(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の指の加圧により下降するキートップと、前記キートップの下面に連結したリンク組立体と、前記リンク組立体を下方から支持するキーボードフレームと、前記キーボードフレームの上面に配置され、前記リンク組立体との接触によりキー動作を認識するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）とを設けたキースイッチであって、
前記リンク組立体は、外側面の下部にそれぞれ固定突起を設けた第１及び第２リンク部材と、
前記第１及び第２リンク部材の内側端部の各々に、対向して設けた結合溝及び突起からなるリンク回動軸と、
前記第１リンク部材と第２リンク部材の外側端部をそれぞれ連結するアーム部と、
前記第１リンク部材のアーム部と前記第２リンク部材のアーム部間を連結する弾性体とを備えることにより、
前記第１及び第２リンク部材を前記リンク回動軸を中心に回動自在にすると共に、前記リンク組立体は前記固定突起によりキーボードフレーム側に支持されるようにして、
前記キートップへの加圧で、前記第１及び第２リンク部材のアーム部が前記リンク回動軸を中心にそれぞれ下方に回動すると共に、前記リンク回動軸は前記固定突起を支点として上昇し、かつ前記弾性体が広がり直線状になった後に山状に曲がるように構成して、リンク部材に復元力を与えることを特徴とするキースイッチ。
【請求項２】
前記キートップの下面に、リンク案内用長孔と凹部とを形成したキートップリブを設け、
前記第１及び第２リンク部材の外側上端部には、キートップ位置制御突起とキートップ支持ボスとを設け、
前記リンク案内用長孔で前記キートップ位置制御突起をスライド自在に軸支すると共に、前記キートップ支持ボスを前記凹部に係合させて、前記キートップ支持ボスで前記キートップリブを支持させるようにしたことを特徴とする、請求項１のキースイッチ。
【請求項３】
前記弾性体の下面に、前記ＦＰＣとの接触突起を設けることを特徴とする、請求項１のキースイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの入力装置として使用されるキーボードなどに用いられるキースイッチに係り、より詳しくはキーボードの小型化及び薄型化を図り、大きいストロークを実現する。そして簡単な構成でキー操作時のクリック感を与えることにより、確かなキー操作感及びキー入力を可能にするキースイッチに関するものである。また、本発明は、全体の構成を簡単にして、組立工程を簡単化したキースイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１９０７３５号公報
最近、キーボードの小型化につれて、キートップが薄くて平らになる一方、キー入力の操作性を向上させ、キー入力の信頼性を確保するため、キー操作に大きいキーストロークが要求され、確かなクリック感が要求されている。かかるキーボードに用いられるキースイッチとして、多様なキースイッチが開示されている。
【０００４】
例えば、上記の公報には、つぎのようなキースイッチが開示されている。すなわち、キートップの上下運動を案内する案内組立体を第１リンク部材と第２リンク部材から構成し、第１及び第２リンク組立体の各結合先端にギヤを設けて噛み合わせ、第１及び第２リンク部材はキートップにスライド可能に結合させる。キートップが押されて下降すると、第１及び第２リンク部材の外側端部がキートップの下面に沿ってスライドしながら広がる。この運動により、第１及び第２リンク部材の内側端部に設けられたギヤが噛み合ったままで回動する。下降するキートップは弾性ゴム製のアクチュエータを加圧して収縮させ、収縮しながら下降するアクチュエータはメンブレインスイッチの接点を押してキー動作を認識させることになる。キートップの下降力が除去されると、収縮したアクチュエータの弾性力により、キートップに上昇力を作用してキートップを元の位置に復帰させる。このようなキースイッチは、第１及び第２リンク部材をＸ字形にしないので、リンク組立体の構造を簡単にする効果がある。
【０００５】
しかし、前記のような従来のキースイッチはゴム製のアクチュエータを導入するため、キースイッチが大きくなる問題点がある。また、アクチュエータをリンク組立体とは別に製作して付着するため、組立工程が必然的に複雑になる。さらにキートップの復帰手段としてアクチュエータを用い、アクチュエータが押されて収縮し、その反発力が線形に作用するため、満足なクリック感を得ることができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は両リンク部材の接触部をリンク組立体の回動軸にして構造を簡単にし、リンク組立体と復帰手段とを一体に構成して、クリック感に優れたコンパクトなキースイッチを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、使用者の指の加圧により下降するキートップと、前記キートップの下面に連結したリンク組立体と、前記リンク組立体を下方から支持するキーボードフレームと、前記キーボードフレームの上面に配置され、前記リンク組立体との接触によりキー動作を認識するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）とを設けたキースイッチであって、前記リンク組立体は、外側面の下部にそれぞれ固定突起を設けた第１及び第２リンク部材と、前記第１及び第２リンク部材の内側端部の各々に、対向して設けた結合溝及び突起からなるリンク回動軸と、前記第１リンク部材と第２リンク部材の外側端部をそれぞれ連結するアーム部と、前記第１リンク部材のアーム部と前記第２リンク部材のアーム部間を連結する弾性体とを備えることにより、前記第１及び第２リンク部材を前記リンク回動軸を中心に回動自在にすると共に、前記リンク組立体は前記固定突起によりキーボードフレーム側に支持されるようにして、前記キートップへの加圧で、前記第１及び第２リンク部材のアーム部が前記リンク回動軸を中心にそれぞれ下方に回動すると共に、前記リンク回動軸は前記固定突起を支点として上昇し、かつ前記弾性体が広がり直線状になった後に山状に曲がるように構成して、リンク部材に復元力を与えることを特徴とするキースイッチを提供する。
【０００８】
好ましくは、前記キートップの下面に、リンク案内用長孔と凹部とを形成したキートップリブを設け、前記第１及び第２リンク部材の外側上端部には、キートップ位置制御突起とキートップ支持ボスとを設け、前記リンク案内用長孔で前記キートップ位置制御突起をスライド自在に軸支すると共に、前記キートップ支持ボスを前記凹部に係合させて、前記キートップ支持ボスで前記キートップリブを支持させる。
【０００９】
さらに好ましくは、前記弾性体の下面には、前記ＦＰＣとの接触突起を設ける。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は実施例のキースイッチ２の分解斜視図、図２は実施例のキートップとリンク組立体との連結部を示す部分側面図、図３は実施例のリーフスプリングの接触突起を示す断面図である。
【００１２】
図１に示すように、実施例のキースイッチ２は大別してキートップ１０、リンク組立体２０、ＦＰＣ３０及びフレーム４０からなり、これら構成要素は図面の上から下に、つまりキーボードの表面から下部に、キートップ１０、リンク組立体２０、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）３０、フレーム４０の順に配置される。
【００１３】
キートップ１０はキーボードなどの表面に装着され、その表面、つまり上面に数字（０、１、２、３等）、文字（ａ、ｂ、ｃ、あ、い、う、！、＠、＃等）又はそのほかの機能表示（Ｅｓｃ、Ｃｔｒｌ、Ａｌｔ、Ｈｏｍｅ、ＰｇＵｐ等）が印刷されている。このようなキートップ１０は使用者の指などに押され下降してキー入力信号を与え、後述するリンク組立体の反発力により元の状態に復帰するなど、上下運動する部材であり、たいてい方形の屋根形状を持っており、通常プラスチック材料から成形される。
【００１４】
前記リンク組立体２０は前記キートップ１０の上下運動を案内する部材であって、前記キートップ１０の圧力を受けて左右のアーム部２４，２４が広がり、リーフスプリング２３がほぼ平面状になることにより、クリック感を提供するものである。
【００１５】
ＦＰＣ３０は、前記キートップ１０の下降により、その接触点が断続して当該キートップ１０に対応する文字などを認識させるための回路であって、通常マトリックス回路から構成される。フレーム４０は前記リンク組立体２０と結合する結合手段を備え、前記リンク組立体２０を支持してキートップ１０を支持する部材である。なお図３に示すように、リーフスプリング２３には接触突起２３sを設け、キートップ１０が下降したときに接触突起２３sがＦＰＣと接触し、キー入力を確認させる。
【００１６】
以下、前記各構成要素を相互連結する手段及び前記リンク組立体２０の各構成要素について詳細に説明する。前記キートップ１０の下面には、図２に示すキートップリブ１１を設け、キートップ１０とリンク組立体２０とを連結する。すなわちキートップリブ１１は、略長方形のキートップ１０の四つの角部にそれぞれ一つずつ設けられ、各キートップリブ１１にはリンク案内孔１２とリンク加圧凹部１３が形成される。このリンク案内孔１２は長孔であって、後述するリンク組立体２０の第１のリンク部材２１，２１と第２のリンク部材２２，２２のキートップ位置制御突起２７を収容し、キートップ１０の上下運動をキートップ位置制御突起２７の左右運動（リンク案内孔１２内に案内される運動）に変換させる。また、リンク加圧凹部１３は弧状の形状で、リンク組立体２０のキートップ支持ボス２８とスライド接触してキートップ１０の下降運動をリンク組立体２０のアーム２４，２４の展開運動に変換させる。すなわち、キートップ１０に下降力を作用させると、リンク２０のキートップ支持ボス２８がリンク加圧凹部１３に沿ってスライドしながら、キートップリブ１１の外側方向に移動する。
【００１７】
図１に戻り、リンク組立体２０について説明する。前記リンク組立体２０は、１対の第１リンク部材２１，２１と、１対の第２リンク部材２２，２２とを有し、それぞれのリンク部材（第１のリンク部材間、第２のリンク部材間）は外側端部でアーム部２４，２４で連結されている。そして両アーム部２４，２４間には、リーフスプリング２３を連結する。
【００１８】
前記第１及び第２リンク部材２１、２２のそれぞれは、内側端部に各々設けた結合溝２５と回動突起２６とで回動自在に連結される。結合溝２５とこれに収納された回動突起２６とで、リンク回動軸２６Tを構成するが、結合溝２５と回動突起２６とは、リンク部材２１，２２のいずれに設けても良い。そしてキートップ１０が下降すると、アーム部２４，２４は、リンク回動軸２６Tを中心として下方へ回動移動する。一方、第１及び第２リンク部材２１、２２の外側面にそれぞれ固定突起２９を設け、この固定突起２９がフレーム４０のフレーム突起４１にそれぞれ結合されているので、上記のようにアーム部２４，２４が下方へ回動移動すると、リンク回動軸２６Tは、フレーム４０に対して上方に移動する。
【００１９】
前記固定突起２９は左右に対称となるように前記フレーム突起４１に結合されているので、第１及び第２リンク部材２１、２２がリンク回動軸２６Tを中心にアーム部２４が広がるように下降するとき、前記フレーム突起４１に沿って左右にスライドすることにより、リンク組立体のキートップ位置制御突起２７、キートップ支持ボス２８が回動軸に対して左右に均等に広がる扇形の回動運動をし、前記キートップ位置制御突起２７及びキートップ支持ボス２８に連結された左右両側のキートップリブ１１が左右同一高さに下降するので、キートップ１０が常に水平状態を維持する。
【００２０】
第１及び第２リンク部材２１、２２において、前記固定突起２９が設けられた側面の反対側の面（内側）にはストッパー２０sがそれぞれ設けられる。このストッパー２０sは前記固定突起２９とともに作用して、前記リンク組立体２０がフレーム４０の下に下降することを防止する。
【００２１】
アーム部２４，２４の両端には、前記キートップ位置制御突起２７とキートップ支持ボス２８とがそれぞれ設けられている。キートップ位置制御突起２７は断面略円形の突起であって、リンク案内孔１２に収容される。したがって、キートップ１０が下降すると、リンク案内孔１２内で外側上方に移動する。キートップ支持ボス２８は断面略扇形の突起であって、キートップ１０の下降力をリンク組立体２０に伝達する機能をする。
【００２２】
すなわち、キートップ支持ボス２８がリンク加圧凹部１３に常に当接しているので、キートップ１０が下降すると、リンク加圧凹部１３から圧力を受け、リンク加圧凹部１３に対してキートップ支持ボス２８がスライドしながら外側に移動する。前記キートップリブ１１内で、リンク組立体２０の左右側キートップ支持ボス２８がリンク回動軸を中心に扇形に回動運動をすると、キートップ位置制御突起２７はキートップ支持ボス２８を基準に扇形に回動運動をし、左右対称に同等に運動をして、前記リンク組立体２０の回動中心線とキートップ１０の中心線が常に一致することになる。
【００２３】
また、キートップ支持ボス２８がキートップ１０の外縁部に位置するので、リンク回動軸を中心とする各リンク部材の回動角を小さくしながらもキートップ１０のストロークを大きく確保することができる。このように、初期段階からキートップ支持ボス２８がリンク加圧凹部１３を支持するので、キートップ１０のストロークを増大させることができる。
【００２４】
リーフスプリング２３は各アーム部２４の中間部に連結される。このリーフスプリング２３は略弓状に曲がっており、常に元の屈曲形状に戻ろうとする力を作用してキートップ１０に上昇力を作用させる。
【００２５】
フレーム４０には、前記リンク組立体２０の固定突起２９を収容して、前記リンク組立体２０が上方に分離することを防止する。また、フレーム４０には前記リンク組立体２０の第１及び第２リンク部材２１、２２を収容する収容孔７０，７０が形成される。したがって、キートップ１０が下降することにより、リンク組立体２０が下降しながら展開する場合、リンク組立体２０の第１及び第２リンク部材２１、２２はフレーム４０の収容孔７０，７０に完全に収容されるので、キースイッチ２の全高が減少する。
【００２６】
つぎに、図４を参照しながら実施例のキースイッチ２の下降及び上昇運動について説明する。図４(ａ)は、キートップ１０に力が作用していない状態を示し、キートップ１０はリーフスプリング２３の弾性力により最も高い位置にある。ここで、キートップ位置制御突起２７はリンク案内孔１２の内側下方に位置する。
【００２７】
この状態から、キートップ１０に下降力を作用させると、リンク加圧凹部１３と当接しているキートップ支持ボス２８に圧力が作用し、左右対称のキートップ支持ボス２８はリンク組立体２０の回動軸を中心に扇形に回動する。この際、リーフスプリング２３が元の状態に戻ろうとする力とリンク部材のアーム部の変形による弾性力により、両側リンク部材にはリンク回動軸２６T側に向かう力がさらに強くなり、リーフスプリング２３の両連結点とリンク回動軸間に作用する力の作用線が一直線となる時点で、リンク組立体２０の上昇力（キートップの上昇力）が急に低下してクリック感を与える（図４(b)）。ついで、キートップ１０がフレーム４０に接触するので、それ以上の下降は起こらない（図４(c)）。
【００２８】
この時、リーフスプリング２３の接触突起２３sがＦＰＣ３０を押してキー入力を認識させ、接触突起２３sの高さによりリーフスプリング２３が山形状になってリンク組立体２０にさらに大きい上昇力を作用させる。キートップ１０に作用する圧力が除去されると、キートップ１０及びリンク組立体２０は図４(ａ)に示すような最初の状態に戻る。
【００２９】
つぎに、実施例のキースイッチ２がクリック感を与える原因と復元力について図５〜図７を参照して説明する。図５(a)はキースイッチ２の各部分の初期状態を示し、図５(b)はキートップ１０の下降中の状態を示し、図５(c)はキートップ１０の最下側の状態を示すもので、両アーム部２４，２４をそれぞれＰＳ1点、ＰＳ2点とし、回動突起２６をＰＳ点として模式的に表す。
【００３０】
初期状態で、各点間の線分のうち、線分（ＰＳ1−ＰＳ）と線分（ＰＳ2−ＰＳ）で表されるリンク部材の長さは変化しない。リンク部材が下方に回動するにつれて、線分（ＰＳ1−ＰＳ2）が変化する。この変化は、リーフスプリング２３が弓状から直線状に変化するにつれて伸張する部分と、リーフスプリング２３が連結されたアーム部が広がる部分とに起因する。
【００３１】
この際、リーフスプリング２３の変化及びアーム部間の変化による反発力（変化に対する抵抗力）により、図５(a)に示すようなＦ1の力が生じる。Ｆ1の大きさは、リンク組立体２０の第１及び第２リンク部材２２、２３が回動軸（ＰＳ）を中心に回動することによる線分（ＰＳ1−ＰＳ2）の変化により生じるので、初期には大きく変化（増加）してから徐々に増加率が減少し、図５(b)の状態、すなわち３点（ＰＳ1、ＰＳ2、ＰＳ）が一直線上に位置することとなると、変化率が０となり、Ｆ1の大きさは一定になる。キートップ１０がさらに下降すると、線分（ＰＳ1−ＰＳ2）が減少してＦ1も減少する。
【００３２】
このように、キートップ１０が初期状態から徐々に下降し始めるとＦ1が発生し、Ｆ1にはＰＳ点を中心にＰＳ1点、ＰＳ2点を上方に回動させようとするＦ2の分力が発生する。この分力Ｆ2は、Ｆ2＝Ｆ1ｓｉｎθ2の式で表現され、さらにＦ2はキートップを押すことに抵抗する垂直反力の分力Ｆ3に分解され、これは、Ｆ3＝Ｆ2ｃｏｓθ2の式で表現される。
【００３３】
キートップを押すとき、使用者が感ずる力はＦ3であるので、Ｆ3の変化はＦ1の変化とリンク組立体２０の位置によって変化するθ2の変化によるもので、初期には線分（ＰＳ1−ＰＳ2）の急激な変化によりＦ1が急に増加してＦ3が急に増加する。
【００３４】
線分（ＰＳ1−ＰＳ2）の変化率が減少するにつれてＦ1の増加率が減少し、リンク部材が展開するにつれてθ1が大きく増加する一方、θ2は急に減少し、よってＦ2が急に減少するとともにＦ3も急に減少する。θ2が０となる図５(b)の位置で、すなわちＰＳ1点、ＰＳ2点、ＰＳ点の３点が一直線となる状態では、リーフスプリングの寸法変化及びリンク部材のアーム部の変形によるＦ1による反発力Ｆ3は０となり、リーフスプリングの変形による上昇力のみが残り、急激なＦ3の変化により使用者がクリック感を感ずることになる。
【００３５】
図５(b)の状態からキートップがさらに下降すると、図５(c)に示すように、Ｆ3はキートップ１０を引き下げるマイナス的な力として作用する。この場合、キートップを持ち上げるプラス的な力がないと、キートップは元の状態に復元することができない。この際、リーフスプリング２３の下面に設けた接触突起２３sがＦＰＣの接点部に接触し、リーフスプリング２３の急な変形をもたらし、この変形によりキートップ１０が元の状態に復元可能になる。
【００３６】
図６に、上述した力の変化とキーのストロークとの関係を示す。
【００３７】
つぎに、スペースキー、シフトキー、エンターキーなどのように、通常のキーより大きい、いわゆる倍数キーに適用されるキースイッチについて説明する。倍数キーにおいて、リンク組立体２０でキートップ１０の全下面をカバーするためには、必然的にリンク組立体２０が大きくなる。従ってリンク組立体２０がキートップ１０の一部のみをカバーし、残りはリンクバー６０でカバーする。図７に示す変形例のように、リンクバー６０は、一辺が開口した略長方形の鉄材棒から製造されるもので、リンク組立体５０がカバーし得ない部分のキートップ１０を支持し、キートップ１０の局部圧力をキートップ１０の全面にわたって適切に分配する機能をする。
【００３８】
この辺形例の倍数キーに使用するリンク組立体５０は、第１リンク部材５１と第２リンク部材５２との大きさを相違させ、非対称の形状とする。倍数キーのリンク部材を対称に構成すると、両リンク部材の角度が増加し、キートップ１０の下降時にリーフスプリング２３の接触点の長さの変化率が減少して、寿命特性、及び多様な寸法変化に対する反発力が低下する。一方、第１及び第２リンク部材を非対称にすると、前記角度をできるだけ小さい値に維持でき、リーフスプリング２３の長さ変化率を大きく維持して寿命特性などを向上させることができる。
【００３９】
また本変形例においては、前記リンク組立体５０の回動軸線と前記リンクバー６０の回動軸線が互いにおよそ９０°を成すように配置するので、互いに干渉しない。リンクバー６０がリンク組立体５０と干渉すると、相対的にリンク組立体５０を小さくし、キートップの局部加圧特性が悪くなる。したがって、この欠点を防止するため、リンクバーとリンク組立体間の干渉を避けることにより、リンク組立体の大きさを最大にすることができる。
【００４０】
またこの変形例では、リンク組立体５０とリンクバー６０の配置関係を多様に設定することができる。すなわち、一つのリンクバー６０と１つのリンク組立体５０を配置し、この左右配置関係を変化させることができる。そのほかに、二つのリンクバー６０を配置し、このリンクバー６０間にリンク組立体５０を配置することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、リンク組立体の構成を簡単にし、安価な生産費で容易に製造することができるキースイッチを提供する。すなわち、第１及び第２リンク部材を結合溝と突起で連結した構成なので、組立工程が簡単で容易に製造することができる。
【００４２】
さらに使用者に満足なクリック感を与えると共に、コンパクトなキースイッチを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例のキースイッチの分解斜視図である。
【図２】  実施例のキートップリブとリンク組立体の連結部を示す部分側面図である。
【図３】  実施例のリーフスプリングの下面に設けられた接触突起を示す断面図である。
【図４】実施例のキースイッチの側断面図及び模式図で、(ａ)はキースイッチの初期状態を示し、(ｂ)はその下降状態を示し、(ｃ)はその完全下降状態を示す。
【図５】実施例のキースイッチの作用力関係を示す線図で、(ａ)はその初期状態を、(ｂ)はその下降状態を、(ｃ)はその完全下降状態を示す。
【図６】  実施例のキースイッチのリンク組立体に作用する力とストロークの関係を示すグラフである。
【図７】  倍数キーに適用される変形例のキースイッチ及びリンクバーを示す側面図である。
【符号の説明】
２            キースイッチ
１０            キートップ
１１            キートップリブ
１２            リンク案内孔
１３            リンク加圧凹部
２０            リンク組立体
２０s           ストッパー
２１，５１      第１リンク部材
２２，５２      第２リンク部材
２３            リーフスプリング
２３s           接触突起
２４            アーム部
２５            結合溝
２６            回動突起
２６T           リンク回動軸
２７            キートップ位置制御突起
２８            キートップ支持ボス
２９            固定突起
３０            ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）
４０            フレーム
４１            フレーム突起
５０            リンク組立体
６０            リンクバー
７０            リンク部材の収容孔
【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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