JP6867366B2 - 押しボタン状シート及びタッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、押しボタン状シート、及び該押しボタン状シートを備えたタッチパネルに関する。

携帯端末等に使用されるタッチパネルにおいて、操作者が該タッチパネルを目視せずとも該タッチパネル上の所定の位置を認識して接触できるように、タッチパネル表面上に半球状のドーム等の凸部を設ける技術が知られている（例えば特許文献１−３参照）。

一方、タッチパネルの表示画面（検出領域）外に操作ボタンを設け、該操作ボタンに電気的に接続された検出用電極を該検出領域内に配置することにより、該操作ボタンを操作したときは、該検出用電極が操作された状態として検出できるようにする技術も周知である（例えば特許文献４参照）。

特開２０１１−０８６４９１号公報 特開２０１２−１９５２５４号公報 特開平０９−０１７２７８号公報 特開２０１７−０２１４７１号公報

ロボットの教示を行う際、作業者は、ロボットを目視しながら、携帯している教示操作盤を操作することがある。その場合、作業者は指先の感覚だけで教示操作盤のボタンの位置を把握しなければならない。ここで、専用の教示操作盤等のように、ボタンが凸状に形成されている場合は、作業者は該ボタンの位置を指先（触覚）だけで把握することができる。しかし従来は、凸状に形成されているボタンは作業者が該ボタンに触れただけでは反応せず、該ボタンを押下しないと反応しない場合が多い。

一方、タブレット等の、平面的なタッチパネルを備えた市販の携帯端末を教示操作盤として使用する場合は、作業者は触覚でボタンの位置を把握することはできない。また例えば、作業者が所定の位置をタッチしたら振動する機能を備えた教示操作盤もあるが、特に作業者が手袋を着用している場合、該振動を認識し難い。

或いは、該ボタンに作業者が触れただけで反応するようにすることも可能であるが、その場合は作業者が誤操作をしてしまう虞がある。また凸状に形成された押しボタン状シートを貼り付け、該ボタンを押下すると反応するようにすることも可能であるが、タブレット等を教示操作盤以外の目的で使用する場合には、凸状のシートは却って邪魔になることがあり、よって該凸状のシートを取り外す手間が必要になる。

本開示の一態様は、所定の押圧方向に屈曲可能な少なくとも１つの凸状の反応領域を有する押しボタン状シートであって、前記反応領域の凸状表面に設けられた第１の電極と、前記押圧方向について前記第１の電極の下方でかつ前記反応領域内に設けられるとともに、前記第１の電極に電気的に接続された第２の電極と、前記押しボタン状シートの、前記反応領域以外の部分に設けられた第３の電極と、を備え、前記反応領域が前記押圧方向に屈曲しているときは、前記第２の電極及び前記第３の電極が導通するように構成されている、押しボタン状シートである。

本開示の他の態様は、上記押しボタン状シートを備えたタッチパネルである。

本開示によれば、操作者が押しボタン状シートの反応領域に対して接触した場合と押圧した場合とで入力結果を異なるようにすることができるので、反応領域の個数が少ない場合でも多様な入力結果を得ることができ、またタッチパネルの設定によっては、操作者が反応領域に誤って触れたことによる誤操作を防止することもできる。

本開示に係る押しボタン状シートを備えたタッチパネルの構成例を示す図である。 押しボタン状シートの概略構成図である。 押しボタン状シートの各反応領域の他の構造例を示す図である。 操作者が押しボタン状シートのある反応領域に接触したときの、タッチパネルの検出結果の一例を説明する図である。 操作者が押しボタン状シートのある反応領域を押圧したときの、タッチパネルの検出結果の一例を説明する図である。 複数の反応領域における電極の配置及び電気的接続関係を模式的に示す図である。 電極構造の好適な具体例を模式的に示す斜視図である。 電極構造の好適な具体例を模式的に示す側面図である。 タッチパネルの誤反応を防止する構造の一例を示す図である。 タッチパネルの誤反応を防止する構造の他の例を示す図である。 電極構造の好適な他の具体例を模式的に示す斜視図である。 電極構造の好適な他の具体例を模式的に示す側面図である。 電極形状の好適な具体例を、押圧方向に見た図である。 電極形状の他の具体例を、押圧方向に見た図である。 電極形状のさらなる他の具体例を、押圧方向に見た図である。 押しボタン状シートを備えたタッチパネルの応用例を説明する図である。

図１は、好適な実施形態に係る携帯端末（タブレット）１０の概略図である。タブレット１０は、本体１２と、本体１２に設けられた液晶画面等の表示部１４と、表示部１４の少なくとも一部に重畳配置されたタッチパネル１６と、タッチパネル１６の表面の少なくとも一部に設けられた（ここでは貼付された）押しボタン状シート１８と、タッチパネル１６又は押しボタン状シート１８に対する操作者（作業者）の操作（タッチ、押圧等）に応じて、表示部１４に所定の画像を表示させる等の種々の処理を行う、プロセッサ等の制御部２０とを有する。なお押しボタン状シート１８以外の構成要素は、従来のものと同等でもよい。

図２は、タッチパネル１６及びタッチパネル１６に貼付された押しボタン状シート１８の概略構成を示す側断面図である。タッチパネル１６は、例えば、表面型又は投影型の静電容量式タッチパネルであり、保護カバー２２、透明電極膜又は電極パターン層２４、及びガラス基板２６を積層した構造を有し、操作者の指先等が接触又は近接した際の静電容量の変化をセンサ等で測定することで、タッチパネル１６上のどの位置に指先等が接触又は近接したか（すなわちタッチ位置）を検出することができる。なお本実施例におけるタッチパネル１６としては、操作者がタッチパネル表面（導電性物質）を物理的に変形させる必要がある抵抗膜方式等は除かれる。

押しボタン状シート１８は、軟性樹脂等の可撓性及び一定の粘着性を有する、好ましくは透明のシート部材２８と、金属等の導電性材料からなる、後述するシングルタップ及びマルチタップを実現するための導電体（電極）３０とを有する。シート部材２８は、所定の押圧方向（ここではシート表面又はタッチパネル１６の表面に略垂直な方向）３２に屈曲可能な少なくとも１つの凸状の反応領域を有し、図１に示すように本実施例では、４つの中空の凸部３４ａ−３４ｄがそれぞれ第１−第４の反応領域として形成されている。

中空凸部の少なくとも１つ（図示例では中空凸部３４ａ）は、導電体３０として、反応領域３４ａの凸状表面（より具体的には、凸状部の上面）に設けられた第１の電極（電極層）３６と、押圧方向３２について第１の電極３６の下方（より具体的には、シート部材２８の下面側）でかつ反応領域３４ａ内に設けられるとともに、透明、又は肉眼で認識できない細さの極細配線３８等によって第１の電極３６に電気的に接続された第２の電極（電極層）４０とを有する。よって操作者の指先等が第１の電極３６に接触又は近接したときは、第２の電極４０が電気的に反応する（より具体的には、第１の電極３６及び第２の電極４０を介してタッチパネル１６の表面の静電気が操作者の指先等に流れる、又はタッチパネル１６と第２の電極４０との間の静電容量が変化する）ことでタッチパネル１６の静電容量が変化し、反応領域３４ａの直下のタッチパネル１６の部位に操作者が接触又は近接したときと同様の効果が得られる。なお実際には、第１の電極３６の上面にさらに保護シート等が設けられる場合もあるが、該保護シートは図示を省略する。

また押しボタン状シート１８は、押しボタン状シート１８の、第１の反応領域３４ａ以外の部分（ここでは第２の反応領域３４ｂの内部）に設けられた第３の電極４２を備え、反応領域３４ａの凸状表面（第１の電極３６）が押圧方向３２に押圧されているときは、第２の電極４０及び第３の電極４２が導通（互いに電気的に接続される）ように構成されている。より具体的には、第１の反応領域３４ａ内に、第１の電極３６と第２の電極４０との間に設けられるとともに、極細配線４４等によって第３の電極４２に電気的に接続された第４の電極４６をさらに設け、第４の電極４６は、第１の反応領域３４ａが押圧方向３２に押圧されて屈曲することによって、第２の電極４０に当接可能に構成されている。よって第４の電極４６が第２の電極４０に当接しているときは、第３の電極４２及び第４の電極４６を介してタッチパネル１６の表面の静電気が操作者の指先等に流れる（又はタッチパネル表面の静電容量が変化する）ので、反応領域３４ｂの直下のタッチパネル１６の部位に操作者が接触又は近接したときと同様の効果が得られる。

なお図２の例では、各反応領域（中空凸部）は半球（ドーム）状に形成され、第１−第４の電極はいずれも層状の導電体（電極層）として構成され、さらに第１の電極３６及び第４の電極４６は、それぞれ第１の反応領域３４ａの凸状部を構成するシート部材の外面（表面）及び内面（裏面）に形成されているが、電極構造はこれに限られない。例えば図３に示すように、各反応領域（図３では第１の反応領域３４ａのみ図示）を押圧方向３２に屈曲可能な角柱又は円柱状に形成してもよいし、第４の電極４６は反応領域３４ａの内部において、該電極の周縁をシート部材２８に支持されるようにしてもよい。

図４ａ及び図４ｂはそれぞれ、操作者が第１の反応領域３４ａに対して接触（タッチ）及び押圧したときのタッチパネル１６の検出結果の一例を説明する図である。図４ａに示すように、操作者の指先４８等が第１の反応領域３４ａ（第１の電極３６）に接触すると、第１の反応領域３４ａに対応する１つのタッチパネル部位のみがタッチ入力された状態になる。

次に図４ｂに示すように、操作者の指先４８等が、第１の反応領域（中空凸部）３４ａを押圧して屈曲させると、上述のように第２の反応領域３４ｂ内の第３の電極４２も電気的に反応し、第１の反応領域３４ａ及び第２の反応領域３４ｂにそれぞれ対応する２つのタッチパネル部位がタッチ入力された状態になる。このように本実施形態では、同一の反応領域に対して接触した場合と押圧した場合とで、異なるタッチ入力結果を得ることができる。

本開示では、操作者が第１の電極３６に触れた（但し中空凸部３４ａを一定量以上押圧しない）ときのように、操作者が触れた反応領域に対応するタッチパネル部位のみが反応（入力検知）することを「シングルタップ」と称し、操作者が中空凸部３４ａを押圧方向３２に押圧して一定量以上屈曲させたときのように、操作者が触れた反応領域だけでなく他の反応領域（ここでは第２の反応領域３４ｂ）に対応するタッチパネル部位も反応することを「マルチタップ」と称する。よってシングルタップは、操作者がいずれかの反応領域に触れただけで生じ得るが、マルチタップは操作者がいずれかの反応領域を押下しないと生じない。

また本開示では、押しボタン状シートのタッチパネルに貼付される側を下部（下面）と称し、これと反対側を上部（上面）と称するものとする。

図５は、上述のマルチタップの応用例を説明する図であり、より具体的には、４つの反応領域３４ａ−３４ｄにおける電極の配置及び電気的接続関係（配線）を模式的に示す。ここでは、第１の電極３６、第２の電極４０及び第４の電極４６をそれぞれ、Ａ層、Ｂ層及びＣ層とも称し、反応領域３４ａ−３４ｄは同じ電極構造を有するものとする。

図２を参照して説明したように、第１の反応領域３４ａのＢ層は第２の反応領域３４ｂのＣ層に電気的に接続されているので、第１の反応領域３４ａが押圧されたときは、第１の反応領域３４ａのＣ層及び第２の反応領域３４ｂのＣ層が導通し、図４ｂに示したようなマルチタップを実現することができる。同様に、第２の反応領域３４ｂのＢ層は第３の反応領域３４ｃのＣ層に電気的に接続されているので、第２の反応領域３４ｂが押圧されたときは、第２の反応領域３４ｂのＣ層及び第３の反応領域３４ｃのＣ層が導通し、マルチタップを実現することができる。

さらに、第３の反応領域３４ｃのＢ層は第１の反応領域３４ａのＣ層４０に電気的に接続されているので、第３の反応領域３４ｃが押圧されたときは、第３の反応領域３４ｃのＣ層及び第１の反応領域３４ａのＣ層が導通し、マルチタップを実現することができる。またさらに、第４の反応領域３４ｄのＢ層は第２の反応領域３４ｂのＣ層４２に電気的に接続されているので、第４の反応領域３４ｄが押圧されたときは、第４の反応領域３４ｄのＣ層及び第２の反応領域３４ｂのＣ層が導通し、マルチタップを実現することができる。

図５の例では、ある反応領域に触れただけの場合はその触れた反応領域のみに対応するタッチパネル部位がタッチ位置として検出される（シングルタップ）が、ある反応領域を押圧して屈曲させたときは、押圧された反応領域を含む複数の反応領域に対応するタッチパネル部位がタッチ位置として検出される（マルチタップ）。なお図５の例では、１つの反応領域を押圧したときに２つの反応領域に関するマルチタップが行われるが、電極間の配線により、１つの反応領域を押圧したときに３つ以上の反応領域に関するマルチタップを実現することも可能である。

図６ａ及び図６ｂは、電極構造の好適な具体例を模式的に示す図であり、図６ａはＡ−Ｃ層の斜視図、図６ｂは側面図である。上述のように、ある反応領域の第１の電極（Ａ層）に触れただけの場合は、操作者はシングルタップを行うことを意図しているので、他の反応領域の電極に接続されている第４の電極（Ｂ層）が電気的に反応する（より具体的には、Ａ層とＢ層が接触するか、タッチパネル表面の静電気がＢ層を経由してＡ層に流れるか、Ａ層とＢ層との間の静電容量が変化する）ことは好ましくない。

そこで図６ａ及び図６ｂに示すように、第４の電極４６は、押圧方向３２について第１の電極３６の後方投影領域内に存在しないように構成・配置される。このように第１の電極３６及び第４の電極４６の形状及び配置を決定することにより、第１の電極３６（Ａ層）が押圧方向３２に変位しても第４の電極４６（Ｂ層）に当接することが防止でき、また第１の電極３６と第４の電極４６との距離をできるだけ大きくして、操作者が第１の電極３６に触れたときにＢ層（第４の電極）を通ってＡ層（第１の電極）に電流が流れる（つまり第２の反応領域３４ｂがタッチされたと誤検出される）ことを防止することができる。

一方、第２の電極４０は、その少なくとも一部が、押圧方向３２について第４の電極４６の後方投影領域（図示例では第１の電極３６及び第４の電極４６の双方の後方投影領域）内に存在するように構成・配置される。このように第２の電極４０及び第４の電極４６の形状及び配置を決定することにより、第１の反応領域３４ａを押圧したときにＢ層（第４の電極４６）を確実にＣ層（第２の電極４０）に接触させる（つまりマルチタップを実行する）ことができる。

図７ａ及び図７ｂは、操作者が第１の電極（Ａ層）に触れた際に、第４の電極（Ｂ層）及びこれに電気的に接続された他の電極が反応してしまうことを防止するための、反応領域の構造の他の具体例を示す。図７ａの例では、第１の電極３６及び第４の電極４６がそれぞれ表面及び裏面に配置されているシート部材２８の部分（凸状上部）５０の厚み（押圧方向距離）を、図２の例より大きくして、操作者が第１の電極３６に触れたときの誤検出を防止している。

また図３に示したように、第４の電極４６を凸状上部の裏面から離隔して、第１の電極３６と第４の電極４６との間に空気層５２を設けることによっても、操作者が第１の電極３６に触れたときの誤検出を防止することができる。

さらに、図７ｂに示すように、第１の電極３６と第４の電極４６との間（図示例では第１の電極３６とシート部材２８（凸状表面）との間に）に、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂系樹脂又はエポキシ樹脂等の、シート部材２８を構成する材料よりも比誘電率が低い低誘電体材料等からなるスペーサ（図示例では層状体）５４を配置することによっても、操作者が第１の電極３６に触れたときの誤検出を防止することができる。一方、一般的なコンデンサに使用されるような高誘電体材料は、指先の接触（電荷の変化）を伝えてしまうことがあるので、好ましくない。このように、第１の電極３６と第４の電極４６との間に存在する物体の形状、寸法及び材質の少なくとも１つを、操作者が第１の電極３６に触れることによって第４の電極４６が電気的に反応しない（より具体的には、タッチパネル表面の静電気が第４の電極４６を経由して第１の電極３６から指先等に吸い取られない、又は第４の電極４６と第１の電極３６との間の静電容量が変化しない）ように選択・決定することにより、操作者が第１の電極３６に触れただけでマルチタップが生じてしまうことを防止することができる。

図８ａ及び図８ｂは、電極構造の好適な他の具体例を模式的に示す図であり、図８ａはＡ−Ｃ層の斜視図、図８ｂは側面図である。本実施例では、第２の電極４０（Ｃ層）は、極細配線３８等によって第１の電極３６（Ａ層）に電気的に接続された第１の電極片４０ａと、極細配線４４等によって他の反応領域の電極（例えば図２に示す第３の電極４２）に電気的に接続された第２の電極片４０ｂとを有し、第４の電極４６（Ｂ層）は、反応領域３４ａが押圧方向３２に押圧されて屈曲することによって、第１の電極片４０ａと第２の電極片４０ｂとを電気的に接続するように構成されている。

より具体的には、第４の電極４６は、その少なくとも一部が、押圧方向３２について第１の電極片４０ａ及び第２の電極片４０ｂの双方の前方投影領域内に存在するように構成・配置される。このように第２の電極４０及び第４の電極４６の形状及び配置を決定することにより、第１の反応領域３４ａを押圧したときにＢ層（第４の電極４６）が、第１の電極片４０ａ及び第２の電極片４０ｂの双方に当接して両電極片を互いに電気的に接続するので、マルチタップを実行することができる。また第４の電極４６は他の電極に電気的に接続されていないので、操作者が第１の電極３６に触れても、第４の電極４６に関連する静電容量の変化（マルチタップ）は生じない。

なお図６ａ又は図８ａに示すように、押しボタン状シートの透明性を確保するために、１つの反応領域（ここでは第１の反応領域３４ａ）の各層が複数（図示例では５つ）の電極（電極片）を有することが好ましい。

図９ａ−図９ｃは、電極形状の好適な具体例を、反応領域の押圧方向に沿って見た場合を示す。図６ａ（６ｂ）に示した例では、Ａ−Ｃ層に相当する電極は、それぞれ円形形状を有し、押圧方向３２に（上方から）見た場合、図９ａに示すように、Ｃ層の内部にＡ層及びＢ層が包含される構成となっている。

しかし電極構造はこれに限られず、例えば図９ｂに示すように、Ａ−Ｃ層に相当する電極は、それぞれ棒状又は矩形形状を有し、押圧方向３２に（上方から）見た場合、Ｃ層がＡ層及びＢ層にそれぞれ部分的に重複する構成としてもよい。

或いは、図９ｃに示すように、Ａ−Ｃ層に相当する電極は、それぞれ極細細線からなるメッシュ形状を有し、押圧方向３２に（上方から）見た場合、Ｃ層がＡ層及びＢ層にそれぞれ部分的に重複する構成としてもよい。このように各電極は、上述したシングルタップ及びマルチタップが実現できる限りにおいて、どのような形状・構造を具備してもよい。

図１０は、本開示に係る押しボタン状シートを備えたタッチパネルの応用例を説明する図である。ここでは、タッチパネル１６を備えたタブレット等の携帯端末１０を、無線通信等によって多関節ロボット５６の教示を行うための教示操作盤として使用する。またロボット５６は、互いに直交する３の駆動軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）について移動可能かつ回転可能に構成されたハンド等の可動部５８を備えるものとする。

タッチパネル１６は、ロボット５６のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれについて、可動部５８を並進移動させるための６つのタッチボタン（タッチスイッチ）６０（Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−、Ｚ＋、Ｚ−）と、可動部５８を回転移動させるための６つのタッチボタン（タッチスイッチ）６２（Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−、Ｚ＋、Ｚ−の各々に弧線を付したもの）とを有する。タッチボタン６０とタッチボタン６２の各々は、上述のような反応領域（中空凸部）を１２個備えた押しボタン状シート１８をタッチパネル１６上に貼付することによって、シングルタップ及びマルチタップを可能とする押しボタンとして機能する。

例えば、操作者がＸ＋ボタンの位置を指先の感覚だけで探している間にＸ−ボタンに接触したときは、ロボット５６の可動部５８は移動しない。また例えば、操作者がＸ＋ボタンを押圧したときは、可動部５８はＸ軸の＋方向にのみ並進移動可能な状態となる。このように、操作者が誤って反応領域を触れた場合の誤操作を防止することができる。また携帯端末１０をブラウザやテキスト編集等の教示操作盤以外の目的で使用する場合でも、押しボタン状シート１８をタッチパネル１６に貼付したまま使用することができる。例えば、反応領域３４ａ部に表示されたブラウザのリンクをシングルタップしたい場合、反応領域３４ａを押圧しないように接触（シングルタップ）すれば、押しボタン状シート１８を貼付していない場合と同様の操作が可能である。つまりタブレットを教示操作盤として使用しない場合に、押しボタン状シートを剥がす手間を省くことができる。

このように、本開示に係る押しボタン状シート１８をタッチパネル１６に使用することにより、同一のボタンに対して操作者が接触した場合と押圧した場合とで、異なる入力結果を得ることができ、従来よりも多様な入力が可能となる。また押しボタン状シート１８（シート部材２８）の材質を適宜選択することにより、タッチパネル１６に対して着脱可能にすることもできるので、タッチパネル１６が市販のものであっても、その用途に応じて使い勝手のよいタッチパネルを提供することができる。

１０ 携帯端末
１２ 本体
１４ 表示部
１６ タッチパネル
１８ 押しボタン状シート
２０ 制御部
２８ シート部材
３０ 導電体
３４ａ−３４ｄ 反応領域
３６ 第１の電極
３８、４４ 極細配線
４０ 第２の電極
４０ａ 第１の電極片
４０ｂ 第２の電極片
４２ 第３の電極
４６ 第４の電極
５０ 凸状上部
５２ 空気層
５４ スペーサ
５６ ロボット
５８ 可動部
６０、６２ タッチボタン

Claims (7)

1. 所定の押圧方向に屈曲可能な少なくとも１つの凸状の反応領域を有する押しボタン状シートであって、
   前記反応領域の凸状表面に設けられた第１の電極と、
   前記押圧方向について前記第１の電極の下方でかつ前記反応領域内に設けられるとともに、前記第１の電極に電気的に接続された第２の電極と、
   前記押しボタン状シートの、前記反応領域以外の部分に設けられた第３の電極と、を備え、
   前記反応領域が前記押圧方向に屈曲しているときは、前記第２の電極及び前記第３の電極が導通するように構成されている、押しボタン状シート。
2. 前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられるとともに、前記第３の電極に電気的に接続された第４の電極をさらに有し、
   前記第４の電極は、前記反応領域が前記押圧方向に屈曲することによって前記第２の電極に当接可能に構成されている、請求項１に記載の押しボタン状シート。
3. 前記第４の電極は、前記押圧方向について前記第１の電極の下方投影領域内に含まれないように配置される、請求項２に記載の押しボタン状シート。
4. 前記第１の電極と前記第４の電極との間に存在する物体の形状、寸法及び材質の少なくとも１つは、操作者が前記第１の電極に触れることによって前記第１の電極と前記第４の電極との間の静電容量が変化しないように決定される、請求項２又は３に記載の押しボタン状シート。
5. 前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた第４の電極をさらに有し、
   前記第２の電極は、前記第１の電極に電気的に接続された第１の電極片と、前記第１の電極に電気的に接続されずかつ前記第３の電極に電気的に接続された第２の電極片とを有し、
   前記第４の電極は、前記反応領域が前記押圧方向に屈曲することによって前記第１の電極片と前記第２の電極片とを電気的に接続するように構成されている、請求項１に記載の押しボタン状シート。
6. 前記第１の電極は、前記反応領域を画定する中空凸部を構成するシート材料の凸状部の外面に形成され、前記第４の電極は、前記シート材料の前記凸状部の内面に形成される、請求項２〜５のいずれか１項に記載の押しボタン状シート。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の押しボタン状シートを備えたタッチパネル。

Images