Operating device

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操作具の操作量に応じた電気信号を出力する操作装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】一般に、
この種操作装置は、操作具の操作量を直接出力する機械式のものと、操作具の操作量を電気信号に変換して出力する電気式のものとに分類されるが、近来では、マイクロコンピュータ等の普及に伴つて電気式のものが増加する傾向にある。 しかるに、従来の電気式操作装置は、操作具を変位自在に支持すると共に、その操作量をポテンショメータ等の変位センサで電気信号に変換すべく構成されていたため、操作具（支持部）や変位センサに可動部分が存在して構造が複雑になる許りでなく、耐振性や耐久性に劣る欠点を有し、しかも、操作具の支持部は、
てこの原理で増力された操作力を受けることになるため、強度を確保するために大型化を回避することができず、この結果、操作装置全体の大型化を招来しているのが実状であつた。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの欠点を一掃することができる操作装置を提供することを目的として創案されたものであつて、
操作具と、該操作具の操作量に応じた電気信号を出力する信号出力手段とを備えてなる操作装置において、前記操作具は、歪み変形自在な固定部材で構成される一方、
信号出力手段は、操作具の歪み量を電気信号に変換する歪みセンサを備えていることを特徴とするものである。
そして本発明は、この構成によつて、可動部分を無くして構造の簡略化およびコストダウンを可能にすると共に、耐振性や耐久性を大幅に向上させ、さらには、操作装置を著しく小型化することができるようにしたものである。

【０００４】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 図面において、１は建設機械等に設けられる操作レバーであつて、該操作レバー１は四角柱形状に形成され、その上端部には球形状のグリップ１ａが一体的に設けられる一方、下端部には平板状のベース板１ｂが一体的に設けられているが、前記ベース板１ｂは、所定の取付箇所に一体的に固定取付けされるようになつている。 即ち、操作レバー１は、歪み変形自在（弾性変形自在）な部材で形成されており、このため、グリップ１ａ
を押し引き操作した場合には、前後方向（±Ｙ方向）および左右方向（±Ｘ方向）に歪み変形するようになつている。

【０００５】Ａ〜Ｄは歪みゲージであつて、該歪みゲージＡ〜Ｄは、樹脂等の絶縁材からなるベース材２に、金属抵抗線、金属抵抗箔等（極めて細い金属線もしくは極めて薄い金属箔を所定方向を向いて折り返し状に形成したもの）からなる抵抗体３を一体的に固定し、さらに該抵抗体３の両端からそれぞれリード線４を引出して形成されるものであるが、このものは、前記操作レバー１の各側面中央位置に、それぞれ抵抗体３がレバー方向を向く姿勢で一体的に接着されている。 つまり、操作レバー１が±Ｘ方向に歪み変形した場合には、背中合わせ状に±Ｘ方向を向く歪みゲージＡ、Ｂの抵抗体３が背反方向に伸縮して抵抗値（抵抗体３の伸びに伴つて増加し、縮みに伴つて減少する）を背反的に増減させる一方、操作レバー１が±Ｙ方向に歪み変形した場合には、背中合わせ状に±Ｙ方向を向く歪みゲージＣ、Ｄの抵抗体３が背反方向に伸縮して抵抗値を背反的に増減させるようになつている。 また、操作レバー１が±Ｘ方向に歪み変形した場合の歪みゲージＣ、Ｄ、もしくは操作レバー１が±
Ｙ方向に歪み変形した場合の歪みゲージＡ、Ｂは、図３
に示す如く変形することになるが、このとき、ゲージ両側部が同時に背反方向に伸縮するため、抵抗体３全体としては伸縮が相殺されて抵抗値を殆ど変化させないようになつている。 尚、歪みゲージＡ〜Ｄ（抵抗体３）は、
応力と歪みが比例する弾性限界領域内でのみ使用されるようになつている。

【０００６】さらに、５は信号出力回路であつて、該信号出力回路５は、前記歪みゲージＡ、Ｂの抵抗体３、可変抵抗ＶＲ ₁および固定抵抗Ｒ ₁を環状に接続して構成される第一ブリッジ回路６と、歪みゲージＣ、Ｄの抵抗体３、可変抵抗ＶＲ ₂および固定抵抗Ｒ ₂を環状に接続して構成される第二ブリッジ回路７と、第一ブリッジ回路６
の一方の対角点Ｅ ₊ 、Ｅ _- （Ａ−Ｂ間、ＶＲ ₁ −Ｒ ₁間）および第二ブリッジ回路７の一方の対角点Ｅ ₊ 、Ｅ _- （Ｃ−
Ｄ間、ＶＲ ₂ −Ｒ ₂間）に電圧を印加する直流電源Ｅと、
第一ブリッジ回路６の他方の対角点Ｅ ₁ 、Ｅ ₂ （Ａ−Ｒ ₁
間、Ｂ−ＶＲ ₁間）から出力される電圧信号Ｅ _IN （Ｘ）
を増幅する第一増幅器８と、第二ブリッジ回路７の他方の対角点Ｅ ₁ 、Ｅ ₂ （Ｒ ₂ −Ｃ間、Ｄ−ＶＲ ₂間）から出力される電圧信号Ｅ _IN （Ｙ）を増幅する第二増幅器９とを備えている。

【０００７】次に、前記信号出力回路５の作用を説明するが、両ブリッジ回路６、７の作用は略同一であるため、第一ブリッジ回路６についてのみ説明する。 但し、
Ｅ、Ｅ ₁ 、Ｅ ₂の単位は「Ｖ」、Ａ、Ｂ、Ｒ ₁ 、ＶＲ ₁の単位は「Ω」とする。 さて、始めに、操作レバー１の中立状態で可変抵抗ＶＲ ₁を調整して第一ブリッジ回路６の平衡を取り、出力Ｅ _INの電圧を「０」にする。 このとき、第一ブリッジ回路６の出力点Ｅ ₁ 、Ｅ ₂における電位は、 Ｅ ₁ ＝Ｅ・Ｒ ₁ ／（Ａ＋Ｒ ₁ ） Ｅ ₂ ＝Ｅ・ＶＲ ₁ ／（Ｂ＋ＶＲ ₁ ） となるが、第一ブリッジ回路６は平衡状態であるため、
Ｅ ₁ ＝Ｅ ₂である。

【０００８】そして、操作レバー１を＋Ｘ方向に操作した場合、歪みゲージＡの抵抗値は操作レバー１の歪み量（操作量）に応じて減少する一方、歪みゲージＢの抵抗値は操作レバー１の歪み量に応じて増加する。 ここで、
歪みゲージＡ、Ｂの抵抗値変化をそれぞれＡ ₁ 、Ｂ ₁とすると、第一ブリッジ回路６の出力点Ｅ ₁ 、Ｅ ₂における電位は、 Ｅ ₁ ＝Ｅ・Ｒ ₁ ／｛（Ａ−Ａ ₁ ）＋Ｒ ₁ ｝ Ｅ ₂ ＝Ｅ・ＶＲ ₁ ／｛（Ｂ＋Ｂ ₁ ）＋ＶＲ ₁ ｝ となる。 つまり、出力点Ｅ ₁の電位が増加する一方、出力点Ｅ ₂の電位が減少して第一ブリッジ回路６における平衡が崩れ、第一増幅器８の入力Ｅ _INには＋極性の電圧信号が入力される。 ここで、第一増幅器８の増幅率をα
とすると、第一増幅器８の出力Ｅ _OUTは、 Ｅ _OUT ＝（Ｅ ₁ −Ｅ ₂ ）×α となる。

【０００９】逆に、操作レバー１を−Ｘ方向に操作した場合は、歪みゲージＡの抵抗値が増加する一方、歪みゲージＢの抵抗値が減少するため、第一ブリッジ回路６の出力点Ｅ ₁ 、Ｅ ₂における電位は、 Ｅ ₁ ＝Ｅ・Ｒ ₁ ／｛（Ａ＋Ａ ₁ ）＋Ｒ ₁ ｝ Ｅ ₂ ＝Ｅ・ＶＲ ₁ ／｛（Ｂ−Ｂ ₁ ）＋ＶＲ ₁ ｝ となる。 つまり、出力点Ｅ ₁の電位が減少する一方、出力点Ｅ ₂の電位が増加して第一増幅器８の入力Ｅ _INには−極性の電圧信号が入力され、該入力信号が増幅されて第一増幅器８から出力されることになる。 従つて、信号出力回路５においては、図６に示す如く、操作レバー１
の操作方向に応じて極性が変化し、かつ操作量（操作力）に応じて電圧が変化する電気信号を出力することになる。

【００１０】叙述の如く構成された本発明の実施例において、操作レバー１を任意の方向（斜め方向を含む）に操作すると、操作レバー１は操作力に応じて歪み変形する。 そして、その歪み量は、操作レバー１の各側面に接着される歪みゲージＡ〜Ｄの抵抗値変化に変換された後、信号出力回路５において電圧信号に変換されて出力されることになる。

【００１１】この様に、本発明にあつては、操作レバー１の操作量に応じた電気信号を出力することになるが、
操作レバー１は、歪み変形自在な固定部材に構成されており、しかも、操作レバー１の操作量は、一体的に接着される歪みゲージＡ〜Ｄによつて検出されることになる。 従つて、変位自在に支持した操作レバーの操作量をポテンショメータで検出する従来のものの如く、可動部分の存在によつて構造が複雑化したり、耐振性や耐久性に劣るという欠点を悉く解消できることになる許りか、
強度確保のための大型化を回避して操作レバー装置の小型化にも貢献することができる。

【００１２】しかも、操作レバー１の操作量を極めて小さくすることができるため、オペレータの操作負担が著しく軽減され、この結果、操作レバー１の操作性を大幅に向上させることができる。

【００１３】さらに、歪みゲージＡ〜Ｄは、レバー側面の同一位置（側面中央位置）に接着されているため、仮りに、温度変化に伴つて歪みゲージＡ〜Ｄの抵抗値が変化したとしても、その変化率は略同一であり、従つて、
ブリッジ回路６、７の各出力点Ｅ1、Ｅ2における変化率を略同一にして電圧変化を解消することができ、この結果、温度補償機能を具備したものとできる。

【００１４】尚、本発明は、前記実施例に限定されないものであることは勿論であつて、例えば操作レバー以外の操作具（操作ペダル等）でも実施できることは言うまでもない。

【００１５】

【作用効果】以上要するに、本発明は叙述の如く構成されたものであるから、操作具の操作量に応じた電気信号を出力するものでありながら、操作具を歪み変形自在な固定部材に構成すると共に、操作具の操作量を歪みセンサで電気信号に変換すべく構成されるため、可動部分を無くすことができる。 従つて、構造を著しく簡略化して大幅なコストダウンを可能にする許りでなく、優れた耐振性および耐久性を具備した信頼性の高いものとでき、
しかも、可動部分における補強を不要にして操作装置の著しい小型化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】操作レバーの斜視図である。

【図２】（Ａ）は歪みゲージの斜視図、（Ｂ）は側面図である。

【図３】作用を示す操作レバーの要部拡大図である。

【図４】歪みゲージの検出範囲を示すグラフ図である。

【図５】信号出力回路を示す回路図である。

【図６】信号出力回路のＸ方向成分の出力を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 操作レバー ５ 信号出力回路 Ａ〜Ｄ 歪みゲージ