入力装置
【課題】薄型で且つ組み付け時の作業性のよい入力装置を提供すること。
【解決手段】入力体が近接したことを検知して前記入力体による入力操作を検出する入力装置であって、板状の金属フレーム１５と、金属フレーム１５の厚さ方向に重ねて設けられ、薄板状あるいは膜状の誘電体層４、誘電体層４の厚さ方向の両面のうち金属フレーム１５から遠い側の面上に配置された第一電極７、および誘電体層４の両面のうち金属フレーム１５に近い側の面上に配置された第二電極９を有する層状のセンサーシート３と、第一電極７および第二電極９に電気的に接続され、入力体１００とセンサーシート３との間の静電容量の変化を検出するための駆動信号を第二電極９へ出力し、第二電極９へ出力された駆動信号を第一電極７を通じて受信する検出回路２４と、を備える。
【解決手段】入力体が近接したことを検知して前記入力体による入力操作を検出する入力装置であって、板状の金属フレーム１５と、金属フレーム１５の厚さ方向に重ねて設けられ、薄板状あるいは膜状の誘電体層４、誘電体層４の厚さ方向の両面のうち金属フレーム１５から遠い側の面上に配置された第一電極７、および誘電体層４の両面のうち金属フレーム１５に近い側の面上に配置された第二電極９を有する層状のセンサーシート３と、第一電極７および第二電極９に電気的に接続され、入力体１００とセンサーシート３との間の静電容量の変化を検出するための駆動信号を第二電極９へ出力し、第二電極９へ出力された駆動信号を第一電極７を通じて受信する検出回路２４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）などの電子機器に対して入力操作をするための入力装置として、平面上に並べて設けられた複数の押釦スイッチと、押釦スイッチが並べられた平面上に検出領域を有する位置入力装置とを備える入力装置が知られている。
【０００３】
このような入力装置の例として、たとえば特許文献１には、文字、図形または記号などが印刷または転写された複数の表示部が形成された表示シートと、表示シートの各表示部に対向して設けられた複数の接点電極と、接点電極と表示シートとの間に設けられ、表示シートが押されたときに接点電極に接触する反転部材と、入力操作を行うための入力体（操作体）と反転部材との間の静電容量の変化を検出して入力体の位置を検出する位置検出手段とが設けられた入力装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の入力装置では、表示シートと反転部材と接点電極とによって押釦スイッチが構成されており、表示シートと反転部材と位置検出手段とによって位置入力装置が構成されている。特許文献１に記載の入力装置において、表示シートは、押釦スイッチを操作するための操作面となっており、且つ、位置入力装置を操作するための操作面となっている。これにより、特許文献１に記載の入力装置は、押釦スイッチによる入力操作と、位置検出手段による入力操作との両方を表示シート上の操作面上で行うことができ、操作性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３４７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の入力装置を薄型とするためには、入力装置を、フィルム等の薄い素材の積層体として構成することが考えられる。しかしながら、入力装置をこのような積層体とした場合には、入力装置が折れ曲がりやすく、電子機器に入力装置を組み付けるための作業性が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、薄型で且つ組み付け時の作業性のよい入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の入力装置は、入力体が近接したことを検知して前記入力体による入力操作を検出する入力装置であって、金属板と、前記金属板の厚さ方向に重ねて設けられ、薄板状あるいは膜状の誘電体層、前記誘電体層の厚さ方向の両面のうち前記金属板から遠い側の面上に配置された第一電極、および前記両面のうち前記金属板に近い側の面上に配置された第二電極を有する層状のセンサーシートと、前記第一電極および前記第二電極に電気的に接続され、前記入力体と前記センサーシートとの間の静電容量の変化を検出するための駆動信号を前記第二電極へ出力し、前記第二電極へ出力された前記駆動信号を前記第一電極を通じて受信する検出回路と、を備えることを特徴とする入力装置である。
【０００９】
また、本発明の入力装置は、前記入力体によって押下されたことを検知して前記入力体による入力操作を検出するために前記センサーシートとともに積層された層状の押下入力部をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
また、前記押下入力部は、前記センサーシートの厚さ方向の最外面のうち前記金属板から遠い側の面上に設けられたキートップと、前記キートップと対向して配置された接点電極部を有し、前記金属板を間に挟んで前記キートップと反対側に設けられた接点基板と、を有し、前記金属板には、前記金属板をその厚さ方向から見たときに前記キートップと重なる領域内に、前記金属板を厚さ方向に貫通する孔が形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記押下入力部は、前記キートップにかかる押圧力を前記接点基板へ伝えるための押し子シートをさらに備え、前記押し子シートは、前記金属板の面方向と平行に配置されたシート本体と、前記シート本体の厚さ方向の一方の面から突出し、前記金属板の孔に挿通された押し子と、を有することが好ましい。
【００１２】
また、前記誘電体層は、薄板状あるいは膜状に形成された低弾性誘電体層と、前記低弾性誘電体層の厚さ方向の両面に形成され、可撓性を有し且つ面方向への伸び率が前記低弾性誘電体層の伸び率よりも小さい材質からなる基材層と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の入力装置によれば、入力体とセンサーシートとの間の静電容量の変化を検出することができるとともに入力装置を金属板によって補強することができるので、薄型で且つ組み付け時の作業性のよい入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の入力装置の平面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】同入力装置におけるセンサーシートの構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は裏面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図４】同入力装置における押し子シートの構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は裏面図である。
【図５】同入力装置における金属フレームの構成を示す平面図である。
【図６】図１のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図７】同入力装置における接点基板の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は接点基板に設けられたメタルドームの動作を説明するための動作説明図である。
【図８】同入力装置の作用を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の第１実施形態の入力装置１について説明する。
図１は、本実施形態の入力装置１の平面図である。図２は、図１のＡ矢視図である。
図１に示すように、入力装置１は、平面視で略矩形形状の板状に形成されており、周縁部から外側に向かって一部が矩形状に突出している。
図２に示すように、入力装置１は、キートップ２、センサーシート３、押し子シート１２、金属フレーム（金属板）１５、および接点基板１６がこの順に重ねられた積層体と、センサーシート３および接点基板１６に接続された検出回路２４（図１参照）とを備える。以下、キートップ２が設けられている方を上、接点基板１６が設けられている方を下として説明を行う。
【００１６】
キートップ２は、入力装置１の厚さ方向の最上層に設けられており、センサーシート３の上面に粘着材によって固定されている。図１に示すように、キートップ２は入力装置１の厚さ方向から見たときに格子状に並べて配置されている。本実施形態では、キートップ２は３行３列の格子状に計９個並べて設けられている。図２に示すように、入力装置１の厚さ方向におけるキートップ２の位置は、センサーシート３の厚さ方向の両面のうち金属フレーム１５から遠い側の面上とされている。
【００１７】
なお、キートップ２は、必ずしも格子状に配列されている必要はない。また、キートップ２の配列は３行３列に限られるものではなく、キートップ２の数も９個には限られない。キートップ２は、ＱＷＥＲＴＹ配列や、テンキー配列などの配列とすることもでき、キートップ２の上面には、キートップ２が押されたときに送出されるキーコードに対応する文字、図形、記号、あるいは制御コードなどが印刷または転写されていてもよい。さらに、キートップ２は、厚さ方向に光を透過するようになっていても良く、この場合には、キートップ２を下から上へ透過する光によってキートップ２の上面を照光することができる。
【００１８】
図３は、入力装置１におけるセンサーシート３の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は裏面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。なお、図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、センサーシート３に形成された被覆層１１の図示を省略している。
図２に示すように、センサーシート３は、入力装置１の厚さ方向においてキートップ２と金属フレーム１５との間に位置しており、キートップ２と押し子シート１２とによって挟まれている。
図３（Ｃ）に示すように、センサーシート３は、薄板状あるいは膜状の誘電体層４と、誘電体層４の上面に配置された第一電極７と、誘電体層４の下面に配置された第二電極９とを備える。さらに、第一電極７および第二電極９は、絶縁性を有する被覆層１１によって被覆されている。本実施形態では、誘電体層４の上面に第一電極７が設けられ、誘電体層４の下面に第二電極９が設けられていることにより、第一電極７と第二電極９とは、入力装置１の厚さ方向における金属フレーム１５からの距離が異なる。すなわち、第一電極７は、金属フレーム１５からの距離が第二電極９よりも遠い位置に配置されている。
【００１９】
誘電体層４は、低弾性誘電体層５と、入力装置１の厚さ方向における低弾性誘電体層５の両面に形成された基材層６とを有する層状部材である。誘電体層４は、平面視で略矩形形状であり、外周の一部には、外側へ矩形形状に突出した突出部４ａが形成されている。
低弾性誘電体層５は、誘電材料からなる薄板状あるいは膜状の部材である。低弾性誘電体層５は、柔軟性が高く、且つ誘電率の高い材料からなることが好ましい。たとえば、低弾性誘電体層５の材料としては、アクリル系の粘着材を採用することができる。アクリル系の粘着材は、たとえば粘着層のみからなる両面テープや、ポリエチレンテレフタレートなどのフィルムを有する多層構造の両面テープなどである。また、低弾性誘電体層５の材料として、シリコーンゲル、およびウレタンゲルなどを適宜採用することもできる。
【００２０】
基材層６は、可撓性を有する薄板状、フィルム状あるいは膜状の絶縁性部材である。基材層６は、低弾性誘電体層５と基材層６とのそれぞれの面方向に同じ大きさの引っ張り力をかけたときにおける面方向への伸び率が、低弾性誘電体層５の伸び率よりも小さい材質からなる。基材層６は、低弾性誘電体層５の上面に設けられた基材層６Ａと、低弾性誘電体層５の下面に設けられた基材層６Ｂとからなる。基材層６の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミドや、これらの他のプラスチックフィルムを適宜採用することができる。
柔軟性が高い低弾性誘電体層５に基材層６が形成されているので、低弾性誘電体層５と基材層６とからなる層状の構造体は、厚さ方向への可撓性を有しつつ、面方向への伸びが抑制されている。さらに、低弾性誘電体層５の厚さ方向への可撓性が高いので、低弾性誘電体層５を厚く形成した場合にも、押圧時のクリック感への影響を抑えることができる。
【００２１】
第一電極７は、基材層６Ａの上面に設けられている。すなわち、第一電極７は、誘電体層４の両面のうち金属フレーム１５から遠い側の基材層６Ａの面上に配置されている。
図３（Ａ）に示すように、第一電極７は、基材層６Ａの上面において一方向に延ばして互いに平行に揃えて複数形成されている。第一電極７は５個（第一電極７−１〜７−５）形成されており、各第一電極７は、第一電極７の厚さ方向から見たときの輪郭形状が正方形状でその対角の頂点が互いに電気的に接続された複数の第一電極要素７ａを有する。本実施形態では、第一電極要素７ａは各第一電極７あたり７個設けられている。各第一電極要素７ａは、各第一電極７において一列に並べて配置されている。互いに隣り合う第一電極７は、第一電極要素７ａの頂点が隙間を空けて隣接するように配置されている。このため、各第一電極７の間には、略正方形状の隙間が空けられている。各第一電極７の間の略正方形状の隙間の大きさは、後述する第一電極要素７ａを第一電極要素７ａの厚さ方向から見たときの輪郭よりも大きい。
第一電極７の材質は、光透過性を有する導電性材料である。たとえば、第一電極７の材料として、ポリチオフェン系導電性高分子塗料である信越ポリマー製SEPLEGYDA（登録商標）や、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを採用することができる。
【００２２】
各第一電極７には、検出回路２４と各第一電極７とを電気的に接続するための第一配線８がそれぞれ接続されている。第一配線８は、基材層６Ａの上面に設けられており、第一電極７と接続された導体パターンからなる配線である。第一配線８の一端は各第一電極７に接続され、第一配線８の他端は複数の第一電極７の外側領域を通って突出部４ａの突出端まで延びている。突出部４ａの突出端では、第一配線８の他端はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）やフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）用のコネクタにおける接点端子のピッチに合わせて等間隔に整列して配置されている。
入力装置１を小型化するために、第一配線８の線幅はより細い方が好ましい。本実施形態では、第一配線８の材質は、第一配線８の線幅が細い場合にも抵抗値が十分に低い材質とされている。第一配線８を形成するための材料としては、金属材料や、金属材料を含有する導電性インクなどを採用することができる。たとえば第一配線８を金属材料によって形成する場合には、銅、金、銀、アルミニウムなどを採用することができる。本実施形態では、第一配線８は銀ペーストを材料として形成されている。
【００２３】
図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、第二電極９は、基材層６Ｂの下面に、各第一電極７が延びる方向に交差する一方向に平行に揃えて複数形成されている。第二電極９は６個（第二電極９−１〜９−６）形成されており、各第二電極９は、第二電極９の厚さ方向から見たときの輪郭形状が正方形状でその対角の頂点が互いに電気的に接続された複数の第二電極要素９ａを有する。第二電極要素９ａは各第二電極９において一列に並べて配置されている。本実施形態では、第二電極要素９ａは各第二電極９あたり６個設けられている。また、互いに隣り合う第二電極９は、第二電極要素９ａの頂点が隙間を空けて隣接するように配置されており、隣り合う第二電極９の間には略正方形状の隙間が空けられている。各第二電極９の間の略正方形状の隙間の大きさは、上述の第一電極要素７ａをその厚さ方向から見たときの輪郭より大きい。
第二電極９の材質は、第一電極７の材質と同様に光透過性を有する導電性材料から適宜選択することができる。
第一電極７と第二電極９とは、センサーシート３の厚さ方向から見たときに、各第一電極７の間に空けられた正方形状の隙間の中に第二電極９の第二電極要素９ａが納まるようになっている。
【００２４】
各第二電極９には、検出回路２４と各第二電極９とを電気的に接続するための第二配線１０がそれぞれ接続されている。第二配線１０は、基材層６Ｂの下面に設けられており、第二電極９に接続された導体パターンからなる配線である。第二配線１０の一端は各第二電極９に接続され、第二配線１０の他端は複数の第二電極９の外側領域を通って突出部４ａの突出端まで延びている。第二配線１０は、突出部４ａにおいては誘電体層４を挟んで第一配線８の反対側に配置されている。突出部４ａの突出端において、第二配線１０の他端は第一配線８の他端と同様に互いに等間隔に整列して配置されている。突出部４ａの突出端における第二配線１０のピッチは突出端における第一配線８のピッチと等しくても構わない。
第二配線１０の材質は、第一配線８と同様に、金属材料や、金属材料を含有する導電性インクなどを採用することができる。
【００２５】
被覆層１１は、第一電極７、第一配線８、第二電極９、および第二配線１０が外部に露出しないように被覆するためのものである。被覆層１１は、樹脂からなる薄膜や、液状の樹脂を硬化させた層、あるいは絶縁性の塗料からなる塗膜などによって構成することができる。
なお、被覆層１１は、入力装置１の厚さ方向から見たときにキートップ２と重なる領域内のみが光透過性の材料によって構成され、被覆層１１の他の部分が遮光性の材料によって構成されていてもよい。この場合、キートップ２を照光する場合にキートップ２の隙間から光が漏れることを抑えるための他の部材が不要となるので、キートップ２を照光する機構を有する場合には入力装置１を薄型とすることができる。
【００２６】
図４は、入力装置１における押し子シート１２の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は裏面図である。図５は、入力装置１における金属フレーム１５の構成を示す平面図である。図６は、図１のＢ−Ｂ線における断面図である。
図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図６に示すように、押し子シート１２は、センサーシート３と金属フレーム１５との間に挟まれて設けられた略板状の部材である。押し子シート１２は、金属フレーム１５の面方向と平行に配置された略板状のシート本体１３と、シート本体１３の下面から下方へ突出した押し子１４とを有する。
シート本体１３は、可撓性を有する樹脂材料からなり、キートップ２を下方向へ押圧することにより下方向へ押されて変形し、押し子１４を下方へ押し付けるようになっている。
【００２７】
押し子１４は、下方へ行くに従って縮径する円錐台形に形成されており、入力装置１の厚さ方向から見たときに各キートップ２と重なる位置に設けられている。また、押し子１４は、各キートップ２に対して１つずつ設けられている。複数の押し子１４は、金属フレーム１５における後述する複数の孔１５ａに１つずつ挿通されており、キートップ２が押されることにより金属フレーム１５の孔１５ａを通じて接点基板１６側へ移動するようになっている。押し子１４の材質は、シート本体１３の材質と同一であり、可撓性を有する樹脂材料からなる。なお、押し子１４とシート本体１３とを二色成形によって一体成形し、押し子１４の剛性がシート本体１３の剛性よりも高いものとしてもよい。
【００２８】
なお、押し子シート１２を光透過性を有する材料によって形成し、キートップ２を照光するための照明光をキートップ２側へ伝送するライトガイドとして用いることもできる。この場合には、押し子シート１２の上面には、押し子シート１２内に入射した照明光を出射させるための出光パターンを形成してもよい。この場合における出光パターンは、入力装置１を厚さ方向から見たときにキートップ２と重なる領域内に設けられていることが好ましい。
【００２９】
図５および図６に示すように、金属フレーム１５は、厚さ方向に貫通する複数の孔１５ａが形成された板状に形成されている。金属フレーム１５に形成された孔１５ａは、入力装置１を厚さ方向から見たときにキートップ２と重なる領域内に設けられている。金属フレーム１５に形成された各孔１５ａには、押し子シート１２に形成された押し子１４が挿通されている。また、金属フレーム１５に形成された各孔１５ａは、厚さ方向から見たときにキートップ２の輪郭に略沿った矩形形状に形成されており、キートップ２を照光する場合には、キートップ２を照光するための照明光を金属フレーム１５の孔１５ａを通じてキートップ２に向けて照射することができる。
【００３０】
金属フレーム１５は、入力装置１の剛性を高めるために設けられており、樹脂製の板材などと比較して板厚が薄くても剛性が高い金属板である。金属フレーム１５の材質としては、たとえば鉄やニッケルなど、あるいはこれらを含む合金、若しくはステンレス鋼などを採用することができる。
【００３１】
図７は、入力装置１における接点基板１６の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は接点基板１６に設けられたメタルドーム２３の動作を説明するための動作説明図である。
図６に示すように、接点基板１６は、金属フレーム１５を挟んでキートップ２と反対側に設けられた薄板状部材の基材１７と、基材１７上にキートップ２と対向して配置された接点電極部１８と、接点電極部１８に設けられたメタルドーム２３とを有する。
図７（Ａ）に示すように、基材１７は、絶縁性を有する略矩形板状の部材であり、外周から外側へ突出する突出部１７ａが形成されている。基材１７の材料としては、たとえばポリイミドやガラスエポキシなどを採用することができる。基材１７は、これらの材料によってフィルム状や板状に成形される。
接点電極部１８は、円板状の第一接点電極１９と、第一接点電極１９の外周を囲む略環状の第二接点電極２１と、各第一接点電極１９から突出部１７ａへ延びて形成された第三配線２０と、各第二接点電極２１から突出部１７ａへ延びて形成された第四配線２２とを有する。
第一接点電極１９と第二接点電極２１とによって一対の接点電極部１８が構成されており、各接点電極部１８はキートップ２の数と同じ数だけ基材１７の上面に設けられている。
【００３２】
図６および図７（Ｂ）に示すように、メタルドーム２３は、上に凸となるドーム状の導電性部材である。メタルドーム２３は、外力がかかっていない状態では第二接点電極２１にのみ外周が接触しており、キートップ２が下方へ押されると、金属フレーム１５の孔１５ａに挿通された押し子１４の下端によって下方へ押されるようになっている。
メタルドーム２３が下方へ押されると、メタルドーム２３の上端は下へ凸となる反転したドーム状になり、クリック感を操作者に感じさせることができる。さらに、メタルドーム２３の上端が第一接点電極１９に接することにより、第一接点電極１９と第二接点電極２１とが導通するようになっている。
本実施形態では、入力装置１の厚さ方向に重ねて設けられたキートップ２、押し子シート１２、および接点基板１６によって、キートップ２が押下されたことを検知する押下入力部が構成されている。
【００３３】
図１、図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図７（Ａ）に示すように、検出回路２４は、センサーシート３の第一電極７および第二電極９に電気的に接続された静電容量検出部２５と、接点基板１６の第三配線２０および第四配線２２とにそれぞれ電気的に接続された導通検出部２６とを有する。
静電容量検出部２５は、入力体１００（図６参照）とセンサーシート３との間の静電容量の変化を検出するための駆動信号を第二電極９へ出力し、第二電極９へ出力された駆動信号を第一電極７を通じて受信するようになっている。
すなわち、本実施形態では、図６に示すように、金属フレーム１５からの距離が近い側に配置された第二電極９が、駆動信号が出力されるドライブ電極となっており、金属フレーム１５からの距離が遠い側に配置された第一電極７が、駆動信号を受信するセンス電極となっている。
【００３４】
静電容量検出部２５は、複数の第二電極９に対して、予め定められた順序で駆動信号を繰り返し出力する。第二電極９へ出力された駆動信号は、第二電極９の近傍にある導体との間の静電容量に応じて変化して第一電極７に受信される。静電容量検出部２５は、第二電極９へ出力した駆動信号と、第一電極７を通じて受信した駆動信号とに基づいて、第二電極９に対して導体が近接しているか否かを判定するようになっている。これにより、静電容量検出部２５は、たとえば図６に示すようにキートップ２の上面に近接する導体からなる入力体１００がセンサーシート３に近接したことと、このときの入力体１００の位置とを検出することができる。なお、入力体１００としては、人の指やスタイラスペンなど、導体であればどのようなものでもよい。
【００３５】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、導通検出部２６は、第一接点電極１９と第二接点電極２１とに電気的に接続されており、第一接点電極１９と第二接点電極２１とがメタルドーム２３の変形により導通したときに、導通した一対の接点電極部１８に対して対向配置されたキートップ２が押されたことを判定するものである。これにより、導通検出部２６は、入力体１００によって複数のキートップ２のうちのどれが押されたかを検出することができる。なお、キートップ２を押すことによって入力を行うための入力体１００は、必ずしも導体でなくても構わない。
【００３６】
以上に説明した構成の入力装置１の作用について説明する。
入力装置１は、たとえば携帯電話やスマートフォン、あるいはＰＤＡなどの電子機器に取り付けて用いられる。多言語、多地域に対応する電子機器を製造するための、キートップ２上の印字内容やキートップ２の配列が異なる入力装置を電子機器に対して取り付ける場合があるが、このような場合には、電子機器の要部の組み立てが終了したあとに入力装置を電子機器に組み付けることがある。このとき、電子機器を組み立てる作業者あるいは電子機器の組み立てを行う装置が入力装置を把持し、電子機器の筐体に入力装置を組み付ける作業を行うことがある。
【００３７】
本実施形態の入力装置１では、入力装置１に金属フレーム１５が設けられていることにより、金属フレーム１５が設けられていない場合よりも入力装置１の剛性が高い。これにより、電子機器の要部の組み立てが終了したあとに入力装置１を電子機器に組み付ける場合の組み付け作業が容易になる。また、入力装置１の剛性を高めるために樹脂製のフレームを採用する場合と比較して、入力装置１を薄型にすることができる。
【００３８】
次に、金属フレーム１５が設けられた本実施形態の入力装置１における使用時の動作を示して入力装置１の作用を説明する。
図８は、入力装置１の使用時の作用を説明するための説明図である。
入力装置１の使用時には、検出回路２４の静電容量検出部２５は第二電極９に対して駆動信号を出力する。第二電極９に対して出力された駆動信号は、第二電極９から外部へ向けて誘導無線信号として発信される。第二電極９から発信された誘導無線信号は、第一電極７において受信される。このとき、第二電極９から発信された誘導無線信号のうち、金属フレーム１５側へ向けて発信された信号は金属フレーム１５によって遮蔽され、キートップ２側へ向けて発信された信号は遮蔽されることなく第一電極７によって受信される。
【００３９】
キートップ２の上面に入力体１００が近接した場合には、第二電極９から発信された誘導無線信号の一部が入力体１００に伝わることにより、第一電極７において受信される信号が変化する。検出回路２４の静電容量検出部２５は、第一電極７において受信された信号が変化したことを検出して、入力体１００が近接した位置を検出する。これにより、入力装置１は、入力体１００が近接したことを検知して入力体１００による位置入力操作を検出することができる。
【００４０】
また、たとえば複数のキートップ２のうちの１つを入力体１００によって押下したときには、キートップ２によってセンサーシート３が下方に押され、さらにセンサーシート３によって押し子シート１２の押し子１４が下方に押される。押し子シート１２の下に金属フレーム１５が設けられているので、キートップ２を押したときの押し子シート１２全体の撓み量は金属フレーム１５がない場合よりも少なく、入力装置１全体の撓み変形が抑えられている。
【００４１】
図７（Ｂ）に示すように、押し子シート１２の押し子１４は、キートップ２にかかる押圧力をメタルドーム２３へと伝える。すると、メタルドーム２３が反転して第一接点電極１９と第二接点電極２１とが導通し、キートップ２が押下されたことを検出回路２４の導通検出部２６が検知する。
【００４２】
従来、静電容量センサーの近傍に電極以外の金属製の構造物を配置すると、静電容量センサーが発する駆動信号がこの構造物によって遮蔽されてしまうために十分な信号強度が得られず、誤検出を生じると考えられていた。このため、シート状に形成された静電容量センサーを電子機器に組み込む場合には、電子機器の筐体に静電容量センサーを挟みこんで固定するのが一般的であった。これにより、従来は、電子機器の筐体を閉じる前に静電容量センサーを組み付ける必要があった。また、入力装置を電子機器に対して組み付ける別の方法として、電子機器の要部の組み立てが終わったあと、筐体が閉じられてから入力装置を取り付ける場合もあるが、この場合には、入力装置が折れ曲がったり伸びたりして配線等が断線しないように注意して入力装置を電子機器に取り付ける必要があり、作業性が悪かった。
【００４３】
これに対して、本実施形態の入力装置１によれば、入力体１００とセンサーシート３との間の静電容量の変化を検出することができるとともにセンサーシート３を金属フレーム１５によって補強することができるので、薄型で且つ組み付け時の作業性のよい入力装置１を提供することができる。
【００４４】
また、押し子シート１２の押し子１４が挿通される孔１５ａが金属フレーム１５に形成されているので、キートップ２が押されたときに押し子１４がメタルドーム２３を押す動作を邪魔することがない。
【００４５】
また、センサーシート３の誘電体層４が、厚さ方向の両面に基材層６が設けられた層状の構成であるので、センサーシート３を厚さ方向に押圧したときの柔軟性を維持しつつ、センサーシート３が面方向に伸びるのを抑えることができる。これにより、キートップ２が入力体１００によって押されることによってセンサーシート３が厚さ方向に撓み変形する力がセンサーシート３に生じても、センサーシート３は面方向に伸びにくい。その結果、基材層６の面上に形成された第一電極７、第一配線８、第二電極９、および第二配線１０が断線するのを防止することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
たとえば、上述の実施形態では、押し子シート１２をライトガイドとして機能させることができる点について説明したが、これに限らず、押し子シート１２をライトガイドとして機能させることに代えて、センサーシート３と押し子シート１２との間に別途ライトガイドを設ける構成としても構わない。
【００４７】
また、上述の実施形態では、金属フレームの形状の例として、孔１５ａが形成された板状である金属フレーム１５について説明したが、金属フレームの形状はこれに限られるものではない。たとえば、金属フレーム１５の周縁部に、折り曲げによって形成されたリブが設けられていてもよい、このとき、リブは、接点基板１６の下端からキートップ２の下端までの間のいずれかの位置まで入力装置１の厚さ方向に延びていてよい。これにより、入力装置１の厚さを増すことなく、金属フレーム１５の剛性を高めることができる。なお、金属フレーム１５にリブを形成する位置は、これに限られるものではない。
【００４８】
なお、上述の実施形態では、キートップ２を押すことによる押下入力と、センサーシート３に入力体１００を近接させることによる位置入力とを両方行うことができる入力装置１の例を挙げたが、本発明は、押下入力を行うことなく位置入力のみを行うための入力装置に対しても好適に適用できるものである。この場合には、金属フレームの厚さ方向に貫通する孔が金属フレームに形成されていることは必須ではなく、孔のない板材を金属フレームとして採用することができる。これは、押下入力を静電容量の変化によって検出するように上述の実施形態の入力装置１を設計変更した場合においても同様である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 入力装置
２ キートップ
３ センサーシート
４ 誘電体層
６ 基材層
７ 第一電極
８ 第一配線
９ 第二電極
１０ 第二配線
１１ 被覆層
１２ 押し子シート
１３ シート本体
１４ 押し子
１５ 金属フレーム（金属板）
１５ａ 孔
１６ 接点基板
１７ 基材
１８ 接点電極部
１９ 第一接点電極
２１ 第二接点電極
２４ 検出回路
１００ 入力体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）などの電子機器に対して入力操作をするための入力装置として、平面上に並べて設けられた複数の押釦スイッチと、押釦スイッチが並べられた平面上に検出領域を有する位置入力装置とを備える入力装置が知られている。
【０００３】
このような入力装置の例として、たとえば特許文献１には、文字、図形または記号などが印刷または転写された複数の表示部が形成された表示シートと、表示シートの各表示部に対向して設けられた複数の接点電極と、接点電極と表示シートとの間に設けられ、表示シートが押されたときに接点電極に接触する反転部材と、入力操作を行うための入力体（操作体）と反転部材との間の静電容量の変化を検出して入力体の位置を検出する位置検出手段とが設けられた入力装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の入力装置では、表示シートと反転部材と接点電極とによって押釦スイッチが構成されており、表示シートと反転部材と位置検出手段とによって位置入力装置が構成されている。特許文献１に記載の入力装置において、表示シートは、押釦スイッチを操作するための操作面となっており、且つ、位置入力装置を操作するための操作面となっている。これにより、特許文献１に記載の入力装置は、押釦スイッチによる入力操作と、位置検出手段による入力操作との両方を表示シート上の操作面上で行うことができ、操作性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３４７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の入力装置を薄型とするためには、入力装置を、フィルム等の薄い素材の積層体として構成することが考えられる。しかしながら、入力装置をこのような積層体とした場合には、入力装置が折れ曲がりやすく、電子機器に入力装置を組み付けるための作業性が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、薄型で且つ組み付け時の作業性のよい入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の入力装置は、入力体が近接したことを検知して前記入力体による入力操作を検出する入力装置であって、金属板と、前記金属板の厚さ方向に重ねて設けられ、薄板状あるいは膜状の誘電体層、前記誘電体層の厚さ方向の両面のうち前記金属板から遠い側の面上に配置された第一電極、および前記両面のうち前記金属板に近い側の面上に配置された第二電極を有する層状のセンサーシートと、前記第一電極および前記第二電極に電気的に接続され、前記入力体と前記センサーシートとの間の静電容量の変化を検出するための駆動信号を前記第二電極へ出力し、前記第二電極へ出力された前記駆動信号を前記第一電極を通じて受信する検出回路と、を備えることを特徴とする入力装置である。
【０００９】
また、本発明の入力装置は、前記入力体によって押下されたことを検知して前記入力体による入力操作を検出するために前記センサーシートとともに積層された層状の押下入力部をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
また、前記押下入力部は、前記センサーシートの厚さ方向の最外面のうち前記金属板から遠い側の面上に設けられたキートップと、前記キートップと対向して配置された接点電極部を有し、前記金属板を間に挟んで前記キートップと反対側に設けられた接点基板と、を有し、前記金属板には、前記金属板をその厚さ方向から見たときに前記キートップと重なる領域内に、前記金属板を厚さ方向に貫通する孔が形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記押下入力部は、前記キートップにかかる押圧力を前記接点基板へ伝えるための押し子シートをさらに備え、前記押し子シートは、前記金属板の面方向と平行に配置されたシート本体と、前記シート本体の厚さ方向の一方の面から突出し、前記金属板の孔に挿通された押し子と、を有することが好ましい。
【００１２】
また、前記誘電体層は、薄板状あるいは膜状に形成された低弾性誘電体層と、前記低弾性誘電体層の厚さ方向の両面に形成され、可撓性を有し且つ面方向への伸び率が前記低弾性誘電体層の伸び率よりも小さい材質からなる基材層と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の入力装置によれば、入力体とセンサーシートとの間の静電容量の変化を検出することができるとともに入力装置を金属板によって補強することができるので、薄型で且つ組み付け時の作業性のよい入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の入力装置の平面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】同入力装置におけるセンサーシートの構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は裏面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図４】同入力装置における押し子シートの構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は裏面図である。
【図５】同入力装置における金属フレームの構成を示す平面図である。
【図６】図１のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図７】同入力装置における接点基板の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は接点基板に設けられたメタルドームの動作を説明するための動作説明図である。
【図８】同入力装置の作用を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の第１実施形態の入力装置１について説明する。
図１は、本実施形態の入力装置１の平面図である。図２は、図１のＡ矢視図である。
図１に示すように、入力装置１は、平面視で略矩形形状の板状に形成されており、周縁部から外側に向かって一部が矩形状に突出している。
図２に示すように、入力装置１は、キートップ２、センサーシート３、押し子シート１２、金属フレーム（金属板）１５、および接点基板１６がこの順に重ねられた積層体と、センサーシート３および接点基板１６に接続された検出回路２４（図１参照）とを備える。以下、キートップ２が設けられている方を上、接点基板１６が設けられている方を下として説明を行う。
【００１６】
キートップ２は、入力装置１の厚さ方向の最上層に設けられており、センサーシート３の上面に粘着材によって固定されている。図１に示すように、キートップ２は入力装置１の厚さ方向から見たときに格子状に並べて配置されている。本実施形態では、キートップ２は３行３列の格子状に計９個並べて設けられている。図２に示すように、入力装置１の厚さ方向におけるキートップ２の位置は、センサーシート３の厚さ方向の両面のうち金属フレーム１５から遠い側の面上とされている。
【００１７】
なお、キートップ２は、必ずしも格子状に配列されている必要はない。また、キートップ２の配列は３行３列に限られるものではなく、キートップ２の数も９個には限られない。キートップ２は、ＱＷＥＲＴＹ配列や、テンキー配列などの配列とすることもでき、キートップ２の上面には、キートップ２が押されたときに送出されるキーコードに対応する文字、図形、記号、あるいは制御コードなどが印刷または転写されていてもよい。さらに、キートップ２は、厚さ方向に光を透過するようになっていても良く、この場合には、キートップ２を下から上へ透過する光によってキートップ２の上面を照光することができる。
【００１８】
図３は、入力装置１におけるセンサーシート３の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は裏面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。なお、図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、センサーシート３に形成された被覆層１１の図示を省略している。
図２に示すように、センサーシート３は、入力装置１の厚さ方向においてキートップ２と金属フレーム１５との間に位置しており、キートップ２と押し子シート１２とによって挟まれている。
図３（Ｃ）に示すように、センサーシート３は、薄板状あるいは膜状の誘電体層４と、誘電体層４の上面に配置された第一電極７と、誘電体層４の下面に配置された第二電極９とを備える。さらに、第一電極７および第二電極９は、絶縁性を有する被覆層１１によって被覆されている。本実施形態では、誘電体層４の上面に第一電極７が設けられ、誘電体層４の下面に第二電極９が設けられていることにより、第一電極７と第二電極９とは、入力装置１の厚さ方向における金属フレーム１５からの距離が異なる。すなわち、第一電極７は、金属フレーム１５からの距離が第二電極９よりも遠い位置に配置されている。
【００１９】
誘電体層４は、低弾性誘電体層５と、入力装置１の厚さ方向における低弾性誘電体層５の両面に形成された基材層６とを有する層状部材である。誘電体層４は、平面視で略矩形形状であり、外周の一部には、外側へ矩形形状に突出した突出部４ａが形成されている。
低弾性誘電体層５は、誘電材料からなる薄板状あるいは膜状の部材である。低弾性誘電体層５は、柔軟性が高く、且つ誘電率の高い材料からなることが好ましい。たとえば、低弾性誘電体層５の材料としては、アクリル系の粘着材を採用することができる。アクリル系の粘着材は、たとえば粘着層のみからなる両面テープや、ポリエチレンテレフタレートなどのフィルムを有する多層構造の両面テープなどである。また、低弾性誘電体層５の材料として、シリコーンゲル、およびウレタンゲルなどを適宜採用することもできる。
【００２０】
基材層６は、可撓性を有する薄板状、フィルム状あるいは膜状の絶縁性部材である。基材層６は、低弾性誘電体層５と基材層６とのそれぞれの面方向に同じ大きさの引っ張り力をかけたときにおける面方向への伸び率が、低弾性誘電体層５の伸び率よりも小さい材質からなる。基材層６は、低弾性誘電体層５の上面に設けられた基材層６Ａと、低弾性誘電体層５の下面に設けられた基材層６Ｂとからなる。基材層６の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミドや、これらの他のプラスチックフィルムを適宜採用することができる。
柔軟性が高い低弾性誘電体層５に基材層６が形成されているので、低弾性誘電体層５と基材層６とからなる層状の構造体は、厚さ方向への可撓性を有しつつ、面方向への伸びが抑制されている。さらに、低弾性誘電体層５の厚さ方向への可撓性が高いので、低弾性誘電体層５を厚く形成した場合にも、押圧時のクリック感への影響を抑えることができる。
【００２１】
第一電極７は、基材層６Ａの上面に設けられている。すなわち、第一電極７は、誘電体層４の両面のうち金属フレーム１５から遠い側の基材層６Ａの面上に配置されている。
図３（Ａ）に示すように、第一電極７は、基材層６Ａの上面において一方向に延ばして互いに平行に揃えて複数形成されている。第一電極７は５個（第一電極７−１〜７−５）形成されており、各第一電極７は、第一電極７の厚さ方向から見たときの輪郭形状が正方形状でその対角の頂点が互いに電気的に接続された複数の第一電極要素７ａを有する。本実施形態では、第一電極要素７ａは各第一電極７あたり７個設けられている。各第一電極要素７ａは、各第一電極７において一列に並べて配置されている。互いに隣り合う第一電極７は、第一電極要素７ａの頂点が隙間を空けて隣接するように配置されている。このため、各第一電極７の間には、略正方形状の隙間が空けられている。各第一電極７の間の略正方形状の隙間の大きさは、後述する第一電極要素７ａを第一電極要素７ａの厚さ方向から見たときの輪郭よりも大きい。
第一電極７の材質は、光透過性を有する導電性材料である。たとえば、第一電極７の材料として、ポリチオフェン系導電性高分子塗料である信越ポリマー製SEPLEGYDA（登録商標）や、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを採用することができる。
【００２２】
各第一電極７には、検出回路２４と各第一電極７とを電気的に接続するための第一配線８がそれぞれ接続されている。第一配線８は、基材層６Ａの上面に設けられており、第一電極７と接続された導体パターンからなる配線である。第一配線８の一端は各第一電極７に接続され、第一配線８の他端は複数の第一電極７の外側領域を通って突出部４ａの突出端まで延びている。突出部４ａの突出端では、第一配線８の他端はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）やフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）用のコネクタにおける接点端子のピッチに合わせて等間隔に整列して配置されている。
入力装置１を小型化するために、第一配線８の線幅はより細い方が好ましい。本実施形態では、第一配線８の材質は、第一配線８の線幅が細い場合にも抵抗値が十分に低い材質とされている。第一配線８を形成するための材料としては、金属材料や、金属材料を含有する導電性インクなどを採用することができる。たとえば第一配線８を金属材料によって形成する場合には、銅、金、銀、アルミニウムなどを採用することができる。本実施形態では、第一配線８は銀ペーストを材料として形成されている。
【００２３】
図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、第二電極９は、基材層６Ｂの下面に、各第一電極７が延びる方向に交差する一方向に平行に揃えて複数形成されている。第二電極９は６個（第二電極９−１〜９−６）形成されており、各第二電極９は、第二電極９の厚さ方向から見たときの輪郭形状が正方形状でその対角の頂点が互いに電気的に接続された複数の第二電極要素９ａを有する。第二電極要素９ａは各第二電極９において一列に並べて配置されている。本実施形態では、第二電極要素９ａは各第二電極９あたり６個設けられている。また、互いに隣り合う第二電極９は、第二電極要素９ａの頂点が隙間を空けて隣接するように配置されており、隣り合う第二電極９の間には略正方形状の隙間が空けられている。各第二電極９の間の略正方形状の隙間の大きさは、上述の第一電極要素７ａをその厚さ方向から見たときの輪郭より大きい。
第二電極９の材質は、第一電極７の材質と同様に光透過性を有する導電性材料から適宜選択することができる。
第一電極７と第二電極９とは、センサーシート３の厚さ方向から見たときに、各第一電極７の間に空けられた正方形状の隙間の中に第二電極９の第二電極要素９ａが納まるようになっている。
【００２４】
各第二電極９には、検出回路２４と各第二電極９とを電気的に接続するための第二配線１０がそれぞれ接続されている。第二配線１０は、基材層６Ｂの下面に設けられており、第二電極９に接続された導体パターンからなる配線である。第二配線１０の一端は各第二電極９に接続され、第二配線１０の他端は複数の第二電極９の外側領域を通って突出部４ａの突出端まで延びている。第二配線１０は、突出部４ａにおいては誘電体層４を挟んで第一配線８の反対側に配置されている。突出部４ａの突出端において、第二配線１０の他端は第一配線８の他端と同様に互いに等間隔に整列して配置されている。突出部４ａの突出端における第二配線１０のピッチは突出端における第一配線８のピッチと等しくても構わない。
第二配線１０の材質は、第一配線８と同様に、金属材料や、金属材料を含有する導電性インクなどを採用することができる。
【００２５】
被覆層１１は、第一電極７、第一配線８、第二電極９、および第二配線１０が外部に露出しないように被覆するためのものである。被覆層１１は、樹脂からなる薄膜や、液状の樹脂を硬化させた層、あるいは絶縁性の塗料からなる塗膜などによって構成することができる。
なお、被覆層１１は、入力装置１の厚さ方向から見たときにキートップ２と重なる領域内のみが光透過性の材料によって構成され、被覆層１１の他の部分が遮光性の材料によって構成されていてもよい。この場合、キートップ２を照光する場合にキートップ２の隙間から光が漏れることを抑えるための他の部材が不要となるので、キートップ２を照光する機構を有する場合には入力装置１を薄型とすることができる。
【００２６】
図４は、入力装置１における押し子シート１２の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は裏面図である。図５は、入力装置１における金属フレーム１５の構成を示す平面図である。図６は、図１のＢ−Ｂ線における断面図である。
図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図６に示すように、押し子シート１２は、センサーシート３と金属フレーム１５との間に挟まれて設けられた略板状の部材である。押し子シート１２は、金属フレーム１５の面方向と平行に配置された略板状のシート本体１３と、シート本体１３の下面から下方へ突出した押し子１４とを有する。
シート本体１３は、可撓性を有する樹脂材料からなり、キートップ２を下方向へ押圧することにより下方向へ押されて変形し、押し子１４を下方へ押し付けるようになっている。
【００２７】
押し子１４は、下方へ行くに従って縮径する円錐台形に形成されており、入力装置１の厚さ方向から見たときに各キートップ２と重なる位置に設けられている。また、押し子１４は、各キートップ２に対して１つずつ設けられている。複数の押し子１４は、金属フレーム１５における後述する複数の孔１５ａに１つずつ挿通されており、キートップ２が押されることにより金属フレーム１５の孔１５ａを通じて接点基板１６側へ移動するようになっている。押し子１４の材質は、シート本体１３の材質と同一であり、可撓性を有する樹脂材料からなる。なお、押し子１４とシート本体１３とを二色成形によって一体成形し、押し子１４の剛性がシート本体１３の剛性よりも高いものとしてもよい。
【００２８】
なお、押し子シート１２を光透過性を有する材料によって形成し、キートップ２を照光するための照明光をキートップ２側へ伝送するライトガイドとして用いることもできる。この場合には、押し子シート１２の上面には、押し子シート１２内に入射した照明光を出射させるための出光パターンを形成してもよい。この場合における出光パターンは、入力装置１を厚さ方向から見たときにキートップ２と重なる領域内に設けられていることが好ましい。
【００２９】
図５および図６に示すように、金属フレーム１５は、厚さ方向に貫通する複数の孔１５ａが形成された板状に形成されている。金属フレーム１５に形成された孔１５ａは、入力装置１を厚さ方向から見たときにキートップ２と重なる領域内に設けられている。金属フレーム１５に形成された各孔１５ａには、押し子シート１２に形成された押し子１４が挿通されている。また、金属フレーム１５に形成された各孔１５ａは、厚さ方向から見たときにキートップ２の輪郭に略沿った矩形形状に形成されており、キートップ２を照光する場合には、キートップ２を照光するための照明光を金属フレーム１５の孔１５ａを通じてキートップ２に向けて照射することができる。
【００３０】
金属フレーム１５は、入力装置１の剛性を高めるために設けられており、樹脂製の板材などと比較して板厚が薄くても剛性が高い金属板である。金属フレーム１５の材質としては、たとえば鉄やニッケルなど、あるいはこれらを含む合金、若しくはステンレス鋼などを採用することができる。
【００３１】
図７は、入力装置１における接点基板１６の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は接点基板１６に設けられたメタルドーム２３の動作を説明するための動作説明図である。
図６に示すように、接点基板１６は、金属フレーム１５を挟んでキートップ２と反対側に設けられた薄板状部材の基材１７と、基材１７上にキートップ２と対向して配置された接点電極部１８と、接点電極部１８に設けられたメタルドーム２３とを有する。
図７（Ａ）に示すように、基材１７は、絶縁性を有する略矩形板状の部材であり、外周から外側へ突出する突出部１７ａが形成されている。基材１７の材料としては、たとえばポリイミドやガラスエポキシなどを採用することができる。基材１７は、これらの材料によってフィルム状や板状に成形される。
接点電極部１８は、円板状の第一接点電極１９と、第一接点電極１９の外周を囲む略環状の第二接点電極２１と、各第一接点電極１９から突出部１７ａへ延びて形成された第三配線２０と、各第二接点電極２１から突出部１７ａへ延びて形成された第四配線２２とを有する。
第一接点電極１９と第二接点電極２１とによって一対の接点電極部１８が構成されており、各接点電極部１８はキートップ２の数と同じ数だけ基材１７の上面に設けられている。
【００３２】
図６および図７（Ｂ）に示すように、メタルドーム２３は、上に凸となるドーム状の導電性部材である。メタルドーム２３は、外力がかかっていない状態では第二接点電極２１にのみ外周が接触しており、キートップ２が下方へ押されると、金属フレーム１５の孔１５ａに挿通された押し子１４の下端によって下方へ押されるようになっている。
メタルドーム２３が下方へ押されると、メタルドーム２３の上端は下へ凸となる反転したドーム状になり、クリック感を操作者に感じさせることができる。さらに、メタルドーム２３の上端が第一接点電極１９に接することにより、第一接点電極１９と第二接点電極２１とが導通するようになっている。
本実施形態では、入力装置１の厚さ方向に重ねて設けられたキートップ２、押し子シート１２、および接点基板１６によって、キートップ２が押下されたことを検知する押下入力部が構成されている。
【００３３】
図１、図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図７（Ａ）に示すように、検出回路２４は、センサーシート３の第一電極７および第二電極９に電気的に接続された静電容量検出部２５と、接点基板１６の第三配線２０および第四配線２２とにそれぞれ電気的に接続された導通検出部２６とを有する。
静電容量検出部２５は、入力体１００（図６参照）とセンサーシート３との間の静電容量の変化を検出するための駆動信号を第二電極９へ出力し、第二電極９へ出力された駆動信号を第一電極７を通じて受信するようになっている。
すなわち、本実施形態では、図６に示すように、金属フレーム１５からの距離が近い側に配置された第二電極９が、駆動信号が出力されるドライブ電極となっており、金属フレーム１５からの距離が遠い側に配置された第一電極７が、駆動信号を受信するセンス電極となっている。
【００３４】
静電容量検出部２５は、複数の第二電極９に対して、予め定められた順序で駆動信号を繰り返し出力する。第二電極９へ出力された駆動信号は、第二電極９の近傍にある導体との間の静電容量に応じて変化して第一電極７に受信される。静電容量検出部２５は、第二電極９へ出力した駆動信号と、第一電極７を通じて受信した駆動信号とに基づいて、第二電極９に対して導体が近接しているか否かを判定するようになっている。これにより、静電容量検出部２５は、たとえば図６に示すようにキートップ２の上面に近接する導体からなる入力体１００がセンサーシート３に近接したことと、このときの入力体１００の位置とを検出することができる。なお、入力体１００としては、人の指やスタイラスペンなど、導体であればどのようなものでもよい。
【００３５】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、導通検出部２６は、第一接点電極１９と第二接点電極２１とに電気的に接続されており、第一接点電極１９と第二接点電極２１とがメタルドーム２３の変形により導通したときに、導通した一対の接点電極部１８に対して対向配置されたキートップ２が押されたことを判定するものである。これにより、導通検出部２６は、入力体１００によって複数のキートップ２のうちのどれが押されたかを検出することができる。なお、キートップ２を押すことによって入力を行うための入力体１００は、必ずしも導体でなくても構わない。
【００３６】
以上に説明した構成の入力装置１の作用について説明する。
入力装置１は、たとえば携帯電話やスマートフォン、あるいはＰＤＡなどの電子機器に取り付けて用いられる。多言語、多地域に対応する電子機器を製造するための、キートップ２上の印字内容やキートップ２の配列が異なる入力装置を電子機器に対して取り付ける場合があるが、このような場合には、電子機器の要部の組み立てが終了したあとに入力装置を電子機器に組み付けることがある。このとき、電子機器を組み立てる作業者あるいは電子機器の組み立てを行う装置が入力装置を把持し、電子機器の筐体に入力装置を組み付ける作業を行うことがある。
【００３７】
本実施形態の入力装置１では、入力装置１に金属フレーム１５が設けられていることにより、金属フレーム１５が設けられていない場合よりも入力装置１の剛性が高い。これにより、電子機器の要部の組み立てが終了したあとに入力装置１を電子機器に組み付ける場合の組み付け作業が容易になる。また、入力装置１の剛性を高めるために樹脂製のフレームを採用する場合と比較して、入力装置１を薄型にすることができる。
【００３８】
次に、金属フレーム１５が設けられた本実施形態の入力装置１における使用時の動作を示して入力装置１の作用を説明する。
図８は、入力装置１の使用時の作用を説明するための説明図である。
入力装置１の使用時には、検出回路２４の静電容量検出部２５は第二電極９に対して駆動信号を出力する。第二電極９に対して出力された駆動信号は、第二電極９から外部へ向けて誘導無線信号として発信される。第二電極９から発信された誘導無線信号は、第一電極７において受信される。このとき、第二電極９から発信された誘導無線信号のうち、金属フレーム１５側へ向けて発信された信号は金属フレーム１５によって遮蔽され、キートップ２側へ向けて発信された信号は遮蔽されることなく第一電極７によって受信される。
【００３９】
キートップ２の上面に入力体１００が近接した場合には、第二電極９から発信された誘導無線信号の一部が入力体１００に伝わることにより、第一電極７において受信される信号が変化する。検出回路２４の静電容量検出部２５は、第一電極７において受信された信号が変化したことを検出して、入力体１００が近接した位置を検出する。これにより、入力装置１は、入力体１００が近接したことを検知して入力体１００による位置入力操作を検出することができる。
【００４０】
また、たとえば複数のキートップ２のうちの１つを入力体１００によって押下したときには、キートップ２によってセンサーシート３が下方に押され、さらにセンサーシート３によって押し子シート１２の押し子１４が下方に押される。押し子シート１２の下に金属フレーム１５が設けられているので、キートップ２を押したときの押し子シート１２全体の撓み量は金属フレーム１５がない場合よりも少なく、入力装置１全体の撓み変形が抑えられている。
【００４１】
図７（Ｂ）に示すように、押し子シート１２の押し子１４は、キートップ２にかかる押圧力をメタルドーム２３へと伝える。すると、メタルドーム２３が反転して第一接点電極１９と第二接点電極２１とが導通し、キートップ２が押下されたことを検出回路２４の導通検出部２６が検知する。
【００４２】
従来、静電容量センサーの近傍に電極以外の金属製の構造物を配置すると、静電容量センサーが発する駆動信号がこの構造物によって遮蔽されてしまうために十分な信号強度が得られず、誤検出を生じると考えられていた。このため、シート状に形成された静電容量センサーを電子機器に組み込む場合には、電子機器の筐体に静電容量センサーを挟みこんで固定するのが一般的であった。これにより、従来は、電子機器の筐体を閉じる前に静電容量センサーを組み付ける必要があった。また、入力装置を電子機器に対して組み付ける別の方法として、電子機器の要部の組み立てが終わったあと、筐体が閉じられてから入力装置を取り付ける場合もあるが、この場合には、入力装置が折れ曲がったり伸びたりして配線等が断線しないように注意して入力装置を電子機器に取り付ける必要があり、作業性が悪かった。
【００４３】
これに対して、本実施形態の入力装置１によれば、入力体１００とセンサーシート３との間の静電容量の変化を検出することができるとともにセンサーシート３を金属フレーム１５によって補強することができるので、薄型で且つ組み付け時の作業性のよい入力装置１を提供することができる。
【００４４】
また、押し子シート１２の押し子１４が挿通される孔１５ａが金属フレーム１５に形成されているので、キートップ２が押されたときに押し子１４がメタルドーム２３を押す動作を邪魔することがない。
【００４５】
また、センサーシート３の誘電体層４が、厚さ方向の両面に基材層６が設けられた層状の構成であるので、センサーシート３を厚さ方向に押圧したときの柔軟性を維持しつつ、センサーシート３が面方向に伸びるのを抑えることができる。これにより、キートップ２が入力体１００によって押されることによってセンサーシート３が厚さ方向に撓み変形する力がセンサーシート３に生じても、センサーシート３は面方向に伸びにくい。その結果、基材層６の面上に形成された第一電極７、第一配線８、第二電極９、および第二配線１０が断線するのを防止することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
たとえば、上述の実施形態では、押し子シート１２をライトガイドとして機能させることができる点について説明したが、これに限らず、押し子シート１２をライトガイドとして機能させることに代えて、センサーシート３と押し子シート１２との間に別途ライトガイドを設ける構成としても構わない。
【００４７】
また、上述の実施形態では、金属フレームの形状の例として、孔１５ａが形成された板状である金属フレーム１５について説明したが、金属フレームの形状はこれに限られるものではない。たとえば、金属フレーム１５の周縁部に、折り曲げによって形成されたリブが設けられていてもよい、このとき、リブは、接点基板１６の下端からキートップ２の下端までの間のいずれかの位置まで入力装置１の厚さ方向に延びていてよい。これにより、入力装置１の厚さを増すことなく、金属フレーム１５の剛性を高めることができる。なお、金属フレーム１５にリブを形成する位置は、これに限られるものではない。
【００４８】
なお、上述の実施形態では、キートップ２を押すことによる押下入力と、センサーシート３に入力体１００を近接させることによる位置入力とを両方行うことができる入力装置１の例を挙げたが、本発明は、押下入力を行うことなく位置入力のみを行うための入力装置に対しても好適に適用できるものである。この場合には、金属フレームの厚さ方向に貫通する孔が金属フレームに形成されていることは必須ではなく、孔のない板材を金属フレームとして採用することができる。これは、押下入力を静電容量の変化によって検出するように上述の実施形態の入力装置１を設計変更した場合においても同様である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 入力装置
２ キートップ
３ センサーシート
４ 誘電体層
６ 基材層
７ 第一電極
８ 第一配線
９ 第二電極
１０ 第二配線
１１ 被覆層
１２ 押し子シート
１３ シート本体
１４ 押し子
１５ 金属フレーム（金属板）
１５ａ 孔
１６ 接点基板
１７ 基材
１８ 接点電極部
１９ 第一接点電極
２１ 第二接点電極
２４ 検出回路
１００ 入力体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力体が近接したことを検知して前記入力体による入力操作を検出する入力装置であって、
金属板と、
前記金属板の厚さ方向に重ねて設けられ、薄板状あるいは膜状の誘電体層、前記誘電体層の厚さ方向の両面のうち前記金属板から遠い側の面上に配置された第一電極、および前記両面のうち前記金属板に近い側の面上に配置された第二電極を有する層状のセンサーシートと、
前記第一電極および前記第二電極に電気的に接続され、前記入力体と前記センサーシートとの間の静電容量の変化を検出するための駆動信号を前記第二電極へ出力し、前記第二電極へ出力された前記駆動信号を前記第一電極を通じて受信する検出回路と、
を備えることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記入力体によって押下されたことを検知して前記入力体による入力操作を検出するために前記センサーシートとともに積層された層状の押下入力部をさらに備え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】
前記押下入力部は、
前記センサーシートの厚さ方向の最外面のうち前記金属板から遠い側の面上に設けられたキートップと、
前記キートップと対向して配置された接点電極部を有し、前記金属板を間に挟んで前記キートップと反対側に設けられた接点基板と、
を有し、
前記金属板には、前記金属板をその厚さ方向から見たときに前記キートップと重なる領域内に、前記金属板を厚さ方向に貫通する孔が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記押下入力部は、前記キートップにかかる押圧力を前記接点基板へ伝えるための押し子シートをさらに備え、
前記押し子シートは、
前記金属板の面方向と平行に配置されたシート本体と、
前記シート本体の厚さ方向の一方の面から突出し、前記金属板の孔に挿通された押し子と、
を有する
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】
前記誘電体層は、
薄板状あるいは膜状に形成された低弾性誘電体層と、
前記低弾性誘電体層の厚さ方向の両面に形成され、可撓性を有し且つ面方向への伸び率が前記低弾性誘電体層の伸び率よりも小さい材質からなる基材層と、
を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項１】
入力体が近接したことを検知して前記入力体による入力操作を検出する入力装置であって、
金属板と、
前記金属板の厚さ方向に重ねて設けられ、薄板状あるいは膜状の誘電体層、前記誘電体層の厚さ方向の両面のうち前記金属板から遠い側の面上に配置された第一電極、および前記両面のうち前記金属板に近い側の面上に配置された第二電極を有する層状のセンサーシートと、
前記第一電極および前記第二電極に電気的に接続され、前記入力体と前記センサーシートとの間の静電容量の変化を検出するための駆動信号を前記第二電極へ出力し、前記第二電極へ出力された前記駆動信号を前記第一電極を通じて受信する検出回路と、
を備えることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記入力体によって押下されたことを検知して前記入力体による入力操作を検出するために前記センサーシートとともに積層された層状の押下入力部をさらに備え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】
前記押下入力部は、
前記センサーシートの厚さ方向の最外面のうち前記金属板から遠い側の面上に設けられたキートップと、
前記キートップと対向して配置された接点電極部を有し、前記金属板を間に挟んで前記キートップと反対側に設けられた接点基板と、
を有し、
前記金属板には、前記金属板をその厚さ方向から見たときに前記キートップと重なる領域内に、前記金属板を厚さ方向に貫通する孔が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記押下入力部は、前記キートップにかかる押圧力を前記接点基板へ伝えるための押し子シートをさらに備え、
前記押し子シートは、
前記金属板の面方向と平行に配置されたシート本体と、
前記シート本体の厚さ方向の一方の面から突出し、前記金属板の孔に挿通された押し子と、
を有する
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】
前記誘電体層は、
薄板状あるいは膜状に形成された低弾性誘電体層と、
前記低弾性誘電体層の厚さ方向の両面に形成され、可撓性を有し且つ面方向への伸び率が前記低弾性誘電体層の伸び率よりも小さい材質からなる基材層と、
を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６８７２４（Ｐ２０１２−６８７２４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１０８６６（Ｐ２０１０−２１０８６６）
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【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２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２１日（２０１０．９．２１）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]