TWI846450B - 多方向輸出裝置 - Google Patents

Abstract

一種多方向輸出裝置包括一印刷電路板設置有一第一磁傳感器及一第二磁傳感器、及一方向操控單元設置於印刷電路板之上。方向操控單元包括：第一及第二旋轉驅動體；第一及第二滑動驅動體，分別可活動地連接於第一及第二旋轉驅動體；第一及第二磁鐵，分別固設於第一及第二滑動驅動體；一下蓋，具有第一及第二滑槽，第一及第二滑動驅動體分別可滑動地設於第一及第二滑槽中；以及一軸桿，設置為穿過第一旋轉驅動體及第二旋轉驅動體，其中，第一磁傳感器及第二磁傳感器設置為分別對應第一滑槽及第二滑槽。

Description

多方向輸出裝置

本發明係關於一種多方向輸出裝置，尤指一種以磁傳感驅動之薄型化且小體積之非接觸式多方向輸出裝置。

於現有作為遊戲機的搖桿或是行動裝置的無線搖桿中，例如可使用碳膜電阻來提供搖桿之控制，但由於使用碳膜電阻之控制為接觸式之操作，由於電刷接觸所導致磨耗之問題，因此，其使用壽命極其有限，而無法滿足實際之需求。

再者，為避免接觸式搖桿之缺失，一種直接的作法係以使用非接觸式元件來提供搖桿之控制，例如使用霍爾元件之磁感應原理進行搖桿之控制，然而，非接觸式搖桿的精度不易控制，且其結構複雜及體積較為龐大，實無法滿足薄型化且小體積之要求。

發明人緣因於此，本於積極創作之精神，亟思一種可以解決上述問題之多方向輸出裝置，幾經研究實驗終至完成本發明。

本發明之主要目的係在提供一種多方向輸出裝置，其使用非接觸式的磁傳感器而無電刷接觸磨耗之問題，可大幅增加使用壽命，並強化操作軸的復位精度以使訊號精度提升，且可縮小體積而設計為薄型化且小體積之控制裝置。

為達成上述目的，本發明之多方向輸出裝置包括：一印刷電路板，其上設置有一第一磁傳感器及一第二磁傳感器；以及一方向操控單元，設置於該印刷電路板之上。該方向操控單元包括：一第一旋轉驅動體及一第二旋轉驅動體，各自為一可旋轉的長弧型結構體且各自具有一長型中心孔位於對應的該長弧型結構體的中央，該第一旋轉驅動體垂直交叉地設置於該第二旋轉驅動體之上，以使該兩長型中心孔交叉對齊；一第一滑動驅動體及一第二滑動驅動體，分別可活動地連接於該第一旋轉驅動體的一端及該第二旋轉驅動體的一端；一第一磁鐵及一第二磁鐵，分別固設於該第一滑動驅動體的一側及該第二滑動驅動體的一側；一下蓋，具有一第一滑槽及一第二滑槽，分別對應該第一滑動驅動體及該第二滑動驅動體，其中，該第一滑動驅動體可滑動地設於該第一滑槽中，該第二滑動驅動體可滑動地設於該第二滑槽中；一軸桿，具有一上端由該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體下方穿過該兩長型中心孔；一平衡墊圈，設置於該軸桿下方並與該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體接觸；以及一環狀彈簧，設置於該平衡墊圈下方並與該平衡墊圈接觸，其中，該第一磁傳感器及該第二磁傳感器設置為分別對應該第一滑槽及該第二滑槽。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

1:多方向輸出裝置

10:方向操控單元

11:外框

12:按壓驅動體

13:開關彈片

14:印刷電路板

151:第一磁傳感器

152:第二磁傳感器

102:上蓋

1021:開口

1031:第一旋轉驅動體

1032:第二旋轉驅動體

1041:第一滑動驅動體

1042:第二滑動驅動體

1051:第一磁鐵

1052:第二磁鐵

106:軸桿

107:平衡墊圈

108:環狀彈簧

109:下蓋

1093:按壓孔

10311,10321:長型中心孔

10313,10323:凹入部

10315:第一卡部

10325:第二卡部

10411:第一凹部

10421:第二凹部

10413:第一容置槽

10423:第二容置槽

10316,10326:弧形凹槽

10412,10422:圓凸柱

16:排線

圖1係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之立體圖。

圖2係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之分解圖。

圖3顯示本發明一實施例之第一滑動驅動體與第一旋轉驅動體的連接及第二滑動驅動體與第二旋轉驅動體的連接之細部構造。

圖4A係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之軸桿在第一方向搖動時的示意圖。

圖4B係本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之軸桿在第二方向搖動時的示意圖。

圖5顯示本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之上視圖。

圖6顯示根據圖5之A-A’線段的多方向輸出裝置的剖面圖。

圖7顯示本發明之多方向輸出裝置之軸桿在第二方向上搖動時的第二磁鐵的位置改變。

圖8顯示本發明之多方向輸出裝置之軸桿在第一方向上搖動時的第一磁鐵的位置改變。

請參閱圖1及圖2，其分別為本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置之立體圖以及分解圖。圖中顯示一種多方向輸出裝置1包括有一外框11、一方向操控單元10、一按壓驅動體12、一開關彈片13、一印刷電路板14、一第一磁 傳感器151、一第二磁傳感器152及一排線16。其中，該方向操控單元10設置於印刷電路板14之上，且包括有一上蓋102、一第一旋轉驅動體1031、一第二旋轉驅動體1032、一第一滑動驅動體1041、一第二滑動驅動體1042、一第一磁鐵1051、一第二磁鐵1052、一軸桿106、一平衡墊圈107、一環狀彈簧108及一下蓋109。

於前述方向操控單元10中，上蓋102具有一開口1021且上蓋102設置於下蓋109上，使得上蓋102及下蓋109兩者以例如卡合或螺合之方式結合在一起，以在其內部提供一容置空間來容置該第一旋轉驅動體1031、第二旋轉驅動體1032、第一滑動驅動體1041、第二滑動驅動體1042、第一磁鐵1051、第二磁鐵1052、軸桿106、平衡墊圈107、環狀彈簧108等元件。前述外框11設置於方向操控單元10上方且由上往下與印刷電路板14結合，並於兩者之間容設有該方向操控單元10、按壓驅動體12及開關彈片13。

前述第一旋轉驅動體1031及第二旋轉驅動體1032各自為一可旋轉的長弧型結構體，且各自具有一長型中心孔10311,10321位於長弧型結構體的中央、及兩凹入部10313,10323分別位於長弧型結構體的兩側，於組裝後，第一旋轉驅動體1031的長弧型結構體的長邊為延伸於第二方向(Y方向)，且第二旋轉驅動體1032的長弧型結構體的長邊為延伸於第一方向(X方向)，第一旋轉驅動體1031及第二旋轉驅動體1032係設置為第一旋轉驅動體1031位於第二旋轉驅動體1032之上且兩者大致為垂直交叉，並使兩者的長型中心孔10311,10321交插對齊，且第二旋轉驅動體1032卡入放置於第一旋轉驅動體1031的凹入部10313中，再者，前述第一旋轉驅動體1031在其長弧型結構體的一端設有一第一卡部10315，且第二旋轉驅動體1032在其長弧型結構體一端設有一第二卡部10325。

前述第一滑動驅動體1041的一側設有一第一凹部10411，其相反側設有一第一容置槽10413，第二滑動驅動體1042的一側設有一第二凹部10421，其相反側設有一第二容置槽10423。第一磁鐵1051係固設於第一滑動驅動體1041的一側，且第二磁鐵1052係固設於第二滑動驅動體1042的一側，較佳地，第一磁鐵1051係容置於第一滑動驅動體1041的第一容置槽10413中，並可藉由膠水黏固第一磁鐵1051於第一容置槽10413中，而第二磁鐵1052係容置於第二滑動驅動體1042的第二容置槽10423中，並可藉由膠水黏固第二磁鐵1052於第二容置槽10423中。

進一步，前述第一滑動驅動體1041係可活動地連接於第一旋轉驅動體1031的一端，第二滑動驅動體1042係可活動地連接於第二旋轉驅動體1032的一端。較佳地，第一旋轉驅動體1031係以其第一卡部10315非固定地卡入於第一滑動驅動體1041的第一凹部10411中，以使第一滑動驅動體1041可活動地連接於第一旋轉驅動體1031的一端，進而可將第一旋轉驅動體1031的轉動角度轉變為第一滑動驅動體1041的滑動距離；而第二旋轉驅動體1032係以其第二卡部10325非固定地卡入於第二滑動驅動體1042的第二凹部10421中，以使第二滑動驅動體1042可活動地連接於第二旋轉驅動體1032的一端，進而可將第二旋轉驅動體1032的轉動角度轉變為第二滑動驅動體1042的滑動距離。

進一步，圖3顯示本發明一實施例之第一滑動驅動體1041與第一旋轉驅動體1031的連接及第二滑動驅動體1042與第二旋轉驅動體1032的連接之細部構造，如圖所示，第一旋轉驅動體1031的第一卡部10315具有一弧形凹槽10316，第一滑動驅動體1041的第一凹部10411中則設有一對應該弧形凹槽10316的圓凸柱10412，藉由將前述圓凸柱10412卡入弧形凹槽10316，即可使第一旋轉 驅動體1031的第一卡部10315非固定地卡入於第一滑動驅動體1041的第一凹部10411中，且由於圓凸柱10412與弧形凹槽10316之間為可轉動地互相推移，因此，第一旋轉驅動體1031的轉動角度可轉變為第一滑動驅動體1041的滑動距離。同樣地，第二旋轉驅動體1032的第二卡部10325具有一弧形凹槽10326，第二滑動驅動體1042的第二凹部10421中則設有一對應該弧形凹槽10326的圓凸柱10422，藉由將前述圓凸柱10422卡入弧形凹槽10326，即可使第二旋轉驅動體1032的第二卡部10325非固定地卡入於第二滑動驅動體1042的第二凹部10421中，且由於圓凸柱10422與弧形凹槽10326之間為可轉動地互相推移，因此，第二旋轉驅動體1032的轉動角度可轉變為第二滑動驅動體1042的滑動距離。

前述軸桿106的一端(上端)由第一旋轉驅動體1031及第二旋轉驅動體1032下方穿過兩者的長型中心孔10311,10321及穿出上蓋102的開口1021，以供使用者操控，軸桿106的另一端(下端)兩側各自具有一凸起部1062，於組合後，凸起部1062與第二旋轉驅動體1032的凹入部10323結合，可避免軸桿106的不預期旋轉。前述平衡墊圈107設置於軸桿106下方並可與第一旋轉驅動體1031及第二旋轉驅動體1032的下端接觸，前述環狀彈簧108設置於下蓋109上且位於平衡墊圈107下方並與平衡墊圈107接觸。前述下蓋109在面向上蓋102的一表面上設有第一滑槽1091及第二滑槽1092，第一滑槽1091沿第一方向(X方向)延伸且對應第一滑動驅動體1041，第二滑槽1092沿第二方向(Y方向)延伸且對應第二滑動驅動體1042，於組合後，第一滑動驅動體1041係可滑動地設於第一滑槽1091中，而第二滑動驅動體1042係可滑動地設於第二滑槽1092中。

以前述方向操控單元10，軸桿106可供使用者操控在第一方向(X方向)及第二方向(Y方向)所構成的平面的360度全方向上搖動，其中，第一方向 及第二方向大致為互相垂直的方向。當軸桿106在第一方向(X方向)上搖動時，請一併參照圖4A所示，軸桿106帶動第一旋轉驅動體1031稍微往逆時鐘方向轉動，此時第一旋轉驅動體1031的轉動將牽引第一滑動驅動體1041於第一滑槽1091中且在第一方向(X方向)上滑動一距離，另軸桿106相切於第二旋轉驅動體1032的長型中心孔10321中移動，此時第二旋轉驅動體1032不轉動，故第二滑動驅動體1042不滑動。而當軸桿106在第二方向(Y方向)上搖動時，請一併參照圖4B所示，軸桿106帶動第二旋轉驅動體1032稍微往順時鐘方向轉動，此時第二旋轉驅動體1032的轉動將牽引第二滑動驅動體1042於第二滑槽1092中且在第二方向(Y方向)上滑動一距離，另軸桿106相切於第一旋轉驅動體1031的長型中心孔10311中移動，此時第一旋轉驅動體1031不轉動，故第一滑動驅動體1041不滑動。

上述是以軸桿106在第一方向、第二方向上搖動為例，以方便說明軸桿106帶動第一旋轉驅動體1031、第二旋轉驅動體1032的轉動並進而牽引第一滑動驅動體1041、第二滑動驅動體1042的滑動，然於本揭露中，軸桿106可在第一方向(X方向)的軸線與第二方向(Y方向)的軸線相交點處往任意方向搖動，例如，當軸桿106往不完全切齊第一方向(X方向)的方向搖動時，除了帶動第一旋轉驅動體1031轉動並進而牽引第一滑動驅動體1041在第一方向(X方向)上滑動一距離外，亦會帶動第二旋轉驅動體1032轉動並進而牽引第二滑動驅動體1042在第二方向(Y方向)上滑動一距離。又例如，當軸桿106往不完全切齊第二方向(Y方向)的方向搖動時，除了帶動第二旋轉驅動體1032轉動並進而牽引第二滑動驅動體1042在第二方向(Y方向)上滑動一距離外，亦會帶動第一旋轉驅動體1031轉動並進而牽引第一滑動驅動體1041在第一方向(X方向)上滑動一距離，亦即，當軸桿106在第一方向及第二方向所構成的平面的360度全方向上搖動時，軸桿106可 選擇地同時帶動第一旋轉驅動體1031及第二旋轉驅動體1032轉動並進而牽引第一滑動驅動體1041及第二滑動驅動體1042滑動，且由於第一滑動驅動體1041及第二滑動驅動體1042係分別可滑動地設於第一滑槽1091及第二滑槽1092中，因此，藉由第一滑槽1091及第二滑槽1092的設置，可限制第一滑動驅動體1041及第二滑動驅動體1042的滑動，並防止第一磁鐵1051及一第二磁鐵1052自第一滑動驅動體1041及第二滑動驅動體1042中掉出。

再者，藉由前述環狀彈簧108及平衡墊圈107之設置，可提供軸桿106復位之作用力，以使軸桿106搖動後可回復垂直之原始狀態，其中，位於平衡墊圈107下方環狀彈簧108以其彈力向上推擠平衡墊圈107，進而透過推動第一旋轉驅動體1031及第二旋轉驅動體1032，而使得平衡墊圈107與第一旋轉驅動體1031及第二旋轉驅動體1032下端的接觸面呈共平面，因而將軸桿106復歸為垂直狀態，因此，在使用者將軸桿106由垂直狀態往第一方向或第二方向搖動後，軸桿106可自動復歸為原始的垂直狀態。

再請參照圖2所示，前述下蓋109具有一按壓孔1093位於下蓋109中心位置且對應軸桿106的下端、以及前述之第一滑槽1091及第二滑槽1092分別位於鄰近下蓋109的兩相鄰邊的位置且分別對應第一滑動驅動體1041及第二滑動驅動體1042。前述開關彈片13設置於印刷電路板14上，前述按壓驅動體12設置於開關彈片13上且經由下蓋109的按壓孔1093而對應於軸桿106的下端，據此，為說明多方向輸出裝置1作為按壓壓開關之操作，圖5顯示本發明一較佳實施例之多方向輸出裝置1之上視圖，圖6則顯示根據圖5之A-A’線段的多方向輸出裝置1的剖面圖，其中，使用者可按壓軸桿106，藉由環狀彈簧108的彈力，使軸 桿106的下端經由下蓋109的按壓孔1093而向下推抵按壓驅動體12，按壓驅動體12因而可按壓開關彈片13，以對印刷電路板14上的電路進行按壓開關之操作。

前述第一磁傳感器151及第二磁傳感器152係設置於印刷電路板14上，並位於鄰近印刷電路板14的兩相鄰邊的位置且分別對應其上方的下蓋109上的第一滑槽1091及第二滑槽1092，以分別感應在第一滑槽1091及第二滑槽1092中移動的第一磁鐵1051及第二磁鐵1052，據此，當軸桿106例如在第二方向(Y方向)上搖動時，如圖7所示，第二滑動驅動體1042中的第二磁鐵1052也隨之在第二方向(Y方向)上移動產生位置改變，第二磁傳感器152可感應到第二磁鐵1052的磁場隨著位置改變而發生的變化；同樣地，當軸桿106例如在第一方向(X方向)上搖動時，如圖8所示，第一滑動驅動體1041中的第一磁鐵1051也隨之在第一方向(X方向)上移動產生位置改變，第一磁傳感器151可感應到第一磁鐵1051的磁場隨著位置改變而發生的變化。據此可知，當軸桿106於第一方向及第二方向所構成的平面的任意方向搖動時，第一磁傳感器151、第二磁傳感器152可分別感應到第一磁鐵1051、第二磁鐵1052的磁場隨著位置改變而發生的變化，而由第一磁傳感器151及第二磁傳感器152所獲取的磁場及磁場變化訊號再經由印刷電路板14上的電路轉換為對應的電氣訊號並經由排線16輸出以供計算使用者搖動軸桿106之速度、力道、方向及距離等資訊，進而實現非接觸式的控制。

藉由上述設計，本發明使用兩個磁傳感器來感應兩個可對應軸桿搖動而滑動的磁鐵之磁場變化，故能以非接觸式的方式進行操控而無電刷接觸磨耗之問題，因而可大幅增加使用壽命，並強化操作軸的復位精度以使訊號精度提升，且軸桿可同時作為按鍵使用，故無需設置額外之按鍵，更可縮小體積而設計為薄型化且小體積之控制裝置。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1:多方向輸出裝置

14:印刷電路板

11:外框

102:上蓋

1031:第一旋轉驅動體

1032:第二旋轉驅動體

106:軸桿

Claims (13)

1. 一種多方向輸出裝置，包括：一印刷電路板，其上設置有一第一磁傳感器及一第二磁傳感器；以及一方向操控單元，設置於該印刷電路板之上，且包括：一第一旋轉驅動體及一第二旋轉驅動體，各自為一可旋轉的長弧型結構體且各自具有一長型中心孔位於對應的該長弧型結構體的中央，該第一旋轉驅動體垂直交叉地設置於該第二旋轉驅動體之上，以使該兩長型中心孔交叉對齊；一第一滑動驅動體及一第二滑動驅動體，分別可活動地連接於該第一旋轉驅動體的一端及該第二旋轉驅動體的一端；一第一磁鐵及一第二磁鐵，分別固設於該第一滑動驅動體的一側及該第二滑動驅動體的一側；一下蓋，具有一第一滑槽及一第二滑槽，分別對應該第一滑動驅動體及該第二滑動驅動體，其中，該第一滑動驅動體可滑動地設於該第一滑槽中，該第二滑動驅動體可滑動地設於該第二滑槽中；一軸桿，具有一上端由該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體下方穿過該兩長型中心孔；一平衡墊圈，設置於該軸桿下方並與該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體接觸；以及一環狀彈簧，設置於該平衡墊圈下方並與該平衡墊圈接觸，其中，該第一磁傳感器及該第二磁傳感器設置為分別對應該第一滑槽及該第二滑槽。
2. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其中，該第一滑動驅動體具有一第一容置槽以容置該第一磁鐵，該第二滑動驅動體具有一第二容置槽以容置該第二磁鐵。
3. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其中，該第一滑動驅動體具有一第一凹部，該第一旋轉驅動體具有一第一卡部非固定地卡入於該第一凹部中，以將該第一旋轉驅動體的轉動角度轉變為該第一滑動驅動體的滑動距離；該第二滑動驅動體具有一第二凹部，該第二旋轉驅動體具有一第二卡部非固定地卡入於該第二凹部中，以將該第二旋轉驅動體的轉動角度轉變為該第二滑動驅動體的滑動距離。
4. 如請求項3所述之多方向輸出裝置，其中，該第一卡部具有一弧形凹槽，且於該第一凹部中設有一對應該弧形凹槽的圓凸柱，用以卡入該弧形凹槽；且其中，該第二卡部具有一弧形凹槽，且於該第二凹部中設有一對應該弧形凹槽的圓凸柱，用以卡入該弧形凹槽。
5. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其中，當該軸桿在一第一方向上搖動時，該軸桿帶動該第一旋轉驅動體轉動並牽引該第一滑動驅動體於該第一滑槽中且在該第一方向上滑動，且該軸桿相切於該第二旋轉驅動體的該長型中心孔中移動；當該軸桿在一第二方向上搖動時，該軸桿帶動該第二旋轉驅動體轉動並牽引該第二滑動驅動體於該第二滑槽中且在該第二方向上滑動，且該軸桿相切於該第一旋轉驅動體的該長型中心孔中移動，當中，該第一方向垂直於該第二方向。
6. 如請求項5所述之多方向輸出裝置，其中，當該軸桿在該第一方向及該第二方向所構成的平面上往任意方向搖動時，該軸桿可選擇地同時帶動 該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體轉動並牽引該第一滑動驅動體及該第二滑動驅動體分別在該第一方向及該第二方向上滑動。
7. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其更包含：一開關彈片設置於該印刷電路板上；以及一按壓驅動體設置於該開關彈片上且對應於該軸桿的下端。
8. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其中，該第一旋轉驅動體及該第二旋轉驅動體各自具有兩凹入部分別位於對應的該長弧型結構體的兩側，且該第二旋轉驅動體卡入於該第一旋轉驅動體的該兩凹入部中。
9. 如請求項8所述之多方向輸出裝置，其中，該軸桿的下端的兩側各自具有一凸起部，且該兩凸起部與該第二旋轉驅動體的該兩凹入部結合。
10. 如請求項2所述之多方向輸出裝置，其中，該第一磁鐵及該第二磁鐵係以膠水分別黏固於該第一容置槽及該第二容置槽中。
11. 如請求項1所述之多方向輸出裝置，其中，該下蓋更具有一按壓孔位於該下蓋的中心且對應該軸桿的下端。
12. 如請求項11所述之多方向輸出裝置，其更包含一上蓋設置於該下蓋上方且具有一開口，其中該上蓋及該下蓋結合在一起，以提供一容置空間來容置該第一旋轉驅動體、該第二旋轉驅動體、該第一滑動驅動體、該第二滑動驅動體、該第一磁鐵、該第二磁鐵、該軸桿、該平衡墊圈及該環狀彈簧，且該軸桿的上端穿出該上蓋的該開口。
13. 如請求項7所述之多方向輸出裝置，其更包含一外框設置於方向操控單元上方且由上往下與該印刷電路板結合，以容設該方向操控單元、該按壓驅動體及該開關彈片。

Images