JP2021099896A - 入力装置及び入力システム - Google Patents

Abstract

【課題】磁気粘性流体の粘性の制御に関する電気的特性の設計の自由度の向上を図ることができる入力装置及び入力システムを提供する。【解決手段】入力装置１は、操作体２と、ロータ３と、磁気粘性流体４と、磁界発生部５と、を備える。ロータ３は、操作体２の操作に伴って回転する。磁気粘性流体４は、ロータ３に接することでロータ３の回転に対する抵抗力を発生する。磁界発生部５は、磁気粘性流体４に磁界を印加することにより磁気粘性流体４の粘性を変化させて抵抗力の大きさを変化させる。磁界発生部５は、それぞれ磁気粘性流体４に磁界を作用させる複数のコイル５１，５２を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、入力装置及び入力システムに関し、より詳細には、磁気粘性流体を用いた入力装置、及びそれを備える入力システムに関する。

特許文献１には、操作者が操作した際に、操作者に対して操作感触を与えることができる入力装置が記載されている。

この入力装置は、操作者の操作により回転動作する操作体と、操作体に対して回転負荷を付与する回転負荷付与機構と、を備えている。回転負荷付与機構は、磁界の強さに応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、通電により磁界を発生するコイルと、を備える。そのため、コイルに電流が流れて磁界が発生した状態では、磁気粘性流体の粘性が強くなり、操作体と共に回転動作する可動部材に対して磁気粘性流体にて抵抗力が生じる。これにより、操作体に抵抗力（回転負荷）が伝達し、結果的に、操作者に対して回転操作の回転負荷を付与することができる。

また、特許文献１には、コイルに流す電流を大きくすると、それに伴って発生する磁界が強くなり、この磁界の強さに伴ってトルク、つまり操作体にかかる抵抗力（回転負荷）が増大することが記載されている。そのため、この入力装置では、操作制御部により、コイルへの通電量及び通電のタイミングを制御することで、操作者に対して任意のタイミングで任意の回転負荷を与える。

特開２０１７−１７３９５１号公報

しかし、特許文献１に記載の構成では、操作体に作用する抵抗力を単一のコイルで制御するため、例えば、コイルを流れる電流の立ち上がり特性、及びコイルでの消費電流等の種々の電気的特性が単一のコイルの回路定数で決まることになる。したがって、特許文献１に記載の構成では、磁気粘性流体の粘性の制御に関する電気的特性の設計の自由度が低いという問題がある。

本開示は上記事由に鑑みてなされており、磁気粘性流体の粘性の制御に関する電気的特性の設計の自由度の向上を図ることができる入力装置及び入力システムを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る入力装置は、操作体と、ロータと、磁気粘性流体と、磁界発生部と、を備える。前記ロータは、前記操作体の操作に伴って回転する。前記磁気粘性流体は、前記ロータに接することで前記ロータの回転に対する抵抗力を発生する。前記磁界発生部は、前記磁気粘性流体に磁界を印加することにより前記磁気粘性流体の粘性を変化させて前記抵抗力の大きさを変化させる。前記磁界発生部は、それぞれ前記磁気粘性流体に磁界を作用させる複数のコイルを有する。

本開示の一態様に係る入力システムは、前記入力装置と、駆動回路と、を備える。前記駆動回路は、前記複数のコイルに励磁電流を流すことにより前記磁界発生部から前記磁気粘性流体に磁界を印加させる。

本開示によれば、磁気粘性流体の粘性の制御に関する電気的特性の設計の自由度の向上を図ることができる、という利点がある。

図１Ａは、実施形態１に係る入力装置を示す平面図であって、図１Ｂは、同上の入力装置を示す図１ＡのＸ１−Ｘ１線断面図である。 図２は、同上の入力装置を示す図１Ｂの領域Ｚの拡大図である。 図３は、実施形態１に係る入力システムの概略構成を示す回路図である。 図４は、比較例に係る入力装置の概略構成を示す回路図である。 図５は、比較例に係る入力装置における電流の立ち上がり特性と、実施形態１に係る入力装置における電流の立ち上がり特性と、を表すグラフである。 図６Ａは、実施形態１に係る入力装置における複数のコイルの配線構造として第１の構造を採用する場合の概略構成を示す回路図である。図６Ｂは、同上の入力装置における複数のコイルの配線構造として第２の構造を採用する場合の概略構成を示す回路図である。 図７は、実施形態１の第１変形例に係る入力装置の概略構成を示す回路図である。 図８は、実施形態２に係る入力装置を示す断面図である。

（実施形態１）
（１）概要
本実施形態に係る入力装置１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、操作体２と、ロータ３と、磁気粘性流体４と、磁界発生部５と、を備えている。

本実施形態に係る入力装置１は、操作体２に対するユーザの操作を受け付ける装置である。本開示でいう「操作」は、ユーザが操作体２に対して外力を加えること全般を含み、例えば、回転操作、スライド操作、押し操作及び引き操作等が操作体２の操作に含まれる。本実施形態では一例として、操作体２は回転可能に構成されており、ユーザは操作体２を回転操作する。つまり、入力装置１は、ユーザによる操作体２の回転操作を受け付ける回転操作型デバイスである。より詳細には、入力装置１は、ロータリエンコーダである。

ここにおいて、ロータ３は、操作体２の操作に伴って回転する。磁気粘性流体４は、ロータ３に接することでロータ３の回転に対する抵抗力を発生する。磁界発生部５は、磁気粘性流体４に磁界を印加することにより磁気粘性流体４の粘性を変化させて抵抗力（ロータ３の回転に対する抵抗力）の大きさを変化させる。ここで、磁界発生部５は、それぞれ磁気粘性流体４に磁界を作用させる複数のコイル５１，５２を有する。

本開示でいう「磁気粘性流体４」は、印加される磁界の強さに応じて粘性が可逆的に変化する性質を有する機能性流体、より詳細には、ＭＲＦ（Magnetorheological Fluid）であって、印加される磁界が強くなるにつれて粘性が高くなる。磁気粘性流体４の粘性が高くなるほど、ロータ３の回転に対する抵抗力が大きくなる。

要するに、本実施形態に係る入力装置１は、ロータ３、磁気粘性流体４及び磁界発生部５を備えることにより、操作体２の操作時に操作体２に作用する抵抗力（負荷）の大きさを、変化させることができる。つまり、入力装置１では、磁界発生部５から磁気粘性流体４に印加される磁界を変化させることで磁気粘性流体４の粘性が変化するので、ロータ３の回転時にロータ３に作用する抵抗力の大きさが変化し、結果的に、操作体２に作用する抵抗力の大きさが変化する。したがって、入力装置１は、操作体２を操作するユーザに対して操作体２から作用する反力（抵抗力）の大きさを変化させることにより、ユーザに対して力覚を提示する、いわゆるハプティックデバイスを構成する。

ここで、磁界発生部５は、複数のコイル５１，５２を有している。これら複数のコイル５１，５２は、いずれも磁気粘性流体４に磁界を作用させる。したがって、操作体２に作用する抵抗力を複数のコイル５１，５２で制御することになり、例えば、磁界発生部５を流れる電流の立ち上がり特性、及び磁界発生部５での消費電流等の種々の電気的特性は、複数のコイル５１，５２の回路定数で決まることになる。そのため、本実施形態に係る入力装置１によれば、操作体２に作用する抵抗力を単一のコイルで制御する場合に比べると、磁気粘性流体４の粘性の制御に関する電気的特性の設計の自由度の向上を図ることができる。

また、本実施形態に係る入力装置１は、磁界発生部５を駆動するための駆動回路１０（図３参照）と共に、入力システム１００を構成する。駆動回路１０は、複数のコイル５１，５２に励磁電流を流すことにより、磁界発生部５から磁気粘性流体４に磁界を印加させる回路である。言い換えれば、入力システム１００は、入力装置１と、複数のコイル５１，５２に励磁電流を流すことにより磁界発生部５から磁気粘性流体４に磁界を印加させる駆動回路１０と、を備える。

（２）詳細
以下、本実施形態に係る入力装置１及びそれを備える入力システム１００の構成の詳細について、図面を参照して説明する。以下で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、以下では、操作体２の回転軸２０に沿った方向を上下方向とし、特に操作体２がカバー８から突出する向き（図１Ｂの上方）を「上方」として説明する。ただし、これらの方向は、入力装置１の使用方向を限定する趣旨ではない。

（２．１）構造
本実施形態に係る入力装置１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、操作体２、ロータ３、磁気粘性流体４及び磁界発生部５に加えて、コイルボビン７、カバー８、ボディ９及びケース９０を更に備えている。

操作体２は、円柱状に形成されている。操作体２は、その中心軸を通る回転軸２０を中心として回転可能に、カバー８及びボディ９にて支持されている。操作体２は、ロータ３に結合される結合部２１と、後述する軸受部９１にて支持される支持部２２と、を有している。結合部２１は、上下方向における操作体２の中央部に設けられており、支持部２２は、操作体２の下端部に設けられている。操作体２は、ユーザによって直接的に操作される構成に限らず、例えば、操作体２に操作つまみ等が取り付けられてもよい。この場合、ユーザは、操作つまみを操作することにより、操作体２を間接的に操作することになる。

ロータ３は、操作体２の回転軸２０を中心とする円盤状に形成されている。ロータ３は、操作体２の回転軸２０を中心として、操作体２の操作に伴って回転する。本実施形態では、ロータ３は結合部２１にて操作体２に直接的に結合されている。そのため、操作体２が回転軸２０を中心として回転すると、ロータ３は、操作体２と一緒に回転軸２０を中心として回転する。ロータ３は、一例として、磁性材料（強磁性体）にて形成されている。

コイルボビン７は、操作体２の回転軸２０を中心とする円筒状に形成されている。つまり、コイルボビン７は、中空であって、コイルボビン７内には、カバー８及びボディ９が収容される。コイルボビン７には、磁界発生部５における複数のコイル５１，５２が装着されている。コイルボビン７は、一例として、合成樹脂製である。

カバー８は、操作体２の回転軸２０を中心とする円盤状に形成されている。平面視におけるカバー８の中央部には、円形状に開口する貫通孔８１が形成されている。操作体２は、上下方向において、貫通孔８１を通してカバー８を貫通する。詳しくは後述するが、カバー８は磁気回路の一部を形成する。そのため、本実施形態では、カバー８は磁性材料（強磁性体）にて形成されている。

ボディ９は、操作体２の回転軸２０を中心とする円柱状に形成されている。ボディ９の上面の中央部には、円形状に開口する凹部からなる軸受部９１が形成されている。操作体２の支持部２２は、軸受部９１に挿入された状態で、ボディ９にて支持される。詳しくは後述するが、ボディ９は磁気回路の一部を形成する。そのため、本実施形態では、ボディ９は磁性材料（強磁性体）にて形成されている。

ケース９０は、上面が開口した有底円筒状に形成されている。ここでは、複数のコイル５１，５２がケース９０内に収まるように、コイルボビン７の少なくとも一部が、ボディ９と共にケース９０内に収容されている。

ここで、カバー８及びボディ９は、上下方向において、所定の隙間を空けて互いに対向した状態で、コイルボビン７に固定されている。カバー８はコイルボビン７の上面側の開口を塞ぎ、ボディ９はコイルボビン７の下面側の開口を塞いでおり、カバー８はボディ９に対して相対的に上方に位置する。これにより、コイルボビン７の内側において、カバー８の下面とボディ９の上面との間には、収容空間４０が形成されることになる。

ロータ３は、この収容空間４０内に収容される。ロータ３は、回転時においてもカバー８、ボディ９及びコイルボビン７に接触しないように、収容空間４０の内側面（カバー８の下面、ボディ９の上面及びコイルボビン７の内周面）に対して隙間を空けた状態で、収容空間４０内に収容される。

さらに、ロータ３の表面と収容空間４０の内側面との間には、磁気粘性流体４が介在する。本実施形態では、磁気粘性流体４は収容空間４０に充填されている。つまり、ロータ３は、磁気粘性流体４中に配置されることになる。そのため、ロータ３の表面と収容空間４０の内側面との間の隙間は、磁気粘性流体４にて満たされることになる。コイルボビン７の上面とカバー８の下面との間にはパッキン７１が装着され、コイルボビン７の下面とケース９０の内底面との間にはパッキン７２が装着されている。パッキン７１及びパッキン７２により、収容空間４０の気密性（水密性）が確保される。

ここで、磁気粘性流体４は、印加される磁界が強くなるにつれて粘性が高くなる機能性流体である。つまり、磁気粘性流体４の粘性は一定ではなく、磁気粘性流体４に印加される磁界に応じて変化する。そして、ロータ３は、磁気粘性流体４に接した状態で回転するので、ロータ３の回転に対しては、磁気粘性流体４の粘性に応じた抵抗力が発生する。したがって、磁気粘性流体４の粘性が変化すれば、ロータ３の回転に対する抵抗力の大きさが変化し、ロータ３に繋がる操作体２の操作（回転）に対する抵抗力の大きさも変化する。本実施形態では、磁気粘性流体４の粘性は、最高粘度と最低粘度との間で、印加される磁界に応じて変化することと仮定する。

すなわち、磁気粘性流体４に磁界が印加されていない状態では、磁気粘性流体４の粘性は最低粘度にあって、ロータ３の回転に対して磁気粘性流体４で発生する抵抗力は最小値となる。このとき、操作体２を操作するユーザに対して操作体２から作用する反力（抵抗力）は最小値となり、操作体２の操作感は比較的軽くなる。一方、磁気粘性流体４に磁界が印加されている状態では、磁気粘性流体４の粘性は最高粘度にあって、ロータ３の回転に対して磁気粘性流体４で発生する抵抗力は最大値となる。このとき、操作体２を操作するユーザに対して操作体２から作用する反力（抵抗力）は最大値となり、操作体２の操作感は重くなる。したがって、入力装置１は、操作体２を操作するユーザに対して操作体２から作用する反力（抵抗力）の大きさを変化させることにより、ユーザに対して力覚を提示する、いわゆるハプティックデバイスを構成する。

ここにおいて、磁界発生部５は、複数のコイル５１，５２を含む電磁石装置である。本実施形態では、磁界発生部５は、２つのコイル５１，５２を有している。これら２つのコイル５１，５２は、いずれもコイルボビン７に装着されている。２つのコイル５１，５２は、平面視において、コイル５１が内側（回転軸２０側）、コイル５２が外側となるように、回転軸２０を中心とする同心円状に形成されている。具体的には、コイルボビン７の外周面に対して、コイル５１を構成する電線が巻き付けられ、その上（外側）にコイル５２を構成する電線が巻き付けられている。

２つのコイル５１，５２の各々は、通電時に磁気粘性流体４に磁界を作用させる。磁気粘性流体４は、コイルボビン７の内側の収容空間４０に充填されているので、コイルボビン７の外周面に装着された２つのコイル５１，５２で発生する磁界は、いずれも磁気粘性流体４に印加されることになる。ここで、２つのコイル５１，５２への通電時には、図２に示すように、２つのコイル５１，５２から磁気粘性流体４に相互に強め合う向きの磁束φ１，φ２が作用する。つまり、コイル５１及びコイル５２から磁気粘性流体４に対しては、同じ向きの磁界が作用する。

ここで、本実施形態では、カバー８及びボディ９は、いずれも磁性材料（強磁性体）からなる磁性部材を構成する。本開示でいう「磁性部材」は、複数のコイル５１，５２で発生して磁気粘性流体４に作用する磁束φ１，φ２の少なくとも一部が通る磁気回路の一部を形成する部材である。すなわち、本実施形態に係る入力装置１は、磁性部材としてのカバー８及びボディ９を備えている。

そのため、カバー８とボディ９との間の隙間に形成された収容空間４０に対しては、カバー８とボディ９との一方が「Ｎ極」、他方が「Ｓ極」となる磁界が印加されることになる。一例として、カバー８がＮ極、ボディ９がＳ極であるとすれば、収容空間４０内の磁気粘性流体４に対しては、磁性部材であるカバー８及びボディ９を通して、図２に示すように、下向きの磁束φ１，φ２が作用することになる。

（２．２）回路構成
次に、本実施形態に係る入力装置１及び入力システム１００の回路構成について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に入力システム１００の回路構成を概略的に示す図である。

本実施形態に係る入力装置１は、磁界発生部５における複数（ここでは２つ）のコイル５１，５２に加えて、検知回路６１を更に備えている。また、本実施形態に係る入力システム１００は、入力装置１及び駆動回路１０に加えて、制御回路６２を更に備えている。

磁界発生部５における複数（ここでは２つ）のコイル５１，５２は、一対の励磁端子Ｔ０間において電気的に並列に接続されている。ここで、２つのコイル５１，５２は、一対の励磁端子Ｔ０への電圧の印加時に、２つのコイル５１，５２から磁気粘性流体４に相互に強め合う向きの磁束φ１，φ２が作用するように、巻線方向が揃えられている。つまり、一対の励磁端子Ｔ０間に直流電圧が印加された場合には、２つのコイル５１，５２には同じ向きの電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。このとき、磁気粘性流体４に相互に強め合う向きの磁束φ１，φ２、つまり図２に示すように、下向きの磁束φ１，φ２が作用する。本開示でいう「励磁端子Ｔ０」は、電線等を接続するための部品でなくてもよく、例えば、電子部品のリード、又は回路基板に含まれる導体の一部等であってもよい。

ここで、２つのコイル５１，５２の回路定数は、互いに同値である。具体的には、コイル５１のインダクタンスとコイル５２のインダクタンスとは同値であって、コイル５１の抵抗値とコイル５２の抵抗値とは同値である。これにより、一対の励磁端子Ｔ０間に直流電圧が印加された場合、２つのコイル５１，５２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２は互いに同値となる。ただし、本開示でいう「同値」は、完全に一致する値だけでなく、数〔％〕程度の誤差を含んでいてもよい。

検知回路６１は、操作体２の変位量（操作量）を電気的な信号として取り出すための回路である。本実施形態では入力装置１はロータリエンコーダであるので、検知回路６１は、操作体２の回転量に応じた電気信号を、出力端子から出力する。

一例として、検知回路６１は、複数の固定接点と、接点ブラシと、を有する。複数の固定接点は、ケース９０に対して位置固定されている。接点ブラシは、操作体２の操作に伴って、複数の固定接点のうちいずれか２つ以上の固定接点間を導通させるように、操作体２の回転に伴って移動する。これにより、検知回路６１は、複数の固定接点間の導通状態に基づく電気信号を、操作体２の回転量に応じた電気信号として出力可能である。ここで、入力装置１は、インクリメンタル形のロータリエンコーダである。したがって、検知回路６１は、９０度の位相差を有する２つの電気信号（Ａ相及びＢ相）を出力することが可能である。

駆動回路１０は、複数（ここでは２つ）のコイル５１，５２に励磁電流を流すことにより、磁界発生部５から磁気粘性流体４に磁界を印加させる回路である。本実施形態では一例として、図３に示すように、駆動回路１０は、トランジスタ１０１及び抵抗１０２を有する。トランジスタ１０１及び抵抗１０２は、磁界発生部５（２つのコイル５１，５２の並列回路）と電気的に直列に接続されている。具体的には、トランジスタ１０１のコレクタは、一方の励磁端子Ｔ０に電気的に接続されており、トランジスタ１０１のエミッタは、抵抗１０２に電気的に接続されている。

このように、駆動回路１０及び磁界発生部５（２つのコイル５１，５２の並列回路）は電気的に直列に接続され、直列回路を構成する。この直列回路（駆動回路１０及び磁界発生部５）に対して電圧Ｖ１が印加された状態で、駆動回路１０のトランジスタ１０１がオンすることにより、磁界発生部５には励磁電流が流れることになる。このとき、２つのコイル５１，５２には、上述したように同値の電流Ｉ１，Ｉ２が励磁電流として流れることになる。駆動回路１０のトランジスタ１０１を流れる電流Ｉ３は、コイル５１を流れる電流Ｉ１とコイル５２を流れる電流Ｉ２との和であるので、電流Ｉ３は電流Ｉ１（又は電流Ｉ２）の２倍の大きさになる。ここで、駆動回路１０は、トランジスタ１０１に流れる電流Ｉ３の大きさを変化させることにより、磁界発生部５から磁気粘性流体４に印加される磁界の強さを変化させる。

制御回路６２は、操作体２の変位量に応じて入力装置１から出力される操作信号に基づいて、駆動回路１０を制御する回路である。制御回路６２は、例えば、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータを主構成とする。この構成では、メモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、制御回路６２としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク又はハードディスクドライブ等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。

制御回路６２には、入力装置１の操作体２の変位量（操作体２の回転運動に伴う変位）に応じて入力装置１から出力される操作信号が入力される。制御回路６２は、入力された操作信号に基づいて駆動回路１０を制御し、磁界発生部５から磁気粘性流体４に印加される磁界の強さを変化させる。これにより、操作体２に作用する抵抗力は、操作体２の変位量に応じて変化する。本実施形態では、一例として、制御回路６２は、駆動回路１０をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、磁界発生部５から磁気粘性流体４に印加される磁界の強さを変化させる。ここで、制御回路６２は、例えば、操作信号と、磁界発生部５から磁気粘性流体４に印加される磁界の強さと、の相関関係を予め記憶しており、実際に入力された操作信号に基づいて駆動回路１０を制御する。

制御回路６２は、操作体２の回し過ぎを防止するために、操作体２の回転角（又は回転量）が所定値に達した時点で、磁界発生部５から磁気粘性流体４に磁界を印加させ、大きな抵抗力を発生させることもできる。これにより、入力システム１００は、操作体２の回転角（又は回転量）にリミッタを設定することができる。

（２．３）比較例との対比
次に、本実施形態に係る入力装置１と、比較例に係る入力装置１Ｘ（図４参照）と、を対比する。比較例に係る入力装置１Ｘは、磁界発生部５Ｘが単一のコイル５０からなる点で、本実施形態に係る入力装置１と相違する。また、以下の説明においては、トランジスタ１０１のオン抵抗及び抵抗１０２の電気抵抗についてはゼロ（０）と仮定する。

比較例に係る入力装置１Ｘにおいて、駆動回路１０のトランジスタ１０１がオフ状態にあれば、コイル５０に電流が流れないため、磁界発生部５Ｘから磁気粘性流体４に磁界が印加されない。この状態では、磁気粘性流体４の粘性は最低粘度にあって、ロータ３の回転に対して磁気粘性流体４で発生する抵抗力は最小値となり、操作体２を操作するユーザに対して操作体２から作用する反力（抵抗力）は最小値となる。

一方、比較例に係る入力装置１Ｘにおいて、駆動回路１０のトランジスタ１０１がオンすると、コイル５０に電流Ｉ０が流れることにより、磁界発生部５Ｘから磁気粘性流体４に磁界が印加される。この状態では、磁気粘性流体４の粘性は最高粘度にあって、ロータ３の回転に対して磁気粘性流体４で発生する抵抗力は最大値となり、操作体２を操作するユーザに対して操作体２から作用する反力（抵抗力）が最大値となる。

ここで、比較例に係る入力装置１Ｘにおいて、トランジスタ１０１がオンした時点からの経過時間ｔと、コイル５０を流れる電流Ｉ０の電流値ｉ（ｔ）とは、下記数１の式で表される。ここで、「Ｖ１」は駆動回路１０及び磁界発生部５Ｘの直列回路に印加される電圧の電圧値、「Ｒ」はコイル５０の抵抗値、「Ｌ」はコイル５０のインダクタンスをそれぞれ表す。

要するに、比較例に係る入力装置１Ｘでは、コイル５０への通電が開始した後、コイル５０を流れる電流Ｉ０は、少なくともコイル５０のインダクタンスにて定まる時定数（Ｒ／Ｌ）による時間遅れをもって立ち上がることになる。

しかも、磁気粘性流体４に印加される磁界の強さは、コイル５０を流れる電流Ｉ０の大きさに略比例するため、コイル５０を流れる電流Ｉ０の立ち上がりの遅れは、ロータ３の回転に対して磁気粘性流体４で発生する抵抗力の立ち上がりの遅れにつながる。すなわち、少なくともコイル５０のインダクタンスにより定まる時定数により、コイル５０を流れる電流Ｉ０の立ち上がりが遅れることになり、制御回路６２による駆動回路１０の制御に対する、磁気粘性流体４で発生する抵抗力の応答性が悪くなる。

これに対して、本実施形態に係る入力装置１では、磁界発生部５は、電気的に並列に接続された複数（ここでは２つ）のコイル５１，５２を有している。ここで、比較例に係る入力装置１Ｘの磁界発生部５Ｘと、本実施形態に係る入力装置１の磁界発生部５とでは、起磁力が同値、つまりコイル５０と、複数のコイル５１，５２とでアンペアターン（Ampere-Turn）が同値であると仮定する。この場合、コイル５０の巻数は、コイル５１の巻数とコイル５２の巻数との合計と同値、つまりコイル５１（又はコイル５２）の巻数の２倍と同値である。そのため、コイル５１及びコイル５２の各々のインダクタンスは、コイル５０のインダクタンスＬの半分の値（Ｌ／２）になり、コイル５１及びコイル５２の各々の抵抗値は、コイル５０の抵抗値Ｒの半分の値（Ｒ／２）になる。さらに、駆動回路１０及び磁界発生部５Ｘ（又は磁界発生部５）の直列回路に印加される電圧の電圧値Ｖ１も、比較例に係る入力装置１Ｘと、本実施形態に係る入力装置１とで同値である。

本実施形態に係る入力装置１において、トランジスタ１０１がオンした時点からの経過時間ｔと、コイル５１及びコイル５２の各々を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の電流値ｉ（ｔ）とは、下記数２の式で表される。

すなわち、本実施形態に係る入力装置１においてコイル５１及びコイル５２の各々を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の大きさ（電流値）は、比較例に係る入力装置１Ｘにおいてコイル５０を流れる電流Ｉ０の大きさ（電流値）の２倍になる。さらに、駆動回路１０のトランジスタ１０１を流れる電流Ｉ３（図３参照）は、コイル５１，５２を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の和であるので、電流Ｉ３の電流値は、数２で表される電流値ｉ（ｔ）の２倍になる。

図５は、比較例に係る入力装置１Ｘにおける電流Ｉ０の立ち上がり特性と、本実施形態に係る入力装置１における各電流Ｉ１，Ｉ２の立ち上がり特性と、を表すグラフである。図５では、トランジスタ１０１がオンした時点からの経過時間ｔを横軸とし、電流値ｉ（ｔ）を縦軸とする。

すなわち、比較例に係る入力装置１Ｘにおいては、コイル５０を流れる電流Ｉ０は上記数１の式で表される立ち上がり特性によって、その電流値ｉ（ｔ）の上限が制限される。そのため、比較例に係る入力装置１Ｘでは、電流Ｉ０の立ち上がり特性を超える領域（図５の網掛領域）については、電流Ｉ０を流すことはできない。一方、本実施形態に係る入力装置１においては、コイル５１（又はコイル５２）を流れる電流Ｉ１（又はＩ２）は、上記数２の式で表されるように、電流Ｉ０の２倍の電流値ｉ（ｔ）となるため、その立ち上がりも２倍の傾きとなる。したがって、本実施形態に係る入力装置１では、電流Ｉ０の立ち上がり特性を超える領域（図５の網掛領域）についても、電流Ｉ１，Ｉ２を流すことができる。

その結果、本実施形態に係る入力装置１によれば、比較例に係る入力装置１Ｘと比較して、コイル５１，５２を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の立ち上がりが早くなり、ロータ３の回転に対して磁気粘性流体４で発生する抵抗力の立ち上がりも早くなる。すなわち、本実施形態に係る入力装置１では、コイル５１，５２を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の立ち上がり特性が改善され、制御回路６２による駆動回路１０の制御に対する、磁気粘性流体４で発生する抵抗力の応答性が改善される。

（２．４）配線構造
次に、磁界発生部５における複数（ここでは２つ）のコイル５１，５２の配線構造について、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。

入力装置１における複数のコイル５１，５２の配線構造としては、少なくとも下記第１の構造又は第２の構造を採用可能である。

第１の構造は、図６Ａに示すように、入力装置１の外部で複数のコイル５１，５２の電気的な接続（本実施形態では並列接続）を行う配線構造である。この場合、入力装置１は、複数対の個別端子Ｔ１，Ｔ２を更に備える。複数対の個別端子Ｔ１，Ｔ２は、複数のコイル５１，５２と一対一に対応するように、各々が対応するコイル５１，５２と電気的に接続された端子である。図６Ａの例では、入力装置１は、コイル５１に対応する一対の個別端子Ｔ１と、コイル５２に対応する一対の個別端子Ｔ２と、の２対の個別端子Ｔ１，Ｔ２を備えている。つまり、一対の個別端子Ｔ１はコイル５１の両端に電気的に接続され、一対の個別端子Ｔ２はコイル５２の両端に電気的に接続されている。この場合、入力装置１の外部で、一対の個別端子Ｔ１の一方と一対の個別端子Ｔ２の一方とが電気的に接続され、一対の個別端子Ｔ１の他方と一対の個別端子Ｔ２の他方とが電気的に接続されることにより、２つのコイル５１，５２は電気的に並列に接続される。

第２の構造は、図６Ｂに示すように、入力装置１の内部で複数のコイル５１，５２の電気的な接続（本実施形態では並列接続）を行う配線構造である。この場合、入力装置１は、一対の集中端子Ｔ３を更に備える。一対の集中端子Ｔ３は、複数のコイル５１，５２と電気的に接続された端子である。つまり、２つのコイル５１，５２は、入力装置１の内部において電気的に並列に接続されており、一対の集中端子Ｔ３は、２つのコイル５１，５２の並列回路の両端に電気的に接続されている。

（３）変形例
実施形態１は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態１は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

（３．１）第１変形例
実施形態１の第１変形例に係る入力装置１Ａは、図７に示すように、磁界発生部５Ａにおける複数（ここでは２つ）のコイル５１，５２が、一対の励磁端子Ｔ０間において電気的に直列に接続されている。ここで、２つのコイル５１，５２は、一対の励磁端子Ｔ０への電圧の印加時に、２つのコイル５１，５２から磁気粘性流体４に相互に強め合う向きの磁束φ１，φ２が作用するように、巻線方向が揃えられている。

つまり、第１変形例に係る入力装置１Ａによれば、一対の励磁端子Ｔ０間に直流電圧が印加された場合には、２つのコイル５１，５２には電流Ｉ１０が流れる。このとき、磁気粘性流体４に相互に強め合う向きの磁束φ１，φ２、つまり図２に示すように、下向きの磁束φ１，φ２が作用する。ここで、２つのコイル５１，５２の回路定数は、実施形態１における磁界発生部５の２つのコイル５１，５２の回路定数と同値である。この場合、駆動回路１０のトランジスタ１０１に流れる電流Ｉ１０は、実施形態１において駆動回路１０のトランジスタ１０１を流れる電流Ｉ３に比べて小さくなる。そのため、第１変形例に係る入力装置１Ａによれば、磁界発生部５Ａでの消費電力を小さく抑えることが可能である。

（３．２）その他の変形例
以下、実施形態１の第１変形例以外の変形例を列挙する。

入力システム１００は、例えば、制御回路６２に、コンピュータを含んでいる。コンピュータは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。プログラムは、コンピュータのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。

また、入力システム１００における複数の機能が、１つの筐体内に集約されていることは入力システム１００に必須の構成ではなく、例えば、制御回路６２等の入力システム１００の一部の構成要素は、入力装置１から離れて設けられていてもよい。さらに、制御回路６２等、入力システム１００の少なくとも一部の機能は、例えば、サーバ装置又はクラウド（クラウドコンピューティング）等によって実現されてもよい。反対に、制御回路６２等、入力システム１００の少なくとも一部の機能が、入力装置１に集約されていてもよい。

また、磁界発生部５は複数のコイルを有していればよく、２つのコイル５１，５２に限らず、３つ以上のコイルを有していてもよい。特に、複数のコイルが電気的に並列に接続されている場合には、コイルの個数が増えるほど、磁界発生部５を流れる電流の立ち上がり特性が向上する。したがって、コイルの個数が増えるほど、制御回路６２による駆動回路１０の制御に対する、磁気粘性流体４で発生する抵抗力の応答性の改善が期待できる。

また、磁界発生部５における複数のコイル５１，５２の回路定数は、互いに異なる値であってもよい。例えば、コイル５１のインダクタンスとコイル５２のインダクタンスとが異なっていてもよいし、コイル５１の抵抗値とコイル５２の抵抗値とが異なっていてもよい。

さらに、磁界発生部５が３つ以上のコイルを有する場合、これら３つ以上のコイルは、並列接続と直列接続とを組み合わせた接続関係にあってもよい。例えば、３つのコイルがあった場合には、１つ目のコイルと２つ目のコイルとが電気的に並列に接続され、これら２つのコイルの並列回路に対して３つ目のコイルが電気的に直列に接続されていてもよい。

また、ロータ３は、操作体２の操作に伴って回転する構成であればよく、操作体２に対して直接的に結合されている構成に限らず、例えば、伝達機構を介して操作体２から力が伝達される構成であってもよい。伝達機構は、例えば、ギアボックス等を含み、操作体２の操作時に操作体２に作用する力をロータ３に伝達し、ロータ３を回転させる機構である。伝達機構は、操作体２の回転操作に限らず、例えば、操作体２に対するスライド操作、押し操作及び引き操作等により操作体２に作用する力をロータ３に伝達し、ロータ３を回転させてもよい。

また、ロータ３は、操作体２と別体に限らず、操作体２と一体であってもよい。この場合、１つの部材が、操作体２及びロータ３として機能する。

また、入力装置１は、インクリメンタル形のロータリエンコーダに限らず、例えば、アブソリュート形のロータリエンコーダでもよい。さらに、入力装置１は、複数の固定接点と接点ブラシとを有する接点式のロータリエンコーダに限らず、例えば、発光素子及び受光素子を有する光学方式、ホール素子等を有する磁気検知方式、又は静電容量方式等の無接点式のロータリエンコーダであってもよい。

また、入力装置１は、操作体２の変位量に応じた電気信号を出力する構成であればよく、（ロータリ）エンコーダに限らず、例えば、（ロータリ）スイッチ又は可変抵抗器等でもよい。入力装置１がロータリスイッチの場合、操作体２の回転量に応じて、出力端子間のオンオフ状態が切り替わる。入力装置１が可変抵抗器の場合、操作体２の回転量に応じて出力端子間の抵抗値が変化する。

また、入力装置１は、磁界発生部５における複数のコイル５１，５２の各々に電気的に直列に接続された温度ヒューズ等の保護素子を更に備えていてもよい。

（実施形態２）
本実施形態に係る入力装置１Ｂは、図８に示すように、磁界発生部５Ｂにおける２つのコイル５１，５２のコイルボビン７への装着の態様が、実施形態１に係る入力装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。図８では、ケース９０の図示を省略している。

すなわち、本実施形態では、磁界発生部５Ｂにおける２つのコイル５１，５２は、上下方向、つまり操作体２の回転軸２０（図１Ａ参照）の方向に並ぶように、コイルボビン７に装着されている。具体的には、コイル５１が上側、コイル５２が下側となるように、コイルボビン７の外周面に対して、コイル５１を構成する電線及びコイル５２を構成する電線が巻き付けられている。

本実施形態に係る入力装置１Ｂにおいても、実施形態１に係る入力装置１と同様の動作が可能である。

実施形態２で説明した構成は、実施形態１で説明した構成（変形例を含む）と適宜組み合わせて適用可能である。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、操作体（２）と、ロータ（３）と、磁気粘性流体（４）と、磁界発生部（５，５Ａ，５Ｂ）と、を備える。ロータ（３）は、操作体（２）の操作に伴って回転する。磁気粘性流体（４）は、ロータ（３）に接することでロータ（３）の回転に対する抵抗力を発生する。磁界発生部（５，５Ａ，５Ｂ）は、磁気粘性流体（４）に磁界を印加することにより磁気粘性流体（４）の粘性を変化させて抵抗力の大きさを変化させる。磁界発生部（５，５Ａ，５Ｂ）は、それぞれ磁気粘性流体（４）に磁界を作用させる複数のコイル（５１，５２）を有する。

この態様によれば、操作体（２）に作用する抵抗力を複数のコイル（５１，５２）で制御することができる。そのため、例えば、磁界発生部（５，５Ａ，５Ｂ）を流れる電流の立ち上がり特性、及び磁界発生部（５，５Ａ，５Ｂ）での消費電流等の種々の電気的特性は、複数のコイル（５１，５２）の回路定数で決まることになる。したがって、入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）によれば、操作体（２）に作用する抵抗力を単一のコイルで制御する場合に比べると、磁気粘性流体（４）の粘性の制御に関する電気的特性の設計の自由度の向上を図ることができる。

第２の態様に係る入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）では、第１の態様において、複数のコイル（５１，５２）は、一対の励磁端子（Ｔ０）間において電気的に並列に接続される。一対の励磁端子（Ｔ０）への電圧の印加時に、複数のコイル（５１，５２）から磁気粘性流体（４）に相互に強め合う向きの磁束（φ１，φ２）が作用する。

この態様によれば、複数のコイル（５１，５２）を流れる電流（Ｉ１，Ｉ２）の立ち上がり特性が改善され、磁気粘性流体（４）で発生する抵抗力の応答性の改善を図ることができる。

第３の態様に係る入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）では、第１の態様において、複数のコイル（５１，５２）は、一対の励磁端子（Ｔ０）間において電気的に直列に接続される。一対の励磁端子（Ｔ０）への電圧の印加時に、複数のコイル（５１，５２）から磁気粘性流体（４）に相互に強め合う向きの磁束（φ１，φ２）が作用する。

この態様によれば、複数のコイル（５１，５２）での消費電力を比較的小さく抑えることができる。

第４の態様に係る入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、第１〜３のいずれかの態様において、磁性部材（カバー８及びボディ９）を更に備える。磁性部材は、複数のコイル（５１，５２）で発生して磁気粘性流体（４）に作用する磁束（φ１，φ２）の少なくとも一部が通る磁気回路の一部を形成する。

この態様によれば、複数のコイル（５１，５２）で発生した磁束（φ１，φ２）が磁性部材を通して磁気粘性流体（４）に作用するため、磁気粘性流体（４）に対して効率的に磁界を印加することができる。

第５の態様に係る入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、第１〜４のいずれかの態様において、複数対の個別端子（Ｔ１，Ｔ２）を更に備える。複数対の個別端子（Ｔ１，Ｔ２）は、複数のコイル（５１，５２）と一対一に対応するように各々が対応するコイル（５１，５２）と電気的に接続されている。

この態様によれば、入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）の外部で複数のコイル（５１，５２）の電気的な接続を行うことができる。

第６の態様に係る入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、第１〜４のいずれかの態様において、一対の集中端子（Ｔ３）を更に備える。一対の集中端子（Ｔ３）は、複数のコイル（５１，５２）と電気的に接続されている。

この態様によれば、入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）の内部で複数のコイル（５１，５２）の電気的な接続を行うことができる。

第７の態様に係る入力システム（１００）は、第１〜６のいずれかの態様に係る入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）と、駆動回路（１０）と、を備える。駆動回路（１０）は、複数のコイル（５１，５２）に励磁電流を流すことにより磁界発生部（５，５Ａ，５Ｂ）から磁気粘性流体（４）に磁界を印加させる。

この態様によれば、操作体（２）に作用する抵抗力を複数のコイル（５１，５２）で制御することができる。そのため、例えば、磁界発生部（５，５Ａ，５Ｂ）を流れる電流の立ち上がり特性、及び磁界発生部（５，５Ａ，５Ｂ）での消費電流等の種々の電気的特性は、複数のコイル（５１，５２）の回路定数で決まることになる。したがって、入力システム（１００）によれば、操作体（２）に作用する抵抗力を単一のコイルで制御する場合に比べると、磁気粘性流体（４）の粘性の制御に関する電気的特性の設計の自由度の向上を図ることができる。

第８の態様に係る入力システム（１００）は、第７の態様において、制御回路（６２）を更に備える。制御回路（６２）は、操作体（２）の変位量に応じて入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）から出力される操作信号に基づいて、駆動回路（１０）を制御する。

この態様によれば、操作体（２）に作用する抵抗力は、操作体（２）の変位量に応じて変化させることができる。

第２〜６の態様に係る構成については、入力装置（１，１Ａ，１Ｂ）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 入力装置
２ 操作体
３ ロータ
４ 磁気粘性流体
５，５Ａ，５Ｂ 磁界発生部
８ カバー（磁性部材）
９ ボディ（磁性部材）
１０ 駆動回路
５１，５２ コイル
６２ 制御回路
１００ 入力システム
Ｔ０ 励磁端子
Ｔ１，Ｔ２ 個別端子
Ｔ３ 集中端子
φ１，φ２ 磁束

Claims (8)

1. 操作体と、
   前記操作体の操作に伴って回転するロータと、
   前記ロータに接することで前記ロータの回転に対する抵抗力を発生する磁気粘性流体と、
   前記磁気粘性流体に磁界を印加することにより前記磁気粘性流体の粘性を変化させて前記抵抗力の大きさを変化させる磁界発生部と、を備え、
   前記磁界発生部は、それぞれ前記磁気粘性流体に磁界を作用させる複数のコイルを有する
   入力装置。
2. 一対の励磁端子への電圧の印加時に、前記複数のコイルから前記磁気粘性流体に相互に強め合う向きの磁束が作用するように、前記複数のコイルは、前記一対の励磁端子間において電気的に並列に接続される
   請求項１に記載の入力装置。
3. 一対の励磁端子への電圧の印加時に、前記複数のコイルから前記磁気粘性流体に相互に強め合う向きの磁束が作用するように、前記複数のコイルは、前記一対の励磁端子間において電気的に直列に接続される
   請求項１に記載の入力装置。
4. 前記複数のコイルで発生して前記磁気粘性流体に作用する磁束の少なくとも一部が通る磁気回路の一部を形成する磁性部材を更に備える
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の入力装置。
5. 前記複数のコイルと一対一に対応するように各々が対応するコイルと電気的に接続された複数対の個別端子を更に備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の入力装置。
6. 前記複数のコイルと電気的に接続された一対の集中端子を更に備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の入力装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の入力装置と、
   前記複数のコイルに励磁電流を流すことにより前記磁界発生部から前記磁気粘性流体に磁界を印加させる駆動回路と、を備える
   入力システム。
8. 前記操作体の変位量に応じて前記入力装置から出力される操作信号に基づいて、前記駆動回路を制御する制御回路を更に備える
   請求項７に記載の入力システム。

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