JPH07334301A - 応力感応変換器及びその実装方法 - Google Patents

応力感応変換器及びその実装方法

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JPH07334301A
JPH07334301A JP7049446A JP4944695A JPH07334301A JP H07334301 A JPH07334301 A JP H07334301A JP 7049446 A JP7049446 A JP 7049446A JP 4944695 A JP4944695 A JP 4944695A JP H07334301 A JPH07334301 A JP H07334301A
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ジェローム・ジェイ・クオモ
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ドナルド・ジョセフ・ミカルセン
Derra Rutrejji Joseph
ジョセフ・デラ・ルトレッジ
Edwin Joseph Selker
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的はコンピュータ・キーボードで
使用できる応力センサを改良し、そして応力センサの新
しい作り方を提供することである。 【構成】 データ入力キーボードに適合する歪み感応
（検出）カラム型変換器はキーボードに対して直立に立
ち上がっているカラムを含む。直交して配置された歪み
感応（検出）パターンは、このパターンのそれぞれが分
離した片として置けるように切り口を有する単一の平面
シート上に形成される。この平面シートは、カラムに力
が加わった場合に上記パターンがその力を測定できるた
めにカラムに接着して置かれるようにカラム全体にわた
って押しつけられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンピュータに情報を入
力するためのアナログ入力装置に関する。特に、キーボ
ードを通してコンピュータに情報を入力する際の圧力感
応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明はコンピュータにデータを入力す
る際にキーボードのキーに関連づけて使われるアナログ
入力装置を改善するものである。アナログ・ポインテイ
ング装置の代表的なものにマウスがある。このマウスは
コンピュータ・キーボードの側近の面におかれる。マウ
スがこの側近の面上で動かされると、コンピュータはコ
ンピュータ・スクリーン上でカーソルを動かして応答す
る。
【０００３】マウスがキーボード上にないから、オペレ
ータはキーボードとマウス間で前後して手を動かすため
に操作遅れが生じ、煩雑さがつきまとう。
【０００４】このアナログ・ポインテイング装置とキー
ボードとの間で前後してオペレータが手を動かす時間を
短縮するための色々の方法が提案された。１つの方法に
はデータ入力キーボードの２つのキーの間に圧力感応変
換装置を配置して行うものである。１９９０年１１月２
９日付けのアメリカ合衆国特許出願第９１５，７０４の
表題「Located in The Primary Typing Area of the Ke
yboard」において、矩形横断面のカラムをもち、その辺
に沿って張力感応センサをもつ１つの変換装置が開示さ
れている。この矩形カラムはキーボードのＧとＨキーの
下に置かれたベースに実装され、ＧとＨキーの間のキー
ボードのキーの上にＺ方向に真っ直ぐに立つ。センサは
２つのハーフ・ブリッジ（half-bridges）回路に接続さ
れ、オペレータがコラムに力を及ぼすとＸとＹ方向に力
の成分に応じた電気信号に変換される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的は
コンピュータのキーボードで使用できるような圧力セン
サを改良することである。本発明のもう１つの目的はコ
ンピュータのキーボードで使用できるような圧力センサ
を組み立てる新しい方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した型であ
るカラム形センサーを構成した新規の構造と方法を提供
する。個々のひずみ計をプラスチック、あるいは金属カ
ラムに組み立てるかあるいは付着せしめている間にセラ
ミックのカラム型センサーにパターンを印刷する代わり
に圧力感応（検出）パターンの全てが一枚の曲げに柔軟
なプラスチック・シートに形成される。そしてＸ形の薄
片がプラスチック・シートに作られ、上記パターンがこ
のシートの個々の三角形の片（tab：タブ）に置かれ
る。このシートは、このシート上にパターンを有する三
角形の片がシートの面から曲げられて矩形カラムのそれ
ぞれの面に各片がもたれかかるようにしてカラムの回り
に首輪を形成するようにカラム全体に置かれる。
【０００７】
【実施例】図１に示されているように、ひずみ感応（検
出）伝導材料で作られた曲がりくねったパターン１０２
から１０８までが曲げに柔軟なプラスチック・シート１
１０上に形成されている。このシート１１０は実際に矩
形１１２である。ひずみ感応パターン１０２から１０８
までの両端はリード端子線に接続されている。リード端
子線１１２から１２６はその幅に関して歪み感応（検
出）パターン１０２から１０８までよりも本質的に大き
い。こうしてパターンに存する回路抵抗の効果を大きく
してパターンの歪みの感度を増大させる。これらのパタ
ーンはセットになっている。パターン１０２と１０６か
ら成る１つのセットは別のセット１０４と１０８とは直
交している。シート１１２の矩形部はＸ形パターンで区
切られており、この結果パターン１０２から１０８まで
の各々が別個の三角形片を形作る。パターン１０２から
１０８までは三角形であり、これは片として空間の最上
の利用効果となる。
【０００８】図２に示されるように、長方形横断面をも
つカラム１３０の形のセンサはベース１３２を有するプ
ラスチック片の部分である。このベースには３つの曲線
形の切り抜き部分があり、これによってベースはコンピ
ュータ・キーボードの機能を全くおかすことなくキーボ
ードのキーＢ、Ｇ、Ｈのシールド間にあてはまる。アー
ムはベース１３２がＧとＨキーのシールド間に適合する
ようにつくられ、一方、切り抜き１３４によってベース
はＢキーのシールドをまたげる。ここでは分離形のベー
スが使用されているがカラム１３０はキーボード・ベー
スと一体的なものでありうる。
【０００９】図２に示されているようにプラスチック・
シート１１０にはキーボードのキー間に適合するように
不規則に成形された脚部１４０がある。この脚部は歪み
ゲージにつながる６個の端子線１１６から１２６を有
し、圧力感応パターン１０２から１０８の電気的接続を
行う端子１４２の足部で終端する。圧力感応パターン１
０２から１０８とリード端子線１１６から１２６とは２
枚のプラスチック・シート内にあり、これによって各部
の損傷と露出を防ぐ。たった１枚のプラスチック・シー
トが使用された場合は組立中にキーボードがカラム１３
０とこすりあわないように、組み立てられたキーボード
の中で露出したパターンが上方に向くようにされよう。
脚部１４０は、図２のようにベース部１１２と一体的で
あってもよいしあるいはベース部１１２の圧力感応パタ
ーンの終端に接続されるリード端子線１１６から１２６
を含んだ別個の部品であってもよい。
【００１０】図２に示されているように柔軟なプラスチ
ック・シートはカラム１３０の頂上部に置かれ、部品１
４４によって下方に押されている。部品１４４には穴１
４６があり、その穴はカラム１３０よりも僅かに大きく
てプラスチック・シート１１０が部品１４４によってカ
ラム上に押し込まれ、片１０２から１０８が穴１４４を
通して上方に曲げられてカラムの面に沿って滑り込む。
カラムの底部は粘着剤が塗られてベース１３２がカラム
を取り囲むようにする。図３に示すように柔軟なシート
１１０がベースに達するとシートは部品１４４によって
ベースに押しつけられて保持され、片１０２から１０８
はカラム１３０の側面に沿って上方にのびる。部品１４
４は粘着剤１４８が接着するまでそこに保持される。図
４に示すように粘着剤が接着し終わると部品１４４は取
り除かれ、後にはベース１３８に付着したプラスチック
・シートや長方形カラム１３０の側面に付着した片をそ
のままに残す。この結果歪みパターン１０２から１０８
がそれぞれカラムの各面にもたれており、カラムの曲げ
歪みを感じるようになる。
【００１１】図５に示されているようにカラム１３０は
Ｂ、Ｇ、Ｈキーの間に置かれているが、これはこれらの
キーのシールドを取り囲むベース１３２の切り抜きを利
用している。脚部１５０はキーボードのベース１５０に
対して平らに接しており、又図示はされていないが他の
キーの周りを巡らされている。この結果、キーの操作に
邪魔になることはない。円筒キャップ１５６がカラム１
３０を覆うように置かれておるので、オペレータが指を
キャップの頭に置いてカラムに触ることができる。この
結果カラムに歪みが生じ歪み感応ゲージが計測する。
【００１２】図６に示されているように歪み感応ゲージ
１０２から１０８は２つのハーフ・ブリッジ（half bri
dge）回路に構成され、歪み感応パターン１０２と１０
６のセットはＹ方向にカラムに及ぼされた歪みを計測
し、一方歪み感応パターン１０４と１０８のセットはＸ
方向を計測する。このブリッジには電源がブリッジの両
側にまたがって接続されている。一方出力端子ＸとＹは
別々の増幅器１６２と１６０に接続されている。これら
の増幅器は差動増幅器であり、もう一方の入力端子には
可変基準定電圧回路に接続される。コンピュータを動作
状態にしたときに、そしてコンピュータの操作中のいろ
いろな時刻に、カラム１３０に力が及ぼされていない時
には増幅器１６０と１６２の出力がゼロとなるようにこ
の基準電圧が調整される。
【００１３】柔軟なシート１１０に使用される材料とカ
ラムの材料はこのシートを各部品に接着するために使用
される粘着剤１４８と適合する必要がある。又、ガイド
１４４は各部の接着中にシートやカラムとくっついては
いけない。これらの目的に適合する組み合わせは下記の
通りである： 部品 材料 プラスチック部品 １３０−１３２ ポリ炭酸エステル 柔軟シート １１０ ポリイミド（例えば、カプタン(Kaptan) ） 粘着剤 １４８ イーストマン（Eastman）９１０ また は 歪みゲージに使用されるエポキシ・セ ト ガイド １４４ テフロン（TFE）
【００１４】本発明の１つの実施例を上述したが、多く
の変更を本発明の範囲内で行うことができる。例えば、
図７に示すように単一面にある歪み感応パターン１０２
から１０８を電源や信号増幅器に接続するために必要な
リード線の数をシート１１０の矩形セグメント１１２中
の区切り１２８と応力感応パターンの間にリード線１６
４と１６６をもうけて４つ迄に減少することができる。
あるいは、長方形と脚部の１１２や１４０を分離するこ
とによって多数の線を減らすこともできる。長方形と脚
部の各線は２つのシートの表面にわたらすことができ
る。図８に示すように接続端子１７０は上向きになっ
て、脚部で下向きの接続端子１７２と接着して適合する
ように向かい合っている。結線１７４と１７６は同じ端
子に対する共通接続を与える。端子に向かう各リード線
は交差する所で短絡しないように絶縁されていなければ
ならない。
【００１５】以上に述べたように本発明は上述の実施例
に限定されるものではなく、特許請求の範囲を制限する
ものでもない。まとめとして、本発明の構成に関して以
下の事項を開示する。
【００１６】（１） データ入力キーボードに適合する
応力感応変換器において、キーボードから直立した部材
と、前記部材を囲む柔軟な平らなシート上に一緒に形成
され、その上に歪み感応パターンを持ったベース部が該
ベースの平面から立ち上がるように曲げられ、前記部材
に及ぼされた力を検出するように前記部材の各面にもた
れて接着されて直角方向に配置されている歪み感応パタ
ーンとを含む、データ入力キーボードに適合する応力感
応変換器。
【００１７】（２） 前記応力感応変換器において、対
向していて曲がりくねったパターンで直角方向に向いた
２つの対を含み、該２つの対は、一方の対向対がＸ方向
の力を測定し、他方の対向対がＹ方向の力を測定するよ
うに電気的にハーフ・ブリッジ回路を形成するように接
続されている、（１）に記載の応力感応変換器。
【００１８】（３） 前記応力感応変換器において、前
記平面ベースはＸ形の切り口をもち、該切り口によって
Ｖ形に形成される各々に前記歪み感応パターンの１つを
含み、該切り口の接合目に前記部材が置かれる、（２）
に記載の応力感応変換器。
【００１９】（４） 前記応力感応変換器において、前
記歪み感応パターンの各々が１つの電源リード線と１つ
の信号線とに接続され、前記Ｘ形の切り口と他のパター
ンの間にあるパターンの中の１つに電源リード線と信号
線をもつ、（３）に記載の応力感応変換器。
【００２０】（５） データ入力キーボードに適合する
応力感応変換器を実装する方法において、平らで柔軟な
絶縁シートに歪み感応パターンを複数形成し、該歪み感
応パターンが直交する片となるように該絶縁シートの内
側に切り口を設け、該切り口を通り抜けてベースから直
立に長い部材が立つと、該片は曲がって該長い部材の面
にもたれて置かれるが該絶縁シートの残りはこのベース
に接した状態にし、該片を長い部材の面に接着すること
を含む、データ入力キーボードに適合する応力感応変換
器を実装する方法。
【００２１】（６） 前記実装方法において、立ち上が
っている部材の歪みを電気信号に変えるように歪み感応
パターンを接続してハーフ・ブリッジ回路にする方法を
含む、（５）に記載の応力感応変換器を実装する方法。
【００２２】（７） 前記実装方法において、前記立ち
上がっている部材に対向して置かれている歪み感応パタ
ーンを直列にして電源端子を横切るように電気的に接続
し、直列に接続されているパターンの共通点（コモン）
を信号端子に電気的に接続する方法を含む、（６）に記
載の応力感応変換器を実装する方法。
【００２３】（８） 前記実装方法において、前記歪み
感応パターンと分離している絶縁材料のシート上の端子
との接続を向き合うように形成する方法を含む、（７）
に記載の応力感応変換器を実装する方法。
【００２４】（９） 前記実装方法において、歪み感応
パターンと切り口との間にある端子と、歪み感応パター
ンとの間の接続を行う方法を含む、（８）に記載の応力
感応変換器を実装する方法。
【００２５】（１０） データ入力キーボードに適合す
る応力感応変換器を実装する方法において、４つの三角
形歪み感応パターンを平で柔軟な絶縁シート上に該４つ
の三角形歪み感応パターンの接続と併せて形成し、前記
三角形歪み感応パターンのそれそれが別々の三角形の片
となるように前記絶縁シートをＸ形パターンに切り、矩
形の長い部材をＸ形の切り口を通してベースから真っ直
ぐに立てて前記片が絶縁シートから曲がって該長い部材
の４つの面に接して置かれるようにするが、残りの柔軟
なシートはベースに接しているようにし、前記片を長い
部材の面に接着させ、立ち上がっている部材の表面応力
の変化を検出する回路にするように歪み感応片の電気的
接続を行う、データ入力キーボードに適合する応力感応
変換器を実装する方法。
【発明の効果】アナログ・ポインテイング装置の代表的
なものにマウスがあるが、マウスはキーボード上にない
から、オペレータはキーボードとマウス間で前後して動
かすために操作遅れが生じ、煩雑さがつきまとう。本発
明に従うキーボードに適合するアナログ・ポインテイン
グ装置はアナログ・ポインテイング装置とキーボードと
の間で前後してオペレータが手を動かす時間を短縮す
る。さらに本発明はカラム形センサーを構成した新規の
構造と方法を提供する。個々のひずみ計をプラスチック
あるいは金属カラムに組み立てるかあるいは付着せしめ
ている間にセラミックのカラム型センサーにパターンを
印刷する必要がなく圧力感応パターンの全てが一枚の曲
げに柔軟なプラスチック・シートに形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】歪み感応抵抗パターンを印刷した柔軟なプラス
チック・シートの平面図。
【図２】ポインテイング・スティックの組立を示す３次
元図。
【図３】ポインテイング・スティックの組立を示す３次
元図。
【図４】組み立てられたポインテイング・スティックの
３次元図。
【図５】キーボードのＢ、Ｇ、Ｈキーの間に配置された
ポインテイング・スティックの３次元図。
【図６】歪み検出素子を組み込んだブリッジ回路の電気
回路図。
【図７】歪み検出（感応）パターンに対する別の結線案
の平面図。
【図８】歪み感応パターンに対する、さらに別の結線案
の平面図。
【符号の説明】
１０２、１０４、１０６，１０８ 歪み感応（検
出）パターン １３０ カラム １４４ ガイド部品 １４６ 穴 １４８ 粘着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェローム・ジェイ・クオモ アメリカ合衆国10540 ニューヨーク州、 リンカーンデール、ラヴェル・ストリート （番地なし) (72)発明者 ドナルド・ジョセフ・ミカルセン アメリカ合衆国10512 ニューヨーク州、 カーメル、ロングフェロー・アンド・ハチ ソン・ローズ （番地なし) (72)発明者 ジョセフ・デラ・ルトレッジ アメリカ合衆国10541 ニューヨーク州、 マホパック、シカモア・テラス 11 (72)発明者 エドウィン・ジョセフ・セルカー アメリカ合衆国94306 カリフォルニア州、 パロ・アルト、マタデロ・アヴェニュー 738

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】データ入力キーボードに適合する応力感応
    変換器において、 キーボードから直立した部材と、 前記部材を囲む柔軟な平らなシート上に一緒に形成さ
    れ、その上に歪み感応パターンを持ったベース部が該ベ
    ースの平面から立ち上がるように曲げられ、前記部材に
    及ぼされた力を検出するように前記部材の各面にもたれ
    て接着されて直角方向に配置されている歪み感応パター
    ンとを含む、 データ入力キーボードに適合する応力感応変換器。
  2. 【請求項２】前記応力感応変換器において、 対向していて曲がりくねったパターンで直角方向に向い
    た２つの対を含み、該２つの対は、一方の対向対がＸ方
    向の力を測定し、他方の対向対がＹ方向の力を測定する
    ように電気的にハーフ・ブリッジ回路を形成するように
    接続されている、請求項１に記載の応力感応変換器。
  3. 【請求項３】前記応力感応変換器において、 前記平面ベースはＸ形の切り口をもち、該切り口によっ
    てＶ形に形成される各々に前記歪み感応パターンの１つ
    を含み、該切り口の接合目に前記部材が置かれる、 請求項２に記載の応力感応変換器。
  4. 【請求項４】前記応力感応変換器において、 前記歪み感応パターンの各々が１つの電源リード線と１
    つの信号線とに接続され、前記Ｘ形の切り口と他のパタ
    ーンの間にあるパターンの中の１つに電源リード線と信
    号線をもつ、 請求項３に記載の応力感応変換器。
  5. 【請求項５】データ入力キーボードに適合する応力感応
    変換器を実装する方法において、 平らで柔軟な絶縁シートに歪み感応パターンを複数形成
    し、 該歪み感応パターンが直交する片となるように該絶縁シ
    ートの内側に切り口を設け、 該切り口を通り抜けてベースから直立に長い部材が立つ
    と、該片は曲がって該長い部材の面にもたれて置かれる
    が該絶縁シートの残りはこのベースに接した状態にし、 該片を長い部材の面に接着することを含む、 データ入力キーボードに適合する応力感応変換器を実装
    する方法。
  6. 【請求項６】前記実装方法において、 立ち上がっている部材の歪みを電気信号に変えるように
    歪み感応パターンを接続してハーフ・ブリッジ回路にす
    る方法を含む、 請求項５に記載の応力感応変換器を実装する方法。
  7. 【請求項７】前記実装方法において、 前記立ち上がっている部材に対向して置かれている歪み
    感応パターンを直列にして電源端子を横切るように電気
    的に接続し、直列に接続されているパターンの共通点
    （コモン）を信号端子に電気的に接続する方法を含む、 請求項６に記載の応力感応変換器を実装する方法。
  8. 【請求項８】前記実装方法において、 前記歪み感応パターンと分離している絶縁材料のシート
    上の端子との接続を向き合うように形成する方法を含
    む、 請求項７に記載の応力感応変換器を実装する方法。
  9. 【請求項９】前記実装方法において、 歪み感応パターンと切り口との間にある端子と、歪み感
    応パターンとの間の接続を行う方法を含む、 請求項８に記載の応力感応変換器を実装する方法。
  10. 【請求項１０】データ入力キーボードに適合する応力感
    応変換器を実装する方法において、 ４つの三角形歪み感応パターンを平で柔軟な絶縁シート
    上に該４つの三角形歪み感応パターンの接続と併せて形
    成し、 前記三角形歪み感応パターンのそれそれが別々の三角形
    の片となるように前記絶縁シートをＸ形パターンに切
    り、 矩形の長い部材をＸ形の切り口を通してベースから真っ
    直ぐに立てて前記片が絶縁シートから曲がって該長い部
    材の４つの面に接して置かれるようにするが、残りの柔
    軟なシートはベースに接しているようにし、 前記片を長い部材の面に接着させ、 立ち上がっている部材の表面応力の変化を検出する回路
    にするように歪み感応片の電気的接続を行う、 データ入力キーボードに適合する応力感応変換器を実装
    する方法。
JP04944695A 1994-06-03 1995-03-09 応力感応変換器及びその実装方法 Expired - Fee Related JP3197776B2 (ja)

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US253655 1994-06-03
US08/253,655 US5489900A (en) 1994-06-03 1994-06-03 Force sensitive transducer for use in a computer keyboard

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