JP6568616B2

JP6568616B2 - 入力装置及び入力装置の制御方法

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Publication number: JP6568616B2
Application number: JP2018058739A
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Inventors: 宏涌田; 高橋　一成; 一成高橋; 厚志後藤; 隆一郎安原
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Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-08-28
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Description

本発明は、入力装置及び入力装置の制御方法に関するものである。

相対的に回転する２つの部材の一方を操作者が操作するときに、操作者に対する力学的な操作感触を生み出す入力装置がある。特許文献１の入力装置は、モーターを使用して操作方向と逆方向のトルクを生み出すことにより、操作感触を生み出す。特許文献２の入力装置は、固体の磁性材料の吸引力によって固体間の摩擦力を変化させることにより、操作感触を生み出す。

特開２００３−０５０６３９特開２０１５−００８５９３

本発明は、入力操作に応じて相対的に移動する第１の部材と第２の部材と、磁界に応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に作用する磁界を発生させる磁界発生部と、を備え、前記第２の部材は、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な移動方向に対して垂直な方向に並べられた第１の面および第２の面を備え、前記第１の面および前記第２の面と前記第１の部材との間にそれぞれ隙間を有し、前記磁気粘性流体は、前記隙間の少なくとも一部に存在する入力装置である。

この構成によれば、磁界に応じて磁気粘性流体の粘性を変えることで、第１の部材と第２の部材との相対的な移動の操作感を変化させることができるので、小型で静かに異なる操作感触を生み出すことができる。

好適には本発明の入力装置は、前記磁界発生部が、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な移動方向に対して垂直な成分をもつ磁界を発生させる。

この構成によれば、第１の部材と第２の部材との相対的な移動方向において抵抗力を制御することができる。

好適には本発明の入力装置は、前記第２の部材が、前記第１の部材に対して相対的に回転し、前記隙間は、前記第１の部材と前記第２の部材との回転の中心軸に沿う方向において、前記第１の面および前記第２の面と前記第１の部材との間に挟まれている。

この構成によれば、第１の部材と第２の部材とが中心軸に沿う方向に対面する部分で抵抗力を制御することができる。

好適には本発明の入力装置は、前記第２の部材は、前記回転の中心軸と平行に延びる第３の面をさらに備え、前記磁気粘性流体は、前記回転の中心軸に直交する方向において前記第１の部材と前記第３の面との間に挟まれた隙間の少なくとも一部に存在する。

この構成によれば、第１の部材と第２の部材とが中心軸に直交する方向に対面する部分で抵抗力を制御することができる。

好適には本発明の入力装置は、前記磁界発生部を制御して前記磁界を変化させる制御部をさらに備え、前記第１の部材と前記第２の部材との一方が、所定の形状を有するカム部を含み、前記第１の部材と前記第２の部材との他方が、当接部材と前記当接部材を前記カム部に向けて弾性的に付勢する弾性部材とを含み、前記所定の形状に応じて移動する前記当接部材の振動を抑制するように、前記制御部が前記磁界発生部を制御して前記磁界を変化させる。

この構成によれば、振動を抑制して滑らかな操作感触を生み出すことができる。

好適には本発明の入力装置は、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な位置と速度と加速度との少なくとも１つを検出する検出部と、前記磁界発生部を制御して前記相対的な位置と速度と加速度との少なくとも１つに応じて前記磁界を変化させる制御部と、をさらに備える。

この構成によれば、位置と速度と加速度との少なくとも１つに応じた操作感を生み出すことができる。

本発明は、入力操作に応じて相対的に移動する第１の部材と第２の部材と、磁界に応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に作用する磁界を発生させる磁界発生部とを備える入力装置の制御方法であって、前記第２の部材は、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な移動方向に対して垂直な方向に並べられた第１の面および第２の面を備え、前記第１の面および前記第２の面と前記第１の部材との間にそれぞれ隙間を有し、前記隙間の少なくとも一部に存在する前記磁気粘性流体に前記磁気を作用させて前記磁気粘性流体の粘性を変化させる入力装置の制御方法である。

この構成によれば、小型で静かに操作感触を生み出すことができる。

本発明の入力装置及び入力装置の制御方法によれば、小型で静かに操作感触を生み出すことができる。

本発明の第１の実施形態に係る入力装置の断面図である。図１に示す入力装置の分解斜視図である。図１に示す入力装置の拡大断面図である。磁界が印加されていない状態での磁気粘性流体の模式図である。磁界が印加されている状態での磁気粘性流体の模式図である。図１に示す磁界発生部に流す電流とトルクとの関係を示すグラフである。図１に示す入力装置の制御系統のブロック図である。図１に示す入力装置の制御方法を示すフロー図である。第２の実施形態に係る入力装置の断面図である。第３の実施形態に係る入力装置の部分拡大図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る入力装置１００について説明する。図１は、入力装置１００を、回転の中心軸１０１に沿った平面で切断して、中心軸１０１に直交する方向から見た断面図である。図２は、入力装置１００の分解斜視図である。図３は、図１の入力装置１００の領域１０２の部分拡大図である。

図１から図３において、説明の便宜上、中心軸１０１に沿って上下方向を規定しているが、実際の使用時における方向を制限するものではない。半径方向とは、中心軸１０１から、中心軸１０１に直交する方向に離れる方向を指す。

入力装置１００は、図１に示すように、中心軸１０１を中心として相対的に両方向に回転移動する第１の部材２００と第２の部材３００とを備え、さらに、球状部材４１０と環状軸受４２０とを備える。入力装置１００は、さらに、図３に示すように、磁気粘性流体５００を備える。

まず、第１の部材２００の構造について説明する。第１の部材２００は、第１の固定ヨーク２１０と第２の固定ヨーク２２０と磁界発生部２３０と環状部材２４０と上部ケース２５０と下部ケース２６０とを含む。

第１の固定ヨーク２１０は、略円柱形であり、中心軸１０１を中心とした円筒形の固定内面２１１をもつ。固定内面２１１は、第１の固定ヨーク２１０を中心軸１０１方向に貫通している。固定内面２１１は、中心軸１０１に直交する平面に沿った断面が略円形である。固定内面２１１は、上下方向の位置に応じて直径が様々である。

第１の部材２００は、環状空洞２１２をもつ。環状空洞２１２は、中心軸１０１に直交する断面において、内周と外周とが中心軸１０１上に中心をもつ同心円である。環状空洞２１２は、上方と半径方向外側と半径方向内側とが閉じているが、下方に開口している。

環状空洞２１２内には、図２に示すような磁界発生部２３０が配設されている。磁界発生部２３０は、環状空洞２１２の形状に近い形状をもつ、磁界発生部２３０は、中心軸１０１の周りを回るように巻き付けられた導線を含むコイルである。磁界発生部２３０には、図示しない経路で交流電流が供給される。磁界発生部２３０に交流電流が供給されると、磁界が発生する。

図３に示すように、第１の固定ヨーク２１０は、固定下面２１３をもつ。固定下面２１３の大部分が、上下方向に直交する平面に略平行である。

図１に示すように第１の固定ヨーク２１０の下方に配設された第２の固定ヨーク２２０は、略円柱形である。図３に示すように第２の固定ヨーク２２０は、固定上面２２１をもつ。固定上面２２１の大部分が、上下方向に直交する平面に略平行である。

図１に示すように固定上面２２１には、中心軸１０１を囲む環状の溝２２２が設けられている。溝２２２は、上方に開口している。図３に示す固定上面２２１の中央には、図１に示すように第１の軸受２２３が設けられている。第１の軸受２２３は、上側で球状部材４１０を回転自在に受容する。

図３に示すように、第１の固定ヨーク２１０の固定下面２１３と第２の固定ヨーク２２０の固定上面２２１とは、略平行であり、固定下面２１３と固定上面２２１との間に隙間が形成されている。

図２に示すように環状部材２４０は、略円筒形であり、図１に示すように第１の固定ヨーク２１０と第２の固定ヨーク２２０との間の空間を半径方向外側から密閉する。

図１に示すように上部ケース２５０は、第１の固定ヨーク２１０と第２の固定ヨーク２２０と環状部材２４０との、上側と半径方向外側とを覆う。上部ケース２５０と第１の固定ヨーク２１０とは、複数のネジ２７０で固定されている。上部ケース２５０は、中心軸１０１を含む領域に略円柱形の貫通孔２５１をもつ。貫通孔２５１は、上部ケース２５０を上下方向に貫通している。固定内面２１１に囲まれた空間と、貫通孔２５１内の空間とは、上下方向に連通している。

下部ケース２６０は、第１の固定ヨーク２１０と第２の固定ヨーク２２０と環状部材２４０とを下方から覆う。下部ケース２６０と上部ケース２５０と第２の固定ヨーク２２０とは、複数のネジ２７０で固定されている。

次に、第２の部材３００の構造について説明する。第２の部材３００は、シャフト部３１０と回転ヨーク３２０とを含む。

シャフト部３１０は、中心軸１０１に沿って長尺であり、半径方向の直径の異なる複数の円柱が上下方向に一体的に連結された形状をもつ。シャフト部３１０は、第１の固定ヨーク２１０の固定内面２１１と上部ケース２５０の貫通孔２５１とに囲まれた空間に存在する部分と、上部ケース２５０より上方に突出した部分とをもつ。

シャフト部３１０は、上部ケース２５０より上方の上端付近において、半径方向の外周面の一部に、中心軸１０１に沿った平面３１１をもつ。平面３１１付近に、適宜、入力操作に必要な部材、すなわち、シャフト部３１０を回転させるのに必要な部材が搭載される。

第１の固定ヨーク２１０の上端付近には、第１の固定ヨーク２１０の固定内面２１１とシャフト部３１０との間に環状軸受４２０が設けられている。環状軸受４２０は、第１の固定ヨーク２１０とシャフト部３１０との滑らかな回転を実現する。

シャフト部３１０の下端には、下方を臨む第２の軸受３１２が設けられている。第２の軸受３１２は、下方に配設される球状部材４１０を回転自在に受容する。球状部材４１０を第１の軸受２２３と第２の軸受３１２とで上下方向において挟むことにより、シャフト部３１０と第２の固定ヨーク２２０とが相対的に滑らかに回転する。

環状軸受４２０より下方では、図３に示すように、シャフト部３１０の半径方向外側の回転外面３１３が、第１の固定ヨーク２１０の固定内面２１１に近接している。シャフト部３１０が第１の固定ヨーク２１０に対して相対的に回転するとき、回転外面３１３と固定内面２１１との距離は、中心軸１０１に直交する平面内で見ると略一定に保たれる。

図３に示すように回転ヨーク３２０は、上下方向に直交する平面に略平行な、回転上面３２１と回転下面３２２とをもつ円盤形状の部材である。回転上面３２１は上方を臨み、回転下面３２２は下方を臨む。

回転ヨーク３２０は、第１の固定ヨーク２１０と第２の固定ヨーク２２０との間の空間に配設されている。回転上面３２１と第１の固定ヨーク２１０の固定下面２１３との間に、隙間が存在する。

さらに、回転下面３２２と第２の固定ヨーク２２０の固定上面２２１との間に、隙間が存在する。回転ヨーク３２０が第１の固定ヨーク２１０及び第２の固定ヨーク２２０に対して相対的に回転するとき、回転上面３２１と固定下面２１３との間の上下方向の距離は、略一定に保たれ、回転下面３２２と固定上面２２１との間の上下方向の距離は、略一定に保たれる。

図１に示すように回転ヨーク３２０には、中心軸１０１付近に、回転ヨーク３２０を上下に貫通した貫通孔３２３が設けられている。

回転ヨーク３２０の貫通孔３２３内に、シャフト部３１０の下端が配設されており、回転ヨーク３２０とシャフト部３１０とは、図２に示す複数のネジ３３０で固定されている。そのため、シャフト部３１０と回転ヨーク３２０とが、一体となって回転する。

第１の固定ヨーク２１０と第２の固定ヨーク２２０と回転ヨーク３２０との少なくとも１つが、磁性体で形成されていることが好ましい。磁性体を使用することで、磁界発生部２３０から発生する磁界が強くなるので、省電力化できる。

図３に示すように、シャフト部３１０の回転外面３１３と第１の固定ヨーク２１０の固定内面２１１とに半径方向に挟まれた隙間には、磁気粘性流体５００が存在する。

回転ヨーク３２０の回転上面３２１と第１の固定ヨーク２１０の固定下面２１３とに上下方向を挟まれた隙間に、磁気粘性流体５００が存在する。

さらに、回転ヨーク３２０の回転下面３２２と第２の固定ヨーク２２０の固定上面２２１とに上下方向を挟まれた隙間にも、磁気粘性流体５００が存在する。必ずしも全ての隙間が磁気粘性流体５００で埋められていなくてもよい。例えば、磁気粘性流体５００は、回転上面３２１側と回転下面３２２側とのいずれか一方のみに存在していてもよい。磁気粘性流体５００は、薄い膜状に回転ヨーク３２０と固定ヨーク２１０，２２０に接して広がっている。

磁気粘性流体５００は、磁界が印加されると、粘度が変化する物質である。本実施形態の磁気粘性流体５００は、ある範囲において磁界の強さが大きくなるほど粘度が大きくなる。図４Ａに示すように磁気粘性流体５００には数多くの粒子５１０が含まれる。

粒子５１０は、例えば、フェライト粒子である。粒子５１０の直径は、例えば、マイクロメートル台であり、１００ナノメートルであってもよい。粒子５１０は、重力で沈殿しにくい物質であることが望ましい。磁気粘性流体５００は、粒子５１０の沈殿を防ぐカップリング材５２０を含むことが望ましい。

まず、図１に示す磁界発生部２３０に電流が流れていない第１の状態について検討する。第１の状態では、磁界発生部２３０から磁界が発生していないので、図３に示す磁気粘性流体５００に磁界が印加されていない。

図４Ａに示すように、磁気粘性流体５００に磁界が印加されていないと、粒子５１０はランダムに分散している。従って、第１の部材２００と第２の部材３００とが、大きな抵抗力を受けずに相対的に回転する。すなわち、シャフト部３１０を手で操作する操作者が、あまり抵抗力を感じない。

次に、図１に示す磁界発生部２３０に電流が流れている第２の状態について検討する。第２の状態では、磁界発生部２３０の周囲に磁界が発生しているので、図３に示す磁気粘性流体５００に磁界が印加される。

図４Ｂに示すように、磁気粘性流体５００に磁界が印加されると、矢印で示す磁界の方向に沿って粒子５１０が直線状に連結する。連結した粒子５１０をせん断するには大きな力が必要となる。

特に、磁界に直交する方向に沿った動きに対する抵抗力が大きいので、第１の部材２００と第２の部材３００との相対的な移動方向に直交する方向の成分が大きくなるように磁界を発生させることが好ましい。磁界に対して傾斜した方向の動きに対しても、磁気粘性流体５００はある程度の抵抗力を示す。

第２の状態では、図１に示す回転ヨーク３２０と第１の固定ヨーク２１０及び第２の固定ヨーク２２０との間の隙間に、中心軸１０１に沿った成分をもつ磁界が発生する。図４Ｂに示すように磁気粘性流体５００の粒子５１０が、上下方向または上下方向に対して傾いた方向に連結するので、第１の部材２００と第２の部材３００とが相対的に回転しにくくなる。

すなわち、第１の部材２００と第２の部材３００との相対的な移動とは反対方向に抵抗力が生じる結果、シャフト部３１０を手で操作する操作者が抵抗力を感じる。シャフト部３１０から半径方向外側に円盤状に広がった回転ヨーク３２０を使用しているので、シャフト部３１０だけの場合に比べると大面積に磁気粘性流体５００を塗布することができる。磁気粘性流体５００の面積が広いほど、抵抗力の制御幅が広い。

さらに、第２の状態では、シャフト部３１０と第１の固定ヨーク２１０との間の隙間に存在する磁気粘性流体５００にも磁界が印加される。磁界の半径方向の成分が大きいほど、シャフト部３１０と第１の固定ヨーク２１０との抵抗力は強くなる。

本実施形態では、磁界の中の、中心軸１０１に直交する半径方向の成分は小さいが、それでも、ある程度の抵抗力は感じられる。回転ヨーク３２０の上下に磁気粘性流体５００を配置せずに、シャフト部３１０の周辺に磁気粘性流体５００を配置すると、より小さな面積で抵抗力を制御できる。

図５は、一実験例のグラフであり、磁界発生部２３０に流す電流と、シャフト部３１０が受けるトルクとの関係を示す。トルクは、抵抗力に相当する。図５に示すように、磁界発生部２３０に流す電流を強くすると、磁界が大きくなるので、第１の部材２００と第２の部材３００との間の抵抗力が大きくなる。磁界発生部２３０に流す電流を弱くすると、磁界が小さくなるので、第１の部材２００と第２の部材３００との間の抵抗力が小さくなる。

図６は、入力装置１００の制御系統のブロック図である。入力装置１００は、検出部６１０と制御部６２０とを更に備える。検出部６１０は、機械的、電磁的、光学的またはその他の方法によって、第１の部材２００と第２の部材３００との相対的な位置を検出する。検出部６１０は、例えば、ロータリーエンコーダーである。

制御部６２０は、検出部６１０によって検出される位置に応じて、磁界発生部２３０で発生させる磁界の強さを制御する。制御部６２０は、磁界発生部２３０に流す電流を制御することにより、磁気粘性流体５００に印加される磁界の強さを制御する。

制御部６２０は、例えば、中央演算処理装置と記憶装置とを含み、記憶装置に記憶されたプログラムを中央演算処理装置で実行することにより制御を実行する。制御部６２０は、例えば、第１の部材２００と第２の部材３００との相対的な角度が所定の範囲内であるときに磁界を強くし、所定の範囲外であるときに磁界を弱くする。

検出部６１０によって検出される位置と磁界の強さとの関係は、計算によって算出されてもよいし、予め表によって指定されていてもよく、他の方法によって指定されてもよい。

なお、検出部６１０は、第１の部材２００と第２の部材３００との相対的な速度を検出するものであってもよく、相対的な加速度を検出するものであってもよく、第１の部材２００と第２の部材３００との相対的な関係を示す他の測定値を検出するものであってもよい。制御部６２０は、速度、加速度、他の測定値または他の入力に応じて磁界を変化させてもよい。

図７は、制御部６２０による制御方法のフロー図である。まず、ステップ７１０において、制御部６２０は、検出部６１０によって検出される測定値を取得する。本実施形態では、測定値は、第１の部材２００と第２の部材３００との相対的な位置である。

次に、ステップ７２０において、制御部６２０は、予め記憶された、測定値と磁界発生部２３０に流す電流との関係に基づいて、磁界発生部２３０で発生させる磁界を制御する。必要に応じてステップ７１０とステップ７２０とが繰り返される。

本実施形態の入力装置１００によれば、第１の部材２００と第２の部材３００との相対的な回転に対する抵抗力を制御する際に磁気粘性流体５００を使用するので、従来のようにモーターを使用する場合に比べて小型となり、従来のように固体の摩擦力を使用する場合に比べて静かに操作感触を生み出すことができる。

本実施形態の入力装置１００によれば、位置、速度、加速度またはその他の測定値に基づいて磁界を変化させることにより、様々な操作感触を作り出すことができる。なお、磁界発生部２３０は、複数存在してもよいし、本実施形態とは異なる位置に異なる方向の磁界を発生させるものであってもよい。

また、本実施例では磁界発生部２３０に交流電流を供給する例で説明したが、直流電流であっても良い。直流電流では、電流の大きさに応じた一定の抵抗力を操作者に与えることができ、電流の大きさを変えることでリニアに抵抗力の強さを変化させることができる。一方、交流電流では、その波形に応じて、発生する磁界の大きさに規則的な強弱をつけることができ、操作者に対して規則的な強弱をもつ抵抗力を操作感触として与えることができる。そのため、操作感触として規則的な強弱をもつ抵抗力を発生させたいとき、直流電流では電流の大きさを大きくしたり小さくしたりを繰り返すような制御を行う必要があるが、交流電流にすればそのような制御をすることなく容易に規則的な強弱をもつ抵抗力を発生させることができる。

図８は、第２の実施形態に係る入力装置８００である。図８は、入力装置８００を中心軸８０１を通る平面で切断したときの断面を示す。説明の便宜上、中心軸８０１に沿って上下方向を規定しているが、実際の使用時における方向を制限するものではない。

半径方向とは、中心軸８０１から、中心軸８０１に直交する方向に離れる方向を指す。入力装置８００は、中心軸８０１を中心として相対的に両方向に回転移動する第１の部材８１０と第２の部材８２０とを備え、さらに、環状軸受８３０と磁気粘性流体８６０とを備える。

第１の部材８１０は、第１の固定ヨーク８１１と第２の固定ヨーク８１２と第３の固定ヨーク８１３と磁界発生部８１４と環状部材８１５と蓋部８１６と端部軸受８１７とを含む。

第１の固定ヨーク８１１は、下方の外側に中心軸８０１上に中心をもつ環状の切り欠き８４０が設けられている。切り欠き８４０には磁界発生部８１４が配設されている。

磁界発生部８１４は、中心軸８０１の周りを回るように切り欠き８４０に巻き付けられた導線を含むコイルを含む。磁界発生部８１４には、図示しない経路で交流電流が供給される。第１の固定ヨーク８１１の上方の一部が、円盤状の蓋部８１６で覆われている。

第２の固定ヨーク８１２は、第１の固定ヨーク８１１の下方に設けられている。第１の固定ヨーク８１１と第２の固定ヨーク８１２とは、一体となって略円筒状の外形を作り、内部に磁界発生部８１４を閉じ込めている。第２の固定ヨーク８１２は、固定下面８４１をもつ。固定下面８４１の大部分が、中心軸８０１に直交する平面に略平行である。

第１の固定ヨーク８１１と第２の固定ヨーク８１２と蓋部８１６とには、中心軸８０１に沿った貫通孔を画定する固定内面８４２が設けられている。固定内面８４２の中心軸８０１に直交する断面は、上下方向のいずれの位置においても概ね円形であり、上下方向の位置に応じて直径が一定ではない。第１の固定ヨーク８１１と第２の固定ヨーク８１２とは、複数のネジ８４３で固定されている。

第３の固定ヨーク８１３は、固定上面８４４をもつ。固定上面８４４の大部分が、中心軸８０１に直交する平面に略平行である。すなわち、第２の固定ヨーク８１２の固定下面８４１と第３の固定ヨーク８１３の固定上面８４４とは大部分が略平行である。

固定下面８４１と固定上面８４４との間には、上下方向の間隔が略一定の隙間が存在する。第３の固定ヨーク８１３の中央には、貫通孔８４５が設けられている。貫通孔８４５内の空間は、固定内面８４２により画定される空間と上下方向に連通している。貫通孔８４５には、下方から端部軸受８１７がネジ構造を使用してはめ込まれている。

環状部材８１５は、略円筒形であり、第２の固定ヨーク８１２と第３の固定ヨーク８１３との間の空間を半径方向外側から密閉する。環状部材８１５の半径方向内側に設けられたネジ構造が、第２の固定ヨーク８１２及び第３の固定ヨーク８１３の半径方向外側に設けられたネジ構造と係合することにより、第２の固定ヨーク８１２と第３の固定ヨーク８１３とが固定される。

第２の部材８２０は、シャフト部８２１と回転ヨーク８２２とを含む。

シャフト部８２１は、中心軸８０１に沿って長尺である。中心軸８０１に直交する断面で見たとき、上下いずれの位置でもシャフト部８２１の大部分は、中心軸８０１上に中心をもつ様々な直径をもつ円である。シャフト部８２１は、第１の部材８１０内に存在する部分と、第１の部材８１０から上方に突出した部分とをもつ。シャフト部８２１の上端付近には、適宜、入力操作に必要な部材、すなわち、シャフト部８２１を回転させるのに必要な部材が搭載される。

第１の固定ヨーク８１１の上端付近には、第１の固定ヨーク８１１とシャフト部８２１との間に環状軸受８３０が設けられている。環状軸受８３０は、第１の固定ヨーク８１１とシャフト部８２１との滑らかな回転を実現する。シャフト部８２１の下端には、下方に突出した半球部８５１が設けられている。端部軸受８１７の上面は、シャフト部８２１の半球部８５１を回転自在に受容する構造をもつ。シャフト部８２１は、半球部８５１を端部軸受８１７に当接させながら滑らかに回転する。

回転ヨーク８２２は、回転上面８５３と回転下面８５４とをもつ円盤形状の部材である。回転上面８５３と回転下面８５４とは、上下方向に直交する平面に略平行である。回転上面８５３は上方を臨み、回転下面８５４は下方を臨む。回転ヨーク８２２は、第２の固定ヨーク８１２と第３の固定ヨーク８１３との間の空間に配設されている。

回転上面８５３と第２の固定ヨーク８１２の固定下面８４１との間には隙間が存在し、回転下面８５４と第３の固定ヨーク８１３の固定上面８４４との間には隙間が存在する。回転ヨーク８２２が第２の固定ヨーク８１２及び第３の固定ヨーク８１３に対して相対的に回転するとき、回転上面８５３と固定下面８４１との間の上下方向の距離は、略一定に保たれ、回転下面８５４と固定上面８４４との間の上下方向の距離は、略一定に保たれる。

回転ヨーク８２２は、中心軸８０１付近に上方に突出した隆起部８５５が設けられている。隆起部８５５には、回転ヨーク８２２を上下に貫通した貫通孔が設けられている。回転ヨーク８２２の貫通孔に、シャフト部８２１の下端が通されており、回転ヨーク８２２とシャフト部８２１とは、複数のネジで固定されている。そのため、シャフト部８２１と回転ヨーク８２２とが、一体となって回転する。

環状軸受８３０より下方では、シャフト部８２１及び隆起部８５５の半径方向外側の回転外面８５２が、固定内面８４２に近接している。シャフト部８２１が第１の固定ヨーク８１１及び第２の固定ヨーク８１２に対して相対的に回転するとき、回転外面８５２と固定内面８４２との距離は、中心軸８０１に直交する平面内で見ると略一定に保たれる。

第１の固定ヨーク８１１と第２の固定ヨーク８１２と第３の固定ヨーク８１３と回転ヨーク８２２との少なくとも１つが、磁性体で形成されていることが好ましい。磁性体を使用することにより、磁界発生部８１４から発生する磁界が強くなるので、省電力化できる。

回転外面８５２と固定内面８４２とに半径方向に挟まれた隙間には、磁気粘性流体８６０が存在する。回転ヨーク８２２の回転上面８５３と第２の固定ヨーク８１２の固定下面８４１とに上下方向を挟まれた隙間に、磁気粘性流体８６０が存在する。

さらに、回転ヨーク８２２の回転下面８５４と第３の固定ヨーク８１３の固定上面８４４とに上下方向を挟まれた隙間にも、磁気粘性流体８６０が存在する。必ずしも全ての隙間が磁気粘性流体８６０で埋められていなくてもよい。例えば、磁気粘性流体８６０は、回転上面８５３側と回転下面８５４側とのいずれか一方のみに存在していてもよい。磁気粘性流体８６０は、薄い膜状に回転ヨーク８２２と第２の固定ヨーク８１２と第３の固定ヨーク８１３とに接して広がっている。

第１の部材８１０は、シャフト部８２１を半径方向外側から囲むように配設されたＯリング８４６をさらに備える。

Ｏリング８４６は、回転外面８５２と固定内面８４２とに半径方向に挟まれた隙間をふさいでいる。シャフト部８２１とＯリング８４６とは密閉を保ったまま相対的に回転可能である。Ｏリング８４６は、例えば、ゴム製である。

本実施形態の入力装置８００は、第１の実施形態の入力装置１００と同様に制御可能であるので説明を省略する。

本実施形態の入力装置８００によれば、第１の部材８１０と第２の部材８２０との相対的な回転に対する抵抗力を制御する際に磁気粘性流体８６０を使用するので、従来のようにモーターを使用する場合に比べて小型となり、従来のように固体の摩擦力を使用する場合に比べて静かに操作感触を生み出すことができる。本実施形態の入力装置８００によれば、Ｏリング８４６が設けられているので、磁気粘性流体８６０がＯリング８４６より上方に流れるのを防ぐことができる。

次に、図９の部分拡大図を参照しながら、第３の実施形態の入力装置について説明する。本実施形態の入力装置は、図１に示す第１の実施形態の入力装置１００において、さらに図９に示すカム部９１０と当接部材９２０と弾性部材９３０とを備える。

図９のカム部９１０は、図１の第１の部材２００と第２の部材３００との一方に設けられている。図９の当接部材９２０及び弾性部材９３０は、図１の第１の部材２００と第２の部材３００との他方に設けられている。カム部９１０には、所定の形状の凹凸が設けられている。

弾性部材９３０は、一端に固定された当接部材９２０をカム部９１０に向けて付勢する。カム部９１０が当接部材９２０及び弾性部材９３０に対して相対的に移動すると、当接部材９２０がカム部９１０の所定の形状に沿って移動する。弾性部材９３０は、例えば、巻きばね、板バネ、ゴム、ガススプリングなどであるが、これらに限られない。

当接部材９２０が動くときに振動が発生する。図６に示す制御部６２０は、当接部材９２０の振動を抑制するように、当接部材９２０が動くときに操作負荷が変動する。弾性部材９３０によってカム部９１０に与える与圧力が変化する為である。カムカーブによって発生する操作負荷変動に対して発生する振動（操作負荷変動）の抑制を行うように、磁界発生部２３０を制御して磁界を変化させる。例えば、検出部６１０で振動を検出して、磁界発生部２３０で発生させる磁界を変化させる。振動と磁界との関係は、予め記憶されていてもよく、計算式により算出されてもよく、その他の方法によって求められてもよい。例えば、検出部６１０で位置を検出して、位置に応じて、予め指定したパターンで磁界を変化させてもよい。また、カムカーブによって発生する一義的な負荷を操作に応じて負荷を増減可能な様に、磁界を変化させてもよい。

本実施形態の入力装置によれば、第１の実施形態の入力装置１００の効果に加えて、滑らかな操作感触を作り出すことができる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

本発明は、相対的に移動する部材間の抵抗力を制御する様々な入力装置に適用可能である。

１００…入力装置
１０１…中心軸
１０２…領域
２００…第１の部材
２１０…第１の固定ヨーク
２１１…固定内面
２１２…環状空洞
２１３…固定下面
２２０…第２の固定ヨーク
２２１…固定上面
２２２…溝
２２３…第１の軸受
２３０…磁界発生部
２４０…環状部材
２５０…上部ケース
２５１…貫通孔
２６０…下部ケース
２７０…ネジ
３００…第２の部材
３１０…シャフト部
３１１…平面
３１２…第２の軸受
３１３…回転外面
３２０…回転ヨーク
３２１…回転上面
３２２…回転下面
３２３…貫通孔
３３０…ネジ
４１０…球状部材
４２０…環状軸受
５００…磁気粘性流体
５１０…粒子
５２０…カップリング材
６１０…検出部
６２０…制御部
８００…入力装置
８０１…中心軸
８１０…第１の部材
８１１…第１の固定ヨーク
８１２…第２の固定ヨーク
８１３…第３の固定ヨーク
８１４…磁界発生部
８１５…環状部材
８１６…蓋部
８１７…端部軸受
８２０…第２の部材
８２１…シャフト部
８２２…回転ヨーク
８３０…環状軸受
８４０…切り欠き
８４１…固定下面
８４２…固定内面
８４３…ネジ
８４４…固定上面
８４５…貫通孔
８４６…Ｏリング
８５１…半球部
８５２…回転外面
８５３…回転上面
８５４…回転下面
８５５…隆起部
８６０…磁気粘性流体
９１０…カム部
９２０…当接部材
９３０…弾性部材

Claims

入力操作に応じて相対的に移動する第１の部材と第２の部材と、
磁界に応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、
前記磁気粘性流体に作用する磁界を発生させる磁界発生部と
を備え、
前記第１の部材は、少なくとも一部が磁性体で形成された、固定下面を有する第１の固定ヨーク部材と、固定上面を有する第２の固定ヨーク部材と、を備え、
前記第２の部材は、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な移動方向に対して垂直な方向に並べられた第１の面及び第２の面を有する回転ヨークを備え、前記回転ヨークは、前記固定下面と前記固定上面との間に配設され、前記第１の面と前記固定下面との間、及び前記第２の面と前記固定上面との間にそれぞれ隙間を有し、
前記磁気粘性流体は、前記隙間の少なくとも一部に存在し、
前記磁界発生部は、前記第１の面に対向して配設され、
前記磁界発生部と前記第１の面との間には、前記第１の固定ヨーク部材の前記磁性体で形成された部分が配設され、前記固定下面は、前記磁性体で形成された部分によって前記第１の面と対向する面積が広げられている
入力装置。
前記第１の部材は、前記第１の固定ヨーク部材と前記第２の固定ヨーク部材の間の空間を、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な移動方向の外側から密閉する環状部材をさらに備える
請求項１に記載の入力装置。
前記磁界発生部が、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な移動方向に対して垂直な成分をもつ前記磁界を発生させる
請求項１又は請求項２の入力装置。
前記第２の部材が、前記第１の部材に対して相対的に回転し、
前記隙間は、前記第１の部材と前記第２の部材との回転の中心軸に沿う方向において、前記第１の面及び前記第２の面と前記第１の部材との間に挟まれている
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の入力装置。
前記第２の部材は、前記回転の中心軸と平行に延びる第３の面をさらに備え、
前記磁気粘性流体は、前記回転の中心軸に直交する方向において前記第１の部材と前記第３の面との間に挟まれた隙間の少なくとも一部にも存在する
請求項４の入力装置。
前記磁界発生部を制御して前記磁界を変化させる制御部をさらに備え、
前記第１の部材と前記第２の部材との一方が、所定の形状を有するカム部を含み、
前記第１の部材と前記第２の部材との他方が、当接部材と前記当接部材を前記カム部に向けて弾性的に付勢する弾性部材とを含み、
前記所定の形状に応じて移動する前記当接部材の振動を抑制するように、前記制御部が前記磁界発生部を制御して前記磁界を変化させる
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の入力装置。
前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な位置と速度と加速度との少なくとも１つを検出する検出部と、
前記磁界発生部を制御して前記相対的な位置と速度と加速度との少なくとも１つに応じて前記磁界を変化させる制御部と、
をさらに備える、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の入力装置。
入力操作に応じて相対的に移動する第１の部材と第２の部材と、磁界に応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に作用する磁界を発生させる磁界発生部とを備える入力装置の制御方法であって、
前記第１の部材は、少なくとも一部が磁性体で形成された、固定下面を有する第１の固定ヨーク部材と、固定上面を有する第２の固定ヨーク部材と、を備え、
前記第２の部材は、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な移動方向に対して垂直な方向に並べられた第１の面及び第２の面を有する回転ヨークを備え、前記回転ヨークは、前記固定下面と前記固定上面との間に配設され、前記第１の面と前記固定下面との間、及び前記第２の面と前記固定上面との間にそれぞれ隙間を有し、
前記磁界発生部は、前記第１の面に対向して配設され、
前記磁界発生部と前記第１の面との間には、前記第１の固定ヨーク部材の前記磁性体で形成された部分が配設され、前記固定下面は、前記磁性体で形成された部分によって前記第１の面と対向する面積が広げられており、
前記隙間の少なくとも一部に存在する前記磁気粘性流体に前記磁界を作用させて前記磁気粘性流体の粘性を変化させる
入力装置の制御方法。