(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】複数の操作キー５に連動してそれぞれ可動磁石部６が位置変化するようになすと共に、各可動磁石部６に相異なる磁性パターン２を対応させておき、各操作キー５の１つが選択的に押圧操作されると、所定の可動磁石部６が対応する磁性パターン２の一端部２ａに接触または近接し、もって該磁性パターン２が一時的に磁化されるようにした。また、これら磁性パターン２の他端部２ｂを磁気センサ４の近傍に分散配置しておき、磁化された磁性パターン２の他端部２ｂ近傍の磁界変化に応じて、磁気センサ４に内蔵されているＧＭＲ素子の電気抵抗が変化するようにした。【選択図】図４
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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可動磁石部と、帯状に延在する常磁性体材料からなり、それぞれの一端部が前記可動磁石部と接触または近接可能な位置に配置された複数の磁性パターンと、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を備え、
前記各磁性パターンのそれぞれの他端部が前記磁気センサの近傍に分散配置されていると共に、前記操作キーの押圧操作に伴って前記可動磁石部が対応する前記磁性パターンの一端部に接触または近接することによって該磁性パターンが一時的に磁化されるようになし、磁化された前記磁性パターンの他端部近傍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、前記磁気センサの近傍に一方の磁極を配置させた固定磁石を備えており、前記磁性パターンが磁化されたときに、該記磁性パターンの前記他端部に現出する磁極と前記固定磁石の前記一方の磁極とが異極となるように設定されていることを特徴とする入力装置。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記操作キーとこれに対応する前記可動磁石部とが一体化されていることを特徴とする入力装置。
【請求項４】
請求項１または２の記載において、前記操作キーとこれに対応する前記可動磁石部とが一体化されておらず、前記可動磁石部が前記操作キーによって駆動されるようにした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可動磁石部が位置変化するようになすと共に、各可動磁石部に相異なる磁性パターンを対応させておき、操作キーが選択的に押圧操作されると、所定の可動磁石部が対応する磁性パターンの一端部に接触または近接し、もって該磁性パターンが一時的に磁化されるようにした。また、これら磁性パターンの他端部を磁気センサの近傍に分散配置しておき、磁化された磁性パターンの他端部近傍の磁界変化に応じて、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。これにより、押圧操作された操作キーが磁気センサの出力値から検出可能となる。
【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可動磁石部が対応する磁性パターンの一端部に接触または近接することで、該磁性パターンが一時的に磁化されてその他端部近傍の磁界が変化するため、この磁界変化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、操作キーと同数の磁性パターンを形成すれば済むので、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可動磁石部と、帯状に延在する常磁性体材料からなり、それぞれの一端部が前記可動磁石部と接触または近接可能な位置に配置された複数の磁性パターンと、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を備え、前記各磁性パターンのそれぞれの他端部が前記磁気センサの近傍に分散配置されていると共に、前記操作キーの押圧操作に伴って前記可動磁石部が対応する前記磁性パターンの一端部に接触または近接することによって該磁性パターンが一時的に磁化されるようになし、磁化された前記磁性パターンの他端部近傍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構成した。
【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、操作キーと同数の磁性パターンのレイアウトが窮屈になる虞はない。
【０００９】
上記の構成において、磁気センサの近傍に一方の磁極を配置させた固定磁石を備えており、磁性パターンが磁化されたときに、該記磁性パターンの他端部に現出する磁極と固定磁石の前記一方の磁極とが異極となるように設定されていると、全ての操作キーが操作されていない非操作状態でも磁気センサに固定磁石の磁界が作用し、いずれかの操作キーが押圧操作されて対応する磁性パターンが磁化されると、該磁性パターンの他端部と固定磁石との間に磁界が発生して、磁気センサに作用する磁界の向きを変化させることができるため、磁気センサに内蔵されているＧＭＲ素子の特性を安定させやすくなる。また、押圧操作時に磁性パターンと固定磁石との間に発生する磁界の向きを、各磁性パターンごとに大きく異ならせることが容易となるため、検出の分解能を高めやすくなる。
【００１０】
なお、上記の構成において、操作キーとこれに対応する可動磁石部とが一体化されていると、部品点数を削減できて組立性が良好となる。この場合、操作キーの底部に可動磁石部を固着しても良いし、プラスチックマグネットを用いて可動磁石部に操作キーを一体化しても良い。
【００１１】
また、上記の構成において、操作キーとこれに対応する可動磁石部とが一体化されておらず、可動磁石部が操作キーの押圧操作に伴って駆動されるようにしても良い。この場合、例えば、ラバーシートの複数箇所に設けた膨出部の内底面にそれぞれ可動磁石部を固着しておき、各可動磁石部が対応する操作キーに押し込まれると、該膨出部が弾性的に座屈変形するようにしておけば、部品点数を削減できて組立性が良好となる。
【実施例】
【００１２】
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平面図、図２は該入力装置の操作部位を示す断面図である。
【００１３】
図１と図２に示す入力装置は、回路基板１の片面に配設された複数の磁性パターン２と、各磁性パターン２の一端部と対向する位置に配設された複数の操作体３と、回路基板１の他面（裏面）に実装された磁気センサ４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体３群がこの入力装置の操作部位となっている。
【００１４】
操作体３は操作キー５の底部に板状の可動磁石部６を固着して一体化したものであり、操作体３はヒンジ部３ａによって図示せぬ支持体や後述するパネル７の裏面に昇降可能に支持されている。可動磁石部６は板厚方向に着磁されており、可動磁石部６の底面は一方の磁極面（例えばＳ極）となっている。図２に示すように、各操作体３は操作キー５の天面部がパネル７の開口７ａに露出している。
【００１５】
磁性パターン２は帯状に延在する常磁性体材料からなり、操作体３と同数の磁性パターン２が回路基板１の片面に配設されている。これら磁性パターン２はそれぞれの一端部２ａが相異なる可動磁石部６の底面と接触可能な位置に配置されており、これら磁性パターン２の他端部２ｂは磁気センサ４の近傍に分散配置されている。そして、任意の操作キー５が押圧操作されると、その底部に固着されている可動磁石部６が操作キー５と一体的に下降して対応する磁性パターン２の一端部２ａに接触するため、この磁性パターン２が一時的に磁化されるようになっている。こうして磁化された磁性パターン２は、その一端部２ａが可動磁石部６の底面と異極となるため、該磁性パターン２の他端部２ｂは可動磁石部６の底面と同極（例えばＳ極）になる。
【００１６】
磁気センサ４には複数の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４の出力値が変化するようになっている。この磁気センサ４の周囲には複数の磁性パターン２の他端部２ｂが分散配置されているため、任意の操作キー５が押圧操作されて１つの磁性パターン２が一時的に磁化されると、その磁性パターン２の他端部２ｂ近傍に発生する磁界の向きに応じてＧＭＲ素子の電気抵抗が変化する。そして、磁気センサ４からは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４の出力値に基づいて、押圧操作された操作キー５が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５が押圧操作された場合にも、その操作キー５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。
【００１７】
このように本実施例に係る入力装置は、複数の操作キー５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４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、操作キー５と同数の磁性パターン２を形成すれば済むので、操作キー５の数が増えたり操作キー５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。
【００１８】
また、上記実施例では、操作キー５の底部に可動磁石部６を固着してなる操作体３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可動磁石部に操作キーを一体化してなる操作体を用いても良い。
【００１９】
なお、上記実施例では、操作キー５に一体化された可動磁石部６が押圧操作時に磁性パターン２の一端部２ａに接触するように構成されているが、押圧操作時に可動磁石部６を磁性パターン２の一端部２ａに近接させることにより、該磁性パターン２を一時的に磁化させるという構成にしても良い。
【００２０】
また、可動磁石部６が操作キー５と一体化されていなくても、各可動磁石部６が対応する操作キー５によって駆動されるようにしてあれば、上記実施例と同様の効果が得られる。例えば、図３に示すように、ラバーシート８の複数箇所に設けた膨出部８ａの内定面にそれぞれ可動磁石部６を固着しておき、各可動磁石部６が対応する操作キー５に押し込まれると、該膨出部８ａが弾性的に座屈変形するようにしておけば、部品点数を削減できて組立性が良好となる。
【００２１】
図４は本発明の第２実施例に係る入力装置の平面図、図５は図４の要部を拡大して示す説明図、図６は該入力装置で用いた磁気センサの回路構成図である。ただし、図４において図１と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は省略する。
【００２２】
図４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の裏面側に固定磁石９を付設し、この固定磁石９の一方の磁極９ａ（例えばＮ極）を磁気センサ４の近傍に配置させた点が、前述した第１実施例と大きく異なっている。この固定磁石９の磁極９ａは、磁性パターン２が磁化されたときに、その他端部２ｂに現出する磁極（例えばＳ極）と異極となるように設定されている。
【００２３】
したがって、本実施例に係る入力装置では、複数の操作キー５が全て操作されていない非操作状態においても、磁気センサ４に固定磁石９の磁界が作用していることとなる。そして、いずれかの操作キー５が押圧操作されて対応する磁性パターン２が磁化されると、この磁性パターン２の他端部２ｂと固定磁石９の磁極９ａとの間に磁界が発生して、磁気センサ４に作用する磁界の向きが変化するようになっている。その結果、磁気センサ４に内蔵されているＧＭＲ素子４ａ〜４ｄ（図６参照）の特性が安定させやすくなる。また、操作キー５の押圧操作時に磁性パターン２と固定磁石９との間に発生する磁界の向きを、各磁性パターン２ごとに大きく異ならせることが容易となるため、検出の分解能が高めやすくなる。
【００２４】
ここで、本実施例で用いた磁気センサ４の動作原理について説明すると、この磁気センサ４は４つのＧＭＲ素子４ａ〜４ｄを基板上に形成してパッケージ化したものであり、これら４つのＧＭＲ素子４ａ〜４ｄは図６に示すようなブリッジ回路を構成するように接続されている。なお、図６中の矢印は各ＧＭＲ素子４ａ〜４ｄの固定磁化層の磁化方向を示している。
【００２５】
複数の操作キー５がどれも操作されていない非操作状態において、磁気センサ４には固定磁石９の磁界Ｈ０（図５参照）が作用しているため、磁気センサ４内の各ＧＭＲ素子４ａ〜４ｄは自由磁化層の磁化方向が固定磁化層の磁化方向に対して直交しており、このとき各ＧＭＲ素子４ａ〜４ｄの電気抵抗は同等なので、磁気センサ４からの出力電圧はゼロとなる。しかるに、いずれか１つの操作キー５、例えば図４中の右端の操作キー５が押圧操作されると、該操作キー５に対応する磁性パターン２が磁化されるため、この磁性パターン２の他端部２ｂと固定磁石９の磁極９ａとの間に磁気センサ４に作用する磁界Ｈ１（図５参照）が発生する。こうして磁気センサ４に作用する磁界の向きが変化すると、各ＧＭＲ素子４ａ〜４ｄの自由磁化層の磁化方向が変化するため、磁気センサ４に所定電圧Ｖｄｄを印加した状態では、磁界Ｈ０に対する磁界Ｈ１の回転角に応じて出力電圧（Ｖ１−Ｖ２）がほぼリニアに変化する。つまり、操作キー５の非操作時には磁気センサ４に作用する磁界の回転角がゼロであるが、該回転角がプラス方向へ増大するのに伴って出力電圧（Ｖ１−Ｖ２）はプラス値で増大し、該回転角がマイナス方向へ増大するのに伴って出力電圧（Ｖ１−Ｖ２）はマイナス値で増大する。したがって、磁気センサ４の出力電圧に基づいて、どの磁性パターン２が磁化されたのかを正確に判定することができ、それゆえどの操作キー５が押圧操作されたのかを正確に検出することができる。
【００２６】
なお、上記の第２実施例では、磁気センサ４が４つのＧＭＲ素子を内蔵している場合について説明したが、ＧＭＲ素子の数が４つに限定されるわけではなく、例えば磁気センサ４が、図６に示すブリッジ回路を並設した回路構成で８つのＧＭＲ素子を内蔵したものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施例に係る入力装置の平面図である。
【図２】第１実施例に係る入力装置の操作部位を示す断面図である。
【図３】該操作部位の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る入力装置の平面図である。
【図５】図４の要部を拡大して示す説明図である。
【図６】第２実施例に係る入力装置で用いた磁気センサの回路構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  回路基板
２  磁性パターン
２ａ  （磁性パターンの）一端部
２ｂ  （磁性パターンの）他端部
３  操作体
４  磁気センサ
４ａ〜４ｄ  巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）
５  操作キー
６  可動磁石部
７  パネル
８  ラバーシート
８ａ  膨出部
９  固定磁石
９ａ  固定磁石の磁極
【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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