JP2011100212A

JP2011100212A - 情報入力装置

Info

Publication number: JP2011100212A
Application number: JP2009253271A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kudo; 卓也工藤; Katsumi Edo; 勝美江戸; Takeshi Arihara; 武有原; Masahiro Kinoshita; 政宏木下
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-19

Abstract

【課題】操作感度が良い情報入力装置を提供する。
【解決手段】隣り合うように扇状固定電極３８ａ〜３８ｄと環状固定電極３９とを配置したプリント基板３０に導電性センサーシート５０を載置する。そして、前記導電性センサーシート５０を操作ボタン７０で押圧して弾性圧縮し、前記導電性センサーシート５０と前記固定電極３８ａ〜３８ｄおよび環状固定電極３９との間の静電容量の変化を電気信号に変換することにより、出力信号を出力する情報入力装置である。特に、前記導電性センサーシート５０の上面に載置した操作メタルプレート６０を、前記操作ボタン７０で操作する構成としてある。
【選択図】図３

Description

本発明は携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器に組み込まれる情報入力装置に関する。

従来、電子機器に組み込まれる情報入力装置としては、特許文献１で開示されているように、上面に９０°間隔で配置された電極部（Ｃｘ＋）（Ｃｘ−）（Ｃｙ＋）（Ｃｙ−）を有した基板（２）と、この基板（２）の上方に、外側部を固定端とする金属製の起歪板（３）とを具備しており、前記起歪板（３）の中央部に×印形状のスリットを形成して各電極部（Ｃｘ＋）（Ｃｘ−）（Ｃｙ＋）（Ｃｙ−）と対向する部分に、起歪部（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）（３ｄ）を構成させ、前記起歪部（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）（３ｄ）が弾性力に抗してそれぞれ独立して押し込めるようにし、前記起歪部（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）（３ｄ）の押し込みにより、当該起歪部とこれと対向する電極部相互間距離が変化するようにしたことを特徴とする静電容量式センサーが開示されている。

特許第３４５１３６２号

しかしながら、前述の静電容量式センサーによれば、その図６に図示するように、弾性板４を押圧することにより、前記弾性板４自体が弾性変形するとともに、凹み部４０の深さ寸法だけ沈下する。そして、前記弾性板４が起歪部３を押し下げ、前記起歪部３が電気部Ｃｘ^＋，Ｃｙ^＋に接近することにより、静電容量が増大して出力電圧が増大する。このため、使用者が弾性板４を押し下げてから所定の出力電圧を出力させるまでのタイムラグが大きいとともに、低荷重での感度が低く、操作性が悪いという問題点がある。
本発明は、前記問題点に鑑み、操作感度の良い情報入力装置を提供することを課題とする。

本発明に係る情報入力装置は、隣り合うように固定電極を配置したプリント基板に導電性センサーシートを載置するとともに、前記導電性センサーシートを操作ボタンで押圧して弾性圧縮することにより、前記導電性センサーシートと前記固定電極との間の静電容量の変化を電気信号に変換して出力信号を出力する情報入力装置であって、前記導電性センサーシートの上面に載置した操作メタルプレートを、前記操作ボタンで操作する構成としてある。

本発明によれば、センサーシートに操作メタルプレートを載置してあるので、操作ボタンを操作することにより、操作メタルプレートを介してセンサーシートが弾性変形する。このため、前記センサーシートが押圧されて弾性圧縮される領域において前記センサーシートの静電容量が変化し、電圧に変換されて出力信号として出力される。このため、使用者が押圧してから信号が出力されるまでのタイムラグが小さいとともに、低荷重で信号が出力され、操作感度の良い情報入力装置が得られる。

本発明の実施形態としては、固定電極と導電性センサーシートとの間に、絶縁シートを積層した構成としてもよい。
本実施形態によれば、前記絶縁シートを介して所定の隙間を正確に形成でき、操作感度にバラツキのない情報入力装置が得られる。

本発明の実施形態としては、操作メタルプレートが、板厚方向に弾性変位可能で、かつ、操作ボタンに操作される操作部を有していてもよい。なお、前記操作部としては、例えば、ドーナッツ状操作部であってもよく、また、円板状操作部であってもよい。
本実施形態によれば、操作メタルプレートが操作部を有しているので、操作位置を自由に選択でき、操作しやすいだけでなく、生産が容易な情報入力装置が得られる。

本発明の他の実施形態としては、操作部を、枠体から内側に延在する弾性腕部を介して板厚方向に弾性変位可能に支持しておいてもよい。
本実施形態によれば、弾性腕部を介して操作部を支持してあるので、前記操作部が変位しやすくなり、より一層、操作感度の良い情報入力装置が得られる。

本発明の別の実施形態としては、操作ボタンの下面に設けた環状突条で、操作メタルプレートの操作部を介してセンサーシートを押圧することにより、出力信号を出力する構成としてもよい。
本実施形態によれば、操作荷重が同じでも、前記環状突条によって応力が集中するので、操作感度がより一層向上する。

本発明の異なる実施形態としては、操作ボタンの平坦な下面で、操作メタルプレートの操作部の上面に突設した環状突条を介してセンサーシートを押圧することにより、出力信号を出力する構成としてもよい。
本実施形態によれば、操作ボタンの位置決め精度にバラツキがあっても、操作感度にバラツキが生じにくい。また、操作ボタンの下面が平坦であれば、他の外形形状を有する操作ボタンに変更しやすくなるので、操作ボタンの設計の自由度が大きくなり、設計しやすくなる。

本発明の新たな実施形態としては、ベースプレートの係止用受け部に、操作ボタンの枠体から側方に突設した一対の係止爪を係止する構造としてもよい。
本実施形態によれば、ベースプレートに操作ボタンをワンタッチで組み付けることができ、生産性の高い情報入力装置がえられる。

本発明に係る電気機器は、前述の情報入力装置を、筐体に組み込んだ構成としてある。

本発明によれば、低荷重で操作できるだけでなく、使用者が押圧してから信号が出力されるまでのタイムラグが小さく、操作感度の良い電気機器が得られる。

本発明に係る実施形態としては、筐体のカバーに設けた開口部の縁部下面に、プリント基板を支持するベースプレートの係止用受け部を圧接させた構成としてもよい。
本実施形態によれば、筐体のカバーの内向面にベースプレートの係止用受け部が圧接し、ガタツキが生じない。また、例えば、前記筐体のカバーに外力が負荷された場合であっても、前記ベースプレートが沈下することにより、情報入力装置全体が沈下するので、誤動作を防止できるという効果がある。

図１Ａおよび図１Ｂは本発明に係る情報入力装置の第１実施形態を示す斜視図および部分拡大断面斜視図である。図２Ａおよび図２Ｂは本発明に係る情報入力装置の第１実施形態を異なる角度から視た斜視図および部分拡大断面斜視図である。図１で示した情報入力装置の分解斜視図である。図１で示した情報入力装置の異なる角度から視た分解斜視図である。図３で示した情報入力装置本体の分解斜視図である。図４で示した情報入力装置本体の異なる角度から視た分解斜視図である。図７Ａは図３で示した操作メタルプレートの平面図、図７Ｂは図７ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図８Ａ，８Ｄは図３で示した操作ボタンの平面図，底面図、図８Ｂ，８Ｃは図８ＡのＢ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線断面図である。図９Ａは本発明に係る情報入力装置の実施形態を示す平面図、図９Ｂ，９Ｃは図９ＡのＢ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線断面図である。図１０Ａは本発明に係る情報入力装置の実施形態を示す平面図、図１０Ｂは図１０ＡのＢ−Ｂ線拡大断面図である。図１１Ａは本発明に係る情報入力装置の使用形態を示す平面図、図１１Ｂ，１１Ｃは図１１ＡのＢ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ拡大断面図である。図１２Ａおよび図１２Ｂは本発明に係る情報入力装置の実施例を示すグラフ図である。図１３Ａおよび図１３Ｂは押圧位置を示す参考平面図および出力信号を出力するための回路図である。図１４Ａおよび図１４Ｂは本発明に係る情報入力装置の第２実施形態の平面図および図１４ＡのＢ−Ｂ線部分拡大断面図である。図１５Ａは第２実施形態に係る操作メタルプレートの平面図、図１５Ｂは図１５ＡのＢ−Ｂ線断面図，図１５Ｃは図１５Ｂの部分拡大断面図である。図１６Ａ，１６Ｄは第２実施形態に係る操作ボタンの平面図，底面図、図１６Ｂ，１６Ｃは図１６ＡのＢ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線断面図である。

本発明に係る情報入力装置の実施形態を、図１ないし図１６の添付図面に従って説明する。
本実施形態に係る情報入力装置の第１実施形態は、図３および図４に示すように、大略、スペーサ１０と、情報入力装置本体２０と、センサーシート５０と、操作メタルプレート６０と、操作ボタン７０と、中央押しボタン８０と、から構成されている。

前記スペーサ１０は、平面略方形の板状体であり、その対向する隅部に位置決め突起１０ａ，１０ｂを有しているとともに、逃げ部１１ａ，１１ｂ，１１ｃを設けてある。

前記情報入力装置本体２０は、図５および図６に示すように、ベースプレート２１と、略Ｔ字形状のフレキシブル基板（ＦＰＣ）３０と、ドームシート４０とから構成されている。
前記ベースプレート２１は、前記スペーサ１０と略同一の平面略正方形の金属薄板からなり、その角部に略Ｈ字形状の係止用受け部２２を曲げ起こしてあるとともに、前記係止用受け部２２の基部に位置決め用係止孔２３をそれぞれ設けてある。さらに、前記ベースプレート２１は、対向する隅部に治具孔２４ａ，２４ｂを設けてある。

前記フレキシブル基板３０は、第１，第２，第３積層片３１，３２，３３を一対の連結部３４ａ，３４ｂで同一直線上にそれぞれ連結するとともに、前記第２積層片３２の片側から接続部３０ａを延在してある。
前記第１積層片３１は、その上面中央部に第１固定接点３５ａを配置するとともに、その外周に同心円上の環状第２固定接点３５ｂをプリント印刷してある。また、前記第２積層片３２は、その上面にＩＣ３６ａおよび電子部品３６ｂを実装してある。さらに、前記第３積層３３は、その中央に設けた貫通孔３７の外周上面に４つの扇状固定電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄを均等のピッチで設けてあるとともに、前記扇状固定電極３８ａ〜３８ｄの外周に環状固定電極３９をプリント印刷してある。そして、前記貫通孔３７と扇状固定電極３８ａ〜３８ｄとの間には環状縁部３７ａが残されている。なお、前記第１，第２，第３積層片３１，３２，３３の対向する隅部には治具孔３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂがそれぞれ設けられている。また、前記扇状固定電極３８ａ〜３８ｄと環状固定電極３９とは絶縁シート３３ｃで被覆され、後述するセンサーシート５０と絶縁される。但し、説明の便宜上、図３および図５には前記絶縁シート３３ｃは図示されていない。

前記ドームシート４０は、その中央部に設けた膨出部４１の裏面にドーム状可動接点４２を取り付けてあるとともに、対向する隅部に治具孔４０ａ，４０ｂを設けてある。

従って、前記情報入力装置本体２０を組み立てる場合には、治具である位置決めピン（図示せず）を前記金属ベースプレート２１の治具孔２４ａ，２４ｂにそれぞれ挿通し、その上面に治具孔２５ａ，２５ｂを備えた両面テープ２５を介してフレキシブル基板３０の第１積層片３１を貼着一体化する。そして、前記フレキシブル基板３０の連結部３４ａを折り曲げ、前記金属ベースプレート２１の下面に治具孔２６ａ，２６ｂを備えた両面テープ２６を介して第２設置片３２を貼着一体化する。さらに、前記第１積層片３１の上面にドームシート４０を貼着一体化した後、連結部３４ｂ折り曲げ、前記ドームシート４０の上面に治具孔４３ａ，４３ｂを備えた両面テープ４３を介して第３積層片３３を貼着一体化することにより、情報入力装置本体２０が完成する。

本実施形態によれば、折り曲げた連結部３４ａの曲率よりも、折り曲げた連結部３４ｂの曲率の方が大きいので、連結部３４ｂが連結部３４ａよりも断線しにくくなるという利点がある。

センサーシート５０は、前記情報入力装置本体２０の第３積層片３３を被覆可能な平面形状を有する導電性ゴム材からなり、中央に貫通孔５１を有するとともに、対向する隅部に治具孔５０ａ，５０ｂを設けてある。なお、前記第３積層片３３と前記センサーシート５０との間には、治具孔５２ａ，５２ｂを備えた方形枠形状の第１絶縁シート５２と、円環状の第２絶縁シート５３が配置される。特に、円環状の前記第２絶縁シート５３は前記第３積層片３３の環状縁部３７ａに配置可能な外周形状を有している。

操作メタルプレート６０は、図７に示すように、前記センサーシート５０を被覆可能な平面形状を有し、その角部から弾性脚部６１を下方側に曲げ下ろしてあるとともに、その対向する隅部に治具孔６０ａ，６０ｂを設けてある。また、前記操作メタルプレート６０は、ドーナッツ状の操作部６２を４本の湾曲する弾性腕部６３で板厚方向に弾性変位可能に支持している。

操作ボタン７０は、図８に示すように、前記操作メタルプレート６０を被覆可能な平面形状を有する方形枠体７１からなる。そして、前記方形枠体７１は、その内側から延在する弾性腕部７２を介して操作部７３を上下方向に操作可能に支持してある一方、その角部に一対の係止爪７４を側方に突設してある。前記操作部７３は、その上面に設けた嵌合用凹所７５の底面中央に略十文字形状の取付孔７６を設けてあるとともに、前記取付孔７６の周囲には均等のピッチで不連続なスリット７７を設けてある。また、前記操作部７３は、その下面に操作用環状突条７８を突設してある。前記環状突条７８は、前記扇状固定電極３８ａ〜３８ｄと環状固定電極３９との間に位置する直径を有している。

中央押しボタン８０は、図３および図４に示すように、前記操作ボタン７０の嵌合用凹所７５に嵌合可能な外周形状を有し、その底面中央に操作用突起８１を突設するとともに、前記操作用突起８１の周囲に前記取付孔７６に弾性係合可能な弾性爪部８２を突設してある。

次に、前記構成部品からなる情報入力装置の組立方法について説明する。
まず、図３に示す前記情報入力装置本体２０の治具孔３３ａ，３３ｂに図示しない位置決めピンを挿通し、第１絶縁シート５２を位置決めするとともに、第２絶縁シート５３を位置決めする。そして、前記位置決めピンを介して絶縁シート３３ｃに覆われた固定電極３８ａ〜３８ｄ，環状固定電極３９を被覆するようにセンサーシート５０を組み付ける。さらに、両面テープ６４を操作部６２の裏面に貼着した操作メタルプレート６０の治具孔６０ａ，６０ｂを、前記位置決めピンに挿通して位置決めし、組み付ける。これにより、前記操作メタルプレート６０の弾性脚部６１が金属ベースプレート２０の係止孔２３に係合して位置決めできるとともに、環状操作部６２の裏面に貼着した前記両面テープ６４を介してセンサーシート５０に貼着一体化できる。ついで、前記操作メタルプレート６０に操作ボタン７０を位置決めし、前記操作ボタン７０の係止爪７４を前記ベースプレート２０の係止用受け部２２に係合して組み付ける。この結果、操作ボタン７０の操作用環状突条７８が操作メタルプレート６０に圧接する。さらに、前記操作ボタン７０の嵌合用凹所７５に中央押しボタン８０を嵌合し、取付孔７６に弾性爪部８２を押し込み、弾性係合して抜け止めする。最後に、前記情報入力装置本体２０の裏面、すなわち、第２積層片３２に治具孔１２ａ，１２ｂを備えた両面テープ１２を介してスペーサ１０を貼り付けることにより、情報入力装置の組み立てが完了する。

なお、前記情報入力装置を携帯電話機等の筐体内に組み付ける場合には、例えば、図１１に示すように、筐体９０のベース９１の内向面に設けた凹所９２に前記情報入力装置のスペーサ１０を嵌合する一方、前記筐体９０のカバー９３の開口部９４から操作ボタン７０が操作可能に露出するように組み付ける。
本実施形態によれば、筐体９０のカバー９３の内向面にベースプレート２０の係止用受け部２２が圧接し、ガタツキが生じない。また、例えば、前記筐体９０のカバー９３に外力が負荷された場合であっても、前記ベースプレート２０が沈下することにより、情報入力装置２０全体が沈下するので、誤動作を防止できるという利点がある。

ついで、本実施形態にかかる情報入力装置を携帯電話機（図示せず）に適用した場合の操作方法について説明する。
すなわち、操作ボタン７０の操作部７３を適宜押圧することにより、操作用環状突条７８を介し、操作メタルプレート６０の操作部６２が弾性変形し、センサーシート５０の特定の領域が弾性圧縮される。これによって生じた静電容量の変化が、例えば、図１３Ｂに図示するＩＣ内部の出力回路で電圧に変換され、出力信号として出力される。そして、前記出力信号に基づいて図示しないモニターのカーソルを所定の位置まで移動した後、押圧力を解除してカーソルの移動を停止する。ついで、中央押しボタン８０を押し下げることにより、その操作用突起８１が膨出部４１のドーム状可動接点４２を押し下げて反転させ、前記ドーム状可動接点４２が固定接点３５ａ，３５ｂを短絡し、指示信号を出力する。以後、同様な操作を繰り返して操作できる。

本実施形態によれば、ＩＣ３６ａ，電子部品３６ｂだけでなく、ドーム状可動接点４２、センサーシート５０等をも同一のＦＰＣに実装してあるので、コネクタ等を使用して接続する場合よりも、静電容量のバラツキが小さい情報入力装置が得られる。

なお、ＦＰＣは必ずしも同一直線上に延在したものに限らず、例えば、略Ｌ字形状に屈曲した平面形状を有していてもよい。

本発明に係る第２実施形態は、図１４ないし図１６に図示するように、操作メタルプレート６０のドーナッツ状操作部６２の上面に操作用環状突条６２ａを突き出し加工で形成する一方、操作ボタン７０の下面を平坦面に形成した場合である。他は前述の第１実施形態とほぼ同様であるので、同一部分には同一番号を附して説明を省略する。

第２実施形態によれば、操作用環状突条６２ａの位置が一定であるので、操作ボタン７０の位置決め精度にバラツキが生じても、操作感度にバラツキが生じにくい。また、操作ボタン７０の下面が平坦であれば、他の外形形状を有する操作ボタンに変更しやすいので、操作ボタン７０の設計の自由度が大きくなり、設計しやすくなるという利点がある。

次に、第１実施形態にかかる情報入力装置の操作感度について測定した結果を図１２Ａ，１２Ｂのグラフ図に示す。なお、図１２Ａ，図１２Ｂのグラフ図で示す横軸は押圧荷重であり、縦軸は出力信号値である。そして、図１３Ａで示すＸ＋，Ｙ＋はプラス側の押圧荷重を意味し、Ｘ−，Ｙ−はマイナス側の押圧荷重を意味する。例えば、図１３Ａで示す位置のＸ＋で３Ｎの圧力を印加した場合には、図１２Ａのグラフ図においてプラス側の荷重３Ｎとして表記する。Ｘ−，Ｙ＋，Ｙ−も同様である。
また、出力信号は、図１３Ｂに示す出力回路から出力されるが、Ｃ_Ｘ ^＋，Ｃ_Ｘ ⁻，Ｃ_Ｙ ^＋，Ｃ_Ｙ ⁻はそれぞれの電極間の静電容量値を示す。

図１２Ａ，１２Ｂから明らかなように、位置Ｘ＋、Ｘ−または位置Ｙ＋、Ｙ−を押し下げた場合には、グラフ図における曲線の勾配が大きく、小さな押圧力で大きな出力信号が得られることから、操作感度に優れていることが判る。
また、位置Ｘ＋、Ｘ−（または位置Ｙ＋、Ｙ−）を押圧した場合には、位置Ｙ＋、Ｙ−（または位置Ｘ＋、Ｘ−）における曲線が殆ど変化していないことから、誤動作しにくい情報入力装置であることを確認できた。

本発明に係る情報入力装置は、携帯電話機に適用できるだけでなく、オーディオ機器などの他の電子機器に適用できることは勿論である。

１０：スペーサ
１０ａ，１０ｂ：位置決め突起
２０：情報入力装置本体
２１：ベースプレート
２２：係止用受け部
２３：位置決め用係止孔
３０：フレキシブル基板
３１，３２，３３：第１，第２，第３積層片
３３ｃ：絶縁シート
３５ａ，３５ｂ：第１，第２固定接点
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ：扇状固定電極
３９：環状固定電極
４０：ドームシート
４１：膨出部
４２：ドーム状可動接点
５０：センサーシート
６０：操作メタルプレート
６１：弾性脚部
６２：操作部
６２ａ：操作用環状突条
６３：弾性腕部
７０：操作ボタン
７１：方形枠体
７２：弾性腕部
７３：操作部
７６：取付孔
７８：操作用環状突条
８０：中央押しボタン
８１：操作用突起
８２：弾性爪部
９０：筐体
９１：ベース
９２：凹所
９３：カバー
９４：開口部

Claims

隣り合うように固定電極を配置したプリント基板に導電性センサーシートを載置するとともに、前記導電性センサーシートを操作ボタンで押圧して弾性圧縮することにより、前記導電性センサーシートと前記固定電極との間の静電容量の変化を電気信号に変換して出力信号を出力する情報入力装置であって、
前記導電性センサーシートの上面に載置した操作メタルプレートを、前記操作ボタンで操作することを特徴とする情報入力装置。
固定電極と導電性センサーシートとの間に、絶縁シートを積層したことを特徴とする請求項１に記載の情報入力装置。
操作メタルプレートが、板厚方向に弾性変位可能で、かつ、操作ボタンに操作される操作部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の情報入力装置。
操作部を、枠体から内側に延在する弾性腕部を介して板厚方向に弾性変位可能に支持していることを特徴とする請求項３に記載の情報入力装置。
操作ボタンの下面に設けた環状突条で、操作メタルプレートの操作部を介してセンサーシートを押圧することにより、出力信号を出力することを特徴とする請求項３または４に記載の情報入力装置。
操作ボタンの平坦な下面で、操作メタルプレートの操作部の上面に突設した環状突条を介してセンサーシートを押圧することにより、出力信号を出力することを特徴とする請求項３または４に記載の情報入力装置。
プリント基板を積層したベースプレートの係止用受け部に、操作ボタンの枠体から側方に突設した一対の係止爪を係止したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の情報入力装置。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の情報入力装置を、筐体に組み込んだことを特徴とする電気機器。
筐体のカバーに設けた開口部の縁部下面に、プリント基板を支持するベースプレートの係止用受け部を圧接させたことを特徴とする請求項８に記載の電気機器。