JP2011187424A - 多方向入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作体を原点位置に確実に復帰させることができ、しかも小型化が可能である多方向入力装置を提供すること。
【解決手段】本発明の多方向入力装置は、基板１１上に実装された複数の磁気検出素子１３ａ〜１３ｄと、前記基板１１に配設された復帰用磁石１７と、前記基板１１に対して多方向にスライド可能に設けられた操作体１２と、前記操作体１２に取り付けられており、前記復帰用磁石１７に対向して配置されたスライド用磁石１６と、を具備し、前記復帰用磁石１７は、前記スライド用磁石１６が前記操作体１２と共に原点位置からスライドした際に、磁気的引力により前記原点位置に前記スライド用磁石１６を戻すことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯電話機などに用いる多方向入力装置に係り、特に、スライド操作によって所定の入力が可能な多方向入力装置に関する。

従来より、この種の多方向入力装置として、特許文献１に開示された構成を有するものがある。この多方向入力装置は、図６に示すように、基板１０１上に磁気検出素子１０２が実装されている。ここでは、基板１０１上に４つの磁気検出素子１０２が基板１０１の中心に対して対称な位置に配置されている（図６（ａ））。基板１０１の上方には、基板１０１に対して３６０°方向にスライド可能な操作体が配設されている（図６（ｂ））。この操作体は、磁石１０３と、スライド操作により磁石１０３が移動した際に、磁石１０３を原点位置に戻す環状コイルバネ１０４と、磁石１０３の回転を防止する回転防止機構１０５とを備えており、これらが一体としてスライド可能となっている。なお、基板１０１は下側のハウジング（図７に示す参照符号１０７）に設けられており、操作体は上側のハウジングにより設けられており、下側ハウジングと上側ハウジングとを組み合わせて多方向入力装置を構成している。

このような構成を有する多方向入力装置は、操作体１０６に操作力が付与されていない非操作時には環状コイルバネが円環状に保持されているため、図７（ａ）に示すように、操作体１０６が中心部（原点位置）に保持される。図７（ａ）に示す状態で、操作体１０６をスライド操作（ここでは上方へのスライド操作）すると、図７（ｂ）に示すように、操作体１０６の移動により環状コイルバネ１０４が上側に伸長する。このように操作体１０６をスライド操作した後、その操作力を除去すると、環状コイルバネ１０４が、その復元力によって操作体１０６を押し戻し、操作体１０６を中心部（原点位置）に戻す。

特開２００５−３１０６７０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている多方向入力装置においては、環状コイルバネや回転防止機構を有しているので、装置を大幅に小型化することができない。また、操作体の復帰にバネの復元力を利用しているため、復帰精度にばらつきがあり、操作体を正確に原点位置に復帰させることができず、センシングする際にキャリブレーションにより原点補正をする必要がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、操作体を原点位置に確実に復帰させることができ、しかも小型化が可能である多方向入力装置を提供することを目的とする。

本発明の多方向入力装置は、基板上に実装された複数の磁気検出素子と、前記基板に配設された復帰用磁石と、前記基板に対して多方向にスライド可能に設けられた操作体と、前記操作体に取り付けられており、前記復帰用磁石に対向して配置されたスライド用磁石と、を具備し、前記復帰用磁石は、前記スライド用磁石が前記操作体と共に原点位置からスライドした際に、磁気的引力により前記原点位置に前記スライド用磁石を戻すことを特徴とする。

この構成によれば、スライド用磁石は、復帰用磁石との間の対向位置に正確に復帰するので、操作体を正確に原点位置に復帰させることができる。また、この多方向入力装置においては、環状コイルバネや回転防止機構を有しないので、装置を大幅に小型化することができる。

本発明の多方向入力装置においては、前記スライド用磁石及び前記復帰用磁石は、対向する領域の極性が反対であることが好ましい。

本発明の多方向入力装置においては、前記スライド用磁石と前記復帰用磁石との間の間隔が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることが好ましい。

本発明の多方向入力装置においては前記復帰用磁石の最外位置から前記磁気検出素子の中心までの距離が５．０ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明の多方向入力装置においては、前記磁気検出素子は、所定の磁場強度が印加されたときに磁場角度が変化するものであり、前記スライド用磁石が前記磁気検出素子に与える磁場強度と、前記復帰用磁石が前記磁気検出素子に与える磁場強度との和が、前記所定の磁場強度以上であることが好ましい。

本発明の多方向入力装置は、基板上に実装された複数の磁気検出素子と、前記基板に配設された復帰用磁石と、前記基板に対して多方向にスライド可能に設けられた操作体と、前記操作体に取り付けられており、前記復帰用磁石に対向して配置されたスライド用磁石と、を具備し、前記復帰用磁石は、前記スライド用磁石が前記操作体と共に原点位置からスライドした際に、磁気的引力により前記原点位置に前記スライド用磁石を戻すので、操作体を原点位置に確実に復帰させることができ、しかも小型化が可能である。

（ａ）は、本発明の実施の形態に係る多方向入力装置を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す多方向入力装置を示す側面図である。 図１に示す多方向入力装置の分解斜視図である。 図１に示す多方向入力装置におけるスライド用磁石と復帰用磁石との間の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る多方向入力装置の位置検出能力を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る多方向入力装置を備えた携帯電話機を示す図である。 従来の多方向入力装置を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、図６に示す多方向入力装置の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る多方向入力装置を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す多方向入力装置を示す側面図である。また、図２は、図１に示す多方向入力装置の分解斜視図であり、図３は、図１に示す多方向入力装置におけるスライド用磁石と復帰用磁石との間の関係を示す図である。

図１（ａ）に示す多方向入力装置１は、基板１１と基板１１よりも上方に配置された操作体１２とを備えている。図１（ｂ）及び図２に示すように、基板１１上には、複数の（ここでは４つの）磁気検出素子１３ａ〜１３ｄが実装されている。この４つの磁気検出素子１３ａ〜１３ｄは、図２に示すように、基板１１の中心に対して対称に、かつ、等間隔で配置されている。後述するスライド用磁石１６として、４極の磁石を用いているので、４つの磁気検出素子１３ａ〜１３ｄは、各極に対応する領域にそれぞれ配設されている。この磁気検出素子１３ａ〜１３ｄとしては、磁気抵抗効果素子やホール素子などを用いることができる。４つの磁気検出素子１３ａ〜１３ｄは、それぞれ配線（図示せず）を介して信号処理回路（図示せず）に接続されている。

基板１１には、図２及び図３に示すように、復帰用磁石１７が配設されている。ここでは、復帰用磁石１７は、その表面が基板１１の表面と同じ高さになるように、表面を露出させた状態で基板１１に埋設されている。なお、復帰用磁石１７は、基板１１に埋設されている必要はなく、基板１１上に配設されていても良い。

この復帰用磁石１７は、スライド用磁石１６が操作体１２と共に原点位置からスライドした際に、磁気的引力により原点位置にスライド用磁石１６を戻す働きを持つ。復帰用磁石１７は、スライド用磁石１６に対向して配置されており、スライド用磁石１６及び復帰用磁石１７は、対向する領域の極性が反対である。これにより、操作体１２に操作力が加わらない状態（非操作状態）においては、互いに対向するスライド用磁石１６と復帰用磁石１７が引き合ってその磁気的引力によりスライド用磁石１６が原点位置に保持される。なお、スライド用磁石１６及び復帰用磁石１７の磁極は、それぞれ磁石の中心から放射状に配置されている。

基板１１の中心部には、スイッチ部１５が突設されている。このスイッチ部１５は、基板１１の配線（図示せず）を介して信号処理回路（図示せず）に接続されている。また、このスイッチ部１５は、図１（ｂ）に示すように、後述する操作体１２の中板１２ｂの底面に突設されている突設部１４と当接している。

操作体１２は、カバー１２ａと、中板１２ｂとから主に構成されている。カバー１２ａは、中央に中板１２ｂの操作用突起１２ｃを挿通させる穴部１２ｄが設けられている。この穴部１２ｄは、操作用突起１２の径よりも僅かに大きな径で形成されている。中板１２ｂには、その一方の主面の中央に操作用突起１２ｃが形成されており、その操作用突起１２ｃは、カバー１２ａの穴部１２ｄに挿通するようになっている。操作用突起１２ｃは、カバー１２ａの穴部１２ｄの径よりも僅かに小さな径で形成されている。また、中板１２ｂには、その他方の主面の中央に突設部１４が形成されている。突設部１４は、スライド用磁石１６の穴部１６ａよりも僅かに小さい径で形成されている。また、突設部１４は、基板１１上に突設されているスイッチ部１５に当接されており、中板１２ｂの操作用突起１２ｃを押圧することにより、スイッチ部１５を押し込むことができるようになっている。これにより、信号が信号処理回路に送られ、所定の処理が行われる。

操作体１２の中板１２ｂの他方の主面側には、図２に示すように、スライド用磁石１６が配設されている。スライド用磁石１６は、中央に中板１２ｂの突設部１４を挿通させる穴部１６ａが形成されている。この穴部１６ａは、突設部１４の径よりも僅かに大きな径で形成されている。

操作体１２は、中板１２ｂの突設部１４をスライド用磁石１６の穴部１６ａに挿通させ、中板１２の操作用突起１２ｃをカバー１２ａの穴部１２ｄに挿通させた状態で、スライド用磁石１６、中板１２ｂ及びカバー１２ａを一体化させることにより構成されている。そして、この操作体１２は、スライド用磁石１６が復帰用磁石１７に対向するようにして基板１１に組み合わされている。これにより、操作体１２が基板１１に対して多方向にスライド可能となっている。

図３に示すように、スライド用磁石１６は、基板１１に設けられた復帰用磁石１７に対向して配置されている。このとき、スライド用磁石１６と復帰用磁石１７とが対向する領域において極性は反対である。図３においては、スライド用磁石１６がＮ極であり、復帰用磁石１７がＳ極である。このようにスライド用磁石１６と復帰用磁石１７の磁石の磁気的引力により、操作体１２が原点位置に保持される。

スライド用磁石１６と復帰用磁石１７との間の間隔は、非操作状態においてスライド用磁石１６（操作体１２）を原点位置に保持することを考慮すると、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることが好ましい。また、磁気検出素子１３ａ〜１３ｄには、復帰用磁石１７による磁場が印加される。この復帰用磁石１７による磁場が、多方向入力装置における磁気検出素子１３ａ〜１３ｄの磁気検出に影響を及ぼさないこと、多方向入力装置における操作体１２の位置検出が良好に行えることを考慮すると、復帰用磁石１７の最外位置から磁気検出素子１３ａ〜１３ｄの中心までの距離Ｄは５．０ｍｍ以上であることが好ましい。このような間隔や距離Ｄについては、磁気検出素子１３ａ〜１３ｄの駆動磁場や磁石の種類などを考慮して適宜設定することが好ましい。

スライド用磁石１６としては、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などを用いることができ、復帰用磁石１７としては、ネオジウム磁石、フェライト磁石などを用いることができる。

磁気検出素子１３ａ〜１３ｄとして、磁場角度を検知して駆動するものを使用する場合、ある一定の磁場強度を与えないと、磁場角度を変えることができない。一方、復帰用磁石１７からの磁場強度は一定の大きさで磁気検出素子１３ａ〜１３ｄに印加し続ける。したがって、スライド用磁石１６がスライドストローク範囲において与える磁場強度＋復帰用磁石１７からの磁場強度が磁気検出素子を駆動させる磁場強度を下回らなければ良い。すなわち、磁気検出素子１３ａ〜１３ｄは、所定の磁場強度が印加されたときに磁場角度が変化するものであり、スライド用磁石１６が磁気検出素子１３ａ〜１３ｄに与える磁場強度と、復帰用磁石１７が磁気検出素子１３ａ〜１３ｄに与える磁場強度との和が、所定の磁場強度（磁気検出素子を駆動させる磁場強度）以上であることが好ましい。

４つの磁気検出素子１３ａ〜１３ｄの出力は、上述したようにそれぞれ信号処理回路に送られるようになっており、信号処理回路において、操作体１２のスライド方向が求められる。すなわち、信号処理回路において、磁気検出素子１３ａと磁気検出素子１３ｄとの間の出力電位差（Ｖ１−Ｖ４）と、磁気検出素子１３ｂと磁気検出素子１３ｃとの間の出力電位差（Ｖ２−Ｖ３）とにより操作体１２のスライド方向を求める。

例えば、操作体１２の非操作時において、スライド用磁石１６は、磁気検出素子１３ａ〜１３ｄのいずれの側にも偏っていないので、出力電圧差（Ｖ１−Ｖ４）はゼロであり、出力電圧差（Ｖ２−Ｖ３）もゼロである。操作体１２が操作されてスライド用磁石１６が磁気検出素子１３ａ側に移動すると、磁気検出素子１３ａからの出力電圧が増大して磁気検出素子１３ｄからの出力電圧が減少するため、出力電圧差（Ｖ１−Ｖ４）はプラスになる。このとき、出力電圧差（Ｖ２−Ｖ３）はゼロのままである。また、操作体１２が操作されてスライド用磁石１６が磁気検出素子１３ｃ側に移動すると、磁気検出素子１３ｃからの出力電圧が増大して磁気検出素子１３ｂからの出力電圧が減少するため、出力電圧差（Ｖ２−Ｖ３）はマイナスになる。このとき、出力電圧差（Ｖ１−Ｖ４）はゼロのままである。このような出力電圧差（Ｖ１−Ｖ４）及び出力電圧差（Ｖ２−Ｖ３）を用いて演算を行うことにより、操作体１２のスライド方向を求めることができる。

このように操作体１２が所定方向へスライド操作され、その後、操作体１２に対する操作力を解放すると、操作体１２側のスライド用磁石１６と基板１１側の復帰用磁石１７が引き合い、スライド用磁石１６が復帰用磁石１７側に引き寄せられて、スライド用磁石１６が原点位置に復帰する。その結果、操作体１２が原点位置に復帰することになる。スライド用磁石１６は、復帰用磁石１７との間の対向位置に正確に復帰するので、操作体１２を正確に原点位置に復帰させることができる。また、この多方向入力装置においては、環状コイルバネや回転防止機構を有しないので、装置を大幅に小型化することができる。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
外径５．９ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの復帰用磁石と、外径１２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのスライド用磁石とを磁石間距離０．７ｍｍで対向配置し、復帰用磁石の中心から対称な位置に４つの磁気検出素子を配置（磁気検出素子間距離１６ｍｍ）して多方向入力装置を構成した。そして、スライド用磁石を前後左右に±１．５ｍｍスライドさせたときの検出位置を調べた。その結果を図４に示す。図４から分かるように、復帰用磁石があっても正確に位置検出を行うことができた。

上記構成を有する多方向入力装置は、例えば、携帯電話機に搭載される。図５（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る多方向入力装置を備えた携帯電話機を示す図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、本発明に係る多方向入力装置２２は、携帯電話機２の操作パネル２１に装着されており、多方向入力装置２２の操作用突起２２ａを多方向にスライドすることにより、ディスプレイ（図示せず）上に表示させたカーソルをスライド方向に移動させることができる。このとき、操作用突起２２ａが所定方向へスライド操作され、その後、操作体に対する操作力を解放すると、操作体側のスライド用磁石と基板側の復帰用磁石が引き合い、スライド用磁石が復帰用磁石側に引き寄せられて、スライド用磁石が原点位置に復帰する。その結果、操作用突起２２ａが原点位置に復帰することになる。スライド用磁石は、復帰用磁石との間の対向位置に正確に復帰するので、操作体を正確に原点位置に復帰させることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における材料、各素子の接続関係、厚さ、大きさ、製法などは適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。

本発明は、携帯電話機の多方向入力装置に好適に利用することができる。

１，２２ 多方向入力装置
２ 携帯電話機
１１ 基板
１２ 操作体
１２ａ カバー
１２ｂ 中板
１２ｃ 操作用突起
１２ｄ，１６ａ 穴部
１３ａ〜１３ｄ 磁気検出素子
１４ 突設部
１５ スイッチ部
１６ スライド用磁石
１７ 復帰用磁石
２１ 操作パネル

Claims (5)

1. 基板上に実装された複数の磁気検出素子と、前記基板に配設された復帰用磁石と、前記基板に対して多方向にスライド可能に設けられた操作体と、前記操作体に取り付けられており、前記復帰用磁石に対向して配置されたスライド用磁石と、を具備し、前記復帰用磁石は、前記スライド用磁石が前記操作体と共に原点位置からスライドした際に、磁気的引力により前記原点位置に前記スライド用磁石を戻すことを特徴とする多方向入力装置。
2. 前記スライド用磁石及び前記復帰用磁石は、対向する領域の極性が反対であることを特徴とする請求項１記載の多方向入力装置。
3. 前記スライド用磁石と前記復帰用磁石との間の間隔が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多方向入力装置。
4. 前記復帰用磁石の最外位置から前記磁気検出素子の中心までの距離が５．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多方向入力装置。
5. 前記磁気検出素子は、所定の磁場強度が印加されたときに磁場角度が変化するものであり、前記スライド用磁石が前記磁気検出素子に与える磁場強度と、前記復帰用磁石が前記磁気検出素子に与える磁場強度との和が、前記所定の磁場強度以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の多方向入力装置。

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