JPH06161655A - ジョイスティック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触形で信頼性の高いジョイスティックを
提供する。 【構成】 ＸＹ２次元検出用センサコイル１２に対面さ
せて配置した磁石８をこま形自在継手２の軸６の端部に
配置している。したがって、つまみ７の操作に応じて磁
石８から発生する磁束の方向が変化することを利用し
て、センサコイル１２からＸＹ２次元の電気信号を得る
ことができる。センサコイル１２としては、ＸＹ方向２
組の可飽和コイルを用いることができる。センサコイル
１２と磁石８とは非接触であるので、構造が簡単で寿命
が半永久的になり、信頼性の高いジョイスティックが得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機、そのシュミレ
ータ、クレーン、パワーショベル等の建設用機械および
コンピュータ用のＸＹ２軸データ入力装置等に適用して
好適であり、２次元の位置検出の可能なジョイスティッ
クに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ジョイスティック用の検出器とし
ては、摺動形のポテンショメータが使用されている。こ
のポテンショメータは１次元の検出器である。したがっ
て、ＸＹ２次元の検出出力を得るためには、ポテンショ
メータが２個必要になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の２次元用のジョイスティックでは、ポテンショ
メータを２個必要とするために機械的な構造が複雑であ
り、また、ポテンショメータ自体も摺動形であるので比
較的に寿命が短く、さらに、信頼性も比較的に低いとい
う問題があった。

【０００４】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、非接触形で信頼性の高いジョイスティック
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば、図１
に示すように、こま形自在継手２が配されるケース１
と、こま形自在継手２には軸５，６が配され、ケース１
外に露出される軸の一方５は操作部７とされ、ケース１
内に配される軸の他方６の端部にはこの軸６に同軸的に
平板状の発磁体８が配され、ケース１内に発磁体８に対
面されて、この発磁体８の磁束を検出する可飽和コイル
を有する２次元磁気センサ１２が配置され、操作部７の
操作に応じた信号を２次元磁気センサ１２から得るよう
にしたものである。

【０００６】

【作用】本発明によれば、ケース１内に配置され、磁束
を検出する２次元磁気センサ１２に対面させて配置した
発磁体８をこま形自在継手２のケース１内の軸６の端部
に配置している。したがって、ケース１外に露出された
軸５の操作部７の操作に応じたＸＹ２次元の信号を２次
元磁気センサ１２から得ることができる。

【０００７】２次元磁気センサ１２と発磁体８とは非接
触であるので、構造が簡単で寿命が半永久的になり、信
頼性の高いジョイスティックが得られる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明ジョイスティックの一実施例に
ついて図面を参照して説明する。

【０００９】図１は本実施例によるジョイスティックの
構成を示している。図１において、中空フランジ状のケ
ース１の中心軸Ｐ上に、こま形自在継手２が固定されて
いる。このこま形自在継手２は、球面３ａを有する滑性
の軸受け３と、この軸受け３の球面３ａに摩擦力で係合
する球状部４とを備えている。なお、軸受け３は、矢印
Ｖ方向（上下方向、この場合、垂直方向）に分割される
２つのリング状部材から構成されている。

【００１０】球状部４には、矢印Ｖ方向に直交する矢印
Ｈ方向の両方向に軸５，６が一体的に配置されている。
ケース１の外部に露出された軸５の端部には、操作部と
してのつまみ７が取り付けられている。ケース１の内部
に配置される軸６の端面には、円盤状の永久磁石８（発
磁体）が同軸的に取り付けられている。磁石８は、厚さ
方向（図１中、矢印Ｖ方向）に磁化されており、図中、
上方向が、例えば、Ｓ極、下方向がＮ極になっている。
この磁石８に対面して取付板１３に固定されたセンサコ
イル１２が同軸的に配置されている。

【００１１】このように構成されるジョイスティックの
本体１０は、以下のように組み立てられる。

【００１２】まず、ケース１に軸受け３のうち、下側の
部材が配され、つぎに、球状部４と一体になった部分が
図に示すように配され、その後、軸受け３のうち、上側
の部材が重ねられる。その上にドーナツ状の平板９が重
ねられて、軸受け３がケース１に固定される。そして、
平板９がボルトによってケース１の上面に固定されるこ
とで、ジョイスティックの本体１０が完成する。この例
では、軸５は中心軸Ｐから全方向に角度θ＝約±23゜ま
で移動させることができる。

【００１３】この状態において、磁石８から発生する磁
束を検出する磁気センサとしてのセンサコイル１２が予
め配置固定された取付板１３がビスでケース１の内部に
形成された段部に固定されることで、磁石８のＮ極面に
センサコイル１２が対面して配置されることになる。セ
ンサコイル１２は磁石８に対して、軸５（軸６）と中心
軸Ｐとが一致した状態で、同軸上に取り付けられる。

【００１４】このように構成される本体１０は、基台１
４上に配置される。この実施例では、基台１４は水平面
であるものとする。

【００１５】図２は、センサコイル１２の詳細な構成と
磁石８との位置関係を示している。磁石８は、上記した
ように、一面がＮ極に磁化され、他の面がＳ極に磁化さ
れているので、中心Ｑから放射状に磁束φが発生する。

【００１６】センサコイル１２は、四角いリング状のパ
ーマロイ製のコア２０を有し、このコア２０の各辺にそ
れぞれコイル２１〜２４が巻かれている。

【００１７】センサコイル１２のうち、水平面内のＸ軸
方向に互いに平行に配置されている１組のコイル２１と
コイル２２とは端子２５〜２７を有するＸ軸用センサコ
イル１２ａとして機能し、図３に示すように結線されて
いる。そのＸ軸用センサコイル１２ａに対して図３に示
すようにＸ軸用検波回路３１ａが接続されている。この
Ｘ軸用検波回路３１ａは、取付板１３上にセンサコイル
１２とともに本体１０内に配置してもよく、本体１０と
は別体としてケース１の外部に配置してもよい。

【００１８】Ｘ軸用検波回路３１ａは、一般的に使用さ
れている回路であり、ＯＳＣは約50kHz の方形波パルス
状信号を発生する電圧発振器、Ｔはトランス、Ｒｓは直
列抵抗器、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｒ１，Ｒ２は出力
抵抗器、Ｃ１〜Ｃ３は出力コンデンサである。

【００１９】トランスＴの２次側からパルス状信号が、
矢印で示すように、コイル２１，２２を同方向に流れて
抵抗器Ｒｓ，Ｒｓ側とダイオードＤ１，Ｄ２側に流れ
る。この状態でＸ軸用センサコイル１２ａを構成するコ
イル２１とコイル２２とは飽和磁化状態（可飽和コイ
ル）にされる。ここで、磁石８の軸とセンサコイル１２
との軸とが一致している場合（図１および図２に示す場
合）で、磁石８とセンサコイル１２とが平行に配置され
ている場合には、Ｘ軸用検波回路３１ａの出力端子３
３，３４間に現れる出力電圧信号ｅｘの値はゼロ値にな
る。

【００２０】図４は、つまみ７を角度θ＝±23゜の範囲
でＸ軸方向に傾けて、すなわち、磁石８をセンサコイル
１２に対してＸ軸方向に傾けた場合の出力電圧信号ｅｘ
の値の変化特性３５を示している。角度θ＝±23゜の変
化に対して、磁束φ（図２参照）のＸ軸方向の成分が変
化し、その変化に応じて、コイル２１，コイル２２のイ
ンダクタンスの変化に応じた出力電圧信号ｅｘの値が約
±１Ｖの間で直線的に変化することが分かる。これは、
周知のように、可飽和コイルの直流励磁の変化の差によ
って、コイル２１，２２のリアクタンスが相互に異なる
値に変化する現象を利用している。

【００２１】したがって、コイル２１とコイル２２とに
よって検出されるＸ軸方向の磁束に基づいてＸ軸用検波
回路３１ａの出力端子３３，３４間に現れる電圧信号ｅ
ｘによりセンサコイル１２に対する磁石８の傾き、すな
わち軸５（つまみ７）のＸ軸方向の傾き角度θを検出す
ることができる。

【００２２】一方、Ｙ軸方向に互いに平行に配置されて
いる他の１組のコイル２３とコイル２４とは端子２８〜
３０を有しＹ軸用センサコイル１２ｂとされ、Ｘ軸用検
波回路３１ａと同一構成の他の検波回路であるＹ軸用検
波回路３１ｂに接続されている。したがって、コイル２
３とコイル２４とによって検出されるＹ軸方向の磁束に
基づいてＹ軸用検波回路３１ｂの出力端子３５，３６間
に現れる電圧信号ｅｙによりセンサコイル１２に対する
磁石８の傾き、すなわち、軸５（つまみ７）のＹ軸方向
の傾き角度θを検出することができる。傾き角度θに対
する出力電圧信号ｅｙの変化特性は、図４に示したのと
全く同様の特性３５である。

【００２３】なお、図２から分かるように、軸５、した
がって、磁石８がＸ軸方向にのみ傾けられた場合には、
Ｘ軸方向の傾きを検出するコイル２１とコイル２２とに
鎖交する磁束φは、不平衡（異なった値）になるが、Ｙ
軸方向の傾きを検出するコイル２３とコイル２４に鎖交
する磁束φは同相（同じ値）で変化するので、軸５がＸ
軸方向に振れた場合には、Ｙ軸用検波回路３１ｂの出力
端子３５，３６間の電圧信号ｅｙは変化せず、ゼロ値で
あることが分かる。

【００２４】また、本出願人の出願による特願平1-2779
90号明細書に公表されているように、センサコイル１２
は、コイル２１とコイル２２とが巻かれたコアと、コイ
ル２３とコイル２４とが巻かれたコアとに別々に構成し
てもよい。いずれにしても、２次元磁気センサとして機
能させるために、磁石８が発生する磁束φのＸ軸方向の
成分を検出する１組のコイルとＹ軸方向の成分を検出す
る他の１組のコイルとの２組のコイルが必要ではある。

【００２５】なお、上記のように、四角いリング状のコ
ア２０の各辺にそれぞれコイル２１〜２４が巻かれてい
るセンサコイル１２と検波回路３１により、円盤状の磁
石８の相対的な傾きを検出する技術も上記特願平1-2779
90号明細書に公表されている。

【００２６】このように、上記した実施例によれば、ケ
ース１内に２組のコイル２１，２２、２３，２４を有す
るセンサコイル１２を配置固定し、そのセンサコイル１
２に対面させて磁石８を配置している。この磁石８はこ
ま形自在継手４のケース１内の軸６の端面に固定されて
いる。したがって、ケース１外の軸５の端部に付けられ
ているつまみ７をＸＹ２次元の方向に軸受け３の球面３
ａに沿って任意に回転変位をさせることで、この回転変
位に応じた、ＸＹ２次元の出力電圧信号ｅ（ｅｘ，ｅｙ
のＸＹベクトル成分）をＹ軸用検波回路３０とＸ軸用検
波回路３１とからそれぞれ得ることができる。

【００２７】この場合、センサコイル１２と磁石８とは
非接触であるので、構造が簡単で寿命が半永久的にな
り、信頼性の高いジョイスティックが得られる。したが
って、高信頼性が要求される産業機器に適用して特に好
適である。また、構造が簡単であり低コストで製造する
ことができる。

【００２８】なお、図１例では、こま形自在継手２自体
に適当な摩擦力があるので、ばね等の機構も不要で所定
の回転位置につまみ７を保持することが可能であるが、
目的によっては、軸６または軸５を各方向から放射状に
ばねで引っ張るように構成し、つまみ７を離したときに
原点にもどるような構造に変形することもできる。

【００２９】また、本発明は上記の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ること
はもちろんである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ケース内に配置され、磁束を検出する２次元磁気センサ
に対面させて配置した発磁体をこま形自在継手のケース
内軸側端部に配置している。したがって、ケース外に露
出される軸の操作部の操作に応じたＸＹ２次元の信号を
上記磁気センサから得ることができる。

【００３１】磁気センサと発磁体とは非接触であるの
で、構造が簡単で寿命が半永久的になり、信頼性の高い
ジョイスティックが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す一部断面図であ
る。

【図２】図１例中のセンサコイルと磁石との位置関係を
示す線図である。

【図３】そのセンサコイルと検波回路との接続構成を示
す回路図である。

【図４】その検波回路の出力特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１ ケース ２ こま形自在継手 ７ つまみ（操作部） ８ 磁石（発磁体） １２ センサコイル（磁気センサ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 こま形自在継手が配されるケースと、 上記こま形自在継手には軸が配され、 ケース外に露出される上記軸の一方は操作部とされ、 ケース内に配される上記軸の他方の端部にはこの軸に同
   軸的に平板状の発磁体が配され、 上記ケース内に上記発磁体に対面されて、この発磁体の
   磁束を検出する可飽和コイルを有する２次元磁気センサ
   が配置され、 上記操作部の操作に応じた信号を上記２次元磁気センサ
   から得るようにしたジョイスティック。