JP4899963B2 - 入力装置とその製造方法 - 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とその製造方法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性が出てきている。
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９を用いて以下に説明する。
図９は、従来の入力装置の断面図を示している。
前記従来の座標入力操作としては、キー１０１上もしくはキーマット１０２上の表面（図示せず）を指でなぞる操作をするものである。キーマット１０２の下側には、タッチパッド１０４が配されている。指でなぞる操作をすると、指は導電性であるので、タッチパッド１０４内の電極（図示せず）の静電容量が変化する。この静電容量の情報を制御コントローラ（図示せず）に入力してその制御コントローラ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。
また、前記の押圧入力操作としては、例えば押下操作式のスイッチが用いられる。キー１０１の上側の主表面には指示表示（図示せず）が設けられ、その指示表示に対応して弾性金属薄板からなり外形が円形もしくは楕円形で上方凸型に形成されたドーム状部材１０７が、基板１０６上に配されており、前記ドーム状部材１０７が可動接点としてなる押下操作型のスイッチとして構成されている。キー１０１には、下方側に突出する柱状部１０３がキー１０１と一体に形成されており、タッチパッド１０４に設けられた開口部１０５を挿通し、その柱状部１０３の下端で前記ドーム状部材１０７の中央部を押圧可能な構成となっている。そして、前記キー１０１の押圧入力操作をすると、柱状部１０３でドーム状部材１０７が押し込まれて変形され、その下面が基板１０６上に対応して配設されている少なくとも２つの導電部同士（図示せず）を電気的に導通させてその入力検出が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。
特表２００４−５３５７１２号公報
しかしながら、前記従来の入力装置においては、キーマット１０２とタッチパッド１０４を組み合わせた構成とするのは簡単であるが、前記タッチパッド１０４付きキーマット１０２のそれぞれのキー１０１と各ドーム状部材１０７とを組み合わせる工程においては、柱状部１０３とドーム状部材１０７との間に隙間があると、キー１０１の押し下げ時に、柱状部１０３がドーム状部材１０７に接触するまでのストロークと、柱状部１０３がドーム状部材１０７を押し込み変形させ、同時にドーム状部材１０７から反力を生じているときのストロークとの違いを指が感じて感触が悪くなってしまうため、柱状部１０３の先端がちょうどドーム状部材１０７に接触するように高さの位置あわせをする必要があり、その作業性が悪く、高コストの原因になっていた。
一方、前記タッチパッド１０４付きキーマット１０２の各柱状部１０３を対応するドーム状部材１０７に直接的もしくは間接的に接着させると柱状部１０３とドーム状部材１０７との隙間がなくなり、押下操作の感触の悪化を抑制できるが、その接着位置がドーム状部材１０７の中央位置からずれた位置で接着されると、押下操作時にドーム状部材１０７の反転状態が中心対称ではなくなって本来の反力およびストロークが得られずに操作感触が悪くなってしまう。このために、通常シリコーンゴムなどの弾性を有する材質で柱状部１０３を複数備えた形状に形成されるキーマット１０２の寸法管理等を十分にして、各柱状部１０３をそれぞれのドーム状部材１０７の中央位置に対応させて両者を接着しなければならず、当該構成のものとする場合においても、前記構成のものよりもさらに作業性が悪くて高コストなものになってしまうという課題があった。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、押圧入力操作と座標入力操作とが同一操作部で良好に行える安価な構成の入力装置を提供することを目的とする。
前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、複数のキーと、前記キーの下側に配され、前記キーの上側の指や導体の移動による静電容量の変化によって入力状態が検知できる座標入力センサと、前記座標入力センサの下側に配されたベースシートと、金属薄板から外形が円形もしくは楕円形で上方に突出するドーム形状に形成され、前記ベースシートの下側に前記キーの位置に対応させてそれぞれ保持された押圧入力型の可動接点と、前記可動接点の下側に配され、前記可動接点毎に応じた配線パターン等の導電性部位を有する基板とを備えた入力装置において、前記可動接点の中央部の位置に対応させて、前記座標入力センサと前記ベースシートとの間に柱状部を挟み込むようにしてさらに備えさせると共に、その柱状部を、前記座標入力センサの下面と前記ベースシートの上面にそれぞれ接着固定させることによって前記座標入力センサと前記可動接点付きの前記ベースシートとが一体化されたモジュール形態のものを用いて構成されていることを特徴とする入力装置である。これであれば、柱状部を、可動接点の中央に対応させて座標入力センサとベースシートに接触させ、かつ、座標入力センサにもベースシートにも前記柱状部が接着固定されたモジュール形態のものを用いるため、座標入力センサと可動接点付きのベースシートが一体で取り扱えて、従来のもののように感触の悪化を防ぐための位置あわせ等が必要なくなって、押圧入力操作と座標入力操作とが良好に行える安価な入力装置を提供することができ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に記載の発明において、柱状部が、座標入力センサの下面とベースシートの上面にそれぞれＵＶ硬化型樹脂によって接着されたものであり、ＵＶ硬化型樹脂は熱硬化性樹脂よりも柔軟性が大きいので、押圧操作の感触の劣化が少ないものに構成することができるという作用を有する。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、座標入力センサは、銀や銅などの導電材料を所定の電極パターンに形成したセンサシートからなり、その電極パターンが、柱状部と座標入力センサとの接触部分を避けるようにパターン形成されたものであり、押圧操作時に生じる応力から電極パターンを離すことができると共に、ＵＶ硬化型樹脂を用いて柱状部を座標入力センサまたはベースシートに接着させる場合にＵＶ光を十分に透過させることができるため、当該箇所の接着状態が安定化したものに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に記載の発明において、ベースシートの代わりにＥＬシートを用いたものであり、ＥＬの発光によってキーの主表面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５に記載の発明は、請求項１に記載の入力装置の製造方法であって、ベースシートの下面に粘着層を印刷し、その後前記ベースシートの外形と穴部を形成し、その後前記粘着層を介して可動接点を貼り付け、その後前記ベースシートの上面に前記外形もしくは前記穴部を基準にして柱状部を前記可動接点の中央位置に位置あわせしてＵＶ硬化型樹脂により固定し、その後前記柱状部の上面に座標入力センサをＵＶ硬化型樹脂により固定する入力装置の製造方法としたものであり、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安価に製造することができるという作用を有する。
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）
図１は本発明の一実施の形態における入力装置の分解斜視図、図２は同入力装置の断面図である。
同図に示すように、当該入力装置の主表面にはポリカーボネイトなどのプラスチックからなる複数のキー１が配置されている。キー１の下側にはシリコーンゴムなどの弾性部材で形成されるキーマット２が配されている。なお、キー１とキーマット２は、同一の材料であってもよく、さらには一体化されて形成されていてもよい。
キーマット２の下面は平坦に形成されており、その下面に粘着層（図示せず）を介して座標入力センサ３が接着されている。座標入力センサ３は、ＰＥＴなどの透明なフィルムに銀などの電極がパターン印刷して構成されており、コントローラＩＣ等からなる制御部（図示せず）に接続されている。この座標入力センサ３は、キー１の上側に指や導体が近づいたり、またはそれらがキー１の上側を移動することにより、電極の静電容量が変化し、その変化が前記制御部で判別されて前記操作状態を検知するために配されている。
座標入力センサ３の下方位置には、ベースシート４が配されている。ベースシート４は、図２に示したように、下面に形成された粘着層７を介して基板９に接着されている。
基板９は、その上面において、キー１が配置されている位置に応じて可動接点８用の接点部分としてなる配線パターン等の導電性部位（図示せず）を有している。そして、その接点部分に対応させて、外形が円形もしくは楕円形で上方に突出したドーム形状に形成された金属薄板からなる可動接点８（図１には図示せず）がそれぞれ基板９上に配され、ベースシート４下面に形成された粘着層７に各可動接点８上面が接着され、各可動接点８はベースシート４のドーム形状部５と基板９との間に配されている。
さらに、当該構成によるものは、各可動接点８の中央部に対応する位置に略円柱状に形成した柱状部６を備えたものとしている。前記柱状部６は、ベースシート４のドーム形状部５上面と座標入力センサ３の下面との間に挟み込まれて配され、その上下面は、座標入力センサ３の下面、ドーム形状部５上面に接着されている。
本発明による入力装置は以上のように構成され、続いて動作について説明する。
まず、キー１を押し下げ操作すると、弾性を有するキーマット２が撓み、それにあわせて座標入力センサ３も撓みつつ、柱状部６によってドーム型の可動接点８の中央部に押圧力が伝わり、その力が所定の大きさを超えると可動接点８の中央部が弾性反転し、その下面が基板９上の接点部分と接触することによってスイッチＯＮ状態となる。
ここで、前記構成とした本発明であれば、従来のもののように座標入力センサ３に開口部を設け、またキーマット２の下部に柱状部などのプランジャーを設けて、前記プランジャーを前記開口部に通すようなことが必要無く、これにより、開口部を設けるためのコストを削減でき、また、キーマット２にプランジャーを設けるために複雑な金型を用いる必要も無くなり、平坦なシート状のものを利用できるため、安価なものとして実現することができる。
また、前記構成とした本発明であれば、柱状部６が座標入力センサ３とベースシート４に予め接触しているもののため、キー１の押圧操作の開始と同時に可動接点８からの反力を指が感じられるようにでき、感触の良好なものとして実現することができる。また、従来のような高さ方向の位置あわせをする必要も無くなり、安価な入力装置として提供することができる。
さらに、柱状部６を可動接点８の中央に配置しているため、キー１の中心と可動接点８の中心とが若干ずれていたとしても、可動接点８が押圧される箇所は常に中央部分になるため、感触が悪くなることも無い。
そして、柱状部６を、座標入力センサ３の下面とベースシート４の上面にそれぞれ接着させた当該構成であれば、座標入力センサ３とベースシート４とを一体にしたモジュール形態のものとして提供することも容易である。このものの場合には、それぞれが接着された固定状態となるために、より安定した構造のものとして実現できる。なお、柱状部６は、座標入力センサ３とベースシート４に必ずしも接着固定されていなくてもよいが、ベースシート４側においては接着されたものとしておき、それに座標入力センサ３側を組み合わせるようにしてもよい。
なお、ベースシート４の代わりにＥＬ（エレクトロルミネッセンス）シートを用いてもよい。当該構成であれば、ＥＬを発光させることによってキーの主表面などが照光されるものに構成できる。
続いて、キー１上を指でなぞる座標入力操作について説明すると、前記なぞり操作を行うことにより、指は導電性であるので、座標入力センサ３の静電容量が指の位置により変化する。この静電容量の変化を、座標入力センサ３から得られる信号で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をすることによって座標位置が検出される。
なお、座標入力の手段としては、静電容量方式のセンサ以外のものであってもよいが、当該入力部のように座標入力操作の際に前記座標入力センサ３を直接触って操作しない構成とすれば、前記座標入力センサ３の劣化や汚れなどの発生が防止できるため、寿命や信頼性確保が容易に図れるものにできる。
なお、座標入力センサ３は、銀や銅などの導電材料を所定の電極パターンに形成したセンサシートからなっていてもよい。このセンサシートについて図３を用いてさらに説明する。
図３は、センサシートの断面図である。同図に示すように、当該センサシートは、ベースフィルム１０上に、第１の電極パターン１１と第２の電極パターン１２が接触しないように絶縁層１３を挟み、さらに主表面をカバーするための絶縁層１４が配された積層構成のものとなっている。なお、後で詳細説明する第１の電極パターン１１と第２の電極パターン１２とは上下位置を入れ替えて配されてあってもよい。
なお、ベースフィルム１０、絶縁層１３、および絶縁層１４はＵＶ光を透過させる材料とするとよい。前記構成としておけば、柱状部６を座標入力センサ３またはベースシート４にＵＶ硬化型樹脂で接着させる場合に、第１の電極パターン１１および第２の電極パターン１２と重ならない部分においてはＵＶ光を透過させることができるからである。
ここで、当該センサシートの電極パターンの配置事例につき、図４の電極パターンの模式図を用いて説明する。
図４は第１の電極パターン１１の形成状態を示しており、図５は第２の電極パターン１２の形成状態を示している。なお、図４および図５には配線電極は図示していない。
第１の電極パターン１１は、図４の横方向（ｘ方向）に伸びた電極構造が縦（ｙ方向）に複数本並んでいる。これにより、縦方向（ｙ方向）のどの位置に指が触れているかが検出できる。第２の電極パターン１２は、図５の縦方向（ｙ方向）に伸びた電極構造が横（ｘ方向）に複数本並んでいる。これにより、横方向（ｘ方向）のどの位置に指が触れているかが検出できる。なお、それらの各電極は、同図からも判るように、矩形状に形成され、一列に繋がれて前記電極構造のものに構成されている。
そして、当該センサシートにおいては、上面から透視した状態で、図６に示すように、それらがマトリクス構造に並ぶ配置のものとされており、ｘｙ座標位置のそれぞれが検出可能となっている。なお、静電容量の変化を検出しやすいようにするためには、各電極の面積はできるだけ広く対称になるように幾何学的な形状にしておくようにすることが好ましい。
さらに、本発明によるものでは、図２で示したように、柱状部６が座標入力センサ３に接触する構成としている。当該接触箇所におけるセンサシートの電極パターンの構成事例につき、さらに詳述する。
図７は、電極パターンを単純に幾何学的に形成したときの一つの電極を示しており、柱状部６が座標入力センサ３に接触する接触部分１５が電極パターンと重なっている場合を示すものである。図８は、前記接触部分１５が電極パターンと重なる部分については、その接触部分１５に対して電極パターン側で避けるパターン形成としたものを示している。
そして、電極パターンとして、図８に示した構成であれば、押圧操作時に生じる応力から電極パターンを離すことができる。また、柱状部６を座標入力センサ３またはベースシート４にＵＶ硬化型樹脂で接着させる場合においては、ベースフィルム１０、絶縁層１３、および絶縁層１４を、ＵＶ光を透過させる材料にすることにより、センサシートにＵＶ光を透過させることができ、その接着箇所の接着状態が安定化したものにできるという効果も得ることができる。
なお、電極パターンを図８の構成とすると対称性が保てなくなるため、座標検出の情報が、本来の指等の座標位置から若干の歪みを生じることもあるが、制御部によって補正するなどすればよい。そして、その歪みを生じない図７の構成としてもよいことは勿論であり、この場合には、電極パターンを保護するために、各絶縁層１３、１４の厚みなどを使用状態などを踏まえて設定しておくことが重要である。
次に、本発明の一実施の形態による入力装置の製造方法について説明する。
まず、スクリーン印刷によって、ベースシート４のもとになるシートに、粘着層を印刷する。そして、外形を切り出すことにより、ベースシート４を形成し、その下面に形成された粘着層に可動接点８の上面部を粘着保持させる。ベースシート４の上側には、ディスペンサなどの針を用いて可動接点８の中央位置に対応させてＵＶ硬化型樹脂を塗布して、柱状部６を載せ、そしてＵＶ光を照射して柱状部６を固定する。その後、柱状部６の上面にディスペンサなどの針を用いてＵＶ硬化型樹脂を載せ、さらに座標入力センサ３を載せて、その後ＵＶ光を照射して当該部位も固定する。なお、通常、ＵＶ硬化型樹脂は熱硬化性樹脂よりも柔軟性が大きいので、柱状部６をＵＶ硬化型樹脂で固定させると押圧操作の感触の劣化が少なく構成できる。
なお、ベースシート４の外形とともに穴部を形成してもよく、その穴部を基準にして位置あわせをしつつ前記各工程を行うようにすれば、精度よく当該入力装置を製造することができる。
なお、可動接点８が可動しやすくなるように、ベースシート４の粘着層をパターン化して形成してもよく、そのような構成にすると、押圧操作の感触をさらに良好なものにすることができる。
本発明による入力装置は、座標入力操作と押圧入力操作とが同一操作部で良好に行える安価なものを提供でき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。
本発明の一実施の形態における入力装置の分解斜視図 同入力装置の断面図 同入力装置の要部であるセンサシートの断面図 同センサシートの要部である電極パターンの模式図 同センサシートの要部である電極パターンの模式図 同センサシートの要部である電極パターンどうしの組み合わせ状態を透過して示す模式図 同座標入力センサにおけるセンサシートの電極パターンと柱状部との接触部分を上面から透視状態で示した模式図 同座標入力センサにおけるセンサシートの電極パターンと柱状部との接触部分を上面から透視状態で示した模式図 従来の入力装置の断面図
符号の説明
１ キー
２ キーマット
３ 座標入力センサ
４ ベースシート
５ ドーム形状部
６ 柱状部
７ 粘着層
８ 可動接点
９ 基板
１０ ベースフィルム
１１ 第１の電極パターン
１２ 第２の電極パターン
１３、１４ 絶縁層
１５ 柱状部の接触部分

Claims (5)

  1. 複数のキーと、前記キーの下側に配され、前記キーの上側の指や導体の移動による静電容量の変化によって入力状態が検知できる座標入力センサと、前記座標入力センサの下側に配されたベースシートと、金属薄板から外形が円形もしくは楕円形で上方に突出するドーム形状に形成され、前記ベースシートの下側に前記キーの位置に対応させてそれぞれ保持された押圧入力型の可動接点と、前記可動接点の下側に配され、前記可動接点毎に応じた配線パターン等の導電性部位を有する基板とを備えた入力装置において、前記可動接点の中央部の位置に対応させて、前記座標入力センサと前記ベースシートとの間に柱状部を挟み込むようにしてさらに備えさせると共に、その柱状部を、前記座標入力センサの下面と前記ベースシートの上面にそれぞれ接着固定させることによって前記座標入力センサと前記可動接点付きの前記ベースシートとが一体化されたモジュール形態のものを用いて構成されていることを特徴とする入力装置。
  2. 柱状部が、座標入力センサの下面とベースシートの上面にそれぞれＵＶ硬化型樹脂によって接着された請求項１に記載の入力装置。
  3. 座標入力センサは、銀や銅などの導電材料を所定の電極パターンに形成したセンサシートからなり、その電極パターンが、柱状部と座標入力センサとの接触部分を避けるようにパターン形成された請求項１記載の入力装置。
  4. ベースシートの代わりにＥＬシートを用いた請求項１記載の入力装置。
  5. 請求項１に記載の入力装置の製造方法であって、ベースシートの下面に粘着層を印刷し、その後前記ベースシートの外形と穴部を形成し、その後前記粘着層を介して可動接点を貼り付け、その後前記ベースシートの上面に前記外形もしくは前記穴部を基準にして柱状部を前記可動接点の中央位置に位置あわせしてＵＶ硬化型樹脂により固定し、その後前記柱状部の上面に座標入力センサをＵＶ硬化型樹脂により固定する入力装置の製造方法。
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