JP2015191783A - 入力装置 - Google Patents

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直志 高木
孝也 中村
Takaya Nakamura
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【課題】電子機器の入力操作部に用いられる入力装置に関し、スイッチの機能に加えて静電容量の変化が検出できる機能を合わせ持つものを提供する。【解決手段】第1部材11および第2部材22が配された下ケース1と、上方からの押し下げ操作に応じて、第1部材11の第1接点としてなる外側接点12と第2部材22の第2接点としてなる中央接点23との間をスイッチングさせて、第1部材11の第1端子13と第2部材22の第2端子24間を導通させる弾性部材31と、弾性部材31上に配された第1導電部71と、を備え、その第1導電部71を接点体70に一体形成して第1部材11の外側接点12に電気的に接続させた構成にした。これによって、第1導電部71の静電容量の変化を第1部材11の第1端子13を介して検出可能なものに実現した。【選択図】図1

Description

本発明は、各種電子機器の入力操作部に用いられる入力装置に関するものである。
近年、各種電子機器の入力操作部には押圧式のスイッチが入力装置として多く用いられている。
このような従来の押圧式のスイッチについて、図5の従来の押圧式のスイッチの断面図、図6の同分解斜視図を用いて説明する。
同図に示すように、従来の押圧式のスイッチは、上面視略矩形状に絶縁樹脂から形成された下ケース1を備えている。下ケース1には、金属板からなる第1部材11と、金属板からなる第2部材22とが、インサート成形によって電気的に独立状態で固定されている。
第1部材11は、一端側がU字状に形成されており、そのU字の先端位置のそれぞれに外側接点12が設けられている。第1部材11は、二つの外側接点12が下ケース1から露呈状態になるように下ケース1にインサート成形されている。第1部材11の他端側は、スイッチ用の第1端子13として下ケース1の側部から突出している。
第2部材22は、一端側の先端位置に中央接点23が設けられている。第2部材22は、中央接点23が二つの外側接点12同士の中間位置で下ケース1から露呈状態になるように下ケース1にインサート成形されている。第2部材22の他端側は、スイッチ用の第2端子24として下ケース1の側部から突出している。
下ケース1の外側接点12上には、接点体25が載せられている。接点体25は、弾性を有する金属板製で、舌片部26と円形リング状に形成された環状部27とを有している。舌片部26は、環状部27の内縁から中央側に向って先端が持ち上がる傾斜状態に形成されている。
接点体25は、環状部27が外側接点12上に載せられて配され、その配置状態で、舌片部26の下面は中央接点23に所定間隔をもって対峙している。すなわち、外側接点12および中央接点23と、接点体25とによってスイッチ接点部が構成されている。
接点体25の環状部27上には、ゴム等からなる弾性部材31が載せられている。
弾性部材31は、上方に突出する円柱状の第1突起32と、第1突起32の下端位置から円錐状に下方に広がるドーム部33と、ドーム部33の下端に設けられた円形リング部34と、ドーム部33内の天面位置に設けられた下方に突出する第2突起35とを有し、円形リング部34が接点体25の環状部27に載せられている。第2突起35の下面は、舌片部26上に所定の間隔をあけて対向している。
そして、弾性部材31の第1突起32上には操作体41が載せられている。さらに、その上方から上ケース51が配されている。
操作体41は、硬質の絶縁樹脂からなり、その形状は、上面位置が板状の天面部43で塞がれている略円筒状である。天面部43の下面中央位置には、上方に向けて円形で窪んだ円形窪み44が設けられている。また、操作体41は、中心を通る対称位置となる側壁外周箇所に、上下方向に伸びる直線状突起45がそれぞれ設けられ、二つの直線状突起45と直交関係になる側壁外周の下端箇所には、水平方向に所定幅で伸びる抜け止め部47がそれぞれ設けられている。
上ケース51は、硬質の絶縁樹脂からなり、その形状は筒状である。上ケース51は、下ケース1上に配され、下ケース1の四隅に上方に突出して形成されたカシメ用突起部3が内側に曲げカシメされることによって下ケース1に結合されている。
上ケース51の内壁には、直線状突起45に対応する位置に上下溝53が設けられ、抜け止め部47に対応する内壁位置には外方側に向けて窪む凹部55が設けられている。凹部55は、抜け止め部47の上面を規制する段部を構成するために設けられている。
操作体41は、弾性部材31の第1突起32上部を円形窪み44内に位置させて弾性部材31上に載せられて配されている。円形窪み44の大きさは、第1突起32の上部よりも大きい径で形成されている。
そして、弾性部材31上に載せられた操作体41は、直線状突起45が上下溝53内に位置されると共に、抜け止め部47の上面が凹部55によって形成された段部の下面に当接した停止状態になっている。操作体41の上部は、上ケース51から上方に突出している。
以上のように、従来の押圧式のスイッチは構成されている。
その動作は、機器側で配された操作ボタン(図示せず)によって操作体41の上部が押し下げられると、操作体41が下降していき、それによって弾性部材31に押し下げ力が加わっていく。
そして、操作体41の所定の押し下げ位置で、弾性部材31のドーム部33が節度感を伴って弾性変形する。これによって、下方に移動する第2突起35の下端面で接点体25の舌片部26が押し下げられて、舌片部26が中央接点23に接触する。言い換えると、外側接点12と中央接点23との間が接点体25を介して導通状態となるスイッチングがなされ、第1端子13と第2端子24との間が導通したスイッチオン状態になる。
この後、操作体41への押し下げ力が解除されると、弾性部材31のドーム部33が元の下方開口のドーム状に復元して、操作体41が押し上げられる。また、それと共に舌片部26も先端が上方側に位置する元の傾斜状態に戻って、操作前のスイッチオフ状態に戻るものであった。
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。
特開2004−235006号公報
従来の押圧式のスイッチは、所謂単機能のスイッチであった。ここに、機器メーカ側からの要望としては、電子機器の小型化などに加えて多機能化を進めていくにあたって、入力操作部に用いる入力装置としても多機能化したものへの要望が高まってきており、その中で従来の押圧式のスイッチについても多機能化されたものを要望されることも増えてきた。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、スイッチの機能に加えて静電容量の変化が検出できる機能を合わせ持つ入力装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、上方からの押し下げ操作に応じて第1部材と第2部材との間をスイッチングさせて第1部材の第1端子と第2部材の第2端子間を導通させる弾性部材と、弾性部材上に配される、もしくは弾性部材そのものに配された第1導電部を備えさせたものとして、第1導電部を第1部材に電気的に接続させて、第1導電部の静電容量の変化を第1端子を介して検出可能に構成した入力装置とするものである。
これであれば、指等での操作で生じる第1導電部の静電容量の変化を、第1部材のスイッチ用に配された第1端子を通じて検出可能なものに構成できる。すなわち、この静電容量の変化に対する検出結果が第1入力状態として活用でき、その後の押し下げ操作で弾性部材を介してなされる第1部材と第2部材との間のスイッチング状態の切り換わりが第2入力状態として得られる入力装置として実現できるという作用を有する。
本発明によれば、静電容量の変化が検出できる機能とスイッチの機能を合わせ持つ入力装置を提供することができるという有利な効果が得られる。
本発明の実施の形態による入力装置の断面図 同要部である接点体の斜視図 同接点体付きの弾性部材を操作体に組み合わせる状態を示す図 同入力装置の変形例の断面図 従来の押圧式のスイッチの断面図 同分解斜視図
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図4を用いて説明する。なお、従来の技術のものと同一構成部分には同一符号をつけて説明を省略する。
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態による入力装置の断面図、図2は同要部である接点体の斜視図、図3は同接点体付きの弾性部材を操作体に組み合わせる状態を示す図、図4は同入力装置の変形例の断面図である。
当該実施の形態による入力装置は、従来同様にスイッチの機能を有していると共に、それに加えて静電容量の変化が検出できる機能を合わせ持つものとなっており、以下に、図1〜図4を用いて、その構成などについて説明する。
同図に示すように、絶縁樹脂製の下ケース1には、金属板製の第1部材11および第2部材22が電気的に独立状態でインサート成形されて固定されている。
第1部材11の一端側に設けられたスイッチ用の外側接点12は、下ケース1から露呈している。第1部材11の中間部は、下ケース1内に埋設されており、第1部材11の他端側は、下ケース1の側部から外方に突出して第1端子13になっている。
第2部材22の一端側に設けられたスイッチ用の中央接点23は、外側接点12同士の中間位置で下ケース1から露呈している。第2部材22の中間部は、下ケース1内に埋設されており、第2部材22の他端側は、下ケース1の側部から突出して第2端子24になっている。
下ケース1の外側接点12上には、弾性部材31を組み込んでいる接点体70が載せられている。
弾性部材31としては従来と同じものが用いられている。つまり、弾性部材31は、上方に突出する円柱状の第1突起32と、第1突起32の下端位置から円錐状に下方に広がるドーム部33と、ドーム部33の下端に設けられた円形リング部34と、ドーム部33の天面位置に設けられた下方に突出する第2突起35とを有している。
接点体70は、導電性および弾性を有する金属板から形成されている。その形状は、図2に示したように、上方位置で略円形に形成された第1導電部71と、下方位置に従来同様に形成された円形リング状の環状部27とが、螺旋状に形成された細幅部73で繋がれた形状で、各部位は一体形成されたものとなっている。環状部27内には、環状部27の内縁から中央側に向って先端が持ち上がる傾斜状態に形成された舌片部26が従来同様に一体で設けられている。その環状部27と舌片部26はスイッチ接点部の一部をなす部位である。
第1導電部71下面と環状部27上面との間の高さ寸法は、弾性部材31の高さ寸法よりも若干短い寸法で設定されている。また、第1導電部71と環状部27は、中心位置同士が上下で合わせ込まれて構成されている。なお、第1導電部71の形状や大きさは特に限定されないが、上面が広い面積で露出可能な形状であることが望ましく、第1突起32の上端と同等もしくは少し大きい径の円形に設定するとよい。
弾性部材31は、第1導電部71下面と環状部27上面との間で、第1突起32上面と円形リング部34下端とが挟まれて接点体70に予め組み込まれている。その接点体70への組み込み状態で、弾性部材31の第2突起35の下面は、舌片部26上に所定の間隔をあけて対向している。
さらに、接点体70について詳述する。
第1導電部71の外縁位置には、下方側への曲げ部を介して下方に伸びる第1接続部75が設けられている。また、環状部27の外縁位置には、上方側への曲げ部を介して上方に伸びる第2接続部77が設けられている。
細幅部73は、上方部分が第1接続部75に一体形成されていると共に、下方部分が第2接続部77に一体形成されている。細幅部73は、環状部27の外縁位置と第1導電部71の外縁位置との差によって、上方にいくにつれて窄まる螺旋形状に形成されたものとなっている。
なお、細幅部73は、図2では略180度の角度で螺旋状に形成したものを図示しているが、螺旋状とする角度は特に限定されない。また、細幅部73の形状は、螺旋状に限定されることもない。そして、第1接続部75や第2接続部77の有無も適宜設定すればよい。さらに、接点体70は各部位を金属板から一体形成したものに限られることもなく、複数の構成部品を組み合わせて相応する形状のもの等にしてもよい。
上述したように予め弾性部材31が組み込まれている接点体70は、下ケース1の外側接点12上に載せられている。その配置状態で、接点体70の環状部27内に設けられた舌片部26の下面は、中央接点23に所定間隔をもって対峙している。
そして、接点体70の第1導電部71上には、操作体80が載せられている。
操作体80は、硬質の絶縁樹脂から従来と同じ外形形状で形成されているが、その外面には全面に亘って導電性を有するメッキが施されたものとなっている。このメッキが第2導電部81となるものである。なお、操作体80は形状的には従来のものと同じであるため、操作体80の個々の構成部分には従来と同じ符号を付して説明することとする。
操作体80の形状を簡単に説明すると、上面位置が板状の天面部43で塞がれている略円筒状で、天面部43の下面中央位置には、上方に向けて円形で窪んだ円形窪み44が設けられている。その側壁外周には、図3に示したように、上下方向に伸びる直線状突起45が二箇所に設けられ、直線状突起45と直交関係になる側壁外周の下端箇所には、水平方向に伸びる抜け止め部47が二箇所に設けられている。
なお、操作体80のメッキとしては、少なくとも、板状の天面部43の上面と、円形窪み44の天面と、それらの間を繋ぐように施されていればよいが、全体をメッキすると部分的なメッキよりも安価にできると共に、静電容量の変化の検出精度の向上につながるために好ましい。
操作体80は、接点体70の第1導電部71を円形窪み44内に位置させて、接点体70上に載せられて配されている。つまり、第1導電部71と円形窪み44の天面のメッキとは当接状態になっている。なお、円形窪み44の大きさは、第1突起32の上部や第1導電部71よりも大きい径で形成されている。
そして、操作体80の上方から配された上ケース51は従来同様に下ケース1に結合されている。また、操作体80は、抜け止め部47の上面が上ケース51の内壁の凹部55で形成された段部の下面に当接した停止状態になっていることなども従来と同じである。
以上のように当該実施の形態による入力装置は構成されている。
機器への搭載状態としては、操作体80の上に機器側の操作ボタン(図示せず)が配置され、その操作ボタンへの押し下げ操作で操作体80が押し下げられるようにして搭載される。また、第1部材11の第1端子13と第2部材22の第2端子24は電子回路部(図示せず)に接続されて搭載状態とされる。当該電子回路部は、第1端子13からの静電容量の変化の検出と、第1端子13と第2端子24間の導通状態の有無の検出を短時間で切り換えつつ行うことができる構成になっている。第1端子13からの静電容量の変化の検出の際には、第2端子24はグランド電位におとされるようにすると好ましい。
次に動作について説明する。機器の操作ボタンに指等を近づける、もしくは指等でタッチ操作をすると、操作ボタンを介して当該入力装置の操作体80に指等が近づくこととなる。指等が近づくと、操作体80の外面全てに亘って施されたメッキからなる第2導電部81に静電容量の変化が生じる。なお、当該構成のように、操作体80の外面の全てを第2導電部81としておけば、広い範囲が指等に近接することになって静電容量の変化が得られやすくなる。
そして、操作体80は、円形窪み44の天面にも第2導電部81を有しており、その第2導電部81は第1導電部71に直接当接している。さらに、第1導電部71は細幅部73と環状部27と同じ金属板から一体形成されており、かつ環状部27は第1部材11の外側接点12に電気的に接続している。これらの構成としているために、当該実施の形態によるものでは、上述した操作ボタンへの指等での近接またはタッチ操作に応じて、電子回路部でスイッチ用に配された第1端子13から操作体80の静電容量の変化を検出することができる。
すなわち、上述した操作によって、操作体80の静電容量の変化が所定以上で大きく変わったことを、外側接点12を介して第1端子13から検出することができ、それを第1入力状態がされたと判定することができる。
このように第1入力状態がなされたとの判定がされると、機器の対応する第1の機能が作動される。
上記操作に応じた静電容量の変化をより大きく得られるものとするには、機器の操作ボタンとして、例えば下面全面等を導電部としたものを用いて、その導電部を操作体80の第2導電部81に当接させて操作ボタンが配されるものとすればよい。言い換えると、第1導電部71を介する等して操作ボタンの導電部が第1端子13に電気的に繋がったものとすればよい。操作ボタンの導電部としては、例えば、操作ボタンの下面全面に導電性を有するメッキを施したり、導電性を有する塗料を塗布したりすればよい。または導電性の金属板や導電性を有するフィルムやテープ、導電ゴム等を一体化させたり、貼り付けたりする等されていてもよいし、操作ボタンの下面側から配された金属製のネジや金属体などであってもよい。
機器の操作ボタンは操作体80に比べて形状等が大きいため、上記導電部を大きい設定範囲で設けることが容易にでき、しかも指等への距離も近い位置に上記導電部が配置されることになるため、その効果は大きい。
その後、機器の操作ボタンが押し下げられると、操作体80が下降していき、所定の押し下げ位置で弾性部材31のドーム部33が節度感を伴って弾性変形する。このとき、接点体70の第1導電部71も同時に下方に下がるが、接点体70として、第1導電部71に接続されている螺旋状の細幅部73が追従して変形するために上記の動作はスムーズになされる。
そして、弾性部材31のドーム部33が弾性変形することによって、弾性部材31の第2突起35の下端面で接点体70の舌片部26が押し下げられて、舌片部26が中央接点23に接触した状態、つまり第1端子13と第2端子24との間が導通したスイッチオン状態になる。
このスイッチング状態の切り換わりを第2入力状態として電子回路部が検出し、機器の対応する第2機能が作動される。
機器の操作ボタンへの押し下げ状態が解除されると、弾性部材31のドーム部33が元の下方開口のドーム状に復元して、第1導電部71や操作体80が押し上げられると共に、接点体70の舌片部26も先端が上方側に位置する元の傾斜状態に戻って、操作前のスイッチオフ状態に戻る。
以上のように、当該構成による入力装置は、静電容量の変化の検出で第1入力状態の有無が判定でき、またスイッチの切り換わりで第2入力状態が得られるものとして提供することができる。
そして、当該入力装置では、端子数を増加などさせることなく、所謂単体のスイッチ用に配されている第1端子13と第2端子24からスイッチの切り換わり状態が得られ、かつ、そのスイッチ用に配された第1端子13から静電容量の変化の検出が可能なものとしている。これであれば、実装時の半田付けなども容易にできる。
言い換えると、本発明の主旨としては、指等の近接操作やタッチ操作時に生じる静電容量の変化が、スイッチ用に設けられている第1端子13から検出可能な構成であればよく、そのために様々な変形例を有する。続いて、代表的な変形例について説明する。
その変形例の断面図を図4に示すが、この変形例は、上述したものと操作体90が異なっている構成のものである。その他の構成は上述したものと同じため、同一符号を付して説明は省略する。
当該構成による操作体90は硬質の絶縁樹脂製で、その表面には導電性のメッキが施されていない。外形的には上述した操作体80と同じである。
操作体90は、導電性を有する金属板からなる第2導電部92が、板状の天面部93に埋設固定されて形成されたものとなっている。第2導電部92は、円形窪み44内に下面が露出していると共に、上面側は広い範囲で天面部93上に露出するように設けられている。
操作体90は、接点体70の第1導電部71を円形窪み44内に位置させて、接点体70上に載せられて配されている。つまり、円形窪み44内に露出した第2導電部92箇所は第1導電部71に当接状態になっている。
これであっても、指等が操作ボタンに近づけられると、第2導電部92に生じる静電容量の変化が、第1端子13から検出可能なものとなる。つまり、第2導電部92に生じた静電容量の変化が、第2導電部92に当接した第1導電部71、言い換えると接点体70を介して第1部材11の第1端子13から検出可能なものに構成できる。
なお、操作体90への第2導電部92の固定方法はインサート成形や接着、圧入などで固定されていればよい。また、第2導電部92を第1導電部71に電気的に接続させる構成は、円形窪み44内に第2導電部92の下面を露出させる以外であってもよい。
以上に説明した二つの実施形態によるものは、操作体80、90を含んで構成された例であるが、操作体80、90は必須ではない。例えば、上述した弾性部材31が組み込まれている接点体70を用いる場合には、これを下ケースなどに固定した構成として、指等の近接などに応じて接点体70の第1導電部71に生じる静電容量の変化を第1部材11の第1端子13から検出できるものとしてもよい。
接点体70についても各種変形が可能である。例えば、接点体70は、第1導電部71を上方位置に、スイッチ接点部の可動側となる部位を下方位置にそれぞれ有し、両者が細幅部73で接続された一体形成品のものとして説明したが、それらが別の部材で設けられて互いに電気的に接続されていてもよい。
例えば、第1導電部71の代わりとしては、第1突起32の上端部を導電性を有する塗料で塗布したり、導電性を有するメッキをするなどがあげられる。さらには第1突起32の少なくとも上部を導電フィラー入りの材質で構成したもの等としてもよい。そして、細幅部73の代わりとしては、導電性を有した線材や導電テープ等が使用されていてもよい。
また、上記では、接点体70の第1導電部71を第1部材11に電気的に接続させた構成を説明したが、第2部材22に電気的に接続させたものとしてもよい。ここに、静電容量の変化を検出する端子として専用のものを新たに設けても良いが、スイッチ用に設けられている端子を共用化するとよい。スイッチ用に設けられた端子とは、外側接点12や中央接点23のいずれにも接続されていないダミー端子を含む。また、端子以外であっても、対応する配線基板への実装時に半田付け可能に配された導電性部位に接点体70の第1導電部71を電気的に接続させた構成にしてもよい。
なお、スイッチ接点部の構成は上述したものに限定はされない。下ケース1の形状や、第1部材11と第2部材22の形状および下ケース1への配置状態などについても限定されることはない。なお、下ケース1としては、絶縁樹脂製のもの以外に配線基板が所定の形状で切断され、その配線基板上に形成された配線パターンで第1部材11と第2部材22とが構成されているもの等であってもよい。また、弾性部材31の形状や上ケース51の有無なども上述説明したもののみに限定されることはない。さらには、弾性部材31の上部に配した第1導電部71が操作体80、90に電気的に接続されているもの以外に、第1導電部71が弾性部材31の側面位置等に配されて、それが操作体80、90に電気的に接続された構成等とされていてもよい。
本発明による入力装置は、様々な機器に搭載でき、特に、操作ボタンへの押し込むストロークが長いものであるため、車載用の機器や家電などに適している。つまり、タッチ操作した状態ではスイッチの切り換わりまでには至らないためである。
例えば、ナビゲーションシステムの入力操作部に当該入力装置を用いると、操作ボタン上への指での近接操作やタッチ操作で、第1入力状態の静電容量の変化を検出して対応する操作ボタンを照光させたり、音声ガイダンスで報知させたりして、その後、その操作ボタンを押し込むことで第2入力状態を得て対応する所定機能の決定がされて、その機能が作動される機器などを得ることができる。
また、本発明による入力装置を複数個並べて配したものでは、その上方に沿って指を移動させるのみで第1入力状態が順に検出されていき、これに応じて表示部のカーソル移動、画面移動などがなされる機器などを得ることも可能である。
本発明による入力装置は、静電容量の変化が検出できる機能とスイッチの機能を合わせ持つものとして提供することができ、各種電子機器の入力操作部用などに有用である。
1 下ケース
11 第1部材
12 外側接点
13 第1端子
22 第2部材
23 中央接点
24 第2端子
26 舌片部
27 環状部
31 弾性部材
32 第1突起
33 ドーム部
34 円形リング部
35 第2突起
43、93 天面部
44 円形窪み
45 直線状突起
47 抜け止め部
51 上ケース
55 凹部
70 接点体
71 第1導電部
73 細幅部
75 第1接続部
77 第2接続部
80、90 操作体
81、92 第2導電部

Claims (7)

  1. ケースと、
    前記ケースに配され、第1接点および第1端子を有した第1部材と、
    前記ケースに配され、第2接点および第2端子を有した第2部材と、
    上方からの押し下げ操作に応じて前記第1接点と前記第2接点との間をスイッチングさせて前記第1端子と前記第2端子間を導通させる弾性部材と、
    前記弾性部材上に配される、もしくは前記弾性部材そのものに配された第1導電部と、を備え、
    前記第1部材に前記第1導電部が電気的に接続されており、前記第1導電部の静電容量の変化を前記第1端子を介して検出可能に構成したことを特徴とする入力装置。
  2. さらに、スイッチング用に接点体を有したものとされ、前記接点体に前記第1導電部が一体化されている請求項1記載の入力装置。
  3. 前記弾性部材の上方から第2導電部を有する操作体がさらに配され、前記第1導電部と前記第2導電部とが電気的に接続状態とされた請求項1記載の入力装置。
  4. 前記操作体の前記第2導電部が導電性を有するメッキで構成された請求項3記載の入力装置。
  5. 前記第1導電部を前記第1部材に電気的に接続させる代わりに、前記第1端子および前記第2端子以外で、対応する配線基板への装着時に半田付け可能に配されている導電性部位に接続させ、前記第1導電部の静電容量の変化を前記導電性部位を介して検出可能に構成した請求項1記載の入力装置。
  6. 前記導電性部位は、前記第1端子と前記第2端子と電気的に独立した第3端子である請求項5記載の入力装置。
  7. 操作ボタンに設けられている導電部に対し、前記第1導電部が電気的な接続状態に配された請求項1〜6のいずれかに記載の入力装置。
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