入力装置およびその製造方法
【課題】 指が接触したときの静電容量の変化の検出と、指で押圧されたときのスイッチ入力の検出が可能であり、且つ操作指示部を照光できる入力装置を提供する。
【解決手段】 基板１に、外側接点３と内側接点４および可動接点５を有するスイッチ機構２が設けられ、スイッチ機構２がカバーシート１１で覆われている。カバーシート１１には堰体１２と押圧体１３が固着されている。堰体１２で囲まれた領域でカバーシート１１の上に液状の樹脂が供給され光のエネルギーで硬化されて、透光性で軟質な導光層１５が形成され、導光層１５の上に操作シート２１が設置される。可動接点５が、指３０との間の静電容量の変化を検出するための電極として兼用される、可動接点５と指３０との間の距離が短く、空気層を薄くできるため、高い感度で静電容量の変化を検出できる。
【解決手段】 基板１に、外側接点３と内側接点４および可動接点５を有するスイッチ機構２が設けられ、スイッチ機構２がカバーシート１１で覆われている。カバーシート１１には堰体１２と押圧体１３が固着されている。堰体１２で囲まれた領域でカバーシート１１の上に液状の樹脂が供給され光のエネルギーで硬化されて、透光性で軟質な導光層１５が形成され、導光層１５の上に操作シート２１が設置される。可動接点５が、指３０との間の静電容量の変化を検出するための電極として兼用される、可動接点５と指３０との間の距離が短く、空気層を薄くできるため、高い感度で静電容量の変化を検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指が操作面に接触したことを静電容量の変化で検出できるとともに、指で操作面を押したときにスイッチ入力が可能とされ、さらに静電容量の変化の検出に支障をきたすことなく操作面を照光できる入力装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用などの小型機器として、導電体である指が操作部に触れたことを静電容量の変化で検出するタッチパッドを備えたものが現れている。
【０００３】
以下の特許文献１に記載された携帯用電子機器は、キーマットの下に静電容量の変化を検出する可撓性のタッチパッドが設けられ、タッチパッドのさらに下側にドーム状の可動接点を有するスイッチ機構が配置されている。この携帯用電子機器は、導電体である指がキーマットの表面に触れると、タッチパッド内の電極と指との間に容量が形成されてタッチパッドの電極で検出される静電容量が変化し、これにより、キーマットに指が触れたことが検出される。また、指でキーマットを押すと、キーマットとともにタッチパッドが変形してスイッチ機構が押圧されて接点が接触し、これによりスイッチ入力が可能となる。
【０００４】
特許文献１に記載された携帯用電子機器は、タッチパッドとスイッチ機構とが重ねられた構造であるため、薄型化を実現しづらい。また、操作部を照光する照光手段が設けられていないために暗所で操作しづらい。
【０００５】
特許文献１に示す構造にさらに操作面を照光する機能を付加しようとすると、キーパッドの下側に、光源からの光を導く導光シートを配置することが必要となる。しかし、キーマットとスイッチ機構との間に、タッチパッドと導光シートを重ねて配置すると、キーマットを指で押したときに、キーマットとタッチパッドとさらに導光シートを変形させてスイッチ機構を動作させることが必要になり、指で押圧する際の負荷が大きくなって操作しづらいものとなる。
【０００６】
次に、以下の特許文献２に記載された通信端末機は、本体のカバーに導光性のタッチキーが形成されているとともに、前記カバーの下に静電容量の変化を検出するタッチパッドが設けられ、さらにタッチパッドの下側に、光源からの光を導く光ガイド部が設けられている。タッチパッドには、タッチキーの下に対向する部分に穴が貫通して形成されており、光ガイド部内を伝播された光が前記穴を通過して導光性のタッチキーを照光する構造である。
【０００７】
特許文献２に記載された携帯用電子機器は、操作部分を照光する機能を有してはいるが、静電容量の変化によってタッチキーに指が触れたことを検出できるだけであり、指でタッチキーを押圧してもその押圧操作を検出することはできない。また、タッチキーの真下においてタッチパッドに穴が形成されているため、タッチキーに指を触れたときのタッチパッドの検出精度が著しく低下するおそれがある。
【特許文献１】特表２００４−５３５７１２号公報
【特許文献２】特開２００７−６８１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１と特許文献２に記載のように、従来は、指の接触を静電容量の変化で検出するとともに指による押圧操作でスイッチ入力を可能とし、さらに操作部を照光できる機能を備えた入力装置は存在していなかった。その理由は、操作部に、タッチパッドと導光シートおよびスイッチ機構を重ねて配置すると厚さ寸法が大きくなって、スイッチ機構の操作性が劣ること、またはタッチパッドの検出感度が低下すること、あるいは、タッチパッドを透明に構成することが困難であるため、操作部を照光しようとするとタッチパッドに穴を開けることが必要となったり、またはタッチパッドの上に導光シートを配置することが必要となり、結果的にスイッチ機構を配置するスペースが無くなることなどに起因する。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、静電容量の変化による入力と、指で押したときのスイッチ入力の双方の操作を可能とし、さらに操作部の照光も可能とした入力装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板と、前記基板の表面に互いに分離して形成された外側接点および内側接点と、前記外側接点と導通するとともに前記内側接点に対向する弾性変形可能な可動接点と、前記基板の表面から離れた位置に配置された可撓性の操作シートとを有する入力装置において、
前記基板と前記操作シートとの間に光を透過させる導光層が設けられており、前記操作シートの表面に指が触れると、いずれも誘電体である前記操作シートおよび前記導光層を挟んで対向する前記指と前記可動接点との間の静電容量の変化が検出可能とされ、
前記操作シートが指で押されると、前記可動接点が前記内側接点に接触してスイッチ入力が可能とされることを特徴とするものである。
【００１１】
例えば、前記操作シートが指で押されたときに、前記可動接点の上を覆う前記導光層が前記可動接点と共に変形して、前記可動接点が前記内側接点に接触するものである。
【００１２】
本発明は、固定接点である外側接点と内側接点および可動接点を有して押圧操作によるスイッチ入力を可能としたスイッチ機構が設けられ、さらに、前記可動接点が、静電容量の変化を検出するための電極として兼用されている。そのため、可動接点と操作シートとの間に導光層を設けたとしても、操作シートの表面に触れた指と前記可動接点との間の距離を短くでき、さらに操作シートと導光層を誘電体として機能させることができるため、指と可動接点との間の静電容量を大きくでき、指が触れたときの静電容量の変化の検出感度を高めることができる。しかも、可動接点と操作シートとの間の層の数が少ないため、操作シートを押圧したときに可動接点を小さい力で変形させることができ、スイッチ入力の操作性が良好になる。
【００１３】
本発明は、前記可動接点と前記操作シートとの間に、前記可動接点を押圧する押圧体が設けられており、前記押圧体の少なくとも一部が前記導光層の中に埋まっていることが好ましい。
【００１４】
前記押圧体を設けると、操作シートを指で押したときに押圧体を介して可動接点を変形させることができ、スイッチ入力の操作性が良好になる。また、押圧体の少なくとも一部が導光層に埋まっているため、押圧体を設けても可動接点と操作シートとの距離が長くなることがなく、また可動接点と操作シートとの間に過大な空気層が形成されにくくなる。よって、指が触れたときの静電容量の変化も高感度に検出できる。
【００１５】
本発明は、前記基板の上に発光素子が設けられており、前記発光素子の少なくとも一部が前記導光層の中に埋まっていることが好ましい。
【００１６】
発光素子を導光層の内部に埋設すると、発光素子から発せられた光を導光層内へ効率良く導くことができる。
【００１７】
また、本発明は、前記基板の上に前記可動接点を囲む堰体が形成されて、前記堰体で囲まれた領域に前記導光層が形成されているものである。
【００１８】
前記堰体を形成することで、基板と操作シートとの間に比較的軟質な導光層を形成しやすくなる。軟質な導光層を形成することで、操作シートを指で押したときに、導光層が容易に変形して可動接点を動作させやすくなる。
【００１９】
さらに、本発明は、前記基板上の凹凸部が前記導光層で覆われており、前記導光層の前記操作シートに対面する表面が平滑であるものとして構成できる。
【００２０】
前記のように堰体で区画された領域に軟質な導光層を形成すると、その表面を平滑できるようになるため、導光層の表面と操作シートの裏面との隙間を小さくでき、または導光層の表面と操作シートの裏面とを密着させることが可能になる。その結果、導光層と操作シートとの間の空気層を薄く、または空気層を無くすことができるようになり、指が触れたときに指と可動接点との間に形成される静電容量を大きくでき、検出感度を高めることが可能である。
【００２１】
なお、前記平滑とは、可動接点などを設けることで基板の表面に現れている凹凸よりも、操作シートの表面の凹凸の方がその平均高さが低いことを意味しており、いわゆる鏡面状態に限定されるものではない。
【００２２】
また、本発明は、前記基板の表面および前記可動接点の表面を覆う可撓性のカバーシートが設けられ、前記カバーシートの上に前記導光層が形成されているものである。
【００２３】
本発明は、前記押圧体が前記カバーシートに固着されている構成にでき、または、前記堰体が前記カバーシートに固着されている構成にできる。
【００２４】
上記のように、予め押圧体や堰体が固着されたカバーシートを使用し、このカバーシートで基板の表面を覆うことで、組み立て工数を少なくすることが可能となる。
【００２５】
次に本発明の入力装置の製造方法は、表面に互いに分離して形成された外側接点および内側接点と、前記外側接点に導通するとともに前記内側接点に対向する弾性変形可能な可動接点とを有する基板を使用し、
（ａ）前記基板の表面で前記可動接点を囲む領域に堰体を形成する工程と、
（ｂ）前記堰体で囲まれた領域内に液体状の樹脂を供給し且つ硬化させて光を透過させる導光層を形成する工程と、
（ｃ）前記導光層の上に可撓性の操作シートを設置する工程とを有し、
前記操作シートの表面に指が触れると、いずれも誘電体である前記操作シートおよび前記導光層を挟んで対向する前記指と前記可動接点との間の静電容量の変化が検出可能とされ、前記操作シートが指で押されると、前記可動接点が前記内側接点に接触してスイッチ入力が可能とされた入力装置を得ることができる。
【００２６】
前記（ｂ）の工程を経ることにより、可動接点を設けたことによる基板の表面の凹凸を導光層で埋めることができ、導光層の表面を平滑にできて操作シートとの間の空気層を狭くできる。その結果、操作シートに触れた指と可動接点との間の静電容量を大きく設定しやすくなる。
【００２７】
本発明の製造方法は、前記基板に発光素子を実装し、前記（ｂ）の工程で、前記発光素子の少なくとも一部を前記導光層内に埋め込むことが可能である。
【００２８】
また本発明の製造方法は、前記基板の表面に、前記可動接点を覆う可撓性のカバーシートを設置し、このカバーシートの上に前記導光層を形成するものである。そして、前記カバーシートの表面に、前記可動接点と前記操作シートとの間に位置する押圧体を固着し、前記（ｂ）の工程で、前記押圧体の少なくとも一部を前記導光層に埋め込むことが可能であり、さらに予め前記堰体が固着された前記カバーシートを使用することも可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の入力装置は、可動接点と操作シートとの間の距離を短くでき、また過大な空気層が介在しない構造にできるため、前記可動接点を使用して、指が接触したときの静電容量の変化を感度良く検出でき、さらに比較的小さい負荷でスイッチ入力の押圧操作が可能となる。そして、可動接点と操作シートとの間に介在する導光層を用いて操作部の照光が可能となる。
【００３０】
また本発明の入力装置の製造方法は、軟質で表面が平滑な導光層を備えた入力装置を効率良く製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は本発明の第１の実施の形態の入力装置を示す断面図である。
この入力装置は、携帯電話などの携帯用の小型電子機器や小型のパーソナルコンピュータまたはゲーム装置などの操作盤に実装される。
【００３２】
図１に示す入力装置は、基板１を有しており、基板１の表面１ａにスイッチ機構２が設けられている。スイッチ機構２は、固定接点である外側接点３と内側接点４、および可動接点５で構成されている。外側接点３と内側接点４は、基板１の表面１ａに形成された導電層であり、銅、金、銀、ニッケルなどの単層または多層の金属層で形成されている。前記表面１ａでは、外側接点３と内側接点４とが互いに分離されて形成されており、基板１に形成されたスルーホールまたは基板１の表面１ａに形成された配線パターンを介して、外側接点３と内側接点４が図４に示す検出回路４０に接続されている。
【００３３】
外側接点３は、３６０度連続するリング形状パターン、または一部が欠損したリング形状パターンで形成されている。内側接点４は円形パターンであり、リング状の外側接点３の中心部に形成されている。可動接点５は、中央部分が基板１の表面１ａから離れるように凸状に湾曲形成されたドーム状接点であり、導電性の板ばね材料で形成されている。可動接点５は、その周縁部５ａが外側接点３の上に設置され、中央部５ｂが内側接点４と離れて対向している。
【００３４】
可動接点５の中央部５ｂを基板１の表面１ａに向けて押すと、可動接点５が変形してその中央部５ｂが内側接点４に接触する。その押圧力を解除すると、可動接点５は図１に示すドーム形状に復元される。可動接点５に押圧力が作用していないときに、可動接点５の内面と基板１の表面１ａとの間に空気層６が形成されている。
【００３５】
図１に示すように、外側接点３は、可動接点５の周縁部５ａとの接触部からさらに半径方向の外側へ広がっており、外側接点３の外周縁３ａの直径は、可動接点５の周縁部５ａの直径の１．３倍以上、好ましくは１．５倍以上となっている。可動接点５の周囲に外側接点３が広げて形成されているため、指３０で操作されたときに、指３０と可動接点５との間の容量が大きくなるのみならず、指と外側接点３との間の容量も大きくなり、静電容量の変化を高感度で検出できるようになる。
【００３６】
基板１の表面１ａにカバーシート１１が設置されており、このカバーシート１１で、外側接点３と可動接点５が覆われている。カバーシート１１は可撓性で透光性の樹脂シートであり、ウレタンゴムや軟質のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などで形成されている。ここで、本明細書での透光性または光が透過する性質とは、光の透過率が９５％のいわゆる透明であることが好ましいが、それのみならず、内部に白色のフィラーなどが混入されて内部で光の乱反射が可能であり、光の透過率が３０％以上のものなどを含む概念である。
【００３７】
なお、カバーシート１１は、後に説明する導光層１５の下に敷かれるものであるため、必ずしも透光性である必要はなく、表面１１ａまたは裏面１１ｃに白色の塗装を施し、あるいはカバーシート１１自体を白色で着色された樹脂で形成することもできる。または、カバーシート１１の表面１１ａまたは裏面１１ｃに金属膜が形成されて反射機能を発揮できるものであってもよい。
【００３８】
可動接点５の表面はカバーシート１１の裏面１１ｃに接着剤で固定されており、また基板１の表面１ａとカバーシート１１の裏面１１ｃ、ならびに外側接点３とカバーシート１１の裏面１１ｃも接着剤で固定されている。
【００３９】
カバーシート１１の表面１１ａには堰体１２が設けられている。堰体１２は、可動接点５が設けられている領域の外側を囲むように形成されており、好ましくはその下に外側接点３が存在しておらずにカバーシート１１の表面１１ａが平坦となっている部分に設けられている。堰体１２は合成樹脂材料で形成されており、カバーシート１１の表面に固着されている。
【００４０】
前記堰体１２で囲まれている領域の内部において、カバーシート１１の表面１１ａに押圧体１３が設けられている。押圧体１３は、可動接点５の中央部５ｂの上方に位置し、すなわちドーム状の可動接点の頂部に対向する部分に位置している。押圧体１３は、合成樹脂で形成されており、カバーシート１１の表面１１ａに固着されている。
【００４１】
押圧体１３は、ウレタンなどの透光性の樹脂で形成されており、導光層の一部として機能できるようになっている。堰体１２は、光を透過しないものであってもよいが、押圧体１３と堰体１２とを同じ工程で一緒にカバーシート１１に固着させることができるためには、堰体１２も透光性であることが好ましい。
【００４２】
堰体１２で囲まれた領域内においてカバーシート１１の上に導光層１５が形成されている。導光層１５は透光性で且つ軟質な合成樹脂材料で形成されている。導光層１５は、シリコーンやウレタンなどを主体とし、ＵＶ（紫外線）などの光のエネルギーで硬化するタイプの合成樹脂材料で形成されている。
【００４３】
導光層１５は、液体状の前記樹脂材料をカバーシート１１の上に供給し、ＵＶなどを照射して硬化させたものである。そのため、可動接点５および外側接点３が設けられことによって基板１の表側に形成された凹凸形状が、導光層１５で埋められており、導光層１５の表面１５ａは平滑である。すなわち、導光層１５の表面１５ａには、基板１の表側の前記凹凸形状が現れていない。
【００４４】
前記導光層１５を形成する過程で、押圧体１３は、少なくとも基部が導光層１５内に埋め込まれるが、押圧体１３の先端１３ａは、導光層１５の表面１５ａに現れており、好ましくは表面１５ａからわずかに突出している。押圧体１３は、導光層１５よりも剛性が高くまたヤング率が高く、押圧体１３が基板１に向けて押されたときに、押圧体１３が大きく圧縮することなく、押圧体１３を介して可動接点５を内側接点４と接触する状態まで変形させることが可能であり、このとき可動接点５の変形に追従して、カバーシート１１と共に導光層１５が比較的自由に変形することが可能となっている。
【００４５】
図１に示すように、堰体１２で囲まれている領域の内部において、基板１の表面１ａに発光素子８が実装されている。発光素子８は、透光性のケース内に発光ダイオードの収納された発光ダイオードパッケージである。発光素子８は、基板１の表面１ａに接着などの手段で固定されており、且つ発光素子８の導通端子が、基板１に設けられた導電層に半田付けされている。または、発光素子８は、基板１の表面にベアチップが実装され且つ導光層で覆われた表面実装型であってもよい。
【００４６】
カバーシート１１には穴１１ｂが形成されており、発光素子８は前記穴１１ｂ内を通過してカバーシート１１よりも表側に突出している。その結果、導光層１５が形成される過程において、発光素子８は少なくともその上方部分が導光層１５内に埋め込まれる。
【００４７】
導光層１５の表側が操作シート２１で覆われている。操作シート２１はウレタンなどの可撓性で軟質な合成樹脂材料（合成ゴム材料）で形成されている。操作シート２１は、前記堰体１２の表面に設置されて位置決めされ、または前記堰体１２のさらに外側に設けられた他の支持体に設置されて位置決めされ、操作シート２１は堰体１２の表面に接着され、または前記他の支持体に接着されている。
【００４８】
前記導光層１５の表面１５ａが平滑であるため、導光層１５の表面１５ａと操作シート２１の裏面２１ａとの間の空気層２２の厚さをわずかなものにでき、また操作シート２１を導光層１５の表面１５ａに密着させて、前記空気層２２を無くすことも可能である。
【００４９】
操作シート２１は透光性であり、その表面２１ｂがマスク層２３で覆われている。マスク層２３は光を透過しない塗装膜などである。操作シート２１の表面２１ｂでは、可動接点５が設けられている領域の真上に、前記マスク層２３が部分的に除去されて操作指示部２５が形成されている。例えば操作指示部２５で、マスク層２３の一部が数字や記号のパターンで除去されており、指３０で操作すべき部分を認識しやすくしている。
【００５０】
前記入力装置の操作方法および動作について説明する。
図１に示す発光素子８が点灯すると、発光素子８から発せられる光が導光層１５内を伝播する。カバーシート１１が透光性である場合は、光が、カバーシート１１を透過して金属である可動接点５の表面や外側接点３の表面で乱反射し、カバーシート１１の表面１１ａまたは裏面１１ｃに反射膜が形成されているときは、光が前記表面１１ａまたは裏面１１ｃで反射される。反射された光は、透光性の導光層１５の内部または透光性の押圧体１３の内部を伝播し、透光性の操作シート２１を透過して操作指示部２５に与えられる。操作指示部２５において、マスク層２３が文字や記号のパターンで除去された領域内を光が透過して、操作者が暗所でも操作すべき場所を認識できるようになる。
【００５１】
図４に示す検出回路４０の動作は、スイッチＳ１が（ｉ）側に切換えられているときが静電容量の検出モードである。静電容量の検出モードでは、スイッチＳ２が一定時間（ｉｉｉ）側に切換えられて、電源４１から外側接点３および可動接点５に電荷がチャージされる。スイッチＳ２は、一定時間だけ（ｉｉｉ）側に切換えられた後に（ｉｖ）側に切換えられる。（ｉｖ）側に切換えられたときに、比較器４２によって、電源４１から与えられる比較電圧と、外側接点３および可動接点５の電位とが比較される。指３０が操作シート２１の操作指示部２５に触れると、図４に示すように、可動接点５と内側接点４との間の容量Ｃ２や他の結合容量に加えて、可動接点５と指３０との間に容量Ｃ１が形成されるために、外側接点３と可動接点５の電位が変化する。比較器４２での比較結果が出力端子（Ｏｕｔ１）から得られ、この出力から指が操作指示部２５に触れたか否か検出される。
【００５２】
あるいは、スイッチＳ２を比較的短いサイクルで（ｉｉｉ）側と（ｉｖ）側に切り替え、外側接点３と可動接点５がある一定の電位まで充電される時間または切り替え回数を監視する。指が操作指示部２５に触れて前記容量Ｃ１が形成される際の充電時間の変化を検出することで、指３０が触れたか否かを検出することも可能である。
【００５３】
また、スイッチＳ１が（ｉｉ）側に切換えられているときがスイッチ入力の検出モードである。指３０で操作指示部２５が押されると、操作シート２１を介して押圧体１３が基板１に向けて押され、押圧体１３によって可動接点５が押し潰されるように変形し、可動接点５が内側接点４に接触する。このとき、図４に示す検出回路４０の出力端子（Ｏｕｔ２）に電流が流れ、スイッチ機構２がＯＮに切換えられたことを検出できる。
【００５４】
スイッチＳ１は、（ｉ）側と（ｉｉ）に交互に切換えられて、静電容量の検出モードとスイッチ入力の検出モードとが交互に設定される。この場合、スイッチＳ１の切換え周期は、静電容量の検出モードにおけるスイッチＳ２の切換え周期よりも十分に長く設定される。または、通常は静電容量の検出モードに設定されており、指３０が操作指示部２５に触れたことが静電容量の変化で検出されたら、スイッチＳ１が（ｉｉ）側に切換えられて、スイッチ入力の検出モードが設定されてもよい。
【００５５】
図１に示す入力装置は、静電容量の検出電極として機能する可動接点５の表面と、操作シート２１の表面２１ｂとの間に、カバーシート１１と導光層１５および操作シート２１が介在しているのみであり、または、操作シート２１の表面２１ｂとの間に、カバーシート１１と押圧体１３および操作シート２１が介在しているのみである。また、導光層１５の表面１５ａが平坦な面であるため、導光層１５と操作シート２１との間に空気層２２が形成されたとしてもその厚さはきわめて小さい。そして、導光層１５と操作シート２１の比誘電率が空気層よりも高く、例えば比誘電率を３以上に設定することが可能である。そのため、操作指示部２５に指３０が触れたときの指３０と可動接点５との間の容量Ｃ１を大きくでき、静電容量の検出モードでの検出感度を高くできる。
【００５６】
図１に示す入力装置は、外側接点３が、可動接点５の周縁部５ａよりも外側に広くはみ出しているため、操作指示部２５に指３０が触れたときに、指３０と外側接点３との間の容量も大きくでき、さらに検出感度を高めることができる。
【００５７】
前記押圧体１３は導光層１５よりも剛性が高くヤング率も高いために、指３０の押圧力によって、押圧体１３を介して可動接点５を変形させるときに、導光層１５がカバーシート１１とともに可動接点５の変形に追従して容易に変形できるようになる。したがって、指３０で操作指示部２５を押圧する際の負荷が小さく、押圧操作感触が良好になる。
【００５８】
次に、前記入力装置の製造方法の一例を説明する。
まず、基板１の表面１ａに外側接点３と内側接点４を形成する。可動接点５は、予めカバーシート１１の裏面１１ｃに接着しておき、このカバーシート１１で基板１の表面１ａを覆う。このとき、可動接点５の周縁部５ａが外側接点３の上に乗るように、カバーシート１１を位置決めし、基板１の表面１ａとカバーシート１１とを接着層を介して固定する。
【００５９】
図１に示すように、カバーシート１１の表面１１ａに堰体１２と押圧体１３が固着されている。この堰体１２と押圧体１３は、基板１の表面１ａにカバーシート１１を設置した後に、カバーシート１１の表面１１ａに固着させることも可能であるが、基板１の表面１ａに設置する前のカバーシート１１に予め堰体１２と押圧体１３とを固着させておくことが好ましい。
【００６０】
図２は、堰体１２と押圧体１３をカバーシート１１に固着する工程の一例としてインプリント法を示している。この方法は、型基板５０の表面に、堰体１２を形成するための凹部５１と押圧体１３を形成するために凹部５２を形成しておき、凹部５１と凹部５２内に、シリコーンやウレタンを主体とした光硬化性の液状の合成樹脂を充填する。そして、型基板５０の表面にカバーシート１１を設置し、凹部５１，５２内の樹脂にＵＶなどの光エネルギーを与えて樹脂を硬化させて、堰体１２および押圧体１３をカバーシート１１に固着させて形成する。カバーシート１１を堰体１２および押圧体１３と共に型基板５０から剥離した後に、基板１の表面１ａに設置する。
【００６１】
または、カバーシート１１の表面に印刷工程によって、樹脂層を形成し、この樹脂層で堰体１２および押圧体１３を形成することも可能である。
【００６２】
基板１の表面１ａに、堰体１２と押圧体１３を有するカバーシート１１が設置された後に、堰体１２で囲まれた領域内に液体状の光効果型樹脂が供給され、ＵＶが照射されるなどして前記樹脂が硬化させられて、導光層１５が形成される。さらに導光層１５の上に操作シート２１が設置されて、入力装置が完成する。
【００６３】
図３は本発明の第２の実施の形態の入力装置を示す断面図である。
図３に示す入力装置は、導光層１１５の構成が図１に示す第１の実施の形態の入力装置と相違しており、それ以外の構成は第１の実施の形態と同じである。
【００６４】
図３に示す入力装置は、導光層１１５が三層構造であり、下側に低屈折率層１１５ｂが上側に低屈折率層１１５ｃが形成され、中間部分に高屈折率層１１５ａが形成されている。発光素子８は、その一部が高屈折率層１１５ａの内部に埋め込まれている。そして、操作指示部２５の下側には高屈折率層１１５ａが存在していない。
【００６５】
発光素子８から発せられて高屈折率層１１５ａに与えられた光は、高屈折率層１１５ａと低屈折率層１１５ｂとの境界面、および高屈折率層１１５ａと低屈折率層１１５ｃとの境界面で反射される確率が高くなるために、高屈折率層１１５ａ内を伝播する光の効率を高くできる。その結果、操作指示部２５を照光する光の光量を多くでき、明瞭な照光表示が可能になる。
【００６６】
図３に示す入力装置は、堰体１２で囲まれた領域内に低屈折率の液状のシリコーンやウレタン樹脂を供給し、ＵＶを照射して硬化させた後に、高屈折率のシリコーンやウレタン樹脂を供給して硬化させ、さらに低樹脂屈折率のシリコーンやウレタン樹脂を供給して硬化させることで、導光層１１５を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の入力装置を示す断面図、
【図２】入力装置の製造方法の一例を示す説明図、
【図３】本発明の第２の実施の形態の入力装置を示す断面図、
【図４】検出回路の回路図、
【符号の説明】
【００６８】
１ 基板
２ スイッチ機構
３ 外側接点
４ 内側接点
５ 可動接点
８ 発光素子
１１ カバーシート
１２ 堰体
１３ 押圧体
１５ 導光層
２１ 操作シート
２５ 操作指示部
３０ 指
４０ 検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指が操作面に接触したことを静電容量の変化で検出できるとともに、指で操作面を押したときにスイッチ入力が可能とされ、さらに静電容量の変化の検出に支障をきたすことなく操作面を照光できる入力装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用などの小型機器として、導電体である指が操作部に触れたことを静電容量の変化で検出するタッチパッドを備えたものが現れている。
【０００３】
以下の特許文献１に記載された携帯用電子機器は、キーマットの下に静電容量の変化を検出する可撓性のタッチパッドが設けられ、タッチパッドのさらに下側にドーム状の可動接点を有するスイッチ機構が配置されている。この携帯用電子機器は、導電体である指がキーマットの表面に触れると、タッチパッド内の電極と指との間に容量が形成されてタッチパッドの電極で検出される静電容量が変化し、これにより、キーマットに指が触れたことが検出される。また、指でキーマットを押すと、キーマットとともにタッチパッドが変形してスイッチ機構が押圧されて接点が接触し、これによりスイッチ入力が可能となる。
【０００４】
特許文献１に記載された携帯用電子機器は、タッチパッドとスイッチ機構とが重ねられた構造であるため、薄型化を実現しづらい。また、操作部を照光する照光手段が設けられていないために暗所で操作しづらい。
【０００５】
特許文献１に示す構造にさらに操作面を照光する機能を付加しようとすると、キーパッドの下側に、光源からの光を導く導光シートを配置することが必要となる。しかし、キーマットとスイッチ機構との間に、タッチパッドと導光シートを重ねて配置すると、キーマットを指で押したときに、キーマットとタッチパッドとさらに導光シートを変形させてスイッチ機構を動作させることが必要になり、指で押圧する際の負荷が大きくなって操作しづらいものとなる。
【０００６】
次に、以下の特許文献２に記載された通信端末機は、本体のカバーに導光性のタッチキーが形成されているとともに、前記カバーの下に静電容量の変化を検出するタッチパッドが設けられ、さらにタッチパッドの下側に、光源からの光を導く光ガイド部が設けられている。タッチパッドには、タッチキーの下に対向する部分に穴が貫通して形成されており、光ガイド部内を伝播された光が前記穴を通過して導光性のタッチキーを照光する構造である。
【０００７】
特許文献２に記載された携帯用電子機器は、操作部分を照光する機能を有してはいるが、静電容量の変化によってタッチキーに指が触れたことを検出できるだけであり、指でタッチキーを押圧してもその押圧操作を検出することはできない。また、タッチキーの真下においてタッチパッドに穴が形成されているため、タッチキーに指を触れたときのタッチパッドの検出精度が著しく低下するおそれがある。
【特許文献１】特表２００４−５３５７１２号公報
【特許文献２】特開２００７−６８１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１と特許文献２に記載のように、従来は、指の接触を静電容量の変化で検出するとともに指による押圧操作でスイッチ入力を可能とし、さらに操作部を照光できる機能を備えた入力装置は存在していなかった。その理由は、操作部に、タッチパッドと導光シートおよびスイッチ機構を重ねて配置すると厚さ寸法が大きくなって、スイッチ機構の操作性が劣ること、またはタッチパッドの検出感度が低下すること、あるいは、タッチパッドを透明に構成することが困難であるため、操作部を照光しようとするとタッチパッドに穴を開けることが必要となったり、またはタッチパッドの上に導光シートを配置することが必要となり、結果的にスイッチ機構を配置するスペースが無くなることなどに起因する。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、静電容量の変化による入力と、指で押したときのスイッチ入力の双方の操作を可能とし、さらに操作部の照光も可能とした入力装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板と、前記基板の表面に互いに分離して形成された外側接点および内側接点と、前記外側接点と導通するとともに前記内側接点に対向する弾性変形可能な可動接点と、前記基板の表面から離れた位置に配置された可撓性の操作シートとを有する入力装置において、
前記基板と前記操作シートとの間に光を透過させる導光層が設けられており、前記操作シートの表面に指が触れると、いずれも誘電体である前記操作シートおよび前記導光層を挟んで対向する前記指と前記可動接点との間の静電容量の変化が検出可能とされ、
前記操作シートが指で押されると、前記可動接点が前記内側接点に接触してスイッチ入力が可能とされることを特徴とするものである。
【００１１】
例えば、前記操作シートが指で押されたときに、前記可動接点の上を覆う前記導光層が前記可動接点と共に変形して、前記可動接点が前記内側接点に接触するものである。
【００１２】
本発明は、固定接点である外側接点と内側接点および可動接点を有して押圧操作によるスイッチ入力を可能としたスイッチ機構が設けられ、さらに、前記可動接点が、静電容量の変化を検出するための電極として兼用されている。そのため、可動接点と操作シートとの間に導光層を設けたとしても、操作シートの表面に触れた指と前記可動接点との間の距離を短くでき、さらに操作シートと導光層を誘電体として機能させることができるため、指と可動接点との間の静電容量を大きくでき、指が触れたときの静電容量の変化の検出感度を高めることができる。しかも、可動接点と操作シートとの間の層の数が少ないため、操作シートを押圧したときに可動接点を小さい力で変形させることができ、スイッチ入力の操作性が良好になる。
【００１３】
本発明は、前記可動接点と前記操作シートとの間に、前記可動接点を押圧する押圧体が設けられており、前記押圧体の少なくとも一部が前記導光層の中に埋まっていることが好ましい。
【００１４】
前記押圧体を設けると、操作シートを指で押したときに押圧体を介して可動接点を変形させることができ、スイッチ入力の操作性が良好になる。また、押圧体の少なくとも一部が導光層に埋まっているため、押圧体を設けても可動接点と操作シートとの距離が長くなることがなく、また可動接点と操作シートとの間に過大な空気層が形成されにくくなる。よって、指が触れたときの静電容量の変化も高感度に検出できる。
【００１５】
本発明は、前記基板の上に発光素子が設けられており、前記発光素子の少なくとも一部が前記導光層の中に埋まっていることが好ましい。
【００１６】
発光素子を導光層の内部に埋設すると、発光素子から発せられた光を導光層内へ効率良く導くことができる。
【００１７】
また、本発明は、前記基板の上に前記可動接点を囲む堰体が形成されて、前記堰体で囲まれた領域に前記導光層が形成されているものである。
【００１８】
前記堰体を形成することで、基板と操作シートとの間に比較的軟質な導光層を形成しやすくなる。軟質な導光層を形成することで、操作シートを指で押したときに、導光層が容易に変形して可動接点を動作させやすくなる。
【００１９】
さらに、本発明は、前記基板上の凹凸部が前記導光層で覆われており、前記導光層の前記操作シートに対面する表面が平滑であるものとして構成できる。
【００２０】
前記のように堰体で区画された領域に軟質な導光層を形成すると、その表面を平滑できるようになるため、導光層の表面と操作シートの裏面との隙間を小さくでき、または導光層の表面と操作シートの裏面とを密着させることが可能になる。その結果、導光層と操作シートとの間の空気層を薄く、または空気層を無くすことができるようになり、指が触れたときに指と可動接点との間に形成される静電容量を大きくでき、検出感度を高めることが可能である。
【００２１】
なお、前記平滑とは、可動接点などを設けることで基板の表面に現れている凹凸よりも、操作シートの表面の凹凸の方がその平均高さが低いことを意味しており、いわゆる鏡面状態に限定されるものではない。
【００２２】
また、本発明は、前記基板の表面および前記可動接点の表面を覆う可撓性のカバーシートが設けられ、前記カバーシートの上に前記導光層が形成されているものである。
【００２３】
本発明は、前記押圧体が前記カバーシートに固着されている構成にでき、または、前記堰体が前記カバーシートに固着されている構成にできる。
【００２４】
上記のように、予め押圧体や堰体が固着されたカバーシートを使用し、このカバーシートで基板の表面を覆うことで、組み立て工数を少なくすることが可能となる。
【００２５】
次に本発明の入力装置の製造方法は、表面に互いに分離して形成された外側接点および内側接点と、前記外側接点に導通するとともに前記内側接点に対向する弾性変形可能な可動接点とを有する基板を使用し、
（ａ）前記基板の表面で前記可動接点を囲む領域に堰体を形成する工程と、
（ｂ）前記堰体で囲まれた領域内に液体状の樹脂を供給し且つ硬化させて光を透過させる導光層を形成する工程と、
（ｃ）前記導光層の上に可撓性の操作シートを設置する工程とを有し、
前記操作シートの表面に指が触れると、いずれも誘電体である前記操作シートおよび前記導光層を挟んで対向する前記指と前記可動接点との間の静電容量の変化が検出可能とされ、前記操作シートが指で押されると、前記可動接点が前記内側接点に接触してスイッチ入力が可能とされた入力装置を得ることができる。
【００２６】
前記（ｂ）の工程を経ることにより、可動接点を設けたことによる基板の表面の凹凸を導光層で埋めることができ、導光層の表面を平滑にできて操作シートとの間の空気層を狭くできる。その結果、操作シートに触れた指と可動接点との間の静電容量を大きく設定しやすくなる。
【００２７】
本発明の製造方法は、前記基板に発光素子を実装し、前記（ｂ）の工程で、前記発光素子の少なくとも一部を前記導光層内に埋め込むことが可能である。
【００２８】
また本発明の製造方法は、前記基板の表面に、前記可動接点を覆う可撓性のカバーシートを設置し、このカバーシートの上に前記導光層を形成するものである。そして、前記カバーシートの表面に、前記可動接点と前記操作シートとの間に位置する押圧体を固着し、前記（ｂ）の工程で、前記押圧体の少なくとも一部を前記導光層に埋め込むことが可能であり、さらに予め前記堰体が固着された前記カバーシートを使用することも可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の入力装置は、可動接点と操作シートとの間の距離を短くでき、また過大な空気層が介在しない構造にできるため、前記可動接点を使用して、指が接触したときの静電容量の変化を感度良く検出でき、さらに比較的小さい負荷でスイッチ入力の押圧操作が可能となる。そして、可動接点と操作シートとの間に介在する導光層を用いて操作部の照光が可能となる。
【００３０】
また本発明の入力装置の製造方法は、軟質で表面が平滑な導光層を備えた入力装置を効率良く製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は本発明の第１の実施の形態の入力装置を示す断面図である。
この入力装置は、携帯電話などの携帯用の小型電子機器や小型のパーソナルコンピュータまたはゲーム装置などの操作盤に実装される。
【００３２】
図１に示す入力装置は、基板１を有しており、基板１の表面１ａにスイッチ機構２が設けられている。スイッチ機構２は、固定接点である外側接点３と内側接点４、および可動接点５で構成されている。外側接点３と内側接点４は、基板１の表面１ａに形成された導電層であり、銅、金、銀、ニッケルなどの単層または多層の金属層で形成されている。前記表面１ａでは、外側接点３と内側接点４とが互いに分離されて形成されており、基板１に形成されたスルーホールまたは基板１の表面１ａに形成された配線パターンを介して、外側接点３と内側接点４が図４に示す検出回路４０に接続されている。
【００３３】
外側接点３は、３６０度連続するリング形状パターン、または一部が欠損したリング形状パターンで形成されている。内側接点４は円形パターンであり、リング状の外側接点３の中心部に形成されている。可動接点５は、中央部分が基板１の表面１ａから離れるように凸状に湾曲形成されたドーム状接点であり、導電性の板ばね材料で形成されている。可動接点５は、その周縁部５ａが外側接点３の上に設置され、中央部５ｂが内側接点４と離れて対向している。
【００３４】
可動接点５の中央部５ｂを基板１の表面１ａに向けて押すと、可動接点５が変形してその中央部５ｂが内側接点４に接触する。その押圧力を解除すると、可動接点５は図１に示すドーム形状に復元される。可動接点５に押圧力が作用していないときに、可動接点５の内面と基板１の表面１ａとの間に空気層６が形成されている。
【００３５】
図１に示すように、外側接点３は、可動接点５の周縁部５ａとの接触部からさらに半径方向の外側へ広がっており、外側接点３の外周縁３ａの直径は、可動接点５の周縁部５ａの直径の１．３倍以上、好ましくは１．５倍以上となっている。可動接点５の周囲に外側接点３が広げて形成されているため、指３０で操作されたときに、指３０と可動接点５との間の容量が大きくなるのみならず、指と外側接点３との間の容量も大きくなり、静電容量の変化を高感度で検出できるようになる。
【００３６】
基板１の表面１ａにカバーシート１１が設置されており、このカバーシート１１で、外側接点３と可動接点５が覆われている。カバーシート１１は可撓性で透光性の樹脂シートであり、ウレタンゴムや軟質のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などで形成されている。ここで、本明細書での透光性または光が透過する性質とは、光の透過率が９５％のいわゆる透明であることが好ましいが、それのみならず、内部に白色のフィラーなどが混入されて内部で光の乱反射が可能であり、光の透過率が３０％以上のものなどを含む概念である。
【００３７】
なお、カバーシート１１は、後に説明する導光層１５の下に敷かれるものであるため、必ずしも透光性である必要はなく、表面１１ａまたは裏面１１ｃに白色の塗装を施し、あるいはカバーシート１１自体を白色で着色された樹脂で形成することもできる。または、カバーシート１１の表面１１ａまたは裏面１１ｃに金属膜が形成されて反射機能を発揮できるものであってもよい。
【００３８】
可動接点５の表面はカバーシート１１の裏面１１ｃに接着剤で固定されており、また基板１の表面１ａとカバーシート１１の裏面１１ｃ、ならびに外側接点３とカバーシート１１の裏面１１ｃも接着剤で固定されている。
【００３９】
カバーシート１１の表面１１ａには堰体１２が設けられている。堰体１２は、可動接点５が設けられている領域の外側を囲むように形成されており、好ましくはその下に外側接点３が存在しておらずにカバーシート１１の表面１１ａが平坦となっている部分に設けられている。堰体１２は合成樹脂材料で形成されており、カバーシート１１の表面に固着されている。
【００４０】
前記堰体１２で囲まれている領域の内部において、カバーシート１１の表面１１ａに押圧体１３が設けられている。押圧体１３は、可動接点５の中央部５ｂの上方に位置し、すなわちドーム状の可動接点の頂部に対向する部分に位置している。押圧体１３は、合成樹脂で形成されており、カバーシート１１の表面１１ａに固着されている。
【００４１】
押圧体１３は、ウレタンなどの透光性の樹脂で形成されており、導光層の一部として機能できるようになっている。堰体１２は、光を透過しないものであってもよいが、押圧体１３と堰体１２とを同じ工程で一緒にカバーシート１１に固着させることができるためには、堰体１２も透光性であることが好ましい。
【００４２】
堰体１２で囲まれた領域内においてカバーシート１１の上に導光層１５が形成されている。導光層１５は透光性で且つ軟質な合成樹脂材料で形成されている。導光層１５は、シリコーンやウレタンなどを主体とし、ＵＶ（紫外線）などの光のエネルギーで硬化するタイプの合成樹脂材料で形成されている。
【００４３】
導光層１５は、液体状の前記樹脂材料をカバーシート１１の上に供給し、ＵＶなどを照射して硬化させたものである。そのため、可動接点５および外側接点３が設けられことによって基板１の表側に形成された凹凸形状が、導光層１５で埋められており、導光層１５の表面１５ａは平滑である。すなわち、導光層１５の表面１５ａには、基板１の表側の前記凹凸形状が現れていない。
【００４４】
前記導光層１５を形成する過程で、押圧体１３は、少なくとも基部が導光層１５内に埋め込まれるが、押圧体１３の先端１３ａは、導光層１５の表面１５ａに現れており、好ましくは表面１５ａからわずかに突出している。押圧体１３は、導光層１５よりも剛性が高くまたヤング率が高く、押圧体１３が基板１に向けて押されたときに、押圧体１３が大きく圧縮することなく、押圧体１３を介して可動接点５を内側接点４と接触する状態まで変形させることが可能であり、このとき可動接点５の変形に追従して、カバーシート１１と共に導光層１５が比較的自由に変形することが可能となっている。
【００４５】
図１に示すように、堰体１２で囲まれている領域の内部において、基板１の表面１ａに発光素子８が実装されている。発光素子８は、透光性のケース内に発光ダイオードの収納された発光ダイオードパッケージである。発光素子８は、基板１の表面１ａに接着などの手段で固定されており、且つ発光素子８の導通端子が、基板１に設けられた導電層に半田付けされている。または、発光素子８は、基板１の表面にベアチップが実装され且つ導光層で覆われた表面実装型であってもよい。
【００４６】
カバーシート１１には穴１１ｂが形成されており、発光素子８は前記穴１１ｂ内を通過してカバーシート１１よりも表側に突出している。その結果、導光層１５が形成される過程において、発光素子８は少なくともその上方部分が導光層１５内に埋め込まれる。
【００４７】
導光層１５の表側が操作シート２１で覆われている。操作シート２１はウレタンなどの可撓性で軟質な合成樹脂材料（合成ゴム材料）で形成されている。操作シート２１は、前記堰体１２の表面に設置されて位置決めされ、または前記堰体１２のさらに外側に設けられた他の支持体に設置されて位置決めされ、操作シート２１は堰体１２の表面に接着され、または前記他の支持体に接着されている。
【００４８】
前記導光層１５の表面１５ａが平滑であるため、導光層１５の表面１５ａと操作シート２１の裏面２１ａとの間の空気層２２の厚さをわずかなものにでき、また操作シート２１を導光層１５の表面１５ａに密着させて、前記空気層２２を無くすことも可能である。
【００４９】
操作シート２１は透光性であり、その表面２１ｂがマスク層２３で覆われている。マスク層２３は光を透過しない塗装膜などである。操作シート２１の表面２１ｂでは、可動接点５が設けられている領域の真上に、前記マスク層２３が部分的に除去されて操作指示部２５が形成されている。例えば操作指示部２５で、マスク層２３の一部が数字や記号のパターンで除去されており、指３０で操作すべき部分を認識しやすくしている。
【００５０】
前記入力装置の操作方法および動作について説明する。
図１に示す発光素子８が点灯すると、発光素子８から発せられる光が導光層１５内を伝播する。カバーシート１１が透光性である場合は、光が、カバーシート１１を透過して金属である可動接点５の表面や外側接点３の表面で乱反射し、カバーシート１１の表面１１ａまたは裏面１１ｃに反射膜が形成されているときは、光が前記表面１１ａまたは裏面１１ｃで反射される。反射された光は、透光性の導光層１５の内部または透光性の押圧体１３の内部を伝播し、透光性の操作シート２１を透過して操作指示部２５に与えられる。操作指示部２５において、マスク層２３が文字や記号のパターンで除去された領域内を光が透過して、操作者が暗所でも操作すべき場所を認識できるようになる。
【００５１】
図４に示す検出回路４０の動作は、スイッチＳ１が（ｉ）側に切換えられているときが静電容量の検出モードである。静電容量の検出モードでは、スイッチＳ２が一定時間（ｉｉｉ）側に切換えられて、電源４１から外側接点３および可動接点５に電荷がチャージされる。スイッチＳ２は、一定時間だけ（ｉｉｉ）側に切換えられた後に（ｉｖ）側に切換えられる。（ｉｖ）側に切換えられたときに、比較器４２によって、電源４１から与えられる比較電圧と、外側接点３および可動接点５の電位とが比較される。指３０が操作シート２１の操作指示部２５に触れると、図４に示すように、可動接点５と内側接点４との間の容量Ｃ２や他の結合容量に加えて、可動接点５と指３０との間に容量Ｃ１が形成されるために、外側接点３と可動接点５の電位が変化する。比較器４２での比較結果が出力端子（Ｏｕｔ１）から得られ、この出力から指が操作指示部２５に触れたか否か検出される。
【００５２】
あるいは、スイッチＳ２を比較的短いサイクルで（ｉｉｉ）側と（ｉｖ）側に切り替え、外側接点３と可動接点５がある一定の電位まで充電される時間または切り替え回数を監視する。指が操作指示部２５に触れて前記容量Ｃ１が形成される際の充電時間の変化を検出することで、指３０が触れたか否かを検出することも可能である。
【００５３】
また、スイッチＳ１が（ｉｉ）側に切換えられているときがスイッチ入力の検出モードである。指３０で操作指示部２５が押されると、操作シート２１を介して押圧体１３が基板１に向けて押され、押圧体１３によって可動接点５が押し潰されるように変形し、可動接点５が内側接点４に接触する。このとき、図４に示す検出回路４０の出力端子（Ｏｕｔ２）に電流が流れ、スイッチ機構２がＯＮに切換えられたことを検出できる。
【００５４】
スイッチＳ１は、（ｉ）側と（ｉｉ）に交互に切換えられて、静電容量の検出モードとスイッチ入力の検出モードとが交互に設定される。この場合、スイッチＳ１の切換え周期は、静電容量の検出モードにおけるスイッチＳ２の切換え周期よりも十分に長く設定される。または、通常は静電容量の検出モードに設定されており、指３０が操作指示部２５に触れたことが静電容量の変化で検出されたら、スイッチＳ１が（ｉｉ）側に切換えられて、スイッチ入力の検出モードが設定されてもよい。
【００５５】
図１に示す入力装置は、静電容量の検出電極として機能する可動接点５の表面と、操作シート２１の表面２１ｂとの間に、カバーシート１１と導光層１５および操作シート２１が介在しているのみであり、または、操作シート２１の表面２１ｂとの間に、カバーシート１１と押圧体１３および操作シート２１が介在しているのみである。また、導光層１５の表面１５ａが平坦な面であるため、導光層１５と操作シート２１との間に空気層２２が形成されたとしてもその厚さはきわめて小さい。そして、導光層１５と操作シート２１の比誘電率が空気層よりも高く、例えば比誘電率を３以上に設定することが可能である。そのため、操作指示部２５に指３０が触れたときの指３０と可動接点５との間の容量Ｃ１を大きくでき、静電容量の検出モードでの検出感度を高くできる。
【００５６】
図１に示す入力装置は、外側接点３が、可動接点５の周縁部５ａよりも外側に広くはみ出しているため、操作指示部２５に指３０が触れたときに、指３０と外側接点３との間の容量も大きくでき、さらに検出感度を高めることができる。
【００５７】
前記押圧体１３は導光層１５よりも剛性が高くヤング率も高いために、指３０の押圧力によって、押圧体１３を介して可動接点５を変形させるときに、導光層１５がカバーシート１１とともに可動接点５の変形に追従して容易に変形できるようになる。したがって、指３０で操作指示部２５を押圧する際の負荷が小さく、押圧操作感触が良好になる。
【００５８】
次に、前記入力装置の製造方法の一例を説明する。
まず、基板１の表面１ａに外側接点３と内側接点４を形成する。可動接点５は、予めカバーシート１１の裏面１１ｃに接着しておき、このカバーシート１１で基板１の表面１ａを覆う。このとき、可動接点５の周縁部５ａが外側接点３の上に乗るように、カバーシート１１を位置決めし、基板１の表面１ａとカバーシート１１とを接着層を介して固定する。
【００５９】
図１に示すように、カバーシート１１の表面１１ａに堰体１２と押圧体１３が固着されている。この堰体１２と押圧体１３は、基板１の表面１ａにカバーシート１１を設置した後に、カバーシート１１の表面１１ａに固着させることも可能であるが、基板１の表面１ａに設置する前のカバーシート１１に予め堰体１２と押圧体１３とを固着させておくことが好ましい。
【００６０】
図２は、堰体１２と押圧体１３をカバーシート１１に固着する工程の一例としてインプリント法を示している。この方法は、型基板５０の表面に、堰体１２を形成するための凹部５１と押圧体１３を形成するために凹部５２を形成しておき、凹部５１と凹部５２内に、シリコーンやウレタンを主体とした光硬化性の液状の合成樹脂を充填する。そして、型基板５０の表面にカバーシート１１を設置し、凹部５１，５２内の樹脂にＵＶなどの光エネルギーを与えて樹脂を硬化させて、堰体１２および押圧体１３をカバーシート１１に固着させて形成する。カバーシート１１を堰体１２および押圧体１３と共に型基板５０から剥離した後に、基板１の表面１ａに設置する。
【００６１】
または、カバーシート１１の表面に印刷工程によって、樹脂層を形成し、この樹脂層で堰体１２および押圧体１３を形成することも可能である。
【００６２】
基板１の表面１ａに、堰体１２と押圧体１３を有するカバーシート１１が設置された後に、堰体１２で囲まれた領域内に液体状の光効果型樹脂が供給され、ＵＶが照射されるなどして前記樹脂が硬化させられて、導光層１５が形成される。さらに導光層１５の上に操作シート２１が設置されて、入力装置が完成する。
【００６３】
図３は本発明の第２の実施の形態の入力装置を示す断面図である。
図３に示す入力装置は、導光層１１５の構成が図１に示す第１の実施の形態の入力装置と相違しており、それ以外の構成は第１の実施の形態と同じである。
【００６４】
図３に示す入力装置は、導光層１１５が三層構造であり、下側に低屈折率層１１５ｂが上側に低屈折率層１１５ｃが形成され、中間部分に高屈折率層１１５ａが形成されている。発光素子８は、その一部が高屈折率層１１５ａの内部に埋め込まれている。そして、操作指示部２５の下側には高屈折率層１１５ａが存在していない。
【００６５】
発光素子８から発せられて高屈折率層１１５ａに与えられた光は、高屈折率層１１５ａと低屈折率層１１５ｂとの境界面、および高屈折率層１１５ａと低屈折率層１１５ｃとの境界面で反射される確率が高くなるために、高屈折率層１１５ａ内を伝播する光の効率を高くできる。その結果、操作指示部２５を照光する光の光量を多くでき、明瞭な照光表示が可能になる。
【００６６】
図３に示す入力装置は、堰体１２で囲まれた領域内に低屈折率の液状のシリコーンやウレタン樹脂を供給し、ＵＶを照射して硬化させた後に、高屈折率のシリコーンやウレタン樹脂を供給して硬化させ、さらに低樹脂屈折率のシリコーンやウレタン樹脂を供給して硬化させることで、導光層１１５を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の入力装置を示す断面図、
【図２】入力装置の製造方法の一例を示す説明図、
【図３】本発明の第２の実施の形態の入力装置を示す断面図、
【図４】検出回路の回路図、
【符号の説明】
【００６８】
１ 基板
２ スイッチ機構
３ 外側接点
４ 内側接点
５ 可動接点
８ 発光素子
１１ カバーシート
１２ 堰体
１３ 押圧体
１５ 導光層
２１ 操作シート
２５ 操作指示部
３０ 指
４０ 検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の表面に互いに分離して形成された外側接点および内側接点と、前記外側接点と導通するとともに前記内側接点に対向する弾性変形可能な可動接点と、前記基板の表面から離れた位置に配置された可撓性の操作シートとを有する入力装置において、
前記基板と前記操作シートとの間に光を透過させる導光層が設けられており、前記操作シートの表面に指が触れると、いずれも誘電体である前記操作シートおよび前記導光層を挟んで対向する前記指と前記可動接点との間の静電容量の変化が検出可能とされ、
前記操作シートが指で押されると、前記可動接点が前記内側接点に接触してスイッチ入力が可能とされることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記操作シートが指で押されたときに、前記可動接点の上を覆う前記導光層が前記可動接点と共に変形して、前記可動接点が前記内側接点に接触する請求項１記載の入力装置。
【請求項３】
前記可動接点と前記操作シートとの間に、前記可動接点を押圧する押圧体が設けられており、前記押圧体の少なくとも一部が前記導光層の中に埋まっている請求項１または２記載の入力装置。
【請求項４】
前記基板の上に発光素子が設けられており、前記発光素子の少なくとも一部が前記導光層の中に埋まっている請求項１ないし３のいずれかに記載の入力装置。
【請求項５】
前記基板の上に前記可動接点を囲む堰体が形成されて、前記堰体で囲まれた領域に前記導光層が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の入力装置。
【請求項６】
前記基板上の凹凸部が前記導光層で覆われており、前記導光層の前記操作シートに対面する表面が平滑である請求項５記載の入力装置。
【請求項７】
前記基板の表面および前記可動接点の表面を覆う可撓性のカバーシートが設けられ、前記カバーシートの上に前記導光層が形成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の入力装置。
【請求項８】
前記基板の表面および前記可動接点の表面を覆う可撓性のカバーシートが設けられ、前記カバーシートの上に前記導光層が形成されており、前記押圧体が前記カバーシートに固着されている請求項４記載の入力装置。
【請求項９】
前記基板の表面および前記可動接点の表面を覆う可撓性のカバーシートが設けられ、前記カバーシートの上に前記導光層が形成されており、前記堰体が前記カバーシートに固着されている請求項５または６記載の入力装置。
【請求項１０】
表面に互いに分離して形成された外側接点および内側接点と、前記外側接点に導通するとともに前記内側接点に対向する弾性変形可能な可動接点とを有する基板を使用し、
（ａ）前記基板の表面で前記可動接点を囲む領域に堰体を形成する工程と、
（ｂ）前記堰体で囲まれた領域内に液体状の樹脂を供給し且つ硬化させて光を透過させる導光層を形成する工程と、
（ｃ）前記導光層の上に可撓性の操作シートを設置する工程とを有し、
前記操作シートの表面に指が触れると、いずれも誘電体である前記操作シートおよび前記導光層を挟んで対向する前記指と前記可動接点との間の静電容量の変化が検出可能とされ、前記操作シートが指で押されると、前記可動接点が前記内側接点に接触してスイッチ入力が可能とされることを特徴とする入力装置の製造方法。
【請求項１１】
前記基板に発光素子を実装し、前記（ｂ）の工程で、前記発光素子の少なくとも一部を前記導光層内に埋め込む請求項１０記載の入力装置の製造方法。
【請求項１２】
前記基板の表面に、前記可動接点を覆う可撓性のカバーシートを設置し、このカバーシートの上に前記導光層を形成する請求項１０または１１記載の入力装置の製造方法。
【請求項１３】
前記カバーシートの表面に、前記可動接点と前記操作シートとの間に位置する押圧体を固着し、前記（ｂ）の工程で、前記押圧体の少なくとも一部を前記導光層に埋め込む請求項１２記載の入力装置の製造方法。
【請求項１４】
予め前記堰体が固着された前記カバーシートを使用する請求項１２または１３記載の入力装置の製造方法。
【請求項１】
基板と、前記基板の表面に互いに分離して形成された外側接点および内側接点と、前記外側接点と導通するとともに前記内側接点に対向する弾性変形可能な可動接点と、前記基板の表面から離れた位置に配置された可撓性の操作シートとを有する入力装置において、
前記基板と前記操作シートとの間に光を透過させる導光層が設けられており、前記操作シートの表面に指が触れると、いずれも誘電体である前記操作シートおよび前記導光層を挟んで対向する前記指と前記可動接点との間の静電容量の変化が検出可能とされ、
前記操作シートが指で押されると、前記可動接点が前記内側接点に接触してスイッチ入力が可能とされることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記操作シートが指で押されたときに、前記可動接点の上を覆う前記導光層が前記可動接点と共に変形して、前記可動接点が前記内側接点に接触する請求項１記載の入力装置。
【請求項３】
前記可動接点と前記操作シートとの間に、前記可動接点を押圧する押圧体が設けられており、前記押圧体の少なくとも一部が前記導光層の中に埋まっている請求項１または２記載の入力装置。
【請求項４】
前記基板の上に発光素子が設けられており、前記発光素子の少なくとも一部が前記導光層の中に埋まっている請求項１ないし３のいずれかに記載の入力装置。
【請求項５】
前記基板の上に前記可動接点を囲む堰体が形成されて、前記堰体で囲まれた領域に前記導光層が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の入力装置。
【請求項６】
前記基板上の凹凸部が前記導光層で覆われており、前記導光層の前記操作シートに対面する表面が平滑である請求項５記載の入力装置。
【請求項７】
前記基板の表面および前記可動接点の表面を覆う可撓性のカバーシートが設けられ、前記カバーシートの上に前記導光層が形成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の入力装置。
【請求項８】
前記基板の表面および前記可動接点の表面を覆う可撓性のカバーシートが設けられ、前記カバーシートの上に前記導光層が形成されており、前記押圧体が前記カバーシートに固着されている請求項４記載の入力装置。
【請求項９】
前記基板の表面および前記可動接点の表面を覆う可撓性のカバーシートが設けられ、前記カバーシートの上に前記導光層が形成されており、前記堰体が前記カバーシートに固着されている請求項５または６記載の入力装置。
【請求項１０】
表面に互いに分離して形成された外側接点および内側接点と、前記外側接点に導通するとともに前記内側接点に対向する弾性変形可能な可動接点とを有する基板を使用し、
（ａ）前記基板の表面で前記可動接点を囲む領域に堰体を形成する工程と、
（ｂ）前記堰体で囲まれた領域内に液体状の樹脂を供給し且つ硬化させて光を透過させる導光層を形成する工程と、
（ｃ）前記導光層の上に可撓性の操作シートを設置する工程とを有し、
前記操作シートの表面に指が触れると、いずれも誘電体である前記操作シートおよび前記導光層を挟んで対向する前記指と前記可動接点との間の静電容量の変化が検出可能とされ、前記操作シートが指で押されると、前記可動接点が前記内側接点に接触してスイッチ入力が可能とされることを特徴とする入力装置の製造方法。
【請求項１１】
前記基板に発光素子を実装し、前記（ｂ）の工程で、前記発光素子の少なくとも一部を前記導光層内に埋め込む請求項１０記載の入力装置の製造方法。
【請求項１２】
前記基板の表面に、前記可動接点を覆う可撓性のカバーシートを設置し、このカバーシートの上に前記導光層を形成する請求項１０または１１記載の入力装置の製造方法。
【請求項１３】
前記カバーシートの表面に、前記可動接点と前記操作シートとの間に位置する押圧体を固着し、前記（ｂ）の工程で、前記押圧体の少なくとも一部を前記導光層に埋め込む請求項１２記載の入力装置の製造方法。
【請求項１４】
予め前記堰体が固着された前記カバーシートを使用する請求項１２または１３記載の入力装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１２３３６７（Ｐ２０１０−１２３３６７Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９５２５３（Ｐ２００８−２９５２５３）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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