JP4735396B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器の操作部を構成する入力装置に関するものである。

近年、各種電子機器は、小型軽量化が進展すると共に、画面内に表示されたカーソルを移動させて所定機能を選択して作動させるものが多くなっている。上記操作形態に応じた従来の入力装置について以下に図面を用いて説明する。

図９は従来の入力装置の概念図である。同図において、１は円弧状の抵抗層、２は上記抵抗層１と所定間隔をあけて対向配置された円形リング状の導電層であり、両者で当該入力装置の素子部１０を構成している。そして、上記抵抗層１の円弧の端部１Ａおよび１Ｂのそれぞれ、および導電層２は制御部５に接続されている。なお、抵抗層１や導電層２およびそれらからの引き出し部分は、対向配置された樹脂フィルムなどに形成されているが図示などは省略する。

そして、図１０の断面図及び図１１の分解斜視図に示すように、上記素子部１０上には、操作面側となる下端部分が球面状に形成された操作体１５が傾倒動作可能に配されている。なお、１７は、操作体１５への非操作時に操作体１５を中立位置に付勢するために筐体１９に配されたコイルばねである。

以上のように従来の入力装置は構成され、その動作としては、操作体１５の傾倒操作を行い、操作体１５で上方側のフィルム上から押圧操作力を加えて上記フィルムを部分的に撓ませ、その箇所に応じた抵抗層１部分と導電層２部分とが部分的に接触した状態とさせる。一方、制御部５の制御により抵抗層１の端部１Ａ、１Ｂ間には所定電圧が印加されており、上記接触位置の電位は導電層２の引き出し部分を介して制御部５に入力される。そして、上記入力に基づく電圧分圧比によって制御部５で操作位置の特定がなされ、その情報に応じて制御部５の制御でカーソル移動などがなされるものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１１−２３２０２７号公報

従来の入力装置は、その制御方法や操作位置の検出方法を含めて簡素なものにでき、特にその素子部１０においては厚みを薄く構成できて好ましかったが、抵抗層１の円弧の端部１Ａおよび１Ｂ間の角度方向に向けて操作体１５を傾倒操作すると、その円弧の端部１Ａおよび１Ｂが導電層２に同時に接触して殆ど短絡状態になることがあるという課題があった。つまり、その状態になると電流が多く流れて電池消費が早まることに加え、電圧分圧比の出力としても、その対角位置と同じ出力が得られることから操作位置の判別もできなくなるという課題があった。

このため上記従来の入力装置は、例えば四方向操作用などに限定されて機器に搭載されて使用されているが、近年の機器の高機能化などに伴って分解能の高いものが要望されるようになってきた。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、円弧状の抵抗層を用いた構成で、その円弧の端部間の角度位置での操作時にも不具合などなく操作位置検出が可能な高分解能の入力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
請求項１に記載の発明は、円弧状の抵抗層に対して導電層が対向配置され、それらの部分的な接触で操作された位置が検出可能な入力装置であって、上記抵抗層の円弧の一方の端部上に絶縁層が重ねて設けられ、上記抵抗層の円弧における両端部間の角度位置での操作時に、上記導電層が、上記抵抗層における円弧の一端部側と上記絶縁層に接触した状態、または上記絶縁層と上記抵抗層における他端部側に接触した状態のいずれかとなる構成としたものである。
請求項２に記載の発明は、円弧状の抵抗層に対して導電層が対向配置され、それらの部分的な接触で操作された位置が検出可能な入力装置であって、上記抵抗層の円弧の両端部間に絶縁皮膜もしくは導電皮膜からなる島状部が構成され、上記抵抗層の円弧における両端部間の角度位置での操作時に、上記導電層が、上記抵抗層における円弧の一端部側と上記島状部に接触した状態、または上記島状部と上記抵抗層における他端部側に接触した状態のいずれかとなる構成としたものである。

これらにより、抵抗層の円弧の両端部間またはその近傍角度位置での操作時にも、操作位置検出状態や電力消費状態が他の角度位置と同等で、全周に亘って操作位置検出が可能な高分解能の入力装置を安価に実現することができる。

以上のように本発明によれば、円弧状の抵抗層を用いた薄型構成で高分解能の入力装置を安価に提供できるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図８を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態による入力装置の素子部における分解斜視図、図２は図１のＸ−Ｘ線における部分断面図、図３は同入力装置の概念図である。

同図において、２０は、可撓性を有するＰＥＴなどの樹脂フィルムからなり、テール部付きの形状に形成された基材であり、その下面には、円弧状の抵抗層２１が印刷形成されている。この抵抗層２１は、径方向の幅が一定寸法のもので形成されている。そして、上記抵抗層２１における円弧の両側の端部２１Ａ、２１Ｂには、基材２０下面に形成された互いに独立した導電性の第１パターン２２Ａ、２２Ｂの一端側がそれぞれ接続されており、それら第１パターン２２Ａ、２２Ｂの他端側はテール部先端まで引き回されて対応する電極部に接続されている。また、抵抗層２１の外周位置にあたる基材２０の下面部分には後述する金属板３１用として設けられた導電性の第２パターン３５が形成され、この第２パターン３５の他端側も第１パターン２２Ａ、２２Ｂと同様にテール部先端まで引き回されて対応する電極部に接続されている。なお、基材２０のテール部先端は、上記各電極部と共に対応するコネクタに接続可能な構成となっている。

そして、４１は、絶縁樹脂からなり、抵抗層２１から所定間隔をあけてその外周位置を囲うようにして形成された外周絶縁層であり、テール部先端の各電極部および第２パターン３５の一端側に接続された電極部位置を除いて第１パターン２２Ａ、２２Ｂおよび第２パターン３５上を覆うようにして形成されている。

また、４２は、外周絶縁層４１と同じ絶縁樹脂からなり、抵抗層２１から所定間隔をあけてその内部位置に形成された内周絶縁層である。

そして、上記外周絶縁層４１と上記内周絶縁層４２は、径方向に沿って形成された細幅帯状の直線状絶縁層４４で連結されている。この直線状絶縁層４４も外周絶縁層４１や内周絶縁層４２と同じ絶縁樹脂からなり、これらの外周絶縁層４１、内周絶縁層４２、直線状絶縁層４４は、基材２０下面にパターン印刷により形成されている。なお、上記の絶縁層のうち、少なくとも外周絶縁層４１と内周絶縁層４２は同時形成して同一高さとしておくことが好ましい。

そして、上記直線状絶縁層４４は、抵抗層２１における円弧の径方向に沿って形成されており、基材２０上に位置する部位と、抵抗層２１の一方側の端部２１Ａ上に位置する部位とからなる。なお、以下では、抵抗層２１における円弧の一方の端部２１Ａを一端部２１Ａと表記し、また他方の端部２１Ｂを他端部２１Ｂと表記して説明する。

そして、上記構成のものにおいては、抵抗層２１の周方向における開口部を構成する一端部２１Ａ上を覆い込むようにして形成された上記直線状絶縁層４４の部位が、接触防止手段としてなるものである。

一方、上記抵抗層２１などが形成された基材２０に対し、その下方位置には基材２０の抵抗層２１が形成されている円形部分と同じ略円形状に形成された金属板３１が配されている。この基材２０と金属板３１とは、外周絶縁層４１と内周絶縁層４２の位置で粘着剤（図示せず）を介して粘着保持されている。つまり、基材２０は、抵抗層２１側を下面に向けるようにして、導電層として機能する金属板３１と対向状態に配置されている。

そして、その保持状態では、図２に示すように、抵抗層２１の円弧の一端部２１Ａ上に載せられて形成された直線状絶縁層４４部位の表面は、金属板３１の表面に接触した状態となっており、抵抗層２１およびその円弧の両端部間で構成される円形リング状部分は直線状絶縁層４４の一端部２１Ａ上に載っている周方向での配置幅を除き、金属板３１の上面に対してほぼ全周に亘って上下方向で所定間隔があいた対峙状態となっている。なお、上記直線状絶縁層４４部位をも含めて両者間に上下方向で所定隙間があく設定とされたものとしてもよい。

一方、外周絶縁層４１から露出した第２パターン３５の一端側に接続された電極部は、導電性接着剤などを介して金属板３１の接続箇所３１Ａに電気的に接続されている。

当該入力装置における素子部４０は以上のように構成され、その素子部４０上には操作用部材が配される。その操作用部材としては例えば図１に示したように、上方中央位置が膨らんだ略円板状で、その平坦な下面に上記抵抗層２１およびその円弧の両端部間で構成される円形リング状部分を基材２０上から押圧する操作突起５１を備えた操作体５０があげられる。なお、操作体５０や操作突起５１の形状や配置状態などは特に限定されないが、以下では上記操作体５０を用いて構成したものを例として説明している。

上記操作体５０は、操作突起５１として、３０度ピッチで互いに独立して配された十個の円柱状突起５２とその残りの９０度内の角度位置に配された一つの円弧状突起５３を備えている。上記円弧状突起５３の長さとしては、その周方向の端部位置が、隣り合う円柱状突起５２に対し３０度よりも小さい角度となるような設定とされている。

なお、円柱状突起５２の下端先端部は平坦な小径円形部として形成され、円弧状突起５３の下端は上記小径円形部の径と同一幅で周方向に沿って伸びる円弧部として形成されている。その円弧部は周方向に沿って両端側が下がる大きいアールを持たせた形状としている。なお、それぞれの小径円形部および円弧部は根元部分に対して所定のアールをとって繋いだものとしている。

そして、基材２０上に配された操作体５０は、図示は省略するが、非操作状態で回転しないように機器の筐体等で規制されていると共に中立状態に保持され、かつ上方からの押圧操作でその方向に傾倒動作可能となっている。

そして、上記操作体５０は、円弧状突起５３が上記抵抗層２１の円弧の両端部間の上方位置に対応させて配されている。なお、上記抵抗層２１としては、その円弧の両端部間の開口角度が上記円弧状突起５３の形成角度よりも小さいものを用いており、上記操作体５０の配置状態において、円弧状突起５３の両端は、それぞれ上記抵抗層２１上に対応して位置している。

以上のように、当該実施の形態による入力装置は構成されている。そして、使用機器には、機器側の配線基板（図示せず）などに装着されたコネクタに上記基材２０のテール部を挿入することにより、機器の制御部６０に第１および第２パターン２２Ａ、２２Ｂおよび３５を接続させて搭載される。その搭載状態を図３の概念図に示す。

次に、上記搭載状態での動作について説明すると、操作体５０に対し上方から押し下げ操作を行って操作体５０をその方向に傾倒させ、当該操作位置に対応する操作突起５１で基材２０を部分的に下方に撓ませていき、その位置に応じた抵抗層２１部分を金属板３１に接触状態にさせる。一方、抵抗層２１には、制御部６０の制御で第１パターン２２Ａ、２２Ｂを介して所定電圧が印加されており、上記操作状態で部分接触した電位が金属板３１および第２パターン３５を介して制御部６０に入力され、その電圧分圧比によって制御部６０で操作角度位置の特定がなされる。

ここで、上述したように当該実施の形態によるものは、抵抗層２１の円弧の一端部２１Ａ上に直線状絶縁層４４の一部が径方向に沿って重ねて形成され、かつ上記円弧状突起５３を抵抗層２１における円弧の両端部間上の位置に対応させて配した構成としていることから、当該構成のものでは、操作体５０を抵抗層２１における円弧の両端部間の角度方向に向けて傾倒操作した際に、抵抗層２１の円弧の両端部が同時に金属板３１に接触することが防止されたものとなる。

すなわち、操作体５０を抵抗層２１における円弧の両端部間の角度方向に向けて傾倒操作すると、他の角度位置と同じように円弧状突起５３で基材２０が押されて部分的に撓んでいくが、そのときに、抵抗層２１の円弧の一端部２１Ａ上に重ねて形成された直線状絶縁層４４部分が基材２０上からの高さ位置が最も高く、上記直線状絶縁層４４部分が金属板３１に当接した状態からそこを支点として操作体５０が周方向側に微小に傾倒動作するようになる。これにより、図４に示したように、直線状絶縁層４４と抵抗層２１の一端部２１Ａ側近傍が金属板３１に接触し他端部２１Ｂ側は浮いた状態となる、もしくは図５に示したように直線状絶縁層４４と他端部２１Ｂ側近傍が金属板３１に接触し一端部２１Ａ側は浮いた状態となるためである。

なお、上記いずれの場合においても、それぞれ部分接触した電位が金属板３１および第２パターン３５を介して制御部６０に入力されその操作位置は支障なく検出することができる。なお、その近傍角度方向に向けて操作体５０の傾倒操作時にも上記同様の動作状態となるが、その詳細な説明は省略する。

このように当該入力装置の素子部４０においては、抵抗層２１の両端部間の角度位置またはその近傍角度位置への操作時にも、抵抗層２１の両端部が金属板３１に同時に接触することが防止されるため、それに起因する不具合の発生などもなく、他の角度位置と同様な状態で操作位置検出が可能となると共に、電力消費状態なども他の角度位置と同様な状態のものにできる。

なお、他の角度位置では、操作体５０の操作された位置にあたる円柱状突起５２で基材２０が部分的に押し下げられ、その箇所の抵抗層２１部分が金属板３１に接触して当該操作箇所の位置が制御部６０で特定される。

以上のように当該構成のものであれば、円柱状突起５２の配置角度位置に応じた１０箇所と円弧状突起５３に応じて２箇所の合計１２箇所の位置検出が可能で、しかもその検出角度位置としてもほぼ等角度での検出ができるものとなる。

なお、接触防止手段としてなる直線状絶縁層４４を抵抗層２１に付加した当該構成の素子部４０は、抵抗層２１とその両端部間で形成される円形リング状部分の全周に亘って高い分解能で操作位置検出が可能なものとなり、上記分解能の設定は操作体の操作突起の配置状態などによって左右されることから、必要とする分解能に応じて操作体形状を適宜設定して所望のものに構成すればよい。また、従来のものと異なり機器搭載時での素子部４０の配置規制条件も大きく緩和されることから機器側での設計自由度も大きく向上する。また、当該素子部４０は直線状絶縁層４４を付加したのみの構成であるため容易かつ安価に製作することができる。

なお、直線状絶縁層４４は、抵抗層２１の円弧の一端部２１Ａ上において、その径方向に沿って抵抗層２１の幅全体に設けることが好ましいが、その操作時において、抵抗層２１の両端部が同時に導通状態にならないのであれば部分的に形成されていてもよい。

また、上述したように操作体５０形状は必要に応じて適宜設定すればよく、例えば、操作突起５１の数やそれらの配置位置の設定を変えたり、操作突起を繋がった円形リング状のものとしたり、さらには従来のように下端面が球状のもの等としてもよい。

また、直線状絶縁層４４を抵抗層２１上に重ねて設ける以外に、抵抗層の円弧の一端部側に対向する導電層側の位置に接触防止手段としてなる絶縁層を重ねて配したものとしてもよい。

さらに、上記構成の素子部４０に対し、逆側から操作する形態、すなわち導電層側が上方位置に配され、その上方から操作体で操作されるもの等としてもよい。

（実施の形態２）
当該実施の形態によるものは、接触防止手段としてなる絶縁皮膜を実施の形態１のものとは異なる位置に配置した構成のものであり、他の部分は殆ど実施の形態１と同一構成であるため、その同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図６は本発明の第２の実施の形態による入力装置の素子部における分解斜視図、図７は図６のＹ−Ｙ線における部分断面図である。

同図に示すように、当該実施の形態による入力装置の素子部７０は、実施の形態１によるものと同様に、基材２０下面に形成された円弧状の抵抗層２１と導電層としてなる金属板３１が上下方向に所定間隔をあけて対向配置されて構成されている。なお、基材２０の下面には第１パターン２２Ａ、２２Ｂおよび第２パターン３５などが形成されていると共に、抵抗層２１の内外周位置に設けられた内周絶縁層４２や外周絶縁層４１の部分で基材２０と金属板３１とは粘着保持されていること等も実施の形態１によるものと同じである。

しかしながら、当該素子部７０においては、直線状絶縁層４４は設けられておらず、その接触防止手段としては、基材２０下面において抵抗層２１の円弧の両端部間の位置に独立して形成された絶縁皮膜からなる島状絶縁層７５で構成されたものとなっている。なお、この島状絶縁層７５が請求項に記載した島状部に相当し、上記島状絶縁層７５は、抵抗層２１およびその両端部間で構成される円形リング内において、抵抗層２１の両端部に対してそれぞれ周方向側に同一間隔をあけた中間位置に抵抗層２１とほぼ同じ幅のもので形成されている。そして、当該構成のものは、図７からも判るように上記島状絶縁層７５の形成箇所を含んで、抵抗層２１およびその円弧の両端部間で構成される円形リング状部分が全周に亘って金属板３１に対し上下方向で所定間隔をあけた対峙状態に構成されている。

そして、上方位置に配置された基材２０上には、抵抗層２１の円弧の両端部間と円弧状突起５３との位置を対応させるようにして、操作突起５１を有する操作体５０が実施の形態１と同様に配されている。

当該実施の形態による入力装置は以上のように構成され、使用機器への搭載状態としても実施の形態１によるものと同様である（図３の概念図参照。）。

また、動作状態としても、第１パターン２２Ａ、２２Ｂを介して抵抗層２１に所定電圧を印加した状態において、操作体５０を傾倒操作して対応する操作突起５１（円柱状突起５２、円弧状突起５３）で基材２０を部分的に撓ませて抵抗層２１と金属板３１とを部分的に接触させ、その際に第２パターン３５を介して得られる電圧が制御部６０に入力されてそれを制御部６０で演算処理することにより、合計で１２箇所の操作位置の検出が可能である点は同じである。

しかしながら、上述したように当該実施の形態によるものは実施の形態１のものに対して接触防止手段の配置状態が異なり、抵抗層２１における円弧の両端部間の位置での操作時の動作状態が異なるもののため、その操作状態についての詳細な説明を以下に行う。なお、その他の角度位置での動作状態は実施の形態１の場合と同じである。

当該実施の形態によるものは、操作体５０を抵抗層２１の円弧の両端部間の角度方向に向けて傾倒させると、円弧状突起５３で押された基材２０は当該部分が部分的に撓んで、対応する部分が金属板３１に接触する。

このとき、抵抗層２１の円弧の両端部間に接触防止手段としてなる島状絶縁層７５が独立して設けられていると、抵抗層２１の両端部は同時に金属板３１に接触することはなく、その接触状態としては、抵抗層２１の円弧の一端部２１Ａと島状絶縁層７５とが金属板３１に接触してその他端部２１Ｂ側は浮いた状態、もしくは抵抗層２１の円弧の他端部２１Ｂと島状絶縁層７５とが金属板３１に接触してその一端部２１Ａ側は浮いた状態となる。その後者の状態を図８に示す。

つまり、当該構成のものであっても、抵抗層２１の両端部が同時に金属板３１に接触することはなく、その操作位置の検出状態などは他の角度位置と同様のものにできる。なお、その近傍角度方向に向けて操作体５０を傾倒させた場合にも上記に準ずる動作状態となるが、実施の形態１と同じくその詳細な説明は省略する。

なお、島状絶縁層７５は、操作時における操作体５０から加わる操作力や基材２０の弾力性なども勘案して形成することが重要であるが、例えばその厚みとしては抵抗層２１の厚みと同等もしくはそれよりも若干厚く形成しておくことが好ましい。そして、当該構成の素子部７０は、独立した島状絶縁層７５を抵抗層２１に並べて配した構成であるため、実施の形態１のものよりもさらに薄型化されたものとして実現することができる。

なお、当該素子部７０において、前述した実施の形態１の思想を組み合わせたものとしてもよい。すなわち上記島状絶縁層７５の一方側の端部位置を抵抗層２１の一端部２１Ａ上に重ねて配したもの等としてもよい。

そして、上記には島状絶縁層７５を絶縁皮膜で構成したものを詳述したが、抵抗層２１の両端に対して独立状態で形成された導電皮膜からなる島状部の構成としてもよく、その場合でも同様の効果が期待できる。なお、当該構成とする際には、抵抗層と同一材料で島状部としての導電皮膜を形成するようにすると合理的である。

なお、当該実施の形態２のものであっても、実施の形態１と同様に操作体５０の形状は限定されず、さらには、導電層と抵抗層との上下の配置関係を逆にしたもの等としてもよいことは実施の形態１によるものと同じである。

なお、上述した実施の形態１および実施の形態２以外の構成であっても、円弧状の抵抗層が用いられ、その抵抗層の両端部が導電層に同時に接触することを防止するための接触防止手段が講じられたものは本発明の範疇に入る。そして、本発明によれば、円弧状の抵抗層を用いた構成であるにも拘わらず、従来のものに比べて高分解能で、抵抗層とその両端部間で形成される円形リング状部分のほぼ全周に亘って操作位置検出が可能な薄型構成のものを安価に実現することができる。

本発明による入力装置は、円弧状の抵抗層を用いた薄型構成で高分解能のものとして実現でき、各種電子機器の操作部を構成する際等に有用である。

本発明の第１の実施の形態による入力装置の素子部における分解斜視図 図１のＸ−Ｘ線における部分断面図 同入力装置の概念図 同動作状態を示す部分拡大断面図 同動作状態を示す部分拡大断面図 本発明の第２の実施の形態による入力装置の素子部における分解斜視図 図６のＹ−Ｙ線における部分断面図 同動作状態を示す部分拡大断面図 従来の入力装置の概念図 同断面図 同分解斜視図

符号の説明

２０ 基材
２１ 抵抗層
２１Ａ、２１Ｂ 端部（一端部、他端部）
２２Ａ、２２Ｂ 第１パターン
３１ 金属板
３１Ａ 接続箇所
３５ 第２パターン
４０，７０ 素子部
４１ 外周絶縁層
４２ 内周絶縁層
４４ 直線状絶縁層
５０ 操作体
５１ 操作突起
５２ 円柱状突起
５３ 円弧状突起
６０ 制御部
７５ 島状絶縁層

Claims (2)

1. 円弧状の抵抗層に対して導電層が対向配置され、それらの部分的な接触で操作された位置が検出可能な入力装置であって、上記抵抗層の円弧の一方の端部上に絶縁層が重ねて設けられ、上記抵抗層の円弧における両端部間の角度位置での操作時に、上記導電層が、上記抵抗層における円弧の一端部側と上記絶縁層に接触した状態、または上記絶縁層と上記抵抗層における他端部側に接触した状態のいずれかとなることを特徴とする入力装置。
2. 円弧状の抵抗層に対して導電層が対向配置され、それらの部分的な接触で操作された位置が検出可能な入力装置であって、上記抵抗層の円弧の両端部間に絶縁皮膜もしくは導電皮膜からなる島状部が構成され、上記抵抗層の円弧における両端部間の角度位置での操作時に、上記導電層が、上記抵抗層における円弧の一端部側と上記島状部に接触した状態、または上記島状部と上記抵抗層における他端部側に接触した状態のいずれかとなることを特徴とする入力装置。

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