JP2008153134A - 多方向入力装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 本発明の目的は、水平方向に移動した移動体を原点位置に復帰させることができ且つ装置高の低減を図ることができる原点復帰手段を備えた多方向入力装置を提供する。
【構成】 ケース１００と、ケース１００に収容され、原点位置０から周囲の任意の水平方向に移動操作される移動体２００と、ケース１００から操作可能に突出すると共に、移動体２００を貫通する操作部材３００と、ケース１００の移動体２００の周囲に配設され、当該移動体２００を原点位置０に保持する４つの原点復帰手段６００とを具備する。原点復帰手段６００は、コイル部６１０と、このコイル部６１０の両端から互いに離れる方向に延びた一対のアーム部６２０とを有する。アーム部６２０が、ケース１００のボディ１１０の係止凸部１１３に係止され、コイル部６１０が、そのコイル孔を鉛直方向に向けた状態でガイド部２２０の上端部に当接する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、移動体を所定の原点位置に自動復帰させる原点復帰手段を備えた多方向入力装置に関する。

この種の多方向入力装置としては、所定の原点位置からその周囲の水平方向に移動操作される移動体と、この操作体の周囲にＸ、Ｙ方向に向けて配置されるコイルスプリングとを具備したもの(特許文献１参照)や、Ｘ、Ｙ方向に移動される略矩形状の操作体と、この操作体の４辺部に一体成形された略Ｖ字状の４つのバネ部材とを具備したもの(特許文献２参照)等がある。

特開２００６−１８５０７２号公報 特開平０７−２７２５９２号公報

ところが、前者は、前記操作体を原点位置に保持するバネ力を得るために、外径の大きなコイルスプリングを用いる必要がある。このため、前記コイルスプリングの外径の大きさが装置高を招くという本質的な欠点を有している。

一方、後者は、前記移動体が移動することにより、前記バネ部材の両アーム部がケースの内壁面に当接して撓み、これにより前記移動体を反移動方向に付勢するようになっている。即ち、後者は、前記バネ部材を用いた原点復帰の構造上、仮に、前記移動体をＸ、Ｙ方向以外の方向に移動させたとしても、原点位置に復帰させることが困難であるという問題を有している。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、原点位置の周囲の任意の水平方向に移動した移動体を前記原点位置に復帰させることができ且つ装置高の低減を図ることができる原点復帰手段を備えた多方向入力装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の多方向入力装置は、ケースと、このケースに収容され、所定の原点位置からその周囲の任意の水平方向に移動操作される移動体と、この移動体の位置を検出する位置検出手段と、前記ケースの移動体の周囲に配設され、当該移動体を原点位置に保持する複数の原点復帰手段とを具備した多方向入力装置であって、前記原点復帰手段は、コイル部と、このコイル部の両端から互いに離れる方向に延びた一対のアーム部とを有する捩じりコイルバネであって、前記アーム部が前記ケースに各々固着されると共に、前記コイル部がそのコイル孔を鉛直方向に向けた状態で前記移動体に当接可能に配置されるようになっている。

このような多方向入力装置による場合、前記原点復帰手段のコイル部がそのコイル孔を鉛直方向に向けた状態で前記移動体に当接可能に配置されている。このため、前記移動体を前記原点復帰手段のコイル部の間の方向に向けて移動させると、前記移動体が両コイル部の間を摺動しつつ移動して両コイル部を圧縮する。その後、前記移動体が開放されると、両コイル部が前記移動体を付勢して原点位置に復帰させることができる。しかも、前記原点復帰手段は、そのコイル部のコイル孔が鉛直方向に向けた状態(即ち、横に寝かした状態)で配置されている。このため、前記コイル部の外径が装置高を招くのを防止することができる。

前記ケースの底板部に、複数の凹部を設け、前記移動体の外周面に、前記凹部にガイドされる複数のガイド部を設けるようにしても良い。このようにすれば、前記移動体の水平移動をスムーズにすることができる。

前記ガイド部は断面視略Ｌ字状であり、前記コイル部が前記ガイド部上に載置されることが好ましい。このようにすれば、前記ガイド部に、前記移動体の移動時に前記コイル部を押圧する押圧部としての役割を持たせることができる。

前記位置検出手段は、前記移動体に設けられた磁石と、前記移動体の移動による磁束変化を検出する磁気検出素子とを有する構成であることが好ましい。このような位置検出手段を用いれば、装置高の低減を図ることができる。

特に、前記移動体のガイド部の内側部に設けた収容部に、前記磁石を収容するようにすれば、ガイド部の内側のデッドスペースを前記磁石の収容空間として用いることができるので、装置の小型化を図る上でメリットがある。なお、この場合、前記磁気検出素子は、ケースの底板部に配設される基板上に設けるようにすれば、この点でも装置の小型化を図ることができる。

前記多方向入力装置は、前記ケースから移動操作可能に突出すると共に、前記移動体を上下動可能に貫通する操作部材と、この操作部材の下方向への移動により作動するスイッチ手段とを備えた構成とすることができる。

また、前記多方向入力装置は、前記操作部材の周方向の回転を防止する回転防止部材を更に備えた構成とすることができる。この場合、前記操作部材は略直方体であり、前記回転防止部材は、前記ケースに前記水平方向の第１の方向に移動自在に設けられた板状体であって、前記操作部材が前記第１の方向と直交する第２の方向に向けて移動自在に嵌まり込む略矩形状の長孔を有している。

前記原点復帰手段のバネ定数は、前記移動体が原点位置から前記原点復帰手段の中心に向けた方向であるα方向に移動したときに、当該原点復帰手段の付勢力により前記移動体に掛かる荷重と、前記移動体が原点位置から２つの前記原点復帰手段の間の中点に向けた方向であるβ方向にα方向の移動と同量移動したときに、前記原点復帰手段の付勢力の合力により前記移動体に掛かる荷重とが等しくなるように、設定されていることが好ましい。

前記原点復帰手段が原点位置を中心とする仮想正多角形の頂部に各々配設されている場合には、前記移動体が原点位置からα方向に移動したときの当該原点復帰手段のバネストロークがＳ、そのバネ荷重がＧであり、前記移動体が原点位置からβ方向にα方向の移動と同量移動したときの前記原点復帰手段の各々のバネストロークがＳｃｏｓθ、そのバネ荷重がＧｃｏｓθになるように前記原点復帰手段のバネ定数を設定することができる。

この場合、前記移動体が原点位置からα方向に移動したときの前記移動体の原点位置への動作力と、前記移動体が原点位置からβ方向に移動したときの前記移動体の原点位置への動作力との差異を軽減することができる。このため、前記移動体が全周囲の任意方向に移動したときの原点位置への動作力を略同じにすることができる。

前記多方向入力装置は、前記磁石の磁力線が自身に向くように、当該磁石と間隔を空けて配置された磁性体を備えた構成とすることができる。この場合、前記磁気検出素子は前記磁石と前記磁性体との間の領域の周辺領域に配置される。

このように前記磁性体を前記磁石と間隔を空けて配置し、当該磁石の磁力線を前記磁性体に向けた第３の方向に向けることにより、前記磁石と前記磁性体との間の領域の周辺領域に配置される前記磁気検出素子付近の磁束密度を向上させることができる。即ち、前記磁気検出素子の感度を向上させることができので、高精度な多方向入力装置を得ることができる。

特に、装置の薄型化の要求により、前記磁石を薄くした場合には、当該磁石の側面の磁力線が、前記第３の方向と交差する第４の方向に向くため、前記磁気検出素子付近の磁束密度が低下する。即ち、前記磁石の側面の磁力線が前記磁気検出素子に向かないため、前記磁気検出素子が検出するのに必要な所定の磁束密度を安定して得ることが困難であるという問題を有していたが、前述の通り前記磁石の磁力線を前記磁性体に向け、前記磁気検出素子付近の磁束密度を向上させることにより、前記問題を解決することができるようになっている。換言すると、前記磁石を薄くしても、前記磁気検出素子付近の所定の磁束密度を安定して得ることができるので、装置の薄型化図ることができる。

前記多方向入力装置は、前記磁気検出素子が配設されるフレキシブル基板と、このフレキシブル基板を前記ケースに取り付ける取付部材とを更に備えた構成とすることができる。この場合、前記取付部材が前記磁性体である。このように前記取付部材を前記磁性体とすることにより、部品点数の低減を図ることができ、低コスト化を図ることができる。

本発明の多方向入力装置による場合、前記移動体を前記原点復帰手段のコイル部の間の方向に向けて移動させると、両コイル部が移動体に圧縮され、原点位置に向けて付勢するようになっている。このように原点復帰手段の間に向けて移動させた移動体を、原点位置に復帰させることができるので、任意の水平方向に移動した移動体を原点位置に復帰させることができる。しかも、捩じりコイルバネである原点復帰手段を横に寝かした状態で配置するようになっているので、前記原点復帰手段の前記コイル部の外径が装置高を招くことない。この点で、装置高の低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る多方向入力装置について説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る多方向入力装置について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る多方向入力装置の概略的平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は同装置のケースの蓋体を取り外し且つ操作部材の操作部を取り除いた状態の概略的平面図、図５は同装置の取付部材を除いた模式的分解斜視図、図６は同装置の移動体及び原点復帰手段の動作状態を示す模式的平面図であって、(ａ)が移動体を図示左斜め上のα方向に移動させた状態を示す図、(ｂ)が移動体を図示上のβ方向に移動させた状態を示す図、図７は(ａ)が移動体を図示左斜め上のα方向に移動させたときの原点復帰手段のバネストロークの成分を示す図、(ｂ)が前記バネストローク時の原点復帰手段のバネ荷重の成分を示す図、図８は(ａ)が移動体を図示上のβ方向に移動させたときの原点復帰手段のバネストロークの成分を示す図、(ｂ)が前記バネストローク時の原点復帰手段のバネ荷重の成分を示す図、図９は同装置の原点復帰手段のバネストロークとバネ荷重との関係を示すグラフ、図１０は同装置の原点復帰手段のバネストロークとバネ荷重との従来の関係を示すグラフである。

ここに掲げる多方向入力装置は、ケース１００と、このケース１００に収容され、所定の原点位置０からその周囲の任意の水平方向に移動操作される移動体２００と、ケース１００から移動操作可能に突出すると共に、移動体２００を上下動可能に貫通する操作部材３００と、移動体２００の位置を検出する位置検出手段４００と、操作部材３００の下方向への移動により作動するスイッチ手段５００と、ケース１００の移動体２００の周囲に配設され、当該移動体２００を原点位置０に保持する４つの原点復帰手段６００と、操作部材３００の周方向の回転を防止する回転防止部材７００とを具備している。以下、各部を詳しく説明する。なお、ここでいう原点位置０とは移動体２００の中心がケース１００の開口部１２２の中心と鉛直線上に一致する位置のことである。

ケース１００は、図１乃至図５に示すように、ボディ１１０と、このボディ１１０に取り付けられるカバー１２０とを有する。

ボディ１１０は、上面が開放された八角形の箱状体であって、その底板部の下面にフレキシブル基板８００及び板金等の取付部材９００が順次取り付けられている。

ボディ１１０の底板部の中央部には、図２、図３及び図４に示すように、フレキシブル基板８００上のスイッチ手段５００を当該ボディ１１０内に露出させるための略円形の貫通孔１１１が設けられている。

ボディ１１０の底板部の上面の貫通孔１１１の回りには、図４に示すように、略矩形状の４つの凹部１１２が９０°間隔で設けられている。この凹部１１２は、移動体２００のガイド部２２０を移動自在にガイドする。これにより、移動体２００の安定した水平移動を実現している。

また、ボディ１１０の底板部の上面の凹部１１２の中央部の両側には一対の係止凸部１１３が、前記底板部の上面の凹部１１２の先端部の両端には一対の支持凸部１１４が設けられている。一対の係止凸部１１３は、原点復帰手段６００の一対のアーム部６２０の先端部を係止する。一対の支持凸部１１４は、原点復帰手段６００の一対のアーム部６２０の中間部に当接支持する。

ボディ１１０の底板部の下面の４つの凹部１１２と略４５°位置ずれした位置には、図２に示すように、位置検出手段４００の磁気検出素子４２０を収容するための４つの収容凹部１１５(図示２つ)が設けられている。また、ボディ１１０の底板部の下面には、円柱状の２つの取付脚部１１７と、この２つの取付脚部１１７よりも外径が小さい円柱状の２つの固定脚部１１８とが設けられている。取付脚部１１７は、フレキシブル基板８００の第１の取付孔８１０及び取付部材９００の図示しない第１の取付孔に挿入される。固定脚部１１８は、スイッチ手段５００の固定具５３０の固定孔５３２、フレキシブル基板８００の第２の取付孔８２０及び取付部材９００の図示しない第２の取付孔に挿入される。

また、ボディ１１０の８つの外壁面のうち４つの凹部１１２の外側に位置する４つの外壁面には、カバー１２０を係止するための４つの係止爪１１６が設けられている。

カバー１２０は、図１、図２及び図３に示すように、ボディ１１０の上面開口を塞ぐ八角形の天板部と、この天板部の中央部に設けられた略円形のガイド凹部１２１と、このガイド凹部１２１の中央部に位置する円形の開口部１２２と、前記天板部の４辺に９０°間隔で設けられた４つの係止部１２３とを有している。

ガイド凹部１２１及び開口部１２２は、ボディ１１０の貫通孔１１１と同心円状になっている。４つの係止部１２３は、ボディ１１０の４つの係止爪１１６に係止される。また、４つの係止部１２３のうち２つの係止部１２３の先端部には、図３及び図５に示すように、延長片１２３ａが設けられている。この延長片１２３ａがフレキシブル基板８００の略矩形状の係止孔８３０及び取付部材９００の図示しない係止孔に挿入され係止される。

移動体２００は、図２乃至図５に示すように、略円板状の移動体本体２１０と、この移動体本体２１０の外周面に９０°間隔で設けられた４つのガイド部２２０と、移動体本体２１０の下面のガイド部２２０の内側部に設けられたリング状の突起部２３０とを有している。

移動体本体２１０の中央部には、キートップ３２０の本体部３２１が嵌まり込む矩形状の孔部２１１が設けられている。また、移動体本体２１０の上面には、回転防止部材７００が嵌まり込む取付凹部２１２が設けられている。

突起部２３０は、図２及び図３に示すように、４つのガイド部２２０との間に位置検出手段４００の磁石４１０を収容するための第１の収容部２３１を形成する。また、突起部２３０の内側空間は、図２及び図３に示すように、孔部２１１の下方にキートップ３２０のフランジ部３２２を収容する第２の収容部２３２となる。

ガイド部２２０は、断面視略Ｌ字状の部位であって、その下端部がボディ１１０の凹部１１２に移動自在にガイドされる。また、ガイド部２２０の下端部は、原点復帰手段６００のコイル部６１０が載置される。一方、ガイド部２２０の上端部は、移動体２００の移動時に原点位置０から離れる方向に向けてコイル部６１０を押圧する一方、移動体２００の復帰時にコイル部６１０に原点位置０に向けて付勢される部位である。

回転防止部材７００は、図２、図３及び図５に示すように、移動体２００上に位置する非導電性の断面略凹字状の長尺状の板状体である。この回転防止部材７００の中央部には、その長さ方向(即ち、前記第１の方向に直交する第２の方向)に沿って矩形状の長孔７１０が設けられている。この長孔７１０に操作部材３００のキートップ３２０の略角柱状の本体部３２１がその長さ方向に沿って移動自在に嵌まり込むことにより、操作部材３００の周方向への回転を防止している。

回転防止部材７００の長さ寸法は、ボディ１１０の互いに対向する一対の一辺部の内壁面の間の寸法と略同じ寸法となっている。また、回転防止部材７００の長さ方向の両端部の幅寸法はボディ１１０の前記一辺部の長さ寸法よりも短くなっており、前記両端部の間の中央部の幅寸法は移動体２００の取付凹部２１２の幅寸法と略同じになっている。即ち、回転防止部材７００は、移動体２００の取付凹部２１２に嵌まり込んだ状態で、ボディ１１０の前記一辺部の間に、長孔７１０の中心が原点位置０と鉛直線上に一致する初期位置から当該一辺部の長さ方向(即ち、第１の方向)に沿ってスライド移動可能に保持される。

操作部材３００は、図２、図３及び図５に示すように、ユーザに操作される操作部３１０と、この操作部３１０と移動体２００及び回転防止部材７００を挟んで組み合わされるキートップ３２０とを有している。

操作部３１０は、上面が閉塞された略円筒状の操作部本体３１１と、この操作部本体３１１の外周面の下端部に設けられた円板部３１２とを有している。

操作部本体３１１は、カバー１２０の開口部１２２からケース１００の外部に操作可能に突出する部位である。この操作部本体３１１の天井面には係合凸部３１１ａが設けられている。円板部３１２はカバー１２０のガイド凹部１２１に移動自在に入り込む。

キートップ３２０は、略直方体状の本体部３２１と、この本体部３２１の外周面に設けられた円板状のフランジ部３２２とを有している。

本体部３２１は、移動体２００の孔部２１１及び回転防止部材７００の長孔７１０に挿入される部位であって、その上面に係合穴部３２１ａが設けられている。この係合穴部３２１ａに係合凸部３１１ａが係合されることにより、操作部３１０とキートップ３２０とが、移動体２００及び回転防止部材７００を挟んで組み合わされる。

フランジ部３２２は、移動体２００の第２の収容部２３２に嵌まり込むことにより、キートップ３２０が移動体２００から上方に抜けるのを防止している。

スイッチ手段５００は、図２、図３及び図５に示すように、フレキシブル基板８００に形成された一対の固定接点部５１０と、フレキシブル基板８００上に一方の固定接点部５１０に接触するようにセットされるドーム状の可動接点部５２０と、可動接点部５２０をフレキシブル基板８００上で位置固定する固定具５３０と有している。

可動接点部５２０は、スナッププレートである。固定具５３０は略十字状をしており、中央部に可動接点部５２０を収容するドーム状の張出部５３１を有している。また、固定具５３０の４つのアームのうち、２つのアームの先端部には、貫通した２つの固定孔５３２が各々設けられている。即ち、張出部５３１に可動接点部５２０を収容した状態で、２つの固定孔５３２にボディ１１０の２つの固定脚部１１８が通される。これにより、可動接点部５２０がフレキシブル基板８００上で位置固定される。

要するに、スイッチ手段５００は、可動接点部５２０がキートップ３２０に押下されると、反転し、他方の固定接点部５１０に接触し、これによりスイッチ手段５００が作動する周知のものである。

位置検出手段４００は、図２、図３及び図５に示すように、移動体２００の第１の収容部２３１に収容され、当該移動体２００と共に移動するリング状の磁石４１０と、この磁石４１０の移動による磁束変化を検出する４つの磁気検出素子４２０とを有する。

４つの磁気検出素子４２０は、図２に示すように、フレキシブル基板８００上のスイッチ手段５００の一対の固定接点部５１０の回りに９０°間隔で配設されたホールＩＣである。この磁気検出素子４２０は、フレキシブル基板８００がボディ１１０の底板部に取り付けられた状態で、当該ボディ１１０の収容凹部１１５に収容される。また、磁気検出素子４２０は、フレキシブル基板８００を通じて本発明の多方向入力装置が備えられる電子機器に電気的に接続される。

原点復帰手段６００は、図４、図５及び図６に示すように、略Ｖ字状の捩じりコイルバネであって、原点位置０を中心とした仮想正四角形の頂部に位置するように４５°間隔で各々配設されている。この原点復帰手段６００は、コイル部６１０と、このコイル部６１０の両端から互いに離れる方向に延びた一対のアーム部６２０とを有する。

アーム部６２０は、コイル部６１０の端部に連続する直線状の基端部と、コイル部６１０と反対方向に向けてフック形状に湾曲した先端部と、前記基端部と前記先端部とを繋ぐ中間部とを有する。このアーム部６２０の先端部がボディ１１０の係止凸部１１３に係止されると共に、当該アーム部６２０の中間部がボディ１１０の支持凸部１１４に当接支持される。

コイル部６１０は、一対のアーム部６２０の先端部がボディ１１０の一対の係止凸部１１３に係止された状態で、そのコイル孔を鉛直方向に向けた状態でガイド部２２０の下端部上に載置されると共に、当該ガイド部２２０の上端部に当接する。

原点復帰手段６００のバネ定数は、図６(ａ)に示すように、移動体２００が原点位置０から原点復帰手段６００の中心に向けた方向であるα方向に移動したとき、図７及び図９に示すように、当該原点復帰手段６００のバネストロークがＳ、そのバネ荷重がＧであり、且つ図６(ｂ)に示すように、移動体２００が原点位置０から２つの原点復帰手段６００の間の中点に向けた方向であるβ方向にα方向と同量移動したとき、図８及び図９に示すように、２つの原点復帰手段６００の各々のバネストロークがＳｃｏｓθ(１／√２Ｓ)、バネ荷重がＧｃｏｓθ(１／√２Ｇ)になるように設定されている。

このため、移動体２００がα方向に移動したときに、原点復帰手段６００のバネストロークＳに対するバネ荷重Ｇ(即ち、移動体２００に掛かる付勢力)と、移動体２００がβ方向にα方向の移動と同量移動したときに、２つの原点復帰手段６００のバネストローク１／√２Ｓに対するバネ荷重１／√２Ｇの合力と(即ち、移動体２００に掛かる付勢力)が等しくなる。

このようにして、原点復帰手段６００として、図１０に示すように、移動体２００をα方向に移動したときのバネストロークＳに対するバネ荷重と、移動体２００をβ方向にα方向の移動と同量移動したときのバネストローク１／√２Ｓに対するバネ荷重とに殆ど変化がないものを用いた場合、β方向のバネ荷重の合力がα方向のバネ荷重に比べて大きくなるのを是正している。

以下、このような構成の多方向入力装置の組み立て手順について説明する。まず、位置検出手段４００の磁石４１０を移動体２００の第１の収容部２３１に収容させる。これと共に、回転防止部材７００を移動体２００の取付凹部２１２に、長孔７１０が孔部２１１と一致するように嵌め込む。

その後、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１を、移動体２００の孔部２１１及び回転防止部材７００の長孔７１０に下方から位置合わせをしつつ挿入する。すると、キートップ３２０のフランジ部３２２が移動体２００の第２の収容部２３２に嵌まり込む。

そして、操作部３１０の係合凸部３１１ａをキートップ３２０の係合穴部３２１ａに係合させ、操作部３１０とキートップ３２０とを組み合わせる。このようにして操作部材３００、移動体２００及び回転防止部材７００をユニット化する。

その後、回転防止部材７００をボディ１１０の互いに対向する一辺部の間に嵌め込むと共に、移動体２００のガイド部２２０をボディ１１０の凹部１１２に各々挿入する。

その後、スイッチ手段５００の固定具５３０の張出部５３１に可動接点部５２０を収容する。そして、固定具５３０の２つの固定孔５３２に、ボディ１１０の２つの固定脚部１１８に挿入する。すると、キートップ３２０が可動接点部５２０の頂部に固定具５３０を介して接触する。

この状態で、フレキシブル基板８００上の位置検出手段４００の磁気検出素子４２０がボディ１１０の収容凹部１１５に収容されるように位置合わせをしつつ、ボディ１１０の２つの取付脚部１１７をフレキシブル基板８００の第１の取付孔８１０及び取付部材９００の第１の取付孔に、当該ボディ１１０の２つの固定脚部１１８をフレキシブル基板８００の第２の取付孔８２０及び取付部材９００の第２の取付孔に順次挿入する。すると、可動接点部５２０がフレキシブル基板８００上の一方の固定接点部５１０上にセットされる。

その後、原点復帰手段６００の一対のアーム部６２０の先端部をボディ１１０の一対の係止凸部１１３に係止させると共に、コイル部６１０をそのコイル孔を鉛直方向に向けた状態で移動体２００のガイド部２２０の下端部上に載置させる。

その後、カバー１２０の開口部１２２に操作部３１０を挿入し、カバー１２０の２つの係止部１２３の先端部の延長片１２３ａをフレキシブル基板８００の略矩形状の係止孔８３０及び取付部材９００の係止孔に挿入し係止させる。これと共に、４つの係止部１２３をボディ１１０の４つの係止爪１１６に係止させる。すると、操作部３１０の円板部３１２がガイド凹部１２１に嵌まり込む。

以下、このようにして組み立てられた多方向入力装置の使用方法を説明すると共に、各部の動作について説明する。まず、図４及び図６(ａ)に示すように、操作部材３００が原点位置０から図示斜め左上のα方向に向けて移動操作された場合、移動体２００が同方向に向けて移動する。すると、移動体２００の図示斜め左上のガイド部２２０の上端部が図示斜め左上の原点復帰手段６００のコイル部６１０を押圧する。これにより、当該コイル部６１０が圧縮される。このとき、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を長さ方向の一端面に向けて移動する。

その後、操作部材３００が開放されると、図示斜め左上の原点復帰手段６００の付勢力により、移動体２００の図示斜め左上のガイド部２２０の上端部が原点位置０に向けて押圧される。これにより、移動体２００が原点位置０に押し戻される。このとき、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を長さ方向の他端面に向けて移動する。

操作部材３００が原点位置０から図示斜め右上のα方向に向けて移動操作された場合、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０の幅方向の一端面を押圧する。これにより、回転防止部材７００が初期位置からボディ１１０の前記一辺部の間をその長さ方向に沿って移動する。その後、操作部材３００が開放されると、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０の幅方向の他端面を押圧する。これにより、回転防止部材７００が初期位置に復帰する。これ以外の各部の動作は、操作部材３００を図示斜め左上のα方向に向けて移動操作した場合と同様であるため、その説明は省略する。

操作部材３００が原点位置０から図示斜め左下のα方向に向けて移動操作された場合、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０の幅方向の他端面を押圧する。これにより、回転防止部材７００が初期位置からボディ１１０の前記一辺部の間をその長さ方向に沿って移動する。その後、操作部材３００が開放されると、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０の幅方向の一端面を押圧する。これにより、回転防止部材７００が初期位置に復帰する。これ以外の各部の動作は、操作部材３００を図示斜め左上のα方向に向けて移動操作した場合と同様であるため、その説明は省略する。

操作部材３００が原点位置０から図示斜め右下のα方向に向けて移動操作された場合、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を長さ方向の他端面に向けて移動する。その後、操作部材３００が開放されると、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を長さ方向の一端面に向けて移動する。これ以外の各部の動作は、操作部材３００を図示斜め左上のα方向に向けて移動操作した場合と同様であるため、その説明は省略する。

次に、図６(ｂ)に示すように、操作部材３００が原点位置０から図示上のβ方向に向けて移動操作されると、移動体２００が同方向に向けて移動する。すると、移動体２００の図示上側の２つのガイド部２２０の上端部が図示上側の２つの原点復帰手段６００のコイル部６１０に対して摺動しつつ押圧する。これにより、図示上側の２つの原点復帰手段６００のコイル部６１０が圧縮される。このとき、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を幅方向の一端面を押圧しつつ、当該長孔７１０の長さ方向の一端面に向けて移動する。これにより、回転防止部材７００が初期位置からボディ１１０の前記一辺部の間をその長さ方向に沿って移動する。

その後、操作部材３００が開放されると、図示上側の２つの原点復帰手段６００の付勢力により、移動体２００の図示上側の２つのガイド部２２０の上端部が原点位置０に向けて押圧される。これにより移動体２００が原点位置０に押し戻される。このとき、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を幅方向の他端面を押圧しつつ、当該長孔７１０の長さ方向の他端面に向けて移動する。これにより回転防止部材７００が初期位置に復帰する。

操作部材３００が原点位置０から図示下のβ方向に向けて移動操作された場合、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を幅方向の他端面を押圧しつつ、当該長孔７１０の長さ方向の他端面に向けて移動する。これにより回転防止部材７００が初期位置からボディ１１０の前記一辺部の間をその長さ方向に沿って移動する。その後、操作部材３００が開放されると、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を幅方向の一端面を押圧しつつ、当該長孔７１０の長さ方向の一端面に向けて移動する。これにより、回転防止部材７００が初期位置に復帰する。これ以外の各部の動作は、操作部材３００を図示上のβ方向に向けて移動操作した場合と同様であるため、その説明は省略する。

操作部材３００が原点位置０から図示左のβ方向に向けて移動操作された場合、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を幅方向の他端面を押圧しつつ、当該長孔７１０の長さ方向の一端面に向けて移動する。これにより回転防止部材７００が初期位置からボディ１１０の前記一辺部の間をその長さ方向に沿って移動する。その後、操作部材３００が開放されると、回転防止部材７００の長孔７１０内を幅方向の一端面を押圧しつつ、当該長孔７１０の長さ方向の他端面に向けて移動する。これにより、回転防止部材７００が初期位置に復帰する。これ以外の各部の動作は、操作部材３００を図示上のβ方向に向けて移動操作した場合と同様であるため、その説明は省略する。

操作部材３００が原点位置０から図示右のβ方向に向けて移動操作された場合、操作部材３００のキートップ３２０の本体部３２１が回転防止部材７００の長孔７１０内を幅方向の一端面を押圧しつつ、当該長孔７１０の長さ方向の他端面に向けて移動する。これにより回転防止部材７００が初期位置からボディ１１０の前記一辺部の間をその長さ方向に沿って移動する。その後、操作部材３００が開放されると、回転防止部材７００の長孔７１０内を幅方向の他端面を押圧しつつ、当該長孔７１０の長さ方向の一端面に向けて移動する。これにより、回転防止部材７００が初期位置に復帰する。これ以外の各部の動作は、操作部材３００を図示上のβ方向に向けて移動操作した場合と同様であるため、その説明は省略する。

位置検出手段４００の４つの磁気検出素子４２０は移動体２００の移動に伴う磁石４１０の移動に応じて信号を上記電子機器に各々出力する。前記電子機器は、各磁気検出素子４２０信号を利用して移動体２００の移動方向及びその移動量を演算する。

このような多方向入力装置による場合、原点復帰手段６００のコイル部６１０がそのコイル孔を鉛直方向に向けた状態で移動体２００のガイド部２２０に当接するように配置されている。このため、移動体２００を２つの原点復帰手段６００のコイル部６１０の間の方向に向けて移動させると、移動体２００の２つのガイド部２２０が２つの原点復帰手段６００のコイル部６１０に対して摺動しつつ当該コイル部６１０を押圧し、その後、移動体２００が開放されると、２つのコイル部６１０が２つのガイド部２２０を付勢して原点位置に復帰させることができるようになっている。このように原点復帰手段６００の間に向けて移動した移動体２００を原点位置０に復帰させることができるので、任意の水平方向に移動操作された移動体２００を原点位置０に復帰させることができる。しかも、原点復帰手段６００は、そのコイル部６１０のコイル孔が鉛直方向に向けた状態で配置されている。このため、コイル部６１０の外径が装置高を招くのを防止することができる。

また、移動体２００のガイド部２２０の内側に位置検出手段４００の磁石４１０を収容する第１の収容部２３１を設け、当該ガイド部２２０の内側のデッドスペースを有効利用している。このため、装置の小型化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る多方向入力装置について図面を参照しつつ説明する。図１１は本発明の第２の実施の形態に係る多方向入力装置の磁気シミュレーションに用いた取付部材、フレキシブル基板及び位置検出手段の模式的断面図、図１２は前記磁気シミュレーションの解析結果を示す図であって、(ａ)が位置検出手段の磁石の磁気特性ポテンシャルを説明するための図、(ｂ)が取付部材に非磁性体を用いた場合と取付部材に磁性体を用いた場合との前記磁石の図１１のＬ間の磁束密度を示した表である。

ここに掲げる多方向入力装置は、取付部材９００’として磁性体を用いている以外、実施例１の多方向入力装置と同じものである。従って、その相違点について詳しく説明し、重複する部分については説明を省略する。なお、取付部材の符号については上述の通り９００’を付す。

取付部材９００’は、図２及び図３を借りて参照するように、取付部材９００と同様に、ケース１００のボディ１１０の下面にフレキシブル基板８００と共に取り付けられる鋼板(磁性体)である。このように取付部材９００’は、ボディ１００の下面に取り付けられることにより、位置検出手段４００の磁石４１０との間に当該ボディ１１０の底板部及びフレキシブル基板８００を挟んだ状態で、当該磁石４１０と間隔を空けて配置される。このとき、フレキシブル基板８００に実装された位置検出手段４００の４つの磁気検出素子４２０が取付部材９００’と磁石４１０との間の領域の周辺領域に配置されることとなる。

以下、取付部材９００’として、直径φ１７．２ｍｍ、高さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０１(ステンレス(即ち、非磁性体))又は直径φ１７．２ｍｍ、高さ０．２ｍｍの鋼板(即ち、磁性体)を用いて、磁気シミュレーションを行った。その他の各部の条件は次の通りである。
磁石４１０としては、図１１に示すように、内径φ５．７ｍｍ、外径φ７．９ｍｍ、高さ０．８ｍｍ、材料ＮＴ−８５２ ＭＥ１２Ｍの磁石を用いた。また、この磁石４１０をフレキシブル基板８００からの高さ位置０．４ｍｍの位置に配置した。
フレキシブル基板８００としては、直径φ１７．２ｍｍ、高さ０．２ｍｍのフレキシブル基板を用いた。

この磁気シミュレーションの解析の結果、取付部材９００’が前記ステンレスである場合には、磁石４１０の磁力線の大部分が図示左右方向に向き、図１１に示すＬ間の磁束密度が、図１２(ｂ)に示す通りとなった。

一方、取付部材９００’が前記鋼板である場合には、図１２(ａ)に示すように、磁石４１０の図示下側の磁力線が図示下方向に向き、図１１に示すＬ間の磁束密度が、図１２(ｂ)に示す通りとなった。

このような解析結果から、取付部材９００’として前記鋼板を用いた方が、前記ステンレスを用いた場合と比べて図１１に示すＬ間の磁束密度が向上することが分かった。

このような多方向入力装置による場合、実施例１の多方向入力装置と同等の効果を得ることができる他、位置検出手段４００の磁気検出素子４２０付近の磁束密度を向上させることにより、当該磁気検出素子４２０が検出するのに必要な所定の磁束密度を安定して得ることができるようになっている。このため、磁気検出素子４２０の感度を向上させることができ、装置の高精度化を図ることができる。しかも、磁石４１０の図示下側の磁力線を取付部材９００’に向けることができるので、磁石４１０を薄くすることにより、当該磁石４１０の側面の磁力線が磁気検出素子４２０に向かず、磁気検出素子４２０付近の磁束密度が低下するという不具合を防止することができる。換言すると、磁石４１０を薄くし、装置の小型化を図ることができる。

なお、ケース１００については、ボディ１１０及びカバー１２０から構成されるとしたが、各構成部品を収容可能であれば、どのように設計変更してもかまわない。

移動体２００については、ケース内を原点位置０から任意の水平方向に移動可能であるものである限り、どのような形状のものを用いてもかまわない。よって、移動体２００には、安定した水平移動のためには、ガイド部２２０を設けることが好ましいが、当該ガイド部２２０を設けなくとも良い。ガイド部２２０を設けない場合には、移動体２００の外周面がコイル部６１０に当接可能に対向配置される。第１、第２の収容部２３１、２３２等も同様である。

第１の収容部２３１については、磁石４１０を収容可能であれば、どのような形状のものであっても良い。

操作部材３００については、移動体２００を移動操作し得る限りどのようなものを用いてもかまわない。例えば、操作部材３００を移動体２００と一体化することも可能である。

位置検出手段４００については、磁石４１０及び磁気検出素子４２０から構成されるとして説明したが、これに限定されるものでない。例えば、移動体２００に金属板を取り付け、当該金属板を磁石が形成する磁場内で移動させ、その磁場の変化を電磁変換素子で検出する構成とすることもできる。また、移動体２００に取り付けた押圧部材を感圧センサや静電センサに押圧させ、電圧や静電気の変化を検出する構成とすることもできる。更に、移動体２００に接触子を設け、抵抗回路上を摺動させる直線型の可変抵抗器を用いることもできる。なお、位置検出手段４００の代わりに移動体２００の水平移動に応じて作動するスイッチ手段を用いることも可能であるが、上記実施例や変形例の如く、その出力信号を利用して移動体２００の移動量を検出することはできない。

磁石４１０については、リング状であるとしたが、これに限定されるものでない。

スイッチ手段５００については設けるか否かは任意である。また、スイッチ手段５００は操作部材の下方向への移動により作動するものである限り、どのようなものを用いてもかまわない。

原点復帰手段６００については、アーム部６２０の先端部がフック形状に湾曲しているとしたが、当該アーム部６２０の先端部がケースに固着されていれば良い。例えば、アーム部６２０をケースに設けた突起部等に熱圧着するようにしても良いし、ケースの内壁面に孔を設け、この孔にアーム部６２０の先端部を係止させるようにしても良い。コイル部６１０は、移動体２００の移動方向に当接可能に対向配置されて良く、必ずしも当接している必要はない。

原点復帰手段６００の数については、周囲の任意方向に移動した移動体２００を原点位置０に復帰させるために３つ以上であることが好ましい。

この原点復帰手段のバネ定数は、移動体が原点位置から原点復帰手段の中心に向けた方向であるα方向に移動したときに、当該原点復帰手段の付勢力により移動体に掛かる荷重と、移動体が原点位置から２つの原点復帰手段の間の中点に向けた方向であるβ方向にα方向の移動と同量移動したときに、当該原点復帰手段の付勢力の合力により移動体に掛かる荷重とが等しくなるように設定されていることが好ましい。なお、この原点復帰手段の上述したバネ定数の設定方法については、原点復帰手段６００に限定されるものではないことは言うまでもない。

特に、前記原点復帰手段が原点位置を中心とする仮想正多角形の頂点に各々配設される場合、前記原点復帰手段のバネ定数は、前記移動体が原点位置から前記α方向に移動したときの当該原点復帰手段のバネストロークがＳ、そのバネ荷重がＧであり、前記移動体が原点位置から前記β方向に前記α方向の移動と同量前記移動したときの前記原点復帰手段の各々のバネストロークをＳｃｏｓθ、そのバネ荷重をＧｃｏｓθとなるように設定とすることができる。

回転防止部材７００については設けるか否かは任意である。

取付部材については、磁性体又は非磁性体を任意に選択することができる。また、取付部材とは別に磁性体を設けることも可能である。この場合、前記磁性体が、前記磁石の少なくとも一部の磁力線が自身に向くように当該磁石と間隔を空けて配設され、前記磁気検出素子が前記磁石と前記磁性体との間の領域の周辺領域に配置されるようにする。

なお、原点位置０は、移動体２００の中心がケース１００の開口部１２２の中心と一致する位置のことであるとして説明したが、これに限定されるものでなく、任意に設定可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態に係る多方向入力装置の概略的平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 同装置のケースの蓋体を取り外し且つ操作部材の操作部を取り除いた状態の概略的平面図である。 同装置の取付部材を除いた模式的分解斜視図である。 同装置の移動体及び原点復帰手段の動作状態を示す模式的平面図であって、(ａ)が移動体を図示左斜め上のα方向に移動させた状態を示す図、(ｂ)が移動体を図示上のβ方向に移動させた状態を示す図である。 (ａ)が移動体を図示左斜め上のα方向に移動させたときの原点復帰手段のバネストロークの成分を示す図、(ｂ)が前記バネストローク時の原点復帰手段のバネ荷重の成分を示す図である。 (ａ)が移動体を図示上のβ方向に移動させたときの原点復帰手段のバネストロークの成分を示す図、(ｂ)が前記バネストローク時の原点復帰手段のバネ荷重の成分を示す図である。 同装置の原点復帰手段のバネストロークとバネ荷重との関係を示すグラフである。 同装置の原点復帰手段のバネストロークとバネ荷重との従来の関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る多方向入力装置の磁気シミュレーションに用いた取付部材、フレキシブル基板及び位置検出手段の模式的断面図である。 前記磁気シミュレーションの解析結果を示す図であって、(ａ)が位置検出手段の磁石の磁気特性ポテンシャルを説明するための図、(ｂ)が取付部材に非磁性体を用いた場合と取付部材に磁性体を用いた場合との前記磁石の図１１のＬ間の磁束密度を示した表である。

符号の説明

１００ ケース
１１２ 凹部
２００ 移動体
２２０ ガイド部
２３１ 第１の収容部
３００ 操作部材
４００ 位置検出手段
４１０ 磁石
４２０ 磁気検出素子
５００ スイッチ手段
６００ 原点復帰手段
６１０ コイル部
６２０ アーム部
７００ 回転防止部材
７１０ 長孔
８００ フレキシブル基板
９００ 取付部材
９００’取付部材(磁性体)

Claims (11)

1. ケースと、このケースに収容され、所定の原点位置からその周囲の任意の水平方向に移動操作される移動体と、この移動体の位置を検出する位置検出手段と、前記ケースの移動体の周囲に配設され、当該移動体を原点位置に保持する複数の原点復帰手段とを具備した多方向入力装置において、
   前記原点復帰手段は、コイル部と、このコイル部の両端から互いに離れる方向に延びた一対のアーム部とを有する捩じりコイルバネであって、
   前記アーム部が前記ケースに各々固着されると共に、前記コイル部がそのコイル孔を鉛直方向に向けた状態で前記移動体に当接可能に配置されることを特徴とする多方向入力装置。
2. 請求項１記載の多方向入力装置において、前記ケースの底板部には、複数の凹部が設けられており、
   前記移動体の外周面には、前記凹部にガイドされる複数のガイド部が設けられていることを特徴とする多方向入力装置。
3. 請求項２記載の多方向入力装置において、前記ガイド部は断面視略Ｌ字状であり、
   前記コイル部が前記ガイド部上に載置されることを特徴とする多方向入力装置。
4. 請求項１、２又は３記載の多方向入力装置において、前記位置検出手段は、前記移動体に設けられた磁石と、前記移動体の移動による磁束変化を検出する磁気検出素子とを有することを特徴とする多方向入力装置。
5. 請求項４記載の多方向入力装置において、前記移動体のガイド部の内側部には、前記磁石を収容するための収容部が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記載の多方向入力装置において、前記ケースから移動操作可能に突出すると共に、前記移動体を上下動可能に貫通する操作部材と、この操作部材の下方向への移動により作動するスイッチ手段とを備えたことを特徴とする多方向入力装置。
7. 請求項６記載の多方向入力装置において、前記操作部材の周方向の回転を防止する回転防止部材を更に備えており、
   前記操作部材は略直方体状の棒状体であり、
   前記回転防止部材は、前記ケースに前記水平方向の第１の方向に移動自在に設けられた板状体であって、前記操作部材が前記第１の方向と直交する第２の方向に向けて移動自在に嵌まり込む略矩形状の長孔を有していることを特徴とする多方向入力装置。
8. 請求項１記載の多方向入力装置において、
   前記移動体が原点位置から前記原点復帰手段の中心に向けた方向であるα方向に移動したときに、当該原点復帰手段の付勢力により前記移動体に掛かる荷重と、
   前記移動体が原点位置から２つの前記原点復帰手段の間の中点に向けた方向であるβ方向にα方向の移動と同量移動したときに、前記原点復帰手段の付勢力の合力により前記移動体に掛かる荷重とが等しくなるように前記原点復帰手段のバネ定数が設定されていることを特徴とする多方向入力装置。
9. 請求項８記載の多方向入力装置において、
   前記原点復帰手段が原点位置を中心とする仮想正多角形の頂部に各々配設されており、
   前記移動体が原点位置からα方向に移動したときの当該原点復帰手段のバネストロークがＳ、そのバネ荷重がＧであり、
   前記移動体が原点位置からβ方向にα方向の移動と同量移動したときの前記原点復帰手段の各々のバネストロークがＳｃｏｓθ、そのバネ荷重がＧｃｏｓθになるように前記原点復帰手段のバネ定数が設定されていることを特徴とする多方向入力装置。
10. 請求項４記載の多方向入力装置において、
    前記磁石の磁力線が自身に向くように、当該磁石と間隔を空けて配置された磁性体を備え、前記磁気検出素子は前記磁石と前記磁性体との間の領域の周辺領域に配置されることを特徴とする多方向入力装置。
11. 請求項１０記載の多方向入力装置において、
    前記磁気検出素子が配設されるフレキシブル基板と、このフレキシブル基板を前記ケースに取り付ける取付部材とを備えており、
    前記取付部材が前記磁性体であることを特徴とする多方向入力装置。
    

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