JP2021140901A - スイッチ装置及びキー入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アナログスイッチ等の様々なスイッチとして適用可能なスイッチ装置及びキー入力装置を提供する。【解決手段】キーボード等のキー入力装置が備えるキースイッチ１等のスイッチ装置は、固定部材１０と、押下操作を受けて固定部材１０に対して移動する可動部材１１とを備えている。固定部材１０には固定電極１５が取り付けられており、可動部材１１には可動電極１３が取り付けられている。更に、固定電極１５及び可動電極１３を用いて形成されるコンデンサの静電容量を検出可能な第１端子及び第２端子Ｔ２を備えている。第１端子及び第２端子Ｔ２の間の静電容量は、可動部材１１の移動距離に応じて変化するので、検出した静電容量に基づいて、回路の開閉又はレベルの制御を行うことが可能である。【選択図】図６

Description

本発明は、固定部材と、押下操作を受けて固定部材に対して移動する可動部材とを備えるスイッチ装置、及びそのようなスイッチ装置を備えるキー入力装置に関する。

コンピュータ等の電子機器への入力装置として、複数のキースイッチが並べて配置されたキーボードが普及している。特に、昨今では、ｅスポーツと呼ばれるコンピュータゲームの人気の高まりに伴い、様々な特性を有するキーボードが求められてきている。例えば、特許文献１では、押棒が固定接触片と可動接触子との間の電気接触を開閉するスイッチを開示している。

特表平８−５０４０５０号公報

しかしながら、ｅスポーツ等のキーボードの用途の多様化に伴い、特許文献１に開示しているような機械的な構造及び動作にて導電性の部材の間を接離することで回路を開閉するメカニカルスイッチでは対応し難い特性も求められてきている。例えば、アナログスイッチのように、キースイッチのストローク（移動距離）に対して、出力信号が増大するという特性もその一つである。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、アナログスイッチ等の様々なスイッチとして適用可能なスイッチ装置の提供を主たる目的とする。

また、本発明は、そのようなスイッチ装置を用いたキーボード等のキー入力装置の提供を他の目的とする。

上記課題を解決するため、本願記載のスイッチ装置（キースイッチ）は、固定部材と、押下操作を受けて前記固定部材に対して移動する可動部材とを備えるスイッチ装置であって、前記固定部材に取り付けられた固定電極と、前記可動部材に取り付けられた可動電極と、前記固定電極及び前記可動電極を用いて形成されるコンデンサの静電容量を検出可能な第１端子及び第２端子とを備えることを特徴とする。

また、前記スイッチ装置において、前記固定電極及び前記可動電極は、それぞれ電極面を有し、前記固定電極の電極面及び前記可動電極の電極面は、並行に配置され、かつ少なくとも押下操作を受けた場合に対向するようにしてあり、前記第１端子及び前記第２端子から検出される静電容量は、前記可動部材の移動距離に応じて変化することを特徴とする。

また、前記スイッチ装置において、前記固定電極及び前記可動電極のうち一方の電極は、両面が前記電極面となる板状をなし、前記固定電極及び前記可動電極のうち他方の電極は、前記一方の電極の両電極面に対して両側から対向する複数の電極面を有することを特徴とする。

また、前記スイッチ装置において、前記固定電極及び前記可動電極の間に配置される誘電体を備えることを特徴とする。

また、前記スイッチ装置において、前記誘電体は、前記固定部材及び／又は前記可動部材に固定された板状をなすことを特徴とする。

また、前記スイッチ装置において、前記第１端子は、前記固定電極と導通しており、前記可動電極及び前記第２端子の間は、導電性の部材で接続されていることを特徴とする。

また、前記スイッチ装置において、前記第１端子は、前記固定電極と導通しており、前記可動部材を、押下操作による移動方向の反対方向へ付勢する導電性の付勢部材を備え、前記付勢部材は、前記可動電極及び前記第２端子の間を接続していることを特徴とする。

また、前記スイッチ装置において、前記固定電極として、前記第１端子と導通する第１固定電極及び前記第２端子と導通する第２固定電極を備え、前記第１固定電極及び前記可動電極の間で第１コンデンサを形成し、前記第２固定電極及び前記可動電極の間で、第１コンデンサと直列接続となる第２コンデンサを形成することを特徴とする。

更に、本願記載のキー入力装置（キーボード）は、複数のキースイッチが配置されたキー入力装置であって、前記キースイッチとして、前記スイッチ装置が配置されていることを特徴とする。

本願記載のスイッチ装置及びキー入力装置は、固定部材に取り付けられた固定電極と、可動部材に取り付けられた可動電極との間の静電容量を検出することが可能である。

本発明に係るスイッチ装置及びキー入力装置は、固定部材に固定電極が取り付けられ、押下操作を受けて移動する可動部材に可動電極が取り付けられており、固定電極及び可動電極間の静電容量を検出可能である。これにより、本発明は、静電容量から可動部材の移動状況を検出することが可能である。従って、例えば、アナログスイッチ等の様々な特性のスイッチを実現することが可能である等、優れた効果を奏する。

本願記載のキー入力装置を適用したキーボードの外観の一例を示す概略斜視図である。 本願記載のキースイッチの外観の一例を示す概略斜視図である。 本願記載のキースイッチの外観の一例を示す概略斜視図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略分解図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略断面図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略断面図である。 本願記載のキースイッチの回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略分解図である。 本願記載のキースイッチの回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。 本願記載のキースイッチの一例を示す概略分解図である 本願記載のキースイッチの回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。

＜適用例＞
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本願記載のキー入力装置は、例えば、コンピュータ等の電子機器へ文字、数字及び記号の他、各種命令等のデータの入力に用いられるキーボード、更には、コンピュータ及びキーボードを一体化したノート型コンピュータ（以下、ノートＰＣという）等の装置に用いられる。以下では、このようなキーボード、ノートＰＣ等のキー入力装置をキーボードＫＢとして示した図面を用いて実施形態を説明する。

＜キーボードＫＢ（キー入力装置）＞
図１は、本願記載のキー入力装置を適用したキーボードＫＢの外観の一例を示す概略斜視図である。キーボードＫＢには、スイッチ装置として、文字キー、数字キー、その他ファンクションキー等の複数のキースイッチ１が並べて配列されている。なお、図１に例示したキーボードＫＢは、一般的なＱＷＥＲＴＹ配列のキーボードＫＢに適用した例を示しているが、コンピュータゲーム専用のキーボードＫＢ、数字キーのみのキーボードＫＢ等、様々なキーボードＫＢに適用することが可能である。また、キーボードＫＢに配列された複数のキースイッチ１の全てに本願記載のキースイッチ１を適用するようにしてもよいが、コンピュータゲームに頻繁に使用される特定のキーのみに本願記載のキースイッチ１を適用するようにしてもよい。

＜キースイッチ１（スイッチ装置）＞
次にキーボードＫＢに配設されたキースイッチ１について説明する。本願記載のキーボードＫＢが備えるキースイッチ１は、様々な形態として実現することが可能であり、ここでは、その一例として、第１実施形態乃至第３実施形態を例示して説明する。

＜第１実施形態＞
本願記載のキースイッチ１は、押下操作に対して静電容量が変化するスイッチであり、変化した静電容量を検出し、検出した静電容量に基づいて、回路の開閉又はレベルの制御に適用することが可能である。

＜構造＞
先ず、キースイッチ１の構造について説明する。図２及び図３は、本願記載のキースイッチ１の外観の一例を示す概略斜視図である。図２は、斜め上からの視点で示しており、図３は、斜め下からの視点で示している。キースイッチ１は、キーボードＫＢに内蔵された基板に固定される固定部材１０と、上下に移動可能で、使用者の押下操作により下方へ押し込まれる可動部材１１とを備えている。キースイッチ１の上端には、使用者の押下操作を受け付ける被押下部材としてキートップ１２が取り外し可能に取り付けられている。キートップ１２及び可動部材１１は、使用者の押下操作により、固定部材１０に対して移動するが、固定部材１０は、押下操作により移動することはない。また、キースイッチ１の固定部材１０の下面の中央付近には、略円形状の導光口１００が開設されている。更に、固定部材１０の下面には、導光口１００の周囲から第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２が突出している。

使用者は、キースイッチ１にキートップ１２を取り付けた状態で、キーボードＫＢを操作可能となる。使用者がキーボードＫＢに配設されたキースイッチ１のキートップ１２に触れ、キートップ１２を押下する操作を行うことにより、キースイッチ１から、接続されているパーソナルコンピュータ等の電子機器へキースイッチ１毎の信号が送信される。また、キートップ１２の押下を解除することにより、押下から解放されたキースイッチ１は、上昇して元の位置に復帰する。本願記載のキースイッチ１は、可動部材１１の移動距離（ストローク）に対し、出力信号が増大する単調増加の関係にあるアナログスイッチ等のスイッチとして適用される。

キースイッチ１の内部構造について説明する。図４は、本願記載のキースイッチ１の一例を示す概略分解図である。図５及び図６は、本願記載のキースイッチ１の一例を示す概略断面図である。図５及び図６は、図２に示すＡ−Ｂを通る垂直面で切断したキースイッチ１の断面であり、内部構成を視認し易くするためキートップ１２を外した状態を例示している。図５は、キースイッチ１が押下操作を受けていない上死点に位置している状態を例示しており、図６は、キースイッチ１が押下操作を受けて可動部材１１が下方へ移動して下死点に位置している状態を示している。キースイッチ１は、前述の固定部材１０、可動部材１１及びキートップ１２の他、可動電極１３、付勢部材１４、固定電極１５、導電部材１６、光学部材１７等の各種部材を備えている。

固定部材１０は、略直方体状をなす筐体であり、上半体１０ａと下半体１０ｂとを組み合わせて形成されている。固定部材１０の上面には、可動部材１１を挿嵌する略正方形状の挿嵌口１０１が開設されている。固定部材１０の下面には、前述の導光口１００が開設されており、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２が内部から突出している。

固定部材１０の内底部には、中央付近に略円筒状をなす導光壁１０２が立設されている。導光壁１０２は、円筒の軸方向が上下方向となるように固定部材１０の内底部に立設されている。導光壁１０２の内側は、上面視正方形状をなす貫通孔となっており、固定部材１０の下面の導光口１００に繋がっている。導光壁１０２として形成された円筒内側の貫通孔には、上下方向に長い略四角柱状をなす光学部材１７が挿通されている。光学部材１７は、固定部材１０に開設された導光口１００の内側又はその下方の基板に配設されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光部材（図示せず）から発せられた光を上方へ導く光路となる部材である。光学部材１７は、ポリアクリル等の透明性の高い材料を用いて形成されており、発光部から発せられた光は、光学部材１７内の光路を通って上方のキートップ１２を下方から照射する。キートップ１２の文字部分又は上面全体を半透明の材質で形成することにより、下方から照射された光にてキートップ１２の文字部分又は上面全体が発光するという演出が行われる。

導光壁１０２及び光学部材１７の周囲には、圧縮コイルバネを用いた付勢部材１４が配置されている。付勢部材１４の下端は、導電部材１６を介して固定部材１０の内底部に取り付けられ、上端は可動部材１１を上方へ押圧している。付勢部材１４の上端には、可動電極１３が取り付けられている。付勢部材１４は、導電性材料を用いて形成されており、上端の可動電極１３と下端の導電部材１６との間を導通している。なお、本願でいう導通しているとは、絶縁体（誘電体）を介さずに、電気抵抗が小さく電気を通しやすい導体にて電気的に接続していることを意味する。部材の性質として「導電」との文言を使用する場合も同様であり、電気抵抗が小さく電気を通しやすい導体として機能することを意味する。

更に、固定部材１０内の導光壁１０２の周囲には、壁状をなす樹脂製の固定誘電体１０３（誘電体）が内底部から立設されている。固定誘電体１０３は、絶縁体の樹脂にて形成されており、固定電極１５及び可動電極１３の間に介装される誘電体として機能すべく、固定電極１５及び可動電極１３に対応する位置に配置されている。第１実施形態では、導光壁１０２を挟んで、２枚の固定誘電体１０３が、壁面同士を対向するように配置された例を示している。このように、固定誘電体１０３は、固定部材１０に固定された板状をなし、固定電極１５及び可動電極１３の間に介装される誘電体として機能する。

固定部材１０の内底部において、固定誘電体１０３の外側には、可動電極１３とコンデンサＣ（図７等参照）を形成する固定電極１５が、内底部に圧入された状態で立設されている。固定電極１５は、金属板等の導電性材料を用いて形成されており、板状をなす２枚の固定電極板１５０と、２枚の固定電極板１５０を連結する固定連結部１５１とを備えている。板状をなす２枚の固定電極板１５０は、２枚の固定誘電体１０３の外側の面に当接又は若干の間隙を空けた位置にそれぞれ立設されている。板状をなす固定電極板１５０の両面は、いずれも可動電極１３とコンデンサＣを形成する固定電極面１５００（電極面）となっている。２枚の固定電極板１５０を連結する固定連結部１５１には、前述の第１端子Ｔ１が形成されており、第１端子Ｔ１の下端は、固定部材１０の内底部を貫通して、外部へ突出している。このように、固定部材１０の内部に固定された固定電極１５は、板状をなす２枚の固定電極板１５０を有し、各固定電極板１５０の両面は、可動電極１３とコンデンサＣを形成する固定電極面１５００であり、固定電極１５と第１端子Ｔ１とは、導通している。

固定部材１０の内底部において、導光壁１０２の周囲には、金属板等の導電性材料を用いて形成された導電部材１６が、内底部に圧入された状態で立設されている。導電部材１６は、固定部材１０の内底部上に配置され、上面に付勢部材１４が載置される水平面部１６０と、下部が固定部材１０の内底部に圧入される垂直面部１６１とを備えている。水平面部１６０は、付勢部材１４が接触する円周に沿って湾曲した弧状に形成されている。垂直面部１６１には、前述の第２端子Ｔ２が形成されており、第２端子Ｔ２の下端は、固定部材１０の内底部を貫通して、外部へ突出している。このように、固定部材１０の内部に固定された導電部材１６を介することにより、付勢部材１４及び第２端子Ｔ２の間が導通する。

可動部材１１は、上面視略正方形状をなす角筒状の外形をなし、下部は固定部材１０の挿嵌口１０１内に挿嵌されている。可動部材１１の上面側は開放されており、キートップ１２を取付可能な取付部１１０が形成されている。可動部材１１の下部には、対向する二側面から下方へ突出するように、長方形の板状をなす樹脂製の可動誘電体１１１（誘電体）が形成されている。可動誘電体１１１は、絶縁体の樹脂にて形成されており、固定電極１５及び可動電極１３の間に介装される誘電体として機能すべく、固定電極１５及び可動電極１３に対応する位置に配置されている。更に、可動部材１１の下部には、四隅から下方へ向けて突出するように、固定部材１０に対する上下動を案内する柱状の案内部１１２が形成されている。

可動電極１３は、金属板等の導電性材料を成型した部材であり、圧縮コイルバネを用いた付勢部材１４の上端に取り付けられている。可動電極１３は、板状をなす４枚の可動電極板１３０と、４枚の可動電極板１３０を連結する可動連結部１３１と、可動連結部１３１から延びて付勢部材１４の上端に当接する導通片１３２とを備えている。板状をなす４枚の可動電極板１３０のうちの２枚は、可動部材１１の２枚の可動誘電体１１１の外側の面に当接又は若干の隙間を空けた位置にそれぞれ配置され、他の２枚は、２枚の可動誘電体１１１の内側に隙間を空けた位置にそれぞれ配置されている。板状をなす４枚の可動電極板１３０のうち、可動誘電体１１１の外側に位置する２枚の可動電極板１３０の内側の面は、固定電極１５の固定電極面１５００とコンデンサＣを形成する可動電極面１３００となっている。４枚の可動電極板１３０のうち、可動誘電体１１１の内側に位置する２枚の可動電極板１３０の外側の面は、固定電極１５の固定電極面１５００とコンデンサＣを形成する可動電極面１３００となっている。コンデンサＣを形成する固定電極面１５００と可動電極面１３００とは、対向する面が並行になるように配置されている。４枚の可動電極板１３０は、可動連結部１３１及び導通片１３２を介して付勢部材１４と導通しており、更に、付勢部材１４から導電部材１６を介して第２端子Ｔ２と導通している。また、可動電極１３において、外側に位置する可動電極板１３０と、内側に位置する可動電極板１３０との間には、スリット１３３が開設されている。可動電極１３のスリット１３３に、可動部材１１の可動誘電体１１１を上方から挿嵌することにより、可動電極１３が可動部材１１の下部に取り付けられる。

図５及び図６に例示するように、キースイッチ１の内部では、外側から、可動電極１３の可動電極板１３０、可動誘電体１１１、固定電極１５の固定電極板１５０、固定誘電体１０３、そして、可動電極１３の可動電極板１３０が配置されている。更に、中央を経て、反対側の外側へ向かって、可動電極１３の可動電極板１３０、固定電極１５の固定誘電体１０３、固定電極板１５０、可動電極１３の可動誘電体１１１、そして可動電極板１３０が配置されている。このような配置により、２枚の固定電極板１５０のうち、一方の固定電極板１５０は、４枚の可動電極板１３０のうち２枚の可動電極板１３０の間に入って、両側の可動電極板１３０との間でコンデンサＣを形成する。他方の固定電極板１５０は、他の２枚の可動電極板１３０の間に入って、両側の可動電極板１３０との間でコンデンサＣを形成する。また、固定誘電体１０３及び可動誘電体１１１は、固定電極板１５０及び可動電極板１３０の間に介装される誘電体として機能する。

＜動作＞
次に、本願記載のスイッチ装置の動作について説明する。前述のように、図５は、キースイッチ１が押下操作を受けていない上死点に位置している状態を例示しており、図６は、キースイッチ１が押下操作を受けて可動部材１１が下方へ移動した下死点に位置している状態を示している。本願記載のキースイッチ１は、２枚の固定電極板１５０のそれぞれ両面に位置する４箇所の固定電極面１５００と、４枚の可動電極板１３０のそれぞれ片面に位置する４箇所の可動電極面１３００との間でコンデンサＣが形成される。形成されるコンデンサＣの静電容量は、下記の式１となるため、対向する電極面の面積に比例する。

Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ ・・・式１
但し、Ｃ：静電容量
ε：誘電率
Ｓ：電極の面積
ｄ：電極間の距離

図５に例示するように、可動部材１１が上死点に位置している場合、対向する電極面の面積は０又は小さい状態にあり、図６に例示するように、可動部材１１が下死点に位置している場合、対向する電極面の面積は大きくなる。また、対向する電極面の面積は、可動部材１１の移動距離と略比例関係にあり、可動部材１１の移動距離に応じて静電容量が変化する。キースイッチ１の静電容量は、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の間の静電容量として検出することが可能である。従って、キートップ１２が押下され、可動部材１１が上死点から下死点へ移動する過程で、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の間の静電容量が変化する。第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２にて検出される静電容量に基づき、当該キースイッチ１に係る回路の開閉又はレベルの制御に関する信号が、キーボードＫＢから、パーソナルコンピュータ等の電子機器へ出力される。

＜回路構成＞
次に、本願記載のスイッチ装置の回路構成について説明する。図７は、本願記載のキースイッチ１の回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。固定電極１５に形成された第１端子Ｔ１は、固定電極１５の２枚の固定電極板１５０と導通している。２枚の固定電極板１５０に位置する４箇所の固定電極面１５００は、それぞれ固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して、４枚の可動電極板１３０に位置する４箇所の可動電極面１３００と並列接続された４個のコンデンサＣを形成する。可動電極板１３０が形成された可動電極１３は、可動連結部１３１から延びる導通片１３２にて付勢部材１４の上端に当接し、可動電極１３は付勢部材１４と導通している。付勢部材１４の下端は、導電部材１６に当接し、付勢部材１４は、導電部材１６と導通している。導電部材１６には、第２端子Ｔ２が形成されている。従って、キースイッチ１は、並列接続された４個のコンデンサＣの静電容量を、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の間の静電容量として検出することが可能となる。またコンデンサＣを並列接続した場合、その静電容量は、各コンデンサＣの静電容量の和となるため、可動部材１１の移動距離に対する静電容量の変化量が大きくなり、検出精度を向上させることが可能となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態において、可動電極１３に形成される可動電極板１３０を２枚とした構成である。なお、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付し、第１実施形態を参照するものとし、詳細な説明を省略する。

図８は、本願記載のキースイッチ１の一例を示す概略分解図である。第２実施形態に係るキースイッチ１は、固定部材１０、可動部材１１、キートップ１２、可動電極１３、付勢部材１４、固定電極１５、導電部材１６、光学部材１７等の各種部材を備えている。

可動電極１３は、金属板等の導電性材料を成型した部材であり、圧縮コイルバネを用いた付勢部材１４の上端に取り付けられている。可動電極１３は、板状をなす２枚の可動電極板１３０と、２枚の可動電極板１３０を連結する可動連結部１３１と、可動連結部１３１から延びて付勢部材１４の上端に当接する導通片１３２とを備えている。第１実施形態に係る可動電極１３は、４枚の可動電極板１３０を備えていたが、第２実施形態に係る可動電極１３は、外側の２枚の可動電極板１３０を備えている。２枚の可動電極板１３０の内側の面は、可動電極面１３００となっており、可動部材１１が備える可動誘電体１１１を介して、固定電極１５の固定電極面１５００とコンデンサＣを形成する。また、固定電極１５の固定電極板１５０は、外側に向かう一面側のみが固定電極面１５００となる。
なお、可動電極１３は、第１実施形態と異なり、内側の２枚の可動電極板１３０を備えていないため、第１実施形態の固定部材１０に形成されていた固定誘電体１０３は必要ではない。第２実施形態に係るキースイッチ１が備える他の構成及び動作は、第１実施形態と同様である。

図９は、本願記載のキースイッチ１の回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。固定電極１５に形成された第１端子Ｔ１は、固定電極１５の２枚の固定電極板１５０と導通している。２枚の固定電極板１５０の外側に向かう２箇所の固定電極面１５００は、それぞれ可動誘電体１１１を介して、２枚の可動電極板１３０に位置する２箇所の可動電極面１３００と並列接続されたコンデンサＣを形成する。可動電極板１３０が形成された可動電極１３は、可動連結部１３１から延びる導通片１３２にて付勢部材１４の上端に当接し、可動電極１３は付勢部材１４と導通している。付勢部材１４の下端は、導電部材１６に当接し、付勢部材１４は、導電部材１６と導通している。導電部材１６には、第２端子Ｔ２が形成されている。従って、キースイッチ１は、並列接続された２個のコンデンサＣの静電容量を、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の間の静電容量として検出することが可能となる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態において、付勢部材１４を回路に組み込まず、また、一部のコンデンサＣを直列接続とする形態である。なお、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付し、第１実施形態を参照するものとし、詳細な説明を省略する。

図１０は、本願記載のキースイッチ１の一例を示す概略分解図である。第３実施形態に係るキースイッチ１は、固定部材１０、可動部材１１、キートップ１２、可動電極１３、付勢部材１４、固定電極１５、光学部材１７等の各種部材を備えている。

第３実施形態に係るキースイッチ１は、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２が、固定電極１５に形成されており、付勢部材１４が回路に組み込まれていない。従って、第３実施形態に係るキースイッチ１は、第２端子Ｔ２が形成され付勢部材１４と導通する導電部材１６を必要としない。

固定部材１０の内底部には、金属板等の導電性材料を用いて形成された固定電極１５が、内底部に圧入された状態で立設されている。第３実施形態に係るキースイッチ１において、固定電極１５は、分割された２個の部材として形成されている。一方の固定電極１５となる第１固定電極１５ａは、板状をなす１枚の第１固定電極板１５０ａと、第１固定電極板１５０ａから延びる第１固定連結部１５１ａとを備えている。板状をなす第１固定電極板１５０ａの両面は、いずれも第１固定電極面１５００ａ（電極面）となっている。第１固定電極１５ａの第１固定連結部１５１ａには、第１端子Ｔ１が形成されており、第１端子Ｔ１の下端は、固定部材１０の内底部を貫通して、外部へ突出している。他方の固定電極１５となる第２固定電極１５ｂは、板状をなす１枚の第２固定電極板１５０ｂと、第２固定電極１５ｂから延びる第２固定連結部１５１ｂとを備えている。板状をなす第２固定電極板１５０ｂの両面は、いずれも第２固定電極面１５００ｂ（電極面）となっている。第２固定電極１５ｂの第２固定連結部１５１ｂには、第２端子Ｔ２が形成されており、第２端子Ｔ２の下端は、固定部材１０の内底部を貫通して、外部へ突出している。即ち、第３実施形態において、固定電極１５は、第１端子Ｔ１と導通する第１固定電極板１５０ａと、第２端子Ｔ２と導通する第２固定電極板１５０ｂとを備えている。

可動電極１３は、金属板等の導電性材料を成型した部材であり、板状をなす４枚の可動電極板１３０と、４枚の可動電極板１３０を連結する可動連結部１３１とを備えている。４枚の可動電極板１３０のうち、２枚の可動電極板１３０の可動電極面１３００は、第１固定電極１５ａから延びる第１固定電極板１５０ａに対して、固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して対向し、それぞれコンデンサＣを形成する。また、４枚の可動電極板１３０のうち、他の２枚の可動電極板１３０の可動電極面１３００は、第２固定電極１５ｂから延びる第２固定電極板１５０ｂに対して、固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して対向し、それぞれコンデンサＣを形成する。なお、説明の便宜上、必要に応じて、第１固定電極板１５０ａとコンデンサＣを形成する２枚の可動電極板１３０及びその一面である可動電極面１３００を、第１可動電極板１３０ａ及び第１可動電極面１３００ａ（電極面）と称する。同様に、第２固定電極板１５０ｂとコンデンサＣを形成する２枚の可動電極板１３０及びその一面である可動電極面１３００を、第２可動電極板１３０ｂ及び第２可動電極面１３００ｂと称する。また、第１固定電極板１５０ａ及び第１可動電極板１３０ａにて形成されるコンデンサＣを第１コンデンサＣ１と称し、第１固定電極板１５０ａ及び第２可動電極板１３０ｂにて形成されるコンデンサＣを第２コンデンサＣ２と称する。第３実施形態に係る可動電極１３は、第１実施形態に係る可動電極１３と略同様であるが、付勢部材１４と導通している必要は無いため、付勢部材１４に当接する導通片１３２を形成する必要は無い。

図１１は、本願記載のキースイッチ１の回路構成の一例を模式的に示す概略回路図である。第１固定電極１５ａに形成された第１端子Ｔ１は、第１固定電極１５ａの第１固定電極板１５０ａと導通している。第１固定電極板１５０ａに位置する２箇所の第１固定電極面１５００ａは、それぞれ固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して、２枚の第１可動電極板１３０ａにそれぞれ位置する第１可動電極面１３００ａとそれぞれ第１コンデンサＣ１を形成する。第１固定電極板１５０ａ及び２枚の第１可動電極板１３０ａの間で形成する２個の第１コンデンサＣ１は、並列接続された関係にある。第２固定電極板１５０ｂに位置する２箇所の第２固定電極面１５００ｂは、それぞれ固定誘電体１０３又は可動誘電体１１１を介して、２枚の第２可動電極板１３０ｂにそれぞれ位置する第２可動電極面１３００ｂとそれぞれ第２コンデンサＣ２を形成する。第２固定電極板１５０ｂ及び２枚の第２可動電極板１３０ｂの間で形成する２個の第２コンデンサＣ２は、並列接続された関係にある。また、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２は、可動電極１３の可動連結部１３１を介して直列接続された関係にある。第２固定電極１５ｂには第２端子Ｔ２が形成されている。従って、キースイッチ１は、並列接続された２個の第１コンデンサＣ１と、並列接続された２個の第２コンデンサＣ２とを直列接続したコンデンサＣの静電容量を、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２間の静電容量として検出することが可能となる。

以上のように、本願記載のキースイッチ１及びキーボードＫＢは、固定部材１０に取り付けられた固定電極１５と、押下操作を受けて移動する可動部材１１に取り付けられた可動電極１３とにより形成されるコンデンサＣの静電容量を検出することが可能である。従って、可動部材１１の移動量に応じて静電容量が変化するので、所定の静電容量値を閾値として設定することにより、回路を開閉するスイッチに適用することが可能である。また、可動部材１１の移動量に応じて静電容量が変化するので、移動量にてレベルを制御することが可能であり、例えば、ｅスポーツ等のコンピュータゲームにおいて、速度を調整するアクセルに対応付けたキースイッチ１として適用することが可能である等、様々な分野に適用することが可能である。本願記載のキースイッチ１は、可動部材１１の移動距離に対して出力信号が増大する単調増加の関係にあるアナログスイッチとしての特性を有しているため、レベル制御用のキースイッチ１に適している。なお、移動距離と出力信号との関係は、傾きが一定の比例関係等の関係が望ましいが、漸次増加する単調増加の関係にあれば傾きは必ずしも一定でなくてもよい。例えば、移動距離と出力信号との関係は、３次関数、対数関数、指数関数等の単調増加の関数として示すことが可能な関数に近似される関係であってもよい。

また、本願記載のキースイッチ１及びキーボードＫＢは、固定電極１５及び可動電極１３を複数有し、複数のコンデンサＣを形成することが可能であり、しかも複数のコンデンサＣの並列接続、直列接続等の接続形態を適宜設計することが可能である。

更に、本願記載のキースイッチ１及びキーボードＫＢは、固定誘電体１０３、可動誘電体１１１等の誘電体を介装したコンデンサＣを形成することができるので、誘電体の材料に基づき静電容量を適宜設計することが可能である。

このように、本願記載のキースイッチ１及びキーボードＫＢは、静電容量等の特性を適宜設計することが可能である。例えば、静電容量を大きくした場合、可動部材１１の移動距離に対する静電容量の変化量を大きくし、Ｓ／Ｎ比を向上させて、検出精度を向上させることが可能となる等、優れた効果を奏する。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。

例えば、前記実施形態では、複数の固定電極１５及び可動電極１３を用い、複数のコンデンサＣを形成する形態を示したが、本発明はこれに限るものではなく、形成するコンデンサＣの数及び接続形態は適宜設計することが可能である。例えば、固定電極１５及び可動電極１３を１枚ずつとしてもよい。また、固定電極１５側の固定電極板１５０を４枚とし、可動電極１３側の可動電極板１３０を２枚とする等、４個のコンデンサＣであっても、その形態は適宜設計することが可能である。

また、例えば、前記実施形態では、可動電極１３と第２端子Ｔ２との間を導電性の圧縮コイルバネを用いた付勢部材１４で導通させる形態を示したが、本発明はこれに限らず、可動電極１３及び第２端子Ｔ２の間を導通させることができるのであれば、導電性材料で形成された他の部材で接続するようにしてもよい。具体的には、可動電極１３及び第２端子Ｔ２の間を、導電性の板バネ等の付勢部材１４で接続するようにしてもよく、更には、導電性の材料で形成された摺動接点、リード線等の部材で接続し、導通させるようにしてもよい。

また、例えば、前記実施形態では、キーボードＫＢ等の主として文字を入力するキー入力装置に適用する形態を示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、テンキー等の数字キー専用のキー入力装置、その他、コンピュータ以外の電子機器、例えば、ゲーム専用機に対して用いられる各種スイッチ等の様々なキー入力装置に適用することが可能である。また、キーボードＫＢとコンピュータとが一体化したノートＰＣに適用することも可能である。

ＫＢ キーボード（キー入力装置）
１ キースイッチ（スイッチ装置）
１０ 固定部材
１０３ 固定誘電体（誘電体）
１１ 可動部材
１１１ 可動誘電体（誘電体）
１２ キートップ
１３ 可動電極
１３０ 可動電極板
１３０ａ 第１可動電極板
１３０ｂ 第２可動電極板
１３００ 可動電極面（電極面）
１３００ａ 第１可動電極面（電極面）
１３００ｂ 第２可動電極面（電極面）
１３１ 可動連結部
１３２ 導通片
１４ 付勢部材
１５ 固定電極
１５ａ 第１固定電極
１５ｂ 第２固定電極
１５０ 固定電極板
１５０ａ 第１固定電極板
１５０ｂ 第２固定電極板
１５００ 固定電極面（電極面）
１５００ａ 第１固定電極面（電極面）
１５００ｂ 第２固定電極面（電極面）
１５１ 固定連結部
１５１ａ 第１固定連結部
１５１ｂ 第２固定連結部
１６ 導電部材
１７ 光学部材
Ｃ コンデンサ
Ｃ１ 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ
Ｔ１ 第１端子
Ｔ２ 第２端子

Claims (9)

1. 固定部材と、押下操作を受けて前記固定部材に対して移動する可動部材とを備えるスイッチ装置であって、
   前記固定部材に取り付けられた固定電極と、
   前記可動部材に取り付けられた可動電極と、
   前記固定電極及び前記可動電極を用いて形成されるコンデンサの静電容量を検出可能な第１端子及び第２端子と
   を備えることを特徴とするスイッチ装置。
2. 請求項１に記載のスイッチ装置であって、
   前記固定電極及び前記可動電極は、それぞれ電極面を有し、
   前記固定電極の電極面及び前記可動電極の電極面は、
   並行に配置され、かつ少なくとも押下操作を受けた場合に対向するようにしてあり、
   前記第１端子及び前記第２端子から検出される静電容量は、前記可動部材の移動距離に応じて変化する
   ことを特徴とするスイッチ装置。
3. 請求項２に記載のスイッチ装置であって、
   前記固定電極及び前記可動電極のうち一方の電極は、両面が前記電極面となる板状をなし、
   前記固定電極及び前記可動電極のうち他方の電極は、前記一方の電極の両電極面に対して両側から対向する複数の電極面を有する
   ことを特徴とするスイッチ装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のスイッチ装置であって、
   前記固定電極及び前記可動電極の間に配置される誘電体を備える
   ことを特徴とするスイッチ装置。
5. 請求項４に記載のスイッチ装置であって、
   前記誘電体は、前記固定部材及び／又は前記可動部材に固定された板状をなす
   ことを特徴とするスイッチ装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のスイッチ装置であって、
   前記第１端子は、前記固定電極と導通しており、
   前記可動電極及び前記第２端子の間は、導電性の部材で接続されている
   ことを特徴とするスイッチ装置。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のスイッチ装置であって、
   前記第１端子は、前記固定電極と導通しており、
   前記可動部材を、押下操作による移動方向の反対方向へ付勢する導電性の付勢部材を備え、
   前記付勢部材は、
   前記可動電極及び前記第２端子の間を接続している
   ことを特徴とするスイッチ装置。
8. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のスイッチ装置であって、
   前記固定電極として、前記第１端子と導通する第１固定電極及び前記第２端子と導通する第２固定電極を備え、
   前記第１固定電極及び前記可動電極の間で第１コンデンサを形成し、
   前記第２固定電極及び前記可動電極の間で、第１コンデンサと直列接続となる第２コンデンサを形成する
   ことを特徴とするスイッチ装置。
9. 複数のキースイッチが配置されたキー入力装置であって、
   前記キースイッチとして、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のスイッチ装置が配置されている
   ことを特徴とするキー入力装置。

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