操作键结构
技术领域
本发明涉及用于电子设备的操作键结构。更特别地,本发明涉及用于对电子设备进行各种类型的输入的操作键结构,所述电子设备例如是基于预定程序执行预定处理的便携式电话或便携式游戏设备。
背景技术
在诸如便携式电话或便携式游戏设备的电子设备中,使用者的各种类型的输入被接收,然后程序基于该输入继续进行。由于电子设备的高功能化,使用者需要使用各种类型的输入。作为各种类型的输入,包括以下输入:用于ON/OFF切换的开关输入,用于指示上、下、左和右方向的方向指示输入,和用于通过连续进行预定操作来指示位移量的滚动输入。当进行各种类型的输入时,重要的是通过为使用者给出对应于输入类型的触觉感受,使得使用者认识到由其所进行的输入是期望的输入。专利文献1公开了如图6中所示的输入装置100,作为能够给出对应于各种类型输入的触觉感受的输入装置。
专利文献1的输入装置100包括在形成于基板500上的电极900的中央上表面上的拱顶状结构400,另外,弹性可变形体300和控制面板200被层压。在弹性可变形体300的外边缘附近,用于接受拱顶状结构400的内外双重的环状支承突起700和位于两个支承突起700之间的环状电极突起800一体地成型。在正常状态中,电极突起800被内外双重的环状支承突起700保持在与电极900分开的位置处。下压条600形成在对应于控制面板200的拱顶状结构400的位置处。当使用者将控制面板200压下时,下压条600将拱顶状结构400压下并使之变形。结果,使用者能够获得点击感觉,且开关输入通过电极突起800和电极900之间的接触进行。另一方面,当使用者压下对应于控制面板200的突起700和800的部分(外边缘)时,支承突起700弹性变形且电极突起800与基板500的电极900接触,以进行方向指示输入等。
专利文献1:日本专利申请特开No.2002-304247
发明内容
本发明要解决的问题
诸如便携式电话或便携式游戏设备的电子设备已变得小型化且高功能化。对于小型化,用于进行各种类型输入的输入装置也不例外。希望输入装置减小其安装面积并且也变薄。同时,即使输入装置小型化了,它也需要精确检测使用者的输入操作并给出对应于使用者的各种类型的输入的预定的触觉感受。
鉴于上述问题作出了本发明。因此,本发明的目的是提供小型化的操作键结构,该操作键结构能够精确检测使用者的各种类型的输入,并通过给出对应于使用者的各种类型的输入的预定的触觉感受,使得使用者认识到由其进行的输入。
解决问题的手段
为了实现这种目的,根据本发明的操作键结构包括拱顶状结构、在拱顶状结构附近布置的压力检测部、具有布置在拱顶状结构和压力检测部上且形成在板状部上和该板状部的底表面上的至少一个第一按压件和至少一个第二按压件的片构件,以及布置在该片构件的上表面上的操作部。在该操作键结构中,拱顶状结构和第一按压件彼此面对,而压力检测部和第二按压件彼此面对。初始载荷由第二按压件施加到压力检测部。优选的是,将第二按压件形成为长于板状部的底表面和压力检测部之间的间距,且使由弹性体形成的板状部变形以由第二按压件将初始载荷施加到压力检测部。另外,优选的是,在操作部的底表面上形成用于容纳变形的板状部的凹部。
发明效果
根据本发明的操作键结构能够提供具有小安装面积的操作键,因为面向第一按压件的拱顶状结构布置在面向第二按压件的压力检测部附近。此外,通过由第二按压件将初始载荷施加到压力检测部,能够由压力检测部敏感地检测微小压力变化。同时,在使用者以预定下压力输入的情况中,通过由第一按压件反转的拱顶状结构的形状,使用者能够清晰地获得点击感觉。
具体实施方式
在下文中将参考附图来说明本发明的示例性的实施例。
图1是通过切断并分解根据此示例性实施例的用于电子设备的操作键的主要部分而示出每个部件的局部分解透视图。在图1中,操作键1包括前外壳19、操作部4、键片3、柔性基板9(压力检测部10)和基板2。操作键1适于用作电子设备的操作键1,该电子设备例如是基于预定程序执行预定处理的便携式电话或便携式游戏设备。操作键1进行指示ON/OFF状态的确定输入和指示沿预定方向的操作量的滚动输入。
在图1中,前外壳19是操作键1的外形且保护操作键1不受外力并防止碎屑和灰尘侵入操作键1的内部。在此示例性实施例中,前外壳19通过树脂成型而形成。在前外壳19的中央,设置了用于露出操作部4的暴露孔20。
操作部4通过将在稍后描述的确定输入按压件7或滚动输入按压件8将使用者施加的力传递到用作电触点的拱顶状结构或压力检测部10。图1A是操作部4的俯视透视图。图1C是操作部4的仰视透视图。操作部4由诸如铝等的金属或由树脂形成为圆形形状。在操作部4的上表面的相对位置处压印有两个箭头。在使用者进行确定输入的情况中,使用者选择并压下在操作部4上压印的箭头之一。另一方面,在使用者进行滚动输入的情况中,使用者将操作部4的上表面沿圆周方向轻轻压下。凸部5a和凹部5b交替地形成在操作部4的底表面的圆周方向上,且两个箭头在凸部5a形成在操作部4的底表面上之处压印在操作部4的上表面上。请注意,操作部4可具有任何形状,只要它能进行将力传递到按压件7和8的功能。然而,优选为盘形的,以输入与各种方向有关的操作量。此外,为了将使用者的操作确定地传递到按压件7和8,优选的是以诸如树脂或金属的坚硬材料形成操作部4。
键片3包括板状部18、厚壁部17、确定输入按压件7和滚动输入按压件8。在此示例性实施例中,键片3使用硅橡胶通过橡胶成型而形成。图1A是键片3的俯视透视图,且图1C是键片3的仰视透视图。在键片3的板状部18的上表面中央,结合有操作部4。另一方面,在板状部18的底表面上,形成有两个确定输入按压件7和八个滚动输入按压件8。操作部4以确定输入按压件7布置在其处压印有操作部4的箭头的凸部5a下方且滚动输入按压件8布置在形成于操作部4上的凹部5b的下方的位置关系固定到键片3。另外,八个滚动输入按压件8以等间隔布置在包括两个确定输入按压件7的圆的圆周上。厚壁部17形成在键片3的边缘处且支承前外壳19,使得在组装操作键1的情况中前外壳19的上表面变为处于与操作部4的上表面相同的高度处。
确定输入按压件7用于进行有效地指示ON/OFF状态的确定输入,并具有将使用者沿垂直向下的方向施加的力传递到稍后将描述的拱顶状结构15的顶点附近的功能。在此示例性实施例中,确定输入按压件7形成为圆锥台。通过将其形成为圆锥台,变得可以加强使用者沿垂直向下的方向施加的力,且可以通过尖端的平面部分有效地按压拱顶状结构15。同时,滚动输入按压件8以及确定输入按压件7形成为圆锥台,但滚动输入按压件8高于确定输入按压件7,如图1C中清楚可见。这是为了在构成操作键1的情况中将初始载荷施加到压力检测部10。请注意,滚动输入按压件8的作用将在稍后说明。
压力检测部10通过导电印刷以低重量作用于柔性基板9上的图案来形成。在此示例性实施例中,未示出的板结合到柔性基板9的底表面。压力检测部10在两个点处形成为大致半圆形的形状,以对应于前述滚动输入按压件8。另外,柔性板9具有形成为离开压力检测部10的两个释放孔11。释放孔11是为了使稍后描述的拱顶状结构15突出。连接部13用于将基板2和压力检测部10电连接。
基板2将上述部件安装在其上并支承它们。在此示例性的实施例中,基板2由印刷基板形成为矩形形状以用于安装电子电路。在此方面,在与柔性基板9的连接部13接触的基板2的上表面上,由诸如铜的印刷图案形成接触点16。另外,在柔性基板9的释放孔11的正下方的点处,两个拱顶状结构15通过从上方覆盖薄膜而固定。拱顶状结构15为倒置杯的形状(拱顶状形状)。当预定的或更大的下压力施加到顶点部分附近时,拱顶状结构15的形状反转,使得顶点部分凹陷。当下压力消失时,拱顶状结构恢复到其原始的拱顶状形状。通常,拱顶状结构15的形状反转用于使用者的确定输入。因此,至少拱顶状结构15的顶点部分附近的底表面需要构造为导电接触表面。换句话说,当顶点部分的形状反转时,导电接触表面变为与设置在基板2的一侧处的印刷图案接触,且检测到输入操作。在此示例性实施例中,拱顶状结构15由金属材料形成。请注意,拱顶状结构15并不总是需要由金属材料形成。例如,拱顶可以由树脂等形成,且导电材料薄膜可以形成在拱顶的底表面的中央附近。
图2示出操作键1的组装过程。图2是沿图1的线A-A截取的局部剖视图。图2A示出组装操作键1之前的状态。在图2A中,操作部4首先结合到键片3。操作部4结合为使得滚动输入按压件8位于凹部5b下方且确定输入按压件7位于其上压印有箭头的凸部5a下方。另外,键片3固定到前外壳19以将操作部4容纳在前外壳19的暴露孔20内。另一方面,其上形成有压力检测部10的柔性基板9固定到基板2。在此,它们以使得基板2的接触点16和柔性基板9的连接部13相连接的方式固定,且拱顶状结构15的顶点部分从柔性基板9的释放孔11突出。从此状态起,键片3固定到其上的前外壳19构建在柔性基板9固定于其上的基板2上。即,前外壳19布置为使得确定输入按压件7位于拱顶状结构15上方,且滚动输入按压件8位于压力检测部10上方。在此状态中,前外壳19进一步构建为使得键片3的厚壁部17接触基板2。
图2B是示出组装操作键1之后的状态的局部剖视图。当组装操作键1时,在厚壁部17的底表面触及基板2之前,滚动输入按压件8邻接在柔性基板9的压力检测部10上。从此状态起,前外壳19被进一步向下压下。在此示例性实施例中,因为键片3的弹性模量小且板状部18的厚度薄,所以板状部18附近的滚动输入按压件8局部延伸,且变形的板状部18与滚动输入按压件8一起进入到形成于操作部4上的凹部5b内。如将从图2B中注意到的,前外壳19被压下直至厚壁部17的底表面接触基板2。当前外壳19的上表面由于键片3的厚壁部17而变得几乎与操作部4的上表面高度相同时,操作键1的组装完成,且凹部5b被滚动输入按压件8填充。另一方面,滚动输入按压件8附近的延伸的板状部18生成恢复力而恢复到其以前的状态。恢复力变为用于沿向下方向压下滚动输入按压件8的力,且该沿向下方向的应力通过滚动输入按压件8变为压力检测部10上的初始载荷。
图3是沿图1的线B-B截取的组装操作键1之后的局部剖视图。在图3中,布置在基板2上的拱顶状结构15位于柔性基板9的释放孔11内。这防止拱顶状结构15的形状被柔性基板9的平面部分压下并反转。利用此结构,变得能够将其上形成有压力检测部10的柔性基板9形成为在基板2和键片3之间更靠近基板2,并有效地利用基板2和键片3之间的空间。在此示例性实施例中,确定输入按压件7与拱顶状结构15的顶点部分以比使得拱顶状结构15的形状反转的下压力更小的下压力接触。然而,可以构造为使得确定输入按压件7不与拱顶状结构15接触,即处于悬起的状态中。
接下来,将说明操作键1的输入操作方法。图4是示出柔性基板9、按压件7和8以及拱顶状结构15的位置关系的正视图。在图4中,两个压力检测部10(阴影区域)中的每一个分别正与四个滚动输入按压件8(虚线)在压下的状态中沿圆周方向几乎等间隔地接触。如上所述,该压下状态归因于板状部18的恢复力等,且变为压力检测部10上的初始载荷。通过预先将确定的初始载荷施加到压力检测部10,变得能够直接使用微小的载荷变化来作为检测到的量。换句话说,在使用者沿圆周方向上轻轻压下操作部4且从滚动输入按压件8施加到压力检测部10的载荷轻微变化的情况中,压力检测部10能够敏感地检测载荷与初始载荷值之间的变化,以实现滚动输入。
同时,在图4中,拱顶状结构15的包括布置在基板2上的顶点部分的部分(点划线)从柔性基板9的释放孔11突出。键片3的确定输入按压件7(暗影区域)以比使得拱顶状结构15的形状反转的下压力更小的下压力而正与拱顶状结构15的突出部分接触。在此状态中,当使用者将操作部4上的箭头压下时,对应的确定输入按压件7通过被凸部5a压下而将拱顶状结构15压下。在该压下施加了足以使拱顶状结构15的形状反转的应力的情况中,拱顶状结构15的顶点部分附近凹陷且形成于拱顶状结构15的顶部的底表面上的导电接触表面与设置在基板2的一侧上的印刷图案接触,以进行确定输入。此时,使用者能够通过拱顶状结构15的凹陷而获得点击感觉。因为初始载荷,所以可以以轻微的应力完成滚动输入,于是使用者能够在进行确定输入时更清晰地获得点击感觉。在使用者将不同于操作部4上的箭头的区域压下的情况中,由确定输入按压件7沿垂直向下的方向施加到拱顶状结构15的下压力不足以使拱顶状结构15的形状反转,于是确定输入不被错误地检测到。
如上所述,示例性实施例中的操作键1具有使用诸如操作部4、键片3、确定输入按压件7、滚动输入按压件8、压力检测部10和拱顶状结构15的基本部件的相对简单的结构,因此,变得能够实现指示ON/OFF状态的确定输入(称为点击输入)和指示沿预定方向的操作量的滚动输入。通过在其上印刷有压力检测部10的柔性基板9上形成释放孔11且通过使基板2上的拱顶状结构15的一部分突出,变得能够将压力检测部10和拱顶状结构15接近地布置,且可以减少安装操作键1的面积。因此,通过在柔性基板9上形成释放孔11,变得能够将柔性基板9布置在基板2和键片3之间并使操作键1变薄。
此外,根据此示例性实施例的操作键结构是使键片3的板状部18弯曲的结构,且滚动输入按压件8将初始载荷施加到压力检测部10,于是能够使用操作部4的微小载荷变化,以用于原样地检测滚动输入。滚动输入能够通过轻微的应力来完成,于是使用者能够通过拱顶状结构15的凹陷来更清晰地获得点击感觉。另外,因为滚动输入按压件8支承确定输入按压件7,所以能够以比使得拱顶状结构15的形状反转的下压力更小的下压力维持使确定输入按压件7与拱顶状结构15接触的状态,除非将大于预定力的力施加到操作部4。因此,即使将键片3设定为相当薄,它也能够防止确定输入按压件7由于键片3或按压件7和8的重量或者不同于原来的确定输入的力而使拱顶状结构15的形状反转。另外,在此示例性实施例中,因为凹部5b形成在操作部4上且滚动输入按压件8与延伸的板状部18一起容纳在凹部5b内,所以能够形成薄形操作键1。
另外,在此示例性实施例中,八个滚动输入按压件8以几乎等间隔形成在圆周方向上。因此,即使使用者从操作部4的任何部分开始滚动输入时,也能够类似地实现检测。请注意,滚动输入按压件的个数不限于八个。如果使用者的滚动输入被适当地检测到,则能够任意改变个数、布置方法等。此外,压力检测部10通过导电印刷而形成在柔性基板9上,这不限于此。压力检测部10可以直接形成在基板2上。另外,柔性基板9和基板2之间的连接通过连接部13进行,在该连接部13上印刷有导电材料和接触点16。而且,通过在柔性基板9和基板2上设置端子,可以进行连接器连接。此外,在此示例性实施例中设置有前外壳19,根据操作键1的形状和使用环境,可以省略该前外壳19。
接下来,将说明根据本发明的第二示例性实施例的操作键结构。在第一示例性实施例中,通过压下操作部的两个箭头中的任一个而进行的确定输入和通过沿圆周方向轻轻压下操作部而进行的滚动输入是可能的。另一方面,在此示例性实施例中,设置有与操作部分开的专用于确定输入的操作部。
图5A是示出根据此示例性实施例的操作键的局部分解透视图。另外,图5B是操作部4的仰视透视图,且图5C是键片3的仰视透视图。与第一示例性实施例中相同的部件具有与第一示例性实施例中的相同的标号。在下文中,将主要说明与第一示例性实施例中的部件不同的部件。在图5中,操作部4形成为圆环形且具有四个沿圆周方向等间隔地压印在其上表面上的箭头。在此示例性实施例中,开关输入部6布置在操作部4的中央的孔内。开关输入部6通过结合而固定到键片3。在键片3的底表面上,用于确定输入的四个确定输入按压件7形成在对应于操作部4的箭头的位置处。八个滚动输入按压件8形成为将确定输入按压件7分别保持在它们之间。此外,在键片3的底表面的中央,形成有用于开关输入部6的按压件(在下文中,它将被描述为开关输入按压件14)。
在柔性基板9的上表面上,四个释放孔11形成在对应于确定输入按压件7的位置处,且释放孔12形成在对应于开关输入按压件14的位置处。另外,圆环形状的压力检测部10形成在柔性基板9的上表面上且处于滚动输入按压件8的正下方,该压力检测部10分为四个部分以用于避开释放孔11。此外,在基板2的上表面上,布置有对应于确定输入按压件7和开关输入按压件14的五个拱顶状结构15和21。
在此示例性实施例中,开关输入部6由诸如铝的金属或树脂形成为圆柱形。开关输入部6将使用者沿垂直向下的方向施加的力传递到开关输入按压件14。在使用者通过使用开关输入部6进行确定输入的情况中,使用者通过施加大于预定应力的应力来将开关输入部6压下。通过压下,开关输入按压件14向下移位且拱顶状结构21的形状反转。通过拱顶状结构21的形状反转,使用者能够获得点击感觉。而且通过拱顶状结构21的导电接触表面和设置在基板2的一侧上的印刷图案之间的接触,检测ON/OFF状态。请注意,为了有效进行使用者的输入,优选的是将开关输入部6的上表面形成为平滑的凹入形状以配合手指。另外,关于开关输入按压件14、释放孔12和拱顶状结构21,基本结构与设置在操作部4上的那些相同。在此示例性的实施例中,为了与通过使用操作部4进行的确定输入所获得的点击感觉相比增强通过开关输入部6获得的点击感觉,拱顶状结构21的直径被放大为大于用于操作部4的拱顶状结构15的直径,因此开关输入按压件14和释放孔12形成为稍大。
对于操作键1,使用操作部4的确定输入和滚动输入的基本原理与第一实施例中的相同,所以将省略细节。换句话说,在使用者选择并压下操作部4的四个箭头中的任一个的情况中,压下的区域内的确定输入按压件7向下移位,拱顶状结构15的形状反转并然后与基板2电接触。结果,检测到ON/OFF状态。另一方面,在对操作部4进行指示沿预定方向的操作量的滚动输入的情况中,该滚动输入从滚动输入按压件8原样地传递到压力检测部10,然后基于柔性基板9的电特性来检测出操作量。
如上所述,在此示例性实施例的操作键中,在使用者选择开关输入部6或操作部4的四个箭头中的任一个并进行确定输入的情况中,开关输入按压件14或确定输入按压件7将拱顶状结构21和15压下,然后拱顶状结构21和15的形状反转。通过使拱顶状21和15的形状反转,使用者能够获得点击感觉且拱顶状结构21和15的导电接触表面与设置在基板2上的印刷图案相接触以检测ON/OFF状态。同时,在对操作部4进行指示沿预定方向的操作量的滚动输入的情况中,基于柔性基板9的电特性来检测出操作量,正如第一示例性实施例中的一样。
此示例性实施例能够有五种类型的确定输入,它们包括沿四个方向通过操作部4的确定输入以及通过开关输入部6的确定输入。在诸如便携式电话和便携式游戏设备的电子设备中,预定的使用者操作输入被接受且程序基于该操作输入继续进行。因此,优选地通过一个部件来进行更多不同类型的操作输入。通过采用示例性实施例的结构,变得能够进行多种不同类型的操作输入而不增加部件的数量或增大操作键。
如上所述,通过使用包括操作部4、键片3、确定输入按压件7、滚动输入按压件8、压力检测部10和拱顶状结构15的基本部件的相对简单的结构,根据本发明的示例性实施例的操作键结构能够完成两个输入功能,即指示ON/OFF状态的确定输入(点击输入)和指示沿预定方向的操作量的滚动输入。在此,因为释放孔11和12形成在其上印刷有压力检测部10并且拱顶状结构15和21的至少顶点部分在其上突出的柔性基板9上,变得能够将压力检测部10和拱顶状结构15和21接近地布置且使得操作键1的安装面积小。另外,通过将释放孔11形成在柔性基板9上,变得能够将柔性基板9布置在基板2和键片3之间并有效地利用该空间。此外,因为滚动输入按压件8支承键片3等,所以变得能够通过使用滚动输入按压件8附近的板状部18的恢复力将初始载荷施加到压力检测部10。因此,变得能够使用操作部4的微小载荷变化,以检测滚动输入。另一方面,因为滚动输入以轻微应力完成,所以使用者能够通过拱顶状结构15的凹陷更清晰获得点击感觉。
此外,因为滚动输入按压件8支承键片3等,能够维持确定输入按压件7不施加使得拱顶状结构15的形状反转的下压力的状态,除非将大于预定力的力施加到操作部4。因此,即使将键片3的板状部18设定为相当薄,它也能够防止确定输入按压件7由于其重量或者与原来的确定输入的力不同的力而使拱顶状结构15的形状反转。另外,因为凹部5b形成在操作部4上且滚动输入按压件8容纳在凹部5b内,所以能够形成薄形操作键1。
在上述示例性实施例中,键片3、确定输入按压件7、滚动输入按压件8、开关输入按压件14和厚壁部17由利用诸如硅橡胶的弹性材料一体地成型的结构形成。然而,它们都不总是需要由弹性材料形成。即,如果键片3的板状部18的至少一部分由弹性材料形成,则能够实现基于上述检测原理的操作。因此,例如,能够由诸如金属或树脂的刚性材料形成厚壁部17。
另外,形成在柔性基板9的上表面上的压力检测部10也可以通过任何方法形成,只要能够形成导电层。因为压力检测部10仅需检测与滚动输入按压件8的底表面的接触,所以它可以形成为实现此功能所需的最小区域。另一方面,通过完整地形成压力检测部10,可以提高生产率。
如上所述,已参考示例性实施例(和例子)说明了本发明。然而,本发明不限于上述示例性实施例(和例子)。对于本发明的构造和细节,能够在本发明的范围内进行本领域普通技术人员能够理解的各种修改。
本申请要求于2006年10月12日提交的日本专利申请No.2006-279047的优先权,该日本申请的全部内容在此通过引用的方式并入。
附图说明
图1是根据本发明的第一示例性实施例的操作键的局部分解透视图;
图2A是沿图1的线A-A截取的组装之前的剖视图;
图2B是沿图1的线A-A截取的组装之后的剖视图;
图3是沿图1的线B-B截取的剖视图;
图4是示出根据本发明的第一示例性实施例的操作键的压力检测部的正视图;
图5是根据本发明的第二示例性实施例的操作键的局部分解透视图;
图6是示出相关的输入装置100的分解剖视图。
附图标记列表
1操作键
2基板
3键片
4操作部
5凹部
6开关输入部
7确定输入按压件
8滚动输入按压件
9柔性基板
10压力检测部
11、12释放孔
13输入部
14开关输入按压件
15、21拱顶状结构
16接触点
17厚壁部
18板状部
19前外壳
20暴露孔
100输入装置
200控制面板
300弹性可变形体
400拱顶状结构
500基板
600下压条
700支承突起
800电极突起
900电极