JP6464927B2 - 入力装置 - Google Patents
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Description
本発明は、操作力が入力される入力装置に関する。
従来の入力装置として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1の入力装置(アクチュエータ)は、水平配置される平板状の第一ヨーク板と、この第一ヨーク板に対向するように平行配置される平板状の第二ヨーク板と、第一ヨーク板の第二ヨーク板側の面に固定される複数の磁石と、複数の磁石及び第二ヨーク板との間に移動可能に設けられた複数のコイルとを備えている。そして、複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材に、触覚呈示部材が接続されている。
特許文献1では、複数のコイルに電流を流すと、この電流と、複数の磁石によって発生する磁束とによって複数のコイルに電磁力が発生する。そして、この電磁力がコイル固定部材、及び触覚呈示部材に伝達され、触覚呈示部材に触れている操作者の指などに触覚が呈示されるようになっている。
しかしながら、特許文献1に記載の入力装置において、所定部位に搭載する際に、各ヨーク板が水平配置できない場合で、各ヨーク板が傾斜されるような場合では、触覚呈示部材及びコイル固定部材の自重により、触覚呈示部材には、各ヨーク板の板面方向に沿って下向きとなる力が作用する。よって、このような場合であると、下向きの力によって触覚呈示部材が下側に移動してしまう。また、下向きの力が加わる分、上向きの操作時と下向きの操作時とでは、操作フィーリングが異なるものとなり、操作者は違和感を覚える。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、傾斜配置される場合であっても自重による下向きの力による影響を抑制することのできる入力装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
本発明では、仮想の操作平面(OP)に沿う方向の操作力が入力される入力部(70)と、
操作力の入力により操作平面に沿って移動可能なよう入力部を支持する支持部(50)と、
磁極を形成する第一磁極形成部(61、62)、及び第一磁極形成部の発生磁束が通過する第一コイル(41)、を有し、第一コイルへの電流の印加によって生じる電磁力(EMF_x)を、操作平面に沿う第一方向への操作反力(RF_x)として入力部に作用させる第一アクチュエータ(39x)と、
磁極を形成する第二磁極形成部(63、64)、及び第二磁極形成部の発生磁束が通過する第二コイル(42)、を有し、第二コイルへの電流の印加によって生じる電磁力(EMF_y)を、操作平面に沿い且つ第一方向と交差する第二方向への操作反力(RF_y)として入力部に作用させる第二アクチュエータ(39y)と、
第一磁極形成部(61、62)、及び第二磁極形成部(63、64)を挟むように配置されて、第一、第二磁極形成部の発生磁束に対する磁気回路(65)を形成する固定ヨーク(51)、及び可動ヨーク(71、72)と、を備え
第一、第二アクチュエータのうちの一方が他方に対して下側となるように傾斜配置されると共に、
固定ヨーク、及び可動ヨークのうちのいずれかに、磁気回路中の抵抗となる磁気抵抗(71c、72c)が設けられ、
可動ヨークには、磁気抵抗に対して磁気回路が安定化するように安定化力が発生し、
磁気抵抗は、安定化力の作用方向が、傾斜配置に伴う可動ヨークの自重落下方向とは逆向きになるように配置されていることを特徴としている。
操作力の入力により操作平面に沿って移動可能なよう入力部を支持する支持部(50)と、
磁極を形成する第一磁極形成部(61、62)、及び第一磁極形成部の発生磁束が通過する第一コイル(41)、を有し、第一コイルへの電流の印加によって生じる電磁力(EMF_x)を、操作平面に沿う第一方向への操作反力(RF_x)として入力部に作用させる第一アクチュエータ(39x)と、
磁極を形成する第二磁極形成部(63、64)、及び第二磁極形成部の発生磁束が通過する第二コイル(42)、を有し、第二コイルへの電流の印加によって生じる電磁力(EMF_y)を、操作平面に沿い且つ第一方向と交差する第二方向への操作反力(RF_y)として入力部に作用させる第二アクチュエータ(39y)と、
第一磁極形成部(61、62)、及び第二磁極形成部(63、64)を挟むように配置されて、第一、第二磁極形成部の発生磁束に対する磁気回路(65)を形成する固定ヨーク(51)、及び可動ヨーク(71、72)と、を備え
第一、第二アクチュエータのうちの一方が他方に対して下側となるように傾斜配置されると共に、
固定ヨーク、及び可動ヨークのうちのいずれかに、磁気回路中の抵抗となる磁気抵抗(71c、72c)が設けられ、
可動ヨークには、磁気抵抗に対して磁気回路が安定化するように安定化力が発生し、
磁気抵抗は、安定化力の作用方向が、傾斜配置に伴う可動ヨークの自重落下方向とは逆向きになるように配置されていることを特徴としている。
一般に、磁気回路においては、固定ヨーク、及び可動ヨークを介した磁極形成部周りの磁路の抵抗が小さくなる方向に力(安定化力)が作用する。磁路の抵抗は、磁路の面積が大きくなるほど、小さくなる。よって、可動ヨークに対して、磁路の面積が大きくなるように、つまり、磁束漏れが大きくなる方向に作用力(安定化力)が発生する。
そして、磁気抵抗の配置によって、安定化力の作用方向は、傾斜配置に伴う可動ヨークの自重落下方向とは逆向き、つまり、上向きになるようになっている。よって、この上向きの力が、傾斜配置時の自重によって発生する下向きの力に対抗することができるので、傾斜配置される場合であっても自重による下向きの力による影響を抑制することができる。
尚、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
(第一実施形態)
図1に示す本発明の第一実施形態による操作入力装置100は、車両に搭載され、車室内の表示器、例えばナビゲーション装置20又はヘッドアップディスプレイ装置120(図2参照)等と共に表示システム10を構成している。操作入力装置100は、図2に示されるように、車両のセンターコンソールにてパームレスト19と隣接する位置に設置され、操作者の手の届き易い範囲に操作ノブ73を露出させている。この操作ノブ73は、操作者の手H等によって操作力が入力されると、入力された操作力の方向に変位する。
図1に示す本発明の第一実施形態による操作入力装置100は、車両に搭載され、車室内の表示器、例えばナビゲーション装置20又はヘッドアップディスプレイ装置120(図2参照)等と共に表示システム10を構成している。操作入力装置100は、図2に示されるように、車両のセンターコンソールにてパームレスト19と隣接する位置に設置され、操作者の手の届き易い範囲に操作ノブ73を露出させている。この操作ノブ73は、操作者の手H等によって操作力が入力されると、入力された操作力の方向に変位する。
操作入力装置100は、図3に示すように、後述する第一ボイスコイルモータ39x、及び第二ボイスコイルモータ39yのうち、一方が他方に対して下側となるように、傾斜角θで傾斜配置されている。ここでは、一方は第一ボイスコイルモータ39xであり、他方は第二ボイスコイルモータ39yである。
ナビゲーション装置20は、車両のインスツルメントパネル内に設置され、運転席に向けて表示画面22を露出させている。表示画面22には、所定の機能が関連付けられた複数のアイコン、及び任意のアイコンを選択するためのポインタ80等が表示されている。操作ノブ73に水平方向の操作力が入力されると、ポインタ80は、操作力の入力方向に対応した方向に、表示画面22上を移動する。ナビゲーション装置20は、図1及び図2に示されるように、通信バス90と接続され、操作入力装置100等とネットワーク通信可能である。ナビゲーション装置20は、表示画面22に表示される画像を描画する表示制御部23、及び表示制御部23によって描画された画像を表示画面22に連続的に表示する液晶ディスプレイ21を有している。
以上の操作入力装置100の各構成を詳しく説明する。操作入力装置100は、図1に示すように、通信バス90及び外部のバッテリ95等と接続されている。操作入力装置100は、通信バス90を通じて、離れて位置するナビゲーション装置20と通信可能とされている。また操作入力装置100は、各構成の作動に必要な電力を、バッテリ95から供給される。
操作入力装置100は、通信制御部35、操作検出部31、反力発生部39、反力制御部37、及び操作制御部33等によって電気的に構成されている。
通信制御部35は、操作制御部33によって処理された情報を通信バス90に出力する。加えて通信制御部35は、他の車載装置から通信バス90に出力された情報を取得し、操作制御部33に出力する。
操作検出部31は、操作力の入力によって移動した操作ノブ73(図2参照)の位置を検出する。操作検出部31は、検出した操作ノブ73の位置を示す操作情報を、操作制御部33に出力する。
反力発生部39は、操作ノブ73に操作反力を生じさせる構成であって、ボイスコイルモータ等のアクチュエータを含んでいる。反力発生部39は、例えば表示画面22上においてポインタ80(図2参照)がアイコンと重なる際に、操作反力を操作ノブ73(図2参照)に印加することで、所謂反力フィードバックにより、擬似的なアイコンの触感を操作者に惹起させる。
反力制御部37は、例えば種々の演算を行うためのマイクロコンピュータ等によって構成されている。反力制御部37は、操作制御部33から取得する反力情報に基づいて、反力発生部39から操作ノブ73に印加される操作反力の方向及び強さを制御する。
操作制御部33は、例えば種々の演算を行うためのマイクロコンピュータ等によって構成されている。操作制御部33は、操作検出部31によって検出された操作情報を取得し、通信制御部35を通じて通信バス90に出力する。加えて操作制御部33は、操作ノブ73(図2参照)に印加する操作反力の方向及び強さを演算し、演算結果を反力情報として反力制御部37に出力する。
操作入力装置100は、図3、図4に示すように、可動部70及び固定部50等によって機械的に構成されている。
可動部70は、後述する一対の可動ヨーク71、72を保持するノブベース74、及び上述の操作ノブ73を有している。可動部70は、固定部50に対し、仮想の操作平面OPに沿うx軸方向及びy軸方向に相対移動可能に設けられている。可動部70は、x軸方向及びy軸方向のそれぞれに移動可能な範囲を、固定部50によって予め規定されている。可動部70は、印加されていた操作力から解放されると、基準となる基準位置に帰着する。
固定部50は、ハウジング50a及び回路基板59を有しており、後述する固定ヨーク51を保持している。ハウジング50aは、可動部70を相対移動可能に支持しつつ、回路基板59及び反力発生部39等の各構成を収容する。回路基板59は、その板面方向を、操作平面OPに沿わせた姿勢にて、ハウジング50a内に固定されている。回路基板59には、操作制御部33及び反力制御部37等を構成するマイクロコンピュータ等が実装されている。
以上の可動部70及び固定部50間において、図3〜図6に示す反力発生部39が反力フィードバックを実施する。反力発生部39は、アクチュエータとして機能する第一ボイスコイルモータ(VCM)39x及び第二VCM39y、並びに固定ヨーク51及び二つの可動ヨーク71,72等によって構成されている。第一VCM39xは、第一コイル41及び二つの磁石61,62を有している。第二VCM39yは、第二コイル42及び二つの磁石63,64を有している。以下、各コイル41,42、各磁石61〜64、固定ヨーク51、及び各可動ヨーク71,72の詳細を、順に説明する。
各コイル41,42は、銅等の非磁性材料よりなる線材を巻線49として、扁平の筒状に巻回しすることにより形成されている。各コイル41,42において、巻線49の巻回軸方向と直交する横断面は、長方形状に形成されている。各巻線49は、各コイル41,42における筒壁の厚さが例えば3mm程度となるまで巻回しされている。各コイル41,42において、巻回しされた巻線49の内周側には、巻回軸方向に延伸する収容室41a,42aが形成されている。各コイル41,42は、回路基板59に設けられた配線パターンを介して反力制御部37と電気的に接続され、当該反力制御部37によって各巻線49に個別に電流が印加される。
各コイル41,42は、互いに僅かな隙間を開けつつ、y軸に沿って並べられている。各コイル41,42は、巻線49の巻回軸方向を操作平面OPに沿わせた姿勢にて、回路基板59等の固定部50に対し固定されている。一方のコイル(以下、「第一コイル」)41の巻回軸方向は、x軸に沿っている。他方のコイル(以下、「第二コイル」)42の巻回軸方向は、y軸に沿っている。各コイル41,42は、操作平面OPに沿った一対のコイル側面41u,41d,42u,42dをそれぞれ形成している。各コイル41,42において、操作ノブ73側を向く各一方を上側コイル側面41u,42uとし、回路基板59側を向く各他方を下側コイル側面41d,42dとする。各コイル側面41u,41d,42u,42dは、各辺がx軸又はy軸に沿った略四辺形状に形成されている。
各磁石61〜64は、ネオジウム磁石等であって、長手方向を有する略四辺形の板状に形成されている。二つの磁石61,62は、操作平面OPと実質直交するz軸方向において互いに離れて位置し、且つ、当該z軸方向に並んでいる。同様に、他の二つの磁石63,64は、z軸方向において互いに離れて位置し、且つ、当該z軸方向に並んでいる。各磁石61〜64のそれぞれには、平滑な平面状に形成された着磁面68及び取付面69が設けられている。各磁石61〜64において、着磁面68及び取付面69の磁極は、互いに異なっている(図7及び図8も参照)。
二つの磁石61,63の各取付面69は、長辺をx軸に沿わせた姿勢にて、可動ヨーク71に取り付けられている。可動ヨーク71は、一枚の平板状を成す部材となっており、磁石61、及び磁石63とそれぞれ対応する領域の間が接続されるように形成されている。
可動ヨーク71に保持された磁石61の着磁面68は、z軸方向において所定の間隔を開けつつ、第一コイル41の上側コイル側面41uと対向している。可動ヨーク71に保持された磁石63の着磁面68は、z軸方向において所定の間隔を開けつつ、第二コイル42の上側コイル側面42uと対向している。
他の二つの磁石62,64の各取付面69は、長辺をx軸に沿わせた姿勢にて、可動ヨーク72に取り付けられている。可動ヨーク72は、可動ヨーク71と同様に、一枚の平板状を成す部材となっており、磁石62、及び磁石64とそれぞれ対応する領域の間が接続されるように形成されている。
可動ヨーク72に保持された磁石62の着磁面68は、z軸方向において所定の間隔を開けつつ、第一コイル41の下側コイル側面41dと対向している。可動ヨーク72に保持された磁石64の着磁面68は、z軸方向において所定の間隔を開けつつ、第二コイル42の下側コイル側面42dと対向している。
各磁石61〜64における各着磁面68は、可動部70が基準位置に帰着している場合において、対向する各コイル側面41u,41d,42u,42dの中央に位置する。
以上の構成では、図7に示すように、各磁石61,62の発生磁束は、第一コイル41の巻線49をz軸方向に通過(貫通)する。故に、第一コイル41への電流の印加により、磁場中に置かれた巻線49内を電荷が移動すると、各電荷にはローレンツ力が生じる。こうして第一VCM39xは、第一コイル41及び各磁石61,62間にて、x軸方向(第一方向)の電磁力EMF_xを生じさせる。第一コイル41に印加する電流の向きを反転させることにより、発生する電磁力EMF_xも反転し、x軸に沿った逆向きの方向となる。
また図8に示すように、各磁石63,64の発生磁束は、第二コイル42の巻線49をz軸方向に通過(貫通)する。故に、第二コイル42への電流の印加により、磁場中に置かれた巻線49内を電荷が移動すると、各電荷にはローレンツ力が生じる。こうして第二VCM39yは、第二コイル42及び各磁石63,64間にて、y軸方向(第二方向)の電磁力EMF_yを生じさせる。第二コイル42に印加する電流の向きを反転させることにより、発生する電磁力EMF_yも反転し、y軸に沿った逆向きの方向となる。
図3〜図6に示す固定ヨーク51は、例えば軟鉄及び電磁鋼板等の磁性材料によって形成されている。固定ヨーク51には、二つのコイル側ヨーク部52,53、及び連結部54が設けられている。コイル側ヨーク部52,53、及び連結部54は、平板状に形成されている。
一方のコイル側ヨーク部(以下、「第一コイル側ヨーク部」)52は、第一コイル41の収容室41aに挿入され、当該収容室41aを貫通している。収容室41aに収容された第一コイル側ヨーク部52の両面には、第一対向面52aが形成されている。二つの第一対向面52aは、第一コイル41の内周側に位置し、第一コイル41の外周側に配置された各磁石61,62と共に当該コイル41を内外の両側から挟むよう、これら磁石61,62の各着磁面68と個々に対向配置されている。以上の第一コイル側ヨーク部52に誘導された各磁石61,62の発生磁束は、第一コイル41の巻線49をz軸方向に通過(貫通)する。
他方のコイル側ヨーク部(以下、「第二コイル側ヨーク部」)53は、第二コイル42の収容室42aに挿入され、当該収容室42aを貫通している。収容室42aに収容された第二コイル側ヨーク部53の両面には、第二対向面53aが形成されている。二つの第二対向面53aは、第二コイル42の内周側に位置し、第二コイル42の外周側に配置された各磁石63,64と共に当該コイル42を内外の両側から挟むよう、これら磁石63,64の各着磁面68と個々に対向配置されている。以上の第二コイル側ヨーク部53に誘導された各磁石63,64の発生磁束は、第二コイル42の巻線49をz軸方向に通過(貫通)する。
よって、固定ヨーク51における第一コイル側ヨーク部52は、各磁石61、62と対応しており、また、第二コイル側ヨーク部53は、各磁石63、64と対応している。第一コイル側ヨーク部52と第二コイル側ヨーク部53は、各磁石61、62、及び各磁石63、64と対応する領域の間が離間されるように形成されている。
連結部54は、第一コイル41と第二コイル42の外側で、第一コイル側ヨーク部52のx軸方向の一方の端部と、第二コイル側ヨーク部53のx軸方向の一方の端部とを連結する部位となっている。
以上により、第一コイル41の収容室41aから、第二コイル42の収容室42aまで延伸する固定ヨーク51が形成されている。
各可動ヨーク71,72は、固定ヨーク51と同様に、軟鉄及び電磁鋼板等の磁性材料によって形成されている。各可動ヨーク71,72は、共に長方形状の平板材によって形成されており、互いに実質同一の形状とされている。各可動ヨーク71,72は、二つのコイル41,42をz軸方向において挟みつつ対向する配置にて、ノブベース74に保持されている。各可動ヨーク71,72のそれぞれには、第一保持面71a,72a及び第二保持面71b,72bが形成されている。一方の可動ヨーク71は、第一保持面71aによって磁石61の取付面69を保持し、第二保持面71bによって磁石63の取付面69を保持している。他方の可動ヨーク72は、第一保持面72aによって磁石62の取付面69を保持しつつ、第二保持面72bによって磁石64の取付面69を保持している。
よって、固定ヨーク51と可動ヨーク71は、各磁石61、63を挟むように配置されている。また、固定ヨーク51と可動ヨーク72は、各磁石62、64を挟むように配置されている。
そして、図13、図14に示すように、本実施形態では、可動ヨーク71、72には、磁気回路中の抵抗となる磁気抵抗が設けられている。磁気抵抗は、後述する作用力(安定化力)の作用方向が、傾斜配置に伴う可動ヨーク71、72の自重落下方向とは逆向きとなるように配置されている。具体的には、磁気抵抗は、可動ヨーク71、72において、各磁石61、62に対応する領域と、各磁石63、64に対応する領域とが接続される領域内で、傾斜配置において下側となる第一VCM39xの磁石61、62に対応する領域に隣接するように、配置されている。磁気抵抗は、ここでは孔部71c、72cとなっている。
以上説明した固定ヨーク51及び二つの可動ヨーク71,72等は、磁路形成体66として、図7〜図9に示す反力発生部39の磁気回路65を形成している。磁気回路65は、固定ヨーク51及び各可動ヨーク71,72を巡る形状により、第一VCM39xの各磁石61,62の発生磁束を第二VCM39yに導くと共に、第二VCM39yの各磁石63,64の発生磁束を第一VCM39xに導く。
詳記すると、図7〜図9に示す第一VCM39xの各磁石61,62において、第一コイル41を向く各着磁面68の磁極は、同一とされている。故に、各磁石61,62が発生させる磁束の方向は、z軸に沿って互いに反対の方向となる。そのため、各第一対向面52aから、各第一保持面71a,72aに向かう磁束が生じる。これらの磁束は、各第一保持面71a,72aから各可動ヨーク71,72に入り、各可動ヨーク71,72のそれぞれにおいて、第一保持面71a,72aから第二保持面71b,72bに向う。
さらに、図8及び図9に示す第二VCM39yの各磁石63,64において、第二コイル42を向く各着磁面68の磁極は、互いに同一とされ、且つ、第一コイル41と対向する二つの着磁面68(図7も参照)の磁極とは異なっている。故に、各磁石63,64が発生させる磁束の方向は、z軸に沿って互いに対向する方向となる。そのため、各第二保持面71b,72bから、各第二対向面53aに向かう磁束が生じる。以上により、各可動ヨーク71,72によって誘導された磁束は、各第二対向面53aから第二コイル側ヨーク部53に入り、連結部54を通過して、第一コイル側ヨーク部52へと向かう。そして、固定ヨーク51内を誘導された磁束は、再び各第一対向面52aから各第一保持面71a,72a(図7参照)へと向かう。
以上により、図7〜図9に示す反力発生部39では、第一VCM39xにおける各磁石61,62の発生磁束は、当該VCM39xの第一コイル41を通過するだけでなく、磁気回路65によって導かれることで、第二VCM39yの第二コイル42を通過する。同様に、第二VCM39yにおける各磁石63,64の発生磁束は、第二コイル42を通過するだけでなく、磁気回路65によって導かれることにより、第一VCM39xの第一コイル41を通過する。よって、各第一対向面52a及び各第一保持面71a,72a間の磁束密度、並びに、各第二対向面53a及び各第二保持面71b,72b間の磁束密度は共に、二つのVCM39x,39yの磁気回路を個別に形成した形態と比較して、高くなる。こうして、第一コイル41の巻線49をz軸方向に貫通する磁束密度が向上することにより、第一VCM39xにて発生可能な電磁力EMF_xが増加する。同様に、第二コイル42の巻線49をz軸方向に貫通する磁束密度の向上により、第二VCM39yにて発生可能な電磁力EMF_xが増加する。したがって、各磁石61〜64の形成材料の使用量を抑えつつ、可動部70の操作ノブ73、ひいては操作者に作用可能な各操作反力RF_x,RF_yを高めることができる。
加えて第一実施形態の第一VCM39xでは、二つの磁石61,62及び各第一対向面52aは、第一コイル41の巻線49を内外の両側から挟みつつ、z軸方向において互いに対向している。故に、一方の磁石61が対向する第一対向面52aを引き寄せる磁気吸引力は、他方の磁石62が対向する第一対向面52aを引き寄せる磁気吸引力を打ち消し得る。同様に、第二VCM39yにおいて、一方の磁石63が対向する第二対向面53aを引き寄せる磁気吸引力は、他方の磁石64が対向する第二対向面53aを引き寄せる磁気吸引力を打ち消し得る。こうして可動部70に作用する磁気吸引力が低減されることによれば、可動部70は、操作者による操作力の入力によって、円滑に移動可能となる。
次に、操作入力装置100が傾斜配置(図3)されることで、自重によって発生する下向きの力の影響を抑制する作動について、図10〜図14を用いて説明する。
本実施形態の操作入力装置100の傾斜姿勢は、図14に示すように、例えば、第一VCM39xが下側で、第二VCM39yが上側であり、傾斜角度はθである。このような配置であると、操作入力装置100には、可動部70の自重をmgとしたときに、mg・sinθの力が、固定ヨーク51の面に沿う下向きの力として発生する。
ここで、まず、図10〜図12に示すように、可動ヨーク71、72に孔部71c、72cが形成されていない場合を想定する。
図11に示すように、第一コイル側ヨーク部52、及び可動ヨーク71は、磁石61による発生磁束(磁束漏れ)に対する磁気回路を形成し、第一コイル側ヨーク部52、及び可動ヨーク72は、磁石62による発生磁束(磁束漏れ)に対する磁気回路を形成する。同様に、第二コイル側ヨーク部53、及び可動ヨーク71は、磁石63による発生磁束(磁束漏れ)に対する磁気回路を形成し、第二コイル側ヨーク部53、及び可動ヨーク72は、磁石64による発生磁束(磁束漏れ)に対する磁気回路を形成する。
一般に、これらの磁気回路においては、固定ヨーク51(第一コイル側ヨーク部52、第二コイル側ヨーク部53)と、可動ヨーク71とを介した磁石61、63周りの磁路の抵抗、及び、固定ヨーク51(第一コイル側ヨーク部52、第二コイル側ヨーク部53)と、可動ヨーク72とを介した磁石62、64周りの磁路の抵抗が、小さくなる方向に力が作用する。磁路の抵抗は、磁路の面積が大きくなるほど、小さくなる。よって、磁路の面積が大きくなるように、つまり、磁束漏れが大きくなる方向に作用力が発生する。図11(b)では、第二コイル42側において発生する作用力を示している。
そして、固定ヨーク51、及び可動ヨーク71、72のうちの一方、ここでは、固定ヨーク51は、磁石61、62、及び磁石63、64と対応する領域の間が離間されている。つまり、第一コイル側ヨーク部52と、第二コイル側ヨーク部53とに分かれている。また、固定ヨーク51、及び可動ヨーク71、72のうちの他方、ここでは可動ヨーク71、72は、磁石61、62、及び磁石63、64と対応する領域の間が接続されている。このような場合では、図12に示すように、作用力は、第一コイル41側では第二コイル42とは反対側を向き、第二コイル42側では第一コイル41とは反対側を向く力となり、両作用力は、釣り合って、見かけ上は力が発生しない。
そして、図13、図14に示すように、本実施形態では、固定ヨーク51、及び可動ヨーク71、72のうちの他方、ここでは、可動ヨーク71、72には、傾斜配置において下側となる第一VCM39xの磁石61、62に対応する領域(傾斜の上側)に隣接するように、磁気回路中の抵抗となる磁気抵抗、つまり孔部71c、72cが設けられている。
この孔部71c、72cにより、下側となる第一VCM39xの磁石61、62においては、磁路を形成するための面積が制約されるので、磁束漏れが大きくなるような力が作用しないことになる。一方、上側となる第二VCM39yの第二コイル42側においては、第一コイル41とは反対側を向く作用力が発生することになり、全体でみた場合の作用力は、傾斜配置における上向きの力となる。全体で見た場合の作用力(上向きの力)は、本発明の安定化力に対応する。上向きの力は、傾斜配置時の自重によって発生する下向き(自重落下方向)の力に対して逆向きである。よって、図14に示すように、この上向きの力が、下向きの力に対抗することができるので、傾斜配置される場合であっても自重による下向きの力による影響を抑制することができる。
尚、上向きの力は、自重による下向きの力の大きさに応じて、孔部71c、72cの縦、横の寸法(x、y方向の寸法)を適宜調整することで、下向きの力に対してバランスの取れる力とすることができる。
また、下向きの力による影響を抑制するにあたっては、図15(a)に示すように、実際には、可動部70には自重による下向きの力Fに対して、逆向きの摩擦力F1(上向き)が作用するので、上向きの力F2に摩擦力F1(上向き)を加えた力が、自重による下向きの力Fとバランスするようにすればよい。つまり、F1+F2>Fであり、F2>F−F1とすればよい。
更に、上向きの力F2によって可動部70が自然に動いてしまうことを抑制するにあたっては、図15(b)に示すように、上向きの力F2が、上向きの力F2に対する摩擦力F3(下向き)と下向きの力Fとの和よりも小さくなるようにすればよい。つまりF2<F+F3である。
尚、第一実施形態において、操作入力装置100が特許請求の範囲に記載の「入力装置」に相当し、第一VCM39xが特許請求の範囲に記載の「第一アクチュエータ、一方のアクチュエータ」に相当し、第二VCM39yが特許請求の範囲に記載の「第二アクチュエータ、他方のアクチュエータ」に相当する。また、固定部50が特許請求の範囲に記載の「支持部」に相当し、可動部70が特許請求の範囲に記載の「入力部」に相当する。また、固定ヨーク51が特許請求の範囲に記載の「固定ヨーク、及び可動ヨークのうちの一方」に相当し、可動ヨーク71、72が特許請求の範囲に記載の「固定ヨーク、及び可動ヨークのうちの他方」に相当する。さらに、磁石61,62が特許請求の範囲に記載の「第一磁極形成部」に相当し、磁石63,64が特許請求の範囲に記載の「第二磁極形成部」に相当する。
(第二実施形態)
第二実施形態の操作入力装置100Aを図16〜図20に示す。第二実施形態は、上記第一実施形態に対して、磁気抵抗(孔部71c、72c)の設定位置を変更したものである。第二実施形態では、磁気抵抗は、孔部51aとなっている。
第二実施形態の操作入力装置100Aを図16〜図20に示す。第二実施形態は、上記第一実施形態に対して、磁気抵抗(孔部71c、72c)の設定位置を変更したものである。第二実施形態では、磁気抵抗は、孔部51aとなっている。
孔部51aは、固定ヨーク51、及び可動ヨーク71のうちの一方、ここでは、固定ヨーク51(第一コイル側ヨーク部52)に設けられている(1箇所)。孔部51aは、可動ヨーク71、72における磁石61、62と対向するように、且つ、固定ヨーク51、及び可動ヨーク71、72が重なる方向(並ぶ方向)、つまり図16中のz軸方向から見た場合に、孔部51aの一部が磁石61、62と重なるように配置されている。孔部51aは、磁石61、62に対して、傾斜配置の下側にずれており、磁石61、62と重ならない部位は、傾斜配置の下側の領域となっている。
また、図17、図18に示すように、固定ヨーク51の板面上で、傾斜配置における自重落下方向(y軸方向)に対して交差(直交)する方向、つまり、x軸方向を孔部51aの幅方向としたときに、孔部51aの幅寸法W1は、磁石61(62)のx軸方向における可動範囲よりも大きくなるように設定されている。よって、磁石61(62)がx軸方向に如何様に可動しても、孔部51aと磁石61(62)との重なる面積は、常に一定となっている。
本実施形態では、図19に示すように、孔部51aによって、磁路の抵抗が増大するので、磁路の抵抗が小さくなる方向、つまり、図19中の白矢印で示すように、磁路の面積が大きくなる方向に作用力(安定化力)が発生する。この作用力は、傾斜配置における上向きの力となる。よって、上記第一実施形態と同様に、上向きの力が、傾斜配置時の自重によって発生する下向きの力に対抗することができるので、傾斜配置される場合であっても自重による下向きの力による影響を抑制することができる。尚、作用力は、図20に示すように、磁石61(62)のy軸方向における移動範囲の中の任意の位置で、極大値を取るように変化する。
また、磁石61(62)がx軸方向に可動しても、孔部51aと磁石61(62)との重なる面積は、常に一定となるようにしているので、発生する作用力のバラツキを小さくすることができる。つまり、傾斜配置における下向きの力を抑制する度合を安定化させることができる。
また、本実施形態では、磁気抵抗として固定ヨーク51に1つの孔部51aを設けることで対応しており、上記第一実施形態のように、可動ヨーク71、72に、2つの孔部71c、72cを設ける場合に比べて、孔部の加工工数を低減することができる。
(第三実施形態)
第三実施形態の磁気抵抗を、図21、図22に示す。第三実施形態の磁気抵抗は、上記第二実施形態の磁気抵抗(孔部51a)に対して、孔部51bとしたものである。孔部51bは、孔部51aの幅寸法W1を幅寸法W2に変更したものである。
第三実施形態の磁気抵抗を、図21、図22に示す。第三実施形態の磁気抵抗は、上記第二実施形態の磁気抵抗(孔部51a)に対して、孔部51bとしたものである。孔部51bは、孔部51aの幅寸法W1を幅寸法W2に変更したものである。
孔部51bの幅寸法W2は、図22に示すように、磁石61(62)のx軸方向における可動位置によらず、磁石61(62)を超えない範囲に設定されている。よって、磁石61(62)がx軸方向に如何様に可動しても、孔部51bと磁石61(62)との重なる面積は、常に一定となっている。
本実施形態によれば、孔部51bによって、上記第二実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第四実施形態)
第四実施形態の磁気抵抗を図23、図24に示す。第四実施形態は、磁気抵抗を切欠き部51cとしている。切欠き部51cは、上記第三実施形態における孔部51bの周囲の一部が、固定ヨーク51の端部において開口されたものとなっている。
第四実施形態の磁気抵抗を図23、図24に示す。第四実施形態は、磁気抵抗を切欠き部51cとしている。切欠き部51cは、上記第三実施形態における孔部51bの周囲の一部が、固定ヨーク51の端部において開口されたものとなっている。
これにより、孔部51a、51bとして固定ヨーク51に形成する場合に比べて、固定ヨーク51の端部からの切り込みによる加工が可能となり、切欠き部51cの形成が容易となる。
(その他の実施形態)
上記第一実施形態では、磁気抵抗を、可動ヨーク71、72に形成される孔部71c、72cとし、また、第二〜第四実施形態では、磁気抵抗を、固定ヨーク51に形成される孔部51a、51b、あるいは切欠き部51cとした。しかしながら、これに限らず、例えば熱処理等によって可動ヨーク71、72、あるいは固定ヨーク51の材質中に添加される不純物によって形成された非磁性部としてもよい。不純物としては、例えば、炭素とすることができる。
上記第一実施形態では、磁気抵抗を、可動ヨーク71、72に形成される孔部71c、72cとし、また、第二〜第四実施形態では、磁気抵抗を、固定ヨーク51に形成される孔部51a、51b、あるいは切欠き部51cとした。しかしながら、これに限らず、例えば熱処理等によって可動ヨーク71、72、あるいは固定ヨーク51の材質中に添加される不純物によって形成された非磁性部としてもよい。不純物としては、例えば、炭素とすることができる。
また、上記各実施形態では、固定ヨーク51に対して、z軸方向に挟むように可動ヨーク71(各磁石61,63)と、可動ヨーク72(各磁石62,64)とを設けるようにしたが、一方の可動ヨーク、及びその可動ヨークに固定される各磁石を廃止したものとしてもよい。この場合は、対向する各磁石61,62間の磁気吸引力、及び対向する各磁石63,64間の磁気吸引力の打消し効果は得られないものの、上記各実施形態と同様に、傾斜配置における自重による下向きの力による影響を抑制することができる。
また、上記各実施形態に対して、固定ヨーク51を可動ヨークに置き換え、新たな可動ヨークに各磁石61〜64を設け、さらに、対向する可動ヨーク71,72を固定ヨークに置き換えたものとしてもよい。この場合、新たな可動ヨークに磁気抵抗を設けることで、上記第一実施形態と同様の効果を得ることができる。また、新たな固定ヨークに磁気抵抗を設けることで、上記第二〜第四実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記第一実施形態に対して、固定ヨーク51を可動ヨークに置き換え、さらに、対向する可動ヨーク71,72を固定ヨークに置き換えたものとしてもよい。この場合、新たな固定ヨークに磁気抵抗を設けることで、上記第一実施形態と同様の効果を得ることができる。また、新たな可動ヨークに磁気抵抗を設けることで、上記第二〜第四実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記各実施形態に対して、各磁石61〜64を、各コイル41、42の収容室41a,42a内に収容して、固定ヨーク51の各対向面52a,53aにそれぞれ固定したものとしてもよい。この場合、固定ヨークに磁気抵抗を設けることで、上記第一実施形態と同様の効果を得ることができる。また、可動ヨークに磁気抵抗を設けることで、上記第二〜第四実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記各実施形態の表示システム10は、ナビゲーション装置20に替えて、又はナビゲーション装置20と共に、図2に示すヘッドアップディスプレイ装置120(参照)を備えたものとしてもよい。ヘッドアップディスプレイ装置120は、運転席の前方において車両のインスツルメントパネル内に収容されており、ウィンドウシールド内に規定された投影領域122に向けて画像を投影することにより、当該画像の虚像表示を行う。運転席に着座した操作者は、投影領域122を通して、所定の機能が関連付けられた複数のアイコン、及び任意のアイコンを選択するためのポインタ80等が視認可能となる。ポインタ80は、表示画面22に表示された場合と同様に、操作ノブ73への水平方向の操作入力により、操作力の入力方向に対応した方向に投影領域122内を移動可能である。
また、上記各実施形態では、ナビゲーション装置等を操作するための遠隔操作デバイスとして、センターコンソールに設置された操作入力装置に、本発明を適用した例を説明した。しかし本発明は、センターコンソールに設置されたシフトレバー等のセレクタ、及びステアリングに設けられたステアリングスイッチ等に、適用可能である。さらに、インスツルメントパネル、ドア等に設けられたアームレスト、及び後部座席の近傍等に設けられた種々の車両の機能操作デバイスにも、本発明は適用可能である。そしてさらに、車両用に限らず、各種輸送用機器及び各種情報端末等に用いられる操作系全般に、本発明を適用された操作入力装置は、採用可能である。
39x 第一ボイスコイルモータ(第一アクチュエータ、一方のアクチュエータ)
39y 第二ボイスコイルモータ(第二アクチュエータ、他方のアクチュエータ)
41 第一コイル
42 第二コイル
50 固定部(支持部)
51 固定ヨーク(固定ヨーク、及び可動ヨークのうちの一方)
51a、51b 孔部(磁気抵抗)
51c 切欠き部(磁気抵抗)
61,62 磁石(第一磁極形成部)
63,64 磁石(第二磁極形成部)
65 磁気回路
70 可動部(入力部)
71 可動ヨーク(固定ヨーク、及び可動ヨークのうちの他方)
71c 孔部(磁気抵抗)
72 可動ヨーク(固定ヨーク、及び可動ヨークのうちの他方)
72c 孔部(磁気抵抗)
100、100A 操作入力装置(入力装置)
OP 操作平面
EMF_x,EMF_y 電磁力
RF_x 操作反力(第一方向への操作反力)
RF_y 操作反力(第二方向への操作反力)
39y 第二ボイスコイルモータ(第二アクチュエータ、他方のアクチュエータ)
41 第一コイル
42 第二コイル
50 固定部(支持部)
51 固定ヨーク(固定ヨーク、及び可動ヨークのうちの一方)
51a、51b 孔部(磁気抵抗)
51c 切欠き部(磁気抵抗)
61,62 磁石(第一磁極形成部)
63,64 磁石(第二磁極形成部)
65 磁気回路
70 可動部(入力部)
71 可動ヨーク(固定ヨーク、及び可動ヨークのうちの他方)
71c 孔部(磁気抵抗)
72 可動ヨーク(固定ヨーク、及び可動ヨークのうちの他方)
72c 孔部(磁気抵抗)
100、100A 操作入力装置(入力装置)
OP 操作平面
EMF_x,EMF_y 電磁力
RF_x 操作反力(第一方向への操作反力)
RF_y 操作反力(第二方向への操作反力)
Claims (9)
- 仮想の操作平面(OP)に沿う方向の操作力が入力される入力部(70)と、
前記操作力の入力により前記操作平面に沿って移動可能なよう前記入力部を支持する支持部(50)と、
磁極を形成する第一磁極形成部(61、62)、及び前記第一磁極形成部の発生磁束が通過する第一コイル(41)、を有し、前記第一コイルへの電流の印加によって生じる電磁力(EMF_x)を、前記操作平面に沿う第一方向への操作反力(RF_x)として前記入力部に作用させる第一アクチュエータ(39x)と、
磁極を形成する第二磁極形成部(63、64)、及び前記第二磁極形成部の発生磁束が通過する第二コイル(42)、を有し、前記第二コイルへの電流の印加によって生じる電磁力(EMF_y)を、前記操作平面に沿い且つ前記第一方向と交差する第二方向への操作反力(RF_y)として前記入力部に作用させる第二アクチュエータ(39y)と、
前記第一磁極形成部(61、62)、及び前記第二磁極形成部(63、64)を挟むように配置されて、前記第一、第二磁極形成部の発生磁束に対する磁気回路(65)を形成する固定ヨーク(51)、及び可動ヨーク(71、72)と、を備え
前記第一、第二アクチュエータのうちの一方が他方に対して下側となるように傾斜配置されると共に、
前記固定ヨーク、及び前記可動ヨークのうちのいずれかに、前記磁気回路中の抵抗となる磁気抵抗(71c、72c)が設けられ、
前記可動ヨークには、前記磁気抵抗に対して前記磁気回路が安定化するように安定化力が発生し、
前記磁気抵抗は、前記安定化力の作用方向が、前記傾斜配置に伴う前記可動ヨークの自重落下方向とは逆向きになるように配置されていることを特徴とする入力装置。 - 前記固定ヨーク、及び前記可動ヨークのうちの一方は、前記第一磁極形成部、及び前記第二磁極形成部と対応する領域の間が離間され、前記固定ヨーク、及び前記可動ヨークのうちの他方は、前記第一磁極形成部、及び前記第二磁極形成部と対応する領域の間が接続されており、
前記磁気抵抗は、前記固定ヨーク、及び前記可動ヨークのうちの他方の前記接続された領域で、前記下側となるアクチュエータにおける磁極形成部に対応する領域に隣接するように設けられたことを特徴とする請求項1に記載の入力装置。 - 前記磁気抵抗は、前記可動ヨークに設けられた孔部であることを特徴とする請求項2に記載の入力装置。
- 前記磁気抵抗は、前記可動ヨークに添加される不純物によって形成された非磁性部であることを特徴とする請求項2に記載の入力装置。
- 前記磁気抵抗は、前記固定ヨーク、及び前記可動ヨークのうちの一方に設けられて、
前記第一磁極形成部、及び前記第二磁極形成部は、前記固定ヨーク、及び前記可動ヨークのうちの他方に設けられて、
前記磁気抵抗は、前記第一磁極形成部と対向するように、且つ、前記固定ヨーク、及び前記可動ヨークが並ぶ方向から見た場合に、前記磁気抵抗の一部が前記第一磁極形成部と重なるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の入力装置。 - 前記磁気抵抗は、前記固定ヨークに設けられた孔部(51a、51b)であることを特徴とする請求項5に記載の入力装置。
- 前記第一磁極形成部は、前記可動ヨークに設けられており、
前記固定ヨークの面上で、前記自重落下方向に対して交差する方向を幅方向としたときに、
前記孔部の前記幅方向の寸法は、前記可動ヨークと共に移動する前記第一磁極形成部の前記幅方向の可動範囲よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項6に記載の入力装置。 - 前記第一磁極形成部は、前記可動ヨークに設けられており、
前記固定ヨークの面上で、前記自重落下方向に対して交差する方向を幅方向としたときに、
前記孔部の前記幅方向の寸法は、前記可動ヨークと共に移動する前記第一磁極形成部の前記幅方向の可動位置によらず、前記第一磁極形成部を超えない範囲に設定されていることを特徴とする請求項6に記載の入力装置。 - 前記孔部の一部は、前記固定ヨークの端部において開口されていることを特徴とする請求項6〜請求項8のいずれか1つに記載の入力装置。
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