Joystick type switch device

本発明は、一端に操作ノブが設けられた操作軸と、該操作軸をその軸線に沿って戻し位置および押し込み位置間で移動せしめることを可能とするとともに前記軸線上に設定された傾動中心まわりに前記中立位置から傾動せしめることを可能として支承するケースとを備え、前記中立位置および前記戻し位置側に弾発付勢された前記操作軸の前記押し込み位置への押動ならびに前記軸線まわりに等間隔に設定された８方向への前記操作軸の前記中立位置からの傾動を検出可能としたジョイスティック型スイッチ装置に関する。

操作軸の戻し位置から押し込み位置への押動操作、ならびに操作軸の中立位置からの傾動操作を、それぞれ有接点式スイッチで検出するようにしたジョイスティック型スイッチ装置が、たとえば特許文献１によって知られている。

特開２００５−１２２２９４号公報

ところが、上記特許文献１で開示されたものでは、接点部の磨耗が生じるだけでなく固定接点が設けられる基板に操作軸からの応力が作用するので、耐久性に課題がある。 また操作軸の押動操作および傾動操作をそれぞれ別のスイッチで検出しているので、必要となるスイッチの個数が多く、部品点数が多くなってしまう。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐久性が得られるようにするとともに部品点数の低減を図ったジョイスティック型スイッチ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、一端に操作ノブが設けられる操作軸と、該操作軸をその軸線に沿って戻し位置および押し込み位置間で移動せしめることを可能として該操作軸の外周に嵌合、装着される操作軸保持部材と、その操作軸保持部材を前記軸線上に設定された傾動中心まわりに所定の中立位置から傾動せしめることを可能として支承するケースと、前記操作軸の他端に取付けられたマグネットと、そのマグネットに臨ませて前記ケース内に取付けられる基板と、中立位置にある前記操作軸の軸線まわりに等間隔をあけて前記基板の前記マグネットに対向する部分に固定される少なくとも３つの磁気素子とを備え、前記中立位置および前記戻し位置側に弾発付勢された前記操作軸の前記押し込み位置への押動ならびに前記軸線まわりに等間隔に設定された８方向への前記操作軸の前記中立位置からの傾動を、前記少なくとも３つの磁気素子の出力変化に基づいて検出可能としたジョイスティック型スイッチ装置であって、前記操作軸保持部材が、前記ケース内に在って該操作軸保持部材の端部から放射状に延びる４つの支持腕部を有していると共に、それら支持腕部の先端部と前記ケースとの間には、前記操作軸保持部材の中立位置からの所定角度を超えての傾動時にクリック感を付与する４つのクリック機構がそれぞれ設けられ、その各クリック機構は、前記傾動中心から見て前記基板側で前記支持腕部の先端部に対応して前記ケースに設けられる受け部材と、前記支持腕部の先端部に設けられる有底の支持孔と、前記受け部材に対向する球状当接部を外端に有して該支持孔に摺動可能に嵌合される摺動部材と、その摺動部材を前記受け部材側に付勢するクリックばねとで構成され、前記支持孔の軸線は、前記傾動中心から前記受け部材に向かって、操作軸軸線に対し傾斜するように延びており、前記受け部材には、前記操作軸保持部材が前記中立位置にあるときに前記球状当接部が当接する第１ガイド凹部と、前記操作軸保持部材を前記中立位置から前記所定角度を超えて傾動させたときに前記球状当接部を摺接させる第２ガイド凹部と、それら第１および第２ガイド凹部間に配置されて、前記操作軸保持部材を前記中立位置から前記所定角度を超えて傾動させたときに前記球状当接部が前記クリックばねに抗して乗り越え可能な山部とが、一つの前記摺動部材に対し一個ずつ設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ケースに取付けられる基板に固定される少なくとも３つの磁気素子と、操作軸に取付けられたマグネットとの相対位置によって前記各磁気素子の出力が変化するのに応じて、操作軸の押動および傾動をともに検出することができるので、検出部に磨耗が生じることはなく、また基板に操作軸からの応力が作用することもないので優れた耐久性を得ることができるだけでなく、操作軸の押動および傾動をそれぞれ別のスイッチで検出している従来のものと比べて部品点数を低減し、コスト低減を図ることができる。

また操作軸の所定角度を超えての傾動操作時にクリック感を付与することができるので、操作軸の傾動方向に画面上のカーソルを移動させる際に傾動角度に応じてカーソルの移動速度を変化させるように設定した場合に、カーソル移動速度の変化時にクリック感が得られるようにして画面上のカーソル操作を快適化することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図１２は本発明の第１実施例を示すものであり、図１はジョイスティック型スイッチ装置の全体斜視図、図２はジョイスティック型スイッチ装置の縦断側面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は中立位置にある操作軸を押動操作したときの図２に対応した縦断側面図、図５は図２の５−５線矢視図、図６は操作軸の要部および基板の斜視図、図７はクリック機構の拡大縦断面図、図８は操作軸を中立位置から傾動操作した状態での図７に対応した縦断側面図、図９は操作軸を図８の状態からさらに傾動操作したときの図８に対応した縦断側面図、図１０は操作軸の傾動操作に応じた各ホール素子からの出力の変化を示す図、図１１は操作軸をＸ軸方向に傾動操作したときのジョイスティック型スイッチ装置からの出力変化を示す図、図１２は操作軸をＹ軸方向に操作したときのジョイスティック型スイッチ装置からの出力変化を示す図である。

先ず図１および図２において、このジョイスティック型スイッチ装置は、たとえばカーナビゲーションシステムの画面上のカーソル操作に用いられるものであり、一端に操作ノブ１５が設けられた操作軸１６と、該操作軸１６を支承するケース１８とを備える。

ところで、この実施例のジョイスティック型スイッチ装置は、前記操作軸１６の軸線まわりに回転することを可能として前記操作ノブ１５に隣接した位置に配置されるダイヤルスイッチノブ１７と、該ダイヤルスイッチノブ１７の回転操作位置を検出する図示しない回転位置検出部を有するのであるが、本発明の要旨とは無関係であるので、ダイヤルスイッチノブ１７および回転位置検出部についての詳細構造については、以下の説明では省略する。

前記ケース１８は、横断面矩形の筒状に形成されるケース主体１９と、該ケース主体１９の一端側開口部を閉じる第１カバー部材２０と、前記ケース主体１９の他端側開口部を閉じる第２カバー部材２１とから成り、第１カバー部材２０は、ケース主体１９の一端側開口部を閉じる矩形の皿状に形成される蓋部２０ａと、前記操作軸１６を同軸に囲繞して前記蓋部２０ａに基端部が直角に連設される円筒部２０ｂとを一体に有し、円筒部２０ｂの先端は、前記ダイヤルスイッチノブ１７内に突入される。 また第２カバー部材２１は、ケース主体１９の他端側開口部に嵌入されるようにして矩形状に形成されており、ケース主体１９内に収容される平板状の基板２２を、ケース主体１９に設けられた支持段部２３との間に挟むようにして、前記基板２２とともに複数のねじ部材２４…で前記支持段部２３に締結される。

一端を前記第１カバー部材２０の円筒部２０ｂから突出させた前記操作軸１６の他端側は、前記円筒部２０ｂを貫通してケース１８内に突入されるものであり、前記ケース１８には、操作軸１６を、該操作軸１６の軸線を前記基板２２に直交させた中立位置から傾動せしめることを可能として支承する傾動支持部材２５が固定される。 この傾動支持部材２５は、ケース１８内を、前記基板２２が配置される第１作動室２７ならびに前記操作ノブ１５側の第２作動室２８に区画する隔壁部２５ａと、該隔壁部２５ａの中央部から第２作動室２８側に延びて操作軸１６を囲繞する円筒状の支持筒部２５ｂとを一体に有し、支持筒部２５ｂの先端には、前記操作軸１６の軸線上に設定される傾動中心Ｃを中心とした仮想球面に沿う受け座２５ｃが形成される。

一方、操作軸１６には、操作軸１６の軸線に沿う制限された範囲での相対移動を可能とするものの操作軸１６の軸線まわりの相対回転は阻止されるようにして操作軸保持部材２６が装着されるものであり、該操作軸保持部材２６は、前記受け座２５ｃの仮想球面に沿うように形成されて該受け座２５ｃに操作ノブ１５側から摺接する傾動支持部２６ａと、該傾動支持部２６ａに基端部を連ならせて操作軸１６の一端側を同軸に囲繞する円筒部２６ｂと、前記傾動支持部材２５の前記支持筒部２５ｂを囲繞して前記傾動支持部２６ａに連なる円筒状のスカート部２６ｃと、該スカート部２６ｃの周方向に等間隔をあけた４箇所から放射状に延びる４つの支持腕部２６ｄ，２６ｄ…とを備える。 しかもケース１８における第１カバー部材２０の円筒部２０ｂには、前記傾動支持部２６ａを前記受け座２５ｃとの間に挟む押さえ部２９が設けられており、前記操作軸１６および前記操作軸保持部材２６は、前記傾動中心Ｃを中心として傾動することを可能としてケース１８に支承される。

前記操作軸保持部材２６が備える円筒部２６ｂの先端から突出した前記操作軸１６の一端には、該操作軸１６の半径方向外方に張り出す円盤状のノブ取付け部１６ａが一体に設けられており、このノブ取付け部１６ａに操作ノブ１５が取付けられる。 また前記ノブ取付け部１６ａの内方には、前記操作軸１６を貫通せしめるノブ保持部材３２が配置されており、操作軸１６の周方向に等間隔をあけた複数箇所でノブ取付け部１６ａおよびノブ保持部材３２には、相互に当接するゴム３３，３４…がそれぞれ設けられる。 またノブ保持部材３２に基端部が一体に設けられて操作軸１６の軸線方向に延びる複数の連結脚部３５…が、前記ノブ取付け部１６ａに設けられた係止孔３６…に移動可能に挿通され、操作ノブ１５側からノブ取付け部１６ａに係合可能である係合爪３５ａ…が各連結脚部３５…の先端に設けられる。

また前記ノブ保持部材３２は、前記操作軸保持部材２６が備える円筒部２６ｂの先端を同軸に囲繞する連結筒部３２ａが一体に設けられており、図３で示すように、前記連結筒部３２ａの複数箇所たとえば２箇所に設けられる係止孔３７，３７に、前記円筒部２６ｂの先端部外周に突設された係合爪３８，３８をそれぞれ弾発係合することにより、ノブ保持部材３２が前記操作軸保持部材２６の円筒部２６ｂに連結される。

しかも操作軸保持部材２６の円筒部２６ｂには、該円筒部２６ｂの先端に開口して軸方向に延びる係合スリット３９が設けられており、該係合スリット３９に係合するキー部４０が操作軸１６の一端外周に設けられる。 したがって操作ノブ１５が一端に設けられる操作軸１６は、操作軸１６に装着されたノブ保持部材３２が備える複数の係合爪３５ａ…が操作ノブ１５側からノブ取付け部３２に係合した戻し位置（図２で示す位置）と、前記キー部４０が係合スリット３９の内端に当接、係合する押し込み位置（図４で示す位置）との間で移動することを可能として、操作軸保持部材２６に保持されることになり、相互に当接するようにしてノブ取付け部１６ａおよびノブ保持部材３２に複数ずつ設けられるゴム３３，３４…が発揮する弾発力によって操作軸１６は戻し位置側に付勢されることになる。

図５を併せて参照して、操作軸１６の他端にはマグネット４１が取付けられる。 このマグネット４１はマグネット保持部材４２に保持されており、該マグネット保持部材４２が、前記操作軸１６の他端に嵌合、固定される。 一方、基板２２の前記マグネット４１に対向する部分には、少なくとも３つの磁気素子、この第１実施例では４つの磁気素子であるホール素子４３Ａ〜４３Ｄが中立位置にある操作軸１６の軸線まわりに等間隔をあけて固定されており、前記各ホール素子４３〜４３Ｄのうち一対のホール素子４３Ａ，４３Ｂは、中立位置にある前記操作軸１６の軸線延長線を通るＸ−Ｘ軸方向に並んで配置され、残余の一対のホール素子４３Ｃ，４３Ｄは、前記Ｘ−Ｘ軸方向に直交するとともに中立位置にある前記操作軸１６の軸線延長線を通るＹ−Ｙ軸方向に並んで前記基板２２上に固定配置される。

しかも前記基板２２は、前記操作軸１６が戻し位置および押し込み位置のいずれの状態にあっても前記各ホール素子４３Ａ〜４３Ｄに前記マグネット４１が接触することがないようにしてケース１８に固定されるものであり、中立位置にある操作軸１６が戻し位置にあるときにマグネット４１および基板４１間の間隔がＬ１であるときに、戻し位置から押し込み位置に押動した操作軸１６の他端のマグネット４１および基板２２間の間隔Ｌ２は、前記間隔Ｌ１よりも小さくなる。

ところで前記基板２２上には、４つの前記ホール素子４３Ａ〜４３Ｄと、それらのホール素子４３Ａ〜４３Ｄの出力を処理する回路（図示せず）とが設けられており、ケース１８の第２カバー部材２１には、前記回路に外部導線を接続するためのカプラ部２１ａが一体に設けられる。

図６および図７において、前記操作軸保持部材２６が備える支持腕部２６ｄ…の基端部は、前記Ｘ−Ｘ軸方向および前記Ｙ−Ｙ軸方向とは操作軸１６の軸線まわりに４５度ずれた位置で操作軸保持部材２６のスカート部２６ｃに連設されており、これらの支持腕部２６ｄ…の先端部と、前記ケース１８に固定された受け部材４４…との間にそれぞれクリック機構４５…が設けられる。

前記クリック機構４５は、前記受け部材４４側に開放して支持腕部２６ｄの先端部に設けられる有底の支持孔４６と、前記受け部材４４に摺接せしめる球状当接部４７ａを閉塞端に有して有底円筒状に形成されるとともに前記支持孔４６に摺動可能に嵌合される摺動部材４７と、支持孔４６の閉塞端および摺動部材４７間に縮設されるコイル状のクリックばね４８とで構成される。

而して操作軸保持部材２６が備える４つの支持腕部２６ｄ…と、ケース１８に固定された受け部材４４…との間にそれぞれ設けられるクリック機構４５…が備えるクリックばね４８…のばね力は、操作軸４５の周方向に等間隔をあけた４箇所から操作軸１６の軸線側に向けて該操作軸１６に作用するものであり、操作軸１６は、それらのクリックばね４８…のばね力によって中立位置側に向けて付勢される。

前記受け部材４４には、図８で示すように操作軸１６を中立位置から所定角度の範囲内で傾動させたときに前記摺動部材４７の球状当接部４７ａを摺接させる第１ガイド凹部４９と、図９で示すように操作軸１６を前記所定角度を超えて傾動させたときに前記摺動部材４７の球状当接部４７ａを摺接させる第２ガイド凹部５０と、第１および第２ガイド凹部４９，５０間に配置される山部５１とが設けられており、操作軸１６を図８の状態から図９の状態に傾動させるときには前記球状当接部４７ａが前記山部５１を乗り越えるようにクリックばね４８を収縮させる力が必要であり、クリック機構４５は、操作軸１６の中立位置からの所定角度（たとえば３０度）を超えての傾動時にクリック感を操作ノブ１５の操作者に付与することになる。

ところで操作軸１６は、その中立位置からいずれの方向にも傾動可能であり、Ｘ−Ｘ軸方向に沿ってホール素子４３Ａ側に操作軸１６を傾動させたときをＸＡ方向、Ｘ−Ｘ軸方向に沿ってホール素子４３Ｂ側に操作軸１６を傾動させたときをＸＢ方向、Ｙ−Ｙ軸方向に沿ってホール素子４３Ｃ側に操作軸１６を傾動させたときをＹＣ方向、Ｙ−Ｙ軸方向に沿ってホール素子４３Ｄ側に操作軸１６を傾動させたときをＹＤ方向としたときに、各ホール素子４３Ａ〜４３Ｄからの出力Ａ〜Ｄは、図１０で示すように変化する。 したがって各ホール素子４３Ａ〜４３Ｄからの出力の組み合わせに応じて、操作軸１６の軸線まわりに等間隔に設定された８方向への操作軸１６の中立位置からの傾動を検出することが可能となる。

ところでこの第１実施例では、Ｘ−Ｘ軸方向およびＹ−Ｙ軸方向にそれぞれ２つずつ配設された４つの前記ホール素子４３Ａ〜４３Ｄのうち、Ｘ−Ｘ軸方向およびＹ−Ｙ軸方向のいずれか一方の方向たとえばＹ−Ｙ軸方向に配置されたホール素子４３３Ｃ，４３Ｄの出力は、差動演算した複合１出力としてジョイスティック型スイッチ装置から出力されるものであり、その場合、Ｘ−Ｘ軸方向で操作軸１６を傾動したときのホール素子４３Ａ，４３Ｂの出力Ａ，Ｂと、ホール素子４３Ｃ，４３Ｄの複合出力Ｃ／Ｄとは、操作軸１６の傾動角度に応じて図１１で示すように変化し、ホール素子４３Ａ側に倒したときにはホール素子４３Ｂの出力Ｂが増大するとともにホール素子４３Ａの出力Ａは減少し、ホール素子４３Ｂ側に倒したときにはホール素子４３Ａの出力Ａが増大するとともにホール素子４３Ｂの出力Ｂは減少する。 この際、ホール素子４３Ｃ，４３Ｄに対するマグネット４１の位置がほとんど変化しないので、前記複合出力Ｃ／Ｄはほとんど変化しない。

またＹ−Ｙ軸方向で操作軸１６を傾動したときのホール素子４３Ａ，４３Ｂの出力Ａ，Ｂと、ホール素子４３Ｃ，４３Ｄの複合出力Ｃ／Ｄとは、操作軸１６の傾動角度に応じて図１２で示すように変化し、ホール素子４３Ｄ側に倒したときには複合出力Ｃ／Ｄが増大し、ホール素子４３Ｃ側に倒したときには複合出力Ｃ／Ｄが減少する。 この際、ホール素子４３Ａ，４３Ｂに対するマグネット４１の位置がほとんど変化しないので、ホール素子４３Ａ，４３Ｂの出力Ａ，Ｂはほとんど変化しない。

このように４つのホール素子４３Ａ〜４３Ｄを用いるにもかかわらず、ジョイスティック型スイッチ装置から３出力を得るようにすることで、検出信号処理回路の簡略化を図るとともに部品点数を低減することが可能となる。

ところで上記クリック機構４５…によって操作軸１６の中立位置からの所定角度を超えての傾動時にクリック感を付与することができるのであるが、そのクリック感を得るタイミングで図１１および図１２のラインＬＴを設定しておき、そのラインＬＴを超えて前記ホール素子４３Ａ，４３Ｂの出力Ａ，Ｂならびにホール素子４３Ｃ，４３Ｄの複合出力Ｃ／Ｄが変化したときには、操作軸１６の傾動量が大であるとして、画面上のカーソルの移動速度が速くなるように設定されている。

次にこの第１実施例の作用について説明すると、一端に操作ノブ１５が取付けられてケース１８に支承された操作軸１６の他端にはマグネット４１が取付けられており、ケース１８に取付けられる基板２２のマグネット４１に対向する部分には、少なくとも３つ（この第１実施例では４つ）のホール素子４３Ａ〜４３Ｄが中立位置にある操作軸１６の軸線まわりに等間隔をあけて固定されている。

したがって操作軸１６に取付けられたマグネット４１との相対位置によって前記各ホール素子４３Ａ〜４３Ｄの出力が変化するのに応じて、操作軸１６の押動および傾動をともに検出することができ，検出部に磨耗が生じることはなく、また基板２２に操作軸１６からの応力が作用することもないので優れた耐久性を得ることができる。 しかも操作軸１６の押動および傾動をそれぞれ別のスイッチで検出している従来のものと比べて部品点数を低減し、コスト低減を図ることができる。

また操作軸１６の軸線まわりに等間隔をあけた４箇所で該操作軸１６およびケース１８間には、操作軸１６の中立位置からの所定角度を超えての傾動時にクリック感を付与するクリック機構４５…が設けられるので、所定角度を超えて操作軸１６を傾動操作する際にクリック感を付与することができ、操作軸１６の傾動方向に画面上のカーソルを移動させる際に傾動角度に応じてカーソルの移動速度を変化させるように設定した場合に、カーソル移動速度の変化時にクリック感が得られるようにして画面上のカーソル操作を快適化することができる。

本発明の第２実施例として図１３で示すように、基板２２のマグネット４１に対向する部分に、３つのホール素子４３Ｅ，４３Ｆ，４３Ｇが中立位置にある操作軸１６（第１実施例参照）の軸線まわりに等間隔をあけて固定されるようにしてもよく、この第２実施例によっても上記第１実施例と同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

第１実施例のジョイスティック型スイッチ装置の全体斜視図

ジョイスティック型スイッチ装置の縦断側面図

図２の３−３線断面図

中立位置にある操作軸を押動操作したときの図２に対応した縦断側面図

図２の５−５線矢視図

操作軸の要部および基板の斜視図

クリック機構の拡大縦断面図

操作軸を中立位置から傾動操作した状態での図７に対応した縦断側面図

操作軸を図８の状態からさらに傾動操作したときの図８に対応した縦断側面図

操作軸の傾動操作に応じた各ホール素子からの出力の変化を示す図

操作軸をＸ軸方向に傾動操作したときのジョイスティック型スイッチ装置からの出力変化を示す図

操作軸をＹ軸方向に操作したときのジョイスティック型スイッチ装置からの出力変化を示す図

第２実施例の図５に対応した図

１５・・・操作ノブ１６・・・操作軸１８・・・ケース２２・・・基板Ｃ・・・・傾動中心
２６・・・操作軸保持部材
２６ｄ・・支持腕部
４１・・・マグネット４３Ａ〜４３Ｇ・・・磁気素子であるホール素子
４４・・・受け部材
４５・・・クリック機構
４６・・・支持孔
４７ａ・・球状当接部
４７・・・摺動部材
４８・・・クリックばね
４９・・・第１ガイド凹部
５０・・・第２ガイド凹部
５１・・・山部