JP2011100313A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に各種電子機器の操作に使用される入力装置に関し、簡易な構成で、安価で確実な操作が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】上ケース１３と下ケース１４内に回転可能に収納された球状の磁性体１２に、複数の凹部１２Ａや１２Ｂ等を設けることによって、磁性体１２下方に配置された磁石１８の磁気を、球状の磁性体１２全体を介して磁気検出素子１９Ａや１９Ｂ等が検出することができ、磁気の弱い磁石１８を用いても磁気の検出が可能となるため、シールド部材等の部品が不要となり、簡易な構成で安価に装置を形成できると共に、回転方向や角度の確実な検出が可能な入力装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられる入力装置に関するものである。

近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器の高機能化や小型化が進むに伴い、これらの操作に用いられる入力装置にも、良好な操作感触で確実な操作を行えるものが求められている。

このような従来の入力装置について、図６及び図７を用いて説明する。

なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。

図６は従来の入力装置の断面図であり、同図において、１は球状で絶縁樹脂製の操作体、２は鉄やパーマロイ等の磁性体で、略球状の中核部から略円柱状の複数の突起部２Ａや２Ｂ等が、外方に向けて放射状に突出して磁性体２が形成されると共に、この磁性体２が操作体１内に埋設されている。

そして、３は金属薄板製の上ケース、４は同じく下ケースで、上ケース３と下ケース４内に操作体１が回転可能に収納されると共に、操作体１上部が上ケース３上面の開口孔から突出している。

また、５は略板状でゴム等のカバー、６は絶縁樹脂製の保持体で、操作体１を収納した上ケース３と下ケース４が、カバー５を介して保持体６上面に載置されている。

さらに、７は上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されたフィルム状の配線基板で、操作体１下方の配線基板７上面には、略円筒状でフェライト等の磁石８が、例えばＮ極を上方向、Ｓ極を下方向にして載置されている。

そして、９はホール素子等の磁気検出素子で、複数の磁気検出素子９が配線基板７上面に実装され、操作体１と所定の間隙を空けて対向配置されている。

また、１０は金属薄板製の枠体で、この枠体１０が保持体６と固着され、上ケース３と下ケース４に収納された操作体１や配線基板７等が所定位置に保持されて、入力装置が構成されている。

そして、このように構成された入力装置が、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器の操作部（図示せず）に、操作体１上部を突出させて装着されると共に、複数の磁気検出素子９が配線パターン等を介して、機器の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、例えば機器の液晶表示素子等の表示手段（図示せず）に、氏名や曲名等の複数のメニューやカーソル（図示せず）等が表示された状態で、操作体１上部を指で前後左右、あるいは斜め方向へ回転操作すると、操作体１内に埋設された磁性体２も回転し、例えば、図７（ａ）の部分正面図に示すように、操作体１を右方向へ回転した場合には、先ず磁性体２の突起部２Ａが中央の磁気検出素子９Ａに近づく。

そして、図７（ｂ）に示すように、突起部２Ａが磁気検出素子９Ａに最接近した状態では、操作体１下方に配置された略円筒状の磁石８の、右方及び左方からのＮ極の磁気を、磁石８に最も近い突起部２Ｂと２Ｃから中核部、突起部２Ａを介して磁気検出素子９Ａが検出する。

また、このまま操作体１を右方向へ回転操作し続けると、突起部２Ａは磁気検出素子９Ａから離れて、磁気検出素子９Ｂに近づくと共に、磁気検出素子９Ａには突起部２Ｂが近づき、この突起部２Ｂの磁気を磁気検出素子９Ａが検出する。

つまり、磁気検出素子９Ａは、Ｎ極の磁気を突起部２Ａが最接近した時に１回検出し、この後、一旦磁気が弱まり、次に突起部２Ｂが最接近すると、Ｎ極の磁気をもう１回検出して、この都度、磁気検出素子９Ａからパルス信号が機器の電子回路に出力される。

さらに、この時、磁気検出素子９Ａと並列に配置された磁気検出素子９Ｂも、同様に突起部２Ａや２Ｂの磁気を検出するが、磁気検出素子９Ｂは磁気検出素子９Ａに対し、所定間隔でややずれた位置に配置されているため、磁気検出素子９Ｂから出力されるパルス信号は、磁気検出素子９Ａのパルス信号に対し所定時間ずれた、いわゆる位相差のあるものとなる。

そして、機器の電子回路がこの位相差のある二つのパルス信号から、パルス信号のどちらが先に立ち上ったかによって操作体１の回転方向を、そのパルス数によって操作体１の回転角度を各々検出し、機器の表示手段に表示されたメニュー上のカーソル等を、例えば右方向へ回転角度分だけ移動させる。

なお、操作体１を左方向や前後方向、あるいはこれらとは中間の斜め方向へ回転操作した場合も、同様に、複数の磁気検出素子９からパルス信号が出力され、電子回路が操作体１の回転方向と回転角度を検出して、カーソル等が左方向や上下方向、あるいは斜め方向へ移動する。

つまり、機器の表示手段を見ながら、操作体１を所定方向へ回転操作することによって、表示手段に表示されたカーソル等を所定方向へ移動させて、メニューの選択等を容易に行えるように構成されているものであった。

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２００９−１２３１９８号公報

しかしながら、上記従来の入力装置においては、磁性体２の外方に向けて放射状に突出した複数の突起部２Ａや２Ｂを介して、磁気検出素子９が磁石８の磁気を検出しているため、磁石８にはある程度磁気の大きなもの、一般には表面磁束密度が１５０〜２００ｍＴ前後のものが用いられており、この入力装置の近傍に磁気コンパスやコイル等の、磁気の影響を受け易い他の装置や部品が配置されていた場合、磁石８の磁気を遮断するためのシールド部材等を設ける必要があり、構成が複雑になると共に、使用部品数も増えてしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、安価で確実な操作が可能な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、ケースに回転可能に収納された球状の磁性体に、複数の凹部を設けて入力装置を構成したものであり、磁性体下方に配置された磁石の磁気を、球状の磁性体全体を介して磁気検出素子が検出することによって、磁気の弱い磁石を用いても磁気の検出が可能となるため、シールド部材等の部品が不要となり、簡易な構成で安価に装置を形成できると共に、回転方向や角度の確実な検出が可能な入力装置を得ることができるという作用を有するものである。

以上のように本発明によれば、簡易な構成で、安価で確実な操作が可能な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。

本発明の一実施の形態による入力装置の断面図 同分解斜視図 同断面図 同部分断面図 同部分断面図 従来の入力装置の断面図 同部分正面図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。

なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による入力装置の断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１２は中空球状で鉄やパーマロイ、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の磁性体で、円形孔状の複数の、例えば２４個の凹部１２Ａや１２Ｂ等が形成されている。

また、１３は鋼等の金属薄板製の上ケース、１４は同じく下ケースで、上ケース１３と下ケース１４内に磁性体１２が回転可能に収納されると共に、磁性体１２上部が上ケース１３上面の開口孔から突出している。

そして、１５は略板状でゴムやエラストマー等のカバー、１６はポリブチレンテレフタレートやポリスチレン等の絶縁樹脂製の保持体で、磁性体１２を収納した上ケース１３と下ケース１４が、カバー１５を介して保持体１６上面に載置されている。

また、１７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の配線基板で、上下面にはカーボンや銀、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、磁性体１２下方の配線基板１７上面には、略円筒状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石１８が、例えばＮ極を上方向、Ｓ極を下方向にして載置されている。

なお、この磁性体１２下方を囲むように配線基板１７上面に載置された略円筒状の磁石１８の磁気は、比較的磁気の小さな、例えば表面磁束密度が５０〜１００ｍＴ前後のものが用いられている。

さらに、磁石１８内周の配線基板１７上面には、垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の複数の、例えば９個以上の磁気検出素子が前後左右に等間隔に配列された磁気検出ユニット１９が実装され、この磁気検出ユニット１９が磁性体１２と所定の間隙を空けて対向配置されると共に、磁気検出ユニット１９周囲の配線基板１７には、略Ｕ字状の切欠部１７Ａが形成されている。

そして、配線基板１７の延出部１７Ｂには、銀やカーボン等によって略円形状の中央固定接点２０Ａと、これを囲む略馬蹄状または略リング状の外側固定接点２０Ｂから形成された固定接点２０が設けられると共に、略ドーム状で銅合金や鋼等の導電金属薄板製の可動接点２１が、外周が外側固定接点２０Ｂ上に載置され、下面中央が中央固定接点２０Ａと所定の間隙を空けて対向して、スイッチ接点が構成されている。

さらに、この可動接点２１が延出部１７Ｂ上面に、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム状のカバーシート２２によって貼付されると共に、可動接点２１中央のカバーシート２２上には、絶縁樹脂製の突起部２３が印刷や貼付によって形成されている。

また、２４は鋼や銅合金等の金属薄板製の枠体で、この枠体２４が保持体１６と固着されて、上ケース１３と下ケース１４に収納された磁性体１２や配線基板１７等が所定位置に保持されると共に、上面に載置された配線基板１７と同様に、磁気検出ユニット１９周囲の枠体２４には、略Ｕ字状の切欠部２４Ａが形成され、磁気検出ユニット１９上面が下ケース１４下面に弾接している。

そして、配線基板１７の延出部１７Ｂが下方に折り返されて、図１に示すように枠体２４下面に貼付されると共に、配線基板１７上面にはマイコン等によって制御手段２５が形成され、この制御手段２５に配線パターンを介して、磁気検出ユニット１９や固定接点２０、配線基板１７上面に実装されたコネクタ２６等が接続されて、入力装置が構成されている。

なお、上記のような複数の凹部１２Ａや１２Ｂ等が形成された、中空球状の磁性体１２を製作するには、図３（ａ）の断面図に示すように、先ず、プレス加工等によって複数の円形孔状の凹部１２Ａや１２Ｂ等が形成された平板３０に、略半球状の治具３１によって絞り加工を行い、図３（ｂ）に示すような、略半球状の磁性体３２を作製する。

さらに、この後、図３（ｃ）に示すように、二つの磁性体３２を重ね合わせ、これを溶接や圧入等によって接合することによって、複数の凹部１２Ａや１２Ｂ等が形成された中空球状の磁性体１２を、切削等の時間を要する加工を行うことなく、比較的短時間で容易に製作することができる。

そして、このように構成された入力装置が、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器の操作部（図示せず）に、磁性体１２上部を突出させて上下動可能に装着されると共に、下方には図１に示すように、絶縁樹脂や板金等の筐体３３が配置され、制御手段２５がコネクタやリード線（図示せず）等を介して、機器の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、磁性体１２が例えば、図４（ａ）の部分断面図に示すような位置にある場合には、磁性体１２下方に配置された略円筒状の磁石１８の、右方及び左方からのＮ極の磁気を、磁気検出ユニット１９中央の検出磁気検出素子１９Ａが、球状の磁性体１２全体を介して検出するため、検出される磁気は強いものとなっている。

そして、例えば機器の液晶表示素子等の表示手段（図示せず）に、氏名や曲名等の複数のメニューやカーソル（図示せず）等が表示された状態で、磁性体１２上部を指で前後左右、あるいは斜め方向へ回転操作すると、例えば、図４（ａ）に示すように、磁性体１２を右方向へ回転した場合には、先ず凹部１２Ａが磁気検出ユニット１９の磁気検出素子１９Ａに近づく。

さらに、図４（ｂ）に示すように、凹部１２Ａが磁気検出素子１９Ａに最接近した状態では、磁気検出素子１９Ａの真上には円形孔状の凹部１２Ａが位置しているため、磁気検出素子１９Ａが磁性体１２全体を介して検出する磁気は弱いものとなる。

また、このまま磁性体１２を右方向へ回転操作し続けると、凹部１２Ａは磁気検出素子１９Ａから離れて磁気検出素子１９Ｂに近づき、磁気検出素子１９Ａが検出する磁気は再び強いものになると共に、磁気検出素子１９Ａには凹部１２Ｂが近づき、この凹部１２Ｂが磁気検出素子１９Ａの真上になると、検出する磁気が再び弱いものとなる。

つまり、磁気検出素子１９Ａが検出する磁気は、凹部１２Ａが最接近した時に一旦弱まり、この後、再び強いものになった後、凹部１２Ｂが最接近すると、再び弱いものとなり、この都度、磁気検出素子１９Ａからは強弱を繰返す電圧信号が制御手段２５に出力される。

さらに、この時、磁気検出素子１９Ａと並列に配列された磁気検出素子１９Ｂも、同様に凹部１２Ａや１２Ｂによって強弱が変化する磁気を検出するが、磁気検出素子１９Ｂは磁気検出素子１９Ａに対し、等間隔でややずれた位置に配列されているため、磁気検出素子１９Ｂから出力される電圧信号は、磁気検出素子１９Ａの電圧信号に対し所定時間ずれた、いわゆる位相差のあるものとなる。

そして、これらの電圧信号をもとに制御手段２５から、位相差のあるパルス信号が機器の電子回路に出力され、電子回路がパルス信号のどちらが先に立ち上ったかによって磁性体１２の回転方向を、そのパルス数によって磁性体１２の回転角度を各々検出し、機器の表示手段に表示されたメニュー上のカーソル等を、例えば右方向へ回転角度分だけ移動させる。

なお、磁性体１２を左方向や前後方向、あるいはこれらとは中間の斜め方向へ回転操作した場合も、同様に、磁気検出ユニット１９内に配列された、磁気検出素子１９Ａや１９Ｂ等からの電圧信号をもとに、制御手段２５からパルス信号が出力され、電子回路が磁性体１２の回転方向と回転角度を検出して、カーソル等が左方向や上下方向、あるいは斜め方向へ移動する。

また、カーソル等が所望のメニュー上に位置した状態で、磁性体１２上部を押圧操作すると、入力装置全体が下方へ移動し、筐体３３によって突起部２３を介して可動接点２１の略ドーム状の中央部が押圧され、所定の押圧力が加わると、可動接点２１がクリック感を伴って上方へ弾性反転し、可動接点２１の上面中央が中央固定接点２０Ａに接触することによって、中央固定接点２０Ａと外側固定接点２０Ｂが、可動接点２１を介して電気的に接続された状態となる。

そして、このような固定接点２０の電気的接離を制御手段２５が検出して、電子回路に所定の信号が出力され、例えば、メニューの確定や次メニューの表示等が行われる。

なお、磁性体１２への押圧力を解除すると、弾性復帰力によって可動接点２１が下方へ弾性反転し、可動接点２１の上面中央が中央固定接点２０Ａから離れて、中央固定接点２０Ａと外側固定接点２０Ｂが電気的に切断された状態になると共に、入力装置全体も上方へ移動して元の状態に復帰する。

つまり、機器の表示手段を見ながら、磁性体１２を所定方向へ回転操作することによって、表示手段に表示されたカーソル等を所定方向へ移動させて、メニューの選択を行うと共に、磁性体１２を押圧操作することによって、メニューの確定や次メニューの表示等を容易に行えるように構成されている。

そして、この時、球状の磁性体１２には複数の凹部１２Ａや１２Ｂ等が設けられると共に、磁性体１２下方に配置された磁石１８の、磁性体１２の回転に伴って強弱が変化する磁気を、磁性体１２全体を介して磁気検出素子１９Ａや１９Ｂ等が検出することによって、上述したように、例えば表面磁束密度が５０〜１００ｍＴ前後の比較的磁気の弱い磁石を用いても、磁気の検出が可能なようになっている。

すなわち、磁性体１２下方を囲むように配置された略円筒状の磁石１８の磁気を、磁石１８近傍の球状の磁性体１２全体を介して、磁石１８下方へ配置された磁気検出素子１９Ａや１９Ｂ等へ導くことで、磁石１８の磁気が弱いものであっても、磁気検出素子１９Ａや１９Ｂ等による確実な磁気の検出が行えるように構成されている。

したがって、入力装置の近傍に磁気コンパスやコイル等の、磁気の影響を受け易い他の装置や部品が配置されていた場合でも、磁石１８の磁気を遮断するためのシールド部材等を設ける必要はなく、簡易な構成で安価に装置を形成できると共に、磁性体１２の複数の凹部１２Ａや１２Ｂ等によって、確実に磁性体１２の回転方向や角度の検出が行えるようになっている。

また、この時、上述したように、磁気検出ユニット１９周囲の配線基板１７や枠体２４には略Ｕ字状の切欠部１７Ａや２４Ａが形成され、磁気検出ユニット１９上面が、切欠部２４Ａに押圧されて下ケース１４下面に弾接しているため、磁性体１２と磁気検出ユニット１９の位置関係は常に一定の間隙が保たれ、磁気検出素子１９Ａや１９Ｂ等から出力される電圧信号にばらつきや誤差が生じないようになっている。

さらに、この切欠部１７Ａや２４Ａによって、上方から磁性体１２に衝撃が加わった場合にも、切欠部１７Ａや２４Ａが下方へ撓むことで、磁気検出ユニット１９への衝撃を緩和し、磁気検出ユニット１９の破損を防ぐこともできる。

なお、以上の説明では、円形孔状の複数の凹部１２Ａや１２Ｂ等が形成された中空球状の磁性体１２を、直接指で回転操作する構成について説明したが、ＡＢＳやポリカーボネート等の絶縁樹脂を、中空部や凹部１２Ａや１２Ｂ等に充填した構成や、あるいはこれらによって外周を覆った構成としてもよい。

また、図５（ａ）や図５（ｂ）の部分断面図に示すように、球状の磁性体１２に窪み状の複数の凹部１２Ｆや１２Ｇ、１２Ｈを設けた構成としても、本発明の実施は可能である。

このように本実施の形態によれば、上ケース１３と下ケース１４内に回転可能に収納された球状の磁性体１２に、複数の凹部１２Ａや１２Ｂ等を設けることによって、磁性体１２下方に配置された磁石１８の磁気を、球状の磁性体１２全体を介して磁気検出素子１９Ａや１９Ｂ等が検出することができ、磁気の弱い磁石１８を用いても磁気の検出が可能となるため、シールド部材等の部品が不要となり、簡易な構成で安価に装置を形成できると共に、回転方向や角度の確実な検出が可能な入力装置を得ることができるものである。

なお、以上の説明では、配線基板１７に設けた固定接点２０に可動接点２１を載置して、スイッチ接点を形成した構成について説明したが、上面に可動接点が形成された略ドーム状の可撓性のゴムシートを用いたものや、あるいは、単品のプッシュスイッチを用いたもの等、様々なスイッチ接点を用いても本発明の実施は可能である。

本発明による入力装置は、簡易な構成で、安価で確実な操作が可能なものを実現することができるという有利な効果を有し、主に各種電子機器の操作用として有用である。

１２ 磁性体
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ 凹部
１３ 上ケース
１４ 下ケース
１５ カバー
１６ 保持体
１７ 配線基板
１７Ａ 切欠部
１７Ｂ 延出部
１８ 磁石
１９ 磁気検出ユニット
１９Ａ、１９Ｂ 磁気検出素子
２０ 固定接点
２０Ａ 中央固定接点
２０Ｂ 外側固定接点
２１ 可動接点
２２ カバーシート
２３ 突起部
２４ 枠体
２４Ａ 切欠部
２５ 制御手段
２６ コネクタ
３０ 平板
３１ 治具
３２ 磁性体
３３ 筐体

Claims (1)

1. ケースに回転可能に収納された球状の磁性体と、この磁性体下方に配置された略円筒状の磁石と、上記磁性体と所定の間隙を空けて対向配置された磁気検出素子からなり、上記磁性体に複数の凹部を設けた入力装置。

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