JP2005093128A - 操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型の電子機器に搭載でき各種の操作が可能な操作装置を提供する。
【解決手段】 シリコーンゴムで形成された弾性部材２の下面に、ＰＥＴなどで形成されたフィルム状の補強部材４が固定され、その下部に検出手段２０Ａが固定されている。また弾性部材２の表面には、低摩擦抵抗の樹脂層からなる操作面１０が設けられている。スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５に相当する操作面１０が押圧されると、弾性部材２と補強部材４とが局部的に変形させられて、突起５ａ〜５ｅが検出手段２０Ａに設けられたスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５をＯＮに設定する。引出しパターン２６の出力電圧は、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５のＯＮ状態ごとに異なるため、前記出力電圧からいずれのスイッチ部が操作されたかを検出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば小型の電子機器に搭載される押圧式の操作装置に係り、特に小型化した場合でも確実な入力操作が可能な操作装置に関する。

従来の押圧式の操作装置としては、例えば下記特許文献１や特許文献２に示すものが存在する。

下記特許文献１に記載のものは、複数のメンブレンスイッチが二つ折り可能なベースフィルム上にスペーサを介して対向配置されたスイッチ電極対で構成である。一方のスイッチ電極対はリード線で同電位に接続されており、他方のスイッチ電極対は帯状抵抗体を介して接続されている。

いずれかのメンブレンスイッチを操作すると、各メンブレンスイッチの操作ごとに前記帯状抵抗体に対応したレベルの電圧値が出力される。このため、複数のメンブレンスイッチのうちいずれが操作されたかを前記電圧値から判別することができ、これにより電子機器の操作スイッチとして使用される。

また下記特許文献２に記載のものは、対向接点を有するシートの表面が表面シートで被覆され、前記シートと表面シートとの間において前記接点と対向する位置に突起が設けられている。前記表面シートが押圧操作されると、前記突起部分が重点的に押し下げられて、接点が入力状態に切り替えられる。
実開昭６２−１３４２０４号公報 実開平３−８２５２８号公報

電子機器が小型化されると筐体の表面積が狭くなるため、搭載する操作スイッチの設置スペースが減少する。このため、搭載する操作スイッチも小型化する必要があり、その結果、各スイッチに対する操作が確実に行われるようにする必要がある。

しかし、上記特許文献１および２に示す構造のものにおいて複数の接点を非常に狭い間隔で設置したものでは、各接点を確実に入力できるようにするために、表面シートをある程度柔軟な素材で形成し、撓み変形させ易くする必要がある。

しかも隣接する接点間の距離が短くなればなるほど、前記表面シートには柔軟性が要求されるが、表面シートの柔軟性を高め過ぎると、シートが不用意に撓んでしまい、誤操作が発生したり、あるいは操作感触が損なわれるという問題がある。

本発明は前記従来の課題を解決するものであり、接点間隔を非常に短く形成しても、各スイッチを確実に操作させることができ、しかも操作性に優れた操作装置を提供することを目的とする。

本発明は、軟質な弾性体と、前記弾性体の表面に設けられた操作面と、前記弾性体の裏面側に設けられて前記弾性体が所定量以上撓むのを規制する補強部材と、前記補強部材に対向する位置に設けられ且つ前記操作面が押圧操作され、前記弾性体が前記補強部材とともに局部的に撓み変形させられたときに、前記局部的な撓み変形に応じた物理的な変化を検出する検出手段と、を有していることを特徴とするものである。

上記本発明の操作装置では、柔軟性のある弾性体により各接点に対応する位置において局部的に撓み変形させて各接点を確実に入力状態にすることができ、さらに補強部材によって弾性体の撓み過ぎを防止して操作感触を損なうことがない。

上記における前記検出手段が、前記検出手段が、第１の導電部が設けられた第１のシートと、前記第１の導電部に接触する第２の導電部および前記両導電部どうしが接触したときにその接触位置に応じて異なる抵抗値を示す抵抗体が設けられた第２のシートと、前記第１のシートと第２のシートとを対向配置させるスペーサとが設けられているのとして構成できる。

例えば、前記第２のシートには、複数の抵抗体と複数の第２の導電部とが交互に直列接続されており、前記第１の導電部とこの第１の導電部に対向する前記第２の導電部とが接触させられる構成、または前記第２のシートには、長さに比例して一定の割合で抵抗値が変化する帯状抵抗体が形成されており、前記第１の導電部が前記帯状抵抗体に直接接触させられる構成、あるいは前記第２のシートには、枝状に接続された複数の抵抗体に複数の第２の導電部がそれぞれ接続されており、前記第１の導電部とこの第１の導電部に対向する前記第２の導電部とが接触させられる構成などである。

この場合、前記第１の導電部の電圧を検出する電圧検出手段と、前記抵抗体を含む回路に流れる電流を検出する電流検出手段の一方または双方が設けられており、前記第１の導電部が前記第２の導電部または抵抗体に接触したときに、前記電圧検出手段および／または電流検出手段によって検出された電圧値および／または電流値から第１の導電部と前記第２の導電部との接触位置が検出される。

また、前記検出手段の第１のシートと前記補強部材とが対向して設けられており、前記突起は前記補強部材と第１のシートが対向するいずれか一方の面に設けられているものとして構成できる。

上記手段では、第１の導電部と第２の導電部又は抵抗体とを確実に接触させることが可能となる。
また、前記弾性体は、シリコーンゴムが好ましい。

上記手段では、シリコーンゴムにすると小さな押圧力で撓み変形させることができる。
さらには、前記操作面は、無機フィラーを含むシリコーン樹脂層から成るものが好ましい。

上記手段では、摩擦抵抗を低くすることができ、操作面を滑らかに操作できる。

本発明では、接点間隔が非常に狭く形成されたものであっても、各接点を確実に入力することができ、しかも操作性に優れた操作装置を提供できる。また、各接点を連続して滑らかに操作することが可能となる。

図１は本発明の実施例１を示す操作装置の分解斜視図、図２は図１の３−３線における断面図、図３は操作装置の動作時を示す図２同様の断面図である。

図１ないし図３に示すように、操作装置１は、Ｘ方向に細長く延びる帯状の弾性部材（弾性体）２を有している。弾性部材２の裏面側には検出手段２０Ａが設けられている。

前記操作装置１は、小型の電子機器、例えば携帯電話、オーディオやエアコンなどのリモコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）などに搭載することができる。あるいはパソコン等の比較的大きな電子機器に搭載することも可能である。

前記操作装置１は、電子機器を構成する筐体から前記弾性部材２の表面の操作面１０が露出するように配置される。

前記弾性部材２は弾性変形可能な軟質な素材で形成され、また前記操作面１０は、低摩擦抵抗の材料で形成されて前記弾性部材２の表面に重ねて形成されている。

本実施の形態における弾性部材２は、シリコーンゴムで形成されていることが好ましい。例えば、高密度ポリエチレンやポリプロピレンでは硬度が高く、低荷重で撓み変形できるものではなく、逆に低密度ポリエチレンでは高温での特性が悪く使用に耐え得るものではない。一方、弾性部材２として、前記シリコーンゴムを使用すると、低加重しかも局部的に撓み変形させることができる。なお、この弾性部材２としては、シリコーンゴムに限定されるものではなく、その他のゴム系の弾性部材であってもよい。

しかし、シリコーンゴムをベースに検討したところ、シリコーンゴムは柔らか過ぎて撚れたり、摩擦抵抗が大きく操作性が損なわれるという問題があった。そこで撚れることについての対応方法としては、上記したように、シリコーンゴムで形成された弾性部材２の裏面にフィルム状の補強部材４を固定する。前記補強部材４は、ＰＥＴ樹脂やポリプロピレン樹脂などで形成することができ、この補強部材４を弾性部材２の裏面に貼り付けることで、Ｚ方向への撓み変形を損なわずに前記撚れを防止することができる。

また、摩擦抵抗が大きく操作性が損なわれる点についての対応方法としては、その一例として、操作面１０に無機フィラー具体的にはシリカの粒子を含有したシリコーン樹脂を形成することである。このような樹脂を操作面１０に塗布または印刷することで、操作面１０の摩擦抵抗を低くでき、指を操作面１０上において滑らかに移動させることができる。ただし、操作面１０を抵抗の小さい平滑な面にできるものであれば上記したシリカを含むシリコーン樹脂に限定されるものではなく、他の部材から成るものであってもよい。

このような低抵抗な操作面１０が設けられていると、操作面１０に対して指をＸ１−Ｘ２方向へ滑らかに移動させることが可能となるため、操作性を向上させることができる。

図１に示すように、前記弾性部材２のＺ２側の面（裏面）には、補強部材４が重ねて形成されている。この補強部材４は、フィルム状に形成されたものであり、前記操作面１０よりも側方（Ｘ−Ｙ平面方向）に突出する形状であることが好ましい。かかる場合、前記弾性部材２及び操作面１０よりも外側に突出する部分が鍔部４ｂである。この鍔部４ｂは、図１や図２の実施形態では、弾性部材２及び操作面１０の周囲全体に形成されている。この鍔部４ｂは、図示しない筐体の内面で係止され、前記弾性部材２が前記筐体から抜け出ないようにする抜け止め機能や防水機能を担っている。

図１ないし図３に示すように、前記補強部材４のＺ２側の面には、５個の半球状の突起５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅがＸ方向に沿って直線状に等ピッチ間隔で設けられている。ただし、前記突起５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、後述する上側シート（第１のシート）２１の上面に上記同様Ｘ方向に沿って直線状に等ピッチ間隔で形成された構成であってもよい。

前記突起５ａと５ｅの外側には支持部１１ａ，１１ｂが形成されている。これら突起５ａ〜５ｅ及び支持部１１ａ，１１ｂは、いずれも紫外線硬化型の樹脂で印刷によって同時に形成されている。ただし、前記突起５ａ〜５ｅ及び支持部１１ａ，１１ｂは、必ずしも紫外線硬化樹脂である必要はない。なお、図示していないが、前記支持部１１ａ，１１ｂの表面には、粘着性を有する粘着層が形成されて、検出手段２０Ａを構成する上側シート２１の上面と接着固定されている。

図１ないし図３に示すように、前記検出手段２０Ａは、上側シート（第１のシート）２１と下側シート（第２のシート）２２とがフレキシブルシート２３を介して連結されている。前記上側シート２１と下側シート２２とは対向して設けられており、前記上側シート２１と下側シート２２との間にシート状のスペーサ２４が挿入されて、互いに接着固定されている。前記上側シート２１、下側シート２２、フレキシブルシート２３およびスペーサ２４は、いずれもＰＥＴ樹脂やポリイミド樹脂など可撓性を有する素材で形成されている。なお、前記各シート２１，２２，２３がＰＥＴ樹脂などで形成され、前記スペーサ２４が接着材からなる接着層で形成されて、互いに接着固定されたものでもよい。

前記上側シート２１と下側シート２２との対向面には、前記突起５ａと対向する位置に円形の第１の導電部２１ａと第２の導電部２２ａが対向して形成されている。また前記スペーサ２４には、前記第１の導電部２１ａと第２の導電部２２ａよりも大きな径寸法からなる貫通孔２４ａが形成されている。なお、以下同様に前記上側シート２１に第１の導電部２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅが、前記下側シート２２に第２の導電部２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅが、前記スペーサに貫通孔２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅが前記突起５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅと対向する位置にそれぞれ形成されている。

そして、互いに対向する一対の前記導電部によって、本実施の形態のスイッチ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５がそれぞれ形成されている。各スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５は、前記検出手段２０Ａに対して図示Ｘ方向に沿って等ピッチ間隔で配置されている。本実施の形態におけるスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の間隔は１０ｍｍ以下、具体的には４ｍｍで形成されたものを想定している。ただし、４ｍｍより短く形成しても長く形成してもよい。

なお、本発明では、前記上側シート２１に形成された第１の導電部２１ａ〜２１ｅと、これに対向して下側シート２２に形成された第２の導電部２２ａ〜２２ｅとからなる各スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５が検出手段を構成している。

次に、前記検出手段２０Ａを構成する上側シート２１と下側シート２２の具体的な構成を実施例１として説明する。

図１に示すように、前記上側シート２１の第１の導電部２１ａ〜２２ｅは導線によって直列に接続されており、先端の第１の導電部２１ａには引出しパターン２６が接続されている。前記引出しパターン２６は、前記フレキシブルシート２３および下側シート２２を介して検出手段２０Ａの外部に引き出されている。

下側シート２２に設けられた第２の導電部２２ａ〜２２ｅの各両端には抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６が印刷されている。前記抵抗体Ｒ１〜Ｒ６の数は、前記スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の数よりも一つ多い構成である。よって、抵抗体Ｒ１，第２の導電部２２ａ，抵抗体Ｒ２，第２の導電部２２ｂ，抵抗体Ｒ３，第２の導電部２２ｃ，抵抗体Ｒ４，第２の導電部２２ｄ，抵抗体Ｒ５，第２の導電部２２ｅ，抵抗体Ｒ６の順で、すなわち各抵抗体Ｒ１〜Ｒ６の間に第２の導電部２２ａ〜２２ｅが一ヶづつ配置されている。

そして、前記抵抗体Ｒ１〜Ｒ６と第２の導電部２２ａ〜２２ｅとは前記の順で導線によって直列に接続されており、先端の抵抗体Ｒ１には引出しパターン２７ａが接続され、末端の抵抗体Ｒ６には引出しパターン２７ｂが接続されている。この引出しパターン２７ａ，２７ｂは前記引出しパターン２６と同様に検出手段２０Ａの外部に引き出されている。

なお、前記引出しパターン２６、引出しパターン２７ａ，２７ｂ、前記第１の導電部２１ａ〜２１ｅ間を直列接続する導線および前記抵抗体Ｒ１〜Ｒ６と第２の導電部２２ａ〜２２ｅとを直列接続する導線は、いずれも銅や銀などの金属材料で形成されている。前記引出しパターン２６および引出しパターン２７ａ，２７ｂは、上側シート２１と下側シート２２の対向面側に露出して接触することがないようにそれぞれ被覆されたものが好ましい。

図３に示すように、本実施の形態の操作装置１では、操作面１０の表面に操作者が指Ｆを載せたときに、例えばスイッチ部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に相当する前記操作面１０の幅全体を覆うことができる。

このとき、指Ｆをスイッチ部Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の中心であるスイッチ部Ｓ３に対応させた状態でＺ２方向へ軽く押し下げると、弾性部材２に対し前記スイッチ部Ｓ３に相当する部分を中心とする撓み変形を局部的に生じさせることができる。そして、弾性部材２の変形に伴って補強部材４も撓み変形させられるが、このとき突起５ｃのＺ２方向への押下量が最大となる。よって、前記突起５ｃにより上側シート２１が局部的に撓み変形させられ、上側シート２１の第１の導電部２１ｃと下側シート２２の第２の導電部２２ｃとが互いに接触してスイッチ部Ｓ３が導通させられる。

当然に、図３の状態からさらに強い荷重を与えると、前記第１の導電部２１ｃと第２の導電部２２ｃとの間の接触以外に、その両側の第１の導電部２１ｂと第２の導電部２２ｂとの間（スイッチ部Ｓ２）、および第１の導電部２１ｄと第２の導電部２２ｄとの間（スイッチ部Ｓ４）を同時に接触させることが可能である。

また図３に示す低荷重の状態から、例えば指ＦをＸ１方向に移動させると、第１の導電部２１ｂと第２の導電部２２ｂとの間（スイッチ部Ｓ２）が接触させられ、続いて第１の導電部２１ａと第２の導電部２２ａの間（スイッチ部Ｓ１）を順次接触させることが可能となる。このとき、指Ｆの移動量に応じて前記第１の導電部２１ｃと第２の導電部２２ｃとの間（スイッチ部Ｓ３）を非接触状態に至らせることができる。すなわち、指Ｆの移動に応じてスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５における接触箇所を移動させることが可能である。

図４は実施例１を用いた操作装置の回路構成を等価的に示す等価回路図、表１は各スイッチ部を動作させたときの出力電圧と出力電流を示している。

図４に示すように、前記引出しパターン２７ｂは電源Ｖccに接続され、引出しパターン２７ａが接地されている。また引出しパターン２６は電圧検出手段５０に接続され、前記引出しパターン２７ａには電流検出手段５１が設けられている。電圧検出手段５０は第１の電極２１ａないし２１ｅの電圧を出力電圧Ｖ_Oとして検出し、電流検出手段５１は抵抗体Ｒ１ないしＲ６を含む回路に流れる電流を検出電流Ｉ_Oとして検出する。なお、前記電圧検出手段５０の入力インピーダンスは極めて高く（ＭΩ代）設定されている。

ここで、ｎをスイッチ部Ｓ１〜Ｓｎの数とすると、抵抗体Ｒの数はｎ＋１である。すべての抵抗体Ｒを同じ抵抗値（Ｒ１＝Ｒ２＝・・・＝Ｒ（ｎ＋１）＝Ｒ）とした場合において、スイッチ部Ｓ１〜Ｓｎのいずれか一つのスイッチ部ｋ（ただし、ｋは１以上ｎ以下の整数）をＯＮした場合の出力電圧Ｖ_Oは、一般的に以下の数１と表せる。

また連続するスイッチ部Ｓi〜Ｓjが同時にＯＮ状態に設定された場合の出力電圧Ｖ_Oは、一般的に以下の数２で表すことができる。

しかし、表１に示すように、例えばスイッチＳ３のみを押した場合はｎ＝５，ｋ＝３であるから、Ｖ_O＝（３／６）・Ｖcc＝＝（１／２）・Ｖccとなり、スイッチ部Ｓ２からＳ４までの３ヶが同時にＯＮ状態に設定された場合の出力電圧Ｖ_Oは、ｎ＝５，i＝２，j＝４となるから、Ｖ_O＝（２／（５＋１＋２−４））・Ｖcc＝（２／４）・Ｖcc＝（１／２）・Ｖccとなり、さらにスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の全てを押した場合もi＝１、j＝５となるから、Ｖ_O＝（１／（５＋１＋１−５））・Ｖcc＝（１／２）・Ｖccと同じ値を示すこととなるため、出力電圧Ｖ_Oのみからだけではいずれのスイッチ部が操作されたかを判断することは不可能である。

一方、スイッチ部Ｓ１〜Ｓｎのいずれか１ヶのみがＯＮ状態とされたときの出力電流Ｉ_Oは、以下の数３で表せる。

すなわち、スイッチ部Ｓ１〜Ｓｎのいずれか１つのみをＯＮする場合の出力電流Ｉ_Oは一定である。よって、出力電流Ｉ_Oのみからだけでもいずれのスイッチ部が操作されたかを判断することは不可能である。

また連続するスイッチ部Ｓi〜Ｓjが同時にＯＮ状態に設定された場合の出力電流Ｉ_Oは、以下の数４で表せる。

すなわち、表１に示すように、スイッチＳ３のみを押した場合の出力電流Ｉ_Oは数３より、Ｉ_O＝（１／（５＋１））・（Ｖcc／Ｒ）＝（１／６）・（Ｖcc／Ｒ）となり、スイッチ部Ｓ２からＳ４までの３ヶが同時にＯＮ状態に設定された場合の出力電流Ｉ_Oは数４より、Ｉ_O＝（１／（５＋１＋２−４））・（Ｖcc／Ｒ）＝（１／４）・（Ｖcc／Ｒ）となり、さらにスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の全てを押した場合は数４より、Ｉ_O＝（１／（５＋１＋１−５））・（Ｖcc／Ｒ）＝（１／２）・（Ｖcc／Ｒ）となる。

このように、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の操作状態が異なる場合であっても、同じ大きさの出力電圧Ｖ_Oまたは出力電流Ｉ_Oが出力される場合があるため、前記出力電圧Ｖ_Oのみまたは出力電流Ｉ_Oのみからでは、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の操作状態を判断することは不可能であるが、出力電圧Ｖ_Oと出力電流Ｉ_Oとを組み合わせることにより、図示しない制御部はいずれのスイッチ部が操作されたか、同時に操作されたスイッチ数などを検知することが可能となる。

また制御部は前記出力電圧Ｖ_Oを所定の周期でサンプリングすることにより、時刻ごとの出力電圧Ｖ_Oや出力電流Ｉ_Oの変化を検出することができる。よって、操作面１０に沿って移動する指Ｆの移動方向や移動速度などを検出することも可能である。

このように、上記のような回路構成とすることにより、弾性部材２の局部的な撓み変形に応じた物理的な変化を出力電圧Ｖ_Oと出力電流Ｉ_Oとの組み合わせとして出力することができる。

図５は本発明の実施例２としての検出手段２０Ｂを示す斜視図である。ただし、図５ではスペーサを省略している。

図５に示す検出手段２０Ｂは、下側シート（第２のシート）２２に図示Ｘ方向に延びる帯状抵抗体２２Ｂが形成されている点で異なっている。前記帯状抵抗体２２ＢはＸ方向への長さに比例して一定の割合で抵抗値が変化する抵抗体である。

実施例２では、帯状抵抗体２２Ｂと第１の導電部２１ａ〜２１ｅの間がスイッチ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５をそれぞれ形成している。

図５に示す検出手段２０Ｂを用いた操作装置においても、指Ｆをスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５のいずれかに当てた状態でＺ２方向へ軽く押し下げると、補強部材４が撓み変形させられて各突起５ａ〜５ｅがＺ２方向へ押し下げられる。そして、前記突起５ａ〜５ｅの下方への移動によって、上側シート２１が局部的に撓み変形させられるため、上側シート２１の第１の導電部２１ａ〜２１ｅを下側シート２２の帯状抵抗体２２Ｂの表面にそれぞれ直接接触させることができる。

ここで、帯状抵抗体２２Ｂ上のスイッチ部Ｓ１との接触点をＰ１、以下同様に帯状抵抗体２２Ｂ上の各スイッチ部Ｓ２〜Ｓ５との接触点をそれぞれＰ２〜Ｐ５とすると、抵抗体Ｒ１は前記引出しパターン２７ａと帯状抵抗体２２Ｂの接続点Ｑ１から前記接触点Ｐ１までの距離Ｌ１で規定される。以下同様に抵抗体Ｒ２は接触点Ｐ１から接触点Ｐ２までの距離Ｌ２で規定され、抵抗体Ｒ３は接触点Ｐ２から接触点Ｐ３までの距離Ｌ３で規定され、抵抗体Ｒ４は接触点Ｐ３から接触点Ｐ４までの距離Ｌ４で規定され、抵抗体Ｒ５は接触点Ｐ４から接触点Ｐ５までの距離Ｌ５で規定され、抵抗体Ｒ６は接触点Ｐ５から前記引出しパターン２７ｂと帯状抵抗体２２Ｂの接続点Ｑ２までの距離Ｌ６でそれぞれ規定される。

よって、前記図４同様に、引出しパターン２７ｂを電源Ｖccに接続し、引出しパターン２７ａを接地し且つ引出しパターン２６を電圧検出手段５０に接続しておくと、前記電圧検出手段５０からは前記接続点Ｑ１から各接触点Ｐ１〜Ｐ５までの距離に応じた出力がスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の出力電圧Ｖ_Oとして出力される。すなわち、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５を操作すると、前記前記接続点Ｑ１から各接触点Ｐ１〜Ｐ５までの距離に応じた出力がスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の出力電圧Ｖ_Oとしてそれぞれ出力される。

ここで、各抵抗体Ｒ１〜Ｒ５を、例えばＲｘ＝２^X・Ｒｓ（ただしＸ＝１，・・・，ｎからなる自然数、基準抵抗をＲs（ただし、Ｒｓ＞０の任意の定数）、すなわちＲ１＝２Ｒｓ、Ｒ２＝４Ｒｓ、Ｒ３＝８Ｒｓ、Ｒ４＝１６Ｒｓ、Ｒ５＝３２Ｒｓ、Ｒ６＝６４Ｒｓに設定しておくと、電圧検出手段５０の出力電圧Ｖ_Oは以下の表２のようになる。

表２に示されるように、電圧検出手段５０の出力電圧Ｖ_Oは操作されたスイッチ部の組み合わせごとに異なる物理的な変化として出力される。よって、制御部では、検出された出力電圧Ｖ_Oのみから、前記スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５のうちのいずれが操作されたのか、または同時に操作されたスイッチ数を検知することができる。また制御部は前記出力電圧Ｖ_Oを所定の周期でサンプリングすることにより、時刻ごとの出力電圧Ｖ_Oの物理的な変化を検出することができる。よって、操作面１０に沿って移動する指Ｆの移動方向や移動速度などを検出することも可能である。

図６は本発明の実施例３としての検出手段２０Ｃを示す斜視図、図７は実施例３を用いた操作装置の回路構成を等価的に示す等価回路図、表３は各スイッチ部の動作に対する出力電流Ｉを示している。

図６に示す実施例３は、前記図１に示す実施例１の構成とほぼ同じ構成であるが、前記下側シート２２から引出しパターン２７ｂと抵抗体Ｒ６とが除かれた構成である点で相違している。

実施例３では、各第１の導電部２１ａ〜２と第２の導電部２２ａ〜２２ｅとの間がスイッチ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５をそれぞれ構成している。そして、検出手段２０Ｃの引出しパターン２７ａを電源Ｖccに接続し、引出しパターン２６を接地すると、操作装置は等価的に図７に示すような構成となる。なお、引出しパターン２６には、電流検出手段５１が接続されている。

前記スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の全てがＯＦＦ状態である場合には、回路に流れる電流は０であるから、電流検出手段５１の出力電流ＩはＩ＝０である。

次に、例えば指Ｆで軽く押圧して第１の導電部２１ａと第２の導電部２２ａを接触させ、スイッチ部Ｓ１のみをＯＮ状態に設定すると、スイッチ部Ｓ１に流れる電流Ｉ１が引出しパターン２６を介して電流検出手段５１に流れ込む。よって、表３に示すように、スイッチ部Ｓ１のみをＯＮ状態に設定したときに出力電流Ｉは、Ｉ＝Ｉ１＝Ｖcc／Ｒ１となる。以下同様に、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５をＯＮ状態に設定したときに出力電流Ｉは表３に示すものとなる。

よって、前記抵抗体Ｒ１〜Ｒ５を、上記同様に例えばＲ_X＝２^X・Ｒｓ（ただしＸ＝１，・・・，ｎからなる自然数、基準抵抗ＲsをＲｓ＞０の任意の定数）に、すなわちＲ１＝２Ｒｓ、Ｒ２＝４Ｒｓ、Ｒ３＝８Ｒｓ、Ｒ４＝１６Ｒｓ、Ｒ５＝３２Ｒｓ、Ｒ６＝６４Ｒｓに設定しておくと、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５が組み合わされてＯＮするような場合の出力電流Ｉが表３に示すように異なるものとなる。

よって、制御部では、検出された出力電流Ｉから、いずれのスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５が操作されたのか、または同時に操作されたスイッチ数を検知することができる。

図８は本発明の実施例４としての検出手段２０Ｄを示す斜視図、図９は実施例４を用いた操作装置の回路構成を等価的に示す等価回路図、表４は各スイッチ部の動作に対する出力電流Ｉを示している。なお、図８ではスペーサを省略している。

図８に示す実施例４は、前記図１に示す実施例１の構成とほぼ同じ構成であるが、下側シート２２上に引出しパターン２６から枝状に抵抗体Ｒ０〜Ｒ５が接続され、さらにこの抵抗体Ｒ１〜Ｒ５に第２の導電部２２ａ〜２２ｅがそれぞれ設けられている点、および前記引出しパターン２６と引出しパターン２７ａが前記抵抗体Ｒ０に接続されている点で異なっている。

実施例４においても、第１の導電部２１ａ〜２１ｅと第２の導電部２２ａ〜２２ｅとの間がスイッチ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５をそれぞれ構成している。そして、検出手段２０Ｄの引出しパターン２６を電源Ｖccに接続し、引出しパターン２７ａを接地すると、操作装置は等価的に図９に示すような回路構成となる。なお、引出しパターン２７ａには、電流検出手段５１が接続されている。

前記スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５の全てがＯＦＦ状態である場合には、抵抗体Ｒ０を介して電流Ｉ０が流れるから、電流検出手段５１の出力電流ＩはＩ＝Ｉ０＝Ｖcc／Ｒ０である。

次に、例えば第１の導電部２１ａと第２の導電部２２ａとを接触させ、スイッチ部Ｓ１のみをＯＮ状態に設定すると、前記電流Ｉ０とスイッチ部Ｓ１に流れる電流Ｉ１が引出しパターン２６を介して電流検出手段５１に流れ込む。よって、表２に示すように、スイッチ部Ｓ１のみをＯＮ状態に設定したときに出力電流Ｉは、Ｉ＝Ｉ０＋Ｉ１＝（１／Ｒ０＋１／Ｒ１）・Ｖccとなる。

以下同様に、スイッチ部Ｓ２〜Ｓ５をＯＮ状態に設定したときに出力電流Ｉは表４のように表される。

またスイッチ部Ｓ１とＳ２を同時にＯＮさせた場合のように、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ５のいずれかを選んでＯＮさせた場合の出力電流Ｉも表４のようになる。

この場合も、前記抵抗体Ｒ１〜Ｒ５を、例えばＲｘ＝２^X・Ｒｓ（ただしＸ＝１，２，・・・，ｎの自然数、基準抵抗ＲsをＲｓ＞０の任意の定数）に、すなわちＲ１＝２Ｒｓ、Ｒ２＝４Ｒｓ、Ｒ３＝８Ｒｓ、Ｒ４＝１６Ｒｓ、Ｒ５＝３２Ｒｓ、Ｒ６＝６４Ｒｓに設定しておくと、出力電流Ｉを操作したスイッチ部の組み合わせごとに異なる物理的な変化としての電流値とすることができる。よって、制御部では、検出された出力電流Ｉから、いずれのスイッチ部Ｓ１〜Ｓ５が操作されたのか、または同時に操作されたスイッチ数を検知することができる。

なお、上記各実施例においては上側シートに抵抗体が設けられた構成を示したが、圧力センサを用いて物理的な変化を検出するものであってもよい。例えば、前記抵抗体の代わりにピエゾ抵抗体を採用し、弾性体２が補強部材４とともに局部的に撓み変形させられたときの圧力を歪抵抗変化として検出する構成、圧力を直接電圧に変換する感圧素子を用いる構成、圧力によって電極間の容量変化を検出する構成としたものであってもよい。この場合、前記突起５ａ〜５ｅが前記圧力センサの受圧部に対して圧力を与えように構成することにより実現できる。

また上記各実施例においては、第１の導電部２１ａ〜２１ｅがそれぞれ別個に形成された円形の導電部をパターン線で接続したもので説明したが、本発明はこれに限られるものではなく帯状の金属箔が上側シート（第１のシート）２１の下面に一体に設けられる構成であってもよい。

本発明の実施例１を示す操作装置の分解斜視図、 図１の３−３線における断面図、 操作装置の動作時を示す図２同様の断面図、 実施例１を用いた操作装置の回路構成を等価的に示す等価回路図、 本発明の実施例２としての検出手段を示す斜視図、 本発明の実施例３としての検出手段を示す斜視図、 実施例３を用いた操作装置の回路構成を等価的に示す等価回路図、 本発明の実施例４としての検出手段を示す斜視図、 実施例４を用いた操作装置の回路構成を等価的に示す等価回路図、

符号の説明

１ 操作装置
２ 弾性部材（弾性体）
４ 補強部材
５ａ〜５ｅ 突起
１０ 操作面
２０Ａ〜２０Ｄ 検出手段
２１ａ〜２１ｅ 第１の導電部
２２ａ〜２２ｅ 第２の導電部
２１ 上側シート（第１のシート）
２２ 下側シート（第２のシート）
２２Ｂ 帯状抵抗体
２３ フレキシブルシート
２４ スペーサ
Ｓ１〜Ｓ５ スイッチ部
Ｐ１〜Ｐ２ 接触点
Ｑ１，Ｑ２ 接続点
Ｒ０〜Ｒ６ 抵抗体
２６，２７ａ，２７ｂ 引出しパターン
５０ 電圧検出手段
５１ 電流検出手段

Claims (9)

1. 軟質な弾性体と、前記弾性体の表面に設けられた操作面と、前記弾性体の裏面側に設けられて前記弾性体が所定量以上撓むのを規制する補強部材と、前記補強部材に対向する位置に設けられ且つ前記操作面が押圧操作され、前記弾性体が前記補強部材とともに局部的に撓み変形させられたときに、前記局部的な撓み変形に応じた物理的な変化を検出する検出手段と、を有していることを特徴とする操作装置。
2. 前記検出手段が、第１の導電部が設けられた第１のシートと、前記第１の導電部に接触する第２の導電部および前記両導電部どうしが接触したときにその接触位置に応じて異なる抵抗値を示す抵抗体が設けられた第２のシートと、前記第１のシートと第２のシートとを対向配置させるスペーサとが設けられている請求項１記載の操作装置。
3. 前記第２のシートには、複数の抵抗体と複数の第２の導電部とが交互に直列接続されており、前記第１の導電部とこの第１の導電部に対向する前記第２の導電部とが接触させられる請求項２記載の操作装置。
4. 前記第２のシートには、長さに比例して一定の割合で抵抗値が変化する帯状抵抗体が形成されており、前記第１の導電部が前記帯状抵抗体に直接接触させられる請求項２記載の操作装置。
5. 前記第２のシートには、枝状に接続された複数の抵抗体に複数の第２の導電部がそれぞれ接続されており、前記第１の導電部とこの第１の導電部に対向する前記第２の導電部とが接触させられる請求項２記載の操作装置。
6. 前記第１の導電部の電圧を検出する電圧検出手段と、前記抵抗体を含む回路に流れる電流を検出する電流検出手段の一方または双方が設けられており、前記第１の導電部が前記第２の導電部または抵抗体に接触したときに、前記電圧検出手段および／または電流検出手段によって検出された電圧値および／または電流値から第１の導電部と前記第２の導電部との接触位置が検出される請求項１ないし５のいずれか記載の操作装置。
7. 前記検出手段の第１のシートと前記補強部材とが対向して設けられており、前記突起は前記補強部材と第１のシートが対向するいずれか一方の面に設けられている請求項１ないし６のいずれか記載の操作装置。
8. 前記弾性体は、シリコーンゴムである請求項１記載の操作装置。
9. 前記操作面は、無機フィラーを含むシリコーン樹脂層から成る請求項１記載の操作装置。

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