JP2006073249A - 携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯機器において、３６０度全方向への高い操作性を維持したままスティック部分の突出を抑えてスティック型ポインティングデバイスを実装すること。
【解決手段】 表面に操作面１ａを有するハウジング１と、ハウジング１内の操作面１ａ側に固定されたプリント基板２と、スティック部３とスティック部３を傾斜可能に支持すると共にスティック部３の傾斜方向及び傾斜角度を電気信号として検出する本体部４とを有するポインティングデバイス５と、を備え、本体部４が、ハウジング１内の操作面１ａと反対側に固定され、スティック部３の先端が、プリント基板２及びハウジング１に形成された基板貫通孔２ａ及びハウジング貫通孔６ａを介してハウジング１の表面側に配されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、３６０度全方向への操作が可能なポインティングデバイスを搭載し、携帯電話等に好適な携帯機器に関する。

一般に、携帯電話やPDA等の携帯情報端末、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型ゲーム機、カーナビゲーション等のナビゲーション機器、デジタルカメラ、デジタルビデオ等、多くの小型携帯機器には、機器の操作（多方向スイッチ操作や２次元の座標位置入力等）を行うためのポインティングデバイスが搭載されている。代表的なポインティングデバイスとしては、例えば、４方向スイッチ、マウス、トラックボール、タッチパネル、ジョイスティック等のスティック型ポインティングデバイス等が特に広く知られている。

小型携帯機器の中でも特に携帯電話においては、搭載されるポインティングデバイスとして、例えば、特許文献１に記載されている４方向スイッチが主流となっている。
また、デスクトップ型のパーソナルコンピュータでは、操作性が良いマウスが一般に採用されているが、ノート型パーソナルコンピュータでは、携帯性が必要なためマウスは不向きであり、静電容量式タッチパッド等が採用されている。

また、近年、携帯電話のポインティングデバイスとして、３６０度全方向の操作が可能なホール素子式ポインティングデバイスが、一部の機種に採用されている（例えば、日本電気製携帯電話N900iに搭載されている旭化成電子製ホールセンサHQ-8220を用いたポインティングデバイス）。このホール素子式ポインティングデバイスは、操作者が指で操作する操作部を操作面に対してスライド移動可能とし、この操作部背面に取り付けられた検出部としての磁石の移動方向と移動量とを装置内部であって磁石近傍に配置されたホール素子にて検出し、２次元方向のポインティング操作を行うものである。

特開２０００−２２４２８０号公報（第３頁、図７）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、近年、携帯電話に代表される小型携帯機器においては、ナビゲーション、インターネット接続、ゲーム、メール等の多機能化が進んでおり、従来、主流である４方向スイッチでは、ナビゲーションやゲーム等の操作を行うときの３６０度方向に対する複雑な指の動きに対応することができず、十分な操作性を得ることができないため不向きであった。
また、他のポインティングデバイスとして、タッチパッドは広い操作面が必要であり、表面積が小さく限られている携帯電話等には不向きであった。また、スティック型ポインティングデバイスは操作力や操作感を得るために操作ストロークを要求されるため、操作部と検出部とを所定距離離した状態で配置することが必要となる。このため、実装領域に十分なスペースが必要となり、小型化が要求される携帯電話には不向きであった。特に折り畳み式携帯電話ではサイズ的に折り畳み時に液晶画面にスティック部分が当たってしまうことから搭載が困難であった。
このため、多くの携帯電話メーカー等では、３６０度全方向に対する操作性に優れた入力デバイスの要求が高まっている。しかしながら、上述したホール素子式の３６０度ポインティングデバイスでは、操作部をスライドさせて操作するためにスティック型ポインティングデバイスのようなストローク感がなく、スティック型に比べると操作性や操作感に劣るという不都合があった。このため、実際は、４方向スイッチと同時搭載されてこれと併用しなければならなかった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、３６０度全方向への高い操作性を維持したままスティック部分の突出を抑えてスティック型ポインティングデバイスを実装した携帯機器を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の携帯機器は、表面に操作面を有する筐体と、筐体内の操作面側に固定された回路基板と、操作軸部と該操作軸部を傾斜可能に支持すると共に操作軸部の傾斜方向及び傾斜角度を電気信号として検出する本体部とを有するポインティングデバイスと、を備え、本体部が、筐体内の操作面と反対側に固定され、操作軸部の先端が、回路基板及び筐体に形成された貫通孔を介して筐体の操作面に配されていることを特徴とする。

この携帯機器では、本体部が筐体内の操作面と反対側に固定され、操作軸部の先端が回路基板及び筐体に形成された貫通孔を介して筐体の操作面に配されているので、回路基板上にポインティングデバイスを実装する場合に比べて、操作の安定性や精度を向上し、また操作性を維持したまま操作軸部の突出を抑えることができると共に、回路基板上の実装スペースを増大させることが可能となる。

また、本発明の携帯機器は、筐体が、操作面側の上側筐体と操作面と反対側の下側筐体とから構成され、回路基板が、上側筐体に固定され、本体部が、下側筐体に固定されていることを特徴とする。
すなわち、この携帯機器では、回路基板が上側筐体に固定され、本体部が下側筐体に固定されているので、薄い筐体でも下側筐体と上側筐体との間で操作軸部のストロークを確保することができる。

また、本発明の携帯機器は、操作軸部の先端を覆って配された弾性キャップ部材を備え、弾性キャップ部材が、その縁部を筐体と回路基板とに挟持されて取り付けられていることを特徴とする。すなわち、この携帯機器では、弾性キャップ部材がその縁部を筐体と回路基板とに挟持されて取り付けられているので、操作軸部の先端が保護されると共に、操作軸部の先端と筐体との隙間を無くすことで防塵、防水対応が可能になる。

また、本発明の携帯機器は、ポインティングデバイスが、操作軸部の基端に固定された可動電極板と、可動電極板に対向して本体部に設けられた固定電極板とを有し、可動電極板と固定電極板との間の静電容量の変化を検出する静電容量型ポインティングデバイスであることを特徴とする。すなわち、この携帯機器では、静電容量型ポインティングデバイスを採用することにより、３６０度全方向に高精度な操作が可能になる。

また、本発明の携帯機器は、可動電極板が、回路基板に当接することで移動範囲が制限されていることを特徴とする。すなわち、この携帯機器では、回路基板を流用して回路基板に可動電極板の規制機能を持たせ、回路基板で可動電極板の移動範囲（すなわち、操作軸部の傾斜範囲）を一定に制限することにより、本体部に規制部材を別途設ける場合よりもスペースが確保でき、可動電極板の移動範囲及び操作軸部の傾斜範囲が増大して、さらに操作感を向上させることができる。このように、限られたスペースの中で最大限の操作性（操作軸部の移動量）を確保することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る携帯機器によれば、本体部が筐体内の操作面と反対側に固定され、操作軸部の先端が回路基板及び筐体に形成された貫通孔を介して筐体の操作面に配されているので、操作性を維持したまま操作軸部の突出を抑えることができると共に、回路基板の実装面積を増大させることが可能になる。したがって、薄い携帯機器においても操作のストローク感を稼ぐことができ、移動量を確保した良好な操作感を得ることができる。これにより、サイズ的な問題で搭載が困難であった携帯電話等の小型の携帯機器にも、３６０度全方向に対応可能なスティック型ポインティングデバイスを搭載することが可能になる。

以下、本発明に係る携帯機器の第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。

本実施形態の携帯機器は、液晶画面（図示略）を搭載した表示部と操作ボタン（図示略）やポインティングデバイスを搭載した操作部とをヒンジによって連結し、このヒンジ部分から表示部と操作部とを対向させるように折り畳み可能な携帯電話である。図１はこの携帯電話の操作部の断面図であり、表面に操作面１ａを有するハウジング（筐体）１と、ハウジング１内の操作面１ａ側に固定されたプリント基板（回路基板）２と、スティック部（操作軸部）３とスティック部３を傾斜可能に支持すると共にスティック部３の傾斜方向及び傾斜角度を電気信号として検出する本体部４とを有するポインティングデバイス５と、を備えている。

上記ハウジング１は、折り畳んだ際に液晶画面に対向する操作面１ａを有する上側ハウジング（上側筐体）６と、バッテリー７をバッテリー収納部８に収納した下側ハウジング（下側筐体）９とで構成されている。なお、バッテリー収納部８は、バッテリー７を収納した状態で蓋部材１０で閉塞される。また、バッテリー７は、プリント基板２上の図示しない回路及びポインティングデバイス５の本体部４に電気的に接続され、電力を供給する。

上側ハウジング６には、スティック部３の先端が挿通されるハウジング貫通孔６ａが形成されている。また、プリント基板２には、スティック部３が挿通されるハウジング貫通孔６ａと同一軸の基板貫通孔２ａが形成されている。すなわち、スティック部３の先端は、ハウジング貫通孔６ａ及び基板貫通孔２ａを介して上側ハウジング６の操作面１ａに配される。なお、ハウジング貫通孔６ａ及び基板貫通孔２ａは、いずれもスティック部３が操作上必要な所定角度の傾斜が可能にスティック部３の外径よりも大きい内径とされている。

上記ポインティングデバイス５の本体部４は、下側ハウジング９のバッテリー収納部８の隔壁に形成された保持部３１に接着固定されている。この保持部３１は操作面１ａに対し略平行な面として形成されており、またスティック部３の操作時における外力を受けるため、堅固な部分に設けられている。なお、この本体部４とプリント基板２の回路とは、フレキシブル基板１１を介して電気的に接続されている。
ハウジング貫通孔６ａには、スティック部３先端を覆うゴムキャップ（弾性キャップ部材）１２が配されている。このゴムキャップ１２は、中央部底面に凹部１２ａが形成された支持硬部１２ｂを備え、凹部１２ａ内にスティック部３の先端が嵌め込まれて支持される。また、ゴムキャップ１２は、その縁部を上側ハウジング６とプリント基板２とに挟持されて取り付けられている。

ポインティングデバイス５は、図２に示すように、スティック部３の基端に固定された可動電極板１３と、該可動電極板１３に対向して設けられた固定電極板１４とを有し、可動電極板１３と固定電極板１４との間の静電容量の変化を検出する静電容量型ポインティングデバイスである。
上記可動電極板１３は、スティック部３の基端に固定される樹脂製のキートップ部１５と、該キートップ部１５の下面に接着固定された導電シリコンゴム部１６とで構成されている。キートップ部１５及び導電シリコンゴム部１６は、スティック部３の基端を中心にした略円板状とされている。なお、導電シリコンゴム部１６の外径は、キートップ部１５よりも大きく設定されている。

上記固定電極板１４は、表面に導電シリコンゴム部１６に対向する電極膜１４ａ、１４ｂが設けられたプリント基板である。電極膜１４ａは、スティック部３を中心にして四方に配されている。このように電極膜１４ａを四方に配置することで、スティック部３の傾斜方向及び傾斜角度（導電シリコンゴム部１６−電極膜１４ａ間の距離）に対応した静電容量の変化、をＸ方向成分及びＹ方向成分に分けて検出可能となっている。なお、各電極膜１４ａは所定電位となっており、その表面には、電極膜１４ａが導電シリコンゴム部１６に直接接触して短絡しないように絶縁膜（図示略）が施されている。一方、電極膜１４ｂは、スティック部３を中心にして電極膜１４ａを取り囲むように円環状に形成されている。この電極膜１４ｂはグランドに接続されており、後述する導電シリコンゴム部１６に設けられた凸部１６ｂと当接することにより、操作時に導電シリコンゴム部１６をグランド接続する。
上記導電シリコンゴム部１６には、電極膜１４ａ直上を避けて外縁部と半径方向中間部とに下方に向けて突出した支持凸部１６ａが形成されており、これら支持凸部１６ａが固定電極板１４に当接して導電シリコンゴム部１６と電極膜１４ａとが非操作時に一定距離だけ離間するように設定されている。また、各支持凸部１６ａ間であって電極膜１４ｂ直上には、下方に向けて突出した凸部１６ｂが形成されている。この凸部１６ｂの突出長は支持凸部１６ａより小さく設定されており、非操作時には電極膜１４ｂと離間し、操作時には電極膜１４ｂに当接するようになっている。

固定電極板１４及び可動電極板１３とは、外縁部分で金属製のケース部材１７で挟持状態に支持され、該ケース部材１７により可動電極板１３の傾き範囲が規制されている。すなわち、スティック部３の操作により傾いたキートップ部１５の外縁部がケース部材１７の上板部１７ａ内側に当接することで、所定角度以上に傾かないように設定されている。
また、固定電極板１４上には、スティック部３の直下に極薄板皿バネスイッチであるクリックドーム１８が固定されている。すなわち、スティック部３を垂直に押すことで、変形した導電シリコンゴム部１６を介してクリックドーム１８が押され、スイッチがONとなって決定操作等の信号が送信される。
また、ポインティングデバイス５には、図３に示すように、信号処理回路として内部にＣＶ変換ＩＣ１９が設けられており、該ＣＶ変換ＩＣ１９において、上記静電容量値が電圧値に変換されて出力される。

次に、上記携帯機器の操作方法を、図２及び図４を参照して以下に説明する。

まず、図４に示すように、ゴムキャップ１２を介してスティック部３の先端を操作したい方向（例えば、図４における右方向）に指で押すと、スティック部３が基端を支点として傾く。この際、図２に示すように、スティック部３の傾きに伴って、キートップ部１５を介して図中の矢印方向に力が加わり、導電シリコンゴム部１６が変形する。これにより、傾斜方向及び傾斜角度に応じて、まず、導電シリコンゴム部１６の凸部１６ａと電極膜１４ｂとが接触し、導電シリコンゴム部１６がグランド接続され、そして、四方における導電シリコンゴム部１６と固定電極板１４の電極膜１４ａとの電極間距離がそれぞれ変わり、静電容量が変化する。この静電容量の変化を、Ｘ方向成分とＹ方向成分とに分けてＣＶ変換ＩＣ１９で電圧値に変換して信号を２軸出力することにより、スティック部３の傾斜方向及び傾斜角度を検出することができる。

このように本実施形態では、プリント基板２が上側ハウジング６に固定されていると共に本体部４が下側ハウジング９に固定され、スティック部３の先端がプリント基板２及びハウジング１に形成された基板貫通孔２ａ及びハウジング貫通孔６ａを介してハウジング１の操作面１ａに配されているので、プリント基板２上にポインティングデバイス５を実装する場合に比べて、操作時のスティック部３に加わる力によって本体部４が移動等することなく、また、薄いハウジング１でも、上側ハウジング６と下側ハウジング９との間でスティック部３のストロークを確保することができる。したがって、操作性を維持したままスティック部３の突出を抑えることができる。

また、ゴムキャップ１２が、その縁部を上側ハウジング６とプリント基板２とに挟持されて取り付けられているので、スティック部３の先端が保護されると共に、スティック部３の先端と上側ハウジング６との隙間を無くすことで防塵、防水対応が可能になる。
さらに、静電容量型のポインティングデバイス５を採用したことにより、３６０度全方向に高精度な操作が可能になり、従来のスイッチ方式では困難であった指先の複雑な動きに対応することができる。すなわち、指の加圧力による出力の大小や３６０度全方向に対応するＸＹ出力成分をアナログ出力として取り出すことができるため、複雑な、また微妙な指先によるコントロールが可能になる。これにより、携帯電話において、複雑なコンテンツをストレス無く簡単に、かつ快適に操作することができる。

次に、本発明に係る携帯機器の第２実施形態及び第３実施形態を、図５及び図６を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、キートップ部１５がケース部材１７に当接することによりスティック部３の傾斜範囲が規制されているのに対し、第２実施形態では、図５に示すように、キートップ部１５がプリント基板２に当接することによりスティック部３の傾斜範囲が規制されている点である。
すなわち、第２実施形態では、ケース部材２７の上板部２７ａがキートップ部１５直上まで達しておらず、スティック部３の傾斜によりキートップ部１５の外縁部が上方に持ち上がった際に、キートップ部１５が上板部２７ａに当接せずにプリント基板２の内側に当接するようになっている。

したがって、本実施形態では、プリント基板２を流用してプリント基板２に可動電極板１３の規制機能を持たせ、プリント基板２で可動電極板１３の移動範囲（すなわち、スティック部３の傾斜範囲）を一定に制限することにより、ケース部材２７の上板部２７ａで規制する場合よりもスペースが確保でき、スティック部３の傾斜範囲が増大して、さらに操作感を向上させることができる。このように、限られたスペースの中で、スティック部３の最大限の操作性を確保することができる。また、ポインティングデバイス５をプリント基板２に密着させて配置することができ、配置のためのスペースをさらに少なくすることもできる。
なお、キートップ部１５の外縁部がプリント基板２の内側に当接するのではなく、キートップ部１５の中央凸部が、スティック部３の所定の傾斜角度で基板貫通孔２ａの内周縁に当接して移動範囲が規制されるようにしても、同様の効果が得られる。

第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、プリント基板２におけるポインティングデバイス５近傍に実装部品が搭載されていないのに対し、第３実施形態では、図６に示すように、プリント基板２におけるポインティングデバイス５近傍の上下面に複数の実装部品２０を実装している点である。
すなわち、第３実施形態では、プリント基板２と離間した下側ハウジング９にポインティングデバイス５が固定されているので、下側ハウジング９とプリント基板２との間、特にポインティングデバイス５とプリント基板２との間にも実装スペースを確保することができ、プリント基板２上の実装領域の増大を図って多数の実装部品２０を搭載することが可能になる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、ポインティングデバイス５がＣＶ変換ＩＣ１９を内蔵しているが、ＣＶ変換ＩＣ１９を別途プリント基板２に実装しても構わない。また、上記各実施形態では、ポインティングデバイス５を下側ハウジング９のバッテリー収納部８における隔壁に配置したが、操作時の外力に対して本体部４を堅固に固定できるようであれば、他の壁に配置しても構わない。
また、ポインティングデバイスとして他の方式、例えば導電シリコンゴム部の抵抗変化（又は電圧変化）に基づいてスティック部の傾斜方向及び傾斜角度を検出する方式等を採用しても構わないが、上述したように、静電容量式を採用することにより、より高精度な検出を行うことが可能である。

また、上記各実施形態では、携帯機器として携帯電話に適用したが、他の携帯機器に本発明を採用しても構わない。例えば、PDA等の携帯情報端末、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型ゲーム機、カーナビゲーション等のナビゲーション機器、デジタルカメラ、デジタルビデオ、携帯用オーディオプレーヤー、小型の電子楽器、各種機器（例えば、テレビジョン等の家電機器）の有線又は無線のリモートコントローラー等に本発明を適用しても良い。

本発明に係る第１実施形態の携帯機器を示す断面図である。 本発明に係る第１実施形態の携帯機器において、ポインティングデバイスを示す断面図である。 本発明に係る第１実施形態の携帯機器において、ポインティングデバイスを示す平面図である。 本発明に係る第１実施形態の携帯機器において、スティック部を傾斜させた際の断面図である。 本発明に係る第２実施形態の携帯機器において、スティック部を傾斜させた際の断面図である。 本発明に係る第３実施形態の携帯機器を示す断面図である。

符号の説明

１…ハウジング（筐体）、２ａ…基板貫通孔、２…プリント基板（回路基板）、３…スティック部（操作軸部）、４…本体部、５…ポインティングデバイス、６…上側ハウジング（上側筐体）、６ａ…ハウジング貫通孔、９…下側ハウジング（下側筐体）、１２…ゴムキャップ（弾性キャップ部材）、１３…可動電極板、１４…固定電極板、２０…実装部品

Claims (5)

1. 表面に操作面を有する筐体と、
   前記筐体内の前記操作面側に固定された回路基板と、
   操作軸部と前記操作軸部を傾斜可能に支持すると共に前記操作軸部の傾斜方向及び傾斜角度を電気信号として検出する本体部とを有するポインティングデバイスと、を備え、
   前記本体部が、前記筐体内の前記操作面と反対側に固定され、前記操作軸部の先端が、前記回路基板及び前記筐体に形成された貫通孔を介して前記筐体の前記操作面に配されていることを特徴とする携帯機器。
2. 前記筐体が、前記操作面側の上側筐体と前記操作面と反対側の下側筐体とから構成され、
   前記回路基板が、前記上側筐体に固定され、
   前記本体部が、前記下側筐体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
3. 前記操作軸部の先端を覆って配された弾性キャップ部材を備え、
   前記弾性キャップ部材が、その縁部を前記筐体と前記回路基板とに挟持されて取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
4. 前記ポインティングデバイスが、前記操作軸部の基端に固定された可動電極板と、前記可動電極板に対向して前記本体部に設けられた固定電極板とを有し、前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量の変化を検出する静電容量型ポインティングデバイスであることを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
5. 前記可動電極板が、前記回路基板に当接することで移動範囲が制限されていることを特徴とする請求項４に記載の携帯機器。

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