JP2011164846A

JP2011164846A - 入力装置および情報端末機器

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Publication number: JP2011164846A
Application number: JP2010025607A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Murota; 勝幸室田; Kazuaki Miyoshi; 和明三好; Satoyuki Washizu; 智行鷲頭
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】部品相互間の位置決め精度が高く、検出特性にバラツキがなく、生産性の高い入力装置を提供する。
【解決手段】操作ボタン５１に組み込んだ第１永久磁石５０と同一軸心上で対向する位置に、ベース４１に組み込んだ第２永久磁石４０を配置するとともに、前記第２永久磁石４０を間にして前記第１永久磁石５０と同一軸心上で対向する位置に、複数の検出素子を内蔵するホールＩＣ３５を配置した構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は入力装置、特に、検出特性のバラツキが小さい入力装置に関する。

従来、入力装置としては、例えば、平面上の全方向に対し、この平面と平行にスライド移動可能な操作部と、前記操作部のスライド移動量を電気信号に変換する検出手段とからなる座標入力装置において、前記操作部に原点復帰手段を設けたことを特徴とする座標入力装置がある（特許文献１参照）。

特開平８−１８５２５７号公報

しかしながら、前述の座標入力装置では、その図１に示すように、第２の永久磁石６の外周両側に検出素子５を配置してある。このため、第１，第２の永久磁石の組立中心と異なる位置に検出素子の組立中心を設ける必要があり、位置決め精度，組立精度のバラツキによる組立誤差が生じやすく、磁束密度の検出特性にバラツキが生じやすい。
また、基板上に複数個の構成部品を異なる組立中心で自動機によって実装しようとすると、位置決め等のプログラムが複雑になり、特に、各構成部品の外形寸法の変更に応じてプログラムを変更する必要があり、煩雑であるので、生産性が低い。
本願発明は、前記問題点に鑑み、部品相互間の位置決め精度が高く、検出特性にバラツキがなく、生産性の高い入力装置を提供することを課題とする。

本発明に係る入力装置は、前記課題を解決すべく、操作ボタンに組み込んだ第１永久磁石と同一軸心上で対向する位置に、ベースに組み込んだ第２永久磁石を配置するとともに、前記第２永久磁石を間にして前記第１永久磁石と同一軸心上で対向する位置に、複数の検出素子を内蔵する電子部品を配置した構成としてある。

本発明によれば、第１，第２永久磁石と複数の検出素子を内蔵した電子部品とを１本の組立中心で組み立てることができる。このため、位置決め精度，組立精度のバラツキによる組立誤差が生じず、検出特性が均一な入力装置が得られる。
また、各構成部品の組立中心が常に同一であるので、各構成部品の外形寸法が変化しても、自動機で組み立てるためのプログラムを変更する必要が少なく、生産性の高い入力装置が得られる。

本発明の実施形態としては、第１永久磁石および第２永久磁石の直径を同一にしてもよく、または、第１永久磁石および第２永久磁石の厚さ寸法を同一にしてもよい。
本実施形態によれば、いずれかの永久磁石を自然復帰させた場合に、復帰ズレの少ない入力装置が得られる。

本発明の他の実施形態としては、第１永久磁石を組み込んだ操作ボタンの第１摺動面と、第２永久磁石を組み込んだベースに設けた第２摺動面とを相互に摺動可能に配置した構成としてもよい。
本実施形態によれば、第１，第２永久磁石が相互に直接摺動することがなく、磨耗粉が生じにくいので、操作感触が変化しにくい。

本発明の異なる実施形態は、第１永久磁石を組み込んだ操作ボタン、または、第２永久磁石を組み込んだベースの少なくともいずれか一方に、相互に摺動可能な環状リブを設けた構成としてもよい。
本実施形態によれば、第１，第２永久磁石の相互間の吸引力により、操作ボタンおよび／またはベースの環状リブが所定の圧接力を維持しつつ摺動するので、外部から異物が侵入しにくく、操作感触の低下が生じない。

本発明の別の実施形態としては、ベースに設けた環状リブを一段高く形成した構成としてある。
本実施形態によれば、前記ベースの環状リブを一段高くしてあるので、外部から異物がより一層侵入しにくくなり、操作感触の低下が生じないという効果がある。

本発明に係る情報端末機器は、前述のいずれかに記載の入力装置を、外部から操作ボタンを操作できるようにハウジング内に組み込んだ構成としてある。

本発明によれば、検出特性が均一で生産性の高い入力装置を備えた情報端末機器が得られるという効果がある。

図１Ａ，１Ｂ，１Ｃは本願発明に係る入力装置の第１実施形態を示す平面図、正面図、底面図である。図１で示した入力装置の分解斜視図である。図１で示した入力装置の異なる角度から視た分解斜視図である。図４Ａは図１で示した入力装置の平面図、図４Ｂは図４ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図５Ａはハウジングに組み付けた入力装置の平面図、図５Ｂ，５Ｃは図５Ａで示したＢ−Ｂ，Ｃ−Ｃ線断面図である。図６Ａは本願発明に係る入力装置の第２実施形態を示す平面図、図６Ｂは図６ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図７Ａ，７Ｂは磁束密度の変化を説明するための磁束密度分布図である。永久磁石の厚み比と復帰ズレ比との相関関係を示すグラフ図である。原点復帰力とスライド量との相関関係を示すグラフ図である。

本願発明に係る入力装置の第１実施形態を、図１ないし図５の添付図面に従って説明する。
第１実施形態に係る入力装置１０は、図２および図３に示すように、配線基板２０と、ドーム状スイッチ３０と、ホールＩＣ３５と、円筒形状の固定永久磁石（第２永久磁石）４０を組み込んだベース４１と、円筒形状の可動永久磁石（第１永久磁石）５０を組み込んだ操作ボタン５１と、から構成されている。

前記配線基板２０は、その片側端部の上面にプリント配線した接続部２１を設けてあとともに、その反対側に実装部２２を設けてある。前記実装部２２は、その上面に、前記接続部２１に電気接続された接続パッド２３をプリント印刷してある一方、その下面に、固定接点２４ａ，２４ｂを同心円上に露出させてある。また、前記実装部２２の対向する辺の縁部に一対のカシメ固定用切り欠き部２５をそれぞれ設けてある。

ドーム状スイッチ３０は、前記固定接点２４ａ，２４ｂを少なくとも被覆できる平面形状を有し、下方側に膨出するドーム状膨出部３１の内向面にドーム状可動接点３２を貼着一体化してある。そして、前記ドーム状スイッチ３０は、前記配線基板２０の実装部２２の下面に貼着一体化され、ドーム状可動接点３２の周辺縁部が前記配線基板２０の固定接点２４ａに接触するとともに、その中央部が固定接点２４ｂに接離可能に対向する。

ホールＩＣ３５は、その下面周辺縁部に前記接続パッド２３に接続可能な接続端子３６を設けてあるとともに、その内部に少なくとも２個、好ましくは４個以上の検出素子３７（図７）を内蔵している。

固定永久磁石（第２永久磁石）４０を組み込むベース４１は、前記配線基板２０の実装部２２を被覆可能な平面方形であり、その上面隅部に位置規制用突起４２を突設してある。また、前記ベース４１は、その上面中央部に前記第２永久磁石４０を下方側から収納，固定するための収納用突部４３を膨出させてあるとともに、前記収納用突部４３の周囲に第２摺動面４４ａを備えた環状リブ４４を同心円状に突設してある。さらに、前記ベース４０は、その下面に後述するホールＩＣ３５を収納できる嵌合用凹所４５を形成してあるとともに、対向する辺の下面縁部にカシメ固定用突起４６を突設してある。そして、固定永久磁石を４０を組み込んだ前記ベース４１が前記カシメ固定用突起４６を介して前記配線基板２０にカシメ固定される。

操作ボタン５１は、前記ベース４１に載置可能な平面円形であり、その上面中央部に可動永久磁石５０を下方側から収納できる操作用突部５２を膨出させてある。また、操作ボタン５１は、その下面周辺縁部に、前記ベース４１の環状リブ４４の第２摺動面４４ａに摺動する第１摺動面５３ａを備えた環状リブ５３を形成することにより、前記ベース４１の収納用突部４３を収納できる嵌合用凹所５４を形成してある。そして、可動永久磁石５０を組み込んだ操作ボタン５１を前記ベース４１の収納用突部４３に嵌合して組み付けられる。

本実施形態では、前述の構成部品を組み立てる場合に、ホールＩＣ３５、第２永久磁石４０、第１永久磁石５０のそれぞれの組立中心が１本の鉛直線上に位置する。このため、組立中心が１本となり、組立精度が向上し、検出特性にバラツキがなくなるとともに、設計作業，組立作業が簡単になり、生産性が向上するという利点がある。

なお、ホールＩＣ３５に内蔵された複数の検出素子３７は、第２永久磁石４０の下方側のうち、第２永久磁石４０の外周縁部近傍に位置している。また、第１，第２永久磁石５０，４０は相互に吸引するように上下に配置されている。

本実施形態では、固定永久磁石４０および可動永久磁石５０の相互の吸引力により、操作ボタン５１の環状リブ５３とベース４１の環状リブ４４とが所定の圧接力を維持しつつ摺動するので、外部から異物が侵入しにくく、操作感触が低下しない。特に、前記ベース４１の環状リブ４４が一段高くなっているので、外部から異物がより一層侵入しにくく、操作感触が低下しないという利点がある。

また、本実施形態によれば、ホールＩＣ３５内に検出素子３７が内蔵されているので、部品点数，組立工数が少なく、生産性がより一層向上し、コストを低減できるという利点がある。

さらに、図５に示すように、例えば、前記入力装置１０を携帯電話等の情報端末機器のハウジング１１内に組み込むと、ハウジング１１の操作孔１２から操作ボタン５１の操作用突部５２が操作可能に露出する。一方、前記ハウジング１１と一体な取付基板１３に固定したアクチュエータ１４に、前記入力装置１０のドーム状スイッチ３０が当接する。

なお、上下に位置する可動永久磁石（第１永久磁石）５０と固定永久磁石（第２永久磁石）４０との直径比は４０％以内、特に２５％以内が好適である。直径比が４０％を越えると、自然復帰させた場合の復帰量が小さくなり、両者のズレが大きくなりすぎるからである。このため、所望の操作ストロークを確保しようとすると、完全に復帰できない量だけ構成部品を余分に大きくする必要があり、装置が大型化する。

また、上下に位置する可動永久磁石（第１永久磁石）５０と固定永久磁石（第２永久磁石）４０との厚み比は５０％以内であることが好ましい。５０％を越えると、前述と同様、自然復帰させた場合の復帰力が小さくなり、両者のズレが大きくなりすぎるからである。このため、所望の操作ストロークを確保しようとすると、完全に復帰できない量だけ構成部品を余分に大きくする必要があり、装置が大型化する。

次に、前述の構成部品からなる入力装置を、例えば、図示しない携帯電話に適用した場合の操作方法について説明する。
まず、操作ボタン５１で操作する前では、図７Ａに図示するように、ホールＩＣ３５および第１，第２永久磁石５０，４０が同一軸心上で重なり合っている。このため、前記ホールＩＣ３５の検出素子３７を通過する磁束の磁束密度分布は等しい。

そして、図７Ｂに図示するように、操作ボタン５１をスライド移動させて偏心させると、磁束密度が変化することにより、検出素子３７を通過する磁束の磁束密度分布の均衡が崩れる。このため、磁束密度分布の変化を前記検出素子３７が検出し、ホールＩＣ３５内の図示しない制御回路が第１永久磁石５０の変位方向および変位量を算出し、接続パッド２３を介して接続部２１から出力信号を外部回路に出力する。この結果、第１永久磁石５０の変位に合わせて携帯電話のモニターの画面がスクロールされる。そして、所望の画面が表れた場合に前記操作ボタン５１の操作を中止し、操作ボタン５１を自然復帰させることにより、画面のスクロールが停止する。その後、前記操作ボタン５１を押し下げることにより、ドーム状スイッチ３０がアクチュエータ１４に圧接し、ドーム状可動接点３２が反転して固定接点２４ａ，２４ｂを短絡し、指示信号を出力する。以後、同様な操作を繰り返すことにより、連続操作が可能となる。

第２実施形態に係る入力装置は、図６に図示するように、設置面積の小さいホールＩＣ３５を使用する点を除き、他は前述の実施形態とほぼ同様であるので、同一部分に同一番号を附して説明を省略する。
本実施形態よれば、設置面積が小さくなるので、より一層小型の入力装置が得られるという利点がある。

次に、第１永久磁石および第２永久磁石の厚み比と、自然復帰した場合のズレ比との相関関係を計算し、その解析結果を図８のグラフ図に図示する。
すなわち、図８において横軸は可動永久磁石（第１永久磁石）と固定永久磁石（第２永久磁石）との厚み比を示す。一方、縦軸は、前記可動永久磁石（第１永久磁石）と前記固定永久磁石（第２永久磁石）との厚みを同一にした場合に、自然復帰させたときに生じる復帰ズレを「１．０」とし、厚み比を変えて自然復帰させた場合に増加する復帰ズレの比率を表す。
図８から明らかなように、厚み比でプラス５０％あるいはマイナス５０％であれば、復帰ズレの比率が１．５であることが判った。

また、同一外径および同一厚さ寸法の第１永久磁石と第２永久磁石とを対向させた場合の原点復帰力を基準（図９Ａ）とし、両者の外径または厚み寸法を異ならしめた場合の原点復帰力の変化を計算し、その解析結果を図９Ｂ，９Ｃのグラフ図に図示する。
なお、原点復帰力とは、永久磁石の相互間の吸引力と摩擦力とを相殺した力を意味する。したがって、原点復帰力がゼロとなる位置のスライド量が永久磁石相互のズレを意味する。

図９Ａから明らかなように、一対の永久磁石が同一外径で同一厚さ寸法である場合に、自然復帰させたときのズレは０．１ｍｍである。

これに対し、図９Ｂに示すように、片側の永久磁石の直径を２５％増大させた場合において自然復帰させたとき、永久磁石相互のズレの量は０．１５ｍｍであり、復帰量が１．５倍悪化していることが判った。

また、図９Ｃに示すように、片側の永久磁石の厚さ寸法を５０％増大させた場合において自然復帰させたとき、永久磁石相互のズレの量は０．１５ｍｍであり、復帰量が１．５倍悪化していることが判った。

したがって、一対の永久磁石が同一外径で同一厚さ寸法であれば、自然復帰させた場合におけるズレの量が最も小さいことが判った。

本願発明に係る入力装置は、携帯電話だけでなく、他の情報端末機器にも適用できることは勿論である。

１０：入力装置
１１：ハウジング
１２：操作孔
１３：取付基板
１４：アクチュエータ
２０：配線基板
２２：実装部
２３：接続パッド
２４ａ，２４ｂ：固定接点
３０：ドーム状スイッチ
３２：可動接点
３５：ホールＩＣ
３６：接続端子
３７：検出素子
４０：第２永久磁石（固定永久磁石）
４１：ベース
４４：環状リブ
４４ａ：第２摺動面
５０：第１永久磁石（可動永久磁石）
５１：操作ボタン
５２：操作用突部
５３：環状リブ
５３ａ：第１摺動面

Claims

操作ボタンに組み込んだ第１永久磁石と同一軸心上で対向する位置に、ベースに組み込んだ第２永久磁石を配置するとともに、前記第２永久磁石を間にして前記第１永久磁石と同一軸心上で対向する位置に、複数の検出素子を内蔵する電子部品を配置したことを特徴とする入力装置。
第１永久磁石および第２永久磁石の直径を同一にしたことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
第１永久磁石および第２永久磁石の厚さ寸法を同一にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
第１永久磁石を組み込んだ操作ボタンの第１摺動面と、第２永久磁石を組み込んだベースに設けた第２摺動面とを相互に摺動可能に配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の入力装置。
第１永久磁石を組み込んだ操作ボタン、または、第２永久磁石を組み込んだベースの少なくともいずれか一方に、相互に摺動可能な環状リブを設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の入力装置。
ベースに設けた環状リブを一段高く形成したことを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の入力装置を、外部から操作ボタンを操作できるようにハウジング内に組み込んだことを特徴とする情報端末機器。