(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、前記固定部上で動く入力部とが、平面どうしで絶縁層を介して対向し、前記固定部には第１の電極と第２の電極とが設けられ、前記入力部には前記第１の電極に対向して設けられる第３の電極と前記第２の電極に対向して設けられる第４の電極とが設けられ、前記第１の電極と第２の電極には電圧が与えられ、前記第３の電極と第４の電極との間にはスイッチが設けられていることを特徴とする無電線スイッチ。
【請求項２】
前記固定部と入力部には、前記入力部が移動するときの動作を検出する移動検出部と、前記入力部が移動する平面に直交する方向を軸とする回転動作を検出する回転検出部とが設けられる請求項１記載の無電線スイッチ。
【請求項３】
前記各検出部は、静電容量の変化により検出される請求項２記載の無電線スイッチ。
【請求項４】
前記スイッチと、前記移動検出部及び回転検出部とは共通の電極からなる請求項１ないし３のいずれかに記載の無電線スイッチ。
【請求項５】
前記固定部に対して前記入力部が移動したとしても、第１の電極及び第２の電極と、第３の電極及び第４の電極とが、それぞれ常に対向してなる形状を有する電極パターンより成る請求項１ないし４のいずれかに記載の無電線スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ操作用の入力装置に用いられる無電線スイッチに係り、特にスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切替えることができる無電線スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータなどでは、例えば画面上に表示されたマウスカーソルを移動などさせて操作が行なわれる。このとき用いられる装置としては、マウス型、トラックボール型、パッド型などがある。これらの装置のいずれにも、通常、プッシュ式のボタンが設けられており、このボタンを押して放す操作（クリック動作という）をすることにより、例えばコンピュータの画面上に表示されるメニューの選択や、ボタンなどの実行、ファイルなどの選択が行なわれる。
【０００３】
従来のプッシュ式のスイッチ（ボタン）では、ボタンを押しているときの状態（ＯＮ状態）とボタンを放しているときの状態（ＯＦＦ状態）との切替えは、導電性の電極どうしを物理的に接触または離間させることにより、回路が閉じまたは回路が開いてスイッチが押されたか否かの検出が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のスイッチでは、スイッチ周辺等に電線などが設けられている場合があり、その場合には電線が断線、接触不良又は短絡するなどの不都合が生じることがある。また電線を用いたり、接点に電極板を使用したスイッチを設けたのではコストアップの原因ともなる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、接点の摩耗や断線などの不具合を生じることがなく、しかもコスト的に安価に製造することができる無電線スイッチを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固定部と、前記固定部上で動く入力部とが、平面どうしで絶縁層を介して対向し、前記固定部には第１の電極と第２の電極とが設けられ、前記入力部には前記第１の電極に対向して設けられる第３の電極と前記第２の電極に対向して設けられる第４の電極とが設けられ、前記第１の電極と第２の電極には電圧が与えられ、前記第３の電極と第４の電極との間にはスイッチが設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
上記手段により、スイッチがＯＮのときの状態とスイッチがＯＦＦのときの状態とで、第１の電極と第３の電極とで形成される回路と、第２の電極と第４の電極とで形成される回路に静電容量の変化が生じ、この変化を検出することによりスイッチのＯＮとＯＦＦが識別される。これにより、電線を用いなくてもスイッチのＯＮとＯＦＦとを切替えることができる。
【０００８】
また本発明では、前記固定部と入力部には、前記入力部が移動するときの動作を検出する移動検出部と、前記入力部が移動する平面に直交する方向を軸とする回転動作を検出する回転検出部とが設けられていてもよい。
【０００９】
例えば、コンピュータの入力装置として使用した場合、移動検出部により画面上のマウスカーソルを移動させる座標データが入力され、また回転検出部により画面をスクロールさせる回転データが入力され、共通の入力部によりスイッチ検出、移動検出及び回転検出の複数の検出手段を付加することができるようになる。
【００１０】
また前記各検出部は、静電容量の変化により検出されることが好ましい。上記手段により、前記固定部と入力部に所定の電極パターンを印刷し、前記電極パターンに電圧を与えるだけで検出回路を構成することができ、コスト的に安価に製造することができ、しかも薄型化を図ることができノート型のパーソナルコンピュータのような薄型の機器に好適に使用できる。
【００１１】
また本発明では、前記スイッチと、前記移動検出部及び回転検出部とは共通の電極からなることが好ましく、これにより電極パターンがむやみに複雑化されることが防止される。
【００１２】
また本発明では、前記固定部に対して前記入力部が移動したとしても、第１の電極及び第２の電極と、第３の電極及び第４の電極とが、それぞれ常に対向してなる形状を有する電極パターンより成ることが好ましい。
【００１３】
上記手段により、前記した移動検出部が設けられている場合、入力部が移動している最中でいかなる位置にあったとしてもスイッチ操作を行なうことが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の無電線スイッチの一例について図面を参照して説明する。図１は本発明の無電線スイッチを用いた入力装置を示す分解斜視図、図２は入力部に設けられた電極パターンを示す平面図、図３は固定部に設けられた電極パターンを示す平面図、図４はスイッチ検出用の入力部側の回路を示す回路図、図５は検出用の他の入力部側の回路を示す回路図である。
【００１５】
なお、本発明の無電線スイッチを用いた入力装置１は、この入力装置１を単体としてコンピュータの外部接続用の周辺機器として使用してもよく、あるいはノート型コンピュータに組込んで使用してもよい。
【００１６】
図１に示すように、上部に入力部４ａと４ｂとからなる操作体３が設けられ、前記操作体３は、Ｘ−Ｙ座標平面上を動作することができ、またＺ軸を中心として回転することができ、さらにＺ軸方向下方へ押し下げることができるように支持されている。また前記操作体３の入力部４ａと４ｂは、それぞれ独立して押し下げることができる。なお、入力部４ａは、２個のボタンが設けられたマウスでいうところの左ボタン（ＬＳＷ）に相当し、入力部４ｂは右ボタン（ＲＳＷ）に相当するものとする。
【００１７】
図１に示すように、操作体３の下側には、ハウジング部材２と、スライド部材６と、検出基板７と、メイン基板５とが設けられている。
【００１８】
前記入力部４ａは、樹脂製の円盤状部材などから形成され、前記入力部４ｂは、樹脂製のリング状部材などから形成される。前記入力部４ｂに形成されたリング状部材は、その径が前記入力部４ａが挿入可能な大きさにより形成される。また入力部４ｂの下端内周縁部には、中心方向へ水平に延出するフランジ４ｃが全周に設けられる。前記フランジ４ｃは、小片状の爪部４ｄが９０度毎に切り欠かれて全体で４ケ所形成され（一部図示省略）、前記爪部４ｄは上下方向に若干弾性可能に形成される。
【００１９】
前記ハウジング部材２は、方形の板状部材からなり、各辺の縁部が下方へ折り曲げられ、各角部にねじ止め用の取付穴２ｂ，２ｂ，２ｂ，２ｂが穿設される。
【００２０】
前記メイン基板５は、固定部として、方形のＰＣＢ（プリント配線基板）または金属板に前記ＰＣＢを積層したものなどからなり、各角部にねじ止め用のねじ穴５ａ，５ａ，５ａ，５ａが穿設される。
【００２１】
前記スライド部材６は、略円形状の部材からなり、中央部に円形の開口部１６が形成され、前記開口部１６の縁部には、上方へ向けてリング状の段差部１５が一体に形成される。また段差部１５の周囲には、四方に露出穴６ａ，６ａ，６ａ，６ａが切り欠かれている。また各露出穴６ａ，６ａ，６ａ，６ａ間には、それぞれ上下方向に撓み変形可能な被押圧部６ｂ，６ｂ，６ｂ，６ｂが一体に形成される。
【００２２】
また前記スライド部材６には、その周囲に４本の線ばね９，９，９，９が井桁状に組み合わされて当接した状態で設けられる。前記線ばね９，９，９，９の弾性力により、操作体３を操作して手を放したときに自動的に中央へ復帰させることができる。
【００２３】
前記検出基板７は、入力部として、円盤状のＰＣＢ（プリント配線基板）からなり、その上面中央には、タクトスイッチ１０が設けられ、さらに前記タクトスイッチ１０の周囲にはタクトスイッチ１１，１１，１１，１１が設けられる。また前記タクトスイッチ１０，１１は、上方へ付勢力を有する部材が設けられており、前記入力部４ａ，４ｂが手で押し下げられたときに入力部４ａ，４ｂが押し戻されるようになっている。これらタクトスイッチ１０，１１の切替えにより操作体３が押されたか否かが判別される。
【００２４】
前記検出基板７は、前記スライド部材６と重ね合わされるが、このとき前記開口部１６からはタクトスイッチ１０が露出し、前記露出穴６ａからはタクトスイッチ１１がそれぞれ露出する。
【００２５】
また検出基板７の下面には、図２に示す電極パターンが形成されている。
。この電極パターンは、座標検出電極１７、回転検出電極１９、スイッチ検出電極１８により形成される。
【００２６】
前記座標検出電極１７は、図２に示すように、検出基板７の中央に位置する円形の電極からなる。前記スイッチ検出電極１８は、前記座標検出電極１７の外側に所定間隔を開けて位置するリング状の電極からなる。前記回転検出電極１９は、最外周に前記スイッチ検出電極１８と所定間隔を開けて位置する略リング状の電極からなり、また略四角状の電極が９０度間隔で且つ中心方向へ向けて突出して一体に形成される。
【００２７】
なお、前記座標検出電極１７、スイッチ検出電極１８および回転検出電極１９は、いずれも独立して形成され、また前記座標検出電極１７と回転検出電極１９は、スイッチ検出用として兼用される。
【００２８】
前記メイン基板５は、図３に示すように、前記検出基板７と対向する位置に電極パターン５ｂが形成される。この電極パターン５ｂには、ＸＹ検出電極２０、共通電極２１、回転Ａ相電極２２、回転Ｂ相電極２３、回転共通電極２４及び十字電極２５が形成される。
【００２９】
前記ＸＹ検出電極２０は、メイン基板５の中央に位置する扇形電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄからなり、前記座標検出電極１７と対向している。また、前記扇形電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、図３に示すように、いずれも中心角度が９０度の扇形形状からなる。また各扇形電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ間は、所定寸法の間隙が形成され、この形成された間隙に十字状の十字電極２５が形成される。
【００３０】
前記共通電極２１は、前記ＸＹ検出電極２０の外側に所定間隔を開けて位置するリング状電極２１ａが形成される。
【００３１】
前記回転Ａ相電極２２は、それぞれが独立して形成された帯状電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄからなり、前記共通電極２１の外側に所定間隔を開けて位置している。各帯状電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、前記共通電極２１の曲面に沿って湾曲形成され、約４５度の角度毎に帯状電極と非電極部とが交互に形成される。また回転Ｂ相電極２３は、前記と同様な形状の帯状電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄからなり、前記回転Ａ相電極２２より外側に所定間隔を開け且つ前記回転Ａ相電極２２より２２．５度程度回転（紙面時計回り方向）させた位置に形成される。
【００３２】
前記回転共通電極２４は、メイン基板５の最外周に形成されるリング状電極からなるものであり、前記回転Ｂ相電極と所定間隔を開けて形成される。
【００３３】
なお、図３に示すように、前記ＸＹ検出電極２０、共通電極２１、回転Ａ相電極２２、回転Ｂ相電極２３、回転共通電極２４及び十字電極２５は、いずれも独立してメイン基板５上に形成される。また、前記ＸＹ検出電極２０と十字電極２５とは、操作体３が操作されたとしても前記座標検出電極１７と常に対向してなるものであり、また前記共通電極２１は、前記スイッチ検出電極１８と常に対向してなるものであり、前記回転Ａ相電極２２、回転Ｂ相電極２３及び回転共通電極２４とは、前記回転検出電極１９と常に対向してなるものである。
【００３４】
上記のハウジング部材２とメイン基板５との間には、円筒状のスペーサ８，８，８，８が設けられ、所定の空間が確保される。なお、必要ならば、ねじとナットとを用いてハウジング部材２とメイン基板５とで内部を固定することができ、このときねじとナットを用いて固定する場合にねじが取付穴２ｂとねじ穴５ａに挿通されるだけでなくさらにスペーサ８の穴にも挿通されて内部が固定される。
【００３５】
さらに前記スライド部材６には、操作体３が取り付けられる。この場合には、入力部４ａのフランジ４ｃに形成された爪部４ｄ，４ｄ，４ｄ，４ｄが、スライド部材６に形成された凹部６ｅに嵌め合わされる。
【００３６】
すなわち前記爪部４ｄは、その先端に凸部４ｅが形成されており、この凸部４ｅと前記凹部６ｅとが嵌め合わされて保持される。また前記凹部６ｅの部分は、前記段差部１５の上端面よりも若干低く形成されており、これにより前記凹部６ｅと凸部４ｅとが嵌合されるとともに、前記フランジ４ｃの周縁部と段差部１５の外周面とが嵌め合わされて保持される。よって、入力部４ａの回転に応じてスライド部材６も同時に回転してスリップしないようになっている。一方前記入力部４ｂは、前記入力部４ａ内に設けられ、入力部４ａから抜け出ないように上下方向移動可能に保持されている。
【００３７】
なお、図示していないが、前記検出基板７に形成された電極と前記メイン基板５に形成された電極との間には、絶縁材料（誘電体膜）などが設けられている。
【００３８】
次に、前記入力装置１の操作時の動作について説明する。
前記操作体３をＸ−Ｙ軸からなる座標平面方向へスライドさせると、移動データが検出され、例えば画面上に表示されたマウスカーソルを移動させることができる。この場合、スライド部材６は前記線ばね９の反発力に抗してスライドするとともに、検出基板７は前記メイン基板５の面上をスライドする。またこのとき、検出基板７とメイン基板５との間に形成された所定の電極どうしの重なり面積が変化し、電極間に生じる静電容量の変化が検出される。
【００３９】
また前記操作体３を、Ｚ軸方向を中心として回転させることにより、回転データが検出され、例えば画面（ウインドウ）をスクロールさせる信号を出力させることができる。この場合、スライド部材６とともに検出基板７が、メイン基板５上で回転する。このとき、前記のように検出基板７とメイン基板５とに形成された所定の電極どうしの重なり面積が変化し、電極間に生じる静電容量の変化が検出される。
【００４０】
さらに前記操作体３を、下方（Ｚ軸方向）へ押し下げることにより、オン・オフの検出が行なわれ、例えばクリック動作を与えて画面に表示されたボタン、メニュー、ファイル等の選択を行なうことができる。この場合、入力部４ａを押し下げるとタクトスイッチ１１，１１，１１，１１のいずれかのスイッチがＯＮになる。すなわち、入力部４ａが押し下げられると、被押圧部６ｂが爪部４ｄにより押圧され、それによって被押圧部６ｂが下方へと撓み変形して入力部４ａがさらに下降して、入力部４ａ（フランジ４ｃ）の下面でタクトスイッチ１１が押圧される。またタクトスイッチ１１が押圧されると、図２に示す４個のスイッチ（ＳＷ１）のいずれかが閉じられる。このようにスイッチ（ＳＷ１）がオンまたはオフされることによって、検出基板７とメイン基板５とに形成された所定の電極間に発生する静電容量が変化する。
【００４１】
一方入力部４ｂが押し下げられると、操作体３の入力部４ｂのみが押し下げられ、入力部４ｂの下面で開口部１６から露出したタクトスイッチ１０が押圧される。なお、図示していないが、入力部４ａが操作されたときに入力部４ａのみが押し下げられるように入力部４ａの下面に前記タクトスイッチ１０に当接する程度の突起が設けられていてもよい。前記タクトスイッチ１０が押圧されることにより、前記座標検出電極１７とスイッチ検出電極１８との間に設けられたスイッチＳＷ２が閉じられる。よって、前記入力部４ａが操作されたときとは異なる回路が形成され、ＳＷ２のオン・オフ時の静電容量の変化が検出される。
【００４２】
次に、前記入力部４ａと４ｂとが操作されたときの検出手段をそれぞれ図４及び図５を示して説明する。図４は入力部４ａが操作されたときに形成される回路を模式的に示す回路図、図５は入力部４ｂが操作されたときに形成される回路を模式的に示す回路図である。
【００４３】
図４に示すように、入力部４ａ（ＲＳＷ）が押し下げられると、タクトスイッチ１１，１１，１１，１１のいずれかのスイッチＳＷ１が閉じられる。
【００４４】
すなわち、回転共通電極２４と座標検出電極１７とで形成される静電容量回路ＣGRと、スイッチ検出電極１８と共通電極２１とで形成される静電容量回路ＣRとの直列回路が形成される。
【００４５】
なお、この場合回転共通電極２４はグランドＧとして設定され、共通電極２１の接点ＳRに電圧が与えられているものとする。また、図示していないが、前記接点ＳRには、電源と検出部とが設けられるが、このときの静電容量は、前記検出部で検出される電圧値から算出される。
【００４６】
したがって、入力部４ａが押し下げられてタクトスイッチ１１が閉じられると（ＯＮ状態）、前記静電容量回路ＣGRとＣRとが接続され、また入力部４ａが操作されずに回路が開かれていると（ＯＦＦ状態）、前記静電容量回路ＣGRとＣRとが切断される。このＯＮ状態のときに生じる静電容量値（ＣSWR）は、下記数式１によって求めることができる。これにより、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とでは、静電容量の値に差が生じることになる。
【００４７】
【数１】
0003777274.tif 000002
一方、入力部４ｂ（ＬＳＷ）が押し下げられると、タクトスイッチ１０に設けられたスイッチＳＷ２が閉じられる。
【００４８】
すなわち、図５に示すように、十字電極２５と回転検出電極１９とで形成される静電容量回路ＣGLと、スイッチ検出電極１８と共通電極２１とで形成される静電容量回路ＣLとの直列回路が形成される。
【００４９】
なお、この場合には十字電極２５がグランドＧとして設定され、共通電極２１の接点ＳLに電圧が与えられているものとする。また、図示していないが、前記接点ＳLには、電源と検出部とが設けられるが、このときの静電容量は、前記検出部で検出される電圧値から算出される。
【００５０】
したがって、入力部４ｂが押し下げられてタクトスイッチ１０が閉じられると（ＯＮ状態）、前記静電容量回路ＣGLとＣLとが接続され、また入力部４ａが操作されずに回路が開かれていると（ＯＦＦ状態）、前記静電容量回路ＣGLとＣLとが切断される。このＯＮ状態のときに生じる静電容量値（ＣSWL）は、下記数式２によって求めることができる。これにより、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とでは、静電容量の値に差が生じることになる。
【００５１】
【数２】
0003777274.tif 000003
また、前記入力装置１には、前記操作体３がＸ−Ｙ軸座標面を移動するときの移動検出部を設けることができる。
【００５２】
図６の等価回路に示すように、このときの移動検出部は、前記十字電極２５と座標検出電極１７とで形成される静電容量回路ＣGと、前記座標検出電極１７とＸＹ検出電極２０の扇形電極２０ａとで形成される回路Ｃa、座標検出電極１７と扇形電極２０ｂとで形成される回路Ｃb、座標検出電極１７と扇形電極２０ｃとで形成される回路Ｃc及び座標検出電極１７と扇形電極２０ｄとで形成される回路Ｃdの各回路と、で形成される直列回路が形成される。この場合、十字電極２５をグランドＧとし、扇形電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのそれぞれの接点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に電圧が与えられているものとする。
【００５３】
なお、図示していないが、前記接点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４には、電源と検出部が接続されており、この検出部により各接点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４での静電容量値は、下記数式３により求められる。
【００５４】
【数３】
0003777274.tif 000004
これにより、求められた各静電容量値を比較等することにより、操作体３のスライド動作に応じた移動量と移動方向が検出される。
【００５５】
また前記入力装置１には、前記操作体３が回転動作するときの回転検出部を設けることができる。
【００５６】
図７に示すように、前記回転共通電極２４とスイッチ検出電極１９とで形成される回路ＣGと、前記回転検出電極１９と前記回転Ａ相電極２２の帯状電極２２ａとで形成される回路ＣA、回転検出電極１９と帯状電極２２ｂとで形成される回路ＣA、回転検出電極１９と帯状電極２２ｃとで形成される回路ＣA及び回転検出電極１９と帯状電極２２ｄとで形成される回路ＣAの並列回路と、で形成される直列回路が形成される。
【００５７】
また回転Ｂ相電極２３についても図７に示す回路と同様に、前記回転共通電極２４とスイッチ検出電極１９とで形成される回路ＣGと、前記回転検出電極１９と前記回転Ｂ相電極の帯状電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとで形成される回路ＣB，ＣB，ＣB，ＣBの並列回路と、で形成される直列回路が形成される。
【００５８】
この場合、回転検出電極２４をグランドＧとし、前記並列回路の接点Ｓθに電圧が与えられているものとする。
【００５９】
なお、図示していないが、前記接点Ｓθには、電源と検出部が接続されており、この検出部により前記接点Ｓθでの静電容量値Ｃθは、下記数式４により求められる。
【００６０】
【数４】
0003777274.tif 000005
上記数式により、操作体３が操作されたときの回転量が求められ、しかも回転Ａ相電極２２と回転Ｂ相電極２３の位相のずれた２つの電極が用いられていることにより回転方向も検出される。
【００６１】
本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、検出基板７及びメイン基板５に形成される電極パターン形状は適宜変更することができ、また２ボタンの入力装置に限らず、１ボタンタイプ又は３ボタンタイプあるいはゲームコントローラなどの複数のボタンが設けられた入力装置などにも適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は、静電容量の変化を検出することによりスイッチのオン・オフを切替えることができ、従来のスイッチのように電線を無駄に用いることによって生じる断線や接触不良などの不具合を抑えることができる。
【００６３】
またスイッチの切替えに加えて移動検出や回転検出のための回路を付加することができ、複数パターンの入力が共通の操作体の操作のみで可能になる。
【００６４】
また、電極を印刷等により形成することができるので、コスト的に安価に製造することができ、しかも移動検出や回転検出とも共有することができ、電極のパターンが複雑になることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】入力装置を示す分解斜視図、
【図２】検出基板の電極パターンを示す平面図、
【図３】メイン基板の電極パターンを示す平面図、
【図４】スイッチ検出用の回路を模式的に示す回路図、
【図５】他のスイッチ検出用の回路を模式的に示す回路図、
【図６】移動検出用の回路を模式的に示す回路図、
【図７】回転検出用の回路を模式的に示す回路図、
【符号の説明】
１  入力装置
２  ハウジング部材
３  操作体
４ａ，４ｂ  入力部
４ｃ  フランジ
４ｄ  爪部
５  メイン基板
６  スライド部材
６ａ  露出穴
６ｂ  被押圧部
１０，１１  タクトスイッチ
１５  段差部
１６  開口部
１７  座標検出電極
１８  スイッチ検出電極
１９  回転検出電極
２０  ＸＹ検出電極
２１  共通電極
２２  回転Ａ相電極
２３  回転Ｂ相電極
２４  回転共通電極
２５  十字電極
【図１】
0003777274.tif 000006
【図２】
0003777274.tif 000007
【図３】
0003777274.tif 000008
【図４】
0003777274.tif 000009
【図５】
0003777274.tif 000010
【図６】
0003777274.tif 000011
【図７】
0003777274.tif 000012