JP4021863B2

JP4021863B2 - タッチ式入力装置

Info

Publication number: JP4021863B2
Application number: JP2004094703A
Authority: JP
Inventors: 淳一郎松井
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005284482A

Description

この発明はパネル型のタッチ式入力装置に関する。

従来のタッチ式入力装置として、表示装置と、この表示装置の上方に隙間を介して配置されたパネル型のキーユニットと、表示装置及びキーユニットを収容するケースとを備えているものがある（下記特許文献１参照）。

キーユニットと表示装置とは相対する。キーユニットは弾性支持部材で上下方向へ移動可能に支持されている。

指先でキーユニットを押すと、キーユニットが下降する。このとき指先にキーユニットを介して弾性支持部材の復帰力が作用する。キーユニットから指先を離すと、キーユニットはもとの位置に戻る。

したがって、キーユニットが移動しない入力装置に較べ、操作者は入力操作したことを認識しやすいということができる。
特開平９−１４６７０６号公報（段落番号０００９、図１参照）

しかし、上述の入力装置では、指先でキーユニットの特定座標のスイッチ部を押したとき、キーユニット全体が表示装置に対してほぼ平行に下降するにすぎない。また、指先には平板なキーユニットを介して弾性支持部材の復帰力が作用するにすぎない。

これでは指先にきわめて鈍い刺激しか与えることしかできない。

したがって、操作者は入力操作したことを指先を通じて明確に認識することは困難である。すなわち、従来の入力装置では良好な入力操作感を得ることはできなかった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は、良好な入力操作感を得ることができるタッチ式入力装置を提供することである。

上述の課題を解決するため請求項１記載の発明のタッチ式入力装置は、配列された複数の駆動手段を有する駆動層と、この駆動層上に積層され、前記複数の駆動手段にそれぞれ対応する複数のスイッチ部を有する薄膜スイッチと、前記複数のスイッチ部への押圧操作に応じて前記複数の駆動手段を制御する制御手段とを備え、前記駆動手段は、前記駆動層の厚み方向へ伸縮可能な第１駆動部と、この第１駆動部に隣接配置され、前記駆動層の厚み方向へ伸縮可能な第２駆動部とを有し、前記第１駆動部は柱状であって、前記第２駆動部に包囲され、前記制御手段は、前記スイッチ部が押されたとき、まずそのスイッチ部に対応する前記駆動手段の前記第１駆動部の厚みを大きくし、その後前記スイッチ部が更に押されたとき、前記第２駆動部の厚みを大きくし、その後前記第１駆動部の厚みを小さくし、その後前記第２駆動部の厚みを小さくすることを特徴とする。

上述のようにいずれかのスイッチ部が押されたとき、それに対応する駆動手段の第１、第２駆動部の厚みを個別に調節するようにしたので、指先等にはっきりした刺激を与えることができる。

上述のように第１、第２駆動部を制御することによって、操作者は機械式の押しボタンスイッチを入力操作したときと同様の操作感を得ることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のタッチ式入力装置において、前記第１、第２駆動部は、電圧の印加によって伸縮する導電性高分子薄膜であることを特徴とする。

第１、第２駆動部の導電性高分子薄膜は電圧の印加によって膨張収縮する。

以上に説明したように請求項１記載の発明のタッチ式入力装置によれば、いずれかのスイッチ部が押されたとき、それに対応する駆動手段の第１、第２駆動部の厚みが個別に調節され、指先にはっきりした刺激が与えられるので、操作者は特定のスイッチ部の入力操作が行われたことを指先を通じて明確に認識することができ、良好な入力操作感を得ることができる。

また、請求項１記載の発明のタッチ式入力装置によれば、操作者は機械式の押しボタンスイッチを入力操作したときと同様の操作感を得ることができる。

請求項２記載の発明のタッチ式入力装置によれば、第１、第２駆動部の導電性高分子薄膜を電圧の印加によって膨張収縮させて良好な入力操作感を得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係るタッチ式入力装置の駆動層を示す斜視図であって、第２間隙材等が描かれていない状態を示す図である。図２は図１で図示省略された第２間隙材の斜視図、図３は図１に示すタッチ式入力装置の断面図、図４は図１に示すタッチ式入力装置の回路図である。

このタッチ式入力装置は、駆動層２とメンブレンスイッチ（薄膜スイッチ）６と制御装置（制御手段）７とを備えている。

駆動層２は二次元配列された複数の駆動装置（駆動手段）５や第１、第２間隙材１１，１８等を有している。駆動装置５は第１駆動部３と第２駆動部４とを有する。

第１駆動部３はほぼ円柱状であり、電解質を含浸させた透明な導電性高分子で形成されている。電解質を含浸させた導電性高分子に電圧を印加すると電解伸縮効果が生じ、その電圧を印加する方向に応じて導電性高分子が伸張したり、収縮したりする。電解質の一例としては過塩素酸リチウムが挙げられる。導電性高分子の一例としてはポリピロールが挙げられる。第１駆動部３の下面には第１電極３１及び第２電極３２が取り付けられている。

第２駆動部４はほぼリング状であり、電解質を含浸させた透明な導電性高分子で形成されている。第２駆動部４の孔４０の内径は第１駆動部３の外径よりも大きい。電圧を印加していないときの第２駆動部４の高さは電圧を印加していないときの第１駆動部３の高さとほぼ同じである。孔４０には円筒状の透明な第１間隙材１１を介在させて第１駆動部３が収容されている。第２駆動部４の下面には第１電極４１及び第２電極４２が取り付けられている。孔４０の大きさは指先が少し入る位の大きさである。

第１間隙材１１は、第１駆動部３と第２駆動部４とを絶縁するとともに、第１駆動部３が駆動層２の厚さ方向に沿って伸縮するように第１駆動部３の伸縮方向を規制する。第１間隙材１１の材質の一例としてはシリコンゴムが挙げられる。

基板１２は透明なフィルムであり、絶縁性を有する。図１に示すように、基板１２の上面には第１縦方向配線１３−１〜１３−３、第２縦方向配線１４−１〜１４−３及び横方向配線１５−１〜１５−２がそれぞれ複数本形成されている。

複数の第１縦方向配線１３はそれぞれ帯状であり、互いに平行に基板１２の縦方向に沿って延びている。複数の第１縦方向配線１３は所定のピッチで配置されている。第１縦方向配線１３は透明であり、導電性を有する。

複数の第２縦方向配線１４はそれぞれ帯状であり、互いに平行に基板１２の縦方向に沿って延びている。複数の第２縦方向配線１４は第１縦方向配線１３の配置ピッチと等しいピッチで配置されている。第２縦方向配線１４は透明であり、導電性を有する。

複数の横方向配線１５はそれぞれ帯状であり、互いに平行に基板１２の横方向に沿って延びている。複数の横方向配線１５は第１縦方向配線１３のピッチと等しいピッチで配置され、それぞれ第１及び第２縦方向配線１３，１４と立体交差している（図３参照）。横方向配線１５と第１及び第２縦方向配線１３，１４との間には絶縁材（図示せず）が介在する。横方向配線１５は透明で帯状であり、導電性を有する。

第１縦方向配線１３、第２縦方向配線１４及び横方向配線１５の材質の一例としてはＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）が挙げられる。

第１駆動部３の第１電極３１は導電性接着剤１６（図３参照）によって第１縦方向配線１３に接続されている。第１駆動部３の第２電極３２は導電性接着剤１６によって横方向配線１５に接続されている。

第２駆動部４の第１電極４１は導電性接着剤１６によって第２縦方向配線１４に電気的に接続されている。第２駆動部４の第２電極４２は導電性接着剤１６によって横方向配線１５に接続されている。

基板１２上には透明な第２間隙材１８が配置されている。図２に示すように、第２間隙材１８には基板１２上に配置された複数の駆動装置５に対応させて複数の収容孔１８１が形成されている。収容孔１８１には駆動装置５が収容される。収容孔１８１は第２駆動部４が基板１２の厚さ方向に沿って伸縮するように、第２駆動部４の伸縮方向を規制する。第２間隙材１８の材質の一例としてはシリコンゴムが挙げられる。

メンブレンスイッチ６は透明であり、図３に示すように、駆動層２の上面に積層されている。メンブレンスイッチ６は、複数のスイッチ部６１を有する（図４は概念図であり、スイッチ部６１は１つだけしか描かれていない）。スイッチ部６１は固定接点６１ａと可動接点６１ｂとを有する。メンブレンスイッチ６の上面は透明な保護シート１９によって覆われている。

制御装置７は図示しないＣＰＵ、メモリ、切替スイッチ等で構成される。

図４に示すように、制御装置７にはメンブレンスイッチ６、第１及び第２電極３１，３２並びに第１及び第２電極４１，４２が接続されている。ＣＰＵは複数のタイマを有している。メモリには、駆動装置の第１、第２駆動部３，４の厚みを制御するプログラムが格納されている。切替スイッチには、電圧印加先を切り替えるスイッチ、電極の極性を切り替えるスイッチ等が含まれる。

図５Ａ〜Ｅは図１に示すタッチ式入力装置の動作を説明するための断面図であり、図５Ａはメンブレンスイッチのスイッチ部を押した状態を示す断面図、図５Ｂは第１駆動部が膨張した状態を示す断面図、図５Ｃは第２駆動部が膨張した状態を示す断面図、図５Ｄは第１駆動部が収縮した状態を示す断面図、図５Ｅは第２駆動部が収縮した状態を示す断面図である。図６Ａ〜Ｅは図１に示す第１及び第２駆動部の動作を説明するための斜視図であり、図６Ａは電圧を印加していないときの第１及び第２駆動部の状態を示す図、図６Ｂは第１駆動部が膨張した状態を示す図、図６Ｃは第２駆動部が膨張した状態を示す図、図６Ｄは第１駆動部が収縮した状態を示す図、図６Ｅは第２駆動部が収縮した状態を示す図である。

次にこの実施形態のタッチ式入力装置の動作について説明する。

まず、メンブレンスイッチ６に指Ｆが触れていないとき第１及び第２駆動部３，４には電圧が印加されず、第１及び第２駆動部３，４は、図６Ａに示すように、収縮している。

図５Ａに示すように、メンブレンスイッチ６が指Ｆによって押圧されると、その箇所のスイッチ部６１が閉じ、制御装置７では押圧されたスイッチ部６１からの信号を入力し、どのスイッチ部６１が押圧されたかを感知する。ＣＰＵは検出信号に基づいて切替スイッチに制御信号を出力する。ＣＰＵからの制御信号に基づいて切替スイッチが切り替わり、押圧されたスイッチ部６１の下にある第１駆動部３の第１電極３１に導通する第１縦方向配線１３−３が電源（図示せず）の＋極に接続され、この第１駆動部３の第２電極３２に導通する横方向配線１５−１が−極に接続される。この結果、第１駆動部３に電圧が印加され、図５Ｂ及び図６Ｂに示すように、第１駆動部３が膨張して隆起する。

第１縦方向配線１３−３及び横方向配線１５−１を電源に接続してから所定時間経過後、ＣＰＵからの制御信号に基づいて切替スイッチが切り替わり、第１縦方向配線１３−３及び横方向配線１５−１を電源から切り離す。この状態でも第１駆動部３は隆起状態を維持する。

その後、ＣＰＵは前記スイッチ部６１が閉状態か否かを検知し、閉状態であれば、押圧され続けているスイッチ部６１の下にある第２駆動部４の第１電極４１に導通する第２縦方向配線１４−３を電源の＋極に接続し、この第２駆動部４の第２電極４２に導通する横方向配線１５−１を−極に接続する。この結果、第２駆動部４に電圧が印加され、図５Ｃ及び図６Ｃに示すように、第２駆動部４が膨張して隆起する。

第２縦方向配線１４−３及び横方向配線１５−１を電源に接続してから所定時間経過後、ＣＰＵからの制御信号に基づいて切替スイッチが切り替わり、第２縦方向配線１４−３及び横方向配線１５−１を電源から切り離す。この状態でも第２駆動部４は隆起状態を維持する。

その後、ＣＰＵは前記スイッチ部６１が閉状態か否かを検知し、閉状態であれば、押圧され続けているスイッチ部６１の下にある第１駆動部３の第１電極４１に導通する第１縦方向配線１３−３を電源の−極に接続し、この第１駆動部３の第２電極３２に導通する横方向配線１５−１を＋極に接続する。この結果、第１駆動部４に最初とは逆方向に電圧が印加され、図５Ｄ及び図６Ｄに示すように、第１駆動部４が収縮して引っ込む。

第１縦方向配線１３−３及び横方向配線１５−１を電源に接続してから所定時間経過後、ＣＰＵからの制御信号に基づいて切替スイッチが切り替わり、第１縦方向配線１３−３及び横方向配線１５−１を電源から切り離す。

それから所定時間経過後、ＣＰＵからの制御信号に基づいて切替スイッチが切り替わり、第２駆動部４の第１電極４１に導通する第２縦方向配線１４−３を電源の−極に接続し、この第２駆動部４の第２電極４２に導通する横方向配線１５−１を＋極に接続する。この結果、第２駆動部４に最初とは逆方向に電圧が印加され、図５Ｅ及び図６Ｅに示すように、第２駆動部４が収縮して引っ込む。

更に所定時間経過後、ＣＰＵからの制御信号に基づいて切替スイッチが切り替わり、第２縦方向配線１４−３及び横方向配線１５−１を電源から切り離す。この結果、図３に示す入力待機状態に戻る。

上述のように、この実施形態のタッチ式入力装置によれば、操作者は機械式の押しボタンスイッチを入力操作したときと同様の操作感を得ることができる。

なお、上述の実施形態のタッチ式入力装置の構成要素がほとんど透明であり、この装置をＬＣＤ等の表示手段の画面に装着してタッチパネルの入力補助装置として使用することができるが、独立の入力装置として使用することも可能であり、この場合に必ずしもタッチ式入力装置を透明にする必要はない。

また、上述の実施形態では、第１駆動部３を第２駆動部４が囲んでいるが、駆動装置５を必ずしもこのような構成にする必要はなく、第１駆動部と第２駆動部とは隣接配置されていればよい。例えば、半円柱状の第１駆動部と第２駆動部とを１つの円柱体を形成するように隣接配置してもよい。

なお、駆動装置５の制御方法はいろいろ考えられ、上述の実施形態に限られない。

また、駆動手段の第１、第２駆動部３，４としては、導電性高分子薄膜に限定するものではなく、駆動層の厚み方向へ伸縮可能であればよい。例えば電磁式のアクチュエータでもよい。

なお、薄膜スイッチとしては、メンブレインスイッチ６に限定するものではなく、メンブレインスイッチ６と同様に入力位置（二次元座標位置）を検出できるものであればよい。

また、１つの駆動装置５は２つの駆動部（第１、第２駆動部３，４）を有するが、１つの駆動装置を３つ以上の駆動部（図示せず）を用いて構成するようにしてもよい。

図１はこの発明の一実施形態に係るタッチ式入力装置の駆動層を示す斜視図であって、第２間隙材が描かれていない状態を示す図である。図２は図１で図示省略された第２間隙材の斜視図である。図３は図１に示すタッチ式入力装置の断面図である。図４は図１に示すタッチ式入力装置の回路図である。図５Ａはメンブレンスイッチのスイッチ部を押した状態を示す断面図である。図５Ｂは第１駆動部が膨張した状態を示す断面図である。図５Ｃは第２駆動部が膨張した状態を示す断面図である。図５Ｄは第１駆動部が収縮した状態を示す断面図である。図５Ｅは第２駆動部が収縮した状態を示す断面図である。図６Ａは電圧を印加していないときの第１及び第２駆動部の状態を示す図である。図６Ｂは第１駆動部が膨張した状態を示す図である。図６Ｃは第２駆動部が膨張した状態を示す図である。図６Ｄは第１駆動部が収縮した状態を示す図である。図６Ｅは第２駆動部が収縮した状態を示す図である。

符号の説明

２駆動層
３第１駆動部
４第２駆動部
５駆動装置（駆動手段）
６メンブレンスイッチ（薄膜スイッチ）
７制御装置（制御手段）
１１第１間隙材
１８第２間隙材

Claims

配列された複数の駆動手段を有する駆動層と、この駆動層上に積層され、前記複数の駆動手段にそれぞれ対応する複数のスイッチ部を有する薄膜スイッチと、前記複数のスイッチ部への押圧操作に応じて前記複数の駆動手段を制御する制御手段とを備え、
前記駆動手段は、前記駆動層の厚み方向へ伸縮可能な第１駆動部と、この第１駆動部に隣接配置され、前記駆動層の厚み方向へ伸縮可能な第２駆動部とを有し、
前記第１駆動部は柱状であって、前記第２駆動部に包囲され、
前記制御手段は、前記スイッチ部が押されたとき、まずそのスイッチ部に対応する前記駆動手段の前記第１駆動部の厚みを大きくし、その後前記スイッチ部が更に押されたとき、前記第２駆動部の厚みを大きくし、その後前記第１駆動部の厚みを小さくし、その後前記第２駆動部の厚みを小さくすることを特徴とするタッチ式入力装置。
前記第１、第２駆動部は、電圧の印加によって伸縮する導電性高分子薄膜であることを特徴とする請求項１記載のタッチ式入力装置。