JP2007052792A - 磁気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のジョイスティックよりも頑丈であり、性能が劣化せず、苛酷な環境内でも高い信頼性が得られるようにする。
【解決手段】制御装置は、細長いシャフトと、Ｃ字形の磁石と、回転防止ピンを有し、焼結されたＣ字形の磁石と回転防止ピンは、球形部材内に封入されている。Ｃ字形をした磁石は、Ｃ字形をした本体に沿って、スロットを構成する両端部を有する。このスロットに回転防止ピンが貫通し、シャフトに接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、広義では制御装置に関し、より詳細には、磁気ジョイスティック装置に関する。

一般にジョイスティックと称される手動制御装置は、種々の機械、例えば建設用重機で使用されている。この制御装置は、パラメータ、例えば位置、速度および加速度を制御するようになっている。この制御装置は、一般には、一端にハンドルを有し、他端に１つ以上のセンサと相互作用する有形部品を有する長いシャフトを備えている。ハンドルの運動は、磁気センサによって電気信号に変換され、この電気信号は、所望の応答運動を生じさせる装置に伝送されるようになっている。

前記センサは、有形部品に連動する磁石の運動を検出する。磁石は、センサの面に接近していることが好ましく、一般に、設計上許容される空間を制限するシャフトに機械的に締結されている。更に、温度、湿度、または振動に起因して、ネジ、クランプ、接着部、または成形品が故障することがある。

従って、従来のジョイスティックよりも頑丈であり、性能が低下せず、苛酷な環境内でも、高い信頼性が得られるようにするために、部品の数を最少限とした手動制御装置が望まれている。

従って、本発明の主な目的は、磁石のまわりにダイキャストされている手動制御装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、Ｃ字形をした磁石におけるスロット内に、少なくとも一部が位置する回転防止ピンを備えるジョイスティックを提供することにある。

以下の説明を読めば、当業者であれば、上記およびそれ以外の目的が明らかとなると思う。

本発明による制御装置は、焼結されたＣ字形の磁石および回転防止ピンを有し、焼結されたＣ字形の磁石と回転防止ピンは、球形部材内に封入されている。Ｃ字形をした磁石の両端部は、スロットを形成している。このスロット内に、回転防止ピンの少なくとも一部が位置させられている。

まず、図１および図２を参照する。制御装置１０は、オペレータの手による入力に基づき、傾斜角を、非接触状態で検出しうるものである。この制御装置１０は、制御シャフト１２を備え、この制御シャフト１２の一端は、球形部材１４に取り付けられている。球形部材１４が、その中心のまわりに、自由に枢動できるように、制御装置１０の支持部材１６に支持されている。

この制御シャフト１２が傾斜する角度および方向は、支持部材１６に取付けられた１つ以上の磁気センサ１８によって検出される。この磁気センサは、球形部材１６内に位置する磁石２０と非接触状態で相互作用し、電気信号を発生するようになっている。

制御シャフト１２は、制御装置１０の中心軸線２６に沿って、グリップ端部２２から締結端部２４まで延びている。グリップ端部２２は、オペレータが制御装置１０へ手動入力をするのに使用される。締結端部２４は、球形部材１４の内部に嵌合して、固定されている。

これとは異なり、制御シャフト１２を、球形部材１４の外部に接続してもよい。この場合、締結端部２４には、それを直交する回転防止ピン３０の一部が嵌合される貫通孔２８があけられている。

球形部材１４は、ネオジウム−鉄−ホウ素（ＮｄＦｅＢ）材料を焼結して製造することが好ましい磁石２０を備えている。

これとは異なり、磁石２０を、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ、Ｓｍ₁Ｃｏ₅、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇）、または接合または焼結フェライト（セラミック）で製造してもよい。

この磁石２０は、頂端面３４と底端面３６とを備えるＣ字形の本体３２を有している。頂端面３４と底端面３６は、磁石２０のＮ極とＳ極を形成するように、互いにほぼ平行をなす平面とすることが好ましい。

球形部材１４は、その赤道を磁石２０のＮ極とＳ極がまたがり、かつこれらの極が、制御シャフト１２の軸線２６と直交するように磁化されている。

Ｃ字形の本体３２には、制御装置１０の軸線２６に沿う中心孔３８があけられており、この中心孔３８には、制御シャフト１２が嵌合されるようになっている。

本体３２は、対向する平面状端面４０および４２で終端する中断された側壁３９を有し、これら平面状端面４０と４２は、それらの間にスロット４４を形成するように、互いに離間している。

このスロット４４には、前記回転防止ピン３０が嵌合しうるようになっている。回転防止ピン３０は、スロット４４を貫通した後、制御シャフト１２の締結端部２４における貫通孔２８に嵌合されている。

ボール４６が、制御シャフト１２の締結端部２４の上だけでなく、回転防止ピン３０および焼結された磁石２０を覆うようになっている。磁石２０は、焼結され、ボール４６内に完全に封入されている。

シャフト１２の締結端部２４の一部だけでなく、回転防止ピン３０の一部も、ボール４６の外面を越えて延びている。ボール４６は、亜鉛からなっていることが好ましく、このボール４６によって、制御装置１０は、すべての方向に回転することができる。

ボール４６は、それが嵌合されている支持部材１６に対する球形ベアリングとしても働く。

支持部材１６は、球形部材１４を支持する球状ブッシング４８を形成している。この球状ブッシング４８には、球形部材１４がスライド可能に嵌合され、このブッシング４８により、球形部材１４は、その中心を中心として、自由に回動することができるようになっている。

球状ブッシング４８の表面、またはその内部には、磁気センサ１８が取り付けられている。この磁気センサ１８は、ホール効果センサ、またはその他の適当なタイプの磁気センサであることが好ましい。磁気センサ１８は、１つないし４つ設けられている。

２つ以上の磁気センサ１８を設ける場合、磁気センサ１８は、互いに９０度で位置決めされ、運動の前進方向の軸線、および逆進方向の軸線に対して、直角に位置決めされるだけでなく、運動の左軸線および右軸線に対しても、直角に位置決めされる。

制御装置１０を組み立てるには、磁石２０の中心孔３８内に、制御シャフト１２の締結端部２４を挿入し、次に、回転防止ピン３０を、磁石２０の本体３２のスロット４４へ貫通し、これを越えて延びるように、制御シャフト１２の貫通孔２８内に挿入する。

こうして組み立てられた部品のまわりに、金型（図示せず）を配置し、金型に、亜鉛または別の材料を鋳込み、組み立てられた部品のまわりにボール４６を形成する。このようにして、支持部材１６内にある磁気センサ１８と相互作用するよう、制御シャフト１２、磁石２０、および回転防止ピン３０を、ボール４６に保持させる。

これとは異なり、金型に亜鉛を鋳込む際に、ボール４６に沿って、制御シャフト１２および回転防止ピン３０が形成されるように、金型を製造してもよい。

次に作動について説明する。オペレータが制御シャフト１２を、手で中立位置から（例えば直立方向）から移動させる。制御シャフト１２の移動中、磁気センサ１８は、磁石２０のＮ極およびＳ極のオフセット運動を検出し、運動に比例した電流を出力する。

運動軸線、例えば運動の前進方向の軸線、および逆進方向の軸線、または運動の左軸線および右軸線に対して直角の運動を検出するのに、単一のホール効果磁気センサ１８が使用される。精密さが要求される場合、２つの磁気センサ１８を使って、運動の前進方向の軸線、および逆進方向の軸線、または運動の左軸線および右軸線に対して直角な運動を検出する。

多軸的な用途では、２つのホール効果磁気センサ１８からの出力を組み合わせ、運動の軸線、例えば運動の前進方向の軸線および逆進方向の軸線、または運動の左軸線および右軸線に対して直角でない動きを測定する。精密さが必要なる場合、多軸的な用途において、４つの磁気センサを使用し、運動の軸線、例えば運動の前進方向の軸線、および逆進方向の軸線、または運動の左軸線、または右軸線に対して直角でない動きを測定する。

次に、図３および図４を参照する。これらの図には、オペレータの手による入力に基づき、傾斜角を非接触状態で検出できる別の制御装置１０が示されている。制御装置１０では、制御ボタン５０が、軸線５２を中心として自由に枢動できるように、支持部材１６によって支持されている。

制御ボタン５０が傾斜する角度および方向は、１つ以上の磁気センサ１８によって検出される。これらの磁気センサは、支持部材１６に固定されており、センサは制御ボタン５０内に位置する磁石２０と非接触状態で相互作用し、電気信号を発生する。

制御ボタン５０は、上端部に押圧面５８を有するＴ字形本体５６と、押圧面５８まで上方へほぼ垂直に延びる連設アーム６０とを有する。Ｔ字形本体５６の連設アーム６０内に磁石２０が位置しており、この焼結された磁石２０は、Ｔ字形本体５６内に完全に封入されている。磁石２０は、ネオジウム−鉄−ホウ素（ＮｄＦｅＢ）材料から形成された焼結磁石であることが好ましい。

Ｔ字形本体５６の１つ以上の側面から、ピボットピン６２が延びている。このピボットピン６２は、制御ボタン５０に対する回転軸線５２を構成している。

支持部材１６は、制御ボタン５０が内部に嵌合される中心孔６４を有する。支持部材１６の側壁の内面に形成されたスロット６６には、ピボットピン６２が嵌合されている。スロット６６は、中心孔６４内に制御ボタン５０を固定している。このスロットによって、制御ボタン５０は、支持部材１６に対してピボットピン６２を中心として回転できるようになっている。

制御ボタン５０の磁石２０の運動を検出するために、磁石２０と隣接する支持部材１６内に、１つ以上の磁気センサ１８が取り付けられている。

組み立てを行うには、金型（図示せず）内に、磁石２０およびピボットピン６２を配置し、Ｔ字形本体５６を形成するために、亜鉛またはその他の材料を、金型に流し込み、この材料によって、磁石２０およびピボットピン６２を、Ｔ字形本体５６に接続する。

これとは異なり、磁石２０のまわりに、スロット６６およびＴ字形本体５６を一体的に成形するように、金型を形成してもよい。

作動の際、オペレータが、底部押圧面５８に、手により力を加えると、Ｔ字形本体５６は、中立位置から（例えば直線状に上方向に）移動させられる。Ｔ字形本体５６の運動中に、磁気センサ１８は、磁石２０のＮ極およびＳ極のオフセット運動を検出し、運動に比例した電流を出力する。

運動の軸線、例えば運動の前進方向の軸線、および逆進方向の軸線、または運動の左軸線または右軸線に対して、直角の運動を検出するのに、単一の磁気センサ１８が使用される。

詳細が求められる場合には、２つの磁気センサ１８を使って、運動の軸線、例えば運動の前進方向の軸線、および逆進方向の軸線、または運動の左軸線、および右軸線に直角な運動を検出する。

当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、本装置に関して、他の種々の変形を行うことができることが理解できると思う。かかるすべての変形例および変更例は、特許請求の範囲に含まれるものであり、特許請求の範囲によってカバーされているものである。

本発明の制御装置の縦断正面図である。 同じく制御装置の分解斜視図である。 同じく制御装置の縦断正面図である。 制御ボタンの斜視図である。

符号の説明

１０ 制御装置
１２ 制御シャフト
１４ 球形部材
１６ 支持部材
１８ 磁気センサ
２０ 磁石
２２ グリップ端部
２４ 締結端部
２６ 軸線
２８ 貫通孔
３０ 回転防止ピン
３２ 本体
３４ 頂端面
３６ 底端面
３８ 中心孔
３９ 側壁
４０、４２ 平面状端面
４４ スロット
４６ ボール
４８ 球状ブッシング
５０ 制御ボタン
５２ 回転軸線
５６ Ｔ字形本体
５８ 押圧面
６０ 連設アーム
６２ ピボットピン
６４ 中心孔
６６ スロット

Claims (3)

1. 細長い制御シャフトと、
   細長いスロットを有し、中心孔に前記制御シャフトが嵌合されるように形成されたＣ字形の磁石と、
   前記制御シャフトに接続され、前記磁石におけるスロットを貫通する回転防止ピンと、
   前記磁石を封入するように形成された球形部材とを備える制御装置。
2. 細長い制御シャフトと、
   前記制御シャフトが嵌合される細長い開口部を有するＣ字形磁石と、
   前記磁石を封入すると共に、前記磁石を前記制御シャフトに接続する球形部材とを備える制御装置。
3. Ｔ字形本体と、
   前記本体内に封入された磁石と、
   前記本体から外側に延びる回転防止ピンとを備える制御装置。

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