JP2005209381A - 多方向入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 傾倒操作時に傾倒方向だけでなく傾倒角度の大小も検出できる多方向入力装置を提供すること。
【解決手段】 多方向入力装置１０は、ハウジング１１と、傾倒可能に支持された操作体１５と、底面の略同一円周上の４箇所に押圧突起１６を突設した弾性支持部材１７と、積層部１８ａを有するフレキシブル回路基板１８とによって主に構成されており、積層部１８ａのうち各押圧突起１６と対向する４箇所が検出素子として機能する。各検出素子は上部シート１８ｃ側の電極パターン２１と下部シート１８ｄ側の抵抗体パターン１９とを接離可能に対向させて構成され、操作体１５が傾倒操作されると、その傾倒量に応じて上部シート１８ｃに対する押圧突起１６の押圧面積が変化するため、該シート１８ｃの撓む領域の相違によって両パターン１９，２１の接触面積が変化するようになっている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、情報端末機器やゲーム機器等の入力操作に用いて好適な多方向入力装置に関する。

従来より、この種の多方向入力装置として、操作体を所定方向へ傾倒させることにより、その傾倒方向に応じて異なるスイッチ素子を押圧駆動するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１０はかかる従来の多方向入力装置を示す断面図、図１１は該多方向入力装置に備えられる押圧操作体の底面図である。図１０に示す多方向入力装置１は、ベース板２上の複数箇所に配設された押釦スイッチ等のスイッチ素子３と、これら複数のスイッチ素子３を選択的に押圧駆動するための押圧操作体４と、ベース板２上に載置されて押圧操作体４を支持している脚部５とを備えており、押圧操作体４と脚部５はゴム等の弾性材料からなる一体成形品である。ベース板２には図示せぬ回路パターンが形成されており、この回路パターンを介して各スイッチ素子３は外部回路と接続されている。これらスイッチ素子３は略同一円周上に等間隔に配設されており、この従来例では９０度間隔に４個のスイッチ素子３が配設されている。押圧操作体４の底面には各スイッチ素子３と対向する箇所にそれぞれ円柱状の凸部４ａが突設されており、脚部５には押圧操作体４の外周縁部に連結された薄肉部５ａが形成されている。

このように概略構成された多方向入力装置１は、図１０に示すように、押圧操作体４が非操作時に傾きのない中立姿勢に保持されているため、各凸部４ａはいずれもスイッチ素子３から離隔しており、よって全てのスイッチ素子３がオフに保たれている。この状態で、操作者が押圧操作体４の上面で任意の凸部４ａに対応する領域を下方へ押し込むと、該凸部４ａの近傍の薄肉部５ａが座屈して押圧操作体４が傾倒するため、該凸部４ａが対向するスイッチ素子３を押圧駆動してオフからオンへの切換えが行われる。したがって、どのスイッチ素子３がオンしたのかを検出することによって、操作時における押圧操作体４の傾倒方向を判定でき、それゆえ複数の傾倒方向に応じてそれぞれ異なる制御信号を外部回路に出力することが可能となる。また、押圧操作体４に対する操作力が除去されると、座屈していた薄肉部５ａが自身の弾性で元の形状に戻るため、押圧操作体４は傾倒姿勢から元の中立姿勢に自動的に復帰する。
特開２００１−１８４９９９号公報（第２頁、図２）

ところで、最近は各種電子機器の多機能化や小型化が促進されているため、多方向入力装置においても一つの操作体で多種類の操作が行える構成のものが要望されている。しかしながら、前述した従来の多方向入力装置では、押圧操作体４の傾倒方向をスイッチ素子３によって検出するだけであり、傾倒方向の細分化は誤動作の要因ともなるため、必然的に、操作内容の種類をあまり増やすことはできなかった。

すなわち、従来の多方向入力装置では、押圧操作体４がどの方向へ傾倒操作されたのかを検出するだけであるが、例えば、押圧操作体４が浅く（弱く）傾倒操作されたのか深く（強く）傾倒操作されたのかを判定できれば、傾倒方向のみを検出する場合に比べて、検出可能な操作内容の種類を倍増することができる。その結果、カーソルの移動速度や地図情報の倍率等を変化させることのできる多機能な多方向入力装置が得られる。

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、傾倒操作時に傾倒方向だけでなく傾倒角度の大小も検出できる多方向入力装置を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明の多方向入力装置では、略同一円周上に配設された複数の検出素子と、これら検出素子から略等距離な位置を揺動中心として傾倒可能な操作体と、前記各検出素子と前記操作体との間に介設された複数の押圧突起とを備え、前記検出素子が、少なくともいずれか一方が可撓性シートに設けられている抵抗体パターンと電極パターンとを間隙を介して接離可能に対向配置して構成されていると共に、前記押圧突起が、前記可撓性シート上に配置されて前記操作体の傾倒量に応じて形状が変化する弾性材料からなり、前記操作体の傾倒量に応じて前記可撓性シートに対する前記押圧突起の押圧面積が変化し、それに伴って前記抵抗体パターンと前記電極パターンとの接触面積が変化するように構成した。

このように構成された多方向入力装置は、操作体を傾倒操作することにより、その方向に位置する検出素子を対応する押圧突起によって押圧駆動することができるため、傾倒方向が検出可能である。つまり、操作体の傾倒方向に位置する検出素子は、可撓性シートが押圧突起に押し込まれて撓むため抵抗体パターンと電極パターンとが接触して、該抵抗体パターンの両端間の抵抗値が低下するが、操作体の傾倒方向に位置しない検出素子は、抵抗体パターンと電極パターンとが離隔しているため該抵抗体パターンの両端間の抵抗値が最大となっている。

そして、操作体が所定方向へ傾倒操作されたとき、その傾倒角度が小さければ、可撓性シートに対する押圧突起の押圧面積は小さいので、該可撓性シートは局所的に撓むことになり、それゆえ抵抗体パターンと電極パターンとの接触面積は小さく、該抵抗体パターンの両端間の抵抗値の低下は小となる。しかるに、操作体の傾倒角度が大きければ、押圧突起が座屈等により大きく弾性変形するため、可撓性シートに対する押圧面積が大きくなって、該可撓性シートはやや広い領域で撓むことになり、それゆえ抵抗体パターンと電極パターンとの接触面積は増大し、該抵抗体パターンの両端間の抵抗値の低下は大となる。したがって、検出素子の出力値として抵抗体パターンの両端間の電圧等を測定することにより、操作体の傾倒方向だけでなく傾倒角度の大小も検出することが可能となる。

上記の構成において、前記操作体を中立姿勢に支持する弾性支持部材を備え、該弾性支持部材に前記複数の押圧突起を一体形成しておけば、弾性支持部材が傾倒姿勢の操作体を中立姿勢へ自動復帰させる復帰手段として機能し、この弾性支持部材と複数の押圧突起とが一体品となるため、部品点数が少なくなって好ましい。また、この場合において、前記弾性支持部材を収納して上部開口から前記操作体の操作部を突出させたハウジングを備え、該ハウジングの内底面に前記複数の検出素子を載置すると共に、該ハウジングの内部空間を弾性支持部材を隔壁として前記上部開口側の空間と前記検出素子側の空間とに分離しておけば、該上部開口から塵埃等が侵入しても検出素子に悪影響を及ぼす虞がなくなるため、信頼性の向上が図れる。

また、上記の構成において、前記押圧突起に押圧駆動される前記可撓性シートには前記電極パターンと前記抵抗体パターンのいずれか一方を設ければ良いが、該可撓性シートに電極パターンを設けることが高信頼性や長寿命化の点で好ましい。この場合において、１枚のフレキシブル回路基板を折り返してなる上部シートと下部シートがスペーサを介して接合されていると共に、前記各検出素子を構成する複数の電極パターンと複数の抵抗体パターンがそれぞれ、前記上部シートの下面と前記下部シートの上面に設けられていれば、複数の検出素子が簡素な構造の一体品となるため好ましい。

また、上記の構成において、前記抵抗体パターンと前記電極パターンがいずれも、前記各検出素子が配設された円周の接線方向を長手方向とする形状に形成されていると共に、前記押圧突起が、前記接線方向を長手方向とし該接線方向に沿う切断面が略Ｖ字形または略Ｕ字形である中空形状に形成されていれば、複数の検出素子や複数の押圧突起の配置スペースを大径化する必要がなく、かつ、操作体を深く（強く）傾倒操作したときには可撓性シートに対する押圧突起の押圧面積を著しく増大させることができるため、小型化が容易となり信頼性の向上も図れる。

本発明の多方向入力装置は、操作体の傾倒角度の大小に応じて可撓性シートに対する押圧突起の押圧面積が増減し、それに伴って可撓性シートの撓む領域が変化して抵抗体パターンと電極パターンとの接触面積が増減するため、各検出素子の出力値に基づいて、操作体の傾倒方向だけでなく傾倒角度の大小も検出することができる。すなわち、操作体がどの方向へ傾倒操作されたのかだけでなく、操作体が浅く（弱く）傾倒操作されたのか深く（強く）傾倒操作されたのかをも検出できるため、一つの操作体で多種類の操作を簡単かつ正確に行うことができ、多機能な多方向入力装置を実現できる。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る多方向入力装置の分解斜視図、図２は該入力装置を構成する押圧突起付き弾性支持部材の底面形状を示す斜視図、図３は該入力装置を構成するフレキシブル回路基板の展開図、図４は該フレキシブル回路基板の折り返し部分に挟持されるスペーサシートの平面図、図５は該入力装置の非操作時の断面図、図６は該入力装置の傾倒量大操作時の断面図、図７は該入力装置の非操作時の押圧突起と検出素子を示す要部断面図、図８は該入力装置の傾倒量大操作時の押圧突起と検出素子を示す要部断面図である。

これらの図に示す多方向入力装置１０は、カバー部材１２とスペーサリング１３および枠状ケース１４とからなるハウジング１１と、傾倒可能に支持された操作体１５と、底面の４箇所に押圧突起１６を突設した弾性支持部材１７と、折り返し形状の積層部１８ａから帯状の延出部１８ｂが延びているフレキシブル回路基板１８とによって主に構成されている。この多方向入力装置１０は、操作体１５の操作つまみ（操作部）１５ａを除く部分と、押圧突起１６を含む弾性支持部材１７と、フレキシブル回路基板１８の積層部１８ａとが、ハウジング１１の内部に収納されており、積層部１８ａのうち各押圧突起１６と対向する４箇所が検出素子として機能するようになっている。

各部の詳細な構成について説明すると、カバー部材１２は中心孔１２ａと一対の外向き突片１２ｂとを有する略円板状部材であり、スペーサリング１３は一対の外向き突起１３ａを有する環状部材である。カバー部材１２は弾性支持部材１７の鍔部１７ａを介してスペーサリング１３上に搭載されている。枠状ケース１４は、フレキシブル回路基板１８の積層部１８ａを載置する底板部１４ａと、スペーサリング１３を包囲する環状壁１４ｂと、カバー部材１２を配置させる上部開口１４ｃとを有し、環状壁１４ｂに設けた一対の凹状切欠き１４ｄ内に外向き突片１２ｂと外向き突起１３ａを挿入することによって、枠状ケース１４に対するカバー部材１２とスペーサリング１３の位置決めがなされている。枠状ケース１４の上部開口１４ｃの周囲には複数の係止片１４ｅが突設されており、これらの係止片１４ｅを内方へ折り曲げることによってカバー部材１２はかしめ固定されている。

操作体１５の中心部には上向きに延びる操作つまみ１５ａが形成されており、この操作つまみ１５ａはカバー部材１２の中心孔１２ａを貫通して上方へ突出している。また、操作体１５の中心部には下向きに延びる支軸１５ｂが形成されており、この支軸１５ｂはフレキシブル回路基板１８の積層部１８ａ上に搭載されている。操作体１５の外周縁部は弾性支持部材１７によって径方向に位置規制されるため、操作体１５の揺動中心は、弾性支持部材１７の中心線上に位置する支軸１５ｂの先端部となる。

弾性支持部材１７はゴム等の弾性材料からなり、各押圧突起１６は弾性支持部材１７に一体形成されている。弾性支持部材１７の中心部には円筒部１７ｂが下向きに突設されており、この円筒部１７ｂ内に操作体１５の支軸１５ｂが挿入されている。弾性支持部材１７の外周部には一対の係合片１７ｃを有する環状の鍔部１７ａが形成されており、各係合片１７ｃを枠状ケース１４の凹状切欠き１４ｄ内に挿入して、鍔部１７ａをカバー部材１２とスペーサリング１３とで挟持することにより、弾性支持部材１７の外周部は位置決め状態で固定されている。そして、この弾性支持部材１７を隔壁としてハウジング１１の内部空間が上部開口１４ｃ側の空間と積層部１８ａ側の空間とに分離されているため、中心孔１２ａから塵埃等が侵入しても検出素子に悪影響を及ぼさないようになっている（図５参照）。この弾性支持部材１７は、操作体１５を中立姿勢に支持すると共に、操作体１５の傾倒操作時に弾性変形するようになっている（図６参照）。

弾性支持部材１７の底面に下向きに突設された４本の押圧突起１６は、略同一円周上の９０度ずつ離れた等間隔な位置に形成されている。図２に示すように、これらの押圧突起１６はいずれも同形状で略円錐形の中空形状に形成されているが、操作体１５が任意の押圧突起１６の存する方向へ大きく傾倒操作されると、図６に示すように、その方向に位置する押圧突起１６が座屈して大きく弾性変形するようになっている。ただし、操作体１５の傾倒角度が小さいときには、押圧突起１６が座屈することはない。

フレキシブル回路基板１８には、図３の展開図に示すように、カーボン等からなる抵抗体パターン１９および保護抵抗パターン２０と、銀等からなる電極パターン２１と、各パターン１９，２０に接続されて引き廻されたリードパターン２２と、延出部１８ｂの端部に露出する端子部２３とが形成されている。このフレキシブル回路基板１８の積層部１８ａは、折り返した状態で上に位置する上部シート１８ｃと、下に位置する下部シート１８ｄとを含み、両シート１８ｃ，１８ｄは折曲部１８ｅによって橋絡されている。また、積層部１８ａを構成する上部シート１８ｃと下部シート１８ｄとの間には、図４に示すスペーサシート２４が介設されている。積層部１８ａについて詳しく説明すると、上部シート１８ｃの下面には、電極パターン２１が等間隔に４個形成されていると共に、適宜箇所に保護抵抗パターン２０が形成されている。下部シート１８ｄの上面には、抵抗体パターン１９が等間隔に４個形成されている。スペーサシート２４には、窓孔２４ａが等間隔に４箇所形成されている。これら電極パターン２１と抵抗体パターン１９と窓孔２４ａの三者は互いに対応する位置に配置されているので、積層部１８ａの各電極パターン２１は各窓孔２４ａを介して各抵抗体パターン１９と対向している。

そして、積層部１８ａ上の各電極パターン２１と対応する位置にそれぞれ押圧突起１６が配置されるため、操作体１５が傾倒操作されると、その方向に位置する押圧突起１６が下方の上部シート１８ｃを押し込んでこれを撓ませ、撓んだ領域に形成されている電極パターン２１が対向する抵抗体パターン１９と接触するようになっている。ただし、上部シート１８ｃに対する押圧突起１６の押圧面積は該押圧突起１６が座屈しているか否かによって異なるので、電極パターン２１と抵抗体パターン１９との接触面積は操作体１５の傾倒量に応じて異なったものとなる。したがって、該接触面積の相違を電気的に検出することにより、操作体１５の傾倒角度の大小が検出可能となる。つまり、フレキシブル回路基板１８の積層部１８ａは、４本の押圧突起１６と対向する４箇所を、操作体１５の傾倒方向および傾倒量を検出する検出素子として機能させることができる。

次に、このように構成された多方向入力装置１０の動作について説明すると、非操作時には図５に示すように、操作体１５は弾性支持部材１７によって傾きのない中立姿勢に保持されており、各押圧突起１６は上部シート１８ｃを押し撓めることなく積層部１８ａ上に搭載されている。そのため、図７に実線で示すように、各電極パターン２１はいずれも対向する抵抗体パターン１９から離隔しており、よって各抵抗体パターン１９の両端間の抵抗値は最大となっている。

この状態で操作者が操作つまみ１５ａを押圧操作し、弾性支持部材１７を弾性変形させながら操作体１５を傾倒させると、傾倒方向に位置する押圧突起１６によって上部シート１８ｃが押し撓められるため、該押圧突起１６の下方に位置する電極パターン２１が対向する抵抗体パターン１９に接触し、該抵抗体パターン１９の両端間の抵抗値が低下する。したがって、端子部２３に接続された外部回路によって各抵抗体パターン１９の両端間の電圧等を測定し、どの抵抗体パターン１９の両端間の抵抗値が低下したのかを検出することにより、操作時における操作体１５の傾倒方向を判定できる。

また、この多方向入力装置１０は、前述したように操作体１５の傾倒角度の大小を検出することもできる。すなわち、操作体１５が所定方向へ傾倒操作されたとき、操作力が弱くて操作体１５の傾倒角度が小さければ、押圧突起１６は座屈することなく上部シート１８ｃを押し撓める。このように操作体１５が浅く（弱く）傾倒操作された場合には、図７に鎖線で示すように、上部シート１８ｃに対する押圧突起１６の押圧面積は小さいので、上部シート１８ｃは局所的に撓むことになり、それゆえ該押圧突起１６の下方に位置する電極パターン２１と抵抗体パターン１９との接触面積は小さく、該抵抗体パターン１９の両端間の抵抗値の低下は小となる。この場合、操作体１５に対する操作力が除去されると、弾性支持部材１７が自身の弾性で元の形状に戻るため、操作体１５は浅い傾倒姿勢から元の中立姿勢に自動的に復帰する。

これに対して、操作力が強くて操作体１５の傾倒角度が大きいと、押圧突起１６が座屈するので、図６に示すように底面積の増大した押圧突起１６が上部シート１８ｃを押し撓める。このように操作体１５が深く（強く）傾倒操作された場合には、図８に示すように、上部シート１８ｃに対する押圧突起１６の押圧面積が増大するため、上部シート１８ｃはやや広い領域で撓むことになり、それゆえ該押圧突起１６の下方に位置する電極パターン２１と抵抗体パターン１９との接触面積が増大し、該抵抗体パターン１９の両端間の抵抗値の低下は大となる。この場合、操作体１５に対する操作力が除去されると、弾性支持部材１７および押圧突起１６が自身の弾性で元の形状に戻るため、操作体１５は深い傾倒姿勢から元の中立姿勢に自動的に復帰する。

このように本実施形態例に係る多方向入力装置１０は、操作体１５の傾倒量に応じて電極パターン２１と抵抗体パターン１９との接触面積が著しく変化するように構成されているので、端子部２３に接続された外部回路によって各抵抗体パターン１９の両端間の電圧等を測定し、どの抵抗体パターン１９の両端間の抵抗値がどの程度低下したのかを検出することにより、操作体１５の傾倒方向だけでなく傾倒角度の大小も判定することができる。つまり、一つの操作体１５で多種類の操作を簡単かつ正確に行うことができるため、この多方向入力装置１０は多機能化が実現されている。

なお、本実施形態例では、下部シート１８ｄ側に抵抗体パターン１９を設け、押圧突起１６に押し撓められる上部シート１８ｃ側に電極パターン２１を設けているが、これを逆にした構成であっても、同じように動作させることはできる。ただし、本実施形態例のような構成にしたほうが、高信頼性や長寿命化が期待できるため好ましい。

また、ハウジング１１の底板部１４ａの中央部に支柱を立設して、支軸１５ｂを省略した操作体１５を該支柱によって揺動自在に支持する構成にすることも可能である。

さらにまた、検出素子を押圧駆動する押圧突起１６を他の形状に変更することによって、小型化を促進することもできる。すなわち、図９に示すように、略同一円周上に配設される複数の押圧突起１６を、該円周の接線方向を長手方向とし該接線方向に沿う切断面が略Ｖ字形（または略Ｕ字形）である中空形状に形成しておけば、各押圧突起１６の配置スペースや、各検出素子（抵抗体パターン１９や電極パターン２１）の配置スペースを大径化する必要がなくなるため、装置全体の小型化が容易となる。しかも、操作体１５を深く（強く）傾倒操作して押圧突起１６を座屈させたときには、上部シート１８ｃに対する押圧突起１６の押圧面積を著しく増大させることができるため、信頼性の向上も図れる。

本発明の実施形態例に係る多方向入力装置の分解斜視図である。 該入力装置を構成する押圧突起付き弾性支持部材の底面形状を示す斜視図である。 該入力装置を構成するフレキシブル回路基板の展開図である。 該フレキシブル回路基板の積層部に介設されるスペーサシートの平面図である。 該入力装置の非操作時の断面図である。 該入力装置の傾倒量大操作時の断面図である。 該入力装置の非操作時の押圧突起と検出素子を示す要部断面図である。 該入力装置の傾倒量大操作時の押圧突起と検出素子を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態例に係る押圧突起付き弾性支持部材の底面形状を示す斜視図である。 従来例に係る多方向入力装置の断面図である。 該多方向入力装置に備えられる押圧操作体の底面図である。

符号の説明

１０ 多方向入力装置
１１ ハウジング
１２ カバー部材
１３ スペーサリング
１４ 枠状ケース
１４ｃ 上部開口
１５ 操作体
１５ａ 操作つまみ（操作部）
１６ 押圧突起
１７ 弾性支持部材
１８ フレキシブル回路基板１８
１８ａ 積層部
１８ｃ 上部シート（可撓性シート）
１９ 抵抗体パターン
２１ 電極パターン
２４ スペーサシート

Claims (6)

1. 略同一円周上に配設された複数の検出素子と、これら検出素子から略等距離な位置を揺動中心として傾倒可能な操作体と、前記各検出素子と前記操作体との間に介設された複数の押圧突起とを備え、
   前記検出素子が、少なくともいずれか一方が可撓性シートに設けられている抵抗体パターンと電極パターンとを間隙を介して接離可能に対向配置して構成されていると共に、前記押圧突起が、前記可撓性シート上に配置されて前記操作体の傾倒量に応じて形状が変化する弾性材料からなり、
   前記操作体の傾倒量に応じて前記可撓性シートに対する前記押圧突起の押圧面積が変化し、それに伴って前記抵抗体パターンと前記電極パターンとの接触面積が変化するように構成したことを特徴とする多方向入力装置。
2. 請求項１の記載において、前記操作体を中立姿勢に支持する弾性支持部材を備え、該弾性支持部材に前記複数の押圧突起を一体形成したことを特徴とする多方向入力装置。
3. 請求項２の記載において、前記弾性支持部材を収納して上部開口から前記操作体の操作部を突出させたハウジングを備え、該ハウジングの内底面に前記複数の検出素子を載置すると共に、該ハウジングの内部空間を前記弾性支持部材を隔壁として前記上部開口側の空間と前記検出素子側の空間とに分離したことを特徴とする多方向入力装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記押圧突起に押圧駆動される前記可撓性シートに前記電極パターンが設けられていることを特徴とする多方向入力装置。
5. 請求項４の記載において、１枚のフレキシブル回路基板を折り返してなる上部シートと下部シートがスペーサを介して接合されていると共に、前記各検出素子を構成する複数の前記電極パターンと複数の前記抵抗体パターンがそれぞれ、前記上部シートの下面と前記下部シートの上面に設けられていることを特徴とする多方向入力装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記抵抗体パターンと前記電極パターンがいずれも、前記各検出素子が配設された円周の接線方向を長手方向とする形状に形成されていると共に、前記押圧突起が、前記接線方向を長手方向とし該接線方向に沿う切断面が略Ｖ字形または略Ｕ字形である中空形状に形成されていることを特徴とする多方向入力装置。
   

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