JP2023170969A - 多方向入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製品の低背化を図りつつ、操作部材の傾倒操作の検出精度を向上することができる多方向入力装置を提供することを目的とする。【解決手段】ケース１０１、１０２から突出した傾倒操作可能な操作部材１０４と、操作部材を傾倒操作前の初期状態に復帰させる圧縮コイルバネ１０７と、操作部材に対し、突出方向に沿った方向へのみ相対移動可能とし、傾倒方向へのみ連動する磁石保持部１０６と、磁石保持部に配置した磁石１０９と、磁石に相対する位置に配置し、磁石の動きを検出する磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂとを備える。磁気センサは、磁石の側方に配置し、互いに直交した３軸方向の磁気成分を検出できる磁気センサである。【選択図】図７

Description

本発明は、多方向入力装置に関する。

従来、傾倒操作可能な操作部材と、操作部材を傾倒操作前の初期状態に復帰させる弾性部材と、操作部材の下端部に埋設された磁石と、操作部材の下方に設けられ、操作部材の傾倒操作に応じて変位する磁石の磁界の強さを検出する複数の磁電変換素子とを備えた多方向入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－１０７１７８号公報

従来の多方向入力装置では、製品の低背化のために磁石と磁電変換素子の距離をできるだけ短くする必要があるため、磁石の微小なガタツキが操作部材の傾倒操作の検出に悪影響を与えてしまうという問題があった。

本発明は、製品の低背化を図りつつ、操作部材の傾倒操作の検出精度を向上することができる多方向入力装置を提供することを目的とする。

本発明に係る多方向入力装置は、ケースと、前記ケースから突出した傾倒操作可能な操作部材と、前記操作部材を傾倒操作前の初期状態に復帰させる弾性部材と、前記操作部材に対し、突出方向に沿った方向へのみ相対移動可能とし、傾倒方向へのみ連動する磁石保持部と、前記磁石保持部に配置した磁石と、前記磁石に相対する位置に配置し、前記磁石の動きを検出する磁気センサとを備え、前記磁気センサは、前記磁石の側方に配置し、互いに直交した３軸方向の磁気成分を検出できる磁気センサであることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る多方向入力装置を操作部材に操作力が印加されていない初期状態で示す斜視図である。 図１の多方向入力装置の分解状態の正面斜視図である。 図１の多方向入力装置の上カバーを透明化した状態での正面斜視図である。 図１の多方向入力装置の上カバーを透明化した状態での背面斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 操作部材がＹＺ平面方向に傾倒操作された状態での図１のＡ－Ａ断面図である。 図１のＢ－Ｂ断面図である。 操作部材がＸＺ平面方向に傾倒操作された状態での図１のＢ－Ｂ断面図である。 磁石保持部の斜視図である。 磁石保持部の分解状態の斜視図である。 円盤状部品を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は片側断面正面図である。 磁石と第１磁気センサ及び第２磁気センサの位置関係を示す正面図である。 図１２の平面図である。 図１２の左側面図である。 第１磁気センサと第２磁気センサの出力信号の処理ブロック図である。 操作部材のＸ軸方向傾倒量検出の解析結果を示す図である。 操作部材のＹ軸方向の傾倒量検出の解析結果を示す図である。 全方位傾倒時のＸ－Ｙ座標出力値の解析結果を示す図である。 磁石保持部の第１変形例を示す図５に相当する断面図である。 磁石保持部の第１変形例を示す図７に相当する断面図である。 磁石保持部の第１変形例を示す斜視図である。 磁石保持部の第１変形例を示す分解状態の斜視図である。 円筒状部品を示す図であり、（Ａ）は片側断面平面図、（Ｂ）は片側断面正面図である。 磁石保持部の第２変形例を示す図５に相当する断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る多方向入力装置（以下、単に多方向入力装置という。）を図面に基づいて説明する。

図１に、多方向入力装置と、直交した３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）により形成される３次元空間との関係を示してある。多方向入力装置の左右方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交した多方向入力装置の前後方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸及びＹ軸とにそれぞれ直交した多方向入力装置の上下方向をＺ軸方向とする。

多方向入力装置の右側へ向かう方向をＸ軸の正方向（＋Ｘ軸方向）とし、多方向入力装置の前方へ向かう方向をＹ軸の正方向（＋Ｙ軸方向）とし、多方向入力装置の上方へ向かう方向をＺ軸の正方向（＋Ｚ軸方向）とする。

Ｘ軸とＹ軸との間で形成される２次元平面をＸＹ平面とし、Ｘ軸とＺ軸との間で形成される２次元平面をＸＺ平面とし、Ｙ軸とＺ軸との間で形成される２次元平面をＹＺ平面とする。

多方向入力装置は、ゲーム機用コントローラ等の各種電子機器に使用され得るものである。

図１から図８に示すように、多方向入力装置は、下ケース１０１と、上ケース１０２と、操作部材１０４と、回動部材１０５と、磁石保持部１０６と、圧縮コイルバネ１０７と、磁石１０９と、第１磁気センサ１１０Ａと、第２磁気センサ１１０Ｂと、プッシャ１１１と、カバーシート１１２と、メタルドーム１１３と、メイン基板１１４と、第１サブ基板１１５Ａ及び第２サブ基板１１５Ｂとを備えている。

下ケース１０１と上ケース１０２は、これらを組み合わせることにより角箱形状のケースを構成する。このケースの内部に多方向入力装置の各種構成部材１０４、１０５、１０６、１０７、１０９、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５Ａ及び１１５Ｂが収容される。

下ケース１０１は、板金製である。下ケース１０１は、底板部１０１ａと、左右の側板部１０１ｂ、１０１ｃとを有している。底板部１０１ａは、矩形状に形成されている。左右の側板部１０１ｂ、１０１ｃは、底板部１０１ａの左右の側辺から立ち上げられている。

上ケース１０２は、樹脂成形品である。上ケース１０２は、天板部１０２ａと、周側壁部（４側壁部）１０２ｂとを有している。天板部１０２ａは、矩形状に形成されている。周側壁部１０２ｂは、天板部２ａの前後左右の４側辺から垂下されている。上ケース１０２は、下方に開口した底無しの角箱形のキャップ状に形成されている。

上ケース１０２は、底板部１０１ａを上方から覆うように底板部１０１ａの上に配置されている。上ケース１０２は、左右の側板部１０１ｂ、１０１ｃの間に嵌め込まれた状態で、２個のビス（図示省略）により底板部１０１ａに固定されている。上ケース１０２は、ケースのケース本体として機能し、下ケース１０１は、ケースの底蓋として機能する。

上ケース１０２は、ドーム部１０２ｃと、挿通孔１０２ｄとを有している。ドーム部１０２ｃは、天板部１０２ａの中央部を上方に向かってドーム状に膨出するように形成されている。ドーム部１０２ｃの内面は、球帯状の湾曲面に形成されている。挿通孔１０２ｄは、ドーム部１０２ｃの頂部（中央部）に形成されている。挿通孔１０２ｄは、円形に形成されている。挿通孔１０２ｄは、上ケース１０２の内部を上方に開放する。

メイン基板１１４は、フレキシブル基板（ＦＰＣ）である。メイン基板１１４は、メイン基板１１４の周縁部が底板部１０１ａと周側壁部１０２ｂとの間に挟み込まれた状態で、底板部１０１ａの上に固定されている。メイン基板１１４は、外部接続部用の帯状のテール部１１４ａを有している。テール部１１４ａは、メイン基板１１４の矩形状の本体部から一方向（後方）へ延出され、上ケース１０２の内部から外部へ引き出されている。

操作部材１０４は、樹脂成形品である。操作部材１０４は丸棒状の部材である。操作部材１０４は、基部１０４ａと、キートップ取り付け部１０４ｂと、円錐台部１０４ｃと、左右一対の第２軸部１０４ｄ、１０４ｅと、磁石収容穴１０４ｆとを有している。これら操作部材１０４の構成要素のうち第２軸部１０４ｄ、１０４ｅを除く構成要素１０４ａから１０４ｆは、操作部材１０４の中心線となるＺ軸方向に延びた１本の直線に対して同軸上に設けられている。

基部１０４ａは、操作部材１０４の下端部に設けられている。基部１０４ａは、丸棒状に形成されている。キートップ取り付け部１０４ｂは、操作部材１０４の上端部に設けられている。キートップ取り付け部１０４ｂは、基部１０４ａより細い丸棒状に形成されている。円錐台部１０４ｃは、基部１０４ａとキートップ取り付け部１０４ｂとの間に設けれ、これらをＺ軸方向に一直線状につなぐ。

左第２軸部１０４ｄと右第２軸部１０４ｅは、基部１０４ａの外周面の下端部から相反する２方に向けて突設されている。左第２軸部１０４ｄと右第２軸部１０４ｅは、操作部材４の中心線と直交してＸ軸方向に延びた１本の直線に対して同軸上に設けられている。

磁石収容穴１０４ｆは、基部１０４ａの端面（操作部材４の下端面）の中央部から円錐台部１０４ｃの中央部にわたって形成されている。磁石収容穴１０４ｆは、直径が下から上に向かって２段階で縮径された断面円形の段付き穴である。磁石収容穴１０４ｆは、基部１０４ａの端面（操作部材４の下端面）で下方に開口されている。

回動部材１０５は、樹脂成形品である。回動部材１０５は、円形リング状の部材である。回動部材１０５は、貫通孔１０５ａと、前後一対の第１軸部１０５ｂ、１０５ｃと、押圧部１０５ｄ、押圧用支点部１０５ｅと、左右一対の軸受け部１０５ｆ、１０５ｇとを有している。

貫通孔１０５ａは、回動部材１０５をＺ軸方向に貫通する孔である。前第１軸部１０５ｂと後第１軸部１０５ｃは、回動部材１０５の外周面から相反する２方に向けて突設されている。前第１軸部１０５ｂと後第１軸部１０５ｃは、回動部材１０５の中心線と直交してＹ軸方向に延びた１本の直線に対して同軸上に設けられている。

押圧部１０５ｄは、前第１軸部１０５ｂの端部から下方に向けて突設されている。押圧部１０５ｄの下端は、下向きに突出す円弧状に形成されている。押圧用支点部１０５ｅは、後第２軸部１０５ｃの基部から下方に向けて突設されている。押圧用支点部１０５ｅの下端は、下向きに突出す円弧状に形成されている。

左軸受け部１０５ｆと右軸受け部１０５ｇは、回動部材１０５の内外周面を貫通した円形の貫通孔である。左軸受け部１０５ｆと右軸受け部１０５ｇとは、Ｘ軸方向で対向するようにＸ軸方向に延びた１本の直線に対して同軸上に設けられている。回動部材１０５の外周面は、ドーム部１０２ｃの内面に合わせて球台状の湾曲面に形成されている。

図９、図１０にも示すように、磁石１０９は、操作部材１０４の突出方向に沿った方向を軸方向とし、この軸方向にＮＳ２極に着磁（分極）した円筒状永久磁石である。磁石１０９は、Ｚ軸方向を軸方向とした円筒状永久磁石である。磁石１０９は、中央部に円形の貫通孔１０９ａを有している。磁石１０９は、両端面（上端面と下端面）が異極となるように軸方向にＮＳ２極に着磁されている。磁石１０９は、上端面をＮ極とし、下端面をＳ極としてある。

図９から図１１にも示すように、磁石保持部１０６は、磁石１０９の両端に配置した上下一対の円盤部１０６０、１０６１と、ピン１０６２とを備えている。上円盤部１０６０と下円盤部１０６１は、それぞれ、磁石１０９と同じように中央部に円形の貫通孔１０６０ａ、１０６１ａを有している。

ピン１０６２は、貫通孔１０６０ａ、１０６１ａ及び１０９ａに嵌合する断面円形の丸ピンである。ピン１０６２は、磁石１０９につかない金属からなるピン、或いは、磁石１０９につく金属からなるピンであって、磁石１０９につかないようにメッキなどの表面加工を施したピンである。

磁石保持部１０６は、ピン１０６２を上円盤部１０６０、下円盤部１０６１及び磁石１０９の貫通孔１０６０ａ、１０６１ａ及び１０９ａに挿入した状態で、上円盤部１０６０と下円盤部１０６１との間に磁石１０９を保持するように構成している。上円盤部１０６０、下円盤部１０６１及び磁石１０９は、ピン１０６２の中心線となるＺ軸方向に延びた１本の直線に対して同軸上に設けられている。

磁石保持部１０６は、底板部１０１ａに対向する下円盤部１０６１の下表面（磁石保持部１０６の下端面）に底板部１０１ａに対する球台形状の当接面１０６３を有している。当接面１０６３は、球台の小径側端面からなる円形の平坦面１０６３ａと、球台の側面からなる球帯状の湾曲面１０６３ｂとを含んでいる。

ピン１０６２は、ピン１０６２の軸方向の中間部に円板状の鍔部１０６２ａを有している。ピン１０６２は、鍔部１０６２ａを上円盤部１０６０の上表面に当接した状態で、鍔部１０６２ａから下側のピン１０６２を上円盤部１０６０と下円盤部１０６１及び磁石１０９の貫通孔１０６０ａ、１０６１ａ及び１０９ａに挿入し、ピン１０６２の下端を下円盤部１０６１の貫通孔１０６１ａの内部に位置させ、下円盤部１０６１の下表面からピン１０６２を突出しない一方、鍔部１０６２ａから上側のピン１０６２を上円盤部１０６０の上表面から上向きに突出している。

磁石保持部１０６は、磁石１０９につく磁性体で形成した円盤状部品１０６４を２つ備え、２つの円盤状部品１０６４を上円盤部１０６０（一方の円盤状部品１０６４）と下円盤部１０６１（他方の円盤状部品１０６４）とし、上円盤部１０６０と下円盤部１０６１のそれぞれの両表面に当接面１０６３を有し、下円盤部１０６１の下表面（磁石保持部１０６の下面）に有する球台形状の当接面１０６３を底板部１０１ａに対する当接面１０６３とするように構成している。

上円盤部１０６０と下円盤部１０６１のピン１０６２に対する固定は、接着剤を用いて行うことができる他、ピン１０６２を貫通孔１０６０ａ、１０６１ａに圧入することでも行うことができる。このような固定によって磁石１０９のガタツキを抑えることができる。

磁石１０９のガタツキをなくすように上円盤部１０６０と磁石１０９の間と、下円盤部１０６１と磁石１０９の間とに、それぞれ、クッション材（図示省略）を設置してもよい。

圧縮コイルバネ１０７は、磁石１０９につかない金属線材からなる。

回動部材１０５は、前第１軸部１０５ｂと後第１軸部１０５ｃとを上ケース１０２の内部に形成された前ガイド溝１０２ｅと後ガイド溝１０２ｆとに挿通させている。これにより、上ケース１０２に対する回動部材１０５の中心線回りでの回動が規制される。この状態で、回動部材１０５は、前第１軸部１０５ｂと後第１軸部１０５ｃの軸回りで回動可能に上ケース１０２の内部に収容されている。前ガイド溝１０２ｅと後ガイド溝１０２ｆとは、下方に開口するように逆Ｕ字状に形成されている。

操作部材１０４は、基部１０４ａを回動部材１０５の貫通孔１０５ａに挿入させると共に、左第２軸部１０４ｄと右第２軸部１０４ｅとを回動部材１０５の左軸受け部１０５ｆと右軸受け部１０５ｇとに挿入させている。これにより、操作部材１０４は、左第２軸部１０４ｄと右第２軸部１０４ｅの軸回りで回動可能に回動部材１０５に支持される。この状態で、操作部材１０４は、キートップ取り付け部１０４ｂを上ケース１０２の内部から挿通孔１０２ｄを通して上ケース１０２の上方に突出させる。

磁石保持部１０６は、圧縮コイルバネ１０７を鍔部１０６２ａから上側のピン１０６２に外嵌した状態で、操作部材１０４の磁石収容穴１０４ｆに操作部材１０４の中心線に沿って移動可能に挿入し、下円盤部１０６１の下表面を底板部１０１ａに対向させている。

圧縮コイルバネ１０７は、鍔部１０６２ａと磁石収容穴１０４ｆの上段面との間に収容され、操作部材１０４と回動部材１０５とを上方へ付勢すると共に、磁石保持部１０６を下方へ付勢している。

操作部材１０４に操作力が印加されていない状態では、圧縮コイルバネ１０７の付勢力によって、磁石保持部１０６は、下円盤部１０６１の下表面の当接面１０６３における平坦面１０６３ａを底板部１０１ａに押し当てた状態で、底板部１０１ａの上に直立状態で支持され、操作部材１０４と回動部材１０５は、前第１軸部１０５ｂと後第１軸部１０５ｃが前ガイド溝１０２ｅと後ガイド溝１０２ｆの上端（閉鎖端部）に係合するまで押し上げられる。

これにより、操作部材１０４が、磁石保持部１０６を介して底板部１０１ａの上に直立状態で支持される。また、この状態を初期状態として、操作部材１０４は、周囲の任意の方向（３６０度の全方向）へ傾倒操作可能かつ押下可能になっている。図示する操作部材１０４は、最大で１６．５度まで傾倒可能である。

回動部材１０５は、操作部材１０４の傾倒操作に連動して回動可能になっている。また、回動部材１０５は、操作部材１０４の押下に伴い押圧用支点部１０５ｅを底板部１０１ａに押し当てた状態で、押圧用支点部１０５ｅを支点に押圧部１０５ｄを押下させるように下動（傾動）可能になっている。

磁石保持部１０６は、操作部材１０４の押下に伴い自身が圧縮コイルバネ１０７の付勢力に抗して操作部材１０４に対し操作部材１０４の中心線に沿った方向へ相対移動することで、つまり、操作部材１０４の磁石収容穴１０４ｆに入り込むことで、操作部材１０４の押下に伴い下動しないようになっている。つまり、磁石保持部１０６は、操作部材１０４の傾倒操作にのみ連動するようになっている。

操作部材１０４が傾倒操作された状態では、磁石保持部１０６は、下円盤部１０６１の下表面の当接面１０６３における湾曲面１０６３ｂを底板部１０１ａに押し当てた状態で、自身と操作部材１０４とを底板部１０１ａの上に傾倒状態で支持する。

プッシャ１１１とメタルドーム１１３は、操作部材４の押下検出装置として機能する。具体的には、押下スイッチとして機能するもので、メイン基板１１４に形成された固定接点（図示省略）を開閉する。

カバーシート１１２は、片面粘着シートである。メタルドーム１１３は、上向き凸状のドーム状の金属板からなる可動接点である。カバーシート１２の下面にメタルドーム１３の上面が貼り付けされてメタルドームシートが形成されている。

メイン基板１１４には、中央固定接点（図示省略）と、外側固定接点（図示省略）が形成されている。中央固定接点は、円形に形成され、回動部材１０５の押圧部１０５ｄの下方に配置されている。外側固定接点は、Ｃ字状に形成され、中央固定接点を間隔を設けて取り囲むように配置されている。

メタルドームシートは、メタルドーム１１３を中央固定接点を跨いだ状態で外側固定接点の上に固定するようにメイン基板１１４に貼り付けられている。この状態で、メタルドーム１１３の頂部がその直下の中央固定接点と隙間を設けて離反対向した状態となっている。

プッシャ１１１は、樹脂成形品である。プッシャ１１１は、直方体状の部材である。プッシャ１１１は、上下移動可能に上ケース１０２の内部に収容されている。プッシャ１１１は、回動部材１０５の押圧部１０５ｄとメタルドーム１１３との間に配置されている。プッシャ１１１は、メタルドーム１１３によって上方へ付勢され、プッシャ１１１の上面を回動部材１０５の押圧部１０５ｄの下端に押し当てている。

操作部材１０４が押下された場合、操作部材１０４の押下に伴い回動部材１０５が下動し、この回動部材１０５の下動によりプッシャ１１１をメタルドーム１１３の付勢力に抗して下動させ、このプッシャ１１１によりメタルドーム１１３の頂部を押下する。これにより、メタルドーム１１３の頂部が下向き凸状に弾性変形してメイン基板１１４の中央固定接点に接触し、メイン基板１１４の中央固定接点と外側固定接点との間がメタルドーム１１３によって電気的に導通接続し、押下スイッチがオン状態となる。これにより、操作部材１０４の押下を検出することができる。

磁石１０９、第１磁気センサ１１０Ａ、第２磁気センサ１１０Ｂ及び磁石傾倒角度演算部１１６は、操作部材１０４の傾倒操作検出装置として機能する。

図１２から図１４にも示すように、第１磁気センサ１１０Ａと第２磁気センサ１１０Ｂは、磁石１０９の側方に配置している。具体的には、磁石１０９の軸線（中心線）に対して点対称な位置となる磁石１０９の側方の２位置に配置している。より具体的には、前第１軸部１０５ｂと後第１軸部１０５ｃの突出方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に配置している。

第１磁気センサ１１０Ａは、回動部材１０５の左側に配置し、磁石１０９に対して所定の距離を設けて対向している。第２磁気センサ１１０Ｂは、回動部材１０５の右側に配置し、磁石１０９に対して第１磁気センサ１１０Ａと同じ距離を設けて対向している。

第１磁気センサ１１０Ａと第２磁気センサ１１０Ｂは、小形のリジット基板からなる第１サブ基板１１５Ａと第２サブ基板１１５Ｂに表面実装されている。第１サブ基板１１５Ａと第２サブ基板１１５Ｂは、それぞれ、センサ実装面が磁石１０９の軸線（中心線）と直交してＸ軸方向に延びた１本の直線と直交するように上ケース１０２の内部に保持した状態で、メイン基板１１４の上に垂直に立設している。

第１磁気センサ１１０Ａと第２磁気センサ１１０Ｂは、同じ磁気センサであり、磁石１０９の径方向平面となるＸ軸、Ｙ軸及び磁石１０９の軸方向となるＺ軸の互いに直交した３軸方向の磁束密度を検出できる磁気センサである。この磁気センサとして、例えば３Ｄホールセンサなどを使用することができる。

第１磁気センサ１１０Ａと第２磁気センサ１１０Ｂは、それぞれのＸ軸方向の感磁部１１０Ａｘ、１１０Ｂｘの中心が磁石１０９の軸線（中心線）と直交してＸ軸方向に延びた１本の直線について同軸になるように配置している。

図１５に示すように、第１磁気センサ１１０Ａと第２磁気センサ１１０Ｂとを磁石傾倒角度演算部１１６に接続し、磁石１０９の傾倒角度、つまり、操作部材１０４の傾倒操作を検出するように構成している。具体的には、（１）第１磁気センサ１１０Ａ、第２磁気センサ１１０Ｂで３軸方向の磁束密度Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを計測し出力する。（２）磁石傾倒角度演算部１１６で第１磁気センサ１１０Ａ、第２磁気センサ１１０Ｂの出力値に基づき第１磁気センサ１１０Ａ、第２磁気センサ１１０Ｂでの磁束密度ベクトルＢｚ，Ｂｙが成す角度と磁束密度ベクトルＢｚ，Ｂｘが成す角度を算出する。（３）磁石傾倒角度演算部１１６で（２）の結果を基に磁石１０９の傾斜角度を算出する。つまり、第１磁気センサ１１０Ａの出力値Ａと第２磁気センサ１１０Ｂの出力値Ｂとを加算し、２で割って平均化する。

ここで、第１磁気センサ１１０Ａと第２磁気センサ１１０Ｂの磁石１０９に対する距離が変化しないＹ軸方向への傾倒量検出では、図１７に示すように、第１磁気センサ１１０Ａ、第２磁気センサ１１０Ｂともにほぼ同じ出力が出ており、平均値も重なっている。これに対し、第１磁気センサ１１０Ａと第２磁気センサ１１０Ｂの磁石１０９に対する距離が変化するＸ軸方向への傾倒量検出では、図１６に示すように、第１磁気センサ１１０Ａと第２磁気センサ１１０Ｂに対して磁石１０９が近づく場合と遠ざかる場合では、磁石１０９の傾倒角度に対して出力値の傾きが異なるが、第１磁気センサ１１０Ａの出力値Ａと第２磁気センサ１１０Ｂの出力値Ｂとを加算し、２で割って平均化した出力は、傾倒角度に対して、ほぼリニアな出力特性となっている。つまり、傾倒方向の違いよる影響が相殺されていることが看て取れる。

多方向入力装置では、磁石傾倒角度演算部１１６は多方向入力装置の外部、つまり、この多方向入力装置を備える例えばゲーム機用コントローラ等の各種電子機器に備えているが、多方向入力装置の内部に備えることもできる。

図１８は、方位角：１５度刻み（０度から３６０度）、傾倒角：０、５、１０、１５、１６．５度で動作させた時の出力値（Ｘ－Ｙ座標出力値）の解析結果を示す。図１８を参照すると、左側の楕円状の出力が得られ、これを規格化すると右側の円状となり、傾倒方向による出力値のズレやリニア性の欠如は見られない。

図１９から図２３を参照して磁石保持部の第１変形例を説明する。第１変形例の磁石保持部２０６は、上述した磁石保持部１０６に代えるものである。

磁石保持部２０６は、磁石１０９の両端に配置した上下一対の円盤部２０６０、２０６１と、ピン２０６２とを備えている。上円盤部２０６０と下円盤部２０６１は、それぞれ、磁石１０９と同じように中央部に円形の貫通孔２０６０ａ、２０６１ａを有している。

ピン２０６２は、貫通孔２０６０ａ、２０６１ａ及び１０９ａに嵌合する断面円形の丸ピンである。ピン２０６２は、磁石１０９につかない金属からなるピン、或いは、磁石１０９につく金属からなるピンであって、磁石１０９につかないようにメッキなどの表面加工を施したピンである。

磁石保持部２０６は、ピン２０６２を上円盤部２０６０、下円盤部２０６１及び磁石１０９の貫通孔２０６０ａ、２０６１ａ及び１０９ａに挿入した状態で、上円盤部２０６０と下円盤部２０６１との間に磁石１０９を保持するように構成している。上円盤部２０６０、下円盤部２０６１及び磁石１０９は、ピン２０６２の中心線となるＺ軸方向に延びた１本の直線に対して同軸上に設けられている。

磁石保持部２０６は、底板部１０１ａに対向する下円盤部２０６１の下表面（磁石保持部２０６の下端面）に底板部１０１ａに対する球台形状の当接面２０６３を有している。当接面２０６３は、球台の小径側端面からなる円形の平坦面２０６３ａと、球台の側面からなる球帯状の湾曲面２０６３ｂとを含んでいる。

ピン２０６２は、ピン２０６２の軸方向の中間部に円板状の鍔部２０６２ａを有している。ピン２０６２は、鍔部２０６２ａを上円盤部２０６０の上表面に当接した状態で、鍔部２０６２ａから下側のピン２０６２を上円盤部２０６０と下円盤部２０６１及び磁石１０９の貫通孔２０６０ａ、２０６１ａ及び１０９ａに挿入し、ピン２０６２の下端を下円盤部２０６１の貫通孔２０６１ａの内部に位置させ、下円盤部２０６１の下表面からピン２０６２を突出しない一方、鍔部２０６２ａから上側のピン２０６２を上円盤部２０６０の上表面から上向きに突出している。

磁石保持部２０６は、断面形状がＣ形の側壁部２０６４ａと、側壁部２０６４ａの両端開口を閉じる一対の円盤状の端壁部２０６４ｂ、２０６４ｃとを非磁性体（合成樹脂）で一体に形成し、磁石１０９を側方から挿入可能な側窓２０６４ｄを有する円筒状部品２０６４を備え、一対の円盤状の端壁部２０６４ｂ、２０６４ｃを上円盤部２０６０と下円盤部２０６１とし、上円盤部２０６０の上表面（外表面）と下円盤部２０６１の下表面（外表面）とにそれぞれ当接面２０６３を有し、下円盤部２０６１の下表面（磁石保持部２０６の下面）に有する球台形状の当接面２０６３を底板部１０１ａに対する当接面２０６３とするように構成している。

上円盤部２０６０と下円盤部２０６１のピン２０６２に対する固定は、接着剤を用いて行うことができる他、ピン２０６２を貫通孔１０６０ａ、１０６１ａに圧入することでも行うことができる。このような固定によって磁石１０９のガタツキを抑えることができる。

磁石１０９のガタツキをなくすように上円盤部２０６０と磁石１０９の間と、下円盤部２０６１と磁石１０９の間とに、それぞれ、クッション材（図示省略）を設置してもよい。

磁石保持部２０６は、圧縮コイルバネ１０７を鍔部２０６２ａから上側のピン２０６２に外嵌した状態で、操作部材１０４の磁石収容穴１０４ｆに操作部材１０４の中心線に沿って移動可能に挿入し、下円盤部２０６１の下表面を底板部１０１ａに対向させている。

圧縮コイルバネ１０７は、鍔部２０６２ａと磁石収容穴１０４ｆの上段面との間に収容され、操作部材１０４と回動部材１０５とを上方へ付勢すると共に、磁石保持部２０６を下方へ付勢する。

操作部材１０４に操作力が印加されていない状態では、圧縮コイルバネ１０７の付勢力によって、磁石保持部２０６は、下円盤部２０６１の下表面の当接面２０６３における平坦面２０６３ａを底板部１０１ａに押し当てた状態で、底板部１０１ａの上に直立状態で支持される。

磁石保持部２０６は、操作部材１０４の押下に伴い自身が圧縮コイルバネ１０７の付勢力に抗して操作部材１０４に対し操作部材１０４の中心線に沿った方向へ相対移動することで、つまり、操作部材１０４の磁石収容穴１０４ｆに入り込むことで、操作部材１０４の押下に伴い下動しないようになっている。つまり、磁石保持部２０６は、操作部材１０４の傾倒操作にのみ連動するようになっている。

操作部材１０４が傾倒操作された状態では、磁石保持部２０６は、下円盤部２０６１の下表面の当接面２０６３における湾曲面２０６３ｂを底板部１０１ａに押し当てた状態で、自身と操作部材１０４とを底板部１０１ａの上に傾倒状態で支持する。

図２４を参照して磁石保持部の第２変形例を説明する。第２変形例の磁石保持部３０６は、上述した磁石保持部１０６、２０６に代えるものである。

磁石２０９は、磁石１０９に対し、中央部に円形の貫通孔を有していない点で相違する。つまり、磁石２０９は、操作部材１０４の突出方向に沿った方向を軸方向とし、この軸方向にＮＳ２極に着磁（分極）した円柱状永久磁石である。磁石２０９は、Ｚ軸方向を軸方向とした円柱状永久磁石である。磁石２０９は、両端面（上端面と下端面）が異極となるように軸方向にＮＳ２極に着磁されている。磁石２０９は、上端面をＮ極とし、下端面をＳ極としてある。

磁石保持部３０６は、磁石保持部１０６、２０６と同様に、磁石２０９の両端に配置した上下一対の円盤部３０６０、３０６１と、ピン３０６２とを備えている。

ピン３０６２は、断面円形の丸ピンである。ピン３０６２は、磁石２０９につかない金属からなるピン、或いは、磁石２０９につく金属からなるピンであって、磁石２０９につかないようにメッキなどの表面加工を施したピンである。

ピン３０６２は、磁石２０９と同軸上に位置し、上円盤部２０６０（操作部材１０４の突出方向の一方の円盤部）から上方（操作部材１０４の突出方向）へ突出している。

ピン３０６２は、ピン３０６２の下端が磁石２０９の上面に当接した状態で、磁石２０９と同軸上に位置し、上円盤部２０６０（操作部材１０４の突出方向の一方の円盤部）から上方（操作部材１０４の突出方向）へ突出している。ピン３０６２は、円板状の平頭３０６２ａを有し、この平頭３０６２ａを磁石２０９の上面に当接している。

磁石保持部３０６は、底板部１０１ａに対向する下円盤部３０６１の下表面（磁石保持部３０６の下端面）に底板部１０１ａに対する球台形状の当接面３０６３を有している。当接面３０６３は、球台の小径側端面からなる円形の平坦面３０６３ａと、球台の側面からなる球帯状の湾曲面３０６３ｂとを含んでいる。

磁石保持部３０６は、磁石２０９の外周に配置した円筒状の側壁部３０６４ａと、側壁部３０６４ａの両端開口を閉じる一対の円盤状の端壁部３０６４ｂ、３０６４ｃとを非磁性体（合成樹脂）で一体に形成し、磁石２０９の全体を覆う円筒状部品３０６４を備え、一対の円盤状の端壁部３０６４ｂ、３０６４ｃを上円盤部３０６０と下円盤部３０６１とし、下円盤部３０６１の下表面（外表面）に当接面３０６３を有し、下円盤部３０６１の下表面（磁石保持部３０６の下面）に有する球台形状の当接面３０６３を底板部１０１ａに対する当接面３０６３とするように構成している。

磁石２０６、ピン３０６２及び円筒状部品３０６４を備えた磁石保持部３０６は、磁石２０６とピン３０６２の下端部が円筒状部品３０６４の中に埋まった状態で、インサート成形により一体形成されている。

磁石保持部３０６は、圧縮コイルバネ１０７を上円盤部３０６０から上方へ突出したピン３０６２に外嵌した状態で、操作部材１０４の磁石収容穴１０４ｆに操作部材１０４の中心線に沿って移動可能に挿入し、下円盤部３０６１の下表面を底板部１０１ａに対向させている。

圧縮コイルバネ１０７は、上円盤部３０６０と磁石収容穴１０４ｆの上段面との間に収容され、操作部材１０４と回動部材１０５とを上方へ付勢すると共に、磁石保持部３０６を下方へ付勢する。

操作部材１０４に操作力が印加されていない状態では、圧縮コイルバネ１０７の付勢力によって、磁石保持部３０６は、下円盤部３０６１の下表面の当接面３０６３における平坦面３０６３ａを底板部１０１ａに押し当てた状態で、底板部１０１ａの上に直立状態で支持される。

磁石保持部３０６は、操作部材１０４の押下に伴い自身が圧縮コイルバネ１０７の付勢力に抗して操作部材１０４に対し操作部材１０４の中心線に沿った方向へ相対移動することで、つまり、操作部材１０４の磁石収容穴１０４ｆに入り込むことで、操作部材１０４の押下に伴い下動しないようになっている。つまり、磁石保持部３０６は、操作部材１０４の傾倒操作にのみ連動するようになっている。

操作部材１０４が傾倒操作された状態では、磁石保持部３０６は、下円盤部３０６１の下表面の当接面３０６３における湾曲面３０６３ｂを底板部１０１ａに押し当てた状態で、自身と操作部材１０４とを底板部１０１ａの上に傾倒状態で支持する。

以上説明したように、多方向入力装置では、ケース１０１、１０２と、ケース１０１、１０２から突出した傾倒操作可能な操作部材１０４と、操作部材１０４を傾倒操作前の初期状態に復帰させる弾性部材１０７と、操作部材１０４に対し、突出方向に沿った方向へのみ相対移動可能とし、傾倒方向へのみ連動する磁石保持部１０６（又は２０６又は３０６）と、磁石保持部１０６（又は２０６又は３０６）に配置した磁石１０９（又は２０９）と、磁石１０９（又は２０９）に相対する位置に配置し、磁石１０９（又は２０９）の動きを検出する磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂとを備え、磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂは、磁石１０９（又は２０９）の側方に配置し、互いに直交した３軸方向の磁気成分を検出できる磁気センサである。

多方向入力装置では、磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂは、磁石１０９（又は２０９）の側方に配置し、互いに直交した３軸方向の磁気成分を検出できる磁気センサであり、磁石１０９（又は２０９）の下方に磁気センサを配置した場合に比べ、製品の低背化を図りつつ、磁石１０９（又は２０９）と磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂとの間に適正な距離（例えば、磁石１０９又は２０９）の微小なガタツキが操作部材１０４の傾倒操作の検出に悪影響を与えないような距離）を確保して、操作部材１０４の傾倒操作の検出精度を向上することができる。

多方向入力装置では、磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂは、磁石１０９（又は２０９）の軸線に対して点対称な位置となる磁石１０９（又は２０９）の側方の２位置に配置し、それぞれが、磁石１０９（又は２０９）に相対し、互いに直交した３軸方向の磁気成分を検出できる磁気センサであり、両方の磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂの出力に基づき、磁石１０９（又は２０９）の傾倒角度を算出する磁石傾倒角度演算部１１６を備え、磁石傾倒角度演算部１１６は、一方の磁気センサ１１０Ａの出力値に基づいて算出した磁束密度ベクトルの角度と他方の磁気センサ１１０Ｂの出力値に基づいて算出した磁束密度ベクトルの角度を平均化する。

多方向入力装置では、磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂは、磁石１０９（又は２０９）の軸線に対して点対称な位置となる磁石１０９（又は２０９）の側方の２位置に配置し、それぞれが、磁石１０９（又は２０９）に相対し、互いに直交した３軸方向の磁気成分を検出できる磁気センサであり、両方の磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂの出力に基づき、磁石１０９（又は２０９）の傾倒角度を算出する磁石傾倒角度演算部１１６を備え、磁石傾倒角度演算部１１６は、一方の磁気センサ１１０Ａの出力値に基づいて算出した磁束密度ベクトルの角度と他方の磁気センサ１１０Ｂの出力値に基づいて算出した磁束密度ベクトルの角度を平均化することで、製品の低背化を図りつつ、磁石１０９（又は２０９）の側方に配置した磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂによる操作部材１０４の傾倒操作の検出精度を向上することができる。

多方向入力装置では、操作部材１０４に対し、突出方向に沿った方向へのみ相対移動可能とし、傾倒方向へのみ連動する磁石保持部１０６（又は２０６又は３０６）に磁石１０９（又は２０９）を保持させたことで、操作部材１０４が圧縮コイルバネ１０７に抗して下動しても磁石１０９（又は２０９）は下動しなくなり、磁界が変化しなくなるため、操作部材１０４の傾倒操作の検出精度を向上することができる。

多方向入力装置では、磁石保持部１０６は、磁石１０９の両端に配置した一対の円盤部１０６０、１０６１と、磁石１０９と同軸上に位置し、操作部材１０４の突出方向の一方の円盤部１０６０から操作部材１０４の突出方向へ突出したピン１０６２とを備えたことで、磁石１０９の外径を大きくする場合に、それに伴い磁石保持部１０６の外径も大きくする必要がなく、製品を大型化せずに磁石１０９を大きくすることができ、操作部材１０４の傾倒操作の検出精度を向上することができる。

多方向入力装置では、磁石１０９は、中央部に貫通孔１０９ａを有し、磁石保持部１０６は、磁石１０９の両端に配置した一対の円盤部１０６０、１０６１と、ピン１０６２とを備え、円盤部１０６０、１０６１の中央部に貫通孔１０６０ａ、１０６１ａを有し、ピン１０６２を円盤部１０６０、１０６１と磁石１０９の貫通孔１０６０ａ、１０６１ａ、１０９ａに挿入した状態で円盤部１０６０、１０６１の間に磁石１０９を保持するように構成したことで、磁石１０９の外径を大きくする場合に、それに伴い磁石保持部１０６の外径も大きくする必要がなく、製品を大型化せずに磁石１０９を大きくすることができ、操作部材１０４の傾倒操作の検出精度を向上することができる。

多方向入力装置では、磁石保持部１０６（又は２０６又は３０６）は、操作部材１０４の突出方向とは反対側の一方の円盤部１０６１（又は２０６１又は３０６１）における磁石１０９（又は２０９）側とは反対側の一表面に球台形状の当接面１０６３（又は２０６３又は３０６３）を有し、当接面１０６３（又は２０６３又は３０６３）は、球台の小径側端面からなる平坦面１０６３ａ（又は２０６３ａ又は３０６３ａ）と、球台の側面からなる湾曲面１０６３ｂ（又は２０６３ｂ又は３０６３ｂ）とを含み、平坦面１０６３ａ（又は２０６３ａ又は３０６３ａ）がケース１０１の底板部１０１ａに当接した状態で磁石保持部１０６（又は２０６又は３０６）と共に操作部材１０４を底板部１０１ａ上に直立状態で支持し、湾曲面１０６３ｂ（又は２０６３ｂ又は３０６３ｂ）が底板部１０１ａに当接した状態で磁石保持部１０６（又は２０６又は３０６）と共に操作部材１０４を底板部１０１ａ上に傾倒状態で支持するように構成している。

多方向入力装置では、弾性部材１０７は、操作部材１０４と磁石保持部１０６（又は２０６又は３０６）との間に配置した圧縮コイルバネであり、操作部材１０４を突出方向に付勢しながら当接面１０６３（又は２０６３又は３０６３）を底板部１０１ａに押し付けるように構成している。

多方向入力装置では、操作部材１０４を挿入した貫通孔１０５ａを有する回動部材１０５を備え、回動部材１０５は、第１軸部１０５ｂ、１０５ｃを有し、第１軸部１０５ｂ、１０５ｃは、回動部材１０５の外周面から相反する２方に向けて突設した状態で回動部材１０５の中心線と直交した１本の直線に対して同軸上に設け、回動部材１０５は、第１軸部１０５ｂ、１０５ｃの軸回りで回動可能にケース１０２に収容し、操作部材１０４は、第２軸部１０４ｄ、１０４ｅを有し、第２軸部１０４ｄ、１０４ｅは、操作部材１０４の外周面から相反する２方に向けて突設した状態で操作部材１０４の中心線と直交すると共に、第１軸部１０５ｂ、１０５ｃとも直交した１本の直線に対して同軸上に設け、操作部材１０４は、回動部材１０５に対し第２軸部１０４ｄ、１０４ｅの軸回りで回動可能に支持した状態でケース１０２から突出して周囲の任意の方向へ傾倒操作可能に構成している。

多方向入力装置では、ケース１０２に上下方向に移動可能に収容したプッシャ１１１と、プッシャ１１１を上方へ付勢するスナップ式の接点部材であるメタルドーム１１３とを有し、操作部材１０４の押下を検出できる押下スイッチを備え、回動部材１０５は、操作部材１０４の押下に伴い下動可能にケース１０２に収容し、押下スイッチは、操作部材１０４の押下に伴い下動する回動部材１０５によりプッシャ１１１をメタルドーム１１３の付勢力に抗して下動させ、プッシャ１１１によりメタルドーム１１３を押すように構成している。

多方向入力装置では、第１軸部１０５ｂ、１０５ｃの突出方向と直交する方向に磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂを配置したことで、磁石１０９（又は２０９）と磁気センサ１１０Ａ、１１０Ｂとの間に適正な距離（例えば、短すぎず長すぎない距離）を確保して、操作部材１０４の傾倒操作の検出精度を向上することができる。

１０１ 下ケース
１０１ａ 底板部
１０２ 上ケース
１０４ 操作部材
１０４ｄ 左第２軸部
１０４ｅ 右第２軸部
１０５ 回動部材
１０５ａ 貫通孔
１０５ｂ 前第１軸部
１０５ｃ 後第１軸部
１０６ 磁石保持部
１０６０ 上円盤部
１０６０ａ 貫通孔
１０６１ 下円盤部
１０６１ａ 貫通孔
１０６２ ピン
１０６３ 当接面
１０６３ａ 平坦面
１０６３ｂ 湾曲面
１０６４ 円盤状部品
１０７ 圧縮コイルバネ
１０９ 磁石
１０９ａ 貫通孔
１１０Ａ 第１磁気センサ
１１０Ｂ 第２磁気センサ
１１１ プッシャ
１１３ メタルドーム
１１６ 磁石傾倒角度演算部
２０６ 磁石保持部
２０６０ 上円盤部
２０６０ａ 貫通孔
２０６１ 下円盤部
２０６１ａ 貫通孔
２０６２ ピン
２０６３ 当接面
２０６３ａ 平坦面
２０６３ｂ 湾曲面
２０６４ 筒状部品
２０６４ａ 側壁
２０６４ｂ 端壁部
２０６４ｃ 端壁部
２０６４ｄ 側窓
２０９ 磁石
３０６ 磁石保持部
３０６０ 上円盤部
３０６１ 下円盤部
３０６２ ピン
３０６３ 当接面
３０６３ａ 平坦面
３０６３ｂ 湾曲面
３０６４ 筒状部品
３０６４ａ 側壁
３０６４ｂ 端壁部
３０６４ｃ 端壁部

Claims (9)

1. ケースと、
   前記ケースから突出した傾倒操作可能な操作部材と、
   前記操作部材を傾倒操作前の初期状態に復帰させる弾性部材と、
   前記操作部材に対し、突出方向に沿った方向へのみ相対移動可能とし、傾倒方向へのみ連動する磁石保持部と、
   前記磁石保持部に配置した磁石と、
   前記磁石に相対する位置に配置し、前記磁石の動きを検出する磁気センサとを備え、
   前記磁気センサは、前記磁石の側方に配置し、互いに直交した３軸方向の磁気成分を検出できる磁気センサであることを特徴とする多方向入力装置。
2. 前記磁気センサは、前記磁石の軸線に対して点対称な位置となる前記磁石の側方の２位置に配置し、それぞれが、前記磁石に相対し、互いに直交した３軸方向の磁気成分を検出できる磁気センサであり、
   両方の前記磁気センサの出力に基づき、前記磁石の傾倒角度を算出する磁石傾倒角度演算部を備え、
   前記磁石傾倒角度演算部は、一方の前記磁気センサの出力値に基づいて算出した磁束密度ベクトルの角度と他方の磁気センサの出力値に基づいて算出した磁束密度ベクトルの角度を平均化することを特徴とする請求項１に記載の多方向入力装置。
3. 前記磁石保持部は、前記磁石の両端に配置した一対の円盤部と、前記磁石と同軸上に位置し、前記操作部材の突出方向の一方の前記円盤部から前記操作部材の突出方向へ突出したピンとを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の多方向入力装置。
4. 前記磁石保持部は、前記操作部材の突出方向とは反対側の一方の前記円盤部における前記磁石側とは反対側の一表面に球台形状の当接面を有し、
   前記当接面は、球台の小径側端面からなる平坦面と、球台の側面からなる湾曲面とを含み、
   前記平坦面が前記ケースの底板部に当接した状態で前記磁石保持部と共に前記操作部材を前記底板部上に直立状態で支持し、
   前記湾曲面が前記底板部に当接した状態で前記磁石保持部と共に前記操作部材を前記底板部上に傾倒状態で支持するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の多方向入力装置。
5. 前記弾性部材は、前記操作部材と前記磁石保持部との間に配置した圧縮コイルバネであり、前記操作部材を突出方向に付勢しながら前記当接面を前記底板部に押し付けるように構成したことを特徴とする請求項４に記載の多方向入力装置。
6. 前記操作部材を挿入した貫通孔を有する回動部材を備え、
   前記回動部材は、第１軸部を有し、
   前記第１軸部は、前記回動部材の外周面から相反する２方に向けて突設した状態で前記回動部材の中心線と直交した１本の直線に対して同軸上に設け、
   前記回動部材は、前記第１軸部の軸回りで回動可能に前記ケースに収容し、
   前記操作部材は、第２軸部を有し、
   前記第２軸部は、前記操作部材の外周面から相反する２方に向けて突設した状態で前記操作部材の中心線と直交すると共に、前記第１軸部とも直交した１本の直線に対して同軸上に設け、
   前記操作部材は、前記回動部材に対し前記第２軸部の軸回りで回動可能に支持した状態で前記ケースから突出して周囲の任意の方向へ傾倒操作可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載の多方向入力装置。
7. 前記ケースに上下方向に移動可能に収容したプッシャと、前記プッシャを上方へ付勢するスナップ式の接点部材とを有し、前記操作部材の押下を検出できる押下スイッチを備え、
   前記回動部材は、前記操作部材の押下に伴い下動可能に前記ケースに収容し、
   前記押下スイッチは、前記操作部材の押下に伴い下動する前記回動部材により前記プッシャを前記接点部材の付勢力に抗して下動させ、前記プッシャにより前記接点部材を押すように構成したことを特徴とする請求項６に記載の多方向入力装置。
8. 前記第１軸部の突出方向と直交する方向に前記磁気センサを配置したことを特徴とする請求項６に記載の多方向入力装置。
9. 前記第１軸部の突出方向と直交する方向に前記磁気センサを配置したことを特徴とする請求項７に記載の多方向入力装置。

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