ポインティングデバイス
【課題】ポインティングデバイスの検出電位の安定化を図り、より正確な指示動作を実現する。
【解決手段】電位検出用の第一電極４５およびその第一電極の周囲に形成される電圧印加用またはアース用の複数の第二電極４１を互いに非接触状態で配置する印刷回路基板４０の上方に第一電極と非接触状態で配置され、下方への押し込みにより指示する位置を決定する位置指示駆動体１０と、位置指示駆動体と印刷回路基板との間に、その中央部分において印刷回路基板側に凹部２８を有する導電性弾性体から成るプレート２０と、位置指示駆動体およびプレートを、それらの外周にて印刷回路基板の上方に保持する保持部材５０とを備えたポインティングデバイス１である。
【解決手段】電位検出用の第一電極４５およびその第一電極の周囲に形成される電圧印加用またはアース用の複数の第二電極４１を互いに非接触状態で配置する印刷回路基板４０の上方に第一電極と非接触状態で配置され、下方への押し込みにより指示する位置を決定する位置指示駆動体１０と、位置指示駆動体と印刷回路基板との間に、その中央部分において印刷回路基板側に凹部２８を有する導電性弾性体から成るプレート２０と、位置指示駆動体およびプレートを、それらの外周にて印刷回路基板の上方に保持する保持部材５０とを備えたポインティングデバイス１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面上の任意の方向を指示可能なポインティングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポインティングデバイスは、パーソナルコンピュータ、携帯通信端末、ゲーム装置等の入力手段として広く利用されている。特に、柱状突出型の操作手段を少なくともＸ−Ｙ平面上において自在に駆動するタイプのポインティングデバイスは、ディスプレイ上に表示される対象物を自在に動かすのに非常に便利な操作手段として知られている。かかるポインティングデバイスには多種多様な構造のものがあり、導電性弾性体の下方に設けた球面部を印刷回路基板上の電極面に接触させて、そのＸ軸方向およびＹ軸方向の接触位置に基づき指示位置の（Ｘ，Ｙ）座標を検出するタイプのポインティングデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、このタイプのポインティングデバイスの位置検出機構について、図面を用いて説明する。
【０００３】
図１０は、導電性弾性体を操作手段に利用したポインティングデバイスの簡易断面図である。図１１は、図１０に示すポインティングデバイスの下方に配置される印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ： ＰＣＢ）の平面図である。
【０００４】
このポインティングデバイスは、略円環形状のクランプリング１５０の中央に設けられた貫通穴にラバーセンサー１００を固定し、ラバーセンサー１００の下部をＰＣＢ１４０と対向させ非接触状態に保持した形態を有する。ラバーセンサー１００は、その下方にあって導電性弾性体から成る下方駆動部１０１と、その下方駆動部１０１の上方にて柱状立設するように固定される絶縁性の樹脂成形体１０２とを備える。下方駆動部１０１と樹脂成形体１０２とは、例えば、嵌め込み式あるいは嵌め込みと接着の両方にて接続される。下方駆動部１０１は、薄型のドーム形状を有し、ＰＣＢ１４０側に凹部を有する。下方駆動部１０１の凹部の天面略中央には、ラバーセンサー１００をＰＣＢ１４０に向かって押し込まない状態でＰＣＢ１４０に非接触な位置および形状で、ＰＣＢ１４０側に突出する球面部１０３を有する。また、下方駆動部１０１の外周部分には、下方駆動部１０１をＰＣＢ１４０側に押し込むときに弾性変形し、その押し込みの解除によって元の形状に回復する薄肉の屈曲部１０４が形成されている。屈曲部１０４のさらに外側には、クランプリング１５０に固定するためのフランジ部１０５が形成されている。
【０００５】
ＰＣＢ１４０の上面には、図１１に示すように、複数の電極が形成されている。当該複数の電極の配置は、次の通りである。大きな円形電極１４５の外側に、９０度間隔で１個ずつ合計４個の小さな矩形電極１４１，１４２，１４３，１４４が配置されている。これらの電極１４５，１４１，１４２，１４３，１４４は互いに非接触の状態でＰＣＢ１４０上に形成されている。４個の矩形電極１４１，１４２，１４３，１４４は、その上方に配置されるラバーセンサー１００のフランジ部１０５の底面が常に接触できる位置に配置されている。また、互いに対向する矩形電極間においては、一方の矩形電極１４１等に電圧（ＶＣＣ）を印加した際に他方の矩形電極１４３等がアースされ、他方の矩形電極１４３等にＶＣＣを印加した際に一方の矩形電極１４１等がアースされるように、ＶＣＣおよびアースの切り替えが行われる。
【０００６】
図１２は、ラバーセンサーを印刷回路基板に向けて押し込んだ際の状態を示すポインティングデバイスの断面図である。また、図１３は、図１２の状態におけるラバーセンサーと印刷回路基板上の円形電極との接触領域から指示位置の検出を行う方法を説明するための図である。
【０００７】
ラバーセンサー１００を操作しないときには、球面部１０３は円形電極１４５とは接触していないが、ラバーセンサー１００の上部の樹脂成形体１０２を下方に押し込み、ＰＣＢ１４０上の面内を自在に動かすと、図１２に示すように、ラバーセンサー１００の下方にある球面部１０３は、円形電極１４５に接触する。円形電極１４５への球面部１０６の接触領域は、樹脂成形体１０２の駆動方向とその押し込みの程度により変化する。
【０００８】
例えば、図１３に示すように、球面部１０３が円形電極１４５と領域１６０の部分で接触したとする。その場合、矩形電極１４１、円形電極１４５および矩形電極１４３を結ぶＸ軸上において、矩形電極１４１に印加されるＶＣＣと矩形電極１４３のアース間では領域１６０の左端Ｐ（Ｘ１，０）の位置で短絡する。同様に、矩形電極１４３に印加されるＶＣＣと矩形電極１４１のアース間では領域１６０の右端Ｑ（Ｘ２，０）の位置で短絡する。理論上、上記各短絡した位置の電位は、矩形電極１４１からの距離（Ｌ１）および矩形電極１４３からの距離（Ｌ２）に比例する。よって、上記Ｐ（Ｘ１，０）およびＱ（Ｘ２，０）の各位置は、矩形電極１４１と矩形電極１４３との間の距離Ｌ０が一定であるため、それぞれの短絡した位置の電位を検出すると、ＶＣＣに対する各検出電位の比に距離Ｌ０を掛けることにより求めることができる。次に、Ｐ（Ｘ１，０）およびＱ（Ｘ２，０）の中間点であるＲ（（Ｘ１＋Ｘ２）／２，０）を求め、ＲをポインティングデバイスのＸ軸上の指示位置（Ｘ座標）とする。同様に、矩形電極１４４、円形電極１４５および矩形電極１４２を結ぶＹ軸上でも同様の検出を行うことで、Ｙ軸上の指示位置（Ｙ座標）が決定され、先に求めたＸ座標とＹ座標からＸ−Ｙ平面上の指示位置である（Ｘ，Ｙ）座標が決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ９９／１７１８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の従来技術には、次のような問題がある。先に述べたように、本来、ＶＣＣを印加した矩形電極からアースされている矩形電極の間では、その距離に比例して電気抵抗の値が変化するのが理想的である。しかし、実際には、球面部１０３が円形電極１４５と接触する領域１６０における電気抵抗の値は、ＶＣＣを印加した矩形電極１４１等からの距離に対してリニアに変化せず、理論値より大きくなり、あるいは小さくなるといった不安定なものとなる傾向がある。電気抵抗の値が不安定であると、検出電位が不安定になり、その結果、指示位置が操作者の意思に反する可能性が高まることになる。
【００１１】
本発明は、上記のような問題に鑑みなされたもので、ポインティングデバイスの検出電位の安定化を図り、より正確な指示動作を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上述のような電気抵抗の値が不安定になる原因を調べてきた結果、ラバーセンサーの下方にある導電性弾性体の端部よりもその中央部の厚みが大きく、かつその厚みがＶＣＣを与えた矩形電極からアースされている矩形電極までの間でばらついていることが原因であることを突き止めた。一方、ＰＣＢ平面上において自在に操作するためには、ラバーセンサー下方の球面部が必要であるため、球面部を維持しながら導電性の領域を一定の厚さにする必要があると考えた。具体的には、次のような手段を解決手段として採用した。
【００１３】
本発明の一形態は、電位検出用の第一電極およびその第一電極の周囲に形成される電圧印加用またはアース用の複数の第二電極を互いに非接触状態で配置する印刷回路基板の上方に第一電極と非接触状態で配置され、下方への押し込みにより指示する位置を決定する位置指示駆動体と、位置指示駆動体と印刷回路基板との間に、その中央部分において印刷回路基板側に凹部を有する導電性弾性体から成るプレートと、位置指示駆動体およびプレートを、それらの外周にて印刷回路基板の上方に保持する保持部材とを備え、位置指示駆動体は、その下方中央部に配置され、その押し込みの際に下方に移動可能な下方突出形状の球面部と、その球面部の外周にあって、その弾性変形によって球面部の上下動を可能にする屈曲部とを少なくとも有し、プレートは、その一部若しくは全部を第二電極に接触させる外周底部と、球面部の下方において、第一電極と非接触状態になるように、外周底部の内方に連接される上方突出形状の突出部とを有し、プレートの突出部における少なくとも第一電極に接触可能な領域を一定の厚さとしたポインティングデバイスである。
【００１４】
また、本発明の別の形態は、プレートにおいて、その外周底部の一部に、第二電極側に面状突出する面状突出部を備えるポインティングデバイスである。
【００１５】
また、本発明の別の形態は、プレートにおいて、その外周底部に、上方側に窪む溝であって凹部から外方に繋がる１または複数の空気流出入溝を備えるポインティングデバイスである。
【００１６】
また、本発明の別の形態は、位置指示駆動体とプレートとを一体として固定しているポインティングデバイスである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポインティングデバイスの検出電位の安定化を図り、より正確な指示動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るポインティングデバイスの位置指示駆動体とプレートとを接合する状況を斜め上方からみたときの分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す位置指示駆動体とプレートとを接合する状況を斜め下方からみたときの分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るポインティングデバイスおよびその下方の印刷回路基板の断面図である。
【図４】図４は、図３に示す状態から、図１に示す位置指示駆動体を印刷回路基板側に向かって押し込んだ際に、プレートが印刷回路基板上の第一電極に接触する状態を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示す印刷回路基板およびその上に形成される第一電極における球面部の接触領域を示す上面図である。
【図６】図６は、図１に示す位置指示駆動体を印刷回路基板の面内で種々駆動した際に第一電極にプレートが接触した複数の接触領域を示す図である。
【図７】図７は、図１に示す位置指示駆動体の一例の断面図である。
【図８】図８は、図１に示すプレートの一例の断面図である。
【図９】図９は、図３に示すポインティングデバイスを用いたときの互いに対向する第二電極間の電位の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は、導電性弾性体を操作手段に利用したポインティングデバイスの簡易断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すポインティングデバイスの下方に配置される印刷回路基板の平面図である。
【図１２】図１２は、ラバーセンサーを印刷回路基板に向けて押し込んだ際の状態を示すポインティングデバイスの断面図である。
【図１３】図１３は、図１２の状態におけるラバーセンサーと印刷回路基板上の円形電極との接触領域から指示位置の検出を行う方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明のポインティングデバイスの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係るポインティングデバイスの位置指示駆動体とプレートとを接合する状況を斜め上方からみたときの分解斜視図である。図２は、図１に示す位置指示駆動体とプレートとを接合する状況を斜め下方からみたときの分解斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係るポインティングデバイスおよびその下方の印刷回路基板の断面図である。
【００２１】
第一の実施の形態に係るポインティングデバイス１は、図３に示すように、位置指示駆動体１０と、位置指示駆動体１０の下方に配置されるプレート２０と、位置指示駆動体１０およびプレート２０とをそれらの下方の印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ： ＰＣＢ）４０上に対して固定する保持部材５０とを備える。
【００２２】
位置指示駆動体１０は、操作者がプレート２０に向かって押し込み、ＰＣＢ４０の面に平行な面上にて任意の方向に操作することにより所望の方向を指示し、その指示位置を決定するための部材である。位置指示駆動体１０は、図１から図３に示すように、略円環形状のフランジ部１１と、当該フランジ部１１の内方でかつ上方に一段高く形成され、その弾性変形により上下方向に屈曲可能な略ドーム形状の屈曲部１２と、屈曲部１２の内方略中央に柱状立設される略円柱形状の操作部１３とを有する。操作部１３の下部は、屈曲部１２の裏方向に突出しており、操作部１３の下方への押し込みによりプレート２０を弾性変形させてＰＣＢ４０上の第一電極４５に接触させる球面部１６を備える。フランジ部１１の互いに１８０度間隔で対向する外周部には、外方向に突出する２個の外突出部１４が形成されている。外突出部１４のそれぞれには、上下方向に貫通する１個の貫通穴１５が形成されている。位置指示駆動体１０は、フランジ部１１、屈曲部１２および操作部１３を一体的に連接した形状を有し、操作部１３の下方にある球面部１６および操作部１３の外周にある屈曲部１２の裏側に空間を有し、ＰＣＢ４０に向けての押し込みおよびその押し込みの解除により、球面部１６を上下動させることができる。位置指示駆動体１０は、好適には、絶縁性のゴム状弾性体から構成され、特に、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、天然ゴム等の材料を好適に使用でき、それらの中でも、シリコーンゴムをより好適に使用できる。また、位置指示駆動体１０において、少なくとも屈曲部１２をシリコーンゴム等のゴム状弾性体から構成し、それ以外の部分（例えば、操作部１３およびその下方の球面部１６）をポリプロピレン等の樹脂から構成しても良い。
【００２３】
プレート２０は、その上方にある位置指示駆動体１０の球面部１６からの押圧を受けて下方に弾性変形して、ＰＣＢ４０表面上の第一電極４５に接触可能な部材である。プレート２０は、薄型の皿を逆さにした形状を有しており、その外周底部となる略円環状のリング状部材２１と、そのリング状部材２１の内方にて面状に上方突出する突出部２３とを備える。突出部２３の外周部分２２は、その下方のリング状部材２１と接続する斜面になっている。リング状部材２１の互いに１８０度間隔で対向する外周部には、外方向に突出する２個の外突出部２４が形成されている。外突出部２４のそれぞれには、上下方向に貫通する１個の貫通穴２５が形成されている。プレート２０は、ほぼ一定の厚さを有する円板状の導電性弾性体を、リング状部材２１と突出部２３とを備える逆皿形状に成形した部材である。この結果、特に、突出部２３の厚さは、その面内でほぼ一定である。ただし、外周部分２２を含めた突出部２３全体を一定の厚さにせずに、外周部分２２を除く突出部２３の天面部分を一定の厚さにしても良い。すなわち、プレート２０において、少なくとも第一電極４５と接触する領域が一定の厚さであれば良い。
【００２４】
プレート２０は、導電性のフィラーと絶縁性のゴム状弾性体の材料とを混練して成る導電性弾性体である。導電性フィラーとしては、粒子状、繊維状、板状等の導電性材料を好適に使用でき、その材料にはカーボン、金属等の導電性材料を使用できる。その中でも、粒子状のカーボン（カーボンブラック）を好適に使用できる。また、ゴム状弾性体には、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、天然ゴム等の材料を好適に使用でき、その中でもシリコーンゴムを好適に使用できる。導電性材料は、導電性弾性体中に５〜５０重量％の範囲で含有されるのが好ましく、さらには１５〜３５重量％が好ましい。
【００２５】
図３に示すように、プレート２０は、プレート２０の上方からの球面部１６の押圧を受けて変形し、ＰＣＢ４０上の第一電極４５に接することができるように、突出部２３の下方に凹部２８を有している。また、図２に示すように、プレート２０のリング状部材２１の底面には、ＰＣＢ４０上の４個の第二電極４１，４２，４３，４４に接触する位置でＰＣＢ４０側に向かってわずかに面状突出する４個の面状突出部２７が、リング状部材２１の中心から略９０度間隔で形成されている。プレート２０と第二電極４１，４２，４３，４４との電気的な接触を確実にするためである。また、その面状突出部２７を避けるように、リング状部材２１には、その中心から略９０度間隔で、内方の空間と外界とを繋ぐように空気流入出溝２６が形成されている。空気流入出溝２６は、突出部２３の外周部分２２にも延出するように形成されている。空気流出入溝２６は、プレート２０がＰＣＢ４０に向けて押し込まれ、その後に弾性変形して元の状態に戻る動作をする際に、凹部２８と外界との間で空気の流入および流出を容易にし、凹部２８内が減圧状態になることにより生じる上下動作の不具合を防止するために設けられている。
【００２６】
位置指示駆動体１０とプレート２０とは、位置指示駆動体１０の貫通穴１５とプレート２０の貫通穴２５とを挿通するピン３０にて連接され、一体化可能である。ピン３０は、樹脂等により構成されている。２本のピン３０にて接合された状態の位置指示駆動体１０およびプレート２０は、保持部材５０の貫通穴の下方から挿入され、保持部材５０の上方に抜けないように固定される。具体的には、保持部材５０の貫通穴の下方の径を上方の径より大きくして貫通穴の途中に段差を形成し、その段差に、位置指示駆動体１０のフランジ部１１およびプレート２０のリング状部材２１を突き当てるようにしている。フランジ部１１は、図３に示すように、内側の屈曲部１２との接合部から外側に向かって厚さを大きくするように上方傾斜している。保持部材５０は、フランジ部１１の上面に接して位置指示駆動体１０を上方に抜けないように保持している。フランジ部１１が上方傾斜していることにより、位置指示駆動体１０およびプレート２０は、保持部材５０から抜けにくくなっている。なお、ピン３０を使用せず、位置指示駆動体１０に、プレート２０の貫通穴２５の方向に突出する円柱形状の突出部を形成し、その突出部を貫通穴２５に挿入して位置指示駆動体１０とプレート２０とを接合しても良い。また、プレート２０に、位置指示駆動体１０の貫通穴１５の方向に突出する円柱形状の突出部を形成し、その突出部を貫通穴１５に挿入して位置指示駆動体１０とプレート２０とを接合しても良い。
【００２７】
図４は、図３に示す状態から、図１に示す位置指示駆動体を印刷回路基板側に向かって押し込んだ際に、プレートが印刷回路基板上の第一電極に接触する状態を示す断面図である。
【００２８】
位置指示駆動体１０をＰＣＢ４０に向けて押し込むと、その直下に配置されているプレート２０をＰＣＢ４０に向けて押し込み、プレート２０の一部がＰＣＢ４０上の第一電極４５に接する。プレート２０が第一電極４５に接触する部分は、球面部１６がプレート２０に接触している部分の略直下に相当する場所である。
【００２９】
図５は、図４に示す印刷回路基板およびその上に形成される第一電極における球面部の接触領域を示す上面図である。
【００３０】
ＰＣＢ４０は、絶縁性の高い樹脂、あるいは当該樹脂とガラスの複合体等から構成される回路基板である。ＰＣＢ４０の表面には、球面部１６の下方に配置可能な第一電極４５と、プレート２０の面状突出部２７と接触可能な位置に配置される４個の第二電極４１，４２，４３，４４とが互いに非接触状態で形成されている。第二電極４１，４２，４３，４４は、ＶＣＣの印加とアースとを切り替え可能な電極である。第二電極４１，４２，４３，４４の内、第一電極４５を挟んで互いに対向する２つの第二電極は、一方の第二電極（例えば、第二電極４１）にＶＣＣを印加したときには、これと対向する他方の第二電極（例えば、第二電極４３）がアースになり、その逆に、他方の第二電極（例えば、第二電極４３）にＶＣＣを印加したときには、これと対向する一方の第二電極（例えば、第二電極４１）がアースになるように、ＶＣＣを印加する第二電極とアースする第二電極とを交互に切り替えるようにしている。また、第一電極４５は、Ａ／Ｄコンバータに接続されており、プレート２０が第一電極４５に接触した際に、ＶＣＣを印加した第二電極とアースされている第二電極間におけるその接触位置での分割電位を計測できるようにしている。
【００３１】
例えば、図５に示すように、プレート２０が接触領域６０にて第一電極４５と接触したとする。第二電極４１と第二電極４３とを結ぶ方向をＸ軸方向とし、第二電極４１と第二電極４３との間の距離をＬ０、接触領域６０の第二電極４１に近い側のＸ軸上の点をＰ（ｘ１，０）とし、第二電極４１と点Ｐとの間の距離をＬ１とする。同様に、接触領域６０の第二電極４３に近い側のＸ軸上の点をＱ（ｘ２，０）とし、第二電極４３と点Ｑとの間の距離をＬ２とする。第二電極４１にＶＣＣを印加した際には、第二電極４１からの電流は、点Ｐの位置で第一電極４５に短絡する。一方、ＶＣＣを切り替えて、第二電極４３にＶＣＣを印加した際には、第二電極４３からの電流は、点Ｑの位置で第一電極４５に短絡する。
【００３２】
プレート２０は、その面内、特に、突出部２３の面内において一定の厚さを有している。このため、第一電極４５にて計測される分割電位（またはその分割電位から求めることのできる電気抵抗）は、電流がプレート２０を通った距離に比例する。したがって、Ｌ１の長さに比例して電気抵抗は大きくなり、電気抵抗は、第一電極４５の第二電極４１側端部で最小値をとり、第一電極４５の第二電極４３側端部で最大値をとる。第二電極４３にＶＣＣを印加した場合も、同様に、電気抵抗は、第一電極４５の第二電極４３側端部で最小値をとり、第一電極４５の第二電極４１側端部で最大値をとる。このように、点Ｐおよび点Ｑにおける各分割電位を検出することにより、点Ｐ（ｘ１，０）および点Ｑ（ｘ２，０）の各座標を求めることができる。点Ｐ（ｘ１，０）と点Ｑ（ｘ２，０）との間の中心点Ｒ（（ｘ１＋ｘ２）／２，０）を操作者が指示した位置のＸ座標と定義すると、接触領域６０がどの位置であっても、点Ｐ（ｘ１，０）と点Ｑ（ｘ２，０）を求めることで指示位置を決定できる。これは、第二電極４４と第二電極４２とを結ぶ方向をＹ軸方向としたときにも同様の手法によりＹ軸上の座標を決定することができる。これによって、座標（Ｘ，Ｙ）を指示位置の座標として決定できる。
【００３３】
図６は、図１に示す位置指示駆動体を印刷回路基板の面内で種々駆動した際に第一電極にプレートが接触した複数の接触領域を示す図である。
【００３４】
位置指示駆動体１０をＰＣＢ４０の面内で種々駆動し、例えば、図６に示すような各接触領域６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆ，６０ｇ，６０ｈ，６０ｉの各位置で、プレート２０がＰＣＢ４０上の第一電極４５に接触したとする。接触領域６０ａ等が第二電極４１，４３を結ぶＸ軸上、あるいは第二電極４４，４２を結ぶＹ軸上に無い場合であっても、上述の分割電位の計測により、各接触領域の中心点の座標（Ｘ，Ｙ）を求めることができ、それによって、操作者の指示する位置を求めることができる。また、プレート２０は、位置指示駆動体１０の球面部１６とＰＣＢ４０との間に介在し、第一電極４５に接触するため、球面部１６が第一電極４５に接触する場合と比較して、より小さな接触領域で第一電極４５と接触する。加えて、第一電極４５上における接触領域６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆ，６０ｇ，６０ｈ，６０ｉは、ほぼ円形で、かつ同一の大きさになりやすい。したがって、指示する位置をより正確に検出することができる。
【００３５】
図７は、図１に示す位置指示駆動体の一例の断面図である。
【００３６】
位置指示駆動体１０の一例の好適な形態は、次の通りである。位置指示駆動体１０のフランジ部１１の外径Ｄ１は、１０ｍｍである。屈曲部１２の外径Ｄ２は、７．６ｍｍである。フランジ部１１の底面から球面部１６の下方先端部までの高さＳは、０．３ｍｍである。フランジ部１１の最外周部１１ｂの厚さＴ１は、０．７ｍｍで、フランジ部１１と屈曲部１２との接合部１１ａにおけるフランジ部１１の厚さＴ２は、０．４５ｍｍである。このように、フランジ部１１は、内側から外側に向かって上方傾斜して０．２５ｍｍだけ厚くなっている。
【００３７】
図８は、図１に示すプレートの一例の断面図である。
【００３８】
プレート２０の一例の好適な形態は、次の通りである。プレート２０の外径は、上述の位置指示駆動体１０の外径Ｄ１と同一の１０ｍｍである。突出部２３の外径Ｄ３は、７ｍｍである。リング状部材２１の底面から突出部２３の上面までの高さＨは、０．６ｍｍである。リング状部材２１の厚さＴ３は、０．３ｍｍである。したがって、突出部２３の厚さも０．３ｍｍとなる。リング状部材２１の底面の４箇所に形成される面状突出部２７の厚さＴ４は、０．０５ｍｍである。リング状部材２１の底面から突出部２３の裏面までの高さＬは、０．３５ｍｍである。
【００３９】
図７に示す位置指示駆動体１０を図８に示すプレート２０の上に載せ両者をピン３０にて一体化すると、位置指示駆動体１０の球面部１６は、突出部２３の上面に接する。このように、位置指示駆動体１０を操作していない状態で、球面部１６を突出部２３の上面に接するようにすると、位置指示駆動体１０を下方に押し込んだ際に、プレート２０をスムーズに下方に押し下げることができる。フランジ部１１の底面から球面部１６の下方先端部までの高さＳを０．３ｍｍより高く設計し、球面部１６が突出部２３に非接触の状態とすることも可能である。しかし、その場合には、位置指示駆動体１０を下方に押し込んだ際に、プレート２０に当接する感触が操作者に伝わるので、操作感に劣る。よって、位置指示駆動体１０の非操作時に、球面部１６が突出部２３の上面に接している方が好ましい。
【００４０】
図９は、図３に示すポインティングデバイスを用いたときの互いに対向する第二電極間の電位の変化を示すグラフである。
【００４１】
図９のグラフ７０から明らかなように、第二電極４４にＶＣＣを印加し、第二電極４２をアースした場合、第二電極４４と第二電極４２との間における電位Ａは、それら第二電極４４，４２間の距離に応じてリニアに変化する。第二電極４２にＶＣＣを印加して第二電極４４をアースした場合も同様な電位の変化が認められる。さらに、第二電極４１と第二電極４３との間においても同様である。このような第二電極間の電位がその距離に応じてリニアに変化するグラフ７０が得られるのは、プレート２０の特に突出部２３がほぼ同一の厚さであることに起因する。
【００４２】
以上、本発明のポインティングデバイスの好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々変形実施可能である。
【００４３】
例えば、第二電極４１，４２，４３，４４は、ＶＣＣの印加とアースとを切り替え可能な電極としているが、ＶＣＣの印加若しくはアースのいずれかが可能な電極でも良い。プレート２０と第一電極４５との接触領域６０等が極めて小さい場合には、互いに対向する第二電極４１，４３（若しくは第二電極４４，４２）のいずれか一方をＶＣＣ印加用の電極とし、他方をアース用の電極としても指示位置の誤差が小さいからである。
【００４４】
また、プレート２０は、リング状部材２１の底面の一部に４個の面状突出部２７を設け、第二電極４１，４２，４３，４４との接触を安定化させているが、面状突出部２７は必須の構成ではない。また、プレート２０に、リング状部材２１を設けずに、突出部２３から４方向に延出する脚部を設け、その脚部の底面（外周底部に相当する）と第二電極４１，４２，４３，４４とを接触させるようにしても良い。また、プレート２０の突出部２３のみを一定厚にし、リング状部材２１を突出部２３の厚さより大きく若しくは小さくしても良い。さらに、外周部分２２を除く突出部２３の領域を一定厚にして、それ以外の部分の厚さを当該領域と異なる厚さにしても良い。
【００４５】
さらに、プレート２０に設けている空気流出入溝２６は、４本に限定されず、３本以下あるいは５本以上でも良い。また、空気流出入溝２６は、プレート２０に必須の構成ではなく、設けなくても良い。また、位置指示駆動体１０とプレート２０とを一体的に接続していなくても良い。さらに、位置指示駆動体１０からフランジ部１１を除外し、位置指示駆動体１０の構成を、操作部１３と屈曲部１２とを備えるだけの構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、電子機器の操作手段として利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ポインティングデバイス
１０ 位置指示駆動体
１１ フランジ部
１２ 屈曲部
１６ 球面部
２０ プレート
２１ リング状部材（外周底部）
２３ 突出部
２６ 空気流出入溝
２７ 面状突出部
２８ 凹部
４０ ＰＣＢ（印刷回路基板）
４１，４２，４３，４４ 第二電極
４５ 第一電極
５０ 保持部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面上の任意の方向を指示可能なポインティングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポインティングデバイスは、パーソナルコンピュータ、携帯通信端末、ゲーム装置等の入力手段として広く利用されている。特に、柱状突出型の操作手段を少なくともＸ−Ｙ平面上において自在に駆動するタイプのポインティングデバイスは、ディスプレイ上に表示される対象物を自在に動かすのに非常に便利な操作手段として知られている。かかるポインティングデバイスには多種多様な構造のものがあり、導電性弾性体の下方に設けた球面部を印刷回路基板上の電極面に接触させて、そのＸ軸方向およびＹ軸方向の接触位置に基づき指示位置の（Ｘ，Ｙ）座標を検出するタイプのポインティングデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、このタイプのポインティングデバイスの位置検出機構について、図面を用いて説明する。
【０００３】
図１０は、導電性弾性体を操作手段に利用したポインティングデバイスの簡易断面図である。図１１は、図１０に示すポインティングデバイスの下方に配置される印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ： ＰＣＢ）の平面図である。
【０００４】
このポインティングデバイスは、略円環形状のクランプリング１５０の中央に設けられた貫通穴にラバーセンサー１００を固定し、ラバーセンサー１００の下部をＰＣＢ１４０と対向させ非接触状態に保持した形態を有する。ラバーセンサー１００は、その下方にあって導電性弾性体から成る下方駆動部１０１と、その下方駆動部１０１の上方にて柱状立設するように固定される絶縁性の樹脂成形体１０２とを備える。下方駆動部１０１と樹脂成形体１０２とは、例えば、嵌め込み式あるいは嵌め込みと接着の両方にて接続される。下方駆動部１０１は、薄型のドーム形状を有し、ＰＣＢ１４０側に凹部を有する。下方駆動部１０１の凹部の天面略中央には、ラバーセンサー１００をＰＣＢ１４０に向かって押し込まない状態でＰＣＢ１４０に非接触な位置および形状で、ＰＣＢ１４０側に突出する球面部１０３を有する。また、下方駆動部１０１の外周部分には、下方駆動部１０１をＰＣＢ１４０側に押し込むときに弾性変形し、その押し込みの解除によって元の形状に回復する薄肉の屈曲部１０４が形成されている。屈曲部１０４のさらに外側には、クランプリング１５０に固定するためのフランジ部１０５が形成されている。
【０００５】
ＰＣＢ１４０の上面には、図１１に示すように、複数の電極が形成されている。当該複数の電極の配置は、次の通りである。大きな円形電極１４５の外側に、９０度間隔で１個ずつ合計４個の小さな矩形電極１４１，１４２，１４３，１４４が配置されている。これらの電極１４５，１４１，１４２，１４３，１４４は互いに非接触の状態でＰＣＢ１４０上に形成されている。４個の矩形電極１４１，１４２，１４３，１４４は、その上方に配置されるラバーセンサー１００のフランジ部１０５の底面が常に接触できる位置に配置されている。また、互いに対向する矩形電極間においては、一方の矩形電極１４１等に電圧（ＶＣＣ）を印加した際に他方の矩形電極１４３等がアースされ、他方の矩形電極１４３等にＶＣＣを印加した際に一方の矩形電極１４１等がアースされるように、ＶＣＣおよびアースの切り替えが行われる。
【０００６】
図１２は、ラバーセンサーを印刷回路基板に向けて押し込んだ際の状態を示すポインティングデバイスの断面図である。また、図１３は、図１２の状態におけるラバーセンサーと印刷回路基板上の円形電極との接触領域から指示位置の検出を行う方法を説明するための図である。
【０００７】
ラバーセンサー１００を操作しないときには、球面部１０３は円形電極１４５とは接触していないが、ラバーセンサー１００の上部の樹脂成形体１０２を下方に押し込み、ＰＣＢ１４０上の面内を自在に動かすと、図１２に示すように、ラバーセンサー１００の下方にある球面部１０３は、円形電極１４５に接触する。円形電極１４５への球面部１０６の接触領域は、樹脂成形体１０２の駆動方向とその押し込みの程度により変化する。
【０００８】
例えば、図１３に示すように、球面部１０３が円形電極１４５と領域１６０の部分で接触したとする。その場合、矩形電極１４１、円形電極１４５および矩形電極１４３を結ぶＸ軸上において、矩形電極１４１に印加されるＶＣＣと矩形電極１４３のアース間では領域１６０の左端Ｐ（Ｘ１，０）の位置で短絡する。同様に、矩形電極１４３に印加されるＶＣＣと矩形電極１４１のアース間では領域１６０の右端Ｑ（Ｘ２，０）の位置で短絡する。理論上、上記各短絡した位置の電位は、矩形電極１４１からの距離（Ｌ１）および矩形電極１４３からの距離（Ｌ２）に比例する。よって、上記Ｐ（Ｘ１，０）およびＱ（Ｘ２，０）の各位置は、矩形電極１４１と矩形電極１４３との間の距離Ｌ０が一定であるため、それぞれの短絡した位置の電位を検出すると、ＶＣＣに対する各検出電位の比に距離Ｌ０を掛けることにより求めることができる。次に、Ｐ（Ｘ１，０）およびＱ（Ｘ２，０）の中間点であるＲ（（Ｘ１＋Ｘ２）／２，０）を求め、ＲをポインティングデバイスのＸ軸上の指示位置（Ｘ座標）とする。同様に、矩形電極１４４、円形電極１４５および矩形電極１４２を結ぶＹ軸上でも同様の検出を行うことで、Ｙ軸上の指示位置（Ｙ座標）が決定され、先に求めたＸ座標とＹ座標からＸ−Ｙ平面上の指示位置である（Ｘ，Ｙ）座標が決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ９９／１７１８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の従来技術には、次のような問題がある。先に述べたように、本来、ＶＣＣを印加した矩形電極からアースされている矩形電極の間では、その距離に比例して電気抵抗の値が変化するのが理想的である。しかし、実際には、球面部１０３が円形電極１４５と接触する領域１６０における電気抵抗の値は、ＶＣＣを印加した矩形電極１４１等からの距離に対してリニアに変化せず、理論値より大きくなり、あるいは小さくなるといった不安定なものとなる傾向がある。電気抵抗の値が不安定であると、検出電位が不安定になり、その結果、指示位置が操作者の意思に反する可能性が高まることになる。
【００１１】
本発明は、上記のような問題に鑑みなされたもので、ポインティングデバイスの検出電位の安定化を図り、より正確な指示動作を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上述のような電気抵抗の値が不安定になる原因を調べてきた結果、ラバーセンサーの下方にある導電性弾性体の端部よりもその中央部の厚みが大きく、かつその厚みがＶＣＣを与えた矩形電極からアースされている矩形電極までの間でばらついていることが原因であることを突き止めた。一方、ＰＣＢ平面上において自在に操作するためには、ラバーセンサー下方の球面部が必要であるため、球面部を維持しながら導電性の領域を一定の厚さにする必要があると考えた。具体的には、次のような手段を解決手段として採用した。
【００１３】
本発明の一形態は、電位検出用の第一電極およびその第一電極の周囲に形成される電圧印加用またはアース用の複数の第二電極を互いに非接触状態で配置する印刷回路基板の上方に第一電極と非接触状態で配置され、下方への押し込みにより指示する位置を決定する位置指示駆動体と、位置指示駆動体と印刷回路基板との間に、その中央部分において印刷回路基板側に凹部を有する導電性弾性体から成るプレートと、位置指示駆動体およびプレートを、それらの外周にて印刷回路基板の上方に保持する保持部材とを備え、位置指示駆動体は、その下方中央部に配置され、その押し込みの際に下方に移動可能な下方突出形状の球面部と、その球面部の外周にあって、その弾性変形によって球面部の上下動を可能にする屈曲部とを少なくとも有し、プレートは、その一部若しくは全部を第二電極に接触させる外周底部と、球面部の下方において、第一電極と非接触状態になるように、外周底部の内方に連接される上方突出形状の突出部とを有し、プレートの突出部における少なくとも第一電極に接触可能な領域を一定の厚さとしたポインティングデバイスである。
【００１４】
また、本発明の別の形態は、プレートにおいて、その外周底部の一部に、第二電極側に面状突出する面状突出部を備えるポインティングデバイスである。
【００１５】
また、本発明の別の形態は、プレートにおいて、その外周底部に、上方側に窪む溝であって凹部から外方に繋がる１または複数の空気流出入溝を備えるポインティングデバイスである。
【００１６】
また、本発明の別の形態は、位置指示駆動体とプレートとを一体として固定しているポインティングデバイスである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポインティングデバイスの検出電位の安定化を図り、より正確な指示動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るポインティングデバイスの位置指示駆動体とプレートとを接合する状況を斜め上方からみたときの分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す位置指示駆動体とプレートとを接合する状況を斜め下方からみたときの分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るポインティングデバイスおよびその下方の印刷回路基板の断面図である。
【図４】図４は、図３に示す状態から、図１に示す位置指示駆動体を印刷回路基板側に向かって押し込んだ際に、プレートが印刷回路基板上の第一電極に接触する状態を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示す印刷回路基板およびその上に形成される第一電極における球面部の接触領域を示す上面図である。
【図６】図６は、図１に示す位置指示駆動体を印刷回路基板の面内で種々駆動した際に第一電極にプレートが接触した複数の接触領域を示す図である。
【図７】図７は、図１に示す位置指示駆動体の一例の断面図である。
【図８】図８は、図１に示すプレートの一例の断面図である。
【図９】図９は、図３に示すポインティングデバイスを用いたときの互いに対向する第二電極間の電位の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は、導電性弾性体を操作手段に利用したポインティングデバイスの簡易断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すポインティングデバイスの下方に配置される印刷回路基板の平面図である。
【図１２】図１２は、ラバーセンサーを印刷回路基板に向けて押し込んだ際の状態を示すポインティングデバイスの断面図である。
【図１３】図１３は、図１２の状態におけるラバーセンサーと印刷回路基板上の円形電極との接触領域から指示位置の検出を行う方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明のポインティングデバイスの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係るポインティングデバイスの位置指示駆動体とプレートとを接合する状況を斜め上方からみたときの分解斜視図である。図２は、図１に示す位置指示駆動体とプレートとを接合する状況を斜め下方からみたときの分解斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係るポインティングデバイスおよびその下方の印刷回路基板の断面図である。
【００２１】
第一の実施の形態に係るポインティングデバイス１は、図３に示すように、位置指示駆動体１０と、位置指示駆動体１０の下方に配置されるプレート２０と、位置指示駆動体１０およびプレート２０とをそれらの下方の印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ： ＰＣＢ）４０上に対して固定する保持部材５０とを備える。
【００２２】
位置指示駆動体１０は、操作者がプレート２０に向かって押し込み、ＰＣＢ４０の面に平行な面上にて任意の方向に操作することにより所望の方向を指示し、その指示位置を決定するための部材である。位置指示駆動体１０は、図１から図３に示すように、略円環形状のフランジ部１１と、当該フランジ部１１の内方でかつ上方に一段高く形成され、その弾性変形により上下方向に屈曲可能な略ドーム形状の屈曲部１２と、屈曲部１２の内方略中央に柱状立設される略円柱形状の操作部１３とを有する。操作部１３の下部は、屈曲部１２の裏方向に突出しており、操作部１３の下方への押し込みによりプレート２０を弾性変形させてＰＣＢ４０上の第一電極４５に接触させる球面部１６を備える。フランジ部１１の互いに１８０度間隔で対向する外周部には、外方向に突出する２個の外突出部１４が形成されている。外突出部１４のそれぞれには、上下方向に貫通する１個の貫通穴１５が形成されている。位置指示駆動体１０は、フランジ部１１、屈曲部１２および操作部１３を一体的に連接した形状を有し、操作部１３の下方にある球面部１６および操作部１３の外周にある屈曲部１２の裏側に空間を有し、ＰＣＢ４０に向けての押し込みおよびその押し込みの解除により、球面部１６を上下動させることができる。位置指示駆動体１０は、好適には、絶縁性のゴム状弾性体から構成され、特に、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、天然ゴム等の材料を好適に使用でき、それらの中でも、シリコーンゴムをより好適に使用できる。また、位置指示駆動体１０において、少なくとも屈曲部１２をシリコーンゴム等のゴム状弾性体から構成し、それ以外の部分（例えば、操作部１３およびその下方の球面部１６）をポリプロピレン等の樹脂から構成しても良い。
【００２３】
プレート２０は、その上方にある位置指示駆動体１０の球面部１６からの押圧を受けて下方に弾性変形して、ＰＣＢ４０表面上の第一電極４５に接触可能な部材である。プレート２０は、薄型の皿を逆さにした形状を有しており、その外周底部となる略円環状のリング状部材２１と、そのリング状部材２１の内方にて面状に上方突出する突出部２３とを備える。突出部２３の外周部分２２は、その下方のリング状部材２１と接続する斜面になっている。リング状部材２１の互いに１８０度間隔で対向する外周部には、外方向に突出する２個の外突出部２４が形成されている。外突出部２４のそれぞれには、上下方向に貫通する１個の貫通穴２５が形成されている。プレート２０は、ほぼ一定の厚さを有する円板状の導電性弾性体を、リング状部材２１と突出部２３とを備える逆皿形状に成形した部材である。この結果、特に、突出部２３の厚さは、その面内でほぼ一定である。ただし、外周部分２２を含めた突出部２３全体を一定の厚さにせずに、外周部分２２を除く突出部２３の天面部分を一定の厚さにしても良い。すなわち、プレート２０において、少なくとも第一電極４５と接触する領域が一定の厚さであれば良い。
【００２４】
プレート２０は、導電性のフィラーと絶縁性のゴム状弾性体の材料とを混練して成る導電性弾性体である。導電性フィラーとしては、粒子状、繊維状、板状等の導電性材料を好適に使用でき、その材料にはカーボン、金属等の導電性材料を使用できる。その中でも、粒子状のカーボン（カーボンブラック）を好適に使用できる。また、ゴム状弾性体には、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、天然ゴム等の材料を好適に使用でき、その中でもシリコーンゴムを好適に使用できる。導電性材料は、導電性弾性体中に５〜５０重量％の範囲で含有されるのが好ましく、さらには１５〜３５重量％が好ましい。
【００２５】
図３に示すように、プレート２０は、プレート２０の上方からの球面部１６の押圧を受けて変形し、ＰＣＢ４０上の第一電極４５に接することができるように、突出部２３の下方に凹部２８を有している。また、図２に示すように、プレート２０のリング状部材２１の底面には、ＰＣＢ４０上の４個の第二電極４１，４２，４３，４４に接触する位置でＰＣＢ４０側に向かってわずかに面状突出する４個の面状突出部２７が、リング状部材２１の中心から略９０度間隔で形成されている。プレート２０と第二電極４１，４２，４３，４４との電気的な接触を確実にするためである。また、その面状突出部２７を避けるように、リング状部材２１には、その中心から略９０度間隔で、内方の空間と外界とを繋ぐように空気流入出溝２６が形成されている。空気流入出溝２６は、突出部２３の外周部分２２にも延出するように形成されている。空気流出入溝２６は、プレート２０がＰＣＢ４０に向けて押し込まれ、その後に弾性変形して元の状態に戻る動作をする際に、凹部２８と外界との間で空気の流入および流出を容易にし、凹部２８内が減圧状態になることにより生じる上下動作の不具合を防止するために設けられている。
【００２６】
位置指示駆動体１０とプレート２０とは、位置指示駆動体１０の貫通穴１５とプレート２０の貫通穴２５とを挿通するピン３０にて連接され、一体化可能である。ピン３０は、樹脂等により構成されている。２本のピン３０にて接合された状態の位置指示駆動体１０およびプレート２０は、保持部材５０の貫通穴の下方から挿入され、保持部材５０の上方に抜けないように固定される。具体的には、保持部材５０の貫通穴の下方の径を上方の径より大きくして貫通穴の途中に段差を形成し、その段差に、位置指示駆動体１０のフランジ部１１およびプレート２０のリング状部材２１を突き当てるようにしている。フランジ部１１は、図３に示すように、内側の屈曲部１２との接合部から外側に向かって厚さを大きくするように上方傾斜している。保持部材５０は、フランジ部１１の上面に接して位置指示駆動体１０を上方に抜けないように保持している。フランジ部１１が上方傾斜していることにより、位置指示駆動体１０およびプレート２０は、保持部材５０から抜けにくくなっている。なお、ピン３０を使用せず、位置指示駆動体１０に、プレート２０の貫通穴２５の方向に突出する円柱形状の突出部を形成し、その突出部を貫通穴２５に挿入して位置指示駆動体１０とプレート２０とを接合しても良い。また、プレート２０に、位置指示駆動体１０の貫通穴１５の方向に突出する円柱形状の突出部を形成し、その突出部を貫通穴１５に挿入して位置指示駆動体１０とプレート２０とを接合しても良い。
【００２７】
図４は、図３に示す状態から、図１に示す位置指示駆動体を印刷回路基板側に向かって押し込んだ際に、プレートが印刷回路基板上の第一電極に接触する状態を示す断面図である。
【００２８】
位置指示駆動体１０をＰＣＢ４０に向けて押し込むと、その直下に配置されているプレート２０をＰＣＢ４０に向けて押し込み、プレート２０の一部がＰＣＢ４０上の第一電極４５に接する。プレート２０が第一電極４５に接触する部分は、球面部１６がプレート２０に接触している部分の略直下に相当する場所である。
【００２９】
図５は、図４に示す印刷回路基板およびその上に形成される第一電極における球面部の接触領域を示す上面図である。
【００３０】
ＰＣＢ４０は、絶縁性の高い樹脂、あるいは当該樹脂とガラスの複合体等から構成される回路基板である。ＰＣＢ４０の表面には、球面部１６の下方に配置可能な第一電極４５と、プレート２０の面状突出部２７と接触可能な位置に配置される４個の第二電極４１，４２，４３，４４とが互いに非接触状態で形成されている。第二電極４１，４２，４３，４４は、ＶＣＣの印加とアースとを切り替え可能な電極である。第二電極４１，４２，４３，４４の内、第一電極４５を挟んで互いに対向する２つの第二電極は、一方の第二電極（例えば、第二電極４１）にＶＣＣを印加したときには、これと対向する他方の第二電極（例えば、第二電極４３）がアースになり、その逆に、他方の第二電極（例えば、第二電極４３）にＶＣＣを印加したときには、これと対向する一方の第二電極（例えば、第二電極４１）がアースになるように、ＶＣＣを印加する第二電極とアースする第二電極とを交互に切り替えるようにしている。また、第一電極４５は、Ａ／Ｄコンバータに接続されており、プレート２０が第一電極４５に接触した際に、ＶＣＣを印加した第二電極とアースされている第二電極間におけるその接触位置での分割電位を計測できるようにしている。
【００３１】
例えば、図５に示すように、プレート２０が接触領域６０にて第一電極４５と接触したとする。第二電極４１と第二電極４３とを結ぶ方向をＸ軸方向とし、第二電極４１と第二電極４３との間の距離をＬ０、接触領域６０の第二電極４１に近い側のＸ軸上の点をＰ（ｘ１，０）とし、第二電極４１と点Ｐとの間の距離をＬ１とする。同様に、接触領域６０の第二電極４３に近い側のＸ軸上の点をＱ（ｘ２，０）とし、第二電極４３と点Ｑとの間の距離をＬ２とする。第二電極４１にＶＣＣを印加した際には、第二電極４１からの電流は、点Ｐの位置で第一電極４５に短絡する。一方、ＶＣＣを切り替えて、第二電極４３にＶＣＣを印加した際には、第二電極４３からの電流は、点Ｑの位置で第一電極４５に短絡する。
【００３２】
プレート２０は、その面内、特に、突出部２３の面内において一定の厚さを有している。このため、第一電極４５にて計測される分割電位（またはその分割電位から求めることのできる電気抵抗）は、電流がプレート２０を通った距離に比例する。したがって、Ｌ１の長さに比例して電気抵抗は大きくなり、電気抵抗は、第一電極４５の第二電極４１側端部で最小値をとり、第一電極４５の第二電極４３側端部で最大値をとる。第二電極４３にＶＣＣを印加した場合も、同様に、電気抵抗は、第一電極４５の第二電極４３側端部で最小値をとり、第一電極４５の第二電極４１側端部で最大値をとる。このように、点Ｐおよび点Ｑにおける各分割電位を検出することにより、点Ｐ（ｘ１，０）および点Ｑ（ｘ２，０）の各座標を求めることができる。点Ｐ（ｘ１，０）と点Ｑ（ｘ２，０）との間の中心点Ｒ（（ｘ１＋ｘ２）／２，０）を操作者が指示した位置のＸ座標と定義すると、接触領域６０がどの位置であっても、点Ｐ（ｘ１，０）と点Ｑ（ｘ２，０）を求めることで指示位置を決定できる。これは、第二電極４４と第二電極４２とを結ぶ方向をＹ軸方向としたときにも同様の手法によりＹ軸上の座標を決定することができる。これによって、座標（Ｘ，Ｙ）を指示位置の座標として決定できる。
【００３３】
図６は、図１に示す位置指示駆動体を印刷回路基板の面内で種々駆動した際に第一電極にプレートが接触した複数の接触領域を示す図である。
【００３４】
位置指示駆動体１０をＰＣＢ４０の面内で種々駆動し、例えば、図６に示すような各接触領域６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆ，６０ｇ，６０ｈ，６０ｉの各位置で、プレート２０がＰＣＢ４０上の第一電極４５に接触したとする。接触領域６０ａ等が第二電極４１，４３を結ぶＸ軸上、あるいは第二電極４４，４２を結ぶＹ軸上に無い場合であっても、上述の分割電位の計測により、各接触領域の中心点の座標（Ｘ，Ｙ）を求めることができ、それによって、操作者の指示する位置を求めることができる。また、プレート２０は、位置指示駆動体１０の球面部１６とＰＣＢ４０との間に介在し、第一電極４５に接触するため、球面部１６が第一電極４５に接触する場合と比較して、より小さな接触領域で第一電極４５と接触する。加えて、第一電極４５上における接触領域６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆ，６０ｇ，６０ｈ，６０ｉは、ほぼ円形で、かつ同一の大きさになりやすい。したがって、指示する位置をより正確に検出することができる。
【００３５】
図７は、図１に示す位置指示駆動体の一例の断面図である。
【００３６】
位置指示駆動体１０の一例の好適な形態は、次の通りである。位置指示駆動体１０のフランジ部１１の外径Ｄ１は、１０ｍｍである。屈曲部１２の外径Ｄ２は、７．６ｍｍである。フランジ部１１の底面から球面部１６の下方先端部までの高さＳは、０．３ｍｍである。フランジ部１１の最外周部１１ｂの厚さＴ１は、０．７ｍｍで、フランジ部１１と屈曲部１２との接合部１１ａにおけるフランジ部１１の厚さＴ２は、０．４５ｍｍである。このように、フランジ部１１は、内側から外側に向かって上方傾斜して０．２５ｍｍだけ厚くなっている。
【００３７】
図８は、図１に示すプレートの一例の断面図である。
【００３８】
プレート２０の一例の好適な形態は、次の通りである。プレート２０の外径は、上述の位置指示駆動体１０の外径Ｄ１と同一の１０ｍｍである。突出部２３の外径Ｄ３は、７ｍｍである。リング状部材２１の底面から突出部２３の上面までの高さＨは、０．６ｍｍである。リング状部材２１の厚さＴ３は、０．３ｍｍである。したがって、突出部２３の厚さも０．３ｍｍとなる。リング状部材２１の底面の４箇所に形成される面状突出部２７の厚さＴ４は、０．０５ｍｍである。リング状部材２１の底面から突出部２３の裏面までの高さＬは、０．３５ｍｍである。
【００３９】
図７に示す位置指示駆動体１０を図８に示すプレート２０の上に載せ両者をピン３０にて一体化すると、位置指示駆動体１０の球面部１６は、突出部２３の上面に接する。このように、位置指示駆動体１０を操作していない状態で、球面部１６を突出部２３の上面に接するようにすると、位置指示駆動体１０を下方に押し込んだ際に、プレート２０をスムーズに下方に押し下げることができる。フランジ部１１の底面から球面部１６の下方先端部までの高さＳを０．３ｍｍより高く設計し、球面部１６が突出部２３に非接触の状態とすることも可能である。しかし、その場合には、位置指示駆動体１０を下方に押し込んだ際に、プレート２０に当接する感触が操作者に伝わるので、操作感に劣る。よって、位置指示駆動体１０の非操作時に、球面部１６が突出部２３の上面に接している方が好ましい。
【００４０】
図９は、図３に示すポインティングデバイスを用いたときの互いに対向する第二電極間の電位の変化を示すグラフである。
【００４１】
図９のグラフ７０から明らかなように、第二電極４４にＶＣＣを印加し、第二電極４２をアースした場合、第二電極４４と第二電極４２との間における電位Ａは、それら第二電極４４，４２間の距離に応じてリニアに変化する。第二電極４２にＶＣＣを印加して第二電極４４をアースした場合も同様な電位の変化が認められる。さらに、第二電極４１と第二電極４３との間においても同様である。このような第二電極間の電位がその距離に応じてリニアに変化するグラフ７０が得られるのは、プレート２０の特に突出部２３がほぼ同一の厚さであることに起因する。
【００４２】
以上、本発明のポインティングデバイスの好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々変形実施可能である。
【００４３】
例えば、第二電極４１，４２，４３，４４は、ＶＣＣの印加とアースとを切り替え可能な電極としているが、ＶＣＣの印加若しくはアースのいずれかが可能な電極でも良い。プレート２０と第一電極４５との接触領域６０等が極めて小さい場合には、互いに対向する第二電極４１，４３（若しくは第二電極４４，４２）のいずれか一方をＶＣＣ印加用の電極とし、他方をアース用の電極としても指示位置の誤差が小さいからである。
【００４４】
また、プレート２０は、リング状部材２１の底面の一部に４個の面状突出部２７を設け、第二電極４１，４２，４３，４４との接触を安定化させているが、面状突出部２７は必須の構成ではない。また、プレート２０に、リング状部材２１を設けずに、突出部２３から４方向に延出する脚部を設け、その脚部の底面（外周底部に相当する）と第二電極４１，４２，４３，４４とを接触させるようにしても良い。また、プレート２０の突出部２３のみを一定厚にし、リング状部材２１を突出部２３の厚さより大きく若しくは小さくしても良い。さらに、外周部分２２を除く突出部２３の領域を一定厚にして、それ以外の部分の厚さを当該領域と異なる厚さにしても良い。
【００４５】
さらに、プレート２０に設けている空気流出入溝２６は、４本に限定されず、３本以下あるいは５本以上でも良い。また、空気流出入溝２６は、プレート２０に必須の構成ではなく、設けなくても良い。また、位置指示駆動体１０とプレート２０とを一体的に接続していなくても良い。さらに、位置指示駆動体１０からフランジ部１１を除外し、位置指示駆動体１０の構成を、操作部１３と屈曲部１２とを備えるだけの構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、電子機器の操作手段として利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ポインティングデバイス
１０ 位置指示駆動体
１１ フランジ部
１２ 屈曲部
１６ 球面部
２０ プレート
２１ リング状部材（外周底部）
２３ 突出部
２６ 空気流出入溝
２７ 面状突出部
２８ 凹部
４０ ＰＣＢ（印刷回路基板）
４１，４２，４３，４４ 第二電極
４５ 第一電極
５０ 保持部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電位検出用の第一電極およびその第一電極の周囲に形成される電圧印加用またはアース用の複数の第二電極を互いに非接触状態で配置する印刷回路基板の上方に上記第一電極と非接触状態で配置され、下方への押し込みにより指示する位置を決定する位置指示駆動体と、
上記位置指示駆動体と上記印刷回路基板との間に、その中央部分において上記印刷回路基板側に凹部を有する導電性弾性体から成るプレートと、
上記位置指示駆動体および上記プレートを、それらの外周にて上記印刷回路基板の上方に保持する保持部材と、
を備え、
上記位置指示駆動体は、
その下方中央部に配置され、その押し込みの際に下方に移動可能な下方突出形状の球面部と、
その球面部の外周にあって、その弾性変形によって上記球面部の上下動を可能にする屈曲部と、
を少なくとも有し、
そのプレートは、
その一部若しくは全部を上記第二電極に接触させる外周底部と、
上記球面部の下方において、上記第一電極と非接触状態になるように、上記外周底部の内方に連接される上方突出形状の突出部と、
を有し、
上記プレートの上記突出部における少なくとも第一電極に接触可能な領域が一定の厚さであることを特徴とするポインティングデバイス。
【請求項２】
前記プレートは、前記外周底部の一部に、前記第二電極側に面状突出する面状突出部を備えることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
【請求項３】
前記プレートは、前記外周底部に、上方側に窪む溝であって前記凹部から外方に繋がる１または複数の空気流出入溝を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポインティングデバイス。
【請求項４】
前記位置指示駆動体と前記プレートとを一体として固定していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のポインティングデバイス。
【請求項１】
電位検出用の第一電極およびその第一電極の周囲に形成される電圧印加用またはアース用の複数の第二電極を互いに非接触状態で配置する印刷回路基板の上方に上記第一電極と非接触状態で配置され、下方への押し込みにより指示する位置を決定する位置指示駆動体と、
上記位置指示駆動体と上記印刷回路基板との間に、その中央部分において上記印刷回路基板側に凹部を有する導電性弾性体から成るプレートと、
上記位置指示駆動体および上記プレートを、それらの外周にて上記印刷回路基板の上方に保持する保持部材と、
を備え、
上記位置指示駆動体は、
その下方中央部に配置され、その押し込みの際に下方に移動可能な下方突出形状の球面部と、
その球面部の外周にあって、その弾性変形によって上記球面部の上下動を可能にする屈曲部と、
を少なくとも有し、
そのプレートは、
その一部若しくは全部を上記第二電極に接触させる外周底部と、
上記球面部の下方において、上記第一電極と非接触状態になるように、上記外周底部の内方に連接される上方突出形状の突出部と、
を有し、
上記プレートの上記突出部における少なくとも第一電極に接触可能な領域が一定の厚さであることを特徴とするポインティングデバイス。
【請求項２】
前記プレートは、前記外周底部の一部に、前記第二電極側に面状突出する面状突出部を備えることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
【請求項３】
前記プレートは、前記外周底部に、上方側に窪む溝であって前記凹部から外方に繋がる１または複数の空気流出入溝を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポインティングデバイス。
【請求項４】
前記位置指示駆動体と前記プレートとを一体として固定していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のポインティングデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−４４０８０（Ｐ２０１１−４４０８０Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９３１１６（Ｐ２００９−１９３１１６）
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
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