CN1248080C - 多向输入装置 - Google Patents

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Abstract

目的：本发明的目的在于，限制一所谓的“操纵杆”型多向输入装置的高度，并且提高当操作件和转动件返回中间位置时的精度。布置：一操作件30一体地设置有两个沿相交的方向突伸的转动轴35和35。在转动轴35、35的下面设置有一圆盘32。在转动件40B的下表面上设置有一可将圆盘容纳于其中因而使之转动的凹槽46B。在凹槽46B的内表面上设置有可供接配转动轴35和35的轴承部47B和47B。在转动件40A和40B的两端轴部上设置有平面44A和44B。一由弹簧60偏压的环形滑动件50自下而上地、弹性地抵靠于转动件40A和40B的平面44A和44B。

Description

多向输入装置
发明领域
本发明涉及一种多向输入装置，它通过操作一可以沿围绕其的任意方向操作的操作件来输入各种信号。
背景技术
所谓(游戏)操纵杆型的多向输入装置通常是支承在一壳体中，该装置可以沿两个相互垂直的方向转动，并包括：一组上和下转动件，它们分别具有沿着一垂直于转动方向的方向延伸的长孔；一穿过所述上下转动件组之长孔的操作件，通过沿任意的周向操作该操作件，就可以使转动件转动；一被压缩并容纳在壳体中的弹簧，用以将操作件弹性地保持在其中间位置；一返回机构，用于使操作件从其任意周向的操作位置自动地返回中间位置；以及一组信号输出装置，用以相应于各转动件的转动角度来输出一信号。
在这样一种多向输入装置中，为了防止操作件被拉出，操作件的下部被一个下操作件支承，这样就使操作件可以沿长孔的方向转动。作为操作件的枢转支承机构，例如在日本实用新型公告H5-19925、H7-27608和日本专利申请公开号H10-283885中，操作件的下部通过一沿垂直于长孔方向的销子连接于一下转动件。在此结构下，操作件可以沿下转动件的长孔方向转动，藉以使上转动件转动。另外，操作件与下转动件一起沿上转动件的长孔方向转动，藉以使下转动件转动。
作为使操作件从其任意周向的操作位置自动地返回到中间位置的返回机构，日本实用新型公告H5-19925的多向输入装置采用了这样一种结构，其中，由一弹簧向上推的上推件将上和下转动件组弹性地保持在中间位置上。
另外，在日本实用新型公告H7-27608和日本专利申请公开号H10-283885所描述的多向输入装置中，采用了这样一种结构来作为返回机构，其中一设置在操作件下端的盘状操作体由一设置在其下方的弹簧弹性地向上压，从而只将操作件弹性地保持在中间位置。
然而，这些传统的多向输入装置在其操作件的可枢转支承机构和返回机构方面还存在以下问题。
在以上任何一种多向输入装置中，由于操作件的中部通过销子连接于下转动件，因而增加了部件数量。另外，操作件的整个长度增加，难以减小装置的尺寸和高度。
对于用来使操作件返回中间位置的返回机构而言，如日本实用新型公告H5-19925中所述的多向输入装置，虽然可将上和下转动件直接保持在中间位置，但操作件仍只是间接地保持在中间位置上。相反，在日本实用新型公告H7-27608和日本专利申请公开号H10-283885中，虽然是将操作件直接保持在中间位置，但上和下转动件组却只是间接地保持在中间位置上。因此，在这些装置中，不能使操作件和转动件都充分而精确地返回。
本发明正是针对这些问题作出的，其第一目的在于，提供一种便于减小装置尺寸(包括高度)的多向输入装置。本发明的第二目的在于，提供一种可使操作件非常精确地返回中间位置的多向输入装置
发明揭示
为实现上述目的，本发明提供了一种多向输入装置，包括一组支承在所述壳体中的上和下转动件，所述转动件可以向两个相交的方向转动，并且分别具有一沿着垂直于所述转动方向的方向延伸的长孔；一穿过所述上和下转动件组的所述长孔的操作件，当沿着任意的方向对所述操作件加以操作时，所述操作件可以使所述各转动件转动；一返回机构，用于使所述操作件从其向任意方向操作的位置返回到一中间位置；以及一组连接于所述上和下转动件组的端部的信号输出装置，用以响应所述各转动件的转动角度来输出一信号；其中，所述返回机构包括一被压缩和容纳在所述壳体内的弹簧，以及一由所述弹簧偏压的滑动件，所述滑动件自下而上地、弹性地抵靠于一向下形成在所述操作件下部的平面上，和/或抵靠于向下形成在所述上和下转动件组的相对的两端轴部的平面上，以及在所述操作件的下部一体地设置有一个防脱出部分，在所述下转动件的下表面上设置有一个供可转动地装配所述防脱出部分的向下的凹槽，所述防脱出部分包括垂直于所述操作件的轴向突伸的一对转动轴或一向上凸出的半球形部分。
也就是说，在本发明的多向输入装置中，为了防止操作件脱出，转动轴小于球形部分，和/或在多向输入装置的下部设置了一半球形的转动型防脱出部分，在下转动件的下表面上设置了供装配防脱出部分的凹槽，藉以限制防脱出部分使之不能向下突伸。因此，所用部件的数量较少，并且可以减小装置的尺寸，包括高度。
所述返回机构可以弹性地保持所述操作件和上和下转动件之一或两者。当把操作件和转动件都弹性地保持在中间位置上时，可以提高使操作件返回中间位置的精度。也就是说，可以实现本发明的第二目的。
较佳的是，返回机构包括一被压缩和容纳在壳体内的弹簧，以及一由弹簧偏压的滑动件。在此特征下，可以进一步提高使操作件返回中间位置的精度。
较佳的是，所述滑动件自下而上地抵靠于一向下形成在操作件下部的平面上，和/或抵靠于向下形成在上和下转动件组的两端轴部的平面上。当操作件和转动件都被弹性地保持在中间位置上时，这种结构特别有效。
操作件由向上的凸台和/或设置在壳体底板上的返回机构自下而上地支承。
较佳的是，在所述凸台的上表面上设置有一个向下凹的半球形凹槽，而在所述操作件的下表面上设置有一个向下凸出的、可装配在所述凹槽中的半球形凸起。另外较佳的是，在凸台的上表面上设置有一个向上凸出的半球形凸起，而在操作件的下表面上设置有一个向上凹的、可供装配所述凸起的半球形凹槽。在此特征下，能使操作件的下部沿着围绕操作件的方向可靠地、可转动地支承。
凸台能作为滑动件的引导件。
可以在操作件的下方设置一个下推式开关来代替凸台。在此情况下，最好是利用返回机构来作为将操作部分向上偏压的机构。
防脱出部分可以是一半球形部分和转动轴。半球形部分可以设置有转动轴。为了减小装置的尺寸，最好是在操作件轴杆的下方直接形成所述转动轴，特别是一个向上凸出的半圆形转动轴。这样的转动轴可防止操作件围绕其中轴线转动。
作为转动轴，一体地设置在操作件轴杆下方的一个向上凸出的、基本上为半圆形的圆盘是较为理想的，因为这样可以减小整个高度。转动轴可以从操作件下部的两侧突伸。
滑动件可以抵靠于半球形部分的下表面。也就是说，半球形部分可以利用下表面来作为供滑动件抵靠的平面。当没有设置半球形部分时，在转动轴的下方设置圆盘，将圆盘的下表面作为供滑动件抵靠的平面。这对于基本上为半圆形的转动轴而言是较为合适的。作为向两个方向突伸的成对转动轴，可以在操作件的下部设置一向下的平面，基本上为柱体的转动轴可以从平面的两侧突伸。
最好是将圆盘容纳在设置于下转动件下表面上的凹槽中，因为这样可以减小整个高度。在此情况下，在凹槽的内表面上设置有供装配转动轴的成对轴承部。
信号输出装置组可以是电传感器、光传感器和磁传感器中的任何一种，其种类不受限制。
附图简要说明
图1是根据本发明第一实施例的多向输入装置的平面图；
图2是该多向输入装置的前视图；
图3是该多向输入装置的纵剖前视图；
图4是沿图1中的箭头A-A剖取的剖视图；
图5示出了该多向输入装置中所采用的下壳，其中图5(a)是一平面图，图5(b)是一前视图，而图5(c)是沿箭头B-B剖取的剖视图；
图6示出了该多向输入装置中所采用的上壳，其中图6(a)是一平面图，图5(b)是一前视图，而图5(c)是沿箭头B-B的剖视图；
图7示出了该多向输入装置中所采用的操作件，其中图7(a)是一平面图，图7(b)是一前视图，图7(c)是一侧视图，而图7(d)是一底部视图；
图8示出了该多向输入装置中所采用的上转动件，其中图8(a)是一平面，图8(b)是一侧视图，图8(c)是一前视图，图8(d)是沿箭头E-E的剖视图，图8(e)是沿箭头F-F的剖视图，而图8(f)是一底部视图；
图9示出了该多向输入装置中所采用的下转动件，其中图9(a)是一平面图，图9(b)是一前视图，图9(c)是一侧视图，图9(d)是沿箭头G-G的剖视图，图9(e)是沿箭头H-H的剖视图，而图9(f)是一底部视图；
图10示出了该多向输入装置中所采用的滑动件，其中图10(a)是一平面图，图10(b)是一前视图，而图10(c)是沿箭头I-I的剖视图；
图11是根据本发明第二实施例的多向输入装置的纵剖视图；
图12是根据本发明第三实施例的多向输入装置的纵剖视图；
图13是根据本发明第四实施例的多向输入装置的纵剖视图；
图14是根据本发明第五实施例的多向输入装置的剖视平面图；
图15是该多向输入装置的前视图；
图16是该多向输入装置的侧视图；
图17是沿图14中的线J-J剖取的剖视图；
图18是沿图14中的线K-K剖取的剖视图；
图19示出了该多向输入装置中所采用的上转动件，其中图19(a)是一平面图，图19(b)是一左视图，图19(c)是一前视图，而图19(d)是一右视图；
图20示出了该多向输入装置中所采用的下转动件，其中图20(a)是一平面图，图20(b)是沿图20(a)中的线L-L剖取的剖视图，图20(c)是沿图20(a)中的线M-M剖取的剖视图，而图20(d)是一右视图；
图21是根据本发明第六实施例的多向输入装置的平面图；
图22是多向输入装置的侧视图；以及
图23是根据本发明第七实施例的多向输入装置的侧视图。
标号说明
10           壳体
10a          下壳
10b          上壳
14           凸台
15           凹槽
15’                    凸起
20A、20B     信号输出装置
30           操作件
32           圆盘
33           凸起
33’                     凹槽
34           平面
35           转动轴(防脱出部分)
36           半球形部分(防脱出部分)
40A、40B        转动件
41A、41B        转动轴
42A             弧形部分
42B             半球形部分
43A、43B        长孔
44A、44B        平面
45A、45B        凸起
46B             凹槽
47B             轴承部
48A             连接部
50              滑动件
52              第一抵靠面
53              第二抵靠面
60              弹簧
70              下推式开关
本发明的实施例
如图1和2所示，根据本发明实施例的多向输入装置包括一设置在一安装板上的盒状壳体10，以及设置在壳体10两个相交侧面上的信号输出装置20A和20B。信号输出装置20A和20B可以是电传感器、光传感器和磁传感器中的任何一种，其类型没有限制。
如图3和4所示，在壳体10中容纳有：一可围绕其下部向任意方向倾斜的杆状操作件30、由操作件30转动的一组上和下转动件40A和40B、一作为使操作件30自动返回中间位置的返回机构的滑动件50、以及一弹簧60。
下面将详细描述壳体10、操作件30、转动件40A和40B以及滑动件50的结构。
壳体10是一个两件式结构，包括一形成壳体10之底板的下壳10a以及一自上而下地装配于下壳10a的上壳10b。
如图5所示，下壳10a具有一矩形底板11。在底板11的两个侧边上设置有向上突伸的爪部12，用以将下壳10a固定于上壳10b。在底板11每一侧边的中部设置有一向上突伸的支承件13，用于支承转动件40A和40B。在底板11的上表面中部设置有一具有圆形截面的凸台14，该凸台可以作为操作件30以及滑动件50之引导件的支承件。在凸台14的上端面形成有一向下凹的半圆形凹槽15。
如图6所示，放到下壳10a上的上壳10b是一个下表面敞开的盒状盖体。在上壳10b的顶部设置有一供操作件30的上部向上穿过的开口16。在上壳16b的各侧壁上均设置有一用于装配支承件13的槽口18。在两个相互平行的侧壁的内表面上设置有用于接配爪部12的接配部分。在两个相交的侧壁的两端设置有用于固定信号输出装置20A和20B的成对爪部19。
当把上壳10b置于下壳10a上时，下壳10a的爪部12与上壳10b的接配部分相配合，藉以将下壳10a固定于上壳10b。当把下壳10a的支承件13装配于上壳10b的槽口18时，在壳体10的各个侧面上会形成一个用于支承转动件40A和40B之转轴的两端的圆形开口。信号输出装置20A和20B通过爪部19固定于壳体10的两个相交的侧面。
如图7所示，操作件30包括一为直杆形状的轴杆31。在轴杆31的下部设置有转动轴35和35，它们分别沿着与操作件30相交的两个方向突伸。每个转动轴35和35均具有一半圆形的上表面。在每个转动轴35的下部均设置有一个直径大于轴杆31的圆盘32。在圆盘32的下表面中部设置有一向下凸出的半球形凸起33。凸起33的形状与形成在凸台14上端面的凹槽的形状相对应。圆盘32的除了其中部以外的部分是一个平面34，滑动件50弹性地抵靠于该平面。转动轴35和35的中线横穿过半球形凸起33的中心。
如图8所示，在上转动件40A的两端分别设置了均具有圆形截面的转动轴41A和41A，在转动轴41A和41A之间设置有一向上凸出的弧形部分42A。在弧形部分42A上设置有沿转动纵轴线方向延伸的、作为操作件30之引导孔的长孔43A。在弧形部分42A的内表面上有一个沿长孔43A的方向以及垂直于长孔43A方向的弧形面，因而不会阻碍转动件40A和40B的转动。
用于连接转动轴41A和41A以及弧形部分42A的轴的下表面是平面44A和44A，滑动件50弹性地抵靠于该两平面的下方。平面44A和44A的位置略低于操作件30的圆盘32的下表面(平面34)。在转动轴41A和41A的端面上设置有凸起45A和45A，用以将信号输出装置连接于转动轴41A和41A。
下转动件40B成直角交叉地结合于上转动件40A的下部。如图9所示，在转动件40B的两端设置了均具有圆形截面的转动轴41B和41B，在转动轴41B和41B之间设置有向上凸出的半球形部分42B。在此半球形部分42B上设置有一沿转动件中轴线方向延伸的长孔43B，以作为操作件30的引导孔。在半球形部分42B的下表面上设置有一用于可转动地装配操作件30之圆盘32的凹槽46B，在其内表面上设置有用于装配半圆形转动轴35的半圆形轴承部47B和47B。长孔43B夹设在轴承部47B和47B之间。
连接转动轴41B、41B以及半球形部分42B的是平面44B和44B，滑动件50自下而上地、弹性地抵靠在该两平面上。平面44B和44B与转动件40A的平面44A和44A相齐平。在转动轴41B和41B的端面上设置有用于连接信号输出装置的凸起45B和45B。
如图3和4所示，上和下转动件组40A和40B是以这样一种状态安装到壳体10中的，即，它们的中轴线在同一个平面上垂直地相交，并且两转动件可转动地支承在壳体10中。操作件30是通过转动件40A和40B的长孔43A和43B***的。圆盘32装配在转动件40B的凹槽46B中。转动轴35和35装配在设置于凹槽46B内表面的轴承部47B和47B中。各凸起33装配在形成于下壳10a的凸台14之上端面上的凹槽15中。在此状态下，就可以将操作件30结合于壳体10中的转动件40A和40B。
在此情况下，操作件30可以围绕凸台14上的凸起33向任意方向转动。操作件30可围绕转动轴35和35沿着下转动件40B的长孔43B的方向倾斜。在此结构下，可以使上转动件40A沿着下转动件40B的半球形部分42B的上表面转动。当操作件30围绕下转动件40B的转动轴41B和41B沿上转动件40A的长孔43A的方向倾斜时，下转动件40B沿上转动件40A的弧形部分42A的下表面转动。
如图10所示，用于使操作件30自动返回中间位置的滑动件50是一个大致呈矩形的板状构件，该滑动件可垂直移动地装配在下壳10a中。在滑动件50的中部设置有一孔51，凸起33穿过该孔抵靠于下壳10a的凸台14。滑动件50可以沿上下壳体10a和10b的作为引导件的壁面垂直地移动。孔51的直径基本上等于下壳10a的凸台14的直径，因而可以将凸台14作为一引导件。在此结构下，滑动件50可以更方便地垂直移动。为了可转动地支承操作件30的下部，在孔51的外周形成有一个弯曲的锥形部分55，以供装配凸起33。形成在滑动件50的孔51周围的上表面上的环形平面是与操作件30的圆盘32的下表面(平面34)接触的第一抵靠面52。围绕第一抵靠面52设置的四个平面是第二抵靠面53，它们分别与转动件40A的平面44A和44A以及转动件40B的平面44B和44B相接触。
在滑动件50的下表面上设置有一供装配弹簧60的圆形槽54。
弹簧60被压缩和容纳在滑动件50和下壳10a的底板11之间。滑动件50由弹簧60向上偏压，并使第一抵靠面52与操作件30的圆盘32的下表面(平面34)弹性地接触，从而直接将操作件30保持在中间位置上。第二抵靠面53与转动件40A的平面44A和44A以及转动件40B的平面44B和44A弹性地接触，从而直接将转动件40A和40B保持在中间位置上。
下面将描述根据本发明第一实施例的多向输入装置的功能。
当操作件30没有***作时，滑动件50的第一抵靠面52与圆盘32的下表面(平面34)弹性地接触，操作件30被直接弹性地保持在中间位置上。转动件40A和40B的平面44A、44A和平面44B、44B也与滑动件50的第二抵靠面53弹性地接触，从而将转动件40A和40B直接保持在中间位置上。因此，可以提高转动件返回中间位置的精度。
当操作件30沿下转动件40B的长孔43B的方向倾斜时，将使上转动件40A转动，并触动信号输出装置20A，使其相应于操作量输出一信号。当操作件30沿上转动件40A的长孔44A的方向倾斜时，将使下转动件40B转动，并触动信号输出装置20B，使其相应于操作量输出一信号。通过将这些结构相组合，可以沿任意方向来操作操作件30，并相应于操作方向和操作量而向采用该多向输入装置的电子设备输入一信号。
在进行此操作时，操作件30的圆盘32的下表面(平面34)是倾斜的。另外，转动件40A的平面44A和44A以及转动件40B的平面44B和44B也是倾斜的。在此倾斜状态下，可以反抗弹簧60的偏压力将滑动件向下推，这样就对操作件30和转动件40A和40B施加返回力。
操作件30的下部一体地形成有转动轴35和35。因此，与利用销子作转动轴的操作件相比，可以减少部件数量。另外，可以缩短操作件30的长度，特别是操作件30的容纳在壳体10中的那一部分的长度，这样就可以减小装置的包括高度在内的尺寸。此外，转动轴35和35是直接设置的，无需通过半球形部分，因而其凸起的量相应地比较小，这样就可以减小转动件40A和40B的尺寸，进而减小装置的尺寸。
操作件30的下部可转动地支承在下转动件40B和壳体10的凸台14之间。也就是说，操作件30借助壳体10和转动件40B可枢转地支承。另外，设置在操作件30的下部、用于可枢转地支承操作件30的转动轴35和35和其下方的圆盘32一起容纳在下转动件40B中。因此，可以将装置做得更小。
通过在转动件30的下部设置转动轴35和35，可以防止操作件30向上脱出，并防止操作件30围绕其轴线转动。
下面将结合图11来描述根据本发明第二实施例的多向输入装置。该装置与第一实施例的多向输入装置的区别在于，在操作件30上设置了一个向上凸出的半球形部分36，以代替转动轴35和35。半球形部分36一体地形成在下圆盘32上。半球形部分36还有助于像转动轴35和35那样削减装置的高度。
下面将结合图12来描述第三实施例的多向输入装置。
该装置与第一实施例的多向输入装置的区别在于，在操作件30的下表面上设置了一个向上凹入的半球形凹槽33’，而在凸台14上设置有一个可以装配于该凹槽33’的半球形凸起15’。
下面将结合图13来描述根据第四实施例的多向输入装置。
该装置与第一实施例的多向输入装置的区别在于，在操作件30的下方设置了一个下推式开关70来代替凸台14。在此情况下，操作件30由滑动件50从下方弹性地支承。滑动件50将操作件30弹性地保持在中间位置。下推式开关70是当操作件30被向下推时独立动作的开关，安装板上的一隔膜可被用作下推式开关70。
下面将结合图15-20来描述第五实施例的多向输入装置。
该装置与上述多向输入装置在结构上的区别是，设置了操作件30的防脱出部分和返回机构。
如图14-16所示，根据本发明第五实施例的多向输入装置包括设置在安装板上的盒状壳体10，以及安装在壳体10的两个相交侧面上的信号输出装置20A和20B。信号输出装置20A和20B是电传感器型式的电位器(可变电阻)。信号输出装置20A和20B包括多个向下突伸的端子20A’和20B’。
如图17和18所示，在壳体10中容纳有：可沿任意周向操作的杆状操作件30、由操作件30操纵的成组上下转动件40A和40B、使操作件30自动地返回中间位置的返回机构即滑动件50、以及弹簧60。
下面将详细描述壳体10、操作件30、转动件40A和40B、滑动件50以及弹簧60的结构。
壳体10是一个两件式结构，包括一形成壳体10之底板的下壳10a和一自上而下装配于下壳体10a的上壳10b。下壳10a具有一矩形底板11。在底板11的上表面上形成有一个用于定位弹簧60的圆形凹槽11’，在凹槽11’的中心形成有向上突伸的凸台14。凸台14是具有圆形截面的柱体。凸台14可支承操作件30和滑动件50。凸台14的上端面形成为一个下凹的半球形凹槽15。
在底板11的两个相互平行的侧边形成有向上突伸的爪部12，用以将下壳10a固定于上壳10b。在底板11的各侧边的中部设置有向上突伸的支承件13，用以支承转动件40A和40B。
装配到下壳10a上的上壳10b是一个下表面敞开的盒状盖体。在上壳10b的顶部设置有一供操作件30的上部向上穿过的开口16。在下壳10a的两个相互平行的侧壁上设置有用于配合各爪部12的接配槽口部17。在各侧壁上均设置有一用于接配支承件13的槽口18。在两个相交的侧壁的两端设置有用于固定信号输出装置20A和20B的爪部19。
当把上壳10b放到下壳10a上时，下壳10a的爪部12被装配到上壳10b的接配部分17中，从而将下壳10a固定于上壳10b。当把下壳10a的支承件13装配于上壳10b的槽口18时，可形成用于转动件40A和40B的末端支承部。信号输出装置20A和20B通过各爪部19固定于壳体10的两个相交的侧面。
操作件30包括一可转动地装配于下转动件40B的向上凸出的半球形部分36、一具有圆形截面并从半球形部分36的上部突伸的轴杆31、以及一对从半球形部分36的两侧向旁边突伸的转动轴35和35。轴杆31的下表面除了其中部以外是一个垂直于中轴线的圆环形平面34。在轴杆31的下表面中部设置有一个向下凸的半球形凸起33。凸起33装配于形成在下壳10a的凸台14的上端面上的半球形凹槽15。每一对转动轴35和35都基本上为柱体形状，该水平柱体的下半部分被去除。转动轴35的下表面是与平面34相连续的平面。
如图19所示，与前述的其它构件不同，上转动件40A是一个通过弯折一体成形的金属板。在转动件40A的一端设置有一个转动轴41A。在另一端上设置有一个用于连接信号输出装置20A的连接部分48A。在转动轴41A和连接部分48之间设置有一个向上凸出的弧形部分42A。在弧形部分42A上设置有一个沿转动中轴线方向延伸的长孔43A，以作为操作件30的引导孔。
如图20所示，在下转动件40B的两端设置有转动轴41B和41B，以及形成在转动轴41B和41B之间的向上凸出的半球形部分42B。在半球形部分42B上设置有一个沿转动中轴线方向延伸的长孔43B，以作为操作件30的引导孔。在半球形部分42B的下表面上设置有一个半球形凹槽46B，操作件30的半球形部分36可装配在该凹槽中。设置了一对轴承部47B和47B，它们将凹槽46B夹设于其间。操作件30的转动轴35和35自下而上地装配于轴承部47B和47B。
如图17和18所示，上和下转动件组40A和40B是以这样一种状态结合到壳体10中的，即，它们的转动中轴线在同一个平面上相交，上和下转动件组可转动地支承在壳体10内。操作件30的轴杆31可通过转动件40A和40B的长孔43A和43B***，半球形部分36装配在下转动件40B的凹槽46B中，转动轴35和35装配于轴承部47B和47B。在此状态下，就可以将操作件30结合于壳体10中的转动件40A和40B。在此状态下，操作件30的凸起33装配于形成在下壳10a的凸台14之上端面的凹槽15。
在此，操作件30的转动轴35和35与转动件40A和40B的转动轴在同一个平面上，并且与下转动件40B的长孔43B的方向(即转动中轴线的方向)相交。下转动件40B的长孔43B的方向与上转动件40A的长孔43A的方向(即两者的转动中轴线的方向)相交。形成在操作件30的下表面上的半球形凸起33的中心位于操作件30的转动中轴线上。
因此，操作件30可以沿着下转动件40B的长孔43B的方向围绕转动轴35和35作倾斜运动。在此配置下，上转动件40A可沿着下转动件40B的半球形部分42B的上表面转动。操作件30可以沿着上转动件40A的长孔43A的方向围绕下转动件40B的转动轴41B和41B作倾斜运动。在此操作方式下，下转动件40B沿上转动件40A的弧形部分42A的下表面转动。
如图17和18所示，用于使操作件30自动地返回中间位置的滑动件50是一个滑套在下壳10a的凸台14上的环形件。该滑动件50由一个盘簧型的弹簧60向上偏压而被压缩和容纳在设置于凸台14以外的滑动件50和下壳10a的底板11之间。在此配置下，滑动件50弹性地推动其平的上表面抵靠于形成在操作件30之下表面上的环形平面34，从而将操作件30保持在其中间位置。弹簧60是直径向上逐渐变小的锥形弹簧，并且由形成在下壳10a的底板11的上表面上的圆形凹槽11’来定位。
下面将说明具有上述结构的多向输入装置的功能。
当操作件30不动作时，滑动件50的平的上表面与形成在操作件30下表面上的环形平面34弹性地接触，操作件30被直接弹性地保持在其中间位置上。
当操作件30沿着下转动件40B的长孔43B的方向倾斜时，上转动件40A转动，信号输出装置20A被触发，输出一个与操作量相对应的信号。当操作件30沿上转动件40A的长孔43A的方向倾斜时，下转动件40B转动，信号输出装置20B被触发，输出一个与操作量相对应的信号。将这些结构组合起来，就可以使操作件30沿任意的方向操作，并且相应于操作方向和操作量向采用该多向输入装置的电子设备输入一个信号。
在操作件30的下部一体地形成有转动轴35和35。因此，与采用销子作转动轴的操作件相比，可以减少部件的数量，并降低制造成本。另外，与操作件的中部被支承的情况相比，可以限制操作件30的长度，从而可以减小装置的整个高度。
操作件30可以由滑动件50直接保持在中间位置上，该滑动件由凸台14加以引导并由弹簧60向上偏压，它不穿过转动件40A和40B，因而其机构相对较小。
另外，操作件30的半球形部分36和转动轴35、35分别容纳在下转动件40B的凹槽46B和轴承部47B、47B中，操作件30被定位，设置在其下表面上的凸起33装配在形成于下壳10a的凸台14的上端面上的半球形凹槽15中。因此，能可靠地防止操作件30向下移动，并可靠地将操作件30的转动中心位置确定和固定下来。在此实施例中，还可以在操作件30的下表面上形成一个凹槽，并在凸台14的上端面上形成一个凸起。
如上所述，下壳10a的凸台14不但可以作为滑动件50的引导件，而且可以作为操作件30的中心位置确定件。因此，虽然这种结构是多用途的，但其仍然很简单。
弹簧60向上渐缩，即其直径向上逐渐减小。因此，虽然容纳在高度小于转动件40A和40B的空间中的盘簧受到一定的限制，但仍可以确保足够的偏压力，这也有助于减小装置的整个高度。
如上所述，根据本发明第五实施例的多向输入装置具有较小的尺寸和高度，但却具有卓越的功能，并且是低成本的。
下面将结合图21和22来描述第六实施例的多向输入装置。
该装置与前述第五实施例的多向输入装置的区别在于信号输出装置20A和20B，其它部分基本相同。
该装置所采用的信号输出装置20A和20B是光传感器(光电传感器)。每个信号输出装置包括两个安装在壳体10的侧面上的支承板21和22，该两支承板相互之间间隔预定的距离。在内支承板21的背面设置有一个扇形齿轮板23。形成在齿轮板23底部的旋转轴23a可转动地安装于支承板21的背面，并连接于壳体10中的转动件40A和40B之一。一光电集成电路(IC)24安装在支承板21的正面上。
在支承板21和22之间设置有一外齿轮25和一狭缝圆盘26，它们一体地并同轴地相互连接。外齿轮25和狭缝圆盘26可转动地安装于外支承板22的背面，外齿轮25同一齿轮板23的内齿轮23b相互啮合。在狭缝圆盘26的外周上形成有很多沿圆周方向等距离间隔的狭缝。一与光电IC 24相结合而作为照明件的发光二极管(LED)27安装在外支承板22的一个表面上。LED 27通过设置在支承板22上的开口和狭缝圆盘26的外周与光电IC相对。
如果壳体10中的转动件40A和40B转动，与它们连接的齿轮板23也转动，因而外齿轮25和狭缝圆盘26也转动，，操作件30的操作量和方向可以被光学地检测到。
下面将结合图17来描述根据本发明第七实施例的多向输入装置。
该装置与前述第五和第六实施例的多向输入装置的区别在于信号输出装置20A和20B，而其它结构基本相同。
根据第七实施例的多向输入装置所采用的信号输出装置20A和20B是磁传感器。每个信号输出装置均包括一连接于壳体10中的转动件40A和40B的磁铁28，以及一对与该磁铁28相结合的霍尔元件29和29。霍尔元件29、29安装在用于安装多向输入装置的安装板70上。当转动件40A和40B转动时，磁铁28也转动，霍尔元件29和29的输出平衡就发生变化。
在此配置下，操作件30的操作量和方向是磁性检测的。
本发明的多向输入装置中所采用的信号输出装置可以是电传感器、光传感器和磁传感器，其种类没有限制。
如上所述，按照本发明的多向输入装置，在操作件的下部一体地设置有一个成直角地垂直于操作件的转动轴和/或一包括向上凸出的半球形部分的转动型防脱出部分，在下转动件的下表面上设置有一将防脱出部分可转动地装配于其中的凹槽。因此，可以减少部件的数量。另外，可以减小装置的尺寸，包括高度。
按照本发明的另一种多向输入装置，为了使操作件自动地返回中间位置，操作件和/或上下转动件组被弹性地保持在中间位置上，当操作件和转动件被弹性地保持在中间位置上时，可以提高使操作件返回中间位置的精度。
按照本发明的另一种多向输入装置，将一被压缩和容纳在壳体内的弹簧以及受弹簧偏压的滑动件用作返回机构。因此，可以提高使操作件返回中间位置的精度。当把操作件和转动件弹性地保持在中间位置上时，如果滑动件跨抵于操作件和转动件，就可以简化结构。
按照本发明的另一种多向输入装置，滑动件自下而上地、弹性地抵靠于向下形成在操作件下部的平面上和/或向下形成在成组上下转动件的两端转轴部上的平面。因此，可利用一种简单的结构来提高操作件返回中间位置的精度。
按照本发明的另一种多向输入装置，在壳体的底板上设置有一向上的凸台，操作件的下部由该凸台支承，因而操作件可以围绕该凸台向任意方向转动。因此，能可靠地支承操作件。
按照本发明的另一种多向输入装置，在凸台的上表面上设置有一个向下凹的半球形凹槽，而在操作件的下表面上设置有一个向下凸出的、与该凹槽相配的半球形凸起。因此，可以避免装置变大，并且能可靠地支承操作件。
按照本发明的另一种多向输入装置，在凸台的上表面上设置有一个向上凸出的半球形凸起，在操作件的下表面上设置有一向上凹入的半球形凹槽，所述凸起可接配于所述凹槽。因此，可以避免装置变大，并且能可靠地支承操作件。
按照本发明的另一种多向输入装置，由于凸台还能作为滑动件的引导件，因而即使采用很小的滑动件，也能对其加以可靠地支承。
按照本发明的另一种多向输入装置，操作件由返回机构向上偏压，在操作件的下方设置有一个由操作件向下推的下推式开关。因此，可以加强多向输入装置的功能。
按照本发明的另一种多向输入装置，在操作件轴杆的下方设置了一个向上凸出的、基本上为半圆形的转动轴，以作为防脱出部分。这样就可以有效地限制转动件进而是装置的高度。
按照本发明的另一种多向输入装置，在操作件轴杆的下方设置了一个向上凸出的、基本上为半圆形的圆盘，圆盘的下表面是一个供滑动件抵靠的向下的平面。因此，即使防脱出部分基本上是半圆形的，也能使操作件可靠地自动返回中间位置。
按照本发明的另一种多向输入装置，在下转动件的下表面上设置有一个将圆盘可转动地装配于其中的凹槽，在该凹槽的内表面上设置了一对轴承部，以作为供装配转动轴的凹座。因此，可以避免因设置圆盘而增加装置的高度。
按照本发明的另一种多向输入装置，其特征在于，由于设置了一对向两侧突伸的转动轴来作为操作件的防脱出部分，因而可以防止因设置半球而导致操作件围绕其轴线转动。转动轴从操作件的下部突伸，特别是从滑动件所抵靠的平面的两侧突伸。因此，转动件位于操作件的最下端，可以避免由于设置转动轴而导致装置的高度增加。
按照本发明的另一种多向输入装置，在下转动件的下表面上设置有一对轴承部，它们可作为供转动轴对可转动地装配于其中的凹座。因此，可以避免由于设置转动轴而导致装置的高度增加。
工业应用
本发明可以用作个人计算机、游戏机和类似物的输入装置。

Claims (12)

1.一种多向输入装置，包括一组支承在所述壳体中的上和下转动件，所述转动件可以向两个相交的方向转动，并且分别具有一沿着垂直于所述转动方向的方向延伸的长孔；一穿过所述上和下转动件组的所述长孔的操作件，当沿着围绕操作件的任意方向对所述操作件加以操作时，所述操作件可以使所述各转动件转动；一返回机构，用于使所述操作件从围绕其的任意方向操作的位置返回到一中间位置；以及一组连接于所述上和下转动件组的端部的信号输出装置，用以响应所述各转动件的转动角度来输出一信号；其中
所述返回机构包括一被压缩和容纳在所述壳体内的弹簧，以及一由所述弹簧偏压的滑动件，所述滑动件自下而上地、弹性地抵靠于一向下形成在所述操作件下部的平面上，和/或抵靠于向下形成在所述上和下转动件组的相对的两端轴部的平面上，以及
在所述操作件的下部一体地设置有一个防脱出部分，在所述下转动件的下表面上设置有一个供可转动地装配所述防脱出部分的向下的凹槽，所述防脱出部分包括垂直于所述操作件的轴向突伸的一对转动轴或一向上凸出的半球形部分。
2.如权利要求1所述的多向输入装置，其特征在于，在所述壳体的底板上设有一向上的凸台，所述操作件的下部由所述凸台支承，因而使所述操作件可以沿围绕它的任意方向转动。
3.如权利要求2所述的多向输入装置，其特征在于，在所述凸台的上表面上设置有一个向下凹的半球形凹槽，在所述操作件的下表面上设置有一个向下凸出的、可装配在所述凹槽中的半球形凸起。
4.如权利要求2所述的多向输入装置，其特征在于，在所述凸台的上表面上设置有一个向上凸出的半球形凸起，而在所述操作件的下表面上设置有一个向上凹的、可供装配所述凸起的半球形凹槽。
5.如权利要求2-4中任一项所述的多向输入装置，其特征在于，所述凸台还能作为所述滑动件的引导件。
6.如权利要求1所述的多向输入装置，其特征在于，所述操作件由所述返回机构向上偏压，在所述操作件的下方设置有一个由所述操作件向下推的下推式开关。
7.如权利要求1-4和6中任一项所述的多向输入装置，其特征在于，在所述操作件的轴杆的下方设置有一个向上凸出的、半圆形的圆盘，所述圆盘的下表面是一个供所述滑动件抵靠的向下的平面。
8.如权利要求7所述的多向输入装置，其特征在于，在所述下转动件的下表面上设置有一个供可转动地装配所述圆盘的凹槽，在所述凹槽的内表面上设置有一对轴承部，以作为用来装配所述转动轴的凹座。
9.如权利要求1-4和6中任一项所述的多向输入装置，其特征在于，在所述操作件的下部设置有一个供所述滑动件抵靠的、向下的平面，所述操作件包括一对呈柱体的转动轴，以作为从所述平面的两侧突伸的防脱出部分。
10.如权利要求9所述的多向输入装置，其特征在于，在所述下转动件的下表面上设置有一对轴承部，它们可作为供所述转动轴对可转动地装配于其中的凹座。
11.如权利要求1所述的多向输入装置，其特征在于，所述防脱出部分是这样构造的，即，所述向上凸出的半球形部分设置有所述的垂直于所述操作件的轴向突伸的一对转动轴，所述下转动件的所述凹槽设置有一对轴承部，从而在所述半球形部分被装配于所述凹槽的状态下，以该对轴承部来装配所述转动轴。
12.如权利要求1-4、6和11中任一项所述的多向输入装置，其特征在于，所述信号输出装置可以是电传感器、光传感器和磁传感器中的任何一种。
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