抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置
【課題】各種電子機器の操作に用いられる感圧スイッチに関し、押圧力を検出すると共に高精度に押圧方向を検出しうる抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置を提供することを目的とする。
【解決手段】感圧スイッチの抵抗体層に接続された端子を定圧電源に接続し、感圧スイッチの電極に接続された端子を前記制御手段に接続し、制御手段は前記抵抗体層を押圧した押圧方向を、制御手段に感圧スイッチの電極を介して入力された入力電圧に基づいて推定するものであり、操作者が押圧する方向の変化に従って変化する所定の電圧分布を抵抗体層に生じさせるため、操作者の押圧方向検出を高精度に行うことができ、押圧方向検出に好適な抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置を得ることができる。
【解決手段】感圧スイッチの抵抗体層に接続された端子を定圧電源に接続し、感圧スイッチの電極に接続された端子を前記制御手段に接続し、制御手段は前記抵抗体層を押圧した押圧方向を、制御手段に感圧スイッチの電極を介して入力された入力電圧に基づいて推定するものであり、操作者が押圧する方向の変化に従って変化する所定の電圧分布を抵抗体層に生じさせるため、操作者の押圧方向検出を高精度に行うことができ、押圧方向検出に好適な抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に各種電子機器の操作に用いる抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やカーナビ等の各種電子機器の高機能化や多様化が進むに伴い、これらの操作に用いられる抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置には、簡便に多様な操作が可能なものが求められている。
【０００３】
このような従来の抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置について、図１１〜図１３を用いて説明する。
【０００４】
なお、構成を判り易くするために、図面は厚さ方向の寸法を拡大して表わしている。
【０００５】
図１１は従来の入力装置の断面図、図１２は同分解斜視図であり、同図において、１はフィルム状のオーバーシート、２は略ドーム状の可動接点で、オーバーシート１下面に可動接点２が接着剤（図示せず）によって貼り付けられている。
【０００６】
また、３はオーバーシート１と同様の可撓性を有するフィルム状のカバーシートで、可動接点２がカバーシート３上の略中央位置およびその前後左右の五箇所にオーバーシート１で貼り付けられている。
【０００７】
また、４は、所定の面抵抗を備えた材料を印刷形成した抵抗体層で、５は、可動接点２の下方となる部分を除いて設けられたフィルム状のスペーサ層である。
【０００８】
そして、カバーシート３、およびその下面の抵抗体層４と、スペーサ層５から抵抗シート６が構成される。
【０００９】
また、７はフィルム状、あるいは板状の基板で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、基板７の略中央位置およびその前後左右の五箇所に、半円状の固定接点８Ａ、８Ｂが所定の空隙を設けて対向した固定接点対８が設けられている。
【００１０】
そして、基板７の上面には定圧電源９、抵抗素子１０、マイコンなどから構成された制御手段１１などから電子回路１２が構成され、定圧電源９が固定接点８Ａに、制御手段１１が固定接点８Ｂに、抵抗素子１０は一端が固定接点８Ｂに、他端がアース電位に接続される。
【００１１】
そして、各固定接点対８の上方に、抵抗体層４のスペーサ層５で覆われていない部分が対向するように、抵抗シート６を載置している。
【００１２】
また、１３は絶縁樹脂製のラバーシート、１４はラバーシート１３の略中央上面に設けられた絶縁樹脂製の押釦、１５は押釦１４を囲んで設けられた絶縁樹脂製の操作体で、ラバーシート１３下面の複数の押圧部１３Ａが複数の可動接点２中央部のカバーシート１上面に当接すると共に、この上方には押釦１４が上下動可能に、操作体１５が揺動可能に配置されて、入力装置が構成される。
【００１３】
以上の構成において、図１３の従来の電子機器の斜視図で示すように、例えば、操作体１５の右側のＶの位置を下方へ押圧操作すると、ラバーシート１３が撓んで、可動接点２を押圧しクリック感を伴って下方へ弾性反転すると共に、抵抗体層４が下方へ撓み、抵抗体層４の下面が固定接点８Ａと８Ｂに接触し、固定接点８Ａと８Ｂが抵抗体層４を介して電気的に接続される。
【００１４】
そして、この後、さらに押圧力を加えると、押圧力によって抵抗体層４の固定接点８Ａと８Ｂに対する接触面積が増え、固定接点８Ａと８Ｂの間の抵抗値が小さくなる。
【００１５】
この抵抗値の変化が定圧電源９と抵抗素子１０により電圧の変化として基板７上面に形成された電子回路１２の制御手段１１により検出されて、例えば携帯電話などの電子機器１６の表示手段１７に表示された複数のメニュー１８を選択するためのカーソル１９の移動方向や移動速度を制御手段１１が制御する。
【００１６】
また、右斜め前方のＷの位置を押圧すると、右方と前方の固定接点８Ａと８Ｂが抵抗体層４を介して電気的に接続され、制御手段１１はカーソル１９を右斜め上方に移動し、移動速度を制御する。
【００１７】
つまり、操作体１５の右側のＶの位置を押圧するとカーソル１９がそれに対応して右に移動し、一方右斜め前方のＷの位置を押圧すると、カーソル１９がそれに対応して右斜め前方に移動し、押圧力を強くするとカーソル１９の移動速度を速くする表示の制御などを電子回路が行うものであった。
【００１８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−０１６３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記従来の入力装置においては、固定接点対８は前後左右および中央の五箇所にしか設けられていないため、例えばＶの位置から少し前方寄り、あるいは後方寄りの位置を押圧した際には、可動接点体２が固定接点対８に接するタイミングがずれるなどして各固定接点対８の押圧力の分布の再現性が低く、高精度な押圧方向の検出が出来ず、押圧方向と同じ方向へ高精度なカーソルなどの移動ができなかった。
【００２１】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、押圧力を検出すると共に高精度に押圧方向を検出しうる感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置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】
【００２２】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００２３】
本発明の請求項１に記載の発明は、可撓性を有したカバーシートと、カバーシートの下面に設けられた導電金属の配線からなるパターン配線と、パターン配線に接続して設けられた所定の面抵抗を備えた材料で形成された抵抗体層と、カバーシートの下面との間に前記パターン配線を挟み、下面が前記抵抗体層より下方に位置するよう構成されたスペーサ層からなり、抵抗体層が、第一の抵抗体層と、第一の抵抗体層の周囲にあって、少なくとも一部が第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備え、また抵抗体層下面に凹凸を備えたものであり、中央の第一の抵抗体層とその周囲の第二の抵抗体層で３６０度方向などの所定の角度範囲に抵抗体層を配置することが出来るため、簡便な抵抗体層の構成で押圧方向検出に好適な抵抗シートを得ることができるという作用を有する。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、抵抗体層が、第一の抵抗体層と、第一の抵抗体層の周囲にあって、少なくとも一部が第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備え、また抵抗体層下面に凹凸を備えて構成するものであり、操作者の押圧方向検出を安定して行うことができると共に、中央の第一の抵抗体層とその周囲の第二の抵抗体層による簡便な電極の構成で押圧方向検出に好適な感圧スイッチを得ることができるという作用を有する。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の感圧スイッチと、感圧スイッチに接続されたスイッチ手段と、感圧スイッチと前記スイッチ手段に接続された制御手段と、所定電圧の定圧電源とを備え、感圧スイッチの電極に接続された端子を制御手段に接続し、制御手段は、スイッチ手段を切替えて、感圧スイッチの抵抗体層と感圧スイッチの電極との間で所定の電位差を生じさせ、制御手段は抵抗体層を押圧した押圧力を制御手段に感圧スイッチの電極を介して入力された入力電圧に基づいて推定するものであり、操作者が押圧する方向の変化に従って変化する所定の電圧分布を抵抗体層に生じさせるため、操作者の押圧方向検出を高精度に行うことができ、押圧方向検出に好適な入力装置を得ることができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように本発明によれば、押圧力を検出すると共に高精度に押圧方向を検出しうる抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態による感圧スイッチの分解斜視図
【図２】同感圧スイッチの断面図
【図３】同入力装置の分解斜視図
【図４】同入力装置を使用した電子機器の斜視図
【図５】同入力装置の回路図
【図６】同入力装置の動作説明のための回路図
【図７】同入力装置の動作説明のための回路図
【図８】同抵抗体層の上面図
【図９】同入力装置を使用した電子機器の画面図
【図１０】同低抵抗層の上面図
【図１１】従来の入力装置の断面図
【図１２】同入力装置の分解斜視図
【図１３】同入力装置を使用した電子機器の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を用いて説明する。
【００２９】
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００３０】
なお、これらの図面のうち断面図は、構成を判り易くするために厚さ方向の寸法を拡大して表わしている。
【００３１】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による感圧スイッチの分解斜視図、図２は同断面図であり、同図において、２１は、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、ポリイミド等の可撓性を有した材料で形成されたフィルム状のカバーシートである。
【００３２】
また、２２は銅などの導電金属の配線からなるパターン配線でカバーシート２１下面にエッチングなどで形成されている。
【００３３】
そして、２２１Ａ〜２２１Ｄは円周に沿って等間隔に配置された４本の接続端で、接続端２２１Ａ〜２２１Ｄから左方にパターン配線２２が延出され、２２Ａ〜２２Ｄで示す端子に接続される。
【００３４】
また、２２１Ｅは接続端２２１Ａ〜２２１Ｄの外方の接続端で、接続端２２１Ｅから左方にパターン配線２２が延出され、２２Ｅで示す端子に接続される。
【００３５】
なお、このパターン配線２２は、導電金属の配線として、銀等の導電粒子を含んだ導電性のインキなどで印刷により形成されていても良い。
【００３６】
そして、２３は合成樹脂内にカーボン粉を分散したシート抵抗値０．５ｋΩ〜３０ｋΩ／□の抵抗体を材料とする略リング状に形成された低抵抗層で、パターン配線２２下面に印刷などにより形成される。
【００３７】
ここで、低抵抗層２３は、低抵抗層２３中央にあり略円形の第一の低抵抗部２３Ａと、第一の低抵抗部２３Ａの周囲を囲んで配置された第二の低抵抗部２３Ｂを備えている。
【００３８】
また、第一の低抵抗部２３Ａと第二の低抵抗部２３Ｂの間に円弧状にスリットが設けられることにより、第一の低抵抗部２３Ａと第二の低抵抗部２３Ｂは前後左右の９０度間隔で、接続部２３Ｃにより接続される。
【００３９】
そして、第二の低抵抗部２３Ｂの前後左右の端部はＡ点〜Ｄ点で示す接続端からなり、パターン配線２２の内端２２１Ａ〜２２１Ｄに接続端Ａ〜Ｄがそれぞれ接続する。
【００４０】
また、２４は低抵抗層２３の下面に重ねて印刷形成された、下面が細かな凹凸状でシート抵抗値５０ｋΩ〜５ＭΩ／□の略円形の高抵抗層で、これらの低抵抗層２３と高抵抗層２４から抵抗体層２５が構成される。
【００４１】
なお、高抵抗層２４の形状は、図１で示したような円形でも良いし、低抵抗層２３と同様の形状であっても良いし、高抵抗層２４のうち第一の低抵抗部２３Ａ下方の円形の第一の高抵抗部２４Ａと、高抵抗層２４のうち第二の低抵抗部２３Ｂ下方のリング形状の第二の高抵抗部２４Ｂが離間した形状であっても良い。
【００４２】
また、第一の低抵抗部２３Ａと第一の高抵抗部２４Ａから第一の抵抗体層２５Ａが構成され、第二の低抵抗部２３Ｂと第二の高抵抗部２４Ｂから第二の抵抗体層２５Ｂが構成される。
【００４３】
すなわち、抵抗体層２５の略中央に、略円形の第一の抵抗体層２５Ａが設けられ、第一の抵抗体層２５Ａを囲んで第二の抵抗体層２５Ｂが設けられ、第一の抵抗体層２５Ａと第二の抵抗体層２５Ｂは、低抵抗層２３の接続部２３Ｃで接続されている。
【００４４】
また、２６はポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、ポリイミド等の可撓性を有した材料で形成されたフィルム状のスペーサ層で、抵抗体層２５の下面よりスペーサ層２６の下面が下方になるように、カバーシート２１下面に貼り付けられている。
【００４５】
なお、スペーサ層２６は、例えばエポキシ樹脂などを含んだ絶縁性のインキで印刷により形成されていても良い。
【００４６】
つまり、カバーシート２１とスペーサ層２６の間に、パターン配線２２と抵抗体層２５が挟み込まれており、これらから抵抗シート２７が構成される。
【００４７】
さらに、２８はステンレスなどの金属導体として、あるいはカーボン、銀の印刷などにより構成された略方形の電極で、上面は凹凸の無い平板で構成される。
【００４８】
そして、電極２８の上面と抵抗シート２７の抵抗体層２５の下面の間に１０〜１００μｍ前後の所定の間隙が設けられ抵抗シート２７が重ねられて、感圧スイッチ４０が構成される。
【００４９】
また、抵抗シート２７の接続端２２１Ｅは、異方性導電ペーストまたは、バネやゴムなどの圧接による接続部材（図示せず）を介して電極２８と接続されており、これにより抵抗シート２７の端子２２Ｅが電極２８に電気的に接続する。
【００５０】
このような感圧スイッチ４０は、例えば携帯電話などの電子機器に組み込まれて、図３の分解斜視図に示すような入力装置が構成されており、同図において４１は、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート等のフィルム状、あるいは紙フェノールやガラス入りエポキシ等の板状の基板で、基板４１上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成される。
【００５１】
また基板４１上面には、前後左右に設けられた導電金属製でリング状およびその中央の円形の固定接点からなる固定接点対４２や、絶縁樹脂製の接続コネクタ４３やマイコン等の半導体素子で構成された制御手段４４や、制御手段４４から信号が入力されて切替可能な複数のスイッチで構成されたスイッチ手段４５、抵抗素子４６などが配置され、各々配線パターンにより接続され電子回路４７が構成される。
【００５２】
また、４８は、端面から進入させた光を所定箇所で発光させる絶縁樹脂製の導光シートを非導電樹脂のオーバーシート上面に固定した可動接点体シートで、可動接点体シート４８の下面には前後左右に４９で示す金属導体でドーム状に形成された可動接点体が貼り付けられる。
【００５３】
そして、基板４１の前後左右の固定接点対４２上に、前後左右の可動接点体４９を対向させて可動接点体シート４８を基板４１上に載置し、さらに、前後左右の可動接点体４９の内側に感圧スイッチ４０を配置し、感圧スイッチ４０の端子２２Ａ〜Ｅを接続コネクタ４３に接続する。
【００５４】
また、５０はシリコーンやエラストマーなどの弾性材からなるラバーシートで、ラバーシート５０上の中央に５１で示す絶縁樹脂製の中央釦が、中央釦５１を囲んで５２で示す同じく絶縁樹脂製でリング状のリング釦が、またリング釦５２を囲んで５３で示す同じく絶縁樹脂製でリング状の方向釦が接着剤（図示せず）などで貼り付けられる。
【００５５】
そして、感圧スイッチ４０の抵抗体層２５の上方に中央釦５１とリング釦５２を配置し、前後左右の可動接点体４９の上方に方向釦５３が位置するよう、ラバーシート５０上に各釦が貼り付けられて、入力装置６０が構成される。
【００５６】
このように構成された入力装置６０は例えば、図４の斜視図で示すような折りたたみ式の携帯電話などの電子機器６１において、６２で示す液晶表示素子等の表示手段に対向した下側筐体６３の上面に、中央釦５１、リング釦５２、方向釦５３を操作者が操作可能なように露出して配置するものである。
【００５７】
次に、この入力装置６０の電気的構成について、図５の回路図を用いて説明すると、同図において、抵抗体層２５の低抵抗層２３の点Ａ〜Ｄに接続された端子２２Ａ〜２２Ｄは、スイッチ手段４５のスイッチ４５Ａ〜Ｄと接続している。
【００５８】
ここで、スイッチ４５Ａ、４５Ｄは定圧電源（例えば＋５Ｖ）に接続した状態と開放状態を切替えるもので、スイッチ４５Ｂ、４５Ｃはアース電位（０Ｖ）に接続した状態と開放状態を切替えるもので、初期状態は、スイッチ４５Ａが定圧電源に接続した状態で、スイッチ４５Ｂ〜Ｄは全て開放状態になっている。
【００５９】
なお、定圧電源の電圧としては０．１Ｖ以上３０Ｖ以下とすることができ、１Ｖ以上１５Ｖ以下がより望ましい。
【００６０】
さらに、電極２８は端子２２Ｅを介し、分岐した一端が制御手段４４に接続されてＶｉｎで示す電圧信号を制御手段４４に入力し、他端が抵抗素子４６を介してスイッチ４５Ｅに接続されている。
【００６１】
ここで、スイッチ４５Ｅは初期状態ではアース電位に接続した状態になっている。
【００６２】
さらに、スイッチ４５Ａ〜４５Ｅのスイッチ切替えは、制御手段４４からの出力信号Ｓ１により行われ、スイッチ４５Ａ〜４５Ｅのスイッチ切替え結果に応じて、電圧信号Ｖｉｎが変化する。
【００６３】
このように構成された入力装置６０において、操作者が例えば、リング釦５２を操作し、第二の抵抗体層２５ＢのＰ点を押圧したとすると、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の接触面積が変化し、Ｒｐで示す第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の間の接触抵抗が変化する。
【００６４】
そして、制御手段４４は押圧力の推定処理を行うもので、スイッチ４５Ａから定圧電源が印加され、スイッチ４５Ｅはアース電位に接続されるため、電圧信号Ｖｉｎは、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の間の接触抵抗Ｒｐと点Ａ−点Ｐ間の線路抵抗Ｒａｐの和である（Ｒｐ＋Ｒａｐ）と、抵抗素子４６の抵抗値Ｒとの分圧比で決定される。
【００６５】
つまり、制御手段４４は、スイッチ手段４５を切替えて、感圧スイッチ４０の抵抗体層２５Ｂと感圧スイッチ４０の電極２８との間で所定の電位差を生じさせるため、生じた電位差に応じた電圧信号Ｖｉｎが制御手段４４に入力される。
【００６６】
そして、制御手段４４は後述する第一〜第三の方向推定手順を経て点Ｐの押圧方向を推定後、点Ａ−点Ｐ間の線路抵抗Ｒａｐを補正する補正手順を行い、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の間の接触抵抗Ｒｐを算出する。
【００６７】
この補正手順について具体的に説明すると、まず、制御手段４４は、例えば制御手段４４内に設けられた電圧信号Ｖｉｎと（Ｒｐ＋Ｒａｐ）の対比テーブルに基づき、（Ｒｐ＋Ｒａｐ）の抵抗値を推定する。
【００６８】
そして、制御手段４４が点Ｐの押圧方向を推定した後、例えば、点Ａ−点Ｃ間の線路抵抗が既知の値であるＲａｃでその間の円弧に対応する角度がα度、推定された点Ｐの押圧方向に対応する角度がβ度であるとすれば、点Ａ−点Ｐ間の線路抵抗Ｒａｐである、Ｒａｃ×β／αを算出する。
【００６９】
そして、制御手段４４は（Ｒｐ＋Ｒａｐ）から点Ａ−点Ｐ間の線路抵抗Ｒａｐを減じて接触抵抗Ｒｐを算出し、例えば制御手段４４内に設けられた接触抵抗Ｒｐと押圧力の対比テーブルに基づき、Ｐ点の押圧力を推定する。
【００７０】
また、次に第一〜第三の方向推定手順について順を追って説明する。
【００７１】
ここで、まず、制御手段４４は制御信号Ｓ１により、図６の回路図で示すように、スイッチ４５Ａを開放状態から定圧電源に接続した状態に切替え、スイッチ４５Ｃを開放状態からアース電位に接続した状態に切替え、スイッチ４５Ｅを開放状態に切替える。
【００７２】
これにより、図６の経路Ａ点−Ｐ点−Ｃ点間のＰ点での分圧比に対応した電圧が、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の接触抵抗Ｒｐを介して制御手段４４に入力電圧Ｖｉｎとして入力される。
【００７３】
そして、制御手段４４は、例えば制御手段４４内に設けられた電圧信号Ｖｉｎと押圧方向の対比テーブルに基づき押圧方向を推定するものであるが、Ａ点−Ｃ点を結ぶ線分に対しＰ点を通って直交する点線Ｑ上の点であれば、Ａ点−Ｐ点−Ｃ点間のＰ点での分圧比に対応した電圧と同じ電圧がＶｉｎとして得られる。
【００７４】
ここで、制御手段４４は、点線Ｑ上のいずれかの点が押圧されているものと推定する（第一の方向推定手順）。
【００７５】
そして、次に制御手段４４は図７の回路図で示すように、スイッチ４５Ａを開放状態に、スイッチ４５Ｂをアース電位に、スイッチ４５Ｃを開放状態に、スイッチ４５Ｄを定圧電源に接続する状態にそれぞれ切替える。
【００７６】
これにより、図７の経路Ｄ点−Ｐ点−Ｂ点間のＰ点での分圧比に対応した電圧が、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の接触抵抗Ｒｐを介して制御手段４４に入力電圧Ｖｉｎとして入力される。
【００７７】
そして、制御手段４４は、例えば制御手段４４内に設けられた電圧信号Ｖｉｎと押圧方向の対比テーブルに基づきＤ点−Ｂ点を結ぶ線分に対しＰ点を通って直交する点線Ｒ上の点が押圧されたものと推定する（第二の方向推定手順）。
【００７８】
さらに、制御手段４４は、第一の方向推定手順の結果と第二の方向推定手順の結果を比較し、押圧方向はＰ点の方向であると推定する（第三の方向推定手順）。
【００７９】
つまり、所定の面抵抗を備えた抵抗体層に電圧を印加することにより、押圧方向により異なる入力電圧が制御手段４４に入力されるため、制御手段４４は押圧方向を推定しうる。
【００８０】
また、操作者が例えば、中央釦５１を操作し、図８に示す第一の抵抗体層２５ＡのＳ点を押圧したとすると、第一の抵抗体層２５Ａと電極２８の接触面積が変化し、第一の抵抗体層２５Ａと電極２８の間の接触抵抗が変化する。
【００８１】
この場合においても、リング釦５２を操作した場合と同様に、制御手段４４は第一〜第三の方向推定手順を経て点Ｓの押圧位置を推定し、Ａ点−Ｓ点間の線路抵抗を補正する補正手順を行い、接触抵抗を算出する。
【００８２】
つまり、押圧位置を推定する際には、制御手段４４は第一の方向推定手順で、Ｓ点を含む点線Ｔ上が押圧されたものと推定し、第二の方向推定手順で、Ｓ点を含む点線Ｕ上が押圧されたものと推定する。
【００８３】
そして、第三の方向推定手順で、制御手段４４は点線Ｔと点線Ｕの交点となるＳ点が押圧されたものと推定する。
【００８４】
そして、例えば図９の画面図に示すように、表示手段６２に地図のメニューが表示された状態で、リング釦５２の例えば斜め方向またはその方向から若干前後にずれた方向を押圧操作した場合においても、制御手段４４は押圧操作した所望方向へ６４で示すポインタを移動させ、さらに強い力で操作された場合にはポインタ６４の移動速度を速める。
【００８５】
また、操作者が中央釦５１を押圧し、押圧力を変えた場合には、押圧力に合わせて、表示された地図のメニューの縮尺表示が変化する。
【００８６】
つまり、制御手段４４は、操作者が操作した方向へ高精度にポインタなどを移動することができ、またリング釦５２の押圧力を推定してポインタなどの移動速度を変化させたり、中央釦５１の押圧力を推定して地図のメニューの縮尺を変化させたりするため、操作自由度が高くかつスムーズな操作が可能となるものである。
【００８７】
なお、上述の説明においては、低抵抗層２３の形状は図１０（ａ）の上面図で示すように、略円形の第一の低抵抗部２３Ａと、第一の低抵抗部２３Ａの周囲を囲んで配置された第二の低抵抗部２３Ｂを備え、第一の低抵抗部２３Ａと第二の低抵抗部２３Ｂは前後左右の９０度間隔で、接続部２３Ｃにより接続されるものとして説明したが、これは一例であり、本発明はこれに限られるものではない。
【００８８】
例えば、図１０（ｂ）で示すように、低抵抗層７１に設けられたスリットが三箇所で、その結果、三箇所の接続部７１Ｃにより、第一の低抵抗部７１Ａと第二の低抵抗部７１Ｂが接続されるものとして構成しても良く、図１０（ｃ）、（ｄ）で示すように、低抵抗層７２または低抵抗層７３に設けられたスリットが二箇所で、二箇所の接続部７２Ｃまたは７３Ｃにより、第一の低抵抗部７２Ａと第二の低抵抗部７２Ｂまたは第一の低抵抗部７３Ａと第二の低抵抗部７３Ｂが接続されるものとして構成しても良い。
【００８９】
また、図１０（ｅ）で示すように、スリットが一箇所で、一箇所の接続部７４Ｃにより、第一の低抵抗部７４Ａと第二の低抵抗部７４Ｂが接続されるものとして構成しても良く、さらには図１０（ｆ）で示すように、接続部は必ずしも必要ではなく、第一の低抵抗部７５Ａと第二の低抵抗部７５Ｂが第一の低抵抗部７５Ａの外周の全周で接続されるものとして構成しても良い。
【００９０】
そして、低抵抗層の外形は略円形でなくても良く、図１０（ｇ）で示すように、略方形で枠状の第二の低抵抗部７６Ｂの内側に略円形の第一の低抵抗部７６Ａを配置するものでも良く、さらに図１０（ｈ）で示すように、第一の低抵抗部７７Ａも略方形などであっても良く、図１０（ｉ）で示すように、低抵抗層７８の外形が略方形等であっても、第一の低抵抗部７８Ａと第二の低抵抗部７８Ｂが第一の低抵抗部７８Ａの外周の全周で接続されるものとして構成しても良い。
【００９１】
さらに、上述の説明においてはＡ点〜Ｄ点は略円形の低抵抗層２３の前後左右に配置されるものとして説明したが、第二の低抵抗部７９Ｂが略方形の場合には、少なくとも前後左右の各辺にＡ点〜Ｄ点を設けていれば、Ａ点〜Ｄ点が第一の低抵抗部７９Ａを挟んで対称な位置関係に無くても良い。
【００９２】
また、低抵抗層の第一の低抵抗部と第二の低抵抗部が、低抵抗層で直接電気的に接続されていなくても、低抵抗層の下面の高抵抗層で電気的に接続されていることにより、第一の抵抗体層と第二の抵抗体層が電気的に接続されている場合は、本発明を実施することが可能である。
【００９３】
なお、上述の説明においては、押圧力の推定処理を行う際に、制御手段４４が補正手順を行うものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、低抵抗層２３のＡ点〜Ｄ点の複数の点を定圧電源に接続するものとして入力装置６０を構成することにより、定圧電源に接続された点から押圧されたＰ点またはＳ点までの線路抵抗を小さくすることができるため、制御手段４４が補正手順を行わなくても、ほぼ正確な押圧力の推定ができる。
【００９４】
なお、この場合、Ａ点〜Ｄ点の四箇所全てを定圧電源に接続するものとすれば、制御手段４４は最も精度良く押圧力を推定しうる。
【００９５】
このように本実施の形態によれば、抵抗体層は第一の抵抗体層と、前記第一の抵抗体層の周囲にあり、少なくとも一部が前記第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備えると共に、抵抗体層下面に凹凸を備えたものであり、水平面全面となる３６０度方向の所定の角度範囲およびその中央位置に抵抗体層を配置することが出来るため、簡便な抵抗体層の構成で押圧方向検出に好適な抵抗シートを得ることができるものである。
【００９６】
また、抵抗体層は、第一の抵抗体層と、第一の抵抗体層の周囲にあり、少なくとも一部が第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備え、電極は前記抵抗体層の下方全面を覆って配置された薄板により構成されたものであり、操作者が押圧する所定方向と所定の幅をカバーする構成としうるため、操作者の押圧方向検出を安定して行うことができ、また、電極を単に薄板で構成できるため、簡便な構成で押圧方向検出に好適な感圧スイッチを得ることができるものである。
【００９７】
さらに、感圧スイッチと、感圧スイッチに接続されたスイッチ手段と、感圧スイッチと前記スイッチ手段に接続された制御手段と、所定電圧の定圧電源とを備え、感圧スイッチの電極に接続された端子を前記制御手段に接続し、制御手段は、スイッチ手段を切替えて、感圧スイッチの抵抗体層と感圧スイッチの電極との間で所定の電位差を生じさせ、制御手段は前記抵抗体層を押圧した押圧方向を、制御手段に感圧スイッチの電極を介して入力された入力電圧に基づいて推定するものであり、操作者が押圧する方向の変化に従って変化する所定の電圧分布を抵抗体層に生じさせるため、操作者の押圧方向検出を高精度に行うことができ、押圧方向検出に好適な入力装置を得ることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明による抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置は、押圧力を検出すると共に高精度に押圧方向を検出しうるものを提供しうるという有利な効果を有し、各種電子機器の操作用として有用である。
【符号の説明】
【００９９】
２１ カバーシート
２２ パターン配線
２３ 低抵抗層
２４ 高抵抗層
２５ 抵抗体層
２６ スペーサ層
２７ 抵抗シート
２８ 電極
４０ 感圧スイッチ
４１ 基板
４２ 固定接点対
４３ 接続コネクタ
４４ 制御手段
４５ スイッチ手段
４６ 抵抗素子
４７ 電子回路
４８ 可動接点体シート
４９ 可動接点体
５０ ラバーシート
５１ 中央釦
５２ リング釦
５３ 方向釦
６０ 入力装置
６１ 電子機器
６２ 表示手段
６３ 下側筐体
６４ ポインタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に各種電子機器の操作に用いる抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やカーナビ等の各種電子機器の高機能化や多様化が進むに伴い、これらの操作に用いられる抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置には、簡便に多様な操作が可能なものが求められている。
【０００３】
このような従来の抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置について、図１１〜図１３を用いて説明する。
【０００４】
なお、構成を判り易くするために、図面は厚さ方向の寸法を拡大して表わしている。
【０００５】
図１１は従来の入力装置の断面図、図１２は同分解斜視図であり、同図において、１はフィルム状のオーバーシート、２は略ドーム状の可動接点で、オーバーシート１下面に可動接点２が接着剤（図示せず）によって貼り付けられている。
【０００６】
また、３はオーバーシート１と同様の可撓性を有するフィルム状のカバーシートで、可動接点２がカバーシート３上の略中央位置およびその前後左右の五箇所にオーバーシート１で貼り付けられている。
【０００７】
また、４は、所定の面抵抗を備えた材料を印刷形成した抵抗体層で、５は、可動接点２の下方となる部分を除いて設けられたフィルム状のスペーサ層である。
【０００８】
そして、カバーシート３、およびその下面の抵抗体層４と、スペーサ層５から抵抗シート６が構成される。
【０００９】
また、７はフィルム状、あるいは板状の基板で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、基板７の略中央位置およびその前後左右の五箇所に、半円状の固定接点８Ａ、８Ｂが所定の空隙を設けて対向した固定接点対８が設けられている。
【００１０】
そして、基板７の上面には定圧電源９、抵抗素子１０、マイコンなどから構成された制御手段１１などから電子回路１２が構成され、定圧電源９が固定接点８Ａに、制御手段１１が固定接点８Ｂに、抵抗素子１０は一端が固定接点８Ｂに、他端がアース電位に接続される。
【００１１】
そして、各固定接点対８の上方に、抵抗体層４のスペーサ層５で覆われていない部分が対向するように、抵抗シート６を載置している。
【００１２】
また、１３は絶縁樹脂製のラバーシート、１４はラバーシート１３の略中央上面に設けられた絶縁樹脂製の押釦、１５は押釦１４を囲んで設けられた絶縁樹脂製の操作体で、ラバーシート１３下面の複数の押圧部１３Ａが複数の可動接点２中央部のカバーシート１上面に当接すると共に、この上方には押釦１４が上下動可能に、操作体１５が揺動可能に配置されて、入力装置が構成される。
【００１３】
以上の構成において、図１３の従来の電子機器の斜視図で示すように、例えば、操作体１５の右側のＶの位置を下方へ押圧操作すると、ラバーシート１３が撓んで、可動接点２を押圧しクリック感を伴って下方へ弾性反転すると共に、抵抗体層４が下方へ撓み、抵抗体層４の下面が固定接点８Ａと８Ｂに接触し、固定接点８Ａと８Ｂが抵抗体層４を介して電気的に接続される。
【００１４】
そして、この後、さらに押圧力を加えると、押圧力によって抵抗体層４の固定接点８Ａと８Ｂに対する接触面積が増え、固定接点８Ａと８Ｂの間の抵抗値が小さくなる。
【００１５】
この抵抗値の変化が定圧電源９と抵抗素子１０により電圧の変化として基板７上面に形成された電子回路１２の制御手段１１により検出されて、例えば携帯電話などの電子機器１６の表示手段１７に表示された複数のメニュー１８を選択するためのカーソル１９の移動方向や移動速度を制御手段１１が制御する。
【００１６】
また、右斜め前方のＷの位置を押圧すると、右方と前方の固定接点８Ａと８Ｂが抵抗体層４を介して電気的に接続され、制御手段１１はカーソル１９を右斜め上方に移動し、移動速度を制御する。
【００１７】
つまり、操作体１５の右側のＶの位置を押圧するとカーソル１９がそれに対応して右に移動し、一方右斜め前方のＷの位置を押圧すると、カーソル１９がそれに対応して右斜め前方に移動し、押圧力を強くするとカーソル１９の移動速度を速くする表示の制御などを電子回路が行うものであった。
【００１８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−０１６３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記従来の入力装置においては、固定接点対８は前後左右および中央の五箇所にしか設けられていないため、例えばＶの位置から少し前方寄り、あるいは後方寄りの位置を押圧した際には、可動接点体２が固定接点対８に接するタイミングがずれるなどして各固定接点対８の押圧力の分布の再現性が低く、高精度な押圧方向の検出が出来ず、押圧方向と同じ方向へ高精度なカーソルなどの移動ができなかった。
【００２１】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、押圧力を検出すると共に高精度に押圧方向を検出しうる感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置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】
【００２２】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００２３】
本発明の請求項１に記載の発明は、可撓性を有したカバーシートと、カバーシートの下面に設けられた導電金属の配線からなるパターン配線と、パターン配線に接続して設けられた所定の面抵抗を備えた材料で形成された抵抗体層と、カバーシートの下面との間に前記パターン配線を挟み、下面が前記抵抗体層より下方に位置するよう構成されたスペーサ層からなり、抵抗体層が、第一の抵抗体層と、第一の抵抗体層の周囲にあって、少なくとも一部が第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備え、また抵抗体層下面に凹凸を備えたものであり、中央の第一の抵抗体層とその周囲の第二の抵抗体層で３６０度方向などの所定の角度範囲に抵抗体層を配置することが出来るため、簡便な抵抗体層の構成で押圧方向検出に好適な抵抗シートを得ることができるという作用を有する。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、抵抗体層が、第一の抵抗体層と、第一の抵抗体層の周囲にあって、少なくとも一部が第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備え、また抵抗体層下面に凹凸を備えて構成するものであり、操作者の押圧方向検出を安定して行うことができると共に、中央の第一の抵抗体層とその周囲の第二の抵抗体層による簡便な電極の構成で押圧方向検出に好適な感圧スイッチを得ることができるという作用を有する。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の感圧スイッチと、感圧スイッチに接続されたスイッチ手段と、感圧スイッチと前記スイッチ手段に接続された制御手段と、所定電圧の定圧電源とを備え、感圧スイッチの電極に接続された端子を制御手段に接続し、制御手段は、スイッチ手段を切替えて、感圧スイッチの抵抗体層と感圧スイッチの電極との間で所定の電位差を生じさせ、制御手段は抵抗体層を押圧した押圧力を制御手段に感圧スイッチの電極を介して入力された入力電圧に基づいて推定するものであり、操作者が押圧する方向の変化に従って変化する所定の電圧分布を抵抗体層に生じさせるため、操作者の押圧方向検出を高精度に行うことができ、押圧方向検出に好適な入力装置を得ることができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように本発明によれば、押圧力を検出すると共に高精度に押圧方向を検出しうる抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態による感圧スイッチの分解斜視図
【図２】同感圧スイッチの断面図
【図３】同入力装置の分解斜視図
【図４】同入力装置を使用した電子機器の斜視図
【図５】同入力装置の回路図
【図６】同入力装置の動作説明のための回路図
【図７】同入力装置の動作説明のための回路図
【図８】同抵抗体層の上面図
【図９】同入力装置を使用した電子機器の画面図
【図１０】同低抵抗層の上面図
【図１１】従来の入力装置の断面図
【図１２】同入力装置の分解斜視図
【図１３】同入力装置を使用した電子機器の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を用いて説明する。
【００２９】
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００３０】
なお、これらの図面のうち断面図は、構成を判り易くするために厚さ方向の寸法を拡大して表わしている。
【００３１】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による感圧スイッチの分解斜視図、図２は同断面図であり、同図において、２１は、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、ポリイミド等の可撓性を有した材料で形成されたフィルム状のカバーシートである。
【００３２】
また、２２は銅などの導電金属の配線からなるパターン配線でカバーシート２１下面にエッチングなどで形成されている。
【００３３】
そして、２２１Ａ〜２２１Ｄは円周に沿って等間隔に配置された４本の接続端で、接続端２２１Ａ〜２２１Ｄから左方にパターン配線２２が延出され、２２Ａ〜２２Ｄで示す端子に接続される。
【００３４】
また、２２１Ｅは接続端２２１Ａ〜２２１Ｄの外方の接続端で、接続端２２１Ｅから左方にパターン配線２２が延出され、２２Ｅで示す端子に接続される。
【００３５】
なお、このパターン配線２２は、導電金属の配線として、銀等の導電粒子を含んだ導電性のインキなどで印刷により形成されていても良い。
【００３６】
そして、２３は合成樹脂内にカーボン粉を分散したシート抵抗値０．５ｋΩ〜３０ｋΩ／□の抵抗体を材料とする略リング状に形成された低抵抗層で、パターン配線２２下面に印刷などにより形成される。
【００３７】
ここで、低抵抗層２３は、低抵抗層２３中央にあり略円形の第一の低抵抗部２３Ａと、第一の低抵抗部２３Ａの周囲を囲んで配置された第二の低抵抗部２３Ｂを備えている。
【００３８】
また、第一の低抵抗部２３Ａと第二の低抵抗部２３Ｂの間に円弧状にスリットが設けられることにより、第一の低抵抗部２３Ａと第二の低抵抗部２３Ｂは前後左右の９０度間隔で、接続部２３Ｃにより接続される。
【００３９】
そして、第二の低抵抗部２３Ｂの前後左右の端部はＡ点〜Ｄ点で示す接続端からなり、パターン配線２２の内端２２１Ａ〜２２１Ｄに接続端Ａ〜Ｄがそれぞれ接続する。
【００４０】
また、２４は低抵抗層２３の下面に重ねて印刷形成された、下面が細かな凹凸状でシート抵抗値５０ｋΩ〜５ＭΩ／□の略円形の高抵抗層で、これらの低抵抗層２３と高抵抗層２４から抵抗体層２５が構成される。
【００４１】
なお、高抵抗層２４の形状は、図１で示したような円形でも良いし、低抵抗層２３と同様の形状であっても良いし、高抵抗層２４のうち第一の低抵抗部２３Ａ下方の円形の第一の高抵抗部２４Ａと、高抵抗層２４のうち第二の低抵抗部２３Ｂ下方のリング形状の第二の高抵抗部２４Ｂが離間した形状であっても良い。
【００４２】
また、第一の低抵抗部２３Ａと第一の高抵抗部２４Ａから第一の抵抗体層２５Ａが構成され、第二の低抵抗部２３Ｂと第二の高抵抗部２４Ｂから第二の抵抗体層２５Ｂが構成される。
【００４３】
すなわち、抵抗体層２５の略中央に、略円形の第一の抵抗体層２５Ａが設けられ、第一の抵抗体層２５Ａを囲んで第二の抵抗体層２５Ｂが設けられ、第一の抵抗体層２５Ａと第二の抵抗体層２５Ｂは、低抵抗層２３の接続部２３Ｃで接続されている。
【００４４】
また、２６はポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、ポリイミド等の可撓性を有した材料で形成されたフィルム状のスペーサ層で、抵抗体層２５の下面よりスペーサ層２６の下面が下方になるように、カバーシート２１下面に貼り付けられている。
【００４５】
なお、スペーサ層２６は、例えばエポキシ樹脂などを含んだ絶縁性のインキで印刷により形成されていても良い。
【００４６】
つまり、カバーシート２１とスペーサ層２６の間に、パターン配線２２と抵抗体層２５が挟み込まれており、これらから抵抗シート２７が構成される。
【００４７】
さらに、２８はステンレスなどの金属導体として、あるいはカーボン、銀の印刷などにより構成された略方形の電極で、上面は凹凸の無い平板で構成される。
【００４８】
そして、電極２８の上面と抵抗シート２７の抵抗体層２５の下面の間に１０〜１００μｍ前後の所定の間隙が設けられ抵抗シート２７が重ねられて、感圧スイッチ４０が構成される。
【００４９】
また、抵抗シート２７の接続端２２１Ｅは、異方性導電ペーストまたは、バネやゴムなどの圧接による接続部材（図示せず）を介して電極２８と接続されており、これにより抵抗シート２７の端子２２Ｅが電極２８に電気的に接続する。
【００５０】
このような感圧スイッチ４０は、例えば携帯電話などの電子機器に組み込まれて、図３の分解斜視図に示すような入力装置が構成されており、同図において４１は、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート等のフィルム状、あるいは紙フェノールやガラス入りエポキシ等の板状の基板で、基板４１上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成される。
【００５１】
また基板４１上面には、前後左右に設けられた導電金属製でリング状およびその中央の円形の固定接点からなる固定接点対４２や、絶縁樹脂製の接続コネクタ４３やマイコン等の半導体素子で構成された制御手段４４や、制御手段４４から信号が入力されて切替可能な複数のスイッチで構成されたスイッチ手段４５、抵抗素子４６などが配置され、各々配線パターンにより接続され電子回路４７が構成される。
【００５２】
また、４８は、端面から進入させた光を所定箇所で発光させる絶縁樹脂製の導光シートを非導電樹脂のオーバーシート上面に固定した可動接点体シートで、可動接点体シート４８の下面には前後左右に４９で示す金属導体でドーム状に形成された可動接点体が貼り付けられる。
【００５３】
そして、基板４１の前後左右の固定接点対４２上に、前後左右の可動接点体４９を対向させて可動接点体シート４８を基板４１上に載置し、さらに、前後左右の可動接点体４９の内側に感圧スイッチ４０を配置し、感圧スイッチ４０の端子２２Ａ〜Ｅを接続コネクタ４３に接続する。
【００５４】
また、５０はシリコーンやエラストマーなどの弾性材からなるラバーシートで、ラバーシート５０上の中央に５１で示す絶縁樹脂製の中央釦が、中央釦５１を囲んで５２で示す同じく絶縁樹脂製でリング状のリング釦が、またリング釦５２を囲んで５３で示す同じく絶縁樹脂製でリング状の方向釦が接着剤（図示せず）などで貼り付けられる。
【００５５】
そして、感圧スイッチ４０の抵抗体層２５の上方に中央釦５１とリング釦５２を配置し、前後左右の可動接点体４９の上方に方向釦５３が位置するよう、ラバーシート５０上に各釦が貼り付けられて、入力装置６０が構成される。
【００５６】
このように構成された入力装置６０は例えば、図４の斜視図で示すような折りたたみ式の携帯電話などの電子機器６１において、６２で示す液晶表示素子等の表示手段に対向した下側筐体６３の上面に、中央釦５１、リング釦５２、方向釦５３を操作者が操作可能なように露出して配置するものである。
【００５７】
次に、この入力装置６０の電気的構成について、図５の回路図を用いて説明すると、同図において、抵抗体層２５の低抵抗層２３の点Ａ〜Ｄに接続された端子２２Ａ〜２２Ｄは、スイッチ手段４５のスイッチ４５Ａ〜Ｄと接続している。
【００５８】
ここで、スイッチ４５Ａ、４５Ｄは定圧電源（例えば＋５Ｖ）に接続した状態と開放状態を切替えるもので、スイッチ４５Ｂ、４５Ｃはアース電位（０Ｖ）に接続した状態と開放状態を切替えるもので、初期状態は、スイッチ４５Ａが定圧電源に接続した状態で、スイッチ４５Ｂ〜Ｄは全て開放状態になっている。
【００５９】
なお、定圧電源の電圧としては０．１Ｖ以上３０Ｖ以下とすることができ、１Ｖ以上１５Ｖ以下がより望ましい。
【００６０】
さらに、電極２８は端子２２Ｅを介し、分岐した一端が制御手段４４に接続されてＶｉｎで示す電圧信号を制御手段４４に入力し、他端が抵抗素子４６を介してスイッチ４５Ｅに接続されている。
【００６１】
ここで、スイッチ４５Ｅは初期状態ではアース電位に接続した状態になっている。
【００６２】
さらに、スイッチ４５Ａ〜４５Ｅのスイッチ切替えは、制御手段４４からの出力信号Ｓ１により行われ、スイッチ４５Ａ〜４５Ｅのスイッチ切替え結果に応じて、電圧信号Ｖｉｎが変化する。
【００６３】
このように構成された入力装置６０において、操作者が例えば、リング釦５２を操作し、第二の抵抗体層２５ＢのＰ点を押圧したとすると、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の接触面積が変化し、Ｒｐで示す第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の間の接触抵抗が変化する。
【００６４】
そして、制御手段４４は押圧力の推定処理を行うもので、スイッチ４５Ａから定圧電源が印加され、スイッチ４５Ｅはアース電位に接続されるため、電圧信号Ｖｉｎは、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の間の接触抵抗Ｒｐと点Ａ−点Ｐ間の線路抵抗Ｒａｐの和である（Ｒｐ＋Ｒａｐ）と、抵抗素子４６の抵抗値Ｒとの分圧比で決定される。
【００６５】
つまり、制御手段４４は、スイッチ手段４５を切替えて、感圧スイッチ４０の抵抗体層２５Ｂと感圧スイッチ４０の電極２８との間で所定の電位差を生じさせるため、生じた電位差に応じた電圧信号Ｖｉｎが制御手段４４に入力される。
【００６６】
そして、制御手段４４は後述する第一〜第三の方向推定手順を経て点Ｐの押圧方向を推定後、点Ａ−点Ｐ間の線路抵抗Ｒａｐを補正する補正手順を行い、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の間の接触抵抗Ｒｐを算出する。
【００６７】
この補正手順について具体的に説明すると、まず、制御手段４４は、例えば制御手段４４内に設けられた電圧信号Ｖｉｎと（Ｒｐ＋Ｒａｐ）の対比テーブルに基づき、（Ｒｐ＋Ｒａｐ）の抵抗値を推定する。
【００６８】
そして、制御手段４４が点Ｐの押圧方向を推定した後、例えば、点Ａ−点Ｃ間の線路抵抗が既知の値であるＲａｃでその間の円弧に対応する角度がα度、推定された点Ｐの押圧方向に対応する角度がβ度であるとすれば、点Ａ−点Ｐ間の線路抵抗Ｒａｐである、Ｒａｃ×β／αを算出する。
【００６９】
そして、制御手段４４は（Ｒｐ＋Ｒａｐ）から点Ａ−点Ｐ間の線路抵抗Ｒａｐを減じて接触抵抗Ｒｐを算出し、例えば制御手段４４内に設けられた接触抵抗Ｒｐと押圧力の対比テーブルに基づき、Ｐ点の押圧力を推定する。
【００７０】
また、次に第一〜第三の方向推定手順について順を追って説明する。
【００７１】
ここで、まず、制御手段４４は制御信号Ｓ１により、図６の回路図で示すように、スイッチ４５Ａを開放状態から定圧電源に接続した状態に切替え、スイッチ４５Ｃを開放状態からアース電位に接続した状態に切替え、スイッチ４５Ｅを開放状態に切替える。
【００７２】
これにより、図６の経路Ａ点−Ｐ点−Ｃ点間のＰ点での分圧比に対応した電圧が、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の接触抵抗Ｒｐを介して制御手段４４に入力電圧Ｖｉｎとして入力される。
【００７３】
そして、制御手段４４は、例えば制御手段４４内に設けられた電圧信号Ｖｉｎと押圧方向の対比テーブルに基づき押圧方向を推定するものであるが、Ａ点−Ｃ点を結ぶ線分に対しＰ点を通って直交する点線Ｑ上の点であれば、Ａ点−Ｐ点−Ｃ点間のＰ点での分圧比に対応した電圧と同じ電圧がＶｉｎとして得られる。
【００７４】
ここで、制御手段４４は、点線Ｑ上のいずれかの点が押圧されているものと推定する（第一の方向推定手順）。
【００７５】
そして、次に制御手段４４は図７の回路図で示すように、スイッチ４５Ａを開放状態に、スイッチ４５Ｂをアース電位に、スイッチ４５Ｃを開放状態に、スイッチ４５Ｄを定圧電源に接続する状態にそれぞれ切替える。
【００７６】
これにより、図７の経路Ｄ点−Ｐ点−Ｂ点間のＰ点での分圧比に対応した電圧が、第二の抵抗体層２５Ｂと電極２８の接触抵抗Ｒｐを介して制御手段４４に入力電圧Ｖｉｎとして入力される。
【００７７】
そして、制御手段４４は、例えば制御手段４４内に設けられた電圧信号Ｖｉｎと押圧方向の対比テーブルに基づきＤ点−Ｂ点を結ぶ線分に対しＰ点を通って直交する点線Ｒ上の点が押圧されたものと推定する（第二の方向推定手順）。
【００７８】
さらに、制御手段４４は、第一の方向推定手順の結果と第二の方向推定手順の結果を比較し、押圧方向はＰ点の方向であると推定する（第三の方向推定手順）。
【００７９】
つまり、所定の面抵抗を備えた抵抗体層に電圧を印加することにより、押圧方向により異なる入力電圧が制御手段４４に入力されるため、制御手段４４は押圧方向を推定しうる。
【００８０】
また、操作者が例えば、中央釦５１を操作し、図８に示す第一の抵抗体層２５ＡのＳ点を押圧したとすると、第一の抵抗体層２５Ａと電極２８の接触面積が変化し、第一の抵抗体層２５Ａと電極２８の間の接触抵抗が変化する。
【００８１】
この場合においても、リング釦５２を操作した場合と同様に、制御手段４４は第一〜第三の方向推定手順を経て点Ｓの押圧位置を推定し、Ａ点−Ｓ点間の線路抵抗を補正する補正手順を行い、接触抵抗を算出する。
【００８２】
つまり、押圧位置を推定する際には、制御手段４４は第一の方向推定手順で、Ｓ点を含む点線Ｔ上が押圧されたものと推定し、第二の方向推定手順で、Ｓ点を含む点線Ｕ上が押圧されたものと推定する。
【００８３】
そして、第三の方向推定手順で、制御手段４４は点線Ｔと点線Ｕの交点となるＳ点が押圧されたものと推定する。
【００８４】
そして、例えば図９の画面図に示すように、表示手段６２に地図のメニューが表示された状態で、リング釦５２の例えば斜め方向またはその方向から若干前後にずれた方向を押圧操作した場合においても、制御手段４４は押圧操作した所望方向へ６４で示すポインタを移動させ、さらに強い力で操作された場合にはポインタ６４の移動速度を速める。
【００８５】
また、操作者が中央釦５１を押圧し、押圧力を変えた場合には、押圧力に合わせて、表示された地図のメニューの縮尺表示が変化する。
【００８６】
つまり、制御手段４４は、操作者が操作した方向へ高精度にポインタなどを移動することができ、またリング釦５２の押圧力を推定してポインタなどの移動速度を変化させたり、中央釦５１の押圧力を推定して地図のメニューの縮尺を変化させたりするため、操作自由度が高くかつスムーズな操作が可能となるものである。
【００８７】
なお、上述の説明においては、低抵抗層２３の形状は図１０（ａ）の上面図で示すように、略円形の第一の低抵抗部２３Ａと、第一の低抵抗部２３Ａの周囲を囲んで配置された第二の低抵抗部２３Ｂを備え、第一の低抵抗部２３Ａと第二の低抵抗部２３Ｂは前後左右の９０度間隔で、接続部２３Ｃにより接続されるものとして説明したが、これは一例であり、本発明はこれに限られるものではない。
【００８８】
例えば、図１０（ｂ）で示すように、低抵抗層７１に設けられたスリットが三箇所で、その結果、三箇所の接続部７１Ｃにより、第一の低抵抗部７１Ａと第二の低抵抗部７１Ｂが接続されるものとして構成しても良く、図１０（ｃ）、（ｄ）で示すように、低抵抗層７２または低抵抗層７３に設けられたスリットが二箇所で、二箇所の接続部７２Ｃまたは７３Ｃにより、第一の低抵抗部７２Ａと第二の低抵抗部７２Ｂまたは第一の低抵抗部７３Ａと第二の低抵抗部７３Ｂが接続されるものとして構成しても良い。
【００８９】
また、図１０（ｅ）で示すように、スリットが一箇所で、一箇所の接続部７４Ｃにより、第一の低抵抗部７４Ａと第二の低抵抗部７４Ｂが接続されるものとして構成しても良く、さらには図１０（ｆ）で示すように、接続部は必ずしも必要ではなく、第一の低抵抗部７５Ａと第二の低抵抗部７５Ｂが第一の低抵抗部７５Ａの外周の全周で接続されるものとして構成しても良い。
【００９０】
そして、低抵抗層の外形は略円形でなくても良く、図１０（ｇ）で示すように、略方形で枠状の第二の低抵抗部７６Ｂの内側に略円形の第一の低抵抗部７６Ａを配置するものでも良く、さらに図１０（ｈ）で示すように、第一の低抵抗部７７Ａも略方形などであっても良く、図１０（ｉ）で示すように、低抵抗層７８の外形が略方形等であっても、第一の低抵抗部７８Ａと第二の低抵抗部７８Ｂが第一の低抵抗部７８Ａの外周の全周で接続されるものとして構成しても良い。
【００９１】
さらに、上述の説明においてはＡ点〜Ｄ点は略円形の低抵抗層２３の前後左右に配置されるものとして説明したが、第二の低抵抗部７９Ｂが略方形の場合には、少なくとも前後左右の各辺にＡ点〜Ｄ点を設けていれば、Ａ点〜Ｄ点が第一の低抵抗部７９Ａを挟んで対称な位置関係に無くても良い。
【００９２】
また、低抵抗層の第一の低抵抗部と第二の低抵抗部が、低抵抗層で直接電気的に接続されていなくても、低抵抗層の下面の高抵抗層で電気的に接続されていることにより、第一の抵抗体層と第二の抵抗体層が電気的に接続されている場合は、本発明を実施することが可能である。
【００９３】
なお、上述の説明においては、押圧力の推定処理を行う際に、制御手段４４が補正手順を行うものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、低抵抗層２３のＡ点〜Ｄ点の複数の点を定圧電源に接続するものとして入力装置６０を構成することにより、定圧電源に接続された点から押圧されたＰ点またはＳ点までの線路抵抗を小さくすることができるため、制御手段４４が補正手順を行わなくても、ほぼ正確な押圧力の推定ができる。
【００９４】
なお、この場合、Ａ点〜Ｄ点の四箇所全てを定圧電源に接続するものとすれば、制御手段４４は最も精度良く押圧力を推定しうる。
【００９５】
このように本実施の形態によれば、抵抗体層は第一の抵抗体層と、前記第一の抵抗体層の周囲にあり、少なくとも一部が前記第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備えると共に、抵抗体層下面に凹凸を備えたものであり、水平面全面となる３６０度方向の所定の角度範囲およびその中央位置に抵抗体層を配置することが出来るため、簡便な抵抗体層の構成で押圧方向検出に好適な抵抗シートを得ることができるものである。
【００９６】
また、抵抗体層は、第一の抵抗体層と、第一の抵抗体層の周囲にあり、少なくとも一部が第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備え、電極は前記抵抗体層の下方全面を覆って配置された薄板により構成されたものであり、操作者が押圧する所定方向と所定の幅をカバーする構成としうるため、操作者の押圧方向検出を安定して行うことができ、また、電極を単に薄板で構成できるため、簡便な構成で押圧方向検出に好適な感圧スイッチを得ることができるものである。
【００９７】
さらに、感圧スイッチと、感圧スイッチに接続されたスイッチ手段と、感圧スイッチと前記スイッチ手段に接続された制御手段と、所定電圧の定圧電源とを備え、感圧スイッチの電極に接続された端子を前記制御手段に接続し、制御手段は、スイッチ手段を切替えて、感圧スイッチの抵抗体層と感圧スイッチの電極との間で所定の電位差を生じさせ、制御手段は前記抵抗体層を押圧した押圧方向を、制御手段に感圧スイッチの電極を介して入力された入力電圧に基づいて推定するものであり、操作者が押圧する方向の変化に従って変化する所定の電圧分布を抵抗体層に生じさせるため、操作者の押圧方向検出を高精度に行うことができ、押圧方向検出に好適な入力装置を得ることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明による抵抗シート、感圧スイッチおよびこれを用いた入力装置は、押圧力を検出すると共に高精度に押圧方向を検出しうるものを提供しうるという有利な効果を有し、各種電子機器の操作用として有用である。
【符号の説明】
【００９９】
２１ カバーシート
２２ パターン配線
２３ 低抵抗層
２４ 高抵抗層
２５ 抵抗体層
２６ スペーサ層
２７ 抵抗シート
２８ 電極
４０ 感圧スイッチ
４１ 基板
４２ 固定接点対
４３ 接続コネクタ
４４ 制御手段
４５ スイッチ手段
４６ 抵抗素子
４７ 電子回路
４８ 可動接点体シート
４９ 可動接点体
５０ ラバーシート
５１ 中央釦
５２ リング釦
５３ 方向釦
６０ 入力装置
６１ 電子機器
６２ 表示手段
６３ 下側筐体
６４ ポインタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有したカバーシートと、前記カバーシートの下面に設けられた導電金属の配線からなるパターン配線と、前記パターン配線に接続して設けられた所定の面抵抗を備えた材料で形成された抵抗体層と、前記カバーシートの下面との間に前記パターン配線を挟み、下面が前記抵抗体層より下方に位置するよう構成されたスペーサ層からなり、前記抵抗体層は、第一の抵抗体層と、前記第一の抵抗体層の周囲にあり、少なくとも一部が前記第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備えると共に、前記抵抗体層下面に凹凸を備えた抵抗シート。
【請求項２】
所定の面抵抗を備えた材料で形成された抵抗体層と、前記抵抗体層と所定の間隔を空けて下方に配置され、前記抵抗体層が上方から押圧され接触すると、前記抵抗体層との間で押圧力に応じて接触面積が変化する導電性の電極と、前記抵抗体層と前記電極にそれぞれ接続される端子とを備え、前記抵抗体層は、第一の抵抗体層と、前記第一の抵抗体層の周囲にあり、少なくとも一部が前記第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備え、前記電極は前記抵抗体層の下方全面を覆って配置された薄板により構成された感圧スイッチ。
【請求項３】
請求項２記載の感圧スイッチと、前記感圧スイッチに接続されたスイッチ手段と、前記感圧スイッチと前記スイッチ手段に接続された制御手段と、所定電圧の定圧電源とを備え、前記感圧スイッチの電極に接続された端子を前記制御手段に接続し、前記制御手段は、前記スイッチ手段を切替えて、前記感圧スイッチの抵抗体層と前記感圧スイッチの電極との間で所定の電位差を生じさせ、前記制御手段は前記抵抗体層を押圧した押圧力を前記制御手段に前記感圧スイッチの前記電極を介して入力された入力電圧に基づいて推定する入力装置。
【請求項１】
可撓性を有したカバーシートと、前記カバーシートの下面に設けられた導電金属の配線からなるパターン配線と、前記パターン配線に接続して設けられた所定の面抵抗を備えた材料で形成された抵抗体層と、前記カバーシートの下面との間に前記パターン配線を挟み、下面が前記抵抗体層より下方に位置するよう構成されたスペーサ層からなり、前記抵抗体層は、第一の抵抗体層と、前記第一の抵抗体層の周囲にあり、少なくとも一部が前記第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備えると共に、前記抵抗体層下面に凹凸を備えた抵抗シート。
【請求項２】
所定の面抵抗を備えた材料で形成された抵抗体層と、前記抵抗体層と所定の間隔を空けて下方に配置され、前記抵抗体層が上方から押圧され接触すると、前記抵抗体層との間で押圧力に応じて接触面積が変化する導電性の電極と、前記抵抗体層と前記電極にそれぞれ接続される端子とを備え、前記抵抗体層は、第一の抵抗体層と、前記第一の抵抗体層の周囲にあり、少なくとも一部が前記第一の抵抗体層と接続して配置された第二の抵抗体層を備え、前記電極は前記抵抗体層の下方全面を覆って配置された薄板により構成された感圧スイッチ。
【請求項３】
請求項２記載の感圧スイッチと、前記感圧スイッチに接続されたスイッチ手段と、前記感圧スイッチと前記スイッチ手段に接続された制御手段と、所定電圧の定圧電源とを備え、前記感圧スイッチの電極に接続された端子を前記制御手段に接続し、前記制御手段は、前記スイッチ手段を切替えて、前記感圧スイッチの抵抗体層と前記感圧スイッチの電極との間で所定の電位差を生じさせ、前記制御手段は前記抵抗体層を押圧した押圧力を前記制御手段に前記感圧スイッチの前記電極を介して入力された入力電圧に基づいて推定する入力装置。
【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２０１１−１３８６７４（Ｐ２０１１−１３８６７４Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９７４０７（Ｐ２００９−２９７４０７）
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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