多方向操作部材およびそれを備える電子機器
【課題】多方向への操作と、クリック感のある操作との使い分けが可能な多方向操作部材およびそれを備える電子機器を提供する。
【解決手段】操作面の裏面側に１または複数の導電体１２を備える操作板１０と、その裏面側に対向するように設けられると共に、導電体１２に対向する位置に導電体用電極２１が設けられた第１の基板２０と、第１の基板２０の導電体用電極２１が設けられた面と反対方向に設けられる１もしくは複数のクリック部材２２と、を備える多方向操作部材２としている。
【解決手段】操作面の裏面側に１または複数の導電体１２を備える操作板１０と、その裏面側に対向するように設けられると共に、導電体１２に対向する位置に導電体用電極２１が設けられた第１の基板２０と、第１の基板２０の導電体用電極２１が設けられた面と反対方向に設けられる１もしくは複数のクリック部材２２と、を備える多方向操作部材２としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の方向に操作可能な多方向操作部材およびそれを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車載用機器、携帯電話機および音響機器等の電子機器において、多方向に操作可能な入力装置が用いられている。また、多方向に操作可能な入力装置としては、ユーザが操作板を軽く触れるだけで、操作が可能な入力装置がある（たとえば、特許文献１を参照）。かかる入力装置では、ユーザが指で操作板を押し込む必要がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０８３８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の入力装置では、以下のような問題がある。すなわち、ユーザが操作を行った際に、クリック感が生じないため、ユーザにとっては、確実に操作したという感覚が小さい。
【０００５】
また、操作板を軽く触れるだけで操作する場合、あるいはクリック感により確実に操作感を得て操作する場合等を使い分けたいという要望がある。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解消すべくなされたものであって、多方向への操作と、クリック感のある操作との使い分けが可能な多方向操作部材およびそれを備える電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の多方向操作部材の一実施の形態は、その操作面の裏面側に１または複数の導電体を備える操作板と、裏面側に対向するように設けられると共に、導電体に対向する位置に導電体用電極が設けられた第１の基板と、第１の基板の導電体用電極が設けられた面と反対方向に設けられる１または複数のクリック部材と、を備えるものとしている。
【０００８】
さらに、クリック部材は、第１の基板の導電体用電極が設けられた面の裏面側に、操作板と反対方向に突出するように設けられるのが好ましい場合もある。
【０００９】
さらに、操作面から見て、クリック部材の中心は、導電体と少なくとも一部で重なるのが好ましい場合もある。
【００１０】
さらに、クリック部材は、操作面からの所定の押圧を受けて弾性変形により座屈するドーム状部材を、第１の基板の導電体用電極が設けられた面と反対方向に有し、ドーム状部材は、操作面の中心を垂直に貫く中心軸を中心とする円周上において、９０度の間隔の中心角で配置されているのが好ましい場合もある。
【００１１】
また、本発明の電子機器の一実施の形態は、上述の多方向操作部材を備える電子機器としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、多方向への操作と、クリック感のある操作との使い分けが可能な多方向操作部材およびそれを備える電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多方向操作部材を備える電子機器の正面図である。
【図２】図１の多方向操作部材および押釦スイッチ用部材を、図１のＡ−Ａ線で切断した場合の断面図である。
【図３】図１の多方向操作部材および押釦スイッチ用部材を弾性シートの操作面と逆側の面から見た場合の平面図である。
【図４】多方向操作部材が有する第１の基板を操作面側から見た場合の平面図である。
【図５】多方向操作部材の第１の基板を操作面と逆側の面から見た場合の平面図である。
【図６】多方向操作部材の第２の基板を、操作面側から見た場合の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係る多方向操作部材およびそれを備える電子機器の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態では、電子機器として携帯電話１を例に説明するが、電子機器は、携帯電話以外の機器、例えば、モバイルコンピュータ、音楽再生用端末、携帯テレビ、車載用オーディオ機器あるいは上記各機器の操作用リモートコントローラ等であっても良い。
【００１５】
（多方向操作部材の構造）
図１は、本発明の実施の形態に係る多方向操作部材２を備える携帯電話１の正面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態に係る電子機器の一例である携帯電話１は、多方向に操作可能な多方向操作部材２を備える。携帯電話１は、多方向操作部材２および他の押釦スイッチ用部材３等からの入力された情報を処理し、各部を制御する制御部（不図示）を内部に有する。
【００１７】
多方向操作部材２の操作面側には、環状の操作板１０が露出している。また、本実施の形態では、本発明の多方向操作部材２とは別の押釦スイッチ用部材３が、環状の操作板１０の内周に囲まれる領域に配置されている。なお、以後、操作面側を表面側、操作面と逆の面側を裏面側という。また、図１、図３〜６では、各図の紙面において、上側を「北」、右側を「東」、下側を「南」、そして、左側を「西」という。
【００１８】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って操作面に対して垂直な面で多方向操作部材２を切断した場合の断面図である。なお、図２では、見易さを考慮して、各部材の厚さの比率を変更して図示している。
【００１９】
多方向操作部材２は、表面側から、操作板１０、弾性シート１１、第１の基板２０および第２の基板３０を主に有する。また、多方向操作部材２は、操作面が環状であり、その内周内側には、別の押釦スイッチ用部材３が配置されている。
【００２０】
操作板１０は、ユーザが触れるあるいは押圧する部分である。操作板１０は、樹脂、金属あるいはそれらのコンポジット等から主に形成できる。操作板１０としては、たとえば、外周円の直径が１０〜３０ｍｍ、内周円の直径が４〜１５ｍｍの操作面を有し、厚さが約１ｍｍの環状の部材を用いることができる。操作板１０は、薄型の弾性シート１１上に固着される。なお、本明細書では、表面側から見た場合に、操作板１０の外周円の中心を「中心Ｐ」といい、「方向」というときには、特段の説明がない限り、操作面を見た場合の中心Ｐを基準にした方向を指す。
【００２１】
弾性シート１１は、操作板１０および押釦スイッチ用部材３のキートップ５０を支持する部材である。また、弾性シート１１は、操作板１０が表面側から押圧された場合に、その下方に設けられた導電体１２等を押し込むことができるように、柔軟な弾性体の層から構成されるのが好ましい。そのような弾性シート１１の材料としては、たとえば、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。それらの材料の中でも、耐久性が高いウレタン系エラストマーあるいはシリコーンゴムから主に成るシートを用いることが好ましい。また、弾性シート１１には、弾性シート１１から裏側に向かって突出する導電体１２が設けられている。
【００２２】
図３は、図１の多方向操作部材２および押釦スイッチ用部材３を弾性シート１１の操作面と逆側の面から見た場合の平面図である。
【００２３】
導電体１２は、弾性シート１１から第１の基板２０に向かって突出する直径が２〜１０ｍｍの略半球状の導電性の弾性体である。具体的には、導電体１２は、操作板１０と操作方向で重なる位置であって、中心Ｐを中心とする同心円上に、その球面部分が突出するように設けられている。たとえば、導電体１２は、中心Ｐを基準とした周方向に沿うように４５度間隔に１個ずつ、合計８個の導電体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ（以後、総称する場合には、「導電体１２」と称する）が固定されている。
【００２４】
導電体１２は、第１の基板２０上に接触した後、押圧力に応じて弾性変形できるように、柔軟性に富む材料で構成されている。たとえば、導電体１２のショアー硬度Ａは、５０度から９０度であるのが好ましい。また、導電体１２には、導電性を付与するために、導電性材料が分散されている。導電体１２に分散される導電性材料としては、たとえば、カーボンあるいは金属等を用いることができるが、特に、粒子径が小さいもの（たとえば、ナノサイズの粒子）、特に、取り扱いが容易なカーボンブラックを用いるのが好ましい。また、導電体１２を構成する母材としては、シリコーンゴム、ウレタン樹脂、熱可塑性エラストマーあるいは天然ゴム等を用いることができ、それらの中でも、シリコーンゴムが好ましい。導電性材料の混合量は、導電性を高めかつシリコーンゴムの弾性を維持する観点から、シリコーンゴムの材料と当該導電性材料の総重量に対して５〜５０重量％であるのが好ましく、さらには、１５〜３５重量％がより好ましい。
【００２５】
図４は、多方向操作部材２が有する第１の基板２０を操作面側から見た場合の平面図である。
【００２６】
第１の基板２０は、弾性シート１１に対向して配置されている。第１の基板２０としては、たとえば、印刷回路基板（ＰＣＢ）を用いることができる。また、第１の基板２０の表面側には、導電体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈにそれぞれ対向して、導電体用電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ（総称する場合には、「導電体用電極２１」と称する）が配置されている。
【００２７】
導電体用電極２１は、ユーザの指が操作板１０に触れた際に生じる、裏側方向に向かう押圧力変化を、導電体１２を介して検知するためのものである。各導電体用電極２１は、多数の歯を有する櫛歯状の一対の電極を互いに接触しないように配置したものとしている。櫛歯状の各導電体用電極２１の上から導電体１２を接触させると、まず、櫛歯状の一対の電極の両方に触れた時点から、それらの電極が通電状態になる。さらに、その各導電体用電極２１と導電体１２との接触面積が大きくなるにつれて電気抵抗値が低下する。そのため、導電体１２がユーザの指により押圧されると、その押圧力に応じて導電体用電極２１の一対の電極間の電気抵抗値が小さくなる。
【００２８】
図５は、第１の基板２０を裏面側から見た場合の平面図である。
【００２９】
第１の基板２０の裏面側には、中心Ｐを基準として、北、東、南、西の４つの方向にクリック部材２２が設けられている。具体的には、４つのクリック部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ（総称する場合には、「クリック部材２２」と称する）は、導電体１２ａ，１２ｃ，１２ｅ，１２ｇと押圧方向で中心が重なる位置にそれぞれ設けられている。つまり、多方向操作部材２では、クリック部材２２が東西南北の４方向にて押圧可能に設けられ、導電体１２が８方向（東西南北の４方向および当該４方向において隣り合う２方向の間にある１つの中間方向を含む）において押圧操作可能に設けられている。
【００３０】
クリック部材２２は、押圧される部材であって、一定押圧力以上で押圧されるとスイッチをＯＮあるいはＯＦＦに切り替える部材である。本実施の形態では、クリック部材２２は、固定接点２３、固定接点２４およびドーム状部材２５を主に有する。固定接点２３および固定接点２４は、第１の基板２０の裏面に形成された導電部分である。固定接点２３は、ドーム状部材２５の外周縁部と電気的に接続されている。また、ドーム状部材２５は、導電性の逆椀状部材であり、固定接点２４を覆うように第１の基板２０に配置される。ドーム状部材２５は、所定の荷重以上が操作面側から加わることで座屈するような部材である。ドーム状部材２５としては、たとえば、金属からなるメタルドームを用いることができる。
【００３１】
図６は、第２の基板３０を操作面側から見た場合の平面図である。
【００３２】
第２の基板３０の操作面側には、クリック部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと押圧方向で重なる位置に、押圧子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ（総称する場合には、「押圧子３１」と称する）がそれぞれ設けられている。押圧子３１は、第２の基板３０からクリック部材２２方向へ突出する凸部である。押圧子３１は、第２の基板３０が押圧子３１形状を一体として有していてもよいし、別体として成形された押圧子３１を第２の基板３０へ接着あるいは融着等するような形態であってもよい。
【００３３】
このような多方向操作部材２では、多方向への操作と、クリック感のある操作との使い分けが可能である。たとえば、ユーザが操作板１０の一部を指で軽く触れると、その触れた位置に近い位置の１または複数の導電体１２が押し下げられる。押し下げられた導電体１２は、一対の導電体用電極２１に接し、一対の導電体用電極２１が短絡する。さらに、押し下げられた導電体１２は、押圧力に応じて弾性変形しながら導電体用電極２１に接する。複数の導電体１２が押し下げられた場合、指の接触部分に最も近い導電体用電極２１が、他の導電体１２より大きな面積で導電体用電極２１に接触するので抵抗値が最も小さくなる。一方、指の接触部分から離れた導電体用電極２１では、導電体１２と導電体用電極２１との接触面積とが小さいため、比較的高い抵抗値を示す。このような抵抗値の違いを検出することで、指で触れた位置への方向を特定できる。
【００３４】
また、多方向操作部材２は、多方向において、操作板１０を押し込む押圧力を検出できるものとなる。前述したように、押し下げられた導電体１２は、押圧力に応じて導電体１２と導電体用電極２１との接触面積が異なることから、押圧力に応じて検出される抵抗値が異なる。したがって、抵抗値の違いを検出することで、操作板１０を押し込む押圧力を特定できる。
【００３５】
一方、上述のような多方向操作部材２では、ユーザが操作板１０の東西南北の各方向を強く押圧した場合には、ユーザは、クリック感を得られる。東西南北の各位置にてユーザが所定の荷重以上で操作板１０を押圧した場合には、導電体１２を介してドーム状部材２５が座屈するためである。所定の荷重以上で押圧されると、ドーム状部材２５は、押圧子３１により座屈し、ドーム状部材２５の頂点部分が固定接点２４に接触する。その結果、固定接点２３と固定接点２４とが電気的に接続されて、スイッチがオンとなる。また、操作板１０の押圧を解除すると、ドーム状部材２５は、固定接点２４から離れ、逆椀形状に復元するので、スイッチがオフとなる。
【００３６】
また、クリック部材２２を、導電体用電極２１の下方に設けることで、どの方向でも導電体１２と導電体用電極２１との接触を安定化させ、多方向への操作がより正確に検出できる。導電体１２と導電体用電極２１との間にクリック部材２２が、存在しないので、押圧力に応じた導電体１２と導電体用電極２１との接触面積が得られるからである。
【００３７】
以上、本発明の多方向操作部材２およびそれを用いた電子機器としての携帯電話１の実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく、種々変形を施して実施可能である。
【００３８】
たとえば、上述の実施の形態において、導電体１２は、８つ設けるものとしたが、７個以下設けてもよいし、９個以上設けてもよい。同様に、クリック部材２２は、東、西、南および北方向に設けられるものとしたが、このような形態に限定されない。たとえば、クリック部材２２は、１〜３方向に設けられてもよいし、５方向以上に設けられてもよい。また、またクリック部材２２は、操作中心Ｐから見て９０度ではなく、９０度以外の所定角度で設けられても良い。
【００３９】
また、制御部（不図示）は、指で触れた位置への方向をベクトル演算により特定してもよい。たとえば、まず、抵抗値の大きさを各導電体用電極２１から電圧をほぼ同時に測定し、当該電圧に基づいて各ベクトルを生成する。具体的には、制御部は、各導電体用電極２１にて検出された電圧が小さい程、その絶対値が増加するベクトルを生成する。次に、得られた各ベクトルを加算し、合成ベクトルを得る。得られた合成ベクトルの方向および大きさは、それぞれ指で触れた位置への方向および押圧力として制御部が判断する。このように各ベクトルを合成処理することで、導電体用電極２１が配置された方向（上述の実施の形態では、８方向）と一致しない任意の方向に指が触れた場合にも、その方向およびその強さを特定できる。また、ベクトル演算を行う際に、電圧値をポイント等に換算してもよい。また、制御部は、指が触れた方向のみを特定してもよいし、指が触れた方向および押圧力の大きさの両方を特定してもよい。
【００４０】
上述の実施の形態においては、操作面側から見た場合に、クリック部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが、それぞれ導電体１２ａ，１２ｃ，１２ｅ，１２ｇの中心と重なるものとしているが、このような形態に限らない。たとえば、クリック部材２２と導電体１２とは、押圧方向において重ならないように配置してもよい。あるいは、導電体１２により形成される中心Ｐを基準とする円上に、クリック部材２２の一部が周方向のみまたは径方向のみで押圧方向に重なるものとしてもよい。その場合には、クリック部材２２は、８個の導電体１２により形成される中心Ｐを基準とする円と同一の円上あるいはそれよりもわずかに大きい円上に設けられるのが好ましい。なぜなら、人間は、外側部分を比較的強く押圧する傾向があるからである。しかし、導電体１２とクリック部材２２とが押圧方向にてそれらの中心が重なるように配置される場合には、操作板１０に加えられた荷重が、クリック部材２２に伝わりやすいという効果がある。なぜなら、上述の実施の形態に係る発明では、導電体１２と導電体用電極２１とが接触した後のさらなる連続荷重の印加によりクリック部材２２が押圧されるため、導電体１２の中心とクリック部材２２の中心の位置が近ければ近い程、導電体１２を介してクリック部材２２へ荷重を加えやすいからである。
【００４１】
上述の実施の形態では、多方向操作部材２は、略円環状の操作面を有し、８方向に押圧入力できるものであるが、このような形態に限らない。たとえば、操作板１０を円環状の他、多角形状、円状等あるいはその一部を用いたような形状としてもよい。しかし、操作面が円環状であることにより、多方向操作部材２をその周方向に沿って連続的に操作できる。また、操作板１０の内周内側には、押釦スイッチ用部材３が配置されているが、このような形態に限らない。たとえば、多方向操作部材２の内周内側部分には、何も配置されなくてもよい。
【００４２】
操作板１０に指を沿わせてなぞることを容易にする目的で、操作板１０の操作面に同心円状の溝を形成してもよい。また、操作板１０の外周部分を、ユーザが指触で感じることができるように、操作板１０の外周部分の厚さを外周以外の部分よりも厚くする、いわゆる円輪状の縁を形成してもよい。
【００４３】
上述の実施の形態において、クリック部材２２は、ドーム状部材２５を含むものとしたが、それに代えて、樹脂製のエンボススイッチ（例えば、ＰＥＴ製ドーム）、タクトスイッチ等の他種のメカニカルスイッチを用いても良い。また、クリック部材２２は、必ずしもスイッチ機能を有する必要がなく、たとえば、クリック部材２２としてドーム状部材２５のみを第１の基板２０あるいは第２の基板３０に備えてもよい。その場合には、固定接点２３および固定接点２４を設けなくてもよい。クリック部材２２がスイッチ機能を有していない場合には、所定の抵抗値が導電体用電極２１にて検出されると、クリック部材２２がクリック感を生じさせるに十分な大きさの圧力が加えられた、すなわち、あたかもスイッチが操作された、と制御部が認識できてもよい。さらに、押圧子３１は、必須の構成ではなく、第１の基板２０の押し下げによりドーム状部材２５の座屈あるいはクリック部材２２のスイッチの入力が可能であれば、押圧子３１は、不要である。また、第２の基板３０としては、たとえば、携帯電話１の筐体等を用いてもよい。
【００４４】
上述の実施の形態においては、操作面側から、導電体１２を弾性シート１１の裏面側に、導電体用電極２１を第１の基板２０の表面側に、クリック部材２２を第１の基板２０の裏面側に、押圧子３１を第２の基板３０に設けるものとしているがこのような形状に限らない。たとえば、クリック部材２２を第２の基板３０に設け、押圧子３１を第１の基板２０の裏面側に設けてもよい。あるいは、押圧子３１を操作板１０の裏面側に設け、クリック部材２２を第１の基板２０の表面側に設け、導電体１２を第１の基板２０の裏面側に設け、導電体用電極２１を第２の基板３０に設けるようにしてもよい。しかし、第１の基板２０の裏面側にクリック部材２２を設けることで、導電体１２への押圧力の僅かな違いを正確に取得できるものとなる。
【００４５】
上述の実施の形態においては、８個の個別の導電体１２を弾性シート１１の裏面側に設けるような形態としたが、このような形態に限らない。たとえば、導電体１２は、各方向別に独立しておらず、２以上の方向に共通の１または複数の導電体１２であっても良い。
【００４６】
上述の実施の形態においては、導電体１２は、ゴム状弾性体から形成されるものとしたが、このような形態に限らない。たとえば、導電性を有する樹脂あるいは金属（比較的柔らかい方が好ましい）からなる成形体であっても良い。
【００４７】
上述の実施の形態において、導電体用電極２１を一対の櫛歯形状の電極としとしたが、このような形態に限らない。導電体用電極２１を櫛歯形状の電極ではなく、円を略半分に分割した半円形状の電極あるいは円を略４分の１に分割した扇形状の電極を用いることもできる。しかし、櫛歯形状の電極を用いる場合には、操作板１０を押圧する量が小さい場合にも、検知感度が優れている。なぜなら、櫛歯形状の電極である場合には、導電体１２が容易に一対の電極両方に接触できるが、扇状等の電極の場合、一方の極にしか導電体１２が触れない場合があるからである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、たとえば、各種電子機器の入力装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 携帯電話（電子機器）
２ 多方向操作部材
１０ 操作板
１２ 導電体
２１ 導電体用電極
２０ 第１の基板
２２ クリック部材
２５ ドーム状部材
Ｐ 中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の方向に操作可能な多方向操作部材およびそれを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車載用機器、携帯電話機および音響機器等の電子機器において、多方向に操作可能な入力装置が用いられている。また、多方向に操作可能な入力装置としては、ユーザが操作板を軽く触れるだけで、操作が可能な入力装置がある（たとえば、特許文献１を参照）。かかる入力装置では、ユーザが指で操作板を押し込む必要がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０８３８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の入力装置では、以下のような問題がある。すなわち、ユーザが操作を行った際に、クリック感が生じないため、ユーザにとっては、確実に操作したという感覚が小さい。
【０００５】
また、操作板を軽く触れるだけで操作する場合、あるいはクリック感により確実に操作感を得て操作する場合等を使い分けたいという要望がある。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解消すべくなされたものであって、多方向への操作と、クリック感のある操作との使い分けが可能な多方向操作部材およびそれを備える電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の多方向操作部材の一実施の形態は、その操作面の裏面側に１または複数の導電体を備える操作板と、裏面側に対向するように設けられると共に、導電体に対向する位置に導電体用電極が設けられた第１の基板と、第１の基板の導電体用電極が設けられた面と反対方向に設けられる１または複数のクリック部材と、を備えるものとしている。
【０００８】
さらに、クリック部材は、第１の基板の導電体用電極が設けられた面の裏面側に、操作板と反対方向に突出するように設けられるのが好ましい場合もある。
【０００９】
さらに、操作面から見て、クリック部材の中心は、導電体と少なくとも一部で重なるのが好ましい場合もある。
【００１０】
さらに、クリック部材は、操作面からの所定の押圧を受けて弾性変形により座屈するドーム状部材を、第１の基板の導電体用電極が設けられた面と反対方向に有し、ドーム状部材は、操作面の中心を垂直に貫く中心軸を中心とする円周上において、９０度の間隔の中心角で配置されているのが好ましい場合もある。
【００１１】
また、本発明の電子機器の一実施の形態は、上述の多方向操作部材を備える電子機器としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、多方向への操作と、クリック感のある操作との使い分けが可能な多方向操作部材およびそれを備える電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多方向操作部材を備える電子機器の正面図である。
【図２】図１の多方向操作部材および押釦スイッチ用部材を、図１のＡ−Ａ線で切断した場合の断面図である。
【図３】図１の多方向操作部材および押釦スイッチ用部材を弾性シートの操作面と逆側の面から見た場合の平面図である。
【図４】多方向操作部材が有する第１の基板を操作面側から見た場合の平面図である。
【図５】多方向操作部材の第１の基板を操作面と逆側の面から見た場合の平面図である。
【図６】多方向操作部材の第２の基板を、操作面側から見た場合の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係る多方向操作部材およびそれを備える電子機器の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態では、電子機器として携帯電話１を例に説明するが、電子機器は、携帯電話以外の機器、例えば、モバイルコンピュータ、音楽再生用端末、携帯テレビ、車載用オーディオ機器あるいは上記各機器の操作用リモートコントローラ等であっても良い。
【００１５】
（多方向操作部材の構造）
図１は、本発明の実施の形態に係る多方向操作部材２を備える携帯電話１の正面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態に係る電子機器の一例である携帯電話１は、多方向に操作可能な多方向操作部材２を備える。携帯電話１は、多方向操作部材２および他の押釦スイッチ用部材３等からの入力された情報を処理し、各部を制御する制御部（不図示）を内部に有する。
【００１７】
多方向操作部材２の操作面側には、環状の操作板１０が露出している。また、本実施の形態では、本発明の多方向操作部材２とは別の押釦スイッチ用部材３が、環状の操作板１０の内周に囲まれる領域に配置されている。なお、以後、操作面側を表面側、操作面と逆の面側を裏面側という。また、図１、図３〜６では、各図の紙面において、上側を「北」、右側を「東」、下側を「南」、そして、左側を「西」という。
【００１８】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って操作面に対して垂直な面で多方向操作部材２を切断した場合の断面図である。なお、図２では、見易さを考慮して、各部材の厚さの比率を変更して図示している。
【００１９】
多方向操作部材２は、表面側から、操作板１０、弾性シート１１、第１の基板２０および第２の基板３０を主に有する。また、多方向操作部材２は、操作面が環状であり、その内周内側には、別の押釦スイッチ用部材３が配置されている。
【００２０】
操作板１０は、ユーザが触れるあるいは押圧する部分である。操作板１０は、樹脂、金属あるいはそれらのコンポジット等から主に形成できる。操作板１０としては、たとえば、外周円の直径が１０〜３０ｍｍ、内周円の直径が４〜１５ｍｍの操作面を有し、厚さが約１ｍｍの環状の部材を用いることができる。操作板１０は、薄型の弾性シート１１上に固着される。なお、本明細書では、表面側から見た場合に、操作板１０の外周円の中心を「中心Ｐ」といい、「方向」というときには、特段の説明がない限り、操作面を見た場合の中心Ｐを基準にした方向を指す。
【００２１】
弾性シート１１は、操作板１０および押釦スイッチ用部材３のキートップ５０を支持する部材である。また、弾性シート１１は、操作板１０が表面側から押圧された場合に、その下方に設けられた導電体１２等を押し込むことができるように、柔軟な弾性体の層から構成されるのが好ましい。そのような弾性シート１１の材料としては、たとえば、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。それらの材料の中でも、耐久性が高いウレタン系エラストマーあるいはシリコーンゴムから主に成るシートを用いることが好ましい。また、弾性シート１１には、弾性シート１１から裏側に向かって突出する導電体１２が設けられている。
【００２２】
図３は、図１の多方向操作部材２および押釦スイッチ用部材３を弾性シート１１の操作面と逆側の面から見た場合の平面図である。
【００２３】
導電体１２は、弾性シート１１から第１の基板２０に向かって突出する直径が２〜１０ｍｍの略半球状の導電性の弾性体である。具体的には、導電体１２は、操作板１０と操作方向で重なる位置であって、中心Ｐを中心とする同心円上に、その球面部分が突出するように設けられている。たとえば、導電体１２は、中心Ｐを基準とした周方向に沿うように４５度間隔に１個ずつ、合計８個の導電体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ（以後、総称する場合には、「導電体１２」と称する）が固定されている。
【００２４】
導電体１２は、第１の基板２０上に接触した後、押圧力に応じて弾性変形できるように、柔軟性に富む材料で構成されている。たとえば、導電体１２のショアー硬度Ａは、５０度から９０度であるのが好ましい。また、導電体１２には、導電性を付与するために、導電性材料が分散されている。導電体１２に分散される導電性材料としては、たとえば、カーボンあるいは金属等を用いることができるが、特に、粒子径が小さいもの（たとえば、ナノサイズの粒子）、特に、取り扱いが容易なカーボンブラックを用いるのが好ましい。また、導電体１２を構成する母材としては、シリコーンゴム、ウレタン樹脂、熱可塑性エラストマーあるいは天然ゴム等を用いることができ、それらの中でも、シリコーンゴムが好ましい。導電性材料の混合量は、導電性を高めかつシリコーンゴムの弾性を維持する観点から、シリコーンゴムの材料と当該導電性材料の総重量に対して５〜５０重量％であるのが好ましく、さらには、１５〜３５重量％がより好ましい。
【００２５】
図４は、多方向操作部材２が有する第１の基板２０を操作面側から見た場合の平面図である。
【００２６】
第１の基板２０は、弾性シート１１に対向して配置されている。第１の基板２０としては、たとえば、印刷回路基板（ＰＣＢ）を用いることができる。また、第１の基板２０の表面側には、導電体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈにそれぞれ対向して、導電体用電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ（総称する場合には、「導電体用電極２１」と称する）が配置されている。
【００２７】
導電体用電極２１は、ユーザの指が操作板１０に触れた際に生じる、裏側方向に向かう押圧力変化を、導電体１２を介して検知するためのものである。各導電体用電極２１は、多数の歯を有する櫛歯状の一対の電極を互いに接触しないように配置したものとしている。櫛歯状の各導電体用電極２１の上から導電体１２を接触させると、まず、櫛歯状の一対の電極の両方に触れた時点から、それらの電極が通電状態になる。さらに、その各導電体用電極２１と導電体１２との接触面積が大きくなるにつれて電気抵抗値が低下する。そのため、導電体１２がユーザの指により押圧されると、その押圧力に応じて導電体用電極２１の一対の電極間の電気抵抗値が小さくなる。
【００２８】
図５は、第１の基板２０を裏面側から見た場合の平面図である。
【００２９】
第１の基板２０の裏面側には、中心Ｐを基準として、北、東、南、西の４つの方向にクリック部材２２が設けられている。具体的には、４つのクリック部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ（総称する場合には、「クリック部材２２」と称する）は、導電体１２ａ，１２ｃ，１２ｅ，１２ｇと押圧方向で中心が重なる位置にそれぞれ設けられている。つまり、多方向操作部材２では、クリック部材２２が東西南北の４方向にて押圧可能に設けられ、導電体１２が８方向（東西南北の４方向および当該４方向において隣り合う２方向の間にある１つの中間方向を含む）において押圧操作可能に設けられている。
【００３０】
クリック部材２２は、押圧される部材であって、一定押圧力以上で押圧されるとスイッチをＯＮあるいはＯＦＦに切り替える部材である。本実施の形態では、クリック部材２２は、固定接点２３、固定接点２４およびドーム状部材２５を主に有する。固定接点２３および固定接点２４は、第１の基板２０の裏面に形成された導電部分である。固定接点２３は、ドーム状部材２５の外周縁部と電気的に接続されている。また、ドーム状部材２５は、導電性の逆椀状部材であり、固定接点２４を覆うように第１の基板２０に配置される。ドーム状部材２５は、所定の荷重以上が操作面側から加わることで座屈するような部材である。ドーム状部材２５としては、たとえば、金属からなるメタルドームを用いることができる。
【００３１】
図６は、第２の基板３０を操作面側から見た場合の平面図である。
【００３２】
第２の基板３０の操作面側には、クリック部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと押圧方向で重なる位置に、押圧子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ（総称する場合には、「押圧子３１」と称する）がそれぞれ設けられている。押圧子３１は、第２の基板３０からクリック部材２２方向へ突出する凸部である。押圧子３１は、第２の基板３０が押圧子３１形状を一体として有していてもよいし、別体として成形された押圧子３１を第２の基板３０へ接着あるいは融着等するような形態であってもよい。
【００３３】
このような多方向操作部材２では、多方向への操作と、クリック感のある操作との使い分けが可能である。たとえば、ユーザが操作板１０の一部を指で軽く触れると、その触れた位置に近い位置の１または複数の導電体１２が押し下げられる。押し下げられた導電体１２は、一対の導電体用電極２１に接し、一対の導電体用電極２１が短絡する。さらに、押し下げられた導電体１２は、押圧力に応じて弾性変形しながら導電体用電極２１に接する。複数の導電体１２が押し下げられた場合、指の接触部分に最も近い導電体用電極２１が、他の導電体１２より大きな面積で導電体用電極２１に接触するので抵抗値が最も小さくなる。一方、指の接触部分から離れた導電体用電極２１では、導電体１２と導電体用電極２１との接触面積とが小さいため、比較的高い抵抗値を示す。このような抵抗値の違いを検出することで、指で触れた位置への方向を特定できる。
【００３４】
また、多方向操作部材２は、多方向において、操作板１０を押し込む押圧力を検出できるものとなる。前述したように、押し下げられた導電体１２は、押圧力に応じて導電体１２と導電体用電極２１との接触面積が異なることから、押圧力に応じて検出される抵抗値が異なる。したがって、抵抗値の違いを検出することで、操作板１０を押し込む押圧力を特定できる。
【００３５】
一方、上述のような多方向操作部材２では、ユーザが操作板１０の東西南北の各方向を強く押圧した場合には、ユーザは、クリック感を得られる。東西南北の各位置にてユーザが所定の荷重以上で操作板１０を押圧した場合には、導電体１２を介してドーム状部材２５が座屈するためである。所定の荷重以上で押圧されると、ドーム状部材２５は、押圧子３１により座屈し、ドーム状部材２５の頂点部分が固定接点２４に接触する。その結果、固定接点２３と固定接点２４とが電気的に接続されて、スイッチがオンとなる。また、操作板１０の押圧を解除すると、ドーム状部材２５は、固定接点２４から離れ、逆椀形状に復元するので、スイッチがオフとなる。
【００３６】
また、クリック部材２２を、導電体用電極２１の下方に設けることで、どの方向でも導電体１２と導電体用電極２１との接触を安定化させ、多方向への操作がより正確に検出できる。導電体１２と導電体用電極２１との間にクリック部材２２が、存在しないので、押圧力に応じた導電体１２と導電体用電極２１との接触面積が得られるからである。
【００３７】
以上、本発明の多方向操作部材２およびそれを用いた電子機器としての携帯電話１の実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく、種々変形を施して実施可能である。
【００３８】
たとえば、上述の実施の形態において、導電体１２は、８つ設けるものとしたが、７個以下設けてもよいし、９個以上設けてもよい。同様に、クリック部材２２は、東、西、南および北方向に設けられるものとしたが、このような形態に限定されない。たとえば、クリック部材２２は、１〜３方向に設けられてもよいし、５方向以上に設けられてもよい。また、またクリック部材２２は、操作中心Ｐから見て９０度ではなく、９０度以外の所定角度で設けられても良い。
【００３９】
また、制御部（不図示）は、指で触れた位置への方向をベクトル演算により特定してもよい。たとえば、まず、抵抗値の大きさを各導電体用電極２１から電圧をほぼ同時に測定し、当該電圧に基づいて各ベクトルを生成する。具体的には、制御部は、各導電体用電極２１にて検出された電圧が小さい程、その絶対値が増加するベクトルを生成する。次に、得られた各ベクトルを加算し、合成ベクトルを得る。得られた合成ベクトルの方向および大きさは、それぞれ指で触れた位置への方向および押圧力として制御部が判断する。このように各ベクトルを合成処理することで、導電体用電極２１が配置された方向（上述の実施の形態では、８方向）と一致しない任意の方向に指が触れた場合にも、その方向およびその強さを特定できる。また、ベクトル演算を行う際に、電圧値をポイント等に換算してもよい。また、制御部は、指が触れた方向のみを特定してもよいし、指が触れた方向および押圧力の大きさの両方を特定してもよい。
【００４０】
上述の実施の形態においては、操作面側から見た場合に、クリック部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが、それぞれ導電体１２ａ，１２ｃ，１２ｅ，１２ｇの中心と重なるものとしているが、このような形態に限らない。たとえば、クリック部材２２と導電体１２とは、押圧方向において重ならないように配置してもよい。あるいは、導電体１２により形成される中心Ｐを基準とする円上に、クリック部材２２の一部が周方向のみまたは径方向のみで押圧方向に重なるものとしてもよい。その場合には、クリック部材２２は、８個の導電体１２により形成される中心Ｐを基準とする円と同一の円上あるいはそれよりもわずかに大きい円上に設けられるのが好ましい。なぜなら、人間は、外側部分を比較的強く押圧する傾向があるからである。しかし、導電体１２とクリック部材２２とが押圧方向にてそれらの中心が重なるように配置される場合には、操作板１０に加えられた荷重が、クリック部材２２に伝わりやすいという効果がある。なぜなら、上述の実施の形態に係る発明では、導電体１２と導電体用電極２１とが接触した後のさらなる連続荷重の印加によりクリック部材２２が押圧されるため、導電体１２の中心とクリック部材２２の中心の位置が近ければ近い程、導電体１２を介してクリック部材２２へ荷重を加えやすいからである。
【００４１】
上述の実施の形態では、多方向操作部材２は、略円環状の操作面を有し、８方向に押圧入力できるものであるが、このような形態に限らない。たとえば、操作板１０を円環状の他、多角形状、円状等あるいはその一部を用いたような形状としてもよい。しかし、操作面が円環状であることにより、多方向操作部材２をその周方向に沿って連続的に操作できる。また、操作板１０の内周内側には、押釦スイッチ用部材３が配置されているが、このような形態に限らない。たとえば、多方向操作部材２の内周内側部分には、何も配置されなくてもよい。
【００４２】
操作板１０に指を沿わせてなぞることを容易にする目的で、操作板１０の操作面に同心円状の溝を形成してもよい。また、操作板１０の外周部分を、ユーザが指触で感じることができるように、操作板１０の外周部分の厚さを外周以外の部分よりも厚くする、いわゆる円輪状の縁を形成してもよい。
【００４３】
上述の実施の形態において、クリック部材２２は、ドーム状部材２５を含むものとしたが、それに代えて、樹脂製のエンボススイッチ（例えば、ＰＥＴ製ドーム）、タクトスイッチ等の他種のメカニカルスイッチを用いても良い。また、クリック部材２２は、必ずしもスイッチ機能を有する必要がなく、たとえば、クリック部材２２としてドーム状部材２５のみを第１の基板２０あるいは第２の基板３０に備えてもよい。その場合には、固定接点２３および固定接点２４を設けなくてもよい。クリック部材２２がスイッチ機能を有していない場合には、所定の抵抗値が導電体用電極２１にて検出されると、クリック部材２２がクリック感を生じさせるに十分な大きさの圧力が加えられた、すなわち、あたかもスイッチが操作された、と制御部が認識できてもよい。さらに、押圧子３１は、必須の構成ではなく、第１の基板２０の押し下げによりドーム状部材２５の座屈あるいはクリック部材２２のスイッチの入力が可能であれば、押圧子３１は、不要である。また、第２の基板３０としては、たとえば、携帯電話１の筐体等を用いてもよい。
【００４４】
上述の実施の形態においては、操作面側から、導電体１２を弾性シート１１の裏面側に、導電体用電極２１を第１の基板２０の表面側に、クリック部材２２を第１の基板２０の裏面側に、押圧子３１を第２の基板３０に設けるものとしているがこのような形状に限らない。たとえば、クリック部材２２を第２の基板３０に設け、押圧子３１を第１の基板２０の裏面側に設けてもよい。あるいは、押圧子３１を操作板１０の裏面側に設け、クリック部材２２を第１の基板２０の表面側に設け、導電体１２を第１の基板２０の裏面側に設け、導電体用電極２１を第２の基板３０に設けるようにしてもよい。しかし、第１の基板２０の裏面側にクリック部材２２を設けることで、導電体１２への押圧力の僅かな違いを正確に取得できるものとなる。
【００４５】
上述の実施の形態においては、８個の個別の導電体１２を弾性シート１１の裏面側に設けるような形態としたが、このような形態に限らない。たとえば、導電体１２は、各方向別に独立しておらず、２以上の方向に共通の１または複数の導電体１２であっても良い。
【００４６】
上述の実施の形態においては、導電体１２は、ゴム状弾性体から形成されるものとしたが、このような形態に限らない。たとえば、導電性を有する樹脂あるいは金属（比較的柔らかい方が好ましい）からなる成形体であっても良い。
【００４７】
上述の実施の形態において、導電体用電極２１を一対の櫛歯形状の電極としとしたが、このような形態に限らない。導電体用電極２１を櫛歯形状の電極ではなく、円を略半分に分割した半円形状の電極あるいは円を略４分の１に分割した扇形状の電極を用いることもできる。しかし、櫛歯形状の電極を用いる場合には、操作板１０を押圧する量が小さい場合にも、検知感度が優れている。なぜなら、櫛歯形状の電極である場合には、導電体１２が容易に一対の電極両方に接触できるが、扇状等の電極の場合、一方の極にしか導電体１２が触れない場合があるからである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、たとえば、各種電子機器の入力装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 携帯電話（電子機器）
２ 多方向操作部材
１０ 操作板
１２ 導電体
２１ 導電体用電極
２０ 第１の基板
２２ クリック部材
２５ ドーム状部材
Ｐ 中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その操作面の裏面側に１または複数の導電体を備える操作板と、
上記裏面側に対向するように設けられると共に、上記導電体に対向する位置に導電体用電極が設けられた第１の基板と、
上記第１の基板の上記導電体用電極が設けられた面と反対方向に設けられる１または複数のクリック部材と、
を備えることを特徴とする多方向操作部材。
【請求項２】
請求項１に記載の多方向操作部材であって、
前記クリック部材は、前記第１の基板の前記導電体用電極が設けられた面の裏面側に、前記操作板と反対方向に突出するように設けられることを特徴とする多方向操作部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の多方向操作部材であって、
前記操作面から見て、前記クリック部材の中心は、前記導電体と少なくとも一部で重なることを特徴とする多方向操作部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の多方向操作部材であって、
前記クリック部材は、前記操作面からの所定の押圧を受けて弾性変形により座屈するドーム状部材を、第１の基板の導電体用電極が設けられた面と反対方向に有し、当該ドーム状部材は、前記操作面の中心を垂直に貫く中心軸を中心とする円周上において、９０度の間隔の中心角で配置されていることを特徴とする多方向操作部材。
【請求項５】
請求項１〜４の多方向操作部材を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
その操作面の裏面側に１または複数の導電体を備える操作板と、
上記裏面側に対向するように設けられると共に、上記導電体に対向する位置に導電体用電極が設けられた第１の基板と、
上記第１の基板の上記導電体用電極が設けられた面と反対方向に設けられる１または複数のクリック部材と、
を備えることを特徴とする多方向操作部材。
【請求項２】
請求項１に記載の多方向操作部材であって、
前記クリック部材は、前記第１の基板の前記導電体用電極が設けられた面の裏面側に、前記操作板と反対方向に突出するように設けられることを特徴とする多方向操作部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の多方向操作部材であって、
前記操作面から見て、前記クリック部材の中心は、前記導電体と少なくとも一部で重なることを特徴とする多方向操作部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の多方向操作部材であって、
前記クリック部材は、前記操作面からの所定の押圧を受けて弾性変形により座屈するドーム状部材を、第１の基板の導電体用電極が設けられた面と反対方向に有し、当該ドーム状部材は、前記操作面の中心を垂直に貫く中心軸を中心とする円周上において、９０度の間隔の中心角で配置されていることを特徴とする多方向操作部材。
【請求項５】
請求項１〜４の多方向操作部材を備えることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１４１９５８（Ｐ２０１１−１４１９５８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５６（Ｐ２０１０−４５６）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【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７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【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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