JP2017117324A - ジョイスティック - Google Patents

Abstract

【課題】組立てが容易で且つ操作感覚が滑らかなジョイスティックを提供する。
【解決手段】このジョイスティック８０の自動復帰手段６０は、復帰磁石６２と位置決め磁石６４との引力によって自動復帰を行うため、極めて滑らかな操作感覚を得ることができる。また、操作スティック５の直立状態時に最大の引力が働くため、直立状態における操作スティック５の遊びの発生を防止することができる。さらに、この自動復帰手段６０は操作スティック５の端部に設けられた復帰磁石６２と、ケース部１側に固定された位置決め磁石６４と、で構成される。このため、部品点数が少なく、また狭隘部に構成部品を設置する必要がないため、組立てを容易に行うことができる。これにより、組立て作業の時間短縮と簡略化、及びコスト削減を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械機器等の操作に用いるジョイスティックの構造に関するものである。

ジョイスティックはラジコンやゲーム、医療用機器、産業用ロボット、その他の機械機器の操作に汎用的に使用される複合可変抵抗器の一つである。このようなジョイスティックに関し本願発明者は下記［特許文献１］に記載の発明を行った。ここで、［特許文献１］に記載の従来の２軸のジョイスティック５０の構成を簡単に説明する。

図６に示す従来のジョイスティック５０は、回転軸Ｍ１、Ｍ２が互いにＸ軸、Ｙ軸として直交するように設置された２つの回転型可変抵抗器Ｖ１、Ｖ２と、使用者が直立状態から所定の角度の範囲で任意の方向に傾けることが可能な操作スティック５と、この操作スティック５の傾きをＸ軸、Ｙ軸方向の回動に変換する連結手段Ｎと、を有している。また、図６のジョイスティック５０の連結手段Ｎは、スリットを備え弧状に湾曲した連結板１１と、この連結板１１と直交するように設置されたブッシュ１２とを有し、この連結板１１のスリットとブッシュ１２とが立体的に交差する点に操作スティック５の一端が摺動可能に挿入されて構成される。そして、連結板１１とブッシュ１２の回転軸がそれぞれ回転型可変抵抗器Ｖ１、Ｖ２の回転軸Ｍ１、Ｍ２と接続する。ここで、使用者が操作スティック５を傾けると、その傾きは連結手段Ｎによって連結板１１とブッシュ１２の回動に変換される。そして、この連結板１１及びブッシュ１２の回動は回転型可変抵抗器Ｖ１、Ｖ２の回転軸Ｍ１、Ｍ２をそれぞれ回転し、これにより回転型可変抵抗器Ｖ１、Ｖ２の抵抗値が操作スティック５のＸ軸方向、Ｙ軸方向の傾きに応じてそれぞれ変化する。

また、ジョイスティック５０は、使用者が力を加えないフリーの状態の時に操作スティック５を直立状態に復帰させる自動復帰手段Ｋ１、Ｋ２を備えている。尚、本願における直立状態とは操作スティック５がＸＹ面に対して垂直な状態を意味する。そして、このジョイスティック５０の自動復帰手段Ｋ１、Ｋ２は、連結板１１とブッシュ１２の回転軸にそれぞれ接続した可動板２２、２３と、これら可動板２２、２３を閉じるように付勢するコイルバネ２１と、を有している。そして、コイルバネ２１が可動板２２、２３を閉じた状態に保持することで操作スティック５を直立状態に維持する。ここで使用者が操作スティック５を傾けると可動板２２、２３のいずれか一方が開方向に回動する。そして、使用者が操作スティック５を離すとコイルバネ２１が可動板２２、２３を閉じるように動作し、これにより操作スティック５は直立状態に復帰する。

特開２００２−１０８４７３号公報

しかしながら、［特許文献１］に記載の自動復帰手段Ｋ１、Ｋ２は部品点数が多く、特に小型のジョイスティック５０では組立てが煩雑であるという問題点がある。また、コイルバネ２１は開状態で弾性力が働くため、可動板２２、２３が閉じた状態では弾性力が弱く、操作スティック５が直立した状態において遊びが生じるという問題点がある。さらに［特許文献１］に記載の自動復帰手段Ｋ１、Ｋ２は、操作スティック５の傾斜方向によって開動作する可動板２２、２３が変化する。そして、開動作する可動板２２、２３が他方に移行する際に微かな機械的抵抗が生じる場合がある。この機械的抵抗は使用者の滑らかな操作感覚を損なうため、好ましいものではない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、組立てが容易で且つ操作感覚が滑らかなジョイスティックを提供することを目的とする。

本発明は、
（１）直立状態から所定の角度の範囲内で傾けることが可能な操作スティック５と、前記操作スティック５の傾きを回転軸の回動に変換する連結手段４０と、前記連結手段４０と接続し前記回転軸の回動により抵抗値が変化する回転型可変抵抗器と、前記操作スティック５を直立状態に復帰させる自動復帰手段６０と、を有するジョイスティック８０において、
前記自動復帰手段６０は、前記連結手段４０を貫通した前記操作スティック５の一端に設けられた復帰磁石６２と、前記操作スティック５の直立状態時の軸線上に前記復帰磁石６２と所定の間隙を取って固定された位置決め磁石６４とを有し、前記復帰磁石６２と前記位置決め磁石６４との間の引力によって前記操作スティック５を直立状態に復帰させることを特徴とするジョイスティック８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）連結手段４０が、操作スティックの傾きをＸ軸、Ｙ軸の回転軸Ｍ１、Ｍ２の回動にそれぞれ変換するとともに、前記Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれに回転型可変抵抗器Ｖ１、Ｖ２を有することを特徴とする上記（１）に記載のジョイスティック８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）操作スティック５を特定の傾斜角度に倒したときの軸線上に前記復帰磁石６２と所定の間隙を取って固定された第２の位置決め磁石７４を有し、前記復帰磁石６２と前記第２の位置決め磁石７４との間の引力によって前記操作スティック５を前記特定の傾斜角度に位置させる保持手段７０ａ、７０ｂを備えたことを特徴とする上記（１）または（２）記載のジョイスティック８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）操作スティック５を特定の傾斜角度に倒したときの軸線上に前記復帰磁石６２と所定の間隙を取って固定された第２の位置決め磁石７４を有し、前記第２の位置決め磁石７４は所定の半径を有する円孔７２を備えるとともに前記円孔７２の内側を磁極面として、前記復帰磁石６２と前記円孔７２の内側との間に働く引力によって前記操作スティック５を特定の傾斜角度に位置させる保持手段７０ｂを備えたことを特徴とする上記（２）記載のジョイスティック８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）操作スティック５を非磁性体で構成することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のジョイスティック８０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るジョイスティックの自動復帰手段は、磁力によって操作スティックを直立状態に復帰、維持する。これにより、本発明に係るジョイスティックは極めて滑らかな操作感覚を得ることができる。また、直立状態時に最大の引力が働くため、直立状態における操作スティックの遊びを防止することができる。さらに、部品点数が少なく、また狭隘部に構成部品を設置する必要がないため、組立てを容易に行うことができる。これにより、組立て作業の時間短縮と簡略化、及びコスト削減を行うことができる。さらに、保持手段を備えた構成では、操作スティックを瞬時に精度良く特定の傾斜角度もしくは特定の方向に位置させることができる。

本発明に係るジョイスティックの内部を示す斜視図である。 本発明に係るジョイスティックの内部を側面方向及び底面方向から示した図である。 本発明に係る第１の形態の保持手段を備えたジョイスティックの内部を示す斜視図である。 本発明に係る第１の形態の保持手段を備えたジョイスティックの断面図である。 本発明に係る第２の形態の保持手段を備えたジョイスティックの内部を示す斜視図である。 従来の２軸のジョイスティックを説明する図である。

本発明に係るジョイスティック８０の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係るジョイスティック８０の内部を模式的に示す斜視図である。また、図２（ａ）は本発明に係るジョイスティック８０の側面方向からの模式断面図であり、図２（ｂ）はジョイスティック８０の内部を底面方向から示した図である。尚、ここでは２軸のジョイスティックを例に説明を行うが、本発明は１軸のジョイスティックに適用しても良い。また、従来技術と同等な部材に関しては同符号で表す。

本発明に係るジョイスティック８０は、直立状態から所定の角度の範囲内で傾けることが可能な操作スティック５と、この操作スティック５の傾きを回転軸の回動に変換する連結手段４０と、この連結手段４０と接続し前記回転軸の回動により抵抗値が変化する回転型可変抵抗器Ｖ１、Ｖ２と、操作スティック５を直立状態に復帰させる自動復帰手段６０と、を有している。

ジョイスティック８０の操作スティック５は、使用者がこれを傾けることで機器を操作するものであり、支点として機能する球形のボール部５ａを有している。そして、このボール部５ａはケース部１に固定されたボール受４に可動な状態で挿入され、これにより操作スティック５はケース部１に対して所定の角度の範囲内で任意の方向に傾くことが可能となる。また、操作スティック５のケース部１側（基側）の一端には、後述する自動復帰手段６０の復帰磁石６２が固定する。尚、操作スティック５は、復帰磁石６２の磁力によって自身が強い磁力を帯びないように、アルミニウム、銅、非磁性ステンレス、真鍮、プラスチック等の周知の非磁性体材料を用いることが好ましく、中でも特に真鍮を用いることが好ましい。

次に、連結手段４０の好適な一例を説明する。尚、連結手段４０は特に以下の構成に限定されるわけではなく、操作スティック５の傾斜を回転軸の回動に変換することが可能な周知の機械機構を用いることができる。

本発明に係るジョイスティック８０の好適な連結手段４０は、スリット４６ａ、４６ｂを備え弧状に湾曲した２つの連結板４４ａ、４４ｂと、この連結板４４ａ、４４ｂの一端と接続しケース部１に軸支された連結板回転軸４２ａ、４２ｂと、連結板４４ａ、４４ｂの他端と接続し同じくケース部１に軸支されたダミーシャフト４８ａ、４８ｂと、を有している。尚、連結板回転軸４２ａ、４２ｂとダミーシャフト４８ａ、４８ｂとはＸ軸、Ｙ軸に沿って対向する位置に設けられ、また連結板４４ａ、４４ｂの湾曲部は異なる径を有するため、連結板４４ａ、４４ｂは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視で直交したねじれの位置をとる。そして、連結板４４ａ、４４ｂが立体的に交差する位置のスリット４６ａ、４６ｂに操作スティック５を摺動可能に挿し入れる。これにより、操作スティック５は連結手段４０を貫通して、連結手段４０から突出する。そして、連結手段４０を貫通した操作スティック５の端部には前述した自動復帰手段６０の復帰磁石６２が設置される。また、一方の連結板回転軸４２ａは回転型可変抵抗器Ｖ１の回転軸Ｍ１と接続し、他方の連結板回転軸４２ｂは回転型可変抵抗器Ｖ２の回転軸Ｍ２と接続する。これにより、使用者が操作スティック５を傾けると、操作スティック５のＸ軸方向の傾きによって連結板４４ａが回動し、Ｙ軸方向の傾きによって連結板４４ｂが回動する。この連結板４４ａ、４４ｂの回動により、連結板回転軸４２ａ、４２ｂと回転軸Ｍ１、Ｍ２がそれぞれ回転し、回転型可変抵抗器Ｖ１、Ｖ２の抵抗値が操作スティック５のＸ軸、Ｙ軸方向の傾きの角度に応じてそれぞれ変化する。

次に、本願発明の大きな特徴である自動復帰手段６０に関して説明する。本発明に係る自動復帰手段６０は、操作スティック５の一端に固定した復帰磁石６２と、操作スティック５が直立状態をとる時の軸線上に設けられた位置決め磁石６４と、を有している。尚、位置決め磁石６４は、復帰磁石６２と接触しないように所定の間隙を取ってケース部１側に固定する。また、復帰磁石６２と位置決め磁石６４とは所定の磁力を有する周知の永久磁石を用い、かつ対向する面が互いに異なる磁極となるように設置する。これにより、復帰磁石６２と位置決め磁石６４との間には引力が生じ、操作スティック５がフリーの状態では復帰磁石６２と位置決め磁石６４とが引き合って、図２（ａ）に示すように、両磁石が対向した状態となる。そして、このとき操作スティック５は直立状態となり、自動復帰手段６０はこの直立状態を維持する。以上が本発明に係る自動復帰手段６０の動作である。

また、本発明に係るジョイスティック８０は、上記の構成に加えて以下に示すような保持手段を備えていても良い。ここで、図３は第１の形態の保持手段７０ａを備えたジョイスティック８０の内部を模式的に示す斜視図であり、図４はこのジョイスティック８０の側面方向の模式断面図である。また、図５は第２の形態の保持手段７０ｂを備えたジョイスティック８０の内部を模式的に示す斜視図である。尚、ここでの特定の傾斜角度とは、ジョイスティック８０で頻繁に使用する角度や位置、また機器に指定された角度や位置等であり、例えば直立状態と最大傾斜角度の中間の角度等が挙げられる。

本発明に係る第１の形態の保持手段７０ａは、図３、図４に示すように、操作スティック５が特定の傾斜角度になったときの軸線上に第２の位置決め磁石７４を備えている。尚、第２の位置決め磁石７４も復帰磁石６２と接触しないように所定の間隙を取って固定される。そして、特に第１の形態の保持手段７０ａでは第２の位置決め磁石７４が、内側（内周面）が磁極面で且つ所定の半径の円孔７２を有している。そして、復帰磁石６２の外面と円孔７２の内面とは互いに異なる磁極とする。これにより、復帰磁石６２と円孔７２との間には引力が生じ、操作スティック５がある程度を傾くと復帰磁石６２と円孔７２とが引き合い、図４（ａ）に示すように操作スティック５を特定の角度に位置させ、この状態を保持する。これにより、使用者は瞬時に操作スティック５を特定の傾斜角度に精度良く位置させることができる。尚、この第１の形態の保持手段７０ａでは、円孔７２の内面を磁極面とすることで、操作スティック５を任意の方向で特定の傾斜角度とすることができる。また、円孔７２の内面は、図４（ｂ）に示すように、傾斜時の復帰磁石６２の外面と対向する斜面としても良い。さらに、円孔７２を有する第２の位置決め磁石７４を複数段設け、操作スティック５を複数の傾斜角度で段階的に保持可能としても良い。

次に、本発明に係る第２の形態の保持手段７０ｂを説明する。第２の形態の保持手段７０ｂは、図５に示すように、操作スティック５が特定の傾斜方向になったときの軸線上に第２の位置決め磁石７４を有する。このとき、第２の位置決め磁石７４は復帰磁石６２と接触しないように所定の間隙を取って固定するとともに、復帰磁石６２と第２の位置決め磁石７４との対向面は互いに異なる磁極とする。これにより、操作スティック５がある程度特定の方向に傾くと復帰磁石６２と第２の位置決め磁石７４とが引き合い、操作スティック５を特定の傾きの方向に位置させる。そして、この状態を保持する。これにより、使用者は瞬時に操作スティック５を特定の方向に精度良く位置させることができる。尚、図５では第２の位置決め磁石７４を十字方向に４つ設けた例を示しているが、保持手段７０ｂにおける第２の位置決め磁石７４はこの方向、個数に限定されるわけではなく、任意の位置に任意の個数設置することができる。

尚、保持手段７０ａ、７０ｂを備えたジョイスティック８０では、前述の特定の角度においても自動復帰手段６０を機能させ、フリー状態となった場合に直立状態に自動復帰するようにしても良い。この場合、使用者は操作スティック５の操作抵抗の強弱によって保持手段７０ａ、７０ｂによる特定の角度を認識する。また、復帰磁石６２、位置決め磁石６４、第２の位置決め磁石７４の磁力を最適化して、操作スティック５を直立状態に近い状態とした時のみに自動復帰手段６０を機能させ直立状態に保持するようにしても良い。この場合、保持手段７０ａ、７０ｂによって特定の角度に保持された操作スティック５は、フリー状態となっても直立状態には復帰せず、この特定の角度の状態が維持される。

以上のように、本発明に係るジョイスティック８０の自動復帰手段６０は、復帰磁石６２と位置決め磁石６４との引力によって自動復帰を行うため、操作時に機械的な抵抗が生じず、極めて滑らかな操作感覚を得ることができる。また、操作スティック５の直立状態時に最大の引力が働くため、直立状態における操作スティック５の遊びの発生を防止することができる。さらに、本発明に係る自動復帰手段６０は、連結手段４０を貫通した操作スティック５の端部に設けられた復帰磁石６２と、ケース部１側に固定された位置決め磁石６４と、で構成される。このため、従来の自動復帰手段と比較して部品点数が少なく、また狭隘部に構成部品を設置する必要がないため、組立てを容易に行うことができる。これにより、組立て作業の時間短縮と簡略化、及びコスト削減を行うことができる。

さらに、保持手段７０ａ、７０ｂを備えた構成では、操作スティック５を特定の傾斜角度、傾斜位置に近づけたときにガイドとしての引力が生じる。これにより、使用者は瞬時に操作スティック５を特定の傾斜角度に精度良く位置させることができる。

尚、本例で示したジョイスティック８０、自動復帰手段６０、保持手段７０ａ、７０ｂは一例であり、各構成部材の形状、寸法、動作機構、材質等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

５ 操作スティック
４０ 連結手段
６０ 自動復帰手段
６２ 復帰磁石
６４ 位置決め磁石
７０ａ、７０ｂ 保持手段
７２ 円孔
７４ 第２の位置決め磁石
８０ ジョイスティック
Ｖ１、Ｖ２ 回転型可変抵抗器

本発明は、
（１）直立状態から所定の角度の範囲内で傾けることが可能な操作スティック５と、前記操作スティック５の傾きを回転軸の回動に変換する連結手段４０と、前記連結手段４０と接続し前記回転軸の回動により抵抗値が変化する回転型可変抵抗器と、前記操作スティック５を直立状態に復帰させる自動復帰手段６０と、を有するジョイスティック８０において、
前記連結手段４０は、スリット４６ａ（４６ｂ）を備え弧状に湾曲した連結板４４ａ（４４ｂ）と、前記連結板４４ａ（４４ｂ）の一端を軸支するとともに前記回転型可変抵抗器Ｖ１（Ｖ２）の回転軸Ｍ１（Ｍ２）と接続する連結板回転軸４２ａ（４２ｂ）と、を有し、前記操作スティック５は、前記連結板４４ａ（４４ｂ）のスリット４６ａ（４６ｂ）に摺動可能に挿し入れられ、
前記自動復帰手段６０は、前記連結手段４０を貫通した前記操作スティック５の一端に設けられた復帰磁石６２と、前記操作スティック５の直立状態時の軸線上に前記復帰磁石６２と所定の間隙を取って固定された位置決め磁石６４とを有し、前記復帰磁石６２と前記位置決め磁石６４との間の引力によって前記操作スティック５を直立状態に復帰させることを特徴とするジョイスティック８０を提供することにより、上記課題を解決する。

次に、連結手段４０を説明する。

本発明に係るジョイスティック８０の連結手段４０は、スリット４６ａ、４６ｂを備え弧状に湾曲した２つの連結板４４ａ、４４ｂと、この連結板４４ａ、４４ｂの一端と接続しケース部１に軸支された連結板回転軸４２ａ、４２ｂと、連結板４４ａ、４４ｂの他端と接続し同じくケース部１に軸支されたダミーシャフト４８ａ、４８ｂと、を有している。尚、連結板回転軸４２ａ、４２ｂとダミーシャフト４８ａ、４８ｂとはＸ軸、Ｙ軸に沿って対向する位置に設けられ、また連結板４４ａ、４４ｂの湾曲部は異なる径を有するため、連結板４４ａ、４４ｂは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視で直交したねじれの位置をとる。そして、連結板４４ａ、４４ｂが立体的に交差する位置のスリット４６ａ、４６ｂに操作スティック５を摺動可能に挿し入れる。これにより、操作スティック５は連結手段４０を貫通して、連結手段４０から突出する。そして、連結手段４０を貫通した操作スティック５の端部には前述した自動復帰手段６０の復帰磁石６２が設置される。また、一方の連結板回転軸４２ａは回転型可変抵抗器Ｖ１の回転軸Ｍ１と接続し、他方の連結板回転軸４２ｂは回転型可変抵抗器Ｖ２の回転軸Ｍ２と接続する。これにより、使用者が操作スティック５を傾けると、操作スティック５のＸ軸方向の傾きによって連結板４４ａが回動し、Ｙ軸方向の傾きによって連結板４４ｂが回動する。この連結板４４ａ、４４ｂの回動により、連結板回転軸４２ａ、４２ｂと回転軸Ｍ１、Ｍ２がそれぞれ回転し、回転型可変抵抗器Ｖ１、Ｖ２の抵抗値が操作スティック５のＸ軸、Ｙ軸方向の傾きの角度に応じてそれぞれ変化する。

Claims (5)

1. 直立状態から所定の角度の範囲内で傾けることが可能な操作スティックと、前記操作スティックの傾きを回転軸の回動に変換する連結手段と、前記連結手段と接続し前記回転軸の回動により抵抗値が変化する回転型可変抵抗器と、前記操作スティックを直立状態に復帰させる自動復帰手段と、を有するジョイスティックにおいて、
   前記自動復帰手段は、前記連結手段を貫通した前記操作スティックの一端に設けられた復帰磁石と、前記操作スティックの直立状態時の軸線上に前記復帰磁石と所定の間隙を取って固定された位置決め磁石とを有し、前記復帰磁石と前記位置決め磁石との間の引力によって前記操作スティックを直立状態に復帰させることを特徴とするジョイスティック。
2. 連結手段が、操作スティックの傾きをＸ軸、Ｙ軸の回転軸の回動にそれぞれ変換するとともに、前記Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれに回転型可変抵抗器を有することを特徴とする請求項１に記載のジョイスティック。
3. 操作スティックを特定の傾斜角度に倒したときの軸線上に前記復帰磁石と所定の間隙を取って固定された第２の位置決め磁石を有し、前記復帰磁石と前記第２の位置決め磁石との間の引力によって前記操作スティックを前記特定の傾斜角度に位置させる保持手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のジョイスティック。
4. 操作スティックを特定の傾斜角度に倒したときの軸線上に前記復帰磁石と所定の間隙を取って固定された第２の位置決め磁石を有し、前記第２の位置決め磁石は所定の半径を有する円孔を備えるとともに前記円孔の内側を磁極面として、前記復帰磁石と前記円孔の内側との間に働く引力によって前記操作スティックを特定の傾斜角度に位置させる保持手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のジョイスティック。
5. 操作スティックを非磁性体で構成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のジョイスティック。

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