(57)【要約】【課題】安価に製造できると共に長期に亘って高信頼性が維持しやすく、しかも設計自由度の制約が少ない押圧操作型の「入力装置」を提供すること。【解決手段】回路基板１上にＧＭＲ素子が内蔵された磁気センサ２を実装すると共に、回路基板１を被覆する操作パネル３の複数の開口３ａ内にそれぞれ操作キー４を昇降可能に配設し、各操作キー４を復帰ばね６によって上方の初期位置に付勢する。操作キー４は下方へ突出する突起４ｂを有しており、この突起４ｂの下面にマグネット５を固着する。操作キー４の非操作状態において各マグネット５は磁気センサ２の検知エリアＥの上方に位置しており、任意の操作キー４が押圧操作されると、該操作キー４に固着されたマグネット５が検知エリアＥ内に侵入することで、磁気センサ２の出力値に基づいて押圧操作された操作キー４を検出するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的に押圧操作される複数の操作キーと、これら操作キーの押圧操作に伴ってそれぞれ個別に位置変化される複数のマグネットと、外部磁界によって電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果素子を内蔵した磁気センサと、この磁気センサが実装された回路基板とを備え、
前記各マグネットが前記磁気センサから放射状に延びる線上に分散配置されていると共に、これら各マグネットが前記操作キーの非押圧操作時に前記磁気センサの検知エリア外に保持されており、前記各マグネットの任意の１つが前記磁気センサの検知エリア内に侵入することにより、該マグネットの磁界変化に基づいて前記磁気センサが押圧操作された前記操作キーを検出するようにしたことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記マグネットが対応する前記操作キーの下面に一体的に固着されていることを特徴とする入力装置。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記各操作キーが操作パネルにヒンジ部を介して片持ち状に支持されると共に、これら操作キーの非押圧操作時に前記マグネットの下面が前記回路基板の上面に対して傾斜しており、前記操作キーの押圧操作に伴って前記マグネットの下面が前記回路基板の上面に対して略平行な姿勢で前記磁気センサの検知エリア内に侵入するようにしたことを特徴とする入力装置。
【請求項４】
請求項２の記載において、前記磁気センサが前記回路基板の下面側に実装されていると共に、この回路基板に貫通孔が設けられており、前記操作キーの押圧操作に伴って前記マグネットが前記貫通孔を通って前記磁気センサの検知エリア内に侵入するようにしたことを特徴とする入力装置。
【請求項５】
請求項１の記載において、前記各操作キーと前記回路基板との間にそれぞれ駆動体が介設されると共に、これら駆動体に前記マグネットがそれぞれ固着されており、前記操作キーの押圧操作に伴って対応する前記駆動体が前記回路基板の上面と平行な面内を移動することにより、該駆動体に固着された前記マグネットが前記磁気センサの検知エリア内に侵入するようにしたことを特徴とする入力装置。
【請求項６】
請求項１の記載において、前記回路基板上に複数の膨出部を有するラバーシートが搭載されていると共に、前記各膨出部の内底面に前記マグネットがそれぞれ固着されており、前記操作キーの押圧操作に伴って対応する前記膨出部が座屈変形することにより、該膨出部の内底面に固着された前記マグネットが前記磁気センサの検知エリア内に侵入するようにしたことを特徴とする入力装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項の記載において、前記各マグネットが前記磁気センサを中心とする同心円に沿って円弧状に配置されていることを特徴とする入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の操作キーを選択的に押圧操作することによって所望のスイッチング動作が行える押圧操作型の入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、操作パネルに複数の操作キーを分散配置し、各操作キーを選択的に押圧操作することによって所望のスイッチング動作が行えるようにした入力装置が広く知られている。一般的に、この種の入力装置においては、操作パネルに覆われた回路基板上で各操作キーの底面と対向する位置にそれぞれタクトスイッチ等のスイッチ素子が配設されており、選択的に押圧操作された操作キーによって対応するスイッチ素子が駆動されるという構成になっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１−１４６２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら前述した従来の入力装置では、タクトスイッチ等のスイッチ素子を操作キーと同じ数だけ回路基板上に実装しなければならないため、操作キーの数が増えれば増えるほど、部品コストや組立コストが不所望に増大して低価格化が困難になるという問題があった。また、タクトスイッチのように可動接点を固定接点に接離させる構造のスイッチ素子は、長期間使用すると摩耗や酸化などによって導通不良を引き起こす虞があるため、高信頼性が維持しにくいという問題があった。さらに、各スイッチ素子の複数の端子部を全て配線パターンに接続させる必要があるため、操作キーの数が増えたり操作キーどうしの間隔が狭まると、配線パターンのレイアウトが窮屈になってしまい、それゆえ設計自由度が制約されやすいという問題があった。
【０００４】
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、安価に製造できると共に長期に亘って高信頼性が維持しやすく、しかも設計自由度の制約が少ない押圧操作型の入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数の操作キーに連動してマグネットが位置変化するようになすと共に、各マグネットを磁気センサから放射状に延びる線上に分散配置しておき、操作キーの押圧操作に伴ってマグネットの任意の１つが磁気センサの検知エリア内に侵入することにより、該マグネットの水平方向と上下方向の磁力変化に基づいて磁気センサに内蔵されている巨大磁気抵抗効果素子の電気抵抗が変化するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の入力装置によれば、複数の操作キーの１つが選択的に押圧操作されると、該操作キーに連動して位置変化するマグネットが磁気センサの検知エリア内に侵入することで、磁気センサに内蔵されている巨大磁気抵抗効果素子の電気抵抗が位置変化したマグネットの磁界変化に基づいて変化するため、磁気センサの出力値に基づいて押圧操作された操作キーを磁気センサで検出することができる。したがって、タクトスイッチ等のスイッチ素子が一切不要となり、部品コストや組立コストを低減できて入力装置の低価格化が図りやすい。また、可動接点を固定接点に接離させる構造のスイッチ素子を使用していないため、長期間使用しても摩耗や酸化等に起因する導通不良が起こらず、それゆえ長期に亘って高信頼性が維持しやすい。また、各スイッチ素子の複数の端子部に接続させるための配線パターンを形成する必要がなくなり、回路基板に磁気センサを実装するだけで良いため、操作キーの数が増えたり操作キーどうしの間隔が狭まっても、パターンレイアウトが窮屈になる虞はなく、それゆえ設計自由度が制約されにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の入力装置は、選択的に押圧操作される複数の操作キーと、これら操作キーの押圧操作に伴ってそれぞれ個別に位置変化される複数のマグネットと、外部磁界によって電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子と称する）を内蔵した磁気センサと、この磁気センサが実装された回路基板とを備え、前記各マグネットが前記磁気センサから放射状に延びる線上に分散配置されていると共に、これら各マグネットが前記操作キーの非押圧操作時に前記磁気センサの検知エリア外に保持されており、前記各マグネットの任意の１つが前記磁気センサの検知エリア内に侵入することにより、該マグネットの磁界変化に基づいて前記磁気センサが押圧操作された前記操作キーを検出するようにした。
【０００８】
このように構成された入力装置では、複数の操作キーのうちのどれが押圧操作されたのかを１つの磁気センサで検出して所望のスイッチング動作を行わせることができるため、タクトスイッチ等のスイッチ素子が一切不要であり、それゆえ部品コストや組立コストを低減できると共に、長期間使用しても摩耗や酸化等に起因する導通不良が起こらない。また、操作キーの数が増えたり操作キーどうしの間隔が狭まっても、パターンレイアウトが窮屈になる虞はなく、それゆえ設計自由度が制約されにくい。
【０００９】
上記の構成において、マグネットが対応する操作キーの下面に一体的に固着されていると、部品点数を削減できて組立性が良好となる。この場合、各操作キーが操作パネルにヒンジ部を介して片持ち状に支持されると共に、これら操作キーの非押圧操作時にマグネットの下面が回路基板の上面に対して傾斜しており、操作キーの押圧操作に伴ってマグネットの下面が回路基板の上面に対して略平行な姿勢で磁気センサの検知エリア内に侵入するようにしておくと、揺動運動するマグネットの位置変化を磁気センサで正確に検出することができる。あるいは、磁気センサが回路基板の下面側に実装されていると共に、この回路基板に貫通孔が設けられており、操作キーの押圧操作に伴ってマグネットが貫通孔を通って磁気センサの検知エリア内に侵入するようにしても良く、このようにすると、操作キーやマグネットの位置変化量を確保した上で装置全体の低背化を図ることができる。
【００１０】
また、上記の構成において、各操作キーと回路基板との間にそれぞれ駆動体が介設されると共に、これら駆動体にマグネットがそれぞれ固着されており、操作キーの押圧操作に伴って対応する駆動体が回路基板の上面と平行な面内を移動することにより、該駆動体に固着されたマグネットが磁気センサの検知エリア内に侵入するようにしても良い。
【００１１】
また、上記の構成において、回路基板上に複数の膨出部を有するラバーシートが搭載されていると共に、各膨出部の内底面にマグネットがそれぞれ固着されており、操作キーの押圧操作に伴って対応する膨出部が座屈変形することにより、該膨出部の内底面に固着されたマグネットが磁気センサの検知エリア内に侵入するようした場合、磁気センサによる操作キーの押圧検出をクリック感を伴って認識することができる。
【００１２】
なお、上記の構成において、各マグネットを直線的（一列）に配置しても良いが、各マグネットが磁気センサを中心とする同心円に沿って円弧状に配置されていると、各マグネットと磁気センサとの間の距離が全て同じになるため、マグネットの位置変化を磁気センサで正確に検出することができる。
【実施例】
【００１３】
実施例について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施例に係る入力装置の断面図、図２は該入力装置に備えられる磁気センサとマグネットの位置関係を示す平面図である。
【００１４】
図１に示す入力装置は、回路基板１の表面に実装された磁気センサ２と、回路基板１を被覆する操作パネル３と、操作パネル３の開口３ａ内に昇降可能に配設された複数の操作キー４と、各操作キー４に固着された複数のマグネット５と、各操作キー４を上方の初期位置に付勢する復帰ばね６とによって主に構成されており、選択的に押圧操作される操作キー４群がこの入力装置の操作部位となっている。
【００１５】
回路基板１上に実装された磁気センサ２にはＧＭＲ素子が内蔵されている。このＧＭＲ素子は、非磁性の中間層を介して固定磁化層と自由磁化層とが積層された構造の磁気抵抗素子であり、積層面と平行な面内で外部磁界が変化すると自由磁化層の磁化方向が変化するため、外部磁界の向きに応じてＧＭＲ素子の電気抵抗が変化し、それに伴って磁気センサ２の出力値が変化するようになっている。ただし、磁気センサ２が外部磁界の変化を検知できる検知エリアＥは有限であり、図１の破線で示すように、磁気センサ２を中心に回路基板１の表面に沿って外方へ拡がる領域が検知エリアＥとなっている。なお、磁気センサ２は図示せぬ制御部に接続されており、この制御部にはそれぞれの操作キー４の位置と磁気センサ２の出力値との相関関係が記憶されている。
【００１６】
操作キー４は開口３ａより大きめな鍔部４ａを有しており、この鍔部４ａが操作パネル３の裏面に当接することによって、操作キー４は操作パネル３からの脱落が防止されている。操作キー４の中央部には下方へ突出する突起４ｂが形成されており、この突起４ｂの下面にマグネット５が接着等の適宜手段を用いて固着されている。図２に示すように、各マグネット５は磁気センサ２を中心とする同心円Ｐに沿って円弧状に配置されており、この同心円Ｐ上で各マグネット５は磁気センサ２から放射状に延びる線上に分散配置されている。なお、各マグネット５は厚み方向と直交する方向に着磁されており、例えば同心円Ｐを境にして磁気センサ２を向く内側がＳ極で外側がＮ極となっている。
【００１７】
各マグネット５は平面的に見ると検知エリアＥの外周縁よりも内側に位置しているが、操作キー４が押圧操作されずに上方の初期位置に保持されているとき、各マグネット５は検知エリアＥから所定距離（例えば４ｍｍ）だけ上方に離反している。そして、任意の操作キー４（例えば図１の右側の操作キー４）が押圧操作されると、その突起４ｂの下面に固着されているマグネット５が操作キー４と一体的に下降して検知エリアＥ内に侵入するため、該マグネット５の磁界の向きに応じてＧＭＲ素子の電気抵抗が変化する。すなわち、検知エリアＥ内に侵入するマグネット５の配列位置に応じてＧＭＲ素子の抵抗値が変化し、磁気センサ２からＧＭＲ素子の電気抵抗によって規定される電圧が出力されるため、この磁気センサ２の出力値に基づいて前述した制御部により、各操作キー４の中でいずれが押圧操作されたのかを検出できるようになっている。したがって、いずれの操作キー４が押圧操作された場合にも、その操作キー４に応じた所望のスイッチング動作を行わせることができる。
【００１８】
このように本実施例に係る入力装置は、複数の操作キー４のうちのどれが押圧操作されたのかを１つの磁気センサ２で検出して所望のスイッチング動作を行わせることができるため、操作キーごとにタクトスイッチ等のスイッチ素子を配設するという構造に比べて部品コストや組立コストを低減できる。それゆえ、この入力装置は低価格化が図りやすくなっている。また、この入力装置は、タクトスイッチのように可動接点を固定接点に接離させる構造のスイッチ素子を使用していないため、長期間使用しても摩耗や酸化等に起因する導通不良が起こらず、それゆえ長期に亘って高信頼性が維持しやすい。また、この入力装置は、各スイッチ素子の複数の端子部に接続させるための配線パターンを形成する必要がなく、回路基板１に磁気センサ２を実装するだけで済むため、操作キー４の数が増えたり操作キー４どうしの間隔が狭まっても、パターンレイアウトが窮屈になる虞はなく、それゆえ設計自由度が制約されにくい。
【００１９】
また、上記実施例では、突起４ｂの下面にマグネット５を固着した操作キー４を用いているため、部品点数を削減できて良好な組立性が期待できる。ただし、プラスチックマグネットを用いて操作キー４とマグネット５を一体成形（２色成形）しても良い。
【００２０】
また、上記実施例では、各マグネット５が磁気センサ２を中心とする同心円Ｐに沿って円弧状に配置されており、各マグネット５と磁気センサ２との間の距離が全て同じになるため、検知エリアＥに侵入するマグネット５の位置変化を磁気センサ２で正確に検出することができる。ただし、各マグネット５が磁気センサ２から放射状に延びる線上に分散配置されていれば、各マグネット５を検知エリアＥの上方に直線的（一列）に配置しても良い。
【００２１】
図３は本発明の第２実施例に係る入力装置の断面図であり、図１と対応する部分に同一符号を付すことで重複する説明は省略する。
【００２２】
図３に示すように、この第２実施例に係る入力装置は、回路基板１の裏面側に磁気センサ２を実装すると共に、各マグネット５が回路基板１に穿設した貫通孔１ａを通って磁気センサ２の検知エリアＥに侵入するようにした点が、前述した第１実施例と大きく異なっている。この場合、検知エリアＥは磁気センサ２を中心に回路基板１の裏面に沿って外方へ拡がっており、各貫通孔１ａは検知エリアＥを縦断する位置に設けられている。
【００２３】
したがって、本実施例に係る入力装置では、操作キー４が操作されていない非操作状態において、マグネット５を回路基板１の表面に近接させた状態で検知エリアＥの上方に位置させることができるため、回路基板１と操作パネル３間の距離を短縮して装置全体の低背化を図ることができる。そして、任意の操作キー４（例えば図３の右側の操作キー４）が押圧操作されると、その操作キー４に固着されているマグネット５が貫通孔１ａを通って検知エリアＥ内に侵入するため、前述した第１実施例と同様に、磁気センサ２の出力値に基づいて押圧操作された操作キー４を検出することできる。
【００２４】
図４は本発明の第３実施例に係る入力装置の非操作状態を示す断面図、図５は該入力装置の操作状態を示す断面図であり、図１と対応する部分には同一符号を付してある。
【００２５】
図４に示すように、この第３実施例に係る入力装置は、操作キー４がヒンジ部４ｃを介して操作パネル３の裏面に片持ち状に支持されると共に、操作キー４が操作されていない非操作状態において、突起４ｂの下端にマグネット５が傾斜状態で固着されている点が、前述した第１および第２実施例と大きく異なっている。操作キー４はヒンジ部４ｃを支点に揺動（回動）可能であり、このヒンジ部４ｃの弾性によって操作キー４が上方へ付勢されているため、第１および第２実施例で必要とされていた復帰ばね６は省略されている。
【００２６】
したがって、本実施例に係る入力装置では、図４に示すように、操作キー４が操作されていない非操作状態において、ヒンジ部４ｃの弾性によってマグネット５を検知エリアＥの上方に傾斜姿勢で位置させることができる。そして、図５に示すように、任意の操作キー４が押圧操作されると、該操作キー４がヒンジ部４ｃを支点に揺動（回動）することにより、傾斜姿勢にあったマグネット５が略平行な姿勢で磁気センサ２の検知エリアＥ内に侵入するため、揺動運動するマグネット５の位置変化を磁気センサ２で正確に検出することができ、磁気センサ２の出力値に基づいて押圧操作された操作キー４を検出することできる。
【００２７】
図６は本発明の第４実施例に係る入力装置の非操作状態を示す断面図、図７は該入力装置の操作状態を示す断面図であり、図１と対応する部分には同一符号を付してある。
【００２８】
図６に示すように、この第４実施例に係る入力装置は、各操作キー４の昇降動作に伴ってそれぞれ対応する駆動体７が水平方向へスライド動作し、これら駆動体７にマグネット５が固着されている点が、前述した第１ないし第３実施例と大きく異なっている。駆動体７は図示せぬガイド部材によって水平方向へ移動可能に支持されると共に、ばね部材８によって磁気センサ２の検知エリアＥから離反する方向へ付勢されている。また、駆動体７には傾斜面７ｂを有する受け孔７ａが設けられており、操作キー４に設けられた突起４ｂの下端が受け孔７ａの傾斜面７ｂに当接している。これにより、操作キー４はばね部材８の弾発力を受けて上方へ付勢されているが、別途専用のばね部材を用いて操作キー４を上方へ付勢するようにしても良い。
【００２９】
したがって、本実施例に係る入力装置では、図６に示すように、操作キー４が操作されていない非操作状態において、ばね部材８の弾発力により駆動体７が同図の右方へ付勢されているため、該駆動体７に固着されたマグネット５を検知エリアＥの外方に位置させることができる。そして、図７に示すように、任意の操作キー４が押圧操作されると、突起４ｂの下端が受け孔７ａの傾斜面７ｂに沿って下降することにより、駆動体７がばね部材８の弾発力に抗して同図の左方向へスライド移動してマグネット５が検知エリアＥ内に侵入するため、磁気センサ２の出力値に基づいて押圧操作された操作キー４を検出することできる。
【００３０】
図８は本発明の第５実施例に係る入力装置の非操作状態を示す断面図、図９は該入力装置の操作状態を示す断面図であり、図１と対応する部分には同一符号を付してある。
【００３１】
図８に示すように、この第５実施例に係る入力装置は、回路基板１上に複数の膨出部９ａを有するラバーシート９が敷設されており、各膨出部９ａの内底面にマグネット５が固着されている点が、前述した第１ないし第４実施例と大きく異なっている。各操作キー４の底面は対応する膨出部９ａの上面に当接しており、この膨出部９ａの弾発力によって操作キー４が上方へ付勢されているため、第１および第２実施例で必要とされていた復帰ばね６は省略されている。
【００３２】
したがって、本実施例に係る入力装置では、図８に示すように、操作キー４が操作されていない非操作状態において、ラバーシート９の膨出部９ａは自身の弾性によって初期形状を保っているため、膨出部９ａの内底面に固着されたマグネット５を検知エリアＥの上方に位置させることができる。そして、図９に示すように、任意の操作キー４が押圧操作されると、該操作キー４の下方の膨出部９ａが座屈変形してマグネット５が検知エリアＥ内に侵入するため、磁気センサ２の出力値に基づいて押圧操作された操作キー４を検出することできる。しかも、膨出部９ａが座屈変形するときにクリック感を生起するため、押圧操作された操作キー４によるスイッチング動作をクリック感を伴って認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例に係る入力装置の断面図である。
【図２】該入力装置に備えられる磁気センサとマグネットの位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る入力装置の断面図である。
【図４】本発明の第３実施例に係る入力装置の非操作状態を示す断面図である。
【図５】該入力装置の操作状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施例に係る入力装置の非操作状態を示す断面図である。
【図７】該入力装置の操作状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第５実施例に係る入力装置の非操作状態を示す断面図である。
【図９】該入力装置の操作状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  回路基板
１ａ  貫通孔
２  磁気センサ
３  操作パネル
３ａ  開口
４  操作キー
４ａ  鍔部
４ｂ  突起
４ｃ  ヒンジ部
５  マグネット
６  復帰ばね
７  駆動体
７ａ  受け孔
７ｂ  傾斜面
８  ばね部材
９  ラバーシート９
９ａ  膨出部
Ｅ  検知エリア
【図１】
2009283414.tif 000003
【図２】
2009283414.tif 000004
【図３】
2009283414.tif 000005
【図４】
2009283414.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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