TWI838040B - 多方向輸出裝置 - Google Patents

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Abstract

一種多方向輸出裝置包括一印刷電路板設置有一第一磁傳感器及一第二磁傳感器、及一方向操控單元設置於印刷電路板之上。方向操控單元包括一第一旋轉驅動體及一第二旋轉驅動體、一第一磁鐵及一第二磁鐵、一軸桿、一平衡墊圈、以及一環狀彈簧，其中，第一旋轉驅動體及第二旋轉驅動體各自為一可旋轉的長弧型結構體，第一磁鐵及第二磁鐵分別固設於第一旋轉驅動體的一端及第二旋轉驅動體的一端，平衡墊圈設置於軸桿下方並與第一旋轉驅動體及第二旋轉驅動體接觸，環狀彈簧設置於平衡墊圈下方並與平衡墊圈接觸，第一磁傳感器及第二磁傳感器設置為分別對應第一磁鐵及第二磁鐵。

Description

多方向輸出裝置
本發明係關於一種多方向輸出裝置，尤指一種以磁傳感驅動之非接觸式小型化多方向輸出裝置。
於現有作為遊戲機的搖桿或是行動裝置的無線搖桿中，例如可使用碳膜電阻來提供搖桿之控制，但由於使用碳膜電阻之控制為接觸式之操作，由於電刷接觸所導致磨耗之問題，因此，其使用壽命極其有限，而無法滿足實際之需求。
再者，為避免接觸式搖桿之缺失，一種直接的作法係以使用非接觸式元件來提供搖桿之控制，例如使用霍爾元件之磁感應原理進行搖桿之控制，然而，非接觸式搖桿的精度不易控制，且其結構複雜及體積較為龐大，實無法滿足小型化之要求。
發明人緣因於此，本於積極創作之精神，亟思一種可以解決上述問題之多方向輸出裝置，幾經研究實驗終至完成本發明。
本發明之主要目的係在提供一種多方向輸出裝置，其使用非接觸式的磁傳感器而無電刷接觸磨耗之問題，可大幅增加使用壽命，並强化操作軸的復位精度以使訊號精度提升，且可縮小體積而設計為小型控制装置。
為達成上述目的，本發明之多方向輸出裝置包括：一印刷電路板，其上設置有一第一磁傳感器及一第二磁傳感器；以及一方向操控單元，設置於該印刷電路板之上，且包括：一第一旋轉驅動體及一第二旋轉驅動體，各自為一可旋轉的長弧型結構體且各自具有一長型中心孔位於對應的該長弧型結構體的中央，該第一旋轉驅動體垂直交叉地設置於該第二旋轉驅動體之上，以使該兩長型中心孔交叉對齊；一第一磁鐵及一第二磁鐵，分別固設於該第一旋轉驅動體的一端及該第二旋轉驅動體的一端；一軸桿，具有一上端，由該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體下方穿過該兩長型中心孔；一平衡墊圈，設置於該軸桿下方並與該第一旋轉驅動體以及第二旋轉驅動體接觸；以及一環狀彈簧，設置於該平衡墊圈下方並與該平衡墊圈接觸，其中，該第一磁傳感器及該第二磁傳感器設置為分別對應該第一磁鐵及該第二磁鐵。
以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。
1:多方向輸出裝置
10:方向操控單元
11:按壓驅動體
12:板彈簧
13:開關彈片
15:印刷電路板
16:第一磁傳感器
17:第二磁傳感器
18:固定板
101:上蓋
102:第一旋轉驅動體
103:第二旋轉驅動體
104:第一固定環
105:第二固定環
106:第一磁鐵
107:第二磁鐵
108:軸桿
109:平衡墊圈
111:環狀彈簧
112:下蓋
1012:開口
1021,1031:長型中心孔
1023,1033:凹入部
1025:第一容置槽
1035:第二容置槽
1082:凸起部
1121,1122:孔洞
1123:按壓孔
圖1係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之立體圖。
圖2係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之分解圖。
圖3係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之軸桿在第一方向搖動時的示意圖。
圖4係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之軸桿在第二方向搖動時的示意圖。
圖5顯示本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之上視圖
圖6係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置進行按壓開關之一示意圖。
圖7係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置進行按壓開關之另一示意圖。
圖8係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之軸桿在第一方向搖動時的第一磁鐵的角度改變之示意圖。
圖9係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之軸桿在第二方向搖動時的第二磁鐵的角度改變之示意圖。
請參閱圖1及圖2，其分別為本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之立體圖以及分解圖。圖中顯示一種多方向輸出裝置1包括有一方向操控單元10、一按壓驅動體11、一板彈簧12、一開關彈片13、一印刷電路板15、一第一磁傳感器16、一第二磁傳感器17及一固定板18。其中，該方向操控單元10設置於印刷電路板15之上，且包括有一上蓋101、第一旋轉驅動體102、一第二旋轉驅動體103、一第一固定環104、一第二固定環105、一第一磁鐵106、一第二磁鐵107、一軸桿108、一平衡墊圈109、一環狀彈簧111及一下蓋112。
於前述方向操控單元10中，上蓋101具有一開口1012且上蓋101設置於下蓋112上，使得上蓋101及下蓋112兩者以例如卡合或螺合之方式結合在一 起，以在其內部提供一容置空間來容置該第一旋轉驅動體102、第二旋轉驅動體103、第一固定環104、第二固定環105、第一磁鐵106、第二磁鐵107、軸桿108、平衡墊圈109及環狀彈簧111等元件。前述固定板18設置於方向操控單元10下方且由下往上與方向操控單元10結合，並於兩者之間容設有該按壓驅動體11、板彈簧12、開關彈片13及印刷電路板15。
前述第一旋轉驅動體102及第二旋轉驅動體103各自為一可旋轉的長弧型結構體，且各自具有一長型中心孔1021,1031位於長弧型結構體的中央、及兩凹入部1023,1033分別位於長弧型結構體的兩側，於組裝後，第一旋轉驅動體102的長弧型結構體的長邊為延伸於第二方向(Y方向)，且第二旋轉驅動體103的長弧型結構體的長邊為延伸於第一方向(X方向)，第一旋轉驅動體102及第二旋轉驅動體103係設置為第一旋轉驅動體102位於第二旋轉驅動體103之上且兩者大致為垂直交叉，並使兩者的長型中心孔1021,1031交插對齊，且第二旋轉驅動體103卡入放置於第一旋轉驅動體102的凹入部1023中，再者，第一磁鐵106係固設於第一旋轉驅動體102的一端，且第二磁鐵107係固設於第二旋轉驅動體103的一端，較佳地，第一旋轉驅動體102的一端設有一第一容置槽1025以容置第一磁鐵106，且藉由以膠水黏固或以第一固定環104卡置於第一容置槽1025之上，以固定住容置於第一容置槽1025中的第一磁鐵106，而第二旋轉驅動體103的一端設有一第二容置槽1035以容置第二磁鐵107，且藉由以膠水黏固或以第二固定環105卡置於第二容置槽1035之上，以固定住容置於第二容置槽1035中的第二磁鐵107。
前述軸桿108的一端(上端)由第一旋轉驅動體102及第二旋轉驅動體103下方穿過兩者的長型中心孔1021,1031及穿出上蓋101的開口1012，以供使 用者操控，軸桿108的另一端(下端)兩側各自具有一凸起部1082，於組合後，凸起部1082與第二旋轉驅動體103的凹入部1033結合，可避免軸桿108的不預期旋轉。前述平衡墊圈109設置於軸桿108下方並可與第一旋轉驅動體102及第二旋轉驅動體103的下端接觸，前述環狀彈簧111設置於下蓋112上且位於平衡墊圈109下方並與平衡墊圈109接觸。
以前述方向操控單元10，軸桿108可供使用者操控在第一方向(X方向)及第二方向(Y方向)所構成的平面的360度全方向上搖動，其中，第一方向及第二方向大致為互相垂直的方向。當軸桿108在第一方向上搖動時，請一併參照圖3所示，軸桿108帶動第一旋轉驅動體102稍微往逆時鐘方向轉動，且軸桿108相切於第二旋轉驅動體103的長型中心孔1031中移動。而當軸桿108在第二方向上搖動時，請一併參照圖4所示，軸桿108帶動第二旋轉驅動體103稍微往順時鐘方向轉動，且軸桿108相切於第一旋轉驅動體102的長型中心孔1021中移動。上述是以軸桿108在第一方向、第二方向為例，以方便說明軸桿108帶動第一旋轉驅動體102、第二旋轉驅動體103的轉動，然於本揭露中，軸桿108可在第一方向的軸線與第二方向的軸線相交點處往任意方向搖動，例如，當軸桿108往不完全切齊第一方向的方向搖動時，除了牽動旋轉驅動體102外，亦會牽動第二方向的旋轉驅動體103，又例如，當軸桿108往不完全切齊第二方向的方向搖動時，除了牽動旋轉驅動體103外，亦會牽動第一方向的旋轉驅動體102，亦即，當軸桿108在第一方向及第二方向所構成的平面的360度全方向上搖動時，軸桿108可選擇地同時帶動第一旋轉驅動體102及第二旋轉驅動體103轉動。
再者，藉由前述環狀彈簧111及平衡墊圈109之設置，可提供軸桿108復位之作用力，以使軸桿108搖動後可回復垂直之原始狀態，其中，位於平 衡墊圈109下方環狀彈簧111以其彈力向上推擠平衡墊圈109，進而透過推動第一旋轉驅動體102及第二旋轉驅動體103，而使得平衡墊圈109與第一旋轉驅動體102及第二旋轉驅動體103下端的接觸面呈共平面，因而將軸桿108復歸為垂直狀態，因此，在使用者將軸桿108由垂直狀態往第一方向或第二方向搖動後，軸桿108可自動復歸為原始的垂直狀態。
再請參照圖2所示，前述下蓋112具有一按壓孔1123位於下蓋112中心位置且對應軸桿108的下端、以及兩孔洞1121,1122分別位於鄰近下蓋112的兩相鄰邊的位置且分別對應第一磁鐵106及第二磁鐵107。前述開關彈片13設置於印刷電路板15上，前述按壓驅動體11設置於開關彈片13上且經由下蓋112的按壓孔1123而對應於軸桿108的下端，據此，為顯示多方向輸出裝置1作為按壓壓開關之操作，圖5顯示本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置1之上視圖，圖6則顯示根據圖5之A-A’線段的多方向輸出裝置1的剖面圖(未安裝板彈簧12)，其中，使用者可按壓軸桿108，藉由環狀彈簧111的彈力，使軸桿108的下端經由下蓋112的按壓孔1123而向下推抵按壓驅動體11，按壓驅動體11因而可按壓開關彈片13，以對印刷電路板15上的電路進行按壓開關之操作。此外，可選擇地，圖2顯示開關彈片13與按壓驅動體11之間亦可額外設置一板彈簧12，板彈簧12為一中空圓形且向外延伸四支彈性腳，其可進一步調節開關彈片13所提之彈力，據此，如圖7所示為根據圖5之B-B’線段的多方向輸出裝置1的剖面圖(已安裝板彈簧12)，其中，使用者可按壓於軸桿108，藉由環狀彈簧111及板彈簧12的彈力，使軸桿108的下端經由下蓋112的按壓孔1123而向下推抵按壓驅動體11來按壓開關彈片13，以對印刷電路板15上的電路進行按壓開關之操作。
前述第一磁傳感器16及第二磁傳感器17係設置於印刷電路板15上，並位於鄰近印刷電路板15的兩相鄰邊的位置且透過下蓋112的兩孔洞1121,1122而分別對應第一磁鐵106及第二磁鐵107，據此，當軸桿108例如在第一方向上搖動時，如圖8所示，位於第一旋轉驅動體102上的第一磁鐵106也隨之轉動而產生角度改變，第一磁傳感器16可感應到第一磁鐵106的磁場隨著角度改變而發生的變化，同樣地，當軸桿108例如在第二方向上搖動時，如圖9所示，位於第二旋轉驅動體103上的第二磁鐵107也隨之轉動而產生角度改變，第二磁傳感器17可感應到第二磁鐵107的磁場隨著角度改變而發生的變化，據此可知，當軸桿108於第一方向及第二方向所構成的平面的任意方向搖動時，第一磁傳感器16、第二磁傳感器17可分別感應到第一磁鐵106、第二磁鐵107的磁場隨著角度改變而發生的變化，而由第一磁傳感器16及第二磁傳感器17所獲取的磁場及磁場變化訊號再經由印刷電路板15上的電路轉換為對應的電氣訊號並輸出以供計算使用者搖動軸桿108之速度、力道、方向及距離等資訊，進而實現非接觸式的控制。
藉由上述設計，本發明使用兩個磁傳感器來感應兩個可對應軸桿搖動而轉動的磁鐵之磁場變化，故能以非接觸式的方式進行操控而無電刷接觸磨耗之問題，因而可大幅增加使用壽命，並强化操作軸的復位精度以使訊號精度提升，且軸桿可同時作為按鍵使用，故無需設置額外之按鍵，更可縮小體積而設計為小型控制装置。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
10:方向操控單元
11:按壓驅動體
12:板彈簧
13:開關彈片
15:印刷電路板
16:第一磁傳感器
17:第二磁傳感器
18:固定板
101:上蓋
102:第一旋轉驅動體
103:第二旋轉驅動體
104:第一固定環
105:第二固定環
106:第一磁鐵
107:第二磁鐵
108:軸桿
109:平衡墊圈
111:環狀彈簧
112:下蓋
1012:開口
1021,1031:長型中心孔
1023,1033:凹入部
1025:第一容置槽
1035:第二容置槽
1082:凸起部
1121,1122:孔洞
1123:按壓孔

Claims (13)

  1. 一種多方向輸出裝置，包括：一印刷電路板，其上設置有一第一磁傳感器及一第二磁傳感器；以及一方向操控單元，設置於該印刷電路板之上，且包括：一第一旋轉驅動體及一第二旋轉驅動體，各自為一可旋轉的長弧型結構體且各自具有一長型中心孔位於對應的該長弧型結構體的中央，該第一旋轉驅動體垂直交叉地設置於該第二旋轉驅動體之上，以使該兩長型中心孔交叉對齊；一第一磁鐵及一第二磁鐵，分別固設於該第一旋轉驅動體的一端及該第二旋轉驅動體的一端；一軸桿，具有一上端及一下端，該上端由該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體下方穿過該兩長型中心孔；一平衡墊圈，設置於該軸桿下方並與該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體接觸；以及一環狀彈簧，設置於該平衡墊圈下方並與該平衡墊圈接觸，其中，該第一磁傳感器及該第二磁傳感器設置為分別對應該第一磁鐵及該第二磁鐵。
  2. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其中，當該軸桿在一第一方向上搖動時，該軸桿帶動該第一旋轉驅動體轉動，且該軸桿相切於該第二旋轉驅動體的該長型中心孔中移動；當該軸桿在一第二方向上搖動時，該軸桿帶動該第二旋轉驅動體轉動，且該軸桿相切於該第一旋轉驅動體的該長型中心孔中移動，當中，該第一方向垂直於該第二方向。
  3. 如請求項2所述之多方向輸出裝置，其中，當該軸桿在第一方向及第二方向所構成的平面上往任意方向搖動時，該軸桿可選擇地同時帶動該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體轉動。
  4. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其更包含：一開關彈片設置於該印刷電路板上；以及一按壓驅動體設置於該開關彈片上且對應於該軸桿的該下端。
  5. 如請求項4所述之多方向輸出裝置，其更包含一板彈簧設置於該開關彈片與該按壓驅動體之間。
  6. 如請求項2所述之多方向輸出裝置，其中，該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體各自具有兩凹入部分別位於對應的該長弧型結構體的兩側，且該第二旋轉驅動體卡入於該第一旋轉驅動體的該兩凹入部中。
  7. 如請求項6所述之多方向輸出裝置，其中，該軸桿的該下端的兩側各自具有一凸起部，且該兩凸起部與該第二旋轉驅動體的該兩凹入部結合。
  8. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其中，該第一旋轉驅動體的一端設有一第一容置槽以容置該第一磁鐵，且該第二旋轉驅動體的一端設有一第二容置槽以容置該第二磁鐵。
  9. 如請求項8所述之多方向輸出裝置，其中，該第一磁鐵及該第二磁鐵係以膠水分別黏固於該第一容置槽及該第二容置槽中。
  10. 如請求項8所述之多方向輸出裝置，其中，該方向操控單元更包含：一第一固定環卡制於該第一容置槽之上以固定住該第一磁鐵；以及一第二固定環卡制於該第二容置槽之上以固定住該第二磁鐵。
  11. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其中，該方向操控單元更包含：一下蓋，具有一按壓孔，該按壓孔位於該下蓋的中心且對應該軸桿的該下端；以及一上蓋，設置於該下蓋上方，且具有一開口，其中該上蓋及該下蓋結合在一起，以提供一容置空間來容置該第一旋轉驅動體、該第二旋轉驅動體、該第一磁鐵、該第二磁鐵、該軸桿、該平衡墊圈及該環狀彈簧，且該軸桿的該上端穿出該上蓋的該開口。
  12. 如請求項11所述之多方向輸出裝置，其中，該下蓋更具有兩孔洞分別對應該第一磁鐵及該第二磁鐵，且該第一磁傳感器及該第二磁傳感器透過該兩孔洞而分別對應該第一磁鐵及該第二磁鐵。
  13. 如請求項5所述之多方向輸出裝置，其更包含一固定板設置於該方向操控單元下方且與該方向操控單元結合，以容設該按壓驅動體、該板彈簧、該開關彈片及該印刷電路板。
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