(57)【要約】【課題】円周上の操作範囲内での押下位置がばらついても安定的に検知できるようにした静電容量検出型入力装置を構成する。【解決手段】静電容量検出型入力装置１０１は、フレキシブル基板１０と、このフレキシブル基板１０に重ねられる導電性ラバー２０と、この導電性ラバー２０に一体化された金属製または樹脂製のリング状の可動板３０と、導電性ラバー２０をフレキシブル基板１０に重ねた状態で固定するフレーム５０および補強板４０を備えている。導電性ラバー２０は絶縁層１１を介して固定電極６１に対向するテーパー形状部２２を有する。導電性ラバー２０の可動板３０の上部に断面が半円形状のリング状突起部２４が形成されている。導電性ラバー２０と可動板３０はインサートモールド成型によって一体成型されている。【選択図】図１
2013020708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板に重ねられる導電性ラバーと、この導電性ラバーに一体化された金属製または樹脂製の可動板と、前記導電性ラバーを前記基板に重ねた状態で固定するケースとを備え、
前記基板は、円周が分割された複数の円弧状の電極と、これらの円弧状の電極の表面を被覆する絶縁層と、を有し、
前記可動板の上面に、シート材が当接して押下される、断面が半円形状で且つ面内でリング状の突起部が一体形成されたことを特徴とする静電容量検出型入力装置。
【請求項２】
前記突起部に当接する平面部を有し、前記ケースの上部を覆うシート材を備えた、請求項１に記載の静電容量検出型入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者の入力操作によって変化する静電容量の変化を検出して入力操作を検知する静電容量検出型入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面に水平方向の入力を感知する複数の電極をそれぞれ円周方向に分割して設けた固定電極と、その固定電極との間にギャップを有して対向する部分に導電性の可動電極を設け、入力操作により可動電極が弾性変形してギャップが変化する弾性体と、この弾性体に突出形成した連結部に連結可能なキートップとを備え、固定電極上に絶縁膜を形成し、可動電極は、固定電極と対向する部分が固定電極の外周部寄りから中心部に向けてギャップの大きさが異なるテーパー状に形成した入力装置が特許文献１に示されている。
【０００３】
また、補強板をインサート成形した導電性ラバーと、このラバーが対向する位置に電極が形成された基板と、導電性ラバーを収容するケースを備えた入力装置が特許文献２に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−８４９５号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００７／０５７９４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の入力装置においては、固定電極と可動電極との間隔変化に対する静電容量変化が急峻であるので、低荷重の押下でも検知されてしまい、微妙な押圧力の違いによる入力操作を検知し難い。
【０００６】
また、特許文献２の入力装置においては、ラバーの変形の安定性および復元性が高いが、中心が操作部であるので、例えば円周上の所定位置を押下して水平方向の方向入力操作を行うことはできない。
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、円周上の所定位置の適度な荷重での押下を検知できるようにした静電容量検出型入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の静電容量検出型入力装置は、基板と、この基板に重ねられる導電性ラバーと、この導電性ラバーに一体化された金属製または樹脂製の可動板と、前記導電性ラバーを前記基板に重ねた状態で固定するケース（補強板＋フレーム）とを備え、
前記基板は、円周が分割された複数の円弧状の電極と、これらの円弧状の電極の表面を被覆する絶縁層と、を有し、
前記可動板の上面に、シート材が当接して押下される、断面が半円形状で且つ面内でリング状の突起部が一体形成されたことを特徴とすることを特徴としている。
【０００９】
前記ケースの上部には、このケースを覆い、前記突起部に当接する平面部を有するシート材を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、円周上の操作範囲内での押下位置がばらついても安定的に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施形態である静電容量検出型入力装置１０１の断面図、図１（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図２】図２は、図１に示した静電容量検出型入力装置に操作面シートを被せた状態での断面図である。
【図３】図３（Ａ）はＸＹ面方向の入力操作時の指の位置を示す図、図３（Ｂ）はＺ軸方向の入力操作時の指の位置を示す図である。
【図４】図４は本発明の実施形態である静電容量検出型入力装置が備えるフレキシブル基板１０の平面図である。
【図５】図５（Ａ）は、静電容量検出型入力装置１０１の平面図、図５（Ｂ）はその側面図、図５（Ｃ）はその断面図である。
【図６】図６は導電性ラバー２０と固定電極６１との位置関係、および導電性ラバー２０の変形について示す図である。
【図７】図７はコントロール用ＩＣチップ５の構成を示すブロック図である。
【図８】図８（Ａ）は静電容量検出型入力装置１０１の荷重と出力値との関係を示す図である。また、図８（Ｂ）は比較対照の静電容量検出型入力装置の荷重とＺ軸方向の検出出力値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態である静電容量検出型入力装置について各図を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は本発明の実施形態である静電容量検出型入力装置１０１の断面図、図１（Ｂ）はその部分拡大図である。この静電容量検出型入力装置１０１は、フレキシブル基板１０と、このフレキシブル基板１０に重ねられる導電性ラバー２０と、この導電性ラバー２０に一体化された金属製または樹脂製のリング状の可動板３０と、導電性ラバー２０をフレキシブル基板１０に重ねた状態で固定するフレーム５０および補強板４０を備えている。このフレーム５０および補強板４０によって、導電性ラバー２０をフレキシブル基板１０に重ねた状態で固定するケースを構成している。フレキシブル基板１０は、複数の固定電極６１およびＺ軸方向検出電極６２等と、これらの電極の表面を被覆する絶縁層１１とを有する。
【００１３】
導電性ラバー２０は絶縁層１１を介して固定電極６１に対向するテーパー形状部２２を有する。このテーパー形状部２２は、導電性ラバー２０の外周から中心に向かって間隙の大きさが漸次拡大する形状である。このテーパー形状部２２は、フレキシブル基板１０方向への荷重に応じて変形して、固定電極６１との間に生じる静電容量を変化させる。そのため、外周から中心に向かって間隙の大きさが漸次変化するテーパー形状をなしている。
【００１４】
フレキシブル基板１０にはグランド電極６３が形成されていて、導電性接着剤ＣＢＭを介してＳＵＳ（ステンレススチール）製の補強板４０と電気的に導通している。この導電性接着剤ＣＢＭはフレキシブル基板１０の下面の全面に塗布されていて、フレキシブル基板１０はこの導電性接着剤ＣＢＭで補強板４０に貼付されている。
【００１５】
ＳＵＳ（ステンレススチール）製のフレーム５０は導電性ラバー２０のリム（外縁部）２１をフレキシブル基板１０へ押しつけて、導電性ラバー２０をフレキシブル基板１０に固定するとともに電気的に導通する。また、このフレーム５０の脚部５１は補強板４０に対して溶接固定部ＷＰで抵抗溶接されている。これにより電気的機械的に接続されている。
【００１６】
フレキシブル基板１０には中心押下検出電極６４、中心電極６５が形成されていて、これらの上部にドーム状板７０が配置されている。導電性ラバー２０にはドーム状板７０に接する位置に中央突起部２３が形成されている。さらに導電性ラバー２０の可動板３０の上部に断面が半円形状（かまぼこ状）のリング状突起部２４が形成されている。
導電性ラバー２０と可動板３０はインサートモールド成型によって一体成型されている。
【００１７】
図２は、図１に示した静電容量検出型入力装置１０１に操作面シートを被せた状態での断面図である。操作面シート９０には、静電容量検出型入力装置１０１の導電性ラバー２０のうちリング状突起部２４の対応位置にリング状の突起部９１、および導電性ラバー２０の中央部分の対応位置に突起部９２がそれぞれ形成されている。リング状の突起部２４に対して操作面シート９０の平面部が当接する。この操作面シート９０のリング状の突起部９１を操作することによってジョグ操作（回転操作）や所定方向（ＸＹ面方向）の入力ができる。また、操作面シート９０の中央の突起部９２を押下することによってフレキシブル基板１０に対して垂直方向（Ｚ軸方向）への操作ができる。この中央の突起部９２をさらに強く押下すると、中心押下検出電極６４、中心電極６５およびドーム状板７０によるスイッチ操作（確定操作などの単純なスイッチ操作）ができる。
【００１８】
図３（Ａ）は前記ＸＹ面方向の入力操作時の指の位置を示している。また、図３（Ｂ）は前記Ｚ軸方向の入力操作時の指の位置を示している。
【００１９】
図４は前記フレキシブル基板１０の平面図である。固定電極６１は、この例では円周が４分割された４つの円弧状の固定電極６１ｘ１，６１ｘ２，６１ｙ１，６１ｙ２で構成されている。フレキシブル基板１０にはコントロール用ＩＣチップ５やチップコンデンサ６等の電子部品が搭載されている。コントロール用ＩＣチップ５は、４つの固定電極６１ｘ１，６１ｘ２，６１ｙ１，６１ｙ２のそれぞれとグランドとの間に生じる静電容量を検出することによって、前記ジョグ操作または方向の入力操作時の押下位置を検知する。またコントロール用ＩＣチップ５は、Ｚ軸方向検出電極６２とグランドとの間に生じる静電容量を検出することによって、Ｚ軸方向の押下量を検知する。さらに、コントロール用ＩＣチップ５は、中心押下検出電極６４と中心電極６５との導通検出によって前記ドーム状板７０の押下を検知する。フレキシブル基板１０の端部には端子引出部１２が形成されていて、外部の回路はこの端子引出部１２の信号（データ）を入力することによって操作者の入力操作を読み取る。
【００２０】
図５（Ａ）は、静電容量検出型入力装置１０１の平面図、図５（Ｂ）はその側面図、図５（Ｃ）はその断面図である。フレーム５０は４つの脚部５１で補強板４０に固定されている。補強板４０は導電性ラバー２０の対向位置に設けられていて、電子部品の搭載位置の下面に樹脂板８０が配置されている。
【００２１】
図６は導電性ラバー２０と固定電極６１との位置関係、および導電性ラバー２０の変形について示す図である。リング状突起部２４が押下されると、導電性ラバー２０のテーパー形状部２２が変形して、このテーパー形状部２２の面と固定電極６１との間の静電容量が増大方向に変化する。この静電容量はテーパー形状部２２の面と固定電極６１との対向面積に比例するので、固定電極６１に櫛歯状電極部を設けることにより、この固定電極６１と導電性ラバー２０との対向面積を小さくでき、押下量に対する静電容量の変化比を小さくできる。
【００２２】
図７は図４等に示したコントロール用ＩＣチップ５の構成を示すブロック図である。図７において、容量Ｃｘ１，Ｃｘ２は、固定電極６１ｘ１，６１ｘ２とグランドとの間の静電容量である。また、容量Ｃｙ１，Ｃｙ２は、固定電極６１ｙ１，６１ｙ２とグランドとの間の静電容量である。さらに、容量Ｃｚは、Ｚ軸方向検出電極６２とグランドとの間の静電容量である。容量−電圧変換回路１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅは、容量Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２，Ｃｚに対応する電圧をそれぞれ発生する。マルチプレクサ２は容量−電圧変換回路１ａ〜１ｅを選択し、ＡＤコンバータ３はマルチプレクサ２で選択された電圧をディジタルデータに変換する。
【００２３】
ＸＹ面方向の入力操作時に、Ｘ軸方向の成分は、図４に示したＸ軸方向に対をなす固定電極６１ｘ１，６１ｘ２とグランドとの間の静電容量の差分で求められ、Ｙ軸方向の成分は、図４に示したＹ軸方向に対をなす固定電極６１ｙ１，６１ｙ２とグランドとの間の静電容量の差分で求められる。また、Ｚ軸方向の押下量は図４に示したＺ軸方向検出電極６２とグランドとの間の静電容量で求められる。
【００２４】
図８（Ａ）はこの実施形態の静電容量検出型入力装置１０１の荷重と出力値との関係を示す図である。また、図８（Ｂ）は比較対照の静電容量検出型入力装置の荷重とＺ軸方向の検出出力値との関係を示す図である。いずれも横軸は荷重（押下方向への荷重）[N]、縦軸は出力値(digit)  である。また、いずれも、押下位置を放射方向で±０．２ｍｍの範囲内でずらせたときの、荷重対検出値の特性のばらつきを示している。図中の各曲線に付した−０．２、−０．１５等数値は、放射方向の位置ずれ量（単位ｍｍ）を示している。
【００２５】
図８から明らかなように、比較対照の静電容量検出型入力装置に比べて本発明の実施形態の静電容量検出型入力装置によれば、円周上の操作範囲内での押下位置がばらついても、安定した荷重対検出値の特性が得られることがわかる。
【００２６】
本発明によれば、起歪部の外力が加わる部分にあらかじめ半円状の突起を設けることにより、操作位置が放射方向にずれても、荷重が加わる位置がリング状突起部２４の頂点部分で一定となるため、固定電極６１およびＺ軸方向検出電極６２に対向する部分の導電性ラバー２０の変形状態を安定化させることができる。
【符号の説明】
【００２７】
ＣＢＭ…導電性接着剤
Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２，Ｃｚ…容量
Ｇ…間隔
Ｌ…長さ
Ｗｃ…幅
Ｗｊ…幅
ＷＰ…溶接固定部
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ…容量−電圧変換回路
２…マルチプレクサ
３…ＡＤコンバータ
５…コントロール用ＩＣチップ
６…チップコンデンサ
１０…フレキシブル基板
１１…絶縁層
１２…端子引出部
２０…導電性ラバー
２２…テーパー形状部
２３…中央突起部
２４…リング状突起部
３０…可動板
４０…補強板
５０…フレーム
５１…脚部
６１…固定電極
６１ｘ１，６１ｘ２，６１ｙ１，６１ｙ２…固定電極
６２…Ｚ軸方向検出電極
６３…グランド電極
６４…中心押下検出電極
６５…中心電極
７０…ドーム状板
８０…樹脂板
９０…操作面シート
９１…突起部
９２…突起部
１０１…静電容量検出型入力装置
【図１】
2013020708.tif 000003
【図２】
2013020708.tif 000004
【図３】
2013020708.tif 000005
【図４】
2013020708.tif 000006
【図５】
2013020708.tif 000007
【図６】
2013020708.tif 000008
【図７】
2013020708.tif 000009
【図８】
2013020708.tif 000010