JP5647695B2 - 押圧式入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、押圧式入力装置に関し、特に、携帯電話機等の携帯端末の操作に用いられる押圧式入力装置に関する。

従来、押圧式入力装置として、携帯端末のタッチスクリーンに加わる押圧荷重によって、押圧位置を検出するものが知られている（特許文献１参照）。この種の押圧式入力装置は、例えば、タッチスクリーンの裏面の四隅に荷重センサを設けて構成される。押圧式入力装置は、タッチスクリーンに加わる荷重を各荷重センサで受け、各荷重センサで検出された圧力分布の変化により押圧位置を特定する。

特表２００８−５２７６２０号公報

しかしながら、上記したような従来の押圧式入力装置においては、タッチスクリーンの押圧荷重が直に荷重センサに加わるものなので、大きな荷重が加わると荷重センサが破損するおそれがあった。特に、荷重センサに圧電セラミックスが用いられる場合には破損し易いという問題があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、過荷重が加えられる場合でも、荷重センサの破損を防止することができる押圧式入力装置を提供することを目的とする。

本発明の押圧式入力装置は、操作部材からの操作荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、前記荷重センサに対して初期荷重を生じさせる付勢部材と、前記付勢部材の付勢力を受けて前記荷重センサを押圧する押圧部材と、前記押圧部材を揺動可能に支持する支持部材とを備え、前記押圧部材は、前記操作部材からの操作荷重を受ける被押圧部と、前記荷重センサを押圧する押圧部とを有し、前記被押圧部に加えられた操作荷重により、前記支持部材に支持される位置を支点として前記押圧部に対して前記荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用し、前記荷重センサは、前記操作部材の操作方向に対して略直交方向に検出面を向けて配置され、前記押圧部材は、板状に形成されており、前記被押圧部の板面を前記操作部材に対向させ、前記押圧部の板面を前記被押圧部の板面に対して略直交させて前記荷重センサの検出面に対向させたことを特徴とする。

この構成によれば、操作部材からの操作荷重により荷重センサに作用する初期荷重が減少されるため、操作部材に対して過荷重が加えられても、荷重センサが破損することが防止される。また、操作荷重が加わる被押圧位置と支点との距離、及び初期荷重を加える押圧位置と支点との距離の少なくともいずれか一方の距離を変更することで、検出感度を調整すると共に様々な定格荷重の荷重センサに対応でき、設計自由度を向上できる。例えば、被押圧位置と支点との距離に対して、押圧位置と支点との距離を大きくとることで、押圧部に作用する力を小さくでき、定格荷重の小さな荷重センサで対応できる。
また、この構成によれば、操作部材からの操作荷重の向きを、略直交する向きに変換して荷重センサに作用させることができる。

また本発明は、上記押圧式入力装置において、前記支持部材は、前記押圧部材における前記被押圧部と前記押圧部との間を支持することを特徴とする。

この構成によれば、被押圧部と押圧部との間に支点が配置されるため、単純な構成により押圧部材を揺動可能に支持できる。

また本発明は、上記押圧式入力装置において、前記付勢部材は、前記被押圧部と前記押圧部との連結位置を挟んだ前記押圧部の両側から延出する一対の弾性腕部であり、前記支持部材は、前記一対の弾性腕部の自由端側を係止する一対の係止部が設けられており、前記一対の弾性腕部の自由端側が前記一対の係止部に係止されることで、前記一対の弾性腕部が、前記押圧部を前記荷重センサ側に引き付けて初期荷重を生じさせることを特徴とする。

この構成によれば、付勢部材を押圧部に連なる一対の弾性腕部で構成したため、部品点数を少なくして生産性を向上させることができる。また、一対の弾性腕部により両持ちで押圧部が支持されるため、荷重センサに対して安定した初期荷重を生じさせることができる。

また本発明は、上記押圧式入力装置において、前記押圧部材は、前記被押圧部と前記押圧部との連結位置を挟んだ前記被押圧部の両側から延出する一対の延出部を有し、前記一対の延出部が前記支持部材に支持されることを特徴とする。

この構成によれば、被押圧部の両側から延出する一対の延出部により、２箇所で押圧部材を支持部材に支持させて、押圧部材の揺動を安定させることができる。

また本発明は、上記押圧式入力装置において、前記支持部材を共通とする前記荷重センサ、前記押圧部材及び前記付勢部材からなる組が複数設けられ、前記複数の荷重センサの出力に基づいて、前記操作部材における前記押圧部材に対応する操作位置と隣接する前記押圧部材間に対応する操作位置とを特定可能なことを特徴とする。

この構成によれば、操作部材に対して、押圧部材に対応した位置だけでなく、隣接する押圧部材間に操作位置を設定できる。また、操作部材に設定された操作位置の数よりも荷重センサ等の数を少なくでき、さらに支持部材を共通とするため、部品点数を少なくして生産性を向上できる。

また本発明の押圧式入力装置は、操作部材からの操作荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、前記荷重センサに対して初期荷重を生じさせる付勢部材と、前記付勢部材の付勢力を受けて前記荷重センサを押圧する押圧部材と、前記押圧部材を揺動可能に支持する支持部材とを備え、前記押圧部材は、前記操作部材からの操作荷重を受ける被押圧部と、前記荷重センサを押圧する押圧部とを有し、前記被押圧部に加えられた操作荷重により、前記支持部材に支持される位置を支点として前記押圧部に対して前記荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用し、前記荷重センサは、前記操作部材の操作方向に検出面を向けて配置され、前記押圧部材は、板状に形成されており、前記被押圧部の板面を前記操作部材に対向させ、前記押圧部の板面を前記被押圧部の板面に対して略平行として前記荷重センサの検出面に対向させ、前記支持部材は、前記押圧部材の位置決め用の位置決め孔が形成され、前記押圧部材は、長尺状の板面と、前記長尺状の板面の長手方向に沿う両端に連なり、前記長尺状の板面に略直交する一対の対向面とを有する板材により形成され、前記位置決め孔に位置決め可能に保持される位置決め片を有することを特徴とする。

この構成によれば、向きを変えることなく操作部材からの操作荷重を荷重センサに作用させることができ、押圧式入力装置の設計を容易にすることができる。
また、この構成によれば、一対の対向面により押圧部材の剛性が高められ、位置決め孔と位置決め片とにより支持部材に対して押圧部材が位置決めされる。このため、押圧部材の撓みや支持部材と押圧部材との位置ズレ等による荷重センサの検出精度の低下を防止できる。

また本発明の押圧式入力装置は、操作部材からの操作荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、前記荷重センサに対して初期荷重を生じさせる付勢部材と、前記付勢部材の付勢力を受けて前記荷重センサを押圧する押圧部材と、前記押圧部材を揺動可能に支持する支持部材とを備え、前記押圧部材は、前記操作部材からの操作荷重を受ける被押圧部と、前記荷重センサを押圧する押圧部とを有し、前記被押圧部に加えられた操作荷重により、前記支持部材に支持される位置を支点として前記押圧部に対して前記荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用し、前記荷重センサは、前記操作部材の操作方向に検出面を向けて配置され、前記押圧部材は、板状に形成されており、前記被押圧部の板面を前記操作部材に対向させ、前記押圧部の板面を前記被押圧部の板面に対して略平行として前記荷重センサの検出面に対向させ、前記支持部材を共通とする前記荷重センサ、前記押圧部材及び前記付勢部材からなる組が複数設けられ、前記複数の荷重センサの出力の割合に基づいて、前記操作部材における操作位置を特定可能なことを特徴とする。

この構成によれば、向きを変えることなく操作部材からの操作荷重を荷重センサに作用させることができ、押圧式入力装置の設計を容易にすることができる。
また、この構成によれば、複数の荷重センサの出力値の割合に基づいて操作位置が特定されるため、操作部材の全体に亘って操作位置を設定できる。また、支持部材を共通とするため、部品点数を少なくして生産性を向上できる。

また本発明の押圧式入力装置は、操作部材からの操作荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、前記荷重センサに対して初期荷重を生じさせる付勢部材と、前記付勢部材の付勢力を受けて前記荷重センサを押圧する押圧部材と、前記押圧部材を揺動可能に支持する支持部材とを備え、前記押圧部材は、前記操作部材からの操作荷重を受ける被押圧部と、前記荷重センサを押圧する押圧部とを有し、前記被押圧部に加えられた操作荷重により、前記支持部材に支持される位置を支点として前記押圧部に対して前記荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用し、前記荷重センサは、前記操作部材の操作方向に対して略直交方向に検出面を向けて配置され、前記押圧部材は、板状に形成されており、前記支点を挟んで前記被押圧部側の板面を前記操作部材に対向させ、前記押圧部側の板面を前記被押圧部の板面に対して略直交させて前記荷重センサの検出面に対向させたことを特徴とする。

この構成によれば、操作部材からの操作荷重の向きを、略直交する向きに変換して荷重センサに作用させることができる。

また本発明は、上記押圧式入力装置において、前記付勢部材は、一端が前記押圧部材の前記押圧部側の板面に当接され、他端が前記押圧部側の板面に対向する前記支持部材の板面に当接するコイルばねであり、前記コイルばねのばね力により前記押圧部を前記荷重センサ側に押し付けて初期荷重を生じさせることを特徴とする。

この構成によれば、付勢部材が押圧部材及び支持部材と別体のコイルばねであるため、コイルばねの交換によって初期荷重を容易に調整できる。

また本発明は、上記押圧式入力装置において、前記押圧部材の前記押圧部側の板面と前記支持部材の板面とによって前記コイルばねの収容空間が形成され、前記コイルばねの収容空間は、開放端を有することを特徴とする。

この構成によれば、収容空間の開放端からコイルばねを取り付けることができ、コイルばねの取付作業及び交換作業を容易にすることができる。

また本発明は、上記押圧式入力装置において、前記荷重センサ、前記押圧部材、前記付勢部材、前記支持部材からなる組が複数設けられ、前記複数の荷重センサの出力の割合に基づいて、前記操作部材における操作位置を特定可能なことを特徴とする。

この構成によれば、複数の荷重センサの出力の割合に基づいて操作位置が特定されるため、操作部材の全体に亘って操作位置を設定できる。

本発明によれば、操作部材に対して過荷重が加えられる場合でも荷重センサの破損を防止できると共に、様々な定格荷重の荷重センサに対応可能なように設計自由度を向上できる。

本発明に係る押圧式入力装置の第１の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の斜視図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第１の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の分解斜視図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第１の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の部分拡大図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第１の実施の形態を示す図であり、押圧プレートによる荷重の伝達構造の説明図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第１の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の入力操作の説明図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第２の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の斜視図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第２の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の分解斜視図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第２の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の部分拡大図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第２の実施の形態を示す図であり、押圧プレートによる荷重の伝達構造の説明図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第２の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の入力操作の説明図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第３の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の斜視図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第３の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の分解斜視図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第３の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の断面図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第３の実施の形態を示す図であり、押圧プレートによる荷重の伝達構造の説明図である。 本発明に係る押圧式入力装置の第３の実施の形態を示す図であり、押圧式入力装置の入力操作の説明図である。

以下、本発明の第１の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、携帯電話機や音楽プレーヤ等の携帯端末に取り付けられた押圧式入力装置について説明する。しかしながら、本実施の形態に係る押圧式入力装置の適用対象については、これに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。

図１から図３を参照して、押圧式入力装置の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る押圧式入力装置の斜視図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る押圧式入力装置の分解斜視図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る押圧式入力装置の部分拡大図である。なお、図３において、（ａ）は押圧プレートが支持部材に取り付けられた状態、（ｂ）は押圧プレートが支持部材から外された状態をそれぞれ示す。

図１から図３に示すように、押圧式入力装置１は、携帯端末の筐体２に取り付けられて、操作プレート３に対する操作位置や操作荷重を携帯端末に入力可能に構成されている。押圧式入力装置１は、筐体２の収容部４に配置され、収容部４を外方から覆う操作プレート３が一対のボルト５を介して筐体２に固定されることで筐体２内に取り付けられる。

押圧式入力装置１は、断面視ボックス形状の一側面を開放したチャンネル形状（溝型形状）の支持部材１１を有している。支持部材１１の内側面には、フレキシブル基板１２を介して一対の荷重センサ１３が取り付けられている。また、支持部材１１には、支持部材１１の内側面に設けられた各荷重センサ１３を押圧する一対の押圧プレート１４が取り付けられる。一対の押圧プレート１４は、側面視略Ｌ字状に形成されており、横板部４１で操作プレート３に当接され、縦板部４２で荷重センサ１３に当接される。

この場合、押圧プレート１４の縦板部４２は、一対の弾性腕部４３を有しており、一対の弾性腕部４３の弾性力により荷重センサ１３に対して初期荷重（プリテンション）を付与している。押圧プレート１４の横板部４１は、一対の延出部４４を有しており、一対の延出部４４により支持部材１１に揺動可能に支持されている。押圧プレート１４は、操作プレート３からの操作荷重を横板部４１で受けることで、揺動支点を中心として操作荷重の向きを略９０度変換し、荷重センサ１３に作用した初期荷重に対して逆向きに力を作用させる。

本実施の形態に係る押圧式入力装置１では、操作プレート３からの操作荷重が一対の弾性腕部４３を押し返すように作用し、荷重センサ１３に作用した初期荷重が減少される。そして、押圧式入力装置１から出力された各荷重センサ１３の荷重に基づいて、操作プレート３に対する操作位置や操作荷重が算出され、操作位置や操作荷重が携帯端末に入力される。

操作部材である操作プレート３は、例えば、ステンレスやリン青銅等の弾性金属板により長尺状に形成されている。操作プレート３の長手方向の両端側には一対の挿通孔１８が形成されており、一対の挿通孔１８に挿通された一対のボルト５により操作プレート３が筐体２に固定される。このため、操作プレート３は、一対のボルト５に固定された両端側を支点として下方に撓む板ばねとして機能する。操作プレート３上には、３か所の操作位置を規定する操作部１９が長手方向に等間隔に設けられている。

操作プレート３は、中央の操作部１９の押圧時に一対の押圧プレート１４に操作荷重を加えるように撓む。また、操作プレート３は、片端側の操作部１９の押圧時に片側の押圧プレート１４に操作荷重を加えるように撓む。なお、片端側の操作部１９の押圧時には、片側の押圧プレート１４に対してのみ操作荷重が加わる構成でもよいし、両側の押圧プレート１４に対して偏った操作荷重が加わる構成でもよい。また、操作部１９は、透光性材料で形成されており、フレキシブル基板１２に設けられた複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）１５の光を外部に透過する。なお、操作部１９は両面テープやインサート成形により、操作プレート３を構成する弾性金属板と一体化されて設けられている。また、操作プレート３を操作部１９と一体の透光性を有する合成樹脂フィルムで形成してもよい。

支持部材１１は、ステンレス等の金属板材を折り曲げて形成され、長尺状の側板部２１と、側板部２１の上下両端部から前方に延びる上板部２２及び下板部２３とを有している。側板部２１の前面には、荷重センサ１３が取り付けられたフレキシブル基板１２が貼着される。上板部２２には、各押圧プレート１４の取付位置に対応して水平部２５が形成される。また、上板部２２には、水平部２５を挟むように水平面から僅かに上方に位置するように切り起こされた切り起こし部２６が形成される。この切り起こし部２６により、各押圧プレート１４が上板部２２に対して長手方向で位置決めされる。

支持部材１１の上板部２２及び下板部２３には、各押圧プレート１４の取付位置に対応して、各押圧プレート１４の取付用の係止孔２７、２８が形成されている。上板部２２の係止孔２７は、長孔であり、押圧プレート１４を係止する他、ＬＥＤ１５の光を外部に放出するための窓部として機能する。上板部２２の係止孔２７は、操作プレート３の操作部１９に対応して形成され、操作部１９と共にＬＥＤ１５の光を装置外部に放出させる。

フレキシブル基板１２は、一対の荷重センサ１３、３つのＬＥＤ１５、ＩＣ（Integrated Circuit）１６を設けた基板であり、例えば、絶縁層としてのポリイミドフィルム上に導電パターンを形成して構成される。フレキシブル基板１２は、支持部材１１の側板部２１に沿って延在する第１の延在部３１と、第１の延在部３１に対して直交方向に延在する第２の延在部３２とを有している。第１の延在部３１は、側板部２１の前面に保持される。第１の延在部３１には、長手方向に沿ってＬＥＤ１５と荷重センサ１３とが交互に略等間隔に配置される。

第２の延在部３２は、第１の延在部３１の途中部分から支持部材１１に形成された長孔２９を介して支持部材１１外に突出し、携帯端末の図示しない制御部に接続される。第２の延在部３２には、ＩＣ１６が配置されている。ＩＣ１６は、荷重センサ１３及びＬＥＤ１５に接続されており、各荷重センサ１３からの出力に基づいて、操作プレート３に対する操作位置や操作荷重を算出する他、ＬＥＤ１５の発光を制御する。

荷重センサ１３は、例えば、圧電セラミックスを用いたフォースセンサ等であり、荷重検出用の突起を有する検出面３５を前方に向けて、支持部材１１の側板部２１に取り付けられている。このため、荷重センサ１３の検出方向は、操作プレート３による操作方向に対して略直交する。荷重センサ１３の検出面３５には、支持部材１１に取り付けられた押圧プレート１４が当接され、押圧プレート１４から初期荷重が加えられている。

押圧プレート１４は、金属板材を折り曲げて、横板部４１と縦板部４２とを有する側面視略Ｌ字状に形成されている。横板部４１は、操作プレート３に対向しており、操作プレート３からの操作荷重を受ける被押圧部４５を有している。被押圧部４５には、操作プレート３側に膨出したドーム状の膨出部４７が形成されている。押圧プレート１４は、膨出部４７を介して操作プレート３からの操作荷重を受けるため、操作荷重を膨出部４７に集中させることができる。膨出部４７は、操作プレート３の裏面に当接されることで、押圧プレート１４の力点を構成する。

被押圧部４５の両側方からは、操作プレート３の長手方向に沿って一対の延出部４４が延出されている。一対の延出部４４と被押圧部４５との境界部分は、前方から内側に切り欠かれており、切欠きにより区画された一対の延出部４４の前側に湾曲部４８が形成される。湾曲部４８は、長手方向に延在し、下側に膨らむように曲げられている。このため、湾曲部４８は、支持部材１１の水平部２５上に載置されることで、押圧プレート１４の揺動支点を構成する。一対の延出部４４の湾曲部４８により押圧プレート１４が両側から支持されるため、押圧プレート１４の揺動が安定される。

縦板部４２は、支持部材１１の側板部２１に対向しており、荷重センサ１３を押圧する押圧部４６を有している。押圧部４６の一部は、荷重センサ１３の突起に当接することで、押圧プレート１４の作用点を構成する。押圧部４６の両側方からは、側板部２１の長手方向に沿って一対の弾性腕部４３が延出されている。一対の弾性腕部４３の自由端側には、支持部材１１に係止される係止片４９が設けられている。係止片４９は、一対の弾性腕部４３の自由端側から上下方向に延び、支持部材１１の上板部２２及び下板部２３に形成された係止孔２７、２８に挿通される。

一対の弾性腕部４３の自由端側が支持部材１１に係止されると、押圧部４６が荷重センサ１３側に引き付けられる。この場合、押圧部４６と被押圧部４５との連結部分が、支持部材１１の水平部２５に形成された切欠き５１に入り込み、切欠き５１を形成する水平部２５の前縁に当接される。水平部２５の前縁は、上面視において係止孔２７、２８よりも僅かに前方に位置している。この結果、押圧プレート１４は、一対の弾性腕部４３の弾性力により上板部２２の前縁に引き付けられるように支持部材１１に取り付けられる。支持部材１１に取り付けられた押圧プレート１４は、押圧部４６を介して荷重センサ１３に初期荷重を生じさせる。

このように構成された押圧プレート１４は、操作プレート３からの操作荷重を、湾曲部４８を支点として押圧部４６に作用させる。押圧部４６には、操作プレート３からの操作荷重が、荷重センサ１３に対する初期荷重を減少させる方向に作用する。また、一対の弾性腕部４３の基端側には、上板部２２の水平部２５の裏面に対向する一対の規制片５２が設けられている。一対の規制片５２は、押圧プレート１４の揺動を一定範囲内に規制する。

図４を参照して、押圧プレートによる荷重の伝達構造について説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る押圧プレートによる荷重の伝達構造の説明図である。なお、図４において、（ａ）、（ｂ）は支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合を変化させたものである。

図４（ａ）に示すように、押圧プレート１４は、一対の延出部４４の湾曲部４８により水平部２５の上面に支持されている。また、押圧プレート１４は、被押圧部４５の膨出部４７において操作プレート３の裏面に当接され、押圧部４６において荷重センサ１３の突起３６に当接されている。すなわち、押圧プレート１４は、湾曲部４８の支持位置Ｐ１を支点、膨出部４７の被押圧位置Ｐ２を力点、押圧部４６の押圧位置Ｐ３を作用点としたＬ字型の梃子として機能する。この状態で、押圧プレート１４の膨出部４７に操作プレート３から操作荷重が加えられると、押圧プレート１４の湾曲部４８を支点として操作荷重の向きが縦方向から横方向に変換される。

このとき、押圧部４６の作用点に作用する操作荷重の大きさが、支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合に応じて変化される。図４（ａ）では、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離が、約１：２に設定されている。したがって、操作プレート３からの操作荷重が、約半減されて押圧部４６の押圧位置Ｐ３に伝達される。押圧部４６に伝達された操作荷重は、初期荷重に対して逆向きに作用するため、荷重センサ１３に対する初期荷重が減少される。

なお、支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合を変えることで、検出感度を調整すると共に様々な定格荷重の荷重センサ１３に対応可能である。例えば、図４（ｂ）に示すように、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離とが、約１：５に設定される構成としてもよい。この場合、操作プレート３からの操作荷重が、約１／５に減らされて押圧部４６に伝達される。よって、より定格荷重の小さな荷重センサ１３を用いることができ、押圧式入力装置１の設計自由度を向上させることができる。また、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離によりも支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離を近付けることで検出感度を高めることができる。

図５を参照して、押圧式入力装置の入力操作について説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る押圧式入力装置の入力操作の説明図である。なお、図５において、（ａ）が操作プレートの非操作状態、（ｂ）が操作プレートの操作状態をそれぞれ示す。

図５（ａ）に示すように、操作プレート３の非操作状態では、一対の弾性腕部４３の係止片４９と支持部材１１の係止孔２７、２８との係止部分を基端側として、一対の弾性腕部４３の弾性力により押圧部４６が荷重センサ１３に引き付けられている。押圧部４６は、押圧位置Ｐ３において荷重センサ１３の突起３６に当接する。このとき、操作プレート３には操作荷重が加わっていないため、一対の弾性腕部４３の弾性力が、押圧部４６を介して荷重センサ１３に初期荷重Ｆ１として付与される。

図５（ｂ）に示すように、非操作状態から操作プレート３が操作荷重Ｆ２で押圧されると、押圧プレート１４の湾曲部４８を支点として操作荷重Ｆ２の向きが変換されて、押圧部４６に伝達される。この際、操作荷重Ｆ２の大きさは、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離の割合に応じて可変される。押圧部４６（押圧位置Ｐ３）に伝達された操作荷重Ｆ２は、押圧部４６による押圧方向に対して逆向きに作用する。この結果、一対の弾性腕部４３の引き付け力が緩められて荷重センサ１３に対する初期荷重Ｆ１が減少され、荷重センサ１３に荷重Ｆ３が作用する。

このように、操作プレート３に対する操作荷重が大きくなるにつれて、荷重センサ１３に作用する荷重が小さくなるため、荷重センサ１３に対して初期荷重Ｆ１以上の荷重が作用することがない。よって、荷重センサ１３に定格荷重以上の荷重が加わることがなく、荷重センサ１３の破損を防止することができる。荷重センサ１３は、押圧部４６から受ける荷重を、操作荷重に応じた信号としてＩＣ１６に出力する。

ＩＣ１６は、荷重センサ１３からの出力値に応じて、操作プレート３に対する操作位置及び操作荷重を算出する。例えば、図１に示す操作プレート３の中央の操作部１９が押圧されると、一対の押圧プレート１４に対して操作荷重が伝達される。また、操作プレート３の片端側の操作部１９が押圧されると、片側の押圧プレート１４に対して操作荷重が伝達される。ＩＣ１６は、一対の荷重センサ１３から出力がある場合には操作位置を操作プレート３の中央として特定し、片側の荷重センサ１３からのみ出力がある場合には操作位置を操作プレート３の片端側として特定する。

このため、本実施の形態に係る押圧式入力装置１では、荷重センサ１３及び押圧プレート１４を１組とした場合、２組の荷重センサ１３及び押圧プレート１４により操作プレート３上に操作位置を３か所設定できる。なお、本実施の形態では、フレキシブル基板１２に設けられたＩＣ１６によって操作位置および操作荷重が算出されたが、携帯端末の制御部により算出される構成としてもよい。

図５（ｂ）に示す操作状態から操作プレート３に対する押圧が解除されると、押圧部４６の押圧方向に対して逆向きに作用する操作荷重が除かれる。そして、一対の弾性腕部４３の弾性力が、押圧部４６を介して荷重センサ１３に初期荷重Ｆ１として再び付与される。

以上のように、本実施の形態に係る押圧式入力装置１によれば、操作プレート３からの操作荷重により荷重センサ１３に作用する初期荷重が減少される。このため、操作プレート３に対して過荷重が加えられても、荷重センサ１３が破損することが防止される。また、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離の少なくともいずれか一方の距離（すなわち両者の割合）を変更することで、様々な定格荷重の荷重センサ１３に対応でき、設計自由度を向上できる。また、操作プレート３に対して、押圧プレート１４に対応した位置だけでなく、隣接する押圧プレート１４間に操作位置を設定できる。また、操作プレート３に設定された操作位置の数よりも荷重センサ１３等の数を少なくでき、さらに支持部材１１を共通とするため、部品点数を少なくして生産性を向上できる。

なお、上記した実施の形態においては、押圧プレート１４において、被押圧部４５の板面と押圧部４６の板面とが略直交する構成としたが、この構成に限定されるものではない。押圧プレート１４は、被押圧部４５の板面が操作プレート３に対向し、押圧部４６の板面が荷重センサ１３の検出面３５に対向する構成であればよい。

また、上記した実施の形態においては、付勢部材として板ばね状の一対の弾性腕部４３により押圧部４６を介して荷重センサ１３に初期荷重が生じさせる構成としたが、この構成に限定されるものではない。付勢部材は、押圧部４６を介して荷重センサ１３に対して初期荷重を生じさせるものであれば、どのような構成でもよい。また、付勢部材は、押圧プレート１４に一体的に形成されるものに限らず、押圧プレート１４と別体に形成されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、一対の延出部４４が支持部材１１に支持されることで、押圧プレート１４が揺動可能に支持される構成としたが、この構成に限定されるものではない。押圧プレート１４が一対の延出部４４を有さず、支持部材１１に支持される支持位置が被押圧部４５に設けられる構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、押圧プレート１４において、膨出部４７、湾曲部４８、押圧部４６の一部により略Ｌ字状の梃子として機能する構成したが、この構成に限定されるものではない。押圧プレート１４は、略Ｌ字状の梃子として機能すれば、どのように構成されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、操作プレート３の操作位置が、一対の押圧プレート１４に対応した位置、および一対の押圧プレート１４間の位置に設定されたが、これに限定されるものではない。操作プレート３の操作位置が、一対の押圧プレート１４に対応した位置にのみ設定されてもよいし、操作プレート３の全域にわたって設定されてもよい。

次に、図６から図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態に係る押圧式入力装置の斜視図である。図７は、本発明の第２の実施の形態に係る押圧式入力装置の分解斜視図である。図８は、本発明の第２の実施の形態に係る押圧式入力装置の部分拡大図である。なお、図８において、（ａ）は押圧プレートが支持部材に取り付けられた状態、（ｂ）は押圧プレートが支持部材から外された状態をそれぞれ示す。

図６から図８に示すように、押圧式入力装置６１は、携帯端末の筐体６２に取り付けられて、操作プレート６３に対する操作位置や操作荷重を携帯端末に入力可能に構成されている。押圧式入力装置６１は、筐体６２の収容部６４に配置され、収容部６４を外方から覆う操作プレート６３が被せられている。

押圧式入力装置６１は、断面視ボックス形状の上面を開放したチャンネル形状（溝型形状）の支持部材７１を有している。支持部材７１の内底面には、フレキシブル基板７２を介して一対の荷重センサ７３が取り付けられている。また、支持部材７１には、支持部材７１の内底面に設けられた各荷重センサ７３を押圧する一対の押圧プレート７４が取り付けられる。一対の押圧プレート７４は、長尺状に形成されており、一端側で操作プレート６３に当接され、他端側で荷重センサ７３に当接される。

この場合、押圧プレート７４の他端側は、支持部材７１に設けられた弾性腕部８４により荷重センサ７３に引き付けられ、荷重センサ７３に対して初期荷重（プリテンション）を付与する。押圧プレート７４の一端側は、支持部材７１の支持板部８５により支持部材７１に揺動可能に支持されている。押圧プレート７４は、操作プレート６３からの操作荷重を一端側で受けることで、揺動支点を中心として荷重センサ７３に作用した初期荷重に対して逆向きに力を作用させる。

本実施の形態に係る押圧式入力装置６１では、操作プレート６３からの操作荷重が弾性腕部８４を押し返すように作用し、荷重センサ７３に作用した初期荷重が減少される。そして、押圧式入力装置６１から出力された各荷重センサ７３の荷重に基づいて、操作プレート６３に対する操作位置や操作荷重が算出され、操作位置や操作荷重が携帯端末に入力される。

操作プレート６３は、例えば、ステンレス等の金属板を折り曲げて形成され、長尺状の上板部７５と、上板部７５の幅方向の両端部から下方に延びる一対の側板部７６とを有している。一対の側板部７６の長手方向の両端部には、押圧プレート７４の一端側に係合する係合孔７７が、一対の側板部７６の下端部から上方に切り欠かれて形成されている。また、一対の側板部７６の下端部には、係合孔７７に隣接して押圧プレート７４の一端側に当接する当接部７８が設けられている。

支持部材７１は、ステンレス等の金属板材を折り曲げて形成され、長尺状の底板部８１と、底板部８１の幅方向の両端部から立ち上がる一対の側板部８２とを有している。支持部材７１の一対の側板部８２の外面間隔は、操作プレート６３の一対の側板部７６の内面間隔よりも小さく形成されている。このため、支持部材７１には、その一対の側板部８２を外側から覆うように操作プレート６３が被せられる。底板部８１の上面には、荷重センサ７３が取り付けられたフレキシブル基板７２が貼着される。

底板部８１の長手方向の両端側には、長手方向の中央側に延びる一対の弾性腕部８４が形成されている。各弾性腕部８４は、底板部８１から切り起こされた片持ばねであり、後述する係止部１０７を介して押圧プレート７４の他端側を荷重センサ７３に引き付けるように作用する。底板部８１の長手方向の両端部は、上面に対して略直交方向に折り曲げられて、押圧プレート７４を支持する支持板部８５が形成される。底板部８１には、押圧プレート７４の他端側に対応して、押圧プレート７４の位置決め用の位置決め孔８６が形成されている。

フレキシブル基板７２は、一対の荷重センサ７３、ＩＣ（Integrated Circuit）７９を設けた基板であり、例えば、絶縁層としてのポリイミドフィルム上に導電パターンを形成して構成される。フレキシブル基板７２は、支持部材７１の底板部８１に沿って延在する第１の延在部９１と、第１の延在部９１に対して直交方向に延在する第２の延在部９２とを有している。第１の延在部９１は、底板部８１の上面に保持される。第１の延在部９１には、長手方向の両端部に一対の荷重センサ７３が配置される。

第２の延在部９２は、第１の延在部９１の中間部分から支持部材７１に形成された切欠き８７を介して支持部材７１外に突出し、携帯端末の図示しない制御部に接続される。第２の延在部９２には、ＩＣ７９が配置されている。ＩＣ７９は、一対の荷重センサ７３に接続されており、各荷重センサ７３からの出力に基づいて、操作プレート６３に対する操作位置や操作荷重を算出する。

荷重センサ７３は、例えば、圧電セラミックスを用いたフォースセンサ等であり、荷重検出用の突起を有する検出面９５を上方に向けて、支持部材７１の底板部８１に取り付けられている。このため、荷重センサ７３の検出方向は、操作プレート６３による操作方向に対して略同方向となり、力の作用する向きは、操作プレート６３への押圧操作の向きとは逆逆向きとなる。荷重センサ７３の検出面９５には、支持部材７１に取り付けられた押圧プレート７４が当接され、押圧プレート７４から初期荷重が加えられている。

押圧プレート７４は、ステンレス等の金属板材を折り曲げて形成され、長尺状の平板部１０１と、平板部１０１の幅方向の両端部から下方に延びる一対の側板部１０２と、平板部１０１の長手方向の一端部に連なる傾斜板部１０３とを有している。押圧プレート７４の一対の側板部１０２の外面間隔は、支持部材７１の一対の側板部８２の内面間隔よりも小さく形成されている。このため、押圧プレート７４は、支持部材７１の一対の側板部８２の内側に配置される。

一対の側板部１０２の一端側には、下端部から幅方向外側に延びる一対の被押圧部１０４が設けられている。各被押圧部１０４は、支持部材７１の長手方向の両端部に形成された切欠き８８を介して、支持部材７１の一対の側板部８２の外方に延出される。各被押圧部１０４は、一対の側板部８２の外方において操作プレート６３に対向し、操作プレート６３の当接部７８に当接される。被押圧部１０４の一部は、操作プレート６３の当接部７８に当接することで、押圧プレート７４の力点を構成する。

平板部１０１の一端側は、支持部材７１の立設した支持板部８５の上端面に載置される。この支持板部８５に支持された平板部１０１の一部は、押圧プレート７４の揺動支点を構成する。平板部１０１の一端側が支持板部８５の上端面によって幅方向に亘って支持されるため、押圧プレート７４の揺動が安定される。平板部１０１の他端側は、被押圧部１０４と略平行な支持部材７１の底板部８１に対向し、荷重センサ７３を押圧する押圧部１０５となっている。押圧部１０５の一部は、荷重センサ７３の突起に当接し、押圧プレート７４の作用点を構成する。

平板部１０１の略中間部には、矩形状の開口１０６が形成されている。開口１０６には、開口１０６を形成する押圧部１０５側の縁部から内側に向かって係止部１０７が延出されている。係止部１０７の先端側は、支持部材７１から伸びる弾性腕部８４の自由端側に係止される。係止部１０７が弾性腕部８４の自由端側に係止されると、押圧部１０５が荷重センサ７３側に引き付けられる。押圧プレート７４は、弾性腕部８４の弾性力により押圧部１０５を介して荷重センサ７３に初期荷重を生じさせる。

傾斜板部１０３には、操作プレート６３の係合孔７７に挿通される一対の係合片１０８が設けられている。押圧プレート７４は、一対の係合片１０８が係合孔７７に挿通されることで、操作プレート６３に取り付けられる。このとき、一対の係合片１０８は、係合孔７７に対して遊びを持って係合されている。このため、押圧プレート７４の被押圧部１０４に対する操作プレート６３からの押圧が、係合片１０８と係合孔７７との係合によって阻害されることがない。なお、係合孔７７は、操作プレート６３の側板部７６を下端部側から切り欠いて形成されるが、下端部側が幅狭に形成されるため係合孔７７からの係合片１０８の抜けが防止される。

このように構成された押圧プレート７４は、操作プレート６３からの操作荷重を、支持部材７１による支持位置を支点として押圧部１０５に作用させる。この場合、押圧部１０５には、操作プレート６３からの操作荷重が、荷重センサ７３に対する初期荷重を減少させる方向に作用する。また、押圧プレート７４の一対の側板部１０２の他端側には、支持部材７１の一対の位置決め孔８６に挿通される一対の位置決め片１０９が設けられている。一対の位置決め片１０９が支持部材７１の一対の位置決め孔８６に対して挿通されることで、押圧プレート７４が支持部材７１に対して位置決めされた状態で取り付けられる。

このとき、一対の位置決め片１０９は、位置決め孔８６に対して上下方向に対して僅かな遊びを持って係合されている。このため、支持部材７１に対する押圧プレート７４の揺動が、位置決め片１０９と位置決め孔８６との係合によって阻害されることがない。また、押圧プレート７４は、上記した位置決め状態で一対の側板部１０２により剛性が高められている。このため、支持部材７１に対する押圧プレート７４の位置ズレや押圧プレート７４の撓み等による荷重センサ７３の検出精度の低下が防止される。

図９を参照して、押圧プレートによる荷重の伝達構造について説明する。図９は、本発明の第２の実施の形態に係る押圧プレートによる荷重の伝達構造の説明図である。なお、図９において、（ａ）、（ｂ）は支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合を変化させたものである。

図９（ａ）に示すように、押圧プレート７４は、平板部１０１の一端側において支持板部８５の上端面に支持されている。また、押圧プレート７４は、被押圧部１０４において操作プレート６３の当接部７８に当接され、押圧部１０５において荷重センサ７３の突起９６に当接されている。すなわち、押圧プレート７４は、平板部１０１の一端側の支持位置Ｐ１を支点、被押圧部１０４の被押圧位置Ｐ２を力点、押圧部１０５の押圧位置Ｐ３を作用点とした梃子として機能する。この状態で、押圧プレート７４の被押圧部１０４に操作プレート６３から操作荷重が加えられると、押圧プレート７４の支持部材７１による支持位置Ｐ１を支点として揺動される。

このとき、押圧部１０５の作用点に作用する操作荷重の大きさが、支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合に応じて変化される。図９（ａ）では、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離とが、約１：３に設定されている。したがって、操作プレート６３からの操作荷重が、約１／３に減らされて押圧部１０５の押圧位置Ｐ３に伝達される。押圧部１０５に伝達された操作荷重は、初期荷重に対して逆向きに作用するため、荷重センサ７３に対する初期荷重が減少される。

なお、支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合を変えることで、検出感度を調整すると共に、様々な定格荷重の荷重センサ７３に対応可能である。例えば、図９（ｂ）に示すように、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３の押圧位置との距離とが、約１：５に設定される構成としてもよい。この場合、操作プレート６３からの操作荷重が、約１／５に減らされて押圧部１０５の押圧位置Ｐ３に伝達される。よって、より定格荷重の小さな荷重センサ７３を用いることができ、押圧式入力装置６１の設計自由度を向上させることができる。

また、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離によりも支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離を近付けることで検出感度を高めることができる。また、押圧プレート７４は、押圧部１０５の押圧位置Ｐ３が係止部１０７の近傍に設定されている。このため、弾性腕部８４を長くして、弾性腕部８４の板厚及び板幅を小さくできる。

図１０を参照して、押圧式入力装置の入力操作について説明する。図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る押圧式入力装置の入力操作の説明図である。なお、図１０において、（ａ）が操作プレートの非操作状態、（ｂ）が操作プレートの操作状態をそれぞれ示す。

図１０（ａ）に示すように、操作プレート６３の被操作状態では、弾性腕部８４の弾性力により押圧部１０５が荷重センサ７３に引き付けられている。押圧部１０５は、押圧位置Ｐ３において荷重センサ７３の突起９６に当接する。このとき、操作プレート６３には操作荷重が加わっていないため、弾性腕部８４の弾性力が、押圧部１０５を介して荷重センサ７３に初期荷重Ｆ１として付与される。

図１０（ｂ）に示すように、非操作状態から操作プレート６３が操作荷重Ｆ２で押圧されると、操作荷重が支持板部８５に支持される支持位置Ｐ１を支点として押圧部１０５に伝達される。この際、操作荷重Ｆ２の大きさは、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離の割合に応じて可変される。押圧部１０５（押圧位置Ｐ３）に伝達された操作荷重Ｆ２は、押圧部１０５による押圧方向に対して逆向きに作用する。この結果、弾性腕部８４の引き付け力が緩められて初期荷重Ｆ１が減少され、荷重センサ７３に荷重Ｆ３が作用する。

このように、操作プレート６３に対する操作荷重が大きくなるにつれて、荷重センサ７３に作用する荷重が小さくなるため、荷重センサ７３に対して初期荷重Ｆ１以上の荷重が作用することがない。よって、荷重センサ７３に定格荷重以上の荷重が加わることがなく、荷重センサ７３の破損を防止することができる。荷重センサ７３は、押圧部１０５から受ける荷重を、操作荷重に応じた信号としてＩＣ７９に出力する。

ＩＣ７９は、荷重センサ７３からの出力値に応じて、操作プレート６３に対する操作位置及び操作荷重を算出する。例えば、ＩＣ７９は、各荷重センサ７３からの出力値の割合に基づいて、操作プレート６３における操作位置及び操作荷重を特定する。よって、本実施の形態に係る押圧式入力装置６１は、操作プレート６３の長手方向に沿って操作位置を設定できる。なお、本実施の形態では、フレキシブル基板７２に設けられたＩＣ７９によって操作位置および操作荷重が算出されたが、携帯端末の制御部により算出される構成としてもよい。

図１０（ｂ）に示す操作状態から操作プレート６３に対する押圧が解除されると、押圧部１０５の押圧方向に対して逆向きに作用する操作荷重が除かれる。そして、弾性腕部８４の弾性力が、押圧部１０５を介して荷重センサ７３に初期荷重Ｆ１として再び付与される。

以上のように、本実施の形態に係る押圧式入力装置６１によれば、操作プレート６３からの操作荷重により荷重センサ７３に作用する初期荷重が減少される。このため、操作プレート６３に対して過荷重が加えられても、荷重センサ７３が破損することが防止される。また、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離の少なくともいずれか一方の距離（すなわち、両距離の割合）を変更することで、様々な定格荷重の荷重センサ７３に対応でき、設計自由度を向上できる。また、操作プレート６３から方向を変えることなく操作荷重を荷重センサ７３に作用させることができ、押圧式入力装置の設計を容易にすることができる。また、押圧プレート７４及び荷重センサ７３が支持部材７１を共通とするため、部品点数を少なくして生産性を向上できる。

なお、上記した実施の形態においては、押圧プレート７４において、被押圧部１０４の板面と押圧部１０５の板面とが略平行な構成としたが、この構成に限定されるものではない。押圧プレート７４は、被押圧部１０４の板面が操作プレート６３に対向し、押圧部１０５の板面が荷重センサ７３の検出面９５に対向する構成であればよい。

また、上記した実施の形態においては、付勢部材として板ばね状の弾性腕部８４により押圧部１０５を介して荷重センサ７３に初期荷重が生じさせる構成としたが、この構成に限定されるものではない。付勢部材は、押圧部１０５を介して荷重センサ７３に対して初期荷重を生じさせるものであれば、どのような構成でもよい。また、付勢部材は、押圧プレート７４に一体的に形成されるものに限らず、押圧プレート７４と別体に形成されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、押圧プレート７４において、被押圧部１０４の一部、平板部１０１の一部、押圧部１０５の一部により梃子として機能する構成したが、この構成に限定されるものではない。押圧プレート７４は、梃子として機能すれば、どのように構成されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、操作プレート６３の操作位置が、操作プレート６３の全域にわたって設定されたが、これに限定されるものではない。操作プレート６３の操作位置が、一対の押圧プレート７４に対応した位置にのみ設定されてもよいし、第１の実施の形態と同様に一対の押圧プレート７４に対応した位置、および一対の押圧プレート７４間の位置に設定されてもよい。

以下、本発明の第３の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、タッチ式のディスプレイ装置に取り付けられた押圧式入力装置について説明する。しかしながら、本実施の形態に係る押圧式入力装置の適用対象については、これに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。

図１１から図１３を参照して、押圧式入力装置の全体構成について説明する。図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る押圧式入力装置の斜視図である。図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る押圧式入力装置の分解斜視図である。図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る押圧式入力装置の断面図である。

図１１から図１３に示すように、液晶ディスプレイ装置は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１１３の周囲に配置した複数（例えば、６つ）の押圧式入力装置１１１を介して、ＬＣＤ１１３の前面に操作パネル１１２を配置して構成される。複数の押圧式入力装置１１１は、ＬＣＤ１１３の側部に取り付けられて、操作パネル１１２に対する操作位置や操作荷重をＬＣＤ１１３に入力可能に構成されている。なお、ここで、ＬＣＤ１１３とは液晶ディスプレイ及びその制御回路（制御部）を含むユニットとしてもよい。

押圧式入力装置１１１は、両面テープを介してＬＣＤ１１３に取り付けられる支持部材１２１を有している。支持部材１２１は、ＬＣＤ１１３の側面１１４に対して平行にプリント基板１１５を配置し、プリント基板１１５に設けられた荷重センサ１２３の検出面１４１を操作パネル１１２の操作面に略直交させる。支持部材１２１には、荷重センサ１２３を押圧する押圧プレート１２２が取り付けられる。押圧プレート１２２は、側面視略Ｌ字状に形成されており、ＬＣＤ１１３の前面に対向する縦板部１５２で操作パネル１１２に当接され、ＬＣＤ１１３の側面１１４に対向する横板部１５１で荷重センサ１２３に当接される。

また、支持部材１２１は、押圧プレート１２２の横板部１５１に対向して平板部１３１を有している。平板部１３１と押圧プレート１２２の横板部１５１との間には、一対のコイルばね１２４が配置され、一対のコイルばね１２４により荷重センサ１２３に対して初期荷重（プリテンション）が付与される。押圧プレート１２２は、縦板部１５２と横板部１５１との角部１５３において支持部材１２１に対して揺動可能に支持されている。押圧プレート１２２は、操作パネル１１２からの操作荷重を縦板部１５２で受けることで、揺動支点を中心として操作荷重の向きを略９０度変換し、荷重センサ１２３に作用した初期荷重に対して逆向きに力を作用させる。

本実施の形態に係る押圧式入力装置１１１では、操作パネル１１２からの操作荷重がコイルばね１２４を押し返すように作用し、荷重センサ１２３に作用した初期荷重が減少される。そして、押圧式入力装置１１１から出力された各荷重センサ１２３の荷重に基づいて、操作パネル１１２に対する操作位置や操作荷重が算出され、操作位置や操作荷重がＬＣＤ１１３に入力される。

操作部材である操作パネル１１２は、例えば、強化ガラスで矩形状に形成されており、ＬＣＤ１１３の画面を覆うように配置される。なお、操作パネル１１２は、透過性を有する材料であればよく、例えば、アクリル等の合成樹脂により形成されてもよい。

支持部材１２１は、ステンレス等の金属板材を折り曲げて形成され、ＬＣＤ１１３の側面１１４に対向する平板部１３１と、平板部１３１の幅方向の両端部から下方に延びる一対の側板部１３２とを有している。平板部１３１の後方側（図１３の右方側）には、一対の連結部１３３を介してＬＣＤ１１３の背面に貼着される背面板部１３４が設けられている。一対の側板部１３２の前方下側には、ＬＣＤ１１３の前面１１７に貼着される一対の前面板部１３５が設けられている。一対の前面板部１３５は、略上半部が押圧プレート１２２の角部１５３に対して斜めから当接するように傾斜し、略下半部がＬＣＤ１１３の前面１１７に略平行に形成されている。

支持部材１２１は、ＬＣＤ１１３に取り付けられることにより、前面を開放したボックス状の空間を形成する。支持部材１２１には、ＬＣＤ１１３の側面１１４に略平行となるようにプリント基板１１５が配置される。プリント基板１１５は、一対の連結部１３３と背面板部１３４との間に形成された段部１３６に基端側が配置され、一対の連結部１３３の間を通って先端側が支持部材１２１内に配置される。プリント基板１１５の先端側には、荷重センサ１２３が設けられている。また、支持部材１２１内には、押圧プレート１２２の横板部１５１及び一対のコイルばね１２４が収容される。

荷重センサ１２３は、例えば、圧電セラミックスを用いたフォースセンサ等であり、荷重検出用の突起を有する検出面１４１を上方に向けて、支持部材１２１内に配置されている。このため、荷重センサ１２３の検出方向は、操作パネル１１２による操作方向に対して略直交する。荷重センサ１２３の検出面１４１には、支持部材１２１に取り付けられた押圧プレート１２２が当接され、押圧プレート１２２から初期荷重が加えられている。

押圧プレート１２２は、金属板材を折り曲げて、縦板部１５２と横板部１５１とを有する側面視略Ｌ字状に形成されている。縦板部１５２は、支持部材１２１の一対の前面板部１３５に対向しており、操作パネル１１２からの操作荷重を受ける被押圧部１５４を有している。被押圧部１５４は、支持部材１２１の一対の前面板部１３５の略下半部に形成された切欠き１３７に配置されおり、操作パネル１１２の裏面に当接されることで、押圧プレート１２２の力点を構成する。

横板部１５１は、支持部材１２１の平板部１３１に対向しており、一対のコイルばね１２４を支持する一対のばね支持部１５５と、荷重センサ１２３を押圧する押圧部１５６とを有している。一対のばね支持部１５５は、横板部１５１の幅方向の両端側において、支持部材１２１の平板部１３１との間に一対のコイルばね１２４を挟み込む。一対のばね支持部１５５の先端側は、上方に折り曲げられており、コイルばね１２４の素面を支持する。支持部材１２１内には、この一対のばね支持部１５５と、支持部材１２１の平板部１３１及び一対の側板部１３２とによって一対のコイルばね１２４の収容空間が形成される。

一対のコイルばね１２４の収容空間は、前方側が開放されている。一対のコイルばね１２４は、収容空間の開放された前方側から内部に押し込まれる。このため、押圧式入力装置１１１に対する一対のコイルばね１２４の取付作業及び交換作業を容易にすることができる。収容空間内の一対のコイルばね１２４は、一端側が平板部１３１に当接され、他端側が一対のばね支持部１５５に当接される。また、一対のコイルばね１２４は、支持部材１２１の平板部１３１から収容空間内に切り起こされた抜け止め部１３８により保持される。

押圧部１５６は、一対のばね支持部１５５の間に設けられ、荷重センサ１２３が配置されたプリント基板１１５の先端側に対向するように形成されている。押圧部１５６の一部は、荷重センサ１２３の突起に当接することで、押圧プレート１２２の作用点を構成する。横板部１５１は、一対のコイルばね１２４のばね力によって荷重センサ１２３側に押し付けられ、押圧部１５６を介して荷重センサ１２３に初期荷重を生じさせる。

押圧プレート１２２の角部１５３は、支持部材１２１の前面板部１３５の傾斜部分に当接されることで、押圧プレート１２２の揺動支点を構成する。押圧プレート１２２の角部１５３が前面板部１３５の傾斜部分によって幅方向に亘って支持されるため、押圧プレート１２２の揺動が安定される。また、押圧プレート１２２の角部１５３には、支持部材１２１の前面板部１３５の傾斜部分から突出した係止片１３９が挿通される係止孔１５７が形成されている。係止孔１５７は、係止片１３９を係止して押圧プレート１２２の揺動を一定範囲に規制する。

このように構成された押圧プレート１２２は、操作パネル１１２からの操作荷重を、支持部材１２１の前面板部１３５に支持される位置を支点として押圧部１５６に作用させる。押圧部１５６には、操作パネル１１２からの操作荷重が、荷重センサ１２３に対する初期荷重を減少させる方向に作用する。

図１４を参照して、押圧プレートによる荷重の伝達構造について説明する。図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る押圧プレートによる荷重の伝達構造の説明図である。なお、図１４において、（ａ）、（ｂ）は支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合を変化させたものである。

図１４（ａ）に示すように、押圧プレート１２２は、角部１５３において前面板部１３５の傾斜部分に支持されている。また、押圧プレート１２２は、被押圧部１５４において操作パネル１１２の裏面に当接され、押圧部１５６において荷重センサ１２３の突起に当接されている。すなわち、押圧プレート１２２は、角部１５３の支持位置Ｐ１を支点、被押圧部１５４の被押圧位置Ｐ２を力点、押圧部１５６の押圧位置Ｐ３を作用点としてＬ字型の梃子として機能する。この状態で、押圧プレート１２２に操作パネル１１２から操作荷重が加えられると、押圧プレート１２２の角部１５３を支点として操作荷重の向きが前後方向から上下方向に変換される。

このとき、押圧部１５６の作用点に作用する操作荷重の大きさが、支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合に応じて変化される。図１４（ａ）では、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離が、約１：１に設定されている。したがって、操作パネル１１２からの操作荷重が、概ね変化されることなく押圧部１５６の押圧位置Ｐ３に伝達される。押圧部１５６に伝達された操作荷重は、初期荷重に対して逆向きに作用するため、荷重センサ１２３に対する初期荷重が減少される。

なお、支点と力点との距離、及び支点と作用点との距離の割合を変えることで、検出感度を高めると共に、様々な定格荷重の荷重センサ１２３に対応可能である。例えば、図１４（ｂ）に示すように、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離とが、約１：２に設定される構成としてもよい。この場合、操作パネル１１２からの操作荷重が、約半減されて押圧部１５６の押圧位置Ｐ３に伝達される。よって、より定格荷重の小さな荷重センサ１２３を用いることが可能でき、押圧式入力装置１１１の設計自由度を向上させることができる。また、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離によりも支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離を近付けることで検出感度を高めることができる。

図１５を参照して、押圧式入力装置の入力操作について説明する。図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る押圧式入力装置の入力操作の説明図である。なお、図１５において、（ａ）が操作パネルの非操作状態、（ｂ）が操作パネルの操作状態をそれぞれ示す。

図１５（ａ）に示すように、操作パネル１１２の非操作状態では、一対のコイルばね１２４のばね力により押圧部１５６が荷重センサ１２３に押し付けられている。押圧部１５６は、押圧位置Ｐ３において荷重センサ１２３の突起に当接する。このとき、操作パネル１１２には操作荷重が加わっていないため、一対のコイルばね１２４のばね力が、押圧部１５６を介して荷重センサ１２３に初期荷重Ｆ１として付与される。

図１５（ｂ）に示すように、非操作状態から操作パネル１１２が操作荷重Ｆ２で押圧されると、押圧プレート１２２の角部１５３を支点として操作荷重Ｆ２の向きが変換されて、押圧部１５６に伝達される。押圧部１５６（押圧位置Ｐ３）に伝達された操作荷重Ｆ２は、押圧部１５６による押圧方向に対して逆向きに作用する。この結果、一対のコイルばね１２４の押し込み力が緩められて荷重センサ１２３に対する初期荷重Ｆ１が減少され、荷重センサ１２３に荷重Ｆ３が作用する。

このように、操作パネル１１２に対する操作荷重が大きくなるにつれて、荷重センサ１２３に作用する荷重が小さくなるため、荷重センサ１２３に対して初期荷重Ｆ１以上の荷重が作用することがない。よって、荷重センサ１２３に定格荷重以上の荷重が加わることがなく、荷重センサ１２３の破損を防止することができる。荷重センサ１２３は、押圧部１５６から受ける荷重を、操作荷重に応じた信号として、プリント基板１１５の図示しないＩＣに出力する。

プリント基板１１５のＩＣは、荷重センサ１２３からの出力値に応じて、操作パネル１１２に対する操作位置及び操作荷重を算出する。例えば、ＩＣは、操作パネル１１２の周囲に配置された複数の荷重センサ１２３からの出力値の割合に基づいて、操作パネル１１２における操作位置及び操作荷重を特定する。よって、本実施の形態に係る押圧式入力装置１１１は、操作パネル１１２の平面内に操作位置を設定できる。なお、本実施の形態では、プリント基板１１５に設けられたＩＣによって操作位置及び操作荷重が算出されたが、ＬＣＤ１１３の制御部により算出される構成としてもよい。

図１５（ｂ）に示す操作状態から操作パネル１１２に対する押圧が解除されると、押圧部１５６の押圧方向に対して逆向きに作用する操作荷重が除かれる。そして、一対のコイルばね１２４の弾性力が、押圧部１５６を介して荷重センサ１２３に初期荷重Ｆ１として再び付与される。

以上のように、本実施の形態に係る押圧式入力装置１１１によれば、操作パネル１１２からの操作荷重により荷重センサ１２３に作用する初期荷重が減少される。このため、操作パネル１１２に対して過荷重が加えられても、荷重センサ１２３が破損することが防止される。また、支持位置Ｐ１と被押圧位置Ｐ２との距離、及び支持位置Ｐ１と押圧位置Ｐ３との距離の少なくともいずれか一方の距離（すなわち両距離の割合）を変更することで、様々な定格荷重の荷重センサ１２３に対応でき、設計自由度を向上できる。

なお、上記した実施の形態においては、押圧プレート１２２において、被押圧部１５４側の板面と押圧部１５６側の板面とが略直交する構成としたが、この構成に限定されるものではない。被押圧部１５４側の板面が操作パネル１１２に対向し、押圧部１５６側の板面が荷重センサ１２３の検出面１４１に対向する構成であればよい。

また、上記した実施の形態においては、付勢部材として一対のコイルばね１２４により押圧部１５６を介して荷重センサ１２３に初期荷重が生じさせる構成としたが、この構成に限定されるものではない。付勢部材は、押圧部１５６を介して荷重センサ１２３に対して初期荷重を生じさせるものであれば、どのような構成でもよい。また、付勢部材は、押圧プレート１２２に別体に形成されるものに限らず、押圧プレート１２２に一体的に形成されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、押圧プレート１２２において、被押圧部１５４の一部、角部１５３、押圧部１５６の一部により略Ｌ字状の梃子として機能する構成したが、この構成に限定されるものではない。押圧プレート１２２は、略Ｌ字状の梃子として機能すれば、どのように構成されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、操作パネル１１２の操作位置が、操作パネル１１２の全域にわたって設定されたが、これに限定されるものではない。操作パネル１１２の操作位置が、一対の押圧プレート１２２に対応した位置にのみ設定されてもよいし、第１の実施の形態と同様に一対の押圧プレート１２２に対応した位置、および一対の押圧プレート１２２間の位置に設定されてもよい。

また、上記した第１−第３の実施の形態においては、押圧部材が金属板材を折り曲げて形成された押圧プレートとしたが、これに限定されるものではない。押圧部材は、付勢部材からの付勢力を受けて荷重センサを押圧するものであればよく、例えば、合成樹脂等により形成されてもよい。また、被押圧部や押圧部を平坦な板面を有する板状に形成する必要はなく、例えば、球面形状やそれ以外の凸形状でもよい。

また、上記した第１−第３の実施の形態においては、支持部材が金属板材を折り曲げて形成されたが、これに限定されるものではない。支持部材は、押圧部材を揺動可能に支持するものであればよく、例えば、合成樹脂等により形成されてもよい。

また、上記した第１−第３の実施の形態においては、押圧部材の一面側でのみ支持部材に支持される構成としたが、押圧部材の表面側及び裏面側から支持部材に支持される構成としてもよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、過荷重が加えられる場合でも、荷重センサの破損を防止することができるという効果を有し、特に、携帯電話機等の携帯端末の操作に用いられる押圧式入力装置に有用である。

本出願は、２０１１年１月１２日出願の特願２０１１−００４２１３に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (12)

1. 操作部材からの操作荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、
   前記荷重センサに対して初期荷重を生じさせる付勢部材と、
   前記付勢部材の付勢力を受けて前記荷重センサを押圧する押圧部材と、
   前記押圧部材を揺動可能に支持する支持部材とを備え、
   前記押圧部材は、前記操作部材からの操作荷重を受ける被押圧部と、前記荷重センサを押圧する押圧部とを有し、前記被押圧部に加えられた操作荷重により、前記支持部材に支持される位置を支点として前記押圧部に対して前記荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用し、
   前記荷重センサは、前記操作部材の操作方向に対して略直交方向に検出面を向けて配置され、
   前記押圧部材は、板状に形成されており、前記被押圧部の板面を前記操作部材に対向させ、前記押圧部の板面を前記被押圧部の板面に対して略直交させて前記荷重センサの検出面に対向させたことを特徴とする押圧式入力装置。
2. 前記支持部材は、前記押圧部材における前記被押圧部と前記押圧部との間を支持することを特徴とする請求項１に記載の押圧式入力装置。
3. 前記付勢部材は、前記被押圧部と前記押圧部との連結位置を挟んだ前記押圧部の両側から延出する一対の弾性腕部であり、
   前記支持部材は、前記一対の弾性腕部の自由端側を係止する一対の係止部が設けられており、
   前記一対の弾性腕部の自由端側が前記一対の係止部に係止されることで、前記一対の弾性腕部が、前記押圧部を前記荷重センサ側に引き付けて初期荷重を生じさせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の押圧式入力装置。
4. 前記押圧部材は、前記被押圧部と前記押圧部との連結位置を挟んだ前記被押圧部の両側から延出する一対の延出部を有し、
   前記一対の延出部が前記支持部材に支持されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の押圧式入力装置。
5. 前記支持部材を共通とする前記荷重センサ、前記押圧部材及び前記付勢部材からなる組が複数設けられ、
   前記複数の荷重センサの出力に基づいて、前記操作部材における前記押圧部材に対応する操作位置と隣接する前記押圧部材間に対応する操作位置とを特定可能なことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の押圧式入力装置。
6. 操作部材からの操作荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、
   前記荷重センサに対して初期荷重を生じさせる付勢部材と、
   前記付勢部材の付勢力を受けて前記荷重センサを押圧する押圧部材と、
   前記押圧部材を揺動可能に支持する支持部材とを備え、
   前記押圧部材は、前記操作部材からの操作荷重を受ける被押圧部と、前記荷重センサを押圧する押圧部とを有し、前記被押圧部に加えられた操作荷重により、前記支持部材に支持される位置を支点として前記押圧部に対して前記荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用し、
   前記荷重センサは、前記操作部材の操作方向に検出面を向けて配置され、
   前記押圧部材は、板状に形成されており、前記被押圧部の板面を前記操作部材に対向させ、前記押圧部の板面を前記被押圧部の板面に対して略平行として前記荷重センサの検出面に対向させ、
   前記支持部材は、前記押圧部材の位置決め用の位置決め孔が形成され、
   前記押圧部材は、長尺状の板面と、前記長尺状の板面の長手方向に沿う両端に連なり、前記長尺状の板面に略直交する一対の対向面とを有する板材により形成され、前記位置決め孔に位置決め可能に保持される位置決め片を有することを特徴とする押圧式入力装置。
7. 操作部材からの操作荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、
   前記荷重センサに対して初期荷重を生じさせる付勢部材と、
   前記付勢部材の付勢力を受けて前記荷重センサを押圧する押圧部材と、
   前記押圧部材を揺動可能に支持する支持部材とを備え、
   前記押圧部材は、前記操作部材からの操作荷重を受ける被押圧部と、前記荷重センサを押圧する押圧部とを有し、前記被押圧部に加えられた操作荷重により、前記支持部材に支持される位置を支点として前記押圧部に対して前記荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用し、
   前記荷重センサは、前記操作部材の操作方向に検出面を向けて配置され、
   前記押圧部材は、板状に形成されており、前記被押圧部の板面を前記操作部材に対向させ、前記押圧部の板面を前記被押圧部の板面に対して略平行として前記荷重センサの検出面に対向させ、
   前記支持部材を共通とする前記荷重センサ、前記押圧部材及び前記付勢部材からなる組が複数設けられ、
   前記複数の荷重センサの出力の割合に基づいて、前記操作部材における操作位置を特定可能なことを特徴とする押圧式入力装置。
8. 操作部材からの操作荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、
   前記荷重センサに対して初期荷重を生じさせる付勢部材と、
   前記付勢部材の付勢力を受けて前記荷重センサを押圧する押圧部材と、
   前記押圧部材を揺動可能に支持する支持部材とを備え、
   前記押圧部材は、前記操作部材からの操作荷重を受ける被押圧部と、前記荷重センサを押圧する押圧部とを有し、前記被押圧部に加えられた操作荷重により、前記支持部材に支持される位置を支点として前記押圧部に対して前記荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用し、
   前記荷重センサは、前記操作部材の操作方向に対して略直交方向に検出面を向けて配置され、
   前記押圧部材は、板状に形成されており、前記支点を挟んで前記被押圧部側の板面を前記操作部材に対向させ、前記押圧部側の板面を前記被押圧部の板面に対して略直交させて前記荷重センサの検出面に対向させたことを特徴とする押圧式入力装置。
9. 前記付勢部材は、一端が前記押圧部材の前記押圧部側の板面に当接され、他端が前記押圧部側の板面に対向する前記支持部材の板面に当接するコイルばねであり、
   前記コイルばねのばね力により前記押圧部を前記荷重センサ側に押し付けて初期荷重を生じさせることを特徴とする請求項８に記載の押圧式入力装置。
10. 前記押圧部材の前記押圧部側の板面と前記支持部材の板面とによって前記コイルばねの収容空間が形成され、
    前記コイルばねの収容空間は、開放端を有することを特徴とする請求項９に記載の押圧式入力装置。
11. 前記荷重センサ、前記押圧部材、前記付勢部材、前記支持部材からなる組が複数設けられ、
    前記複数の荷重センサの出力の割合に基づいて、前記操作部材における操作位置を特定可能なことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の押圧式入力装置。
12. 前記付勢部材は、前記支持部材から前記押圧部に向かって延出する弾性腕部であり、
    前記押圧部材は、前記弾性腕部の自由端側を係止する係止部が設けられており、
    前記弾性腕部の自由端側が前記係止部に係止されることで、前記弾性腕部が前記押圧部を前記荷重センサ側に引き付けて初期荷重を生じさせることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の押圧式入力装置。

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