JPWO2011136046A1 - 操作入力装置 - Google Patents

Abstract

方向キー１０と、方向キー１０の上部側に露出する押下部２１と、方向キー１０の下方に位置するフランジ２２とを有するセンターボタン２０と、センターボタン２０の下方に配置されるドーム状スイッチ３０とを備え、方向キー１０が下方に変位することにより、センターボタン２０がフランジ２２によって下方に変位することによって、ドーム状スイッチ３０が変形する、操作入力装置であって、方向キー１０の下方への変位量が、ドーム状スイッチ３０の変形に伴ってドーム状スイッチ３０による反力の変化が増加から減少に転じる前に、前記変位量の最大値に到達するように、方向キー１０を下方に変位可能に支持するリターンバネ４０を備える、操作入力装置。

Description

本発明は、操作入力を受ける操作部材を有する操作入力装置に関する。

従来技術として、第１の操作部材と、第１の操作部材の中央部に配した第２の操作部材と、第２の操作部材の下方に配置されるドーム状スイッチとを備えた、操作入力装置が知られている（例えば、図１（特許文献１の図１３），図２（特許文献２の図３）を参照）。これらの操作入力装置は、第１の操作部材の中央部に配した第２の操作部材を押し下げる場合だけでなく、第１の操作部材を押し下げる場合にも、ドーム状スイッチが変形してクリック感が得られるように、第２の操作部材にフランジが設けられたものである。なお、図１，２中の符号は、特許文献１，２における参照番号を示すものであり、本願における参照番号を示すものではない。

日本国公開特許公報第２００９−２９５１５５号 日本国公開特許公報第２００６−１７９２５０号

図３は、上述の従来の操作入力装置において、第１の操作部材の下方へのストローク量Ｓとドーム状スイッチによる反力Ｐとの関係曲線Ｒ１を示した図である。第２の操作部材を囲むように配した第１の操作部材のみを下方に向けて零からストローク（変位）させていくと、ドーム状スイッチにより第１の操作部材がフランジを介して受ける反力Ｐは、ストローク量Ｓｂで極大値Ｐｂが発生した後、極小値Ｐｃまで減少する。極小値Ｐｃは、ドーム状スイッチの頭頂部が潰れて接点部に接触する位置に相当するストローク量Ｓｃ（＞Ｓｂ）で発生する反力の値である。この極大値Ｐｂと極小値Ｐｃとの差があることによって、操作者にクリック感を感じさせている。

しかしながら、上述の従来技術では、ドーム状スイッチによる反力Ｐが減少するストローク区間（Ｓｂ−Ｓｃ）では、操作者がアナログ操作を行うことが極めて難しく、押し込み量（力）を一定にすることができない。すなわち、操作者が第１の操作部材に下方への荷重を次第に加えていくと、ストローク量Ｓは零から次第に増加するが、ドーム状スイッチによる反力の変化はストローク量Ｓｂを境に増加から減少に転じるため、ストローク量ＳがＳｂを超えた途端、第１の操作部材は吸い込まれるようにストローク量Ｓｃまで一気に変位してしまう。そのため、操作者は、第１の操作部材のストローク量Ｓが極大値Ｐｂの発生するストローク量Ｓｂに至るまでは、第１の操作部材に与える力を加減することによって、ストローク量Ｓを自在にコントロールすることができるものの、ストローク区間（Ｓｂ−Ｓｃ）では、ストローク量Ｓを自在にコントロールすることができない。

したがって、ストローク量Ｓの値を零から最大値Ｓｃまで検出することができるにもかかわらず、ストローク区間（Ｓｂ−Ｓｃ）におけるストローク量Ｓの検出値は、操作者の意図が反映された値としては、利用しにくくなってしまう。

そこで、本発明は、一方の操作部材から得られるクリック感を無くすことなく、もう一方の操作部材が変位し得る全ストローク区間からコントロール不能な区間を無くすことができる、操作入力装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
第１の操作部材と、
前記第１の操作部材の上部側に露出する押下部と、前記第１の操作部材の下方に位置するフランジとを有する第２の操作部材と、
前記第２の操作部材の下方に配置されるクリックバネとを備え、
前記第１の操作部材が下方に変位することにより、前記第２の操作部材が前記フランジによって下方に変位することによって、前記クリックバネが変形する、操作入力装置であって、
前記第１の操作部材の下方への変位量が、前記クリックバネの変形に伴って前記クリックバネによる反力の変化が増加から減少に転じる前に、前記変位量の最大値に到達するように、前記第１の操作部材を下方に変位可能に支持する支持部材を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、一方の操作部材から得られるクリック感を無くすことなく、もう一方の操作部材が変位し得る全ストローク区間からコントロール不能な区間を無くすことができる。

特許文献１の操作入力装置の断面図である。 特許文献２の操作入力装置の断面図である。 従来の操作入力装置において、第１の操作部材の下方へのストローク量Ｓとドーム状スイッチの反力Ｐとの関係曲線Ｒ１を示した図である。 本発明の第１の実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。 操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置１の模式的な断面図である。 センターボタン２０のみをＺ（−）方向へ押し込んでフルストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。 センターボタン２０のみをＺ（−）方向へ押し込んだときの、クリックバネ３１の収縮によってセンターボタン２０が受ける反力Ｐとストローク量Ｓとの関係曲線Ｒ２を示した図である。 方向キー１０のみをＺ（−）方向へ押し込んで、ギャップＧＢが閉じるまでストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。 方向キー１０のみをＺ（−）方向へ押し込んだときの、方向キー１０が受ける反力Ｐとストローク量Ｓとの関係曲線Ｒ３（Ｒ４）を示した図である。 方向キー１０のみをＺ（−）方向へ押し込んで、フルストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。 ギャップＧＢに弾性体を配置した構成図の一例である。 ギャップＧＢに弾性体を配置した構成図の一例である。 ギャップＧＢに弾性体を配置した構成図の一例である。 本発明の第２の実施形態である操作入力装置２の模式的な断面図である。 本発明の第３の実施形態である操作入力装置３の分解斜視図である。 操作入力装置３の断面図である。 本発明の第４の実施形態である操作入力装置４の分解斜視図である。 操作入力装置４の断面図である。 ハウジング５１のＺ軸方向から見た構造図である。 本発明の第５の実施形態である操作入力装置５の模式的な断面図である。 、本発明の第６の実施形態である操作入力装置６の模式的な断面図である。 Ｗ型のリターンバネ４０の上方からの斜視図である。 Ｗ型のリターンバネ４０の下方からの斜視図である。 方向キー１０の下面１４とセンターボタン２０のフランジ２２の当接面２５との間にギャップが初期状態において存在する構成例である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。本発明の一実施形態である操作入力装置は、操作者の手指等による力を受けて、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する操作インターフェイスである。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。

例えば、家庭用又は携帯可能なゲーム機、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、電化製品などの電子機器において、そのような電子機器に備えられるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。

図４は、本発明の第１の実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。図５は、操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置１の模式的な断面図である。操作入力装置１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系のＺ軸方向側（図上、上方）から入力される操作者の力を受け付けるものである。なお、「上方」とは、斜め上方を含むものとし、「下方」とは、斜め下方を含むものとする。

操作入力装置１は、基板５０に設置された固定電極と方向キー１０に設置された可動電極との間の静電容量を検出することによって、方向キー１０が操作入力によって下方に変位したときのストローク量を検知可能にするものである。また、操作入力装置１は、センターボタン２０に下方に設置されたドーム状スイッチ３０によって、センターボタン２０が操作入力によって押下されたことを検知可能にするものである。

操作入力装置１は、主な構成要素として、基板５０と、方向キー１０と、センターボタン２０と、ドーム状スイッチ３０と、リターンバネ４０とを備える。

基板５０は、複数の固定電極（図４の場合、４個の固定電極７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ）が配置される配置面を有する基部である。その配置面は、操作入力装置１の低背化の点で、ＸＹ平面に平行な平面であることが好ましい。三次元の直交座標系の基準点である原点Ｏは、その配置面から操作者の力が入力されてくる側（図４の場合、基板５０に対して上側）に所定距離離れた位置に設定されるとよい。基板５０は、樹脂製の基板でもよいが、絶縁性を確保すれば、鋼板や珪素鋼板などを基材にした鉄板基板でもよい。

固定電極７１ａ〜７４ａは、原点Ｏとの距離が等しい点を結んでできる仮想的な円の円周方向に並べられている。固定電極７１ａ〜７４ａは、操作者の力のベクトルを算出しやすくするという点で、その円周方向に等間隔に配置されることが好ましい。各固定電極が互いに同特性の場合、隣接する２つの固定電極の重心間の距離が等しければよい。固定電極７１ａ〜７４ａは、Ｘ（＋），Ｘ（−），Ｙ（＋），Ｙ（−）の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されている。Ｘ（−）方向は、ＸＹ平面上でＸ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向であり、Ｙ（−）方向は、ＸＹ平面上でＹ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向である。固定電極７３ａは、原点Ｏに対して正側のＸ軸上に配置され、固定電極７４ａは、原点Ｏに対して正側のＹ軸上に配置され、固定電極７１ａは、原点Ｏに対して負側のＸ軸上に配置され、固定電極７２ａは、原点Ｏに対して負側のＹ軸上に配置されている。

なお、固定電極７１ａ〜７４ａは、Ｘ軸とＹ軸に挟まれるＸＹ平面内の斜め４５°の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されていてもよい。例えば、固定電極７３ａは第１象限に配置され、固定電極７４ａは第２象限に配置され、固定電極７１ａは第３象限に配置され、固定電極７２ａは第４象限に配置される。

方向キー１０は、基板５０に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられた第１の操作部材である。方向キー１０は、板状に形成され、基板５０に設けられた固定電極７１ａ〜７４ａの上側に配置されている。方向キー１０は、固定電極７１ａ〜７４ａが配置された配置面に対向する対向面（図４において、下側の面）と、操作者の力が作用しうる操作面１３（図４において、上側の面）とを有している。

方向キー１０には、フランジ１２が設けられている。方向キー１０の基板５０との対向面（フランジ１２の下面）には、基板５０の配置面に配置された複数の固定電極と同数の可動電極（７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ，７４ｂ）が設けられている。可動電極と固定電極は、一対一で、互いに対向する位置に配置される。方向キー１０は、操作者の力が操作面１３に作用することにより、対向面が固定電極７１ａ〜７４ａが配置される配置面に近づくことによって、可動電極と固定電極との電極間の静電容量を変化させる。４組ある一対の電極間の静電容量をそれぞれ検出することによって、原点Ｏに対する操作入力の入力方向（ＸＹ平面における操作入力の入力位置）とその操作入力の大きさ（Ｚ方向の押し込み量）を演算することができる。その演算方法についての説明は、省略する。

センターボタン２０は、方向キー１０の上部の操作面１３に露出した操作面２４をＺ軸上に有する押下部２１を有する。センターボタン２０は、押下部２１が方向キー１０の中央部に上下方向に貫通して形成された孔１１と嵌合することにより、ＸＹ平面に平行な方向に位置決めでき、単独で上下方向（Ｚ方向）に変位可能である。

センターボタン２０は、ドーム状スイッチ３０の頭頂部３２に接した状態で支持される。これにより、頭頂部３２に接しない状態で支持される場合に比べて、操作入力装置全体のＺ軸方向の薄肉化が可能である。方向キー１０の操作面１３とセンターボタン２０の操作面２４の初期位置状態でのＺ方向の位置は、同じであってもよいし、操作面１３の位置が操作面２４の位置より基板５０に近い側にあってもよいし、その逆でもよい。

また、センターボタン２０は、方向キー１０の下方に位置するフランジ２２を有する。フランジ２２は、柱状の押下部２１の側面に形成されている。フランジ２２は、センターボタン２０の押下部２１の周縁部に鍔（つば）状に張り出した段差部である。フランジ２２の上側には、方向キー１０の操作面１３の裏面に相当する下面１４に当接可能な当接面２５が形成されている。下面１４と当接面２５は、方向キー１０及びセンターボタン２０のいずれにも操作入力が作用していない初期位置状態で、互いに平行に対向して位置している。

また、センタ−ボタン２０の下部には、ドーム状スイッチ３０のクリックバネ３１の頭頂部３２を押し下げて潰しやすくするための突起部２３が形成されている。

ドーム状スイッチ３０は、センターボタン２０の下方に配置され、固定電極７１ａ〜７４ａに囲まれるように、基板５０に取り付けられている。ドーム状スイッチ３０は、センターボタン２０の突起部２３の下端が頭頂部３２で接するクリックバネ３１を備える。クリックバネ３１は、センターボタン２０の操作面２４を指で押した操作者にクリック感を与える、ドーム状の弾性部材である。具体例として、メタルドームが挙げられる。

また、ドーム状スイッチ３０は、クリックバネ３０とセンターボタン２０の突起部２３との間に、ラミネートフィルム３３を備えてもよい。ラミネートフィルム３３は、基板５０上に粘着または接着剤にて接着される。ラミネートフィルム３３によって、クリックバネ３１を基板５０に固定することが容易になる。また、センターボタン２０の突起部２３とクリックバネ３１の頭頂部３２との接触による磨耗を防ぐことができる。さらに、リターンバネ４０の下端と基板５０との接触により生ずる擦れから、基板５０を保護することができる。

リターンバネ４０は、方向キー１０を下方に変位可能に支持する支持部材である。リターンバネ４０は、方向キー１０の下面１４に配置された可動電極と基板５０に配置された固定電極との間隔が弾性的に変化するように、下面１４と基板５０との対向方向に方向キー１０を弾性的に支持する弾性支持部材である。

リターンバネ４０は、基板５０と方向キー１０の下面１４との間に設置されるとよい。リターンバネ４０は、方向キー１０に操作者の力が作用しても、方向キー１０の可動電極７１ｂ〜７４ｂと基板５０の固定電極７１ａ〜７４ａとが接触しないように、方向キー１０を弾性的に支持する。リターンバネ４０は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能に方向キー１０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に支持する。また、リターンバネ４０は、方向キー１０の下面１４が基板５０から離れる方向に付勢された状態で、方向キー１０を支持する付勢支持部材である。

リターンバネ４０は、操作者の力が作用していない状態で方向キー１０の操作面１３がＸＹ平面に平行になるように、方向キー１０を弾性的に支持する。方向キー１０の操作面１３は、平らな面でもよいし、ＸＹ平面に対して凹状に形成された面でもよいし、ＸＹ平面に対して凸状に形成された面でもよい。操作面１３を所望の形状に変更することによって、操作者の操作性を向上させることができる。また、方向キー１０の操作面１３は、円状でもよいし、楕円状でもよいし、多角形状でもよい。

リターンバネ４０は、センターボタン２０の周囲を囲むように設けられたコイルバネである。リターンバネ４０を円錐コイルバネにすることで、バネの耐久性を向上できる。リターンバネ４０は、方向キー１０が操作されて降下したときに初期位置状態の高さ（位置）に戻す上向きの力を、方向キー１０に常時付与している。リターンバネ４０は、円錐状のコイルバネであるが、円筒状のコイルバネでも、無端状の弾性体（例えば、ゴム）でもよい。

操作入力装置１は、方向キー１０がケース６０の内側に付勢して接触された状態で、ケース６０に取り付けられる。すなわち、方向キー１０は、ケース６０の開口部６１に設けられたリブに、リターンバネ４０の反力によって支持されている。ケース６０に操作入力装置１を取り付けた状態で、且つ、方向キー１０に操作入力が作用していない状態で、方向キー１０の下面１４とフランジ２２の当接面２５との間にギャップＧＢが存在するように、リターンバネ４０の伸縮方向の長さ、フランジ２２の厚さ、ドーム状スイッチ３０の高さ、突起部２３の長さ、方向キー１０の厚さ等の各部の寸法が決められている。

ケース６０は、操作入力装置１が取り付けられる携帯電話などの電子機器の筐体である。操作入力装置１自体が、ケース６０を備えていてもよい。ケース６０は、方向キー１０を下方に変位可能に支持する支持部材である。開口部６１の形状は、円状であるが、方向キー１０の形状に合うように形成されていればよく、四角形や八角形などの多角形状であってもよい。

次に、操作入力装置１の動きについて説明する。

図６は、センターボタン２０のみをＺ（−）方向へ押し込んでフルストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。図７は、センターボタン２０のみをＺ（−）方向へ押し込んだときの、クリックバネ３１の収縮によってセンターボタン２０が受ける反力Ｐとストローク量Ｓとの関係曲線Ｒ２を示した図である。操作者の力が方向キー１０の操作面１３に作用せずにセンターボタン２０の操作面２４に作用することにより、方向キー１０は押し下がらずにセンターボタン２０のみが押し下がることによって、クリックバネ３１が変形する。クリックバネ３１の収縮によってセンターボタン２０が受ける上向きの反力は、ストローク量Ｓ４で極大値Ｐ４が発生した後、極小値Ｐ０まで減少する。これにより、センターボタン２０に触れている操作者は、クリック感を体感する。極小値Ｐ０が発生するときのストローク量Ｓ０は、基板５０からクリックバネ３１の頭頂部３２までの初期高さＧＣ０に一致する。センターボタン２０のストローク量Ｓがその最大値Ｓ０（＝ＧＣ０）に至ることによって、クリックバネ３１の頭頂部３２が、基板５０上の接点部３５（図４参照）に接し、クリックバネ３１と接点部３５が導通する。その導通を電気的に検出することによって、センターボタン２０の押下操作（オン操作）を検知することができる。また、センターボタン２０のみの押し込み状態では、方向キー１０は変位していないので、方向キー１０に配置された可動電極と基板５０に配置された固定電極との電極間距離は、方向キー１０及びセンターボタン２０のいずれも操作入力が作用していない初期位置状態での距離ＧＫ０に等しいままである。

図８は、方向キー１０のみをＺ（−）方向へ押し込んで、ギャップＧＢが閉じるまでストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。図９は、方向キー１０のみをＺ（−）方向へ押し込んだときの、方向キー１０が受ける反力Ｐとストローク量Ｓとの関係曲線Ｒ３（Ｒ４）を示した図である。Ｘ（−）方向においてＺ方向の押し込み入力を受けた方向キー１０は、リターンバネ４０による反力を伴って、点ａを支点に傾動する。方向キー１０が傾いても、方向キー１０の下面１４とフランジ２２の当接面２５とが接してギャップＧＢが閉じるまで（零になるまで）、センターボタン２０は、Ｚ方向には動かない。ギャップＧＢが閉じた時点での方向キー１０の傾動量（ストローク量）は、Ｓ１である。方向キー１０のストローク量がＳ１に至るまでの間は、クリックバネ３１はセンターボタン２０によって押し込まれていないため、クリックバネ３１のストローク量ＧＣは、零のままである（言い換えれば、クリックバネ３１の高さは、初期高さＧＣ０のままである）。また、リターンバネ４０は、方向キー１０の傾動により圧縮されており、その圧縮量に応じて上向きの復帰力（反力）は増加している。したがって、方向キー１０の零からＳ１までのストローク区間において、方向キー１０が受ける上向きの反力は、クリックバネ３１によって生じたものは含まれていなく、リターンバネ４０のみによって生じたものである。また、方向キー１０の傾動によって、電極間のギャップはＧＫ０からＧＫ１に減少するので、電極間の静電容量は増加する。この静電容量の変化を各電極間について検出することによって、方向キー１０がどの方向にどれだけの押し込み量が発生したのかを検知することができる。

図１０は、方向キー１０のみをＺ（−）方向へ押し込んで、フルストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。リターンキー４０及びケース６０は、方向キー１０の下方への変位量が、ドーム状スイッチ３０の変形に伴ってドーム状スイッチ３０による反力の変化が上昇から減少に転じる前に（図９において、反力の極大値Ｐ５が発生するストローク量Ｓ５に至る前に）、その変位量が構造上取り得る最大値Ｓ２に到達するように、方向キー１０を下方に変位可能に支持している。したがって、図８に示したギャップＧＢが閉じた時点から更に方向キー１０のみをそのまま押し込んでいくと、方向キー１０の傾動量（ストローク量）は、方向キー１０のストロークが止まる最大値Ｓ２まで増加する。また、方向キー１０が最大値Ｓ２まで傾動することにより、電極間のギャップはＧＫ１からＧＫ２まで減少している。また、方向キー１０のストローク量がＳ１からＳ２までの区間では、センターボタン２０と方向キー１０とのギャップＧＢは既に零になっているため、クリックバネ３１は、方向キー１０が受けた下方への荷重をフランジ２２を介して受けたセンターボタン２０によって、その高さがＧＣ２に至るまで下方に押圧されて変形し、その変形量に応じて上向きの復帰力（反力）が生じている。リターンバネ４０も、方向キー１０の傾動により圧縮されており、その圧縮量に応じて上向きの復帰力（反力）が生じている。したがって、方向キー１０のＳ１からＳ２までのストローク区間において、方向キー１０が受ける上向きの反力は、クリックバネ３１とリターンバネ４０との合成の弾性力によって生じたものである。そして、方向キー１０の最大ストローク量Ｓ２が、クリックバネ３１による反力が最大値Ｐ５になるストローク量Ｓ５以下になるように設定されているため、方向キー１０のストローク量がＳ２になっても（クリックバネ３１の高さがＧＣ２になっても）、クリック感は発生しない。

つまり、図５，６，８，１０に基づいて、略幾何学的に、
Ｓ０＝ＧＣ０ ・・・（１）
Ｓ１＝（Ｌ２／Ｌ３）×ＧＢ ・・・（２）
Ｓ２＝ＧＫ０×（Ｌ２／Ｌ１） ・・・（３）
ＧＣ２＝ＧＣ０−（Ｌ３／Ｌ２）×Ｓ２−ＧＢ ・・・（４）
という関係式を導くことができる。Ｌ１は、支点ａと操作入力を付与した力点がある側の電極との間のＸＹ方向での距離を表し、Ｌ２は、支点ａと操作入力を付与した力点との間のＸＹ方向での距離を表し、Ｌ３は、支点ａとセンターボタン２０への力の作用点との間のＸＹ方向での距離を表す。

関係式（４）で表されるＧＣ２は、方向キー１０のストローク量が最大値Ｓ２のときのクリックバネ３１の高さに相当する。したがって、方向キー１０の初期状態での位置をケース６０の高さ調整によって調整したり、リターンバネ４０の伸縮方向の長さを調整したりすることにより、ＧＣ２の長さを、クリックバネ３１による反力の極大値Ｐ４が発生する変形量Ｓ４以下になるように寸法調整することによって（図７参照）、操作入力装置１に、センターボタン２０のみを押すことによってクリック感が得られる特性を持たせることができるとともに、方向キー１０を最大値Ｓ２までストロークさせてもクリック感が発生しない図９に示した特性を持たせることができる。なお、各部の寸法は、例えば、ＧＣ０＝０．２，ＧＢ＝０．１，Ｌ３＝４．０，Ｌ２＝８．０，Ｌ１＝１２．０，ＧＫ０＝０．６である（単位はｍｍ）。

したがって、上述の実施例によれば、一方の操作部材から得られるクリック感を無くすことなく、もう一方の操作部材が変位し得る全ストローク区間からコントロール不能な区間を無くすことができる。また、ギャップＧＢを設けているので、図９に示されるように、ストローク量に対する反力の傾きを、Ｓ１を境に変えることができる。つまり、Ｓ１に至るまではリターンバネ４０のみによる反力を受け、Ｓ１を超えたストローク区間ではリターンバネ４０とクリックバネ３１の両方による反力を受けるので、方向キー１０の操作感をストローク途中で変えることができ、方向キー１０のアナログ入力に対する操作感を向上させることができる。つまり、反力の増加の仕方がストローク途中で変わることで、ストローク量が最大値に近づいていることが、操作者に感覚的に知らせることができる。また、方向キー１０のみを押しても、クリックバネ３１をクリック動作位置まで押圧することはないため、クリックバネ３１の応力を軽減でき、耐久力が向上する。また、ギャップＧＢの長さを調整することにより、方向キー１０を傾動したときのクリックバネ３１の変形量を調整できるため、クリック位置及びクリック感を容易に変更することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。また、上述の複数の実施形態それぞれの一部を組み合わせて構成された別の実施形態も考えられ得る。

例えば、ギャップＧＢに、図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに示されるように、ゴム等の弾性体を配置してもよい。図１１Ａは、弾性体８１を方向キー１０の下面１４に設置した構成を示す。図１１Ｂは、弾性体８２をフランジ２２の当接面２５に設置した構成を示す。図１１Ｃは、弾性体８３をギャップＧＢを埋めるように設置した構成を示す。図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのように、ギャップＧＢに弾性体を設けることによって、図９に示されるように、関係曲線をＲ４のように滑らかにすることができる。これにより、方向キー１０がフランジ２２に接触する時の衝撃を抑え、操作感を向上させることができる。

また、図１２は、本発明の第２の実施形態である操作入力装置２の模式的な断面図である。上述の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

通常、コイル（巻線）等のインダクタのインダクタンスＬは、係数をＫ、透磁率をμ、コイルの巻数をｎ、断面積をＳ、磁路長をｄとした場合、
Ｌ＝Ｋμｎ^２Ｓ／ｄ
という関係式が成り立つ。この関係式から明らかなように、コイルの巻数や断面積といった形状に依存するパラメータを固定した場合、周囲の透磁率と磁路長の少なくともいずれかを変化させるかによって、インダクタンスが変化する。

操作入力装置２は、方向キー１０に設置されたヨークに対向するように基板５０に設置されたコイルのインダクタンスを検出することによって、方向キー１０が操作入力によって下方に変位したときのストローク量を検知可能にするものである。また、操作入力装置１は、センターボタン２０に下方に設置されたドーム状スイッチ３０によって、センターボタン２０が操作入力によって押下されたことを検知するものである。

つまり、操作入力装置２は、操作入力装置１の固定電極をコイルに置き換え、操作入力装置１の可動電極をヨークに置き換えたものである。操作入力装置１の固定電極をヨークに置き換え、操作入力装置１の可動電極をコイルに置き換えてもよい。図１２には、コイル９１ａ，９３ａ及びヨーク９１ｂ，９３ｂが示されている。ヨークは、比透磁率が１よりも高い材質であればよい。例えば、比透磁率は１．００１以上あると好適であり、具体的には、鋼板（比透磁率５０００）などが好ましい。ヨークは、方向キー１０と別部品にするのではなく、フェライトなどで一体にすることもできる。基板５０は、樹脂製の基板でもよいが、ヨークの役目を持たせるために鋼板や珪素鋼板などを基材にした鉄板基板でもよい。方向キー１０が傾動し、コイルにヨークが近づくと、コイル周辺の透磁率が増加し、コイルのインダクタンスが増加する。これを電気的に検出することによって、方向キー１０の傾動動作が検出可能となる。

図１３は、本発明の第３の実施形態である操作入力装置３の分解斜視図である。図１４は、操作入力装置３の断面図である。上述の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

操作入力装置３は、操作入力装置２のリターンバネ４０を複数のリターンバネ４１〜４４に置き換えたものである。リターンバネ４１〜４４は、コイルの外側の基板５０に設置される板状の弾性体である。図１４に示されるように、方向キー１０の下面１４とフランジ２２の当接面２５との間に、ギャップＧＢが設けられている。

図１５は、本発明の第４の実施形態である操作入力装置４の分解斜視図である。図１６は、操作入力装置４の断面図である。上述の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

操作入力装置４では、ヨークの一部をバネ形状に成型することによって、ヨークの機能と、方向キー１０を弾性的に支持する弾性支持機能とが兼ねられている。つまり、変位部材である方向キー１０をＺ方向に弾性的に支持する弾性支持部材であるリターンバネ４５は、ヨークの役目も兼ねている。リターンバネ４５の一部に、板バネ部４５ａ〜４５ｆが形成されている。

リターンバネ４５は、ハウジング５１内に配置されている。鋼材で形成されたリターンバネ４５の面形状の部分がコイル９１ａ〜９４ａに対向することによって、ヨークの役目を果たしている。リターンバネ４５の中心には、穴が開いている。その穴の周囲に、下方のハウジング５１へと伸びる板バネ部４５ａ〜４５ｆが円周方向に等角度で配置されている。板バネ部の数は実施例では６個であるが、３個以上あればよい。リターンバネ４５は、弾性を有していることと、透磁率が空気より高いことが条件である。この条件を満たせば、その材質は特に規定しない。

そして、図１６に示されるように、方向キー１０の下面１４とフランジ２２の当接面２５との間に、ギャップＧＢが設けられている。

図１７は、ハウジング５１のＺ軸方向から見た構造図である。ハウジング５１は、４個のコイル９１ａ〜９４ａ、２極の接点部３５，３６、１０個の端子１０１ａ等とそれぞれを接続する内部配線１１１ａ等を備えている。ハウジング５１は、樹脂で成型される。また、透磁率を上げるためにフェライトなどの粉末を配合した樹脂でもよい。接点部、内部配線及び端子は、電気的に導通する材質（例えば、銅や鉄、金、銀など）であればよい。

コイル９１ａ〜９４ａの一方の端部に接続された内部配線１１１ａ〜１１４ａは、所定の操作入力検出装置（例えば、マルチプレクサを内蔵した検出装置）に結線される端子１０１ａ〜１０４ａに接続される。コイル９１ａ〜９４ａのもう一方の端部に接続された内部配線１１１ｂ〜１１４ｂは、グランドに結線される端子１０１ｂ〜１０４ｂに接続される。接点部３５に接続された内部配線１１５は、グランドに結線される端子１０５に接続される。接点部３６に接続された内部配線１１６は、所定の操作入力検出装置（例えば、ＣＰＵ等を内蔵した検出装置）に結線される端子１０６に接続される。

このように結線することによって、所定の操作入力検出装置は、方向キー１０に付与された操作入力の位置とその荷重の大きさを検出できるとともに、センターボタン２０が押下されたことを検出できる。

図１８は、本発明の第５の実施形態である操作入力装置５の模式的な断面図である。上述の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

操作入力装置５は、図５の操作入力装置１に対して、リターンバネ４６を追加したものである。リターンバネ４６は、センターボタン２０を上方に付勢する弾性支持部材である。リターンバネ４６の付勢力によって、ギャップＧＢ（図５参照）が零になるように、センターボタン２０に初期位置への復帰力を与えることができる。これにより、ギャップＧＢによって、センターボタン２０が初期位置状態で上下方向や横方向にがたつくことを防止でき、操作者がセンターボタン２０に触れたときの不安定な操作感を改善できる。

また、リターンバネ４６の付勢力は、センターボタン２０のフランジ２２を介して、方向キー１０にも初期位置への復帰力を与えている。そのため、方向キー１０の操作感を重くしたり、安定させたりできる。

また、リターンバネ４６は、センターボタン２０に操作入力が作用していない状態で、センターボタン２０の突起部２３の下端とクリックバネ３１の頭頂部３２との間にギャップＧＣ３が存在するように、センターボタン２０を付勢する。これにより、上述の図９と同様の特性が得られる。例えば、方向キー１０が傾いても、突起部２３と頭頂部３２とが接してギャップＧＣ３が零になるまで、クリックバネ３１をクリック動作位置まで押圧させないようにできる。そして、ギャップＧＣ３が零の位置から方向キー１０を更に押し込んでも、クリック感を発生させないようにできる。

図１９は、本発明の第６の実施形態である操作入力装置６の模式的な断面図である。上述の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

図１８は、方向キー１０を付勢するリターンバネ４０とセンターボタン２０を付勢するリターンバネ４６の２つのバネ構成であったが、図１９は、一つのリターンバネ４０で方向キー１０とセンターボタン２０を付勢する構成である。図１９のリターンバネ４０は、１本の線材でＷ型のコイルバネに形成され、下方に向かって外径が小さくなる外側円錐コイルバネ部４０ａと、上方に向かって外径が小さくなる内側円錐コイルバネ部４０ｂとを有している（図２０，２１参照）。外側円錐コイルバネ部４０ａは、方向キー１０に当接して上方に付勢する弾性支持部で、内側円錐コイルバネ部４０ｂは、センターボタン２０に当接して上方に付勢する弾性支持部である。

リターンバネ４０をＷ型の一つのコイルバネにすることにより、図１８の操作入力装置５が有する効果だけでなく、部品コストと組み立て工数の削減効果がある。

また、図２２は、方向キー１０の下面１４とセンターボタン２０のフランジ２２の当接面２５との間にギャップが初期状態において存在する構成を示している。この構成において、センターキー２０の押下部２１の直径ｄ１と方向キー１０のガイド孔１１の直径ｄ２との間のクリアランスΔｒ１（＝（ｄ２−ｄ１）／２）をガイド孔１１のガイド長ＬＣ１の１／３０以下とし、ガイド孔１１の下面１４側のガイド開口部から突起部２３までの距離ＬＣ２を１ｍｍ以下にすると好適である。この寸法によって、センターキー２０のがたつきによる上下方向に対する傾き角度を２°以下にでき、突起部２３の位置ずれを０．０５ｍｍ以下にできる。すなわち、方向キー１０の下面１４とセンターボタン２０のフランジ２２の当接面２５との間にギャップが初期状態において存在しても、センターボタン２０のがたつきによる不安定な操作感を排除できるとともに、クリックバネ３１の反力を設計通りに発揮できる。

また、本発明に係る操作入力装置は、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、操作者が触れる面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。

本国際出願は、２０１０年４月２６日に出願した日本国特許出願第２０１０−１０１３５３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１０−１０１３５３号の全内容を本国際出願に援用する。

１〜４ 操作入力装置
１０ 方向キー
１１ 孔
１２ フランジ
１３ 操作面
１４ 下部（下面）
２０ センターボタン
２１ 押下部
２２ フランジ
２３ 突起部
２４ 操作面
２５ 当接部（当接面）
３０ ドーム状スイッチ
３１ クリックバネ
３２ 頭頂部
３３ ラミネートフィルム
３５，３６ 接点部
４０〜４６ リターンバネ
４０ａ 外側円錐コイルバネ部
４０ｂ 内側円錐コイルバネ部
５０ 基部
５１ ハウジング
６０ ケース
６１ 開口部
６２ キーカバー
７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ 固定電極
７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ，７４ｂ 可動電極
８１，８２，８３ ゴム
９１ａ，９２ａ，９３ａ，９４ａ コイル
９１ｂ，９２ｂ，９３ｂ，９４ｂ ヨーク
１０１ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，１０６ 端子
ａ 支点

Claims (6)

1. 第１の操作部材と、
   前記第１の操作部材の上部側に露出する押下部と、前記第１の操作部材の下方に位置するフランジとを有する第２の操作部材と、
   前記第２の操作部材の下方に配置されるクリックバネとを備え、
   前記第１の操作部材が下方に変位することにより、前記第２の操作部材が前記フランジによって下方に変位することによって、前記クリックバネが変形する、操作入力装置であって、
   前記第１の操作部材の下方への変位量が、前記クリックバネの変形に伴って前記クリックバネによる反力の変化が増加から減少に転じる前に、前記変位量の最大値に到達するように、前記第１の操作部材を下方に変位可能に支持する支持部材を備えることを特徴とする、操作入力装置。
2. 前記支持部材が、前記第１の操作部材を上方に付勢する付勢部材である、請求項１に記載の操作入力装置。
3. 前記第１の操作部材に操作入力が作用していない状態で、前記第１の操作部材と前記フランジとの間にギャップが存在する、請求項１又は２に記載の操作入力装置。
4. 前記ギャップに弾性体を配置した、請求項３に記載の操作入力装置。
5. 前記第２の操作部材を上方に付勢する付勢部材を有する、請求項２に記載の操作入力装置。
6. 前記第２の操作部材に操作入力が作用していない状態で、前記第２の操作部材と前記クリックバネとの間にギャップが存在する、請求項５に記載の操作入力装置。

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