(57)【要約】【課題】ポインティングデバイスに何らの力も加えていないのに、ディスプレイの画面上のカーソルが動いてしまう不都合をもたらす、ポインティングデバイスの抵抗体を直流電流が流れるときに生じるゆらぎ電流の増加による電流雑音を低減する。【課題】基板１２上に設けられる複数個の抵抗体１６〜１９の各々の面積を、基板１２の面積に対して、２．５％以上かつ３．５％以下となるようにする。また、基板１２がアルミナからなる場合、アルミナの純度を９０％以上かつ９３％以下とすれば、ポインティングデバイスの感度を高めることができる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上に複数個の抵抗体が形成され、かつ外周部に各前記抵抗体の各端部にそれぞれ電気的に接続される複数個の外部電極が設けられる、基板と、
前記基板の上面の一部から突出するように設けられる、操作部と、
前記基板の下面に対して所定の隙間を隔てて対向するように配置され、かつ導電性接合材によって各前記外部電極にそれぞれ電気的に接続される複数個の導電ランドを有する、基台と
を備え、
前記抵抗体の各々の面積が、前記基板の面積に対して、２．５％以上かつ３．５％以下であることを特徴とする、ポインティングデバイス。
【請求項２】
前記基板はアルミナからなり、前記アルミナの純度が９０％以上かつ９３％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のポインティングデバイス。
【請求項３】
前記外部電極は、前記基板の下面側から側面側にまで延びるＬ字状の断面または前記基板の下面側から側面上を通って上面側にまで延びるＵ字状の断面を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のポインティングデバイス。
【請求項４】
前記導電性接合材が半田である、請求項１ないし３のいずれかに記載のポインティングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポインティングデバイスに関するもので、特に、ポインティングデバイスの電流雑音を低減するための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポインティングデバイスは、その１つの典型例がポインティングスティックと呼ばれるもので、ディスプレイ上に文字や画像を表示するパーソナルコンピュータやビデオゲーム機などの情報処理機器等に適用され、ディスプレイ上にてカーソル等の位置決めおよび動作を制御するために用いられている。
【０００３】
ポインティングデバイスは、一般的に、その上に複数個の抵抗体が形成され、かつ外周部に各抵抗体の各端部にそれぞれ電気的に接続される複数個の外部電極が設けられる、基板と、基板の上面の一部から突出するように設けられる、操作部と、基板の下面に対して所定の隙間を隔てて対向するように配置され、かつ導電性接合材によって各外部電極にそれぞれ電気的に接続される複数個の導電ランドを有する、基台とを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、直流電流が抵抗回路素子を流れるときにゆらぎ電圧の増加が認められ、このゆらぎ電圧の増加は「電流雑音」または「過剰雑音」と呼ばれている。この電流雑音のため、ポインティングデバイスの操作部に力を加えていない状態でも、たとえばディスプレイの画面上のカーソルが動いてしまうという不具合が発生してしまう。
【０００５】
したがって、ポインティングデバイスにおいては、市場からは低雑音のものが求められているが、そこに設けられる抵抗体の電流雑音が比較的大きく、市場の要求に十分に応えられていないのが現状である。
【０００６】
このような電流雑音を低減するために、従来、様々な対応が採られてきたが、いずれも不十分であった。
【０００７】
まず、抵抗体の材料を低雑音のものに変更する方法があるが、現在の厚膜抵抗体材料技術では、低雑音を実現し得る材料は感度（歪みに対する抵抗値変化）が小さいという問題がある。
【０００８】
また、抵抗値調整時のレーザトリミングの条件（レーザパワー、パルス幅など）を適正化する方法がある。基板上に形成されるたとえば４個の抵抗体の各抵抗値を、互いの差が狭い範囲（たとえば±１％）内に収まるように、揃える必要があり、そのため、レーザトリミングが実施される。レーザトリミングにおいては、抵抗体にレーザによって溝加工し、それによって抵抗値を上昇させるようにして、抵抗体の各抵抗値を調整するようにしている。
【０００９】
しかしながら、上述の溝加工によって、電流雑音が増大することが確認されており、また、レーザの条件によって、その増大量が変わることも確認されている。そのため、実験で得た最適条件に基づいて、ポインティングデバイスを製造しても、市場の要求する雑音レベルには至らないことがあった。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得るポインティングデバイスを提供しようとすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は、上述の課題を解決すべく鋭意研究の結果、抵抗体の面積が電流雑音と関係していることを見出し、この発明をなすに至ったものである。
【００１２】
この発明は、その上に複数個の抵抗体が形成され、かつ外周部に各抵抗体の各端部にそれぞれ電気的に接続される複数個の外部電極が設けられる、基板と、基板の上面の一部から突出するように設けられる、操作部と、基板の下面に対して所定の隙間を隔てて対向するように配置され、かつ導電性接合材によって各外部電極にそれぞれ電気的に接続される複数個の導電ランドを有する、基台とを備える、ポインティングデバイスに向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【００１３】
すなわち、抵抗体の各々の面積が、基板の面積に対して、２．５％以上かつ３．５％以下であることを特徴としている。
【００１４】
この発明において、基板がアルミナから構成される場合、このアルミナの純度が９０％以上かつ９３％以下であることが好ましい。
【００１５】
また、この発明において、外部電極は、基板の下面側から側面側にまで延びるＬ字状の断面または基板の下面側から側面上を通って上面側にまで延びるＵ字状の断面を有することが好ましい。
【００１６】
また、外部電極と基台上の導電ランドとを電気的に接続するための導電性接合材としては、好ましくは、半田が用いられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施形態によるポインティングデバイス１１を示す正面図である。ポインティングデバイス１１は、従来のポインティングデバイスの場合と同様、大きくとらえると、基板１２と操作部１３と基台１４とを備えている。
【００１８】
図２は、基板１２の下面を示し、図３は、基板１２および操作部１３を断面で概略的に示す正面図である。
【００１９】
操作部１３は、基板１２の上面の一部から、好ましくは上面の中央部から突出するように設けられる。基板１２と操作部１３とは、たとえば接着剤により互いに固着される。
【００２０】
基板１２は、この実施形態では、正方形の板状をなしていて、たとえば、アルミナのようなセラミックから構成される。操作部１３は、たとえば、アルミナのようなセラミック、金属または樹脂などから構成される。なお、このポインティングデバイス１１は、たとえばパーソナルコンピュータなどの機器に搭載するにあたって、リフロー半田付けが適用され、それに応じた耐熱性が要求される場合には、基板１２および操作部１３は、ともにアルミナのようなセラミックから構成されることが好ましい。
【００２１】
基台１４は、基板１２の下面に対して所定の隙間１５を隔てて対向するように配置される。
【００２２】
基板１２の下面上には、複数個、たとえば４個の抵抗体１６、１７、１８および１９が形成される。これら抵抗体１６〜１９は、操作部１３を中心として９０度の角度間隔をもって配置される。この実施形態では、基板１２の対角線方向に、抵抗体１６および１８が対向し、かつ抵抗体１７および１９が対向するように配置されている。
【００２３】
また、抵抗体１６〜１９の各々の中心位置は、図２において破線で示した操作部１３の位置からわかるように、操作部１３の外周面の延長面上に位置することが好ましい。これによって、操作部１３に操作を与えたとき、抵抗体１６〜１９に最も大きい歪みを与えることができるからである。
【００２４】
抵抗体１６〜１９は、厚膜印刷技術により形成されるもので、その材料として、サーメットタイプの抵抗体ペーストまたはカーボンペーストが用いられる。これら抵抗体１６〜１９は、そこに歪みが生じたとき、その抵抗値を変化させることができる。
【００２５】
基板１２の外周部には、複数個の外部電極２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６および２７が設けられる。これら外部電極２０〜２７は、基板１２の外周部において、ほぼ等間隔に配置されている。
【００２６】
外部電極２０〜２７は、この実施形態では、所定の厚みを有する金属板から構成され、その表面には、必要に応じて、錫または金などのめっき処理が施されている。これら外部電極２０〜２７を構成する金属板は、たとえば、０．１ｍｍ程度またはそれ以上の厚みを有していることが好ましい。
【００２７】
外部電極２０〜２７は、基板１２の下面側から側面上を通って上面側にまで延びるＵ字状の断面を与えるように設けられ、したがって、外部電極２０〜２７を構成する金属板は、図３によく示されているように、Ｕ字状に折り曲げられた形状を有している。また、この実施形態では、外部電極２０〜２７の各々を構成する金属板は、互いに同じ形状を有している。
【００２８】
外部電極２０〜２７は、抵抗体１６〜１９の各々の各端部にそれぞれ電気的に接続されるものである。これらの接続のために、基板１２の下面上には、厚膜印刷技術によって形成された複数個の配線導体膜２８〜３５が設けられる。
【００２９】
より詳細には、配線導体膜２８は、抵抗体１６の一方端と外部電極２０とを接続し、配線導体膜２９は、抵抗体１６の他方端と外部電極２１とを接続し、配線導体膜３０は、抵抗体１７の一方端と外部電極２２とを接続し、配線導体膜３１は、抵抗体１７の他方端と外部電極２３とを接続し、配線導体膜３２は、抵抗体１８の一方端と外部電極２４とを接続し、配線導体膜３３は、抵抗体１８の他方端と外部電極２５とを接続し、配線導体膜３４は、抵抗体１９の一方端と外部電極２６とを接続し、配線導体膜３５は、抵抗体１９の他方端と外部電極２７とを接続している。
【００３０】
上述した抵抗体１６〜１９の各々と関連の配線導体膜２８〜３５の各々との接続状態からわかるように、抵抗体１６〜１９の各々の、関連の配線導体膜２８〜３５の各々に対する各接続端部間を結ぶ線は、基板１２の中心すなわち操作部１３の中心から放射方向に延びるようにされている。
【００３１】
外部電極２０〜２７は、それぞれ、配線導体膜２８〜３５に対して、半田付け、溶接または溶着等の方法を用いて接合されることにより、電気的に接続されるとともに、機械的に固定される。
【００３２】
上述した電気的接続および機械的固定をより信頼性の高いものとするため、図２において外部電極２０〜２７の各々の領域内に破線で図示するように、配線導体膜２８〜３５は、外部電極２０〜２７の各々を構成する金属板と基板１２との間にまで延びるように形成されることが好ましい。なお、このような配線導体膜２８〜３５の各々の終端は、基板１２の下面上に位置していても、側面上に位置していても、あるいは上面上に位置していてもよい。
【００３３】
外部電極２０〜２７を基板１２に取り付けるにあたっては、通常、外部電極２０〜２７の各々の上面部の内側に接着剤を塗布し、その状態で、外部電極２０〜２７を基板１２の外周部に嵌め込み、それによって、外部電極２０〜２７と基板１２とを仮固定しておき、次いで、外部電極２０〜２７の各々と配線導体膜２８〜３５の各々とを、半田付け、溶接または溶着等の方法を用いて接合することが行なわれる。
【００３４】
基板１２は、そこに設けられた外部電極２０〜２７の各々が基台１４上に設けられた複数個の導電ランド（図示せず。）の各々に電気的に接続されるように半田付けされ、それによって、基台１４に固定される。このとき、前述したように、基板１２の下面と基台１４との間には、所定の隙間１５が形成される。
【００３５】
より詳細には、外部電極２０〜２７の各々を構成する金属板の厚みによって、隙間１５の少なくとも一部が規定された状態で、外部電極２０〜２７の各々と基台１４上の導電ランドの各々とが、半田３６によって半田付けされる。このとき、外部電極２０〜２７の各々は、基板１２の側面側にまで延びるように設けられているので、外部電極２０〜２７の各々の側面部と導電ランドとを連結するように、半田フィレット３７が形成される。したがって、外部電極２０〜２７と導電ランドとの間での半田付けの強度を高めることができ、また、半田付け状態の適否を外観から容易に観察することができる。
【００３６】
なお、外部電極２０〜２７の各々と基台１４上の導電ランドの各々とを電気的に接続するための導電性接合材として、上述の半田３６に代えて、導電性接着剤を用いてもよい。
【００３７】
また、金属板から構成される外部電極２０〜２７は、図示の実施形態では、基板１２の下面側から側面上を通って上面側にまで延びるＵ字状の断面を有していたが、基板１２の下面側から側面側にまで延びるＬ字状の断面を有するものに置き換えられてもよい。
【００３８】
次に、以上説明したようなポインティングデバイス１１の操作方法および動作について説明する。
【００３９】
力点となる操作部１３に傾倒動作を与えると、外部電極２０〜２７のいずれかが支点となりながら、操作部１３と基板１２との交点部が作用点となり、隙間１５の存在のために撓み可能とされている基板１２が変形する。
【００４０】
この基板１２の変形に応じて、抵抗体１６〜１９のいずれかが変形して歪みが生じる。そして、抵抗体１６〜１９のうち、歪みが生じたものは、その抵抗値を変化させる。抵抗値１６〜１９のいずれが変形するかについては、操作部１３への傾倒操作の方向による。
【００４１】
たとえば、操作部１３に対する傾倒操作を抵抗体１６側に向けて行なうと、抵抗体１６が凸面となり、これに対向する抵抗体１８が凹面となるように変形する。この変形によって、抵抗体１６の抵抗値は大きくなるように変化し、他方、抵抗体１８の抵抗値は小さくなるように変化する。このとき、残りの抵抗体１７および１９については、それらを流れる電流方向に対してねじれ応力が加えられるだけであるので、無視できる程度の抵抗値変化しか生じない。
【００４２】
このようなポインティングデバイス１１は、４個の抵抗体１６〜１９によってブリッジ回路を構成するように、外部電極２０〜２７を介して配線されている。基台１４を、たとえば印刷配線板によって構成することにより、基台１４によって、上述のような配線を実現することができる。ブリッジ回路の所定の２端子間に電圧を印加しておけば、上述のように、歪みが生じた抵抗体１６および１８の抵抗値変化を他の２端子間の電圧変化として検出することができる。
【００４３】
したがって、これらの電圧を比較演算処理すれば、操作部１３が抵抗体１６側に向けて傾倒操作されたことおよびその強さを電気信号として取り出すことができる。
【００４４】
操作部１３を他の方向に向けて傾倒操作した場合にも、同様の原理に従って、その傾倒操作の方向および強さを電気信号として取り出すことができる。
【００４５】
このような構造を有するポインティングデバイス１１において、この発明の特徴的構成として、抵抗体１６〜１９の各々の面積は、基板１２の面積に対して、２．５％以上となるようにされる。なお、上述の抵抗体１６〜１９の各々の面積とは、配線導体膜２８〜３５との重なり部分を除いた面積のことである。
【００４６】
上述のように、抵抗体１６〜１９の各々の面積を、基板１２の面積の２．５％以上とすることにより、抵抗体１６〜１９における電流密度を低くすることができ、それによって、電流雑音を低減することができる。このような抵抗体１６〜１９の各々の、基板１２に対する好ましい面積比率は、実験によって求められた図４に示した結果から導き出したものである。
【００４７】
図４には、基板１２に対する抵抗体１６〜１９の各々の面積比率を、２．０％、２．４％、２．５％、２．６％および３．５％にそれぞれ変更した場合の電流雑音の平均値、最小値および最大値が折れ線グラフによって示されている。図４に示した電流雑音［ｄＢ］は、Ｑｕａｎ−Ｔｅｃｈ社製の電流雑音測定器「ＭＯＤＥＬ　３１５Ｃ」を用いて、下式によって規定される帯域幅１デケード（ｄｅｃａｄｅ）あたりのＮＩ（ｎｏｉｓｅ　ｉｎｄｅｘ）から求めたものである。
【００４８】
ＮＩ＝２０・ｌｏｇ（Ｅｅｘ／ＶＤＣ）［ｄＢ］
ただし、Ｅｅｘは帯域幅１デケードあたりの電圧［μＶ］であり、ＶＤＣは印加直流電圧［Ｖ］である。
【００４９】
前述した従来技術での問題、すなわち、電流雑音が大きく、そのためポインティングデバイスの出力電圧がふらつくために、ポインティングデバイスの操作部に力を加えていない状態でも、たとえばディスプレイの画面上のカーソルが動いてしまうという不具合が発生しないようにするためには、電流雑音を＋３．０ｄＢ以下にする必要があるとされている。
【００５０】
図４を参照すれば、電流雑音を＋３．０ｄＢ以下とするには、基板１２に対する抵抗体１６〜１９の各々の面積比率を２．５％以上とすればよいことがわかる。
【００５１】
なお、基板１２の面積に対する抵抗体１６〜１９の各々の面積比率の上限値は、３．５％とされる。このような面積比率に対する上限値を定めたのは、抵抗体１６〜１９の面積の増加に伴い、配線導体膜２８〜３５のような配線のためのスペースが大きく必要となるため、限られた面積の基板１２上において、抵抗体１６〜１９および配線導体膜２８〜３５を適正に配置できなくなるからである。
【００５２】
以上のように、基板１２の面積に対する抵抗体１６〜１９の各々の面積比率を２．５％以上かつ３．５％以下とすることにより、抵抗体１６〜１９および配線導体膜２８〜３５を適正に配置しながら、＋３．０ｄＢ以下の電流雑音に抑えることができる。
【００５３】
ポインティングデバイス１１にとって、上述したような電流雑音の低減に加えて、操作部１３に加えられる荷重による抵抗体１６〜１９での抵抗値の変化の度合い、すなわち感度を高めることも重要である。この感度を高める有効な方法の１つとして、基板１２のヤング率を低くすること、言い換えると、基板１２をより撓みやすい材料で構成することが挙げられる。
【００５４】
前述したように、基板１２は、たとえばアルミナから構成される。このように基板１２を構成するアルミナとしては、従来、その電気抵抗率等の特性を考慮して、純度９６％のものが一般に用いられている。しかしながら、アルミナのこの９６％といった純度９６％は、ポインティングデバイス１１の感度について何ら考慮したものではない。
【００５５】
そこで、ポインティングデバイス１１において、より高い感度を得ることを目的として、アルミナの純度と感度との関係を調査したところ、表１に示すような結果が得られた。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
表１では、純度を９６％、９３％および９０％にそれぞれ設定したアルミナをもって基板１２を構成した場合の、ヤング率および感度が示されている。感度は、操作部１３の先端に対して抵抗体１６側に向けて９．８Ｎの荷重を加えるように傾倒操作したときの抵抗体１６の荷重の付与前後の抵抗値の変化率を示したものである。市場では、０．２０％以上の感度が求められている。
【００５８】
表１に示すように、アルミナの純度が低くなるほど、ヤング率が低くなり、したがって、基板１２をより撓みやすくすることができる。この場合、前述した市場の要求である０．２０％以上の感度を実現するには、アルミナの純度を９３％以下にする必要があることがわかる。
【００５９】
なお、アルミナの純度を９０％未満とした場合には、基板１２において不純物が多くなり過ぎ、感度以外の信頼性または抵抗値などについて所望の特性が得られない。
【００６０】
このようなことから、アルミナの純度は、９０％以上かつ９３％以下に選ばれることが好ましい。
【００６１】
図５および図６は、この発明の第２の実施形態によるポインティングデバイス１１ａを示す、図１および図２にそれぞれ相当する図である。図５および図６において、図１および図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６２】
この第２の実施形態は、この発明が適用されるポインティングデバイスの構造については、前述した第１の実施形態のものに限らないことを示すことに意義がある。
【００６３】
第２の実施形態では、外部電極の構造にまず特徴がある。すなわち、第１の実施形態では、外部電極２０〜２７は、金属板から構成されたが、第２の実施形態では、外部電極２０〜２７は、図６に示すように、配線導体膜２８〜３５からそれぞれ一体的に延びる厚膜をもって構成されている。
【００６４】
また、このような外部電極２０〜２７が設けられた基板１２は、外部電極２０〜２７の各々が基台１４上に設けられた複数個の導電ランド（図示せず。）の各々に電気的に接続されるように半田付けされ、それによって、基台１４に固定されるが、この第２の実施形態では、上述の半田付けを達成する半田３６は、図５に示すように、比較的厚く付与され、この半田３６の厚みによって、基板１２の下面と基台１４との間に所定の隙間１５が形成されるようにされる。
【００６５】
このようなポインティングデバイス１１ａにおいても、抵抗体１６〜１９の各々の面積は、基板１２の面積に対して、２．５％以上かつ３．５％以下となるようにされ、また、基板１２を構成するためにアルミナが用いられる場合には、純度９０％以上かつ９３％以下のアルミナが用いられる。
【００６６】
なお、第２の実施形態では、図６に示すように、外部電極２０〜２７は、基板１２の下面上にのみ形成されたが、基板１２の側面上にまで延びるように形成されても、さらには上面上にまで延びるように形成されてもよい。
【００６７】
以上、この発明を、図示したいくつかの実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他、種々の変形例が可能である。
【００６８】
たとえば、基板１２は、図２または図６に示すように、その平面形状が実質的に正方形であったが、他の角形であっても、あるいは円形であってもよい。
【００６９】
また、抵抗体１６〜１９は、基板１２の下面上に形成されたが、これに代えて、基板１２の上面上に形成されてもよい。この場合、必要に応じて、配線導体膜２８〜３５を基板１２の上面上に形成したり、あるいは、基板１２を貫通するスルーホール接続を適用したりするなどの変更が加えられる。
【００７０】
また、前述した実施形態では、４個の抵抗体１６〜１９が基板１２上に形成されたが、抵抗体の数は必要に応じて任意に変更することができる。たとえば、基板のＸ方向およびＹ方向の各々について１個ずつ、すなわち単に２個の抵抗体のみが設けられても、さらに、４個を超える数の抵抗体が設けられてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、抵抗体の各々の面積が、基板の面積に対して、２．５％以上かつ３．５％以下に選ばれているので、抵抗体を流れる電流による電流雑音を低減することができる。そのため、ポインティングデバイスに備える操作部に力を加えない状態でもディスプレイの画面上のカーソルが動いてしまう不具合を生じにくくすることができ、ポインティングデバイスの信頼性を高めることができる。
【００７２】
この発明において、基板がアルミナからなる場合、このアルミナの純度を９０％以上かつ９３％以下にすれば、信頼性や抵抗値などの特性をそれほど低下させずに、ポインティングデバイスの感度を高めることができる。
【００７３】
また、この発明において、外部電極が、基板の下面側から側面側にまで延びるＬ字状の断面または基板の下面側から側面上を通って上面側にまで延びるＵ字状の断面を有していると、外部電極と基台上の導電ランドとの電気的接続が半田によって達成される場合、外部電極の側面部と導電ランドとを連結する半田フィレットを形成することができる。したがって、基板と基台との接合強度を高めることができ、その結果、ポインティングデバイスの耐久性を向上させることができる。また、半田フィレットは外観から容易に観察することができるので、半田付け状態の適否を判別することが容易となり、ポインティングデバイスを高い信頼性をもって供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態によるポインティングデバイス１１を示す正面図である。
【図２】図１に示した基板１２の下面図である。
【図３】図１に示した基板１２および操作部１３を断面で概略的に示す正面図である。
【図４】図２に示した基板１２の面積に対する抵抗体１６〜１９の各面積の比率と電流雑音との関係を示す図である。
【図５】この発明の第２の実施形態によるポインティングデバイス１１ａを示す正面図である。
【図６】図５に示した基板１２の下面図である。
【符号の説明】
１１，１１ａ　ポインティングデバイス
１２　基板
１３　操作部
１４　基台
１５　隙間
１６〜１９　抵抗体
２０〜２７　外部電極
２８〜３５　配線導体膜
３６　半田
３７　半田フィレット
【図１】
2004054306.tif 000004
【図２】
2004054306.tif 000005
【図３】
2004054306.tif 000006
【図４】
2004054306.tif 000007
【図５】
2004054306.tif 000008
【図６】
2004054306.tif 000009