JP4863016B2 - 入力装置およびこの入力装置を備える電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)等の電子機器に設けられた入力装置とその入力装置の備えられた電子機器に関する。

近年、電子機器は、多機能化すると共に小型・薄型化が進んでいる。特に携帯電話では、限られたスペースへの入力装置の配置が求められているために一つの項目を選択するのに複数のキーを押す必要がある場合もしばしばであり、操作が複雑化する要因の一つとなっている。そこで、薄型で１つの入力装置で複数項目からの選択を可能とする機能が求められている。

従来の携帯電話では、テンキーを用いてアルファベットおよび「かな」をいわゆる「かな方式」を用いて入力することが一般的に行なわれている。図１２は、この種の入力方式に広く採用されている入力装置の構造を示す断面図である。この入力装置は、支持部材２０１と、支持部材２０１上に配置された、円形状の第１接点２０３ａおよびこの第１接点３と同心状に設けられたリング状の第２接点２０３ｂ有する配線基板２０３と、配線基板２０３上に、第２接点２０３ｂと接触し、第１接点２０３ａと非接触に対向するように配置された、可動接点を構成する導電材料から成るドーム状接触部材２０２と、ドーム状接触部材２０２を固定する押えシート２０７と、ドーム状接触部材２０２を押下するためにその上に配置された押圧子２０５ａを有するキーシート２０５と、筐体２０６内のキーシート２０５上に配置され、筐体２０６の開口部からその頭部が突出しているキートップ２０４とにより構成されている。ここで、キーシート２０５は複数の押圧子２０５ａを連結するように形成されており、また配線基板２０３上には、全ての入力装置の第１および第２接点が共通に形成されている。

携帯電話用の入力装置の操作は、キートップ２０４を押すことによってキーシート２０５の押圧子２０５ａを介しドーム状接触部材２０２の中央部を押し込み、ドーム状接触部材２０２を第１接点２０３ａと接触させ、第１接点２０３ａと第２接点２０３ｂとを導通状態とさせる。操作者は、キートップ２０４を押下する過程でドーム状接触部材２０２の中央部が下に凸となる際にクリック感を得る。
携帯電話においてこの種の入力装置用いてアルファベットまたは「かな」を入力する場合、他に設けられた選択キーを１ないし複数回押すことによってアルファベットまたは「かな」を選択した後、入力しようとしている文字が割り付けられている入力装置を１回押して、それで目的の文字が表示されない場合には目的の文字が表示されるまで同一の入力装置をさらに１ないし複数回押して、即ち目的の文字までいわゆる「文字送り」を行なって、目的の文字が表示されるようにしている。

このように、従来の一般的な入力装置を用いる場合には、文字入力のために多くの回数のキー操作が必要となる問題点があった。これに対し、ＡＰＤ(Analogue Pointing Device)を用いて、一つの操作ノブにより複数項目の中の一つの選択を可能とした携帯電話が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１３は、特許文献１にて開示された携帯電話の正面図である。図１３に示されるように、携帯電話１００は、音声通信やデータ通信を行う際に無線電波の送受信を行うアンテナ１０１と、音声通信時に操作者の音声を入力する送話器１０６と、音声通信時に相手の音声を出力する受話器１０２とを備えている。また、操作者のキー入力時の操作支援情報や、携帯電話１００からの出力情報などを表示する表示部１０３を備えている。さらに、表示部１０３に表示されるメニュー画面などで、選択対象箇所の移動や決定を行うと共に、文字入力を行うためのＡＰＤ(Analogue Pointing Device)１０４を、また、操作者がキー入力を行なうためのキー入力部１０５を備えている。キー入力部１０５は、テンキーとファンクションキーとから構成されている。

図１４（ａ）に示すように、ＡＰＤ１０４は、操作ノブ１０４ａを備えている。そして、図１４（ｂ）に示されるように、操作ノブ１０４ａは３６０°の任意の方向に傾けることが可能で、その傾け方向と押圧力を検出することができ、また、操作ノブ１０４ａの押下も検出できる装置である。一般的なパーソナルコンピュータなどにおいては、この検出された方向と圧力により、画面上のマウスカーソルの移動などを行っている。例えば、ＡＰＤの操作ノブ１０４ａを傾けた方向によってマウスカーソルの移動方向を決定し、傾けた際に生ずる圧力によってマウスカーソルの移動速度を決定するといった利用がなされている。図１３に示した携帯電話１００においては、図１４に示すＡＰＤ１０４の操作ノブ１０４ａの傾ける方向に入力文字を数個ずつ割当て、傾ける圧力により割当てている数個の文字の中から入力する文字を判定し、文字入力を行うようにしている。また、操作ノブ１０４ａの押下を検出し、操作ノブ１０４ａの押下時間の長短に対応する文字を複数割当て、押下時間の長短により入力する文字を判定するようにもしている。このようにして、従来の携帯電話１００では、ＡＰＤ装置１０４による１回の操作、つまり、ある方向にある圧力で傾けることにより、或いは、押下した時間の長短により、１つの文字を入力することができるようになっている。
特開２００６−２３５９１７号公報

図１２に示される従来より携帯電話に広く用いられている入力装置では、第１、第２接点間のオン/オフの機能しか有していないため、例えば文字入力の際に、文字種選択キー、文字入力キーの１ないし複数回の押圧と、必要に応じて「決定」キーの押圧が必要となり、多くのキー操作を行なわなければならないため、入力者の負担が大きくまた入力者がすばやく入力できないという問題がある。
これに対して、特許文献１に開示されたＡＰＤを用いると、１回の操作ノブの操作により複数の文字の中から一つを選択することが可能である。しかし、この従来例では筐体表面より大きく突出する操作ノブが必要となり、機器の薄型化を図る上での障害となる。
つまり、従来の入力装置では、入力装置に対する操作回数を削減することと機器の薄型化を両立させることができなかった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、入力装置に対する１回のキー操作により複数項目の中の一つを選択できるようにすると共に機器の薄型化を図ることである。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、支持部材と、前記支持部材上に碗を伏せた態様にて配置されたドーム状構造体と、前記ドーム状構造体の頂部上に配置された、前記ドーム状構造体を押圧して前記ドーム状構造体を変形させる押圧子と、前記ドーム状構造体上にその頂部を中心として放射状に複数個設置された、前記ドーム状構造体の変形量を検出するセンサと、を有する入力装置であって、前記センサは、前記ドーム状構造体に接着された、基板が少なくとも部分的に可撓性材料により形成された配線基板上に形成され、前記配線基板は、前記ドーム状構造体の頂部に開口を有していることを特徴とする入力装置、が提供される。

本発明の入力装置によれば、筐体から大きく突出させる必要のある操作ノブを用いないで済み、薄型化が可能となる。さらに、従来分離していた配線基板と押えシートとの機能を一体化することにより一層の薄型化が可能となると共に組み立ても容易になる。また、ドーム状構造体の形状変化量を検出可能なセンサがドーム状構造体上に配置されているため、キートップを押す位置によるドーム状構造体自身の形状変化に応じたひずみセンサの出力を検出することが可能となり、１回のキー操作により複数の項目中の一つを選択することが可能となる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明による入力装置の第１の実施の形態を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態の入力装置は、携帯電話の筐体６内に設けられた支持部材１と、支持部材１上に設置された、通常は上に凸状で押し下げることにより凹状に撓み、一定以上の押し下げでクリック感を得ることが可能な可撓性部材を用いたドーム状構造体２と、筐体内に配置され、ドーム状構造体２の頂部に相対する部分にその先端部が接着された押圧子５ａを有し、複数の押圧子５ａを連結しているキーシート５と、キーシート５上に接着され、頭部が筐体６から突出しているキートップ４と、ドーム状構造体２の頂部に押圧子５ａを通すための開口３ｃが開けられた、ドーム状構造体２を凸面上方から接着剤により固定された、ドーム状構造体２の形状変化を検出することが可能なシートセンサ３ａが複数個形成されている可撓性のある配線基板３と、により構成されている。

図２は、押圧子５ａより上の部材を取り払い、その下方を見た本実施の形態の入力装置の平面図である。図２に示すように、配線基板３上にはドーム状構造体２の頂部を囲むように１対のシートセンサ３ａが形成されている。そして、各シートセンサ３ａからは１対の配線３ｂが引き出されている。シートセンサ３ａは、合金薄膜などにより形成されている。本実施の形態においてはシートセンサ３ａは、配線基板３のドーム状構造体２の反対側の面に形成されているが、ドーム状構造体２側の面に形成されていてもよい。すなわち、シートセンサ３ａがドーム状構造体２に接触するようになされていてもよい。

ここで、ドーム状構造体２は、よいクリック感が得られるステンレス等の金属が好適であるが、パソコンのキーボード等で汎用的に使用されているシリコーンゴム等のゴム材料を用いたものでもよい。また、キートップ４は入力の際安定したクリック感を得るためにもある程度の剛性を有した部材が好ましく、金属やプラスチック部材が好適である。キーシート５は通常シリコーンゴム等のゴム材料が好適であるが、他の可撓性を有するプラスチック部材でもよい。キーシート５の押圧子５ａは円柱状が好適であるが、ドーム状構造体２を適切に変形させることができ、かつ、ドーム状構造体２から良好なクリック感が得られるのであれば多角柱形状であってもよい。更に配線基板はドーム状構造体２の弾性変形を阻害しない程度の薄い可撓性を有するものがよいが、配線基板全てを薄くする必要は必ずしもなく、ドーム状構造体２と接していない部分がリジッドでドーム状構造体２と接する部分がフレキシブルであるようにしてもよい。そして、予めプレス加工を行なうなどして、配線基板３のドーム状構造体２に接着される部分をドーム状構造体２の形状に倣う形状に加工しておくようにしてもよい。なお、ここで利用するシートセンサ３ａとしては、例えば可撓性の配線基板３上に金属抵抗線をパターン化し、ドーム状構造体２の変形と共に伸縮変形に応じて変動する抵抗値による検出を行う歪センサを利用することが出来る。

図３は、本実施の形態の入力装置において、キートップ４の中央部を垂直方向に押し下げた場合の状態を示す断面図である。キートップ４の中央部を垂直方向に押し下げると、押し下げ量が一定量を越えると、操作者にクリック感が得られ、その後図３の状態となる。このとき、シートセンサ３ａは変形するためその抵抗値は変化するが、左右のシートセンサ３ａ間で抵抗値の差はほとんど生じない。この状態に例えば「決定」の項目を割り付けることができる。

図４に示すように、キートップ４の中央部を左方向に傾けて押し下げた場合（矢印Ａ）、あるいはキートップ４の左側の端部を押し下げた場合（矢印Ｂ）、ドーム状構造体２の左側部分が右側部分より大きく変形する。このとき、二つのシートセンサ３ａ間に出力差が生じる。この状態からさらに矢印ＡないしＢ方向にキートップ４を押し下げると、操作者がクリック感を得た後、ドーム状構造体２は、図５に示されるように変形する。このとき、二つのシートセンサ３ａ間に大きな出力差が生じる。この状態に例えば文字「あ」を割り付けることができる。また、この状態にさらに１ないし複数回押し下げを行なうことにより、「あ」行の「文字送り」を行なうことができる。なお、押圧子５ａの先端部がドーム状構造体２に接着されているので、キートップ４を図４ないし図５の状態に押し下げる際に押圧子５ａがドーム状構造体２上で滑ることはない。
図５に示される状態とは逆に、キートップ４の中央部を右方向に傾けて押し下げるか、あるいはキートップ４の右側の端部を押し下げると、図５に示される状態とは対称的にドーム状構造体２は変形する。この場合にも二つのシートセンサ３ａ間に大きな出力差が生じる。この状態に例えば文字「か」を割り付けることができる。また、この状態にさらに１ないし複数回押し下げを行なうことにより、「か」行の「文字送り」を行なうことができる。このようにして、一つの入力装置に１回の操作を行なって、３項目中の一つを選択して入力を行なうことができる。
ところで、図４に示される状態に押し下げ、クリック感が得られる直前の状態でのシートセンサ間の抵抗値差は、図５に示される状態でのそれとは異なっている。そこで、クリック間が得られる前の状態に対して図５に示される状態とは別の文字を割り付けることもできる。そのようにした場合には、一つの入力装置に１回の操作を行なって、５項目中の一つを選択して入力を行なうことができる。
上記のように、本発明ではドーム状構造体２部分にドーム状構造体２の形状変化自身を検出する歪センサ等を用いたシートセンサ３ａをドーム状構造体２に接着等により配置することによりドーム状構造体２の変形による出力を多段階に分割できる。すなわち、本発明によると、装置の薄型化と、入力装置に対する１回の操作に複数項目を割り付けることを両立させることができる。

〔第２の実施の形態〕
図６は、本発明による入力装置の第２の実施の形態を示す、押圧子５ａより上の部材を取り払い、その下方を見た平面図である。図６において、図２に示す第１の実施の形態の部分と同等の部材には同一の参照記号が付せられている。なお、本実施の形態による入力装置の断面図は、第１の実施の形態のそれを示した図１と同じである。
本実施の形態の、第１の実施の形態と相違する点は、ドーム状構造体２の形状変化を検出するシートセンサ３ａがドーム状構造体２の頂部を中心として左右上下対称に４箇設置されていることである。
本実施の形態の入力装置では、第１の実施の形態と比較し左右に配置されたシートセンサ３ａの他に上下にもシートセンサが配置されているため、例えば下方向に配置されているシートセンサ３ａの出力が最大に検出された時に「変換」等の項目を割り付ける等により、１つの入力装置に第１の実施の形態より多くの項目を割り付けることが可能になる。

〔第３の実施の形態〕
図７は、本発明による入力装置の第３の実施の形態を示す、押圧子５ａより上の部材を取り払い、その下方を見た平面図である。図７において、図２に示す第１の実施の形態の部分と同等の部材には同一の参照記号が付せられている。なお、本実施の形態による入力装置の断面図は、第１の実施の形態のそれを示した図１と同じである。
本実施の形態の、図６に示した第２の実施の形態と相違する点は、配線基板３に、ドーム状構造体２の頂部での開口の外にシートセンサ３ａが配置されていない部分に複数の切欠きが設けられ、全体として十文字状の開口３ｄが開けられていることである。
本実施の形態の入力装置では、配線基板３に、ドーム状構造体２の頂部を中心として十文字状に切欠きが設けられているため、ドーム状構造体２に配線基板３を接着等により固定する際に、配線基板の固定部分をドーム状構造体２の形状にし易くなり、組立性が向上する。

〔第４の実施の形態〕
図８は、本発明による入力装置の第４の実施の形態を示す断面図である。図８において、図１に示す第１の実施の形態の部分と同等の部材には同一の参照記号が付せられている。
本実施の形態の、図１に示した第１の実施の形態と相違する点は、ドーム状構造体２の凸部頂点部には貫通孔２ａが形成されており、これに押圧子５ａの先端部に設けられた突起部５ｂが挿入されていることである。本実施の形態の入力装置では、ドーム状構造体２の貫通孔２ａに、押圧子５ａに設けられた突起部５ｂが挿入されているため、水平方向への押圧子５ａのすべりが規制され、また第１の実施の形態と比較して組立時の簡易化を図ることができる。

〔第５の実施の形態〕
図９は、本発明による入力装置の第５の実施の形態を示す断面図であり、図１０は、図９のＡ−Ａ線での断面図である。図９、図１０において、図１、図２に示す第１の実施の形態の部分と同等の部材には同一の参照記号が付せられている。
本実施の形態の、図１、図２に示した第１の実施の形態と相違する点は、ドーム状構造体２の凸部頂点部分に押圧子５ａの形状より若干大きな凹部２ｂが設けられ、この凹部２ｂに押圧子５ａ先端部が嵌入されていることである。
本実施の形態の入力装置では、ドーム状構造体２に設けられた凹部２ｂに、押圧子５ａの先端部が嵌入されているため、押圧子５ａのすべりが規制され、また第４の実施の形態と同様に第１の実施の形態と比較して組立時の簡易化を図ることができる。

〔第６の実施の形態〕
図１１は、本発明による入力装置の第５の実施の形態を示す断面図である。図１１において、図１に示す第１の実施の形態の部分と同等の部材には同一の参照記号が付せられている。
本実施の形態の、図１に示した第１の実施の形態と相違する点は、ドーム状構造体２の凸部頂点部分に、押圧子５ａの全周もしくは少なくとも３箇所に押圧子５ａにその側面から接触する隆起部２ｃが設けられていることである。
本実施の形態の入力装置では、押圧子５ａ先端部が、ドーム状構造体２の凸部頂点部分に設けられた隆起部２ｃに囲まれているため、押圧子５ａのすべりが規制され、また第４の実施の形態と同様に第１の実施の形態と比較して組立時の簡易化を図ることができる。
なお、第４〜第６の実施の形態においては、押圧子５ａはドーム状構造体２に接着しなくてもよい。また、上記の説明では、入力装置はテンキー入力部のようにキートップがマトリクス状に配置されるものとしていたが、本発明の入力装置はＡＰＤ、ジョイスティックなどとして用いることも可能である。

本発明の第１ないし第３の実施の形態を示す断面図。 本発明による入力装置の第１の実施の形態を示す平面図。 本発明による入力装置の第１の実施の形態の動作状態を示す断面図。 本発明による入力装置の第１の実施の形態の動作状態を示す断面図。 本発明による入力装置の第１の実施の形態の動作状態を示す断面図。 本発明による入力装置の第２の実施の形態を示す平面図。 本発明による入力装置の第３の実施の形態を示す平面図。 本発明による入力装置の第４の実施の形態を示す断面図。 本発明による入力装置の第５の実施の形態を示す断面図。 本発明による入力装置の第５の実施の形態を示す平面図。 本発明による入力装置の第６の実施の形態を示す断面図。 従来技術による入力装置を示す断面図。 特許文献１により開示された携帯電話の正面図。 特許文献１により開示された入力装置であるＡＰＤの動作説明図。

符号の説明

１、２０１ 支持部材
２ ドーム状構造体
２ａ 貫通孔
２ｂ 凹部
２ｃ 隆起部
３、２０３ 配線基板
３ａ シートセンサ
３ｂ 配線
３ｃ、３ｄ 開口
４、２０４ キートップ
５、２０５ キーシート
５ａ、２０５ａ 押圧子
５ｂ 突起部
６、２０６ 筐体
１００ 携帯電話
１０１ アンテナ
１０２ 受話器
１０３ 表示部
１０４ ＡＰＤ
１０４ａ 操作ノブ
１０５ キー入力部
１０６ 送話器
２０２ ドーム状接触部材
２０３ａ 第１接点
２０３ｂ 第２接点
２０７ 押えシート

Claims (11)

1. 支持部材と、前記支持部材上に碗を伏せた態様にて配置されたドーム状構造体と、前記ドーム状構造体の頂部上に配置された、前記ドーム状構造体を押圧して前記ドーム状構造体を変形させる押圧子と、前記ドーム状構造体上にその頂部を中心として放射状に複数個設置された、前記ドーム状構造体の変形量を検出するセンサと、を有する入力装置であって、前記センサは、前記ドーム状構造体に接着された、基板が少なくとも部分的に可撓性材料により形成された配線基板上に形成され、前記配線基板は、前記ドーム状構造体の頂部に開口を有していることを特徴とする入力装置。
2. 前記配線基板に、前記ドーム状構造体の頂部を囲むように切欠きが放射状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記押圧子先端部分に該押圧子本体の径より小さな径の突起が形成され、該突起が前記ドーム状構造体の頂部に開設された貫通孔に挿入されていることを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
4. 前記ドーム状構造体の頂部に凹部が形成され、該凹部に前記押圧子の先端部が挿入されていることを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
5. 前記ドーム状構造体に前記押圧子を囲んでその全周に、または、前記押圧子の周囲の３箇所以上に、前記押圧子の前記ドーム状構造体に対する滑りを防止する突起が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
6. 前記ドーム状構造体の頂部を挟む二つのセンサの差動出力により前記押圧子の押圧状態の判定が行なわれることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の入力装置。
7. 前記押圧子上に、キートップが配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の入力装置。
8. 前記キートップの中央部が垂直に押下された場合と、前記キートップが斜め方向に押下された場合または前記キートップの周辺部が押下された場合とで前記ドーム状構造体の頂部を挟む二つのセンサの差動出力に差異が生じることを特徴とする請求項７に記載の入力装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の入力装置が組み込まれていることを特徴とする電子機器。
10. 前記ドーム状構造体と、前記押圧子と、前記センサと、の組を複数組有し、複数の前記押圧子がキーシートによって連結されていることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
11. 前記ドーム状構造体と、前記押圧子と、前記センサと、の組を複数組有し、全ての前記センサが共通の配線基板上に形成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の電子機器。

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