(57)【要約】突起状部材（６）に付与された応力の方向と大きさが、剛体に配された歪ゲージ特性値変化として感知され、当該応力の情報を入力する電子機器用情報入力装置においても特定の情報の入力があったことを情報入力者が認知できるようにする。そのためには、特定の情報の入力があったことを電子機器側からの応答により当該情報入力者の触覚（例えば指先（１３）への衝撃）、視覚又は聴覚に感知させる手段を有する。当該感知させる手段の一例は、電磁誘導による磁石の移動を利用し、当該磁石が突起部（６）内をノックし、その衝撃が入力者の触覚を刺激する手段である。
2003081413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起状部材に付与された応力に関する情報が、当該突起状部材と一体となる剛体に配された歪ゲージ特性値変化として感知され、当該応力に関する情報を入力する電子機器用情報入力装置において、
特定の情報の入力があったことを電子機器側からの応答により当該情報入力者の触覚、視覚又は聴覚に感知させる手段を有することを特徴とする電子機器用情報入力装置。
【請求項２】
突起状部材が電子機器の表示部に映し出されるカーソルを移動する操作部材であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電子機器用情報入力装置。
【請求項３】
突起状部材が電子機器への複数の命令を入力可能な多方向スイッチ用操作部材であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電子機器用情報入力装置。
【請求項４】
特定の情報の入力が突起状部材を押下する動作によりなされることを特徴とする請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の電子機器用情報入力装置。
【請求項５】
特定の情報が電子計算機用ポインティングディバイスのクリックに対応する情報である請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の電子機器用情報入力装置。
【請求項６】
突起状部材の操作による、電子機器表示部のカーソル動作の制御機能を有する電子機器用情報入力装置において、
表示部へ表示される情報入力用領域に当該カーソルが位置した場合に、情報入力者の触覚、視覚又は聴覚に感知させる手段を有することを特徴とする電子機器用情報入力装置。
【請求項７】
突起状部材が電子機器へのスイッチング操作機能を有する部材であることを特徴とする請求の範囲第６項記載の電子機器用情報入力装置。
【請求項８】
感知させる手段が、突起状部材に接触する情報入力者の人体に衝撃を与える手段であることを特徴とする請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載の電子機器用情報入力装置。
【請求項９】
感知させる手段が、電磁誘導による磁石の移動を利用し、当該磁石が突起状部材をノックしその衝撃が当該突起状部材に接触する情報入力者の触覚を刺激する手段であることを特徴とする請求の範囲第８項記載の電子機器用情報入力装置。
【請求項１０】
感知させる手段が、圧電素子への電圧印加に伴う圧電素子の変形に起因してその変形が情報入力者の触覚を刺激する手段であることを特徴とする請求の範囲第８項記載の電子機器用情報入力装置。
【請求項１１】
電子機器用情報入力装置が、無線通信技術により遠隔操作可能な、単数又は複数の電子機器を制御可能なものであることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１０項に記載の電子機器用情報入力装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、突起状部材に付与された応力の方向と大きさが、剛体に配された歪ゲージ特性値変化として感知され、当該応力の情報を入力する電子機器用情報入力装置に関するものであり、特にパーソナルコンピュータ（電子計算機）のスイッチング機能付きポインティングディバイス、携帯電話等の各種携帯電子機器の多方向スイッチに関するものである。
背景技術
突起状部材に付与された応力の方向と大きさを感知し、当該応力の情報を入力するポインティングディバイスについて、当該突起状部材を押下した際のいわゆるクリック感を発生させる技術が検討されている。例えば特開２００１−３４４０６６号公報では、図５に示すように突起部２１を押下することにより、弾性体２２の弾性作用によるクリック感を発生するポインティングディバイス２３を提案している。
上記技術は、ポインティングディバイスを構成する部材が可とう性に富んでいる場合には有効なクリック感発生技術と考えられる。しかしながら突起状部材に付与された応力の方向と大きさが、剛体に配された歪ゲージ特性値変化として感知され、当該応力の情報が入力される電子機器用情報入力装置においては、その動作の際に当該入力装置を構成する各部材の移動や変形が殆どない。従って上記弾性体等の配置ではクリック感を発生させることができない。すると当該入力装置を操作する者は、特定の情報の入力があったことを認知できないこととなり、操作性が良好でない。
そこで本発明が解決しようとする課題は、突起状部材に付与された応力に関する情報が、剛体に配された歪ゲージ特性値変化として感知され、当該応力に関する情報を入力する電子機器用情報入力装置においても特定の情報の入力があったことを情報入力者が認知できるようにすることである。
発明の開示
上記課題を解決するため本発明の第１の電子機器用情報入力装置は、突起状部材に付与された応力に関する情報（例えば応力付与があったこと、当該応力の大きさや付与の方向等）が、当該突起状部材と一体となる剛体に配された歪ゲージ特性値変化として感知され、当該応力の情報を入力する電子機器用情報入力装置において、特定の情報の入力があったことを電子機器側からの応答により当該情報入力者の触覚、視覚又は聴覚に感知させる手段を有することを特徴とする。
上記剛体は、例えばアルミナ等のセラミック材料、表面をガラスコートした金属材料、ガラス繊維混入エポキシ樹脂成形体等の繊維強化樹脂、その他これらと同程度の剛性を有する剛体である。これらの剛体は、ある程度撓むことのできる柔軟性及び多数回の撓みに対して、応力を除いたときにその形状を復元することができる剛性及び弾力性とを併せ持つ必要がある。その理由は、当該剛体及びそこに配された歪ゲージの塑性変形を防止するためである。これら例示した材料はいずれもそれらを満足し得る。塑性変形は可逆性を失った変形であり、応力を除いても復元することなく、歪みゲージ特性値を狂わせる。その結果電子機器に対して正確な情報を入力できなくなる不都合を生じさせる。そのような不都合を生じさせないことが、本発明の前提である、剛体を歪ゲージ保持部材とする利点である。
また上記歪みゲージは、抵抗素子が代表的であり、その他には圧電素子やキャパシタ素子等がある。前記抵抗素子は、スクリーン印刷技術等で形成される厚膜抵抗素子や、スパッタリング技術等で形成される薄膜抵抗素子等が挙げられる。当該抵抗素子の特性値は、抵抗値である。
上記特定の情報の入力があったことを歪ゲージ特性値変化情報として電子機器へ伝達する。当該電子機器は当該情報を受け、情報入力者の触覚、視覚又は聴覚に感知させる旨の応答をする。そしてその電子機器側の応答を受け、例えば当該応答を上記突起部６への振動・衝撃等付を与させる等の命令に変換することで、当該情報入力者への感知を可能にする（例えば図１）。ここで言う当該電子機器には、本発明の電子機器用情報入力装置自身を制御する制御部をも含むものとする。
つまり電子機器用情報入力装置の動作の際に当該入力装置を構成する各部材の移動や変形が殆どないものであっても、当該特定の情報の入力時とタイミングを異にすることなく認知するこが可能となり、本発明が解決しようとする課題が解決される。また本発明は、当該認知（感知）が特定情報を入力したことによるものであることの確実性が向上する利点もある。図５に示す従来の情報入力装置では、クリック感が得られたことが必ず特定情報の入力があった証しであることを保証できなかった。弾性体２２の物性が常に一定であるとは限らないためである。しかし本発明によると、前記「感知」させるための電子機器用情報入力装置への命令が、電子機器側によって特定情報の入力があったことを条件に発せられる。従って本発明は確実に前記認知（感知）が、特定情報を入力したことによるものであるということができるのである。
上記本発明の電子機器用情報入力装置は、突起状部材が電子機器の表示部に映し出されるカーソルを移動するもの、例えばパーソナルコンピュータのポインティングディバイス等、又は突起状部材が電子機器への複数の命令を入力可能な多方向スイッチ等の用途に好適である。前者の場合、上記特定の情報は、例えばポインティングディバイスのクリックに相当する情報であり、突起部６を押下する動作に対応させる等する。これでいわゆる「クリック感」を発生させることができる。後者の場合、ある特定の情報を確実に入力できたことを情報入力者に「スイッチング感」として伝えることができる。このことは例えば暗闇で携帯電話等の小型電子機器を操作する者にとって有益である。
また、本発明の第２の電子機器用情報入力装置は、突起状部材の操作による、電子機器表示部のカーソル動作の制御機能を有する電子機器用情報入力装置において、表示部へ表示される情報入力用領域に当該カーソルが位置した場合に、情報入力者の触覚、視覚又は聴覚に感知させる手段を有することを特徴とする。
上記本発明の第１の電子機器用情報入力装置は、突起部６に付与された応力に関する情報を対象としているのに対し、上記本発明の第２の電子機器用情報入力装置は、電子機器用情報入力装置の表示部へ表示される情報入力用領域の有無の情報を対象としている点で異なる。しかしながらこの相違は、本質的な相違ではなく、単に情報入力者へその旨を上記「感知させる」きっかけを別にするに過ぎず、その後の「感知させる」手順は共通の事項である。従って本発明の第２の電子機器用情報入力装置の動作機構は、本発明の第１の電子機器用情報入力装置のそれと略同一である。
上記本発明の第２の電子機器用情報入力装置のように、電子機器用情報入力装置の表示部へ表示される情報入力用領域の有無の情報を、情報入力者が感知できることにより、例えば突起状部材の操作によりカーソルを動作させながら、当該突起状部材によるスイッチング操作をするタイミングを把握できる。そのためカーソルを動作させる作業とスイッチング作業との双方を一連の作業ですることが可能となり、全体として作業効率の向上を図ることができる利点がある。
また上記本発明の電子機器用情報入力装置における「感知させる手段」は、例えば前述のように突起部６自身がそれに接触する情報入力者の人体に衝撃を与える手段等である。これは一般に用いられている、ポインティングディバイスであるマウスのクリック感と同程度の軽い衝撃で足りる。例えば感知させる手段が、電磁誘導による磁石の移動を利用し、当該磁石が突起状部材をノックし、その衝撃が入力者の触覚を刺激する手段（例えば図１）、あるいは圧電素子への電圧印加に伴う圧電素子の変形に起因してその変形が入力者の触覚を刺激する手段等である。また、軽い静電気を情報入力者の操作する指１３（人体）に通電することで認知させる手段も考えられる。その場合にあっては、情報入力者が不快に感じることのないよう印加電圧等の調整をすべきである。更に所定期間小型電子モータ（いわゆるマイクロモータ）により、重心の偏った錘を回転させて振動を得てそれを情報入力者に伝達する手段もある。当該小型電子モータは、例えば図２（ａ）の突起部６の中空部分１１内に挿入して配置し、電子機器用情報入力装置全体のサイズを小さく維持することもできる。
また上記「感知させる手段」は、情報入力者の触覚を刺激する手段以外にも、視覚や聴覚を刺激する手段であってもよい。例えば特定の情報を入力することにより音や光を発する等である。音の場合は、連続して聴くと情報入力する者が不快に感じやすい高音でアタックの強い電子音等の音色は避け、例えば比較的低音でアタックを抑えた音が好ましいと考えられる。例えばチェロ等の弦楽器音等である。また視覚を刺激する手段の場合は情報入力時に情報入力者の通常の視野の範囲内で実行するべきと考えられる。従って表示部を有する電子機器の場合は表示部へのその旨の表示等が当該手段として有効である。
本発明の第１又は第２の電子機器用情報入力装置は、直接電子機器に取り付けられるものであっても良いし、また有線又は無線通信技術により遠隔操作可能なブルートゥース用入力装置等の、電子機器には直接取り付けられない、単数又は複数の電子機器を制御可能な装置としてもよい。特に無線通信技術による遠隔操作では、情報入力操作等した場合であっても電波の指向性や、障害物の存在等により電子機器にその情報が届いていない場合が、有線通信（電子機器用情報入力装置が直接電子機器に取り付けられた上での有線通信を含む。）の場合に比して圧倒的に多い。従って確実に情報入力がなされたか否かを感知できる本発明の適用は、無線通信技術による電子機器用情報入力装置に特に有効である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態の一例を、パーソナルコンピュータのポインティングディバイスに本発明の情報入力装置を適用した例について以下に述べる。
まず図３に示す、ガラス繊維混入エポキシ系樹脂を主成分とする厚み０．８ｍｍ程度の積層板（絶縁基板１）を用意する。次に絶縁基板１両面に、厚み約１８μｍの導体層としての銅箔を貼付する。この両面銅張積層板である絶縁基板１は、外形が長方形のセンサ部用基板１を１単位として、それが縦横に多数連なるような回路パターン（導体５、詳細な形状は図示しない。）となるよう、且つ最終的に抵抗素子８とトリマブルチップ抵抗器１４と端子１０とが図４に示す電気接続状態となるよう、絶縁基板１表裏に亘りパターニングする。
当該パターニングの第１ステップでは、前記両面銅張積層板の表裏に亘る導電通路となるに必要な箇所を穴開け加工する。第２ステップでは前記穴開け加工したスルーホール内壁に導体５を形成し、表裏の銅箔を導通させる目的で触媒付与無電解銅めっき及び電解銅めっきをこの順に施す。第３ステップ以降は公知のドライフィルムレジストによるフォトエッチング法により、表面の導体層を一部除去する。その残部として導体５を得る。ここで図３では導体５末端から端子集合部１８までの経路の図示を省略しているが、各抵抗素子８（Ｒ１〜４）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ１〜４）により図４に示すブリッジ回路を形成する経路としている。また端子集合部１８には、端子１０（Ｖｃｃ、ＧＮＤ、Ｙｏｕｔ、Ｘｏｕｔ）が一定間隔で存在している。
次いで得られた大型の基板における上記１単位の絶縁基板１各々に対し、打抜き加工により図３に示す基板穴１６、支持用穴１２及び端子集合部１８を形成するための切欠き部を形成する。上記１単位のセンサ部用基板１について形成された４つの支持用穴１２は、略正方形の頂点位置となるよう形成され、当該正方形の対角線の交点は、後で配置する突起部６底面の輪郭の中心と略一致するものとする。
次いで樹脂系（カーボン・レジン系）の抵抗体ペーストをスクリーン印刷により図３に示すよう形成・加熱硬化させて抵抗体３とする。更に抵抗体３を保護するため、シリコーン系樹脂ペーストをスクリーン印刷し、その後当該ペーストを硬化して保護膜を形成する。これで抵抗素子８が得られる。
次いで各抵抗素子８と直列に導体５により電気接続されたトリマブルチップ抵抗器１４を、図４に示すような抵抗素子８との接続状態を実現するよう、公知の実装技術、リフロー技術により配する。またトリマブルチップ抵抗器１４は、図３に示すように、センサ部用基板１の抵抗素子８が配された面と逆の面に配した。
図４は本発明の応力センサにおける、電気信号入出力の状態の概要を示している。４組の抵抗素子とトリマブルチップ抵抗器がブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路の電圧印加端子（Ｖｃｃ）−（ＧＮＤ）間には所定の電圧が印加されている。また同図左側の抵抗素子８（Ｒ１、２）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ１、２）の抵抗値を解析することによりＹ端子（Ｙｏｕｔ）によりＹ軸方向の応力センサが構成され、更に同図右側の抵抗素子８（Ｒ３、４）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ３、４）の抵抗値を解析することによりＸ軸方向の応力センサが構成される。更には突起部６頂面を下向き（Ｚ軸方向）に押下した場合、抵抗素子８（Ｒ１〜４）のそれぞれの抵抗値全てが上昇するため、その状態を前記Ｘ軸又はＹ軸方向の応力とは区別してスイッチング（クリック）操作として検知される。
その後抵抗素子８と、それぞれの抵抗素子８と直列に電気接続されたトリマブルチップ抵抗器１４との抵抗値の和を所定範囲に調整するため、トリマブルチップ抵抗器１４に対しレーザトリミングを施す。直接抵抗素子を構成する抵抗体３に対してトリミングを施さなかった理由は、樹脂成分を有する抵抗体３、及び抵抗体３が配されている、樹脂を主成分とする絶縁基板１に対しトリミングを施すことによる抵抗値の不安定化の防止を考慮したためである。これら樹脂はレーザトリミングのように非常に高温の処理に対しては不安定な挙動を示す。
しかしエキシマレーザ等の比較的低温領域で照射時の温度調整ができるレーザ照射や、ＹＡＧレーザの照射によっても比較的安定する樹脂材料（エポキシ系等）を用いる場合にはかかるトリミングが可能である。そのような場合には、トリマブルチップ抵抗器１４を用いる場合に比べ、応力センサの構成部品を減らすことができる点で有利である。
次に突起部６について説明する。突起部６はアルミナを成形した、底面の輪郭が正方形の外観をしており、内部は図２（ａ）に示すように中空部分１１を有する、即ち筒状の構造をしている。当該中空部分１１に図１に示すコイル２と、その芯材で当該コイル２とは固定されていない棒磁石８とを挿入する。そして突起部６上面に蓋９を被せ、接着剤で固定する。コイル２の２つの端子は、絶縁基板１の配線の一部と接続されるように配置する。当該配線は電子機器本体まで伸びており、上記Ｚ軸方向への応力付与が検知されると図１に示す通電用スイッチ４が所定期間入るようにする。すると電磁誘導の作用により棒磁石８が上方に移動し、前記蓋９面に衝突して、前記Ｚ軸方向への応力付与をした情報入力者の指先１３に軽い衝撃を与え（図１（ｂ））、当該情報入力者はＺ軸方向への応力付与に対応する特定情報が入力されたことを認知することができる。上記「軽い衝撃」によって入力すべき情報に大きな狂いが生ずるような場合には、「軽い衝撃」を与える直前に情報入力の機能を停止させ、「軽い衝撃」の直後にその機能を復活させる等の制御を制御部に担わせる等で対処させることもできる。
図２（ｂ）は図２（ａ）について説明した構成とは多少異なる突起部６の構成である。図２（ｂ）の構成の場合は、突起部６の中空部分１１に挿入されるのは棒磁石８のみである。しかも当該中空部分１１は有底となっているため、一旦棒磁石８を挿入した後は、よほどのことがない限り当該棒磁石８が突起部６への挿入状態を維持できなくなることはない。その点図２（ａ）のように完全な筒状となっており、突起部６の下側から棒磁石８が出ていってしまう蓋然性がある構成に比して有利であると言える。また図２（ｂ）の構成はコイル２が突起部６の外側面に固定されるように配されている。従って上記図２（ａ）の説明におけるコイル２と絶縁基板１上の配線との接続作業が突起部６の外側で実施可能となり、当該接続作業の作業性向上が図２（ａ）の構成に比して期待できる。この点も図２（ｂ）の構成が図２（ａ）に比した有利な点であると言える。その他の構成や動作状態については図２（ａ）と異なるところはない。
このような図２に示した突起部６を、各々の１単位の絶縁基板１に、突起部６底面が絶縁基板１の抵抗素子８が配された面とは逆の面に当接するよう、且つその底面の中心が各１単位の絶縁基板１の中心と実質的に一致するようエポキシ系接着剤で固定する。これで本発明の情報入力装置を得ることができる。
上記コイル２に用いられる金属線には、フレキシブルシート状の配線部材を用いることで、嵩張りを低減でき、本発明の電子機器用情報入力装置の大型化を抑えることができる上に、上記コイル２の取り付け作業を容易にすることができる。フレキシブルシート状の配線部材は、非常に細い又は薄い金属線を、隣接する当該金属線同士の接触を避けるよう樹脂被覆し、所望の形状に一体化したものであり、金属線として取り扱うのに比べて非常に取り扱い性に優れるからである。
本例以外の「感知させる手段」は、例えば圧電素子への電圧印加に伴う圧電素子の変形に起因してその変形が入力者の触覚を刺激する手段等である。当該手段は、電気接続の単純さ、構成部材の少なさなどの点で有利である。
また本例ではパーソナルコンピュータのスイッチング機能付きポインティングディバイスに本発明を適用したが、このような用途に限られない。前述のような多方向スイッチ等にも適用できる。そのための情報入力装置は本例と同様の構成で足りる。但しその制御部を多方向スイッチ用のものとすることが必要である。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明により、突起状部材に付与された応力の方向と大きさが、剛体に配された歪ゲージ特性値変化として感知され、当該応力の情報を入力する電子機器用情報入力装置においても特定の情報の入力があったことを情報入力者が認知できるようにすることができた。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の情報入力装置の動作の一例の概要を示す図である。図２は、図１の動作が可能な本発明にかかる突起部の構造の概要を示す図である。図３は、本発明の情報入力装置の全体構成の一例の概略図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は上面図を示す。図４は、本発明の情報入力装置における、電気信号入出力の状態の概要の一例を示す図である。図５は、従来の情報入力装置の構成の概要を示す図である。これらの図面に付した符号は、１…絶縁基板、２…コイル、３…抵抗体、４…通電用スイッチ、５…導体、６…突起部、７…棒磁石、８…抵抗素子、９…蓋、１０…端子、１１…中空部分、１２…支持用穴、１３…指、１４…トリマブルチップ抵抗器、１６…基板穴、１８…端子集合部、２１…突起部、２２…弾性体、２３…情報入力装置、である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2003081413.tif 000008
2003081413.tif 000009