JP4476511B2

JP4476511B2 - Input device for electronic equipment

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Publication number: JP4476511B2
Application number: JP2001108386A
Authority: JP
Inventors: 伸光谷口; 和廣岡田
Original assignee: Wacoh Corp
Current assignee: Wacoh Corp
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: JP2002304247A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器用入力装置に関し、特に、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力および所定方向への操作量を示す操作入力を行うための入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器では、利用者による所定の操作入力を受け付け、この操作入力に基づいてプログラムが進行する。通常、この種の操作入力は、ディスプレイ画面上に表示されるカーソルやその他の指標を見ながら行うことが多く、上下左右の４方向あるいは斜めも含めた８方向の方向を示す入力が求められるのが一般的である。このような方向性をもった入力を行うために、いわゆるジョイスティックと呼ばれているタイプの装置が利用されている。この種の装置は、通常、二次元力センサを内蔵しており、加えられた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ別個に検出することにより、加えられた操作入力の方向と操作量とを検出することになる。たとえば、Ｘ軸方向成分が＋５であるような操作入力は、右方向に５という操作量を示し、Ｙ軸方向成分が−８であるような操作入力は、下方向に８という操作量を示すことになる。もちろん、Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分とを合成する演算を行うことにより、斜め方向に加えられた操作入力の検出も可能である。
【０００３】
また、携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器では、上述したような方向性をもった操作入力とともに、クリック入力が要求される。このクリック入力は、基本的には、ＯＮ／ＯＦＦの二値状態を示す入力であるが、操作者に対してクリック操作を行ったという感触（いわゆるクリック感）を与えることが重要であり、ある程度のストロークを確保するとともに指先から加えられる押圧力に対する反力を作用させる必要がある。このようなクリック感をもったＯＮ／ＯＦＦ入力を行うのに適したスイッチとして、ゴムや金属などの弾性材料の弾力性を利用したスイッチが一般的に用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機器では、所定方向への操作量を示す操作入力とともに、クリック感をもったスイッチ入力が必要になる。従来から、このような２系統の入力を取り扱うための装置として、種々のタイプのものが利用されてきている。しかしながら、電子機器に対する小型化の要望は、今後も益々高まってゆくものと予想され、特に、上述した２系統の入力を取り扱うことができる薄型の入力装置の実現が望まれている。
【０００５】
そこで本発明は、クリック感をもったスイッチ入力と、所定方向への操作量を示す操作入力と、の２系統の入力を行うことが可能な薄型の電子機器用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】
(1) 本発明の第１の態様は、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力および所定方向への操作量を示す操作入力を行うための入力装置において、
板状の基板と、
この基板上面の中心付近に伏せるように配置され、頂点付近に対して所定の大きさ以上の下方への押圧力を加えると、頂点付近が弾性変形して下に凸となるように形状反転を起こす性質を有し、かつ、少なくとも頂点付近の下面が導電性接触面を構成しているドーム状構造体と、
基板上面に対してドーム状構造体を挟んでほぼ平行になるように配置された膜状部と、この膜状部の周囲を基板上面に固定するための側壁部と、膜状部の下面の所定の複数箇所から下方に伸びた柱状突起と、を有し、少なくとも膜状部の一部および柱状突起が弾性材料によって構成されている弾性変形体と、
操作入力またはスイッチ入力を受けて弾性変形体に弾性変形を起こさせることができるように弾性変形体の上面に配置された操作盤と、
基板上面の「ドーム状構造体が形状反転を起こした際に導電性接触面に接触可能な位置」に配置された内側電極と、
基板上面の「操作盤の外周部分に対向する外周対向部」の所定箇所に配置された外側電極と、
基板上面の「ドーム状構造体の配置領域より外側、かつ、外周対向部より内側に位置する中間領域部」の所定箇所に配置された中間電極と、
弾性変形体の下面の「中間電極に対向した領域」および「外側電極に対向した領域」に形成され、各部が電気的に同電位となるように構成された変位導電層と、
中間電極と変位導電層との電気的接触を阻むための絶縁層と、
を設け、
操作盤に対して下方へのスイッチ入力が加えられた場合に、ドーム状構造体が形状反転を起こすことにより導電性接触面と内側電極とが接触し、この接触状態を電気的に検出することによりＯＮ／ＯＦＦ状態の検出が行えるように構成し、操作盤に対して所定方向への操作量を示す操作入力が加えられた場合に、膜状部の特定部分と基板上面との距離が接近するように柱状突起が変形し、加えられた操作入力の大きさが所定のしきい値を超えたときに、変位導電層の一部が外側電極の一部に接触した状態となるように構成し、かつ、加えられた操作入力の大きさに応じて、中間電極と変位導電層の対向部分とによって構成される容量素子の電極間隔が変化するように構成し、外側電極と中間電極との間の電気的特性に基づいて容量素子の静電容量値を求めることにより、加えられた操作量の検出が行えるように構成したものである。
【０００７】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る電子機器用入力装置において、
弾性変形体の膜状部下面に、外側電極に対向する位置に形成され、下面に変位導電層が形成された電極用柱状突起と、この電極用柱状突起に隣接する位置に形成された支持用柱状突起と、を設けるようにしたものである。
【０００８】
(3) 本発明の第３の態様は、上述の第２の態様に係る電子機器用入力装置において、
何ら入力が作用していない状態において、支持用柱状突起が基板に対して膜状部を支持する機能を果たすことができるように、支持用柱状突起の長さを適した長さに設定するようにしたものである。
【０００９】
(4) 本発明の第４の態様は、上述の第３の態様に係る電子機器用入力装置において、
何ら入力が作用していない状態において、電極用柱状突起の下端が宙吊り状態となるように、電極用柱状突起の長さを、支持用柱状突起の長さよりも短く設定するようにしたものである。
【００１０】
(5) 本発明の第５の態様は、上述の第２〜第４の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作盤を円盤状とし、各柱状突起をそれぞれ所定の円周に沿って配置するようにしたものである。
【００１１】
(6) 本発明の第６の態様は、上述の第５の態様に係る電子機器用入力装置において、
電極用柱状突起が配置された円周の内側および外側にそれぞれ内側同心円および外側同心円を定義し、これら各同心円の円周上にそれぞれ複数の支持用柱状突起を配置するようにしたものである。
【００１２】
(7) 本発明の第７の態様は、上述の第６の態様に係る電子機器用入力装置において、
１つの円周上に配置される柱状突起を、円周角４５°おきに配置される少なくとも８個の柱状突起によって構成するようにしたものである。
【００１３】
(8) 本発明の第８の態様は、上述の第１〜第７の態様に係る電子機器用入力装置において、
弾性変形体の一部として、その膜状部上面に、操作盤の外周部分に接触し、弾性材料からなる隆起部を形成するようにしたものである。
【００１４】
(9) 本発明の第９の態様は、上述の第８の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作盤を円盤状とし、隆起部を円環状隆起部としたものである。
【００１５】
(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第９の態様に係る電子機器用入力装置において、
円環状隆起部の内径が操作盤の外径よりも小さくなり、円環状隆起部の外径が操作盤の外径よりも大きくなるように設定したものである。
【００１６】
(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第１〜第１０の態様に係る電子機器用入力装置において、
弾性変形体を、一体成型されたゴムによって構成したものである。
【００１７】
(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第１１の態様に係る電子機器用入力装置において、
変位導電層を、一体成型されたゴムの表面に塗布した導電性塗料からなる層によって構成したものである。
【００１８】
(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第２〜第７の態様に係る電子機器用入力装置において、
変位導電層を、電極用柱状突起の配置箇所を外延部とする物理的に単一の導電層によって構成したものである。
【００１９】
(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第１〜第１３の態様に係る電子機器用入力装置において、
ドーム状構造体が、スイッチ入力として加えられた垂直下方への押圧力に対しては形状反転を起こし、操作入力として加えられた斜め下方への押圧力に対しては形状反転を起こさないような変形特性を有するようにしたものである。
【００２０】
(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第１〜第１４の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作盤を剛性材料により構成したものである。
【００２１】
(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第１５の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作盤の下面中心部に、ドーム状構造体の頂点付近に押圧力を加えるための押圧棒を設けるようにしたものである。
【００２２】
(17) 本発明の第１７の態様は、上述の第１６の態様に係る電子機器用入力装置において、
弾性変形体の膜状部の上面中心付近に、押圧棒と嵌合する嵌合孔を設け、押圧棒をこの嵌合孔に嵌合させ、嵌合孔の内面と押圧棒の外面との摩擦力によって、弾性変形体と操作盤との接続状態が維持されるようにしたものである。
【００２３】
(18) 本発明の第１８の態様は、上述の第１〜第１７の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作盤の底面外周から外方へと突き出す鍔部を設け、この鍔部に当接することにより操作盤の変位を制限するひさし部を基板上に固定するようにしたものである。
【００２４】
(19) 本発明の第１９の態様は、上述の第１〜第１８の態様に係る電子機器用入力装置において、
内側電極が、物理的に分離された一対の電極から構成され、これら一対の電極間の導通状態を電気的に検出することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うことができるようにしたものである。
【００２５】
(20) 本発明の第１９の態様は、上述の第１〜第１８の態様に係る電子機器用入力装置において、
内側電極を基板上面の中心付近に形成された電極層によって構成し、内側電極と中間電極との間に、内側電極の周囲を取り囲むように配置された仲介電極を設け、
少なくとも表面が導電性材料からなるドーム状構造体を、その底周面が仲介電極に接触するように配置し、仲介電極と内側電極との間の導通状態を電気的に検出することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うことができるようにしたものである。
【００２６】
(21) 本発明の第２１の態様は、上述の第１〜第２０の態様に係る電子機器用入力装置において、
操作盤を円盤状とし、外側電極をこの操作盤の外周円に対向する位置に配置された円環状の電極によって構成したものである。
【００２７】
(22) 本発明の第２２の態様は、上述の第１〜第２１の態様に係る電子機器用入力装置において、
基板の上面中心位置に原点をとり、基板上面がＸＹ平面に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、Ｘ軸正の領域、Ｘ軸負の領域、Ｙ軸正の領域、Ｙ軸負の領域にそれぞれ配置された４枚の電極によって中間電極を構成し、
Ｘ軸正の領域に配置された中間電極とこれに対向する変位導電層の一部とによって第１の容量素子が形成され、Ｘ軸負の領域に配置された中間電極とこれに対向する変位導電層の一部とによって第２の容量素子が形成され、Ｙ軸正の領域に配置された中間電極とこれに対向する変位導電層の一部とによって第３の容量素子が形成され、Ｙ軸負の領域に配置された中間電極とこれに対向する変位導電層の一部とによって第４の容量素子が形成されるようにし、
第１の容量素子の静電容量値と第２の容量素子の静電容量値との差に基づいてＸ軸正または負方向への操作量の検出を行い、第３の容量素子の静電容量値と第４の容量素子の静電容量値との差に基づいてＹ軸正または負方向への操作量の検出を行うことができるようにしたものである。
【００２８】
(23) 本発明の第２３の態様は、上述の第１〜第２２の態様に係る電子機器用入力装置において、
弾性変形体の膜状部下面の少なくとも中間電極に対向する部分に、粗面加工を施すようにしたものである。
【００２９】
(24) 本発明の第２４の態様は、上述の第１〜第２２の態様に係る電子機器用入力装置において、
弾性変形体の膜状部下面の少なくとも中間電極に対向する部分に、断面が波形となるような凹凸加工を施すようにしたものである。
【００３０】
(25) 本発明の第２５の態様は、上述の第１〜第２２の態様に係る電子機器用入力装置において、
弾性変形体の膜状部下面の少なくとも中間電極に対向する部分に、接触用柱状突起を設けるようにしたものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００３２】
§１．本発明に係る電子機器用入力装置の基本構造
はじめに、本発明の基本的な実施形態に係る電子機器用入力装置の基本構造を説明する。図１は、この電子機器用入力装置を分解して各構成要素を示した分解側断面図である。図示のとおり、この電子機器用入力装置は、操作盤１０、弾性変形体２０、ドーム状構造体３０、基板４０によって構成されている。実際には、この入力装置は、基板４０の上にドーム状構造体３０を配置し、その上を弾性変形体２０によって覆い、更にその上に操作盤１０を取り付けることにより構成されることになる。この入力装置は、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器用の入力装置として利用するのに適しており、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力および所定方向への操作量を示す操作入力を行うことができる。
【００３３】
操作盤１０は、弾性変形体２０の上面に配置され、操作者の動作に基づいて加えられた力を弾性変形体２０へと伝達し、弾性変形体２０に弾性変形を起こさせる機能を有している。図２は、この操作盤１０の上面図、図３は、この操作盤１０の下面図である。図示のとおり、操作盤１０は全体として円盤状をしており、この実施形態の場合、プラスチックなどの樹脂で構成されている。上述したように、操作盤１０は、弾性変形体２０に対して力を伝達させる機能を果たすことができれば、どのような形状のものでもかまわないが、種々の方向に関する操作量を入力するには、円盤状のものが適している。また、操作者の操作を確実に弾性変形体２０に伝達するためには、樹脂や金属などの剛性材料によって構成するのが好ましい。図示の実施形態の場合、操作盤１０は、図２に示すように、操作部分１１、土手部分１２、外周部分１３の３つの部分から構成されており、その下面には、図３に示すように円柱状の押圧棒１４が突き出している。操作部分１１は、操作者の指にフィットするように、土手部分１２の内側に形成された滑らかな窪み部分であり、外周部分１３は、土手部分１２の外側に形成されたテーパ部である。また、押圧棒１４は、後述するように、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力を効果的に行うためのものであり、ドーム状構造体３０の頂点付近に対して、操作者からの垂直下方に向けた力を効果的に伝達させる機能を果たす。
【００３４】
弾性変形体２０は、この実施形態の場合、一体成型されたシリコンゴムによって構成されている。図４は、この弾性変形体２０の上面図、図５は、この弾性変形体２０の下面図である。図示のとおり、この弾性変形体２０は平面的にはほぼ正方形状をしている。その基本構成要素は、図１の側断面図に示されているように、内側膜状部２１、円環状隆起部２２、外側膜状部２３、側壁部２４、固定脚部２５、柱状突起Ｐ１〜Ｐ３である。図４に示すように、内側膜状部２１と外側膜状部２３とは、この弾性変形体２０の正方形状の上面全体を形成する膜状の構造体であるが、ここでは、説明の便宜上、円環状隆起部２２の内側部分を内側膜状部２１と呼び、外側部分を外側膜状部２３と呼ぶことにする。この膜状部２１，２３は、基板４０の上面に対して、ドーム状構造体３０を挟んでほぼ平行になるように配置されることになる。円環状隆起部２２は、この膜状部の上面に形成された円環状の隆起部分であり、内側膜状部２１の上面部分は、周囲をこの円環状隆起部２２によって囲まれた状態になる。この実施形態では、円環状隆起部２２は、断面が矩形のいわばワッシャ状の構造体となっているが、これは、その上面に配置される操作盤１０からの力を効率よく受けることができるようにするための配慮である。
【００３５】
一方、側壁部２４は、外側膜状部２３の周囲を、基板４０の上面に固定する機能を果たしている。正方形状をした膜状部２１，２３は、その四辺を側壁部２４によって支持され、基板４０の上面に対してほぼ平行な状態を保つことになる。図５の下面図に示されているとおり、弾性変形体２０の下面の４隅には、それぞれ円柱状の固定脚部２５が下方へと伸びている。この４本の固定脚部２５は、基板４０の上面の４か所に形成された固定孔部４１（図１参照）に挿入される。かくして、弾性変形体２０は、基板４０上の所定位置に固定される。
【００３６】
また、図５に示されているように、膜状部２１，２３の下面には、下方へと伸びる多数の柱状突起Ｐ１〜Ｐ３が形成されている。図６は、これら柱状突起Ｐ１〜Ｐ３の位置を明確にするために、図５の下面図に一点鎖線による同心円を描き加えたものである。図示のとおり、弾性変形体２０の中心点の周囲に、３通りの同心円Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を定義すれば、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、いずれかの同心円の円周上に配置されていることがわかる。すなわち、柱状突起Ｐ１は内側同心円Ｃ１の円周上に円周角４５°おきに合計８個配置されており、柱状突起Ｐ２は基準同心円Ｃ２の円周上に円周角２２．５°おきに合計１６個配置されており、柱状突起Ｐ３は外側同心円Ｃ３の円周上に円周角４５°おきに合計８個配置されている。
【００３７】
各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３の側面形状は、図１の側断面図に明瞭に示されている。なお、図１の側断面図では、図が繁雑になるのを避けるため、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３については、切断面に位置するものだけを描いているが、実際には図５，図６の下面図に示されているとおり、より多数の柱状突起が膜状部の下面から下方に伸びていることになる。ここで、図１に示されているとおり、柱状突起Ｐ１，Ｐ３の長さに比べると、柱状突起Ｐ２の長さが短く設定されているが、これは、柱状突起Ｐ１，Ｐ３と柱状突起Ｐ２とでは、その主たる機能に違いがあるためである。すなわち、柱状突起Ｐ１，Ｐ３の主たる機能は、操作盤１０に対して、操作者からの入力が何ら作用していない状態において、内側膜状部２１および外側膜状部２３を、基板４０上面に対して支持する機能であり、これら柱状突起Ｐ１，Ｐ３の長さは、このような支持機能を果たすのに適した長さに設定されている（図示の例では、柱状突起Ｐ１の長さが柱状突起Ｐ３の長さに比べて若干短くなっているが、これは後述するように、基板４０上に形成された電極の厚みを考慮したためである。）。このような機能に着目し、ここでは、柱状突起Ｐ１，Ｐ３を「支持用柱状突起」と呼ぶことにする。
【００３８】
これに対して、柱状突起Ｐ２の主たる機能は、後述するように、基板４０の上面側に形成された電極に接触することにより、電気的な導電状態に変化を生じさせる機能である。そこで、ここでは、この柱状突起Ｐ２を「電極用柱状突起」と呼ぶことにする。電極用柱状突起Ｐ２の長さを、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３の長さよりも短く設定したのは、操作盤１０に対して、操作者からの入力が何ら作用していない状態において、電極用柱状突起Ｐ２の下端が宙吊り状態となるようにし、基板４０の上面に形成されている電極と物理的に接触しない状態に維持するためである。
【００３９】
また、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３と電極用柱状突起Ｐ２とは、長さだけでなく、その側面形状も異なっている。すなわち、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３は、下端部が若干丸くなっているのに対し、電極用柱状突起Ｐ２は、下端が平面をなす円盤状の突起となっている。このような形状の相違も、上述した機能の相違に基づくものであり、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３の下端部は基板４０の上面に接触して支持するのに適した形状となっており、電極用柱状突起Ｐ２の下端部は基板４０の上面に形成された電極に接触して、電気的な導通状態を確保するのに適した形状となっている。
【００４０】
ここに示す実施形態のように、操作盤１０を円盤状の剛性部材によって構成した場合、操作者から加えられる力は、操作盤１０の中心軸を中心とした同心円に沿って伝達すると考えられるので、図５，図６に示すように、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３もそれぞれ所定の円周に沿って配置するのが好ましい。特に、図示の実施形態の場合、操作盤１０に対して所定方向を示す操作入力が加えられた場合、加えられた力は、操作盤１０の周囲部分から、円環状隆起部２２へと伝達される。そこで、ここでは、図６に示す基準同心円Ｃ２を、ちょうど円環状隆起部２２の中心位置に相当する円とし、電極用柱状突起Ｐ２が、円環状隆起部２２の真下の所定位置（１６か所）に配置されるようにし、更に、基準同心円Ｃ２の内側に内側同心円Ｃ１を定義してその円周上に支持用柱状突起Ｐ１を配置し、基準同心円Ｃ２の外側に外側同心円Ｃ３を定義してその円周上に支持用柱状突起Ｐ３を配置している。
【００４１】
また、電子機器によっては、上下左右の４方向に加え、斜め方向をも含めた合計８方向の操作入力を要求する場合も少なくないので、このような８方向への操作入力が加えられることを想定して、各円周上に配置される柱状突起を、円周角４５°おきに配置される少なくとも８個の柱状突起によって構成するのが好ましい。図示の実施形態の場合、内側同心円Ｃ１および外側同心円Ｃ３上に配置される支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３については、円周角４５°おきに合計８個ずつを配置しているが、基準同心円Ｃ２上に配置される電極用柱状突起Ｐ２については、基板４０側の電極に対する確実な接触を確保するために、更に数を増やし、円周角２２．５°おきに合計１６個を配置している。
【００４２】
この弾性変形体２０の構成要素として、もうひとつ重要な構成要素は、膜状部下面の所定領域に形成された変位導電層２６である。図７は、この変位導電層２６の形成領域を示すための弾性変形体２０の下面図である。図においてハッチングを施して示した円内の領域に、変位導電層２６が形成されている。上述したように、弾性変形体２０の下面には、多数の柱状突起が形成されているが、この変位導電層２６は、これら柱状突起の表面も含めた弾性変形体２０の下面に形成されている。したがって、図７にハッチングで施した領域に位置する支持用柱状突起Ｐ１および電極用柱状突起Ｐ２の表面部分にも、変位導電層２６が形成されていることになる。具体的には、この変位導電層２６は、弾性変形体２０の下面に塗布した導電性材料からなる層によって構成することができる。上述したように、この実施形態では、弾性変形体２０は一体成型されたシリコンゴムによって構成されているので、柱状突起を含めた図示のような構造体をシリコンゴムによって一体成型した後、その下面の一部の領域（図７にハッチングを施した円内の領域）に、導電性塗料を塗布して乾燥させれば、変位導電層２６を形成することができる。なお、この変位導電層２６の厚みは、弾性変形体２０の各部の厚みに比較して小さいため、側断面図においては、変位導電層２６は示されていない。
【００４３】
一方、ドーム状構造体３０は、図１の側断面図にも示されているとおり、伏せたカップの形状をした構造体であり、基板４０の上面の中心付近に伏せるように配置される。図８は、このドーム状構造体３０の上面図である。ドーム状構造体３０の形状は特に限定されるものではないが、図示のように平面形状が円形であるドーム状構造体３０を用いるようにすれば、各方向への操作入力をスムースに行うことができるので好ましい。また、このドーム状構造体３０は、頂点付近に対して所定の大きさ以上の下方への押圧力を加えると、その頂点付近が弾性変形して下に凸となるように形状反転を起こす性質を有している。図９は、このような形状反転の状態を示す側断面図である。図９(a) は、何ら外力が加わっていない状態を示し、図９(b) は、頂点付近に対して下方への押圧力Ｆが加わり、頂点付近が弾性変形して下に凸となるような形状反転を起こした状態を示す。もちろん、この形状反転は弾性変形であるから、押圧力Ｆがなくなれば、ドーム状構造体３０は元通り、図９(a) に示す状態に戻ることになる。
【００４４】
このドーム状構造体３０の形状反転は、操作者によるスイッチ入力に利用される。このため、ドーム状構造体３０の少なくとも頂点付近の下面部分は、導電性接触面３１を構成している必要がある。すなわち、図９(b) に示すように、頂点付近が形状反転を起こしたときに、導電性接触面３１が基板４０側に設けられた電極と接触することにより、スイッチ入力の検出が行われるようになる。本実施形態では、金属製のドームをドーム状構造体３０として用いている。一般に、金属材料によりドーム状の構造体を構成すれば、上述したような形状反転が生じ、導電性接触面３１を有するドームを実現することができるが、ドーム状構造体３０は必ずしも金属製にする必要はない。たとえば、樹脂などによってドーム状構造体を作成し、その下面の中央付近に導電性材料膜を形成することにより、導電性接触面３１を実現するようにしてもかまわない。
【００４５】
続いて、基板４０の構成を説明する。基板４０の基本的な機能は、前述した各構成要素を載せてこれを支持する機能と、各電極を形成するための基準面を提供する機能である。図１０に、基板４０の上面図を示す。図に示されている４つの固定孔部４１は、前述したように、弾性変形体２０の固定脚部２５を挿入するために、基板４０の上面に掘られた穴である。
【００４６】
基板４０の上面には、図示のような電極Ｅ１０〜Ｅ１６が形成されている。最も外側に形成された外側電極Ｅ１０は、操作盤１０の外周部分に対向する外周対向部（操作盤１０の外側輪郭線を基板４０上に投影した基板上面の部分）に形成されている。この実施形態の場合、操作盤１０は円盤状をしているので、その外周円に対向する外周対向部も円形部分となり、図示のとおり、外側電極Ｅ１０は、操作盤１０の外周円に対向する位置に配置された円環状（ワッシャ状）の電極となっている。別言すれば、外側電極Ｅ１０は、図６に示す基準同心円Ｃ２に対向する位置に配置された円環状電極であり、電極用柱状突起Ｐ２の真下に配置されていることになる。この外側電極Ｅ１０の役割は、操作者から操作盤１０に対して所定方向に関する操作入力が加えられ、弾性変形体２０が変形を生じたときに、電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６と接触することにより、加えられた操作入力が所定の大きさ以上であることを検知することにある。したがって、原理的には、１６個の電極用柱状突起Ｐ２の対向位置にそれぞれ形成された１６組の島状電極によって、外側電極Ｅ１０を構成してもかまわない。ただ、配線の便宜を考えると、実用上は、図示の例のような円環状電極によって外側電極Ｅ１０を構成した方が効率的である。
【００４７】
この外側電極Ｅ１０の内側には、４枚の中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４が配置されている。これら中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、いずれも扇形をした電極であり、操作者から加えられた方向性をもった操作入力を検出するのに適した位置に配置されている。すなわち、図１０に示す基板４０の上面中心位置に原点Ｏ、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸をそれぞれとり、基板上面がＸＹ平面に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系を定義した場合、Ｘ軸正の領域に中間電極Ｅ１１、Ｘ軸負の領域に中間電極Ｅ１２、Ｙ軸正の領域に中間電極Ｅ１３、Ｙ軸負の領域に中間電極Ｅ１４が形成されていることになる。これら各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４の役割は、その上方に位置する変位導電層２６とによって、容量素子を形成することにある。すなわち、図７にハッチングを施して示すように、弾性変形体２０の膜状部の下面には、変位導電層２６が形成されており、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４と、これに対向する変位導電層２６の各部分と、によって、合計４組の容量素子が形成されることになる。具体的には、Ｘ軸正の領域に配置された中間電極Ｅ１１とこれに対向する変位導電層２６の一部とによって第１の容量素子が形成され、Ｘ軸負の領域に配置された中間電極Ｅ１２とこれに対向する変位導電層２６の一部とによって第２の容量素子が形成され、Ｙ軸正の領域に配置された中間電極Ｅ１３とこれに対向する変位導電層２６の一部とによって第３の容量素子が形成され、Ｙ軸負の領域に配置された中間電極Ｅ１４とこれに対向する変位導電層２６の一部とによって第４の容量素子が形成される。
【００４８】
図１０において、これら中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４の更に内側、すなわち、基板４０の中心近傍には、２枚の内側電極Ｅ１５，Ｅ１６が形成されている。これら一対の内側電極Ｅ１５，Ｅ１６の役割は、操作者が操作盤１０に対して加えたスイッチ入力、すなわち、垂直下方への押圧力を検出することにある。図９(b) に示すように、ドーム状構造体３０の頂点付近に対して垂直下方への押圧力Ｆが加わると、ドーム状構造体３０は形状反転することになるが、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６は、このとき、ドーム状構造体３０の下面の導電性接触面３１に接触するのに適した形状をしている。図示の実施形態の場合、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６は、いずれも所定の円領域内に収まる外形を有し、かつ、「Ｅ」字型の形状をしているが、これは、このようなドーム状構造体３０の形状反転に基づいて、両電極間の電気的接触状態に変化を生じさせるのに適した形状とするためである。
【００４９】
図１１は、図１０に示す基板４０の上面の中央部に、図８に示すドーム状構造体３０を配置した状態を示す上面図である。実際には、ドーム状構造体３０は、基板４０の上面に接着剤や接着テープなどを利用して固定される。ここで、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６の外形円の径は、ドーム状構造体３０の底面の内径よりも若干小さく設計されており、ドーム状構造体３０を基板４０の中心部に載せた場合に、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６と、ドーム状構造体３０とが接触しないように考慮されている。別言すれば、ドーム状構造体３０の底面の口の部分は、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６の外周部分と、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４の内周部分と、の間に配置されることになる。したがって、ドーム状構造体３０が通常状態を保っている限り、内側電極Ｅ１５、内側電極Ｅ１６、ドーム状構造体３０、はいずれも電気的に非接触な状態となっている。ところが、操作者から垂直下方への押圧力Ｆが加えられると、ドーム状構造体３０は図９(b) に示すように形状反転を起こし、導電性接触面３１が内側電極Ｅ１５と内側電極Ｅ１６との双方に同時に接触した状態になり、内側電極Ｅ１５および内側電極Ｅ１６が導通状態になる。このように、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６は、物理的に分離された一対の電極から構成されているが、導電性接触面３１が両者に同時に接触することにより、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６は互いに導通状態になる。結局、これら一対の内側電極Ｅ１５，Ｅ１６間の導通状態を電気的に検出することにより、操作者のスイッチ入力に関するＯＮ／ＯＦＦ状態を検出できる。
【００５０】
このように、基板４０の上面には、外側電極Ｅ１０、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６の３通りの電極が形成されているが、各電極はそれぞれの機能を考慮して、次のような位置に配置されていることになる。まず、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６は、ドーム状構造体３０が形状反転を起こした際に、その頂点付近の下面に形成された導電性接触面３１に接触可能な位置に配置されており、外側電極Ｅ１０は、操作盤１０の外周部分に対向する基板４０上の外周対向部（図６の基準同心円Ｃ２に対向する部分）に配置されている。一方、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、基板４０の上面の「ドーム状構造体３０の配置領域より外側、かつ、上記外周対向部より内側に位置する中間領域部」の所定箇所に配置されている。本実施形態では、基板４０を電子回路実装用のプリント基板によって構成し、各電極を、このプリント基板上に形成した銅などのプリントパターンによって構成している。このように、基板４０を回路用プリント基板で構成すれば、プリントパターンによって基板４０上に種々の配線を施すことができるので、実用上は便利である。
【００５１】
図７にハッチングを施して示した変位導電層２６は、弾性変形体２０の下面側に形成された単一の導電層であるが、上述した基板４０上の各電極と協働して重要な機能を果たすことになる。すなわち、変位導電層２６のうちの電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された部分は、基板４０側の外側電極Ｅ１０と接触することにより、変位導電層２６を外側電極Ｅ１０と同電位にする機能を果たし、変位導電層２６のうちの各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向した部分は、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４とともに容量素子を構成する機能を果たす。したがって、原理的には、弾性変形体２０の下面の「外側電極Ｅ１０に対向した領域」に形成された第１の導電層と、弾性変形体２０の下面の「中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向した領域」に形成された第２の導電層と、によって変位導電層を構成し、この第１の導電層と第２の導電層とが電気的に同電位となるような配線を施しておけばよい。ただ、実用上は、図７にハッチングを施して示したように、電極用柱状突起Ｐ２の配置箇所を外延部とする物理的に単一の導電層によって変位導電層２６を構成すれば、単純な導電パターンによって変位導電層２６を実現することができるので好ましい。
【００５２】
なお、図には示されていないが、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、絶縁層によって覆われており、その上面に弾性変形体２０側の変位導電層２６の一部が接触したとしても、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４と変位導電層２６とが電気的に導通することはない。これは、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４を接触電極として機能させるのではなく、容量素子を構成する一方の電極として機能させるための配慮である。これに対して、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６は、ドーム状構造体３０の形状反転により導電性接触面３１と電気的に接触することができるように導電面が露出しており、また、外側電極Ｅ１０は、電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６の一部と電気的に接触することができるように導電面が露出している。
【００５３】
以上、図１に示す各構成要素の構造の詳細を述べたが、実際の電子機器用入力装置は、これら各構成要素を積み重ねることにより構成される。すなわち、基板４０の中央部にドーム状構造体３０を載置し、これを覆うように弾性変形体２０を載せ（固定脚部２５を固定孔部４１に挿入して固定する）、その上に操作盤１０を接着することにより、図１２の側断面図（ドーム状構造体３０については断面ではなく側面が示されている）に示すような電子機器用入力装置が形成される。
【００５４】
§２．本発明に係る電子機器用入力装置の基本動作
続いて、図１２に示す電子機器用入力装置の基本動作を説明する。ここでは便宜上、図１０あるいは図１１に示すように、基板４０の上面中心位置に原点Ｏ、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸をそれぞれとり、基板上面がＸＹ平面に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系を定義して、以下の説明を行うことにする。図１２では、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＺ軸、図の紙面に垂直方向にＹ軸が定義される。
【００５５】
既に述べたように、本発明に係る入力装置は、任意の電子機器に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力（いわゆるクリック入力）と、所定方向への操作量を示す操作入力と、を行うための装置である。ここで、操作者は、これらの入力を操作盤１０に対して行うことになるが、基本的には、スイッチ入力を行う場合には、操作盤１０の中央部分に指を当てて下方（Ｚ軸負方向）へと押し込む動作を行い、所定方向への操作入力を行う場合には、操作盤１０を斜め下方へと押し込む動作を行うことになる。
【００５６】
図１３は、操作者がスイッチ入力を行ったときの各部の変形状態を示す側断面図（ドーム状構造体３０については側面図）である。操作盤１０に対して図の下方への押圧力（Ｚ軸負方向への力という意味でＦｚ−と呼ぶ）が加わると、この押圧力Ｆｚ−によって、押圧棒１４が下方へと変位し、内側膜状部２１ごしにドーム状構造体３０の頂点部分に下方への力が加わることになる。ドーム状構造体３０は、頂点付近に対して所定の大きさ以上の下方への押圧力が加わると、頂点付近が弾性変形して下に凸となるように形状反転を起こす性質を有しているので、押圧力Ｆｚ−の大きさが所定の臨界値を超えると、図示のとおり、ドーム状構造体３０の頂点付近が形状反転を起こすことになる。すなわち、操作者が下方への押圧力Ｆｚ−を徐々に強めてゆくと、ドーム状構造体３０が急に潰れて図示の状態になり、操作者の指先にはクリック感が伝わる。このとき、弾性材料から構成されている支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３は、弾性変形して縦方向に若干潰れることになる。ただし、電極用柱状突起Ｐ２は宙吊りの状態のままである。
【００５７】
こうして、ドーム状構造体３０が形状反転を起こすと、図１０に示されている内側電極Ｅ１５，Ｅ１６の両方に、ドーム状構造体３０の下面の導電性接触面３１が同時に接触した状態になるので、内側電極Ｅ１５と内側電極Ｅ１６とが導通状態になる。操作者が、押圧動作を中止すると、ドーム状構造体３０がもとの状態に復帰し、装置は図１２の状態に戻ることになる。この状態では、内側電極Ｅ１５と内側電極Ｅ１６とは絶縁されている。結局、内側電極Ｅ１５と内側電極Ｅ１６との間の電気的な接続状態を検出することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力の検出が可能になり、いわゆるクリック入力の検出が可能になる。
【００５８】
続いて、操作者が所定方向への操作量を示す操作入力を行った場合を考えてみる。このような操作入力は、通常、上下左右の４方向あるいは斜めも含めた８方向への操作量を示す入力として与えられる。ここに示す実施形態では、図１０に示す４枚の中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４（上面は絶縁層で覆われている）と、これに対向する変位導電層２６とによって、合計４組の容量素子が形成されており、これら４組の容量素子の静電容量値に基づいて、各方向への操作量を検出することができる。
【００５９】
たとえば、操作者が、操作盤１０に対して、Ｘ軸負方向への力を含む斜め下方への力を加える操作を行ったとしよう。ここでは、このような操作により加えられる力をＦｘ−と呼ぶことにする。図１４は、操作者がこのような操作力Ｆｘ−（必ずしも操作盤１０の中心位置に加える必要はなく、実際には図示のようにやや左へ変位した部分に加えられることが多い）を加えたときの各部の変形状態を示す側断面図（ドーム状構造体３０については側面図）である。操作力Ｆｘ−は、斜め下方への力成分であるため、図の下方への力成分（Ｚ軸負方向成分）も含んでいることになるが、この下方への力成分は、前述したクリック操作による押圧力Ｆｚ−に比べて小さいため、ドーム状構造体３０には形状反転させるだけの十分な力は加わらない。このため、操作盤１０は、図１４において、左側が下がり右側が上がるように傾斜する。別言すれば、ドーム状構造体３０としては、スイッチ入力として加えられた垂直下方への押圧力に対しては形状反転を起こし、所定方向への操作入力として加えられた斜め下方への押圧力に対しては形状反転を起こさないような変形特性を有する構造体を用いるようにすればよい。なお、図１４に示す斜め下方への操作力Ｆｘ−の代わりに、操作盤１０の図の左端近傍位置に垂直下方への操作力ＦＦｘ−を加えた場合にも同じような現象が起こる。本発明において、「Ｘ軸負方向への操作量を示す操作入力」と言った場合、操作力Ｆｘ−のように、斜め下方への操作入力だけでなく、操作力ＦＦｘ−のように、Ｘ軸負方向に変位した位置を垂直下方に押し込むような操作入力も含んでおり、操作力ＦＦｘ−は操作力Ｆｘ−と等価な操作入力である。
【００６０】
さて、図１４に示すように、操作盤１０を左側へと傾斜させる操作力Ｆｘ−（またはＦＦｘ−、以下同様）が加わると、図の左半分にある支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３は、弾性変形して縦方向に潰れることになる。一方、図の右半分にある支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３は、図示のとおり、基板４０の上面から浮き上がった状態になる。結局、ある程度以上の大きさの操作力Ｆｘ−が加わると、図１４に示すように、図の左端にある電極用柱状突起Ｐ２の下端面（変位導電層）が外側電極Ｅ１０に接触した状態になり、変位導電層２６全体が外側電極Ｅ１０と同電位になる。この状態から、更に操作力Ｆｘ−を強くしてゆけば、図１５に示すように、図の左半分にある支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３は、更に潰れるように弾性変形し、電極用柱状突起Ｐ２も若干弾性変形して潰れた状態になる。そして、最後には、図１６に示すように、図の左側の支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３および電極用柱状突起Ｐ２は完全に潰れた状態になる。既に述べたように、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、いずれも表面が絶縁層によって覆われているため、図１６に示すように、変位導電層２６が中間電極Ｅ１２側に密着した状態になっても、両電極間には絶縁層が介在するため、依然として容量素子として機能する。
【００６１】
ここで、図１２に示す状態から、図１４、図１５、図１６に示す状態へと変遷する際に、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４と、これに対向する変位導電層２６とによって構成される容量素子の静電容量値がどのように変化するかを検討すると、図の左側に示された中間電極Ｅ１２とこれに対向する変位導電層２６とによって構成される第２の容量素子では、電極間隔が徐々に減少してゆくため、静電容量値が徐々に増加することになるのに対し、図の右側に示された中間電極Ｅ１１とこれに対向する変位導電層２６とによって構成される第１の容量素子では、電極間隔が徐々に増加してゆくため、静電容量値が徐々に減少することがわかる。したがって、Ｘ軸上に配置された第１の容量素子の静電容量値と第２の容量素子の静電容量値との差を求めれば、この差は操作力Ｆｘ−の大きさを示すことになる。逆に、Ｘ軸正方向への操作力Ｆｘ＋が加わった場合は、操作盤１０は右側へと傾斜することになるので、電極間隔の増減の関係が逆転することになり、やはり第１の容量素子の静電容量値と第２の容量素子の静電容量値との差により、操作力Ｆｘ＋の大きさが示されることになる。要するに、Ｘ軸上に配置された第１の容量素子の静電容量値と第２の容量素子の静電容量値との差の絶対値は、Ｘ軸方向の操作力Ｆｘ−，Ｆｘ＋として加えられた操作量の大きさを示し、その符号は、加えられた操作量の向き（Ｘ軸正方向か負方向か）を示すことになる。
【００６２】
全く同様の原理により、Ｙ軸上に配置された第３の容量素子の静電容量値と第４の容量素子の静電容量値との差を求めれば、この差の絶対値は、Ｙ軸方向の操作力Ｆｙ−，Ｆｙ＋として加えられた操作量の大きさを示し、その符号は、加えられた操作量の向き（Ｙ軸正方向か負方向か）を示すことになる。
【００６３】
なお、Ｘ軸方向に関する操作力のみが加えられた場合、操作盤１０はＸ軸方向に関してのみ傾斜し、Ｙ軸方向に関しては傾斜しない。したがって、Ｙ軸上に配置された第３の容量素子（中間電極Ｅ１３と変位導電層２６とによって構成される容量素子）および第４の容量素子（中間電極Ｅ１４と変位導電層２６とによって構成される容量素子）の電極間隔は、一部分は増加し、一部分は減少することになり、容量素子全体についての静電容量値は変化しない。同様に、Ｙ軸方向に関する操作力のみが加えられた場合、操作盤１０はＹ軸方向に関してのみ傾斜し、Ｘ軸方向に関しては傾斜しない。したがって、Ｘ軸上に配置された第１の容量素子（中間電極Ｅ１１と変位導電層２６とによって構成される容量素子）および第２の容量素子（中間電極Ｅ１２と変位導電層２６とによって構成される容量素子）の電極間隔は、一部分は増加し、一部分は減少することになり、容量素子全体についての静電容量値は変化しない。結局、第１の容量素子および第２の容量素子によって、Ｘ軸方向に関する操作量のみを検出することができ、第３の容量素子および第４の容量素子によって、Ｙ軸方向に関する操作量のみを検出することができ、各軸方向の操作量成分をそれぞれ別個独立して検出することができる。
【００６４】
このようなＸ軸方向あるいはＹ軸方向に関する操作量は、操作者が操作盤１０を上下左右の４方向に傾斜させることにより入力可能な操作量であるが、所定の演算処理を行うことにより、より多数の方向に関する操作量検出も可能である。たとえば、斜め４５°方向も含めた合計８方向に関する操作量は、Ｘ軸方向の操作量とＹ軸方向の操作量との合成成分として求めることができる。具体的には、たとえば、Ｘ軸方向の操作量ｘと、Ｙ軸方向の操作量ｙとが求まった場合、ルート（ｘ^２＋ｙ^２）なる大きさをもった操作量が、斜め４５°方向（いずれの方向かは、操作量ｘ，ｙの符号の組み合わせによって判断できる）に作用したものとして取り扱うことができる。
【００６５】
このように、４組の容量素子の静電容量値を測定することにより、原理的には、任意方向について入力された操作量の検出が可能になるが、本発明では、このような操作量の検出値が不用意に出力されないような工夫が施されている。弾性変形体２０を利用した入力装置の場合、操作盤１０にわずかな力が加わっても、弾性変形体２０に弾性変形が生じ、各容量素子の静電容量値に変化が生じることになる。たとえば、図１３には、操作者がクリック操作を行うために、図の下方に向けて押圧力Ｆｚ−を作用させた状態が示されている。このように正確に下方に向けた押圧力Ｆｚ−だけが作用した場合、４組の容量素子の静電容量値は等しく変化するため、上述したような差分検出を行えば、所定方向への操作量の検出値は０になる。しかしながら、実際には、操作盤１０を操作するのは人間であり、下方へのクリック操作のつもりで力を加えたとしても、加えられた押圧力には、Ｚ軸負方向成分だけではなく、Ｘ軸あるいはＹ軸方向成分も含まれていることになる。したがって、４組の容量素子を用いた差分検出を行った場合、操作者がクリック操作を行っただけでも、いずれかの方向に関する操作量が検出されてしまうことになる。
【００６６】
一般に、電子機器用入力装置としては、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力（クリック入力）と、所定方向への操作量を示す操作入力と、がそれぞれ別個独立して検出でき、相互の干渉がないことが好ましい。別言すれば、操作者がクリック操作を行うつもりで操作盤１０を垂直下方へと押し込んだ場合には、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へと遷移するスイッチ入力だけが検出され、所定方向への操作量を示す操作入力は一切検出されないようにし、逆に、操作者が所定方向への操作量を示す操作入力を行うつもりで操作盤１０を斜め下方へと押し込んだ場合には、スイッチ入力は一切検出されず、操作量のみが検出されるようにするのが好ましい。本発明に係る電子機器用入力装置では、このような２系統の入力をそれぞれ別個独立して検出することが可能であり、両者の干渉は極力避けられることになる。
【００６７】
まず、スイッチ入力に関しては、ドーム状構造体３０の頂点付近を形状反転させるのに十分な垂直下方への押圧力Ｆｚ−が加わったときにのみＯＮ状態の検出が行われるため、操作者が、所定方向への操作量を示す操作入力を与えようとしたのに、誤ってスイッチ入力のＯＮ状態が検出されてしまうような事態を避けることができる。たとえば、図１４〜図１６に示すような斜め下方への操作入力が加えられても、ドーム状構造体３０の頂点付近に加わる垂直下方への押圧力は、形状反転を起こすには不十分であるため、スイッチ入力に関してＯＮ状態の検出が行われることはない（もちろん、操作者が意図的にクリック操作と所定方向への操作入力とを兼ねるような押圧操作を行った場合は、２系統の入力がともに検出される。）
。
【００６８】
一方、所定方向への操作量を示す操作入力に関しては、上述したように、４組の容量素子の静電容量値自身は変動するものの、この静電容量値の変動がそのまま検出値としては出力されないような工夫が施されている。この工夫を利用して検出値の出力を得るためには、各容量素子の静電容量値の測定を、外側電極Ｅ１０を利用して行うようにすればよい。たとえば、第２の容量素子の静電容量値は、本来であれば、中間電極Ｅ１２と変位導電層２６との間の静電容量値を電気的な方法で測定することになるが、その代わりに、中間電極Ｅ１２と外側電極Ｅ１０との間の静電容量値を電気的な方法で測定するのである。要するに、図１０に示す各電極について、中間電極Ｅ１１と外側電極Ｅ１０との間の静電容量測定値を第１の容量素子の静電容量値の検出値として利用し、中間電極Ｅ１２と外側電極Ｅ１０との間の静電容量測定値を第２の容量素子の静電容量値の検出値として利用し、中間電極Ｅ１３と外側電極Ｅ１０との間の静電容量測定値を第３の容量素子の静電容量値の検出値として利用し、中間電極Ｅ１４と外側電極Ｅ１０との間の静電容量測定値を第４の容量素子の静電容量値の検出値として利用すればよい。
【００６９】
このような検出方法を採れば、各容量素子の実際の静電容量の検出値は、変位導電層２６と外側電極Ｅ１０とが電気的に接触していることを条件として出力されることになる。たとえば、図１２に示す状態や、図１３に示す状態では、変位導電層２６は外側電極Ｅ１０に接触していないため、前述した一対の容量素子の差分検出値は０を維持したままになる。したがって、操作者がスイッチ入力操作を行った場合に、所定方向への操作量が誤検出されることはない。前述した一対の容量素子の差分検出により、所定方向への操作量が検出値として出力されるのは、図１４に示すように、ある程度の大きさの操作量が加わり、電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６の一部が外側電極Ｅ１０に接触した状態になってからであり、両者が接触するに至るまでは、いわば不感帯となり、出力される差分検出値は０を維持したままである。ここに示す実施形態の場合、図６に示すように、基準同心円Ｃ２の円周上に合計１６個の電極用柱状突起Ｐ２が形成されており、これら各電極用柱状突起Ｐ２の下面には変位導電層が形成されている。したがって、この１６個の電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層のいずれかが外側電極Ｅ１０と接触した状態になれば、有意な差分検出値の出力が行われることになる。
【００７０】
以上、述べたように、本発明に係る電子機器用入力装置では、操作盤１０、弾性変形体２０、ドーム状構造体３０、基板４０という基本要素を用いた比較的単純な構造により、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力（いわゆるクリック入力）と、所定方向への操作量を示す操作入力と、の双方の入力機能が実現できる。特に、弾性変形体２０をシリコンゴムなどの弾性材料を一体成型することにより構成し、その下面の変位導電層２６を、導電性塗料の塗布層により構成し、基板４０を回路実装用プリント基板により構成し、その上面の各電極をプリントパターン層により構成し、電極を覆う絶縁層をレジスト層により構成すれば、量産化に適した電子機器用入力装置を実現することができる。
【００７１】
結局、本発明に係る電子機器用入力装置では、操作盤１０に対して下方へのスイッチ入力が加えられた場合には、ドーム状構造体３０が形状反転を起こすことにより、導電性接触面３１と内側電極Ｅ１５，Ｅ１６とが接触し、この接触状態を電気的に検出することによりＯＮ／ＯＦＦ状態の検出が行われることになり、操作盤１０に対して所定方向への操作量を示す操作入力が加えられた場合には、外側電極Ｅ１０と各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４との間の電気的特性に基づいて、各容量素子の静電容量値を求めることにより、加えられた操作量の検出が行われることになる。このような検出動作において重要な機能を果たしている構成要素が、弾性変形体２０の膜状部を支持する支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３および外側電極Ｅ１０との接触部を形成する電極用柱状突起Ｐ２である。これらの柱状突起はいずれも弾性材料によって構成されているため、操作盤１０に加えられた力の作用により弾性変形し、その変形量は加えられた力に応じて変化する。このような柱状突起の変形により、膜状部の特定部分と基板４０の上面との距離が接近し、加えられた力の大きさが所定のしきい値を超えたときに、変位導電層２６の一部が外側電極Ｅ１０の一部に接触した状態となり、外側電極Ｅ１０と各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４との間の電気的特性として、各容量素子の静電容量値が測定され、有意な検出値として出力されることになる。しかも、加えられた操作量の大きさに応じて、容量素子の電極間隔が変化するため、操作量の大きさに応じた検出値を出力することが可能になる。
【００７２】
本発明の大きな特徴は、弾性変形体２０の膜状部を支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３によって支持する構造としたため、装置全体の薄型化に大いに寄与することができる点である。すなわち、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３による支持機能により、操作盤１０に対して所定の大きさ以上の力が加わらない限り、膜状部の変位が抑制される。このため、弾性変形体２０全体をかなり薄く設定しても、膜状部の自重や本来の操作入力以外の力の作用によって、変位導電層２６と外側電極Ｅ１０とが誤って接触してしまうことを防ぐことができる。
【００７３】
特に、ここで述べる実施形態では、弾性変形体２０の膜状部下面の「外側電極Ｅ１０に対向する位置」に電極用柱状突起Ｐ２を形成して、この電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６と外側電極Ｅ１０とを電気的に接触させる構造とし、かつ、この電極用柱状突起Ｐ２に隣接する内側位置および外側位置に、それぞれ支持用柱状突起Ｐ１およびＰ３を形成するようにしたため、弾性変形体２０の厚み（側壁部２４の高さ）をかなり小さく設定しても、電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層が外側電極Ｅ１０に誤って接触することを防ぐことが可能になる。
【００７４】
また、ここに述べる実施形態では、弾性変形体２０の一部として、弾性材料からなる円環状隆起部２２が形成されているが、この円環状隆起部２２は、操作盤１０の外周部分に直接接触して、操作盤１０に加えられた力を直接受ける部分として機能する。しかも、この円環状隆起部２２の直下に、やはり弾性変形体２０の一部として、弾性材料からなる電極用柱状突起Ｐ２が形成されている。したがって、操作盤１０に加えられた所定方向の操作入力は、操作盤１０の外周部分から円環状隆起部２２へと伝達され、更に、電極用柱状突起Ｐ２へと伝達されることになる。このため、たとえば図１４に示す状態から、更に操作量（操作者の指の力）を増加させてゆくと、円環状隆起部２２および電極用柱状突起Ｐ２が弾性変形を起こして徐々に潰れてゆき、図１５に示す状態を経て図１６に示す状態となる。別言すれば、図１４に示す状態から図１６に示す状態に至るまでには、円環状隆起部２２の上面から電極用柱状突起Ｐ２の下面に至るまでの厚みをもったゴムが徐々に潰れてゆく過程が必要になり、操作者が加える指の力に応じて、弾性変形体２０の変形が徐々に進行することになる。結局、円環状隆起部２２および電極用柱状突起Ｐ２は、操作量の検出値をできるだけ線形出力に近付ける働きをすることになる。
【００７５】
このように、「操作量の検出値を線形出力に近付ける」という目的を果たすためには、膜状部の上面および下面に、弾性材料からなる何らかの凸状部を設けるようにして、全体の厚みが厚くなるようにすればよい。ここに示す実施形態において、膜状部の上面に形成された円環状隆起部２２や、膜状部の下面に形成された電極用柱状突起Ｐ２は、いずれもゴム部分の厚みを厚くするための機能を果たしていることになる。このような機能だけに着目すれば、もちろん、膜状部の上面に、円環状隆起部２２の代わりに複数の柱状突起を設けることも可能である。同様に、膜状部の下面に、複数の柱状突起の代わりに円環状の隆起部を設けることも可能である。
【００７６】
ただ、この実施形態において、膜状部の上面に、ワッシャ状の円環状隆起部２２を設けているのは、操作盤１０との隙間からのゴミや埃の侵入を防ぐ意味をもっている。すなわち、弾性変形体２０の上面に複数の柱状突起を設けた場合、この柱状突起の隙間部分から、ゴミや埃が侵入しやすくなる。図示の実施形態のように、円環状隆起部２２を設けるようにすれば、このようなゴミや埃の侵入を防ぐことができる。一方、この実施形態において、膜状部の下面に、複数の電極用柱状突起Ｐ２を設けているのは、操作者からの操作入力がなくなったときに、弾性変形体２０を速やかに元の状態（図１２に示す状態）に復帰させるための配慮である。すなわち、図６の基準同心円Ｃ２の円周位置に、円環状の隆起部を形成した場合、外側電極Ｅ１０との接触面積が大きくなり、弾性変形体２０の復帰が遅れる可能性がある。特に、円環状の隆起部の全体が外側電極Ｅ１０に接触した状態になると、弾性変形体２０が吸盤として機能して基板４０の上面に吸着し、元の状態に復帰しなくなるおそれがある。円環状の隆起部の代わりに複数の電極用柱状突起Ｐ２を形成しておけば、空気の逃げ道が確保できるので、弾性変形体２０が吸盤として機能するおそれはない。このように、各柱状突起の基板４０に対する吸着現象を避ける上では、各柱状突起の下端部にアールをとり、接触面積を小さく設定しておくのが好ましい。
【００７７】
なお、この実施形態では、操作盤１０を円盤状の剛性材料により構成し、円環状隆起部２２の内径が操作盤１０の外径よりも小さくなり、円環状隆起部２２の外径が操作盤１０の外径よりも大きくなるように設定してあるが、このような設定は、上述した「操作量の検出値を線形出力に近付ける」という目的を果たすために有効である。すなわち、このような設定にしておけば、円環状隆起部２２の外側部分が操作盤１０の外周部分よりも更に外側へと食み出すようになり、操作盤１０に対して斜め下方への操作入力が加えられた場合、図１４〜図１６に示すように、円環状隆起部２２の上層部分が断面Ｕ字型に変形することになる。その結果、ゴムの層に対して、厚み方向に潰すような変形とともに、断面Ｕ字型へ曲げるような変形が加わることになり、操作量の検出値をより線形出力に近付けることが可能になる。
【００７８】
§３．種々の変形例
次に、本発明に係る電子機器用入力装置のいくつかの変形例を述べる。
【００７９】
（１）過大な力に対する保護機構
本発明に係る入力装置における弾性変形体２０は、シリコンゴムなどのゴムから構成するのが最も実用的である。ただ、このようなゴムからなる構造体は、過度の力の作用に対して破損や亀裂が生じる欠点がある。特に、装置全体の薄型化を図るために、弾性変形体２０の各部の厚みを薄くした場合、破損や亀裂が生じやすい。ここで述べる変形例は、このような過度の力に対する保護機構を設けた例である。
【００８０】
この変形例では、図１に示す操作盤１０および弾性変形体２０の代わりに、図１７の側断面図に示すような操作盤１０Ａおよび弾性変形体２０Ａを用いる。ドーム状構造体３０および基板４０は、図１に示すものと同じものを利用すればよい。
【００８１】
図１７に示す操作盤１０Ａは、図１に示す操作盤１０と同様に、操作部分１１Ａ、土手部分１２Ａ、外周部分１３Ａを有し、下面中心部には、ドーム状構造体３０の頂点付近に押圧力を加えるための押圧棒１４Ａが設けられている。ただ、この押圧棒１４Ａの周囲には円形の溝部１５Ａが掘られており、その結果、押圧棒１４Ａが若干長くなっている。また、操作盤１０Ａの底面外周から外方へと突き出す鍔部１６Ａが更に設けられている。この鍔部１６Ａは、外周部分１３Ａの更に外側に設けられたフランジ部を構成することになる。
【００８２】
一方、図１７に示す弾性変形体２０Ａは、図１に示す弾性変形体２０と同様に、内側膜状部２１Ａ，円環状隆起部２２Ａ，外側膜状部２３Ａ，側壁部２４Ａ，固定脚部２５Ａを有しており、下面には、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３および電極用柱状突起Ｐ２が形成されている。また、その下面には変位導電層２６（図には示されていない）が形成されている。ただ、内側膜状部２１Ａの上面中心付近には、円柱状の中央隆起部２７Ａが形成され、その中心位置には、押圧棒１４Ａと嵌合するための嵌合孔２８Ａが形成されている。図１８に、この弾性変形体２０Ａの上面図を示す。中央隆起部２７Ａは、操作盤１０Ａ側の溝部１５Ａに嵌合する形状を有している。結局、押圧棒１４Ａを嵌合孔２８Ａに嵌合させれば、中央隆起部２７Ａが溝部１５Ａに嵌合した状態になり、嵌合孔２８Ａの内面と押圧棒１４Ａの外面との摩擦力によって、弾性変形体２０Ａと操作盤１０Ａとの接続状態が維持されるような構造となっている。したがって、実際にこの装置を組み立てるに当たって、操作盤１０Ａと弾性変形体２０Ａとは、押圧棒１４Ａと嵌合孔２８Ａとの物理的な嵌合によって接続され、両者間を接着剤などで固定する必要はない。
【００８３】
図１９は、図１に示す操作盤１０および弾性変形体２０の代わりに、図１７に示す操作盤１０Ａおよび弾性変形体２０Ａを用いて組み立てた電子機器用入力装置の側断面図（ドーム状構造体３０の部分については側面図）である。この装置の更なる特徴は、基板４０の上に、新たな構成要素である制御部材５０が取り付けられている点である。この制御部材５０の上面には、操作盤１０Ａを操作するのに適した円形の開口窓Ｗが形成されており、この開口窓Ｗの周囲部分は、ひさし部５１を構成している。開口窓Ｗの大きさは、鍔部１６Ａの外周部分よりも若干小さく設定されている。
【００８４】
このような構造をもった入力装置の基本的な動作は、これまで述べてきた基本的な実施形態に係る装置の動作と全く同じである。ただ、この図１９に示す装置には、過度の力に対する保護機構が付加されている。この保護機構は、操作盤１０Ａを傾斜させるような過度の力、操作盤１０Ａを水平方向（ＸＹ平面に沿った方向）に移動させるような過度の力、操作盤１０Ａを押圧棒１４Ａを中心軸として回転させるような過度の力、について有効である。
【００８５】
まず、操作盤１０Ａを傾斜させるような過度の力については、ひさし部５１が鍔部１６Ａに当接することにより、操作盤１０Ａの変位が制限を受けるため、弾性変形体２０が破損するほどの過度の変位が生じることを防ぐことができる。たとえば、操作盤１０Ａに対して、Ｘ軸負方向への操作力Ｆｘ−が加わると、操作盤１０Ａ全体は左へ傾斜することになる。したがって、操作盤１０Ａの図の左端の鍔部１６Ａは下がり、右端の鍔部１６Ａは上がる状態になるが、やがて左端の鍔部１６Ａが基板４０上の構成要素に当接し、右端の鍔部１６Ａがひさし部５１の先端部分に当接した状態になり、操作盤１０Ａを、それ以上傾斜させるような変位は制限される。このため、弾性変形体２０Ａに過度の力が加わることを防ぐことができ、破損や亀裂から保護することができる。
【００８６】
また、操作盤１０Ａを水平方向に移動させるような過度の力については、外周部分１３Ａがひさし部５１に当接することにより、操作盤１０Ａの変位が制限を受けることになる。たとえば、操作盤１０Ａ全体を図の右方向（Ｘ軸正方向）に平行移動させるような力が加わっても、やがて操作盤１０Ａの右側の外周部分１３Ａがひさし部５１の端面（開口窓Ｗの構成部分）に当接した状態になり、操作盤１０Ａを、それ以上右方向に移動させるような変位は制限される。このため、やはり弾性変形体２０Ａに過度の力が加わることを防ぐことができ、破損や亀裂から保護することができる。
【００８７】
更に、操作盤１０Ａ全体を回転させるような過度の力については、押圧棒１４Ａと嵌合孔２８Ａとの間にスリップが生じることにより、弾性変形体２０Ａが破損するほどの過度の変位が生じることを防ぐことができる。前述のように、操作盤１０Ａと弾性変形体２０Ａとの間は、接着剤などを用いることなしに、嵌合孔２８Ａの内面と押圧棒１４Ａの外面との摩擦力によって接続状態が維持されるような構造となっている。したがって、操作盤１０Ａに対して回転力が加えられると、この回転力は捩じれ力となって弾性変形体２０Ａ側へと伝達されることになるが、上記摩擦力を超える過度の回転力が加えられると、押圧棒１４Ａと嵌合孔２８Ａとがスリップし、押圧棒１４Ａが空転を生じるようになり、過度の捩じれ力が弾性変形体２０Ａへと伝達されるのを防ぐことができる。
【００８８】
（２）操作力の検出範囲を広げる構造
本発明に係る電子機器用入力装置は、スイッチ入力に対しては、ＯＮ状態かＯＦＦ状態かの二値状態の検出しか行うことができないが、所定方向への操作入力については、加えられた力に応じた操作量を数値として検出することができる。ただ、この検出は、容量素子を構成する一対の電極間距離の変化を利用して行われるため、実際に検出値が得られるのは、図１４に示すように、電極用柱状突起Ｐ２の下面（変位導電層）が外側電極Ｅ１０に接触するようになった状態から、図１６に示すように、中間電極Ｅ１２の上面に絶縁層を介して変位導電層２６が最も接近した状態に至るまでの範囲となる。この検出範囲を更に広げ、かつ、加えられた操作力と得られる検出値との関係をできるだけ線形にするためには、操作力を徐々に増加させてゆくにしたがって、電極間距離も徐々に変化してゆくような構造を採るのが好ましい。
【００８９】
このような構造のひとつの実現形態は、弾性変形体２０の膜状部下面の少なくとも中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向する部分に、粗面加工（いわゆる梨地加工）を施すことである。前述したように、弾性変形体２０は、シリコンゴムなどを一体成型することにより形成することができるが、この成型時に、必要な粗面加工が施されるような配慮を行っておけばよい。弾性変形体２０の下面に粗面加工が施されていれば、この粗面に導電性塗料などを塗布して形成される変位導電層２６の表面も粗面になる。すなわち、容量素子を構成する一方の電極の表面が粗面になり、所定の操作力が作用すると、この粗面が中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４上に形成された絶縁層に接触するようになる。ここで、操作力を徐々に増加させてゆくと、粗面形成部の弾性変形により、粗面が徐々に平滑面へと変遷してゆき、容量素子の平均的な電極間距離が徐々に短くなってゆくことになる。
【００９０】
粗面加工を施す代わりに、弾性変形体２０の膜状部下面の少なくとも中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向する部分に、断面が波形となるような凹凸加工を施してもよい。図２０は、このような波形の凹凸加工を施した弾性変形体２０Ｂの下面図、図２１はその側断面図（各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３については、断面部分のみを示す）である。内側膜状部２１Ｂの下面は、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向する円形領域であり、この部分に同心円状に、断面が波形となるような凹凸加工が施されている。もちろん、この部分には、導電性塗料などを塗布することにより、変位導電層２６が形成されている。このような構造にしておけば、操作力を徐々に増加させてゆくと、波形の凸部分が徐々に潰れてゆき、容量素子の平均的な電極間距離が徐々に短くなってゆくことになる。
【００９１】
あるいは、弾性変形体２０の膜状部下面の少なくとも中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向する部分に、弾性材料からなる多数の接触用柱状突起を設けてもよい。図２２は、このような接触用柱状突起Ｐ４を多数形成した弾性変形体２０Ｃの下面図、図２３はその側断面図（各柱状突起Ｐ１〜Ｐ４については、断面部分のみを示す）である。この例では、接触用柱状突起Ｐ４は、３本の同心円の円周上に円周角４５°おきに８組ずつ配置されているが、その配置や数は任意でかまわない。このような構造にしておけば、操作力を徐々に増加させてゆくと、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３とともに、接触用柱状突起Ｐ４が徐々に潰れてゆき、容量素子の平均的な電極間距離が徐々に短くなってゆくことになる。
【００９２】
（３）内側電極の変形例
前述した実施形態では、スイッチ入力に関するＯＮ／ＯＦＦ状態の検出は、図１０に示されているように、物理的に分離された一対の内側電極Ｅ１５，Ｅ１６の導通状態を電気的に検出することにより行っていた。すなわち、ドーム状構造体３０が形状反転を生じ、導電性接触面３１が両内側電極Ｅ１５，Ｅ１６に同時に接触することにより、内側電極Ｅ１５，Ｅ１６が導通状態となることを、ＯＮ状態の検出に利用していた。
【００９３】
これに対して、図２４に上面図を示す基板４０Ａでは、スイッチ入力に関するＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うための内側電極の構成が若干異なっている。すなわち、図２４に示す例では、基板４０Ａの上面の中心付近に形成された円形の電極層が内側電極Ｅ１７として機能する。ここに示す実施形態では、スイッチ入力の検出処理は、内側電極Ｅ１７と仲介電極Ｅ１８とを用いて行われる。仲介電極Ｅ１８は、内側電極Ｅ１７と各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４との間に、内側電極Ｅ１７の周囲を取り囲むように配置された円環状（ワッシャ状）の電極であり、その外径は、ドーム状構造体３０の外径とほぼ等しくなるように設定されている。この実施形態では、少なくとも表面が導電性材料からなるドーム状構造体３０が用いられ、このドーム状構造体３０の底周面が仲介電極Ｅ１８に接触するように配置される。
【００９４】
図２５は、この実施形態に係る電子機器用入力装置の側断面図である（各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３については断面部分のみが示されている）。図示のとおり、ドーム状構造体３０の底周面は、円環状の仲介電極Ｅ１８の上面に接触するように配置されており、仲介電極Ｅ１８とドーム状構造体３０とは電気的に導通し、同電位になる。したがって、内側電極Ｅ１７と仲介電極Ｅ１８との間の導通状態を電気的に検出することにより、スイッチ入力としてのＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うことができる。すなわち、スイッチ入力が与えられていない状態では、内側電極Ｅ１７と仲介電極Ｅ１８とは電気的に絶縁状態にある。ところが、スイッチ入力としての押圧力Ｆｚ−が加えられると、ドーム状構造体３０の頂点付近が形状反転し、頂点付近の下面に形成された導電性接触面が内側電極Ｅ１７の上面に接触するようになり、内側電極Ｅ１７と仲介電極Ｅ１８とが、ドーム状構造体３０を介して電気的に接続され、両者は導通状態となる。
【００９５】
図１０に示す一対の内側電極Ｅ１５，Ｅ１６を用いた実施形態の場合、ドーム状構造体３０の下面に形成された導電性接触面３１が、これら一対の内側電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方に同時に接触しないとＯＮ状態の検出を行うことができない。これに対して、図２４に示す内側電極Ｅ１７と仲介電極Ｅ１８との組み合わせによる実施形態の場合、ドーム状構造体３０の下面に形成された導電性接触面３１が、内側電極Ｅ１７にさえ接触すれば、ＯＮ状態の検出を行うことができる。
【００９６】
（４）その他の変形例
以上、本発明をいくつかの実施形態について述べたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。たとえば、前述の実施形態に係る電子機器用入力装置は、Ｘ軸上に配置された２組の容量素子と、Ｙ軸上に配置された２組の容量素子と、の合計４組の容量素子を用いて、ＸＹ二次元平面上での所定方向に関する操作入力を検出する二次元力センサを構成しているが、本発明を実施する上では、必ずしも４組の容量素子を用いる必要はない。たとえば、Ｘ軸の正方向および負方向という一次元方向に関する操作入力のみを行うことができれば十分な用途に利用するのであれば、Ｘ軸上に配置された２組の容量素子のみを用いればよい。
【００９７】
上述の実施形態では、弾性変形体２０を、シリコンゴムなどの弾性材料を一体成型した構造体によって構成したが、弾性変形体２０は、必ずしも各部のすべてを弾性材料で構成する必要はない。すなわち、弾性変形体２０のうち、少なくとも膜状部の一部および柱状突起が弾性材料によって構成されていれば、前述した検出原理に基づく動作が可能になるので、たとえば、側壁部２４を金属や樹脂などの剛性材料によって構成することも可能である。もっとも、構造を単純化し、製造コストを低減させる上では、これまで述べた実施形態のように、弾性変形体２０の全体を弾性材料の一体成型品として構成するのが好ましい。
【００９８】
この弾性変形体２０の下面に形成される変位導電層２６も、導電性の層が形成できるのであれば、どのような方法で形成してもかまわない。また、変位導電層２６は、外側電極Ｅ１０に対する接触用電極としての機能と、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向する対向電極（容量素子を形成するための電極）としての機能とを果たすことを目的として形成される導電層であるので、これらの機能を果たすために必要最低限の領域に形成すれば足りる。ただ、実用上は、これまで述べた実施形態のように、弾性変形体２０の膜状部下面の所定領域（たとえば、図７にハッチングを施した領域）に、導電性塗料を塗布することにより、弾性変形体２０を形成するのが好ましい。また、上述の実施形態では、容量素子を形成する一対の電極間の絶縁層を中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４の上面に形成しているが、変位導電層２６の下面に形成してもかまわない。
【００９９】
また、これまで述べた実施形態では、基板４０上に形成された各電極に対する配線についての説明は省略したが、本発明に係る入力装置を具体的な電子機器に組み込む場合には、基板４０上の各電極と、電子機器側の情報処理装置と、の間に所定の配線を行う必要がある。基板４０として、回路実装用のプリント基板を利用すれば、このような配線も、基板４０上のプリントパターンとして形成することができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上のとおり本発明に係る電子機器用入力装置によれば、クリック感をもったスイッチ入力と、所定方向への操作量を示す操作入力と、の２系統の入力を行うことが可能な薄型の電子機器用入力装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な実施形態に係る電子機器用入力装置の分解側断面図である。
【図２】図１に示す操作盤１０の上面図である。この操作盤１０を中心で切断した側断面が図１に示されている。
【図３】図１に示す操作盤１０の下面図である。この操作盤１０を中心で切断した側断面が図１に示されている。
【図４】図１に示す弾性変形体２０の上面図である。この弾性変形体２０を中心で切断した側断面が図１に示されている。
【図５】図１に示す弾性変形体２０の下面図である。この操作盤１０を中心で切断した側断面が図１に示されている。
【図６】図６に示す弾性変形体２０の下面に形成されている各柱状突起の配置を説明するための下面図である。
【図７】図６に示す弾性変形体２０の下面に形成されている変位導電層２６を示す下面図である。
【図８】図１に示すドーム状構造体３０の上面図である。このドーム状構造体３０を中心で切断した側断面が図１に示されている。
【図９】図１に示すドーム状構造体３０の形状反転動作を説明する側断面図である。
【図１０】図１に示す基板４０の上面図である。このドーム状構造体３０を中心（ＸＺ平面）で切断した側断面が図１に示されている。
【図１１】図１０に示す基板４０の上に、ドーム状構造体３０を配置した状態を示す上面図である。
【図１２】図１に示す各構成要素を組み立てることにより構成された電子機器用入力装置の側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図１３】図１２に示す電子機器用入力装置においてスイッチ入力（クリック入力）が行われたときの状態を示す側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図１４】図１２に示す電子機器用入力装置においてＸ軸負方向への操作入力が行われたときの第１の状態を示す側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図１５】図１２に示す電子機器用入力装置においてＸ軸負方向への操作入力が行われたときの第２の状態を示す側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図１６】図１２に示す電子機器用入力装置においてＸ軸負方向への操作入力が行われたときの第３の状態を示す側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図１７】過大な力に対する保護機構を付加した変形例に用いる操作盤１０Ａおよび弾性変形体２０Ａの側断面図である。ただし、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図１８】図１７に示す弾性変形体２０Ａの上面図である。
【図１９】図１７に示す操作盤１０Ａおよび弾性変形体２０Ａを用いて構成した、過大な力に対する保護機構を付加した変形例の側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突起は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図２０】操作力の検出範囲を広げる構造を付加した変形例に用いる弾性変形体２０Ｂの下面図である。
【図２１】図２０に示す弾性変形体２０Ｂの側断面図である。ただし、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図２２】操作力の検出範囲を広げる構造を付加した別な変形例に用いる弾性変形体２０Ｃの下面図である。
【図２３】図２２に示す弾性変形体２０Ｃの側断面図である。ただし、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ４は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【図２４】内側電極の構成を変えた変形例に用いる基板４０Ａの上面図である。
【図２５】図２４に示す基板４０Ａを用いて構成した電子機器用入力装置の側断面図である。ただし、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が省略されている。
【符号の説明】
１０，１０Ａ…操作盤
１１，１１Ａ…操作部分
１２，１２Ａ…土手部分
１３，１３Ａ…外周部分
１４，１４Ａ…押圧棒
１５Ａ…溝部
１６Ａ…鍔部
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…弾性変形体
２１，２１Ａ，２１Ｂ…内側膜状部
２２，２２Ａ…円環状隆起部
２３，２３Ａ…外側膜状部
２４，２４Ａ…側壁部
２５，２５Ａ…固定脚部
２６…変位導電層
２７Ａ…中央隆起部
２８Ａ…嵌合孔
３０…ドーム状構造体
３１…導電性接触面
４０…基板
４１…固定孔部
５０…制御部材
５１…ひさし部
Ｃ１…内側同心円
Ｃ２…基準同心円
Ｃ３…外側同心円
Ｅ１０…外側電極
Ｅ１１〜Ｅ１４…中間電極
Ｅ１５〜Ｅ１７…内側電極
Ｅ１８…仲介電極
Ｆ…押圧力
Ｆｘ−，ＦＦｘ−…Ｘ軸負方向成分を含む操作力
Ｆｚ−…Ｚ軸負方向への押圧力
Ｐ１…支持用柱状突起
Ｐ２…電極用柱状突起
Ｐ３…支持用柱状突起
Ｐ４…接触用柱状突起
Ｗ…開口窓[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an input device for an electronic device, and more particularly to a switch input indicating an ON / OFF state and a predetermined direction for an electronic device that executes a predetermined process based on a predetermined program, such as a mobile phone or a game device. The present invention relates to an input device for performing an operation input indicating an operation amount.
[0002]
[Prior art]
In an electronic device such as a mobile phone or a game device, a predetermined operation input by a user is received, and a program proceeds based on the operation input. Usually, this type of operation input is often performed while looking at the cursor and other indicators displayed on the display screen, and input indicating four directions (up, down, left and right) or eight directions including diagonal is required. Is common. In order to input with such directionality, a type of device called a joystick is used. This type of device usually has a built-in two-dimensional force sensor, and separately detects the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the applied force, thereby allowing the direction and operation of the applied operation input. Will detect the amount. For example, an operation input whose X-axis direction component is +5 indicates an operation amount of 5 in the right direction, and an operation input whose Y-axis direction component is −8 indicates an operation amount of 8 in the downward direction. It will be. Of course, it is also possible to detect an operation input applied in an oblique direction by performing an operation of combining the X-axis direction component and the Y-axis direction component.
[0003]
In addition, in an electronic device such as a mobile phone or a game device, a click input is required in addition to the operation input having the direction described above. This click input is basically an input indicating a binary state of ON / OFF, but it is important to give the operator a feeling that the click operation has been performed (so-called click feeling). It is necessary to ensure a sufficient stroke and to apply a reaction force against the pressing force applied from the fingertip. As a switch suitable for ON / OFF input having such a click feeling, a switch using the elasticity of an elastic material such as rubber or metal is generally used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, an electronic device such as a mobile phone or a game device requires a switch input with a click feeling as well as an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction. Conventionally, various types of devices have been used as devices for handling such two systems of inputs. However, the demand for downsizing of electronic devices is expected to increase further in the future, and in particular, it is desired to realize a thin input device that can handle the above-described two systems of inputs.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin input device for electronic equipment that can perform two systems of input, that is, switch input having a click feeling and operation input indicating an operation amount in a predetermined direction. And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
(1) According to a first aspect of the present invention, a switch input indicating an ON / OFF state and an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction are provided to an electronic device that executes a predetermined process based on a predetermined program. In the input device to do
A plate-like substrate;
It is arranged so as to lie down near the center of the upper surface of the substrate, and when a downward pressing force of a predetermined size or more is applied to the vicinity of the vertex, the shape is inverted so that the vicinity of the vertex is elastically deformed and protrudes downward. A dome-like structure that has a property to be raised and at least a lower surface near the apex constitutes a conductive contact surface;
A film-like portion disposed so as to be substantially parallel to the upper surface of the substrate with the dome-shaped structure interposed therebetween, a side wall portion for fixing the periphery of the film-like portion to the upper surface of the substrate, and a lower surface of the film-like portion A columnar protrusion extending downward from a plurality of predetermined locations, and at least a part of the film-shaped portion and the columnar protrusion are made of an elastic material, and
An operation panel disposed on the upper surface of the elastic deformable body so that the elastic deformable body can be elastically deformed in response to an operation input or switch input;
An inner electrode disposed on the upper surface of the substrate at a position where the dome-shaped structure can contact the conductive contact surface when the shape is reversed;
An outer electrode arranged at a predetermined position of the “outer peripheral portion facing the outer peripheral portion of the operation panel” on the upper surface of the substrate;
An intermediate electrode disposed at a predetermined location on the upper surface of the substrate, "intermediate region portion located outside the region where the dome-shaped structure is disposed and inside the outer periphery facing portion";
A displacement conductive layer formed in the “region facing the intermediate electrode” and the “region facing the outer electrode” on the lower surface of the elastic deformable body, and configured so that each part is electrically at the same potential;
An insulating layer for preventing electrical contact between the intermediate electrode and the displacement conductive layer;
Provided,
When a downward switch input is applied to the operation panel, the conductive contact surface and the inner electrode come into contact with each other when the dome-shaped structure reverses its shape, and this contact state is detected electrically. The ON / OFF state can be detected by the operation, and when an operation input indicating the operation amount in a predetermined direction is applied to the operation panel, the distance between the specific portion of the film-like portion and the upper surface of the substrate approaches The columnar protrusion is deformed so that when the magnitude of the applied operation input exceeds a predetermined threshold value, a part of the displacement conductive layer is in contact with a part of the outer electrode. In addition, according to the magnitude of the applied operation input, the electrode interval of the capacitive element constituted by the intermediate electrode and the opposing portion of the displacement conductive layer is changed, and the outer electrode and the intermediate electrode are Capacitance based on the electrical characteristics between By determining the amount value, which is constituted so as to enable the detection of the applied operation amount.
[0007]
(2) According to a second aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the first aspect described above,
An electrode columnar projection formed on the lower surface of the elastic deformation body at a position facing the outer electrode and having a displacement conductive layer formed on the lower surface, and a supporting column formed at a position adjacent to the electrode columnar projection. Columnar protrusions are provided.
[0008]
(3) According to a third aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the second aspect described above,
The length of the supporting columnar protrusion is set to an appropriate length so that the supporting columnar protrusion can function to support the film-like portion with respect to the substrate in a state where no input is applied. It is a thing.
[0009]
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the input device for an electronic device according to the third aspect described above,
The length of the electrode columnar protrusion is set to be shorter than the length of the supporting columnar protrusion so that the lower end of the electrode columnar protrusion is suspended in a state where no input is applied. .
[0010]
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the electronic apparatus input device according to the second to fourth aspects described above,
The operation panel has a disk shape, and each columnar protrusion is arranged along a predetermined circumference.
[0011]
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the electronic apparatus input device according to the fifth aspect described above,
Inner concentric circles and outer concentric circles are defined on the inner and outer sides of the circumference where the electrode columnar protrusions are arranged, respectively, and a plurality of supporting columnar protrusions are arranged on the circumference of each concentric circle.
[0012]
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the input device for an electronic device according to the sixth aspect described above,
The columnar protrusions arranged on one circumference are constituted by at least eight columnar protrusions arranged at a circumferential angle of 45 °.
[0013]
(8) According to an eighth aspect of the present invention, in the input device for an electronic device according to the first to seventh aspects described above,
As a part of the elastic deformable body, a protruding portion made of an elastic material is formed on the upper surface of the film-like portion so as to contact the outer peripheral portion of the operation panel.
[0014]
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the input device for an electronic device according to the eighth aspect,
The operation panel has a disc shape, and the raised portion has an annular raised portion.
[0015]
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the ninth aspect described above,
The inner diameter of the annular raised portion is set to be smaller than the outer diameter of the operation panel, and the outer diameter of the annular raised portion is set to be larger than the outer diameter of the operation panel.
[0016]
(11) An eleventh aspect of the present invention is the electronic device input device according to the first to tenth aspects described above,
The elastic deformable body is constituted by an integrally molded rubber.
[0017]
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the electronic apparatus input device according to the eleventh aspect described above,
The displacement conductive layer is constituted by a layer made of a conductive paint applied to the surface of an integrally molded rubber.
[0018]
(13) According to a thirteenth aspect of the present invention, in the input device for an electronic device according to the second to seventh aspects described above,
The displacement conductive layer is constituted by a physically single conductive layer with the arrangement position of the columnar protrusions for electrodes as an extended portion.
[0019]
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the input device for an electronic device according to the first to thirteenth aspects,
The dome-shaped structure does not reverse the shape with respect to the vertical downward pressing force applied as a switch input, and does not cause the shape reverse with respect to the diagonal downward pressing force applied as an operation input. It has a deformation characteristic.
[0020]
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the first to fourteenth aspects described above,
The operation panel is made of a rigid material.
[0021]
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the electronic apparatus input device according to the fifteenth aspect,
A pressing rod for applying a pressing force near the apex of the dome-shaped structure is provided at the center of the lower surface of the operation panel.
[0022]
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the sixteenth aspect described above,
A fitting hole that fits with the pressing rod is provided near the center of the upper surface of the film-like portion of the elastic deformable body, and the pressing rod is fitted into the fitting hole so that the friction between the inner surface of the fitting hole and the outer surface of the pressing rod. The connection state between the elastic deformable body and the operation panel is maintained by the force.
[0023]
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the first to seventeenth aspects described above,
A hook part protruding outward from the outer periphery of the bottom surface of the operation panel is provided, and an eaves part that restricts the displacement of the operation panel is fixed on the substrate by contacting the hook part.
[0024]
(19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the electronic apparatus input device according to the first to eighteenth aspects described above,
The inner electrode is composed of a pair of physically separated electrodes, and the ON / OFF state can be detected by electrically detecting the conduction state between the pair of electrodes. is there.
[0025]
(20) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the first to eighteenth aspects described above,
The inner electrode is constituted by an electrode layer formed in the vicinity of the center of the upper surface of the substrate, and a mediating electrode arranged so as to surround the inner electrode is provided between the inner electrode and the intermediate electrode,
ON by disposing at least the dome-shaped structure whose surface is made of a conductive material so that its bottom peripheral surface is in contact with the mediating electrode, and electrically detecting the conduction state between the mediating electrode and the inner electrode. / OFF state can be detected.
[0026]
(21) According to a twenty-first aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the first to twentieth aspects described above,
The operation panel has a disk shape, and the outer electrode is constituted by an annular electrode disposed at a position facing the outer circumference of the operation panel.
[0027]
(22) According to a twenty-second aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the first to twenty-first aspects described above,
When the XYZ three-dimensional coordinate system is defined so that the origin is at the center position of the upper surface of the substrate and the upper surface of the substrate is included in the XY plane, the X-axis positive region, the X-axis negative region, the Y-axis positive region, An intermediate electrode is constituted by four electrodes respectively arranged in the negative axis region,
A first capacitive element is formed by the intermediate electrode disposed in the X-axis positive region and a part of the displacement conductive layer facing the intermediate electrode, and the intermediate electrode disposed in the X-axis negative region and the displacement opposed thereto. A second capacitive element is formed by a part of the conductive layer, and a third capacitive element is formed by the intermediate electrode arranged in the positive region of the Y axis and a part of the displaced conductive layer opposite to the intermediate electrode. A fourth capacitive element is formed by the intermediate electrode disposed in the negative axis region and a part of the displacement conductive layer facing the intermediate electrode;
Based on the difference between the capacitance value of the first capacitive element and the capacitance value of the second capacitive element, an operation amount in the positive or negative direction of the X axis is detected, and the electrostatic capacitance of the third capacitive element is detected. The operation amount in the positive or negative direction of the Y axis can be detected based on the difference between the capacitance value and the capacitance value of the fourth capacitance element.
[0028]
(23) According to a twenty-third aspect of the present invention, in the input device for electronic equipment according to the first to twenty-second aspects described above,
A surface roughening is performed on at least a portion of the lower surface of the elastic deformation body facing the intermediate electrode.
[0029]
(24) According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the electronic apparatus input device according to the first to twenty-second aspects described above,
The concave-convex processing is performed so that the cross section has a corrugated shape on at least a portion of the lower surface of the elastic deformation body facing the intermediate electrode.
[0030]
(25) According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the electronic apparatus input device according to the first to twenty-second aspects described above,
Contact columnar protrusions are provided on at least a portion facing the intermediate electrode on the lower surface of the film-like portion of the elastic deformable body.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[0032]
§1. Basic structure of input device for electronic equipment according to the present invention
First, the basic structure of an electronic device input device according to a basic embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an exploded side sectional view showing each component by disassembling the electronic device input device. As shown in the figure, this electronic device input device is constituted by an operation panel 10, an elastic deformable body 20, a dome-shaped structure 30, and a substrate 40. Actually, this input device is configured by disposing the dome-shaped structure 30 on the substrate 40, covering it with the elastic deformation body 20, and further attaching the operation panel 10 thereon. . This input device is suitable for use as an input device for an electronic device that executes a predetermined process based on a predetermined program, such as a mobile phone or a game device, and includes a switch input indicating an ON / OFF state and a predetermined input An operation input indicating the operation amount in the direction can be performed.
[0033]
The operation panel 10 is disposed on the upper surface of the elastic deformable body 20 and has a function of transmitting the force applied based on the operation of the operator to the elastic deformable body 20 and causing the elastic deformable body 20 to be elastically deformed. ing. FIG. 2 is a top view of the operation panel 10 and FIG. 3 is a bottom view of the operation panel 10. As shown in the figure, the operation panel 10 has a disk shape as a whole, and in this embodiment, the operation panel 10 is made of a resin such as plastic. As described above, the operation panel 10 may have any shape as long as it can perform a function of transmitting force to the elastic deformable body 20, but in order to input operation amounts related to various directions. A disk shape is suitable. Moreover, in order to transmit an operator's operation to the elastic deformation body 20 reliably, it is preferable to comprise with rigid materials, such as resin and a metal. In the case of the illustrated embodiment, the operation panel 10 is composed of three parts, that is, an operation part 11, a bank part 12, and an outer peripheral part 13, as shown in FIG. A cylindrical pressing rod 14 protrudes from the bottom. The operation portion 11 is a smooth hollow portion formed inside the bank portion 12 so as to fit the operator's finger, and the outer peripheral portion 13 is a tapered portion formed outside the bank portion 12. Further, as will be described later, the pressing bar 14 is for effectively performing switch input indicating the ON / OFF state, and is vertically below the operator from the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 30. It fulfills the function of effectively transmitting the directed force.
[0034]
In the case of this embodiment, the elastic deformable body 20 is constituted by an integrally molded silicon rubber. FIG. 4 is a top view of the elastic deformable body 20, and FIG. 5 is a bottom view of the elastic deformable body 20. As shown in the figure, the elastic deformable body 20 has a substantially square shape in plan view. As shown in the side sectional view of FIG. 1, the basic components are an inner membrane portion 21, an annular ridge portion 22, an outer membrane portion 23, a side wall portion 24, a fixed leg portion 25, and a columnar protrusion P1. ~ P3. As shown in FIG. 4, the inner membrane portion 21 and the outer membrane portion 23 are membrane-like structures that form the entire square upper surface of the elastic deformable body 20, but here, for convenience of explanation. The inner portion of the annular ridge 22 will be referred to as the inner membrane portion 21 and the outer portion will be referred to as the outer membrane portion 23. The film-like parts 21 and 23 are arranged so as to be substantially parallel to the upper surface of the substrate 40 with the dome-like structure 30 interposed therebetween. The annular raised portion 22 is an annular raised portion formed on the upper surface of the membrane-like portion, and the upper surface portion of the inner membrane-like portion 21 is surrounded by the annular raised portion 22. . In this embodiment, the annular raised portion 22 is a so-called washer-like structure having a rectangular cross section, which can efficiently receive the force from the operation panel 10 disposed on the upper surface thereof. It is consideration to make it.
[0035]
On the other hand, the side wall portion 24 functions to fix the periphery of the outer membrane portion 23 to the upper surface of the substrate 40. The square film-shaped portions 21 and 23 are supported by the side wall portions 24 at the four sides, and are kept substantially parallel to the upper surface of the substrate 40. As shown in the bottom view of FIG. 5, cylindrical fixed leg portions 25 extend downward at the four corners of the bottom surface of the elastic deformable body 20. The four fixed leg portions 25 are inserted into fixed hole portions 41 (see FIG. 1) formed at four positions on the upper surface of the substrate 40. Thus, the elastic deformable body 20 is fixed at a predetermined position on the substrate 40.
[0036]
Further, as shown in FIG. 5, a large number of columnar protrusions P 1 to P 3 extending downward are formed on the lower surfaces of the film-like portions 21 and 23. FIG. 6 is a view in which concentric circles indicated by alternate long and short dash lines are added to the bottom view of FIG. 5 in order to clarify the positions of the columnar protrusions P1 to P3. As illustrated, if three concentric circles C1, C2, and C3 are defined around the center point of the elastic deformable body 20, the columnar protrusions P1 to P3 are arranged on the circumference of any one of the concentric circles. I understand that. That is, a total of eight columnar projections P1 are arranged on the circumference of the inner concentric circle C1 at intervals of 45 °, and the columnar projections P2 are arranged on the circumference of the reference concentric circle C2 at intervals of 22.5 °. A total of 16 columnar protrusions P3 are arranged on the circumference of the outer concentric circle C3, and a total of eight columnar projections P3 are arranged at intervals of 45 °.
[0037]
The side shape of each of the columnar protrusions P1 to P3 is clearly shown in the side sectional view of FIG. In the side sectional view of FIG. 1, only the pillar-shaped protrusions P1 to P3 that are located on the cut surface are drawn in order to avoid complication of the drawing. As shown in the bottom view, a larger number of columnar protrusions extend downward from the lower surface of the film-like portion. Here, as shown in FIG. 1, the length of the columnar protrusion P2 is set shorter than the length of the columnar protrusions P1 and P3. This is because the columnar protrusions P1 and P3 and the columnar protrusion P2 are set. This is because there are differences in the main functions. That is, the main functions of the columnar protrusions P1 and P3 are that the inner membrane portion 21 and the outer membrane portion 23 are placed on the upper surface of the substrate 40 in a state where no input from the operator is applied to the operation panel 10. The length of the columnar protrusions P1 and P3 is set to a length suitable for performing such a supporting function (in the example shown, the length of the columnar protrusion P1 is The length is slightly shorter than the length of the columnar protrusion P3 because the thickness of the electrode formed on the substrate 40 is taken into account as will be described later.) Focusing on such a function, here, the columnar protrusions P1 and P3 are referred to as “supporting columnar protrusions”.
[0038]
On the other hand, the main function of the columnar protrusion P2 is a function of causing a change in the electrically conductive state by contacting an electrode formed on the upper surface side of the substrate 40, as will be described later. Therefore, here, this columnar protrusion P2 is referred to as an “electrode columnar protrusion”. The length of the electrode columnar protrusion P2 is set to be shorter than the length of the support columnar protrusions P1 and P3 when the input from the operator does not act on the operation panel 10 for the electrode. This is because the lower end of the columnar protrusion P2 is suspended so as not to be in physical contact with the electrode formed on the upper surface of the substrate 40.
[0039]
Further, the supporting columnar protrusions P1 and P3 and the electrode columnar protrusion P2 are different not only in length but also in side surface shape. That is, the lower ends of the supporting columnar protrusions P1 and P3 are slightly rounded, whereas the electrode columnar protrusion P2 is a disk-shaped protrusion whose lower end is a flat surface. Such a difference in shape is also based on the difference in function described above, and the lower end portions of the supporting columnar protrusions P1 and P3 are in a shape suitable for contacting and supporting the upper surface of the substrate 40, The lower end portion of the electrode columnar protrusion P2 is in contact with the electrode formed on the upper surface of the substrate 40, and has a shape suitable for ensuring an electrically conductive state.
[0040]
When the operation panel 10 is configured by a disk-like rigid member as in the embodiment shown here, it is considered that the force applied by the operator is transmitted along a concentric circle with the central axis of the operation panel 10 as the center. As shown in FIGS. 5 and 6, it is preferable that the columnar protrusions P1 to P3 are also arranged along a predetermined circumference. Particularly, in the case of the illustrated embodiment, when an operation input indicating a predetermined direction is applied to the operation panel 10, the applied force is transmitted from the peripheral portion of the operation panel 10 to the annular ridge 22. The Therefore, here, the reference concentric circle C2 shown in FIG. 6 is a circle corresponding to the center position of the annular ridge portion 22, and the electrode columnar protrusion P2 is located at a predetermined position (16 locations directly below the annular ridge portion 22). Further, an inner concentric circle C1 is defined inside the reference concentric circle C2, a supporting columnar protrusion P1 is disposed on the circumference thereof, and an outer concentric circle C3 is defined outside the reference concentric circle C2. Supporting columnar protrusions P3 are arranged on the circumference.
[0041]
In addition, depending on the electronic device, there are many cases in which operation inputs in a total of 8 directions including diagonal directions are required in addition to the 4 directions of up, down, left, and right, so that operation inputs in these 8 directions are added. Assuming that the columnar protrusions arranged on each circumference are preferably constituted by at least eight columnar protrusions arranged at intervals of 45 ° of the circumferential angle. In the case of the illustrated embodiment, a total of eight supporting columnar protrusions P1 and P3 arranged on the inner concentric circle C1 and the outer concentric circle C3 are arranged every 45 ° circumferential angle, but the reference concentric circle C2 The number of the columnar protrusions P2 for electrodes arranged on the upper side is further increased in order to ensure reliable contact with the electrodes on the substrate 40 side, and a total of 16 pieces are arranged at intervals of 22.5 °. .
[0042]
Another important component as a component of the elastic deformable body 20 is a displacement conductive layer 26 formed in a predetermined region on the lower surface of the film-like portion. FIG. 7 is a bottom view of the elastic deformable body 20 for showing a region where the displacement conductive layer 26 is formed. A displacement conductive layer 26 is formed in a circled area in the figure. As described above, a large number of columnar protrusions are formed on the lower surface of the elastic deformable body 20, but the displacement conductive layer 26 is formed on the lower surface of the elastic deformable body 20 including the surface of these columnar protrusions. Yes. Accordingly, the displacement conductive layer 26 is also formed on the surface portions of the supporting columnar protrusions P1 and the electrode columnar protrusions P2 located in the hatched region in FIG. Specifically, the displacement conductive layer 26 can be constituted by a layer made of a conductive material applied to the lower surface of the elastic deformable body 20. As described above, in this embodiment, the elastic deformable body 20 is composed of integrally molded silicon rubber. Therefore, after the structure as shown in the figure including the columnar protrusion is integrally molded with silicon rubber, the bottom surface thereof is formed. If the conductive paint is applied to a part of the region (the region within the circle hatched in FIG. 7) and dried, the displacement conductive layer 26 can be formed. Since the thickness of the displacement conductive layer 26 is smaller than the thickness of each part of the elastic deformable body 20, the displacement conductive layer 26 is not shown in the side sectional view.
[0043]
On the other hand, the dome-shaped structure 30 is a structure having a shape of a concealed cup as shown in the side sectional view of FIG. 1, and is disposed so as to be concealed near the center of the upper surface of the substrate 40. FIG. 8 is a top view of the dome-shaped structure 30. The shape of the dome-shaped structure 30 is not particularly limited, but if the dome-shaped structure 30 having a circular planar shape is used as shown in the figure, the operation input in each direction can be smoothly performed. Is preferable. In addition, the dome-shaped structure 30 has a property that when a downward pressing force of a predetermined size or more is applied to the vicinity of the apex, the shape is inverted so that the vicinity of the apex is elastically deformed and protrudes downward. have. FIG. 9 is a side sectional view showing such a shape inversion state. FIG. 9 (a) shows a state where no external force is applied, and FIG. 9 (b) shows that a downward pressing force F is applied to the vicinity of the apex, and the apex is elastically deformed and protrudes downward. A state in which such shape reversal has occurred is shown. Of course, this shape reversal is elastic deformation, so when the pressing force F disappears, the dome-shaped structure 30 returns to the state shown in FIG.
[0044]
The shape inversion of the dome-shaped structure 30 is used for switch input by the operator. For this reason, at least the lower surface portion near the apex of the dome-shaped structure 30 needs to constitute the conductive contact surface 31. That is, as shown in FIG. 9B, when the shape inversion near the apex causes the conductive contact surface 31 to come into contact with the electrode provided on the substrate 40 side, switch input is detected. It becomes like this. In the present embodiment, a metal dome is used as the dome-shaped structure 30. In general, if a dome-shaped structure is formed of a metal material, the shape inversion as described above occurs, and a dome having a conductive contact surface 31 can be realized. However, the dome-shaped structure 30 is not necessarily made of metal. do not have to. For example, the conductive contact surface 31 may be realized by creating a dome-shaped structure with a resin or the like and forming a conductive material film near the center of the lower surface thereof.
[0045]
Next, the configuration of the substrate 40 will be described. The basic functions of the substrate 40 are a function of mounting and supporting each of the above-described components and a function of providing a reference surface for forming each electrode. FIG. 10 shows a top view of the substrate 40. The four fixing holes 41 shown in the figure are holes dug in the upper surface of the substrate 40 in order to insert the fixing legs 25 of the elastic deformable body 20 as described above.
[0046]
Electrodes E10 to E16 as shown are formed on the upper surface of the substrate 40. The outermost electrode E 10 formed on the outermost side is formed on the outer periphery facing portion (the portion on the upper surface of the substrate obtained by projecting the outer contour line of the operation panel 10 on the substrate 40) facing the outer periphery of the operation panel 10. In the case of this embodiment, since the operation panel 10 has a disk shape, the outer periphery facing portion facing the outer periphery circle also becomes a circular portion, and the outer electrode E10 faces the outer periphery circle of the operation panel 10 as illustrated. It is an annular (washer-like) electrode arranged at a position. In other words, the outer electrode E10 is an annular electrode disposed at a position facing the reference concentric circle C2 shown in FIG. 6, and is disposed immediately below the electrode columnar protrusion P2. The role of the outer electrode E10 is the displacement formed on the lower surface of the electrode columnar protrusion P2 when an operation input in a predetermined direction is applied to the operation panel 10 from the operator and the elastic deformable body 20 is deformed. The contact with the conductive layer 26 is to detect that the applied operation input is greater than or equal to a predetermined magnitude. Therefore, in principle, the outer electrode E10 may be configured by 16 sets of island-shaped electrodes respectively formed at positions opposed to the 16 electrode columnar protrusions P2. However, considering the convenience of wiring, in practice, it is more efficient to configure the outer electrode E10 with an annular electrode like the illustrated example.
[0047]
Four intermediate electrodes E11 to E14 are arranged inside the outer electrode E10. These intermediate electrodes E11 to E14 are all fan-shaped electrodes, and are arranged at positions suitable for detecting an operation input having a direction applied by an operator. That is, the origin O at the center position of the upper surface of the substrate 40 shown in FIG. 10, the X axis in the right direction of the drawing, the Y axis in the upper direction of the drawing, and the XYZ three-dimensional coordinate system so that the upper surface of the substrate is included in the XY plane. Is defined, the intermediate electrode E11 is formed in the X-axis positive region, the intermediate electrode E12 is formed in the X-axis negative region, the intermediate electrode E13 is formed in the Y-axis positive region, and the intermediate electrode E14 is formed in the Y-axis negative region. become. The role of each of the intermediate electrodes E11 to E14 is to form a capacitive element by the displacement conductive layer 26 positioned above the intermediate electrodes E11 to E14. That is, as shown by hatching in FIG. 7, a displacement conductive layer 26 is formed on the lower surface of the film-like portion of the elastic deformable body 20, and each of the intermediate electrodes E11 to E14 and the displacement conductivity opposite thereto are formed. A total of four capacitor elements are formed by each part of the layer 26. Specifically, the first capacitor element is formed by the intermediate electrode E11 disposed in the X-axis positive region and a part of the displacement conductive layer 26 facing the intermediate electrode E11, and the intermediate capacitor disposed in the X-axis negative region. A second capacitive element is formed by the electrode E12 and a part of the displacement conductive layer 26 opposite to the electrode E12, and the intermediate electrode E13 disposed in the Y-axis positive region and a part of the displacement conductive layer 26 opposite to the intermediate electrode E13. Thus, the third capacitor element is formed, and the fourth capacitor element is formed by the intermediate electrode E14 disposed in the negative Y-axis region and a part of the displacement conductive layer 26 facing the intermediate electrode E14.
[0048]
In FIG. 10, two inner electrodes E15 and E16 are formed further inside these intermediate electrodes E11 to E14, that is, near the center of the substrate 40. The role of the pair of inner electrodes E15 and E16 is to detect a switch input applied by the operator to the operation panel 10, that is, a vertical downward pressing force. As shown in FIG. 9B, when a downward pressing force F is applied to the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 30, the dome-shaped structure 30 is inverted in shape, but the inner electrodes E15, At this time, E16 has a shape suitable for contacting the conductive contact surface 31 on the lower surface of the dome-shaped structure 30. In the case of the illustrated embodiment, the inner electrodes E15 and E16 both have an outer shape that fits within a predetermined circular region and has an “E” shape. This is because the shape is suitable for causing a change in the electrical contact state between the two electrodes based on the shape reversal of the shaped structure 30.
[0049]
FIG. 11 is a top view showing a state in which the dome-like structure 30 shown in FIG. 8 is arranged at the center of the top surface of the substrate 40 shown in FIG. Actually, the dome-shaped structure 30 is fixed to the upper surface of the substrate 40 by using an adhesive or an adhesive tape. Here, the diameter of the outer circle of the inner electrodes E15 and E16 is designed to be slightly smaller than the inner diameter of the bottom surface of the dome-shaped structure 30, and when the dome-shaped structure 30 is placed on the center of the substrate 40, It is considered that the inner electrodes E15, E16 and the dome-shaped structure 30 do not contact each other. In other words, the mouth portion at the bottom of the dome-shaped structure 30 is disposed between the outer peripheral portions of the inner electrodes E15 and E16 and the inner peripheral portions of the intermediate electrodes E11 to E14. Therefore, as long as the dome-shaped structure 30 maintains the normal state, the inner electrode E15, the inner electrode E16, and the dome-shaped structure 30 are all in an electrically non-contact state. However, when a downward pressing force F is applied from the operator, the dome-shaped structure 30 undergoes shape reversal as shown in FIG. 9 (b), and the conductive contact surface 31 has the inner electrode E15 and the inner electrode E16. And the inner electrode E15 and the inner electrode E16 become conductive. As described above, the inner electrodes E15 and E16 are composed of a pair of physically separated electrodes, but the inner electrodes E15 and E16 are electrically connected to each other when the conductive contact surface 31 is in contact with both at the same time. become. Eventually, by electrically detecting the conduction state between the pair of inner electrodes E15 and E16, it is possible to detect the ON / OFF state relating to the switch input of the operator.
[0050]
As described above, on the upper surface of the substrate 40, three types of electrodes, that is, the outer electrode E10, the intermediate electrodes E11 to E14, and the inner electrodes E15 and E16, are formed. It will be arranged in such a position. First, the inner electrodes E15 and E16 are arranged at positions where they can come into contact with the conductive contact surface 31 formed on the lower surface near the apex when the dome-shaped structure 30 undergoes shape reversal. E10 is arranged at the outer peripheral facing portion (the portion facing the reference concentric circle C2 in FIG. 6) on the substrate 40 facing the outer peripheral portion of the operation panel 10. On the other hand, the intermediate electrodes E 11 to E 14 are arranged at predetermined locations on the upper surface of the substrate 40, “intermediate area portion located outside the arrangement area of the dome-shaped structure 30 and inside the outer peripheral facing portion”. In the present embodiment, the substrate 40 is configured by a printed circuit board for mounting an electronic circuit, and each electrode is configured by a printed pattern such as copper formed on the printed circuit board. Thus, if the board 40 is formed of a circuit printed board, various wirings can be applied on the board 40 by a printed pattern, which is practically convenient.
[0051]
The displacement conductive layer 26 shown by hatching in FIG. 7 is a single conductive layer formed on the lower surface side of the elastic deformable body 20, and is important in cooperation with each electrode on the substrate 40 described above. Will serve the function. That is, the portion of the displacement conductive layer 26 formed on the lower surface of the electrode columnar protrusion P2 is in contact with the outer electrode E10 on the substrate 40 side, so that the displacement conductive layer 26 has the same potential as the outer electrode E10. The portion of the displacement conductive layer 26 facing the intermediate electrodes E11 to E14 functions to form a capacitive element together with the intermediate electrodes E11 to E14. Therefore, in principle, the first conductive layer formed in the “region facing the outer electrode E10” on the lower surface of the elastic deformation body 20 and the “intermediate electrodes E11 to E14 on the lower surface of the elastic deformation body 20”. If the displacement conductive layer is constituted by the second conductive layer formed in the “region” and wiring is provided so that the first conductive layer and the second conductive layer have the same electric potential. Good. However, in practice, as shown in FIG. 7 with hatching, if the displacement conductive layer 26 is configured by a physically single conductive layer with the location where the electrode columnar protrusions P2 are disposed as an extended portion, The displacement conductive layer 26 can be realized by a simple conductive pattern, which is preferable.
[0052]
Although not shown in the drawing, each of the intermediate electrodes E11 to E14 is covered with an insulating layer, and even if a part of the displacement conductive layer 26 on the elastic deformation body 20 side is in contact with the upper surface, The intermediate electrodes E11 to E14 and the displacement conductive layer 26 are not electrically connected. This is a consideration for causing each of the intermediate electrodes E11 to E14 not to function as a contact electrode but to function as one of the electrodes constituting the capacitive element. On the other hand, the inner electrodes E15 and E16 have their conductive surfaces exposed so as to be in electrical contact with the conductive contact surface 31 due to the shape reversal of the dome-shaped structure 30, and the outer electrodes E10. The conductive surface is exposed so as to be in electrical contact with a part of the displacement conductive layer 26 formed on the lower surface of the electrode columnar protrusion P2.
[0053]
The details of the structure of each component shown in FIG. 1 have been described above, but an actual electronic device input device is configured by stacking these components. That is, the dome-shaped structure 30 is placed at the center of the substrate 40, and the elastic deformable body 20 is placed so as to cover it (fixed by inserting the fixed leg portion 25 into the fixed hole portion 41), and on it. By bonding the operation panel 10, an electronic device input device is formed as shown in the side sectional view of FIG. 12 (the dome-shaped structure 30 shows a side surface, not a cross section).
[0054]
§2. Basic operation of electronic device input device according to the present invention
Next, the basic operation of the electronic device input device shown in FIG. 12 will be described. Here, for the sake of convenience, as shown in FIG. 10 or FIG. 11, the origin O is at the center of the upper surface of the substrate 40, the X axis is in the right direction of the drawing, the Y axis is in the upward direction of the drawing, and the upper surface of the substrate is included in the XY plane. The following description will be given by defining an XYZ three-dimensional coordinate system. In FIG. 12, the X axis is defined in the right direction of the figure, the Z axis is defined in the upward direction of the figure, and the Y axis is defined in the direction perpendicular to the drawing sheet.
[0055]
As described above, the input device according to the present invention includes, for any electronic device, a switch input indicating an ON / OFF state (so-called click input) and an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction. It is a device for performing. Here, the operator performs these inputs to the operation panel 10. Basically, when performing switch input, the operator applies a finger to the central portion of the operation panel 10 and moves downward (Z In the case of performing an operation of pushing in the negative axis direction and performing an operation input in a predetermined direction, an operation of pushing the operation panel 10 obliquely downward is performed.
[0056]
FIG. 13 is a side sectional view (a side view of the dome-shaped structure 30) showing a deformed state of each part when an operator performs switch input. When a downward pressing force (referred to as Fz− in the sense of a force in the negative direction of the Z axis) is applied to the operation panel 10, the pressing rod 14 is displaced downward by the pressing force Fz−. A downward force is applied to the apex portion of the dome-shaped structure 30 through the inner membrane portion 21. The dome-shaped structure 30 has a property that when a downward pressing force of a predetermined size or more is applied to the vicinity of the apex, the shape is inverted so that the vicinity of the apex is elastically deformed and protrudes downward. Therefore, when the magnitude of the pressing force Fz− exceeds a predetermined critical value, as shown in the drawing, the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 30 causes a shape reversal. That is, when the operator gradually increases the downward pressing force Fz−, the dome-shaped structure 30 is abruptly collapsed to the state shown in the figure, and a click feeling is transmitted to the fingertip of the operator. At this time, the supporting columnar protrusions P1 and P3 made of an elastic material are elastically deformed and slightly crushed in the vertical direction. However, the electrode columnar protrusion P2 remains suspended.
[0057]
Thus, when the dome-shaped structure 30 undergoes shape reversal, the conductive contact surface 31 on the lower surface of the dome-shaped structure 30 is in contact with both the inner electrodes E15 and E16 shown in FIG. Therefore, the inner electrode E15 and the inner electrode E16 become conductive. When the operator stops the pressing operation, the dome-shaped structure 30 returns to the original state, and the apparatus returns to the state shown in FIG. In this state, the inner electrode E15 and the inner electrode E16 are insulated. Eventually, by detecting the electrical connection state between the inner electrode E15 and the inner electrode E16, it becomes possible to detect the switch input indicating the ON / OFF state, and so-called click input can be detected.
[0058]
Next, consider a case where an operator performs an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction. Such an operation input is usually given as an input indicating operation amounts in four directions including up, down, left, and right, or eight directions including oblique directions. In the embodiment shown here, a total of four sets of capacitive elements are formed by the four intermediate electrodes E11 to E14 (the upper surface is covered with an insulating layer) shown in FIG. 10 and the displacement conductive layer 26 facing the intermediate electrodes E11 to E14. The operation amount in each direction can be detected based on the capacitance values of these four capacitive elements.
[0059]
For example, suppose that the operator performs an operation to apply an obliquely downward force including a force in the negative X-axis direction to the operation panel 10. Here, the force applied by such an operation will be referred to as Fx−. In FIG. 14, the operator applies such an operation force Fx− (not necessarily applied to the center position of the operation panel 10, but is actually applied to a portion slightly displaced to the left as illustrated). It is a sectional side view (a side view about the dome-shaped structure 30) which shows the deformation | transformation state of each part at the time. Since the operating force Fx− is a force component obliquely downward, it also includes a downward force component (Z-axis negative direction component) in the figure, but this downward force component is the click described above. Since it is smaller than the pressing force Fz− due to the operation, the dome-shaped structure 30 is not applied with a force sufficient to reverse the shape. Therefore, the operation panel 10 is inclined so that the left side is lowered and the right side is raised in FIG. In other words, the dome-shaped structure 30 causes a shape reversal with respect to a vertically downward pressing force applied as a switch input, and a diagonally downward pressing force applied as an operation input in a predetermined direction. In contrast, a structure having a deformation characteristic that does not cause shape reversal may be used. Note that the same phenomenon occurs when a vertically downward operating force FFx− is applied to a position in the vicinity of the left end of the operation panel 10 in place of the diagonally downward operating force Fx− shown in FIG. 14. In the present invention, when “operation input indicating the operation amount in the negative direction of the X axis” is referred to, not only the operation input obliquely downward as the operation force Fx−, but also the operation force FFx− The operation input includes pushing the position displaced in the negative axis direction vertically downward, and the operation force FFx− is an operation input equivalent to the operation force Fx−.
[0060]
As shown in FIG. 14, when an operation force Fx− (or FFx−, the same applies hereinafter) for tilting the operation panel 10 to the left is applied, the supporting columnar protrusions P1 and P3 in the left half of the figure are elastic. It will be deformed and crushed in the vertical direction. On the other hand, the supporting columnar protrusions P1 and P3 in the right half of the figure are in a state of being lifted from the upper surface of the substrate 40 as shown in the figure. Eventually, when an operating force Fx− of a certain level or more is applied, as shown in FIG. 14, the lower end surface (displacement conductive layer) of the electrode columnar protrusion P2 at the left end of the figure is in contact with the outer electrode E10. Thus, the entire displacement conductive layer 26 has the same potential as that of the outer electrode E10. If the operating force Fx− is further increased from this state, as shown in FIG. 15, the supporting columnar protrusions P1 and P3 in the left half of the figure are further elastically deformed so as to be further crushed, and the electrode columnar protrusions P2 is also elastically deformed and crushed. Finally, as shown in FIG. 16, the supporting columnar protrusions P1 and P3 and the electrode columnar protrusion P2 on the left side of the drawing are completely crushed. As already described, since the surfaces of the intermediate electrodes E11 to E14 are all covered with an insulating layer, as shown in FIG. 16, even if the displacement conductive layer 26 is in close contact with the intermediate electrode E12 side, Since the insulating layer is interposed between the two electrodes, it still functions as a capacitor element.
[0061]
Here, when the state shown in FIG. 12 is changed to the state shown in FIG. 14, FIG. 15, and FIG. 16, the capacitance formed by each of the intermediate electrodes E11 to E14 and the displacement conductive layer 26 facing the intermediate electrodes E11 to E14. Considering how the capacitance value of the element changes, in the second capacitor element constituted by the intermediate electrode E12 shown on the left side of the figure and the displacement conductive layer 26 facing the intermediate electrode E12, the electrode interval is The capacitance value gradually increases, whereas the capacitance value gradually increases. On the other hand, the second electrode is constituted by the intermediate electrode E11 shown on the right side of the figure and the displacement conductive layer 26 facing the intermediate electrode E11. It can be seen that in the capacitive element 1, the capacitance value gradually decreases because the electrode interval gradually increases. Therefore, if the difference between the capacitance value of the first capacitance element arranged on the X axis and the capacitance value of the second capacitance element is obtained, this difference indicates the magnitude of the operating force Fx−. become. On the contrary, when the operation force Fx + in the positive direction of the X axis is applied, the operation panel 10 is inclined to the right side, so that the relationship of increase / decrease in the electrode interval is reversed, and the first capacitance is also reversed. The magnitude of the operating force Fx + is indicated by the difference between the capacitance value of the element and the capacitance value of the second capacitance element. In short, the absolute value of the difference between the capacitance value of the first capacitive element arranged on the X axis and the capacitance value of the second capacitive element is added as the operating forces Fx− and Fx + in the X axis direction. The sign indicates the direction of the added operation amount (X-axis positive direction or negative direction).
[0062]
If the difference between the capacitance value of the third capacitive element arranged on the Y axis and the capacitance value of the fourth capacitive element is obtained based on the same principle, the absolute value of this difference can be expressed as Y axis. The magnitude of the operation amount applied as the direction operation force Fy−, Fy + is indicated, and the sign indicates the direction of the added operation amount (whether the Y axis is positive or negative).
[0063]
Note that when only the operation force in the X-axis direction is applied, the operation panel 10 is inclined only in the X-axis direction and not in the Y-axis direction. Accordingly, the third capacitor element (capacitor element constituted by the intermediate electrode E13 and the displacement conductive layer 26) and the fourth capacitor element (intermediate electrode E14 and the displacement conductive layer 26) arranged on the Y axis are formed. The electrode interval of the capacitive element) increases partly and decreases partly, and the capacitance value of the entire capacitive element does not change. Similarly, when only the operation force in the Y-axis direction is applied, the operation panel 10 is inclined only in the Y-axis direction and not in the X-axis direction. Accordingly, the first capacitor element (capacitor element constituted by the intermediate electrode E11 and the displacement conductive layer 26) and the second capacitor element (intermediate electrode E12 and the displacement conductive layer 26) arranged on the X axis are formed. The electrode interval of the capacitive element) increases partly and decreases partly, and the capacitance value of the entire capacitive element does not change. Eventually, only the operation amount in the X-axis direction can be detected by the first capacitor element and the second capacitor element, and only the operation amount in the Y-axis direction can be detected by the third capacitor element and the fourth capacitor element. The operation amount component in each axial direction can be detected separately and independently.
[0064]
The operation amount related to the X-axis direction or the Y-axis direction is an operation amount that can be input by the operator by tilting the operation panel 10 in four directions, up, down, left, and right, but by performing predetermined calculation processing, It is also possible to detect the operation amount for a larger number of directions. For example, the operation amount in a total of eight directions including the oblique 45 ° direction can be obtained as a composite component of the operation amount in the X axis direction and the operation amount in the Y axis direction. Specifically, for example, when the operation amount x in the X-axis direction and the operation amount y in the Y-axis direction are obtained, the route (x²+ Y²) Can be handled as acting on an oblique 45 ° direction (which direction can be determined by a combination of the signs of the operation amounts x and y).
[0065]
In this manner, by measuring the capacitance values of the four sets of capacitive elements, in principle, it becomes possible to detect an operation amount input in an arbitrary direction. In the present invention, such an operation amount is detected. The device is designed to prevent the detected value from being inadvertently output. In the case of an input device using the elastic deformable body 20, even if a slight force is applied to the operation panel 10, the elastic deformable body 20 is elastically deformed, and the capacitance value of each capacitive element is changed. For example, FIG. 13 shows a state in which a pressing force Fz− is applied downward in the figure in order for the operator to perform a click operation. In this way, when only the downward pressing force Fz− is applied, the capacitance values of the four capacitive elements change equally, so if the above-described difference detection is performed, the operation in a predetermined direction is performed. The amount detection value is zero. However, in reality, it is a human who operates the operation panel 10, and even if a force is applied with the intention of clicking downward, not only the Z-axis negative direction component is included in the applied pressing force, An X-axis or Y-axis direction component is also included. Accordingly, when the difference detection using the four sets of capacitive elements is performed, the operation amount in any direction is detected even if the operator performs a click operation.
[0066]
In general, as an input device for an electronic device, a switch input (click input) indicating an ON / OFF state and an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction can be detected independently, and there is no mutual interference. It is preferable. In other words, when the operator pushes down the operation panel 10 in the vertical direction with the intention of performing a click operation, only the switch input that transitions from the OFF state to the ON state is detected, and the amount of operation in a predetermined direction is detected. In contrast, if the operator pushes the operation panel 10 diagonally downward with the intention of performing the operation input indicating the operation amount in a predetermined direction, no switch input is detected. It is preferable that only the operation amount is detected. In the electronic device input device according to the present invention, such two systems of inputs can be detected separately and independently, and interference between both can be avoided as much as possible.
[0067]
First, regarding the switch input, the ON state is detected only when a vertical downward pressing force Fz− sufficient to invert the shape of the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 30 is applied. Although an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction is to be given, it is possible to avoid a situation in which the ON state of the switch input is erroneously detected. For example, even when an operation input is applied obliquely downward as shown in FIGS. 14 to 16, the vertical downward pressing force applied to the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 30 is not sufficient to cause shape reversal. Therefore, the ON state is not detected for the switch input. (Of course, if the operator intentionally performs a pressing operation that doubles as a click operation and an operation input in a predetermined direction, there are two systems. Both inputs are detected.)
.
[0068]
On the other hand, regarding the operation input indicating the operation amount in a predetermined direction, as described above, the capacitance values themselves of the four sets of capacitance elements fluctuate, but the fluctuations in the capacitance values are output as detection values as they are. The idea which is not done is given. In order to obtain the output of the detection value by using this device, the capacitance value of each capacitive element may be measured using the outer electrode E10. For example, if the capacitance value of the second capacitor element is originally measured, the capacitance value between the intermediate electrode E12 and the displacement conductive layer 26 is measured by an electrical method. In addition, the capacitance value between the intermediate electrode E12 and the outer electrode E10 is measured by an electrical method. In short, for each electrode shown in FIG. 10, the measured capacitance value between the intermediate electrode E11 and the outer electrode E10 is used as a detected value of the capacitance value of the first capacitive element, and the intermediate electrode E12 and the outer electrode. The capacitance measurement value between E10 and E10 is used as the detection value of the capacitance value of the second capacitance element, and the capacitance measurement value between the intermediate electrode E13 and the outer electrode E10 is used as the third capacitance element. The measured capacitance value between the intermediate electrode E14 and the outer electrode E10 may be used as the detected capacitance value of the fourth capacitor element.
[0069]
If such a detection method is adopted, the detection value of the actual capacitance of each capacitive element is output on condition that the displacement conductive layer 26 and the outer electrode E10 are in electrical contact. . For example, in the state shown in FIG. 12 or the state shown in FIG. 13, the displacement conductive layer 26 is not in contact with the outer electrode E10, and thus the difference detection value of the pair of capacitive elements described above remains 0. Therefore, when the operator performs a switch input operation, the operation amount in the predetermined direction is not erroneously detected. The amount of operation in a predetermined direction is output as a detected value by detecting the difference between the pair of capacitive elements as described above, as shown in FIG. This is after a part of the displacement conductive layer 26 formed on the lower surface is in contact with the outer electrode E10, and until it comes into contact, it becomes a dead zone, and the output difference detection value maintains 0. It remains. In the case of the embodiment shown here, as shown in FIG. 6, a total of 16 electrode columnar projections P2 are formed on the circumference of the reference concentric circle C2, and the lower surface of each of the electrode columnar projections P2 is displaced. A conductive layer is formed. Therefore, if any of the displacement conductive layers formed on the lower surface of the 16 electrode columnar protrusions P2 comes into contact with the outer electrode E10, a significant difference detection value is output.
[0070]
As described above, the input device for an electronic device according to the present invention has a relatively simple structure using basic elements such as the operation panel 10, the elastic deformable body 20, the dome-shaped structure 30, and the substrate 40. It is possible to realize both input functions of a switch input indicating an OFF state (so-called click input) and an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction. In particular, the elastic deformable body 20 is formed by integrally molding an elastic material such as silicon rubber, the displacement conductive layer 26 on the lower surface thereof is formed by a conductive paint coating layer, and the substrate 40 is formed by a printed circuit board for circuit mounting. When configured, each electrode on the upper surface is formed of a printed pattern layer, and the insulating layer covering the electrode is formed of a resist layer, an electronic device input device suitable for mass production can be realized.
[0071]
Eventually, in the input device for electronic equipment according to the present invention, when a downward switch input is applied to the operation panel 10, the dome-shaped structure 30 undergoes shape reversal, thereby causing the conductive contact surface 31 to be reversed. And the inner electrodes E15 and E16 are in contact with each other, and the ON / OFF state is detected by electrically detecting the contact state, and an operation indicating an operation amount in a predetermined direction with respect to the operation panel 10 is performed. When an input is applied, detection of the applied manipulated variable is performed by obtaining the capacitance value of each capacitive element based on the electrical characteristics between the outer electrode E10 and the intermediate electrodes E11 to E14. Will be done. The constituent elements performing an important function in such a detection operation are the columnar protrusions P2 for electrodes that form contact portions with the supporting columnar protrusions P1 and P3 and the outer electrode E10 that support the film-shaped portion of the elastic deformable body 20. It is. Since these columnar protrusions are all made of an elastic material, they are elastically deformed by the action of a force applied to the operation panel 10, and the amount of deformation changes according to the applied force. Due to such deformation of the columnar protrusions, when the distance between the specific portion of the film-like portion and the upper surface of the substrate 40 approaches and the magnitude of the applied force exceeds a predetermined threshold value, the displacement conductive layer 26 Part of the outer electrode E10 is in contact with a part of the outer electrode E10, and the capacitance value of each capacitive element is measured as an electrical characteristic between the outer electrode E10 and each of the intermediate electrodes E11 to E14. It will be output as a value. In addition, since the electrode interval of the capacitive element changes according to the applied operation amount, it is possible to output a detection value according to the operation amount.
[0072]
A major feature of the present invention is that the film-like portion of the elastic deformable body 20 is supported by the supporting columnar protrusions P1 and P3, which can greatly contribute to the thinning of the entire apparatus. That is, the support function by the supporting columnar protrusions P1 and P3 suppresses the displacement of the film-like portion unless a force of a predetermined magnitude or more is applied to the operation panel 10. For this reason, even if the entire elastic deformation body 20 is set to be quite thin, the displacement conductive layer 26 and the outer electrode E10 may accidentally come into contact with each other due to the action of a force other than the weight of the film-like portion or the original operation input. Can be prevented.
[0073]
In particular, in the embodiment described here, the electrode columnar protrusion P2 is formed at the “position facing the outer electrode E10” on the lower surface of the film-like portion of the elastic deformable body 20, and is formed on the lower surface of the electrode columnar protrusion P2. The displacement conductive layer 26 and the outer electrode E10 are in electrical contact with each other, and support columnar protrusions P1 and P3 are formed at inner and outer positions adjacent to the electrode columnar protrusion P2, respectively. Therefore, even if the thickness of the elastic deformable body 20 (height of the side wall portion 24) is set to be very small, the displacement conductive layer formed on the lower surface of the electrode columnar protrusion P2 is prevented from erroneously contacting the outer electrode E10. It becomes possible.
[0074]
In the embodiment described here, an annular ridge 22 made of an elastic material is formed as a part of the elastic deformable body 20, and the annular ridge 22 is directly formed on the outer peripheral portion of the operation panel 10. It functions as a part that contacts and directly receives the force applied to the operation panel 10. Moreover, an electrode columnar protrusion P2 made of an elastic material is also formed directly below the annular ridge 22 as a part of the elastic deformable body 20. Accordingly, an operation input in a predetermined direction applied to the operation panel 10 is transmitted from the outer peripheral portion of the operation panel 10 to the annular ridge 22 and further transmitted to the electrode columnar protrusion P2. For this reason, for example, when the operation amount (force of the operator's finger) is further increased from the state shown in FIG. 14, the annular raised portion 22 and the electrode columnar protrusion P2 are elastically deformed and gradually collapsed. As a result, the state shown in FIG. 16 is obtained after the state shown in FIG. In other words, from the state shown in FIG. 14 to the state shown in FIG. 16, the rubber having a thickness from the upper surface of the annular raised portion 22 to the lower surface of the electrode columnar protrusion P2 is gradually crushed. Thus, the elastic deformation body 20 is gradually deformed according to the finger force applied by the operator. Eventually, the annular ridge 22 and the electrode columnar protrusion P2 serve to bring the detected value of the manipulated variable as close to the linear output as possible.
[0075]
Thus, in order to achieve the purpose of “making the detected value of the manipulated variable close to the linear output”, some convex portions made of an elastic material are provided on the upper surface and the lower surface of the film-shaped portion, so that the total thickness is increased. Should be made thicker. In the embodiment shown here, the annular ridge 22 formed on the upper surface of the film-like portion and the electrode columnar protrusion P2 formed on the lower surface of the film-like portion both increase the thickness of the rubber portion. It will play a function. If attention is paid only to such a function, it is of course possible to provide a plurality of columnar protrusions on the upper surface of the film-like portion instead of the annular raised portion 22. Similarly, an annular raised portion can be provided on the lower surface of the film-like portion instead of the plurality of columnar protrusions.
[0076]
However, in this embodiment, the provision of the washer-like annular raised portion 22 on the upper surface of the film-like portion has the meaning of preventing entry of dust and dust from the gap with the operation panel 10. That is, when a plurality of columnar protrusions are provided on the upper surface of the elastic deformable body 20, dust and dust are likely to enter from the gaps between the columnar protrusions. If the annular ridge 22 is provided as in the illustrated embodiment, such intrusion of dust and dirt can be prevented. On the other hand, in this embodiment, the plurality of columnar protrusions P2 for electrodes are provided on the lower surface of the film-like portion because the elastic deformable body 20 is quickly returned to the original state when there is no operation input from the operator. This is a consideration for returning to the state shown in FIG. That is, when an annular raised portion is formed at the circumferential position of the reference concentric circle C2 in FIG. 6, the contact area with the outer electrode E10 increases, and the return of the elastic deformable body 20 may be delayed. In particular, when the entire annular raised portion comes into contact with the outer electrode E10, the elastic deformable body 20 functions as a suction cup and is attracted to the upper surface of the substrate 40 and may not return to the original state. If a plurality of electrode columnar protrusions P2 are formed instead of the annular bulge portion, an air escape path can be secured, and there is no possibility that the elastic deformable body 20 functions as a suction cup. Thus, in order to avoid the adsorption phenomenon of each columnar protrusion with respect to the substrate 40, it is preferable to take a round at the lower end portion of each columnar protrusion and set the contact area small.
[0077]
In this embodiment, the operation panel 10 is made of a disc-like rigid material, the inner diameter of the annular ridge 22 is smaller than the outer diameter of the operation panel 10, and the outer diameter of the annular ridge 22 is the operation panel. Although it is set so as to be larger than the outer diameter of 10, such setting is effective to achieve the above-mentioned purpose of “making the detected value of the manipulated variable close to the linear output”. In other words, with this setting, the outer portion of the annular ridge 22 protrudes further outward than the outer peripheral portion of the operation panel 10, and the operation is performed obliquely downward with respect to the operation panel 10. When input is applied, as shown in FIGS. 14 to 16, the upper layer portion of the annular ridge portion 22 is deformed into a U-shaped cross section. As a result, the rubber layer is deformed so as to be crushed in the thickness direction, and is deformed so as to bend into a U-shaped cross section, and the detected value of the manipulated variable can be brought closer to a linear output. .
[0078]
§3. Various modifications
Next, several modifications of the electronic device input device according to the present invention will be described.
[0079]
(1) Protection mechanism against excessive force
It is most practical that the elastic deformation body 20 in the input device according to the present invention is made of rubber such as silicon rubber. However, such a structure made of rubber has a drawback that damage or cracking occurs due to excessive force. In particular, when the thickness of each part of the elastic deformable body 20 is reduced in order to reduce the thickness of the entire apparatus, breakage and cracks are likely to occur. The modification described here is an example in which a protection mechanism against such excessive force is provided.
[0080]
In this modification, an operation panel 10A and an elastic deformation body 20A as shown in a side sectional view of FIG. 17 are used instead of the operation panel 10 and the elastic deformation body 20 shown in FIG. The dome-shaped structure 30 and the substrate 40 may be the same as those shown in FIG.
[0081]
The operation panel 10A shown in FIG. 17 has an operation part 11A, a bank part 12A, and an outer peripheral part 13A, similar to the operation panel 10 shown in FIG. 1, and is located near the apex of the dome-shaped structure 30 at the center of the lower surface. A pressing rod 14A for applying a pressing force is provided. However, a circular groove 15A is dug around the pressing bar 14A, and as a result, the pressing bar 14A is slightly longer. Further, a flange portion 16A that protrudes outward from the outer periphery of the bottom surface of the operation panel 10A is further provided. The flange portion 16A constitutes a flange portion provided on the outer side of the outer peripheral portion 13A.
[0082]
On the other hand, the elastic deformable body 20A shown in FIG. 17 is the same as the elastic deformable body 20 shown in FIG. The support columnar protrusions P1 and P3 and the electrode columnar protrusion P2 are formed on the lower surface. A displacement conductive layer 26 (not shown) is formed on the lower surface. However, a cylindrical central raised portion 27A is formed in the vicinity of the center of the upper surface of the inner membrane-like portion 21A, and a fitting hole 28A for fitting with the pressing rod 14A is formed at the center position. FIG. 18 shows a top view of the elastic deformable body 20A. The central raised portion 27A has a shape that fits into the groove 15A on the operation panel 10A side. Eventually, if the pressing rod 14A is fitted into the fitting hole 28A, the central raised portion 27A is fitted into the groove 15A, and the frictional force between the inner surface of the fitting hole 28A and the outer surface of the pressing rod 14A The structure is such that the connection state between the elastic deformable body 20A and the operation panel 10A is maintained. Therefore, when actually assembling the apparatus, the operation panel 10A and the elastic deformation body 20A are connected by physical fitting between the pressing rod 14A and the fitting hole 28A, and the two need to be fixed with an adhesive or the like. There is no.
[0083]
19 is a side sectional view of an input device for an electronic device assembled using the operation panel 10A and the elastic deformation body 20A shown in FIG. 17 instead of the operation panel 10 and the elastic deformation body 20 shown in FIG. The body 30 is a side view). A further feature of this apparatus is that a control member 50, which is a new component, is mounted on the substrate 40. A circular opening window W suitable for operating the operation panel 10 A is formed on the upper surface of the control member 50, and a peripheral portion of the opening window W constitutes an eave part 51. The size of the opening window W is set slightly smaller than the outer peripheral portion of the flange portion 16A.
[0084]
The basic operation of the input device having such a structure is exactly the same as the operation of the device according to the basic embodiment described so far. However, a protection mechanism against excessive force is added to the apparatus shown in FIG. This protective mechanism includes an excessive force that tilts the operation panel 10A, an excessive force that moves the operation panel 10A in the horizontal direction (the direction along the XY plane), and the operation panel 10A with the pressing rod 14A as the central axis. Effective for excessive force, such as rotating as.
[0085]
First, with respect to an excessive force that causes the operation panel 10A to be inclined, the displacement of the operation panel 10A is limited by the eaves portion 51 coming into contact with the flange portion 16A, and thus the elastic deformable body 20 is excessively damaged. Can be prevented from occurring. For example, when an operation force Fx− in the negative X-axis direction is applied to the operation panel 10A, the entire operation panel 10A is inclined to the left. Accordingly, the leftmost flange 16A of the operation panel 10A is lowered and the rightmost flange 16A is raised, but the leftmost flange 16A eventually comes into contact with the components on the substrate 40, and the rightmost flange 16A. Is in contact with the tip of the eaves portion 51, and displacement that further tilts the operation panel 10A is limited. For this reason, it is possible to prevent an excessive force from being applied to the elastic deformable body 20A, and it is possible to protect the elastic deformable body 20A from damage and cracks.
[0086]
Further, with regard to an excessive force that moves the operation panel 10A in the horizontal direction, the outer peripheral portion 13A comes into contact with the eaves portion 51, so that the displacement of the operation panel 10A is limited. For example, even if a force is applied to move the entire operation panel 10A in the right direction (X-axis positive direction) in the drawing, the outer peripheral portion 13A on the right side of the operation panel 10A eventually becomes the end face of the eaves portion 51 (the opening window W). The displacement of moving the operation panel 10A further to the right is limited. For this reason, too, it is possible to prevent excessive force from being applied to the elastic deformable body 20A, and it is possible to protect against damage and cracks.
[0087]
Furthermore, with respect to an excessive force that rotates the entire operation panel 10A, an excessive displacement that causes damage to the elastic deformable body 20A occurs due to a slip between the pressing rod 14A and the fitting hole 28A. Can be prevented. As described above, the connection state is maintained between the operation panel 10A and the elastic deformable body 20A by the frictional force between the inner surface of the fitting hole 28A and the outer surface of the pressing rod 14A without using an adhesive or the like. It has a structure like this. Therefore, when a rotational force is applied to the operation panel 10A, the rotational force is twisted and transmitted to the elastic deformable body 20A, but an excessive rotational force exceeding the frictional force is applied. Then, the pressing rod 14A and the fitting hole 28A slip, the pressing rod 14A comes to idle, and an excessive twisting force can be prevented from being transmitted to the elastic deformable body 20A.
[0088]
(2) Structure that expands the operating force detection range
The electronic device input device according to the present invention can only detect a binary state of an ON state or an OFF state with respect to a switch input. However, an applied force is applied to an operation input in a predetermined direction. It is possible to detect the operation amount according to the numerical value. However, since this detection is performed using a change in the distance between the pair of electrodes constituting the capacitive element, the detection value is actually obtained as shown in FIG. 14, as shown in FIG. From the state in which the (displacement conductive layer) comes into contact with the outer electrode E10 to the state in which the displacement conductive layer 26 comes closest to the upper surface of the intermediate electrode E12 via the insulating layer as shown in FIG. It becomes a range. In order to further expand this detection range and make the relationship between the applied operating force and the detected value as linear as possible, the distance between the electrodes gradually changes as the operating force is gradually increased. It is preferable to adopt such a structure.
[0089]
One realization of such a structure is to perform roughening (so-called satin finish) on at least a portion of the lower surface of the film-like portion of the elastic deformable body 20 facing the intermediate electrodes E11 to E14. As described above, the elastic deformable body 20 can be formed by integrally molding silicon rubber or the like. However, consideration should be given so that the necessary rough surface processing is performed at the time of molding. If the lower surface of the elastic deformable body 20 is roughened, the surface of the displacement conductive layer 26 formed by applying a conductive paint or the like to the roughened surface is also roughened. That is, when the surface of one electrode constituting the capacitive element becomes a rough surface and a predetermined operating force is applied, the rough surface comes into contact with the insulating layer formed on the intermediate electrodes E11 to E14. Here, when the operating force is gradually increased, the rough surface gradually changes to a smooth surface due to elastic deformation of the rough surface forming portion, and the average inter-electrode distance of the capacitive element is gradually shortened. It will become.
[0090]
Instead of roughening the surface, at least a portion facing the intermediate electrodes E11 to E14 on the lower surface of the film-like portion of the elastic deformable body 20 may be subjected to uneven processing such that the cross-section is corrugated. FIG. 20 is a bottom view of the elastic deformable body 20B subjected to such corrugated uneven processing, and FIG. 21 is a side sectional view thereof (for each columnar protrusion P1 to P3, only a sectional portion is shown). The lower surface of the inner film-like portion 21B is a circular region facing the intermediate electrodes E11 to E14, and concavity and convexity processing is performed on this portion in a concentric shape so that the cross section has a waveform. Of course, the displacement conductive layer 26 is formed in this part by applying a conductive paint or the like. With such a structure, when the operating force is gradually increased, the convex portion of the waveform gradually collapses, and the average inter-electrode distance of the capacitive element gradually decreases. .
[0091]
Alternatively, a large number of contact columnar protrusions made of an elastic material may be provided on at least a portion of the lower surface of the film-shaped portion of the elastic deformable body 20 facing the intermediate electrodes E11 to E14. FIG. 22 is a bottom view of the elastic deformable body 20C in which a large number of such contact columnar protrusions P4 are formed, and FIG. 23 is a side sectional view thereof (for each columnar protrusion P1 to P4, only a cross-sectional portion is shown). In this example, eight sets of contact columnar protrusions P4 are arranged on the circumference of three concentric circles at intervals of 45 ° circumferential angle, but the arrangement and number thereof may be arbitrary. With such a structure, when the operating force is gradually increased, the contact columnar protrusions P4 are gradually crushed together with the supporting columnar protrusions P1 and P3, and the average interelectrode distance of the capacitive element is increased. Will gradually become shorter.
[0092]
(3) Modification of inner electrode
In the above-described embodiment, the ON / OFF state relating to the switch input is detected by electrically detecting the conduction state of the pair of physically separated inner electrodes E15 and E16 as shown in FIG. Had gone by. That is, when the dome-shaped structure 30 undergoes shape reversal and the conductive contact surface 31 contacts the inner electrodes E15 and E16 at the same time, the inner electrodes E15 and E16 are in a conductive state. I was using it.
[0093]
On the other hand, in the board | substrate 40A which shows a top view in FIG. 24, the structure of the inner side electrode for detecting the ON / OFF state regarding switch input is a little different. That is, in the example shown in FIG. 24, a circular electrode layer formed near the center of the upper surface of the substrate 40A functions as the inner electrode E17. In the embodiment shown here, the switch input detection process is performed using the inner electrode E17 and the mediation electrode E18. The mediating electrode E18 is an annular (washer-like) electrode disposed so as to surround the inner electrode E17 between the inner electrode E17 and the intermediate electrodes E11 to E14, and has an outer diameter of a dome shape. It is set to be approximately equal to the outer diameter of the structure 30. In this embodiment, a dome-shaped structure 30 having at least a surface made of a conductive material is used, and the bottom peripheral surface of the dome-shaped structure 30 is arranged in contact with the mediating electrode E18.
[0094]
FIG. 25 is a side cross-sectional view of the electronic apparatus input device according to this embodiment (only the cross-sectional portions of the columnar protrusions P1 to P3 are shown). As shown in the drawing, the bottom peripheral surface of the dome-shaped structure 30 is disposed so as to contact the upper surface of the annular intermediate electrode E18, and the intermediate electrode E18 and the dome-shaped structure 30 are electrically connected, It becomes the same potential. Therefore, it is possible to detect the ON / OFF state as a switch input by electrically detecting the conduction state between the inner electrode E17 and the mediation electrode E18. That is, in a state where no switch input is given, the inner electrode E17 and the mediation electrode E18 are electrically insulated. However, when a pressing force Fz− as a switch input is applied, the shape of the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 30 is reversed, so that the conductive contact surface formed on the lower surface near the apex contacts the upper surface of the inner electrode E17. Then, the inner electrode E17 and the mediating electrode E18 are electrically connected via the dome-shaped structure 30, and both are in a conductive state.
[0095]
In the embodiment using the pair of inner electrodes E15 and E16 shown in FIG. 10, the conductive contact surface 31 formed on the lower surface of the dome-shaped structure 30 is in contact with both the pair of inner electrodes E15 and E16 at the same time. Otherwise, the ON state cannot be detected. On the other hand, in the embodiment in which the inner electrode E17 and the intermediate electrode E18 are combined as shown in FIG. 24, the conductive contact surface 31 formed on the lower surface of the dome-shaped structure 30 is in contact with even the inner electrode E17. Thus, the ON state can be detected.
[0096]
(4) Other variations
While the present invention has been described with respect to several embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various other modes. For example, the input device for an electronic device according to the above-described embodiment includes a total of four sets of capacitive elements including two sets of capacitive elements arranged on the X axis and two sets of capacitive elements arranged on the Y axis. Is used to configure a two-dimensional force sensor that detects an operation input in a predetermined direction on an XY two-dimensional plane. However, in order to implement the present invention, it is not always necessary to use four sets of capacitive elements. For example, if only an operation input related to the one-dimensional direction of the positive direction and the negative direction of the X axis can be performed, it is sufficient to use only two sets of capacitive elements arranged on the X axis. .
[0097]
In the above-described embodiment, the elastic deformable body 20 is configured by a structure in which an elastic material such as silicon rubber is integrally molded. However, the elastic deformable body 20 does not necessarily need to be configured by all elastic material. That is, if at least a part of the film-shaped portion and the columnar protrusions of the elastic deformable body 20 are made of an elastic material, the operation based on the detection principle described above can be performed. It is also possible to use a rigid material such as a resin. However, in order to simplify the structure and reduce the manufacturing cost, it is preferable to configure the entire elastic deformable body 20 as an integrally molded product of an elastic material as in the embodiments described above.
[0098]
The displacement conductive layer 26 formed on the lower surface of the elastic deformable body 20 may be formed by any method as long as a conductive layer can be formed. Further, the displacement conductive layer 26 has a function as a contact electrode for the outer electrode E10 and a function as a counter electrode (electrode for forming a capacitive element) facing the intermediate electrodes E11 to E14. Since it is a conductive layer to be formed, it is sufficient to form it in the minimum necessary region to fulfill these functions. However, practically, by applying a conductive paint to a predetermined region (for example, the region hatched in FIG. 7) on the lower surface of the film-like portion of the elastic deformable body 20 as in the embodiments described above. The elastic deformation body 20 is preferably formed. In the above-described embodiment, the insulating layer between the pair of electrodes forming the capacitive element is formed on the upper surface of the intermediate electrodes E11 to E14. However, the insulating layer may be formed on the lower surface of the displacement conductive layer 26.
[0099]
In the embodiments described so far, the description of the wiring for each electrode formed on the substrate 40 is omitted. However, when the input device according to the present invention is incorporated into a specific electronic device, the wiring on the substrate 40 is omitted. It is necessary to carry out predetermined wiring between each of the electrodes and the information processing apparatus on the electronic device side. If a printed circuit board for circuit mounting is used as the substrate 40, such wiring can also be formed as a printed pattern on the substrate 40.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the input device for an electronic device according to the present invention, it is a thin type capable of performing two systems of input, that is, switch input having a click feeling and operation input indicating an operation amount in a predetermined direction. An input device for electronic devices can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded side sectional view of an electronic device input device according to a basic embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view of operation panel 10 shown in FIG. A side cross section of the operation panel 10 taken along the center is shown in FIG.
3 is a bottom view of the operation panel 10 shown in FIG. 1. FIG. A side cross section of the operation panel 10 taken along the center is shown in FIG.
4 is a top view of the elastic deformable body 20 shown in FIG. 1. FIG. A side cross section obtained by cutting the elastic deformable body 20 at the center is shown in FIG.
5 is a bottom view of the elastic deformable body 20 shown in FIG. 1. FIG. A side cross section of the operation panel 10 taken along the center is shown in FIG.
6 is a bottom view for explaining the arrangement of columnar protrusions formed on the bottom surface of the elastic deformable body 20 shown in FIG. 6. FIG.
7 is a bottom view showing a displacement conductive layer 26 formed on the bottom surface of the elastic deformable body 20 shown in FIG. 6. FIG.
8 is a top view of the dome-shaped structure 30 shown in FIG. A side cross section of the dome-like structure 30 cut at the center is shown in FIG.
9 is a side sectional view for explaining the shape reversal operation of the dome-shaped structure 30 shown in FIG. 1;
10 is a top view of the substrate 40 shown in FIG. 1. FIG. A side cross section of the dome-like structure 30 cut at the center (XZ plane) is shown in FIG.
11 is a top view showing a state in which a dome-shaped structure 30 is arranged on the substrate 40 shown in FIG.
12 is a side cross-sectional view of an electronic device input device configured by assembling the components shown in FIG. 1; FIG. However, the side of the dome-shaped structure 30 is shown not on the cross section but on the side. Each columnar protrusion P1 to P3 has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
13 is a side sectional view showing a state when switch input (click input) is performed in the electronic apparatus input device shown in FIG. 12; FIG. However, the side of the dome-shaped structure 30 is shown not on the cross section but on the side. Each columnar protrusion P1 to P3 has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
14 is a side sectional view showing a first state when an operation input in the negative direction of the X-axis is performed in the electronic apparatus input device shown in FIG. 12; However, the side of the dome-shaped structure 30 is shown not on the cross section but on the side. Each columnar protrusion P1 to P3 has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
15 is a side cross-sectional view showing a second state when an operation input in the negative direction of the X-axis is performed in the electronic apparatus input device shown in FIG. 12; However, the side of the dome-shaped structure 30 is shown not on the cross section but on the side. Each columnar protrusion P1 to P3 has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
16 is a side cross-sectional view showing a third state when an operation input in the negative X-axis direction is performed in the electronic apparatus input device shown in FIG. 12; However, the side of the dome-shaped structure 30 is shown not on the cross section but on the side. Each columnar protrusion P1 to P3 has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
FIG. 17 is a side sectional view of an operation panel 10A and an elastic deformable body 20A used in a modified example in which a protection mechanism against excessive force is added. However, each of the columnar protrusions P1 to P3 has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
18 is a top view of the elastic deformable body 20A shown in FIG.
FIG. 19 is a side sectional view of a modified example in which a protection mechanism against excessive force is added, which is configured using the operation panel 10A and the elastic deformable body 20A shown in FIG. However, the side of the dome-shaped structure 30 is shown not on the cross section but on the side. Each columnar protrusion has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
FIG. 20 is a bottom view of an elastic deformable body 20B used in a modified example to which a structure for expanding the detection range of the operating force is added.
21 is a side sectional view of the elastic deformable body 20B shown in FIG. However, each of the columnar protrusions P1 to P3 has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
FIG. 22 is a bottom view of an elastic deformable body 20C used in another modified example to which a structure for expanding the operating force detection range is added.
23 is a side sectional view of the elastic deformable body 20C shown in FIG. However, each of the columnar protrusions P1 to P4 has only a cross-sectional portion drawn, and the columnar protrusions located in the back are not shown.
FIG. 24 is a top view of a substrate 40A used in a modification in which the configuration of the inner electrode is changed.
25 is a side cross-sectional view of an electronic device input device configured using the substrate 40A shown in FIG. 24. FIG. However, each of the columnar protrusions P1 to P3 has only a cross-sectional portion drawn, and each columnar protrusion located in the back is not shown.
[Explanation of symbols]
10, 10A ... operation panel
11, 11A ... operation part
12, 12A ... bank part
13, 13A ... outer peripheral part
14, 14A ... Pressing bar
15A ... Groove
16A ... Buttocks
20, 20A, 20B, 20C ... elastic deformation body
21, 21A, 21B ... inner membrane part
22, 22A ... An annular ridge
23, 23A ... Outer membrane part
24, 24A ... side wall
25, 25A ... fixed legs
26 ... Displacement conductive layer
27A ... Central protuberance
28A ... fitting hole
30 ... Domed structure
31 ... Conductive contact surface
40 ... Board
41. Fixing hole
50 ... Control member
51 ... eaves part
C1 ... inner concentric circle
C2 ... Standard concentric circle
C3 ... Concentric circle outside
E10 ... Outer electrode
E11 to E14 ... Intermediate electrode
E15 to E17 ... Inner electrode
E18 ... Mediating electrode
F ... Pressing force
Fx-, FFx -... Manipulation force including X-axis negative direction component
Fz -... Pressing force in the negative direction of the Z-axis
P1 ... Supporting columnar protrusion
P2 ... Columnar protrusions for electrodes
P3 ... Supporting columnar protrusion
P4 ... Columnar protrusion for contact
W ... Open window

Claims

An input device for performing switch input indicating an ON / OFF state and operation input indicating an operation amount in a predetermined direction with respect to an electronic device that executes predetermined processing based on a predetermined program,
A plate-like substrate;
It is arranged so as to be bent near the center of the upper surface of the substrate, and when a downward pressing force of a predetermined size or more is applied to the vicinity of the apex, the shape is inverted so that the apex is elastically deformed and protrudes downward And a dome-like structure in which at least the lower surface near the apex constitutes a conductive contact surface,
A film-like portion disposed so as to be substantially parallel to the upper surface of the substrate with the dome-shaped structure interposed therebetween, a side wall portion for fixing the periphery of the film-like portion to the upper surface of the substrate, and the film-like portion Columnar protrusions extending downward from a plurality of predetermined locations on the lower surface of the part, and at least a part of the film-like part and the columnar protrusions are made of an elastic material, and
An operation panel disposed on the upper surface of the elastic deformable body so that the elastic deformable body can be elastically deformed in response to an operation input or switch input;
An inner electrode disposed on the upper surface of the substrate at a position where the conductive contact surface can be contacted when the dome-shaped structure undergoes shape reversal;
An outer electrode disposed at a predetermined position of the “outer peripheral portion facing the outer peripheral portion of the operation panel” on the upper surface of the substrate;
An intermediate electrode disposed at a predetermined position of the “intermediate region portion located outside the region where the dome-shaped structure is disposed and inside the outer periphery facing portion” on the upper surface of the substrate;
A displacement conductive layer formed in the “region facing the intermediate electrode” and the “region facing the outer electrode” on the lower surface of the elastic deformable body, and configured so that each part is electrically at the same potential;
An insulating layer for preventing electrical contact between the intermediate electrode and the displacement conductive layer;
With
When a downward switch input is applied to the operation panel, the conductive contact surface and the inner electrode come into contact with each other by causing the dome-shaped structure to reverse its shape, and this contact state is electrically Configured to detect the ON / OFF state by detecting
When an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction is applied to the operation panel, the columnar protrusion is deformed so that the distance between the specific portion of the film-shaped portion and the upper surface of the substrate approaches. A configuration in which a part of the displacement conductive layer is in contact with a part of the outer electrode when the magnitude of a given operation input exceeds a predetermined threshold, and an applied operation According to the magnitude of the input, the electrode interval of the capacitive element constituted by the intermediate electrode and the opposing portion of the displacement conductive layer is changed, and the electrical connection between the outer electrode and the intermediate electrode An input device for electronic equipment, characterized in that an applied operation amount can be detected by obtaining a capacitance value of the capacitive element based on characteristics.

The electronic device input device according to claim 1,
An electrode columnar protrusion formed on the lower surface of the elastic deformation body at a position facing the outer electrode and having a displacement conductive layer formed on the lower surface, and a support formed at a position adjacent to the electrode columnar protrusion. An input device for electronic equipment, comprising a columnar protrusion.

The input device for an electronic device according to claim 2,
The length of the supporting columnar protrusion is set so that the supporting columnar protrusion can function to support the film-like portion with respect to the substrate in a state where no input is applied. An input device for electronic equipment.

The input device for an electronic device according to claim 3,
The length of the electrode columnar protrusion is set shorter than the length of the supporting columnar protrusion so that the lower end of the electrode columnar protrusion is suspended in a state where no input is applied. Input device for electronic equipment.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 2-4,
An input device for electronic equipment, characterized in that the operation panel has a disk shape, and each columnar protrusion is arranged along a predetermined circumference.

In the input device for electronic devices of Claim 5,
An electronic device characterized in that inner concentric circles and outer concentric circles are defined on the inner and outer sides of a circumference on which electrode columnar projections are arranged, and a plurality of supporting columnar projections are arranged on the circumference of each concentric circle, respectively. Input device.

The input device for an electronic device according to claim 6,
An input device for an electronic device, wherein the columnar protrusions arranged on one circumference are constituted by at least eight columnar protrusions arranged at a circumferential angle of 45 °.

In the input device for electronic devices according to any one of claims 1 to 7,
An input device for electronic equipment, wherein a protruding portion made of an elastic material is formed on a top surface of the film-like portion as a part of the elastic deformable body so as to contact the outer peripheral portion of the operation panel.

The input device for an electronic device according to claim 8,
An input device for electronic equipment, characterized in that the operation panel has a disc shape and the raised portion is an annular raised portion.

The input device for an electronic device according to claim 9,
An input device for electronic equipment, characterized in that the inner diameter of the annular raised portion is smaller than the outer diameter of the operation panel, and the outer diameter of the annular raised portion is larger than the outer diameter of the operation panel.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-10,
An input device for electronic equipment, characterized in that the elastic deformable body is made of integrally molded rubber.

The input device for an electronic device according to claim 11,
An input device for electronic equipment, wherein the displacement conductive layer is constituted by a layer made of a conductive paint applied to a surface of an integrally molded rubber.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 2-7,
An input device for electronic equipment, characterized in that the displacement conductive layer is constituted by a physically single conductive layer having an extended portion as an arrangement portion of the electrode columnar protrusion.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-13,
The dome-shaped structure does not reverse the shape with respect to the vertical downward pressing force applied as a switch input, and does not cause the shape reverse with respect to the diagonal downward pressing force applied as an operation input. An input device for electronic equipment, characterized by having deformation characteristics.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-14,
An input device for electronic equipment, characterized in that the operation panel is made of a rigid material.

The input device for an electronic device according to claim 15,
An input device for electronic equipment, characterized in that a pressing bar for applying a pressing force to the vicinity of the apex of the dome-shaped structure is provided at the center of the lower surface of the operation panel.

The input device for electronic equipment according to claim 16,
A fitting hole for fitting with the pressing rod is provided near the center of the upper surface of the film-like portion of the elastic deformable body, the pressing rod is fitted into the fitting hole, and the inner surface of the fitting hole and the outer surface of the pressing rod An input device for electronic equipment, characterized in that the connection state between the elastic deformable body and the operation panel is maintained by the frictional force.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-17,
An input device for electronic equipment, characterized in that a flange portion that protrudes outward from the outer periphery of the bottom surface of the operation panel is provided, and an eave portion that restricts displacement of the operation panel by being in contact with the flange portion is fixed on the substrate. .

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-18,
The inner electrode is composed of a pair of physically separated electrodes, and the ON / OFF state can be detected by electrically detecting the conduction state between the pair of electrodes. An electronic device input device.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-18,
The inner electrode is constituted by an electrode layer formed in the vicinity of the center of the upper surface of the substrate, and a mediating electrode is provided between the inner electrode and the intermediate electrode so as to surround the inner electrode.
Disposing at least a dome-shaped structure whose surface is made of a conductive material so that a bottom peripheral surface thereof is in contact with the mediating electrode, and electrically detecting a conduction state between the mediating electrode and the inner electrode. An input device for electronic equipment, characterized in that it can detect the ON / OFF state.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-20,
An input device for electronic equipment, characterized in that the operation panel has a disk shape and the outer electrode is formed by an annular electrode disposed at a position facing the outer circumference of the operation panel.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-21,
When the XYZ three-dimensional coordinate system is defined so that the origin is at the center position of the upper surface of the substrate and the upper surface of the substrate is included in the XY plane, the X-axis positive region, the X-axis negative region, the Y-axis positive region, An intermediate electrode is constituted by four electrodes respectively arranged in the negative axis region,
A first capacitive element is formed by the intermediate electrode disposed in the X-axis positive region and a part of the displacement conductive layer facing the intermediate electrode, and the intermediate electrode disposed in the X-axis negative region and the displacement opposed thereto. A second capacitive element is formed by a part of the conductive layer, and a third capacitive element is formed by the intermediate electrode arranged in the positive region of the Y axis and a part of the displaced conductive layer opposite to the intermediate electrode. A fourth capacitive element is formed by the intermediate electrode disposed in the negative axis region and a part of the displacement conductive layer facing the intermediate electrode;
Based on the difference between the capacitance value of the first capacitance element and the capacitance value of the second capacitance element, an operation amount in the positive or negative X-axis direction is detected, and the third capacitance element An electronic apparatus capable of detecting an operation amount in the positive or negative direction of the Y axis based on a difference between a capacitance value of the fourth capacitance element and a capacitance value of the fourth capacitive element. Input device.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-22,
An input device for electronic equipment, characterized in that at least a portion facing a middle electrode on a lower surface of a film-like portion of an elastic deformable body is subjected to roughening.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-22,
An input device for electronic equipment, characterized in that at least a portion of a lower surface of a film-like portion of an elastic deformable body that is opposed to an intermediate electrode has been subjected to uneven processing so that a cross section has a waveform.

In the input device for electronic devices in any one of Claims 1-22,
An input device for electronic equipment, wherein a contact columnar protrusion is provided at least on a portion of the lower surface of the film-shaped portion of the elastic deformable body facing the intermediate electrode.