(57)【要約】【課題】静止部（４）とオペレータが操作するようにした可動部（３）とを備えるジョイスティック（１）で、静止部（４）に対する可動部（３）の位置を検出するようにしたセンサ装置を備え、このセンサ装置がジョイスティックの動きに直線的に対応する出力を出すようにする。【解決手段】磁石構造或いは磁気検出器を静止部（４）上に配置し、一方で磁気検出器或いは磁石構造を可動部（３）に配置する。それによって、部分（３，４）間の相対的な動きが磁石構造と磁気検出器との間に相対的な動きを生み出す。磁石構造の磁石（９）は、その外郭が可動部（３）の操作中に磁石（９）と磁気検出器との間の相対的な角度方向の動きにほぼ追随するような形状としてある。それによって、部分（３，４）間の相対的位置における線形変化に応じ磁気検出器からの出力におけるほぼ線形な変化が得られる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質静止部（４）と、
オペレータが操作するようにした可動部（３）と、
前記実質静止部に対する前記可動部の位置を検出するようにしたセンサ装置であって、１以上の磁石（９）を有し所定の磁界を形成する磁石構造と、磁束を検出して対応出力を生成するようにした磁気検出器とを備え、前記磁石構造と前記磁気検出器の一方を前記実質静止部（４）上に配置し、前記磁石構造と前記磁気検出器の他方を可動部（３）上に配置した前記センサ装置と
を備え、前記磁石構造の磁石（９）の外郭を前記可動部（３）の操作中に前記磁石（９）と前記磁気検出器との間の相対的な角度方向の動きにほぼ追随するような形状とした、ことを特徴とするジョイスティック（１）。
【請求項２】
前記磁石構造は、長手方向軸を形成する少なくとも一つの磁石（９）を備え、該磁石（９）が前記長手方向軸に沿って湾曲形状を有し、該湾曲形状が前記可動部（３）の操作中の前記磁石（９）と前記磁気検出器との間の相対的な角度方向の動きに対応する請求項１記載のジョイスティック（１）。
【請求項３】
前記磁石構造はそれぞれが長手方向軸を形成する４個の磁石（９）を備え、該磁石（９）をそれらが正方形或いは長方形を形成するよう配置した請求項１又は２記載のジョイスティック（１）。
【請求項４】
前記磁気検出器は少なくともホール効果センサ（１０）とするか又はこれにて構成した請求項１又は３のいずれか１項に記載のジョイスティック（１）。
【請求項５】
前記可動部（３）は、該可動部（３）が前記実質静止部（４）に対しピボット点（７）の周りに揺動可能となるよう前記実質静止部（４）に装着した請求項１乃至４のいずれか１項に記載のジョイスティック（１）。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のジョイスティック（１）を備える多目的作業車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジョイスティックの可動部とこのジョイスティックの実質静止部との間の相対的位置を磁気検出器を用いて検出するセンサ装置を備えるジョイスティックに関する。本発明になるジョイスティックは、多目的作業車での使用に非常に適したものである。
【背景技術】
【０００２】
多目的作業車のための従来技術ジョイスティックでは、典型的にはハンドルを備えたジョイスティックの可動部とジョイスティックの実質静止部との相対的位置を、可動部に配置した幾つかの通常の棒磁石と静止部に配置した対応する磁気検出器、例えばホール効果センサとにより検出することが知られている。各磁気検出器は、対応する棒磁石が生成する磁束を検出する。棒磁石が生成する磁界は磁石の長さに沿って変化するため、検出磁束はジョイスティックの可動部と静止部との間の相対的位置を反映する。磁気検出器が生成する出力は、かくしてジョイスティックの位置を示すものとなる。
【０００３】
ジョイスティックでは、可動部は通常静止部に対し角度方向の動きを行う。従って、磁気検出器は棒磁石に対する湾曲路に追随する。これらの湾曲路は、磁気検出器が検出する磁束における変化が磁気検出器が移動する距離に応じて著しく非線形となるよう磁力線と交差している。このことはジョイスティックの中立位置或いはその近傍で特に問題となり、そこでは可動部の比較的大きな角度方向の動きが検出磁束内の比較的小さな変動しか生まず、そのことがかなり貧弱な角度分解能に通じていた。以前は、上記課題をソフトウェア補償により解決する試みがなされてきた。しかしながら、中立位置やその近傍では相当のソフトウェア補償が必要となる。このことは、センサ出力内の小変化が角度におけるより大きな変化に変換されることになる逆効果を有する。操作中に変動することのある幾つかの寸法公差、例えば空隙が存在するため、このことは中立として規定される角度域が著しく変動することがあることを意味する。このことで、ジョイスティックを中に装着した適用対象、例えば車両の安全性を危うくすることすらある。かくして、たとえジョイスティックを操作していなくとも、それを操作していることを示す信号を生成して送信することがあり、それによって適用対象がオペレータ無しで動き始めることもある。これは、極めて不都合であり、恐らく危険を伴なうものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さらにまた、前記した非線形性はセンサの較正時に比較的大量の較正点を必要とする結果も有する。何故なら、較正曲線は計測した較正点の間に内挿することで通常得られるが、較正曲線が著しく非線形であるときは、検出された磁束と相対的位置との間の実際の関係のほぼ正確なイメージとすることを保証する上で較正曲線の内挿部分に大量の較正点が必要となるからである。このことはさらなる欠点であり、何故ならそれが生産コストを増すからである。
【０００５】
かくして、本発明の一つの目的は前記した課題を少なくとも或る程度除去するジョイスティックを提供することにある。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、ジョイスティックの可動部と静止部との間の相対的位置における線形変化に応じて、センサ装置から出力において実質的に線形の変化が得られるジョイスティックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記ならびに他の目的は下記を備えるジョイスティックを提供することで実現され、それは
実質静止部と、
オペレータが操作するようにした可動部と、
実質静止部に対する可動部の位置を検出するようにしたセンサ装置で、１以上の磁石を有し所定の磁界を規定する磁石構造と、磁束を検出して対応出力を生成するようにした磁気検出器とを備え、磁石構造と磁気検出器の一方を実質静止部上に配置し、磁石構造と磁気検出器の他方を可動部上に配置した前記センサ装置とを備え、
磁石構造の一（又は複数の）磁石の外郭を可動部の操作中に一（又は複数）の磁石と磁気検出器との間の相対的な角度方向の動きに実質追随するような形状としたものである。
【０００８】
現文脈では、用語「実質静止部」は動作中に操作されないジョイスティックの一部で、ジョイスティックをその中に装着する適用対象に対し通常静止態様にて配置するものを意味すると解釈すべきである。従って、実質静止部は絶対的に固定しなければならないことはないが、適用対象に沿って移動できるようにし、恐らくは適用対象に対ししかるべき動きを行えるようにできる。例えば、ジョイスティックを車両内に配置する場合、静止部は車両と共に動けるようにすることになる。別の例では、例えば、オペレータを適当な位置へ移動させてこの位置からジョイスティックを使用できるようにすべく、ジョイスティックを導線により適用対象に接続し、それによってジョイスティックを可動にできる。この場合、実質静止部は適用対象に対し可動とされる。しかしながら、いずれにせよジョイスティックにより操作する装置の操作を決定するのは実質静止部と可動部との間の相対的な動きである。
【０００９】
従って、可動部は関連装置を操作する上でオペレータが操作するジョイスティックの一部をなす。
【００１０】
磁石構造と磁気検出器の一方を実質静止部上に配置し、磁石構造と磁気検出器の他方を可動部上に配置する。このことは、磁石構造又は磁気検出器のいずれかを実質静止部上に配置することを意味すると解釈すべきである。磁石構造を実質静止部上に配置する場合、磁気検出器を可動部上に配置する。他方、磁気検出器を実質静止部上に配置する場合、磁石構造を可動部上に配置する。従って、磁石構造と磁気検出器は可動部と実質静止部とが相対的な動きを行うときに相対的な動きを行い、磁石構造と磁気検出器の相対的な動きは可動部と実質静止部の相対的な動きに比例する。
【００１１】
センサ装置は、実質静止部に対する可動部の位置を検出するようにしてある。かくして、オペレータが可動部を操作し、それによって可動部と実質静止部との間に相対的な角度方向の動きが生じ、そのことで前記した如く磁石構造と磁気検出器との間の相対的な角度方向の動きが生じたときに、磁気検出器は磁束中の対応する変化を検出することになり、出力において対応する変化を生ずることになる。従って、出力における変化がセンサ装置により生成され、それが可動部と実質静止部との間の相対的な動きを示すものとなる。検出された相対的位置に基づき、相対速度や相対加速度が算出できることに留意されたい。
【００１２】
磁石構造の一（又は複数）の磁石は、一（又は複数）の磁石の外郭が可動部の操作中に一（又は複数）の磁石と磁気検出器との間の相対的な角度方向の動きに実質追随するような形状としてある。
【００１３】
現文脈では、用語「外郭」は関連する磁石の外面が規定する曲線を意味すると解釈すべきである。磁石の外郭を例えば実質直線から曲線へ変更することで、磁石が生成する磁界は変化する。磁石を前記した如く設計することで、可動部の操作中に一（又は複数）の磁石に対する磁気検出器の移動距離に応じて磁束にほぼ線形の変化がもたらされるよう、磁気検出器は磁力線と交差する。それによって、磁気検出器が生成する出力もまたほぼ線形とされることになる。このことは非常に好都合であり、何故ならソフトウェア補償の必要性がそれによって相当に低減され、省略すらできるからである。さらに、ジョイスティックの中立域における角度方向の分解能に関連する課題もまた排除され、或いは少なくとも相当に低減される。かくして、前記した欠点は取り除かれ、或いは少なくとも相当に低減される。
【００１４】
磁石構造は長手方向軸を規定する少なくとも一つの磁石で構成することができ、該一（又は複数）の磁石は前記長手方向軸に沿う湾曲形状を有し、可動部の操作中の前記湾曲形状は一（又は複数）の磁石と磁気検出器との間の相対的な角度方向の動きに対応する。ジョイスティックでは、可動部と実質静止部との間の相対的な動きに通常ピボット軸周りの可動部の傾斜が含まれる。従って、可動部と実質静止部との間の相対的な動きは角度方向となる。かくして、磁気検出器と一（又は複数）の磁石の間の相対的な動きもまた角度方向となり、それによって磁石に対し磁気検出器が追随する行路は湾曲することになる。かくして、この実施形態によれば、少なくとも一つの磁石が湾曲形状を有することが一つの利点となる。
【００１５】
一（又は複数）の磁石は、この場合、「バナナ様」形状、すなわちそれ／それらが一（又は複数）の磁石の端部が長手方向軸から離間する縦長の形状を有する。かくして、一（又は複数）の磁石に屈曲させた通常の棒磁石と同様の外観を持たせることができる。しかしながら、一（又は複数）の磁石は通常の棒磁石を屈曲することで形成するのではなく、好ましくは湾曲名状をもって製造する。通常の棒磁石を屈曲することで湾曲形状が得られる場合、このことはその後に再磁化が必要となるほどの磁石の加熱を通常伴なうものとなる。それ故、この製造方法は、大半の場合が所望形状を有する磁石を直接製造するよりも好ましくないものとなろう。
【００１６】
好ましくは、湾曲形状はジョイスティックの垂直軸から直交方向に延びてピボット点を通過する回動軸をもった円弧により描かれる行路に追随する。しかしながら、他の適当な行路を用いることもできる。
【００１７】
この磁石構造はそれぞれが長手方向軸を規定する４個の磁石を含み、これらの磁石はそれらが正方形或いは長方形を形成する仕方で配置される。これは、前記した従来技術ジョイスティックに極めて類似するものである。しかしながら、この場合磁石は全て可動部の操作中に磁石と磁気検出器との間の相対的な角度方向の動きに実質追随する外郭を有する、例えば前記した湾曲形状を規定する形状を有することになる。さもなくば、一（又は複数）の磁石を他の任意の適当な仕方で配置することもできる。
【００１８】
磁気検出器は、少なくとも一つのホール効果センサとするか或いはこれにて構成することができる。磁石構造が前述の４個の磁石を備える場合、磁気検出器は好ましくは各磁石に一つずつの４個のホール効果センサで構成でき、センサを各センサが対応磁石が生成する磁束を計測するよう配置することができる。ホール効果センサを使用することは非常に好ましく、何故ならそれらは極めて廉価なレベルにて取得できるからである。しかしながら、一つの代替例として、磁力計等の他の適当な種の磁気検出器を用いることもできる。
【００１９】
可動部は、この可動部を実質静止部に対しピボット軸周りに揺動可能とするよう実質静止部上に装着することができる。このことは、ジョイスティックではよくあることである。しかしながら、具体的な適用対象に応じて可動部を実質静止部上に他の任意の適当な仕方で装着し得ることも構想し得る。
【００２０】
本発明になるジョイスティックは、掘削機やトラック等の多目的作業車内に都合良く装着し或いはその一部を形成することができる。例えば、本発明になるジョイスティックは例えば車両を操舵し或いは車両の変速システムを操作するのに使用するある種の液圧弁等のこの種車両の各種液圧適用対象の操作に用いることができる。
【００２１】
かくして、本発明は本発明ジョイスティックを備える多目的作業車にも関係する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を、ここで添付図面を参照してさらに詳しく説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態になるジョイスティック１の平面図である。ジョイスティック１は、実質静止部４上に揺動可能に取り付けられた可動部３に配置したハンドル２を備える。オペレータは、かくしてハンドル２を動かすことで静止部４に対し可動部３を揺動運動させることができる。このことは、下記にさらに説明する。
【００２４】
４個の磁石（図示せず）が可動部３に装着してあり、ホール効果センサ（図示せず）が静止部４に装着してある。各ホール効果センサは、かくして磁石の一つが生成する磁束を検出することができる。このこともまた、下記にさらに詳しく説明する。
【００２５】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う図１のジョイスティックの断面図である。図２からは、ハンドル２が可動部３から上方に突出していることが明白に見ることができるであろう。可動部３には、静止部４の上部６の下側を延びる下部ヨーク５が備わっている。可動部３は、ピボット線７の周りに揺動するようにしてある。同様のピボット線（図示せず）が、ピボット線７にほぼ直角に配置してある。それによって、可動部３は静止部４に対し二方向に揺動させることができる。
【００２６】
可動部３の磁石保持体８上に４個の磁石９が装着してあり、うち二つを図２に見ることができる。磁石９は、図６を参照し下記にさらに詳しく説明する湾曲形状を有する。
【００２７】
実質静止部４には、４個のホール効果センサ１０が装着してある。ホール効果センサ１０は、各ホール効果センサ１０を磁石９に対向させ、それによって各ホール効果センサ１０が磁石９の一つが生成する磁束を検出するよう装着してある。さらに、ホール効果センサ１０は検出磁束に応答して出力を生成するようにしてある。磁石が生成する磁束は磁石に対する位置の関数として変化するため、ホール効果センサ１０が生成する出力は両方のピボット軸７に対する静止部４に対する可動部３の角度方向の位置を示す。
【００２８】
実質静止部４の下側には、印刷回路基板（ＰＣＢ）組立体１１が配置してある。これは、各ホール効果センサ１０が生成する出力を収集するのに用いられる。
【００２９】
図３は、図１と図２のジョイスティックの側面図である。図３のジョイスティック１の可動部３は、ピボット軸７周りに１８°傾斜させてある。可動部３は、ハンドル２を操作するオペレータによりこの位置へ動かされている。磁石９がそれによってホール効果センサ１０に対し角度方向の動きをすることは、明らかである。
【００３０】
図４は、従来技術のジョイスティック１に使用する通常の棒磁石１２の斜視図である。図４は、ジョイスティックの可動部と実質静止部との間の相対的な角度方向の移動期間中の磁石１２に対するホール効果センサが追随する軌跡１３を示す。棒磁石１２の形状、特にその外郭が軌跡１３とは相当に異なることは、明らかである。
【００３１】
図５は、軌跡１３によって決まる平面における、図４の磁石１２が生成する磁界のアウトオブプレーン(out-of-plane)成分の輪郭プロットである。ホール効果センサの軌跡１３も示してある。輪郭線のプロット中、各線は磁界の所与の磁界強度レベルを表す。このレベルは磁界強度に対し等間隔であり、すなわち隣接する線間の磁界強度における変化はプロット全体で同じである。従って、密接に離間する線は磁界強度における急激な変化を示し、一方で両者間に若干長い距離を有する線はより緩慢に変化する磁界を示す。
【００３２】
図５から、ホール効果センサの軌跡１３をたどると、磁界強度における変化が移動距離に対して非線形関数となるように輪郭線と交差することは明らかである。特に、磁界強度はジョイスティックの中立位置１４近傍で極めて緩慢に変化する。従って、検出された磁束に応じてホール効果センサが生成する出力は移動距離に対し非線形に変化することになる。それによって、前記した不利な点が生ずる。
【００３３】
図６は、本発明の一実施形態になるジョイスティックに用いる磁石９の斜視図である。磁石９の外郭、例えば磁石９の上面又は下面は湾曲させてある。ホール効果センサが追随する軌跡１３もまた、図示してある。図６から、上／下部の湾曲が軌跡１３にほぼ追随することは明らかである。
【００３４】
図７は、軌跡１３によって決まる平面内で図６の磁石９が生成する磁界のアウトオブプレーン成分の輪郭プロットである。図７から、磁石９の下面に一致するホール効果センサの軌跡１３をたどるとき、磁界強度における変化がたとえ中立位置１４近くでも移動距離のほぼ線形関数となるように輪郭線に交差することは明らかである。従って、検出された磁束に応じてホール効果センサが生成する出力は、移動距離に対しほぼ線形に変化する。上記に説明した如く、このことは非常に好都合である。
【００３５】
図８は、それぞれ図４に示した種の磁石を備える従来技術ジョイスティックと、例えば図６に示す種類の磁石を備える本発明の一実施形態になるジョイスティックに関する角度の関数としてのセンサにおける磁界強度の比較プロットである。実線は本発明になるジョイスティックを表し、点線は従来技術ジョイスティックを表す。傾斜角度に応じた磁界強度内の変化が従来技術ジョイスティックよりも本発明になるジョイスティックではずっと線形であることが、プロットから極めて明白である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態になるジョイスティックの平面図である。
【図２】図１のジョイスティックのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１と図２のジョイスティックの側面図である。
【図４】従来技術ジョイスティックに用いる磁石の斜視図である。
【図５】図４の磁石が生成する磁界の輪郭プロット図である。
【図６】本発明の一実施形態になるジョイスティックに用いる磁石の斜視図である。
【図７】図６の磁石が生成する磁界の輪郭プロット図である。
【図８】それぞれ従来技術ジョイスティックと本発明の一実施形態になるジョイスティックの角度の関数としてのセンサの磁界強度の比較プロット図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ジョイスティック、２  ハンドル、３  可動部、４  実質静止部、５  下部ヨーク、６  上部、７  ピボット線、８  磁石保持体、９  磁石、１０  ホール効果センサ、１１  印刷回路基板組立体、１２  棒磁石、１３  軌跡、１４  中立位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008234647.tif 000008
【図７】
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【図８】
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