JP2006059649A - 操作入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作カバーを簡単に支持でき、操作感触にバラツキがなく、操作者に安心感を与える操作入力装置を提供することにある。
【解決手段】 同一円周上に固定電極を設けたプリント基板１０と、前記固定電極と同数の弾性可動電極片を前記固定電極に対向するように同一円周上に配置し、前記弾性可動電極片の内側縁部を接続一体化するとともに、前記プリント基板１０上に固定して電気接続した可動電極２０と、前記プリント基板１０に前記可動電極２０を被覆するように組み付けられ、前記可動電極２０と対向する天井面の外周縁部を前記弾性可動電極片の先端縁部で上方に付勢された操作カバー５０と、からなる。そして、前記操作カバー５０の周辺部を押圧し、前記弾性可動電極片を弾性変形させて前記固定電極にそれぞれ接近させる。これにより、前記弾性可動電極片と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づいて押圧位置を検出できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話機や携帯音楽プレーヤー等の操作入力装置、特に、固定電極と可動電極との間の静電容量の変化に基づき、操作方向，操作量を検出するポインティングデバイスとしての操作入力装置、あるいは、スクロールを行う操作入力装置に関する。

従来、固定電極と可動電極との間の静電容量の変化に基づいて操作方向を検出する操作入力装置としては、底の浅いハウジング内に環状に複数の固定接点部を配置し、これらの固定接点部の上に導電性と弾力性を有する弾性シール材を誘電体膜を介在しつつ密閉状態に被せ、この弾性シール材の上に平型キーを配置してなり、この平型キーの傾動方向に対応して前記弾性シール材を固定接点部に押圧して静電容量の変化によりスイッチ動作をするようにした入力装置がある（特許文献１参照）。
特開２００３−２４１８９３号公報

しかしながら、前述の入力装置には、キートップ４が、その下面中央に突設した１本のキーステム１４で支持することが開示されているだけである。このため、前記入力装置では、前記キートップ４が傾いた状態となりやすく、水平状態を確保することが容易でない。このため、操作者が同一の操作力で操作しても、操作感触にバラツキが生じやすく、操作者に不安感を与えるという問題点がある。

本発明は、前記問題点に鑑み、操作カバーを簡単に支持でき、操作感触にバラツキがなく、操作者に安心感を与える操作入力装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明にかかる入力装置は、前記課題を解決すべく、同一円周上に少なくとも３つの固定電極を設けたプリント基板と、前記固定電極と同等数以上の弾性可動電極片を前記固定電極に対向するように同一円周上に配置し、前記弾性可動電極片の内側縁部を接続一体化するとともに、前記プリント基板上に固定して電気接続した可動電極と、前記可動電極を被覆するように組み付けられ、前記可動電極と対向する天井面の外周縁部を前記弾性可動電極片の外側縁部で上方に付勢された操作カバーとからなり、前記操作カバーの周辺部を押圧し、前記弾性可動電極片を弾性変形させて前記固定電極に接近させることにより、前記弾性可動電極片と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づいて押圧位置を検出する構成としてある。

本発明によれば、可動電極と対向する操作カバーの天井面の外周縁部が、弾性可動電極片の外側縁部で上方に付勢され、簡単に支持できる。このため、前記操作カバーが傾いた状態で支持されることがなく、前記操作カバーの操作感触にバラツキが生じない。この結果、操作カバーの操作力に基づく出力が安定し、操作者に安心感を与えることができる。

本発明にかかる実施形態としては、弾性可動電極片を、可動電極の中心から放射状に設けた少なくとも１本のスリットで複数の可動電極部に分割してもよい。
本実施形態によれば、操作カバーに対する可動電極の支持箇所が増大し、片当たりが少なくなるので、操作カバーの傾きがより一層少なくなり、操作感触が均一になる。また、操作カバーが僅かに変位しても、分割された可動電極部毎に弾性変形し、静電容量が変化するので、高感度の操作入力装置が得られる。

別の実施形態としては、可動電極部が、バネ定数の小さい第１バネ部と、これに連続するバネ定数の大きい第２バネ部と、これに連続し、かつ、操作カバーの天井面の外周縁部に圧接する先端縁部と、からなるものであってもよい。
本実施形態によれば、操作カバーの押圧操作によって最初にバネ定数が小さい第１バネ部が弾性変形した後、バネ定数が大きい第２バネ部が弾性変形する。このため、例えば、前記操作カバーの外周縁部の下方に押しボタンスイッチを配置しておけば、操作感触が段階的に変化するので、押しボタンスイッチの誤操作を防止でき、操作信頼性が向上する。

本発明にかかる他の実施形態としては、プリント基板の片面のうち、操作カバーの中心と対向する位置に、中央押しボタンスイッチを設けておいてもよい。
本実施形態によれば、操作カバーとプリント基板とが対向する面の中央に中央押しボタンスイッチを配置してあるので、コンパクトな操作入力装置が得られる。

本発明にかかる別の実施形態としては、プリント基板の片面のうち、操作カバーの外周縁部と対向する位置に、少なくとも１個の押しボタンスイッチを設けておいてもよい。
本実施形態によれば、操作カバーの外周縁部と対向する位置に設けた少なくとも１個の押しボタンスイッチを操作することにより、多様な選択が可能となる操作入力装置が得られるという効果がある。

本発明にかかる操作入力装置の実施形態を図１ないし図１３の添付図面に従って説明する。
第１実施形態は、図１ないし図７に示すように、携帯音楽プレーヤーに適用した場合であり、ハウジング１に液晶モニター２および操作入力装置３を組み込んである。前記操作入力装置３は、図２および図３に示すように、プリント基板１０と、可動電極２０と、復帰用コイルバネ３０と、押しボタン４０と、操作カバー５０とからなるものである。

前記プリント基板１０は正面略正方形であり、その中央に中央押しボタンスイッチ１１が取り付けられ、その周囲に後述する可動電極２０を取り付けるための位置決め用係止孔１２が同一円周上に９０°の角度ピッチで設けられている。また、前記係止孔１２の外側には４つの扇形状の固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが同一円周上に均等の角度ピッチで設けられているとともに、各固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの外周近傍には押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄがそれぞれ配置されている。さらに、前記押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの間には後述する操作カバー５０を固定するための係合孔１５がそれぞれ設けられている。なお、前記固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、絶縁膜で被覆されているが、前記絶縁膜は後述する可動電極２０の弾性可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの下面に設けておいてもよい。

可動電極２０は、図４に示すように、操作孔２１を有する接続リング２２の外周縁部から４つの扇状弾性可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを均等に花びら状に延在してある。また、前記可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄには、均等に複数本のスリット２４を放射状に設けて可動電極部２５を形成してある。そして、前記可動電極部２５は、同一直線上に延在したバネ定数の小さい第１バネ部２５ａと、バネ定数の大きい第２バネ部２５ｂと、先端縁部２５ｃと、から構成されている。さらに、前記接続リング２２の外周縁部のうち、前記可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの間から位置決め用突起２６を切り起こしてある（図３）。

復帰用コイルバネ３０は、後述する押しボタン４０を外方に付勢するためのものであり、前記中央押しボタンスイッチ１１の周囲に位置決めされる。

押しボタン４０は、前記中央押しボタンスイッチ１１を押し下げるためのものであり、その外周縁部に抜け止め用環状リブ４１を設けてあるとともに、その下面に押圧用突起４２（図３）を設けてある。

操作カバー５０は、ドーム状操作部５１の中央に操作孔５２を設けてあるとともに、その外周縁部に環状リブ５３を設けてある。前記環状リブ５３は、その外周縁部から４つの係合用弾性脚部５４を均等の角度ピッチで切り起こしてあるとともに、その裏面のうち、前記押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにそれぞれ対応する位置に押圧用突起５５を突設してある（図３）。

したがって、前述の構成部品を組み付ける場合には、まず、前記プリント基板１０の係止孔１２に可動電極２０の位置決め用突起２６を挿入し、ハンダ付けして電気接続するとともに、固定する。これにより、各固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとがそれぞれ対向する。そして、前記復帰用コイルバネ３０および押しボタン４０を位置決めした後、前記プリント基板１０の係合孔１５に前記操作カバー５０の弾性脚部５４を弾性変形させて押し込み、係合させて抜け止めする。これにより、前記操作カバー５０の天井面５０ａのうち、その外周縁部に前記可動電極２０の先端縁部２５ｃが圧接し、外方に付勢する。また、操作カバー５０の押圧用突起５５が押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの直上にそれぞれ位置決めされる。

本実施形態によれば、操作カバー５０の天井面５０ａのうち、その外周縁部を可動電極２０の先端縁部２５ｃが均等に押し上げるので、操作カバー５０の支持が安定し、グラツキが生じにくいという利点がある。また、多数の可動電極部２５の先端縁部２５ｃで操作カバー５０の天井面５０ａが支持されるので、片当たりが少なくなり、位置決め精度がより一層向上するという利点がある。

次に、前述の構成からなる操作入力装置の動作について説明する。
前記可動電極２０のバネ力に抗して操作カバー５０の片側を押圧すると、押圧位置の直下に位置する可動電極部２５が弾性変形し、固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのいずれかに接近し、静電容量が変化する。さらに、操作者が押圧位置を除々に変化させると、静電容量の変化する位置が移動し、操作者の操作方向を検出できる。検出されたデータはモニター２にスクロール移動として反映される。そして、所望の位置にスクロールバーが到達したときに、中央押しボタン４０を押し下げることにより、押圧用突起４２を介して中央押しボタンスイッチ１１がオンする。また、操作カバー５０の周辺縁部を強く押し込むことにより、押圧用突起５５を介してプリント基板１０の各押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを適宜オンしてもよい。

本実施形態によれば、例えば、図７Ａに示すように、操作カバー５０の片側縁部を押し下げると、最初に、第１バネ部２５ａが押し下げられ、対応する固定電極１３ｂに密着する（図７Ｂ）。さらに、操作カバー５０を押し下げると、第２バネ部２５ｂが弾性変形し、押圧用突起５５が対応する押しボタンスイッチ１４ｂをオンする。

本実施形態によれば、第１バネ部２５ａと第２バネ部２５ｂとのバネ定数が異なり、第２バネ部２５ｂを弾性変形させるためには第１バネ部２５ａよりも大きな押圧力を必要とする。このため、操作感触が変化し、押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの誤操作を防止できるという利点がある。

また、本実施形態によれば、可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを複数本のスリット２４で分割し、可動電極部２５を形成してある。このため、操作カバー５０の押圧操作で各可動電極部２５が弾性変形し、静電容量が変化する。この結果、片当たりがなくなり、検出感度が高くなるという利点がある。

第２実施形態は、図８ないし図１３に示すように、前述の第１実施形態と同様、プリント基板１０と、可動電極２０と、押しボタン４０と、操作カバー５０とからなるものである。なお、前述の第１実施形態と同一部分には同一番号を附して説明する。

前記プリント基板１０は、図９および図１０に示すように、正面略正方形であり、その中央に中央押しボタンスイッチ１１が取り付けられ、その周囲に後述する可動電極２０を取り付けるための位置決め用係止孔１２が同一円周上に９０°の角度ピッチで設けられている。また、前記係止孔１２の外側には４つの固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが同一円周上に設けられているとともに、各固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの外周近傍には押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄがそれぞれ配置されている。さらに、前記押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの間には後述する操作カバー５０を固定するための係合孔１５がそれぞれ設けられている。
なお、前記固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは絶縁膜で被覆されているが、可動電極２０の裏面に絶縁膜を適宜、形成しておいてもよい。また、３１は制御用ＩＣであり、３２はフレキシブルなリード基板である。

可動電極２０は、図１１に示すように、操作孔２１を有する接続リング２２の外周縁部から４つの可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを均等の角度ピッチで独立して延在し、水平方向に曲げ起こしてある。さらに、前記可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、その外周縁部に切り起こし片２７を設け、その自由端を押圧用先端縁部２７ａとしてある。さらに、前記接続リング２２の外周縁部のうち、前記可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの間から位置決め用突起２６をそれぞれ切り起こしてある。

したがって、前述の構成部品を組み付けるには、まず、前記プリント基板１０の係止孔１２に可動電極２０の位置決め用突起２６を挿入し、ハンダ付けして電気接続するとともに、固定する。これにより、各固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄがそれぞれ対向する。そして、前記押しボタン４０を位置決めした後、前記プリント基板１０の係合孔１５に前記操作カバー５０の弾性脚部５４を弾性変形させて押し込み、係合させて抜け止めする。これにより、前記操作カバー５０の天井面５０ａのうち、その外周縁部に前記可動電極２０の先端縁部２７ａが圧接し、外方に付勢する。また、操作カバー５０の押圧用突起５５が押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの直上にそれぞれ位置決めされる。

本実施形態によれば、操作カバー５０の天井面５０ａのうち、その外周縁部を可動電極２０の先端縁部２７ａが均等に押し上げるので、操作カバー５０の支持が安定し、グラツキが生じにくいという利点がある。

次に、前述の構成からなる操作入力装置の動作について説明する。
前記可動電極２０のバネ力に抗して操作カバー５０の片側を押圧すると、押圧位置の直下あるいは近傍に位置する可動電極片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのいずれかが弾性変形し、固定電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄにそれぞれ接近し、静電容量が変化する。さらに、押圧位置を除々に変化させると、静電容量の変化する位置が移動し、これによって操作者の操作方向を検出できる。検出されたデータはモニター２にスクロール移動として反映される。そして、所望の位置にスクロールバーが到達したときに、中央押しボタン４０を押し下げることにより、押圧用突起４２を介して中央押しボタンスイッチ１１がオンする。また、操作カバー５０の周辺縁部を強く押し込むことにより、押圧用突起５５を介してプリント基板１０の各押しボタンスイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄのいずれかをオンしてもよい。

なお、本実施形態では、プリント基板に係合用弾性脚部を介して操作カバーを操作可能に組み付ける場合を説明したが、必ずしもこれに限らず、例えば、ハウジングに操作カバーを操作可能に組み付け、その操作カバーでプリント基板に設けた可動電極および押しボタンスイッチを操作してもよい。

本発明は携帯音楽プレーヤーだけでなく、他のモバイル機器にも適用できることは勿論である。

本発明にかかる操作入力装置の第１実施形態を示し、図１Ａは携帯音楽プレーヤーに適用した場合の全体斜視図、図１Ｂは操作入力装置の斜視図である。 図１Ｂに示した操作入力装置の分解斜視図である。 図１Ｂで示した操作入力装置の異なる角度から見た分解斜視図である。 図２で図示した可動電極の拡大斜視図である。 図１Ｂで示した操作入力装置の側面図である。 図６Ａは図５の断面図、図６Ｂおよび図６Ｃは拡大部分断面図である。 第１実施形態の動作前後を示す部分概略図である。 本発明にかかる操作入力装置の第２実施形態を示す斜視図である。 図８に示した操作入力装置の分解斜視図である。 図８に示した操作入力装置を異なる角度から見た分解斜視図である。 図９で図示した可動電極の拡大斜視図である。 図８に示した操作入力装置の側面図である。 図１３Ａは断面図、図１３Ｂおよび図１３Ｃは拡大部分断面図である。

符号の説明

１０：プリント基板
１１：中央押しボタンスイッチ
１２：位置決め用係止孔
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ：固定電極
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ：押しボタンスイッチ
１５：係合孔

２０：可動電極
２１：操作孔
２２：接続リング
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ：可動電極片
２４：スリット
２５：可動電極部
２５ａ：第１バネ部
２５ｂ：第２バネ部
２５ｃ：先端縁部
２６：位置決め用突起

３０：復帰用コイルバネ
３１：制御用ＩＣ
３２：リード基板

４０：押しボタン
４１：環状リブ
４２：押圧用突起

５０：操作カバー
５０ａ：天井面
５１：ドーム状操作部
５２：操作孔
５３：環状リブ
５４：係合用弾性脚部
５５：押圧用突起

Claims (5)

1. 同一円周上に少なくとも３つの固定電極を設けたプリント基板と、
   前記固定電極と同等数以上の弾性可動電極片を前記固定電極に対向するように同一円周上に配置し、前記弾性可動電極片の内側縁部を接続一体化するとともに、前記プリント基板上に固定して電気接続した可動電極と、
   前記可動電極を被覆するように組み付けられ、前記可動電極と対向する天井面の外周縁部を前記弾性可動電極片の外側縁部で上方に付勢された操作カバーとからなり、
   前記操作カバーの周辺部を押圧し、前記弾性可動電極片を弾性変形させて前記固定電極に接近させることにより、前記弾性可動電極片と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づいて押圧位置を検出することを特徴とする操作入力装置。
2. 弾性可動電極片が、可動電極の中心から放射状に設けた少なくとも１本のスリットで複数の可動電極部に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
3. 可動電極部が、バネ定数の小さい第１バネ部と、これに連続するバネ定数の大きい第２バネ部と、これに連続し、かつ、操作カバーの天井面の外周縁部に圧接する先端縁部とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の操作入力装置。
4. プリント基板の片面のうち、操作カバーの中心と対向する位置に、中央押しボタンスイッチを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の操作入力装置。
5. プリント基板の片面のうち、操作カバーの外周縁部と対向する位置に、少なくとも１個の押しボタンスイッチを設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の操作入力装置。
   

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