JP4566440B2 - 電子機器用入力装置 - Google Patents
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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、スイッチ入力が要求される。このスイッチ入力は、ＯＮ／ＯＦＦの二値状態を示す入力であり、通常はＯＦＦ状態を示しているが、操作者が所定の押圧力を加えるとＯＮ状態を示すような入力になる。このようなスイッチ入力は、いわゆるクリック操作として行われ、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になる。そのためには、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、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。そして、スイッチ入力に関しては、上述したように、クリック感を与えるための工夫がなされている。しかしながら、所定方向への操作量を示す操作入力に対しては、このようなクリック感を与えるための工夫はなされていない。このため、操作者の立場からは、有意な操作入力を与えることができたのか否かが不明確であった。
【０００５】
そこで本発明は、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系統の入力のいずれについても、有意な入力を与えることができたか否かを操作者に認識させることが可能な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、
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中央部ドーム状構造体と、
基板上面の周囲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上面および下面が互いに導通した導電性材料により構成されている周囲部ドーム状構造体と、
基板上面に対して中央部ドーム状構造体および周囲部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、を有し、少なくとも膜状部の一部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「中央部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「周囲部ドーム状構造体が形状反転を起こした際に反転部分に接触可能な位置」に配置された外側電極と、
基板上面の「内側電極と外側電極とのほぼ中間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、中央部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、周囲部ドーム状構造体に下方への押圧力が作用し、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、周囲部ドーム状構造体が形状反転を起こして反転部分が外側電極に接触し、周囲部ドーム状構造体を介して、変位導電層と外側電極とが電気的に導通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、
操作盤に対して垂直下方への力を徐々に増加させていった場合に、中央部ドーム状構造体の形状反転が、周囲部ドーム状構造体の形状反転よりも先行して生じるように、各部の寸法設定を行う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１または第２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、その膜状部下面に、中央部ドーム状構造体もしくは周囲部ドーム状構造体またはその双方の頂点付近を押圧するための柱状突起を設け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１〜第３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。
【００１０】
(5) 本発明の第５の態様は、上述の第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、隆起部を円環状隆起部としたものである。
【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、
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。
【００１２】
(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１〜第６の態様に係る電子機器用入力装置において、
複数組の周囲部ドーム状構造体を、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７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周囲部ドーム状構造体を配置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、
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。
【００１５】
(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第１〜第９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するようにしたものである。
【００１６】
(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第１０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するようにしたものである。
【００１７】
(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第１〜第１１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するようにしたものである。
【００１８】
(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第１２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、中央部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。
【００１９】
(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第１３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。
【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。
【００２１】
(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第１〜第１５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、
少なくとも表面部分が導電性材料からなる中央部ドーム状構造体を、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。
【００２２】
(17) 本発明の第１７の態様は、上述の第１〜第１５の態様に係る電子機器用入力装置において、
内側電極を、物理的に分離された一対の電極から構成し、中央部ドーム状構造体の下面に形成された導電性接触面が、一対の内側電極の双方に同時に接触することにより、一対の内側電極が導通状態となるように構成し、一対の内側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。
【００２３】
【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。
【００２４】
§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を用いて構成される。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５組配置し（配置場所については後述）、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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，Ｐ２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、後述するように、基板４０の上面に対して、５組のドーム状構造体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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、図５に示されているように、膜状部２１，２３の下面には、下方へと伸びる円柱状の柱状突起Ｐ１，Ｐ２が形成されている。中央に形成された中央部柱状突起Ｐ１は、基板４０の中央部に配置されるドーム状構造体３０の頂点付近を押圧するためのものであり、周囲の４か所に形成された周囲部柱状突起Ｐ２は、基板４０の周囲部に配置される４組のドーム状構造体３０の頂点付近を押圧するためのものである。各柱状突起Ｐ１，Ｐ２の側面形状は、図１の側断面図に明瞭に示されている。この図１の側断面図に示されているとおり、周囲部柱状突起Ｐ２は、円環状隆起部２２の真下の位置に形成されている。
【００２９】
この弾性変形体２０に付随する重要な構成要素は、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６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、柱状突起Ｐ１，Ｐ２が形成されているが、中央部柱状突起Ｐ１の底面および側面には、変位導電層２６が形成されておらず、４か所に設けられた周囲部柱状突起Ｐ２の底面および側面には、変位導電層２６が形成されている。別言すれば、変位導電層２６は、中央部柱状突起Ｐ１の直径を内径とし、弾性変形体２０の中心点から周囲部柱状突起Ｐ２の最遠点に至るまでの距離を外半径とする、ドーナツ状の領域（図６にハッチングを施した領域）に単一の導電層として形成されていることになる。したがって、中央部柱状突起Ｐ１の表面はシリコンゴムがそのまま露出しており、導電層は形成されていないが、４組の周囲部柱状突起Ｐ２の表面（底面および側面）は、導電層によって覆われている。
【００３０】
具体的には、この変位導電層２６は、弾性変形体２０の下面の所定領域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、周囲部柱状突起Ｐ１，Ｐ２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６にハッチングを施した領域）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。
【００３１】
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、合計５組が、基板４０の上面の所定位置に伏せるように配置される。図７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、一般的には、図示のように平面形状が円形であるドーム状構造体３０を用いるのが好ましい。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８は、このような形状反転の状態を示す側断面図である。図８(a) は、何ら外力が加わっていない状態を示し、図８(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８(a) に示す状態に戻ることになる。
【００３２】
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および所定方向への操作入力に利用される。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８(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したことを電気的に検出できるようにしておく必要がある。なお、基板４０の中央部に配置される中央部ドーム状構造体３０については、このように、少なくとも頂点付近の下面に導電性接触面３１が形成されていれば足りるが、基板４０の周囲部に配置される４組の周囲部ドーム状構造体３０については、上面にも、前述した変位導電層２６と接触するための導電性接触面が形成されている必要があり、かつ、下面の導電性接触面３１と上面の導電性接触面とが電気的に導通している必要がある。要するに、４組の周囲部ドーム状構造体は、少なくとも、頂点付近の上面および下面が、それぞれ導電性材料から構成されており、これらが互いに導通している必要がある。このような条件を満たすためには、全体が導電性材料で構成されたドーム状構造体３０を用いるのが最も簡単である。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、しかも全表面が導電性接触面として機能するドームを実現することができる。もっとも、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、その表面の必要な箇所に導電性材料膜を付着させることにより、導電性接触面を形成するようにしてもかまわない。
【００３３】
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９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。基板４０の上面には、図示のように、電極Ｅ１１〜Ｅ１６，Ｅ２１〜Ｅ２４が形成されている。ここでは、これら各電極を、その配置位置あるいはその機能に基づいて、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４、内側電極Ｅ１５、仲介電極Ｅ１６、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４と呼ぶことにする。
【００３４】
最も外側に形成された４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、いずれも円形をした電極であり、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）の所定箇所に形成されている。すなわち、図９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軸正の領域に外側電極Ｅ２１、Ｘ軸負の領域に外側電極Ｅ２２、Ｙ軸正の領域に外側電極Ｅ２３、Ｙ軸負の領域に外側電極Ｅ２４が形成されていることになる。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、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、操作盤１０の外周円を基板４０上に投影した円周上に配置されている。別言すれば、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、４組の周囲部柱状突起Ｐ２の真下に配置されていることになる。この外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４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、周囲部柱状突起Ｐ２によって周囲部に配置されたいずれかのドーム状構造体３０が形状反転を生じた際に、この形状反転を生じたドーム状構造体３０の導電性接触面３１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。
【００３５】
各外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４の内側には、それぞれ中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４が配置されている。これら中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、内側電極Ｅ１５と外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４とのほぼ中間に位置する中間領域部の所定箇所に配置された電極であり、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、操作者から、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向を示す操作入力が加えられた場合に、これらの検出を効率的に行うことができるように、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と組み合わせることによって、容量素子を形成することにある。すなわち、図６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。
【００３６】
図９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、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが形成されている。内側電極Ｅ１５は、基板４０の中心に配置された円形の電極であり、仲介電極Ｅ１６は、その周囲を取り囲むように配置された円環状（ワッシャ状）の電極である。仲介電極Ｅ１６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おり、後述するように、この仲介電極Ｅ１６の上に、中央部ドーム状構造体３０が配置される。この実施形態では、金属製のドーム状構造体３０が用いられているため、仲介電極Ｅ１６とその上に配置された中央部ドーム状構造体３０とは電気的に接触し等電位になる。この内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが果たす役割は、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８(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り、ドーム状構造体３０の下面の導電性接触面３１が内側電極Ｅ１５に接触する。したがって、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６との間の電気的導通状態を検出することにより、スイッチ入力のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出することができる。
【００３７】
図１０は、図９に示す基板４０の上面の所定箇所に、図７に示すドーム状構造体３０を５組配置した状態を示す上面図である。実際には、各ドーム状構造体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。図示のとおり、合計５組のドーム状構造体３０のうち、１組は基板４０の中央部に配置され、残りの４組は基板４０の周囲部に配置される。本実施形態では、５組のドーム状構造体３０として、全く同一の構造体を用いているが、ここでは便宜上、図示のとおり、基板４０の中央部に配置されたものを中央部ドーム状構造体３０−０、周囲部のＸ軸正領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−１、周囲部のＸ軸負領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−２、周囲部のＹ軸正領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−３、周囲部のＹ軸負領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−４と呼ぶことにする。中心部ドーム状構造体３０−０は、Ｚ軸が中心軸となるように、仲介電極Ｅ１６の上に配置される。一方、４組の周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４は、それぞれ外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４を中心とする位置に配置される。
【００３８】
このように、基板４０の上面には、内側電極Ｅ１５および仲介電極Ｅ１６、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４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は、基板４０の上面の「中央部ドーム状構造体３０−０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」に配置されていることになる。また、仲介電極Ｅ１６は、この内側電極Ｅ１５を取り囲むように配置され、その上に、中央部ドーム状構造体３０−０が載せられる。ここで、中央部ドーム状構造体３０−０として、少なくとも表面部分が導電性材料からなる構造体を用いれば、その底周面が仲介電極Ｅ１６と電気的に導通した状態になるので、上述したように、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６との間の導通状態を電気的に検出することにより、スイッチ入力のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出することができるようになる。一方、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、基板４０の上面の「周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４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」に配置されていることになる。また、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、基板４０の上面の「内側電極Ｅ１５と外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４とのほぼ中間に位置する中間領域部」の所定箇所に配置されていることになる。
【００３９】
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。
【００４０】
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の所定箇所に５組のドーム状構造体３０−０〜３０−４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１１の側断面図に示すような電子機器用入力装置が形成される。
【００４１】
この側断面図には示されていないが、弾性変形体２０の下面には、図６にハッチングを施して示したように、変位導電層２６が形成されている。この変位導電層２６は、上述した基板４０上の各電極と協働して、次の２つの機能を果たす。まず、第１の機能は、変位導電層２６のうちの周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成された部分により、変位導電層２６を基板４０上の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４と同電位にする機能である。たとえば、図１１において、操作盤１０の左側部分を押下するような操作量が加わると、図の左側の周囲部柱状突起Ｐ２によって、図の左側の周囲部ドーム状構造体３０−２の頂点部分に押圧力が加わる。この押圧力が所定の大きさを超えると、周囲部ドーム状構造体３０−２に形状反転が生じ、反転部分が外側電極Ｅ２２と接触する。このとき、周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６の一部分は、周囲部ドーム状構造体３０−２の上面に接触した状態となっているので、この周囲部ドーム状構造体３０−２を介して、外側電極Ｅ２２と導通状態になる。かくして、変位導電層２６は、外側電極Ｅ２２と同電位になる。そして、第２の機能は、変位導電層２６のうちの各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向した部分によって、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４とともに容量素子を構成する機能である。変位導電層２６が果たすこの２つの機能を用いた検出動作については、§２において詳述する。
【００４２】
結局、原理的には、弾性変形体２０の下面の「外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４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６にハッチングを施したドーナツ状の領域に形成された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。
【００４３】
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，仲介電極Ｅ１６，外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、ドーム状構造体３０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。
【００４４】
§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１１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９あるいは図１０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１１は、この装置をＸＺ平面で切断した側断面図であり、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。
【００４５】
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。
【００４６】
図１２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ごしに中央部ドーム状構造体３０−０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、中央部ドーム状構造体３０−０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、中央部ドーム状構造体３０−０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各柱状突起Ｐ１，Ｐ２や円環状隆起部２２も、弾性変形して縦方向に若干潰れることになる。
【００４７】
こうして、中央部ドーム状構造体３０−０が形状反転を起こすと、図１２に示されているように、この中央部ドーム状構造体３０−０の導電性接触面３１が内側電極Ｅ１５に接触することになるため、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが電気的に導通状態になる。操作者が、押圧動作を中止すると、中央部ドーム状構造体３０−０がもとの状態に復帰し、装置は図１１の状態に戻ることになる。この状態では、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とは絶縁されている。結局、内側電極Ｅ１５と仲介電極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。
【００４８】
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９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。
【００４９】
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１３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、中央部ドーム状構造体３０−０に対してよりも、操作入力が示す方向（Ｘ軸負方向）に配置された周囲部ドーム状構造体３０−２に対してより大きく作用する。このため、操作力Ｆｘ−がある程度以上の大きさで加わると、まず、周囲部ドーム状構造体３０−２に対して形状反転を生じさせるような押圧力が作用し、中央部ドーム状構造体３０−０は形状反転には至らない。したがって、操作盤１０は、図１３に示すように、左側が下がり右側が上がるように傾斜する。このとき、弾性材料から構成されている図の左側の周囲部柱状突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分も、弾性変形して縦方向に若干潰れることになる。なお、図１３に示す斜め下方への操作力Ｆｘ−の代わりに、操作盤１０の図の左側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。
【００５０】
もちろん、図１３に示すように、周囲部ドーム状構造体３０−２に対して形状反転を生じさせるためには、操作者は、所定の臨界値を超える大きさをもった操作力Ｆｘ−（またはＦＦｘ−、以下同様）を操作盤１０に対して加える必要がある。別言すれば、操作者がＸ軸負方向への操作力Ｆｘ−を徐々に増加させてゆき、その大きさが所定の臨界値を超えた時点で、図示のとおり、周囲部ドーム状構造体３０−２が形状反転を起こして潰れることになる。このとき、操作者の指先にはクリック感が伝わることになる。このように、操作者の指先にクリック感が伝わったときには、既に、周囲部ドーム状構造体３０−２が形状反転を起こして潰れており、外側電極Ｅ２２と周囲部ドーム状構造体３０−２とが導通状態となっている。もちろん、このとき、周囲部ドーム状構造体３０−２の反転した上面には、周囲部柱状突起Ｐ２の底面（変位導電層２６が形成されている）が押しつけられており、変位導電層２６と周囲部ドーム状構造体３０−２とも導通状態となっている。
【００５１】
結局、ある程度以上の大きさの操作力Ｆｘ−が加わると、図１３に示すように、図の左端にある周囲部柱状突起Ｐ２の下端面（変位導電層）が、周囲部ドーム状構造体３０−２を介して外側電極Ｅ２２に電気的に接続され、変位導電層２６全体が外側電極Ｅ２２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１４に示すように、図の左側の周囲部柱状突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分は、更に潰れるように弾性変形し、周囲部ドーム状構造体３０−２も全体形状がより平坦になるように潰れた状態になる。そして、最後には、図１５に示すように、図の左側の周囲部柱状突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分は、完全に潰れた状態になり、周囲部ドーム状構造体３０−２も完全に潰れた状態になる。なお、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、この図１５に示すような状態において、内側膜状部２１の下面に形成された変位導電層２６が中間電極Ｅ１２側に接触したとしても、両電極間には絶縁層が介在するため、変位導電層２６と中間電極Ｅ１２とは、依然として容量素子として機能する。
【００５２】
ここで、図１１に示す状態から、図１３、図１４、図１５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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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（ｘ２＋ｙ２）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。
【００５６】
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１２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。
【００５７】
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。
【００５８】
まず、スイッチ入力に関しては、中央部ドーム状構造体３０−０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１３〜図１５に示すような斜め下方への操作入力が加えられた場合、周囲部ドーム状構造体３０−２に対しては形状反転を起こすために十分な押圧力が加わるが、中央部ドーム状構造体３０−０に対しては形状反転を起こすために十分な押圧力は加わらないため、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、たとえば、操作盤１０を垂直下方に強い力で押し込みながら、Ｘ軸負方向へも押し込む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）。
【００５９】
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Ｅ２１〜Ｅ２４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Ｅ２２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９に示す各電極について、中間電極Ｅ１１と外側電極Ｅ２１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Ｅ２２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Ｅ２３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Ｅ２４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。
【００６０】
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が４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかと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１１に示す状態や、図１２に示す状態では、変位導電層２６は外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれとも接触していないため、前述した外側電極を利用した検出方法を採れば、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。前述した外側電極を利用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、たとえば、図１３に示すように、ある程度の大きさの操作量が加わり、周囲部ドーム状構造体３０−２が形状反転し、周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６の一部が外側電極Ｅ２２に導通状態になってからであり、両者が導通するに至るまでは、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。
【００６１】
もっとも、図１２に示すように、操作者がスイッチ入力を行った場合に、所定方向への操作量を示す操作入力が誤って検出されないようにするためには、各部の寸法設定に配慮する必要がある。すなわち、ここに示す実施形態の場合、図１１に示すように、中央部柱状突起Ｐ１と周囲部柱状突起Ｐ２との縦方向の長さはほぼ等しく設定されているが、中央部ドーム状構造体３０−０が仲介電極Ｅ１６の上に載置されているのに対し、周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４は基板４０の上に直接載置されているため、中央部ドーム状構造体３０−０の頂点位置は、周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の頂点位置に比べて、仲介電極Ｅ１６の厚み分だけ高くなっている。このため、何ら入力が作用していない図１１に示す状態において、中央部柱状突起Ｐ１の下面は中央部ドーム状構造体３０−０の頂点に接した状態となっているが、各周囲部柱状突起Ｐ２の下面と各周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の頂点との間には隙間が形成されている。また、図１２に示すように、操作者がスイッチ入力を行った場合、下方への押圧力は、操作盤１０の周囲部よりも中央部の押圧棒１４に集中する。このような理由から、操作盤１０に対して垂直下方への力を徐々に増加させていった場合、中央部ドーム状構造体３０−０の形状反転が、周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の形状反転よりも先行して生じることになる。スイッチ入力が行われた場合に、所定方向への操作量を示す操作入力が誤検出されないようにするためには、このように、操作盤１０に対して垂直下方への力を徐々に増加させていった場合、中央部ドーム状構造体３０−０の形状反転が、周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の形状反転よりも先行して生じるようにしておかねばならない。したがって、たとえば、仲介電極Ｅ１６の厚みが小さいために、全５組のドーム状構造体の頂点位置にほとんど差が生じないような場合には、必要に応じて、中央部柱状突起Ｐ１の縦方向の長さを周囲部柱状突起Ｐ２の縦方向の長さよりも長くするなど、各部の寸法設定を行うようにする。
【００６２】
ここに示す実施形態の場合、図１０に示すように、Ｘ軸およびＹ軸上に合計４組の周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４が設けられており、その下にそれぞれ外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４が形成されている。したがって、弾性変形体２０の下面に形成された変位導電層２６が、４組のいずれかの周囲部ドーム状構造体を利用して、４組のいずれかの外側電極と電気的に導通した状態になれば、有意な差分検出値の出力が行われることになる。なお、実用上は、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４に対しては、互いに導通させるような配線を施しておき、回路上では、たとえばこれらを接地電位に固定しておくようにするとよい。このようにすれば、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４はいずれも接地電極として機能し、この接地電極と、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４との間の静電容量値を測定することにより、各方向への操作量を検出することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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、中央部ドーム状構造体３０−０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、各外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４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。
【００６５】
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、中央部ドーム状構造体３０−０および周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４である。上述したように、これらのドーム状構造体３０は、所定の臨界値を超えた押圧力が加わると形状反転する性質を有し、形状反転することにより、基板４０側の電極との接触状態に変化が生じ、有意な検出値が得られることになる。そして、この形状反転時には、操作者に対してクリック感が伝わるため、操作者は、このクリック感の有無に基づいて、有意な入力を与えることができたか否かを認識することが可能になる。
【００６６】
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、弾性材料からなる周囲部柱状突起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、周囲部柱状突起Ｐ２へと伝達されることになる。このため、たとえば図１３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および周囲部柱状突起Ｐ２が弾性変形を起こして徐々に潰れてゆき、図１４に示す状態を経て図１５に示す状態となる。別言すれば、図１３に示す状態から図１５に示す状態に至るまでには、円環状隆起部２２の上面から周囲部柱状突起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および周囲部柱状突起Ｐ２は、本発明を実施する上で必ずしも必須の構成要素ではないが、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。
【００６７】
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周囲部柱状突起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、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。
【００６８】
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。逆に、膜状部の下面に、周囲部柱状突起Ｐ２を設けているのは、４か所に配置された周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の頂点付近に押圧力を集中して伝達させることができるようにするための配慮である。
【００６９】
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１３〜図１５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。
【００７０】
§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。
【００７１】
（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。
【００７２】
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１６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。
【００７３】
図１６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、中央部ドーム状構造体３０−０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。
【００７４】
一方、図１６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、中央部柱状突起Ｐ１および周囲部柱状突起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１７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。
【００７５】
図１８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１６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。
【００７６】
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１８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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
（２） 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９に示されているように、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６との間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、少なくとも表面部分が導電性材料からなるドーム状構造体３０を用意し、これを中央部ドーム状構造体３０−０として、その底周面が仲介電極Ｅ１６に接触するように配置しておけば、この中央部ドーム状構造体３０−０が形状反転を生じて内側電極Ｅ１５と接触したことを、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが導通することにより検出することが可能になる。
【００８１】
これに対して、図１９に上面図を示す基板４０Ａでは、２枚の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８が形成されている。このような一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８を用いても、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が可能である。いま、この一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の外形円よりも大きな内径をもち、少なくとも頂点付近の下面が導電性接触面３１を形成しているようなドーム状構造体３０を用意し、これを中央部ドーム状構造体３０−０として配置したとする。この場合、中央部ドーム状構造体３０−０は、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の外側に配置されることになるので、何ら入力が作用していない状態において、内側電極Ｅ１７と、内側電極Ｅ１８と、中央部ドーム状構造体３０−０とは、互いに物理的に非接触状態にあり、電気的にも絶縁された状態にある。ところが、図８(b) に示すように、この中央部ドーム状構造体３０−０の頂点付近に対して垂直下方への押圧力Ｆが加わって形状反転すると、その下面に形成されていた導電性接触面３１が、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の双方に同時に接触することになる。図示の実施形態の場合、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８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、このような中央部ドーム状構造体３０−０の形状反転に基づいて、両電極間が電気的に接触状態となるのに適した形状とするためである。このように、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８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互いに導通状態になる。結局、これら一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８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。
【００８２】
（３） 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。
【００８３】
また、上述の実施形態では、基板４０上の４か所に周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４を配置し、中央部ドーム状構造体３０−０を含めて合計５組のドーム状構造体３０を用いているが、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組のドーム状構造体３０−１，３０−２のみを用いればよい。逆に、８組のドーム状構造体３０を周囲部ドーム状構造体として利用し、基板４０の周囲部に相当する円周上に円周角４５°おきに配置するようにしてもよい。このように、本発明を実施する上で、周囲部ドーム状構造体の数は４組に限定されるものではなく、用途に応じて任意の数を配置すればよい。
【００８４】
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。
【００８５】
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Ｅ２１〜Ｅ２４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６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。
【００８６】
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。
【００８７】
【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、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系統の入力のいずれについても、有意な入力を与えることができたか否かを操作者に認識させることが可能な電子機器用入力装置を提供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５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７】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８】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９】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１０】図９に示す基板４０の上に、５組のドーム状構造体３０を配置した状態を示す上面図である。
【図１１】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。
【図１２】図１１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。
【図１３】図１１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。
【図１４】図１１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。
【図１５】図１１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。
【図１６】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。
【図１７】図１６に示す弾性変形体２０Ａの上面図である。
【図１８】図１６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。
【図１９】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。
【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…弾性変形体
２１，２１Ａ…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
３０−０…中央部ドーム状構造体
３０−１〜３０−４…周囲部ドーム状構造体
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
Ｅ１１〜Ｅ１４…中間電極
Ｅ１５…内側電極
Ｅ１６…仲介電極
Ｅ１７，Ｅ１８…内側電極
Ｅ２１〜Ｅ２４…外側電極
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…中央部柱状突起
Ｐ２…周囲部柱状突起
Ｗ…開口窓
【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、スイッチ入力が要求される。このスイッチ入力は、ＯＮ／ＯＦＦの二値状態を示す入力であり、通常はＯＦＦ状態を示しているが、操作者が所定の押圧力を加えるとＯＮ状態を示すような入力になる。このようなスイッチ入力は、いわゆるクリック操作として行われ、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になる。そのためには、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、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。そして、スイッチ入力に関しては、上述したように、クリック感を与えるための工夫がなされている。しかしながら、所定方向への操作量を示す操作入力に対しては、このようなクリック感を与えるための工夫はなされていない。このため、操作者の立場からは、有意な操作入力を与えることができたのか否かが不明確であった。
【０００５】
そこで本発明は、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系統の入力のいずれについても、有意な入力を与えることができたか否かを操作者に認識させることが可能な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、
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中央部ドーム状構造体と、
基板上面の周囲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上面および下面が互いに導通した導電性材料により構成されている周囲部ドーム状構造体と、
基板上面に対して中央部ドーム状構造体および周囲部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、を有し、少なくとも膜状部の一部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「中央部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「周囲部ドーム状構造体が形状反転を起こした際に反転部分に接触可能な位置」に配置された外側電極と、
基板上面の「内側電極と外側電極とのほぼ中間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、中央部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、周囲部ドーム状構造体に下方への押圧力が作用し、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、周囲部ドーム状構造体が形状反転を起こして反転部分が外側電極に接触し、周囲部ドーム状構造体を介して、変位導電層と外側電極とが電気的に導通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、
操作盤に対して垂直下方への力を徐々に増加させていった場合に、中央部ドーム状構造体の形状反転が、周囲部ドーム状構造体の形状反転よりも先行して生じるように、各部の寸法設定を行う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１または第２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、その膜状部下面に、中央部ドーム状構造体もしくは周囲部ドーム状構造体またはその双方の頂点付近を押圧するための柱状突起を設け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１〜第３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。
【００１０】
(5) 本発明の第５の態様は、上述の第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、隆起部を円環状隆起部としたものである。
【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、
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。
【００１２】
(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１〜第６の態様に係る電子機器用入力装置において、
複数組の周囲部ドーム状構造体を、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７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周囲部ドーム状構造体を配置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、
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。
【００１５】
(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第１〜第９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するようにしたものである。
【００１６】
(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第１０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するようにしたものである。
【００１７】
(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第１〜第１１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するようにしたものである。
【００１８】
(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第１２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、中央部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。
【００１９】
(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第１３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。
【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。
【００２１】
(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第１〜第１５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、
少なくとも表面部分が導電性材料からなる中央部ドーム状構造体を、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。
【００２２】
(17) 本発明の第１７の態様は、上述の第１〜第１５の態様に係る電子機器用入力装置において、
内側電極を、物理的に分離された一対の電極から構成し、中央部ドーム状構造体の下面に形成された導電性接触面が、一対の内側電極の双方に同時に接触することにより、一対の内側電極が導通状態となるように構成し、一対の内側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。
【００２３】
【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。
【００２４】
§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を用いて構成される。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５組配置し（配置場所については後述）、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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，Ｐ２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、後述するように、基板４０の上面に対して、５組のドーム状構造体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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、図５に示されているように、膜状部２１，２３の下面には、下方へと伸びる円柱状の柱状突起Ｐ１，Ｐ２が形成されている。中央に形成された中央部柱状突起Ｐ１は、基板４０の中央部に配置されるドーム状構造体３０の頂点付近を押圧するためのものであり、周囲の４か所に形成された周囲部柱状突起Ｐ２は、基板４０の周囲部に配置される４組のドーム状構造体３０の頂点付近を押圧するためのものである。各柱状突起Ｐ１，Ｐ２の側面形状は、図１の側断面図に明瞭に示されている。この図１の側断面図に示されているとおり、周囲部柱状突起Ｐ２は、円環状隆起部２２の真下の位置に形成されている。
【００２９】
この弾性変形体２０に付随する重要な構成要素は、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６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、柱状突起Ｐ１，Ｐ２が形成されているが、中央部柱状突起Ｐ１の底面および側面には、変位導電層２６が形成されておらず、４か所に設けられた周囲部柱状突起Ｐ２の底面および側面には、変位導電層２６が形成されている。別言すれば、変位導電層２６は、中央部柱状突起Ｐ１の直径を内径とし、弾性変形体２０の中心点から周囲部柱状突起Ｐ２の最遠点に至るまでの距離を外半径とする、ドーナツ状の領域（図６にハッチングを施した領域）に単一の導電層として形成されていることになる。したがって、中央部柱状突起Ｐ１の表面はシリコンゴムがそのまま露出しており、導電層は形成されていないが、４組の周囲部柱状突起Ｐ２の表面（底面および側面）は、導電層によって覆われている。
【００３０】
具体的には、この変位導電層２６は、弾性変形体２０の下面の所定領域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、周囲部柱状突起Ｐ１，Ｐ２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６にハッチングを施した領域）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。
【００３１】
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、合計５組が、基板４０の上面の所定位置に伏せるように配置される。図７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、一般的には、図示のように平面形状が円形であるドーム状構造体３０を用いるのが好ましい。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８は、このような形状反転の状態を示す側断面図である。図８(a) は、何ら外力が加わっていない状態を示し、図８(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８(a) に示す状態に戻ることになる。
【００３２】
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および所定方向への操作入力に利用される。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８(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したことを電気的に検出できるようにしておく必要がある。なお、基板４０の中央部に配置される中央部ドーム状構造体３０については、このように、少なくとも頂点付近の下面に導電性接触面３１が形成されていれば足りるが、基板４０の周囲部に配置される４組の周囲部ドーム状構造体３０については、上面にも、前述した変位導電層２６と接触するための導電性接触面が形成されている必要があり、かつ、下面の導電性接触面３１と上面の導電性接触面とが電気的に導通している必要がある。要するに、４組の周囲部ドーム状構造体は、少なくとも、頂点付近の上面および下面が、それぞれ導電性材料から構成されており、これらが互いに導通している必要がある。このような条件を満たすためには、全体が導電性材料で構成されたドーム状構造体３０を用いるのが最も簡単である。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、しかも全表面が導電性接触面として機能するドームを実現することができる。もっとも、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、その表面の必要な箇所に導電性材料膜を付着させることにより、導電性接触面を形成するようにしてもかまわない。
【００３３】
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９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。基板４０の上面には、図示のように、電極Ｅ１１〜Ｅ１６，Ｅ２１〜Ｅ２４が形成されている。ここでは、これら各電極を、その配置位置あるいはその機能に基づいて、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４、内側電極Ｅ１５、仲介電極Ｅ１６、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４と呼ぶことにする。
【００３４】
最も外側に形成された４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、いずれも円形をした電極であり、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）の所定箇所に形成されている。すなわち、図９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軸正の領域に外側電極Ｅ２１、Ｘ軸負の領域に外側電極Ｅ２２、Ｙ軸正の領域に外側電極Ｅ２３、Ｙ軸負の領域に外側電極Ｅ２４が形成されていることになる。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、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、操作盤１０の外周円を基板４０上に投影した円周上に配置されている。別言すれば、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、４組の周囲部柱状突起Ｐ２の真下に配置されていることになる。この外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４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、周囲部柱状突起Ｐ２によって周囲部に配置されたいずれかのドーム状構造体３０が形状反転を生じた際に、この形状反転を生じたドーム状構造体３０の導電性接触面３１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。
【００３５】
各外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４の内側には、それぞれ中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４が配置されている。これら中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、内側電極Ｅ１５と外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４とのほぼ中間に位置する中間領域部の所定箇所に配置された電極であり、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、操作者から、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向を示す操作入力が加えられた場合に、これらの検出を効率的に行うことができるように、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と組み合わせることによって、容量素子を形成することにある。すなわち、図６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。
【００３６】
図９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、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが形成されている。内側電極Ｅ１５は、基板４０の中心に配置された円形の電極であり、仲介電極Ｅ１６は、その周囲を取り囲むように配置された円環状（ワッシャ状）の電極である。仲介電極Ｅ１６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おり、後述するように、この仲介電極Ｅ１６の上に、中央部ドーム状構造体３０が配置される。この実施形態では、金属製のドーム状構造体３０が用いられているため、仲介電極Ｅ１６とその上に配置された中央部ドーム状構造体３０とは電気的に接触し等電位になる。この内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが果たす役割は、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８(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り、ドーム状構造体３０の下面の導電性接触面３１が内側電極Ｅ１５に接触する。したがって、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６との間の電気的導通状態を検出することにより、スイッチ入力のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出することができる。
【００３７】
図１０は、図９に示す基板４０の上面の所定箇所に、図７に示すドーム状構造体３０を５組配置した状態を示す上面図である。実際には、各ドーム状構造体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。図示のとおり、合計５組のドーム状構造体３０のうち、１組は基板４０の中央部に配置され、残りの４組は基板４０の周囲部に配置される。本実施形態では、５組のドーム状構造体３０として、全く同一の構造体を用いているが、ここでは便宜上、図示のとおり、基板４０の中央部に配置されたものを中央部ドーム状構造体３０−０、周囲部のＸ軸正領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−１、周囲部のＸ軸負領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−２、周囲部のＹ軸正領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−３、周囲部のＹ軸負領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３０−４と呼ぶことにする。中心部ドーム状構造体３０−０は、Ｚ軸が中心軸となるように、仲介電極Ｅ１６の上に配置される。一方、４組の周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４は、それぞれ外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４を中心とする位置に配置される。
【００３８】
このように、基板４０の上面には、内側電極Ｅ１５および仲介電極Ｅ１６、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４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は、基板４０の上面の「中央部ドーム状構造体３０−０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」に配置されていることになる。また、仲介電極Ｅ１６は、この内側電極Ｅ１５を取り囲むように配置され、その上に、中央部ドーム状構造体３０−０が載せられる。ここで、中央部ドーム状構造体３０−０として、少なくとも表面部分が導電性材料からなる構造体を用いれば、その底周面が仲介電極Ｅ１６と電気的に導通した状態になるので、上述したように、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６との間の導通状態を電気的に検出することにより、スイッチ入力のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出することができるようになる。一方、外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、基板４０の上面の「周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４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」に配置されていることになる。また、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、基板４０の上面の「内側電極Ｅ１５と外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４とのほぼ中間に位置する中間領域部」の所定箇所に配置されていることになる。
【００３９】
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。
【００４０】
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の所定箇所に５組のドーム状構造体３０−０〜３０−４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１１の側断面図に示すような電子機器用入力装置が形成される。
【００４１】
この側断面図には示されていないが、弾性変形体２０の下面には、図６にハッチングを施して示したように、変位導電層２６が形成されている。この変位導電層２６は、上述した基板４０上の各電極と協働して、次の２つの機能を果たす。まず、第１の機能は、変位導電層２６のうちの周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成された部分により、変位導電層２６を基板４０上の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４と同電位にする機能である。たとえば、図１１において、操作盤１０の左側部分を押下するような操作量が加わると、図の左側の周囲部柱状突起Ｐ２によって、図の左側の周囲部ドーム状構造体３０−２の頂点部分に押圧力が加わる。この押圧力が所定の大きさを超えると、周囲部ドーム状構造体３０−２に形状反転が生じ、反転部分が外側電極Ｅ２２と接触する。このとき、周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６の一部分は、周囲部ドーム状構造体３０−２の上面に接触した状態となっているので、この周囲部ドーム状構造体３０−２を介して、外側電極Ｅ２２と導通状態になる。かくして、変位導電層２６は、外側電極Ｅ２２と同電位になる。そして、第２の機能は、変位導電層２６のうちの各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向した部分によって、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４とともに容量素子を構成する機能である。変位導電層２６が果たすこの２つの機能を用いた検出動作については、§２において詳述する。
【００４２】
結局、原理的には、弾性変形体２０の下面の「外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４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６にハッチングを施したドーナツ状の領域に形成された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。
【００４３】
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，仲介電極Ｅ１６，外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４は、ドーム状構造体３０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。
【００４４】
§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１１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９あるいは図１０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１１は、この装置をＸＺ平面で切断した側断面図であり、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。
【００４５】
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。
【００４６】
図１２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ごしに中央部ドーム状構造体３０−０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、中央部ドーム状構造体３０−０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、中央部ドーム状構造体３０−０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各柱状突起Ｐ１，Ｐ２や円環状隆起部２２も、弾性変形して縦方向に若干潰れることになる。
【００４７】
こうして、中央部ドーム状構造体３０−０が形状反転を起こすと、図１２に示されているように、この中央部ドーム状構造体３０−０の導電性接触面３１が内側電極Ｅ１５に接触することになるため、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが電気的に導通状態になる。操作者が、押圧動作を中止すると、中央部ドーム状構造体３０−０がもとの状態に復帰し、装置は図１１の状態に戻ることになる。この状態では、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とは絶縁されている。結局、内側電極Ｅ１５と仲介電極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。
【００４８】
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９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。
【００４９】
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１３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、中央部ドーム状構造体３０−０に対してよりも、操作入力が示す方向（Ｘ軸負方向）に配置された周囲部ドーム状構造体３０−２に対してより大きく作用する。このため、操作力Ｆｘ−がある程度以上の大きさで加わると、まず、周囲部ドーム状構造体３０−２に対して形状反転を生じさせるような押圧力が作用し、中央部ドーム状構造体３０−０は形状反転には至らない。したがって、操作盤１０は、図１３に示すように、左側が下がり右側が上がるように傾斜する。このとき、弾性材料から構成されている図の左側の周囲部柱状突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分も、弾性変形して縦方向に若干潰れることになる。なお、図１３に示す斜め下方への操作力Ｆｘ−の代わりに、操作盤１０の図の左側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。
【００５０】
もちろん、図１３に示すように、周囲部ドーム状構造体３０−２に対して形状反転を生じさせるためには、操作者は、所定の臨界値を超える大きさをもった操作力Ｆｘ−（またはＦＦｘ−、以下同様）を操作盤１０に対して加える必要がある。別言すれば、操作者がＸ軸負方向への操作力Ｆｘ−を徐々に増加させてゆき、その大きさが所定の臨界値を超えた時点で、図示のとおり、周囲部ドーム状構造体３０−２が形状反転を起こして潰れることになる。このとき、操作者の指先にはクリック感が伝わることになる。このように、操作者の指先にクリック感が伝わったときには、既に、周囲部ドーム状構造体３０−２が形状反転を起こして潰れており、外側電極Ｅ２２と周囲部ドーム状構造体３０−２とが導通状態となっている。もちろん、このとき、周囲部ドーム状構造体３０−２の反転した上面には、周囲部柱状突起Ｐ２の底面（変位導電層２６が形成されている）が押しつけられており、変位導電層２６と周囲部ドーム状構造体３０−２とも導通状態となっている。
【００５１】
結局、ある程度以上の大きさの操作力Ｆｘ−が加わると、図１３に示すように、図の左端にある周囲部柱状突起Ｐ２の下端面（変位導電層）が、周囲部ドーム状構造体３０−２を介して外側電極Ｅ２２に電気的に接続され、変位導電層２６全体が外側電極Ｅ２２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１４に示すように、図の左側の周囲部柱状突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分は、更に潰れるように弾性変形し、周囲部ドーム状構造体３０−２も全体形状がより平坦になるように潰れた状態になる。そして、最後には、図１５に示すように、図の左側の周囲部柱状突起Ｐ２や円環状隆起部２２の図の左側部分は、完全に潰れた状態になり、周囲部ドーム状構造体３０−２も完全に潰れた状態になる。なお、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、この図１５に示すような状態において、内側膜状部２１の下面に形成された変位導電層２６が中間電極Ｅ１２側に接触したとしても、両電極間には絶縁層が介在するため、変位導電層２６と中間電極Ｅ１２とは、依然として容量素子として機能する。
【００５２】
ここで、図１１に示す状態から、図１３、図１４、図１５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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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（ｘ２＋ｙ２）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。
【００５６】
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１２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。
【００５７】
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。
【００５８】
まず、スイッチ入力に関しては、中央部ドーム状構造体３０−０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１３〜図１５に示すような斜め下方への操作入力が加えられた場合、周囲部ドーム状構造体３０−２に対しては形状反転を起こすために十分な押圧力が加わるが、中央部ドーム状構造体３０−０に対しては形状反転を起こすために十分な押圧力は加わらないため、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、たとえば、操作盤１０を垂直下方に強い力で押し込みながら、Ｘ軸負方向へも押し込む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）。
【００５９】
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Ｅ２１〜Ｅ２４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Ｅ２２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９に示す各電極について、中間電極Ｅ１１と外側電極Ｅ２１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Ｅ２２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Ｅ２３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Ｅ２４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。
【００６０】
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が４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれかと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１１に示す状態や、図１２に示す状態では、変位導電層２６は外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４のいずれとも接触していないため、前述した外側電極を利用した検出方法を採れば、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。前述した外側電極を利用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、たとえば、図１３に示すように、ある程度の大きさの操作量が加わり、周囲部ドーム状構造体３０−２が形状反転し、周囲部柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６の一部が外側電極Ｅ２２に導通状態になってからであり、両者が導通するに至るまでは、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。
【００６１】
もっとも、図１２に示すように、操作者がスイッチ入力を行った場合に、所定方向への操作量を示す操作入力が誤って検出されないようにするためには、各部の寸法設定に配慮する必要がある。すなわち、ここに示す実施形態の場合、図１１に示すように、中央部柱状突起Ｐ１と周囲部柱状突起Ｐ２との縦方向の長さはほぼ等しく設定されているが、中央部ドーム状構造体３０−０が仲介電極Ｅ１６の上に載置されているのに対し、周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４は基板４０の上に直接載置されているため、中央部ドーム状構造体３０−０の頂点位置は、周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の頂点位置に比べて、仲介電極Ｅ１６の厚み分だけ高くなっている。このため、何ら入力が作用していない図１１に示す状態において、中央部柱状突起Ｐ１の下面は中央部ドーム状構造体３０−０の頂点に接した状態となっているが、各周囲部柱状突起Ｐ２の下面と各周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の頂点との間には隙間が形成されている。また、図１２に示すように、操作者がスイッチ入力を行った場合、下方への押圧力は、操作盤１０の周囲部よりも中央部の押圧棒１４に集中する。このような理由から、操作盤１０に対して垂直下方への力を徐々に増加させていった場合、中央部ドーム状構造体３０−０の形状反転が、周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の形状反転よりも先行して生じることになる。スイッチ入力が行われた場合に、所定方向への操作量を示す操作入力が誤検出されないようにするためには、このように、操作盤１０に対して垂直下方への力を徐々に増加させていった場合、中央部ドーム状構造体３０−０の形状反転が、周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の形状反転よりも先行して生じるようにしておかねばならない。したがって、たとえば、仲介電極Ｅ１６の厚みが小さいために、全５組のドーム状構造体の頂点位置にほとんど差が生じないような場合には、必要に応じて、中央部柱状突起Ｐ１の縦方向の長さを周囲部柱状突起Ｐ２の縦方向の長さよりも長くするなど、各部の寸法設定を行うようにする。
【００６２】
ここに示す実施形態の場合、図１０に示すように、Ｘ軸およびＹ軸上に合計４組の周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４が設けられており、その下にそれぞれ外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４が形成されている。したがって、弾性変形体２０の下面に形成された変位導電層２６が、４組のいずれかの周囲部ドーム状構造体を利用して、４組のいずれかの外側電極と電気的に導通した状態になれば、有意な差分検出値の出力が行われることになる。なお、実用上は、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４に対しては、互いに導通させるような配線を施しておき、回路上では、たとえばこれらを接地電位に固定しておくようにするとよい。このようにすれば、４組の外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４はいずれも接地電極として機能し、この接地電極と、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４との間の静電容量値を測定することにより、各方向への操作量を検出することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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、中央部ドーム状構造体３０−０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、各外側電極Ｅ２１〜Ｅ２４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。
【００６５】
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、中央部ドーム状構造体３０−０および周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４である。上述したように、これらのドーム状構造体３０は、所定の臨界値を超えた押圧力が加わると形状反転する性質を有し、形状反転することにより、基板４０側の電極との接触状態に変化が生じ、有意な検出値が得られることになる。そして、この形状反転時には、操作者に対してクリック感が伝わるため、操作者は、このクリック感の有無に基づいて、有意な入力を与えることができたか否かを認識することが可能になる。
【００６６】
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、弾性材料からなる周囲部柱状突起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、周囲部柱状突起Ｐ２へと伝達されることになる。このため、たとえば図１３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および周囲部柱状突起Ｐ２が弾性変形を起こして徐々に潰れてゆき、図１４に示す状態を経て図１５に示す状態となる。別言すれば、図１３に示す状態から図１５に示す状態に至るまでには、円環状隆起部２２の上面から周囲部柱状突起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および周囲部柱状突起Ｐ２は、本発明を実施する上で必ずしも必須の構成要素ではないが、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。
【００６７】
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周囲部柱状突起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、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。
【００６８】
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。逆に、膜状部の下面に、周囲部柱状突起Ｐ２を設けているのは、４か所に配置された周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４の頂点付近に押圧力を集中して伝達させることができるようにするための配慮である。
【００６９】
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１３〜図１５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。
【００７０】
§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。
【００７１】
（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。
【００７２】
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１６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。
【００７３】
図１６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、中央部ドーム状構造体３０−０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。
【００７４】
一方、図１６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、中央部柱状突起Ｐ１および周囲部柱状突起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１７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。
【００７５】
図１８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１６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。
【００７６】
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１８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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
（２） 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９に示されているように、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６との間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、少なくとも表面部分が導電性材料からなるドーム状構造体３０を用意し、これを中央部ドーム状構造体３０−０として、その底周面が仲介電極Ｅ１６に接触するように配置しておけば、この中央部ドーム状構造体３０−０が形状反転を生じて内側電極Ｅ１５と接触したことを、内側電極Ｅ１５と仲介電極Ｅ１６とが導通することにより検出することが可能になる。
【００８１】
これに対して、図１９に上面図を示す基板４０Ａでは、２枚の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８が形成されている。このような一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８を用いても、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が可能である。いま、この一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の外形円よりも大きな内径をもち、少なくとも頂点付近の下面が導電性接触面３１を形成しているようなドーム状構造体３０を用意し、これを中央部ドーム状構造体３０−０として配置したとする。この場合、中央部ドーム状構造体３０−０は、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の外側に配置されることになるので、何ら入力が作用していない状態において、内側電極Ｅ１７と、内側電極Ｅ１８と、中央部ドーム状構造体３０−０とは、互いに物理的に非接触状態にあり、電気的にも絶縁された状態にある。ところが、図８(b) に示すように、この中央部ドーム状構造体３０−０の頂点付近に対して垂直下方への押圧力Ｆが加わって形状反転すると、その下面に形成されていた導電性接触面３１が、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の双方に同時に接触することになる。図示の実施形態の場合、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８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、このような中央部ドーム状構造体３０−０の形状反転に基づいて、両電極間が電気的に接触状態となるのに適した形状とするためである。このように、内側電極Ｅ１７，Ｅ１８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互いに導通状態になる。結局、これら一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８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。
【００８２】
（３） 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。
【００８３】
また、上述の実施形態では、基板４０上の４か所に周囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４を配置し、中央部ドーム状構造体３０−０を含めて合計５組のドーム状構造体３０を用いているが、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組のドーム状構造体３０−１，３０−２のみを用いればよい。逆に、８組のドーム状構造体３０を周囲部ドーム状構造体として利用し、基板４０の周囲部に相当する円周上に円周角４５°おきに配置するようにしてもよい。このように、本発明を実施する上で、周囲部ドーム状構造体の数は４組に限定されるものではなく、用途に応じて任意の数を配置すればよい。
【００８４】
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。
【００８５】
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Ｅ２１〜Ｅ２４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６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。
【００８６】
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。
【００８７】
【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、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系統の入力のいずれについても、有意な入力を与えることができたか否かを操作者に認識させることが可能な電子機器用入力装置を提供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５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７】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８】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９】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１０】図９に示す基板４０の上に、５組のドーム状構造体３０を配置した状態を示す上面図である。
【図１１】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。
【図１２】図１１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。
【図１３】図１１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。
【図１４】図１１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。
【図１５】図１１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。
【図１６】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。
【図１７】図１６に示す弾性変形体２０Ａの上面図である。
【図１８】図１６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。
【図１９】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。
【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…弾性変形体
２１，２１Ａ…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
３０−０…中央部ドーム状構造体
３０−１〜３０−４…周囲部ドーム状構造体
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
Ｅ１１〜Ｅ１４…中間電極
Ｅ１５…内側電極
Ｅ１６…仲介電極
Ｅ１７，Ｅ１８…内側電極
Ｅ２１〜Ｅ２４…外側電極
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…中央部柱状突起
Ｐ２…周囲部柱状突起
Ｗ…開口窓
Claims (17)
- 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であって、
板状の基板と、
前記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、前記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、少なくとも前記頂点付近の下面が導電性接触面を構成している中央部ドーム状構造体と、
前記基板上面の周囲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、前記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、少なくとも前記頂点付近の上面および下面が互いに導通した導電性材料により構成されている周囲部ドーム状構造体と、
前記基板上面に対して前記中央部ドーム状構造体および前記周囲部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前記基板上面に固定するための側壁部と、を有し、少なくとも前記膜状部の一部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前記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前記弾性変形体の上面に配置された操作盤と、
前記基板上面の「前記中央部ドーム状構造体が形状反転を起こした際に前記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、
前記基板上面の「前記周囲部ドーム状構造体が形状反転を起こした際に反転部分に接触可能な位置」に配置された外側電極と、
前記基板上面の「前記内側電極と前記外側電極とのほぼ中間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、
前記弾性変形体の下面の「前記中間電極に対向した領域」および「前記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、
前記中間電極と前記変位導電層との電気的接触を阻むための絶縁層と、
を備え、
前記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、前記中央部ドーム状構造体が形状反転を起こすことにより前記導電性接触面と前記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、
前記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、前記周囲部ドーム状構造体に下方への押圧力が作用し、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、前記周囲部ドーム状構造体が形状反転を起こして反転部分が前記外側電極に接触し、前記周囲部ドーム状構造体を介して、前記変位導電層と前記外側電極とが電気的に導通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、前記中間電極と前記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、前記外側電極と前記中間電極との間の電気的特性に基づいて前記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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１に記載の電子機器用入力装置において、
操作盤に対して垂直下方への力を徐々に増加させていった場合に、中央部ドーム状構造体の形状反転が、周囲部ドーム状構造体の形状反転よりも先行して生じるように、各部の寸法設定がなされていることを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１または２に記載の電子機器用入力装置において、
弾性変形体の一部として、その膜状部下面に、中央部ドーム状構造体もしくは周囲部ドーム状構造体またはその双方の頂点付近を押圧するための柱状突起を設けたことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の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したことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項４に記載の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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項５に記載の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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜６のいずれかに記載の電子機器用入力装置において、
複数組の周囲部ドーム状構造体を、基板上面の「操作盤の外周部分に対向する外周対向部」の所定箇所に配置したことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項７に記載の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周囲部ドーム状構造体を配置したことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項８に記載の電子機器用入力装置において、
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、
前記第１の容量素子の静電容量値と前記第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、前記第３の容量素子の静電容量値と前記第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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜９のいずれかに記載の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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１０に記載の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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜１１のいずれかに記載の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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１２に記載の電子機器用入力装置において、
操作盤の下面中心部に、中央部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たことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１３に記載の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、前記押圧棒を前記嵌合孔に嵌合させ、前記嵌合孔の内面と前記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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜１４のいずれかに記載の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、前記鍔部に当接することにより前記操作盤の変位を制限するひさし部を基板上に固定したことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜１５のいずれかに記載の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、前記内側電極と中間電極との間に、前記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、
少なくとも表面部分が導電性材料からなる中央部ドーム状構造体を、その底周面が前記仲介電極に接触するように配置し、前記仲介電極と前記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ことを特徴とする電子機器用入力装置。 - 請求項１〜１５のいずれかに記載の電子機器用入力装置において、
内側電極を、物理的に分離された一対の電極から構成し、中央部ドーム状構造体の下面に形成された導電性接触面が、前記一対の内側電極の双方に同時に接触することにより、前記一対の内側電極が導通状態となるように構成し、前記一対の内側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ことを特徴とする電子機器用入力装置。
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