JP2016136497A

JP2016136497A - 回転入力装置

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Publication number: JP2016136497A
Application number: JP2015011729A
Authority: JP
Inventors: 康宏石澤; Yasuhiro Ishizawa
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: JP6436457B2

Abstract

【課題】使用される磁石の数を少なくすることができる回転検出装置を提供する。
【解決手段】本体部１０と、本体部１０に回転可能に支持された操作部材２０と、操作部材２０と連動して回転するリング状の磁石３０と、操作部材２０の回転を検出する回転検出手段５０と、操作部材２０の回転に対する節度を付与する節度付与手段６０とを備えた回転入力装置１であって、磁石３０には、Ｎ極に着磁された第１着磁領域と、Ｓ極に着磁された第２着磁領域とが、磁石３０の周方向に沿って交互に隣接して配設され、回転検出手段５０は、磁石３０と近接して配置された磁気センサ５１を有し、節度付与手段６０は、磁石３０と中心軸を共有し、磁石３０と対向するように本体部１０に固定されたリング状の磁性体６１を有し、磁性体６１には、磁石３０側に凸となる凸部６２が配設されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転入力装置に関し、特に、回転検出手段と節度付与手段とを備えた回転入力装置に関する。

本体部と、本体部に回転可能に支持された操作部材と、操作部材と連動して回転する磁石と、磁石の回転を利用して操作部材の回転を検出する回転検出手段と、磁石の回転を利用して操作部材の回転に対する節度を付与する節度付与手段とを備えた回転入力装置が、車載ナビゲーション装置等の電子機器の入力装置として実用化されている。節度を付与するとは、操作部材を所定の回転位置に引き込んで保持したり、操作部材の回転に伴ってクリック感触と呼ばれる操作感触を発生させたりすることを意味する。

このような方式の従来の回転入力装置に関しては、特許文献１等が開示されている。以下、従来の回転入力装置の構成について、図１３を用いて説明する。図１３は、従来の回転入力装置の構成を示す説明図であり、特許文献１に係る回転操作装置２１６（回転入力装置）の構成を示している。図１３（ａ）は、回転操作装置２１６の断面模式図であり、図１３（ｂ）は、回転操作装置２１６の分解斜視図である。

回転操作装置２１６は、図１３に示すように、操作体２１１と、可動磁石２１２と、シールド板２１３と、ケース２１４と、固定磁石２１５とを備えている。操作体２１１は、絶縁樹脂又は金属でできた円盤状の操作用の部材である。可動磁石２１２は、操作体２１１の下側に配置されたリング状の磁石である。図示しないが、可動磁石２１２の上面及び下面には、Ｎ極とＳ極とが所定の角度間隔で交互に隣接して形成されている。シールド板２１３は、鋼等の材質でできたリング状の金属板である。シールド板２１３の上面は、操作体２１１の下面と固着され、シールド板２１３の下面は、可動磁石２１２の上面と固着されている。ケース２１４は、鋼等の材質でできた円盤状のケースであり、ケース２１４の上側には、操作体２１１が図示しない保持機構によって回転可能に保持されている。そして、操作体２１１の回転と連動して、可動磁石２１２が回転するようになっている。

固定磁石２１５は、ケース２１４に固定された磁石であり、可動磁石２１２の外周部と隣接するように配置されて、可動磁石２１２との間で磁力（磁気による力）を発生させている。そして、回転操作装置２１６は、可動磁石２１２と固定磁石２１５との間の磁力の変化によって、操作体２１１の回転に対する節度を付与している。また、図示しないが、回転操作装置２１６は、配線基板と磁気検出素子（磁気センサ）とを更に備えている。配線基板は、ケース２１４の下側に配置されている。磁気検出素子は、可動磁石２１２と所定の間隙を空けて対向するように配線基板に配置されて、可動磁石２１２からの磁気を検出している。そして、回転操作装置２１６は、磁気検出素子が可動磁石２１２から受ける磁気の変化に基づいて、操作体２１１の回転を検出している。回転操作装置２１６は、このように、操作体２１１と連動して回転する可動磁石２１２を利用して、操作体２１１の回転検出と、操作体２１１の回転に対する節度付与とを行っている。

特開２０１１−２１０６００号公報

このような回転入力装置に使用される磁石には、通常、ネオジム等の希少金属が使用されるため他の部材と比較して高価になり易い。また、磁石を所定の方向に着磁するための作業も必要となる。そのため、低コスト化や加工性等の観点から、回転入力装置に使用される磁石の数は少ない方が望ましい。それに対して、特許文献１に係る回転操作装置２１６では、可動磁石２１２と固定磁石２１５という２種類の磁石が使用されるので、磁石の数が多くなってしまう。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、使用される磁石の数が少なくても、操作部材の回転検出と操作部材の回転に対する節度付与とを行うことができる回転入力装置を提供することにある。

この課題を解決するために、請求項１に記載の回転入力装置は、本体部と、前記本体部に回転可能に支持された操作部材と、前記操作部材と連動して自身の周方向に沿って回転するリング状の磁石と、前記磁石の回転を利用して前記操作部材の回転を検出する回転検出手段と、前記磁石の回転を利用して前記操作部材の回転に対する節度を付与する節度付与手段とを備えた回転入力装置であって、前記磁石には、Ｎ極に着磁された第１着磁領域と、Ｓ極に着磁された第２着磁領域とが、前記磁石の周方向に沿って交互に隣接して配設され、前記回転検出手段は、前記磁石と近接するように配設された磁気センサを有し、前記節度付与手段は、前記磁石と中心軸を共有し、前記磁石と対向するように前記本体部に固定されたリング状の磁性体を有し、前記磁性体には、前記磁石側に凸となる凸部が配設されていることを特徴とする。

この構成の回転入力装置では、磁石から磁気センサ側に磁界を発生させることができる。そして、磁石の回転に伴って、磁気センサが磁石から受ける磁気を変化させることができる。そのため、回転検出手段は、磁気センサが磁石から受ける磁気の変化に基づいて、操作部材の回転を検出することができる。また、磁石から磁性体側に磁界を発生させ、磁石と磁性体との間の磁力によって、磁石の回転方向に力を働かせることができる。そして、磁石の回転に伴って、磁石の回転方向に働く力を変化させることができる。そのため、節度付与手段は、磁石の回転方向に働く力の変化によって、操作部材の回転に対する節度を付与することができる。その結果、回転を検出するための磁石と、節度を付与するための磁石とを共用することができ、使用される磁石の数が少なくても、操作部材の回転検出と、操作部材の回転に対する節度付与とを行うことができるようになる。

請求項２に記載の回転入力装置は、前記磁石には、前記第１着磁領域と前記第２着磁領域とが、それぞれ同じ数だけ前記磁石の周方向に沿って等間隔で配設され、前記磁性体には、前記第１着磁領域の整数倍の数の前記凸部が、前記磁性体の周方向に沿って等間隔で配設されていることを特徴とする。

この構成の回転入力装置では、磁石には、第１着磁領域と第２着磁領域とが、それぞれ同じ数だけ磁性体の周方向に沿って等間隔で配設され、磁性体には、第１着磁領域の整数倍の数の凸部が、周方向に沿って等間隔で配設されている。そのため、磁石の回転に伴う、磁石の回転方向に働く力の変化の周期と、磁気センサが磁石から受ける磁気の変化の周期とを一致させることができるようになる。その結果、回転検出と連動した節度付与を行うことができるようになる。

請求項３に記載の回転入力装置は、前記磁性体には、前記第１着磁領域の２倍の数の前記凸部が配設されていることを特徴とする。

この構成の回転入力装置では、磁性体には、第１着磁領域の２倍の数の凸部、すなわち、第１着磁領域と第２着磁領域とを合わせた数と同じ数の凸部が配設されている。そのため、第１着磁領域と第２着磁領域とに対して、それぞれ１対１で凸部を近接させることができる。そして、磁性体の凸部と磁石の第１着磁領域及び第２着磁領域との間で形成される磁路を安定させ易くなる。その結果、回転検出と連動した節度付与を更に確実に行うことができるようになる。

請求項４に記載の回転入力装置は、前記磁気センサは、前記磁石と前記磁性体との間の磁力によって前記磁石の回転方向に働く力の強さが最大又は最小となる回転位置を避けた前記磁石の回転位置において、前記磁気センサが前記磁石から受ける磁気の強さが所定の値となるように配設されていることを特徴とする。

この構成の回転入力装置では、磁気センサは、磁石と磁性体との間の磁力によって磁石の回転方向に働く力の強さが最大又は最小となる回転位置を避けた磁石の回転位置において、磁気センサが磁石から受ける磁気の強さが所定の値となるように配置されている。そのため、磁石の回転方向に働く力の強さが最大又は最小となる回転位置を避けた磁石の回転位置、すなわち、操作部材の回転を操作者が実感し易い磁石の回転位置において、所定の検出信号を出力させることができるようになる。その結果、回転検出と連動した節度付与を更に確実に行うことができるようになる。

請求項５に記載の回転入力装置は、前記磁気センサと前記磁性体とは、前記磁石を挟んで互いに対向するように配置されていることを特徴とする。

この構成の回転入力装置では、磁気センサと磁性体とは、磁石を挟んで互いに対向するように配置されている。そのため、磁石から磁気センサ側に形成された磁界と、磁石から磁性体側に形成された磁界との干渉を抑制することができる。その結果、操作部材の回転検出と、操作部材の回転に対する節度付与とをより容易に行うことができるようになる。

本発明によれば、使用される磁石の数が少なくても、操作部材の回転検出と操作部材の回転に対する節度付与とを行うことができる回転入力装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る回転入力装置の外観を示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係る回転入力装置の構成を示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態に係る本体部の構成を示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態に係る操作部材の構成を示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態に係る磁石の構成を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る基板の構成を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る磁性体の構成を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る磁石と磁気センサと磁性体との位置関係を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る節度付与の方法に関連する説明図である。本発明の第１実施形態に係る回転検出の方法に関連する説明図である。本発明の第１実施形態に係る回転検出と連動した節度付与の方法に関連する説明図である。本発明の第２実施形態に係る磁石と磁気センサと磁性体との位置関係を示す説明図である。従来の回転入力装置の構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図１ないし図１２を参照しながら説明する。尚、各図における方向は、Ｘ１を左、Ｘ２を右、Ｙ１を前、Ｙ２を後、Ｚ１を上、Ｚ２を下とする。図１は、本発明の第１実施形態に係る回転入力装置の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る回転入力装置の構成を示す分解斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る本体部の構成を示す分解斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る操作部材の構成を示す分解斜視図である。

図５は、本発明の第１実施形態に係る磁石の構成を示す説明図である。図５（ａ）は、磁石３０を上から見た場合の模式図であり、図５（ｂ）は、磁石３０を前からみた場合の模式図である。図５において、実線の矢印Ｒは回転操作に伴う磁石３０の回転の向きを示している。図６は、本発明の第１実施形態に係る基板の構成を示す説明図である。図６（ａ）は、基板４０を下から見た場合の模式図であり、図６（ｂ）は、基板４０を前からみた場合の模式図である。図７は、本発明の第１実施形態に係る磁性体の構成を示す説明図である。図７（ａ）は、磁性体６１を上から見た場合の模式図であり、図７（ｂ）は、磁性体６１を前からみた場合の模式図である。図８は、本発明の第１実施形態に係る磁石と磁気センサと磁性体との位置関係を示す説明図である。図８（ａ）は、磁石３０と磁気センサ５１と磁性体６１とを上から見た場合の位置関係を示す模式図であり、図８（ｂ）は、磁石３０と磁気センサ５１と磁性体６１とを前からみた場合の位置関係を示す模式図である。

図９は、本発明の第１実施形態に係る節度付与の方法に関連する説明図である。図９（ａ）は、初期位置における磁石３０と磁性体６１との状態を示している。図９（ｂ）は、初期位置から磁石３０がわずかに回転した時の磁石３０と磁性体６１との状態を示している。図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す状態から磁石３０が更に回転した時の磁石３０と磁性体６１との状態を示している。図９（ｄ）は、図９（ｃ）に示す状態から磁石３０が更に回転した時の磁石３０と磁性体６１との状態を示している。

尚、図９では、前から見た場合の磁石３０と磁性体６１との状態を示している。また、図９において、磁石３０は上から見て時計方向に回転するものとする。また、図９において、実線の矢印Ｒは回転操作に伴う磁石３０の回転の向きを示し、太い点線の矢印Ｆは磁石３０と磁性体６１との間の磁力によって磁石３０の回転方向に働く力の向きを示し、細い点線の矢印Ｈは磁石３０の下側に形成される磁界における磁力線の方向を示している。

図１０は、本発明の第１実施形態に係る回転検出の方法に関連する説明図である。図１０（ａ）は、磁気センサ５１が第１着磁領域３１との正対位置にある時の磁石３０と磁気センサ５１との状態を示している。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す状態から磁石３０がわずかに回転した時の磁石３０と磁気センサ５１との状態を示している。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）に示す状態から磁石３０が更に回転した時の磁石３０と磁気センサ５１との状態を示している。図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）に示す状態から磁石３０が更に回転した時の磁石３０と磁気センサ５１との状態を示している。

尚、図１０では、前から見た場合の磁石３０と磁気センサ５１との状態を示している。また、図１０において、磁石３０は上から見て時計方向に回転するものとする。また、図１０において、実線の矢印Ｒは回転操作に伴う磁石３０の回転の向きを示し、点線の矢印Ｈは磁石３０の上側に形成される磁界における磁力線の方向を示している。

図１１は、本発明の第１実施形態に係る回転検出と連動した節度付与の方法に関連する説明図である。図１１（ａ）は、回転操作に伴って変化する磁石３０の回転角度と、磁石３０と磁性体６１との間の磁力によって磁石３０の回転方向に働く力との関係を示している。横軸は時計方向を正の値として表した磁石３０の回転角度であり、縦軸は反時計方向を正の値として表した磁石３０の回転方向に働く力の強さである。図１１（ｂ）は、回転操作に伴って変化する磁石３０の回転角度と、磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気との関係を示している。横軸は時計方向を正の値として表した磁石３０の回転角度であり、縦軸は反時計方向を正の値として表した磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気の強さである。図１１（ｃ）は、回転操作に伴って変化する磁石３０の回転角度と、磁気センサ５１の検出信号との関係を示している。横軸は時計方向を正の値として表した磁石３０の回転角度であり、縦軸は検出信号の電圧である。

図１２は、本発明の第２実施形態に係る磁石と磁気センサと磁性体との位置関係を示す説明図である。図１２（ａ）は、磁石１３０と磁気センサ５１と磁性体６１とを上から見た場合の位置関係を示す模式図であり、図１２（ｂ）は、磁石１３０と磁気センサ５１と磁性体６１とを前からみた場合の位置関係を示す模式図である。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る回転入力装置の構成について、図１ないし図８を用いて説明する。本発明の第１実施形態に係る回転入力装置１は、車載ナビゲーション装置等の図示しない電子機器の入力操作用として使用される回転式の入力装置である。回転入力装置１は、図１及び図２に示すように、本体部１０と、操作部材２０と、磁石３０と、基板４０と、回転検出手段５０と、節度付与手段６０とを備えている。

本体部１０は、図３に示すように、支持部材１１と、ベアリング部材１２と、配線部材１３とを組み合わせて構成される。

支持部材１１は、図３に示すように、筒状部１１ａと、ベアリング保持部１１ｂと、磁性体保持部１１ｃと、嵌合ピン部１１ｄとを有している。筒状部１１ａは、上下方向に沿って延びる仮想線Ｌ１を中心軸とする略円筒状の部分である。ベアリング保持部１１ｂは、ベアリング部材１２を保持する部分であり、筒状部１１ａの上端部側の外周部に設けられている。磁性体保持部１１ｃは、磁性体６１を保持する部分であり、ベアリング保持部１１ｂの上側に設けられている。嵌合ピン部１１ｄは、筒状部１１ａの上端部から上方に延びる柱状の部分である。また、筒状部１１ａの下端部側には、筒状部１１ａの内壁で囲まれた空間と繋がる切欠部１１ｅが設けられている。

ベアリング部材１２は、図３に示すように、仮想線Ｌ１を中心軸とするリング状の部材であり、内周部１２ａと、外周部１２ｂとを有している。内周部１２ａは、支持部材１１のベアリング保持部１１ｂに保持されている。外周部１２ｂは、図示しないベアリングボール等を介して内周部１２ａと連結され、内周部１２ａに対して回転可能となっている。そして、外周部１２ｂには、操作部材２０が取り付けられるようになっている。

配線部材１３は、図３に示すように、第１端部１３ａと第２端部１３ｂとを有している。そして、配線部材１３の第１端部１３ａ寄りの部分が筒状部１１ａの内壁で囲まれた空間に収容されると共に、第１端部１３ａが筒状部１１ａの上側に露出し、第２端部１３ｂが切欠部１１ｅから外部に露出している。

操作部材２０は、図示しない操作者からの入力操作を受け付けている。操作者からの入力操作は、仮想線Ｌ１を回転軸として、操作部材２０を上から見て時計方向又は反時計方向に回転させる操作である。以下、操作部材２０に対するこのような入力操作を回転操作と略称し、回転入力装置１の動作に関する説明では、操作部材２０を上から見て時計方向に回転させる場合の動作に関して説明を行うものとする。

操作部材２０は、図４に示すように、上部ケース２１と、下部ケース２２とを組み合わせて構成される。上部ケース２１は、図４に示すように、仮想線Ｌ１を中心軸として上下方向に延びる円筒状の側壁部２１ａと、側壁部２１ａの上端部を覆う円板状の天板部２１ｂとを有している。

下部ケース２２は、図４に示すように、仮想線Ｌ１を中心軸として上下方向に延びる円筒状の上部側壁部２２ａと、上部側壁部２２ａの下端部から内側に延出するリング状の底板部２２ｂと、仮想線Ｌ１を中心軸として底板部２２ｂから下方に延びる円筒状の下部側壁部２２ｃとを有している。底板部２２ｂの内側には、磁石３０を載置するための磁石載置部２２ｄが設けられ、その内側には、上下方向に貫通する開口部２２ｅが設けられている。

磁石３０は、図４に示すように、仮想線Ｌ１を中心軸とするリング状の磁石である。磁石３０は、下部ケース２２の磁石載置部２２ｄの上に載置されている。磁石３０には、図５に示すように、Ｎ極に着磁された７個の第１着磁領域３１と、Ｓ極に着磁された７個の第２着磁領域３２とが設けられている。第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とは、磁石３０の周方向に沿って等間隔で配設され、しかも、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが交互に隣接するように配設されている。以下、互いに隣接する第１着磁領域３１と第２着磁領域３２との間の角度間隔を角度θとして説明を進める。このような磁石３０は、ステンレスやネオジム等の強磁性体の金属を所定の形状に加工し、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが前述した配置となるように着磁することで得られる。

基板４０は、図４に示すように、仮想線Ｌ１を中心軸とする円板状の配線基板であり、上面と下面とを有している。また、基板４０は、図２に示すように、基板保持部材４１に保持されている。

基板保持部材４１は、図４に示すように、仮想線Ｌ１を中心軸として上下方向に延びる円筒状の側壁部４１ａと、側壁部４１ａの下端部から内側に延出するリング状の底板部４１ｂとを有している。底板部４１ｂの内側には、基板４０を載置するための基板載置部４１ｃが設けられている。また、基板載置部４１ｃの内側には、支持部材１１の嵌合ピン部１１ｄと嵌合する被嵌合部４１ｄと、上下方向に貫通する開口部４１ｅとが設けられている。そして、基板４０は、基板載置部４１ｃの上に載置されている。

回転検出手段５０は、操作部材２０の回転を検出している。回転検出手段５０は、図２に示すように、磁気センサ５１を有して構成される。磁気センサ５１は、ホール素子等の磁気の強さによって電気的特性が変化する素子を内蔵したセンサである。磁気センサ５１は、図６及び図８に示すように、基板４０の下面の所定の位置に実装されて、磁石３０と近接するように磁石３０の上側に配設されている。そして、磁気センサ５１は、磁気の強さに対応した電気信号を検出信号として出力している。

尚、磁気センサ５１が出力する検出信号は、回転入力装置１に要求される規格等に合わせて適宜変更して構わないが、本実施形態では、磁気センサ５１が受ける所定の方向を向いた磁気の強さが閾値以上となったタイミングに合わせて所定の電圧の検出信号を出力するようになっている。

節度付与手段６０は、操作部材２０の回転に対する節度を付与している。節度を付与するとは、操作部材２０を所定の回転位置に引き込んで保持したり、操作部材２０の回転に伴ってクリック感触と呼ばれる操作感触を発生させたりすることを意味する。節度付与手段６０は、図２に示すように、磁性体６１を有して構成される。

磁性体６１は、図７及び図８に示すように、仮想線Ｌ１を中心軸とし（磁石３０と中心軸を共有し）、磁石３０とほぼ同じ外径を有するリング状の磁性体である。磁性体６１は、支持部材１１の磁性体保持部１１ｃに保持されて、磁石３０と上下に対向するように磁石３０の下側に配設されている。磁性体６１の上端部側には、上方に突出する１４個の凸部６２が設けられている。凸部６２は、磁性体６１の周方向に沿って等間隔で配設されている。このような磁性体６１は、ステンレス等の強磁性体の金属を所定の形状に加工することで得られる。回転入力装置１は、このような構成となっている。

次に、回転入力装置１の組み立て方法について説明する。まず、ベアリング１２の内周部１２ａを支持部材１１のベアリング保持部１１ｂに、嵌合等の方法によって固定する。また、磁性体６１を支持部材１１の磁性体保持部１１ｃの上に、接着材等を用いて固定する。そして、配線部材１３を支持部材１１に取り付けると共に、第１端部１３ａを筒状部１１ａの上側に露出させ、第２端部１３ｂを切欠部１１ｅから外部に露出させる。本体部１０は、このようにして組み立てられる。

次に、磁石３０を操作部材２０の下部ケース２２の磁石載置部２２ｄの上に、接着材等を用いて固定する。また、磁気センサ５１を基板４０の所定の位置に実装すると共に、基板４０を基板保持部材４１の基板載置部４１ｃ上に、接着材等を用いて固定する。次に、下部ケース２２の下部側壁部２２ｃをベアリング部材１２の外周部１２ｂに、嵌合等の方法によって固定する。そして、基板保持部材４１を下部ケース２２の底板部２２ｂの上に、下部ケース２２に対して相対的に回転可能な状態で載置し、支持部材１１の嵌合ピン部１１ｄを基板保持部材４１の被嵌合部４１ｄと嵌合させる。基板保持部材４１は、このようにして支持部材１１側に固定される。

次に、上部ケース２１の側壁部２１ａを下部ケース２２の上部側壁部２２ａに、嵌合等の方法によって固定する。そして、上部ケース２１が下部ケース２２と共に、支持部材１２に回転可能な状態で支持される。尚、支持部材１１は、図示しない電子機器の筐体等に固定される。また、磁気センサ５１は、図示しない配線電極やコネクタ等を介して配線部材１３の第１端部１３ａと接続され、配線部材１３の第２端部１３ｂは、図示しない電子機器側の外部回路と接続される。回転入力装置１は、このようにして組み立てられる。

その結果、磁気センサ５１が、磁石３０と近接するように磁石３０の上側に固定される。また、磁性体６１が、磁石３０と上下に対向するように磁石３０の下側に固定される。そして、操作部材２０に対する回転操作に伴って、磁石３０が操作部材２０と連動して回転するようになる。尚、磁石３０の回転方向は仮想線Ｌ１を回転軸とした回転（自身の周方向に沿った回転）となり、磁石３０の回転の向きは操作部材２０の回転の向きと同じとなる。そして、磁石３０の回転に伴って、磁石３０の第１着磁領域３１や第２着磁領域３２と磁気センサ５１との位置関係が変化し、磁石３０の第１着磁領域３１や第２着磁領域３２と磁性体６１の凸部６２との位置関係が変化するようになる。

次に、操作部材２０の回転に対する節度付与の方法について、図９を用いて説明する。尚、磁石３０の回転位置に関連して、第１着磁領域３１が凸部６２のほぼ真上に位置していることを、第１着磁領域３１が凸部６２との正対位置にあると略称し、第２着磁領域３２が凸部６２のほぼ真上に位置していることを、第２着磁領域３２が凸部６２との正対位置にあると略称して説明を進める。そして、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが、それぞれ所定の凸部６２と正対位置にある時の磁石３０の回転位置を、磁石３０の初期位置として説明を進める。

本実施形態のような構造の磁石３０では、第１着磁領域３１の下側では磁力線が下方に向かい、第２着磁領域３２の下側では磁力線が上方に向かうように、磁石３０の下側に磁界が形成される。また、磁石３０の下側には磁性体６１が固定され、磁性体６１には磁石３０側に突出する凸部６２が設けられているので、磁石３０の回転に伴って、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２が磁性体６１の凸部６２と近接したり離反したりするようになる。

そのため、例えば、図９（ａ）に示すように、初期位置において、第１着磁領域３１と、第１着磁領域３１との正対位置にある凸部６２とが近接し、第２着磁領域３２と、第２着磁領域３２との正対位置にある凸部６２とが近接した場合には、第１着磁領域３１から、第１着磁領域３１との正対位置にある凸部６２と、その凸部６２と隣接する凸部６２とを経由して、第１着磁領域３１と隣接する第２着磁領域３２に向かう磁路が形成される。そして、第１着磁領域３１との正対位置にある凸部６２がＳ極に磁化され、第２着磁領域３２との正対位置にある凸部６２がＮ極に磁化される。

その結果、第１着磁領域３１は、第１着磁領域３１との正対位置にある凸部６２から下向きの磁気吸引力を受け、その両隣に配置された凸部６２からほぼ同じ強さの磁気反発力を受けるようになる。また、第２着磁領域３２は、第２着磁領域３２との正対位置にある凸部６２から下向きの磁気吸引力を受け、その両隣に配置された凸部６２からほぼ同じ強さの磁気反発力を受けるようになる。そして、これらの磁気吸引力と磁気反発力とが共に磁石３０をその場に留めるように働き、磁石３０の位置が安定するようになる。

次に、図９（ｂ）に示すように、回転操作に伴って磁石３０が初期位置からわずかに回転し、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２が凸部６２との正対位置から遠ざかると、前述した磁気吸引力と磁気反発力とによって、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２を凸部６２との正対位置に引き戻そうとする方向に働く力、すなわち、回転操作に伴う磁石３０の回転の向きとは反対の向きの力が働くようになる。そして、操作部材２０の回転操作に必要な力は大きくなる。

次に、図９（ｃ）に示すように、回転操作に伴って磁石３０が更に回転し、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２が、初期位置において正対位置にあった凸部６２と隣接する次の凸部６２（以下、次の凸部６２と略称）に近付くと、今度は、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２は、次の凸部６２から磁気吸引力を受け、初期位置において正対位置にあった凸部６２から磁気反発力を受けるようになる。その結果、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２を次の凸部６２との正対位置に引き込もうとする力、すなわち、回転操作に伴う磁石３０の回転の向きと同じ向きの力が働くようになる。そして、操作部材２０の回転操作に必要な力は小さくなる。

次に、図９（ｄ）に示すように、回転操作に伴って磁石３０が更に回転し、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２が、次の凸部６２との正対位置に来ると、再び磁石３０の位置が安定するようになる。節度付与手段６０は、磁石３０の回転方向に働く力のこのような変化を利用して、操作部材２０の回転操作に必要な力を変化させている。そして、節度付与手段６０は、操作部材２０の回転操作に必要な力を変化させることによって、操作部材２０の回転に対する節度を付与し、操作部材２０を所定の回転位置に引き込んで保持したり、操作部材２０の回転に伴ってクリック感触と呼ばれる操作感触を発生させたりしている。

次に、操作部材２０の回転検出の方法について、図１０を用いて説明する。尚、磁石３０の回転位置に関連して、磁気センサ５１が第１着磁領域３１のほぼ真上に位置していることを、磁気センサ５１が第１着磁領域３１との正対位置にあると略称し、磁気センサ５１が第２着磁領域３２のほぼ真上に位置していることを、磁気センサ５１が第２着磁領域３２との正対位置にあると略称して説明を進める。

本実施形態のような構造の磁石３０では、第１着磁領域３１の上側では磁気が上方に向かい、第２着磁領域３２の上側では磁気が下方に向かうように、磁石３０の上側に磁界が形成される。また、磁気センサ５１は、磁石３０と近接するように磁石３０の上側に固定されているので、磁石３０の回転に伴って、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２が磁気センサ５１と近接したり離反したりするようになる。

そして、磁気センサ５１が第１着磁領域３１の上側に来た時には、磁気センサ５１が上向きの磁気を検出し、磁気センサ５１が第２着磁領域３２の上側に来た時には、磁気センサ５１が下向きの磁気を検出するようになる。尚、上向きの磁気は、第１着磁領域３１の中心付近に集中し、下向きの磁気は、第２着磁領域３２の中心付近に集中している。

そのため、例えば、図１０（ａ）に示すように、磁気センサ５１が第１着磁領域３１との正対位置に来た時に、磁気センサ５１が検出する上向きの磁気の強さが最大となる。そして、図１０（ｂ）に示すように、回転操作に伴って磁石３０がわずかに回転し、磁気センサ５１が第１着磁領域３１との正対位置から遠ざかると、磁気センサ５１が検出する上向きの磁気の強さが小さくなる。

そして、図１０（ｃ）に示すように、回転操作に伴って磁石３０が更に回転し、磁気センサ５１が第２着磁領域３２との正対位置に近付くと、今度は、磁気センサ５１が下向きの磁気を検出するようになる。そして、図１０（ｄ）に示すように、回転操作に伴って磁石３０が更に回転し、磁気センサ５１が第２着磁領域３２との正対位置に来た時に、磁気センサ５１が検出する下向きの磁気の強さが最大となる。回転検出手段５０は、磁気センサ５１が磁石３０から検出する磁気のこのような変化を利用して、操作部材２０の回転を検出している。

次に、回転検出と連動した節度付与の方法について、図１１を用いて説明する。尚、図１１では、磁石３０の回転方向に働く力が最大となる磁石３０の回転角度を角度φ１及び角度φ３とし、磁石３０の回転方向に働く力が最小となる磁石３０の回転角度を角度φ２及び角度φ４として説明を進める。また、角度φ１及び角度φ２の間の回転角度において、磁気センサ５１が受ける磁気の強さが所定の閾値Ｔｈ未満から閾値Ｔｈ以上に変化する磁石３０の回転角度を角度φ５とし、磁気センサ５１が受ける磁気の強さが閾値Ｔｈ以上から閾値Ｔｈ未満に変化する磁石３０の回転角度を角度φ６として説明を進める。

本実施形態のような回転入力装置１では、入力操作における操作感触と電子機器の設定の切り替えとの一体感を出すために、節度付与手段６０による節度付与が、回転検出手段５０による回転検出と連動していることが望ましい。本実施形態では、節度付与が回転検出と連動しているとは、節度付与手段６０によってクリック感触と呼ばれる操作感触が発生するタイミングに合わせて、磁気センサ５１が検出信号を出力することを意味する。

このような回転検出と連動した節度付与は、磁石３０の回転方向に働く力を、磁気センサ５１が出力する検出信号の変化と同期して変化させることによって実現することができる。そして、磁石３０の回転方向に働く力を、磁気センサ５１が出力する検出信号の変化と同期して変化させるために、本実施形態では、磁性体６１に設けられた凸部６２の数を、磁石３０の第１着磁領域３１の２倍の数としている。すなわち、磁石３０には、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが、それぞれ同じ数（７個）だけ磁石３０の周方向に沿って等間隔で配設され、磁性体６１には、第１着磁領域３１の２倍の数（１４個）の凸部６２が、磁性体６１の周方向に沿って等間隔で配設されている。

第１着磁領域３１と第２着磁領域３２と凸部６２とをこのような配置とすることによって、互いに隣接する第１着磁領域３１と第２着磁領域３２との間の角度間隔と、互いに隣接する２つの凸部６２の間の角度間隔とは共に角度θとなる。そして、回転操作に伴って磁石３０が角度θだけ回転する度に、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが、それぞれ凸部６２との正対位置に来るようになる。そのため、図１１（ａ）に示すように、磁石３０の回転方向に働く力の強さは、角度θを周期として変化する。

一方、回転操作に伴う磁石３０の回転によって、磁石３０と磁気センサ５１との位置関係も変化する。そして、磁気センサ５１が第１着磁領域３１との正対位置にある状態から、磁石３０が角度θだけ回転する度に、磁気センサ５１が第２着磁領域３２との正対位置に来たり、磁気センサ５１が第１着磁領域３１との正対位置に来たりするようになる。そして、磁石３０の回転に伴う、このような磁気センサ５１の状態の変化に対応して、磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気の強さが変化する。そのため、図１１（ｂ）に示すように、磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気の強さは、角度θの２倍の角度（以下、角度２θと略称）を周期として変化する。

その結果、磁石３０の回転方向に働く力の強さと、磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気の強さとは、共に磁石３０が角度２θだけ回転する度に同じ変化を繰り返すようになり、磁石３０の回転に伴って、磁石３０の回転方向に働く力を、磁気センサ５１が出力する検出信号の変化と同期して変化させることができるようになる。そして、それによって、回転検出と連動した節度付与を行うことができるようになる。

尚、検出信号を出力するタイミングは、電子機器の規格等に合わせて適宜設定して構わないが、例えば、磁石３０の回転方向に働く力の強さが最大又は最小となる磁石３０の回転位置付近では、磁石３０の回転に対する力の変化が小さくなる。そのため、このような回転位置において検出信号を出力させても、操作部材２０の回転を操作者が実感し難くなる可能性が有る。

それに対して、本実施形態では、図１１（ｂ）に示すように、磁石３０の回転角度が、磁石３０の回転方向に働く力が最大となる磁石３０の回転角度φ１と、磁石３０の回転方向に働く力が最小となる磁石３０の回転角度φ２との間の回転角度φ５となるタイミングで、磁気センサ５１が磁石３０から受ける上向きの磁気の強さが閾値Ｔｈ未満から閾値Ｔｈ以上に変化するように磁気センサ５１が配設されている。そして、磁気センサ５１が磁石３０から受ける上向きの磁気の強さが閾値Ｔｈ未満から閾値Ｔｈ以上に変化したタイミング、すなわち、磁石３０の回転方向に働く力の強さが最大又は最小となる磁石３０の回転位置を避けた磁石３０の回転位置において、磁気センサ５１が所定の電圧Ｖ１の検出信号を出力するように磁気センサ５１が設定されている。そして、それによって、操作部材２０の回転を操作者が実感し易い磁石３０の回転位置において、磁気センサ５１が所定の検出信号を出力できるようになっている。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の回転入力装置１では、磁石３０から磁気センサ５１側（上側）に磁界を形成することができる。そして、磁石３０の回転に伴って、磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気の強さを変化させることができる。そのため、回転検出手段５０は、磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気の強さの変化に基づいて、操作部材２０の回転を検出することができる。また、磁石３０から磁性体６１側（下側）に磁界を形成し、磁石３０と磁性体６１との間の磁力（磁気吸引力と磁気反発力と）によって、磁石３０の回転方向に力を働かせることができる。そして、磁石３０の回転に伴って、磁石３０の回転方向に働く力の強さを変化させることができる。そのため、節度付与手段６０は、磁石３０の回転方向に働く力の強さの変化によって、操作部材２０の回転に対する節度を付与することができる。その結果、回転を検出するための磁石と、節度を付与するための磁石とを、共に磁石３０として共用することができ、使用される磁石の数が少なくても、操作部材２０の回転検出と、操作部材２０の回転に対する節度付与とを行うことができるようになる。

また、本実施形態の回転入力装置１では、磁石３０には、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが、それぞれ同じ数（７個）だけ磁石３０の周方向に沿って等間隔で配設され、磁性体６１には、第１着磁領域３１の整数倍（２倍）の数の凸部６２が、磁性体６１の周方向に沿って等間隔で配設されている。そのため、磁石３０の回転に伴う、磁石３０の回転方向に働く力の変化の周期と、磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気の変化の周期とを一致させることができるようになる。その結果、磁石３０の回転方向に働く力の変化の周期と、磁気センサ５１が出力する検出信号の変化の周期とを一致させることができるようになり、回転検出と連動した節度付与を行うことができるようになる。

尚、第１着磁領域３１の整数倍の数の凸部６２が磁性体６１に配設されていれば、磁石３０の回転方向に対する磁力の変化の周期と、磁気センサ５１が出力する検出信号の変化の周期とを一致させることができるが、本実施形態の回転入力装置１では、磁性体６１には、第１着磁領域３１の２倍の数の凸部６２、すなわち、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とを合わせた数と同じ数の凸部６２が配設されている。そのため、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とに対して、それぞれ１対１で凸部６２を近接させることができる。そのため、磁性体６１の凸部６２と磁石３０の第１着磁領域３１及び第２着磁領域３２との間で形成される磁路を安定させ易くなる。その結果、回転検出と連動した節度付与を更に確実に行うことができるようになる。

また、本実施形態の回転入力装置１では、磁気センサ５１は、磁石３０の回転方向に働く力の強さが最大又は最小となる磁石３０の回転位置を避けた磁石３０の回転位置において、磁気センサ５１が磁石３０から受ける磁気の強さが所定の閾値Ｔｈとなるように配設されている。そのため、磁石３０の回転方向に働く力の強さが最大又は最小となる磁石３０の回転位置を避けた磁石３０の回転位置、すなわち、操作部材２０の回転を操作者が実感し易い磁石３０の回転位置において、所定の検出信号を出力させることができるようになる。その結果、回転検出と連動した節度付与を更に確実に行うことができるようになる。

また、本実施形態の回転入力装置１では、磁気センサ５１と磁性体６１とは、磁石３０を挟んで互いに上下に対向するように配置されている。そのため、磁石３０から磁気センサ５１側（上側）に形成された磁界と、磁石３０から磁性体６１側（下側）に形成された磁界との干渉を抑制することができる。その結果、操作部材２０の回転検出と、操作部材２０の回転に対する節度付与とをより容易に行うことができるようになる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る回転入力装置の構成について、図１２を用いて説明する。尚、本実施形態において、前述した第１実施形態と同一の構成である場合、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本発明の第２実施形態に係る回転入力装置１０１は、図１２に示すように、第１実施形態に係る回転入力装置１の磁石３０が磁石１３０に置き換わったものである。磁石１３０は、磁石３０と同様に、仮想線Ｌ１を中心軸とするリング状の磁石であり、磁石１３０にも、Ｎ極に着磁された第１着磁領域３１と、Ｓ極に着磁された第２着磁領域３２とが設けらている。そして、磁石１３０の上方に磁気センサ５１が配置され、磁石１３０の下方に磁性体６１が配置されている。

但し、磁石１３０には、上端部側と下端部側とで磁極が異なるように、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが配置されている。すなわち、磁石１３０の上端部側には、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが、磁石３０の周方向に沿って等間隔で配設され、しかも、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが交互に隣接するように配設されている。そして、磁石１３０の下端部側には、磁石１３０の上端部側の第１着磁領域３１の下に第２着磁領域３２が位置し、磁石１３０の上端部側の第２着磁領域３２の下に第１着磁領域３１が位置するように、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２とが配設されている。

このような磁石１３０は、ステンレスやネオジム等の強磁性体の金属を所定の形状に加工し、所定の領域を上端部側と下端部側とのうちの一方がN極となり他方がS極となるように着磁し、且つ、着磁の向きが互いに反対向きとなる領域が磁石１３０の周方向に沿って交互に並ぶように配置することで実現できる。そして、磁石１３０をこのように上下方向に沿って着磁することによって、第１実施形態と比較して、磁石１３０の上側及び下側に磁界を発生させ易くすることができる。

尚、磁石１３０をこのような構成とした場合には、第１着磁領域３１及び第２着磁領域３２の位置が、上端部側と下端部側とで角度θだけずれて配置されることになるが、ずれに合わせて磁気センサ５１の配置や検出信号が出力されるタイミングを適宜調整することによって、第１実施形態の回転入力装置１と同様の効果を得ることができるようになる。

しかも、前述したように、回転入力装置１０１では、第１実施形態と比較して、磁石１３０の上側及び下側に磁界を発生させ易くなるので、磁石１３０の上方に磁気センサ５１を配置した場合に、磁気センサ５１が磁石１３０からの磁気を検出し易くなり、磁石１３０の下方に磁性体６１を配置した場合に、磁石１３０と磁性体６１との間で磁力を発生させ易くなる。そのため、磁石１３０の上下方向に磁気センサ５１と磁性体６１とを配置した場合に更に好適となる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更することができる。

例えば、本発明の実施形態において、所定の機能を実現できるのであれば、回転入力装置１の構成や各部材の材質や形状等を適宜変更しても構わない。例えば、回転入力装置１は、磁気センサ５１を制御するための電子回路等を更に備えていても構わない。また、操作部材２０は、一体の部材として形成されていても構わない。

また、本発明の実施形態において、磁気センサ５１や磁性体６１の配置を、適宜変更しても構わない。例えば、磁気センサ５１を磁石３０の外周方向に配置し、磁石３０の外周部と磁性体６１の内周部とが対向するように磁石３０と磁性体６１とを配置しても構わない。また、磁気センサ５１を磁石３０の内周方向に配置し、磁石３０の内周部と磁性体６１の外周部とが対向するように磁石３０と磁性体６１とを配置しても構わない。また、磁気センサ５１と磁性体６１とを、磁石３０を挟んで互いに対向させなくても構わない。

また、本発明の実施形態において、第１着磁領域３１や第２着磁領域３２の数を、適宜変更しても構わない。また、第１着磁領域３１と第２着磁領域３２との間に、着磁されていない非着磁領域が配置されていても構わない。また、磁石３０は、所定の方向に着磁された複数の磁石を組み合わせて形成されていても構わない。

また、本発明の実施形態において、磁気センサ５１はホール素子以外の素子を用いた素子であっても構わない。例えば、磁気センサ５１は、ＧＭＲ素子を用いたセンサや電磁誘導方式のセンサ等であっても構わない。また、磁気センサ５１は、磁石３０から受ける磁気の強さに対応して変化するアナログの電気信号を検出信号として出力しても構わない。

また、本発明の実施形態において、凸部６２の数は、前述した以外の数であっても構わない。例えば、磁性体６１には、第１着磁領域３１の数の４倍の数の凸部６２が設けられていても構わない。そして、一部の凸部６２の形状が他の凸部６２の形状と異なっていても構わない。

１回転入力装置
１０本体部
１１支持部材
１１ａ筒状部
１１ｂベアリング保持部
１１ｃ磁性体保持部
１１ｄ嵌合ピン部
１１ｅ切欠部
１２ベアリング部材
１２ａ内周部
１２ｂ外周部
１３配線部材
１３ａ第１端部
１３ｂ第２端部
２０操作部材
２１上部ケース
２１ａ側壁部
２１ｂ天板部
２２下部ケース
２２ａ上部側壁部
２２ｂ底板部
２２ｃ下部側壁部
２２ｄ磁石載置部
２２ｅ開口部
３０磁石
３１第１着磁領域
３２第２着磁領域
４０基板
４１基板保持部材
４１ａ側壁部
４１ｂ底板部
４１ｃ基板載置部
４１ｄ被嵌合部
４１ｅ開口部
５０回転検出手段
５１磁気センサ
６０節度付与手段
６１磁性体
６２凸部
１０１回転入力装置
１３０磁石

Claims

本体部と、
前記本体部に回転可能に支持された操作部材と、
前記操作部材と連動して自身の周方向に沿って回転するリング状の磁石と、
前記磁石の回転を利用して前記操作部材の回転を検出する回転検出手段と、
前記磁石の回転を利用して前記操作部材の回転に対する節度を付与する節度付与手段とを備えた回転入力装置であって、
前記磁石には、Ｎ極に着磁された第１着磁領域と、Ｓ極に着磁された第２着磁領域とが、前記磁石の周方向に沿って交互に隣接して配設され、
前記回転検出手段は、前記磁石と近接するように配設された磁気センサを有し、
前記節度付与手段は、前記磁石と中心軸を共有し、前記磁石と対向するように前記本体部に固定されたリング状の磁性体を有し、
前記磁性体には、前記磁石側に凸となる凸部が配設されていることを特徴とする回転入力装置。
前記磁石には、前記第１着磁領域と前記第２着磁領域とが、それぞれ同じ数だけ前記磁石の周方向に沿って等間隔で配設され、
前記磁性体には、前記第１着磁領域の整数倍の数の前記凸部が、前記磁性体の周方向に沿って等間隔で配設されていることを特徴とする請求項１に記載の回転入力装置。
前記磁性体には、前記第１着磁領域の２倍の数の前記凸部が配設されていることを特徴とする請求項２に記載の回転入力装置。
前記磁気センサは、前記磁石と前記磁性体との間の磁力によって前記磁石の回転方向に働く力の強さが最大又は最小となる回転位置を避けた前記磁石の回転位置において、前記磁気センサが前記磁石から受ける磁気の強さが所定の値となるように配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転入力装置。
前記磁気センサと前記磁性体とは、前記磁石を挟んで互いに対向するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回転入力装置。