JP5350860B2

JP5350860B2 - 情報入力装置

Info

Publication number: JP5350860B2
Application number: JP2009088329A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎高井; 潤清水; 聖子平井; 了明面
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010238177A

Description

本発明は、ユーザがパネル部材上を押圧操作することにより、その押圧力に応じた情報の入力を可能にした情報入力装置に関する。

情報入力機能を有するパネル部材を備えた情報入力装置として、液晶ディスプレイ上にタッチパネルを配置したものが広く使用されている。液晶モニタを有するデジタルカメラでは、液晶モニタの上面に、接触位置及び押圧力を検知できるパネル部材を設け、接触時の押圧の強さに応じて異なる指示を与えるようにしたものが存在する（例えば、特許文献１、図１２参照）。

また、カーナビゲーション装置の表示装置においては、液晶表示器の表面部にタッチパネルを備えて構成され、タッチパネルに対する押圧力を押圧時間、押圧回数等で検出し、異なる指示を与えるようにしたものが存在する（例えば、特許文献２参照）。タッチパネル以外においても、携帯端末の文字入力等を行う操作ボタンの下に圧力センサを配置し、当該操作ボタンが押下された場合の圧力を計測して、計測された圧力値に応じて入力される文字の大きさを変えるようにしたものが存在する（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−３５５６１７号公報特開２００６−３９７４５号公報特開２００４−１７７９９４号公報

パネル部材の押圧力を検出する感圧センサは通常、図１３に示すように、特に軽荷重を検出する際、検出値（抵抗値）の誤差範囲が広く、感度が一定しないという問題があった。このようなことから、誤差範囲の広い軽荷重における検出値はあまり採用せず、所定の荷重（図１３の矢印からの荷重）の検出値を主に採用し制御していた。しかし、これではパネル部材の初期押圧時の軽荷重は情報入力にはなんら寄与せず、その後に安定した検出値の範囲の荷重が与えられて初めて情報入力されることとなり、迅速な情報入力操作を行うことができない。

そこで、本願に係る発明は、情報入力操作に対して応答性の良い情報入力装置を得ることを目的としている。

本発明に係る情報入力装置の第１の特徴構成は、接触式の情報入力機能を備えたパネル部材と、前記パネル部材を支持する支持部を有する筐体と、前記パネル部材と前記支持部とに亘って設けられ、前記パネル部材に対する押圧操作力を検出する圧力検出部と、前記パネル部材と前記支持部とに亘って設けられ、前記パネル部材及び前記支持部を引き付けて前記圧力検出部に初期荷重を付与する初期荷重付与部とを備え、外力が作用していない自由状態で、前記初期荷重付与部の厚みが、前記圧力検出部の厚みよりも薄く設定されている点にある。

この構成により、初期荷重付与部がパネル部材及び支持部を引き付けて両者間の距離を狭め、圧力検出部の無加圧な状態における厚みを小さくすることで、結果的に圧力検出部に初期荷重が付与される。圧力検出部には予め初期荷重を付与されることとなり、初期の不安定な検出値が自動的に排除される。パネル部材が押圧され、圧力検出部で検出される値は圧力検出部の安定する検出値の範囲であるので、この検出値はそのまま情報入力値として活用できる。このため、応答性がよく、誤差範囲である初期の加重について圧力検出部の検出値をキャンセルするといった制御等を行う必要もない。また、初期荷重付与部はパネル部材及び前記支持部を引き付けて圧力検出部に初期荷重を付与するので、初期荷重付与部は情報入力装置の厚みを増す方向には配置されない。したがって、初期荷重付与部が設けられた情報入力装置の薄型化を図ることもできる。

本発明に係る情報入力装置の第２の特徴構成は、前記初期荷重付与部が、前記パネル部材と前記支持部とに接続された弾性部材である点にある。

この構成により、初期荷重付与部を弾性部材で簡単に構成することができる。よって、本発明に係る情報入力装置を簡易かつ、迅速に製造することできる。なお、初期荷重付与部として用いられる弾性部材としては、例えば、粘着性接着剤、両面粘着材、ゴム、引っ張りコイルばね、板ばね等各種の部材が挙げられる。

本発明に係る情報入力装置の第３の特徴構成は、前記圧力検出部と前記パネル部材との間、あるいは、前記圧力検出部と前記支持部との間に、前記パネル部材あるいは前記支持部からの荷重を集中して受け取り、当該荷重を前記圧力検出部に分散させて伝達すると共に、前記圧力検出部に対する前記パネル部材あるいは前記支持部の姿勢変化を許容する荷重伝達部を備えた点にある。

この構成により、パネル部材が押圧操作された際に、荷重伝達部がパネル部材あるいは支持部からの荷重を圧力検出部に確実に伝達する。また、パネル部材の押圧操作の際にパネル部材の周縁部が上方に反るような場合であっても、荷重伝達部が圧力検出部に対するパネル部材あるいは支持部の姿勢変化を許容するので、荷重伝達部はパネル部材の水平時と変わりなく、パネル部材あるいは支持部からの荷重を集中して受け取り、当該荷重を前記圧力検出部に分散させて伝達する。このように、パネル部材への押圧操作力が安定的に圧力検出部に伝達されて圧力が検出されるので、パネル部材の押圧操作力を正確に検出することができる。

本発明に係る情報入力装置の第４の特徴構成は、前記圧力検出部及び前記初期荷重付与部を前記パネル部材の周縁部の少なくとも一部に設けた点にある。

このように構成することで、圧力検出部及び初期荷重付与部をパネル部材の周縁部の必要な箇所のみに配置されることとなり、パネル部材の構造の簡素化が図られる。

本発明に係る情報入力装置の斜視図である。図１のII−II断面図である。図２の圧力検出部近傍の拡大図である。本発明に係る情報入力装置の実施形態１における圧力検出部と初期荷重付与部の配置を示す図である。本発明に係る情報入力装置の別実施形態における要部の断面図である。本発明に係る情報入力装置の別実施形態における要部の断面図である。本発明に係る情報入力装置の別実施形態における要部の断面図である。本発明に係る情報入力装置の別実施形態における要部の断面図である。本発明に係る情報入力装置の別実施形態における要部の断面図である。本発明に係る情報入力装置の別実施形態における要部の断面図である。本発明に係る情報入力装置の別実施形態における圧力検出部と初期荷重付与部の配置を示す図である。従来技術に係る情報入力装置の断面図である。感圧センサにおける荷重と抵抗値との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る情報入力装置１の実施形態を図面に基づいて説明する。

〔実施形態１〕
図１、図２に示すように、情報入力装置１は、前面に開口部２Ａなどが形成された筐体２に、液晶又は有機ＥＬなどの表示部３Ａを有する表示装置３、接触式の情報入力機能を有するパネル部材４を備えて構成されている。

本発明において、筐体２の開口部２Ａは、図２に示すように、パネル部材４の嵌め込みを許容する段差を有するように筐体２の上面を切り抜いて形成され、その底面に、筐体２の内部に装備された表示装置３の表示部３Ａを外部に臨ませる表示装置用開口部２ａと、パネル部材４の周縁部４Ａを支持する枠状の支持部２ｂとを有している。

開口部２Ａの形状や大きさは、パネル部材４の形状や大きさに応じて種々の変更が可能であり、又、開口部２Ａの実装深さは、パネル部材４の厚みなどに応じて種々の変更が可能であり、更に、開口部２Ａにおける表示装置用開口部２ａの形状や大きさは、表示部３Ａの形状や大きさなどに応じて種々の変更が可能である。ここでは、開口部２Ａ、表示装置用開口部２ａ、表示部３Ａ、及びパネル部材４の形状を矩形状又は略矩形状とする。ただし、パネル部材４等の形状は特に限定されず、例えば円形であってもよい。開口部２Ａの実装深さは、筐体２の表面とパネル部材４の表面とがほぼ同じ高さになるように設定されていればよい。

情報入力装置１には、パネル部材４に対する押圧操作力を検出するための圧力検出手段が設けられている。この圧力検出手段は、パネル部材４と筐体２の支持部２ｂとに亘って設けられた圧力検出部５、及び、その圧力検出部５からの出力信号を処理する図示しない信号処理回路等から構成されている。圧力検出部２３の構成は押圧力を検出できるものであれば特に限定されない。図１及び図４に示すように、圧力検出部５はパネル部材４の周縁部４Ａに少なくとも１つ以上配置されている。この圧力検出手段は、パネル部材４に対するタッチ操作に基づいて、その操作位置となるＸ−Ｙ座標を検知する所謂タッチ入力機能を備えるものであってもよい。又、タッチ入力機能を備えるものにおいては、抵抗膜方式、静電容量方式、及び電磁誘導方式などから選択できる。

図１〜図４に示すように、圧力検出部５に対して初期荷重を付与する初期荷重付与部６は引張部材６ａを備えており、圧力検出部５の両側に近接して配置されている。引張部材６ａは、パネル部材４と支持部２ｂとの間で挟まれた状態に設けてあり、パネル部材４と支持部２ｂとを引き付けるよう構成されている。引張部材６ａは、例えば、圧力検出部５よりも厚みを薄くした非弾性のスペーサ（パネル部材４、支持部２ｂとの接着層を含む、接着剤単体でも可）であり、パネル部材４または支持部２ｂの変形が許容される場合には、パネル部材４または支持部２ｂにより、初期荷重が付与された圧力検出部５をさらに圧縮して押圧力を検出する。また、引張部材６ａは、弾性を有する粘着性接着剤や両面粘着材であってもよいし、引張り力を発揮する状態に設定されているゴム、引っ張りコイルばね、板ばね等の各種の弾性部材であってもよい。

引張部材６ａは、その厚みを圧力検出部５の無加圧な状態における厚みよりも薄くして、パネル部材４と支持部２ｂとの間に配置される。配置された引張部材６ａは当初の厚みを保持しようとして、パネル部材４と支持部２ｂとを互いに引き付ける。こうして、パネル部材４と支持部２ｂとの間の距離を狭め、圧力検出部５が無加圧な状態における厚みを小さくすることで、結果的に圧力検出部５に初期荷重を付与している。

このように初期荷重付与部６を構成することで、パネル部材４が押圧操作される前に、圧力検出部５に初期荷重が付与されることとなり、その後パネル部材４が押圧操作される際には圧力検出部５が検出した値を、そのまま情報入力の制御に用いることができる。また、引張部材６ａの厚みは圧力検出部５の無加圧な状態における厚みよりも薄いので、男性部材６ａによって情報入力装置１の厚みが厚くなることもない。

圧力検出部５の構成は特に限定されるものではないが、一例として感圧インクを用いた圧力検出部５について説明する。圧力検出部５は、図３、図４に示すように、枠状の上部電極２１と、上部電極２１に対向配置された枠状の下部電極２２との間に、ドット状の上部感圧インク部材２３ａとドット状の下部感圧インク部材２３ｂとが配置されている。上部感圧インク部材２３ａは、上部電極２１を被覆するように配置され、下部感圧インク部材２３ｂは、下部電極２２を被覆し且つ上部感圧インク部材２３ａと対向するように配置されている。感圧インク部分の電極は、感圧インク印刷寸法より若干小さくなるように設計してある。しかし、電極部分が対向する基板に配置された電極に直接接触しないよう配慮してあるのであれば、寸法サイズ等は特に限定されない。圧力検出部５は、パネル部材４の下面に、例えば糊等の接着剤や両面粘着テープ等の粘着層によって貼着されている。上部及び下部電極２１、２２の厚み寸法は、例えば、１０μｍ〜２０μｍに設定されている。上部感圧インク部材２３ａ又は下部感圧インク部材２３ｂの厚み寸法は、例えば１５μｍ〜３５μｍに設定されている。尚、感圧インク部材は上部あるいは下部の１層だけであってもよい。感圧インク部材の形状はドット状に限定されず、平面視において円形、矩形、枠状であってもよい。電極についても、必ずしも枠状に配置する必要はなく、枠状の基板上に個別独立して配置されていてもよい。また、電極を感圧インク部材の上下両面ではなく、上下面のうちいずれか一方の面にのみ配置するようにしてもよい。この場合、一対の電極を櫛歯状、渦巻状等に形成して感圧インク部材との接触面積を制御することで、望ましい検出範囲の信号を得る事ができる。

上部電極２１及び下部電極２２の材料としては、金、銀、銅、若しくはニッケルなどの金属、あるいはカーボンなどの導電性を有するペーストを用いることができる。これらの形成方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、若しくはフレキソ印刷などの印刷法、フォトレジスト法などが挙げられる。また、上部電極２１及び下部電極２２は、銅や金などの金属箔を貼り付けて形成することもできる。さらに、上部及び下部電極２１、２２は、銅などの金属をメッキしたＦＰＣの上にレジストで電極パターンを形成し、レジストで保護されていない部分の金属箔をエッチング処理することによって形成することもできる。

上部感圧インク部材２３ａ及び下部感圧インク部材２３ｂを構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する素材で構成されている。前記組成物として、例えば、英国のＰｅｒａｔｅｃｈ社製の量子トンネル現象複合材料（商品名「ＱＴＣ」）を用いることができる。上部感圧インク部材２３ａ、下部感圧インク部材２３ｂは、塗布により上部電極２１、下部電極２２に配置することができる。上部感圧インク部材２３ａ及び下部感圧インク部材２３ｂの塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、又はフレキソ印刷などの印刷法を用いることもできる。

上部及び下部電極２１、２２は、コネクタ（図示せず）に接続されており、コネクタは、情報入力装置１に内蔵された押圧検出部（図示せず）に接続されている。前記構成の圧力検出部５は、通常時（無加圧時）には、上部感圧インク部材２３ａと下部感圧インク部材２３ｂとは加圧されていない。この状態で、圧力検出部５上に設けられたパネル部材４のタッチ入力面に押圧操作力が加えられた場合、当該押圧操作力により、上部感圧インク部材２３ａと下部感圧インク部材２３ｂとが加圧接触する。この加圧接触によって、上部感圧インク部材２３ａ及び下部感圧インク部材２３ｂの電気抵抗値と接触抵抗値が小さくなる。この抵抗変化を検出することにより、パネル部材４へのタッチ入力面への押圧操作力を検出することができる。

また、パネル部材４のタッチ入力面への押圧操作力が大きくなると、上部感圧インク部材２３ａ及び下部感圧インク部材２３ｂに加えられる外力が増大することになり、上部感圧インク部材２３ａ及び下部感圧インク部材２３ｂの電気抵抗値と接触抵抗値がさらに小さくなる。このような抵抗変化を検出することによって、上部感圧インク部材２３ａ又は下部感圧インク部材２３ｂに加えられる外力を検出し、パネル部材４のタッチ入力面への押圧操作力を検出することができる。

〔別実施形態〕
（１）圧力検出部５をパネル部材４に固着してユニット化したパネルユニットの一部として構成するようにしてもよい。また、図５に示すように、引張部材６ａを圧力検出部５とともにパネル部材４に固着してパネルユニットの一部として構成するようにしてもよい。パネルパネル部材４に圧力検出部５を固着したパネルユニットには、図５のように、圧力検出部５の外側に硬質材料、非弾性材料等からなる板状部材９が取付けられている。上記のようなパネルユニットにすることで、情報入力装置１の組付け時に、圧力検出部５や初期荷重付与部６としての引張部材６ａを設ける手間が省けることとなる。したがって、このことで製造コストの低減や製造工程の簡略化を図ることもできる。

（２）図６〜図８に示すように、圧力検出部５とパネル部材４との間、あるいは、圧力検出部５と支持部２ｂとの間に、パネル部材４あるいは支持部２ｂからの荷重を集中して受け取り、当該荷重を圧力検出部５に分散させて伝達すると共に、圧力検出部５に対するパネル部材４あるいは支持部２ｂの姿勢変化を許容する荷重伝達部８を備えている方が好ましい。図６では、パネル部材４と支持部２ｂとの間に、圧力検出部５、凸状の荷重伝達部８が順に配置され、圧力検出部５と凸状の荷重伝達部８の側部に引張部材６ａが配置され、パネル部材４に圧力検出部５、凸状の荷重伝達部８が固着されている。図７では、パネル部材４と支持部２ｂとの間に、圧力検出部５、凸状の荷重伝達部８が順に配置され、圧力検出部５の側部に引張部材６ａが配置され、パネル部材４に圧力検出部５、引張部材６ａ、板状部材９、凸状の荷重伝達部８が固着されている。いずれの場合も、凸状の荷重伝達部８が支持部２ｂからの荷重を集中して受け取り、当該荷重を圧力検出部５に分散させて伝達する。

パネル部材４の押圧操作の際にパネル部材４の周縁部４Ａが上方に反るような場合であっても、凸状の荷重伝達部８と支持部２ｂの側との接触面積がほとんど変化せず、圧力検出部５に対する支持部２ｂの姿勢変化を許容する。このため、凸状の荷重伝達部８はパネル部材４の水平時と変わりなく、支持部２ｂからの荷重を集中して受け取り、当該荷重を圧力検出部５に分散させて伝達する。このように、支持部２ｂからの荷重が圧力検出部５に確実に伝達されて圧力が検出されるので、パネル部材４の押圧操作力を正確に検出することができる。

図８では、パネル部材４と支持部２ｂとの間に、凸状の荷重伝達部８と板状部材９、圧力検出部５、引張部材６ａが配置され、これらが支持部２ｂに固着されている。この場合は、凸状の荷重伝達部８がパネル部材４からの荷重を集中して受け取り、当該荷重を圧力検出部５に分散させて伝達する。

（３）荷重伝達部８は、図９に示すように、パネル部材４の裏面側に形成された凸部１０と板状部材９とで構成されていてもよいし、図１０に示すように、支持部２ｂに形成した凸部１０と板状部材９とで構成されていてもよい。図９では、パネル部材４と支持部２ｂとの間に、凸部１０、板状部材９、圧力検出部５、引張部材６ａが配置され、支持部２ｂに板状部材９、圧力検出部５、引張部材６ａが固着されている。凸部１０はパネル部材４に固設されており、凸部１０がパネル部材からの荷重を集中して板状部材９に伝達し、圧力検出部５に分散させて伝達する。また、図１０では、パネル部材４と支持部２ｂとの間に、圧力検出部５、引張部材６ａ、板状部材９、凸部１０が配置され、パネル部材に圧力検出部５、引張部材６ａ、板状部材９が固着されている。この場合は、凸部１０が支持部２ｂからの荷重を集中して板状部材９に伝達し、圧力検出部５に分散させて伝達する。

（４）圧力検出部５及び初期荷重付与部６は、パネル部材４の周縁部４Ａの少なくとも一部に設けられていればよく、初期荷重付与部６は、図４に示すように、圧力検出部５の近傍に配置されていることが好ましい。初期荷重付与部６をパネル部材４の周縁部４Ａの一部に設けるようにすると、初期荷重付与部６を必要な箇所のみに設けることができ、パネル部材４に配置される圧力検出部５が少ない場合等には、情報入力装置１を製造する上で好都合となる。

（５）初期荷重付与部６は、図１１に示すように、パネル部材４の周縁部４Ａの全体に備えられていてもよい。パネル部材４に対して圧力検出部５を多数配置する場合等では、初期荷重付与部６をパネル部材４の周縁部４Ａの一部に備えるより周縁部４Ａの全体に備える方が容易となる場合もある。また、図示しないが、初期荷重付与部６と共に、圧力検出部５をパネル部材４の周縁部４Ａの全体に備えるようにしてもよい。

本発明に係る情報入力装置は、携帯電話機、スマートフォン、ＰＤＡ、カーナビゲーション装置、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、遊技機、及びタブレットなどの電子機器に有効利用され、電子機器の多機能化及び操作性の向上を図るために利用できる。

１情報入力装置
２筐体
２ｂ支持部
３表示装置
４パネル部材
４Ａ周縁部
５圧力検出部
６初期荷重付与部
６ａ引張部材
８荷重伝達部
９板状部材
１０凸部

Claims

接触式の情報入力機能を備えたパネル部材と、
前記パネル部材を支持する支持部を有する筐体と、
前記パネル部材と前記支持部とに亘って設けられ、前記パネル部材に対する押圧操作力を検出する圧力検出部と、
前記パネル部材と前記支持部とに亘って設けられ、前記パネル部材及び前記支持部を引き付けて前記圧力検出部に初期荷重を付与する初期荷重付与部とを備え、
外力が作用していない自由状態で、前記初期荷重付与部の厚みが、前記圧力検出部の厚みよりも薄く設定されている情報入力装置。
前記初期荷重付与部が、前記パネル部材と前記支持部とに接続された弾性部材である請求項１に記載の情報入力装置。
前記圧力検出部と前記パネル部材との間、あるいは、前記圧力検出部と前記支持部との間に、
前記パネル部材あるいは前記支持部からの荷重を集中して受け取り、当該荷重を前記圧力検出部に分散させて伝達すると共に、
前記圧力検出部に対する前記パネル部材あるいは前記支持部の姿勢変化を許容する荷重伝達部を備えた請求項１または２に記載の情報入力装置。
前記圧力検出部及び前記初期荷重付与部を前記パネル部材の周縁部の少なくとも一部に設けた請求項１〜３のいずれか一項に記載の情報入力装置。