JPWO2019073812A1 - 入力装置 - Google Patents
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Abstract
入力装置は、操作面を有する操作パネルと、前記操作パネルの背面側に設けられたフレームと、前記操作パネルと前記フレームとの間に設けられ、前記操作面に対する押圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記圧力検出手段は、前記押圧力が加わることによって変形する変形部と、前記変形部の変形に応じた検出信号を、前記押圧力に応じた圧力検出信号として出力する圧力検出素子とを有する。
Description
本発明は、入力装置に関する。
従来、各種電子機器（例えば、スマートフォン、携帯電話機、タブレット端末、ノートパソコン、ゲーム機等）や、自動車等の車両等において、タッチパネルまたはタッチパッドを備えた入力装置が用いられている。また、このような入力装置において、タッチパネルまたはタッチパッドの操作面に対する押圧操作に応じて、当該操作面に振動を発生させることにより、当該操作面に対する押圧操作のフィードバックを、ユーザの指に対して触覚的に与えることができるようにした技術が利用されている。
例えば、下記特許文献１には、表示画面上の入力検出面における操作体の押下操作が行われた際に、入力手段（タッチパネル）の四隅に設けられた力検出手段によって、当該押下操作における押圧力を検出し、当該押圧力に応じた振動パターン（周波数および振幅）で、アクチュエータによって入力検出面を振動させることにより、押下操作に対して触覚を与えることが可能な触覚機能付き入力装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、押下操作によって入力検出面が撓むことがある。例えば、特許文献１に開示されている技術では、入力検出面における押下位置が、力検出手段からより離れた位置であるほど、入力検出面がより撓み易くなる。特に、特許文献１に開示されている技術では、４つの力検出手段の抗力に打ち勝つように、ある程度の押圧力が必要であるため、その点からも、入力検出面の撓みが生じ易いといえる。もし、入力検出面に撓みが生じた場合、当該撓みによって押圧力が減衰されてしまうため、力検出手段によって検出される押圧力が、実際の押圧力よりも低くなる。
また、特許文献１に開示されている技術では、入力検出面に対する押圧力が、４つの力検出手段に分散されるため、４つの力検出手段の精度のばらつきにより、検出される押圧力にばらつきが生じることとなる。これらのことから、特許文献１に開示されている技術では、入力検出面に対する押圧力を高精度に検出することができない場合がある。
また、特許文献１に開示されている技術では、入力装置に４つの力検出手段を設ける必要があるため、入力装置の装置構成や制御が複雑化し、入力装置にかかるコストが増加するといった問題が生じ得る。
そこで、比較的簡易な構成で、操作パネルの押圧位置によるばらつきを抑制しつつ、操作パネルに対する押圧力を高精度に検出することが可能な、入力装置が求められている。
一実施形態の入力装置は、操作面を有する操作パネルと、前記操作パネルの背面側に設けられたフレームと、前記操作パネルと前記フレームとの間に設けられ、前記操作面に対する押圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記圧力検出手段は、前記押圧力が加わることによって変形する変形部と、前記変形部の変形に応じた検出信号を、前記押圧力に応じた圧力検出信号として出力する圧力検出素子とを有する。
一実施形態によれば、比較的簡易な構成で、操作パネルの押圧位置によるばらつきを抑制しつつ、操作パネルに対する押圧力を高精度に検出することが可能な、入力装置を提供することができる。
以下、図面を参照して、一実施形態について説明する。
（入力装置１０の構成）
図１は、一実施形態に係る入力装置１０の外観斜視図である。図２は、一実施形態に係る入力装置１０の構成を示す分解斜視図である。なお、以降の説明では、便宜上、図中Ｚ軸方向（入力装置１０の厚さ方向）を上下方向とし、図中Ｘ軸方向（入力装置１０の長手方向）を、横方向とし、図中Ｙ軸方向（入力装置１０の短手方向）を縦方向とする。
図１は、一実施形態に係る入力装置１０の外観斜視図である。図２は、一実施形態に係る入力装置１０の構成を示す分解斜視図である。なお、以降の説明では、便宜上、図中Ｚ軸方向（入力装置１０の厚さ方向）を上下方向とし、図中Ｘ軸方向（入力装置１０の長手方向）を、横方向とし、図中Ｙ軸方向（入力装置１０の短手方向）を縦方向とする。
図１および図２に示す入力装置１０は、いわゆる「タッチパッド」と呼ばれる入力装置であり、各種対象機器（例えば、スマートフォン、携帯電話機、タブレット端末、デジタルビデオカメラ、ノートパソコン、ゲーム機、車載システム等）に設けられる入力装置である。入力装置１０は、操作パネル１１０を備えており、当該操作パネル１１０の操作面上において、ユーザの指による接触操作（移動操作、押圧操作等）がなされることにより、当該接触操作の入力を受け付けることが可能である。
また、入力装置１０は、アクチュエータ１２０を備えており、当該アクチュエータ１２０によって、ユーザの接触操作（押圧操作）に応じて、操作パネル１１０の操作面を振動させることにより、当該接触操作のフィードバックを、ユーザの指に対して触覚的に与えることが可能である。
図２に示すように、入力装置１０は、操作面側（図中Ｚ軸正側）から順に、カバーガラス１１１、粘着シート１１２、プリント基板１１３、および金属フレーム１４０が積層された、積層構造を有している。
カバーガラス１１１、粘着シート１１２、およびプリント基板１１３は、上述した操作パネル１１０を構成する。カバーガラス１１１、粘着シート１１２、およびプリント基板１１３は、いずれも、平面視において、概ね横長の長方形状を有している。本実施形態では、操作パネル１１０として、投影型静電容量方式のタッチパネルを用いているが、これに限らず、その他の方式（例えば、表面型静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線走査方式、超音波表面弾性波方式等）のタッチパネルを用いてもよい。
カバーガラス１１１は、比較的硬質且つ透明性を有する素材からなる、薄い平板状の部材である。カバーガラス１１１は、主にプリント基板１１３の上側（図中Ｚ軸正側）の表面を保護するために、操作パネル１１０の最前面に設けられている。すなわち、カバーガラス１１１の上側（図中Ｚ軸正側）の表面は、操作パネル１１０の操作面となる。カバーガラス１１１としては、例えば、ガラス板、樹脂板等を用いることができる。
粘着シート１１２は、透明性且つ粘着性を有する素材からなる、薄いシート状の部材である。粘着シート１１２は、カバーガラス１１１とプリント基板１１３との間に配置され、カバーガラス１１１とプリント基板１１３とを互いに貼り合せる。
プリント基板１１３は、比較的硬質な素材からなる、薄板状の部材である。プリント基板１１３の上側（図中Ｚ軸正側）の表面には、静電センサ１１４が設けられている。静電センサ１１４は、操作パネル１１０の操作面における、ユーザの指の接触位置を検出し、当該接触位置を示す位置検出信号を出力する。具体的には、静電センサ１１４は、操作パネル１１０の操作面における、各座標の静電容量を検出し、当該各座標の静電容量を示す情報を、位置検出信号として出力する。静電センサ１１４は、プリント基板１１３の上側（図中Ｚ軸正側）の表面に、薄膜状の電極パターン（Ｘ軸方向の電極パターンおよびＹ軸方向の電極パターン）が設けられて構成されている。電極パターンとしては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、金属膜（例えば、銀、銅、アルミとモリブデンとの複合素材）等により形成されたものを用いることができる。
プリント基板１１３の下側（図中Ｚ軸負側）の表面には、アクチュエータ１２０および制御回路１２２が設けられている。
アクチュエータ１２０は、操作パネル１１０の操作面に振動を発生させる。具体的には、アクチュエータ１２０は、制御回路１２２によって駆動されることによって自身が振動し、この振動を操作パネル１１０の操作面に伝えることにより、操作パネル１１０の操作面に振動を発生させる。アクチュエータ１２０としては、例えば、静電アクチュエータ、圧電アクチュエータ、電磁アクチュエータ等を用いることができる。なお、本実施形態の入力装置１０は、２つのアクチュエータ１２０が設けられているが、これに限らず、入力装置１０に対し、１つまたは３つ以上のアクチュエータ１２０を設けるようにしてもよい。
制御回路１２２は、外部装置との間で、各種信号（例えば、位置検出信号、圧力検出信号、振動制御信号等）の入出力を制御する。また、制御回路１２２は、アクチュエータ１２０の振動を制御する。例えば、制御回路１２２は、フォースセンサユニット１３０によって、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力が検出されると、アクチュエータ１２０に駆動信号を出力することにより、アクチュエータ１２０に振動を発生させる。これにより、ユーザは、操作パネル１１０の押圧操作に対するフィードバックを、指先によって感じ得ることができる。なお、制御回路１２２は、外部装置から入力された振動制御信号に基づいて、アクチュエータ１２０の振動を制御することも可能である。制御回路１２２としては、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）を用いることができる。
金属フレーム１４０は、操作パネル１１０の背面側（図中Ｚ軸負側）に設けられており、薄い金属板が加工されてなる、平板状の部材である。金属フレーム１４０は、平面視において、概ね横長の長方形状を有している。金属フレーム１４０は、その上側（図中Ｚ軸正側）の表面上に操作パネル１１０が積層された状態で、当該プリント基板１１３を固定的に支持する部材である。入力装置１０は、この金属フレーム１４０において、対象の電子機器に対して、ネジ等の固定手段によって固定される。
操作パネル１１０の最下層にあるプリント基板１１３と、金属フレーム１４０との間には、緩衝部材１２４およびフォースセンサユニット１３０が設けられている。
緩衝部材１２４は、プリント基板１１３と金属フレーム１４０との間において、プリント基板１１３および金属フレーム１４０の双方に貼り合されている。緩衝部材１２４は、操作パネル１１０から荷重が加えられることに応じて、上下方向に伸縮することにより、操作パネル１１０の上下方向への移動を可能とする部材である。例えば、操作パネル１１０が押圧されると、緩衝部材１２４が上下方向に縮むことにより、操作パネル１１０が下方へ沈み込む。そして、操作パネル１１０が押圧から解放されると、緩衝部材１２４がその反発力によって上下方向に伸長することにより、操作パネル１１０が上方へ移動し、当該操作パネル１１０が元の位置に復帰する。図２に示す例では、入力装置１０の左右両方の縁部のそれぞれにおいて、当該縁部に沿って２つの緩衝部材１２４が並べて設けられている。なお、図２に示す例では、緩衝部材１２４として、ゴム、樹脂、シリコン等の弾性素材からなる弾性シートを用いているが、これに限らず、緩衝部材１２４として、各種ばね等を用いることができる。また、緩衝部材１２４の素材、形状、配置位置、および配置数は、図２に示すものに限らない。
フォースセンサユニット１３０は、「圧力検出手段」の一例である。フォースセンサユニット１３０は、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力を検出し、当該押圧力に応じた電圧値を示す圧力検出信号を出力する。フォースセンサユニット１３０から出力された圧力検出信号は、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）１３５、および、プリント基板１１３に形成された配線を介して、制御回路１２２へ入力される。なお、フォースセンサユニット１３０は、入力装置１０の水平方向（図中Ｘ軸方向およびＹ軸方向）において、複数の緩衝部材１２４に囲まれた領域内、且つ、略中央に設けられているが、これ以外の位置に設けられてもよい。但し、フォースセンサユニット１３０は、少なくとも、複数の緩衝部材１２４に囲まれた領域内に設けられていることが好ましい。例えば、フォースセンサユニット１３０が、複数の緩衝部材１２４に囲まれた領域の外部に設けられていると、操作パネル１１０に加えられた押圧力が、複数の緩衝部材１２４の抗力の影響を受けて、フォースセンサユニット１３０に伝わるまでに変化してしまう虞がある。そこで、フォースセンサユニット１３０を、複数の緩衝部材１２４に囲まれた領域内に設けることにより、このような押圧力の変化を抑制することができ、操作パネル１１０に加えられた押圧力をより高精度に検出することができる。
なお、本実施形態の入力装置１０における各構成部品の仕様は以下のとおりである。ここで注目すべきは、入力装置１０全体として薄型（およそ３．６ｍｍ）としつつも、カバーガラス１１１に、比較的硬質な素材を用い、且つ、適度な厚みを持たせたことにより、操作パネル１１０の剛性を高め、押圧操作による操作パネル１１０の変形を生じ難くしている点である。
＜カバーガラス１１１＞
材料：ガラス
厚さ：１．１ｍｍ
＜粘着シート１１２＞
材料（基材）：ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）
材料（粘着剤）：アクリル系
厚さ：０．２ｍｍ
＜プリント基板１１３（静電センサ１１４を含む）＞
材料：ＦＲ−４（Flame Retardant type 4）
厚さ：０．５ｍｍ
＜フォースセンサユニット１３０＞
材料（レバー部１３１）：ＰＰＥ（polyphenyleneether）
材料（圧力検出素子１３２）：カーボン
材料（ＦＰＣ１３５）：ポリイミド
厚さ（レバー部１３１全体）：１．０ｍｍ
＜緩衝部材１２４＞
材料：シリコンゴム
厚さ：０．８ｍｍ
＜弾性部材１５０＞
材料：シリコンゴム
厚さ：０．４ｍｍ
＜金属フレーム１４０＞
材料：ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ４３０
板厚：０．５ｍｍ
材料：ガラス
厚さ：１．１ｍｍ
＜粘着シート１１２＞
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材料：ＦＲ−４（Flame Retardant type 4）
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材料（レバー部１３１）：ＰＰＥ（polyphenyleneether）
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材料：シリコンゴム
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＜金属フレーム１４０＞
材料：ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ４３０
板厚：０．５ｍｍ
（フォースセンサユニット１３０の構成）
図３は、一実施形態に係る入力装置１０が備えるフォースセンサユニット１３０の構成を示す図である。図３Ａは、フォースセンサユニット１３０の平面図である。図３Ｂは、フォースセンサユニット１３０の正面図である。図３Ｃは、フォースセンサユニット１３０の底面図である。
図３は、一実施形態に係る入力装置１０が備えるフォースセンサユニット１３０の構成を示す図である。図３Ａは、フォースセンサユニット１３０の平面図である。図３Ｂは、フォースセンサユニット１３０の正面図である。図３Ｃは、フォースセンサユニット１３０の底面図である。
図３に示すように、フォースセンサユニット１３０は、レバー部１３１および圧力検出素子１３２を備えている。
レバー部１３１は、樹脂素材からなる部材である。レバー部１３１は、変形部１３１Ａと、周壁部１３１Ｂと、突起部１３１Ｃとを備えて構成されている。
変形部１３１Ａは、水平且つ薄い平板状の部分である。変形部１３１Ａは、操作パネル１１０に対する押圧力が、突起部１３１Ｃを介して加わることによって湾曲変形することが可能な部分である。なお、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力に対し、変形部１３１Ａの剛性は、操作パネル１１０の剛性よりも低くなるように設計されている。例えば、本実施形態では、変形部１３１Ａは、カバーガラス１１１よりも柔らかい素材（樹脂）を用いており、且つ、カバーガラス１１１よりも厚さ寸法が小さくなっている。このため、本実施形態の入力装置１０は、操作パネル１１０がいずれの位置で押圧された場合であっても、操作パネル１１０が変形するよりも先に、変形部１３１Ａおよび圧力検出素子１３２が湾曲変形し、当該湾曲変形によって押圧力を検出することができるようになっている。本構成により、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力が、操作パネル１１０の変形によって減衰してしまうことを抑制できるため、当該押圧力をより高精度に検出することができる。
周壁部１３１Ｂは、変形部１３１Ａの上側（図中Ｚ軸正側）の表面の周縁部において、プリント基板１１３に向って上方に突出した部分である。周壁部１３１Ｂは、変形部１３１Ａをプリント基板１１３から離間させ、且つ、変形部１３１Ａの周縁部をプリント基板１１３との間で支持する。これにより、周壁部１３１Ｂは、変形部１３１Ａ（周壁部１３１Ｂに囲まれた部分）を湾曲変形可能に支持しつつ、変形部１３１Ａとプリント基板１１３との間に、圧力検出素子１３２を配置可能とし、且つ、変形部１３１Ａおよび圧力検出素子１３２の変形を許容するスペースを形成する。周壁部１３１Ｂの上側（図中Ｚ軸正側）の表面は、プリント基板１１３の下側（図中Ｚ軸負側）の表面に接着される。なお、周壁部１３１Ｂは、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力に対し、変形部１３１Ａよりも剛性が高く設計されている。これにより、フォースセンサユニット１３０は、突起部１３１Ｃによって変形部１３１Ａが押圧された際に、周壁部１３１Ｂを変形させることなく、変形部１３１Ａ（周壁部１３１Ｂに囲まれた部分）を湾曲変形させることができるようになっている。なお、図３に示す例では、周壁部１３１Ｂは、変形部１３１Ａの上側の表面の周縁部に連続的に設けられているが、これに限らず、周壁部１３１Ｂは、当該周縁部に断続的に設けられたものであってもよい。
突起部１３１Ｃは、変形部１３１Ａの下側（図中Ｚ軸負側）の表面且つ中央において、金属フレーム１４０に向って下方に突出した部分である。突起部１３１Ｃは、操作パネル１１０に対する押圧力が、金属フレーム１４０から加わると、当該押圧力を変形部１３１Ａに伝えることにより、変形部１３１Ａを湾曲変形させる。なお、図３に示す例では、突起部１３１Ｃの形状を円柱状としているが、突起部１３１Ｃの形状は、これ以外の形状であってもよい。例えば、突起部の先端面積を小さくしたり、突起部の先端面を曲面にしたりすることにより、突起部１３１Ｃの接触をより点接触に近づけるようにしてもよい。この場合、操作面に対する押圧場所や押圧方向によって、突起部１３１Ｃに対して斜めに力が加わった場合であっても、その影響を抑制し、検出精度のばらつきを小さくすることができる。また、図３に示す例では、突起部１３１Ｃは、変形部１３１Ａと一体的に形成されているが、これに限らず、突起部１３１Ｃは、変形部１３１Ａとは別の部材であってもよい。
圧力検出素子１３２は、レバー部１３１が有する変形部１３１Ａの上側（図中Ｚ軸正側）の表面において、周壁部１３１Ｂに囲まれた領域内に設けられている。圧力検出素子１３２は、変形部１３１Ａの上側（図中Ｚ軸正側）の表面に接着されている。これにより、圧力検出素子１３２は、変形部１３１Ａに押圧力が加えられて、変形部１３１Ａが湾曲変形したときに、変形部１３１Ａとともに湾曲変形する。圧力検出素子１３２は、湾曲変形量に応じて抵抗値が変化する。例えば、図３に示す構成では、圧力検出素子１３２は、伸びる方向に湾曲変形するため、その変形量に応じて抵抗値が高くなる。圧力検出素子１３２は、抵抗値に応じた電圧値を示す電圧信号を、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力を示す圧力検出信号として出力する。なお、本実施形態では、圧力検出素子１３２として、導電粒子をバインダに分散し、湾曲変形による圧縮や伸長による導電粒子間の距離の変化で抵抗が変化する、抵抗型歪みセンサを用いている。これに限らず、圧力検出素子１３２としては、例えば、圧電(ピエゾ)型センサ、ピエゾ抵抗型センサ等を用いることもできる。
（フォースセンサユニット１３０の動作）
図４は、一実施形態に係る入力装置１０が備えるフォースセンサユニット１３０の動作を示す図である。図４Ａは、操作パネル１１０の操作面に対して押圧力が加えられていないときの、フォースセンサユニット１３０の状態を示す。図４Ｂは、操作パネル１１０の操作面に対して押圧力が加えられているときの、フォースセンサユニット１３０の状態を示す。
図４は、一実施形態に係る入力装置１０が備えるフォースセンサユニット１３０の動作を示す図である。図４Ａは、操作パネル１１０の操作面に対して押圧力が加えられていないときの、フォースセンサユニット１３０の状態を示す。図４Ｂは、操作パネル１１０の操作面に対して押圧力が加えられているときの、フォースセンサユニット１３０の状態を示す。
図４に示すように、フォースセンサユニット１３０は、突起部１３１Ｃが下側（図中Ｚ軸負側）となるように、プリント基板１１３と金属フレーム１４０との間に配置される。また、フォースセンサユニット１３０の突起部１３１Ｃと、金属フレーム１４０との間には、弾性部材１５０が配置される。図４に示す例では、弾性部材１５０として、弾性素材（例えば、ゴム、樹脂、シリコン等）からなる、シート状の部材が用いられている。弾性部材１５０は、突起部１３１Ｃの先端面と金属フレーム１４０との間で挟持された状態において、その弾性力により、突起部１３１Ｃおよび変形部１３１Ａに対して、変形部１３１Ａが湾曲変形しない程度の予圧を与えることができる。これにより、フォースセンサユニット１３０は、操作パネル１１０に対して極僅かな押圧力が加えられた場合であっても、当該押圧力を検出することができる。また、弾性部材１５０は、その弾力性により、操作パネル１１０と金属フレーム１４０との間の振動を吸収することができる。これにより、弾性部材１５０は、金属フレーム１４０に加わった振動や衝撃による、圧力検出素子１３２の誤検出を防止することができる。また、弾性部材１５０は、アクチュエータ１２０の振動が、金属フレーム１４０に逃げないようにすることができるため、アクチュエータ１２０の振動力が低下してしまうことを防止することができる。
図４Ｂに示すように、フォースセンサユニット１３０は、操作パネル１１０に対する下方への押圧操作がなされることにより、操作パネル１１０が全体的に下方に沈み込むと、突起部１３１Ｃが金属フレーム１４０によって上方に押し込まれる。これにより、突起部１３１Ｃが、レバー部１３１の変形部１３１Ａを上方に押圧する。レバー部１３１は、変形部１３１Ａの剛性が比較的弱く、変形部１３１Ａの周囲に設けられた周壁部１３１Ｂの剛性が比較的高く設計されている。このため、突起部１３１Ｃによって押圧されたレバー部１３１は、周壁部１３１Ｂが変形することなく、変形部１３１Ａが上方に反りあがるように湾曲変形する。これに伴って、変形部１３１Ａの上側（図中Ｚ軸正側）の表面に設けられている圧力検出素子１３２が湾曲変形し、当該圧力検出素子１３２から、湾曲変形に応じた電圧値を示す電圧信号が、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力を示す圧力検出信号として出力される。
このように、一実施形態に係る入力装置１０は、操作パネル１１０に対する押圧力を、レバー部１３１が有する突起部１３１Ｃに対して一点に集中させて、レバー部１３１が有する変形部１３１Ａとともに圧力検出素子１３２を湾曲変形させることにより、操作パネル１１０に対する押圧力を検出する構成を採用している。このため、一実施形態に係る入力装置１０によれば、操作パネル１１０がいずれの位置で押圧された場合であっても、その押圧力により、変形部１３１Ａを一様に湾曲変形させて、当該押圧力を確実に圧力検出素子１３２に伝達することができる。したがって、一実施形態に係る入力装置１０によれば、比較的簡易な構成で、操作パネル１１０の押圧位置によるばらつきを抑制しつつ、操作パネル１１０に対する押圧力を高精度に検出することができる。
特に、一実施形態に係る入力装置１０は、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力に対し、変形部１３１Ａの剛性が、操作パネル１１０の剛性よりも低められている。このため、一実施形態に係る入力装置１０によれば、操作パネル１１０が押圧された際に、操作パネル１１０が変形するよりも先に、変形部１３１Ａを湾曲変形させて、当該湾曲変形によって押圧力を検出することができる。したがって、一実施形態に係る入力装置１０によれば、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力が、操作パネル１１０の変形によって減衰されてしまうことを抑制できるため、操作パネル１１０に対する押圧力をより高精度に検出することができる。
また、一実施形態に係る入力装置１０によれば、操作パネル１１０が傾いた状態に押圧された場合であっても、突起部１３１Ｃを介して、変形部１３１Ａを一様に湾曲変形させて、当該湾曲変形によって押圧力を検出することができる。したがって、一実施形態に係る入力装置１０によれば、操作パネル１１０の傾きによるばらつきを抑制しつつ、操作パネル１１０に対する押圧力を高精度に検出することができる。
また、一実施形態に係る入力装置１０によれば、圧力検出素子１３２の実装位置を一か所（レバー部１３１）に集約できるため、例えば、入力装置１０を組み立てる際に、圧力検出素子１３２の実装作業を容易化することができる。
また、一実施形態に係る入力装置１０によれば、１つの圧力検出素子１３２により、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力を検出することができるため、例えば、入力装置１０にかかる部品コストを削減することができる。また、例えば、複数の圧力検出素子の精度のばらつきにより、検出される押圧力にばらつきが生じる、といった事態が生じることもないため、操作パネル１１０に対する押圧力をより高精度に検出することができる。
〔変形例〕
以下、図５〜図８を参照して、一実施形態に係る入力装置１０の変形例について説明する。
以下、図５〜図８を参照して、一実施形態に係る入力装置１０の変形例について説明する。
（第１変形例）
図５は、一実施形態に係る入力装置１０の第１変形例を示す図である。図５に示す入力装置１０Ａは、弾性部材１５０の代わりに、金属フレーム１４０形成された板バネ１４２を有する点で、図１〜図４で説明した入力装置１０と異なる。板バネ１４２は、金属フレーム１４０の一部が上方に折り曲げられることによって形成された、板バネ状の部分である。板バネ１４２の先端部分は、レバー部１３１の突起部１３１Ｃの先端に当接しており、突起部１３１Ｃは、板バネ１４２から適度な押圧力によって、上方に押圧されている。
図５は、一実施形態に係る入力装置１０の第１変形例を示す図である。図５に示す入力装置１０Ａは、弾性部材１５０の代わりに、金属フレーム１４０形成された板バネ１４２を有する点で、図１〜図４で説明した入力装置１０と異なる。板バネ１４２は、金属フレーム１４０の一部が上方に折り曲げられることによって形成された、板バネ状の部分である。板バネ１４２の先端部分は、レバー部１３１の突起部１３１Ｃの先端に当接しており、突起部１３１Ｃは、板バネ１４２から適度な押圧力によって、上方に押圧されている。
この第１変形例の構成では、板バネ１４２により、突起部１３１Ｃの先端面と金属フレーム１４０との間の隙間を埋めることができるとともに、突起部１３１Ｃに対して、変形部１３１Ａが変形しない程度の予圧を与えることができる。また、この第１変形例の構成では、板バネ１４２により、操作パネル１１０と金属フレーム１４０との間の振動を吸収することができる。さらに、この第１変形例の構成では、板バネ１４２により、アクチュエータ１２０の振動が金属フレーム１４０に伝わることを防止することができる。
なお、図５に示すフォースセンサユニット１３０の動作は、図４に示すフォースセンサユニット１３０の動作と同様である。すなわち、図５に示すフォースセンサユニット１３０は、操作パネル１１０に対する下方への押圧操作がなされることにより、操作パネル１１０が全体的に下方に沈み込むと、突起部１３１Ｃが板バネ１４２によって上方に押し込まれ、変形部１３１Ａが上方に反りあがるように湾曲変形する。これに伴って、変形部１３１Ａの上側（図中Ｚ軸正側）の表面に設けられている圧力検出素子１３２が湾曲変形し、当該圧力検出素子１３２から、湾曲変形に応じた電圧値を示す電圧信号が、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力を示す圧力検出信号として出力される。
（第２変形例）
図６は、一実施形態に係る入力装置１０の第２変形例を示す図である。図６に示す入力装置１０Ｂは、弾性部材１５０の代わりに、レバー部１３１の側面に形成された弾性部１３１Ｄを有する点で、図１〜図４で説明した入力装置１０と異なる。弾性部１３１Ｄは、レバー部１３１（周壁部１３１Ｂ）の側面から、上方且つ外側に向って延伸するように形成され、その端部において、プリント基板１１３の下側（図中Ｚ軸負側）の表面に接続される、板バネ状の部分である。薄板状の弾性部分である。弾性部１３１Ｄは、レバー部１３１をプリント基板１１３から離間させ、且つ、レバー部１３１をプリント基板１１３との間で支持する。レバー部１３１は、弾性部１３１Ｄの弾性力によって、下方に付勢される。これにより、レバー部１３１は、突起部１３１Ｃの先端面が、金属フレーム１４０の上側（図中Ｚ軸正側）の表面に当接するとともに、突起部１３１Ｃに対し、金属フレーム１４０から適度な予圧が加えられることとなる。なお、弾性部１３１Ｄは、レバー部１３１の外周に沿って、全周に亘って連続的に形成されたものであってもよく、レバー部１３１の外周に沿って、一定の間隔を有して複数（例えば、レバー部１３１の各辺に対して１つづつ）形成されたものであってもよい。
図６は、一実施形態に係る入力装置１０の第２変形例を示す図である。図６に示す入力装置１０Ｂは、弾性部材１５０の代わりに、レバー部１３１の側面に形成された弾性部１３１Ｄを有する点で、図１〜図４で説明した入力装置１０と異なる。弾性部１３１Ｄは、レバー部１３１（周壁部１３１Ｂ）の側面から、上方且つ外側に向って延伸するように形成され、その端部において、プリント基板１１３の下側（図中Ｚ軸負側）の表面に接続される、板バネ状の部分である。薄板状の弾性部分である。弾性部１３１Ｄは、レバー部１３１をプリント基板１１３から離間させ、且つ、レバー部１３１をプリント基板１１３との間で支持する。レバー部１３１は、弾性部１３１Ｄの弾性力によって、下方に付勢される。これにより、レバー部１３１は、突起部１３１Ｃの先端面が、金属フレーム１４０の上側（図中Ｚ軸正側）の表面に当接するとともに、突起部１３１Ｃに対し、金属フレーム１４０から適度な予圧が加えられることとなる。なお、弾性部１３１Ｄは、レバー部１３１の外周に沿って、全周に亘って連続的に形成されたものであってもよく、レバー部１３１の外周に沿って、一定の間隔を有して複数（例えば、レバー部１３１の各辺に対して１つづつ）形成されたものであってもよい。
この第２変形例の構成では、弾性部１３１Ｄの弾性力により、突起部１３１Ｃの先端面と金属フレーム１４０との間の隙間を埋めることができるとともに、突起部１３１Ｃに対して、変形部１３１Ａが変形しない程度の予圧を与えることができる。また、この第２変形例の構成では、弾性部１３１Ｄにより、操作パネル１１０と金属フレーム１４０との間の振動を吸収することができる。さらに、この第２変形例の構成では、弾性部１３１Ｄにより、アクチュエータ１２０の振動が金属フレーム１４０に伝わることを防止することができる。
なお、図６に示すフォースセンサユニット１３０の動作は、図４に示すフォースセンサユニット１３０の動作と同様である。すなわち、図６に示すフォースセンサユニット１３０は、操作パネル１１０に対する下方への押圧操作がなされることにより、操作パネル１１０が全体的に下方に沈み込むと、突起部１３１Ｃが金属フレーム１４０によって上方に押し込まれ、変形部１３１Ａが上方に反りあがるように湾曲変形する。これに伴って、変形部１３１Ａの上側（図中Ｚ軸正側）の表面に設けられている圧力検出素子１３２が湾曲変形し、当該圧力検出素子１３２から、湾曲変形に応じた電圧値を示す電圧信号が、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力を示す圧力検出信号として出力される。
（第３変形例）
図７は、一実施形態に係る入力装置１０の第３変形例を示す図である。図７に示す入力装置１０Ｃは、弾性部材１５０の代わりに弾性部材１５１を有する点、および、突起部１３１Ｃの下側（図中Ｚ軸負側）の表面に凹部１３１Ｅが形成されている点で、図１〜図４で説明した入力装置１０と異なる。弾性部材１５１は、その上側（図中Ｚ軸正側）の表面に凸部１５１Ａを有する点で、弾性部材１５０と異なる。弾性部材１５１は、突起部１３１Ｃと金属フレーム１４０との間に挟持された状態において、凸部１５１Ａが突起部１３１Ｃの凹部１３１Ｅに嵌合することにより、水平方向（図中Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の位置決めがなされる。このため、第３変形例の構成では、弾性部材１５１を金属フレーム１４０に接着することなく、弾性部材１５１の位置を固定することができる。したがって、第３変形例の構成によれば、例えば、入力装置１０の組み立て時における作業工程を軽減することができる、等の効果を奏することができる。
図７は、一実施形態に係る入力装置１０の第３変形例を示す図である。図７に示す入力装置１０Ｃは、弾性部材１５０の代わりに弾性部材１５１を有する点、および、突起部１３１Ｃの下側（図中Ｚ軸負側）の表面に凹部１３１Ｅが形成されている点で、図１〜図４で説明した入力装置１０と異なる。弾性部材１５１は、その上側（図中Ｚ軸正側）の表面に凸部１５１Ａを有する点で、弾性部材１５０と異なる。弾性部材１５１は、突起部１３１Ｃと金属フレーム１４０との間に挟持された状態において、凸部１５１Ａが突起部１３１Ｃの凹部１３１Ｅに嵌合することにより、水平方向（図中Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の位置決めがなされる。このため、第３変形例の構成では、弾性部材１５１を金属フレーム１４０に接着することなく、弾性部材１５１の位置を固定することができる。したがって、第３変形例の構成によれば、例えば、入力装置１０の組み立て時における作業工程を軽減することができる、等の効果を奏することができる。
（第４変形例）
図８は、一実施形態に係る入力装置１０の第４変形例を示す図である。図８に示す入力装置１０Ｄは、フォースセンサユニット１３０の上下が反転されている点で、図１〜図４で説明した入力装置１０と異なる。すなわち、図８に示す入力装置１０Ｄにおいて、レバー部１３１は、周壁部１３１Ｂの下側（図中Ｚ軸負側）の表面において、金属フレーム１４０の上側（図中Ｚ軸正側）の表面に接着されている。また、突起部１３１Ｃは、変形部１３１Ａの上側（図中Ｚ軸正側）の表面且つ中央において、プリント基板１１３に向って、上方に突出している。また、弾性部材１５０は、突起部１３１Ｃの先端面と、プリント基板１１３との間に設けられている。また、圧力検出素子１３２は、変形部１３１Ａの下側（図中Ｚ軸負側）の表面に設けられている。
図８は、一実施形態に係る入力装置１０の第４変形例を示す図である。図８に示す入力装置１０Ｄは、フォースセンサユニット１３０の上下が反転されている点で、図１〜図４で説明した入力装置１０と異なる。すなわち、図８に示す入力装置１０Ｄにおいて、レバー部１３１は、周壁部１３１Ｂの下側（図中Ｚ軸負側）の表面において、金属フレーム１４０の上側（図中Ｚ軸正側）の表面に接着されている。また、突起部１３１Ｃは、変形部１３１Ａの上側（図中Ｚ軸正側）の表面且つ中央において、プリント基板１１３に向って、上方に突出している。また、弾性部材１５０は、突起部１３１Ｃの先端面と、プリント基板１１３との間に設けられている。また、圧力検出素子１３２は、変形部１３１Ａの下側（図中Ｚ軸負側）の表面に設けられている。
なお、図８に示すフォースセンサユニット１３０の動作は、上下方向の動作が反転されている点を除き、図４に示すフォースセンサユニット１３０の動作と同様である。すなわち、図８に示すフォースセンサユニット１３０は、操作パネル１１０に対する下方への押圧操作がなされることにより、操作パネル１１０が全体的に下方に沈み込むと、突起部１３１Ｃがプリント基板１１３によって下方に押し込まれ、変形部１３１Ａが下方に反り下がるように湾曲変形する。これに伴って、変形部１３１Ａの下側（図中Ｚ軸負側）の表面に設けられている圧力検出素子１３２が湾曲変形し、当該圧力検出素子１３２から、湾曲変形に応じた電圧値を示す電圧信号が、操作パネル１１０の操作面に対する押圧力を示す圧力検出信号として出力される。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。
例えば、上記実施形態の入力装置１０では、変形部１３１Ａの表面に対し、１つの圧力検出素子１３２を設ける構成としているが、これに限らず、例えば、変形部１３１Ａの表面に対し、２つ以上の圧力検出素子１３２を設ける構成としてもよい。
また、例えば、上記実施形態の入力装置１０では、レバー部１３１が有する突起部１３１Ｃの先端面と、金属フレーム１４０との間に、弾性部材１５０を設ける構成としているが、これに限らず、例えば、レバー部１３１が有する周壁部１３１Ｂの先端面と、プリント基板１１３との間に、弾性部材１５０を設ける構成としてもよい。
また、例えば、上記実施形態の入力装置１０では、レバー部１３１と金属フレーム１４０との間において、レバー部１３１に突起部１３１Ｃを設ける構成としているが、これに限らず、例えば、金属フレーム１４０に同様の突起部を設ける構成としてもよい。
また、例えば、上記実施形態の入力装置１０では、表示パネルを備えていない（すなわち、タッチパッドである）が、これに限らず、例えば、入力装置１０（例えば、操作パネルと金属フレーム１４０との間）に表示パネルを設ける構成（すなわち、タッチパネル）としてもよい。
また、例えば、上記実施形態の入力装置１０では、レバー部１３１が有する突起部１３１Ｃの先端面と、金属フレーム１４０との間に、弾性部材１５０を設ける構成としているが、これに限らず、例えば、弾性部材１５０を設けずに、突起部１３１Ｃの先端面が、金属フレーム１４０に直接当接する構成としてもよい。
本国際出願は、２０１７年１０月１３日に出願した日本国特許出願第２０１７−１９９８６１号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。
１０，１０Ａ〜１０Ｄ 入力装置
１１０ 操作パネル
１１１ カバーガラス
１１２ 粘着シート
１１３ プリント基板
１１４ 静電センサ
１２０ アクチュエータ
１２２ 制御回路
１２４ 緩衝部材
１３０ フォースセンサユニット（圧力検出手段）
１３１ レバー部
１３１Ａ 変形部
１３１Ｂ 周壁部
１３１Ｃ 突起部
１３１Ｄ 弾性部
１３１Ｅ 凹部
１３２ 圧力検出素子
１３５ ＦＰＣ
１４０ 金属フレーム（フレーム）
１４２ 板バネ（弾性部材）
１５０，１５１ 弾性部材
１５１Ａ 凸部
１１０ 操作パネル
１１１ カバーガラス
１１２ 粘着シート
１１３ プリント基板
１１４ 静電センサ
１２０ アクチュエータ
１２２ 制御回路
１２４ 緩衝部材
１３０ フォースセンサユニット（圧力検出手段）
１３１ レバー部
１３１Ａ 変形部
１３１Ｂ 周壁部
１３１Ｃ 突起部
１３１Ｄ 弾性部
１３１Ｅ 凹部
１３２ 圧力検出素子
１３５ ＦＰＣ
１４０ 金属フレーム（フレーム）
１４２ 板バネ（弾性部材）
１５０，１５１ 弾性部材
１５１Ａ 凸部
Claims (13)
- 操作面を有する操作パネルと、
前記操作パネルの背面側に設けられたフレームと、
前記操作パネルと前記フレームとの間に設けられ、前記操作面に対する押圧力を検出する圧力検出手段と
を備え、
前記圧力検出手段は、
前記押圧力が加わることによって変形する変形部と、
前記変形部の変形に応じた検出信号を、前記押圧力に応じた圧力検出信号として出力する圧力検出素子と
を有することを特徴とする入力装置。 - 前記押圧力に対し、前記変形部の剛性は、前記操作パネルの剛性よりも低められている
ことを特徴する請求項１に記載の入力装置。 - 前記操作パネルと前記フレームとの間において、前記操作パネルを前記フレームに対して上下方向に移動可能に支持する複数の緩衝部材をさらに備え、
前記圧力検出手段は、少なくとも一部が、前記複数の緩衝部材に囲まれた領域内に設けられている
ことを特徴する請求項１または２に記載の入力装置。 - 前記圧力検出手段は、前記複数の緩衝部材に囲まれた領域の略中央に設けられている
ことを特徴する請求項３に記載の入力装置。 - 前記圧力検出手段は、
前記押圧力が加わることによって湾曲変形する前記変形部と、
前記変形部の表面に設けられ、前記変形部とともに湾曲変形することにより、前記押圧力に応じた圧力検出信号を出力する前記圧力検出素子と
を有する
ことを特徴する請求項１から４のいずれか一項に記載の入力装置。 - 前記圧力検出手段は、
前記変形部の表面と、前記フレームまたは前記操作パネルとの間に設けられた、突起部をさらに有し、
前記変形部は、
前記突起部を介して前記押圧力が加わることによって湾曲変形する
ことを特徴とする請求項５に記載の入力装置。 - 前記圧力検出手段は、
前記変形部と、前記変形部の一方の表面に設けられた前記突起部と、前記変形部の他方の表面の周縁部に設けられた周壁部と、を有するレバー部を備え、
前記圧力検出素子は、
前記変形部の前記他方の表面における前記周壁部に囲まれた領域内に配置されている
ことを特徴とする請求項６に記載の入力装置。 - 前記突起部または前記周壁部と、前記フレームまたは前記操作パネルとの間に、弾性部材が設けられており、当該弾性部材によって、前記変形部に対する予圧がかけられている
ことを特徴とする請求項７に記載の入力装置。 - 前記弾性部材は、シート状の部材である
ことを特徴とする請求項８に記載の入力装置。 - 前記弾性部材は、前記突起部、前記周壁部、前記フレーム、または前記操作パネルに形成された凹部または凸部と嵌合する、凸部または凹部を有する
ことを特徴とする請求項９に記載の入力装置。 - 前記弾性部材は、前記フレームの一部が折り曲げられることによって形成された板バネ状の部分である
ことを特徴とする請求項８に記載の入力装置。 - 前記弾性部材は、前記レバー部の側面から外側に延伸するように形成された板バネ状の部分である
ことを特徴とする請求項８に記載の入力装置。 - 前記圧力検出手段は、
前記変形部と、前記変形部の一方の表面の周縁部に設けられた周壁部と、を有するレバー部を備え、
前記圧力検出素子は、
前記変形部の前記一方の表面における前記周壁部に囲まれた領域内に配置されており、
前記突起部は、
前記フレームまたは前記操作パネルにおいて、前記変形部の他方の表面と対向して設けられている
ことを特徴とする請求項６に記載の入力装置。
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