JP2016071627A - Electromagnetic actuator and input device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種電子機器の入力操作部用の入力装置等に組み込まれて使用される電磁アクチュエータおよびそれを用いた入力装置に関するものである。 The present invention relates to an electromagnetic actuator used by being incorporated in an input device or the like for an input operation unit of various electronic devices, and an input device using the same.
各種電子機器の入力操作部には入力装置が搭載されており、その入力装置の中の一つとしてジョイスティック型のものが知られている。 An input device is mounted on an input operation unit of various electronic devices, and a joystick type is known as one of the input devices.
ジョイスティック型の入力装置は、通常中立位置で直立した操作軸を傾倒操作可能に構成されている。 The joystick-type input device is usually configured to be able to tilt an operation shaft that is upright at a neutral position.
その動作は、操作軸が傾倒されると、操作軸に係合された二つのジンバル部材が、操作された傾倒角度および傾倒方向に応じてそれぞれ回動し、各ジンバル部材の回動状態が対応する検出素子にそれぞれ伝達される。これによって、二つの検出素子から対応した所定出力が得られ、この出力を基に操作軸の傾倒角度や傾倒方向が検出可能な構成になっている。 When the operating shaft is tilted, the two gimbal members engaged with the operating shaft rotate according to the operated tilt angle and tilt direction, and the rotation state of each gimbal member corresponds. Is transmitted to each detection element. Accordingly, a predetermined output corresponding to the two detection elements is obtained, and the tilt angle and tilt direction of the operation shaft can be detected based on these outputs.
そして、特許文献1や特許文献2では、モータや歯車を予めジョイスティック型の入力装置内に組み込んだ構成にして、操作軸への傾倒操作時に、モータを回転させて、そのモータの回転力が操作軸に反力として伝達される構成にする提案がされている。
In Patent Document 1 and
しかしながら、従来のモータや歯車を予めジョイスティック型の入力装置に組み込んだものは、操作時の反力を得るためにモータを回転させるため、モータでの消費電力が大きいという課題があった。 However, when a conventional motor or gear is previously incorporated in a joystick type input device, the motor is rotated in order to obtain a reaction force during operation, and thus there is a problem that power consumption by the motor is large.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ジョイスティック型の入力装置等に組み込み可能で、モータを使用したものよりも省電力化を図りつつ入力装置の操作軸等に反力が与えられる構成の電磁アクチュエータおよびそれを用いた入力装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and can be incorporated into a joystick type input device or the like, and is more reactive to the operation shaft or the like of the input device while saving power than that using a motor. It is an object of the present invention to provide an electromagnetic actuator having a configuration and an input device using the same.
上記目的を達成するために、本発明による電磁アクチュエータは、収納部を備えたケースと、収納部に挿入される回転軸と、収納部に配され、回転軸の回転方向に回転規制がされて回転軸の軸方向に移動可能な複数の第1摩擦板と、第1摩擦板に重ねて軸方向に移動可能に前記収納部に配され、回転軸と共廻り可能に係合する複数の第2摩擦板と、第1摩擦板及び前記第2摩擦板をケースとの間で挟み、軸方向に移動可能に配された磁性体製の可動部材と、通電時にケースと可動部材との間を吸引するコイルとを備え、コイルに通電していない第1の状態では、可動部材はケースから離間して位置し、コイルに通電した第2の状態では、ケースと可動部材とが吸引状態になって、可動部材が第1摩擦板及び第2摩擦板を押し込んで第1摩擦板と前記第2摩擦板の間を密着状態に移行させる構成とした。 In order to achieve the above object, an electromagnetic actuator according to the present invention is provided with a case having a storage portion, a rotary shaft inserted into the storage portion, and a storage portion, and the rotation is restricted in the rotation direction of the rotary shaft. A plurality of first friction plates that are movable in the axial direction of the rotating shaft, and a plurality of first friction plates that are arranged in the storage portion so as to be movable in the axial direction so as to overlap the first friction plates and engage with the rotating shaft in a rotatable manner. Two friction plates, a first friction plate and the second friction plate are sandwiched between the case and a movable member made of a magnetic material disposed so as to be movable in the axial direction, and between the case and the movable member when energized. In the first state in which the coil is attracted and the coil is not energized, the movable member is positioned away from the case. In the second state in which the coil is energized, the case and the movable member are in the attracted state. The movable member pushes the first friction plate and the second friction plate into the first friction plate. And configured to shift the second friction plates into close contact.
すなわち、ケースと可動部材との吸引状態では、第1摩擦板、第2摩擦板の間に摩擦を生じさせることができ、この摩擦力によって回転軸の回転が規制されるものに実現する。 That is, in the suction state between the case and the movable member, friction can be generated between the first friction plate and the second friction plate, and the rotation of the rotating shaft is regulated by this frictional force.
また、本発明による電磁アクチュエータを用いた入力装置は、傾倒可能に配された操作軸に係合したジンバル部材に回転軸を設けて、その回転軸を上記電磁アクチュエータに組み合わせた構成とする。 The input device using the electromagnetic actuator according to the present invention has a configuration in which a rotation shaft is provided on a gimbal member engaged with an operation shaft arranged to be tiltable, and the rotation shaft is combined with the electromagnetic actuator.
このように、当該電磁アクチュエータおよびそれを用いた入力装置であれば、コイルへの通電で生じた磁束によって第1摩擦板、第2摩擦板の間に摩擦を生じさせることができ、この摩擦力が回転軸の回転方向への反力として得られるものに実現することができる。このため、モータを使用して直接的に回転軸の回転方向への反力とするものよりも省電力化が図れるという効果を有する。 Thus, with the electromagnetic actuator and the input device using the electromagnetic actuator, friction can be generated between the first friction plate and the second friction plate by the magnetic flux generated by energization of the coil, and this frictional force is rotated. This can be realized as a reaction force in the rotational direction of the shaft. For this reason, it has the effect that power saving can be achieved rather than what uses a motor and makes it directly the reaction force to the rotation direction of a rotating shaft.
本発明によれば、ジョイスティック型の入力装置等に組み込み可能で、モータを使用したものよりも省電力化を図りつつ入力装置の操作軸等に反力が与えられる構成の電磁アクチュエータおよびそれを用いた入力装置を得ることができるという有利な効果が得られる。 According to the present invention, an electromagnetic actuator that can be incorporated into a joystick-type input device or the like and that is configured to apply a reaction force to the operation shaft or the like of the input device while saving power compared to a device using a motor, and the use thereof An advantageous effect is obtained that an input device can be obtained.
本発明による電磁アクチュエータおよびそれを用いた入力装置について、以下に図面を用いて説明する。 An electromagnetic actuator and an input device using the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態)
図1は本発明の実施形態による電磁アクチュエータの上面図、図2は同分解斜視図、図3は同前方から見た側面図、図4は同後方から見た側面図、図5は同要部である第1摩擦板と第2摩擦板の組み合わせ状態を示す図である。なお、本発明の実施形態による電磁アクチュエータを用いて構成した入力装置に纏わる図6〜図11については詳細説明を後述する。
(Embodiment)
1 is a top view of an electromagnetic actuator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view thereof, FIG. 3 is a side view seen from the front, FIG. 4 is a side view seen from the rear, and FIG. It is a figure which shows the combination state of the 1st friction plate which is a part, and a 2nd friction plate. 6 to 11 related to the input device configured using the electromagnetic actuator according to the embodiment of the present invention will be described in detail later.
図1〜図5を用いて、始めに、本発明の実施形態による電磁アクチュエータ10について説明する。図1〜図5に示すように、電磁アクチュエータ10は、収納部としてなる筒部20を備えた磁性体製のケース30と、筒部20内にそれぞれ複数枚配された第1摩擦板42および第2摩擦板46とを備える。さらに、筒部20内で最も前方に位置する第1摩擦板42に隣接して位置し、ケース30側に向けて移動可能に配された磁性体製の可動部材50と、ケース30に装着されたボビン60付きのコイル65と、コイル65内に挿通されて可動部材50に固定された磁性体製の棒状体70とを備える。
First, an
ケース30には、略矩形状の平板部31の中央位置に円筒状の筒部20が一体で設けられている。筒部20が設けられた平板部31箇所は、同心で貫通した孔部になっている。また、筒部20を中心として平板部31の左右位置には、円筒状に設けられたコイル保持部32がそれぞれ設けられている。さらに、平板部31の側端部には、側方に十字形状で突出形成された係合部33が設けられている。なお、ケース30の素材は、SUS430からなるが、磁性体であれば鉄等であってもよい。
The
ケース30の孔部は、前方が第1部分となり、後方が第2部分となっている。
The hole of the
孔部の第1部分は、筒部20の前方位置で構成されており、その内径は円形に形成されている。そして、筒部20には二つの規制溝22が設けられている。規制溝22は対称位置で一つずつ設けられている。それぞれの規制溝22は同一幅で前方側に伸びた前方開口の矩形状である。
The 1st part of a hole is comprised in the front position of the
孔部の第1部分の中には、それぞれ複数枚の第1摩擦板42および第2摩擦板46が配されている。
A plurality of
第1摩擦板42は、規制溝22の溝幅よりも若干細幅で外方に突出する回転防止突起42Aが対称位置に設けられた略円形のものであり、中央には大径孔42Bが設けられている。大径孔42Bは円形が好ましいが、後述する回転軸90の回転を妨げない形状で形成されていればよい。第1摩擦板42の材質は、例えば銅などの薄い厚みの板からなる。
The
第2摩擦板46は、第1摩擦板42の外形の円形部分とほぼ同じ大きさの円形のものである。なお、第2摩擦板46の外形は、ケース30の孔部における第1部分の内壁で回転規制を受けない形状であればよい。第2摩擦板46の材質は、例えばSUS板などの薄い厚みの板からなる。第1摩擦板42と第2摩擦板46の材質は、上述した銅、SUSのみに限定されることはなく、それら以外にも、アルミ、セラミック、樹脂、紙等もしくはそれらの複合素材であってもよい。
The
そして、第2摩擦板46には、中央に異形孔46Bが設けられている。異形孔46Bは、図2や図5に示したように、円形の両サイドを平行な直線で線対称になるように切り落とした形状である。異形孔46Bは、後述する回転軸90が回転した際に、第2摩擦板46が係合して共廻りする形状であればよく、例えば略小判状などであってもよい。
The
そして、第1摩擦板42と第2摩擦板46とは、交互に、前後方向に沿って延設されている筒部20内に順に重なるように配されている(図5参照)。それぞれの第1摩擦板42は、二つの回転防止突起42Aが、対応するそれぞれの規制溝22内に位置するようにしてケース30に配されている。なお、重ね合わせる枚数は、求める反力などに応じて適宜設定すればよいが、二種類を合わせて十枚〜三十枚程度で、二十枚前後を目安にするとよい。
And the
これら第1摩擦板42と第2摩擦板46は、厚み方向となる前後方向には移動可能に配されている。言い換えると、後述する回転軸90の軸方向に沿って移動可能に配されている。なお、当該構成のように、第1摩擦板42が回転しない側であれば、孔部の第1部分の最も前方位置に第1摩擦板42が位置し、かつ最も後方位置にも第1摩擦板42が位置する配置状態にすると好ましいが、その配置順序に限定されることはない。
The
ケース30の孔部における後方の第2部分は、内周に雌ねじがきられている。そして、後方側から、外周に雄ねじがきられた略円筒形の調整用部材48が第2部分内にねじ込まれ、接着剤等で移動しないように固定されている。調整用部材48は、ねじ込むことによって、前端面が最後方位置の第1摩擦板42に当接して重なり合った複数の第1摩擦板42、第2摩擦板46の配置位置を調整するために配している。なお、調整用部材48としては、複数の第1摩擦板42や第2摩擦板46の配置位置が調整でき、その調整後に位置が固定できるものであれば、ねじ式に限定されることはない。
The rear second portion of the hole of the
また、調整用部材48を略円筒形にしたのは、回転軸90の逃げ部を有したものとするためである。そして、当該構成の調整用部材48では、ねじ込むためのドライバー溝48A(図4参照)を後端面に設けると共に、調整後で調整用部材48がケース30の孔部内に殆ど収まる寸法のものにしている。これであれば、製品の前後方向の厚みに影響しないため好ましい。
The reason why the adjusting
ケース30の平板部31の左右位置それぞれに設けられた円筒状のコイル保持部32には、ボビン60付きのコイル65が装着されている。2つのコイル65の巻き方向は同じである。
A
そして、円筒状のコイル保持部32を構成している貫通孔には、円柱状に形成された磁性体製の棒状体70が挿入されている。棒状体70の素材は、SUS430からなるが磁性体であれば鉄等でもよい。
A rod-shaped
棒状体70の後端は、平板部31の後面から少し突出しており、その突出した後端近傍をEリング75(図2参照)が保持し、板ばね部材80の弾性部81が前方に向けて付勢するばね力をEリング75を介して棒状体70に加えている。なお、弾性部81の形状は特に限定されない。また、板ばね部材80以外で棒状体70が前方に向けて付勢されていてもよい。
The rear end of the rod-
板ばね部材80は、平板部31の後面にリベットやタッピング式のねじなどの結合部材82でケース30の平板部31に固定されている。なお、結合部材82を用いることなく、板ばね部材80またはケース30の平板部31に固定部や被固定部を設け、それらが直接固定されている等でもよい。
The
棒状体70の後部に装着されたEリング75(図2参照)は、コイル65に通電していない第1の状態では、弾性部81のばね力で前方に付勢されて、Eリング75の前面は平板部31の後面に当接している。
In the first state in which the
そして、棒状体70の前方部分は、略板状に形成された磁性体製の可動部材50に固定されている。その固定方法は、圧入や接着など特に限定されない。
And the front part of the rod-shaped
可動部材50には、筒部20に同心で貫通した円形孔53が設けられており、円形孔53周囲の後面位置には、規則性をもって円形リング状に配置された凸部からなる押圧部55が設けられている。押圧部55の後端面は、全て高さ位置が同一で揃えられて設けられている。
The
コイル65に通電していない第1の状態では、可動部材50は、左右位置それぞれで前方に付勢された棒状体70に固定されているため、ケース30から離間した状態になっている。そして、それぞれの棒状体70は、Eリング75で前方への位置規制をされた停止状態になっているため、可動部材50もケース30から離間して停止している。最も離間距離が狭い箇所は、ケース30の筒部20の前端面と可動部材50の後面との間であり、その離間距離は例えば0.15mm〜0.3mm程度の隙間で設定するとよい。
In the first state in which the
そして、第1の状態では、可動部材50の押圧部55は筒部20内に位置しており、押圧部55の後端面は、最も前方に位置する第1摩擦板42に対峙している。このとき、第1摩擦板42や第2摩擦板46は前後方向には移動可能な状態である。
And in the 1st state, the
以上のように、当該実施形態による電磁アクチュエータ10は構成されている。
As described above, the
そして、電磁アクチュエータ10は、回転軸90(図1参照)を、前方の可動部材50側から、可動部材50の円形孔53、重なって配された第1摩擦板42の大径孔42Bおよび第2摩擦板46の異形孔46Bに挿通させて搭載状態とされる。つまり、回転軸90を、可動部材50の円形孔53、筒部20内に挿入させて搭載状態とされる。
Then, the
回転軸90は、可動部材50の円形孔53に応じた箇所およびその近傍にかけては、断面円形であると好ましい。
The rotating
そして、回転軸90は、重なり合う第1摩擦板42の大径孔42B、第2摩擦板46の異形孔46Bの挿通箇所から先端にかけては、断面が異形状で形成されている。その形状としては、異形孔46Bより少し小さい相似形状に形成されている。
The rotating
回転軸90は、最も後部側に配された第1摩擦板42よりも、先端が後方側に突き抜けて配されている。ここに、調整用部材48が略円筒形であれば、回転軸90の先端を逃がすことができて好ましい。
The rotating
以上のように、当該実施形態による電磁アクチュエータ10は、回転軸90を組み合わせて搭載状態とされる。続いて、その動作について説明する。
As described above, the
コイル65に通電していない第1の状態では、交互に重なり合う第1摩擦板42と第2摩擦板46は以下の状態であるため、回転軸90は自在に回転可能な状態になっている。
In the first state in which the
すなわち、第1の状態では、第1摩擦板42は、大径孔42Bの円形の直径が、回転軸90の異形状に設けられた部分よりも大きく設定されており、回転軸90が回転しても、大径孔42Bを通じて第1摩擦板42には回転軸90の回転は伝達されない。かつ、第1摩擦板42は、回転防止突起42Aが筒部20に設けられた規制溝22内に位置されて配されているため、回転軸90が回転状態であっても、または回転軸90が停止状態であったとしても、それらとは関係なく回転方向に対しては常に回転方向に規制されて停止状態を保っている。
In other words, in the first state, the
第2摩擦板46は、異形孔46Bが、回転軸90の異形状に設けられた部分よりも少し大きい相似形状である。このため、回転軸90が回転すると、その回転状態が異形孔46Bを通じて第2摩擦板46に伝達され、回転軸90と共廻りする。このとき、第2摩擦板46の回転を妨げないように、第2摩擦板46の外形の設定および筒部20の内壁形状を設定していることは上述したとおりである。そして、回転軸90が回転している状態から停止状態になると、これも異形孔46Bを通じて第2摩擦板46に伝達され、第2摩擦板46は停止状態になる。
The
そして、この第1の状態では、第1摩擦板42と第2摩擦板46は、回転軸90の軸方向となる前後方向には移動可能な状態であり、回転軸90が回転すると、第2摩擦板46のみが共廻りする。なお、第2摩擦板46の回転動作に応じて交互に重なり合う第1摩擦板42と第2摩擦板46とが若干こすれ合うこともあるが、回転軸90の回転を妨げるまでの大きい反力が生成されることはなく、自在に回転軸90は回転可能である。
In this first state, the
次に、コイル65に通電した第2の状態では、反力が生成されて回転軸90の回転を妨げる状態になる。
Next, in the second state in which the
コイル65に通電すると、コイル65内には前後方向に向う磁束が生じる。
When the
例えば、コイル65内に前方から後方に向う磁束が生じると、この磁束は棒状体70を介してケース30の平板部31に伝わり、平板部31から筒部20に至る。そして、その磁束が、可動部材50に伝達された後に棒状体70に戻るループで伝わる。コイル65内に前方から後方に向う磁束が生じるものにすると、上記とは逆のループで伝わるようになる。
For example, when a magnetic flux directed from the front to the rear is generated in the
このループ状で伝わっていく磁束に応じて、離間している可動部材50、ケース30の間には吸引力が発生する。当該構成では、この吸引力が板ばね部材80に設けられた弾性部81のばね力の和よりも大きくなるように、弾性部81の形状や第1の状態でのケース30と可動部材50の離間距離を設定している。
An attractive force is generated between the
そして、この吸引力で、回転軸90に沿いつつ移動する可動部材50とケース30との間が近づいていき、可動部材50とケース30の筒部20の前端面とが吸引された第2の状態になる。なお、吸引された第2の状態では、可動部材50とケース30の筒部20の前端面とは僅かな隙間が空く設定にしている。その僅かな隙間は、0.1mm以下程度である。または、各種部材の形成寸法や組み合わせ誤差等の管理が可能であれば、当接するものとしてもよい。
Then, with this suction force, the
第1の状態から第2の状態になる際には、押圧部55も相対的にケース30側に近づいていき、最も前方位置の第1摩擦板42に当接し、この第1摩擦板42を後方に押し込んでいく。これによって、第2の状態では、重なり合う第1摩擦板42、第2摩擦板46同士は相互に密着状態に移行する。
When changing from the first state to the second state, the
そして、第2の状態では、可動部材50に結合されている棒状体70は、Eリング75を介して板ばね部材80に設けられた弾性部81のばね力に抗して後方側に移動した状態になっている。つまり、ケース30に対して棒状体70は相対的に後方に移動し、Eリング75の前面が平板部31の後面から離れた状態になっている。
And in the 2nd state, the rod-shaped
第2の状態に移行すると、回転方向に停止状態である複数の第1摩擦板42と回転軸90と共廻りしている複数の第2摩擦板46との間がそれぞれ密着状態になることによって摩擦が生じ、この摩擦力が回転軸90の回転を妨げる反力となる。
When shifting to the second state, the plurality of
なお、この反力の大きさは、第1摩擦板42と第2摩擦板46の相互の密着状態によって左右される。このため、押圧部55での押し込み距離、第1摩擦板42と第2摩擦板46の大きさ、組み合わせ枚数、表面状態などを勘案しつつ適宜決定することで所望の反力が得られるものに実現できる。なお、第1摩擦板42と第2摩擦板46の表面状態として凹凸をつけるなどにしてもよい。また、オイルを介して密着する構成などにしてもよい。
The magnitude of the reaction force depends on the close contact state between the
その後、コイル65への通電を停止すると、コイル65内に生じていた磁束がなくなる。このため、可動部材50とケース30の筒部20の前端面との間の吸引状態が解除される。これによって、棒状体70は、板ばね部材80の弾性部81のばね力で再び前方に付勢されて、Eリング75の前面がケース30の平板部31の後面に当接するまで前方に移動する。この棒状体70のケース30に対する相対的な前方への移動で、可動部材50がケース30の筒部20から離間して位置する第1の状態に戻る。
Thereafter, when energization of the
つまり、コイル65への通電を停止すると、可動部材50の押圧部55による押し込み状態も解除され、第1摩擦板42および第2摩擦板46は、前後方向つまり回転軸90の軸方向に移動可能な状態に戻る。
That is, when energization of the
以上のように、当該実施形態による電磁アクチュエータ10では、コイル65に通電し、それで生じた磁束を用いて、交互に重なり合う第1摩擦板42と第2摩擦板46との間で摩擦を発生させることができ、その摩擦力を回転軸90の回転の反力とすることができる。そして、コイル65に通電する電力としては、可動部材50の移動が可能となる磁束を得るのみでよいため、モータの回転力で直接的に反力を得る構成の場合よりも消費電力を大きく低減することができる。
As described above, in the
また、図1などに示したように、コイル65を左右位置それぞれに配したものとして、それぞれからの磁束が筒部20などに同じ方向に向けて伝わる構成にすると、巻き数の少ないコイル65を用いても所望の吸引力が得られるものを容易に構成することができる。
Further, as shown in FIG. 1 and the like, assuming that the
そして、電磁アクチュエータ10の搭載箇所としては、各種電子機器の入力操作部に搭載される入力装置が好適であるが、ドアノブなどの回転を伴って入力操作を行う部分に搭載してもよい。さらには、パワーアシストをする装置の回転を伴って動作する関節部や、車両を生産する際などに用いられる各種ロボットの関節部等にも搭載可能である。
And as an installation place of the
次に、当該実施形態による電磁アクチュエータ10を組み込んだ入力装置について、ジョイスティック型のものを例として以下に図面を用いて説明する。
Next, an input device incorporating the
図6は当該電磁アクチュエータを組み込んだ入力装置の外観斜視図、図7は同入力装置の断面図、図8は同入力装置の分解斜視図、図9は同入力装置の下方から見た分解斜視図、図10は同入力装置の第1筐体を除いた状態での上面図、図11は図10の状態で角度を振って示した斜視図である。 6 is an external perspective view of the input device incorporating the electromagnetic actuator, FIG. 7 is a cross-sectional view of the input device, FIG. 8 is an exploded perspective view of the input device, and FIG. 9 is an exploded perspective view of the input device viewed from below. FIG. 10 is a top view of the input device with the first housing removed, and FIG. 11 is a perspective view showing the angle in the state of FIG.
ジョイスティック型の入力装置100は、図6、図7、図9などから判るように、下方が開口した箱型の第1筐体110と、第1筐体110に結合している板状の第2筐体120とが組み合わせられた略直方体状の外形で、第1筐体110の天面に設けられた孔から操作軸130が上方に突出したものになっている。操作軸130の上端部は、操作用つまみの形状に形成されており、この操作軸130への傾倒操作で使用するものになっている。
As can be seen from FIGS. 6, 7, 9, and the like, the joystick-
操作軸130は、第1ジンバル部材150と第2ジンバル部材170にそれぞれ設けられた長孔内に挿通して配されている(図7〜図9参照)。第1ジンバル部材150と第2ジンバル部材170は、互いに直交する方向に向けて重ねて配されている。
The
第1ジンバル部材150は、上面視細幅形状で、その一端側に突出形成された第1回転軸152を備えている。他端は第1検出素子210用の第1結合部154に形成されている。第1回転軸152と第1結合部154は同軸上で設けられている。
The
この第1回転軸152が上述した回転軸90に相当するものであり、第1回転軸152は、電磁アクチュエータ10である第1電磁アクチュエータ310内に上述したように挿入されている。
The first
第1電磁アクチュエータ310は、第1電磁アクチュエータ310自体が傾動可能なように、第2筐体120の周縁部に載せて配設されている(図7、図10、図11参照)。
The first
第1ジンバル部材150の第1結合部154は、第1検出素子210の回転式可動部に結合されている。
The
第1検出素子210は、回転式可動部が所定角度に回動した際に相応した出力が得られるもの、例えば接触式のものでは可変抵抗器、エンコーダ、非接触式のものでは光式や磁気式のエンコーダなどが用いられている。第1検出素子210は、第2筐体120の下方に配された配線基板500に装着されている。
The
なお、配線基板500は、第2筐体120に一体化されている。その一体化させるための手段は特に限定されないが、当該実施形態では、下方からねじ511を用いて一体化させている(図8、図9参照)。ここに、配線基板500を一体化させることなく機器側の配線基板を用いて構成してもよい。そして、第2筐体120を第1筐体110に結合させる手段も、同様に限定はされないが、当該実施形態では、下方からねじ512を用いて一体化させたものとしている(図8、図9参照)。
Note that the
第2ジンバル部材170は、上面視細幅形状で、その一端側に突出形成された第2回転軸172を備えている。他端は第2検出素子220用の第2結合部174になっている。第2回転軸172と第2結合部174は同軸上で設けられている。
The
この第2回転軸172も上述した回転軸90に相当するものであり、第2回転軸172は、電磁アクチュエータ10である第2電磁アクチュエータ320と記載する。第2電磁アクチュエータ320内に上述したように挿入されている。
The second
第2電磁アクチュエータ320も、第2電磁アクチュエータ320自体が傾動可能なように、第2筐体120の周縁部に載せて配設されている(図7、図10、図11参照)。
The second
第2ジンバル部材170の第2結合部174は、第2検出素子220の回転式可動部に結合されている。第2検出素子220としては、第1検出素子210と同じものが用いられている。
The
重なり合っている第1ジンバル部材150と第2ジンバル部材170は、支持部材400で下方から支持されている。操作軸130は、支持部材400の中央孔内に挿通している。
The overlapping
支持部材400の下方にはリング状部材420が配されている。リング状部材420は外枠部内に内側棒状部を備えると共に、外枠部から外方に対となる外側棒状部を備えている。内側棒状部と外側棒状部は直交関係で、それぞれ断面が略円形で設けられている。図7に示したように、操作軸130の下端は内側棒状部にスナップ的に結合されている。そして、外側棒状部の上面は、支持部材400の下面に設けられた円弧状受け部で受けられている。
A ring-shaped
上記説明から判るように、操作軸130は、リング状部材420の内側棒状部との結合箇所近傍が支点となって、全方位に傾倒可能になっている。
As can be seen from the above description, the
そして、操作軸130が傾倒した際には、第1ジンバル部材150と第2ジンバル部材170は支持部材400上でそれぞれ相応する角度で回動動作をする。その回動状態に応じて、対応する第1検出素子210や第2検出素子220から所定出力が得られ、それらの出力から操作軸130の傾倒方向や傾倒角度が検出できるようになっている。なお、操作軸130が傾倒した後に、操作軸130が元の中立位置に戻るための中点復帰機構を付加した構成にすると好ましい。
When the
そして、リング状部材420の下方位置には、押圧体440を介して押しボタンスイッチ460が配されている。押しボタンスイッチ460は自己復帰型で配線基板500に実装されている。なお、第2筐体120には、押しボタンスイッチ460の配設位置に応じた箇所に貫通孔が形成されている。
A
ここで、第1電磁アクチュエータ310自体や第2電磁アクチュエータ320自体は、所定角度まで、その全体が傾動可能に配されていることは上述したとおりである。その構成についての説明を続いて行う。
Here, as described above, the first
第1電磁アクチュエータ310は、側方に十字形状で突出形成された第1係合部313(電磁アクチュエータ10の係合部33に相当)を備えており、図10や図11にも示したように、その第1係合部313には第1コイルバネ315、第2コイルバネ317が装着されている。第1コイルバネ315は、第1係合部313と第1筐体110の天面との間で所定の圧縮状態になっている。また、第2コイルバネ317は、第1係合部313と第2筐体120の上面との間で所定の圧縮状態になっている。両者から第1電磁アクチュエータ310に加わるばね力は、操作軸130を操作していない状態では同等で、第1電磁アクチュエータ310は水平な配置状態を保っている。
The first
第2電磁アクチュエータ320も第1電磁アクチュエータ310と同様で、図10や図11にも示したように、側方に十字形状で突出形成された第2係合部323には第3コイルバネ325、第4コイルバネ327が装着されている。第3コイルバネ325は、第2係合部323と第1筐体110の天面との間で所定の圧縮状態で配され、第4コイルバネ327は、第1係合部313と第2筐体120の上面との間で所定の圧縮状態で配されている。両者から第2電磁アクチュエータ320に加わるばね力は、操作軸130を操作していない状態では同等で、第2電磁アクチュエータ320は水平な配置状態を保っていることも第1電磁アクチュエータ310の場合と同じである。
The second
以上のように、ジョイスティック型の入力装置100は構成されている。
As described above, the joystick
その動作は、操作軸130を傾倒させると、上述したように第1ジンバル部材150や第2ジンバル部材170が相応する回動動作をして、対応する第1検出素子210や第2検出素子220から所定出力が得られる。
As described above, when the
ここで、この入力装置100では、第1ジンバル部材150に対応させて第1電磁アクチュエータ310を配設し、第2ジンバル部材170に対応させて第2電磁アクチュエータ320を配設したものとして、操作時の反力が得られるものとしている。
Here, in this
つまり、第1電磁アクチュエータ310に通電すると、第1電磁アクチュエータ310において、重なり合って交互に配されている複数の第1摩擦板42と複数の第2摩擦板46とが互いに密着状態になって第1回転軸152の回転を妨げるようになる。
That is, when the first
第2電磁アクチュエータ320に通電すると、同様に、第2電磁アクチュエータ320において、重なり合って交互に配されている複数の第1摩擦板42と複数の第2摩擦板46とが互いに密着状態になって第2回転軸172の回転を妨げるようになる。
When the second
言い換えると、第1電磁アクチュエータ310や第2電磁アクチュエータ320への通電制御をすることによって、操作軸130の傾倒操作時などに反力が得られるものとして提供することができる。その際に、必要とする電力は、モータを用いて直接的に反力とするものに対して省電力化が図られたものにできることも上述したとおりである。
In other words, by controlling the energization of the first
上記通電制御の通電するタイミングは特に限定はされない。例えば、操作軸130が所定角度で傾倒したことが検出された際に行われたり、所定方向への傾倒操作のみが可能なように行われる等があげられる。または、操作軸130の中立位置から30°までが傾倒可能範囲としてある場合、その30°の傾倒までの間の10°毎に短時間通電するなどであってもよい。または、傾倒角度以外に、傾倒が開始された時間を基準にして通電するなどであってもよい。
The timing for energizing the energization control is not particularly limited. For example, it is performed when it is detected that the operating
さらに、この入力装置100では、第1電磁アクチュエータ310と第2電磁アクチュエータ320を、それぞれ自体が全体的に傾動可能なように第2筐体120上に配している。
Further, in the
これであれば、第1電磁アクチュエータ310、第2電磁アクチュエータ320のいずれか、またはその両者に通電して、操作軸130の傾倒時に反力が得られるようになった後に、引き続いて同じ方向に大きい力で傾倒操作がされると、第1電磁アクチュエータ310、第2電磁アクチュエータ320のいずれか、またはその両者そのもの自体が傾動して第2筐体120に当接する。これによって、その後の操作軸130の傾倒操作が規制されるものに実現できる。
In this case, after energizing either one or both of the first
この第1電磁アクチュエータ310、第2電磁アクチュエータ320そのものを傾動させるのは所謂機械的な構成で実現しているため、その際に電力は必要としない。なお、この第1電磁アクチュエータ310、第2電磁アクチュエータ320自体の傾動動作は、操作軸130が反力で停止状態になった後でのさらなる操作軸130への傾倒操作によって起こるものとすればよい。
The tilting of the first
そして、第1電磁アクチュエータ310自体の傾動時には、第1コイルバネ315、第2コイルバネ317が対応する伸縮状態になる。そして、操作力が除かれると、第1コイルバネ315と第2コイルバネ317は元の釣り合ったばね力の状態に復元する。つまり、これらの復元するばね力で、第1電磁アクチュエータ310そのものの傾動状態は、元の水平な配設状態に戻る。
When the first
また、第2電磁アクチュエータ320自体の傾動時には、第3コイルバネ325、第4コイルバネ327が対応する伸縮状態になる。その他は上述した第1電磁アクチュエータ310自体の傾動時と同じであるため、説明は省略する。
Further, when the second
操作軸130を下方に押し込むと、操作軸130が下方に移動する。これに応じて、操作軸130が結合されているリング状部材420で押圧体440が下方に押し下げられて押しボタンスイッチ460がスイッチングされる。
When the
押し込み力を除くと、押しボタンスイッチ460は元の状態に自己復帰し、この押しボタンスイッチ460の自己復帰力によって、押圧体440やリング状部材420、リング状部材420に結合している操作軸130が押し上げられ、押し込み前の状態に戻る。
When the pushing force is removed, the
以上のように、この入力装置100では、第1電磁アクチュエータ310、第2電磁アクチュエータ320に通電することによって、操作軸130の傾倒操作時に反力が得られるものとして提供できる。そして、その通電で消費する電力消費は少なく抑えられ、各種電子機器の入力操作部等に搭載して用いることができる。または、入力操作を必要とする箇所に適宜搭載することも可能である。
As described above, this
本発明による電磁アクチュエータは、ジョイスティック型の入力装置等に組み込み可能で、これを用いたジョイスティック型の入力装置は、モータを使用したものよりも省電力化を図りつつ入力装置の操作軸に反力が与えられるものに実現できる。このために、当該電磁アクチュエータおよびそれを用いた入力装置は、主に各種電子機器の入力操作部用の入力装置を始めとして各種の入力操作する部位を構成する際等に有用である。 The electromagnetic actuator according to the present invention can be incorporated in a joystick type input device or the like, and the joystick type input device using the electromagnetic actuator is more reactive than the one using a motor while reducing the power consumption. Can be realized. For this reason, the electromagnetic actuator and an input device using the electromagnetic actuator are mainly useful when configuring various input operation parts including an input device for an input operation unit of various electronic devices.
10 電磁アクチュエータ
20 筒部
22 規制溝
30 ケース
31 平板部
32 コイル保持部
33 係合部
42 第1摩擦板
42A 回転防止突起
42B 大径孔
46 第2摩擦板
46B 異形孔
48 調整用部材
48A ドライバー溝
50 可動部材
53 円形孔
55 押圧部
60 ボビン
65 コイル
70 棒状体
75 Eリング
80 板ばね部材
81 弾性部
82 結合部材
90 回転軸
100 入力装置
110 第1筐体
120 第2筐体
130 操作軸
150 第1ジンバル部材
152 第1回転軸
154 第1結合部
170 第2ジンバル部材
172 第2回転軸
174 第2結合部
210 第1検出素子
220 第2検出素子
310 第1電磁アクチュエータ
313 第1係合部
315 第1コイルバネ
317 第2コイルバネ
320 第2電磁アクチュエータ
323 第2係合部
325 第3コイルバネ
327 第4コイルバネ
400 支持部材
420 リング状部材
440 押圧体
460 押しボタンスイッチ
500 配線基板
511、512 ねじ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記収納部に挿入される回転軸と、
前記収納部に配され、前記回転軸の回転方向に回転規制がされて前記回転軸の軸方向に移動可能な複数の第1摩擦板と、
前記第1摩擦板に重ねて前記軸方向に移動可能に前記収納部に配され、前記回転軸と共廻り可能に係合する複数の第2摩擦板と、
前記第1摩擦板及び前記第2摩擦板を前記ケースとの間で挟み、前記軸方向に移動可能に配された磁性体製の可動部材と、
通電時に前記ケースと前記可動部材との間を吸引するコイルとを備え、
前記コイルに通電していない第1の状態では、前記可動部材は前記ケースから離間して位置し、
前記コイルに通電した第2の状態では、前記ケースと前記可動部材とが吸引状態になって、前記可動部材が前記第1摩擦板及び前記第2摩擦板を押し込んで前記第1摩擦板と前記第2摩擦板の間を密着状態に移行させる電磁アクチュエータ。 A case with a storage section;
A rotating shaft inserted into the storage unit;
A plurality of first friction plates that are arranged in the storage unit and are restricted in rotation in the rotation direction of the rotation shaft and movable in the axial direction of the rotation shaft;
A plurality of second friction plates that are arranged on the storage portion so as to be movable in the axial direction so as to overlap the first friction plates, and engage with the rotation shaft so as to be able to rotate together;
A movable member made of a magnetic material, which is disposed so as to be movable in the axial direction, with the first friction plate and the second friction plate sandwiched between the case and the case;
A coil for attracting between the case and the movable member when energized,
In the first state where the coil is not energized, the movable member is positioned away from the case,
In a second state in which the coil is energized, the case and the movable member are in a sucked state, and the movable member pushes the first friction plate and the second friction plate into the first friction plate and the An electromagnetic actuator for shifting between the second friction plates to a close contact state.
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US11269369B2 (en) | 2017-02-20 | 2022-03-08 | Hans Heidolph GmbH | Operating element for a laboratory device |
WO2023047537A1 (en) * | 2021-09-24 | 2023-03-30 | 任天堂株式会社 | Directional input device and controller |
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2014
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