JP6106360B2 - 触感フィードバックを有する入力装置及びその入力装置に搭載する電磁アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、触感フィードバックをユーザに伝える入力装置及びその入力装置に搭載する電磁アクチュエータに関する。本発明の入力装置は、関連する機器を制御するためのコマンドを入力する装置であるため、以下の説明では、入力装置を制御装置と呼ぶことがある。

自動車業界において、エアコンディションシステム、オーディオシステム、さもなければナビゲーションシステムのような、電気又は電子システムを制御するために、例えば、ジョイスティック又は回転ノブの形状の多機能制御装置を使用することが増えている。

このような装置は、表示画面に関連付けられ、システムに関連する様々な制御を備えたポップアップメニュの周辺のナビゲーションを制御しうるようにされる。

操作快適性を増大させるために、このような制御装置の制御面で、接触表面を有するセンサを用いる技術の開発は有用であると考えられる。

ユーザが、このようなセンサの接触表面に圧力を加えたとき、その圧力を測定すること、及び／又は適切な電圧を測って、圧力が加えられる位置を決定することができる。この場合、ユーザによる接触表面上の圧力は、例えば、制御コマンドの選択と関連付けられている。

更に、ユーザのコマンドが考慮されたことをユーザに信号で知らせるために、特に夜のドライブ中、又は手探りで操作するときに、ユーザが触感フィードバックを持っていることが不可欠になる。

この目的のために、触感フィードバックを有する制御装置が、既に公知となっている。触感フィードバックを有する制御装置は、プレートに振動動作を伝達するために、接触表面のプレートにリンクされ、ユーザのコマンドが実際に考慮されたことをユーザに知らせる触感フィードバックをユーザが感知するために、電磁アクチュエータを備えている。

本発明の目的は、従来技術に対して最適化された電磁アクチュエータを提供することである。

この目的のために、本発明は、ユーザに触感フィードバックを伝えるために触感フィードバックを有する制御装置へ搭載させる電磁アクチュエータに関し、前記電磁アクチュエータは固定部及び可動部を備え、前記固定部及び前記可動部は、前記固定部及び前記可動部の間に少なくとも１つのエアギャップを画定する電磁回路を形成し、更に、前記電磁アクチュエータは、それぞれ第１の反磁場及び第２の反磁場を生成する少なくとも２つの永久磁石と、巻線が連続して前記第１の反磁場、及び前記第２の反磁場と交差するように、前記２つの永久磁石の間に配置された電気コイルを備えていることを特徴としている。

前記電磁アクチュエータは、前記電気コイルが電流でトラバースされたとき、前記エアギャップｅにおいて移動する間の前記可動部を駆動するように、通常駆動方向に沿って合成動作力を受ける。

このような電磁アクチュエータは、改善された方法により、前記アクチュエータの前記可動部にリンクさせられた、対応する前記制御装置の前記プレートの前記平面で、前記触感フィードバックを生成するために、前記エアギャップにおいて移動する間の前記可動部を駆動する前記合成動作力を生成することができる。

前記電磁アクチュエータは、更に、以下の１つ又はそれ以上の特徴を、別々に又は組み合わせて備えている。前記２つの永久磁石は、お互いに向き合って配置されている。前記２つの永久磁石は、前記電磁アクチュエータの前記固定部により保持され、前記電気コイルは、前記電磁アクチュエータの可動部により保持されている。あるいは、前記２つの永久磁石は、前記電磁アクチュエータの前記可動部により保持され、前記電気コイルは、前記電磁アクチュエータの固定部により保持されている。前記２つの永久磁石を保持する電磁アクチュエータの強磁性構造体は、略Ｅ型の形状であり、前記強磁性構造体の外枝は、永久磁石をそれぞれ保持し、その中央枝の周囲には、前記電気コイルの巻線が配置されている。

また本発明は、触感フィードバックを有する、対応する制御装置に関し、前記制御装置は、触感フィードバックをユーザに伝えるプレートと、前記ユーザによる前記接触表面上の圧力を検出するように構成され、前記プレートにより支えられた接触表面センサと、前記プレートにリンクされ、前記触感フィードバックを生成するために、前記接触表面上で圧力が検出されたとき、前記プレートを駆動させるように構成された少なくとも１つの電磁アクチュエータを備え、前記電磁アクチュエータは、固定部及び可動部を備え、前記固定部及び前記可動部は、前記固定部及び前記可動部の間にある少なくとも１つのエアギャップを画定する磁気回路を形成している。

前記電磁アクチュエータは更に、第１の反磁場及び第２の反磁場をそれぞれ生成する少なくとも２つの永久磁石と、巻線が連続的に前記第１の磁場及び前記第２の磁場を交差するように、前記２つの永久磁石の間に配置された電気コイルを備えていることを特徴としている。

前記電気コイルが電流でトラバースされたとき、前記電磁アクチュエータは、前記エアギャップにおける移動の間の可動部を駆動するように、通常駆動方向に沿う合成動作力を受ける。

前記制御装置は、更に、以下の１つ又はそれ以上の特徴を、別々に又は組み合わせて有している。前記制御装置は、少なくとも２つのアクチュエータ、及び、前記接触表面センサにリンクされ、圧力が前記接触表面上に検出されたとき、前記アクチュエータを同時に及び独立的に起動するように構成された処理ユニットを備えている。前記アクチュエータは、前記プレートにより画定された前記平面とほぼ直交する方向に沿って、前記プレートを駆動するように構成されている。前記処理ユニットは、それぞれのアクチュエータに周期的供給信号を独立的に供給するように構成され、前記供給信号は、前記アクチュエータが２つの反対方向に前記プレートを同時に駆動するように、１８０度位相がずれている。前記制御装置は、前記電磁アクチュエータの形とほぼ似ている一般的な形を示している少なくとも１つの受動アクチュエータにより形成された、前記プレートのための誘導手段を備えている。

本発明の他の特徴及び利点は、一例として示し、本発明を限定するものではない添付図を参照して行う以下の記載から、明らかになると思う。

本発明による少なくとも１つのアクチュエータを備える制御装置の第１の実施形態を示す。 本発明によるアクチュエータを示す。 図２ａのアクチュエータの斜視図である。 制御装置の第２の実施形態を示す。 前記制御装置の構成要素を示すブロック図である。

本発明は、ユーザに触感フィードバックを伝えることが可能な触感フィードバックを有する、例えば改良又は選択された制御装置を含む制御装置のための電磁アクチュエータに関する。

例えば振動タイプの触感フィードバックは、前記改良又は選択された制御装置が設けられていることを、ユーザに確実に知らせることができる。

このような制御装置は、自動車の、電気又は電子システムを制御するために、例えば自動車のコントロールパネルにおいて、または自動車の集中制御装置に配置しても良い。

図１は、ユーザに触感フィードバックを伝えるためのプレート３と、触感フィードバックを生成するために、プレート３にリンクされた２つアクチュエータ５ａ、５Ｂとを備える制御装置１を示している。当然、１個又は複数のアクチュエータを備えていても良い。

プレート３は、例えば、ＦＳＲ技術を用いた、すなわち圧力感応抵抗器を用いた圧力センサである接触表面センサ７を支えている。この圧力センサ７は、例えばユーザの指で接触表面上の圧力を検出しうるようになっている。

また、ユーザによる圧力を検出するために、抵抗技術又は光学技術を用いたセンサを採用しても良い。

保護及び装飾表皮（図示せず）を、接触表面センサ７に配置しても良い。

２つのアクチュエータ５ａ、５ｂは、プレート３に加えられる負荷をより良く配分するために、例えば、プレート３の反対側の２つの面に配置されている。

各アクチュエータ５ａ、５ｂは、電磁的であり、プレート３にリンクされた固定部９及び可動部１１を備えている。

制御装置１の固定された筐体１３の補助固定手段と連係するために、固定部９のねじ孔を設けることができる。もちろん、固定部９を筐体１３上に固定するためには、他の手段によっても良い。

固定部９は、固定部９及び可動部１１の間にあるエアギャップｅの範囲を定めるために、可動部１１と向き合って配置されている。可動部１１は、触感フィードバックを生成するために、エアギャップｅにおける移動の間、駆動されるように構成されている。

弾性部材１５が、可動部１１の動作を誘導するために、エアギャップｅに配置されている。弾性部材１５は、可動部１１の動作を緩衝して、固定部９及び可動部１１の間のいかなる物理的接触も避けることにより、可動部１１の動作の間に発生する騒音を制限することができる。

この弾性部材１５は、エラストマ又はシリコンからなっていても良く、固定部９及び可動部１１上に、表装モールド成形されていても良い。

自動車規格に対応しうるように、このような制御装置１における触感フィードバックは、非常に小さなずれが必要であるために、弾性部材１５は、例えば２ｍｍ程度の厚さであるのがよい。

更に、電磁アクチュエータ５ａ、５ｂは、プレート３に対してほぼ水平方向に、プレート３を駆動するようになっているのが良い。

代替手段（図１）として、電磁アクチュエータ５ａ、５ｂは、プレート３に対してほぼ垂直な、すなわちプレート３により画定された面と直交する方向Ｄ１又はＤ２に沿って、プレート３を駆動するようになっていてもよい。

この場合、対漏洩手段１７は、プレート３及び筐体１３の部位１３ａの間に介在されている。対漏洩手段１７は、例えばエラストマ又はシリコンのような弾性部材でできている。また、この耐漏洩手段１７は、方向Ｄ１又は方向Ｄ２に沿って、プレートの動作のための緩衝器を形成している。

従って、プレート３の動作範囲は、電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂの固定部９及び可動部１１の間で、一方は弾性部材１５により、もう一方は耐漏洩手段１７により定められる。

図２ａ、図２ｂに良く示されているように、電磁アクチュエータ５ａ、５ｂは、例えば軟鉄でできた強磁性構造体２１を備えている。強磁性構造体２１は、２つの磁石２３ａ及び２３ｂ、並びに２つの磁石２３ａ及び２３ｂの間に対置されたコイル２５を保持している。

２つの磁石２３ａ及び２３ｂを保持する強磁性構造体２１は、電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂ（図１を参照）の可動部１１により保持されていても良く、改良型として、電磁性構造体２１は、電磁アクチュエータ５ａ、５ｂ（図３を参照）の固定部９により保持されていても良い。

同様に、コイル２５は、電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂ（図１を参照）の固定部９により保持されていても良く、改良型コイルとして、コイル２５は、電磁アクチュエータ５ａ、５ｂ（図３を参照）の可動部１１により保持されていても良い。

図３に示す実施形態において、プレート３の形は、コイル２５を保持する可動部１１に固定しうるようになっている。より詳しく述べると、プレート３は、可動部１１に固定しうる２つの延長部を、その端部に備えている。

図２ａ、図２ｂに示す２つの磁石２３ａ、２３ｂは、第１の反磁場Ｂ１及び第２の反磁場Ｂ２を生成するために、お互いに向き合って配置されている同じ極性の永久磁石である。

図示のように、強磁性構造体２１は、略Ｅ型の一般的な形状を有しており、２つの外枝２１ａ及び２１ｂ、並びに中央枝２１ｃを有する。

この場合、弾性部材１５は、外枝２１ａ及び２１ｂ、並びに中央枝２１ｃにより範囲が定めされるそれぞれのエアギャップｅに設けられている。

外枝２１ａ及び２１ｂは、磁石２３ａ及び２３ｂをそれぞれ保持している。この目的のために、磁石２３ａ及び２３ｂは、ほぼ平面状であり、外枝２１ａ及び２１ｂに沿って、それぞれ延びている。

中央枝２１ｃは、コイル２５の本体に形成された開口部２７に係合している。中央枝２１ｃは、コイル２５の巻線が、２つの反磁場Ｂ１及びＢ２に連続的に交差するのを支援している。従ってこの中央枝２１ｃは、可動部１１の移動の機械的誘導を、更に確実にしている。

図２ｂに概略的に示されているように、コイル２５の巻線は、縦軸Ｌ並びに反磁場Ｂ１及びＢ２の両方に垂直な方向Ｄ１又はＤ２に沿って、プレート３の移動が発生するように、磁石２３ａ及び２３ｂにより発生した反磁場Ｂ１及びＢ２と直交するように、電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂの縦軸Ｌに沿っている。

ただし、磁石２３ａにより発生した第２の磁場Ｂ１に垂直な第１の方向ｄに沿って、巻線の上部の平面で、電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂのコイル２５に電流を供給することにより、第１の磁場Ｂ１及び第１の方向ｄの両方に垂直なラプラス力Ｆ１１が発生する。同様に、第１の方向ｄとは反対であり、磁石２３ｂにより発生した第２の磁場Ｂ２に垂直である第２の方向ｄ’に沿って、巻線の下部の平面で、コイル２５に電流を供給することにより、第２の磁場Ｂ２及び第２の方向ｄ’の両方に垂直なラプラス力Ｆ１２が発生する。発生した２つのラプラス力Ｆ１１及びＦ１２は、通常駆動方向Ｄ１に沿って向いている。また、発生した２つのラプラス力Ｆ１１及びＦ１２は、その合成動作力がプレート３を方向Ｄ１に沿ってずらすために、エアギャップｅにおいて移動する間の可動部１１を駆動するように結合される。

このようなアクチュエータ５ａ及び５ｂにより、２つの反対の方向に沿って、交互にアクチュエータ力を発生させることができる。

同様に、電磁アクチュエータ５ａ、５ｂのコイル２５に電流を供給し、電流の流れの向きを逆にすることにより、方向Ｄ２に沿った移動の間、プレート３をずらすことができる。

更に制御装置１は、圧力が接触表面上に検出されたとき、プレート３が駆動するように、それぞれのアクチュエータ１に独立制御信号を供給するために、接触表面センサ７、又は電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂにリンクされた起動ユニット（図４）を備えていても良い。独立制御信号は、矩形波又は正弦波であっても良い。

接触表面上で検出される圧力の位置に関する機能として、より詳しくは、接触表面センサ７から発生する位置信号に関する機能として、この起動ユニット１９は、アクチュエータ５ａ及び５ｂを起動しても良い。

起動ユニット１９は、例えば、電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂのそれぞれに周期的供給信号を供給し、前記周期的供給信号は位相がずれていても良い。位相のずれを、検出された圧力の位置に合わせても良い。

改良された実施形態では、電磁アクチュエータ５ａがプレート３を方向Ｄ１に向けたとき、周期的供給信号は、電磁アクチュエータ５ｂがプレート３を方向Ｄ１と反対である方向Ｄ２に向ける（図１及び図３を参照）ように、１８０度位相がずれている。

このように２つの電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂを反対向きの位相で起動すると、事実上、加速度を２倍にすることができ、またそのために、触感フィードバックを発生させるための機械的電力を増幅させることができるトグル効果を奏する。更に、可動部１１に小さいずれの移動があると、ユーザにはトグル効果があるにもかかわらず、画一的な触覚フィードバックの感触がある。

偶数のアクチュエータが、対になってお互いに向き合って配置され、供給信号が対になって反転していても良い。

別の手段として、起動ユニット１９により、それぞれのアクチュエータ１の端子に対して異なる電圧レベルを適用しうるように制御することもできる。

もちろん、接触表面上にある指がずれている間、接触表面上の指の位置に関する機能として、起動ユニット１９は独立制御信号を採用しても良い。

従って、例えば、２つの反対の方向に沿って反対向きの位相で起動することにより、更に、逆もまた同様に、指が接触表面に接触するとき、通常方向に沿って同時に起動することにより、触感フィードバックがまず発生されるようにしても良い。

本発明による電磁アクチュエータ５ａ及び５ｂ、並びにこのような電磁アクチュエータ５ａ、５ｂを備える制御装置１は、改良された手段により、接触表面を支持するプレート３に対して水平又は垂直な平面に、ユーザへの触感フィードバックを発生させることが可能である。

１ 制御装置（入力装置）
３ プレート
５ａ、５ｂ 電磁アクチュエータ
７ 接触表面センサ
９ 固定部
１１ 可動部
１３ 筐体
１５ 緩衝器（弾性部材）
１７ 対漏洩手段
１９ 処理ユニット（起動ユニット）
２１ 強磁性構造体
２１ａ、２１ｂ 外枝
２１ｃ 中央枝
２３ａ、２３ｂ 永久磁石
２５ 電気コイル
２７ 開口部
Ｂ１，Ｂ２ 反磁場
Ｄ１，Ｄ２ 方向
Ｆ１１、Ｆ１２ ラプラス力
Ｌ 縦軸
ｄ、ｄ’ 方向
ｅ エアギャップ

Claims (9)

1. 筐体（１３）と、ユーザに触覚フィードバックを伝えるためのプレート（３）と、前記プレート（３）に設けられた接触表面センサ（７）と、前記プレート（３）を駆動するための電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）とを備え、
   前記接触表面センサ（７）が前記ユーザによる接触表面の圧力を検出すると、前記電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）が駆動されて前記ユーザに触覚フィードバックを伝える入力装置（１）における前記電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）であって、
   前記電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）は、
   前記筐体（１３）に固定された固定部（９）と、
   前記プレート（３）に固定された可動部（１１）とを備え、
   前記固定部（９）及び前記可動部（１１）のいずれか一方は、
   略Ｅ型の強磁性構造体（２１）と、
   前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）の中央枝（２１ｃ）に同じ極性の磁極が向き合うように、前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）の２つの外枝（２１ａ、２１ｂ）のそれぞれに保持された２つの永久磁石（２３ａ、２３ｂ）を有し、
   前記固定部（９）及び前記可動部（１１）のいずれか他方は、
   前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）の前記中央枝（２１ｃ）に沿って移動可能に配置された電気コイル（２５）であって、巻線が前記２つの永久磁石（２３ａ、２３ｂ）が発生させる第１の磁場（Ｂ１）及び第２の磁場（Ｂ２）と交差するように前記中央枝（２１ｃ）の周囲に配置された電気コイル（２５）を有する、ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）が前記固定部（９）により保持され、前記電気コイル（２５）が前記可動部（１１）により保持されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）が前記可動部（１１）により保持され、前記電気コイル（２５）が前記固定部（９）により保持されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）の前記２つの外枝（２１ａ、２１ｂ）と前記中央枝（２１ｃ）との間にある溝の底部にダンパー（１５）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
5. 筐体（１３）と、
   ユーザに触覚フィードバックを伝えるためのプレート（３）と、
   前記プレート（３）に設けられた接触表面センサ（７）と、
   前記プレート（３）を駆動するための電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）とを備え、
   前記接触表面センサ（７）が前記ユーザによる接触表面の圧力を検出すると、前記電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）が駆動されて前記ユーザに触覚フィードバックを伝える入力装置（１）であって、
   前記電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）は、
   前記筐体（１３）に固定された固定部（９）と、
   前記プレート（３）に固定された可動部（１１）とを備え、
   前記固定部（９）及び前記可動部（１１）のいずれか一方は、
   略Ｅ型の強磁性構造体（２１）と、
   前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）の前記中央枝（２１ｃ）に同じ極性の磁極が向き合うように、前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）の２つの外枝（２１ａ、２１ｂ）のそれぞれに保持された２つの永久磁石（２３ａ、２３ｂ）を有し、
   前記固定部（９）及び前記可動部（１１）のいずれか他方は、
   前記略Ｅ型の強磁性構造体（２１）の前記中央枝（２１ｃ）に沿って移動可能に配置された電気コイル（２５）であって、巻線が前記２つの永久磁石（２３ａ、２３ｂ）が発生させる第１の磁場（Ｂ１）及び第２の磁場（Ｂ２）と交差するように前記中央枝（２１ｃ）の周囲に配置された電気コイル（２５）を有する、ことを特徴とする入力装置。
6. 前記プレート（３）が、少なくとも１つの前記電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）の前記可動部（１１）を覆うように取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
7. 前記入力装置（１）は、少なくとも２つの前記電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）と処理ユニット（１９）を備え、前記処理ユニット（１９）は、前記表面センサ（７）により圧力が検出されたとき、前記２つの電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）を同時にかつ独立に駆動することを特徴とする請求項５又は６に記載の入力装置。
8. 前記電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）は、前記プレート（３）とほぼ垂直な方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って、前記プレート（３）を駆動することを特徴とする請求項５又は６に記載の入力装置。
9. 前記処理ユニット（１９）は、前記２つの電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）が、前記プレート（３）を反対の方向（Ｄ１、Ｄ２）に同時に駆動するように、１８０度位相がずれている周期的信号をそれぞれの電磁アクチュエータ（５ａ、５ｂ）に供給することを特徴とする請求項７に記載の入力装置。

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