JP2004348770A - ジョイスティック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比例制御が可能なアクチュエータの数を従来よりも増やすことにより高い操作性を得ることができるジョイスティック装置の提供。
【解決手段】 ジョイスティック装置は、その基端が揺動自在に枢支され得るように構成された操作レバーと、操作レバーの先端部に設けられ、所定方向に移動可能に支持されたスライドスイッチ３ａと、スライドスイッチ３ａと操作レバーとの間に介在され、操作レバーに着脱自在に設けられた操作パネル３とを備えており、操作パネル３をスライドスイッチ３ａと共に回転させて固定し得るように構成されている。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えば油圧ショベル及びクレーン等の建設機械を操作する場合の操作装置として用いられるジョイスティック装置に関する。

油圧ショベル及びクレーン等の建設機械が備える各種のアクチュエータ（油圧シリンダ、モータ等）の動作を制御するために、ジョイスティック装置が従来から広く利用されている。

図８は油圧ショベルの側面図であり、図９はその油圧ショベルの操作室の側面図である。図８に示すとおり、油圧ショベルはバケット１０２、アーム１０３及びブーム１０４等を備えている。油圧ショベルの操作者は、操作室の適宜の位置に備えられたジョイスティック装置２０１の操作レバー２０２を前後左右に傾動することによってアクチュエータの作動の制御を行う。これにより、例えばバケット１０２の掘削／ダンプ、アーム１０３及びブーム１０４の上げ／下げ、並びに本体の旋回の左／右回転等の操作を行うことができる。

また、ジョイスティック装置２０１のグリップ部表面には、一又は複数の操作ボタン２０３が設けられている。操作者は、この操作ボタン２０３を押下することによって、ジョイスティック装置２０１に内蔵されたスイッチのオン／オフ操作を行うことができる。これにより、例えばバケット１０２のアタッチメント（例えば、圧砕機及びグラップル等）用のアクチュエータである油圧シリンダの伸縮、モータの左右回転等を制御することができる。

かかる操作ボタン２０３は、通常２個を１組として設けられており、これら２個の操作ボタン２０３の夫々に対して１個の前記スイッチが対応している。そして、それぞれの操作ボタン２０３に係るスイッチのオン／オフ操作を交互に行うことにより、油圧シリンダの伸／縮又はモータの左／右回転の切り替えを行う。

ところで、従来のジョイスティック装置２０１は、前述した操作レバー２０２が傾動された場合、操作レバー２０２の操作量に比例した油圧信号又は電気信号を出力する機能を有している。そのため、油圧シリンダの伸縮、モータの回転等を操作レバー２０２を傾動する角度と比例する速度で制御することができる等、高い操作性を得ることができる。その結果、例えばバケット１０２の位置決め等の微妙な操作を容易に行うことが可能となる。

一方、前述したようなアタッチメントの操作の場合、操作ボタン２０３の押下によるスイッチのオン／オフ操作によって行われるため、これらのアタッチメント用のアクチュエータである油圧シリンダの伸縮又はモータの回転は一定の速度でしか制御することができなかった。そのため、これらのアタッチメントの場合は、位置決め等の微妙な操作をすることが困難であるという問題があった。

また、従来のジョイスティック装置２０１では、２個の操作ボタン２０３の配置とアタッチメントを変位させる方向とが対応していないために、操作性が良くない場合があった。すなわち、例えば２個の操作ボタン２０３が上下一列に配されている場合において、これらの操作ボタン２０３を用いて左右方向に回転するようなアタッチメントを操作するときは、２個の操作ボタン２０３の配置（上下方向）とアタッチメントを変位させる方向（左右方向）とが対応していないために、特に操作に不慣れな操作者にとっては操作する都度その差異を意識しなければならない等の問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、操作対象を変位させる方向に応じて操作手段の配置を変えることによって、従来に比して操作性を向上させることができるジョイスティック装置を提供することにある。

前述した課題を解決するために、本発明に係るジョイスティック装置は、その基端が揺動自在に枢支され得るように構成された操作レバーと、前記操作レバーの先端部に設けられ、所定方向に移動可能に支持された第１操作手段と、前記第１操作手段と前記操作レバーとの間に介在され、前記操作レバーに着脱自在に設けられた操作パネルとを備えており、該操作パネルを前記第１操作手段と共に回転させて固定し得るように構成されている。

本発明によれば、操作パネルを回転させることによって第１操作手段も同じく回転することになるため、第１操作手段の移動方向を変更することができる。したがって、操作対象を変位させる方向に応じて第１操作手段の移動方向を調節することが可能となる。すなわち、例えば操作対象を左右に回転させるために用いられるアクチュエータであるモータの回転を制御するときは、第１操作手段の移動方向を左右方向とする。一方、操作対象を上下方向に移動させるために用いられるアクチュエータである油圧シリンダの伸縮を制御するときは、第１操作手段の移動方向を上下方向とする。

また、同様に操作パネルを回転させることによって第１操作手段の位置を変更することもできる。したがって、操作対象を変位させる方向に応じて第１操作手段の配置を調節することも可能となる。すなわち、例えば２個の第１操作手段を交互に押下することによって、操作対象を左右に回転させるために用いられるアクチュエータであるモータの回転を制御するような場合では、それらの２個の第１操作手段が左右一列に配されるように調節する。一方、操作対象を上下方向に移動させるために用いられるアクチュエータである油圧シリンダの伸縮を制御するような場合では、２個の第１操作手段が上下一列に配されるように調節する。

このように、操作対象を変位させる方向と第１操作手段の移動方向又は配置とを対応付けることによって、直感的に分かり易い操作が可能となる。その結果、操作性を著しく向上させることができる。

また、上記発明において、前記操作レバーは中空体であり、前記操作パネルが嵌合可能な形状をなした開口部を有しており、該開口部に前記操作パネルを嵌合させて固定する構成とすることも可能である。これにより、操作パネルを確実に固定することができる。

また、上記発明において、前記操作レバー側の嵌合部には凹部又は凸部が、前記操作パネル側の嵌合部には前記凹部又は凸部と係合可能な凸部又は凹部が夫々設けられており、係合に係る凹部と凸部との組み合わせを変更することによって前記操作パネルを所定の角度回転させて固定する構成とすることも可能である。これにより、第１操作手段の移動方向又は配置を容易に調節することができる。

また、上記発明において、前記操作レバーに進退自在に支持された第２操作手段と、該第２操作手段が進退されることにより作動してオン／オフされ、前記第２操作手段に固着されたスイッチとを備え、該スイッチの作動部を、前記操作パネルの回転中心線上に配する構成とすることも可能である。このように構成することにより、操作パネルを回転させたとしても、スイッチの作動部の位置は変わらないことになる。そのため、第１操作手段の移動方向を変更する等のために操作パネルを回転させた場合であっても、前記スイッチのオン／オフ操作に用いられる第２操作手段を付け替える等の対処は不要となる。

さらに、上記発明において、前記第１操作手段の移動量に比例した電圧を出力する電圧出力手段を備える構成とすることも可能である。これにより、第１操作手段の移動量に比例した電圧を出力することが可能になる。

本発明のジョイスティック装置は、操作パネルを回転させて操作レバーに取り付けることによって操作ボタンの配置を変更することができるので、操作対象を変位させる方向に応じて操作ボタンの配置を調節することが可能となる。そのため、操作対象を変位させる方向と操作ボタンの配置とを対応付けることができ、直感的に分かり易い操作を実現することができる。

また、本発明のジョイスティック装置は、操作パネルを回転させて操作レバーに取り付けることによってスライドスイッチの移動方向を変更することができるので、操作対象を変位させる方向に応じてスライドスイッチの移動方向を調節することが可能となる。そのため、操作対象を変位させる方向とスライドスイッチの移動方向とを一致させ、直感的に分かり易い操作を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

本発明のジョイスティック装置は、例えば油圧ショベル及びクレーン等の建設機械の操作装置として用いられるものである。このジョイスティック装置は、建設機械の操作室内に備えられており、操作者が操作席に着席したときに操作者と対面するように配設されている。なお、本発明のジョイスティック装置は、建設機械の操作装置以外にも、例えばコンピュータゲーム機等の操作装置として用いることも可能である。

図１は、本発明のジョイスティック装置の構成を示す斜視図であり、図２はそのケーシングの一部を破断して示す正面図である。図１及び図２に示すとおり、ジョイスティック装置１は、基台（図示せず）にその基端１ａが枢支された操作レバー２を備えている。操作レバー２は中空体であり、左右に２分割されるケーシング２ａ，２ｂにより構成されている。ケーシング２ａの適宜の箇所には左右方向に貫通するネジ孔１４が形成されてている。また、ケーシング２ｂには、前記ネジ孔と対応する位置に雌ネジが形成されている。そして、図２の破断部分が示すように、ケーシング２ａに形成されたネジ孔１４を介し、ケーシング２ｂに形成された雌ネジに雄ネジ１５を螺合することによりケーシング２ａと２ｂとが締結される。

操作者は、右手（又は左手）の親指が操作レバー２の先端部の正面側に、またその手の他の指が操作レバー２の中央部の背面側に夫々位置するように操作レバー２を把持する。このように操作者の手の親指が位置する操作レバー２の先端部の正面側には、正方形状の開口部１８が形成されており、該開口部１８には操作パネル３が嵌合されている。操作パネル３には、該操作パネル３上を一方向にスライド可能に略長方形状をなしたスライドスイッチ３ａが支持されている。操作者は、操作レバー２を把持している手の親指でスライドスイッチ３ａの長手方向にスライドさせることによりスライドスイッチ３ａを操作する。なお、図１及び図２ではスライドスイッチ３ａは上下方向にスライド可能となっているが、後述するように、上下方向以外の方向にスライド可能とすることもできる。また、操作パネル３には、該操作パネル３に対して進退自在に２個の円形状の操作ボタン３ｂ，３ｂが支持されている。操作者は、同じく親指等で押下することにより操作ボタン３ｂ，３ｂを操作する。

一方、操作レバー２の中央部の背面側、すなわち操作パネル３が嵌合されている側とは反対側には、操作レバー２に対して進退自在に操作ボタン４が支持されている。操作者は、操作レバー２を把持している手の人指し指等で押下することにより操作ボタン４を操作する。

図３は、図２に示すIII−III線における断面図である。図３に示すとおり、スライドスイッチ３ａはIII−III線断面視で略Ｔ字状をなしており、操作者のスライド操作によって、そのフランジ部３ａｆの底面は操作パネル３の表面上をスライドスイッチ３ａの長手方向に摺動する。フランジ部３ａｆは、中央部から両端にかけて所定の角度下方へ傾斜しており、操作パネル３の表面はこの傾斜に沿って内部に窪んだ形状をなしている。

スライドスイッチ３ａのウェッブ部３ａｗを貫通するように穿設された孔には小ネジ５が挿通されている。このピン５の上部はウェッブ部３ａｗ内に固設されており、その下端は操作パネル３の下部に軸支された（図４参照）軸１６の上面に接続されている。これにより、操作者によってスライドスイッチ３ａが長手方向にスライド操作された場合、スライドスイッチ３ａのウェッブ部３ａｗは軸１６を支点として、その長手方向と同一の方向に揺動することになる。

また、スライドスイッチ３ａのウェッブ部３ａｗには、上方向及び下方向からピストン部材７，７が当接されている。ピストン部材７，７は、操作パネル３を下方から覆うフレーム１７に取り付けられたスプリング８，８により、ウェッブ部３ａｗに向けて付勢されている。これにより、操作者のスライド操作によってスライドスイッチ３ａが原位置である中立位置から移動した場合であって、その操作が解除されたとき、スライドスイッチ３ａはピストン部材７，７によって上下両方向から押圧されて中立位置に復帰する。

操作パネル３の内部には、非接触式のポテンショメータ６が設けられている。このポテンショメータ６は、軸１６の下面に埋設された磁石６ａと、直列に接続された一対の磁気抵抗素子からなる磁気センサ６ｂとから構成される。この磁気センサ６ｂは、軸１６と所定距離離されてフレーム１７の適宜の位置に取り付けられている。操作者によってスライドスイッチ３ａがスライド操作された場合、スライドスイッチ３ａのウェッブ部３ａｗが揺動し、その揺動に伴って軸１６が回動して磁石６ａが変位する。そして、その磁石６ａの変位に応じて磁界の強度が変化し、その結果磁気センサ６ｂを構成する磁気抵抗素子の抵抗値が変化する。磁気センサ６ｂの一端に電圧を印加して他端を接地すると、一対の磁気抵抗素子の接続点から磁石６ａの変位に比例した電圧が出力される。これにより、スライドスイッチ３ａの移動量に比例した電圧を出力することができる。

このように、軸１６に磁石６ａを取り付ける構成とすることによって、コンパクトなポテンショメータ６を実現することができる。したがって、ポテンショメータ６を操作レバー２の内部に設けたとしても、ジョイスティック装置１の大きさが従来の場合に比して特段大きくなるようなことはない。

また、かかるポテンショメータ６は非接触式であるため、接触式の場合に比して耐久性に優れており、しかもノイズに強いという利点をも有している。

なお、本実施の形態では磁気センサ６ｂは一対の磁気抵抗素子により構成されているが、この磁気抵抗素子の代わりに、例えばホール素子等を用いてもよい。また、磁気センサではなく、ＰＳＤ（Position Sensitive Light Detector:半導体位置検出素子）を用いるような構成であってもよい。このようにＰＳＤを用いる場合も、非接触で軸１６の回動角度を検出し、これに応じた電圧を出力することが可能である。

また、操作レバー２内の中央部には、コントローラ９が取り付けられている。コントローラ９は、後述するようにして、ポテンショメータ６から出力される電圧の増幅及び調整等を行う。

図４は図２に示すIV−IV線における断面図であり、図５は同じくＶ−Ｖ線における断面図である。図４及び図５に示すように、操作パネル３にはスイッチ１２，１２及びスイッチ１３が固着されている。スイッチ１２，１２は、前述した操作ボタン３ｂ，３ｂが押下された場合に作動部１２ａ，１２ａが作動し、オン／オフされるように夫々配設されている。一方、スイッチ１３は前述した操作ボタン４が押下された場合に作動部１３ａが作動し、オン／オフされるように配設されている。さらに、かかる作動部１３ａは、後述するようにして操作パネル３が回転された場合の回転中心線（図５に示す一点鎖線）上に配されている。そのため、操作パネル３が回転された場合であっても、作動部１３ａの位置は変わらないことになる。

図６は、前述したコントローラ９の構成を示すブロック図である。図６に示すように、コントローラ９は増幅回路９ａ及びトリマ９ｂにより構成される。増幅回路９ａは、ポテンショメータ６から出力される電圧を増幅し、トリマ９ｂは増幅回路９ａによって増幅された電圧のバイアス調整及びゲイン調整を実行する。このように増幅回路９ａを備えることにより、磁気センサ６ｂからの出力が微小な場合であっても、実用的な大きさに増幅することができる。また、トリマ９ｂを備えることにより、例えばスライドスイッチ３ａが中立位置にあるときに電源から供給される電圧の半分の電圧を出力するような調整等を容易に行うことができる。

これらの増幅回路９ａ及びトリマ９ｂから構成されるコントローラ９は、前述したように操作レバー２の内部に設けられている。したがって、このような増幅回路及びトリマを操作レバーの外部に設けるような場合に比し、取り扱いが容易となる。

図７は、スライドスイッチ３ａの移動方向及び操作ボタン３ｂ，３ｂの配置が変更可能であることを説明するための図３に示すVII−VII線矢視図である。図７に示すように、正方形状の操作パネル３の各辺には、凸部１０が外方へ向けて夫々設けられている。また、ケーシング２ａ，２ｂには、これらの凸部１０と係合可能な形状をなした凹部１１が夫々設けられている。そして、これらの凸部１０と凹部１１とが互いに係合するようにケーシング２ａ，２ｂを前述したとおりに締結することによって、操作レバー２に操作パネル３が取り付けられる。

スライドスイッチ３ａの移動方向及び操作ボタン３ｂ，３ｂの配置の変更は次のようにして行うことができる。まずケーシング２ａと２ｂとを分離し、凸部１０と凹部１１との係合状態を解除する。そして、操作パネル３を９０°又は１８０°回転させた後に再度凸部１０と凹部１１とを係合させ、ケーシング２ａ，２ｂを締結することによって操作パネル３を固定する。操作パネル３と共にスライドスイッチ３ａも回転するため、スライドスイッチ３ａの移動方向及び操作ボタン３ｂ，３ｂの配置が変わることになる。

図７（ａ）に示す場合、上下方向にスライド可能なスライドスイッチ３ａがジョイスティック装置１の正面に向かって右側に、上下一列に配された操作ボタン３ｂ，３ｂが同じく左側に夫々位置している。ここで矢符方向に操作パネル３を９０°回転させて固定することによって、図７（ｂ）に示すように、スライドスイッチ３ａは左右方向にスライド可能となり、操作ボタン３ｂ，３ｂは左右一列に配されることになる。

また、同様にして矢符方向に操作パネル３を９０°回転させて固定することによって、図７（ｃ）又は（ｄ）に示すような状態で操作パネル３を取り付けることも可能である。すなわち、操作者の好みによって４種類の異なる状態で操作パネル３を操作レバー２に取り付けることができる。

これにより、例えばグラップル等を左右に回転させるために用いられるアクチュエータであるモータの回転の制御を、スライドスイッチ３ａ（操作ボタン３ｂ，３ｂ）を用いて行う場合、スライドスイッチ３ａが左右方向にスライド可能となるように（操作ボタン３ｂ，３ｂが左右一列に配されるように）操作パネル３を回転させて固定する（図７（ｂ），（ｄ））。一方、例えば圧砕機等を上下方向に移動させるために用いられるアクチュエータである油圧シリンダの伸縮の制御を、スライドスイッチ３ａ（操作ボタン３ｂ，３ｂ）を用いて行う場合は、スライドスイッチ３ａが上下方向にスライド可能となるように（操作ボタン３ｂ，３ｂが上下一列に配されるように）操作パネル３を回転させて固定する（図７（ａ），（ｃ））。その結果、操作対象であるグラップル又は圧砕機等を変位させる方向とスライドスイッチ３ａの移動方向（操作ボタン３ｂ，３ｂの配置）とが対応付けられる。よって直感的に分かり易い操作が可能となり、操作性を著しく向上させることができる。

なお、本実施の形態では操作パネル３は９０°毎に回転させて固定することができるが、操作パネル３の形状並びに凸部１０及び凹部１１の数を変更することによって、９０°とは異なる角度回転させて固定することができることは勿論である。例えば、操作パネル３を円形状とし、凸部１０及び凹部１１の数を可及的に多くすることによって、操作パネル３を任意の角度回転させて固定するような構成とすることも可能である。

また、前述したように、スイッチ１３の作動部１３ａは、操作パネル３が回転するときの回転中心線上に配されている。したがって、操作パネル３が図７（ａ）乃至（ｄ）に示す何れの状態においても、作動部１３ａの位置は変化しない。したがって、操作パネル３を回転させた場合であっても、操作ボタン４の位置を変更することなく操作ボタン４を活用することができる。

本発明のジョイスティック装置の構成を示す斜視図である。 本発明のジョイスティック装置の構成を示す正面図である。 図２のIII−III線における断面図である。 図２のVI−VI線における断面図である。 図２のＶ−Ｖ線における断面図である。 本発明のジョイスティック装置が備えるコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明のジョイスティック装置が備える操作パネルを回転させて取り付けることが可能であることを説明するための図３に示すVII−VII線矢視図である。 油圧ショベルの側面図である。 油圧ショベルの操作室の側面図である。

符号の説明

１ ジョイスティック装置
１ａ 基端
２ 操作レバー
２ａ，２ｂ ケーシング
３ 操作パネル
３ａ スライドスイッチ
３ｂ 操作ボタン
４ 操作ボタン
６ ポテンショメータ
６ａ 磁石
６ｂ 磁気センサ
７ ピストン部材
８ スプリング
９ コントローラ
９ａ 増幅回路
９ｂ トリマ
１０ 凸部
１１ 凹部
１３ スイッチ
１３ａ 作動部
１６ 軸
１７ フレーム
１８ 開口部

Claims (5)

1. その基端が揺動自在に枢支され得るように構成された操作レバーと、前記操作レバーの先端部に設けられ、所定方向に移動可能に支持された第１操作手段と、該第１操作手段と前記操作レバーとの間に介在され、前記操作レバーに着脱自在に設けられた操作パネルとを備えており、該操作パネルを前記第１操作手段と共に回転させて固定し得るように構成されているジョイスティック装置。
2. 前記操作レバーは中空体であり、前記操作パネルが嵌合可能な形状をなした開口部を有しており、該開口部に前記操作パネルを嵌合させて固定するように構成されている請求項１に記載のジョイスティック装置。
3. 前記操作レバー側の嵌合部には凹部又は凸部が、前記操作パネル側の嵌合部には前記凹部又は凸部と係合可能な凸部又は凹部が夫々設けられており、係合に係る凹部と凸部との組み合わせを変更することによって前記操作パネルを所定の角度回転させて固定するように構成されている請求項２に記載のジョイスティック装置。
4. 前記操作レバーに進退自在に支持された第２操作手段と、該第２操作手段が進退されることにより作動してオン／オフされ、前記第２操作手段に固着されたスイッチとを更に備え、該スイッチの作動部は、前記操作パネルの回転中心線上に配されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載のジョイスティック装置。
5. 前記第１操作手段の移動量に比例した電圧を出力する電圧出力手段を更に備えてなる請求項１に記載のジョイスティック装置。

Images