(57)【要約】      （修正有）【課題】ＴＶ用リモコンの導電性ゴム接点や、ＰＣキーボードのメンブレン接点/パンタグラフ機構や、無接点化した静電容量スイッチのキーボードに共通な、応答の時間遅れを生じ、その常時電流消費が電池駆動の負担になっていた、キースキャンを廃止した並列処理の密着界面型／誘導型とする非接触型キーマトリックスコントローラーを提供する。【解決手段】キースキャンを行わず、マトリックスの交差点で自立発生／発電したパルス波形がＸラインとＹラインを伝播するのを並列に検出する事で接点寿命の半永久化を計る。帯電した平行平板電極の密着〜離間による自発パルスか、磁石がコイルを通過する発電パルスを、キーマトリックスで並列処理する。【選択図】図２２
2018198039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャンパルスを用いる導通型か静電容量スイッチ型のキーマトリックススキャンに於ける導通接点か可変静電容量で、Ｎ行のＸラインとＭ列のＹラインの各交差点を結んでキースキャンを行う事が信頼性を損なっているのを廃し、代わりに平行平板のＸ電極とＹ電極が近接／離間するが導通には至らない密着界面という新しい概念に基づき、キースキャンを行わず自立発生パルスの並列処理によってＮ＊Ｍの組合せの中から押されたキーを特定できる能動的キーマトリックスであって、電源からバイアス抵抗で接続されて帯電し、電源電圧に等しい電位差を定常的に持つ平行平板電極は、電極間の電界強度が極板上の電荷分布密度に比例するために、正負電荷の出入りがない短い時間では、電極間距離が変わるとそれに比例して、電界強度と距離の積である電位差が過渡的に変わり、電極間が導通には至らない１０μｍ程の誘電体絶縁層を挟んだ密着状態から、表面間の距離が１００μｍ〜離れると、静電容量は絶縁層の比誘電率を含めて２０倍程度かそれ以上変化するがこの容量変化比に着目する事はせず、過渡的に変わった電位差がＣＲ時定数で電源電圧に戻る事による過渡的な発生パルス電圧が発生する事を利用するものであり、Ｎ行のＸラインとＭ列のＹラインからなるマトリックを並列処理するのに、２通の方法がある１番目の分離電極形式では、各ＸラインとＹラインの交差点に繋がれたＸ電極とＹ電極を並列に置き、共通のＧＮＤ電極と対向させた距離を変えるが、Ｎ＋Ｍ本のＸ／ＹラインはＩＣチップ内で終端抵抗を通してＧＮＤ電位より高い電圧にバイアスされており、マトリックスの１つの交差点で電極間が、オンタイプでは離間から密着へ距離が変わると負パルスが、オフタイプでは密着から離間へ距離が変わると正パルスが発生して、ＸラインとＹラインそれぞれを通って並列に伝搬し、ＩＣチップのコンパレータのＮ＊Ｍの組合せの中でパルスが２つとも存在するものを押されたボタンのアドレスと判定するか、また２番目の差動電極形式では、ＧＮＤ電極は用いず、Ｘラインに繋がれたＸ電極と、Ｙラインに繋がれたＹ電極を直接対向させるが、ＩＣチップ内で終端抵抗を通して高い電圧にバイアスされている方をＸライン、低い電圧にバイアスされている方をＹラインとすると、オンタイプで離間から密着へ距離が変わるとＸラインには負パルスが、Ｙラインには正パルスが差動的に発生し、オフタイプで密着から離間へ距離が変わるとＸラインには正パルスが、Ｙラインには負パルスが差動的に発生し、Ｘ／Ｙラインを伝搬してＩＣチップのコンパレータのＮ＊Ｍの組合せの中でこの差が最大になったものを押されたキーのアドレスと判定する事。密着界面は、誘電体絶縁層を挟んだ密着と離間であるので無接点であり、寿命が半永久化し、応答の時間遅れがない。差動電極形式では、従来のメンブレン型のＰＣキーボードが、Ｘラインが描かれた上シートとＹラインが描かれた下シートを重ねてラインを直交させた交差点を導通させる事で、ジャンパーのない単純な２枚のシートだけでキーマトリックスを構成しているのと同等の簡素さであり、信頼性とキータッチが向上し、検出された発生パルスにキーが押された速さや、深さなどのアナログ情報が正負パルスの大きさやその時間間隔に反映��れているのを利用して、正確な判定を行い、快適なキータッチを実現し、また並列処理では全キーの状態を同時に読み取れる事を利用した学習機能を持たせるのに役立てる事ができる。またＴＶ用リモコンの場合、並列処理である事を利用して、電源ボタンに跨る１本のＸラインと１本のＹラインからの発生パルスを受けるコンパレータ以外のバイアス電流はＩＣチップ上で全てオフ状態にする事により、待機電流をほぼゼロにする事ができる。更に上記電源ボタンに並列にリモコンの上部カバーの下に収められた重りが、リモコンを持ち上げた時の重力増加でその下の対向電極を密着／離間させ、電源ボタンが押されたのと同じだとして、ＴＶ本体の電源を入れるようにする事。また並列処理の密着界面型とする事で、ＰＣキーボードの消費電力を５０μＷ程度にし、ＰＣ本体側からキー入力の結果をＩＳＭバンドなどの無線周波数で読み取れるような回路をＩＣチップに持たせる事。
【請求項２】
信頼性などに問題がある従来の導通スイッチや静電容量スイッチを用いるキーマトリックススキャンを置き換える、スキャンを行わない誘導型のマトリックス並列処理を実現する目的で、Ｎ行のＸラインとＭ列のＹラインの各交差点にスパイラルコイルが配置され、ネオジウム磁石などの小さく薄い永久磁石がコイルに密着／離間する変化によって発電される短絡誘導パルス電流か、それにコイルのインダクタンスＬによるｊωＬを掛けた開放端子パルス電圧に変換されたものを、そのＸラインとＹラインを辿った先のＩＣチップ上の１つの増幅器に入力する事で、Ｎ＊Ｍ個のキーの状態を全て同時に観察しながら押されたキーの判定を行い、他のキーの動きも参考情報として抽出するのを、２通の方法がある１番目として、Ｘラインに直列挿入されたスパイラルコイルとＹラインに直列挿入されたスパイラルコイルを同心で形成し、磁石の密着〜離間による２つの発電パルスがそれぞれＸラインとＹラインを平行してＩＣチップに伝わって１つのコンパレータの差動入力となるようにする分離コイル形式の誘導型にするか、２番目の方法としてマトリックスの交差点で１つのスパイラルコイルがＸラインとＹラインを繋ぎ、そこで発電された短絡誘導パルス電流か、それにｊωＬを掛けた開放端子電圧かを、そのＸラインとＹラインを辿った先のコンパレータの差動入力とする差動コイル形式の誘導型にする事で、より正確な判定とアナログ情報の読み取りを可能にする事で行う、並列処理の誘導型キーマトリックス。前者の分離コイル形式では開放端子電圧を読み取る事で、Ｎ個／Ｍ個のコイルが従属接続されている影響を無くす事ができるが、後者の差動コイル形式では、差動増幅器の入力端子を小抵抗で短絡して短絡誘導パルス電流を調べても、短絡しない開放端子パルス電圧を調べても、どちらの方法でも他の交差点からの情報と区別できる独立性を持っている。能動的な発電パルスを調べる並列処理では、これまでのキーマトリックススキャンでは繰り返し周期１０ｍＳ〜でスキャンパルスが巡って来るのを待つ検出タイミングの遅れとその不確定さがあったものを、遅れを無くして時間の分解能を向上させる事ができる。またスキャンを止める事でリモコンの乾電池の寿命を先ず長くする事ができる。続いてＴＶ用リモコンの場合、並列処理である事を利用して、電源ボタンに跨る１本のＸラインと１本のＹラインからの発生パルスを受けるコンパレータ以外のバイアス電流はＩＣチップ上で全てオフ状態にする事により、待機電流をほぼゼロにする事ができる。更に上記電源ボタンに並列にリモコンの上部カバーの下に収められた重りが、リモコンを持ち上げた時の重力増加でその下の磁石を密着／離間させ、電源ボタンが押されたのと同じ役割として、ＴＶ本体の電源を入れるようにする事ができる。また並列処理の誘導型とする事で、ＰＣキーボードの消費電力を５０μＷ程にし、ＰＣ本体側からキー入力の結果をＩＳＭバンドなどの無線周波数で読み取れるような回路をＩＣチップに持たせる事。
【請求項３】
キーマトリックを構成するための、磁石の動きがコイルに発電パルスを与える誘導型の並列処理システムに於いて、２層／４層／・・・の多層基板で、ＸラインのコイルとＹラインのコイルを、奇数層では外周から内周に至る同心の同じ右回りの２重スパイラルにし、そこでスルーホールで偶数層に移り、今度は内周から外周に戻る同心の同じ右回りの表裏２重スパイラルにする事で、ジャンパーを形成するための追加層を設ける必要を無くし、ＸラインとＹラインの発電パルスの正負が逆向きである差分をＩＣチップ上で増幅した結果のＮ＊Ｍ個のパルス振幅の中から最大値を示す１つを取り出して、押されたボタンのアドレスを検出する事で、コイルの巻数が２倍になって検出電圧が見掛け上２倍に大きくなるようにし、相対的には差動増幅器のＤＣオフセットが１／２になるようにする事。また厚みがある両面基板を使い、表側で右回りのスパイラルで中心に至り、裏側に移って左回りのスパイラルで外周に至る差動接続にする事で、可動磁石が基板の厚みの外側にある時は誘導電流が打消すが、基板の厚みの間に居る時は急峻な差動電流となるのを、高感度の動き検出器とする事に於いて、外乱が差動接続で打ち消して抑圧されるのを利用して、電磁シールドの負担を軽くする事。並列処理のマトリックススキャンに於いて、前記誘導型では、ＸラインとＹラインの交差点の巻線の向きが右回りと左回りが交互に反転して繰り返す２次元インターリーブを行って、スパイラルコイルの従属接続配線を交互にツイストする事と併せて、外部からの磁気誘導が同じライン上で累積しないようにする事。また同じＸライン、或いは同じＹラインのスパイラルコイルの発電パルスの正負の向きが揃うようにするためには、永久磁石の着磁の向きも必然的にＸ―Ｙ方向で交互に反転する２次元インターリーブさせなければならないが、それにより配置された磁石の漏洩磁界が相殺してクリップなどの鉄片をボタン面で吸着しないようにする事。
【請求項４】
前記並列処理の誘導型のキーマトリックスに於いて、可動磁石の下方に反発する向きに着磁された磁石を置いて固定し、可動磁石を磁気浮上させ、可動部の重量と磁気反発力が平衡した状態から、初期抗力を与えるためにボタンを押し下げてストッパーで保持したのを始点として、専ら２つの磁石の磁気反発力だけを抗力として与え、ブラインドタッチのホームポジションのキーでは置かれた４本の指先の肉の圧迫応力がこの初期抗力を下回ってキーは動いていない状態が始点になり、残りのキーではゼロ平衡したそのままが始点になって、ボタンをアタック／リリースすると、その往復でコイルに正負の発電パルスを誘導するのを、ＩＣチップ上で検出できるようにする事。初期抗力が小さいために、１０本の指先の僅かな動きも発電パルスに反映されるのをアナログ量として取り入れ、並列処理であるために関連するキーを同時に監視できるパターン認識で弁別をより正確に行う事ができる。同時に底打ちのクリック音の代償である行き止まりの不快感を払拭するために、更に強くボタンを押しても急激な反発力の増加で底部には行き着かないようになる。導通する合図となっていたこのクリック音は、ＰＣＢ基板に組み込まれたスピーカーの微かな電子音で代替する事ができる。またこの上下の反発し合う磁石の磁界がキーボードの表面位置で打ち消し合って、鉄片などの吸着の可能性を更に低減する。
【請求項５】
前記の並列処理の誘導型のキーマトリックスに於いて、電磁シールドと安定化重量を兼ねて、キーボードの底部に鉄板が置かれていたのを上部に移して、ボタンの数だけの小さな穴を開け、その裏側には円筒磁石を吸着させているのを初期抗力とし、表側にはボタンを置いて、鉄板の穴を通したアームで磁石とボタンの間を連結し、ボタンを押すと円筒磁石が引き剥がされるストロークで、鉄板の裏側に印刷されたスパイラルコイルに発電パルスが発生するのを、ＸラインとＹラインの両方に伝達して並列検出するようにしたキーボード。磁気吸着力が離間量と共に減少して往き、磁気引力で帰って来て再吸着するのを快適なキータッチの重要な要素とし、抗力変化のプロファイルが穴径と円筒磁石の厚さとその直径の３要素で決まるのを利用し、キー毎に違えた最適化を行えるようにできる。また離間する瞬間に発電パルスが発生する即発検出が行われ、快速の文字入力の１つとなる。これを使って、機構的に１枚の鉄シートをプレス加工するなどした天板部と脚部が一体化した鉄板や珪素鋼板だけからなり、プラスチックカバーなどは機構部品には基本的に使わず、天板部に開けた小さな穴を通すアームの上側にはボタンを、下側には薄い円筒磁石を付けて、鉄板や珪素鋼板の裏側には穴を取り巻くスパイラルコイルと配線からなる印刷回路を構成し、これを並列処理するＩＣチップを搭載しただけの小さなＰＣＢメイン基板に接続し、この基板からＵＳＢケーブルでＰＣ本体に接続するようにする事で、最少の部品構成からなるキーボードが作られる。
【請求項６】
通常のＰＣキーボードで外部からの電磁妨害を避けるために電磁シールド用の薄い鉄板が底部に置かれる事を継承し、前記の誘導型のＮ＊Ｍのサイズのキーマトリックスに於いて、鉄板に絶縁層コーティングを施した上に印刷工程などでコイルと配線の従属接続をＮ＋Ｍ本形成するか、Ｎ＋Ｍ本の銅巻線からなるワイヤーハーネスとして予め成型固化したものを鉄板に密着する形で置く事により、鉄板が無い場合に比べてコイルの発電パルスの開放端子電圧値が〜数倍になるようにし、また前記磁気浮上の場合は下側の固定磁石を鉄板に密着して置く事により、磁気反発力を鉄板が無い場合の〜２倍に高めるようにしながら、電磁シールドの役目が維持されるようにしたキーボード。
【請求項７】
これまでＴＶ本体より平均的に短いキーマトリックススキャン型のリモコンのゴム接点の寿命を逆転して半永久化するために、並列処理の密着界面型か誘導型に置き換えると、ボタンの抗力が極めて軽くなるのを機に、誘導型では基本的な構成要素であるプリントパターンかワイヤーハーネスによるスパイラルコイルと円筒磁石の組合せが準備されている状況に基づいて、その組み合わせにダイアフラムと並列共振容量を加えたスピーカーマイクを形成し、これをＩＣチップに接続して正帰還ループを構成し、そのループ利得を１に近づけて置けば、リモコンのボタンが押された発生パルスでトリガーすると減衰振動を始めて、微小レベルの動作確認音となる。ここまでは追加コストと言われるものはない。一方ＴＶ本体には番組を見るためにスピーカーが設けられている。これらの状態はＴＶ受像機としての必須部分であるが、これ以上に更に何のコストを掛ける事なく、このままでＬ＆Ｓ（ＬＯＳＴ＆ＳＯＵＮＤ）のソナー捜索が実行されるように、リモコンが音叉と同じ役割を果たして、離れた場所からの問い掛けに対して小さなレベルの単音にも時間を掛けた共鳴を起こして応答するのを、前記正帰還ループ利得を待機時には更に１に近づけて置く事により可能にする事。これに先立ってＴＶ本体では前記共振周波数の前後の周波数範囲をスイープするような単音発生回路を有していなければならないが、それにもコストと言えるものは掛からない。このソナー捜索は、何処かに隠れてしまう可能性のある他の機器にもこの音叉機能を持たせて置き、ＴＶ受像機からＬ＆Ｓ捜索をする事ができる。
【請求項８】
導通型のキーマトリックススキャンではストロークの過程のアナログ情報は切り捨てられて反映できず、静電容量スイッチ型に置き換えてもその反映が歪んでいるので有用にはならないのを、並列処理の密着界面型か誘導型とする事によって、ストロークの過程のアナログ情報は振幅がそれぞれ変化する正パルス、負パルス、その時間間隔として、歪まずそのままＩＣチップに伝達され、正負パルスのスライスレベルの設定、及びパルス間隔測定のウィンドウとして軽妙なキータッチ／押し間違いの低減／入力速度などの最適化に役立てる事ができる。その方法の第一として、この最適化を操作者個人に合わせて行う学習機能を持たせ、第二として、キーマトリックススキャンでは交差点以外のキーからの情報は全く伝達されないか、伝達される情報があっても分離する事はできないが、並列処理ではＮ＊Ｍ箇所の全交差点の情報を分離して同時に読み取る事ができるのを利用し、ブラインドタッチの手法では指で押された１つのキーの動きだけではなく、残りの９本の指が関連して動くその全体をモニターした組み合わせの、１０１通りの記憶情報と一致するかどうかのパターン識別をする事で、弁別の確実性と個性を殺さずにキーボードがそれに合わせるという２つの目的を同時に達成できようにしたキーボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線や電波を使う、無線のＴＶ用リモコン、ゲーム機のコントローラー、ＰＣキーボード、空調機などの製品本体から離れた壁に有線接続でマウントされ確実に動作させなければならない操作パネル、電卓、家電本体の操作パネル、ボタン入力の固定／携帯電話、などでは専ら図１にその全体図を示すキーマトリックススキャンが使われ、Ｎ行のＸラインとＭ列のＹラインをその各交差点で導通させるか、静電容量で結合するようにしてどのボタンが押されたのかを特定する。中でもリモコン／ゲーム機のコントローラー／一般的な操作パネルでは、Ｘ電極とＹ電極の間を浮遊Ｚ電極で仲介短絡するため２つの接点が同時に導通する必要があり、酷使によって静電的な密着に終わり導通不良に陥る確率がより高い。２接点が同時に導通するよう浮遊Ｚ電極に柔軟な導電性ゴムを用いるなどでＸ／Ｙ電極面の凹凸を吸収して多数の導通点を維持しようという設計意図や、対向面積を小さくして断面当たりのより強い力で圧着導通させるが近づいただけで結合容量してしまうのは避ける設計意図があるが、経年的にゴムの変形が進んでしまうか、導電性のためにカーボンフィラーを混入した導電性ゴムの材質自体の導電性が内部でカーボンブラックが連続する接触が取れなくなって損なわれるか、また油膜などの付着により導通が失われる。これに加えて接点のスイッチオフができなくなるリーク電流が発生し得る。これらの様々な要件が重なり、酷使すれば遠からず故障する運命にあると言えるが、社会的には受け入れられる事ではないので、これまで接点不良の解決にあらゆる努力が払われて来たとは言え、改めて接点寿命の根源的な半永久化が求められる。これに加えて、電池駆動であるリモコンは、全く操作しない場合でも常時流れるキースキャンなどの消費電流で単４乾電池が１年余りで電池切れになる問題が目立たず隠れている。逐次処理であるキースキャンから並列処理に切り替えればこの消費電流を低減できるが、初めにキースキャンありきで何の疑いもなく技術体系が一方向に進んで来たままになっていると言える。
【背景技術】
【０００２】
多ボタンからなるキーマトリックスコントローラーは、図２（ａ）に示す一体成型ゴムシートでバネ性を持たせたボタン部分の裏側に軟着陸する導電性ゴムを貼り付けてＸラインとＹラインを２点同時接触で導通させるキーマトリクススキャンがリモコン等に使われるか、図２（ｂ）／（ｃ）に示すメンブレン型／パンタグラフ型がより耐久性が期待できるメンブレン１接触点方式としてＰＣキーボードに使われるか、図２（ｆ）に示す磁性体と金属接点をガラス管に不活性ガス封入した１接触点方式のリードスイッチを外部磁石でオン／オフさせる歴史的な存在のキーマトリックススキャンか、などの導通型であった。
導通型に対して、図２（ｅ）に示す静電容量スイッチ型は比較的新しい手法であり、基板上に駆動端のＸ電極と受信端のＹ電極を設け、その上部の円錐形金属バネの最外周部がＸ電極に交流接地され、バネの伸縮で対向電極面積が増減する。指先でボタンに触れた時の指先の帯電や指先を経由する外乱が浮遊Ｚ電極としての円錐形バネに伝達されるが、Ｚ電極が低インピーダンスのＸ電極に交流接地されていれば、それによりＹ電極は上部から常時局部シールドされると言えるが、Ｘ電極の定電圧駆動は以下に述べる理由で行えない。加えて長く引き回されるＸラインとＹラインは外乱をピックアップしてしまうために、それに打ち勝つスキャンパルスの振幅（例えば３Ｖ〜５Ｖｐｐ）が与えられる。導通型は定電圧駆動を行う事ができ、スキャンパルスの振幅がそのまま受信端に伝わるが、静電容量スイッチ型では、受信端に伝わるＣＲ微分波形の振幅が結合容量によって変わらなくなるので、駆動端のインピーダンスを大きくして結合容量が伝達パルスの大きさを変えるようにする仕組みにして弁別を可能にしなければならない。このため、受信端に伝わる振幅は小さくなり、外乱に対しては十分に注意を払わねばならないという、克服すべき課題の多い方式となっている。駆動を矩形パルスではなく、正弦波バーストとする事もある。
これらの方法は何れもキースキャンとしてＸラインがＩＣチップ内のインバータにより〜数ＫΩの出力インピーダンスで駆動され、スイッチの持つ抵抗性／容量性のインピーダンスが直列に挿入されて、バイアス抵抗１ＫΩ〜１００ＫΩ程で終端したＹラインに伝達した波形をスライスする事で動作する。ＰＣキーボードの底部には重量安定化の鉄板が敷かれている事が多く、それがＵＳＢケーブルを通してＰＣ本体に接地される静電シールドと、鉄板が磁性体であるのを利用した磁気シールドとして役立っている。
ＸラインとＹラインをその交差点で導通させるクロスバースイッチの形でキーマトリックススキャンを行うこれらに共通のシステムに対して、新たな可能性を与えるのは図２（ｆ）／（ｇ）／（ｈ）にその基礎概念を示す形式であり、マトリックスの交差点でＸライン／Ｙラインのそれぞれに電圧パルスが自立的に現れて、ＩＣチップに伝達されるＮ＋Ｍ本分の情報を並列演算する考えに基づくシステムである。端的に言うと、永久磁石が急峻に動いてコイルが発電し数ｍＶｐｐの電圧パルスになるか、或いは予めバイアス抵抗を通して一定電位差に帯電している平行平板電極が離間した状態から密着するか、密着した状態から離間するかで現れる〜数百ｍＶｐｐの正負パルスをＩＣチップに伝達するものである。これまでのキースキャンに対してこれらを並列処理と呼ぶが、キースキャンが必然であると言う固定観念によって初めから排除されていた隠れた手段であると言える。
【０００３】
９００ｍＡｈ程の容量の単４乾電池で駆動される事が多いＴＶ用リモコンは、キーマトリックススキャン形式であるスキャン動作のために、常時〜８０μＡ程の電流消費があり、リモコンを使わない間は電池を外して置く訳にも行かず、アクセスがないのに１年余りで電池切れになり、年に１度訪れる場所のリモコンは常に電池切れ間近になっていると言う問題が隠されている。ＰＣキーボードでもワイヤレス駆動では同じ問題を抱える事になるが、大抵の場合はＵＳＢ有線接続で電力が供給されるので特に問題にはなっていない。現在のリモコンは遍くキースキャン型であるが、並列処理が採用されるだけで常時消費する電流は８０μＡ程から３０μＡ程に減り、電池を入れたままで常時消費する電流による電池寿命を電池の自然放電で決まる３年程余りに近づける事ができる。赤外線や電波リモコンでは、ボタンを頻繁に押す場合は赤外線や電波の送出電力消費の割合が大きくなるが、頻度が少ない場合は寧ろキースキャンの電力消費で電池切れになるという認識が必ずしも設計者側で行き渡って居らず、真剣に取り組まれる事なく、放置されたままである。
更にＴＶ用リモコンは、先ず電源ボタンを押してから他のボタンが押されるので、並列処理ではキーマトリックスの電源ボタンが跨るＸラインとＹラインに繋がったＩＣチップ上のコンパレータだけにバイアス電流を流し、他は電源供給を切って置く事で、リモコンを使わない間はリモコンの乾電池から電流が引き出されるのを無視できる大きさにする事も可能になる。
【０００４】
キーマトリックススキャンを行う大きな弊害の１つは、それを組み込んだ機器の回路に内部で電磁妨害を与えるか、周辺にある機器にも電磁妨害を及ぼす事であり、妨害を与えないために何らかの電磁シールドが必要である。この観点ではスキャンを行わない自発パルス方式なら、与えないための電磁シールドは不要になる。一方外部からの電磁妨害を受けて誤動作しないためには、スキャン形式でも発生／発電パルス形式でも電磁シールドが必要である。特に並列処理の発生／発電パルス方式ではパルスが小さいので電磁シールドはより厳重になる。これらの両面を総合的に考えた時、自発／発電パルスの方が寧ろ設計の自由度が広がる可能性を持っている事が、以降の記述で明らかになる。
【０００５】
キースキャン方式では、ボタンを押し下げる１ｍｍ〜２ｍｍのストロークが１００ｍＳほどで行われて底に行き着き（底打ち）、導通型か静電容量スイッチ型かがキーマトリックスの交差点をオンにし、図３に示すように、矩形スキャンパルスかそのＣＲ微分波形がＸラインからＹラインに伝達される。逐次処理のキースキャンでは１０ｍＳ程のスキャン周期が巡って来るサンプリングによって、時間遅れとその不確定さを生じるが、スキャンを行わず自立して発生／発電した電圧パルスを使う並列処理が若し実現すれば、スキャンパルス周期による時間遅れと不正確さの問題は存在しなくなる。画面上で動くものが、ある点を通過するタイミングでボタンを押さなければならないような場合は、この時間遅れと不確定さが問題であるが、それはキースキャンでは不可避だとして、本質的に解決する試みが行われて来ず、スキャン周期を必要に応じて短くし、この誤差を減らすだけであった。
またこれまでは検討が道半ばであると言えるアナログ量を埋め込む方法として、スキャン方式ではボタンを押し下げるか叩く速さ、又は押し下げられた深さを、ＸラインからＹラインに伝達されるパルスの大きさに反映させる事は、導通型には原理的にできず、静電容量スイッチ型も、図３に示したように、指が押し下げられた深さで伝達パルスの大きさが決まるので、ラバードームの屈曲点を越した後は位置制御が困難な事やスキャンパルスが不規則に到来する事に阻まれ、アナログ量を精密に伝達パルスに埋め込むのは困難であったと言える。一方の並列処理では自発パルスの高さなどにアナログ量が初めから歪なく反映されており、新たな準備や前提条件は必要がない。このアナログ量の埋め込みが既になされている事で、ゲーム機のコントローラーに好都合な、より精細な操作が可能になる。またＰＣキーボードでは誤動作を減らし軽快さを与えるキータッチの最適化が、個人差を補う学習機能によって推進される新たな可能性が出て来る。
【０００６】
導通型のリモコンはＸ電極／Ｙ電極／可動Ｚ電極の３極構造であり、Ｚ電極が浮遊状態であっても外乱による誤動作が起きないように、Ｘラインのインバータ駆動の出力インピーダンスｒと、Ｙラインの終端抵抗Ｒを共に小さくする配慮がなされている。この低インピーダンス化はスキャン電流消費が大きくなる要因の１つである。導通型は導通の直前と離間の直後は電極が近接状態で静電容量スイッチと同じ容量結合の形になっているので、矩形スキャンパルスの微分波形がＹラインに伝達され、誤動作を引き起こす恐れがある。これを避けるにはひたすらインピーダンスを小さくして、容量結合と導通を区別できるようにしなければならない。またＹラインの浮遊容量が大きい方が誤動作は少なくなる。それを助けるのに対向電極面積を相対的に小さくするので、その分導通不良になる可能性が高まると言う悪循環の関係にある。
図４に示す静電容量スイッチ型は、Ｘ電極／Ｙ電極／浮遊Ｚ電極の３極構造であり、Ｘ電極とＺ電極の間の固定静電容量とＺ電極とＹ電極の間の可変静電容量の直列値がスイッチとして挿入される。Ｘ電極とＹ電極がＺ電極を介さず直接結合して静電容量のオン／オフ比が取れなくなるのを防ぐために、Ｘ電極とＹ電極の間に接地されたガードリングが設けられている。静電容量スイッチ型は電磁シールドがなされているとは言えないので、できる限り低インピーダンス化するか、或いは極性反転するインターリーブによって外乱の混入を抑圧している。
図５に示すように、円錐形金属バネは面と数本のスパイラルバネ線の間の対向静電容量であり、面と面の対向静電容量と比べると、離間した時の静電容量は大きな差がないが、接近した時の静電容量がより小さくなるので、可変容量の可変幅、即ち最大容量／最小容量の比が大きく取れない。Ｘラインを駆動する矩形のスキャンパルスがＹラインに伝達される微分パルスの大きさが、この可変容量によっては変化しない基本的問題は、Ｙラインに浮遊容量があり、且つＸラインの駆動インピーダンスｒがゼロではない大きさになって初めて、伝達パルスが可変容量やその変化比に対応して変わるようになる。同じく図５に静電容量スイッチの等価回路を示す。
数式１はＸラインからＹラインへの伝達関数であるが、これによる周波数応答ではなく、ステップ応答を求めなければ、伝達されるパルスの大きさの変化を知る事はできない。
【数１】
2018198039.tif 000003
円錐形金属バネとラバードームを組み合わせる静電容量スイッチ型がリモコンに使われる事はなく、専らＰＣキーボードにごく一部使われているが、メンブレン型でもパンタグラフ型でも信頼性は既に高いと言えるので、キータッチの軽快さに活路を求めてはいるが、結局は円錐形金属バネとラバードームとの組合せでは他の方法と差別化できる訳はなく、市場価格が他の標準品の８倍〜１０倍という点だけが差別化されている。ただ信頼性の要求レベルが高いＡＴＭの１０キー入力などで使われる事があるのは、確かにメンブレン型やパンタグラフ型より僅かでも接点不良に陥りにくい選択をしようと考えるからである。
【０００７】
現在のリモコン／キーボードはほぼ全て、図１に示したようなキーマトリックススキャンであり、それらの形は外乱を抑制するために低インピーダンスとしたインバータ駆動のＮ行のＸラインと、低入力インピーダンス終端のＭ列のＹラインを直交させると、Ｎ＊Ｍ箇所の交差点ができ、そのうちの１箇所で、ＸラインとＹラインが剥き出しになった銅箔部分でＸ電極とＹ電極の間を直接短絡するか、導電体の浮遊Ｚ電極で仲介して短絡すると、ＸラインとＹラインのＮ＊Ｍマトリックスの組合せの中の１つだけが導通状態になってＸラインからＹラインへの伝達関数が大きくなり、残りのＮ＊Ｍ−１の組合せはそのようにならないという選択性がある事を共通の原理にしている。これはスキャンパルスを１つのＸラインに与え、それ以外には与えないと言う考えである。信頼性／製造コスト／快適性の点で、これに代わり得るものは、ＸラインとＹラインの交差点で能動的にパルスを発生させ、それをＸラインとＹラインの双方に並列に伝達すると言う新たな考えであり、この方が信頼性を初めとして幾つかの点で断然有利である事になれば、全ての分野でキーマトリックススキャンを置き換えてしまう可能性がある。そのポテンシャルを吟味するためにはより本質的な原理に於いて、キーマトリックススキャンとの違いを理解する必要がある。
並列処理のもう少し深い意味での利点は、キーマトリックススキャンは１つの交差点だけに着目したオン／オフ情報を集めるが、並列処理ではＮ＊Ｍ箇所の交差点からの全ての情報が、Ｎ＋Ｍ本のＸ／Ｙラインに重畳されて集められている事である。これらの情報を切り捨てずに参考にすれば、より精度の高い弁別が行えるようになる可能性がある。
導通型のゴム接点リモコンやゴム接点ゲーム機コントローラーは、何時かは必ず接点不良に見舞われると言っても過言ではないが、これまで導通型キースキャンに置き代わる手段はなかった。ＰＣキーボードの信頼性がリモコンより高いのは、ゴム接点ではない事、接点がラバードームに囲まれ保護されていて、一体成型のゴムシートで覆われただけのリモコンに比べると雰囲気や液体の浸入から守られている事、リモコンのボタンのように強く押さえつけられない事、による。ＰＣキーボードも運が悪ければ故障するが、標準仕様なので安価であり、容易に新品に買い替えられる事も含めれば大きな問題ではないとも言える。これに対してＴＶ用リモコンはより高い確率で故障し、新しいリモコンを法外な価格で取り寄せるより製品本体ごと買い替えられてしまう事もしばしばである。
現在のＰＣキーボードを例に取れば、表１に示す導通型のパンタグラフ形式／メンブレン形式／メカニカル形式の３通りが定着しているが、経年的な接点の導通劣化が信頼性を低下させている。比較的新しい第４の静電容量スイッチ型は無接点とも言えるので、より高い信頼性が期待されているが、高い価格のために普及はごく僅かな割合であり、キーボードを打ち続ける職業の人達に買い求められる事があるに過ぎない。量的に言えば、一般の外付けキーボードは殆どがメンブレン型であり、薄型のキーボードが要求されるノートブックＰＣにはパンタグラフ型が使われる事が多い。これまでは製造コストの低さ、究極の信頼性、キータッチの軽快さと確実性、薄型化、の全てを満たす形式は存在していないと言える。ゲーム機のコントローラーの要求事項はＰＣキーボードに準ずると言える。
【表１】
2018198039.tif 000004
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開１９９７−２０４８４６
【特許文献２】特開２００９−３０２６９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えて言うなら、学校の隣に住んでいれば家を出て直ぐに校門をくぐれるが、１０分間隔の路線バスを交通渋滞した環境で利用する通学では、最大１０分の不規則なバス待ち時間を生じるだけでなく、バスが満員ならもう１０分待たなければならない。それと同じ状況になるキースキャンでは、ＩＣチップにＮ＊Ｍ個のピンは必要ではなく、Ｎ＋Ｍ個のピン数で済むと学校で教えられて来たが、スキャンの宿命で１０ｍＳ〜のスキャンパルス待ちを生じる。教えられなかったのはスキャンをしない並列処理はＮ＊Ｍ個のピン数と配線が必要だという勘違いで、本当は同じようにＮ＋Ｍ個のピン数と配線で済み、待ち時間がなくなる事である。キースキャンでは消費電流はスキャン電流だけでなく外乱の抑圧のためもあって大きくなるが、スキャンをしない並列処理の消費電流はより小さく、これまで常時スキャンの固定分が不可避であると信じられていたために、ＩＣチップの設計者の誰もそれ以外の部分の省電力化に地道に取り組む機会に恵まれなかったと言える。それ以外の部分の無駄な電流が減らされていれば、スキャンを止める事で消費電流は劇的に減る。
明らかにキーマトリックスを困難に陥れているキースキャンを止めるには、ピエゾ素子をキーで叩いて電圧パルスを発生するか、コイルと鎖交する永久磁石の磁束が変化して電圧パルスを発生するか、帯電した平行平板電極間の距離が変わると短時間で電荷分布が変わらない間は一定電界に距離を掛けた電位差が変わって再平衡する過渡的な変化パルス、などが使える。ボタンのある交差点からＸラインとＹラインの両方にこれらの変化分がほぼ同時に並列に与えられて、ＩＣチップのピンに伝達すればよいと言う事である。
キーマトリックススキャンの場合は、図３に示したように、パルスが巡って来る周期より長い時間ボタンを押し続け、その間に数発のパルスが伝達される冗長性を持たせ、チャタリングなどに惑わされないようにオンパルスが２つ以上到来したのを確認してボタンが押し続けられているのを判別する。並列処理に置き換わればこの冗長な制約が撤去される代わりに、電極間距離変化パルスでも電磁誘導発電パルスでも、キーを叩く単発の動作でアクセスが確実に行われなければならない。それには厳重な外乱の抑圧が伴わなければならないが、同時にそれを可能にするのは人間が１０本の指を使ってキーを叩くＴＡＰのストロークの往復時間は大きな個人差がない１５０ｍＳ前後であるという生体の仕組みの理解である。それに加えて、発生／発電パルスがキースキャンパルスより遥かに小さい場合も、信号／雑音比があれば増幅器を通す事で問題が解消されるという理解も重要である。
【００１０】
導通型でありながら、キースキャンは行わない事で常時消費している待機電流を減らす別の方法に、図６に示すように、電圧出力であるＸラインを０Ｖ〜３Ｖの間で多値に分割して置き、それが導通接点を通してＹラインに直流伝達されたのを、閾値のウィンドウを設けて弁別する形がある。導通したスイッチを通して検出側のＹラインにＮ個の３入力コンパレータがあれば、どのＸラインから電圧が来たのかが分る。Ｙラインに繋がるＩＣチップ上のコンパレータの数はＮ＊Ｍ個であり、それの出力を組み合わせて複号するだけなのでキースキャンに比べると回路素子数は少なくなり、待機時の消費電流が減る。またスキャンの逐次処理が並列処理になるためにパルスの待ち時間の無い即時検出が可能になる。この方法は、Ｘラインの本数がＮ＝８〜１０程度では、どのＸラインが選択されたのかの電圧の識別の分解能が問題になるほどではない。リモコンなどで単４電池２個の電圧が３Ｖ⇒２Ｖに低下して行く場合も、工夫により分解能が損なわれないようにする事ができる。しかし同じＹライン上の２つのボタンの同時押しは識別できない。何れにせよ絶縁皮膜の形成などにより導通ボタンが不導通になった場合はそのボタンが動作しなくなる点は多値化では解消せず、ただ電池が長持ちし、即時性を持つなどの改善がなされるだけである。
【００１１】
図７に示すように、プリント基板上に形成したＸラインに繋がったコイルと、Ｙラインに繋がったコイルが、同心のスパイラルとなるようにし、ボタンを押すのに連動して上部から金属板を近接させるか、同心コイルの中央部に開けた穴を金属円筒が通過するかによって、Ｘ／Ｙコイルそれぞれのインダクタンスが小さくなるか、或いはＸ／Ｙコイル間の磁気結合係数が相対的に小さくなる事を利用するキーマトリックスを構成する事ができ、これでも非接触化が実現される。この方法は、平行平板の距離を密着まで近づけた時に発生する電圧ディップを検出するか、コイルに磁石を近づけて電圧が誘起された発電パルスを検出する方法と比べて、矩形波か正弦波バーストでスキャンする事が必要になる。結論として、この方法は図２（ｇ）／（ｈ）に示した永久磁石で発電する非スキャン形式と比べて効果／コストの点で優れているとは言えない。このようにして、諸問題を解決するのはキースキャンを廃止する並列処理への切り換えだと言うのが浮き彫りになって来る。
【００１２】
２枚の導電板が対向する３平方ｍｍ程のＸ電極とＹ電極が接触導通する１接触点の形のメンブレン接点に比べて、一体成型の弾力性ゴムシートのボタン直下にカーボンを混入した導電性ゴムを貼りつけた浮遊Ｚ電極が同じく小面積のＸ電極とＹ電極の間を仲介して２接触点で導通させる形は、両接触点のどちらかが導通に至らず、密着容量になるだけで動作不良になる。これを上側のＸ電極と下側のＹ電極による１接触点にすると接触不良に陥りにくくなる本質的な理由は、２接触点ではＺ電極がＸ電極とＹ電極が並ぶ表面位に対して平行に接近しないと片側が導通に至らず容量結合に終わる可能性があるからである。導電性ゴム接点は変形する柔軟性で、Ｘ電極とＹ電極が並ぶ表面の凹凸を吸収する意味を持っている。しかしその導電性ゴムは繰り返される圧着で経年的に変形した場合材質として導電性が劣化する可能性を併せ持っている。
Ｚ電極で仲介する２接触点形式をあっさり放棄し、下部のＹ電極と上部のＸ電極を密着導通させる１接触点形式のメンブレン接点がＰＣキーボードでは一般的に使われ、必ずしも信頼性が不十分とは言えない。これに対してＴＶ用リモコンで同じ事をやろうとしても、上側のＸラインを一体成型のゴムシート上で個別に配線するようには形成できない。一体成型のゴムシート全体に導電性を与えるとＸラインを１行だけに、ＹラインをＭ＊Ｎ列にしなければならず、またパルス駆動されるＸラインは全体が外部に剥き出しになってしまう。一体成型のゴムシートに導電性を持たせる場合は、唯一それを接地する事だけが可能性を残しているが、これは即ちキースキャンの廃止を意味する事になる。
上部の圧着電極板を金属にすると、下部の銅箔との間で金属対金属の問題を生じる。非金属の導電性ゴムが毎回変形して下部の凹凸面に密着し、接触可能面積を少しでも大きくしようとしても、油膜の形成などで不導通になるのは避けられない。Ｘ／Ｙ／Ｚの３電極形式に於けるＸ電極とＹ電極の高さの不揃いは、パンタグラフで平行度を保つか、一体成型のゴムシートの柔軟性で吸収して両接点とも密着に至ると言う複雑な過程になる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ＰＣキーボードを正しく設計する上で、根本的な生体の特性を理解して置かねばならない。人は指先を普通に軽く動かそうとする意識では、指は根元から一体で曲って指先は１０ｍｍほど素早く下がる事になり、この動きに続いて指先は元に戻ってしまう一往復が自立的に起って完結する。しかもこの往復運動は意識が離れても連続して行われるようになっているので、キーボードのタイピングは指をどのボタンに落とすかと言う選択に主な意識が移っていると言える。往復運動の所要時間は１５０ｍＳ程であり、往きは少し速く帰りは少し遅いので、それぞれ７０ｍＳ＋８０ｍＳ程の往復時間であると仮定してもよい。この往復運動を連続させると１秒間に６〜７回程行う事ができ、その時の振幅が１０ｍｍ程になるのが利き手に於ける自然の形である。利き手ではない方は往復時間が少し遅くなる場合がある。この形でキーを打つと、ラバードームが屈曲するまでの障壁が大きいと往復の回数が減り、またキーが押し下がり始めてからのストロークが〜３ｍｍ程ではなく〜１ｍｍ程で行き止まると、そこで停滞した指先は自然には帰って来ず、繰り返しの回数が更に少なくなる。従って高速で打ちたいと考える観点からは、底打ちには至らない最下点までのストロークはできるだけ自然な長さで、ラバードームの屈曲点までの距離はできるだけ短く、抗力ができるだけ小さい事が求められる。現在のキーボードがこれらの条件とは掛け離れた設定にせざると得ないのは、メンブレン型／パンタグラフ型に共通なメンブレン接点を、障壁を越え、抗力に逆らい、余った勢いでラバードーム内の突起がフィルムを叩かなければ導通しない事、またノートブックＰＣでは液晶パネルを閉じた時の厚みを競合他社より少しでも薄くしたいので、不自然な短いストロークしか取れないからである。
指を曲げる事だけに意識があるにも拘わらず、必ず帰りの動きが伴うのは、指先を下方に普通に叩く順方向の筋肉が使われ、反対側にある使う事の少ない逆方向に縮む筋肉は弛緩状態にあり、この筋肉は弾性を持ったゴムひもと同じで、伸ばされると弛緩状態の弾力のまま次には縮んでいると考えられる。意識は順方向の筋肉でキーを叩くために曲げる事だけにあっても、そのまま自然に定位置に帰って来るのである。順方向の筋肉が縮む時に消費されるエネルギーは基本的にキーを押し下げる運動エネルギーとフックバネを延ばすエネルギーに使われるが、その伸長エネルギーは帰りに弛緩状態の逆方向の筋肉に吸収されて発熱になる。つまり行きの単発的な動きで最小単位のエネルギーが使われるが、弛緩状態のまま受動的に伸びて縮むゴムひもはエネルギーを消費しなくても発熱をする。
もう一つ着目しなければならない事は、固い表面に乗っている指先でそのまま叩く事は出来ないので、１度指先を持ち上げてから振り下ろす１往復で叩いていると言う点である。この場合は縮む筋肉と、受動的に引っ張られた反動で縮む筋肉の役割がＴＡＰの場合と入れ替わる。即ち、我々がホームポジションのＡＳＤＦ／ＪＫＬ：のキーに指を乗せていてそのどれかを叩く時はそのまま押し下げるのが普通であり、持ち上げてから振り下ろす事は少ない。この２つは無意識の動作として明確に分かれていて、その中間の動作をする事はできない。ホームポジション以外のキーは、振り上げて下す形であると言える。これを考えた時に、ホームポジションのキーは決まってそのまま押し下げる形を徹底するには、５０〜６０ｇという抗力の現在の閾値は大き過ぎる。これが例えば〜２０ｇの初期抗力であれば、間違いなく初めから直接押し下げる事になると思われる。
一般的な神経パルスの観察から、恐らく１個の神経パルスで起こされているのは間違いがない指の自然で円滑な最小単位の運動に対して、指先を押し下げるだけで帰りが伴わない運動、短く１ｍｍだけ押し下げて帰って来る運動、押し下げた位置で静止状態を保つ事、ゆっくりと動かす運動、意識的に円滑さを保とうとする運動は、どれも余分な集中と筋肉のエネルギー消費を伴い、また司令する側の脳回路も神経パルスを多発して大きな電気エネルギーを消費していると考えられる。
人間だけが２足歩行を巧妙に行い、動物の中では飛び抜けて低エネルギー消費の水平移動運動をできるのは、筋肉の往きと帰りが前後の筋肉の間と両足の間の連携で連続的に自立的に起きるのを利用し、それで重い頭部を支える事ができるに至ったと改めて考えられる。事実そのように往復運動を行う人形を作ると、その人形は動力なしで続けさまに１０歩程、歩行前進を続けると言う驚くべき模擬実験結果がある。若し両側の筋肉ともゴムひもの状態で受動的な往復運動を交互に続けるが、１回の損失分を補う分だけ神経パルスが同期して筋肉を収縮させれば、その消費エネルギーは最小であり、往復速度は最速になる。ＰＣキーボードが目指すべきはこの自然状態に対応した形であると言えそうである。
このように自立的な往復運動になるという指の独特の反応は先天的に人に備わっている事であり、習慣や訓練で身に付いたものではなく、個人差が少ない。常に使っている利き手は自立的な往復時間が短くなっているが、新しい形のキーボードで、反対側の手も底打ちの滞留から解放されると、利き手の往復時間の速さに追いついて行くと考えられる。キースキャンという方法は、ボタンを押し下げてしばらく保持し、その間に数発のスキャンパルスが行き過ぎるというシステムであり、進化の過程で枝に飛び移った瞬間に指を曲げて木肌の凹凸に引っ掛かりを求めるためなら、単なる片道運動として完結する方がよい。これとは違って軽く触って引っ込める往復運動は、寧ろ最小運動単位で順方向の筋肉が働いて延ばされた逆方向筋肉が元に戻るに過ぎないという、ゴムひもに喩えれば伸びたものはひとりでに縮むと言うだけの、進化の過程などと言う以前の、単純な受動的反応であると考えられる。この根源的な原則を認識しなければ、究極のキータッチを追求するスタートラインにはついていなかった事になる。
現在のキーボードは一部のキーを除いて、押したままだと連続して文字入力がなされてしまうようになっている。これは明らかに不快であり、底打ちに至る動作か、底打ちから定位置に復帰する動作の過渡を検出して入力が行われる方がよい。図８にそのための概念図を示す。現在のキーボードは時間とストローク位置の関係に於いて下に凸の放物線に類する運動をし、往き止った最下点でメンブレン接点が導通する事を前提にしている。その際指を強く押すか速く押すかをすれば、導通接点に到達するまでの時間が速くなるという誤解がなされているように見えるが、実際には軽く叩いた時の往きの時間の７０ｍＳ程が最速であり、それ以外の意識は徒に到達時間を長くする。現在のキーボードは全てキースキャン形式なので、最下点に達した時に、スキャンパルスが巡って来なければ入力はできない事、またチャタリングに打ち勝つために２個以上のパルスの到来を待つ事、によって最下点に暫く留まっている必要がある。これに対して指先が判定の閾値を越えるまでのストローク距離は短く、指先の肉の圧縮が初期抗力より小さい事で誤動作を避け、閾値を越えるオン判定が直ぐに行われ、チャッタリングは原理的に起こらず、それに続く１ｍｍ〜３ｍｍの沈み込みは操作者を疲れさせない快適さのために存在し、キーを叩く繰り返し速度は現在と変わらないか、もっと速くなるという方法が存在している。
残念ながら全てのキータッチの設計がこの事を基本的に理解した上でなされているとは言い難い。しかしできるだけ軽快なキータッチを追求する過程で、ストロークが底部に行き着く途中でオンになるのが快適さの最も大きな要因である事は経験を通してよく知られており、これはメンブレン型／パンタグラフ型では実現できず、静電容量スイッチ型でそれに十歩進むべき所を半歩だけ近づく事ができたが、それは火付け役であって、今度はメンブレン型が金属バネを使うなどの工夫をして快適なキータッチという点で十歩進むべき所を１歩進んだので、静電容量スイッチ型を逆に半歩だけ追い越したのが現状であると言える。しかし未だ９歩残っているのを誰かが詰めなければならない。究極のキータッチはしかし、８〜１０倍の価格になるのではなく、寧ろ究極のコストダウンを追求したところで、最良の形が究極の信頼性と共に存在している可能性がある。
【００１４】
ＰＣキーボードを１０本の指を使って叩くのに対して、ＴＶ用リモコンは、左手の掌でリモコンを持ち上げ、右手に持ち替えたその親指で、ゆっくりした速度で、密集した小さなボタンを、強めに押す習慣が身についており、ストロークは１ｍｍ程である。抗力が大きいために軽く押すという選択肢はない。押した親指を戻すという過程はなく、押していたのを緩めると、ボタンに押し返されるのと併せて、自然に指が離れるのである。一方電卓の場合は、左手で持って、右手の人差し指の指先で、密集した小さなボタンを、軽く押し回すが、指の根元を曲げる事と、腕全体を動かしてボタンを選ぶ事が組み合わされて、押し間違いを起こさないように気を使った素早い動きとなっており、指先は意識しなくても、ボタンから離れる自立往復運動を伴っている。
指先だけを数秒掛けてゆっくり曲げるとスムーズな動きはできず、ギクシャクした不連続な動きの繋がりになる。これは順方向に動かす指令／筋肉の動きと、それを逆に押しし留めようとする指令／筋肉の動きとの組み合わせが打消し合う相克状態になっているので不自然になる、と考えられる。相反する２つの筋肉を使うのは無駄なエネルギー消費であり、１０ｍｍ程単発で動く最小単位を１とすると、１ｍｍ進んで１を消費し、それを止めるのに１を使うので合わせて２を使い、それを１０回続かせて１０ｍｍ進むと、往きだけで２０を消費し、その位置を維持するのに更にエネルギーと集中を要し、帰りにもまたエネルギーを使う、という段取りの動きになる。
指先をゆっくり動かす意識なら、指を曲げて４０ｍｍほど動かすのは、意識は必要であっても困難ではなく、１０ｍｍほどゆっくり動かすのは遥かに困難である。最も自然で疲れない動きは、人間に生来備わった１０ｍｍ程の往復運動が、速くも遅くもない単発の過程となる１５０ｍＳ程の等時性の時間で行われる事であり、これに検出された事が途切れない電子音を聞き流すなどで確認できる事が快適さを増すであろうと言える。
ＰＣキーボードが敬意を持って対応すべき、この夢のように合理的な生体の動きは、現在のリモコンのボタンをゆっくり強く押しつけるのとは別の動きである。改めてリモコンのボタンの理想を考えて見ると、現在のＰＣキーボードのように最下点に到達した時に作動するのではなく、押し下がりが始まって直ぐに作動させるべき点では、ＰＣキーボードの本来の理想と同じであると言える。この理想に切り替わっても、過去の４０年余りのリモコン式テレビの歴史で身に付いた、ボタンを強く押して何とか劣化したスイッチを導通させようとする怨念が暫くは残っているであろうが、最下点がスイッチのオン／オフとはもう無縁だとなれば、強くは押さず、劣化の恐怖とはやがて縁が切れる事になる。
最下点で初めて接点がオンになる事に代わるものは、押し下げの始点近くで接点がオンからオフになる方法が残っているが、１つのボタンだけが開放で、残りのＮ＊Ｍ−１個のボタンが全て導通しているのをキースキャンで見つけるのは容易ではなくなる。それを行うには先ずキースキャンを廃絶しなければならない。そして最下点ではなく、押し下げの始点か、復帰する終点近くで発生する自発パルスを使うという必然が見えて来る。
現在は、リモコンを手にした時に、ボタンのどれかに触って間違って押される事が無いように、ゴム接点ボタンの抗力を強くしている面があり、その代わりストロークは短い。ストロークの最下点ではなく、新しく始点か終点を検出するようにした場合、抗力の閾値は始点にあるので、ボタンのどれかに触って間違って作動する可能性は小さくなる。現在はＰＣキーボードもリモコンでも、ボタンを軽くすると間違って押してしまうと考えられている。しかしそれを決めているのは、初期抗力であって、ストロークの過程の何処でスライスされるかは無関係である。これを関連づけてしまっているのが現在の状態である。
導通型／静電容量スイッチ型は電極の位置に依存するスイッチであるが、密着界面型／誘導型はボタンが押し下がっても静止していれば感応せず、そこからの変化の速さだけに依存する。ＰＣキーボードに必要となる指先の単発運動の概念は、ＴＡＰという英単語でその動きがよく表されているが、日本語にはそのような動きに対応する用語がなく、単発パルスの軽々しい動きという観念が欠落していると言える。寧ろ太極拳に見られるゆっくりした大きな動きは、正負の動きが相克する困難さを制御する精神集中で円滑な動きに近づく事を求める苦行の価値に重点が置かれ、しかしキーボードには寧ろ軽々しいが故に円滑なＴＡＰが適しているのである。世界の人種間では、遅筋と速筋の構成比率が大きく異なり、ＴＡＰは専ら速筋の運動なので、同じ種類の運動でも人種間でその捉え方に違いが出て来るのは致し方がない。
【００１５】
指先の動きは、神経パルスの指令と筋肉の収縮という反応で構成される。図９に示すように、神経のパルスの伝達も筋肉の反応も、速筋に主に使われると考えられている糖分子単位（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）１個のＣ原子を、酸素分子（Ｏ−Ｏ）１個が挟み出して、爆鳴気水分子（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）を１個爆縮生成する時の電磁的エネルギーが使われると考えられ、（Ｏ−Ｃ−Ｏ）分子１個の燃焼エネルギーは、水分子（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）生成に比べれば小さく、副産物に過ぎないという熱量計算上明らかとなる事実がある。
これを原子の結合替えを表わした構造的化学式で書くと数式２となる。
【数２】
2018198039.tif 000005
速筋に対して遅筋は、糖分子単位（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）から１つの酸素原子（Ｏ）が抜き取られて、分子量が３０から１４に軽量化されて貯蔵された脂肪基（Ｈ−Ｃ−Ｈ）になったものを、補完的に使うと理解できるが、数式３に示すように、脂肪基に１つの酸素原子（Ｏ）を加えて糖分子単位（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）に戻す過程を経て、その炭素原子（Ｃ）を酸素分子（Ｏ−Ｏ）で挟み出して水分子（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）に終着させる、より長い手順になり、有酸素運動としてより多くの酸素を必要とするが、貯蔵のためにＯを抜き取っているので、体重当たりの持続的なエネルギーは大きいという特徴がある、という理解ができる。
【数３】
2018198039.tif 000006
キータッチでは持続的な脂肪単位ではなく、瞬発的な糖分子単位が主に使われる事はよく知られている。神経パルスはこの動植物に共通な数式２の可逆的な置き換えが１つ起こって発生されたものが、神経索を伝搬して筋肉に伝えられるが、制御を受ける筋肉の側は、爆鳴気水分子（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）への終着が複数個伴うのが、ＡＴＰの核心部分であると考えられる。体幹部の筋肉は多数の神経パルスで制御されるので、パルス密度のバラツキ／パルス数という雑音／信号比が小さく、スムーズな動きができるが、指先だけ動かす場合は神経パルスが１個〜数個でしかなく、あるかないかという頻度になり、量子化雑音としての不確定さの割合が大きくなるので、ギクシャクした動きしかできないのである。指先のＴＡＰは１個の神経パルスで制御されていると考えられ、その発生のタイミングだけが脳で制御されていれば、１５０ｍＳ程の往復時間も、１０ｍｍというストロークも最小単位として決まっている形として、円滑な動きをすると解釈できるのである。スポーツで精度のよい滑らかなコントロールをするには体幹に近い筋肉を使う事が鉄則になっているが、これは単純に神経パルスの量子化雑音割合が、体幹の方が小さくなるためであると言える。
植物の化石である石炭の燃焼は主成分である炭素Ｃが酸化して（ＣＯ２）となる変化であると考えると熱量は極めて低く、（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）には終着できないが、動物の化石で水素を含む石油の燃焼は副産物（ＣＯ２）の発生よりも主産物（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）の爆縮生成でより高い熱量が得られて、燃焼過程は爆発的である。炭素１００％の材料を燃やすのは容易ではなく、周りから加熱して酸化させられるだけであり、これを燃焼と呼ぶのは単語の用法が間違っている。窒素Ｎを含む火薬の爆発力は、この（Ｈ２Ｏ）が生成する事にあるという例外なき真実が化学という学問に於いて見落とされて来たと言える。石油で走る自動車の排気パイプから水がしたたり落ちるのは、石油の中の（Ｈ−Ｃ−Ｈ）基が酸素（Ｏ）を取り込んで糖分子単位（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）となってから、その（Ｃ）が（Ｏ−Ｏ）で抜き取られて（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）が爆縮生成されるのが核心的な部分であり、その意味ではガソリン車／ディーゼル車／水素燃料車は共に（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）が爆縮生成されている共通の原理が見逃されている。（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）の生成が大きなエネルギーを生み出すのは、（Ｏ＝Ｈ）を２つの原子から作り出すか、２つの原子に分離するかの正負のエネルギーは小さいが、（Ｏ＝Ｈ）と（Ｈ）があると、（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）となるのはスピン磁気の磁路短絡となるので、核エネルギーに次ぐ最大級のエネルギーが熱放射されるか、直接発電になると理解される。つまり、（Ｏ＝Ｈ）も（Ｈ）も何のエネルギーも持っていない平凡な存在であるが、それは爆縮を起こして（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）となるのは宇宙で唯一の化学的な奈落（低エネルギー準位）であって、そこに落ち込むと桁違いのエネルギーが放出され、奈落から助け出す電気分解で（Ｏ＝Ｈ）と（Ｈ）に分離するのも同じエネルギーが必要になる。宇宙にはこれに匹敵して大きなエネルギーが出入りする分子結合は存在せず、平凡なエネルギー準位にある。これまでの科学がこの点で錯誤していたのは、お金持ちが１人いる事に着目していたが、底なしの貧乏人が１人いる底力には注意を向ける事がどうしてもできなかったのである。
植物は糖分子単位（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）を作り、神経伝達が無く、糖分子単位（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）の光合成に必要な水分子（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）を根から吸い上げ、大気中の水分子（Ｈ２Ｏ）を利用する事はできない。植物が（Ｈ２Ｏ）を躯体内に含む割合は、動物に比べて遥かに小さい。植物が作った糖分子単位（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）を食物の摂取で体内に取り入れて利用する動物は、水分子（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）を体内に持ち歩く一方で、大気から酸素分子（Ｏ−Ｏ）を取り入れて、糖分子単位から楔の炭素原子（Ｃ）を抜き取って（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）を１個１個爆縮させる発電単位の集まりで主に速筋の筋肉繊維を収縮させ、これを制御する神経パルスは、糖分子単位を１個分解して１個の（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）を作り出す単位で電気信号として神経索を伝わる。この1個の神経パルスが指先のＴＡＰ動作をさせているのであり、それ以上には細かく分割できない量子化単位である。１個の量子化単位の指令で筋肉が収縮して生じたＴＡＰ動作を、並列処理の単発パルス波形としてキーマトリックスに使うのは理に適っている。動物が作り出した（Ｈ２Ｏ）は体内で再利用できるが、激しく筋肉を使っても、激しく脳を使っても、脂肪基が出発点でも、糖分子単位が直接の出発点でも、結果として大量の糖分子単位（Ｈ−Ｃ−Ｏ＝Ｈ）から（Ｏ−Ｏ）によって炭素Ｃが挟み出されて（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）となり、対局を終えた棋士は筋肉を使わずとも、激しく脳パルスを発生させて（Ｈ２Ｏ）が余剰になり、その排出で体重が２〜３Ｋｇ減るのである。運動をすれば発汗で排出できるが、脳だけを使うと別の排出になる。脳の発電は瞬時性が要求されるので、多量の糖分子単位が血管で送り込まれるが、脂肪基が使われる事はない。
瞬発的な動作を行い、鍛えれば筋繊維が太くなる白色の速筋が糖分子単位で酸素分子をそのまま即時的に消費するのに対して、持続的な動作を行い、鍛えても強化しにくい赤色の遅筋は、軽量化して溜め込んでいた脂肪基（Ｈ−Ｃ−Ｈ）に、数式３で示した活性化過程で発生させた単独酸素原子（Ｏ）を糖単位に割り込ませ、そこに酸素分子（Ｏ−Ｏ）で楔の役割になっている炭素原子（Ｃ）を挟み出して（Ｈ−Ｏ＝Ｈ）を爆縮生成させるが、この方法は重さ当たりの燃料使用効率は高く、持続性が高いが瞬発性に欠ける。速筋は筋繊維の中に予め酸素を抱いたヘモグロビンを集めていなければ、即時性が発揮できないので、直ぐに息切れしてしまう。
ＴＡＰによって指先は１０ｍｍ程動いてしまうのに対して、キーのストロークは１ｍｍ〜２ｍｍに制限されると言う点は大きなミスマッチと言える。この差によってキーを叩く度に接点に衝撃を与える負荷を掛けての耐久加速試験を故障に至るまで繰り返している事になる。標準的な信頼性の目安は１０００万回である。最近では５０００万回以上の耐久性試験を抜き取り検査として課している場合もある。驚くべき事は、人間の指がこの耐久性を大きく上回る事である。見方を変えればこの差で、操作者は優れた耐久性に任せて無理矢理電極間を導通させようと表面を磨き続けているとも言える。つまり人間の指が先に腱鞘炎になってしまえば、キーボードは壊れないと言う事である。キーを叩くと上側の電極が下側の電極に衝突してストロークは止まるが、その前後にキーそのものが機械的な緩衝ストッパーで制止されると衝撃は弱まる。しかしこの緩衝機構の経年変化で、導通はクリティカルな条件を押し付けられる事になり、このような緩衝ストッパーはメンブレン接点自体やパンタグラフ機構が既に持っている。緩衝ストッパーやその微かな衝撃音はキーが確実に押されたであろう推測的な確認手段になっており、底打ちは不快であるが、クリック音での確認を快適さとして補うという意識付けが習慣として身についている。しかしラバードームが屈曲して抗力が減るのを快適さとして捉えるのには無理があると言える。
これらの諸状況で生じているジレンマを解消するには、衝突は起きずストロークの途中でスライスがなされ、キーがアクセスされた確認は電子音が聞こえると言う方法か、磁石の反発力で決して衝突は起きないようにするか、両電極が比較的広い対向面積で密着するために圧縮空気流で軟着陸し損傷が少なくなる、などの方法がある。リモコンのボタンを押す場合は、ＴＡＰではなくゴムボタンの反発力を強くしてゆっくり動かす形であり、印鑑を押すのと同じくボタンを強く押した事を操作者が認識する行為になっているが、リモコンのボタンを強く押す行為は、導電性ゴムの変形が固化するのを速めている。印鑑を押す時は、どの位強く押せばいいのか分からず、結果を見て押し直すしかない。
【００１６】
金属電極間の導通は、金属の表面が酸化するのでスイッチとして動作不良に陥るが、流す電流が大きい場合は形成された絶縁膜が破壊されて再導通する繰り返しが行われていると解釈されている。流れる電流が微小である場合は再導通する作用が低下するので、酸化しにくい金メッキを金属電極表面に施すのが普通である。金属電極と導電性ゴム電極の間の導通が求められる導電性ゴム接点でも、導通時に流れる電流が小さい方が接点の劣化が速まるとは言えない。経験的に大きめのスキャン電流を流した方が劣化は遅いと考えた場合は、終端抵抗を小さくするのでスキャンの消費電流は大きくなる。また接点が外乱に対して電磁遮蔽されていない場合、誤動作を避けるために小さな終端抵抗を選ばなければならなくなる。金属電極間の導通は電極の全対向面積に亘って起こるのではなく、多数の接触導通点の集合として起こる。一般のスイッチでは圧力を加えて接触点の総面積を増やす事ができるが、キーマトリックスではこの圧力を期待できない。そこで片側の電極を導電性ゴムとして、接触面を馴染ませる事が意図された構造になっている。この変形は初期には上手く機能するが、ゴムの変形が固定化されるか導電性ゴム材料内部の導電度が劣化する後期には接点不良を助長する。
金属対導電性ゴムと金属対金属の接点不良を２つの選択肢として比較するには、導電性ゴムとは何か、金属の格子とは何か、仕事関数とは何かを、分子レベル／原子レベルで深く理解して置く事が不可欠である。図１０に示すように、炭素原子Ｃは２層構造の３角原子であると考えられ、インターリーブして自立的に６角環（Ｃ６）を形成する。これがベンゼン環である。水素原子Ｈの有無はこの基本骨格構造とは無関係であると言える。炭素原子を２層構造が上下となるように縦向きに置いた場合、上層の３つの軌道電子のスピンが左回りなら、下層の３つの軌道電子のスピンは右回りであり、これをＬ型と呼ぶ。逆に上層の３つの軌道電子のスピンが右廻りなら、下層の３つの軌道電子のスピンは左回りであり、これをＲ型と呼ぶ。Ｌ型は上下をひっくり返してもＬ型であり、Ｒ型は上下をひっくり返してもＲ型であるので、Ｌ型とＲ型の区別を生じる偶数原子核層の原子は、自然界にＬ型／Ｒ型が５０％／５０％の割合で存在している。これが光学異方性と呼ばれていた事の真相であると考えられ、思い付きで言われて来た鏡像対称そのものは光学異方性の原因ではなく結果の１つに過ぎない。この観点では、旋光性は分子結合のトポロジーで発生しているのではなく、原子の単位のＬ／Ｒの違いとして起きているのである。ベンゼン環やグラファイトはＬ型とＲ型が交互に配されて（Ｃ６）を形成しているので相対位置が変わらず柔軟ではない。これに対してダイヤモンドでは、Ｌ型かＲ型かのどちらかのＣ原子だけで単結晶が構成されている。単結晶の水晶もどちらか一方の型のＳｉ原子とＯ原子の組合せで構成されて右水晶になるか、左水晶になるかの違いが生まれると理解できる。
ベンゼン環がネット結合をなした単層のグラフェンが完全なＬ／Ｒ型インターリーブであるものを丸めてシームレスパイプのカーボンナノチューブを作っても、図１１に示すようにＬ／Ｒ型の完全インターリーブが維持され、有用な素材となっている。これに対して（Ｃ６０）であるフラーレンは６角形だけで３２面体が構成されているのではなく、サッカーボールと同じく、２０個の６角形と１２個の５角形で構成されている。１つの６角形を取り囲むのが６つの６角形なら、そのつながりはＬＲＬＲＬＲとして完全なＬ／Ｒインターリーブを維持して平面を形成する。しかし１つの５角形を５つの６角形で取り囲んで一周させて繋げる事で無理やり曲面を作ると、ＬＲＬＬＲとして繋がらないものをサッカーボール全体では何とか球形を保つようにしているので、辺を辿るとインターリーブで環が閉じ切れない不完全な球体の形になる事が分る。５角形は単なる空洞で、２０個の６角形で構成されているとして扱うと、球全体では図１１に示したように、５番目と１０番目、１２番目と１７番目の２箇所に格子欠陥線がある勘定になる。自然界では非生物世界でも生物世界でもこのように不適切なものは安定して有意に存在しておらず、全ての存在は適切であり、そこでは何らかの合理的な関係が維持されている。その合理性は大抵の場合、Ｌ型とＲ型が補完的に（隣り合うスピンの向きが横方向では反転し、縦方向では同じ向きに揃って）繰り返す事で達成されている。即ち、フラーレンには、超低収率でも生成する方法が見つかっていると主張するが、カーボンナノチューブと違い、未だに何の実用性も見出せないでいるのは、それが合理性に欠けた存在でしかないからだと理解される。
（Ｃ５Ｈ８）の繰り返しで表されるゴム分子も、水素原子（Ｈ）は骨格構造の形成には無関係であり、３角構造の原子核を持つ炭素原子（Ｃ）の繋がりで捻じれバネが構成され、柔軟性・弾力性・伸縮性が発現していると言える。本来６角環として閉じるべき６つの炭素原子が、６角環の１辺でＬＲの繰り返しであるべき所がＬＬかＲＲの段差結合であると、その対辺もＬＬかＲＲなので、６角環は閉じる事ができない。この形が長く繰り返されて図１２に示すような連鎖で伸縮性を持ったジグザグバネとなる。元々生体のＤＮＡのスパイラル構造はこのＬＲ段差で作り出されているので、天然ゴムや筋肉の伸縮スパイラルは容易に複製して大量生産する事ができる。
天然ゴムではＨ原子はＣ原子と結合しているためにその軌道電子は電離できず、Ｃ原子の疑似６角環骨格も軌道電子の電離を抑え込んでいるので、自由電子の供給数が少ない絶縁体である。物質の導電性とは、先ず電離する軌道電子が豊富にあって自由電子を供給する事と、次に自由電子が走行する時に軌道電子球の中に取り込まれて中心の原子核陽子の引力で保持される溜め込みの割合が少ない事、の２つの要素で成り立っていると考えられる。この２つ要件のうち前者の意味で絶縁体である天然ゴムに導電性を持たせるのは、導電体であるカーボンブラックを針状にしたフィラーを混入させた導電性であり、天然ゴム素材全体の自由電子数を増やしているのではなく、自由電子を持っているフィラーどうしが図１３に示すように、接触導通する事による導電性の連鎖が確立されているものである。接触導電性連鎖経路の一つが接触連鎖しなくなった時に、導電性が失われ絶縁体に戻る。
若し自由電子を持つフィラーから天然ゴムの領域に自由電子が持続的に移動すれば全体として導電性が獲得されるが、自由電子がフィラーから天然ゴム領域に移動する時には仕事関数があるため、自由電子はフィラー内に留まり、結局フィラー伝いに自由電子が移動する以外の導通経路がないのである。問題はフィラーを混入する事は導電性を与える一方、同時に天然ゴムの柔軟性を失わせるので、フィラーどうしの導電連鎖が酷使による変形で途切れた形のまま固まる事になれば、表面を幾ら清掃し削っても接点は復活せず、また柔軟性が失われているので表面接触点の数も減る。即ち金属電極と導電性ゴム電極という組み合わせは、人類が導通接点として選択すべき最終解ではないという事が、分子の基本構造として明確に言え、この場合は諦めが肝心になる。
【００１７】
対向電極を近づけて行き密着させると、凹凸が馴染んで定着した幾つかの接触点が暫くの間は維持される導通スイッチは、実は密着導通までの過程は急に増大する静電容量として働いていて、インピーダンスの配分によっては導通に至る前にスイッチオンと言える状態になっている場合もあり、厳密に言えば導通型と静電容量スイッチ型を明確に分ける事はできない。この電極間のインピーダンスの変化は、図１４にベクトル表示したような偏りのない純数値的な理解をすれば、静電容量が極大になるまでの過程で、状態（例えば直列挿入インピーダンスという観点）が大きく変化し、密着後に更に導通に至る事には顕著な変化はない。導通型はこの変化のない部分を誇張して弁別を行おうとする無理によって多くの問題を引き起こしていると言える。
静電容量スイッチ型は、静電容量の逆数に比例するインピーダンスとしては、離間量に対して直線的に変化するのをオン／オフの弁別に利用すると言えるが、可変静電容量値の変化がＸラインの駆動インピーダンスにクリティカルに依存するのを弁別に利用するという点が正しく説明されていないという状況にある。これは可変静電容量値という尺度ではなく、インピーダンス変化という次元で扱わなければ先に進めない。駆動抵抗ｒが小さいと、相対的なインピーダンス関係が持てないので、伝達される微分パルスの大きさは結合容量によって変化しない。
これに対して密着界面は、自発パルスが密着から離間に向かうか、離間から密着に向かう時に能動的に発生するのを利用するので、それ以上に伝達パルスは小さくならず、またパルス発生機構がほぼ完全に静電シールドされているという違いがある。離間から密着した事で既に判別は終わっており、密着が最終的に接触点での導通に至っても、判別動作には影響がなく、導通型／スキャン形式のように電極を強く押しつける必要がないので、電極表面の劣化が緩和される。導通（＝リーク）が起きてしまい、再び絶縁皮膜覆われる事が繰り返されても、問題なく動作を続けるという特徴もある。
導通型と静電容量スイッチ型は接点のインピーダンスのベクトル図という観点からは本質的な違いがないにも拘わらず、この２つは別原理であると言い張り、誰も反論しない事が今日の膠着状態をもたらしている。これを同類だと正しく解釈すれば、その対極にあるものは自ら姿を現し、諸問題は快方に向かう。即ち無接点だから耐久性が優れているのではなく、現実的に最も大きな変化をもたらす核心的な過程には、導通するか否かは含まれないのである。従って導通するか否かが基準になる導通型や、静電容量値の変化幅を基準とする静電容量スイッチ型は、この核心部分というスイートスポットを見逃している。
密着界面型のオンタイプでこの核心部分が理解されると、予め電極間に電圧差を与えて帯電させていたものが、電荷が再分布するより速く極板の距離を変化させると、密着直前に負パルスの電圧ディップを発生する。より正確に説明するなら、ディップした電圧変化はＣＲ放電時定数で直ぐに元の電圧に戻るが、図１５に並列処理形式の密着界面型の全体図を示したように、密着直前には静電容量が急激に増大してＣＲ放電時定数が大きくなる密着直前には放電し切れず、負パルスが残る。
同じく図１５に示したように、密着界面型のキーマトリックスのＩＣチップは、オンタイプ／オフタイプで共通に使われ、スキャンするためのクロックが不要であるなどで外付け回路が簡単になり、ピン数が少ない一回り小さなパッケージが用いられ、消費電力が減り、ＩＣチップ内部の回路も簡単になる。またラバードームを使うか、コイルスプリングを使うかを同じＩＣチップで対応する。キーボードの高さを低くするためにパンタグラフ機構を使う必要はなくなり、その場合も同じＩＣチップが前提である。各キーを押す時のアナログ量が反映されており、キー毎に最適化したスライスレベルをホスト側から貰って個性化に対応するラッチ回路、またホームポジションの８つのキーと選択された１つのキーのセットが１０１通りあるのを記憶されたパターンと比較してより精度の高い即時的な判定を行うラッチ情報をホストとの間でやり取りする回路の組み込みが、ＩＣチップの本来の回路が簡単になった所を割り当てて、コストアップにならないようにできる。
【００１８】
対向電極間の静電容量値の変化を利用すると説明される事が多い静電容量スイッチ型のＰＣキーボードの動作理解に於いて、Ｑ＝ＣＶという関係式が引用される。その意味として密着によって静電容量Ｃが大きくなれば、蓄積される電荷量Ｑが多くなるという理解や解説がなされている。しかしＱは寧ろ不変であると言うのが正しい場合が多い。
静電容量Ｃを用いる考え方は、元来交流理論として現れたものであり、そのインピーダンスがＺ＝１／ｊωＣという虚数の媒介変数として電圧と電流を結びつけている。しかし過渡的な現象を直接的に理解する場合はこの媒介変数の考え方が寧ろ妨げになる。キースキャンパルスが静電容量スイッチを通っても、微分パルスになった高さが静電容量値によって変わらないので、スイッチの動作の説明にならない。実際のステップ応答は周波数領域では正しく求める事はできず、時間領域の過渡解析を行う必要がある。つまりＱ＝ＣＶという関係式は静電容量スイッチ型の理解には役立たない。
一方の密着界面型は、例えば５Ｖの電圧源に終端抵抗Ｒを通して可変容量が繋がれていると、急な電極間距離の変化は帯電量Ｑの変化を起こす事ができない。電極間の電界Ｅは単位面積当たりの電荷分布量で決まるので、Ｑが変わらなければ電極間の電界Ｅは距離ｄに関係なく一定である。電極間の電位差Ｖは、電界Ｅに距離ｄを掛けたＶ＝Ｅ＊ｄの関係式になるので、電極間距離が突然大きくなると電極間の電位差Ｖも突然大きくなる。これが電圧源の５Ｖとは異なるので、終端抵抗Ｒを通して電荷が移動し、静電容量の電極間の電位差はやがて５Ｖに戻る。この時正負の電極間にはクーロン引力が働くのに逆らって電極間距離を広げる仕事をする事になる。ｄ＝１ｍｍの離間からｄ≒０の密着までｄが変わると、電位差Ｖはｄに比例して小さくなる、というのが断熱膨張と趣を同じくする原理理解であり、この基本からの出発こそが、教育に代わって新しい発想を技術者に呼び起こす。
静電容量Ｃが変化しても予め帯電していなければ何の変化も起きないので、この場合静電容量という観念は仮想的なものになる。対向電極が予め帯電しているのを、電極間距離を変えると、電流Ｉを取り出さず（Ｖ＊Ｉの電力がなくても）、仕事を与えるか受ける事になり、また電位差Ｖが変化する。即ちｄ＝０を導通と呼ぶなら、ｄ＞０である密着直前と区別する理由は何処にも見当たらない。現在導通型と静電容量スイッチ型を区別しているのは、この本質から遊離している。接近して導通に至ると言うのは、片側の金属板の結晶格子の表面から自由電子が飛び出し、反対側の金属板の結晶格子に表面から入り込む時の仕事関数の差が接触電位差という障壁であるが、これはｄ＝０になる前に既に障壁が無くなるのであり、原子レベルでは導通か密着静電容量かは意味のない観念的な区別に過ぎない。ｄ＝０が導通でｄ＞０が密着であるという差のないものを強引に区別するのが動作の本質ではなく、ｄ＝１ｍｍの離間からｄ≒０の密着までの過程を等分する変化の理解こそが本質なのである。静電容量スイッチ型という考え方は密着直前を過大評価するために最適設計からずれてしまい、導通型もまた密着直後を過大評価して導通不良と言う問題を作り出していると言える。
密着と導通の境界を行き来するとチャタリングを起こす可能性は、導通型にも静電容量スイッチ型にもあるが、これは密着前後の界面の仕事関数の変動によって起きる。ｄ＝１ｍｍの離間からｄ≒０の密着までの過程を等分する変化が核心部分であるので、変化幅の９割であるｄ＝１ｍｍの離間からｄ＝０．１ｍｍまでとすればチャッタリングは決して起きない。また界面の電気的な劣化も起きない。変化幅が９割になっても検出には支障はないのである。密着界面型では、１０μｍ程の誘電体絶縁層で両電極が隔てられているので、現実的にチャッタリングが起きない。
このように、導通か否かという古典電磁気学的な観点から離れて、原子／分子構造から見て、密着界面という見方が実は諸現象の中心にあり、変化の境界をなしている事が分る。これをキーマトリックスの核心部分に据える事ができる。一方軌道電子のスピンを核心部分に据えるのも、根源的な方法であると言える。これが誘導型である。本発明はこのような根源的な要素に拠って立って、システムを構築して行くものである。
【００１９】
静電容量スイッチ型の基本的な発想は、図１８に示すように、ＸラインからＹラインに波形を伝達するのが、可変容量と終端抵抗でＨＰＦ（高域通過フィルタ）を構成し、電極間距離が近接して容量値が大きくなれば伝達される波形が大きくなるのをスライスすると言うものであるが、うっかりしがちなのは周波数ゼロから、使用したい正弦波バーストの周波数までの周波数特性を見ると比較的直線的に変化するので、アナログ情報を埋め込めると思い込んでしまう事である。しかし実際には周波数は固定であり、変化させるのは電極間距離ｄなので、ｄを横軸に取って伝達関数を見るとその変化は偏ってしまっている事が分る。即ちアナログ情報を埋め込みたいために、駆動波形を矩形波ではなく正弦波バーストにするが、それはこの偏りのために意味がなくなるのである。矩形波の駆動は、静電容量を変えてもＣＲ微分波形の振幅が変わらないので、駆動抵抗ｒと浮遊容量でＬＰＦを構成して伝達波形の振幅が変わるようにしなければならない。しかしこの妥協による偏りは、正弦波バーストを使うための偏りと同じ程度であり、正弦波バーストを使う意味はない。従ってこれ以降の静電容量スイッチ型に関する記述では、全て矩形波駆動で代表するが、それは必ずしも静電容量スイッチ型の製品が正弦波バーストを使っていない事を意味するものではなく、敢えて正弦波バーストを使うのが無意味であると言うだけに過ぎない。結局アナログ量を正しく埋め込み、それを読み取る事はスキャン方式にはできず、並列処理の密着界面型に切り替えるしかない。
キーマトリックススキャンで行われる導通型／静電容量スイッチ型に対して、平行平板電極が１０μｍほどの誘電体絶縁層で隔てられた密着状態と、表面が１００μｍ程離間した状態の間の変化分を、電荷の移動量として受け止める密着界面型は、図１５に示したように、Ｎ行のＸラインとＭ列のＹラインの交差点の１つで、Ｘ電極とＹ電極がＧ電極との対向距離が密着に向かうのに着目するオンタイプでは、その交差点を形成するＸラインとＹラインにほぼ同時刻に負パルスを発生するのをＩＣチップで検出する。密着界面型は図１６に構造の違いを示したように、密着していたＸ電極とＹ電極がＧ電極と離間する瞬間に着目するオフタイプもある。
図１７では、Ｘ／Ｙ電極間の静電容量がインピーダンスとして変化するのをスキャンパルスの伝達関数で検出する静電容量スイッチ型と、オンタイプ／オフタイプの２通りの密着界面型との等価回路上の違いを示す。Ｎ行のＸラインとＭ列のＹラインの交差点がＮ＊Ｍ箇所である１箇所だけが密着状態になり、残りのＮ＊Ｍ−１箇所は全て１００μｍ〜程表面が離間しているオンタイプと、１箇所だけが１００μｍ〜程表面が離間して、残りのＮ＊Ｍ−１箇所は全て密着状態であるオフタイプとに於いて、従来のキーマトリックススキャンを使うと、オンタイプは検出できるが、オフタイプは検出が困難である。これに対して密着界面型は並列処理で使われるので、オンタイプとオフタイプが同等に存在できる。
【００２０】
密着界面型のオンタイプとオフタイプをキータッチの観点で比較した場合、オンタイプはボタンの１〜２ｍｍのストロークの後半に起きる変化が検出され、界面には密着時の衝撃が加わる。これに対してオフタイプではボタンの１〜２ｍｍのストロークの開始直後の変化が検出され、界面には密着から離れるだけなので衝撃は必ずしも起きず、急激に上昇すべき電圧は同じラインの密着容量値の総和Ｃ１＊（Ｎ−１）に吸収される。指先がボタンから離れた後にラバードームのバネ性で密着に戻る時の衝撃は緩やかで一定であるので、密着界面型の半永久の信頼性を損なうほどではない。１〜２ｍｍのストロークの途中のどの点でスイッチが動作すべきか、という議論は最早無意味であり、ラバードームの抗力が指先の肉の圧縮で屈した瞬間に密着界面が離れ、正パルスが発生するという簡明な動作であり、時間遅れが殆どない理想とすべき形になる。
オンタイプでは、密着界面の１つが経年変化で導通に至ったとしても、そのまま動作を続けられるような動作点を選んで置く事ができ、その後の経年変化で導通が解消して密着容量結合に戻っても相変わらず動作を続ける。これに対して、オフタイプでは密着界面の１つが経年変化で導通に至っても動作を続けるように設計するのは困難である。これらを総合すると、遅れのない即時応答で、抗力を小さくできるオフタイプと、ストロークの終点で作動し、劣化による導通が許容され得るオンタイプには一長一短があると言える。
理想的な軽快さを与える〜３ｍｍ程のストローク全体に亘って密着界面の距離ｄが変化するよりも、現実的にはその中の１００μｍの範囲のｄの変化を使うが、それが〜３ｍｍ程の往復ストロークの初めにあるのか、終わりにあるのかと言う選択肢を生じる。即ち〜２．９ｍｍは単なる遊びか、助走か、或いは勢いを受け止める区間なのかと言う多様な組み合わせになり、これまでのメンブレン接点や静電容量スイッチ型が身動きの取れない条件下でもがいていたのとは趣を異にする。信頼性／快適さ／文字入力速度／打ち間違いの低減／疲労度の低減／腱鞘炎になりにくい事、などに対して設計者は設計意図に合った自由な組み合わせを選ぶ事が可能な枠組みを提供する事が本発明の目的とするところである。そして１つのＩＣチップで、その組み合わせのどれにも対応できる事が望ましい。
【００２１】
厳密に言えば１０１キーボードであるが、省略して１０＊１０のマトリックスと仮定する。一方のデジタルＴＶ用の平均的なリモコンも、簡単のために８＊８のマトリックスと仮定する。導通型では交差点での接点部が拾う外乱よりも、配線が拾う外乱が卓越しており、各Ｙラインの終端抵抗Ｒが小さいほど、外乱によりＩＣチップに常時加わる雑音振幅は小さくなる。また接点が導通している間はＸラインの駆動抵抗ｒが終端抵抗Ｒに並列に加わる。指先がボタンに触れて外乱を中継するのは配線よりも接点部に及ぶが、同じように終端抵抗Ｒと駆動抵抗ｒが小さいほど、中継された外乱による雑音振幅は小さくなる。
静電容量スイッチ型がＰＣキーボードに使われた場合は、終端抵抗Ｒを小さくすると外乱の影響が減るが、同時にＸラインからＹラインに伝達されるスキャンパルスの振幅も小さくなる。Ｘラインの駆動抵抗ｒは、ＸラインとＹラインの対地浮遊容量との間でＬＰＦ（低域通過フィルタ）を構成する必要があるために、小さくできない。同時にＸ／Ｙラインは対地浮遊容量が必要なために、図４に示したようにＰＣＢ基板上でＧＮＤパターンに取り囲まれている。これはまたＬＰＦとｒ／Ｒ比で減衰するのがやむを得ない伝達パルスに対して遮蔽するのに役立っている。ボタンに指先が触れて外乱を中継する点では、金属バネをＸ電極に交流接地しても、ｒが定電圧駆動ではないので十分に抑圧できない。
この厳しい条件と比較して、密着界面型ではＧ電極を上方に置いてほぼ全面の静電シールドとする事ができるので、外乱の影響を格段に減らす事ができ、下方にも鉄板を敷いて電磁シールドをすれば完璧な遮蔽となるが、その一方で発生パルス信号も小さくなり、総合的には導通型／静電容量スイッチ型を大きくは上回らない程度のＳ／Ｎ比になる。
静電容量スイッチ型では、図５で説明したように、円錐形金属バネとＹ電極の間の静電容量は、バネ材の断面が円形であるために変化幅が小さくなり、またＸ電極と円錐形金属バネの最外周との間の固定の静電容量が直列に入るために、更に変化幅が小さくなる。このため、工夫しても、例えば最大直列容量が４ｐＦ、最小容量が１ｐＦの程度、即ち変化幅は４倍程、Ｙラインの浮遊容量は５ｐＦの程度、という事になる。その前提を、図１９に示す静電容量スイッチ型の等価回路に当て嵌めると、伝達パルスのオン／オフ比を確保するのはかなり困難である事がステップ応答から分る。単純にＬＰＦの効果がない場合の微分パルスの大きさを容量分割比に関して見ると、３倍程の差になる。
ＰＣキーボードのボタンの間隔は１９ｍｍ程であり、１つのボタンの面積は１９ｍｍ＊１９ｍｍ＝３６１平方ｍｍ程であるが、図１６に示したように、その４４％の８０＋８０平方ｍｍ程の面積を、Ｘの対向電極面積とＹの対向電極面積それぞれに割り当てるのは、電極間距離を可変にする機構に取って無理のない設計であると言える。密着界面型の誘電体絶縁層の厚みを１０μｍ、比誘電率を２．５とし、対向電極面積が８０平方ｍｍなら、１０μｍの誘電体層を挟んだ密着時の容量はＣ１＝１７７ｐF、表面が１００μｍ離れた時の容量はＣ２＝６．８ｐFと計算される。列の数をＭ＝１０とすると、終端抵抗Ｒ＝１ＭΩとのＣＲ時定数は、オンタイプでは、図１９に示すように、（１７７ｐF＋９＊６．８ｐＦ＋５ｐＦ）＊１ＭΩ＝０．２４３ｍＳである。１００μｍの表面の離間から１０μｍの誘電体層を挟んだ密着の変化が瞬時に起きれば、初めに与えられたＶ＝５Ｖの帯電電圧は０．２Ｖとなり、同じＸラインには１０個のＣ２の容量１０＊６．８ｐＦ＝６８ｐＦがぶら下がっていて、電圧降下分を小さくする度合いは少ない。ΔＶ≒−５Ｖの変化が瞬時に起き、２４３μＳの時定数でＶ＝５Ｖに戻る。実際のストロークは〜１００ｍＳのストロークの密着直前に電圧降下分がＣＲ時定数に打ち勝って〜百数十ｍＶの負パルスを発生する。
一方、オフタイプでは図２０に示すように、時定数は（１０＊１７７ｐF＋５ｐＦ）＊１ＭΩ＝１．７８ｍＳである。１０μｍの誘電体層を挟んだ密着から１００μｍの表面の離間が瞬時に起きれば、初めに与えられたＶ＝５Ｖの帯電電圧は１３０Ｖとなるが、同じＸラインには9個のＣ１がぶら下がっていてこの電圧上昇分を、全体の１６５５ｐＦで吸収するので、ΔＶ≒＋５Ｖ＊１／９＝＋０．５５Ｖの変化が瞬時に起き、１．６６ｍＳの時定数でＶ＝５Ｖに戻る。実際のストロークは７０ｍS程を要するので、密着から数十μｍ離れる初期の電圧変化は１ｍＳ以下の時間で起き、１．６６ｍＳを掛けて放電するが、後半の電圧変化は少なく、１．６６ｍＳで直ぐに放電してしまう過程の総合として、数十ｍＶ〜の必要十分な大きさの正パルスを発生する。
終端抵抗Ｒ＝１ＭΩは埃などの混入で生じるリーク電流を克服して耐久性をもたせるのに十分な値であると言える。実際にＩＣチップの中に１ＭΩの終端抵抗ＲがＮ＋Ｍ個ある訳ではなく、図２０に示すように、ＣＭＯＳトランジスタで構成された負帰還回路が等価的に１ＭΩに見えるだけであり、この負帰還回路の安定化のため（局部発振防止）の容量の役割を、ＩＣチップの外側にある密着界面容量と浮遊容量の総和が果たしている。このような仕組みを比較した場合、オフタイプがやや有利であるとも言えるが、製品として大差は無く、両者は適材適所で使い分けられる。オンタイプ／オフタイプの並列処理形式の密着界面型と、キースキャン形式の静電容量スイッチ型のＰＣキーボードを比較した場合、工業的には静電容量スイッチ型が生き残れるとは、あらゆる面に於いて言い難い。
８＊８のマトリックスからなるＴＶ用リモコンの場合は、図１６に示したように、密着界面型の対向電極面積はＰＣキーボードの半分の４０＋４０平方ｍｍ程が取れる。これをオフタイプとして使う場合は、終端抵抗Ｒ＝１ＭΩに対して、ＣＲ時定数が０．７ｍＳになるだけで、本質的な動作原理に大きな違いない。但しこれまでのリモコンと違い、強く押しつける動作では、速度が遅くなり閾値を越えられない可能性がある。その代わり親指を軽く押すと自然に速度が速くなり、必要な発生パルスの大きさが得られる。この本来あるべき押し方の習慣が身に付けば、消費者はリモコンが必ず何時かは動作不良になる恐れから解放される。密着界面型では帯電した電極間に僅かなクーロン引力が働くが、その力はこれまでのキーの抗力が５０〜６０ｇ重であったのと比べると無視できる大きさである。
【００２２】
静電容量スイッチ型も密着界面型も、周波数領域ではなく時間領域で考える事で初めて正確な理解ができる。図２１に示すように、等速の密着過程を階段状に等分して考えると、先ず電極間距離ｄが小さくなる程、同じ微分ステップ量に対して、電圧のステップ変化量が１／ｄに比例して大きくなって行く。次に静電容量Ｃが１／ｄに比例して大きくなるので、放電のＣＲ時定数も大きくなる。このような相乗効果で密着直前に負の自立発生パルスが集中する。これがオンタイプである。一方離間する方向では密着から離れる瞬間に正の自立発生パルスが集中する。これがオフタイプであり、オンタイプと密着と離間の順序を入れ換えた形である。
簡単のために、電極間に１０μｍほどの誘電体絶縁層を挟まないで定義した電極間距離ｄが等速度で離間から密着へ近づく場合と、密着から離間へ遠ざかる場合を組み合わせた波形は数式４に示す微分方程式で表される。
【数４】
2018198039.tif 000007
時間を労してこれを解くのではなく、実用的に逐次計算すると第１次近似として、バイアス電圧が５Ｖとして、密着界面のオンタイプでは図１９に示したように、１ｍｍの離間から等速度で密着し、直ぐに反転して速度で１ｍｍ離間する時の発生パルスは、終端抵抗が十分に大きい場合は電圧が単にｄに比例するので、５Ｖと０Ｖを往復する破線の三角波が発生する。実用的に終端抵抗を減らして行くと、実線⇒点破線の変化になる。密着界面のオンタイプでは、実際には下向きの放物線運動の頂点で密着する形なので、その場合の発生も右側に付記した。
これに対して、密着界面のオフタイプでは図２０に示したように、密着から等速度で１ｍｍ離間し、直ぐに速度を反転して密着する発生パルスは、終端抵抗が十分に大きい場合は、例えば５Ｖと７．５Ｖを往復する破線の波形が発生する。実用的に終端抵抗を減らして行くと、実線⇒点破線の変化になる。オフタイプの場合は、同じＸ／Ｙラインの他のアドレスの電極間容量が最大値の状態でぶら下がっているので、電圧の変化分が分担されて小さくなるので、徒に離間の波形が大きくなる事はないのである。オンタイプと比較すると、密着から離れた瞬間に急峻に波形が変化するのが分る。初期抗力が小さい場合、キーを叩いた瞬間に判定が行われ、これまでのキースキャンのキーボードとはまるで異なった正に一触即発の応答になる。
このような電圧変化を見ると、何故これまでキーマトリックススキャンが行われて来たのか理解に苦しむ。それをしない並列処理の発生パルスがあり、それが分離して読めるなら、スキャンするのは無意味である事が理解される。但しキースキャンは、キーボードからＰＣ本体にデータ伝送をする時にシリアルデーター化（逐次化）している意味を持っている場合もあった。しかし現実には１０１個のどれが押されたかは、７ビットの情報に過ぎないので、この意味の貢献はない。
【００２３】
メンブレン型のＰＣキーボードは、図２２に示すように、Ｘラインが裏面に描かれた上シートとＹラインが表面に描かれた下シートを重ねてラインを直交させた交差点で、３平方ｍｍ程の対向電極を、比較的大きな押下力で屈曲し導通させる事で、ジャンパーのない単純な２枚のシート構成とスペーサだけでキーマトリックスが行われ、製造コストの低さが際立っている。これに対してＸ／Ｙ電極とＧＮＤ電極との距離を変化させる２対向電極の密着界面型を２枚のシートとスペーサだけの構成だけで実現すると、ＧＮＤシートは豪勢な全面の静電シールドであるが、Ｘ／Ｙ電極シートにはジャンパーを設けてＸラインとＹラインを立体交差させる必要がある。並列処理でＩＣチップが簡単になる代わりにシートの製造工程が複雑化する。
これをよしとせず、ジャンパー工程の追加を避ける単純な方法は、下側がＸラインシートになり、上側がＹラインシートとなる１００平方ｍｍ程の１対向電極形式で、その電極間距離が１００μｍ〜程離間した状態と１０μｍ程の厚さの誘電体絶縁層を介した密着状態になる変化を検出するオンタイプかオフタイプとして、ＩＣチップ内で各Ｘラインは終端抵抗ＲでＨｉｇｈ電圧に、各Ｙラインは終端抵抗ＲでＬｏｗ電圧に繋いで各対向電極間に定常的なバイアス電位差を与え、密着〜離間の過渡的な変化による正負パルスが、叩かれたボタンが跨るＸラインとＹラインの双方に差動の向きに現れ、それを入力とする１個の差動増幅器からだけ大きなパルスが取り出されるのを検出してアドレスを特定する、キースキャンを必要としない並列処理としてマトリックスを構成する事ができる。この方法はメンブレン型導通接点に比べて対向電極の面積を３０倍ほどにできるので、低インピーダンス化がなされて外乱の影響が軽減し、大きな面積の屈曲として小さな押下圧力で感応するので軽快なストロークで動作させる事ができる。この方法では現在のメンブレン型ＰＣキーボードの製造工程の改修を最小限に留め、製造コストはＩＣチップの簡単化と誘電体皮膜の形成コストが相殺して同じ程度になり、単純に信頼性が半永久化する事と、キータッチが柔らかくなる大きな進歩の他に、アナログ情報の取得が可能になって個人化のための学習機能を持たせる道を将来のために、今買ったキーボードで確保して置く事になる。
外乱の抑圧に関しては、ＸラインとＹラインがアンテナとして同相の電圧を誘起する成分はコモンモードで打ち消される。Ｎ＊Ｍのサイズのマトリックスに対して、差動増幅器の数は同数のＮ＊Ｍであるが、ＸラインとＹラインの配線に対応した線型結合をＩＣチップ内で取る事で、外乱の影響を更に減らす事ができる。
押し下げるＦＰＣ（フレキシブル基板）の面積が大きい事で、メンブレン型より遥かに小さい力で密着する分、５０〜６０ｇより小さなタッチでオン判定になり、また叩き／押し始めてからオン判定するまでの時間が短い。ノートブックＰＣのパンタグラフ型を置き換えてキーの高さを低くする事も出来る。広い面積を押し下げる場合、隣接するボタンの下のシートは引っ張られて張力が増し、密着しにくくなっているので、指が触った隣のキーもオン判定される機会が減る利点がある。つまりメンブレン接点的なものは、導通させる事を諦め、単なる密着で終わらせるだけで、大いに新しい可能性が拓けるのである。
【００２４】
図２３に示すように、ゴムシートの一体成型で形成されたリモコンのボタン、ＰＣキーボードのメンブレン形式／パンタグラフ形式／静電容量スイッチ型の何れも、ボタンが傾いて押された時に不具合を生じる可能性があり、平行に下りて来るような仕組みの要求基準が高い。これに対して、図１６に示した密着界面型のオンタイプ／オフタイプの機構では、ボタン面が傾いて押される事に対する要求度は原理的に緩やかである。
メンブレン形式／パンタグラフ形式は共に、２ｍｍ程の直径のメンブレン接点を、指先から伝わる力がラバードームの中心の細い突起に伝わって、メンブレン接点部を取り囲む５ｍｍ程の直径で１００μｍ程の高さの、スペーサが途切れた円筒形の空洞空間の中心を正確に打って、その上のフィルムを単位面積当たりの強い力として、正確に対称的に屈曲させなければ導通には至らないので、ラバードームは傾いて屈曲する事が許されない。突起の底面積を大きくすると同じ力が分散してフィルムを屈曲する力が不足するので、小さくせざるを得ないが、それによって中心からの位置ずれを起こすボタンの傾きの影響を受けてしまう。また上下のＸ／Ｙ電極の対向面積が大きくなると、近づいただけで容量結合してスキャンパルスの微分波形が伝達されてスライスレベルに達する点でも、メンブレン接点は直径２ｍｍ程でなければならないのである。これを解消するために、メンブレン形式ではボタンを押し下げるガイド壁を高くして傾かないようにするので、キーの機構全体を低くできない。一方パンタグラフ形式では、パンタグラフが平行度を保つ機構なので、ガイド壁の高さに頼らずに傾きを小さく抑える事ができるが、ストロークが１ｍｍ程になる不快感と、選んだキーの隣のキーに触ると、隣のキーは傾けず、２つのキーが同時に下がってしまう問題を持っている。静電容量スイッチ型では、傾くと可変容量の最大値が小さくなってしまい、元々Ｙラインに伝達されるパルス高の判別がクリティカルなシステムなので動作に支障を来す。
ゴム接点でＸ／Ｙ電極の間の導通を計るリモコンでは、Ｚ電極が傾いて下りて来ると、Ｙ電極とＺ電極が初めに導通してそれを保つ間に、遅れてＺ電極とＸ電極が導通して目的を達する。この時に導電性ゴムのＺ電極がＹ電極側でより大きく圧縮されるのが長年続くと、その変形が徐々に固定され、Ｚ電極とＹ電極が高さ不足になって導通しなくなる恐れを生じる。傾いて押されると、その分だけより強く押し、Ｘ／Ｙ電極のどちらも導通させようとする事が、ゴム接点の変形や、表面の劣化を加速させる事になるので、長寿命化には平行度を保つ機構に合わせて、欲を言えば強く押しつけないで済む機構も必要である。
並列処理の場合に、密着界面型と後述の誘導型の天地逆転の形式を例に取って考えて見る。密着界面型では、オンタイプは密着に至ってパルスが発生する瞬間は、それまで引っ張り応力を受けていたシートは弛緩状態になり、オフタイプでは密着から離間に移った瞬間にパルスが発生するので、シートはまだ弛緩状態に近く、どちらも要所ではボタンの傾きの影響が及びにくいと言える。誘導型の天地逆転の形式では、鉄板の裏側の円筒磁石は、ストロークの過程に依らず終わったところで必ず密着していると言う点で、ボタンの傾きの影響を受けにくいと言える。
ＰＣキーボードを打つ8本の指先を、ＡＳＤＦ−ＪＫＬ：のボタンをホームポジションとして、そこから他のボタンに指先を延ばす場合は、そのボタンを真上から押す事はできない。そのような場合でも小さな導通接点に正確に突起が下りて来なければならない。１９ｍｍ＊１９ｍｍのボタンの何処を押しても平行に下りて来るか、斜めに叩いても平行に下りて来るようにする事は原理的に困難である。これは本質的に考え方を切り換え、垂直に下りて来なくても検出動作に支障が出ない方法に変更するしか解決手段がない。
密着界面型では、図２４に示すように、ボタンの下部の全面積に亘るＧ電極と２分割されたＸ／Ｙ電極の密着前後の静電容量の変化割合が発生パルスの大きさに関与するので、対向電極の平行度が重要であるが、密着状態を弛緩状態とするので、パルスが発生する瞬間の平行度は保たれ、要求基準が緩和される。その要点は、オンタイプでは始点ではシートの中央部に突き出したマイクロドームが、伸縮性のある上側のシートを突き上げていたのが対称的であるところに、上からの傾いた底面で押し潰すと、上側のシートとマイクロドームの静止摩擦係数は相対的に大きく、上側のシートと傾いた底面の摩擦係数は小さいので、上側のシートが水平方向のどちらかに引っ張られる事がないのである。例え引っ張られても、全面的に密着状態に至る事には違いがない。
一方密着界面型のオフタイプは、離間開始時に弛緩状態として平行度が保たれ、突起が斜めに下がって来て離間した時に非対称になる事は大きな影響を及ぼさない事が明らかである。メンブレン接点では、直径２ｍｍ程の導通接点の対向面積は３平方ｍｍ程度であるが、密着界面型では１９ｍｍ＊１９ｍｍのボタンの下の８０＋８０平方ｍｍを、Ｘ電極とＹ電極に割り当てる事ができるので、横ずれに対する許容度の桁が本質的に違うのである。この変形膜の可動域が広い事は、上から押し下げる力が小さくて済む事になり、密着界面型が軽いタッチになる理由である。
可撓膜の中央を押し下げる代わりに、図１６で示されているような、１枚の金属ＧＮＤシートに多重スパイラルバネを打ち抜きで形成した場合は、傾きに対する感度がよりクリティカルになる。しかしＸ／Ｙ電極を、図２４で示したように、２極配置から４極配置に変える事で、非対称の影響が緩和される。
また図２４に示したように、密着界面ではＯｒｔｈｏｄｏｘな金属バネを併用する事ができる。大口径のフィルム域を湾曲させる力は弱くて済むので、金属バネは出来るだけ弱くして、指先を乗せた時の沈み込みを許容する。相対的に大きな電圧ディップを選択するので、斜めに押し下がるのは許容される。金属バネはまた、液晶パネルで押し下げて格納する事が許される。
図２５に示すように、メンブレン接点に於いて、半径ａ１＝２．５ｍｍの円筒の空間に亘って、薄いポリエステルフィルムがｈ＝１００μｍの深さで屈曲して、上下の電極層が接触して導通する時に、円形フィルム部分が受ける張力の垂直成分と伸ばされる割合を、その３倍の直径ａ２＝８ｍｍほどのエリアの中心をｈ＝１００μｍの深さで押し下げる密着界面型の場合の湾曲と数値比較すると、その違いが呑み込める。
半径方向に伸ばされる歪率は数式５のようになり、円形エリアの半径をａ１＝２．５ｍｍからａ２＝８ｍｍにする事で、半径方向全般に亘る平均値としては１／１０程に減少する。伸びる割合の半径方向の分布としては、中央部が周辺部より大きく伸びる。
【数５】
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次に円形エリアが同じ割合で伸びたとしても、張られた綱を押し下げる力は、綱の長さが長いほど小さくなる原理を当て嵌めると、数式６のような違いを生む事になり、１００μｍ押し下げるのに必要な垂直方向の力は、円形エリアを２．５ｍｍから８ｍｍにする事で３０％に減る。
【数６】
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実際には均等には伸びないので、３０％という比率は更に小さくなる。これは、密着界面型ではＧ電極を密着させ、離間させる時の力は指先がＴＡＰされる力に比べて無視できる程度に小さくなる事を示している。
Ｇ電極表面のアルミ蒸着層または印刷導電層が、１０００万回伸縮を繰り返して亀裂を生じる可能性が上がる意味での歪率としては、エリア面積が大きい事で信頼性が確保されている。メンブレン接点でも密着界面型のオンタイプでも、空洞部分は密封空間であり、空気の圧縮応力を考慮しなければならないが、これはメンブレン接点では上下の電極が導通するのを空気層が邪魔する方向に働き、密着界面のオンタイプでは密着であって導通には至らない事を守る方向に働く。
図２５に示したように、スパイラルバネＧ電極にするなどで引っ張り応力を曲げ応力に転換するか、引っ張り応力を周辺に分散させる手段がある。これ以降の説明に於いて代表的にスパイラルバネＧ電極で図解されている場合も、必ずしもそれが条件ではなく、他の応力緩和の形でも動作に大きな差異はない事を意味している。
【００２５】
図２６の上段に示す誘導型では各ＸラインでＭ個のコイルが、各ＹラインでＮ個のコイルが縦続接続され、そのＸ／Ｙラインの片側は共通の直流バイアスに繋がっており、反対側はＩＣチップのピンに繋がれていて、単にピンの対地容量Ｃ３＝〜０．５ｐＦ程で終端されており、バイアス抵抗は存在しない。これに加えて各Ｘ／Ｙラインには対地浮遊容量が分布してぶら下がっている。コイルの電流誘導原理は、円筒磁石の近接で短絡電流ｉが誘導されるが、これは開放端子にした場合はｉ＊ｊωＬの定電圧源に変換され、Ｍ個のコイルが従属接続されていても、その先が開放端子である限り電圧は減衰しない。図２７に示すように、縦続接続コイルには開放端子であるため電流は浮遊容量や終端の容量を通して起こる以外は流れず、発電された１つのコイルの誘起電圧がそのままの大きさで重畳してＩＣチップのピンに伝達され、コイルの個数Ｍが多くても電圧が１／Ｍになるような事はない。このため１０１キーボードでも伝達される電圧振幅として問題がない。またＸコイルとＹコイルの間の相互誘導も流れるループ電流が小さければ影響を与えない。一方で、Ｍ個のインダクタンスを従属接続したＬ＝５０μＨ＊Ｍ程が、底部の鉄板で更に増倍されたインダクタンスと、ＩＣチップのピンの入力容量Ｃ３と、等価的な分布対地容量の和の、合計４ｐＦ程に荷重して均された値で終端され、終端抵抗Ｒが無限大であるＬＣピーキングの応答が得られる。この共振周波数は十分に高い。図２７に示したように、アタック時には正パルスが、リリース時には負パルスが発電される。ＩＣチップのピンに到達する発電パルスの大きさがコイルの位置によって多少変わる量は問題になる大きさではない。
図２６の上段に示したのは、ＸラインにＸコイルを、ＹラインにＹコイルを２重スパイラルとして並列に挿入する形式である。並列処理の誘導型でＸ／Ｙコイルに分けるのを分離コイル形式と呼ぶ。これに対して、図２６の下段にはＸラインとＹラインをその交差点で１つのスパイラルコイルで結ぶ形を示す。これを差動コイル形式と呼ぶ。分離と差動のどちらの形式もスパイラル巻線が外周から内周に進んで、外側に出るにはジャンパーかスルーホールが必要である点では条件は同じである。差動コイル形式では、マトリックス構成で隣り合う交差点のコイルの巻線の向きが逆である２次元インターリーブが行われている。Ｎ行のＸラインとＭ列のＹラインの交差点がＮ＊Ｍ個あるのに対応してコンパレータがＮ＊Ｍ個必要であるが、それを１つのコイルからの開放端子電圧として取り出すか、短絡誘導電流として小抵抗に流して取り出す方法があり、どちらも交差点間のクロストークは無視できる。この点は上段に示したＸ／Ｙ分離形式の場合と比べて理解がより明快である。差動コイル形式のバイアスの与え方は幾つかの方法があるが、どれも単純であるのでここでは説明を割愛する。Ｘ／Ｙ分離コイル形式と差動コイル形式には性能上の優劣はないが、Ｘ／Ｙ分離コイル形式はワイヤーハーネスを構成できる点で標準の形になる。以後の記述は全てＸ／Ｙ分離コイル形式で代表する。
【００２６】
図２６の上段に示した分離コイル形式の誘導型キーマトリックスでは、１つのボタンが押されると組み込まれた磁石がＸ／Ｙラインに挿入された同心の２つのスパイラルコイルに近接し、数ｍＶ〜のパルスを発電するが、図２８に示すように、ＸラインとＹラインを併せて読み取る時にはコイルの巻き方によりその極性は正負が逆になる。この正負のパルスをそのボタンの交差点アドレスに対応する差動増幅器に入力する。この発電パルスの大きさは差動増幅器のＤＣオフセットより遥かに大きい訳ではないが、外乱はコモンモードとして打ち消され、またインターリーブによっても打ち消されているので、結果として外乱は必要十分に抑圧され、また差動増幅器での熱雑音／ショット雑音よりも遥かに大きい。増幅器の出力はダイオードクランプなどで入力ＤＣオフセットが取り除かれた上で、最大値を見つけて押されたボタンのアドレスが特定される。
Ｘライン／Ｙライン上では図２８に示したように、１つのボタンが押された時の発電パルスの向きと、隣のボタンが押された時の発電パルスの向きが、逆になるように２次元インターリーブされたものを、差動増幅器に入力する。ＩＣチップのピンの数はＮ＋Ｍであり、差動増幅器はＮ＊Ｍである点は、従来のキーマトリックススキャンと同じ数である。コイルの向きが２次元インターリーブしているのに対応して、磁石の着磁の向きも２次元インターリーブしているので、周辺への磁力が軽減し、鉄でできたクリップなどが吸着される磁力は軽減されている。
並列処理の誘導型のＮ＊Ｍ個の差動増幅器と最大値回路の消費電流は、キーマトリックススキャン回路とＮ＊Ｍ個のコンパレータの消費電流より小さいので、リモコンやワイヤレスキーボードを使わない時に電池切れになるインターバルは長くなり、また並列アナログ処理であるので、応答の時間遅れがない。
１ｍｍ〜２ｍｍのストロークとキーを叩く速さがアナログ量として発電パルスの大きさや正負パルスの間隔などに反映されるので、これを快適さとキーを押す確実性の獲得に利用する事ができ、導通型のゴム接点からの大きなコストアップなし切り換えられる。この方法は、考えて見れば図２（ｆ）に示したリードスイッチ型と磁石を使う点では似た所があるが、個別部品として高コストとなるリードスイッチ型は結局導通接点のデジタル的なオン／オフであって、アナログ的な情報を取り出す事もできず、何よりもキースキャンが必要である。
図２６の上下段に全体図を示した、誘導型キーマトリックスは一般的にＰＣキーボードを置き換える事ができるが、リモコンの寿命を半永久化する事にも使う事ができ、注意深い設計でこれまでのゴム接点導通型のボタンの大きさと間隔のまま置き換えられ、〜十数円のコストとアップで済み、幾つかの付加的な機能を享受できる。
一層の信頼性が求められるＡＴＭキーパッドで静電容量スイッチ型が選ばれているのを置き換える事もできるが、指先の帯電や指先を介しての外乱の影響を受けない事では、誘導型は静電容量スイッチ型より安定しており、構造が単純で、低コストである。
誘導型は、図２９に示すように、ボタンで押された磁石が基板で行き当たる設計と、穴を貫通する設計があり、発電波形が異なり、またボタンの軽妙さを左右する。メンブレン接点では、ラバードームの突起がフィルムに到達した後に、更にフィルムを屈曲させる力と滞留時間が必要であるが、円筒磁石が基板に行き当たる場合の誘導型では、接触した時には発電パルスが既に発生しているという違いがあり、指先が底に押し付けられる過程が必要ではなくなっている。この違いはキータッチに於いて重大な分岐点になる。また円筒磁石が穴を貫通するのは、ボタンの押し方に複合的な意味を持たせる事を可能にする。
両面基板を使った貫通型では、表と裏のスパイラルコイルを同じ右回りではなく、右回りと左回になる差動接続にすれば、可動磁石が基板の厚みの外側にある時は変化分に対する誘導電流が打消し合うが、厚みの間にある時は誘導電流が足し合わされるので急峻な応答になる。指先をキーに乗せて沈んでいる定位置がこの付近にあるような機構の元では、行き止まりのない高感度のセンシングが行われる。差動接続している事で、外乱の影響は格段に抑圧され、配線がツイストされるのと併せて、電磁シールドの要求が緩和される。
円筒磁石の外周の直流の右回りの等価円周電流Ｉが、それより大きな直径の（或いは小さな直径の）スパイラルコイルと垂直距離ｄに近づいたときに、コイルにはループ電流ｉが直流として左回りに流れて平衡しようとするが、ｉはコイルのインダクタンスＬを銅損と放射抵抗の和で割った時定数τで直ぐにゼロに戻ってしまう。即ち１／２πτの遮断周波数以上でＩとｉの電流誘導の関係ｉ＝ｋ＊Ｉは周波数平坦であり、その比例定数ｋを電流誘導係数と言う。ファラデー世界の電圧対電圧の磁気結合係数ｋという観念もｋに周波数依存性がないが、実際に原因と結果の関係にあるのは、駆動電流Ｉ対誘導電流ｉである。開放端子電圧は、誘導電流ｉに、周波数領域で、ｊωＬを掛けたものに過ぎない。円筒磁石と誘導電流の間の垂直距離ｄと誘導係数ｋの関係は求められているが複雑なものであり、ここでは簡単のために、何の関係もないが、それと似たガウス分布の式に置き換えて取り扱う。図２９にその置き換えたｄとｋの関係を示す。
単純に測定で確認される電流誘導の真実は、別途測定された円筒磁石の外周に当たる円形コイルと発電コイルの間の結合係数ｋを距離ｄに対してプロットした曲線を作ると、円筒磁石が等速度で発電コイルを通過した時の誘導電流は、速度が十分に速ければ、結合係数をプロットした曲線と一致する。これを開放端子電圧として観測すると、この曲線を微分したもの（周波数領域でｊωＬを掛けたもの）と一致する。この事から明らかなのは、因果関係に於ける結果は誘導電流ｉであり、磁束の変化割合などと言うのは幻想であるのが誰にも分る。これに続いて円筒磁石の通過速度を遅くすると、この曲線より小さな誘導電流になる事が測定される。これはインダクタンスＬを銅損と放射抵抗の和で割った時定数τでゼロに戻ろうとするのが効いて来るからであり、その時ピークは幾分手前に来る。ファラデーの主張には何処にも正当性がない事が分る。要するに電流誘導とは駆動電流と逆向きに、直流電流が流れようとするが、時定数τで直ぐにゼロになってしまうので、円筒磁石を速く動かさなくてはならないが、ある程度速ければそれ以上の速度にしても誘導電流は増えない。開放端子電圧はｊωＬを掛けるので、速く動かすほど電圧が大きくなる。このようにファラデーは１００％虚構であると結論づけられそうであるが、レンツが言った事は、直流を直流で打ち消す誘導が起きる事を暗示している正当性のかけらがある。
【００２７】
誘導型で直交する行列を形成する従属接続のスパイラルコイルは、２層／４層／・・のプリント基板で無駄なく実現できる。図３０に示すように、奇数層はＸ巻線とＹ巻線が外周から内周に掛けて右回りの２重スパイラルであり、スルーホールで偶数層に移り、今度は内周から外周に掛けてそのまま右回りの２重スパイラルである。ＸラインとＹラインはコイルの直列接続であり、この右回りと左回りを交互に反転させるが、円筒形磁石の着磁の向きも反転しているので、コイルが直列接続された１つのＸラインを右に進んで行くと正パルスが、左に進んで行くと負パルスが重畳されて行く。Ｙラインを上に進んで行くと負パルスになる。そのＸ／Ｙの差分を取る事がアドレスを特定するＡＮＤ論理と同じになるのである。図２８に示したように、ｎ行目のＸラインとｍ列目のＹラインの交差点での磁石のストロークの応答がＩＣチップの増幅器に差動入力されると、そこだけ２倍のパルスが出力し、Ｎ＊Ｍ個の出力の残りは１倍かゼロである。これを比較するとｎ行目とｍ列目の交差点のボタンが押された事が分かる。２重スパイラル巻線によってジャンパーではなく単なるスルーホール接続ができ、層数が必要最小限で済む。巻線数が等価的に２倍になりＤＣオフセットを相対的に軽減できる。
若し円筒磁石が規則正しく図２８に示したような２次元インターリーブをしていると、磁石は、図３１に示したネットのように、同一平面を保とうとする磁気引力が働く。隣り合う原子／分子の磁気スピンは向きが反転する２次元インターリーブをして引き合う水平面の単層となる自動整列が起こり、垂直方向は同じ向きとなる単一層を形成して安定するので、観測が進む度に何処までも薄い事が判明し、結論づけが先送りされている土星の輪のような安定状態を維持できる。１つの誘導型の円筒磁石が押し下げられると隣の円筒磁石も僅かに押し下げられ、結果として１つの平面を保とうとする力が働くが、その見事な斉一さはニュートン力学平衡では説明が不能な惑星の輪が薄くなる仕組みを理解させる。
誘導型に於いては、円筒磁石がコイルに向かって真っすぐ垂直に下りて来る事が好ましいが、特別にガイドを設けてキーが押される時の傾きを生じないようにする厳しさは要求されない。可動磁石が１枚のシートにくっつけられて、その上のキーと共に押し下げられる場合は、横ずれが起きないので、キーが斜めから押されても問題なく動作し、また隣のキーに触れても、大きな動作をしたキーが選ばれるので、問題がない。指先を乗せてキーが沈み込んでも、そこからの変化に感応するので、これも問題がないという特徴がある。
市場にニーズがあるが実用になる形で実現していない、丸められるシート状のキーボードを改めて考えて見ると、広げると自分でＸＹＺ方向に延びた形を維持する事は、シート自身が平らになろうとする力と、上層と下層の反発力で行われる。後者は上下２つの磁石対の反発力で実現できる。上層と下層のシートがそれぞれ２次元インターリーブをしていると、上下層はそれぞれ単一平面になろうとして前者が満たされる。上面に付けられたキーは磁気反発力で快適な３ｍｍ程のストロークを作り出す。これで十分に新しい標準キーボードの性能基準に合致し、製造コストは十分に低い。この形を図３１の下段に示した。
【００２８】
誘導型のＸ／Ｙコイルを片面のプリント基板で構成するには、リモコンの基板と同じようにジャンパーの問題があるので必ずしも実用的とは言えず、寧ろジャンパーのない両面基板が有用になる。しかしＰＣキーボードの面積全体に広がる両面基板はそれなりの材料費が掛かり、現在導通型のキーボードがフレキシブルなポリエステルフィルム基板上で印刷パターンを作っているのと比べてコストアップになりかねない。静電容量スイッチではそれを押して、リジッド基板が使われている。誘導型の場合は寧ろ底部の鉄板上に絶縁層を設けた上に単層のダブルスパイラルのＸ／Ｙコイルと配線を印刷し、追加層でジャンパーを印刷する方が、性能と製造コストの点で有利であると言える。特に１ｍｇずつでも軽くしたいノートブックＰＣのキーボードでは、図３２に示した、電磁シールドを兼ねる鉄板印刷が有用である。
この鉄板印刷回路に代わり得るのは、同じく図３２に示したワイヤーハーネスを鉄板の上に敷く方法であり、Ｎ＋Ｍ本の細い銅線を巻いて自己融着成型して固め、バイアス線を加えたＮ＋Ｍ＋１極のコネクタでＩＣチップと接続する。何れにせよボタン／磁石の対と銅線だけの重さになり、コーヒーを零してもそのまま動作を続け、取り外して汚れを水洗いする事ができる。ワイヤーハーネスを使う製造コストは必ずしも高くない。このＮ＋Ｍ本の銅線からなるワイヤーハーネスは、前記の、Ｎ＊Ｍ個のコイルでＸラインとＹラインの間を別に接続しなければならない差動コイル形式には向いていない。
【００２９】
これまではＰＣキーボードの、メカニカル接点／メンブレン型／パンタグラフ型／静電容量スイッチ型というキータッチの僅かな違いしかない選択肢と、リモコンボタンの導電性ゴム接点の電極タッチという選択肢のない標準とが与えられていた。新しく密着界面型を選択すると導通させる必要がない分だけ、そのキータッチはこれまでの選択肢とは変わった軽いものに改善されるが、これらとは全く別のキータッチの可能性が誘導型には与えられる。その１番目は、図３３に示す磁気浮上である。２つの磁石の磁気反撥力を使う磁気浮上は、ボタンを押し下げるほど上向きの抗力が増す点ではラバードームの押し下げの前半と同じであるが、ラバードームでは接点が必ず衝突する行き止まりが不快感と接点の摩耗をもたらすが、磁気浮上では寧ろ軟着陸で受け止めて跳ね返す際立った安定感があり、衝突で損傷する導通接点はない。
２番目は、同じく図３３に示した方法で、構成を天地逆転して、電磁シールド鉄板を上側にして、その裏側に薄い円筒磁石を吸着させたのを動作の始点とし、鉄板に開けた小さな穴を通して磁石を引き離す方法であり、指先の肉の圧迫が磁石と鉄板の吸着力を越えた瞬間に作動するので最速で判定が行われる。より詳しい過程は、鉄板と円筒磁石の磁気吸着は強いので、操作者の指を押し下げるＴＡＰ動作が始まっても、磁石は動かず指先の肉の圧迫応力が吸着力に勝てないが、その力が逆転して円筒磁石が鉄板から僅かに離れた瞬間に、鉄板と磁石の吸着力は急速に減衰するが、指先は動かず、圧迫された肉だけが元に戻り、磁石はそれより速く離れて行き、その時既に判別は終わっており、それを追って指は下方に投げ出されて行く。この時の円筒磁石の離間速度は大きいので、離間した途端に発電が行われるのである。キーが現実的に行き止まるのは、浮き出たキーの裏側が鉄板の表面に支える時であるが、その前に指の下降は止まっているので、実際には行き止らず、放物線を辿って帰って来て、再び磁石が鉄板に吸着させる時に起きる衝突音を動作の確認として受け取るか、緩衝材で消音するかの選択肢になる。吸着されていた磁石が鉄板から離れる過程の明快さがボタンの切れの良さに繋がる。磁石と鉄板の関係が天地逆転するだけではなく、人間の頭も上下逆転させて見ないと、普段は見かけないこの不思議なキータッチは、実体験して見るまでなかなかピンと来ない。
【００３０】
誘導型は永久磁石がＸ／Ｙコイルに近づくアタック時に正パルスを発電し、遠ざかるリリース時に負パルスを発電する。キーマトリックススキャンでキーを押し／離す入力で言えば、並列処理では１往復のストロークで対発生する正パルスと負パルスのどちらか一方、或いは両方をスライスする置き換えになる。キーマトリックススキャンでは、文字ボタンを押し続けていると、同じ文字が連続して入力されてしまうために、単発の押し方になるように気を付けていなければならないという難点を持っているが、この問題はキースキャンの本質であり解決する事はできない。一方並列処理は文字ボタンを押したままでいても入力されるのは普通１文字だけになるようにする。
キースキャン形式のＰＣキーボードのシフトキーは押し続けている事に意味を持たせているので、ＩＣチップは連続して伝達されるスキャンパルスを検出し続けている。その間は同じ行の他のキーは使わない訳には行かないので、手続きが複雑になり、ＩＣチップに必要なピン数はＮ＊Ｍより多くなる。一方、並列処理である誘導型／密着界面型のＰＣキーボードでは、図３４に示すように、シフトキーを押し下げた正パルスを検出して負パルスは続かないのを見てシフトキーが押し下げられているのを認識し、正パルスとしての判定が続いている時にシフトキーがリリースされた負パルスをスライスしてその終わりを認識する。これは格段の変更は伴わず、シフトキーを別配線にする事もない。押し下げて離す間に押される他のキーは無傷でパルスを発生する。原則的には、並列処理ではＮ＊Ｍ箇所のキーの状態全てを同時に把握する分離判別が可能である。
ＰＣキーボードのＣａｐｓＬｏｃｋとＮｕｍＬｏｃｋはトグルスイッチであり、並列処理ではキーを押し下げて離した正パルスと負パルスの１往復でオンにし、次の１往復でオフにするトグル動作が構成される。ＴＶ用リモコンの音量の増／減ボタンでは、正パルスと負パルスの１往復の時間が短ければ１ステップの音量の増／減であり、長ければ連続ステップの増／減を意味するようにする事ができる。並列処理では、ＩＣチップに必要なピン数はＮ＊Ｍのままである。
誘導型ではボタンを押す速さやストロークの深さを、アナログ情報として読み取れる可能性を持っている。これまでの導通型キーマトリックススキャンは、スキャンパルスが伝達されるだけなので、その余地はない。静電容量スイッチ型でアナログ量を埋め込もうとするのには無理がある。
【００３１】
図３５に示すように、高さ方向に着磁した円筒形磁石を、中心軸を合わせたコイルの中をＺ軸方向に等速度で通過させると、短絡したコイルにはパルス電流が流れ、コイルを開放していると、この短絡パルス電流を微分した形（即ちｊωＬを掛けた形）のゼロクロス開放端子電圧パルスが発電される。短絡誘導電流もその開放端子電圧もＺ＝０、即ち時間軸のｔ＝０の両側で対称的にはならず、インダクタンスＬを銅損と放射抵抗で割った時定数分によってピークが手前に来る応答変化になるが、ここでは簡単のために対称的であるとして記述している。等速度運動の方向を逆にし、また横軸をＺ座標ではなく時間座標とした場合、上から下へ運動しても、下から上へ運動しても同じ波形になるので、下方に行く応答が上側にいるか下側にいるかで正負が逆になる。また円筒磁石がコイル面から反対側に行けないで衝突する場合も簡単のために、ただ対称的であるとした電流／電圧波形の片側だけとして、先ず理解する。
並列処理の誘導型のキーボードや、それ以外に電磁誘導を利用するあらゆる機器の設計に於いて、具体的に短絡誘導電流や開放端子誘起電圧がどのように現れるのかが計算できれば、精度が増し試行錯誤を繰り返さずに済み、最初から最適化設計に近いものができる。電磁誘導理論の誘起電圧なるものが、交鎖磁束の時間変化（ｊωを掛ける事）に比例すると主張する考えに基づくと、現実と一致する計算結果は得られない。それは因果関係が正しく認識されていなかったためであると言える。原因は電流Ｉであり、結果も誘導される電流ｉであり、同じ次元の２つは周波数平坦な電流誘導関係の無名数ｋで結ばれている。両者の関係が逆転して原因がｉで結果がＩでも、正規化された元では同じ係数ｋが成り立つ。等価円周電流がＩである円筒磁石をコイルからの距離ｄに近づけた時に、周囲電流Ｉが突然ステップ状に（位置変化、或いは時間変化として）登場し、コイルには電流ｉが逆向きにステップ状に突然流れようとする。通常コイルには突然ステップ状の電流は流せず、ランプ変化の電流となるが、ｋが１である場合は円筒磁石が突然ステップ状に現れた事と、コイルに逆向きのステップ状の電流が突然流れた事が相殺しており、誘導電流ｉはステップ状である事ができる。実際にはｋが１より小さい分ランプ変化となるが、この問題は本質から外れるので、ここでは電流はステップ状に変化できると言う省略をする。
ファラデーが磁束変化の周波数に誘起電圧が比例すると考えたのは、原因Ｉに対して結果をｉではなく、誘起電圧＝ｊωＬ＊ｉを見たからであるが、本来の結果のｉは周波数特性がなく、ｉ＝ｋ＊Ｉである。電流誘導係数ｋはしかし〜数十Ｈｚの低域に於いては図３５に示したように減衰し、直流の応答がゼロになる。これはコイルのインダクタンスＬを銅損と放射抵抗の和で割った時定数τで減衰するからであり、ｊωＬ＊ｉ＝誘起電圧と言うファラデーの形とは無関係である。このような正しい関係に基づいて、円筒磁石とコイルの垂直距離が近づいた時にスッテプ上のｉがどのように変化するかは、図２９の近似式を用いると、容易に逐次計算で求まるが、ステップ変化が時定数τで減衰して残った電流の値に、新しいステップ状の変化分が加算されるのではなく、残っていた電流を新しく置き換える近似（即ち誘導電流がステップ状に変化できるという、本質からは外れていない仮定）の元で、数式７のように求められる。これは単純に数値計算され、図３５に示したパルス応答になる。
【数７】
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若しＰＣ上でＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行えれば、周波数領域でｊωτ／（１＋ｊωτ）を掛けた短絡誘導電流が計算され、端子開放すれば更にｊωＬを掛けた電圧になる。電磁誘導則が現われて以来１８６年間混迷をもたらしていた磁束の変化分という計算不能なものは、ようやく計算できるようになった。密着界面のＱ＝ＣＶと言うボタンの掛け違いもまたファラデーが関わって来たものである。
並列型のキーマトリックスでは、各スパイラルコイルを短絡して使う場合もあるが、同じＸ／Ｙライン上で従属接続して開放端子電圧を使う場合もある。その場合は短絡誘導電流の波形を周波数領域に変換してｊωＬを掛けて、再び時間領域に戻せば、開放端子電圧の波形になる。このように並列処理では密着界面型も誘導型も、最適な形が初めから分るので徒に試行錯誤を重ねる必要がないと言える。トカマクのコイルもまた例外ではない。
ここで密着界面型の厳密な計算法と、誘導型の厳密な計算法が時定数τと言う点で同一である事が分るが、これが電磁気学に於ける落とし穴を１つ埋める事になる。即ちファラデーが周波数に比例するとか、磁束の変化割合に比例するとか考えてしまったのは、単に時定数τで減衰しようとしているのが、ステップ変化が次々とやって来るので、減衰し切れないのに気付かなかっただけの話である事が理解される。これで周波数平坦な電流応答になったものを、ｊωＬを掛けたり、１／ｊωＣを掛けたりするのは、光の伝播速度との相対関係が現れている。
ＰＣキーボードはデスクトップＰＣに接続される外付け用でも、ノートブックＰＣ用の組込型の場合も、電磁シールドのために底部に鉄板を敷いて、それを接地するのが一般的である。誘導型をＰＣキーボードに適用する時に、底に敷くか上方を覆う鉄板としての影響抜きで考える事はできない。コイルが鉄板の上に敷かれていると、中心軸を合わせた円筒形磁石を近づけて誘導される短絡電流は、鉄板が敷かれていない場合に比べて大きくなる。誘起される開放端子電圧は、この短絡誘導電流に掛け合わせるべきｊωＬのインダクタンスＬも鉄板の存在で大きくなっているので、開放端子電圧の増加は短絡電流の増加分より大きくなる。このように電磁シールドとしての薄い鉄板は、誘導型の基本原理として検出電圧の増倍に有効に働く。コイルやその配線は鉄板に密着してもよく、鉄板上の銅配線（ＰＯＦ）という新しい形が出来上がる。
同じく図３５に示したように、厚みｄの両面ＰＣＢ基板の両側にコイルを設けて発生する電流応答の差分を取ると、Ｓ字曲線を得て、ｄの幅でゼロクロス応答の直線性の範囲になる。これは加速度センサーなどに使われる。
図３６に示すように、底に敷いた鉄板の表側にスパイラルコイルを形成した内側に向かって上から円筒磁石をラバードームなどの手段で与えられた抗力に逆らって押し下げて、位置と時間に関しての放物線運動をさせて近づけると最下点でピークとなる正パルスを発生するのがオンタイプである。これに対して円筒磁石を鉄板の裏側にスパイラルコイルを形成した内側で吸着した状態から、中心に開けられた小さな穴を通して押し下げると、離れる時に負パルスが現れ、放物線運動をして再び吸着した時に正パルスが対称的に現れるのがオフタイプである。オフタイプは鉄板の下の銅配線（ＰＵＦ）という形になる。オフタイプではこれまでのラバードームの抗力とフックバネの機能は、円筒磁石の吸着力がその役割を果たすので、不要である。
ネオジウム磁石は空気中で錆びるので、ニッケルコーティングされるのが普通であるが、これをプラスチックで行う事もできる。プラスチックコーティングは円筒磁石が鉄板に吸着する衝撃を和らげ、ボタンの切れを調整する役割を果たす。
【００３２】
誘導型に於いて、鉄板が介在しない、円筒磁石と発電コイルだけの関係は、電流誘導がその原理である。これは円筒磁石には配向した電子スピン電流の総和として、右回りの周囲電流Ｉが側面の表面に流れていて、それ以外の内部電流や端面電流は流れていない。その大きさは時間変化しないので、離間した位置から密着位置に突然直流電流Ｉが現れると、それと逆向きの左回りの直流電流ｉがコイルに突然流れようとするステップ状の変化が起きるが、その変化はループコイルのインダクタンスＬをコイルの銅損と放射抵抗の和で割った値の時定数τで減衰してゼロになるので、直流ではなくパルス電流となる。開放端子電圧はこれを更に微分した形であり、具体的にはｉ＊ｊωＬのパルス電圧が発電される。鉄板があると、このインダクタンスＬが大きくなり、同じ誘導電流ｉに対してパルス電圧が増倍される。
図３６で示したように、コイルの直下に電磁シールドの役割を兼ねる鉄板があると、右回りの等価円周電流を持つ円筒磁石が突然密着位置に現れると、鉄板の電子スピンが磁化配向した和として、鉄板に同じ右回りの磁化電流を磁化誘導する。時定数τが無限大で直流成分としても応答するステップ状の変化として現れた右回りの磁化電流は、コイルに左回りの電流をステップ状の変化として誘導し、この間接の誘導電流も同じ銅線上で時定数τで減衰する。円筒磁石の突然の接近が直接コイルに誘導する電流は左回りで、鉄板の磁化電流経由で間接的に誘導する電流も左回りなので両者は加算される。
一方、右回りの円周電流を持つ円筒磁石が突然密着位置に現れると、鉄板に左回りの誘導電流（渦電流）が流れて、鉄板に流れる右回りの磁化電流を差し引くが、誘導電流の銅損が大きいために時定数τが小さくなる事も含めて、磁化電流が卓越しているので、鉄板の場合、誘導電流は無視できる。
鉄板に流れる磁化電流は、磁石の右回りの円周電流と同じ右回りなので、ローレンツ力によって磁石は鉄板に吸着される。一方の誘導電流は、左回りなのでコイルは磁石から僅かな反発力を受ける。これを解して銅板が反磁性だと称するのは適確なものの見方とは言えず、鉄板では磁化電流が誘導電流を大きく上回り、銅板では銅原子がスピン配向せず、磁化電流がゼロに等しくなって、逆向きの誘導電流だけが取り残されると言うだけである。
誘導型の天地逆転の形式で鉄板に吸着している円筒磁石を引き剥がす時に、垂直に下すためのガイドがなくても、比較的真っ直ぐに下りて来る。例え斜めに下がっても、発電パルスに格段の影響はない。隣のキーに触れてもより大きく変化したキーが選択されるなど許容性が広いのが特徴である。引き剥がす初期抗力を緩和するために、図３６に示したように、金属バネを追加すると従来の感触に近づく。
【００３３】
円筒磁石がコイルに速く近づく事を、近づいた位置に右回りの等価円周電流が突然現れるステップ状の変化が起きると考えると、コイルにはステップ電流が左回りに流れようとするが、コイルのインダクタンスＬを銅損と放射抵抗の和で割った時定数τで直ぐに減衰する。ファラデーの誘起電圧が鎖交磁束の時間微分に比例すると推定したのは、高周波になるほど、この時定数による減衰が起きない仕組みの現象的な解釈である。現実には結果である短絡誘導電流は、原因である駆動電流の大きさを越える事はなく、開放端子電圧が周波数と共に何処まででも大きくなると考える磁束の時間変化の説明は、因果関係の理解として適切とは言えない。直接の因果関係は駆動電流対短絡電流であり、誘起されるという開放端子電圧は鳳／テブナンの定理に基づいて短絡電流にｊωＬを掛けたものになる。
右回りの等価周囲電流が流れている円筒磁石がコイルから遠ざかると、左回りの電流が突然追加されたのと同じなので、コイルには右回りの電流が過渡的に流れ、コイルのインダクタンスＬを銅損と放射抵抗の和で割った時定数τで直ぐに減衰する。図３７に示すように、この時コイルが鉄板の上に乗っていれば、鉄板に磁化電流がステップ状に流れるか、ステップ状に消えるので、円筒磁石の登場／退場がコイルに直接誘導する電流に加算される。円筒磁石の登場／退場が鉄板に誘導する逆向きの渦電流は、磁化電流より遥かに小さいので無視できる。
一方、円筒磁石と鉄板の間に働く磁気引力を考えると、同じく図３７に示したように、円筒磁石の右回りの周囲電流は、鉄板上に右回りの磁化誘導電流（軌道電子スピンの配向）を流し、両者がローレンツ力で引き合う。時定数τはスピン配向であるために無限大である。これは密着すると強い吸着力になり、その間にスペーサを入れる事で、密着している時と離間した時の引力の差を縮める事ができる。
天地逆転の形式のように、鉄板の上のボタンと鉄板の裏側の円筒磁石を、アームで連結させるための小さな穴が開いているような場合は吸着力が減るが、それを単に鉄板の対向面積が減るからだと説明するのは正しい理解とは言えず、そこからの応用問題が解けなくなる。鉄板の上の円筒磁石の右回りの円周電流は、その円周が鉄板に投影された円形域に右回りの磁化電流を磁化誘導しようとする。この磁化電流ループは、その内部の小さな右回りのループの集合に分解して考える事ができるが、この小ループは隣接する円弧が打消し合うので、その集合の外周のループがローレンツ力を決めている。ところが中央に小さな穴があると、小ループが欠落しているので、結果として穴が開いた内縁部には、左回りの磁化電流が流れ、この磁化電流と円筒磁石の右回りの周囲電流との間でローレンツ斥力を生じているのである。即ち鉄の対向部の面積が小さいからだという説明は間違っている。
円筒磁石が通過できる穴を開けた鉄板に対して、その中に嵌めこんだ円形磁石は、上下方向に関して鉄板と同じ水平位置になろうとする。これは、円筒磁石の右回りの周囲電流が、鉄板の穴が開いた内周縁に右回りの磁化電流を磁化誘導し、この両者がローレンツ力で引き合う力の垂直成分が重力と平衡する。ところが、鉄リングの上方に円筒形磁石を置くと、真上から横ずれして、円筒磁石は輪の部分の上に移って平衡する。この時、穴の内周縁に流れていた左回りの磁化電流からの斥力と、新しく輪の部分の右回りの磁化電流の引力で中心からずれて、輪の部分の真上に移動する。このように、磁気引力を永久磁石電流と磁化電流として考えた場合には正しい理解が得られるが、磁力線という考えからは正しい結果は決して得られないのである。 
つまり、磁力線は本質的に存在するものではなく、駆動電流が動く事は、自由電子の移動による誘導電流と、軌道電子のスピン配向による磁化電流を引き起こし、電流と電流の間のローレンツ力が働くのである。また駆動電流の時間変化（＝交流）というのも、磁力線が本質的に存在するものではなく、電流の登場と退場の集まりが、ステップ状の変化電流を構成し、それがコイルのインダクタンスＬを銅損と放射抵抗の和で割った時定数τで直ぐに減衰するのを、ファラデーが周波数に比例すると解釈して今日に至ったに過ぎない。
【００３４】
ＰＣキーボードに多用されるラバードームをボタンと導通接点の間に入れると、図３８に示すような屈曲点があり、それを越すと一旦抗力が減り、更に押し下げると再び抗力が増加する変曲点がある。ラバードームの突起がフィルム基板の表面に到達すると、抗力が急上昇して、待っていた導通点に達し、そこでいよいよ行き止まる。クリック音は突起がポリエステルフィルムに達した衝撃音であり、必ずしも導通に至った合図ではなく、音はすれども導通しない事が起きる。それならばクリック音は当てが外れた不快音になる。キーボードのボタンは、ストッパーでカバーに押し付けられているので、抗力はゼロからのスタートではなく、既に初期抗力を持っている。指先をボタンに乗せても、指先の肉が圧迫された応力が初期抗力より小さければボタンは沈まない。屈曲点の閾値は、寧ろ梯子が外れて加速された勢いで、下のフィルムを屈曲させるという魂胆に沿っていると言える。
静電容量スイッチ型では、ラバードームに加えて円錐形金属バネが挿入され、Ｆ＝ｋＸのフックの法則の直線的な抗力が発生するが、やはりストッパー位置でカバーに押されて縮んでいる状態の初期抗力が始点で掛かる。ストロークの始まりや、ブラインドタッチのホームポジションで、指先に力が加わって指先の肉が圧縮される応力が、ラバードームの屈曲点前の抗力と平衡していたものが、均衡が破れボタンが下降し、屈曲点までは抗力が増加し、それを越して抗力が減った後、変曲点で再び抗力が増加しながらフィルム基板の表面に当たり、その後余っている勢いでフィルム基板を屈曲させてメンブレンが導通する仕組みは、メンブレン接点が導通する瞬間の下降速度が限りなくゼロで、接点に大きな衝撃が加わらず、しかし毎回の接触で界面がリフレッシュされる程度の速度が余っていて、決して速度不足で導通不良にはならない、という極めてクリティカルな条件を突きつけられている。密着界面型にはこのようなクリティカルな条件はなく、誘導型は位置や力より寧ろ速度を要求している。
事の本質は単に指先をボタンに乗せている時にはボタンは障壁によって僅かしか沈み込まず、意思を持って打とうとした時に障壁を越えてから密着導通の位置まで素早く下降させる事であり、この目的は、例えばボタンを定位置に留めて置くような一般的な仕組みと、最下点に行ったボタンを自動的に上方に引き戻す仕組みで置き換える事ができる。
図３８に示したように、ラバードームは上から押し潰された時に高さが半分程になるが、そこで突起が下に当たるので、それ以上深く押される大きな変形での挙動は考慮されていない。これに対して金属コイルバネは、上部に行く程直径が小さくなっていれば、押し潰された時に、金属線の直径の高さ１本分まで低くなる。コイルばねを成型してから、焼き入れる時の形状が弛緩状態を決めるので、フックバネのＦ＝ｋＸの比例係数ｋと、初期抗力を分離して設定する事が可能である。
改めて抗力プロファイルの違いを見渡すと、図３９に示すように、ストロークの終わりに屈曲したラバードームの突起がフィルムに接した後、残った勢いによる強い圧力で、フィルムの直径５ｍｍほどの部分を屈曲させてメンブレン接点を導通させる目的が果たされる事から逆算してラバードームの５０〜６０ｇの障壁を含めた全てが存在していたと言える。軽快なキータッチと言っても、この前提条件の中での快適さであるに過ぎない。突起がフィルムに触れた後の核心部分ではなく、そのための助走の過程のキータッチを云々しているのは本末転倒の部分がある。並列処理では誘導型だけを例に取っても、キータッチと核心部分の乖離はなく、やるべき事の的が絞られ、自由度は逆に増す。
先ず磁気浮上型ではキーが磁気浮上で浮き上がっているのをストッパーで押さえているのが始点であり、指先を乗せただけでは沈まない。これは軽快なキータッチであるが、キーを押し下げた時に抗力が増すので、キーの格納をするのが、始点より大きな力になっている。磁気浮上の代わりにラバードームを使うと、メンブレン接点より改善するが、好ましい感触とは言えない。
鉄板の大きな穴の位置に可動磁石を宙吊りにすると、小さな閾値を越えて、抗力は単調に減少し、検出は始点の直ぐ後に行われる。これに対して、天地逆転の形式では、抗力が単調に減少するが、円筒磁石を引き剥がす初期閾値以降には抗力の極大値がない。
ノートブックＰＣの極力薄くしたキーボードのボタンの１ｍｍ程になってしまっているストロークを、より軽く、閾値が小さい、２〜３ｍｍの、より快適なものにするのを、磁気浮上型などで達成する事を考えると、先ず液晶パネルを開いた時にボタンが数ｍｍ浮き上がってストッパーで止まるようにし、不快と言える１ｍｍの短い不快なストロークを回避できる。浮き上がっているボタンは、液晶パネルを閉じた時に沈み込むが、液晶パネルの表面に圧迫痕を残さない程度の反発力であるとすると、浮き上がった位置からの僅かな沈み込みで発電パルスが得られるという事になる。これは現在のＰＣキーボードが５０〜６０ｇの閾値であるのに比べると、遥かに軽いタッチで操作する事になる。これはキータッチの１つの有り様になると言える。
【００３５】
ボタンを押し下げる時の閾値は、図３９で示したように、ごく薄い円筒磁石が鉄板に吸いつけられているのを引き剥がす時の抗力を利用するのが最適であろうと言える。この吸着力は、従来のＰＣキーボードの抗力の閾値が５０〜６０ｇであったよりも、遥かに小さい〜２０ｇ程が適当であり、指先をボタンに置いた時には円筒磁石が離間されなければ十分である。
鉄板に吸着した磁石が引き剥がされて離間する瞬間は、指先の肉が圧縮された応力が上から加わって、引き剥がされた直後に指の肉の圧縮応力が解放されるが、円筒磁石の吸着力の低下の方が速いので、引き剥がしが加速される。この加速が無くても、指をＴＡＰした事で、指先が元々自由に１０ｍｍ程押し下げられる時間は７０ｍＳ程であるので、引き剥がされた瞬間に発電パルスが発生し、その後にボタンがどのように下降して、最下点を経由して、上昇し再び吸着するかと言う事は、発電パルスに影響しない。
運動力学的に究極の形になるとも言える磁石の引き剥がしの過程はまた、引き剥がしの直後にどのようなプロファイルで発電パルスが発生するかという事の精緻な理解を要求する。それだけではなく、薄い円筒形磁石が引き剥がされた直後に発電パルスとその検出の役割は終わっていても、キータッチを握るのは寧ろそれ以後の過程である点でも、生体学的な十分な検証が欠かせない。
【００３６】
これまでキーボードの底部に電磁シールドと安定重力を兼ねる目的で鉄板が置かれ、ＵＳＢ接続を介してＰＣ本体にＧＮＤ接続されていたのを表面側に移動させ、各文字キーの中心となる位置に小さな穴を開け、その穴の裏側にプラスチックコーティングされた薄い円筒磁石を吸着させるが、初期抗力となるその吸着力の強さは、円筒形磁石がその穴を通した細い丸棒のアームで反対側のボタンに繋がれているのに指を乗せた時に磁石が鉄板から引き剥がされない程度の弱いものであって、操作者が意思を持ってボタンを押し下げると簡単に下方に押しやられるが、鉄板との磁気引力が依然円筒磁石とボタンの自重の合計値を上回っているために、指が上方に戻れば、円筒磁石はそれを追って再び鉄板に吸着される。円筒磁石が吸着される鉄板の裏面には、誘導型のＸ／Ｙコイルが印刷工程で形成され、磁石は鉄板から離れる瞬間か密着する瞬間に負パルスか正パルスを発電する。円筒磁石が鉄板から引き剥がされると言える核心的な過程は〜２０ｍＳ程のごく短い時間である。この究極と言えるキータッチを与える天地逆転の形の誘導型は、その往復のストローク過程で何ら冗長な要素を持たない最も簡素な機構からなっている。
操作者がボタンを叩く意思を持った時に、指先は最も自然な形の１０ｍｍ程のＴＡＰになろうとして下降するが、それが始まった時に検出を完了しているので、議論の余地は、それ以降の行程が何処まで自然な形の１０ｍｍのＴＡＰ動作を置き換えるものになっているかと言う点に移る。この自然なＴＡＰは、指先がボタンを抵抗なく押し下げるか、少し持ち上げて素早く叩いて初期抗力を破るかという意識で、ストロークがボタンに遮られて１０ｍｍから減った数ｍｍだけ、何にぶつかる事もなく止まっても、筋肉が自分で戻る性質によって、振り子の等時性に類する性質を維持していると言える。１ｍｍで何かにぶつかって行き止まるのは、ノートブックＰＣでは仕方なく容認されているが不快である。デスクトップＰＣではこれが２ｍｍ〜程となっていて、行き止まりの不快さは和らげられている。５ｍｍの行き止まりにすると、底に停滞する分だけキーを打つ繰り返しが遅くなる。最近は３ｍｍ余りの深さが最も疲労が蓄積しない動作点であろうと考えられるようになったが、未だに多くのＰＣキーボードは３ｍｍより浅いストロークとなっている。現在のキーボードでは、ＡＳＤＦ／ＪＫＬ：のホームポジションのキーは、指先を僅かに持ち上げた反動でキーを叩きに行き、それ以外のキーも持ち上げた反動で叩く運動成分を持っている。人間に備わっている動作原理に沿っていると言える天地逆転の形式では、円筒磁石と鉄板の吸引力が残っている範囲内で、ボタンと磁石を結ぶアームの長さを選んで、自由にこのストロークの最大値を選ぶ事ができるが、実際に起こるストロークはそれより短い。指の筋肉が先に戻ったのをボタン＋磁石が追い駆けて、鉄板に再吸着する瞬間に２番目のパルスを発電し、必要があればこのパルスもまた利用可能になる。
即ち天地逆転の形式は、図４０に示すように、最も自然な指先のＴＡＰの様態を損なう事なく、これまでのキーボードでは最下点まで行って、強引にスキャンパルスをやり過ごしてオンさせていたのに比べれば、あたかも人間の意思を先読みしているかの如く、ＴＡＰ動作が始まった直後に既に判別が完了している。空中に仮想のキーボードがあり、そのボタンをＴＡＰ動作で指先が押すには、空想的な閾値が必要であるが、その形がそっくり天地逆転の形式で表現されていると言える。
この形式はボタンを叩くＰＣキーボードにも向いているが、同時にボタンを押すＴＶ用リモコンにも、大きめの初期抗力とそれ以降の軽さで、応用できる可能性を持っており、また磁石が離れて行く切れの感触がよいので家電の操作ボタンにも向いていると言える。確実さを更に表すには、押した時の負パルスと、帰って来た時の正パルスをダブルチェックした時間間隔で、単に間違って押したのと区別ができ、押し間違いの排除が可能である。
印刷工程で形成されたコイルと配線が裏側で鉄板に密着している事で、外部からの輻射に対するシールド効果はより強化され、ノートブックＰＣに於いての下方からの妨害に対しても既に電磁シールド効果は十分であると言える。下方からの妨害にどうしても問題が残れば、アルミ箔などを底に貼れば問題が無くなる。このアルミ箔の袋は液体の浸入がノートブックＰＣ本体に及ぶのを防ぐ意味も持つ。これまでのキーボードでは底部の鉄板と上部のプラスチックのフレームの両方が必要であったが、天地逆転の形式では、上部の鉄板をフレームとする事ができ、その鉄板には、図４６で示すように、ボタンの中心位置に小さな穴が開けられ、回転防止の溝が切られているだけである。
【００３７】
誘導型では発電を行う可動磁石が、ボタンの表面位でクリップなどの鉄片を吸着しないようにしなければならない。天地逆転の形式では、磁石の上方に小さな穴が開いた鉄板があるので、クリップがくっつく事はない。図４１に示すように、誘導型はどの場合も、隣り合う円筒磁石の着磁方向が反転する２次元インターリーブが行われているので、ボタンの表面から離れた場所には磁力が及ばないようになっている。磁気浮上形式の誘導型では、しかるべき反発力を得ながら、逆向きに着磁されている上下の磁石の磁力が、ボタンの表面位で丁度打ち消すようにする事ができる。しかし発電磁石の磁力とラバードームを組み合わせる場合は、鉄板が下部に敷かれる構成では、発電磁石の２次元インターリーブだけが唯一クリップなどの鉄片の吸着を和らげる手段になる。
【００３８】
外来雑音のうち、最も顕著なものは５０Ｈｚ／６０Ｈｚの商用周波数のＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖの電灯線が与える空間電界である。大抵の場合は、単相３線で正の振幅と負の振幅が平行線として打ち消し合った残りの漏洩電界である。この漏洩電界空間の中では、例えば数十ｃｍ離れた２つの導体の間の電位差は１００ｍＶｐｐの程度である。この空間電界の中に人体とキーボードがあり、そのキーボードの底部に重しの役割を兼ねた鉄板があって、この鉄板はＵＳＢケーブルを通してＰＣ本体の筐体に接地されているというのが最も一般的な形である。測定のために指先に金属片を貼ると、キーボードの底の鉄板と金属片の間の電位差は、〜数十ｍＶｐｐの程度であるが、人体の他の一部が鉄板の方に触れると電位差は数分の１になる。しかしこれは一般的な状態とは言えない。一般的な状態とは、キーボードの底の鉄板の上方数ｍｍの高さに金属片導体があり、更に数ｍｍ隔てて指先があった場合に、その金属片が揺すられる大きさであり、この金属片にはキーマトリックスの長い配線アンテナが繋がっていて、その先はＹラインでは終端抵抗Ｒで接地されているか、Ｘラインでは駆動抵抗ｒで終端されている。この状態で卓越して外乱を抑えているのは長い配線がシールド鉄板の上方〜数ｍｍの高さを這い回っている事である。ノートブックＰＣのキーボードも同じ構造であるが、下部のシールド鉄板の下方には輻射源がある点が違う。これに対して、密着界面型ではＧ電極が層数を追加する事なくほぼ全面シールドをしており、下方には従来と同等にシールド鉄板がある事で、完全なシールドとなっており、キーを叩いた時に発生する電圧パルスが小さくても問題がない。
誘導型では、発電パルス振幅が密着界面型の発生パルス振幅より小さいが、コイルを従属接続した配線の片側が電圧源に繋がれており、コイルのインダクタンスが低インピーダンスなので、雑音は十分に抑圧されている。これに加えて底部或いは上部の鉄板が外来雑音を遮蔽している。同時に、完全に近い２次元インターリーブで外乱が相殺されている。これらを総合したＳ／Ｎでは導通型などの従来の方法よりよい値になると言える。
図４２に導通型キースキャン形式／静電容量スイッチ型キースキャン形式／密着界面型並列処理形式／誘導型並列処理形式の４つのシステムの外乱／熱雑音に対するマージンについて説明する。図４２（ａ）は３極構造の導通型のシステムの図解であるが、導通直前に電極間容量が極大になった時に、指先を経由して外乱が浮遊状態にある中間電極を容易に揺すってしまうが、導通型でＹラインのバイアス抵抗Ｒが低く選ばれているために終端電圧が低くなり、一方スキャンパルスはそのまま伝達されるのと比べて十分なマージンを取る事ができている。駆動抵抗と浮遊容量はＬＰＦを構成しなくてはならない。
図４２（ｂ）はＸ⇒Ｚ⇒Ｙの２極構造の静電容量スイッチ型のシステムの図解であるが、円錐形金属バネが定電圧駆動のＸ電極と交流的に繋がっており、可変結合容量ＣとＹラインの比較的大きいバイアス抵抗Ｒで微分されたスキャンパルスを受け取る一方で外乱がＹライン全体を揺さぶる大きさとの比になる。このためプリント基板上では、這い回るＹラインは両側をアース部で挟まれ、また円錐形金属バネの直下のＹ電極とそれを取り囲むＸ電極の間に細いアースパターンが円形に引かれている。駆動抵抗と浮遊容量はＬＰＦとして機能しなくてはならない。
図４２（ｃ）は下層の１本のＸラインにＭ個ぶら下がったＸ電極と、１本のＹラインにＮ個ぶら下がったＹ電極の１個ずつを対にして、上層のＧ電極を密着させてＸラインとＹラインに負パルスを自立発生させる。下層にあるＸラインとＹラインは、上層の全面ＧＮＤ層で遮蔽されているので、外来雑音を殆ど拾わない。密着時容量はごく薄い誘電体皮膜を挟んだ容量であり、その比誘電率の分だけ静電容量が大きくなり、オフ時にぶら下がった容量の和に対して十分な大きさを持っている。Ｘライン／Ｙラインをプルアップするのが抵抗であれば、ＣＲ時定数で決まるＬＰＦの帯域を考慮して熱雑音は６μＶｒｍｓ程であり、プルアップがフィルム基板に作り込まれたコイルなら熱雑音は無視できる大きさであり、差動増幅器の定電流が０．１μＡであればショット雑音が１０μＶｒｍｓ程であるので、発生する負パルスに比べて十分に小さい。この形は極限まで薄い誘電体皮膜が損傷して導通に至っても、そのまま正常に動作する。浮遊容量は受け入れなくてはならない。
図４２（ｄ）は開放コイル構造の誘導型のシステムの図解であるが、磁気ヘッドが磁気テープを再生するのと対比する事で理解ができる。磁気ヘッドが再生する電圧に比べて遥かに大きな数ｍＶｐｐの正負のパルスが現れるが、０．１μＡのバイアス電流が１０１個集まって１０μＡほどの消費電流になる差動増幅器のショット雑音は帯域が１０ＫＨｚでは１０μＶｒｍｓ程であるので必要十分な雑音マージンがある。コイルがピックアップする最大のものはＡＭラジオ放送の電波であると言えるが、送出アンテナの近くでは注意深い検証が必要であるが、コイルの向きが交互に判定するインターリーブ構成になっているので、必要十分に相殺されている誘導型に於いては、従属接続された帰路をツイストする事で配線が拾う誘導をキャンセルする事ができる。浮遊容量はＬＣピーキングを生じる。
【００３９】
誘導型の押下パルス発電機構は、スピーカー／マイクロフォンのボイスコイルと同じ構造であり、図４３に示すＰＣキーボードの例のように、格段のコストアップを伴わずに基板のキー配置の空き地にマイクとスピーカーを組み込む事ができる。テレビ放送の形式がデジタル化して以降は、デジタルである故に信号処理に時間が掛かり、リモコンボタンを押しても正しく押されなかったのか、テレビ本体の信号処理に時間が掛かっているのか、放送からデータをダウンロードしているのか、区別ができない。ボタンが押されたのがリモコン自身で分かっているのを、リモコンに内蔵されたスピーカーで微かに発音するモードを選べれば、無駄な２度押しをしないで済み、ボタンを操作する快適さとして、ボタンの抗力が小さい新しい軽さに付け加えられる。
図解では、一般的な反撥磁気回路スピーカーの磁石とコイルの立場を入れ換えてムービングマグネットの形式になっているが、コーン紙の重さと空気負荷を固定して考えると、２枚の円筒磁石を使うのは、磁石の重さが２倍になるが、駆動力も２倍になるという関係にある。
マイクロフォン／スピーカーは、図４４に示すように、理想的には鉄板を円筒磁石が通る穴を開けて、その両面に設けたコイルに、逆向きに音声信号の電流が流れるプシュプル駆動にする事で、歪が最も少なくなる。鉄板の片面だけにコイルを設ける場合は、磁石を鉄板の中心から沈ませた所に歪が最小になるゼロクロス点がある。より薄い円筒磁石を２個使って、反撥し合う向きにし、片側だけにコイルが設けられた鉄板の穴の中を通過するようにすれば、歪は少なくなる。これは反撥磁気回路なるムービングコイル形式のスピーカーと同じ図式であるが、それをモービングマグネット形式で使うものである。基板組込スピーカーはコイルが固定され、１００ｍｇ程の磁石が可動なムービングマグネットで、数十ｍｇの紙などでできたダイアフラム／エッジを振動させるこれまでのムービングコイルに比べて低歪率で高効率である。ネオジウム磁石の重さが１００ｍｇ程であれば、１６ｃｍの口径の通常のムービングコイル形式のスピーカーの可動部全体の重さが１５ｇ程度であるのに比べると格段に軽い。基板組込のマイクロフォン／スピーカーであるので、コーン紙は伏せた形になる。鉄板はＰＣＢ基板に置き換えた空心コイルで考える事ができる。
ストロークが基板に行き着いた音や感触でボタンが操作されたのを推測として確認したり、ストロークの途中でスイッチが入るクリック音が聞こえたりするのは、たとえ快適さをもたらしても操作速度を低下させる要因になる。誘導型のＰＣキーボードでは必要なら組み込みスピーカーで微かな電子音を鳴らすモードを選んで置き、速い連続操作のままボタンが押されているのを途切れない音の流れで確認する事ができる。
何処に隠れているか分からなくなったリモコンの所在が、人間が声を掛けて応答すれば分るという昔からのアイデアは、所在の判らなくなった携帯電話端末に電話を掛ければマナーモードでも振動音で発見できる場合があるのと違い、全ての消費者には受け入れられない冗長なコストだと考えられて来た。電波を使うリモコンではテレビ本体とリモコンとの双方向のやり取りがフォーマットに組み込まれており、格段のコストアップなしで双方向通信にでき、テレビ側を操作してリモコンに電子音を発するように求めて所在が分るようにする事ができる。簡単にはリモコン発見器なるものが市販されており、これをＴＶリモコンの上に取り付けて置けば、所在が分らなくなった時に、口笛をふけば反応して光と音を返してくれ、５００円以下で買う事ができる。ＴＶチューナーが機械的なディテント式から電子チューナーに代わり、続いてリモコンが用いられるようになって以来４５年程の間、何処かに隠れてしまったリモコンに声を掛けると居場所を知らせる標準装備としての機能を持たせるアイデアがずっと冗談に過ぎなかったのは、実用性の問題ではなく、それに掛かるコストが無駄であると誰もが考えたからである。しかしそのコストが２００円ではなく、〜１０円であったなら話は別である。ＴＶ用リモコンは普通ＴＶ本体の寿命よりリモコン接点の寿命が短いが、これをコストアップなしで半永久の寿命にするのが本発明の趣旨である。この２つが組み合わさって、Ｌ＆Ｓ（ＬＯＳＴ＆ＳＯＵＮＤ）と半永久化が〜１０円アップで実現するなら、これを標準としてＴＶに持たせる事は誰もが望むところである。リモコンの寿命の半永久化でボタンを押すのが軽くなり、押された事の確認に微かな電子音が有用となり、そのための組み込みスピーカーでリモコンが所在を知らせる事になり、呼べば答えるのはどんな小さな問い掛けでも時間を掛ければ必ず共鳴する音叉なら昔から出来ていた事で、ＴＶ本体側は備わったスピーカーで単音を発するだけであるのを、〜１０円程のコストアップで実現する。
即ち、図５０の下段に示すように、Ｌ＆Ｓのためには何のコストも掛かってはおらず、ＴＶのスピーカーは番組を見るのに必要で、リモコンの電子音はボタンが押されたのを確認するのに有用である以外は何の準備も要らない。リモコンが単音を発するのに正帰還発振する必要があるが、それがリモコンのスピーカーにＴＶ本体からの操作音を聞く能力を与えるのである。具体的にはＴＶリモコンを半永久化するよう並列処理の誘導型とすると、円筒磁石とコーン紙を用意する〜数円のコストで埋め込みスピーカーとなり、スパイラルコイルに共振容量を並列接続してＩＣチップに繋いで正帰還を掛けると自励発振で減衰振動する単音を発する。正帰還のループ利得を１に近く設定していると、音叉に等しい状態になり、外部からの単音に共鳴して音波を投げ返すが、この時リモコンのスピーカーは同時にマイクの役割も果たしている。ここではＬ＆Ｓのためには〜１０円のコストは掛かっておらず、限りなくゼロに近い。ここには何の発明もある訳ではなく、リモコンとＴＶに本来必要なものを揃えたら、そこにはＬ＆Ｓの機能を有効にするパスが初めからあったのが見つかったと言うだけの事である。
一方リモコンの基板に３次元加速度センサーが埋め込まれていれば、登録された個人特有の動きを特定の命令に割り当てる事が可能になる。これには電源ボタンも含まれる。
【００４０】
ゲーム機では好んでバイブレータが組み込まれるが、その他の機器でも手で持つコントロールパネルにバイブレータが組み込まれるか、誘導型のスイッチそのものにバイブレータ機能を兼ねさせる利点がある。現在の製品の形では、表面実装のバイブレータユニットが、同じく表面実装のスピーカーユニットと共に基板にマウントされている。これは産業に於ける分業にはなっているが、誘導型のキーボード／リモコン／ゲーム機コントローラーが既に選択されている場合には、僅かな材料費の追加でスピーカーとバイブレータの機能を持たせる事ができ、しかもこれで自在で有機的な設計が可能になる。
基板組込バイブレータは、図４４に示したように、コイルが基板上に固定され、より重く、手に触れるケースが可動な磁石にアームで連結されて、作用＝反作用の運動量を交換する。磁石に対して基板の一部を磁石と逆向きに振動させる場合もある。人体が感じるのはケースの振動であり、基板の振動はマウントされた部品を振動試験に晒す事になる。１つの駆動コイルに対して２つの円筒磁石を逆方向に往復させ、ケースの２か所を振動させる場合は、その中間の基板は中立点になり振動が最小になる。
これまでの加速度センサーは、代表的に静電容量の変化に現れるのを、例えば正弦波信号を供給して電圧と電流の比をインピーダンスとして測定する形で行われていたと言える。このような形の他に、加速度がピエゾ素子などに発生する電圧を測定する方法もあったが、実際に用いられる事は少なかった。これに対して並列処理では、誘導型ではマグネットの質量を利用してＦ＝ｍαの形の加速度が測れるので都合がよく、Ｘ／Ｙ／Ｚの３軸の発電パルスから加速度のベクトルが検出される。この検出を効率よく行うためには、ＰＣＢ両面基板の両側に設けられたスパイラルコイルの中央部に穴を開けて円筒マグネットを通過させる貫通マグネット型が有用である。１つのコイルに対して、円筒磁石が上方から下方にゼロクロスする時と、下方から上方にゼロクロスする時とで、発電パルスが時間に対して同じように変わる。即ち円筒磁石が上側にいて下方に行くのと、下側にいて下方に行く変化が逆向きになる事が、先ず利用できる。また両側のコイルが差動接続されると、感度と、ゼロクロス位置の精度と、直線性が向上した差動検出ができる。加速度を積分した電流パルスは速度に比例する。一方、画面が地球の重力に対してどちらを向いているかと言う準静的な姿勢検出は、厳密には貫通マグネットには出来ないが、しかし縦向きを横向きにした時の変化分は、加速度センサーのコイルの差動接続コイルの発生パルスを別々に検出すれば、ゆっくりした変化でなければ、適確に判定ができる。これはゲーム機やスマートフォンなどに当たり前に使えるが、ＴＶ用リモコンに於いても、Ｎ＊Ｍの大きさのキーマトリックス全体の検出アンプに電流を流して置くキースキャンから、加速度センサー用のアンプだけに電流を流し、操作者がリモコンを手に持った時の加速度を検出した後に他のアンプにも電流を流すようにする事で、あまりリモコンを使わない場合の乾電池の交換のインターバルを一層長くする事ができるか、或いはリモコンの電源ボタンを押す手間そのものが省ける。
【００４１】
ＰＣキーボードの究極のキータッチは、結論を先に言えば、図４５に示すように、これまで計り知れない努力が払われて１〜３ｍｍ押し下げられた最下点で導通に至る過程を前提にしていたために、本来あるべき究極の形には程遠く、静電容量スイッチ型で試されて到達できた境地はこれまでと大差がない形で終わった。しかし並列処理という新しい観点に立って初めて、究極の形が見えて来て、同時にその実現方法も伴う事になると言える。
ストロークの始点で判別が完了する密着界面型と誘導型のタイプを図４６に例示する。誘導型の例は天地逆転の形式であるが、一方の密着界面型では、特に打ち抜き金属バネＧＮＤシートについて説明すると、１枚の金属シートに打ち抜きで多重スパイラル金属バネを形成し、バネの弛緩状態はバネが上に凸に飛び出した状態であるようにすると、バネが面一になったところから押し下げるオフタイプとしての初期抗力で、キーに乗せた指先では沈まないようにする事ができる。この形で、金属バネがその上のポリエステルフィルム上のＸ／Ｙ電極に押し当てられて密着した状態が始点となる。この状態でキーを叩くと、バネは１〜２ｍｍ沈んで、帰って来るが、その放物線軌跡の根元で離間するＧ電極によって正パルスが発生し、そのまま判別に至る。金属バネシートは５０００万回の耐久性が要求され、これまでの鉄板に代わって電磁シールドの役割をする。この形は誘導型の天地逆転の形式と共に、ＰＣキーボードの中で最も単純な構造となっているが、その機能は究極のキータッチを具現しており、最も単純な形が最も精緻で高度な役割を果たすと言う宇宙原理にそのまま沿ったものであると言える。天地逆転の形式の方がキーの手応えがあるが戻って来る時間が掛かり、打ち抜きバネの方が速く戻って来るがキーを叩いた時の手応えは弱い。
図４６に示した打ち抜き金属バネの役割は、シャドウタイピングの自然なＴＡＰの１０ｍｍの動きに似せるために、発生パルスの検出後にも、キーが〜３ｍｍ押し下がってから帰って来るようにする事である。
これまでの静電容量スイッチ型の、円錐形金属バネの単調に増加する正の微分抗力と、増加から減少に転じる負性の微分抗力の部分を持つラバードームとの組み合わせは、ラバードーム単体の工夫でも作り出せるので、静電容量スイッチ型の金属バネが快適さをもたらしているという主張は通らない。静電容量スイッチ型の、時間に対してボタンのストローク位置が放物線様に変位して往復する最下点で検出がなされるメンブレン型／パンタグラフ型との違いは、最下点に達する前に検出が完了するような設定ができる点である。しかしこれは打ち間違いが少ない等の結果への反映から快適だと思い込む場合はあるが、ボタンを押し下げる過程の中のどの深さで検出が行われているかは、操作者は知る由もなく、単に閾値または抗力が小さい事と、底打ちに至る必要がない事を、消費者は快適であるか、疲労が少ないと関連づけて評価する心理が働くに過ぎない。
静電容量スイッチ型の評価結果とは無関係に、ボタンの最下点での底打ちの前に検出がなされる方が、方式を問わず快適であると言う評価結果が幾つか報告されている。これを咀嚼すると、軽い事、底打ち感がない事、抗力の屈曲点／変曲点がない事、の３つの要素が快適さ／軽快さをもたらしている事が分る。出発点としてラバードームとメンブレン接点を考えると、導通させるためには勢いをつけて小さな接点を打たなければならない助走としての５０ｇ〜６０ｇの障壁が必要であり、同時に間違えたキーを最下点まで押してしまわないための障壁でもあったものに、消費者が慣れてしまっていると言える。
ラバードームはストッパーで押し下げられた初期抗力からスタートして、中ほどまで下がった所に５０ｇ〜６０ｇの屈曲障壁があるが、初期抗力が指先の肉の圧縮応力に勝っていればボタンはゼロの変位であり、中ほどにある障壁に直接の意味はない。障壁の間接的な意味はメンブレン接点のフィルムを屈曲させる助走期間として力を貯めるためにある。静電容量スイッチ型／密着界面型／誘導型では助走期間が必要ではなく、叩いた指先で初期抗力が破れるだけでいい。最も重要な点は最短時間で定位置に帰着する事であり、最下点に滞留するとその分だけ遅くなる。２番目に重要な事はＴＡＰ動作の１０ｍｍに近く押し下がる事であるが、これは１９ｍｍ角のボタン間隔では物理的に無理なので機械的には〜３ｍｍが限度であり、浅い程不快になる。ＴＡＰ動作では腱鞘炎にはならず、〜２ｍｍに押し留められるか、ＴＡＰ以上に力を入れなければならない事で腱鞘炎が起きていると考えられる。次に重要な観点は、１０ｍｍのＴＡＰ行程が〜３ｍｍになるのは、途中で抗力を受けるからであり、押し下がりで減速して行程が短くなるが時間も掛かり、戻りで加速して時間が短くなって、合わせると時間は同じで行程だけが短くなる緩衝過程で、実際に試して見ると、トランポリンで着地して再び跳ね上げられる感覚であり、不快ではなく寧ろ快適であると感じられる。これはキーが作動したかどうかの反応に欠けるが、キーを叩いて初期抗力を越えた音があり、事実その瞬間に検出が終わっているので、正真正銘の作動音である。間を置かなければ微かな電子音で置き換えてもよい。
この観点での初期障壁は２０ｇかそれ以下でよい事が、実際に試して見て確認されるが、一体何のために５０〜６０ｇの屈曲点障壁があったのか、改めてその選定の経緯が疑問に思われる。この理想に近い弱い初期抗力に合致するのは、誘導型天地逆転の形式／誘導型磁気浮上／密着界面型オフタイプである。
ＰＣキーボードの究極のキータッチとして、ノートブックＰＣのストロークがデスクトップＰＣのストロークより浅くてもよいという理由がないと言う点がある。そうなっているのはノートブックＰＣの厚みを薄くしたいだけに過ぎない。デスクトップＰＣとノートブックＰＣを全く同じキーの間隔、即ち１９ｍｍに統一し、同じ２ｍｍ前後のストロークで、キー配列の差はあってもどちらを使っても変わらない感触である事が望ましい。このためにはどちらも、例えば誘導型の天地逆転の形式に統一し、ノートブックＰＣにして見れば液晶パネルを開いた時にキーは磁石の吸着力でデスクトップＰＣのキーボードと同じ高さに浮き上がるようにすれば事は済む。
究極のキータッチが実現出来ても、これまでのキーボードの８〜１０倍の値段になるのは耐え難く、腱鞘炎になる事に続いて不快である。誘導型の天地逆転の形式のキーボードは従来の標準キーボードの製造コストと同程度か、それ以下である。ＰＣ本体より、キーボードの方が先に故障するのは不快である。密着界面型か誘導型のキーボードの寿命は事実上半永久である。
磁石を２個使い、底部の固定磁石で上部の可動磁石を磁気浮上させる手段は、これまでのキーボードの感覚や、導通型の天地逆転の形式とは異なるが、指に逆らって不思議に浮き上がって来るボタンと、決して底打ちにはならない密着直前に押し返される軟着陸、押し付ける事では検出は起こらず、使い込んで見てスピードだけが意味があるのを体得して習慣となった時の安心感、の組合せとして快適さを感じる人の割合は低くないであろうと言える。しかし天地逆転の形式の方が簡潔でより合理性に富んでいるように見える。
キーを押し下げて直ぐに閾値が現れる天地逆転の形式は、キーの真上からＴＡＰした場合に、僅かな抵抗を感じただけで最下点まで打ち抜くが、ＴＡＰする意思がなくてただ指先をキーに乗せただけでは動かない。ＴＡＰの打ち抜きで、本来１０ｍｍ程下がる指先が衝撃で２ｍｍ程を最下点とする往復運動になったのと相前後してボタン＋磁石も機械的な最下点に行き着いて戻って来るが、指先の戻りより速いので、指先を僅かに後押しする。
この過程が操作者に与える感触は、メンブレン型の感触とは全く違ったものであり、違和感と言えるものがなくなっている。ＴＡＰで１０ｍｍ下がる筈の指先が、極薄の障子紙を毎回破って減速し２ｍｍ程下がって底打ちせずに反転する時に、軽い抵抗を覚えるだけで、押し下がったボタン＋磁石がくっついて来る。この時の往復時間は力が入っていなくても、メンブレン型より速い。ゆっくりした押し下げをして見ると入力ができないので、ただ軽くＴＡＰする事が求められる。試しに上方から軽く浅く叩いてみると、入力されている事が分り、ボタンが下に着かなくてもよい事が直ぐに実感できる。
【００４２】
世界の各言語対応のキーボードに於いて、ブラインドタッチで入力される事を前提にすれば、８本の指の定位置であるＡＳＤＦ／ＪＫＬ：のキーはその位置のままで押し下げられ、それ以外のキーは手首や腕も動員して指先を目標のキーまで移動させる動作の終わりにキーが叩かれるので、２つのグループに分けたキータッチの設定、例えばホームポジションの８つのキーの閾値は指先が下がらない２０ｇ程で、残りのキーは１４ｇ程の閾値に分け、ホームポジション以外のキーは斜めから押される事を前提に考える事が好ましい。 
或いは逆にホームポジションの８つのキーの閾値は１４ｇ程にして指先が下がっても、その位置にいる事は判定に影響せず、そこから直接押し下げる速度を判定し、残りのキーは叩きに行く、即ち指先を一度上に瞬間的に持ち上げる筋肉の反対側の筋肉の反動で押し下げるので、１４ｇ程の閾値であってもよいと言う考え方も成り立つ。
これを更に進めてＡＳＤＦに指先を置いて、中指だけＤの位置からＥの位置に移して指先を押し下げる時に、ＡＳＦのボタンが相前後して少し動いてしまう事を、良い意味で利用できる貴重なアナログ情報として取り入れる事で、例えば２０ｇ／１４ｇの閾値を越した4つのボタンの動きの中から最大のものを取るが、全体のパターンを把握する事などで、押し間違いを少しでも減らすか、個人に特有の癖を学習して最適化する事をオプションとし、将来認識システムが標準化するのと互換性を持たせて置く事ができる。
ブラインドタッチで、ＡＳＤＦとＪＫＬ：のホームポジションのキーが動いてしまう事が並列処理では問題がないとすれば、閾値という考え方の意味がなくなってしまう。シャドウタイピングを想像すれば、操作者が意識しているのは１本の指であり、他の指がどう巻き込まれているかは無意味である。密着界面型や誘導型の並列処理ではこの状況を全て反映して、操作者の意思に正確に沿った判定を即時的に与える事ができる。図３８に示したようなラバードームの特性や、金属バネの特性や、キーが行き止まる手前でのスライスなどは、いっぺんに無意味になる。要するにシャドウタイピングを新しく考えて見て、キータッチとはそれと分る僅かな抵抗感や接触音があれば十分なのである。
それでも天地逆転の形式のように遊びが最小であるように選べれば、無駄に勢いがつく事はない。閾値を越えるのは指先の肉の圧縮応力で決められ、ボタンが少し下がる必要がないとすれば、第一の要件として上向きの抗力が単調に減少すれば快適さに繋がる。第二の要件は、指先もボタンも、それぞれ独立に最下点まで進んで、放物線様の時間とストロークの軌跡を通って、再び定位置に帰って来る時に、動きが相前後するような絡み合いの少ない形がより快適で、且つ最大速度の文字入力であり、疲労が少ないと言える。
機械式タイプライターに比べればメンブレン型キーボードは格段に快適になったと言えるが、専らＰＣの前に座り、長時間キーボードを叩き、できるだけ高速で入力し、操作ミスの割合を減らしたい職業に於いては、現在のキーボードは、最近の静電容量スイッチ型を含めて十分な性能を持っていないのではないかを誰もが考えている。それは空中でシャドウタイピングを行う理想的な想像上のキータッチとは現実のものが違うからである。キータッチが軽く、ボタンが最下点に行くストロークの浅い場所でオンし、ボタンが行き着いた時に起こっていたクリック音やラバードームの屈曲感に代わる電子音でボタンが押されて機能した事をそのまま確認でき、スキャンによる遅れやその不確実さがなく、音声認識の追加などで１０１キーボードの既存の入力を拡張的に補完でき、究極の操作性に行き着くために操作者個人の特徴を学習して最適化する機能を持たせる、などが一般論として新しく求められ、そのためには格段のコストは掛からないが、天地逆転の形式の型ではこれらの条件が殆ど満たされ、磁気浮上形式の誘導型はそれに準じ、密着界面型でも大きな改善が期待できる。
機械式タイプライターの時代に最も快適であったキータッチと、現在のＰＣキーボードの製品としての最も快適であるキータッチは意味が違う。同じＰＣキーボードでも、メンブレン型／パンタグラフ型／静電容量スイッチ型と言うキースキャンの制約の中で達成されるキータッチと、その制約を外し並列処理で考えられる究極のキータッチもまた意味が違うのである。
何れにせよ、万人に共通な快適さとは何かを改めて問う必要がある。これまでは、ボタンを押し下げて確実にオンしたのかどうかが認識するのは、ストロークが行き当たった抵抗感か、或いは屈曲点を越えてストロークが軽くなった事で代用している。最も大きな問題はパンタグラフでストロークを浅くしたのが、人間本来の１０ｍｍの自然な指のＴＡＰと違うためのストレスである。導通型ではある程度の圧力が接点に加わる必要があるが、密着界面型や誘導型ではそれが必要でなく限りなく軽いタッチにできる。
ノートブックＰＣのディスプレイを開くと格納されていたキーが浮き上がってより快適な深いストロークになる場合、天地逆転の形式の誘導型では、ホームポジションのＡＳＤＦとＪＫＬ：の８つのボタンの閾値が２０ｇで、それ以外のボタンの閾値が１４ｇとする。ディスプレイを閉じた時にはボタンが沈み込んで格納されるので、反発力は半分の１０ｇ／７ｇになっているとすれば、１０１のボタンでは反撥力の合計は７３１ｇである。現在のキーボードではこれが５Ｋｇ程であるので、圧迫応力は１／７程になり、ディスプレイの表面にキーの圧迫痕が残らない点に関しては問題がなくなる。液晶パネル面を閉じた時にキーが沈み込んでいる事は、ノートブックＰＣ本体に衝撃が加わった時に、液晶パネルだけではなく下部構造も、その衝撃を和らげる理想的なクッション材の役割を果たす事になる。円筒磁石とボタンと、それを結ぶアームの合計重量が２００ｍｇであるとすれば、２ｍｍの高さの放物線の往復運動の所要時間は、２ｍｍに亘る吸着力の平均が５ｇ重なら往復時間は数式８で表され、８ｍＳ程になるので、人間の指のＴＡＰ動作の往復時間１５０ｍＳに十分に追従できる事が分る。
【数８】
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重ねて述べるが、基板に埋め込まれたスピーカーで微かな電子音の流れを付け加える事で、その流れが途切れなければ文字入力が滞りなく行われる事が確認でき、これまで底打ちした感触や最下点に到達した単発的なクリック音で確かめていた確認という快適さを置き換える事ができる。
並列処理ではアナログ量を取り扱う事になるので、それを読み取って軽快さの確立に反映させる事ができる。究極の軽快さは、大多数の人で入力速度が上がり、打ち間違いが減り、長時間キーを打っても疲れない、という事であるが、その一方で各個人に合ったものが必要になるとも言え、それを実現するにはアナログ量となる並列処理に於いてキーボードに最適動作点にチューニングして記憶する学習機能を持たせる事が求められる。
リモコン／ゲーム機コントローラーのキータッチの要求事項はＰＣキーボードのキータッチとは異なる事には留意が必要である。リモコンは右手で持ったまま、親指を使って１ｍｍほどの浅いストロークで、底部に行き止まるように押し付け、音はゴム接点であるので聞こえない。常に強めに念を押す事になり、軽くＴＡＰするような事はしない。またＴＶ用リモコンではボタンの応答が経年的に悪くなって行く事が念頭から離れず、デジタル放送ではテレビ本体側の反応に遅れがあるので押されたかどうかは分らず、とにかく強めに押す事が身についている。ＴＶ用リモコンが半永久寿命型に置き換わると、もうゴムボタンを押し付けなくてもいいのだと言う経験が消費者に数年を掛けて定着する事になる。リモコンの基板に埋め込まれたスピーカーは、確実にボタンが押された事の確認とするのを可能にし、強い２度押しが避けられる。
ゲーム機に於いては、絶対的な要件としてゴム接点スイッチが何時かは導通不良になるという諦めを払拭し、またスキャンパルスを待つ応答の遅れと、その不確かさから解放される事が優先する。これまでの安易であるが他に代替案のないゴム接点はゲーム機コントローラーとして最も不適切な方法である。適した方法は天地逆転の形式の誘導型と言えるであろう。それによって、アナログ量の埋め込みが、速さ／ストローク長／正負のパルス間隔として拡張的に利用可能になる。また１〜２ｍｍより長いストロークが好ましく、誘導型はそれを容易に実現する。現在のゴム接点は重いボタンであるが、これを軽い誘導型にして特に支障は生じない。バイブレータやスピーカーやマイクロフォンを埋め込める事は快適さを付け加える。
【００４３】
ポテンショメーターではない導通型では、ストロークのアナログ量は導通区間の長さ以外には反映できず、またチャタリングの影響を受ける。静電容量スイッチ型では静電容量値の変化は近接時に急に大きくなるが、その逆数であるインピーダンスは離間量ｄに直線的に比例するので、アナログ量に均等に反映されるように思ってしまうが、現実にはスキャンパルスがＣＲ微分波形として伝送されるＰＰ値は容量値の変化に無関係であり、大きさの違いを生むために駆動抵抗ｒを大きくするが、これは同時に大きな減衰を生むので設計がクリティカルになり、結局この点でアナログ量の埋め込みは有用ではなくなってしまう。要するに静電容量スイッチ型の検出区間は導通型より少し長いと言うだけで、これを唐突にアナログ検出と呼ぶのは適切な表現ではない。この困難の本質は静電容量スイッチ型がスキャンパルスを使っているところにある。
これに対して密着界面型と誘導型で読み取る発生パルスは、ストロークの行程が、アナログ量として切り捨てられる事なく反映されるので、これを適切に読み取る事で、入力速度が上がり、打ち間違いが減り、快適で疲労が蓄積されないものにするのに利用できる。また並列処理なのでスキャンパルスが無く時間の精度の問題は最初から存在しない。
操作者がキー入力に込めるのは、強く叩く意識、速く叩く意識、深く押し下げる意識であるが、強く押す意識は必ずしも有効には働かず逆に速度は低下しかねず、また深く押してしまう結果になる。従って通常は決まったＴＡＰ速度で叩く事が求められるが、その間隔が間を置かず連続するようにして入力ピッチを上げる事ができる。キーを叩く強さは、深さになり、ボタンが最下点に行き止まって暫く留まる分だけ文字入力のピッチは下がる。
図４７に示すように、密着界面型と誘導型では、放物線軌跡の最下点付近で正／負パルスが相次いで発生する形と、放物線軌跡の根元で正負パルスが離れて発生する形の、どちらかを選択する事ができる。前者の場合は、底部に衝突させる時の速度が大きいと発生パルスが大きくなり、最下点を離れる時の発生パルスは一定しているが振幅が小さい。後者の場合は、ストロークの始まりである放物線軌跡の根元で発生するパルスはキーを叩く速さに依存するが、元の位置に帰り着いた時に発生するパルスは、自然に戻る指先にキーが邪魔されなければ一定した大きさである。これらの中で、最下点を離れる時の発生パルスを除く３つのどれかを選択するとして、パルスの大きさはキーの位置と個人差に依存する。
最適のスライスレベルを設定する一方で、発生する２つのパルスの間隔の測定も判別に加えられるが、キーの位置と個人差に依存する最適スライスレベルを、専用プログラムで個別設定して行く方法は万人には向かず、学習機能で最適化して記憶するのが適切である。
密着界面型よりも誘導型の方がストロークのアナログ量をより均等に反映させ易い。密着界面型と誘導型でのみ得られる真のアナログ量を利用するためには、良好なＳ／Ｎ比の確保、抗力の非直線や衝突の過程をできるだけ避ける、チャタリングの機会を奪う、などが有効である。増幅器の熱雑音の方は問題がないので、外乱雑音を抑圧するための電磁シールドに気を配らなければならない。
図４７に示したように、直径が数ｍｍの円筒磁石を可動にする誘導型と比べて、密着から〜１００μｍの離間を捉える密着界面型では〜３ｍｍのストロークの一区間にフィルムの屈曲を組み込むために、ラバードームか金属バネとフィルムの屈曲が２段構えで変位する形が使われる。これは底打ちが人間のＴＡＰ動作にとって不快になるのを避けるためである。メンブレン接点の場合と違うのは、フィルムの屈曲の抗力が極めて小さい事である。
【００４４】
並列処理の密着界面型／誘導型キーボードがアナログ量を取り扱う事ができるのを利用して、図４８に示すように、アタック時の発生パルスのスライスレベルの設定と、それにリターン時の発生パルスも判定に参加させる時のスライスレベルの設定をプログラマブルにし、更に２つのパルスの間隔も測定する事が、通常得られるアナログ量である。これまでの導通型／静電容量スイッチ型では、ストロークのアナログ情報の殆どが切り捨てられた結果の歪み切った応答しか得られなかったが、密着界面型／誘導型ではストロークの全体を反映する応答が得られるので、雲泥の差できめ細かなデータ処理が可能になる。
基本的には左右の手の親指を除く４本ずつの指先をホームポジションに置いて、親指を加えた１０本の指先のどれかでボタンを叩く時に、選ばれて押されたボタンだけでなく、同じ側の手の、残りの４本の指先も何がしかの発生／発電パルスを生じている可能性が高い。何故ならば、軽いタッチが、入力の速さや、押し間違いの少なさ、疲労の少なさを生み出す元になっているのは明らかなので、それを追求すればする程、他の指の僅かな動きも応答に現れている可能性が高いからである。操作者個人にとって、癖を直さず一定であれば、選ばれた指が他の4本の指の動きをどう伴うかはほぼ決まっており、本当にその指が選ばれたのかどうかを結論づけるのは、残りの４本の指の動きも合わせてパターン認識すれば、確かな判定になる。このような考えは、キースキャン形式には不可能であり、Ｎ＊Ｍ個のボタンを全て同時に把握する密着界面型／誘導型の並列処理だけで可能なのである。図４８に示したように、ホームポジションのＡＳＤＦ／ＪＫＬ：のキーがマトリックスの上で同じＸライン／Ｙラインに跨らないようになっていれば、分離がより単純になる。
このような並列処理の判定作業を行う時に、ＰＣ本体の役割はただ４＋４ビットのアタック／リターンのスライスレベルの記憶をすればよい。即ち８０８ビットのメモリーを持てばよいとすると、そのコストやＵＳＢケーブルを通しての通信の占有時間は無視できる。演算は専らキーボードのＩＣチップで行われ、２つのパルスの間隔測定はＩＣチップの中だけで参考情報として処理され、このＩＣチップのコストが学習機能の標準装備で２０円高くなるだけであれば、２０００円程で標準的に買う事ができるキーボードを、快適であると言うだけで２００００円〜３００００円で買い求め、結果としては何も変わらない、と言うような現状を解消できる。即ち、極論すれば１個１個のキーを正しく押す必要はなく、各操作者が１０１通りの左右１０本の指の組合せで、個性を保ちながらキーを叩けば、これまでより格段に速く、軽快で、判定ミスなく、疲労が少ない、文字入力操作ができる。更に言うなら、ブラインドタッチと言う型に必ずしも厳格に嵌る事なく、独自の動きの組合せを定着させれば、誰もが自分流のキー入力のスペシャリストになれる。密着界面型／誘導型は製造コストが下がれば、学習機能を持たせる２０円のコストアップ分は吸収され、これまでの普及品の２０００円ではない１８００円で標準品として買う事ができ、寿命は半永久である。ブラインドタッチを練習するのではなく、自分流のやり方をマイキーボードが憶えて行ってくれるのは、好ましく変貌する愛玩ロボットの成長のようなものである。
操作者のミスではなく、キーボード側の不十分な判定でミスが起こったのはバックスペースキーを使った事で推測される。これを辿って、ＡＳＤＦに左手の４本の指を乗せて、Ｅのキーを叩きに行く時に、先ずＡＳＤＦが僅かに反応し、遅れてＥが反応する。それが自動車のドライブレコーダー的に記憶されていれば、５本の指全体の応答に含まれる情報を使って、本当にＥが押されたという結論を出せる。学習機能とは、このような手続きで操作者がメキメキと、変則的な入力の腕を上げて行く推移を継続してサポートする。正に個人差ではなく個性の時代と言えるのである。これはまた、個人化されたキーボードが、パターンとして記憶され登録された操作者以外は使えないように出来る事を意味している。
これまでのメンブレン型／静電容量スイッチ型の閾値を含めた抗力全体が大きく、底打ちを強いられるのに対応した打ち方になったまま、買い替えた密着界面型／誘導型の学習機能付きのキーボードのキータッチが軽く底打ちにならないと、そのギャップが結果としての違和感をもたらすであろう。これを避けるために予めこの違和感という段差を埋めるバイアス分を初期設定として与えて置き、徐々にそれを取り外し、その後は学習機能によって正しい方向に人馬一体で導かれ、キー入力のパーフォーマンスは主にキーボード側でメキメキ向上する。これは賢い馬が必然に向かって人を慣らしているとも言える。それに慣れて仕舞う事の問題は、古いキーボードに戻った時に入力速度が低下するのは勿論だが、打ち間違いが増える事にある。しかし寿命が半永久になっていれば昔に戻る事はない。
仮想のキーを選んで叩くシャドウタイピングでは、人は個人差が無く、誰も１０ｍｍ程のストロークを１５０ｍＳ程の時間で往復する事ができる。１０ｍｍは深すぎるので数ｍｍに縮めるためにリアクティブな抗力が必要であり、しかしこの抗力は等時性を持っている往復時間を長いものにしてはならない。個人差を生じさせているのは５０〜６０ｇの閾値が付けられている事であり、閾値を２０ｇ以下にし、且つ底に行き当たらない形では、本来のＴＡＰ動作がそのまま反映され易く、個人差が少なくなる。人は軽目にキーを叩く事は出来るが、キーを強く押す事や深く押し下げる意識が働くと速度が遅くなる。従って学習させる個人差とは、間を置かずに連続した文字入力を行う時に、結果として各キーから発生／発電される正パルスと負パルスのそれぞれの大きさと、その間隔がどう分布しているのかを見出して、スライスレベルを選び、また時間のウィンドウを設けた弁別を個人に合わせた最適なものに収斂させて行く事に尽きる。キーを押し下げる意識を持つと、浅いストロークは不快であり、底打ちを感じないと押されたかどうかが不安になる。キーをＴＡＰするだけで検出されるなら、ストロークの深さは関係がなく、ただキーが沈むのが感じられれば、それで入力が終わっている。或いは電子音が途切れなければ、正しい入力が続いている。自然なＴＡＰは１０ｍｍ程指先が下がるが、それを受け止めて２〜３ｍｍ程に和らげるのがキーの役割であり、導通型はこれでは動作しない。問題は操作者が快いと感じるかどうかであり、深く押し下げなければならないのが長く続くのは苦痛を生み、押し下げようとして１ｍｍで行き当たるのは不快である。動作はＴＡＰで、それがキーで遮られたのが感じられたら入力は終わっており、同時に柔らかな音が表面の接触から聴こえて来れば、快く、長く打ち続けていても疲れないであろうと言える。しかし画面に現れる文字がデジタル処理のために遅れて出て来るのは不快である。
【００４５】
ＰＣ用１０１キーボードは汎用性のためにボタンの役割が厳格に決められているので、その意味での入力の操作速度には限界がある。文字列の組合せをショートカットの合図として入力手続きを短縮するか、単語登録をして置くか、などの方法で入力に要する時間を少なくする事が行われる。これに加えて、操作者が発した声の合図を、ＰＣキーボードに組み込まれたマイクロフォンを通して聞き分ける手段も残されており、それは必ずしもキーボード自体の汎用性が損なわれる事にはならない。例えば、句読点の間を消すとか、カーソルを戻すとか言う単純な動作の音声命令から始まり、主としてＰＣ本体とのやり取りで音声認識入力を行いながら補助的にキーボード入力する場合もある。それを始めるのは、将来の拡張のために、誘導型の半永久寿命のキーボードでマイクロフォンをＰＣＢ基板に組み込んで置く事である。操作者の口元から雑音に打ち勝って集音するにはマイクアレーが有用であるが、これを格段にコストアップする事なく実行できる。
【００４６】
導電性ゴムボタンが酷使されるリモコン／ゲーム機のコントローラーは、遠からずボタンの接点不具合に見舞われ、ＰＣキーボードの無接点化を計って円錐形金属バネを使った静電容量スイッチ型は十分に性能を発揮できず市場はメンブレン接点で占められている。
ゲーム機に於いては導通型から静電容量スイッチ型に移行するのではなく、誘導型に移行する事で、今抱えている接点不良問題はほぼ完全に解決すると言える。並列処理でスキャン周期による時間遅れとその不確かさがなくなり、精細なゲームの操作を行う事が可能になる。これが核心部分である。核心部分に追加される利点は、コントロールにアナログ量を埋め込める事であり、またスピーカー／マイクロフォン／バイブレータ／３次元加速度センサーを最小コストでＰＣＢ基板に埋め込める事である。
ＴＶ用リモコンがゴム接点の導通型から無接点の密着界面型に移行する核心部分は、図４９に示すように導電性ゴムの短絡バーを静電シールドのアルミ層を設けたポリエステルフィルムに張り替える事で半永久寿命になり、ＩＣチップは並列処理に置き換えなければならないが、製造コストはそのままであるという、極めて単純な手順で行われる事である。リモコンの導通接点は、謂わば、金属面に対して金属針が下りて来ればよいが、固定された接触点は直ぐに劣化する。そこで面と面の導通とするが、実際には多数の接触点で導通が成り立っているのであって、面積全体が導通に寄与している訳ではない。しかし対向電極面積が大きい方が導通接触点の数は多くなる。その反面平行度が取れていなければ、面積を大きくしても無意味である。そこで導電性ゴム接点にして、大きな力を加えた時にゴムが変形して密着する事が期待された。これが期待外れになって、今日のリモコンのゴム接点問題が存在している。この形式では完全に平行でなければ、Ｘ−Ｚ間の導通とＺ−Ｙ間の導通が同時には起きないが、ゴムの変形によって最終的には両方が導通する。
下方のＸ／Ｙ電極それぞれが平行に下りて来るＧ電極との間の距離の変化分で発生パルスの高さが変わる密着界面型では、２つのパルス発生が同時である必要はないが、Ｇ電極の傾きによってＹ電極の端に先に速度Ｖで着地した後には、反対側のＸ電極の端の接近速度は２倍の２Ｖになる形である事を考えると、パルスの大きさは揃う事になる。
静電容量スイッチ型で使われる円錐形金属バネは上から押された時に、バネの周辺部は基板と平行になっているので、頂点がオフセットして押されても比較的平行度が保たれる。それが崩れる要因の１つは、金属バネが伸びているのが弛緩状態である事が斜めに圧縮した時の応力で平行度を低下させる。これを避けるには、スパイラル電極が平面であるのが弛緩状態である事が望ましく、それを実現するには、ラバードームが伸びているのを円錐形金属バネが引き下げるという、変則的な形を必要とする。密着界面のオンタイプとオフタイプでは、マイクロドームがこの中心一致の役割を果たす。
ＴＶリモコンは導電性ゴム接点から、図５０に示すように、密着界面型か誘導型に移行して諸問題が解消されるが、誘導型の場合は、リモコンが所在を答えるＬＯＳＴ＆ＳＯＵＮＤ（Ｌ＆Ｓ）のためのスピーカーをＰＣＢ基板に組み込む事ができ、ボタンが押された確認音にも利用できる。この確認音は、埋め込みスピーカーの巻線のインダクタンスに、共振容量を繋いで数ＫＨｚで共振させ、これに増幅器を繋いだ正帰還ループの帰還利得を１に近づけて置く事で、ボタンが押されたのを検出したのをトリガーとして減衰振動が起こり、スピーカーから聞こえる。即ちＩＣチップで波形合成する必要はない。Ｌ＆Ｓのハウリングとは、製造上のばらつきがあるこの共振周波数をＴＶ本体側が予めスイープして記憶して置くか、リモコンの所在が分らなくなった時にバラツキの範囲をわくわくしながらスイープして捜索すれば、ＴＶ側のスピーカーからこの周波数の音波が放射されると、正帰還ループ利得を限りなく１に近づけていたリモコンが、音叉が微かな音にも共振する原理で、リモコンが受動的に反応してその周波数の音で反応し、それを頼りにソファーの底に挟み込まれていたリモコンは救出される。この機能は、リモコンボタンの確認音が既に使われている前提では、リモコン側とＴＶ本体側のコストアップは合わせて数円以下に過ぎないので、標準装備とする事が可能になる。
ゲーム機コントローラーは、導電性ゴム接点から、図５１に示すように、密着界面型か誘導型に移行して諸問題が解消される。誘導型の場合はスピーカー／バイブレータ／３次元加速度センサーを同時にＰＣＢ基板に組み込む事ができる。
図５１の左側に示した、磁気浮上のＯｒｔｈｏｄｏｘの形では、キーが斜めから押されても、問題なく動作する。下に鉄板があると反撥磁力が大きくなる。斜めに押してもよく、隣のキーに触れても大きな動作をしたキーが選ばれる。指先を乗せて沈み込んでも静止していれば、そこからの変化に感応する。底打ちは起きず、下に行き着いて停滞しないので往復時間が短い。これをＰＣ用に転じた場合、格納機能を含めてキーボードが薄くなり、同時に深いストロールが確保できるのでデスクトップとノートブックに同じ形式を当て嵌める事が可能になる。パソコンをゲームに使う事が多くなりゲーム用のキーボードと通常のＰＣキーボードを分ける必要がなくなって来る。
一方ＰＣキーボードの核心部分は、メンブレン接点の寿命を今の有限から半永久に変え、原理的にキータッチが快適で、文字入力速度が速まるものにする事である。ノートブックＰＣを例に取ると図５２に示すようにメンブレン接点のパンタグラフ型から密着界面型の各タイプに移行する事ができる。
また、図５３に示すように、メンブレン接点のパンタグラフ型から誘導型の各タイプに移行する事ができる。この移行の一部は、ストロークが底打ちする時に導通していたものを、密着界面型や誘導型でキーを指先で叩いてストロークが始まった時に既に検出が完了する形になる。誘導型で鉄板が敷かれる場合は、コイルの電圧パルスが大きくなるので巻数を減らす事ができる。
社会にとって必要なこれらの置き換えが自発的に進められるには、買い替え時期を待って、製造コストが下がる故に、メーカーが方式を切り換えざるを得ないという状況が必要である。並列処理の密着界面型と誘導型はこの条件を満たしている。一方消費者側の選択として、性能や信頼性が圧倒的に改善されているので、それを供給しないメーカーの製品は買わないという市場競争原理が働く事が必要である。その次には、標準化が進んで、性能や信頼性が優れた新しい形を受け入れるのに何ら支障がない事が必要である。最後に最も重要な要件として、手持ちのＴＶ用リモコンやＰＣキーボードは未だ十分に機能し、ボタンの上に印刷した文字もかすれていないので、新しい製品はリモコンやキーボード抜きのものを買うと言う、マイリモコン／マイキーボードの考え方が定着する事が望ましく、おじいちゃんやおばあちゃんから受け継いだ３代のリモコン／キーボードを廃棄する場合は、大部分の部品が資源再利用できる事が望ましい。これが置き換えの核心部分である。
【００４７】
ＰＣキーボードに於いて、底に鉄板を敷くのが電磁シールドの点で必須であるとすると、それを利用して、全体の軽量化／薄型化／製造コストダウン／鉄板をケースの一部として使う事／キーボードの高機能化に利用する事が求められる。図５４にその要点を示す。実例として、誘導型の天地逆転の形式は、ノートブックＰＣの液晶パネルを閉じた時に、鉄板の上にボタンの厚みの分だけが残るだけなので、格段に薄いキーボードが実現できる。しかしボタンの数だけ、鉄板の下にストローク分だけ吸着マグネットが押下されるので、その空間を空けて置かなければならない。汎用ＰＣキーボードとして天地逆転の形式で、プラスチックのケースを廃し、図６３で付け加えられているように、１枚の鉄板だけで構成されたデザインの製品になり、一層のコストダウンが達成される。
【発明の効果】
【００４８】
ＰＣキーボードに於いて、底に鉄板を敷くのが電磁シールドの点で必須であるとすると、それを利用して、全体の軽量化／薄型化／製造コストダウン／鉄板をケースの一部として使う事／キーボードの高機能化に利用する事が求められる。図５４にその要点を示す。実例として、誘導型の天地逆転の形式は、ノートブックＰＣの液晶パネルを閉じた時に、鉄板の上にボタンの厚みの分だけが残るだけなので、格段に薄いキーボードが実現できる。しかしボタンの数だけ、鉄板の下にストローク分だけ吸着マグネットが押下されるので、その空間を開けて置かなければならない。汎用ＰＣキーボードとして天地逆転の形式で、プラスチックのケースを廃し、図６３で付け加えられているように、１枚の鉄板だけで構成されたデザインの製品になり、一層のコストダウンが達成される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】は２接点導通型キーマトリックススキャンの全体図を示す。
【図２】は導通型／静電容量スイッチ型／密着界面型／誘導型の各手法である。
【図３】はキーマトリックススキャンの伝達波形を示す。
【図４】は静電容量スイッチ型／スキャン形式を示す。
【図５】は静電容量スイッチの静電容量の変化幅と伝達波形を示す。
【図６】は導通型を多値システムで非スキャン化し消費電流を減らす手段である。
【図７】はスキャン形式の磁気結合型である。
【図８】は指先のストロークと閾値と作動点を示す。
【図９】は神経伝達パルスと筋肉の反応の量子化単位である。
【図１０】はＬ型／Ｒ型の炭素原子とベンゼン環のインターリーブである。
【図１１】は炭素原子のＬ型／Ｒ型による３２面体フラーレンの結合の欠陥である。
【図１２】は天然ゴムの伸縮性／柔軟性構造と絶縁体になる背景を示す。
【図１３】はカーボンブラックフィラーによる導電性確立と導電性不良である。
【図１４】は導通型スイッチと可変容量スイッチの違いの本質である。
【図１５】は並列処理の密着界面型キーマトリックスを示す。
【図１６】は密着界面型リモコン／ＰＣキーボードのオンタイプ／オフタイプを示す。
【図１７】は静電容量スイッチ型と密着界面型オンタイプ/オフタイプを示す。
【図１８】は静電容量スイッチ型の波形伝達を示す。
【図１９】は密着界面型オンタイプの自立発生パルスである。
【図２０】は密着界面型オフタイプの自立発生パルスを示す。
【図２１】は密着界面原理の波形発生の仕組みである。
【図２２】はＸ／Ｙ電極が対向する密着界面型である。
【図２３】はボタンの傾きに対する許容度である。
【図２４】は密着界面型での平行度維持要求の緩和と金属バネを示す。
【図２５】は密着界面電極のスパイラル構造である。
【図２６】は誘導型自立発電キーマトリックス並列処理の全体図である。
【図２７】は誘導型コイルの従属接続である。
【図２８】は誘導型のＰＣＢパターンコイルとインターリーブ構造である。
【図２９】は可動磁石の貫通形式と行き止まり形式と差動接続である。
【図３０】は２重スパイラルコイル列のＰＣＢパターンである。
【図３１】は磁気引力平衡アレーによる単一平面維持機構である。
【図３２】は鉄板印刷によるＰＯＦ／ＰＵＦである。
【図３３】は磁気浮上と天地逆転 による新しいキータッチである。
【図３４】はシフトキーと音量増／減ボタンである。
【図３５】は誘導型の発電波形と鉄板による増倍と差動コイルである。
【図３６】は鉄板を使った誘導型のオフタイプとオンタイプである。
【図３７】は円筒磁石／コイル／鉄板の相互作用である。
【図３８】はラバードームの屈曲特性と金属バネである。
【図３９】はラバードームから誘導型の磁気力への転換である。
【図４０】は快適なキータッチの完成形としての天地逆転形式である。
【図４１】は永久磁石によるクリップの吸着問題である。
【図４２】は各形式の外乱／雑音に対するマージンである。
【図４３】は基板組み込み型マイクロフォンとスピーカーである。
【図４４】はマイク／スピーカー／バイブレータ／加速度センサーの組込みである。
【図４５】はＰＣキーボードの究極のキータッチである。
【図４６】はストロークの始点で判別する密着界面型／誘導型である。
【図４７】は発生／発電パルスに反映されたアナログ量の読み取りである。
【図４８】は学習機能で個性化するキーボードに有用なデータである。
【図４９】はＴＶ用リモコン／ＰＣキーボードの核心部分と目標達成である。
【図５０】はＴＶ用リモコンの導電性ゴム接点から密着界面型／誘導型への移行である。
【図５１】はゴム接点ゲーム機コントローラーから密着界面型／誘導型への移行である。
【図５２】はノートブックＰＣのパンタグラフ型から密着界面型への移行である。
【図５３】はノートブックＰＣの誘導型キーボードへの移行である。
【図５４】はＰＯＦ／ＰＵＦ（鉄板上／下配線）による薄型／軽量化である。
【図５５】はリモコンの実施形態である。
【図５６】はＰＣキーボードの実施形態である。
【図５７】はＰＣキーボードの抗力のプロファイルである。
【図５８】はゲーム機の実施形態である。
【図５９】は一般家電の操作ボタンである。
【図６０】はＡＴＭ操作ボタンの強固な信頼性である。
【図６１】は導通不良を脱する無接点リモコンとその要件である。
【図６２】はゲーム機コントローラーの導電性ゴム接点から誘導型への移行である。
【図６３】は汎用キーボードの密着界面型／誘導型天地逆転の形式への移行である。
【図６４】はノートブックＰＣの密着界面型／誘導型天地逆転の形式への移行である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明を製造コストアップなしで半永久寿命としたＴＶ用リモコンとして実施する形態は、図５５に示すように、現在の画一的なキースキャンを使った導通型ゴム接点を、キースキャンを使わない並列処理の方式であり、自発パルスを使う密着界面型として６通り、発電パルスを使う誘導型として３通りの、合わせて９通りの方法に置き換えられる。それは、圧着ＧＮＤシート、メンブレンＧＮＤシートのオンタイプとオフタイプ、スパイラル金属バネＧＮＤシートのオンタイプとオフタイプ、金属反転バネＧＮＤシート、近接マグネット、貫通マグネット、天地逆転の形式、である。
それぞれの特徴を表２に示す。
【表２】
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遍く導電性ゴム接点が用いられ導通型であるＴＶ用などのリモコンは、プリント基板上で剥き出しになったＸ／Ｙ電極間を導電性ゴムの浮遊Ｚ電極で短絡するのを、ボタンを押し返す抗力と元の位置に復帰するバネ性を一体成型のゴムシートで実現している。ゴムシートは液体などが接点部に上方から浸入するのを防いでいる。導電性ゴムのＺ電極は遠からず導通不良になる運命にあるが、これを解決する手段はこれまで見つからなかった。
最も単純には、現在の導通型に於いて一体成型ゴムボタンの下に導電性ゴムが取り付けられているものを、１枚の全面シールド接地シートに置き換えるものである。ボタンを押す感触はそのままで、導通を取る必要がない密着界面なので耐久性だけが半永久となる。
並列処理の密着界面型で次に挙げられるのはメンブレンＧＮＤシートで、メンブレン型のＰＣキーボードと同じく配線パターンが印刷されたポリエステルフィルム２枚を使って、Ｘ／Ｙ電極とＧ電極が密着する時の発生パルスを検出するオンタイプと、離間する時の発生パルスを検出するオフタイプがある。これも半永久の耐久性を持ちコストアップがない。また図２２に示した、ＰＣキーボードの、上下シートにＸ／Ｙ電極を振り分けて、ＧＮＤシートは使わない方法も流用できる。
更に、スパイラル金属バネＧＮＤシートは、１枚の薄い金属シートを打ち抜いてスパイラルコイルバネを形成したのを上方に伸ばした形を中立弛緩点として、従来の一体成型ゴムボタンのバネ性を置き換え、同時に密着界面の機能も果たさせるもので、打ち抜きバネがＧ電極として密着する時の発生パルスを検出するオンタイプと、離間する時の発生パルスを検出するオフタイプがある。屈曲するゴムボタンの抗力と、押し下げた時に単調に増加する金属バネの抗力は異なるが、リモコンボタンとしては両方を使い分ける事ができる。オンタイプもオフタイプも、一体成型ゴムボタンのバネ性やラバードームを必要としない。
これに対して、1枚の金属シートを打ち抜いて屈曲性を持たせる成型をした反転バネは、一般的にタップスイッチの双安定的なクリック動作をさせるのに使われ、密着界面型リモコンでは離間と密着のＧＮＤ電極となる。
一方、マグネットをコイルに近づけた時の発電パルスを使う並列処理の誘導型では、先ず近接マグネットがある。これは現在のリモコンのＰＣＢ基板を、ポリエステルの印刷フィルムに置き換え、２重スパイラルコイルを形成したものに、現在のリモコンの一体成型ゴムボタンの先端の導電性ゴム接点の代わりに小さな円筒磁石を付けたものである。
貫通マグネットは、両面ＰＣＢ基板の両面に２重スパイラルコイルを形成して、差動出力となるように接続し、基板上のコイルの中央に円筒磁石が通過する穴を設けて、従来の一体成型ゴムボタンはそのままの形にする方法である。この差動発電は、円筒磁石が通過する両側で対称的な電圧波形が現れて振幅が大きくなり、また往きと帰りの動きを使い分ける事も出来るのを利用して、例えば音量の増大と減少を1つのボタンの動きで制御するなどの新しい働きをさせる事ができる。この形は、３次元加速度センサーとして機能するので、リモコンを、ボタンを押すだけでなく、空中で動かすのを登録された動き命令としてＴＶ本体に伝える追加機能を持たせる事や、初めにリモコンを手に取った動きだけで本体の電源スイッチが入るようなショートカット機能を追加できる。
最後に示した天地逆転の形式は、薄い鉄板の裏側に印刷回路で２重スパイラルコイルが形成されたものに、裏側から吸着させた小さな円筒磁石を、ボタンの中心部に開けた鉄板の穴を通して、表側から押し下げる事で発電するもので、ごく小さな磁石でも比較的大きな初期抗力となる、切れのよいボタンである。
キースキャン方式に比べて、並列処理の方式は発生パルスが小さく、電磁シールドが必要であるが、図５５に示した９通りの方法は何れもこの電磁シールドが既に行われている。また何れの方法も現在の導通型のゴム接点リモコンと同程度の製造コストで量産する事ができ、ボタンを押す感触は多少の違いがあるが、概ね従来と同じであるが、ただ半永久の耐久性になり、また電池交換のインターバルが長くなる。
ＩＣチップは、従来のキースキャン方式のＩＣに対して、同じ程度か少ないピン数を使い、誘導型と密着界面型の２種類に対応する別々の設計になるが、どちらもＩＣの回路はより単純な形になり、消費電流も低減する。ＩＣメーカーの顧客であるＴＶメーカーはこの２種類のＩＣを使って、９通りの形のどれかを選択してリモコンを設計する事ができる。
自発パルスを検出する密着界面型ではボタンを押したままになっている事を表現できないので、ＴＶ用リモコンで音量を継続的に上げるか下げるのに、音量ボタンのダブルクリックを用いる事や、帰りに発生するパルスの検出を、継続増加／減少を止める長押しの形とする事ができる。
並列処理となるＴＶ用リモコンは、使わない時の消費電流を極限まで減らすために、電源ボタンが跨っているＸラインとＹラインが繋がっているコンパレータ以外の電流は全て切り、電源ボタンが押されたのを検出してから、ＩＣチップ全体に電源を供給する方法を取る事ができる。
【００５１】
本発明を、何がしかの製造コストダウンとなり、半永久寿命とし、これまでになかった好ましく軽快なキータッチのＰＣキーボードとして実施する形態は、図５６に示すように、現在の、ほぼメンブレン形式で占められるが、ノートブックＰＣでは薄型化のためにパンタグラフ機構が付け加えられただけの画一的な形で固まっているキースキャンを使った導通型の形を、キースキャンを使わない並列処理の方式であり、自発パルスを使う密着界面型として３通り、発電パルスを使う誘導型として４通りの、合わせて７通りの方法の何れかに置き換えられる。それは、メンブレンＧＮＤシートのオンタイプとオフタイプ、スパイラル金属バネＧＮＤシートのオンタイプ、近接マグネット、貫通マグネット、磁気浮上、天地逆転の形式、である。
並列処理の密着界面型で最初に挙げられるのはメンブレンＧＮＤシートで、メンブレン型のＰＣキーボードと同じく配線パターンを印刷されたポリエステルフィルム２枚を使って、Ｘ／Ｙ電極とＧ電極が密着する時の発生パルスを検出するオンタイプと、離間する時の発生パルスを検出するオフタイプがあり、助走としてラバードームを使う。これも半永久の耐久性で、コストアップがない。
更に、スパイラル金属バネＧＮＤシートは、１枚の薄い金属シートを打ち抜いてスパイラルコイルバネを形成したのが上方に伸びているのを中立弛緩点として、ラバードームの助けを必要とせず、密着界面型のオンタイプを構成する。
【００５２】
マグネットをコイルに近づけた時の発電パルスを使う並列処理の誘導型では、先ず近接マグネットがある。１枚のポリエステルの印刷フィルムに２重スパイラルコイルを形成してジャンパー層を加え、電磁シールドは底に置いた鉄板で行われる。この方法はラバードームを必要とする。
貫通マグネットは、両面ＰＣＢ基板の両面に２重スパイラルコイルを形成して、差動出力となるように接続し、基板上のコイルの中央に円筒磁石が通過する穴を設けて、従来の一体成型ゴムボタンはそのままの形にする方法である。この差動発電は、円筒磁石が通過する両側で対称的な電圧波形が現れて振幅が大きくなり、また往きと帰りでパルスの向きが逆になるキーの動きに意味を持たせられる。この方法もラバードームを必要とする。
磁気浮上の形式では、近接マグネットの形に、底部の鉄板に吸着させた磁気浮上のための固定磁石を使い、代わりにラバードームが撤去され、鉄板がその磁力を強化・安定する。２つの円筒磁石を使う磁気浮上は、ラバードームも金属打ち抜きコイルバネも必要としない。下側で固定される円筒磁石は、その下の鉄板を磁化して上方の反撥磁界が大きくなるので、より小さなものでよい。また鉄板を合わせた磁界が、ボタンの表面で浮上磁石の磁界と打ち消すような配分を選ぶ事ができる。浮上磁石は密着に向かって反発力が急に大きくなるので、上端での閾値が指先を支えるぎりぎりに設定されていて、指先が下がる事があっても発電するには至らず、またそうして下がった所から操作者が意識を持ってキーを打つ事で発電が行われる。このように磁気浮上は快適さを追求する新しい局面を与える。
天地逆転の形式は、薄い鉄板の裏側に印刷回路で２重スパイラルコイルが形成されたものに、裏側から吸着させた小さな円筒磁石を、ボタンの中心部に開けた鉄板の穴を通して、表側から押し下げる事で発電するもので、ごく小さな磁石でも比較的大きな初期抗力があり、切れのよいタッチを生む。天地逆転の形式はラバードームを必要としない。ごく小さなネオジウム磁石でも、鉄板にくっついたものを引き剥がすには大きな力が必要になる。薄いと割れやすいネオジウム磁石にプラスチックコーティングなどを施して防錆処理をしたものでは、ボタンを押し下げた時の平行度維持のためには、ある程度の直径が必要なので、その分厚みを減らし、また鉄板の反対側のボタンと連結するアームが通る穴径によって吸着力が緩和される。ボタンが叩かれたその始点で、指先の肉の圧縮応力が円筒磁石と鉄板の初期吸着力を越えた瞬間に磁石が離間し、パルスが発電される。これは反応時間が最も早く、また部品数が最も少ない。しかしこれまでとは別次元のキータッチになる。ボタンが下の鉄板に当たるのが底打ちで、その前の離間から抗力は急速に小さくなり、また帰って来た時に指離れを助ける。若しこのキータッチが最も快適なものになる事が分っても、世界の人々が慣れ親しんできたメンブレン型／パンタグラフ型／静電容量スイッチ型から切り替えるにはそれなりの段階を経る必要があるだろう。
並列処理というキーボートの技法の各形態を、デスクトップＰＣ／ノートブックＰＣそれぞれに合った別々の形で選択すると言う発想は、ノートブックＰＣでは単に薄く、また重量を軽くする要望があるだけであり、本来は外出先でノートＰＣを操作し、帰宅してからデスクトップＰＣを本格的に使う時にキータッチが同じである事が望ましい。そこで初めから最も軽く、ノートブックＰＣの液晶パネルを閉じた時には押し下がって格納され、耐久性が半永久で、消費電流も最小で、製造コストが最低であるものが存在すれば、その形に統一すればよいのである。本発明はこの観点に立って周辺技術を体系化するものである。幸いボタンの大きさは両者とも１９ｍｍ程になっており、ノートブックＰＣだからと言ってボタンの間隔を小さくするという要求はない。
ネオジウム磁石で１００個のボタンに使用される量の〜十数ｇ程は、世界のキーボードを置き換えても資源量に影響するか原材料の価格を高騰させる量ではない。製品本体の寿命が尽き、まだ十分に使えるコントローラー／キーボードから磁石を回収するのは、磁石である故に吸着して容易に回収でき、資源として再利用できる。寿命が半永久である事が、資源を節約するための王道である。
【００５３】
キースキャンを置き換えた並列処理のどの形式を使うかは、究極のキータッチを最大の満足度として顧客に提供して、より良いものを世界に普及させるために、あらゆる側面で設計思想が地道に検証されなければならない。その手掛かりとして、図５７に７通りの方法のキーの押し下げに対する抗力のプロファイルを示す。これを深く追求して行くためには、人間の指のＴＡＰ動作の生体原理に基づいた理解、抗力や閾値が本来持っていた筈の役割、摩耗とは何か、というような点を改めて予見なく認識する事が前提である。
これまでのキースキャン形式のＰＣキーボードと、来るべき並列処理のＰＣキーボードには、根源的な違いがある。それはこれまでのＰＣキーボードは、指先を押し下げた位置によってオンとオフが決まっていると言える。これに対して並列処理のＰＣキーボードは、ボタンが押し下がった位置ではなく、速度によって発生／発電パルスが現われるのである。この違いにより、従来方式での押し間違いはボタンの位置が変わる事で主に起る事から、初めから速度型が勝っているのであり、根源的なその差が埋まる事はないと言える。
生体の特性を考えて、ＡＳＤＦ／ＪＫＬ：のホームポジションのキーとそれ以外のキーの組み合わせを考えると、ホームポジションキーに置いた指先は何の予備運動もなく、そのまま押し下げられるのが好ましい。そのためには現在の５０〜６０ｇの初期抗力が５ｇ程度になって、そのまま最下点に至ってスライスされる。若しキーを押すつもりがなく最下点に向かって押し下がっても、速度で検出されない限り誤動作にはならない。これは密着界面のオンタイプが持つ特性である。一方ホームポジションにいたどれかの指先が延びて他のキーを打つのは、上に持ち上げられた筋肉の反動で下に向かって叩くので、そこから更に押し下げられるのではなく、叩かれた瞬間にスライスされるのが理想であり、極論を言えば初期抗力はゼロでよい。そこから更に押し下がっても検出は既に完了している。これは正に密着界面のオフタイプが持つ特性である。この組み合わせは、ここまでに述べたあらゆる組み合わせを越えた眼を見晴らせる特性を与えてくれると考えられる。しかし図４８の下段に示したこの組み合わせは、８つのキーだけがオンタイプで、残りのキーがオフタイプであるという事では、大きな問題を産む。つまり、オンタイプは他のキーの電極は全部最小容量であるところに、1つだけが最大容量に変化するので、問題なく弁別がされるが、このオン／オフ混在では各Ｘ／Ｙラインで大部分のキーが最大容量になっている中で、１つのキーが最小容量から最大容量に変わるので、電圧変化分が吸収されて発生パルスの振幅が大きく減殺される問題である。
これを逆にして、ホームポジションのキーがオフタイプで、残りのキーがオンタイプになるようにした場合なら、この変化分がＸ／Ｙラインにぶら下がった容量に吸収されて減殺するのは問題にはならない。しかしこれは望むものではない。対策として、ホームポジションのキーの電極は相対的に大きくし。残りのキーの電極は相対的に小さくする方法がある。或いはホームポジションのキーを同じラインに集めて、吸収を軽減する方法もある。
【００５４】
ノートブックＰＣではお決まりのパンタグラフ型にしてキーボードの厚みをひたすら薄くする事による各種の弊害は容認するしかなかったのに対し、デスクトップＰＣのキーボードは、これまで粋を凝らしてより快適なものを求める需要があった。しかしその快適さとは何かという理解が、世界の業界で合理性を持って共有されていたかどうかは、大いに疑問が残る。即ち、あくまでもメンブレン接点が、ストロークの最下点で導通するという事に束縛された形の、試行錯誤の経験に基づく、推測の最適化の域を出なかったのである。キーボードの設計の観点が、何らかの差別化で消費者に買って貰う動機を提供する事に主眼点が置かれ、究極のものなら１００年変わらないという信念には欠けていたと言える。
標準キーボードとしては、究極のキータッチとは何かが解明される時に、それは万人に共通の快適さでなければならないと言える。そうでなければ標準にはならない。その形とは、初期の閾値に続いて増加する抗力が屈曲点を越してから減少に転じる必要はなく、初期抗力に続いて単調に減少するか、緩やかに増加すればよいと言える。緩やかに増加するなら、初期の閾値を越した直後に検出が完了し、その後にキーが押し下がる最下点の深さは、抗力が単調に減少すれば深くなり、緩やかに増加すれば浅くなる。例え浅くなっても、指先が目立った行き止まりを感じなければ不快ではない。このような理想が、例えば誘導型の天地逆転の形式で実現されるなら、それが標準キーボードの形になり得ると言える。
【００５５】
デスクトップＰＣにＵＳＢ接続の標準キーボードなるものが存在するなら、同じ１９ｍｍ角のキーの同じ配列になるノートブックＰＣのキーボードも、同じ仕様で良いのは明らかである。ただ厚みを薄くするパンタグラフ機構の犠牲でストロークが１ｍｍ程になって不快感を催させているだけである。ノートブックＰＣのボタンが液晶パネルに押されて沈み込み、格納されるなら、デスクトップＰＣと同一の形式を選べると言う観点に於いて、並列処理の、メンブレンＧＮＤシートのオンタイプとオフタイプ、スパイラル金属バネＧＮＤシートのオンタイプ、近接マグネット、貫通マグネット、の５つの方法はボタンが格納される時の圧力は、従来のメンブレン型よりも遥かに小さいので、圧迫痕の心配が減る。中でも近接マグネットは、円筒磁石が下端に来た時に、フィルムの下に敷かれた電磁シールドの鉄板との間の磁気引力によってシーソー動作の成分が加わるので、格納時の抗力が減り、一方磁気浮上では格納時の抗力が大きくなるが梱包クッションの役割をする事を示している。天地逆転の形式は押し下げられた距離が大きいほど抗力が減る。
翻って考えて見ると、液晶パネルで画面入力する時に、画面は硬くて指先の肉が圧迫されるが、それで画面に手垢以外の痕跡が付く事はない。同じ事をキーボードのボタンでやれば、天地逆転の形式では幸いにもボタンが沈み込んでくれるので、硬い画面を押す不快感はなくなる。それと同時に閾値を越えた後の抗力も減る。従って、天地逆転の形式のキータッチが世界の人々に遍く受け入れられるならば、既にノートブックＰＣとデスクトップＰＣのキーボードを分けて考える必要は無くなっているのである。天地逆転の形式のキータッチに慣れれば、単位時間当たりの文字入力数の記録は明らかに塗り替えられるであろうと言える。部品数が少なく、製造工程は最も単純で、万が一故障しても容易にボタンと吸着マグネットを交換できる。
もう一つの要件は、デスクトップキーボードの外付けのキーボードは、水没しても、標準であるが故にキーボードだけ買い替えればよく、損害は少ない。これに対してノートブックＰＣで、うっかりコーヒーなどをキーボード面にこぼすと、本体には浸入しなくても使用不能に陥るのがこれまでは普通であり、ノートブックＰＣそのものを買い替える社会的な損失が大きい。このため水没に強く、できればノートブックＰＣのキーボードだけを上方から取り外す事ができ、丸洗いして復旧できるような当たり前の機構が望ましい。
この２つの要件が満たされるなら、ノートブックＰＣの要求事項と、デスクトップＰＣの要求事項に違いはないと言える。また電池駆動されるノートブックＰＣのキーボード部分の消費電流を少しでも小さい方がよい。密着界面型／誘導型のＰＣキーボードの消費電力がこれまでと比べて極限まで減らされ、例えば０．０５ｍＷであるとすれば、バッテリの充電などに使われる無線電力伝送の規模が通常３〜５Ｗ程であるのに対して１０万分の１であり、例えば１３．５６ＭＨｚのＩＳＭバンドでは、ＰＣキーボードは電池を使わず、またトランスミッターにもならずに、無線乗車券のように受動的に読み取られるだけで事が済む。通常キーボードとは同時に動かさないマウスの無線化と併せて、ＩＣチップにこの読み取らせ機能を持たせれば、それはＵＳＢ接続するケーブルや、エンコーダ／デコーダに対して大きなコストダウンになる。特にノートブックＰＣのキーボードでは、キーボードとタッチパッドの配線は、丸洗いの際の障害になり、また本体側の気密性を損なう。しかしこれらの利点の一方で、電波が漏洩するので、セキュリティ上の対策が必要になる。
【００５６】
ゲーム機コントローラーも、密着界面という静電容量変化／導通の区別を越えた、接点の核心部分の再認識で、ゴム接点導通型を静電容量スイッチ型に変更する試みがなされた以上に耐久性を上げる事ができる。しかしボタンの数が少ないゲーム機コントローラーは一足飛びに、両面ＰＣＢ基板を使う貫通マグネットと、図５８に示すような２個の磁石を使う磁気浮上を組み合わせた、貫通浮上の形に移行して、そのメリットを享受できる。
指先を掛けた時のボタンの後退で、発電マグネットが上下の差動接続コイルの中間位置を行き過ぎる時の発電パルスは、キースキャンの時間遅れを伴わない即時性を持っており、時間の分解能が極めて高い。発電磁石が上側で往復したのと、穴を通り過ぎて往復するか、通り過ぎてしばらく静止しているかを弁別できる。また速く往復したのと、遅い速度で往復したのを相対的に弁別できる。往きに発生するパルス電圧と、帰りに発生するパルス電圧は差動増幅であるために極性が逆になり弁別が出来る。ボタンを押さなくても、３次元加速度センサーの構造なので、コントローラーの方を動かしてもその動きをある程度検出できる。差動コイルにＩＣチップ側から電流を流して、ボタン毎のバイブレーションを指先に伝える事ができる。その意味では究極のゲーム機コントローラーを構築する土台を作り上げる事が可能になる。
【００５７】
電子レンジ／洗濯機／乾燥機／冷蔵庫などの一般家電製品は、一部がメンブレンスイッチになっている以外は、通常ゴム接点導通型であり、使用頻度が多いと導通不良になり、それでも強く押して動作させるので、接点の劣化が加速する。操作パネル機構が、同じ厚みや、面積のまま、製造コストが上がらず、ただ事実上の半永久寿命になり、水や煙の浸入にも耐えられるなら、十分な製品テストを行った上で、改良された手段に遍く切り替える事が望ましい。その場合のＮ行／Ｍ列のマトリックスサイズはまちまちなので、何種類かのＩＣチップが準備されなければならない。接点構造の画一的な置き換えなら密着界面のオフタイプが推奨されるが、スイッチの切れの良さで誘導型の天地逆転の形式も選択できる。家電製品は、表面のコスメティックカバーを通してボタンが押される事が多いので、それを含めたボタンの切れや耐久性を考えなければならない。
これまでの経緯としては、キーマトリックススキャンが登場する以前のメカニカルスイッチは切れよく、故障も多くはなかったが、感触のよくない一体成型のプッシュボタンパネルが、製造コストダウンのために押し付けられた形に置き代わって久しい。問題は何処のメーカーの家電製品を買っても、画一的なゴム接点なので、故障覚悟で買うしかなかったという状況である。操作パネルが機器に直接組み込まれるために、並列処理において電磁妨害には十分注意する必要があり、また場合によっては落雷のサージについても検証する必要がある。図５９に一般家電製品の操作ボタンに求められる基本構造を記した。
【００５８】
ＡＴＭ、或いはそれに類するトランザクションは、画面入力が進んでいるが、その不快さ、応答の遅れ、入力判定の暴れや不確かさ、については本発明とは別に本格的な見直しが必要になるであろう。ここで明らかにすべきなのは、画面入力の方ではなく、１０キーなどのボタンである。このボタンに故障し易いゴム接点が使われる事は稀であり、より信頼性のある手段が用いられ、その中で静電容量スイッチ型が選ばれる事もある。しかし製造コストが高い事と、ＡＴＭ操作としてはボタンの感触が優れているとは言えない。ＡＴＭボタンに求められる要件を整理すると、高度な信頼性だが他の要件を犠牲にしない事、誰がどう押すか分からない事に対する許容性、万人に受け入れられる操作の快適性、コードを盗み取られないような堅牢な機構、が満たされていなければならない。
消費者にとって全く異なるＴＶ用リモコンのキーの１ｍｍ程押し付ける感触、ＰＣキーボードのキーを叩く感触のどちらから見ても、ＡＴＭの操作パネルを操作する時に格段の違和感がないようにギャップを埋めて置く事が望ましい。その上で画一化された統一基準で製品化される事が求められる。図６０に示すように、例えば天地逆転の形式を画一化基準の手段とした場合に、キーの操作手順は、ボタンを押す⇒応答遅れのない確認の電子音⇒往復の２パルスのダブルチェック⇒特に画面を見ずに最後まで入力、と言う形である。ボタンの形は、ゴムではない硬いボタンにする／ボタンは２ｍｍ程で行き当たる／強めの閾値あり／統一されたキー配列とそのピッチ／続けて押しても間を開けて押しても入力できる／強く押しつける習性は並列処理には無用であり世間で廃れて行く／押し間違えたキーは＜戻る＞ボタンではなく、ダブルクリックで１文字消去、などになる。世界の何処のＡＴＭ の１０キーボタンを試しても、これらの観点で満足できるものは見当たらない。ユーザーの使い易さではなく、設計上の制約でボタンの使い勝手が決まっているのである。
【実施例１】
【００５９】
大抵はテレビ本体が故障するよりも先に、導通不良に見舞われるＴＶ用リモコンは、接点の摩耗であって、厳密には故障ではないという言い訳は通らない。生活の一部であるテレビが動作しないと言う事態は深刻である。これは、図６１に示すように、構造が最も単純な誘導型の天地逆転の形式に置き換えて、切れの良い個別スイッチの感触が得られ、また殆どコストアップなしで埋め込みスピーカーを追加して、リモコンが居場所を知らせるＬ＆Ｓの機能を持たせられる。並列処理形式への切り換えによってキーマトリックススキャンで常時消費していた部分の電流もなくなり、リモコンが使われなかった場合の電池切れのインターバルを、自然放電による電池切れに近づける事ができる。
しかし一体成型のゴムシートのボタンをそのまま温存して、大抵は外注メーカーに委託生産されているこれまでの製造工程の改修を最小限に留め、ボタンの直下の導電性ゴムのＺ電極を、ポリエステルフィルムをベースにした全面シールドのＧＮＤ電極に取り替えると、密着界面オンタイプになる。この方が合理的であると言えそうである。製造コストは従来と変わらず、耐久性が半永久的となるが、消費者のボタンの押し方に違いが出ると言える。これまでは主に親指で、速く押すと言う意識ではなく、ただ強く押しつけていた。接点不良が起き掛かっていても強く押せば通じると言う経験が反映されていると言える。間違って押してしまわないように、抗力を大きくしているために、強く押さないと接点に届かないと言える。ゴムが屈曲して押し下げると抗力が減るような性質にはなっていない。
これが密着界面に切り替わると、抗力が格段に小さいので、軽く押しても動作する事を消費者は直ぐに呑み込むであろう。軽く押すと当然ストロークは速くなるので、発生パルスは大きくなる。思わず選んでいないのにボタンが押し下がった場合は、その速度は遅いので、適切なスライスレベルの設定によって誤動作に至る事はない。
ＴＶ用リモコンは、並列型である事を利用して、電源ボタンに跨るＸラインとＹラインに繋がるＩＣチップ上のコンパレータ以外のバイアス電流を全て切って置く事で無駄な電流消費をほぼゼロに抑えられるが、密着界面の場合に、表に出たボタン以外に、ケースの内部にある重りが、リモコンが持ち上げられた加速度で、Ｘ／Ｙ電極の上のＧ電極膜を押して現れる電位変化を検出する事によって、自動的にＴＶ本体を起動させる、操作手順のショートカットが可能なモードを選択して置く事ができる。
【実施例２】
【００６０】
遠からず接点不良になる運命にあると言えるゲーム機コントローラーが、他には思い当たる解がなく導電性ゴム接点を使い続けているか、動き検出コントローラーになっているのは、無接点化した密着界面型の方ではなく、図６２に示すような、誘導型に切り替えて全ての課題をまとめて解決する事ができる。先ず誘導型にする事でコントローラーの寿命は事実上半永久化し、摩耗に相当するものは存在しなくなる。２番目に全てのボタンの操作にはアナログ量を埋め込む事が可能になる。３番目に必ずしも平面上に配列されるとは限らないゲーム機のボタンが、分割したＰＣＢ基板を配線で結んでいたのを改めてワイヤーハーネスで一体化し、ボタンの配置のためのＰＣＢ子基板は使わないようにする事ができる。4番目にバイブレータ／スピーカー／マイクロフォン／加速度センサーを最小限の製造コストアップで搭載し、多目的に活用する事ができる。
【実施例３】
【００６１】
デスクトップＰＣの汎用キーボードとしては、図６３に示すように、従来殆どの場合、閾値が５０〜６０ｇで、ストロークが２ｍｍ程の、導通型のメンブレン形式が使われて来た。これを閾値が３０ｇ前後で、ストロークが２ｍｍ程のマイクロドームの反撥力を使う密着界面オンタイプか、更に閾値が２０ｇ前後でストロークが２ｍｍ程の誘導型の天地逆転の形式に置き換える事ができる。この置き換えは別次元のキータッチを与えて余り進歩をもたらさなかった単に差別化のための開発競争を終焉させて、標準化を改めて推進し、耐久性が格段に改善し、製造工程を簡素化してコストダウンが計れる。また少ない疲労で文字入力速度を向上させ、学習機能を持たせたものでは個人化して入力ミスを減らすようにする事ができる。
中でも、１枚の鉄シートをプレス加工して天板部と脚部を一体成型し、天板部にキー配列に合わせて貫通穴を設けて天地逆転の形式を構成し、鉄板の裏側には２重スパイラルコイルと配線からなる印刷回路が構成され、これに接続されたＩＣチップとＵＳＢケーブルを加えただけで、世にも簡素で堅牢なキーボードとなる。穴の大きさと、円筒磁石の厚さと、その高さの３要素を選ぶ事で、ストロークと抗力のプロファイルがキー毎に比較的自由に選べるので、個人の好みや特性に合わせたチューニングを大した手間も要らずに可能にし、通常は故障知らずだが、万が一不具合があってもそのキー部だけを簡単に部品交換する事ができ、汚れれば丸洗いが出来るという代物が出来上がる。
従来ロールアップキーボードは、ストロークが短くなるので、真の意味では実現が無理であると考えられて来た。先ず２枚のシートを使って丸めると、外側のシートが伸びなければならない。それを許すシートの材質を使い、図６３に示したように、平らに広げた時に上下のシートが正対するようにし、磁気反撥で快適な２〜３ｍｍのストロークを確保し、丸めると密着してかさばらないようにし、２重スパイラルがフィルムの両面に形成されて差動接続になっていれば、外乱が抑圧されるので、諸条件が満たされて、何の特性も犠牲にしないロールアップキーボードが出来上がる。
【実施例４】
【００６２】
ノートブックＰＣのキーボードとしては、図６４に示すように、従来殆どの場合、閾値が５０ｇ〜で、薄型化のためにストロークを１ｍｍ程に短くしてやや不快感を与える導通型のパンタグラフ形式が使われて来た。これを閾値が３０ｇ前後で、ストロークを２ｍｍ程としても厚みは変わらないマイクロドーム使った密着界面オンタイプとするか、更に閾値を２０ｇ以下にして、液晶パネルを開いた時にボタンが浮き上がって来てストロークが２〜３ｍｍ程になり、ボタンが沈み込んで格納した時の厚みはパンタグラフ形式の場合より薄くなり、一層軽快なキータッチを与える誘導型の天地逆転の形式のオフタイプとする事で、キーボードにコーヒーを零すなどをしても動作不良にはならず、それが度重なればキーボードを上から取り外して水洗いする事ができ、最早キーボードの動作不良でノートブックＰＣを廃棄せざるを得なかった受け入れがたい商習慣に終止符を打つ事ができる。
キーが斜めから押されても、問題なく動作する。隣のキーに触れても、大きな動作をしたキーが選ばれる。指先を乗せて沈み込んでも、そこからの変化に感応する。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
オン／オフスイッチは、元来個別のスイッチであり、金属電極を接触させ／離間させた導通の有無を利用する機構で達成されるが、接触不良に陥りにくくするために金メッキを施すなどの対策が取られる。しかしリモコンボタンやゲーム機のコントローラーのボタンなどは、軽いタッチで動作させる目的や、ボタンの数が多いのをコストダウンするために、個別の機械的なスイッチは使われず、ＬＣＤのタッチパネルを入力としない場合、キーマトリックススキャンの形式とし、ボタンにバネ性を与え保護膜の役割を兼ねる一体成形のゴムシートと導電性ゴム電極の組合せが専ら使われている。この導電性ゴム接点のキーマトリックスは、何れ動作不良に陥る運命にありながら、消費者に選択の余地なく接触不良の宿命が押し付けられたままになっている。
これらの導電性ゴム接点キーマトリックススキャンは全て、密着界面か誘導型の並列処理に置き換えられなければならないと言える。また導電性ゴム接点を使わないメンブレン型／パンタグラフ型／静電容量スイッチ型のＰＣキーボード等も、全て密着界面か誘導型の並列処理に置き換えられる事が望ましい。それらの応用を列記すると下記のようになる。
（１）  使用環境の厳しい自動車の室内のコントロールボタン類
（２）  映像機器／音響機器の本体側のコントロールボタンとリモコンボタン
（３）  快適さと半永久寿命と低製造コストを全て追求したいＰＣキーボード
（４）  コンパクトで快適で低コストを求められる携帯端末の操作ボタン
（５）  調理器／冷蔵庫／洗濯機の信頼性向上のためにコストを掛けたくない操作ボタン
（６）  ゲーム機で酷使されるコントロールボタンの究極の耐久性
（７）  より高信頼性を要求されるエレベータなどの操作ボタン
（８）  空調機を制御するための壁付けコントロールパネル
【符号の説明】
【００６４】
１ 導通接点
２ 導電性ゴム接点
３ メンブレンスイッチ
４ スキャン周期
５ 円錐形金属バネ
６ 駆動抵抗
７ ３値コンパレータ
８ ショートリング
９ 押下ストローク
１０ 神経伝達パルス列
１１ 光学異方性段差
１２ Ｌ型とＲ型の原子
１３ ベンゼン環結合
１４ 接触導通連鎖
１５ インピーダンスの極座標表示
１６ ＧＮＤシート電極
１７ マイクロドーム
１８ スキャンパルス
１９ 配線浮遊容量
２０ 自発パルス
２１ ＣＲ放電波形
２２ ステップ状変位
２３ ラバードーム
２４ 離間距離
２５ 円柱状空洞
２６ 誘導型の交差点
２７ 発電コイル
２８ 可動磁石
２９ ＰＣＢの貫通穴
３０ スルーホール
３１ 土星球の輪の層平衡
３２ 印刷配線
３３ 固定反撥磁石
３４ 近接容量のリーク
３５ 磁化スピン電流
３６ 鉄板の渦電流
３７ 負性微分抗力
３８ フィルムの屈曲導通
３９ 磁気引力での水平保持
４０ 指先の肉の圧縮応力
４１ 鉄クリップの吸着
４２ 帰路のツイスト配線
４３ パターンコイル
４４ ダイアフラム
４５ 指先のＴＡＰ
４６ 金属バネの弛緩状態
４７ ストローク対時間の放物線軌跡
４８ プログラマブルなスライスレベル
４９ 並列処理パルス
５０ 櫛形交叉電極
５１ 多重スパイラル打ち抜きバネＧ電極
５２ 耐久クッション
５３ ２重スパイラル巻線
５４ 連結アーム
５５ 突起
５６ ボタン
５７ ポリエステルフィルム基板
５８ 検出点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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