JP2005209385A - 多方向入力装置 - Google Patents

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Atsushi Yashiro
淳 八代
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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、積層構造の上部基板20および下部基板19とを備えており、上部基板20に設けた4個の電極パターン25が下部基板19に設けた4個の抵抗体パターン22と接離可能に対向している。上部基板20には各電極パターン25に隣接してスリット26が形成されており、各電極パターン25の上方に押圧突起16が配置されている。操作体15が傾倒操作されると、その傾倒量に応じて上部基板20に対する押圧突起16の押圧面積が変化するため、上部基板20の撓む領域の相違によって両パターン25,22の接触面積が変化する。
【選択図】 図1

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が押圧駆動され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13はかかる従来の多方向入力装置を示す断面図、図14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13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13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て該検出素子を押圧駆動可能な複数の押圧突起とを備え、前記検出素子が、いずれか一方がスリットを有する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の前記スリット近傍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、可撓性シートのスリット近傍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、該可撓性シートのスリット近傍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、該可撓性シートのスリット近傍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、前記抵抗体パターンと前記電極パターンがいずれも前記円周の接線方向を長手方向とする形状に形成されていて、かつ前記スリットが前記接線方向に沿って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。
また、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。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各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。
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スリット近傍の撓み方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が実現できる。
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は該入力装置の平面図、図3は該入力装置の側面図、図4は該入力装置を構成する押圧突起付き弾性支持部材を示す斜視図、図5は該弾性支持部材の底面図、図6は図5のA−A線断面に沿って見た押圧突起を非操作時の検出素子と共に示す要部断面図、図7は該弾性支持部材の側面図、図8は該入力装置を構成するフレキシブル積層基板の上部基板を示す平面図、図9は該フレキシブル積層基板の下部基板を示す平面図、図10は該入力装置の非操作時の断面図、図11は該入力装置の傾倒量大操作時の断面図、図12は図11に示す座屈状態の押圧突起を異なる切断面で見たときの要部断面図である。
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、下部基板19上に上部基板20を積層して積層部18aとなしたフレキシブル積層基板18と、円椀頂部21a上に操作体15を搭載して揺動自在に支持する支柱21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、フレキシブル積層基板18の積層部18aの大部分と、支柱21の大部分とが、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、フレキシブル積層基板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。また、枠状ケース14の底板部14aの中央部には嵌合孔14fが形成されており、この嵌合孔14fに支柱21の下端部を圧入することによって、底板部14a上に支柱21が立設されている。
操作体15には操作つまみ15aが突設されており、この操作つまみ15aはドーム形状の膨出部15bの中心部から上向きに延びている。この膨出部15bは支柱21の円椀頂部21a上に搭載されているため、膨出部15bを円椀頂部21a上で摺動させることにより、操作体15は任意方向へ傾倒可能(揺動可能)である。ただし、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の中心線上に設定される。なお、操作体15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。
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内に支柱21が挿通されている。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、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10参照)。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11参照)。
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4および図5に示すように、これらの押圧突起16はいずれも同形状で、前記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字形である中空形状に形成されている。そして、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11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。
フレキシブル積層基板18の下部基板19には、ハウジング11の外方へ突出する帯状の延出部19aが設けられている。図9に示すように、この下部基板19は、可撓性シートの片面にカーボン等からなる4個の抵抗体パターン22と、各抵抗体パターン22から引き廻されたリードパターン23と、延出部19aの端部に露出する端子部24とを配設したものである。また、図8に示すように、フレキシブル積層基板18の上部基板20は可撓性シートの片面に銀等からなる4個の電極パターン25を配設したものであり、この上部基板20には各電極パターン25を挟むように長手方向に沿って延びる計8本のスリット26が形成されている。各抵抗体パターン22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おり、各抵抗体パターン22と対向する位置にそれぞれ電極パターン25が形成されている。また、図示はしていないが、下部基板19と上部基板20の対向面にはそれぞれ、抵抗体パターン22や電極パターン25を除く領域に厚膜のレジスト層が形成されており、これらのレジスト層をスペーサとして、各電極パターン25が各抵抗体パターン22と接離可能に対向している。
そして、積層部18a上の各電極パターン25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が下方の上部基板20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25が対向する抵抗体パターン22と接触するようになっている。つまり、上部基板20は押圧突起16の下方が電極パターン25の形成領域となっており、かつ、該領域は2本のスリット26に挟まれて比較的撓みやすくなっているため、任意の押圧突起16に傾倒操作力が付与されると、その下方で上部基板20が押し撓められて電極パターン25を抵抗体パターン22に接触させることができる。ただし、上部基板20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25と抵抗体パターン22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、フレキシブル積層基板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10に示すように、操作体15は支柱21および弾性支持部材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は上部基板20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6に実線で示すように、各電極パターン25はいずれも対向する抵抗体パターン22から離隔しており、よって各抵抗体パターン22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がその下方の上部基板20を押し込む。こうして押圧突起16に押し込まれる上部基板20の被押圧領域は、2本のスリット26に挟まれており撓みやすくなっているため、該押圧突起16の下方において上部基板20が押し撓められ、そこに形成されている電極パターン25が対向する抵抗体パターン22に接触し、該抵抗体パターン22の両端間の抵抗値が低下する。したがって、端子部24に接続される外部回路によって各抵抗体パターン22の両端間の電圧等を測定し、どの抵抗体パターン22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基板20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6に鎖線で示すように、上部基板20に対する押圧突起16の押圧面積は小さいので、上部基板20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25と抵抗体パターン22との接触面積は小さく、該抵抗体パターン22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11と図12に示すように、底面積の増大した押圧突起16が上部基板20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、上部基板20に対する押圧突起16の押圧面積が増大するため、上部基板20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25と抵抗体パターン22との接触面積が増大し、該抵抗体パターン22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25と抵抗体パターン22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24に接続される外部回路によって各抵抗体パターン22の両端間の電圧等を測定し、どの抵抗体パターン22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。
また、この多方向入力装置10では、略同一円周上に配設されている各抵抗体パターン22や各電極パターン25がいずれも該円周の接線方向を長手方向とする形状に形成されており、各スリット26も該接線方向に沿って形成されており、さらに各押圧突起16も該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字形である中空形状に形成されている。これにより、各検出素子(抵抗体パターン22や電極パターン25)の配置スペースや、各押圧突起16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図りやすくなっている。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、上部基板20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。なお、接線方向に沿う各押圧突起16の断面形状が略V字形でなく略U字形であっても、同等の効果が得られる。
なお、本実施形態例では、下部基板19側に抵抗体パターン22を設け、押圧突起16に押し撓められる上部基板20側に電極パターン25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、操作体15の中央部に下向きに延びる支軸を突設し、該支軸の先端部を揺動支点として操作体15を傾倒可能に支持すれば、支柱21や嵌合孔14fを省略した構成にすることも可能である。
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。 該入力装置の平面図である。 該入力装置の側面図である。 該入力装置を構成する押圧突起付き弾性支持部材を示す斜視図である。 該弾性支持部材の底面図である。 図5のA−A線断面に沿って見た押圧突起を非操作時の検出素子と共に示す要部断面図である。 該弾性支持部材の側面図である。 該入力装置を構成するフレキシブル積層基板の上部基板を示す平面図である。 該フレキシブル積層基板の下部基板を示す平面図である。 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。 図11に示す座屈状態の押圧突起を異なる切断面で見たときの要部断面図である。 従来例を示す断面図である。 該従来例におけ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 フレキシブル積層基板
18a 積層部
19 下部基板
20 上部基板
21 支柱
22 抵抗体パターン
25 電極パターン
26 スリット

Claims (5)

  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て該検出素子を押圧駆動可能な複数の押圧突起とを備え、
    前記検出素子が、いずれか一方がスリットを有する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の前記スリット近傍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、前記抵抗体パターンと前記電極パターンがいずれも前記円周の接線方向を長手方向とする形状に形成されていて、かつ前記スリットが前記接線方向に沿って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。
  3. 請求項1または2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。
  4. 請求項3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各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。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項の記載において、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。
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