特開 2024-92998 多方向出力デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024092998

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】多方向出力デバイス

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/0338 20130101AFI20240701BHJP

   H01H 25/04 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

G06F3/0338 412

H01H25/04 E

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023218244

(22)【出願日】2023-12-25

(31)【優先権主張番号】111149952

(32)【優先日】2022-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】504214936

【氏名又は名称】福華電子股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100167689

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 征二

(72)【発明者】

【氏名】鐘景浩

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼春霖

(72)【発明者】

【氏名】李秀貞

【テーマコード（参考）】

5B087

5G031

【Ｆターム（参考）】

5B087AA04

5B087AA06

5B087BC02

5B087BC12

5G031AS10

5G031AS31H

5G031GS04

5G031GS12

5G031HS11

5G031HS22

5G031HU34

5G031KS03

5G031KS09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】耐用年数を増加させ、信号精度を向上し、かつ、小型化した多方向出力デバイスを提供する。
【解決手段】多方向出力デバイスは、第１及び第２の磁気センサが配置されたプリント回路基板１５と、プリント回路基板上に配置された方向制御ユニット１０と、を含む。方向制御ユニットは、第１、第２の回転駆動体１０２、１０３と、第１、第２の磁石１０６、１０７と、シャフトスティック１０８と、バランスワッシャ１０９と、環状バネ１１１と、を含み、回転駆動体の各々は回転可能な細長い弧状構造体である。各磁石は、回転駆動体の一端に夫々固定される。バランスワッシャは、シャフトスティックの下部にかつ第１、第２の回転駆動体に接触して配置される。環状バネは、バランスワッシャの下部にかつバランスワッシャに接触して配置される。各磁気センサは、各磁石にそれぞれ対応するように配置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多方向出力デバイスであって、
第１の磁気センサ及び第２の磁気センサが配置されたプリント回路基板と、
前記プリント回路基板上に設けられた方向制御ユニットと、
を備え、該方向制御ユニットは、
第１の回転駆動体及び第２の回転駆動体であって、各々が回転可能な細長い弧状構造体であり、各々が対応する該細長い弧状構造体の中心に配置された中心長穴を有し、前記第１の回転駆動体は、前記中心長穴が相互に交差して整合されるように、前記第２の回転駆動体の上方にかつ垂直に交差して配置される、第１の回転駆動体及び第２の回転駆動体と、
前記第１の回転駆動体の一端及び前記第２の回転駆動体の一端にそれぞれ固定された第１の磁石及び第２の磁石と、
上端及び下端を有するシャフトスティックであって、前記上端は前記第１の回転駆動体及び前記第２の回転駆動体の下方から前記中心長穴を貫通する、シャフトスティックと、
前記シャフトスティックの下部にかつ前記第１の回転駆動体及び前記第２の回転駆動体に接触して配置されたバランスワッシャと、
前記バランスワッシャの下部にかつ前記バランスワッシャに接触して配置された環状バネと、
を含み、
前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサが、前記第１の磁石及び前記第２の磁石にそれぞれ対応するように配置された、多方向出力デバイス。

【請求項2】

前記シャフトスティックを第１の方向に揺動させる場合、前記シャフトスティックは前記第１の回転駆動体を駆動して回転させ、前記シャフトスティックは前記第２の回転駆動体の前記中心長穴に対して接線方向にあり、該中心長穴内を移動し、前記シャフトスティックを第２の方向に揺動させる場合、前記シャフトスティックは前記第２の回転駆動体を駆動して回転させ、前記シャフトスティックは前記第１の回転駆動体の前記中心長穴に対して接線方向にあり、該中心長穴内を移動し、前記第１の方向は前記第２の方向に垂直である、請求項１に記載の多方向出力デバイス。

【請求項3】

前記シャフトスティックを前記第１の方向及び前記第２の方向によって形成される平面における任意の方向に揺動させる場合、前記シャフトスティックは前記第１の回転駆動体及び前記第２の回転駆動体を選択的に駆動して同時に回転させる、請求項２に記載の多方向出力デバイス。

【請求項4】

前記プリント回路基板上に配置されたスイッチバネ片と、該スイッチバネ片に配置されて前記シャフトスティックの下端に対応する押圧駆動体と、をさらに備える請求項１に記載の多方向出力デバイス。

【請求項5】

前記スイッチバネ片と前記押圧駆動体の間に配置された板バネをさらに備える請求項４に記載の多方向出力デバイス。

【請求項6】

前記第１の回転駆動体及び前記第２の回転駆動体の各々は、対応する前記細長い弧状構造体の２面にそれぞれ配置された２つの凹部を有し、前記第２の回転駆動体は前記第１の回転駆動体の前記２つの凹部内に係合される、請求項２に記載の多方向出力デバイス。

【請求項7】

前記シャフトスティックの前記下端は各々が突出部を有する２つの面を有し、２つの前記突出部は前記第２の回転駆動体の前記２つの凹部に組み合わされる、請求項６に記載の多方向出力デバイス。

【請求項8】

第１の収容スロットが前記第１の回転駆動体の一端に設けられて前記第１の磁石を収容し、第２の収容スロットが前記第２の回転駆動体の一端に設けられて前記第２の磁石を収容する、請求項１に記載の多方向出力デバイス。

【請求項9】

前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、接着剤によって前記第１の収容スロット及び前記第２の収容スロットにそれぞれ接着されている、請求項８に記載の多方向出力デバイス。

【請求項10】

前記方向制御ユニットは、前記第１の収容スロットに締められて前記第１の磁石を固定する第１の固定用リングと、前記第２の収容スロットに締められて前記第２の磁石を固定する第２の固定用リングと、をさらに含む、請求項８に記載の多方向出力デバイス。

【請求項11】

前記方向制御ユニットは、
下側カバーであって、該下側カバーの中心に配置されて前記シャフトスティックの前記下端に対応する押圧孔を有する下側カバーと、
前記下側カバーの上方に配置されて開口が設けられた上側カバーであって、該上側カバーは前記下側カバーに組み合わされて、前記第１の回転駆動体、前記第２の回転駆動体、前記第１の磁石、前記第２の磁石、前記シャフトスティック、前記バランスワッシャ及び前記環状バネを収容する収容空間を与え、前記シャフトスティックの前記上端は前記上側カバーの開口を貫通する、上側カバーと、
をさらに含む、請求項１に記載の多方向出力デバイス。

【請求項12】

前記下側カバーは、前記第１の磁石及び前記第２の磁石にそれぞれ対応する２つの収容空間をさらに有し、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは前記２つの収容空間を通じて前記第１の磁石及び前記第２の磁石にそれぞれ対応する、請求項１１に記載の多方向出力デバイス。

【請求項13】

前記方向制御ユニットの下部に配置され、前記方向制御ユニットと組み合わされて前記押圧駆動体、前記板バネ、前記スイッチバネ片及び前記プリント回路基板を収容する固定用プレートをさらに備える請求項５に記載の多方向出力デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２２年１２月２６日出願の台湾特許出願第１１１１４９９５２号の利益を主張し、その主題が参照によりここに取り込まれる。

【0002】

本発明は、多方向出力デバイスに関し、より詳細には、磁気検知によって駆動される非接触小型多方向出力デバイスに関する。

【背景技術】

【0003】

ゲームコンソールとして又はモバイルデバイスのための無線ジョイスティックとして使用される既存のジョイスティックでは、例えば、ジョイスティックの制御を与えるのに炭素被膜抵抗器が使用される。しかし、炭素被膜抵抗器を用いる制御は接触動作であるため、ブラシ接点によってもたらされる摩耗の問題に起因して耐用年数が非常に限られ、これは実際の要件を満足することができない。

【0004】

さらに、接触式ジョイスティックの短所を回避するために、直接的なアプローチは、ホール素子の磁気誘導原理を用いてジョイスティックを制御するなど、非接触部品を用いてジョイスティック制御を与えるものである。しかし、非接触式ジョイスティックの精度を制御することは困難であり、非接触式ジョイスティックの構造は複雑かつ大型であるため、小型化の要件を満たすことができない。

【0005】

したがって、既存の欠点を軽減及び／又は解消するために、改善された多方向出力デバイスを提供することが望まれる。

【発明の概要】

【0006】

本発明の課題は、ブラシ接点によってもたらされる摩耗の問題を排除するために非接触磁気センサが使用される多方向出力デバイスを提供し、それにより、耐用年数を大幅に増加させ、動作シャフトのリセット精度を高めて信号精度を向上し、小型化して小規模制御デバイスを設計することである。

【0007】

上記課題を達成するために、本発明の多方向出力デバイスは、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサが配置されたプリント回路基板と、プリント回路基板上に設けられた方向制御ユニットと、を含み、方向制御ユニットは第１の回転駆動体及び第２の回転駆動体であって、各々が回転可能な細長い弧状構造体であり、各々が対応する細長い弧状構造体の中心に配置された中心長穴を有し、第１の回転駆動体は中心長穴が相互に交差して整合されるように第２の回転駆動体の上方にかつ垂直に交差して配置される、第１の回転駆動体及び第２の回転駆動体と、第１の回転駆動体の一端及び第２の回転駆動体の一端にそれぞれ固定された第１の磁石及び第２の磁石と、上端及び下端を有するシャフトスティックであって、上端は第１の回転駆動体及び第２の回転駆動体の下方から中心長穴を貫通する、シャフトスティックと、シャフトスティックの下部にかつ第１の回転駆動体及び第２の回転駆動体に接触して配置されたバランスワッシャと、バランスワッシャの下部にかつバランスワッシャに接触して配置された環状バネと、を含み、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサは第１の磁石及び第２の磁石にそれぞれ対応するように配置される。

【0008】

本開示の他の新規な特徴は、添付図面と併せて解釈されることで以下の詳細な説明からより明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の好適な実施形態に係る多方向出力デバイスの斜視図である。

【図2】図２は、本発明の好適な実施形態に係る多方向出力デバイスの分解図である。

【図3】図３は、本発明の好適な実施形態に係る、第１の方向へのシャフトスティックの揺動が行われる多方向出力デバイスの概略図である。

【図4】図４は、本発明の好適な実施形態に係る、第２の方向へのシャフトスティックの揺動が行われる多方向出力デバイスの概略図である。

【図5】図５は、本発明の好適な実施形態に係る、多方向出力デバイスの上面図を示す。

【図6】図６は、本発明の好適な実施形態に係る、スイッチ押圧が行われる多方向出力デバイスの概略図である。

【図7】図７は、本発明の好適な実施形態に係る、スイッチ押圧が行われる多方向出力デバイスの他の概略図である。

【図8】図８は、本発明の好適な実施形態に係る、多方向出力デバイスのシャフトスティックを第１の方向に揺動させる場合の第１の磁石の角度変化を示す概略図である。

【図9】図９は、本発明の好適な実施形態に係る、多方向出力デバイスのシャフトスティックを第２の方向に揺動させる場合の第１の磁石の角度変化を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１及び図２を参照されたい。それらは、それぞれ本発明の好適な実施形態に係る多方向出力デバイスの斜視図及び分解図である。図示するように、本発明の多方向出力デバイス１は、方向制御ユニット１０、押圧駆動体１１、板バネ１２、スイッチバネ片１３、プリント回路基板１５、第１の磁気センサ１６、第２の磁気センサ１７及び固定用プレート１８を含む。方向制御ユニット１０は、プリント回路基板１５上に配置され、上側カバー１０１、第１の回転駆動体１０２、第２の回転駆動体１０３、第１の固定用リング１０４及び第２の固定用リング１０５、第１の磁石１０６、第２の磁石１０７、シャフトスティック１０８、バランスワッシャ１０９、環状バネ１１１並びに下側カバー１１２を含む。

【0011】

前述した方向制御ユニット１０において、上側カバー１０１は開口１０１２を有し、上側カバー１０１は下側カバー１１２上に配置され、それにより、上側カバー１０１及び下側カバー１１２が、例えば、スナップ態様又は螺合態様で組み合わせられる。この配置において、第１の回転駆動体１０２、第２の回転駆動体１０３、第１の固定用リング１０４、第２の固定用リング１０５、第１の磁石１０６、第２の磁石１０７、シャフトスティック１０８、バランスワッシャ１０９、環状バネ１１１などを収容する収容空間が設けられる。前述した固定用プレート１８は、方向制御ユニット１０の下部に配置され、下方から上方に方向制御ユニット１０に組み合わせられ、それらの間に、押圧駆動体１１、板バネ１２、スイッチバネ片１３及びプリント回路基板１５が収容される。

【0012】

上述した第１の回転駆動体１０２及び第２の回転駆動体１０３の各々は、回転可能な細長い弧状構造体であり、細長い弧状構造体の中心に配置された中心長穴１０２１、１０３１及び細長い弧状構造体の２辺にそれぞれ配置された２つの凹部１０２３、１０３３を有する。組立て後に、第１の回転駆動体１０２の細長い弧状構造体の長辺は第２の方向（Ｙ軸方向）に延在し、回転駆動体１０３の細長い弧状構造体の長辺は第１の方向（Ｘ軸方向）に延在する。第１の回転駆動体１０２及び第２の回転駆動体１０３は、双方の中心長穴１０２１及び１０３１が交差して相互に整合されるように、第１の回転駆動体１０２が第２の回転駆動体１０３の上方に配置されて双方が相互に対して実質的に垂直に交差するような態様で配置される。第２の回転駆動体１０３は、第１の回転駆動体１０２の凹部１０２３内に係合される。さらに、第１の磁石１０６は第１の回転駆動体１０２の一端に固定され、第２の磁石１０７は第２の回転駆動体１０３の一端に固定される。好ましくは、第１の回転駆動体１０２は、一端に設けられた第１の収容スロット１０２５を有して、接着剤によって第１の収容スロット１０２５に接着され又は第１の収容スロット１０２５に締められる第１の固定用リング１０４によって制限される第１の磁石１０６を収容し、それにより、第１の磁石１０６を第１の収容スロット１０２５内に固定する。同様に、第２の回転駆動体１０３は、一端に設けられた第２の収容スロット１０３５を有して、接着剤によって第２の収容スロット１０３５に接着され又は第２の収容スロット１０３５に締められる第２の固定用リング１０５によって制限される第２の磁石１０７を収容し、それにより、第２の磁石１０７を第２の収容スロット１０３５内に固定する。

【0013】

前述したシャフトスティック１０８の一端（上端）は、ユーザによって操作されるために、第１の回転駆動体１０２及び第２の回転駆動体１０３の下方から、双方の中心長穴１０２１、１０３１及び上側カバー１０１の開口１０１２を貫通する。シャフトスティック１０８の他端（下端）は、各々が突出部１０８２を有する２面を有する。組立て後に、突出部１０８２は、第２の回転駆動体１０３の凹部１０３３に組み合わされてシャフトスティック１０８が意図せずに回転することを防止する。前述したバランスワッシャ１０９は、シャフトスティック１０８の下部に配置され、第１の回転駆動体１０２及び第２の回転駆動体１０３の下端に接触し得る。前述した環状バネ１１１は、下側カバー１１２上に配置され、バランスワッシャ１０９の下部にかつバランスワッシャ１０９に接触して配置される。

【0014】

前述した方向制御ユニット１０により、シャフトスティック１０８は、第１の方向（Ｘ軸方向）及び第２の方向（Ｙ軸方向）によって形成された平面の３６０度方向に揺動するようにユーザに操作され得る。第１の方向及び第２の方向は、相互に略垂直である。シャフトスティック１０８を第１の方向に揺動させる場合、図３も参照すると、シャフトスティック１０８は第１の回転駆動体１０２を駆動して反時計回り方向にわずかに回転させ、シャフトスティック１０８は第２の回転駆動体１０３の中心長穴１０３１の接線方向にあり、中心長穴１０３１内を移動する。シャフトスティック１０８を第２の方向に揺動させる場合、図４も参照すると、シャフトスティック１０８は第２の回転駆動体１０３を駆動して時計回り方向にわずかに回転させ、シャフトスティック１０８は第１の回転駆動体１０２の中心長穴１０２１の接線方向にあり、中心長穴１０２１内を移動する。上記は第１の方向及び第２の方向のシャフトスティック１０８を例として、シャフトスティック１０８が第１の回転駆動体１０２及び第２の回転駆動体１０３を駆動して回転させるという説明を容易化する。ただし、本発明において、シャフトスティック１０８は、第１の方向の軸及び第２の方向の軸の交点において任意の方向に揺動され得る。例えば、回転駆動体１０２の駆動に加えて、シャフトスティック１０８を第１の方向に完全には整合されない方向に揺動させる場合、それは回転駆動体１０３を第２の方向に駆動することにもなる。さらに、例えば、回転駆動体１０３の駆動に加えて、シャフトスティック１０８を第２の方向に完全には整合されない方向に揺動させる場合、それは回転駆動体１０２を第１の方向に駆動することにもなる。すなわち、シャフトスティック１０８を第１の方向及び第２の方向によって形成される平面の３６０度方向に揺動させる場合、シャフトスティック１０８は、第１の回転駆動体１０２及び第２の回転駆動体１０３を選択的に駆動して同時に回転させてもよい。

【0015】

さらに、前述した環状バネ１１１及びバランスワッシャ１０９の構成により、シャフトスティック１０８をリセットするための力が与えられ得る。それにより、シャフトスティック１０８は、揺動後にその元の状態（直立状態）に戻り得る。バランスワッシャ１０９の下部に配置される環状バネ１１１は、その弾性力によってバランスワッシャ１０９を上方に押し上げて、第１の回転駆動体１０２及び第２の回転駆動体１０３をさらに押し込み、それにより、バランスワッシャ１０９が第１の回転駆動体１０２及び第２の回転駆動体１０３の下端において接触面と同一平面となることにより、シャフトスティック１０８を直立状態にリセットする。したがって、ユーザがシャフトスティック１０８を直立状態から第１の方向又は第２の方向に揺動させた後に、シャフトスティック１０８はその元の直立状態に自動的に戻り得る。

【0016】

図２を再度参照されたい。前述した下側カバー１１２は下側カバー１１２の中心に配置されてシャフトスティック１０８の下端に対応する押圧孔１１２３、並びに下側カバー１１２の２つの隣り合う辺に隣接する位置にそれぞれ配置されて第１の磁石１０６及び第２の磁石１０７にそれぞれ対応する２つの収容空間１１２１、１１２２を有する。各収容空間１１２１、１１２２は、例えば、下側カバー１１２に画定された孔、窪みなどであり得る。前述したスイッチバネ片１３はプリント回路基板１５上に設けられ、前述した押圧駆動体１１はスイッチバネ片１３上に設けられ、下側カバー１１２の押圧孔１１２３を通じてシャフトスティック１０８の下端に対応する。これにより、多方向出力デバイス１の動作が押圧スイッチとして使用されることを示すために、図５は本発明の好適な実施形態に係る多方向出力デバイス１の上面図を示し、図６は図５の線Ａ－Ａ´に沿う多方向出力デバイス（板バネ１２は装着されていない）の断面図である。ユーザがシャフトスティック１０８を押圧すると、環状バネ１１１の弾性力により、シャフトスティック１０８の下端は下側カバー１１２の押圧孔１１２３を通じて押圧駆動体１１に対して下方に押し下げ、それにより、押圧駆動体１１がスイッチバネ片１３を押圧してプリント回路基板１５の回路部品に押圧スイッチ動作を行い得るように構成される。さらに、代替的に、図２は、板バネ１２がスイッチバネ片１３と押圧駆動体１１の間に追加的に設けられてもよいことを示す。板バネ１２は中空円であり、外向きに延在する４本の弾性脚を有し、それはさらに、スイッチバネ片によって与えられる弾性力を調整し得る。結果として、図５の線Ｂ－Ｂ´に沿う多方向出力デバイス（板バネ１２が装着されている）の断面図である図７に示すように、ユーザがシャフトスティック１０８を押圧すると、環状バネ１１１及び板バネ１２の弾性力により、シャフトスティック１０８の下端は下側カバー１１２の押圧孔１１２３を通じて押圧駆動体１１に対して下方に押し下げてスイッチバネ片１３を押圧し、それにより、プリント回路基板１５の回路部品に押圧スイッチ動作を行うように構成される。

【0017】

前述した第１の磁気センサ１６及び第２の磁気センサ１７は、プリント回路基板１５上に配置され、プリント回路基板１５の隣り合う２辺に隣接して配置され、下側カバー１１２の２つの収容空間１１２１、１１２２を通じて第１の磁石１０６及び第２の磁石１０７にそれぞれ対応する。したがって、シャフトスティック１０８を第１の方向に揺動させる場合、例えば、図８に示すように、第１の回転駆動体１０２上に配置された第１の磁石１０６も回転されて角度の変化を生じさせる。第１の磁気センサ１６は、第１の磁石１０６の角度の変化に従って第１の磁石１０６の磁界の変化を検知し得る。同様に、シャフトスティック１０８を第２の方向に揺動させる場合、例えば、図９に示すように、第２の回転駆動体１０３上に配置された第２の磁石１０７も回転されて角度の変化を生成する。第２の磁気センサ１７は、第２の磁石１０７の角度の変化に従って第２の磁石１０７の磁界の変化を検知し得る。したがって、以下のことが分かる。シャフトスティック１０８を第１の方向及び第２の方向によって形成される平面の任意の方向に揺動させる場合、第１の磁気センサ１６及び第２の磁気センサ１７は角度の変化に従って第１の磁石１０６及び第２の磁石１０７の磁界の変化をそれぞれ検知することができ、第１の磁気センサ１６及び第２の磁気センサ１７によって取得される磁界及び磁界変化信号はプリント回路基板１５上の回路を介して出力のための対応する電気信号に変換され、それにより、シャフトスティック１０８を揺動させるためにユーザによって付与された速度、力、方向、距離などに関するデータが計算可能となることで非接触制御が達成される。

【0018】

上記設計により、本発明は、２つの磁気センサを利用して、シャフトスティックの揺動に応じて回転され得る２つの磁石の磁界の変化を検知する。それにより、ブラシ接点によってもたらされる摩耗の問題なしに非接触態様で操作を行うことにより、大幅に耐用年数を増加させ、シャフトスティックを動作させる際のリセット精度を強化して信号精度を向上することが可能となる。さらに、シャフトスティックはボタンとして使用され得るため、追加のボタンを装着する必要はなく、これにより、更に小型化して小規模制御デバイスを設計することができる。

【0019】

前述の具体的実施形態は、単に説明目的として解釈されるべきであり、本開示の残余部分をいかなる態様でも限定するものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】