JP3671116B2

JP3671116B2 - 多方向入力装置

Info

Publication number: JP3671116B2
Application number: JP27543698A
Authority: JP
Inventors: 嘉広兼子; 敦也竹下
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP2000106065A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多方向入力装置、詳しくは、ポインティングデバイスなどとして用い得る多方向入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の多方向入力装置が、特開平９−１６１６１８号公報（第１従来例）や特開平８−１８５７６５号公報（第２従来例）に開示されている。
【０００３】
第１従来例の多方向入力装置では、軸受を取り付けた配線基板と、軸受に多方向揺動可能に支持されたキートップと、軸受の周囲４箇所に配備された常開スイッチとがケースに収容されており、そのケースの開口から上記キートップの頂部が突き出ている。そして、上記常開スイッチは、配線基板上に配備されたシリコンゴムでなる山形のシートに保持された可動接点と、配線基板に設けられた固定接点とによって形成されていて、上記シートの弾性復元力がキートップを中立姿勢に復帰させるのに利用されている。さらに、この多方向入力装置では、キートップがその軸受から脱落することを防ぐために、キートップに設けた鍔部が上記ケースの開口縁部に引掛かるようにしてある。
【０００４】
第２従来例には、多方向入力装置において、４つの常開スイッチのうちの２つの常開スイッチが同時に押し込まれるのを防ぐようにした押釦用キートップについての記載がある。このものでは、キートップを中立姿勢に復帰させるのに、樹脂製の梁状のヒンジを採用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した第１従来例では、シリコンゴムでなる山形のシートに、キートップを中立姿勢に復帰させ得るのに十分な強さの弾性復元力を持たせておく必要があり、しかも、そのシートを山形に形成しておく必要があるので、肉厚の厚い山形のシートを用いざるを得ず、そのことが装置全体を薄形化することの制約になるという問題がある。また、その多方向入力装置では、軸受を取り付けた配線基板、キートップ、常開スイッチなどの必要部品のすべてをケースに組み込んだ形のユニットとして取り扱う必要があるので、機器（たとえばナビゲーションシステムなどに用いられる電子機器）側にそのユニットのケースを設置し得るだけの比較的大きな設置スペースを確保する必要があるという問題がある。
【０００６】
上記した第２従来例についても、キートップを中立姿勢に復帰させるのに樹脂製の梁状のヒンジを採用していることから、そのヒンジの厚さを厚くして十分な弾性復元力を得る必要があるという問題がある。また、キートップと、上記ヒンジを備えた支持板と、配線基板を備えた支持台とを互いに組み付けたユニットとして形成されるので、上記した第１従来例の場合と同様に、機器側にそのユニットを設置し得るだけの比較的大きな設置スペースを確保する必要があるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、キートップを中立姿勢に復帰させるのに金属製の板ばねを用い、しかも、その板ばねを介してキートップとそのキートップを多方向揺動可能に支持する軸受部材とを一体化させることによって、装置全体の薄形化や装置全体のコンパクト化が達成しやすくなる多方向入力装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多方向入力装置は、軸受部材と、この軸受部材により多方向に揺動可能に支持されたキートップと、上記軸受部材の周囲に配備されかつ固定接点とこの固定接点に対応してスナッププレートに具備された可動接点とを備える複数の常開スイッチと、上記キートップに設けられて複数の上記常開スイッチの上記スナッププレートに各別に対応する押圧部とを有する多方向入力装置において、上記軸受部材と上記キートップとの間に亘って金属製の板ばねが配備され、その板ばねの内端側が上記軸受部材に、その板ばねの外端側が上記キートップにそれぞれ固着されていると共に、その板ばねにより上記キートップが複数の上記常開スイッチのすべてを開状態に維持する中立姿勢に向けて常時弾発付勢されるようになっており、複数の上記常開スイッチが、上記軸受部材を取り付けた配線基板に設けられている、というものである。
【０００９】
この発明によれば、キートップを中立姿勢に復帰させるのに金属製の板ばねの弾性を利用しているので、冒頭で説明した第２従来例に用いられている樹脂製のヒンジに比べてキートップの復帰性能が長期間に亘って確保されるようになり、耐久性が向上する。また、板ばねが金属製であるので、その板ばねの肉厚を薄くしても、キートップを中立姿勢に復帰させるときに十分な大きさの弾性力が得られるだけでなく、板ばねを介して軸受部材とキートップとが連結された構成になっているので、軸受部材やキートップなどの必要部品をケース収容しておく必要が必ずしもない。そのため、装置全体の薄形化やコンパクト化を達成しやすくなり、また、軸受部材とその軸受部材に多方向揺動可能に支持されたキートップとが板ばねによって一体化されたものを、ケースに収容せずに、ユニットとして取り扱うことができるようになる。
【００１０】
この発明において、上記板ばねは、円形の内輪部と、この内輪部から放射方向に延び出た細片状の複数の梁部と、これらの梁部の外端部同士を連結している円形の外輪部とを有し、上記内輪部が合成樹脂製の上記軸受部材に埋設状態で固着され、上記外輪部が上記キートップに固着されていると共に、その外輪部に、上記キートップの裏面に接触する支持面が設けられている、という構成を採用することができる。
【００１１】
このようになっていると、板ばねを円板状に形成し、その内周部を軸受部材に固着し、その外周部をキートップに固着したようなもの（比較例）に比べて、板ばねが計量化される。それにもかかわらず、この発明では、板ばねの円形の内輪部が軸受部材に埋設状態で固着され、円形の外輪部がキートップに固着されているので、板ばねと軸受部材との固定強度や板ばねとキートップとの固定強度が上記した比較例と同等になる。その上、軸受部材を合成樹脂で成形するときに、板ばねの内輪部をその軸受部材にインサートして固着することができるという製造上の利便もある。
【００１２】
この発明においては、上記板ばねの外輪部に孔部が設けられていると共に、上記キートップに突起が設けられ、上記孔部に貫挿された上記突起が溶融圧潰されることによって、上記外輪部が上記孔部と上記突起とを介して上記キートップに固着されている、という構成を採用することが可能である。このようにすると、軸受部材とその軸受部材に多方向揺動可能に支持されたキートップとが、板ばねによって強固に一体化される。
【００１３】
上記支持面は、上記外輪部における上記梁部との連設箇所に設けられていることが望ましい。このようになっていると、板ばねの梁部の復帰変形に伴う力がキートップに効率よく伝わって、そのキートップの中立姿勢への復帰が確実に行われやすくなる。
【００１４】
上記軸受部材に設けられた球面凹入部に、上記キートップに設けられた球面突出部が嵌合されることによって、上記軸受部材に上記キートップが支持されていることが望ましい。このようになっていると、キートップを円滑に多方向に揺動させることができる。
【００１５】
上記常開スイッチの固定接点が、上記軸受部材を固着した配線基板に設けられ、上記常開スイッチの上記可動接点を備えた上記スナッププレートが、上記配線基板に貼着されたフィルム材に覆われてその配線基板上の定位置に保持されていることが望ましい。このようになっていると、スナッププレートを簡便な手段で配線基板に保持させることが可能になる。
【００１６】
上記軸受部材がその軸受部材よりも大きい上記キートップにより上方から覆われていることが望ましい。このようになっていると、キートップによって軸受部材が覆い隠され、しかも、軸受部材がキートップの側方へ出っ張って装置全体が大型化することがない。
【００１７】
この発明においては、上記常開スイッチの数が４つであり、それらの４つの常開スイッチが、上記軸受部材の周囲の等角度おきの４箇所に振り分けて配備されている、という構成を採用することが可能である。このような多方向入力装置は、４方向入力装置として用いることができるので、４つの常開スイッチのうちの２つをＸ座標に割り当て、他の２つをＹ座標に割り当てたポインティングデバイスとしての使用が可能になる。また、キートップの上に手の指を押し当てたまま、そのキートップの揺動方向を変化させてＸ座標及びＹ座標のポイントを変化させることが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る多方向入力装置において、キートップ２０が中立姿勢になっているときの縦断側面図、図２は、本発明に係る多方向入力装置において、キートップ２０が揺動されているときの縦断側面図、図３は板ばね６０を備えた軸受部材１０の平面図、図４は板ばね６０を備えた軸受部材１０の底面図、図５は板ばね６０を備えた軸受部材１０の縦断側面図、図６は板ばね６０の平面図、図７はキートップ２０の平面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図、図９は図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図、図１０は図１のＸ部の拡大図、図１１は板ばね６０とキートップ２０との固着部の拡大断面図である。
【００１９】
この多方向入力装置は、軸受部材１０と、キートップ２０と、４つの常開スイッチ３０と、配線基板５０と、板ばね６０とを主要な構成部品として備えており、軸受部材１０やキートップ２０は合成樹脂成形体でなり、板ばね６０は金属薄板に打抜きなどの機械加工を施すことによって形成されている。また、配線基板５０には、板状のプリント基板（ＰＣＢ）又は柔軟な可撓性を有するフレキシブル基板（ＦＰＣ）が用いられ、ＦＰＣを用いる場合には、そのＦＰＣに保形性を付与するために補強板を併用することが望ましい。
【００２０】
図３〜図５のように、軸受部材１０は、その上面側に略半球状の球面凹入部１１を有していると共に、その下端面の複数箇所（図例では４箇所）に下向きの突起部１２…を有している。これに対し、図６のように、板ばね６０は、円形の内輪部６１と、この内輪部６１の等角度おきの４箇所から放射方向に延び出た細片状の４つの梁部６２…と、これらの梁部６２…の外端部同士を連結している円形の外輪部６３とを有していると共に、外輪部６３に内側に突き出た４つの孔部６４が設けられている。そして、板ばね６０の内端側に位置している上記内輪部６１が、軸受部材１０を成形するときに、その軸受部材１０の球面凹入部１１の周囲の樹脂層中にインサートされてその軸受部材１０に埋設状態で固着されている。したがって、板ばね６０は、軸受部材１０の高さ方向中間部に固着されている。
【００２１】
図７〜図９のように、キートップ２０は、わずかに凹入した形状の上面２１を有する円形部２２の中央部裏面側に、下向きに突き出た球面突出部２３を有している。この球面突出部２３の半径は、上記した軸受部材１０の球面凹入部１１の半径よりも少し短くなっている。また、円形部２２の外周部裏面側の等角度おきの４箇所に平坦面２４…が具備され、それらの平坦面２４…の相互間位置のそれぞれに、それらの平坦面２４…よりも内側に位置する突起２５…とそれらの突起２５…の根元に位置する座面２６…とが具備されている。そして、図１及び図２のように、このキートップ２０の球面突出部２３が、軸受部材１０の球面凹入部１１に嵌合されることによって、軸受部材１０にキートップ２０の中央が支持されていることに加えて、キートップ２０の４つの突起２５…が、軸受部材１０に固着されている板ばね６０の４つの孔部６４に貫挿され、しかも、それらの突起２５…が、図１１のように略半球状に溶融圧潰されることによって、板ばね６０の外端部に位置している上記外輪部６３が４つずつの孔部６４…と突起２５…とを介してキートップ２０の裏側に固着されている。このように、板ばね６０を介して軸受部材１０とキートップ２０とが一体化されていると、軸受部材１０とキートップ２０と板ばね６０との３つの部品を、ケースに収容せずにユニットして取り扱うことができる。なお、図１１において、符号６５は、突起２５を溶融圧潰することによって形成された径大部を示している。キートップ２０に板ばね６０の外輪部６３が４つずつの孔部６４…と突起２５…とを介して固着されている状態では、キートップ２０側の４箇所の平坦面２４…に、板ばね６０側の外輪部６３における梁部６２との連設箇所（図６に破線ハッチングで示してある）が接触している。この連接箇所は、キートップ２０の裏面、すなわち上記平坦面２４に接触する支持面６６として機能する。さらに、キートップ２０の外周側の裏面の等角度おきの４箇所に円弧状の凹所２７…が設けられており、これらの凹所２７のそれぞれの中央部に、下向きに突き出た押圧部２８が設けられている。
【００２２】
上記のように板ばね６０を介してキートップ２０と一体化されている軸受部材１０は、その４つの突起部１２のそれぞれが、図１及び図２に示した配線基板５０に開設されている４つの丸孔（図に現れていない）に差し込まれ、かつ、それらの突起部１２が図１及び図２のように略半球状に溶融圧潰されることによって、その配線基板５０に垂直に取り付けられている。図１及び図２において、符号１３は、突起部１２を溶融圧潰することによって形成された径大部を示している。
【００２３】
配線基板５０には、軸受部材１０の周囲の等角度おきの４箇所のそれぞれに常開スイッチ３０…が配備されている。それぞれの常開スイッチ３０は、配線基板５０の表面に略面一に具備された固定接点３１と、その固定接点３１に対応してその固定接点３１を覆うように配線基板５０上に配備されたドーム状のスナッププレート３２の頂部に具備されている可動接点３３とを備えている。図１０のように、この実施形態では、スナッププレート３２が、配線基板５０に貼着された合成樹脂製のフィルム材３４に覆われてその配線基板５０上の定位置に保持されている。そして、このフィルム材３４の上から、キートップ２０側の４つの押圧部２８…のそれぞれが、４つのスナッププレート３２に各別に対峙して対応している。
【００２４】
以上説明した多方向入力装置において、キートップ２０は、その球面突出部２３と軸受部材１０の球面凹入部１１との嵌合箇所を中心にして多方向に揺動可能である。また、板ばね６０により、キートップ２０が４つの常開スイッチ３０…のすべてを開状態に維持する中立姿勢に向けて常時弾発付勢されている（図１参照）。また、キートップ２０は、軸受部材１０よりも大きく形成されてその軸受部材１０を上方から完全に覆っていることに加え、そのキートップ２０によって４つの常開スイッチ３０…がほゞ覆われている。
【００２５】
上記した多方向入力装置は、常開スイッチ３０の数が４つであり、それらの４つの常開スイッチ４０…が、軸受部材１０の周囲の等角度おきの４箇所に振り分けて配備されているので、４方向入力装置として用いることが可能である。その場合には、４つの常開スイッチ３０…のうちの２つをＸ座標に割り当て、他の２つをＹ座標に割り当てたポインティングデバイスとしての使用が可能である。そのようにした場合、キートップ２０の球面状に凹んでいる上面２１に手の指を押し当てたまま、所謂シーソ感覚でそのキートップ２０の揺動方向を変化させてＸ座標及びＹ座標のポイントを変化させることが可能である。また、キートップ２０の揺動方向を変化させることによって、たとえば、図２のように特定の常開スイッチ３０のスナッププレート３２を押圧部２８で押し込んで反転させれば、その常開スイッチ３０の固定接点３１とスナッププレート３２の頂部によって形成されている可動接点３３とが電気的に接触して常開スナップ３０が閉じる。また、手の指の力を緩めれば、板ばね６０の梁部６２の弾性によってキートップ２０が図１の中立姿勢に復帰する。特に、キートップ２０にあっては、押圧部２８と板ばね６０の外輪部６３の支持面６６が接触している平坦面２４とが半径方向で並んでいるので、板ばね６０の梁部６２の復帰変形に伴う力がキートップ２０に効率よく伝わって、そのキートップ２０の中立姿勢への復帰が確実に行われる。このような作用は、キートップ２０が板ばね６０と相対回転しないように固着されていることによっていっそう確実に発揮されるようになる。なお、キートップ２０が揺動されてスナッププレート３２が反転したときや、そのスナッププレート３２が元の形状に復帰したときには、スナッププレート２３の弾発的な変形に伴うクリック感がキートップ２０を介して手の指に伝わり、そのことが操作性を高めることに役立つ。
【００２６】
また、板ばね６０に薄肉の金属板が用いられ、その板ばね６０が軸受部材１０の高さ方向中間部に固着されており、しかも、軸受部材１０の球面凹入部１１によってキートップ２０の球面突出部２３が嵌合状に支持されているので、軸受部材１０の取り付けられている配線基板５０からキートップ２０の上面までの高さを低く抑えることが容易であり、そのことが、当該多方向入力装置の薄型化やコンパクト化を促進することに役立っている。
【００２７】
以上説明した多方向入力装置は、ケースに収容せずにそのまま機器側に設置することが可能であり、そのようにしても、キートップ２０が軸受部材１０から脱落したりするおそれはない。
【００２８】
なお、上記実施形態では、常開スイッチ３０の数が４つの４方向入力装置を説明したけれども、本発明に係る多方向入力装置は、常開スイッチ３０の数が２つであっても、４つより多い数であってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る多方向入力装置によれば、キートップを中立姿勢に復帰させるのに金属製の板ばねの弾性を利用しているので、冒頭で説明した第２従来例に用いられている樹脂製のヒンジに比べてキートップの復帰性能が長期間に亘って確保されるようになり、耐久性が向上する。また、キートップを中立姿勢に復帰させるのに肉薄化が容易に可能な金属製の板ばねを用い、しかも、その板ばねを介してキートップとそのキートップを多方向揺動可能に支持する軸受部材とを一体化させるものであるので、装置全体の薄形化や装置全体のコンパクト化を容易に達成することが可能になる。また、キートップを手の指で押え、その指をキートップから離さずにキートップの揺動方向を変化させることができるので、キートップの操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多方向入力装置において、キートップが中立姿勢になっているときの縦断側面図である。
【図２】上記多方向入力装置において、キートップが揺動されているときの縦断側面図である。
【図３】板ばねを備えた軸受部材の平面図である。
【図４】板ばねを備えた軸受部材の底面図である。
【図５】板ばねを備えた軸受部材の縦断側面図である。
【図６】板ばねの平面図である。
【図７】キートップの平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】図１のＸ部の拡大図である。
【図１１】板ばねとキートップとの固着部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０軸受部材
１１球面凹入部
２０キートップ
２３球面突出部
２５突起
２８押圧部
３０常開スイッチ
３１固定接点
３２スナッププレート
３３可動接点
３４フィルム材
５０配線基板
６０板ばね
６１内輪部
６２梁部
６３外輪部
６４孔部
６６支持面

Claims

軸受部材と、この軸受部材により多方向に揺動可能に支持されたキートップと、上記軸受部材の周囲に配備されかつ固定接点とこの固定接点に対応してスナッププレートに具備された可動接点とを備える複数の常開スイッチと、上記キートップに設けられて複数の上記常開スイッチの上記スナッププレートに各別に対応する押圧部とを有する多方向入力装置において、
上記軸受部材と上記キートップとの間に亘って金属製の板ばねが配備され、その板ばねの内端側が上記軸受部材に、その板ばねの外端側が上記キートップにそれぞれ固着されていると共に、その板ばねにより上記キートップが複数の上記常開スイッチのすべてを開状態に維持する中立姿勢に向けて常時弾発付勢されるようになっており、複数の上記常開スイッチが、上記軸受部材を取り付けた配線基板に設けられており、
上記板ばねは、円形の内輪部と、この内輪部から放射方向に延び出た細片状の複数の梁部と、これらの梁部の外端部同士を連結している円形の外輪部とを有し、上記内輪部が合成樹脂製の上記軸受部材に埋設状態で固着され、上記外輪部が上記キートップに固着されていると共に、その外輪部に、上記キートップの裏面に接触する支持面が設けられており、
上記板ばねの外輪部に孔部が設けられていると共に、上記キートップに突起が設けられ、上記孔部に貫挿された上記突起が溶融圧潰されることによって、上記外輪部が上記孔部と上記突起とを介して上記キートップに固着されており、
上記軸受部材は上記配線基板に固着されていることを特徴とする多方向入力装置。
上記支持面が、上記外輪部における上記梁部との連設箇所に設けられている請求項１に記載した多方向入力装置。
上記軸受部材に設けられた球面凹入部に、上記キートップに設けられた球面突出部が嵌合されることによって、上記軸受部材に上記キートップが支持されている請求項１に記載した多方向入力装置。
上記常開スイッチの固定接点が上記配線基板に設けられ、上記スナッププレートが、上記配線基板に貼着されたフィルム材に覆われてその配線基板上の定位置に保持されている請求項１に記載した多方向入力装置。
上記軸受部材がその軸受部材よりも大きい上記キートップにより上方から覆われている請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載した多方向入力装置。
上記常開スイッチの数が４つであり、それらの４つの常開スイッチが、上記軸受部材の周囲の等角度おきの４箇所に振り分けて配備されている請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれかに記載した多方向入力装置。