JP2005322427A - タッチ式入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作部材上のいずれの位置を操作した場合であっても操作者に均一な操作感を与えることができるタッチ式入力装置を提供する。
【解決手段】 操作部材２を操作して軽く押し込むと、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ１６のいずれかがＯＮ状態に切り換わる。このとき制御部が振動発生手段３０を振動させることにより、操作者に操作感（クリック感）が与えられる。振動発生手段３０は、リング状の操作部材２の真下の位置に設けられ、かつ前記操作部材２の中心部Ｏを通るように配置されているため、操作者に伝わる振動の大きさや前記振動が操作者に伝わるまでの遅延時間が操作位置によって大きく異なることを防止できる。よって、操作面２ａ上のいずれの場所を触れた場合であっても操作者に与えるクリック感をほぼ均一とすることが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動発生手段が発生した振動によってクリック感を体感できるタッチ式入力装置に係わり、特にリング状の操作部材を備えたタッチ式入力装置に関する。

操作者の入力操作に合わせて操作感を伝えるタッチ式入力装置としては、例えば特許文献１ないし３に掲げるものが存在している。

特許文献１に記載されたタッチ式入力装置は、複数のタッチスイッチを備えた入力機器のケース内に振動発生装器が設けられており、いずれかのタッチスイッチが操作されると、これに応答して前記振動発生器が振動し、操作者の指に前記振動が与えられるというものである。

また特許文献２に記載されたタッチパネル式入力装置では、タッチパネル１が押下されると、タッチパネル検出部５がタッチパネル１上の押下位置を検出し、前記押下位置が有効な領域内である場合に振動ユニット３を振動させるというものである。

さらに特許文献３に記載されたスイッチ装置では、キートップ１を押下すると、メンブレンスイッチの下面に設けられている圧電素子３が振動することにより、操作者にクリック感触を与えるというものである。
特開平１１−１６２２７７号公報 特開２０００−１３７５７６号公報 特開平５−１８２５５９号公報

しかし、上記特許文献１に記載されたものでは、振動発生装置が各タッチスイッチから離れた位置に設けられているため、振動発生装置の近くに位置するタッチスイッチを操作したときには、大きな操作感（クリック感触）を得ることができるが、前記振動発生装置から離れるにしたがって体感できる操作感が小さくなりやすいという問題がある。

また特許文献２に記載されたものでにおいても、タッチパネルの中央部に振動ユニットが設けられているため、上記特許文献１の場合同様にタッチパネルの中央部付近を操作した場合と縁部付近を操作した場合とでは振動の大きさ極端に異なりやすい。

しかも、両特許文献１、２の場合には、振動周波数を押下位置に応じて変えない限り、操作後の振動が操作者に伝わるまでの遅延時間が前記振動ユニットから離れるにしたがって長くなるという問題もある。

かかる場合、特許文献３のように前記タッチスイッチごとに振動発生装置を設ける構成としたり、あるいはタッチパネルの下に複数の振動ユニットを設ける構成とすれば、上記のような問題は生じなくなるが、部品点数の増加による製造コストの高騰という問題が生じる。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に円状または楕円状のタッチ式入力装置において、操作部材上のいずれの位置を操作した場合であっても操作者に均一な操作感を与えることができるタッチ式入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、周方向に沿って所定の間隔で並ぶ複数のスイッチ部が設けられたリング状のメンブレンスイッチと、同じく前記周方向に沿うとともに前記メンブレンスイッチの一方の面に対向配置されたリング状の操作部材と、を備えたタッチ式入力装置であって、
前記リングの中心部を通るとともに前記メンブレンスイッチの他方の面に対向配置された振動発生手段と、前記複数のスイッチ部の動作状態を検出して前記振動発生手段に振動を生起させる制御部と、が設けられていることを特徴とするものである。

上記において、前記振動発生手段が前記リングの直径に沿って設けられているものが好ましい。

あるいは、前記リングが楕円形状であり、前記振動発生手段が前記楕円の長径に沿って設けられているものが好ましい。

本発明では、前記振動発生手段が、環状または楕円状の操作部材の下面側の中心部を通るとともに、前記操作部材の直径または長径に沿うように対向配置するようにしたため、操作者に伝わる振動の大きさ又は振動が操作者に伝わるまでの遅延時間が操作位置によって大きく異なることを防止できる。よって、操作部材上のいずれの場所に触れた場合であっても操作者に与えるクリック感を均一にできる。
前記操作部材の内部領域に決定キーが設けられているものとすることができる。

前記操作部材は、弾性体と、前記弾性体の一方の面に設けられた操作面と、前記弾性体の他方の面に設けられかつ前記弾性体が所定量以上撓むのを規制する補強部材とを有しており、
前記補強部材と前記メンブレンスイッチとが対向するいずれか一方の面の前記複数のスイッチ部と対向する位置に突起が設けられているものとして構成できる。

また前記振動発生手段は、分銅付きモータまたは電磁駆動素子である。

本発明では、操作者に伝わる振動の大きさ又は振動が操作者に伝わるまでの遅延時間が操作位置によって大きく異なることを防止できるため、操作部材上のいずれの場所に触れた場合であっても操作者に与えるクリック感を均一にできる。

また操作に応じた振動パターンを前記振動発生手段に発生させることにより、操作者に操作状況をフィードバックすることができるため、より操作性に優れたタッチ式入力装置を提供することが可能となる。

図１は本発明の実施の形態を示すタッチ式入力装置の分解斜視図、図２はタッチ式入力装置の部分断面図を示し、Ａは円周方向の沿う部分断面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図である。

このタッチ式入力装置１は、シリコンーンゴムなど弾性変形可能な軟質な弾性体を用いてリング形状に形成された操作部材２を有している。前記操作部材２の表面である操作面２ａは摩擦抵抗が低く形成されており、指を前記操作面２ａに触れた状態で移動させると、前記指を滑らからにスライド移動させることができるようになっている。

図２に示すように、操作部材２の裏面（Ｚ２側の面）にはＰＥＴなどの合成樹脂シートでリング形状に形成された補強部材３が固定され、前記補強部材３の下面には、例えば１６ヶの突起３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・，３ｐが周方向に沿って所定のピッチで配置されている。前記補強部材３は、前記弾性体である操作部材２が所定量以上撓むことを規制している。

なお、前記突起３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・，３ｐは、前記補強部材３の下面からＺ２方向に半球状に突出している。前記突起３ａ〜３ｐは、後述するスイッチ部Ｓ１〜Ｓ１６の真上の位置にそれぞれ対向配置されている。前記突起３ａ〜３ｐは、例えば紫外線硬化型の樹脂（ＵＶ樹脂）を印刷することによって形成することができるが、必ずしも紫外線硬化樹脂である必要はない。

図１に示すように、前記補強部材３の後方（Ｚ２側）にはリング形状に形成されたメンブレンシート２０が設けられ、前記メンブレンシート２０のＺ２側の面には四角形状からなる支持板４が固定されている。この支持板４は金属板や合成樹脂板などの剛体で形成され、容易に撓み変形しないものであり、前記支持板４により前記メンブレンシー２０が容易に変形しないように補強されている。この支持板４は前記メンブレンシート２０よりもＸ−Ｙ平面に対して広い面積で形成され、前記支持板４上に前記メンブレンシート２０が設けられている。

図２Ａ，Ｂに示すように、前記メンブレンシート２０は、リング状の上側シート２１と同じくリング状の下側シート２２とが対向配置されており、前記上側シート２１と下側シート２２との間にリング状のスペーサ２３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と下側シート２２は、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。

前記上側シート２１の対向面（下面）には周方向に１６ヶの導電部２１ａ，２１ｂ，２１ｄ〜２１ｐが所定の等ピッチで配設されており、同様に下側シート２２の対向面（上面）にも１６ヶの導電部２２ａ，２２ｂ，２２ｄ〜２２ｐが等ピッチで配設されている。また前記スペーサ２３にも１６ヶの貫通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｄ〜２３ｐが形成されている。

上側シート２１側の前記導電部２１ａ，２１ｂ，２１ｄ〜２１ｐと下側シート２２側の導電部２２ａ，２２ｂ，２２ｄ〜２２ｐとは、前記スペーサ２３に設けられた前記貫通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｄ〜２３ｐを介してそれぞれ対向配置されている。そして、前記貫通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｄ〜２３ｐを介して対向し合う前記導電部２１ａ，２１ｂ，２１ｄ〜２１ｐと前記導電部２２ａ，２２ｂ，２２ｄ〜２２ｐとにより、１６ヶのスイッチ部Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓ１６が形成されている。前記各接スイッチ部Ｓ１〜Ｓ１６は、周方向にほぼ等ピッチで形成されており、例えば前記スイッチ部間の間隔は１０ｍｍ以下、例えば４ｍｍで形成されている。

なお、前記下側シート２２には、前記導電部２２ａ〜２２ｐのそれぞれから延びる引出し線（図示せず）が互いに重ならないように配置されている。上側シート２１には、共通引出し線が形成されており、その先端部は枝分かれして前記各導電部２１ａ〜２１ｐまでそれぞれ延びている。そして、前記各引出し線および共通引出し線は、前記上側シート２１および下側シート２２からその外部に向かって延びる延長部２１Ａ，２２Ａを介して図示しない制御部に接続されている。

前記支持板４の下面には、振動発生手段３０が設けられている。前記振動発生手段３０は例えば分銅付きモータや電磁駆動素子などであり、外部から与えられる電気信号に応じて振動を発生できるようになっている。前記振動発生手段３０は略長方形状をしており、前記リング状に形成された操作部材２の真下の位置に固定されている。すなわち、前記前記振動発生手段３０と前記操作部材２との関係を平面的に示すと、前記振動発生手段３０が前記操作部材２のリングの中心部Ｏを通るように配置されている。

前記支持板４のさらにＺ２側にはベース基板５が設けられており、前記支持板４は前記振動発生手段３０を介して前記ベース基板５に固定されている。前記ベース基板５には４個のネジ挿通孔５ａ，５ａ，５ａ，５ａが形成され、各ネジ挿通孔５ａは前記支持板４の周縁部よりも外側に位置されている。

前記タッチ式入力装置１が設置される筐体１１側には、円形の開口部１１ａが形成されており、この開口部１１ａの内側には前記操作部材２が挿入されるようにして装着される。また筐体１１の内側の天井面には四角枠状の支持凹部１２が一体に形成され、この支持凹部１２の枠内に前記支持板４が挿入される。また前記支持凹部１２の外側に４個のネジ止め穴１３がそれぞれ形成されており、ベース基板５の裏側から前記各ネジ挿入孔５ａにネジが挿通されて前記ネジ止め穴１３に螺着されて、ベース基板５が筐体１１の裏側に固定される。

以下、本発明のタッチ式入力装置の動作について説明する。
図３はタッチ式入力装置を備えた電子機器の実施の形態としてリモコン装置を示す平面図、図４はタッチ式入力装置の動作状態を示す図２Ａ同様の部分断面図、図５は振動発生手段による生起パターンの一例を示す図である。

図３に示すように、リモコン装置４０は長方形状をしており、図示Ｙ２側にタッチ式入力装置１が設けられ、Ｙ１側に液晶表示装置４１が設けられている。また前記タッチ式入力装置１と液晶表示装置４１との間には、複数の押ボタン式の操作スイッチ群４２がマトリックス状に配置されている。また前記タッチ式入力装置１のリング状の操作部材２の内部には、押ボタンスイッチなどで形成された決定キー４５が設けられている。

なお、図面上では省略しているが、リモコン装置４０内には電波または赤外線などを用いて外部のテレビ受像機などの対象機器に向けて所定の信号を送出することが可能な送信部が設けられている。

図４に示すように、前記リモコン装置４０を手に持った状態で、指Ｆを前記操作部材２に触れた状態で軽く押し込むと、前記操作部材２を変形させることができる。このとき、例えば前記指Ｆの真下に位置する突起３ｂがＺ２方向に移動させられ、上部シート２１の導電部２１ｂを押し込むため、前記上部シート２１が変形するとともに前記導電部２１ｂが下部シート２２の導電部２２ｂに接触させられる。これにより、スイッチ部Ｓ２をＯＮ状態（導通状態）に切り換えることができる。

またこの状態から指Ｆを周方向に沿って時計回りまたは半時計回り方向に移動させると、スイッチ部の状態を変更することができる。すなわち、図４に示す状態から指ＦをＸ２方向へ移動、すなわち図１にて時計回り方向に移動させると、スイッチ部Ｓ２がＯＦＦ状態に切り換わる代わりに、スイッチ部Ｓ３をＯＮ状態に切り換えることができる。さらに時計回り方向に移動させると、スイッチ部の動作状態をＳ２→Ｓ３→Ｓ４→・・・・→Ｓ１６→Ｓ１→Ｓ２の順番（昇順）で切り換えることができる。

一方、図４に示す状態から指ＦをＸ１方向へ移動、すなわち図１にて反時計回り方向に移動させると、スイッチ部Ｓ２がＯＦＦ状態に切り換わる代わりに、スイッチ部Ｓ１をＯＮ状態に切り換えることができる。さらに時計回り方向に移動させると、スイッチ部の動作状態をＳ１→Ｓ１６→Ｓ１５→・・・・→Ｓ２→Ｓ１→Ｓ１６の順番（降順）で切り換えることができる。

前記制御部は、スイッチ部Ｓ１〜Ｓ１６の動作状態が切り換わるたびに、前記振動発生手段３０に駆動信号を短時間与えることにより、振動を単発的に発生させることができる。これにより、操作者が操作部材２を操作していることを前記振動による操作感（クリック感）で知らしめることができる。

前記タッチ式入力装置１は、例えばＸおよびＹ方向に位置するスイッチ部Ｓ１、Ｓ５、Ｓ９およびＳ１３を用いることにより、十字キーとして利用することが可能である。すなわち、制御部が、スイッチ部Ｓ１の動作状態の切り換わりを検知した場合にはＹ２方向（下方向）に操作されたものと、スイッチ部Ｓ５の動作状態が切り換わった場合にはＸ２方向（左方向）に操作されたものと、スイッチ部Ｓ９の動作状態が切り換わった場合にはＹ１方向（上方向）に操作されたものと、スイッチ部Ｓ１３の動作状態が切り換わった場合にはＸ１方向（右方向）に操作されたものと、それぞれみなすことができる。

ここで、タッチ式入力装置１が十字キーとして用いられる場合の振動パターンについて説明する。以下においては、前記振動発生手段３０が振動する振動時間をＴａ、振動発生手段３０が振動を休止する休止時間をＴｂで表わす。なお、振動時間Ｔａおよび休止時間Ｔｂは、例えば２０ｍｓｅｃなどである。また振動は、Ｓ１、Ｓ５、Ｓ９およびＳ１３が操作されているＯＮ時間内で発生するようになっている。

例えば、図５ａに示す振動パターンは、スイッチ部Ｓ９（上方向）が操作されると、前記振動発生手段３０が振動時間Ｔａだけ振動させられた後に休止時間Ｔｂだけ振動を休止させるような動作を交互に繰り返すというものである。図５ｂに示す振動パターンでは、スイッチ部Ｓ１（下方向）が操作されると、振動時間Ｔａの後に前記休止時間Ｔｂを２回繰り返すというものである。また図５ｃに示す振動パターンは、スイッチ部Ｓ１３（右方向）が操作されると、振動時間Ｔａを２回繰り返した後に１回だけ休止時間Ｔｂを有するような振動を繰り返すというものである。さらに図５ｄに示す振動パターンは、スイッチ部Ｓ５（左方向）が操作されると、２回の振動時間Ｔａと２回の休止時間Ｔｂとを交互に繰り返すというものである。このように、図示しない制御部は、各方向ごとに異なる信号を振動発生手段３０に送って異なる振動を生起させるようにする。これにより、操作者にいずれの方向を操作しているのかを前記振動発生手段３０が発生した振動による操作感（クリック感）をもって知らしめることができる。

またタッチ式入力装置１は、例えばチャンネルまたはボリューム用のアップ・ダウンキーとして用いることもできる。リモコン装置４０がテレビ受像機操作用のものであり、図示しない制御部が一定時間以上（例えば１秒以上）スイッチ部Ｓ９（上方向）が長押しされたことを検知した場合には、アップモードが選択されたものと判断し、テレビのチャンネルを昇順で切り換え、または音声ボリュームの大きさを上げ、またスイッチ部Ｓ１（下方向）が長押しされたことを検知した場合には、ダウンモードが選択されたものと判断し、例えばテレビのチャンネルを降順で切り換え、または音声ボリュームの大きさを下げるようにすることができる。

このとき、例えばアップモードが選択された場合には、チャンネル又はボリュームがアップするにしたがって徐々に振動の大きさを強くしたり、あるいは前記振動時間Ｔａと休止時間Ｔｂの間隔を徐々に短くして周波数を高めるようにすることが可能である。また逆にダウンモードが選択された場合には、チャンネル又はボリュームがダウンするにしたがって徐々に振動の大きさを小さくしたり、あるいは前記振動時間Ｔａと休止時間Ｔｂの間隔を徐々に長くして周波数を低めるようにすることが可能である。このような制御によっても、操作者が現在行っている操作が、アップモードであるかダウンモードであるかを操作者自身に知らせる（フィードバックする）ことができる。

このように、操作者の操作に応じた振動パターンを前記振動発生手段３０に発生させることにより、操作者に操作状況をフィードバックすることができ、より操作性に優れたタッチ式入力装置とすることができる。

ところで、図３に示すように、上記振動発生手段３０は、リング状の操作部材２やメンブレンシート２０の真下の位置に設けるとともに前記操作部材２やメンブレンシート２０の中心部Ｏを通るように配置されている。このため、操作者に伝わる振動の大きさや前記振動が操作者に伝わるまでの遅延時間が操作位置によって大きく異なることを防止できる。よって、操作部材２の操作面２ａ上のいずれの場所を触れた場合であっても操作者に与えるクリック感をほぼ均一とすることが可能である。

また各スイッチ部Ｓ１〜Ｓ１６ごとに振動発生手段を設ける必要がないため、製造コストの高騰を招くことがない。

なお、上記実施の形態では操作部材２およびメンブレンシート２０がほぼ真円に近いものを用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく楕円形状からなる操作部材２およびメンブレンシート２０であってもよく、この場合には前記振動発生手段３０を楕円の長径に沿って配置すればよい。

本発明の実施の形態を示すタッチ式入力装置の分解斜視図、 タッチ式入力装置の部分断面図を示し、Ａは円周方向の沿う部分断面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線断面図、 タッチ式入力装置を備えた電子機器の実施の形態としてリモコン装置を示す平面図、 タッチ式入力装置の動作状態を示す図２Ａ同様の部分断面図、 振動発生手段による生起パターンの一例を示す図、

符号の説明

１ タッチ式入力装置
２ 操作部材
２ａ 操作面
３ 補強部材
３ａ〜３ｐ 突起
４ 支持板
５ ベース基板
１１ 筐体
１１ａ 開口部
１２ 支持凹部
２０ メンブレンシート
２１ 上側シート
２１ａ〜２１ｐ 導電部
２２ 下側シート
２２ａ〜２２ｐ 導電部
２３ スペーサ
２３ａ〜２３ｐ 貫通孔
３０ 振動発生手段
４０ リモコン装置
４５ 決定キー

Claims (6)

1. 周方向に沿って所定の間隔で並ぶ複数のスイッチ部が設けられたリング状のメンブレンスイッチと、同じく前記周方向に沿うとともに前記メンブレンスイッチの一方の面に対向配置されたリング状の操作部材と、を備えたタッチ式入力装置であって、
   前記リングの中心部を通るとともに前記メンブレンスイッチの他方の面に対向配置された振動発生手段と、前記複数のスイッチ部の動作状態を検出して前記振動発生手段に振動を生起させる制御部と、が設けられていることを特徴とするタッチ式入力装置。
2. 前記振動発生手段が前記リングの直径に沿って設けられている請求項１記載のタッチ式入力装置。
3. 前記リングが楕円形状であり、前記振動発生手段が前記楕円の長径に沿って設けられている請求項１記載のタッチ式入力装置。
4. 前記操作部材の内部領域に決定キーが設けられている請求項１ないし３のいずれか記載のタッチ式入力装置。
5. 前記操作部材は、弾性体と、前記弾性体の一方の面に設けられた操作面と、前記弾性体の他方の面に設けられかつ前記弾性体が所定量以上撓むのを規制する補強部材とを有しており、
   前記補強部材と前記メンブレンスイッチとが対向するいずれか一方の面の前記複数のスイッチ部と対向する位置に突起が設けられている請求項１記載のタッチ式入力装置。
6. 前記振動発生手段は、分銅付きモータまたは電磁駆動素子である請求項１ないし３のいずれか記載のタッチ式入力装置。

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