JP4737197B2

JP4737197B2 - 操作入力装置およびこれを用いた電子機器

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Publication number: JP4737197B2
Application number: JP2007544195A
Authority: JP
Inventors: 武有原
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: JPWO2007055321A1; WO2007055321A1; KR100931433B1; US20090111513A1; KR20080028487A; CN101273323A; CN101273323B; EP1953621A1

Description

本発明は、携帯電話機や携帯用音楽プレーヤーに適用できる操作入力装置に関する。

従来、携帯電話機等に使用される操作入力装置としては、例えば、ベースと、上面に複数個の押しボタンスイッチおよび磁界検出素子を実装し、前記ベースに積み重ねて一体化したプリント基板と、前記プリント基板上に載置された操作板と、Ｎ極およびＳ極を交互に配置した環状マグネットを下面に組み付け、前記操作板上に回動自在に組み付けられた円盤型操作ダイヤルと、からなるものがある。そして、前記操作入力装置は、前記操作ダイヤルを回動することにより、前記環状マグネットの磁束の変化を前記磁界検出素子で検知して回動方向を検出する一方、前記操作ダイヤルを押圧することにより、前記押しボタンスイッチを操作していた（特許文献１参照）。
特開２００３−２８０７９９号公報

しかしながら、前記操作入力装置では、操作ダイヤルの回動方向および回動量を検出するために２個の磁界検出素子を必要とする。このため、部品点数が増え、設置スペースを必要とし、床面積の小さい小型の操作入力装置は得られず、小型化を目指す携帯電話機等に使用できない。

また、２個の回転検出素子を配置すると、例えば、これらの上方を通過するように環状マグネットを配置する必要があるので、前記磁界検出素子の配置が限定され、環状マグネットの径も大きいので、設計の自由度が小さい。さらに、前記環状マグネットは、その形状や着磁の事情により、製造に手間がかかり、生産性が低くコストが高いという問題点がある。

本発明は、前記問題点に鑑み、小型で生産が容易な操作入力装置およびこれを用いた電子機器を提供することを課題とする。

本発明にかかる操作入力装置は、前記課題を解決すべく、上面に少なくとも１個の押しボタンスイッチを実装したプリント基板と、中央部に環状台座部を一体成形し、かつ、前記プリント基板に実装された操作具と、前記操作具の環状台座部に載置され、かつ、前記プリント基板より上方で前記環状台座部の回動軸心を中心として回動可能に支持された操作ダイヤルと、前記操作ダイヤルの中央で一体に回動し、かつ、独立して上下動可能な押しボタンと、前記押しボタンに備えられ、前記回動軸心と同一軸心上に配置した放射状に等分割した少なくとも１対の磁極を有する板状マグネットと、前記回動軸心を中心として複数の磁界検出センサを均等に配置するように前記押しボタンより下方に備えられた磁界検出素子と、からなり、前記操作ダイヤルを回動することにより、前記板状マグネットの磁束を検知する前記磁界検出素子で回動方向，回動量を検出する一方、前記押しボタンを押圧することにより、前記押しボタンスイッチを操作する構成としてある。
ここで、操作ダイヤルは、プリント基板より上方に位置するが、必ずしも直ぐ上でなくてもよい。例えば、後述の実施形態に示すように、プリント基板２０の上に操作具５０があり、前記操作具５０の上に操作ダイヤル７０が支持されていてもよい。また、後述の実施形態では、操作具５０に操作ダイヤル７０が支持されているが、操作ダイヤルの支持方法としては他の方法を用いてもよい。

本発明によれば、放射状に等分割した少なくとも１対の磁極を有する板状マグネットと、複数の磁界検出センサを均等に配置した磁界検出素子と、を同一軸心上に配置することにより、操作ダイヤルの回動方向および回動量を検出できる。このため、従来例のように２個の磁界検出素子を配置する必要がなく、部品点数や配置スペースを節約できる。また、径の大きい環状マグネットを使用しないで、板状マグネットを中心にコンパクトにレイアウトできる。この結果、設計の自由度が広がるとともに、床面積の小さい小型の操作入力装置が得られる。さらに、従来例のように環状マグネットを使用しないので、生産が容易でコストを抑えた操作入力装置が得られる。
そして、押しボタンが操作ダイヤルの中央で一体に回動し、かつ、独立して上下動可能であるため、上述のような回転検出ができるとともに、押しボタンを単独で操作でき、操作性が向上するとともに、多種多様な操作が可能になる。

本発明にかかる実施形態としては、前記磁界検出素子を前記プリント基板より下方に備えておいてもよい。

本実施形態によれば、プリント基板より下方のスペースを有効活用することにより、プリント基板の上面側における磁界検出素子装着用スペースを省略できるので、操作入力装置の外部に露出する部分を、より一層薄型化することが可能になる。

本発明にかかる電子機器は、前述の操作入力装置を、外部から操作できるように操作ダイヤルを露出させて取り付けた構成としてある。

本発明によれば、小型で生産が容易な操作入力装置を備えることにより、薄型の電子機器が得られる。また、前記磁界検出素子をプリント基板より下方に装着することができる。このため、電子機器のハウジングに前記操作入力装置を取り付けた場合に、前記プリント基板より下方に存在する前記ハウジング内のデッドスペースを有効に利用することにより、従来例よりも電子機器をより一層薄型化できるという効果がある。

図１Ａおよび図１Ｂは本発明にかかる操作入力装置を組み付けた携帯電話機の斜視図および要部斜視図である。図１Ｂで示した操作入力装置の拡大要部斜視図である。図３Ａおよび図３Ｂは図２で示した操作入力装置の部分断面図である。図２で示した操作入力装置の上方から視た分解斜視図である。図２で示した操作入力装置の下方から視た分解斜視図である。図６Ａ，図６Ｂは図３で示した異なるマグネットの磁極を示す平面図である。図３ないし図５で示した磁界検出素子の磁界検出センサの配置を示す平面図である。

本発明にかかる操作入力装置の実施形態を図１ないし図７の添付図面に従って説明する。
本実施形態にかかる操作入力装置は、図１に示すように、携帯電話機１内のプリント基板５（図２）に実装した操作入力装置２でモニター３のスクロールバー（図示せず）をスクロールし、後述する押しボタン３０等を介して選択指示を出すことができる。なお、４は前記プリント基板５に実装された押しボタンスイッチ、６はテンキー、７はマイク、８はスピーカーである。

前記操作入力装置２は、図４および図５に示すように、前記プリント基板５の下面に装着した磁界検出素子９と、金属ベース１０と、フレキシブルな樹脂フィルムからなるプリント基板２０と、押しボタン３０と、固定リング４０と、操作具５０と、摺動シート６０と、操作ダイヤル７０と、からなるものである。

磁界検出素子９は、例えば、図７に示すように、４個の磁束検出センサ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを隅部にそれぞれ配置したものであり、前記プリント基板２０より下方に位置する前記プリント基板５の裏面に固定されているとともに、電気接続されている。

前記金属ベース１０は、図４および図５に示すように、平面略円形であり、その中心を間にして細針状治具（図示せず）を挿入できる一対の治具孔１１ａ，１１ｂを設けてある。また、前記金属ベース１０は、その外周縁部に、前記治具孔１１ａ，１１ｂを結ぶ中心線を間にして対向するように一対の第１弾性係合受け部１２，１２をそれぞれ切り起こしてある。そして、前記金属ベース１０は、その外周縁部に、前記弾性係合受け部１２，１２を結ぶ中心線を間にして対向するように一対の第２弾性係合受け部１３，１３をそれぞれ切り起こしてある。さらに、前記金属ベース１０は、その外周縁部のうち、前記弾性係合受け部１２，１３のそれぞれの間に、固定用舌片１４，１５および位置決め用舌片１６，１７を、側方にそれぞれ延在してある。前記固定用舌片１４，１５には固定孔１４ａ，１５ａ、前記位置決め用舌片１６，１７には位置決め孔１６ａ，１７ａがそれぞれ設けられている。

フレキシブルな樹脂フィルムからなるプリント基板２０は、前記金属ベース１０と略同一の平面形状を有し、かつ、裏面に接着材を塗布して剥離紙に被覆された略円形の基板本体２０ａと、前記基板本体２０ａから延在するリード部２０ｂとから形成されている。前記基板本体２０ａは、その中央に扁平な中央押しボタンスイッチ２１を配置してあるとともに、前記中央押しボタンスイッチ２１を間にして対向する位置に４個の扁平な押しボタンスイッチ２２〜２５を配置してある。また、基板本体２０ａは、前記中央押しボタンスイッチ２１を間にして対向する位置に治具孔２６ａ，２６ｂをそれぞれ設けてある。

なお、前記押しボタンスイッチ２１〜２５を実装したプリント基板２０は、治具孔２６ａ，２６ｂを除き、その表裏面全体が図示しない樹脂フィルムカバーで被覆され、絶縁性を高めてある。ただし、説明の便宜上、図１ないし図５には前記樹脂フィルムカバーは図示されていない。

押しボタン３０は、図４および図５に示すように、後述する操作ダイヤル７０の操作孔７１に挿入可能な外周形状を有し、その外周下端縁部に抜け止め用環状リブ３１を一体成形してある。また、前記押しボタン３０は、前記環状リブ３１の外周面に、後述する操作ダイヤル７０の切り欠き部７８，７８に係合する一対の係合用突起３２，３２（図５）を形成してある。これにより、押しボタン３０は操作ダイヤル７０と一体に回動することになる。さらに、前記押しボタン３０は、その底面中央に押圧用突起３３を突設してある。そして、前記押しボタン３０は、図３に示すように、その内部に円板状マグネット３４をインサート成形してある。前記円板状マグネット３４は図６Ａまたは図６Ｂに示すように、放射状に偶数個に等分割した磁極を有している。そして、前記円板状マグネット３４が回動することにより、前記磁界検出素子９に埋設した磁束センサ９ａ〜９ｄが磁束の通過を検知し、回動方向および回動量を検出する。

固定リング４０は、その位置決め孔４１を後述する操作ダイヤル７０の下面に設けた位置決め突起７５（図５）にそれぞれ嵌合し、そのカシメ孔４２に前記操作ダイヤル７０のカシメ用突起７６をカシメ固定することにより、後述する操作具５０に操作ダイヤル７０を回動可能に抜け止めするためのものである。

操作具５０は、平面略円形の金属リング５１に略環状の樹脂製台座部５８を一体成形したものである。前記金属リング５１は、その対向する外周縁部に方形孔５２ａを備えた一対の弾性係合部５２を延在するとともに、長孔５３ａを備えた一対の弾性係合部５３を形成してある。そして、前記金属リング５１の裏面のうち、前記押しボタンスイッチ２２〜２５と対応する位置に、前記台座部５８から樹脂製の押圧用突起５９ａ〜５９ｄが突設している。前記台座部５８の内径は前記固定リング４０の外径よりも小さく形成してある。さらに、金属リング５１の内径は前記固定リング４０の外径よりも大きく形成してある。なお、図３Ａ，３Ｂに示すように、台座部５８の内周面は、後述する操作ダイヤル７０の環状段部７７の外周面と接し、操作ダイヤル７０の回動時に摺動することになるが、台座部５８が樹脂製であるため摺動性に優れている。

このように、操作具５０を金属部分と樹脂部分とを一体に構成することで、薄型化しても、金属部分で剛性が確保できるとともに、樹脂部分で摺動性が確保できる。すなわち、操作具５０は、回動体保持部品としての剛性と摺動性とを両立できる。
なお、金属リング５１と台座部５８との一体化の方法としては、一体成形でもよいし、接着や嵌め込みなどの方法でもよい。

また、図５に示すように、押圧用突起５９ａ〜５９ｄの外側縁部は、金属リング５１の隣り合う弾性係合部５２と弾性係合部５３との間に位置し、金属部分の張り出しが無い。これは、操作ダイヤル７０の押し下げにより、操作具５０が傾いた際に、張り出しが接触して押圧用突起５９ａ〜５９ｄが押しボタンスイッチ２２〜２５を押せなくなることを防ぐためである。

なお、押圧用突起５９ａ〜５９ｄは台座部５８と一体に成形した樹脂製であってもよいし、台座部５８とは別の材質すなわち樹脂以外の材質であってもよい。また、押圧用突起５９ａ〜５９ｄは上述のように台座部５８の方に設けてもよいし、金属リング５１の方に設けてもよい。

摺動シート６０は、前記操作具５０の台座部５８の上面を被覆可能な同心円形状であり、所定の摩擦係数を有する樹脂材で形成されている。

操作ダイヤル７０は、その中心に押しボタン３０を嵌合する操作孔７１を設け、その上面周辺に滑り止め用突起７２を放射状に均等のピッチで設けてあるとともに、外周縁部に抜け止め用環状リブ７３を設けてある。この抜け止め用環状リブ７３は、携帯電話機等の電子機器の筐体からの抜け止めに使用される。また、図５に示すように、操作ダイヤル７０は、その下面に環状溝７４を同心円状に設けてある。さらに、前記操作孔７１の下面開口縁部近傍に設けた環状段部７７に、前記固定リング４０を位置決めするための位置決め突起７５、および、カシメ固定するためのカシメ用突起７６を同心円状に突設してある。そして、前記環状段部７７の内周縁部には前記押しボタン３０を一体に係合するために、前述の係合突起３２，３２と対応する切り欠き部７８，７８が設けられている。これら相互の係合により、操作ダイヤル７０を回転させると、押しボタン３０も一緒に連れ回りすることになる。なお、操作ダイヤル７０は、必ずしも円形である必要はなく、回動可能であれば、例えば、正八角形であってもよい。

次に、前述の構成部品の組立工程について説明する。
まず、プリント基板５の裏面に磁界検出素子９を実装して電気接続する。一方、図示しない一対の細針状治具に前記金属ベース１０の治具孔１１ａ，１１ｂをそれぞれ挿入して位置決めする。そして、押しボタンスイッチ２１〜２５を所定の位置に実装したプリント基板２０の表裏面を、治具孔２６ａ，２６ｂを除き、図示しない樹脂フィルムカバーで被覆する。さらに、前記細針状治具に前記プリント基板２０の治具孔２６ａ，２６ｂをそれぞれ挿入して位置決めし、前記金属ベース１０に前記プリント基板２０を貼着一体化する。

次に、操作ダイヤル７０の環状溝７４の底面に摺動シート６０を配置する。そして、前記操作ダイヤル７０の環状溝７４の底面と操作具５０の台座部５８とで摺動シート６０を挟持するように嵌合する。ついで、前記操作ダイヤル７０の位置決め突起７５に固定リング４０の位置決め孔４１を嵌合して位置決めし、前記カシメ用突起７６に前記固定リング４０のカシメ孔４２を挿入してカシメる。これによって、操作ダイヤル７０と固定リング４０との間に操作具５０および摺動シート６０が挟持されるとともに、前記操作具５０に摺動シート６０を介して操作ダイヤル７０が回動自在に支持される。

ついで、前記プリント基板２０の押しボタンスイッチ２１の上方に押しボタン３０を位置決めするとともに、前記押しボタン３０の係合突起３２，３２を前記操作ダイヤル７０の切り欠き部７８，７８にそれぞれ係合する。さらに、前記金属ベース１０の弾性係合受け部１２，１２および弾性係合受け部１３，１３に、前記操作具５０の弾性係合部５２，５２および弾性係合部５３，５３をそれぞれ係合することにより、組立作業が完了する。

本実施形態によれば、操作具５０それ自体はベース１０に回動しないように固定されている。そして、操作ダイヤル７０を押し下げることにより、操作具５０の押圧用突起５９ａ〜５９ｄが押しボタンスイッチ２２〜２５をそれぞれ押し下げ、押下操作機能を分担する。一方、操作具５０の上面に回動自在に組み付けられた操作ダイヤル７０が回動することにより、回動操作機能を分担する。

また、本実施形態によれば、ベース１０の弾性係合受け部１２，１３に操作具５０の弾性係合部５２，５３がそれぞれ係合しているので、水平方向のガタツキを防止できる。また、前記操作具５０は押しボタンスイッチ２２〜２５のバネ力で上方に付勢されているので、上下方向におけるガタツキが生じない。さらに、操作ダイヤル７０と前記摺動シート６０との間に生じる摩擦力により、前記操作ダイヤル７０が慣性力で回り過ぎることを抑制でき、誤操作が生じにくいという利点がある。

さらに、磁界検出素子９が、プリント基板２０より下方に位置するプリント基板５の下面に実装されているので、携帯電話機のハウジング内のデッドスペースを有効利用できる。このため、磁界検出素子９を実装するためのスペースをプリント基板５の上面側に必要としないので、プリント基板５上の操作入力装置２をより一層薄型化できる。また、１個の磁界検出素子９をプリント基板５に装着するだけでよいので、組立工数が少なくなり、生産性が向上する。そして、マグネット３４は環状でなく、単なる円板状であるので、生産が容易であるという利点がある。

次に、前述の構成からなる操作入力装置２を組み込んだ携帯電話機１の操作方法について説明する。
携帯電話機１に組み込んだ操作ダイヤル７０を回動することにより、これと一体に押しボタン３０が回動する。このため、前記押しボタン３０内にインサート成形したマグネット３４が回動することにより、磁界検出素子９が磁束の変化を検知し、これに基づいて回動方向および回動量を検出する。

そして、その検出結果が図示しない制御回路を介してモニター３の画面表示にスクロールバー（図示せず）の移動として反映される。ついで、所望の位置にスクロールバーが到達した場合に、押しボタン３０を押すと、押圧用突起３３が中央押しボタンスイッチ２１を操作し、選択指令を出力する。

また、操作ダイヤル７０の周辺部、例えば、図３Ｂに示すように、押圧用突起５９ｂを押し下げることにより、前記押圧用突起５９ｂの直下に位置する押しボタンスイッチ２３の反転バネを反転させて導通させてもよい。
なお、前述の実施形態では、押しボタン３０と操作ダイヤル７０とを一体に回動させるために、係合用突起３２，３２と切り欠き部７８，７８とを用いたが、前述の例に限らない。例えば、押しボタン３０と、操作ダイヤル７０の操作孔７１とを相互に対応する多角形にすることにより、押しボタン３０と操作ダイヤル７０とが連れ回りするようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、磁界検出素子９をプリント基板５の下面に実装したが、前述の例に限らず、スペースに余裕がある場合は、磁界検出素子９をプリント基板５の上面に実装してもよい。

なお、プリント基板２０の上面と操作具５０の下面との間に弾性パッドを配置し、操作具５０を上方側に付勢することにより、ガタツキを防止してもよい。

また、前記押しボタン３０は操作ダイヤル７０と別体ではなく、一体に形成しておいてもよい。

本発明にかかる操作入力装置は携帯電話機に限らず、他のモバイル機器やその他の電子機器に適用してもよいことは勿論である。

１：携帯電話機
２：操作入力装置
１０：金属ベース
１１ａ，１１ｂ：治具孔
１２，１３：弾性係合受け部
１４，１５：固定用舌片
１４ａ，１５ａ：固定孔
１６，１７：位置決め舌片
１６ａ，１７ａ：位置決め孔

２０：プリント基板
２１〜２５：押しボタンスイッチ
２６ａ，２６ｂ：治具孔

３０：押しボタン
３１：抜け止め用環状リブ
３２：係合用突起
３３：押圧用突起
３４：円板状マグネット

４０：固定リング
４１：位置決め孔
４２：カシメ孔

５０：操作具
５１：金属リング
５２，５３：弾性係合部
５２ａ：方形孔
５３ａ：長孔
５８：台座部
５９ａ〜５９ｄ：押圧用突起

６０：摺動シート

７０：操作ダイヤル
７１：操作孔
７２：滑り止め用突起
７３：環状リブ
７４：環状溝
７５：位置決め突起
７６：カシメ用突起
７７：環状段部
７８：切り欠き部

Claims

上面に少なくとも１個の押しボタンスイッチを実装したプリント基板と、中央部に環状台座部を一体成形し、かつ、前記プリント基板に実装された操作具と、前記操作具の環状台座部に載置され、かつ、前記プリント基板より上方で前記環状台座部の回動軸心を中心として回動可能に支持された操作ダイヤルと、前記操作ダイヤルの中央で一体に回動し、かつ、独立して上下動可能な押しボタンと、前記押しボタンに備えられ、前記回動軸心と同一軸心上に配置した放射状に等分割した少なくとも１対の磁極を有する板状マグネットと、前記回動軸心を中心として複数の磁界検出センサを均等に配置するように前記押しボタンより下方に備えられた磁界検出素子と、からなり、
前記操作ダイヤルを回動することにより、前記板状マグネットの磁束を検知する前記磁界検出素子で回動方向，回動量を検出する一方、前記押しボタンを押圧することにより、前記押しボタンスイッチを操作することを特徴とする操作入力装置。
前記磁界検出素子を前記プリント基板より下方に備えたことを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
請求項１または２に記載の操作入力装置を、外部から操作できるように操作ダイヤルを露出させて取り付けたことを特徴とする電子機器。