲させて狭い空間で長い長さを持たせることにより、耐久性を向上させる。 湾曲部分は凹んだプレートに収容して全体的な高さを低くしてキーボードを低くすることができる。
さらにまた、弾性体に溝を設け、この溝に支持体を収容することにより、弾性体と支持体との結合を確実にするという効果がある。
また複数個のリンク組立体を用いることにより、倍数キーなどの大きなキートップの場合でも、圧力を均一に加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係るキースイッチの斜視図【図２】 本発明の一実施例に係る第１リンクと第２リンクの側面図【図３】 本発明の一実施例に係るキートップ用固定棒の断面図【図４】 本発明の一実施例に係るフレームとリンクとの結合を示す図【図５】 （Ａ）は本発明の一実施例に係るノートブックコンピュータにおける、蓋とキーボードとの連結部に設けたカムを示す一部切欠図、（Ｂ）は本発明の一実施例に係るノートブックコンピュータにおける、カムの回転によるプレートの移動を示す一部切欠図【図６】 本発明の一実施例において、キーボードを折り畳み或いは蓋を閉める時のリンク組立体の下降を示す図【図７】 本発明の一実施例において、キーボードを広げる、又は折り畳む時のプレートの移動を示す図【図８】 本発明の一実施例において、プレートの移動によるリンク組立体の上昇を示す図【図９】 本発明の一実施例において、キートップの下降によるリンク組立体の下降を示す図【図１０】 本発明の一実施例において、板ばねがＦＰＣを押圧してキーオンになることを示す図【図１１】 （Ａ）は本発明の他の実施例において、倍数キーに多数のリンクを適用した場合を示す図、（Ｂ）は本発明の他の実施例の変形例において、倍数キーに多数のリンクを適用した場合を示す図【図１２】 本発明のさらに他の実施例において、第１リンクと第２リンクとの結合部を示す図【図１３】 本発明のさらに他の実施例において、板ばねと支持ばねとの結合関係を示す図【符号の説明】
１ キートップ１Ａ リンク固定用フック１Ｂ リンク固定用溝２ リンク組立体２１ 第１リンク（内側リンク）
２２ 第２リンク（外側リンク）
２１１ 第１リンク脚部２２２ 第２リンク脚部２Ａ 板ばね（弾性体）
２Ａ１ 溝２Ｃ、２Ｄ キートップ用固定棒２Ｅ リンク軸支用突起２Ｅ１ 本軸２Ｅ２ 補助軸２Ｆ リンク軸支用孔２Ｆ１ 第２リンク２２に設けた主孔２Ｆ２ 補助孔２Ｇ 第１リンク突起２Ｈ 第２リンク突起３ フレーム３２ 第２リンク用ブラケット４ ＦＰＣ(Flexible Printed Circuits)
５ プレート(plate)
５１ 第１リンク用リテイナー５Ｓ 支持ばね（板ばね状の支持体）