JP3842016B2

JP3842016B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP3842016B2
Application number: JP2000185920A
Authority: JP
Inventors: 克俊鈴木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: JP2002008495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力装置に係わり、特に静電容量の変化を利用して入力可能な、例えばパソコン、あるいはリモコン等に用いる入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動車産業、電機産業、機械産業、土木産業など各種の産業においては、静電容量の変化を利用した入力装置が各種提案されている。このような静電容量式の入力装置は、周囲温度が変化しても、適正に容量変化させて入力を行うことができた。
このような従来提案されている入力装置は、キートップに弾性部材が連結され、この弾性部材の下部に可動電極が形成され、この可動電極と対向する下部のプリント配線基板に固定電極が形成され、可動電極と固定電極との間には、例えば１００μｍ〜１５０μｍのギャップが形成されている。
このようなギャップが形成された可動電極と固定電極との間では、キートップを操作する前の初期状態において、１〜２ｐＦ（ピコファラッド）程度の静電容量が形成されていた。
そして、操作者が指先等でキートップを水平移動させると、弾性部材が変形してギャップが狭まる方向に変化する。
【０００３】
このギャップの変化で、可動電極と固定電極との間の静電容量が０．１〜０．２ｐＦ程度変化する。この静電用の変化のより、例えばパソコン等のディスプレー上のカーソル等を任意に移動させるようになっている。
このような入力装置は、例えばパソコン、あるいはリモコン等の小型の機器に用いる場合、広いスペースをとれないために、小型化の要求が強かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したような入力装置を小型にすると、可動電極と固定電極の面積が小さくなり、キートップ操作による静電容量の変化量が小さくなり、この小さな静電容量の変化量を検出すのが難しくなり、検出精度が低下する問題があった。
【０００５】
本発明は、前述したような問題点に鑑みてなされたもので、小型であっても静電容量の変化量を大きくして、この静電容量の変化を確実に検出することができる高精度な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】
前記課題を解決するための第１の解決手段として本発明の入力装置は、表面に水平方向の入力を感知する複数の電極をそれぞれ円周方向に分割して設けた固定電極と、少なくとも前記固定電極との間にギャップを有して対向する部分に導電性の可動電極を設け、入力操作により前記可動電極が弾性変形して前記ギャップが変化する弾性体と、この弾性体に突出形成した連結部に連結可能なキートップとを備え、前記固定電極上に絶縁膜を形成し、前記可動電極は、前記固定電極と対向する部分が前記固定電極の外周部寄りから中心部に向けて前記ギャップの大きさが異なるテーパ状に形成した構成とした。
【０００７】
また、前記課題を解決するための第２の解決手段として、前記テーパ状の前記可動電極は、前記固定電極の前記外周部寄りと対向する部分が前記固定電極に近接又は当接し、前記外周部寄りから前記中心部に向けて前記ギャップが徐々に大きくなるように形成した構成とした。
【０００８】
また、前記課題を解決するための第３の解決手段として、前記絶縁膜は、厚さを２０μｍ以下に形成した構成とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の入力装置を図１〜図４に基づいて説明する。まず、図１は本発明の第１の実施の形態の入力装置の断面図であり、図２はプリント配線基板の平面図であり、図３は弾性体とプリント配線基板の断面図であり、図４は本発明の入力装置の分解斜視図である。
【００１０】
本発明の入力装置は、図１に示すように、円盤状のキートップ１がゴム、あるいはエラストマー等の弾性部材で形成され、このキートップ１の上面には円弧状に凹んだ入力操作部１ａが形成されて、キートップ１の中央部付近が薄肉に形成されている。
そのために、入力操作部１ａの中央部付近を図示下方に押圧すると、薄肉の中央部付近が下方に弾性変形可能になっている。
【００１１】
また、キートップ１の中央部下面には、図示下方に突出する垂直入力部１ｂが形成されている。前記キートップ１の外周部には、図示下方に突出する外周壁１ｃが形成され、この外周壁１ｃがスライダ２に圧入、又はスナップ係合等されて、キートップ１とスライダ２とが一体化されている。
【００１２】
前記スライダ２は、硬質合成樹脂等からなり、中央部に後述する弾性体５の連結部５ａが嵌合可能な嵌合孔２ａが設けられている。また、スライダ２は、外周部に外形が円形状のフランジ部２ｂが形成されている。このフランジ部２ｂは、金属板等からなるハウジング３の上端折曲部３ａとブラケット４との間に狭持されて、水平方向に移動自在、及び回転自在になっている。
【００１３】
また、弾性体５は、全体が導電性を有する導電ゴム等からなり、外形が円盤状に形成され、その中央部には図示上方の垂直方向に突出する連結部５ａが設けられ、この連結部５ａがスライダ２の嵌合孔２ａに嵌合して、キートップ１を水平移動させると、連結部５ａが水平方向に押圧されて、弾性体５が弾性変形可能になっている。
【００１４】
また、嵌合孔２ａに嵌合する連結部５ａは、嵌合孔２ａから露呈する上端部が上方のキートップ１で覆われている。
前記スライダ２は、弾性体５上に位置して、キートップ１の操作により、水平方向に移動可能であると共に、連結部５ａを中心として回転自在に配設されている。そのために、キートップ１は、弾性体５の連結部５ａを中心として回転自在になっている。
【００１５】
前記弾性体５の連結部５ａの中心部には、所定の深さの操作穴５ｂが形成され、この操作穴５ｂには、合成樹脂等からなる操作ピン８が嵌合している。この操作ピン８の上部には、キートップ１の垂直入力部１ｂが当接するようになっており、キートップ１の垂直入力部１ｂ上を図示下方に押圧すると、垂直入力部１ｂが操作ピン８を下方に押し下げ可能になっている。
【００１６】
また、弾性体５は、円盤状の外周部５ｃが、ブラケット４と図示下部のプリント配線基板６とに狭持されると共に、外周部５ｃの外側に配設された支持体７により、弾性体５の水平方向の動きが規制されている。
前記弾性体５の下面側で後述する固定電極９と対向する部分には、固定電極９の外周部寄りから中心部に向けてギャップの大きさが異なるテーパ状の第１可動電極５ｄが形成されている。
このテーパ状の第１可動電極５ｄは、後述する固定電極９の外周部寄りと対向する外周部５ｃ近傍が固定電極９に近接又は当接し、固定電極の外周部寄りから中心部に向けて第１ギャップＧ１が徐々に大きくなるように形成されている。
前記第１ギャップＧ１は、一番大きく形成されて部分の寸法が略２００μｍのなっている。
【００１７】
また、弾性体５の下面側の中心部には、平坦状の第２可動電極５ｅが略２００μｍの深さ寸法で形成され、この第２可動電極５ｅによって、第２ギャップＧ２が形成されている。前記第２可動電極５ｅの周囲には突部５ｆが形成され、弾性体５を下方に押圧しょうとするような押圧力が弾性体５に加わっても、第２ギャップＧ２は変化しないようになっている。
【００１８】
また、弾性体５の下部にはプリント配線板６が配設され、このプリント配線板６は、例えばガラスエポキシ樹脂等の硬質の材料からなり、弾性体５の第１、第２可動電極５ｄ、５ｅが対向する側の面には、図２に示すように、固定電極９が形成されている。
この固定電極９は、中央部に円形の第１電極９ａが形成され、この第１電極９ａの外周には、第２電極９ｂ、第３電極９ｃ、第４電極９ｄ、第５電極９ｅの４個の電極が円周方向に等分割されて形成され、それぞれの電極９ａ〜９ｅは、互いに電気的に絶縁されている。
さらに、固定電極９の外周には固定電極９と絶縁されたグランド電極１０が設けられている。このグランド電極１０上には、導電性の弾性体５の外周部５ｃが位置して、弾性体５とグランド電極１０とは電気的に接続されている。
【００１９】
また、互いが絶縁された複数の電極９ａ〜９ｅからなる固定電極９は、図３に示すような絶縁膜１１で覆われて、上方に位置する第１、第２可動電極５ｄ、５ｅ、及び突部５ｆと絶縁されている。
前記絶縁膜１１は、例えば誘電率が２以上の高誘電率の材料からなり、印刷形成により膜厚が２０μｍ以下の薄膜に形成されている。
そのために、固定電極９のそれぞれの電極９ａ〜９ｅの面積を小さくしても、それぞれの電極９ａ〜９ｅと第１、第２可動電極５ｄ、５ｅとの間の静電容量を、初期状態において略６ｐＦ（ピコファラッド）と大きくすることができる。
【００２０】
また、キートップ１を操作により、第１、第２可動電極５ｄ、５ｅを変形させて、第１、第２ギャップＧ１、Ｇ２を狭めたときの静電容量の変化量を１〜２ｐＦと大きくすることができる。
このように本発明の入力装置は、静電容量の変化が大きいので、この静電容量の変化を高精度に検出することができる。
【００２１】
前記固定電極９のそれぞれの電極９ａ〜９ｅの機能を説明すると、例えば第２電極９ｂはパソコン等のディスプレー上のカーソルを上方向に、第３電極９ｃは左方向に、第４電極極９ｄは下方向に、第５電極９ｅは右方向に、それぞれステップ移動させるための電極であり、これら第２電極９ｂ〜第５電極９ｅは水平方向（Ｘ、Ｙ方向）の入力用となっている。
また、第１電極９ａは前述の入力方向を確定する時に使用する電極で、垂直方向（Ｚ方向）の入力用になっている。
【００２２】
また、プリント配線基板６の下面には、図３に示すように、所定形状の導電パターン１２が設けられ、固定電極９の各電極９ａ〜９ｅ、及びグランド電極１０は、スルーホール６ａにより導電パターン１２と電気的に接続されている。
前記導電パターン１２には、静電用の変化を検出可能なＩＣチップ等からなる検出部材１３が配設され、導電パターン１２の一端にＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）１４が接続され、このＦＰＣ１４の他端は使用機器の入出力インターフェース（図示せず）に接続されている。
【００２３】
このような構成の本発明の第１の実施の形態の入力装置の操作について説明すると、キートップ１を操作する前の待機状態（初期状態）においては、第１可動電極５ｄと、それぞれの電極９ｂ〜９ｅとの間のテーパ状の第１ギャップＧ１は等しく、それぞれの電極間の静電容量も等しい。
【００２４】
そして、キートップ１を図１において、例えば左方向に移動させると、この移動がスライダ２から弾性体５の連結部５ａに伝えられる。
すると、弾性体５は、連結部５ａが図示左側に傾くと共に、図示左側の第１可動電極５ｄが下方に変形し、テーパ状の第１可動電極５ｄの外周部近傍が絶縁膜１１を介して固定電極９の第３電極９ｃに密着して、第３電極９ｃ側の静電容量が大きく変化する。
この第３電極９ｃ側の静電容量変化を検出部材１３が検出して、キートップ１によりカーソルを左方向に移動させる信号が入力されたことを検知することができる。
【００２５】
また、キートップ１を図１において、例えば右方向に移動させると、この移動はスライダ２を介して弾性体５に伝えられる。
そして、弾性体５は、連結部５ａが図示右方向に傾くと共に、図示右側の第１可動電極５ｄが下方に変形し、外周部５ｃ近傍の第１可動電極５ｄの図示右側が絶縁膜１１を介して固定電極９の第５電極９ｅに密着して、第５電極９ｅ側の静電容量が変化する。
この第５電極９ｅ側の静電容量変化を検出部材１３が検出して、キートップ１によりカーソルを右方向に移動させる信号が入力されたことを検知することができる。
【００２６】
また、図１においてキートップ１の垂直入力部１ｂ上を指先等で垂直方向（Ｚ方向）に押圧すると、スライダ２はその位置に保持されたまま、薄肉の垂直入力部１ｂが形成された部分が弾性変形して垂直入力部１ｂが下方に移動する。
そして、垂直入力部１ｂが操作ピン８を押し下げて、第２可動電極５ｅが下方に変形する。この第２可動電極５ｅが下方に変形することにより、第１電極９ａとの間の第２ギャップＧ２が初期状態より狭くなって、第１電極９ａ側の静電容量が変化する。
この第１電極９ａ側の静電容量変化を検出部材１３が検出して、キートップ１が垂直方に押圧されたことを検知することができる。
また、キートップ１に加えていた水平方向、あるいは垂直方向の操作力を解除すると、弾性体５の復元力、あるいはキートップ１の復元力によって、キートップ１、スライダ２、弾性体５は元の初期状態に戻る。
【００２７】
また、本発明の実施の形態の説明では、テーパ状の第１可動電極５ｄは、固定電極９の外周部寄りから固定電極９の中心部に向けて第１ギャップＧ１が徐々に大きくなるように形成したもので説明したが、テーパ状の第１可動電極５ｄは、固定電極９の中心部付近と対向する部分を、固定電極９に近接又は当接させ、この中心部から外周部に向けて、第１ギャップＧ１が徐々に大きくなるように形成したものでも良い。
即ち、第１可動電極５ｄは、固定電極９と対向する部分が固定電極９の外周部寄りから中心部に向けてテーパ状に形成され、第１ギャップＧ１が固定電極９の外周部と中心部付近とで寸法が異なるようにしたものであれば良い。
【００２８】
また、弾性体５は全体が導電性を有する導電ゴム等からなるもので説明したが、弾性体５は絶縁性のゴムで形成し、第１、第２可動電極５ｄ、５ｅが形成された側だけを、別部材の導電性のゴム（図示せず）で形成し、この導電性のゴムの一部をプリント配線板６のグランド電極１０に接続したものでも良い。
即ち、弾性体５は、少なくとも固定電極９との間に所定寸法のギャップを有して対向する部分に導電性の可動電極を設けたものであれば良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の入力装置は、固定電極上に絶縁膜を形成し、可動電極は、前記固定電極と対向する部分が前記固定電極の外周部寄りから中心部に向けてギャップの大きさが異なるテーパ状に形成したので、キートップを操作して、ギャップを可変させることにより、可変電極と固定電極との間の静電容量を大きく可変させることができる。
そのために、この大きく変化した静電容量を確実に検出することができるので、高精度な入力装置を提供できる。
【００３０】
また、前記テーパ状の前記可動電極は、前記固定電極の前記外周部寄りと対向する部分が前記固定電極に近接又は当接し、前記外周部寄りから前記中心部に向けて前記ギャップが徐々に大きくなるように形成したので、キートップを操作した時に、面積の広い固定電極の外周部寄りと対向する側の可動電極が、固定電極の外周部寄りに絶縁膜を介して当接するので、静電容量の変化量を更に大きくすることができる。
【００３１】
また、前記絶縁膜は、厚さを２０μｍ以下に形成したので、可動電極と固体電極との間の静電容量を大きくできると共に、静電容量の変化量も大きくでき、高精度の入力装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する入力装置の断面図である。
【図２】本発明に係わるプリント配線基板の平面図である。
【図３】本発明に係わるプリント配線基板と弾性部材の断面図である。
【図４】本発明の入力装置に関する分解斜視図である。
【符号の説明】
１キートップ
１ａ入力操作部
１ｂ垂直入力部
２スライダ
２ａ嵌合孔
２ｂフランジ部
３ハウジング
４ブラケット
５弾性体
５ａ連結部
５ｂ操作穴
５ｄ第１可動電極
５ｅ第２可動電極
５ｆ突部
６プリント配線基板
Ｇ１第１ギャップ
Ｇ２第２ギャップ
９固定電極
９ａ第１電極
９ｂ第２電極
９ｃ第３電極
９ｄ第４電極
９ｅ第５電極
１０グランド電極
１１絶縁膜

Claims

表面に水平方向の入力を感知する複数の電極をそれぞれ円周方向に分割して設けた固定電極と、少なくとも前記固定電極との間にギャップを有して対向する部分に導電性の可動電極を設け、入力操作により前記可動電極が弾性変形して前記ギャップが変化する弾性体と、この弾性体に突出形成した連結部に連結可能なキートップとを備え、前記固定電極上に絶縁膜を形成し、前記可動電極は、前記固定電極と対向する部分が前記固定電極の外周部寄りから中心部に向けて前記ギャップの大きさが異なるテーパ状に形成したことを特徴とする入力装置。
前記テーパ状の前記可動電極は、前記固定電極の前記外周部寄りと対向する部分が前記固定電極に近接又は当接し、前記外周部寄りから前記中心部に向けて前記ギャップが徐々に大きくなるように形成したことを特徴とする請求項１記載の入力装置。
前記絶縁膜は、厚さを２０μｍ以下に形成したことを特徴とする請求項１、又は２記載の入力装置。