JPH0362426A - 薄膜スイツチ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明はスイッチに係り、特に、薄膜スイッチ用のキー
機構に関する。

Ｂ、従来の技術 薄膜スイッチはよく知られたものであり、色々な分野で
使用されている。薄膜スイッチの最も一般的な用途は、
タイプライタ−、コンピュータ、ワークステーションあ
るいは端末のような、事務機器のキーボードである。

よく使用されるキー構造の一種が米国特許４５２８４３
１に示されている。それは、底表面に、円弧状に突出て
突出部を有する旋回板と、この旋回板の上表面の一端に
設けられた柄に取付けられた巻ばねとから成立っている
。この種の構造は、オペレータにスイッチの閉じたこと
を確信させる触知できるフィードバックと信頼できるス
イッチ閉成とをもたらす。この種のキーボードのコスト
の大半は、信頼性を高める意味で、ばねの製造及び旋回
板との組立てによって占められている。

この種のキーボードは、キーボードのキーが押されると
巻ばねが圧縮され、ある点で不安定になり、ついに座屈
（曲げ）を生ずる。この座屈によって、ばねは旋回板上
の柄にモーメントとトルクを与えて旋回板を回転させ、
これにより突出部が薄膜スイッチの上側の層を下方に変
位させ、薄膜スイッチの接点を閉じる。

幾つかの望ましい特徴を備えた同様なばねが、米国特許
４１１８６１１に示されている。これらの特徴とは、ス
イッチ機構のヒステリシス特性、触知できるフィードバ
ック、可聴性フィードバック、スナップアクションであ
り、さらに、触知あるいは可聴性のフィードバックなし
にスイッチがその状態を変えられないことである。これ
らの特徴は、先の米国特許にも記載されている。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 小型コンピュータのキーボードには、少くとも８０個の
キーが位置し、さらに幾つかのキーボードは百以上のキ
ーポジションを持っているので、ばねと旋回板を一体に
組合せて単一にし、旋回板と同じプラスチック材料でモ
ールドすることは、コストの低減、部品点数の減少によ
る信頼性向上及び組立、製造のパラメータの調整不要等
多大の効果がある。

モールドされたプラスチックのばねは、従来の巻線ばね
の特徴を保有しつつ、スイッチ機構の可聴性を増進させ
る可能性がある。従来の巻線ばねは、スイッチ機構のフ
レームにばねが衝突した時「かちつ」というクリック音
を発する。さらに、フレームとの衝突の後共鳴音を発す
る。

モールドプラスチックばねは、オペレータに、スイッチ
の移行を知らせる可聴性フィードバックとして望ましい
クリック音を残しつつ、望ましくない共鳴音は生じない
。

プラスチックモールドのばねと旋回板は、より経済的で
あるが、従来の巻線ばねの特徴を取扱う時に比べて全く
違った機能設計上の配慮が必要である。

モールドばねの座屈を制御することは、ばねの物理的な
設計及び他の部品との組合せをどのようにするかによっ
て可能であろう 巻線ばねでは、このようなことはできない。

本発明の目的の一つは、より確実に動作し、より製造し
易く、組立て易く、より調和のとれた結果をもたらす薄
膜スイッチを提供することにある。

本発明の他の目的は、従来技術における可聴性フィード
バックのための好ましい音は残しながら、好ましくない
音を排除することにある。

００課題を解決するための手段 旋回板は、旋回板用の空洞の上端から伸びた巻ばね構造
を形成するための連絡空洞を備えた型内において射出成
形される。かくして、巻ばねは、旋回板と一体にモール
ドされる。ばねは、コイルのコーナ一部をなす階段状の
セグメントによって接続された対向する直線状セグメン
トで構成された一連のコイル部材を有する。

Ｅ０作用 コイルは、モールドされた巻ばねの軸が旋回板の旋回軸
から離れた点で旋回板と交差するように配置されている
。それによって、旋回板が安定状態に保持され、かつ、
旋回板を復帰位置へ復帰もしくは回転させるように付勢
し、それで、巻ばねが圧縮されても座屈する前に薄膜ス
イッチを動作させることがないようにしている。旋回軸
は、巻ばねの軸及びばねの自由端の旋回表面に関して適
当な位置に置かれ、単にばねの圧縮によって旋回するの
を防止する、というよりも、むしろ、ばねの座屈仕損な
いによる旋回板の旋回を防止する。

これは、オペレータに触知性、可聴性フィードバックを
提供する、信頼のおけるスナップアクションスイッチ機
構をもたらす。なお、信頼のおけないスイッチ機構とは
、スイッチが閉成もしくは開放された時以外に可聴性及
び触知性のフィードバックをもたらし、その結果、オペ
レータに、実際にはその通りでないのにスイッチが閉成
あるいは開放されたかのようにフィードバックを与える
ものを言う。

Ｆ、実施例 第１図に本発明のスイッチ機ｔｌｌＯが示されている。

このスイッチ機構は、基板１２と、スイッチ制御部材と
して作用するキー１４とを備えている。キー１４は、基
板１２の上に載っており、旋回板１６側へ出入りできる
ようになっている。旋回板１６は、スイッチシート２０
上の薄膜スイッチ１８の上に載っている。薄膜スイッチ
１８は、一対の接点１９を備えている。旋回板１６の構
成要素をなす巻ばね２２が旋回板１６の上表面２４の上
に形成されている。

巻ばね２２のコイルは、キー１４と基板１２によって規
定された行程内において、キー１４が最上位まで上昇し
た位置でキーをサポートする長さである。また、巻ばね
２２は、この巻ばねに実質的な予荷重を生じさせない程
度の長さである。

巻ばね２２に対する予荷重は、旋回板と巻ばね２２の組
合せ体を一体構成するようモールドされたプラスチック
を変形させる。もし、巻ばね２２が、部分的に圧縮され
るような予荷重を受けると、この予荷重がプラスチック
や巻ばね内にクリープを生じさせ、その結果、短くなっ
てしまった巻ばね２２は、キー１４が押されても座屈し
ないであろう。許容できる予荷重は、ばね２２の材料が
クリープを生じない程度である。

従来の巻線ばねは、キーボードに組込まれてキーとスイ
ッチの間に介装された場合に、座屈前のばねが緩んだ状
態でも予荷重を受けて少し変位するような長さを有して
いた。この従来の巻線ばねの予荷重は、キーの動き始め
にばねを不安定な状態にするために必要であり、それに
よってばねを曲げて旋回板を旋回させるために必要なキ
ーの移動行程を短かくできる。

第２図、第３図によく示されている本発明のモールドプ
ラスチックを巻ばね２２のコイルは、巻ばねを構成する
ようにステップ状セグメント３２に接続された直線状部
材３０を有している。ばね及び旋回板の一体結合モール
デイングに適したプラスチック材料は、デュポン社から
販売されているアセタールレジン、ＤＥＬＲＩＮ１７０
０であるが、同様な他の材料を用いてもよい。大体、水
平方向を向いた直線状セグメント３０の厚みは、隣接す
るセグメント３０の間の距離に実質上等しい。これは、
この実施例において、モールド成形特、溶けたレジンが
ばね２２のコイルを経て流れるために必要である。もし
、モールディングのパラメータが、もつと小さい断面に
適しているなら小さい寸法を選ぶのがよい。

いずれにしても、ばね２２を圧縮するためにコイル間に
十分なスペースが確保されるように、セグメント３０の
厚みは、セグメント間の距離よりも大きくすべきでない
。もし、セグメント３ｏが、隣接するセグメントの間の
スペースよりも厚いと、セグメント３０は隣接するセグ
メントに接触してぎっしり詰った柱状となり、通常のキ
ーボードの操作で得られる操作力及び行程の範囲内では
座屈を生じない。

旋回板１６の後面３６は、巻ばねの解放状態、復元状態
で、あるいは、巻ばね２２の旋回位置で薄膜スイッチや
キーボードの他の部分と接触しない。しかし、旋回板１
６の後面３６は、旋回板の前端３８の側へ除去あるいは
カットバックされている。

本発明でプラスチック材料を用いてばね２２や旋回板１
６をモールドすると、旋回板１６の後面３６付近に、旋
回板１６の後部３６の表面と底面３９の接合点から伸び
たフラッシュ（ｆｌａｓｈ）が残るので、上記除去は有
益である。フラッシュは、比較的小さい寸法にコントロ
ールできる。もしフラッシュが除去よりも小さいならば
、フラッシュは旋回板１６の動作を妨げない。

短い圧縮でモールドされた巻ばねの座屈を制御するため
に、巻ばね２２の末端４０は、２個の柄４２とこれに対
向するより大きな柄４４からなる３個の延長部材として
形成されている。柄４２は、２個より多くてもよいが、
旋回板１６と対向して巻ばね２２の軸５４の後端に位置
している。２個の柄４２は、スイッチ機構が開放位置に
あるとき、キーを担持する幅の広いトップ表面４３を有
している。

第３の柄４４は、第２図に示すように、狭いトップ表面
４６を有し、第３図に示すように、（日間方向）にやや
長い寸法４８となっており、旋回板１６の回転輪５０（
旋回軸５０とも指称している）に平行に伸びている。ト
ップ表面４６は、キー１４の下部に係合しており、トッ
プ表面４６の一番外の端４７は、その周りを巻ばね２２
の上端部分が、キー１４の押圧に伴なう座屈により回転
するエツジである。このエツジは、巻ばね２２の頂部に
対する旋回ないしは座屈軸４７を形成し、かつ２巻ばね
２２の外側寸法内に置かれ、巻ばね２２の軸５４に近接
している。座屈軸４７を巻ばね２２の軸５４に近づける
と、圧縮状態で巻ばね２２がより不安定になり、設計に
基づくばねの座屈の制御に影響を及ぼす。座屈軸４７は
、ばねの軸５４の前方であるが、巻ばね２２の外径寸法
内に位置しているべきである。軸５４からエツジ４７ま
での距離は、キー移動に伴ってばね２２の曲りが生ずる
点を制御する。軸５４からトップ表面４３までの距離が
（軸５４から）エツジ４７までの距離より大きいので、
柄４２周辺の曲りは発生しない。

旋回板１６の構威は、第３図に最もよく示されている。

旋回板１６は、巻ばね２２が装着される主たる構成であ
り、後部に外支持脚６６を有する支持部材６２を備えて
いる。さらに、旋回板１６の前部には、中央に突起６４
を有する旋回部材６０がある。支持脚６６は、巻ばね２
２のほぼ直下に位置しており、ばねの復帰もしくは解放
位置においてその上に旋回板１６が置かれる支持表面を
提供する。支持脚６６の前部下端の旋回エツジ６７は、
巻ばね２２が座屈したとき旋回板１６の旋回部材６０を
その周りに軸支する旋回エツジ６７を形成する。つまり
、旋回エツジ６７が、旋回板の旋回軸５０を構威し、第
２図で時計廻り、第３図で紙面手前側が下降する方向の
回転の中心となる。

突起６４は、旋回部材６０の底表面３９から下方に伸び
た略弧状の突起であり、旋回部材６０が旋回軸５０の周
りに軸支された時に、薄膜スイッチの接点を閉じるよう
に、その上に全旋回力を印加する。突起６４は、接点１
９の閉成を確実にするために、全旋回力を狭い領域に集
中させるように作用する。

薄膜スイッチ１８のキーが接点１９を閉じるように押さ
れると、巻ばね２２は圧縮状態になる。

巻ばね２２の末端４０特に末端４２．４４に作用するキ
ー１４の力は、巻ばね２２を圧縮する。この力は、巻ば
ね２２の軸５４に沿っており、それによって支持脚６６
を薄膜スイッチ１８の上面に向けて押し下げるよう旋回
板１６の後部に力を発生させる。脚６６がスイッチ接触
領域の外にある、すなわち薄膜スイッチ１８の接点１９
の真上にはないので、脚６６の力は、スイッチの動作に
は影響を及ぼさない。キーを更に押すことにより圧縮が
増加し、巻ばね２２の円柱は、不安定な状態となり、エ
ツジ４７０周りで座屈する。

巻ばね２２の軸５４から、その周りで旋回を生ずる柄４
２．４４及び特に柄４４の表面４６やエツジ４７及び柄
４２のエツジ４３までの相互の距離により、巻ばね２２
の座屈の方向を決定することができる。実施例では、巻
ばねは、中央部が第２図で右方向に突出する側に、略Ｃ
字形に曲る。

その結果、旋回部材６０が旋回軸５０を中心にして旋回
し、突起６４が下方へ動き、スイッチの接点１９を押下
げることにより、薄膜スイッチ１８を閉放して電気回路
が完成する。

従来の巻線型ばねは、予荷重が与えられて、ばね円柱に
部分的にある程度の不安定性を生じていた。本発明のモ
ールドプラスチック巻ばね円柱２２の不安定性は、ばね
末端４０の旋回軸４７を、ばねの軸５４に近接して配置
することにより増大し、それによって、座屈する点を、
キーのストロークの初期に移動させる。

これは、名目的な座屈点に到達した後も適切なキーの移
動が可能になり、それがばねの座屈を生じにくくするの
で、スイッチ１８の動作の信頼性を高めることになる。

Ｇ０発明の効果 本発明によれば、薄膜スイッチを確実に動作させること
のできる信頼性の高い、しかも製造し易第１図は、本発
明の実施例のキーボードスイッチ機構の要部縦断面を示
す図である。

第２図は、本発明の実施例における旋回板と巻ばねの組
合せ構造を示す側面図である。

第３図は、第２図に示す旋回板と巻ばねの組合せ構造を
９０°回転させた状態を示す図である。

符号の説明

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）スイッチ制御部材の移動に応答して薄膜スイッチ
   の接点を開閉するキー機構であつて、第１の表面と第２
   の表面及びこれら両表面に略平行に伸びた旋回軸を有す
   る旋回部材と、 前記第１の表面に対して垂直に伸び、緩んだ状態におい
   て前記旋回軸から離れた所で前記旋回部材と交差する軸
   を有する巻ばねとを備え、 前記巻ばねは、前記旋回部材に永久的に取付けられた一
   端と、前記スイッチ制御部材に係合する末端手段として
   形成された自由端とを有し、上記末端手段は、その周り
   で該末端手段が回転し、かつ前記スイッチ制御部材の表
   面が係合する旋回表面を有し、 該旋回表面は、前記旋回軸と略平行に伸び、かつ前記巻
   ばねの前記軸に対して略直角であることを特徴とする薄
   膜スイッチ用キー機構。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記旋回部材と
   前記巻ばねは一体に形成されていることを特徴とする薄
   膜スイッチ用キー機構。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、前記巻ばねは、
   複数の直線状部材と、それらの間を接続するステップ状
   部材とによつて構成されていることを特徴とする薄膜ス
   イッチ用キー機構。
4. （４）特許請求の範囲第３項において、前記旋回表面は
   前記巻ばねの軸から、該巻ばねに要求される座屈の方向
   に、該巻ばねの軸から前記直線状部材までの半径方向の
   距離の最小値よりも小さい値だけ離れていることを特徴
   とする薄膜スイッチ用キー機構。
5. （５）プラスチック製の旋回部材、キー及び開閉スイッ
   チと共にキー機構を構成するプラスチック製の巻ばねで
   あつて、前記巻ばねは、前記旋回部材から遠い末端部に
   、前記キーを受け、該キーによつて押された時に該巻ば
   ねの一方向への座屈を確実にする、ベアリング表面を有
   し、 前記旋回部材は、前記巻ばねが座屈した時にトルクを与
   えられて前記ベアリング表面を旋回させ、それによつて
   前記開閉スイッチを動作させることを特徴とする巻ばね
   。