JPH05215624A

JPH05215624A - タッチパネルを支持し、かつタッチパネルにかかる力を測定するための装置

Info

Publication number: JPH05215624A
Application number: JP22817792A
Authority: JP
Inventors: Richard L Garwin; リチャード・ローレンス・ガーウィン; James L Levine; ジェームズ・ルイス・レヴァイン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 1993-08-24
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07117468B2; DE69228097D1; EP0531815A1; CA2072730A1; EP0531815B1; DE69228097T2

Abstract

(57)【要約】【目的】輸送中の過剰の力、その後の長時間にわたる
フレームのねじれ、タッチパネルの平面内におけるタッ
チパネルの横方向の動き、ならびに使用中のたわみに耐
えるひずみゲージのマウンティングを提供すること。【構成】タッチパネルまたは表示装置（１６）と、フ
レーム（２８）と、一端がタッチパネルまたはフレーム
に剛性的に取り付けられ他端が自由に回転しねじり棒
（２０）に取り付けられた、ばねまたはビーム（１２）
とを支持し、かつタッチパネルに加わる力（５０）に起
因する力を測定するためのひずみゲージのマウンティン
グ（３６−３９）が、記載される。ねじり棒は互いに直
交する部分（２０、２５および２２、２３）を有し、タ
ッチパネルの平面内で限られた動きだけを許す（５１−
５６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、タッチ・スクリーン
・パネルまたは光電式データ表示装置の表面に垂直に加
えられた力を検出するための、ひずみゲージ・マウンテ
ィングに関し、より詳しくは、輸送中及び使用中におけ
る様々な機械的負荷及び振動の下でタッチ・スクリーン
を支えるための、弾性単一片持ばねマウンティングに関
する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第４１２１０４９号に記載の位
置と力を測定するシステムは、剛性の起伏のあるまたは
平坦なプレートを有し、この剛性板は、例えばフレキシ
ブルな支柱の形の中実または中空のばねによって他の剛
性板に固定され、さらに、選定された点に置かれた、機
構内のひずみまたは表面間距離を測定するための少なく
とも３つのセンサを含む。これらのばねは、それぞれフ
ランジ拡張部分が剛性板の表面でフランジの縁部に結合
された、中空シリンダの半分の形にすることができる。
このばねの曲率半径、長さ、及び厚さは、装置の寸法と
重さ及び応用例に関連する入力に応じて選択することが
できる。

【０００３】米国特許第４３５５２０２号には、力感知
装置の感知領域を所定の作用点にまで有効に低下させ
て、接触面上における力の位置の測定精度を上昇させ
る、位置決めシステム用のマウンティングの配置構成が
記載されている。この力感知装置は、ディスクの形の圧
電変換器、ひずみゲージ・センサ、または可変静電容量
変換器とすることができる。

【０００４】米国特許第４５５０３８４号には、４つの
スロットを有し、それぞれが縁部から出発してパネルの
当該の面に平行に走り、パネルに力が加わるとひずむよ
うなひずみ部分をもたらす、タッチパネルが記載されて
いる。さらに、パネルが押されるとニードルによってた
わむ片持ちばりが示されている。

【０００５】米国特許第４５５８７５７号には、入力プ
レートと、この入力プレートの４つの位置に設けられた
４枚のプラスチック・プレートと、プラスチック・プレ
ート上に設けられた入力プレートの上の１点に加えられ
た外力の分力を検出するための４つの応力検出器とを含
み、これによって外力が加えられた点の座標が検出さ
れ、座標データが他の装置に送られる、位置座標入力装
置が記載されている。

【０００６】米国特許第４６９７０４９号には、３枚の
プレート、すなわち１枚の動作プレートとこのプレート
に平行に配置された２枚の補助プレートを含む、ピクチ
ャー表示画面用のＸ−Ｙ座標アドレスを生成するための
装置が記載されている。これら３枚のプレートは、弾性
エッジ・サポートによって互いに結合されており、力測
定センサーが縁部に沿ってプレート間の中間に置かれて
いる。

【０００７】特公昭５９−１７６７９号公報には、位置
情報または手書き文字を入力するための入力プレート
と、入力プレートを支持するための４つの支持手段と、
入力プレートとフェイス・プレートの間の４つの圧力検
出器と、支持手段の位置を調節するための調節手段とを
含む、圧力検出型座標入力装置が記載されている。ばね
部材が、４つの支持手段にそれぞれ取り付けられ、圧力
検出器に事前負荷をかけることによって、押下時に入力
プレートへのスプリング・バックを防止するためにはめ
込まれている。入力プレートの振動を吸収するための緩
衝手段も設けられている。

【０００８】本発明の１目的は、縁部への接触、表示装
置の傾斜、あるいは支持構造が次第にそることによって
生じる支持構造のゆがみの影響を受け難い、ひずみゲー
ジ・マウンティングを提供することである。

【０００９】本発明のもう１つの目的は、各片持ちばり
の１端を多少自由に回転できるようにして、構造的ゆが
みの効果をできるだけ少なくする、ひずみゲージ・マウ
ンティングを提供することである。

【００１０】本発明のもう１つの目的は、タッチパネル
がたわむときに接線力すなわちタッチパネル平面内の力
の影響を受け難く、また機械的連係による実際のピン止
めした継目またはデッド・ゾーンのスティクションやガ
タツキなどの人工物を導入せずに、構造的ゆがみの効果
をできるだけ少なくする、ひずみゲージ・マウンティン
グを提供することである。

【００１１】本発明のもう１つの目的は、輸送中及び使
用中の様々な機械的負荷や振動に耐える、ひずみゲージ
・マウンティングを提供することである。

【００１２】本発明のもう１つの目的は、力の正確な指
示を行いながら、タッチパネル平面内でのＸ、Ｙ両方向
での例えば約０．８ｍｍのマウンティング横方向移動を
可能にする、ひずみゲージ・マウンティングを提供する
ことである。

【００１３】本発明のもう１つの目的は、第１端で付加
的に取り付けられ、第２端でねじり棒に取り付けられた
片持ちばりを含む、片持ちばりに５％以下のわずかな曲
げモーメントしか与えない、ひずみゲージ・マウンティ
ングを提供することである。

【００１４】本発明のもう１つの目的は、１端でねじり
棒に取り付けられており、このねじり棒が片持ちばりの
平面に対して実質的に直交する軸の周りでの曲げに対し
てフレキシブルなアームによって支えられている、片持
ちばりを提供することである。

【００１５】本発明のもう１つの目的は、１端でねじり
棒に取り付けられており、このねじり棒が２つのアーム
によって支えられ、各アームが、ビーム端の回転によっ
てねじれ、また片持ちばりの平面に対して実質的に直交
する軸の周りにのみ曲がることのできる第１領域を有す
る、片持ちばりを提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、タッチ
パネルすなわち接触感知面の１部分を支持し、タッチパ
ネルに実質的に直角に加えられた力に起因する装置にお
ける力を測定するための装置が提供される。この装置
は、ビームの第２端がたわむときにビームの曲げを引き
起こす、タッチパネルに剛性的に取り付けられた第１端
を有する、タッチパネルから延びるビームまたはビーム
・スプリングと、ビームの第２端に結合された、ビーム
に曲げモーメントを加えずに第２端を第１位置すなわち
静止位置に保持するためのワイヤ・ストラップまたはね
じり棒と、ビーム上に位置する、タッチパネルが加えら
れた力によって第１位置に対してたわむ時に、ビーム内
のひずみを検出するためのひずみゲージとを含み、前記
のワイヤ・ストラップまたはねじり棒は、タッチパネル
に力が加えられたときにビームが曲がることによって第
２端が回転し、ビームを片持ちばりとして曲がるように
する。

【００１７】本発明はさらに、タッチパネルすなわち接
触感知面の１部分を支持し、タッチパネルに実質的に直
角に加えられた力に起因する装置における力を測定する
ための装置を提供する。この装置は、支持部と、ビーム
の第２端がたわむときにビームの曲げを引き起こす、こ
の支持部に剛性的に取り付けられた第１端を有する、支
持部から延びるビームと、ビーム上に位置する、タッチ
パネルが加えられた力によって第１位置に対してたわむ
ときに、ビーム内のひずみを検出するためのひずみゲー
ジとを含み、第２端に結合された、ビームに曲げモーメ
ントを加えずに第２端を第１位置すなわち静止位置に保
持するためのタッチパネルと、前記のタッチパネルは、
タッチパネルに力が加えられるときにビームが曲がるこ
とによって第２端が回転し、ビームが片持ちばりとして
曲がるようにする。

【００１８】

【実施例】図面、特に図１を参照すると、透明なタッチ
パネル１６に堅く取り付けられた第１端１４を有するビ
ーム・スプリングまたはビーム１２を含む、ひずみゲー
ジ・マウンティング１０が示されている。ビーム１２は
平坦で、厚さは約０．７６ｍｍである。ビーム１２はス
テンレス鋼製、ばね鋼製、またはアルムニウム合金製で
よい。矢印１５で示すビーム１２の幅は、タッチパネル
１６に対して横方向の支持、すなわちタッチパネル１６
の平面内の力を与えるように選択する。ビーム１２は、
接着、クランプ締め、またはビーム１２とタッチパネル
１６の堅固な結合を行うのに適した他の何らかの手段に
よって、タッチパネル１６に取り付けることができる。

【００１９】ビーム１２は、前後軸１７と、図２と図３
に示すねじり棒２０のスロット３５へと、またはそれを
貫通して延びる第２端１８とを有する。図３は、図１に
示したねじり棒２０の斜視図である。ねじり棒２０は、
例えばビーム１２の他端からの曲げモーメントの５パー
セントを超える曲げモーメントをビーム１２に加えるこ
となく、第２端１８を、タッチパネルの平面に対して第
１の高さ位置に保持する働きをする。ねじり棒２０は、
図１に参照番号２１で示すビーム１２の領域で剛性とす
ることができる。ねじり棒２０は、所定のねじれ係数ま
たはトルク係数を有し、領域２２〜２５でフレキシブル
であるので、ビーム１２が０〜５度の範囲で回転すると
き、タッチパネル１６がたわむときのビーム１２の曲げ
モーメントの例えば５パーセント以下の非常に小さな曲
げモーメントで領域２１がねじれまたは回転することが
できる。トルクは、力と回転軸に対する力の作用線から
の垂直距離との積から成る、回転またはねじれを生成す
る傾向として定義される。モーメントは、力などの量と
特定の軸または点までの距離との積として定義され、し
たがって、それは特に点または軸の周りの運動を生成す
る傾向である。ねじり棒２０、及び特に領域２１、２
２、２４は、領域２２と２４を通過する前後軸２９を有
し、この軸の周りで領域２２と２４の回転またはねじり
が生じる。

【００２０】領域２２と２３は互いに交差しており、図
１に示すように互いに直角をなす。ねじり棒２０の領域
２４と２５は互いに交差しており、図１に示すように互
いに直角をなす。領域２２〜２５は、図１に矢印３２で
示す同じ厚さ、及び図２に矢印３３で示す同じ高さとす
ることができ、高さは厚さの数倍、例えば厚さの３〜１
０倍である。領域２３は、ボルトまたはねじ２７を受け
る孔をもつボスまたは支柱２６で支えられている。ボル
トまたはねじ２７で、ボスまたは支柱２６を縁（ベゼ
ル）またはフレーム２８に固定する。ボス２６、３０
は、フレーム２８内の孔と係合する突起（図示せず）と
はまり合って、ねじり棒２０からの力によるボス２６、
３０の回転を防止することができる。領域２５は、縁ま
たはフレーム２８に取り付けられたボルトまたはねじ３
１用の孔を有するボスまたは支柱３０によって定位置に
保持される。ボス２６、３０はねじり棒２０を支持し、
縁またはフレーム２８の表面３４の上の一定の距離の所
に保持する。ねじり棒２０及びボス２６、３０は、ポリ
マー材料、プラスチック、複合材料または金属製の一体
部品として、例えばプラスチック射出成形によって製造
することができる。ねじり棒２０の高さ、ならびに幅ま
たは厚さは、ねじり棒２０がフレーム２８の表面３４に
向かって曲がったり動いたりしないように選定する。ビ
ーム１２は、単一の片持ちばりとして機能し、その上に
ひずみゲージ３６〜３９が置かれている。ひずみゲージ
は、図１２により詳しく図示する。電気回路と相互接続
してビーム１２上の力を示す信号を供給するためのひず
みゲージ３６〜３９からのワイヤ（図示せず）を、フレ
ーム２８のチャネル４２、４４内に配置することができ
る。

【００２１】図２は、図１の線２−２に沿った断面図で
ある。図２は、第１端１４でタッチパネル１６に堅く取
り付けられたビーム１２を示す。ビーム１２の第２端
は、領域２１でねじり棒２０の中央を貫通する。領域２
１は比較的フレキシブルではない。ビーム１２は、ビー
ム１２の端部を挿入接着または曲げることによって領域
２１に取り付けることができ、ねじり棒２０に機械的に
取り付けるための表面を提供する。ビーム１２に領域２
１でその幅面に凹みをつけて、その凹みの部分で、ビー
ム１２の幅に対応する幅を有する、タッチパネル１６の
平面に平行なスロット３５を通過するとき、積極的停止
を行うことができる。したがって、第２端１８に対する
ねじり棒２０の位置は、ビーム１２の幅面のぎざぎざに
よって決定できる。図２に示す表面３４は、フレーム２
８を彫って作ったもので、ねじり棒２０及びボス２６、
３０を取り付けるための平坦領域を形成する。このフレ
ームは、図２に示すように同じ高さにある水平表面４
６、４７を有することができ、またこれらの表面は望み
の形状にすることもできる。

【００２２】タッチパネル１６は、厚さ約０．３２ｍｍ
の透明ガラス、あるいはパネル縁部に力を伝えるための
他の材料、例えばプラスチック・シート、プレキシグラ
ス、木材、または金属でもよい。タッチパネル１６は、
内部にフレキシブルな物質を有するフレームでもよい。
このフレキシブルな物質は、その物質の背後に十分な余
裕があって、背後の対象物に接触せずにフレキシブルな
物質に予想される力を加えることができるのであれば、
エラストマーやポリマーなどの弾性物質でもよい。

【００２３】タッチパネルは、表示装置またはイメージ
の前方に置くことができ、その場合は、材料またはその
中の領域が透明であることが必要である。タッチパネル
はまた、その上に、タッチパネルを半透明または不透明
にするイメージまたはマーキングを有することもでき
る。また、タッチパネルは、その上にマーキングのない
不透明なものであってもよい。タッチパネル１６は平坦
でもよく、また起伏があっても、つまり曲面を有しても
よい。タッチパネル１６は、陰極線管（ＣＲＴ）、低温
プラズマ表示画面、液晶表示装置（ＬＣＤ）、発光ダイ
オード表示装置（ＬＥＤ）、エレクトロルミネセンス・
パネル、白熱またはネオン管パネルなどの、所望のどん
な光電式表示装置でもよい。ねじり棒２０ならびにビー
ム１２の寸法と形状は、タッチパネル１６が単一ガラス
板であれ重い陰極線管であれ、その重量を支持するよう
に調節する。

【００２４】操作に当っては、例えば図１、２において
矢印５０で示すようにタッチパネル１６に下向きに力が
加えられると、タッチパネル１６は下方にたわみ、これ
によってビーム１２は片持ちばりとして曲る。ビーム１
２の第２端は、矢印５１、５２で示すように領域２１を
回転させ、それによって領域２２、２４も回転する。ね
じり棒２０のねじれは領域２２、２４で生じる。ビーム
１２の曲げの程度がひずみゲージ３６〜３９によって感
知され、ひずみゲージは、タッチパネル１６からビーム
１２に加えられた力を示す出力をもたらす。

【００２５】タッチパネルは、隔置された３つのひずみ
ゲージ・マウンティングで支持して、各マウンティング
にかかる力を指示し、代数的に力の中心を決定すること
ができる。しかし通常は、４つのひずみゲージ・マウン
ティングを使ってタッチパネルを支持する。タッチパネ
ルは通常、矩形をなし、２つのひずみゲージ・マウンテ
ィング１０をタッチパネル１６の隅の一辺に配置し、他
の２つのひずみゲージ・マウンティングをタッチパネル
１６の隅のそれと対向する辺に配置する。少なくとも３
つのひずみゲージ・マウンティング１０を、タッチパネ
ル１６を支持するように隔置して配置するかぎり、タッ
チパネル１６は正方形、矩形、円形、または他のどんな
形でもよいことを理解されたい。加えられた力の位置
は、各ひずみゲージ・マウンティング１０に作用する相
対的な力によって決定することができる。

【００２６】タッチパネル１６または光電式表示装置ま
たはＣＲＴの取付けに関係する実際上の問題は、輸送中
にパネルまたは表示装置からかかる慣性力が、タッチセ
ンサまたはそのマウント、またはその両方に損傷を与え
る可能性があることである。したがって、ひずみゲージ
・マウンティング１０は、接触表面の平面内での動きが
制御でき、フレーム２８に取り付けられまたは組み込ま
れた予め配置されたストップ４８、４９によって、移動
量が安全な量に制限され、タッチパネル１６の表面に垂
直に力が加えられたとき、ねじり棒２０の性能に影響が
及ばないように設計される。設計許容誤差は、接触力を
測定するのに必要なように通常の接触力がひずみゲージ
・マウンティング１０に伝わるようにするため、タッチ
パネル１６が正常動作中にフレーム２８に接触しないよ
うなものである。損傷を与える可能性のある力は、スト
ップ４８、４９及び表面５８によってフレーム２８に伝
達される。フレーム２８に取り付けられた追加のストッ
プ（図示せず）が、タッチパネル１６によるフレーム２
８から外れた方向の動きを制限する。例えば、ビーム１
２に直交するタッチパネル１６の平面内で加えられた力
は、矢印５３、５４で示すねじり棒２０の動きを引き起
こす。ねじり棒は領域２５、２３で曲がり、矢印５３、
５４で示す方向にビーム１２が動くことが可能になる。
フレーム２８の内部は、タッチパネル１６の動きを制限
するためのストップとして働く。代表的なストップは、
すべての方向に約±０．７９ｍｍの許容差をもつ。タッ
チパネル１６の平面内のビーム１２の方向の接線力は、
ねじり棒２０を矢印５５、５６で示すように曲げる。矢
印５５、５６で示すねじり棒２０の動きは、ねじり棒２
０の領域２２、２４のそりまたは屈曲によって実現され
る。図１に示すように、加えられる力は、矢印５４、５
６の方向の接線力の合成であり、これらの力は正のこと
も負のこともあり、ねじり棒２０の同時移動をもたらし
て領域２２〜２５で屈曲を引き起こすことを認識された
い。タッチパネル１６の平面内でタッチパネル１６に過
剰の力が加わると、タッチパネル１６が例えば０．７９
ｍｍのその長さ一杯までたわみ、タッチパネル１６の縁
部がフレーム２８上の所定のストップ４８、４９に達し
て、その動きをさらに制限することに留意されたい。領
域２２〜２５も、ビーム１２の端位置１８を固定してそ
れが力センサとして働くようにするため、タッチ表面に
垂直な方向で剛性となるように設計される。

【００２７】図４は、形状が矩形でタッチパネル１６の
属性を有する、タッチパネル７０を示す。タッチパネル
７０のたわみは、タッチパネル７０に剛性的に取り付け
られたビーム７１〜７４によって検出される。図５は、
図４の線４−４に沿った断面図で、ビーム７１のタッチ
パネル７０への剛性取付けをより詳細に示す。図５に示
す剛性クリップ７６を使用して、ビーム７１とタッチパ
ネル７０をそれぞれスロット７７、７８に取り付けるこ
とができる。ビーム７１をスロット７７に接着し、ビー
ム７０をスロット７８に接着する。クリップ７６の幅は
ビーム７１の幅と同じでよい。ビーム７１及びビーム７
２〜７４の第２端は、ポスト８１〜８４の周りにぴんと
張ったワイヤ８０に取り付けられている。ポスト８１〜
８４は、フレーム８６内に設けられたゴム、エラストマ
ー、またはポリマー製のブッシング１００〜１０３によ
ってフレーム８６内の定位置に保持されている。ブッシ
ング１００〜１０３は、ポスト８１〜８４がタッチパネ
ル７０の平面内の負荷を吸収できるように、すなわち輸
送中にワイヤ８０を破損から防止するように機能する。

【００２８】ワイヤ８０は所定の長さを有することがで
き、またワイヤ８０をポスト８１〜８４の周りに配置し
て、張力をかけて緊張させ、クランプ８５で両端をクリ
ンプし、ワイヤ８０をループ状に保持し、クランプ８５
からはみ出したワイヤ端部を切断することができる。図
では、ポスト８１〜８４はフレーム８６内に位置する。
フレーム８６はそれぞれビーム７１〜７４用のクリアラ
ンスを設けるための切欠き８８〜９１を有する。ビーム
７１〜７４の第２端は、例えばクリップ、ビーム端にお
けるフィンガ９４〜９６、またはクリンプ、ビーム７１
の端部のフィンガ９４〜９６、クリンピング、クランピ
ング、または他の適当な機械的手段など、便利な方法に
よって緊張したワイヤ８０に取り付ける。ポスト８４と
ポスト８１との間のワイヤ８０の長さは、例えば、タッ
チパネル７０がたわむとき、緊張したワイヤ８０に取り
付けられたビーム７１の第２端がビーム７１に何らの曲
げモーメントも引き起こさずに回転できるのに十分な長
さである。言い換えれば、ビーム７１は上端ワイヤ８０
の周りで自由に回転することができる。ワイヤ８０は、
ばね９７をポスト８３の所でワイヤ８０に取り付けるこ
とによって、所定の張力に維持することができる。ワイ
ヤ８０に一定の張力を加えるためばね９７の他端はポス
ト９８に取り付ける。１つまたは複数のひずみゲージを
各ビーム７１〜７４上に配置して、それぞれのビーム上
の力を指示することができる。緊張したワイヤ８０は、
図４、５に示すようにフレーム８６の表面９９上にあっ
てもよく、またフレーム８６の上方にあってもよい。

【００２９】図６は、タッチパネル１０５に剛性的に取
り付けられた第１端を持つビーム１０６〜１０９を有す
るタッチパネル１０５を示す。図７は、図６の線６−６
に沿った断面図である。ビーム１０６〜１０９は、図
４、５と同様にして、クリップ７６を使用してタッチパ
ネル１０５に取り付ける。ビーム１０６〜１０９はタッ
チパネル１０５に剛性的に付着しなければならない。図
６、７では、図４、５に示した装置に対応する機能に同
じ参照番号を使用する。図６で、ねじり棒は、緊張した
ストラップ１１０を含む。ストラップ１１０は、ポリマ
ー材料、プラスチック、繊維、数種の材料の複合材料、
または金属でよい。ストラップ１１０は、そこにスロッ
ト１１１を通してビーム１０６〜１０９の第２端を挿入
して、ビーム１０６〜１０９をストラップ１１０に取り
付けるための、スロット１１１を有する。図６に示すよ
うに、フィンガ９４〜９６をクリンプして、ビーム１０
６をストラップ１１０に機械的に固定することができ
る。別法として、クリップを使い、それを、ビーム１０
６を受けるためのスロットを有するストラップ１１０の
上を滑らせることもできる。ビーム１０６はスロット１
１１中に接着しても、クリップのスロット中に接着して
もよい。ビーム１０６のストラップ１１０への挿入は、
図７によりはっきりと示してある。フレーム１１２は、
図７に示すストラップ１１５、１１６によって定位置に
保持されたピンまたはローラ１１４によってストラップ
１１０を支持する。ストラップ１１５、１１６は、図７
に示すねじまたはボルトによってフレーム１１２及びロ
ーラ１１４に保持される。

【００３０】ストラップ１１５、１１６をフレーム１１
２に保持するねじまたはボルトは、フレーム１１２中に
配置、または固定されたゴム、エラストマー、またはポ
リマー製のブッシング１２５に付着することができる。
ブッシング１２５の機能は、ストラップ１１５、１１６
がタッチパネル１０５の平面内の負荷を吸収できるよう
にすることである。すなわち輸送中にストラップ１１０
の破損を防止することである。ローラ１１４は、ストラ
ップ１１０を受けてストラップ１１０を定位置に保持す
るための、凹みすなわち直径が小さくなった部分１１７
を有する。ストラップ１１０、つまりねじり棒は、力が
タッチパネル１０５に加わらないときにはビーム１０６
〜１０９に所定の値より大きなトルク、曲げモーメント
またはねじりを加えずに、ビーム１０６〜１０９の終端
を第１位置に保持するように機能する。タッチパネル１
０５が下方にたわむとき、ばねまたはビーム１０６は片
持ちばりとして曲り、またビーム１０６が矢印１２０、
１２１で示すようにストラップ１１０と結合されたその
端部で回転するとき、ストラップ１１０もねじれる。ス
トラップ１１０は、図８の矢印１１８で示す高さ、及び
図６の矢印１１９で示す幅または厚さを有し、ストラッ
プ１１０がタッチパネル１０５の平面に垂直な方向へた
わむのを防止する。さらに、緊張ストラップ１１０中の
スロット１１１の幅に応じて、ストラップ１１０の方向
でのビーム１０６の動きが制限される。さらに、ストラ
ップ１１０は、支持ローラ１１４間でのストラップ１１
０のわずかな湾曲によって、タッチパネル１０５の平面
内の方向に、つまり矢印１２２または矢印１２３で示す
方向にいくらかの動きが可能なことを理解されたい。

【００３１】図８は、図６の線７−７に沿った断面図で
ある。図８では、ストラップ１１０内のスロット１１１
は矩形の開口部として示され、ビーム１０６もそれと同
じ断面積を有する。フィンガ９４〜９６はストラップ１
１０の向う側でクリンプされている。フレーム１１２は
背景に示され、この構成では一定の厚さと幅を持つ額縁
に非常に似ている。フレーム１１２はプラスチック、複
合材料、または金属製とすることができる。

【００３２】ひずみゲージ３６〜３９は、図１と図１２
に示すビーム１２と同様にして各ビーム１０６〜１０９
上に配置することができ、各ビーム１０６〜１０９にか
かる力を指示する。

【００３３】図９は、タッチ・スクリーン７０にクリッ
プ７６で剛性的に取り付けたビームまたはばね１３０の
断面図である。図９では、図４、５の装置に対応する機
能に同じ参照番号を使用する。ビーム１３０の他端はフ
レーム１３４内のノッチ１３２中に位置する。ビーム１
３０の他端はテーパ１３６を有することができる。ノッ
チ１３２が第１の角度のテーパ面を有する場合、及びテ
ーパ１３６が第１の角度より小さな第２の角度を有する
場合、ビーム１３０は、ノッチ１３２中で例えば０〜５
度の範囲の第３の角度で最低の摩擦で回転することがで
きる。ひずみゲージをビーム１３０上に配置して、フレ
ーム１３４に対するタッチパネル７０内のたわみを検出
することができる。図９に示すひずみゲージ・マウンテ
ィングは、本明細書に示す他のひずみゲージ・マウンテ
ィングと組み合わせて使用することもできる。図９に示
すひずみゲージ・マウンティングは、タッチパネル７０
の迅速な取外しを行うのに適している。

【００３４】図１０は、タッチパネル１４５及びフレー
ム１４９を示す。ビーム１３７〜１４０が、フレーム１
４９に剛性的に取り付けられている。ビーム１３７〜１
４０はタッチパネル１４５の下を延び、タッチパネル１
４５と接触してタッチパネル１４５を支持する。ビーム
１３７〜１４０による接触は、例えば図１１に詳しく示
すようにエラストマーまたはポリマー材料１５０の上の
接着剤１４１〜１４４によって行うことができる。

【００３５】図１１は、図１０の線１０−１０に沿った
断面図である。ビーム１３７を、スロット１４６内に接
着することによってフレーム１４９に取り付け、剛性接
着を行うことができる。ビーム１３７の他端は、ビーム
１３７のこの他端を受けるスロットを有するクリップ１
４７に取り付けることができる。ビーム１３７をスロッ
ト中に接着することもできる。クリップ１４７の上に所
定の硬さを有するポリマー材料１５０がある。ポリマー
材料１５０は例えば、発泡ラバー、ゴム、シリコン、ウ
レタン、またはポリウレタンでよい。ポリマー材料１５
０の上に、タッチパネル１４５に接合または接着された
接着剤１４１がある。タッチパネル１４５が押下される
と、ポリマー材料１５０は非常に低い抵抗で変形し、ク
リップ１４７の所にあるビーム１３７の端部が小さな角
度で自由に回転できるようになる。使用に適したポリマ
ー材料１５０の一例は、米国ミネソタ州セントポールの
ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリ
ング社製の厚さ約１．５９ｍｍのフィルム・テープ、４
０２６スコッチマウント・ダブルコーテッド・ウレタン
である。上記の４０２６スコッチマウントは、さらに
D.C. part No.０２１２００−６７９３３によって指定
できる。図１０、１１に示す実施例は、垂直または水平
のあらゆる角度でタッチパネルの物理的支持を行うこと
ができる。片持ちビーム１３７〜１４０は、フレームま
たはタッチパネル１４５のいずれかの所にある一端で剛
性的に取り付けられ、他端は自由に回転することがで
き、剛性端部がタッチパネル１４５の所にある場合は、
ポリマー材料及び接着剤が片持ちばりをタッチパネル１
４５またはフレーム１４９に対して支持する。

【００３６】図１０では、ひずみゲージ３６〜３９を各
ビーム１３７〜１４０上に取り付けて、各ビームに加わ
る力を検出することができる。

【００３７】図１０、１１で、タッチパネル１４５は、
図１、２に示したタッチパネル１６と同じ材料でよい。
タッチパネル１４５はまた、フレキシブルなエラストマ
ー材料、ポリマー材料、各種天然及び合成材料の織物、
グラス・ファイバー布、金属布またはにかわ塗布メー
ル、クランプ、フック、アイボルト、リベットまたはボ
ルトをクリップ１４７と共にまたはその代りに使って、
タッチパネル１４５の材料をビーム１３７〜１４０の端
部に固定することもできる。

【００３８】タッチパネル１４５にフレキシブルな材料
を使用する場合、接触力がすべてビーム１３７〜１４０
によって担持されあるいはビーム１３７〜１４０に伝達
されるように、タッチパネル１４５の背後または下方に
十分なクリアランスまたはスペースが必要である。

【００３９】図１２は、図１の一部分の拡大図であり、
ビーム１２上のひずみゲージ３６〜３９を示す。ひずみ
ゲージの導体はコンスタンタン、すなわち銅とニッケル
の合金製とすることができ、低抵抗の金属と相互接続し
てホイートストン・ブリッジを形成することができる。
例えば５ボルトの電圧を、リード１５５、１５７に接続
された２つの端子及びリード１５６、１５８に接続され
た他の２つの端子に、またその逆に印加して、ビーム１
２に加えられた力を示す出力電圧を提供することができ
る。各ひずみゲージまたは各伸び計の配線は、図１２に
示すようにビーム１２に沿った長手方向である。ひずみ
ゲージ３６の一端は、リード１５５を介してひずみゲー
ジ３８に接続されている。ひずみゲージ３６の他端は、
リード１５６を介してひずみゲージ３９に接続されてい
る。ひずみゲージ３９の他端は、リード１５７を介して
ひずみゲージ３７の一端に接続されている。ひずみゲー
ジ３７の他端は、リード１５８を介してひずみゲージ３
８の他端に接続されている。この接続は、ねじり棒を介
して結合された残留モーメントを相殺しながら、力を測
定する働きをする。ひずみゲージ３６〜３９は、ポリマ
ー製フィルムまたは絶縁層１５２上に形成し、ビーム１
２に接着することができる。別法として、ビーム１２上
にまず絶縁層１５２を形成し、ビーム１２上にひずみゲ
ージ３６〜３９を直接形成して、ひずみゲージ３６〜３
９のビーム１２への短絡を防止することもできる。

【００４０】このひずみゲージの諸要素の配置は、ビー
ムの前後軸に沿った位置での曲率変化の影響を受けやす
い。この変化は、加えられたモーメントの影響を受け難
く、主として力によるものである。この構成は、フレー
ムのねじれまたは取付けの不正確に対する対応力を増大
させる。

【００４１】各ビームに加わる力を示すひずみゲージか
らの信号を使用して、タッチパネル１６の表面に加わる
全ての力と位置を測定することができる。タッチパネル
からの力を指示する信号の処理の一例は、引用により本
明細書に合体する米国特許第４５１１７６０号に記載さ
れている。タッチパネルからの力を指示する信号の処理
の他の一例は、引用により本明細書に合体する米国特許
第４７４５５６５号に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】図１の線２−２に沿った断面図である。

【図３】図１に示すねじり棒２０の斜視図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図５】図４の線４−４に沿った断面図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図７】図６の線６−６に沿った断面図である。

【図８】図６の線７−７に沿った断面図である。

【図９】本発明の第４の実施例の断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施例を示す図である。

【図１１】図１０の線１０−１０に沿った断面図であ
る。

【図１２】ビーム上に相互接続されたひずみゲージを示
す、図１の一部分の拡大図である。

【符号の説明】

１０ひずみゲージ・マウンティング１２ビーム１６タッチパネル２０ねじり棒２８フレーム３５スロット３６ひずみゲージ３７ひずみゲージ３８ひずみゲージ３９ひずみゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェームズ・ルイス・レヴァインアメリカ合衆国10598、ニューヨーク州ヨークタウン・ハイツ、インディアナ・アベニュー 1424番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タッチパネルの一部分を支持し、かつ前記
タッチパネルにかかる力を測定するための装置であっ
て、第１端と第２端を有する、前記タッチパネルから延びる
ビームとを備え、前記第１端は、前記第２端がたわむと
きに前記ビームが曲がるように、前記タッチパネルに剛
性的に取り付けられ、さらに前記力が加わったときに所定の値より大きな曲げ
モーメントを前記ビームに加えることなく、第１位置に
おいて前記第２端を保持するとともに、前記力が加えら
れて前記ビームが片持ちばりとして曲がるとき前記第２
端が回転可能となるように、前記第２端に結合された第
１手段と、前記力が加えられたために前記タッチパネルが前記第１
位置に対して動くとき、前記ビームにおけるひずみを検
出するための第２手段とを備えたことを特徴とする前記
装置。
【請求項２】前記第１手段がねじり棒を含むことを特徴
とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記第１手段が実質的に緊張したワイヤを
含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】前記第１手段が、その厚さより実質的に大
きな幅を有する実質的に緊張したバンドを含むことを特
徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】さらに前記第１手段が前記タッチパネルの
平面内である方向に動くように支持するための支持部を
含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】タッチパネルの一部分を支持し、かつ前記
タッチパネルにかかる力を測定するための装置であっ
て、支持部と、第１端と第２端を有する、前記支持部から延びるビーム
とを備え、前記第１端は前記第２端がたわむときに前記
ビームが曲がるように、前記支持部に剛性的に取り付け
られ、前記タッチパネルは前記力が加わったときに所定の値よ
り大きな曲げモーメントを前記ビームに加えることな
く、第１位置において前記第２端を保持するとともに、
前記力が加えられて前記ビームが片持ちばりとして曲が
るとき前記第２端が回転可能となるように、前記第２端
に結合されており、さらに前記力が加えられたために前記タッチパネルが前
記第１位置に対して動くとき、前記ビームにおけるひず
みを検出するための第１手段とを備えたことを特徴とす
る前記装置。
【請求項７】前記タッチパネルがねじり棒を含むことを
特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】前記タッチパネルが、それに付着され前記
第２端に結合された実質的に緊張したワイヤを含むこと
を特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項９】前記タッチパネルが、それに付着され前記
第２端に結合された、その厚さより実質的に大きな幅を
有する実質的に緊張したバンドを含むことを特徴とす
る、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】さらに、前記タッチパネルが動く距離を
制限するように、前記タッチパネルから隔置されて前記
支持部に結合された、第２手段を備えたことを特徴とす
る、請求項６に記載の装置。