JP5107985B2 - ジョイスティック - Google Patents

Description

本発明は、グリップがケース内の２つの自由度を有する継手内に支承えられ、かつ出発位置から異なる方向に偏位することができ、この場合グリップがばね機構によって出発位置に戻るように動かされ、グリップのいろいろな位置がセンサ装置によって検出され、このセンサ装置が機械の機能およびまたは車両の機能を制御するために利用される信号を出力する、ジョイスティック（操縦桿）に関する。

継手としては玉継手またはカルダン継手が使用される。カルダン継手は回転ガイドによって連結された３つの継手部分からなっている。この回転カイドは多数の部品を必要とする。更に、組み立てコストが高くつく。玉継手は３つの自由度を有する。しかし、ジョイスティックの場合には、グリップ軸線回りの回転は所望されない。従って、このような回転は、ボールカップに固定されかつボールの垂直な溝に係合するピンによって阻止される。この解決策は勿論、摩耗しやすく、小さな負荷だけにしか耐えることができない。

本発明の課題は、上述の欠点のないジョイスティックを提供することである。特に、ジョイスティックを低コストで製作可能にかつ簡単に組み立て可能にすべきである。

この課題は、グリップがケース内の２つの自由度を有する継手内に支承えられ、かつ出発位置から異なる方向に偏位することができ、この場合グリップがばね機構によって出発位置に戻るように動かされ、グリップのいろいろな位置がセンサ装置によって検出され、このセンサ装置が機械の機能およびまたは車両の機能を制御するために利用される信号を出力する、ジョイスティックにおいて、カルダン継手中央部分がケース蓋の下面に回転可能に支えられ、このケース蓋の上面がグリップの方に向いており、カルダン継手中央部分の下面にカルダン継手内側部分が回転可能に支えられ、カルダン継手内側部分の下面が球面の形をし、この球面が収容台に形成された相補形の軸受部分に支えられていることによって解決される。本発明による継手は下側半分が切除されたカルダン継手である。それによって、差し込むことによって継手を簡単に組み立てることができる。収容台によって、自在継手はばらばらになることがない。

本発明の特別な実施形態は、グリップと反対のカルダン継手内側部分の側に、磁石が形成され、この磁石の動きがケースに取付けられた印刷回路基板上のセンサによって検出されることを特徴とする。それによって、グリップの偏位を簡単に検出することができる。更に、ジョイスティックの部品の数が少なくて済む。

本発明の他の特別な実施形態は、グリップがばねのためのストッパーを有するグリップ管備え、このばねがケース蓋に接触するばね受けに向けて付勢されていることを特徴とする。このばねにより、偏位した（振れた）グリップはその出発位置に戻される。ばねの力によって、継手部品は上方に引っ張られる。

冒頭に述べたジョイスティックの場合には、グリップの位置がセンサによって電気信号として出力される。この信号は機械の機能と車両の機能を制御するために利用される。ジョイスティックのグリップ内には、たいていの場合複数のスイッチが設けられている。このスイッチのためのケーブルはなるべく継手の適当な凹部を通って案内される。ジョイスティックが農業機械や土木建設機械で使用されるときには、ジョイスティックは大きな負荷に耐えることができるようにしなければならない。従って、ジョイスティックの継手は頑丈に採寸しなければならない。継手を通って案内されるケーブルのための凹部によって、ジョイスティックの寸法はもう一度増大する。従来のジョイスティックの場合、センサは継手の外側に取付けられている。ホールセンサを使用する場合には、磁石がグリップ管に固定されている。この磁石はケースに固定されたセンサの近くにある。グリップの位置、ひいては磁石の位置に応じて、センサの電圧が変化する。磁石とセンサを継手の外側に取付けることによって、磁石とセンサの間に比較的に大きな間隔が生じる。その結果、ジョイスティックの申し分のない機能を保証するために、非常に大きな磁石を使用しなければならなくなる。

そこで、本発明の他の課題は、ジョイスティックのケースの寸法を低減することである。特に、磁石とセンサの間の間隔を低減すべきである。

この課題は、グリップがケース内の２つの自由度を有する継手内に支えられ、かつ出発位置から異なる方向に偏位することができ、この場合グリップがばね機構によって出発位置に戻るように動かされ、グリップのいろいろな位置がセンサ装置によって検出され、このセンサ装置が機械の機能およびまたは車両の機能を制御するために利用される信号を出力する、ジョイスティックにおいて、センサ装置が継手内に配置されていることによって解決される。これは、ホールセンサを使用する場合に、磁石とセンサの間隔が小さくなるという利点がある。更に、ジョイスティックのケースの外側からの電磁的な影響によって故障しにくくなる。

本発明の特別な実施形態は、継手が、ケースに支えられたほぼリング状のカルダン継手中央部分と、回転ガイドによってカルダン継手中央部分に支えられかつ二叉状に形成されたカルダン継手内側部分とを備えたカルダン継手であることを特徴とする。カルダン継手内側部分の二叉状の形成により、センサ装置のためのスペースがカルダン継手内に形成されることになる。

本発明の他の特別な実施形態は、回転ガイドが軸受けピンを備え、この軸受けピンがカルダン継手内側部分に取付けられ、かつカルダン継手中央部分に固定されたスライドブッシュ内に案内されていることを特徴とする。スライドブッシュ内に軸受けピンを案内することによって、ジョイスティックの機能が容易となり、ほとんど摩耗しなくなる。

本発明の他の特別な実施形態は、カルダン継手内側部分に環状磁石が取付けられ、この環状磁石が印刷回路基板に取付けられたセンサと協働し、この印刷回路基板が環状磁石の下方でホルダーによってケースに固定されていることを特徴とする。グリップが偏位すると、カルダン継手内側部分に取付けられた環状磁石がグリップの偏位に対応する運動を行う。近くに配置されたセンサによって、環状磁石の動きが検出される。

本発明の他の特別な実施形態は、印刷回路基板がケース内に収納された電子評価装置と協働することを特徴とする。ジョイスティックのケース内にセンサ装置を配置することにより、不適切な操作または汚れの作用による、センサ装置の個々の部品の損傷が確実に防止される。

本発明の他の特別な実施形態は、グリップがカルダン継手内側部分に成形されたグリップ管を備えていることを特徴とする。それによって、損傷を生じることなく、非常に大きな力をグリップに加えることができる。

本発明の他の特別な実施形態は、機械の機能およびまたは車両の機能を制御する働きをする少なくとも１個のスイッチがグリップに取付けられ、このスイッチがグリップ管、環状磁石およびホルダーを通って案内された少なくとも１本のケーブルを介して、電子評価装置に接続されていることを特徴とする。

環状磁石を通ってケーブルを案内することにより、所望なあらゆる設計についてジョイスティックの確実な機能が保証される。

本発明の他の特別な実施形態は、ジョイスティックの偏位範囲が第１の範囲と第２の再押圧範囲を含み、第１の範囲においてグリップの戻し力の増大が比較的に小さく、第２の再押圧範囲においてグリップが押圧点に打ち勝った後で少しだけ突然動き、付勢された弧状の板ばねが保持部材によってグリップ管に固定されていることを特徴とする。従来知られている解決策の場合には、ばねで付勢された係止突棒が各々の軸に固定されている。この係止突棒はばねによって、ケースに固定された傾斜部材に押し付けられている。傾斜部材の形状によって、グリップの戻しの力−ストローク−状態に影響を与えることができる。グリップの戻し力は、突棒の移動方向に対する傾斜部材の角度に依存して変化する。この従来の解決策はグリップの運動軸線の分離を必要とする。更に、運動軸線の近くに傾斜部材のためのスペースが必要である。それによって、ジョイスティックの組み込み寸法が増大する。この欠点は、本発明に従って、付勢された弧状の板ばねをグリップ管に固定することにより、回避される。本発明による解決策は更に、従来の解決策よりも部品の数が少なくて済む。

本発明の特別な実施形態は、変形した板ばねを収容するための凹部が保持部材に設けられていることを特徴とする。凹部の大きさによってばね変位が制限される。ばね変位を制限することによって、ばねの跳ね返りが回避される。

本発明の特別な実施形態は、ジョイスティックの偏位範囲が第１の範囲と第２の再押圧範囲を含み、第１の範囲においてグリップの戻し力の増大が比較的に小さく、第２の再押圧範囲においてグリップが押圧点に打ち勝った後で少しだけ突然動き、ばねで付勢された少なくとも１個の突棒がグリップに摺動可能に支えられ、この突棒が連結部材のエッジに形成された係止輪郭部と協働し、この係止輪郭部がグリップの偏位を制限することを特徴とする。係止輪郭部の形状によって、グリップを端位置で係止するかまたは弾性的に戻すかどうかを定めることができる。

本発明によるジョイスティックは低コストで製作可能でかつ簡単に組み立て可能であるという利点がある。更に、ジョイスティックのケースの寸法、特に磁石とセンサの間の間隔を低減することができるという利点がある。

本発明の第１の実施の形態によるジョイスティックの分解斜視図である。 図１に示したジョイスティックの縦断面図である。 図１に示したジョイスティックの、図２に対して９０°ずらした縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるジョイスティックの縦断面図である。 図４に示したジョイスティックの、図４に対して９０°ずらした縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態によるジョイスティックの縦断面図である。 本発明の第４の実施の形態によるジョイスティックの縦断面図である。

本発明の他の効果、特徴および詳細は次の記載から明らかになる。次に、図を参照して、本発明のいろいろな実施の形態を詳細に説明する。その際、特許請求の範囲および明細書に記載した特徴はそれぞれ単独でも任意の組み合わせでも本発明にとって重要である。

図１〜３に示したジョイスティックは図示していないグリップを支持するグリップ管１を備えている。このグリップ管１はリング２を収容する働きをする。このリングはグリップ管１上でばね４のストッパーを形成している。図２，３のみに示したばね４はばね受け３を付勢している。ばね受け３は蓋５に載っている。この蓋はグリップ管１の枢着支承部（自在継手）を取り囲むケースに属する。

ケース５の下面には半円筒状の２つの凹部が設けられている。この両凹部のうちの１つが図１において参照符号１０で示してある。この半円筒状の凹部１０は軸受けピン１１，１２を収容する働きをする。この軸受けピンはカルダン継手中央部分６に一体成形されている。それによって、カルダン継手中央部分６は軸受けピン１１，１２を通って延びる軸線の回りに傾くことができる。カルダン継手中央部分６の下面には、半円筒状の２つの凹部１３，１４が軸受けピン１１，１２に対して９０°ずらして形成されている。半円筒状のこの凹部１３，１４は、カルダン継手内側部分７に形成された２本の軸受けピン１５，１６を収容する働きをする。

図２，３から判るように、カルダン継手内側部分７には球面が一体成形されている。この球面は収容台８内にカルダン継手内側部分７を支えるために役立つ。そのために、収容台８には、カルダン継手内側部分７の球面に対して相補形の軸受部が形成されている。収容台８は内側に貫通穴を有し、印刷回路基板９に立設されている。収容台８の貫通穴内には、カルダン継手内側部分７として形成された直方体状の磁石が挿入されている。

組み立て状態で、グリップ管１はカルダン継手内側部分７を通過している。カルダン継手内側部分７はピンによってグリップ管１に固定されている。それによって、カルダン継手内側部分７はグリップ管１と同じ運動を行う。グリップ管１を偏位した後で、ばね４により、グリップ管１はその出発位置に戻される。ばね４はばね受け３を介してケース蓋５に支持されている。継手は軸受けカルダン継手である。このカルダン継手は下側半分が切除されている。軸受け個所としての働きをする、カルダン継手中央部分６とカルダン継手内側部分７の凹部は、下方に向かって開放している。それによって、差込みによってこの継手を簡単に組み立てることができる。ばね４の力により、個々の継手部材は上方に引っ張られる。それによって、継手がばらばらになることが回避される。勿論、ばね力に打ち勝つことによって継手を下方に押すことができる。これは下側から継手を支えている収容台８によって阻止される。グリップ位置の形成は印刷回路基板上に配置されたホールセンサによって行われる。このホールセンサはカルダン継手内側部分７に一体成形された磁石の位置に応答する。

図４，５に示したジョイスティックはカルダン継手内に支えられたグリップ管４１を備えている。カルダン継手はリング状のカルダン継手中央部分４６と二叉状のカルダン継手内側部分４７を備えている。このカルダン継手中央部分と自在継手内側部分はケース４５内に収容されている。カルダン継手中央部分４６は回転ガイドによってケーシング４５に回転可能に支えられている。回転ガイドは２本の軸受けピン５５，５６によって形成されている。この軸受けピンはカルダン継手中央部分に取付けられ、スライドブッシュ５３，５４内に案内されている。軸受けピン５５，５６とスライドブッシュ５３，５４はグリップ管４１の縦軸線に対して垂直な軸線に沿って配置されている。

図５に示すように、２個のスライドブッシュ４９，５０がグリップ管４１の縦軸線に対して垂直でかつ軸受けピン５５，５６を通る軸線に対して垂直な軸線に沿って、カルダン継手中央部分４６内に配置されている。スライドブッシュ４９，５０は２本の軸受けピン５１，５２を収容する働きをする。この軸受けピンはカルダン継手内側部分４７に取付けられている。カルダン継手内側部分４７はグリップ管４１に固定連結されている。それによって、グリップ管４１が偏位する（振れる）ときに、カルダン継手内側部分４７はグリップ管と同じ動きをする。

カルダン継手内側部分４７は二叉状に形成されている。環状磁石４８がグリップ管４１と同心的にカルダン継手内側部分４７の内部に取付けられている。環状磁石４８は、グリップ管４１が偏位するときに、グリップ管と共に動く。環状磁石４８の運動は印刷回路基板５９上に配置されたホールセンサによって検出される。環状磁石４８と印刷回路基板５９上のホールセンサとの間の間隔は、図４，５に示すように小さい。印刷回路基板５９はホルダー５８を介してケース４５に固定されている。

見やすくするために図示していないケーブルが、グリップ管４１、カルダン継手内側部分４７、環状磁石４８、カルダン継手中央部分４６、環状の印刷回路基板５９およびホルダー５８を通って電子評価装置４４まで案内されている。

グリップ管４１の偏位はケース４５に固定された連結部材５７によって制限される。

図６には、異なる２つの偏位範囲を有するジョイスティックが示してある。第１の範囲では、グリップの戻し力が少しだけ増大する。この範囲の終わりに当接を感知することができる。第２の範囲では、グリップに大きな力を加えた後で、少しだけぴくっと（速く、急激に）動く。第２の範囲の終わりに、デジタル信号が発せられる。グリップの戻し力は大きく増大した後で再び低下するようにしなければならない。

図６に示したジョイスティックの場合、両偏位範囲の間の作用点機能（押圧点機能）は、付勢された弧状の板ばね６０によって達成される。この板ばねはホルダー６２によってジョイスティックのグリップ管６１に固定されている。ジョイスティックのケース６５には連結部材６７が固定されている。この連結部材はグリップ管６１の偏位を制限する。板ばね６０はグリップ管６１から外側に湾曲している。グリップ管６１の所定の偏位の際、板ばね６０は連結部材６７のエッジに接触する。グリップ管６１を更に偏位させる際には、板ばね６０のばね力に打ち勝たなければならない。この偏位に反作用する板ばね６０のばね力は、板ばねが連結部材６７のエッジの範囲でホルダー６２に設けた凹部６３内に湾曲して入るまで増大する。それによって、板ばね６０の弾性変位が制限される。ばね変位をこのように制限しないと、下側の湾曲が上側の湾曲よりも大きくなるように板ばね６０が操作される。このような場合、板ばね６０は急に逆向きになる。逆向きになった位置から、板ばねはそれ自身で跳ね返ることはできない。

図７に示したジョイスティックの場合には、各々の偏位方向のために突棒７２がグリップ管７１に摺動可能に支えられている。突棒７２はばね７３によって付勢されている。突棒７２のストロークはストッパーによって制限される。突棒７２の尖端は連結部材７４のエッジと協働する。連結部材７４のエッジは角度α，βによって描かれる所定の輪郭を有する。角度αに依存して、突棒７２は弾性的に変位する。それによって、グリップ管７１の偏向力が高まる。突棒７２が連結部材７４の係止輪郭のエッジを越えて移動すると、力は再び低下する。角度βの大きさに応じて、グリップ管７１が端位置に係止するかまたは弾性的に戻るかどうかを定めることができる。

１ グリップ管
３ ばね受け
４ ばね
５ ケース蓋
６ 自在継手中央部分
７ 自在継手内側部分
８ 収容台
９ 印刷回路基板
４１ グリップ管
４４ 電子評価装置
４５ ケース
４６ 自在継手中央部分
４７ 自在継手内側部分
４８ センサ装置、環状磁石
４９，５０ スライドブッシュ
５８ ホルダー
５９ 印刷回路基板
６０ 板ばね
６２ 保持部材
６３ 凹部
７２ 突棒
７４ 連結部材

Claims (6)

1. グリップがケース内の２つの自由度を有する継手内に支えられ、かつ出発位置から異なる方向に偏位することができ、この場合グリップがばね機構によって出発位置に戻るように動かされ、グリップのいろいろな位置がセンサ装置によって検出され、このセンサ装置が機械の機能およびまたは車両の機能を制御するために利用される信号を出力する、ジョイスティックにおいて、センサ装置（４８）が継手内に配置され、
   継手が、ケース（４５）に回転可能に支えられたほぼリング状のカルダン継手中央部分（４６）と、回転ガイドによってカルダン継手中央部分（４６）に支えられかつ二叉状に形成されたカルダン継手内側部分（４７）とを備えたカルダン継手であり、
   回転ガイドが軸受けピン（５１，５２）を備え、この軸受けピンがカルダン継手内側部分（４７）に取付けられ、かつカルダン継手中央部分（４６）に固定されたスライドブッシュ（４９，５０）内に案内され、
   カルダン継手内側部分にセンサ装置としての磁石（４８）が取付けられ、磁石が印刷回路基板（５９）に取付けられたセンサと協働し、この印刷回路基板が磁石（４８）の下方でホルダー（５８）によってケース（４５）に固定されている、
   ことを特徴とするジョイスティック。
2. 印刷回路基板（５９）がケース（４５）内に収納された電子評価装置（４４）と協働することを特徴とする請求項１記載のジョイスティック。
3. グリップがカルダン継手内側部分（４７）に成形されたグリップ管（４１）を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のジョイスティック。
4. 機械の機能およびまたは車両の機能を制御する働きをする少なくとも１個のスイッチがグリップに取付けられ、このスイッチがグリップ管（４１）、環状磁石（４８）およびホルダー（５９）を通って案内された少なくとも１本のケーブルを介して、電子評価装置（４４）に接続されていることを特徴とする請求項３記載のジョイスティック。
5. カルダン継手内側部分（４７）は底部を含む二叉状に形成されており、該底部に磁石（４８）が取付けられていると共に、該二叉状に形成された部分の内側に磁石（４８）に対向して印刷回路基板（５９）が配置されていることを特徴とする請求項１−４の何れか一つに記載のジョイスティック。
6. 磁石（４８）は環状であることを特徴とする請求項１、２、３、５の何れか一つに記載のジョイスティック。

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