JP7125922B2 - 静電容量型入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、音楽プレイヤー、家電製品、携帯機器、コンピュータ機器、情報通信機器、自動車搭載機器等に用いられる静電容量型入力装置に関するものである。

従来における静電容量型入力装置は、様々なタイプがあるが、幾つかの状態で動作するタイプが提案されている（特許文献１、２、３、４参照）。例えば、特許文献１には、キートップに対する指の非接触状態、指の接触状態、指で完全に押し込んだ最終操作状態の３段階で動作可能な入力装置及び電子機器が開示されている。また、特許文献２には、操作キートップに対する指の非接触状態，指の接触状態／指で押し込み中の中途操作状態、指で完全に押し込んだ最終操作状態の３段階で動作可能な電子機器、電子機器における制御方法およびプログラムが開示されている。

特許文献３には、静電容量検出スイッチのキーパッドに指が触れていない場合、キーパッドに指が触れた場合、キーパッドを押圧操作した場合の３段階で静電容量の変化を検出し、その検出値を活用する静電容量検出スイッチが示されている。また、特許文献４には、現在のスイッチ手段が指の非接触状態，指の接触状態／指で押し込み中の中途操作状態、指で完全に押し込んだ最終操作状態のいずれの状態にあるかを把握できる静電容量型入力装置が示されている。

特開２０１８‐６０７６６号公報 特開２０１０‐７４６８９号公報 特開２０１１‐１７５８３９号公報 特許第６２４６１１１号公報

従来における静電容量型入力装置は、以上のように構成され、優れた効果が期待できるものの、家電製品、携帯機器、自動車搭載機器等の高性能化に伴い、さらなる性能の向上が求められている。例えば、キートップに対する指の非接触状態ではスタンバイし、指の接触状態ではスタンバイして所定の機能発現を準備し、指で押し込み中の中途操作状態では所定の機能発現の準備状態を維持するとともに、指で完全に押し込んだ最終操作状態では所定の機能を発現することができれば、実に便利である。

この点に関し、特許文献１の場合には、指で押し込み中の中途操作状態を検出することができないので、指の接触後に押し込まずに離した状態と、指を接触させた後に押し込んでいる途中の操作状態とを区別することができず、性能の向上を実現するのは困難である。さらに、特許文献２、３、４の場合には、指の接触状態と、指で押し込み中の中途操作状態とを明瞭に区別することができないので、性能の向上に資するのは容易とはいえない。

本発明は上記に鑑みなされたもので、導電操作体の接触状態と中途操作状態とを含む多数の状態で動作し、性能の向上に資することのできる静電容量型入力装置を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、基板に形成される静電容量検出用の第一の電極と、この第一の電極に導電操作体の操作で接触可能な操作釦と、この操作釦の少なくとも一部を露出させる保護材と、この保護材に形成されて操作釦に接触可能な静電容量検出用の第二の電極と、第一、第二の電極に接続される静電容量検出判定手段とを備えた装置であって、
操作釦は、基板に支持されて第一の電極に接離可能に対向する弾性クリック体と、この弾性クリック体に取り付けられて保護材から一部露出する押圧操作用のキートップとを含み、このキートップの周縁部を対向する第二の電極に接離可能に押し付け、
静電容量検出判定手段は、検出した静電容量に基づき、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態、操作釦のキートップに導電操作体が触れた接触状態、操作釦のキートップが導電操作体に押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔した中途操作状態、及び操作釦のキートップが導電操作体に強く押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔するとともに、第一の電極に操作釦の弾性クリック体が接触した最終操作状態のいずれかを検出可能であることを特徴としている。

なお、操作釦の弾性クリック体は、第一の電極に接離可能に対向する本体部と、この本体部から基板方向に広がりながら屈曲可能に伸びるスカート部と、このスカート部に形成されて基板に支持される脚部とを備え、本体部に、基板方向に突出する凸部を形成してその端面を第一の電極に接離可能とし、脚部には、操作釦の押圧操作時にスカート部内の気体を外部に排気する空気溝を切り欠くことができる。

また、操作釦のキートップの周縁部の第二の電極に対する接触面と、キートップの操作用の表面の少なくとも一部にそれぞれ導電膜を形成し、これらの導電膜を接続して導電層を形成することができる。
また、保護材に、操作釦のキートップを露出させる貫通口を設け、保護材の基板に対向する対向部に、貫通口を包囲する第二の電極を形成し、この第二の電極に、キートップから張り出したフランジを圧接して面接触させることができる。

また、静電容量検出判定手段は、第一、第二の電極が検出した検出値を取り込む機能と、第二の電極の検出した検出値が第一検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第二の電極の検出した検出値が第一検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦のキートップに導電操作体が触れた接触状態であると判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現することもできる。

また、静電容量検出判定手段は、第二の電極の検出した検出値が第一検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、第二の電極の検出した検出値が第三検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第二の電極の検出した検出値が第三検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦のキートップが導電操作体に押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔した中途操作状態であると判定する機能と、第二の電極の検出した検出値が第三検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現することが可能である。

また、静電容量検出判定手段は、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、第一の電極の検出した検出値が第四検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第四検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦のキートップが導電操作体に強く押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔するとともに、第一の電極に操作釦の弾性クリック体が接触した最終操作状態であると判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第四検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現することが可能である。

ここで、特許請求の範囲における第一の電極、操作釦、及び第二の電極の数は、必要に応じ、増減することができる。第一の電極は、平面円形、楕円形、矩形、多角形等に形成することができる。また、操作釦を操作する導電操作体は、導電性の指や専用の操作具等があげられる。この操作釦の弾性クリック体とキートップとは、透明、不透明、半透明のいずれでも良い。キートップの第二の電極に対する接触面は、第二の電極に面接触しても良いが、導通性を確保できるのであれば、突起により点接触等しても良い。また、第二の電極は、平面視でエンドレス、例えば平面リング形や枠形等に形成することができる。

さらに、操作釦のキートップに対する導電操作体の非接触状態では待機し、操作釦のキートップに対する導電操作体の接触状態では待機して所定の機能発現を準備し、操作釦のキートップに対して導電操作体で押圧操作中の中途操作状態では所定の機能発現の準備状態を維持し、操作釦のキートップを導電操作体で完全に押圧操作した最終操作状態では所定の機能を発現することができる。

本発明によれば、導電操作体の接触状態と中途操作状態とを含む多数の状態で動作するので、静電容量型入力装置の性能の向上に資することができるという効果がある。

請求項２記載の発明によれば、操作釦のキートップの周縁部の第二の電極に対する接触面と、キートップの操作用の表面の少なくとも一部にそれぞれ導電膜を形成し、これらの導電膜を接続して導電層を形成するので、静電容量の検出感度向上を図ることができる。
請求項３記載の発明によれば、保護材により、基板、第一の電極、第二の電極を被覆して保護することができる。また、第二の電極に、操作釦のキートップのフランジを圧接して面接触させるので、第二の電極と操作釦のキートップとの導通範囲が拡大し、第二の電極と操作釦のキートップとの導通不良を防止することができる。

請求項４記載の発明によれば、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態やキートップに導電操作体が触れた接触状態を明瞭に判定し、区別することが可能となる。
請求項５記載の発明によれば、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態、キートップが導電操作体に押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔した中途操作状態を明瞭に判定し、区別することが可能となる。

請求項６記載の発明によれば、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態、キートップが導電操作体に強く押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔するとともに、第一の電極に操作釦の弾性クリック体が接触した最終操作状態を明確に判定し、把握することが可能となる。

本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における操作釦に対する指の非接触状態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における操作釦のキートップに対する指の接触状態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における操作釦のキートップに対する指の押圧操作中の中途操作状態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における操作釦のキートップを指で完全に押圧操作した最終操作状態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における操作釦の非接触状態と接触状態の回路説明図である。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における操作釦の中途操作状態と最終操作状態の回路説明図である。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態を模式的に示すフローチャートである。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における検出値Ａ、Ｂ、Ｃと、操作釦の非接触状態、操作釦の接触状態、操作釦の中途操作状態、操作釦の最終操作状態との関係を模式的に示すグラフである。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における検出値Ｄ、Ｅと、操作釦の非接触状態、操作釦の接触状態、操作釦の中途操作状態、操作釦の最終操作状態との関係を模式的に示すグラフである。 本発明に係る静電容量型入力装置の第２の実施形態を模式的に示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における静電容量型入力装置は、図１ないし図１０に示すように、プリント基板１に形成される静電容量検出用の第一の電極１０と、この第一の電極１０に指６０の操作により接触する操作釦２０と、この操作釦２０の一部を露出させる保護パネル３０と、この保護パネル３０に形成されて操作釦２０に導通接触可能な静電容量検出用の第二の電極４０と、第一、第二の電極１０・４０に接続される静電容量検出判定手段５０とを備えた自己容量型の入力装置であり、静電容量検出判定手段５０が操作釦２０に対する指６０の接触状態と中途操作状態とを含む多数の状態を検出して判定する。

プリント基板１は、図１ないし図５に示すように、例えば絶縁基板に配線パターンがプリントされることにより形成され、平坦な表面が保護パネル３０の裏面に隙間をおいて対向しており、この対向する表面に第一の電極１０と操作釦２０とが必要数配設される。これら第一の電極１０と操作釦２０とは、例えば１個、５個、１０個、２０個程度配設される。

第一の電極１０は、図１ないし図５に示すように、例えばプリント基板１の表面に銀ペーストやカーボンペースト等の導電材料がスクリーン印刷されることにより、平面円形の薄膜に露出形成され、操作釦２０に隙間をおいて対向しており、静電容量を検出する。この第一の電極１０の周縁部からは細長い線条の配線ラインが伸長され、この配線ラインが静電容量検出判定手段５０の入力端子に電気的に接続される。

操作釦２０は、図１ないし図５に示すように、プリント基板１の表面に支持されて第一の電極１０に接離可能に対向する誘電体である弾性クリック体２１と、この弾性クリック体２１の平坦な上部に密接されて保護パネル３０から大部分が露出する押圧操作用のキートップ２７とを備え、このキートップ２７のフランジ２８が対向する第二の電極４０に接離可能に押し付けられる。

弾性クリック体２１は、特に限定されるものではないが、例えば良好なクリック感を得られる絶縁性のシリコーンゴム、ウレタンゴム、ＥＰＤＭ、熱可塑性エラストマー等を含有する成形材料を使用して変形可能に成形され、ショアＡ硬度で４０°以上７０°以下の硬さとされる。シリコーンゴムが成形材料として使用される場合、酸化亜鉛を含有しない通常誘電率タイプ、酸化亜鉛の含有量が２８％程度の中誘電率タイプ、酸化亜鉛や酸化チタンの含有量が５６％程度の高誘電率タイプ等が選択的に使用される。

弾性クリック体２１は、第一の電極１０に上方から接離可能に対向する本体部２２と、この本体部２２の周縁からプリント基板１方向に広がりながら屈曲可能に伸びる略中空の円錐台形、角錐台形、略半球台形、略逆椀形等のスカート部２４と、このスカート部２４の下端に形成されてプリント基板１の表面に支持される脚部２５とを備えて一体形成される。

本体部２２は、例えばプリント基板１と保護パネル３０間の隙間よりも背の低い円柱形に形成され、裏面の中心部には、プリント基板１方向に突出する平面円形の凸部２３が形成されており、この凸部２３の平坦な裏面が対向する第一の電極１０の表面に上方から圧接する。凸部２３の第一の電極１０に対向する裏面は、静電容量の感度向上に資する導電層（カーボンや金属含有の導電ゴム、金属板）に必要に応じ、形成される。また、脚部２５は、断面矩形に形成され、空気溝２６がスカート部２４の径方向に部分的に切り欠かれており、この空気溝２６が操作釦２０の押圧操作時にスカート部２４内の空気を外部に排気するよう機能する。

キートップ２７は、導電性を確保するため、例えばアルミニウム等の導電材を使用して平面矩形に形成され、周面下部から平面枠形のフランジ２８が幅方向外側に水平に突出しており、この導電性のフランジ２８の平坦な表面が０．２ｍｍ程度圧縮された弾性クリック体２１の反発力により、対向する第二の電極４０に下方から接離可能に圧接されて面接触する。このキートップ２７は、指６０に接触されたり、押圧操作されるが、指６０の操作性を向上させる観点から、操作用の表面２９に識別用の模様が印刷され、表面２９の少なくとも中央部が略半球形に凹み形成される。

保護パネル３０は、同図に示すように、例えばポリカーボネート樹脂等により略板形に成形されて静電容量型入力装置を搭載する電子機器の外装の一部を区画し、下方のプリント基板１、第一の電極１０、第二の電極４０を外部から被覆保護する。この保護パネル３０には、操作釦２０のキートップ２７のフランジ２８に下方から係合される貫通口３１が平面矩形に穿孔され、この貫通口３１がキートップ２７のフランジ２８以外の大部分を押圧操作可能に露出させる。

第二の電極４０は、図１ないし図７に示すように、保護パネル３０のプリント基板１に対向する平坦な裏面に銀ペーストやカーボンペースト等の導電材料がスクリーン印刷されることにより、貫通口３１を包囲する平面枠形の薄膜に露出形成され、外周縁部から細長い線条の配線ライン４１が伸長されており、この配線ライン４１が静電容量検出判定手段５０の別の入力端子に電気的に接続される。このような第二の電極４０は、キートップ２７の周面から張り出した導電性のフランジ２８に圧接されて電気的に面接触し、静電容量を検出する。

静電容量検出判定手段５０は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、検出した静電容量の変化に基づき、操作釦２０のキートップ２７に対する指６０の非接触状態、キートップ２７に対する指６０の接触状態、キートップ２７に対する指６０の押圧操作中の中途操作状態、及びキートップ２７を指６０で完全に押圧操作した最終操作状態のいずれかを検出する。

マイクロコンピュータとしては、特に限定されるものではないが、ブロック構成機能により、周辺機能を集積可能なＰＳｏＣ（サイプレスセミコンダクタ社の登録商標）等が好ましい。これは、ＰＳｏＣを採用すれば、ソフトウェアの設定により、静電容量を検出する１以上の入力端子を簡単に設定することができるからである。ＰＳｏＣは、入力端子と自身のＧＮＤとの間の静電容量を検出し、この検出した静電容量に応じた出力値を出力し、自己容量型静電容量検出判定回路として動作する。

静電容量検出判定手段５０がＰＳｏＣの場合、静電容量を検出する全ての入力端子と自身のＧＮＤとの間の静電容量を順次検出し、この検出した静電容量に応じた出力値を出力する。出力値が出力されると、再度、全ての入力端子と自身のＧＮＤとの間の静電容量を順次検出し、この検出した静電容量に応じた出力値を出力する動作を繰り返す。この周期は約２０ｍ秒である。つまり、全ての入力端子について、約２０ｍ秒に一度は、入力端子と自身のＧＮＤとの間の静電容量が検出され、この検出した静電容量に応じた出力値が出力されることとなる。約２０ｍ秒かそれ以下の周期で検出したり、出力するとき、人が触れてからの反応は、殆どの場合、悪いとは感じられず、レスポンス良く反応していると感じられることが多い。

このような静電容量検出判定手段５０は、図８に示すように、第一、第二の電極１０・４０が検出した静電容量を検出値として取り込む機能と、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ａの上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ａの上限と下限の範囲内であると判定された場合には、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れた接触状態であると判定する機能と、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現する。

また、静電容量検出判定手段５０は、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ａの上限と下限の範囲外であると判定された場合には、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ｃの上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ｃの上限と下限の範囲内であると判定された場合には、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦２０のキートップ２７が指６０に押圧され、第二の電極４０からキートップ２７のフランジ２８が離れた中途操作状態であると判定する機能と、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ｃの上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現する。

さらに、静電容量検出判定手段５０は、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲外であると判定された場合には、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｄの上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｄの上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦２０のキートップ２７が指６０に強く押圧され、第二の電極４０からキートップ２７のフランジ２８が離れるとともに、第一の電極１０に操作釦２０の弾性クリック体２１が接触した最終操作状態であると判定する機能と、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｄの上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現する。

次に、静電容量検出判定手段５０の判定原理等について説明する。先ず、静電容量は、二つの導電体が存在すれば、二つの導電体の対向面積に比例し、二つの導電体間の距離に反比例するものの、必ず形成される。したがって、図６や図７に示す静電容量検出判定手段５０の入力端子とＧＮＤとの間、第二の電極４０の配線ライン４１とＧＮＤとの間、第二の電極４０とＧＮＤとの間、及び導電体であるキートップ２７と導電体であるＧＮＤとの間には、静電容量がそれぞれ必ず形成される。

なお、静電容量検出判定手段５０の入力端子とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０の配線ライン４１とＧＮＤ間の静電容量は、設計者が意図しないキャパシタンス、あるいは存在が好ましくないキャパシタンスであり、寄生容量と呼ばれることが多い。

ここで、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は、静電容量検出判定手段５０の入力端子とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０の配線ライン４１とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０とＧＮＤ間の静電容量、及びキートップ２７とＧＮＤ間の静電容量が並列に接続された静電容量の値であり、それぞれの静電容量値の和となる。係る静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は、図９の検出値Ｂで示される。

次いで、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れていない図２の非接触状態の場合、キートップ２７とＧＮＤとの間の空間は、比誘電率が約１である空気により占有される。これに対し、操作釦２０のキートップ２７に指６０が単に触れるに止まる図３の接触状態の場合、キートップ２７とＧＮＤとの間の空間は、空気の他、比誘電率が空気の１０倍以上である人体にも占有される。このため、静電容量は、図２の非接触状態よりも図３の接触状態のほうが大きくなる。

静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は、上記したように、静電容量検出判定手段５０の入力端子とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０の配線ライン４１とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０とＧＮＤ間の静電容量、及びキートップ２７とＧＮＤ間の静電容量の合計値である。したがって、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は、図２の非接触状態よりも図３の接触状態のほうが大きくなる。この場合の静電容量値は、図９の検出値Ａで示され、検出値Ａ＞検出値Ｂの関係となる。

次いで、操作釦２０のキートップ２７が指６０に押圧操作され、第二の電極４０からキートップ２７のフランジ２８が離れた図４の中途操作状態の場合について説明する。操作釦２０のキートップ２７と第二の電極４０とは、図２の非接触状態と図３の接触状態のとき、電気的に導通接続されていた。このため、キートップ２７とＧＮＤ間の静電容量は、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される他の静電容量と並列に接続されていた。

これに対し、キートップ２７が指６０に押圧操作され始め、第二の電極４０からキートップ２７のフランジ２８が下方に離れると、キートップ２７とＧＮＤ間の静電容量は、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される他の静電容量と直接に並列接続されるのではなく、第二の電極４０とキートップ２７との間の静電容量（図７のＣｇ）を介し、静電容量検出判定手段５０の入力端子が検出する他の静電容量と並列接続されることとなる。つまり、キートップ２７とＧＮＤ間の静電容量（Ｃｋ）と図７にＣｇで示す静電容量が直列接続された合成静電容量（Ｃｓ）が、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される他の静電容量と直列に並列接続されることとなる。

ここで、１／Ｃｓ＝１／Ｃｋ＋１／Ｃｇであるので、Ｃｇがどんなに大きくても、Ｃｓ＜Ｃｋとなる。つまり、図４の中途操作状態で静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は、図３の接触状態で静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値よりも小さい。

操作釦２０のキートップ２７が指６０でより押圧操作されると、第二の電極４０からキートップ２７のフランジ２８がさらに離れて第二の電極４０とフランジ２８間の距離が長くなり、その距離に反比例して図７のＣｇが小さくなる。上記式１／Ｃｓ＝１／Ｃｋ＋１／Ｃｇにおいて、Ｃｇが小さくなるということは、１／Ｃｇが大きくなることを意味し、Ｃｓが小さくなる。

第二の電極４０とフランジ２８間の距離が長くなり、これに伴い、Ｃｓが小さくなると、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値において、Ｃｓは無視できるほど小さくなる。その結果、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は、静電容量検出判定手段５０の入力端子とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０の配線ライン４１とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０とＧＮＤ間の静電容量の略合計値となる。この場合の静電容量値は、図９の検出値Ｃで示され、検出値Ｂ＞検出値Ｃの関係となる。

次いで、操作釦２０のキートップ２７が指６０に強く押圧操作され、第二の電極４０からキートップ２７のフランジ２８が離れるとともに、第一の電極１０に操作釦２０の弾性クリック体２１が接触した図５の最終操作状態の場合について説明する。この場合、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は、静電容量検出判定手段５０の入力端子とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０の配線ライン４１とＧＮＤ間の静電容量、第二の電極４０とＧＮＤ間の静電容量の略合計値となり、図４の中途操作状態の場合と略同様となる。

以上のように静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は検出値Ａ、Ｂ、Ｃで示されるので、検出値Ａと検出値Ｂとの間、及び検出値Ｂと検出値Ｃとの間に閾値をそれぞれ設定し、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値と各閾値とを比較すれば、静電容量検出判定手段５０に、図２に示す操作釦２０の非接触状態、図３に示す操作釦２０の接触状態、図４に示す操作釦２０の中途操作状態又は図５に示す操作釦２０の最終操作状態の３通りの状態を判定させることができる。

上記説明では第二の電極４０を使用して説明したが、第一の電極１０を使用する場合についても略同様であり、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値は図１０に示す検出値Ｄ、Ｅで示される。したがって、検出値Ｄと検出値Ｅとの間に閾値を設定し、静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値と閾値とを比較すれば、静電容量検出判定手段５０に、図２に示す操作釦２０の非接触状態と、図３に示す操作釦２０の接触状態、図４に示す操作釦２０の中途操作状態、又は図５に示す操作釦２０の最終操作状態の２通りの状態を判定させることができる。

上記検出値を設定する場合、先ず、図２に示す操作釦２０の非接触状態、図３に示す操作釦２０の接触状態、図４に示す操作釦２０の中途操作状態、図５に示す操作釦２０の最終操作状態における第一、第二の電極１０・４０の検出値を測定し、操作釦２０の接触状態における第二の電極４０の検出値を検出値Ａ、操作釦２０の非接触状態における第二の電極４０の検出値を検出値Ｂ、操作釦２０の中途操作状態と操作釦２０の最終操作状態における第二の電極４０の検出値を検出値Ｃ、操作釦２０の最終操作状態における第一の電極１０の検出値を検出値Ｄ、操作釦２０の非接触状態、操作釦２０の接触状態、操作釦２０の中途操作状態における第一の電極１０の検出値を検出値Ｅとする。第一、第二の電極１０・４０の検出値を測定したら、この測定を繰り返し、検出値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの平均値と標準偏差を求めれば、検出値を設定することができる。

また、検出値を設定する場合、好ましくは以下の式により、検出値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの上限と下限を求める。この検出値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの上限と下限は、定数であり、プログラム中で第一、第二の電極１０・４０の検出値を判定する場合に閾値として利用することができる。この点に鑑み、本実施形態では、検出値Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅの上限と下限が閾値として利用される。

検出値Ａの上限＝検出値Ａの平均値＋３×検出値Ａの標準偏差
検出値Ａの下限＝検出値Ａの平均値－３×検出値Ａの標準偏差
検出値Ｂの上限＝検出値Ｂの平均値＋３×検出値Ｂの標準偏差
検出値Ｂの下限＝検出値Ｂの平均値－３×検出値Ｂの標準偏差
検出値Ｃの上限＝検出値Ｃの平均値＋３×検出値Ｃの標準偏差
検出値Ｃの下限＝検出値Ｃの平均値－３×検出値Ｃの標準偏差
検出値Ｄの上限＝検出値Ｄの平均値＋３×検出値Ｄの標準偏差
検出値Ｄの下限＝検出値Ｄの平均値－３×検出値Ｄの標準偏差
検出値Ｅの上限＝検出値Ｅの平均値＋３×検出値Ｅの標準偏差
検出値Ｅの下限＝検出値Ｅの平均値－３×検出値Ｅの標準偏差

以上、説明した第一、第二の電極１０・４０で検出される静電容量値を閾値となる検出値やその上下限値と比較すれば、静電容量検出判定手段５０に、図２に示す操作釦２０の非接触状態、図３に示す操作釦２０の接触状態、図４に示す操作釦２０の中途操作状態、図５に示す操作釦２０の最終操作状態の４通りの状態を判定させることができる。
なお、第一、第二の電極１０・４０でそれぞれ検出される検出値と、図２に示す操作釦２０の非接触状態、図３に示す操作釦２０の接触状態、図４に示す操作釦２０の中途操作状態、図５に示す操作釦２０の最終操作状態との関係は、表１に示す通りである。

上記構成において、静電容量型入力装置が静電容量を検出して操作釦２０の状態を判定する場合には、先ず、静電容量検出判定手段５０が、第一、第二の電極１０・４０が検出した静電容量を検出値として取り込み（Ｓ１）、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ａの上限と下限の範囲内か否かを判定する（Ｓ２）。

判定の結果、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ａの上限と下限の範囲内の場合には、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲内か否かを判定（Ｓ３）し、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲内の場合には、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れるに止まる接触状態であると判定（Ｓ４）するとともに、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲外の場合には、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れていない非接触状態であると判定する（Ｓ５）。

また、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ａの上限と下限の範囲外の場合には、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ｃの上限と下限の範囲内か否かを判定（Ｓ６）し、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ｃの上限と下限の範囲内の場合には、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲内か否かを判定する（Ｓ７）。

判定の結果、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲内の場合には、操作釦２０のキートップ２７が指６０に押し込み操作され、第二の電極４０からキートップ２７のフランジ２８が離れた中途操作状態であると判定する（Ｓ８）。また、第二の電極４０の検出した検出値が検出値Ｃの上限と下限の範囲外の場合には、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れていない非接触状態であると判定する（Ｓ９）。

さらに、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｅの上限と下限の範囲外の場合には、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｄの上限と下限の範囲内か否かを判定（Ｓ１０）し、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｄの上限と下限の範囲内の場合には、操作釦２０のキートップ２７が指６０に完全に押し込み操作され、第二の電極４０からキートップ２７のフランジ２８が離れるとともに、第一の電極１０に操作釦２０の弾性クリック体２１が圧接した最終操作状態であると判定（Ｓ１１）し、第一の電極１０の検出した検出値が検出値Ｄの上限と下限の範囲外の場合には、操作釦２０のキートップ２７に指６０が触れていない非接触状態であると判定する（Ｓ１２）。

上記によれば、操作釦２０の非接触状態、操作釦２０の接触状態、操作釦２０の中途操作状態、操作釦２０の最終操作状態の４通りの状態を検出して明確に区別することができるので、様々な応用が期待でき、静電容量型入力装置のさらなる性能の向上を図ることができる。また、キートップ２７に対する指６０の非接触状態ではスタンバイし、指６０の接触状態ではスタンバイして所定の機能発現を準備し、指６０で押圧操作中の中途操作状態では所定の機能発現の準備状態を維持するとともに、指６０で完全に押圧操作した最終操作状態では所定の機能（例えば、ブザーの鳴動や照明の点灯等）を発現することができる。

また、キートップ２７に指６０を接触させた後、押圧操作することなく指６０を離せば、スタンバイ状態に復帰することができる。さらに、キートップ２７の全部分が導電材により形成されるので、フランジ２８における第二の電極４０に対する接触面のみに導電性を付与しなくても、キートップ２７と第二の電極４０との導通性を適切に確保することが可能となる。

次に、図１１は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、ブザー装置と静電容量型入力装置とを組み合わせ、操作釦２０のキートップ２７が時間をかけて押圧操作され、操作釦２０の中途操作状態が長いときには、操作釦２０が完全操作されたときにブザーが小音量で鳴り、操作釦２０のキートップ２７が素早く押圧操作され、操作釦２０の中途操作状態が短いときには、操作釦２０が完全操作されたときにブザーが大音量で鳴るようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、幅広い応用が期待できるのは明らかである。

なお、上記実施形態ではプリント基板１を示したが、何らこれに限定されるものではなく、例えば可撓性を有するフレキシブルプリント基板１等でも良い。また、第一、第二の電極１０・４０は、露出していても良いが、腐食対策により露出していなくても良い。また、キートップ２７の全部分を導電材により形成したが、何らこれに限定されるものではない。

例えば、キートップ２７をポリカーボネート樹脂等の絶縁材により成形し、このキートップ２７のフランジ２８の第二の電極４０に対する接触面に導電カーボン等を塗布して導電性を付与したり、フランジ２８全体に導電カーボン等を塗布して導電性を付与しても良い。また、キートップ２７の操作用の全表面２９に導電カーボン等を塗布して導電性を付与しても良い。また、キートップ２７のフランジ２８の第二の電極４０に対する接触面と、キートップ２７の操作用の表面２９の少なくとも一部にそれぞれ導電カーボン等を塗布して導電膜を形成し、これらフランジ２８の導電膜と操作用の表面２９の導電膜とを接続して回路形の導電層を形成しても良い。さらに、キートップ２７を高誘電体とすることもできる。

また、導電カーボン等を塗布するのではなく、導電メッキして導電性を付与することもできる。また、プリント基板１の表面に操作釦２０の弾性クリック体２１を着脱自在に支持させても良いが、接着して固定することもできる。

また、相対向するキートップ２７のフランジ２８と第二の電極４０の少なくともいずれかが露出していない場合、操作釦２０の非接触状態や接触状態でも図７に示すＣｇが存在することとなるが、キートップ２７のフランジ２８と第二の電極４０の対向面積を拡大し、フランジ２８と第二の電極４０間の距離を短くすれば、図７に示すＣｇを大きくすることができる。図７に示すＣｇが大きくなれば、操作釦２０の非接触状態における静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値と、操作釦２０の接触状態における静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値との差を大きくすることができるので、その間に閾値を設定することにより、操作釦２０の非接触状態と接触状態を明瞭に区別することができる。

また、図７に示すＣｇが大きい場合、操作釦２０の接触状態における静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値と、操作釦２０の中途操作状態における静電容量検出判定手段５０の入力端子に検出される静電容量値との差を大きくすることができるので、その間に閾値を設定すれば、操作釦２０の接触状態と中途操作状態とを明瞭に区別することができる。さらに、第２の実施形態において、操作釦２０のキートップ２７が時間をかけて押圧操作され、操作釦２０の中途操作状態が長い場合には、操作釦２０が完全操作されたときにブザーが大音量で鳴るようにすることも可能である。

本発明に係る静電容量型入力装置は、音楽プレイヤー、家電製品、携帯機器、コンピュータ機器、情報通信機器、自動車搭載機器等の製造分野で使用される。

１ プリント基板（基板）
１０ 第一の電極
２０ 操作釦
２１ 弾性クリック体
２２ 本体部
２３ 凸部
２４ スカート部
２５ 脚部
２６ 空気溝
２７ キートップ
２８ フランジ（周縁部）
２９ 表面
３０ 保護パネル（保護材）
３１ 貫通口
４０ 第二の電極
４１ 配線ライン
５０ 静電容量検出判定手段
６０ 指（導電操作体）
Ａ 検出値（第一検出値）
Ｂ 検出値（第二検出値）
Ｃ 検出値（第三検出値）
Ｄ 検出値（第四検出値）
Ｅ 検出値（第五検出値）

Claims (6)

1. 基板に形成される静電容量検出用の第一の電極と、この第一の電極に導電操作体の操作で接触可能な操作釦と、この操作釦の少なくとも一部を露出させる保護材と、この保護材に形成されて操作釦に接触可能な静電容量検出用の第二の電極と、第一、第二の電極に接続される静電容量検出判定手段とを備えた静電容量型入力装置であって、
   操作釦は、基板に支持されて第一の電極に接離可能に対向する弾性クリック体と、この弾性クリック体に取り付けられて保護材から一部露出する押圧操作用のキートップとを含み、このキートップの周縁部を対向する第二の電極に接離可能に押し付け、
   静電容量検出判定手段は、検出した静電容量に基づき、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態、操作釦のキートップに導電操作体が触れた接触状態、操作釦のキートップが導電操作体に押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔した中途操作状態、及び操作釦のキートップが導電操作体に強く押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔するとともに、第一の電極に操作釦の弾性クリック体が接触した最終操作状態のいずれかを検出可能であることを特徴とする静電容量型入力装置。
2. 操作釦のキートップの周縁部の第二の電極に対する接触面と、キートップの操作用の表面の少なくとも一部にそれぞれ導電膜を形成し、これらの導電膜を接続して導電層を形成した請求項１記載の静電容量型入力装置。
3. 保護材に、操作釦のキートップを露出させる貫通口を設け、保護材の基板に対向する対向部に、貫通口を包囲する第二の電極を形成し、この第二の電極に、キートップから張り出したフランジを圧接して面接触させるようにした請求項１又は２記載の静電容量型入力装置。
4. 静電容量検出判定手段は、第一、第二の電極が検出した検出値を取り込む機能と、第二の電極の検出した検出値が第一検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第二の電極の検出した検出値が第一検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦のキートップに導電操作体が触れた接触状態であると判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現する請求項１、２、又は３記載の静電容量型入力装置。
5. 静電容量検出判定手段は、第二の電極の検出した検出値が第一検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、第二の電極の検出した検出値が第三検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第二の電極の検出した検出値が第三検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦のキートップが導電操作体に押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔した中途操作状態であると判定する機能と、第二の電極の検出した検出値が第三検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現する請求項４記載の静電容量型入力装置。
6. 静電容量検出判定手段は、第一の電極の検出した検出値が第五検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、第一の電極の検出した検出値が第四検出値の上限と下限の範囲内か否かを判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第四検出値の上限と下限の範囲内であると判定された場合には、操作釦のキートップが導電操作体に強く押圧され、第二の電極からキートップの周縁部が離隔するとともに、第一の電極に操作釦の弾性クリック体が接触した最終操作状態であると判定する機能と、第一の電極の検出した検出値が第四検出値の上限と下限の範囲外であると判定された場合には、操作釦のキートップに導電操作体が触れていない非接触状態であると判定する機能とを実現する請求項５記載の静電容量型入力装置。

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