JP2001290594A - レバー式操作装置 - Google Patents

レバー式操作装置

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JP2001290594A
JP2001290594A JP2000345015A JP2000345015A JP2001290594A JP 2001290594 A JP2001290594 A JP 2001290594A JP 2000345015 A JP2000345015 A JP 2000345015A JP 2000345015 A JP2000345015 A JP 2000345015A JP 2001290594 A JP2001290594 A JP 2001290594A
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magnet
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magnetic
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Hidetoshi Sako
秀敏 佐古
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05GCONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/0474Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks characterised by means converting mechanical movement into electric signals
    • G05G2009/04755Magnetic sensor, e.g. hall generator, pick-up coil

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  • Mechanical Control Devices (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジョイスティックの構造を簡単にし耐久性の
向上を計る。 【解決手段】 球形又は円柱形の磁石に操作レバーを固
着し、上記磁石を回動自在に支承することでレバーの支
点を兼ねさせ、上記磁石の表面に近接させて磁気センサ
を配置して磁石表面の磁界強度の磁極からの距離による
変化によってレバーの傾きを検知するようにし、この検
知出力を操作用信号とするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコンピュータの操作
に用いられるジョイスティックのようなレバー式の操作
装置に関する。ジョイスティックは2次元的な操作を行
うものであるが、本発明はより一般的に1次元的操作を
行うものも含まれる。
【0002】
【従来の技術】従来のジョイスティックは摺動抵抗を用
いており、図8に示すような構造になっていた。この図
でAが操作レバーで一個の球Bにより、どの方向にも自
由に傾け得るように支承されている。レバーAは球Bを
貫通して、その下端に二つの半円弧形の搖動リンクC,
Dが係合させてある。搖動リンクC,Dはその円弧中心
が球2の中心と一致するように夫々が互いに直交する軸
E,Fによって球Bの中心を中心として搖動できるよう
に支持されており、各軸E,F夫々に回転式摺動抵抗
G,Hの駆動軸が結合してある。この構造により、レバ
ーAの傾きを変えることで、摺動抵抗G,Hからx方
向,y方向の制御信号が出力される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のジョイ
スティックは互いに直交する二つの搖動リンクを有し、
機構的に複雑で小型化し難く、各摺動リンクの軸に結合
された摺動抵抗が場所を取って、操作装置の小型化を一
層困難にしている。また摺動抵抗を用いているため、摺
動抵抗の摩耗から、耐久性が低く、雑音が発生し易く
て、操作装置としての信頼性が充分でない。このような
状況に鑑み本発明は、機構的に簡単で摺動抵抗を用いな
いので小型化が容易であり、摺動抵抗を用いないことに
よって耐久的であり、雑音が少なくて信頼性の高いレバ
ー式操作装置を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】磁性体球或は円柱を一つ
の直径方向に磁化し、この磁石化した球にレバーを取付
け、この球或は円柱を球受け座或は円柱受けに回動自在
に支持させ、この球の赤道面上でこの球の中心に関して
90°隔てて二つ、円柱の場合は一つの磁気センサを球
或は円柱の表面に対向させて固定配置し、この二つの磁
気センサから、x方向とy方向の制御信号を出力させる
ようにした。
【0005】図1に本発明装置の原理を示す。磁石化し
た球1を貫通してレバー2が取付けてあり、球1はこの
レバーの方向に磁化してある。球磁石1から出ている磁
力線は図示のようになっており、球表面の磁界の球表面
に垂直な成分は、球の両極で一番強く、赤道に近づくに
従い弱くなって赤道上で0になり、赤道を越すと逆向き
になる。そこで球1のレバー2を垂直にしたときをx,
y両信号の0位置として、このときの球1の赤道面の延
長上に磁気センサ5を置いて球1の表面に対向させる
と、磁気センサ5は球表面の磁界の球表面に垂直の成分
に応答した信号を出し、レバーを傾けると、磁気センサ
5は磁極に近づくことになり、レバー2の垂直からの傾
き角に対して図2に示すような信号が出力される。この
カーブは正弦関数状でレバーを水平近く迄傾けると、レ
バーを通す孔の影響で最大部分が二つの山を示すような
形になるが、レバーの傾きの0を中心に約60°の範囲
(±30°)で略直線的に変化している。本発明はこの
点に着目して構成されたもので、磁気センサを球1の中
心に関して90°隔てて配置することにより、レバー2
の傾きをx方向,y方向の成分に分解して夫々の制御信
号として出力させるのである。ここでは球磁石について
説明したが円柱の場合でも同じである。
【0006】
【発明の実施の形態】図3に本発明を2次元的操作用ジ
ョイスティックに適用した場合を示す。1は球形の磁石
で、磁性プラスチックを球形に成型したものであり、一
つの直径に沿い、貫通孔が穿たれて、レバー2が挿入さ
れている。この磁石は貫通孔を明ける前、或は後何れで
着磁しても良いが、孔は貫通させる方が良い。それは孔
はレバーを挿入するだけのものであるから貫通していな
くてもよいが、不貫通であると両極の磁化状態が異な
り、球表面の子午線沿いの磁力の分布が図2のような対
称形にならないから、孔は貫通している方が望ましいの
である。3は球受け座でフッ素樹脂のような滑りの良い
プラスチックで成型され、半球より稍浅い球面の凹みを
有し、磁石球1を回動自由に支承する。4は球押えで、
3と同じくフッ素樹脂で成型され、球1の赤道を少し越
える程度の稍深い球形凹みを有し、球受け座3の凹球面
と合わせて球1と適合する球形の空所を作る。球押え4
は四角の平面形で各辺は中央に凹み41が形成してあ
る。球押え4は成型後、プラスチックの弾力により拡が
ることで成型金型の中子が抜かれ、組立ての際も、球1
を球受け座3に乗せ、上から球押え4を押し込むのであ
る。球押え4の各凹所41の底が薄くて、かつ割り42
が入っているので、この作業はやり易い。球押え4の4
個の凹所のうち、相隣る二つの凹みの底に夫々磁気セン
サのホール素子5x,5yが接着固定される。この構成
により各ホール素子は球1の表面に対し一定の距離を保
って非接触的にかつ近接配置される。球受け座3の方も
四角で、ホール素子5x,5yに対応する箇所が凹ませ
てあり、各ホール素子のリード線の引出し路となってい
る。球受け座3と球押え4とは隅角でねじ止め結合にし
ても良く、或は接着とか係止用凹凸による噛み合わせ結
合にしても良い。ジョイスティック単品としてはこれで
完成であるので、回路基板6の適所に球受け座3を取付
け、ホール素子5x,5yのリード線をプリント回路に
接続する。
【0007】図4は本発明ジョイスティックにクリック
機能を付与した例である.図3の各部と対応する部分に
は同じ符号が付けてある。レバー2は球1を摺動可能に
貫通させてあり、天板9とレバー2の上部に打ち込んだ
ピンとの間に介装したばね7により、レバー2は通常上
方に弾撥されている。クリックしたいときはレバー2を
押し下げる。レバー2の下端は球1より下方に突出して
いて、下方に配置された導体板8と接触する。導体板8
は凹面に形成してあり、回路の一方と導通させてあり、
レバー2はばね7を介して天板9と導通しており、レバ
ー2の下端が導体板8と接触することにより、回路が閉
成される。回路閉成にレバー2を介入させず、レバー2
の下端に磁石を付け、レバー2の押下により、磁力で近
接スイッチを閉じさせるようにしてもよい。
【0008】レバー2の上下動を感圧素子で検知し、レ
バー2の押下力をアナログ信号として出力させること
で、ジョイスティックを3次元的操作用装置とすること
もできる。図5にその一例と示す。図4の構造と略同じ
で、レバー2の下方に感圧導電ゴム板10が配置され
る。このゴム板は抵抗と直列接続され、レバー2を押下
したときの圧力に応答して抵抗とゴム板10との接続点
の電圧が変化してx,y操作信号に対する第3のz方向
操作信号となる。
【0009】図6は図3の例の変形で、球受け座3と球
押え4とは球1の丁度赤道面で、互いに噛み合わせる段
11を有し、内周に凹段12が形成してあり、ここに薄
肉のフッ素樹脂製のリング13を嵌めるようになってい
る。球受け座と球押えは共に外側面に凹所31,41が
形成してあり、この凹所にホール素子5x,5yを入
れ、夫々をリング13に押し当てゝ各凹所に接着材を注
入して各ホール素子を固定する。リング13の厚みがホ
ール素子と球1の表面との間を近接した一定距離に保つ
スペーサの役を行うのである。上下の球受け座3と球押
え4を噛み合わせるとき、フレキシブルプリント基板6
を挟み込むようにしてもよい。
【00010】図7は本発明を1次元的なレバー操作装
置に適用した例を示す。1は円柱形の磁性体で軸1aが
インサート成型されている。円柱体1は一つの直径方向
に磁化されて磁石となっている。軸1aはこの磁石表面
の磁界の対称性が崩れなければよいので、磁性体でも非
磁性体でも良いのである。レバー2はリング状の部分を
有し、そこに上記磁石1が嵌着固定される。レバー2の
方向は磁石1の磁化の方向と一致させる。14は磁石1
を枢支するブラケットで、プラスチックで成型され、両
側の起立部に形成されたビボット穴14aに磁石1の両
端に突出している軸1aの先端が保持される。このよう
に磁石1を保持させるにはブラケット14の起立部を弾
性的に少し拡げて磁石1を押し込めばよい。ブラケット
にはもう一つの起立部14bがあって、これにホール素
子5を固着する。起立部14bは自由状態で稍内方に傾
いており、磁石1をブラケット14に保持させたとき、
弾性的に軽く磁石1の表面に接触するようになってお
り、この起立部がホール素子5と磁石表面との間の距離
を一定に保つスペーサを兼ねるのである.軸1aは成型
により磁石1と同材で一体的に形成してもよい。
【0011】以上の各例の説明では磁石は球或は円柱と
しているが、球の場合を見ても明らかなように磁石球を
レバーが貫通しているので、磁石の両極は若干平らにな
っているのであり、その影響が図2において、角度0°
と180°の所に現われているのである。本発明の本質
は、磁界強度の角度(緯度)依存性が90°を中心に反
対称的であるため、90°の両側で広い角度範囲で磁界
強度が直線的に変化していることを原理としているの
で、両極部分はかなり広く平らになっていても良いので
ある。図9は磁石球の両極を平坦にして両極間距離を球
直径の3/5にした場合の磁界強度と角度との関係を示
す。両極の双峰特性の幅は広くなるが90°を中心に3
0°位の範囲は充分に直線性を保っていることが分か
る。本発明で球或は円柱と云うときは磁石両極を対称的
に平らにした場合も含むものである。なお以上の説明で
はレバーは球或は円柱の磁石をその磁化の方向に貫通さ
せるように述べているが、装置設計の都合によっては適
当に傾けてレバーを取付けるようにしても良いことは云
う迄もない。殊にレバーの取付けによって磁界が乱され
ない手段、例えばレバーを磁石表面に接着するとか補助
的部品を用いる等の手段を講じるなら、レバーは磁石の
両極に対して大きく傾けても良いのである。
【0012】
【発明の効果】本発明は磁性体の球或は円柱をその一直
径の方向に磁化して一個の磁石とし、これを回動自在に
支承して、磁気センサをその磁石表面に近接させて、磁
石表面の磁界の磁石表面に垂直な成分の強さを検出する
ようにしたから、構造的にきわめて簡単であり、磁石の
製造も容易であり、構造簡単で部品点数も少なくてすむ
から、装置の小型化も容易で摺動する電気的部分がない
から耐久的で、かつ磁力の変化が滑らかで直線的である
から精度が高く、可搬式のコンピュータの操作装置か
ら、各種機械の操作装置迄、広い分野で応用可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図。
【図2】球形磁石の表面磁界強度の測定結果を示すグラ
フ。
【図3】本発明の一実施形態の縦断面図(A)と平面図
(B)と左側面図(C)。
【図4】本発明の実施形態の他の一例の縦断面図。
【図5】同じく更に他の実施形態を示す縦断面図。
【図6】本発明の他の実施形態の縦断側面図(A)およ
び分解斜視図(B)。
【図7】本発明の1次元的な実施形態を示す分解斜視
図。
【図8】従来例の斜視図。
【図9】球磁石の両極を平坦にした場合の磁界強度と角
度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 球形又は円柱形の磁石 2 レバー 3 球受け座 4 球押え 5,5x,5y 磁気センサ(ホール素子) 6 回路基板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 球形又は円柱形の磁性体をその一つの直
    径の方向に磁化して一個の磁石とし、この磁石に操作用
    のレバーを取付け、この磁石を回動自在に支承して上記
    レバーの傾動の支点となし、上記磁石の表面に近接させ
    て磁気センサを配置し、磁気センサの出力を操作用信号
    とするようにしたレバー式操作装置。
JP2000345015A 2000-02-02 2000-11-13 レバー式操作装置 Pending JP2001290594A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003140757A (ja) * 2001-10-30 2003-05-16 Alps Electric Co Ltd ハプティック入力装置
JP2008170003A (ja) * 2006-12-12 2008-07-24 Teleflex Automotive France Sas ギアボックス制御装置
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CN109634351A (zh) * 2018-12-29 2019-04-16 上海精传电子科技有限公司 一种操纵杆结构

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