JP4268537B2 - 多方向入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器の入力操作部等に使用される多方向入力装置に係り、特に、スライダを水平面でスライド操作してその操作方向に応じた信号を取り出すことができる多方向入力装置に関するものである。

一般的に多方向入力装置は、プリント基板上に９０度の等間隔で搭載された４個のプッシュスイッチと、これらプッシュスイッチの上方に揺動可能に配置された駆動体とを備えており、駆動体はプッシュスイッチに内蔵された復帰ばねや専用の戻しばねの弾性力によって中立位置に付勢されている。駆動体の上面中央には駆動棒が突出形成されており、操作者が自身の手指等でこの駆動棒を所定方向へ傾倒操作すると、その方向に駆動体が揺動して特定のプッシュスイッチがオン動作するようになっている。

従来より、例えばフォースフィードバック機能付きのハプティックコントローラにおいて、操作ノブや該操作ノブに外力を付与するモータ等をスライダに一体的に取り付け、操作者が操作ノブを水平面内で任意方向へスライド移動することにより、スライダを介して駆動体を揺動させるようにし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）。

図９はかかる多方向入力装置の従来例を示す断面図、図１０は該多方向入力装置に備えられるスライダと駆動体の位置関係を示す平面図であり、これらの図に示すように、プリント基板１上にはラバー２が載置されると共に、このラバー２の中心位置にホルダ３が立設されている。ラバー２には４個の膨出部２ａが一体形成されており、これら膨出部２ａはホルダ３を中心とする同心円Ｐ（図１０参照）上に９０度の等間隔で形成されている。各膨出部２ａの内底面には可動接点４が形成され、プリント基板１上には各可動接点４と所定間隔を存して対向する固定接点５が形成されている。一対の可動接点４と固定接点５によって１組のプッシュスイッチＳが構成されており、全体として４組のプッシュスイッチＳ１〜Ｓ４がホルダ３の周囲に９０度の等間隔で配置されている。すなわち、図１０に示すように、ホルダ３を原点とするＸ−Ｙ直交座標について見ると、プッシュスイッチＳ１とＳ３が原点を介して対向するＹ軸上に配置され、プッシュスイッチＳ２とＳ４が原点を介して対向するＸ軸上に配置されている。各膨出部２ａ上には駆動体５が載置されており、この駆動体５の底面中央はホルダ３にピボット支持されている。駆動体５の上面中央には駆動棒５ａが立設されており、この駆動棒５ａの基部（下端）は半球状部５ｂとなっている。半球状部５ｂの外周面にはケーシング６から垂下する円錐部６ａの下端が当接しており、駆動棒５ａは円錐部６ａの内部の孔６ｂを挿通して上方へ延びている。また、ケーシング６の上方にはスライダ７が配置されており、このスライダ７は図示せぬ操作ノブと一体的に水平方向へ移動可能となっている。スライダ７には円形の開口８が形成されており、駆動棒５ａは開口８を挿通してスライダ７の上方に達している。

このように構成された多方向入力装置では、操作ノブにスライド方向の外力が付与されない非操作状態において、駆動体５は各膨出部２ａから上方への弾発力を受けて中立姿勢に保持されており、各プッシュスイッチＳ１〜Ｓ４は全てオフとなっている。この場合、図１０に示すように、駆動体５の駆動棒５ａは開口８の中央に位置しており、駆動棒５ａと開口８との間には円周方向に沿って均一幅なクリアランスが確保されている。一方、操作者が操作ノブを介してスライダ７を任意方向、例えば図１０のＹ軸上方向へ移動すると、開口８の内周縁が駆動棒５ａに当接することにより、駆動体５がホルダ３を支点として同方向へ揺動（傾倒）し、その方向に位置するラバー２の膨出部２ａが座屈するため、プッシュスイッチＳ１の可動接点４が固定接点５に接触してオンとなる。また、スライダ７をＸ−Ｙ軸に対して斜め４５度方向、例えば図１０の斜め右上４５度方向へ移動すると、駆動体５がホルダ３を支点として同方向へ揺動するため、その方向に位置する２組のプッシュスイッチＳ１，Ｓ２が同時にオンとなる。したがって、４組のプッシュスイッチＳ１〜Ｓ４を選択的に単独または対で動作させることにより、スライダ７の８方向の移動を検出することができる。
特開２００１−１０９５５８号公報（第９頁、図３ａ）

ところで、前述した従来の多方向入力装置においては、駆動体５の駆動棒５ａとスライダ７の開口８との相対位置を厳密に管理することは困難であり、各部材の組立誤差や寸法誤差等に起因して両者の相対位置がずれてしまい、図１１に示すように、駆動棒５ａに対して開口８の中心がずれた状態で組み立てられることがある。このような場合、スライダ７の非操作状態で既に駆動体５が若干傾いており、例えばスライダ７を同図の斜め右上４５度方向へ移動したとき、当該方向に位置する２つの膨出部２ａの一方（この場合はＳ１）が先に押圧されてしまうため、２組のプッシュスイッチＳ１，Ｓ２が同時にオンしなくなり、正確な方向検出ができなくなるという問題が発生する。

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、正確な方向検出が可能な多方向入力装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の多方向入力装置では、駆動棒を有する駆動体と、この駆動体を揺動可能に支持するホルダと、前記駆動体の揺動に伴って動作される３個以上のスイッチ素子と、これらスイッチ素子が搭載された基板と、この基板と平行な面内方向へ移動可能で前記駆動棒が挿通される開口を有するスライダとを備え、前記各スイッチ素子を前記駆動体の揺動支点の周囲の円弧上に略等間隔に配置し、前記開口をこれらスイッチ素子の数と同一の辺を有する多角形状に形成すると共に、この開口の各辺を隣接する前記スイッチ素子間を結ぶ直線と略平行であって前記揺動支点を挟んで対向する位置に設定した。

このように構成された多方向入力装置においては、隣接する２個のスイッチ素子の中間位置方向へスライダを移動したとき、当該方向に位置するスイッチ素子間を結ぶ直線に対して多角形状の開口の一辺が平行移動して駆動棒に当接するため、駆動体の駆動棒とスライダの開口との相対位置がずれたとしても、２個のスイッチ素子を同時にオン動作させることができる。

上記の構成において、前記スイッチ素子の数は３個以上であれば特に限定されないが、基板上に４個のスイッチ素子が搭載され、開口が四角形状に形成ていることが好ましく、このような多方向入力装置であれば、４個のスイッチ素子を用いて８方向の位置を正確に検出することができる。この場合、各スイッチ素子として単品のプッシュスイッチ等を用いることも可能であるが、基板上に４個の膨出部を有するラバーを載置すると共に、このラバーの各膨出部上に駆動体を載置し、これら基板に形成された固定接点と膨出部の内底面に形成された可動接点とでスイッチ素子を構成することが好ましい。

本発明の多方向入力装置は、スライダにスイッチ素子と同一数の辺を有する多角形状の開口を形成し、この開口の各辺を隣接する２個のスイッチ素子間を結ぶ直線に対して略平行で駆動体の揺動支点を挟んで対向する位置に設定したので、駆動体の駆動棒に対して開口の中心がずれた状態で組み込まれたとしても、隣接する２個のスイッチ素子の中間位置方向へスライダを移動したとき、当該方向に位置する２個のスイッチ素子を同時にオン動作させることができ、使用されるスイッチ素子の２倍の方向を正確に検出することができる。

発明の実施の形態について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が組み込まれるハプティックコントローラの分解斜視図、図２は該ハプティックコントローラに備えられるケーシングとスライダの斜視図、図３は該スライダの平面図、図４は該多方向入力装置の要部を示す分解斜視図、図５は該多方向入力装置の断面図、図６は該多方向入力装置に備えられる駆動体とスライダの位置関係を示す平面図である。

図１に示すハプティックコントローラは、自動車のコンソールボックス等の内部に設置される筐体１０と、筐体１０の内部に配置されたプリント基板１１と、プリント基板１１上に搭載されたラバー１２と、ラバー１２上に搭載された駆動体１３と、筐体１０にスライド可能に保持されたスライダ１４と、スライダ１４に固着されたモータ１５と、モータ１５の回転軸に中間部材１６を介して連結された操作ノブ１７とから主に構成されており、操作ノブ１７はコンソールボックス等のパネル面の外部に露出している。筐体１０はケーシング１８とカバー１９とからなり、これらケーシング１８とカバー１９は合成樹脂で成形されている。図２に示すように、ケーシング１８の内部には仕切壁１８ａが形成されており、この仕切壁１８ａの下面側にプリント基板１１を挟んでカバー１９がねじ止めされている。また、仕切壁１８ａの上面側にはスライダ１４が搭載されており、このスライダ１４はプリント基板１１や仕切壁１８ａと平行な面内方向へ移動可能となっている。スライダ１４には円筒部１４ａが立設されており、図３に示すように、この円筒部１４ａの内部には平面視正方形の開口２０が形成されている。

図４と図５に示すように、プリント基板１１上にはホルダ２１がスナップ止めされると共に、４個の膨出部１２ａを有するラバー１２が載置されている。ラバー１２の中央はホルダ２１に係止されており、各膨出部１２ａはホルダ２１を中心とする同心円Ｐ（図６参照）上に９０度の等間隔で形成されている。各膨出部１２ａの内底面には可動接点２２が形成され、プリント基板１１上には各可動接点２２と所定間隔を存して対向する固定接点２３が形成されている。一対の可動接点２２と固定接点２３によって１組のプッシュスイッチＳが構成されており、全体として４組のプッシュスイッチＳ１〜Ｓ４がホルダ２１の周囲に９０度の等間隔で配置されている。ラバー１２の各膨出部１２ａ上には駆動体１３が載置されており、この駆動体１３の底面中央はホルダ２１にピボット支持されている。駆動体１３の上面中央には駆動棒１３ａが立設されており、この駆動棒１３ａの基部（下端）は半球状部１３ｂとなっている。この半球状部１３ｂの外周面にはケーシング１８から垂下する円錐部１８ａの下端が当接しており、駆動体１３はホルダ２１と円錐部１８ａとで挟持されている。そして、駆動棒１３ａは円錐部１８ａの内部の孔１８ｂを挿通して上方へ延び、その上端部が前述したスライダ１４の開口２０内に達している。

図６に示すように、各プッシュスイッチＳ１〜Ｓ４が配置された同心円Ｐの中心Ｃを原点とするＸ−Ｙ直交座標を設定すると、プッシュスイッチＳ１とＳ３は原点Ｃを挟んで対向するＹ軸上に配置され、プッシュスイッチＳ２とＳ４は原点Ｃを挟んで対向するＸ軸上に配置されている。また、スライダ１４に形成された正方形の開口２０の各コーナはＸ−Ｙ軸上にあり、この開口２０内を挿通する駆動体１３の駆動棒１３ａは原点位置に配置されている。すなわち、開口２０の相対向する２辺は隣接するプッシュスイッチＳ１，Ｓ２（またはプッシュスイッチＳ３，Ｓ４）間を結ぶ直線Ｑ１と平行に設定され、開口２０の残りの２辺は隣接するプッシュスイッチＳ１，Ｓ４（またはプッシュスイッチＳ２，Ｓ３）間を結ぶ直線Ｑ２と平行に設定されている。なお、この状態では、駆動体１３の揺動支点Ｔと原点Ｃとは一致した位置にある。

このように構成された多方向入力装置において、操作ノブ１７にスライド方向の外力が付与されていない非操作状態にあるとき、駆動体１３はラバー１２の各膨出部１２ａから上方への弾発力を受けて中立姿勢に保持されており、各プッシュスイッチＳ１〜Ｓ４は全てオフとなっている。図７（ａ）に示すように、かかる非操作時に駆動棒１３ａは正方形の開口２０の中央に位置しており、駆動棒１３ａと開口２０の各辺との間には長さＬ１のクリアランスが確保されている。操作者がこの非操作状態から操作ノブ１７を介してスライダ１４をＸ−Ｙ軸と平行な４方向のいずれか１方向、例えば図６のＹ軸上方向へ移動すると、図７（ｂ）に示すように、開口２０の図示下側の２辺が駆動棒１３ａに同時に当接してこれを押圧するため、駆動体１３がホルダ２１を支点として同方向へ揺動（傾倒）してその方向に位置するラバー１２の膨出部１２ａを座屈させ、プッシュスイッチＳ１の可動接点２２が対向する固定接点２３に接触してオンとなる。スライダ１４をＸ−Ｙ軸と平行な他の３方向へ移動した場合も同様であり、各プッシュスイッチＳ１〜Ｓ４を単独でオン動作させることにより、Ｘ−Ｙ軸と平行なスライダ１４の４方向の移動を検出できる。また、スライダ１４をＸ−Ｙ軸に対して斜め４５度方向、例えば図６の斜め右上４５度方向へ移動すると、図７（ｃ）に示すように、開口２０の図示左下側の辺が駆動棒１３ａに当接してこれを押圧するため、駆動体１３がホルダ２１を支点として同方向へ揺動してその方向に位置する２つの膨出部１２ａを座屈させ、これら膨出部１２ａに対応する２組のプッシュスイッチＳ１，Ｓ２が同時にオンとなる。スライダ１４をＸ−Ｙ軸に対して４５度で交差する他の３方向へ移動した場合も同様であり、このように各プッシュスイッチＳ１〜Ｓ４の２組を同時にオン動作させることにより、Ｘ−Ｙ軸と４５度で交差するスライダ１４の４方向の移動を検出できる。したがって、前述したＸ−Ｙ軸に平行な４方向の検出に加え、合計でスライダ１４の８方向の移動を検出することができる。

ここで、スライダ１４をＸ−Ｙ軸と平行な方向へ移動して１組のプッシュスイッチをオン動作させる場合、図７（ｂ）に示すように、開口２０の隣接する２辺が駆動棒１３ａに当接までのスライダ１４の移動距離Ｌ２は上記クリアランス長Ｌ１の約１．４倍（Ｌ２＝Ｌ１×√２）であり、駆動体１３の揺動支点Ｔから各プッシュスイッチＳ１〜Ｓ４の作用点までの長さは上記同心円Ｐの半径と等しくなる。これに対し、スライダ１４をＸ−Ｙ軸と４５度で交差する斜め方向へ移動して２組のプッシュスイッチを同時にオン動作させる場合、図７（ｃ）に示すように、開口２０の１辺が駆動棒１３ａに当接までのスライダ１４の移動距離はＬ１と短くなるが、駆動体１３の揺動支点Ｔから上記直線Ｑ１，Ｑ２に下した垂線の長さが同心円Ｐの半径の１／√２と短くなるため、駆動棒１３ａが動き出して２組のプッシュスイッチがオン動作するまでのスライダ１４の移動量が増加する。したがって、プッシュスイッチをオン動作させるのに必要なスライダ１４のストローク量は、１組のプッシュスイッチを単独でオン動作させる場合と２組のプッシュスイッチを同時にオン動作させる場合とでほぼ等しくなり、スライダ１４の移動方向によってストローク量が異なるという操作上の違和感を解消できる。

また、上記の如く構成された多方向入力装置においては、スライダ１４やケーシング１８を含む各部材の寸歩誤差や組立誤差等に起因して駆動棒１３ａと開口２０の相対位置がずれることがあり、図８（ａ）に示すように、例えば駆動棒１３ａが開口２０の中心（原点Ｃ）からずれて一辺側に偏倚した状態で組み立てられることがある。このような場合、スライダ１４の非操作状態で既に駆動体１３は若干傾いているが、図８（ｂ）に示すように、スライダ１４をＸ−Ｙ軸と４５度で交差する斜め方向へ移動したとき、その移動方向と直交する方向に延びる開口２０の一辺が駆動棒１３ａに当接して駆動体１３を揺動させるため、当該移動方向に位置する２組のプッシュスイッチは同時にオン動作する。したがって、スライダ１４をＸ−Ｙ軸と４５度で交差する斜め方向へ移動したときに、一方のプッシュスイッチが先にオン動作してしまうという検出不良を防止でき、４組のプッシュスイッチＳ１〜Ｓ４を用いてスライダ１４の８方向の移動を正確に検出することができる。

なお、上記実施形態例では、本発明の多方向入力装置を車載用ハプティックコントローラに適用した場合について説明したが、それ以外の他の電子機器（例えばゲーム機）に適用可能であることはいうまでもない。

本発明の実施形態例に係る多方向入力装置が組み込まれるハプティックコントローラの分解斜視図である。 該ハプティックコントローラに備えられるケーシングとスライダの斜視図である。 該スライダの平面図である。 該多方向入力装置の要部を示す分解斜視図である。 該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駆動体とスライダの位置関係を示す平面図である。 スライダの開口と駆動体の駆動棒と関係を示す動作説明図である。 開口と駆動棒の相対位置がずれた場合の動作説明図である。 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スライダと駆動体の位置関係を示す平面図である。 該多方向入力装置の問題点を示す説明図である。

符号の説明

１０ 筐体
１１ プリント基板（基板）
１２ ラバー
１２ａ 膨出部
１３ 駆動体
１３ａ 駆動棒
１３ｂ 半球状部
１４ スライダ
１８ ケーシング
１８ａ 円錐部
１８ｂ 孔
１８ａ 仕切壁
２０ 開口
２１ ホルダ
２２ 可動接点
２３ 固定接点
Ｓ１〜Ｓ４ プッシュスイッチ

Claims (3)

1. 駆動棒を有する駆動体と、この駆動体を揺動可能に支持するホルダと、前記駆動体の揺動に伴って動作される３個以上のスイッチ素子と、これらスイッチ素子が搭載された基板と、この基板と平行な面内方向へ移動可能で前記駆動棒が挿通される開口を有するスライダとを備え、
   前記各スイッチ素子を前記駆動体の揺動支点の周囲の円弧上に略等間隔に配置し、前記開口をこれらスイッチ素子の数と同一の辺を有する多角形状に形成すると共に、この開口の各辺を隣接する前記スイッチ素子間を結ぶ直線と略平行であって前記揺動支点を挟んで対向する位置に設定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、前記基板上に４個のスイッチ素子が搭載されると共に、前記開口が四角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２の記載において、前記基板上に４個の膨出部を有するラバーが載置されると共に、このラバーの各膨出部上に前記駆動体が載置され、前記スイッチ素子が、前記基板に形成された固定接点と、前記膨出部の内底面に形成された可動接点とで構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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