操作入力装置
【課題】ヨークの変形を抑えることができる、操作入力装置の提供。
【解決手段】操作面１３に作用する操作入力によって下方に変位する方向キー１０と、方向キー１０に設けられた上ヨーク７５と、上ヨーク７５によって方向キー１０の位置を検出し、方向キー１０の下方への変位量に応じた信号を出力するコイル７１ａ，７４ａと、方向キー１０の下方に配置された下ハードストップ部３０とを備え、下ハードストップ部３０は、方向キー１０が操作面１３の外縁部１８の直下で下ハードストップ部３０に当接してから、その当接位置よりも方向キー１０が下方に変位しないように規制する、操作入力装置。
【解決手段】操作面１３に作用する操作入力によって下方に変位する方向キー１０と、方向キー１０に設けられた上ヨーク７５と、上ヨーク７５によって方向キー１０の位置を検出し、方向キー１０の下方への変位量に応じた信号を出力するコイル７１ａ，７４ａと、方向キー１０の下方に配置された下ハードストップ部３０とを備え、下ハードストップ部３０は、方向キー１０が操作面１３の外縁部１８の直下で下ハードストップ部３０に当接してから、その当接位置よりも方向キー１０が下方に変位しないように規制する、操作入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作入力の作用により変位する操作部材を備え、その変位量に応じた信号を出力する操作入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、特許文献１に開示された操作入力装置６の断面図である。図１は、操作入力が付与されていない初期状態を示している。操作入力装置６は、コイル２７１，２７３の上側に上ヨーク２６０及びコア２６１，２６３を備え、コイル２７１，２７３の下側に下ヨーク２８０を備える。
【０００３】
キー２４０は、ケース２３０の開口部２３１との嵌合により、Ｘ方向及びＹ方向で保持され、Ｚ方向に移動可能に支持された操作部材である。キー２４０は、コイル状のリターンバネ２５０によりＺ方向へ初期荷重が与えられた状態で、ケース２３０の上側内面２３２に当接している。リターンバネ２５０は、その一方の端がキー２４０の下面中央部に当接し、もう一方の端が下ヨーク２８０の上面中央部に当接する。リターンバネ２５０は、キー２４０の下面に設置される上ヨーク２６０の中央部に設けられた孔を貫通している。上ヨーク２６０は、磁性体（例えば、鋼板、フェライト）によって成形され、キー２４０と同一の動きを伴う。
【０００４】
図２は、キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７１側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置６の断面図である。このような操作入力が付与されると、カバー２３０の上側内面２３２（図上、左側）を傾動支点として、上ヨーク２６０及びコア２６１がコイル２７１に近接する。コイル２７１への近接によって、コイル２７１を取り巻く周辺の透磁率が上昇し、コイル２７１の自己インダクタンスが増加する。他の方向に傾けた場合も同様に考えることができる。したがって、各コイルのインダクタンスを評価することによって、キー２４０の傾倒方向と傾倒量（変位量）が検出できる。
【０００５】
また、キー２４０がカバー２３０の上側内面２３２を支点として傾動する場合、その傾動動作は、キー２４０の下面中央部に形成された突起部が係止部２８１に接触することで止まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−３５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、キー２４０の下面中央部に形成された突起部が係止部２８１に接触した図２の状態において、上ヨーク２６０の塑性領域を超える応力が加わるような操作入力がさらに付与されると、上ヨーク２６０が変形するおそれがある。上ヨーク２６０が変形すると、各コイルのインダクタンスの評価値が変わるため、キー２４０の変位量の検出誤差が大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、ヨークの変形を抑えることができる、操作入力装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
操作面に作用する操作入力によって下方に変位する操作部材と、
前記操作部材に設けられたヨークと、
前記ヨークによって前記操作部材の位置を検出し、前記操作部材の下方への変位量に応じた信号を出力するコイルと、
前記操作部材の下方に配置された係止部とを備え、
前記係止部は、前記操作部材が前記操作面の外縁部の直下で前記係止部に当接してから、その当接位置よりも前記操作部材が下方に変位しないように規制する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヨークの変形を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】操作入力が付与されていない初期状態での従来の操作入力装置６の断面図である。
【図２】キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７１側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置６の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。
【図４】操作入力装置１の平面図である。
【図５Ａ】図４のＡ−Ａにおける操作入力装置１の断面図である。
【図５Ｂ】図４のＢ−Ｂにおける操作入力装置１の断面図である。
【図５Ｃ】操作入力によって方向キー１０が変位して片側に傾いた状態における操作入力装置１の断面図である。
【図６Ａ】ケース６０の内側を正面から見たときの略図である。
【図６Ｂ】ケース６０の内側を斜めから見たときの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。本発明の一実施形態である操作入力装置は、操作者の手指等による力を受けて、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する操作インターフェイスである。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。
【００１３】
例えば、ゲーム機、テレビ等の操作用リモートコントローラ、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、電化製品などの電子機器において、そのような電子機器に備えられるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。
【００１４】
一方、通常、コイル（巻線）等のインダクタのインダクタンスＬは、係数をＫ、透磁率をμ、コイルの巻数をｎ、断面積をＳ、磁路長をｄとした場合、
Ｌ＝Ｋμｎ２Ｓ／ｄ
という関係式が成り立つ。この関係式から明らかなように、コイルの巻数や断面積といった形状に依存するパラメータを固定した場合、周囲の透磁率と磁路長の少なくともいずれかを変化させるかによって、インダクタンスが変化する。
【００１５】
このインダクタンスの変化を利用する操作入力装置の実施例について以下説明する。この操作入力装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系において、正のＺ座標の方向から入力される操作者の力を受け付けるものである。操作入力装置は、操作入力の作用によりコイルとの位置関係が変化することによって、そのコイルのインダクタンスを変化させる変位部材を備えている。操作入力装置は、そのインダクタンスの大きさに応じて変化する所定の信号に基づいて、操作者の操作入力により変位する変位部材の動きを検知することにより、その操作入力を検出することができる。
【００１６】
図３は、本発明の一実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。図４は、操作入力装置１の平面図である。図５Ａは、図４のＡ−Ａにおける操作入力装置１の断面図である。図５Ｂは、図４のＢ−Ｂにおける操作入力装置１の断面図である。図５Ｃは、操作入力によって方向キー１０が変位して片側に傾いた状態における操作入力装置１の断面図である。操作入力装置１は、操作入力の作用により変位する方向キー１０を備え、その変位量に応じた信号を出力するものである。
【００１７】
操作入力装置１は、方向キー１０と、上ヨーク７５と、コイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａと、下ハードストップ部３０とを備える。方向キー１０は、操作面１３を有し、操作面１３に作用する操作入力によって下方に傾倒可能に変位する操作部材である。上ヨーク７５は、方向キー１０の下面１４に設けられ、方向キー１０の変位に連動して変位する。図示の形態では、方向キー１０の下面１４に形成された突起状のボス１７ａ〜１７ｄが、上ヨーク７５の四隅に形成された取り付け孔７８ａ〜７８ｄに挿入されることによって、上ヨーク７５は方向キー１０の下面１４に位置決めされている。コイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａのそれぞれは、上ヨーク７５によって方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の下方への変位量に応じた信号を出力する。下ハードストップ部３０は、方向キー１０の下方に配置された係止部である。下ハードストップ部３０は、方向キー１０が操作面１３の外縁部１８の直下で下ハードストップ部３０の当接面３２（３２ａ〜３２ｄ）に当接してから、当接面３２の位置よりも方向キー１０が下方に変位しないように規制するものである。言い換えれば、方向キー１０は、当接面３２に当接するまで下方に変位可能である。
【００１８】
操作入力装置１は、このような構成を有しているので、方向キー１０が外縁部１８の直下で当接面３２に当接したハードストップ状態において作用する高荷重の操作入力は、上ヨーク７５には作用せずに、方向キー１０と下ハードストップ部３０に作用する。これにより、上ヨーク７５の変形を防止できるため、方向キー１０の変位量の検出誤差を抑制できる。また、方向キー１０が下ハードストップ部３０に当接する位置が方向キー１０の外縁部１８の直下であるため、方向キー１０等の部品には曲げ応力ではなく圧縮応力がかかるので、ハードストップ構造の強度を上げることができる。
【００１９】
また、下ハードストップ部３０は、上ヨーク７５の下面から下方に突き出るように方向キー１０の下面１４に設けられた突起部と当接する。図示の形態では、その突起部として、上ハードストップ部１６ａ〜１６ｄが例示されている（図５Ｂ，５Ｃ参照）。上ハードストップ部１６ａ〜１６ｄは、方向キー１０の下面１４のうち外縁部１８の直下部分に形成され、上ヨーク７５の中央部に形成された開口部７６を貫通する。上ハードストップ部１６ａ〜１６は、それぞれに対向するように開口部７６の周縁部に凹状に形成された肉抜き部７７ａ〜７７ｄを貫通し、それぞれに対向する位置に形成された当接面３２に当接する。当接面３２は、その法線方向が上下方向になるように、下ハードストップ部３０の上面に形成されている。上ハードストップ部１６ａ〜１６ｄは、当接時の衝撃分散のため、当接面３２と面接触することが好ましい。
【００２０】
また、操作入力装置１は、方向キー１０を上方に付勢して方向キー１０のフランジ１２を上方部材に当接させる弾性部材として、リターンバネ４０を備える。図示の形態では、その上方部材として、ケース６０が例示されている。ケース６０は、例えば、操作入力装置１が搭載されるゲーム機等の電子機器の筐体である。このような弾性部材によって、操作入力が作用していない初期状態位置に戻す力を方向キー１０に与えることができる。リターンバネ４０は、上ハードストップ部１６ａ〜１６ｄが貫通する開口部と同じ開口部７６を貫通する。リターンバネ４０の上端は、方向キー１０の下面１４に環状に形成された凹部１９との係合によって位置決めされる。
【００２１】
また、下ハードストップ部３０は、リターンバネ４０を支えるリターンバネ支持部として、リターンバネホルダー３３ａ〜３３ｄを有する。これにより、リターンバネ４０の下端の位置決め機能を、ハードストップ機能を実現する同一部品（下ハードストップ部３０）で実現できる。リターンバネホルダー３３ａ〜３３ｄは、下ハードストップ部３０の上面に円状に等間隔に設けられ、リターンバネ４０の下端の側面を外側から支えるように形成された凸状部である。
【００２２】
また、下ハードストップ部３０は、方向キー１０の中央部に設けられたセンターキー２０によって変形するクリックバネ７０を支えるクリックバネ支持部として、クリックバネホルダー３４を有する。これにより、クリックバネ７０の周縁部の位置決め機能を、ハードストップ機能を実現する同一部品（下ハードストップ部３０）で実現できる。クリックバネホルダー３４は、下ハードストップ部３０の中央部に形成された開口部である。その開口部の下側の周縁部には、クリックバネ７０の周縁部を基板５０との間で挟むことでクリックバネ７０を固定する段差が形成されている。段差を設けることにより、クリックバネの上面を覆うことでクリックバネを固定するラミネートフィルム等の固定用フィルムを削除できる。その結果、部品点数を削減でき、組み立てを簡素化できる。
【００２３】
また、方向キー１０の外縁部１８の外側側面に凸状に形成された回転止め１５ａ〜１５ｄは、ケース６０の開口部６１の周縁部に凹状に形成された回転止め６３ａ〜６３ｄと係合することで（図６Ａ，６Ｂ参照）、方向キー１０が回転しないように規制する。回転止め１５ａ〜１５ｄが、凹状に形成され、回転止め６３ａ〜６３ｄが、凸状に形成されてもよい。回転止め１５ａ〜１５ｄ及び６３ａ〜６３ｄの凹部又は凸部は、方向キー１０の操作面１３に対して平行な方向となるように形成される。これにより、方向キー１０が、操作面１３に平行な平面内で回転することを規制する。
【００２４】
方向キー１０とケース６０の材料が共に樹脂であれば、回転止め１５ａ〜１５ｄと回転止め６３ａ〜６３ｄとの接触面の摩擦や磨耗の発生を抑制できる。また、方向キー１０が、フランジ１２とケース６０の上側内面６２との接触点を支点として傾動動作をするときや当該接触点での摺動動作をするときにおいて、そのような動作による摩擦や磨耗の発生を抑制できる。また、摩擦抵抗を軽減でき、操作者の操作感を改善できる。また、方向キー１０の操作によりリターンバネ４０が弾性変形するが、方向キー１０の下面１４に形成された凹部１９でリターンバネ４０を受けているため、凹部１９の受け面とバネ変形により発生する磨耗や摩擦音を軽減できる。
【００２５】
ケース６０の上面には、方向キー１０が貫通するように形成された開口部６６を有するカバー６５が配置されている。カバー６５を金属製にすることにより、カバー６５は、静電気から内部部品を守るシールドとして機能する。
【００２６】
また、操作入力装置１は、方向キー１０とクリックバネ７０との間に挟まれることによって支持されるセンターキー２０を備える。センターキー２０は、方向キー１０の操作面１３に露出した面をＺ軸上に有する押下部である。センターキー２０の周縁部には、方向キー１０の中央部に形成された開口部１１に嵌合した状態で位置決めされるように、フランジ１２が形成されている。センターキー２０は、上方から押されることにより、基板５０上に配置されたクリックバネ７０をその頂点部から下方に変形させる。
【００２７】
基板５０の下側には、下ヨーク８０が配置されている。下ヨーク８０を構成することによって、インダクタンスの変化を検出しやすくできる。ケース６０は、基板５０を挟んで、下ヨーク８０の四隅に取り付けられる。
【００２８】
次に、操作入力装置１における変位量の検出構成について詳細に説明する。
【００２９】
操作入力装置１は、例えば、複数のコイル（本構成の場合、４個のコイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ）が配置される配置面を有する基板５０を有する。基板５０は、ＸＹ平面に平行な配置面を有する基部である。基板５０は、例えば樹脂製の基板（具体的には、フレキシブル基板、ＦＲ−４基板）でもよいし、絶縁性を確保すれば、ヨークとして機能させるために鋼板や珪素鋼板などを基材にした鉄板基板でもよい。
【００３０】
４個のコイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａは、三次元の直交座標系の基準点である原点Ｏとの距離が等しい点を結んでできる仮想的な円の円周方向に並べられている。コイル７１ａ等は、操作者の力のベクトルを算出しやすくするという点で、その円周方向に等間隔に配置されることが好ましい。各コイルが互いに同特性の場合、隣接する２つのコイルの重心間の距離が等しければよい。コイル７１ａ〜７４ａは、Ｘ軸とＹ軸に挟まれるＸＹ平面内の斜め４５°の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されている。例えば、コイル７４ａは第１象限に配置され、コイル７１ａは第２象限に配置され、コイル７２ａは第３象限に配置され、コイル７３ａは第４象限に配置される。
【００３１】
また、各コイルは、Ｘ（＋），Ｘ（−），Ｙ（＋），Ｙ（−）の４方向の各Ｘ，Ｙ軸上に９０°毎に配置されてもよい。Ｘ（−）方向は、ＸＹ平面上でＸ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向であり、Ｙ（−）方向は、ＸＹ平面上でＹ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向である。
【００３２】
方向キー１０は、操作入力によって変位する操作部材であって、その操作入力の入力量に応じて、ケース６０の開口部６１からケース６０の内方への変位量が連続的に変化するものである。
【００３３】
操作入力装置１は、方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の変位量に応じた信号を出力する検出手段を備える。操作入力装置１は、この検出手段として、方向キー１０の変位量及び変位方向によりインダクタンスがそれぞれ変化するコイル７１ａ〜７４ａと、検出部１６０とを備える。
【００３４】
コイル７１ａ〜７４ａは、方向キー１０の下面１４に固定された上ヨーク７５によって方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の変位量に応じた信号波形を出力する検出部材である。コイル７１ａ〜７４ａは、例えば、円筒状に線材（導線）が巻かれたものである。コイル７１ａ〜７４ａの形状は円筒状が望ましいが、筒状であればよく、例えば角筒状でもよい。また、コイル７１ａ〜７４ａは、組み付け性や耐衝撃性を向上させる点で、ボビンに巻かれたものでもよい。
【００３５】
上ヨーク７５は、方向キー１０の変位に連動して変位する。また、ヨークは、方向キー１０のフランジ１２の下面に、基板５０上のコイル７１ａ等と同じ数だけ設けられ、方向キー１０の変位に連動して変位するものでもよい。方向キー１０は、コイル７１ａ等に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられており、コイル７１ａ等の上端面に対向する下面１４と、操作者の力が直接又は間接的に作用しうる操作面１３とを有する板状部材である。ヨークは、比透磁率が１よりも高い材質であればよい。例えば、比透磁率は１．００１以上あると好適であり、具体的には、鋼板（比透磁率５０００）などが好適である。上ヨーク７５は、方向キー１０と別部品である。上ヨーク７５と各コイルは、互いに対向する位置に配置される。方向キー１０は、操作者の力が操作面１３に作用することにより、コイル７１ａ等の上端面の上方における上ヨーク７５の位置を変化させて、コイル７１ａ等のインダクタンスを変化させる。
【００３６】
上ヨーク７５は、コイル毎に対向するコアが形成されたものでもよい。各コアは、操作入力の作用によりコイル７１ａ等の内部（すなわち、中空部内）をコイル７１ａ等の中心軸の軸線方向に変位することによって、コイル７１ａ等のインダクタンスを変化させる。この場合、各コアは、コイル７１ａ等が円筒状であれば、円柱状の磁性体であることが好ましく、コイル７１ａ等が角筒状であれば、角柱状の磁性体であることが好ましい。
【００３７】
各コイルのインダクタンスをそれぞれ検出することによって、直交座標系の原点Ｏに対する操作入力の入力方向（ＸＹ平面における操作入力の入力位置）とその操作入力の大きさ（Ｚ方向への押し込み量）を演算することができる。
【００３８】
リターンバネ４０は、方向キー１０を下方に変位可能に支持する支持部材である。リターンバネ４０は、方向キー１０の下面１４に配置された上ヨーク７５と基板５０に配置された各コイルとの間隔が弾性的に変化するように、下面１４と基板５０との対向方向に方向キー１０を弾性的に支持する弾性支持部材である。
【００３９】
リターンバネ４０は、基板５０と方向キー１０の下面１４との間に設置されるとよい。リターンバネ４０は、方向キー１０に操作者の力が作用しても、上ヨーク７５と基板５０のコイル７１ａ〜７４ａとが接触しないように、方向キー１０を弾性的に支持する。リターンバネ４０は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能に方向キー１０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に支持する。また、リターンバネ４０は、方向キー１０の下面１４が基板５０上のコイル７１ａ等から離れる方向に付勢された状態で、方向キー１０を支持する付勢支持部材である。
【００４０】
リターンバネ４０は、操作者の力が作用していない状態で方向キー１０の操作面１３がＸＹ平面に平行になるように、方向キー１０を弾性的に支持する。方向キー１０の操作面１３は、平らな面でもよいし、ＸＹ平面に対して凹状に形成された面でもよいし、ＸＹ平面に対して凸状に形成された面でもよい。操作面１３を所望の形状に変更することによって、操作者の操作性を向上させることができる。また、方向キー１０の操作面１３は、円状でもよいし、楕円状でもよいし、多角形状でもよい。
【００４１】
リターンバネ４０は、ケース６０の内部側から開口部６１に向けて付勢するように設けられたコイルバネである。リターンバネ４０を円錐コイルバネにすることで、バネの耐久性を向上させ、方向キー１０を開口部６１に対して傾斜させやすくできる。リターンバネ４０は、方向キー１０が操作されて降下したときに、方向キー１０に力が付与されていない初期位置状態の高さ（すなわち、図５Ａ，５Ｂに示す位置）に戻す上向きの力を、方向キー１０に常時付与している。リターンバネ４０は、円錐状のコイルバネであるが、円筒状のコイルバネでも、無端状の弾性体（例えば、ゴム）でもよい。
【００４２】
操作入力装置１は、図５Ａ，５Ｂに示されるように、方向キー１０がケース６０の内側に付勢して接触された状態で、ケース６０に取り付けられる。すなわち、方向キー１０は、ケース６０の上側内面６２に当接して、リターンバネ４０の反力によって支持されている。
【００４３】
ケース６０は、操作入力装置１が取り付けられる携帯電話などの電子機器の筐体である。操作入力装置１自体が、ケース６０を備えていてもよい。ケース６０の上面の開口部６１の形状は、円状であるが、方向キー１０の形状に合うように形成されていればよく、四角形や八角形などの多角形状であってもよい。
【００４４】
ケース６０によって、方向キー１０がリターンバネ４０の上方への付勢力に対して上方に移動可能な最大高さが決められる。方向キー１０の最大ストローク量は、方向キー１０の位置が非接触で検出可能な範囲内に設定される。つまり、この最大ストローク量に相当する分の空間は、ケース６０内でまかなうことができる。
【００４５】
検出部１６０は、コイル７１ａ等のインダクタンスの変化を電気的に検出することで、上ヨーク７５の連続的に変化するアナログ変位量（言い換えれば、方向キー１０の変位量（操作入力量））に応じた検出信号を出力する。検出部１６０は、操作入力装置１の基板５０又は不図示の基板（例えば、操作入力装置１が搭載される上述のゲーム機等の電子機器の基板）に実装される検出回路によって構成されるとよい。
【００４６】
以下、検出部１６０が、コイル７１ａのインダクタンスの変化として、所定のインダクタンス評価値の変化を検出する場合について説明する。なお、コイル７２ｂ，７３ｂ，７４ｂのインダクタンスの変化についても同様に考えればよいため、その説明は省略する。
【００４７】
例えば、検出部１６０は、コイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量を検出し、その物理量の検出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力する。また、検出部１６０は、コイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量を検出することによりコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力するものでもよい。また、検出部１６０は、その物理量の検出値又はそのインダクタンスの算出値から上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量を演算し、その変位量の演算値を出力するものでもよい。
【００４８】
具体的には、検出部１６０は、パルス信号をコイル７１ａに供給することによって、コイル７１ａのインダクタンスの大きさに対応して変化する信号波形をコイル７１ａに発生させ、その信号波形に基づいてコイル７１ａのインダクタンスの変化を電気的に検出するとよい。
【００４９】
例えば、コイル７１ａの上端面の上方における（又は、コイル７１ａの中空部内における）上ヨーク７５の下方への変位量が増加するにつれて、コイル７１ａ周辺の透磁率が増加し、コイル７１ａのインダクタンスが増加する。コイル７１ａのインダクタンスが増加するにつれて、パルス信号の供給によりコイル７１ａの両端に発生するパルス電圧波形の振幅も大きくなる。そこで、その振幅をコイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量とすることで、検出部１６０は、その振幅を検出することによって、その振幅の検出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力することができる。また、検出部１６０は、その振幅の検出値からコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力することもできる。
【００５０】
また、コイル７１ａのインダクタンスが増加するにつれて、パルス信号の供給によりコイル７１ａに流れるパルス電流波形の傾きが緩やかになる。そこで、その傾きをコイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量とすることで、検出部１６０は、その傾きを検出することによって、その傾きの検出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力することができる。また、検出部１６０は、その傾きの検出値からコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力することもできる。
【００５１】
図５Ｃは、方向キー１０をコイル７３ａと７４ａの間の方向に傾ける操作入力が付与された傾倒状態での操作入力装置１の断面図である。リターンバネ４０の上方への付勢力に抗して、Ｚ方向に下向きの力で押された方向キー１０が、フランジ１２とケース６０の上側内面６２との接触点を支点に傾動する。これにより、上ヨーク７５がコイル７３ａと７４ａに近接する（上ヨーク７５に下方に突出するコアが形成されている場合、コイル７３ａ，７４ａの中空部内に進入する）。コイル７３ａ，７４ａへの近接（コイル７３ａ，７４ａの中空部内への進入）によって、コイル７３ａ，７４ａを取り巻く周辺の透磁率が上昇し、コイル７３ａ，７４ａの自己インダクタンスが増加する。他の方向に傾けた場合も同様に考えることができる。したがって、コイル７１ａ〜７４ａ又は検出部１６０によって各コイルそれぞれについて検出されたインダクタンス評価値の大きさに基づいて、方向キー１０の傾倒方向とストローク量が検出できる。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
【００５３】
例えば、方向キー１０を弾性的に支持する支持部材は、リターンバネ４０のような弾性部材に限らず、ゴム部材でもよいし、スポンジ部材でもよいし、空気や油が充填されたシリンダーでもよい。
【００５４】
また、本発明の操作入力装置は、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、操作者が触れる面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１ 操作入力装置
１０ 方向キー
１１ 開口部
１２ フランジ
１３ 操作面
１４ 下部（下面）
１５ａ〜１５ｄ 回転止め
１６ａ〜１６ｄ 上ハードストップ部
１７ａ〜１７ｄ ボス
１８ 外縁部
１９ 凹部
２０ センターボタン
２１ フランジ
３０ 下ハードストップ部
３１ 開口部
３２ａ〜３２ｄ 当接面
３３ａ〜３３ｄ リターンバネホルダー
３４ クリックバネホルダー
４０ リターンバネ
５０ 基板
６０ ケース
６１ 開口部
６２ 上側内面
６３ａ〜６３ｄ 回転止め
６５ カバー
６６ 開口部
７０ クリックバネ
７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ コイル
７５ 上ヨーク
７６ 開口部
７７ａ〜７７ｄ 肉抜き部
７８ａ〜７８ｄ 取り付け孔
８０ 下ヨーク
１６０ 検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作入力の作用により変位する操作部材を備え、その変位量に応じた信号を出力する操作入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、特許文献１に開示された操作入力装置６の断面図である。図１は、操作入力が付与されていない初期状態を示している。操作入力装置６は、コイル２７１，２７３の上側に上ヨーク２６０及びコア２６１，２６３を備え、コイル２７１，２７３の下側に下ヨーク２８０を備える。
【０００３】
キー２４０は、ケース２３０の開口部２３１との嵌合により、Ｘ方向及びＹ方向で保持され、Ｚ方向に移動可能に支持された操作部材である。キー２４０は、コイル状のリターンバネ２５０によりＺ方向へ初期荷重が与えられた状態で、ケース２３０の上側内面２３２に当接している。リターンバネ２５０は、その一方の端がキー２４０の下面中央部に当接し、もう一方の端が下ヨーク２８０の上面中央部に当接する。リターンバネ２５０は、キー２４０の下面に設置される上ヨーク２６０の中央部に設けられた孔を貫通している。上ヨーク２６０は、磁性体（例えば、鋼板、フェライト）によって成形され、キー２４０と同一の動きを伴う。
【０００４】
図２は、キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７１側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置６の断面図である。このような操作入力が付与されると、カバー２３０の上側内面２３２（図上、左側）を傾動支点として、上ヨーク２６０及びコア２６１がコイル２７１に近接する。コイル２７１への近接によって、コイル２７１を取り巻く周辺の透磁率が上昇し、コイル２７１の自己インダクタンスが増加する。他の方向に傾けた場合も同様に考えることができる。したがって、各コイルのインダクタンスを評価することによって、キー２４０の傾倒方向と傾倒量（変位量）が検出できる。
【０００５】
また、キー２４０がカバー２３０の上側内面２３２を支点として傾動する場合、その傾動動作は、キー２４０の下面中央部に形成された突起部が係止部２８１に接触することで止まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−３５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、キー２４０の下面中央部に形成された突起部が係止部２８１に接触した図２の状態において、上ヨーク２６０の塑性領域を超える応力が加わるような操作入力がさらに付与されると、上ヨーク２６０が変形するおそれがある。上ヨーク２６０が変形すると、各コイルのインダクタンスの評価値が変わるため、キー２４０の変位量の検出誤差が大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、ヨークの変形を抑えることができる、操作入力装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る操作入力装置は、
操作面に作用する操作入力によって下方に変位する操作部材と、
前記操作部材に設けられたヨークと、
前記ヨークによって前記操作部材の位置を検出し、前記操作部材の下方への変位量に応じた信号を出力するコイルと、
前記操作部材の下方に配置された係止部とを備え、
前記係止部は、前記操作部材が前記操作面の外縁部の直下で前記係止部に当接してから、その当接位置よりも前記操作部材が下方に変位しないように規制する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヨークの変形を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】操作入力が付与されていない初期状態での従来の操作入力装置６の断面図である。
【図２】キー２４０をＸＹ平面に対してコイル２７１側に傾ける操作入力が付与された傾動状態での操作入力装置６の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。
【図４】操作入力装置１の平面図である。
【図５Ａ】図４のＡ−Ａにおける操作入力装置１の断面図である。
【図５Ｂ】図４のＢ−Ｂにおける操作入力装置１の断面図である。
【図５Ｃ】操作入力によって方向キー１０が変位して片側に傾いた状態における操作入力装置１の断面図である。
【図６Ａ】ケース６０の内側を正面から見たときの略図である。
【図６Ｂ】ケース６０の内側を斜めから見たときの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。本発明の一実施形態である操作入力装置は、操作者の手指等による力を受けて、その受けた力に応じて変化する出力信号を出力する操作インターフェイスである。その出力信号に基づいて操作者による操作入力が検出される。操作入力の検出によって、その検出された操作入力に対応する操作内容をコンピュータに把握させることができる。
【００１３】
例えば、ゲーム機、テレビ等の操作用リモートコントローラ、携帯電話や音楽プレーヤーなどの携帯端末、パーソナルコンピュータ、電化製品などの電子機器において、そのような電子機器に備えられるディスプレイの画面上の表示物（例えば、カーソルやポインタなどの指示表示や、キャラクターなど）を、操作者が意図した操作内容に従って、移動させることができる。また、操作者が所定の操作入力を与えることにより、その操作入力に対応する電子機器の所望の機能を発揮させることができる。
【００１４】
一方、通常、コイル（巻線）等のインダクタのインダクタンスＬは、係数をＫ、透磁率をμ、コイルの巻数をｎ、断面積をＳ、磁路長をｄとした場合、
Ｌ＝Ｋμｎ２Ｓ／ｄ
という関係式が成り立つ。この関係式から明らかなように、コイルの巻数や断面積といった形状に依存するパラメータを固定した場合、周囲の透磁率と磁路長の少なくともいずれかを変化させるかによって、インダクタンスが変化する。
【００１５】
このインダクタンスの変化を利用する操作入力装置の実施例について以下説明する。この操作入力装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸によって定まる直交座標系において、正のＺ座標の方向から入力される操作者の力を受け付けるものである。操作入力装置は、操作入力の作用によりコイルとの位置関係が変化することによって、そのコイルのインダクタンスを変化させる変位部材を備えている。操作入力装置は、そのインダクタンスの大きさに応じて変化する所定の信号に基づいて、操作者の操作入力により変位する変位部材の動きを検知することにより、その操作入力を検出することができる。
【００１６】
図３は、本発明の一実施形態である操作入力装置１の分解斜視図である。図４は、操作入力装置１の平面図である。図５Ａは、図４のＡ−Ａにおける操作入力装置１の断面図である。図５Ｂは、図４のＢ−Ｂにおける操作入力装置１の断面図である。図５Ｃは、操作入力によって方向キー１０が変位して片側に傾いた状態における操作入力装置１の断面図である。操作入力装置１は、操作入力の作用により変位する方向キー１０を備え、その変位量に応じた信号を出力するものである。
【００１７】
操作入力装置１は、方向キー１０と、上ヨーク７５と、コイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａと、下ハードストップ部３０とを備える。方向キー１０は、操作面１３を有し、操作面１３に作用する操作入力によって下方に傾倒可能に変位する操作部材である。上ヨーク７５は、方向キー１０の下面１４に設けられ、方向キー１０の変位に連動して変位する。図示の形態では、方向キー１０の下面１４に形成された突起状のボス１７ａ〜１７ｄが、上ヨーク７５の四隅に形成された取り付け孔７８ａ〜７８ｄに挿入されることによって、上ヨーク７５は方向キー１０の下面１４に位置決めされている。コイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａのそれぞれは、上ヨーク７５によって方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の下方への変位量に応じた信号を出力する。下ハードストップ部３０は、方向キー１０の下方に配置された係止部である。下ハードストップ部３０は、方向キー１０が操作面１３の外縁部１８の直下で下ハードストップ部３０の当接面３２（３２ａ〜３２ｄ）に当接してから、当接面３２の位置よりも方向キー１０が下方に変位しないように規制するものである。言い換えれば、方向キー１０は、当接面３２に当接するまで下方に変位可能である。
【００１８】
操作入力装置１は、このような構成を有しているので、方向キー１０が外縁部１８の直下で当接面３２に当接したハードストップ状態において作用する高荷重の操作入力は、上ヨーク７５には作用せずに、方向キー１０と下ハードストップ部３０に作用する。これにより、上ヨーク７５の変形を防止できるため、方向キー１０の変位量の検出誤差を抑制できる。また、方向キー１０が下ハードストップ部３０に当接する位置が方向キー１０の外縁部１８の直下であるため、方向キー１０等の部品には曲げ応力ではなく圧縮応力がかかるので、ハードストップ構造の強度を上げることができる。
【００１９】
また、下ハードストップ部３０は、上ヨーク７５の下面から下方に突き出るように方向キー１０の下面１４に設けられた突起部と当接する。図示の形態では、その突起部として、上ハードストップ部１６ａ〜１６ｄが例示されている（図５Ｂ，５Ｃ参照）。上ハードストップ部１６ａ〜１６ｄは、方向キー１０の下面１４のうち外縁部１８の直下部分に形成され、上ヨーク７５の中央部に形成された開口部７６を貫通する。上ハードストップ部１６ａ〜１６は、それぞれに対向するように開口部７６の周縁部に凹状に形成された肉抜き部７７ａ〜７７ｄを貫通し、それぞれに対向する位置に形成された当接面３２に当接する。当接面３２は、その法線方向が上下方向になるように、下ハードストップ部３０の上面に形成されている。上ハードストップ部１６ａ〜１６ｄは、当接時の衝撃分散のため、当接面３２と面接触することが好ましい。
【００２０】
また、操作入力装置１は、方向キー１０を上方に付勢して方向キー１０のフランジ１２を上方部材に当接させる弾性部材として、リターンバネ４０を備える。図示の形態では、その上方部材として、ケース６０が例示されている。ケース６０は、例えば、操作入力装置１が搭載されるゲーム機等の電子機器の筐体である。このような弾性部材によって、操作入力が作用していない初期状態位置に戻す力を方向キー１０に与えることができる。リターンバネ４０は、上ハードストップ部１６ａ〜１６ｄが貫通する開口部と同じ開口部７６を貫通する。リターンバネ４０の上端は、方向キー１０の下面１４に環状に形成された凹部１９との係合によって位置決めされる。
【００２１】
また、下ハードストップ部３０は、リターンバネ４０を支えるリターンバネ支持部として、リターンバネホルダー３３ａ〜３３ｄを有する。これにより、リターンバネ４０の下端の位置決め機能を、ハードストップ機能を実現する同一部品（下ハードストップ部３０）で実現できる。リターンバネホルダー３３ａ〜３３ｄは、下ハードストップ部３０の上面に円状に等間隔に設けられ、リターンバネ４０の下端の側面を外側から支えるように形成された凸状部である。
【００２２】
また、下ハードストップ部３０は、方向キー１０の中央部に設けられたセンターキー２０によって変形するクリックバネ７０を支えるクリックバネ支持部として、クリックバネホルダー３４を有する。これにより、クリックバネ７０の周縁部の位置決め機能を、ハードストップ機能を実現する同一部品（下ハードストップ部３０）で実現できる。クリックバネホルダー３４は、下ハードストップ部３０の中央部に形成された開口部である。その開口部の下側の周縁部には、クリックバネ７０の周縁部を基板５０との間で挟むことでクリックバネ７０を固定する段差が形成されている。段差を設けることにより、クリックバネの上面を覆うことでクリックバネを固定するラミネートフィルム等の固定用フィルムを削除できる。その結果、部品点数を削減でき、組み立てを簡素化できる。
【００２３】
また、方向キー１０の外縁部１８の外側側面に凸状に形成された回転止め１５ａ〜１５ｄは、ケース６０の開口部６１の周縁部に凹状に形成された回転止め６３ａ〜６３ｄと係合することで（図６Ａ，６Ｂ参照）、方向キー１０が回転しないように規制する。回転止め１５ａ〜１５ｄが、凹状に形成され、回転止め６３ａ〜６３ｄが、凸状に形成されてもよい。回転止め１５ａ〜１５ｄ及び６３ａ〜６３ｄの凹部又は凸部は、方向キー１０の操作面１３に対して平行な方向となるように形成される。これにより、方向キー１０が、操作面１３に平行な平面内で回転することを規制する。
【００２４】
方向キー１０とケース６０の材料が共に樹脂であれば、回転止め１５ａ〜１５ｄと回転止め６３ａ〜６３ｄとの接触面の摩擦や磨耗の発生を抑制できる。また、方向キー１０が、フランジ１２とケース６０の上側内面６２との接触点を支点として傾動動作をするときや当該接触点での摺動動作をするときにおいて、そのような動作による摩擦や磨耗の発生を抑制できる。また、摩擦抵抗を軽減でき、操作者の操作感を改善できる。また、方向キー１０の操作によりリターンバネ４０が弾性変形するが、方向キー１０の下面１４に形成された凹部１９でリターンバネ４０を受けているため、凹部１９の受け面とバネ変形により発生する磨耗や摩擦音を軽減できる。
【００２５】
ケース６０の上面には、方向キー１０が貫通するように形成された開口部６６を有するカバー６５が配置されている。カバー６５を金属製にすることにより、カバー６５は、静電気から内部部品を守るシールドとして機能する。
【００２６】
また、操作入力装置１は、方向キー１０とクリックバネ７０との間に挟まれることによって支持されるセンターキー２０を備える。センターキー２０は、方向キー１０の操作面１３に露出した面をＺ軸上に有する押下部である。センターキー２０の周縁部には、方向キー１０の中央部に形成された開口部１１に嵌合した状態で位置決めされるように、フランジ１２が形成されている。センターキー２０は、上方から押されることにより、基板５０上に配置されたクリックバネ７０をその頂点部から下方に変形させる。
【００２７】
基板５０の下側には、下ヨーク８０が配置されている。下ヨーク８０を構成することによって、インダクタンスの変化を検出しやすくできる。ケース６０は、基板５０を挟んで、下ヨーク８０の四隅に取り付けられる。
【００２８】
次に、操作入力装置１における変位量の検出構成について詳細に説明する。
【００２９】
操作入力装置１は、例えば、複数のコイル（本構成の場合、４個のコイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ）が配置される配置面を有する基板５０を有する。基板５０は、ＸＹ平面に平行な配置面を有する基部である。基板５０は、例えば樹脂製の基板（具体的には、フレキシブル基板、ＦＲ−４基板）でもよいし、絶縁性を確保すれば、ヨークとして機能させるために鋼板や珪素鋼板などを基材にした鉄板基板でもよい。
【００３０】
４個のコイル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａは、三次元の直交座標系の基準点である原点Ｏとの距離が等しい点を結んでできる仮想的な円の円周方向に並べられている。コイル７１ａ等は、操作者の力のベクトルを算出しやすくするという点で、その円周方向に等間隔に配置されることが好ましい。各コイルが互いに同特性の場合、隣接する２つのコイルの重心間の距離が等しければよい。コイル７１ａ〜７４ａは、Ｘ軸とＹ軸に挟まれるＸＹ平面内の斜め４５°の４方向に、円周方向に９０°毎に配置されている。例えば、コイル７４ａは第１象限に配置され、コイル７１ａは第２象限に配置され、コイル７２ａは第３象限に配置され、コイル７３ａは第４象限に配置される。
【００３１】
また、各コイルは、Ｘ（＋），Ｘ（−），Ｙ（＋），Ｙ（−）の４方向の各Ｘ，Ｙ軸上に９０°毎に配置されてもよい。Ｘ（−）方向は、ＸＹ平面上でＸ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向であり、Ｙ（−）方向は、ＸＹ平面上でＹ（＋）方向に対して１８０°反対向きの方向である。
【００３２】
方向キー１０は、操作入力によって変位する操作部材であって、その操作入力の入力量に応じて、ケース６０の開口部６１からケース６０の内方への変位量が連続的に変化するものである。
【００３３】
操作入力装置１は、方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の変位量に応じた信号を出力する検出手段を備える。操作入力装置１は、この検出手段として、方向キー１０の変位量及び変位方向によりインダクタンスがそれぞれ変化するコイル７１ａ〜７４ａと、検出部１６０とを備える。
【００３４】
コイル７１ａ〜７４ａは、方向キー１０の下面１４に固定された上ヨーク７５によって方向キー１０の位置を非接触で検出し、方向キー１０の変位量に応じた信号波形を出力する検出部材である。コイル７１ａ〜７４ａは、例えば、円筒状に線材（導線）が巻かれたものである。コイル７１ａ〜７４ａの形状は円筒状が望ましいが、筒状であればよく、例えば角筒状でもよい。また、コイル７１ａ〜７４ａは、組み付け性や耐衝撃性を向上させる点で、ボビンに巻かれたものでもよい。
【００３５】
上ヨーク７５は、方向キー１０の変位に連動して変位する。また、ヨークは、方向キー１０のフランジ１２の下面に、基板５０上のコイル７１ａ等と同じ数だけ設けられ、方向キー１０の変位に連動して変位するものでもよい。方向キー１０は、コイル７１ａ等に対して操作者の力が入力されてくる側に設けられており、コイル７１ａ等の上端面に対向する下面１４と、操作者の力が直接又は間接的に作用しうる操作面１３とを有する板状部材である。ヨークは、比透磁率が１よりも高い材質であればよい。例えば、比透磁率は１．００１以上あると好適であり、具体的には、鋼板（比透磁率５０００）などが好適である。上ヨーク７５は、方向キー１０と別部品である。上ヨーク７５と各コイルは、互いに対向する位置に配置される。方向キー１０は、操作者の力が操作面１３に作用することにより、コイル７１ａ等の上端面の上方における上ヨーク７５の位置を変化させて、コイル７１ａ等のインダクタンスを変化させる。
【００３６】
上ヨーク７５は、コイル毎に対向するコアが形成されたものでもよい。各コアは、操作入力の作用によりコイル７１ａ等の内部（すなわち、中空部内）をコイル７１ａ等の中心軸の軸線方向に変位することによって、コイル７１ａ等のインダクタンスを変化させる。この場合、各コアは、コイル７１ａ等が円筒状であれば、円柱状の磁性体であることが好ましく、コイル７１ａ等が角筒状であれば、角柱状の磁性体であることが好ましい。
【００３７】
各コイルのインダクタンスをそれぞれ検出することによって、直交座標系の原点Ｏに対する操作入力の入力方向（ＸＹ平面における操作入力の入力位置）とその操作入力の大きさ（Ｚ方向への押し込み量）を演算することができる。
【００３８】
リターンバネ４０は、方向キー１０を下方に変位可能に支持する支持部材である。リターンバネ４０は、方向キー１０の下面１４に配置された上ヨーク７５と基板５０に配置された各コイルとの間隔が弾性的に変化するように、下面１４と基板５０との対向方向に方向キー１０を弾性的に支持する弾性支持部材である。
【００３９】
リターンバネ４０は、基板５０と方向キー１０の下面１４との間に設置されるとよい。リターンバネ４０は、方向キー１０に操作者の力が作用しても、上ヨーク７５と基板５０のコイル７１ａ〜７４ａとが接触しないように、方向キー１０を弾性的に支持する。リターンバネ４０は、Ｚ軸に直交するＸＹ平面に対して傾き可能に方向キー１０を支持し、Ｚ軸方向に移動可能に支持する。また、リターンバネ４０は、方向キー１０の下面１４が基板５０上のコイル７１ａ等から離れる方向に付勢された状態で、方向キー１０を支持する付勢支持部材である。
【００４０】
リターンバネ４０は、操作者の力が作用していない状態で方向キー１０の操作面１３がＸＹ平面に平行になるように、方向キー１０を弾性的に支持する。方向キー１０の操作面１３は、平らな面でもよいし、ＸＹ平面に対して凹状に形成された面でもよいし、ＸＹ平面に対して凸状に形成された面でもよい。操作面１３を所望の形状に変更することによって、操作者の操作性を向上させることができる。また、方向キー１０の操作面１３は、円状でもよいし、楕円状でもよいし、多角形状でもよい。
【００４１】
リターンバネ４０は、ケース６０の内部側から開口部６１に向けて付勢するように設けられたコイルバネである。リターンバネ４０を円錐コイルバネにすることで、バネの耐久性を向上させ、方向キー１０を開口部６１に対して傾斜させやすくできる。リターンバネ４０は、方向キー１０が操作されて降下したときに、方向キー１０に力が付与されていない初期位置状態の高さ（すなわち、図５Ａ，５Ｂに示す位置）に戻す上向きの力を、方向キー１０に常時付与している。リターンバネ４０は、円錐状のコイルバネであるが、円筒状のコイルバネでも、無端状の弾性体（例えば、ゴム）でもよい。
【００４２】
操作入力装置１は、図５Ａ，５Ｂに示されるように、方向キー１０がケース６０の内側に付勢して接触された状態で、ケース６０に取り付けられる。すなわち、方向キー１０は、ケース６０の上側内面６２に当接して、リターンバネ４０の反力によって支持されている。
【００４３】
ケース６０は、操作入力装置１が取り付けられる携帯電話などの電子機器の筐体である。操作入力装置１自体が、ケース６０を備えていてもよい。ケース６０の上面の開口部６１の形状は、円状であるが、方向キー１０の形状に合うように形成されていればよく、四角形や八角形などの多角形状であってもよい。
【００４４】
ケース６０によって、方向キー１０がリターンバネ４０の上方への付勢力に対して上方に移動可能な最大高さが決められる。方向キー１０の最大ストローク量は、方向キー１０の位置が非接触で検出可能な範囲内に設定される。つまり、この最大ストローク量に相当する分の空間は、ケース６０内でまかなうことができる。
【００４５】
検出部１６０は、コイル７１ａ等のインダクタンスの変化を電気的に検出することで、上ヨーク７５の連続的に変化するアナログ変位量（言い換えれば、方向キー１０の変位量（操作入力量））に応じた検出信号を出力する。検出部１６０は、操作入力装置１の基板５０又は不図示の基板（例えば、操作入力装置１が搭載される上述のゲーム機等の電子機器の基板）に実装される検出回路によって構成されるとよい。
【００４６】
以下、検出部１６０が、コイル７１ａのインダクタンスの変化として、所定のインダクタンス評価値の変化を検出する場合について説明する。なお、コイル７２ｂ，７３ｂ，７４ｂのインダクタンスの変化についても同様に考えればよいため、その説明は省略する。
【００４７】
例えば、検出部１６０は、コイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量を検出し、その物理量の検出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力する。また、検出部１６０は、コイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量を検出することによりコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力するものでもよい。また、検出部１６０は、その物理量の検出値又はそのインダクタンスの算出値から上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量を演算し、その変位量の演算値を出力するものでもよい。
【００４８】
具体的には、検出部１６０は、パルス信号をコイル７１ａに供給することによって、コイル７１ａのインダクタンスの大きさに対応して変化する信号波形をコイル７１ａに発生させ、その信号波形に基づいてコイル７１ａのインダクタンスの変化を電気的に検出するとよい。
【００４９】
例えば、コイル７１ａの上端面の上方における（又は、コイル７１ａの中空部内における）上ヨーク７５の下方への変位量が増加するにつれて、コイル７１ａ周辺の透磁率が増加し、コイル７１ａのインダクタンスが増加する。コイル７１ａのインダクタンスが増加するにつれて、パルス信号の供給によりコイル７１ａの両端に発生するパルス電圧波形の振幅も大きくなる。そこで、その振幅をコイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量とすることで、検出部１６０は、その振幅を検出することによって、その振幅の検出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力することができる。また、検出部１６０は、その振幅の検出値からコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力することもできる。
【００５０】
また、コイル７１ａのインダクタンスが増加するにつれて、パルス信号の供給によりコイル７１ａに流れるパルス電流波形の傾きが緩やかになる。そこで、その傾きをコイル７１ａのインダクタンスの変化に等価的に変化する物理量とすることで、検出部１６０は、その傾きを検出することによって、その傾きの検出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力することができる。また、検出部１６０は、その傾きの検出値からコイル７１ａのインダクタンスを算出し、そのインダクタンスの算出値を上ヨーク７５のコイル７１ａ側の変位量に等価な値として出力することもできる。
【００５１】
図５Ｃは、方向キー１０をコイル７３ａと７４ａの間の方向に傾ける操作入力が付与された傾倒状態での操作入力装置１の断面図である。リターンバネ４０の上方への付勢力に抗して、Ｚ方向に下向きの力で押された方向キー１０が、フランジ１２とケース６０の上側内面６２との接触点を支点に傾動する。これにより、上ヨーク７５がコイル７３ａと７４ａに近接する（上ヨーク７５に下方に突出するコアが形成されている場合、コイル７３ａ，７４ａの中空部内に進入する）。コイル７３ａ，７４ａへの近接（コイル７３ａ，７４ａの中空部内への進入）によって、コイル７３ａ，７４ａを取り巻く周辺の透磁率が上昇し、コイル７３ａ，７４ａの自己インダクタンスが増加する。他の方向に傾けた場合も同様に考えることができる。したがって、コイル７１ａ〜７４ａ又は検出部１６０によって各コイルそれぞれについて検出されたインダクタンス評価値の大きさに基づいて、方向キー１０の傾倒方向とストローク量が検出できる。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良及び置換を加えることができる。
【００５３】
例えば、方向キー１０を弾性的に支持する支持部材は、リターンバネ４０のような弾性部材に限らず、ゴム部材でもよいし、スポンジ部材でもよいし、空気や油が充填されたシリンダーでもよい。
【００５４】
また、本発明の操作入力装置は、手指に限らず、手のひらで操作するものあってもよい。また、足指や足の裏で操作するものであってもよい。また、操作者が触れる面は、平面でも、凹面でも、凸面でもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１ 操作入力装置
１０ 方向キー
１１ 開口部
１２ フランジ
１３ 操作面
１４ 下部（下面）
１５ａ〜１５ｄ 回転止め
１６ａ〜１６ｄ 上ハードストップ部
１７ａ〜１７ｄ ボス
１８ 外縁部
１９ 凹部
２０ センターボタン
２１ フランジ
３０ 下ハードストップ部
３１ 開口部
３２ａ〜３２ｄ 当接面
３３ａ〜３３ｄ リターンバネホルダー
３４ クリックバネホルダー
４０ リターンバネ
５０ 基板
６０ ケース
６１ 開口部
６２ 上側内面
６３ａ〜６３ｄ 回転止め
６５ カバー
６６ 開口部
７０ クリックバネ
７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ コイル
７５ 上ヨーク
７６ 開口部
７７ａ〜７７ｄ 肉抜き部
７８ａ〜７８ｄ 取り付け孔
８０ 下ヨーク
１６０ 検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面に作用する操作入力によって下方に変位する操作部材と、
前記操作部材に設けられたヨークと、
前記ヨークによって前記操作部材の位置を検出し、前記操作部材の下方への変位量に応じた信号を出力するコイルと、
前記操作部材の下方に配置された係止部とを備え、
前記係止部は、前記操作部材が前記操作面の外縁部の直下で前記係止部に当接してから、その当接位置よりも前記操作部材が下方に変位しないように規制する、操作入力装置。
【請求項２】
前記係止部は、前記ヨークの下面から突き出るように前記操作部材の下面に設けられた突起部と当接する、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記操作部材を上方に付勢して前記操作部材のフランジを上方部材に当接させる弾性部材を備える、請求項１又は２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記係止部は、前記弾性部材を支える弾性部材支持部、及び／又は、前記操作部材の中央部に設けられた押下部によって変形するクリックバネを支えるクリックバネ支持部を有する、請求項３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記操作部材の回転止め部は、前記上方部材の回転止め部と係合することで、前記操作部材が回転しないように規制する、請求項３又は４に記載の操作入力装置。
【請求項１】
操作面に作用する操作入力によって下方に変位する操作部材と、
前記操作部材に設けられたヨークと、
前記ヨークによって前記操作部材の位置を検出し、前記操作部材の下方への変位量に応じた信号を出力するコイルと、
前記操作部材の下方に配置された係止部とを備え、
前記係止部は、前記操作部材が前記操作面の外縁部の直下で前記係止部に当接してから、その当接位置よりも前記操作部材が下方に変位しないように規制する、操作入力装置。
【請求項２】
前記係止部は、前記ヨークの下面から突き出るように前記操作部材の下面に設けられた突起部と当接する、請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記操作部材を上方に付勢して前記操作部材のフランジを上方部材に当接させる弾性部材を備える、請求項１又は２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記係止部は、前記弾性部材を支える弾性部材支持部、及び／又は、前記操作部材の中央部に設けられた押下部によって変形するクリックバネを支えるクリックバネ支持部を有する、請求項３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記操作部材の回転止め部は、前記上方部材の回転止め部と係合することで、前記操作部材が回転しないように規制する、請求項３又は４に記載の操作入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−２２１３６２（Ｐ２０１２−２２１３６２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８３５１（Ｐ２０１１−８８３５１）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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