JP5434542B2

JP5434542B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP5434542B2
Application number: JP2009277284A
Authority: JP
Inventors: 保山本; 宜敬葉山; 浩人井上; 憲治片岡; 健司西村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: US20110134025A1; JP2011118796A; KR20110065370A; CN102087554A; KR101154752B1

Description

本発明は、主に各種電子機器の操作に用いられる入力装置に関するものである。

近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器の高機能化や小型化が進むに伴い、これらの操作に用いられる入力装置にも、小型薄型化が図れ、確実な操作を行えるものが求められている。

このような従来の入力装置について、図９を用いて説明する。

図９は従来の入力装置の断面図であり、同図において、１１は球状で直径５〜１０ｍｍ前後の絶縁樹脂製の操作体、１２は略円盤状でフェライト等の磁石で、複数の磁石１２が所定間隔で操作体１１外周に埋設されている。

また、１３は金属薄板製の上ケース、１４は同じく下ケースで、上ケース１３と下ケース１４内に操作体１１が回転可能に収納されると共に、操作体１１上部が上ケース１３上面の開口孔から突出している。

さらに、１５は上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板で、この配線基板１５上面にはホール素子等の複数の磁気検出素子１６が、例えば４個の磁気検出素子１６が前後左右に実装され、操作体１１と所定の間隙を空けて対向配置されて、入力装置が構成されている。

そして、このように構成された入力装置が、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器の操作部（図示せず）に、操作体１１上部を突出させて装着されると共に、複数の磁気検出素子１６が配線パターンやリード線（図示せず）等を介して、機器の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、例えば機器の液晶表示素子等の表示手段（図示せず）に、氏名や曲名等の複数のメニューやカーソル（図示せず）等が表示された状態で、操作体１１上部を指で前後左右方向へ回転操作すると、操作体１１外周に埋設された複数の磁石１２も回転し、例えば、左方向へ回転した場合には、先ず磁石１２Ａが磁気検出素子１６に近づき、次に磁石１２Ｂが磁気検出素子１６に近づく。

そして、複数の磁気検出素子１６がこの交互に接近し離れる複数の磁石１２の磁気を検出して、所定時間ずれた位相差のある電圧信号を機器の電子回路に出力し、機器の電子回路がこれらの電圧信号から、操作体１１の回転方向と回転角度を検出し、機器の表示手段に表示されたメニュー上のカーソル等を、例えば、左方向へ回転角度分だけ移動させる。

なお、操作体１１を右方向や前後方向、あるいはこれらとは中間の斜め方向へ回転操作した場合も、同様に、複数の磁気検出素子１６から電圧信号が出力され、電子回路が操作体１１の回転方向と回転角度を検出して、カーソル等が右方向や上下方向、あるいは斜め方向へ移動する。

つまり、機器の表示手段を見ながら、操作体１１を所定方向へ回転操作することによって、表示手段に表示されたカーソル等を所定方向へ移動させて、容易にメニューの選択等を行えるように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００９−１２３１９８号公報

しかしながら、上記従来の入力装置においては、指で操作し易いように直径が５〜１０ｍｍ前後と比較的大きな形状の、球状の操作体１１を上ケース１３と下ケース１４内に収納し、この操作体１１を回転操作して回転方向と回転角度の検出を行っているため、装置としてある程度の高さ寸法が必要となり、全体の薄型化を図ることが困難であるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、薄型化が図れ、確実な操作が可能な入力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で形成され、その中心位置に回転軸が設けられた略円柱状または略球状の複数の磁石と、上記各磁石の回転軸が装着されることによって上記磁石毎に回転可能な方向を一つに規制するケースと、上記各磁石に所定の間隙を空けて対向配置された複数の磁気検出素子とを有し、上記複数の磁石が３〜５ｍｍ前後の間隔で配され、かつ上記複数の磁石のうちの少なくとも二つの磁石の上記回転可能な方向が互いに異なることを特徴とする入力装置としたものであり、直径２〜３ｍｍ前後の小さな複数の磁石を回転操作し、回転方向と回転角度の検出を行うことで、例えば指の操作方向と操作量の検出が行えるため、装置全体を低い寸法に形成でき、薄型化が図れると共に、確実な操作が可能な入力装置を得ることができるという作用を有するものである。

以上のように本発明によれば、薄型化が図れ、確実な操作が可能な入力装置を実現することができるという有利な効果が得られる。

本発明の一実施の形態による入力装置の断面図同分解斜視図同部分側面図同斜視図同平面図同他の実施の形態による部分側面図同平面図同平面図従来の入力装置の断面図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図８を用いて説明する。

なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による入力装置の断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１はＡＢＳ等の絶縁樹脂製の上ケース、２はポリアセタール等の絶縁樹脂製の下ケースで、下ケース２には複数の、例えば楕円形状の四つの開口部２Ａと、これに連結された半円柱状の一対の保持部２Ｂが形成されると共に、上ケース１には開口部２Ａよりやや小さな楕円形状の四つの開口部１Ａが設けられている。

また、３Ａ〜３Ｄは略楕円球状で直径２〜３ｍｍ前後のフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、図３の部分側面図に示すように、磁性の異なるＮ極とＳ極が所定の角度間隔で、例えば６０度間隔で隣接して形成されると共に、中心には円柱状に突出した一対の回転軸４が設けられている。

そして、この複数の、例えば四つの磁石３Ａ〜３Ｄが、下ケース２の保持部２Ｂに回転軸４が挿入されて開口部２Ａ内に、例えば図４の斜視図に示すように、磁石３Ａとこれに対向した磁石３Ｂが左右方向に、磁石３Ｃと３Ｄが磁石３Ａや３Ｂとは直交方向の前後方向に、各々回転可能に装着されている。

さらに、５は略板状でアモルファスコバルトや鉄、パーマロイ、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の磁性体で、四つの磁性体５が磁石３Ａ〜３Ｄ側方の下ケース２上面に各々装着されると共に、この下ケース２上面を上ケース１が覆い、上ケース１の開口部１Ａから磁石３Ａや３Ｂ等の上部が突出している。

なお、これら四つの開口部１Ａや２Ａ、磁石３Ａ〜３Ｄの間隔は、一本の指で四つの磁石３Ａ〜３Ｄに同時に触れることが可能なように、各々３〜５ｍｍ前後の間隔で、指の幅以下の４〜１０ｍｍ前後の寸法内に形成されている。

また、６は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、磁石３Ａ〜３Ｄ下方の配線基板６上面には、垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の、四つの磁気検出素子７が実装装着されている。

なお、この磁気検出素子７は、図３に示すように、垂直方向の磁気を検出する磁気検出素子７Ａと、これとは直交方向の水平方向の磁気を検出する磁気検出素子７Ｂが、一対となって形成されている。

さらに、８はプッシュスイッチ等のスイッチ接点、９はポリエチレンテレフタレート等のフィルム状のカバーシートで、スイッチ接点８が四つの磁気検出素子７中央の配線基板６上面に実装装着されると共に、この配線基板６上面をカバーシート９が覆い、スイッチ接点８から上方へ突出した押釦部８Ａには、カバーシート９下面に印刷等によって形成された凸部９Ａが当接して、入力装置が構成されている。

なお、このような入力装置を製作するには、先ず、磁石３Ａ〜３Ｄ中央の貫通孔に回転軸４を挿入固着した後、着磁してＮ極とＳ極を所定の角度間隔で隣接形成し、これらを上ケース１と下ケース２内に回転可能に装着収納して、入力ユニットを作製する。

そして、配線基板６上面にスイッチ接点８や磁気検出素子７を実装装着した後、配線基板６上面をカバーシート９で覆い、この上方に上記の入力ユニットを上下動可能に配置して入力装置が完成する。

つまり、本発明においては、直径２〜３ｍｍ前後の小さな四つの磁石３Ａ〜３Ｄが、指の幅以下の寸法となるように、上ケース１と下ケース２内に回転可能に装着収納されて入力装置が構成されており、配線基板６やスイッチ接点８等を合わせたとしても、装置全体の高さを３〜５ｍｍ前後の低い寸法に形成することが可能な、大幅な薄型化が図れる構成となっている。

そして、このように構成された入力装置が、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器の操作部（図示せず）に、磁石３Ａ〜３Ｄ上部を突出させて上下動可能に装着されると共に、スイッチ接点８や複数の磁気検出素子７が配線パターンやリード線（図示せず）等を介して、機器の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。

以上の構成において、例えば機器の液晶表示素子等の表示手段（図示せず）に、氏名や曲名等の複数のメニューやカーソル（図示せず）等が表示された状態で、一本の指で四つの磁石３Ａ〜３Ｄに同時に触れ、例えば図５（ａ）の平面図に示すように、指を左右方向へ動かすと、これと直交方向の前後方向に回転可能な磁石３Ｃや３Ｄは回転しないが、左右方向に回転可能な磁石３Ａと３Ｂが回転軸４を中心として回転する。

そして、例えば図３に示すように、磁石３Ａ下方の磁気検出素子７が、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で隣接形成され、回転によってＮ極とＳ極が交互に変化する磁石３Ａの磁気を検出するが、この時、磁気検出素子７Ａは垂直方向の磁気を、これと一対の磁気検出素子７Ｂは水平方向の磁気を各々検出する。

したがって、磁気検出素子７Ａから出力される電圧信号と、磁気検出素子７Ｂから出力される電圧信号は、所定時間ずれた位相差のあるものとなって、これらが磁気検出素子７から機器の電子回路に出力される。

また、同時に磁石３Ｂ下方の磁気検出素子７からも、同様に位相差のある電圧信号が出力され、機器の電子回路がこれらの電圧信号から、磁石３Ａと３Ｂの回転方向と回転角度を検出し、機器の表示手段に表示されたメニュー上のカーソル等を、例えば左右方向へ回転角度分だけ移動させる。

なお、図５（ｂ）に示すように、指を前後方向へ動かすと、この場合には左右方向に回転可能な磁石３Ａや３Ｂは回転せず、前後方向に回転可能な磁石３Ｃと３Ｄが回転し、これらの下方の磁気検出素子７から、上記と同様の位相差のある電圧信号が電子回路に出力され、これによって指の前後方向への移動を電子回路が検出し、表示手段のカーソル等を例えば上下方向へ移動させる。

さらに、指を上記した左右方向と前後方向の中間の斜め方向へ動かした場合には、磁石３Ａと３Ｂ及び磁石３Ｃと３Ｄも回転し、これらの下方の磁気検出素子７から各々位相差のある電圧信号が出力されるため、これによって指の斜め方向への移動を電子回路が検出し、表示手段のカーソル等を斜め方向へ移動させる。

また、カーソル等が所望のメニュー上に位置した状態で、磁石３Ａ〜３Ｄを押圧操作すると、上ケース１と下ケース２が下方へ移動してカバーシート９が撓み、この下面の凸部９Ａが押釦部８Ａを押圧して、スイッチ接点８の電気的接離が行われ、これを機器の電子回路が検出して、例えば、メニューの確定や次メニューの表示等が行われる。

なお、磁石３Ａ〜３Ｄへの押圧力を解除すると、スイッチ接点８の弾性復帰力によって押釦部８Ａが凸部９Ａを押圧し、上ケース１と下ケース２が上方へ移動して、元の状態に復帰する。

つまり、機器の表示手段を見ながら、四つの磁石３Ａ〜３Ｄに触れた指を左右方向や前後方向、あるいはこれらとは中間の斜め方向へ動かすことで、表示手段に表示されたカーソル等を所定方向へ移動させて、メニューの選択等を行うと共に、磁石３Ａ〜３Ｄを押圧操作することによって、メニューの確定や次メニューの表示等を容易に行えるように構成されている。

そして、この時、指の動きによって四つの磁石３Ａ〜３Ｄを回転させると共に、これらの各々の回転を垂直方向と水平方向の磁気を検出する、一対の磁気検出素子７Ａと７Ｂで検出し、位相差のある電圧信号から指の移動を検出しているため、高精度な検出が行え、確実な操作が可能なようになっている。

さらに、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で形成された、直径２〜３ｍｍ前後の小さな複数の磁石を回転操作することで、回転方向と回転角度の検出を行っているため、上述したように、入力装置を低い寸法に形成でき、大幅な薄型化が図れるように構成されている。

また、カバーシート９を設け、スイッチ接点８や磁気検出素子７が実装装着された配線基板６上面を、このカバーシート９で覆うことによって、磁石３Ａ〜３Ｄと上ケース１や下ケース２の隙間から、多少の水滴等が浸入した場合でも、これらがスイッチ接点８や磁気検出素子７、配線基板６に付着することを防ぐことができるようになっている。

さらに、磁性体５を設け、四つの磁性体５を磁石３Ａ〜３Ｄの側方に各々配置することで、小さな寸法の中で、四つの磁石３Ａ〜３Ｄの互いの磁力が影響し合うことを防ぐと共に、磁石３Ａ〜３Ｄの回転時に、クリック感のある良好な操作感触を得ることが可能なように形成されている。

また、上述した四つの磁性体５の構成以外に、磁石３Ａ〜３Ｄの中央に一つの磁性体５を設け、これによって互いの磁力が影響し合うことを防ぐようにした構成や、磁性体５を略リング状に連結した構成、あるいは、クリック感触用と磁力防止用の磁性体５を別々に設けたものや、これらの形状を異なるものに形成した構成としてもよい。

なお、以上の説明では、垂直方向の磁気を検出する磁気検出素子７Ａと、水平方向の磁気を検出する磁気検出素子７Ｂが一対となった磁気検出素子７を、磁石３Ａ等の下方に配置した構成について説明したが、図６の部分側面図に示すように、垂直方向の磁気を検出する磁気検出素子７Ａと７Ｃが並列に配置された磁気検出素子７を用い、これらの位置の違いによる時間のずれから位相差のある電圧信号を得、これによって磁石３Ａ等の回転方向と回転角度の検出を行う構成としても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、上ケース１と下ケース２内に磁石３Ａと３Ｂを左右方向に、磁石３Ｃと３Ｄを前後方向に、各々直交する方向に回転可能に装着した構成について説明したが、図７の平面図に示すように、磁石３Ａを左右方向に、磁石３Ｂを前後方向に各々回転可能に装着し、磁石３Ｃや３Ｄはこれらに対し傾いた、例えば４５度前後傾いた斜め方向に、各々回転可能に装着した構成としてもよい。

さらに、操作する方向が少ない場合には、四つの磁石３Ａ〜３Ｄではなく、図８（ａ）の平面図に示すように、二つの磁石３Ａと３Ｂを同じ方向に回転可能に装着したものや、図８（ｂ）に示すように、これらを直交する方向に回転可能に装着したもの、あるいは八つの磁石を様々な方向に回転可能に装着して、様々な操作方向を検出する構成としても、本発明の実施は可能である。

また、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で、例えば６０度間隔で三つずつ隣接して形成された磁石３Ａ等を用いた構成について説明したが、やや検出精度は劣るが、Ｎ極とＳ極が１８０度間隔で一つずつ形成されたものや、あるいは４５度間隔で四つずつ形成されたものを用いて、検出精度をより高めた構成としてもよい。

さらに、磁石３Ａの形状も上述した略楕円球状のほか、略円柱状や略球状等、ある程度の円みを有し回転操作の行い易いものであれば、様々な形状において本発明の実施は可能である。

このように本実施の形態によれば、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で形成された略円柱状または略球状の複数の磁石３Ａ〜３Ｄを、上ケース１と下ケース２内に回転可能に装着すると共に、この磁石３Ａ〜３Ｄに複数の磁気検出素子７Ａと７Ｂを所定の間隙を空けて対向配置することによって、直径２〜３ｍｍ前後の小さな複数の磁石３Ａ〜３Ｄを指で回転操作し、これらの回転方向と回転角度から指の操作方向と操作量の検出が行えるため、装置全体を低い寸法に形成でき、大幅な薄型化が図れると共に、確実な操作が可能な入力装置を得ることができるものである。

なお、以上の説明では、配線基板６上面にプッシュスイッチを実装して、スイッチ接点８を形成した構成について説明したが、配線基板６上面にカーボン等によって複数の固定接点を設け、この上に略ドーム状で導電金属薄板製の可動接点を載置したものや、あるいは、固定接点上方に下面に可動接点が形成されたゴム等の押釦を対向させたもの等、様々なスイッチ接点を用いた構成としても、本発明の実施は可能である。

本発明による入力装置は、薄型化が図れ、確実な操作が可能なものを実現することができるという有利な効果を有し、主に各種電子機器の操作用として有用である。

１上ケース
１Ａ、２Ａ開口部
２下ケース
２Ｂ保持部
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ磁石
４回転軸
５磁性体
６配線基板
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ磁気検出素子
８スイッチ接点
８Ａ押釦部
９カバーシート
９Ａ凸部

Claims

Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で形成され、その中心位置に回転軸が設けられた略円柱状または略球状の複数の磁石と、上記各磁石の回転軸が装着されることによって上記磁石毎に回転可能な方向を一つに規制するケースと、上記各磁石に所定の間隙を空けて対向配置された複数の磁気検出素子とを有し、
上記複数の磁石が３〜５ｍｍ前後の間隔で配され、かつ上記複数の磁石のうちの少なくとも二つの磁石の上記回転可能な方向が互いに異なることを特徴とする入力装置。
四つの磁石を用いて、上記四つの磁石を上記各磁石の回転軸が矩形状をなす配置状態になるように配した請求項１記載の入力装置。