JP4368903B2 - 回転式入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転式入力装置（ＲＯＴＡＲＹ ＴＹＰＥ ＩＮＰＵＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ）に関する。

一般的に携帯用端末機には、１２個のキーパッドに０〜９までの数字及び＊、＃のシンボルが表示されている。上記のようなキーパッドには、数字以外にも英文字及びハングル（韓国文字）の子音及び母音が記載されており、数字及び文字などのような情報を入力することができる。最近は、キーパッドの上部に電話番号検索、文字メッセージ作成及び管理、インターネットの連結などのような多様な機能を備えたナビゲーションキー（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｋｅｙ）も形成されている。ナビゲーションキーには、ボタン型や回転式などの多様な形態があるが、最近にはメニュー検索などの機能とともに多様な機能を備えることができる回転式入力装置の使用が増加している。

そして、回転式入力装置は、テレビ、カムコーダ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などのような各種電子製品などに、ロータリ（ｒｏｔａｒｙ）スイッチ、ロータリエンコーダ、ロータリボリュームなどのような入力装置として用いられている。

図１を参照すると、従来の回転式入力装置は、使用者により回転するホイール（図示せず）に付着されて連動するマグネット１及び、マグネット１の回転により磁気力線の変化を検出するホールＩＣ３を含む。すなわち、複数のＮ極及びＳ極が交互的に着磁されたリング型のマグネット１がホイールの裏面に付着されて、ホールＩＣ３がマグネット１の回転を感知するが、ホイールの回転角度及び回転方向をホールＩＣ３が感知することで情報入力がなされる。

しかし、従来の回転式入力装置に用いられたリング形状のマグネット１は、Ｎ極及びＳ極を複数個備えなくてはならないので、その単価が高く、マグネット１自体の製作も難しいという問題点があった。また、マグネット１は周辺に磁場を形成し、異なる電子部品に影響を及ぼすので、故障または誤作動を誘発することもある。

本発明は、複数の極が着磁されたマグネットを備える必要がないので、製作が容易で異なる電子部品に影響を及ぼさない回転式入力装置を提供する。

本発明の一実施形態による回転式入力装置は、回転が可能であり、外周面に一定したピッチを有しながら外向突出された複数個の突起を備えるリング形状のキャリアと、キャリアの内部または外部中の一側に配置され磁気力線を生成するマグネットと、キャリアの内部または外部中の他側にマグネットに対向されるように配置される検出素子と、を含み、検出素子は、突起がマグネット及び検出素子の間を通る度に磁気力線の強度変化を検出する。

本発明による回転式入力装置の多数の実施例は、次のような特徴を一つまたはその以上備えることができる。例えば、キャリアは鉄またはニッケルを含んでもよいし、検出素子は複数個が備わり、検出素子の配置間隔はピッチの整数倍の位置から一定角度程偏心されてもよい。回転式入力装置は、正逆方向に回転が可能であり、キャリアが付着されるホイールと、ホイールを回転できるように支持するベースと、検出素子及びマグネットが付着されベースの一面に固定される印刷回路基板と、を含むことができる。

回転式入力装置は、正逆方向に回転が可能であり、検出素子及びマグネットが付着されるホイールと、ホイールを回転できるように支持するベースと、キャリアが付着されベースの一面に固定される印刷回路基板と、を含むことができる。印刷回路基板上には、複数個のドームボタンが備わり、ドームボタンはキャリアにより加圧されることができる。回転式入力装置は、ホイールの中央に形成された貫通孔に挿入されるセンタキーを備え、印刷回路基板は中央にセンタキーにより加圧されるドームボタンを備えることもできる。

本発明は、複数の極が着磁されたマグネットを備える必要がないので、製作が簡単で異なる電子部品に影響を及ぼさない回転式入力装置を提供することができる。

以下、本発明による回転式入力装置の実施例を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、同一であるか対応する構成要素は同一な図面番号を付与し、これに対する重複される説明は略する。

図２を参照すると、本発明の一実施例による回転式入力装置１０は、回転が可能なホイール１９と、ホイール１９の裏面に付着されホイール１９とともに回転するキャリア２７と、ホイール１９を回転できるように支持するベース１１と、ベース１１の内部に固定され一面に複数個のドームボタン３５、検出素子３１、そしてマグネット２９が位置する印刷回路基板３３と、を含む。また、ホイール１９の中央に形成された貫通ホール２１にはセンタキー２５が挿入される。

キャリア２７は、鉄またはニッケルなどのような磁性体からなり、ホイール１９の下面に付着されてホイール１９とともに回転するが、これによりマグネット２９から生成される磁気力線の検出素子３１への入力に変化が発生する。すなわち、マグネット２９と検出素子３１との間にキャリア２７の突起２８が位置する場合（ 図６ａ参照） には、検出素子３１に入力される磁気力線の強さが大きくなるが、突起２８が位置しない場合（図６ｂ参照）には、相対的に検出素子３１により検出される磁気力線の強さが減少する。このように、本実施例による回転式入力装置１０は、検出素子３１に入力される磁気力線の強さを変更するキャリア２７を備えることで、ホイール１９の回転角度及び回転方向が検出されるので、複数の極が着磁されたマグネットを備える必要がなくなる。

ホイール１９は、図２に示すように、中央に貫通ホール２１の形成されたドーナツ形状を有し、ベース１１に時計回りまたは反時計回りに回転できるように結合される。そして、図３ないし図４を参照すると、ホイール１９の中央に形成された貫通ホール２１にはセンタキー２５が挿入され固定されるし、裏面にはキャリア２７が付着されている。よって、ホイール１９の回転によりキャリア２７及びセンタキー２５が同時に回転することになる。

図３ないし図４を参照すると、ホイール１９はその内部にベース１１の係止突起１７に挿入される係止溝２３を有する。係止溝２３は、"L"形状（または"７"形状）の断面を有する係止突起１７に対応して形成された溝であって、ホイール１９の縁に沿って円形で形成されている。よって、ホイール１９はベース１１の係止突起１７に挿入されて３６０度回転が可能になる。

ホイール１９の中央に形成された貫通ホール２１には、センタキー２５が挿入され固定される。センタキー２５の下面は、図３ないし図４に示すように、印刷回路基板３３の中央に位置するドームボタン３５と接している。よって、使用者がセンタキー２５を押した後離すと、センタキー２５がドームボタン３５を加圧して、ドームボタン３５の機能が遂行されるし、ドームボタン３５の弾性力によりセンタキー２５が原位置に復帰する。

ベース１１は、ホイール１９を回転できるように支持し、中央に形成された空間に印刷回路基板３３などを収容する。ベース１１は、一定した角度を有し、内向きに傾いている傾斜部１５及び傾斜部１５の一端部からほぼ垂直に延長され、"L"形状の断面を有する係止突起１７を備える。

傾斜部１５は、図３に示すように、一定傾斜角を有し内向きに傾いており、所定の弾性力を有するので、センタキー２５またはホイール１９が加圧される場合に変形されてキャリア２７及びセンタキー２５がドームボタン３５を加圧できるようにする。また、傾斜部１５は外部の力が除去されると、弾性力によりホイール１９またはセンタキー２５が原位置に復帰するようにする。

係止突起１７は、傾斜部１５の一端部から上向きに突出され、"L"形状の断面を有する。係止突起１７は、図３ないし図４に示すように、ホイール１９の係止溝２３に挿入されて、ホイール１９がベース１１に固定された状態で時計回りまたは反時計回りに回転できるようにする。そして、係止突起１７の内周面は、ホイール１９の内面に接するので、ホイール１９がベース１１に対して水平方向にすきまがないように結合できる。

ベース１１の内部には、印刷回路基板３３が固定される。印刷回路基板３３上には、図２に示したように、複数個のドームボタン３５、マグネット２９及び検出素子３１が位置している。印刷回路基板３３は、示さなかったが、外部の制御装置などに繋がって、ドームボタン３５及び検出素子３１により生成される信号を伝送する。

ドームボタン３５は、円形の印刷回路基板３３の中央及び四角形状に配置されている。中央のドームボタン３５は、センタキー２５の下面と接しており、センタキー２５が使用者により加圧されると、ドームボタン３５が押さえられて機能が行われた後、ドームボタン３５の弾性力によりセンタキー２５が原状復帰する。そして、外郭に配置された四つのドームボタン３５は、図４に示すように、ホイール１９の下面に付着されたキャリア２７の下面と接しており、キャリア２７により加圧されて機能が遂行される。

マグネット２９は、印刷回路基板３３の一側に、検出素子３１に対向して配置され、一つのＮ極及びＳ極を有して磁気力線を生成する。マグネット２９により生成された磁気力線は、キャリア２７に集中された後、検出素子３１によりその強さが検出される。本実施例によるマグネット２９は、一つのＮ極及びＳ極を有するので、製作が容易く、製造単価が安価であり、また、その大きさが小さいので周辺の電子機器に影響を及ぼさない。

検出素子３１は、磁場内で電子がローレンツの力を受けて運動方向が曲がり、起電力の発生する効果を用いたシリコーン半導体のホールセンサ（ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）であってもよい。ホールセンサは、マグネット２９により生成される磁気力線に対応する起電力を発生させて、印刷回路基板３３を介して外部の制御装置（図示せず）に伝達する。

検出素子３１は、勿論、ホールセンサに限らず、キャリア２７の回転に応じて検出素子３１に入力される磁気力線の変化を検出できれば、なんでも使用できる。例えば、検出素子は、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ）センサまたはＧＭＲ（Ｇｒｅａｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ）センサであってもよい。ＭＲセンサまたはＧＭＲセンサは、磁界の変化に応じて抵抗値が変化する素子であって、固体中のキャリアの進路が電子力により曲がって長くなることで抵抗が変化する性質を用いる。ＭＲセンサまたはＧＭＲセンサは大きさが小さくて、信号レベルが大きいだけではなく、敏感度が優れて低磁界で運用することができ、温度安定性（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）も高い。

検出素子３１は、ホイール１９が時計回りまたは反時計回りに回転するかを把握するために二つが配置されてもよい。この場合、検出素子３１は、図６ａないし図６ｂに示すように、キャリア２７ピッチＰ（図５参照）の整数倍から一定間隔（Ｐに比して小さい角度）程離隔されて位置する。よって、それぞれの検出素子３１により検出される信号は、図７に実線及び点線で示したように一定した時差が発生し、これを分析することによりホイール１９の回転方向を把握することができる。

そして、ホイール１９の回転方向を検出するために一つの検出素子３１を備えてもよい。この際、検出素子３１により検出される出力波形は、上昇部分の傾斜と下降部分の傾斜が異なり、ホールＩＣの出力が基準電圧を通る時点から最大値または最小値に到逹する時点までの時間及び、最大または最小に到逹した後、基準電圧を通る時点までの時間を比べることによりホイール１９の回転方向を検出することができる。

キャリア２７は、タングステン、ニッケルまたは鉄などのような強磁性体からなり、マグネット２９により生成された磁気力線がその周りに集中される。キャリア２７はドーナツ形状を有し、外周面には一定ピッチ（ｐｉｔｃｈ）を有する複数個の突起２８が配列されている。キャリア２７を中心として、その内部にはマグネット２９が位置し、外部にはマグネット２９に対向して検出素子３１が位置する。よって、マグネット２９により生成された磁気力線はキャリア２７に集束されて検出素子３１により検出される。

キャリア２７は、タングステン、ニッケルなどのような透磁率の高い強磁性体からなる。透磁率（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）とは、磁気透過率とも称し、磁気力線の影響を受けて磁化する際に生ずる磁気力線束密度と、磁気力線の真空中における強さとの比を言う。通常、大気状態及び普通の物質（常磁性体）の透磁率は１に近い。しかし、ニッケル及び鉄の合金であるパーマロイ（ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）は、最大透磁率が１０５、０００（Ｂ/Ｈ）であり、スーパーマロイ（Ｓｕｐｅｒｍａｌｌｏｙ）（７９ｗｔ％Ｎｉ、１．５ｗｔ％Ｃｒ、５ｗｔ％Ｃｕ）は初透磁率１２０、０００（Ｂ／Ｈ）、最大透磁率９００、０００（Ｂ／Ｈ）を有するので、真空または大気中と比べて非常に大きい。よって、マグネット２９により生成された磁気力線は、大気中に分散する代わりに強磁性体からなったキャリア２７に集中され、キャリア２７の中でも検出素子３１の方向に突出された突起２８の形成された部分が検出素子を通る際に磁気力線の強さが大きく検出される。

図５を参照すると、キャリア２７の外周面に形成された複数個の突起２８の間には一定したピッチＰが形成される。上述したように二つの検出素子３１が位置する場合、検出素子３１間の間隔は、ピッチの整数倍から一定間隔（Ｐに比して小さい角度）に離隔された角度である。よって、図５に示すように、一つの検出素子３１は突起２８に近接して位置し、他の検出素子３１´は突起と突起との間に位置する。突起２８は、マグネット２９により生成された磁気力線が検出素子３１に対してさらに集中されるようにする。よって、図６ａのように、突起２８が検出素子３１に近接に位置する場合、検出素子３１により検出される磁気力線の強さが大きく現われる。

図６ａ及び図７を参照すると、マグネット２９とキャリア２７及び突起２８、そして検出素子３１が一直線上に配置されている。この場合、マグネット２９により生成された磁気力線は、キャリア２７のボディ及び突起２８に集中された状態で検出素子３１により検出されて、この際の磁気力線は図７に示したＡ点に該当する。そして、６ｂを参照すると、キャリア２７の回転によりマグネット２９及び検出素子３１はそれぞれ突起と突起との間に位置する。この場合、マグネット２９により生成された磁気力線は、キャリア２７のボディのみに集中され、検出素子３１により検出されるので、図７のＢ点に該当する。

外部の制御装置（図示せず）は、キャリア２７の回転により検出素子３１により検出される磁気力線の強さが基準値Ｖｒｅｆを超過する場合、ホイール１９が回転していると判断する。そして、図７に示すように、それぞれの検出素子３１と３１´により発生する波形の時差によりホイール１９が時計回りまたは反時計回りに回転するかを判断することができる。

本実施例では、キャリア２７がホイール１９の下面に付着されてホイール１９とともに回転するし、マグネット２９及び検出素子３１が印刷回路基板３３に固定されているが、キャリア２７が印刷回路基板３３上に固定されて、マグネット２９及び検出素子３１がホイール１９の下面に付着されることもできる。この場合、検出素子３１と印刷回路基板３３とを電気的に連結するために、ホイール１９の回転できる角度を制限することもできる。

そして、本実施例による回転式入力装置１０は、キャリア２７の内部にマグネット２９が位置し、その外部に検出素子３１が位置するが、キャリア２７の内部に検出素子３１が位置し、その外部にマグネット２９が位置することもできる。この際、検出素子３１の配置間隔は、ピッチの整数倍から一定間隔（Ｐに比して小さい角度）に離隔されて位置する。

以上で、本発明の実施例を説明したが、本発明の多様な変更例と修正例も本発明の技術的思想を具現する限り、本発明の範囲に属するものとして解釈されるべきである。

従来の回転式入力装置における多極で着磁されたマグネット及びマグネットの回転を検出する検出素子を示す斜視図である。 本発明の一実施例による回転式入力装置の斜視図である。 図２のＩ-Ｉ´線による回転式入力装置の断面図である。 図２のＩＩ-ＩＩ´線による回転式入力装置の断面図である。 本発明の一実施例による回転式入力装置のキャリアの平面図である。 キャリアと検出素子の相対的な位置が変更される状態を示す斜視図である。 キャリアと検出素子の相対的な位置が変更される状態を示す斜視図である。 キャリアの回転に応じて検出素子により生成される出力波形を示すグラフである。

符号の説明

１１ ベース
１５ 傾斜部
１７ 係止突起
１９ ホイール
２１ 貫通ホール
２３ 係止溝
２５ センタキー
２７ キャリア
２８ 突起
２９ マグネット
３１ 検出素子
３３ 印刷回路基板
３５ ドームボタン

Claims (7)

1. 回転が可能であり、外周面に一定したピッチを有しながら外向突出された複数個の突起を備えるリング形状のキャリアと、
   前記リング形状のキャリアの内側または外側の一方に配置され、磁気力線を生成するマグネットと、
   前記リング形状のキャリアの内側または外側の他方に前記マグネットに対向されるように配置される検出素子と、を含み、
   前記検出素子は、前記突起が前記マグネット及び前記検出素子の間を通る度に前記磁気力線の強度変化を検出する回転式入力装置。
2. 前記キャリアは、鉄またはニッケルを含む請求項１に記載の回転式入力装置。
3. 前記検出素子は、複数個が備わり、
   前記検出素子の配置間隔は、前記ピッチの整数倍の位置から一定角度ほど偏心される請求項１に記載の回転式入力装置。
4. 前記回転式入力装置は、正逆方向に回転が可能であり、前記キャリアが付着されるホイールと、
   前記ホイールを回転できるように支持するベースと、
   前記検出素子及び前記マグネットが付着され、前記ベースの一面に固定される印刷回路基板と、
   を含む請求項１に記載の回転式入力装置。
5. 前記回転式入力装置は、正逆方向に回転が可能であり、前記検出素子及び前記マグネットが付着されるホイールと、
   前記ホイールを回転できるように支持するベースと、
   前記キャリアが付着され、前記ベースの一面に固定される印刷回路基板と、
   を含む請求項１に記載の回転式入力装置。
6. 前記印刷回路基板上には、複数個のサイドドームボタンが備わり、
   前記サイドドームボタンは、前記キャリアにより加圧される請求項４に記載の回転式入力装置。
7. 前記回転式入力装置は、前記ホイールの中央に形成された貫通孔に挿入されるセンタキーを備え、
   前記印刷回路基板は、中央に前記センタキーにより加圧されるセンタードームボタンを備える請求項４または５のいずれか一項に記載の回転式入力装置。