(57)【要約】応力センサ部（１０）と制御部（１１）の両者について常に良好なマッチングを得ることが可能な入力装置を提供することを目的とする。そのためには、基板（センサ部用基板（１））の一方の面に配されたポスト（２）への応力付与に起因して歪みゲージ（４）の特性値変化を生じさせる応力センサ部（１０）と、当該特性値変化を前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部（１１）とを一体化させる。歪ゲージ（４）には例えば抵抗素子（１２）等を用い、それがセンサ部用基板（１）に配される。また制御部（１１）は制御部用基板（３）面上に必要なＩＣ、電子部品が実装される。
2003010651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に配されたポストへの応力付与に起因して歪みゲージの特性値変化を生じさせる応力センサ部と、当該特性値変化を前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部とが一体化してなることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
歪ゲージが抵抗素子であることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項３】
抵抗素子が基板面のセンサ有効領域の中心を交点とする基板面に沿った直交する二直線上、且つ当該交点から実質的に等距離位置に４箇所配され、前記基板面のセンサ有効領域の中心とポスト底面の中心とが実質的に一致するよう、ポストが固着又は一体化され、当該ポストへの応力付与に起因する前記抵抗素子の伸張、収縮又は圧縮、圧縮解除により抵抗値変化を生じさせる応力センサ部と、当該抵抗値変化を前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部とが一体化されることを特徴とする入力装置。
【請求項４】
応力センサ部を構成する基板が変形部と非変形部とからなり、当該変形部には歪みゲージ（抵抗素子を含む）及びポストが配され、当該変形部には制御部の構成部品が配されないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の入力装置。
【請求項５】
応力センサ部を構成する基板と、制御部を構成する基板とが同一の基板であることにより一体化が実現されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の入力装置。
【請求項６】
応力センサ部を構成する基板と、制御部を構成する基板とが別個の基板であり、双方の基板が接続部材により固定されることにより一体化が実現されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の入力装置。
【請求項７】
接続部材にはんだを含み、当該はんだが応力センサ部と制御部との電気接続をも担う請求項６記載の入力装置。
【請求項８】
応力センサ部を構成する基板の一部又は全部が、制御部を構成する基板と重なり合い、当該重なり合う部分が固定されることで一体化を実現することを特徴とする請求項６又は７記載の入力装置。
【請求項９】
応力センサ部を構成する基板よりも剛性の高い材質からなる補強部材により当該基板が補強されることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の入力装置。
【請求項１０】
補強部材が２枚以上の板材からなり、応力センサ部を構成する基板端部を当該板材で挟んで補強されてなることを特徴とする請求項９記載の入力装置。
【請求項１１】
応力センサ部を構成する基板と、制御部を構成する基板とが別個の基板であり、補強部材が制御部を構成する基板と連結固定されることを特徴とする請求項９又は１０記載の入力装置。
【請求項１２】
補強部材が電子機器に固定されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の入力装置。
【請求項１３】
各々の抵抗素子と直列接続されるトリマブルチップ抵抗器が基板の非変形部に配されることを特徴とする請求項４記載の入力装置。
【請求項１４】
各々の抵抗素子と直列接続されるトリマブルチップ抵抗器が制御部に配されることを特徴とする請求項２〜１３のいずれかに記載の入力装置。
【請求項１５】
基板面及び／又は基板内層に電気配線を形成する第１の工程と、当該基板面に歪みゲージを形成する第２の工程と、当該基板面に、歪みゲージの特性値変化を所定のデータに変換する制御部を形成するに必要な制御部用電子部品を搭載する第３の工程と、応力付与に起因して歪みゲージの特性値変化を生じさせるポストを当該基板面に固定する第４の工程と、必要に応じて歪ゲージが形成された基板と制御部用電子部品が搭載された基板とを一体化する第５の工程を有し、第１の工程、第２の工程、及び第３の工程をこの順に実施し、第４の工程を第２の工程終了後のいずれかの段階に実施し、第５の工程を第１の工程終了後のいずれかの段階に実施することを特徴とする入力装置の製造法。
【請求項１６】
応力センサ用基板面及び／又は当該基板内層に電気配線を形成する第１１の工程と、当該基板面に歪みゲージを形成する第１２の工程と、応力付与に起因して歪みゲージの特性値変化を生じさせるポストを当該基板面に固定する第１３の工程とをこの順に実施することで応力センサ部を得る過程と、その後当該応力センサ部の動作確認をする第１４の工程と、
前記応力付与に起因して特性値変化を生じさせる前記歪みゲージの当該特性値変化を、前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部用基板面に、制御部を形成するに必要な制御部用電子部品を搭載して制御部を得る第１５の工程とを有し、
第１４の工程において良品と認定された応力センサ部のみを前記制御部と連結する第１６の工程を実施することを特徴とする入力装置の製造法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はパーソナルコンピュータ用ポインティングディバイスや、各種電子機器用多方向スイッチ等に用いることができる入力装置及びその製造法に関する。
背景技術
パーソナルコンピュータのカーソルを移動させるため等に用いられる入力装置は、特開２００１−４３０１１号公報に開示されているように、応力センサ部から制御部への電気信号出力用端子を有している。当該端子から制御部へは、電気ケーブルにより信号が伝送される。
上記従来の入力装置では、応力センサ部と制御部とが互いに要求し合う特性を満足し合うことで正常動作する。ここで、かかる特性には統一された規格が存在しないため、パーソナルコンピュータ等の入力装置を備える電子機器を設計する者がその特性値を任意に決定することができる。従って応力センサ部と制御部とを提供する者は、それぞれの電子機器、更にはそれぞれの電子機器の機種等によって種々の特性を備える応力センサ部や制御部を提供する必要があった。従ってそのような条件下では、応力センサ部と制御部の両者について、常に良好なマッチングを得るのが困難な状況にあった。
そこで本発明が解決しようとする課題は、応力センサ部と制御部の両者について常に良好なマッチングを得ることが可能な入力装置を提供することである。
発明の開示
上記課題を解決するため本発明の入力装置は、基板（センサ部用基板１）の一方の面に配されたポスト２への応力付与に起因して歪みゲージ４の特性値変化を生じさせる応力センサ部１０と、当該特性値変化を前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部１１とが一体化してなることを特徴とする。
応力センサ部１０と制御部１１とを一体化することにより、入力装置を電子機器へ搭載する前に両者のマッチングを確認することが容易となる。例えば当該確認の結果、当該マッチングの良好な入力装置のみを選別して電子機器へ搭載することが可能となる。従って上記本発明の構成により応力センサ部１０と制御部１１の両者について常に良好なマッチングを得ることが可能な入力装置を提供することができる。
センサ部用基板１と、制御部用基板３とは、例えば図１に示すように別個の基板であり、双方の基板が接続部材等により固定されることにより一体化が実現されるものが挙げられる。また、応力センサ部用基板１と、制御部用基板３とが同一の基板であることにより一体化が実現されていても良い。
前者の利点は、例えばセンサ部１０と制御部のどちらか一方が所定の特性を満足しない動作不良である場合に、動作が良好な方を有効活用できる点である。また後者の利点は、部品点数を減らすことができる点である。
また前者の場合、センサ部用基板１と制御部用基板３とを構造的に一体化させる構成として、センサ部用基板１の一部又は全部が制御部用基板３と重なり合い、当該重なり合う部分が接続部材により固定されることで一体化を実現する構成等が好適である。この構成を採用することにより、過剰な接続部材、例えば導電線等の使用を制限できることができるためである。ここで接続部材の他の例は、接着剤やはんだ、図１に示した固定穴５を用いて固定するボルトやナット、ネジ等である。
また前者の場合、センサ部用基板１と制御部用基板３とを電気的に接続する構成として、センサ部１０の一部又は全部が制御部用基板３と重なり合い、当該重なり合う部分をはんだ付けする構成が挙げられる。又、前記重なり合う部分をはんだ付けする構成が挙げられる。また、前記重なり合う部分が違法性導電物質（ペースト状のものを効果したものや膜状等）を介した重なり合いで、且つ当該異方性導電物質がセンサ部用基板１と制御部用基板３とにより圧縮される構成等も挙げられる。当該異方性導電膜の使用により、センサ部用基板１と制御部用基板３とを電気的に接続する工程を簡略化することができる利点がある。特に複数の接続端子を有する場合には、それらを個々に接続する工程に比して、１回の操作で完了できる異方性導電物質の使用の利点が発揮される。
また上記歪ゲージ４はセンサ用基板１面に形成されていてもよく、またはポスト２側面等に形成されていてもよい。即ちポスト２への応力付与に起因して歪ゲージ４の特性値が変化する機構を有していればよい。また歪ゲージ４は例えば抵抗素子１２である。しかし、これに限定されず、応力付与に起因して電気特性を変化させる機能を有するものであれば適用可能である。例えばチップ化された、厚膜や薄膜がアルミナ等の基板上に形成された抵抗器や、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電セラミック等の圧電素子等が歪ゲージ４として好適に使用可能である。
本発明の入力装置にかかるセンサ部１０の一例の概要を図２（ａ）及び（ｂ）に示した。抵抗素子１２が基板（センサ部用基板１）面のセンサ有効領域の中心を交点とする基板面に沿った直交する二直線上、且つ当該交点から実質的に等距離位置に４箇所配され、前記基板面のセンサ有効領域の中心とポスト２底面の中心とが実質的に一致するよう、ポスト２が固着又は一体化され、当該ポスト２への応力付与に起因する前記抵抗素子１２の伸張、収縮又は圧縮、圧縮解除により抵抗値変化を生じさせる応力センサ部と、当該抵抗値変化を前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部１１とが一体化されている。前記抵抗素子１２を伸張、収縮させる方向と、抵抗素子１２の電流が流れる方向とが略一致している構成（図２（ａ））は、そうでない構成（図２（ｂ））に比して一般に、一定応力に対する抵抗値変化率、即ち出力が大きい利点がある。
ここで、「ポスト２が基板面に固着される」とは、ポスト２と基板（センサ部用基板１）とがそれぞれ別の部材であり、両者が接着剤等で固定される状態を言う。また「ポスト２が基板面と一体化される」とは、ポスト２と基板とが一体成形等で形成された状態を言う。
また、上記「センサ有効領域の中心」、及び「ポスト２底面の中心」における「中心」は、厳密な中心点を指すのではなく、応力センサが有効に機能する範囲での当該中心点からのずれを含む。
本発明の入力装置において、応力センサ部１０を構成する基板が変形部と非変形部とからなり、当該変形部に歪みゲージ４（抵抗素子１２を含む）及びポスト２が配され、当該変形部には制御部１１の構成部品が配されないことが好ましい。
その理由は、応力センサを使用することによる、図３に示すようなセンサ部用基板１の撓み（変形）が制御部用基板３にまで伝播して、制御部用基板３面上に搭載された電子部品、ＩＣ（集積回路）等がストレスを受け、それらの特性値が目的とする値を外れたり、電子部品、ＩＣ等と制御部用基板３との電気的接続部への損傷を受ける等の不都合を抑制することができるためである。非変形部とは、例えば図５に示す基板穴１６の外側の基板３周縁部である。ここは、ポスト２に応力を付与した場合でも殆ど変形しない。また基板穴１６の内側はポスト５に応力を付与すると変形し、抵抗素子８を伸張、収縮させる変形部である。
また本発明の入力装置及びそれを基本とした好ましい構成において、応力センサ部を構成する基板（センサ部用基板１）よりも剛性の高い材質からなる補強部材により当該基板が補強されることが好ましい。これは特にセンサ部用基板１に柔軟な材料、例えば一般的に印刷回路板の材料となり得るガラス繊維混入エポキシ樹脂を用いた場合等に有効となる。その理由は、このような比較的柔軟な材料は、ポスト２への過剰な応力付与等により、弾性変形領域を越えて可塑変形に至りやすいためである。ここで、センサ部用基板１にガラス繊維混入エポキシ樹脂を用いた場合の好適な前記剛性の高い材質とは、例えばアルミニウム等の金属材料、アルミナ等のセラミック材料等である。
前記補強の構成としては、例えば図１に示すように補強部材が２枚以上の板材（第１の補強部材６、第２の補強部材７）からなり、応力センサ部１０を構成する基板（センサ部用基板１）端部を当該板材で挟んで補強される構成が挙げられる。図１に示した入力装置の構成では、第１の補強部材６には穴８が設けられ、ポスト２等を避けてセンサ部用基板１端部を第１の補強部材６及び第２の補強部材７で挟むようにしている。同様の目的から、第２の補強部材７には窪み９が設けられ、センサ部用基板１の下面中央部付近に配置されている歪ゲージ４等が前記挟みこんだ状態で刺激を受けないよう配慮されている。また窪み９は、図３に示す応力センサの動作状態において、センサ部用基板１の撓みを許容するための空間確保にも寄与している。更に応力センサの使用形態として、ポスト頂面を押下（Ｚ軸方向への応力付与）させる場合のセンサ部用基板１の撓みを許容するための空間確保にも寄与している。ここでポスト頂面を押下する応力センサの使用形態例は、応力センサをパーソナルコンピュータ用ポインティングディバイスに使用した場合の、いわゆるクリック操作への対応である。
また本発明の入力装置及びそれを基本とした好ましい構成において、図１に示すように、応力センサ部を構成する基板（センサ部用基板１）と、制御部を構成する基板（制御部用基板３）とが別個の基板であり、前記補強部材が制御部を構成する基板（制御部用基板３）と連結固定されることが好ましい。その理由はポスト２に付与された応力が制御部用基板３に極力伝播しない構成であるためである。仮に直接センサ部用基板１と制御部用基板３とを連結固定させると、前述のように制御部１１に搭載される電子部品、ＩＣ等の特性値が目的の範囲外となったり、電子部品、ＩＣ等と制御部用基板３との電気的接続部への損傷が発生するおそれがある。
また図１に示すように、補強部材を用いる本発明の入力装置は、補強部材が電子機器に固定されることが好ましい。この理由も上記同様、応力が制御部用基板３に極力伝播しない構成とすることを考慮したためである。
また本発明の入力装置及びそれを基本とした好ましい構成において、センサ部１０に用いる歪ゲージ４が抵抗素子１２であって、各々の抵抗素子１２と直列接続されるトリマブルチップ抵抗器１４が基板（センサ部用基板１及び／又は制御部用基板３）の非変形部に配される入力装置の構成とすることにより、歪ゲージ４として機能する抵抗素子１２にトリミング溝を形成することなしに各抵抗素子１２の抵抗値調整が可能となる。歪ゲージ４として機能する抵抗素子１２の抵抗体にトリミング溝が形成されていると、抵抗素子１２の変形（伸張、収縮又は圧縮、圧縮解除）に起因し、当該溝周辺の微細なクラックを起点として抵抗素子１２が破壊され易くなる場合がある。そこでこのように各々の歪ゲージ４としての抵抗素子１２と直列接続されるトリマブルチップ抵抗器１４にトリミング溝を形成することで、このような破壊を抑制できる。トリマブルチップ抵抗器１４にトリミング溝を形成することにより、各抵抗素子１２及びそれと直列接続されるトリマブル抵抗器１４との抵抗値の和をそれぞれ一定範囲に調整する。
図４は各抵抗素子１２とトリマブルチップ抵抗器１４との接続状態の概要を示している。図４から、抵抗素子によりブリッジ回路が構成されている。当該ブリッジ回路を構成する各抵抗素子は、それぞれ一定範囲に調整されていなければならない。そこで抵抗素子１２（Ｒ１〜Ｒ４）それぞれと直列に接続されたトリマブル抵抗器（Ｒｔｒｉｍ１〜４）について抵抗値調整し、Ｒ１とＲｔｒｉｍ１、Ｒ２とＲｔｒｉｍ２、Ｒ３とＲｔｒｉｍ３、Ｒ４とＲｔｒｉｍ４とのそれぞれの抵抗値の和を一定にする。そして当該和を基準にして制御部１１にてポスト２に付与された応力の大きさと方向とを演算処理・解析等することができる。
ここでトリマブルチップ抵抗器１４は、制御部用基板３面上に搭載されることが好ましい。センサ部用基板１にトリマブルチップ抵抗器１４を搭載した場合、センサ部１０の操作によりセンサ部用基板１が撓み、トリマブルチップ抵抗器１４にも応力が多少付与されることにより、その抵抗値が不安定となる場合がある。それに対して、制御部用基板３はセンサ部用基板１に比して、センサ部１０の操作によっても応力が付与されにくく、そこに搭載されたトリマブルチップ抵抗器１４の抵抗値は安定することとなる。またセンサ部用基板１と制御部用基板３とが同一の基板であることにより一体化が実現されている場合には、トリマブルチップ抵抗器１４の搭載作業を制御部１１に必要な電子部品の搭載作業に含めることができる利点もある。また、センサ部用基板１上にトリマブルチップ抵抗器１４を搭載する別の利点は、センサ部用基板１と制御部用基板３とが別個の基板である場合において、仮にセンサ部１０のみに動作不良があることが判明したときに、その修正が容易である点である。つまりセンサ部１０を交換することのみで前記修正が完了する。
また上記課題を解決できる本発明の入力装置の製造法は、基板面及び／又は基板内層に電気配線を形成する第１の工程と、当該基板（センサ部用基板１）面に歪みゲージ４を形成する第２の工程と、当該基板（制御部用基板３）面に、歪みゲージ４の特性値変化を所定のデータに変換する制御部１１を形成するに必要な制御部１１用電子部品を搭載する第３の工程と、応力付与に起因して歪みゲージ４の特性値変化を生じさせるポスト２を当該基板面に固定する第４の工程と、必要に応じて歪ゲージ４が形成されたセンサ部用基板１と制御部用電子部品が搭載された制御部用基板３とを一体化する第５の工程とを有し、第１の工程、第２の工程、及び第３の工程をこの順に実施し、第４の工程を第２の工程終了後のいずれかの段階に実施し、第５の工程を第１の工程終了後のいずれかの段階に実施することを特徴とする。
ここでの基板は、センサ部用基板１と制御部用基板３とが同一の基板であることにより一体化が実現されるものと、センサ部用基板１と制御部用基板３とが別個の基板であり、双方の基板が接続部材により固定されることにより一体化が実現されるものの双方を含む。前者の場合は第５の工程を要しないし、後者の場合は第５の工程を要する。
この製造法で得られる入力装置は、基板（センサ部用基板１）の一方の面に配されたポスト２への応力付与に起因して、歪みゲージ４の特性値変化を生じさせる応力センサ部１０と、当該特性値変化を前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部１１とが一体化されたものである。従って前述した理由と同一の理由により、応力センサ部１０と制御部１１の両者について常に良好なマッチングを得ることが可能な入力装置を提供することができる。
また前記本発明の入力装置の製造法において、応力センサ用基板１面及び／又は当該基板内層に電気配線を形成する第１１の工程と、当該基板（センサ部用基板１）面に歪みゲージ４を形成する第１２の工程と、応力付与に起因して歪みゲージ４の特性値変化を生じさせるポスト２を当該基板（センサ部用基板１）面に固定する第１３の工程とをこの順に実施することで応力センサ部を得る過程と、その後当該応力センサ部１０の動作確認をする第１４の工程と、前記応力付与に起因して特性値変化を生じさせる前記歪みゲージ４の当該特性値変化を、前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部用基板３面に、制御部１１を形成するに必要な制御部１１用電子部品を搭載して制御部１１を得る第１５の工程とを有し、第１４の工程において良品と認定された応力センサ部のみを前記制御部と連結する第１６の工程を実施することが好ましい。
ここでの基板は、センサ部用基板１と制御部用基板３とが別個の基板であり、双方の基板が接続部材により固定されることにより一体化が実現されるものである。第１４の工程により良品と認定されなかった応力センサ部１０は、第１６の工程へ供しないため、入力装置全体としての不良発生率が飛躍的に減少する。ここでの良品か否かの判断基準は、所定方向から所定大きさの応力をポスト２に付与した場合に目的とする範囲の出力を得ることができるかどうかである。また第１６の工程よりも前、第１５の工程よりも後に制御部１１の動作確認をする工程を含め、当該工程において良品と認定された制御部１１のみを第１６の工程に供することができることは言うまでもない。そのことにより更に前記不良発生率が減少する。ここで応力センサ部１０は、制御部１１よりも良品と認定されない場合が比較的多い。その理由は応力センサ部１０が可動部材を含むのに対し、制御部１１が可動部材を含まないためと考えられる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態の一例を、パーソナルコンピュータのポインティングディバイスに本発明の入力装置を適用した例について以下に示す。
まず、図５を参照しながらセンサ部１０の製法について述べる。ガラス繊維混入エポキシ系樹脂を主成分とする厚み０．８ｍｍの積層板両面に、厚み約１８μｍの導体層としての銅箔が配された、両面銅張積層板を用意する。この両面銅張積層板は、外形が長方形のセンサ部用基板１を１単位として、それが縦横に多数連なるような回路パターン（導体１５）となるよう、且つ最終的に抵抗素子１３とトリマブルチップ抵抗器１４とが図４のような電気接続状態となるよう、基板３表裏に亘りパターニングする。
当該パターニングの第１ステップでは、前記両面銅張積層板の表裏に亘る導電通路となるに必要な箇所を穴開け加工する。第２ステップでは前記穴開け加工したスルーホール内壁に導体形成し、表裏の銅箔を導通させる目的で触媒付与無電解銅めっき及び電解銅めっきをこの順に施す。このとき基板両面の銅箔上にもめっきによる銅が付着し、基板両面の銅の総厚みが約５０μｍとなる。第３ステップ以降は公知のドライフィルムレジストによるフォトエッチング法により、表面の導体層を一部除去する。その残部として導体１５を得る。ここで図５では導体１５末端から端子集合部１８までの経路の図示を省略しているが、各抵抗素子１２（Ｒ１〜４）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ１〜４）により図４に示すブリッジ回路を形成する経路としている。また端子集合部１８には、端子（Ｖｃｃ、ＧＮＤ、Ｙｏｕｔ、Ｘｏｕｔ）が一定間隔で存在している。
次いで得られた大型の基板における上記１単位のセンサ部用基板１各々に対し、打抜き加工により図５に示す穴９、固定穴５及び端子集合部１８を形成するための切欠き部を形成する。上記１単位のセンサ部用基板１について形成された４つの固定穴５は、略正方形の頂点位置となるよう形成され、当該正方形の対角線の交点は、後で配置するポスト底面の輪郭１７の中心と略一致するものとする。
次いで樹脂系（カーボン・レジン系）の抵抗体ペーストをスクリーン印刷により図５に示すよう形成・加熱硬化させて抵抗体１３とする。更に抵抗体１３を保護するため、シリコーン系樹脂ペーストをスクリーン印刷し、その後当該ペーストを硬化して保護膜を形成する。これで抵抗素子１２が得られる。
次いで各抵抗素子１２と直列に導体１５により電気接続されたトリマブルチップ抵抗器１４を、図４に示すような抵抗素子１２との接続状態を実現するよう、公知の実装技術、リフロー技術により配する。またトリマブルチップ抵抗器１４は、図５に示すように、センサ部用基板１の抵抗素子１２が配された面と逆の面に配した。
その後抵抗素子１２と、それぞれの抵抗素子１２と直列に電気接続されたトリマブルチップ抵抗器１４との抵抗値の和を所定範囲に調整するため、トリマブルチップ抵抗器１４に対しレーザトリミングを施す。直接抵抗素子を構成する抵抗体６に対してトリミングを施さなかった理由は、樹脂からなる抵抗体６、及び抵抗体６が配されている、樹脂を主成分とするセンサ部用基板１に対しトリミングを施すことによる抵抗値の不安定化の防止を考慮したためである。これら樹脂はレーザトリミングのように非常に高温の処理に対しては不安定な挙動を示す場合がある。
そして図５に示すように、各々の１単位のセンサ部用基板１に、アルミナを成形した、ポスト底面の輪郭１７が正方形のポスト２を、その底面がセンサ部用基板１の抵抗素子１２が配された面とは逆の面に当接するよう、且つその底面の中心が各１単位のセンサ部用基板１の中心と実質的に一致するようエポキシ系接着剤で固定する。これで本発明の応力センサの集合体が得られる。
次いで大型の基板を各１単位のセンサ部用基板１となるよう、大型の基板面に縦横に多数設けられた分割用ライン（可視のラインでも不可視のラインでもよい）に沿ってディスクカッターにより切断・分割し、個々の応力センサ部１０とする。本例のようにポスト２を分割前に固定することにより、作業性が良好になる。その理由は、個々の応力センサに分割した後にポスト２を各々の応力センサを有するセンサ部用基板１に取付ける作業は、大型の基板に対する作業に比して取扱い性、ハンドリング性に劣り、煩雑なためである。
当該応力センサ部１０は、固定穴５を介して後述する補強部材６、補強部材７により補強・固定させて使用する。するとその固定状態では基板穴１６の外側の基板３周縁部は、ポスト２に応力を付与した場合でも殆ど変形しない非変形部となり、基板穴１６の内側はポスト５に応力を付与すと変形し、抵抗素子８を伸張、収縮させる変形部となる。当該変形部全域が、センサ部用基板１面の「センサ有効領域」となる。また前述のトリマブルチップ抵抗器１４は前記非変形部に配されているため、ポスト２に付与した応力にその抵抗値変化の影響を受けることは殆ど無い。
次に制御部１１の製法について述べる。まず前述したセンサ部用基板１に対して実施したパターニングを、図１に示す形状の制御部用基板３に対しても同様に実施する。制御部１１には、図４に示したブリッジ回路の電圧印加端子（Ｖｃｃ）−（ＧＮＤ）間に所定の電圧が印加され、同図左側の抵抗素子１２（Ｒ１、２）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ１、２）の抵抗値を解析することによりＹ端子（Ｙｏｕｔ）によりＹ軸方向の応力センサが構成されるための機能、更には同図右側の抵抗素子１２（Ｒ３、４）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ３、４）の抵抗値を解析することによりＸ軸方向の応力センサが構成される機能が要求される。更にはポスト頂面を下向き（Ｚ軸方向）に押下した場合、抵抗素子１２（Ｒ１〜４）のそれぞれの抵抗値全てが上昇するため、その状態を前記Ｘ軸又はＹ軸方向の応力とは区別して検知できる機能も要求される。それらの要求を満たすいわゆるコントロールＩＣやその他電子部品が制御部用基板３に搭載され、前述したリフロー工程等を経て制御部１１が得られる。
次に図１に示す、厚み１．５ｍｍのアルミニウム板材を加工して固定穴５、穴８及びその他切欠き部を形成して第１の補強部材６を得る。また厚み０．８ｍｍの鉄板を加工し、固定穴５及び深さ４０〜５０μｍの窪み９を形成してその後露出面を亜鉛メッキして第２の補強部材７を得る。
図１に示すように上記センサ部１０上面に第１の補強部材６が当接するよう、且つ下面に第２の補強部材７が当接するようにし、固定穴５をネジで締めてこれら三者を固定してセンサ部用基板１を補強する。更に第１の補強部材６にある別の固定穴５と、制御部用基板３の固定穴５とをネジ締めして両者を固定する。これらの過程を経て本発明の入力装置を得ることができる。
本例ではこれら固定作業に先立って、センサ部１０についてその動作確認をし、良品であるという認定が得られたものについてのみ固定作業に供した。以下図６を参照しながら、その良品であるか否かの判断方法について説明する。
まず第１段階では使用時の固定状態と同様の状態となるよう応力センサ部１０を固定する。且つセンサ部用基板１裏面にある４つの端子が検査用台座の端子に電気接続するようにする。
次に第７段階では被応力付与部に応力が付与されていない状態の応力センサ１の出力値（Ｆ０）を測定し、Ｆ０が目的とする所定範囲にあるかどうかの判断をする。測定の結果、所定範囲になければ不合格とする。測定の結果、全ての抵抗素子１１出力値（Ｆ０）が所定範囲にあれば第２段階に進む。
第２段階ではポスト２へ、第ｎの方向から応力を付与する。被応力付与部２へ初めて応力を付与する場合には、前記第ｎの方向は第１の方向となる。本例ではｎ＝１〜４は、ポスト２周面に応力を付与する角度９０℃間隔で配置した４つの応力付与装置を順に動作させる。ｎ＝５はポスト２頂面を押下する応力付与装置を動作させる。
第３段階は、第２段階で付与した応力を所定期間だけ、所定応力とする段階である。本例では前記所定期間は１秒に設定した。その１つ目の理由は前記所定時間を０．５秒とすると、出力値に僅かなばらつきがみられたためである。また２つ目の理由は前記所定時間を１秒を超えて設定しても、１秒としたときと同等の出力値の安定性だったためである。単位時間に多くのセンサ部１０の検査をするためには、前記所定時間は短い方が有利である。これらの理由から本例では前記所定時間を１秒とした。
第４段階は、センサ部１０出力値（Ｆｎ）を測定する段階である。ここでＦｎのｎと第２段階におけるｎとは対応する数字である。例えば第２段階において第１の方向から応力を付与したときのセンサ部１０出力値はＦ１となる。Ｆｎの測定は、Ｆ０の測定と略同様に実施する。
第５段階は付与した応力を解除する段階である。
第６段階は上記出力値（Ｆｎ）が所定範囲にあるかどうかを判断する段階である。出力値（Ｆｎ）が所定範囲外であれば検査に不合格だったとして判断する。ｎ＝５となるまで第２段階から第６段階までを繰返し、全ての出力値が所定範囲にあれば検査に合格したと判断する。
本例ではセンサ部用基板をガラス繊維混入エポキシ樹脂としたが、それに代えてアルミナ等のセラミック製とする場合には、縦横に多数の分割溝を予め形成してある大型の基板を用いることが好ましい。その理由はディスクカッターを用いなくとも、当該分割溝を開くように手等で力を加えることで、容易に分割作業ができるためである。
本例のようにセンサ部１０において、下向き（Ｚ方向）への応力付与に何らかの機能を付与することにより、多機能化が図れる。例えば本例のようにコンピュータのポインティングディバイスとしてセンサ部１０を使用した場合、いわゆるマウスをクリックする信号に割り当てることができる。また、例えばいわゆる携帯電話等の小型携帯機器用の多機能・多方向スイッチとしてセンサ部１０を使用した場合には、所定時間下向きへの応力付与をしたときに当該携帯機器の電源のオン・オフの命令に対応させる等が可能となる。
トリマブルチップ抵抗器１４を用いるべきか否かは、抵抗素子１２を構成する各部材の材質や、基板３の材質により判断すべきである。例えばセンサ部用基板１の材質がセラミックであって、抵抗体１３の材質がメタルグレーズである場合には、直接抵抗素子１２を構成する抵抗体１３に対してレーザートリミングを施したとしても、その後の抵抗値の不安定化のような不都合は無視できる程度である。従って、このような場合は、トリマブルチップ抵抗器１４を用いなくてもよい。但しその他の原因等があり、トリマブルチップ抵抗器１４を用いる必要がある場合は、その必要に応じて用いるべきであることは言うまでもない。
例えば、ガラス繊維混入エポキシ系樹脂成形体からなる基板１上に形成した、カーボン系導電材料と樹脂とを混合してなる抵抗体１３を配した構成では、当該抵抗体１３に直接レーザートリミングする場合は、レーザ出力を適当な値に調整して、過度にに基板１や抵抗体１３を構成する樹脂系材料が損傷を受け、抵抗値の安定（応力センサ使用時の安定を含む）を害することのないようにする。かかる構成は、本例（図５）におけるトリマブルチップ抵抗器１４を省略することができ、部品点数及び製造工数低減の面で極めて好ましい。
本発明の他の実施の形態を図７に示した。センサ部用基板１の全部が、制御部用基板３と重なり合い、当該重なり合う部分が固定されることで一体化を実現している入力装置の例である。ここで好適に用いられる固定部材は、はんだや接着剤等である。またセンサ部用基板１と制御部用基板３の材質はガラス繊維混入エポキシ樹脂等である。このような形態の入力装置は、図１に示した入力装置に比べ、入力装置総厚みを薄くすることができる点で優れている。その反面ポスト２に付与された応力がセンサ部用基板１及び制御部用基板３に伝播しやすいという、多少不利な点を有している。この多少不利な点については、制御部用基板３の下面に薄い金属板を貼付等する補強手段や、この入力装置が搭載される電子機器の筐体に制御部用基板３の下面の大部分を当接させ、当該筐体によって入力装置全体を補強する等の手段により対処可能であり、それ程大きな問題ではないと考えられる。
産業上の利用可能性
本発明により、応力センサ部と制御部の両者について常に良好なマッチングを得ることが可能な入力装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の入力装置の組立ての様子を示した図である。図２は、本発明にかかるセンサ部１０の要部概略図である。図３は、本発明にかかるセンサ部１０の動作の様子を示す図である。図４は、本発明の入力装置における、電気信号入出力の状態の概要の一例を示す図である。図５は、本発明にかかるセンサ部１０の概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は上面図を示している。図６は、本発明にかかるセンサ部１０の動作確認方法を示す図でる。図７は、本発明の入力装置の概要を示した図である。
これらの図面に付した符号は、１…センサ部用基板、２…ポスト、３…制御部用基板、４…歪ゲージ、５…固定穴、６…第１の補強部材、７…第２の補強部材、８…穴、９…窪み、１０…センサ部、１１…制御部、１２…抵抗素子、１３…抵抗体、１４…トリマブルチップ抵抗器、１５…導体、１６…基板穴、１７…ポスト底面の輪郭、１８…端子集合部、１９…端子である。
【図１】
2003010651.tif 000003
【図２】
2003010651.tif 000004
【図３】
2003010651.tif 000005
【図４】
2003010651.tif 000006
【図５】
2003010651.tif 000007
【図６】
2003010651.tif 000008
【図７】
2003010651.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月2日(2003.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポストへの応力付与に起因して歪みゲージの特性値変化を生じさせる応力センサ部を有するセンサ部用基板と、当該特性値変化を前記応力の方向と大きさとのデータに変換する、実質的に制御部からなる制御部用基板とが別個の基板であり、それらが一体化してなることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
ポストへの応力付与に起因して歪みゲージの特性値変化を生じさせる応力センサ部を有するセンサ部用基板が、当該特性値変化を前記応力の方向と大きさとのデータに変換する、実質的に制御部からなる制御部用基板上に載置されていることを特徴とする入力装置。
【請求項３】
応力センサ部が、歪ゲージとしての抵抗素子が基板面のセンサ有効領域の中心を交点とする基板面に沿った直交する二直線上、且つ当該交点から実質的に等距離位置に４箇所配され、前記基板面のセンサ有効領域の中心とポスト底面の中心とが実質的に一致するよう、ポストが固着又は一体化され、当該ポストへの応力付与に起因する前記抵抗素子の伸張、収縮又は圧縮、圧縮解除により抵抗値変化を生じさせることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の入力装置。
【請求項４】
応力センサ部を構成する基板が変形部と非変形部とからなり、当該変形部には歪みゲージ（抵抗素子を含む）及びポストが配され、当該変形部には制御部の構成部品が配されないことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項５】
応力センサ部を構成する基板と、制御部を構成する基板との一体化が、２以上の一体化手段によることを特徴とする請求の範囲１項乃至第４項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項６】
応力センサ部を構成する基板と、制御部を構成する基板との一体化が、はんだ、接着剤、ネジ又はボルト・ナットを用いた固定手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項７】
応力センサ部を構成する基板と、制御部を構成する基板との一体化に用いられる接続部材にはんだを含み、当該はんだが応力センサ部と制御部との電気接続をも担うことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項８】
応力センサ部を構成する基板の一部又は全部が、制御部を構成する基板と重なり合い、当該重なり合う部分が固定されることで一体化を実現することを特徴とする請求の範囲第１項、第３項乃至第７項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項９】
応力センサ部を構成する基板単体が変形部と非変形部とからなり、当該基板よりも剛性の高い材質からなる補強部材により、且つ当該変形部の変形を許容することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項１０】
補強部材が２枚以上の板材からなり、非変形部を当該板材で挟むことを特徴とする請求の範囲９項記載の入力装置。
【請求項１１】
応力センサ部を構成する基板がガラス繊維混入エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求の範囲第９項又は第１０項に記載の入力装置。
【請求項１２】
補強部材が、応力センサ部を構成する基板と、制御部を構成する基板との一体化を担う部材を兼ねることを特徴とする請求の範囲第９項乃至第１１項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項１３】
歪ゲージが抵抗素子であり、各々の抵抗素子と直列接続されるトリマブルチップ抵抗器が基板の非変形部に配されることを特徴とする請求の範囲第４項乃至第１２項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項１４】
歪ゲージが抵抗素子であり、各々の抵抗素子と直列接続されるトリマブルチップ抵抗器が制御部に配されることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれかに記載の入力装置。
【請求項１５】
基板面及び／又は基板内層に電気配線を形成する第１の工程と、当該基板面に歪みゲージを形成する第２の工程と、当該基板面に、歪みゲージの特性値変化を所定のデータに変換する制御部を形成するに必要な制御部用電子部品を搭載する第３の工程と、応力付与に起因して歪みゲージの特性値変化を生じさせるポストを当該基板面に固定する第４の工程と、歪ゲージが形成された基板と実質的に制御部用電子部品のみが搭載された基板とを一体化する第５の工程を有し、第１の工程、第２の工程、及び第３の工程をこの順に実施し、第４の工程を第２の工程終了後のいずれかの段階に実施し、第５の工程を第１の工程終了後のいずれかの段階に実施することを特徴とする入力装置の製造法。
【請求項１６】
応力センサ用基板面及び／又は当該基板内層に電気配線を形成する第１１の工程と、当該基板面に歪みゲージを形成する第１２の工程と、応力付与に起因して歪みゲージの特性値変化を生じさせるポストを当該基板面に固定する第１３の工程とをこの順に実施することで応力センサ部を得る過程と、その後当該応力センサ部の動作確認をする第１４の工程と、前記応力付与に起因して特性値変化を生じさせる前記歪みゲージの当該特性値変化を、前記応力の方向と大きさとのデータに変換する制御部用基板面に、実質的に制御部を形成するに必要な制御部用電子部品のみを搭載して制御部を得る第１５の工程とを有し、
第１４の工程において良品と認定された応力センサ部のみを前記制御部と連結する第１６の工程後、当該応力センサ部と前記制御部とのマッチングを確認することを特徴とする入力装置の製造法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
する制御部１１とが一体化してなることを特徴とする。
応力センサ部１０と制御部１１とを一体化することにより、入力装置を電子機器へ搭載する前に両者のマッチングを確認することが容易となる。例えば当該確認の結果、当該マッチングの良好な入力装置のみを選別して電子機器へ搭載することが可能となる。従って上記本発明の構成により応力センサ部１０と制御部１１の両者について常に良好なマッチングを得ることが可能な入力装置を提供することができる。
センサ部用基板１と、制御部用基板３とは、例えば図１に示すように別個の基板であり、双方の基板が接続部材等により固定されることにより一体化が実現されるものが挙げられる。また、応力センサ部用基板１と、制御部用基板３とが同一の基板であることにより一体化が実現されていても良い。
前者の利点は、例えばセンサ部１０と制御部のどちらか一方が所定の特性を満足しない動作不良である場合に、動作が良好な方を有効活用できる点である。また後者の利点は、部品点数を減らすことができる点である。
また前者の場合、センサ部用基板１と制御部用基板３とを構造的に一体化させる構成として、センサ部用基板１の一部又は全部が制御部用基板３と重なり合い、当該重なり合う部分が接続部材により固定されることで一体化を実現する構成等が好適である。この構成を採用することにより、過剰な接続部材、例えば導電線等の使用を制限できることができるためである。ここで接続部材の他の例は、接着剤やはんだ、図１に示した固定穴５を用いて固定するボルトやナット、ネジ等である。
また前者の場合、センサ部用基板１と制御部用基板３とを電気的に接続する構成として、センサ部１０の一部又は全部が制御部用基板３と重なり合い、当該重なり合う部分をはんだ付けする構成が挙げられる。又、前記重なり合う部分をはんだ付けする構成が挙げられる。また、前記重なり合う部分が異方性導電物質（ペースト状のものを硬化したものや膜状等）を介した重なり合いで、且つ当該異方性導電物質がセンサ部用基板１と制御部用基板３とにより圧縮される構成等も挙げられる。当該異方性導電膜の使用により、センサ部用基板１と制御部用基板３とを電気的に接続する工程を簡略化することができる利点がある。特に複数の接続端子を有する場合には、それら




【国際調査報告】
2003010651.tif 000010
2003010651.tif 000011
2003010651.tif 000012
2003010651.tif 000013