多方向輸入裝置及採用該多方向輸入裝置的電子設備的製作方法
2023-06-20 16:58:56 1
專利名稱：多方向輸入裝置及採用該多方向輸入裝置的電子設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及行動電話、信息終端、遊戲機及遙控器等各種電子設備輸入操作使用的多方向輸入裝置及採用該多方向輸入裝置的電子設備。
背景技術：
作為以往的這種多方向輸入裝置，已經有採用日本專利特開平10-125180號公報所述的多方向操作開關。參照圖27～29說明上述多方向操作開關的結構與動作。
圖27為上述多方向操作開關的剖面圖，圖28為該多方向操作開關的分解立體圖。在該圖中，絕緣樹脂制的箱形外殼1在中心位置裝有彈性金屬薄片制的拱形動觸點2。在箱形外殼1的內部底面，在端部設置互相導通的4個外側靜觸點3，在外側靜觸點3的內側，設置各自獨立的多個(在圖示情況下為4個)內側靜觸點4(4A～4D)，等間隔地配置這多個內側靜觸點並且配置在與拱形動觸點2的中心相距等距離的位置上。在外側靜觸點3上放置拱形動觸點2的外周邊緣部。與各靜觸點導通的輸出端(未圖示)引出到外面，箱形外殼1的上表面開口部分用蓋板5覆蓋。操作體6由軸6A及在其下端一體形成的凸緣6B構成。軸6A從蓋板5的中心通孔5A穿出，在前端安裝旋鈕8。凸緣6B與外殼1的內壁1A相嵌並且裝在外殼1內，以使其不旋轉，但能夠傾斜。與前述4個內側靜觸點4分別對應的凸緣6B下表面的4個壓下體7(7A-7D，但是7D未圖示)與拱形動觸點2的上表面接觸，通過這樣凸緣6B的上表面與蓋板5的背面壓緊，操作體6保持垂直豎立位置。
在這樣構成的多方向開關中，若如圖29的剖面圖中的箭頭所示，將旋鈕8的左側上表面向下方按下，則操作體6從圖27所示的垂直豎立位置以凸緣6B的右側上表面為支點向左側傾斜，壓下體7A將拱形動觸點2壓下並使部分彈性反轉，使拱形動觸點2與下體7A對應的內側靜觸點4A接觸，將外側靜觸點3與內側靜觸點4A之間短路，並處於ON(導通)狀態，將該電信號通過輸出端向外部輸出。若除去施加在旋鈕8的壓下力時，則利用拱形動觸點2的彈性恢復力，操作體6恢復到原來的垂直豎立位置，在外側靜觸點3與內側靜觸點4A之間也恢復到OFF(截止)狀態。
在使用該多方向操作開關的多方向輸入裝置中，微型計算機等運算裝置根據告知外側靜觸點3與4個內側靜觸點4的哪一個導通的上述電信號而來識別操作體6的傾斜方向，發出表示操作體6的傾斜方向即輸入方向的信號。
在上述以往的多方向操作開關中，能夠輸入的方向的數即輸入方向的解析度，由拱形動觸點2部分彈性反轉後能夠接觸的內側靜觸點4的個數來決定。對於近年來小型化的電子設備能夠使用的大小，為了使得多方向操作開關進行穩定動作，很難使內側靜觸點4的個數多於4。因而，考慮到相鄰兩個內側靜觸點為ON狀態時，認為其輸入方向是其中間方向，這樣能夠輸入的方向個數最多能夠為8個。
發明內容
本發明是為解決上述以往的問題，其目的在於提供具有近年來小型化的電子設備能夠使用的大小、而且能夠輸入的方向數量多即輸入方向的解析度高的多方向輸入裝置及採用該多方向輸入裝置的電子設備。
本發明的多方向輸入裝置具有輸入用電子部件。
輸入用電子部件具有在秉性絕緣基板的下表面形成的規定寬度圓環形、具有分別與內周及外周的整個圓周導通的2個引出部的上部電阻層；與上部電阻層隔開規定的絕緣間隔相對、配置在平面基板上形成圓環狀的有規定引出部的下部導電體層；以及放置在秉性絕緣基板上的彈性驅動體，彈性驅動體在下表面具有相對於上部電阻層的背面隔開規定間隔相對的圓片狀彈性按壓部，在上表面具有與上蓋圓孔配合的能夠轉動球狀體及球狀體中央的驅動用把手，若彈性驅動體傾斜，則彈性按壓部使柔性絕緣基板的一部分向下方彎曲，使傾斜方向的上部電阻層與下部導體層部分接觸。
在這樣的狀態下，彈性驅動體的傾斜方向及傾斜角度能夠根據上部電阻層與下部導體層的引出部的信息以高解析度進行識別。本發明的多方向輸入裝置，除了能夠提高彈性驅動體傾斜方向即輸入方向的解析度，由於還能夠根據彈性驅動體的傾斜角度來區別輸入方向，因此具有非常高的解析度。
圖1為本發明第1實施例的多方向輸入裝置主要部分剖面圖。
圖2為同上的分解立體圖。
圖3為同上說明構成的示意圖。
圖4為同上說明彈性驅動體在傾斜時的動作的主要部分剖面圖。
圖5為同上說明彈性驅動作傾斜方向識別方法的示意圖。
圖6為同上說明彈性驅動體在進一步傾斜時的動作的主要部分剖面圖。
圖7為同上的其它構成的示意圖。
圖8為同上在主要部分剖面圖中的上部電阻層與下部電阻層之間具有導通板。
圖9為說明圖8的彈性驅動作在傾斜時的動作的主要部分剖面圖。
圖10為同上在主要部分剖面圖對彈性驅動體安裝操作旋鈕。
圖11為說明圖10的彈性驅動體在傾斜時的動作的主要部分剖面圖。
圖12為說明圖11的彈性驅動體在進一步傾斜時的動作的主要部分剖面圖。
圖13為同上的其它構成的分解立體圖。
圖14為本發明第2實施例的多方向輸入裝置分解立體圖。
圖15為同上說明彈性驅動體傾斜方向識別方法的示意圖。
圖16為本發明第3實施例的多方向輸入裝置分解立體圖。
圖17為本發明第4實施例的多方向輸入裝置主要部分剖面圖。
圖18為同的分解立體圖。
圖19為同上說明彈性驅動體在傾斜時的動作的主要部分剖面圖。
圖20為同上說明壓下彈性驅動體時的動作的主要部分剖面圖。
圖21為本發明第5實施例的多方向輸入裝置主要部分剖面圖。
圖22為同上的分解立體圖。
圖23為同上說明構成的示意圖。
圖24為同上說明彈性驅動體在傾斜時的動作的主要部分剖面圖。
圖25為同上說明彈性驅動體傾斜方向識別方法的示意圖。
圖26為同上說明彈性驅動體在進一步傾斜時的動作的主要部分剖面圖。
圖27為以往的多方向輸入裝置使用的多方向操作開關的剖面圖。
圖28為同上的分解立體圖。
圖29為同上的操作體傾斜狀態的剖面圖。
具體實施例方式
下表面參照
本發明的實施例。
(第1實施例)圖1為採用本發明第1實施例的多方向輸入裝置的電子設備主要部分剖面圖，圖2為該多方向輸入裝置部分的分解立體圖，圖3為說明該多方向輸入裝置構成的示意圖。
在該圖中，上蓋11的上表面是操作面。彈性驅動體13的球狀體13F嵌入上殼體中心圓孔11A，彈性驅動體13的驅動用把手19從圓孔11A突出，在平面布線基板12的上部隔著墊片14A，相隔規定的絕緣間隔設置柔性絕緣基板15。如圖2所示，在柔性絕緣基板15的下表面印刷形成具有規定寬度的圓環形上部電阻層16。上部電阻層16具有一樣的電阻率。上部電阻層16的引出部16A及16B分別在上部電阻層16的整個內周及整個外周與上部電阻層16導通。在布線基板12上與上部電阻層16相對的位置，印刷形成具有與上部電阻層16近似相同直徑與寬度的圓形下部電阻層17。下部電阻層17具有比上部電阻層16的電阻率小的、相同的電阻率。下部電阻層17的3個引出部17A、17B及17C，位於近似將下部電阻層17三等分的位置。
如圖3所示，上部電阻層16的2個引出部16A及16B和下部電阻層17的3個引出部17A、17B及17C，分別通過布線部分與運算裝置18例如安裝在該電子設備安裝上的微型計算機(下表面稱為微機18)連接。在柔性絕緣基板15的上部放置彈性驅動體13，由彈性薄壁圓筒部13A及中心突起部13E所支撐的圓片狀彈性按壓部13B與上部電阻層16的背面隔開規定間隔相對。彈性按壓部13B是外周端部為尖形肩部13C的圓片狀，其外徑比上部電阻層16的寬度中間部分的直徑要大，而比外徑要小。在比上部電阻層16的內徑略靠內側，具有從彈性壓下部分13B的表面向下方突出的圓形肩部13D，在中心部分具有更向下方突出的中心突起部13E，彈性驅動體13的下表面形成三級同心圓片狀。這樣，彈性驅動體13的上部形成覆蓋彈性按壓部13B的整個表面的球狀體13F，與作為上蓋的上殼體11的圓孔11A系合，並且在其中心設置圓柱形的驅動用把手19。另外，在柔性絕緣基板15的上部電阻層16及布線基板12的下部電阻層17的內側部分還配置剛體墊片14B。對於採用本實施例的多方向輸入裝置的電子設備，其多方向輸入裝置部分如上所述這樣構成。
下表面說明對上述構成的多方向輸入裝置進行輸入操作時的動作。
若從圖1所示的通常狀態，以圖4中說明動作狀態的主要部分剖面圖中的箭頭所示，將彈性驅動體13的驅動用把手19的前端向斜下方按下，則彈性驅動體13以中心突起部13E為支點，球狀體13F沿上殼體11的圓孔11A的邊緣轉動，彈性薄壁圓筒部13A產生彈性變形，同時向所希望的方向傾斜所希望的角度。通過這樣，傾斜方向的彈性按壓部13B向下方移動，其外周端部的尖形肩部13C按壓柔性絕緣基板15，使其部分向下方彎曲，使其下表面的上部電阻層16的一部分作為接觸點20，與下部電阻層17部分接觸。在這種狀態下，圓形肩部13D的外周也與墊片14B上的柔性絕緣基板15接觸，為了彈性驅動體13傾斜而施加在驅動用把手19上的按壓力，在該位置增大。圖5為說明在該狀態下的識別方法的示意圖，在該圖中，首先作為第1識別條件，是利用微機18，將下部電阻層17的引出部17A接地(0伏)，對引出部17B加上直流電壓(例如5伏)，使引出部17C處於開路狀態，這時讀出上部電阻層16的引出部16A(或16B)輸出的電壓，與預先存儲的數據進行對照及運算，通過這樣得到接觸點20的位置是在引出部17A與18B之間的與引出部17C相反一側的點21A、還是與引出部17C同一側的21B的所謂第1數據。然後，作為第2識別條件，將引出部17B接地(0伏)，對引出部17C加上規定的直流電壓(例如5伏)，使引出部17A處於開路狀態，這時讀出引出部16A(或16B)輸出的電壓，與預先存儲的數據進行對照及運算，通過這樣得到接觸點20的位置是在引出部17B與17C之間的與引出部17A相反一側的點21C、還是與引出部17A同一側的點21A的所謂第2數據。然後，在微機18中比較第1數據與第2數據，確認傾斜方向是一致的點21A所傾斜的方向，並發出該信號。
另外，在上述圖4及圖5所示的狀態中，作為與上述不同的識別條件，是利用微機18，對於上部電阻層16的內外周引出部16A及16B，將外周的引出部16B接地(0伏)，對內周的引出部16A加上直流電壓，讀出下部電阻層17的一個引出部(例如最靠近接觸點20的引出部17B)輸出的電壓，與預先存儲的數據進行對照及運算，通過這樣得到彈性按壓部13B來按壓柔性絕緣基板15的按壓力即彈性驅動體13的傾斜角度數據。然後，從圖4所示狀態，再更用力按壓驅動用把手19的前端，通過這樣彈性驅動體13傾斜更大，下表面彈性變形，彈性按壓部13B按壓柔性絕緣基板15的部分的面積增大，圖6的主要部分剖面圖所示的就是這種狀態。如該圖所示，彈性驅動體13的彈性按壓部13B按壓柔性絕緣基板15的部分的面積，從彈性按壓部13B的外周端部的尖形肩部13C向中心方向增大，上部電阻層16與下部電阻層17接觸的部分的面積，也從最初接觸的接觸點20向中心方向擴大。
在這種狀態下，與上述相同，利用微機18，對於上部電阻層16的內外周引出部16A及16B，將外周的引出部16B接地(0伏)，對內周的引出部16A加上直流電壓，讀出下部電阻層17的一個引出部(17B)輸出的電壓，與預先存儲的數據進行對照及運算，通過這樣得到彈性按壓部13B用力按壓柔性絕緣基板15的按壓力即彈性驅動體13更大傾斜的角度數據。這樣與上述情況相比，由於包含接觸點20的接觸部分的面積增大，即僅由於電阻率大的上部電阻層16與電阻率小的下部電阻層17接觸的面積增大，因而下部電阻層17的一個引出部(17B)輸出的電壓上升，所得到的數據值與彈性驅動體13的更大傾斜的角度相對應。
另外，在用力按壓該驅動用把手19的前端使彈性驅動體13更進一步傾斜時，彈性驅動體13由於上表面的球狀體13F與上殼體11的圓孔11A配合，因此在橫向無偏移，另外上部電阻層16與下部電阻層17接觸的部分的面積雖然沿圓弧方向也擴大，但由於上部電阻層16的電阻率比下部電阻層17的電阻率要大，因此若接觸點20位於擴大的圓弧形的近似中心，則對於下部電阻層17的一個引出部(例如17B)輸出的電壓，該接觸面積沿圓弧方向擴大所產生的影響很小。
另外，在上述彈性驅動體13的傾斜角度識別方法中，是將上述電阻層16的外周引出部16B接地(0伏)，對內周引出部16A加上直流電壓，其理由是由於隨著彈性驅動體13的傾斜角度增大，上部電阻層16與下部電阻層17的部分接觸的面積從上部電阻層16的外周一側向內周一側增大，因此通過上述那樣加上直流電壓，能夠減小傾斜角度小以及兩者接觸不穩定狀態下的輸出電壓，對去掉不穩定區域、在穩定時的大的輸出電壓進行測量及運算處理，從而能夠識別彈性驅動體13的傾斜角度。
這些數據的取得及運算處理，由於是在輸出電壓達到規定電壓以上時進行，同時高速反覆進行，因此能夠正確識別。在如上所述進行輸入操作後，若去掉加在驅動用把手19前端的按壓力，則彈性驅動體13利用自身的彈性復原力，其彈性薄壁圓筒部13A恢復為原來的形狀，通過這樣返回到圖1的初始狀態，柔性絕緣基板15恢復為原來的平面狀，上部電阻層16與下部電阻層17返回到相對的狀態。
在上述說明中，說明的是布線基板12上印刷形成的下部電阻層17，以近似等角度間隔設置3處引出部17A、17B及17C的情況，下表面說明如圖7示意圖所示的在下部電阻層22以近似等角度間隔設置4個引出部22A、22B、22C及22D的情況下的輸入操作。將彈性驅動體13的驅動用把手19的前端向斜下方按壓，使上部電阻層16的一部分接觸點23與下部電阻層22部分接觸，這部分動作與上述情況相同。
然後，在圖7中，首先作為第1識別條件，是利用微機24，使下部電阻層22的引出部22A及22C處於開路狀態，將引出部22B接地(0伏)，對引出部22D加上直流電壓，這時讀取上部電阻層16的引出部16A(或16B)輸出的電壓並進行運算，通過這樣得到接觸點23的X坐標作為第1數據。接著，作為第2識別條件，是使引出部22B及22D處於開路狀態，將引出部22C接地，對引出部22A加上直流電壓，讀取上部電阻層16的引出部16A(或16B)輸出的電壓並進行運算，通過這樣得到接觸點23的Y坐標作為第2數據。然後，在微機24中，將第1數據與第2數據組合得到的接觸點X及Y坐標，可識別傾斜方向，並發出該信號。若是這樣構成的多方向輸入裝置，則通過進行比較簡單的運算處理，能夠以高解析度進行識別，實現多方向的輸入。
如上所述，本實施形態的多方向輸入裝置，由於將在多方向輸入用電子部件的彈性驅動體13傾斜時，根據多種識別條件下得到的多個數據即各引出部的輸出電壓，識別將彈性驅動體13傾斜的方向及傾斜的角度，因此除了以高解析度能夠在多個方向輸入的傾斜方向，還能夠根據傾斜角度在幾個方向輸入，所以若將兩者組合起來，能夠實現可非常多方向輸入即輸入方向的解析度非常高的多方向輸入裝置及採用該多方向輸入裝置的電子設備。
另外，在上述說明中，說明的是柔性絕緣基板15下表面的上部電阻層16與布線基板12上的下部電阻層17在通常狀態下夾住墊片14A隔著規定間隔而相對的情況，但也可以如圖8的多方向輸入裝置主要部分剖面圖所示，在兩者之間夾入導通板25而構成，該導通板25是由通過在厚度方向上按壓使按壓位置的上下之間導通的壓敏導電體構成的平板形導通板，並被夾在上部電阻層16與下部電阻層17之間及其周圍。在該多方向輸入裝置的上部電阻層16及下部電阻層17的內側部分配置剛性墊片14B等的構造以及其它部分的構成與上述情況相同。
然後，如圖9的主要部分剖面圖中箭頭所示，若將該多方向輸入裝置中彈性驅動體13的驅動用把手19的前端向斜下方按壓，則彈性驅動體13傾斜，根據多個檢測條件下得到的上部電阻層16及下部電阻層17的各引出部的輸出電壓，能夠識別彈性操作體13的傾斜方向及傾斜角度，這一點與上述情況相同。由於這一構造使用了這樣的導通板25，因此能夠在上部電阻層16與下部電阻層17之間可靠地確保規定的絕緣間隔，同時無論上部電阻層16背面的按壓位置在哪裡，按壓位置的上下之間都導通，所以夾住它的上部電阻層16、下部電阻層17及彈性驅動體13的彈性按壓部13B的直徑及寬度減小，能夠實現小型的多方向輸入裝置。
另外，在上述說明中，說明的是彈性驅動體13與驅動用把手19一體設置的情況，但圖10所示的是將它們分開設置，該圖是表示在彈性驅動體26的上部安裝操作旋鈕27的多方向輸入裝置主要部分剖面圖。即彈性驅動體26在下表面具有利用外周的彈性薄壁圓周部分26A及中心突出部分26E支撐的圓片狀彈性壓下部分26B，使其與上部電阻層16的背面的柔性絕緣基板15隔開規定的間隔相對，這一點與上述情況相同，但是在平板狀上表面26C的中央具有柱狀體26D，操作旋鈕27與該柱狀體26D連接固定。該操作旋鈕27由剛性材料製成。下表面的中心孔27A如上所述，與彈性驅動體26的柱狀體26D連接，同時其周圍的下表面是與彈性驅動體26的彈性壓下部分26B具有近似相同外徑的圓板部分，其中間平板部分27B與彈性驅動體26的平板狀上表面26C接觸，而從規定半徑位置的拐角處27C至外周端部漸漸翹起。然後，操作旋鈕27上部的球狀體27D與外殼11的通孔11A的邊緣接觸，同時在中間上部設置圓柱形的驅動用把手28。
下表面說明對上述構成的多方向輸入裝置進行輸入操作時的動作，如圖11的主要部分剖面圖中的箭頭所示，若將該多方向輸入裝置操作旋鈕27的驅動用把手28的前端向斜下方按下，則操作旋鈕27的球狀體27D沿上殼體11的圓孔11A的邊緣轉動並傾斜，通過柱狀體26D使彈性驅動體26的彈性薄壁圓筒部26A產生彈性變形，同時以中心突起部26E為支點，將彈性驅動體26向所希望的方向傾斜所希望的角度。通過這樣，傾斜方向下表面的彈性按壓部26B外周端部的尖形肩部26F按壓柔性絕緣基板15，使其部分向下方彎曲，使其下表面的上部電阻層16的一部分作為接觸點20，與下部電阻層17部分接觸，再根據在多種條件下得到的上部電阻層16 及下部電阻層17的各引出部的輸出電壓，能夠識別操作旋鈕27的傾斜方向及傾斜角度，這與上述情況相同。
然後，在該彈性驅動體26傾斜時，將該平板狀上表面26C向下方按下，將彈性按壓部26B的外周端部的尖形肩部26F按壓柔性絕緣基板15，是操作旋鈕27下表面規定半徑位置的角度27C，而外周部分仍然翹起，不按壓彈性驅動體26的平板狀上表面26C。
另外，若從圖11所示的位置更進一步用力按下驅動用把手28的前端，則操作旋鈕27及彈性驅動體26更大傾斜，彈性驅動體26的平板狀上表面26C及其下表面產生彈性變形，在操作旋鈕27下表面的規定半徑位置的拐角處27C的下方，從彈性按壓部26B的外周部分向中心方向按壓縮進，彈性按壓部26B按壓柔性絕緣基板15的部分的面積增大，圖12的主要部分剖面圖表示這種情況。
如該圖所示，彈性驅動體26的彈性按壓部26B按壓柔性絕緣基板15的部分的面積，從彈性按壓部26B的外周端部向中心方向增大，上部電阻層16與下部電阻層17接觸的部分的面積，從最初接觸的接觸點20向中心方向擴張，這與上述情況相同。由於這種構成使用了這樣的由剛體材料製成的操作旋鈕27，在將操作旋鈕27的前端向斜下方按下時，彈性驅動體26按壓柔性絕緣基板15，能夠確實使上部電阻層16與下部電阻層17部分接觸的面積從彈性按壓部26B的外周端部向中心方向增大，同時容易改變操作旋鈕27的顏色或顯示操作內容。
再有，在上述說明中，多方向輸入用電子元器件的下部電阻層17是形成在電子設備的布線基板12上印刷，與其相對的上部電阻層16是印刷形成在多方向輸入用電子元器件的柔性絕緣基板15的下表面，但圖13所示的電子設備多方向輸入裝置部分的分解立體圖，表示上部電阻層16也形成在重疊設置在電子設備布線基板12上的柔性布線基板29的下表面的情況。利用這樣的構造，採用多方向輸入裝置的整個電子設備的構成零部件個數及組裝工時較少，從上部電阻層16的引出部也能夠容易地進行布線，能夠構成採用廉價多方向輸入裝置的電子設備。
(第2實施例)圖14為採用本發明第2實施例的多方向輸入裝置的電子設備的多方向輸入裝置部分的分解立體圖。圖15為說明上述動作狀態的識別方法的示意圖。
如該圖所示，本實施形態的多方向輸入裝置是在前述實施形態1的裝置中，電子設備的布線基板30上印刷形成的下部導電體層由將圓環狀電阻層一分為二並隔有規定間隔的第1電阻層31及第2電阻層32構成，在各端部具有引出部31A和31B、以及32A和32B，其它部分的構成與圖2所示的實施形態1相同。
下表面說明對該多方向輸入裝置進行輸入操作時的動作，在圖14及圖15中，若按下驅動用把手19的前端，使彈性驅動體13向所希望的方向傾斜所希望的角度，則傾斜方向下表面的彈性按壓部13A的外周端部按壓柔性絕緣基板15，使其部分向下方彎曲，使其下表面的上部電阻層16的一部分作為接觸點33，與下方的例如第1電阻層31部分接觸。該狀態下的識別方法，在圖15中，首先作為第1識別條件，是在第1電阻層31的端部引出部31A與31B之間，將引出部31A接地(0伏)，對引出部31B加上規定的直流電壓(例如5伏)，利用引出部31A與接觸點33之間的電阻值，在上述電阻層16的引出部16A(或16B)輸出與接觸位置對應的電壓，傳遞給微型計算機等運算裝置34(下表面稱為微機34)。
然後，作為第2識別條件，以短周期進行切換，在第2電阻層32端部的引出部32A與32B之間加上規定的直流電壓，由於上部電阻層16與第2電阻層32不接觸，因此在上部電阻層16的引出部16A也沒有電壓輸出。同樣，若將彈性驅動體13向與上述相反的方向傾斜，則上部電阻層16與第2電阻層32部分接觸，在其引出部32A與32B之間加上規定的直流電壓時，在上部電阻層16的引出部16A(或16B)輸出電壓。這樣，對按下驅動用把手19、與彈性驅動體13的傾斜方向對應的作為下部導電體層的第1電阻層31或第2電阻層32加上直流電壓，由於僅僅在這時能夠從上部電阻層16取出輸出電壓，因此利用微機34對加上直流電壓的引出部位置及輸出電壓進行處理，通過這樣能夠識別傾斜方向，另外，利用微機34識別彈性驅動體13傾斜的角度的方法，由於與實施形態1的情況相同，因此省略其說明。
如上所述，本實施形態的多方向輸入裝置是能夠通過簡單的處理以高解析度識別彈性驅動體13的傾斜方向的多方向輸入裝置，並且實現採用該多方向輸入裝置的電子設備。
(第3實施例)圖16為採用本發明第3實施例的多方向輸入裝置的電子設備的多方向輸入裝置部分的分解立體圖。
如該圖所示，本實施形態的多方向輸入裝置是在前述實施形態1的裝置中，在電子設備的布線基板35上印刷形成的下部導電體層36，是將圓環形導電體層按規定的角度方向分割而形成，分割的各個導電體層36A、36B、…分別具有引出部37A、37B、…，各引出部37A、37B、…分別與微型計算機等的運算裝置(圖16中未表示，下表面稱為微機)連接。另外，其它部分的構成與圖2所示的實施形態1的裝置相同。
下表面說明對該多方向輸入裝置進行輸入操作時的動作，若將驅動用把手19的前端，使彈性驅動體13傾斜，則傾斜方向下表面的彈性按壓部13B(圖16中未圖示)的外周端部按下柔性絕緣基板15，使其部分方向下方彎曲，使其下表面的上部電阻層16的一部分與下方的下部導電體層36的例如導電體層36A接觸。由於導電體層36A的方向預先存儲在微機中，因此彈性驅動體13的傾斜方向即使用微機不作特別處理，也容易識別。另外，利用微機識別彈性驅動體13傾斜的角度量的方法，由於與實施形態1的情況相同，因此省略其說明。
如上所述，本實施形態的多方向輸入裝置中，所微機的連接數僅僅必須是規定的方向數，即使不進行特別的處理，也能夠實現以規定的解析度、高精度識別彈性驅動體13傾斜方向的多方向輸入裝置。
(第4實施例)圖17為採用發明第4實施例的多方向輸入裝置的電子設備主要部分剖面圖，圖18為該多方向輸入裝置部分的分解立體圖。
如該圖所示，本實施形態的多方向輸入裝置，是對前述實施形態1的裝置附加利用將彈性驅動體13的驅動用把手19向下方按壓而動作的自恢復型按壓開關38。按壓開關38的構成，是在彈性驅動體13的驅動用把手19下方的柔性絕緣基板39的上表面，利用印刷等形成由外側觸點40A與中央觸點40B構成的開關靜觸點40，在其上部用柔性粘膠帶42粘住用彈性金屬薄片制的圓拱形狀的動觸點41，以使得其外周下端部放在外側觸點40A上並且中央的拱形部分41A的下表面與中央觸點40B隔開規定的間隔相對放置，動觸點41的拱形部分41A的上表面與彈性驅動體13的下表面中心的中心突起部13E相對。然後，在柔性絕緣基板39的下表面印刷形成圓環形的上部電阻層16，在布線基板12上印刷形成與之相對的下部電阻層17，同時在它們的內側部分即柔性絕緣基板39的開關靜觸點40的下表面配置剛體的墊片14B，其它部分的構成與圖1及圖2所示的實施形態1的裝置相同。
圖19的主要部分剖面圖是說明對上述構成的該多方向輸入裝置將彈性驅動體13傾斜進行輸入操作時的動作，如該圖箭頭所示，將驅動用把手19向斜下方按壓，使彈性驅動體13傾斜，按下傾斜方向下表面的柔性絕緣基板39，使其部分向下方彎曲，使上部電阻層16的一部分與下部電阻層17部分接觸，這樣的動作情況以及這時的彈性驅動體13的傾斜方向及傾斜角度的識別方法，由於與實施形態1相同，因此省略其說明。另外，設定圓拱形的動觸點41的彈性反彈力，使得在該動作時，按壓開關38不動作。
下表面參照圖20的剖面圖說明按下彈性驅動體13使按壓開關38動作時的狀態，如該圖箭頭所示，若從圖17的狀態將驅動用把手19向下方按下，則彈性驅動體13的彈性薄壁圓筒部13A在整個圓周產生彈性變形，球狀體13F離開上殼體11，整個中間部分向下方移動，下表面中心的中心突起部13E隔著粘貼帶42，將動觸點41的拱形部分41的上表面向下方按下。按下的動觸點41的拱形部分41A隨著按下的適當程度，產生彈性反轉，拱形部分41A的下表面與中心觸點40B接觸，則外側觸點40A與中心觸點40B之間即靜觸點40處於短路狀態。然後，若去掉加在驅動用把手19的按壓力，則彈性驅動體13利用自身的彈性恢復力，彈性薄壁圓筒部13A恢復至原來的形狀，通過這樣恢復到圖17的狀態，按壓開關38的動觸點41的拱形部分41A也利用其彈性恢復力從反轉狀態恢復到原來的圓拱形狀，開關靜觸點40的外側觸點40A與中心觸點40B之間也恢復到斷開狀態。另外，設定彈性驅動體13下表面的彈性按壓部13B及中心突起部13E的尺寸，使得該按壓開關38動作時，彈性驅動體13下表面的彈性按壓部13B按壓柔性絕緣基板39，而上部電阻層16與下部電阻層17不接觸。
如上所述，本實施形態的多方向輸入裝置，通過按壓驅動用把手19，能夠隨著適當程度發出決定對驅動用把手19即彈性驅動體13進行傾斜操作時的方向輸入等的其他信號，實現了具有這樣功能的多方向輸入裝置。另外，在上述說明中，說明的是在柔性絕緣基板39的上表面配置按壓開關38的情況，但也可以從設置在柔性絕緣基板39與布線基板12之間的墊片14B的中間部分等。
(第5實施例)本實施例是將形成在布線基板12上的下部導電體層與形成在柔性絕緣基板15上的上部電阻層的各自的功能與前述實施例正好反過來的裝置。將下部導電體層與上部電阻層的功能與前述實施例正好反過來的多方向輸入裝置當然包含在本發明範圍內。圖21為採用本發明第5實施例的多方向輸入裝置的電子設備主要部分剖面圖，圖22為該多方向輸入裝置部分的分解立體圖，圖23為說明該多方向輸入裝置構成的示意圖。
在該圖中，11為電子設備的上殼體，12為平面狀布線基板，上殼體11的上表面為操作面，多方向輸入用電子部件的彈性驅動體13的球狀體13F與其中央的圓孔11A配合，同時驅動用把手19突出，在布線基板12的上部隔著墊片14A，隔開規定的絕緣間隔設置柔性絕緣基板15。在該柔性絕緣基板15的下表面印刷形成規定寬度的具有一樣電阻率的圓環形上部電阻層116，在其近似等角度間隔的三處設置引出部116A、116B及116C，同時在布線基板12上的與其相對的位置，形成與上部電阻層116近似相同直徑及寬度的同樣電阻率的圓環形下部電阻層117作為下部導電體層，在其內周及外周分別設置與整個圓周導通的兩個引出部117A及11B，若將與該下部電阻層117的內周導通的引出部117A利用通孔引出到布線基板12的背面或下層，則能夠形成更乘法的結構，能夠適應更小型化而且其輸出更高精度化的要求。
然後，如圖23所示，下部電阻層117的2個引出部117A及117B、以及上部電阻層116的3個引出部116A、116B及116C，通過各自的布線部分，與運算裝置例如該電子設備安裝的微型計算機18(下表面稱為微機18)連接。
另外，上述彈性驅動體13放置在柔性絕緣基板15的上部，由其周圍的彈性薄壁圓筒部13A及中心突起部13E支撐的圓片狀彈性壓下部分13B與上部電阻層116的背面隔開規定的間隔相對。該彈性壓下部分13B是外周端部具有尖端的肩部13C的圓片狀，其外徑比上部電阻層116的寬度中間部分的直徑要大，而比外徑要小，同時比上部電阻層116的內徑略靠內側，形成從該面向下方突出的圓形肩部13D，在中心部分形成更向下方突出的中心突起部13E，彈性驅動體13的下表面形成三級同心圓片形狀。然後，彈性驅動體13的上部形成覆蓋彈性按壓部13B的整個上表面的球狀體13F，與作為上蓋的上殼體11的圓孔11A配合，在其中心設置圓柱形的驅動用把手19。另外，在柔性絕緣基板15的上部電阻層116及布線基板12的下部電阻層117的內側部分還配置剛體墊片14B。採用本實施形態的多方向輸入裝置的電子設備，其多方向輸入裝置部分如上所述構成。
下表面說明對上述構成的多方向輸入裝置進行輸入操作時的動作。若從圖21所示的通常狀態，按照圖24的說明動作狀態的主要部分剖面圖中箭頭所示那樣，將彈性驅動體13的驅動用把手19的前端向斜下方按下，則彈性驅動體13以中心突起部13E為支點，球狀體13F沿上殼體11的圓孔11A的邊緣轉動，彈性薄壁圓筒部13A產生彈性變形，同時向所希望的方向傾斜所希望的角度。通過這樣，傾斜方向的彈性按壓部13B向下方移動，其外周端部的尖形肩部13C按壓柔性絕緣基板15，使其部分向下方彎曲，使其下表面的上部電阻層116的一部分與下部電阻層117的接觸點20部分接觸。在這種狀態下，圓形肩部13D的外周也與墊片14B上的柔性絕緣基板15接觸，使彈性驅動體13傾斜用的加在驅動用把手19上的按壓力在該位置將增大，圖25為說明在該狀態下的識別方法的示意圖，在該圖中，利用微機18，首先作為第1識別條件，是將上部電阻層116的引出部116A接地(0伏)，對引出部116B加上直流電壓(例如5伏)，使引出部116C處於開路狀態，這時讀取下部電阻層117的引出部117A(或117B)輸出的電壓，與預先存儲的數據進行對照及運算，通過這樣得到上部電阻層部分接觸的位置是在引出部116A與116B之間的與引出部116C相反一側的點21A、還是與引出部116C同一側的21B的所謂第1數據。
然後，作為第2識別條件，將引出部116B接地(0伏)，對引出部116C加上規定的直流電壓(例如5伏)，使引出部116A處於開路狀態，這時讀取引出部117A(或117B)輸出的電壓，與預先存儲的數據進行對照及運算，通過這樣得到上部電阻層分接觸的位置是在引出部116B與116C之間的與引出部116A相反一側的點21C、還是與引出部116A同一側的點21A的所謂第2數據。然後，在微機18中比較第1數據與第2數據，確認傾斜方向是一致的點21A所傾斜的方向，並發出該信號。下表面，在上述圖24及圖25所示的狀態中，作為與上述不同的識別條件，是利用微機18，對於下部電阻層117的內外周引出部117A及117B，將外周的引出部117B接地(0伏)，對內周的引出部117A加上直流電壓，讀取上部電阻層116的一個引出部(例如最靠近接觸點20的引出部116B)輸出的電壓，與預先存儲的數據進行對照及運算，通過這樣得到彈性壓下部分13B按壓柔性絕緣基板15的按壓力即彈性驅動體13的傾斜角度數據。
然後，從圖24所示的狀態，再更用力按壓驅動用把手19的前端，通過這樣彈性驅動體13進一步傾斜，下表面產生彈性變形，彈性按壓部13B按壓柔性絕緣基板15的部分的面積增大，圖26的主要部分剖面圖表示這種狀態。如該圖所示，彈性驅動體13的彈性按壓部13B按柔性絕緣基板15的部分的面積，從彈性按壓部13B的外周端部的尖形肩部13C向中心方向增大，上部電阻層116與下部電阻層117接觸的部分的面積，也從最初接觸的接觸點20向中心方向擴大。
在這種狀態下，與上述相同，利用微機18，對下部電阻層117的內外周引出部117A及117B，將外周的引出部117B接地(0伏)，對內周的引出部117A加上直流電壓，讀出上部電阻層116的一個引出部(116B)輸出的電壓，與預先存儲的數據進行對照及運算，通過這樣得到彈性按壓部13B用力按壓柔性絕緣基板15的按壓力即彈性驅動體13更進一步傾斜的角度數據。這樣，與上述情況相比，由於包含接觸點20的接觸部分的面積增大，上部電阻層116的一個引出部(116B)輸出的電壓上升，所得到的數據值與彈性驅動體13的更大傾斜的角度對應。
另外，在上述彈性驅動體13的傾斜角度識別方法中，是將下部電阻層117的外周引出部117B接地(0伏)，對內周引出部117A加上直流電壓，其理由是，由於隨著彈性驅動體13的傾斜角度增大，上部電阻層116與下部電阻層117的部分接觸的面積從上部電阻層116的外周一側向內周一側增大，因此通過上述那樣加上直流電壓，能夠減小傾斜角度小、兩者接觸不穩定狀態下的輸出電壓，對去掉不穩定區域、在穩定時的大的輸出電壓進行測量及運算處理，從而能夠識別彈性驅動體13的傾斜角度，而且，由於這些數據的取得及運算處理是在輸出電壓達到規定電壓以上時進行，同時高速反覆進行，因此能夠正確識別。
在如上所述進行輸入操作後，若去掉加在驅動用把手19前端的按壓力，則彈性驅動體13利用自身的彈性恢復原力，其彈性薄壁圓筒部13A恢復為原來的形狀，通過這樣返回到圖21的狀態，柔性絕緣基板15恢復為原來的平面狀，上部電阻層116與下部電阻層117返回相對的狀態。
如上所述，本實施形態的多方向輸入裝置，由於在將多方向輸入用電子部件的彈性驅動體13傾斜時，根據多種識別條件下得到的多個數據即各引出部的輸出電壓，識別彈性驅動體13的傾斜方向及傾斜角度，因此除了以高解析度能夠在多個方向進行輸入的傾斜方向之外，還能夠根據傾斜角度在幾個方向進行輸入，所以若將兩者組合起來，能夠實現可很多方向進行輸入即輸入方向的解析度非常高的多方向輸入裝置及採用該多方向輸入裝置的電子設備。
工業應用性本發明的多方向輸入裝置的輸入用電子部件是由上部電阻層、下部導電體層及使上部電阻層與下部導電體層接觸的彈性驅動體構成的簡單構成，因此容易實現小型化。另外，將驅動用把手向斜下方按下，使彈性驅動體傾斜，使上部電阻層與下部導電體層部分接觸，根據這時的各引出部的輸出電壓，能夠識別彈性驅動體的傾斜方向及傾斜角度，因此輸入方向的解析度非常高。
權利要求
1.一種多方向輸入裝置，具有輸入用電子部件及運算裝置，其特徵在於，所述輸入用電子部件具有在柔性絕緣基板的下表面形成規定寬度的圓環形且具有分別與內周及外周的整個圓周導通的2個引出部的上部電阻層；與所述上部電阻層隔開規定的絕緣間隔相對的、配置在平面基板上形成圓環形且具有規定引出部的下部導電體層；與所述平面基板連接且具有圓孔的上蓋；以及設置在所述柔性絕緣基板上的彈性驅動體，所述彈性驅動體在下表面具有與所述上部電阻層的背面隔開規定間隔相對的圓片狀彈性按壓部；在上表面具有與所述上蓋圓孔配合的能夠轉動的球狀體；以及所述球狀體中央的驅動用把手，在所述彈性驅動體傾斜的狀態下，所述彈性按壓部使所述柔性絕緣基板的一部分向下方彎曲，通過這樣使所述彈性驅動體傾斜方向的所述上部電阻層與所述下部導電體層部分接觸，所述運算裝置在所述彈性驅動體傾斜、使所述上部電阻層與所述下部導電體層部分地接觸的狀態下，根據所述上部電阻層及所述下部導電體層的引出部的信息，識別所述彈性驅動體傾斜的方向，同時在對所述上部電阻層的2個引出部之間施加規定的直流電壓時，測量所述下部導電體層的引出部的輸出電壓，並進行運算處理，通過這樣識別所述彈性驅動體的傾斜角度。
2.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，下部導電體層具有隔開規定間隔的至少3個引出部，運算裝置在彈性驅動體傾斜、上部電阻層與所述下部導電體層部分地接觸的狀態下，至少對所述下部導電體層的、首先是在規定的2個引出部之間、然後是在2個引出部之間依次施加規定的直流電壓，對所述2個步驟的期間內在所述上部電阻層的引出部上產生的輸出電壓進行運算處理，通過這樣識別所述彈性驅動體的傾斜方向。
3.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，下部導電體層這樣構成，即將圓環形電阻層隔開規定間隔一分為二，在2分割的各電阻層的兩端設置引出部，運算裝置在彈性驅動體傾斜、上部電阻層與所述下部導電體層部分地進行接觸的狀態下，對2分割的各下部電阻層的兩端的引出部之間依次加上規定的直流電壓，讀取這時所述上部電阻層的引出部上產生的輸出電壓，通過這樣識別所述彈性驅動體的傾斜方向。
4.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，下部導電體層這樣構成，即將圓環形導電體層按規定角度分割，在分割的各導電體層設置引出部。
5.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，還具有輸入用的平板狀導通板，所述導通板由利用在厚度方向上按壓以使按壓位置的上下表面之間導通的壓敏導電體製成，所述導通板插入在相對設置的圓環形上部電阻層與下部導電體層之間的絕緣間隔部。
6.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，下部導電體層的電阻率小於上部電阻層的電阻率。
7.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，將與下部導電體層相同的導電體層設置在柔性絕緣基板的下表面，以代替上部電阻層，同時將與所述上部電阻層相同的電阻層設置在平面基板上，以代替所述下部導電體層。
8.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，運算裝置在對上部電阻層及下部導電體層的引出部的輸出電壓進行運算處理後識別彈性驅動體的傾斜方向或傾斜角度時，是在輸出電壓處於規定電壓以上時進行運算處理。
9.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，運算裝置為了識別彈性驅動體傾斜的角度量，在所述電阻層的2個引出部之間，將所述上部電阻層的外周側的引出部作為低電位側，加上直流電壓。
10.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，輸入用電子部件還具有由剛體材料製成的操作旋鈕，所述操作旋鈕具有中心孔及與彈性驅動體的彈性按壓部近似相同外徑的平板狀下表面，所述彈性驅動體在下表面具有與上部電阻層的背面隔開規定間隔相對的圓片狀的所述彈性按壓部，在上表面具有平板狀的表面以及在該平板狀表面的中央具有柱狀體，所述操作旋鈕安裝在所述柱狀體上，所述操作旋鈕的平板狀的下表面，在規定直徑位置以內與所述彈性驅動體的上表面的平板狀面接觸，從該規定直徑位置至外周端部逐漸翹起。
11.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，輸入用電子部件還具有利用將彈性驅動體的驅動用把手向下方按下而動作的自恢復型按壓開關，所述按壓開關具有在所述驅動用把手下方、設置在柔性絕緣基板上的彈性金屬薄板制圓拱形體；在所述柔性絕緣基板或平面基板中央、與圓環形上部電阻層及下部導電體層電氣獨立設置的利用所述圓拱形體彈性反彈而短路的外側靜觸點及中心靜觸點。
12.如權利要求1所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，在電子設備主體的平面狀布線基板上形成的下部導電體層的上方，配置形成上部電阻層的柔性絕緣基板，同時彈性驅動體的球狀體與電子設備的上殼體的圓孔配合。
13.如權利要求12所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，上部電阻層形成於在電子設備主體的平面狀布線基板上重疊設置的柔性布線基板上。
14.一種多方向輸入裝置，具有輸入用電子部件，其特徵在於，所述輸入用電子部件具有在柔性絕緣基板的下表面形成規定寬度圓環形，具有分別與內周及外周的整個圓周導通的2個引出部的上部電阻層；為使得與所述上部電阻層隔開規定的絕緣間隔相對而配置在平面基板上形成圓環形的、具有規定引出部的下部導電體層；與所述平面基板連接、具有圓孔的上蓋；以及設置在所述柔性絕緣基板上的彈性驅動體，所述彈性驅動體在下表面具有與所述上部電阻層的背面隔開規定間隔相對的圓片狀彈性按壓部，在上表面具有與所述上蓋圓孔配合的能夠轉動的球狀體及所述球狀體中央的驅動用把手，若所述柔性驅動體傾斜，則所述彈性按壓部使所述柔性絕緣基板的一部分向下方彎曲，使傾斜方向的所述上部電阻層與所述下部導電體層部分接觸，在這種情況下，根據所述上部電阻層及所述下部導電體層的引出部的信息，識別所述彈性驅動體的傾斜方向及傾斜角度。
15.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，下部導電體層具有隔開規定間隔的至少3處的引出部。
16.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，下部導電體層這樣構成，即將圓環形電阻層隔開規定間隔一分為二，在2分割的各電阻層的兩端設置引出部。
17.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，下部導電體層這樣構成，即將圓形導電體層按規定角度分割，在分割的各導電體層設置引出部。
18.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，輸入用電子部件還具有平板狀導通板，所述導通板由利用厚度方向按壓使按壓位置的上下表面之間導通的壓敏導電體製成。所述導通板插入在相對設置的圓環形上部電阻層與下部導電體層之間的絕緣間隔部。
19.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，下部導電體層的電阻率小於上部電阻層的電阻率。
20.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，將與下部導電體層相同的導電體層設置在柔性絕緣基板的下表面，以代替上部電阻層，同時將與所述上部電阻層相同的電阻層設置在平面基板上，以代替所述下部導電體層。
21.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，輸入用電子部件還具有剛體材料製成的操作旋鈕，所述操作旋鈕具有中心孔及與彈性驅動體的彈性按壓部近似相同外徑的平板狀下表面，所述彈性驅動體在下表面具有與上部電阻層的背面隔開規定間隔相對的圓片狀的所述彈性按壓部，在上表面具有平板狀表面及在該平板狀表面的中央具有柱狀體，所述操作旋鈕安裝在所述柱狀體上，所述操作旋鈕的平板狀的下表面在規定直徑位置以內，與所述彈性驅動體的上表面的平板狀的面接觸，從該規定直徑位置至外周端部逐漸翹起。
22.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，輸入用電子部件還具有利用將彈性驅動體的驅動用把手向下方按下而動作的自恢復型按壓開關，所述按壓開關具有在所述驅動用把手下方，安置在柔性絕緣基板上的彈性金屬薄板制圓拱形體；在所述柔性絕緣基板或平面基板中央、與圓環形上部電阻層及下部導電體層電氣獨立設置的利用所述圓拱形體彈性反彈而短路的外側靜觸點及中心靜觸點。
23.如權利要求14所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，在電子設備主體的平面狀布線基板上形成的下部導電體層的上方，設置形成了上部電阻層的柔性絕緣基板，同時彈性驅動體的球狀體與電子設備的上殼體的圓孔配合。
24.如權利要求23所述的多方向輸入裝置，其特徵在於，上部電阻層形成於在電子設備主體的平面狀布線基板上重疊設置的柔性布線基板上。
全文摘要
在本發明的多方向輸入裝置中，若將彈性驅動體13傾斜，則彈性按壓部13B按下柔性絕緣基板15的上表面，使柔性絕緣基板15的下表面的圓環形上部電阻層16和與之相對的下部導電層17的一部分接觸。在這種狀態下，運算裝置(未圖示)根據來自上部電阻層16及下部導電層17的引出部的信息，識別彈性驅動體13的傾斜方向及傾斜角度。
文檔編號H01H25/04GK1393024SQ01803010
公開日2003年1月22日 申請日期2001年10月5日 優先權日2000年10月5日
發明者井上浩人, 山本保, 澤田昌樹, 西小野博昭 申請人:松下電器產業株式會社