JP4021037B2

JP4021037B2 - スティックコントローラ

Info

Publication number: JP4021037B2
Application number: JP05300698A
Authority: JP
Inventors: 勲甲斐; 敏幸小林
Original assignee: センサテック株式会社
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2018-03-05
Also published as: JPH11249807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコンやゲーム機器等の入力装置として使用されるスティックコントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコン等のディスプレイに表示される絵（キャラクタ）やカーソル等の位置を移動させるための入力装置には光学式、ボリューム式、スイッチング式がある。
光学式の入力装置は、例えば図１６に示すような概略構成である。図１６では、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ回転軸７０，８０が配置され、各回転軸７０，８０の端部には、同心円上に複数（ここでは８つのスリット７２，８２を有する円板７１，８１が取付けられ、回転軸７０，８０に接触するようにゴム製のボール９０が配置される。ボール９０は、ローラ９１を介してスプリング９２により回転軸７０，８０に押圧される。又、各円板７１，８１のスリット７２，８２に対面する位置には、それぞれ２個のセンサ７３（Ｘ₁，Ｘ₂），８３（Ｙ₁，Ｙ₂）が位置決めされている。この入力装置では、円板７１，８１の回転が９０°の位相を持つ２個のセンサ７３（Ｘ₁，Ｘ₂），８３（Ｙ₁，Ｙ₂）からパルス状に出力され（図１７参照）、その出力から移動量と移動方向が検出される。
【０００３】
一方、ボリューム式の入力装置は、例えば２個の回転ボリュームを９０°の角度を置いて設け、スティックレバーの動きでボリューム軸を回転させ、その抵抗値の変化を移動量及び移動方向として出力するものである。
他方、スイッチング式の入力装置としては、導電ゴムを使用するものや、マイクロスイッチを使用するものがある。導電ゴムを使用する入力装置は、成形ゴムの一部（接触部）に導電ゴムを設け、この導電ゴムでプリント基板上に設けた２つの電極パターンをショートさせることにより、移動方向を出力するものである。
【０００４】
又、マイクロスイッチを使用する入力装置には、例えば特許第２６４９３０７号に記載された複合操作スイッチがある。この複合操作スイッチは、操作レバーを包囲するように４個のマイクロスイッチを配置し、操作レバーを傾斜させた方向に位置するマイクロスイッチをＯＮ（クリック）するように構成したものである。
【０００５】
その他、磁石と磁気センサを用いた入力装置もある。例えば特公平２−４３２９３号に記載されたジョイスティックは、操作レバーにボールを取付け、このボールにリング状の永久磁石を埋設し、ボールの周囲に磁気センサとして２つのホール素子を９０°の角度を置いて配置したものである。このジョイスティックでは、操作レバーの操作によりボールが回転し、ホール素子に対して永久磁石が変位し、ホール素子が回転磁界の変化を検出することで、操作レバーの傾斜方向と傾斜角度が検出される。
【０００６】
磁石と磁気センサを用いた入力装置の別例として、例えば実開昭５８−１５０２３４号に記載された非接触型ジョイスティックがある。このジョイスティックは、プラスチック磁石体で形成した球状部材に操作桿を取付け、球状部材の周囲に２つの磁気センサを９０°の角度を置いて配置したものであり、前記と同様に操作桿の操作により球状部材が回転し、その磁界の変化を磁気センサで検出するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図１６に示すような光学式の入力装置には次のような問題点▲１▼〜▲７▼がある。
▲１▼デジタル量しか出力されず、アナログ量の出力は不可能である。
▲２▼センサを４個も使用する必要があり、コストが高くなる。
▲３▼電気角９０°を微細な円板７１，８１に複数のスリット７２，８２として設けるのは、精度的、コスト的、機械的、技術的に困難である。
▲４▼長期間の使用により、ボール９０が摩滅し、ボール９０が回転軸７０，８０の回転に対して滑るようになり、移動量と移動方向の検出精度が落ちてくる。
▲５▼スリット７２，８２が微細なため、スリット７２，８２がゴミや埃で塞がれ易く、検出精度が低下したり、全く機能しなくなることがある。
▲６▼回転軸７０，８０とボール９０との接触によるものであるため、少しの振動でもよく誤動作する。
▲７▼出力ゼロの基準点がなく、絶対位置を出すことができない。
【０００８】
ボリューム式の入力装置には次のような問題点▲１▼〜▲４▼がある。
▲１▼寿命がボリューム軸の往復回数にして１〜２万回と大変短く、特にゲーム機器等の入力装置としては使用しづらい。
▲２▼ボリュームの接触子が接触不良を起こし易く、信頼性に劣る。
▲３▼出力ゼロの基準点がなく、絶対位置が変化し易い。
▲４▼２個の回転ボリュームを使用し、複雑な機構でボリューム軸を回転させるため、非常にコストが高い。
【０００９】
スイッチング式の入力装置で、導電ゴムを使用するものには次のような問題点▲１▼〜▲４▼がある。
▲１▼長期間の使用により、成形ゴムが破れたり、使用中に接触不良を起こし易くなり、耐久性が良くない。
▲２▼通常はプラスＸ軸方向、マイナスＸ軸方向、プラスＹ軸方向、マイナスＹ軸方向の４方向（前後左右方向）しか入力することができず、Ｘ軸方向とＹ軸方向との中間方向（斜め方向）への入力が不可能であり、特にゲーム機器の入力装置としては不向きである。
▲３▼中間方向の入力を可能にすると、８個の入力部が必要になり、方向指示のための操作が複雑になり、特にゲーム機器には向かなくなる。
▲４▼Ｘ軸方向とＹ軸方向を用いて斜め方向を入力できるようにすると、素早い操作や複雑な操作が要求されるゲーム機器等には利用できない。
【００１０】
又、同じくスイッチング式の入力装置で、マイクロスイッチを使用するものには次のような問題点▲１▼〜▲４▼がある。
▲１▼大変高価なマイクロスイッチを４個も使用するため、コストが高くなる。
▲２▼構造的に部品点数が非常に多く、多くの工数・工賃が掛かる。
▲３▼マイクロスイッチは接点を使用するので、接触不良が起こる場合がある。
▲４▼寿命がクリック回数にして数１０〜数１０００万回であり、特にゲーム機器に用いるには短い。
【００１１】
更に、特公平２−４３２９３号に記載された入力装置には、次のような問題点▲１▼，▲２▼がある。
▲１▼ジョイスティックの一番重要な機能は、操作レバーの傾斜角度に対する出力がリニア（直線的）であることであるが、構造的に直線的特性が得られない。つまり、例えば３次元のシューティングゲームでは、ジョイスティックを前後左右等に倒す度合に応じてその方向に飛行機等のキャラクタがスムーズに移動する必要があり、そうでないとキャラクタの移動が不自然になり、ゲーム機器には不向きとなる。
▲２▼精確な傾斜角度及び傾斜方向を検出するためには、構造的に或る程度強い磁力の磁石を必要とする。しかし、フロッピィディスク等の磁気を利用した記憶媒体を多用する現在では、強い磁力の影響で記憶媒体の情報が消去されてしまう危険が大きい。
【００１２】
一方、実開昭５８−１５０２３４号に記載された入力装置には、次のような問題点▲１▼〜▲４▼がある。
▲１▼球状部材全体が磁石体であり、高価な磁石を多量に使用するため、経済的な問題が大きい。
▲２▼球状部材全体が磁石となるため、前記した通り磁気を利用した記憶媒体等の機器に与える影響が大きい。
▲３▼球状部材（磁石）全体を磁性体で覆っても、磁気の漏れを完全に防ぐことができない。
▲４▼操作桿に鉄等の金属が近づくと出力が変化する。
【００１３】
従って、本発明は、そのような従来の各種入力装置が持つ問題点に着目してなされたもので、次の項目ａ〜ｈを達成するスティックコントローラを提供することを目的とする。
ａ）低コスト化・長寿命化を図る。
ｂ）スティックレバーの傾斜角度に対して直線的な特性で出力したり、或いは直線的な特性を利用して精度の良いスイッチング出力を得る。
ｃ）簡素な構造・高精度・高信頼性を実現する。
ｄ）出力ゼロの絶対位置を出す。
ｅ）小さな磁石でも、傾斜角度及び傾斜方向を精確に検出する。
ｆ）磁気を利用した記憶媒体等の機器に影響を極力与えない。
ｇ）スティックレバーに鉄等の磁性金属が接近しても出力が変化しない。
ｈ）ゲーム機器に最適である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のスティックコントローラは、操作用のレバーと、レバーの一方側に設けられ、レバーを３６０°全方向に傾斜回転自在に保持する第一保持部と、この第一保持部よりも下側に配置され、レバーに設けられてレバーと連動する第二保持部と、第二保持部にスライド可能に設けられた磁石保持部材と、磁石保持部材に設けられた少なくとも２つの磁石と、各磁石に対向して配置された磁気センサとを備えることを特徴とする。
【００１５】
このスティックコントローラでは、例えばレバーを一方向に傾斜させたとき、第二保持部にスライド可能に設けられた磁石保持部材がレバーの傾斜方向とは反対方向にスライドする結果、磁石保持部材の磁石が対応の磁気センサに対して変位する。すると、磁気センサの周囲の磁界の強さが変化し、磁気センサはその磁界の強さの変化を電気信号に変換して出力する。この出力信号に基づいて、移動量（傾斜角度）及び移動方向（傾斜方向）が検出される。
【００１６】
この構成及び作用により、本発明のスティックコントローラは、前記項目ａ〜ｈを達成することができる。
なお、本発明において、磁気センサとしては、磁界の強さの変化を電気信号として取り出すことができるものであればよく、ホール素子、磁気抵抗素子〔例えばマグネティック・レジスタンス・センサ（ＭＲセンサ）〕が例示される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
その一実施形態に係るスティックコントローラの外観斜視図（シールドカバーとシールド筐体を除いた状態の図）を図１に、シールドカバーとシールド筐体を取付けた状態の断面図を図２に、主要部の連結構造の分解斜視図を図３に示す。
【００１８】
このスティックコントローラは、外部磁気の影響を受け難くすると共に内部磁石の磁気が外部に漏れ難くするために、磁性体からなるシールド筐体３と、同様に磁性体からなり、筐体３に取付けられたシールドカバー４とで構成されるハウジング内に、２個の磁気センサＳＸ，ＳＹが設けられ、操作用のスティックレバー１が外部に突出している。
【００１９】
ハウジングの内側には、下ケース５と、下ケース５に嵌合された中ケース６と、中ケース６に嵌合された上ケース７とが内壁に沿って設けられ、下ケース５、中ケース６及び上ケース７で形成される内部空間に、プリント基板１０、軸１８、自在パーツ２２等が配置されている。プリント基板１０上には、Ｘ軸方向に磁気センサＳＹが、Ｙ軸方向に磁気センサＳＸが互いに９０°の角度を置いて取付けられ、この磁気センサＳＸ，ＳＹが取付けられた面上に、滑り台１２がネジにより固定されている。磁気センサＳＸ，ＳＹは、滑り台１２に形成された穴１２ａに位置し、滑り台１２の表面から若干引っ込んだ状態にある。プリント基板１０の反対側の面には、各種電子部品１４が実装されると共に、端部に外部回路接続用のコネクタ１６が取付けられている。コネクタ１６は、下ケース５の開口５ａに位置し、シールド筐体３の開口３ａを通じて例えばシールドケーブル等を接続することができる。
【００２０】
スティックレバー１は、上ケース７の開口７ａ及びシールドカバー４の開口４ａを通じて外部に突出している。ハウジング内の上部には、第一保持部として角柱状の軸１８が回転可能に支持されている。軸１８は、中央部にレバー１を挿通するための楕円状の貫通孔１８ａと、両端面にそれぞれ凸部１８ｂとを有する。この凸部１８ｂが中ケース６と上ケース７とで挟み込まれて支持されることで、軸１８は凸部１８ｂを支点として回転可能に支持される。レバー１は、軸１８の貫通孔１８ａに挿通された状態で支軸ピン２０により軸１８に取付けられている。
【００２１】
軸１８の下方には、第二保持部として図示のような形状の自在パーツ２２が配置されている。自在パーツ２２は、支軸ピン２０と同方向に配されたスライド支軸ピン２４を挿通するための楕円状の貫通孔２２ａを有し、スライド支軸ピン２４によりレバー１の下端部が自在パーツ２２に取付けられる。又、自在パーツ２２は、スライド支軸ピン２４のスライド及び回転によるレバー１の移動を許容する開口部２２ｂを有する一方、中ケース６の開口６ａに位置し、自身の移動が許容されるようになっている。
【００２２】
更に、自在パーツ２２の下方には、一対の突片２８と環状のバネ受部３２を有すると共に、滑り台１２に接触する磁石ケース（磁石保持部材）２６が配置されている。自在パーツ２２は、支軸ピン２０，２４と垂直方向に配された自在ピン３０により突片２８（即ち磁石ケース２６）に取付けられている。又、一対の突片２８間の空隙は、自在パーツ２２の移動を許容する開口部２８ｂになっている。磁石ケース２６のバネ受部３２と中ケース６の開口６ａの周囲に設けられたバネ受部６ｂとの間には、磁石ケース２６を下方に付勢するコイル状の押圧バネ３４が設けられ、レバー１の操作時に磁石ケース２６が滑り台１２から浮き上がるのを防止している。
【００２３】
このようなレバー１、軸１８、自在パーツ２２及び磁石ケース２６の連結構造により、レバー１は、３６０°の全方向に傾斜させることができ、その傾斜可能な角度は、軸１８の貫通孔１８ａ及び自在パーツ２２の貫通孔２２ａの長軸方向の開口幅の範囲である。例えば、レバー１をＹ軸方向に傾斜させると、軸１８及び自在パーツ２２が軸１８の凸部１８ｂを支点として一体に揺動し、それに伴って、磁石ケース２６がレバー１の傾斜方向とは反対方向（マイナスＹ軸方向の場合はプラスＹ軸方向、プラスＹ軸方向の場合はマイナスＹ軸方向）に滑り台１２に接触したままスライドする。レバー１をＸ軸方向に傾斜させた場合は、軸１８は動かないが、自在パーツ２２が支軸ピン２０を支点として揺動し、それに伴って、磁石ケース２６がレバー１の傾斜方向とは反対方向にスライドする。
【００２４】
磁石ケース２６は、その底面図を図４に、図４の線Ａ−Ａにおける断面図を図５に、図４の線Ｂ−Ｂにおける断面図を図６に示すような構造を有する。即ち、磁石ケース２６は、磁石を収容する４つの四角形状の磁石埋込用の溝３６を有し、この４つの溝３６のうち、２箇所の溝３６に磁石ＭＸ，ＭＹが取付けられ、それぞれ磁気センサＳＸ，ＳＹに対向する。磁石ＭＸ，ＭＹの表面は磁石ケース２６の底面から内側に位置し、磁石ケース２６が滑り台１２に接触した状態で、磁石ＭＸ，ＭＹと磁気センサＳＸ，ＳＹとの間には僅かな空隙が存在する。
【００２５】
磁石ＭＸは、Ｎ極がプラスＸ軸方向を、Ｓ極がマイナスＸ軸方向を向き、磁石ＭＹは、Ｎ極がプラスＹ軸方向を、Ｓ極がマイナスＹ軸方向を向き、それぞれ磁石ケース２６のスライドによりＮ極とＳ極が磁気センサＳＸ，ＳＹに対して変位するように配置されている。磁気センサＳＸ，ＳＹと磁石ＭＸ，ＭＹは、レバー１が非操作時における中位（基準位置）に位置するときに、磁気センサＳＸ，ＳＹの感磁部が磁石ＭＸ，ＭＹのＮ極とＳ極との境界に対面するように位置決めされている。即ち、レバー１が基準位置にあるときは、磁気センサＳＸの感磁部は磁石ＭＸの中央の基準点Ｏ_Xに対面し、磁気センサＳＹの感磁部は磁石ＭＹの中央の基準点Ｏ_Yに対面する。従って、レバー１が基準位置にあるときは、磁気センサＳＸ，ＳＹは磁気変化を検知せず、出力しない。
【００２６】
磁石ＭＸ，ＭＹの形状について、図７〔平面図（ａ）、側面図（ｂ）、別形態の平面図（ｃ）〕を参照してもう少し詳しく説明する。図７の（ａ）において、磁石ＭＸ，ＭＹは、磁気センサＳＸ，ＳＹとの対向面ａが平坦面であり、磁石ケース２６のスライドにより位置が変化しても、対向面ａと磁気センサＳＸ，ＳＹとの距離が一定に保たれるようになっている。この場合、レバー１の傾斜角度に対する磁気センサＳＸ，ＳＹの出力は、図１２に実線で示すように直線的であり、傾斜角度に比例して出力が変化する。
【００２７】
但し、直線的な出力特性を得る場合は磁石の対向面ａを図７の（ａ）のように平坦面にすればよいが、例えば図７の（ｃ）に示すように、凹状の曲面ａ′とすれば、図１２に点線で示すような出力特性が得られる。この出力特性は、傾斜角度が或る一定値以上になると、出力電圧が急激に変化するものである。このように、直線的な特性以外の特性を得る場合には、それに応じて磁石の対向面の形状を変更すればよい。
【００２８】
ここで、磁石ＭＸ，ＭＹの具体的な大きさについて付言する。一般的に磁気センサＳＸ，ＳＹの感磁部の大きさは、およそφ１ｍｍであり、レバー１の一般的な最大傾斜角は約３０°であるので、レバー１の傾斜可能な角度範囲θは約６０°となる。軸１８と支軸ピン２０の揺動の中心Ｏからスライド支軸ピン２４までの距離（半径）ｒを約３ｍｍとすると、（３×ｓｉｎ３０°）×２＋１（感磁部の大きさ）＝４となるから、磁石の幅ｗは４ｍｍ程度である。又、磁石の厚さｔは、２ｍｍ程度あれば、磁石ケース２６の磁石埋込用の溝３６にしっかりと固定することができる。
【００２９】
このように、磁石ＭＸ，ＭＹは極めて小さな磁石であっても、磁気センサＳＸ，ＳＹは磁気の変化を精確に検知することができる。しかも、磁石ＭＸ，ＭＹは、磁石ケース２６に確実に保持されているので、磁石ケース２６のスライド時に横ずれを起こしたりするようなことはなく、磁気センサＳＸ，ＳＹに非常に接近させることができる。このため、磁石ＭＸ，ＭＹとしては、ゴム磁石等で十分である。又、それほど磁力の強い磁石を必要としないので、コントローラの外部に及ぼす磁気の影響は極めて少ない。
【００３０】
次に、上記のように構成したスティックコントローラの作用について、図８及び図９を参照して説明する。図８において、レバー１（図８では図示せず）を操作しないときは、レバー１は直立の基準位置に位置する。このとき、前記したように、磁石ＭＸ，ＭＹのＮ極とＳ極との境界が感磁部に対面するため、磁気センサＳＸ，ＳＹは磁気変化を検知せず、出力しない。
【００３１】
ここで、図９の（ａ）に示すように、レバー１をプラスＸ軸方向に傾斜させると、レバー１は支軸ピン２０を支点として回転し、それに伴って、自在パーツ２２が押され、磁石ケース２６はレバー１の傾斜方向とは反対方向（マイナスＸ軸方向）にスライドする。軸１８は、レバー１が貫通孔１８ａを長軸方向に移動するだけで、レバー１に押されないため揺動しない。磁石ケース２６がスライドすると、磁石ＭＸ，ＭＹも同方向に変位する。このとき、レバー１の傾斜角度に応じて、磁石ＭＸのＮ極とＳ極との境界より、Ｎ極が徐々に磁気センサＳＸに接近する。従って、磁気センサＳＸは磁石ＭＸのＮ極の接近度合（傾斜角度）に比例した電圧を出力する（図１２参照）。一方、磁石ＭＹは、磁気センサＳＹに対しては、Ｎ極とＳ極との境界が感磁部に沿って変位するだけであるため、磁気センサＳＹは、磁石ＭＹの磁気変化を検知せず、出力しない。
【００３２】
又、レバー１をプラスＹ軸方向に傾斜させると、レバー１は軸１８と共に軸１８の凸部１８ｂを支点として回転し、それに伴って、自在パーツ２２は自在ピン３０を支点として回転しながら、磁石ケース２６はレバー１の傾斜方向とは反対方向（マイナスＹ軸方向）にスライドする。磁石ケース２６がスライドすると、磁石ＭＸ，ＭＹも同方向に変位する。このとき、レバー１の傾斜角度に応じて、磁石ＭＹのＮ極とＳ極との境界より、Ｎ極が徐々に磁気センサＳＹに接近する。従って、磁気センサＳＹはレバー１の傾斜角度に比例した電圧を出力する。一方、磁石ＭＸは、磁気センサＳＸに対しては、Ｎ極とＳ極との境界が感磁部に沿って変位するだけであるため、磁気センサＳＸは、磁石ＭＸの磁気変化を検知せず、出力しない。
【００３３】
他方、図９の（ｂ）に示すように、レバー１をマイナスＸ軸方向に傾斜させると、レバー１は支軸ピン２０を支点として回転し、それに伴って、自在パーツ２２が押され、磁石ケース２６はレバー１の傾斜方向とは反対方向（プラスＸ軸方向）にスライドする。軸１８は、レバー１が貫通孔１８ａを長軸方向に移動するだけで、レバー１に押されないため揺動しない。磁石ケース２６がスライドすると、磁石ＭＸ，ＭＹも同方向に変位する。このとき、レバー１の傾斜角度に応じて、磁石ＭＸのＮ極とＳ極との境界より、Ｓ極が徐々に磁気センサＳＸに接近する。従って、磁気センサＳＸはレバー１の傾斜角度に比例した電圧を出力する。一方、磁石ＭＹは、磁気センサＳＹに対しては、Ｎ極とＳ極との境界が感磁部に沿って変位するだけであるから、磁気センサＳＹは、磁石ＭＹの磁気変化を検知せず、出力しない。
【００３４】
又、レバー１をマイナスＹ軸方向に傾斜させると、レバー１は軸１８と共に軸１８の凸部１８ｂを支点として回転し、それに伴って、自在パーツ２２は自在ピン３０を支点として回転しながら、磁石ケース２６はレバー１の傾斜方向とは反対方向（プラスＹ軸方向）にスライドする。磁石ケース２６がスライドすると、磁石ＭＸ，ＭＹも同方向に変位する。このとき、レバー１の傾斜角度に応じて、磁石ＭＹのＮ極とＳ極との境界より、Ｓ極が徐々に磁気センサＳＹに接近する。従って、磁気センサＳＹはレバー１の傾斜角度に比例した電圧を出力する。一方、磁石ＭＸは、磁気センサＳＸに対しては、Ｎ極とＳ極との境界が感磁部に沿って変位するだけであるから、磁気センサＳＸは、磁石ＭＸの磁気変化を検知せず、出力しない。
【００３５】
以上より明らかなように、レバー１を例えばプラスＸ軸方向とプラスＹ軸方向との中間方向に傾斜させると、軸１８及び自在パーツ２２は共にレバー１に押されて、磁石ケース２６はマイナスＸ軸方向とマイナスＹ軸方向との中間方向にスライドする。その結果、磁気センサＳＸ，ＳＹには、磁石ＭＸ，ＭＹの各々のＮ極が近づき、磁気センサＳＸ，ＳＹは、レバー１の傾斜角度に比例した電圧を出力する。又、仮にレバー１をプラスＸ軸方向とマイナスＹ軸方向との中間方向に傾斜させれば、磁気センサＳＸには磁石ＭＸのＮ極が、磁気センサＳＹには磁石ＭＹのＳ極が近づき、磁気センサＳＸ，ＳＹは、傾斜角度に応じて出力する。
【００３６】
このように、磁気センサＳＸ，ＳＹの出力に基づいて、３６０°の全方向の傾斜方向と傾斜角度を検出することができる。
別実施形態に係るスティックコントローラのシールドカバーとシールド筐体を取付けた状態の断面図を図１０に、主要部の連結構造の分解斜視図を図１１に示す。但し、上記実施形態と同じ要素には同一符号を付してある。
【００３７】
このスティックコントローラは、図２及び図３に示す実施形態の軸１８、支軸ピン２０で構成される第一保持部と、自在パーツ２２、スライド支軸ピン２４、磁石ケース２６の突片２８、自在ピン３０で構成される第二保持部とに代えて、スティックレバー１に一体に設けた支軸球４０、その凸部４０ａ、中ケース６及び上ケース７の球面保持部４４，４８で第一保持部を構成し、自在球４２、その凸部４２ａ、磁石ケース２６の自在球保持部５０で第二保持部を構成したものである。
【００３８】
即ち、スティックレバー１には、凸部４０ａを有する支軸球４０が一体に設けられると共に、支軸球４０の下方に凸部４２ａを有する自在球４２が一体に設けられている。自在球４２は支軸球４０より小径であり、両球４０，４２の凸部４０ａ，４２ａは同方向を向いている。
支軸球４０は、中ケース６の球面保持部４４と、この球面保持部４４と同形状の上ケース７の球面保持部４８とで挟み込まれて支持されることで、レバー１が３６０°の全方向に傾斜回転自在に保持される。又、中ケース６の球面保持部４４はガイド溝４６を有し、上ケース７の球面保持部４８も同様のガイド溝（特に図示せず）を有し、両球面保持部４４，４８のガイド溝４６に支軸球４０の凸部４０ａが嵌合することで、レバー１が自身の軸芯を中心軸にして回転しないようになっている。
【００３９】
自在球４２は、磁石ケース２６に設けられた円筒状の自在球保持部５０で保持され、その凸部４２ａが自在球保持部５０に形成されたガイド溝５２に嵌合することで、磁石ケース２６が回転することなくスライドするようになっている。
更に、この実施形態では、プリント基板１０上に前記滑り台１２は設けられておらず、プリント基板１０に取付けられた磁気センサＳＸ，ＳＹは、プリント基板１０に形成された穴に位置決めされ、プリント基板１０の表面から幾分引っ込んだ状態にある。なお、磁石ケース２６は、図４〜図６に示した通り前記と同様に磁石を有する構造である。
【００４０】
このような連結構造により、レバー１は３６０°の全方向に傾斜させることができ、レバー１の傾斜可能な角度は、球面保持部４４，４８のガイド溝４６及び自在球保持部５０のガイド溝５２の開口範囲である。
このスティックコントローラでは、例えばレバー１をＹ軸方向に傾斜させると、支軸球４０及び自在球４２の回転により、磁石ケース２６はレバー１の傾斜方向とは反対方向（マイナスＹ軸方向の場合はプラスＹ軸方向、プラスＹ軸方向の場合はマイナスＹ軸方向）にスライドする。レバー１をＸ軸方向に傾斜させた場合も同様に、磁石ケース２６はレバー１の傾斜方向とは反対方向（マイナスＸ軸方向の場合はプラスＸ軸方向、プラスＸ軸方向の場合はマイナスＸ軸方向）にスライドする。磁石ケース２６がスライドすれば、前記したように磁気センサＳＸ，ＳＹが、磁石ＭＸ，ＭＹの変位による磁気変化を検知し、レバー１の傾斜方向と傾斜角度が検出される。
【００４１】
次に、上記スティックコントローラにおいて、磁気センサＳＸ，ＳＹに係る回路例について記載する。図１３は、磁気センサとしてホール素子を用いた場合の一例であり、磁気センサＳＸに対応するホール素子ＳＸに係る回路を図１３の（ａ）に、磁気センサＳＹに対応するホール素子ＳＹに係る回路を図１３の（ｂ）に示す。Ｘ軸方向用、Ｙ軸方向用の各回路は共に全く同様の構成であるため、ここではＸ軸方向用の回路についてのみ説明する。
【００４２】
図１３の（ａ）において、Ｖ_CC−Ｖ_EE間に印加された電圧は、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂を経て、ホール素子ＳＸに流れる。ホール素子ＳＸに磁気がない場合、抵抗Ｒ₃，Ｒ₄に接続される出力部には、電圧は発生しない。これは、ホール素子ＳＸの感磁部に磁石ＭＸのＮ極とＳ極との境界が対面する無磁力の場合も同様である。ここで、レバー１が操作され、ホール素子ＳＸにＮ極が近づくと、抵抗Ｒ₄に接続されたホール素子ＳＸの端子側にプラス電圧が、抵抗Ｒ₃に接続された端子側にマイナス電圧が発生する。このホール素子ＳＸの出力電圧は、増幅器ＩＣ₂に入力され、抵抗Ｒ₅により定められた増幅率によってＯＵＴよりプラス電圧として出力される。
【００４３】
反対に、レバー１の操作により、ホール素子ＳＸにＳ極が近づくと、抵抗Ｒ₃に接続されたホール素子ＳＸの端子側にプラス電圧が、抵抗Ｒ₄に接続されたホール素子ＳＸの端子側にマイナス電圧が発生する。このホール素子ＳＸの出力電圧は、増幅器ＩＣ₂に入力されるため、抵抗Ｒ₅により定められた増幅率によってＯＵＴよりマイナス電圧として出力される。
【００４４】
勿論、ホール素子ＳＸの出力端子を入れ換えれば、Ｎ極とＳ極の検知を逆にすることも可能である。又、ホール素子ＳＸの出力を増幅器ＩＣ₂の入力部のプラス・マイナスに逆に入力することによっても、逆の出力を取り出すことが可能である。なお、可変抵抗ＶＲ₁は、増幅器ＩＣ₂のオフセットやホール素子ＳＸのバランスを調整するもので、レバー１が基準位置に位置するときＯＵＴを０Ｖに調整するためのものである。
【００４５】
次に、プラスＸ軸方向、プラスＹ軸方向、マイナスＸ軸方向、マイナスＹ軸方向の４方向を入力するスイッチ機能に関して説明する。勿論、磁気センサそのものにスイッチング機能を持たせたＩＣでもよいが、ここでは一般的なものについて説明する。図１４及び図１５にその回路の一例を示す。図１４はＸ軸方向用の回路で、図１５はＹ軸方向用の回路であり、両回路は共に全く同一の構成であるため、Ｘ軸方向用の回路についてのみ説明する。又、基本的な回路の働きは前記図１３に示す回路と同様であるため、図１３の回路に追加された部分について説明する。
【００４６】
図１４の回路において、ＩＣ₂より出力された電圧は、アナログ比較回路を構成するＩＣ₃，ＩＣ₄に入力される。例えば、ＧＮＤに対し、Ｖ_CC＝＋５Ｖ、Ｖ_EE＝−５Ｖとすると、ＩＣ₂の出力は、レバー１が非操作時の基準位置に位置するときは、０Ｖとなっている。このＧＮＤに対する０Ｖは、Ｖ_EEを基準にするＩＣ₃，ＩＣ₄で構成されるコンパレータからみると、Ｖ_EEに対して＋５Ｖとなる。仮に、抵抗Ｒ₇，Ｒ₈の分圧比でＣＶ₁をＶ_EEに対し＋７Ｖに設定し、抵抗Ｒ₉，Ｒ₁₀の分圧比でＣＶ₂をＶ_EEに対し＋３Ｖに設定したとすると、レバー１が基準位置に位置するときは、ホール素子ＳＸの出力は０Ｖであるから、ＩＣ₂の入力は０Ｖとなり、ＩＣ₂の出力はＧＮＤに対して０Ｖとなる。この０Ｖは、コンパレータの基準であるＶ_EEに対しては＋５Ｖとなっている。
【００４７】
従って、この出力＋５Ｖは、ＩＣ₃の比較電圧ＣＶ₁＝＋７Ｖより低いため、ＩＣ₃の出力ＯＵＴ＋Ｘ＝Ｌ（Ｌｏｗ）であり、また比較電圧ＣＶ₂＝＋３Ｖより高いため、ＩＣ₄の出力ＯＵＴ−Ｘ＝Ｌとなる。
次に、レバー１をプラスＸ軸方向に操作し、ホール素子ＳＸにＮ極が近づくと、ホール素子ＳＸの出力はプラスとなり、ＩＣ₂で増幅された電圧がＧＮＤに対し＋３Ｖになる。この電圧は、Ｖ_EEに対し＋８Ｖであるから、ＩＣ₃の比較電圧ＣＶ₁より大きくなり、ＩＣ₃の出力ＯＵＴ＋Ｘ＝Ｈ（Ｈｉｇｈ）であり、また比較電圧ＣＶ₂より高いため、ＩＣ₄の出力ＯＵＴ−Ｘ＝Ｌとなる。逆に、レバー１をマイナスＸ軸方向に操作すると、ホール素子ＳＸにＳ極が近づき、ホール素子ＳＸの出力がマイナスになる。ここで、仮にＩＣ₂の出力がＧＮＤに対して−３Ｖになると、この電圧は、Ｖ_EEに対し＋２Ｖであるから、出力ＯＵＴ＋Ｘ＝Ｌ、出力ＯＵＴ−Ｘ＝Ｈとなる。このように、レバー１の傾斜方向に従ったスイッチング出力を得ることができる。
【００４８】
図１４及び図１５に示す回路は、４方向（前後左右）の出力信号が得られるようにしたものであるが、それら４種の信号を論理処理すれば、８方向（前後左右方向と４つの斜め方向）の信号として処理することができる。例えば、ＩＣ₃の出力ＯＵＴ＋ＸとＩＣ₁₀₃のＯＵＴ＋Ｙ又はＩＣ₁₀₄のＯＵＴ−Ｙ、或いはＩＣ₄の出力ＯＵＴ−ＸとＩＣ₁₀₃のＯＵＴ＋Ｙ又はＩＣ₁₀₄のＯＵＴ−Ｙを、ＡＮＤ回路（論理積）を用いることによって８方向の信号として利用することができる。
【００４９】
ところで、特にゲーム機器においては、４方向の信号のうち、２つの信号が同期出力してはいけない場合も多い。この場合は、図１４及び図１５の回路の信号を排他的論理和（Exclusive ＯＲ）を用いて処理すればよい。
この他、上記実施形態は、２個の磁気センサＳＸ，ＳＹを使用する場合であるが、４個の磁気センサを使用してもよい。この場合、同一平面において例えばＸ軸方向及びＹ軸方向に各々２個の磁気センサを配置する。即ち、プラスＸ軸方向、マイナスＸ軸方向、プラスＹ軸方向、マイナスＹ軸方向にそれぞれ磁気センサを配置しても、同様にレバーの傾斜角度及び傾斜方向を検出できる。但し、この場合は、部品点数が多くなり、コストもやや高くなる。特に、磁気センサとしてＭＲセンサを使用する場合は、その磁気検知特性、即ちＮ極・Ｓ極の検知能力の点から４個を使用する必要がある。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のスティックコントローラは、以上説明したように構成されるので、次の効果を有する。
（１）磁石と磁気センサとの組合せにより、レバーの傾斜量（傾斜角度）と傾斜方向を検出するので、マイクロスイッチや接触子（ボリューム）等を使用する従来の各種入力装置に比べて、大幅な低コスト化・長寿命化を実現できる。
（２）無接点でアナログ量及びデジタル量を問わず、レバーの傾斜量と傾斜方向を精度良く検出することができる。
（３）簡素な構造であり、信頼性及び耐久性が向上する。
（４）レバーの中位（基準位置）が存在するため、絶対位置を出すことができる。
（５）レバーの傾斜角度に応じて極めて精度の良い直線的な出力が得られる。従って、各種ゲーム機器に最適な入力装置を提供できる。
（６）レバーの傾斜量と傾斜方向をアナログ量及びデジタル量のいずれでも検出できるので、４方向（前後左右方向）は勿論のこと、８方向（前後左右及び斜め方向）や３６０°の全方向の検出も可能である。
（７）特に外部に影響を及ぼす磁石の使用量が極めて少なくて済み、コストを抑制できると共に、磁気ディスク等の磁気を利用した機器に対して安心して使用できる。
（８）請求項８の構成とすることで、外部磁気の影響を受け難くなり、検出精度の信頼性が一層増すだけでなく、内部磁石の磁気が外部に漏れ難くなり、磁気を利用した記憶媒体等の機器に磁気の影響が及ばない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係るスティックコントローラの外観斜視図（シールドカバーとシールド筐体を除いた状態の図）である。
【図２】同コントローラにおけるシールドカバーとシールド筐体を取付けた状態の断面図である。
【図３】同コントローラにおける主要部の連結構造を示す分解斜視図である。
【図４】同コントローラにおける磁石ケースの底面図である。
【図５】図４の線Ａ−Ａにおける断面図である。
【図６】図４の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【図７】同コントローラにおける磁石の平面図（ａ）、側面図（ｂ）、及び別形態に係る磁石の平面図（ｃ）である。
【図８】同コントローラのスティックレバーを操作しないときの基準位置における磁石と磁気センサとの位置関係を示す要部断面図である。
【図９】同コントローラの作用を説明するために、レバーをプラスＸ軸方向又はＹ軸方向に傾斜させたときの図（ａ）、及びレバーをマイナスＸ軸方向又はＹ軸方向に傾斜させたときの図（ｂ）である。
【図１０】別実施形態に係るスティックコントローラにおけるシールドカバーとシールド筐体を取付けた状態の断面図である。
【図１１】同コントローラにおける主要部の連結構造を示す分解斜視図である。
【図１２】図７の（ａ），（ｃ）に示すような形態の磁石を使用した場合に得られる傾斜方向角度と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図１３】磁気センサにホール素子を用い、レバーの傾斜操作をアナログ出力する場合の回路例で、Ｘ軸方向に係る回路（ａ）、及びＹ軸方向に係る回路（ｂ）である。
【図１４】図１３の（ａ）の回路にコンパレータ回路を追加し、レバーの傾斜操作をスイッチ出力する場合のＸ軸方向に係る一例の回路である。
【図１５】図１３の（ｂ）の回路にコンパレータ回路を追加し、レバーの傾斜操作をスイッチ出力する場合のＹ軸方向に係る一例の回路である。
【図１６】従来の光学式の入力装置の一例を示す概略構成図である。
【図１７】図１６の構成を備える入力装置で得られるパルス出力を示す図である。
【符号の説明】
ＭＸ，ＭＹ磁石
ＳＸ，ＳＹ磁気センサ
１スティックレバー
３シールド筐体
４シールドカバー
５，６，７下ケース，中ケース，上ケース
１０プリント基板
１２滑り台
１８軸
２２自在パーツ
２６磁石ケース
３４押圧バネ（押圧部材）
４０支軸球
４２自在球

Claims

操作用のレバーと、レバーの一方側に設けられ、レバーを３６０°全方向に傾斜回転自在に保持する第一保持部と、この第一保持部よりも下側に配置され、レバーに設けられてレバーと連動する第二保持部と、第二保持部にスライド可能に設けられた磁石保持部材と、磁石保持部材に設けられた少なくとも２つの磁石と、各磁石に対向して配置された磁気センサとを備えることを特徴とするスティックコントローラ。
前記第一保持部は、回転可能に支持された軸からなり、前記第二保持部は、前記軸に略９０°の角度を置いて交差すると共に、回転可能に支持された自在パーツからなり、前記磁石保持部材は、自在パーツにスライド可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載のスティックコントローラ。
前記第一保持部は、レバーに設けた略球状部と、この略球状部の少なくとも１箇所に設けた凸部と、略球状部を支持し、凸部をガイドするガイド溝を有する保持部とからなることを特徴とする請求項１記載のスティックコントローラ。
前記第二保持部は、レバーに設けた略球状部と、この略球状部の少なくとも１箇所に設けた凸部と、略球状部を支持し、凸部をガイドするガイド溝を有する保持部とからなることを特徴とする請求項１又は請求項３記載のスティックコントローラ。
前記磁石保持部材を磁気センサの方向に付勢する押圧部材を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載のスティックコントローラ。
前記磁気センサは、レバーが非操作時における中位（基準位置）に位置するときに感磁部が磁石のＮ極とＳ極との境界に対面するように位置決めされていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載のスティックコントローラ。
前記磁石は、一方の磁石のＮ極及びＳ極の磁極方向と、他方の磁石のＮ極及びＳ極の磁極方向とが互いに略直交するように磁石ケースに設けられ、磁石ケースのスライドによりＮ極とＳ極が磁気センサに対して変位するように配置されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６記載のスティックコントローラ。
前記磁気センサ、磁石、第一・第二保持部及び磁石保持部材は、磁性材で包囲されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７記載のスティックコントローラ。