JP2017167604A

JP2017167604A - 入力装置

Info

Publication number: JP2017167604A
Application number: JP2016049370A
Authority: JP
Inventors: 高橋　一成; Kazunari Takahashi; 一成高橋; 厚志後藤; Atsushi Goto
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-14
Also published as: JP6543588B2

Abstract

【課題】小型化あるいは薄型化を実現することができるとともに、操作抵抗（触覚）を得ることができる入力装置を提供すること。【解決手段】開口部２０１を有するパネル２００の内側に設けられる入力装置１００であって、パネル２００の内側において面方向に移動可能に設けられ、一部が開口部２０１からパネル２００の外側に露出する帯状の操作体１１０と、パネル２００の内側に設けられ操作体１１０に対向するヨーク１２０と、ヨーク１２０に固定され通電により磁界を発生するコイル１３０と、操作体１１０とヨーク１２０との間に充填され、コイル１３０により印加される磁界の強さに応じて粘度が変化する磁気粘性流体１４０と、操作体１１０の面方向における移動量を検知する検知部１５０と、検知部１５０が検知した移動量に基づいてコイル１３０に流れる電流を制御する制御部１６０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電子機器や車載電装品などの入力デバイスとして利用することができる入力装置に関する。

特許文献１に記載された入力装置は、操作体と、ベース部材と、支持部材と、カバー部材と、を備えている。操作体は、球形状をなしている。支持部材は、ベース部材に対して部分的に埋め込まれた状態で固定されている。操作体は、ベース部材とカバー部材との間に設けられ、支持部材により支持されている。カバー部材には、厚み方向に貫通する円形状の貫通穴が形成されており、この貫通穴を通じて操作体の表面の一部が上面側へ露出している。ユーザは、上面側の露出部分にて操作体を操作することができる。

特許文献１に記載された操作体は、中空構造（シェル構造）をなしており、その内部に収容空間が形成されている。収容空間の内部には、内部磁性体が収容されている。また、操作体の外部には、ベース部材に形成された貫通穴に外部磁石が配置されている。操作体の収容空間では、外部磁石によって内部磁性体が常に下方向へ引き寄せられている。そのため、特許文献１に記載された入力装置では、操作体の内面と内部磁性体との摩擦によって操作抵抗が得られる。

特開２０１１−１４５７２４号公報

特許文献１に記載された入力装置では、操作体の収納空間に内部磁性体を封入することが困難なことがある。また、球形状の操作体と、操作体の外部に設けられる外部磁石と、が必要になる。そのため、入力装置の全体の厚さが厚くなり、入力装置を小型化することが困難なことがある。

本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、小型化あるいは薄型化を実現することができるとともに、操作抵抗（触覚）を得ることができる入力装置を提供することを目的とする。

本発明は、帯状の操作体を有する入力装置において、
前記操作体に対向するヨークと、前記ヨークに磁界を誘導するコイルと、前記操作体に接触して設けられて、前記ヨークから磁界が与えられる磁気粘性流体と、
前記コイルに流れる電流を制御して、前記磁気粘性流体から前記操作体に操作抵抗力を与える制御部と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の入力装置は、前記操作体の移動量を検知する検知部が設けられ、
前記制御部では、前記検知部で検知された前記移動量に基づいて前記コイルに流れる電流を制御するものが好ましい。

本発明の入力装置は、開口部を有するパネルが設けられ、
帯状の前記操作体が、前記パネルの内側に設けられて、前記操作体の一部が前記開口部に露出しているものとして構成できる。

本発明の入力装置は、前記操作体は無端ベルトであり、一対のローラに巻かれているものであることが好ましい。

本発明の入力装置では、無端ベルトである前記操作体は、前記開口部内の操作領域と、前記操作領域からみて前記開口部とは反対側に位置する抵抗付与領域とを移動し、
前記ヨークが、前記抵抗付与領域を移動する前記操作体からみて、前記操作領域と反対側に配置されて、前記操作領域を移動する前記操作体と前記抵抗付与領域を通過する前記操作体との間に前記磁気粘性流体が介在しているものである。

または、無端ベルトである前記操作体は、前記開口部内の操作領域と、前記操作領域からみて前記開口部とは反対側に位置する抵抗付与領域とを移動し、
前記ヨークが、前記操作領域を移動する前記操作体と前記抵抗付与領域を移動する前記操作体との間に配置されて、
前記操作領域を移動する前記操作体と前記ヨークとの間、および前記抵抗付与領域を移動する前記操作体と前記ヨークとの間に前記磁気粘性流体が介在しているものである。

あるいは、無端ベルトである前記操作体は、前記開口部内の操作領域と、前記操作領域からみて前記開口部とは反対側に位置する抵抗付与領域とを移動し、
前記ヨークは、前記抵抗付与領域を移動する前記操作体を挟んで配置された第１のヨーク部と第２のヨーク部とを有し、
前記抵抗付与領域を移動する前記操作体と前記第１のヨーク部との間、および前記抵抗付与領域を移動する前記操作体と前記第２のヨーク部と間に、前記磁気粘性流体が介在しているものである。

本発明の操作体は帯状であり、例えば一部がパネルの開口部に露出するものであるため、操作体が例えば球形状のものなどと比較して、小型化あるいは薄型化を実現することができる。

本発明に係る入力装置には、磁気粘性流体、ヨーク、コイルおよび制御部が設けられている。コイルからヨークに磁界を誘導すると、磁気粘性流体内の磁性粉が凝集して操作体に抵抗力が与えられる。制御部によってコイルに流れる電流を制御し、コイルへの電流を継続することで、操作体に抵抗付与を掛けることができる。例えば、操作領域において操作体を前後に一定の距離移動した時点で操作体にブレーキをかけることで、操作体の移動範囲を制限することができる。また、コイルに与えるパルス電流の周期やデューティ比を変えることで、操作体を指で移動させたときの抵抗感を多様に変化させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る入力装置を表す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る入力装置を表す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る入力装置を表す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る入力装置を表す断面図である。

本実施形態に係る入力装置１００は、例えばコンピュータ機器、オーディオ機器およびビデオ機器、または照明機器など種々の電子機器の入力デバイス（ユーザインタフェース）として利用される。あるいは、本実施形態に係る入力装置１００は、カーナビゲーション装置などの車載電装品の入力デバイスとして利用される。

入力装置１００は、矩形状の開口部２０１を有するパネル２００の内側に設けられる。入力装置１００が電子機器および車載電装品の入力デバイスとして利用される場合には、パネル２００は、電子機器および車載電装品の例えば筐体などに連結されている。

入力装置１００は、操作体１１０と、ヨーク１２０と、コイル１３０と、磁気粘性流体１４０と、検知部１５０と、制御部１６０と、ローラ１７０と、を備える。

操作体１１０は、パネル２００の内側に設けられている。操作体１１０は、帯状の無端ベルトであり、パネル２００の内側において開口部２０１の両端部に設けられた一対のローラ１７０に巻かれている。ローラ１７０は自由に回転することができ、その回転量または回転角度が検知部１５０で検出される。

以下では、無端ベルトである操作体１１０のうち、開口部２０１の領域すなわち操作領域（ｉ）を移動する部分を操作力付与部１１１とし、操作領域（ｉ）を移動する操作力付与部１１１からみて、開口部２０１と逆側である抵抗付与領域（ｉｉ）を移動する部分を抵抗付与部１１２とする。操作体１１０の操作力付与部１１１は、パネル２００の開口部２０１内に露出している。操作力付与部１１１は、操作領域（ｉ）において、面方向（図１に表した矢印Ａ１の方向）に移動可能である。

図１に表したように、ユーザは、開口部２０１から露出した部分においてパネル２００の外側から操作体１１０の操作力付与部１１１を指２５０でＡ１方向に操作することができる。操作体１１が指２５０で移動させられると、無端ベルトである操作体１１０が周回し、このとき抵抗付与部１１２は、操作力付与部１１１からみて開口部２０１とは反対側を操作力付与部１１１とは反対方向に移動する。

ヨーク１２０は、パネル２００の内側に設けられ、操作体１１０に対向している。ヨーク１２０は、抵抗付与部１１２からみて開口部２０１とは反対側に設けられている。ヨーク１２０は鉄やフェライトなどの磁性材料で形成されている。ヨーク１２０にコイル１３０が巻かれており、コイル１３０に通電することでヨーク１２０に磁界が誘導される。コイル１３０とヨーク１２０とによって、電磁石が構成されている。

図１に示すように、操作体１１０の抵抗付与部１１２はヨーク１２０で押し上げられて、操作体１１０の操作力付与部１１１と抵抗付与部１１２との隙間が狭められている。操作力付与部１１１と抵抗付与部１１２の間に磁気粘性流体１４０（ＭＲＦ：Magneto-Rheological Fluid）が充填されている。磁気粘性流体１４０は、操作体１１０に接触し、且つヨーク１２０からの磁界を受ける場所に設けられている。

磁気粘性流体１４０は、粒径がナノメートルサイズあるいはマイクロメートルサイズの粒子状の磁性粉末をオイルなどの流体に分散させたものである。磁気粘性流体１４０は、印加される磁界の強さに応じて粘度が変化し、液体状態と半固体状態との間で可逆的に変化可能な機能性流体である。磁気粘性流体１４０が相対的に強い磁界を印加された場合における磁気粘性流体１４０の粘度は、磁気粘性流体１４０が相対的に弱い磁界を印加された場合における磁気粘性流体１４０の粘度よりも高い。言い換えれば、磁気粘性流体１４０が相対的に弱い磁界を印加された場合における磁気粘性流体１４０の粘度は、磁気粘性流体１４０が相対的に強い磁界を印加された場合における磁気粘性流体１４０の粘度よりも低い。

ヨーク１２０と磁気粘性流体１４０とにより、磁気回路が形成される。電流がコイル１３０に流れると、コイル１３０で磁界が励起され、ヨーク１２０を通してさらに抵抗付与部１１２を介して磁気粘性流体１４０に磁界が印加される。

検知部１５０は、操作体１１０の面方向における移動量を検知する。例えば、検知部１５０は、ロータリーエンコーダである。ロータリーエンコーダは、磁気検知式、光学検知式などであり、ローラ１７０と一緒に回転する回転板の回転方向と回転角度および回転速度などを検知する。操作体１１０の操作力付与部１１１が指２５０で移動させられると、その移動量や移動速度が検知部１５０で検知され、制御部１６０に検知信号が与えられる。制御部１６０では、前記検知信号に基づいて操作信号が生成され、この操作信号が、電子機器の主制御部に与えられ、電子機器への信号の入力や操作が行われる。

制御部１６０によって、コイル１３０に流れる電流が制御されて、磁気粘性流体１４０から操作体１１０に与えられる抵抗力が変化させられる。制御部１６０は、前記電子機器の主制御部から与えられる抵抗付与指示信号に基づいてコイル１３０への通電を制御する。このとき、制御部１６０には、検知部１５０の検知信号がフィードバック信号として与えられる。電子機器の主制御部からの抵抗付与指示信号とフィードバック信号に基づいて、制御部１６０によってコイル１３０に与えられる電流が制御される。

コイル１３０に通電されていないときは、磁気粘性流体１４０の粘度が比較的低く、操作体１１０に与える抵抗力が小さい。コイル１３０に通電されると、ヨーク１２０に誘導される磁界によって磁気粘性流体１４０内の磁性粉末が磁力線に沿って凝集し、磁気粘性流体１４０の粘度が高くなる。粘度が高くなった磁気粘性流体１４０とヨーク１２０との間で操作体１１０の抵抗付与部１１２が挟まれることになって、操作体１１０の動きに対して大きな抵抗力が与えられる。

例えば、コイル１３０へ通電し磁気粘性流体１４０の粘度を高めることで、操作体１１０にブレーキをかけることができる。このときのブレーキ力は、通常の力で操作体１１０を押している指２５０と操作体１１０との摩擦力よりも大きく設定される。例えば、操作体１１０の操作力付与部１１１が操作領域（ｉ）において一定の距離の範囲で前後（図示Ａ１方向）に移動しているときは、ブレーキをかけることなく、指２５０で操作体１１０を移動させることができるようにし、制御部１６０で操作信号を生成する。操作力付与部１１１を操作領域（ｉ）で一定の距離以上移動させようとすると、検知部１５０からのフィードバック信号を利用して、操作体１１０にブレーキをかける。これにより、操作力付与部１１１を指２５０で移動させるときの操作範囲を限定することができる。しかも、操作体１１０にブレーキをかけるタイミングを変えることで、指２５０で操作力付与部１１１を移動させたときの移動可能範囲（操作範囲）を自由に変えることができる。

次に、操作体が移動しているときに、コイル１３０に通電することで、磁気粘性流体１４０から操作体１１０の抵抗付与部１１２に移動抵抗力を与えることができる。例えば、コイル１３０に通電される電流値を変化させ、またはコイル１３０にパルス状に与えられる電流のデユーティ比を変化させることで、磁気粘性流体１４０から操作体１１０に与えられる抵抗力の大小を変化させることができる。この抵抗力は、指２５０で操作体１１０を移動させているときに一定の力として作用させてもよいし、例えば、指２５０で操作体１１０をいずれかの方向へ移動させ、その移動距離が長くなるにしたがって、徐々に抵抗力を増大させるように制御してもよい。

さらに、コイル１３０に与えられる抵抗力を間欠に変化させることで、磁気粘性流体１４０から移動中の操作体１１０に、例えば「カタカタ」、「ザラザラ」あるいは「カックンカックン」などと表現される触覚の操作抵抗を与えることもできる。

本実施形態に係る入力装置１００によれば、操作体１１０は、パネル２００の内側において面方向に移動可能に設けられ、一部がパネル２００の開口部２０１からパネル２００の外側に露出する帯状のものである。また、検知部１５０は、操作体１１０の面方向における移動量や移動方向を検知する。そのため、操作体１１０が例えば球形状である場合などと比較すると、本実施形態に係る入力装置１００は、小型化あるいは薄型化を実現することができる。

また、前述したように、磁気粘性流体１４０が操作体１１０にブレーキをかけたり操作抵抗を与えることで、操作体１１０の移動量に基づいた操作抵抗（触覚）を得ることができる。

図１に示す入力装置は、磁気粘性流体１４０に磁界が与えられると、磁気粘性流体１４０の粘度が高くなり、操作体１１０の抵抗付与部１１２が、磁気粘性流体１４０とヨーク１２０との間に挟み込まれて操作体１１０に抵抗力が与えられる。ただし、操作体１１０の少なくとも一部を磁性体で構成すると、操作体の操作力付与部１１１と抵抗付与部１１２の双方が、磁気粘性流体１４０に引き付けられて、操作体１１０にさらに大きな抵抗力を与えることができる。

図１に二点鎖線で表したように、操作体１１０には、操作突部１１５が設けられていてもよい。操作突部１１５は、操作体１１０の表面から開口部２０１内に突出する。操作突部１１５が設けられている場合には、操作体１１０の移動量は、操作突部１１５が開口部２０１の内縁２０３に当たることで規制される。これによれば、ユーザは、操作突部１１５を指２５０で掴み、操作体１１０を楽に移動させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る入力装置を表す断面図である。

本実施形態に係る入力装置１００Ａは、操作体１１０およびヨーク１２０の配置において、図１に関して前述した入力装置１００と相違する。本実施形態に係る入力装置１００Ａでは、ヨーク１２０は、操作体１１０の操作力付与部１１１と、操作体１１０の抵抗付与部１１２と、の間に設けられている。磁気粘性流体１４０は、操作力付与部１１１とヨーク１２０との間および抵抗付与部１１２とヨーク１２０との間に充填されている。その他の構造および機能は、図１に関して前述した通りである。

入力装置１００Ａでは、例えば図２に表した矢印Ａ２１〜Ａ２５のように、ヨーク１２０から磁気粘性流体１４０に向かって磁力線が通る。また、ヨーク１２０の図示下方からヨーク１２０の下面に向かう磁力線も通る。ヨーク１２０と、操作力付与部１１１とヨーク１２０との間に充填された磁気粘性流体１４０と、抵抗付与部１１２とヨーク１２０との間に充填された磁気粘性流体１４０と、により、磁気回路が形成される。

電流がコイル１３０に流れると、コイル１３０は、磁界を発生し、ヨーク１２０を通してヨーク１２０の図示上下両側に設けられた磁気粘性流体１４０に磁界を印加する。つまり、コイル１３０により発生した磁界は、操作力付与部１１１とヨーク１２０との間に充填された磁気粘性流体１４０と、抵抗付与部１１２とヨーク１２０との間に充填された磁気粘性流体１４０と、の両方に印加される。

本実施形態に係る入力装置１００Ａによれば、ヨーク１２０の両側に設けられた磁気粘性流体１４０の粘度は、ヨーク１２０の両側に設けられた磁気粘性流体１４０に印加された磁界の強さに応じて変化する。磁気粘性流体１４０は、操作力付与部１１１とヨーク１２０との間および抵抗付与部１１２とヨーク１２０との間に充填されているため、操作力付与部１１１および抵抗付与部１１２に抵抗を与え、操作抵抗（触覚）を与えることができる。また、磁気粘性流体１４０がヨーク１２０に直接的に接触し、ヨーク１２０の両側に設けられているため、操作力付与部１１１および抵抗付与部１１２に対してより強い抵抗を与えることができる。なお、制御部１６０がコイル１３０に流れる電流を制御する例は、図１に関して前述した通りである。

なお、図２に示す実施の形態では、操作体１１０の少なくとも一部が磁性材料で形成されていることが好ましい。

次に、本発明の第３の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る入力装置を表す断面図である。

本実施形態に係る入力装置１００Ｂは、ヨーク１２０Ａが２つの部材を有する点において、図１に関して前述した入力装置１００および図２に関して前述した入力装置１００Ａと相違する。本実施形態のヨーク１２０Ａは、第１のヨーク部１２１と、第２のヨーク部１２２と、を有する。第１のヨーク部１２１は、抵抗付与部１１２の一方の側に設けられ、コイル１３０を保持している。つまり、コイル１３０は、第１のヨーク部１２１に巻かれている。第２のヨーク部１２２は、抵抗付与部１１２の他方の側に設けられ、抵抗付与部１１２を介して第１のヨーク部１２１に対向している。

図３に表した入力装置１００Ｂでは、コイル１３０を保持している第１のヨーク部１２１は、操作力付与部１１１と抵抗付与部１１２との間に設けられている。第１のヨーク部１２１に対向する第２のヨーク部１２２は、抵抗付与部１１２からみて第１のヨーク部１２１の反対側であって開口部２０１とは反対側に設けられている。なお、第１のヨーク部１２１および第２のヨーク部１２２の配置は、互いに反対であってもよい。すなわち、第２のヨーク部１２２が操作力付与部１１１と抵抗付与部１１２との間に設けられ、第１のヨーク部１２１が抵抗付与部１１２からみて第２のヨーク部１２２の反対側であって開口部２０１とは反対側に設けられていてもよい。

磁気粘性流体１４０は、第１のヨーク部１２１と抵抗付与部１１２との間および第２のヨーク部１２２と抵抗付与部１１２との間に充填されている。その他の構造および機能は、図１に関して前述した通りである。

入力装置１００Ｂでは、例えば図３に表した矢印Ａ３１〜Ａ３６のように、第１のヨーク部１２１から磁気粘性流体１４０および第２のヨーク部１２２に向かって磁力線が通る。第１のヨーク部１２１と、第１のヨーク部１２１と抵抗付与部１１２との間に充填された磁気粘性流体１４０と、第２のヨーク部１２２と抵抗付与部１１２との間に充填された磁気粘性流体１４０と、第２のヨーク部１２２と、により、磁気回路が形成される。

電流がコイル１３０に流れると、コイル１３０は、磁界を発生し、抵抗付与部１１２の図示上下両側に設けられた磁気粘性流体１４０に磁界を印加する。つまり、コイル１３０により発生した磁界は、第１のヨーク部１２１と抵抗付与部１１２との間に充填された磁気粘性流体１４０と、第２のヨーク部１２２と抵抗付与部１１２との間に充填された磁気粘性流体１４０と、の両方に印加される。

本実施形態に係る入力装置１００Ｂによれば、抵抗付与部１１２の両側に設けられた磁気粘性流体１４０の粘度は、抵抗付与部１１２の両側に設けられた磁気粘性流体１４０に印加された磁界、すなわち第１のヨーク部１２１と第２のヨーク部１２２との間に発生した磁界の強さに応じて変化する。磁気粘性流体１４０は、第１のヨーク部１２１と抵抗付与部１１２との間および第２のヨーク部１２２と抵抗付与部１１２との間に充填されている。

コイル１３０に通電されると、操作体１１０の抵抗付与部１１２が、凝集した磁気粘性流体で両側から挟まれることで、操作体１１０の動きに抵抗が与えられる。なお、制御部１６０がコイル１３０に流れる電流を制御する例は、図１に関して前述した通りである。

なお、上記に本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

１００入力装置
１００Ａ入力装置
１００Ｂ入力装置
１１０操作体
１１１操作力付与部
１１２抵抗付与部
１１５操作突部
１２０ヨーク
１２０Ａヨーク
１２１第１のヨーク部
１２２第２のヨーク部
１３０コイル
１４０磁気粘性流体
１５０検知部
１６０制御部
１７０ローラ
２００パネル
２０１開口部
２０３内縁
２５０指
（ｉ）操作領域
（ｉｉ）抵抗付与領域

Claims

帯状の操作体を有する入力装置において、
前記操作体に対向するヨークと、前記ヨークに磁界を誘導するコイルと、前記操作体に接触して設けられて、前記ヨークから磁界が与えられる磁気粘性流体と、
前記コイルに流れる電流を制御して、前記磁気粘性流体から前記操作体に操作抵抗力を与える制御部と、を備えたことを特徴とする入力装置。
前記操作体の移動量を検知する検知部が設けられ、
前記制御部では、前記検知部で検知された前記移動量に基づいて前記コイルに流れる電流を制御する請求項１記載の入力装置。
開口部を有するパネルが設けられ、
帯状の前記操作体が、前記パネルの内側に設けられて、前記操作体の一部が前記開口部に露出している請求項１または２記載の入力装置。
前記操作体は無端ベルトであり、一対のローラに巻かれている請求項３記載の入力装置。
無端ベルトである前記操作体は、前記開口部内の操作領域と、前記操作領域からみて前記開口部とは反対側に位置する抵抗付与領域とを移動し、
前記ヨークが、前記抵抗付与領域を移動する前記操作体からみて、前記操作領域と反対側に配置されて、前記操作領域を移動する前記操作体と前記抵抗付与領域を通過する前記操作体との間に前記磁気粘性流体が介在している請求項４記載の入力装置。
無端ベルトである前記操作体は、前記開口部内の操作領域と、前記操作領域からみて前記開口部とは反対側に位置する抵抗付与領域とを移動し、
前記ヨークが、前記操作領域を移動する前記操作体と前記抵抗付与領域を移動する前記操作体との間に配置されて、
前記操作領域を移動する前記操作体と前記ヨークとの間、および前記抵抗付与領域を移動する前記操作体と前記ヨークとの間に前記磁気粘性流体が介在している請求項４記載の入力装置。
無端ベルトである前記操作体は、前記開口部内の操作領域と、前記操作領域からみて前記開口部とは反対側に位置する抵抗付与領域とを移動し、
前記ヨークは、前記抵抗付与領域を移動する前記操作体を挟んで配置された第１のヨーク部と第２のヨーク部とを有し、
前記抵抗付与領域を移動する前記操作体と前記第１のヨーク部との間、および前記抵抗付与領域を移動する前記操作体と前記第２のヨーク部と間に、前記磁気粘性流体が介在している請求項４記載の入力装置。