JP4710374B2 - 多方向入力装置 - Google Patents

Description

本発明は多方向入力装置に関するものであり、特に、互いに直交するＸ−Ｙ−Ｚの３軸方向に移動操作自在な操作部材を具備する多方向入力装置に関するものである。

従来、多方向入力装置は、電子機器などの入力装置として広く用いられている。此種多方向入力装置は、図５及び図６に示すように、基板１３上に設けられたケース８と、該ケース８に対して互いに直交する３軸方向に移動（摺動及び押動）操作自在に保持して組み込まれた操作部材２と、該操作部材２の移動変位を検出するセンサ（図示省略）と、前記操作部材２を元の中立位置に復帰させる圧縮コイルばね（図示省略）とを備えている（例えば、特許文献１）。
特開平７−９４０５３号

上記従来の多方向入力装置は、操作部材２を手指で移動操作した後に、操作部材２から手指を離すと、圧縮コイルばねの機械的付勢力により、操作部材２が元の位置に復帰する。しかし、この構成の多方向入力装置によると、操作部材２と保持部材との間に部品精度上のクリアランスの発生が避けがたい上に、操作部材２が圧縮コイルばねの機械的接触力による摺動磨耗によってがたつきが生じやすいことから、操作部材２が圧縮コイルばねの機械的接触力で摺動磨耗してがたつきが生じやすい。

このようなことから、操作部材２が元の中立位置に正確に復帰せず（復帰誤差）、操作部材２による入力制御精度に支障を来し、特に、長期使用に伴い、操作部材２と保持部材間の磨耗量が増大して、操作部材２の操作性を低下させるという問題があった。

そこで、操作部材の復帰精度及び入力位置精度を高めて操作性を良くするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、基板上に設けられたケースと、該ケースにＸ，Ｙ軸の直交２軸方向へ摺動自在に組み込まれた保持部材と、該保持部材にＸ，Ｙ軸と直交するＺ軸方向へ摺動自在に組み込まれた操作部材と、該操作部材の移動変位を検出するセンサとを備え、前記操作部材が前記ケースに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸方向へ位置移動自在に設けられて成る多方向入力装置であって、前記保持部材の下端外周部に第１のマグネットを設けると共に、該第１のマグネットに対し磁気的付勢力を発生させる第２のマグネットを前記ケースの内周部に設け、該付勢力により、前記操作部材が前記ケースに対してＸ，Ｙ直交２軸の原点位置に自動復帰するように構成され、更に、前記保持部材の下端側に第３のマグネットを設けると共に、該第３のマグネットに対し磁気的付勢力を発生させる第４のマグネットを前記ケースの下底側に設け、該付勢力により、前記操作部材が前記ケースに対してＺ軸の原点位置に自動復帰するように構成されている多方向入力装置を提供する。

この構成によれば、ケースに保持部材がＸ，Ｙ軸方向へ摺動自在に組み込まれ、該保持部材には、操作部材がＺ軸方向へ摺動自在に組み込まれている。そして、第１のマグネットと第２のマグネットの間に生じる付勢力は、操作部材をケースに対してＸ，Ｙ２軸の原点位置に常に戻すように作用する。又、第３のマグネットと第４のマグネットとの間に生
じる付勢力は、操作部材をケースに対してＺ軸の原点位置に常に戻すように作用する。

従って、操作部材の入力操作後に、該操作部材から手指を離すと、前記付勢力により操作部材がケースに対して，Ｘ，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の原点位置に戻ることによって、操作部材が直交３軸方向の原点位置に自動復帰する。

請求項２記載の発明は、上記第１のマグネットと第２のマグネットは共に円環状に形成され、且つ、互いに同芯上に配置されている請求項１記載の多方向入力装置を提供する。

この構成によれば、円環状に形成された第１のマグネットと第２のマグネットは、互いに同芯上に配置されているので、操作部材が原点位置を中心とする多方向に入力移動された後に、操作部材から手指を離すと、操作部材は原点位置に円滑に復帰する。

請求項３記載の発明は、上記センサが無接点検出型センサである請求項１又は２記載の多方向入力装置。

この構成によれば、センサが無接点検出型センサであるので、操作部材の多方向への入力変位量が無接触にて検出される。

請求項４記載の発明は、上記保持部材と上記操作部材の間に弾性可動板が介装されている請求項１，２又は３記載の多方向入力装置を提供する。

この構成によれば、保持部材と上記操作部材の間に弾性可動板（板ばね）を介装したので、弾性可動板により操作部材は押圧操作方向と反対方向に付勢力される。従って、操作部材の入力操作時には、弾性可動板の力に抗して操作部材が押動変位する。

請求項１記載の発明は、操作部材から手指を離すと、前記付勢力により操作部材は、ケースに対して直交３軸方向の原点位置に自動復帰するので、圧縮コイルばね復帰タイプの従来構造に比べて、構造がシンプル化するだけでなく、がたつきを起こすことなく、操作性が良くなると共に、操作部材が直交３軸方向の原点位置に正確かつ迅速に復帰し、操作部材の復帰精度及び入力位置精度が向上するという優れた効果を奏する。

請求項２記載の発明は、操作部材が多方向に入力操作した後に、操作力を解除すると、操作部材が原点位置に確実に復帰するので、請求項１記載の効果に加えて、多方向に摺動操作するタイプの多方向入力装置に幅広く適用でき、設計の自由度及び汎用性が高くなるメリットを有する。

請求項３記載の発明は、操作部材の移動変位が無接触にて検出されるので、請求項１又は２記載の効果に加えて、接触型センサの場合に必要であった機械的な接触部材が不要となり、構造の一層の簡素化が可能となると共に、操作力が小さくなり使い勝手が向上する。

請求項４記載の発明は、弾性可動板の力に抗して操作部材が移動変位するので、請求項１，２又は３記載の効果に加えて、操作部材の入力操作時に、快適なクリック感が感ぜられ、加えて、入力操作後に操作部材が原点位置に復帰した時には、弾性可動板の力によって操作部材が原点位置に確実に保持される。即ち、非操作状態の操作部材は、ケースに対して原点位置に確実に固定保持され、たとえ操作部材に意図せぬ外力が作用しても、操作部材の位置ずれを抑止しうるメリットがある。

本発明は、操作部材がケースに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交３方向へ移動操作自在に設けられて成る多方向入力装置において、操作部材用保持部材の下端外周部に第１のマグネットを設けると共に、第１のマグネットに対し磁気的付勢力を発生させる第２のマグネットをケースの内周部に設け、該付勢力により、操作部材が前記ケースに対してＸ，Ｙ直交２軸の原点位置に自動復帰するように構成され、且つ、保持部材の下端側に第３のマグネットを設けると共に、該第３のマグネットに対し磁気的付勢力を発生させる第４のマグネットをケースの下底側に設け、該付勢力により、操作部材がケースに対してＺ軸の原点位置に自動復帰するように構成されていることにより、簡単な構成でありながら、がたつきを起こすことなく、入力操作性が良くなると共に、直交３軸方向の原点位置に操作部材が正確かつ迅速に復帰して、復帰精度及び入力位置精度が向上するという目的を達成した。

以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図４に従って説明する。本実施例は、電子機器のＸ−Ｙ−Ｚ３軸方向のインプットディバイス等に用いられる小型の多方向入力装置１に適用したものであるが、これに限らず操作コントローラや各種情報機器のポインティング装置などにも勿論適用できる。

本実施例の多方向入力装置１は、変位検出用のセンサ２１ａ〜２１ｅが搭載された基板２０上にケース８，２２を設け、該ケース８，２２に対し操作部材２を直交３軸方向に変位入力自在に組み込んだタイプのものであって、ケース側大円環状マグネット２４と操作部材側小円環状マグネット１８とを互いに同芯状に配置し、且つ、操作部材側上部マグネット１７とケース側平板状下部マグネット２３とを平行に互いに水平配置することにより、マグネット１８，２４間及びマグネット２３，１７間に生ずる均等な反発力によりバランスがとれ、操作部材２がＸ−Ｙ２軸及びＺ軸の３次元座標方向のディフォルト位置に自動復帰するようにしたことを特徴とする。

図１、図２、図３及び図４はそれぞれ、本実施例による多方向入力装置１を示す断面図、正面図、斜視図及び分解斜視図である。図において、２は上面が湾曲状に形成された操作部材であり、操作部材２の下端側部分は、ケース８の中央孔８Ａに挿入されて、移動操作自在に組付けられている。より詳しくは、この操作部材２は、互いに直交するＸ軸方向−Ｙ軸方向（基板２０と平行な左右軸方向−前後軸方向）に摺動変位可能、且つ、Ｚ軸方向（操作部材２の上下中心軸方向）に押動変位可能に設けられている。

なお、操作部材２の摺動方向は、Ｘ，Ｙ２軸の原点位置を中心とする複数の放射方向（円周方向で等角度の位相）、即ち、４方向、８方向又は多方向に設定できるが、この場合、操作部材２の放射方向移動を円滑に案内するためのガイドを設けることができる。

操作部材２は、その中央下側に中空状の円筒部３を有し、円筒部３には断面逆Ｔ字型の連結シャフト４が一体に内嵌圧入されている。この連結シャフト４の下側には大径部５が形成され、大径部５の下面側には金属製の弾性可動板（板ばね）６が介設され、弾性可動板６は適度な可撓性を有する。前記大径部５は、弾性可動板６を介して、常に上方向の付勢力を受けるように組付けられている。従って、操作部材２は、弾性可動板６によって上方向に付勢されているために、操作者が操作部材２を手指で入力操作したときに、操作者は快いクリック感を感じる。

９は円形の支持部材であり、支持部材９上面の中央部、外周部には夫々、円環状の突部１０、突部１１が起立形成されている。また、中央部の円環状突部１０内側には、前述の弾性可動板６の周縁部が固定され、該弾性可動板６の周縁部を除く部分は、上方へ凸の略半球面状に形成され、上下へ往復変位して動けるように構成されている。

１２は上底円筒状に形成された保持部材であり、保持部材１２の上底中央部には、孔１３を有する円形の段差状上面部１４が形成されている。孔１３には連結シャフト４が上方向へ貫通して嵌着されている一方、段差状上面部１４は、前記大径部５と円筒部３との間に挟持固定されている。

保持部材１２の周壁には２個の係止孔１５が相対峙して設けられ、各係止孔１５には、支持部材９の外周面に形成した突起部１６が係止固定されている。また、保持部材１２の下面には、これと同径の円板状のマグネット１７が固定されている。

更に、保持部材１２の下端部外周には、小円環状のマグネット１８が固定され、小円環状のマグネット１８は後述のケース側大円環状のマグネット２４に対し、その全円周において中心方向の反発力が均等に生ずるように構成されている。

２０は基板であり、基板２０上には、５個の磁力センサ２１ａ〜２１ｅが搭載されている。そのうち、２個の磁力センサ２１ａ、２１ｂはＸ軸方向に離間して対向配置されている一方、磁力センサ２１ｃ、２１ｄはＹ軸方向に離間して対向配置されている。

ここで、操作部材２に対するＸ軸入力又はＹ軸入力により、操作部材２がＸ軸方向又はＹ軸方向に移動したとき、マグネット１７もこれと一体的にＸ軸方向又はＹ軸方向へ移動変位するが、この移動変位量は、磁力センサ２１ａ、２１ｂ又は磁力センサ２１ｃ、２１ｄによって電磁気的に検出される。又、操作部材２に対するＺ軸入力により、操作部材２がＺ軸方向に移動したとき、マグネット１７のＺ軸方向への移動変位量は、磁力センサ２１ｅによって電磁気的に検出される。

更に、基板２０の上には磁力センサ２１ａ〜２１ｅを介して、下底円筒形の下部ケース２２が載置固定されている。下部ケース２２の下底面には、円板状のマグネット２３と、これとほぼ同一の径寸法の大円環状のマグネット２４とが順次載置固定され、大円環状のマグネット２４は、下部ケース２２の内周面側に密嵌して装着固定されている。

大円環状マグネット２４と小円環状マグネット１８とは互いに同芯上に配置され、両者間に反発力が発生するように着磁されている。この反発力により、小円環状マグネット１８にはその中心位置、即ち、操作部材２のＸ−Ｙ２軸中立位置に復帰させる磁気的付勢力が常に作用する。

また、下側の円板状マグネット２３と上側の円板状マグネット１７とは互いに平行に配置され、両者間に反発力が発生するように着磁されている。この反発力により、操作部材２はケース８に対して上方へ付勢される。このため、操作部材２下端側に固定した保持部材１２の下段部が、ケース８の中心孔８Ａ周縁部下面に当接することで、操作部材２は、その上方移動位置が規制されてＺ軸原点位置に復帰する。

なお、大円環状のマグネット２４は、下部ケース２２の内側に密嵌して装着固定されている。又、下部ケース２２は上部ケース８の内側に密嵌して装着固定されている。

上記構成の多方向入力装置１を使用する際、操作者は、操作部材２の上面に手指を当てて、操作部材２をケース８，２２に対して、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に入力操作する。すると、保持部材１２下端側に固定された円板状のマグネット１７も、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に一体に変位する。このマグネット１７のＸ軸方向又はＹ軸方向の変位量、すなわち、操作部材２のＸ−Ｙ２軸方向の入力操作量は、磁力センサ２１ａ、２１ｂ又は磁力センサ２１ｃ、２１ｄにより電磁気的に検出される。

ここで、保持部材１２の外周に固定した小円環状マグネット１８と、下部ケース２２の内周に固定した大円環状マグネット２４との間には、小円環状マグネット１８の中心方向に向かう反発力が、その全周において均等に作用している。このため、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、操作部材２の中立位置（原点位置）に向かう付勢力が、保持部材１２に対して均等に働いている。つまり、前記反発力は、操作部材２を操作前の原点位置に復帰させる方向に、常にバランス良く作用している。

従って、前記Ｘ−Ｙ２軸入力操作量の検出後に、操作者が操作部材２から手指を離すと、保持部材１２つまり操作部材２は、小円環状マグネット１８と大円環状マグネット２４間に生じる反発力によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の原点位置に可及的速やかに自動復帰する。

また、操作部材２には、上下のマグネット２３とマグネット１７間にも均等な反発力が作用しており、この反発力はＺ軸方向において、保持部材１２に対し操作部材２をＺ軸原点位置に押し上げる方向に常に作用している。従って、操作者が操作部材２から手指を離すと、操作部材２はケース８に対して、マグネット１７，２３間の反発力により、Ｚ軸方向における操作前の原点位置に可及的速やかに自動復帰する。

このように、操作部材２の操作力を解除すれば、操作部材２は、互いに同芯上に配置されたマグネット１８とマグネット２４間の反発力により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の原点位置に瞬時に自動復帰する。また、操作部材２は、互いに上下平行に配置されたマグネット１７とマグネット２３間の反発力により、Ｚ軸方向の原点位置に瞬時に自動復帰する。

因みに、従来構造では、操作部材２の原点位置への復帰移動の際に、操作部材２の下部にばね力が直接機械的に作用して、機械的ながたつきを招く要因になっていた。その点、本発明は、磁気的な力が無接触状態で操作部材２に働くので、操作部材２が円滑に応答性良く復帰動作するのみならず、機械的ながたつきを起こすことなく、入力操作性が著しく向上する。

以上の如く、本実施例によれば、手指による操作部材２の多方向への操作後に、操作部材２から手指を離すと、操作部材２は、マグネット１８とマグネット２４の間の反発力により、Ｘ−Ｙ２軸の原点位置に円滑・迅速に復帰すると共に、マグネット１７とマグネット２３間の反発力により、Ｚ軸方向の原点位置に円滑・迅速に自動復帰する。

上記構成の多方向入力装置１は、従来に比べて構造が簡素化するだけでなく、Ｘ−Ｙ２軸方向の中立位置に操作部材２を高精度に復帰させることができる。又、多方向摺動操作タイプの多方向入力装置にも幅広く適用でき、設計の自由度及び汎用性が増大する。

更に、磁力センサ２１ａ〜２１ｅは無接点検出型センサであるので、操作部材２の摺動変位が無接触にて検出され、もって、接触型センサを用いる場合とは異なり、機械的な接触部材が不要となり、操作部材２の操作力が小さくなる。

また、保持部材１２と上記操作部材２の間に弾性可動板（板ばね）６を介装したので、弾性可動板６により操作部材２は押圧操作方向と反対方向に付勢力される。従って、操作部材２の入力操作時には、弾性可動板６の力に抗して操作部材２が移動変位する。

斯くして、弾性可動板６の力に抗して操作部材２が移動変位するので、操作部材２の入力操作時に、操作者は快適なクリック感を覚えると共に、操作部材２が入力操作後に原点位置に復帰した時には、弾性可動板６の力によって操作部材２は原点位置に確実に固定保
持される。

而して、非操作状態の操作部材２は、ケース８に対して原点位置、特に、保持部材１２上段部がケース８上部下面に押し付けられたＺ軸原点位置に確実に固定保持され、たとえ操作部材２に意図せぬ外力が作用しても、操作部材２が位置ずれを起こす恐れもない。

上記実施例では、センサとしては磁力センサを用いたが、操作部材の移動位置又は変位量を検出できるセンサであれば、例えば静電容量センサ、抵抗方式センサ等の他の検出手段を用いることができる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に係る一実施の形態を示し、多方向入力装置の断面図。 図１の正面図。 図１の斜視図。 図１の分解斜視図。 従来の多方向入力装置の斜視図。 図５の正面図。

符号の説明

１ 多方向入力装置
２ 操作部材
３ 円筒部
４ 連結シャフト
５ 大径部
６ 弾性可動板（板ばね）
８ 上部ケース
８Ａ 中心孔
９ 支持部材
１０ 突部
１１ 突部
１２ 保持部材
１３ 孔
１４ 段差状上面部
１５ 係止孔
１６ 突起部
１７ 円板状マグネット（第３のマグネット）
１８ 小円環状マグネット（第１のマグネット）
２０ 基板
２１ａ〜２１ｅ 磁力センサ（変位センサ）
２２ 下部ケース
２３ 円板状マグネット（第４のマグネット）
２４ 大円環状マグネット（第２のマグネット）

Claims (4)

1. 基板上に設けられたケースと、該ケースにＸ，Ｙ軸の直交２軸方向へ摺動自在に組み込まれた保持部材と、該保持部材にＸ，Ｙ軸と直交するＺ軸方向へ摺動自在に組み込まれた操作部材と、該操作部材の移動変位を検出するセンサとを備え、前記操作部材が前記ケースに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸方向へ位置移動自在に設けられて成る多方向入力装置であって、
   前記保持部材の下端外周部に第１のマグネットを設けると共に、該第１のマグネットに対し磁気的付勢力を発生させる第２のマグネットを前記ケースの内周部に設け、該付勢力により、前記操作部材が前記ケースに対してＸ，Ｙ直交２軸の原点位置に自動復帰するように構成され、
   前記保持部材の下端側に第３のマグネットを設けると共に、該第３のマグネットに対し磁気的付勢力を発生させる第４のマグネットを前記ケースの下底側に設け、該付勢力により、前記操作部材が前記ケースに対してＺ軸の原点位置に自動復帰するように構成されていることを特徴とする多方向入力装置。
2. 上記第１のマグネットと第２のマグネットは共に円環状に形成され、且つ、互いに同芯上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の多方向入力装置。
3. 上記センサが無接点検出型センサであることを特徴とする請求項１又は２記載の多方向入力装置。
4. 上記保持部材と上記操作部材の間に弾性可動板が介装されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の多方向入力装置。

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