(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースに回転可能に装着されたボールと、このボール内に配設された磁性体と、上記ボールの下方部分を収容して取り囲むように配置された略円筒状の磁石と、上記ボールと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、上面に上記略円筒状の磁石と上記複数の磁気検出素子を配置した配線基板と、上記配線基板の下面に設けられたヨークからなり、上記磁性体を中核部から複数の突起部を外周に向けて放射状に突出させて形成され、上記円筒状の磁石から、上記磁性体と上記ヨークを通って上記略円筒状の磁石に戻る磁気ループが構成される入力装置。
【請求項２】
複数の磁気検出素子を所定間隔で並列に配置した請求項１記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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、良好な操作感触で確実な操作を行えるものが求められている。
【０００３】
このような従来の入力装置について、図６を用いて説明する。
【０００４】
図６は従来の入力装置の部分正面図であり、同図において、１は絶縁樹脂製のボール、２Ａと２Ｂは円柱状で絶縁樹脂製のローラで、ボール１が絶縁樹脂製のケース（図示せず）に回転可能に装着されると共に、一対のローラ２Ａと２Ｂがボール１外周の直交方向に当接している。
【０００５】
また、３Ａと３ＢはＳ極とＮ極が所定の角度ピッチで交互に着磁されたリング磁石で、複数のリング磁石３Ａと３Ｂが一対のローラ２Ａと２Ｂの端部に、各々固着されている。
【０００６】
さらに、４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、ボール１の下方に配置されると共に、この上面に実装されたホール素子等の複数の磁気検出素子５Ａと５Ｂが、一対のローラ２Ａと２Ｂ端部のリング磁石３Ａと３Ｂ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。
【０００７】
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、ボール１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５Ａと５Ｂが配線パターン等を介して、機器の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。
【０００８】
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）が表示された状態で、ボール１上部を指で左右方向へ回転操作すると、これに当接したローラ２Ａが回転し、端部のリング磁石３Ａも回転して、リング磁石３Ａの磁気が変化し、これを対向した磁気検出素子５Ａが検出して、所定のパルス信号が磁気検出素子５Ａから機器の電子回路に出力される。
【０００９】
そして、機器の電子回路がこのパルス信号から、ボール１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、例えば左右方向へ移動させる。
【００１０】
また、ボール１を上記とは直交方向の前後方向へ回転操作した場合には、ローラ２Ｂが回転して、リング磁石３Ｂの磁気が変化し、これを対向した磁気検出素子５Ｂが検出して、パルス信号が機器の電子回路に出力され、カーソル等が例えば上下方向へ移動する。
【００１１】
さらに、ボール１を上記以外の斜め方向に回転操作した場合には、ローラ２Ａも２Ｂも回転して、リング磁石３Ａと３Ｂの磁気が変化し、これを磁気検出素子５Ａと５Ｂが検出して、二つのパルス信号が機器の電子回路に出力され、カーソル等が例えば右上方向や左下方向へ移動する。
【００１２】
つまり、機器の表示手段を見ながら、ボール１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、氏名や曲名等の複数のメニューの選択が行えるように構成されているものであった。
【００１３】
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。
【特許文献１】特開２００７−２６０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の入力装置においては、ボール１を回転操作することによって、これに直交方向に当接した一対のローラ２Ａと２Ｂが回転する構成となっているため、長期間使用しているうちに、塵埃や汚れ等がボール１に付着し、これらがボール１とローラ２Ａや２Ｂの当接部に溜まると、ボール１の回転操作に引掛り感や擦れ感が生じ、良好な操作感触が得づらくなってしまうという課題があった。
【００１５】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、良好な操作感触が得られる入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１７】
本発明の請求項１に記載の発明は、ケースに回転可能に装着されたボールと、このボール内に配設された磁性体と、上記ボールの下方部分を収容して取り囲むように配置された略円筒状の磁石と、上記ボールと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、上面に上記略円筒状の磁石と上記複数の磁気検出素子を配置した配線基板と、上記配線基板の下面に設けられたヨークからなり、上記磁性体を中核部から複数の突起部を外周に向けて放射状に突出させて形成され、上記円筒状の磁石から、上記磁性体と上記ヨークを通って上記略円筒状の磁石に戻る磁気ループが構成される入力装置を構成したものであり、ローラ等のボールに当接する部品がないため、その当接箇所への塵埃の噛み込みなどが防止されて、長期間使用した場合にも、塵埃や汚れ等によりボール回転が阻害され難いものにできる。このため操作感触が損なわれることがなく、簡易な構成で、良好な感触での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。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数の磁気検出素子を所定間隔で並列に配置したものであり、ボールの回転操作によって、複数の磁気検出素子から位相差のある二つの検出信号が出力されるため、ボールの回転方向と回転角度の検出を確実に行うことができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、簡易な構成で、良好な操作感触の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００２１】
（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は同部分斜視図であり、同図において、１１はＡＢＳやポリカーボネート、ウレタン等の絶縁樹脂製のボールで、このボール１１内には磁性体１２が配設されている。磁性体１２の形状としては、略球状の中核部１３から略円柱状の複数の、例えば２４個の突起部１４が外周に向けて放射状に突出して構成されたものとなっている。なお、磁性体１２の材質は、パーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等からなる素材が好ましいが、特に限定はされない。
【００２２】
また、１５は略箱状でポリスチレンやＡＢＳ等の絶縁樹脂製の上ケース、１６は同じく下ケースで、これらの中央部には内周が逆方向に傾斜した開口孔が各々設けられると共に、この開口孔内にボール１１が上部を上ケース１５上面から突出させて、回転可能に装着されている。
【００２３】
そして、１７は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、ボール１１下方の配線基板１７上面には、略円筒状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石１８が、Ｎ極を上方向、Ｓ極を下方向にして載置されている。ボール１１の下方部分は、磁石１８内に収容されて周囲は磁石１８で取り囲まれている。なお、磁石１８は、Ｎ極とＳ極とを上下逆に載置してもよい。
【００２４】
さらに、磁石１８内の配線基板１７上面位置には、複数の磁気検出素子１９が実装され、この複数の磁気検出素子１９がボール１１と所定の間隙を空けて対向配置されている。磁気検出素子１９としては、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子や、垂直方向の磁気を検出するホール素子等を用いることができる。
【００２５】
また、この複数の磁気検出素子１９は、図２に示すように、磁気検出素子１９Ａと１９Ｂが左右方向に、磁気検出素子１９Ｃと１９Ｄが前後方向に、各々所定間隔で並列に配置されると共に、配線基板１７下面には鋼板等のヨーク２０が設けられ、これらの上面を下ケース１６が覆って、入力装置が構成されている。なお、上記ヨーク２０は、例えば磁石１８のＮ極からの磁気が、ボール１１内の磁性体１２、ヨーク２０の順で磁石１８のＳ極に戻る磁気ループが構成されるように配したものである。
【００２６】
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、ボール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１９が配線パターン等を介して、機器の電子回路（図示せず）に電気的に接続される。
【００２７】
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）が表示された状態で、ボール１１上部を指で左右方向、例えば図３（ａ）の部分正面図に示すように、右方向へ回転操作すると、ボール１１内に配設された磁性体１２の突起部１４Ａが磁気検出素子１９Ａに近づく。
【００２８】
そして、図３（ｂ）に示すように、突起部１４Ａが磁気検出素子１９Ａに最接近した状態では、ボール１１の下方部分を収容して取り囲むように配置された略円筒状の磁石１８からのＮ極の磁気を、例えば磁石１８に最も近い突起部１４Ｂと１４Ｃとから中核部１３，突起部１４Ａを介して磁気検出素子１９Ａが検出する。このとき、ボール１１の下方部分を磁石１８内に収容して取り囲むようにしておくと、Ｎ極をボール１１に近接させて配置し易くなる上、磁石１８におけるＮ極とＳ極との間の距離も自然に大きくなるので、上述した磁気ループが安定して得られるものにできて好ましい。
【００２９】
また、このままボール１１の回転操作を続けた場合には、図３（ｃ）に示すように、突起部１４Ａは磁気検出素子１９Ａから離れ、次に突起部１４Ｂが磁気検出素子１９Ａに近づき、図３（ｄ）に示すように、突起部１４Ｂが磁気検出素子１９Ａに最接近する。
【００３０】
そして、この状態では、磁石１８からのＮ極の磁気を、例えば磁石１８に最も近い突起部１４Ａと１４Ｄとから中核部１３，突起部１４Ｂを介して磁気検出素子１９Ａが検出する。
【００３１】
つまり、ボール１１が図３（ａ）から図３（ｄ）の状態まで回転する間に、磁気検出素子１９Ａは、Ｎ極の磁気を突起部１４Ａが最接近した時に１回検出し、この後、一旦磁気が弱まり、突起部１４Ｂが最接近すると、Ｎ極の磁気をさらに１回検出する。
【００３２】
そして、この結果、磁気検出素子１９Ａからは、図４（ａ）の波形図に示すような、２周期分の検出信号Ｌ１が機器の電子回路に出力される。
【００３３】
また、この時、磁気検出素子１９Ａと並列に配置された磁気検出素子１９Ｂも、同様に磁石１８からのＮ極の磁気を検出するが、磁気検出素子１９Ｂは磁気検出素子１９Ａに対し、所定間隔でややずれた位置に配置されているため、図４（ｂ）に示すように、磁気検出素子１９Ｂから出力される検出信号Ｌ２は、上記検出信号Ｌ１に対し時間Ｔだけずれた、いわゆる位相差のあるものとなる。
【００３４】
なお、ボール１１を上記とは逆に左方向へ回転操作した場合には、上記とは逆に検出信号Ｌ２に対し検出信号Ｌ１が時間Ｔだけずれた、位相差のある二つの検出信号が磁気検出素子１９Ｂと１９Ａから出力される。
【００３５】
そして、機器の電子回路がこの位相差のある二つの検出信号から、検出信号Ｌ１とＬ２のどちらが先に立ち上ったかによってボール１１の回転方向を、その立ち上がった回数によってボール１１の回転角度を各々検出し、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、例えば右あるいは左方向へ移動させる。
【００３６】
また、ボール１１を上記とは直交方向の前後方向へ回転操作した場合には、配線基板１７上面に磁気検出素子１９Ａや１９Ｂとは直交方向の、前後方向に所定間隔で並列に配置された磁気検出素子１９Ｃと１９Ｄが、上記と同様に複数の突起部１４から、磁石１８からの磁気を検出し、位相差のある二つの検出信号が出力されて、カーソル等が例えば上下方向へ移動する。
【００３７】
さらに、ボール１１を上記以外の斜め方向に回転操作した場合には、左右方向の磁気検出素子１９Ａと１９Ｂ、及びこれらとは直交方向の前後方向の磁気検出素子１９Ｃと１９Ｄから、位相差のある二つの検出信号が各々機器の電子回路に出力され、カーソル等が例えば右上方向や左下方向へ移動する。
【００３８】
すなわち、機器の表示手段を見ながら、ボール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、氏名や曲名等の複数のメニューの選択が行えるように構成されているが、本発明の入力装置においては、中核部１３から複数の突起部１４が外周に向けて放射状に突出した磁性体１２がボール１１内に配設され、このボール１１と所定の間隙を空けて対向配置された磁気検出素子１９が、磁性体１２を介して略円筒状の磁石１８の磁気を検出して、ボール１１の回転方向と回転角度を検出するようになっている。
【００３９】
つまり、ボール１１は上ケース１５と下ケース１６の開口孔内に回転可能に装着され、他にローラ等のボール１１に当接する部品はないため、塵埃などの噛み込みなどの防止も図れて、例えば長期間使用しているうちに、塵埃や汚れ等がボール１１に付着し、これらがボール１１と開口孔の隙間から入力装置内に入ったとしても、下ケース１６や配線基板１７上面に付着するだけで、これらによってボール回転が阻害されることもなく、ボール１１の回転操作の感触が損なわれることがないように構成されている。なお、ボール１１が回転する限り、上記操作状態の検出は可能である。
【００４０】
したがって、主な構成部品は磁性体１２が配設されたボール１１と、ボール１１の下方部分を収容して取り囲むように配置された磁石１８と磁気検出素子１９という簡易な構成で入力装置が形成されると共に、長期間使用した場合にも、引掛り感や擦れ感のない、滑らかで良好な操作感触を得ることが可能なようになっている。
【００４１】
また、ボール１１内に配設された磁性体１２は、上述したように磁石１８の磁気を伝えはするが、それ自体は磁気を帯びてはいないため、例えば、屋外で使用した際に砂鉄等がボール１１に付着することはなく、また、入力装置の近傍に磁気カード等を置いた場合にも、これらに影響を及ぼすこともない。
【００４２】
さらに、左右方向の磁気検出素子１９Ａと１９Ｂ、及びこれらとは直交方向の前後方向の磁気検出素子１９Ｃと１９Ｄが各々所定間隔で並列に配置され、これらの磁気検出素子から位相差のある二つの検出信号Ｌ１やＬ２等が出力されることによって、確実なボール１１の回転方向と回転角度の検出を行えるように構成されている。
【００４３】
なお、以上の説明では、ボール１１の左右方向に磁気検出素子１９Ａと１９Ｂを、前後方向に磁気検出素子１９Ｃと１９Ｄを、各々並列に配置した構成について説明したが、図５の部分斜視図に示すように、各々の磁気検出素子の間隔を広げ、左右方向に磁気検出素子１９Ａと１９Ｂを、前後方向に磁気検出素子１９Ｃと１９Ｄを、各々配置した構成としてもよい。
【００４４】
このように本実施の形態によれば、中核部１３から複数の突起部１４が外周に向けて放射状に突出した磁性体１２を、ボール１１内に配設すると共に、このボール１１の下方部分を収容して取り囲むように略円筒状の磁石１８を配置し、さらにその円筒状の磁石１８内のボール１１下方位置に磁気検出素子１９をボール１１に対向させて配置した構成にすることによって、ローラ等のボールに当接する部品がないため、長期間使用した場合にも、塵埃や汚れ等により操作感触などが損なわれることがなく、簡易な構成で、良好な感触での操作が可能な入力装置を得ることができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、ボール１１内に配設された磁性体１２を、略球状の中核部１３から略円柱状の複数の突起部１４が外周に向けて放射状に突出した構成について説明したが、中核部１３を中空とした構成や、あるいは中核部１３に代えて、複数の突起部１４をボール１１の中心方向へ延出させ、中心部で連結した構成等、複数の突起部１４を連結するものであれば、中核部を様々な形状に構成しても、本発明の実施は可能である。
【００４６】
さらに、磁性体１２の複数の突起部１４を略円柱状のものとして説明したが、四角柱や多角柱、あるいは円錐状や角錐状のもの等を用いても、本発明の実施を行うことは可能である。
【００４７】
なお、以上には、ボール１１の下方部分を円筒状の磁石１８内に収容して取り囲んだ構成のものを説明した。この構成であれば、各部材を配設し易くて好ましいが、上述した磁気ループが構成されるならば、円筒状の磁石内に収容されて上記磁石で取り囲まれるボール位置は下方部分に限定されることはない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明による入力装置は、簡易な構成で、良好な操作感触のものを実現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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態による入力装置の断面図
【図２】同部分斜視図
【図３】同部分正面図
【図４】同波形図
【図５】同部分斜視図
【図６】従来の入力装置の部分正面図
【符号の説明】
【００５０】
１１  ボール
１２  磁性体
１３  中核部
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ  突起部
１５  上ケース
１６  下ケース
１７  配線基板
１８  磁石
１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ  磁気検出素子
２０  ヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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