(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の抵抗膜パターンと、第１の電極パターンと、前記抵抗膜パターンと同心円状に配置された略環状の第２の電極パターンと、押圧されると前記抵抗膜パターンと前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンとを電気的に接続する導電部材とを有し、前記導電部材は印加される圧力によって抵抗値が変化する感圧導電部材であり、該導電部材が前記抵抗膜パターンに接触した位置における前記抵抗膜パターンの電位を前記第１の電極パターンから出力することで押圧方向を検出し、
前記導電部材が前記第２の電極パターンに接触した状態での前記第２の電極パターンの電位から押圧力を検出することを特徴とする押圧方向検出センサ。
【請求項２】
前記抵抗膜パターンは環状パターンを一部切り欠いた形状を有し、前記抵抗膜パターンの対向する端部を介して電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項３】
前記抵抗膜パターンは環状形状であって、該抵抗膜パターンを４分割する位置に、該抵抗膜パターンに接続する引出し電極を有することを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項４】
前記第１の電極パターンは前記抵抗膜パターンと略同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の押圧方向検出センサ。
【請求項５】
前記第１の電極パターンは前記抵抗膜パターンと略同心円状に配置された円形又は環状のいずれか一方の形状を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の押圧方向検出センサ。
【請求項６】
前記抵抗膜パターンは環状パターンを一部切り欠いた形状を有し、対向する端部の間に別の電極パターンが介在することを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項７】
前記別の電極パターンの電位を検出して、該別の電極パターンが位置する方向を検出することを特徴とする請求項６記載の押圧方向検出センサ。
【請求項８】
前記押圧方向検出センサは更に基板を有し、該基板上に前記第１の電極パターン、前記第２の電極パターン及び抵抗膜パターンが形成されており、前記導電部材は前記基板に対向するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項９】
前記押圧方向検出センサは、前記抵抗膜パターンと前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンとを支持するシート状部材を有し、該シート状部材は前記第１の電極パターンと前記抵抗膜パターン及び前記第２の電極パターンとで前記導電部材を挟み込むように設けられ、更に前記抵抗膜パターンと前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンとを接触させる操作部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１０】
前記押圧方向検出センサは、前記導電部材を略真下に押圧した時にオンするスイッチを有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１１】
前記導電部材は、印加される圧力によって抵抗値が変化する環状の感圧導電ゴムを含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１２】
前記押圧方向検出センサは更に、前記導電部材を押圧する操作部を有することを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１３】
前記第２の電極パターンから信号が出力された後に、前記抵抗膜パターンに電圧を印加する回路を具備することを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１４】
前記抵抗膜パターンの所定位置に引き出し電極を設け、該引出きし電極の電位を押圧方向を検出するための参照電位とすることを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１５】
前記第２の電極パターンの電位を所定のしきい値と比較することで、前記導電部材が略真下に押圧されたことを検出することを特徴とする請求項１記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１６】
中央電極パターンと、該中央電極パターンを挟んで対向する複数対の電極パターンと、前記中央電極パターンと前記複数対の電極パターンとの上部に設けられ、定常状態において前記複数対の電極パターンに前記上部から接触しており、上部からの印加圧力によって抵抗値が変化する感圧導電部材とを有し、該感圧導電部材が押圧されたときに得られる中央電極パターンからの信号に基づき感圧導電部材の押圧方向と押圧力とを検出することを特徴とする押圧方向検出センサ。
【請求項１７】
前記中央電極パターンは環状であり、前記導電部材を略真下に押圧した時にオンするスイッチを前記中央電極パターンの中心に設けたことを特徴とする請求項１６記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１８】
前記複数対の電極パターンに交互に電圧を印加して感圧導電部材の押圧方向と押圧力を検出することを特徴とする請求項１６記載の押圧方向検出センサ。
【請求項１９】
前記感圧導電部材はシート状であり、前記押圧方向検出センサは更に該シートの感圧導電部材を押圧する操作部を有することを特徴とする請求項１６記載の押圧方向検出センサ。
【請求項２０】
前記感圧導電部材はシート状であり、前記押圧方向検出センサは更に前記シート状の感圧導電部材を押圧する導電性の板と、該板の上に設けられた操作部とを有することを特徴とする請求項１６記載の押圧方向検出センサ。
【請求項２１】
円形の抵抗膜パターンと、外周に沿って設けられた複数対の電極パターンと、押圧操作により前記抵抗膜パターンと電気的に接続する中央電極パターンとを有し、前記中央電極パターンは前記円形の抵抗膜パターンよりも前記電極パターンの幅分だけ小さい円形パターンであり、定常状態では前記抵抗膜パターンは前記中央電極パターンに非接触であり、前記複数対の電極パターンに順番に電圧を印加することで得られる前記中央電極パターンからの信号に基づき押圧方向と押圧力とを検出することを特徴とする押圧方向検出センサ。
【請求項２２】
押圧方向検出センサと、該押圧方向検出センサの出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記押圧方向検出センサは請求項１ないし２１のいずれか一項記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器に座標情報を入力するデバイスに関し、特に、操作部に対する手指等の押圧方向や押圧力を検出することができる押圧方向検出センサに関する。
【０００２】
電子機器に座標情報を入力するデバイスの一つとして、ポインティングデバイスがある。ポインティングデバイスはパーソナルコンピュータやゲーム機器などの座標入力手段として広く用いられている。近年、このようなポインティングデバイスは、携帯電話やＰＤＡなどの小型機器にも搭載されるようになり、特に小型化、薄型化、軽量化、低コスト化が望まれている。
【０００３】
一方、携帯電話やＰＤＡなどのおいては、当初は上下、左右にのみ動けばよいとされていた画面指示も、最近の画面情報の増大により、あらゆる方向での移動が可能で、かつその移動速度も制御できること、すなわち従来からパソコンで行われていたカーソル操作機能が望まれるようになってきた。
【０００４】
【従来の技術】
従来のポインティングデバイスを構成する座標入力機構は、手指により傾動させることができる磁石と複数の磁電変換素子からなるものや、光検出方式を採用したものなど、様々なタイプのものが提案されている。しかしながら、これらのタイプはいずれもその構造上ある程度の厚みが必要であり、携帯機器に搭載するためには限界がある。また、平面状のタッチパッドのような入力装置もあるが、パッド表面を指でなぞるという操作方法から、ある程度の面積が必要である。
【０００５】
これに対し、抵抗膜パターンや感圧導電ゴムを利用したポインティングデバイスは一般に、装置の小型化、薄型化を可能とする。このようなポインティングデバイス様々提案されており、例えば特開平６−１３９８８０号公報、特開平７−３２０５９７号公報、特開平１１−２０３０３６号公報、特開２００１−２１０１９１号公報、特開２００１−３１１６７１号公報などに記載がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記公開公報に記載の従来技術とは異なる仕組みで、押圧方向を３６０°にわたり連続的に検出できる小型かつ薄型の押圧方向検出センサを提供することを課題とする。
【０００７】
また、本発明は押圧方向の検出に加え、押圧力を検出することができる押圧方向検出センサを提供することを課題とする。
【０００８】
更に、本発明は上記押圧方向検出センサを用いた電子装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は請求項１に記載のように、略環状の抵抗膜パターンと、第１の電極パターンと、前記抵抗膜パターンと同心円状に配置された略環状の第２の電極パターンと、押圧されると前記抵抗膜パターンと前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンとを電気的に接続する導電部材とを有し、前記導電部材は印加される圧力によって抵抗値が変化する感圧導電部材であり、該導電部材が前記抵抗膜パターンに接触した位置における前記抵抗膜パターンの電位を前記第１の電極パターンから出力することで押圧方向を検出し、前記導電部材が前記第２の電極パターンに接触した状態での前記第２の電極パターンの電位から押圧力を検出することを特徴とする押圧方向検出センサである。導電部材が抵抗膜パターンに接触した位置における抵抗膜パターンの電位は、この位置における抵抗膜パターンの抵抗値で決まる。従って、この位置の電位を第１の電極パターンを介して検出することで、押圧方向を検出することができる。また、第１及び第２の電極パターン間の電圧は、感圧導電部材の抵抗値に依存する。感圧導電部材は押圧力によって抵抗値が変化する導電部材なので、第１及び第２の電極パターン間の電圧は押圧力を反映している。従って、第１及び第２の電極パターン間の電圧を検出することで、押圧力を検出することができる。
【００１１】
例えば、請求項２に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサにおいて、前記抵抗膜パターンは環状パターンを一部切り欠いた形状を有し、前記抵抗膜パターンの対向する端部を介して電圧が印加される。これにより、一方の端部から他方の端部へ電流が流れる。この状態で導電部材を押圧すると、略環状の抵抗膜パターンと第１の電極パターンとが導通する。このときの導電部材が抵抗膜パターンに接触した位置の電位を第１の電極パターンを介して出力することで、押圧方向を検出することができる。
【００１２】
例えば、請求３に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサにおいて、前記抵抗膜パターンは環状形状であって、該抵抗膜パターンを４分割する位置に、該抵抗膜パターンに接続する引き出し電極を設ける。例えば、対向する引き出し電極間に電圧を印加する。電流が一方の引き出し電極から抵抗膜パターンを通って他方の引き出し電極に流れる。この状態で導電部材が抵抗膜パターンに接触すると、第１の電極パターンの電位は、接触位置における抵抗膜パターンの抵抗値に応じた値となる。
【００１３】
例えば、請求項４に記載のように、請求項１ないし３のいずれか一項記載の押圧方向検出センサにおいて、前記第１の電極パターンは前記抵抗膜パターンと略同心円状に配置されている。第１の電極パターンの一構成例である。
【００１４】
例えば、請求項５に記載のように、請求項１ないし３のいずれか一項記載の押圧方向検出センサにおいて、前記第１の電極パターンは前記抵抗膜パターンと略同心円状に配置された円形又は環状のいずれか一方の形状を有する。第１の電極パターンの一例である。
【００１５】
例えば、請求項６に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサにおいて、前記抵抗膜パターンは環状パターンを一部切り欠いた形状を有し、対向する端部の間に別の電極パターンが介在する。この別の電極パターンに導電部材が接触すると、導電部材を介して抵抗膜パターンの対向する端部が接続される。このときに別の電極パターンは特定の電位になる。従って、請求項７に記載のように、この電位を検出して、該別の電極パターンが位置する方向を検出することができる。
【００１６】
例えば、請求項８に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサにおいて、前記押圧方向検出センサは更に基板を有し、該基板上に前記第１の電極パターン、前記第２の電極パターン及び抵抗膜パターンが形成されており、前記導電部材は前記基板に対向するように設けられている。
【００１９】
例えば、請求項９に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサは、前記抵抗膜パターンと前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンとを支持するシート状部材を有し、該シート状部材は前記導電部材を挟み込むように設けられ、更に前記抵抗膜パターンと前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンとを接触させる操作部が設けられている。
【００２０】
例えば、請求項１０に記載のように、請求項１ないし９のいずれか一項記載の押圧方向検出センサは、前記導電部材を略真下に押圧した時にオンするスイッチを有する。これにより、押圧方向又は押圧方向と押圧力に加え、スイッチ機能を備えた押圧方向検出センサを実現することができる。
【００２２】
例えば、請求項１１に記載のように、請求項１ないし９のいずれか一項記載の押圧方向検出センサにおいて、前記導電部材は、印加される圧力によって抵抗値が変化する環状の感圧導電ゴムを含む。導電部材の一例を特定したもので、抵抗値の変化を利用することによって、押圧力を検出することができる。
【００２３】
例えば、請求項１２に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサは更に、前記導電部材を押圧する操作部を有する。この操作部を介して導電部材は押圧される。
【００２４】
例えば、請求項１３に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサにおいて、前記第２の電極パターンから信号が出力された後に、前記抵抗膜パターンに電圧を印加する回路を具備する。押圧操作がなされた後に抵抗膜パターンに電圧を印加するので、無駄に電流が消費されるのを防止することができる。
【００２５】
例えば、請求項１４に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサにおいて、前記抵抗膜パターンの所定位置に引き出し電極を設け、該引出きし電極の電位を押圧方向を検出するための参照電位とする。これにより、押圧方向の検出制度を一層向上させることができる。
【００２６】
例えば、請求項１５に記載のように、請求項１記載の押圧方向検出センサにおいて、前記第２の電極パターンの電圧を所定のしきい値と比較することで、前記導電部材が略真下に押圧されたことを検出する。押圧方向又は押圧方向と押圧力に加え、スイッチ機能を具備した押圧方向検出センサを実現することができる。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明はまた、請求項１６に記載のように、中央電極パターンと、該中央電極パターンを挟んで対向する複数対の電極パターンと、前記中央電極パターンと前記複数対の電極パターンとの上部に設けられ、定常状態において前記複数対の電極パターンに前記上部から接触しており、上部からの印加圧力によって抵抗値が変化する感圧導電部材とを有し、該感圧導電部材が押圧されたときに得られる中央電極パターンからの信号に基づき感圧導電部材の押圧方向と押圧力とを検出することを特徴とする押圧方向検出センサである。抵抗膜パターンを使用しないで押圧方向と押圧力を検出する構成の押圧方向検出センサである。押圧されると、中央電極パターンの電位は定常状態の電位から変化する。この電位の変化で押圧力を検出することができる。また、複数対の電極パターンの各対ごとに電圧を印加することで、中央電極パターンは対となる電極パターンを結ぶ直線上における押圧点の座標位置に対応した電位となる。従って、各対ごとに得られる中央電極パターンの電位から、押圧点の位置、つまり押圧方向を検出することができる。
【００２８】
例えば、請求項１７に記載のように、請求項１６記載の押圧方向検出センサにおいて、前記中央電極パターンは環状であり、前記導電部材を略真下に押圧した時にオンするスイッチを前記中央電極パターンの中心に設ける。これにより、押圧方向と押圧力に加え、スイッチ機能を具備した押圧方向検出センサを実現することができる。
【００２９】
例えば、請求項１８に記載のように、請求項１６記載の押圧方向検出センサにおいて、前記複数対の電極パターンに交互に電圧を印加して感圧導電部材の押圧方向と押圧力を検出する。電極パターンの各対ごとに中央電極パターンの電位を検出することで、押圧方向を特定することができる。
【００３０】
例えば、請求項１９に記載のように、請求項１６記載の押圧方向検出センサにおいて、前記感圧導電部材はシート状であり、前記押圧方向検出センサは更に該シートの感圧導電部材を押圧する操作部を有する。操作部を介して感圧導電部材を押圧する。
【００３１】
例えば、請求項２０に記載のように、請求項１６記載の押圧方向検出センサにおいて、前記感圧導電部材はシート状であり、前記押圧方向検出センサは更に前記シート状の感圧導電部材を押圧する導電性の板と、該板の上に設けられた操作部とを有する。操作部を押圧し、導電性の板を介して感圧導電部材を押圧する構成である。
【００３２】
また、本発明は上記課題を解決するために、請求項２１に記載のように、円形の抵抗膜パターンと、外周に沿って設けられた複数対の電極パターンと、押圧操作により前記抵抗膜パターンと電気的に接続する中央電極パターンとを有し、前記中央電極パターンは前記円形の抵抗膜パターンよりも前記電極パターンの幅分だけ小さい円形パターンであり、定常状態では前記抵抗膜パターンは前記中央電極パターンに非接触であり、前記複数対の電極パターンに順番に電圧を印加することで得られる前記中央電極パターンからの信号に基づき押圧方向と押圧力とを検出することを特徴とする押圧方向検出センサである。電極パターンの各対ごとに電圧を印加して、中央電極パターンからの信号を出力する。中央電極パターンは対となる電極パターンを結ぶ直線上における押圧点の座標位置に対応した電位となる。従って、各対ごとに得られる中央電極パターンの電位から、押圧点の位置、つまり押圧方向を検出することができる。
【００３３】
本発明はまた、請求項２２に記載のように、押圧方向検出センサと、該押圧方向検出センサの出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記押圧方向検出センサは請求項１ないし２１のいずれか一項記載の電子装置である。このような電子装置はポインティングデバイス、プリント配線基板、リモコン装置、携帯電話などを含むものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態による押圧方向検出センサの断面図であり、図１（ａ）は定常状態、図１（ｂ）は操作された状態を示す。
【００３６】
図１に示す押圧方向検出センサは、プリント配線基板１０と押圧部材１１とを有する。プリント配線基板１０の表面上には、図２に示すパターンが形成されている。パターン１３は円形の電極パターン、パターン１４はその外側に位置する略環状の抵抗膜パターンである。配線基板１０は絶縁物質で形成され、その上にパターン１３、１４が印刷されている。抵抗膜パターン１４は例えば、線形特性を持つカーボン抵抗膜である。電極パターン１３の中心は抵抗膜パターン１４の中心に一致する。つまり、電極パターン１３と抵抗膜パターン１４とは同心円状に配置されている。抵抗膜パターン１４は略環状、つまり完全な環ではなく、一部か切り欠いた状態となっている。この結果、抵抗膜パターン１４は向かい合う開放端を有する。この開放端には引き出し電極１５、１６が形成されている。引き出し電極は、配線基板１０に形成されたスルーホール１７、１８を介して配線基板１０の裏面側に引き出されている。引き出し電極１５には電圧Ｖｃｃが印加され、引き出し電極１６は接地されている。電極パターン１３は配線基板１０に形成されたスルーホール１９を介して、配線基板１０の裏面側に引き出されている。
【００３７】
押圧部材１１は配線基板１０上に設けられ、その底面は電極パターン１３と抵抗膜パターン１４に面している。押圧部材１１の底面は円形で、中心に向けて緩やかな下り傾斜となっている。押圧部材１１の底面は図示するように湾曲しており、その上に導電性部分１２が形成されている。湾曲した部分のうち、下側に凸となっている部分は、電極パターン１３及び抵抗膜パターン１４に対応する位置にある。真中の凸部は山形であり、その周りに環状の凸部が形成されている。図１（ａ）に示す定常状態では、真中の凸部のみが電極パターン１３に接している。導電性部分１２は例えば、金属膜である。押圧部材１１は例えば樹脂などで形成されたものである。押圧部材１１と導電性部分１２とに代えて、導電性のゴムなどで形成された押圧部材を用いてもよい。
【００３８】
図３は、図１に示す押圧方向検出センサの検出回路を示す回路図である。抵抗膜パターン１４に一端には引き出し電極１５を介して電圧Ｖｃｃが印加され、他端は引き出し電極１６を介して接地されている。図３に示す抵抗Ｒ１とＲ２は分圧抵抗である。定常状態では、電極パターン１３は抵抗膜パターン１４に接続していない。図１（ｂ）に示すように、押圧部材１１がある方向に押圧されると、導電性部分１２が抵抗膜パターン１４に接する。図２の矢印２０は、押圧部材１１が押圧されて、導電性部分１２が矢印２０で示す位置で抵抗膜パターン１４に接触したことを示している。これにより、電極パターン１３は導電性部分１２を介して抵抗膜パターン１４に電気的に接続される。この結果、電極パターン１３には上記接触した位置に応じた検出電圧Ｖｏｕｔ（グランドに対する電位）が現われる。接触位置が電圧Ｖｃｃに近いほど、つまり引き出し電極１５に近いほど検出電圧Ｖｏｕｔは高い。検出電圧Ｖｏｕｔの大きさは接触位置、つまり押圧方向を示している。
【００３９】
このように、第１実施形態による押圧方向検出センサは、ほぼ３６０°にわたり押圧方向を検出できる。しかも部品点数が少なく、小型化及び薄型化されている。
【００４０】
第２実施形態
図４は本発明の第２実施形態による押圧方向検出センサを示す断面図であって、同図（ａ）は定常状態を示し、同図（ｂ）は押圧された状態を示す。なお、図４中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。また、図５はプリント配線基板１０の表面に形成されたパターンを示す図、及び図６は検出回路を示す。第２実施形態の押圧方向検出センサは、押圧方向の検出に加え押圧力を検出することができる。
【００４１】
図４及び図５に示すように、環状の電極パターン２１が新たに設けられている。前述した電極パターン１３を第１の電極パターンとすれば、電極パターン２１は第２の電極パターンである。第２の電極パターン２１は、電極パターン１３の外側にあり、かつ抵抗膜パターン１４の内側に位置している。つまり、第２の電極パターン２１は、電極パターン１３と抵抗膜パターン１４との間に介在している。第２の電極パターン２１は、配線基板１０に形成されたスルーホールを介して、配線基板１０の裏面側に引き出されている。
【００４２】
押圧部材（操作部とも言う）２２は、印加される圧力によって抵抗値が変化する感圧導電部材であって弾性力を有する部材、例えば感圧導電ゴムなどで形成されている。一般に、感圧導電ゴムは押圧力が大きくなると圧縮されて、抵抗値が小さくなる。押圧部材２２は円形の平面形状を有し、その中心に向かって緩やかな下り傾斜となっている。押圧部材２２は、固定部材２３で配線基板１０上に固定されている。固定部材２３は配線基板１０を貫通するように設けられている。押圧部材２２は断面に３つの凸部を持ち、これらの凸部は配線基板１０の表面に面している。中央の凸部は山形で、その周りに環状の凸部が形成されている。真中の凸部は常時電極パターン１３に接しており、もう一つの凸部は定常状態では電極パターン２１及び抵抗膜パターン１４から離間している。図４（ｂ）に示すように、押圧部材２２を任意の方向へ押圧すると、外側の凸部が抵抗膜パターン１４及び電極パターン２１に当接する。このとき、電極パターン２１に分圧抵抗を介して電圧を与えておけば、電流が分圧抵抗及び押圧部材２２を通りグランドに流れる。そして、電流値に応じた検出電圧Ｖｏｕｔ２が電極パターン２１に現われる。
【００４３】
図６は、第２実施形態による押圧方向検出センサの検出回路を示す図である。図６（ａ）は押圧方向を検出する回路で、Ｖｏｕｔを電極パターン２１から検出すること以外は図３に示す回路構成と同一である。図６（ｂ）は押圧力を検出する回路である。図６（ａ）は図３と同一なので、ここでの説明を省略する。図６（ｂ）において、押圧部材２２は印加される圧力によって抵抗値が変化する感圧導電部材なので、可変抵抗で表される。また、可変抵抗に直列に接続されているスイッチは、押圧部材２２を押圧した時に押圧部材２２が電極パターン２１に電気的に接続されることを意味している。電極パターン２１には分圧抵抗Ｒ３を介して電圧Ｖｃｃが印加されている。また、導電性の押圧部材２２は例えば、電極パターン１３を介して接地されている。押圧力によって押圧部材２２の抵抗値は変化するので、電極パターン２１の電位、つまり検出電圧Ｖｏｕｔ２は押圧力に従って変化する。よって、検出電圧Ｖｏｕｔ２により押圧部材２２に対する押圧力を検出することができる。
【００４４】
このように、第２実施形態による押圧方向検出センサは、図６（ａ）、（ｂ）の回路構成になるよう、各端子への接続を適宜切り替えて、押圧方向、及び押圧力の検出電圧を得ることにより、ほぼ３６０°にわたり押圧方向を検出できるとともに、押圧力を検出することができる。しかも部品点数が少なく、小型化及び薄型化されている。なお、上記押圧方向検出センサをパソコンのポインティングデバイスとして用いれば、押圧力をカーソルの移動速度に対応させることができる。
【００４５】
第３実施形態
図７は、本発明の第３実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。また、図８は図７に示すプリント配線基板１０の表面上に形成されたパターンを示す。第３実施形態による押圧方向検出センサは、３６０°にわたる押圧方向の検出機能及び押圧力検出機能に加え、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ機能を備えている。
【００４６】
図８に示すように、抵抗膜パターン１４の内側には、２つの環状の電極パターン３１と３３が形成されている。抵抗膜パターン１４と電極パターン３１、３３とは同心円状に配置されている。電極パターン３１は第２実施形態の電極パターン２１に相当し、電極パターン３３は第２実施形態の電極パターン１３に相当する。電極パターン３１からの引き出し線は、配線基板１０に形成されたスルーホールを介して配線基板１０の裏面に一端引き出され、更にスルーホールを介して表面上に形成された引き出し電極４４に接続されている。同様に、電極パターン３３からの引き出し線は、配線基板１０に形成されたスルーホールを介して一端配線基板１０の裏面に引き出され、更にスルーホールを介して表面に形成された引き出し電極４１に接続されている。勿論、引き出し電極４１や４４を配線基板１０の裏面に形成してもよい。また、抵抗膜パターン１４の対向する両端部は、配線基板１０の表面に形成された引き出し電極４２、４３にそれぞれ接続されている。勿論、引き出し電極４２、４３を配線基板１０の裏面に設けてもよい。
【００４７】
図８に示すパターンの中心部には、タクタイルスイッチ３４が配置されている。タクタイルスイッチ３４は、配線基板１０上に形成された電極パターン３４ａと、アーチ上の導電部材で形成された弾性力のある弾性部材３４ｂとから形成されている。弾性部材３４ｂは、定常状態では電極パターン３４ａに離間配置されている。配線基板１０に対し垂直な方向に力が加わると、弾性部材３４ｂが変形して電極パターン３４ａに電気的に接触する。電極パターン３４ａは、配線基板１０に形成されたスルーホールを介して配線基板１０の裏面に形成された引き出し電極に接続されている。同様に、弾性部材３４ｂも配線基板１０に形成されたスルーホールを介して配線基板１０の裏面に形成された引き出し電極に接続されている。
【００４８】
図７に示すように、配線基板１０上には、２つの環状のスペーサ３６、３７が設けられている。スペーサ３６は抵抗膜パターン１４の外側に配置され、スペーサ３７は電極パターン３３の内側に配置されている。スペーサ３７は弾性部材３４ｂの上に位置している。そして、２つのスペーサ３６、３７上には、図９に示す環状の感圧導電ゴムシート３５が配置されている。定常状態では、感圧導電ゴムシート３５は抵抗膜パターン１４並びに電極パターン３１及び３３に離間配置されている。つまり、スペーサ３６と３７は、配線基板１０上のパターンと感圧導電ゴムシート３５とが定常状態において接触しないように所定の間隔を保持するためのものである。
【００４９】
また、図７に示すように、押圧部材（操作部材）３２が設けられている。押圧部材３２は樹脂などの絶縁物質で形成され、配線基板１０上に配置されている。押圧部材３２は配線基板１０に当接するフランジ部分を有し、押さえ部材３８に係合している。押さえ部材３８はねじ穴を有し、ねじ３９で配線基板１０に固定されている。図７の左側にも同様な押さえ部材が設けられている（図示を省略してある）。また、押圧部材３２は外向きに凸の部分と内向き（配線基板１０側）の２つの凸部を有する。内側中心の凸部は山形で、定常状態において弾性部材３４ｂに当接している。また、他方の凸部は山形の凸部の外側に位置する環状形状で、定常状態において感圧導電ゴムシート３５に当接している。
【００５０】
図１０に、本実施形態による押圧方向検出センサの検出回路を示す。図１０（ａ）は押圧方向を検出する回路を示し、図１０（ｂ）は押圧力を検出する回路を示す。図１０（ａ）に示す回路は、前述した図３及び図６（ａ）と同一構成である。簡単に説明すると、図１０（ａ）において、電圧Ｖｃｃは分圧抵抗Ｒ１を介して電極４２に与えられる。電極４３は分圧抵抗Ｒ２を介して接地されている。押圧部材３２を任意の方向へ押圧すると感圧導電ゴムシート３５が抵抗膜パターン１４及び電極パターン３１、３３に接触する。そして、引き出し電極４１に接触位置に応じた検出電圧Ｖｏｕｔ１が現われる。また、図１０（ｂ）において、感圧導電ゴムシート３５が電極パターン３１に接触することで分圧抵抗Ｒ３を介して感圧導電ゴムシート３５に電流が流れ、感圧導電ゴムシート３５の押圧力に応じた抵抗値で決まる検出電圧Ｖｏｕｔ２が電極パターン４４に現われる。
【００５１】
また、押圧部材３２を真下に押し下げると、導電性の弾性部材３４ｂが電極パターン３４ａに接触し、タクタイルスイッチ３４がオンする。
【００５２】
このように、本発明の第３実施形態によれば、ほぼ３６０°にわたり押圧方向を検出できるとともに、押圧力を検出することができ、更に垂直方向の操作に対応したＯＮ／ＯＦＦを検出することができる。しかも部品点数が少なく、小型化及び薄型化されている。
【００５３】
なお、押圧部材３２と感圧導電ゴムシート３５とを一体化し、押圧部材３２全体を感圧導電ゴムで成型することも可能である。この場合には、感圧導電ゴムの配線基板１０との対向面を配線基板１０から浮かすことができるので、スペーサ３６、３７が不要となり、部品点数をより少なくすることができ、簡素な構造が実現できる。
【００５４】
第４実施形態
図１１は、本発明の第４実施形態による押圧方向検出センサのパターンを示す図である。なお、図中、図８と同一の構成要素のものには同一の参照番号を付してある。第４実施形態は第３実施形態の変形例であり、押圧方向の検出精度をより一層向上させるものである。
【００５５】
図１１に示すように、抵抗膜パターン１４には引き出し電極４２、４３に加え、途中に引き出し電極４６、４７、４８が等間隔（９０°ごと）に形成されている。電極４２と４３に電圧Ｖｃｃを与えると、引き出し電極４６、４７、４８には引き出し電極４２が接続された開放端からの距離に応じた電圧が現われる。例えば、引き出し電極４８と４７との間の電位差がＶの時、１度当りの電圧変化はＶ／９０となる。図７に示す押圧部材３２を押圧して感圧導電ゴムシート３５が抵抗膜パターン１４に接触して電極パターン３３に現われた検出電圧Ｖｏｕｔ１を引き出し電極４７と４８との間の電圧を比較することで、押圧角度が求まる。例えば、このようにして求めた検出角度と検出電圧Ｖｏｕｔ１から直接求めた押圧角度との間に所定以上の差があるときにはエラー信号を出力することができる。また、検出出力Ｖｏｕｔ１から直接求めた押圧角度ではなく、引き出し電極４６〜４８との照合で求めた押圧角度を出力することとしても良い。
【００５６】
このように、本発明の第４実施形態によれば、より正確な押圧方向の検出が可能となる。なお、図１１に示す引き出し電極４６〜４８を図５の抵抗膜パターン１４に設けても同様に押圧角度の検出精度を向上させることができる。
【００５７】
第５実施形態
図１２は本発明の第５実施形態による押圧方向検出センサを示す断面図であって、同図（ａ）はその断面図、同図（ｂ）はメンブレンシートに形成されたパターンを示す。なお、図１２（ａ）は分かり易くするために,縦方向を誇張して描いてある。第５実施形態は押圧方向を検出するもので、その検出原理は第１実施形態と同様である。第５実施形態は、パターンをメンブレンシート上に形成したことを特徴の一つとする。
【００５８】
サポートパネル５１上に操作部５２が設けられ、操作部５２の底面とサポートパネル５１との間の間隙に、感圧導電ゴム５５とこれを挟むように設けられた略矩形のメンブレンシート５３、５７が配置されている。メンブレンシート５７は例えば厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムであって、接着剤などでサポートパネル５１上に固定されている。メンブレンシート５３と５７を展開した状態を図１２（ｂ）に示す。図示するように、メンブレンシート５３と５７は一枚のメンブレンシートを折り曲げ部５８で折り曲げた構造を持つ。メンブレンシート５３と５７は上記のような一体型ではなく、２枚別々であってもよい。メンブレンシート５３上には円形の電極パターン５４が形成されている。また、メンブレンシート５７上には略環状の抵抗膜パターン５６が形成されている。抵抗膜パターン５６は切り欠き部を持ち、対向する端面には引き出し電極５９、６０が接続されている。引き出し電極５９、６０は、電極パターン５４に接続する引き出し電極６１と共に、メンブレンシート５７の矩形状の突出部上に延出している。この突出部で外部との電気的接続が形成される。メンブレンシート５３を折り曲げ部５８で折り曲げてメンブレンシート５７に重ね合わせたときに、電極パターン５４と抵抗膜パターン５６とは同心円状に重なり合うように配置されている。メンブレンシート５３と５７の間には、ディスク状感圧導電ゴム５５が介在している。
【００５９】
なお、抵抗膜パターン５６はカーボンペーストによる印刷で形成できる。電極パターン５４と引き出し電極５９−６１はＡｇペーストによる印刷で形成できる。
【００６０】
第５実施形態の検出回路は、図３に示す検出回路と同一構成である。引き出し電極５９と６０に、それぞれ電圧Ｖｃｃとグランド電圧を印加する。押圧方向検出センサが定常状態にあるときは、感圧導電ゴム５５の抵抗値が高いので、電極パターン５４の引き出し電極６１には検出電圧が現われない。これに対し、感圧導電ゴム５５を任意の方向へ押圧するとその部分の抵抗値が低くなり、引き出し電極６１に検出電圧が現われる。この検出電圧は、感圧導電ゴム５５が押圧された抵抗膜パターン５６上の位置に対応する。よって、検出電圧は押圧方向を示している。
【００６１】
このように、第５実施形態によれば、サポートパネル５１にスルーホールを形成する必要がなく、製造し易い。また、プリント配線基板にパターンを形成する必要がないので、様々な個所に適用できる。
【００６２】
第６実施形態
図１３は、本発明の第６実施形態による押圧方向検出センサを示す図であって、同図（ａ）はその断面図、同図（ｂ）はメンブレンシートに形成されたパターンを示す。なお、図１３（ａ）は分かり易くするために,縦方向を誇張して描いてある。第６実施形態は押圧方向と押圧力の両方を検出することができパターンをメンブレンシート上に形成したことを特徴の一つとする。
【００６３】
サポートパネル５１上に操作部６２が設けられ、操作部６２の底面とサポートパネル５１との間の間隙に、感圧導電ゴム６５とこれを挟むように設けられた円形のメンブレンシート６３、６７が配置されている。メンブレンシート６７は、例えば接着剤などでサポートパネル５１上に固定されている。メンブレンシート６３と６７を展開した状態を図１３（ｂ）に示す。図示するように、メンブレンシート６３と６７は一枚のメンブレンシートを折り曲げ部６８で折り曲げた構造を持つ。メンブレンシート６３と６７は上記のような一体型ではなく、２枚別々であってもよい。メンブレンシート６３上には環状の抵抗膜パターン６６と、その内側に配置された環状の電極パターン６９が同心円状に形成されている。また、メンブレンシート６３上には略環状の抵抗膜パターン６４が形成されている。抵抗膜パターン６６は切り欠き部を持ち、対向する端面には引き出し電極５９、６０が接続されている。また、電極パターン６９には引き出し電極７１が接続されている。引き出し電極５９、６０及び７１は、電極パターン６４に接続する引き出し電極６１と共に、メンブレンシート６７の矩形状の突出部上に延出している。この突出部で外部との電気的接続が形成される。メンブレンシート６３を折り曲げ部６８で折り曲げてメンブレンシート６７に重ね合わせたときに、電極パターン６４と抵抗膜パターン５６及び電極パターン６９とは同心円状に重なり合うように配置されている。
【００６４】
メンブレンシート６３と６７の間には、環状の感圧導電ゴム６５が介在している。感圧導電ゴム６５の中央の孔は、メンブレンシート６３と６７の中心に形成された孔７２ａ、７２ｂと同心円状に重ね合わせられる。そして、サポートパネル５１から垂直に突出した支持部材７０が、これらの孔に挿入される。これにより、メンブレンシート６３、６７及び感圧導電ゴム６５をサポートパネル５１上に正しく位置決めすることができる。
【００６５】
押圧方向の検出は、前述した第５実施形態と同様にして行われる。押圧力の検出は、引き出し電極６１と７１との間の電位差を検出することで行われる。電極パターン６４に分圧抵抗Ｒ３を介して電圧を与え、電極パターン６９を接地する。この逆でもよい。操作部６２を任意の方向へ押圧すると、この部分の感圧導電ゴム６５の抵抗値が下がり、電流が流れる。この結果、電極パターン６４（引き出し電極６１）の電位が下がる。この電位は感圧導電ゴム６５の電極パターン６４と６９間の抵抗値に依存し、押圧力を指示している。
【００６６】
このように、第６実施形態によれば、サポートパネル５１にスルーホールを形成する必要がなく、製造し易い。また、プリント配線基板にパターンを形成する必要がないので、様々な個所に適用できる。
【００６７】
第７実施形態
図１４は、本発明の第７実施形態による押圧方向検出センサのパターンを示す図である。なお、図１４中、図５に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。第７実施形態は、前述した第２実施形態の押圧方向の検出精度を一層向上させたものである。第２実施形態では、抵抗膜パターン１３の切り欠き部分（開放部分）が押圧方向の場合には、押圧方向を適切に検出できない。第７実施形態はこの点を改善したものである。また、第７実施形態は、センタースイッチ機能を有する。センタースイッチ機能とは、押圧部材２２を真下に押下するとスイッチＯＮとなる機能である。
【００６８】
抵抗膜パターン１４の対峙する開放端の間に、電極パターン２６が設けられている。電極パターン２６には引き出し電極２７が接続されている。図４に示す押圧部材２２が抵抗膜パターン１４の切り欠き部分、つまり電極パターン２６を押圧すると、同時に電極パターン２１を押圧する。この結果、感圧導電ゴムなどの押圧部材２２を介して電極パターン２１と２６とが導通する。このことを利用して、押圧方向が抵抗膜パターン１４の切り欠き部に一致したことを検出する。
【００６９】
図１５は、本実施形態の検出回路を示す図である。この検出回路は上記押圧方向の検出に加え、無駄な電流消費を避けるように構成されている。無駄な電流消費を避けるために、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を用いている。また、センタースイッチＯＮ／ＯＦＦの検出機能を備えている。図中、長四角の記号は分圧抵抗を示し、破線で示す可変抵抗とスイッチの直列回路は図４に示す押圧部材２２を示す。また、Ｖｏｕｔ１は電極パターン１３に接続する引き出し電極２９に現われる電圧で、押圧方向を示す。Ｖｏｕｔ２は電極パターン２１に接続する引き出し電極２８に現われる電圧で、押圧力を示す。図１５の回路構成では、引き出し電極２８と２９は共通の端子に接続されている。電極パターン２６に接続された引き出し電極には電圧Ｖｍが現われる。この電圧Ｖｍは、押圧部材２２が抵抗膜パターン１４の切り欠き部に一致した場合、換言すれば電極パターン２６上を押圧した時に現われる。
【００７０】
図１６は、図１５に示す回路の動作シーケンスを示すフローチャートである。初期状態では、スイッチＳＷ１とＳＷ３がＯＮし、スイッチＳＷ２とＳＷ４がＯＦＦしている。ステップＳ１１で出力電圧Ｖｏｕｔの発生を確認する。図１５の回路図から分かるように、定常状態では感圧導電ゴムで形成されている押圧部材２２の抵抗は高く、図１５の破線ブロック内のスイッチがＯＦＦしている状態である。従って、電圧Ｖｃｃからグランドに向けて電流が流れるパスが存在しない。押圧部材２２が押圧されると、破線のブロックで囲むスイッチがＯＮして、スイッチＳＷ１とＳＷ３を含む電流パスが形成される。
【００７１】
今、押圧部材２２を真下に押圧した場合を考える。図１７は、押圧力と感圧導電ゴムで形成された押圧部材２２の抵抗値との関係を示すグラフである。図中、曲線（ａ）は押圧部材２２を任意の一方向に押圧した場合の特性を示し、曲線（ｂ）は押圧部材２２を真下に押圧した場合の特性である。グラフから分かるように、同じ押圧力でも真下に押圧した場合の方が押圧部材２２の抵抗値は小さくなる。
【００７２】
押圧部材２２を真下に押圧した場合、電極パターン１３と２１は全周にわたり導電性の押圧部材２２を介して導通する。このときの出力電圧Ｖｏｕｔは、図１７の特性（ｂ）に従った値となる。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔは比較的高い電圧である。曲線（ａ）と（ｂ）を識別できる抵抗値に対応した出力電圧を予めしきい値に設定しておけば、曲線（ａ）の場合の出力電圧Ｖｏｕｔと曲線（ｂ）の場合の出力電圧Ｖｏｕｔとを区別することができる。ステップＳ１２で、出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧よりも高い場合（この場合の出力電圧をＶｎとする）には、ステップＳ１３でセンタースイッチがＯＮしたと判断する。これ以外の場合にはセンタースイッチがＯＦＦであると判断して、ステップＳ１４に進む。
【００７３】
ステップＳ１４では出力電圧Ｖｏｕｔに対応した押圧力（押圧強さ）を決定する。この場合の出力電圧Ｖｏｕｔは、図１４の出力電圧Ｖｏｕｔ２に相当する。次にステップＳ１５で、スイッチＳＷ１とＳＷ３をＯＦＦし、スイッチＳＷ２とＳＷ４をＯＮする。これにより、電圧Ｖｃｃから抵抗膜パターン１４とスイッチＳＷ４を通るパスと、押圧部材２２とスイッチＳＷ４を通るパスが形成される。次にステップＳ１６で、電極パターン２６の電圧Ｖｍが引き出し電極２７に現われたかどうかを判断する。電圧Ｖｍが検出されると、ステップＳ１７で押圧方向θが０°であると判断する。θ＝０°の位置は電極パターン２６上である。θ＝０°でない場合にはステップＳ１８で、検出電圧Ｖｏｕｔ（この場合は、図１４の出力電圧Ｖｏｕｔ１に相当する）の値を取得し、ステップＳ１９で検出電圧Ｖｏｕｔに対応する押圧方向を検出する。最後にステップＳ１３でスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を初期状態に戻し、処理を終了する。
【００７４】
以上のように、本発明の第７実施形態は、押圧方向及び押圧力の検出に加え、θ＝０°の検出機能とセンタースイッチ機能を具備している。更に、ステップＳ１１で出力電圧Ｖｏｕｔを確認した後にスイッチＳＷ２とＳＷ４をＯＮして押圧方向の検出を行うため、押圧部材２２を操作していない場合には図１５の検出回路は電流を消費しない。このように、第７実施形態は押圧方向の検出精度は極めて高く、センタースイッチ機能を備えた低電力消費の小型、薄型の押圧方向検出センサを実現することができる。
【００７５】
なお、本実施形態は押圧部材２２との組み合わせに限定されるものではなく、前述した又は後述する他の実施形態との組み合わせでもよい。例えば、図１に示す第１実施形態の導電性部分１２を有する押圧部材１１との組み合わせであっても良い。また、センタースイッチの機能も同様に他の実施形態においても実現することができる（ただし、タクタイルスイッチを採用した実施形態を除く）。
【００７６】
また、図１６の動作フローチャートは後述する図３５の中央演算装置で行われる。
【００７７】
第８実施形態
図１８は、本発明の第８実施形態による押圧方向検出センサを示す断面図であって、同図（ａ）は定常状態、同図（ｂ）は操作された状態を示す。図中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。また、図１９はプリント配線基板１０の表面に形成されたパターンを示す図である。
【００７８】
本実施形態は、完全に環状の抵抗膜パターン７４を具備する。抵抗膜パターン７４には、９０°ごとに４つの引き出し電極７４１〜７４４が接続されている。これらの引き出し電極７４１〜７４４は、配線基板１０に形成されたスルーホールを介して配線基板１０の裏面に引き出されている。対向する引き出し電極７４１と７４３、及び対向する引き出し電極７４２と７４４はそれぞれ対となっている。抵抗膜パターン７４の内側には、同心円状に位置する電極パターン７３が形成されている。電極パターン７３は、引き出し電極７３１は配線基板１０に形成されたスルーホールを介して配線基板１０の裏面に引き出されている。
【００７９】
本実施形態を回路図で示すと、図２０のようになる。
【００８０】
図１８（ａ）に示す定常状態では、感圧導電ゴムなどで形成された押圧部材２２は電極パターン７３に接触しており、導電膜パターン７４には接触していない。図１８（ｂ）に示すように、押圧部材２２を任意の方向に押圧すると、押圧部材２２が抵抗膜パターン７４に当接する。この当接位置、すなわち押圧方向を検出するために、まず、図２０に示す回路図において、ＳＷ１、ＳＷ２をｘ接点側に接続すると１対の引き出し電極７４１と７４３間に所定の電圧が、分圧抵抗を介して印加される。例えば、図２０に示す回路では、分圧抵抗Ｒ１を介して引き出し電極７４１に電圧Ｖｃｃを印加し、分圧抵抗Ｒ２を介して引き出し電極７４３を接地する。そして、このときの電極パターン７３の電位を感圧導電部材（押圧部材）２２を介して取得する。この電位は、押圧部材２２が抵抗膜パターン７４に接触する位置の引き出し電極７４２と７４４とを結ぶ直線方向（仮にＸ方向とする）の押圧位置情報である。また、押圧部材２２か感圧導電部材で形成されているため、抵抗膜パターン７４と電極パターン７３との間には抵抗が接続されたことになる。この抵抗値は、感圧導電部材の押圧力が大きくなると小さくなる。よって、例えば図２０においてＳＷ１をＺ接点側に接続し、ＳＷ2をｘ接点側に接続した場合には電極パターン７３の電位は押圧力をも反映している。特に、感圧導電部材の対向値が抵抗膜パターンの抵抗値より比較的大きければ、押圧部位置による抵抗膜パターンの抵抗値（前記の例では、押圧部材２２が抵抗膜パターン７４に接触する位置から、電極パターン７４３までの抵抗膜パターンの抵抗値）の違いは無視でき、押圧力の検出が可能になる。そのため、本実施形態は抵抗パターンの直径が小さいときに適する。
【００８１】
次に、他方の対の引き出し電極７４１と７４３間に所定の電圧を、分圧抵抗を介して印加する。このときの電極パターン７３の電位を取得する。この電位は、引き出し電極７４２と７４４を結ぶ直線方向（仮にＹ方向とする）の押圧位置情報であり、また押圧力を反映している。
【００８２】
このようにして、Ｘ方向とＹ方向の位置情報を求めることで、押圧方向を３６０°にわたり検出することができ、また押圧力を検出することができる。更に、本実施例では検出開始前に、電極７４１と７４３の間に所定の電圧を印加したときの７４２の電位と、７４４の電位、また７４２と７４４の間に所定の電圧を印加したときの７４１の電位と７４３の電位を各々の電極位置の電位値として記憶させキャリブレーションに用いることで、より正確な方向検出を実現することも可能である。
【００８３】
なお、感圧導電部材に代えて単なる導電部材で押圧部材を形成した場合には、押圧方向のみを検出することができる。
【００８４】
第９実施形態
図２１は、本発明の第９実施形態による押圧方向検出センサのパターンを示す図である。なお、図中、図１９と同一の構成要素のものには同一の参照番号を付してある。第９実施形態は、図１８のパターンに加えて環状の電極パターン７６を設け、押圧時における電極パターン７３と７６との間の押圧部材２２の抵抗値を検出することで、押圧力を検出するものである。
【００８５】
押圧力の検出のために、図１９に示すパターンに電極パターン７６が追加されている。電極パターン７６は完全な環状であり、抵抗膜パターン７４と電極パターン７３との間に介在している。電極パターン７６は、引き出し電極７６１を介して配線基板１０に形成されたスルーホールを介して、配線基板１０の裏面に引き出されている。
【００８６】
押圧方向の検出は、前述した第８実施形態と同様である。また、押圧力の検出は、前述した図６（ｂ）に示す構成と同様にして行う。電極パターン７６に分圧抵抗を介して電圧Ｖｃｃを印加しておき、押圧部材２２を押圧したときに引き出し電極７６１に現われる検出電圧から押圧力を検出することができる。本実施形態では押圧力検出のための電極パターンを設けてあるので、第８実施形態のように抵抗膜パターンの抵抗値を感圧導電部材の抵抗値より小さくしなくても押圧力の検出が可能である。そのため大きな直径の抵抗パターンについても実施可能である。
【００８７】
このように、第９実施形態による押圧方向検出センサは、ほぼ３６０°にわたり押圧方向を検出できるとともに、押圧力を検出することができる。しかも部品点数が少なく、小型化及び薄型化されている。
【００８８】
第１０実施形態
図２２は、本発明の第１０実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。なお、図中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。本実施形態は、抵抗膜パターンを用いることなく、押圧方向と押圧力を検出できることを特徴の一つとする。
【００８９】
図２２に示すように、押圧方向検出センサは、プリント配線基板１０と押圧部材（操作部）２２Ａとを有する。押圧部材２２Ａは、印加される圧力によって抵抗値が変化する感圧導電部材であって弾性力を有する部材、例えば感圧導電ゴムなどで形成されている。この押圧部材２２Ａは、図４に示す押圧部材２２とは異なり、配線基板１０に面する面の２つの突起（断面でみると３つの突起）が、定常状態で配線基板１０上のパターンに接触している。
【００９０】
図２３は、配線基板１０上に形成されたパターンを示す図である。図２３のパターンは４つの電極パターン８１１、８１２、８２１及び８２２と電極パターン１３とを有する。これら４つの電極パターンは環状の電極を所定間隔で所定長さだけ切り取った残りの部分に相当する形状を持っている。換言すれば、４つの電極パターン８１１、８１２、８２１及び８２２は、等間隔（等角度）に離間配置された扇状の電極パターンである。電極パターン１３は、電極パターン８１１、８１２、８２１及び８２２と同心円状に位置している。電極パターン１３は電極パターン８１１、８１２、８２１及び８２２の環状配置の中央に位置しているので、以下の説明では電極パターン１３を中央電極パターンと言う。
【００９１】
電極パターン８１１と８１３とは対になっている。同様に、電極パターン８２１と８２２とは対になっている。電極パターン８１１には電圧Ｖｃｃを与え、電極パターン８１２は接地する。同様に、図示を省略してあるが、電極パターン８２１に電圧Ｖｃｃを与え、電極パターン８２２は接地する。
【００９２】
図２４は、電極パターン８１１と８１２との間に形成される回路を示す。図中,抵抗Ｒ１１は電極パターン８１１と中央電極パターン１３とを接続する導電性の押圧部材２２Ａの抵抗を示し、抵抗Ｒ１２は中央電極パターン１３と押圧部材２２Ａとを接続する押圧部材２２Ａの抵抗を示す。同様な回路が電極パターン８１２と８１４との間にも形成される。図２２に示す定常状態ではＲ１１＝Ｒ１２なので、中央電極パターン１３の検出電圧ＶｏｕｔはＶｃｃ／２である。なお、電圧はＶｃｃにのみ印加されているものとする。押圧部材２２Ａを任意の方向に押圧すると、その部分が圧縮されて抵抗値が下がる。これにより検出電圧Ｖｏｕｔは変化する。検出電圧Ｖｏｕｔの値は押圧力に依存するので、押圧力を検出することができる。同様に、電圧Ｖｃｃを電極パターン８２１に印加しても、検出電圧Ｖｏｕｔから押圧力を検出することができる。
【００９３】
押圧方向の検出は、まず電極８１１にのみ電圧Ｖｃｃを与え、検出電圧Ｖｏｕｔを取得する。この検出電圧は、電極８１１と８１２とを結ぶ直線上にある押圧位置を示している。次に電極パターン８２１に電圧Ｖｃｃを与え、検出電圧Ｖｏｕｔを取得する。この検出電圧は、電極パターン８２１と８２２とを結ぶ直線上にある押圧位置を示している。このようにして求めた２つの位置から押圧方向を特定することができる。
【００９４】
このように、本発明の第１０実施形態によれば、抵抗膜パターンを用いることなく、極めて簡単な構成で押圧方向及び押圧力を検出できる小型で薄型の押圧方向検出センサを実現することができる。
【００９５】
第１１実施形態
図２５は、本発明の第１１実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。なお、図中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。また、図２６は、配線基板１０上に形成される電極パターンを示している。
【００９６】
本実施の形態は、第１０実施形態と同一の原理で押圧方向及び押圧力を検出する。これに加え、図７を参照して説明したタクタイルスイッチ３４を具備するとともに、図２２に示す押圧部材２２を押圧部材（操作部）９２に代えて、感圧導電ゴムシート８５とを用いる構成である。また、図２２に示す円形状の中央電極パターン１３に代えて、環状の中央電極パターン８４を用いている。
【００９７】
図２５に示すように、環状の中央電極パターン８４はタクタイルスイッチ３４を取り囲むように配置されている。中央電極パターン８４と４つの電極パターン８１１、８１２、８２１、８２２は同心円状に配置されている。電極パターンとタクタイルスイッチ３４上には、図９に示すような環状の感圧導電ゴムシート３５が配置されている。定常状態において、感圧導電ゴムシート３５は、押圧部材９２の底面に形成された２つの突起に接触している。また、定常状態において、感圧導電ゴムシート８５は、電極パターン８１１、８１２、８２１、８２２とタクタイルスイッチ３４の弾性部材３４ｂに接触している。
【００９８】
図２７は、本実施形態の検出回路を示す。抵抗Ｒ１１は電極パターン８２１と中央電極パターン８４との間の感圧導電ゴムシート８５の抵抗を示し、抵抗Ｒ１２は中央電極パターン８４と電極パターン８２２との間の感圧導電ゴムシート８５の抵抗を示す。同様に、抵抗Ｒ１３は電極パターン８１１と中央電極パターン８４との間の感圧導電ゴムシート８５の抵抗を示し、抵抗Ｒ１４は中央電極パターン８４と電極パターン８１２との間の感圧導電ゴムシート８５の抵抗を示す。検出電圧ＶｘとＶｙから押圧方向と押圧力とを検出することができる。また、押圧部材９２を真下に押圧することでタクタイルスイッチ９２をＯＮとする。
【００９９】
このように、第１１実施形態による押圧方向検出センサは、３６０°にわたり押圧方向を検出できるとともに、押圧力を検出することができ、更に垂直方向の操作に対応したＯＮ／ＯＦＦを検出することができる。しかも部品点数が少なく、小型化及び薄型化されている。
【０１００】
第１２実施形態
図２８は、本発明の第１２実施形態による押圧方向検出センサの断面図、図２９は押圧方向検出センサに採用されているメンブレンシートを示す図、及び図３０は押圧方向検出センサの外観を示す斜視図である。本実施形態は押圧方向及び押圧力を検出することができる。本実施形態は抵抗膜パターンを用いている点で、前述の第１から第９実施形態に類似しているが、検出方法は第１０及び第１１実施形態と同様にｘ座標位置及びｙ座標位置を検出するものである。
【０１０１】
図２８に示すように、プリント配線基板１０上には押圧部材９２が取り付けられている。押圧部材９２は導電性を有する必要はない。押圧部材９２の内側には段差部が形成され、そこに図２９に示すメンブレンシート９３の縁部が係合・支持されている。メンブレンシート９３は円形部分と矩形の引き出し部分とを有する。この円形部分上には、印刷などで形成されたカーボンなどの抵抗膜パターン９４と、電極パターン９５１、９５２、９６１、９６２が形成されている。抵抗膜パターン８４は円形である。電極パターン９５１と９５２とは向かい合っており、１つの対をなす。同様に、電極パターン９６１と９６２とは向かい合っており、１つの対をなす。電極パターン９５１、９５２、９６１、９６２は抵抗膜パターン９４上に設けられ、電気的に接続されている。メンブレンシート９３の引き出し部分には、電極パターン９５１、９５２、９６１、９６２の引き出し電極が形成されており、その先端部分９９は外部との接続部である。
【０１０２】
配線基板１０の表面上には、中央電極パターン９７が形成されている。中央電極パターン９７は、円形の抵抗膜パターン９４よりも電極パターン９５１、９５２、９６１、９６２の幅分だけ小さい円形のパターンである。
【０１０３】
定常状態では、抵抗膜パターン９４は中央電極パターン９７に非接触である。押圧部材９２を任意の方向に押圧すると、抵抗膜パターン９４が中央電極パターン９７に接触する。押圧方向及び押圧力の検出は、２対の電極パターンに順番に電圧を印加することで行われる。例えば、最初に電極パターン９５１と９５２との間に電圧Ｖｃｃを印加して、押圧位置（方向）のｘ座標値を検出する。このときの電圧値は押圧力を示している。次に、電極パターン９６１と９６２に同じ電圧を印加して、押圧位置（方向）のｙ座標値を検出する。このようにして、押圧部材９２の押圧方向と押圧力とを検出することができる。
【０１０４】
なお、電圧の印加手順は、後述する中央演算装置などで制御することができる。また、メンブレンシート９３に中央電極パターン９７を形成し、配線基板１０上に抵抗膜パターン９４と電極パターン９５１、９５２、９６１、９６２を形成することでもよい。更に、抵抗膜パターン９４を配線基板１０に設け、メンブレンシート９３にＡｇ印刷などによる電極パターンのみを形成する構成であってもよい。
【０１０５】
第１３実施形態
図３１は、本発明の第１３実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。図中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。本実施例は、第１０及び第１１実施形態による押圧方向検出センサと同じ原理で押圧方向及び押圧力を検出するもので、これらの変形例に相当する。
【０１０６】
プリント配線基板１０上には中央電極パターン及び４つの電極パターン８１１、８１２、８２１、８２２が図２３に示すように形成されている。なお、図３１では、このうちの２の電極パターンのみ現われている。これらの電極パターン上には、円形の感圧導電ゴムシート１０３が設けられている。定常状態において、感圧導電ゴムシート１０３は中央電極パターン１３及び電極パターン８１１、８１２、８２１、８２２に接触している。感圧導電ゴムシート１０３上には、金属板１０４が設けられている。金属板は２つの環状の凸部を有する（断面でみると３つ）。外側の環状の凸部は完全な環であってもよいし、４つの電極パターン８１１、８１２、８２１、８２２に対応する部分のみであってもよい。金属版１０４及び感圧導電ゴムシート１０３は、押圧部材１０２の底面に形成された凸部内に収容されている。
【０１０７】
押圧部材１０２を任意の方向に押圧すると、押圧部材１０２の底面が金属板１０を押圧する。金属板１０４の凸部が感圧導電ゴムシート１０３を押圧する。押圧された部分の感圧導電ゴムシート１０３が圧縮されて抵抗値が下がる。この状態で、前述したようにしてｘ軸方向及びｙ軸方向の押圧位置の座標を検出して、押圧方向及び押圧力を検出する。
【０１０８】
なお、押圧部材１０２と金属板１０４の組み合わせは本実施形態に限定されるものではなく、前述した各実施形態に適用することができる。
【０１０９】
また、前記各実施形態において、押圧部材を図３２に示すような押し込み量と押圧力との関係になるように構成することで、適度なクリック感が得られ、特に基板に垂直方向な方向のスイッチとして快適な操作感が得られる。
【０１１０】
その他の実施形態
図３３は、本発明の押圧方向検出センサをプリント配線基板上に搭載した電子装置の一例を示す図である。この電子装置は、プリント配線基板１１１上に、押圧方向検出センサ１１０、信号処理回路１１２及び外部接続用のコネクタ１１３を具備している。図示する押圧方向検出センサ１１０は前述の第１２実施形態によるものであるが、他の実施形態による押圧方向検出センサであっても良いことは勿論である。
【０１１１】
図３４は、他の実施形態による電子装置を示す図である。図示する実施形態はポインティングデバイス、プリント配線基板、リモコン装置、携帯電話などに相当する電子装置である。プリント配線基板に押圧方向検出センサ用パターンと複数のスイッチ用接点パターンを形成し、その上に押圧方向検出センサの操作部（押圧部材）１１４、複数のスイッチ用ゴム接点をエラストマ材料などで一体成形したものを重ね、それらをモールドカバーで押さえつけるような構造である。
【０１１２】
図３５は、上記のような電子装置の一内部構成例を示すブロック図である。図示する構成は、押圧方向検出センサ１２１、Ａ／Ｄ変換器１２２及び中央演算装置１２３を有する。中央演算装置１２３は、記憶部１２３、演算部１２４、クロックを生成するクロック部１２６及びインタフェース部１２７を有する。押圧方向検出センサ１２１は例えば,図３３に示す押圧方向検出センサ１１０に相当し、Ａ／Ｄ変換器１２２及び中央演算装置１２３は信号処理回路１１２に相当する。なお、図３３に示す外部接続用コネクタ１１３は、図３５の中央演算装置１２３のインタフェース部１２７に接続されるものである。
【０１１３】
中央演算装置１２３は、押圧方向検出センサ１２１を制御して、その出力電圧を処理する機能を持つ。
【０１１４】
以上、本発明の実施形態を説明した。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において様々な実施形態が実現可能である。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、押圧方向を３６０°にわたり連続的に検出できる小型かつ薄型の押圧方向検出センサを実現することができる。また、本発明は押圧方向の検出に加え、押圧力を検出することができる押圧方向検出センサを実現することができる。更に、本発明は上記押圧方向検出センサを用いた様々な電子装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。
【図２】図１に示す押圧方向検出センサのプリント配線基板上に形成されるパターンを示す図である。
【図３】図１に示す押圧方向検出センサの検出回路を示す回路図である。
【図４】本発明の第２実施形態による押圧方向検出センサを示す断面図である。
【図５】図４に示す押圧方向検出センサのプリント配線基板上に形成されるパターンを示す図である。
【図６】図４に示す押圧方向検出センサの検出回路を示す回路図である。
【図７】本発明の第３実施形態による押圧方向検出センサを示す断面図である。
【図８】図７に示す押圧方向検出センサのプリント配線基板上に形成されるパターンを示す図である。
【図９】図７に示す押圧方向検出センサで用いられる感圧導電ゴムシートを示す図である。
【図１０】図７に示す押圧方向検出センサの検出回路を示す回路図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による押圧方向検出センサのパターンを示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態による押圧方向検出センサを示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態による押圧方向検出センサを示す図である。
【図１４】本発明の第７実施形態による押圧方向検出センサのパターンを示す図である。
【図１５】本発明の第７実施形態による押圧方向検出センサの検出回路を示す図である。
【図１６】図１５に示す回路の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、押圧力と感圧導電ゴムで形成された押圧部材の抵抗値との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の第８実施形態による押圧方向検出センサを示す断面図である。
【図１９】図１８に示す押圧方向検出センサのプリント配線基板上に形成されるパターンを示す図である。
【図２０】本発明の第８実施形態による押圧方向検出センサの検出回路を示す図である。
【図２１】本発明の第９実施形態による押圧方向検出センサのパターンを示す図である。
【図２２】本発明の第１０実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。
【図２３】図２２に示す押圧方向検出センサのプリント配線基板上に形成されるパターンを示す図である。
【図２４】図２３に示す電極パターン間に形成される回路を示す。
【図２５】本発明の第１１実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。
【図２６】図２５に示す押圧方向検出センサのプリント配線基板上に形成されるパターンを示す図である。
【図２７】本発明の第１１実施形態による押圧方向検出センサの検出回路を示す図である。
【図２８】本発明の第１２実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。
【図２９】図２８に示す押圧方向検出センサに採用されているメンブレンシートを示す図である。
【図３０】図２８に示す押圧方向検出センサの外観を示す斜視図である
【図３１】本発明の第１３実施形態による押圧方向検出センサの断面図である。
【図３２】押圧部材の押し込み量と押圧力との関係を示すグラフである。
【図３３】本発明の押圧方向検出センサをプリント配線基板上に搭載した電子装置の一例を示す図である。
【図３４】他の実施形態による電子装置を示す図である。
【図３５】電子装置の一内部構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０    プリント配線基板
１１    押圧部材
１２    導電性部分
１３    電極パターン（中央電極パターン）
１４    抵抗膜パターン
１５、１６    引き出し電極
１７、１８、１９    スルーホール
２１    電極パターン
２２、２２Ａ    押圧部材（操作部）
２３    固定部材
２６    電極パターン
２７、２８、２９    引き出し電極
３１    電極パターン
３２    押圧部材
３４    タクタイルスイッチ
３４ａ    電極パターン
３４ｂ    弾性部材
３５    感圧導電ゴムシート
３６、３７    スペーサ
３８    押さえ部材
３９    ねじ
４１    引き出し電極
４２    引き出し電極
４４、４６、４７、４８    引き出し電極
５１    サポートパネル
５２    操作部
５３    メンブレンシート
５４    電極パターン
５５    感圧導電ゴム
５６    抵抗膜パターン
５７    メンブレンシート
５８    折り曲げ部
５９、６０、６１    引き出し電極
６２    操作部
６３    メンブレンシート
６４    電極パターン
６５    感圧導電ゴム
６６    抵抗膜パターン
６７    メンブレンシート
６８    折り曲げ部
６９    電極パターン
７０    支持部材
７１    引き出し電極
７２ａ、７２ｂ    孔
７３    電極パターン
７４、７６    抵抗膜パターン
８４    中央電極パターン
８５    感圧導電ゴムシート
９２    押圧部材
９３    メンブレンシート
９４    抵抗膜パターン
９７    電極パターン
１０２    押圧部材
１０３    感圧導電ゴムシート
１０４    金属板
【図１】
0004260406.tif 000002
【図２】
0004260406.tif 000003
【図３】
0004260406.tif 000004
【図４】
0004260406.tif 000005
【図５】
0004260406.tif 000006
【図６】
0004260406.tif 000007
【図７】
0004260406.tif 000008
【図８】
0004260406.tif 000009
【図９】
0004260406.tif 000010
【図１０】
0004260406.tif 000011
【図１１】
0004260406.tif 000012
【図１２】
0004260406.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0004260406.tif 000020
【図２０】
0004260406.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
0004260406.tif 000026
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
0004260406.tif 000030
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
0004260406.tif 000036