(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられたキートップと、前記キートップの周囲に配置され導電性ゴム材からなる環状部材と、この環状部材の一部を介在させた電極対からなる１以上の周辺スイッチとを有し、
前記電極対は、前記環状部材の側面に接触した状態で前記キートップの周壁部に形成された第１電極と、前記環状部材の下方でかつ前記第１電極と対応する位置に前記環状部材の下面に非接触の状態又は接触した状態で前記基板の上面に形成された第２電極とから構成されており、
前記周辺スイッチは、押圧によって前記電極対の電極間の電気抵抗が変化するように構成されたことを特徴とする多接点スイッチ。
【請求項２】
前記キートップの中央部内側に、押圧によってスイッチングする中央スイッチが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の多接点スイッチ。
【請求項３】
前記周辺スイッチは、押圧により前記環状部材と前記第２電極との接触面積が変化することにより前記電極対の電極間の電気抵抗が変化するように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多接点スイッチ。
【請求項４】
前記環状部材は、圧力変化により電気抵抗が変化する感圧導電性ゴム材からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の多接点スイッチ。
【請求項５】
前記周辺スイッチは、２，４，６または８個が前記環状部材の周囲に沿って等間隔に配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の多接点スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯用パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ゲーム機、携帯用表示端末機などにおいて表示画面の領域指定やカーソル移動などに便利に用いられる多接点スイッチ、特に中央スイッチの周囲を指で押すことによって異なる機能を選択できる多接点スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ゲーム機、携帯用表示端末機などの携帯用情報機器において表示画面の領域指定やカーソル移動などを行う際、１点を中心とする点対称位置にそれぞれスイッチを環状に配した多接点スイッチがしばしば用いられる。従来の多接点スイッチの一例を図５に示す。図５において、この多接点スイッチ１０１は、キートップ１０２が全周方向に揺動可能となるように支点部材１０３によって基板に支持されている。またこの基板には、キートップ１０２の周辺部と接触するように、複数の押圧スイッチ１０４…が環状に配置されている。押圧スイッチ１０４…は通常、４個または８個が円周に沿って等間隔に配置されている。この多接点スイッチ１０１は、キートップ１０２の平面視上下左右など何れか一周辺を指先で押すと、その部分に配置された押圧スイッチ１０４が選択的に押されスイッチ・ＯＮとなる。これによって例えば表示画面上で押した方向の領域を指定したり、押した方向にカーソルを移動したりできるようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した従来の多接点スイッチでは、キートップ１０１の中央を垂直に押した場合にスイッチ・ＯＮとなる中央スイッチを設けることが実際上困難であり、また仮に中央スイッチを設けたとしても、それを押したとき周辺の押圧スイッチ１０４…の作動に影響を与えることが避けられない。更に従来の多接点スイッチでは、キートップ１０１の周辺に必要数の押圧スイッチ１０４…を配置する必要があるので部品点数が多く、製造工程も煩雑でコストが嵩み、押圧スイッチの設計上小型化にも限界がある。
本発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、従ってその目的は、中央スイッチを設置しても周辺のスイッチに影響を与えることなく、しかも小型かつ安価な多接点スイッチを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、キートップと、このキートップの周囲に配置され導電性ゴム材からなる環状部材と、この環状部材の一部を介在させた電極対からなる１以上の周辺スイッチとを有し、前記電極対は、前記環状部材の側面に接触した状態で前記キートップの周壁部に形成された第１電極と、前記環状部材の下方でかつ前記第１電極と対応する位置に前記環状部材の下面に非接触の状態又は接触した状態で前記基板の上面に形成された第２電極とから構成されており、前記周辺スイッチは、押圧によって前記電極対の電極間の電気抵抗が変化するように構成された多接点スイッチを提供する。
【０００５】
本発明の多接点スイッチにあっては、キートップの周囲に配された弾性環状部材の一部を介在させた電極対が周辺スイッチを形成し、この電極対は、環状部材の側面に接触した状態でキートップの周壁部に形成された第１電極と、環状部材の下方でかつ第１電極と対応する位置に環状部材の下面に非接触の状態又は接触した状態で基板の上面に形成された第２電極とから構成されており、この周辺スイッチは押圧によって電極対の電極間の電気抵抗が変化するように構成されているので、キートップのいずれか一周辺部を押すと、押された周辺部の下方に配置された周辺スイッチが押圧され、電極間の電気抵抗が変化し（一般には低下し）、これによってスイッチングが行われる。
【０００６】
本発明の多接点スイッチは、キートップの周辺にキートップとは独立に周辺スイッチが形成されているので、キートップの中央部内側に中央スイッチが設けられていても、中央スイッチの押圧によって周辺スイッチが影響を受けることがない。この周辺スイッチは、導電性ゴム材からなる環状部材の一部を介在させた電極対から形成され、この電極対はスパッタリングや電着など通常の回路基板形成技術により容易に幾つでも形成できるので何個設置しても製造コストに影響せず安価に多接点スイッチを製造することができる。またこの周辺スイッチにおいて電極対の間の電気抵抗は押圧圧力に対応して連続的に変化するので１／０のデジタルスイッチとしてばかりでなく、例えばカーソル移動速度の変化や音量変化などを行う可変抵抗器としても用いることができ、ゲーム機などの分野で単なる１／０の多接点スイッチを越えてより広い用途に適用することができる。またこの周辺スイッチをデジタルスイッチとして用いる場合は配線を経由して接続されるスイッチ回路において適当なしきい値を設け、連続的な電位変化を二値化すればよい。
【０００７】
前記のように本発明の多接点スイッチは中央スイッチの操作が周辺スイッチの作動に影響を与えないので、従って本発明はまた、前記においてキートップの中央部内側に、押圧によってスイッチングする中央スイッチが設けられた多接点スイッチを提供する。
この場合、周辺スイッチは例えば表示画面の領域指定またはカーソル移動の作動用として使用し、中央スイッチは決定キーやキャンセルキーとして用いるなどの機能分担を行うことができる。
【０００８】
前記において、周辺スイッチは、押圧により前記環状部材と第２電極との接触面積が変化することにより前記電極対の電極間の電気抵抗が変化するように構成されていてもよい。例えば環状部材が第２電極に対して凸面で接触するように構成すれば、無圧時には導電性の環状部材と第２電極とが実質的に非接触または接触面積が僅少で、従って前記電極対の電極間の電気抵抗が比較的大きい。この部分が押圧されると接触面積が増大し、従って電気抵抗が減少し、この電気抵抗の落差によってスイッチングを行うことができる。
【０００９】
また前記環状部材は、圧力変化により電気抵抗が変化する感圧導電性ゴム材からなっていてもよい。
感圧導電性ゴム材は、圧力変化に対応して電気抵抗を変化させる。従って感圧導電性ゴム材からなる環状部材を電極間に介在させると、これを押圧する際、押圧された部分の電気抵抗が無圧時より減少する。この電気抵抗の落差によってスイッチングを行うことができる。
【００１０】
前記周辺スイッチは、２，４，６または８個が前記環状部材の周囲に沿って等間隔に配置されていることが好ましい。
これによって例えば表示画面の所定方向または全方向へのカーソル移動などが容易に行えるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態において参照される各図面は、本発明の思想を説明するためのものであり、各部の形状や寸法比は実際のものと異なる。
【００１２】
（実施形態１）
図１は実施形態１の多接点スイッチを示す平面図である。図２は図１の線Ｘ−Ｘで切った断面図である。
図１および図２において、多接点スイッチ１は概略、ドーム状のキートップ２と、その周囲に配置された環状部材３と、この環状部材３の一部を介在させた４組の電極対４…と、キートップ２の中央部内側に配置された中央スイッチ５とからなっている。ここで１組の電極対４と、この間に介在する環状部材３の部分とが１個の周辺スイッチＰＳ１を形成している。
実施形態１の多接点スイッチ１は直径が２．５mmであり、図２に示す基板６に固定されている。
【００１３】
キートップ２は、ドーム状に成形された軟質プラスチック膜からなるトップ部２ａとその周辺を支える円筒状の周壁部２ｂとからなり、トップ部２ａと周壁部２ｂとは一体に形成されている。この周壁部２ｂの外壁には、外壁の周囲に沿って等間隔に、それぞれ電極対４を構成する一方の電極である第１電極４ａ…が形成されている。
【００１４】
環状部材３は、導電性ゴム材からなり、図２に示すように、断面が水平方向を長軸とする楕円形に成形されている。環状部材３の内径は前記キートップの周壁部２ｂの外径よりやや小さく成形されていて、環状部材３をキートップにはめ込んだとき外側から周壁部２ｂを締め付けて第１電極４ａとの接触を確実にすると共に脱落が防げるようになっている。環状部材３の脱落を更に確実に防止するために周壁部２ｂの上端にフランジ状の環状部材カバーを設けてもよい。
【００１５】
基板６の上面には、環状部材３の下方でかつ前記第１電極４ａと対応する位置にそれぞれ、電極対４を構成する一方の電極である第２電極４ｂが形成されている。第２電極４ｂは、環状部材３が周壁部２ｂに装着されたときその下端と非接触または僅かに接触するようになっている。
【００１６】
電極対４は、第１電極４ａと第２電極４ｂとが環状部材３の一部を介して互いに非接触にほぼ直角に配置されてなり、各第１電極４ａ、第２電極４ｂからは図示しない配線が引き出され、スイッチ回路に接続されている。
【００１７】
中央スイッチ５は、キートップ２の中央部内側に配置された押し込み式スイッチであり、上方向に自動復帰するプッシュロッド５ａと、スイッチ本体５ｂとからなっている。この中央スイッチ５は、キートップの中央部を下方に押圧するときプッシュロッド５ａが押し込まれてスイッチがＯＮとなり、押圧を解除するとプッシュロッド５ａが上方に復帰してスイッチ・ＯＦＦになると共に、キートップのトップ部２ａを凸形状に復元する。
【００１８】
実施形態１の多接点スイッチは、携帯電話機の操作パネルに装着され、携帯電話機の表示画面内でカーソルを画面の上下左右に移動し、その位置に表示されたコマンドを実行するために用いられる。
【００１９】
次に前記多接点スイッチ１の操作、およびその作用について説明する。
図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ、周辺スイッチＰＳ１およびその周辺を示す部分断面図であり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ異なる操作段階を示している。
図３（ａ）は無圧状態を示している。この場合、導電性ゴムからなる環状部材３はキートップの周壁部２ｂを収縮力により締め付けているので、周壁部２ｂに形成された第１電極４ａとは所定の接触面積を確保して確実に密着している。一方、環状部材３の下端と第２電極４ｂとは無圧状態では無接触状態かもしくは軽く接触している状態にある。従って多接点スイッチ１の周辺部に指圧が加えられていない状態では、周辺スイッチの第１電極４ａ−第２電極４ｂ間に電流は流れないか、流れても僅少である。スイッチ回路はこの基底状態をスイッチ・ＯＦＦと認定する。
【００２０】
次に指などで多接点スイッチ１の周辺部に指圧を加えると、図３（ｂ）に示すように、断面楕円形に成形された環状部材３の外側端が下方に押圧され、第２電極４ｂに強く押しつけられる。この結果、環状部材３と第２電極４ｂとの接触面積Ｓは無負荷状態に比し著しく増大する。一方、第１電極４ａと環状部材３との接触面積は無負荷状態のときとほとんど変わらないので、従って指圧が加えられた状態では、第１電極４ａ−第２電極４ｂ間に比較的大きな電流が流れる。スイッチ回路はこの状態をスイッチ・ＯＮと認定する。指圧を除去すれば環状部材３は図３（ａ）の無負荷状態に復帰しスイッチ・ＯＦＦとなる。
この操作の間、他の周辺スイッチＰＳ１との間は充分に離れていて、充分な電気抵抗が保たれているので、一つの周辺スイッチＰＳ１の作動が他の周辺スイッチに影響を及ぼすことはない。
【００２１】
図２においてキートップ２の中央部が押された場合は、中央スイッチ５がスイッチ・ＯＮとなる。このとき押圧によるトップ部２ａの変形は周壁部２ｂに遮断されて周辺スイッチＰＳ１に及ばないので、第１電極４ａ−第２電極４ｂ間に電流は流れずスイッチ・ＯＦＦの状態が保たれる。指がずれるなどして押圧力が多少周辺スイッチに及んだとしても、スイッチ回路のしきい値を適切に設定しておけば周辺スイッチＰＳ１のスイッチングに影響を及ぼすことはない。
【００２２】
実施形態１の多接点スイッチの製造は、キートップの周壁部２ｂと基板６の所定の位置に通常の回路基板形成技術により電極４ａ…、４ｂ…（および配線）を形成し、キートップ２と中央スイッチ５とを基板６の所定の位置に固定し、環状部材３をキートップの周壁部２ｂにはめ込むだけで完了するので、部品点数が少なく工程も単純で安価に製造できる。周辺スイッチＰＳ１の設置数は、実施形態１では環状部材３の周上に等間隔に合計４個設けたが、６個、８個またはそれ以上設けても、回路基板形成技術により電極数を増やすだけでよいので部品点数が増えることはなく経費もほとんど変わらない。また構成が単純なので直径が２mm〜３mm程度の極めて小型の多接点スイッチを製造することができる。
【００２３】
周辺スイッチの電極対の間の電気抵抗は押圧時の圧力に対応して連続的に変化する。従って１／０のデジタルスイッチとして用いる場合は、スイッチ回路内に適当なしきい値を設定し、このしきい値未満の基底電流ではスイッチ・ＯＦＦと判定し、しきい値以上でスイッチ・ＯＮと判定するようにすればよい。また電気抵抗が連続的に変化することを利用すれば、アナログ可変抵抗器としても用いることができる。すなわち上下左右方向に配置した周辺スイッチの何れかを選択することで表示画面上での領域指定やカーソル移動の方向指定を行うと同時に、指圧の調整でカーソル移動速度の増減や音量の増減などを行うことができ、ゲーム機などの分野で単なる１／０の多接点スイッチを越えてより広い応用が可能になる。
中央スイッチは１／０のデジタルスイッチであるから、周辺スイッチと組合わせて用いる場合はコマンドの決定キーやキャンセルキーとして用いるなどの機能分担を行うことができる。
【００２４】
（実施形態２）
図４は、実施形態２の周辺スイッチＰＳ２およびその周辺を示す部分断面図である。
実施形態２の多接点スイッチは概略、ドーム状のキートップ７と、その周囲に配置された環状部材８と、この環状部材８の一部を介在させた電極対９と、キートップ７の中央部内側に配置された中央スイッチ（図示せず）とからなっている。この図示しない中央スイッチは実施形態１のものと実質的に同様である。また周辺スイッチＰＳ２は環状部材８の周囲に沿って等間隔に４個設けられている。
【００２５】
キートップ７は、ドーム状に成形された軟質プラスチック膜からなるトップ部７ａと、その周辺を支える円筒状の周壁部７ｂと、トップ部７ａの周辺から外側に延びて環状部材８の上部を覆うカバー部７ｃとからなっている。トップ部７ａ、周壁部７ｂおよびカバー部７ｃは一体に成形されている。
【００２６】
環状部材８は、感圧導電性ゴム材からなっている。感圧導電性ゴム材は、それ自体導電性を有すると共に押圧により電気抵抗が変化する（減少する）ゴム材である。環状部材８は、図４に示すように、断面が方形の環状に成形され、内径は前記キートップの周壁部７ｂの外径と同等またはやや大きくなるように成形されている。環状部材８は、キートップの周壁部７ｂの外周に、上面がカバー部７ｃによって覆われるように、キートップ７とは独立して基板６に固定されている。
【００２７】
電極対９は環状部材８の一部を上下に挟んで形成された第１電極９ａと第２電極９ｂとからなり、この１組の電極対９と、この間に介在する環状部材８の部分とが１個の周辺スイッチＰＳ２を形成している。図示しないが各第１電極９ａ、第２電極９ｂからは配線が引き出されスイッチ回路に接続されている。
【００２８】
図示しない中央スイッチは、キートップのトップ部７ａの中央部内側に配置された押し込み式スイッチであり、上方向に自動復帰するプッシュロッドとスイッチ本体とからなっている。この中央スイッチは、トップ部７ａの中央部を下方に押圧するときスイッチ・ＯＮとなり、押圧を解除するとプッシュロッドが上方に復帰してスイッチ・ＯＦＦとなると共に、トップ部７ａを凸形状に復元する。
【００２９】
実施形態２の多接点スイッチは、携帯電話機の操作パネルに装着され、携帯電話機の表示画面内でカーソルを画面の上下左右に移動し、その位置に表示されたコマンドを実行するために用いられる。
【００３０】
次に前記多接点スイッチの操作、およびその作用について説明する。
図４は無圧状態を示している。この場合、感圧導電性ゴムからなる環状部材８は無圧状態にあって、導電性ではあるが高い電気抵抗を保持している。従って多接点スイッチ１の周辺部に指圧が加えられていない状態では、周辺スイッチの第１電極９ａ−第２電極９ｂ間に電流は流れないか、流れても僅少である。スイッチ回路はこの状態をスイッチ・ＯＦＦと認定する。
【００３１】
次に指などで多接点スイッチの周辺部に指圧を加えると、押圧された部分に存在する周辺スイッチＰＳ２では、第１電極９ａと第２電極９ｂとの間に介在する環状部材８が加圧され、電気抵抗が減少し、電極間電流が増大する。スイッチ回路はこの状態をスイッチ・ＯＮと認定する。指圧を除去すれば環状部材８は無負荷状態に復帰しスイッチ・ＯＦＦとなる。
この操作の間、他の周辺スイッチＰＳ２との間は離れていて、充分な電気抵抗が保たれているので、一つの周辺スイッチＰＳ２の作動が他の周辺スイッチに影響を及ぼすことはない。
【００３２】
図４においてキートップ７の中央部が押された場合は図示しない中央スイッチがスイッチ・ＯＮとなる。このとき押圧の影響は図４の点線で一部を示したように、トップ部７ａの変形をもたらすだけで、キートップの周壁部７ｂに遮断されてカバー部７ｃにもその下方に配置された周辺スイッチＰＳ２にも応力が及ばないので、第１電極９ａ−第２電極９ｂ間に異常な電流は流れずスイッチ・ＯＦＦの状態が維持される。指がずれるなどして押圧力が多少周辺スイッチに及んだとしても、スイッチ回路のしきい値を適切に設定しておけば周辺スイッチＰＳ２のスイッチングに影響を及ぼすことはない。
【００３３】
実施形態２の多接点スイッチの製造は、環状部材８の所定の位置に通常の回路基板形成技術により第１電極９ａ…、第２電極９ｂ…（および配線）を形成し、環状部材９と中央スイッチとキートップ７とをそれぞれ基板６の所定の位置に固定するだけで完了するので、部品点数が少なく工程も単純で安価に製造できる。周辺スイッチの数は、実施形態２では環状部材８の周上に等間隔に合計４個設けたが、６個、８個またはそれ以上設けても、回路基板形成技術により電極数を増やすだけでよいので部品点数が増えることはなく経費もほとんど変わらない。また構成が単純なので直径が２mm〜３mm程度の極めて小型の多接点スイッチを製造することができる。
周辺スイッチＰＳ２の電極対の間の電気抵抗は押圧圧力に対応して連続的に変化するので、１／０のデジタルスイッチとして用いる場合はスイッチ回路内に適当なしきい値を設定し、このしきい値未満の基底電流ではスイッチ・ＯＦＦ、しきい値以上でスイッチ・ＯＮと設定すればよい。また電気抵抗が連続的に変化することを利用すればアナログ可変抵抗器としても用いることができる。すなわち上下左右方向に配置した周辺スイッチの何れかを選択することで表示画面上での領域指定やカーソル移動の方向指定を行うと同時に、指圧の調整でカーソル移動速度の増減や音量の増減などを行うことができ、ゲーム機などの分野で単なる１／０の多接点スイッチを越えてより広い応用が可能になる。
中央スイッチは１／０のデジタルスイッチであるから、周辺スイッチと組合わせて用いる場合はコマンドの決定キーやキャンセルキーとして用いるなどの機能分担を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の多接点スイッチは、キートップの周囲に導電性ゴム材からなる環状部材が配置され、この環状部材の一部を介在させた電極対からなる１以上の周辺スイッチが形成され、前記電極対は、環状部材の側面に接触した状態でキートップの周壁部に形成された第１電極と、環状部材の下方でかつ第１電極と対応する位置に環状部材の下面に非接触の状態又は接触した状態で基板の上面に形成された第２電極とから構成されており、前記周辺スイッチは押圧によって前記電極対の電極間の電気抵抗が変化するように構成されているので、キートップの一周辺部を押すと、押された周辺部の下方に配置された周辺スイッチが押圧され、前記電極対の電極間の電気抵抗が変化し、これによってスイッチングが行われる。キートップの中央内側に中央スイッチが設けられていても、中央スイッチの押圧によって周辺スイッチが影響を受けることがない。電極対は通常の回路基板形成技術により容易に幾つでも形成できるので何個形成しても製造コストに影響せず安価に製造することができる。周辺スイッチは、電極対の電極間の電気抵抗は押圧圧力に対応して連続的に変化するので１／０のデジタルスイッチとしてばかりでなく、カーソル移動速度や音量変化などを連続的に行う可変抵抗器としても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の多接点スイッチを示す平面図である。
【図２】  図１の線Ｘ−Ｘで切った断面図である。
【図３】  （ａ）（ｂ）はそれぞれ前記実施形態の作動態様を示す部分断面図である。
【図４】  本発明の実施形態２の多接点スイッチを示す部分断面図である。
【図５】  従来の多接点スイッチの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…多接点スイッチ。
２…キートップ、２ａ…トップ部、２ｂ…周壁部。
３…環状部材。
４…電極対、４ａ…第１電極、４ｂ…第２電極。
５…中央スイッチ、５ａ…プッシュロッド、５ｂ…スイッチ本体。
６…基板。
ＰＳ１…周辺スイッチ。
７…キートップ、７ａ…トップ部、７ｂ…周壁部、７ｃ…カバー部。
８…環状部材。
９…電極対、９ａ…第１電極、９ｂ…第２電極。
ＰＳ２…周辺スイッチ。
【図１】
0004051186.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004051186.tif 000004
【図４】
0004051186.tif 000005
【図５】
0004051186.tif 000006