入力装置
【課題】押圧力を軽減できると共に操作性に優れた入力装置を提供すること。
【解決手段】基板２０と、当該基板２０の上方に配置されるキートップ部材１０とを備える入力装置１００であって、キートップ部材１０は、少なくとも、操作面を有する操作パネル１３と、当該操作パネル１３の裏面に、基板２０側に突出するように固定された導電性弾性体からなる導電部材１４とを有し、基板２０上には、少なくとも一部の導電部材１４と対向するように、センサ部３０が設けられ、操作パネル１３には、導電部材１４の裏側の位置に、当該操作パネル１３の裏面から表面に向かって窪む凹部１７が設けられている入力装置１００とする。
【解決手段】基板２０と、当該基板２０の上方に配置されるキートップ部材１０とを備える入力装置１００であって、キートップ部材１０は、少なくとも、操作面を有する操作パネル１３と、当該操作パネル１３の裏面に、基板２０側に突出するように固定された導電性弾性体からなる導電部材１４とを有し、基板２０上には、少なくとも一部の導電部材１４と対向するように、センサ部３０が設けられ、操作パネル１３には、導電部材１４の裏側の位置に、当該操作パネル１３の裏面から表面に向かって窪む凹部１７が設けられている入力装置１００とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、ＰＤＡ等の電子機器に搭載される入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、オーディオ機器、携帯電話機等の操作部には、数字を入力するため、あるいは方向を指示するための入力装置が設置されている。この種の入力装置では、例えば、特許文献１等に開示されているように、「方向キー」の左右方向は、表示部画面の左右方向に対応付けられている。即ち、表示画面の左または右側を示すアイコンで代表される処理には、左右方向に並んで配置された操作キー（操作部）が割り当てられている。
【０００３】
しかしながら、多機能の電子機器であればあるほど多くの操作項目が設けられ、その各種の操作項目を確実に実現する必要がある。このため、近年の技術の進歩と伴い、タッチパネル式の入力装置が開発されている。タッチパネル式の入力装置は、タッチパネル上に軽く触れた指の動きを読み取り、当該動きを信号に変換するため、押釦スイッチと異なり、強く押圧する必要がない。
【０００４】
さらに、携帯電子機器の高機能化を実現するために、指を連続的にタッチパネルに沿って触れることで楽に画面移動等ができる入力装置が求められている。このような要求を満足するものとしては、スライドキーの内面側に配置され、スライドキーの中心軸回りにスライドキーに向って拡径する皿状の傾斜面を構成する操作板と、その操作板が搭載保持されるさら穴状の凹部を上面に有し、その凹部の皿状内周面の位置と対応して下面に断面円筒面状をなす凸部が環状に形成された弾性材よりなるシートとを具備し、スライドキーの操作により、その操作方向の傾斜面がスライドキーによって押圧され、その押圧によりシートの皿状内周面が操作板を介して押圧されて、当該凸部がその凸部の下方に配置されている感圧部材を押圧する構造とされている入力装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２の入力装置は、感圧部材を使用しているため、押圧によって操作方向および操作量を検出できる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７４４９５号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開２００３−９９１８８号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、長年、「方向キー」を有する入力装置を使用してきたユーザは、タッチパネル式の入力装置を使用する際にクリック感が得られないため、電子機器の操作に違和感を感じるという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示される入力装置の場合にも、ゴム等の弾性材よりなる押圧凸部は、押圧でその押圧凸部の下方に配置されている感圧部材に接触し、入力操作が行われる。このため、上述したタッチパネル式の入力装置と同様に、操作者に入力操作が行われる際に押圧凸部を変形させるための押圧が大きく、操作性が良くないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、押圧力を軽減できると共に操作性に優れた入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、基板と、当該基板の上方に配置されるキートップ部材とを備える入力装置であって、キートップ部材は、少なくとも、操作面を有する操作パネルと、当該操作パネルの裏面に、基板側に突出するように固定された導電性弾性体からなる導電部材とを有し、基板上には、少なくとも一部の導電部材と対向するように、センサ部が設けられ、操作パネルには、導電部材の裏側の位置に、当該操作パネルの裏面から表面に向かって窪む凹部が設けられている入力装置としている。
【００１０】
このような入力装置とすることで、多方向検出機能を備えた入力装置として機能すると共に、多方向検出を行う際に押圧力を軽減できる入力装置となる。すなわち、凹部が形成されることによって、入力装置を操作する際に、操作パネルを軽く押すと、押された部分の裏側にある１つまたは複数の導電性弾性体からなる導電部材が押し下げられて、導電部材がセンサ部を構成する導電パターンに接触する。すると、センサ部の電極間は、導電部材により導通する。さらに、強く押し下げると、導電部材は変形して操作パネルの凹部にもぐり込みながら、センサ部への接触面積を増加する。この一連の操作による得られた１つまたは複数のセンサ部の接触面積の変化に応じて生じる電圧量あるいは抵抗値の変化を入力装置のＣＰＵが測定することによって、指が押されているキーの方向と押圧力を検出することができる。凹部が形成されていない構造と比べて、操作を行うための荷重が小さくなるので、操作性をより良くすることができる。
【００１１】
また、別の発明は、上述の発明に加え、凹部は、その凹部の面内中心よりも操作パネルの径方向外側寄りに最も深い最深部を有する形状である入力装置としている。
【００１２】
入力装置を操作する際に、操作パネルの外側ほど大きな荷重がかかる。このような凹部とすることで、凹部において、その外側の荷重が大きい部分に、導電部材がもぐりこみやすい。
【００１３】
また、別の発明は、上述の発明に加え、凹部は、その中心より前記操作パネルの径方向外側寄りにその凹部の最深部を有し、その最深部から前記操作パネルの中心側の縁までの傾斜よりも、その最深部から前記操作パネルの中心と反対側の縁までの傾斜が急になる形状とする入力装置としている。
【００１４】
このため、このような凹部において、その外側の荷重が大きい部分に、導電部材がもぐりこみやすい。その結果、操作性をより良くすることができる。
【００１５】
また、別の発明では、上述の発明に加え、操作パネルは、円状若しくは環状とされ、凹部における最深部は、操作パネルの中心と同一の中心を有する第１の円の円周上に形成され、導電部材の中心は、第１の円の内側の第２の円の円周上に配置される入力装置としている。環状の操作パネルとは、操作パネルの真中に中心キートップを配置したものという。円状の操作パネルとは、操作パネルの真中に中心キートップを配置していないものという。
【００１６】
このような入力装置とすることで、タッチパネルとしての精度が良いものとなると共に、多方向検出機能を有する入力装置としても操作しやすいものとなる。
【００１７】
また、別の発明では、上述の発明に加え、導電性弾性体は、導電性ゴムである入力装置としている。このため、押圧によって効率良く多方向検出機能および確定入力機能を果たすことができる。
【００１８】
本明細書において、「キートップ部材」とは、入力装置を構成する基板の上方に配置され、中心キートップおよび操作パネルのみではなく、中心キートップおよび操作パネルの下方に形成された押圧子を含む押圧するための集合体である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、押圧力を軽減できると共に操作性に優れた入力装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る入力装置の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に説明する好適な各実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る入力装置１００を備える電子機器１を操作面側から見た斜視図である。図２は、図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、表側より基板２０を見たときの平面図である。また、図３は、図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、キートップ部材１０の裏側を下方より見たときの平面図である。
【００２２】
電子機器１には、入力装置１００に加え、押釦スイッチが設けられている。したがって、電子機器１の操作面には、押釦スイッチを構成する複数のキートップ２およびキートップ部材１０を構成する操作パネル１３が配置されている。操作パネル１３は、環状であり、環状の操作パネル１３で囲まれた内側部分には、中心キートップ１２が配置されている。
【００２３】
図２に示すように、入力装置１００を構成する基板２０には、センサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０が設けられている。中心操作部５０は固定接点５２と導電性の皿バネ部材５５とからなる。当該皿バネ部材５５は、ドーム形状とされ、固定接点５２を覆うように形成されている。また、スイッチ部４０は、固定接点４１と導電性の皿バネ部材４２とからなる。当該皿バネ部材４２は、ドーム形状とされ、固定接点４１を覆うように形成されている。センサ部３０は、櫛歯状の一対の電極が互いに接触することなく噛み合った形態を有する導電パターン４５で構成されている。センサ部３０は、中心操作部５０を中心として、直径がＸである円上１８に円周方向に所定角度毎に設けられる。例えば、所定角度を９０度の角度として円上１８の４箇所に等角度にセンサ部３０を設けても良い。また、スイッチ部４０は、同じ直径がＸである円上１８に円周方向に隣り合うセンサ部３０の間にセンサ部３０とそれぞれ重ならないように配置される。特に、中心操作部５０の中心を基準として、隣接するセンサ部３０から、円周方向に４５度の角度を為して設けるのがより好ましい。上述の位置にセンサ部３０およびスイッチ部４０を配置することにより、誤操作が生じにくく、効率良く多方向検出機能を果たす入力装置１００となる。ただし、上述した配置位置に限定せず、他の形態に配置しても良い。
【００２４】
図３に示すように、キートップ部材１０を構成する弾性シートの裏側には、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が設けられている。導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１は、重ならないように、基板２０に配置されたセンサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０と対向してそれぞれ配置されている。
【００２５】
図４は、図１の一点鎖線で示す領域ＡのＢ−Ｂ線の断面を拡大して示す拡大断面図である。図５は、図１の一点鎖線で示す領域ＡのＣ−Ｃ線の断面を拡大して示す拡大断面図である。
【００２６】
図４に示すように、中心キートップ１２および操作パネル１３の裏側には、弾性シート２５が貼り付けられている。また、弾性シート２５の裏面であって、中心キートップ１２に対応する位置には、中心押圧子１１が形成されている。操作パネル１３には、操作パネル１３の裏面から表面に向かって凹部１７が設けられている。当該凹部１７は、その中心より外側寄りに最深部（以下、「頂点」という）１９を有し、その頂点１９から操作パネル１３の中心側の縁までの傾斜よりも、その頂点１９から操作パネル１３の中心と反対側の縁までの傾斜が急になる略円錐状を有する。ただし、凹部１７の形状は、上述の形態に限定せず、必要に応じて様々な形状に変更しても良い。例えば、頂点１９を凹部１７の開口底面の中心上方にしても良い。また、水平面における凹部１７の投影の面積は、弾性シート２５と接する導電部材１４の面積より大きい方が好ましい。なお、弾性シート２５の厚さおよび弾性シート２５と接する導電部材１４の面積に応じて、凹部１７の大きさを適宜に調整すると良い。これにより、操作荷重軽減の効果を向上できる。また、凹部１７の最も操作パネル１３の中心側の縁部は、導電部材１４の内側の縁部と一致し、もしくは導電部材１４の内側の縁部が凹部１７の最も操作パネル１３の中心側の縁部より内側に位置するのが好ましい。このため、凹部１７の頂点１９の真下近傍の弾性シート２５が主として凹部１７に入り込むように変形する。その結果、凹部１７全域の下方にある弾性シート２５全体が変形せず、安定した電気的変化が得やすくなる。
【００２７】
また、弾性シート２５に対向して、基板２０が設けられている。基板２０の弾性シート２５に対向する面には、センサ部３０および中心操作部５０が設けられている。センサ部３０は、櫛歯状の一対の電極が互いに接触することなく噛み合った形態を有する導電パターン４５で構成されている。また、中心操作部５０は、固定接点５２と導電性の皿バネ部材５５とからなり、当該導電性の皿バネ部材５５は、ドーム形状とされ、固定接点５２を覆うように形成されている。また、センサ部３０と、凹部１７の直下にある導電部材１４とは、弾性シート２５を挟んで対向して設けられている。中心押圧子１１と中心操作部５０とは、対向して設けられている。
【００２８】
また、図５に示すように、基板２０の弾性シート２５に対向する面には、スイッチ部４０が設けられている。スイッチ部４０は、固定接点４１と導電性の皿バネ部材４２とからなる。当該皿バネ部材４２は、ドーム形状とされ、固定接点４１を覆うように形成されている。また、操作パネル１３のスイッチ部４０と対向する部分の裏面に、図４に示すような操作パネル１３の形態と異なり、凹部１７が設けられていない。また、押圧子１５とスイッチ部４０とは、対向して設けられている。
【００２９】
中心キートップ１２は、樹脂、金属あるいはそれらのコンポジット等からなる部材であり、単一成形体であるか複数の層から成る成形体であるかを問わない。複数の層から成る中心キートップ１２を採用する場合、中心キートップ１２は、表面が樹脂シートで被覆されている部材が好ましく、被覆領域が一部であっても全部であっても良い。中心キートップ１２の材料には、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂あるいはポリアミド樹脂等の各樹脂を使用できるが、特に好ましい樹脂は、ポリカーボネート樹脂あるいはアクリル樹脂である。
【００３０】
本実施の形態において、操作パネル１３としては、例えば、厚さが約１ｍｍ、外周円の直径が約２０ｍｍ、内周円の直径が約７ｍｍの環状パネルを好適に用いることができる。また、操作パネル１３に指を沿わせて環状になぞることを容易にする目的で、例えば、約０．２ｍｍ間隔で同心円状の溝を形成しても良い。また、操作パネル１３の位置が指触にてわかるように、操作パネル１３の外周部分の厚さを外周以外の部分よりも厚くすることで、円輪状の縁を形成しても良い。操作パネル１３は、上述の中心キートップ１２と同じ樹脂材料またはゴム状弾性体からなる部材である。具体的なゴム状弾性体の材料としては、熱硬化性エラストマー又は熱可塑性エラストマーにて形成される。熱硬化性エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴムの他、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム等が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、エステル系、ウレタン系、オレフィン系、アミド系、ブタジエン系、エチレン−酢酸ビニル系、フッ素ゴム系、イソプレン系、塩素化ポリエチレン系等のものが採用できる。この中でも、耐環境性、加工性および柔軟性等を考慮すると、特にシリコーンゴムが好ましい。ただし、上述のゴム状弾性体は一例に過ぎず、他のゴム状弾性体を採用しても良い。なお、二種類以上のゴム状弾性体の混合物を採用しても良い。
【００３１】
弾性シート２５は、中心キートップ１２、操作パネル１３および導電部材１４を所定の位置に固定している。具体的には、弾性シート２５は、中心キートップ１２、操作パネル１３および導電部材１４の裏面部分に設けられた接着層（図示せず）を介して接着されている。弾性シート２５の材料としては、上方から押した際に変形することのできる柔らかい材料が好ましい。具体的には、厚さが１０〜２００μｍであり、かつショアーＡ硬度が２０〜９０である弾性シート２５が特に好適である。そのような弾性シート２５として、例えば、ウレタン樹脂、熱可塑性エラストマー、シリコーンゴムあるいは天然ゴム等から成るシートが挙げられる。さらに、弾性シート２５は、加飾されていてもよい。また、弾性シート２５は、光透過率が高いものとしても良い。光透過率が高い弾性シート２５を採用した場合には、弾性シート２５の裏側より照光することにより、中心キートップ１２および操作パネル１３の外周を照光できるため、暗所でも中心キートップ１２および操作パネル１３の位置がわかりやすくなる。
【００３２】
本実施の形態において、中心操作部５０に含まれる固定接点５２は、基板２０の上に設けられた導電部分である。具体的には、絶縁性のある樹脂を含浸した基板上に、銅箔等の導電体にて形成される。また、本実施形態における導電性の皿バネ部材５５としては、金属製の皿バネ部材５５を好適に用いることができる。しかし、導電性の皿バネ部材５５は、金属製に限らず、導電性樹脂等により形成されていても良い。なお、導電性の皿バネ部材５５を金属製とする場合には、クリック感がさらに良く、良好な操作感覚を得ることができる。
【００３３】
また、入力装置１００を構成する導電部材１４に用いられる導電性弾性体としては、操作パネル１３の表面に指が触れることにより容易に変形するような弾性体であって、例えば、導電性フィラーであるカーボンブラック等を分散させたゴム若しくはエラストマーが好ましい。
【００３４】
次に、入力装置１００の使用方法とその作用について説明する。
【００３５】
図６は、図４の点線で示される領域Ｄについて拡大した拡大断面図であり、（Ａ）は、操作パネル１３の押圧位置Ｅに荷重をかけていない状態を、（Ｂ）は操作パネル１３の押圧位置Ｅに荷重をかけた状態を、それぞれ示す。
【００３６】
図６（Ａ）に示す状態から、目的とする入力装置１００の操作パネル１３の押圧位置Ｅに指を置き圧力を軽く加えると、押された部分の裏側にある１つまたは複数の導電性弾性体からなる導電部材１４が押し下げられて、導電部材１４がセンサ部３０を構成する導電パターン４５に接触する。すると、センサ部３０の電極間は、導電部材１４により短絡する。さらに、強く押し下げると、導電部材１４は、図６（Ｂ）に示すように、弾性シート２５と共に、大きく変形して操作パネル１３の凹部１７にもぐり込みながら、センサ部３０への接触面積が増加する。入力装置１００を操作する際に、操作パネル１３の外側に触れて操作する傾向がある。凹部１７は、その中心より外側寄りに頂点１９を有し、その頂点１９から操作パネル１３の中心側の縁までの傾斜よりも、その頂点１９から操作パネル１３の中心と反対側の縁までの傾斜が急になる形状を有する。このため、凹部１７において、その外側の荷重が大きい部分に、導電部材１４と弾性シート２５がもぐりこみやすく、操作性をより良くすることができる。また、導電パターン４５の接触面積の変化に応じて生じる電圧あるいは抵抗値の変化を装置内部の中央処理装置（図示せず）が検知することにより、入力装置１００は、指が触れているキーの方向と押圧力を把握することができる。この一連の操作により得られた１つまたは複数のセンサ部３０の接触面積の変化に応じて生じる電圧あるいは抵抗値の変化を入力装置１００内部の中央処理装置（図示せず）が測定することによって、入力装置１００は、指が触れているキーの方向と押圧力を把握することができる。すなわち、操作パネル１３に指を沿わせて環状になぞることでその軌跡を容易に検知できる。その結果、指が周回することにより、電子機器１の操作面をスクロールさせることが可能となり、また、操作面内のカーソルを多方向キーとして動かすことも可能となる。一方、図５に示すように、本実施形態におけるスイッチ部４０は、押圧子１５と組み合わせて４方向キーとして使われている。押圧子１５で導電性の皿バネ部材４２を押圧することにより、皿バネ部材４２が座屈し、明確なクリック感触が操作者に伝わると共に、皿バネ部材４２が固定接点４１に接触し、固定接点４１の電極間を皿バネ部材４２による導通させることで、ボタンが押されたことが認識される。その結果、全ての動作方法を操作モードに応じてソフトで制御すれば、入力装置１００を構成するセンサ部３０およびスイッチ部４０を用途に応じて使い分けることによって、多彩な操作が可能となる。
【００３７】
以上に説明したように、入力装置１００では、接触した軌跡で効率良く多方向検出機能を実現すると共に、凹部１７が形成されていることにより、押圧力が小さく操作しやすい。
【００３８】
次に、入力装置１００の製造方法について説明する。図７は、入力装置１００の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【００３９】
まず、センサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０が配置された基板２０を形成する（ステップＳ１０１）。この実施の形態では、センサ部３０は、櫛歯状の一対の電極が互いに接触することなく噛み合った状態を有する導電パターン４５で構成されている。基板２０上に導電パターン４５を配置したことによって、センサ部３０が形成される。また、スイッチ部４０は、固定接点４１と導電性の皿バネ部材４２とからなり、当該皿バネ部材４２は、ドーム形状とされ、固定接点４１を覆うように形成されている。また、中心操作部５０は、固定接点５２と導電性の皿バネ部材５５とからなり、基板２０上に固定接点５２を配置した後、当該ドーム形状の導電性の皿バネ部材５５は、固定接点５２を覆うように形成されている。基板２０としては、所定の配線パターンが形成されたプリント基板を好適に用いることができる。導電性の皿バネ部材５５の配置方法としては、例えば、導電性の皿バネ部材４２，５５を粘着シートの粘着面に配置したものを基板２０に貼り付けることにより、導電性の皿バネ部材４２，５５が固定される。
【００４０】
ステップＳ１０１に続いて、凹部１７を有する操作パネル１３を形成する（ステップＳ１０２）。この実施の形態では、凹部１７の形成工程は、成型用金型を用いて、凹部１７を有する操作パネル１３をインジェクション成形法により製造するのが好ましいが、特に限定されず、インジェクション成形法の他、例えば、予め成形された操作パネルを切削することによって、凹部１７を形成しても良い。また、水平面における凹部１７の投影の面積は、弾性シート２５と接する導電部材１４の面積より大きい方が好ましい。なお、弾性シート２５の厚さおよび弾性シート２５と接する導電部材１４の面積に応じて、凹部１７の大きさを適宜に調整しても良い。例えば、弾性シート２５の厚さを０．２ｍｍとした場合、水平面における凹部１７の円形投影の直径は、直径が３ｍｍである導電部材１４より０．２ｍｍ大きく、３．２ｍｍとする。これにより、操作荷重軽減の効果が向上できる。円形投影の直径は、４．２ｍｍ以下とするのが特に好ましい。４．２ｍｍ以下とすると、導電部材１４に十分な荷重をかけることができ、より効果的に、操作時の自然な荷重の変化を信号に変換することができる。また、凹部１７の深さは、導電部材１４の高さより小さいのが好ましい。これにより、全ての導電部材１４が凹部１７に入り込まず、導電部材１４は、センサ部３０に確実に接触することができ、良好な操作を得ることができる。また、レーザーエッチングまたはヘアライン等の加工方法により、操作パネル１７の表面に機能を示す識別部を形成しても良い。また、操作パネル１７の表面に、塗布（スプレー）または塗装等の方法によって、透明な樹脂塗装層が付着されても良い。透明な樹脂塗装層としての樹脂塗料の種類には、アクリル系、エポキシ系、ビニルエーテル系、オキセタン系、不飽和ポリエステル系等の樹脂塗料を好適に用いることができ、特に硬度が高い樹脂塗料を用いるのがより好ましい。ただし、上述の樹脂塗料は一例に過ぎず、他の樹脂塗料を採用しても良い。
【００４１】
ステップＳ１０２に続いて、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が配置される弾性シート２５を形成する（ステップＳ１０３）。具体的には、予め成形された弾性シート２５の裏面のセンサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０に対向する位置には、それぞれ、予め成形された導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１を接着剤にてそれぞれ貼り付ける。この結果、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が配置される弾性シート２５が得られる。次に、弾性シート２５の表面に、上述したステップＳ１０２にて得られた凹部１７を有する操作パネル１３を、接着剤にて貼り付ける（ステップＳ１０４）。最後に、ステップＳ１０１にて用意した基板２０と重ね合わせる（ステップＳ１０５）。
【００４２】
なお、操作パネル１３、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１は、接着剤により弾性シート２５に接着することもできるし、両面テープ等の接着層を介在させる、あるいは熱融着等により接着してもよい。また、同じ材料を用いて、１ステップにより弾性シート２５、押圧子１５と中心押圧子１１とを一体成形するのが好ましい。この場合、まず、押圧子１５および中心押圧子１１の形状を形成できる成形用金型を用意する。次に、導電部材１４を配置する。さらに、弾性体材料として、例えば、シリコーンゴムを成形用金型に配置し、加熱圧縮により成形を行い硬化させ、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が一体となった弾性シート２５が得られる。これにより、製造工程を簡略化できる。
【００４３】
（他の実施の形態）
図８は、図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、別の実施の形態を有する操作パネル１３の裏側を下方より見たときの平面図である。図９は、図８の点線で示される領域Ｆの導電部材１４の裏側に配置される凹部１７を示す図面である。図１０と図１１は、図８の点線で示される領域Ｆの導電部材１４の裏側に配置される別の実施の形態を有する凹部１７を示す図面である。
【００４４】
図８および図９に示すように、キートップ部材１０を構成する弾性シート２５の裏側には、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が設けられている。導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１は、重ならないように、基板２０に配置されたセンサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０と対向してそれぞれ配置されている。操作パネル１３には、操作パネル１３の裏面から表面に向かって凹部１７が設けられている。当該凹部１７は、導電部材１４の中心と対応する位置より操作パネル１３の径方向外側寄りに操作パネル１３の底面までの深さが０．２ｍｍである頂点１９を有すると共に、導電部材１４の支持部を形成するためのライン部１６の交点１６ａは約９０度に形成されている。なお、支持部が水平面における導電部材１４の投影エリアに重なる。また、交点１６ａから放射状に下方に傾斜している（矢印Ｈ方向下り傾斜）。一方、頂点１９より操作パネル１３の径方向外側は、矢印Ｊの方向に下り急傾斜している。当該急傾斜は矢印Ｈの方向の傾斜よりも急である。さらに、それぞれのライン部１６から頂点１９に向かう谷間は、下方に傾斜している。ただし、導電部材１４を撓ませるためのライン部１６の形状は、上述の形態に限定せず、必要に応じて様々な形状に変更しても良い。例えば、図１０および図１１に示すように、ライン部１６は、操作パネル１３の中心からの同心円形状に形成しても良く、水平面における凹部１７の投影の形状は、操作パネル１３の中心から弧を描いた形状に形成しても良い。なお、弾性シート２５の厚さおよび弾性シート２５と接する導電部材１４の面積に応じて、凹部１７の大きさおよび形状を適宜に調整するのが好ましい。これにより、操作荷重軽減の効果を向上できる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態に係る入力装置１００の好適な形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に何ら限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。
【００４６】
例えば、本実施の形態では、入力装置１００の形状に関わる直径または角度等は、必要に応じて適宜変更されても良い。例えば、操作パネル１３の大きさを変化させることで、直径、角度等のパラメータは変化しうるものである。また、操作パネル１３の凹部１７、導電部材１４、押圧子１５、センサ部３０およびスイッチ部４０は、必ずしも等間隔に配置されていなくてもよい。
【００４７】
また、本実施の形態において、導電部材１４および押圧子１５を、それぞれ４箇所、合計８箇所に設け、センサ部３０およびスイッチ部４０を、それぞれ４箇所、合計８箇所に設けたが、操作パネル１３、導電部材１４、押圧子１５、センサ部３０およびスイッチ部４０の大きさ等により、合計７箇所以下でもよいし、９箇所以上でもよい。８箇所よりも少なく設ける際には、３箇所以上設けることにより、タッチパネルとして十分機能することができる。
【００４８】
また、図１２および図１３に示すように、直径がＸである円上１８に円周方向にスイッチ部４０を配置せず、センサ部３０のみを設け、直径がＸである円上１８より外側または内側の円周方向にスイッチ部４０を設けても良い。また、操作パネル１３の中心に位置する中心キートップ１２は、配置されなくても良く、また、これを１つではなく複数としても良い。また、操作パネル１３の形状および厚さ、導電部材１４の形状またはセンサ部３０の配置位置等に応じて、凹部１７の形状または位置を適宜に変更しても良い。
【００４９】
また、本実施の形態において、センサ部３０を構成する導電パターン４５は、櫛歯型の電極パターンを有するものとしているが、そのような形状に限らない。たとえば、同心円状のパターンを有するものとしてもよいし、他の形状でも良い。また、静電容量により導電性弾性体の圧縮量が測定されるようなセンサを用いても良い。また、圧縮されることにより導電率が向上するような導電性弾性体または圧縮されることにより電流抵抗値が変化するような導電性弾性体を用いることにより、その導電性弾性体に加わる圧力を測定するようなシステムにしても良い。
【００５０】
また、本実施の形態では、環状の操作パネル１３としているが、環状に限らない。例えば、環の一部分のみを用いてもよい。あるいは、円、十字、直線、三角、四角以上の多角形、曲線、あるいは楕円等、どのような形態でもよい。しかし、環状の場合には、指の動きを止めることなく、動かし続けて操作するような入力装置１００とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、各種の入力装置に利用できる。特に、電子機器の入力装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る入力装置を操作面側から見た斜視図である。
【図２】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、表側より基板を見たときの平面図である。
【図３】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、操作パネルの裏側を下方より見たときの平面図である。
【図４】図１の一点鎖線で示す領域ＡのＢ−Ｂ線の断面を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】図１の一点鎖線で示す領域ＡのＣ−Ｃ線の断面を拡大して示す拡大断面図である。
【図６】図４の点線で示される領域Ｄについて拡大した拡大断面図であり、（Ａ）は、操作パネルの押圧位置Ｅに荷重をかけていない状態を、（Ｂ）は操作パネルの押圧位置Ｅに荷重をかけた状態を、それぞれ示す図である。
【図７】本実施の形態に係る入力装置の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図８】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、別の実施の形態を有する操作パネルの裏側を下方より見たときの平面図である。
【図９】図８の点線で示される領域Ｆの導電部材の裏側に配置される凹部を示す図面である。
【図１０】図８の点線で示される領域Ｆの導電部材の裏側に配置される別の実施の形態を有する凹部を示す図面である。
【図１１】図８の点線で示される領域Ｆの導電部材の裏側に配置される別の実施の形態を有する凹部を示す図面である。
【図１２】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、別の実施の形態を有する表側より基板を見たときの平面図である。
【図１３】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、別の実施の形態を有する表側より基板を見たときの平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電子機器
１０ キートップ部材
１１ 中心押圧子
１２ 中心キートップ
１３ 操作パネル
１４ 導電部材
１５ 押圧子
１６ ライン部
１７ 凹部
１９ 頂点（最深部）
２０ 基板
２５ 弾性シート
３０ センサ部
４０ スイッチ部
４１ 固定接点
４２ 皿バネ部材
４５ 導電パターン
５０ 中心操作部
５２ 固定接点
５５ 皿バネ部材
１００ 入力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、ＰＤＡ等の電子機器に搭載される入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、オーディオ機器、携帯電話機等の操作部には、数字を入力するため、あるいは方向を指示するための入力装置が設置されている。この種の入力装置では、例えば、特許文献１等に開示されているように、「方向キー」の左右方向は、表示部画面の左右方向に対応付けられている。即ち、表示画面の左または右側を示すアイコンで代表される処理には、左右方向に並んで配置された操作キー（操作部）が割り当てられている。
【０００３】
しかしながら、多機能の電子機器であればあるほど多くの操作項目が設けられ、その各種の操作項目を確実に実現する必要がある。このため、近年の技術の進歩と伴い、タッチパネル式の入力装置が開発されている。タッチパネル式の入力装置は、タッチパネル上に軽く触れた指の動きを読み取り、当該動きを信号に変換するため、押釦スイッチと異なり、強く押圧する必要がない。
【０００４】
さらに、携帯電子機器の高機能化を実現するために、指を連続的にタッチパネルに沿って触れることで楽に画面移動等ができる入力装置が求められている。このような要求を満足するものとしては、スライドキーの内面側に配置され、スライドキーの中心軸回りにスライドキーに向って拡径する皿状の傾斜面を構成する操作板と、その操作板が搭載保持されるさら穴状の凹部を上面に有し、その凹部の皿状内周面の位置と対応して下面に断面円筒面状をなす凸部が環状に形成された弾性材よりなるシートとを具備し、スライドキーの操作により、その操作方向の傾斜面がスライドキーによって押圧され、その押圧によりシートの皿状内周面が操作板を介して押圧されて、当該凸部がその凸部の下方に配置されている感圧部材を押圧する構造とされている入力装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２の入力装置は、感圧部材を使用しているため、押圧によって操作方向および操作量を検出できる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７４４９５号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開２００３−９９１８８号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、長年、「方向キー」を有する入力装置を使用してきたユーザは、タッチパネル式の入力装置を使用する際にクリック感が得られないため、電子機器の操作に違和感を感じるという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示される入力装置の場合にも、ゴム等の弾性材よりなる押圧凸部は、押圧でその押圧凸部の下方に配置されている感圧部材に接触し、入力操作が行われる。このため、上述したタッチパネル式の入力装置と同様に、操作者に入力操作が行われる際に押圧凸部を変形させるための押圧が大きく、操作性が良くないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、押圧力を軽減できると共に操作性に優れた入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、基板と、当該基板の上方に配置されるキートップ部材とを備える入力装置であって、キートップ部材は、少なくとも、操作面を有する操作パネルと、当該操作パネルの裏面に、基板側に突出するように固定された導電性弾性体からなる導電部材とを有し、基板上には、少なくとも一部の導電部材と対向するように、センサ部が設けられ、操作パネルには、導電部材の裏側の位置に、当該操作パネルの裏面から表面に向かって窪む凹部が設けられている入力装置としている。
【００１０】
このような入力装置とすることで、多方向検出機能を備えた入力装置として機能すると共に、多方向検出を行う際に押圧力を軽減できる入力装置となる。すなわち、凹部が形成されることによって、入力装置を操作する際に、操作パネルを軽く押すと、押された部分の裏側にある１つまたは複数の導電性弾性体からなる導電部材が押し下げられて、導電部材がセンサ部を構成する導電パターンに接触する。すると、センサ部の電極間は、導電部材により導通する。さらに、強く押し下げると、導電部材は変形して操作パネルの凹部にもぐり込みながら、センサ部への接触面積を増加する。この一連の操作による得られた１つまたは複数のセンサ部の接触面積の変化に応じて生じる電圧量あるいは抵抗値の変化を入力装置のＣＰＵが測定することによって、指が押されているキーの方向と押圧力を検出することができる。凹部が形成されていない構造と比べて、操作を行うための荷重が小さくなるので、操作性をより良くすることができる。
【００１１】
また、別の発明は、上述の発明に加え、凹部は、その凹部の面内中心よりも操作パネルの径方向外側寄りに最も深い最深部を有する形状である入力装置としている。
【００１２】
入力装置を操作する際に、操作パネルの外側ほど大きな荷重がかかる。このような凹部とすることで、凹部において、その外側の荷重が大きい部分に、導電部材がもぐりこみやすい。
【００１３】
また、別の発明は、上述の発明に加え、凹部は、その中心より前記操作パネルの径方向外側寄りにその凹部の最深部を有し、その最深部から前記操作パネルの中心側の縁までの傾斜よりも、その最深部から前記操作パネルの中心と反対側の縁までの傾斜が急になる形状とする入力装置としている。
【００１４】
このため、このような凹部において、その外側の荷重が大きい部分に、導電部材がもぐりこみやすい。その結果、操作性をより良くすることができる。
【００１５】
また、別の発明では、上述の発明に加え、操作パネルは、円状若しくは環状とされ、凹部における最深部は、操作パネルの中心と同一の中心を有する第１の円の円周上に形成され、導電部材の中心は、第１の円の内側の第２の円の円周上に配置される入力装置としている。環状の操作パネルとは、操作パネルの真中に中心キートップを配置したものという。円状の操作パネルとは、操作パネルの真中に中心キートップを配置していないものという。
【００１６】
このような入力装置とすることで、タッチパネルとしての精度が良いものとなると共に、多方向検出機能を有する入力装置としても操作しやすいものとなる。
【００１７】
また、別の発明では、上述の発明に加え、導電性弾性体は、導電性ゴムである入力装置としている。このため、押圧によって効率良く多方向検出機能および確定入力機能を果たすことができる。
【００１８】
本明細書において、「キートップ部材」とは、入力装置を構成する基板の上方に配置され、中心キートップおよび操作パネルのみではなく、中心キートップおよび操作パネルの下方に形成された押圧子を含む押圧するための集合体である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、押圧力を軽減できると共に操作性に優れた入力装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る入力装置の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に説明する好適な各実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る入力装置１００を備える電子機器１を操作面側から見た斜視図である。図２は、図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、表側より基板２０を見たときの平面図である。また、図３は、図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、キートップ部材１０の裏側を下方より見たときの平面図である。
【００２２】
電子機器１には、入力装置１００に加え、押釦スイッチが設けられている。したがって、電子機器１の操作面には、押釦スイッチを構成する複数のキートップ２およびキートップ部材１０を構成する操作パネル１３が配置されている。操作パネル１３は、環状であり、環状の操作パネル１３で囲まれた内側部分には、中心キートップ１２が配置されている。
【００２３】
図２に示すように、入力装置１００を構成する基板２０には、センサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０が設けられている。中心操作部５０は固定接点５２と導電性の皿バネ部材５５とからなる。当該皿バネ部材５５は、ドーム形状とされ、固定接点５２を覆うように形成されている。また、スイッチ部４０は、固定接点４１と導電性の皿バネ部材４２とからなる。当該皿バネ部材４２は、ドーム形状とされ、固定接点４１を覆うように形成されている。センサ部３０は、櫛歯状の一対の電極が互いに接触することなく噛み合った形態を有する導電パターン４５で構成されている。センサ部３０は、中心操作部５０を中心として、直径がＸである円上１８に円周方向に所定角度毎に設けられる。例えば、所定角度を９０度の角度として円上１８の４箇所に等角度にセンサ部３０を設けても良い。また、スイッチ部４０は、同じ直径がＸである円上１８に円周方向に隣り合うセンサ部３０の間にセンサ部３０とそれぞれ重ならないように配置される。特に、中心操作部５０の中心を基準として、隣接するセンサ部３０から、円周方向に４５度の角度を為して設けるのがより好ましい。上述の位置にセンサ部３０およびスイッチ部４０を配置することにより、誤操作が生じにくく、効率良く多方向検出機能を果たす入力装置１００となる。ただし、上述した配置位置に限定せず、他の形態に配置しても良い。
【００２４】
図３に示すように、キートップ部材１０を構成する弾性シートの裏側には、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が設けられている。導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１は、重ならないように、基板２０に配置されたセンサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０と対向してそれぞれ配置されている。
【００２５】
図４は、図１の一点鎖線で示す領域ＡのＢ−Ｂ線の断面を拡大して示す拡大断面図である。図５は、図１の一点鎖線で示す領域ＡのＣ−Ｃ線の断面を拡大して示す拡大断面図である。
【００２６】
図４に示すように、中心キートップ１２および操作パネル１３の裏側には、弾性シート２５が貼り付けられている。また、弾性シート２５の裏面であって、中心キートップ１２に対応する位置には、中心押圧子１１が形成されている。操作パネル１３には、操作パネル１３の裏面から表面に向かって凹部１７が設けられている。当該凹部１７は、その中心より外側寄りに最深部（以下、「頂点」という）１９を有し、その頂点１９から操作パネル１３の中心側の縁までの傾斜よりも、その頂点１９から操作パネル１３の中心と反対側の縁までの傾斜が急になる略円錐状を有する。ただし、凹部１７の形状は、上述の形態に限定せず、必要に応じて様々な形状に変更しても良い。例えば、頂点１９を凹部１７の開口底面の中心上方にしても良い。また、水平面における凹部１７の投影の面積は、弾性シート２５と接する導電部材１４の面積より大きい方が好ましい。なお、弾性シート２５の厚さおよび弾性シート２５と接する導電部材１４の面積に応じて、凹部１７の大きさを適宜に調整すると良い。これにより、操作荷重軽減の効果を向上できる。また、凹部１７の最も操作パネル１３の中心側の縁部は、導電部材１４の内側の縁部と一致し、もしくは導電部材１４の内側の縁部が凹部１７の最も操作パネル１３の中心側の縁部より内側に位置するのが好ましい。このため、凹部１７の頂点１９の真下近傍の弾性シート２５が主として凹部１７に入り込むように変形する。その結果、凹部１７全域の下方にある弾性シート２５全体が変形せず、安定した電気的変化が得やすくなる。
【００２７】
また、弾性シート２５に対向して、基板２０が設けられている。基板２０の弾性シート２５に対向する面には、センサ部３０および中心操作部５０が設けられている。センサ部３０は、櫛歯状の一対の電極が互いに接触することなく噛み合った形態を有する導電パターン４５で構成されている。また、中心操作部５０は、固定接点５２と導電性の皿バネ部材５５とからなり、当該導電性の皿バネ部材５５は、ドーム形状とされ、固定接点５２を覆うように形成されている。また、センサ部３０と、凹部１７の直下にある導電部材１４とは、弾性シート２５を挟んで対向して設けられている。中心押圧子１１と中心操作部５０とは、対向して設けられている。
【００２８】
また、図５に示すように、基板２０の弾性シート２５に対向する面には、スイッチ部４０が設けられている。スイッチ部４０は、固定接点４１と導電性の皿バネ部材４２とからなる。当該皿バネ部材４２は、ドーム形状とされ、固定接点４１を覆うように形成されている。また、操作パネル１３のスイッチ部４０と対向する部分の裏面に、図４に示すような操作パネル１３の形態と異なり、凹部１７が設けられていない。また、押圧子１５とスイッチ部４０とは、対向して設けられている。
【００２９】
中心キートップ１２は、樹脂、金属あるいはそれらのコンポジット等からなる部材であり、単一成形体であるか複数の層から成る成形体であるかを問わない。複数の層から成る中心キートップ１２を採用する場合、中心キートップ１２は、表面が樹脂シートで被覆されている部材が好ましく、被覆領域が一部であっても全部であっても良い。中心キートップ１２の材料には、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエステル樹脂あるいはポリアミド樹脂等の各樹脂を使用できるが、特に好ましい樹脂は、ポリカーボネート樹脂あるいはアクリル樹脂である。
【００３０】
本実施の形態において、操作パネル１３としては、例えば、厚さが約１ｍｍ、外周円の直径が約２０ｍｍ、内周円の直径が約７ｍｍの環状パネルを好適に用いることができる。また、操作パネル１３に指を沿わせて環状になぞることを容易にする目的で、例えば、約０．２ｍｍ間隔で同心円状の溝を形成しても良い。また、操作パネル１３の位置が指触にてわかるように、操作パネル１３の外周部分の厚さを外周以外の部分よりも厚くすることで、円輪状の縁を形成しても良い。操作パネル１３は、上述の中心キートップ１２と同じ樹脂材料またはゴム状弾性体からなる部材である。具体的なゴム状弾性体の材料としては、熱硬化性エラストマー又は熱可塑性エラストマーにて形成される。熱硬化性エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴムの他、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム等が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、エステル系、ウレタン系、オレフィン系、アミド系、ブタジエン系、エチレン−酢酸ビニル系、フッ素ゴム系、イソプレン系、塩素化ポリエチレン系等のものが採用できる。この中でも、耐環境性、加工性および柔軟性等を考慮すると、特にシリコーンゴムが好ましい。ただし、上述のゴム状弾性体は一例に過ぎず、他のゴム状弾性体を採用しても良い。なお、二種類以上のゴム状弾性体の混合物を採用しても良い。
【００３１】
弾性シート２５は、中心キートップ１２、操作パネル１３および導電部材１４を所定の位置に固定している。具体的には、弾性シート２５は、中心キートップ１２、操作パネル１３および導電部材１４の裏面部分に設けられた接着層（図示せず）を介して接着されている。弾性シート２５の材料としては、上方から押した際に変形することのできる柔らかい材料が好ましい。具体的には、厚さが１０〜２００μｍであり、かつショアーＡ硬度が２０〜９０である弾性シート２５が特に好適である。そのような弾性シート２５として、例えば、ウレタン樹脂、熱可塑性エラストマー、シリコーンゴムあるいは天然ゴム等から成るシートが挙げられる。さらに、弾性シート２５は、加飾されていてもよい。また、弾性シート２５は、光透過率が高いものとしても良い。光透過率が高い弾性シート２５を採用した場合には、弾性シート２５の裏側より照光することにより、中心キートップ１２および操作パネル１３の外周を照光できるため、暗所でも中心キートップ１２および操作パネル１３の位置がわかりやすくなる。
【００３２】
本実施の形態において、中心操作部５０に含まれる固定接点５２は、基板２０の上に設けられた導電部分である。具体的には、絶縁性のある樹脂を含浸した基板上に、銅箔等の導電体にて形成される。また、本実施形態における導電性の皿バネ部材５５としては、金属製の皿バネ部材５５を好適に用いることができる。しかし、導電性の皿バネ部材５５は、金属製に限らず、導電性樹脂等により形成されていても良い。なお、導電性の皿バネ部材５５を金属製とする場合には、クリック感がさらに良く、良好な操作感覚を得ることができる。
【００３３】
また、入力装置１００を構成する導電部材１４に用いられる導電性弾性体としては、操作パネル１３の表面に指が触れることにより容易に変形するような弾性体であって、例えば、導電性フィラーであるカーボンブラック等を分散させたゴム若しくはエラストマーが好ましい。
【００３４】
次に、入力装置１００の使用方法とその作用について説明する。
【００３５】
図６は、図４の点線で示される領域Ｄについて拡大した拡大断面図であり、（Ａ）は、操作パネル１３の押圧位置Ｅに荷重をかけていない状態を、（Ｂ）は操作パネル１３の押圧位置Ｅに荷重をかけた状態を、それぞれ示す。
【００３６】
図６（Ａ）に示す状態から、目的とする入力装置１００の操作パネル１３の押圧位置Ｅに指を置き圧力を軽く加えると、押された部分の裏側にある１つまたは複数の導電性弾性体からなる導電部材１４が押し下げられて、導電部材１４がセンサ部３０を構成する導電パターン４５に接触する。すると、センサ部３０の電極間は、導電部材１４により短絡する。さらに、強く押し下げると、導電部材１４は、図６（Ｂ）に示すように、弾性シート２５と共に、大きく変形して操作パネル１３の凹部１７にもぐり込みながら、センサ部３０への接触面積が増加する。入力装置１００を操作する際に、操作パネル１３の外側に触れて操作する傾向がある。凹部１７は、その中心より外側寄りに頂点１９を有し、その頂点１９から操作パネル１３の中心側の縁までの傾斜よりも、その頂点１９から操作パネル１３の中心と反対側の縁までの傾斜が急になる形状を有する。このため、凹部１７において、その外側の荷重が大きい部分に、導電部材１４と弾性シート２５がもぐりこみやすく、操作性をより良くすることができる。また、導電パターン４５の接触面積の変化に応じて生じる電圧あるいは抵抗値の変化を装置内部の中央処理装置（図示せず）が検知することにより、入力装置１００は、指が触れているキーの方向と押圧力を把握することができる。この一連の操作により得られた１つまたは複数のセンサ部３０の接触面積の変化に応じて生じる電圧あるいは抵抗値の変化を入力装置１００内部の中央処理装置（図示せず）が測定することによって、入力装置１００は、指が触れているキーの方向と押圧力を把握することができる。すなわち、操作パネル１３に指を沿わせて環状になぞることでその軌跡を容易に検知できる。その結果、指が周回することにより、電子機器１の操作面をスクロールさせることが可能となり、また、操作面内のカーソルを多方向キーとして動かすことも可能となる。一方、図５に示すように、本実施形態におけるスイッチ部４０は、押圧子１５と組み合わせて４方向キーとして使われている。押圧子１５で導電性の皿バネ部材４２を押圧することにより、皿バネ部材４２が座屈し、明確なクリック感触が操作者に伝わると共に、皿バネ部材４２が固定接点４１に接触し、固定接点４１の電極間を皿バネ部材４２による導通させることで、ボタンが押されたことが認識される。その結果、全ての動作方法を操作モードに応じてソフトで制御すれば、入力装置１００を構成するセンサ部３０およびスイッチ部４０を用途に応じて使い分けることによって、多彩な操作が可能となる。
【００３７】
以上に説明したように、入力装置１００では、接触した軌跡で効率良く多方向検出機能を実現すると共に、凹部１７が形成されていることにより、押圧力が小さく操作しやすい。
【００３８】
次に、入力装置１００の製造方法について説明する。図７は、入力装置１００の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【００３９】
まず、センサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０が配置された基板２０を形成する（ステップＳ１０１）。この実施の形態では、センサ部３０は、櫛歯状の一対の電極が互いに接触することなく噛み合った状態を有する導電パターン４５で構成されている。基板２０上に導電パターン４５を配置したことによって、センサ部３０が形成される。また、スイッチ部４０は、固定接点４１と導電性の皿バネ部材４２とからなり、当該皿バネ部材４２は、ドーム形状とされ、固定接点４１を覆うように形成されている。また、中心操作部５０は、固定接点５２と導電性の皿バネ部材５５とからなり、基板２０上に固定接点５２を配置した後、当該ドーム形状の導電性の皿バネ部材５５は、固定接点５２を覆うように形成されている。基板２０としては、所定の配線パターンが形成されたプリント基板を好適に用いることができる。導電性の皿バネ部材５５の配置方法としては、例えば、導電性の皿バネ部材４２，５５を粘着シートの粘着面に配置したものを基板２０に貼り付けることにより、導電性の皿バネ部材４２，５５が固定される。
【００４０】
ステップＳ１０１に続いて、凹部１７を有する操作パネル１３を形成する（ステップＳ１０２）。この実施の形態では、凹部１７の形成工程は、成型用金型を用いて、凹部１７を有する操作パネル１３をインジェクション成形法により製造するのが好ましいが、特に限定されず、インジェクション成形法の他、例えば、予め成形された操作パネルを切削することによって、凹部１７を形成しても良い。また、水平面における凹部１７の投影の面積は、弾性シート２５と接する導電部材１４の面積より大きい方が好ましい。なお、弾性シート２５の厚さおよび弾性シート２５と接する導電部材１４の面積に応じて、凹部１７の大きさを適宜に調整しても良い。例えば、弾性シート２５の厚さを０．２ｍｍとした場合、水平面における凹部１７の円形投影の直径は、直径が３ｍｍである導電部材１４より０．２ｍｍ大きく、３．２ｍｍとする。これにより、操作荷重軽減の効果が向上できる。円形投影の直径は、４．２ｍｍ以下とするのが特に好ましい。４．２ｍｍ以下とすると、導電部材１４に十分な荷重をかけることができ、より効果的に、操作時の自然な荷重の変化を信号に変換することができる。また、凹部１７の深さは、導電部材１４の高さより小さいのが好ましい。これにより、全ての導電部材１４が凹部１７に入り込まず、導電部材１４は、センサ部３０に確実に接触することができ、良好な操作を得ることができる。また、レーザーエッチングまたはヘアライン等の加工方法により、操作パネル１７の表面に機能を示す識別部を形成しても良い。また、操作パネル１７の表面に、塗布（スプレー）または塗装等の方法によって、透明な樹脂塗装層が付着されても良い。透明な樹脂塗装層としての樹脂塗料の種類には、アクリル系、エポキシ系、ビニルエーテル系、オキセタン系、不飽和ポリエステル系等の樹脂塗料を好適に用いることができ、特に硬度が高い樹脂塗料を用いるのがより好ましい。ただし、上述の樹脂塗料は一例に過ぎず、他の樹脂塗料を採用しても良い。
【００４１】
ステップＳ１０２に続いて、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が配置される弾性シート２５を形成する（ステップＳ１０３）。具体的には、予め成形された弾性シート２５の裏面のセンサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０に対向する位置には、それぞれ、予め成形された導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１を接着剤にてそれぞれ貼り付ける。この結果、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が配置される弾性シート２５が得られる。次に、弾性シート２５の表面に、上述したステップＳ１０２にて得られた凹部１７を有する操作パネル１３を、接着剤にて貼り付ける（ステップＳ１０４）。最後に、ステップＳ１０１にて用意した基板２０と重ね合わせる（ステップＳ１０５）。
【００４２】
なお、操作パネル１３、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１は、接着剤により弾性シート２５に接着することもできるし、両面テープ等の接着層を介在させる、あるいは熱融着等により接着してもよい。また、同じ材料を用いて、１ステップにより弾性シート２５、押圧子１５と中心押圧子１１とを一体成形するのが好ましい。この場合、まず、押圧子１５および中心押圧子１１の形状を形成できる成形用金型を用意する。次に、導電部材１４を配置する。さらに、弾性体材料として、例えば、シリコーンゴムを成形用金型に配置し、加熱圧縮により成形を行い硬化させ、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が一体となった弾性シート２５が得られる。これにより、製造工程を簡略化できる。
【００４３】
（他の実施の形態）
図８は、図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、別の実施の形態を有する操作パネル１３の裏側を下方より見たときの平面図である。図９は、図８の点線で示される領域Ｆの導電部材１４の裏側に配置される凹部１７を示す図面である。図１０と図１１は、図８の点線で示される領域Ｆの導電部材１４の裏側に配置される別の実施の形態を有する凹部１７を示す図面である。
【００４４】
図８および図９に示すように、キートップ部材１０を構成する弾性シート２５の裏側には、導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１が設けられている。導電部材１４、押圧子１５および中心押圧子１１は、重ならないように、基板２０に配置されたセンサ部３０、スイッチ部４０および中心操作部５０と対向してそれぞれ配置されている。操作パネル１３には、操作パネル１３の裏面から表面に向かって凹部１７が設けられている。当該凹部１７は、導電部材１４の中心と対応する位置より操作パネル１３の径方向外側寄りに操作パネル１３の底面までの深さが０．２ｍｍである頂点１９を有すると共に、導電部材１４の支持部を形成するためのライン部１６の交点１６ａは約９０度に形成されている。なお、支持部が水平面における導電部材１４の投影エリアに重なる。また、交点１６ａから放射状に下方に傾斜している（矢印Ｈ方向下り傾斜）。一方、頂点１９より操作パネル１３の径方向外側は、矢印Ｊの方向に下り急傾斜している。当該急傾斜は矢印Ｈの方向の傾斜よりも急である。さらに、それぞれのライン部１６から頂点１９に向かう谷間は、下方に傾斜している。ただし、導電部材１４を撓ませるためのライン部１６の形状は、上述の形態に限定せず、必要に応じて様々な形状に変更しても良い。例えば、図１０および図１１に示すように、ライン部１６は、操作パネル１３の中心からの同心円形状に形成しても良く、水平面における凹部１７の投影の形状は、操作パネル１３の中心から弧を描いた形状に形成しても良い。なお、弾性シート２５の厚さおよび弾性シート２５と接する導電部材１４の面積に応じて、凹部１７の大きさおよび形状を適宜に調整するのが好ましい。これにより、操作荷重軽減の効果を向上できる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態に係る入力装置１００の好適な形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に何ら限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。
【００４６】
例えば、本実施の形態では、入力装置１００の形状に関わる直径または角度等は、必要に応じて適宜変更されても良い。例えば、操作パネル１３の大きさを変化させることで、直径、角度等のパラメータは変化しうるものである。また、操作パネル１３の凹部１７、導電部材１４、押圧子１５、センサ部３０およびスイッチ部４０は、必ずしも等間隔に配置されていなくてもよい。
【００４７】
また、本実施の形態において、導電部材１４および押圧子１５を、それぞれ４箇所、合計８箇所に設け、センサ部３０およびスイッチ部４０を、それぞれ４箇所、合計８箇所に設けたが、操作パネル１３、導電部材１４、押圧子１５、センサ部３０およびスイッチ部４０の大きさ等により、合計７箇所以下でもよいし、９箇所以上でもよい。８箇所よりも少なく設ける際には、３箇所以上設けることにより、タッチパネルとして十分機能することができる。
【００４８】
また、図１２および図１３に示すように、直径がＸである円上１８に円周方向にスイッチ部４０を配置せず、センサ部３０のみを設け、直径がＸである円上１８より外側または内側の円周方向にスイッチ部４０を設けても良い。また、操作パネル１３の中心に位置する中心キートップ１２は、配置されなくても良く、また、これを１つではなく複数としても良い。また、操作パネル１３の形状および厚さ、導電部材１４の形状またはセンサ部３０の配置位置等に応じて、凹部１７の形状または位置を適宜に変更しても良い。
【００４９】
また、本実施の形態において、センサ部３０を構成する導電パターン４５は、櫛歯型の電極パターンを有するものとしているが、そのような形状に限らない。たとえば、同心円状のパターンを有するものとしてもよいし、他の形状でも良い。また、静電容量により導電性弾性体の圧縮量が測定されるようなセンサを用いても良い。また、圧縮されることにより導電率が向上するような導電性弾性体または圧縮されることにより電流抵抗値が変化するような導電性弾性体を用いることにより、その導電性弾性体に加わる圧力を測定するようなシステムにしても良い。
【００５０】
また、本実施の形態では、環状の操作パネル１３としているが、環状に限らない。例えば、環の一部分のみを用いてもよい。あるいは、円、十字、直線、三角、四角以上の多角形、曲線、あるいは楕円等、どのような形態でもよい。しかし、環状の場合には、指の動きを止めることなく、動かし続けて操作するような入力装置１００とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、各種の入力装置に利用できる。特に、電子機器の入力装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る入力装置を操作面側から見た斜視図である。
【図２】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、表側より基板を見たときの平面図である。
【図３】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、操作パネルの裏側を下方より見たときの平面図である。
【図４】図１の一点鎖線で示す領域ＡのＢ−Ｂ線の断面を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】図１の一点鎖線で示す領域ＡのＣ−Ｃ線の断面を拡大して示す拡大断面図である。
【図６】図４の点線で示される領域Ｄについて拡大した拡大断面図であり、（Ａ）は、操作パネルの押圧位置Ｅに荷重をかけていない状態を、（Ｂ）は操作パネルの押圧位置Ｅに荷重をかけた状態を、それぞれ示す図である。
【図７】本実施の形態に係る入力装置の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図８】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、別の実施の形態を有する操作パネルの裏側を下方より見たときの平面図である。
【図９】図８の点線で示される領域Ｆの導電部材の裏側に配置される凹部を示す図面である。
【図１０】図８の点線で示される領域Ｆの導電部材の裏側に配置される別の実施の形態を有する凹部を示す図面である。
【図１１】図８の点線で示される領域Ｆの導電部材の裏側に配置される別の実施の形態を有する凹部を示す図面である。
【図１２】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、別の実施の形態を有する表側より基板を見たときの平面図である。
【図１３】図１の一点鎖線で示される領域Ａについて、別の実施の形態を有する表側より基板を見たときの平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電子機器
１０ キートップ部材
１１ 中心押圧子
１２ 中心キートップ
１３ 操作パネル
１４ 導電部材
１５ 押圧子
１６ ライン部
１７ 凹部
１９ 頂点（最深部）
２０ 基板
２５ 弾性シート
３０ センサ部
４０ スイッチ部
４１ 固定接点
４２ 皿バネ部材
４５ 導電パターン
５０ 中心操作部
５２ 固定接点
５５ 皿バネ部材
１００ 入力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、当該基板の上方に配置されるキートップ部材とを備える入力装置であって、
上記キートップ部材は、少なくとも、操作面を有する操作パネルと、当該操作パネルの裏面に、基板側に突出するように固定された導電性弾性体からなる導電部材とを有し、
上記基板上には、少なくとも一部の上記導電部材と対向するように、センサ部が設けられ、
上記操作パネルには、上記導電部材の裏側の位置に、当該操作パネルの裏面から表面に向かって窪む凹部が設けられていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記凹部は、その凹部の面内中心よりも前記操作パネルの径方向外側寄りに最も深い最深部を有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記凹部は、その中心より前記操作パネルの径方向外側寄りにその凹部の最深部を有し、その最深部から前記操作パネルの中心側の縁までの傾斜よりも、その最深部から前記操作パネルの中心と反対側の縁までの傾斜が急になる形状とすることを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記操作パネルは、円状若しくは環状とされ、
前記凹部における前記最深部は、前記操作パネルの中心と同一の中心を有する第１の円の円周上に形成され、
前記導電部材の中心は、上記第１の円の内側の第２の円の円周上に配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の入力装置。
【請求項５】
前記導電性弾性体は、導電性ゴムであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項１】
基板と、当該基板の上方に配置されるキートップ部材とを備える入力装置であって、
上記キートップ部材は、少なくとも、操作面を有する操作パネルと、当該操作パネルの裏面に、基板側に突出するように固定された導電性弾性体からなる導電部材とを有し、
上記基板上には、少なくとも一部の上記導電部材と対向するように、センサ部が設けられ、
上記操作パネルには、上記導電部材の裏側の位置に、当該操作パネルの裏面から表面に向かって窪む凹部が設けられていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記凹部は、その凹部の面内中心よりも前記操作パネルの径方向外側寄りに最も深い最深部を有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記凹部は、その中心より前記操作パネルの径方向外側寄りにその凹部の最深部を有し、その最深部から前記操作パネルの中心側の縁までの傾斜よりも、その最深部から前記操作パネルの中心と反対側の縁までの傾斜が急になる形状とすることを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記操作パネルは、円状若しくは環状とされ、
前記凹部における前記最深部は、前記操作パネルの中心と同一の中心を有する第１の円の円周上に形成され、
前記導電部材の中心は、上記第１の円の内側の第２の円の円周上に配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の入力装置。
【請求項５】
前記導電性弾性体は、導電性ゴムであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の入力装置。
【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２０１０−５００３０（Ｐ２０１０−５００３０Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１５３０６（Ｐ２００８−２１５３０６）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【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２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【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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