(57)【要約】  本明細書の主題は、とりわけ、第１の取付プレート１１４と、第１の取付プレートに隣接して配設される第１の表面及び第２の表面を有する復元プレート１０４とを含む制御装置１００で具現化できる。伸長部材は、第１の伸長部１０２ａ、第２の伸長部１０２ｂ、第１の伸長部と第２の伸長部との間に在って伸長部材を第１の取付プレートへ枢着し、第１の軸線を画成する軸線部材１１８、復元プレートの第２の表面に隣接して配設された実質的に平坦な表面を有する変位可能な力プレート１０６、及び、保持部と力プレートとの間で復元プレートの第２の表面へ付勢力を与えるコンプライアント部材１１２を含む。第２の伸長部の質量は軸線部材周りの第１の伸長部の質量を埋め合わせる。第２の実施の形態は、変位可能な復元プレート５０４を備えるものの、力プレートを備えない制御装置５００を見通したものである。
2016509723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置であって：
第１の取付プレートと；
第２の表面と、前記第１の取付プレートに隣接して配設される第１の表面とを有する復元プレートと；
伸長部材とを備え、前記伸長部材は：
第１の伸長部と；
第２の伸長部と；
前記第１の伸長部と前記第２の伸長部との間に在って、前記伸長部材を前記第１の取付プレートへ枢着し、そして第１の軸線を画成する軸線部材と；
前記復元プレートの前記第２の表面に隣接して配設された実質的に平坦な表面を有する変位可能な力プレートと；
保持部と前記力プレートとの間で、前記復元プレートの前記第２の表面へ付勢力を与えるコンプライアント部材とを備え；
前記第２の伸長部の質量が、前記軸線部材周りの前記第１の伸長部の質量を実質的に相殺するように構成された、
制御装置。
【請求項２】
前記第２の伸長部が前記コンプライアント部材と前記保持部とを備える、
請求項１の制御装置。
【請求項３】
前記復元プレートの前記第２の表面は複数のファセットを有して形成され、前記第１の軸線に対して対称的に配置された中央位置のファセットを含み、前記中央位置は、前記復元プレートの角度位置を含み、前記中央位置のファセットは、前記力プレートの実質的に平坦な表面に突き当たり、前記復元力は、前記第１の軸線の対向する両側で一様に分布する、
請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
第２の軸線を画成する第２の取付ブラケットをさらに備え、
前記力プレートは前記第２の軸線周りに前記第２の取付ブラケットへ枢着され、
前記センタリング力は、前記力プレートの実質的に平坦な表面に前記中央位置のファセットが突き当たっているとき、前記第２の軸線周りに一様に分布する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記中央位置のファセットに隣接して、前記中央位置のファセットとともに第１の角度を形成する第１の横ファセットをさらに備え、
前記第１の横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第１の接触線に沿って前記中央位置のファセットと交差する、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記第１の横ファセットに隣接して、前記第１の横ファセットとともに第２の角度を形成する第１の副横ファセットをさらに備え、
前記第１の副横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第２の接触線に沿って前記第１の横ファセットと交差する、
請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記中央位置のファセットに隣接して、前記中央位置のファセットとともに第３の角度を形成する第２の横ファセットをさらに備え、
前記第２の横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第３の接触線に沿って前記中央位置のファセットと交差する、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記自動センタリング・角変位部材は、前記第２の横ファセットに隣接して、前記第２の横ファセットとともに第４の角度を形成する第２の副横ファセットをさらに備え、
前記第２の副横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第４の接触線に沿って前記第２の横ファセットと交差する、
請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記変位可能な力プレートは、直線的に変位可能な力プレートである、
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記第１の副横ファセットは非平面である、
請求項６に記載の制御装置。
【請求項１１】
制御装置であって：
第１の取付プレートと；
第１の表面と、前記第１の取付プレートに隣接して配設される第２の表面とを有する復元プレートと；
伸長部材；と備え、前記伸長部材は：
第１の伸長部と；
第２の伸長部と；
前記第１の伸長部と前記第２の伸長部との間に在って、前記伸長部材を前記第１の取付プレートへ枢着し、そして第１の軸線を画成する軸線部材と；
保持部と前記復元プレートの前記第１の表面との間で付勢力を与えるコンプライアント部材と；を備え、
前記第２の伸長部の質量が、前記軸線部材周りの前記第１の伸長部の質量を実質的に相殺する、
制御装置。
【請求項１２】
前記第２の伸長部が前記コンプライアント部材と前記保持部とを備える、
請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記復元プレートの前記第２の表面は複数のファセットを有して形成され、前記第１の軸線に対して対称的に配置された中央位置のファセットを含み、前記中央位置は、前記復元プレートの角度位置を含み、前記中央位置のファセットは、前記第１の取付プレートの実質的に平坦な表面に突き当たり、前記復元力は、前記第１の軸線の対向する両側で一様に分布する、
請求項１１又は請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１４】
第２の軸線を画成する第２の取付ブラケットをさらに備え、
前記復元プレートは前記第２の軸線周りに前記第２の取付ブラケットへ枢着され、
前記センタリング力は、前記第１の取付プレートの実質的に平坦な表面が前記中央位置のファセットに当接しているとき、前記第２の軸線周りに一様に分布する、
請求項１１乃至請求項１３の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記中央位置のファセットに隣接して、前記中央位置のファセットとともに第１の角度を形成する第１の横ファセットをさらに備え、
前記第１の横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第１の接触線に沿って前記中央位置のファセットと交差する、
請求項１１乃至請求項１４の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１６】
前記第１の横ファセットに隣接して、前記第１の横ファセットとともに第２の角度を形成する第１の副横ファセットをさらに備え、
前記第１の副横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第２の接触線に沿って前記第１の横ファセットと交差する、
請求項１１乃至請求項１５の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１７】
前記中央位置のファセットに隣接して、前記中央位置のファセットとともに第３の角度を形成する第２の横ファセットをさらに備え、
前記第２の横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第３の接触線に沿って前記中央位置のファセットと交差する、
請求項１１乃至請求項１６の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１８】
前記自動センタリング・角変位部材は、前記第２の横ファセットに隣接して、前記第２の横ファセットとともに第４の角度を形成する第２の副横ファセットをさらに備え、
前記第２の副横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第４の接触線に沿って前記第２の横ファセットと交差する、
請求項１７に記載の制御装置。
【請求項１９】
前記複数のファセットの少なくとも１つがアーチ状の面である、
請求項１３に記載の制御装置。
【請求項２０】
制御装置であって：
第２の表面と、第１の取付プレートに隣接して取り付けられるように構成された第１の表面とを有する復元プレートと；
第１の伸長部と第２の伸長部とを備える伸長部材と；
前記第１の伸長部と前記第２の伸長部との間に在って、前記伸長部材を前記第１の取付プレートへ枢着し、そして第１の軸線を画成する軸線部材と；
前記復元プレートの前記第２の表面に隣接して配設された実質的に平坦な表面を有する変位可能な力プレートと；
保持部と前記力プレートとの間で前記復元プレートの前記第２の表面へ付勢力を与えるコンプライアント部材と；を備え、
前記第２の伸長部の質量が、前記軸線部材周りの前記第１の伸長部の質量を実質的に相殺する、
制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２０１３年１月２５日出願された米国特許出願第１３／７５０，２５７号の優先権を主張し、その内容のすべてを参照して本願に取り込む。
【０００２】
本明細書は機械的な入力制御装置に関し、より詳細には航空機の操縦装置（フライト・コントロール）に関する。
【背景技術】
【０００３】
ジョイスティック型入力装置は、航空機の操縦からビデオゲームの入力まで広範な用途で用いられてきた。ジョイスティック（レバーによる方向入力が行える入力装置）は、１つの回転軸線又は多数の軸線に対する方向の入力情報を供給するものであってもよい。より高度なジョイスティック型インスツルメントでは、同様に大きさ（マグニチュード）のデータを提供することもできる。
【０００４】
操作中、オペレータは、方向コマンドを他の機器へ発するべく、ジョイスティックをその一つ以上の回転軸線に対して手動で変位させることになる。ジョイスティック中の各センサは、ジョイスティックの角変位を検知し、それに応じて入力信号を生成し、かかる信号を制御対象機器へ送信することになる。センサと、センサが生成する信号は電子的に、油圧的に、又はその他の方法で作用することができる。
【０００５】
多くの用途において、オペレータがジョイスティックを手放した後、ジョイスティックが中央位置又はニュートラル位置に戻ることが望ましい。ジョイスティックの多くは、２つの直交軸線の周りで変位することによって３６０°にわたる方向の情報を検知できるように設計されている。したがって、ジョイスティックを１つ又は２つの軸線の上の中央位置へ戻すために、従来の特定の設計では、スプリングを備えて各軸線に対するセンタリング（調心）力を得ていた。これらの機構によって所望のセンタリング機能が得られる一方、これらの復元機構により、ジョイスティックの設計に重量、複雑さ、及びコストが上積みされ、かつジョイスティックに質量不平衡が引き起こされ、よって、加速の影響（例えば、重力、重力加速度がスティックの動きに抵抗する）をより受け易くなる傾向も見られる。
【発明の概要】
【０００６】
一般的には、ここで、機械的な入力制御装置、より詳細には航空機の操縦装置について説明する。
【０００７】
第１の実施の態様においては、制御装置は、第１の取付プレートと；第２の表面と、前記第１の取付プレートに隣接して配設される第１の表面とを有する復元プレートと；伸長部材とを備え、前記伸長部材は：第１の伸長部と；第２の伸長部と；前記第１の伸長部と前記第２の伸長部との間に在って、前記伸長部材を前記第１の取付プレートへ枢着し、そして第１の軸線を画成する軸線部材と；前記復元プレートの前記第２の表面に隣接して配設された実質的に平坦な表面を有する変位可能な力プレートと；保持部と前記力プレートとの間で、前記復元プレートの前記第２の表面へ付勢力を与えるコンプライアント部材とを備え；前記第２の伸長部の質量が、前記軸線部材周りの前記第１の伸長部の質量を実質的に相殺」するように構成された制御装置である。
【０００８】
第２の実施の態様の制御装置は、第１の実施の態様の制御装置において、前記第２の伸長部が前記コンプライアント部材と前記保持部とを備える。
【０００９】
第３の実施の態様の制御装置は、第１又は第２の実施の態様の制御装置において、前記復元プレートの前記第２の表面は複数のファセットを有して形成され、前記第１の軸線に対して対称的に配置された中央位置のファセットを含み、前記中央位置は、前記復元プレートの角度位置を含み、前記中央位置のファセットは、前記力プレートの実質的に平坦な表面に突き当たり、前記復元力は、前記第１の軸線の対向する両側で一様に分布する。
【００１０】
第４の実施の態様の制御装置は、第１乃至第３の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、第２の軸線を画成する第２の取付ブラケットをさらに備え、前記力プレートは前記第２の軸線周りに前記第２の取付ブラケットへ枢着され、前記センタリング力は、前記力プレートの実質的に平坦な表面に前記中央位置のファセットが突き当たっているとき、前記第２の軸線周りに一様に分布する。
【００１１】
第５の実施の態様の制御装置は、第１乃至第４の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記中央位置のファセットに隣接して、前記中央位置のファセットとともに第１の角度を形成する第１の横ファセットをさらに備え、前記第１の横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第１の接触線に沿って前記中央位置のファセットと交差する。
【００１２】
第６の実施の態様の制御装置は、第１乃至第５の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記第１の横ファセットに隣接して、前記第１の横ファセットとともに第２の角度を形成する第１の副横ファセットをさらに備え、前記第１の副横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第２の接触線に沿って前記第１の横ファセットと交差する。
【００１３】
第７の実施の態様の制御装置は、第１乃至第６の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記中央位置のファセットに隣接して、前記中央位置のファセットとともに第３の角度を形成する第２の横ファセットをさらに備え、前記第２の横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第３の接触線に沿って前記中央位置のファセットと交差する。
【００１４】
第８の実施の態様の制御装置は、第１乃至第７の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記自動センタリング・角変位部材は、前記第２の横ファセットに隣接して、前記第２の横ファセットとともに第４の角度を形成する第２の副横ファセットをさらに備え、前記第２の副横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第４の接触線に沿って前記第２の横ファセットと交差する。
【００１５】
第９の実施の態様の制御装置は、第１乃至第８の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記変位可能な力プレートは、直線的に変位可能な力プレートである。
【００１６】
第１０の実施の態様の制御装置は、第１乃至第９の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記第１の副横ファセットは非平面である。
【００１７】
第１１の実施の態様においては、制御装置は、第１の取付プレートと；第１の表面と、前記第１の取付プレートに隣接して配設される第２の表面とを有する復元プレートと；伸長部材とを備え、前記伸長部材は：  第１の伸長部と；  第２の伸長部と；  前記第１の伸長部と前記第２の伸長部との間に在って、前記伸長部材を前記第１の取付プレートへ枢着し、そして第１の軸線を画成する軸線部材と；  保持部と前記復元プレートの前記第１の表面との間で付勢力を与えるコンプライアント部材とを備え、  前記第２の伸長部の質量が、前記軸線部材周りの前記第１の伸長部の質量を実質的に相殺する、制御装置である。
【００１８】
第１２の実施の態様の制御装置は、第１１の実施の態様の制御装置において、前記第２の伸長部が前記コンプライアント部材と前記保持部とを備える。
【００１９】
第１３の実施の態様の制御装置は、第１１又は第１２の実施の態様の制御装置において、前記復元プレートの前記第２の表面は複数のファセットを有して形成され、前記第１の軸線に対して対称的に配置された中央位置のファセットを含み、前記中央位置は、前記復元プレートの角度位置を含み、前記中央位置のファセットは、前記第１の取付プレートの実質的に平坦な表面に突き当たり、前記復元力は、前記第１の軸線の対向する両側で一様に分布する。
【００２０】
第１４の実施の態様の制御装置は、第１１乃至第１３の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、第２の軸線を画成する第２の取付ブラケットをさらに備え、前記復元プレートは前記第２の軸線周りに前記第２の取付ブラケットへ枢着され、前記センタリング力は、前記第１の取付ブラケットの実質的に平坦な表面が前記中央位置のファセットに当接しているとき、前記第２の軸線周りに一様に分布する。
【００２１】
第１５の実施の態様の制御装置は、第１１乃至第１４の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記中央位置のファセットに隣接して、前記中央位置のファセットとともに第１の角度を形成する第１の横ファセットをさらに備え、前記第１の横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第１の接触線に沿って前記中央位置のファセットと交差する。
【００２２】
第１６の実施の態様の制御装置は、第１１乃至第１５の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記第１の横ファセットに隣接して、前記第１の横ファセットとともに第２の角度を形成する第１の副横ファセットをさらに備え、前記第１の副横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第２の接触線に沿って前記第１の横ファセットと交差する。
【００２３】
第１７の実施の態様の制御装置は、第１１乃至第１６の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記中央位置のファセットに隣接して、前記中央位置のファセットとともに第３の角度を形成する第２の横ファセットをさらに備え、前記第２の横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第３の接触線に沿って前記中央位置のファセットと交差する。
【００２４】
第１８の実施の態様の制御装置は、第１１乃至第１７の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記自動センタリング・角変位部材は、前記第２の横ファセットに隣接して、前記第２の横ファセットとともに第４の角度を形成する第２の副横ファセットをさらに備え、前記第２の副横ファセットは、前記第１の軸線に実質的に平行に延びる第４の接触線に沿って前記第２の横ファセットと交差する。
【００２５】
第１９の実施の態様の制御装置は、第１１乃至第１８の実施の態様の制御装置のいずれかにおいて、前記複数のファセットの少なくとも１つがアーチ状の面である。
【００２６】
第２０の実施の態様においては、制御装置は、第２の表面と、第１の取付プレートに隣接して取り付けられるように構成された第１の表面とを有する復元プレートと；第１の伸長部と第２の伸長部とを備える伸長部材と；前記第１の伸長部と前記第２の伸長部との間に在って、前記伸長部材を前記第１の取付プレートへ枢着し、そして第１の軸線を画成する軸線部材と；前記復元プレートの前記第２の表面に隣接して配設された実質的に平坦な表面を有する変位可能な力プレートと；保持部と前記力プレートとの間で前記復元プレートの前記第２の表面へ付勢力を与えるコンプライアント部材とを備え、前記第２の伸長部の質量が、前記軸線部材周りの前記第１の伸長部の質量を実質的にオフセットする（埋め合わせる）すなわち相殺する制御装置である。
【００２７】
ここで説明する装置は、以下の利点のうちの１つ以上を提供できる。第一に、制御装置は、自動センタリング機能を有するコントロール・スティック（操縦桿）を備えることができる。第二に、制御装置は、軸線の周りに実質的に質量バランスを取ることができる。第三に、制御装置は、加速の力に対し実質的に中立であることができる。第四に、制御装置は、サイズ（例えばエンベロープ（外装）の）、重量、コスト及び／又は部品数を減らして構成することができる。
【００２８】
添付の図面及び以下の説明の中で１つ以上の実施の詳細を述べる。他の特長及び利点は、これらの説明及び図面並びに特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】図１Ａは、実施例である受動的なコントロール・スティックの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施例である受動的なコントロール・スティックの平面図である。
【００３０】
【図２】図２は、実施例である復元プレートの斜視図である。
【００３１】
【図３Ａ】図３Ａは、一つの操作位置における実施例である受動的なコントロール・スティックの平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一つの操作位置における実施例である受動的なコントロール・スティックの平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、一つの操作位置における実施例である受動的なコントロール・スティックの平面図である。
【００３２】
【図４】図４は、実施例である受動的なコントロール・スティックのトルクプロフィルの実例である。
【００３３】
【図５】図５は、別の実施例である受動的なコントロール・スティックの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
ここでは、航空機パイロットが用いる操縦（フライト・コントロール・）スティックおよびサイド・スティック（脇に配設の入力装置）などの、オペレータ入力を受け取る機械的装置について説明する。一般に、航空機や他のマシンが、「ジョイスティック」型のサイド・スティック・ユーザー制御装置を備えてもよい。例えば、オペレータがコントロール・スティックを押したり、引いたり、左右に動かしたり、その他巧みに操作したりして、マシンを操舵するようにしてもよい。概して、実施の形態によっては、変位させた後にデフォルト位置（初期位置）へ自動復元するコントロール・スティックの構成、叉は、重力や加速力、例えば重力加速度、に抗して実質的にデフォルト位置を維持するコントロール・スティックの構成によって利することになろう。
【００３５】
特に航空機用途で用いられるコントロール・スティック機構の選定で概して影響を及ぼす可能性のある他の考慮対象は、重量、コスト及び大きさ（サイズ）である。しかし、重量、コスト、及び／又は大きさの問題、は自動センタリング機能を持たせること（コントロール・スティックの設計が複雑になる）とは相容れず、依然として、重力加速度に対する前記実質的な中立性が提供されない。
【００３６】
ここでは、コントロール・スティックの軸線の周りで実質的に質量平衡をとることにより加速下の運動に対して抵抗を増加させるコントロール・スティック設計について説明する。概して、コントロール・スティックの平衡状態は、各制御装置に含まれる質量の量の平衡をコントロール・スティックの軸線点回りでとる設計においては、自動センタリングや他の機能を提供するために用いられる機械的コンポーネントをコントロール・スティック自体の可動機構へ内蔵させることによって得られる。実施によっては、そのような機構の質量を、コントロール・スティックの平衡へ取り込むことにより、コントロール・スティックは、追加のカウンタウェイトを用いずに、加速に対する中立性を高めることができ、よって実質的に重量を増やさずに中立性を高めることができる。
【００３７】
図１Ａ及び図１Ｂは、実施例である受動的なコントロール・スティック１００の平面図である。実施の形態によっては、受動的なコントロール・スティック１００は、サイド・スティック、センタ・スティック、コントロール・カラム、コントロール・ヨーク、レバー式制御装置の任意の他の適合形態として提供されることができる。図１Ａを参照すると、受動的なコントロール・スティック１００は実質的に中央位置すなわちデフォルト位置にあることを示している。受動的なコントロール・スティック１００は、取付具ベースプレート１１４の上方に延びる上側伸長部１０２ａと、取付具ベースプレート１１４の下方に延びる下側伸長部１０２ｂとを含む。上側伸長部１０２ａと下側伸長部１０２ｂとは、回動部材１０３の、対向する２つの径方向区画部分であり、実質的に取付具ベースプレート１１４に配置されたｘ軸線１１８を中心に回動する。上側伸長部１０２ａの角変位により、下側伸長部１０２ｂに小さな角変位が引き起こされる。
【００３８】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、上側伸長部材１０２ａは握り部アセンブリ１１６を含む。握り部アセンブリ１１６は、ｘ軸線１１８から離れて径方向に延びている。ユーザーは、使用するとき、ｘ軸線１１８を中心に受動的なコントロール・スティックを回転させるように握り部アセンブリを操作する。実施の形態によっては、握り部アセンブリを、ユーザーが操作し易いように形成してもよい。例えば、握り部アセンブリの大きさ及び外側形状を、パイロットや他のマシンのオペレータの手に合うようにしてもよい。
【００３９】
実施例である受動的なコントロール・スティック１００において、復元プレート１０４が、取付具ベースプレート１１４の下側に結合されている。復元プレート１０４は、ｘ軸線１１８を中心とする受動的なコントロール・スティック１００の動きに対して実質的に固定されたままである。復元プレート１０４については図２の説明でさらに詳しく検討することになる。
【００４０】
実施例である受動的なコントロール・スティック１００において、下側伸長部１０２ｂは力プレート（ちからプレート）１０６と、コンプライアント（弾性）部材１１２、例えばスプリング、とを備える。力プレート１０６は、復元プレート１０４とコンプライアント部材１１２との間に配設される。下側伸長部１０２ｂの角変位は、復元プレート１０４を中心とする力プレート１０６の回転に変換される。力プレート１０６は、力プレート１０６と、下側伸長部材１０２ｂのベース部１１５との間に配設されたリニア軸受１０８により案内される。コンプライアント部材１１２は、力プレート１０６とベース部１１５との間で圧縮されて力プレート１０６を、復元プレート１０４の下面へ付勢又は押し付ける。
【００４１】
実施例である受動的なコントロール・スティック１００において、上側伸長部１０２ａと下側伸長部１０２ｂとは、上側伸長部１０２ａの質量と、下側伸長部１０２ｂの質量とがｘ軸線１１８を横切って実質的に平衡化するように形成される。実施によっては、上側伸長部１０２ａの質量は下側伸長部１０２ｂの質量と等しくてもよく、両者のそれぞれの質量がｘ軸線１１８を中心に実質的に対称に分布している。実施によっては、上側伸長部１０２ａの質量は、下側伸長部１０２ｂの質量と等しくても等しくなくてもよく、両者のそれぞれの質量はｘ軸線１１８を中心に実質的に非対称に分布している。例えば、上側伸長部１０２ａは相対的に軽量なコンポーネントを含んでもよく、このコンポーネントは、相対的に長いレバーアーム、例えばコンポーネントと支点との間の距離を相対的に長くするように配置され、下側伸長部１０２ｂは、相対的に重いコンポーネントを含んでもよく、このコンポーネントは、相対的に短いレバーアームとするように配置される。このように、等しくない質量及び／又は等しくないレバーアームの長さを組み合わせることにより、ｘ軸線を中心とする受動的なコントロール・スティックの分布を実質的に平衡化するようにしてもよい。
【００４２】
図１Ｂを参照すると、実施例である受動的なコントロール・スティック１００は、オフセットされたすなわち回転された位置で示されている。例えば、図１Ｂに示すように、ユーザーは握り部アセンブリ１１６を右方向へ押して、受動的なコントロール・スティック１００を時計回りに回転させるようにしてもよい。
【００４３】
図３Ａ乃至図３Ｃの説明でさらに詳細に検討するように、実施例である受動的なコントロール・スティック１００を図１Ａに示す中央に置かれた構成から離すように動かすにつれて、力プレート１０６は復元プレート１０４の周りを回転する。復元プレートの形状は、図２の説明でさらに詳細に説明することになるが、力プレート１０６がコンプライアント部材１１２を押し付けるようにさせる。復元プレート１０４の表面へ力プレート１０６を押し付けることで復元力が形成され、それにより受動的なコントロール・スティックを強制的に、図１Ａに示す実質的に中央位置すなわちデフォルト位置へ向けて戻す。
【００４４】
図２は、実施例である復元プレート２００の透視図である。実施によっては、復元プレート２００は、図１Ａ及び１Ｂの復元プレート１０４であってもよい。復元プレート２００は、隣接する平面状のセグメントすなわちファセット（切子面）の集合から成るカム状表面を形成する。図示の実施例において、多ファセット面は７個のファセット面、すなわち中央位置のファセット１２８、横ファセット１２６、１３０、１３４、後側ファセット１３６、及び副横ファセット１２４、１３２、を含む。隣接するファセットは、それぞれの角度を成す面の間の接触線に沿って交差する。図２の実施例では、１３８乃至１５６（偶数符号のみ）を付した１０本の接触線がある。受動的なコントロール・スティック１００が、ファセット１２４及び１３４が力プレート１０６と接触できる範囲まで枢動することを許容される場合、復元プレート１０４の四隅を形成する垂直線１５８、１６０、１６２、及び１６４を、接触線と見てもよい。より詳細に以下説明するように、接触線１３８、１４０、１４２、及び１４４はｘ軸線１１８を中心とする力プレート１０４の回転に影響を及ぼし、接触線１４６，１４８，１５０、及び、１５２，１５４、１５６はｙ軸線を中心とする回転に影響を及ぼす。隅部が力プレート１０６と接触できるのに十分に受動的なコントロール・スティック１００が回転を許容される場合、隅部１５８、１６０、１６２、及び１６４は、ｙ軸線を中心とする復元プレート１０４の回転に影響を及ぼすことになる。
【００４５】
復元プレート１０４の中央に配置される、実施例である受動的なコントロール・スティック１００のファセット１２８が、受動的なコントロール・スティック１００の中央位置を画成する。図１Ａは、センタリング位置にある、実施例である受動的なコントロール・スティック１００を示し、ファセット１２８は力プレート１０６の表面に突き当たっている。図３Ａは、センタリング位置にある、実施例である受動的なコントロール・スティック１００を示し、ファセット１２８は力プレート１０６の表面に突き当たって（当接して）いる。実施の形態によっては、ファセット１２８はわずかに非平面であってもよい。例えば、力プレート１０６がファセット１２８と実質的に同一平面である場合、流体、例えば潤滑剤の存在下でファセット１２８と力プレート１０６との間に生ずる可能性のある貼り付きを減らすためにわずかなアンダーカットを形成してもよい。実施の形態によっては、ファセット１２８をなくしてもよい。例えば、用途によっては、実施例である受動的なコントロール・スティック１００に由来するセンタリング作用は利するものでもなく要求されるものでもないことがある。
【００４６】
実施例である復元プレート１０４は、先の説明では、平面ファセット、接触線、及び隅部を有するが、これらとは異なる他の実施の形態がある。例えば、接触線は直線ではなくて曲線であったり弧であったりしてもよく、ファセットの数はもっと多くても少なくてもよく、ファセットは実質的に平坦ではなくて非平面状であってもアーチ状であってもよく、及び／又は、隅部は鋭利ではなくて丸めてもよい。平坦な表面とアーチ状の表面との組み合わせ並びに／又は面間の真直な、アーチ状の、滑らかな及び／若しくは鋭い移行との組み合わせ、を組み合わせて、受動的なコントロール・スティックの意図する用途に従う複雑なトルクプロフィルを提供することができる。
【００４７】
図３Ａ乃至図３Ｃは、様々な操作位置での、実施例である受動的なコントロール・スティック１００の平面図である。図３Ａは、ｘ軸線を見下ろす、実施例である受動的なコントロール・スティック１００の平面図である。図３Ａにおいて、ｘ軸線１１８に対して中央位置が形成されるのは、接触線１４０、１４２がファセット１２８の左右端を構成し、かつｘ軸線１１８から実質的に等距離だけ横方向にオフセットするときである。力プレート１０６が及ぼす復元力は、ｘ軸線１１８のそれぞれの側でファセット１２８へ実質的に一様に作用する。したがって、ｘ軸線１１８周りに力プレート１０６を回転させる傾向にあるトルクを実質的に何ら生起することはない。力プレート１０６は、上側伸長部材１０２ａへ外部からの変位力が加えられるまで、ｘ軸線に対して中央位置にとどまる傾向にある。受動的なコントロール・スティック１００は、重力や重力加速度のような外部からの加速力にさらされても、実質的に中央にとどまる傾向にある。というのは、上側伸長部材１０２ａ及び下側伸長部材１０２ｂはｘ軸線１１８周りに実質的に質量平衡がとられているからである。
【００４８】
センタリング位置とは対照的に、実施例である受動的なコントロール・スティック１００の力プレート１０６がｘ軸線１１８に関して角度的に変位されたとき、力プレート１０６が及ぼす復元力は、ｘ軸線１１８から横方向にオフセットした（偏した）線に沿って又はオフセットした地点に集中する。これにより、力プレート１０６を中央位置へ戻す傾向にある復元トルクが生成される。したがって、受動的なコントロール・スティック１００の上側伸長部材１０２ａがユーザー操作のような外部からの力によって変位すると、復元トルクは、外部からの力がなくなると直ちに受動的なコントロール・スティック１００を再センタリングする傾向にある。逆に、受動的なコントロール・スティック１００は、外部からの力が上側伸長部材１０２ａへかけられるまで、センタリング位置で実質的に安定を保つ傾向にある。
【００４９】
図３Ｂでは、実施例である受動的なコントロール・スティック１００が、力によって小さい距離だけ右に変位し、それによって力プレート１０６は時計回りに少量だけ回転する。力プレート１０６は回転して接触線１４０から離れ、力プレート１０６は回転して接触線１４２に接触し、さらにコンプライアント部材１１２を圧縮する。接触線１４２はｘ軸線１１８から横方向距離Ｄｘ１だけオフセットしている。このようにして、ｘ軸線１１８を中心とする力プレート１０６の回転により復元トルクが生成されるが、このトルクは、接触線１４２にかかるスプリング力に距離Ｄｘ１を乗じた値に実質的に等しい。力プレート１０６がｘ軸線１１８を中心に回転するとともに、距離Ｄｘ１は、受動的なコントロール・スティック１００の制限された角変位の間、ほとんど変わらない。実施の形態によっては、この復元トルクは、接触線１４２から離れる方向の力プレート１０６の下向き回転による力プレート１０６の直線変位に比例する。図３Ｂに示す力プレート１０６の反対方向への回転は実質的に同一の効果を持ち、力プレート１０６だけが接触線１４０に抗して作用し、復元トルクは反対方向を指すことになる。
【００５０】
ここで図３Ｃを参照すると、実施例である受動的なコントロール・スティック１００はすでに、図３Ｂの場合に比べて長い距離を右へ変位し、よって力プレート１０６は角度βに等しい量だけ時計回りに回転させられている。このように、図３Ｃの力プレート１０６は、ファセット１３０と実質的に平行になる。受動的なコントロール・スティック１００がさらに右へ回転すると、力プレート１０６の表面は回転して接触線１４２をクリアし、力プレート１０６は接触線１４４回りに回転し、さらにコンプライアント部材１１２を圧縮する。接触ライン１４４は、ｘ軸線から、Ｄｘ１より長いＤｘ２に等しい距離を隔てて配置される。接触線１４４が力プレートと１０６と係合するとき、力プレート１０６に抗してかけられる力はｘ軸線１１８からさらにオフセットしており、復元トルクは比例して増加する。
【００５１】
実施の形態によっては、実施例である受動的なコントロール・スティック１００が、第２の軸線を画成する取付ブラケットを含むことができる。力プレート１０６を、第２の軸線を中心に取付ブラケットへ枢着することができる。力プレート１０６がファセット１２８の平面と実質的に平行であるとき、センタリング力は第２の軸線を中心に実質的に一様に分布させることができる。
【００５２】
図４は、図１Ａ、図１Ｂの実施例である受動的なコントロール・スティック１００の複合トルクプロフィルの実施例である。実施の形態によっては、復元プレート１０４の下面を変えることによって、複合力プロフィルを任意の実際的な方向で生成してもよい。例えば、復元トルクがより高いレベルへジャンプする角度位置を角度α及びβを変えることにより操作してもよい。実施の形態によっては、ジャンプの大きさを、横ファセットの幅を選択することにより調節してもよい。図１、図２、及び図３Ａ乃至図３Ｃに示す復元プレート１０４のプロフィルについては、横ファセット１２６及び１３０の幅が増加するとともに、接触線１４０、１４２と接触線１３８，１４４との間の距離Ｄｘ２は増加することになる。したがって、横ファセット１２６、１３０の幅が大きいほど、α又はβを上回る角度での復元トルクは大きく増加する。様々な実施の形態において、受動的なコントロール・スティック１００は、いくつもの複雑な複合的な力プロフィルを有することができる自動センタリング・ジョイスティックとしてもよい。
【００５３】
力プレート１０６の角変位がα又はβを下回っている場合、復元トルクは角変位の増加とともに実質的に直線的に増加する。しかし、角変位がα又はβを上回る場合、より離れた接触線１３８、１４４が力プレート１０６と係合するので、復元トルクはより高いレベルへジャンプする。角変位が一旦α又はβを上回ると、復元トルクは、力プレート１０６のさらなる角変位にともなって再び増加する。
【００５４】
図２の説明で検討したように、実施例である復元プレート１０４は、平面状ファセット、接触線、及び隅部を有するが、他の実施の形態も存在することができる。例えば、接触線は真直ぐではなく曲がっていてもよく、用いるファセットはもっと大きくても、数がもっと少なくてもよく、ファセットは実質的に平坦ではなく非平面であってもよく、及び／又は隅部は鋭利ではなく丸めてもよい。平坦面と曲面との組み合わせ及び／又は滑らかな移行と急な移行との組み合わせを組み合わせて、図４に示す実施例であるトルクプロフィルより多かれ少なかれ複雑な他のトルクプロフィルを提供することができる。
【００５５】
図５は、別の実施例である受動的なコントロール・スティック５００の平面図である。実施例であるこの受動的なコントロール・スティック５００は、図１Ａ乃至図１Ｂの復元プレート１０４が復元プレート５０４に置き換わっている点、そして力プレート１０６が無いという点を除いて、図１Ａ乃至図１Ｂの実施例である受動的なコントロール・スティック１００に、形状と機能で実質的に類似する。
【００５６】
実施例である受動的なコントロール・スティック５００の復元プレート５０４は、復元プレート１０４と比べて復元プレート５０４が垂直に反転している点を除いて、復元プレート１０４に実質的に類似する。復元プレート５０４は固定具ベースプレート１１４へ結合されているのではなく、復元プレート５０４がコンプライアント部材１１２によって固定具ベースプレート１１４上へ圧縮されて、リニア軸受１０８により案内されている。
【００５７】
実施例である受動的なコントロール・スティック５００のｘ軸線１１８周りの角変位は、同様にｘ軸線１１８を中心に復元プレート５０４の回転を引き起こす。復元プレート５０４が回転すると、復元プレートの接触線は固定具ベースプレート１１４と接触する。
この接触により復元プレート５０４がコンプライアント部材１１２を圧縮して複雑な復元トルクを生成するが、この復元トルクは、図３Ａ乃至３Ｃの説明で検討したものに実質的に類似する。様々な実施の形態において、実施例である受動的なコントロール・スティック１００及び５００及び／又は実施例である復元ブロック２００の材料は、金属（例えば、アルミニウム、鋼、チタン）、プラスチック、複合材料（例えばガラス繊維、炭素繊維）、木材、又は、これらの材料及び／もしくは任意の適切なその他材料の組み合わせであってよい。様々な実施の形態において、実施例である受動的なコントロール・スティック１００及び５００及び／又は復元ブロック２００は、鋳造、モールディング、機械加工、押出し、又は、これらの成形法及び／もしくは任意の適切なその他の成形法の組み合わせであってよい。
【００５８】
実施の形態によっては、実施例である受動的なコントロール・スティック５００は、第２の軸線を画成する取付ブラケットを含むことができる。復元プレート５０４を取付ブラケットへ第２の軸線周りに枢着することができ、復元プレート５０４がファセット１２８の平面と実質的に平行であるとき、第２の軸線周りにセンタリング力を実質的に一様に分布させることができる。
【００５９】
以上、いくつかの実施を詳細に説明したが、他の変形も可能である。例えば、既に述べたシステムに他の要素を加えたり、除いたりしてもよい。したがって、その他の実施は付帯する請求項の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１００  制御装置、コントロール・スティック
１０２ａ  第１の伸長部
１０２ｂ  第２の伸長部
１０３  回動部材
１０４  復元プレート
１０６  力（ちから）プレート
１０８  リニア軸受
１１２  コンプライアント部材
１１４  取付プレート
１１５  ベース部
１１６  握り部アセンブリ
１１８  ｘ軸線
１２４  副横ファセット
１２６  横ファセット
１２８  中央位置のファセット
１３０  横ファセット
１３２  副横ファセット
１３４  横ファセット
１３６  後側ファセット
１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、１４８  接触線
１５０、１５２、１５４、１５６  接触線
１５８、１６０、１６２、１６４  隅部
２００  復元ブロック
５００  コントロール・スティック
５０４  復元プレート
５０２ａ  第１の伸長部
５０２ｂ  第２の伸長部
【図１Ａ】
2016509723.tif 000003
【図１Ｂ】
2016509723.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
2016509723.tif 000009
【図５】
2016509723.tif 000010
【国際調査報告】
2016509723.tif 000011
2016509723.tif 000012
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