JP7604759B2 - 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。

従来より、表面に導電部を有する筐体と、操作体による操作に基づいて移動可能に前記筐体によって支持され、前記操作体及び前記導電部の各々に対して容量結合可能な操作部と、前記導電部における静電容量の変化に基づいて、前記操作部に対する前記操作体の近接状態を検出する検出部とを備えることを特徴とする操作装置がある（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０２０／０３１５０１号

ところで、従来の操作装置は、筐体の導体部と、操作部（操作レバー）の操作に応じて制御を行う制御部が実装される基板とが重ねて配置されているため、導電部における静電容量に影響が生じるおそれがあった。

そこで、静電検出電極の感度が安定した多方向入力装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の多方向入力装置は、絶縁体製の筐体と、前記筐体に傾倒可能に支持される操作レバーと、前記操作レバーの傾きを検出する傾倒検出センサと、静電検出電極と周囲の物体との間で形成される静電容量を検出する静電検出回路とを含み、前記筐体は、ドーム状のドーム部と、前記ドーム部の頂部に設けられる開口部とを有し、前記操作レバーは前記開口部に挿通されており、前記静電検出電極は、前記開口部を囲むように配置される円環部を有する。

静電検出電極の感度が安定した多方向入力装置を提供することができる。

一実施形態に係る多方向入力装置の外観斜視図 多方向入力装置のノブを取り外した状態を示す分解図 ノブ及び静電検出電極の断面構造を示す図 一実施形態に係る多方向入力装置の外観斜視図 一実施形態に係る多方向入力装置（筐体が取り外された状態）の外観斜視図 一実施形態に係る多方向入力装置の分解斜視図 一実施形態に係る多方向入力装置の断面図 一実施形態に係る多方向入力装置が備えるＦＰＣの平面図 一実施形態に係る多方向入力装置が備える摺動子の接触状態を示す図 一実施形態に係る多方向入力装置の出力特性を示す図

以下、本発明の多方向入力装置を適用した実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１は、一実施形態に係る多方向入力装置１００の外観斜視図である。図１には、多方向入力装置１００のうちのノブ５０、筐体１０２、フレーム１１０、ＦＰＣ１１２、静電検出電極１３０、静電検出回路１４０、及びマザーボード１５０を示す。図１に示す構成要素のうち、筐体１０２、フレーム１１０、及びＦＰＣ１１２は、多方向入力装置１００に含まれる操作装置１００Ａの構成要素であるため、括弧書きで符号１００Ａを記す。図１では、ＦＰＣ１１２の接続部１１２Ｂは、マザーボード１５０と接続されていないが、実際には接続部１１２Ｂはマザーボード１５０の接続部と接続され、マザーボード１５０に実装され傾倒検出を行う制御部等に接続される。

図２は、多方向入力装置１００のノブ５０を取り外した状態を示す分解図である。図２では、操作レバー１２０を示し、図１に示す静電検出回路１４０及びマザーボード１５０を省略する。操作レバー１２０は、操作装置１００Ａの構成要素であるため、括弧書きで符号１００Ａを記す。

以下の説明では、便宜上、図中Ｚ方向を、上下方向とし、図中Ｘ方向を、前後方向とし、図中Ｙ方向を、左右方向とする。図１ではノブ５０は中立位置にあり、図２で操作レバー１２０は中立位置にある。中立位置とは、ノブ５０又は操作レバー１２０に対して、前後左右への操作を行っていないときの位置である。

図３は、ノブ５０及び静電検出電極１３０の断面構造を示す図である。図３は、ノブ５０の中心軸Ｃを含むＹＺ平面に平行な断面を示し、多方向入力装置１００に含まれる操作装置１００Ａの輪郭を破線で示す。図３において、ノブ５０及び操作レバー１２０は中立位置にある。図４は、操作装置１００Ａを示す図である。

＜多方向入力装置１００の概略＞
多方向入力装置１００は、一例として、ゲーム機等のコントローラ等に用いられる。多方向入力装置１００は、ノブ５０、操作装置１００Ａ、静電検出電極１３０、静電検出回路１４０、及びマザーボード１５０を備える。ここでは多方向入力装置１００がノブ５０を含むものとして説明するが、ノブ５０を除いたものを多方向入力装置１００として取り扱ってもよい。

ノブ５０は、操作レバー１２０の上端側に固定されている。ノブ５０は、操作装置１００Ａの筐体１０２のドーム部１０２Ａを覆う導体製のノブであり、下側に設けられる半球状の部分である半球部５１と、半球部５１の上側に設けられる操作部５２とを有する。ノブ５０は、図３に示す中心軸Ｃを対称軸とする回転対称な立体形状を有する。

また、ノブ５０は、図３に示すように、ドーム部１０２Ａに対向する内面側に、ドーム部１０２Ａの形状に対応した半球状の凹部５１Ａを有する。また、ノブ５０は、凹部５１Ａの頂部から上方向に凹む凹部５２Ａをさらに有する。凹部５２Ａには、操作レバー１２０の上端が差し込まれて固定される。

このようなノブ５０は、多方向入力装置１００がゲーム機等のコントローラ等に用いられる場合に、操作者が手等で触れて操作を行う部分である。ノブ５０は、静電検出電極１３０と容量結合している。

静電検出電極１３０は、筐体１０２のドーム部１０２Ａの周囲に取り付けられている。静電検出電極１３０は、マザーボード１５０を介して静電検出回路１４０に接続されている。

静電検出回路１４０は、静電検出電極１３０で検出される静電容量の変化に基づいて、ノブ５０に対する操作者の手等の近接又は接触を検出することができる。近接とは、操作者の手等がノブ５０に対して非接触の状態で近くにあることをいい、接触とは操作者の手等がノブ５０に触れていることをいう。

図４に示すように、多方向入力装置１００は、筐体１０２の開口部１０２Ａ１から上方に向って延在する柱状の、傾倒操作可能な操作レバー１２０を有する。多方向入力装置１００は、筐体１０２に対して傾倒可能に支持され、操作レバー１２０による前後方向（図中矢印Ｄ１、Ｄ２方向）及び左右方向（図中矢印Ｄ３、Ｄ４方向）のみならず、これらの方向の間の全方向への傾倒操作が可能である。また、多方向入力装置１００は、操作レバー１２０の傾倒操作（傾倒方向及び傾倒角度）に応じた操作信号を、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）１１２を介して外部へ出力することができる。

次に、操作装置１００Ａの構成について説明する。操作装置１００Ａについては、図４に加えて図５乃至図９を用いて説明する。多方向入力装置１００の静電検出電極１３０、静電検出回路１４０、及びマザーボード１５０の詳細については、操作装置１００Ａの構成を説明した後に説明する。

＜操作装置１００Ａの構成＞
図５は、一実施形態に係る操作装置１００Ａ（筐体１０２が取り外された状態）の外観斜視図である。図６は、一実施形態に係る操作装置１００Ａの分解斜視図である。図７は、一実施形態に係る操作装置１００Ａの断面図である。

図５～図７に示すように、操作装置１００Ａは、筐体１０２、操作レバー１２０、アクチュエータ１０４、ホルダ１０５、アクチュエータ１０６、アクチュエータ１０３、スプリング１０８、ホルダ１０７、押圧部材１０９、フレーム１１０、ＦＰＣ１１２、及びメタルシート１１３を備える。

筐体１０２は、上側に凸状のドーム状のドーム部１０２Ａと、ドーム部１０２Ａの下側に設けられる基部１０２Ｂとを有している。筐体１０２は、絶縁体製であればよく、例えば樹脂製である。基部１０２Ｂが設けられる筐体１０２の下部は、筐体１１０２のドーム部１０２Ａが位置する側とは反対側の部分の一例である。

筐体１０２は、内部空間に各構成部品（操作レバー１２０、アクチュエータ１０３、１０４、１０６、及びホルダ１０５、１０７）が組み込まれる。筐体１０２は、ドーム部１０２Ａの頂部に、上方からの平面視において円形状をなす開口部１０２Ａ１が形成されている。開口部１０２Ａ１には、操作レバー１２０が挿通される。

また、筐体１０２は、基部１０２Ｂの＋Ｙ方向側と－Ｙ方向側の端部に、固定用の部材６０（図２参照）を挿通する固定孔１０２Ｂ１を有する。固定孔１０２Ｂ１は、第１固定孔の一例である。固定用の部材６０は、例えばネジ等であり、多方向入力装置１００をゲームコントローラ等の筐体等に固定する際に、固定孔１０２Ｂ１にネジを挿通して締め付けることによって、筐体１０２をゲームコントローラ等の筐体に固定すればよい。

また、筐体１０２は、ドーム部１０２Ａの平面視における外側の四隅の各々に設けられる切り欠き部１０２Ａ２を有する。切り欠き部１０２Ａ２は、静電検出電極１３０を固定するために設けられている。

操作レバー１２０は、操作者によって傾倒操作がなされる部材である。操作レバー１２０は、絶縁体製であればよく、一例として樹脂製である。操作レバー１２０は、レバー部１２０Ａ及び基部１２０Ｂを有する。レバー部１２０Ａは、筐体１０２の開口部１０２Ａ１から上方に向って延在する概ね円柱状の部分であって、ノブ５０を介して操作者によって傾倒操作がなされる部分である。基部１２０Ｂは、筐体１０２の内部においてレバー部１２０Ａの下端部を支持し、レバー部１２０Ａの傾倒操作に伴って回動する、概ね円柱状の部分である。

アクチュエータ１０４は、上側に凸状に湾曲したドーム形状を有しており、当該湾曲形状に沿って左右方向（図中Ｙ方向）に延在する長穴形状の開口部１０４Ａを有する。アクチュエータ１０４は、左右方向における両端部の各々に外側に突出した回動軸１０４Ｂを有しており、当該回動軸１０４Ｂが筐体１０２によって支持されることにより、当該回動軸１０４Ｂを回転中心として、前後方向（図中Ｘ方向）に回動可能に設けられる。

アクチュエータ１０６は、アクチュエータ１０４の上側に重ねて設けられている。アクチュエータ１０６は、上側に凸状に湾曲した形状を有しており、当該湾曲形状に沿って前後方向（図中Ｘ方向）に延在する長穴形状の開口部１０６Ａを有する。アクチュエータ１０６は、前後方向における両端部の各々に外側に突出した回動軸１０６Ｂを有しており、当該回動軸１０６Ｂが筐体１０２によって支持されることにより、当該回動軸１０６Ｂを回転中心として、左右方向（図中Ｙ方向）に回動可能に設けられる。

ホルダ１０５は、摺動子１０５Ａを下側に保持する。ホルダ１０５は、摺動子１０５Ａの摺動方向（Ｘ方向）に延在する長手形状を有する。ホルダ１０５は、摺動子１０５Ａの摺動方向（Ｘ方向）にスライド可能に設けられる。ホルダ１０５の側面の中央部には、突起１０５Ｂが設けられている。

ホルダ１０７は、摺動子１０７Ａを下側に保持する。ホルダ１０７は、摺動子１０７Ａの摺動方向（Ｙ方向）に延在する長手形状を有する。ホルダ１０７は、摺動子１０７Ａの摺動方向（Ｙ方向）にスライド可能に設けられる。ホルダ１０７の側面の中央部には、突起１０７Ｂが設けられている。

なお、アクチュエータ１０４、アクチュエータ１０６、ホルダ１０５、及びホルダ１０７は、絶縁体製であればよく、一例として樹脂製である。

図５～図７に示すように、アクチュエータ１０４及びアクチュエータ１０６は、開口部１０４Ａ及び開口部１０６Ａが互いに交差するように、互いに重なり合う。アクチュエータ１０４及びアクチュエータ１０６は、互いに重なり合った状態で、開口部１０４Ａ及び開口部１０６Ａを操作レバー１２０のレバー部１２０Ａが貫通し、操作レバー１２０の基部１２０Ｂに組み合された状態で、基部１２０Ｂとともに筐体１０２内に組み込まれる。

アクチュエータ１０４は、＋Ｙ方向側の回動軸１０４Ｂから下方に突出した係合部１０４Ｃを有する。係合部１０４Ｃは、ＦＰＣ１１２上を前後方向（Ｘ方向）にスライド可能に設けられたホルダ１０５の側面の中央部に設けられた突起１０５Ｂと係合する。アクチュエータ１０４は、操作レバー１２０による前後方向（Ｘ方向）への傾倒操作がなされたときに、操作レバー１２０の基部１２０Ｂとともに前後方向へ回動し、ホルダ１０５を前後方向にスライドさせる。これにより、ホルダ１０５の下部に保持された摺動子１０５Ａ（図９参照）とＦＰＣ１１２に設けられた抵抗体１１６、１１７との電気的な接続状態が変化し、ＦＰＣ１１２の接続部１１２Ｂから、操作レバー１２０の前後方向への傾倒操作（傾倒方向及び傾倒角度）に応じた抵抗値による操作信号が出力されることとなる。

アクチュエータ１０６は、＋Ｘ方向側の回動軸１０６Ｂから下方に突出した係合部１０６Ｃを有する。係合部１０６Ｃは、ＦＰＣ１１２上を左右方向（Ｙ方向）にスライド可能に設けられたホルダ１０７の側面の中央部に設けられた突起１０７Ｂと係合する。アクチュエータ１０６は、操作レバー１２０による左右方向（Ｙ方向）への傾倒操作がなされたときに、操作レバー１２０の基部１２０Ｂとともに左右方向へ回動し、ホルダ１０７を左右方向にスライドさせる。これにより、ホルダ１０７の下部に保持された摺動子１０７Ａ（図９参照）とＦＰＣ１１２に設けられた抵抗体１１５、１１７との電気的な接続状態が変化し、ＦＰＣ１１２の接続部１１２Ｂから、操作レバー１２０の左右方向への傾倒操作（傾倒方向及び傾倒角度）に応じた抵抗値による操作信号が出力されることとなる。

摺動子１０５Ａ、１０７Ａ、及び、抵抗体１１５、１１６、１１７は、操作レバー１２０の前後方向及び左右方向への傾倒操作に応じた抵抗値を出力する傾倒検出センサの一例である。

アクチュエータ１０３は、軸部１０３Ａ及び底板部１０３Ｂを有する。軸部１０３Ａは、操作レバー１２０の貫通孔１２０Ｃ内に挿通して配置される丸棒状の部分である。底板部１０３Ｂは、軸部１０３Ａの下端部に一体的に設けられた、円盤状の部分である。

スプリング１０８は、アクチュエータ１０３の軸部１０３Ａが挿通された状態で、アクチュエータ１０３とともに、操作レバー１２０の底面側（－Ｚ方向側）の開口部（図７参照）内に組み込まれる。スプリング１０８は、操作レバー１２０を上側に付勢するとともに、アクチュエータ１０３の底板部１０３Ｂを下側に付勢する。これにより、スプリング１０８は、操作者による操作レバー１２０の傾倒操作が解除されたときに、アクチュエータ１０３の底板部１０３Ｂをフレーム１１０の上面且つ中央部に押し当てて、当該底板部１０３Ｂが水平状態にすることで、操作レバー１２０を中立位置に復帰させる。

押圧部材１０９は、操作レバー１２０が下側に押し下げられたときに、アクチュエータ１０４の－Ｙ方向側の回動軸１０４Ｂによって下側に押し下げられることにより、ＦＰＣ１１２上に設けられたメタルシート１１３を下側に押圧し、当該メタルシート１１３を弾性変形させることによって、ＦＰＣ１１２上に形成されたスイッチ回路を導通状態とする。これにより、ＦＰＣ１１２から、操作レバー１２０が下側へ押し下げられたことを示すスイッチオン信号が出力されることとなる。

なお、スプリング１０８は、金属製である。押圧部材１０９は、絶縁体製であればよく、一例として樹脂製である。

フレーム１１０は、筐体１０２の底面側の開口部を閉塞する、金属製且つ平板状の部材である。例えば、フレーム１１０は、金属板に対する各種加工方法（例えば、パンチング加工、折り曲げ加工等）がなされることによって形成される。フレーム１１０は、前側（＋Ｘ方向側）の縁部及び後側（－Ｘ方向側）の縁部の各々に、一対の爪部１１０Ａが設けられている。フレーム１１０は、各爪部１１０Ａが、筐体１０２の縁部に係合することにより、筐体１０２に対して固定的に結合される。

ＦＰＣ１１２は、配線基板の一例であり、可撓性を有するフィルム状の配線部材である。ＦＰＣ１１２は、筐体１０２の下側に配置されている。筐体１０２の下側は、操作レバー１２０の開口部１０２Ａ１から突出する一端が筐体１０２に対して位置する上側（第１側の一例）とは反対の筐体１０２に対する第２側の一例である。

ＦＰＣ１１２は、フレーム１１０上面から、フレーム１１０の側方（－Ｙ方向）へ延在する延在部１１２Ａを有しており、当該延在部１１２Ａの先端に設けられた接続部１１２Ｂにより、外部へ接続される。ＦＰＣ１１２は、操作レバー１２０の操作（傾倒操作及び押圧操作）に応じた操作信号を、外部へ向けて伝送する。ＦＰＣ１１２は、帯状の導体配線（例えば、銅箔等）の両表面を、可撓性及び絶縁性を有するフィルム状の素材（例えば、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート（PET：Polyethylene terephthalate）等）で覆うことによって構成される。

＜ＦＰＣ１１２の構成＞
図８は、一実施形態に係る操作装置１００Ａが備えるＦＰＣ１１２の平面図である。図８に示すように、ＦＰＣ１１２の表面には、いずれも平面状且つ帯状の、抵抗体１１５、抵抗体１１６、及び抵抗体１１７が設けられている。例えば、抵抗体１１５、抵抗体１１６、及び抵抗体１１７の各々は、炭素繊維素材が用いられて薄膜状に印刷されることによって形成される。

抵抗体１１５は、ＦＰＣ１１２における＋Ｘ方向側の縁部の近傍に設けられている。抵抗体１１５は、Ｙ方向に直線状に延在する帯状を有する。

抵抗体１１６は、ＦＰＣ１１２における＋Ｙ方向側の縁部の近傍に設けられている。抵抗体１１６は、Ｘ方向に直線状に延在する帯状を有する。

抵抗体１１７は、ＦＰＣ１１２における＋Ｘ方向側且つ＋Ｙ方向側の角部の近傍に設けられている。抵抗体１１７は、直線部１１７Ａ及び直線部１１７ＢとからなるＬ字状を有する。直線部１１７Ａは、Ｙ方向に直線状に延在する帯状を有する。直線部１１７Ｂは、Ｘ方向に直線状に延在する帯状を有する。

＜摺動子１０５Ａ、１０７Ａの接触状態＞
図９は、一実施形態に係る操作装置１００Ａが備える摺動子１０５Ａ、１０７Ａの接触状態を示す図である。

図９に示すように、ＦＰＣ１１２の表面において、抵抗体１１７の直線部１１７Ａと、抵抗体１１５とは、互いに離間して、Ｙ方向に一直線状に設けられている。直線部１１７Ａ及び抵抗体１１５の表面上には、ホルダ１０７の下部に保持された金属製且つ板バネ状の摺動子１０７Ａが、Ｙ方向に摺動する。具体的には、抵抗体１１５の表面上には、摺動子１０７Ａの－Ｙ方向側の端部に設けられた接点部１０７Ａａが摺動する。また、直線部１１７Ａの表面上には、摺動子１０７Ａの＋Ｙ方向側の端部に設けられた接点部１０７Ａｂが摺動する。

また、図９に示すように、ＦＰＣ１１２の表面において、抵抗体１１７の直線部１１７Ｂと、抵抗体１１６とは、互いに離間して、Ｘ方向に一直線状に設けられている。直線部１１７Ｂ及び抵抗体１１６の表面上には、ホルダ１０５の下部に保持された金属製且つ板バネ状の摺動子１０５Ａが、Ｘ方向に摺動する。具体的には、抵抗体１１６の表面上には、摺動子１０５Ａの－Ｘ方向側の端部に設けられた接点部１０５Ａａが摺動する。また、直線部１１７Ｂの表面上には、摺動子１０５Ａの＋Ｘ方向側の端部に設けられた接点部１０５Ａｂが摺動する。

本構成により、一実施形態に係る操作装置１００Ａは、操作レバー１２０のＹ方向への傾倒操作に伴って、直線部１１７Ａ及び抵抗体１１５の表面上を、摺動子１０７ＡがＹ方向に摺動する。これにより、抵抗体１１７に接続された端子と、抵抗体１１５に接続された端子との間の抵抗値が、摺動子１０７Ａの移動量（すなわち、操作レバー１２０の傾倒角度）に応じて変化する。外部の装置は、この両端子間の抵抗値の変化に基づいて、操作レバー１２０のＹ方向への傾倒操作及び傾倒角度を検出することができる。

また、一実施形態に係る操作装置１００Ａは、操作レバー１２０のＸ方向への傾倒操作に伴って、直線部１１７Ｂ及び抵抗体１１６の表面上を、摺動子１０５ＡがＸ方向に摺動する。これにより、抵抗体１１７に接続された端子と、抵抗体１１６に接続された端子との間の抵抗値が、摺動子１０５Ａの移動量（すなわち、操作レバー１２０の傾倒角度）に応じて変化する。外部の装置は、この両端子間の抵抗値の変化に基づいて、操作レバー１２０のＸ方向への傾倒操作及び傾倒角度を検出することができる。

図８及び図９に示すように、抵抗体１１７の直線部１１７Ａは、低抵抗部１１７Ａａを有する。低抵抗部１１７Ａａは、直線部１１７Ａの他の部分よりも、抵抗値が低い部分である。また、低抵抗部１１７Ａａは、図８及び図９に示すように、操作レバー１２０が中立位置にあるときに、摺動子１０７Ａの接点部１０７Ａｂが当接する部分である。本実施形態では、低抵抗部１１７Ａａは、直線部１１７Ａの他の部分よりも抵抗体１１７の積層数が多い（すなわち、厚さが大きい）ことにより、直線部１１７Ａの他の部分よりも抵抗値が低められている。例えば、図８及び図９に示す例では、低抵抗部１１７Ａａにおいては、抵抗体１１７が２層となっており、直線部１１７Ａの他の部分においては、抵抗体１１７が１層となっている。具体的には、低抵抗部１１７Ａａにおいては、直線部１１７Ａにおける低抵抗部１１７Ａａのみを範囲とする抵抗体と、直線部１１７Ａにおける全域を範囲とする抵抗体とが重なっていることにより、抵抗体１１７が２層となっている。これにより、図８及び図９に示す例では、低抵抗部１１７Ａａの抵抗値が、直線部１１７Ａの他の部分の抵抗値の２分の１となっている。

また、図８及び図９に示すように、抵抗体１１７の直線部１１７Ｂは、低抵抗部１１７Ｂａを有する。低抵抗部１１７Ｂａは、直線部１１７Ｂの他の部分よりも、抵抗値が低い部分である。また、低抵抗部１１７Ｂａは、図８及び図９に示すように、操作レバー１２０が中立位置にあるときに、摺動子１０５Ａの接点部１０５Ａｂが当接する部分である。本実施形態では、低抵抗部１１７Ｂａは、直線部１１７Ｂの他の部分よりも抵抗体１１７の積層数が多い（すなわち、厚さが大きい）ことにより、直線部１１７Ｂの他の部分よりも抵抗値が低められている。例えば、図８及び図９に示す例では、低抵抗部１１７Ｂａにおいては、抵抗体１１７が２層となっており、直線部１１７Ｂの他の部分においては、抵抗体１１７が１層となっている。具体的には、低抵抗部１１７Ｂａにおいては、直線部１１７Ｂにおける低抵抗部１１７Ｂａのみを範囲とする抵抗体と、直線部１１７Ｂにおける全域を範囲とする抵抗体とが重なっていることにより、抵抗体１１７が２層となっている。これにより、図８及び図９に示す例では、低抵抗部１１７Ｂａの抵抗値が、直線部１１７Ｂの他の部分の抵抗値の２分の１となっている。

＜出力特性＞
図１０は、一実施形態に係る操作装置１００Ａの出力特性を示す図である。図１０に示すグラフは、抵抗体１１７の長さ（直線部１１７Ａ、１１７Ｂの長さ）と、出力電圧値との関係を示す。なお、図１０に示す例では、抵抗体１１７の最大長さを「５ｍｍ」とし、操作レバー１２０が中立位置にあるときの抵抗体１１７の長さを「２．５ｍｍ」としている。また、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａの長さを「１．０ｍｍ」としている。また、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａの抵抗値を、直線部１１７Ａ、１１７Ｂの他の部分の抵抗値の２分の１としている。なお、図１０では、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａを設けた場合の出力電圧を実線で表し、比較例として低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａを設けない場合を出力電圧を破線で表す。

図１０において破線で示すように、直線部１１７Ａ、１１７Ｂに低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａを設けない場合、直線部１１７Ａ、１１７Ｂの全域において、出力電圧値の傾きが一定である。

一方、図１０において実線で示すように、直線部１１７Ａ、１１７Ｂに低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａを設けた場合、直線部１１７Ａ、１１７Ｂの他の部分においては、傾きが一定であるが、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａにおいては、他の部分よりも、出力電圧値の傾きが緩やかになっている。

これにより、図１０に示すように、操作レバー１２０が中立位置にあるときを中心とする１．０ｍｍの範囲において、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａを設けない場合は、出力電圧値の範囲幅が「１．０Ｖ」であるのに対し、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａを設けた場合は、出力電圧値の範囲幅が「０．５Ｖ」（すなわち、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａを設けない場合の２分の１）となっている。

このように、一実施形態に係る操作装置１００Ａは、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａの抵抗値を低めたことにより、操作レバー１２０の中立位置近傍の出力電圧値の傾きを緩やかにして、操作レバー１２０の中立位置近傍の出力電圧値の範囲幅を狭めることができる。これにより、一実施形態に係る操作装置１００Ａは、操作レバー１２０の物理的な復帰誤差が生じている場合であっても、出力電圧値を、操作レバー１２０の中立位置に対応する所定の出力電圧値により近づけることができる。したがって、一実施形態に係る操作装置１００Ａは、当該操作装置１００Ａにより出力される出力電圧値において、信号処理によらずに、操作レバー１２０の中立位置への復帰精度をより高めることができる。

なお、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａにおいて、直線部１１７Ａ、１１７Ｂにおける低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａのみを範囲とする抵抗体の上に、直線部１１７Ａ、１１７Ｂにおける全域を範囲とする抵抗体を重ねるようにしてもよい。これにより、低抵抗部１１７Ａａ、１１７Ｂａと他の部分との境界における摺動子１０７Ａ、１０５Ａの引っ掛かり等を抑制することができる。

次に、静電検出電極１３０、静電検出回路１４０、及びマザーボード１５０について説明する。

＜静電検出電極１３０＞
図２に示すように、静電検出電極１３０は、円環部１３１、脚部１３２、及び接続部１３３を有する。脚部１３２は、一例として２つ設けられている。なお、静電検出電極１３０は、金属製であり、一例として銅、アルミニウム、鉄等の板金に対してパンチングや折り曲げ等の加工を施すことによって作製可能である。

円環部１３１は、平面視で円環状の形状を有する部分であり、内周側から径方向の内側に突出する４つの爪部１３１Ａを有する。４つの爪部１３１Ａは、円環部１３１の周方向において等間隔で、筐体１０２のドーム部１０２Ａの切り欠き部１０２Ａ２の位置に合わせて配置されている。また、爪部１３１Ａは、切り欠き部１０２Ａ２の凹形状に合わせた凸形状を有する。

また、２つの脚部１３２は、円環部１３１の外周部のうちの＋Ｙ方向側と－Ｙ方向側の部分から下方に延在しており、接続部１３３は、円環部１３１の外周部のうちの－Ｘ方向側の部分から下方に延在している。

＋Ｙ方向側の脚部１３２が円環部１３１に接続される位置は、＋Ｙ方向側の２つの爪部１３１Ａの間であり、－Ｙ方向側の脚部１３２が円環部１３１に接続される位置は、－Ｙ方向側の２つの爪部１３１Ａの間である。接続部１３３が円環部１３１に接続される位置は、－Ｘ方向側の２つの爪部１３１Ａの間である。

円環部１３１は、筐体１０２のドーム部１０２Ａの上部の外表面において、開口部１０２Ａ１を囲むように配置され、爪部１３１Ａがドーム部１０２Ａの切り欠き部１０２Ａ２に係合した状態で、ドーム部１０２Ａに固定されている。円環部１３１は、筐体１０２の上部に位置し、筐体１０２の下側に位置するＦＰＣ１１２からは、互いにノイズ等の影響を受けないように十分に離間して配置されている。

円環部１３１は、ドーム部１０２Ａの上部の外表面に配置されるため、図３に示すようにノブ５０の内表面である凹部５１Ａの表面と対向しており、対向する面積が大きくなるように、径方向の幅を大きく取っている。また、円環部１３１は、図３に示すように、Ｚ方向においては、操作レバー１２０が中立位置にある状態では、ノブ５０の下端よりも下方に位置する。このため、円環部１３１は、操作レバー１２０が中立位置にある状態では、ノブ５０の凹部５１Ａの外側にあり、凹部５１Ａの内側には位置しない。

図３に示すように操作レバー１２０が中立位置にある状態から、操作レバー１２０を＋Ｙ方向側に傾倒すると、ノブ５０の＋Ｙ方向側の下端が円環部１３１の＋Ｙ方向側の部分を覆うようになる。また、このときに、円環部１３１の－Ｙ方向側の部分は、図３に示す状態よりもノブ５０の－Ｙ方向側の下端から離れる。このような円環部１３１とノブ５０の位置関係の変化は、図３において操作レバー１２０を－Ｙ方向側に傾倒した場合も同様である。また、ノブ５０の立体形状の対称性から、操作レバー１２０を±Ｘ方向側に傾倒した場合も同様であり、±Ｘ方向と±Ｙ方向の間の全方向に傾倒した場合も同様である。

このため、ノブ５０が前後方向、左右方向、及び、これらの方向の間の全方向に傾倒されても、静電検出電極１３０とノブ５０との静電容量はあまり変化せず、略一定である。また、操作レバー１２０を傾倒させると、操作レバー１２０が倒れる方向では、円環部１３１とノブ５０との静電容量が増大するが、反対側では静電容量が減少するため、操作レバー１２０の傾倒量の違いによる静電容量の変化は小さい。また、操作レバー１２０が中立位置にある状態での円環部１３１とノブ５０との静電容量と、操作レバー１２０のいずれかの方向に傾倒させた状態での円環部１３１とノブ５０との静電容量との差も小さくなるように構成されている。

このように、操作レバー１２０を傾倒する方向及び傾倒量による円環部１３１とノブ５０との静電容量や、傾倒時と中立位置での円環部１３１とノブ５０との静電容量の変動量を小さくすることが可能な円環部１３１及びノブ５０の構成を採用しているのは、操作レバー１２０がどのような状態にあっても、操作者の手等がノブ５０に近接又は接触している状態と、操作者の手等がノブ５０から遠ざかっている状態とを正確に検出できるようにするためである。

脚部１３２は、円環部１３１の±Ｙ方向の端部から下方に延在しており、ＹＺ面視で下端側がＬ字型になるように折り曲げられている。Ｌ字に折り曲げる部分は、筐体１０２の基部１０２Ｂの側面を＋Ｙ方向側と－Ｙ方向側とで挟むように構成されている。また、脚部１３２のＬ字に折り曲げられた先の部分（脚部１３２の先端）には、固定孔１３２Ａが形成されている。固定孔１３２Ａは、第２固定孔の一例である。

固定孔１３２Ａは、筐体１０２の基部１０２Ｂの固定孔１０２Ｂ１と位置を合わせて形成されており、多方向入力装置１００をゲームコントローラ等の筐体等に固定する際に、固定孔１０２Ｂ１及び１３２Ａに同一のネジを挿通して締め付けることによって、固定可能である。

接続部１３３は、円環部１３１の－Ｘ方向の端部から下方に延在しており、ＸＺ面視で下端１３３Ａ側がＬ字型になるように折り曲げられている。図１に示すように、接続部１３３の下端１３３Ａは、マザーボード１５０の表面にあるパッド１５１に接続されている。パッド１５１は、配線１５２を介して、マザーボード１５０の表面に実装された静電検出回路１４０に接続されている。

また、接続部１３３の下端１３３Ａは、Ｘ方向においてフレーム１１０及びＦＰＣ１１２から十分に離間している。十分に離間とは、接続部１３３がフレーム１１０及びＦＰＣ１１２からノイズを拾わない程度に距離を隔てていることをいう。

静電検出回路１４０は、上述のようにマザーボード１５０の配線１５２及びパッド１５１を介して静電検出電極１３０に接続されている。静電検出回路１４０は、一例としてＩＣ(Integrated Circuit)で構成され、静電検出電極１３０に交流電圧を印加し、静電検出電極１３０の静電容量の変化に応じた電流値をＡＤ(Analog to Digital)変換する。そして、静電検出回路１４０は、静電検出電極１３０の静電容量の変化に応じたＡＤ変換後の電流値の変化に基づいて、ノブ５０に対する操作者の手等の近接状態を検出する。このようにして、静電検出回路１４０は、静電検出電極１３０と、周囲の物体であるノブ５０との静電容量を検出する。

静電検出回路１４０は、ＦＰＣ１１２及びフレーム１１０から十分に離間して配置される。ＦＰＣ１１２には、傾倒検出センサの一例としての摺動子１０５Ａ、１０７Ａ、及び、抵抗体１１５、１１６、１１７等が配置されており、操作レバー１２０の傾倒動作に伴って信号が発生する。また、フレーム１１０は、ＦＰＣ１１２と重ねて配置されていて容量結合している部分があるため、フレーム１１０には、ＦＰＣ１１２に生じる信号に由来する信号成分が存在する。静電検出回路１４０から見ると、ＦＰＣ１１２に生じる信号やフレーム１１０に生じる信号成分は、ノイズである。

このため、静電検出回路１４０をＦＰＣ１１２及びフレーム１１０から十分に離間して配置して、静電検出回路１４０がＦＰＣ１１２やフレーム１１０からノイズを受けないようにしている。ノブ５０への操作者の手等の近接や接触を安定的に検出可能にするためである。

マザーボード１５０は、ゲームコントローラ等の筐体等に収容されるものであり、ゲームコントローラ等の動作を制御するマイクロコンピュータやその他の電子部品が実装されている。静電検出回路１４０は、これらのマイクロコンピュータやその他の電子部品からもノイズ等の影響を受けない状態でマザーボード１５０に実装すればよい。

以上のように、静電検出電極１３０の円環部１３１を筐体１０２のドーム部１０２Ａの開口部１０２Ａ１を囲むように設け、静電検出電極１３０とノブ５０との静電容量の変化に基づいて操作者の手等のノブ５０への近接又は接触を検出する。円環部１３１はドーム部１０２Ａの開口部１０２Ａ１を囲んでいるため、ノブ５０が前後方向、左右方向、及び、これらの方向の間の全方向に傾倒されても、静電検出電極１３０とノブ５０との静電容量はあまり変化せずに、略一定である。また、傾倒量の違いによっても静電検出電極１３０とノブ５０との静電容量はあまり変化しない。さらに、傾倒時と中立位置での円環部１３１とノブ５０との静電容量の変動量は小さい。

このため、操作者の手等がノブ５０に近接又は接触している状態と、操作者の手等がノブ５０から遠ざかっている状態とを正確に検出でき、静電検出電極１３０の感度が安定する。

したがって、静電検出電極１３０の感度が安定した多方向入力装置１００を提供することができる。

また、筐体１０２の下側に設けられるＦＰＣ１１２が、傾倒検出用の抵抗体１１５、１１６、１１７を有するので、静電検出電極１３０が、ＦＰＣ１１２から傾倒検出に関する信号等の影響を受けにくい。静電検出電極１３０にとっては傾倒検出に関する信号等はノイズになるため、耐ノイズ性が高く、操作者の手等の近接又は接触を安定的に検出可能な多方向入力装置１００を提供することができる。

また、静電検出電極１３０は、円環部１３１から筐体１０２のドーム部１０２Ａが位置する側とは反対側に延在し、筐体１０２に固定される脚部１３２と、円環部１３１から筐体１０２のドーム部１０２Ａが位置する側とは反対側に延在し、静電検出回路１４０と接続される接続部１３３とを有し、静電検出回路１４０は、ＦＰＣ１１２とは離間して配置される。円環部１３１が動かないように固定され、接続部１３３を介して静電検出電極１３０に接続される静電検出回路１４０がＦＰＣ１１２の信号の影響を受けにくくなるので、静電容量を高精度に検出でき、操作者の手等の近接又は接触を安定的に検出可能な多方向入力装置１００を提供することができる。

また、静電検出電極１３０は、筐体１０２の固定孔１０２Ｂ１と重ねて配置されて、共通の固定用の部材６０が挿通される固定孔１３２Ａを有するので、固定用の部材６０を共通化できる。また、筐体１０２と静電検出電極１３０とを安定的に固定できる。

また、固定孔１０２Ｂ１は、筐体１０２の下部に設けられ、固定孔１３２Ａは、脚部１３２の先端部に設けられるので、筐体１０２と静電検出電極１３０とを筐体１０２の下部で安定的に固定できる。

また、接続部１３３は、ＦＰＣ１１２から離間しているので、静電検出電極１３０がＦＰＣ１１２に実装される傾倒検出センサからノイズを受けにくくなり、静電検出電極１３０の感度がより安定した多方向入力装置１００を提供することができる。

また、筐体１０２は、ドーム部１０２Ａの周囲に設けられる切り欠き部１０２Ａ２を有し、静電検出電極１３０は、切り欠き部１０２Ａ２に係合する爪部１３１Ａを有するので、静電検出電極１３０をドーム部１０２Ａに係合させて安定させることができ、静電検出電極１３０の感度がより安定した多方向入力装置１００を提供することができる。

また、操作レバー１２０に固定され、ドーム部１０２Ａを覆う導体製のノブ５０をさらに含み、ノブ５０は、ドーム部１０２Ａに対向する内面側に、ドーム部１０２Ａの形状に対応した半球状の凹部５１Ａを有するので、静電検出電極１３０の円環部１３１とノブ５０との間で安定的な静電容量を得ることができ、静電検出電極１３０の感度がより安定した多方向入力装置１００を提供することができる。

静電検出電極１３０は、操作レバー１２０が中立位置にあるときには、ノブ５０の凹部５１Ａの外側に位置するので、傾倒方向や傾倒量の違いによる円環部１３１とノブ５０との静電容量の変動量を小さくでき、静電検出電極１３０の感度がより安定した多方向入力装置１００を提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施形態の多方向入力装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

なお、本国際出願は、２０２１年１１月１５日に出願した日本国特許出願２０２１－１８５８５３に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。

５０ ノブ
５１ 半球部
５１Ａ 凹部
５２ 操作部
５２Ａ 凹部
６０ 固定用の部材
１００ 多方向入力装置
１００Ａ 操作装置
１０２ 筐体
１０２Ａ ドーム部
１０２Ａ１ 開口部
１０２Ａ２ 切り欠き部
１０２Ｂ 基部
１０２Ｂ１ 固定孔 （第１固定孔の一例）
１０３ アクチュエータ
１０３Ａ 軸部
１０３Ｂ 底板部
１０４ アクチュエータ
１０４Ｃ 係合部
１０５ ホルダ
１０５Ａ 摺動子
１０５Ｂ 突起
１０６ アクチュエータ
１０６Ｃ 係合部
１０７ ホルダ
１０７Ａ 摺動子
１０７Ｂ 突起
１０８ スプリング
１０９ 押圧部材
１１０ フレーム
１１２ ＦＰＣ（配線基板の一例）
１１３ メタルシート
１１７ 抵抗体
１１７Ａ、１１７Ｂ 直線部
１１７Ａａ、１１７Ｂａ 低抵抗部
１２０ 操作レバー
１２０Ａ レバー部
１２０Ｂ 基部
１２０Ｃ 貫通孔
１３０ 静電検出電極
１３１ 円環部
１３１Ａ 爪部
１３２ 脚部
１３２Ａ 固定孔（第２固定孔の一例）
１３３ 接続部
１３３Ａ 下端
１４０ 静電検出回路
１５０ マザーボード
１５１ パッド
１５２ 配線

Claims (9)

1. 絶縁体製の筐体と、
   前記筐体に傾倒可能に支持される操作レバーと、
   前記操作レバーの傾きを検出する傾倒検出センサと、
   静電検出電極と周囲の物体との間で形成される静電容量を検出する静電検出回路と
   を含み、
   前記筐体は、ドーム状のドーム部と、前記ドーム部の頂部に設けられる開口部とを有し、
   前記操作レバーは前記開口部に挿通されており、
   前記静電検出電極は、前記開口部を囲むように配置される円環部を有し、
   前記操作レバーの前記開口部から突出する一端が前記筐体に対して位置する第１側とは反対の前記筐体に対する第２側に設けられる配線基板をさらに含み、
   前記傾倒検出センサは、前記配線基板に設けられる傾倒検出用の抵抗体を有し、
   前記静電検出電極は、
   前記円環部から前記筐体の前記ドーム部が位置する側とは反対側に延在し、前記筐体に固定される脚部と、
   前記円環部から前記筐体の前記ドーム部が位置する側とは反対側に延在し、前記静電検出回路と接続される接続部とを有し、
   前記静電検出回路は、前記配線基板とは離間して配置される、多方向入力装置。
2. 絶縁体製の筐体と、
   前記筐体に傾倒可能に支持される操作レバーと、
   前記操作レバーの傾きを検出する傾倒検出センサと、
   静電検出電極と周囲の物体との間で形成される静電容量を検出する静電検出回路と
   を含み、
   前記筐体は、ドーム状のドーム部と、前記ドーム部の頂部に設けられる開口部とを有し、
   前記操作レバーは前記開口部に挿通されており、
   前記静電検出電極は、前記開口部を囲むように配置される円環部を有し、
   前記筐体は、前記ドーム部の周囲に設けられる切り欠き部を有し、
   前記静電検出電極は、前記円環部の内周側から内側に突出し、前記切り欠き部に係合する爪部を有する、多方向入力装置。
3. 絶縁体製の筐体と、
   前記筐体に傾倒可能に支持される操作レバーと、
   前記操作レバーの傾きを検出する傾倒検出センサと、
   静電検出電極と周囲の物体との間で形成される静電容量を検出する静電検出回路と
   を含み、
   前記筐体は、ドーム状のドーム部と、前記ドーム部の頂部に設けられる開口部とを有し、
   前記操作レバーは前記開口部に挿通されており、
   前記静電検出電極は、前記開口部を囲むように配置される円環部を有し、
   前記操作レバーに固定され、前記ドーム部を覆う導体製のノブをさらに含み、
   前記ノブは、前記ドーム部に対向する内面側に、前記ドーム部の形状に対応した半球状の凹部を有する、多方向入力装置。
4. 前記静電検出電極は、前記操作レバーが中立位置にあるときには、前記ノブの前記凹部の外側に位置する、請求項３に記載の多方向入力装置。
5. 前記操作レバーの前記開口部から突出する一端が前記筐体に対して位置する第１側とは反対の前記筐体に対する第２側に設けられる配線基板をさらに含み、
   前記傾倒検出センサは、前記配線基板に設けられる傾倒検出用の抵抗体を有する、請求項２に記載の多方向入力装置。
6. 前記操作レバーの前記開口部から突出する一端が前記筐体に対して位置する第１側とは反対の前記筐体に対する第２側に設けられる配線基板をさらに含み、
   前記傾倒検出センサは、前記配線基板に設けられる傾倒検出用の抵抗体を有する、請求項３に記載の多方向入力装置。
7. 前記筐体は、固定用の部材を挿通する第１固定孔を有し、
   前記静電検出電極は、前記脚部に設けられ、前記第１固定孔と重ねて配置されて前記固定用の部材が挿通される第２固定孔を有する、請求項１に記載の多方向入力装置。
8. 前記第１固定孔は、前記筐体の前記ドーム部が位置する側とは反対側の部分に設けられ、
   前記第２固定孔は、前記脚部の先端部に設けられる、請求項７に記載の多方向入力装置。
9. 前記接続部は、前記配線基板から離間している、請求項１、７、及び８のいずれか１項に記載の多方向入力装置。

Images