WO2019073812A1 - 入力装置 - Google Patents

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WO2019073812A1
WO2019073812A1 PCT/JP2018/036180 JP2018036180W WO2019073812A1 WO 2019073812 A1 WO2019073812 A1 WO 2019073812A1 JP 2018036180 W JP2018036180 W JP 2018036180W WO 2019073812 A1 WO2019073812 A1 WO 2019073812A1
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WO
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input device
operation panel
pressure detection
deformation
pressing force
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PCT/JP2018/036180
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渉 佐藤
高井　大輔
重高　寛
譲 川名
元 志方
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アルプスアルパイン株式会社
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    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to an input device.
  • an input device provided with a touch panel or a touch pad is used in various electronic devices (for example, smartphones, mobile phones, tablet terminals, notebook computers, game machines, etc.) and vehicles such as automobiles. Further, in such an input device, in response to the pressing operation on the operation surface of the touch panel or the touch pad, by generating vibration on the operation surface, feedback of the pressing operation on the operation surface is applied to the finger of the user. A technology that can be given tactilely is used.
  • force detection means provided at the four corners of the input means (touch panel)
  • an input device with a tactile function capable of giving a sense of touch to a pressing operation by detecting pressure and vibrating an input detection surface by an actuator with a vibration pattern (frequency and amplitude) according to the pressing force. It is done.
  • the input detection surface may be bent by the pressing operation.
  • the pressed position on the input detection surface is a position farther away from the force detection unit, the input detection surface is more easily bent.
  • a certain amount of pressing force is required to overcome the drag of the four force detection means, and it can be said that the deflection of the input detection surface is likely to occur also from that point. . If deflection occurs in the input detection surface, the pressing force is attenuated by the deflection, so the pressing force detected by the force detecting means becomes lower than the actual pressing force.
  • Patent Document 1 it is necessary to provide four force detection means in the input device, which complicates the device configuration and control of the input device and increases the cost of the input device. It can occur.
  • the input device is provided between an operation panel having an operation surface, a frame provided on the back side of the operation panel, the operation panel and the frame, and detects a pressing force on the operation surface.
  • the pressure detection means, and the pressure detection means outputs, as a pressure detection signal according to the pressing force, a deformation portion that deforms when the pressing force is applied, and a detection signal according to the deformation of the deformation portion And a pressure detection element.
  • an input device capable of detecting the pressing force on the operation panel with high accuracy while suppressing variation due to the pressing position of the operation panel with a relatively simple configuration.
  • 1 is an external perspective view of an input device according to an embodiment. It is an exploded perspective view showing the composition of the input device concerning one embodiment. It is a top view of a force sensor unit. It is a front view of a force sensor unit. It is a bottom view of a force sensor unit. The state of the force sensor unit when no pressing force is applied to the operation surface of the operation panel is shown. The state of the force sensor unit when a pressing force is applied to the operation surface of the operation panel is shown. It is a figure which shows the 1st modification of the input device which concerns on one Embodiment. It is a figure showing the 2nd modification of the input device concerning one embodiment. It is a figure which shows the 3rd modification of the input device which concerns on one Embodiment. It is a figure which shows the 4th modification of the input device which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an input device 10 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the input device 10 according to an embodiment.
  • the Z-axis direction (the thickness direction of the input device 10) in the figure is the vertical direction
  • the X-axis direction (the longitudinal direction of the input device 10) in the figure is the lateral direction.
  • the axial direction (the lateral direction of the input device 10) is taken as the vertical direction.
  • the input device 10 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is an input device called a so-called “touch pad”, and various target devices (for example, a smartphone, a mobile phone, a tablet terminal, a digital video camera, a notebook computer, a game machine, an in-vehicle system) Etc.).
  • the input device 10 includes an operation panel 110, and receives an input of the touch operation by a user's finger on the operation surface of the operation panel 110 (a movement operation, a pressing operation, etc.). It is possible.
  • the input device 10 includes an actuator 120, and the actuator 120 vibrates the operation surface of the operation panel 110 according to the contact operation (press operation) of the user, thereby providing feedback of the contact operation. It can be tactilely applied to the user's finger.
  • the input device 10 has a laminated structure in which a cover glass 111, an adhesive sheet 112, a printed board 113, and a metal frame 140 are laminated in order from the operation surface side (Z axis positive side in the drawing). Have.
  • the cover glass 111, the adhesive sheet 112, and the printed circuit board 113 constitute the operation panel 110 described above.
  • Each of the cover glass 111, the adhesive sheet 112, and the printed circuit board 113 has a substantially horizontally long rectangular shape in a plan view.
  • a projected capacitive type touch panel is used as the operation panel 110, but the present invention is not limited to this, and other types (for example, surface type capacitive type, resistive film type, infrared scanning type, An ultrasonic surface acoustic wave method or the like) touch panel may be used.
  • the cover glass 111 is a thin flat member made of a relatively hard and transparent material.
  • the cover glass 111 is provided on the foremost surface of the operation panel 110 in order to mainly protect the upper surface (the Z-axis positive side in the drawing) of the printed circuit board 113. That is, the upper surface (the Z-axis positive side in the drawing) of the cover glass 111 is the operation surface of the operation panel 110.
  • the cover glass 111 for example, a glass plate, a resin plate or the like can be used.
  • the adhesive sheet 112 is a thin sheet-like member made of a material having transparency and adhesiveness.
  • the adhesive sheet 112 is disposed between the cover glass 111 and the printed circuit board 113, and bonds the cover glass 111 and the printed circuit board 113 to each other.
  • the printed circuit board 113 is a thin plate-like member made of a relatively hard material.
  • An electrostatic sensor 114 is provided on the upper surface (the Z-axis positive side in the figure) of the printed circuit board 113.
  • the electrostatic sensor 114 detects the contact position of the user's finger on the operation surface of the operation panel 110, and outputs a position detection signal indicating the contact position.
  • the electrostatic sensor 114 detects the capacitance of each coordinate on the operation surface of the operation panel 110, and outputs information indicating the capacitance of each coordinate as a position detection signal.
  • the electrostatic sensor 114 is configured such that a thin-film electrode pattern (electrode pattern in the X-axis direction and electrode pattern in the Y-axis direction) is provided on the upper surface (the Z-axis positive side in the figure) of the printed substrate 113 There is.
  • the electrode pattern for example, one formed of ITO (Indium Tin Oxide), a metal film (for example, silver, copper, a composite material of aluminum and molybdenum) or the like can be used.
  • An actuator 120 and a control circuit 122 are provided on the surface on the lower side (the Z-axis negative side in the drawing) of the printed circuit board 113.
  • the actuator 120 generates a vibration on the operation surface of the operation panel 110. Specifically, the actuator 120 vibrates by being driven by the control circuit 122 and transmits the vibration to the operation surface of the operation panel 110 to generate vibration on the operation surface of the operation panel 110.
  • the actuator 120 for example, an electrostatic actuator, a piezoelectric actuator, an electromagnetic actuator or the like can be used.
  • the input device 10 according to the present embodiment is provided with two actuators 120. However, the present invention is not limited to this. One or three or more actuators 120 may be provided for the input device 10.
  • the control circuit 122 controls input / output of various signals (for example, position detection signal, pressure detection signal, vibration control signal, etc.) with an external device.
  • the control circuit 122 also controls the vibration of the actuator 120.
  • the control circuit 122 outputs a drive signal to the actuator 120 to cause the actuator 120 to generate vibration.
  • the control circuit 122 can also control the vibration of the actuator 120 based on a vibration control signal input from an external device.
  • an IC Integrated Circuit
  • the metal frame 140 is a flat member provided on the back side (the Z-axis negative side in the drawing) of the operation panel 110 and formed by processing a thin metal plate.
  • the metal frame 140 has a generally horizontally long rectangular shape in plan view.
  • the metal frame 140 is a member for fixedly supporting the printed circuit board 113 in a state where the operation panel 110 is stacked on the upper surface (the Z-axis positive side in the drawing).
  • the input device 10 is fixed to the target electronic device in the metal frame 140 by fixing means such as screws.
  • a buffer member 124 and a force sensor unit 130 are provided between the printed circuit board 113 in the lowermost layer of the operation panel 110 and the metal frame 140.
  • the buffer member 124 is bonded to both the printed circuit board 113 and the metal frame 140 between the printed circuit board 113 and the metal frame 140.
  • the buffer member 124 is a member that enables the movement of the operation panel 110 in the vertical direction by expanding and contracting in the vertical direction in response to the load being applied from the operation panel 110. For example, when the operation panel 110 is pressed, the buffer member 124 shrinks in the vertical direction, and the operation panel 110 sinks downward. Then, when the operation panel 110 is released from the pressure, the buffer member 124 extends in the vertical direction by the repulsive force, whereby the operation panel 110 moves upward, and the operation panel 110 returns to the original position. In the example shown in FIG.
  • two buffer members 124 are provided side by side along the edges.
  • an elastic sheet made of an elastic material such as rubber, resin, or silicon is used as the buffer member 124.
  • the present invention is not limited to this, and various springs may be used as the buffer member 124. it can. Further, the material, shape, arrangement position and arrangement number of the buffer member 124 are not limited to those shown in FIG.
  • the force sensor unit 130 is an example of the “pressure detection unit”.
  • the force sensor unit 130 detects a pressure on the operation surface of the operation panel 110, and outputs a pressure detection signal indicating a voltage value corresponding to the pressure.
  • the pressure detection signal output from the force sensor unit 130 is input to the control circuit 122 via a flexible printed circuit (FPC) 135 and a wiring formed on the printed circuit board 113.
  • FPC flexible printed circuit
  • the force sensor unit 130 is provided substantially at the center of the area surrounded by the plurality of buffer members 124 in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction in the drawing) of the input device 10, It may be provided at a position other than this.
  • the force sensor unit 130 be provided at least in an area surrounded by the plurality of buffer members 124.
  • the force sensor unit 130 is provided outside the area surrounded by the plurality of buffer members 124, the pressing force applied to the operation panel 110 is affected by the drag of the plurality of buffer members 124. There is a possibility that it may change before being transmitted to the force sensor unit 130. Therefore, by providing the force sensor unit 130 in the area surrounded by the plurality of buffer members 124, such a change in pressing force can be suppressed, and the pressing force applied to the operation panel 110 can be made higher. The accuracy can be detected.
  • each component in the input device 10 of the present embodiment is as follows. It should be noted here that although the input device 10 as a whole is thin (approximately 3.6 mm), the cover glass 111 is made of a relatively hard material and has an appropriate thickness, thereby making the operation panel The point is that the rigidity of the control panel 110 is enhanced to make it difficult for the control panel 110 to be deformed by the pressing operation.
  • ⁇ Cover Glass 111> Material: Glass Thickness: 1.1 mm ⁇ Adhesive sheet 112> Material (base material): PET (polyethylene terephtalate) Material (adhesive): Acrylic Thickness: 0.2 mm ⁇ Printed circuit board 113 (including electrostatic sensor 114)> Material: FR-4 (Flame Retardant type 4) Thickness: 0.5 mm ⁇ Force sensor unit 130> Material (lever portion 131): PPE (polyphenylene ether) Material (pressure detection element 132): carbon material (FPC 135): polyimide thickness (entire lever portion 131): 1.0 mm ⁇ Buffer member 124> Material: Silicone rubber Thickness: 0.8 mm ⁇ Elastic member 150> Material: Silicone rubber Thickness: 0.4 mm ⁇ Metal frame 140> Material: SUS304 or SUS430 Board thickness: 0.5 mm
  • FIG. 3 is a view showing the configuration of a force sensor unit 130 provided in the input device 10 according to an embodiment.
  • FIG. 3A is a plan view of the force sensor unit 130.
  • FIG. 3B is a front view of the force sensor unit 130.
  • FIG. 3C is a bottom view of the force sensor unit 130.
  • the force sensor unit 130 includes a lever portion 131 and a pressure detection element 132.
  • the lever portion 131 is a member made of a resin material.
  • the lever portion 131 is configured to include a deformation portion 131A, a peripheral wall portion 131B, and a projection portion 131C.
  • the deformed portion 131A is a horizontal and thin flat portion.
  • the deforming portion 131A is a portion that can be bent and deformed by the pressing force on the operation panel 110 being applied via the protrusion 131C.
  • the rigidity of the deformable portion 131A is designed to be lower than the rigidity of the operation panel 110 with respect to the pressure applied to the operation surface of the operation panel 110.
  • the deformable portion 131A uses a material (resin) softer than the cover glass 111, and has a smaller thickness than the cover glass 111.
  • the deformation portion 131A and the pressure detection element 132 are curved before the operation panel 110 is deformed even when the operation panel 110 is pressed at any position. It deforms and the pressing force can be detected by the curved deformation. With this configuration, it is possible to suppress that the pressure applied to the operation surface of the operation panel 110 is attenuated by the deformation of the operation panel 110, so that the pressure can be detected with higher accuracy.
  • the peripheral wall portion 131B is a portion that protrudes upward toward the printed circuit board 113 at the peripheral edge portion of the surface on the upper side (the Z-axis positive side in the drawing) of the deformation portion 131A.
  • the peripheral wall portion 131B separates the deformation portion 131A from the printed circuit board 113, and supports the peripheral portion of the deformation portion 131A with the printed circuit board 113.
  • the peripheral wall portion 131B enables the pressure detection element 132 to be disposed between the deformation portion 131A and the printed circuit board 113 while supporting the deformation portion 131A (a portion surrounded by the peripheral wall portion 131B) so as to be curved and deformable.
  • the space which allows the deformation of the deformation portion 131A and the pressure detection element 132 is formed.
  • the surface on the upper side (the Z axis positive side in the figure) of the peripheral wall portion 131B is bonded to the surface on the lower side (the Z axis negative side in the figure) of the printed circuit board 113.
  • the peripheral wall portion 131 ⁇ / b> B is designed to be higher in rigidity than the deformation portion 131 ⁇ / b> A with respect to the pressing force on the operation surface of the operation panel 110.
  • the force sensor unit 130 causes the deformation portion 131A (a portion surrounded by the peripheral wall portion 131B) to be curved and deformed without deforming the peripheral wall portion 131B.
  • the peripheral wall portion 131B is continuously provided on the peripheral edge portion of the upper surface of the deformation portion 131A, but not limited to this, the peripheral wall portion 131B is intermittently connected to the peripheral edge portion May be provided.
  • the protrusion 131C is a portion that protrudes downward toward the metal frame 140 at the surface and center of the lower side (the Z-axis negative side in the figure) of the deformation portion 131A.
  • the protrusion 131C bends and deforms the deformable portion 131A by transmitting the pressing force to the deformable portion 131A.
  • the shape of the protrusion 131C is cylindrical, but the shape of the protrusion 131C may be other than this.
  • the contact of the protrusion 131C may be made closer to point contact by reducing the tip area of the protrusion or making the tip surface of the protrusion curved.
  • the projection part 131C is integrally formed with the deformation part 131A, it is not limited to this, and the projection part 131C may be a member different from the deformation part 131A. .
  • the pressure detection element 132 is provided in the area surrounded by the peripheral wall portion 131B on the surface above the deformation portion 131A of the lever portion 131 (the Z-axis positive side in the drawing).
  • the pressure detection element 132 is bonded to the surface on the upper side (the Z axis positive side in the figure) of the deformation portion 131A.
  • the pressure detection element 132 bends and deforms together with the deformation portion 131A.
  • the pressure detection element 132 changes its resistance value according to the amount of bending deformation. For example, in the configuration shown in FIG.
  • the pressure detection element 132 is bent and deformed in the extending direction, so that the resistance value is increased according to the amount of deformation.
  • the pressure detection element 132 outputs a voltage signal indicating a voltage value corresponding to the resistance value as a pressure detection signal indicating a pressing force on the operation surface of the operation panel 110.
  • a resistance type strain sensor is used in which conductive particles are dispersed in a binder, and resistance changes due to change in distance between the conductive particles due to compression or elongation due to bending deformation.
  • the pressure detection element 132 is not limited to this, and for example, a piezoelectric (piezo) sensor, a piezoresistive sensor, or the like can be used.
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation of the force sensor unit 130 provided in the input device 10 according to an embodiment.
  • FIG. 4A shows the state of force sensor unit 130 when no pressing force is applied to the operation surface of operation panel 110.
  • FIG. 4B shows the state of force sensor unit 130 when a pressing force is applied to the operation surface of operation panel 110.
  • the force sensor unit 130 is disposed between the printed circuit board 113 and the metal frame 140 such that the protrusion 131C is on the lower side (the Z-axis negative side in the figure). Further, an elastic member 150 is disposed between the protrusion 131 C of the force sensor unit 130 and the metal frame 140.
  • a sheet-like member made of an elastic material for example, rubber, resin, silicon or the like. In a state where the elastic member 150 is held between the tip end surface of the protrusion 131C and the metal frame 140, the elastic force of the elastic member 150 prevents the deformation portion 131A from bending and deforming the protrusion 131C and the deformation portion 131A.
  • Preload can be given.
  • the force sensor unit 130 can detect the pressure.
  • the elastic member 150 can absorb the vibration between the operation panel 110 and the metal frame 140 due to its elasticity. Thereby, the elastic member 150 can prevent the erroneous detection of the pressure detection element 132 due to the vibration or the impact applied to the metal frame 140. Further, since the elastic member 150 can prevent the vibration of the actuator 120 from escaping to the metal frame 140, the vibration force of the actuator 120 can be prevented from being reduced.
  • the force sensor unit 130 is pressed downward with respect to the operation panel 110, and the projection 131C is moved upward by the metal frame 140 when the operation panel 110 entirely sinks downward. Pushed into. As a result, the protrusion 131C presses the deformable portion 131A of the lever portion 131 upward.
  • the lever portion 131 is designed such that the rigidity of the deformation portion 131A is relatively weak, and the rigidity of the peripheral wall portion 131B provided around the deformation portion 131A is relatively high. For this reason, the lever portion 131 pressed by the projection portion 131C is bent and deformed so that the deformed portion 131A is bent upward without the peripheral wall portion 131B being deformed.
  • the pressure detection element 132 provided on the surface of the upper side (the Z-axis positive side in the figure) of the deformation portion 131A is bent and deformed, and the pressure detection element 132 indicates a voltage value according to the bending deformation.
  • the voltage signal is output as a pressure detection signal indicating the pressure on the operation surface of the operation panel 110.
  • the input device 10 focuses pressure on the operation panel 110 at one point with respect to the protrusion 131C of the lever 131, and detects pressure together with the deformation 131A of the lever 131.
  • a configuration is employed in which pressing force on the operation panel 110 is detected by bending and deforming the element 132. Therefore, according to the input device 10 according to the embodiment, even when the operation panel 110 is pressed at any position, the deformation portion 131A is uniformly curved and deformed by the pressing force, and the input portion 10 The pressing force can be reliably transmitted to the pressure detection element 132. Therefore, according to the input device 10 according to an embodiment, the pressing force on the operation panel 110 can be detected with high accuracy while suppressing the variation due to the pressing position of the operation panel 110 with a relatively simple configuration.
  • the rigidity of the deformation portion 131A is lower than the rigidity of the operation panel 110 with respect to the pressing force on the operation surface of the operation panel 110. Therefore, according to the input device 10 according to the embodiment, when the operation panel 110 is pressed, the deformation portion 131A is bent and deformed before the operation panel 110 is deformed, and the pressing is performed by the bending deformation. The pressure can be detected. Therefore, according to the input device 10 according to the embodiment, the pressure on the operation surface of the operation panel 110 can be suppressed from being attenuated by the deformation of the operation panel 110, so the pressure on the operation panel 110 can be made higher. The accuracy can be detected.
  • the input device 10 even when the operation panel 110 is pressed in an inclined state, the deformation portion 131A is uniformly curved and deformed via the projection portion 131C, The pressing force can be detected by the bending deformation. Therefore, according to the input device 10 according to the embodiment, it is possible to detect the pressing force on the operation panel 110 with high accuracy while suppressing the variation due to the inclination of the operation panel 110.
  • the mounting positions of the pressure detection element 132 can be concentrated in one place (the lever portion 131), for example, when assembling the input device 10, the pressure detection element 132 Implementation can be facilitated.
  • the pressing force on the operation surface of the operation panel 110 can be detected by one pressure detection element 132.
  • the component cost of the input device 10 is reduced. can do.
  • FIG. 5 is a view showing a first modified example of the input device 10 according to an embodiment.
  • the input device 10A shown in FIG. 5 differs from the input device 10 described in FIGS. 1 to 4 in that the input device 10A shown in FIG. 5 has a leaf spring 142 formed with a metal frame 140 instead of the elastic member 150.
  • the leaf spring 142 is a leaf spring-like portion formed by bending a part of the metal frame 140 upward.
  • the tip end portion of the plate spring 142 is in contact with the tip end of the protrusion 131C of the lever portion 131, and the protrusion 131C is pressed upward by a suitable pressing force from the plate spring 142.
  • the flat spring 142 can fill the gap between the tip end surface of the protrusion 131C and the metal frame 140, and the deformation portion 131A is not deformed with respect to the protrusion 131C. Can be given a preload. Further, in the configuration of the first modified example, vibration between the operation panel 110 and the metal frame 140 can be absorbed by the plate spring 142. Furthermore, in the configuration of the first modification, the plate spring 142 can prevent the vibration of the actuator 120 from being transmitted to the metal frame 140.
  • the operation of the force sensor unit 130 shown in FIG. 5 is the same as the operation of the force sensor unit 130 shown in FIG. That is, in the force sensor unit 130 shown in FIG. 5, when the operation panel 110 entirely sinks downward by the downward pressing operation on the operation panel 110, the protrusion 131 C is upwardly moved by the plate spring 142. As a result, the deformation portion 131A bends and deforms so as to warp upward. Along with this, the pressure detection element 132 provided on the surface of the upper side (the Z-axis positive side in the figure) of the deformation portion 131A is bent and deformed, and the pressure detection element 132 indicates a voltage value according to the bending deformation. The voltage signal is output as a pressure detection signal indicating the pressure on the operation surface of the operation panel 110.
  • FIG. 6 is a view showing a second modified example of the input device 10 according to an embodiment.
  • the input device 10B shown in FIG. 6 differs from the input device 10 described in FIGS. 1 to 4 in that it has an elastic portion 131D formed on the side surface of the lever portion 131 instead of the elastic member 150.
  • the elastic portion 131D is formed to extend upward and outward from the side surface of the lever portion 131 (peripheral wall portion 131B), and at its end, on the lower side (the Z-axis negative side in the figure) of the printed circuit board 113. It is a leaf spring-like part connected to the surface. It is a thin plate-like elastic part.
  • the elastic portion 131D separates the lever portion 131 from the printed circuit board 113, and supports the lever portion 131 with the printed circuit board 113.
  • the lever portion 131 is biased downward by the elastic force of the elastic portion 131D.
  • the front end surface of the protrusion 131C abuts on the surface of the upper side (the Z-axis positive side in the figure) of the metal frame 140, and the metal frame 140 It will be added.
  • the elastic portion 131D may be formed continuously along the entire outer periphery of the lever portion 131, and may have a predetermined interval along the outer periphery of the lever portion 131. A plurality (for example, one for each side of the lever portion 131) may be formed.
  • the elastic force of the elastic portion 131D can fill the gap between the tip end surface of the protrusion 131C and the metal frame 140, and the deformation portion 131A It is possible to apply a preload that does not deform. Further, in the configuration of the second modification, the elastic portion 131D can absorb the vibration between the operation panel 110 and the metal frame 140. Furthermore, in the configuration of the second modification, the elastic portion 131D can prevent the vibration of the actuator 120 from being transmitted to the metal frame 140.
  • the operation of the force sensor unit 130 shown in FIG. 6 is the same as the operation of the force sensor unit 130 shown in FIG. That is, in the force sensor unit 130 shown in FIG. 6, when the operation panel 110 entirely sinks downward due to the downward pressing operation on the operation panel 110, the protrusion 131 C is moved upward by the metal frame 140. As a result, the deformation portion 131A bends and deforms so as to warp upward. Along with this, the pressure detection element 132 provided on the surface of the upper side (the Z-axis positive side in the figure) of the deformation portion 131A is bent and deformed, and the pressure detection element 132 indicates a voltage value according to the bending deformation. The voltage signal is output as a pressure detection signal indicating the pressure on the operation surface of the operation panel 110.
  • FIG. 7 is a diagram showing a third modified example of the input device 10 according to an embodiment.
  • the input device 10C shown in FIG. 7 has an elastic member 151 instead of the elastic member 150, and a concave portion 131E is formed on the surface on the lower side (the Z-axis negative side in the drawing) of the protrusion 131C. This differs from the input device 10 described with reference to FIGS.
  • the elastic member 151 is different from the elastic member 150 in that the elastic member 151 has a convex portion 151A on the upper surface (the Z-axis positive side in the drawing).
  • the protrusion 151A is fitted in the recess 131E of the protrusion 131C so that the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis in FIG. Orientation). Therefore, in the configuration of the third modification, the position of the elastic member 151 can be fixed without adhering the elastic member 151 to the metal frame 140. Therefore, according to the configuration of the third modification, for example, the working process at the time of assembling the input device 10 can be reduced, and the like.
  • FIG. 8 is a view showing a fourth modified example of the input device 10 according to an embodiment.
  • the input device 10D shown in FIG. 8 differs from the input device 10 described in FIGS. 1 to 4 in that the upper and lower portions of the force sensor unit 130 are reversed. That is, in the input device 10D shown in FIG. 8, the lever portion 131 is formed on the upper surface (positive side in the figure Z axis) of the metal frame 140 on the lower surface (negative side in the figure Z axis) of the peripheral wall portion 131B. It is glued.
  • the protrusion 131C protrudes upward toward the printed circuit board 113 on the surface and in the center of the upper side (the Z-axis positive side in the drawing) of the deformation portion 131A.
  • the elastic member 150 is provided between the tip end surface of the protrusion 131 C and the printed circuit board 113.
  • the pressure detection element 132 is provided on the surface of the lower side (the Z-axis negative side in the drawing) of the deformation portion 131A.
  • the operation of the force sensor unit 130 shown in FIG. 8 is the same as the operation of the force sensor unit 130 shown in FIG. 4 except that the operation in the vertical direction is reversed. That is, in the force sensor unit 130 shown in FIG. 8, when the operation panel 110 entirely sinks downward by the downward pressing operation on the operation panel 110, the protrusion 131 C is downwardly moved by the printed circuit board 113. As it is pushed in, the deformation portion 131A bends and deforms so as to warp downward.
  • the pressure detection element 132 provided on the surface on the lower side (the Z-axis negative side in the figure) of the deformation portion 131A is bent and deformed, and the pressure detection element 132 has a voltage value corresponding to the bending deformation.
  • the voltage signal shown is output as a pressure detection signal indicating the pressing force on the operation surface of the operation panel 110.
  • one pressure detection element 132 is provided on the surface of the deformation portion 131A, but the present invention is not limited to this.
  • two or more of the surfaces of the deformation portion 131A The pressure detection element 132 may be provided.
  • the elastic member 150 is provided between the metal frame 140 and the tip end surface of the protrusion 131C of the lever 131, but the present invention is not limited thereto.
  • the elastic member 150 may be provided between the printed circuit board 113 and the tip end surface of the peripheral wall portion 131B of the lever portion 131.
  • the protrusion 131C is provided on the lever 131 between the lever 131 and the metal frame 140.
  • the present invention is not limited to this. A similar protrusion may be provided.
  • the input device 10 does not include the display panel (ie, is a touch pad), but is not limited to this.
  • the input device 10 eg, an operation panel and a metal frame 140 Between the display panel and the display panel (i.e., a touch panel).
  • the elastic member 150 is provided between the metal frame 140 and the tip end surface of the protrusion 131C of the lever 131, but the present invention is not limited thereto. Instead of providing the elastic member 150, the tip end surface of the protrusion 131C may be in direct contact with the metal frame 140.

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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

入力装置
　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。
特開２００５－３３２０６３号公報
　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。
一実施形態に係る入力装置の外観斜視図である。 一実施形態に係る入力装置の構成を示す分解斜視図である。 フォースセンサユニットの平面図である。 フォースセンサユニットの正面図である。 フォースセンサユニットの底面図である。 操作パネル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の状態を示す。 操作パネル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の状態を示す。 一実施形態に係る入力装置の第１変形例を示す図である。 一実施形態に係る入力装置の第２変形例を示す図である。 一実施形態に係る入力装置の第３変形例を示す図である。 一実施形態に係る入力装置の第４変形例を示す図である。
　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
　（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。
　（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。
　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。
　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。
　（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。
　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

Claims (13)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　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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