JP4585615B1 - 入力装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂フィルム基板の表面側に導電性材料からなる可動電極を備え、当該樹脂フィルム基板の裏面に静電容量検出電極を備えた入力装置であって、可動電極は押圧により変位する変位部と樹脂フィルム基板の表面に接着固定する固定部とを有し、当該固定部は前記樹脂フィルム基板に設けた引き出し電極に電気接続してあり、前記変移部は前記樹脂フィルム基板の表面に向けて突出した突出部を有するとともに当該突出部の先端が初期状態において当該樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着し、前記静電容量検出電極は前記変移部と対向して配置されているとともに前記樹脂フィルム基板に設けた引き出し電極に電気接続されていることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
また、ドーム型金属プレートや操作用ボタンを保持するハウジングが必要なことから、曲げ性がなくこのような入力装置を電子機器の凹凸面に取り付けることができない問題もある。
さらには、従来の入力装置は操作ボタンに加えた力の大きさに対して静電容量の変化が非線形特性となり、実際に入力装置(入力機器)として使用する場合にはソフトウェア等を用いてその出力を調整しなければ快適な操作感が得られないために、調整の負荷によっては高価なCPUを選択する必要があり、コストアップの要因となる恐れもあった。
ここで、樹脂フィルム基板において可動電極を設けた側を表面と表現し、静電容量検出電極を設けた側を裏面と表現する。
また、強度が高い点からポリイミドフィルム又はポリエチレンテレフタレートフィルム等が好ましい。
可動電極の押圧の力により静電容量検出電極との重なり面積が変化し、静電容量が変化するが、後段に接続する信号処理回路によりアナログ信号ないしはデジタル信号として出力が可能になる。
また、静電容量検出電極を可動電極の中心に対して、その周廻り方向に複数分割配置すれば、例えばX軸方向とY軸方向との静電容量変化量をベクトル合成すれば方向検出信号として入出力可能になる。
例えば図14に示すように樹脂フィルム基板10の表面に導電性ラバーを用いて平坦状の変移部121と固定部122とからなる可動電極120を形成し、固定部に接続した接続部123を介して電気接続した引き出し電極40と変移部121に対向させて樹脂フィルム基板10の裏面に静電容量検出電極をスクリーン印刷等にて形成し、この電極と電気接続した引き出し電極40との間に周期的に変化する電圧を加える。
変移部を押圧するとその力の強さにより可動電極120と静電容量検出電極30との間の静電容量が変化し、無荷重の状態に対して電圧が変化する。
この場合に押圧荷重に対する静電容量の変化(電圧)を模式的にグラフ化すると図14(e)のようになる。
即ち、このように変移部121の裏面側が平坦であり、初期の無荷重の状態では変移部と樹脂フィルム基板表面との間に隙間があるために押圧荷重が小さい範囲では静電容量の変化が小さく、変移部の裏面が樹脂フィルム基板表面に接触してからの荷重変化に対して静電容量が急激に変化した後に早い段階でサチュレートしてしまう。
また、入力装置を電子機器等の凸面や凹面等の曲面上に取り付ける場合にその形状に応じて樹脂フィルム基板10が曲がり、変移部と樹脂フィルム基板との隙間が変化するため、これにより出力信号に大きなバラツキが生じる恐れもある。
しかし、この場合に樹脂フィルム基板の曲げに対する出力バラツキを小さくできるものの突出部が根元から先端に向けて外側に突出したR形状の突起形状であると、可動電極の押し始めから変移部の裏面が樹脂フィルム基板に接触し急激に出力が変化することを緩和できるが、固定電極(静電容量検出電極)との重なり面積が大きく変化し、図13(f)に示すような非線形の曲線になる。
そのための方策としては、第1に樹脂フィルム基板を絶縁層とし、樹脂フィルム基板の表面側に設けた可動電極の変移部に対向して、樹脂フィルム基板の裏面に静電容量検出電極を設け、この変移部から突出させた突出部の先端部にも対向して静電容量検出電極を設けるとともに予め当該突出部の先端を、この樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着しておくことで可動電極を押圧しない初期状態において、すでに図14に示した平行電極よりも大きい静電容量を発現させることにより、その後の急激な変化を抑える方法を採用した。
第2に可動電極を押圧した際の突出部の変形(重なり面積)パターンを改良した。
具体的には次のような方法があり、これらの方法は単独で採用しても組合せて採用してもよい。
突出部の断面形状を略台形形状にしたり、前記突出部の形状を先端部から根元部に向けて側面が内側にへこんだR形状にする方法。
前記突出部の形状を先端部から根元部に向けて側面に段差部を形成しながら、拡幅する方法。
前記突出部は同心円状に複数形成されているとともに最も内側に突出部の先端が樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着し、前記複数の突出部は外周側に向けて順次突出高さが低くなるようにする方法。
前記突出部の形状を中心部から平面視放射状に形成する方法。
可動電極は中心固定部と当該中心固定部に対して同心円状に外周固定部とを有し、前記中心固定部と外周固定部との間が変移部となっていて、当該変移部に中心固定部と同心円状に形成した突出部の内周側面と外周側面との傾斜角度を相違させる方法等が例として挙げられる。
なお、突出部の変形パターンにて重なり面積を改良することが主な目的である場合には、前記突出部の先端部に対向して静電容量検出電極を設ける必要はない。
この場合には初期の静電容量を相対的に小さく設定できる。
前記静電容量検出電極は複数有し、可動電極は当該隣接する静電容量検出電極の間に静電容量変化に影響を与えない突起を有し、当該突起の先端が樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着しているようにする方法。
可動電極の固定部は前記引き出し電極との接続部を有するとともに、当該の固定部の接続部周囲に溝部を形成する方法。
可動電極は複数の固定部と複数の変移部からなり、当該固定部に樹脂フィルム基板が曲がりやすいように除肉部を有するようにする方法。
樹脂フィルム基板に接着する固定部には接着剤のはみ出しを抑えるための凹部又は溝部を有するようにする方法等が例として挙げられる。
よって、本発明はこのようなフォースセンサを要素とするものである限りにおいてアナログ入出力信号、デバイス信号、及びマトリックス信号等用途に制限はない。
固定部22は、樹脂フィルム基板10の表面に銀ペースト等を用いて形成した接続部23と電気接続され、この接続部と引き出し電極40がパターン配線等により電気的に接続されている。
静電容量検出電極30は引き出し電極40a〜40dとパターン配線等により電気接続されている。
図1にて(a)は1軸検出型の断面図、(b)はその平面視を示し、樹脂フィルム基板上の電極を透視図として斜線で表現してある。
また、図1(c)はX,Y等の2軸(多軸)検出型の断面図、(d)は可動電極20を裏面側から見た外観斜視図、(e)は平面視で可動電極20を2点鎖線で表現してある。
この場合に可動電極20に中心固定部22aと外周固定部22bとを有する。
図1に示した例は可動電極20の変移部21に形成した突出部21aの断面形状が略台形形状の例である。
突出部21aの先端Tが樹脂フィルム基板10の表面に無荷重の初期状態で接触しているか、さらには接着剤を用いて接着してある。
図1(a)に示したように1軸検出型の場合には、突出部21aの外形が円錐台になる。
また、図1(b)に示したような多軸検出型の場合には、複数の円錐台形状の突出部21aを同心円状に配置してもよいが、本実施例では図1(d)に示すようにリング形状の突出部21aになっている。
図1(e)に示した静電容量検出電極の例はX軸方向の押し方向を検出するための例えば30a,30cとY軸方向の押し方向を検出するための30c,30dの周廻りに4分割にした例となっているが、分割数を多くするとその押し方向合成ベクトル精度や検出感度が向上する。
例えば図15(b)に示すように押し強度を検出するためのリング状の静電容量検出電極30と、X,Y軸押し方向を検出するための静電容量検出電極(30a〜30d)を組み合せてもよい。
また、可動電極の上に操作ボタン60を貼り付けてもよい。
このような突出部形状にすると、可動電極材料の弾性特性を考慮して、側面Sの傾斜角を選定することで図1(f)に示したような線形特性に近づけることができる。
また、図1に示した実施例は、樹脂フィルム基板10の表面に接触又は接着した突出部21aの先端部の位置にも対向して、この樹脂フィルム基板10の裏面に静電容量検出電極を有した例になっていて、初期状態にて予め図14に示した平行電極よりも大きい静電容量を有するようにした例である。
このようにすると、押圧初期の静電容量の変化をゆるやかにできるが、静電容量の変化量の範囲を大きく設定したい場合には突出部の先端部に対向した位置には部分的に静電容量検出電極を設けずに、突出部の断面形状のみで重なり面積の変化を線形にしてもよい。
図2に示した例は突出部21bの断面形状を先端から根元に向けて側面Sが内側にへこんだR形状にした例である。
このようにすると図2(e)に静電特性を模式的に示すように初期の変化が小さく、その後に線形になるように調整しやすい。
この段差の形状は直接的な階段状でもR形状の段差部をつなぎ合せたものでもよい。
さらには、図15(a)に示すように突出高さが外周側に向けて順次、低くなるように同心円状に形成してもよい。
このようにすると図3(e)に示すように静電特性を全体としては線形に近づけることができる。
図4に示した例は突出部21dを中心から外周側に向けて、放射状に形成した例を示す。
この場合には静電特性を図4(d)に示すように線形に近づけやすい。
このようにすると静電容量変化に影響を与えることなく、入力装置を曲げやすくすることができる。
このように静電容量検出電極側にても静電特性を調整することができる。
このようにすると、紫外線硬化型接着剤を用いて接着固定する場合に透明な樹脂フィルム基板の裏面側から電極パターンの影響を受けることなく紫外線を照射でき、生産性が向上する。
20 可動電極
21 変移部
21a 突出部
22 固定部
23 接続部
30 静電容量検出電極
40 引き出し電極
60 操作ボタン
Claims (9)
- 樹脂フィルム基板の表面側に導電性材料からなる可動電極を備え、当該樹脂フィルム基板の裏面に静電容量検出電極を備えた入力装置であって、
可動電極は押圧により変移する変移部と樹脂フィルム基板の表面に接着固定する固定部とを有し、当該固定部は前記樹脂フィルム基板に設けた引き出し電極に電気接続してあり、前記変移部は前記樹脂フィルム基板の表面に向けて突出した突出部を有するとともに当該突出部の先端が初期状態において当該樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着し、
前記静電容量検出電極は前記変移部と対向して配置されているとともに前記樹脂フィルム基板に設けた引き出し電極に電気接続され、前記突出部の形状は先端部から根元部に向けて側面が内側にへこんだR形状、又は先端部から根元部に向けて側面に段差部を形成しながら拡幅した形状、であることを特徴とする入力装置。 - 樹脂フィルム基板の表面側に導電性材料からなる可動電極を備え、当該樹脂フィルム基板の裏面に静電容量検出電極を備えた入力装置であって、
可動電極は押圧により変移する変移部と樹脂フィルム基板の表面に接着固定する固定部とを有し、当該固定部は前記樹脂フィルム基板に設けた引き出し電極に電気接続してあり、前記変移部は前記樹脂フィルム基板の表面に向けて突出した突出部を有するとともに当該突出部の先端が初期状態において当該樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着し、
前記静電容量検出電極は前記変移部と対向して配置されているとともに前記樹脂フィルム基板に設けた引き出し電極に電気接続され、
前記突出部は同心円状に複数形成されているとともに最も内側に突出部の先端が樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着し、前記複数の突出部は外周側に向けて順次突出高さが低くなっていることを特徴とする入力装置。 - 樹脂フィルム基板の表面側に導電性材料からなる可動電極を備え、当該樹脂フィルム基板の裏面に静電容量検出電極を備えた入力装置であって、
可動電極は押圧により変移する変移部と樹脂フィルム基板の表面に接着固定する固定部とを有し、当該固定部は前記樹脂フィルム基板に設けた引き出し電極に電気接続してあり、前記変移部は前記樹脂フィルム基板の表面に向けて突出した突出部を有するとともに当該突出部の先端が初期状態において当該樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着し、
前記静電容量検出電極は前記変移部と対向して配置されているとともに前記樹脂フィルム基板に設けた引き出し電極に電気接続され、
可動電極は中心固定部と当該中心固定部に対して同心円状に外周固定部とを有し、前記中心固定部と外周固定部との間が変移部となっていて、当該変移部に中心固定部と同心円状に形成した突出部の内周側面と外周側面との傾斜角度が相違することを特徴とする入力装置。 - 前記静電容量検出電極は複数有し、可動電極は当該隣接する静電容量検出電極の間に静電容量変化に影響を与えない突起を有し、当該突起の先端が樹脂フィルム基板の表面に接触又は接着していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の入力装置。
- 可動電極の固定部は前記引き出し電極との接続部を有するとともに、当該の固定部の接続部周囲に溝部を形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の入力装置。
- 可動電極は複数の固定部と複数の変移部からなり、当該固定部は樹脂フィルム基板が曲がりやすいように除肉部を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の入力装置。
- 樹脂フィルム基板に接着する固定部には接着剤のはみ出しを抑えるための凹部又は溝部を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の入力装置。
- 前記静電容量検出電極の形状又は数が前記可動電極の突出部先端から遠ざかるにつれて前記変移部に対向する対向面積が広くなるように形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の入力装置。
- 可動電極の固定部のうち樹脂フィルム基板の表面に接着される部位に対向した樹脂フィルム基板の裏面に電極パターンを有していないことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の入力装置。
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