(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に操作部を有する棒状の操作レバーと、
前記操作レバーの下端部との接触により、その操作方向、操作量を検出する検出素子とを有するジョイスティックにおいて、
前記操作レバーの中立位置で、前記操作レバーの先端が前記検出素子に接触しないように、前記検出素子の表面に窪みを有することを特徴とするジョイスティック。
【請求項２】
上方に操作部を有する棒状の操作レバーと、
前記操作レバーとの下端部との接触により、その操作方向、操作量を検出する検出素子とを有するジョイスティックにおいて、
前記操作レバーの中立位置で、前記操作レバーの先端が前記検出素子に接触しないように、前記操作レバーが収縮していることを特徴とするジョイスティック。
【請求項３】
前記操作レバーの下端部に伸縮可能に配置され、第一の弾性体により下方向へ付勢され前記検出素子に接触するプランジャと、
前記操作レバーの外周部に同軸的に配置され、第二の弾性体により上方向へ付勢され、その上端がケース内面に接触している筒状のストッパとを有し、
前記プランジャの上部に横方向に突出したフランジが、前記ストッパの突出部と係合して、前記プランジャの下方向への移動を規制することにより、前記操作レバーが収縮しており、
前記操作レバーを傾斜したときに、前記ストッパの上部外周に突出した鍔部が前記ケースに接触して前記ストッパが下方向に押し下げられ、前記プランジャの下方向への移動が可能となり、前記プランジャが伸長することを特徴とする請求項２に記載のジョイスティック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は操作レバーの操作量に応じて電気信号を出力するジョイスティックに関し、特に微振動の多い環境で使用するジョイスティックの耐久性、信頼性の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のジョイスティックは、図２０に示すように、操作レバー１と、操作レバー１の下端部の傘状部材２０と、傘状部材２０を下方向に付勢し、中立位置を保つバネ２１と、傘状部材２０が接触した位置を検出する検出素子５と有し、これらを操作レバー１の上部（操作部２）が突出するように収容したケース６とで構成されていた。検出素子５は操作レバー１が接触した位置を検出し、この位置を制御回路２２に送り、例えば建設機械のアームを動作させたり、コンピュータ画面のカーソルを移動させたりする。
【０００３】
検出素子５は、２枚のゴム板により操作レバー１が接触するパッドを構成し、このゴム板の対向する面の一方には縦方向に、他方には横方向に配列された交差電極を設け、一方の電極に時系列順に信号を送り、この信号が他方の電極にて検出された時間によりプランジャの接触位置を求める手段や、交差電極の一方を抵抗体にして電圧を印加し、他方の電極で分圧値を検出する手段、等の公知の手段で実現できる。また、検出素子は、パッドが検出した接触点の座標データを、Ｘ軸、Ｙ軸方向の中心点からの距離に比例する電圧値に変換し、各軸の座標値に相当する電圧を各々出力する変換回路も有している。この座標値から電圧への変換はＤ／Ａコンバータにより実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のジョイスティックは、操作レバーが中立の状態においても操作レバーの下端部が検出素子表面に接触しているので、レバーを操作していない間も検出素子の中央部は微振動により加重、抜重を繰り返されており、微振動の多い環境で使用した場合に、レバーを操作していなくても検出素子の中央部がヘタリ、摩耗が生じ、性能が劣化する。
【０００５】
特に、操作レバーは中立位置にあることが多く、そのときプランジャは検出素子の中央に接触している。従来のジョイスティックでは検出素子の中央部が最もヘタる原因となっていた。
【０００６】
本発明は、操作レバーの中立位置でも検出素子が劣化しない、耐久性、信頼性が高いジョイスティックを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上方に操作部を有する棒状の操作レバーと、前記操作レバーの下端部の接触により、その操作方向、操作量を検出する検出素子とを有するジョイスティックに適用され、前記操作レバーの中立位置で、前記操作レバーの先端が前記検出素子に接触しないように、前記検出素子の表面に窪みを有している。
【０００８】
第２の発明は、上方に操作部を有する棒状の操作レバーと、前記操作レバーの下端部の接触により、その操作方向、操作量を検出する検出素子とを有するジョイスティックに適用され、前記操作レバーの中立位置で、前記操作レバーの先端が前記検出素子に接触しないように、前記操作レバーが収縮している。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、前記操作レバーの下端部に伸縮可能に配置され、第一の弾性体により下方向へ付勢され前記検出素子に接触するプランジャと、前記操作レバーの外周部に配置され、第二の弾性体により上方向へ付勢され、その上端がケース内面に接触している筒状のストッパとを有し、前記プランジャの上部に横方向に突出したフランジが、前記ストッパの突出部と係合して、前記プランジャの下方向への移動を規制することにより、前記操作レバーが収縮しており、前記操作レバーを傾斜したときに、前記ストッパの上部外周に突出した鍔部が前記ケースに接触して前記ストッパが下方向に押し下げられ、前記プランジャの下方向への移動が可能となり、前記プランジャが伸長することを特徴としている。
【００１４】
【発明の作用および効果】
本発明では、操作レバーの中立位置で、操作レバーの下端が検出素子に接触しないように、検出素子の表面に窪み設け、又は、操作レバーが収縮するように構成した。これによって、操作レバー下端が検出素子に接触せず、中立位置付近の検出素子の劣化が生じず、検出素子の信頼性、耐久性が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明のジョイスティックの構成図である。本発明の第一の実施の形態において、操作レバー１は、上部に操作部２と、中間部に球形の軸部３と、下端部にプランジャ４とを有している。操作レバー１の上部の操作部２は操作者が手で握持する部分である。軸部３は操作レバー１の中間部で球形に突出しており、ケース６の軸受７により操作レバー１が傾斜可能に枢支される。プランジャ４はケース６の内部に配置した検出素子５に接触するように、操作レバー１の下端部に操作レバー１から伸縮可能に取り付けられている。また、プランジャ４の移動により検出素子５の表面に傷を付けることがないように、プランジャ４の先端は曲面状に丸みを持たせてある。
【００１８】
検出素子５は、プランジャ４が接触する面の、操作レバー１の中立位置に相当する箇所に球面状の窪み５Ａが設けられており、中立位置ではプランジャ４は検出素子５に接触しないようになっている。
【００１９】
図２は本発明のジョイスティックの操作レバー１の下部の断面図である。プランジャ４は操作レバー１の先端に設けられた凹部９に、操作レバーの長手方向に摺動可動に収容されると共に、バネ８により下方向に押され、常に検出素子５に所定以上の力で接触するように付勢されている。プランジャ４の上部にはフランジ４Ａが設けられており、凹部９に設けられた突起部９Ａにより、操作レバー１の中立位置において、検出素子５に接触する位置までプランジャ４が下降しないように保持される。
【００２０】
図２で示した実施の形態では、プランジャ４を付勢する弾性体としてバネ８を用いたが、バネに代えてゴム、スポンジ等の弾性樹脂材料を凹部９に充填し、プランジャ４を検出素子５に押しつけることもできる。また、プランジャ４の上部にフランジ４Ａを設けたが、操作レバー１の先端をすぼませ、プランジャ４の先端の細径部と係合させ、プランジャ４の下降を規制してもよい。
【００２１】
従ってこのジョイスティックでは、検出素子５の表面の、操作レバー１の中立位置に相当する箇所が球面状に窪んでいるので、操作レバー１の中立位置においてプランジャ４が検出素子５表面に接触しない。よって、微振動の多い環境で使用した場合でも、検出素子５の中央部がヘタリ、摩耗し、性能が劣化することがない。
【００２２】
図３〜図５に、図１に示す実施の形態のジョイスティックの詳細な構成を示す。中間部に球形の軸部３を有する操作レバーの下部１と、検出素子５とは、ケース６に収容されている。操作レバー１の上部はブーツ１０に覆われている。操作レバー下端部のプランジャ４はバネ８により下方向に押しつけられている。軸部３は傾斜可能に軸受７に嵌め込まれており、軸受７はケース６上部の上蓋６Ａにネジ止めされている。検出素子５は、中央部が凹んでおり、操作レバー１の中立位置でプランジャ４が検出素子５に接触しないように構成されている。なお、図３では、同時に、操作レバー１を傾けた状態を破線で示してある。
【００２３】
次に、本発明のジョイスティックの動作について、図６を参照して説明する。操作レバー１は軸部３を中心に任意の方向に傾斜できるようになっている。その際、操作レバー１に加わる力は軸受７で支持され、検出素子５の表面には伝わらず、検出素子５の表面には、バネ８による、プランジャ４の押力のみが加わる。
【００２４】
図１に示す操作レバー１は、中立位置において、検出素子５の表面は窪み５Ａを有しており、プランジャ４の突出は突起部９Ａとフランジ４Ａにより規制されているので、操作レバー１の中立位置付近ではではプランジャ４は検出素子５に接触せず、検出素子５からの出力は変化しない。
【００２５】
操作レバー１を傾斜すると、図６に示すように、プランジャ４は窪み５Ａから外れ、検出素子５の表面と接触する。プランジャ４は操作レバー１の下端部に伸縮可能に取り付けられ、バネ８により検出素子５の方向に付勢されているので、操作レバー１の操作角度に応じて突出し、常に検出素子５に所定以上の力で接触する。よって、プランジャ４の先端は、操作レバー１の傾斜方向、傾斜量に応じた位置で検出素子５の表面と接触し、検出素子５からは操作レバー１の傾斜方向、傾斜量に応じた出力が得られる。
【００２６】
図７は、図１に示すジョイスティックの操作量と出力信号の関係を示す図である。本図ではＸ軸方向の操作レバー１の操作量とＸ軸の出力信号の関係を示すが、Ｙ軸方向においても操作レバー１の操作量と出力信号は同様の関係になる。中立位置から操作レバー１を傾けていくと、プランジャ４が検出素子５に接触するまでの間はジョイスティックの出力は変化しない。プランジャ４が検出素子５に接触するとジョイスティックのＸ軸出力は立ち上がり、その後操作レバー１の操作量に比例して出力電圧を増加させていく。
【００２７】
この場合、プランジャ４が検出素子５に接触したときに、ジョイスティックの出力を急激に立ち上げないように、ジョイスティック出力を図７の一点鎖線で示すように変換することもできる。この出力信号の変換には、図１８又は図１９に示す演算回路を使用することにより実現できる。また、検出素子５の対向電極を、検出素子５中央部の窪み５Ａを避けて両脇に屈曲して配置することにより、図７の破線で示すような滑らかな出力を得ることもできる。
【００２８】
次に本発明の第二の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、前述した第一の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００２９】
図８は本実施の形態に係るジョイスティックの構成図である。操作レバー１は、上部に操作部２と、中間部に球形の軸部３と、下端部にプランジャ４とを有している。操作レバー１の外周下部にはストッパ１１が設けられており、プランジャ４はストッパ１１に係止され、操作レバー１の中立位置では検出素子５に接触する位置まで降下しないように設けられている。
【００３０】
図９は図８に示すジョイスティックの操作レバー１の下部の断面図である。操作レバー１の下部には筒状のストッパ１１が同軸的に摺動自在に嵌合している。ストッパ１１と操作レバー１の間にはバネ１２が介装されており、バネ１２の両端は操作レバー１の先端で外方向に突出したバネ係止部１Ａと、ストッパ１１の上部で内側に突出したバネ係止部１１Ａに支持され、ストッパ１１を上方向に付勢している。
【００３１】
プランジャ４は、操作レバー１の凹部９にバネ８により下方向に付勢されて収容されている。また、プランジャ４はストッパ１１の下部から突出しており、プランジャ４の外周に設けられたフランジ４Ａが、ストッパ１１の先端に設けられた突出部１１Ｂと係合することにより、操作レバー１の中立位置において、検出素子５に接触する位置まで下降しないように保持される。また、ストッパ１１上端には、ケース６の上蓋６Ａに接するように、全周にわたって円盤状に突出するフランジ１１Ｃが設けられている。
【００３２】
図１０は図９に示す操作レバー１を傾けた状態の操作レバー１の下部の断面図である。操作レバー１を傾けるとストッパ１１のフランジ１１Ｃの一端が上蓋６Ａに当接１１しストッパ１１はバネ１２の力に反して押し下げられる。この移動量は操作レバー１の傾斜角度が大きくなるほど増大する。よって、ストッパの突起部１１Ｂに係止されていたプランジャ４は、操作レバー１から突出可能となり、プランジャ４はバネ８に押されて降下し、検出素子５に接触するので、検出素子５からは操作レバー１の操作量に応じた出力が得られる。
【００３３】
以上説明したジョイスティックでは、操作レバー１の下部にストッパ１１を設け、操作レバー１の中立位置において、プランジャ４が検出素子５に接触しない位置に保持したので、微振動の多い環境で使用した場合でも、検出素子５の中央部がヘタリ、摩耗し、性能が劣化することがない。また、前述した実施の形態のように検出素子５に窪み５Ａを設ける必要がないので、検出素子５の構造が単純化でき、検出素子５の信頼性が向上し、コスト低減に効果がある。
【００３４】
次に本発明の第三の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、前述した第一の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００３５】
図１１は本実施の形態に係るジョイスティックの構成図である。操作レバー１の下端にはバネによって付勢される伸縮可能なプランジャ４を設けてある。操作レバー１は、上部の操作部２がケース６から突出するように、軸部３をケース６の軸受７に枢支されている。プランジャ４は、操作レバー１の傾斜方向、傾斜角度に応じた位置で検出素子５の表面と接触し、検出素子５からは操作レバー１の傾斜方向、傾斜量に応じた出力が得られる。
【００３６】
図１２は図１１に示すジョイスティックの操作レバー１の下部の断面図であるプランジャ４は操作レバー１の先端に設けられた凹部９に、操作レバー１の長手方向に可動に収容されており、バネ８により下方向に押され、常に検出素子５に所定以上の力で接触するように付勢されている。
【００３７】
図１３は図１１に示すジョイスティックの検出素子５の図である。検出素子５は中央部（操作レバー１の中立位置に相当する箇所）が不感帯１３とされている。不感帯１３は検出素子５の対向電極が配置されていないので、その個所にプランジャ４が接触し圧力が加わっても、検出素子５は出力を生じない。よって、プランジャ４がこの不感帯１３に接触している操作レバー１の中立位置では、ジョイスティックの出力は変化しない。
【００３８】
この実施の形態においても、ジョイスティックの出力を図１８又は図１９に示す演算装置を介して演算した後に出力することも有効である。
【００３９】
以上説明したジョイスティックでは、操作レバー１の中立位置近傍では、検出素子５の表面に操作レバー１の接触を検出しない不感帯１３を設けたので、検出素子５の中央部が劣化しても、不感帯周辺で細かな出力が得られるので、建設機械のアーム等の微動操作が可能となる。
【００４０】
次に本発明の第四の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、前述した第三の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４１】
本実施の形態に係るジョイスティックの操作レバー１、プランジャ４等の機構部分は、図１４に示すように、図１１に示す第三の実施の形態と同一である。また、本実施の形態のジョイスティックの検出素子５の表面は、図１５に示すように、中央部に窪みも不感帯も設けておらず平坦である。図１５には検出素子５の座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を示してある。このＸ軸とＹ軸との交点付近が操作レバーの中立位置である。なお、この座標軸は図１３に示す検出素子でも同様に定義することができる。
【００４２】
図１４に第四の実施の形態に係るジョイスティックと制御回路２２との接続を示す。検出素子５のＸ軸方向とＹ軸方向の出力は演算装置１４に入力される。演算装置１４では各軸の出力を、操作レバー１の中立位置付近では各軸の出力が変化しないように演算をする。この様子を、図１６及び図１７に示す。
【００４３】
図１６は図１４に示すジョイスティックのＸ軸方向の操作量と出力の関係を、図１７は図１４に示すジョイスティックのＹ軸方向の操作量と出力の関係を示す。各図において（ａ）は各軸方向の操作レバー１の操作量と検出素子５の出力（演算装置の入力）との関係を、（ｂ）は各軸方向の操作レバー１の操作量と演算装置を介した後のジョイスティックの出力との関係を示す。
【００４４】
操作レバー１が中立位置付近で微量の操作がされると、検出素子５は操作レバー１の操作量に比例して微量の出力を生じる。しかし予め設定された中立位置付近の領域では演算装置１４は出力が変化せず、予め設定された領域を越えて操作したときに出力が変化する。この中立位置付近の領域を越えると、操作レバー１の操作量に応じて出力が増減する。
【００４５】
図１８に図１４に示す演算装置１４の一例の回路図を示す。この演算装置は三個のオペアンプによりアナログ的な処理をするものである。オペアンプ１５Ａは理想整流回路を構成する。この理想整流回路はオペアンプの非反転入力に定電圧源１６Ａを接続してあるので、入力電圧が定電圧源１６Ａの電圧まで下がらないと出力電圧が生じない。また、入力電圧が定電圧源１６Ａの電圧以下になると、入力電圧に応じて反転した電圧を出力する。
【００４６】
オペアンプ１５Ｂは反転型理想整流回路を構成する。この反転型理想整流回路はオペアンプの非反転入力に定電圧源１６Ｂを接続してあるので、入力電圧が定電圧源１６Ｂの電圧まで上がらないと出力電圧が生じない。また、入力電圧が定電圧源１６Ｂの電圧以上になると、入力電圧に応じて反転した電圧を出力する。
【００４７】
オペアンプ１５Ｃは反転増幅回路を構成し、オペアンプ１５Ａによる理想整流回路と、オペアンプ１５Ｂによる反転型理想整流回路との出力を混合し、反転した電圧を出力する。これにより図１６又は図１７に示す出力が得られる。
【００４８】
図１９に図１４に示す演算装置の別な例のブロック図を示す。この演算装置は加減算回路を用いデジタル的に処理するものである。
【００４９】
入力された信号はＡＤコンバータ１７によりデジタル信号に変換され、加減算回路１８により予め定められた加減算処理の後、ＤＡコンバータ１９により再びアナログ信号に変換される。加減算回路１８は正のデータは所定の値を減ずる処理をし、減算後の値がゼロ以下となったならゼロを出力する。一方、負のデータは所定の値を加える処理をし、加算後の値がゼロ以上になったならゼロを出力するように演算する。
【００５０】
以上説明したジョイスティックでは、操作レバー１の中立位置近傍で、ジョイスティックの出力が変化しないように、検出素子５の出力を演算する演算装置を設けたので、検出素子５の中央部が物理的に劣化しても、所定の範囲を超えたときに電圧ゼロに近い出力が得られるので、建設機械のアーム等の微量の操作に支障がない。このとき操作レバーの中立位置を電圧ゼロとせずに、Ｖとし操作レバーの操作により０〜２×Ｖまでの範囲の出力を得るように構成することも可能である。例えば出力電圧の範囲を０ボルト〜５ボルトとし、中立位置が２．５ボルトとなるようにする。
【００５１】
また、電子回路を用いているので機構部分が複雑化せず、微振動による劣化が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態のジョイスティックの構成図である。
【図２】  図１に示すジョイスティックの操作レバーの下部及び検出素子の断面図である。
【図３】  図１に示すジョイスティックの具体的な構成を示す図である。
【図４】  同じく操作レバーの構成を示す図である。
【図５】  同じく軸受の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。
【図６】  図１に示すジョイスティックの操作レバーを傾けた状態の図である。
【図７】  図１に示すジョイスティックの操作量と出力の関係を示す図である。
【図８】  本発明の別の実施の形態のジョイスティックの構成図である。
【図９】  図８に示すジョイスティックの操作レバー下部の断面図である。
【図１０】  図９に示すジョイスティックの操作レバーを傾けた状態の操作レバー下部の断面図である。
【図１１】  本発明の別の実施の形態のジョイスティックの構成図である。
【図１２】  図１１に示すジョイスティックの操作レバー下部の断面図である。
【図１３】  図１１に示すジョイスティックの検出素子の図である。
【図１４】  本発明の別の実施の形態のジョイスティックの制御回路との接続を示すブロック図である。
【図１５】  図１４に示すジョイスティックの検出素子の図である。
【図１６】  図１４に示すジョイスティックのＸ軸方向の操作量と出力の関係を示す図である。
【図１７】  図１４に示すジョイスティックのＹ軸方向の操作量と出力の関係を示す図である。
【図１８】  図１４に示す演算装置の一例を示す回路図である。
【図１９】  図１４に示す演算装置の別な例を示すブロック図である。
【図２０】  従来のジョイスティックの構成図である。
【符号の説明】
１    操作レバー
１Ａ  バネ係止部
２    操作部
３    軸部
４    プランジャ
４Ａ  フランジ
５    検出素子
５Ａ  窪み
６    ケース
６Ａ  上蓋
７    軸受
７Ａ  孔
８    バネ
９    凹部
９Ａ  突起部
１０    ブーツ
１１    ストッパ
１１Ａ  バネ係止部
１１Ｂ  突起部
１１Ｃ  フランジ
１２    バネ
１３    不感帯
１４    演算装置
１５Ａ  オペアンプ
１５Ｂ  オペアンプ
１５Ｃ  オペアンプ
１６Ａ  定電圧源
１６Ｂ  定電圧源
１７    ＡＤコンバータ
１８    加減算回路
１９    ＤＡコンバータ
２０    傘状部材
２１    バネ
２２    制御回路
【図１】
0004606537.tif 000002
【図２】
0004606537.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004606537.tif 000016
【図１６】
0004606537.tif 000017
【図１７】
0004606537.tif 000018
【図１８】
0004606537.tif 000019
【図１９】
0004606537.tif 000020
【図２０】
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