操作入力装置
【課題】操作部の自動復帰機能を簡単な構造で実現できる、操作入力装置の提供。
【解決手段】非磁性体の基板３０と、基板３０に配置された永久磁石１０と、基板３０を挟んで永久磁石１０の反対側に配置され、永久磁石１０を基板３０に接触させる磁力を永久磁石１０の基板３０との対向部位との間に発生させるためのコア２０と、前記磁力と同じ向きの操作入力が作用することにより、前記対向部位の中心に対し前記操作入力の作用点側で前記対向部位が基板３０に接触するエッジＢを支点として、永久磁石１０と共に傾動する方向キー４０と、方向キー４０の傾動を検出する導電パッド５１〜５４及び導電パターン６１〜６４とを備える、操作入力装置。
【解決手段】非磁性体の基板３０と、基板３０に配置された永久磁石１０と、基板３０を挟んで永久磁石１０の反対側に配置され、永久磁石１０を基板３０に接触させる磁力を永久磁石１０の基板３０との対向部位との間に発生させるためのコア２０と、前記磁力と同じ向きの操作入力が作用することにより、前記対向部位の中心に対し前記操作入力の作用点側で前記対向部位が基板３０に接触するエッジＢを支点として、永久磁石１０と共に傾動する方向キー４０と、方向キー４０の傾動を検出する導電パッド５１〜５４及び導電パターン６１〜６４とを備える、操作入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作入力を受ける操作入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操作部に自動復帰機能を備えた操作入力装置が知られている（例えば、特許文献１，２，３を参照）。これらの操作入力装置では、自動復帰機能の実現に、磁石の吸引力が利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７７９８１号公報
【特許文献２】特開平９−２６５８７３号公報
【特許文献３】特開平８−１８５２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、軽量化やコスト削減等の要求から、操作入力を受ける操作部の自動復帰機構の簡素化が求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、操作部の自動復帰機能を簡単な構造で実現できる、操作入力装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
非磁性体の基部と、
前記基部に配置された第１の磁性体と、
前記基部を挟んで前記第１の磁性体の反対側に配置され、前記第１の磁性体を前記基部に接触させる磁力を前記第１の磁性体の前記基部との対向部位との間に発生させるための第２の磁性体と、
前記磁力と同じ向きの操作入力が作用することにより、前記対向部位の中心に対し前記操作入力の作用点側で前記対向部位が前記基部に接触する部位を支点として、前記第１の磁性体と共に傾動する操作部と、
前記操作部の傾動を検出する検出部とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、操作部の自動復帰機能を簡単な構造で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。
【図２】操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置１の断面図である。
【図３】操作入力装置１の外観斜視図である。
【図４】方向キー４０のＸ（＋）側をＺ（−）方向に押し込んで、導電パッド５１が導電パターン６１に接触するまでストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。
【図５】導電パターン６１を上方から見た図である。
【図６】操作入力が付与されていない初期位置状態での自動復帰機構の断面図である。
【図７】方向キー４０がＸ（＋）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。
【図８】方向キー４０がＸ（−）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。
【図９】方向キー４０の位置ずれ状態での自動復帰機構の断面図である。
【図１０】フィードバック力としての吸引力Ｆ１の発生原理を説明するための図である。
【図１１】フィードバック力としの反発力Ｆ２の発生原理を説明するための図である。
【図１２】永久磁石１０の位置ずれを防止するための凹部３３を示した図である。
【図１３】永久磁石１０の位置ずれを防止するためのシート３４を示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態である操作入力装置２の分解斜視図である。
【図１５】操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置２の断面図である。
【図１６】ヨーク９３ｂとコイル９３ａからなる検出部の断面図である。
【図１７】ヨーク９３ｂとコイル９３ａからなる検出部の断面斜視図である。
【図１８】方向キー４０のＸ（＋）側をＺ（−）方向に押し込んで、ヨーク９１ｂがコイル９１ａに近づくまでストロークさせた状態での操作入力装置２の断面図である。
【図１９】操作入力が付与されていない初期位置状態での自動復帰機構の断面図である。
【図２０】方向キー４０がＸ（＋）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。本発明の一実施形態である操作入力装置は、操作者の手指等による力を受けて、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する操作インターフェイスである。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。
【００１０】
例えば、家庭用又は携帯可能なゲーム機、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、電化製品などの電子機器において、そのような電子機器に備えられるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。図２は、操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置１の断面図である。図３は、操作入力装置１の外観斜視図である。操作入力装置１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系のＺ軸方向側（図上、上方）から入力される操作者の力を受け付けるものである。なお、Ｚ軸方向は、Ｚ軸に平行な方向である。また、「上方」とは、斜め上方を含むものとし、「下方」とは、斜め下方を含むものとする。
【００１２】
操作入力装置１は、方向キー４０の下面４３に各方向に設けられた導電パッド５１〜５４と基板３０の上面３１に各方向に設けられた導電パターン６１〜６４との接触を検出することによって、操作入力によって方向キー４０がいずれかの方向に押されたことを検知可能にするものである。
【００１３】
操作入力装置１は、主な構成要素として、基板３０と、導電パターン６１〜６４と、永久磁石１０と、コア２０と、コイル７０と、方向キー４０と、導電パッド５１〜５４とを備える。
【００１４】
基板３０は、複数の導電パターン（図１の場合、４個の導電パターン６１〜６４）が配置される上面３１を有する基部である。上面３１は、操作入力装置１の低背化の点で、ＸＹ平面に平行な平面であることが好ましい。基板３０は、非磁性体であればよく、その具体例として、ガラスエポキシ樹脂製のプリント基板が挙げられる。基板３０は、ケース８０の内側で固定される。
【００１５】
導電パターン６１〜６４は、原点Ｏとの距離が等しい点を結んでできる仮想的な円の円周方向に並んで配置された固定電極である。原点Ｏは、三次元の直交座標系の基準点である。導電パターン６１〜６４は、操作者の力のベクトルを算出しやすくするという点で、その円周方向に等間隔に配置されることが好ましい。導電パターン６１〜６４は、Ｘ（＋），Ｘ（−），Ｙ（＋），Ｙ（−）の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されている。Ｘ（−）方向は、ＸＹ平面上でＸ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向であり、Ｙ（−）方向は、ＸＹ平面上でＹ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向である。導電パターン６１は、原点Ｏに対して正側のＸ軸上に配置され、導電パターン６２は、原点Ｏに対して正側のＹ軸上に配置され、導電パターン６３は、原点Ｏに対して負側のＸ軸上に配置され、導電パターン６４は、原点Ｏに対して負側のＹ軸上に配置されている。
【００１６】
なお、導電パターン６１〜６４は、Ｘ軸とＹ軸に挟まれるＸＹ平面内の斜め４５°の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されていてもよい。例えば、導電パターン６１は第１象限に配置され、導電パターン６２は第２象限に配置され、導電パターン６３は第３象限に配置され、導電パターン６４は第４象限に配置される。
【００１７】
永久磁石１０は、鉄等の磁性体を着磁して円柱状に形成された磁石であって、基板３０の上面３１に配置される。永久磁石１０は、永久磁石１０の重心を通るＺ軸方向の軸Ｓが原点Ｏを通るように、方向キー４０の下面４３の中央部に固定されている。永久磁石１０の上面１１及び下面１２が、着磁面である。下面１２は、基板３０の上面３１と対向する部位である。永久磁石１０が基板３０に接触する下面１２を平面にすることによって、操作入力装置１を低背化できるとともに、初期位置状態での方向キー４０の位置を安定化できる。
【００１８】
コア２０及びコア２０の周囲に配置されたコイル７０は、基板３０を挟んで永久磁石１０の反対側に配置される。コア２０は、コイル７０との組み合わせによって、全体として電磁石を形成する。コア２０は、円柱状の磁性体（例えば、鉄）である。コア２０の上面２１が基板３０を挟んで永久磁石１０の下面１２に正対するように、コア２０は基板３０の下面３２に固定される。コア２０は、永久磁石１０を基板３０の上面３１に接触させる磁力Ｆを及ぼす磁界Ｈを、永久磁石１０の下面１２との間に発生させるための磁性体である。すなわち、磁力Ｆの向き（磁界Ｈの向き）は、図上、下向きである。
【００１９】
方向キー４０は、磁力Ｆ（磁界Ｈ）と同じ向きの操作入力（すなわち、図上、上方から下方に向けての操作入力）が作用することにより、基板３０の上面３１と永久磁石１０との接触部位を支点として、Ｚ軸上に位置する永久磁石１０と共に傾動する操作部である。方向キー４０は、操作入力される位置に応じて、Ｘ（＋／−），Ｙ（＋／−）の方向に、永久磁石１０と共に傾動する。
【００２０】
方向キー４０は、基板３０に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられた操作部材である。方向キー４０は、板状の円盤キーであって、基板３０に設けられた導電パターン６１〜６４の上側に配置される。方向キー４０は、導電パターン６１〜６４が配置された基板３０の上面３１に対向している下面４３と、操作者の力が作用しうる操作面４１（図上、方向キー４０の上側の面）とを有している。
【００２１】
方向キー４０には、フランジ４２が設けられている。方向キー４０が基板３０と対向している下面４３（特には、フランジ４２の下面）には、基板３０の上面３１に配置された複数の導電パターン６１〜６４と同数の導電パッド５１〜５４が設けられている。導電パッドと導電パターンは、一対一で、互いに対向する位置に配置された一対の検出部である。導電パッドは、導電性を有する弾性体である。方向キー４０は、操作者の力が操作面４１に作用することにより、方向キー４０の下面４３が基板３０の上面３１に近づくことによって、導電パッドを導電パターンに接触させる。４組ある一対の検出部のいずれかで導電パッドと導電パターンとの接触が検出されることによって、原点Ｏに対する操作入力の入力方向を検知することができる。
【００２２】
操作入力装置１は、方向キー４０がケース８０の上部に形成された円状の開口部８１に嵌合するように、ケース８０の内側に取り付けられて支持されている。ケース８０は、操作入力装置１が取り付けられる携帯電話やゲーム機などの電子機器の筐体である。操作入力装置１自体が、ケース８０を備えていてもよい。ケース８０は、開口部８１によって、方向キー４０を下方に向けて傾動可能にガイドする。
【００２３】
次に、操作入力装置１の動きについて説明する。
【００２４】
図４は、方向キー４０のＸ（＋）側をＺ（−）方向に押し込んで、導電パッド５１が導電パターン６１に接触するまでストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。図５は、導電パターン６１を上方から見た図である。導電パターン６１は、銅箔等の導体であり、少なくとも２面以上の複数の面に分割されている（他の導電パターン６２〜６４も同様）。図５には、基板３０の上面３１に形成された導電パターン６１の２つの分割面６１ａ，６１ｂが示されている。
【００２５】
操作入力によって方向キー４０が永久磁石１０のＸ軸正側のエッジＢを支点として傾動することにより、導電パッド５１が導電パターン６１に接触すると、分割面６１ａと６１ｂが導電パッド５１を介して短絡する。分割面６１ａと６１ｂのそれぞれは、不図示の検知回路に接続される。この短絡を検知回路が検知することによって、方向キー４０が、原点Ｏに対して、導電パッド５１及び導電パターン６１から構成される一対の検出部が配置されている側の作用点Ａで押されたことを検知することができる。方向キー４０は、操作入力の作用点Ａの反対側でフランジ４２がケース８０の内側上面８２に当接するまで傾動する。又は、操作入力の作用点Ａの反対側でフランジ４２がケース８０の内側上面８２に当接する手前で、作用点Ａ側の一対の検出部の導電パッドと導電パターンとが当接することによって、方向キー４０の傾動角度が制限されてもよい。
【００２６】
次に、図６〜図９に従って、方向キー４０の初期位置状態への自動復帰機能について説明する。
【００２７】
図６は、操作入力が付与されていない初期位置状態での自動復帰機構の断面図である。初期位置状態での方向キー４０は、下面４３に固定された永久磁石１０とコア２０との間で発生する磁力（磁界）による吸引力Ｆによって永久磁石１０の下面１２が基板３０の上面３１に密着するため、常に基板３０に対して平行に維持される。
【００２８】
図７は、方向キー４０がＸ（＋）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。永久磁石１０の下面１２のＸ軸正側のエッジＢ（すなわち、下面１２が軸Ｓに対しＸ（＋）方向側で上面３１に接触する部位）を支点として、方向キー４０は永久磁石１０と共に傾動する。図示の通り、方向キー４０が下面１２のＸ軸正側のエッジＢを支点として傾動していることにより、方向キー４０が傾動した状態でも、下面１２をコア２０の上面２１に対向させることができる。そのため、下面１２と上面２１との間の吸引力Ｆを、永久磁石１０を基板３０に接触させる力として利用するだけでなく、コア２０から離れる方向への方向キー４０の傾動に抗する力としても利用できる。すなわち、Ｘ（＋）方向側での操作入力により傾動した方向キー４０を図６の初期位置状態に復帰させる自動の原点復帰機構を簡素な構成で実現している。
【００２９】
なお、円柱状の永久磁石１０の底面（すなわち、下面１２）の輪郭は円のため、エッジＢはその円周上の一点に相当する。方向キー４０が傾いた状態で、永久磁石１０と基板３０とがエッジＢでの点接触であっても、吸引力ＦがエッジＢにも働いているため、方向キー４０の傾動を安定させることができる。また、下面１２の輪郭が円のため、その輪郭上の任意の点を方向キー４０の傾動の支点とすることができる。そのため、方向キー４０を原点Ｏに対し３６０°任意の方向に傾けることができるので、任意の方向の操作入力を検知可能にすることができる。
【００３０】
図８は、方向キー４０がＸ（−）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。この場合の支点は、永久磁石１０の下面１２のＸ軸負側のエッジＣである。この場合でも同様に、Ｘ（−）方向側での操作入力により傾動した方向キー４０を図６の初期位置状態に復帰させる作用がある。
【００３１】
図９は、方向キー４０の位置ずれ状態での自動復帰機構の断面図である。永久磁石１０の下面１２の径とコア２０の上面２１の径を略同一にすることによって、方向キー４０が基板３０に対して相対的にＸＹ平面上で位置ずれを起こしても、永久磁石１０とコア２０のそれぞれの軸中心が重なるように吸引力Ｆが発生するので、そのような位置ずれに対しても図６の初期位置状態に復帰させる作用がある。
【００３２】
次に、操作入力装置１が操作者の指先に対して強制的な負荷（フィードバック力）を方向キー４０を介して付与する原理について、図１０，１１に従って説明する。フィードバック力を発生させるため、永久磁石１０には、コイル７０の軸に対して垂直な方向に端面着磁が施されている。例えば、永久磁石１０の上面１１は、Ｓ極に着磁され、下面１２は、Ｎ極に着磁される。着磁極性は、この逆（下面１２がＳ極）でもよい。
【００３３】
図１０は、フィードバック力として生成される吸引力Ｆ１の発生原理を説明するための図である。方向キー４０が傾動した状態では、永久磁石１０とコア２０による復帰力（吸引力）の反力が操作者の指先に付与されている。このとき、コア２０周辺に配置されたコイル７０に電圧を印加し、コイル７０に電流を流す。例えば、図１０に示す方向に電流を流した場合、端面着磁された永久磁石１０により発生している磁界Ｈ１の向きとコイル７０により発生している磁界Ｈ２の向きが略同一のため、永久磁石１０を吸引する力はコイル７０に電流を流していない状態に比較して強くなる。したがって、操作者の指先に付与されている上向きの反力の大きさは増加し、その増加分の力の変化が操作者に伝わる。この変化する力がフィードバック力として利用される。コイル７０に流す電流の波形は、直流でも矩形波でもよい。また、正弦波、三角波、のこぎり波でもよい。
【００３４】
図１１は、フィードバック力として生成される反発力Ｆ２の発生原理を説明するための図である。コア２０周辺に配置されたコイル７０に、図１０の場合とは逆向きに電圧を印加して、電流を流す。そうすると、図１１に示す方向に電流が流れることから、端面着磁された永久磁石１０により発生している磁界Ｈ１の向きとコイル７０により発生している磁界Ｈ２の向きが略反対のため、永久磁石１０とコイル７０（コア２０）間で反発力が発生する。したがって、操作者の指先に付与されている上向きの反力の大きさは減少し、その減少分の力の変化が操作者に伝わる。この変化する力がフィードバック力として利用される。上記同様、コイル７０に流す電流の波形は、直流でも矩形波でもよい。また、正弦波、三角波、のこぎり波でもよい。
【００３５】
また、傾動した永久磁石１０とコイル７０（コア２０）間で発生した反発力Ｆ２は、ＸＹ平面に対して完全には垂直でないため、ＸＹ平面に平行な方向が発生し、永久磁石１０がその方向にずれる。永久磁石１０をずらす横反発力Ｆ３は、操作者の指先と方向キー４０との摩擦によって、操作者の指先への刺激を与える感触を操作者に与える効果がある。
【００３６】
また、図１０と図１１に示す方向の電流を交互にコイル７０に流すことにより、吸引力Ｆ１の増加と反発力Ｆ２の発生を繰り返して、操作者の指先に刺激を与えることができる。また、コイル７０に流す電流の大きさを変化させることによって、吸引力Ｆ１や反発力Ｆ２や横反発力Ｆ３の大きさを変化させることができる。つまり、コイル７０に流れる電流の電流値を増加させれば、これらの力を強くすることができ、電流値を減少させれば、これらの力を弱くすることができる。
【００３７】
図１２は、永久磁石１０の位置ずれを防止するための凹部３３を示した図である。永久磁石１０の直径よりもわずかに大きい（方向キー４０及び永久磁石１０を傾けることが可能な）凹部３３を基板３０の上面３１に設けることによって、永久磁石１０の位置ずれを防止することができる。
【００３８】
図１３は、永久磁石１０の位置ずれを防止するためのシート３４を示した図である。永久磁石１０の位置ずれが生じない摩擦係数の高いマット状のシート３４（例えば、ゴムシート）を、基板３０の上面３１に固定する。これにより、永久磁石１０の支点位置のずれを防ぐことができる。
【００３９】
図１４は、本発明の第２の実施形態である操作入力装置２の分解斜視図である。図１５は、操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置２の断面図である。上述の実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
【００４０】
通常、コイル（巻線）等のインダクタのインダクタンスＬは、係数をＫ、透磁率をμ、コイルの巻数をｎ、断面積をＳ、磁路長をｄとした場合、
Ｌ＝Ｋμｎ２Ｓ／ｄ
という関係式が成り立つ。この関係式から明らかなように、コイルの巻数や断面積といった形状に依存するパラメータを固定した場合、周囲の透磁率と磁路長の少なくともいずれかを変化させるかによって、インダクタンスが変化する。
【００４１】
操作入力装置２は、方向キー４０に設置されたヨークに対向するように基板３０に設置されたコイルのインダクタンスを検出することによって、方向キー４０が操作入力によって下方に変位したときのストローク量を検知可能にするものである。
【００４２】
つまり、操作入力装置２は、操作入力装置１の導電パターンをコイルに置き換え、操作入力装置１の導電パッドをヨークに置き換えたものである。操作入力装置１の導電パターンをヨークに置き換え、操作入力装置１の導電パッドをコイルに置き換えてもよい。図１４には、コイル９１ａ〜９４ａ及びヨーク９１ｂ〜９４ｂが示されている。ヨークは、比透磁率が１よりも高い材質であればよい。例えば、比透磁率は１．００１以上あると好適であり、具体的には、鋼板（比透磁率５０００）などが好ましい。ヨークは、方向キー４０と別部品にするのではなく、フェライトなどで一体にすることもできる。基板３０は、樹脂製の非磁性体基板である。方向キー４０が傾動し、コイルにヨークが近づくと、コイル周辺の透磁率が増加し、コイルのインダクタンスが増加する。これを電気的に検出することによって、方向キー４０の傾動動作が検出可能となる。
【００４３】
すなわち、方向キー４０がＸ（＋）方向側の操作面４１が押されると（図１８）、ヨーク９１ｂがコイル９１ａに近づくことによりコイル９１ａのインダクタンスが増加する方向に変化する一方で、ヨーク９３ｂがコイル９３ａから離れることによりコイル９３ａのインダクタンスが減少する方向に変化する。したがって、方向キー４０の傾動量と各コイルのインダクタンスとの対応関係を予め測定しておくことによって、所定の操作入力検知装置は、予め測定されたその対応関係に従って、計測されたインダクタンスに対応する方向キー４０の傾動量を検知できる。これにより、方向キー４０の傾動量（アナログ量）に基づいてコイル７０に流す電流を調整することによって、方向キー４０の傾動量（アナログ量）に応じたフィードバック力を発生させることも可能である。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。また、上述の複数の実施形態それぞれの一部を組み合わせて構成された別の実施形態も考えられ得る。
【００４５】
例えば、非磁性体の基部に配置される第１の磁性体として永久磁石１０を例示し、その基部を挟んで第１の磁性体の反対側の第２の磁性体としてコア２０を例示した。この点、第１の磁性体と第２の磁性体との間に、第１の磁性体を基部に接触させる磁力を発生させるためには、第１の磁性体と第２の磁性体の少なくとも一方が着磁されていればよいので、第１の磁性体が着磁されずに第２の磁性体が着磁されていてもよいし、その両方の磁性体が着磁されていてもよい。また、磁界の変化を起こすことができるように、第１の磁性体にコイルが巻いて、全体として電磁石として機能させてもよい。
【００４６】
また、図１９，２０は、第１の磁性体の他の形態例である。永久磁石１１０の基板３０との対向面（すなわち、下面１１２）は、球面である。方向キー４０は、下面４３に固定された永久磁石１１０とコア２０との間で発生する磁力による吸引力Ｆによって、永久磁石１１０の下面１１２は基板３０の上面３１に密着するため、常に基板３０に対して平行に維持される。下面１１２は球面のため、永久磁石１１０と基板３０は接点Ｄで接している。そして、図２０に示されるように、永久磁石１１０の下面１１２のＸ軸正側の円弧上の点Ｅ（すなわち、下面１１２が軸Ｓに対しＸ（＋）方向側で基板３０の上面３１に接触する部位）を支点として、方向キー４０は永久磁石１１０と共に傾動する。
【００４７】
このように、下面１１２の中心に対し操作入力の作用点側の接点Ｅを支点として、方向キー４０が永久磁石１１０と共に傾動するので、永久磁石１１０を基板３０に接触させる力としてだけでなく、コア２０から離れる方向への方向キー４０の傾動に抗する力として、吸引力Ｆを利用することができる。すなわち、Ｘ（＋）方向側での操作入力により傾動した方向キー４０を図１９の初期位置状態に復帰させる自動の原点復帰機構を簡素な構成で実現している。
【００４８】
また、第１の磁性体が非磁性体の基部に対向している部位の形状は、上述の実施例では円であったが、四角形や八角形などの多角形でもよい。この場合、多角形の辺を支点として、方向キーは第１の磁性体と共に傾動する。また、第１の磁性体が非磁性体の基部に対向している部位の形状は、凹面でもよい。この場合、凹面の輪郭が基部に接触し、その輪郭上の点を支点として、方向キーは第１の磁性体と共に傾動する。
【００４９】
また、操作入力を受ける操作部として、円盤状の方向キー４０を例示したが、入力方向は４方向に限らない。当該操作部は、３６０°の任意の方向に操作可能なものでもよい。
【００５０】
また、導電パッドと導電パターンとの接触を検知することにより方向キー４０の傾動を検出する構成と、インダクタンスの変化を検知することにより方向キー４０の傾動を検出する構成を例示したが、方向キー４０の傾動を検出する検出部の構成は、これらの構成に限らない。例えば、方向キー４０の下面４３に固定された可動電極と基板３０の上面３１に固定された固定電極との間の静電容量の変化を検知することにより、方向キー４０の傾動量を検出する構成でもよい。
【００５１】
また、操作入力装置は、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、操作者が触れる面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１，２ 操作入力装置
１０ 永久磁石（第１の磁性体）
２０ コア（第２の磁性体）
３０ 基板
４０ 方向キー
４２ フランジ
５１〜５４ 導電パッド
６１〜６４ 導電パターン
７０ コイル
８０ ケース
９１ａ〜９４ａ コイル
９１ｂ〜９４ｂ ヨーク
１１０ 永久磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作入力を受ける操作入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操作部に自動復帰機能を備えた操作入力装置が知られている（例えば、特許文献１，２，３を参照）。これらの操作入力装置では、自動復帰機能の実現に、磁石の吸引力が利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７７９８１号公報
【特許文献２】特開平９−２６５８７３号公報
【特許文献３】特開平８−１８５２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、軽量化やコスト削減等の要求から、操作入力を受ける操作部の自動復帰機構の簡素化が求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、操作部の自動復帰機能を簡単な構造で実現できる、操作入力装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
非磁性体の基部と、
前記基部に配置された第１の磁性体と、
前記基部を挟んで前記第１の磁性体の反対側に配置され、前記第１の磁性体を前記基部に接触させる磁力を前記第１の磁性体の前記基部との対向部位との間に発生させるための第２の磁性体と、
前記磁力と同じ向きの操作入力が作用することにより、前記対向部位の中心に対し前記操作入力の作用点側で前記対向部位が前記基部に接触する部位を支点として、前記第１の磁性体と共に傾動する操作部と、
前記操作部の傾動を検出する検出部とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、操作部の自動復帰機能を簡単な構造で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。
【図２】操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置１の断面図である。
【図３】操作入力装置１の外観斜視図である。
【図４】方向キー４０のＸ（＋）側をＺ（−）方向に押し込んで、導電パッド５１が導電パターン６１に接触するまでストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。
【図５】導電パターン６１を上方から見た図である。
【図６】操作入力が付与されていない初期位置状態での自動復帰機構の断面図である。
【図７】方向キー４０がＸ（＋）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。
【図８】方向キー４０がＸ（−）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。
【図９】方向キー４０の位置ずれ状態での自動復帰機構の断面図である。
【図１０】フィードバック力としての吸引力Ｆ１の発生原理を説明するための図である。
【図１１】フィードバック力としの反発力Ｆ２の発生原理を説明するための図である。
【図１２】永久磁石１０の位置ずれを防止するための凹部３３を示した図である。
【図１３】永久磁石１０の位置ずれを防止するためのシート３４を示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態である操作入力装置２の分解斜視図である。
【図１５】操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置２の断面図である。
【図１６】ヨーク９３ｂとコイル９３ａからなる検出部の断面図である。
【図１７】ヨーク９３ｂとコイル９３ａからなる検出部の断面斜視図である。
【図１８】方向キー４０のＸ（＋）側をＺ（−）方向に押し込んで、ヨーク９１ｂがコイル９１ａに近づくまでストロークさせた状態での操作入力装置２の断面図である。
【図１９】操作入力が付与されていない初期位置状態での自動復帰機構の断面図である。
【図２０】方向キー４０がＸ（＋）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。本発明の一実施形態である操作入力装置は、操作者の手指等による力を受けて、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する操作インターフェイスである。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。
【００１０】
例えば、家庭用又は携帯可能なゲーム機、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、電化製品などの電子機器において、そのような電子機器に備えられるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。図２は、操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置１の断面図である。図３は、操作入力装置１の外観斜視図である。操作入力装置１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系のＺ軸方向側（図上、上方）から入力される操作者の力を受け付けるものである。なお、Ｚ軸方向は、Ｚ軸に平行な方向である。また、「上方」とは、斜め上方を含むものとし、「下方」とは、斜め下方を含むものとする。
【００１２】
操作入力装置１は、方向キー４０の下面４３に各方向に設けられた導電パッド５１〜５４と基板３０の上面３１に各方向に設けられた導電パターン６１〜６４との接触を検出することによって、操作入力によって方向キー４０がいずれかの方向に押されたことを検知可能にするものである。
【００１３】
操作入力装置１は、主な構成要素として、基板３０と、導電パターン６１〜６４と、永久磁石１０と、コア２０と、コイル７０と、方向キー４０と、導電パッド５１〜５４とを備える。
【００１４】
基板３０は、複数の導電パターン（図１の場合、４個の導電パターン６１〜６４）が配置される上面３１を有する基部である。上面３１は、操作入力装置１の低背化の点で、ＸＹ平面に平行な平面であることが好ましい。基板３０は、非磁性体であればよく、その具体例として、ガラスエポキシ樹脂製のプリント基板が挙げられる。基板３０は、ケース８０の内側で固定される。
【００１５】
導電パターン６１〜６４は、原点Ｏとの距離が等しい点を結んでできる仮想的な円の円周方向に並んで配置された固定電極である。原点Ｏは、三次元の直交座標系の基準点である。導電パターン６１〜６４は、操作者の力のベクトルを算出しやすくするという点で、その円周方向に等間隔に配置されることが好ましい。導電パターン６１〜６４は、Ｘ（＋），Ｘ（−），Ｙ（＋），Ｙ（−）の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されている。Ｘ（−）方向は、ＸＹ平面上でＸ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向であり、Ｙ（−）方向は、ＸＹ平面上でＹ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向である。導電パターン６１は、原点Ｏに対して正側のＸ軸上に配置され、導電パターン６２は、原点Ｏに対して正側のＹ軸上に配置され、導電パターン６３は、原点Ｏに対して負側のＸ軸上に配置され、導電パターン６４は、原点Ｏに対して負側のＹ軸上に配置されている。
【００１６】
なお、導電パターン６１〜６４は、Ｘ軸とＹ軸に挟まれるＸＹ平面内の斜め４５°の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されていてもよい。例えば、導電パターン６１は第１象限に配置され、導電パターン６２は第２象限に配置され、導電パターン６３は第３象限に配置され、導電パターン６４は第４象限に配置される。
【００１７】
永久磁石１０は、鉄等の磁性体を着磁して円柱状に形成された磁石であって、基板３０の上面３１に配置される。永久磁石１０は、永久磁石１０の重心を通るＺ軸方向の軸Ｓが原点Ｏを通るように、方向キー４０の下面４３の中央部に固定されている。永久磁石１０の上面１１及び下面１２が、着磁面である。下面１２は、基板３０の上面３１と対向する部位である。永久磁石１０が基板３０に接触する下面１２を平面にすることによって、操作入力装置１を低背化できるとともに、初期位置状態での方向キー４０の位置を安定化できる。
【００１８】
コア２０及びコア２０の周囲に配置されたコイル７０は、基板３０を挟んで永久磁石１０の反対側に配置される。コア２０は、コイル７０との組み合わせによって、全体として電磁石を形成する。コア２０は、円柱状の磁性体（例えば、鉄）である。コア２０の上面２１が基板３０を挟んで永久磁石１０の下面１２に正対するように、コア２０は基板３０の下面３２に固定される。コア２０は、永久磁石１０を基板３０の上面３１に接触させる磁力Ｆを及ぼす磁界Ｈを、永久磁石１０の下面１２との間に発生させるための磁性体である。すなわち、磁力Ｆの向き（磁界Ｈの向き）は、図上、下向きである。
【００１９】
方向キー４０は、磁力Ｆ（磁界Ｈ）と同じ向きの操作入力（すなわち、図上、上方から下方に向けての操作入力）が作用することにより、基板３０の上面３１と永久磁石１０との接触部位を支点として、Ｚ軸上に位置する永久磁石１０と共に傾動する操作部である。方向キー４０は、操作入力される位置に応じて、Ｘ（＋／−），Ｙ（＋／−）の方向に、永久磁石１０と共に傾動する。
【００２０】
方向キー４０は、基板３０に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられた操作部材である。方向キー４０は、板状の円盤キーであって、基板３０に設けられた導電パターン６１〜６４の上側に配置される。方向キー４０は、導電パターン６１〜６４が配置された基板３０の上面３１に対向している下面４３と、操作者の力が作用しうる操作面４１（図上、方向キー４０の上側の面）とを有している。
【００２１】
方向キー４０には、フランジ４２が設けられている。方向キー４０が基板３０と対向している下面４３（特には、フランジ４２の下面）には、基板３０の上面３１に配置された複数の導電パターン６１〜６４と同数の導電パッド５１〜５４が設けられている。導電パッドと導電パターンは、一対一で、互いに対向する位置に配置された一対の検出部である。導電パッドは、導電性を有する弾性体である。方向キー４０は、操作者の力が操作面４１に作用することにより、方向キー４０の下面４３が基板３０の上面３１に近づくことによって、導電パッドを導電パターンに接触させる。４組ある一対の検出部のいずれかで導電パッドと導電パターンとの接触が検出されることによって、原点Ｏに対する操作入力の入力方向を検知することができる。
【００２２】
操作入力装置１は、方向キー４０がケース８０の上部に形成された円状の開口部８１に嵌合するように、ケース８０の内側に取り付けられて支持されている。ケース８０は、操作入力装置１が取り付けられる携帯電話やゲーム機などの電子機器の筐体である。操作入力装置１自体が、ケース８０を備えていてもよい。ケース８０は、開口部８１によって、方向キー４０を下方に向けて傾動可能にガイドする。
【００２３】
次に、操作入力装置１の動きについて説明する。
【００２４】
図４は、方向キー４０のＸ（＋）側をＺ（−）方向に押し込んで、導電パッド５１が導電パターン６１に接触するまでストロークさせた状態での操作入力装置１の断面図である。図５は、導電パターン６１を上方から見た図である。導電パターン６１は、銅箔等の導体であり、少なくとも２面以上の複数の面に分割されている（他の導電パターン６２〜６４も同様）。図５には、基板３０の上面３１に形成された導電パターン６１の２つの分割面６１ａ，６１ｂが示されている。
【００２５】
操作入力によって方向キー４０が永久磁石１０のＸ軸正側のエッジＢを支点として傾動することにより、導電パッド５１が導電パターン６１に接触すると、分割面６１ａと６１ｂが導電パッド５１を介して短絡する。分割面６１ａと６１ｂのそれぞれは、不図示の検知回路に接続される。この短絡を検知回路が検知することによって、方向キー４０が、原点Ｏに対して、導電パッド５１及び導電パターン６１から構成される一対の検出部が配置されている側の作用点Ａで押されたことを検知することができる。方向キー４０は、操作入力の作用点Ａの反対側でフランジ４２がケース８０の内側上面８２に当接するまで傾動する。又は、操作入力の作用点Ａの反対側でフランジ４２がケース８０の内側上面８２に当接する手前で、作用点Ａ側の一対の検出部の導電パッドと導電パターンとが当接することによって、方向キー４０の傾動角度が制限されてもよい。
【００２６】
次に、図６〜図９に従って、方向キー４０の初期位置状態への自動復帰機能について説明する。
【００２７】
図６は、操作入力が付与されていない初期位置状態での自動復帰機構の断面図である。初期位置状態での方向キー４０は、下面４３に固定された永久磁石１０とコア２０との間で発生する磁力（磁界）による吸引力Ｆによって永久磁石１０の下面１２が基板３０の上面３１に密着するため、常に基板３０に対して平行に維持される。
【００２８】
図７は、方向キー４０がＸ（＋）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。永久磁石１０の下面１２のＸ軸正側のエッジＢ（すなわち、下面１２が軸Ｓに対しＸ（＋）方向側で上面３１に接触する部位）を支点として、方向キー４０は永久磁石１０と共に傾動する。図示の通り、方向キー４０が下面１２のＸ軸正側のエッジＢを支点として傾動していることにより、方向キー４０が傾動した状態でも、下面１２をコア２０の上面２１に対向させることができる。そのため、下面１２と上面２１との間の吸引力Ｆを、永久磁石１０を基板３０に接触させる力として利用するだけでなく、コア２０から離れる方向への方向キー４０の傾動に抗する力としても利用できる。すなわち、Ｘ（＋）方向側での操作入力により傾動した方向キー４０を図６の初期位置状態に復帰させる自動の原点復帰機構を簡素な構成で実現している。
【００２９】
なお、円柱状の永久磁石１０の底面（すなわち、下面１２）の輪郭は円のため、エッジＢはその円周上の一点に相当する。方向キー４０が傾いた状態で、永久磁石１０と基板３０とがエッジＢでの点接触であっても、吸引力ＦがエッジＢにも働いているため、方向キー４０の傾動を安定させることができる。また、下面１２の輪郭が円のため、その輪郭上の任意の点を方向キー４０の傾動の支点とすることができる。そのため、方向キー４０を原点Ｏに対し３６０°任意の方向に傾けることができるので、任意の方向の操作入力を検知可能にすることができる。
【００３０】
図８は、方向キー４０がＸ（−）方向側で押された操作状態での自動復帰機構の断面図である。この場合の支点は、永久磁石１０の下面１２のＸ軸負側のエッジＣである。この場合でも同様に、Ｘ（−）方向側での操作入力により傾動した方向キー４０を図６の初期位置状態に復帰させる作用がある。
【００３１】
図９は、方向キー４０の位置ずれ状態での自動復帰機構の断面図である。永久磁石１０の下面１２の径とコア２０の上面２１の径を略同一にすることによって、方向キー４０が基板３０に対して相対的にＸＹ平面上で位置ずれを起こしても、永久磁石１０とコア２０のそれぞれの軸中心が重なるように吸引力Ｆが発生するので、そのような位置ずれに対しても図６の初期位置状態に復帰させる作用がある。
【００３２】
次に、操作入力装置１が操作者の指先に対して強制的な負荷（フィードバック力）を方向キー４０を介して付与する原理について、図１０，１１に従って説明する。フィードバック力を発生させるため、永久磁石１０には、コイル７０の軸に対して垂直な方向に端面着磁が施されている。例えば、永久磁石１０の上面１１は、Ｓ極に着磁され、下面１２は、Ｎ極に着磁される。着磁極性は、この逆（下面１２がＳ極）でもよい。
【００３３】
図１０は、フィードバック力として生成される吸引力Ｆ１の発生原理を説明するための図である。方向キー４０が傾動した状態では、永久磁石１０とコア２０による復帰力（吸引力）の反力が操作者の指先に付与されている。このとき、コア２０周辺に配置されたコイル７０に電圧を印加し、コイル７０に電流を流す。例えば、図１０に示す方向に電流を流した場合、端面着磁された永久磁石１０により発生している磁界Ｈ１の向きとコイル７０により発生している磁界Ｈ２の向きが略同一のため、永久磁石１０を吸引する力はコイル７０に電流を流していない状態に比較して強くなる。したがって、操作者の指先に付与されている上向きの反力の大きさは増加し、その増加分の力の変化が操作者に伝わる。この変化する力がフィードバック力として利用される。コイル７０に流す電流の波形は、直流でも矩形波でもよい。また、正弦波、三角波、のこぎり波でもよい。
【００３４】
図１１は、フィードバック力として生成される反発力Ｆ２の発生原理を説明するための図である。コア２０周辺に配置されたコイル７０に、図１０の場合とは逆向きに電圧を印加して、電流を流す。そうすると、図１１に示す方向に電流が流れることから、端面着磁された永久磁石１０により発生している磁界Ｈ１の向きとコイル７０により発生している磁界Ｈ２の向きが略反対のため、永久磁石１０とコイル７０（コア２０）間で反発力が発生する。したがって、操作者の指先に付与されている上向きの反力の大きさは減少し、その減少分の力の変化が操作者に伝わる。この変化する力がフィードバック力として利用される。上記同様、コイル７０に流す電流の波形は、直流でも矩形波でもよい。また、正弦波、三角波、のこぎり波でもよい。
【００３５】
また、傾動した永久磁石１０とコイル７０（コア２０）間で発生した反発力Ｆ２は、ＸＹ平面に対して完全には垂直でないため、ＸＹ平面に平行な方向が発生し、永久磁石１０がその方向にずれる。永久磁石１０をずらす横反発力Ｆ３は、操作者の指先と方向キー４０との摩擦によって、操作者の指先への刺激を与える感触を操作者に与える効果がある。
【００３６】
また、図１０と図１１に示す方向の電流を交互にコイル７０に流すことにより、吸引力Ｆ１の増加と反発力Ｆ２の発生を繰り返して、操作者の指先に刺激を与えることができる。また、コイル７０に流す電流の大きさを変化させることによって、吸引力Ｆ１や反発力Ｆ２や横反発力Ｆ３の大きさを変化させることができる。つまり、コイル７０に流れる電流の電流値を増加させれば、これらの力を強くすることができ、電流値を減少させれば、これらの力を弱くすることができる。
【００３７】
図１２は、永久磁石１０の位置ずれを防止するための凹部３３を示した図である。永久磁石１０の直径よりもわずかに大きい（方向キー４０及び永久磁石１０を傾けることが可能な）凹部３３を基板３０の上面３１に設けることによって、永久磁石１０の位置ずれを防止することができる。
【００３８】
図１３は、永久磁石１０の位置ずれを防止するためのシート３４を示した図である。永久磁石１０の位置ずれが生じない摩擦係数の高いマット状のシート３４（例えば、ゴムシート）を、基板３０の上面３１に固定する。これにより、永久磁石１０の支点位置のずれを防ぐことができる。
【００３９】
図１４は、本発明の第２の実施形態である操作入力装置２の分解斜視図である。図１５は、操作入力が作用していない初期位置状態での操作入力装置２の断面図である。上述の実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
【００４０】
通常、コイル（巻線）等のインダクタのインダクタンスＬは、係数をＫ、透磁率をμ、コイルの巻数をｎ、断面積をＳ、磁路長をｄとした場合、
Ｌ＝Ｋμｎ２Ｓ／ｄ
という関係式が成り立つ。この関係式から明らかなように、コイルの巻数や断面積といった形状に依存するパラメータを固定した場合、周囲の透磁率と磁路長の少なくともいずれかを変化させるかによって、インダクタンスが変化する。
【００４１】
操作入力装置２は、方向キー４０に設置されたヨークに対向するように基板３０に設置されたコイルのインダクタンスを検出することによって、方向キー４０が操作入力によって下方に変位したときのストローク量を検知可能にするものである。
【００４２】
つまり、操作入力装置２は、操作入力装置１の導電パターンをコイルに置き換え、操作入力装置１の導電パッドをヨークに置き換えたものである。操作入力装置１の導電パターンをヨークに置き換え、操作入力装置１の導電パッドをコイルに置き換えてもよい。図１４には、コイル９１ａ〜９４ａ及びヨーク９１ｂ〜９４ｂが示されている。ヨークは、比透磁率が１よりも高い材質であればよい。例えば、比透磁率は１．００１以上あると好適であり、具体的には、鋼板（比透磁率５０００）などが好ましい。ヨークは、方向キー４０と別部品にするのではなく、フェライトなどで一体にすることもできる。基板３０は、樹脂製の非磁性体基板である。方向キー４０が傾動し、コイルにヨークが近づくと、コイル周辺の透磁率が増加し、コイルのインダクタンスが増加する。これを電気的に検出することによって、方向キー４０の傾動動作が検出可能となる。
【００４３】
すなわち、方向キー４０がＸ（＋）方向側の操作面４１が押されると（図１８）、ヨーク９１ｂがコイル９１ａに近づくことによりコイル９１ａのインダクタンスが増加する方向に変化する一方で、ヨーク９３ｂがコイル９３ａから離れることによりコイル９３ａのインダクタンスが減少する方向に変化する。したがって、方向キー４０の傾動量と各コイルのインダクタンスとの対応関係を予め測定しておくことによって、所定の操作入力検知装置は、予め測定されたその対応関係に従って、計測されたインダクタンスに対応する方向キー４０の傾動量を検知できる。これにより、方向キー４０の傾動量（アナログ量）に基づいてコイル７０に流す電流を調整することによって、方向キー４０の傾動量（アナログ量）に応じたフィードバック力を発生させることも可能である。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。また、上述の複数の実施形態それぞれの一部を組み合わせて構成された別の実施形態も考えられ得る。
【００４５】
例えば、非磁性体の基部に配置される第１の磁性体として永久磁石１０を例示し、その基部を挟んで第１の磁性体の反対側の第２の磁性体としてコア２０を例示した。この点、第１の磁性体と第２の磁性体との間に、第１の磁性体を基部に接触させる磁力を発生させるためには、第１の磁性体と第２の磁性体の少なくとも一方が着磁されていればよいので、第１の磁性体が着磁されずに第２の磁性体が着磁されていてもよいし、その両方の磁性体が着磁されていてもよい。また、磁界の変化を起こすことができるように、第１の磁性体にコイルが巻いて、全体として電磁石として機能させてもよい。
【００４６】
また、図１９，２０は、第１の磁性体の他の形態例である。永久磁石１１０の基板３０との対向面（すなわち、下面１１２）は、球面である。方向キー４０は、下面４３に固定された永久磁石１１０とコア２０との間で発生する磁力による吸引力Ｆによって、永久磁石１１０の下面１１２は基板３０の上面３１に密着するため、常に基板３０に対して平行に維持される。下面１１２は球面のため、永久磁石１１０と基板３０は接点Ｄで接している。そして、図２０に示されるように、永久磁石１１０の下面１１２のＸ軸正側の円弧上の点Ｅ（すなわち、下面１１２が軸Ｓに対しＸ（＋）方向側で基板３０の上面３１に接触する部位）を支点として、方向キー４０は永久磁石１１０と共に傾動する。
【００４７】
このように、下面１１２の中心に対し操作入力の作用点側の接点Ｅを支点として、方向キー４０が永久磁石１１０と共に傾動するので、永久磁石１１０を基板３０に接触させる力としてだけでなく、コア２０から離れる方向への方向キー４０の傾動に抗する力として、吸引力Ｆを利用することができる。すなわち、Ｘ（＋）方向側での操作入力により傾動した方向キー４０を図１９の初期位置状態に復帰させる自動の原点復帰機構を簡素な構成で実現している。
【００４８】
また、第１の磁性体が非磁性体の基部に対向している部位の形状は、上述の実施例では円であったが、四角形や八角形などの多角形でもよい。この場合、多角形の辺を支点として、方向キーは第１の磁性体と共に傾動する。また、第１の磁性体が非磁性体の基部に対向している部位の形状は、凹面でもよい。この場合、凹面の輪郭が基部に接触し、その輪郭上の点を支点として、方向キーは第１の磁性体と共に傾動する。
【００４９】
また、操作入力を受ける操作部として、円盤状の方向キー４０を例示したが、入力方向は４方向に限らない。当該操作部は、３６０°の任意の方向に操作可能なものでもよい。
【００５０】
また、導電パッドと導電パターンとの接触を検知することにより方向キー４０の傾動を検出する構成と、インダクタンスの変化を検知することにより方向キー４０の傾動を検出する構成を例示したが、方向キー４０の傾動を検出する検出部の構成は、これらの構成に限らない。例えば、方向キー４０の下面４３に固定された可動電極と基板３０の上面３１に固定された固定電極との間の静電容量の変化を検知することにより、方向キー４０の傾動量を検出する構成でもよい。
【００５１】
また、操作入力装置は、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、操作者が触れる面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１，２ 操作入力装置
１０ 永久磁石（第１の磁性体）
２０ コア（第２の磁性体）
３０ 基板
４０ 方向キー
４２ フランジ
５１〜５４ 導電パッド
６１〜６４ 導電パターン
７０ コイル
８０ ケース
９１ａ〜９４ａ コイル
９１ｂ〜９４ｂ ヨーク
１１０ 永久磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体の基部と、
前記基部に配置された第１の磁性体と、
前記基部を挟んで前記第１の磁性体の反対側に配置され、前記第１の磁性体を前記基部に接触させる磁力を前記第１の磁性体の前記基部との対向部位との間に発生させるための第２の磁性体と、
前記磁力と同じ向きの操作入力が作用することにより、前記対向部位の中心に対し前記操作入力の作用点側で前記対向部位が前記基部に接触する部位を支点として、前記第１の磁性体と共に傾動する操作部と、
前記操作部の傾動を検出する検出部とを備える、操作入力装置。
【請求項２】
前記第２の磁性体の周囲にコイルを備え、
前記コイルに印加する電圧に応じて、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に発生する磁力が調整される、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に反発力を発生させる電圧が、前記コイルに印加される、請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記反発力が、前記操作部が傾動した状態で発生する、請求項３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記第１の磁性体が、磁石である、請求項１から４のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項６】
前記対向部位の形状が、平面である、請求項１から５のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項７】
前記対向部位の輪郭が、円である、請求項１から６のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項８】
前記対向部位の大きさが、前記第２の磁性体の前記対向部位との対向部分の大きさに略等しい、請求項１から７のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項１】
非磁性体の基部と、
前記基部に配置された第１の磁性体と、
前記基部を挟んで前記第１の磁性体の反対側に配置され、前記第１の磁性体を前記基部に接触させる磁力を前記第１の磁性体の前記基部との対向部位との間に発生させるための第２の磁性体と、
前記磁力と同じ向きの操作入力が作用することにより、前記対向部位の中心に対し前記操作入力の作用点側で前記対向部位が前記基部に接触する部位を支点として、前記第１の磁性体と共に傾動する操作部と、
前記操作部の傾動を検出する検出部とを備える、操作入力装置。
【請求項２】
前記第２の磁性体の周囲にコイルを備え、
前記コイルに印加する電圧に応じて、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に発生する磁力が調整される、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に反発力を発生させる電圧が、前記コイルに印加される、請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記反発力が、前記操作部が傾動した状態で発生する、請求項３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記第１の磁性体が、磁石である、請求項１から４のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項６】
前記対向部位の形状が、平面である、請求項１から５のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項７】
前記対向部位の輪郭が、円である、請求項１から６のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【請求項８】
前記対向部位の大きさが、前記第２の磁性体の前記対向部位との対向部分の大きさに略等しい、請求項１から７のいずれか一項に記載の操作入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−２５８３８９（Ｐ２０１１−２５８３８９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３１３８２（Ｐ２０１０−１３１３８２）
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]