(57)【要約】【課題】操作レバーを中立位置に付勢する機能を有効又は無効に切り替えることのできるジョイスティック装置を提供すること。【解決手段】バネ１８によって操作レバー１を中立位置に付勢する機構を備えるものを前提とし、電磁石４と、バネ１８から操作レバー１までの弾性力の伝達経路上に設けられた、磁性体からなる可動部材５と、を備える。可動部材５は、電磁石４が励磁状態のとき、電磁石４に吸着されてバネ１８の弾性力に抗して弾性力の伝達経路を切断し、電磁石４が非励磁状態のとき、バネ１８の弾性力によって電磁石４から離れて弾性力の伝達経路を接続する。【選択図】図１
2019153107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材によって操作部材を中立位置に付勢する機構を備えるジョイスティック装置において、
電磁石と、
前記弾性材から前記操作部材までの弾性力の伝達経路上に設けられた、少なくとも一部に磁性体を含む可動部材と、
を備え、
前記可動部材は、前記電磁石が励磁状態のとき、前記弾性材の弾性力に抗して前記電磁石に吸着されて前記弾性力の伝達経路を切断し、前記電磁石が非励磁状態のとき、前記弾性材の弾性力によって前記電磁石から離れて前記弾性力の伝達経路を接続する、ことを特徴とするジョイスティック装置。
【請求項２】
請求項１に記載のジョイスティック装置において、
前記電磁石を励磁状態又は非励磁状態へ切り替える制御装置を更に備えることを特徴とするジョイスティック装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のジョイスティック装置において、
前記電磁石を励磁状態又は非励磁状態へ手動で切り替えるオンオフスイッチを更に備えることを特徴とするジョイスティック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バネ等の弾性材の弾性力によって操作部材を中立位置に付勢する機構を備えたジョイスティック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のジョイスティック装置は、例えば特許文献１〜５に開示されている。各文献に開示されたジョイスティック装置は、操作レバー（操作部材）を中立位置に付勢する中立位置付勢機構を備えている。中立位置付勢機構は、バネ等の弾性材を含んで構成されており、弾性材の弾性力によって操作レバーを中立位置に付勢する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５０−１４６２５７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８３０５１号公報
【特許文献３】特開２００２−０３２１３４号公報
【特許文献４】特開２００２−１０８４７２号公報
【特許文献５】特開２００８−００３７０４号公報
【特許文献６】特開２０１７−１１１４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
操作レバーの中立位置は、頻繁に使用される位置であることから、中立位置付勢機構はユーザにとって便利な機構である。その反面、デメリットも認められる。例えば、操作レバーが常に中立位置に向かって付勢されることから、操作レバーから手を離した状態で、操作レバーを中立位置以外の任意の位置に保持することができない。また例えば、特許文献６に開示されているジョイスティック装置のように、操作レバーにおいて力覚を提示する装置にあっては、常に、バネの付勢力が力覚の一部に含まれるので、所望する力覚を提示することが難しい。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、操作レバー等の操作部材を中立位置に付勢する機能を有効又は無効に切り替えることのできるジョイスティック装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係るジョイスティック装置は、弾性材によって操作部材を中立位置に付勢する機構を備えるものを前提とし、電磁石と、前記弾性材から前記操作部材までの弾性力の伝達経路上に設けられた、少なくとも一部に磁性体を含む可動部材と、を備える。前記可動部材は、前記電磁石が励磁状態のとき、前記弾性材の弾性力に抗して前記電磁石に吸着されて前記弾性力の伝達経路を切断し、前記電磁石が非励磁状態のとき、前記弾性材の弾性力によって前記電磁石から離れて前記弾性力の伝達経路を接続する。
【０００７】
かかる構成を備えるジョイスティック装置によれば、電磁石を励磁状態又は非励磁状態とすることで、操作部材を中立位置に付勢する機能を有効又は無効に切り替えることができる。
【０００８】
前記構成を備えるジョイスティック装置において、前記電磁石を励磁状態又は非励磁状態へ切り替える制御装置を更に備えるものであってもよい。
【０００９】
前記構成を備えるジョイスティック装置において、前記電磁石を励磁状態又は非励磁状態へ手動で切り替えるオンオフスイッチを更に備えるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、操作部材を中立位置に付勢する機能を有効又は無効に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るジョイスティック装置の要部を前後方向から視た部分断面図であって、電磁石が励磁状態にある状態を示す図である。
【図２】本実施形態に係るジョイスティック装置の要部を左右方向から視た部分断面図であって、電磁石が励磁状態にある状態を示す図である。
【図３】（ａ）操作レバーの側面図である。（ｂ）操作レバーの正面図である。
【図４】（ａ）第１支持部材の側面図である。（ｂ）第１支持部材の正面図である。
【図５】（ａ）第２支持部材の側面図である。（ｂ）第２支持部材の正面図である。
【図６】本実施形態に係るジョイスティック装置の平面図である。但し、制御装置の図示は省略している。
【図７】本実施形態に係るジョイスティック装置の要部を前後方向から視た部分断面図であって、電磁石が非励磁状態にある状態を示す図である。
【図８】本実施形態に係るジョイスティック装置の要部を左右方向から視た部分断面図であって、電磁石が非励磁状態にある状態を示す図である。
【図９】他の実施形態に係るジョイスティック装置の平面図である。但し、制御装置の図示は省略している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係るジョイスティック装置について、図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態に係るジョイスティック装置１００は、図１および図２に示すように、操作レバー１、操作レバー支持部２、ケース３、電磁石４、可動部材５、回動抵抗付与装置６、制御装置７等で構成されている。操作レバー１は、ユーザが操作する操作部材の１例である。なお、本明細書では、説明の便宜上、後述する第１の軸線Ｎ１（図１参照）の方向を左右方向、後述する第２の軸線Ｎ２（図２参照）の方向を前後方向、中立位置にある操作レバ１の長手方向を上下方向と仮定して説明する。
【００１３】
操作レバー１は、前後方向および左右方向に傾倒操作できるように操作レバー支持部２に支持されている。本実施形態では、操作レバー１は、前後方向の傾倒操作と左右方向の傾倒操作を同時に行うことができる。つまり、操作レバー１は、前後方向と左右方向に対して斜め方向に傾倒操作することができる。操作レバー１は、例えば図３に示すように、棒状のレバー部９と、レバー部９の一端部に設けられた略球状の把持部１０と、レバー部９の他端部両側に設けられた一対の軸部１１を備えている。
【００１４】
操作レバー支持部２は、操作レバー１を前後方向および左右方向に傾倒可能に支持する。本実施形態では、操作レバー支持部２は、第１支持部材１３および第２支持部材１４で構成されている。
【００１５】
第１支持部材１３は、図４に示すように、本体部１３ａおよび一対の軸部１３ｂを備えている。本体部１３ａには、操作レバー１の軸部１１を回転自在に支持する軸受部１３ｃと、操作レバー１が通過する通路１３ｄとが形成されている。また、本体部１３ａの下部には、後述する可動部材５が面接触することが可能な平坦面１３ｅが形成されている。一対の軸部１３ｂは、本体部１３ａの両側に形成されており、同一の軸線（本明細書において「第１の軸線Ｎ１」という。）上に形成されている。各軸部１３ｂは、図１に示すように、ケース３の軸受部３ａに回転自在に支持されている。第１支持部材１３の通路１３ｄは左右方向に細長く形成されている。また、通路１３ｄの幅は、操作レバー１のレバー部９の直径と略同一であるため、操作レバー１を前後方向に傾倒操作すると、第１支持部材１３は、操作レバー１とともに、軸線Ｎ１回りに回動する。
【００１６】
第２支持部材１４は、図５に示すように、本体部１４ａおよび一対の軸部１４ｂを備えている。本体部１４ａは、第１支持部材１３の本体部１３ａの外側に配されている。本体部１４ａには、操作レバー１が通過する通路１４ｃが形成されている。また、本体部１４ａの下部には、後述する可動部材５が面接触することが可能な平坦面１４ｄが形成されている。一対の軸部１４ｂは、本体部１４ａの両側に形成されており、同一の軸線（本明細書において「第２の軸線Ｎ２」という。）上に形成されている。各軸部１４ｂは、図２に示すように、ケース３の軸受部３ａに回転自在に支持されている。第２支持部材１４の通路１４ｃは前後方向に細長く形成されている。また、通路１４ｃの幅は、操作レバー１のレバー部９の直径と略同一であるため、操作レバー１を左右方向に傾倒操作すると、第２支持部材１４は、操作レバー１とともに、軸線Ｎ２回りに回動する。なお、本実施形態では、第１の軸線Ｎ１と第２の軸線Ｎ２は直交しているが、必ずしも直交している必要はなく、直交に近い交差であってもよい。
【００１７】
ケース３は、その内部に、操作レバー支持部２、電磁石４等を設置している。また、既述したように、ケース３には、第１支持部材１３の軸部１３ｂ（図１参照）の軸受部３ａと、第２支持部材１４の軸部１４ｂ（図２参照）の軸受部３ａが形成されている。
【００１８】
可動部材５は、操作レバー支持部２と後述する電磁石４との間に設けられており、バネ１８によって操作レバー支持部２側に付勢されている。本実施形態では、可動部材５は、磁性体からなり、円板部５ａと、この円板部５ａの下面中央に形成された円柱状の凸部５ｂとで構成されている。図７および図８に示すように、可動部材５の円板部５ａの上面が第１支持部材１３および第２支持部材１４の平坦面１３ｅ，１４ｄと面接触した状態で、操作レバー１が中立位置となる。なお、円板部５ａの中央には、図１に示すように、操作レバー１の下端部の半球形状に対応した窪み５ｃが形成されている。
【００１９】
電磁石４は、可動部材５の下方に設置されている。電磁石４が励磁されると、可動部材５は、図７および図８に示す状態から、バネ１８の弾性力に抗して、第１支持部材１３および第２支持部材１４から離れて、図１および図２に示すように、電磁石４のヨーク２１に吸着される。可動部材５が電磁石４のヨークに吸着した状態では、バネ１８から操作レバー１に至るまでの弾性力の伝達経路が切断され、操作レバー１を中立位置に付勢する力が消失する。一方、電磁石が励磁されていないときは、可動部材５は、図１および図２に示す状態から、バネ１８の弾性力によって電磁石４のヨーク２１から離れて、図７および図８に示すように、第１および第２支持部材１３，１４の下部に押し付けられる。この状態では、バネ１８から操作レバー１に至るまでの弾性力の伝達経路が接続され（成立し）、操作レバー１を中立位置に付勢する力が発生する。なお、可動部材５の凸部５ｂの円板部５ａからの突出長さは、ヨーク２１の内側の立ち上がり部２１ａの高さと、外側の立ち上がり部２１ｂの高さの差と略同一になっている。
【００２０】
図１等に例示する電磁石４は、ボビン１９に巻き付けられたコイル２０と、コイル２０およびボビン１９の底部から内周側および外周側で立ち上がったヨーク２１とで主に構成されている。また、バネ１８は、コイルスプリングからなり、ボビン１９とヨーク２１の内側の立ち上がり部２１ａとの間に設けられている。
【００２１】
回動抵抗付与装置６は、各軸線Ｎ１，Ｎ２上に１つずつ設置されている。図１に示すように、一方の回動抵抗付与装置６の出力軸６ａは、第１支持部材１３の軸部１３ｂおよび可変抵抗器２３の入力軸２３ａに直列に連結されている。図２に示すように、もう一方の回動抵抗付与装置６の出力軸６ａは、第２支持部材１４の軸部１４ｂおよび可変抵抗器２３の入力軸２３ａに直列に連結されている。このように構成されることで、操作レバー１の何れの方向の傾動操作に対しても回動抵抗付与装置６による力覚（操作負荷、操作抵抗等）を付与することができるようになっている。なお、可変抵抗器２３は、操作レバー１の操作位置に応じた値を制御装置７に出力する。
【００２２】
本実施形態では、回動抵抗付与装置６として、磁気粘性流体を用いたものを採用している。この回動抵抗付与装置６は、磁気粘性流体に印加する磁場の強さに応じた回転抵抗を発生する。
【００２３】
制御装置７は、電磁石４のコイル２０への供給電流を制御することにより、操作レバー１を中立位置に付勢する機能を有効又は無効に切り替える。また、制御装置７は、回動抵抗付与装置６のコイルへの供給電流を制御することにより、回動抵抗付与装置６が発生する回転抵抗を制御し、ひいては、操作レバー１における操作抵抗や力覚を制御する。制御装置７は、可変抵抗器２３の出力から求まる操作レバー１の位置情報と、所定の制御手順に基づいて、電磁石４および回動抵抗付与装置６に対する上記各種制御を実行する。なお、上記の所定の制御手順の一例として、制御装置７の記憶部に予め記憶されたプログラムに基づいて制御装置７の演算処理装置により実行されるものが挙げられる。
【００２４】
次に、図１に例示する回動抵抗付与装置６の概略構成を説明する。なお、図２に示す回動抵抗付与装置６は、図１に示す回動抵抗付与装置６と同一であるため、以下では、図１に例示する回動抵抗付与装置６についてのみ説明を行う。
【００２５】
図１に示す回動抵抗付与装置６は、回転軸３１、円板３２、ヨーク３４，３５、コイル３７、磁気粘性流体３８、ケーシング３６等で構成されている。
【００２６】
回転軸３１は、その端部が円板３２の裏面の中心部に垂直に接続されている。回転軸３１はベアリング３９を介してヨーク３５に設けられた軸穴４０に回転自在に支持されている。
【００２７】
円板３２は、磁性体からなり、回転軸３１と一体に回転可能となっている。ケーシング３６、ヨーク３４，３５等はケース３および可変抵抗器２３に対して回転しないように所定の固定手段により固定されている。
【００２８】
ヨークは、第１ヨーク３４および第２ヨーク３５で構成されている。第１ヨーク３４は、円板３２の表面３２ａに対して微小隙間を介して対向する円板状のもので構成されている。この第１ヨーク３４は、円筒状のケーシング３６に嵌め込まれて固定されている。
【００２９】
第２ヨーク３５は、円板３２の裏面３２ｂに対して微小隙間を介して対向する対向面３５ａを有する。この第２ヨーク３５は、円筒状のケーシング３６の内側に嵌め込まれて固定されている。
【００３０】
符号４１は、非磁性体からなる球体であり、第１ヨーク３４の中心部に形成された凹部と、円板３２の中心に形成された貫通穴と、回転軸３１の端面の中心に形成された凹部とで形成されるスペースに収容されている。この球体４１は、第１ヨーク３４と円板３２との隙間の設定を容易にするためのものであり、球体４１の直径によって、当該隙間が定まる。
【００３１】
コイル３７は、第２ヨーク３５に形成された環状の溝に沿って配設されている。このコイル３７には、制御装置７から電流が供給される。
【００３２】
磁気粘性流体３８は、円板３２と、第１ヨーク３４および第２ヨーク３５との隙間に封入されている。この磁気粘性流体３８は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０ｖｏｌ％とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。
【００３３】
上記構成を備える回動抵抗付与装置６において、コイル３７に電流が印加されると、矢印Ｐに示す方向に沿って円板３２、第１ヨーク３４、第２ヨーク３５内に磁路が形成される。この磁路は、円板３２の表面３２ａと第１ヨーク３４の対向面３４ａとの隙間や、円板３２の裏面３２ｂと第２ヨーク３５の対向面３５ａとの隙間に介在する磁気粘性流体３８を貫通する。これにより、磁気粘性流体３８には、磁場の強さに応じた粘度（ずり応力）が発現し、円板３２とヨーク３４，３５との間での伝達トルクが磁場の強さに応じて大きくなる。その結果、回転軸３１の回転抵抗もコイル３７に印加される電流値に応じて大きくなる。
【００３４】
以上に説明した構成を備えるジョイスティック装置１００において、制御装置７が電磁石４を励磁状態にすると、操作レバー１を中立位置に付勢する力が消失し、電磁石４を非励磁状態にすると、操作レバー１を中立位置に付勢する力が発生する。また、制御装置７が回動抵抗付与装置６のコイル３７に印加する電流値に応じて、各回動抵抗付与装置６が第１支持部材１３又は第２支持部材１４を介して操作レバー１に操作抵抗や力覚を付与する。
【００３５】
また、ジョイスティック装置１００の制御装置７は、以下に説明する第１〜第４の状態を自動的に切り替えることができる。
【００３６】
＜第１の状態＞
制御装置７は、電磁石４を励磁状態にするとともに、一方又は双方の回動抵抗付与装置６のコイル３７に電流を印加して回動抵抗付与装置６において回転抵抗を発生させることができる。この状態では、操作レバー１には、中立位置への付勢力が付与されることなく、一方又は双方の回動抵抗付与装置６による操作抵抗や力覚のみが付与される。
【００３７】
＜第２の状態＞
制御装置７は、電磁石４を非励磁状態にするとともに、一方又は双方の回動抵抗付与装置６のコイル３７に電流を印加して回動抵抗付与装置６において回転抵抗を発生させることができる。この状態では、操作レバー１には、中立位置への付勢力が付与されるとともに、一方又は双方の回動抵抗付与装置６による操作抵抗や力覚が付与される。
【００３８】
＜第３の状態＞
制御装置７は、電磁石４を励磁状態にするとともに、双方の回動抵抗付与装置６のコイル３７に電流を印加せずに回動抵抗付与装置６における回転抵抗を最小値にすることができる。この状態では、操作レバー１には、中立位置への付勢力が付与されることなく、回動抵抗付与装置６の基底トルクに応じた軽微な操作抵抗のみが付与される。
【００３９】
＜第４の状態＞
制御装置７は、電磁石４を非励磁状態にするとともに、双方の回動抵抗付与装置６のコイル３７に電流を印加せずに回動抵抗付与装置６における回転抵抗を最小値にすることができる。この状態では、操作レバー１には、中立位置への付勢力が付与されるとともに、回動抵抗付与装置６の基底トルクに応じた軽微な操作抵抗が付与される。
【００４０】
上記第１〜第４の状態の切替は、制御装置７により、操作レバー１の位置情報及び／又は所定の制御手順に基づいて自動的に行われるが、電磁石４の励磁状態又は非励磁状態の切替をユーザが手動で行えるようにしてもよい。例えば、制御装置７と電磁石４との間の給電線の途中に、電磁石４への電流をオン又はオフに切り替えるオンオフスイッチ２５（図１参照）を設けることで可能となる。あるいは、電磁石４に対して制御装置７から電流を供給するのではなく、制御装置７とは別に、電流供給源を設けて、そこから電磁石４へ電流を供給し、当該電流供給源と電磁石４との間の給電線の途中に、オンオフスイッチを設けてもよい。
【００４１】
以上に説明したジョイスティック装置１００によれば、電磁石４を励磁状態又は非励磁状態とすることで、操作レバー１を中立位置に付勢する機能を有効又は無効に切り替えることができる。例えば、操作レバー１を中立位置に付勢したいときは、第２又は第４の状態に切り替え、操作レバー１を中立位置に付勢したくないときは、第１又は第３の状態に切り替えることで、操作レバー１の中立位置付勢機能のメリットを享受しつつ、中立位置付勢機能のデメリットを解消することができる。
【００４２】
［他の実施形態］
既述した実施形態では、各回動抵抗付与装置６の出力軸６ａは、可変抵抗器２３の入力軸２３ａを介して、第１支持部材１３の軸部１３ｂ又は第２支持部材１４の軸部１４ｂに連結されていたが、例えば図９に示すように、可変抵抗器２３が設置されていない位置に回動抵抗付与装置６を設置し、出力軸６ａを直接第１支持部材１３の軸部１３ｂ又は第２支持部材１４の軸部１４ｂに連結するようにしてもよい。
【００４３】
既述した実施形態では、回動抵抗付与装置６として、磁気粘性流体を用いた回動抵抗付与装置を例に挙げて説明したが、回動抵抗付与装置は、磁気粘性流体を用いたものに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、例えば、操作レバーを中立位置に付勢する機能を備えたジョイスティック装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  操作レバー（操作部材）
４  電磁石
５  可動部材
７  制御装置
１８  バネ
２５  オンオフスイッチ
１００  ジョイスティック装置
【図１】
2019153107.tif 000003
【図２】
2019153107.tif 000004
【図３】
2019153107.tif 000005
【図４】
2019153107.tif 000006
【図５】
2019153107.tif 000007
【図６】
2019153107.tif 000008
【図７】
2019153107.tif 000009
【図８】
2019153107.tif 000010
【図９】
2019153107.tif 000011