JP6593796B2 - 操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、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操作装置に関する。

近年、操作者が操作部材を操作した際に、この操作部材の操作量や操作方向に応じた抵抗力や推力等の外力（力覚）を付与することにより、操作フィーリングを良好にして所望の操作が確実に行えるようにしたフォースフィードバック機能付きの操作装置が種々提案されている。特に、エアコンやオーディオあるいはナビゲーション等の車載用制御機器の操作においては、視認しながら操作するのではなく、ブラインド操作する場合が多く、操作部材（操作ノブ）に対して力覚を付与することは、安全性の面からも有効であった。

このような操作装置を用いた自動車用の手動入力装置８００が特許文献１（従来例１）に提案されている。図８は、従来例１の手動入力装置８００を説明する図であって、その基本構成の要部を示す縦断面図である。

図８に示す手動入力装置８００は、運転者（操作者）により手動操作され回転するノブ８８０（操作部材）と、ノブ８８０と一体的に設けられたキャリア軸８５１を有する遊星歯車機構と、遊星歯車機構のリングギア８６２を常に固定する円筒状のリングギアケース８６０（固定部材）と、遊星歯車機構のサンギア８３２と係合した出力軸８１１を有するモータ８１０と、モータ８１０の出力軸８１１の回転を検出するエンコーダ８３０（検出手段）と、エンコーダ８３０の検出結果に応じてモータ８１０の回転を制御する制御手段と、を備えて構成されている。そして、手動入力装置８００は、所定のタイミングでモータ８１０を回転させ、この回転力を遊星歯車機構を介してノブ８８０に伝達し、所定の操作感触を操作者に与えるようにしている。

しかしながら、この手動入力装置８００は、良好な操作感触を与えることができるが、モータ８１０を用いているので、更なる小型化の要望に対して対応が難しいものであった。そこで、モータ８１０を用いないで、操作部材の操作量や操作方向に応じた抵抗力や推力等の外力（力覚）を付与する方法が模索されてきた。

特許文献２（従来例２）では、自身の流動性が磁場発生手段により影響を受ける磁界応答材料（磁気粘性流体）を用いた手動ブレーキ９１１が提案されている。図９は、従来例２の手動ブレーキ９１１を説明する図であって、長手方向断面図である。

図９に示す手動ブレーキ９１１は、第１のハウジング室９１５及び第２のハウジング室９１７を有するハウジング９１３と、ハウジング９１３の開放端側を塞ぐ閉じ板９１９と、第２のハウジング室９１７を貫通して第１のハウジング室９１５に延設しているシャフト９２３と、シャフト９２３の端部に一体に設けられ第１のハウジング室内に並設されたロータ９２１と、第１のハウジング室９１５内に設けられロータ９２１の外周辺部のすぐそばにある磁界発生器９２９と、第１のハウジング室９１５に設けられロータ９２１を取り囲むように充填された磁界応答材料９４１と、第２のハウジング室９１７に設けられブレーキ動作を制御及び監視する制御手段９２５と、を備えて構成されている。また、磁界発生器９２９は、コイル９３１と、コイル９３１の三方を囲むようにして配設された極片９３３と、を備えている。

このように構成された手動ブレーキ９１１では、コイル９３１に通電を行うと、図９に破線で示す磁束Ｊ３７が発生し、この磁束Ｊ３７の発生に伴って、磁界応答材料９４１中の軟磁性または磁化可能な粒子が磁束Ｊ３７に沿って配列するようになる。このため、この配列を切断する方向、つまり回転動作するロータ９２１の回転方向に対して、磁界応答材料９４１によりロータ９２１に与える抵抗が増大するようになる。従って、手動ブレーキ９１１は、この磁界応答材料９４１とロータ９２１とを用いて、シャフト９２３の回転動作を止めるブレーキ作用を有することとなる。

そして、上述した磁界応答材料９４１（磁気粘性流体）の作用を操作装置に利用する場合が考えられ、例えば、シャフト９２３（回転軸）に操作者が操作する操作体（操作部材）を係合し、制御手段９２５でコイル９３１に流す電流を制御するようにして、操作体（操作部材）に負荷を与える。これにより、モータを用いないで、操作部材の操作量や操作方向に応じた抵抗力や推力等の外力（力覚）を付与することができる。

特開２００３−５０６３９号公報 特表２００５−５０７０６１号公報

一方、このような操作装置を、あらゆる場所に装着して使用することが求められてきた。しかしながら、従来例２を流用した構成では、操作装置自体が大きくなり、容易に装着して使用できないという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、磁気粘性流体を用いて良好な操作感触が得られ容易に装着できる操作装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の操作装置は、操作者の操作により操作方向に動作する操作体を有した操作部材と、該操作体の動作を自在に支持する支持体と、前記操作者の前記操作方向に対して負荷を付与する可動負荷付与機構と、を備える操作装置であって、前記操作体には、前記操作体の前記動作を可能にする可動軸を有し、前記可動負荷付与機構が、該可動軸と係合して前記動作をする可動部材と、該可動部材と第１隙間を有して対向する装着部と、該第１隙間に充填され磁界の強さに応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、該磁気粘性流体に磁界を作用させる磁気発生機構と、を有し、該磁気発生機構が、通電により磁界を発生させるコイルと、該コイルを囲むように設けられた第１ヨークと、を有し、前記操作部材と前記支持体と前記可動部材と前記装着部と前記磁気粘性流体とを有する操作ユニットと、前記コイルと前記第１ヨークとを有し前記操作ユニットとは分離した磁気発生ユニットと、からなり、前記磁気発生ユニットが被装着体に向けて配設されるとともに、前記操作ユニットが前記被装着体を挟んで前記磁気発生ユニットと重なるように前記装着部で脱着可能に前記被装着体に装着されることを特徴としている。

これによれば、本発明の操作装置は、磁気発生機構のコイルへの通電により磁界が発生し、磁気発生ユニット側から操作ユニット側にかけて磁路が広がって形成されて、操作ユニット側の磁気粘性流体における磁性粒子が磁束に沿って揃うこととなる。このため、装着部と可動部材にかけて形成された磁束の方向に対して横切る方向に動作をする可動部材には、磁気粘性流体による負荷がかかるようになる。このことにより、この可動部材及び可動軸を介して操作体に負荷がかかるようになり、操作者の操作に対して、良好な操作感触を操作者に対して与えることができる。一方、操作ユニットと磁気発生ユニットとの２つに分離したユニットを、被装着体を挟んで配設できるように構成したので、容易に被装着体に脱着可能に装着することができる。従って、磁気粘性流体を用いて良好な操作感触が得られるとともに容易に装着できる操作装置を提供することができる。

また、本発明の操作装置は、前記磁気発生ユニットが前記被装着体に対し前記操作ユニットが装着される側とは反対側に複数備えられていることを特徴としている。

これによれば、この複数の磁気発生ユニットを被装着体のそれぞれ所望の位置に予め配設しておくことができ、所望の位置に対応して、１つの操作ユニットを装着して操作を行うことができる。このため、操作ユニットの数を増やすことなしに、被装着体の多種の位置で操作を行うことができる。このことにより、安価で多様な操作が可能になる。

また、本発明の操作装置は、前記可動部材が軟磁性体からなることを特徴としている。

これによれば、磁気発生ユニット側の第１ヨークから操作ユニット側の可動部材に、可動部材から第１ヨークにかけて磁路が確実に形成されて、磁気粘性流体における磁性粒子が第１ヨークと可動部材と互いに対向する対向面方向に揃うこととなる。このため、磁性粒子が揃った対向面方向を横切る方向に可動動作する可動部材に対して、より強い負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材及び可動軸を介して操作体により強い負荷がかかるようになり、より良好な操作感触を操作者に対して与えることができる。

また、本発明の操作装置は、前記磁気発生機構が、前記操作ユニット側において、前記可動部材の他方側に前記可動部材と対向して配設された第２ヨークを有し、前記可動部材と前記第２ヨークとの第２隙間に前記磁気粘性流体が充填されていることを特徴としている。

これによれば、コイルから発生した磁束が、磁気発生ユニット側の第１ヨークから操作ユニット側の第２ヨークに、第２ヨークから第１ヨークにかけて確実に貫くこととなる。このため、可動部材の可動動作する方向と垂直な方向に確実に磁路が形成されて、垂直な方向に沿って磁気粘性流体の磁性粒子を揃えることができる。このことにより、磁束の方向（磁性粒子が揃った方向）を横切る方向に可動動作する可動部材に対して、この第２隙間の磁気粘性流体によっても負荷を付与することができる。従って、同等の磁界であっても、更に大きな操作感触を操作者に対して与えることができる。

本発明の操作装置は、磁気発生機構のコイルへの通電により磁界が発生し、磁気発生ユニット側から操作ユニット側にかけて磁路が広がって形成されて、操作ユニット側の磁気粘性流体における磁性粒子が磁束に沿って揃うこととなる。このため、装着部と可動部材にかけて形成された磁束の方向に対して横切る方向に可動動作する可動部材には、磁気粘性流体による負荷がかかるようになる。このことにより、この可動部材及び可動軸を介して操作体に負荷がかかるようになり、操作者の操作に対して、良好な操作感触を操作者に対して与えることができる。一方、操作ユニットと磁気発生ユニットとの２つに分離したユニットを、被装着体を挟んで配設できるように構成したので、容易に被装着体に脱着可能に装着することができる。

本発明の第１実施形態に係わる操作装置の分離斜視図である。 本発明の第１実施形態の操作装置を説明する図であって、図２（ａ）は、図１に示すＺ１側から見た上面図であり、図２（ｂ）は、図１に示すＹ２側から見た正面図である。 本発明の第１実施形態の操作装置を説明する図であって、図２（ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 本発明の第１実施形態に係わる操作装置の操作ユニットを説明する図であって、図３に示すＰ部分の拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係わる操作装置の磁気粘性流体について説明する模式図であって、図５（ａ）は、磁界が印加されていない状態の磁気粘性流体の図であり、図５（ｂ）は、磁界が印加されている状態の磁気粘性流体の図である。 本発明の第１実施形態に係わる操作装置の可動負荷付与機構を説明する図であって、磁気発生機構に流す電流と操作体にかかるトルクとの関係の一例を表したグラフである。 本発明の第１実施形態に係わる操作装置の磁気発生ユニットを説明する模式図であって、複数の磁気発生ユニットが被装着体に装着されている状態を示した底面図である。 従来例１の手動入力装置を説明する図であって、その基本構成の要部を示す縦断面図である。 従来例２の手動ブレーキを説明する図であって、長手方向断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係わる操作装置１００の分離斜視図である。図２は、操作装置１００が被装着体ＰＮに装着された際の図であって、図２（ａ）は、図１に示すＺ１側から見た上面図であり、図２（ｂ）は、図１に示すＹ２側から見た正面図である。図３は、図２（ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。

本発明の第１実施形態の操作装置１００は、図１及び図２に示すような外観を呈し、図３に示すように、操作者の操作により操作方向に動作する操作体１１を有した操作部材１と、操作体１１の動作を自在に支持する支持体３と、操作体１１（操作者）の操作方向に対して負荷を付与する可動負荷付与機構Ｆ５と、を備えて主に構成されている。

また、操作装置１００は、図２（ｂ）及び図３に示すように、前述した操作部材１と支持体３を有する操作ユニットＵ２と、前述した可動負荷付与機構Ｆ５の一部を有し操作ユニットＵ２とは分離した磁気発生ユニットＵ４と、２つの独立したユニットとして構成されている。そして、操作ユニットＵ２と磁気発生ユニットＵ４とが、被装着体ＰＮを挟んで重なるように配設され、容易に被装着体ＰＮに装着できるようになっている。

また、本発明の第１実施形態では、操作装置１００は、図示しない操作部材１の操作部（操作ノブや操作つまみ等）が操作体１１の一端側に係合され、操作者により操作部が把持されて操作され、操作体１１が両方向に回転動作するような回転型の操作装置となっている。また、被装着体ＰＮとして、液晶パネル等を想定している。なお、操作ユニットＵ２と磁気発生ユニットＵ４とが被装着体ＰＮを挟み込むように配設されているが、例えば、被装着体ＰＮの一部分に穴があって、２つのユニット（操作ユニットＵ２と磁気発生ユニットＵ４）が被装着体ＰＮを挟みつつも穴の部分においては、何の隔たりもなく互いに向き合って対向していても良い。

また、本発明の第１実施形態の操作装置１００では、上述の構成要素に加え、操作ユニットＵ２の側壁の一部を構成する側壁スペーサＳ１７と、磁気発生ユニットＵ４の上壁を構成するカバーＣ４７と、を有している。

また、操作装置１００に、操作体１１の回転動作を検出、例えば操作体１１の回転角度を検出する回転検出手段（図示していない）を備えると、この操作装置１００は、回転角度を入力することができる回転型の入力装置として用いることができる。そして、例えば、この回転検出手段として、抵抗体パターンが形成された基板と抵抗体パターンを摺接する摺動子とから構成された、所謂、回転型可変抵抗器を用いると、この回転型可変抵抗器を操作体１１に係合させることで、容易に操作体１１の回転動作を検出することができる。なお、回転検出手段として、回転型可変抵抗器に限るものではない。例えば、永久磁石と磁気検出センサを用いた磁気式の角度回転検出装置であっても良い。

先ず、操作装置１００の操作ユニットＵ２について説明する。図４は、操作ユニットＵ２を説明する図であって、図３に示すＰ部分の拡大断面図である。

先ず、操作装置１００の操作ユニットＵ２は、操作体１１を有した操作部材１と、操作体１１の可動を自在に支持する支持体３と、操作体１１（操作者）の操作方向に対して負荷を付与する可動負荷付与機構Ｆ５を構成する一部分（後述する）と、を有して構成されている。なお、可動負荷付与機構Ｆ５は、操作ユニットＵ２に組み込まれる部分と磁気発生ユニットＵ４に組み込まれる部分とを合わせて構成されているが、説明を分かり易くするため、操作ユニットＵ２側及び磁気発生ユニットＵ４側のいずれかを明確にして、その都度、説明する。

先ず、操作ユニットＵ２の操作部材１について説明する。操作部材１は、操作者が把持する操作部（図示していない）と、操作部が係合され操作部の回転操作に伴って可動動作する操作体１１と、を有している。

操作部材１の操作部は、操作者により把持されて操作される操作ノブや操作つまみ等の部材であり、操作体１１の一端側に係合されて用いられる。また、その形状は、操作し易いような形状等を考慮され、適用される製品によって任意に決められる。

操作部材１の操作体１１は、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ、poly butylene terephtalate）等の合成樹脂を用い、図３に示すように、円柱形状（図１を参照）の柱部１１ｃと、柱部１１ｃの中心を貫き操作体１１の可動動作（回転動作）を可能にする可動軸１１ｊと、操作体１１の他端側に設けられ柱部１１ｃより一回り大きいサイズのリング部１１ｒと、を有して、一体に射出成形されて作製されている。なお、本発明の第１実施形態では、可動軸１１ｊが操作体１１の柱部１１ｃと一体で好適に形成されていたが、これに限るものではなく、別体で形成され、可動軸１１ｊと操作体１１の柱部１１ｃとが係合されていても良い。

また、操作体１１には、図３及び図４に示すように、ゴム材料で作製されたＯリングＲ７が、リング部１１ｒに挿通されて、リング部１１ｒと可動部材５５（後述する）との繋ぎ目部分に配設されている。ここに装着されているＯリングＲ７は、後述する磁気粘性流体７５が収容される収容空間を閉じる機能も有している。これにより、この収容空間に充填された磁気粘性流体７５が漏れ出すのを防止している。

次に、操作ユニットＵ２の支持体３について説明する。支持体３は、図３及び図４に示すように、操作体１１の可動軸１１ｊの端部が当設される軸受け部３ｊと、操作体１１の柱部１１ｃが挿通されて柱部１１ｃを案内する軸支持部３ｓと、軸支持部３ｓを押さえて安定させるための蓋部３ｕと、から主に構成されている。そして、この支持体３は、操作体１１の可動（回転）が自在になるように操作体１１（操作部材１）を支持している。

支持体３の軸受け部３ｊは、図３に示すように、操作体１１の可動軸１１ｊと対向する側が凹形状となっている。そして、軸受け部３ｊは、操作装置１００が組み立てられた際には、この軸受け部３ｊの凹形状部分に可動軸１１ｊの端部が当接されて、操作体１１の可動動作が容易に行われることを許容している。

支持体３の軸支持部３ｓは、中央部に貫通穴を有したリング形状をしており（図１を参照）、図３に示すように、可動負荷付与機構Ｆ５（後述する磁気発生機構ＦＭ５の第２ヨーク２５）の中央の上部に設けられた凹部に収容されている。そして、操作体１１の柱部１１ｃが軸支持部３ｓの貫通穴に挿通されて、軸支持部３ｓが柱部１１ｃ（操作体１１）を回転可能に支持している。

支持体３の蓋部３ｕは、平板状で中央部に貫通穴を有した円形形状をしており（図１を参照）、図３に示すように、可動負荷付与機構Ｆ５（第２ヨーク２５）に載置されている。そして、軸支持部３ｓと同様に、操作体１１の柱部１１ｃが蓋部３ｕの貫通穴に挿通されている。なお、軸受け部３ｊ、軸支持部３ｓ及び蓋部３ｕは、操作体１１と同様にして、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）等の合成樹脂を用い、射出成形されて作製されている。

次に、操作装置１００の可動負荷付与機構Ｆ５について説明する。可動負荷付与機構Ｆ５は、図３に示すように、操作ユニットＵ２側には、可動軸１１ｊと係合して可動動作する可動部材５５と、可動部材５５の一方側（図３に示すＺ２方向側）で可動部材５５と第１隙間５ｇａ（図４を参照）を有して対向する装着部６と、この第１隙間５ｇａに存在する磁気粘性流体７５（図４を参照）と、を備えており、磁気発生ユニットＵ４側には、磁気粘性流体７５に磁界を作用させる磁気発生機構ＦＭ５と、を備えて構成されている。

また、本発明の第１実施形態では、操作装置１００は、操作ユニットＵ２側において、可動部材５５の他方側（図３に示すＺ１方向側）に可動部材５５と対向して配設された磁気発生機構ＦＭ５の第２ヨーク２５を有している。そして、可動部材５５と第２ヨーク２５との第２隙間５ｇｂ（図４を参照）に、第１隙間５ｇａと同様に、磁気粘性流体７５（図４を参照）が充填されている。

先ず、操作ユニットＵ２側に備えられている、可動負荷付与機構Ｆ５の可動部材５５について説明する。可動部材５５は、鉄等の軟磁性体から形成されており、図４に示すように、可動軸１１ｊの回転中心を中心とした貫通穴を有した基部５５ｄと、可動軸１１ｊの回転中心を中心とした円盤形状の円盤部５５ｅと、から構成されている。

可動部材５５の基部５５ｄは、図３に示すように、操作体１１のリング部１１ｒの下部側で操作体１１と係合している。また、可動部材５５の円盤部５５ｅは、基部５５ｄの外周側で基部５５ｄと係合している。これにより、操作体１１の両方向への回転動作に伴って、可動部材５５の円盤部５５ｅが両方向へ回転移動することとなる。

また、後述する装着部６と側壁スペーサＳ１７と第２ヨーク２５（磁気発生機構ＦＭ５）とで、操作体１１の可動軸１１ｊに沿った方向（図３に示すＺ方向）と直交する方向（Ｘ−Ｙ平面の方向）に狭い収容空間を形成している。そして、操作装置１００が組み立てられた際には、図３に示すように、この狭い収容空間に、可動部材５５の円盤部５５ｅが配設されている。なお、この側壁スペーサＳ１７も、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）等の合成樹脂を用いて形成されている。

次に、操作ユニットＵ２側に備えられている、可動負荷付与機構Ｆ５の装着部６について説明する。装着部６は、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）等の合成樹脂を用い、射出成形されて作製されている。そして、装着部６は、図１及び図３に示すように、操作体１１の一端側とは反対の他端側に配設され、操作ユニットＵ２の底面を形成している。

また、装着部６には、図４に示すように、可動軸１１ｊが貫く中央部分に貫通孔が形成されており、この貫通孔に後述する支持体３の軸受け部３ｊが収容されている。そして、図２（ｂ）に示すように、この装着部６の底面（装着面）が被装着体ＰＮに脱着可能に装着される。なお、被装着体ＰＮが平板状の形状であるので、装着部６の装着面の形状を平板状に構成しているが、この形状に限るものではない。つまり、被装着体ＰＮの装着する部分の形状に合わた形状が好適であり、例えば、球面状や凹面状であっても良い。

次に、操作ユニットＵ２側に備えられている、可動負荷付与機構Ｆ５の磁気粘性流体７５について説明する。図５は、磁気粘性流体７５について説明する模式図であって、図５（ａ）は、磁界が印加されていない状態の磁気粘性流体７５の図であり、図５（ｂ）は、磁界が印加されている状態の磁気粘性流体７５の図である。なお、図５（ｂ）には、説明を分かり易くするために磁界（磁束）の流れを２点鎖線で示している。

磁気粘性流体７５は、図５（ａ）に示すように、有機溶剤等の溶質ＳＶ中に、鉄やフェライト等の磁性を有した微細な磁性粒子ＪＲが分散した物質であって、一般的にＭＲ流体（Magneto Rheological Fluid）と呼称されている。この磁気粘性流体７５は、磁界の強さに応じて粘性が変化する特性を有しており、同じような磁性流体(Magnetic Fluid)とは区別されている。両者の形態の大きな違いは粉体の粒子径であり、ＭＲ流体の方が１μｍ〜１ｍｍ程度で、磁性流体の方が１０ｎｍ〜１μｍ程度で、ＭＲ流体の方が磁性流体と比べて粒子径が１００〜１０００倍程度、大きくなっている。

ここで、この磁気粘性流体７５における“磁界の強さに応じて粘性が変化する”ことについて簡単に説明する。

先ず、磁気粘性流体７５に磁界がかかっていない場合、図５（ａ）に示すように、磁性粒子ＪＲが不規則に溶質ＳＶ中に分散している。この際に、例えば可動部材５５が可動動作する（図５（ａ）に示すＺ方向に対して垂直な面（Ｘ−Ｙ平面）での回転）と、比較的低い抵抗力を受けながら可動部材５５が容易に可動動作する。

次に、後述する磁気発生機構ＦＭ５（コイル３５）に電流が流されて磁界が発生すると、図５（ｂ）に示すように、磁気粘性流体７５に対して作用する磁界に沿って（図５（ｂ）ではＺ方向に沿って）、磁性粒子ＪＲが直鎖状に規則的に揃うようになる。なお、この規則性の度合いは、磁界の強さに応じて変化している。つまり、磁気粘性流体７５に対して作用する磁界が強くなればなる程、規則性の度合いが強くなる。そして、この直鎖状に揃った磁性粒子ＪＲの規則性を崩す方向に対して、より強いせん断力が働き、結果として、この方向に対しての粘性が強くなってくる。特に、作用した磁界に対して直交する方向（図５（ｂ）ではＸ−Ｙ平面方向）に最も高いせん断力が働いている。

そして、このような通電状態（図５（ｂ）に示す状態）で、可動部材５５の円盤部５５ｅが可動動作すると、可動部材５５に対して抵抗力が生じ、可動部材５５に係合した操作体１１に、この抵抗力（回転負荷）が伝達するようになる。これにより、可動負荷付与機構Ｆ５は、操作者に対して回転操作の回転負荷（可動による負荷）を付与することができる。その際に、操作制御部によりコイル３５への通電量や通電のタイミング等を制御しているので、操作者に対して任意のタイミングで任意の回転負荷を自由に与えることができる。

この“磁界の強さに応じて抵抗力（回転負荷）が強くなる”ことを検証した結果を図６に示す。図６は、磁気発生機構ＦＭ５のコイル３５に流す電流と操作体１１にかかるトルクとの関係の一例を表したグラフである。横軸は電流（Ａ）で縦軸がトルク（Ｎｍ）である。このトルクは、操作体１１にかかる抵抗力（回転負荷）に相当する。

図６に示すように、磁気発生機構ＦＭ５のコイル３５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１１にかかる抵抗力（回転負荷）が増大するようになる。このようにして、磁気粘性流体７５における“磁界の強さに応じて、粘性が変化して、抵抗力が強くなる”ことを利用して、操作体１１（操作部材１）に可変の負荷をかけることができる。

以上のように、操作ユニットＵ２は、操作部材１、支持体３、可動部材５５（可動負荷付与機構Ｆ５）、装着部６（可動負荷付与機構Ｆ５）、磁気粘性流体７５（可動負荷付与機構Ｆ５）及び第２ヨーク２５（磁気発生機構ＦＭ５）を有して構成されている。

次に、操作装置１００の磁気発生ユニットＵ４について説明する。図７は、磁気発生ユニットＵ４を説明する模式図であって、複数の磁気発生ユニットＵ４が被装着体ＰＮに装着されている状態を示した底面図である。

操作装置１００の磁気発生ユニットＵ４は、図３に示すように、操作ユニットＵ２側に設けられている磁気粘性流体７５に磁界を作用させる磁気発生機構ＦＭ５（可動負荷付与機構Ｆ５）と、磁気発生ユニットＵ４の上壁を構成するカバーＣ４７と、を有して構成されている。

先ず、磁気発生ユニットＵ４側に主に備えられている、可動負荷付与機構Ｆ５の磁気発生機構ＦＭ５について説明する。

磁気発生機構ＦＭ５は、図３に示すように、通電により磁界を発生させるコイル３５と、コイル３５を囲むように設けられた第１ヨーク１５と、操作ユニットＵ２側に設けられ可動部材５５と第２隙間５ｇｂを挟んで他方側に対向して配設された第２ヨーク２５と、を有して構成されている。他に、本発明の第１実施形態では、磁気発生機構ＦＭ５は、コイル３５への通電を制御する操作制御部（図示していない）を有している。

先ず、磁気発生機構ＦＭ５のコイル３５は、金属線材が環状に巻回されて形成されており、図３に示すように、コイル３５の一方側を向けて被装着体ＰＮに配設されている。そして、このコイル３５に通電することにより、コイル３５の周囲に磁界が発生するようになる。なお、コイル３５は、金属線材が巻回されて束ねられた形状となっているが、図３では、簡略化して、断面を平坦にして示している。

次に、磁気発生機構ＦＭ５の第１ヨーク１５は、図３に示すように、コイル３５を囲むようにして設けられ、コイル３５の他方側（図３に示すＺ２方向側）とコイル３５の内側側壁（環状形状の中心側の側壁）とを覆う下ヨーク１５Ａと、コイル３５の外側側壁とコイル３５の一方側（図３に示すＺ１方向側）の一部とを覆う横ヨーク１５Ｂと、コイル３５の一方側の一部を覆う上ヨーク１５Ｃと、を有して構成されている。そして、この第１ヨーク１５により、コイル３５から発生する磁束が閉じ込められ、磁気発生ユニットＵ４側から操作ユニットＵ２側にかけて磁路が広がって形成されて、操作ユニットＵ２側の磁気粘性流体７５に対して、磁界が効率的に作用することとなる。

これにより、磁気粘性流体７５における磁性粒子ＪＲが磁束に沿って揃うこととなり、装着部６と可動部材５５にかけて形成された磁束の方向に対して横切る方向に可動動作する可動部材５５には、磁気粘性流体７５による負荷がかかるようになる。このため、この可動部材５５及び可動軸１１ｊを介して操作体１１に負荷がかかるようになり、操作者の操作に対して、良好な操作感触を操作者に対して与えることができる。

また、第１ヨーク１５は、図３に示すように、操作ユニットＵ２と対向する側において、横ヨーク１５Ｂと上ヨーク１５Ｃとで形成されたスリット１５ｓ（ヨークスリット）を有しており、第１ヨーク１５の操作ユニットＵ２と対向する側が分割された形状となっている。ここで、可動部材５５と対向している横ヨーク１５Ｂの部分を、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＢ５とし、可動部材５５と対向している上ヨーク１５Ｃの部分を、第２対向部ＴＣ５としている。

これにより、コイル３５への通電により磁界が発生し、コイル３５からの磁束が、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＢ５から操作ユニットＵ２側にかけて磁路が広がり、操作ユニットＵ２側から第１ヨーク１５の第２対向部ＴＣ５にかけて、確実に貫くこととなる。このため、可動部材５５（円盤部５５ｅ）の可動動作する方向と垂直な方向に確実に磁路が形成される。

しかも、本発明の第１実施形態では、可動部材５５が軟磁性体からなるので、磁気発生ユニットＵ４側の第１ヨーク１５（第１対向部ＴＢ５）から操作ユニットＵ２側の可動部材５５に、可動部材５５から第１ヨーク１５（第２対向部ＴＣ５）にかけて磁路が確実に形成されて、磁気粘性流体７５における磁性粒子ＪＲが互いに対向する対向面方向に揃うこととなる。このため、磁性粒子ＪＲが揃った対向面方向を横切る方向に可動動作する可動部材５５に対して、より強い負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材５５及び可動軸１１ｊを介して操作体１１により強い負荷がかかるようになり、より良好な操作感触を操作者に対して与えることができる。

また、本発明の第１実施形態では、第１ヨーク１５のスリット１５ｓの部分には、リング形状のスリットスペーサＳ５７（図３を参照）が収納されている。このスリットスペーサＳ５７は、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）等の合成樹脂を用いて形成されており、第１ヨーク１５（横ヨーク１５Ｂ）の第１対向部ＴＢ５と第１ヨーク１５（上ヨーク１５Ｃ）の第２対向部ＴＣ５とを磁気回路においても分割している。なお、本発明の第１実施形態では、第１ヨーク１５が、下ヨーク１５Ａ、横ヨーク１５Ｂ及び上ヨーク１５Ｃの３つの部品で構成されているが、これに限るものではなく、２つの部品或いは４つ以上の部品で構成されていても良い。また、第１ヨーク１５にスリット１５ｓを好適に用いた構成であるが、スリット１５ｓを有さない構成であっても良い。

次に、磁気発生機構ＦＭ５の第２ヨーク２５は、円盤形状で形成されて、前述したように、操作ユニットＵ２側に設けられており、図３、図４に示すように、可動部材５５の他方側（図３に示すＺ１方向側）で円盤形状の円盤部５５ｅ（可動部材５５）と対向して配設されている。そして、第２ヨーク２５は、可動部材５５との間に第２隙間５ｇｂを有しており、この第２隙間５ｇｂに磁気粘性流体７５が充填されている。

これにより、コイル３５から発生した磁束が、磁気発生ユニットＵ４側の第１ヨーク１５の第１対向部ＴＢ５から操作ユニットＵ２側の第２ヨーク２５に、第２ヨーク２５から第１ヨーク１５の第２対向部ＴＣ５にかけて確実に貫くこととなる。このため、可動部材５５（円盤部５５ｅ）の可動動作する方向と垂直な方向に確実に磁路が形成されて、垂直な方向に沿って磁気粘性流体７５の磁性粒子ＪＲを揃えることができる。このことにより、磁束の方向（磁性粒子ＪＲが揃った方向）を横切る方向に可動動作する可動部材５５に対して、この第２隙間５ｇｂの磁気粘性流体７５によっても負荷を付与することができる。従って、同等の磁界であっても、更に大きな操作感触を操作者に対して与えることができる。

最後に、磁気発生機構ＦＭ５の操作制御部は、集積回路（ＩＣ、integrated circuit）を用いており、コイル３５への通電量、通電のタイミング等を制御している。具体的には、例えば、操作者の操作により回転操作がされた際に、操作体１１の操作位置を検出する位置検出手段からの検出信号を受けて、操作制御部は、コイル３５に、ある一定量の電流を流したり、操作体１１の操作位置に応じて電流量を変化させたりしている。その際には、操作制御部によりコイル３５への通電量や通電のタイミング等を制御している。このため、操作者に対して任意のタイミングで任意の負荷を自由に与えることができる。

また、操作制御部は、図示していない回路基板に搭載されて、コイル３５と電気的に接続されている。なお、操作制御部及び回路基板は、磁気発生機構ＦＭ５と同じ磁気発生ユニットＵ４内に収容されて好適に配設されているが、これに限るものではない。例えば、操作制御部は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ、Flexible printed circuits）等でコイル３５と接続され、適用される製品の母基板（マザーボード）に搭載されていても良い。

次に、磁気発生ユニットＵ４のカバーＣ４７は、前述したように、図３に示すように、コイル３５の一方側に配設され磁気発生ユニットＵ４の上壁を構成している。このカバーＣ４７も、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）等の合成樹脂を用いて形成されている。

また、カバーＣ４７は、装着部６と同様にして、被装着体ＰＮが平板状の形状であるので、カバーＣ４７の装着面の形状を平板状に構成しているが、この形状に限るものではない。つまり、被装着体ＰＮの装着する部分の形状に合わた形状が好適であり、例えば、球面状や凹面状であっても良い。

また、本発明の第１実施形態では、操作装置１００は、図７に示すように、以上のように構成された磁気発生ユニットＵ４が複数個（具体的には６個）、備えられており、この複数の磁気発生ユニットＵ４が被装着体ＰＮのそれぞれ所望の位置に装着されている。これにより、１つの操作ユニットＵ２をある位置（所望の位置）に装着して操作を行うことができ、操作ユニットＵ２の数を増やすことなしに、被装着体ＰＮの多種の位置で操作を行うことができる。このことにより、安価で多様な操作が可能になる。

以上のように構成された本発明の第１実施形態の操作装置１００は、操作部材１の操作量や操作方向に応じた抵抗力や推力等の外力（力覚）を付与する方法として、従来例１のようにモータ８１０を用いていないので、小型化が図れるとともに、消費電力を低減することができる。しかも、外力（力覚）が付与される際の音も生じることがない。

また、操作装置１００は、操作ユニットＵ２と磁気発生ユニットＵ４との２つに分離したユニットを、被装着体ＰＮを挟んで配設できるように構成したので、容易に被装着体ＰＮに脱着可能に装着することができる。

最後に、本発明の第１実施形態の操作装置１００における、効果について、以下に纏めて説明する。

本発明の第１実施形態の操作装置１００は、操作ユニットＵ２側には、操作体１１を有した操作部材１と、操作体１１の可動を自在に支持する支持体３と、操作体１１と連動して可動動作する可動部材５５（可動負荷付与機構Ｆ５）と、可動部材５５と第１隙間５ｇａを有して対向する装着部６（可動負荷付与機構Ｆ５）と、第１隙間５ｇａに充填された磁気粘性流体７５（可動負荷付与機構Ｆ５）と、を備え、磁気発生ユニットＵ４側には、可動負荷付与機構Ｆ５の磁気発生機構ＦＭ５である、通電により磁界を発生させるコイル３５と、コイル３５を囲むように設けられた第１ヨーク１５と、を備え、操作ユニットＵ２が装着部６で脱着可能に被装着体ＰＮに装着され、被装着体ＰＮを挟んで磁気発生ユニットＵ４と対向するような構成とした。

これにより、磁気発生機構ＦＭ５のコイル３５への通電により磁界が発生し、磁気発生ユニットＵ４側から操作ユニットＵ２側にかけて磁路が広がって形成されて、操作ユニットＵ２側の磁気粘性流体７５における磁性粒子ＪＲが磁束に沿って揃うこととなる。このため、装着部６と可動部材５５にかけて形成された磁束の方向に対して横切る方向に可動動作する可動部材５５には、磁気粘性流体７５による負荷がかかるようになる。このことにより、この可動部材５５及び可動軸１１ｊを介して操作体１１に負荷がかかるようになり、操作者の操作に対して、良好な操作感触を操作者に対して与えることができる。一方、操作ユニットＵ２と磁気発生ユニットＵ４との２つに分離したユニットを、被装着体ＰＮを挟んで配設できるように構成したので、容易に被装着体ＰＮに脱着可能に装着することができる。従って、磁気粘性流体７５を用いて良好な操作感触が得られるとともに容易に装着できる操作装置１００を提供することができる。

また、磁気発生ユニットＵ４が被装着体ＰＮに対し操作ユニットＵ２が装着される側とは反対側に複数備えられているので、この複数の磁気発生ユニットＵ４を被装着体ＰＮのそれぞれ所望の位置に予め配設しておくことができる。このため、所望の位置に対応して、１つの操作ユニットＵ２を装着して操作を行うことができ、操作ユニットＵ２の数を増やすことなしに、被装着体ＰＮの多種の位置で操作を行うことができる。このことにより、安価で多様な操作が可能になる

また、可動部材５５が軟磁性体からなるので、磁気発生ユニットＵ４側の第１ヨーク１５から操作ユニットＵ２側の可動部材５５に、可動部材５５から第１ヨーク１５にかけて磁路が確実に形成されて、磁気粘性流体７５における磁性粒子ＪＲが第１ヨーク１５と可動部材５５と互いに対向する対向面方向（図３に示すＺ方向）に揃うこととなる。このため、磁性粒子ＪＲが揃った対向面方向を横切る方向に可動動作する可動部材５５に対して、より強い負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材５５及び可動軸１１ｊを介して操作体１１により強い負荷がかかるようになり、より良好な操作感触を操作者に対して与えることができる。

また、可動部材５５の他方側に可動部材５５と対向して配設された第２ヨーク２５を有し、可動部材５５と第２ヨーク２５との第２隙間５ｇｂに磁気粘性流体７５が充填されているので、コイル３５から発生した磁束が、磁気発生ユニットＵ４側の第１ヨーク１５から操作ユニットＵ２側の第２ヨーク２５に、第２ヨーク２５から第１ヨーク１５にかけて確実に貫くこととなる。このため、可動部材５５（円盤部５５ｅ）の可動動作する方向と垂直な方向に確実に磁路が形成されて、垂直な方向に沿って磁気粘性流体７５の磁性粒子ＪＲを揃えることができる。このことにより、磁束の方向（磁性粒子ＪＲが揃った方向）を横切る方向に可動動作する可動部材５５に対して、この第２隙間５ｇｂの磁気粘性流体７５によっても負荷を付与することができる。従って、同等の磁界であっても、更に大きな操作感触を操作者に対して与えることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

＜変形例１＞
上記第１実施形態では、可動部材５５が収容される収容空間（第１ヨーク１５と第２ヨーク２５と側壁スペーサＳ１７とで形成した収容空間）を満たすように磁気粘性流体７５が充填されていたが、これに限るものではなく、磁気粘性流体７５が第１隙間５ｇａの少なくとも一部に存在していれば良い。

＜変形例２＞
上記第１実施形態では、可動部材５５が好適に軟磁性体から形成されていたが、これに限るものではなく、合成樹脂等の非磁性体であっても良い。

＜変形例３＞
上記第１実施形態では、第１ヨーク１５の横ヨーク１５Ｂと上ヨーク１５Ｃとで、第１対向部ＴＢ５及び第２対向部ＴＣ５を構成したが、上ヨーク１５Ｃのみが可動部材５５と対向するようにして、第１対向部ＴＢ５及び第２対向部ＴＣ５を設けない構成でも良い。

＜変形例４＞
上記第１実施形態では、可動部材５５が円盤形状を有して構成されていたが、これに限るものではなく、例えば矩形状や多角形形状であっても良い。

＜変形例５＞
上記第１実施形態では、可動部材５５が回転動作するタイプの回転型の操作装置であったが、この回転動作に限るものではない。例えば、可動部材がスライド動作するスライド型や押圧型の操作装置であっても良い。

本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

１ 操作部材
１１ 操作体
１１ｊ 可動軸
３ 支持体
Ｆ５ 可動負荷付与機構
ＦＭ５ 磁気発生機構
１５ 第１ヨーク
２５ 第２ヨーク
３５ コイル
５５ 可動部材
７５ 磁気粘性流体
５ｇａ 第１隙間
５ｇｂ 第２隙間
６ 装着部
Ｕ２ 操作ユニット
Ｕ４ 磁気発生ユニット
１００ 操作装置
ＰＮ 被装着体

Claims (4)

1. 操作者の操作により操作方向に動作する操作体を有した操作部材と、
   該操作体の動作を自在に支持する支持体と、
   前記操作者の前記操作方向に対して負荷を付与する可動負荷付与機構と、を備える操作装置であって、
   前記操作体には、前記操作体の前記動作を可能にする可動軸を有し、
   前記可動負荷付与機構は、該可動軸と係合して前記動作をする可動部材と、該可動部材と第１隙間を有して対向する装着部と、該第１隙間に充填され磁界の強さに応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、該磁気粘性流体に磁界を作用させる磁気発生機構と、を有し、
   該磁気発生機構は、通電により磁界を発生させるコイルと、
   該コイルを囲むように設けられた第１ヨークと、を有し、
   前記操作部材と前記支持体と前記可動部材と前記装着部と前記磁気粘性流体とを有する操作ユニットと、
   前記コイルと前記第１ヨークとを有し前記操作ユニットとは分離した磁気発生ユニットと、からなり、
   前記磁気発生ユニットが被装着体に配設されるとともに、前記操作ユニットが前記被装着体を挟んで前記磁気発生ユニットと重なるように前記装着部で脱着可能に前記被装着体に装着されることを特徴とする操作装置。
2. 前記磁気発生ユニットが前記被装着体に対し前記操作ユニットが装着される側とは反対側に複数備えられていることを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
3. 前記可動部材が軟磁性体からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操作装置。
4. 前記磁気発生機構は、前記操作ユニット側において、前記可動部材の他方側に前記可動部材と対向して配設された第２ヨークを有し、
   前記可動部材と前記第２ヨークとの第２隙間に前記磁気粘性流体が充填されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の操作装置。