JP5145284B2 - 操作感触付与型入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作者に力学的な操作感触を付与できる操作感触付与型入力装置に関するものである。

この種の入力装置は、車載電装品や電子機器等に搭載されており、操作感触（力覚）を操作者に付与する。
詳しくは、入力装置は例えば回転式の操作ノブを有し、操作者が操作ノブを回転させると、アクチュエータが当該回転状況を操作感触として操作者にフィードバックする。これにより、操作者は、操作ノブを直視することなく、車両のハンドルなどの別操作が可能になる。

このアクチュエータに電磁ブレーキを用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、操作ノブは回転軸部材が一体形成され、回転軸部材にはロータ部材が取り付けられている。
また、ロータ部材はステータ部材に対峙し、このステータ部材には電磁コイルが巻回されている。これらロータ部材やステータ部材は磁性体で構成される。

そして、電磁コイルに電流を流すと磁界が発生する。これにより、ロータ部材がステータ部材に向けて吸引され（電磁吸引）、このステータ部材に圧接して摩擦が生ずる。この電磁ブレーキによる摩擦が回転軸部材の回転抵抗になり、操作感触が得られる。

特開２００５−２８５１０号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、回転抵抗の正確な制御が難しいとの問題がある。上記電磁吸引による圧接力は、このコイルに流れる電流値の２乗に比例するし、また、当該構造では、ロータ部材とステータ部材との圧接／離間動作が、ステータ部材に生じた残留磁気の影響を受け易く、本来のタイミングよりもいずれも遅れる傾向にあるからである。

また、当該構造では、ロータ部材およびステータ部材の双方が磁性体である点にも留意しなければならない。
すなわち、これらロータ部材とステータ部材との間に、非磁性体である摩擦部材を配置すると、電磁吸引による圧接力が急激に低下する。そこで、この構造には、当該圧接力を低下させない磁性材料を選択する、若しくは摩擦部材を薄くするなどの制約があり、これでは、入力装置の製造コストの増加に加え、各部材の耐久性や安定性、好適な操作感触を追及する上で大きな弊害になるのである。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、回転抵抗の正確な制御が可能になるとともに、装置の製造コストの低廉化を達成可能な操作感触付与型入力装置を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、筐体と、筐体に回転可能に支持された回転軸部材と、回転軸部材の軸線方向に遊動可能であって回転軸部材とともに回転するよう回転軸部材に取り付けられ、ロータ部材側摩擦部を有したロータ部材と、回転軸部材とともに回転しないよう筐体に取り付けられ、ステータ部材側摩擦部を有したステータ部材と、回転軸部材の回転状態を検出する検出手段と、ロータ部材を回転軸部材の軸線方向に移動させてロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部とを圧接させるアクチュエータと、アクチュエータの駆動制御を行う制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置である。

そして、アクチュエータは、ロータ部材或いはステータ部材のいずれか一方に取り付けられたマグネットおよびヨークからなる磁気回路と、ロータ部材或いはステータ部材のいずれか他方に取り付けられ、ロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部とが圧接する方向の電磁力を受けるように磁気回路で発生する磁界中に配置された電磁コイルとを備える。

第１の発明によれば、ロータ部材は、回転軸部材とともに回転するが、その軸線方向に遊動可能であるのに対し、ステータ部材は、回転軸部材とともに回転せず、筐体に固定される。また、アクチュエータは、制御手段からの信号に応じて、ロータ部材のロータ部材側摩擦部とステータ部材のステータ部材側摩擦部とを圧接可能に構成されている。

詳しくは、このアクチュエータは、磁気回路および電磁コイルを備えている。磁気回路は、マグネットおよびヨークからなり、ロータ部材或いはステータ部材のいずれか一方に取り付けられ、電磁コイルはロータ部材或いはステータ部材のいずれか他方に取り付けられている。そして、この電磁コイルは、ロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部とが圧接する方向の電磁力を受けるように磁気回路で発生する磁界中に配置されている。

すなわち、電磁コイルに電流を流すと、このコイル内の電子はマグネットからの磁力線を横切って運動するので、磁界から力を受ける。この力はフレミングの左手則により、ロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部とが圧接して回転軸部材に回転抵抗を生じさせる。そして、本発明による圧接力はコイルに流れる電流値の１乗に比例する。

よって、従来の電磁吸引による圧接力を利用していた構造に比して、回転抵抗の細やかな制御が可能になる。
また、本発明の構造によれば、残留磁気の影響を受けず、変動しない磁気回路内に電流を流すのみであり、この電流の供給／供給停止のタイミングと同時に圧接力の付与／付与停止になり、回転抵抗の正確な制御が可能になる。

しかも、ロータ部材或いはステータ部材のいずれか、つまり、ヨークを有した一方の部材が磁性体であれば足りることから、いずれも鉄などの磁性体であった従来の構造、特に、磁化特性にヒステリシスの少ない材料を要するヨークを用いた場合に比して、装置の製造コストの低廉化を達成できる。
これらの結果、操作感触付与型入力装置の信頼性が大幅に向上する。

第２の発明は、第１の発明の構成において、ロータ部材側摩擦部或いはステータ部材側摩擦部の少なくとも一方には摩擦部材が取り付けられたことを特徴とする。
第２の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、上述の如く電磁吸引による圧接力を用いない構造であり、ヨークを有したロータ部材或いはステータ部材のいずれか一方の部材が磁性体であれば足り、他方の部材は非磁性体で済むので、ロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部との間に摩擦部材を配置する場合にも、この摩擦部材の厚さは、ロータ部材とステータ部材との圧接力に影響を及ぼさない。よって、摩擦部材の厚さや材質も自由に選択可能になり、好適な操作感触を容易に追及できる。

第３の発明は、第１や第２の発明の構成において、マグネットは、ロータ部材に取り付けられ、電磁コイルは、ステータ部材に取り付けられ、ロータ部材側摩擦部がステータ側摩擦部に向かう方向の電磁力を受けるように磁気回路で発生する磁界中に配置されたことを特徴とする。
第３の発明によれば、第１や第２の発明の作用に加えてさらに、マグネットを可動のローラ部材に、電磁コイルを固定のステータ部材にそれぞれ配置すれば、コイルの位置ズレがより一層生じ難くなる。

第４の発明は、第１から第３の発明の構成において、ヨークは、その中央に形成され回転軸部材に挿通される貫通孔と、貫通孔を囲繞する内周面、内周面に対峙する外周面、および回転軸部材の周方向に向けて延び内周面と外周面とを連結する連結面で区画され、電磁コイルを配置可能な収納室とを備えており、マグネットは、内周面に取り付けられていることを特徴とする。

第４の発明によれば、第１から第３の発明の作用に加えてさらに、カップ形状のヨークは、その中央に回転軸部材に挿通される貫通孔を有し、その外側に電磁コイルを配置可能な収納室を有しているが、この収納室の内周面、つまり、回転軸部材の近傍にマグネットを取り付けている。よって、例えばマグネットがロータ部材に設けられた場合には、回転軸部材の振れが抑えられるし、また、例えばマグネットがステータ部材に設けられた場合には、回転軸部材の回転時にもマグネットと電磁コイルとが接触し得るとの懸念もない。

第５の発明は、第１から第３の発明の構成において、ヨークは、ロータ部材に取り付けられ、その中央に形成され回転軸部材に挿通される貫通孔と、貫通孔を囲繞する内周面、内周面に対峙する外周面、および回転軸部材の周方向に向けて延び内周面と外周面とを連結する連結面で区画され、電磁コイルを配置可能な収納室とを備えており、マグネットは、外周面に取り付けられていることを特徴とする。

第５の発明によれば、第１から第３の発明の作用に加えてさらに、カップ形状のヨークは、ロータ部材に取り付けられ、その中央に回転軸部材に挿通される貫通孔を有し、その外側に電磁コイルを配置可能な収納室を有しているが、この収納室の外周面、つまり、回転軸部材から遠い側にマグネットを取り付けている。よって、回転軸部材には大きなトルクを付与でき、この点も好適な操作感触の追及に寄与する。

また、第６の発明は、筐体と、筐体に回転可能に支持された回転軸部材と、回転軸部材とともに回転するよう回転軸部材に取り付けられ、ロータ部材側摩擦部を有したロータ部材と、回転軸部材の軸線方向に遊動可能であって回転軸部材とともに回転しないよう筐体に取り付けられ、ステータ部材側摩擦部を有したステータ部材と、回転軸部材の回転状態を検出する検出手段と、ステータ部材を回転軸部材の軸線方向に移動させてロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部とを圧接させるアクチュエータと、アクチュエータの駆動制御を行う制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置である。

そして、アクチュエータは、ロータ部材或いはステータ部材のいずれか一方に取り付けられたマグネットおよびヨークからなる磁気回路と、ロータ部材或いはステータ部材のいずれか他方に取り付けられ、ロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部とが圧接する方向の電磁力を受けるように磁気回路で発生する磁界中に配置された電磁コイルとを備える。

第６の発明によれば、ロータ部材は、回転軸部材とともに回転するのに対し、ステータ部材は、回転軸部材とともに回転しないが、その軸線方向に遊動可能である。また、アクチュエータは、制御手段からの信号に応じて、ロータ部材のロータ部材側摩擦部とステータ部材のステータ部材側摩擦部とを圧接可能に構成されている。

詳しくは、このアクチュエータは、磁気回路および電磁コイルを備えている。磁気回路は、マグネットおよびヨークからなり、ロータ部材或いはステータ部材のいずれか一方に取り付けられ、電磁コイルはロータ部材或いはステータ部材のいずれか他方に取り付けられている。そして、この電磁コイルは、ロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部とが圧接する方向の電磁力を受けるように磁気回路で発生する磁界中に配置されている。

すなわち、電磁コイルに電流を流すと、このコイル内の電子はマグネットからの磁力線を横切って運動するので、磁界から力を受ける。この力はフレミングの左手則により、ロータ部材側摩擦部とステータ部材側摩擦部とが圧接して回転軸部材に回転抵抗を生じさせる。そして、本発明による圧接力はコイルに流れる電流値の１乗に比例する。

よって、従来の電磁吸引による圧接力を利用していた構造に比して、回転抵抗の細やかな制御が可能になる。
また、本発明の構造によれば、残留磁気の影響を受けず、変動しない磁気回路内に電流を流すのみであり、この電流の供給／供給停止のタイミングと同時に圧接力の付与／付与停止になり、回転抵抗の正確な制御が可能になる。

しかも、ロータ部材或いはステータ部材のいずれか、つまり、ヨークを有した一方の部材が磁性体であれば足りることから、いずれも鉄などの磁性体であった従来の構造、特に、磁化特性にヒステリシスの少ない材料を要するヨークを用いた場合に比して、装置の製造コストの低廉化を達成できる。
これらの結果、操作感触付与型入力装置の信頼性が大幅に向上する。

本発明によれば、電磁吸引による圧接力ではなく、フレミングの左手則を利用した圧接力で回転抵抗を得ているため、この回転抵抗の正確な制御が可能になるし、また、装置の製造コストの低廉化も達成可能な操作感触付与型入力装置を提供することができる。

第１実施例の操作感触付与型入力装置を搭載した車内の説明図である。 図１の操作感触付与型入力装置の縦断面図である。 （ａ）は図２の要部の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 第２実施例の操作感触付与型入力装置に関する要部の縦断面図である。 第３実施例の操作感触付与型入力装置に関する要部の縦断面図である。 第４実施例の操作感触付与型入力装置の縦断面図である。 第５実施例の操作感触付与型入力装置の縦断面図である。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図１は車両１の車室であり、同図の右手前側に運転者のシート４が示されている。この運転席の左側には助手席が設けられる。インストルメントパネル２はシート４から視て各座席の前方に配置され、フロントガラス６は同じくシート４から視てパネル２の前方に設けられ、各座席からは車両１の進行方向を見渡すことができる。

この運転席において、計器類８はパネル２の正面に配置され、車両１の速度、走行距離やシフト位置等を表示する。ハンドル１０は、パネル２の下方からシート４に向けて延びた軸１２の先端に回転可能に取り付けられている。また、シフトレバー１４は、この軸１２の周壁から助手席側に向けて延びており、上下方向に移動可能である。

エアーコンディショニング装置の吹き出し口１６が、運転席から助手席に亘ってパネル２の正面に配置され、この装置の起動に伴い、空気が車室内に向けて送出される。
モニター１８は、運転席と助手席との間であって当該パネル２の正面に設置されている。このモニター１８は、ナビゲーション装置の起動に伴い、地図や操作メニュー等を表示可能である。

ここで、本実施例では、操作感触付与型入力装置２０が回転式のサムホイール３２を残してハンドル１０内に埋設されている。
このホイール３２は、例えばナビゲーション装置やエアーコンディショニング装置等の車載機器の操作が可能である。そして、この入力装置２０は、ホイール３２に触れた例えば運転者に操作感触（力覚）を付与することができる。

具体的には、図１に示されたハンドル１０は車両１を直進させる正規位置にあり、本実施例のホイール３２は、運転者の左手親指の腹で操作可能な位置に設けられ、同図の入力装置２０はホイール３２を左端に配置している。
より詳しくは、図２に示されるように、当該入力装置２０はホイール３２の右側に円筒状のハウジング（筐体）２２を備える。

このハウジング２２の周壁２８の左右両端は、ホイール３２に対峙する円形の端面２４と、ホイール３２の反対側に位置する円形の端面２６とでそれぞれ塞がれている。
また、この図２で視てホイール３２の右端は回転軸部材３０の左端に連結される。この回転軸部材３０は、その長手方向の軸線が同図の右方向に向けて延びており、各端面２４，２６に回転自在に支持されている。

これにより、ホイール３２および回転軸部材３０は当該軸線回りに回転することができる。
なお、この回転軸部材３０は、端面２４に当接したストッパ３４によって右方向への移動が規制されるとともに、端面２６に当接したストッパ３６によって左方向への移動も規制される。

さらに、本実施例の回転軸部材３０は、ハウジング２２内であって端面２６の近傍に回転円板３７を備えている。
この回転円板３７は上記軸線から放射方向に向けて延びた板状本体３８を有し、この本体３８の適宜位置にはロータ部材４０を遊動自在に支持する連結孔３９が本体３８を貫通して穿設されている。

具体的には、本実施例のロータ部材４０は、例えば鉄などの磁性体で構成されたカップ状のヨーク（アクチュエータ）４２を備えている（図３）。
このヨーク４２は、略円形の有底が回転円板３７に対峙し、回転軸部材３０の全周を囲繞するように形成されており、図３（ａ）に示される如く、この有底の中心近傍からホイール３２に向けて突き出た円筒形の膨出部分、およびこの有底の周縁から同じくホイール３２に向けて突き出た円筒形の外壁４８をそれぞれ有する。

当該膨出部分の中心は上記軸線に略一致し、回転軸部材３０に挿通される貫通孔４３が形成されている。
そして、この膨出部分と外壁４８との間には、後述するマグネット（アクチュエータ）５０や電磁コイル（アクチュエータ）６５を収納する収納室４４が形成されている。

より詳しくは、この収納室４４は、当該膨出部分の外周壁に相当する内周面４５と、その全周に亘って内周面４５に対峙し、外壁４８の内周壁に相当する外周面４７と、上述の有底に相当し、これら内周面４５と外周面４７とを連結する連結面４６で区画されており、本実施例では、この内周面４５に２個のマグネット５０，５０が取り付けられている。

各マグネット５０，５０は、図３（ｂ）の断面視で円弧状の永久磁石であり、その長手方向が上記軸線に沿って延び、いずれもそのＳ極が内周面４５に当接され、そのＮ極は外周面４７に対峙している。
これにより、ヨーク４２とマグネット５０とからなる磁気回路が形成され、各マグネット５０の磁力線は、この図３（ｂ）で視て放射方向、つまり、Ｎ極から上記軸線に対して略直交する方向に進み、収納室４４を横切って外周面４７に向かう。そして、ヨーク４２、すなわち、外壁４８、連結面４６および内周面４５を経由してＳ極に達する。

また、この連結面４６において収納室４４側にはロータ部材側摩擦部４１が設けられ、この連結面４６において回転円板３７側、換言すれば、ロータ部材側摩擦部４１の反対側には、連結孔３９に挿通される連結突起４９が形成されている（図２）。よって、ロータ部材４０は、上記軸線方向に沿って遊動可能になり、また、回転軸部材３０とともに回転する。

一方、ロータ部材４０と端面２４との間には非磁性体のステータ部材６０が設けられている。
本実施例のステータ部材６０は、軸受６３を介して回転軸部材３０を回転自在に支持しており（図３）、上記軸線から放射方向に延びたステータ本体６２を有し、この本体６２の周縁がハウジング２２に固定されている。

また、ステータ本体６２には円筒形のコイルボビン６４が設けられる。具体的には、コイルボビン６４は、この図３に示されるように、その一端がステータ本体６２の背面から引き出され、マグネット５０のＮ極を囲繞して収納室４４内に配置される。
このコイルボビン６４の外周壁、換言すれば、マグネット５０のＮ極に対峙する内周壁とは反対側に位置し、上述した外周面４７に対峙する面には複数巻の電磁コイル６５がマグネット５０の長手方向に略等しい長さで巻回されている。

さらに、コイルボビン６４は、マグネット５０の長手方向に略等しい長さに延びた後、その他端が上記軸線から放射方向、つまり、マグネット５０のＮ極から離間する方向に延びており、ロータ部材側摩擦部４１に対峙したステータ部材側摩擦部６１を有している。ロータ部材４０とステータ部材６０とは、これらロータ部材側摩擦部４１とステータ部材側摩擦部６１との圧接によっても摩擦が得られ、この摩擦が回転軸部材３０の回転抵抗になる。

しかしながら、本実施例のロータ部材側摩擦部４１には、非磁性体の摩擦部材８２が取り付けられている。
この摩擦部材８２は、好適な操作感触が得られる所望の厚さで形成されており、これら摩擦部材８２とステータ側摩擦部６１とが圧接すると、摩擦がより確実に得られる。

再び図２に戻り、ハウジング２２内において回転軸部材３０の適宜位置には、例えば光学式のロータリエンコーダ（検出手段）８４が設置され、このロータリエンコーダ８４は、回転軸部材３０の回転角度や方向を検出可能に構成されている。この検出信号は制御部（制御手段）８６に向けて出力され、当該制御部８６では上記アクチュエータの駆動制御を行うし、さらに、モニター１８等にも信号を出力する。

より具体的には、マグネット５０のＮ極からの磁力線が収納室４４を横切り、外壁４８、連結面４６、内周面４５を経由してＳ極に達する磁気回路が形成された状態において、運転者の左手親指がサムホイール３２を回転させると、回転軸部材３０の回転角度や方向が検出される。制御部８６は、この検出値に基づいて電磁コイル６５を通電する。

詳しくは、図３（ｂ）で視て反時計回り、換言すれば、図２，３で視て上側のコイル６５には紙面手前側に向かう電流（下側のコイル６５には紙面奥側に向かう電流）をコイル６５に流すと、このコイル６５内の電子は、磁界から上記軸線方向に沿って図２，３の左側に向かう力を受ける（フレミングの左手則）。

これにより、ロータ部材４０は上記軸線方向に沿って図２，３の左側に向けて移動し、摩擦部材８２とステータ側摩擦部６１とが圧接され、この圧接による摩擦がサムホイール３２の回転抵抗になる。
この結果、運転者の左手親指には操作感触が得られ、運転者は車両１の進行方向に視線を保持したまま、ハンドル１０の操作が可能になる。なお、例えばナビゲーション装置やエアーコンディショニング装置等の操作毎に、固有の操作感触を設定しても良い。

ところで、第１実施例のロータ部材側摩擦部４１はヨーク４２の連結面４６に、ステータ部材側摩擦部６１はコイルボビン６４の他端にそれぞれ設けられているが、ロータ部材側摩擦部４１は外壁４８に、ステータ部材側摩擦部６１はステータ本体６２に設けられていても良い。
なお、以下の第２〜５実施例（図４〜図７）では、上記第１実施例と同じ機能を奏する箇所には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、特徴部分について詳述する。

詳しくは、まず、図４，５に示された第２，３実施例では、ロータ部材側摩擦部４１がステータ本体６２に対峙する外壁４８の先端に設けられ、このロータ部材側摩擦部４１には摩擦部材８２が取り付けられている。
一方、ステータ部材側摩擦部６１はステータ本体６２の周縁に設けられており、これら摩擦部材８２とステータ側摩擦部６１とが圧接すると、摩擦がより確実に得られる。

さらに、この図４の第２実施例では、上記第１実施例と同様に、２個のマグネット５０，５０が内周面４５に取り付けられている。
しかし、このマグネット５０，５０は外壁４８に取り付けても良い。
具体的には、図５の第３実施例では、円筒形のコイルボビン６４が上記第１，２実施例に比して内周面４５寄りに形成されており、マグネット５０，５０は、そのＮ極が外周面４７に当接され、そのＳ極は電磁コイル６５に対峙している。

そして、この場合にも各マグネット５０の磁力線は、外壁４８、連結面４６および内周面４５を経由し、収納室４４を横切ってＳ極に達する。
さらにまた、上記第１〜３実施例では、サムホイール３２とロータ部材４０との間にステータ部材６０が設けられているが、このホイール３２とステータ部材６０との間にロータ部材４０を設けても良い。

具体的には、図６に示されるように、第４実施例の回転軸部材３０は、ハウジング２２内であって端面２４の近傍に回転円板３７を備える。この回転円板３７にはロータ部材４０が遊動自在に支持されており、そのヨーク４２の有底は回転円板３７に対峙し、端面２６に向けて突き出た膨出部分や外壁４８がそれぞれ形成されている。

ステータ部材６０は、そのステータ本体６２の背面が端面２６の内壁に固定されている。
各マグネット５０の磁力線は、そのＮ極から上記軸線に対して略直交する方向に進み、収納室４４を横切って、外壁４８、連結面４６および内周面４５を経由してＳ極に達する。

しかしながら、この場合には、制御部８６は、図６で視て上側のコイル６５には紙面奥側に向かう電流（下側のコイル６５には紙面手前側に向かう電流）をコイル６５に流しており、このコイル６５内の電子は、磁界から上記軸線方向に沿って図６の右側に向かう力を受け（フレミングの左手則）、ロータ部材４０は上記軸線方向に沿って図６の右側に向けて移動することになる。

また、上述の各実施例では、マグネット５０やヨーク４２がロータ部材４０に、電磁コイル６５がステータ部材６０に設けられているが、これらマグネットやヨークがステータ部材に、電磁コイルがロータ部材に設けられていても良い。
詳しくは、図７の第５実施例では、回転軸部材３０が端面２４の近傍に回転円板３７を備えており、この回転円板３７には、非磁性体のロータ部材４０が遊動自在に支持されている。

本実施例のロータ部材４０は円筒形のコイルボビン５４を有し、このボビン５４の一端には、連結孔３９に挿通される連結突起５９が形成されている。また、ボビン５４の他端はマグネット８０のＮ極を囲繞して収納室７４内に配置され、上記軸線から放射方向に延びたロータ部材側摩擦部４１を有している。
このコイルボビン５４の外周壁には電磁コイル（アクチュエータ）５５がマグネット５０の長手方向に略等しい長さで巻回される。

一方、ステータ部材６０は、磁性体で構成されたカップ状のヨーク（アクチュエータ）７２の背面が端面２６の内壁に固定されている。
このヨーク７２は、略円形の有底が端面２６の内壁に対峙し、回転軸部材３０の全周を囲繞するように形成され、この有底の中心近傍からホイール３２に向けて突き出た円筒形の膨出部分、およびこの有底の周縁から同じくホイール３２に向けて突き出た円筒形の外壁７８をそれぞれ有している。

当該膨出部分の中心は上記軸線に略一致し、回転軸部材３０を回転自在に支持する軸受６３に挿通される貫通孔７３を有する。
そして、この膨出部分と外壁７８との間が収納室７４になり、マグネット（アクチュエータ）８０や電磁コイル５５が収納される。この収納室７４は、当該膨出部分の外周壁に相当する内周面７５と、その全周に亘って内周面７５に対峙し、外壁７８の内周壁に相当する外周面７７と、上述の有底に相当し、これら内周面７５と外周面７７とを連結する連結面７６で区画され、この内周面７５に２個のマグネット８０，８０が取り付けられる。

各マグネット８０の磁力線は、上記第１，２，４実施例と同様に、そのＮ極から上記軸線に対して略直交する方向に進み、収納室７４を横切って、外壁７８、連結面７６および内周面７５を経由してＳ極に達する。
また、この連結面７６において収納室７４側にはステータ部材側摩擦部６１が設けられている。なお、このステータ部材側摩擦部６１にも非磁性体の摩擦部材８２が取り付けられる。

そして、当該実施例では、上記第４実施例と同様に、同図で視て上側のコイル５５には紙面奥側に向かう電流（下側のコイル５５には紙面手前側に向かう電流）をコイル５５に流しており、このコイル５５内の電子は、磁界から上記軸線方向に沿って同図の右側に向かう力を受け（フレミングの左手則）、ロータ部材４０は上記軸線方向に沿って同図の右側に向けて移動する。これにより、ロータ部材側摩擦部４１と摩擦部材８２とが圧接され、この圧接による摩擦がサムホイール３２の回転抵抗になる。

以上のように、本実施例によれば、ロータ部材４０は、回転軸部材３０とともに回転するが、その軸線方向に遊動可能であるのに対し、ステータ部材６０は、回転軸部材３０とともに回転せず、ハウジング２２に固定される。また、アクチュエータは、制御部８６からの信号に応じて、ロータ部材側摩擦部４１とステータ部材側摩擦部６１とを圧接可能に構成されている。

詳しくは、このアクチュエータは、磁気回路および電磁コイル６５（５５）を備えている。上記第１〜第４実施例の磁気回路は、マグネット５０およびヨーク４２からなり、ロータ部材４０に取り付けられ、電磁コイル６５はステータ部材６０に取り付けられている。
一方、上記第５実施例の磁気回路は、マグネット８０およびヨーク７２からなり、ステータ部材６０に取り付けられ、電磁コイル５５はロータ部材４０に取り付けられている。

そして、この電磁コイル６５（５５）は、ロータ部材側摩擦部４１とステータ部材側摩擦部６１とが圧接する方向の電磁力を受けるように磁気回路で発生する磁界中に配置されている。
すなわち、電磁コイル６５（５５）に電流を流すと、このコイル６５（５５）内の電子はマグネット５０（８０）からの磁力線を横切って運動するので、磁界からローレンツ力を受ける。この力はフレミングの左手則により、ロータ部材側摩擦部４１とステータ部材側摩擦部６１とが圧接してサムホイール３２に一体の回転軸部材３０に回転抵抗を生じさせる。そして、当該フレミングの左手則による電子１個当たり受ける力は、磁束密度Ｂとコイル６５（５５）に流れる電流の大きさＩと磁界中のコイル６５（５５）の長さＬとの積で求められ、このコイル６５（５５）に流れる電流値の１乗に比例する。

よって、従来の電磁吸引による圧接力を利用していた構造に比して、回転抵抗の細やかな制御が可能になる。
また、各実施例の構造によれば、残留磁気の影響を受けない固定の磁気回路内に電流を流すのみであり、この電流の供給／供給停止のタイミングと同時に圧接力を得ることでき、回転抵抗の正確な制御が可能になる。

しかも、ロータ部材４０或いはステータ部材６０のいずれか、つまり、上記第１〜第４実施例ではヨーク４２を有したロータ部材４０、上記第５実施例ではヨーク７２を有したステータ部材６０が磁性体であれば足りることから、いずれも鉄などの磁性体であった従来の構造、特に、磁化特性にヒステリシスの少ない材料を要するヨークを用いた場合に比して、入力装置２０の製造コストの低廉化を達成できる。これらの結果、入力装置２０の信頼性が大幅に向上する。

また、各実施例は、電磁吸引による圧接力を用いず、フレミングの左手則を利用した圧接力を用いる構造であり、ヨーク４２（７２）を有しないロータ部材４０或いはステータ部材６０は非磁性体で済むので、ロータ部材側摩擦部４１とステータ部材側摩擦部６１との間に摩擦部材８２を配置する場合にも、この摩擦部材８２の厚さは、ロータ部材４０とステータ部材６０との圧接力に影響を及ぼさない。よって、摩擦部材８２の厚さや材質も自由に選択可能になり、好適な操作感触を容易に追及できる。

さらに、第１〜４実施例のように、マグネット５０を可動のロータ部材４０に、電磁コイル６５を固定のステータ部材６０にそれぞれ配置すれば、コイル６５の位置ズレが生じ難くなる。
さらにまた、第１，２，４，５実施例の如く、カップ形状のヨーク４２（７２）は、その中央に回転軸部材３０に挿通される貫通孔４３（７３）を有し、その外側に電磁コイル６５（５５）を配置可能な収納室４４（７４）を有しているが、この収納室４４（７４）の内周面４５（７５）、つまり、回転軸部材３０の近傍にマグネット５０（８０）を取り付けている。

よって、第１，２，４実施例のように、マグネット５０がロータ部材４０に設けられた場合には、回転軸部材３０の振れが抑えられるし、また、第５実施例の如く、マグネット８０がステータ部材６０に設けられた場合には、回転軸部材３０の回転時にコイルボビン５４が放射方向に向けて撓んでも、マグネット８０と電磁コイル５５とが接触し得るとの懸念もない。

また、第３実施例のように、カップ形状のヨーク４２は、ロータ部材４０に設けられ、その中央に回転軸部材３０に挿通される貫通孔４３を有し、その外側に電磁コイル６５を配置可能な収納室４４を有しているが、この収納室４４の外周面４７、つまり、回転軸部材３０から遠い側にマグネット５０を取り付けている。よって、回転軸部材３０には大きなトルクを付与でき、この点も好適な操作感触の追及に寄与する。

本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施例では、ハンドル１０に具現化した例を示しているが、本発明の操作感触付与型入力装置は、上述のモニター１８の下方に設けられるセンターコンソールなどにも配置することができる。

また、上記各実施例とは異なり、ロータ部材が回転軸部材とともに回転するのに対し、ステータ部材は、回転軸部材とともに回転しないが、その軸線方向に遊動可能であっても良い。
そして、これらいずれの場合にも上記と同様に、回転抵抗の正確な制御が可能になるとともに、装置の製造コストの低廉化を達成できるとの効果を奏する。

２０ 操作感触付与型入力装置
２２ ハウジング（筐体）
３０ 回転軸部材
３２ サムホイール
４０ ロータ部材
４１ ロータ部材側摩擦部
４２，７２ ヨーク（アクチュエータ）
４３，７３ 貫通孔
４４，７４ 収納室
４５，７５ 内周面
４６，７６ 連結面
４７，７７ 外周面
５０，８０ マグネット（アクチュエータ）
５５，６５ 電磁コイル（アクチュエータ）
６０ ステータ部材
６１ ステータ部材側摩擦部
８２ 摩擦部材
８４ ロータリエンコーダ（検出手段）
８６ 制御部（制御手段）

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体に回転可能に支持された回転軸部材と、
   前記回転軸部材の軸線方向に遊動可能であって前記回転軸部材とともに回転するよう前記回転軸部材に取り付けられ、ロータ部材側摩擦部を有したロータ部材と、
   前記回転軸部材とともに回転しないよう前記筐体に取り付けられ、ステータ部材側摩擦部を有したステータ部材と、
   前記回転軸部材の回転状態を検出する検出手段と、
   前記ロータ部材を前記回転軸部材の軸線方向に移動させて前記ロータ部材側摩擦部と前記ステータ部材側摩擦部とを圧接させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータの駆動制御を行う制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置であって、
   前記アクチュエータは、
   前記ロータ部材或いは前記ステータ部材のいずれか一方に取り付けられたマグネットおよびヨークからなる磁気回路と、
   前記ロータ部材或いは前記ステータ部材のいずれか他方に取り付けられ、前記ロータ部材側摩擦部と前記ステータ部材側摩擦部とが圧接する方向の電磁力を受けるように前記磁気回路で発生する磁界中に配置された電磁コイルと
   を備えることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
2. 請求項１に記載の操作感触付与型入力装置であって、
   前記ロータ部材側摩擦部或いは前記ステータ部材側摩擦部の少なくとも一方には摩擦部材が取り付けられたことを特徴とする操作感触付与型入力装置。
3. 請求項１又は２に記載の操作感触付与型入力装置であって、
   前記マグネットは、前記ロータ部材に取り付けられ、
   前記電磁コイルは、前記ステータ部材に取り付けられ、前記ロータ部材側摩擦部が前記ステータ側摩擦部に向かう方向の電磁力を受けるように前記磁気回路で発生する磁界中に配置されたことを特徴とする操作感触付与型入力装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の操作感触付与型入力装置であって、
   前記ヨークは、
   その中央に形成され前記回転軸部材に挿通される貫通孔と、
   前記貫通孔を囲繞する内周面、前記内周面に対峙する外周面、および前記回転軸部材の周方向に向けて延び前記内周面と前記外周面とを連結する連結面で区画され、前記電磁コイルを配置可能な収納室とを備えており、
   前記マグネットは、前記内周面に取り付けられていることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の操作感触付与型入力装置であって、
   前記ヨークは、前記ロータ部材に取り付けられ、
   その中央に形成され前記回転軸部材に挿通される貫通孔と、
   前記貫通孔を囲繞する内周面、前記内周面に対峙する外周面、および前記回転軸部材の周方向に向けて延び前記内周面と前記外周面とを連結する連結面で区画され、前記電磁コイルを配置可能な収納室とを備えており、
   前記マグネットは、前記外周面に取り付けられていることを特徴とする操作感触付与型入力装置。
6. 筐体と、
   前記筐体に回転可能に支持された回転軸部材と、
   前記回転軸部材とともに回転するよう前記回転軸部材に取り付けられ、ロータ部材側摩擦部を有したロータ部材と、
   前記回転軸部材の軸線方向に遊動可能であって前記回転軸部材とともに回転しないよう前記筐体に取り付けられ、ステータ部材側摩擦部を有したステータ部材と、
   前記回転軸部材の回転状態を検出する検出手段と、
   前記ステータ部材を前記回転軸部材の軸線方向に移動させて前記ロータ部材側摩擦部と前記ステータ部材側摩擦部とを圧接させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータの駆動制御を行う制御手段とを備えた操作感触付与型入力装置であって、
   前記アクチュエータは、
   前記ロータ部材或いは前記ステータ部材のいずれか一方に取り付けられたマグネットおよびヨークからなる磁気回路と、
   前記ロータ部材或いは前記ステータ部材のいずれか他方に取り付けられ、前記ロータ部材側摩擦部と前記ステータ部材側摩擦部とが圧接する方向の電磁力を受けるように前記磁気回路で発生する磁界中に配置された電磁コイルと
   を備えることを特徴とする操作感触付与型入力装置。

Images