JPH10511802A - キーボード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一つ又はそれ以上のキーと、対応する電気機械的変換素子とを含む、本発明に基づくキーボードは、該キーに対応する前記変換素子を形成する、ＥＭＦとして公知の気泡構造を備えたエレクトレット膜を含む膜構造（４２）と、前記ＥＭＦ構造（４２）を覆う一体で硬質のカバープレート（４３）であって、各電気機械的変換素子近傍の区域（Ａ−Ｄ）がキーを形成する、カバープレートとを含むことを特徴とする。本発明のある実施例では、キーボードのフレームがカバープレートを形成し、カバープレートの後方に固定されたＥＭＦ構造が、充分な厚さ及び硬さのプラスチック層で覆われている。カバープレートは、例えば鋼又はアルミニウムでよく、あるいはプラスチック、ガラス又はセラミック材料などのその他の材料を用いることもできる。カバープレートの厚さは、例えば約２ミリメートルである。本発明により、劣悪な作動条件に適した、そして乱暴な取扱いにも耐える、機械的、化学的及び電磁的に遮蔽性の高いキーボードを製造することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 キーボード 本発明は、一つ又はそれ以上のキーと、それらに対応する電気機械的変換手段 とを含むキーボードに関し、特に、本発明は、前記電気機械的変換手段がポリマ ー膜を用いることで実現されているキーボードに関するものである。 圧電膜はある特定のポリマー材料から製造できるが、その製造工程においては 、前記材料に含まれる結晶の方向を、機械的工程と強い電界を加える工程の両方 を用いて変えることで、前記材料に極性を持たせている。キーボードに用いられ る膜で最も公知のものはポリビニリデン膜、即ちＰＶＤＦであるが、これはいく つかの商標名で市販されている。ＰＶＤＦスイッチ素子は、例えば、膜の両帯電 面にシルクスクリーン法で電極を施し、この電極に回路を接続して、キーが押さ れたときに前記膜に生じる電流を前記回路が制御部に伝え、この制御部で前記キ ーを検出するという構成として製造することができる。ＰＶＤＦの利用に基づく キーボードは公報ＥＰ−Ａ２２０３２６１号及びＧＢ−Ｂ２２２２０１４号に見 ることができるが、この１番目のものはノイズ抵抗を向上させる配線方法を、そ して２番目のものは変換素子の実現を主眼としたものである。 電気機械的変換手段として機能する膜の一つは、電気機械的膜、即ちＥＭＦと して知られる、気泡構造を備えたエレクトレット膜である。このフィンランド人 による発明及びその変更例、並びに製造方法は、特許公報ＦＩ７１２６７号及び ＦＩ７６２２５号、並びに、特許出願ＦＩ９１３７４１号に見ることができる。 膜材料は、気体の充満したセルを特殊な方法を用いて生じさせて内包したポリプ ロペンなどの絶縁物質であり、前記セル表面には永久的な電荷を持たせている。 圧力等によって生じた膜厚の変化は電流パルスを生じ、この電流パルスを、前記 膜表面に固定した電極によって検出することができる。 キーボードにＥＭＦを利用しようという発想は、当業者には充分自明であるが 、この発想は、例えば、上述の特許公報ＦＩ７１２６７号に述べられている。Ｅ ＭＦはＰＶＤＦよりも低コストで製造でき、また基本的には、ＥＭＦを用いても 、ＰＶＤＦを用いた場合に相当するノイズ抵抗を有する変換素子を製造すること ができる。例えば、ポリプロペンを基にしたＥＭＦは、柔軟性に富み、その気泡 構造のために軽量であるという特徴がある。また電気機械的変換手段としてのＥ ＭＦの感応性も高い。さらに、ＥＭＦを用いることで大変薄い構造を実現するこ とができる。この膜は、例えば４０μｍという薄さとすることができる。前記ポ リプロペンを基にしたＥＭＦの欠点は、機械的耐久性に乏しい点にある。明らか にこれが、我々の知る限りではＥＭＦがキーボードに用いられてこなかった理由 である。 柔軟で軽量、かつ薄いＥＭＦをキーボードの製造に利用できるかを研究する中 で、我々は、特定の用途を念頭に置きつつ、前記の柔軟で軽量、かつ薄いＥＭＦ 構造を比較的硬質で大型のカバープレートと組み合わせれば非常に利点の多い解 決法とできるという、驚くべき発見をするに至った。 一つ又はそれ以上のキーと対応する電気機械的変換手段とを含む、本発明に基 づくキーボードは、 前記キーに対応する前記変換素子を形成する、ＥＭＦとして知られる気泡構造 を備えたエレクトレット膜を含む膜構造と、 前記ＥＭＦ構造を覆う一体で硬質なカバープレートであって、各電気機械的変 換手段の近傍域がキーを形成する、カバープレートと を含むことを特徴とする。 ＥＭＦ構造は、基板上に直接あっても、又は薄い中間層を介在させていてもよ い。 本発明に基づくキーボードの有利な一実施例では、該カバープレートはさらに 、 前記キーボードのフレームを形成する。基板を該カバープレート上に鋳造された プラスチックの層として、ＥＭＦ構造をこの基板と前記カバープレートとで隈な く包囲してもよい。 別の有利な一実施例として、基板はまた、前記キーボードのフレームを形成す る。 カバープレートの材料は以下のうちの一つであることが考えられる。例えば、 アルミニウム又は鋼などの金属、プラスチック、ガラス又はセラミック材料であ る。 発明のある実施例では、カバープレートの厚さは約２ミリメートルである。厚 さ約４ミリメートルの鋼板で形成された基板上にＥＭＦ構造を定着させてもよく 、また、カバープレートを鋼で形成してもよい。 発明のさらなる実施例では、ＥＭＦ構造とカバープレートの間に接着剤の層又 は空気の層があってもよい。 発明のさらに別の一実施例として、カバープレートは液晶表示装置を含んでい てもよい。 この構造が、機械的かつ化学的に遮蔽性の非常に高いキーボードを形成するこ とが明白である。カバー及び基板として金属製のプレートを用いると、電磁的障 害に対する遮蔽効果も優れたものになる。さらに、このキーボードは温度の大幅 な変化や急激な変化に耐えうる。変換素子は、ＥＭＦを用いれば大変有利に製造 することが可能である。この解決法により、安価なキーボードを、極度に劣悪な 環境や乱暴な取扱いを意図した市場に提供することが可能となる。本発明に基づ くキーボードは数多くの異なる用途に用いることができる。カバープレート及び 基板の材料は、用途に応じて数多くの中から選択することができる。ＥＭＦ構造 が薄いことにより、硬質及び大型のカバープレート構造にもかかわらず、本発明 によるキーボードは比較的に薄いキーボード装置として実現することができる。 本発明及びその多様な実施例を、同封の図面を参照しながら以下に説明する。 図１は、ＥＭＦを用いて実現した電気機械的変換素子と前記素子の機能とを示 す概略図である。 図２は、本発明に基づくと考えられる、キーボードの構造を示した概略断面図 である。 図３は、本発明に基づくと考えられる、さらに別のキーボードの構造を示した 概略断面図である。 図４は、本発明に基づくと考えられる、キーボードの一用途を示した概略図で ある。 図５及び６はそれぞれ、本発明に基づくキーボードの一用途の上面図及び斜視 図である。 図７は本発明に基づくキーボードの一実施例の概略図である。 図８は本発明に基づくキーボードのさらに別の実施例の概略図である。 図１（ａ）及び１（ｂ）は、ＥＭＦを用いて実現した電気機械的変換素子と、 前記素子の機能とを示した概略図である。気泡構造１を備えたＥＭＦは、一方の 面が陽極に、他方の面が負極に帯電するよう電荷が施されており、前記両方の面 には電極２及び３が設けられている。電極は、シルクスクリーニング法を用いて 容易に施されるが、最も頻繁に用いられる形状として、第二の電極３は概ね、全 変換素子に共通の接地平面を形成している。図１（ｂ）に示すように、圧力Ｐが 変換素子に加えられると、電流パルス５が電極２から増幅器４を介して得られる ため、こうして検出することができる。検出可能なＥＭＦの厚さの変化は僅かに １、２マイクロメータであってもよい。当業者であれば、実際の使用においては 、変換素子の電極及びそれらの回路を製造するためには絶縁材料で分離された回 路層が何層か必要であることが理解され、また様々な理由から、この構造には、 電極及びそれらの回路に関係するもの以外の材料でできた層をさらに含めること もできることも理解されよう。また、膜の第二表面上の電極又は接地平面をキー ボードの導電性フレームで形成し、この上にＥＭＦがある、あるいは、ＥＭＦが 接着されているものとしてもよい。 以下に、本発明に基づいて考えられるキーボードの構造を図２及び３を参照し ながら述べるが、これらの図面は単に例示的なものであり、従って、例えば膜及 びその他の構造の相対的厚さは実際の場合では完全に異なることに注意されたい 。同様の注意は、構造を概略的に示したその他の図面においても同じである。 図２では、キーボード構造の最下層はＥＭＦ１１から成り、このＥＭＦ１１の 上面には、メンブレンスイッチの電極を形成すべく回路パターン１２がスクリー ン加工されている。絶縁層１３が膜の上にあり、カバープレート１４が絶縁層の 上にある。本発明に基づけば、このカバープレートは、キーボード全体を覆う硬 質で一体のプレートでもよい。カバープレート上の一区域であるキーが押される と、この力は、信号を発生させるのに充分な膜厚変化を引き起こす。絶縁層１３ は、例えばポリエステルの膜又はガラスから形成されていてもよい。この絶縁層 １３は、カバープレート１４が硬質プラスチック等の絶縁材料から形成されてい れば完全に除外してもよい。 ある実施例ではカバープレート材料を鋼とし、絶縁層１３を空間とすることで 、製造コストの低い、しかし非常に耐久性のある構造を提供している。テスト結 果によれば、膜が包囲状態にあれば、１ミリメートルの空間で機能を果たすこと が 分かっている。 図３は、サンドイッチ型のキーボード構造の断面図を示しているが、この構造 ではＥＭＦ構造２１は二つの硬質プレート２２及び２３の間に位置しており、こ の二つのプレート２２及２３のうち一方はカバープレートとして機能し、他方は 基板プレートとして機能する。硬質プレート２２及び２３が導電性であれば、絶 縁層２４及び２５を膜構造２１の両側に配置してもよい。この絶縁材料は、例え ば、ガラスやポリエステルの膜でもよく、また接着剤又は空気の適した層でもよ い。 図４はサンドイッチ構造の実際の用例を示したものである。カバープレート３ １及び後方プレート３２は２ミリメートルの鋼性のプレートから形成される。キ ー３３がカバープレート３１上に印されている。電子制御回路は分離した制御部 ３４に配置される。この膜構造及び制御部はケーブル３５で接続されている。こ の形式の実施例では、キーボードを容易に防水性及び防塵性とでき、また乱暴な 取扱いにも耐え得るものとすることができる。電子制御回路を別の箇所に配置す ることで、機械的及び化学的に耐久性のあるキーボードを、しかも比較的に薄い 装置、この例では約５ミリメートルの厚さの装置として製造することができる。 図５及び６はそれぞれ、本発明に基づくキーボードの別の用例の上面図及び斜 視図である。この場合では、キーボード装置３０はまた、同じ封包物中に電子制 御回路を含んでいる。このキーボード装置は、例えばアルミニウムから成り、約 ４ミリメートルの厚さの構造となっている。カバープレートの厚さは約２ミリメ ートルである。実際の製造には、キーボード装置の一辺の長さを、例えば１００ ミリメートルにすることができよう。外側から見ると、このキーボード装置は、 同装置のカバープレート３１がキー区域３３を内包した一体で大型の装置に見え る。このカバープレートはキーボード装置のフレームでもよく、その場合にはキ ーボード装置は、図６が示すように、上から見ると金属製の完全に一体部材に見 える。 図７及び８は、キーボード装置を図５及び６で示したようなものとして実現し た、本発明に基づくキーボードの実施例の概略断面図である。図７に示す実施例 では、フレーム４１は基板として機能し、ＥＭＦ構造４２及びカバープレート４ ３は、キーボード装置の表面が平らとなるよう、前記フレームの凹部に配置され ている。カバープレート４３はキー区域Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄを含む。このＥＭＦ構造 を、接着剤層４４でカバープレートに、そして接着剤層４５で基板４１に固定し てもよい。原則的には、接着剤層４４及び４５は空気の層としても、あるいはカ バープレートとＥＭＦ構造との間の絶縁層とすることもできる。フレーム４１の 形成する基板は孔を有し、この孔を通じてワイヤ４６及び４７が電子部５０に導 かれる。 図８に示す実施例では、フレーム４１はＥＭＦ構造４２付近では若干薄くなっ ており、このフレームはキー区域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを含み、またカバープレートと して機能する。ＥＭＦ構造を接着剤層４４でフレーム４１に固定することも可能 である。比較的に厚く、かつ頑丈な、例えばエポキシなどから鋳造されたプラス チック層４８が、ＥＭＦ構造４２を覆う基板として機能すると共に、この構造４ ２をフレーム４１とで隈なく包囲する。このプラスチック層４８は、１、２ミリ メートルの厚さでもよいが、充分硬質でなくてはならず、また、変換素子の位置 においてＥＭＦ構造の反対側に力が加えられてＥＭＦが僅かに圧縮されて検出可 能な信号を生じるときにその力に充分抗するものである。電子部５０に達するワ イヤ４６及び４７はこの鋳造されたプラスチック層を貫通する。このプラスチッ ク層を、図の点線４９で示すように、電子部５０を覆い、かつ内包するのに充分 な厚さに鋳造することができる。これにより、頑丈で耐久性に富むと共に、環境 要因から良好に封止かつ遮蔽されたキーボード装置を容易に提供することができ る。このような方法により、ガラス又はプラスチック製の基板を用いても同様に 容易にキーボードを実現することができる。 本発明に基づくキーボードの用例としては、特に、天気の変化、機械的力又は 乱暴な取扱いに曝される、公共の場所又は商業ビルに設置される装置が挙げられ る。鋼に加えて、カバープレート材料に適したものには、その他の金属、例えば アルミニウムや、セラミック材、ガラス及びプラスチックが含まれる。上に述べ たカバープレートの厚さ及びその他の寸法は単なる例であるが、「硬質のカバー プレート」とは発明の定義において何を示すのかを例示するものである。本発明 に基づくキーボードにおいては、ＥＭＦ構造と、硬質、かつ、従来のキーボード 構造及び表示部の寸法に比較して大型のカバープレートとを取り入れることが重 要である。 可能性の一つとしては、ＥＭＦ構造を液晶表示装置の後方に配置して、カバー プレートを液晶表示装置を含むものとすることがある。これにより、簡単で機能 的なタッチセンサ式表示装置を実現する方法が提供される。 本発明に基づく構造を備えると共に適した絶縁材料を選択したキーボードは、 大きな気温変化、及び急激な気温変化に耐えることができ、その際に故障を起こ すこともないであろう。 上述のように、本発明に基づくキーボードは、比較的薄く製造することが可能 である。図３及び４に基づく構造の厚さは、例えば、カバープレート及び後方プ レートを鋼で形成し、絶縁層をポリエステルの膜で形成すれば３ミリメートルと いう薄さにすることができよう。キーボードはまた、弾性のＥＭＦをスイッチメ ンブレンとして用いることで所望の表面形状を有するよう実現することができる 。 本発明は上述の例に限定されることなく、同封の請求の範囲から認められる範 囲まで変更可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１２月１６日 【補正内容】 膜材料は、気体の充満したセルを特殊な方法を用いて生じさせて内包したポ リプロペンなどの絶縁物質であり、前記セル表面には永久的な電荷を持たせてい る。圧力等によって生じた膜厚の変化は電流パルスを生じ、この電流パルスを、 前記膜表面に固定した電極によって検出することができる。 キーボードにＥＭＦを利用しようという発想は、当業者には充分自明であるが 、この発想は、例えば、上述の特許公報ＦＩ７１２６７号に述べられている。Ｅ ＭＦはＰＶＤＦよりも低コストで製造でき、また基本的には、ＥＭＦを用いても 、ＰＶＤＦを用いた場合に相当するノイズ抵抗を有する変換素子を製造すること ができる。例えば、ポリプロペンを基にしたＥＭＦは、柔軟性に富み、その気泡 構造のために軽量であるという特徴がある。また電気機械的変換手段としてのＥ ＭＦの感応性も高い。さらに、ＥＭＦを用いることで大変薄い構造を実現するこ とができる。この膜は、例えば４０μｍという薄さとすることができる。前記ポ リプロペンを基にしたＥＭＦの欠点は、機械的耐久性に乏しい点にある。明らか にこれが、我々の知る限りではＥＭＦがキーボードに用いられてこなかった理由 である。 柔軟で軽量、かつ薄いＥＭＦをキーボードの製造に利用できるかを研究する中 で、我々は、特定の用途を念頭に置きつつ、前記の柔軟で軽量、かつ薄いＥＭＦ 構造を比較的硬質で大型のカバープレートと組み合わせれば非常に利点の多い解 決法とできるという、驚くべき発見をするに至った。 一体で硬質のカバープレートと、それぞれが該カバープレートの第一面上の区 域により形成されるキーと、各キー区域に対応する電気機械的変換手段とを含む 、本発明に基づくキーボードは、キー区域のための電気機械的変換手段が、該第 一面とは反対側の該カバープレートの第二面上に固定された一つの共通の膜構造 によって形成されており、さらにこの膜構造が、ＥＭＦとして知られる気泡構造 を 備えたエレクトレット膜と、各変換手段のための電極を形成するための前記ＥＭ Ｆ膜上の回路パターンとを含むことを特徴とする。 ＥＭＦ構造は、基板上に直接あっても、又は薄い中間層を介在させていてもよ い。 本発明に基づくキーボードの有利な一実施例では、該カバープレートはさらに 、前記キーボードのフレームを形成する。基板を該カバープレート上に鋳造され たプラスチックの層として、ＥＭＦ構造をこの基板と前記カバープレートとで隈 なく包囲してもよい。 別の有利な一実施例として、基板はまた、前記キーボードのフレームを形成す る。 カバープレートの材料は以下のうちの一つであることが考えられる。例えば、 アルミニウム又は鋼などの金属、プラスチック、ガラス又はセラミック材料であ る。 発明のある実施例では、カバープレートの厚さは約２ミリメートルである。厚 さ約４ミリメートルの鋼板で形成された基板上にＥＭＦ構造を定着させてもよく 、また、カバープレートを鋼で形成してもよい。 発明のさらなる実施例では、ＥＭＦ構造とカバープレートの間に接着剤の層又 は空気の層があってもよい。 発明のさらに別の一実施例として、カバープレートは液晶表示装置を含んでい てもよい。 この構造が、機械的かつ化学的に遮蔽性の非常に高いキーボードを形成するこ とが明白である。 請求の範囲（翻訳文） １．一体で硬質のカバープレート（１４、２２、３１、４３）と、 それぞれが、前記カバープレートの第一面上の区域（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）によっ て形成されるキーと、 前記キー区域に対応する電気機械的変換素子と を含むキーボードであって、 前記電気機械的変換素子が一つの共通の膜構造（１１、１２；２１；４２）に よって形成され、前記膜構造が前記カバープレートと比較すると薄く、かつ柔軟 であり、前記カバープレートの前記第一面とは反対側の第二面上に固定され、基 本的には、ＥＭＦとして知られる気泡構造（１１）を備えた膜と、変換素子のた めの電極（２）を形成するための前記ＥＭＦ膜（１１）上の回路パターン（１２ ）とから成る ことを特徴とするキーボード。 ２．前記膜構造（１１、１２；２１；４２）が前記カバープレート（１４、２２ 、３１、４３）上に直接固定されていることを特徴とする、請求項１に記載のキ ーボード。 ３．接着剤の層（４４）が前記膜構造（４２）と前記カバープレート（４１、４ ３）との間にあることを特徴とする、請求項１に記載のキーボード。 ４．空気層が、前記膜構造（４２）と前記カバープレート（４１、４３）との間 にあることを特徴とする、請求項１に記載のキーボード。 ５．前記膜構造（１１、１２；２１；４２）が基板（２３、４１、４８）上に直 接又は薄い中間層（２５、４５）を介してあることを特徴とする、上記請求項の いずれかに記載のキーボード。 ６．前記カバープレート（３１、４１）がさらに前記キーボードのフレームを形 成することを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載のキーボード。 ７．前記基板が、前記カバープレート（４１）上に鋳造されたプラスチック層（ ４８）であり、前記カバープレートと共に前記ＥＭＦ構造（４２）を隈なく包囲 することを特徴とする、請求項５又は６に記載のキーボード。 ８．前記基板（４１）がさらに前記キーボードのフレームを形成することを特徴 とする、請求項５に記載のキーボード。 ９．前記カバープレートの材料が、アルミニウム又は鋼等の金属、プラスチック 、ガラス又はセラミック材料のうちいずれかであることを特徴とする、上記請求 項のいずれかに記載のキーボード。 １０．前記カバープレートの厚さが約２ミリメートルであることを特徴とする、 上記請求項のいずれかに記載のキーボード。 １１．前記カバープレートが液晶表示装置を含むことを特徴とする、上記請求項 のいずれかに記載のキーボード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一つ又はそれ以上のキーと、対応する電気機械的変換手段とを含むキーボー ドであって、 前記キーに対応する前記変換手段を形成する、ＥＭＦとして公知の気泡構造（ １１）を備えたエレクトレット膜を含む膜構造（１１，１２；２１；４２）と 前記ＥＭＦ構造（１１、１２；２１；４２）を覆う一体で硬質のカバープレー ト（１４、２２、３１、４３）であって、各電気機械的変換手段近傍の該カバー プレート域がキーを形成する、カバープレートと を含むことを特徴とするキーボード。 ２．前記ＥＭＦ構造（１１、１２；２１；４２）が、基板（２３、４１、４８） 上に、直接又は薄い中間層（２５、４５）を介してあることを特徴とする、請求 項１に記載のキーボード。 ３．前記カバープレート（３１、４１）がさらに前記キーボードのフレームを形 成することを特徴とする、請求項１又は２に記載のキーボード。 ４．前記基板が、該カバープレート（４１）上に鋳造されたプラスチック層（４ ８）であり、前記カバープレートと共に、前記ＥＭＦ構造（４２）を隈なく包囲 することを特徴とする、請求項２又は３に記載のキーボード。 ５．前記基板（４１）がさらに前記キーボードのフレームを形成することを特徴 とする請求項２に記載のキーボード。 ６．前記カバープレートの材料が、アルミニウム又は鋼等の金属、プラスチック 、ガラス又はセラミック材料のいずれかであることを特徴とする、上記請求項の いずれかに記載のキーボード。 ７．前記カバープレートの厚さが約２ミリメートルであることを特徴とする、上 記請求項のいずれかに記載のキーボード。 ８．接着剤層（４４）が、前記ＥＭＦ構造（４２）と前記カバープレート（４１ 、４３）との間にあることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載のキーボ ード。 ９．空気の層が、前記ＥＭＦ構造（４２）と前記カバープレート（４１、４３） との間にあることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のキーボード 。 １０．前記カバープレートが液晶表示装置を含むことを特徴とする、上記請求項 のいずれかに記載のキーボード。