JP3954776B2

JP3954776B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP3954776B2
Application number: JP2000185919A
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: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: JP2002007055A

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、操作者が指等でキートップを水平移動させると、キートップに連結された弾性部材が変形し、弾性部材に形成している可動電極と、この可動電極と対向する位置に配設された固定電極との間のギャップが変化する。
【０００３】
このギャップの変化により、可動電極と固定電極との間の静電容量が変化して、例えばパソコンのディスプレー上のカーソル等を任意に移動させることができる。
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化しようとすると、キートップを水平方向に移動させる移動量を大きくすることができず、小さな移動量で入力しなければならなかったので、例えばパソコンのディスプレー上のカーソル等を所望に位置に移動させるのに時間が掛かり、操作性が悪いという欠点を有している。
【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、小型であってもキートップの水平移動量を大きくとることができ、操作性の良い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、一方の面と直交する垂直方向の入力を感知する電極を前記一方の面に形成し、この一方の面と平行な水平方向の入力を感知する複数の電極とをそれぞれ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て、前記垂直方向及び前記水平方向の入力操作により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前記水平方向に移動可能なスライダを介して連結可能なキートップとを備え、前記連結部は、外周部から外方に突出する弾性変形可能な鍔部を有し、前記鍔部が前記スライダに形成した嵌合孔に嵌合して前記弾性体と前記スライダとが連結され、前記キートップは、外周部から前記一方の面側に突出させた下方外周壁に前記スライダーを係止することで、前記スライダを介して前記弾性体が連結され、前記キートップには、前記垂直方向の入力を感知する電極と対応する部分に前記弾性体を前記垂直方向に移動操作可能な垂直入力部が形成され、前記キートップを前記水平方向に移動させると、前記スライダの前記嵌合孔の内周壁が前記弾性体の前記鍔部を押圧して前記鍔部が弾性変形すると共に、前記弾性体の前記可動電極が弾性変形して前記ギャップが変化し、前記キートップの前記垂直入力部が形成された部分を押圧すると、前記可動電極と前記固定電極の前記垂直方向の入力を感知する電極との間の前記ギャップが変化するような構成とした。
【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、前記キートップは、前記連結部を回転中心として回転自在に配設されている構成とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の入力装置を図１〜図６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り、図５は本発明の入力装置の操作の一例を説明する斜視図であり、図６は本発明の第２の実施の形態の断面図である。
【００１１】
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、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、キートップ１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。
また、薄肉に形成されたキートップ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下方外周壁１ｃが形成され、この下方外周部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がスライダ２に取り付けられている。
【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の鍔部５ｂが嵌合可能な内周壁２ａを有する嵌合孔２ｂが設けられている。また、スライダ２は、外周部に円形状のフランジ部２ｃが形成されている。前記スライダ２のフランジ部２ｃは、金属板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、水平方向への移動自在、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が設けられている。この連結部５ａは、上端寄りの外周部から水平方向の外方に突出する鍔部５ｂが形成され、この鍔部５ｂは、スライダ２の嵌合孔２ｂに嵌合しており、キートップ１を水平移動させると、スライダ２の内周壁２ａに押圧されて圧縮する方向に弾性変形可能になっている。
【００１４】
また、嵌合孔２ｂに鍔部５ｂが嵌合する連結部５ａは、嵌合孔２ｂから露呈する上端部が、スライダ２の上方のキートップ１で覆われている。
前記連結部５ａの上端部には、キートップ１の垂直入力部１ｂが当接、又は近接するようにキートップ１がスライダ２に取り付けられている。
そして、スライダ２は、弾性体５上に位置して、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、スライダ２に取り付けられたキートップ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】
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により水平方向の動きが規制されるようになっている。
前記弾性体５の図示下面側で、プリント配線基板６と対向する部分の弾性体５とプリント配線板６との間には、所定寸法のギャップ８が形成されている。このギャップ８が形成された部分の弾性体５は、平坦状の可動電極５ｄが形成されて、後述するプリント配線基板６の固定電極９との間で所定の静電容量を形成するようになっている。
【００１６】
そして、キートップ１を例えば図示左右の水平方向に移動させると、スライダ２の嵌合孔２ｂの内周壁２ａが弾性体５の鍔部５ｂを水平方向に押圧して鍔部５ｂが変形すると共に、弾性体５の可動電極５ｄも変形して、ギャップ８の寸法が図示左右で異なって、可動電極５ｄと後述する固定電極９との間の静電容量が可変するようになっている。
【００１７】
また、弾性体５の下部のプリント配線板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の可動電極５ｄ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、この固定電極９は中央に円形の第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個の電極が等分割されて形成され、それぞれの電極９ａ〜９ｅは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。
【００１８】
そして、固定電極９の上には、図３の２点鎖線で示すような柔軟性絶縁膜１１で覆われており、キートップ１を操作することにより、弾性体５が変形して可動電極５ｄが固定電極に接近しても、可動電極５ｄと固定電極９とが接触して電気的に短絡しないようになっている。
また、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。
そのために、可動電極５ｄと固定電極９との間にはギャップ８を挟んで所定の値の静電容量が形成されるようになっており、キートップ１を水平移動、又はキートップ１の垂直入力部１ｂを垂直移動させることにより、静電容量が可変するようになっている。
【００１９】
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は所望の位置に移動させたカーソル位置での選択、あるいは入力を決定する等に使用する電極で、垂直方向（Ｚ方向）の入力用になっている。
【００２０】
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ＩＣチップ等の電気部品１３が搭載され、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。
【００２１】
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に、例えば操作者の指等により力が作用していない待機状態（初期状態）では、弾性体５の可動電極５ｄとプリント配線基板６の固定電極９との間のギャップ８は等しい。
従って導電体５と固定電極９の第２電極９ｂ〜第５電極９ｅとの間の静電容量も等しい。
【００２２】
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の嵌合孔２ｂの内周壁２ａから弾性体５の鍔部５ｂに伝えられる。
すると弾性体５は、スライダ５の内周壁５ａに押圧された図示右部分の鍔部５ｂが圧縮する方向に変形すると共に、図示左側の可動電極５ｄが下方に変形して、固定電極９の第３電極９ｃとの間のギャップ８が、初期状態より狭くなって、第３電極９ｃ側の静電容量が変化する。
この第３電極９ｃ側の静電容量変化を電気的に検出して、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。
【００２３】
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、スライダ２の内周壁２ａに押圧された図示左部分の鍔部５ｂが圧縮する方向に変形すると共に、可動電極５ｄの図示右側が下方に変形して、固定電極９の第５電極９ｅとの間のギャップ８が、初期状態より狭くなって、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電気的に検出して、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。
【００２４】
また、図１においてキートップ１の入力操作部１ａの中央部で、垂直入力部１ｂが形成された部分を指先で垂直方向（Ｚ方向）押圧すると、スライダ２はその位置に保持されたまま、キートップ１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が弾性体５の連結部５ａを押圧して弾性体５が変形し、可動電極５ｄと第１電極９ａとの間のギャップ８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電気的に検出して、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。
【００２５】
また、本発明の第１の実施の形態の入力装置は、スライダ２が弾性体５上に位置して水平方向に移動可能であると共に、弾性体５の連結部５ａを中心として回転自在に配設されているので、スライダ２に取り付けられたキートップ１も回転自在になっている。
そのために、キートップ１の水平方向の操作をする時に、図５に示すように、操作者の指をキートップ１の外周部に位置させて、矢印Ａの左方向にキートップ１を移動させようとした時のキートップ１に、例えば矢印Ｂの方向の回転力が加わったとしても、キートップ１がスムーズに矢印Ｂの方向に回転するので、快適な操作感を得ることができる。
【００２６】
また、本発明の第１の実施の形態の説明では、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、可動電極５ｄの部分に導電性シート（図示せず）等を接着し、この導電性シート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５ｄを設けたものであれば良い。
【００２７】
また、本発明の第２の実施の形態の入力装置は、図６に示すように、キートップ２１に直接弾性体５を連結するようになっている。このような入力装置のキートップ２１は、上面に入力操作部２１ａと、中央部下部に弾性体５の連結部５ａが嵌合する嵌合部２１ｂが図６のように形成され、この嵌合部２１ｂ内に垂直入力部２１ｃが突出形成されている。
また、キートップ２１の外周部にはフランジ部２１ｄが形成され、このフランジ部２１ｄがハウジング３の上端折曲部３ａとブラケット４とに狭持されて、キートップ２１が水平移動可能と、連結部５ａを回転中心として回転自在になっている。
このような第２の実施の形態の入力装置は、第１の実施の形態のスライダ２が不要となり、部品点数を削減することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の入力装置は、キートップを水平方向に移動させると、可動電極と固定電極の前記水平方向の入力を感知する複数の電極との間のギャップが変化し、前記キートップの垂直入力部が形成された部分を押圧すると、前記可動電極と前記固定電極の前記垂直方向の入力を感知する電極との間の前記ギャップが変化するようにしたので、キートップの水平移動、及び垂直移動を高精度に検出することができ、入力精度の高い入力装置を提供できる。
【００２９】
また、前記弾性体の前記連結部は、外周部から外方に突出する弾性変形可能な鍔部を有し、この鍔部が形成された前記連結部を前記キートップに連結したので、キートップを水平移動させると鍔部が弾性変形して、キートップの水平移動を大きくすることができ、キートップの水平方向の操作性が快適である。
【００３０】
また、スライダを介してキートップと弾性体とが連結され、前記キートップを前記水平方向に移動させると前記スライダの前記嵌合孔の内周壁が前記弾性体の前記鍔部を押圧して前記鍔部が弾性変形すると共に、前記弾性体の前記可動電極が弾性変形して前記ギャップが変化するので、キートップの移動をスライダによって、高精度に弾性体に伝達することができ、入力精度が更に高い入力装置を提供できる。
【００３１】
また、前記キートップは、前記連結部を回転中心として回転自在に配設されているので、操作者の指をキートップの外周部に位置させて、キートップを水平移動させようとする時のキートップ１に、回転力が加わったとしても、キートップがスムーズに回転するので、快適な操作感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態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。
【図５】本発明の入力装置の操作の一例を説明する斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に関する入力装置の断面図である
【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内周壁
２ｂ嵌合孔
２ｃ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鍔部
５ｄ可動電極
６プリント配線基板
８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柔軟性絶縁膜

Claims

一方の面と直交する垂直方向の入力を感知する電極を前記一方の面に形成し、この一方の面と平行な水平方向の入力を感知する複数の電極とをそれぞれ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て、前記垂直方向及び前記水平方向の入力操作により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前記水平方向に移動可能なスライダを介して連結可能なキートップとを備え、前記連結部は、外周部から外方に突出する弾性変形可能な鍔部を有し、前記鍔部が前記スライダに形成した嵌合孔に嵌合して前記弾性体と前記スライダとが連結され、前記キートップは、外周部から前記一方の面側に突出させた下方外周壁に前記スライダーを係止することで、前記スライダを介して前記弾性体が連結され、前記キートップには、前記垂直方向の入力を感知する電極と対応する部分に前記弾性体を前記垂直方向に移動操作可能な垂直入力部が形成され、前記キートップを前記水平方向に移動させると、前記スライダの前記嵌合孔の内周壁が前記弾性体の前記鍔部を押圧して前記鍔部が弾性変形すると共に、前記弾性体の前記可動電極が弾性変形して前記ギャップが変化し、前記キートップの前記垂直入力部が形成された部分を押圧すると、前記可動電極と前記固定電極の前記垂直方向の入力を感知する電極との間の前記ギャップが変化するようにしたことを特徴とする入力装置。
前記キートップは、前記連結部を回転中心として回転自在に配設されていることを特徴とする請求項１記載の入力装置。