JP4153009B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばパーソナルコンピュータのポインティングデバイスとして使用される静電容量方式の入力装置に関する。

図１１は従来の入力装置を簡略化して示した断面図である。この入力装置１００は、ノートブック型のパーソナルコンピュータに搭載されるポインティングデバイスの一種であるパッド型のものである。

図１１に示す入力装置１００は、合成樹脂製のフィルム基板１０１（検出基板）の上面に複数本のＸ電極１０２からなるＸ電極層１０３が積層され、前記フィルム基板１０１の下面に複数本のＹ電極１０４からなるＹ電極層１０５が積層され、前記Ｘ電極１０２と前記Ｙ電極１０４がマトリックス状に配置されている。また前記Ｘ電極層１０３と前記Ｙ電極層１０５の表面がそれぞれ絶縁膜１０６，１０７で覆われている。そして、操作面側となるＸ電極層１０３側に表面シート１０８が設けられている。前記電極層１０３，１０５、絶縁膜１０６，１０７および表面シート１０８の外形寸法がいずれも同一な四角形状となっている。

前記入力装置１００では、さらに前記表面シート１０８とは反対側の最下層に制御回路基板１１０が設けられるが、この制御回路基板１１０も前記フィルム基板１０１と同様の外形寸法で形成されている。また前記制御回路基板１１０には、前記フィルム基板１０１とは逆側の面に制御回路１１１が設けられている。

また前記入力装置１００では、フィルム基板１０１、絶縁膜１０７および制御回路基板１１０にそれぞれスルーホール（図示せず）を形成し、前記Ｘ電極層１０３と前記Ｙ電極層１０５を電気的に導通させて、Ｘ電極層１０３とＹ電極層１０５で検出された静電容量に基づく信号を制御回路１１１に送るようになっている。
特表平０９−５１１０８６号公報 特開平１１−１３５９２５号公報 特開平１０−２４２２１０号公報 特開平０４−３２３７１４号公報 特開２０００−１５１１１４号公報

しかしながら、上記従来の入力装置１００では制御回路基板１１０の上にフィルム基板１０１を含む電極層１０３，１０５のすべてが設けられている構成であるため、入力装置全体の厚み寸法が大きくなり、ノートブック型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に搭載したときに、ＰＣの厚み寸法をさらに薄型化することができない。また制御回路基板１１０がフィルム基板１０１と同じ大きさ（面積）となるため、コスト高となる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、さらに薄型化が可能でしかもコストダウンを図ることができる入力装置を提供することを目的とする。

本発明は、静電容量を検出するＸ電極層とＹ電極層とが検出基板上に設けられている入力装置において、
前記検出基板の表面に前記Ｘ電極層と前記Ｙ電極層の一方の電極層が設けられ、前記一方の電極の上に絶縁膜を介して他方の電極層が積層され、前記検出基板の面に前記一方の電極層の端部が延びており、
前記検出基板に対向する回路基板に、前記一方の電極層の端部が延びる方向と同じ方向に延びる複数の導電部が設けられ、それぞれの前記導電部が前記一方の電極層の端部が延びる方向と直交して延びるギャップによって複数のランド部に分割されており、
それぞれの前記導電部と前記ランド部とが接触するように前記検出基板と前記回路基板とが接合されて、前記ギャップ内および前記ランド部の周囲に拡散した熱可塑性の絶縁性の接着剤によって、前記検出基板と前記回路基板とが接着固定されていることを特徴とするものである。

また、本発明は、静電容量を検出するＸ電極層とＹ電極層とが検出基板上に設けられている入力装置において、
前記検出基板の表面に前記Ｘ電極層と前記Ｙ電極層の一方の電極層が設けられ、前記一方の電極の上に絶縁膜を介して他方の電極層が積層され、前記検出基板の面に前記他方の電極層と導通する端部電極層が延びており、
前記検出基板に対向する回路基板に、前記端部電極層が延びる方向と同じ方向に延びる複数の導電部が設けられ、それぞれの前記導電部が前記端部電極層が延びる方向と直交して延びるギャップによって複数のランド部に分割されており、
それぞれの前記導電部と前記ランド部とが接触するように前記検出基板と前記回路基板とが接合されて、前記ギャップ内および前記ランド部の周囲に拡散した熱可塑性の絶縁性の接着剤によって、前記検出基板と前記回路基板とが接着固定されていることを特徴とするものである。

上記の場合、前記制御回路基板の導電部には、前記制御回路基板の一面側から他面側に貫通して電気的に接続される貫通穴が形成され、この貫通穴の部分に前記接着剤が位置している。このように接着する構成にすることで、接合強度を向上できる。

本発明では、装置の厚み寸法を従来よりも薄くできるので、ノートブック型のコンピュータに搭載したときにさらに薄型化が可能になる。しかも制御回路基板を従来の制御回路基板よりも小さく形成することができ、さらに４層等の多層基板を用いる必要がないので、コストダウンを図ることができる。

図１は本発明の入力装置を示す分解斜視図、図２はＸ電極層の電極を示す回路配線図、図３は絶縁膜に形成されたスルーホールを示す平面図、図４はＹ電極層を示す回路配線図、図５はＸ方向に切断したときの一部分を示す断面図、図６はＹ方向に切断したときの一部分を示す断面図、図７はＸ電極層とＹ電極層との接続部分で切断したときの一部分を示す断面図である。

図１に示す入力装置１には、本発明の検出基板としてのフィルム基板１０が設けられている。フィルム基板１０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの絶縁性を有する合成樹脂製シートで形成されている。このフィルム基板１０には、図１に示すように、その長手方向の一辺が側方に突出した延長部１１が形成されている。

前記フィルム基板１０の下面には、Ｘ電極層２０Ｘが設けられている。Ｘ電極層２０Ｘには、図２に示すように、Ｘ方向に複数本（１６本）のＸ電極ｘ１，ｘ２，…，ｘ１５，ｘ１６が所定の間隔を置いて互いに平行に形成されたＸ方向駆動電極２０Ｘｄが形成されている。これらＸ電極ｘ１，ｘ２，…，ｘ１５，ｘ１６の一端が前記延長部１１まで延びて形成されている。

前記フィルム基板１０に形成されるＸ電極層２０Ｘでは、前記Ｘ電極ｘ１，ｘ２，…，ｘ１５，ｘ１６の各電極間にダミー電極ｘｄ（合計で１５本）が交互に形成されている。ダミー電極ｘｄを設けることで、例えば入力装置１の表面に水滴が付着したときの影響を分散させることができる。

また前記フィルム基板１０には、前記Ｘ方向駆動電極２０Ｘｄと同一面に、前記フィルム基板１０の周縁部に沿って前記延長部１１まで延びるグランド電極２１が形成されている。また前記フィルム基板１０の前記Ｘ方向駆動電極２０Ｘｄと前記グランド電極２１との間に形成されたスペースには、複数本の電極で構成されるＸ切り替え電極２２，２３，２４が形成されている。これらＸ方向駆動電極２０Ｘｄ、グランド電極２１およびＸ切り替え電極２２，２３，２４は、いずれも銀ペーストまたは銀系ペーストを用いてスクリーン印刷法によって形成されている。

前記各電極２０Ｘ，２１，２２，２３，２４の表面は、絶縁性樹脂（レジスト）を塗布または印刷して形成された絶縁膜１２が設けられている。このレジストとしては、例えばポリアミド系、エポキシ樹脂系、ポリウレタン系やポリエステル系のものなどから選択できる。このとき、前記絶縁膜１２には、図３に示すように複数個のスルーホールｈ１，ｈ２，…，ｈ１２，ｋ２，ｋ４，…，ｋ１０，ｍ２，ｍ４，…，ｍ１０，ｓ２が形成されている。これらのスルーホールは、前記Ｘ切り替え電極２２，２３，２４の一方の端部と一致する位置に形成されている。なお、図３に対応するスルーホールが形成されていない図２に示す電極は検査用電極である。

図４に示すように、前記絶縁膜１２の表面（下面）にはＹ電極層２０Ｙが設けられている。Ｙ電極層２０Ｙでは、前記Ｘ方向駆動電極２０Ｘｄと直交する方向に複数（１２本）のＹ電極ｙ１，ｙ２，…，ｙ１１，ｙ１２からなるＹ方向駆動電極２０Ｙｄが形成されている。また前記Ｙ電極ｙ１，ｙ２，…，ｙ１１，ｙ１２のうちの一部の電極ｙ１，ｙ３，ｙ５，ｙ７，ｙ９，ｙ１１の一端が、左右（Ｘ方向）両側から図３に示す所定のスルーホールの位置まで延びて形成されている。

前記絶縁膜１２の表面（下面）には、前記Ｙ方向駆動電極２０Ｙｄと同一層に検出電極Ｓが設けられている。検出電極Ｓは、くし歯状電極ｓａ，ｓｂで構成され、くし歯状電極ｓａ，ｓｂの各電極ｙｓが前記Ｙ電極ｙ１，ｙ２，…，ｙ１１，ｙ１２と交互に形成されている。また前記くし歯状電極ｓａとｓｂでは、くし歯の先端が互いに左右逆向きに形成されて、Ｙ方向の中央に前記くし歯状電極ｓａとｓｂが１本の電極にまとめられて、図３に示す所定のスルーホールの位置まで延びている。

なお、図２ではＸ電極層２０Ｘを白抜きの太い線で示し、図４ではＹ電極層２０Ｙを細い実線で示しているが、双方の電極ともほぼ同一幅の電極で形成されている。

そして、図１に示すように、前記Ｙ方向駆動電極２０Ｙｄを含む表面全体に前記絶縁膜１２と同様な絶縁性樹脂からなる絶縁膜１３が印刷によって形成されている。前記フィルム基板１０の上面には、操作者が操作する際に指やペンが触れる部分となる表面シート１４が粘着剤等で固定される。

このようにフィルム基板１０の片面にＸ電極層２０ＸとＹ電極層２０Ｙを形成すると、前記Ｙ電極層２０Ｙの各電極を前記Ｘ電極層２０Ｘが形成される面に導く必要がある。そこで、本実施の形態での電極の形成手段について図２ないし図４を参照して以下で説明する。

前記Ｙ電極層２０Ｙでは、Ｙ電極ｙ１，ｙ３，ｙ５，ｙ７，ｙ９，ｙ１１の一端が延長して形成され、各電極の端部が接点ｂ１，ｂ３，ｂ５，ｂ７，ｂ９，ｂ１１まで延びている。前記Ｙ電極ｙ１，ｙ３，ｙ５，ｙ７，ｙ９，ｙ１１は、前記絶縁膜１２に形成されたスルーホールｈ１，ｈ３，ｈ５，ｈ７，ｈ９，ｈ１１を介して前記Ｘ切り替え電極２４の接点ａ１，ａ３，ａ５，ａ７，ａ９，ａ１１と接続されている。

また前記Ｙ電極ｙ２，ｙ４，ｙ６，ｙ８，ｙ１０，ｙ１２の端部ｂ２，ｂ４，ｂ６，ｂ８，ｂ１０，ｂ１２が、前記絶縁膜１２に形成されたスルーホールｈ２，ｈ４，ｈ６，ｈ８，ｈ１０，ｈ１２を介して前記Ｘ切り替え電極２２，２３の端部の接点ａ２，ａ４，ａ６，ａ８，ａ１０，ａ１２と接続されている。ここで、接点ａ１２のみがそのまま延長部１１の端部まで延びて形成されている。さらに前記Ｘ切り替え電極２２，２３の接点ａ２，ａ４，ａ６，ａ８，ａ１０とは逆側に形成された接点ｃ２，ｃ４，ｃ６，ｃ８，ｃ１０が前記絶縁膜１２に形成されたスルーホールｋ２，ｋ４，ｋ６，ｋ８，ｋ１０を通じて前記Ｙ切り替え電極２６の接点ｄ２，ｄ４，ｄ６，ｄ８，ｄ１０に接続されている。そして、前記接点ｄ２，ｄ４，ｄ６，ｄ８，ｄ１０とは逆の端部に形成された接点ｅ２，ｅ４，ｅ６，ｅ８，ｅ１０が前記絶縁膜１２のスルーホールｍ２，ｍ４，ｍ６，ｍ８，ｍ１０を介してＸ切り替え電極２４に形成された接点ｆ２，ｆ４，ｆ６，ｆ８，ｆ１０と接続されている。このようにして前記Ｙ電極ｙ２，ｙ４，ｙ６，ｙ８，ｙ１０，ｙ１２は、Ｙ電極層２０ＹからＸ電極層２０Ｘと同じ面上に導かれる。

またＹ電極層２０Ｙに形成された前記検出電極Ｓから延びて形成された接点ｓ１が前記絶縁膜１２のスルーホールｓ２を介して前記Ｘ切り替え電極２４の接点ｓ３に接続されている。

上記のように回路が形成されることで、Ｘ電極層２０ＸとＹ電極層２０Ｙの全ての電極をフィルム基板１０の延長部１１の端部Ｄｓに集めることができる。

図５に示すように、前記入力装置１では、フィルム基板１０が前記表面シート１４のＸ方向の左右両側から若干突出した状態で重ねられ、さらに図６に示すように、表面シート１４の長手方向の一方の縁部がフィルム基板１０の縁部と一致するように重ねられる。よって、入力装置１を表面シート１４の上側から見たときに、フィルム基板１０が表面シート１４の左右両側と前記延長部１１において突出した状態で重ねられる。

前記Ｘ電極層２０ＸとＹ電極層２０Ｙとがスルーホールを介して接続される部分では、図７に示すように、前記Ｙ電極ｙ２，ｙ４，…が印刷形成される際に、絶縁膜１２に形成されたスルーホールｈ２，ｈ４，…内に銀または銀系ペーストが充填されてＸ切り替え電極２２の接点ａ２，ａ４，…と電気的な接続状態が形成される。一方、Ｙ電極ｙ１，ｙ３，…では、前記絶縁膜１２の表面を通って別の位置でスルーホールを介してＸ電極層２０Ｘ側のＸ切り替え電極２４と接続される。

前記のように、Ｙ電極ｙ１，ｙ２，…，ｙ１１，ｙ１２の回路パターンを絶縁膜１２の上面と下面に分けて引き回すことで、電極間のピッチを狭く形成することができる。よって、絶縁膜１２の上面側の電極と下面側の電極とが重なったとしても互いに導通することがないので、フィルム基板１０の表面シート１４から突出する寸法を小さくできる。その結果、入力装置１の外形寸法を小さくできる。

図２に示すように、本実施の形態の入力装置１では、前記Ｘ電極層２０Ｘの全電極と前記Ｙ電極層２０Ｙの全電極の端部Ｄｓがフィルム基板１０に形成された延長部１１の端まで導かれる。なお、前記フィルム基板１０の表面（下面）側では、延長部１１の突出寸法（Ｌ１＋Ｌ２）よりも絶縁膜１２，１３の前記延長部１１と重なる突出寸法（Ｌ２）が短く形成されているので、フィルム基板１０に絶縁膜１２，１３を積層して形成したときに、前記フィルム基板１０の表面に形成された電極層の端部Ｄｓが表面に露出する（図１参照）。

そして、前記Ｘ電極層２０ＸとＹ電極層２０Ｙの端部Ｄｓが制御回路基板４に形成された導電部５と接続される。この制御回路基板４は、前記フィルム基板１０よりも十分に小さい外形寸法で形成されている。このとき露出する寸法Ｌの部分が前記導電部５と接続される領域となっている。

前記制御回路基板４は、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスエポキシ製などの基板４ａで形成され、前記基板４ａの一面側に前記電極層の端部Ｄｓと接続される導電部５が形成されている。前記導電部５は、複数個のランド５ａがＸ方向に所定間隔を置いて形成されている。前記導電部５は、銅箔または銅などの金属表面に金メッキやカーボンを施したものなどで形成できるが、抵抗や接合強度の点を考慮すると金メッキを施したものを使用することが好ましい。

また前記制御回路基板４の各ランド５ａは、微小な間隔のギャップ５ｂによってランド部５ａ１と５ａ２に分割されている。また前記制御回路基板４の裏面側にも前記導電部５と同様なパターンのランド部７ａ１，７ａ２が形成されている（図１０参照）。前記ランド部５ａ１，５ａ２には、前記ランド部７ａ１，７ａ２を貫通する貫通穴６ａ，６ｂが形成され、前記貫通穴６ａ，６ｂ内に前記銅箔等の前記と同様な素材の導電材が被覆されて、前記ランド部５ａ１，５ａ２と前記ランド部７ａ１，７ａ２とが電気的に接続されている。また前記ランド部７ａ１は、前記制御回路基板４の周囲へ回路パターンが延びて形成されており、前記基板４ａ上に実装された制御回路８などに接続されている。なお、前記ランド部５ａ２，７ａ２は検査用の回路である。

図８に示すように、本実施の形態の入力装置１では、前記両電極層２０Ｘ，２０Ｙの端部Ｄｓと制御回路基板４とを接続する際に、前記導電部５に形成された各ギャップ５ｂに一文字状に熱硬化性の接着剤３０（図８の斜線部分）が塗布される。前記接着剤３０は導電性粒子を含まない絶縁性を有する流動性のあるものであり、例えばエポキシ樹脂などを使用できる。

前記接着剤３０を前記ギャップ５ｂを含む領域に一文字状に塗布した後に、前記端部Ｄｓを導電部５に対して位置決めし、加熱及び加圧することにより接合する。図９は接合後の状態を示し、図１０は図９の１０−１０線で切断したときの断面図を示している。前記接着剤３０を加熱及び加圧することによって、前記接着剤３０がギャップ５ｂから前記ランド部５ａ１と５ａ１との間の隙間５ｃ、また前記ランド部５ａ２と５ａ２との間の隙間５ｄを通って周囲へと拡散する。このように接着剤３０が流動することで、前記隙間５ｃ，５ｄが形成されている上下において、フィルム基板１０と制御回路基板４とが接合される。また加圧することで、端部Ｄｓの各電極と導電部５の各ランド部５ａ１，５ａ２との接合面Ｔから前記接着剤３０を除去できるので、端部Ｄｓと導電部５とを電気的に接合できる。

また、ランド部５ａ１，５ａ２の表面に塗布された接着剤３０が、ランド部５ａ１，５ａ２の表面から前記貫通穴６ａ，６ｂ内に伝わって逃げ込み、前記接着剤３０が前記貫通穴６ａ，６ｂ内に位置した状態で硬化することで、制御回路基板４と端部Ｄｓとの接合強度を向上できる。また前記制御回路基板４の導電部５の近傍にダミーの導電部を設け、前記フィルム基板１０の前記ダミーの導電部と重なる位置にダミーの電極を設けることで、さらに前記接合強度を向上できる。

本実施の形態の入力装置１では、Ｘ方向駆動電極２０ＸｄとＹ方向駆動電極２０Ｙｄ、そして検出電極Ｓによって検出されるようになっている。

すなわち、全てのＸ方向駆動電極２０Ｘｄ（Ｘ電極ｘ１…ｘ１６）とＹ方向駆動電極２０Ｙｄ（Ｙ電極ｙ１…ｙ１２）の間に所定の電位の電界が与えられた状態で、表面シート１４に指などの導電体が触れると、その触れた位置においてＸ方向駆動電極２０ＸｄとＹ方向駆動電極２０Ｙｄとの間の静電容量が変化する。

Ｘ座標データを得るときには、Ｘ方向駆動電極２０Ｘｄが２本を１束として選択され、Ｘ方向駆動電極２０Ｘｄと検出電極Ｓとの間での静電容量の変化に対応する検出出力を得る。またＹ座標データを得るときには、Ｙ方向駆動電極２０Ｙｄが２本を１束として選択され、Ｙ方向駆動電極２０Ｙｄと検出電極Ｓｏとの間での静電容量の変化に対応する検出出力を得る。そして、Ｘ方向検出電極２０Ｘｄの全ての電極からの検出出力と、Ｙ方向検出電極２０Ｙｄの全ての電極からの検出出力が、時分割にて交互に行われる。

このようにして得られた検出出力を、アンプで増幅し、Ａ／Ｄ変換部でデジタル信号に変換し、そして制御部で所定の演算を行ってＰＣ本体に送ることで、ＰＣ本体側で前記演算結果に基づく制御が行われる。

本発明の入力装置を示す分解斜視図、 Ｘ電極層を示す回路配線図、 絶縁膜に形成されたスルーホールを示す平面図、 Ｙ電極層を示す回路配線図、 Ｘ方向で切断したときの一部分を示す断面図、 Ｙ方向で切断したときの一部分を示す断面図、 Ｘ電極層とＹ電極層の接続部で切断したときの一部断面図、 制御回路基板の導電部を示す平面図、 制御回路基板と電極層とが接合された状態を示す平面図、 図９の１０−１０線での切断断面図、 従来の入力装置の簡略化した状態を示す断面図、

符号の説明

Ｄｓ 電極層の端部
Ｓ 検出電極
ｓａ，ｓｂ くし歯電極
ｘ１…ｘ１６ Ｘ電極
ｙ１…ｙ１２ Ｙ電極
１ 入力装置
４ 制御回路基板
５ 導電部
５ａ ランド
５ａ１，５ａ２，７ａ１，７ａ２ ランド部
５ｂ ギャップ
５ｃ，５ｄ 隙間
６ａ，６ｂ 貫通穴
８ 制御回路
１０ フィルム基板（検出基板）
１１ 延長部
１２，１３ 絶縁膜
１４ 表面シート
２０Ｘ Ｘ電極層
２０Ｙ Ｙ電極層
２０Ｘｄ Ｘ方向駆動電極
２０Ｙｄ Ｙ方向駆動電極
２１ グランド電極
２２，２３，２４ Ｘ切り替え電極
２６ Ｙ切り替え電極
３０ 熱硬化性の接着剤

Claims (4)

1. 静電容量を検出するＸ電極層とＹ電極層とが検出基板上に設けられている入力装置において、
   前記検出基板の表面に前記Ｘ電極層と前記Ｙ電極層の一方の電極層が設けられ、前記一方の電極の上に絶縁膜を介して他方の電極層が積層され、前記検出基板の面に前記一方の電極層の端部が延びており、
   前記検出基板に対向する回路基板に、前記一方の電極層の端部が延びる方向と同じ方向に延びる複数の導電部が設けられ、それぞれの前記導電部が前記一方の電極層の端部が延びる方向と直交して延びるギャップによって複数のランド部に分割されており、
   それぞれの前記導電部と前記ランド部とが接触するように前記検出基板と前記回路基板とが接合されて、前記ギャップ内および前記ランド部の周囲に拡散した熱可塑性の絶縁性の接着剤によって、前記検出基板と前記回路基板とが接着固定されていることを特徴とする入力装置。
2. 静電容量を検出するＸ電極層とＹ電極層とが検出基板上に設けられている入力装置において、
   前記検出基板の表面に前記Ｘ電極層と前記Ｙ電極層の一方の電極層が設けられ、前記一方の電極の上に絶縁膜を介して他方の電極層が積層され、前記検出基板の面に前記他方の電極層と導通する端部電極層が延びており、
   前記検出基板に対向する回路基板に、前記端部電極層が延びる方向と同じ方向に延びる複数の導電部が設けられ、それぞれの前記導電部が前記端部電極層が延びる方向と直交して延びるギャップによって複数のランド部に分割されており、
   それぞれの前記導電部と前記ランド部とが接触するように前記検出基板と前記回路基板とが接合されて、前記ギャップ内および前記ランド部の周囲に拡散した熱可塑性の絶縁性の接着剤によって、前記検出基板と前記回路基板とが接着固定されていることを特徴とする入力装置。
3. 前記ランド部には、前記接着剤が前記検出基板の裏側に逃げ込む貫通穴が形成されている請求項１または２記載の入力装置。
4. 前記回路基板の他方の面にランド部が形成されており、回路基板の両面に形成されたランド部間が前記貫通孔を介して導通接続されている請求項３記載の入力装置。

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