CN115210678A - 能够检测剪切力的信息输入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐久性及可视性优异且能够检测剪切力的信息输入装置。本发明的信息输入装置(1)具备：盖板(2)；箱体(3)，其具备从背面支撑盖板(2)的周缘部(2A)的支撑部(3B)；框状的剪切力传感器(4)，其配置在盖板(2)的周缘部(2A)与箱体(3)的支撑部(3B)之间，用于检测相对于盖板(2)表面的水平方向输入；以及检测电路(5)，其与剪切力传感器(4)连接。并且，框状的剪切力传感器(4)具备由带状的第一电极(42b)、弹性部件(41)、配置为一部分与第一电极(42b)重叠的带状的一对第二电极(43b)构成的层叠体。

Description

能够检测剪切力的信息输入装置
技术领域
本发明涉及能够通过由用户在面板部件上进行按压操作来进行信息输入的信息输入装置，尤其是涉及能够检测剪切力的信息输入装置。
背景技术
在目前普及的大多触摸面板中，输入的检测使用静电电容方式，能够进行输入时的手指的坐标的检测、接触面积的测定。并且，还已知有利用手指的接触面积的变化来测定相对于现行的触摸面板表面的垂直方向的力的技术。
近年来，还提出了通过测定相对于现行的触摸面板表面的水平方向的力，能够进行多种操作的技术(参照非专利文献1)。
非专利文献1所公开的触摸面板采用在触摸面板表面依次层叠有软凝胶层、硬涂层的构造。软凝胶层是由厚度1mm左右的透明的硅树脂形成的凝胶(KE-1052(A/B)，信越有机硅制造)，是由厚度0.15mm左右的透明的聚氯乙烯片形成的硬涂层(Digio2，Nakabayashi制造)。软凝胶层因来自硬涂层的力输入而产生变形。因软凝胶层的非压缩性的特性，软凝胶层无论其柔软性如何，都不会大幅度地产生沿上下方向的位移。另一方面，关于水平方向的位移，原材料的非压缩性不会成为阻碍。也就是说，本构造具有很强的在垂直方向上较硬、在水平方向上允许大位移的弹性的各向异性。因此，在通过触摸面板获取用户正进行按入动作时的手指在水平方向上的坐标变化的同时，基于该获取到的手指的位移x以及凝胶的弹性常数k并通过胡克定律(F＝kx)来检测水平方向的力F。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：中井优理子、工藤慎也、冈崎龙太、梶本裕之、栗林英范、“使用凝胶的剪切变形的触摸面板中的水平方向输入”、信息处理学会交互2014、p.212-215
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在非专利文献1所公开的触摸面板中，由于设于触摸面板表面的软凝胶层是具有柔软性的材料，所以缺乏针对反复的输入的耐久性。
并且，由于在触摸面板的表面层叠软凝胶层以及硬涂层，所以光学特性因该层叠体而降低，触摸面板画面的可视性也较差。
因此，本发明的目的在于提供一种耐久性及可视性优异且能够检测剪切力的信息输入装置。
用于解决课题的方案
以下，作为用于解决课题的方案，对多个方式进行说明。这些方式可以根据需要任意组合。
本发明的信息输入装置的特征结构具备：盖板；箱体，其具备从背面支撑盖板的周缘部的支撑部；框状的剪切力传感器，其配置在盖板的周缘部与箱体的上述支撑部之间，用于检测相对于盖板表面的水平方向输入；以及检测电路，其与剪切力传感器连接。
根据该结构，剪切力传感器配置在盖板的周缘部与箱体的支撑部之间，剪切力传感器被盖板保护，因此对于反复的输入的耐久性优异。
并且，由于剪切力传感器呈框状，所以中央的显示器显示区域的光学特性不会降低，触摸面板画面的可视性也变高。
作为一个方式，优选框状的剪切力传感器采用从盖板侧以第一电极部件、弹性部件、第二电极部件的顺序层叠而成的构造。
此处，第一电极部件具备：第一基板，其至少具有框部；带状的第一电极，其以直线图案配置于第一基板的与弹性部件的对置面；以及第一引绕布线，其设于第一基板，且与第一电极连接。
并且，第二电极部件具备：第二基板，其至少具有框部；一对第二电极，其呈带状，以与第一电极平行且在俯视时一部分与第一电极重叠的方式配置于第二基板的与弹性部件的对置面；以及第二引绕布线，其设于第二基板，且与第二电极连接。
此外，优选框状的剪切力传感器采用替换第一电极部件和第二电极部件的配置层叠而成的构造。
根据该结构，即使剪切力传感器呈框状，通过测定电极间的静电电容变化，也能够检测伴随弹性部件的变形产生的水平方向的电极移动，由此能够充分地检测剪切力。
并且，在上述的框状的剪切力传感器具有弹性部件的结构中，作为一个方式，优选为，第一基板以及第二基板分别具有从框部的内径向内侧突出的舌片部，第一引绕布线以及第二引绕布线引绕到舌片部的端部。
根据该结构，不需要另外压接FPC的工序，并且构件数量也减少。另外，电可靠性也变高。
并且，在上述的框状的剪切力传感器具有弹性部件的结构中，在检测电路的基板固定于箱体侧的情况下，优选为使上述第一电极部件以及上述第二电极部件中的位于上述盖板侧的电极部件的舌片部挠曲，将舌片部的前端***到设于检测电路的基板的连接器中。
相反，在检测电路的基板固定于盖板侧的情况下，优选为使上述第一电极部件以及上述第二电极部件中的位于上述箱体侧的电极部件的舌片部挠曲，将舌片部的前端***到设于检测电路的基板的连接器中。
根据上述结构，在对剪切力传感器施加力而弹性部件在水平方向上变形时，即使第一电极部件或第二电极部件的框状部与设于检测电路的基板的连接器的距离变化，也能够由挠曲的部分吸收距离的变化。因此，没有妨碍第一电极部件或第二电极部件的偏移、或者第一电极部件或第二电极部件的舌片部破损的担忧。
此外，在信息输入装置为智能手机、便携式游戏机等的情况下，盖板的形状一般为矩形。此时，若盖板的形状为矩形，则框状的剪切力传感器的框形状也为矩形。
在上述的框形状为矩形的剪切力传感器的框形状中，作为一个方式，优选为，第一电极配置于第一基板的框部中的至少一边并沿该边配置，一对第二电极配置于第二基板的框部中的与第一基板的配置有第一电极的边对置的边且沿该边配置。更优选为，第一电极在第一基板的框部中的平行的两边各配置一条并沿这些边配置，一对第二电极在第二基板的框部中的与第一基板的配置有第一电极的两边对置的两边各配置一组并沿这些边配置。
根据该结构，能够检测相对于盖板2的X方向或Y方向中的任一方向和Z方向的力。
并且，在上述的框形状为矩形的剪切力传感器的框形状中，作为一个方式，优选上述第一电极在上述第一基板的上述框部的四边各配置一条并沿这些边配置。此时，一对上述第二电极在上述第二基板的上述框部的四边各配置一组并沿这些边配置。
根据该结构，能够检测相对于盖板2的X方向、Y方向以及Z方向的力。
并且，在上述的框形状为矩形的剪切力传感器的框形状中，作为一个方式，优选为，第一电极按照由多个直线部分构成的锯齿状图案配置于第一基板的框部中的至少一边，一对第二电极以相当于第一电极的锯齿状图案的直线部分的数量配置于第二基板的框部中的与第一基板的配置有第一电极的边对置的边。更优选为，第一电极按照由多个直线部分构成的锯齿状图案在第一基板的框部中的平行的两边各配置一条，一对第二电极以相当于第一电极的锯齿状图案的直线部分的数量配置于第二基板的框部中的与第一基板的配置有第一电极的两边对置的两边。
根据该结构，仅在一边或者仅在对置的两边设置第一电极42b以及第二电极43b，就能够检测相对于盖板2的X方向、Y方向以及Z方向的力。智能手机等因两边的边框窄，因此优选本实施方式。
并且，在上述的框形状为矩形的剪切力传感器的框形状中，作为一个方式，优选第一电极在第一基板的框部中的平行的两边且除了中央部以外的两侧各配置一条并沿这些边配置。此时，一对第二电极在第二基板的框部中的与第一基板的配置有第一电极的两边对置的两边各配置两组并沿这些边配置。
根据该结构，不仅能够检测剪切力，还能够根据剪切力来检测使盖板2旋转的力(力矩)。
并且，在上述的框状的剪切力传感器具有弹性部件的结构中，作为一个方式，优选为，箱体具备以包围盖板的端面的方式从支撑部立起的框状的侧壁部，剪切力传感器以及盖板的外缘与该侧壁部保持距离。
这是因为：根据该结构，利用侧壁部保护盖板的端面，因此在手指接触盖板的端面时不易受伤，或者在信息输入装置落下时盖板不易破裂。并且，通过与侧壁部保持距离，当弹性部件在水平方向上变形时，能够防止盖板的端面与箱体的侧壁部接触而破损。
在该上述箱体具备侧壁部的结构中，作为一个方式，优选在上述盖板的端面与上述箱体的上述侧壁部之间设有缓冲部件。
根据该结构，能够防止灰尘等积存于上述的间隙而损害外观。
并且，优选为，盖板的操作面中的至少进行剪切力输入的区域的摩擦系数比除此以外的区域的摩擦系数大。
根据该结构，手指不会在操作面上过度滑动，剪切力的输入变得更容易。
并且，本发明也可以将在上述盖板的背面中央贴合有静电电容方式的触摸传感器的信息输入装置作为权利的对象。
发明的效果如下。
在本发明的信息输入装置中，耐久性及可视性优异且能够检测剪切力。
附图说明
图1是信息输入装置的立体图。
图2是图1的II-II剖视图。
图3是图2的剪切力传感器附近的放大图。
图4是第一及第二实施方式的剪切力传感器的俯视图。
图5是第一实施方式中的图4的III-III剖视图。
图6是第一实施方式中的图4的IV-IV剖视图。
图7是示出第一实施方式的剪切力传感器的第一电极部件的俯视图。
图8是示出第一实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的俯视图。
图9是用于示出互电容、剪切力、法线方向的力的关系的示意性剖视图。
图10是用于示出互电容、剪切力、法线方向的力的关系的示意性剖视图。
图11是用于示出互电容、剪切力、法线方向的力的关系的示意性剖视图。
图12是第二实施方式中的图4的III-III剖视图。
图13是第二实施方式中的图4的IV-IV剖视图。
图14是示出第二实施方式的剪切力传感器的第一电极部件的俯视图。
图15是示出第二实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的俯视图。
图16是示出第二实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的后视图。
图17是示出第三实施方式的剪切力传感器的第一电极部件的俯视图。
图18是示出第三实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的俯视图。
图19是示出第三实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的后视图。
图20是示出第四实施方式的剪切力传感器的第一电极部件的俯视图。
图21是示出第四实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的俯视图。
图22是示出第四实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的后视图。
图23是示出剪切力传感器装配于箱体的装配状态的另一例的剖视图。
图24是示出剪切力传感器装配于箱体的装配状态的另一例的剖视图。
图25是示出使第一电极部件的舌片部挠曲而与检测电路连接的例子的图。
图26是示出使第二电极部件的舌片部挠曲而与检测电路连接的例子的图。
图27是示出盖板中的增大了摩擦系数的区域的例子的图。
图28是说明校准的流程图。
图29是示出由本发明的信息输入装置能够实现的用途的例子的图。
图30是另一剪切力传感器附近的放大图。
具体实施方式
以下，基于附图对能够检测剪切力的信息输入装置的实施方式进行说明。
[信息输入装置的实施方式1]
(1)信息输入装置的整体构造
首先，基于图1～图8对装配剪切力传感器4的信息输入装置1的结构进行说明。如图1及图2所示，信息输入装置1具备：矩形的盖板2；箱体3，其具备从背面支撑盖板2的周缘部2A的支撑部3B；以及剪切力检测机构，其包括配置在盖板2的周缘部2A与箱体3的支撑部3B之间且用于检测相对于盖板2表面的水平方向输入的剪切力传感器4。
盖板2例如能够由使用了钠钙玻璃、强化玻璃等的玻璃板构成，在本实施方式中采用玻璃薄板。除此以外，也可以使用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等树脂材料、有机无机混合材料等来构成盖板2。
并且，作为盖板2，例如若采用具备基于使用者对盖板2的触摸操作来检测成为其操作位置的X-Y坐标的所谓触摸输入功能的盖板，则能够进行压力的检测和X-Y坐标的检测双方，装置的便利性变高。在具备触摸输入功能的装置中，能够从电阻膜方式、静电电容方式以及电磁感应方式等中选择。在本实施方式中，如图2所示，通过将静电电容方式的触摸传感器6贴合于盖板2的背面中央，来赋予触摸输入功能。
如图2所示，剪切力检测机构由剪切力传感器4和对来自该剪切力传感器4的输出信号进行处理的信号处理电路等检测电路5构成，其中，剪切力传感器4设为被盖板2的周缘部2A与箱体3的支撑盖板2的支撑部3B夹住。
如图1及图2所示，箱体3还具备以包围盖板2的端面的方式从支撑部3B立起的框状的侧壁部3C。即，由箱体3的侧壁部3C包围的空间成为盖板2及剪切力传感器4的收纳部3A。
作为箱体3的材料，能够使用公知的树脂、金属。
(2)剪切力传感器的基本构造
以下，对剪切力传感器4的结构进行说明。图3是图2的剪切力传感器4附近的放大图，图4是第一及第二实施方式的剪切力传感器的俯视图。图5是第一实施方式中的图4的III-III剖视图，图6是第一实施方式中的图4的IV-IV剖视图。并且，图7是示出第一实施方式的剪切力传感器的第一电极部件的俯视图，图8是示出第一实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的俯视图。
如图3～图8所示，信息输入装置1所使用的剪切力传感器4呈框状，采用从盖板2侧起依次层叠有第一电极部件42、弹性部件41、第二电极部件43的构造。框状的第一电极部件42、弹性部件41以及盖板2的外径在考虑到弹性部件41的水平方向的变形的基础上与箱体3的收纳部3A的尺寸匹配。即，上述部件的外缘与箱体3的侧壁部3C保持距离。并且，框状的第一电极部件42、弹性部件41以及第二电极部件43的内径被匹配为比设于盖板2的背面的触摸传感器6的内径大。
第一电极部件42具备第一基板42a、带状的第一电极42b以及GND层42d(参照图5及图7)。
第一基板42a具有呈长方形的框部4A和在框部4A的一方的长边从内径向内侧突出的舌片部4B。
第一电极42b是带状电极。第一电极42b在第一基板42a的与弹性部件41对置的对置面亦即短边各配置一条，具体而言，作为第一电极42b1、第一电极42b2按照沿着第一基板42a的短边的直线图案配置。
GND层42d配置于第一基板42a的与弹性部件41侧相反的一侧的面。
此外，如图6及图7所示，第一电极42b1和第一电极42b2通过第一引绕布线42c在具有舌片部4B的长边侧的一端连接。另外，第一引绕布线42c分支而最终引绕到舌片部4B的端部。
第二电极部件43具备第二基板43a和第二电极43b(参照图5及图8)。
第二基板43a是与第一基板42a形状相同、尺寸相同的基材。
第二电极43b分别为带状电极，将并列的两条设为一对。一对第二电极43b、43b在第二基板43a的与弹性部件41对置的对置面亦即短边各配置一组，并且配置为与第一电极42b平行且在俯视时一部分与第一电极42b重叠。
具体而言，作为第二电极43b1和第二电极43b2的组、以及第二电极43b3和第二电极43b4的组而配置。
第一电极部件42的GND层42d是作为噪声对策而设置的，但也能够省略。在设置第一电极部件42的GND层42d的情况下，优选为至少以整面的方式形成于在俯视时覆盖第二电极部件43的第二电极43b和第一电极部件42的第一电极42b的区域。
并且，如图6及图8所示，设于相互不同的短边的第二电极43b1和第二电极43b3通过第二引绕布线43c在具有舌片部4B的长边侧的一端连接。另外，将第二电极43b1与第二电极43b3连接的第二引绕布线43c分支而最终引绕到舌片部4B的端部。
同样，设于相互不同的短边的第二电极43b2和第二电极43b4通过第二引绕布线43c在不具有舌片部4B的长边侧的一端连接。另外，第二引绕布线43c也与第二电极43b2的另一端连接，最终引绕到舌片部4B的端部。
上述的第一电极部件42的GND层42d更优选为以除了***于连接器52的舌片部4B的端部以外的整面的方式形成于在俯视时覆盖第二电极部件43的第二引绕布线43c和第一电极部件42的第一引绕布线42c的区域。在图示例子中，整面是除了舌片部4B的端部以外的部分整个面和框部4A整个面。
弹性部件41被夹在第一电极部件42与第二电极部件43之间而与它们形成为一体，因相对于盖板2表面的垂直方向、水平方向输入的力而变形。此外，弹性部件41仅具有框部4A，如图6所示地不具有舌片部4B。
如图3所示，在剪切力传感器4与盖板2之间、剪切力传感器4与箱体3的支撑部3B之间分别配置有框状的粘接部件8。
根据本实施方式，能够检测相对于盖板2的X方向和Z方向的力。
(3)互电容、剪切力、法线方向的力的关系
以下，对第一电极42b与一对第二电极43b、43b的互电容、剪切力以及法线方向(Z方向)的力的关系进行说明。此处，为了考虑X方向，在图9～图11中，以剖视图的方式示出第一电极42b1与一对第二电极43b1、43b2的位置关系。图9～图11是用于示出互电容、剪切力、法线方向的力的关系的示意性剖视图。
图9示出未经由盖板2对剪切力传感器4施加力的状况。将该状况下的第一电极42b1与第二电极43b1、43b2的平面的法线方向的距离设为z0。
如图10所示，在经由盖板2向－Z方向按压了剪切力传感器4的情况下，根据压力的强度，第一电极42b1向第二电极43b1、43b2接近。也就是说，距离从z0变为z0－Δz。在该情况下，距离越近，则在电极间积存的电荷越大，因此重叠部A的互电容C1以及重叠部B的互电容C2都根据Δz而增加。
在弹性部件41的变形为弹性区域的情况下，Δz与力Fz成比例，因此力Fz与互电容C1及C2的关系大致由下述的式1示出。
此处，式中的C1 0和C2 0分别是无负荷状态下的C1和C2的值，且是在校准时测定并存储的值。
因此，通过经由盖板2向－Z方向按压剪切力传感器4时的静电电容的变化，能够检测－Z方向的力Fz。
(式1)
Figure BDA0003810757800000101
另一方面，如图11所示，考虑经由盖板2由剪切力传感器4向+X方向产生了按压(剪切力)的情况。在该情况下，第一电极42b1根据压力的强度而移动。在该情况下，重叠部A的互电容C1以及重叠部B的互电容C2根据Δx而变化。即，第一电极42b1与第二电极43b2之间的静电电容增加，第一电极42b1与另一方的第二电极43b1之间的静电电容减少。
在弹性部件41的变形为弹性区域的情况下，Δx与力Fx成比例，因此力Fx与互电容C1及C2的关系大致由下述的式2示出。
因此，通过经由盖板2向+X方向按压剪切力传感器4时的静电电容的变化，能够检测+X方向的力Fx。
(式2)
Figure BDA0003810757800000102
上述说明关于第一电极42b1和一对第二电极43b1、43b2，而对于设于对边的第一电极42b2和一对第二电极43b3、43b4也是相同的。
此外，本发明也可以仅在一边设置第一电极42b1和一对第二电极43b1、43b2(未图示)，但在本实施方式中，进一步在对置的边也设有第一电极42b2和一对第二电极43b3、43b4，因此能够更准确地检测剪切力。例如，在由手指对盖板2的操作面中的端部的一点进行剪切输入的情况下，盖板2绕与板面垂直的轴旋转移动，仅一边的电极的话会产生检测误差。与此相对，若在对置边也存在电极，则能够消除检测误差。
(4)关于剪切力传感器的各部件
第一基板42a以及第二基板43a例如为薄膜等，作为材质，能够举出柔性基板所能够使用的材质，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯系树脂、聚烯烃系树脂、ABS树脂、AS树脂、丙烯酸系树脂、AN树脂等通用树脂。并且，也可以使用聚苯乙烯系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚缩醛系树脂、聚碳酸酯改性聚苯醚树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、超高分子量聚乙烯树脂等通用工程树脂、聚砜树脂、聚苯硫醚系树脂、聚苯醚系树脂、聚芳酯树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、液晶聚酯树脂、聚烯丙基系耐热树脂等超级工程树脂。
作为第一电极42b以及第二电极43b的材料，能够使用金、银、铜或镍等金属、或者碳等具有导电性的糊剂。作为它们的形成方法，可以举出丝网印刷等各种印刷法等。并且，第一电极42b以及第二电极43b也能够通过粘贴铜、金等金属箔并对未被抗蚀剂保护的部分的金属箔进行蚀刻处理来形成。
弹性部件41使用有机硅弹性体、聚氨酯弹性体等各种弹性体、其凝胶状物质、发泡体。并且，弹性部件41的厚度优选为0.1mm～1mm。更优选为0.1mm～0.2mm。
粘接部件8例如使用浆糊等粘接剂、双面胶带等粘合层。
[实施方式2]
在实施方式1中，仅将第一电极42b以及第二电极43b配置于短边，但在本发明中使用的剪切力传感器4并不限定于此。例如，也可以不仅将第一电极42b以及第二电极43b配置于短边，还将它们配置于长边。
图14是示出第二实施方式的剪切力传感器的第一电极部件的俯视图。图15是示出第二实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的俯视图。图16是示出第二实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的后视图。
在本实施方式中，在第一电极部件42中，如图14所示，第一电极42b在第一基板42a的与弹性部件41对置的对置面即四边各配置一条，具体而言，作为第一电极42b1、第一电极42b2、第一电极42b3、第一电极42b4按照沿着第一基板42a的四边的直线图案配置。
并且，在第二电极部件43中，如图15所示，一对第二电极43b、43b在第二基板43a的与弹性部件41对置的对置面即四边各配置一组，并且配置为与第一电极42b平行且在俯视时一部分与第一电极42b重叠。
具体而言，作为第二电极43b1和第二电极43b2的组、第二电极43b3和第二电极43b4的组、第二电极43b5和第二电极43b6的组以及第二电极43b7和第二电极43b8的组而配置。
此外，在第一电极部件42中，如图14所示，第一电极42b1～42b4通过第一引绕布线42c在三个角部连接。另外，从配置于具有舌片部4B的边的第一电极42b4到舌片部4B的端部引绕有第一引绕布线42c。
另一方面，在第二电极部件43中，如图12、图15及图16所示，设于相互不同的短边的第二电极43b1和第二电极43b4通过在不与弹性部件41对置的面引绕的第二引绕布线43c并经由通孔在不具有舌片部4B的长边侧的一端连接。另外，第二引绕布线43c也经由通孔而与第二电极43b1的另一端连接，该第二引绕布线43c在不与弹性部件41对置的面上引绕直至舌片部4B的端部。
同样，设于相互不同的短边的第二电极43b2和第二电极43b3也通过在不与弹性部件41对置的面引绕的第二引绕布线43c并经由通孔(未图示)在不具有舌片部4B的长边侧的一端连接。另外，第二引绕布线43c也经由通孔(未图示)而与第二电极43b2的另一端连接，该第二引绕布线43c在不与弹性部件41对置的面上引绕直至舌片部4B的端部。
并且，如图13、图15及图16所示，设于相互不同的长边的第二电极43b5和第二电极43b8通过在不与弹性部件41对置的面引绕的第二引绕布线43c并经由通孔(未图示)在相同的短边侧的一端连接。另外，第二引绕布线43c经由通孔46而与配置于具有舌片部4B的边的第二电极43b8连接，该第二引绕布线43c在不与弹性部件41对置的面上引绕直至舌片部4B的端部。
同样，设于相互不同的短边的第二电极43b6和第二电极43b7也通过在不与弹性部件41对置的面引绕的第二引绕布线43c并经由通孔在相同的短边侧的一端连接。另外，第二引绕布线43c经由通孔而与配置于具有舌片部4B的边的第二电极43b7连接，该第二引绕布线43c在不与弹性部件41对置的面上引绕直至舌片部4B的端部。
图12是第二实施方式中的图4的III-III剖视图，图13是第二实施方式中的图4的IV-IV剖视图。
关于其它方面，本实施方式与上述实施方式1相同。
根据本实施方式，能够检测相对于盖板2的三个分力(X方向、Y方向以及Z方向的力)。
此外，在本发明中，在检测相对于盖板2的三个分力的情况下，也可以仅在短边、长边的各一个设置电极(未图示)，但在本实施方式中，由于还在对置的短边及长边设置电极，所以能够更准确地检测剪切力。如上所述，盖板2绕与板面垂直的轴旋转移动，仅短边、长边各一个的电极的话会产生检测误差。与此相对，若在对置边也存在电极，则能够消除检测误差。
[实施方式3]
并且，在实施方式2中，通过在所有边设置第一电极42b和第二电极43b来检测相对于盖板2的三个分力，但也可以是其它结构。
图17是示出第三实施方式的剪切力传感器的第一电极部件的俯视图。图18是示出第三实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的俯视图。图19是示出第三实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的后视图。
在本实施方式中，在第一电极部件42中，如图17所示，第一电极42b在第一基板42a的与弹性部件41对置的对置面即短边各配置一条，具体而言，作为第一电极42b5、第一电极42b6按照直线呈Z字状地多次折弯的图案(所谓锯齿状图案)配置。图17中，示出了锯齿状图案的山谷各为三个，各锯齿状图案的六处直线部分相对于第一基板42a的四边(XY方向)具有45°的角度的倾斜(图中的X′方向以及Y′方向)的例子。
此外，并不限定于图示例子，锯齿状图案的直线部分可以超过六处，也可以低于六处。
并且，在第二电极部件43中，如图18所示，相对于XY方向倾斜的一对第二电极43b、43b在第二基板43a的与弹性部件41对置的对置面即短边各配置六组，并且配置为与第一电极42b的锯齿状图案的六处直线部分平行且在俯视时一部分与第一电极42b重叠。
具体而言，相对于第一电极42b5，从不具有舌片部4B的长边侧起依次配置为第二电极43b9和第二电极43b10的向Y′方向倾斜的组、第二电极43b11和第二电极43b12的向X′方向倾斜的组、第二电极43b13和第二电极43b14的向Y′方向倾斜的组、第二电极43b15和第二电极43b16的向X′方向倾斜的组、第二电极43b17和第二电极43b18的向Y′方向倾斜的组以及第二电极43b19和第二电极43b20的向X′方向倾斜的组。
另一方面，相对于第一电极42b6，从不具有舌片部4B的长边侧起依次配置为第二电极43b21和第二电极43b22的向X′方向倾斜的组、第二电极43b23和第二电极43b24的向Y′方向倾斜的组、第二电极43b25和第二电极43b26的向X′方向倾斜的组、第二电极43b27和第二电极43b28的向Y′方向倾斜的组、第二电极43b29和第二电极43b30的向X′方向倾斜的组以及第二电极43b31和第二电极43b32的向Y′方向倾斜的组。
此外，在第一电极部件42中，如图17所示，第一电极42b5和第一电极42b6通过第一引绕布线42c在具有舌片部4B的长边侧的一端连接。另外，第一引绕布线42c分支而最终引绕到舌片部4B的端部。
另一方面，在第二电极部件43中，如图18所示，相对于XY方向倾斜的第二电极43b9～43b32分别与沿第二基板43a的长边平行地延伸的第二引绕布线43c连接。第二引绕布线43c的与第二电极43b9～43b32连接的端部的相反侧亦即另一端经由设于图中黑色圆圈所示的部分的通孔(未图示)在第二基板43a的不与弹性部件41对置的面上引绕。
如图19所示，第二引绕布线43c在第二基板43a的不与弹性部件41对置的面上短路而汇集成四条，并引绕到舌片部4B的端部。
具体而言，向X′方向倾斜的左侧(用俯视观察附图时的左右来定义)的第二电极43b11、43b15、43b19、43b21、43b25以及43b29短路。另外，向X′方向倾斜的右侧的第二电极43b12、43b16、43b20、43b21、43b25以及43b29短路。
另一方面，向Y′方向倾斜的左侧的第二电极43b9、43b13、43b17、43b23、43b27以及43b31短路。另外，向Y′方向倾斜的右侧的第二电极43b10、43b14、43b18、43b24、43b28以及43b32短路。
此外，在该例子中，汇集的第二引绕布线43c中的两条与其它两条交叉，因此该交叉部分经由通孔(未图示)在第二基板43a的与弹性部件41对置的面经过(参照图18、图19)。
关于其它方面，本实施方式与上述实施方式2相同。
根据本实施方式，仅在对置的两边设置第一电极42b以及第二电极43b，就能够检测相对于盖板2的三个分力(X方向、Y方向以及Z方向的力)。智能手机等因两边的边框较窄，因此优选本实施方式。
此外，在本实施方式中检测出的剪切力是倾斜45°的X′方向和Y′方向的力(Fx′，Fy′)，但也能够如下述的式3那样变换为Fx和Fy。
(式3)
Figure BDA0003810757800000151
此外，本发明也可以仅在一边设置电极(未图示)，但在本实施方式中，还在对置的边也设有电极，因此能够更准确地检测剪切力。例如，在由手指对盖板2的操作面中的端部的一点进行剪切输入的情况下，盖板2绕与板面垂直的轴旋转移动，仅一边的电极的话会产生检测误差。与此相对，若在对置边也存在电极，则能够消除检测误差。
[实施方式4]
另外，也可以构成为不仅能够检测剪切力，还能够根据剪切力来检测使盖板2旋转的力(力矩)。
图20是示出第四实施方式的剪切力传感器的第一电极部件的俯视图。图21是示出第四实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的俯视图。图22是示出第四实施方式的剪切力传感器的第二电极部件的后视图。
在本实施方式中，如图20所示，第一电极42b在第一基板42a的与弹性部件41对置的对置面即长边的除中央部以外的两侧各配置有一条，具体而言，在附图的俯视观察下，在左下呈带状地配置有第一电极42b7，在右下呈带状地配置有第一电极42b8，在左上呈带状地配置有第一电极42b9，在右上呈带状地配置有第一电极42b10。
并且，如图21所示，一对第二电极43b、43b在第二基板43a的与弹性部件41对置的对置面即长边的两端各配置一组，具体而言，在附图的俯视观察下，在左下配置有第二电极43b33和第二电极43b34的组，在右下配置有第二电极43b35和第二电极43b36的组，在左上配置有第二电极43b37和第二电极43b38的组，在右上配置有第二电极43b39和第二电极43b40的组。
此外，在第一电极部件42中，如图20所示，第一电极42b7与第一电极42b8之间、第一电极42b7与第一电极42b9之间、第一电极42b9与第一电极42b10之间通过第一引绕布线42c连接。另外，第一引绕布线42c从离舌片部4B较近的第一电极42b7引绕到舌片部4B的端部。
另一方面，在第二电极部件43中，如图21所示，第二电极43b33～40分别在第二基板43a的短边侧的一端连接有第二引绕布线43c。第二引绕布线43c的与第二电极43b33～40连接的端部的相反侧亦即另一端经由设于图中黑色圆圈所示的部分的通孔(未图示)在第二基板43a的不与弹性部件41对置的面上引绕。
如图22所示，第二引绕布线43c在第二基板43a的不与弹性部件41对置的面上短路而汇集成四条，并引绕到舌片部4B的端部。
具体而言，第二电极43b33与第二电极43b38、第二电极43b34与第二电极43b37、第二电极43b35与第二电极43b40、第二电极43b36与第二电极43b39短路。
关于其它方面，本实施方式与上述实施方式2相同。
根据本实施方式，不仅能够检测剪切力，还能够根据剪切力来检测使盖板2旋转的力(力矩)。
在将第一电极42b7、第一电极42b8、第一电极42b9以及第一电极42b10分别设为检测电极1、检测电极2、检测电极3以及检测的情况下，当将检测电极1与检测电极k(k为1～4的整数)之间的静电电容设为Ck时，相对于盖板2的各力(Fy：Y方向的剪切力、Fz：Z方向的力、My：在盖板上表面的中心通过的绕与Y轴平行的轴的力矩、Mz：在盖板上表面的中心通过的绕与Z轴平行的轴的力矩)例如在盖板的形状、检测电极的配置为点对称的情况下表示为下述的式4。
(式4)
Figure BDA0003810757800000171
Figure BDA0003810757800000172
Figure BDA0003810757800000173
Figure BDA0003810757800000174
但是，在盖板的形状、检测电极的配置并非点对称的情况下，在上述式子中适当地加入修正项。
[其它实施方式]
(1)在上述的各实施方式中，对在具备以包围盖板2的端面的方式从支撑部3B立起的框状的侧壁部3C的箱体3装配有剪切力传感器4的例子(参照图2)进行了说明，但本发明的信息输入装置1本发明的信息输入装置1并不限定于此。
例如，也可以如图23所示，箱体3没有侧壁部3C。但是，更优选为箱体3具备侧壁部3C。这是因为：若盖板2的端面露出，则在手指接触盖板2的端面时会受伤，或者在信息输入装置1落下时盖板2容易破裂。
(2)在上述的各实施方式中，剪切力传感器4的外径在考虑到弹性部件41在水平方向的变形的基础上与箱体3的收纳部3A的尺寸匹配。即，在未对剪切力传感器4施加力的状况下，在盖板2的四边的端面与箱体3的侧壁部3C之间始终存在0.1mm以上的什么都没有的间隙。剪切力传感器4的弹性部件41的硬度越低或者厚度越厚，则盖板2的移动越大，因此间隙变得越大。但是，本发明的信息输入装置1并不限定于此。
例如，可以如图24所示，在该间隙设置缓冲部件9。当弹性部件41在水平方向上变形时，若以盖板2的端面不与箱体3的侧壁部3C接触而破损的方式形成足够尺寸的间隙，则灰尘等会积存在间隙中，有损害外观的担忧。因此，通过预先在间隙设置缓冲部件9，能够使间隙的尺寸为最小限度的尺寸。此外，在未对剪切力传感器4施加力的状况下，缓冲部件9可以与盖板2的端面以及箱体3的侧壁部3C中的双方紧贴，也可以仅与任一方紧贴。并且，即使在设置缓冲部件9的情况下，若间隙较大，则也会损害外观，因此设置缓冲部件9的间隙优选为0.5mm以下。
作为缓冲部件9的材料，与剪切力传感器4的弹性部件41相同，能够使用有机硅弹性体、聚氨酯弹性体等各种弹性体、其凝胶状体、发泡体等材料。
此外，在图24中，缓冲部件9不仅存在于盖板2的四边的端面与箱体3的侧壁部3C之间的间隙，而且还存在于剪切力传感器4的端面与箱体3的侧壁部3C之间的间隙。缓冲部件9可以仅存在于盖板2的四边的端面与箱体3的侧壁部3C之间的间隙，但更优选为还存在于剪切力传感器4的端面与箱体3的侧壁部3C之间的间隙。这是因为：缓冲部件9的面积越大，则缓冲部件9对于盖板2的压缩的耐久性越优异，并且在间隙中也更容易配置缓冲部件9。
(3)在上述的各实施方式中，未详细地对处理来自剪切力传感器4的输出信号的信号处理电路等检测电路5的基板51的固定进行说明，但本发明的信息输入装置1在检测电路5的基板51固定于箱体3侧的情况下，如图25所示，优选为使第一电极部件42以及第二电极部件43中的位于盖板2侧的电极部件的舌片部4B挠曲，将舌片部4B的前端***到设于检测电路5的基板51的连接器52中。
这是因为：在对剪切力传感器4施加力而弹性部件41在水平方向上变形时，第一电极部件42和第二电极部件43需要错开。也就是说，在检测电路5的基板51固定于箱体3侧的情况下，位于盖板2侧的电极部件亦即第一电极部件42的框状部4A与设于检测电路5的基板51的连接器52的距离变化，因此若无法吸收该距离的变化，则有妨碍第一电极部件42的偏移、或者第一电极部件42的舌片部4B破损的担忧。
另外，第一电极部件42的第一基板42a也可以使用聚氨酯树脂膜等柔软的材料来代替使第一电极部件42的舌片部4B挠曲。
针对于此，本发明的信息输入装置1在检测电路5的基板51固定于盖板2侧的情况下，如图26所示，优选为使第一电极部件42以及第二电极部件43中的位于箱体3侧的电极部件的舌片部4B挠曲，将舌片部4B的前端***到设于检测电路5的基板51的连接器52中。
另外，第二电极部件43的第二基板43a也可以使用聚氨酯树脂膜等柔软的材料来代替使位于箱体3侧的电极部件亦即第二电极部件43的舌片部4B挠曲。
(4)另外，本发明的信息输入装置1也可以使盖板2的操作面中的至少进行剪切力输入的区域的摩擦系数比除此以外的区域的摩擦系数大。
一般而言，若智能手机等的盖板2的操作面是玻璃板，则用氟系的涂布剂进行表面处理，手指的滑动变得良好。通过使操作面的进行剪切力输入的区域的摩擦系数如上述范围那样变大，从而剪切力的输入变得更容易。并且，也可以超过进行剪切力输入的区域，例如整个面地使操作面的摩擦系数变大。
例如，通过不进行利用涂布剂的表面处理，能够增大操作面的摩擦系数。并且，通过将橡胶、弹性体以及树脂膜等摩擦系数较高的片材粘贴于盖板2，能够增大操作面的摩擦系数。并且，除了使用压印、光刻、印刷以外，通过对盖板2实施粘贴利用铸塑成形或注射成形而制成的具有表面微细凹凸的成形品等的微细凹凸加工，能够增大操作面的摩擦系数。并且，通过在盖板2形成突起或凹陷，能够增大摩擦系数。此外，突起可以设为按钮状、线状等任意形状。
图27是示出盖板中的增大了摩擦系数的区域的例子的图。在图27的(a)中，在盖板2的显示器显示区域外设有增大了摩擦系数的区域2C。并且，在图27的(b)中，在盖板2的显示器显示区域2B内设有增大了摩擦系数的区域2C。在上述(b)所示的例子中，也有妨碍显示品质的担忧，因此在除了进行剪切力的输入时以外，也能够拆下上述的橡胶等片材。
(5)在上述的各实施方式中，剪切力传感器4采用从盖板2侧依次层叠有第一电极部件42、弹性部件41、第二电极部件43的构造，但也可以如图30所示，替换第一电极部件42和第二电极部件43的层叠配置。即，也可以将剪切力传感器4设为从盖板2侧起依次层叠有第二电极部件43、弹性部件41、第一电极部件42的构造。
此外，在图30所示的例子中，在第一电极部件42未设置GND层42d，在第二电极部件43设有GND层43d。更详细而言，第二电极部件43的GND层43d配置于第二基板43a的与弹性部件41侧相反的一侧的面。
并且，在像这样替换了第一电极部件42和第二电极部件43的层叠配置的情况下，在上述(3)中也变更使第一电极部件42和第二电极部件43中的哪一个舌片部4B挠曲。其它方面与上述各实施方式相同。
(6)在上述的各实施方式中，将剪切力传感器4的框状形状设为由长边和短边构成的长方形，但也可以在短边和长边中替换电极配置。并且，也可以是边的长度相同的正方形。另外，也可以是矩形(在本说明书中是指长方形和正方形的总称)以外的多边形。
(7)并且，在上述的各实施方式中，第一基板42a以及第二基板43a具有从框部4A的内径向内侧突出的舌片部4B，但也可以不设置舌片部4B而仅由框部4A构成。在该情况下，另外安装FPC。
(8)并且，在上述的各实施方式中，通过将静电电容方式的触摸传感器6贴合于盖板2的背面中央，来对盖板2赋予触摸输入功能，但也可以不设置静电电容方式的触摸传感器6。并且，也可以不对盖板2赋予触摸输入功能。
[校准]
在本发明的信息输入装置1中，弹性部件41的材料使用上述的树脂，但在施加了过度的力的情况下，即使力被卸载，弹性部件41也不会复原到原来的形状，这有成为测定误差的担忧。
因此，如图28所示，优选为根据设于盖板2的背面的触摸传感器6所感知的是否存在物体与盖板2的操作面接触或接近的信息来进行校准，从而能够解决弹性部件41的形状不复原的问题。
[用途例]
以上，对耐久性及可视性优异且能够检测剪切力的本发明的信息输入装置进行了说明，下面示出由这样的信息输入装置1能够实现的用途的一例。
(1)例如，在智能手机、便携式游戏机等中，如图29的(a)所示，将拇指放在显示器显示区域2B外进行操作。此时，在显示器7的画面显示有地图应用程序。根据由拇指对盖板2施加的剪切力Fx、Fy的力进行画面移动，根据由拇指对盖板2施加的按压力Fz的力进行放大、双击缩小这样的操作。由此，仅通过单手的操作就能够进行地图应用程序的操作。
(2)并且，作为另一例，如图29的(b)所示，在显示器显示区域2B显示表示跟踪点10的“〇”，接触该跟踪点10进行剪切力的输入。
(3)并且，作为另一例，如图29的(c)所示，在显示器显示区域2B显示表示跟踪点10的“〇”，上述显示能够用左右的拇指进行操作。此时的剪切力传感器4的电极构造根据实施方式4所示的剪切力来检测力矩。在赛车游戏应用程序上，通过将Mx的大小设为方向盘的切入角度，将Fx的大小设为加速器和制动器，从而能够直观地进行操作性良好的游戏体验。
产业上的可利用性
本发明的信息输入装置能够有效地用于移动电话、智能手机、PDA、汽车导航装置、数码相机、数码摄像机、游戏机以及平板电脑等电子设备，能够用于实现电子设备的多功能化及操作性的提高。
符号的说明
1—信息输入装置，2—盖板，2A—周缘部，2B—显示器显示区域，2C—增大了摩擦系数的区域，3—箱体，3A—开口部，3B—支撑部，3C—侧壁部，4—剪切力传感器，4A—框部，4B—舌片部，5—检测电路，6—触摸传感器，7—显示装置，8—粘接部件，9—缓冲部件，10—跟踪点，41—弹性部件，42—第一电极部件，42a—第一基板，42b、42b1～10—第一电极，42c—第一引绕布线，42d—GND层，43—第二电极部件，43a—第二基板，43b、43b1～40—第二电极，43c—第二引绕布线，43d—GND层，46—通孔，51—基板，52—连接器。

Claims (17)

1.一种信息输入装置，其特征在于，具备：
盖板；
箱体，其具备从背面支撑上述盖板的周缘部的支撑部；
框状的剪切力传感器，其配置在上述盖板的上述周缘部与上述箱体的上述支撑部之间，用于检测相对于上述盖板表面的水平方向输入；以及
检测电路，其与上述剪切力传感器连接。
2.根据权利要求1所述的信息输入装置，其特征在于，
上述框状的剪切力传感器采用从上述盖板侧以第一电极部件、弹性部件、第二电极部件的顺序层叠而成的构造，
上述第一电极部件具备：
第一基板，其至少具有框部；
带状的第一电极，其以直线图案配置于上述第一基板的与上述弹性部件的对置面；以及
第一引绕布线，其设于上述第一基板，且与上述第一电极连接，
上述第二电极部件具备：
第二基板，其至少具有框部；
一对第二电极，其呈带状，以与上述第一电极平行且在俯视时一部分与上述第一电极重叠的方式配置于上述第二基板的与上述弹性部件的对置面；以及
第二引绕布线，其设于上述第二基板，且与上述第二电极连接。
3.根据权利要求2所述的信息输入装置，其特征在于，
上述框状的剪切力传感器采用替换上述第一电极部件和上述第二电极部件的配置层叠而成的构造。
4.根据权利要求2或3所述的信息输入装置，其特征在于，
上述第一基板以及上述第二基板分别具有从上述框部的内径向内侧突出的舌片部，
上述第一引绕布线以及上述第二引绕布线引绕到上述舌片部的端部。
5.根据权利要求4所述的信息输入装置，其特征在于，
上述检测电路的基板固定于上述箱体侧，
使上述第一电极部件以及上述第二电极部件中的位于上述盖板侧的电极部件的上述舌片部挠曲，将上述舌片部的前端***到设于上述检测电路的上述基板的连接器中。
6.根据权利要求4所述的信息输入装置，其特征在于，
上述检测电路的基板固定于上述盖板侧，
使上述第一电极部件以及上述第二电极部件中的位于上述箱体侧的电极部件的上述舌片部挠曲，将上述舌片部的前端***到设于上述检测电路的上述基板的连接器中。
7.根据权利要求2～6任一项中所述的信息输入装置，其特征在于，
上述盖板的形状为矩形。
8.根据权利要求7所述的信息输入装置，其特征在于，
上述第一电极配置于上述第一基板的上述框部中的至少一边并沿该边配置，
一对上述第二电极配置于上述第二基板的上述框部中的与上述第一基板的配置有上述第一电极的边对置的边并沿该边配置。
9.根据权利要求8所述的信息输入装置，其特征在于，
上述第一电极在上述第一基板的上述框部中的平行的两边各配置一条并沿这些边配置，
一对上述第二电极在上述第二基板的上述框部中的与上述第一基板的配置有上述第一电极的两边对置的两边各配置一组并沿这些边配置。
10.根据权利要求8所述的信息输入装置，其特征在于，
上述第一电极在上述第一基板的上述框部的四边各配置一条并沿这些边配置，
一对上述第二电极在上述第二基板的上述框部的四边各配置一组并沿这些边配置。
11.根据权利要求7所述的信息输入装置，其特征在于，
上述第一电极按照由多个直线部分构成的锯齿状图案配置于上述第一基板的上述框部中的至少一边，
一对上述第二电极以相当于上述第一电极的锯齿状图案的直线部分的数量配置于上述第二基板的上述框部中的与上述第一基板的配置有上述第一电极的边对置的边。
12.根据权利要求11所述的信息输入装置，其特征在于，
上述第一电极按照由多个直线部分构成的锯齿状图案在上述第一基板的上述框部中的平行的两边各配置一条，
一对上述第二电极以相当于上述第一电极的锯齿状图案的直线部分的数量配置于上述第二基板的上述框部中的与上述第一基板的配置有上述第一电极的两边对置的两边。
13.根据权利要求8所述的信息输入装置，其特征在于，
上述第一电极在上述第一基板的上述框部中的平行的两边且除中央部以外的两侧各配置一条并沿这些边配置，
一对上述第二电极在上述第二基板的上述框部中的与上述第一基板的配置有上述第一电极的两边对置的两边各配置两组并沿这些边配置。
14.根据权利要求1～13任一项中所述的信息输入装置，其特征在于，
上述箱体具备以包围上述盖板的端面的方式从上述委支撑部立起的框状的侧壁部，上述剪切力传感器以及上述盖板的外缘与该侧壁部保持距离。
15.根据权利要求14所述的信息输入装置，其特征在于，
在上述盖板的端面与上述箱体的上述侧壁部之间设有缓冲部件。
16.根据权利要求1～15任一项中所述的信息输入装置，其特征在于，
上述盖板的操作面中的至少进行剪切力输入的区域的摩擦系数比除此以外的区域的摩擦系数大。
17.根据权利要求1～16任一项中所述的信息输入装置，其特征在于，
在上述盖板的背面中央贴合有静电电容方式的触摸传感器。
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