JPS6081719A - 接点開閉装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は接点開閉装置、とりわけキーを押すことによっ
て薄膜接点スイッチを付勢するための接点開閉装置に関
する。

［従来技術〕 米国特許第４１’１８６１１号には次のような従来例が
示されている。座屈圧縮ばねを用いた軸支点式の切替付
勢手段（アクチュエータ）がキーを押すことに応答して
動くようになっており、それによって接点間の容量を変
化させてスイッチの開閉を行うものである。この従来例
では、キーを押した際に、１つのピボット点を支点トこ
してアクチュエータが回転する。

［発明が解決しようとする問題点コ 前記米国特許に示されるような従来のスイッチ開閉手段
は、アクチュエータが１つの軸を支点にして回転するの
でキーを押す力がスイッチ開閉のための力として作用す
る場合に効率よくその力が伝達されていないという問題
がある。

［問題点を解決するための手段］ 薄膜接点スイッチ構造の接点スイッチの開閉のためのア
クチュエータが、ばねを選択された方向に過度に座屈す
るようにキーを押している間に、第１のピボット点を軸
として回転する。ばねが過度に座屈すると、アクチュエ
ータが第２のピボット点を軸として回転する。第２のピ
ボット点は前述の接点スイッチのほぼ真上に位置し接点
スイッチを閉じるようになっている。従って、キーを押
す力のほとんどが第２のピボット点に加えられて接点ス
イッチを閉じる。以上のようにして、ばねが座屈した時
に、キーを押す力のほとんどが接点スイッチに伝えられ
てこれを閉じる。

一本発明の揺動式アクチュエータによって、キーが解除
された場合に接点スイッチが誤って開いてまた閉じると
いうことはなくなる。押されていたキーが解除された場
合は、ばねの座屈によって生成されるモーメントの減少
度はばねの圧縮力の減少度よりも小さい。従ってキーが
解除されてもキーが押されている間に揺動式アクチュエ
ータが回転するのと同じ方向にさらに揺動式アクチュエ
ータが回転し、しかる後に反対方向に回転して初めの静
止位置に戻る。これが接点スイッチの誤まった開閉の起
こらない理由である。

本発明による接点開閉装置は、前記米国特許に比べて、
コストはおよそ半分になる。本発明の接点開閉装置は、
薄膜接点スイッチ構造の接点スイッチとアクチュエータ
が共働して、接点スイッチを閉じるのに要する力の少な
くとも２倍の力を生成するように設計される。これは、
薄膜接点スイッチの接点スイッチを閉じるために、キー
に加えられる力のほとんど全てを接点スイッチに伝達す
ることによって達成される。

［実施例コ 第１図について説明する。第１図はキーボード上の１つ
のキー１０を表わす。キーボードは、例えば、１９８２
年５月２０日付の米国特許出願第３８０３８６号に示さ
れるタイプのものである。

キー１０を用いて、例えば、タイプライタの１つの文字
を選択する。

キー１０は、フレーム１２の直立した中空の円筒支持体
１１に沿って摺動するように取付けられている。フレー
ム１２は、キーボードのキー１つに対して円筒支持体１
１を１つ有する。

フレーム１２はキー１０と同様に適切なプラスチックで
できており、金属の基板１４に取付けられている。タイ
プライタの筐体が基板１４を支持する。フレーム１２は
適切な手段を用いて基板１゜４に取付ければよい。良好
な例では、フレーム１２に階段状のほぞを成形して基板
１４に取付ける。

各々のほぞを薄膜接点スイッチ構造１５の開口部（図示
せず）および基板１４の開口部（図示せず；ただし薄膜
接点スイッチ構造１５の開口部よりは狭くなっている）
′に順に通して、フレーム１２を基板１４の上面に置く
。階段状のほぞの大きい部分と小さい部分との間は眉の
ようになっている。

これは、はぞの小さい部分を基板１４の開口部に通した
場合に、肩の部分が基板１４の上面に載るようにするた
めである。はぞを熱するとそれが基板１４の底面とリベ
ット状に係合する。

キー１０は下方に延びた心棒１６を有する。心棒１６は
フレーム１２の円筒支持体１１の内側に入っていて、こ
れによってキー１ｏが円筒支持体に入っていて、これに
よってキー１ｏが円筒支持体１１内で摺動する。二また
状になっていて２つの分離したスカート部１７（ただし
図示されているのは１つだけである）を有する心棒１６
の外面および円筒支持体１１の内面には、リブとみぞ穴
が設けである。ユーザがキーを押したり離したりするこ
とによって、キー１ｏが垂直方向に移動する間、こうし
たリブおよびみぞ穴が共働して、キー１０の移動を方向
付けて誘導する。

ばね１８はキー１０とアクチュエータ１９との間に張り
渡す。軸支揺動式のアクチュエータ１９は、キー１０が
押された場合に、薄膜接点スイッチ構造１５の１つの接
点スイッチ２ｏをｌ１ｊＪじる。

ばね１８の上端は、キー１ｏの心棒１６にある取付は台
２１に作用する。取付台２１は、ばね１８が始めに選択
された方向（第１図では右方向）に屈折するように、わ
ずかに傾いている。この方向はタイプライタの前面へ向
う方向である。キー１０の傾斜面２２がキー１ｏの前面
であり、これがタイプライタの前面となる。ばね１８の
横方向の座屈は心棒１６のスヵーｌ一部１７によって制
限されている。

アクチュエータ１９が常に薄膜接点スイッチ構造１５の
上面２５に静止しているので、ばね１８は絶えずキー１
０を上方に押す。キー１ｏの上方への移動は、止め部２
６（ただし図示されているのは１つだけである）によっ
て制限されている。

止め部２６は心棒１６の各スカート部１７の底に隣接し
てスカート部１７の外面に付いており、円筒支持体１１
の内面にあるｒ１２７（ただし図示されているのは１つ
だけである）と係合するようになっている。各々の止め
部２６は斜面を有する。

止め部２６の斜面は肩２７上の斜面と対になっており、
キーボード組立またはキー１０の交換の際にキー１０を
円筒支持体１１内に挿入した場合は各々の止め部２６が
肩２７よりも上がらないようになっている。

ばね１８の下端は、圧入によって、アクチュエータ１９
の支柱２３の周囲に取り付けられている。

支柱２３は、ばね１８を容易に圧入できるよう、平坦な
面２４（第８図参照）を有する。

アクチュエータ１９の支柱２３は指状突起部２８（第８
図参照）から上方に延びている。指状突起部２８はアク
チュエータ↓９の底板２９の中央から′突き出ている。

底板２９の両側からもそれぞれ指状突起部３０および３
１が突き出ている。

第７図および第８図に示すように、アクチュエータ１９
に形成された指状突起部２８．３ｏおよび３１の間には
空間がある。キー１ｏの心棒１６の一方のスカート部１
７が中央の指状突起部２８と外側の指状突起部３０との
間の空間に入り、もう一方のスカート部１７が、中央の
指状突起部２８と外側の指状突起部３１との間の空間に
入るようになっている。−こうして、第１図および第３
図に示すように、キー１０の心棒１６のスカート部はア
クチュエータ１９に対して第１９図の位置から第３図の
位置まで下方に移動可能となる。

外側の指状突起部３０はその先端に支え台３２を有し、
他方の外側の指状突起部３１−もその先端に支え台３３
を有する。支柱２３は支え台３２の底面３４、および支
え台３３の底面３５に対してほぼ垂直に配置されている
。支え台β２の底面３４と支え台３３の底面３５は同一
平面上にある。

アクチュエータ１９は下方に延びた突起部３６（第２図
および第７図参照）を有する。突起部３６は、図かられ
かるように、中央の指状突起部２８の底面、および、底
板２９の一部の所から下方に延びている。下方に延びた
突起部３６の底面３７はその外面全体が曲面となってい
ることが望ましい（第２図参照）。突起部３６は、第２
図の断面図に示すように中央の指状突起部２８から底板
２９に至るまで曲がっている底面３７を有する。

キー１０が押さ九ておらずばね１８によって最」二端ま
で押し上げられているような状態、すなわち、アクチュ
エータ１９が第１図および第２図に示すように静止位置
にある場合は、薄膜接点スイッチ構造１５の上面に接触
する面は、アクチュエータ１９の支え台３２の底面３４
（第８図）および支え台３３の底面３５だけである。支
え台３２の底面３４および支え台３３の底面３５は接点
スイッチ２０（第２図）から離れているので、アクチュ
エータ１９が静止位置にある間は、はね１８がたとえ圧
縮されたとしても接点スイッチ２０に何ら力を加えるこ
とはない。アクチュエータ１９が静止位置にある間は、
突起部３６の底面３７と、薄膜接点スイッチ構造１５の
上面２５の間にはわずかにすき間がある。このすき間は
、および０゜０２ｍｍである。

薄膜接点スイッチ構造１５の形成方法は前記米国特許出
願に詳述されている。蓼膜接点スイッチ構造１５は、上
部層３８、中間層３９、および下部層４０を有し、これ
らは全て電気的絶縁材でできている。良好な実施例では
こうした層は全てマイラである。これらの層は、にかわ
によって互いに重ねて保持する。

上部層３８の底面４２には、円形接点４１（図は１つだ
け）が形成されている。下部層４０の上面４４には円形
接点４３（図は１つだけ）が形成されている。前記米国
特許出願に示されているように円形接点４１．４３は回
路の一部となっている。

中間層３９の中には円形開口部４５が形成されている。

円形開口部４５は、円形接点４１．４３を入れるための
もので、従ってそれらよりも大きい。円形接点４１．４
３により接点スイッチ２０が構成される。従って、アク
チュエータ１９によって上部層３８を中間層３９の円形
開口部４５の中に移動させると、第３図および第４図に
示すように、円形接点４１と円形接点４３とが接触して
接点スイッチ２０が閉じる。

第１図および第２図に示すように、アクチュエータ１９
が静止位置にある場合は、薄膜接点スイッチ構造１５（
第２図）の上面に接触する面は、アクチュエータ１９の
支え台３２の底面３４（第８図）および支え台３３の底
面３５だけである。

この理由を以下に示す。ばね１８によってアクチュエー
タ１９に加えられる圧縮力を表わす力Ｆはモーメントを
生成する。このモーメントは、支え台３２の底面３４の
先端部４７および支え台３３の底面３５の先端部４８（
第７図）から支柱２３の中心までの距離Ｘに力Ｆ（第２
図）を乗じたものである。このモーメントは、ばね１８
のわずかな初期座屈によって生成されているモーメント
Ｍ（第２図）よりも太きい。従ってアクチュエータ１９
は静止位置を維持する。前述のように、キー１０が押さ
れていない場合は、ばね１８は選択された方向に座屈し
ている。

支え台の底面の先端部４７．４８（第７図）は、初期の
ピボット点すなわちピボット軸を構成し、モーメントＭ
が力Ｆと距離Ｘの積よりも大きくなった時にアクチュエ
ータ１９はこれを軸にして時計方向に回転する（第２図
）。前述のように、アクチュエータ１９が静止位置にあ
る時は、モーメントＭは力Ｆと距離Ｘの積により生成さ
れるモーメン１〜よりも小さい。アクチュエータ１９が
静止位置にある間は、突起部３６の底面３７と、薄膜接
点スイッチ構造１５の上面２５の間にはわずかにすき間
がある。

キー１０を第１図の位置から第３図の位置まで押すと、
キー１０に加えられる力によって第３図の力Ｆ、すなわ
ち、ばね１８によってアクチュエータ１９に伝えられる
力、が増加する。キー１０を押している間にキー１０に
加えられる力と、キー１０の移動量との関係を第９図に
示す。

キー１０を押すことによって（第３図）、アクチュエー
タ１９が静止位置にある場合の力Ｆよりも力Ｆが増加す
ると（第４図）、モーメンｌ−Ｍ（第４図）も力Ｆ（第
４図）と距離Ｘとの積から生成されるモーメントよりも
大きくなる。モーメントＭ（第４図）は、ばね１８が第
１図の位置から第３図の位置まで過度に座屈しその座屈
量が増加することによって生ずるものである。こうして
アクチュエータ１９が初期のピボツ１−軸、すなわち、
支え台の底面の先端部４７および４８、を軸にして回転
する。この時計方向（第２図および第４図）の回転によ
り、突起部３６の底面３７が簿膜接点スイッチ構造１５
の上面２５に接触して、薄膜接点スイッチ構造１５の上
部［３８が中間層３９の円形開口部４５の中に移動する
。従って、上部層３８の底面４２の円形接点４１が下部
層４０の上面４４の円形接点４３に接触する。

アクチュエータ１９が初期のピボッ１〜軸を軸にして回
転すると、アクチュエータ１９の突起部３６の底面３７
が薄膜接点スイッチ構造１５の上部層３８の点４９（第
４図）に接する。第４図に示すように、点４９から初期
のピボット軸までの距離はｄである。アクチュエータ１
９が第４図の位置にある場合は、力Ｆと距離の合計（ｘ
＋ｄ）との積で生成されるモーメントがモーメントＭに
対抗している。この時、モーメントＭはモーメントＦ　
（ｘ＋ｄ）よりもわずかに大きい。

薄膜接点スイッチ構造１５とアクチュエータ１９は点４
９だけで接しているので、力Ｆは点４９における合力Ｒ
に等しい。これは、アクチュエータ１９に垂直方向に作
用する力の合計である。

これは、キー１０に下方に加えらｈる力（第３図）のほ
とんど全てが蕾膜接点スイッチ構造１５に伝えられると
いうことを意味する。比較的大きなこの力はアクチュエ
ータ１９の反発力を減し、接点スイッチ２０を閉しる。

キー１０を押して生成される力Ｆ（第４図）は、アクチ
ュエータ１９が点４９で薄膜接点スイッチ構造］−５と
接触している場合は、４０グラムないし５０グラムであ
る。接点スイッチ２０を閉じるのに必要な力はおよそ１
５グラムである。従って、アクチュエータ１９に加わる
力は、接点スイッチ２０を閉じるのに必要な力の少なく
とも２倍はある。

接点スイッチ２０を閉じるのに必要な力は上部層３８の
材質および厚さ、ならびに中間層３９の円形開口部４５
の大きさおよび深さに依存する。

従って、接点スイッチ２ｏを閉じるのに必要なカが、点
４９に作用する合力Ｒの半分よりも小さくなるように、
これらを選択する。

接点スイッチ２０が閉じると、ばね１８の過度の座屈（
第３図）によってユーザはこれを感じてキー１０から指
を離す（−キー１ｏの解除）。仮にユーザがキー１０を
押しつづけたとしても、キー１０の表面５０と円筒支持
体１１の上端部５１が係合するので、キー１０の下降の
最大量はここで制限される。

キー１０が解除された場合、初めは、カＦ（第６図）の
減少の度合はモーメントＭの減少の度合よりも大きい。

従って、モーメンｌ−Ｍは、依然としてモーメントＦ（
ｘ＋ｄ）よりも大きく、アクチュエータ１９は時組方向
の回転を続けて、接点スイッチ２０は閉じたままとなっ
ている。従って支え台の底面３４．３５は薄膜接点スイ
ッチ１５の上面２５よりもさらに高い所にある。こうし
て、アクチュエータの突起部３６の底面３７と、薄膜接
点スイッチ構造１５の上面２５が、点５２において接す
る。

第４図および第６図かられかるように、距離ｄは増加し
ている。最終的に、ばね１８が元に戻る（第５図）ので
モーメン１〜Ｍは減少する。モーメントＭが減少し、か
つ、距離ｄが増加するので、モーメントＦ（ｘ＋ｄ）が
モーメントＭより大きくなって、アクチュエータ１９は
反時訂方向に回転を始めて、第６図の位置から第２図の
静止位置に戻る。ところで、点５２（第６図）は初期の
ピボツ１へ軸、すなわち、支え台の底面の先端部４７．
４８からずっと離れた所にあるので、接点スイッチ２０
が誤って開いてまた閉じるということはない。アクチュ
エータ１９が点５２（第６図）から左方に揺れ動いて、
支え台の底面３４．３５が簿膜接点スイッチ構造１５の
上面に再び接触する。

アクチュエータ１９がこうして揺れ動く際には、過度の
反発力は何ら伴わない。何故なら、アクチュエータ１９
の突起部３６の底面３７が曲面となつているからである
。

第９図は、キー１０に加えられる力とキー１゜の移動量
との関係を、１サイクル全体にわたって示した図である
。第９図は、キー１ｏの幾つかの位置も示している。例
えば、点５３は、アクチュエータ１９が静止位置にあっ
て打鍵が行われていない場合のキー１０の位置を表わし
ている。点５４は、アクチュエータ１９が第３図および
第４図の位置にある場合のキー１０の位置を表わす。点
５５は、アクチュエータ１９が第５図および第６図の位
置にある場合のキー１ｏの位置を表わす。

点５６は、キー１０が初めの位置に戻ってアクチュエー
タ１９が第１図および第２図の位置にある場合のキー１
０の位置を表わす。点５３および点５６ではキー１０の
移動量はゼロであるが、移動中の摩擦によるロスのため
に力はわずかの違いがある。

第２図かられかるように、アクチュエータ１９の突起部
３６の底面３７はその外面全体が曲面になっているが、
必要ならば、底面３７の一部を平坦にしてもよい。底面
３７の一部を平坦にしておけば、アクチュエータ１９の
移動（第４図の位置から第６図の位置）の際、この平坦
部が薄膜接点スイッチ１５の上面と係合する。

前記米国特許に示されるのと同様にして本実施例におい
ても、接点スイッチの開閉をユーザは感知することがで
きる。すなわち、接点スイッチの開閉が行われた場合は
必ずキー１０が少し動いてユーザにその感触が伝わるよ
うになっている。

第９図に示す物理的なヒステリシスは、この接点スイッ
チ開閉の６多が存在することを表わしている。点５４は
接点スイッチが閉じている状態であり、キー１０が初め
の押されていない位置に復帰する際にヒステリシスを経
過しなければ接点スイッチは開かない。

以」二に説明した各構成部の寸法関係の１例を挙げる。

薄膜接点スイッチ構造１５の上部層３８、中間層３９、
および下部層４０の厚みは、それぞれ、０．０７６２．
ｍｍ、０．１２７ｍｍ、およそ、０゜２０３２ｎｗｎで
ある。基板１４の厚みはおよび１゜２７ｍｍである。ア
クチュエータ１９の突起部３６の底面３７の曲線の手軽
は７圃１である。前述のように、第２図で、底面３７と
薄膜接点スイッチ構造１５の上面２５との間のすき間は
およそｏ、０２ｍである。これらの大きさは各部分の大
きさが相対的になるように示しである。大きさは図によ
ってかなり異なるので、目盛りは図示しない。

［発明の効果］ 本発明により、接点スイッチに比較的大きなカを作用さ
せることができる。他の利点として、キーを押す力を薄
膜接点スイッチ構造の接点スイッチに効率よく伝えてそ
れを閉じることができる。

さらに他の利点として、キーを押した際およびキーを離
した際のいずれの場合にもスイッチの反発力を最小限に
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアクチュエータが静止位置にある場合の接点開
閉装置の断面図、第２図は第１図の状態におけるアクチ
ュエータおよび薄膜接点スイッチ構造の関係を表わす部
分拡大図、第３図はアクチュエータが接点スイッチを閉
じている状態にある場合の接点開閉装置の断面図、第４
図は第３図の状態におけるアクチュエータおよび薄膜接
点スイッチ構造の関係を表わす部分拡大図、第５図はア
クチュエータが接点スイッチを開く寸前の接点開閉装置
の断面図、第６図は第５図の状態におけるアクチュエー
タおよび薄膜接点スイッチ構造の関９図はキーに加わる
力とキーの移動量との関係を表わすグラフである。 出願人　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人　弁理士　頓　宮　孝　− （外１名） 第１図 第２図 第４図 第３図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 けられたキーと、 該キーの下方で前記筐体に取付けられた、接点スイッチ
   を含む薄膜接点スイッチ構造と、前記接点スイッチの開
   閉を行うアクチュエータと、 該アクチュエ・−夕と前記キーとの間に保持されたばね
   と、 を有し、 前記アクチュエータは上面および底面を有し該底面が前
   記薄膜接点スイッチ構造の上に位置し、前記ばねの一端
   が前記キーに作用し他端が前記アクチュエータの前記上
   面に作用し、前記アクチュエータの前記底面が前記薄膜
   接点スイッチ構造の上に位置しかつ前記キーが移動され
   ていない場合には前記ばねかわずかに圧縮されかつ選択
   された方向にわずかに座屈されており、 前記アクチュエータの前記底面は第１の面を有し、前記
   キーが移動されていない場合に前記第１の面が前記薄膜
   接点スイッチの上に静止して前記アクチュエータを静止
   位置に維持し、前記アクチュエータが静止位置にある場
   合に前記ばねの力が前記接点スイッチを閉成することの
   ないように前記第１の面は前記接点スイッチに相対して
   配置され、 前記アクチュエータは下方に延長部分を有し該延長部分
   は前記薄膜接点スイッチ構造の前記接点スイッチに接近
   して位置し前記延長部分の底面は前記アクチュエータの
   前記底面の一部を形成し前記延長部分の外面は、少なく
   とも、前記第１の面から前記アクチュエータによって前
   記接点スイッチの開成が行われる所に至るまで曲面にな
   っており、 前記キーを下方に押した場合は前記ばねが圧縮され選択
   された方向にさらに座屈して前記アクチユエータが静止
   位置から回転し前記延長部分が前記接点スイッチの上で
   回転して前記接点スイッチを閉成しかつ前記第１の面を
   前記薄膜接点スイッチ構造から持ち上げ、前記キーを解
   除した場合は前記ばねの座屈が回復して前記アクチュエ
   ータが前記第１の面の方向に回転し前記接点スイッチを
   開く、 ことを特徴とする接点開閉装置。