JP4802724B2 - 入力装置 - Google Patents
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Description
本発明は、各種電子機器の入力操作部を構成する入力装置に関するものである。
各種電子機器における入力操作部として、例えば携帯電話などでは、押し釦式の入力手段が設けられた入力装置が多く用いられ、その入力装置への操作で電話番号入力などの操作が可能なように構成されている。
また、近年では、インターネット接続環境が整備され、携帯電話でもインターネットブラウザの閲覧が頻繁に行われ、ディスプレイ上のカーソルを自在に移動させる必要が出てきている。
これらの操作を行うために、ディスプレイ上のカーソルを動かす座標入力装置と電話番号などを入力する押圧式入力装置とを複合させた構成の入力装置が考案されている。
そのような従来の入力装置について、図６を用いて以下に説明する。
図６は従来の入力装置の部分断面図であり、同図において、５は所定配線などの導電性部位を有する基板であり、その上面側には、中央電極１およびその周囲に設けられたドーナツ状の外周電極２が配され、上記中央電極１および外周電極２は各々スルーホール３を介して基板５の下面に配されたパターン４で導出されている。
６は、弾性金属薄板からなり外形が円形で上方凸型のドーム状に形成された可動接点としてなるダイアフラムであり、その外周下端が外周電極２に接触するように載せられて基板５上に配されている。そして、ダイアフラム６は、上面側からＰＥＴ製の樹脂シート８で覆われている。その樹脂シート８には、下面側に粘着材７が塗布形成されており、その粘着材７によってダイアフラム６上面は粘着保持されると共に、ダイアフラム６の周囲位置にあたる粘着材７部分が基板５の上面に貼り付けられてダイアフラム６は基板５に位置決め固定されている。
そして、このダイアフラム６を覆う樹脂シート８上に、所定間隔をあけて、樹脂フィルムに所定の導電パターンが形成されて構成された座標入力シート９が配されている。また、その座標入力シート９の上方にはゴム製の表示シート１１が一体化されて配されている。なお、図示は省略するが、上記一体化された座標入力シート９と表示シート１１とは、外方周囲部分を機器の筐体などで、たるまないように保持されている。
そして、ダイアフラム６の真上にあたる表示シート１１の部分は周囲より若干盛り上った表示部１０に構成され、その上面に文字や数字などの個別表示がなされている。
なお、上記構成部分は従来の入力装置の一部分であり、携帯電話では連続して配されている。
次に、この従来の入力装置の動作について説明する。
まず、個別の表示部１０を押圧操作する場合の動作について説明する。
表示部１０を指で押し下げていくと、表示シート１１は周囲部分が引っ張られつつ、その表示部１０を中心として下方側に撓んでいき、これに伴い座標入力シート９も下方に撓んでいく。そして、座標入力シート９がダイアフラム６を固定している樹脂シート８に当接する。
更に、表示部１０を押し下げると、ダイアフラム６の中央部が下方凸形に反転動作し、その座屈動作時にクリック感触が得られる。そして、上記反転動作によってダイアフラム６の中央部下面が中央電極１に接触し、基板５の中央電極１と外周電極２がダイアフラム６を介して導通する。すなわち、基板５の下面に個々に導出されたパターン４間が短絡状態となる。
その状態から表示部１０を押す力を除いて表示部１０から指を離すと、ダイアフラム６は自身の復元力により元の上方凸型ドーム状に戻り、そのダイアフラム６の復帰動作で座標入力シート９と表示シート１１とは上方に押し上げられる等して図６に示す操作される前の状態に戻るものであった。
次に、座標入力操作をする際の状態について簡単に説明する。
上記の座標入力操作としては、表示シート１１上を指で水平になぞる操作をするものであり、表示シート１１上を指でなぞると、指は導電性であるので、座標入力シート９の静電容量が指の位置により変化する。この静電容量情報を座標入力シート９から座標位置を演算する機能をもった制御部（図示せず）に入力して上記制御部で所定処理することにより、座標位置が検出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２００２−１２３３６３号公報
しかしながら、上記従来の入力装置においては、表示シート１１がゴム製などの弾性材料であり、また、座標入力シート９も樹脂フィルムで構成されているため、表示シート１１上を指でなぞると、下方側に撓んでしまう現象が発生し、座標入力シート９と基板５に設けられた導電性部位との間の距離が変化する。このように座標入力シート９と基板５の導電性部位との間隔が変化すると、座標入力シート９の静電容量も変化してしまい、指でなぞっている位置によって変化する座標入力シート９の静電容量に対して上記変化分が加わってしまうことになるため、静電容量の変化を基として検出される座標位置の検出精度が悪くなるという課題があった。
また、個別表示された表示部１０の位置を押圧する入力操作時においても、表示シート１１がダイアフラム６から浮いた状態であったため、操作時にふらつき感を感じたり、あるいは表示部１０を斜め方向に押圧操作してしまうと、そのまま表示部１０などが斜めに下がっていき、ダイアフラム６の中心からはずれた位置を押し込み操作することもあり、ダイアフラム６のクリック感触が悪く感じられることなどもあった。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、座標位置の検出精度が向上され、かつ押圧操作時の操作状態の改善も図れる構成とされた押圧入力操作と座標入力操作を同一操作部分で行うことができる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。
本発明の請求項１に記載の発明は、指の移動による静電容量の変化で座標入力がなされる座標入力操作および個別表示がなされた表示部への押圧入力操作が可能な入力部と、上記入力部の下側に間隔をあけて配された配線パターン等の導電性部位を有する基板と、上記基板上に上記表示部の位置に対応させて配された押圧操作型のスイッチ部とを備え、上記基板と上記入力部との間に空気を含んだ絶縁樹脂層をさらに有し、かつその絶縁樹脂層は、上記スイッチ部の配設箇所を除いて上記スイッチ部の周囲を囲むように設けられており、この絶縁樹脂層で上記入力部が下方から支持されている構成としたことを特徴とする入力装置であり、基板と入力部の間に空気を含んだ絶縁樹脂層を設けているため、座標入力操作時においては上記入力部が上記絶縁樹脂層で支持されて下方側に撓む状態が少なくできることから、上記基板の導電性部位からの入力部への影響を受け難いものにできて座標位置の検出精度が向上すると共に、押圧操作時においても上記絶縁樹脂層の影響により斜め押し状態などの緩和がなされ、その動作状態としても安定的で、しかも上記絶縁樹脂層を上記スイッチ部の配設箇所を除いて上記スイッチ部の周囲を囲むように設けたものとしたので、上記スイッチ部への操作時に得られる上記スイッチ部からのクリック感触が良好に得られて操作フィーリングに優れたものになるという作用を有する。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、入力部が、表示部を備えた弾性材料製のシート部材の下側に、指の移動による静電容量の変化が検出可能な座標検知手段を一体に配設して構成されたものであり、座標入力操作の際などに、直接指などで座標入力手段上を触って摺動操作しないものであるため、上記座標入力手段の劣化や汚れの発生などを防止でき、寿命や信頼性の確保が図れるものとなるという作用を有する。
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、座標検知手段が、樹脂フィルムに所定の導電パターンが形成されて構成されたものであり、薄く、安価な樹脂フィルムと導電パターンで構成されたものとすることによって、入力装置の薄型化が図れると共に安価なものに構成できるという作用を有する。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、絶縁樹脂層が、スポンジ状部材で構成されたものであり、材料費や製造工数などを低減させることができるという作用を有する。
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の発明において、絶縁樹脂層が、発泡剤を混合した樹脂ペーストを焼成して発泡させた層で構成されたものであり、必要とする絶縁樹脂層の形状や高さ寸法のものに対し柔軟に対応可能になるという作用を有する。
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の発明において、基板および入力部が、絶縁樹脂層に共に固着されているものであり、入力部のふらつき等が殆どなく、座標位置が安定して高精度で検出できるものが得られるという作用を有する。
請求項７に記載の発明は、請求項１記載の発明において、基板と絶縁樹脂層の間にＥＬがさらに配されたものであり、ＥＬの発光によって入力部の表示部などが照光されるものにできるという作用を有する。
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の発明において、入力部側に相当するＥＬの表面側にシールド層が設けられたものであり、ＥＬ発光時における電磁ノイズの拡散が防止でき、入力部への電磁ノイズの影響も抑えられて座標位置が安定した高い精度で検出できるものとなるという作用を有する。
以上のように本発明によれば、押圧入力操作と座標入力操作を同一操作部で行うことができる入力装置において、スイッチ部の配設箇所を除いて上記スイッチ部の周囲を囲むように設けた絶縁樹脂層で入力部を下方から支持させた構成のものとしているため、座標位置の検出精度が向上され、押圧操作時における操作状態の改善も図れるものが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５を用いて説明する。
なお、従来の技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して詳細な説明を簡略化する。
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態における入力装置の部分断面図である。
図１は本発明の一実施の形態における入力装置の部分断面図である。
同図に示すように、基板５上に配された中央電極１とドーナツ状の外周電極２は、各々スルーホール３を介して基板５の下面側に配線されたパターン４で導出されている。
また、金属薄板製のダイアフラム６が、その外周下端を外周電極２上に載せられて配されると共に、粘着材７が下面に塗布されたＰＥＴ製の樹脂シート８で基板５上に位置決め固定されている。このダイアフラム６と中央電極１、外周電極２による構成部分が請求項のスイッチ部に相当する。
さらに、ダイアフラム６の上方位置には、表示部３０を備えたゴムなどの弾性材料からなる表示シート３１が配置されている。なお、当該表示シート３１は、表示部３０の上面のみが機器筐体（図示せず）から露出状態に配されるものである。
そして、この表示シート３１は、表示部３０の中央位置から下方に突出する押圧部３２を備え、その下端は、ダイアフラム６の中央部の中心位置に合わせてダイアフラム６を覆う樹脂シート８上に接触している。
また、表示シート３１の下側には、所定の導電パターンが形成された座標入力シート９（座標入力手段）が粘着層１３で一体化されている。なお、この座標入力シート９は従来と同じものであるが、上記に説明した表示シート３１の押圧部３２の配置位置に応じて押圧部３２が挿通する貫通孔を備えたものとしている。また、当該座標入力シート９は、薄くて安価な構成のものであるため、入力装置の薄型化や低価格化にも寄与できて好ましい。そして、上記一体化された表示シート３１と座標入力シート９とが、請求項の入力部に相当する。
なお、座標入力手段としては、座標入力シート９以外のものであってもよいが、当該入力部の構成のように、座標入力手段を表示シート３１の下面などに配して、座標入力操作の際に直接指などで上記座標入力手段上を触って操作しない構成とすれば、上記座標入力手段の劣化や汚れなどの発生が防止でき、寿命や信頼性確保が容易に図れるものにできる。
さらに、座標入力シート９の下側には、空気を含んだ発泡層１４が設けられている。この発泡層１４は、ダイアフラム６の配設箇所を除く位置に設けられており、かつ、高さ寸法としては、その上面で座標入力シート９の下側を支持する寸法に設定されている。そして、上記発泡層１４は、樹脂ペーストに、アゾ化合物や炭酸水素ナトリウムなどからなる焼成によってガスを発生するマイクロカプセルを混合し、それをスクリーン印刷で印刷して、その後焼成して構成している。この発泡層１４を用いたものであれば、必要とする絶縁樹脂層の形状や高さ寸法のものに対し柔軟に対応することができる。
なお、その代わりにポリウレタン製などの弾性を有するスポンジを座標入力シート９の下側に接着した構成としてもよく、この構成であれば、材料費や製造工数などの低減化を図ることができる。さらには、その他、空気を含んだ絶縁樹脂層としてなるものであれば特に限定はされない。
そして、発泡層１４の下側には、粘着層１５が印刷形成されており、その粘着層１５で樹脂シート８と発泡層１４とは粘着固定されている。
以上のように、本発明による入力装置は、一体化された表示シート３１と座標入力シート９に対し、基板５上に配された樹脂シート８との間を発泡層１４で充填させた構成としたものである。当該構成であれば、表示シート３１において、表示部３０は、その中央位置では押圧部３２によって確実な支持状態になると共に、その周囲位置にあたる座標入力シート９と樹脂シート８との間隙部分は発泡層１４で充填され、かつ共に発泡層１４に固着された支持構造としてあるため、表示部３０のふらつきなどの発生が非常に少ないものとなる。
次に、当該入力装置の動作について説明する。
まず、押圧入力操作する際の動作につき、図２の当該入力装置の押圧操作状態を示す断面図を用いて説明する。
表示部３０を押し下げていくと、表示シート３１は、周囲部分が引っ張られつつ、その表示部３０を中心として下方側に撓んでいき、座標入力シート９も同様に下方に撓んでいく。このとき、座標入力シート９の下面に配されている発泡層１４も同様に圧縮されていく。
そして、上記表示部３０の下方への移動に応じて押圧部３２を介してダイアフラム６への押し込み力が加わり、その大きさが所定の大きさを超えると、ダイアフラム６は、外周下端が基板５の外周電極２に接触したまま、中央部が反転動作してクリック感触が発生すると共に、中央部下面が中央電極１に接触する。これにより、基板５の中央電極１と外周電極２からそれぞれ基板５の下面に導出された各パターン４間が短絡状態となる。
その動作状態に影響を与えないようにするために、上記発泡層１４としては、圧縮可能量をダイアフラム６のストロークよりも大きく設定している。これにより、ダイアフラム６の動作はスムーズになされ、かつダイアフラム６周囲を囲む発泡層１４が圧縮されていく影響で斜め押し状態なども緩和されて、安定した動作状態で良好なクリック感触が得られるものとなり、操作フィーリングに優れたものにできる。
また、表示シート３１は、発泡層１４を介してダイアフラム６の周囲部分にあたる箇所が基板５に固着されて支持されているため、表示部３０を押し下げていく際のふらつきやガタツキなどの発生が低減され、これも良好な操作フィーリングが得られることに大きく寄与する。
さらに、例えば図３の発泡層の平面図に示したように、発泡層１４におけるダイアフラム６の周囲位置近傍を放射状突出部１４Ａで支持する形状など、部分的な支持形状のものとすれば、上記の押圧操作時において、発泡層１４の圧縮荷重がさらに低減されて一層ダイアフラム６からの良好なクリック感触が得られるものにできる。
そして、その押圧状態から指を離すと、座標入力シート９と表示シート３１はダイアフラム６や発泡層１４の復元力によって押し上げられるなどして、スイッチ部がＯＦＦ状態の図１に示す初期状態に戻る。なお、このときの復帰動作も、一体化された表示シート３１および座標入力シート９は、押圧部３２および発泡層１４で全体的に押し上げられることから、従来よりも安定して復帰し、その復帰応答性も向上されるものとなる。
次に、座標入力操作について説明する。
表示シート３１上を指でなぞると、指は導電性であるので、座標入力シート９の静電容量が指の位置により変化し、この静電容量の変化を座標入力シート９から座標位置を演算する機能をもった制御部（図示せず）に入力して所定処理することによって座標位置が検出されることは従来と同じである。
しかしながら、当該構成のものは、表示シート３１が発泡層１４を介して基板５上に支持されて固着されているため、そのなぞり操作時に従来のものと比べて下方側に撓んだりふらつくことなども少なく、基板５に配されたパターン４などの導電性部位に対して座標入力シート９は一定の距離が維持されるものにできる。これによって座標入力シート９からの出力も、上記の指の摺動による座標入力シート９の静電容量の変化のみとなって上記基板５の導電性部位からの入力部への影響を受け難くなるものにできる。このため、安定した静電容量の変化が出力されて、上記操作時における精度よい座標位置の検出ができるようになる。
なお、当該構成のように、空気を多く含んだ発泡層１４で座標入力シート９を支持させると、空気は誘電率が小さいため、パターン４などの導電性部位からの座標入力シート９の静電容量への影響が小さくなり好ましい。
そして、当該構成のものにおいて表示部３０上の文字や数字などの表示を照光させるには、図４の断面図に示すように、樹脂シート８の上面に接着層１７を介してＥＬ１６を貼り付けた構成などとすればよい。当該構成の場合には、表示シート３１の押圧部３２をＥＬ１６上面に接触させると共に、ＥＬ１６上面に発泡層１４を配すればよい。
そして、上記ＥＬ１６としては、図５（ａ）の断面図に示すように、ＰＥＴ製の基材フィルム１８にＩＴＯや導電ポリマーなどからなる透明電極１９を設け、その下に、発光層２０、誘電体層２１、導電材料でなる背面電極２２、絶縁材料でなる絶縁層２３、下側への電磁ノイズを遮断するために導電材料でなるシールド電極２４、絶縁材料でなる絶縁レイヤー２５の順で積層して構成された屈曲性を有するものを用い、ダイアフラム６の配置部分を含めて、樹脂シート８上に接着層１７により貼り付け装着すればよい。なお、ＥＬ１６の各層がスクリーン印刷で構成された分散型ＥＬは、屈曲性などに優れるため好ましい。
上記構成のＥＬ１６は、透明電極１９と背面電極２２の間に電圧を周期的に印加すると、発光層２０が発光するものであり、その光は押圧部３２等を通して表示部３０を照光する。なお、照光する箇所としては、表示部３０のみの部分的な範囲であっても表示シート３１全体であってもよい。
そして、当該ＥＬ１６を付加した構成のものの動作状態は前述したものと殆ど同様であるため説明は省略する。なお、当該ＥＬ１６を付加した構成の入力装置においては、ＥＬ１６の透明電極１９などが導電体のため、座標入力操作時に座標入力シート９の静電容量が透明電極１９などの影響を受けるようにも考えられるが、座標入力シート９とＥＬ１６の間に、誘電率の小さい空気を多く含んだ発泡層１４を介在させているため、その影響は少ない。また、発泡層１４は、ＥＬ１６に周期的に印加される電圧による電磁ノイズの座標入力シート９に対する影響を緩和する役割も担っている。
なお、ＥＬ１６として、図５（ｂ）の断面図に示すように、入力部側に相当する基材フィルム１８の上面にも導電材料でなるシールド層２６を印刷形成し、さらにその上にシールド層２６を保護するために絶縁材料でなる保護層２７を設けたものを用い、上記シールド電極２４およびシールド層２６をグランドに接続させた構成とすると、ＥＬ１６に周期的に印加される電圧による電磁ノイズの拡散が防止でき、座標入力シート９への電磁ノイズの影響も抑えられて座標位置が高い精度で安定して検出できるものとなる。
このように当該実施の形態によれば、空気を含んだ発泡層１４により座標入力シート９を支持させると共に、表示シート３１の押圧部３２をダイアフラム６上を覆う樹脂シート８などに当接させた構成とすることにより、座標位置の検出精度が向上され、かつ押圧操作時の操作状態の改善も図れる入力装置が得られる。
なお、基板および入力部が、空気を含んだ絶縁樹脂層に固着されていない構成であってもよく、また、その絶縁樹脂層における弾性などを考慮し、押圧部３２をなくした構成とすることも可能である。
本発明による入力装置は、座標入力操作および押圧入力操作を同一操作部で行うことができるものであって、スイッチ部の配設箇所を除いて上記スイッチ部の周囲を囲むように設けた絶縁樹脂層で入力部を下方から支持させた構成のものとしているため、座標位置検出の精度が向上され、かつ押圧操作時の操作状態の改善も図れるものが得られるという有利な効果を有し、各種電子機器の入力操作部を構成する際等に有用である。
１ 中央電極
２ 外周電極
３ スルーホール
４ パターン
５ 基板
６ ダイアフラム
７ 粘着材
８ 樹脂シート
９ 座標入力シート
１３、１５ 粘着層
１４ 発泡層
１４Ａ 放射状突出部
１６ ＥＬ
１７ 接着層
１８ 基材フィルム
１９ 透明電極
２０ 発光層
２１ 誘電体層
２２ 背面電極
２３ 絶縁層
２４ シールド電極
２５ 絶縁レイヤー
２６ シールド層
２７ 保護層
３０ 表示部
３１ 表示シート
３２ 押圧部
２ 外周電極
３ スルーホール
４ パターン
５ 基板
６ ダイアフラム
７ 粘着材
８ 樹脂シート
９ 座標入力シート
１３、１５ 粘着層
１４ 発泡層
１４Ａ 放射状突出部
１６ ＥＬ
１７ 接着層
１８ 基材フィルム
１９ 透明電極
２０ 発光層
２１ 誘電体層
２２ 背面電極
２３ 絶縁層
２４ シールド電極
２５ 絶縁レイヤー
２６ シールド層
２７ 保護層
３０ 表示部
３１ 表示シート
３２ 押圧部
Claims (8)
- 指の移動による静電容量の変化で座標入力がなされる座標入力操作および個別表示がなされた表示部への押圧入力操作が可能な入力部と、上記入力部の下側に間隔をあけて配された配線パターン等の導電性部位を有する基板と、上記基板上に上記表示部の位置に対応させて配された押圧操作型のスイッチ部とを備え、上記基板と上記入力部との間に空気を含んだ絶縁樹脂層をさらに有し、かつその絶縁樹脂層は、上記スイッチ部の配設箇所を除いて上記スイッチ部の周囲を囲むように設けられており、この絶縁樹脂層で上記入力部が下方から支持されている構成としたことを特徴とする入力装置。
- 入力部が、表示部を備えた弾性材料製のシート部材の下側に、指の移動による静電容量の変化が検出可能な座標検知手段を一体に配設して構成された請求項１記載の入力装置。
- 座標検知手段が、樹脂フィルムに所定の導電パターンが形成されて構成されたものである請求項２記載の入力装置。
- 絶縁樹脂層が、スポンジ状部材で構成された請求項１記載の入力装置。
- 絶縁樹脂層が、発泡剤を混合した樹脂ペーストを焼成して発泡させた層で構成された請求項１記載の入力装置。
- 基板および入力部が、絶縁樹脂層に共に固着されている請求項１記載の入力装置。
- 基板と絶縁樹脂層の間にＥＬがさらに配された請求項１記載の入力装置。
- 入力部側に相当するＥＬの表面側にシールド層が設けられた請求項７記載の入力装置。
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