JP5303671B1

JP5303671B1 - 入力装置

Info

Publication number: JP5303671B1
Application number: JP2012133302A
Authority: JP
Inventors: 洋平栗川; 渉近藤; 信高松; 宜紀佐野; 稔瑞富塚; 靖尾野; 理青木; 信介青島
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: JP2014123430A

Abstract

【課題】被検出体の位置および押圧操作を検出する入力装置において、内部の回路構成を簡略化できる入力装置を提供する。
【解決手段】基板１と、スイッチ素子２と、スイッチ素子２における静電容量の変化を検出する検出部とを備えた入力装置１０。スイッチ素子２は、固定電極部１１と、固定電極部１１に対して接近および離間する方向に弾性的に変位可能な可動電極部１２と、を有する。検出部は、被検出体の可動電極部１２への接近および離間による静電容量の変化、および押圧による可動電極部１２の変位による固定電極部１１との間の静電容量の変化を検出可能である。固定電極部１１には、可動電極部１２が固定電極部１１に電気的に接続されるのを阻止する絶縁層１３が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistantなど）、パーソナルコンピュータなどの電子機器に用いられる入力装置に関する。

携帯電話機などには、１または複数のスイッチ素子を備えた入力装置が用いられる（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１には、接点電極と、操作者による押圧により前記接点電極に接触する反転部材と、操作者の指等（被検出体）が接近したときの静電容量の変化を検出する位置検出手段とを備えた入力装置が開示されている。

特許第４０４９７０３号公報

前記入力装置では、静電容量の変化の検出と、反転部材と接点電極との電気的な接続の検出とが必要であるため、静電容量の変化を検出する回路と、電気的な接続を検出する回路との両方を備えるか、またはそれぞれの機能を有する２つの集積回路を使用する必要があり、内部構造が複雑となることから、コスト面、製造の容易さ、装置の小型化などの点で問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、被検出体の位置および押圧操作を検出する入力装置において、内部の回路構成を簡略化できる入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では以下の構成を提供する。
本発明は、絶縁性の基板と、前記基板に設けられたスイッチ素子と、前記スイッチ素子における静電容量の変化を検出する検出部とを備え、前記スイッチ素子は、前記基板の主面側に設けられた固定電極部と、前記基板の主面側に設けられ、少なくとも一部が前記固定電極部に対して接近および離間する方向に弾性的に変位可能な可動電極部と、を有し、前記可動電極部は、導電体である被検出体による押圧によって前記固定電極部に接近する方向の変位が可能であり、前記検出部は、前記被検出体の前記可動電極部への接近および離間により生じる第１の静電容量の変化、および前記押圧による前記可動電極部の変位で生じる前記可動電極部と前記固定電極部との間の第２の静電容量の変化をいずれも検出可能であり、少なくとも前記固定電極部の前記可動電極部側の面には、前記可動電極部が前記固定電極部に接近する方向に変位したときに前記固定電極部に電気的に接続されるのを阻止する絶縁部が形成され、前記固定電極部は、グランドに接続され、記可動電極部は、前記基板の主面側に設けられた外電極部に電気的に接続され、前記外電極部は、平面視において前記固定電極部の周囲に形成され、前記固定電極部に対する離間距離が、前記可動電極部の前記固定電極部に接近および離間する方向の最大変位距離より大きい入力装置を提供する。
本発明は、前記被検出体が前記スイッチ素子に電気的な影響を与えない状態における前記静電容量である通常値と、前記被検出体が前記状態に比べて前記スイッチ素子に接近した状態における前記静電容量である接近値と、の間に第１基準値を設定し、前記接近値と、前記被検出体による押圧によって前記可動電極部が変位した状態における前記静電容量である押圧値と、の間に第２基準値を設定したときに、前記検出部による前記第１の静電容量の変化の検出は、検出値を前記第１基準値と比較することにより行われ、かつ、前記第２の静電容量の変化の検出は、検出値を前記第２基準値と比較することにより行われることが好ましい。
前記検出部は、前記静電容量の検出値が前記第１基準値を超えたときに第１検出信号を出力し、かつ前記検出値が前記第２基準値を超えたときに第２検出信号を出力することが好ましい。
前記絶縁部は、前記固定電極部の全体を覆う形状であることが好ましい。
前記可動電極部は、前記基板から離れる方向に突出したドーム形状またはアーチ形状とされ、略中央部が前記固定電極部に接近および離間する方向に弾性的に変位可能であることが好ましい。
前記絶縁部は、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、およびエポキシ系樹脂からなる群から選択される１または２以上からなることが好ましい。
前記絶縁部の比誘電率は、１．５〜１０とされていることが好ましい。
前記絶縁部の厚さは、５μｍ以上とされていることが好ましい。

本発明によれば、単一の検出部によって、被検出体が接近および離間する際の位置変化による静電容量変化だけでなく、スイッチ素子の押圧操作による可動電極部の変位の際の静電容量変化も検出可能である。つまり、２段階の静電容量変化を単一の検出部で検出することができる。その結果、被検出体の位置を検出する回路と、可動電極部の押圧動作を検出する回路とを共通化でき、内部の回路構造を簡略化できる。このため、コスト面、製造の容易さ、装置の小型化などの点で有利である。
また、可動電極部の押圧動作を静電容量の変化により検出するため、押圧動作を電極部の電気的接続により検出する構造に比べて、検出時に回路に流れる電流が急増することはなく、これを原因とする不具合は生じない。
また、本発明では、押圧動作を電極部の電気的接続により検出する構造とは異なり、異物混入や電極部の腐食等を原因とする接触不良によって検出感度が低下することがない。
本発明では、固定電極部および可動電極部がいずれも基板の主面に設けられているため、安価な片面基板を利用でき、コスト抑制が可能である。

本発明の一実施形態の入力装置を示す断面図である。図１の入力装置を示す平面図である。図１の入力装置を模式的に示す構成図である。図１の入力装置において被検出体が可動電極部に接近した状態を模式的に示す構成図である。図１の入力装置において被検出体が可動電極部を押圧した状態を模式的に示す構成図である。図１の入力装置において被検出体が可動電極部に接近した状態を示す断面図である。図１の入力装置において被検出体が可動電極部を押圧した状態を示す断面図である。図１の入力装置を用いた電子機器の例を示す斜視図である。図１の入力装置における静電容量の変化を示す図である。図１の入力装置における被検出体の位置検出に関する説明図である。可動電極部の他の例を有する入力装置を示す平面図である。突起部を有する外装シートを用いた入力装置の一例を示す断面図である。押圧力伝達部材を用いた入力装置の一例を示す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態である入力装置１０（入力装置モジュール）を示す断面図である。図２は、入力装置１０を示す平面図である。図３は、入力装置１０を模式的に示す構成図である。図４は、被検出体２０が可動電極部１２に接近した状態を模式的に示す構成図である。図５は、被検出体２０が可動電極部１２を押圧した状態を模式的に示す構成図である。図６は、被検出体２０が可動電極部１２に接近した状態を示す断面図である。図７は、被検出体２０が可動電極部１２を押圧した状態を示す断面図である。図８は、入力装置１０を用いた電子機器の例を示す斜視図である。
以下の説明において、高さ方向とは、図１における上方（基板１に垂直であって基板１から離れる方向）という。

図８は、入力装置１０を用いた電子機器の一例である携帯電話機を示す。入力装置１０は、携帯電話機３０の本体部３１に設けられる。
図１〜図３に示すように、入力装置１０は、基板１と、基板１の主面１ａに設けられたスイッチ素子２と、スイッチ素子２における静電容量の変化を検出する検出部３と、スイッチ素子２を覆う押えシート４と、押えシート４を覆う外装シート５とを備えている。

基板１としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル樹脂、アラミド樹脂、液晶ポリマー、ガラスなどの絶縁性の材料が使用でき、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）などのプリント配線基板を利用できる。
主面１ａには、銀、銅などの導電体からなる配線層（図示略）を形成することができ、この配線層により各電極部と検出部３とを電気的に接続できる。

スイッチ素子２は、主面１ａに設けられた固定電極部１１と、少なくとも一部が平面視において固定電極部１１に重なる位置に設けられた可動電極部１２と、固定電極部１１の少なくとも一部を覆って形成された絶縁層１３（絶縁部）と、主面１ａに設けられた外電極部１４と、を有する。

固定電極部１１は、銀、銅などの導電体からなる導電部であり、平面視形状は略円形とすることができる（図２参照）。
固定電極部１１は、電位が一定となるように構成するのが好ましい。図示例の固定電極部１１はグランドに接続されているため電位は一定である。

可動電極部１２は、金属などの導電体からなる板状体（メタルプレート）であり、上方（基板１から離れる方向）に凸状となるように突出したドーム形状とすることができる。
可動電極部１２は、例えば湾曲した断面形状を有し、図１に示す例では断面略楕円弧形である。なお、可動電極部１２は、湾曲形状に限らず、平板状であってもよいし、屈曲形状であってもよい。
可動電極部１２の平面視形状は、略円形とすることができる（図２参照）。可動電極部１２の基端部１２ａ（可動電極部１２の周縁部）は、外電極部１４の上面に固定され、外電極部１４と電気的に接続されている。
図示例の可動電極部１２は固定電極部１１より大きい外径を有し、可動電極部１２を覆うように設けられている。
可動電極部１２は、ステンレス鋼などの金属材料によって形成することができる。

可動電極部１２は、操作者による押圧によって中央部１２ｂが固定電極部１１に対して接近および離間する方向に弾性的に変位可能な可撓性を有し、図６に示す変形していない状態と、図７に示すように中央部分が下方に凸状となって中央部１２ｂが固定電極部１１に接近した状態（押圧状態）とを切り替え可能である。

外電極部１４は、主面１ａ側に形成され、平面視において固定電極部１１を概略囲むように固定電極部１１から径方向に離間した位置に形成された略Ｃ形または略環状としてよい。図示例の外電極部１４は平面視Ｃ形とされている（図２参照）。
図１に示すように、平面視における外電極部１４と固定電極部１１との径方向の距離Ｌ１は、可動電極部１２のストローク（上下方向の可動電極部１２の最大変位距離。例えば図６および図７に示す「ｈ１−ｈ２」）より大きいことが好ましい。
これによって、固定電極部１１と外電極部１４との間に生じる寄生容量が小さくなるため、被検出体２０の近接や可動電極１２が固定電極部１１に接近したことによる静電容量値の変化量が相対的に大きくなり、検出が容易になる。
ここで、寄生容量とは、被検出体２０が、スイッチ素子２に近接していない状態で生じる静電容量値である。
平面視における外電極部１４と固定電極部１１との径方向の離間距離Ｌ１は、０．１５〜３．５ｍｍであることが好ましい。Ｌ１をこの範囲にすることによって、寄生容量を小さくしつつも、入力装置１０の大型化を防止することができる。
また、可動電極部１２のストローク「ｈ１−ｈ２」は、０．１〜０．４ｍｍであることが好ましい。これにより、静電容量値の変化量を大きくしつつ、入力装置１０の大型化を防止することができる。
また、Ｌ１と「ｈ１−ｈ２」との差は、０．０５〜３．１ｍｍであることが好ましい。これにより、被検出体２０の近接や可動電極１２が固定電極部１１に接近したことによる静電容量値の変化量が相対的により大きくなり、検出が容易になる。
また、外電極部１４の径方向の寸法（図１に示す幅Ｗ１）は、０．５ｍｍ以上が好ましい。幅Ｗ１をこの範囲とすることによって、検出感度を高めることができる。

押えシート４は、可撓性のシート体であって、ＰＥＴなどの樹脂材料等からなる。押えシート４は厚さ方向に撓み変形可能である。
押えシート４の下面４ａ（基板１側の面）には樹脂層７が形成されている。

絶縁層１３は、少なくとも固定電極部１１の上面１１ａ（可動電極部１２側の面）に形成されている。
絶縁層１３の構成材料としては、例えばアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、およびエポキシ系樹脂からなる群から選択される１または２以上を使用できる。絶縁層１３には、汎用のソルダレジストを使用してもよい。絶縁層１３は、印刷により形成してもよいし、シート状の絶縁材料を固定電極１１に接着して形成してもよい。
絶縁層１３の比誘電率は、例えば１．５〜１０とすることができる。比誘電率をこの範囲とすることで、固定電極部１１と可動電極部１２との間の静電容量を高め、検出感度を良好にすることができる。
絶縁層１３の厚さ（基板１の厚さ方向の寸法）は、例えば５μｍ以上とすることができる。好ましくは、５〜１５０μｍとすることができる。絶縁層１３の厚さをこの範囲とすることで、絶縁を確実にするとともに、固定電極部１１と可動電極部１２との間の静電容量を高め、検出感度を良好にすることができる。

絶縁層１３は、可動電極部１２が固定電極部１１に接近する方向に変位したときに固定電極部１１に接触して固定電極部１１に電気的に接続されるのを阻止することができる。
図１等に示す絶縁層１３は、略一定厚さであって固定電極部１１の端面を含めた全体を覆う形状であるが、固定電極部１１の上面１１ａのみに形成されていてもよい。
絶縁層１３は、上面１１ａの全域に形成されていてもよいが、可動電極部１２と固定電極部１１の電気的な接続を阻止できれば、上面１１ａの一部領域のみに形成されていてもよい。
絶縁層１３（絶縁部）の形状は、可動電極部１２と固定電極部１１との電気的な接続を阻止できる形状であれば、層状に限らず、他の形状であってもよい。例えば固定電極部１１の上面１１ａに形成された１または複数のブロック状であってもよい。

絶縁層１３は、樹脂層７とは別体であってもよいが、樹脂層７と一体に形成されていてもよい。図示例では、樹脂層７に、外電極部１４より一回り大きい平面視Ｃ形の開口部７ａが形成され（図２参照）、この開口部７ａの内側の略円形部分が絶縁層１３となっている。

外装シート５は、可撓性のシート体であって、ＰＥＴなどの樹脂材料等からなる。外装シート５は厚さ方向に撓み変形可能である。
図８に示すように、外装シート５には、文字、記号、図形などが表示された表示部５ａ（操作キー部）を形成することができる。表示部５ａ（操作キー部）は、平面視において可動電極部１２の少なくとも一部と重なる位置に形成されていることが好ましい。

次いで、入力装置１０の動作について説明する。
図１および図３に示すように、被検出体２０がスイッチ素子２に近接していない状態で、検出部３（パルス生成部および容量検出部）により、可動電極部１２に電圧を加えることで検出される静電容量（寄生容量）は、固定電極部１１と可動電極部１２との間に形成される静電容量γ１と、これ以外の寄生容量αとの和（α＋γ１）である。
γ１は、ε_１（Ｓ／ｈ１）で表される。ただし、ε_１は固定電極部１１と可動電極部１２との間の誘電率である。実際には、固定電極部１１と可動電極部１２との間には、空気層と絶縁層１３が介在しており、それぞれの誘電率は異なるが、ここでは、説明を簡略化するため、一様の誘電率の物が固定電極部１１と可動電極部１２の間に挟まれていると考え、誘電率をε_１とする。Ｓは、可動電極部１２に対面する固定電極部１１の面積である。ｈ１は、固定電極部１１と、これに対面する部分の可動電極部１２との距離、例えば固定電極部１１の上面１１ａと、中央部１２ｂの下面との高低差である。
可動電極部１２に対面する固定電極部１１の面積であるＳは、０．５〜２０．０ｍｍ^２であることが好ましい。これにより、可動電極部１２と固定電極部１１に生じる静電容量値を大きくすることができ、後述する可動電極部１２が押圧された際の静電容量値の変化量を大きくすることができる。
静電容量γ１は、固定電極部１１と可動電極部１２との間の距離や、検出部３の構成によって大幅に異なってくるが、おおよそ、０．０１〜２０（ｐＦ）になる。
検出部３における静電容量検出は、静電容量が変化した際の、静電容量の変化量を検出することによって行われる。静電容量の検出には、特開２００７−１８８３９号公報、特開２００５−３５３５６５号公報などに記載された回路の一部を利用できる。
図１および図３に示すように、被検出体２０がスイッチ素子２に近接していない状態を「通常状態」という。

図４および図６に示すように、被検出体２０がスイッチ素子２に接近すると、検出部３で検出される静電容量は次のように変化する。
被検出体２０は、例えば操作者の手指、タッチペン等であり、少なくとも一部は導電体からなり、可動電極部１２は被検出体２０を介して接地との間に静電容量βを形成する。
図示例では、被検出体２０は可動電極部１２に平面視において重なる位置の外装シート５の上面に当接しており、可動電極部１２に近接した位置にある。この状態では、可動電極部１２は押圧されておらず、可動電極部１２は変形していないため、中央部１２ｂの高さ位置は、図１および図３に示す通常状態と同じである。
図４および図６に示す状態を「接近状態」という。

この接近状態では、接地と可動電極部１２との間に静電容量βが形成されるため、検出部３により検出される静電容量は、通常状態での静電容量（α＋γ１）に静電容量βを加えた値（α＋β＋γ１）となる。すなわち、検出値は通常状態に比べ「β」だけ増加する。
静電容量βは、可動電極部１２の大きさや検出部３の構成によって、大幅に異なってくるが、おおよそ、１〜１００（ｐＦ）になる。

図５および図７に示すように、被検出体２０が外装シート５を介して可動電極部１２の中央部１２ｂを下方（基板１に近づく方向）に押圧すると、可動電極部１２は弾性的に変形し、中央部１２ｂを含む部分（中央部分）は下方に凸状となる湾曲形状となる。
これによって、中央部１２ｂは下方に変位する。図示例では中央部１２ｂは絶縁層１３の上面に当接する位置まで変位している。この変形の際に、可動電極部１２は操作者にクリック感を与える。
図５および図７に示す状態を「押圧状態」という。

固定電極部１１の上面１１ａには絶縁層１３が形成されているため、可動電極部１２が図５および図７に示す最下降位置（絶縁層１３に当接する位置）に達しても、可動電極部１２は固定電極部１１に当接せず、可動電極部１２と固定電極部１１とが電気的に接続されることはない。
可動電極部１２と固定電極部１１とが電気的に接続されると、静電容量の検出ができなくなることが考えられるが、この入力装置１０では、絶縁層１３によって電極部１１、１２の接続が阻止されるため、そのような事態は起こらない。

この押圧状態では、固定電極部１１と可動電極部１２との間に形成される静電容量γ２は「ε_２（Ｓ／ｈ２）」となる。ε_２は押圧状態における固定電極部１１と可動電極部１２との間の誘電率である。
固定電極部１１と可動電極部１２の距離（図５および図７に示すｈ２）が「接近状態」の距離（ｈ１）に比べ小さくなるため、静電容量γ２は、図４および図６に示す「接近状態」での静電容量γ１に比べて大きくなる。
このため、検出部３により検出される静電容量（α＋β＋γ２）は、接近状態（図４および図６参照）の静電容量（α＋β＋γ１）より大きくなる。
この際、絶縁層１３の比誘電率を上述したように高くすることで、「接近状態」から「押圧状態」にした際の静電容量の変化量を大きくすることができる。
静電容量γ２は、絶縁層１３の比誘電率やｈ２の長さによって、大幅に異なってくるが、おおよそ、０．０４〜３５０（ｐＦ）になる。
接近状態と押圧状態の静電容量の差はγ２−γ１である。この差はおおよそ、０．０３〜３３０（ｐＦ）になる。

操作者が押圧を停止すると、可動電極部１２の弾性復元力によって可動電極部１２はもとの形状（図４および図６に示す形状）となり、中央部１２ｂは上方に変位する。静電容量の検出値は（α＋β＋γ１）となる。
被検出体２０がスイッチ素子２から離れると、図１および図３に示す通常状態に戻り、静電容量の検出値は再び（α＋γ１）となる。

図９は、一連の操作における静電容量の変化を示す図である。以下、この図を参照して入力装置１０における検出動作の一例について説明する。
予め、通常状態の静電容量（α＋γ１）と接近状態の静電容量（α＋β＋γ１）との間に基準値１（第１基準値）を設定するとともに、接近状態の静電容量（α＋β＋γ１）と押圧状態の静電容量（α＋β＋γ２）との間に基準値２（第２基準値）を設定しておく。
通常状態（図３）から接近状態（図４）になると、検出部３により検出される静電容量は（α＋γ１）から基準値１を越えて（α＋β＋γ１）まで増加する。
検出部３は、基準値１を越える静電容量を検出すると、被検出体２０が接近したことを認識して第１検出信号を出力し、この第１検出信号によって、何らかの動作（例えば表示部（図示略）の画面への表示）を行わせることができる。
接近状態（図４）から押圧状態（図５）になると、検出部３により検出される静電容量は（α＋β＋γ１）から基準値２を越えて（α＋β＋γ２）まで増加する。
検出部３は、基準値２を越える静電容量を検出すると、押圧動作がなされたことを認識して第２検出信号を出力し、この第２検出信号によって、何らかの動作（例えば表示部（図示略）の画面への表示）を行わせることができる。
検出部３は、同様に、押圧状態から接近状態への移行に伴って静電容量が基準値２を下回ったとき、および接近状態から通常状態への移行に伴って静電容量が基準値１を下回ったときにも、それぞれ検出信号を出力させ、何らかの動作を行うことができる。
この例では、予め２つの基準値を設定することで、検出部３は、被検出体２０の接近および離間、およびスイッチ素子２の押圧動作を別々に認識して、２段階のスイッチング機能を発揮する。
なお、この例では基準値を２つ設定したが、基準値は３以上でもよい。例えば（α＋γ１）と（α＋β＋γ１）との間、および（α＋β＋γ１）と（α＋β＋γ２）との間に、それぞれ２以上の基準値を設定してもよい。
また、基準値はヒステリシスを設けてもよい。

図１０に示すように、入力装置１０は、被検出体２０の平面位置（基板１に沿う面内の位置）を検出することもできる。
被検出体２０が第１スイッチ素子２（２Ａ）に近接した第１位置（図１０（Ａ））から、第２スイッチ素子２（２Ｂ）に近接した第２位置（図１０（Ｂ））を経て、第３スイッチ素子２（２Ｃ）に近接した第３位置（図１０（Ｃ））に至るまで移動する場合を想定する。
第１位置（図１０（Ａ））では、被検出体２０は第１スイッチ素子２Ａに近接しているため、第１スイッチ素子２Ａでは静電容量の検出値は高い値となる一方、通常状態にある第２および第３スイッチ素子２Ｂ、２Ｃでは、静電容量の検出値は比較的低い値となる。
第２位置（図１０（Ｂ））では、被検出体２０は第２スイッチ素子２Ｂに近接しているため、第２スイッチ素子２Ｂでは静電容量の検出値は高い値となり、第１および第３スイッチ素子２Ａ、２Ｃでは低い値となる。
第３位置（図１０（Ｃ））では、被検出体２０は第３スイッチ素子２Ｃに近接しているため、第３スイッチ素子２Ｃでは静電容量の検出値は高い値となり、第１および第２スイッチ素子２Ａ、２Ｂでは低い値となる。
このように、被検出体２０の位置によって各スイッチ素子２の静電容量の検出値が変化するため、検出値に基づいて被検出体２０の位置の特定や、表示画面を横に移動（スライド）させることが可能となる。

入力装置１０を作製するには、固定電極部１１、外電極部１４および可動電極部１２を設けた基板１の主面１ａに樹脂層７を設けるとともに、固定電極部１１上に絶縁層１３を形成し、その上に押えシート４を設け、さらにその上に外装シート５を設ける。
これによって、図１等に示す入力装置１０が得られる。

入力装置１０では、単一の検出部３によって、被検出体２０が接近および離間する際の位置変化による静電容量変化だけでなく、押圧操作による可動電極部１２の変位の際の静電容量変化も検出可能である。つまり、２段階の静電容量変化を単一の検出部３で検出することができる。その結果、被検出体２０の位置を検出する回路と、可動電極部１２の押圧動作を検出する回路とを同じ回路とでき、内部の回路構造を簡略化できる。このため、コスト面、製造の容易さ、装置の小型化などの点で有利である。

入力装置１０では、可動電極部１２の押圧動作を静電容量の変化により検出するため、押圧動作を電極部の電気的接続により検出する構造に比べて、検出時に回路に流れる電流が急増することはなく、これを原因とする不具合は生じない。
また、押圧動作を電極部の電気的接続により検出する構造とは異なり、異物混入や電極部の腐食等を原因とする接触不良によって検出感度が低下することがない。

入力装置１０では、固定電極部１１、可動電極部１２、外電極部１４がいずれも基板１の主面１ａに設けられているため、安価な片面基板を利用でき、コスト抑制が可能である。
ただし、両面基板を用い、固定電極部１１や外電極部１４において、基板に主面１ａから裏面まで導通するスルーホールを形成し、裏面側に配線層を形成してもよい。

本発明の技術的範囲は上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
可動電極部１２の形状は図示例に限らない。可動電極部１２は、例えば図１１に示すように、平面視において左右に延在する一定幅の長板からなり、両基端部１２Ａａが外電極部１４上に形成されたアーチ形状であってもよい。この例では、樹脂層７の開口部７ａ’は、図２の平面視Ｃ形の開口部７ａを長さ方向の中央で２つに分割した形状に相当する扇形である。
また、図示例では、入力装置１０は複数のスイッチ素子２を有するが、スイッチ素子２は１つのみでもよい。
また、図示例では、外電極部１４は固定電極部１１を概略囲むように平面視Ｃ形となっているが、固定電極部１１の周囲に形成されていればよく、例えば、固定電極部１１を介して対向する２箇所のみに形成されているだけでもよい。

図１２に示すように、外装シート５の下面５ｂには、突起部１５（押圧力伝達部）を設けることもできる。
突起部１５は、円形、多角形等の平面視形状を有する厚肉部分であり、下面５ｂから下方に突出して形成されている。突起部１５の形成位置は、平面視において可動電極部１２の中央部１２ｂに重なる位置を含むことが好ましい。
この入力装置では、操作者が外装シート５を押圧すると、突起部１５は下方に変位し、押えシート４を介して可動電極部１２の中央部１２ｂを押圧する。押圧力は突起部１５を介して集中して可動電極部１２に作用するため、この押圧力を効率よく可動電極部１２に作用させ、操作の確実性を高めるとともに、良好なクリック感を得ることができる。
また、操作者による押圧の平面視位置が可動電極部１２の中央から外れた位置であっても、押圧力は突起部１５を介して可動電極部１２の適正な位置に伝達されるため、誤操作を防ぐことができる。

図１３は、押圧力伝達部材を用いた入力装置の一例を示す断面図であって、この入力装置では、押えシート４は、上方に突出した突出部１６を有する。図示例の突出部１６は上板１６ａとその周縁から垂下する側板１６ｂとを有する。突出部１６の平面視形状は円形、多角形等としてよい。
突出部１６の内面側（下面側）は収容凹部１６ｃであり、収容凹部１６ｃ内には押圧力伝達部材１７が収容されている。押圧力伝達部材１７は、押えシート４の収容凹部１６ｃに収容されるため、側方への位置ずれが生じにくい。
押圧力伝達部材１７は、収容凹部１６ｃの内面形状に沿う形状、例えば円柱状、直方体状などのブロック状とすることができ、その設置位置は、平面視において可動電極部１２の中央部１２ｂに重なる位置を含むことが好ましい。
この入力装置では、押圧力伝達部材１７が、可動電極部１２の上面と押えシート４との間に設置されるため、操作者の押圧力は、押圧力伝達部材１７を介して集中して可動電極部１２に作用する。このため、この押圧力を効率よく可動電極部１２に作用させ、操作の確実性を高めるとともに、良好なクリック感を得ることができる。
また、操作者による押圧の平面視位置が可動電極部１２の中央から外れた位置であっても、押圧力は押圧力伝達部材１７を介して可動電極部１２の適正な位置に伝達されるため、誤操作を防ぐことができる。

外装シート５の上面５ｃには、操作凸部１８を形成することができる。操作凸部１８は、円形、多角形等の平面視形状を有する厚肉部分であり、その形成位置は、平面視において可動電極部１２の中央部１２ｂに重なる位置を含むことが好ましい。
操作凸部１８によって、操作者の押圧力は、より確実に可動電極部１２に伝えられる。

本発明の入力装置は、携帯電話機に限らず、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistantなど）、パーソナルコンピュータなどに使用できる。

１・・・基板、１ａ・・・主面、２・・・スイッチ素子、３・・・検出部、１１・・・固定電極部、１１ａ・・・上面（可動電極部側の面）、１２・・・可動電極部、１２ｂ・・・中央部、１３・・・絶縁層（絶縁部）、１４・・・外電極部。

Claims

絶縁性の基板と、前記基板に設けられたスイッチ素子と、前記スイッチ素子における静電容量の変化を検出する検出部とを備え、
前記スイッチ素子は、前記基板の主面側に設けられた固定電極部と、前記基板の主面側に設けられ、少なくとも一部が前記固定電極部に対して接近および離間する方向に弾性的に変位可能な可動電極部と、を有し、
前記可動電極部は、導電体である被検出体による押圧によって前記固定電極部に接近する方向の変位が可能であり、
前記検出部は、前記被検出体の前記可動電極部への接近および離間により生じる第１の静電容量の変化、および前記押圧による前記可動電極部の変位で生じる前記可動電極部と前記固定電極部との間の第２の静電容量の変化をいずれも検出可能であり、
少なくとも前記固定電極部の前記可動電極部側の面には、前記可動電極部が前記固定電極部に接近する方向に変位したときに前記固定電極部に電気的に接続されるのを阻止する絶縁部が形成され、
前記固定電極部は、グランドに接続され、
前記可動電極部は、前記基板の主面側に設けられた外電極部に電気的に接続され、
前記外電極部は、平面視において前記固定電極部の周囲に形成され、前記固定電極部に対する離間距離が、前記可動電極部の前記固定電極部に接近および離間する方向の最大変位距離より大きいことを特徴とする入力装置。
前記被検出体が前記スイッチ素子に電気的な影響を与えない状態における前記静電容量である通常値と、前記被検出体が前記状態に比べて前記スイッチ素子に接近した状態における前記静電容量である接近値と、の間に第１基準値を設定し、
前記接近値と、前記被検出体による押圧によって前記可動電極部が変位した状態における前記静電容量である押圧値と、の間に第２基準値を設定したときに、
前記検出部による前記第１の静電容量の変化の検出は、検出値を前記第１基準値と比較することにより行われ、かつ、前記第２の静電容量の変化の検出は、検出値を前記第２基準値と比較することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
前記検出部は、前記静電容量の検出値が前記第１基準値を超えたときに第１検出信号を出力し、かつ前記検出値が前記第２基準値を超えたときに第２検出信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
前記絶縁部は、前記固定電極部の全体を覆う形状であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の入力装置。
前記可動電極部は、前記基板から離れる方向に突出したドーム形状またはアーチ形状とされ、略中央部が前記固定電極部に接近および離間する方向に弾性的に変位可能であることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の入力装置。
前記絶縁部は、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、およびエポキシ系樹脂からなる群から選択される１または２以上からなることを特徴とする請求項１〜５うちいずれか１項に記載の入力装置。
前記絶縁部の比誘電率は、１．５〜１０とされていることを特徴とする請求項１〜６うちいずれか１項に記載の入力装置。
前記絶縁部の厚さは、５μｍ以上とされていることを特徴とする請求項１〜７うちいずれか１項に記載の入力装置。