JP4301884B2 - 押圧式の操作装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型の電子機器に搭載される押圧式の操作装置に係り、特に各接点を確実に入力できるようにした操作装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器が小型化されると筐体の表面積が狭くなるため、搭載する操作スイッチの設置スペースが減少する。このため、搭載する操作スイッチも小型化する必要があり、その結果、各スイッチの接点を確実に入力できるようにする必要がある。そこで、従来の押圧式の操作装置として、下記特許文献1と特許文献2に示すものが開示されている。
【0003】
下記特許文献1に記載のものは、接点が設けられたシート上にボタンが設けられ、このボタンが撓み変形可能な弾性部材で支持されている。またボタンの内側には下向きの突起が形成され、前記突起には導電体が設けられ、前記接点と前記導電体とが対向している。ボタンが押圧操作されると、前記弾性部材が変形させられて、前記突起の導電体と前記接点とが接触する。
【0004】
また下記特許文献2に記載のものは、対向接点を有するシートの表面が表面シートで被覆され、前記シートと表面シートとの間において前記接点と対向する位置に突起が設けられている。前記表面シートが押圧操作されると、前記突起部分が重点的に押し下げられて、接点が入力状態に切り替えられる。
【0005】
【特許文献1】
特開平4−123727号公報
【特許文献2】
実開平3−82528号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献1に示す構造のものにおいて、接点が非常に狭い間隔で配置された装置では、それに伴いボタンの大きさを非常に小さく形成する必要があり、ボタンの加工など装置の製造が煩雑になる。また、表面が凹凸形状になるため、滑らかな操作が阻害される。
【0007】
また、特許文献2に示す構造のものにおいて複数の接点を非常に狭い間隔で設置したものでは、各接点を確実に入力できるようにするために、表面シートをある程度柔軟な素材で形成し、撓み変形させ易くする必要がある。しかし、隣接する接点間の距離が短くなればなるほど、前記表面シートには柔軟性が要求されるが、表面シートの柔軟性を高め過ぎると、シートが不用意に撓んでしまい、誤操作が発生したり、しかも操作感触も損なわれる。
【0008】
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、接点間隔を非常に短く形成したスイッチであっても、各接点を確実に入力することができ、しかも操作感触も損なわれることのない押圧式の操作装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、指で操作される操作面を有する軟質な弾性体と、前記弾性体の裏面側に設けられて前記弾性体が所定量以上撓むのを規制する補強部材と、前記補強部材と対向する位置に前記補強部材に沿って所定の間隔で配置された複数個の接点とを有し、
前記弾性体側には前記各接点に対応する位置にそれぞれ突起が設けられ、前記接点に対応する位置で前記操作面が押圧操作されたときに、前記弾性体が前記補強部材とともに局部的に撓み変形させられて、前記突起で前記接点が押圧されて前記接点が入力状態に切り替えられるものであり、
前記指の幅寸法内に、複数の前記接点が配置されるように、隣接する前記接点間の前記間隔が、前記指の幅寸法よりも狭い寸法で形成され、
前記補強部材には前記各接点と対向する位置にそれぞれ貫通孔が設けられ、前記突起が、前記弾性体と一体に形成されて前記貫通孔から突出した状態で形成されていることを特徴とするものである。
さらに、前記補強部材が前記貫通孔を介して前記弾性体と前記突起とで保持されているものである。
【0010】
上記本発明では、柔軟性のある弾性体により各接点に対応する位置において局部的に撓み変形させて各接点を確実に入力状態にすることができ、さらに補強部材によって弾性体の撓み過ぎを防止して操作感触を損なうことがない。
【0011】
例えば、前記弾性体は、シリコーンゴムである。シリコーンゴムにすると小さな押圧力で撓み変形させることができる。
【0015】
また、前記補強部材は、前記弾性体の操作面の周縁部よりも側方に突出する鍔部を有し、前記鍔部が筐体の内側で係止され、前記弾性体が前記筐体の外側へ抜け出ないように抜け止めされている構成にできる。
【0016】
また、前記突起に導電体が形成され、この突起と対向する側に抵抗体を有する基板が設けられ、前記突起に形成された導電体と前記抵抗体によって前記接点が構成され、前記操作面が押圧操作されたときに前記導電体と前記抵抗体とが接触して前記接点が入力状態に設定される構成にしてもよい。または、突起に対向する位置に導電体が互いに向かい合うようにして構成された接点を有するメンブレンシートであって、操作面が操作操作されたときに対向する導電体が互いに接触して前記接点が入力状態に設定されるものであってもよい。
【0017】
また、前記操作面は、摩擦係数が1以下に設定されて、平滑な面に形成されていることが好ましい。これにより、操作面上を指で操作する場合にスムーズに移動させることができる。
【0018】
また、前記操作面は、無機フィラーを含むシリコーン樹脂層から成る構成にできる。これにより、摩擦抵抗を低くすることができ、操作面を滑らかに操作できる。
【0020】
また、前記弾性体がリング状に形成され、前記弾性体に沿って前記各接点が配列されているものであってもよい。この場合に、前記弾性体の内周縁側と外周縁側にそれぞれ鍔部が突出して形成されている構成にすることが好ましい。これにより、筐体から弾性体が抜け落ちることを防止できるとともに、接点間に弾性部材を支持する支持体を設ける必要がなくなって各接点の間隔をすべて均一にできる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態としての操作装置を操作面側から見たときの平面図、図2は参考例として示す図1の2−2線での切断断面図、図3は図2の動作状態を示す説明図である。
【0022】
図1に示すように、操作装置1は、X方向に細長い帯状の弾性部材(弾性体)2を有している。弾性部材2の裏面側にはメンブレンシート20が設けられ、前記メンブレンシート20にはX方向に沿って接点20A,20B,20C,20D,20Eが設けられている。各接点20A〜20Eは、等ピッチで形成されている。本実施の形態では、接点の間隔は10mm以下、具体的には4mmで形成されたものを想定している。ただし、4mmより短く形成しても長く形成してもよい。
【0023】
前記操作装置1は、小型の電子機器、例えばカメラ、携帯電話、オーディオ関連のリモコンなどに搭載することができる。前記操作装置1は、電子機器を構成する筐体10に長方形の切欠き穴10aが形成されて、この切欠き穴10aから前記弾性部材2の表面の操作面3が露出するように形成されている。
【0024】
前記弾性部材2は、弾性変形可能な軟質な素材で形成され、また前記操作面3は、低摩擦抵抗の材料で形成されて前記弾性部材2の表面に重ねて形成されている。このような低抵抗な操作面3が設けられていると、操作面3に対して指をX1−X2方向へ滑らかに移動させることができ、操作性を向上させることができる。
【0025】
図2に示すように、前記弾性部材2のZ2側の面(裏面)には、補強部材4が重ねて形成されている。この補強部材4は、図1に示すように、フィルム状に形成されたものであり、前記操作面3よりも側方(X−Y平面方向)に突出する形状である。前記弾性部材2及び操作面3よりも外側に突出する部分が本実施の形態での鍔部4aとなっている。この鍔部4aは、弾性部材2及び操作面3の周囲全体に形成されている。
【0026】
前記補強部材4のZ2側の面には、5個の半球状の突起5a,5b,5c,5d,5eが直線状に等間隔に設けられている。前記突起5a〜5eは、前記接点20A〜20Eの真上に位置にするように設定されている。さらに突起5aと5eの外側には支持部6a,6bが形成されている。これら突起5a〜5e及び支持部6a,6bは、いずれも紫外線硬化型の樹脂で印刷によって同時に形成されている。ただし、前記突起5a〜5e及び支持部6a,6bは、必ずしも紫外線硬化樹脂である必要はない。
【0027】
なお、図示していないが、前記支持部6a,6bの表面には、粘着性を有する粘着層が形成されて、メンブレンシート20の表面と接着固定されている。さらに前記突起5a〜5eの表面にも同様な粘着層が形成されて、メンブレンシート20の表面と固定されている。このように、突起5a〜5eがメンブレンシート20と接着されていると、弾性部材2及び操作面3がZ1方向へ浮き上がるのを防止できる。
【0028】
図1と図2に示すように、前記メンブレンシート20は、上側シート21と下側シート22が対向して設けられ、前記上側シート21と下側シート22との間にシート状のスペーサ23が挿入されて、互いに接着固定されている。前記上側シート21と下側シート22とスペーサ23は、いずれもPET樹脂やポリイミド樹脂など可撓性を有する素材で形成され、互いに接着固定されている。なお、前記各シート21,22がPET樹脂などで形成され、前記スペーサ23が接着材からなる接着層で形成されて、互いに接着固定されたものでもよい。
【0029】
図2に示すように、前記上側シート21と下側シート22には、前記突起5aと対向する位置に円形の導電部21a,22aが対向して形成されている。また前記スペーサ23には、前記導電部21a,22aが露出する前記導電部21a,22aよりも大径の円形の貫通孔23aが形成されている。なお、前記と同様にして、前記突起5b,5c,5d,5eについても、導電部21b,21c,21d,21e、22b,22c,22d,22e及び貫通孔23b,23c,23d,23eが形成されている。互いに対向する一対の前記導電部によって、本実施の形態の接点がそれぞれ形成されている。
【0030】
図1に示すように、前記メンブレンシート20では、前記下側シート22に、前記導電部22a〜22eから線状の電極部22a1,22b1,22c1,22d1,22e1と1本の共通電極部24がそれぞれX1方向へ互いに重ならないように延びて形成されている。共通電極部24は、下側シート22から上側シート21の各導電部21a〜21eまで延びて形成されている。また、前記電極部22a1〜22e1および共通電極部24が図示しない制御部まで延びて形成されている。
【0031】
なお、前記導電部21a〜21e,22a〜22e、電極部22a1〜22e1および共通電極部24は、いずれも銅や銀などの金属材料で形成されている。
【0032】
前記制御部では、前記共通電極部24に対して電流が与えられる。例えばこのとき導電部21cと22cとが互いに接触して前記電流が電極部22c1から出力されると、前記制御部では接点20Cが押圧操作されたと検知される。このようにして他の接点20A,20B,20D,20Eについても同様に検知できるようになっている。
【0033】
本実施の形態における弾性部材2は、シリコーンゴムで形成されていることが好ましい。以下においてその理由を説明する。
【0034】
上記のような接点間隔の非常に狭い操作装置1では、接点1個当たり人の指で操作面3を触ったときに作用する力が0.196N(ニュートン)である。よって、操作面3に0.196Nが作用したときに接点が入力状態に切り替えられることが好ましい。なお、本実施の形態では、メンブレンシート20に対して単体の接点を入力状態に切り替えるために必要な力は、0.098〜0.147Nに設定されている。よって、弾性部材2としては、0.049〜0.098Nの低加重(小さい押圧力)で撓み変形する素材が必要となる。そこで様々な素材について検討したところ、高密度ポリエチレンやポリプロピレンでは硬度が高く、低荷重で撓み変形できるものではなく、逆に低密度ポリエチレンでは高温での特性が悪く使用に耐え得るものではなかった。そこで最終的には、シリコーンゴムを使用したときに低加重しかも局部的に撓み変形させることができることが確認された。なお、この弾性部材2としては、シリコーンゴムに限定されるものではなく、その他のゴム系の弾性部材であってもよい。
【0035】
しかし、シリコーンゴムをベースに検討したところ、シリコーンゴムは柔らか過ぎて撚れたり、摩擦抵抗が大きく操作性が損なわれるという問題があった。そこで撚れることについての対応方法としては、上記したように、シリコーンゴムで形成された弾性部材2の裏面にフィルム状の補強部材4を固定することで解決するに至った。前記補強部材4は、PET樹脂やポリプロピレン樹脂などで形成することができ、この補強部材4を弾性部材2の裏面に貼り付けることで、Z方向への撓み変形を損なわずに前記撚れを防止することができる。
【0036】
また、摩擦抵抗が大きく操作性が損なわれる点についての対応方法としては、その一例として、操作面3に無機フィラー具体的にはシリカの粒子を含有するシリコーン樹脂を形成することである。このような樹脂を操作面3に塗布または印刷することで、操作面3の摩擦抵抗を低くでき、指を操作面3上において滑らかに移動させることができる。ただし、操作面3を抵抗の小さい平滑な面にできるものであれば上記したシリカを含むシリコーン樹脂に限定されるものではなく、他の部材から成るものであってもよい。例えば、前記弾性部材2の操作面3上を摺動させるときに必要な力が、以下で示す接点を入力するのに必要な押圧力よりも小さく設定されるものから選択できる。これは操作面3での摩擦係数が1以下の平滑な面で形成されていることを意味している。
【0037】
図3に示すように、本実施の形態の操作装置1では、操作面3の表面に操作者が指Fを載せたときに、接点20B,20C,20Dを覆うことができるようになっている。このとき、接点20Cの真上をZ2方向へ押し下げると、低い加重で弾性部材2が局部的に撓み変形させられる。そして、弾性部材2の変形に伴って補強部材4も撓み変形させられて、突起5cのみがZ2方向へ押し下げられる。前記突起5cの下方への移動力によって、上側シート21が撓み変形させられて、上側シート21の導電部21cと下側シート22の導電部22cとが互いに接触して導通する。これにより、接点20Cが押圧操作されたことが検知される。
【0038】
本実施の形態では、弾性部材2がシリコーンゴムで形成されているため、押圧操作したときに変形し過ぎて操作性が損なわれるおそれがあるが、補強部材4を弾性部材2に固定することで弾性部材2の変形量が適度に抑えられて、操作性が損なわれることがない。
【0039】
また本実施の形態での補強部材4は、図1に示すように、操作面3の周縁部よりもX−Y平面方向へ延びる鍔部4aを有している。このように鍔部4aが形成されていると、前記操作装置1を電子機器の筐体10に取り付ける際に筐体10の裏側から操作装置1が切欠き穴10aに挿入されたときに、前記鍔部4aが筐体10の内側に形成された段差状の係止部10bで係止されて、操作装置1が筐体10から抜け出るのが防止される。
【0040】
なお、前記操作装置1では、補強部材4が一枚のフィルム状のシートで形成されているが、これに限られるものではなく、弾性部材2の裏面に補強部材が固定され、さらに前記突起5a〜5eを設けた別のフィルム状の部材を前記補強部材に固定するようにしてもよい。このときの補強部材と別の部材は、PETなどの同じ樹脂を用いて形成することができる。
【0041】
図4は、第2の実施の形態の操作装置を示す平面図である。この操作装置30は、操作面33が円形のリング状に形成されたものである。この操作装置30も前記操作装置1と基本的な構造は同じであり、シリコーンゴムでリング状に形成された弾性部材32と、補強部材34で形成されている。
【0042】
前記操作装置30では、操作面33に沿って周状に12個の接点31が設けられている。前記補強部材34は、操作面33の外周縁に沿って突出する環状の鍔部34aと、内周縁側に突出する環状の鍔部34bを有している。これにより、前記操作装置30が筐体に形成されたリング状の切欠き穴に筐体の裏側から挿入されたときに、前記鍔部34a,34bが前記筐体の内側で係止されて、前記操作装置30が筐体から抜け出るのが防止される。
【0043】
図5と図6は、それぞれ第1と第2の実施例として操作装置の一部を示す断面図である。なお、図5と図6の各操作装置1A,1Bでは、弾性部材(弾性体)の表面の操作面を省略して図示しているが、実際には操作面は上記のような平滑な面で形成されているものとする。
【0044】
図5に示す操作装置1Aでは、弾性部材(弾性体)と補強部材と突起の構成が異なるだけでその他の構成については前記操作装置1と同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。すなわちこの操作装置1Aでは、弾性部材2と複数個の突起2sが同じ材料であるシリコーンゴムで一体に形成され、前記弾性部材2の裏面に貫通孔4a1が形成されたシート状の補強部材4Aが重ねて設けられている。前記貫通孔4a1は、接点(突起2s)の数と同じ数だけ形成されており、前記補強部材4Aが弾性部材2に重ねられたときに、前記各突起2sが前記貫通孔4a1に挿入されて前記各突起2sの先端が前記貫通孔4a1から突出した状態となる。
【0045】
図5に示す操作装置1Aでは、いずれかの前記突起2sに対応する弾性部材2の表面が押圧操作されると、弾性部材2が局部的に撓み変形させられて突起2sが押し下げられる。そして、突起2sによって上側シート21が押圧されて上側シート21の導電部と下側シート22の導電部とが接触して接点が入力状態に設定される。
【0046】
このように前記突起2sが前記弾性部材2と同一の材料で一体に形成される場合でも、前記突起2sの周囲の部分が過度に撓み変形するのが抑えられて、前記突起2sの部分が集中的に押し下げられるので、この突起2sによって接点を確実に入力側に切り替えることができる。またこのように弾性部材2と突起2sを一体に形成することで、前記操作装置1のように突起を印刷で形成する工程を削除することができ製造工程を簡略化できる。また、補強部材4Aに貫通孔4a1を形成することにより、この貫通孔4a1によって前記突起2sが支持されて突起2sが側方へ過度に変形するのが抑制され、前記突起2sの移動力で接点を確実に入力できる。また補強部材4Aを弾性部材2に固定するときの位置決めが容易になる。
【0047】
なお、図5では、貫通孔4a1に突起2sが隙間を有して形成されている状態が図示されているが、これに限られず前記隙間が形成されないように互いの寸法が同じに形成されていてもよい。
【0048】
図6に示す操作装置1Bには、前記と同様に接点の数だけ貫通孔4b1が形成された補強部材4Bが設けられている。前記弾性部材2と前記各突起2tは、同じ材料のシリコーンゴムで前記補強部材4Bを保持した状態で一体に形成されている。例えばインサート成形によるものであれば、貫通孔4b1が形成された補強部材4Bを所定の金型内に位置決めした後にシリコーンゴムを注入して成形することで、弾性部材2と突起2tとが補強部材4Bを保持した状態で一度に形成できる。この成形時に突起2tの径寸法が貫通孔4b1の穴寸法よりも大きく形成されることで、補強部材4Bが弾性部材2と突起2tとで挟持された状態で固定される。よって、補強部材4Bと弾性部材2との接着工程が不要になり、製造工程を簡略化できる。なお、操作装置1Bが押圧操作されたときの動作は、前記操作装置1Aと同様に、補強部材4Bによって弾性部材2が大きく変形するのが抑えられ、接点に対向する突起2tの部分が重点的に押し下げられる。
【0049】
図7は、図6に示す操作装置の変形例を示す部分断面図である。この操作装置1Cは前記操作装置1Bと接点の構成が異なっているだけである。
【0050】
図7に示す変形例では、前記弾性部材2と一体に形成された各突起2tの先端部分に導電体7が形成されている。この導電体7は、例えば樹脂にカーボンなどの導電性材料が混入されて形成されたものである。一方、前記突起2tが形成された弾性部材2の裏側には、抵抗体25が形成された基板26が設けられている。前記抵抗体25は一対の電極25a,25bが所定間隔離れて形成された電極パターンであり、前記電極25a,25bが前記突起2tに形成された導電体7と対向している。例えば前記抵抗体25は銅箔などで形成され、また前記基板26はPETなどの合成樹脂でシート状に形成されている。なお図7に示す変形例では、前記導電体7と抵抗体25とで接点が構成されている。またこの接点の構成は、前記操作装置1,1Aについても適用できる。
【0051】
図7に示す操作装置1Cでは、いずれかの接点に対応する位置において弾性部材2の操作面が押圧操作されると弾性部材2が局部的に撓み変形して突起2tが押し下げられる。そして電極25a,25b間には所定時間毎に通電されるように制御されており、前記突起2tに形成された導電体7が電極25aと25bとに同時に接触することで接点が導通して入力状態に設定される。この状態を図示しない制御部で検出することで前記操作装置1Cのいずれかの接点が入力されたことが検知される。
【0052】
なお、図7に示す構成の接点を図5に示す操作装置1A、図1に示す操作装置1、及び図4に示す操作装置30に同様に適用することができる。
【0053】
なお、前記操作装置の操作面の形状としては、直線状や円形リング状のものに限らず、楕円形状であってもよく、十字形状であってもよい。
【0054】
また、上記実施の形態では、透明色のシリコーンゴムと透明色のPET樹脂などを使用することで、操作面とは逆側から印刷や塗装することが可能となり、各種の色で形成することができ、デザイン上の自由度も上げることが可能になる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明した本発明は、接点間隔が非常に狭く形成されたものであっても、各接点を確実に入力することができ、しかも操作性が損なわれることもない。また、各接点を連続して滑らかに操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態としての操作装置を操作面側から見たときの平面図、
【図2】参考例として示す図1の2−2線での切断断面図、
【図3】図2の動作状態を示す説明図
【図4】本発明の第2の実施の形態の操作装置を示す平面図、
【図5】第1の実施例としての操作装置の一部を示す断面図、
【図6】第2の実施例としての操作装置の一部を示す断面図、
【図7】図6の操作装置の変形例を示す一部省略断面図、
【符号の説明】
1 操作装置
2 弾性部材(弾性体)
3 操作面
4 補強部材
4a 鍔部
5a〜5e 突起
6a,6b 支持部
10 筐体
10a 切欠き穴
10b 係止部
20A〜20E 接点
20 メンブレンシート
21 上側シート
22 下側シート
23 スペーサ
Claims (9)
- 指で操作される操作面を有する軟質な弾性体と、前記弾性体の裏面側に設けられて前記弾性体が所定量以上撓むのを規制する補強部材と、前記補強部材と対向する位置に前記補強部材に沿って所定の間隔で配置された複数個の接点とを有し、
前記弾性体側には前記各接点に対応する位置にそれぞれ突起が設けられ、前記接点に対応する位置で前記操作面が押圧操作されたときに、前記弾性体が前記補強部材とともに局部的に撓み変形させられて、前記突起で前記接点が押圧されて前記接点が入力状態に切り替えられるものであり、
前記指の幅寸法内に、複数の前記接点が配置されるように、隣接する前記接点間の前記間隔が、前記指の幅寸法よりも狭い寸法で形成され、
前記補強部材には前記各接点と対向する位置にそれぞれ貫通孔が設けられ、前記突起が、前記弾性体と一体に形成されて前記貫通孔から突出した状態で形成されていることを特徴とする操作装置。 - 前記補強部材が、前記貫通孔を介して前記弾性体と前記突起とで保持されている請求項1記載の操作装置。
- 前記弾性体は、シリコーンゴムである請求項1または2記載の操作装置。
- 前記補強部材は、前記弾性体の操作面の周縁部よりも側方に突出する鍔部を有し、前記鍔部が筐体の内側で係止され、前記弾性体が前記筐体の外側へ抜け出ないように抜け止めされている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の操作装置。
- 前記突起に導電体が形成され、この突起と対向する側に抵抗体を有する基板が設けられ、前記突起に形成された導電体と前記抵抗体によって前記接点が構成され、前記操作面が押圧操作されたときに前記導電体と前記抵抗体とが接触して前記接点が入力状態に設定される請求項1ないし4のいずれか1項に記載の操作装置。
- 前記操作面は、無機フィラーを含むシリコーン樹脂層から成る請求項1ないし5のいずれか1項に記載の操作装置。
- 隣接する前記接点の間隔が、10mm未満に設定されている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の操作装置。
- 前記弾性体がリング状に形成され、前記弾性体に沿って前記各接点が配列されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の操作装置。
- 前記操作面の内周縁側と外周縁側にそれぞれ鍔部が突出して形成されている請求項8記載の操作装置
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Publications (2)
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