(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の中央部に垂直方向の入力を感知する電極を、その外周に水平方向の入力を感知する複数の電極をそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
そのプリント配線基板の上に配置され、外周部がプリント配線基板に固定されて、所定の間隔を保持して前記分割電極と対向し、少なくとも分割電極との対向部が導電性を有し、前記垂直方向の入力を感知する電極と対向する中央部に肉薄部が設けられ、その肉薄部の上に収容凹部が形成されたゴムまたはエラストマーからなる弾性体と、
中央部に前記弾性体の頭部に外嵌する穴が形成されたスライダと、
前記弾性体の収容凹部に収容された硬質の押圧体と、
前記スライダの上に装着されて前記押圧体と対向する中央部が垂直方向に移動可能なキートップを備え、
前記キートップの外周部とスライダは垂直方向の移動が阻止され、水平方向の移動のみが許容されており、
前記弾性体の頭部とスライダの穴との連結部が前記キートップで覆われて、
前記キートップを水平方向に移動すると前記スライダを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、前記キートップの中央部を押下すると押圧体を介して弾性体の前記肉薄部が変形して、肉薄部と垂直方向の入力を感知する電極との間隔が変化するように構成されていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
請求項１記載の入力装置において、前記弾性体に張力を付与する張力付与手段が設けられていることを特徴とする入力装置。
【請求項３】
請求項１記載の入力装置において、前記分割電極の一部がディスプレイ上のカーソルを上下、左右方向に移動するための電極であることを特徴とする入力装置。
【請求項４】
請求項１記載の入力装置において、前記プリント配線基板の外周部上に支持体を介してブラケットを配置し、前記スライダの外周に設けられたフランジ部を前記ブラケットの上に載置し、前記プリント配線基板、弾性体、支持体、ブラケットならびにスライダをハウジングに収納して、前記フランジ部が前記ブラケットと前記ハウジングの上端折曲部の間に水平方向に移動可能に挟持されていることを特徴とする入力装置。
【請求項５】
表面の中央部に垂直方向の入力を感知する電極を、その外周に水平方向の入力を感知する複数の電極をそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
そのプリント配線基板の上に配置され、外周部がプリント配線基板に固定されて、所定の間隔を保持して前記分割電極と対向し、少なくとも分割電極との対向部が導電性を有し、前記垂直方向の入力を感知する電極と対向する中央部に肉薄部が設けられ、その肉薄部の上に収容凹部が形成されたゴムまたはエラストマーからなる弾性体と、
中央部に前記弾性体の頭部に外嵌する穴が形成されたスライダと、
前記弾性体の収容凹部に収容された硬質の押圧体と、
前記スライダの上に装着されて前記押圧体と対向する中央部が垂直方向に移動可能なキートップを備え、
前記キートップの外周部とスライダは垂直方向の移動が阻止され、水平方向の移動のみが許容されており、
前記弾性体の頭部とスライダの穴との連結部が前記キートップで覆われて、
前記キートップを水平方向に移動すると前記スライダを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、前記キートップの中央部を押下すると押圧体を介して弾性体の前記肉薄部が変形して、肉薄部と垂直方向の入力を感知する電極との間隔が変化するように構成されていることを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項５記載の検出装置において、前記弾性体に張力を付与する張力付与手段が設けられていることを特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項５記載の検出装置において、前記プリント配線基板の外周部上に支持体を介してブラケットを配置し、前記スライダの外周に設けられたフランジ部を前記ブラケットの上に載置し、前記プリント配線基板、弾性体、支持体、ブラケットならびにスライダをハウジングに収納して、前記フランジ部が前記ブラケットと前記ハウジングの上端折曲部の間に水平方向に移動可能に挟持されていることを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパソコンやリモコンなどに用いる入力装置ならびに例えば加速度計などに用いる検出装置に係り、特に静電容量の変化に基づく入力装置ならびに検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車産業、電機産業、機械産業、土木産業など各種産業において、力などの物理量を入力したり検出したりする入力装置ならびに検出装置（以下、入力装置で代表して記す）として、温度補正などの必要がないことから静電容量の変化を利用した入力装置が各種提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来のこの種入力装置は、操作部に加わる水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の力と垂直方向（Ｚ方向）の力の区別ができないため、特に操作部を斜めに押した場合などに入力精度が悪いという欠点を有している。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、入力精度（検出精度）が高く、取扱性の良好な入力装置ならびに検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
表面の中央部に垂直方向の入力を感知する例えば後述の第１電極からなる電極を、その外周に水平方向の入力を感知する複数の例えば後述の第２〜第５電極からなる電極をそれぞれ分割して設けた分割電極を有するプリント配線基板と、
そのプリント配線基板の上に配置され、外周部がプリント配線基板に固定されて、所定の間隔を保持して前記分割電極と対向し、少なくとも分割電極との対向部が導電性を有し、前記垂直方向の入力を感知する電極と対向する中央部に肉薄部が設けられ、その肉薄部の上に収容凹部が形成されたゴムまたはエラストマーからなる弾性体と、
中央部に前記弾性体の頭部に外嵌する穴が形成されたスライダと、
前記弾性体の収容凹部に収容された硬質の押圧体と、
前記スライダの上に装着されて前記押圧体と対向する中央部が垂直方向に移動可能なキートップを備え、
前記キートップの外周部とスライダは垂直方向の移動が阻止され、水平方向の移動のみが許容されており、
前記弾性体の頭部とスライダの穴との連結部が前記キートップで覆われて、
前記キートップを水平方向に移動すると前記スライダを介して弾性体が変形して、弾性体の導電部と水平方向の入力を感知する電極との間隔が変化し、前記キートップの中央部を押下すると押圧体を介して弾性体の前記肉薄部が変形して、肉薄部と垂直方向の入力を感知する電極との間隔が変化するように構成されていることを特徴とするものである。
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記弾性体に張力を付与する例えば環状突起、切欠部、傾斜部などの張力付与手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記スライダの外周に設けられたフランジ部がブラケットとハウジングの上端折曲部の間に水平方向に移動可能に挟持されていることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図６とともに説明する。図１は入力装置の断面図、図２は入力装置の斜視図、図３は入力装置の分解斜視図、図４は入力装置に用いる弾性体の断面図、図５はプリント配線基板の平面図、図６はプリント配線基板の断面図である。
【０００８】
入力装置は、キートップ１、スライダ２、金属板からなるハウジング３、金属板からなるブラケット４、押圧体５、弾性体６、合成樹脂の成形体からなる支持体７、プリント配線基板８から主に構成されている。
【０００９】
キートップ１はゴムやエラストマーなどの弾性材料で図１に示すような形状に成形され、上面中央部に大きく円弧状に窪んだ入力操作面９が形成されている。図１に示すように、中央部は外周部よりも肉薄で上下に移動できる突出部１０が下方に向いて突設され、下端外周壁１１がスライダ２に外嵌される。
【００１０】
スライダ２は硬質合成樹脂の成形体からなり、中央部に弾性体６の頭部に外嵌する穴１２が形成され、このスライダ２と弾性体６の連結部はスライダ２の上に装着されたキートップ１で覆われている。スライダ２の外周に設けられたフランジ部１３は、ブラケット４とハウジング３の上端折曲部１４の間にスライド可能に挟持されている。従ってスライダ２は水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動自在に配置され、キートップ１はスライダ２と共に水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動自在で、かつ中央部（突出部１０）は垂直方向（Ｚ方向）に移動自在になっている。
【００１１】
弾性体６は、比較的肉厚の導電性のない弾性体本体６ａと、弾性体本体６ａの下側に配置された導電性弾性体６ｂとから構成され、両者は２色成形や接着などの手段で一体になっている。図４に示すように弾性体本体６ａの中央部に押圧体５の外径より大きい内径を有する収容凹部１５が設けられ、収容凹部１５の底部に肉薄部１６が形成され、収容凹部１５に押圧体５が上下動可能に収容されている。押圧体５は硬質合成樹脂あるいは金属などの硬質材料からなり、円柱状をしている。
【００１２】
導電性弾性体６ｂは、銀やカーボンブラックなどの導電性微粒子をゴムやエラストマーなどの弾性材料に分散保持したものからなり、前記肉薄部１６よりもやや径大の環状突起１７が下方に突出し、環状突起１７は導電性弾性体６ｂの外周部１８より若干下方に突出している。
【００１３】
弾性体６（導電性弾性体６ｂ）の外周部１８はプリント配線基板８に接着などで固定・位置決めされ、導電性弾性体６ｂの環状突起１７がプリント配線基板８の上面に圧接されて、導電性弾性体６ｂは張力が付与された状態でプリント配線基板８との間に間隔１９が保持されている。
【００１４】
ガラス−エポキシ樹脂などからなる硬質のプリント配線基板８の上面に図５に示すように、中央に第１電極２０ａ、その外周に第２電極２０ｂ、第３電極２０ｃ、第４電極２０ｄ、第５電極２０ｅが分割して形成され、その外周にグランド電極２０ｆが設けられ、図６に示す如く各電極２０の上は間隔保持用の柔軟性絶縁膜２１で覆われ、第２〜第５電極２０ｂ〜２０ｅの面積は等しくなっている。図１では図面を簡略化するため、電極２０や絶縁膜２１は省略している。
【００１５】
入力装置の適用例については後述するが、本実施形態では第２電極２０ｂはディスプレイ上のカーソルを上方向に、第３電極２０ｃは左方向に、第４電極２０ｄは左方向に、第５電極２０ｅは右方向に、それぞれステップ移動するための電極で、これら第２電極２０ｂ〜第５電極２０ｅは水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の入力用となっている。第１電極２０ａは前述の入力方向を確認するときに使用する電極で、垂直方向（Ｚ方向）の入力用となっている。
【００１６】
プリント配線基板８の下面に所定形状の導電パターン２２が設けられ、前記各電極２０はスルーホール２３により導電パターン２２と電気的に接続されている。導電パターン２２上にＩＣチップ２４などの電子部品が搭載され、導電パターン２２の一端にフレキシブルプリント配線基板２５が接続され、フレキシブルプリント配線基板２５の他端は使用機器の入出力インターフェース（図示せず）に接続されている。
【００１７】
この入力装置の操作について説明する。キートップ１に力が作用していない待機状態（初期状態）では、導電性弾性体６ｂとプリント配線基板８上の各電極２０ｂ〜２０ｅの間隔は等しく、従って導電性弾性体６ｂと各電極２０ｂ〜２０ｅの間の静電容量も等しい。また導電性弾性体６ｂは張力が付与された状態であるから、弾性体本体６ａの収納凹部１５内にある押圧体５は導電性弾性体６ｂの張力により持ち上げられて突出部１０と接触または近接し、導電性弾性体６ｂの中央部と第１電極２０ａとの間に所定の間隔１９が保持されている。
【００１８】
前述のように嵌合によりキートップ１と一体になっているスライダ２のフランジ部１３はブラケット４とハウジング３の上端折曲部１４の間で挟持されているから、キートップ１の外周部（スライダ２）は垂直方向（Ｚ方向）の移動が阻止され、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の移動のみが許容されている。
【００１９】
キートップ１を図１において例えば左側に移動すると、その移動はスライダ２を介して弾性体６に伝えられ、弾性体６が弾性変形し、その変形に伴い導電性弾性体６ｂと第２電極２０ｂの間隔が初期状態よりも狭まり、第２電極２０ｂ側の静電容量の変化を電気的に検出して、今、キートップ１によりカーソルを左方向に移動する信号が入力されたことを検知できる。
【００２０】
キートップ１を図１において例えば右側に移動すると、その移動はスライダ２を介して弾性体６に伝えられ、弾性体６が弾性変形し、その変形に伴い導電性弾性体６ｂと第５電極２０ｅの間隔が初期状態よりも狭まり、第５電極２０ｅ側の静電容量の変化を電気的に検出して、今、キートップ１によりカーソルを右方向に移動する信号が入力されたことを検知できる。
【００２１】
また、キートップ１の中央部（突出部１０の所）を指先で垂直方向（Ｚ方向）に押下すると、直接押圧体５により導電性弾性体６ｂの中央部が押圧され、第１電極１３ａとの間隔が初期状態よりも狭まり、静電容量の変化を電気的に検出して信号入力がなされる。キートップ１に対する操作力を解除すると、弾性体６の復元力によりキートップ１、スライダ２、押圧体５、弾性体６などは初期の待機状態に復帰する。
【００２２】
図７は第２の実施形態で使用する弾性体６の断面図で、図４に示す第１の実施形態の弾性体６と相違する点は、弾性体本体６ａに肉薄部１６が設けられておらず、弾性体本体６ａに貫通した穴が形成され、穴の下端開口部を導電性弾性体６ｂの中央部で塞ぐことにより収容凹部１５が形成される。
【００２３】
図８は第３の実施形態で使用する弾性体６の断面図で、弾性体６全体が導電性弾性体６ｂで構成され、中央部に収容凹部１５と肉薄部１６が形成されている。またこの例では、弾性体６側に環状突起１７は設けられておらず、プリント配線基板８側に肉薄部１６よりやや径大の環状突起２６が形成されている。環状突起２６の高さは、導電性弾性体６ｂの外周部１８の内側段差よりも若干高く設計され、装置を組み立てたとき導電性弾性体６ｂの下面に圧接して導電性弾性体６ｂに適当な張力が付与される。
【００２４】
このようにプリント配線基板８側に環状突起２６を形成することは、第１，２の実施形態にも適用可能である。
【００２５】
図９は第４の実施形態に係る入力装置の要部断面図で、弾性体６の下面外周部の全周に傾斜あるいは丸みのある切欠部２７が設けられている。この弾性体６を装置内に組込むと、組付け時の押圧力により切欠部２７が潰れ（図では切欠部２７を明示するために潰れた状態には図示していない）、それにより弾性体６内に張力（応力）が生じる。
【００２６】
図１０は第５の実施形態に係る入力装置の要部断面図で、弾性体６の上面外周部の全周に、上方に向けて徐々に径大になった広角状の傾斜部２８が形成され、例えばブラケット４などの押圧部材に傾斜部２８を径方向外側に押し拡げるために例えばＶ字状に屈曲された押拡部４０が設けられている。この押拡部４０の押圧により傾斜部２８を径方向外側に押し拡げることにより、弾性体６内に張力（応力）が生じる。
【００２７】
図１１と図１２は入力装置の第１の適用例を示す図で、モバイルパソコンやノートパソコンに適用した例を示しており、パソコン２９は多数のキーボードスイッチ３０を有するパソコン本体３１と、表示部３２を有する蓋部材３３を有し、蓋部材３３はパソコン本体３１に回動自在に取り付けられている。蓋部材３３の端部に入力ポインターとして前述の入力装置３４が取り付けられている。この例は蓋部材３３に入力装置３４を設けたが、パソコン本体３１に設けることも可能である。
【００２８】
図１１は入力装置３４の操作状態を示しており、入力装置３４の部分を親指３５と他の指３６とで挟持し、親指３５を上下左右に動かすことにより、表示部３２上のカーソルを任意に移動できる。
【００２９】
図１２は入力装置の第２の適用例を示す図で、例えば家庭用のモバイルパソコンやノートパソコンなどのリモコンに適用した例を示しており、リモコン本体３７に入力ポインターとして前述の入力装置３４、スイッチ３８、スクロールダイヤル３９などが取り付けられている。この例ではパソコン用のリモコンについて説明したが、他の機器のリモコンにも適用可能である。
【００３０】
前述の例ではパソコンに適用したが、例えば他の電気機器、車載用機器、各種測定機器、医療機器など各分野への適用が可能である。
【００３１】
前記各実施形態では第１〜第５電極の５種類の分割電極を用いたが、分割電極の数はこれより少なくても多くても構わない。
【００３２】
前記各実施形態では入力装置の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、入力装置のキートップ、スライダに相当する部分に検出体を移動可能（例えばスライド可能あるいは回動可能）に設け、被検出体からの作用力（力、磁気力、風力など）により前記検出体を移動し、その移動力で弾性体を変形して、その変形を静電容量の変化として検出する検出装置にも適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１ならびに請求項５記載の本発明（第１の手段）は、前述のような構成になっており、水平方向のみ移動可能なスライダと、垂直方向に移動可能なキートップ、押圧体とを備えており、水平方向の入力と垂直方向の入力が明確に分かれ、しかも押圧体は硬質であるから、入力精度（検出精度）が高く、取扱性の良好な入力装置ならびに検出装置を提供することができる。
また、弾性体とスライダの連結部がキートップで覆われているから、前記連結部に塵埃類などが付着、侵入することがなく動作信頼性の向上が図れるなどの特長を有している。
【００３４】
請求項２ならびに請求項６記載の本発明（第２の手段）は、弾性体に張力を付与する張力付与手段が設けられているから、微小な力でも入力が可能で、さらに入力精度（検出精度）の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図２】その入力装置の斜視図である。
【図３】その入力装置の分解斜視図である。
【図４】その入力装置に用いる弾性体の断面図である。
【図５】その入力装置に用いるプリント配線基板の平面図である。
【図６】そのプリント配線基板の断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に用いる弾性体の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に用いる弾性体の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る入力装置の要部断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る入力装置の要部断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る入力装置を用いたパソコンの斜視図である。
【図１２】そのパソコンでの入力装置の操作状態を示す一部側面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る入力装置を用いたリモコンの平面図である。
【符号の説明】
１  キートップ
２  スライダ
３  ハウジング
４  ブラケット
５  押圧体
６  弾性体
６ａ  弾性体本体
６ｂ  導電性弾性体
７  支持体
８  プリント配線基板
９  入力操作面
１０  突出部
１１  下端外周部
１２  穴
１３  フランジ部
１４  上端折曲部
１５  収容凹部
１６  肉薄部
１７、２６  環状突起
１８  外周部
１９  間隔
２０  電極
２０ａ〜２０ｅ  第１〜第５電極
２７  切欠部
２８  傾斜部
３４  入力装置
【図１】
0003971079.tif 000002
【図２】
0003971079.tif 000003
【図３】
0003971079.tif 000004
【図４】
0003971079.tif 000005
【図５】
0003971079.tif 000006
【図６】
0003971079.tif 000007
【図７】
0003971079.tif 000008
【図８】
0003971079.tif 000009
【図９】
0003971079.tif 000010
【図１０】
0003971079.tif 000011
【図１１】
0003971079.tif 000012
【図１２】
0003971079.tif 000013
【図１３】
0003971079.tif 000014