JP4606537B2

JP4606537B2 - Joystick

Info

Publication number: JP4606537B2
Application number: JP2000010517A
Authority: JP
Inventors: 宏小畑
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JP2001202152A

Description

【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
１７ＡＤコンバータ
１８加減算回路
１９ＤＡコンバータ
２０傘状部材
２１バネ
２２制御回路[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a joystick that outputs an electric signal in accordance with the amount of operation of an operation lever, and more particularly to improvement in durability and reliability of a joystick used in an environment with a lot of micro vibrations.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 20, the conventional joystick includes an operation lever 1, an umbrella-shaped member 20 at the lower end of the operation lever 1, a spring 21 that urges the umbrella-shaped member 20 downward and maintains a neutral position, It has a detection element 5 that detects the position where the umbrella-shaped member 20 is in contact, and a case 6 that accommodates the detection element 5 so that the upper part (operation part 2) of the operation lever 1 protrudes. The detection element 5 detects the position where the operation lever 1 is touched, and sends this position to the control circuit 22 to operate, for example, the arm of the construction machine or move the cursor on the computer screen.
[0003]
The detection element 5 forms a pad with which the operation lever 1 contacts with two rubber plates, and one of the opposing surfaces of the rubber plate is provided with a cross electrode arranged in the vertical direction and the other in the horizontal direction. A signal is sent to one electrode in chronological order, and the means for obtaining the contact position of the plunger according to the time when this signal is detected at the other electrode, or the voltage is applied by using one of the crossed electrodes as a resistor, It can be realized by a known means such as a means for detecting a partial pressure value with an electrode. The detection element converts the coordinate data of the contact point detected by the pad into a voltage value proportional to the distance from the center point in the X-axis and Y-axis directions, and outputs a voltage corresponding to the coordinate value of each axis. It also has a conversion circuit. The conversion from the coordinate value to the voltage can be realized by a D / A converter.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this conventional joystick, even when the control lever is in a neutral state, the lower end of the control lever is in contact with the surface of the detection element. When the sensor is used in an environment with a lot of micro vibrations, even if the lever is not operated, the central portion of the detection element is worn and worn, and the performance deteriorates.
[0005]
In particular, the operation lever is often in a neutral position, and at that time, the plunger is in contact with the center of the detection element. In the conventional joystick, the central portion of the detection element is the most prone cause.
[0006]
An object of the present invention is to provide a joystick having high durability and reliability in which a detection element does not deteriorate even at a neutral position of an operation lever.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
1st invention is applied to the joystick which has a rod-shaped operation lever which has an operation part in the upper part, and a detection element which detects the operation direction and operation amount by contact of the lower end part of the operation lever, and the operation lever The detection element has a depression on the surface so that the tip of the operation lever does not contact the detection element at the neutral position .
[0008]
The second invention is applied to a joystick having a rod-like operation lever having an operation portion on the upper side and a detection element for detecting an operation direction and an operation amount by contact of a lower end portion of the operation lever, and the operation lever In the neutral position, the operation lever contracts so that the tip of the operation lever does not contact the detection element.
[0009]
According to a third invention, in the second invention, a plunger which is arranged to be extendable at a lower end portion of the operation lever, is urged downward by a first elastic body and contacts the detection element, and the operation lever. A flange that is arranged on the outer periphery, is urged upward by the second elastic body, and has an upper end in contact with the inner surface of the case; The operation lever is contracted by engaging with the protruding portion of the stopper and restricting the downward movement of the plunger, and when the operation lever is inclined, The protruding collar comes into contact with the case, the stopper is pushed downward, the plunger can be moved downward, and the plunger extends.
[0014]
Operation and effect of the invention
In the present invention, at the neutral position of the operation lever, a depression is provided on the surface of the detection element or the operation lever is contracted so that the lower end of the operation lever does not contact the detection element . As a result, the lower end of the operation lever does not contact the detection element, the detection element near the neutral position does not deteriorate, and the reliability and durability of the detection element are improved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a block diagram of a joystick according to the present invention. In the first embodiment of the present invention, the operation lever 1 has an operation part 2 at the upper part, a spherical shaft part 3 at the intermediate part, and a plunger 4 at the lower end part. The operation unit 2 at the top of the operation lever 1 is a part that the operator holds with the hand. The shaft portion 3 projects in a spherical shape at an intermediate portion of the operation lever 1, and the operation lever 1 is tiltably supported by a bearing 7 of the case 6. The plunger 4 is attached to the lower end portion of the operation lever 1 so as to be extendable and contractable from the operation lever 1 so as to contact a detection element 5 disposed inside the case 6. Further, the tip of the plunger 4 is rounded in a curved shape so that the movement of the plunger 4 does not damage the surface of the detection element 5.
[0018]
The detection element 5 is provided with a spherical recess 5A at a position corresponding to the neutral position of the operation lever 1 on the surface with which the plunger 4 contacts, and the plunger 4 does not contact the detection element 5 at the neutral position. ing.
[0019]
FIG. 2 is a sectional view of the lower part of the operation lever 1 of the joystick of the present invention. The plunger 4 is housed in a recess 9 provided at the front end of the operation lever 1 so as to be slidable in the longitudinal direction of the operation lever, and is pushed downward by a spring 8 so that the detection element 5 is always applied with a predetermined force or more. Energized to contact. A flange 4A is provided on the upper portion of the plunger 4, and is held by the projection 9A provided in the recess 9 so that the plunger 4 does not descend to a position where it comes into contact with the detection element 5 at the neutral position of the operation lever 1. The
[0020]
In the embodiment shown in FIG. 2, the spring 8 is used as an elastic body that biases the plunger 4. However, instead of the spring, an elastic resin material such as rubber or sponge is filled in the concave portion 9, and the plunger 4 is used as the detection element. It can also be pressed against 5. Further, although the flange 4A is provided on the upper portion of the plunger 4, the lower end of the plunger 4 may be restricted by narrowing the tip of the operation lever 1 and engaging the small diameter portion at the tip of the plunger 4.
[0021]
Accordingly, in this joystick, a portion corresponding to the neutral position of the operation lever 1 on the surface of the detection element 5 is recessed in a spherical shape, so that the plunger 4 does not contact the surface of the detection element 5 at the neutral position of the operation lever 1. Therefore, even when used in an environment with a lot of micro vibrations, the central portion of the detection element 5 is not worn or worn, and the performance does not deteriorate.
[0022]
3 to 5 show the detailed configuration of the joystick according to the embodiment shown in FIG. The lower part 1 of the operating lever having a spherical shaft part 3 in the middle part and the detection element 5 are accommodated in a case 6. The upper part of the operation lever 1 is covered with a boot 10. The plunger 4 at the lower end of the operation lever is pressed downward by a spring 8. The shaft portion 3 is fitted into a bearing 7 so as to be inclined, and the bearing 7 is screwed to an upper lid 6A of the upper portion of the case 6. The detection element 5 has a recessed central portion, and is configured so that the plunger 4 does not contact the detection element 5 at the neutral position of the operation lever 1. In FIG. 3, the state in which the operation lever 1 is tilted is indicated by a broken line at the same time.
[0023]
Next, the operation of the joystick of the present invention will be described with reference to FIG. The operation lever 1 can be inclined in any direction around the shaft portion 3. At that time, the force applied to the operation lever 1 is supported by the bearing 7 and is not transmitted to the surface of the detection element 5, but only the pressing force of the plunger 4 by the spring 8 is applied to the surface of the detection element 5.
[0024]
The operation lever 1 shown in FIG. 1 has a depression 5A on the surface of the detection element 5 in the neutral position, and the protrusion of the plunger 4 is restricted by the projection 9A and the flange 4A. In the vicinity of the position, the plunger 4 does not contact the detection element 5, and the output from the detection element 5 does not change.
[0025]
When the operation lever 1 is tilted, as shown in FIG. 6, the plunger 4 comes out of the recess 5 </ b> A and contacts the surface of the detection element 5. The plunger 4 is attached to the lower end portion of the operation lever 1 so as to be extendable and contracted, and is biased in the direction of the detection element 5 by a spring 8. Contact with the power of. Therefore, the tip of the plunger 4 contacts the surface of the detection element 5 at a position corresponding to the tilt direction and the tilt amount of the operation lever 1, and the output corresponding to the tilt direction and tilt amount of the operation lever 1 is output from the detection element 5. can get.
[0026]
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the operation amount of the joystick shown in FIG. 1 and an output signal. This figure shows the relationship between the operation amount of the operation lever 1 in the X-axis direction and the output signal of the X-axis, but the operation amount of the operation lever 1 and the output signal have the same relationship also in the Y-axis direction. When the operation lever 1 is tilted from the neutral position, the output of the joystick does not change until the plunger 4 contacts the detection element 5. When the plunger 4 comes into contact with the detection element 5, the X-axis output of the joystick rises, and then the output voltage is increased in proportion to the operation amount of the operation lever 1.
[0027]
In this case, the joystick output can be converted as shown by the one-dot chain line in FIG. 7 so that the output of the joystick does not rise suddenly when the plunger 4 comes into contact with the detection element 5. This conversion of the output signal can be realized by using the arithmetic circuit shown in FIG. Further, by arranging the counter electrode of the detection element 5 so as to be bent on both sides while avoiding the depression 5A at the center of the detection element 5, it is possible to obtain a smooth output as shown by the broken line in FIG.
[0028]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.
[0029]
FIG. 8 is a configuration diagram of the joystick according to the present embodiment. The operation lever 1 has an operation part 2 at the upper part, a spherical shaft part 3 at the intermediate part, and a plunger 4 at the lower end part. A stopper 11 is provided at the lower outer periphery of the operation lever 1, and the plunger 4 is locked to the stopper 11 so that the plunger 4 is not lowered to a position in contact with the detection element 5 at the neutral position.
[0030]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the lower portion of the operation lever 1 of the joystick shown in FIG. A cylindrical stopper 11 is coaxially slidably fitted to the lower portion of the operation lever 1. A spring 12 is interposed between the stopper 11 and the operating lever 1, and both ends of the spring 12 protrude outwardly at the tip of the operating lever 1 and protrude inward at the top of the stopper 11. The stopper 11 is urged upward by being supported by the spring engaging portion 11A.
[0031]
The plunger 4 is housed in the recess 9 of the operation lever 1 by being biased downward by a spring 8. The plunger 4 protrudes from the lower portion of the stopper 11, and the flange 4 </ b> A provided on the outer periphery of the plunger 4 engages with the protruding portion 11 </ b> B provided at the tip of the stopper 11, so that the neutral position of the operation lever 1 is reached. In FIG. 5, the sensor element 5 is held so as not to descend to a position where it contacts the detection element 5. A flange 11C is provided at the upper end of the stopper 11 so as to protrude in a disc shape over the entire circumference so as to contact the upper lid 6A of the case 6.
[0032]
FIG. 10 is a cross-sectional view of the lower portion of the operation lever 1 in a state where the operation lever 1 shown in FIG. 9 is tilted. When the operation lever 1 is tilted, one end of the flange 11C of the stopper 11 comes into contact 11 with the upper lid 6A, and the stopper 11 is pushed down against the force of the spring 12. This movement amount increases as the tilt angle of the operation lever 1 increases. Therefore, the plunger 4 locked to the protrusion 11B of the stopper can protrude from the operation lever 1, and the plunger 4 is pushed down by the spring 8 and comes into contact with the detection element 5. An output corresponding to the operation amount of the operation lever 1 is obtained.
[0033]
In the joystick described above, the stopper 11 is provided below the operation lever 1 and the plunger 4 is held at a position where the plunger 4 does not contact the detection element 5 in the neutral position of the operation lever 1. The central portion of the detection element 5 is not worn or worn, and the performance is not deteriorated. In addition, since it is not necessary to provide the depression 5A in the detection element 5 as in the above-described embodiment, the structure of the detection element 5 can be simplified, the reliability of the detection element 5 is improved, and the cost can be reduced.
[0034]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.
[0035]
FIG. 11 is a configuration diagram of the joystick according to the present embodiment. A retractable plunger 4 is provided at the lower end of the operation lever 1 and is biased by a spring. The operating lever 1 is pivotally supported by the bearing 7 of the case 6 so that the upper operating portion 2 protrudes from the case 6. The plunger 4 contacts the surface of the detection element 5 at a position corresponding to the tilt direction and tilt angle of the operation lever 1, and the output corresponding to the tilt direction and tilt amount of the control lever 1 is obtained from the detection element 5.
[0036]
FIG. 12 is a cross-sectional view of the lower part of the operation lever 1 of the joystick shown in FIG. 11. The plunger 4 is housed in a recess 9 provided at the tip of the operation lever 1 so as to be movable in the longitudinal direction of the operation lever 1. 8 is pushed downward and is always urged to come into contact with the detection element 5 with a predetermined force or more.
[0037]
FIG. 13 is a diagram of the detection element 5 of the joystick shown in FIG. The detection element 5 has a dead zone 13 at the center (a portion corresponding to the neutral position of the operation lever 1). Since the counter electrode of the detection element 5 is not disposed in the dead zone 13, the detection element 5 does not generate an output even when the plunger 4 comes into contact therewith and pressure is applied. Therefore, at the neutral position of the operating lever 1 where the plunger 4 is in contact with the dead zone 13, the output of the joystick does not change.
[0038]
Also in this embodiment, it is also effective to output the joystick after calculating it via the arithmetic unit shown in FIG.
[0039]
In the joystick described above, the dead zone 13 that does not detect the contact of the operating lever 1 is provided on the surface of the detecting element 5 in the vicinity of the neutral position of the operating lever 1, so even if the central portion of the detecting element 5 deteriorates, the periphery of the dead zone Since fine output can be obtained, it is possible to finely operate the arm of the construction machine.
[0040]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, differences from the above-described third embodiment will be mainly described.
[0041]
As shown in FIG. 14, the joystick operating lever 1 and plunger 4 according to the present embodiment are the same as the third embodiment shown in FIG. Further, as shown in FIG. 15, the surface of the detection element 5 of the joystick of the present embodiment is flat with no depression or dead zone in the center. FIG. 15 shows the coordinate axes (X axis, Y axis) of the detection element 5. The vicinity of the intersection of the X axis and the Y axis is the neutral position of the operation lever. Note that this coordinate axis can be similarly defined in the detection element shown in FIG.
[0042]
FIG. 14 shows the connection between the joystick and the control circuit 22 according to the fourth embodiment. Outputs of the detection element 5 in the X-axis direction and the Y-axis direction are input to the arithmetic unit 14. The calculation device 14 calculates the output of each axis so that the output of each axis does not change near the neutral position of the operation lever 1. This is shown in FIG. 16 and FIG.
[0043]
16 shows the relationship between the operation amount of the joystick shown in FIG. 14 in the X-axis direction and the output, and FIG. 17 shows the relationship between the operation amount of the joystick shown in FIG. 14 and the output in the Y-axis direction. In each figure, (a) shows the relationship between the operation amount of the operation lever 1 in each axial direction and the output of the detection element 5 (input of the arithmetic unit), and (b) shows the operation amount and calculation of the operation lever 1 in each axial direction. The relationship with the output of the joystick after passing through the device is shown.
[0044]
When the operation lever 1 is operated in a small amount near the neutral position, the detection element 5 generates a small amount of output in proportion to the operation amount of the operation lever 1. However, in the region near the preset neutral position, the output of the arithmetic unit 14 does not change, and the output changes when operated beyond the preset region. When the region near the neutral position is exceeded, the output increases or decreases according to the operation amount of the operation lever 1.
[0045]
FIG. 18 shows a circuit diagram of an example of the arithmetic unit 14 shown in FIG. This arithmetic unit performs analog processing by three operational amplifiers. The operational amplifier 15A constitutes an ideal rectifier circuit. Since this ideal rectifier circuit has a constant voltage source 16A connected to the non-inverting input of the operational amplifier, an output voltage is not generated unless the input voltage is lowered to the voltage of the constant voltage source 16A. Further, when the input voltage becomes equal to or lower than the voltage of the constant voltage source 16A, a voltage inverted according to the input voltage is output.
[0046]
The operational amplifier 15B constitutes an inverting ideal rectifier circuit. In this inverting ideal rectifier circuit, the constant voltage source 16B is connected to the non-inverting input of the operational amplifier. Therefore, if the input voltage does not rise to the voltage of the constant voltage source 16B, no output voltage is generated. Further, when the input voltage becomes equal to or higher than the voltage of the constant voltage source 16B, a voltage inverted according to the input voltage is output.
[0047]
The operational amplifier 15C constitutes an inverting amplifier circuit, and mixes the outputs of the ideal rectifier circuit by the operational amplifier 15A and the inverting ideal rectifier circuit by the operational amplifier 15B, and outputs an inverted voltage. As a result, the output shown in FIG. 16 or FIG. 17 is obtained.
[0048]
FIG. 19 shows a block diagram of another example of the arithmetic unit shown in FIG. This arithmetic unit performs digital processing using an addition / subtraction circuit.
[0049]
The input signal is converted into a digital signal by the AD converter 17, and after a predetermined addition / subtraction process by the addition / subtraction circuit 18, it is converted again to an analog signal by the DA converter 19. The addition / subtraction circuit 18 performs a process of subtracting a predetermined value from the positive data, and outputs zero when the value after subtraction becomes zero or less. On the other hand, for negative data, a process of adding a predetermined value is performed, and when the value after addition becomes zero or more, calculation is performed so as to output zero.
[0050]
In the joystick described above, the arithmetic unit for calculating the output of the detection element 5 is provided so that the output of the joystick does not change in the vicinity of the neutral position of the operation lever 1, so that the central portion of the detection element 5 is physically deteriorated. Even if it exceeds the predetermined range, an output close to zero voltage can be obtained, so there is no problem in the operation of a small amount of the arm of the construction machine. At this time, the neutral position of the operating lever is set to V without setting the voltage to zero, and an output in the range of 0 to 2 × V can be obtained by operating the operating lever. For example, the output voltage range is 0 to 5 volts, and the neutral position is 2.5 volts.
[0051]
In addition, since an electronic circuit is used, the mechanical part is not complicated, and deterioration due to micro vibrations is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a joystick according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a lower portion of an operation lever of the joystick shown in FIG. 1 and a detection element.
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the joystick shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a view similarly showing a configuration of an operation lever.
5A is a plan view showing the configuration of the bearing, and FIG. 5B is a cross-sectional view.
6 is a view showing a state in which an operation lever of the joystick shown in FIG. 1 is tilted. FIG.
7 is a diagram showing a relationship between an operation amount of the joystick shown in FIG. 1 and an output. FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram of a joystick according to another embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view of a lower part of an operation lever of the joystick shown in FIG.
10 is a cross-sectional view of the lower part of the operation lever in a state in which the operation lever of the joystick shown in FIG. 9 is tilted.
FIG. 11 is a configuration diagram of a joystick according to another embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view of the lower part of the operation lever of the joystick shown in FIG.
13 is a diagram of a detection element of the joystick shown in FIG.
FIG. 14 is a block diagram showing connection with a control circuit of a joystick according to another embodiment of the present invention.
15 is a diagram of a detection element of the joystick shown in FIG.
16 is a diagram showing a relationship between an operation amount in the X-axis direction and an output of the joystick shown in FIG.
17 is a diagram showing a relationship between an operation amount in the Y-axis direction and an output of the joystick shown in FIG.
18 is a circuit diagram showing an example of an arithmetic unit shown in FIG.
FIG. 19 is a block diagram showing another example of the arithmetic device shown in FIG. 14;
FIG. 20 is a configuration diagram of a conventional joystick.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Operation lever 1A Spring latching part 2 Operating part 3 Shaft part 4 Plunger 4A Flange 5 Detection element 5A Depression 6 Case 6A Top lid 7 Bearing 7A Hole 8 Spring 9 Recess 9A Projection part 10 Boot 11 Stopper 11A Spring latching part 11B Projection part 11C Flange 12 Spring 13 Dead band 14 Arithmetic unit 15A Operational amplifier 15B Operational amplifier 15C Operational amplifier 16A Constant voltage source 16B Constant voltage source 17 AD converter 18 Addition / subtraction circuit 19 DA converter 20 Umbrella member 21 Spring 22 Control circuit

Claims

A rod-shaped operation lever having an operation unit on the upper side;
In a joystick having a detection element that detects an operation direction and an operation amount by contact with a lower end portion of the operation lever,
A joystick having a depression on a surface of the detection element so that a tip of the operation lever does not contact the detection element at a neutral position of the operation lever.

  A rod-shaped operation lever having an operation unit on the upper side;
  In a joystick having a detection element that detects an operation direction and an operation amount by contact with a lower end portion of the operation lever,
  The joystick, wherein the operation lever is contracted so that a tip of the operation lever does not contact the detection element at a neutral position of the operation lever.

  A plunger that is arranged to extend and contract at a lower end portion of the operation lever, is biased downward by a first elastic body, and contacts the detection element;
  A cylindrical stopper that is coaxially disposed on the outer peripheral portion of the operation lever, is urged upward by a second elastic body, and has an upper end in contact with the inner surface of the case,
  The flange protruding in the lateral direction on the upper portion of the plunger engages with the protruding portion of the stopper and restricts the downward movement of the plunger, whereby the operation lever is contracted,
  When the operation lever is tilted, the flange protruding from the upper outer periphery of the stopper comes into contact with the case, the stopper is pushed downward, and the plunger can be moved downward. The joystick according to claim 2, wherein the joystick extends.