(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明のジョイスティックコントローラの実施の形態例(以下、「本例」という。)について、図面を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、各図において、センサと中継基板を接続するリード線の表記は適宜省略する。
【0012】
図1は、本例のジョイスティックコントローラ1の外観斜視図である。
図1に示すように、本例のジョイスティックコントローラ1は、筐体10と、筐体10によって傾斜回動(傾倒)可能に支持される操作体20を備えている。そして、
図1には図示されていないが、傾倒操作された操作体20の変位を検出し、変位に応じた電気信号を出力する傾倒角度検出部30(
図7参照)を有している。
【0013】
図2は、
図1に示すA−A線で切断した本例のジョイスティックコントローラの断面図である。
図2に示すように、筐体10は、固定用フランジ11と、固定用フランジ11に設置される摺動用プレート12と、筐体ケース14とを有する。固定用フランジ11は、フランジ面に開口を有する。摺動用プレート12は、固定用フランジ11の開口と対応する位置に開口を有する。筐体ケース14は、ドーム形状に形成され、ドーム上部の固定用フランジ11の開口と対応する位置に開口を有する。筐体ケース14の開口を覆うように、円環状の段差が形成されたゴムカバー27が装着される。ゴムカバー27は、円環状のゴムカバー押さえ28によって、固定用フランジ11に固定される。
【0014】
筐体ケース14は、その開口の縁辺部にストッパ15を備え、ストッパ15は、操作体20の傾倒操作の終端で操作体20の傾倒を停止させる。ストッパ15は、筐体ケース14と一体に形成されていてもよく、別体として筐体ケース14に取り付けるようにしてもよい。
【0015】
操作部としての操作体20は、シャフト21と、操作者が傾倒操作をし易くするためにシャフト21に取り付けられた摘み22と、を有し、シャフト21は、回転中心17を中心に回動しながら傾倒変位する。また、シャフト21の下部には可動スプリング受け23が、上部には固定スプリング受け24が取り付けられる。
【0016】
可動スプリング受け23は、シャフト21に対して、シャフト21の長さ方向に沿って摺動可能に挿通されている。可動スプリング受け23は、摺動用プレート12と接しながら摺動回動する鍔部23aと、シャフト21と接しながら上下方向に摺動する円筒部23bと、を備えている。鍔部23aは、円盤状の肉厚部231と、肉厚部から下方先端に向かって傾斜するテーパ部232とで構成されている。固定スプリング受け24は、シャフト21の上端部に固定されている。
【0017】
可動スプリング受け23と固定スプリング受け24との間には、スプリング26が配置されている。そして、可動スプリング受け23と、固定スプリング受け24と、スプリング26と、により、スプリングリターン機構部50が構成される。すなわち、本例のスプリングリターン機構部50では、スプリング26の力によって、可動スプリング受け23の鍔部23aは常に下方の摺動用プレート12に押し当てられる状態となっており、摘み22に操作力が加えられていない場合は、操作体20(シャフト21)は直立の状態に保持される。
【0018】
固定用フランジ11の下方には、傾倒角度検出部30が設けられており、シャフト21の傾倒角度を検出する。傾倒角度検出部30の下方には中継基板6とコネクタ5が配置されており、これらを覆うように下カバー29が固定用フランジ11に固定されている。
【0019】
また、スプリングリターン機構部50の中に、傾倒されたシャフト21が所定の傾倒角度(指定傾倒角度)まで傾倒されたことを検知する検出部としての指定角度検出部40が設けられている。本例の指定角度検出部40は、後述するようにディテント機構で構成されている。
【0020】
図3は、本例のジョイスティックコントローラの指定角度検出部40の拡大断面図であり、
図2の回転中心17付近を拡大した状態を示す。
【0021】
本例の指定角度検出部40は、シャフト21の外周面にV字状に形成された溝部25と、この溝部25と係合可能な可動スプリング受け23に設けられたボールプランジャ41と、を有するディテント機構で構成される。ディテント機構とは、人為的に作り出された抵抗によって、移動体を所定位置に保持する機構であって、抵抗に打ち勝つ力を加えることにより、移動体を別の位置に移動させることができる。本例のディテント機構は、ボールプランジャ41と溝部25を係合させることにより生じた抵抗により、シャフト21を指定傾倒角度になる特定の状態に誘導して、一時的にその状態を保持することができる。また、さらに力を加えることにより、その特定の状態を解除することができる。
【0022】
溝部25は、シャフト21の径方向全周にわたって形成されたV字状の溝で構成されている。シャフト21に形成される溝部25の位置は、シャフト21を指定傾倒角度まで傾倒させた際に、可動スプリング受け23に固定されたボールプランジャ41の先端が対向する場所に形成される。
【0023】
ボールプランジャ41は、鍔部23aの肉厚部231の外側面に形成された挿通孔42に挿入された状態で、可動スプリング受け23に保持される。挿通孔42は、孔の中心線が可動スプリング受け23の円筒部23b内径の軸線と直交する方向に形成されている。すなわち、可動スプリング受け23がシャフト21に挿入された際に、挿通孔42がシャフト21の外周面に直交するように形成されている。
【0024】
図4は、本例で使用するボールプランジャの一部断面図である。
図4に示すように、ボールプランジャ41は、内部に中空部を有する円筒状筐体41aと、中空部に内蔵されたボール41bと、ボール41bを外側に付勢するスプリング41cと、で構成される。また、筐体41aの表面には、雄ねじ部が形成されている。ボールプランジャ41は、通常はボール41bの一部が外に突出した状態で筐体41aに保持されており、ボール41bが加圧されると、スプリング41cに抗してボール41bが筐体41a内部に沈み込むように機能する。
【0025】
本例では、ボール41bが溝部25と係合したときに、ガタつきが発生しないようにボールプランジャ41を挿通孔42に配置する。雄ねじ部を回すことにより、挿通孔42内におけるボールプランジャ41の位置を調整した後、接着剤を用いて、ボールプランジャ41を固定する。
【0026】
操作者が摘み22を把持して操作体20を傾倒させる場合には、可動スプリング受け23がシャフト21の外周面を摺動しながら長さ方向に移動する。このとき、筐体41aに押し込まれた状態のボール41bは、シャフト21の外周面を転がりながら移動する。シャフト21の傾倒角度が指定傾倒角度に到達すると、ボール41bへの加圧が溝部25の空間によって解除される。これにより、ボール41bがスプリング41cの付勢力により押し出されて溝部25と係合し、シャフト21は指定傾倒角度の状態に保持される。このとき、ボール41bと溝部25とが係合する際に生じる振動により、操作者は、操作体20の傾倒動作により、シャフト21が所定の指定傾倒角度に到達したことを感知することができる。
【0027】
なお、溝部25の形状や、ボールプランジャ41の構造は、本例に限定される必要はなく、係合することにより、操作体20を特定の状態に保持できるものであればよい。
【0028】
また、本例では、シャフト21の外周表面に形成される溝部25の数を1つとしたが、
図5に示すように、シャフト21の長さ方向に沿って、複数の溝部25を設けるようにしてもよい。
【0029】
図5は、他の例における指定角度検出部(溝部)の拡大断面図である。
図5に示すように、本例では、シャフト21の長さ方向に沿って、2つの溝部25a、25bが形成されている。シャフト21の下側(先端側)に形成されている溝部25aが、傾倒角度が小さい方の指定傾倒角度に対応する。本例では、下側の溝部25aが±7.5°の指定傾倒角度に対応する溝部であり、溝部25aの上側に形成された溝部25bが、±15°の指定傾倒角度に対応する。なお、さらに大きい指定傾倒角度の検出を行う場合には、溝部25bの上側に溝部を形成すればよく、さらに小さい指定傾倒角度の検出を行う場合には、溝部25aの下側に溝部を形成すればよい。このように、複数の溝部25を設けることにより、異なる値の指定傾倒角度の検出を行うことができる。
【0030】
また、本例では、ボールプランジャ41の数を1つとしたが、
図6に示すように、複数個のボールプランジャを設けてもよい。
図6は、他の例における指定角度検出部(ボールプランジャ)の拡大断面図である。
図6に示すように、本例では、シャフト21を挟んで対向するように、2つのボールプランジャ41、41’を設けている。また、互いのボールプランジャの先端の高さが、可動スプリング受け23の長さ方向において一致するように配置されている。この場合、ボールプランジャを挿通するための挿通孔42も、2箇所に形成される。なお、本例では、使用するボールプランジャの数を2個としたが、3個以上用いてもよい。このように、ボールプランジャを複数設けることにより、溝部25とボールプランジャ41とによる係合箇所を増やして、シャフト21の保持力を向上させることができる。
【0031】
図7は、本例のジョイスティックコントローラ1の傾倒角度検出部30を示す斜視図であり、
図2の下カバー29を取り外した状態を示す。
図7に示すように、ジョイスティックコントローラ1の傾倒角度検出部30は、固定フランジ11の下方において、操作体20のシャフト21と連結された状態で、シャフト21をX軸方向に揺動するガイド部材としてのX軸アーム31及びY軸方向に揺動するガイド部材としてのY軸アーム32と、X軸アーム31の変位を検出するX軸センサ33及びY軸アーム32の変位を検出するY軸センサ34とを有している。X軸アーム31及びY軸アーム32の先端には磁石36(
図2参照)が取り付けられており、X軸センサ33及びY軸センサ34はホルダにより磁石36と対向する位置に保持されている。
【0032】
傾倒角度検出部30は、X軸センサ33及びY軸センサ34で、傾倒操作によるX軸アーム31またはY軸アーム32の揺動により変化した磁石36の磁束の変化を検出することで、X軸方向及びY軸方向のシャフト21の傾倒角度をそれぞれ取り出すことができる。X軸センサ33及びY軸センサ34により取り出された傾倒角度は、電気信号として図示しないリード線を介して中継基板6に伝達された後、中継基板6上のコネクタ5を介して外部の装置に伝達される。
【0033】
なお、本例では、ボールプランジャ41と溝部25とが係合する際に生じる振動により、シャフト21が指定傾倒角度に到達したことを検出することができるので、傾倒角度検出部30のX軸センサ33及びY軸センサ34に電気的な影響を及ぼすことがない。これにより、傾倒角度検出部30の検出精度を向上させることができる。
【0034】
また、本例では、溝部25をシャフト21の径方向全周にわたって形成しているので、操作者による操作体20の傾倒操作方向がX軸方向若しくはY軸方向であっても、指定角度検出部40でシャフト21が指定傾倒角度に到達したことを検出できる。
【0035】
次に、
図8の分解図を用いて、本例のジョイスティックコントローラ1の組み立て方法の一例について説明する。
図8に示されるように、固定用フランジ11に対して、シャフト21を揺動可能に支持する。つぎに、筐体ケース固定用ねじ52を用いて、固定用フランジ11の上に筐体ケース14を取り付ける。そして、ボールプランジャ41が接着固定された可動スプリング受け23をシャフト21に挿通し、続いて、シャフト21にスプリング26を挿入する。そして、スプリング26をある程度圧縮させた状態で、固定スプリング受け24をシャフト21の上部に固定する。最後に、つまみ用固定ねじ51を用いて、シャフト21の先端に摘み22を取り付け、操作体20を組み立てる。なお、組み立てられた操作体20は、傾倒可能に支持されている。
【0036】
つぎに、
図9を用いて、本例のジョイスティックコントローラ1の動作について説明する。
図9は、本例のジョイスティックコントローラの動作を説明するための説明図及び指定角度検出部40の動作を説明するための拡大図である。
【0037】
ジョイスティックコントローラ1は、操作者が操作体20の摘み22を操作して、シャフト21を、回転中心17を支点として傾倒変位させることにより動作する。
【0038】
操作者が摘み22を操作しないときは、スプリング26のバネの力で、可動スプリング受け23が、摺動用プレート12に押し付けられる。すなわち、摘み22から操作力を除いた状態においては、
図9Aに示すように、スプリングリターン機構部50によって、操作体20は直立した状態に保持されている。また、ボールプランジャ41は、シャフト21の外周面からの加圧により、ボール41bが筐体41a内部に沈み込んだ状態で、可動スプリング受け23に保持されている。
【0039】
操作者が、摘み22を操作して、シャフト21を指定傾斜角度(本例では15°)まで傾倒させると、
図9Bに示すように、可動スプリング受け23が摺動用プレート12に押し上げられ、スプリング26の付勢力に抗して、スプリング26を圧縮する。スプリング26が圧縮されると、可動スプリング受け23がシャフト21に沿って上方へ摺動移動し、ボールプランジャ41は、シャフト21の外周面に形成されている溝部25と対向する位置に移動する。このとき、溝部25のV字状の空間部分により、ボール41bへ加圧が解除され、拡大図にしめすように、スプリング41cの付勢力により押し出されたボール41bと溝部25とが係合し、シャフト21が指定傾斜角度で傾いた状態に保持される。
【0040】
このように、ボール41bと溝部25とが係合する際に生じる振動により、操作者は、シャフト21の傾倒角度が、指定傾斜角度(15°)に到達したことを感知することができる。なお、本例では、溝部25をシャフト21の径方向全周にわたって形成しているので、可動スプリング23の鍔部23aが、スプリング26の反発力によりシャフト21の円周方向に回動してしまった場合であっても、確実に指定傾倒角度に到達したことを検出できる。
【0041】
操作者が、摘み22を操作して、さらにシャフト21を傾倒させると、
図9Cに示すように、可動スプリング受け23が、スプリング26の付勢力に抗して、シャフト21に沿ってさらに上方へ摺動する。このとき、ボールプランジャ41は、再び、シャフト21の外周面からの加圧を受け、拡大図に示すように、ボール41bが筐体41a内部に沈み込んだ状態で可動スプリング受け23に保持される。さらに、シャフト21を傾倒させると、固定スプリング受け24が筐体ケース14の上端部に設けられたストッパ15に押し付けられて、操作体20の傾倒動作は停止する。
【0042】
なお、本例では、
図9Bに示した状態におけるシャフト21の傾倒角度(±15°)を指定傾斜角度として設定しているが、指定傾斜角度は任意の値でよく、また、上述したように複数の溝部25を設けることにより、複数の傾斜指定角度を設定することができる。
【0043】
図10は、本例のジョイスティックコントローラ1の出力特性図である。
図10は、アナログ出力電圧を例にした傾倒角度検出部30の出力特性図を示す。
図10に示すように、操作体20の傾倒操作の範囲が傾倒角度(−15°〜+15°)の範囲内である場合は、コネクタ5から取り出されるX軸センサ33及びY軸センサ34の出力電圧が出力電圧20〜80%の範囲になるように設定されている。また、操作体20の操作範囲が傾倒角度約±15°を超えて傾倒角度±20°までの範囲に到達している場合は、出力電圧が10〜20%及び80〜90%の範囲になるように設定されている。なお、本例では、操作体20の傾倒操作ができる傾倒角度の範囲は約±20°までに設定されている。また、図に示した出力電圧比の傾きは一例であって、また、操作体20を傾倒操作できる傾倒角の範囲は任意の範囲に設定することができる。
【0044】
以上述べたように、本例のジョイスティックコントローラ1によれば、シャフト21が指定傾倒角度に到達したことを、確実に操作者に伝達することができる。
【0045】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、可動スプリング受け23の構成は、本例に限定されるものではなく、摺動用プレート12と摺動し、シャフト21に沿って移動できるものであればよい。
【0046】
また、X軸センサ33及びY軸センサ34として、無接触式センサまたは接触式センサを用いてもよい。また、本例では、X軸方向及びY軸方向の検出を行う2次元ジョイスティックコントローラを用いているが、X軸方向のみの検出を行う1次元ジョイスティックコントローラにも適用することができる。また、摘み22にZ軸方向の検出を行うセンサを追加した3次元ジョイスティックコントローラにも適用することができる。
【解決手段】ジョイスティックコントローラ1は、可動スプリング受け23をシャフト21に沿って変位させるスプリングリターン機構部50と、可動スプリング受け23の変位を検出する検出部40と、を備える。検出部40は、シャフト21の外周面に形成された溝部25と、可動スプリング受け23に設けられた溝部25と係合可能なボールプランジャ41と、を有するディテント機構である。