(57)【要約】【課題】操作パッドの操作方向の自由度を向上させ、触れるだけで操作でき、しかも、設計の自由度を向上させることのできる静電容量型入力デバイスを提供する。【解決手段】表面に複数の電極２を備えた携帯電話の回路基板１と、回路基板１に接着されてその表面の複数の電極２を覆う誘電操作パッド１０とを備え、誘電操作パッド１０を絶縁性の成形材料により変形可能に成形し、誘電操作パッド１０に指が接触した場合に生じる静電容量の変化を検出することにより、入力デバイスとして機能する静電容量型入力デバイスで、誘電操作パッド１０は、表面が指に接触される操作部１１と、操作部１１の周縁から回路基板１の表面方向に伸びる伸長部１２とを備えて４以上の比誘電率を有し、操作部１１の裏面に、複数の電極２の一部に間隔をおいて接離可能に対向する複数の突出部１５を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の電極を備えた回路基板と、この回路基板に取り付けられてその表面の複数の電極を覆う誘電操作パッドとを備え、この誘電操作パッドを絶縁性の成形材料により変形可能に成形し、誘電操作パッドに導電体が接触した場合に生じる静電容量の変化を検出することにより、入力デバイスとして機能する静電容量型入力デバイスであって、
誘電操作パッドは、表面が導電体に接触される操作部と、この操作部から回路基板の表面方向に伸びる伸長部とを含んで高い比誘電率を有し、操作部の裏面に、複数の電極の一部に間隔をおいて接離可能に対向する複数の突出部を形成し、
複数の電極の一部と導電体との距離の変化、及び複数の電極の一部に接触して変形した突出部の接触面積の変化による静電容量の変化を検出し、この静電容量の変化に基づいて導電体の押し込み量を検出するようにしたことを特徴とする静電容量型入力デバイス。
【請求項２】
回路基板の複数の電極は、回路基板の表面に配列されて誘電操作パッドの複数の突出部と対向する複数の第一電極を備え、この第一電極と導電体との間の距離の短縮、及び第一電極に接触して変形した突出部の接触面積の拡大による静電容量の変化を検出し、この静電容量の変化により、導電体の押し込み量を検出するようにした請求項１記載の静電容量型入力デバイス。
【請求項３】
回路基板の複数の電極は、複数の第一電極の外側に位置する第二電極を備え、
誘電操作パッドの伸長部に、回路基板の表面と第二電極に接触する接触片を形成し、誘電操作パッドの操作部に導電体が接触した場合に、第二電極と導電体との間にコンデンサを形成して導電体の接触を検出するようにした請求項２記載の静電容量型入力デバイス。
【請求項４】
誘電操作パッドを、シリコーンゴムに少なくとも酸化亜鉛が配合されて比誘電率が４以上の成形材料より成形した請求項１、２、又は３記載の静電容量型入力デバイス。
【請求項５】
誘電操作パッドの突出部の少なくとも先端を、電極に圧接変形する略半球面に形成した請求項１ないし４いずれかに記載の静電容量型入力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や自動車の操作スイッチ等に利用される静電容量型入力デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の携帯電話は、図示しないが、筐体の操作面に各種の操作キーと操作パッドとが複数配設され、これら操作キーや操作パッドの選択的な操作により、電話の送受信機能、メールの送受信機能、カメラの撮像機能等の所定の機能を実現する（特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
操作パッドは、一般的にはカーソルキーと呼ばれ、硬質の成形材料を使用して平面円形や十字形等に形成されるとともに、中央部にセンターキーが一体形成されており、筐体に支持されて前後左右の四方向に揺動する。このような操作パッドは、前後左右の任意の方向に強く押圧して揺動操作されることにより、携帯電話の表示画面に表示されたメインメニューから所定のメニュー項目を選択し、センターキーが強く押圧して決定操作されることにより、選択されたメニュー項目の機能を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８‐２２２０７０号公報
【特許文献２】特公表２００１‐５０３５８６号公報
【特許文献３】特開平６‐３０９９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来における携帯電話は、以上のように筐体に硬質の厚い操作パッドが機械的な可動部として単に支持されるに止まるので、操作パッドの操作方向に制限がある。また、操作パッドに軽く触れるだけでは操作できず、選択した機能を確実に実現することができないので、操作性や設計の自由度の点で問題がある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたもので、操作パッドの操作方向の自由度を向上させ、触れるだけで操作することができ、しかも、設計の自由度を向上させることのできる静電容量型入力デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては上記課題を解決するため、表面に複数の電極を備えた回路基板と、この回路基板に取り付けられてその表面の複数の電極を覆う誘電操作パッドとを備え、この誘電操作パッドを絶縁性の成形材料により変形可能に成形し、誘電操作パッドに導電体が接触した場合に生じる静電容量の変化を検出することにより、入力デバイスとして機能するものであって、
誘電操作パッドは、表面が導電体に接触される操作部と、この操作部から回路基板の表面方向に伸びる伸長部とを含んで高い比誘電率を有し、操作部の裏面に、複数の電極の一部に間隔をおいて接離可能に対向する複数の突出部を形成し、
複数の電極の一部と導電体との距離の変化、及び複数の電極の一部に接触して変形した突出部の接触面積の変化による静電容量の変化を検出し、この静電容量の変化に基づいて導電体の押し込み量を検出するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
なお、回路基板の複数の電極は、回路基板の表面に配列されて誘電操作パッドの複数の突出部と対向する複数の第一電極を備え、この第一電極と導電体との間の距離の短縮、及び第一電極に接触して変形した突出部の接触面積の拡大による静電容量の変化を検出し、この静電容量の変化により、導電体の押し込み量を検出することができる。
【０００９】
また、回路基板の複数の電極は、複数の第一電極の外側に位置する第二電極を備え、
誘電操作パッドの伸長部に、回路基板の表面と第二電極に接触する接触片を形成し、誘電操作パッドの操作部に導電体が接触した場合に、第二電極と導電体との間にコンデンサを形成して導電体の接触を検出することができる。
【００１０】
また、誘電操作パッドを、シリコーンゴムに少なくとも酸化亜鉛が配合されて比誘電率が４以上の成形材料より成形することが可能である。
さらに、誘電操作パッドの突出部の少なくとも先端を、電極に圧接変形する略半球面に形成することも可能である。
【００１１】
ここで、特許請求の範囲における複数の電極の第二電極は、単数複数を特に問うものではない。また、誘電操作パッドの操作部は、平面円形、楕円形、矩形、多角形等に適宜形成することができる。この誘電操作パッドの突出部は、例えば円柱形、半球形、半楕球形等に形成することができる。本発明に係る静電容量型入力デバイスは、少なくとも携帯電話等のモバイル機器、コンピュータ機器、ゲーム機器、家電機器、自動車の操作スイッチ等として利用することができる。
【００１２】
本発明によれば、静電容量型入力デバイスを携帯機器や車載装置の入力デバイスとして使用する場合には、誘電操作パッドの操作部に導電体を接触させ、押圧して操作すれば良い。
すると、回路基板の複数の電極の一部に操作部の突出部が接触して電極の一部と導電体との間にコンデンサを形成する。このコンデンサは、電極の一部と導電体間の距離の変化、及び電極の一部に接触した突出部の面積の変化により静電容量が変化し、この静電容量の変化により、操作時の導電体の押し込み量が読み取られる。このような静電容量の変化により、携帯機器や車載装置の所定の機能を実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、操作パッドの操作方向の自由度を向上させ、しかも、触れるだけで操作することができるので、操作性が向上するという効果がある。また、耐久性や設計の自由度を確保することができる。
【００１４】
また、誘電操作パッドを、シリコーンゴムに少なくとも酸化亜鉛が配合されて比誘電率が４以上の成形材料より成形すれば、大きな静電容量を獲得したり、抵抗値のバラツキを抑制することができる。
さらに、誘電操作パッドの突出部の少なくとも先端を、電極に圧接変形する略球面に形成すれば、簡易な構成で突出部と電極との接触面積を増大させ、大きな静電容量を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る静電容量型入力デバイスの実施形態を模式的に示す一部切り欠き斜視説明図である。
【図２】本発明に係る静電容量型入力デバイスの実施形態における誘電操作パッドを模式的に示す斜視説明図である。
【図３】本発明に係る静電容量型入力デバイスの実施形態における誘電操作パッドの裏面側を模式的に示す斜視説明図である。
【図４】本発明に係る静電容量型入力デバイスの実施形態における誘電操作パッドを模式的に示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明すると、本実施形態における静電容量型入力デバイスは、図１ないし図４に示すように、複数の電極２を備えた携帯電話の回路基板１と、この回路基板１に接着されてその複数の電極２を覆う操作パッドである誘電操作パッド１０とを備え、この誘電操作パッド１０を絶縁性の成形材料により成形し、誘電操作パッド１０に導電体である指が接触した場合に生じる静電容量の変化を検出することにより、携帯電話の入力デバイス、具体的にはカーソルキーとして機能する。
【００１７】
回路基板１は、図１に示すように、例えば高密度フレキシブル基板、フレキシブルプリント配線板、ガラスエポキシ製の配線板、あるいはプリント配線板等からなり、表面に複数の電極２と図示しない所定の導電パターンとがエッチング法やスクリーン印刷法等によりそれぞれ形成されており、図示しないＣＰＵを含む制御装置に電気的に接続される。
【００１８】
複数の電極２は、回路基板１の表面に平面リング形に間隔をおき配列されて誘電操作パッド１０の内部に対向する複数の第一電極３と、この複数の第一電極３の外側に間隔をおいて配列される複数の第二電極４とを備え、誘電操作パッド１０や指と共にコンデンサを形成する。第一電極３は平面円形に形成され、第二電極４は平面矩形に形成される。
【００１９】
誘電操作パッド１０は、所定の成形材料により少なくとも上下前後左右方向に弾性変形可能に成形され、大容量の静電容量型入力デバイスを得る観点から、比誘電率が４以上、好ましくは７以上、より好ましくは８以上の誘電体として機能する。
【００２０】
誘電操作パッド１０の所定の成形材料としては、ウレタン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、シリコーンゴム、シリコーンゴムに少なくとも酸化亜鉛とチタン酸バリウムとが配合された成形材料等があげられるが、高誘電率を得る観点から、シリコーンゴムに少なくとも酸化亜鉛とチタン酸バリウムとが配合された成形材料（例えば、信越化学工業社製）が最適である。誘電率を高めたい場合には、酸化亜鉛とチタン酸バリウムとの配合量を適宜増加すれば良い。
【００２１】
誘電操作パッド１０は、図１ないし図４に示すように、表面が指先に接触される円板形の操作部１１と、この操作部１１の周縁から回路基板１の表面方向に伸長する円筒形の短い伸長部１２と、この伸長部１２の自由端に一体的に屈曲形成されて回路基板１の表面に接着される接触片１３とを備え、背の低い断面略ハット形に形成される。
【００２２】
操作部１１は、複数の第一電極３を覆う大きさに形成され、裏面の中心部に、先端が半球形に湾曲した突起１４が回路基板１の表面方向に突出形成されており、裏面の周縁部付近には、複数の電極２の一部、具体的には複数の第一電極３に間隔をおいて接離可能に対向する複数の突出部１５が平面リング形に並べて一体形成される。各突出部１５は、第一電極３に潰れて圧接変形する半球面に面取りして湾曲形成され、この湾曲形成により、第一電極３との接触時に接触面積が増大する。
【００２３】
誘電操作パッド１０の接触片１３は水平横方向に伸びる平坦な板形に形成されて第二電極４に常時接触するが、この接触により、操作部１１の表面に指先が接触した場合に、第二電極４と指先との間にコンデンサが形成されて指の接触を検出する。
【００２４】
上記構成において、誘電操作パッド１０を携帯電話のカーソルキーとして使用する場合には、誘電操作パッド１０の操作部１１における任意の箇所を指先で触れ、軽く押圧して操作すれば、携帯電話の表示画面に表示されたメインメニューから所定のメニュー項目を選択したり、選択されたメニュー項目の機能を実現することができる。
【００２５】
係る操作の際、操作部１１の表面に指先が触れると、回路基板１の第二電極４と誘電操作パッド１０の接触片１３とが常時接触状態にあるので、第二電極４と指との間にコンデンサが形成され、静電容量の微弱な変化により携帯電話の制御装置が指の接触を検出し、携帯電話がスリープモードから通常のノーマルモードや入力モードに復帰したり、操作キーが発光等する。
【００２６】
また、誘電操作パッド１０の操作部１１が軽く押圧操作されると、回路基板１の第一電極３に操作部１１の突出部１５が接触して第一電極３と指との間にコンデンサを形成する。このコンデンサは、第一電極３と指との間の距離の短縮、及び第一電極３に圧接した突出部１５の接触面積の拡大により静電容量が変化し、しかも、この静電容量の変化により、操作時の指の押し込み量（動作ストローク）もが適切に検出される。
【００２７】
このとき、指先の操作圧力に応じ、操作部１１の湾曲した突出部１５が潰れて圧接変形し、第一電極３と指との距離を短縮し、かつ第一電極３に対する接触面積を拡大するので、静電容量の増大が大いに期待できる。このような静電容量の変化により、携帯電話の制御装置が所定のメニュー項目を選択したり、選択されたメニュー項目の機能を実現する。
【００２８】
上記構成によれば、機械的な誘電操作パッド１０を使用するのではなく、静電容量式の変形可能な薄い誘電操作パッド１０を使用するので、誘電操作パッド１０を３６０°の全方向に操作することができ、誘電操作パッド１０の操作方向に制限が生じるのを有効に抑制防止することができる。また、誘電操作パッド１０に軽く触れるだけで指の接触を簡単に検出し、容易に操作することができるので、設計の自由度や長寿命化を図ることができる。
【００２９】
また、操作部１１の押圧操作の際の静電容量の変化を利用すれば、第一電極３に対する指の押し込み量をも有効に検出し、操作に資することができる。さらに、シリコーンゴムに少なくとも酸化亜鉛とチタン酸バリウムとが配合された成形材料を使用して誘電操作パッド１０を成形すれば、高誘電率を得るだけでなく、小型で大容量の入力デバイスを製造したり、高い検出精度を獲得したり、抵抗値や高周波、品質のバラツキ防止を図ることが可能になる。
【００３０】
なお、上記実施形態の回路基板１の複数の電極２は、銅箔製でも良いし、導電ゴム製でも良い。また、上記実施形態では断面略ハット形の誘電操作パッド１０を単に示したが、誘電操作パッド１０の操作部１１表面に金属製のキートップを設けても良いし、誘電体からなるキートップを設けても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１      回路基板
２      電極
３      第一電極（複数の電極の一部）
４      第二電極
１０    誘電操作パッド
１１    操作部
１２    伸長部
１３    接触片
１５    突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010277914.tif 000005
【図４】
2010277914.tif 000006