專利名稱：模擬輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如裝載在游戲機用控制裝置等上的模擬輸入裝置，特別是涉及提高相對于按壓操作時的負(fù)荷或行程的變化的輸出特性的模擬輸入裝置。
背景技術(shù)：
圖7是表示原有的模擬輸入裝置變形前的狀態(tài)的剖視圖，圖8是表示原有的模擬輸入裝置中輸入—輸出特性的曲線圖。另外，圖8A是以負(fù)荷量為輸入，將可動電極3a與電阻體3b之間的模擬輸出電壓經(jīng)過A/D變換后的比特數(shù)(bit數(shù))為輸出的圖，圖8B是以行程量為輸入、以與圖8A相同的比特數(shù)為輸出的圖。
在圖7所示的模擬輸入裝置1中，在基座2的內(nèi)部底面上設(shè)有輸出模擬信號的模擬量發(fā)生部3，在所述模擬量發(fā)生部3的上部設(shè)有可以彈性變形的橡膠部件4。并且，鍵頭5在圖示的Z方向進(jìn)退自如地支撐在橡膠部件4的上部。
所述橡膠部件4在其外周部一側(cè)設(shè)有環(huán)狀的基部4a，并具有從所述基部4a向軸O-O方向形成的薄的支撐部4b。另外，在所述支撐部4b的前端部一體形成向圖示Z2方向凸進(jìn)去的按壓部4c。
所述模擬量發(fā)生部3，介由微小的間隙將設(shè)置在基座2底面一側(cè)的電阻體3b和在圖示Z1一側(cè)對向的可動電極3a面對面配置。
在所述模擬輸入裝置1中，鍵頭5向圖示Z2方向被按下時，就使整個橡膠部件4彈性變形。這時，由于所述按壓部4c下壓模擬量發(fā)生部3的可動電極3a，所以，可動電極3a彎曲并使它接觸所述電阻體3b的表面。
這時，由于所述可動電極3a和電阻體3b之間的接觸面積根據(jù)按壓時的負(fù)荷量或行程量而變化，所以，可動電極3a和電阻體3b的電阻值也根據(jù)這些發(fā)生變化。因而，在所述電阻體3b上串聯(lián)所定的固定電阻，在可動電極3a和固定電阻之間外加恒定電壓的狀態(tài)下按下所述鍵頭5時，從所述固定電阻的兩端檢測出對應(yīng)于給予所述鍵頭的負(fù)荷或行程的輸出電壓(模擬信號輸出)。
另外，例如特開2002-93274號公報等中公開了一種現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。
但是，在所述模擬輸入裝置中，加在鍵頭5上的負(fù)荷F介由以環(huán)狀設(shè)置在橡膠部件4上端的被加壓部4d給予橡膠部件4，從橡膠部件4到可動電極3a是介由按壓部4c的前端B的一點集中給予的。
這里，對橡膠部件4的被加壓部4d上的A點加以負(fù)荷F的話，以B為中心的箭頭方向的力矩M作用于A點。該力矩M與用作A點和B點之間的距離以及負(fù)荷F的分力F·sinθ成比例，而使橡膠部件4發(fā)生彎曲變形，而且，由于橡膠部件4的彎曲變形發(fā)生在可動電極3a接觸電阻體3b之前，所以，所述橡膠部件4的彎曲變形至某種程度結(jié)束，從按下可動電極3a開始至接觸電阻體3b，在可動電極3a和電阻體3b之間會引起不產(chǎn)生電阻的不當(dāng)。
這就意味著在圖8A、B所示的原有的模擬輸入裝置中產(chǎn)生了無感應(yīng)區(qū)域W，在該區(qū)域，盡管按下鍵頭5但是直到負(fù)荷達(dá)到0.39N(40gf)以上(參照圖8)、或行程達(dá)到0.7mm以上(參照圖8)之前，沒有出現(xiàn)輸出。
這樣，在所述模擬輸入裝置中，施加在鍵頭5上的負(fù)荷或行程被橡膠部件4分散，而成為用于按下可動電極3a的力不能夠有效地被傳遞的結(jié)構(gòu)。因此，在所述模擬輸入裝置中，與輸入相應(yīng)的輸出響應(yīng)遲鈍，直到給予一定以上的負(fù)荷或行程才能出現(xiàn)輸出，因此，存在輸出特性的直線性(線性特性)不好的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決所述原有技術(shù)中的課題而提出的，其目的在于，提供一種提高橡膠部件的力的傳遞效率，使與輸入相應(yīng)的輸出響應(yīng)變得敏銳并且輸出特性的直線性(線性特性)優(yōu)良的模擬輸入裝置。
本發(fā)明的模擬輸入裝置，具備按壓自如地設(shè)置的鍵頭、輸出與給予所述鍵頭的操作量相應(yīng)大小的模擬信號的模擬量發(fā)生部、根據(jù)所述操作量彈性變形來對所述模擬量發(fā)生部進(jìn)行加壓的橡膠部件，其特征在于使所述按壓部的底部、介由所定的面積、接近或接觸到所述模擬量發(fā)生部。
在本發(fā)明的模擬輸入裝置中，按下鍵頭時，首先使橡膠部件的加壓部向按下方向移動來使可動電極接觸到電阻體，然后，整個橡膠部件彎曲變形而被壓彎。因此，通過按下鍵頭立即就可以產(chǎn)生模擬輸出，所以能夠消除或減小輸入輸出特性上易產(chǎn)生的無感應(yīng)區(qū)域。
在上述中，優(yōu)選所述橡膠部件具有設(shè)在外周一側(cè)的基部、從所述基部向橡膠部件的中心部延伸的支撐部、設(shè)在所述中心部的加壓部；在以包含穿過所述按壓部的中心的軸的截面切斷所述橡膠部件時，在所述加壓部的外部表面設(shè)置與所述底部連續(xù)并且以所定的半徑形成的第一R面、與所述第一R面連續(xù)并且在與所述支撐部之間形成曲面的外側(cè)部。
另外，優(yōu)選在所述加壓部的內(nèi)部設(shè)置空洞部，在所述空洞部的底面設(shè)置以所定的半徑形成的第二R面。
優(yōu)選所述第二R面相對于穿過所述中心的軸對稱設(shè)置，在一邊的第二R面和另一邊的第二R面之間設(shè)置平坦面或曲面。
在正交于所述軸的半徑方向上進(jìn)行比較時，所述第二R面設(shè)置在比所述第一R面更靠近所述軸的中心一側(cè)的位置。
在上述的各種方案中，由于可以使可動電極和電阻體的接觸面積慢慢擴大，所以能夠使關(guān)系到模擬輸入裝置的輸入輸出特性的直線性(線性特性)提高。
例如，所述模擬量發(fā)生部，介由所定的間隙對向配置可動電極和電阻體，并使所述加壓部的底部接近或接觸到所述可動電極或電阻體。
另外，作為其他方案例如具有對向配置可動電極和固定電極而形成的靜電電容機構(gòu)，其檢測通過所述可動電極和所述固定電極之間的距離根據(jù)鍵頭的按壓操作進(jìn)行變位而改變的靜電電容。


圖1A是表示本發(fā)明的實施方式的模擬輸入裝置的剖視圖、B表示變形后的可動電極和電阻體的A的部分放大剖視圖。
圖2表示橡膠部件的第1實施方式的剖視圖。
圖3表示橡膠部件的第2實施方式的剖視圖。
圖4是表示模擬輸入裝置的測定電路圖。
圖5表示使用了第1實施方式所示的橡膠部件的場合的模擬輸入裝置的輸入輸出特性，A是表示負(fù)荷-數(shù)字輸出特性的曲線圖，B是表示行程-數(shù)字輸出特性的曲線圖。
圖6表示使用了第2實施方式所示的橡膠部件的場合模擬輸入裝置的輸入特性，A是表示負(fù)荷-數(shù)字輸出特性的曲線圖，B是表示行程-數(shù)字輸出特性的曲線圖。
圖7是表示原有的模擬輸入裝置變形前的狀態(tài)的剖視圖。
圖8是表示原有的模擬輸入裝置中的輸入輸出特性的曲線圖。
具體實施例方式
圖1A是表示本發(fā)明的實施方式的模擬輸入裝置的剖視圖、B表示變形后的可動電極和電阻體的A的部分放大剖視圖，圖2表示橡膠部件的第1實施方式的剖視圖。
圖1A所示的模擬輸入裝置表示例如構(gòu)成游戲機用控制器的十字鍵的4個鍵中的一個。
如圖1A所示，模擬輸入裝置設(shè)在上殼體11和下殼體12之間。在所述上殼體11上形成有開口部11a，鍵頭13在圖示出的Z1-Z2方向按壓自如地被支撐在該開口部11a的內(nèi)部。作為該鍵頭13上表面的端面部13a比所述上殼體11的表面11A向圖示Z1方向稍微露出。從所述端面部13a接續(xù)出的側(cè)部13b向圖示Z2方向延伸，在其下端環(huán)繞四周設(shè)有凸緣部13c。所述凸緣部13c可以與所述上殼體11的一部分的形成所述開口部11a的內(nèi)側(cè)部11b的下端面抵接。另外，在所述側(cè)部13b的內(nèi)側(cè)、并且在所述端面部13b的下面中間，一體形成向圖示Z2方向延伸成凸?fàn)畹募訅翰?3d。
所述下殼體12形成基座，在與所述上殼體11的開口部11a對向的位置上，形成向圖示Z2方向切成凹進(jìn)去的凹部區(qū)域12a。在所述凹部區(qū)域12a內(nèi)設(shè)有平板狀的固定電極14。如圖1B所示，在所述固定電極14的表面上，設(shè)有通過印刷或涂抹電阻物質(zhì)而形成的電阻體15。
在除所述凹部區(qū)域12a之外的下殼體12的表面，設(shè)有由絕緣材料構(gòu)成的隔片16，在其上面設(shè)有可以彈性變形的薄片部件17。在所述薄片部件17的下面且與所述電阻體15對向的位置上由印刷等方法形成可動電極18。即，所述電阻體15和可動電極18介由所定間隔的微小間隙G對向配置。另外，如后面述，所述可動電極18和電阻體15形成產(chǎn)生模擬信號的模擬量發(fā)生部。
在所述鍵頭13的加壓部13d和薄片部件17之間，設(shè)置作為第1實施方式的可彈性變形的橡膠部件20。所述鍵頭13以利用所述橡膠部件20的彈力而被施力向圖示Z1方向的狀態(tài)進(jìn)行支撐。另外，所述橡膠部件20由伸縮自如的樹脂，如硅橡膠、彈性體等形成。
圖1A以及圖2中作為第1實施方式所示的橡膠部件20，外周一側(cè)具有形成為環(huán)狀的基部21，并且具有從所述基部21向中心部側(cè)延伸到傾上方的支撐部22。并且，在所述支撐部22的前端部設(shè)有一體形成的按壓部23。所述按壓部23的截面形狀做成相對于通過橡膠部件20的中心的假想軸O-O呈軸對稱的略U字形狀。所述按壓部23具有向圖示Z2方向突出的凸部23a、向圖示Z1方向以筒狀延伸的圓筒部23b，所述凸部23a和圓筒部23b的內(nèi)部為空洞部。另外，所述圓筒部23b的端面為環(huán)狀的被加壓部23c。
橡膠部件20的空洞部具有所述圓筒部23b的內(nèi)表面23d；越從所述內(nèi)表面23d的下端向圖示Z2方向，其直徑尺寸越慢慢縮小形成略圓錐形狀的內(nèi)壁面23e；由平坦面或曲面形成的底面23f。在所述底面23f和內(nèi)壁面23e之間設(shè)有以所定的半徑(第二半徑)r2形成的第二R面23g。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，所述第二R面23g相對于所述軸O-O左右對稱，所述底面23f設(shè)置在一邊的第二R面23g和另一邊的第二R面23g之間。
按壓部23的外部表面具有由平坦面或曲率半徑大的曲面形成的底面23h；從所述底部23h連接到支撐部22上的外側(cè)面23i。在所述底部23h和外側(cè)面23i之間以所定的半徑(第1半徑)r1形成的第一R面23j設(shè)置成相對于所述軸O-O左右對稱。即，所述底部23h設(shè)置在一邊的第一R面23j和另一邊的第一R面23j之間。另外，所述底部23h接近或者接觸所述薄片部件17的表面。
在對所述端面部13a給予圖示Z2方向的負(fù)荷來按壓鍵頭13時，由于所述加壓部13d向圖示Z2方向?qū)ο鹉z部件20的被加壓部23c進(jìn)行加壓，所以，橡膠部件20彈性變形而使所述按壓部23向圖示的Z2方向移動。
同時，如圖1B所示，由于橡膠部件20的底部23h按壓薄片部件17，致使薄片部件17以及形成于其下面的可動電極18彎曲變形而向圖示Z2方向凸出。并且，可動電極18向Z2方向的變位量與所述可動電極18和電阻體15的微小間隙G的尺寸相等時，彎曲變形成凸出的形狀后的可動電極18的最下點P接觸所述電阻體15的表面。所述可動電極18通過接觸電阻體15便在它們之間形成電阻Rx。
如圖2中的剖視圖所示，在所述模擬輸入裝置10中，由平坦面或曲率半徑大的曲面形成橡膠部件20的所述底部23h，由于介由所定的面積來接觸，所以，不是原有的那種力介由橡膠部件20底部的一點集中給予可動電極18。
因此，作用于被加壓部23c上的點A的力矩M與以前相比可以更小。因此，橡膠部件20難以彎曲變形，能夠?qū)⒆饔糜诒患訅翰?3c的負(fù)荷F有效地傳遞給可動電極18。因而，即使只給予小的負(fù)荷F或行程，向可動電極18的按下(Z2)方向的變位量也會變大，在橡膠部件20彎曲變形前可以使可動電極18彎曲變形來接觸電阻體15。因此，可以消除或減小原有的模擬輸入裝置的輸入輸出特性中所產(chǎn)生的無感應(yīng)區(qū)域。
另外，在上面的敘述中，做成在底部23h和外側(cè)面23i之間設(shè)置第一R面23j的結(jié)構(gòu)，并且還采用在比所述第一R面23j更接近軸O-O一側(cè)的位置設(shè)置按壓部23內(nèi)部的第二R面23g的結(jié)構(gòu)。因此，在使負(fù)荷F增大、使鍵頭13的行程慢慢變大時，凸部23a能夠介由所述第一R面23j，依照所述外側(cè)面23i的形狀使橡膠部件20慢慢變形。因而，可動電極18的最下點(參照圖1B所示的P)接觸到電阻體15后，變形后的所述外側(cè)面23i，由于對應(yīng)所述負(fù)荷F或者行程來對可動電極18外側(cè)方向的區(qū)域進(jìn)行加壓，所以，輸入特性、即與負(fù)荷或行程相應(yīng)的輸出電壓特性可以成為類似直線的結(jié)構(gòu)。
另外，在由與所述第一R面23j連接的曲率半徑大的曲面形成外側(cè)面23i的形狀時，還可以進(jìn)一步使直線性提高。
圖3是表示橡膠部件的第2實施方式的剖視圖。
作為第2實施方式，圖3中表示的橡膠部件30雖然與圖2所示的第1實施方式的橡膠部件20是大致相同的結(jié)構(gòu)，但在以下幾點有所不同。
即，如圖3所示，在形成所述按壓部33的空洞部的內(nèi)壁面33e的下部所設(shè)置的底面僅以由所定半徑(第2半徑)r3構(gòu)成的第二R面33g形成，這一點不同。
另外，按壓部33的外部表面的底部33h，由例如以所定的曲率半徑形成的球面的一部分構(gòu)成的曲面或平坦面形成。
并且，在所述底部33h和外側(cè)面33i之間，以所定的半徑(第一半徑)r1形成的第一R面333j相對于軸O-O設(shè)置成左右對稱。另外，所述底部33h接近或接觸到所述薄片部件17的表面。
在本實施方式中，同樣，在介由鍵頭13對橡膠部件30向圖示Z2方向加壓時，橡膠部件30也被彈性變形，同時，由于介由薄片部件17按壓可動電極18，所以，可動電極18向圖示Z2方向凸進(jìn)去而彎曲變形成彎曲狀的同時接觸到電阻體15的表面(參照圖1B)。
因而，在所述第2實施方式中，同樣，由于由平坦面或曲率半徑大的曲面形成橡膠部件30的所述底部33h的中心一側(cè)，所以，也可以使在點A所產(chǎn)生的力矩M與以前相比更小。因而，與第1實施方式相同，在輸入輸出特性的初期，就能夠消除或減小易產(chǎn)生的無感應(yīng)區(qū)域。
另外，在該實施方式中，也是在所述底部33h的側(cè)面設(shè)置第一R面33j、并且按壓部33的空洞部內(nèi)的第二R面33g設(shè)置在比所述第一R面33還更靠軸O-O一側(cè)的結(jié)構(gòu)。因而，在使負(fù)荷F增大、使鍵頭13的行程慢慢變大時，與上述相同，凸部23a介由所述第一R面33j依照所述外側(cè)面33i的形狀變形而慢慢倒向側(cè)方。因而，與上述一樣可以使負(fù)荷或行程和輸出電壓之間的輸出特性的直線性提高。
其次，利用上述的模擬輸入裝置10對輸入(負(fù)荷或行程)和輸出(輸出電壓)之間的關(guān)系的測定結(jié)果進(jìn)行說明。
圖4是表示模擬輸入裝置的測定電路的圖，圖5表示使用了第1實施方式所示的橡膠部件的情況下的模擬輸入裝置的輸入輸出特性，A是表示負(fù)荷-數(shù)字輸出特性的曲線圖，B是表示行程-數(shù)字輸出特性的曲線圖，圖6表示使用了第2實施方式所示的橡膠部件的情況下的模擬輸入裝置的輸出特性，A是表示負(fù)荷-數(shù)字輸出特性的曲線圖，B是表示行程-數(shù)字輸出特性的曲線圖。
這里，在圖4中，符號Rx表示所述模擬輸入裝置10的電阻體15的電阻。另外，符號Ra表示由所定的電阻值構(gòu)成的固定電阻，Vcc表示外加電壓，Vo表示輸出電壓。再有，Do表示對所述輸出電壓Vo進(jìn)行A/D變換之后的數(shù)字輸出。
在圖4的測定電路中，輸出電壓Vo用下面式1來表示。
Vo＝{Ra/(Rx+Ra)}×Vcc在施加給鍵頭13的負(fù)荷F為0時[N(牛頓)]，由于鍵頭13的行程也是0[mm]，所以，可動電極18和電阻體15處于非接觸狀態(tài)(斷開狀態(tài))。此時，Rx為Rx(o)[Ω]、輸出電壓Vo為Vo(o)[V]、A/D變換后的數(shù)字輸出Do為0[bit](參照圖5A、B以及圖6A、B)。
其次，對鍵頭13施加負(fù)荷F，彎曲變形的可動電極18的一部分在以點接觸電阻體15表面的狀態(tài)下(參照圖1B)，電阻RxRx(o)[Ω]。因此，輸出電壓為VoVo(o)[V]，數(shù)字輸出Do表示最小的值(參照圖5A、B以及圖6A、B)。
然后，慢慢增加負(fù)荷F來使行程增大時，由于可動電極18和電阻體15的接觸面積慢慢擴大，反之，電阻Rx的大小則減少。因而，輸出電壓Vo依照所述式1伴隨負(fù)荷以及行程的增加而增大，所以，在圖5A、B以及圖6A、B所示的所定負(fù)荷或行程范圍內(nèi)表示出幾乎呈直線的線性度良好的輸入特性。
另外，在圖5A、B以及圖6A、B中，也在從無負(fù)荷狀態(tài)至給予使可動電極18接觸電阻體15所需要的負(fù)荷或行程的期間，由于輸出電壓VoVo(o)[V]，所以，稍微形成所述數(shù)字輸出Do成為0[bit]的無感應(yīng)區(qū)域W，但與所述以前的相比較的話可以大幅度地減小。另外，通過可以盡量小地設(shè)定所述微小間隙G的尺寸，可以提供示出負(fù)荷或行程均從0附近上沖、直線地成比例的特性的模擬輸入裝置。
另外，在所述實施方式中，作為模擬量發(fā)生部雖然是利用可動電極18和電阻體15之間的電阻值的變化來說明的，但本發(fā)明并不限定于此，比如也可以面對面配置可動電極和固定電極，對應(yīng)按壓操作使可動電極和固定電極之間的距離變位來檢測變化的靜電電容。
如上所述，本發(fā)明提供一種可以消除或減小即使給予負(fù)荷等輸入也不表現(xiàn)出來的無感應(yīng)區(qū)域的模擬輸入裝置。
另外，能夠提供一種輸出(電壓)相對于輸入(負(fù)荷)的特性的直線性(線性度)優(yōu)良的模擬輸入裝置。
權(quán)利要求
1.一種模擬輸入裝置，具備按壓自如地設(shè)置的鍵頭、輸出與給予所述鍵頭的操作量相應(yīng)大小的模擬信號的模擬量發(fā)生部、根據(jù)所述操作量彈性變形來對所述模擬量發(fā)生部進(jìn)行加壓的橡膠部件，其特征在于使所述按壓部的底部、介由所定的面積、接近或接觸到所述模擬量發(fā)生部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬輸入裝置，其特征在于所述橡膠部件具有設(shè)在外周一側(cè)的基部、從所述基部向橡膠部件的中心部延伸的支撐部、設(shè)在所述中心部的加壓部；在以包含穿過所述按壓部的中心的軸的截面切斷所述橡膠部件時，在所述加壓部的外部表面設(shè)置與所述底部連續(xù)并且以所定的半徑形成的第一R面、與所述第一R面連續(xù)并且在與所述支撐部之間形成曲面的外側(cè)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬輸入裝置，其特征在于在所述加壓部的內(nèi)部設(shè)置空洞部，在所述空洞部的底面設(shè)置以所定的半徑形成的第二R面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬輸入裝置，其特征在于所述第二R面相對于穿過所述中心的軸對稱設(shè)置，在一邊的第二R面和另一邊的第二R面之間設(shè)置平坦面或曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬輸入裝置，其特征在于在正交于所述軸的半徑方向上進(jìn)行比較時，所述第二R面設(shè)置在比所述第一R面更靠近所述軸的中心一側(cè)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬輸入裝置，其特征在于所述模擬量發(fā)生部，介由所定的間隙對向配置可動電極和電阻體，并使所述加壓部的底部接近或接觸到所述可動電極或電阻體。
全文摘要
一種模擬輸入裝置，該模擬輸入裝置，通過由平坦面或曲面形成設(shè)置在鍵頭(13)和構(gòu)成模擬量發(fā)生部的可動電極(18)之間的橡膠部件(20)的底部(23h)，能夠消除或減小無感應(yīng)區(qū)域。另外，通過由第一R面(23j)形成與外側(cè)面(23i)接續(xù)部分的形狀，而輸出(電壓)相對于輸入(負(fù)荷等)的特性的直線性(線性)優(yōu)良。因此，這種模擬輸入裝置，防止即使給予負(fù)荷等也不表現(xiàn)輸出的無感應(yīng)區(qū)域的產(chǎn)生，另外，輸出(電壓)相對于輸入(負(fù)荷等)的特性的直線性(線性)優(yōu)良。
文檔編號H01H13/52GK1577668SQ200410069889
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者新妻博文, 渡邊和年, 稻村純一, 佐藤功 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社