JP2002304936A - 電子機器用入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチ入力と所定方向への操作量を示す操
作入力と、の２系統の入力に関してクリック感を実現す
る。 【解決手段】 プリント基板４０上に電極を形成し、中
央に１個、周囲に４個の金属ドーム３０を載せ、下面に
導電層が塗布されたシリコンゴムからなる弾性変形体２
０を載せ、操作盤１０を載せる。操作盤１０に下方への
押圧力が加わると、中央の金属ドーム３０−０が形状反
転し、電極Ｅ１５，Ｅ１６間を導通させ、クリック入力
が検出される。操作盤１０に左斜め下方への操作入力が
加わると、左側の金属ドーム３０−２が潰れ、弾性変形
体２０の下面の導電層が電極Ｅ２２と同電位になる。こ
のとき、電極Ｅ１１，Ｅ１２と、これに対向する弾性変
形体２０下面側の導電層とによって構成される容量素子
の静電容量値を、電極Ｅ２２を利用して測定して操作入
力を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器用入力装
置に関し、特に、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定
のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器
に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力および
所定方向への操作量を示す操作入力を行うための入力装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機
器では、利用者による所定の操作入力を受け付け、この
操作入力に基づいてプログラムが進行する。通常、この
種の操作入力は、ディスプレイ画面上に表示されるカー
ソルやその他の指標を見ながら行うことが多く、上下左
右の４方向あるいは斜めも含めた８方向の方向を示す入
力が求められるのが一般的である。このような方向性を
もった入力を行うために、いわゆるジョイスティックと
呼ばれているタイプの装置が利用されている。この種の
装置は、通常、二次元力センサを内蔵しており、加えら
れた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ別
個に検出することにより、加えられた操作入力の方向と
操作量とを検出することになる。たとえば、Ｘ軸方向成
分が＋５であるような操作入力は、右方向に５という操
作量を示し、Ｙ軸方向成分が−８であるような操作入力
は、下方向に８という操作量を示すことになる。もちろ
ん、Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分とを合成する演算を行
うことにより、斜め方向に加えられた操作入力の検出も
可能である。

【０００３】また、携帯電話やゲーム遊戯装置などの電
子機器では、上述したような方向性をもった操作入力と
ともに、スイッチ入力が要求される。このスイッチ入力
は、ＯＮ／ＯＦＦの二値状態を示す入力であり、通常は
ＯＦＦ状態を示しているが、操作者が所定の押圧力を加
えるとＯＮ状態を示すような入力になる。このようなス
イッチ入力は、いわゆるクリック操作として行われ、操
作者に対してクリック操作を行ったという感触（いわゆ
るクリック感）を与えることが重要になる。そのために
は、ある程度のストロークを確保するとともに指先から
加えられる押圧力に対する反力を作用させる必要があ
る。このようなクリック感をもったＯＮ／ＯＦＦ入力を
行うのに適したスイッチとして、ゴムや金属などの弾性
材料の弾力性を利用したスイッチが一般的に用いられて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、携帯
電話やゲーム遊戯装置などの電子機器では、所定方向へ
の操作量を示す操作入力とともに、スイッチ入力が必要
になる。従来から、このような２系統の入力を取り扱う
ための装置として、種々のタイプのものが利用されてき
ている。そして、スイッチ入力に関しては、上述したよ
うに、クリック感を与えるための工夫がなされている。
しかしながら、所定方向への操作量を示す操作入力に対
しては、このようなクリック感を与えるための工夫はな
されていない。このため、操作者の立場からは、有意な
操作入力を与えることができたのか否かが不明確であっ
た。

【０００５】そこで本発明は、スイッチ入力と所定方向
への操作量を示す操作入力と、の２系統の入力のいずれ
についても、有意な入力を与えることができたか否かを
操作者に認識させることが可能な電子機器用入力装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第１の態
様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行す
る電子機器に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ
入力および所定方向への操作量を示す操作入力を行うた
めの入力装置において、板状の基板と、基板上面の中心
付近に伏せるように配置され、頂点付近に対して所定の
大きさ以上の下方への押圧力を加えると、頂点付近が弾
性変形して下に凸となるように形状反転を起こす性質を
有し、かつ、少なくとも頂点付近の下面が導電性接触面
を構成している中央部ドーム状構造体と、基板上面の周
囲付近に伏せるように配置され、頂点付近に対して所定
の大きさ以上の下方への押圧力を加えると、頂点付近が
弾性変形して下に凸となるように形状反転を起こす性質
を有し、かつ、少なくとも頂点付近の上面および下面が
互いに導通した導電性材料により構成されている周囲部
ドーム状構造体と、基板上面に対して中央部ドーム状構
造体および周囲部ドーム状構造体を挟んでほぼ平行にな
るように配置された膜状部と、この膜状部の周囲を基板
上面に固定するための側壁部と、を有し、少なくとも膜
状部の一部が弾性材料によって構成されている弾性変形
体と、操作入力またはスイッチ入力を受けて弾性変形体
に弾性変形を起こさせることができるように弾性変形体
の上面に配置された操作盤と、基板上面の「中央部ドー
ム状構造体が形状反転を起こした際に導電性接触面に接
触可能な位置」に配置された内側電極と、基板上面の
「周囲部ドーム状構造体が形状反転を起こした際に反転
部分に接触可能な位置」に配置された外側電極と、基板
上面の「内側電極と外側電極とのほぼ中間に位置する中
間領域部」の所定箇所に配置された中間電極と、弾性変
形体の下面の「中間電極に対向した領域」および「外側
電極に対向した領域」に形成され、各部が電気的に同電
位となるように構成された変位導電層と、中間電極と変
位導電層との電気的接触を阻むための絶縁層と、を設
け、操作盤に対して下方へのスイッチ入力が加えられた
場合に、中央部ドーム状構造体が形状反転を起こすこと
により導電性接触面と内側電極とが接触し、この接触状
態を電気的に検出することによりＯＮ／ＯＦＦ状態の検
出が行えるように構成し、操作盤に対して所定方向への
操作量を示す操作入力が加えられた場合に、周囲部ドー
ム状構造体に下方への押圧力が作用し、加えられた操作
入力の大きさが所定のしきい値を超えたときに、周囲部
ドーム状構造体が形状反転を起こして反転部分が外側電
極に接触し、周囲部ドーム状構造体を介して、変位導電
層と外側電極とが電気的に導通した状態となるように構
成し、かつ、加えられた操作入力の大きさに応じて、中
間電極と変位導電層の対向部分とによって構成される容
量素子の電極間隔が変化するように構成し、外側電極と
中間電極との間の電気的特性に基づいて容量素子の静電
容量値を求めることにより、加えられた操作量の検出が
行えるように構成したものである。

【０００７】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１
の態様に係る電子機器用入力装置において、操作盤に対
して垂直下方への力を徐々に増加させていった場合に、
中央部ドーム状構造体の形状反転が、周囲部ドーム状構
造体の形状反転よりも先行して生じるように、各部の寸
法設定を行うようにしたものである。

【０００８】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１
または第２の態様に係る電子機器用入力装置において、
弾性変形体の一部として、その膜状部下面に、中央部ド
ーム状構造体もしくは周囲部ドーム状構造体またはその
双方の頂点付近を押圧するための柱状突起を設けるよう
にしたものである。

【０００９】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第１
〜第３の態様に係る電子機器用入力装置において、弾性
変形体の一部として、その膜状部上面に、操作盤の外周
部分に接触し、弾性材料からなる隆起部を形成するよう
にしたものである。

【００１０】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第４
の態様に係る電子機器用入力装置において、操作盤を円
盤状とし、隆起部を円環状隆起部としたものである。

【００１１】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第５
の態様に係る電子機器用入力装置において、円環状隆起
部の内径が操作盤の外径よりも小さくなり、円環状隆起
部の外径が操作盤の外径よりも大きくなるように設定し
たものである。

【００１２】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１
〜第６の態様に係る電子機器用入力装置において、複数
組の周囲部ドーム状構造体を、基板上面の「操作盤の外
周部分に対向する外周対向部」の所定箇所に配置するよ
うにしたものである。

【００１３】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第７
の態様に係る電子機器用入力装置において、基板の上面
中心位置に原点をとり、基板上面がＸＹ平面に含まれる
ようにＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、Ｘ軸正の
領域、Ｘ軸負の領域、Ｙ軸正の領域、Ｙ軸負の領域にそ
れぞれ周囲部ドーム状構造体を配置するようにしたもの
である。

【００１４】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第８
の態様に係る電子機器用入力装置において、Ｘ軸正の領
域、Ｘ軸負の領域、Ｙ軸正の領域、Ｙ軸負の領域にそれ
ぞれ配置された４枚の電極によって中間電極を構成し、
Ｘ軸正の領域に配置された中間電極とこれに対向する変
位導電層の一部とによって第１の容量素子が形成され、
Ｘ軸負の領域に配置された中間電極とこれに対向する変
位導電層の一部とによって第２の容量素子が形成され、
Ｙ軸正の領域に配置された中間電極とこれに対向する変
位導電層の一部とによって第３の容量素子が形成され、
Ｙ軸負の領域に配置された中間電極とこれに対向する変
位導電層の一部とによって第４の容量素子が形成される
ようにし、第１の容量素子の静電容量値と第２の容量素
子の静電容量値との差に基づいてＸ軸正または負方向へ
の操作量の検出を行い、第３の容量素子の静電容量値と
第４の容量素子の静電容量値との差に基づいてＹ軸正ま
たは負方向への操作量の検出を行うことができるように
したものである。

【００１５】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第
１〜第９の態様に係る電子機器用入力装置において、弾
性変形体を、一体成型されたゴムによって構成するよう
にしたものである。

【００１６】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第
１０の態様に係る電子機器用入力装置において、変位導
電層を、一体成型されたゴムの表面に塗布した導電性塗
料からなる層によって構成するようにしたものである。

【００１７】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第
１〜第１１の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作盤を剛性材料により構成するようにしたものであ
る。

【００１８】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第
１２の態様に係る電子機器用入力装置において、操作盤
の下面中心部に、中央部ドーム状構造体の頂点付近に押
圧力を加えるための押圧棒を設けるようにしたものであ
る。

【００１９】(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第
１３の態様に係る電子機器用入力装置において、弾性変
形体の膜状部の上面中心付近に、押圧棒と嵌合する嵌合
孔を設け、押圧棒を嵌合孔に嵌合させ、嵌合孔の内面と
押圧棒の外面との摩擦力によって、弾性変形体と操作盤
との接続状態が維持されるようにしたものである。

【００２０】(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第
１〜第１４の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作盤の底面外周から外方へと突き出す鍔部を設け、こ
の鍔部に当接することにより操作盤の変位を制限するひ
さし部を基板上に固定するようにしたものである。

【００２１】(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第
１〜第１５の態様に係る電子機器用入力装置において、
内側電極を基板上面の中心付近に形成された電極層によ
って構成し、内側電極と中間電極との間に、内側電極の
周囲を取り囲むように配置された仲介電極を設け、少な
くとも表面部分が導電性材料からなる中央部ドーム状構
造体を、その底周面が仲介電極に接触するように配置
し、仲介電極と内側電極との間の導通状態を電気的に検
出することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うこと
ができるようにしたものである。

【００２２】(17) 本発明の第１７の態様は、上述の第
１〜第１５の態様に係る電子機器用入力装置において、
内側電極を、物理的に分離された一対の電極から構成
し、中央部ドーム状構造体の下面に形成された導電性接
触面が、一対の内側電極の双方に同時に接触することに
より、一対の内側電極が導通状態となるように構成し、
一対の内側電極間の導通状態を電気的に検出することに
より、ＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うことができるよう
にしたものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基づいて説明する。

【００２４】§１．本発明に係る電子機器用入力装置の
基本構造 はじめに、本発明の基本的な実施形態に係る電子機器用
入力装置の基本構造を説明する。図１は、この電子機器
用入力装置を分解して各構成要素を示した分解側断面図
である。図示のとおり、この電子機器用入力装置は、操
作盤１０、弾性変形体２０、ドーム状構造体３０、基板
４０を用いて構成される。実際には、この入力装置は、
基板４０の上にドーム状構造体３０を５組配置し（配置
場所については後述）、その上を弾性変形体２０によっ
て覆い、更にその上に操作盤１０を取り付けることによ
り構成されることになる。この入力装置は、携帯電話や
ゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定
の処理を実行する電子機器用の入力装置として利用する
のに適しており、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力
および所定方向への操作量を示す操作入力を行うことが
できる。

【００２５】操作盤１０は、弾性変形体２０の上面に配
置され、操作者の動作に基づいて加えられた力を弾性変
形体２０へと伝達し、弾性変形体２０に弾性変形を起こ
させる機能を有している。図２は、この操作盤１０の上
面図、図３は、この操作盤１０の下面図である。図示の
とおり、操作盤１０は全体として円盤状をしており、こ
の実施形態の場合、プラスチックなどの樹脂で構成され
ている。上述したように、操作盤１０は、弾性変形体２
０に対して力を伝達させる機能を果たすことができれ
ば、どのような形状のものでもかまわないが、種々の方
向に関する操作量を入力するには、円盤状のものが適し
ている。また、操作者の操作を確実に弾性変形体２０に
伝達するためには、樹脂や金属などの剛性材料によって
構成するのが好ましい。図示の実施形態の場合、操作盤
１０は、図２に示すように、操作部分１１、土手部分１
２、外周部分１３の３つの部分から構成されており、そ
の下面には、図３に示すように円柱状の押圧棒１４が突
き出している。操作部分１１は、操作者の指にフィット
するように、土手部分１２の内側に形成された滑らかな
窪み部分であり、外周部分１３は、土手部分１２の外側
に形成されたテーパ部である。また、押圧棒１４は、後
述するように、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力を
効果的に行うためのものであり、ドーム状構造体３０の
頂点付近に対して、操作者からの垂直下方に向けた力を
効果的に伝達させる機能を果たす。

【００２６】弾性変形体２０は、この実施形態の場合、
一体成型されたシリコンゴムによって構成されている。
図４は、この弾性変形体２０の上面図、図５は、この弾
性変形体２０の下面図である。図示のとおり、この弾性
変形体２０は平面的にはほぼ正方形状をしている。その
基本構成要素は、図１の側断面図に示されているよう
に、内側膜状部２１、円環状隆起部２２、外側膜状部２
３、側壁部２４、固定脚部２５、柱状突起Ｐ１，Ｐ２で
ある。図４に示すように、内側膜状部２１と外側膜状部
２３とは、この弾性変形体２０の正方形状の上面全体を
形成する膜状の構造体であるが、ここでは、説明の便宜
上、円環状隆起部２２の内側部分を内側膜状部２１と呼
び、外側部分を外側膜状部２３と呼ぶことにする。この
膜状部２１，２３は、後述するように、基板４０の上面
に対して、５組のドーム状構造体３０を挟んでほぼ平行
になるように配置されることになる。円環状隆起部２２
は、この膜状部の上面に形成された円環状の隆起部分で
あり、内側膜状部２１の上面部分は、周囲をこの円環状
隆起部２２によって囲まれた状態になる。この実施形態
では、円環状隆起部２２は、断面が矩形のいわばワッシ
ャ状の構造体となっているが、これは、その上面に配置
される操作盤１０からの力を効率よく受けることができ
るようにするための配慮である。

【００２７】一方、側壁部２４は、外側膜状部２３の周
囲を、基板４０の上面に固定する機能を果たしている。
正方形状をした膜状部２１，２３は、その四辺を側壁部
２４によって支持され、基板４０の上面に対してほぼ平
行な状態を保つことになる。図５の下面図に示されてい
るとおり、弾性変形体２０の下面の４隅には、それぞれ
円柱状の固定脚部２５が下方へと伸びている。この４本
の固定脚部２５は、基板４０の上面の４か所に形成され
た固定孔部４１（図１参照）に挿入される。かくして、
弾性変形体２０は、基板４０上の所定位置に固定され
る。

【００２８】また、図５に示されているように、膜状部
２１，２３の下面には、下方へと伸びる円柱状の柱状突
起Ｐ１，Ｐ２が形成されている。中央に形成された中央
部柱状突起Ｐ１は、基板４０の中央部に配置されるドー
ム状構造体３０の頂点付近を押圧するためのものであ
り、周囲の４か所に形成された周囲部柱状突起Ｐ２は、
基板４０の周囲部に配置される４組のドーム状構造体３
０の頂点付近を押圧するためのものである。各柱状突起
Ｐ１，Ｐ２の側面形状は、図１の側断面図に明瞭に示さ
れている。この図１の側断面図に示されているとおり、
周囲部柱状突起Ｐ２は、円環状隆起部２２の真下の位置
に形成されている。

【００２９】この弾性変形体２０に付随する重要な構成
要素は、膜状部下面の所定領域に形成された変位導電層
２６である。図６は、この変位導電層２６の形成領域を
示すための弾性変形体２０の下面図である。図において
ハッチングを施して示した領域に、変位導電層２６が形
成されている。上述したように、弾性変形体２０の下面
には、柱状突起Ｐ１，Ｐ２が形成されているが、中央部
柱状突起Ｐ１の底面および側面には、変位導電層２６が
形成されておらず、４か所に設けられた周囲部柱状突起
Ｐ２の底面および側面には、変位導電層２６が形成され
ている。別言すれば、変位導電層２６は、中央部柱状突
起Ｐ１の直径を内径とし、弾性変形体２０の中心点から
周囲部柱状突起Ｐ２の最遠点に至るまでの距離を外半径
とする、ドーナツ状の領域（図６にハッチングを施した
領域）に単一の導電層として形成されていることにな
る。したがって、中央部柱状突起Ｐ１の表面はシリコン
ゴムがそのまま露出しており、導電層は形成されていな
いが、４組の周囲部柱状突起Ｐ２の表面（底面および側
面）は、導電層によって覆われている。

【００３０】具体的には、この変位導電層２６は、弾性
変形体２０の下面の所定領域に塗布した導電性材料から
なる層によって構成することができる。上述したよう
に、この実施形態では、弾性変形体２０は一体成型され
たシリコンゴムによって構成されているので、周囲部柱
状突起Ｐ１，Ｐ２を含めた図示のような構造体をシリコ
ンゴムによって一体成型した後、その下面の一部の領域
（図６にハッチングを施した領域）に、導電性塗料を塗
布して乾燥させれば、変位導電層２６を形成することが
できる。なお、この変位導電層２６の厚みは、弾性変形
体２０の各部の厚みに比較して小さいため、側断面図に
おいては、変位導電層２６は示されていない。

【００３１】一方、ドーム状構造体３０は、図１の側断
面図にも示されているとおり、伏せたカップの形状をし
た構造体であり、合計５組が、基板４０の上面の所定位
置に伏せるように配置される。図７は、このドーム状構
造体３０の上面図である。ドーム状構造体３０の形状は
特に限定されるものではないが、一般的には、図示のよ
うに平面形状が円形であるドーム状構造体３０を用いる
のが好ましい。このドーム状構造体３０は、頂点付近に
対して所定の大きさ以上の下方への押圧力を加えると、
その頂点付近が弾性変形して下に凸となるように形状反
転を起こす性質を有している。図８は、このような形状
反転の状態を示す側断面図である。図８(a) は、何ら外
力が加わっていない状態を示し、図８(b) は、頂点付近
に対して下方への押圧力Ｆが加わり、頂点付近が弾性変
形して下に凸となるような形状反転を起こした状態を示
す。もちろん、この形状反転は弾性変形であるから、押
圧力Ｆがなくなれば、ドーム状構造体３０は元通り、図
８(a) に示す状態に戻ることになる。

【００３２】このドーム状構造体３０の形状反転は、操
作者によるスイッチ入力および所定方向への操作入力に
利用される。このため、ドーム状構造体３０の少なくと
も頂点付近の下面部分は、導電性接触面３１を構成して
いる必要がある。すなわち、図８(b) に示すように、頂
点付近が形状反転を起こしたときに、導電性接触面３１
が基板４０側に設けられた電極と接触したことを電気的
に検出できるようにしておく必要がある。なお、基板４
０の中央部に配置される中央部ドーム状構造体３０につ
いては、このように、少なくとも頂点付近の下面に導電
性接触面３１が形成されていれば足りるが、基板４０の
周囲部に配置される４組の周囲部ドーム状構造体３０に
ついては、上面にも、前述した変位導電層２６と接触す
るための導電性接触面が形成されている必要があり、か
つ、下面の導電性接触面３１と上面の導電性接触面とが
電気的に導通している必要がある。要するに、４組の周
囲部ドーム状構造体は、少なくとも、頂点付近の上面お
よび下面が、それぞれ導電性材料から構成されており、
これらが互いに導通している必要がある。このような条
件を満たすためには、全体が導電性材料で構成されたド
ーム状構造体３０を用いるのが最も簡単である。本実施
形態では、金属製のドームをドーム状構造体３０として
用いている。一般に、金属材料によりドーム状の構造体
を構成すれば、上述したような形状反転が生じ、しかも
全表面が導電性接触面として機能するドームを実現する
ことができる。もっとも、ドーム状構造体３０は必ずし
も金属製にする必要はない。たとえば、樹脂などによっ
てドーム状構造体を作成し、その表面の必要な箇所に導
電性材料膜を付着させることにより、導電性接触面を形
成するようにしてもかまわない。

【００３３】続いて、基板４０の構成を説明する。基板
４０の基本的な機能は、前述した各構成要素を載せてこ
れを支持する機能と、各電極を形成するための基準面を
提供する機能である。図９に、基板４０の上面図を示
す。図に示されている４つの固定孔部４１は、前述した
ように、弾性変形体２０の固定脚部２５を挿入するため
に、基板４０の上面に掘られた穴である。基板４０の上
面には、図示のように、電極Ｅ１１〜Ｅ１６，Ｅ２１〜
Ｅ２４が形成されている。ここでは、これら各電極を、
その配置位置あるいはその機能に基づいて、中間電極Ｅ
１１〜Ｅ１４、内側電極Ｅ１５、仲介電極Ｅ１６、外側
電極Ｅ２１〜Ｅ２４と呼ぶことにする。

【００３４】最も外側に形成された４組の外側電極Ｅ２
１〜Ｅ２４は、いずれも円形をした電極であり、操作盤
１０の外周部分に対向する外周対向部（操作盤１０の外
側輪郭線を基板４０上に投影した基板上面の部分）の所
定箇所に形成されている。すなわち、図９に示す基板４
０の上面中心位置に原点Ｏ、図の右方向にＸ軸、図の上
方向にＹ軸をそれぞれとり、基板上面がＸＹ平面に含ま
れるようにＸＹＺ三次元座標系を定義した場合、Ｘ軸正
の領域に外側電極Ｅ２１、Ｘ軸負の領域に外側電極Ｅ２
２、Ｙ軸正の領域に外側電極Ｅ２３、Ｙ軸負の領域に外
側電極Ｅ２４が形成されていることになる。この実施形
態の場合、操作盤１０は円盤状をしているので、その外
周円に対向する外周対向部も円形部分となり、図示のと
おり、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、操作盤１０の
外周円を基板４０上に投影した円周上に配置されてい
る。別言すれば、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、４
組の周囲部柱状突起Ｐ２の真下に配置されていることに
なる。この外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４の役割は、操作者か
ら操作盤１０に対して所定方向に関する操作入力が加え
られ、弾性変形体２０が変形を生じ、周囲部柱状突起Ｐ
２によって周囲部に配置されたいずれかのドーム状構造
体３０が形状反転を生じた際に、この形状反転を生じた
ドーム状構造体３０の導電性接触面３１と接触すること
により、加えられた操作入力が所定の大きさ以上である
ことを検知することにある。

【００３５】各外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４の内側には、そ
れぞれ中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４が配置されている。これ
ら中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、内側電極Ｅ１５と外側電
極Ｅ２１〜Ｅ２４とのほぼ中間に位置する中間領域部の
所定箇所に配置された電極であり、操作者から加えられ
た方向性をもった操作入力を検出するのに適した位置に
配置されている。すなわち、操作者から、Ｘ軸正方向、
Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向を示す操作入力が
加えられた場合に、これらの検出を効率的に行うことが
できるように、Ｘ軸正の領域に中間電極Ｅ１１、Ｘ軸負
の領域に中間電極Ｅ１２、Ｙ軸正の領域に中間電極Ｅ１
３、Ｙ軸負の領域に中間電極Ｅ１４が形成されている。
これら各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４の役割は、その上方に
位置する変位導電層２６と組み合わせることによって、
容量素子を形成することにある。すなわち、図６にハッ
チングを施して示すように、弾性変形体２０の膜状部の
下面には、変位導電層２６が形成されており、各中間電
極Ｅ１１〜Ｅ１４と、これに対向する変位導電層２６の
各部分と、によって、合計４組の容量素子が形成される
ことになる。具体的には、Ｘ軸正の領域に配置された中
間電極Ｅ１１とこれに対向する変位導電層２６の一部と
によって第１の容量素子が形成され、Ｘ軸負の領域に配
置された中間電極Ｅ１２とこれに対向する変位導電層２
６の一部とによって第２の容量素子が形成され、Ｙ軸正
の領域に配置された中間電極Ｅ１３とこれに対向する変
位導電層２６の一部とによって第３の容量素子が形成さ
れ、Ｙ軸負の領域に配置された中間電極Ｅ１４とこれに
対向する変位導電層２６の一部とによって第４の容量素
子が形成される。

【００３６】図９において、これら中間電極Ｅ１１〜Ｅ
１４の更に内側、すなわち、基板４０の中心近傍には、
内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが形成されている。
内側電極Ｅ１５は、基板４０の中心に配置された円形の
電極であり、仲介電極Ｅ１６は、その周囲を取り囲むよ
うに配置された円環状（ワッシャ状）の電極である。仲
介電極Ｅ１６の外径は、ドーム状構造体３０の外径とほ
ぼ等しくなるように設定されており、後述するように、
この仲介電極Ｅ１６の上に、中央部ドーム状構造体３０
が配置される。この実施形態では、金属製のドーム状構
造体３０が用いられているため、仲介電極Ｅ１６とその
上に配置された中央部ドーム状構造体３０とは電気的に
接触し等電位になる。この内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ
１６とが果たす役割は、操作者が操作盤１０に対して加
えたスイッチ入力、すなわち、垂直下方への押圧力を検
出することにある。図８(b) に示すように、ドーム状構
造体３０の頂点付近に対して垂直下方への押圧力Ｆが加
わると、ドーム状構造体３０は形状反転することにな
り、ドーム状構造体３０の下面の導電性接触面３１が内
側電極Ｅ１５に接触する。したがって、内側電極Ｅ１５
と仲介電極Ｅ１６との間の電気的導通状態を検出するこ
とにより、スイッチ入力のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出する
ことができる。

【００３７】図１０は、図９に示す基板４０の上面の所
定箇所に、図７に示すドーム状構造体３０を５組配置し
た状態を示す上面図である。実際には、各ドーム状構造
体３０は、基板４０の上面に接着剤や接着テープなどを
利用して固定される。図示のとおり、合計５組のドーム
状構造体３０のうち、１組は基板４０の中央部に配置さ
れ、残りの４組は基板４０の周囲部に配置される。本実
施形態では、５組のドーム状構造体３０として、全く同
一の構造体を用いているが、ここでは便宜上、図示のと
おり、基板４０の中央部に配置されたものを中央部ドー
ム状構造体３０−０、周囲部のＸ軸正領域に配置された
ものを周囲部ドーム状構造体３０−１、周囲部のＸ軸負
領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−
２、周囲部のＹ軸正領域に配置されたものを周囲部ドー
ム状構造体３０−３、周囲部のＹ軸負領域に配置された
ものを周囲部ドーム状構造体３０−４と呼ぶことにす
る。中心部ドーム状構造体３０−０は、Ｚ軸が中心軸と
なるように、仲介電極Ｅ１６の上に配置される。一方、
４組の周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４は、そ
れぞれ外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４を中心とする位置に配置
される。

【００３８】このように、基板４０の上面には、内側電
極Ｅ１５および仲介電極Ｅ１６、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１
４、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４の３通りの電極が形成され
ているが、各電極はそれぞれの機能を考慮して、次のよ
うな位置に配置されていることになる。まず、内側電極
Ｅ１５は、基板４０の上面の「中央部ドーム状構造体３
０−０が形状反転を起こした際に、その頂点付近の下面
に形成された導電性接触面３１に接触可能な位置」に配
置されていることになる。また、仲介電極Ｅ１６は、こ
の内側電極Ｅ１５を取り囲むように配置され、その上
に、中央部ドーム状構造体３０−０が載せられる。ここ
で、中央部ドーム状構造体３０−０として、少なくとも
表面部分が導電性材料からなる構造体を用いれば、その
底周面が仲介電極Ｅ１６と電気的に導通した状態になる
ので、上述したように、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１
６との間の導通状態を電気的に検出することにより、ス
イッチ入力のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出することができる
ようになる。一方、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、基板４
０の上面の「周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４
が形状反転を起こした際に、その頂点付近の下面に形成
された導電性接触面３１に接触可能な位置」に配置され
ていることになる。また、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、
基板４０の上面の「内側電極Ｅ１５と外側電極Ｅ２１〜
Ｅ２４とのほぼ中間に位置する中間領域部」の所定箇所
に配置されていることになる。

【００３９】本実施形態では、基板４０を電子回路実装
用のプリント基板によって構成し、各電極を、このプリ
ント基板上に形成した銅などのプリントパターンによっ
て構成している。このように、基板４０を回路用プリン
ト基板で構成すれば、プリントパターンによって基板４
０上に種々の配線を施すことができるので、実用上は便
利である。

【００４０】以上、図１に示す各構成要素の構造の詳細
を述べたが、実際の電子機器用入力装置は、これら各構
成要素を積み重ねることにより構成される。すなわち、
基板４０の所定箇所に５組のドーム状構造体３０−０〜
３０−４を載置し、これを覆うように弾性変形体２０を
載せ（固定脚部２５を固定孔部４１に挿入して固定す
る）、その上に操作盤１０を接着することにより、図１
１の側断面図に示すような電子機器用入力装置が形成さ
れる。

【００４１】この側断面図には示されていないが、弾性
変形体２０の下面には、図６にハッチングを施して示し
たように、変位導電層２６が形成されている。この変位
導電層２６は、上述した基板４０上の各電極と協働し
て、次の２つの機能を果たす。まず、第１の機能は、変
位導電層２６のうちの周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成
された部分により、変位導電層２６を基板４０上の外側
電極Ｅ２１〜Ｅ２４と同電位にする機能である。たとえ
ば、図１１において、操作盤１０の左側部分を押下する
ような操作量が加わると、図の左側の周囲部柱状突起Ｐ
２によって、図の左側の周囲部ドーム状構造体３０−２
の頂点部分に押圧力が加わる。この押圧力が所定の大き
さを超えると、周囲部ドーム状構造体３０−２に形状反
転が生じ、反転部分が外側電極Ｅ２２と接触する。この
とき、周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電
層２６の一部分は、周囲部ドーム状構造体３０−２の上
面に接触した状態となっているので、この周囲部ドーム
状構造体３０−２を介して、外側電極Ｅ２２と導通状態
になる。かくして、変位導電層２６は、外側電極Ｅ２２
と同電位になる。そして、第２の機能は、変位導電層２
６のうちの各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向した部分に
よって、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４とともに容量素子を
構成する機能である。変位導電層２６が果たすこの２つ
の機能を用いた検出動作については、§２において詳述
する。

【００４２】結局、原理的には、弾性変形体２０の下面
の「外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４に対向した領域」に形成さ
れた第１の導電層と、弾性変形体２０の下面の「中間電
極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向した領域」に形成された第２の
導電層と、によって変位導電層を構成し、この第１の導
電層と第２の導電層とが電気的に同電位となるような配
線を施しておけばよい。ただ、実用上は、図６にハッチ
ングを施したドーナツ状の領域に形成された物理的に単
一の導電層によって変位導電層２６を構成すれば、単純
な導電パターンによって変位導電層２６を実現すること
ができるので好ましい。

【００４３】なお、図には示されていないが、各中間電
極Ｅ１１〜Ｅ１４は、絶縁層によって覆われており、そ
の上面に弾性変形体２０側の変位導電層２６の一部が接
触したとしても、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４と変位導電
層２６とが電気的に導通することはない。これは、各中
間電極Ｅ１１〜Ｅ１４を接触電極として機能させるので
はなく、容量素子を構成する一方の電極として機能させ
るための配慮である。これに対して、内側電極Ｅ１５，
仲介電極Ｅ１６，外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、ドーム状
構造体３０と電気的に接触することができるように導電
面が露出している。

【００４４】§２．本発明に係る電子機器用入力装置の
基本動作 続いて、図１１に示す電子機器用入力装置の基本動作を
説明する。ここでは便宜上、図９あるいは図１０に示す
ように、基板４０の上面中心位置に原点Ｏ、図の右方向
にＸ軸、図の上方向にＹ軸をそれぞれとり、基板上面が
ＸＹ平面に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系を定義し
て、以下の説明を行うことにする。図１１は、この装置
をＸＺ平面で切断した側断面図であり、図の右方向にＸ
軸、図の上方向にＺ軸、図の紙面に垂直方向にＹ軸が定
義される。

【００４５】既に述べたように、本発明に係る入力装置
は、任意の電子機器に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示す
スイッチ入力（いわゆるクリック入力）と、所定方向へ
の操作量を示す操作入力と、を行うための装置である。
ここで、操作者は、これらの入力を操作盤１０に対して
行うことになるが、基本的には、スイッチ入力を行う場
合には、操作盤１０の中央部分に指を当てて下方（Ｚ軸
負方向）へと押し込む動作を行い、所定方向への操作入
力を行う場合には、操作盤１０を斜め下方へと押し込む
動作を行うことになる。

【００４６】図１２は、操作者がスイッチ入力を行った
ときの各部の変形状態を示す側断面図である。操作盤１
０に対して図の下方への押圧力（Ｚ軸負方向への力とい
う意味でＦｚ−と呼ぶ）が加わると、この押圧力Ｆｚ−
によって、押圧棒１４が下方へと変位し、内側膜状部２
１ごしに中央部ドーム状構造体３０−０の頂点部分に下
方への力が加わることになる。ドーム状構造体３０は、
頂点付近に対して所定の大きさ以上の下方への押圧力が
加わると、頂点付近が弾性変形して下に凸となるように
形状反転を起こす性質を有しているので、押圧力Ｆｚ−
の大きさが所定の臨界値を超えると、図示のとおり、中
央部ドーム状構造体３０−０の頂点付近が形状反転を起
こすことになる。すなわち、操作者が下方への押圧力Ｆ
ｚ−を徐々に強めてゆくと、中央部ドーム状構造体３０
−０が急に潰れて図示の状態になり、操作者の指先には
クリック感が伝わる。このとき、弾性材料から構成され
ている各柱状突起Ｐ１，Ｐ２や円環状隆起部２２も、弾
性変形して縦方向に若干潰れることになる。

【００４７】こうして、中央部ドーム状構造体３０−０
が形状反転を起こすと、図１２に示されているように、
この中央部ドーム状構造体３０−０の導電性接触面３１
が内側電極Ｅ１５に接触することになるため、内側電極
Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが電気的に導通状態になる。
操作者が、押圧動作を中止すると、中央部ドーム状構造
体３０−０がもとの状態に復帰し、装置は図１１の状態
に戻ることになる。この状態では、内側電極Ｅ１５と仲
介電極Ｅ１６とは絶縁されている。結局、内側電極Ｅ１
５と仲介電極Ｅ１６との間の電気的な接続状態を検出す
ることにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力の
検出が可能になり、いわゆるクリック入力の検出が可能
になる。

【００４８】続いて、操作者が所定方向への操作量を示
す操作入力を行った場合を考えてみる。このような操作
入力は、通常、上下左右の４方向あるいは斜めも含めた
８方向への操作量を示す入力として与えられる。ここに
示す実施形態では、図９に示す４枚の中間電極Ｅ１１〜
Ｅ１４（上面は絶縁層で覆われている）と、これに対向
する変位導電層２６とによって、合計４組の容量素子が
形成されており、これら４組の容量素子の静電容量値に
基づいて、各方向への操作量を検出することができる。

【００４９】たとえば、操作者が、操作盤１０に対し
て、Ｘ軸負方向への力を含む斜め下方への力を加える操
作を行ったとしよう。ここでは、このような操作により
加えられる力をＦｘ−と呼ぶことにする。図１３は、操
作者がこのような操作力Ｆｘ−（必ずしも操作盤１０の
中心位置に加える必要はなく、実際には図示のようにや
や左へ変位した部分に加えられることが多い）を加えた
ときの各部の変形状態を示す側断面図である。操作力Ｆ
ｘ−は、斜め下方への力成分であるため、図の下方への
力成分（Ｚ軸負方向成分）も含んでいることになるが、
この下方への力成分は、中央部ドーム状構造体３０−０
に対してよりも、操作入力が示す方向（Ｘ軸負方向）に
配置された周囲部ドーム状構造体３０−２に対してより
大きく作用する。このため、操作力Ｆｘ−がある程度以
上の大きさで加わると、まず、周囲部ドーム状構造体３
０−２に対して形状反転を生じさせるような押圧力が作
用し、中央部ドーム状構造体３０−０は形状反転には至
らない。したがって、操作盤１０は、図１３に示すよう
に、左側が下がり右側が上がるように傾斜する。このと
き、弾性材料から構成されている図の左側の周囲部柱状
突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分も、弾性変
形して縦方向に若干潰れることになる。なお、図１３に
示す斜め下方への操作力Ｆｘ−の代わりに、操作盤１０
の図の左側近傍位置に垂直下方への操作力ＦＦｘ−を加
えた場合にも同じような現象が起こる。本発明におい
て、「Ｘ軸負方向への操作量を示す操作入力」と言った
場合、操作力Ｆｘ−のように斜め下方への操作入力だけ
でなく、操作力ＦＦｘ−のように、Ｘ軸負方向に変位し
た位置を垂直下方に押し込むような操作入力も含んでお
り、操作力ＦＦｘ−は操作力Ｆｘ−と等価な操作入力で
ある。

【００５０】もちろん、図１３に示すように、周囲部ド
ーム状構造体３０−２に対して形状反転を生じさせるた
めには、操作者は、所定の臨界値を超える大きさをもっ
た操作力Ｆｘ−（またはＦＦｘ−、以下同様）を操作盤
１０に対して加える必要がある。別言すれば、操作者が
Ｘ軸負方向への操作力Ｆｘ−を徐々に増加させてゆき、
その大きさが所定の臨界値を超えた時点で、図示のとお
り、周囲部ドーム状構造体３０−２が形状反転を起こし
て潰れることになる。このとき、操作者の指先にはクリ
ック感が伝わることになる。このように、操作者の指先
にクリック感が伝わったときには、既に、周囲部ドーム
状構造体３０−２が形状反転を起こして潰れており、外
側電極Ｅ２２と周囲部ドーム状構造体３０−２とが導通
状態となっている。もちろん、このとき、周囲部ドーム
状構造体３０−２の反転した上面には、周囲部柱状突起
Ｐ２の底面（変位導電層２６が形成されている）が押し
つけられており、変位導電層２６と周囲部ドーム状構造
体３０−２とも導通状態となっている。

【００５１】結局、ある程度以上の大きさの操作力Ｆｘ
−が加わると、図１３に示すように、図の左端にある周
囲部柱状突起Ｐ２の下端面（変位導電層）が、周囲部ド
ーム状構造体３０−２を介して外側電極Ｅ２２に電気的
に接続され、変位導電層２６全体が外側電極Ｅ２２と同
電位になる。この状態から、更に操作力Ｆｘ−を強くし
てゆけば、図１４に示すように、図の左側の周囲部柱状
突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分は、更に潰
れるように弾性変形し、周囲部ドーム状構造体３０−２
も全体形状がより平坦になるように潰れた状態になる。
そして、最後には、図１５に示すように、図の左側の周
囲部柱状突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分
は、完全に潰れた状態になり、周囲部ドーム状構造体３
０−２も完全に潰れた状態になる。なお、既に述べたよ
うに、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、いずれも表面が絶縁
層によって覆われているため、この図１５に示すような
状態において、内側膜状部２１の下面に形成された変位
導電層２６が中間電極Ｅ１２側に接触したとしても、両
電極間には絶縁層が介在するため、変位導電層２６と中
間電極Ｅ１２とは、依然として容量素子として機能す
る。

【００５２】ここで、図１１に示す状態から、図１３、
図１４、図１５に示す状態へと変遷する際に、各中間電
極Ｅ１１〜Ｅ１４と、これに対向する変位導電層２６と
によって構成される容量素子の静電容量値がどのように
変化するかを検討すると、図の左側に示された中間電極
Ｅ１２とこれに対向する変位導電層２６とによって構成
される第２の容量素子では、電極間隔が徐々に減少して
ゆくため、静電容量値が徐々に増加することになるのに
対し、図の右側に示された中間電極Ｅ１１とこれに対向
する変位導電層２６とによって構成される第１の容量素
子では、電極間隔が徐々に増加してゆくため、静電容量
値が徐々に減少することがわかる。したがって、Ｘ軸上
に配置された第１の容量素子の静電容量値と第２の容量
素子の静電容量値との差を求めれば、この差は操作力Ｆ
ｘ−の大きさを示すことになる。逆に、Ｘ軸正方向への
操作力Ｆｘ＋が加わった場合は、操作盤１０は右側へと
傾斜することになるので、電極間隔の増減の関係が逆転
することになり、やはり第１の容量素子の静電容量値と
第２の容量素子の静電容量値との差により、操作力Ｆｘ
＋の大きさが示されることになる。要するに、Ｘ軸上に
配置された第１の容量素子の静電容量値と第２の容量素
子の静電容量値との差の絶対値は、Ｘ軸方向の操作力Ｆ
ｘ−，Ｆｘ＋として加えられた操作量の大きさを示し、
その符号は、加えられた操作量の向き（Ｘ軸正方向か負
方向か）を示すことになる。

【００５３】全く同様の原理により、Ｙ軸上に配置され
た第３の容量素子の静電容量値と第４の容量素子の静電
容量値との差を求めれば、この差の絶対値は、Ｙ軸方向
の操作力Ｆｙ−，Ｆｙ＋として加えられた操作量の大き
さを示し、その符号は、加えられた操作量の向き（Ｙ軸
正方向か負方向か）を示すことになる。

【００５４】なお、Ｘ軸方向に関する操作力のみが加え
られた場合、操作盤１０はＸ軸方向に関してのみ傾斜
し、Ｙ軸方向に関しては傾斜しない。したがって、Ｙ軸
上に配置された第３の容量素子（中間電極Ｅ１３と変位
導電層２６とによって構成される容量素子）および第４
の容量素子（中間電極Ｅ１４と変位導電層２６とによっ
て構成される容量素子）の電極間隔は、一部分は増加
し、一部分は減少することになり、容量素子全体につい
ての静電容量値は変化しない。同様に、Ｙ軸方向に関す
る操作力のみが加えられた場合、操作盤１０はＹ軸方向
に関してのみ傾斜し、Ｘ軸方向に関しては傾斜しない。
したがって、Ｘ軸上に配置された第１の容量素子（中間
電極Ｅ１１と変位導電層２６とによって構成される容量
素子）および第２の容量素子（中間電極Ｅ１２と変位導
電層２６とによって構成される容量素子）の電極間隔
は、一部分は増加し、一部分は減少することになり、容
量素子全体についての静電容量値は変化しない。結局、
第１の容量素子および第２の容量素子によって、Ｘ軸方
向に関する操作量のみを検出することができ、第３の容
量素子および第４の容量素子によって、Ｙ軸方向に関す
る操作量のみを検出することができ、各軸方向の操作量
成分をそれぞれ別個独立して検出することができる。

【００５５】このようなＸ軸方向あるいはＹ軸方向に関
する操作量は、操作者が操作盤１０を上下左右の４方向
に傾斜させることにより入力可能な操作量であるが、所
定の演算処理を行うことにより、より多数の方向に関す
る操作量検出も可能である。たとえば、斜め４５°方向
も含めた合計８方向に関する操作量は、Ｘ軸方向の操作
量とＹ軸方向の操作量との合成成分として求めることが
できる。具体的には、たとえば、Ｘ軸方向の操作量ｘ
と、Ｙ軸方向の操作量ｙとが求まった場合、ルート（ｘ
^２＋ｙ^２）なる大きさをもった操作量が、斜め４５°方
向（いずれの方向かは、操作量ｘ，ｙの符号の組み合わ
せによって判断できる）に作用したものとして取り扱う
ことができる。

【００５６】このように、４組の容量素子の静電容量値
を測定することにより、原理的には、任意方向について
入力された操作量の検出が可能になるが、本発明では、
このような操作量の検出値が不用意に出力されないよう
な工夫が施されている。弾性変形体２０を利用した入力
装置の場合、操作盤１０にわずかな力が加わっても、弾
性変形体２０に弾性変形が生じ、各容量素子の静電容量
値に変化が生じることになる。たとえば、図１２には、
操作者がクリック操作を行うために、図の下方に向けて
押圧力Ｆｚ−を作用させた状態が示されている。このよ
うに正確に下方に向けた押圧力Ｆｚ−だけが作用した場
合、４組の容量素子の静電容量値は等しく変化するた
め、上述したような差分検出を行えば、所定方向への操
作量の検出値は０になる。しかしながら、実際には、操
作盤１０を操作するのは人間であり、下方へのクリック
操作のつもりで力を加えたとしても、加えられた押圧力
には、Ｚ軸負方向成分だけではなく、Ｘ軸あるいはＹ軸
方向成分も含まれていることになる。したがって、４組
の容量素子を用いた差分検出を行った場合、操作者がク
リック操作を行っただけでも、いずれかの方向に関する
操作量が検出されてしまうことになる。

【００５７】一般に、電子機器用入力装置としては、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力（クリック入力）
と、所定方向への操作量を示す操作入力と、がそれぞれ
別個独立して検出でき、相互の干渉がないことが好まし
い。別言すれば、操作者がクリック操作を行うつもりで
操作盤１０を垂直下方へと押し込んだ場合には、ＯＦＦ
状態からＯＮ状態へと遷移するスイッチ入力だけが検出
され、所定方向への操作量を示す操作入力は一切検出さ
れないようにし、逆に、操作者が所定方向への操作量を
示す操作入力を行うつもりで操作盤１０を斜め下方へと
押し込んだ場合には、スイッチ入力は一切検出されず、
操作量のみが検出されるようにするのが好ましい。本発
明に係る電子機器用入力装置では、このような２系統の
入力をそれぞれ別個独立して検出することが可能であ
り、両者の干渉は極力避けられることになる。

【００５８】まず、スイッチ入力に関しては、中央部ド
ーム状構造体３０−０の頂点付近を形状反転させるのに
十分な垂直下方への押圧力Ｆｚ−が加わったときにのみ
ＯＮ状態の検出が行われるため、操作者が、所定方向へ
の操作量を示す操作入力を与えようとしたのに、誤って
スイッチ入力のＯＮ状態が検出されてしまうような事態
を避けることができる。たとえば、図１３〜図１５に示
すような斜め下方への操作入力が加えられた場合、周囲
部ドーム状構造体３０−２に対しては形状反転を起こす
ために十分な押圧力が加わるが、中央部ドーム状構造体
３０−０に対しては形状反転を起こすために十分な押圧
力は加わらないため、スイッチ入力に関してＯＮ状態の
検出が行われることはない（もちろん、操作者が意図的
にクリック操作と所定方向への操作入力とを兼ねるよう
な押圧操作、たとえば、操作盤１０を垂直下方に強い力
で押し込みながら、Ｘ軸負方向へも押し込むような押圧
操作を行った場合は、２系統の入力がともに検出され
る）。

【００５９】一方、所定方向への操作量を示す操作入力
に関しては、上述したように、４組の容量素子の静電容
量値自身は変動するものの、この静電容量値の変動がそ
のまま検出値としては出力されないような工夫が施され
ている。この工夫を利用して検出値の出力を得るために
は、各容量素子の静電容量値の測定を、外側電極Ｅ２１
〜Ｅ２４を利用して行うようにすればよい。たとえば、
第２の容量素子の静電容量値は、本来であれば、中間電
極Ｅ１２と変位導電層２６との間の静電容量値を電気的
な方法で測定することになるが、その代わりに、中間電
極Ｅ１２と外側電極Ｅ２２との間の静電容量値を電気的
な方法で測定するのである。要するに、図９に示す各電
極について、中間電極Ｅ１１と外側電極Ｅ２１との間の
静電容量測定値を第１の容量素子の静電容量値の検出値
として利用し、中間電極Ｅ１２と外側電極Ｅ２２との間
の静電容量測定値を第２の容量素子の静電容量値の検出
値として利用し、中間電極Ｅ１３と外側電極Ｅ２３との
間の静電容量測定値を第３の容量素子の静電容量値の検
出値として利用し、中間電極Ｅ１４と外側電極Ｅ２４と
の間の静電容量測定値を第４の容量素子の静電容量値の
検出値として利用すればよい。

【００６０】このような検出方法を採れば、各容量素子
の実際の静電容量の検出値は、変位導電層２６が４組の
外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかと電気的に接触して
いることを条件として出力されることになる。たとえ
ば、図１１に示す状態や、図１２に示す状態では、変位
導電層２６は外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれとも接触
していないため、前述した外側電極を利用した検出方法
を採れば、一対の容量素子の差分検出値は０を維持した
ままになる。したがって、操作者がスイッチ入力操作を
行った場合に、所定方向への操作量が誤検出されること
はない。前述した外側電極を利用した一対の容量素子の
差分検出により、所定方向への操作量が検出値として出
力されるのは、たとえば、図１３に示すように、ある程
度の大きさの操作量が加わり、周囲部ドーム状構造体３
０−２が形状反転し、周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成
された変位導電層２６の一部が外側電極Ｅ２２に導通状
態になってからであり、両者が導通するに至るまでは、
いわば不感帯となり、出力される差分検出値は０を維持
したままである。

【００６１】もっとも、図１２に示すように、操作者が
スイッチ入力を行った場合に、所定方向への操作量を示
す操作入力が誤って検出されないようにするためには、
各部の寸法設定に配慮する必要がある。すなわち、ここ
に示す実施形態の場合、図１１に示すように、中央部柱
状突起Ｐ１と周囲部柱状突起Ｐ２との縦方向の長さはほ
ぼ等しく設定されているが、中央部ドーム状構造体３０
−０が仲介電極Ｅ１６の上に載置されているのに対し、
周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４は基板４０の
上に直接載置されているため、中央部ドーム状構造体３
０−０の頂点位置は、周囲部ドーム状構造体３０−１〜
３０−４の頂点位置に比べて、仲介電極Ｅ１６の厚み分
だけ高くなっている。このため、何ら入力が作用してい
ない図１１に示す状態において、中央部柱状突起Ｐ１の
下面は中央部ドーム状構造体３０−０の頂点に接した状
態となっているが、各周囲部柱状突起Ｐ２の下面と各周
囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の頂点との間に
は隙間が形成されている。また、図１２に示すように、
操作者がスイッチ入力を行った場合、下方への押圧力
は、操作盤１０の周囲部よりも中央部の押圧棒１４に集
中する。このような理由から、操作盤１０に対して垂直
下方への力を徐々に増加させていった場合、中央部ドー
ム状構造体３０−０の形状反転が、周囲部ドーム状構造
体３０−１〜３０−４の形状反転よりも先行して生じる
ことになる。スイッチ入力が行われた場合に、所定方向
への操作量を示す操作入力が誤検出されないようにする
ためには、このように、操作盤１０に対して垂直下方へ
の力を徐々に増加させていった場合、中央部ドーム状構
造体３０−０の形状反転が、周囲部ドーム状構造体３０
−１〜３０−４の形状反転よりも先行して生じるように
しておかねばならない。したがって、たとえば、仲介電
極Ｅ１６の厚みが小さいために、全５組のドーム状構造
体の頂点位置にほとんど差が生じないような場合には、
必要に応じて、中央部柱状突起Ｐ１の縦方向の長さを周
囲部柱状突起Ｐ２の縦方向の長さよりも長くするなど、
各部の寸法設定を行うようにする。

【００６２】ここに示す実施形態の場合、図１０に示す
ように、Ｘ軸およびＹ軸上に合計４組の周囲部ドーム状
構造体３０−１〜３０−４が設けられており、その下に
それぞれ外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４が形成されている。し
たがって、弾性変形体２０の下面に形成された変位導電
層２６が、４組のいずれかの周囲部ドーム状構造体を利
用して、４組のいずれかの外側電極と電気的に導通した
状態になれば、有意な差分検出値の出力が行われること
になる。なお、実用上は、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２
４に対しては、互いに導通させるような配線を施してお
き、回路上では、たとえばこれらを接地電位に固定して
おくようにするとよい。このようにすれば、４組の外側
電極Ｅ２１〜Ｅ２４はいずれも接地電極として機能し、
この接地電極と、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４との間の静
電容量値を測定することにより、各方向への操作量を検
出することができる。

【００６３】以上、述べたように、本発明に係る電子機
器用入力装置では、操作盤１０、弾性変形体２０、ドー
ム状構造体３０、基板４０という基本要素を用いた比較
的単純な構造により、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ
入力（いわゆるクリック入力）と、所定方向への操作量
を示す操作入力と、の双方の入力機能が実現できる。特
に、弾性変形体２０をシリコンゴムなどの弾性材料を一
体成型することにより構成し、その下面の変位導電層２
６を、導電性塗料の塗布層により構成し、基板４０を回
路実装用プリント基板により構成し、その上面の各電極
をプリントパターン層により構成し、電極を覆う絶縁層
をレジスト層により構成すれば、量産化に適した電子機
器用入力装置を実現することができる。

【００６４】結局、本発明に係る電子機器用入力装置で
は、操作盤１０に対して下方へのスイッチ入力が加えら
れた場合には、中央部ドーム状構造体３０−０が形状反
転を起こすことにより、導電性接触面３１と内側電極Ｅ
１５とが接触し、この接触状態を電気的に検出すること
によりＯＮ／ＯＦＦ状態の検出が行われることになり、
操作盤１０に対して所定方向への操作量を示す操作入力
が加えられた場合には、各外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４と各
中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４との間の電気的特性に基づい
て、各容量素子の静電容量値を求めることにより、加え
られた操作量の検出が行われることになる。

【００６５】このような検出動作において重要な機能を
果たしている構成要素が、中央部ドーム状構造体３０−
０および周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４であ
る。上述したように、これらのドーム状構造体３０は、
所定の臨界値を超えた押圧力が加わると形状反転する性
質を有し、形状反転することにより、基板４０側の電極
との接触状態に変化が生じ、有意な検出値が得られるこ
とになる。そして、この形状反転時には、操作者に対し
てクリック感が伝わるため、操作者は、このクリック感
の有無に基づいて、有意な入力を与えることができたか
否かを認識することが可能になる。

【００６６】また、ここに述べる実施形態では、弾性変
形体２０の一部として、弾性材料からなる円環状隆起部
２２が形成されているが、この円環状隆起部２２は、操
作盤１０の外周部分に直接接触して、操作盤１０に加え
られた力を直接受ける部分として機能する。しかも、こ
の円環状隆起部２２の直下に、やはり弾性変形体２０の
一部として、弾性材料からなる周囲部柱状突起Ｐ２が形
成されている。したがって、操作盤１０に加えられた所
定方向の操作入力は、操作盤１０の外周部分から円環状
隆起部２２へと伝達され、更に、周囲部柱状突起Ｐ２へ
と伝達されることになる。このため、たとえば図１３に
示す状態から、更に操作量（操作者の指の力）を増加さ
せてゆくと、円環状隆起部２２および周囲部柱状突起Ｐ
２が弾性変形を起こして徐々に潰れてゆき、図１４に示
す状態を経て図１５に示す状態となる。別言すれば、図
１３に示す状態から図１５に示す状態に至るまでには、
円環状隆起部２２の上面から周囲部柱状突起Ｐ２の下面
に至るまでの厚みをもったゴムが徐々に潰れてゆく過程
が必要になり、操作者が加える指の力に応じて、弾性変
形体２０の変形が徐々に進行することになる。結局、円
環状隆起部２２および周囲部柱状突起Ｐ２は、本発明を
実施する上で必ずしも必須の構成要素ではないが、操作
量の検出値をできるだけ線形出力に近付ける働きをする
ことになる。

【００６７】このように、「操作量の検出値を線形出力
に近付ける」という目的を果たすためには、膜状部の上
面および下面に、弾性材料からなる何らかの凸状部を設
けるようにして、全体の厚みが厚くなるようにすればよ
い。ここに示す実施形態において、膜状部の上面に形成
された円環状隆起部２２や、膜状部の下面に形成された
周囲部柱状突起Ｐ２は、いずれもゴム部分の厚みを厚く
するための機能を果たしていることになる。このような
機能だけに着目すれば、もちろん、膜状部の上面に、円
環状隆起部２２の代わりに複数の柱状突起を設けること
も可能である。同様に、膜状部の下面に、柱状突起の代
わりに円環状の隆起部を設けることも可能である。

【００６８】ただ、この実施形態において、膜状部の上
面に、ワッシャ状の円環状隆起部２２を設けているの
は、操作盤１０との隙間からのゴミや埃の侵入を防ぐ意
味をもっている。すなわち、弾性変形体２０の上面に複
数の柱状突起を設けた場合、この柱状突起の隙間部分か
ら、ゴミや埃が侵入しやすくなる。図示の実施形態のよ
うに、円環状隆起部２２を設けるようにすれば、このよ
うなゴミや埃の侵入を防ぐことができる。逆に、膜状部
の下面に、周囲部柱状突起Ｐ２を設けているのは、４か
所に配置された周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−
４の頂点付近に押圧力を集中して伝達させることができ
るようにするための配慮である。

【００６９】なお、この実施形態では、操作盤１０を円
盤状の剛性材料により構成し、円環状隆起部２２の内径
が操作盤１０の外径よりも小さくなり、円環状隆起部２
２の外径が操作盤１０の外径よりも大きくなるように設
定してあるが、このような設定は、上述した「操作量の
検出値を線形出力に近付ける」という目的を果たすため
に有効である。すなわち、このような設定にしておけ
ば、円環状隆起部２２の外側部分が操作盤１０の外周部
分よりも更に外側へと食み出すようになり、操作盤１０
に対して斜め下方への操作入力が加えられた場合、図１
３〜図１５に示すように、円環状隆起部２２の上層部分
が断面Ｕ字型に変形することになる。その結果、ゴムの
層に対して、厚み方向に潰すような変形とともに、断面
Ｕ字型へ曲げるような変形が加わることになり、操作量
の検出値をより線形出力に近付けることが可能になる。

【００７０】§３．種々の変形例 次に、本発明に係る電子機器用入力装置のいくつかの変
形例を述べる。

【００７１】（１） 過大な力に対する保護機構 本発明に係る入力装置における弾性変形体２０は、シリ
コンゴムなどのゴムから構成するのが最も実用的であ
る。ただ、このようなゴムからなる構造体は、過度の力
の作用に対して破損や亀裂が生じる欠点がある。特に、
装置全体の薄型化を図るために、弾性変形体２０の各部
の厚みを薄くした場合、破損や亀裂が生じやすい。ここ
で述べる変形例は、このような過度の力に対する保護機
構を設けた例である。

【００７２】この変形例では、図１に示す操作盤１０お
よび弾性変形体２０の代わりに、図１６の側断面図に示
すような操作盤１０Ａおよび弾性変形体２０Ａを用い
る。ドーム状構造体３０および基板４０は、図１に示す
ものと同じものを利用すればよい。

【００７３】図１６に示す操作盤１０Ａは、図１に示す
操作盤１０と同様に、操作部分１１Ａ、土手部分１２
Ａ、外周部分１３Ａを有し、下面中心部には、中央部ド
ーム状構造体３０−０の頂点付近に押圧力を加えるため
の押圧棒１４Ａが設けられている。ただ、この押圧棒１
４Ａの周囲には円形の溝部１５Ａが掘られており、その
結果、押圧棒１４Ａが若干長くなっている。また、操作
盤１０Ａの底面外周から外方へと突き出す鍔部１６Ａが
更に設けられている。この鍔部１６Ａは、外周部分１３
Ａの更に外側に設けられたフランジ部を構成することに
なる。

【００７４】一方、図１６に示す弾性変形体２０Ａは、
図１に示す弾性変形体２０と同様に、内側膜状部２１
Ａ，円環状隆起部２２Ａ，外側膜状部２３Ａ，側壁部２
４Ａ，固定脚部２５Ａを有しており、下面には、中央部
柱状突起Ｐ１および周囲部柱状突起Ｐ２が形成されてい
る。また、その下面には、変位導電層２６（図には示さ
れていない）が形成されている。ただ、内側膜状部２１
Ａの上面中心付近には、円柱状の中央隆起部２７Ａが形
成され、その中心位置には、押圧棒１４Ａと嵌合するた
めの嵌合孔２８Ａが形成されている。図１７に、この弾
性変形体２０Ａの上面図を示す。中央隆起部２７Ａは、
操作盤１０Ａ側の溝部１５Ａに嵌合する形状を有してい
る。結局、押圧棒１４Ａを嵌合孔２８Ａに嵌合させれ
ば、中央隆起部２７Ａが溝部１５Ａに嵌合した状態にな
り、嵌合孔２８Ａの内面と押圧棒１４Ａの外面との摩擦
力によって、弾性変形体２０Ａと操作盤１０Ａとの接続
状態が維持されるような構造となっている。したがっ
て、実際にこの装置を組み立てるに当たって、操作盤１
０Ａと弾性変形体２０Ａとは、押圧棒１４Ａと嵌合孔２
８Ａとの物理的な嵌合によって接続され、両者間を接着
剤などで固定する必要はない。

【００７５】図１８は、図１に示す操作盤１０および弾
性変形体２０の代わりに、図１６に示す操作盤１０Ａお
よび弾性変形体２０Ａを用いて組み立てた電子機器用入
力装置の側断面図である。この装置の更なる特徴は、基
板４０の上に、新たな構成要素である制御部材５０が取
り付けられている点である。この制御部材５０の上面に
は、操作盤１０Ａを操作するのに適した円形の開口窓Ｗ
が形成されており、この開口窓Ｗの周囲部分は、ひさし
部５１を構成している。開口窓Ｗの大きさは、鍔部１６
Ａの外周部分よりも若干小さく設定されている。

【００７６】このような構造をもった入力装置の基本的
な動作は、これまで述べてきた基本的な実施形態に係る
装置の動作と全く同じである。ただ、この図１８に示す
装置には、過度の力に対する保護機構が付加されてい
る。この保護機構は、操作盤１０Ａを傾斜させるような
過度の力、操作盤１０Ａを水平方向（ＸＹ平面に沿った
方向）に移動させるような過度の力、操作盤１０Ａを押
圧棒１４Ａを中心軸として回転させるような過度の力、
について有効である。

【００７７】まず、操作盤１０Ａを傾斜させるような過
度の力については、ひさし部５１が鍔部１６Ａに当接す
ることにより、操作盤１０Ａの変位が制限を受けるた
め、弾性変形体２０が破損するほどの過度の変位が生じ
ることを防ぐことができる。たとえば、操作盤１０Ａに
対して、Ｘ軸負方向への操作力Ｆｘ−が加わると、操作
盤１０Ａ全体は左へ傾斜することになる。したがって、
操作盤１０Ａの図の左端の鍔部１６Ａは下がり、右端の
鍔部１６Ａは上がる状態になるが、やがて左端の鍔部１
６Ａが基板４０上の構成要素に当接し、右端の鍔部１６
Ａがひさし部５１の先端部分に当接した状態になり、操
作盤１０Ａを、それ以上傾斜させるような変位は制限さ
れる。このため、弾性変形体２０Ａに過度の力が加わる
ことを防ぐことができ、破損や亀裂から保護することが
できる。

【００７８】また、操作盤１０Ａを水平方向に移動させ
るような過度の力については、外周部分１３Ａがひさし
部５１に当接することにより、操作盤１０Ａの変位が制
限を受けることになる。たとえば、操作盤１０Ａ全体を
図の右方向（Ｘ軸正方向）に平行移動させるような力が
加わっても、やがて操作盤１０Ａの右側の外周部分１３
Ａがひさし部５１の端面（開口窓Ｗの構成部分）に当接
した状態になり、操作盤１０Ａを、それ以上右方向に移
動させるような変位は制限される。このため、やはり弾
性変形体２０Ａに過度の力が加わることを防ぐことがで
き、破損や亀裂から保護することができる。

【００７９】更に、操作盤１０Ａ全体を回転させるよう
な過度の力については、押圧棒１４Ａと嵌合孔２８Ａと
の間にスリップが生じることにより、弾性変形体２０Ａ
が破損するほどの過度の変位が生じることを防ぐことが
できる。前述のように、操作盤１０Ａと弾性変形体２０
Ａとの間は、接着剤などを用いることなしに、嵌合孔２
８Ａの内面と押圧棒１４Ａの外面との摩擦力によって接
続状態が維持されるような構造となっている。したがっ
て、操作盤１０Ａに対して回転力が加えられると、この
回転力は捩じれ力となって弾性変形体２０Ａ側へと伝達
されることになるが、上記摩擦力を超える過度の回転力
が加えられると、押圧棒１４Ａと嵌合孔２８Ａとがスリ
ップし、押圧棒１４Ａが空転を生じるようになり、過度
の捩じれ力が弾性変形体２０Ａへと伝達されるのを防ぐ
ことができる。

【００８０】（２） 内側電極の変形例 前述した実施形態では、スイッチ入力に関するＯＮ／Ｏ
ＦＦ状態の検出は、図９に示されているように、内側電
極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６との間の導通状態を電気的に
検出することにより行っていた。すなわち、少なくとも
表面部分が導電性材料からなるドーム状構造体３０を用
意し、これを中央部ドーム状構造体３０−０として、そ
の底周面が仲介電極Ｅ１６に接触するように配置してお
けば、この中央部ドーム状構造体３０−０が形状反転を
生じて内側電極Ｅ１５と接触したことを、内側電極Ｅ１
５と仲介電極Ｅ１６とが導通することにより検出するこ
とが可能になる。

【００８１】これに対して、図１９に上面図を示す基板
４０Ａでは、２枚の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８が形成され
ている。このような一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８を用
いても、操作者が操作盤１０に対して加えたスイッチ入
力、すなわち、垂直下方への押圧力を検出することが可
能である。いま、この一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の
外形円よりも大きな内径をもち、少なくとも頂点付近の
下面が導電性接触面３１を形成しているようなドーム状
構造体３０を用意し、これを中央部ドーム状構造体３０
−０として配置したとする。この場合、中央部ドーム状
構造体３０−０は、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の外側に配
置されることになるので、何ら入力が作用していない状
態において、内側電極Ｅ１７と、内側電極Ｅ１８と、中
央部ドーム状構造体３０−０とは、互いに物理的に非接
触状態にあり、電気的にも絶縁された状態にある。とこ
ろが、図８(b) に示すように、この中央部ドーム状構造
体３０−０の頂点付近に対して垂直下方への押圧力Ｆが
加わって形状反転すると、その下面に形成されていた導
電性接触面３１が、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の双方に同
時に接触することになる。図示の実施形態の場合、内側
電極Ｅ１７，Ｅ１８は、いずれも所定の円領域内に収ま
る外形を有し、かつ、「Ｅ」字型の形状をしているが、
これは、このような中央部ドーム状構造体３０−０の形
状反転に基づいて、両電極間が電気的に接触状態となる
のに適した形状とするためである。このように、内側電
極Ｅ１７，Ｅ１８は、物理的に分離された一対の電極か
ら構成されているが、導電性接触面３１が両者に同時に
接触することにより互いに導通状態になる。結局、これ
ら一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８間の導通状態を電気的
に検出することにより、操作者のスイッチ入力に関する
ＯＮ／ＯＦＦ状態を検出できる。

【００８２】（３） その他の変形例 以上、本発明をいくつかの実施形態について述べたが、
本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、
この他にも種々の態様で実施可能である。たとえば、前
述の実施形態に係る電子機器用入力装置は、Ｘ軸上に配
置された２組の容量素子と、Ｙ軸上に配置された２組の
容量素子と、の合計４組の容量素子を用いて、ＸＹ二次
元平面上での所定方向に関する操作入力を検出する二次
元力センサを構成しているが、本発明を実施する上で
は、必ずしも４組の容量素子を用いる必要はない。たと
えば、Ｘ軸の正方向および負方向という一次元方向に関
する操作入力のみを行うことができれば十分な用途に利
用するのであれば、Ｘ軸上に配置された２組の容量素子
のみを用いればよい。

【００８３】また、上述の実施形態では、基板４０上の
４か所に周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４を配
置し、中央部ドーム状構造体３０−０を含めて合計５組
のドーム状構造体３０を用いているが、一次元方向に関
する操作入力のみを行うことができれば十分な用途に利
用するのであれば、Ｘ軸上に配置された２組のドーム状
構造体３０−１，３０−２のみを用いればよい。逆に、
８組のドーム状構造体３０を周囲部ドーム状構造体とし
て利用し、基板４０の周囲部に相当する円周上に円周角
４５°おきに配置するようにしてもよい。このように、
本発明を実施する上で、周囲部ドーム状構造体の数は４
組に限定されるものではなく、用途に応じて任意の数を
配置すればよい。

【００８４】上述の実施形態では、弾性変形体２０を、
シリコンゴムなどの弾性材料を一体成型した構造体によ
って構成したが、弾性変形体２０は、必ずしも各部のす
べてを弾性材料で構成する必要はない。すなわち、弾性
変形体２０のうち、少なくとも膜状部の一部および柱状
突起が弾性材料によって構成されていれば、前述した検
出原理に基づく動作が可能になるので、たとえば、側壁
部２４を金属や樹脂などの剛性材料によって構成するこ
とも可能である。もっとも、構造を単純化し、製造コス
トを低減させる上では、これまで述べた実施形態のよう
に、弾性変形体２０の全体を弾性材料の一体成型品とし
て構成するのが好ましい。

【００８５】この弾性変形体２０の下面に形成される変
位導電層２６も、導電性の層が形成できるのであれば、
どのような方法で形成してもかまわない。また、変位導
電層２６は、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４に対する接触用電
極としての機能と、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向する
対向電極（容量素子を形成するための電極）としての機
能とを果たすことを目的として形成される導電層である
ので、これらの機能を果たすために必要最低限の領域に
形成すれば足りる。ただ、実用上は、これまで述べた実
施形態のように、弾性変形体２０の膜状部下面の所定領
域（たとえば、図６にハッチングを施した領域）に、導
電性塗料を塗布することにより、弾性変形体２０を形成
するのが好ましい。また、上述の実施形態では、容量素
子を形成する一対の電極間の絶縁層を中間電極Ｅ１１〜
Ｅ１４の上面に形成しているが、変位導電層２６の下面
に形成してもかまわない。

【００８６】また、これまで述べた実施形態では、基板
４０上に形成された各電極に対する配線についての説明
は省略したが、本発明に係る入力装置を具体的な電子機
器に組み込む場合には、基板４０上の各電極と、電子機
器側の情報処理装置と、の間に所定の配線を行う必要が
ある。基板４０として、回路実装用のプリント基板を利
用すれば、このような配線も、基板４０上のプリントパ
ターンとして形成することができる。

【００８７】

【発明の効果】以上のとおり本発明に係る電子機器用入
力装置によれば、スイッチ入力と所定方向への操作量を
示す操作入力と、の２系統の入力のいずれについても、
有意な入力を与えることができたか否かを操作者に認識
させることが可能な電子機器用入力装置を提供すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な実施形態に係る電子機器用入
力装置の分解側断面図である。

【図２】図１に示す操作盤１０の上面図である。この操
作盤１０を中心で切断した側断面が図１に示されてい
る。

【図３】図１に示す操作盤１０の下面図である。この操
作盤１０を中心で切断した側断面が図１に示されてい
る。

【図４】図１に示す弾性変形体２０の上面図である。こ
の弾性変形体２０を中心で切断した側断面が図１に示さ
れている。

【図５】図１に示す弾性変形体２０の下面図である。こ
の操作盤１０を中心で切断した側断面が図１に示されて
いる。

【図６】図５に示す弾性変形体２０の下面に形成されて
いる変位導電層２６を示す下面図である。

【図７】図１に示すドーム状構造体３０の上面図であ
る。このドーム状構造体３０を中心で切断した側断面が
図１に示されている。

【図８】図１に示すドーム状構造体３０の形状反転動作
を説明する側断面図である。

【図９】図１に示す基板４０の上面図である。このドー
ム状構造体３０を中心（ＸＺ平面）で切断した側断面が
図１に示されている。

【図１０】図９に示す基板４０の上に、５組のドーム状
構造体３０を配置した状態を示す上面図である。

【図１１】図１に示す各構成要素を組み立てることによ
り構成された電子機器用入力装置の側断面図である。

【図１２】図１１に示す電子機器用入力装置においてス
イッチ入力（クリック入力）が行われたときの状態を示
す側断面図である。

【図１３】図１１に示す電子機器用入力装置においてＸ
軸負方向への操作入力が行われたときの第１の状態を示
す側断面図である。

【図１４】図１１に示す電子機器用入力装置においてＸ
軸負方向への操作入力が行われたときの第２の状態を示
す側断面図である。

【図１５】図１１に示す電子機器用入力装置においてＸ
軸負方向への操作入力が行われたときの第３の状態を示
す側断面図である。

【図１６】過大な力に対する保護機構を付加した変形例
に用いる操作盤１０Ａおよび弾性変形体２０Ａの側断面
図である。

【図１７】図１６に示す弾性変形体２０Ａの上面図であ
る。

【図１８】図１６に示す操作盤１０Ａおよび弾性変形体
２０Ａを用いて構成した、過大な力に対する保護機構を
付加した変形例の側断面図である。

【図１９】内側電極の構成を変えた変形例に用いる基板
４０Ａの上面図である。

【符号の説明】

１０，１０Ａ…操作盤 １１，１１Ａ…操作部分 １２，１２Ａ…土手部分 １３，１３Ａ…外周部分 １４，１４Ａ…押圧棒 １５Ａ…溝部 １６Ａ…鍔部 ２０，２０Ａ…弾性変形体 ２１，２１Ａ…内側膜状部 ２２，２２Ａ…円環状隆起部 ２３，２３Ａ…外側膜状部 ２４，２４Ａ…側壁部 ２５，２５Ａ…固定脚部 ２６…変位導電層 ２７Ａ…中央隆起部 ２８Ａ…嵌合孔 ３０…ドーム状構造体 ３０−０…中央部ドーム状構造体 ３０−１〜３０−４…周囲部ドーム状構造体 ３１…導電性接触面 ４０…基板 ４１…固定孔部 ５０…制御部材 ５１…ひさし部 Ｅ１１〜Ｅ１４…中間電極 Ｅ１５…内側電極 Ｅ１６…仲介電極 Ｅ１７，Ｅ１８…内側電極 Ｅ２１〜Ｅ２４…外側電極 Ｆ…押圧力 Ｆｘ−，ＦＦｘ−…Ｘ軸負方向成分を含む操作力 Ｆｚ−…Ｚ軸負方向への押圧力 Ｐ１…中央部柱状突起 Ｐ２…周囲部柱状突起 Ｗ…開口窓

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｈ 13/00 Ｈ０１Ｈ 13/00 Ｂ Ｆターム(参考） 5B020 AA17 DD01 FF19 HH22 5B087 AA09 AB02 AB12 BC12 BC13 BC19 BC34 DD03 5G006 AA01 AA06

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のプログラムに基づいて所定の処理
   を実行する電子機器に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示す
   スイッチ入力および所定方向への操作量を示す操作入力
   を行うための入力装置であって、 板状の基板と、 前記基板上面の中心付近に伏せるように配置され、頂点
   付近に対して所定の大きさ以上の下方への押圧力を加え
   ると、前記頂点付近が弾性変形して下に凸となるように
   形状反転を起こす性質を有し、かつ、少なくとも前記頂
   点付近の下面が導電性接触面を構成している中央部ドー
   ム状構造体と、 前記基板上面の周囲付近に伏せるように配置され、頂点
   付近に対して所定の大きさ以上の下方への押圧力を加え
   ると、前記頂点付近が弾性変形して下に凸となるように
   形状反転を起こす性質を有し、かつ、少なくとも前記頂
   点付近の上面および下面が互いに導通した導電性材料に
   より構成されている周囲部ドーム状構造体と、 前記基板上面に対して前記中央部ドーム状構造体および
   前記周囲部ドーム状構造体を挟んでほぼ平行になるよう
   に配置された膜状部と、この膜状部の周囲を前記基板上
   面に固定するための側壁部と、を有し、少なくとも前記
   膜状部の一部が弾性材料によって構成されている弾性変
   形体と、 操作入力またはスイッチ入力を受けて前記弾性変形体に
   弾性変形を起こさせることができるように前記弾性変形
   体の上面に配置された操作盤と、 前記基板上面の「前記中央部ドーム状構造体が形状反転
   を起こした際に前記導電性接触面に接触可能な位置」に
   配置された内側電極と、 前記基板上面の「前記周囲部ドーム状構造体が形状反転
   を起こした際に反転部分に接触可能な位置」に配置され
   た外側電極と、 前記基板上面の「前記内側電極と前記外側電極とのほぼ
   中間に位置する中間領域部」の所定箇所に配置された中
   間電極と、 前記弾性変形体の下面の「前記中間電極に対向した領
   域」および「前記外側電極に対向した領域」に形成さ
   れ、各部が電気的に同電位となるように構成された変位
   導電層と、 前記中間電極と前記変位導電層との電気的接触を阻むた
   めの絶縁層と、 を備え、 前記操作盤に対して下方へのスイッチ入力が加えられた
   場合に、前記中央部ドーム状構造体が形状反転を起こす
   ことにより前記導電性接触面と前記内側電極とが接触
   し、この接触状態を電気的に検出することによりＯＮ／
   ＯＦＦ状態の検出が行えるように構成し、 前記操作盤に対して所定方向への操作量を示す操作入力
   が加えられた場合に、前記周囲部ドーム状構造体に下方
   への押圧力が作用し、加えられた操作入力の大きさが所
   定のしきい値を超えたときに、前記周囲部ドーム状構造
   体が形状反転を起こして反転部分が前記外側電極に接触
   し、前記周囲部ドーム状構造体を介して、前記変位導電
   層と前記外側電極とが電気的に導通した状態となるよう
   に構成し、かつ、加えられた操作入力の大きさに応じ
   て、前記中間電極と前記変位導電層の対向部分とによっ
   て構成される容量素子の電極間隔が変化するように構成
   し、前記外側電極と前記中間電極との間の電気的特性に
   基づいて前記容量素子の静電容量値を求めることによ
   り、加えられた操作量の検出が行えるように構成したこ
   とを特徴とする電子機器用入力装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子機器用入力装置に
   おいて、 操作盤に対して垂直下方への力を徐々に増加させていっ
   た場合に、中央部ドーム状構造体の形状反転が、周囲部
   ドーム状構造体の形状反転よりも先行して生じるよう
   に、各部の寸法設定がなされていることを特徴とする電
   子機器用入力装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の電子機器用入
   力装置において、 弾性変形体の一部として、その膜状部下面に、中央部ド
   ーム状構造体もしくは周囲部ドーム状構造体またはその
   双方の頂点付近を押圧するための柱状突起を設けたこと
   を特徴とする電子機器用入力装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の電子機
   器用入力装置において、 弾性変形体の一部として、その膜状部上面に、操作盤の
   外周部分に接触し、弾性材料からなる隆起部を形成した
   ことを特徴とする電子機器用入力装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電子機器用入力装置に
   おいて、 操作盤を円盤状とし、隆起部を円環状隆起部としたこと
   を特徴とする電子機器用入力装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の電子機器用入力装置に
   おいて、 円環状隆起部の内径が操作盤の外径よりも小さくなり、
   円環状隆起部の外径が操作盤の外径よりも大きくなるよ
   うに設定したことを特徴とする電子機器用入力装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の電子機
   器用入力装置において、 複数組の周囲部ドーム状構造体を、基板上面の「操作盤
   の外周部分に対向する外周対向部」の所定箇所に配置し
   たことを特徴とする電子機器用入力装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の電子機器用入力装置に
   おいて、 基板の上面中心位置に原点をとり、基板上面がＸＹ平面
   に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系を定義したとき
   に、Ｘ軸正の領域、Ｘ軸負の領域、Ｙ軸正の領域、Ｙ軸
   負の領域にそれぞれ周囲部ドーム状構造体を配置したこ
   とを特徴とする電子機器用入力装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の電子機器用入力装置に
   おいて、 Ｘ軸正の領域、Ｘ軸負の領域、Ｙ軸正の領域、Ｙ軸負の
   領域にそれぞれ配置された４枚の電極によって中間電極
   を構成し、 Ｘ軸正の領域に配置された中間電極とこれに対向する変
   位導電層の一部とによって第１の容量素子が形成され、
   Ｘ軸負の領域に配置された中間電極とこれに対向する変
   位導電層の一部とによって第２の容量素子が形成され、
   Ｙ軸正の領域に配置された中間電極とこれに対向する変
   位導電層の一部とによって第３の容量素子が形成され、
   Ｙ軸負の領域に配置された中間電極とこれに対向する変
   位導電層の一部とによって第４の容量素子が形成される
   ようにし、 前記第１の容量素子の静電容量値と前記第２の容量素子
   の静電容量値との差に基づいてＸ軸正または負方向への
   操作量の検出を行い、前記第３の容量素子の静電容量値
   と前記第４の容量素子の静電容量値との差に基づいてＹ
   軸正または負方向への操作量の検出を行うことができる
   ようにしたことを特徴とする電子機器用入力装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の電子
    機器用入力装置において、 弾性変形体を、一体成型されたゴムによって構成したこ
    とを特徴とする電子機器用入力装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の電子機器用入力装
    置において、 変位導電層を、一体成型されたゴムの表面に塗布した導
    電性塗料からなる層によって構成したことを特徴とする
    電子機器用入力装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれかに記載の電
    子機器用入力装置において、 操作盤を剛性材料により構成したことを特徴とする電子
    機器用入力装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の電子機器用入力装
    置において、 操作盤の下面中心部に、中央部ドーム状構造体の頂点付
    近に押圧力を加えるための押圧棒を設けたことを特徴と
    する電子機器用入力装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の電子機器用入力装
    置において、 弾性変形体の膜状部の上面中心付近に、押圧棒と嵌合す
    る嵌合孔を設け、前記押圧棒を前記嵌合孔に嵌合させ、
    前記嵌合孔の内面と前記押圧棒の外面との摩擦力によっ
    て、弾性変形体と操作盤との接続状態が維持されるよう
    にしたことを特徴とする電子機器用入力装置。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１４のいずれかに記載の電
    子機器用入力装置において、 操作盤の底面外周から外方へと突き出す鍔部を設け、前
    記鍔部に当接することにより前記操作盤の変位を制限す
    るひさし部を基板上に固定したことを特徴とする電子機
    器用入力装置。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれかに記載の電
    子機器用入力装置において、 内側電極を基板上面の中心付近に形成された電極層によ
    って構成し、前記内側電極と中間電極との間に、前記内
    側電極の周囲を取り囲むように配置された仲介電極を設
    け、 少なくとも表面部分が導電性材料からなる中央部ドーム
    状構造体を、その底周面が前記仲介電極に接触するよう
    に配置し、前記仲介電極と前記内側電極との間の導通状
    態を電気的に検出することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態の
    検出を行うことができるようにしたことを特徴とする電
    子機器用入力装置。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１５のいずれかに記載の電
    子機器用入力装置において、 内側電極を、物理的に分離された一対の電極から構成
    し、中央部ドーム状構造体の下面に形成された導電性接
    触面が、前記一対の内側電極の双方に同時に接触するこ
    とにより、前記一対の内側電極が導通状態となるように
    構成し、前記一対の内側電極間の導通状態を電気的に検
    出することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うこと
    ができるようにしたことを特徴とする電子機器用入力装
    置。