JP6679369B2 - 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９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９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気粘性流体を用いたジョイスティック装置９０１（入力装置）が提案されている。図１０は、従来例２のジョイスティック装置９０１を説明する図であって、縦断面図である。但し、操作レバー９０２及び揺動基部９０３は断面化されていない。

図１０に示すジョイスティック装置９０１は、所定傾斜角内で揺動可能な操作レバー９０２と、操作レバー９０２の下端に固設された揺動基部９０３と、揺動基部９０３が嵌め込まれた球面状の受け部９０６を有するベース９０４と、受け部９０６内に充填された磁気粘性流体（図示していない）と、を備えて構成されている。また、揺動基部９０３には、受け部９０６内の空間領域を複数に隔てる隔壁９３２と、隔壁９３２を貫通して空間領域同士を連通する連通孔９３３と、が設けられている。また、ベース９０４は、磁束を発生させるコイル９４１と、コイル９４１を保持するボビン９４２と、磁束を誘導するヨーク９４３と、非磁性体からなる中間体９４４と、を備えて構成されている。

そして、コイル９４１に通電を行うと、図１０に破線で示す矢印ＹＪに沿って磁路が形成され、磁気粘性流体の粘度が電流値に応じて高くなるとともに、磁気粘性流体が連通孔９３３を通過することも阻害される。このため、ジョイスティック装置９０１は、コイル９４１に電流を印加しない状態と比較して、操作レバー９０２を操作する際の操作抵抗を高めることができ、モータを用いないで、操作レバー９０２への操作感触を操作者に対して与えることができる。

特開２００３−５０６３９号公報 特開２０１４−１７４７２６号公報

従来例２では、操作レバー９０２の操作によって揺動基部９０３が受け部９０６の球面に沿ってあらゆる角度に可動するようになっているが、形成される磁路は、図１０に示す上側から下側に向かった上下方向となっている。このため、揺動基部９０３の表面に沿って存在する磁気粘性流体に対して、あらゆる角度で磁界がかかることとなる。しかしながら、従来例２のような構成では、可動する部材（揺動基部９０３）の可動方向と磁気粘性流体にかかる磁界の方向とが直交する方向（効率が良いとされている方向）にできず、コイルが発生した磁束を効率良く操作感触に用いることが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揺動動作する操作体を有した操作部材と、該操作体の揺動を自在に支持する支持体と、前記操作体に対して揺動負荷を付与する揺動負荷付与ユニットと、を備えた操作装置であって、前記操作体には、前記操作に応じて、一端側を支点として他端側が可動する揺動軸を有し、前記支持体には、前記揺動軸の前記支点を支持し前記操作体の遥動を可能にする支点支持部を有し、前記揺動負荷付与ユニットが、前記揺動軸の前記揺動動作と連動してスライド動作する可動部材と、該可動部材と隙間を挟んで対向する磁気発生機構と、該隙間の少なくとも一部に存在し磁界の強さに応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、を備え、前記磁気発生機構が、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前記可動部材の一方側に配設された第１ヨークと、を備えてい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、コイルへの通電により磁界が発生し、磁路が第１ヨークから可動部材側に広がって形成されて、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、第１ヨークから可動部材、可動部材から第１ヨークにかけて形成された磁束を横切る方向にスライド動作する可動部材に対して、磁気粘性流体によりスライド負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材及び揺動軸を介して操作体に揺動負荷がかかるようになる。従って、良好な操作感触が得られ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、前記揺動軸の一端が曲面状の凸形状であるか若しくは曲面状の凹形状であり、前記支点支持部には、前記凸形状に対応した形状の凹部若しくは前記凹形状に対応した形状の凸部を有しており、前記揺動軸の前記一端と他端との間に連結部が設けられており、該連結部が、前記揺動軸が中央を貫く球体形状の球部と、該球部を取り囲み該球体形状に対応した形状の受部と、該受部が設けられた基部と、を有し、該基部と前記可動部材とが接続されていることを特徴としている。

これによれば、揺動軸の一端を支点として、支点支持部が操作体（揺動軸）をあらゆる方向に揺動動作させることができる。また、揺動軸の一端と他端との間に設けられた球部と受部とが摺動することにより、揺動軸の傾倒動作に対して、受部が設けられた基部がスライド動作することとなる。このため、簡単な構成でありながら、操作者により揺動動作する操作体（揺動軸）に対して、基部に接続された可動部材をスライド動作させることができる。

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、第１ヨークから可動部材に、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スライド動作する可動部材に対して、より強いスライド負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材及び回転軸を介して操作体により強い揺動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ヨークを有することを特徴としている。

これによれば、可動部材のスライド動作する方向と垂直な方向に磁性粒子を揃えることができ、より強い揺動負荷をかけることができる。

また、本発明の操作装置は、前記可動部材と前記第２ヨークとの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、磁束を横切る方向にスライド動作する可動部材に対して、更なる揺動負荷を付与することができる。このことにより、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。

また、本発明の操作装置は、前記揺動軸が傾倒されない状態で前記揺動軸が貫く側から見て、前記揺動軸の周囲に前記揺動負荷付与ユニットが複数設けられていることを特徴としている。

これによれば、更なる揺動負荷を付与することができる。このことにより、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。

また、本発明の操作装置は、前記揺動軸が傾倒されない状態で前記揺動軸が貫く側から見て、前記揺動負荷付与ユニットのそれぞれが、前記揺動軸の軸中心とのなす中心角が等角度となるように配設されていることを特徴としている。

これによれば、あらゆる方向への揺動操作に対して、それぞれの可動部材に均等にスライド負荷を付与することができる。このことにより、より一層良好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、コイルへの通電により磁界が発生し、磁路が第１ヨークから可動部材側に広がって形成されて、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、第１ヨークから可動部材、可動部材から第１ヨークにかけて形成された磁束を横切る方向にスライド動作する可動部材に対して、磁気粘性流体によりスライド負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材及び揺動軸を介して操作体に揺動負荷がかかるようになる。従って、良好な操作感触が得られる操作装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係わる操作装置の斜視構成図である。 本発明の第１実施形態に係わる操作装置を説明する構成図であって、図１に示すＺ１側から見た上面図である。 本発明の第１実施形態に係わる操作装置を説明する構成図であって、図２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揺動負荷付与ユニットを説明する構成図であって、図２に示す筐体を省略した上面図である。 本発明の第１実施形態に係わる操作装置の揺動負荷付与ユニットを説明する構成図であって、図４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６（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６（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揺動負荷付与ユニット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変形例を説明する構成図であって、図８（ａ）は、変形例３の操作装置の図であり、図８（ｂ）は、変形例４の操作装置の図である。 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のジョイスティック装置を説明する図であって、縦断面図である。

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の斜視構成図である。図２は、図１に示すＺ１側から見た操作装置１００の上面構成図である。図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における操作装置１００の断面構成図である。

本発明の第１実施形態の操作装置１００は、図１及び図２に示すような矩形の外観を呈し、図３に示すように、操作者の操作により揺動動作する操作体１１を有した操作部材１と、操作体１１の揺動を自在に支持する支持体３と、操作体１１に対して揺動負荷を付与する揺動負荷付与ユニットＦ５と、操作体１１と揺動負荷付与ユニットＦ５とを連結する連結部４と、を備えて主に構成されている。また、揺動負荷付与ユニットＦ５は、図３に示すように、操作体１１の揺動動作と連動してスライド動作する可動部材５５と、可動部材５５と隙間５ｇを挟んで対向する磁気発生機構ＦＭ５と、この隙間５ｇに存在する磁気粘性流体７５と、を備えて構成されている。

また、第１実施形態の操作装置１００では、上述の構成要素に加え、図３に示すように、磁気発生機構ＦＭ５を固定する固定部材６と、可動部材５５の外周の外側（図３ではＸ１方向側或いはＸ２方向側）に配設された側壁スペーサＳ１７と、揺動負荷付与ユニットＦ５の中に配設されるスリットスペーサＳ５７と（図３を参照）、可動部材５５を挟持して配設されたスペーサ体Ｓ７７と、を有している。そして、この操作装置１００は、操作部材１の操作部５１（操作ノブ）が操作体１１の他端側に係合され、操作者により操作部５１が把持されて操作され、操作体１１が全方向に傾倒動作するようになっている。

また、この際に、操作体１１の傾倒動作を検出する検出手段、例えば、可動部材５５のスライド動作を検出するスライド検出手段を備えると、この操作装置１００は、傾倒操作型の入力装置として用いることができる。例えば、このスライド検出手段として、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、スライド型可変抵抗器を用いると、このスライド型可変抵抗器を操作体１１と連動する可動部材５５に係合させることで、容易に操作体１１の傾倒動作を検出することができる。なお、スライド検出手段として、スライド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検出装置であっても良い。

先ず、操作装置１００の操作部材１について説明する。操作部材１は、図１に示すように、操作者が把持する操作部５１と、操作者の傾倒操作に伴って傾倒動作する操作体１１と、を有している。

操作部材１の操作体１１は、鉄等の金属材料を用い、図３に示すように、円柱形状で一端側（図３に示すＺ２側）を支点として他端側（図３に示すＺ１側）が大きく可動する揺動軸１１ｊを有して作製されている。なお、本発明の第１実施形態では、操作体１１は、揺動軸１１ｊのみで簡単に構成されている。

また、図３に示すように、揺動軸１１ｊの一端が曲面状の凸形状に形成されており、後述する支持体３の支点支持部２３と当接している。また、揺動軸１１ｊの他端側には、図１に示す操作部５１が係合されて取り付けられている。

操作部材１の操作部５１は、図１に示すように、操作者が把持し易いような細長い楕円形状に形成されており、その作製は、例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ、polybutylene terephtalate）等の合成樹脂を用いて射出成形されている。

次に、操作装置１００の支持体３について簡単に説明する。支持体３は、図３に示すように、揺動軸１１ｊの一端を支持する支点支持部２３と、揺動軸１１ｊと下方側（図３に示すＺ２方向側）で係合されたばね部材３３と、揺動軸１１ｊと上方側（図３に示すＺ１方向側）で係合された軸支持部５３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（揺動軸１１ｊ）の揺動（傾倒動作）が自在になるように、操作部材１を支持している。

支持体３の支点支持部２３は、ポリアセタール（ＰＯＭ、polyoxymethylene）等の合成樹脂を用い、図３に示すように、揺動軸１１ｊの凸形状に対応した形状の凹部２３ｕを有して平板状に射出成形されて作製されている。そして、後述する固定部材６の蓋体９６に載置されて固定されている。これにより、揺動軸１１ｊの一端が支点として、操作体１１（揺動軸１１ｊ）をあらゆる方向に揺動動作させることができる。

支持体３のばね部材３３は、詳細な図示はしていないが、一般的なコイルばねを用いており、図３に示すように、一端側が揺動軸１１ｊに係合されているとともに、他端側が磁気発生機構ＦＭ５（後述する第１ヨーク１５）に係合されている。これにより、ばね部材３３は、揺動軸１１ｊの傾倒動作に伴って、揺動軸１１ｊに対して引っ張りまたは押圧の力を与えることとなる。このため、例えば、操作者により操作部５１が傾倒操作されて、揺動軸１１ｊ及び操作部５１が初期状態から傾倒移動した後に、傾倒操作が中止された際に、このばね部材３３により揺動軸１１ｊ及び操作部５１を初期状態に自動復帰させることができる。

支持体３の軸支持部５３は、弾性変形が可能なゴム材料を用いており、一端側が揺動軸１１ｊを取り囲むようにして係合されているとともに、他端側が磁気発生機構ＦＭ５（後述する第２ヨーク２５）と係合されている。そして、軸支持部５３は、中間部分がシート状に形成されており、揺動軸１１ｊを支持しているとともに、揺動軸１１ｊの全方向への傾倒動作を可能にしている。

次に、操作装置１００の連結部４について簡単に説明する。連結部４は、図３に示すように、揺動軸１１ｊの一端と他端との間に設けられており、球体形状の球部１４と、球体形状に対応した形状の受部３４と、受部３４が設けられた基部４４と、を有して構成されている。

連結部４の球部１４は、鉄等の金属材料を用いて球体形状に作製されており、揺動軸１１ｊが中央を貫く孔を有している。そして、球部１４は、揺動軸１１ｊに固定されている。

連結部４の受部３４及び基部４４は、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の合成樹脂を用いて、一体に射出成形されて作製されており、図３に示すように、２つの部材で球部１４を取り囲むようにして配設されている。これにより、球部１４と受部３４とが摺動することにより、揺動軸１１ｊの傾倒動作に対して、受部３４及び基部４４がスライド移動（図３ではＸ方向の移動）することを可能にしている。

また、基部４４には、揺動負荷付与ユニットＦ５の可動部材５５の一部が埋設されて固定接続されている。このため、簡単な構成でありながら、操作者により揺動動作する操作体１１（揺動軸１１ｊ）に対して、基部４４に接続された可動部材５５をスライド動作させることができる。

次に、操作装置１００の揺動負荷付与ユニットＦ５について説明する。図４は、揺動負荷付与ユニットＦ５を説明する構成図であって、図２に示す筐体７６を省略した上面図である。図４には、説明を分かり易くするため、第２ヨーク２５の隠れている部分の可動部材５５を破線で示している。図５は、図４に示すＰ部分の拡大断面図である。

揺動負荷付与ユニットＦ５は、前述したように、図３に示すように、揺動軸１１ｊ揺動動作と連動してスライド動作する可動部材５５と、可動部材５５と隙間５ｇを挟んで対向する磁気発生機構ＦＭ５と、この隙間５ｇに存在する磁気粘性流体７５と、を備えて構成されている。更に、揺動負荷付与ユニットＦ５の磁気発生機構ＦＭ５は、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、可動部材５５との隙間５ｇである第２隙間５ｇｂを挟んで対向する第２ヨーク２５と、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）と、を有して構成されている。

また、揺動負荷付与ユニットＦ５は、揺動軸１１ｊが傾倒されない状態で揺動軸１１ｊが貫く側から見て、図４に示すように、４つ設けられている。しかも、本発明の第１実施形態では、４つの揺動負荷付与ユニットＦ５のそれぞれは、揺動軸１１ｊの軸中心ＡＣとのなす中心角が等角度、つまり９０°の等角度となるような均等な位置に配設されている。そして、揺動負荷付与ユニットＦ５は、操作者による傾倒操作を受けて、操作体１１に揺動負荷付与ユニットＦ５からの負荷を与えることにより、操作者に対して操作部材１の操作部５１へ揺動負荷を付与するように構成されている。

これにより、４つの揺動負荷付与ユニットＦ５から揺動軸１１ｊ（操作部５１）に揺動負荷を付与することができ、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。更に、更に、あらゆる方向への揺動操作に対して、４つの揺動負荷付与ユニットＦ５からそれぞれの可動部材５５に均等に揺動負荷を付与することができる。このことにより、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。

先ず、揺動負荷付与ユニットＦ５の磁気発生機構ＦＭ５について説明する。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、軸中心ＡＣが垂直に貫く横断面側から見て（図４を参照）、外形が八角形状に作製されている。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っている。また、コイル３５は、４つの揺動負荷付与ユニットＦ５にまたがって１つ設けられている。つまり、４つの揺動負荷付与ユニットＦ５に対して、１つのコイル３５を共用している。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及び図４では、簡略化して、表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、環状のコイル３５の内径側（揺動軸１１ｊに対向する側）を覆う内ヨーク１５Ａと、環状のコイル３５の外径側（固定部材６に対向する側）を覆う外ヨーク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、効率的に可動部材５５側に磁界が作用することとなる。なお、詳細な図示はしていないが、内ヨーク１５Ａが固定部材６（後述する蓋体９６）に固定されているとともに、外ヨーク１５Ｃが固定部材６（後述する筐体７６）に固定されている。

また、内ヨーク１５Ａ及び外ヨーク１５Ｃは、詳細な図示はしていないが、それぞれコの字形状に形成されており、それぞれ重ね合わされて、筒形状の第１ヨーク１５を形成している。その際には、内ヨーク１５Ａ及び外ヨーク１５Ｃが図示していない２つのピンで係合されるとともに、位置決めがされている。そして、第１ヨーク１５の内ヨーク１５Ａ及び外ヨーク１５Ｃのそれぞれは、八角形状の１辺を覆うようにして配設されている。なお、他の３つの揺動負荷付与ユニットＦ５においても、第１ヨーク１５の内ヨーク１５Ａ及び外ヨーク１５Ｃのそれぞれは、八角形状の１辺を覆うようにして配設されている。

また、第１ヨーク１５は、図３に示すように、可動部材５５の一方側（図３に示す下方側、Ｚ２方向側）に配設されて、可動部材５５と対向する側の内ヨーク１５Ａ及び外ヨーク１５Ｃが可動部材５５との隙間５ｇである第１隙間５ｇａを挟んで対向している。ここで、可動部材５５と対向している内ヨーク１５Ａの部分を、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＡ５とし、可動部材５５と対向している外ヨーク１５Ｃの部分を、第２対向部ＴＣ５としている。

また、図３に示すように、第１対向部ＴＡ５と第２対向部ＴＣ５との間には、スリット（ヨークスリット）を有しており、このスリットの幅は、第１ヨーク１５と可動部材５５との隙間５ｇである第１隙間５ｇａより狭くなっている。これにより、コイル３５への通電により磁界が発生し、例えば第１ヨーク１５の第１対向部ＴＡ５から可動部材５５側にかけて磁路が確実に形成されるとともに、可動部材５５側から第１ヨーク１５の第２対向部ＴＣ５にかけて磁路が確実に形成されるようになる。

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（ヨークスリット）の部分には、直方体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（内ヨーク１５Ａ）の第１対向部ＴＡ５と第１ヨーク１５（外ヨーク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、内ヨーク１５Ａ及び外ヨーク１５Ｃの２つの部品で構成されているが、これに限るものではなく、３つ以上の部品で構成されていても良い。

次に、磁気発生機構ＦＭ５の第２ヨーク２５は、板状形状で形成されており、図３及び図５に示すように、可動部材５５の他方側（図３に示す上方側、Ｚ１方向側）に配設されて、可動部材５５との隙間５ｇである第２隙間５ｇｂを挟んで対向している。これにより、コイル３５から発生した磁束が、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＡ５から第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のスライド動作するスライド方向（図４に示すＸ−Ｙ平面に沿った方向）と垂直な方向、つまり縦断面方向（図３に示すＺ方向）に確実に磁路が形成される。

また、第１ヨーク１５と第２ヨーク２５との間には、可動部材５５の外周の三方向を囲むようにして配設された側壁スペーサＳ１７が設けられている。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射出成形されて作製されており、第１ヨーク１５と第２ヨーク２５とを磁気回路においても分割している。

また、残りの一方向には、図３に示すように、可動部材５５を挟んで２つ配設されたススペーサ体Ｓ７７が設けられている。このスペーサ体Ｓ７７は、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の合成樹脂を用いて、射出成形されて作製されており、可動部材５５と摺動することにより、可動部材５５のスライド移動を可能にしている。そして、第１ヨーク１５と第２ヨーク２５と側壁スペーサＳ１７とスペーサ体Ｓ７７とで、揺動軸１１ｊ（操作体１１）に沿った方向（図３に示すＺ方向）に対して直交する方向（Ｘ−Ｙ平面の方向）に狭い収容空間を形成している。この狭い収容空間に、揺動負荷付与ユニットＦ５の可動部材５５が配設されるようになる。

次に、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傾倒操作がされた際に、操作体１１のスライド動作を検出するスライド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。

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の近傍に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、揺動負荷付与ユニット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３及び図４に示すように、板状で矩形状に形成されている。そして、可動部材５５の一端側は、図４に示すように、連結部４の基部４４と係合されて、操作体１１の揺動軸１１ｊと一体化している。これにより、操作体１１の全方向への傾倒動作に伴って、可動部材５５がＸ−Ｙ平面に沿ってスライド移動することとなる。

また、可動部材５５は、操作装置１００が組み立てられた際には、図３に示すように、上述した狭い収容空間に収容される。そして、可動部材５５は、第１ヨーク１５と隙間５ｇ（第１隙間５ｇａ）を有して対向するとともに、第２ヨーク２５と隙間５ｇ（第２隙間５ｇｂ）を有して対向するようになる。これにより、コイル３５から発生した磁束が、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＡ５から可動部材５５に、可動部材５５から第２ヨーク２５に、第２ヨーク２５から可動部材５５に、可動部材５５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のスライド動作する方向（図４に示すＸ−Ｙ平面に沿った方向）と垂直な方向（図３に示すＺ方向）により確実に磁路が形成される。

次に、揺動負荷付与ユニットＦ５の磁気粘性流体７５について説明する。図６は、磁気粘性流体７５について説明する模式図であって、図６（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６（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６（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６（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６（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がスライド動作する（図６（ａ）に示すＸ方向）と、比較的低い抵抗力を受けながら可動部材５５が容易にスライド動作する。

次に、磁気発生機構ＦＭ５のコイル３５に電流が流されて磁界が発生すると、図６（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６（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６（ｂ）ではＸ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６（ｂ）に示す状態）で、可動部材５５がスライド動作すると、可動部材５５に対して抵抗力が生じ、可動部材５５と連結部４を介して接続された揺動軸１１ｊ（操作体１１）に、この抵抗力（揺動負荷）が伝達するようになる。これにより、揺動負荷付与ユニットＦ５は、操作者に対して揺動操作の揺動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揺動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（揺動負荷）が強くなる”ことを検証した結果を図７に示す。図７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（揺動軸１１ｊ）にかかる抵抗力（揺動負荷）に相当する。図７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（揺動負荷）が増大するようになる。

本発明の第１実施形態では、上述した特性を有した磁気粘性流体７５を好適に用いている。つまり、図３及び図５に示すように、磁気粘性流体７５が第１ヨーク１５と可動部材５５との隙間５ｇである第１隙間５ｇａに配設され、特に、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＡ５及び第２対向部ＴＣ５と可動部材５５との第１隙間５ｇａに充填されている。これにより、第１ヨーク１５（第１対向部ＴＡ５）から可動部材５５、可動部材５５から第１ヨーク１５（第２対向部ＴＣ５）にかけて形成された磁束を横切る方向（図４に示すＸ−Ｙ平面に沿った方向）にスライド動作する可動部材５５に対して、磁気粘性流体７５により可動負荷（スライド負荷）がかかるようになる。このことにより、可動部材５５及び揺動軸１１ｊを介して操作体１１に揺動負荷がかかるようになる。従って、良好な操作感触が得られる操作装置１００を提供することができる。

更に、本発明の第１実施形態では、図３及び図５に示すように、可動部材５５と第２ヨーク２５との隙間５ｇである第２隙間５ｇｂにも磁気粘性流体７５が充填されている。ここに充填された磁気粘性流体７５にも、第１ヨーク１５（第１対向部ＴＡ５）から可動部材５５を介して第２ヨーク２５に、第２ヨーク２５から可動部材５５を介して第１ヨーク１５（第２対向部ＴＣ５）にかけて形成された磁束が作用することとなる。このため、可動部材５５のスライド動作する方向と垂直な方向（縦断面方向）に磁性粒子ＪＲを揃えることができ、より強いスライド負荷をかけることができる。このことにより、操作体１１に対して更なる揺動負荷を付与することができ、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、操作装置１００の固定部材６について説明する。固定部材６は、図１に示すように、揺動軸１１ｊ（操作体１１）が挿通される貫通穴７６ｋを有する筐体７６と、筐体７６の一方側（下方側、図１に示すＺ２方向側）の開口を覆う蓋体９６と、備えて構成されている。そして、前述したように、固定部材６の筐体７６が磁気発生機構ＦＭ５（第１ヨーク１５）の内ヨーク１５Ａを固定しているとともに、固定部材６の蓋体９６が磁気発生機構ＦＭ５（第１ヨーク１５）の外ヨーク１５Ｃを固定している。

固定部材６の筐体７６は、操作部材１の操作部５１と同様に、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、図１に示すように、略立方体の箱状に射出成形されて作製されている。また、筐体７６の天板部には、前述したように、揺動軸１１ｊ（操作体１１）が挿通される貫通穴７６ｋが設けられている。

次に、固定部材６の蓋体９６は、筐体７６と同様に、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、図１に示すように、板状の矩形状に射出成形されて作製されている。そして、詳細な図示はしていないが、蓋体９６は、筐体７６にネジ止めされて固定されている。

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。

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、揺動負荷付与ユニットＦ５が操作体１１（揺動軸１１ｊ）の揺動動作と連動してスライド動作する可動部材５５と、可動部材５５の一方側に配設された磁気発生機構ＦＭ５のコイル３５及び第１ヨーク１５と、可動部材５５との隙間５ｇ（第１隙間５ｇａ）に存在する磁気粘性流体７５と、を備えた構成とした。これにより、コイル３５への通電により磁界が発生し、磁路が第１ヨーク１５からから可動部材５５側に広がって形成されて、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、第１ヨーク１５から可動部材５５に、可動部材５５から第１ヨーク１５にかけて形成された磁束を横切る方向にスライド動作する可動部材５５に対して、磁気粘性流体７５によりスライド負荷（可動負荷）がかかるようになる。このことにより、可動部材５５及び揺動軸１１ｊを介して操作体１１に揺動負荷がかかるようになる。従って、良好な操作感触が得られる操作装置１００を提供することができる。

また、揺動軸１１ｊの一端が曲面状の凸形状であり、支点支持部２３がこの凸形状に対応した形状の凹部２３ｕを有しているので、揺動軸１１ｊの一端が支点として、揺動軸１１ｊをあらゆる方向に揺動動作させることができる。また、揺動軸１１ｊの一端と他端との間に設けられた球部１４と受部３４とが摺動することにより、揺動軸１１ｊの傾倒動作に対して、受部３４が設けられた基部４４がスライド移動することとなる。このため、簡単な構成でありながら、操作者により揺動動作する操作体１１（揺動軸１１ｊ）に対して、基部４４に接続された可動部材５５をスライド動作させることができる。

また、可動部材５５が軟磁性体からなるので、第１ヨーク１５（第１対向部ＴＡ５）から可動部材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スライド動作する可動部材５５に対して、より強いスライド負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材５５及び揺動軸１１ｊを介して操作体１１により強い揺動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、磁気発生機構ＦＭ５が可動部材５５の他方側に対向して配設された第２ヨーク２５を有するので、可動部材５５のスライド動作する方向と垂直な方向に磁性粒子ＪＲを揃えることができ、より強いスライド負荷をかけることができる。

また、可動部材５５と第２ヨーク２５との隙間５ｇ（第２隙間５ｇｂ）に磁気粘性流体７５が充填されているので、磁束を横切る方向にスライド動作する可動部材５５に対して、更なるスライド負荷を付与することができる。このことにより、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。

また、揺動軸１１ｊが貫く側から見て、揺動軸１１ｊの周囲に揺動負荷付与ユニットＦ５が複数設けられているので、更なる揺動負荷を付与することができる。このことにより、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。

また、揺動軸１１ｊが貫く側から見て、揺動負荷付与ユニットＦ５のそれぞれが、揺動軸１１ｊの軸中心ＡＣとのなす中心角が等角度となるように配設されているので、あらゆる方向への揺動操作に対して、それぞれの可動部材５５に均等にスライド負荷を付与することができる。このことにより、より一層良好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。

図８は、操作装置１００の変形例を説明する構成図であって、図８（ａ）は、変形例３の操作装置Ｃ１００の図であり、図８（ｂ）は、変形例４の操作装置Ｄ１００の図である。

＜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とスペーサ体Ｓ７７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が隙間５ｇ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、揺動軸１１ｊの一端が曲面状の凸形状であり、支点支持部２３が凸形状に対応した形状の凹部２３ｕを有した構成であったが、これに限るものではなく、揺動軸１１ｊの一端が曲面状の凹形状であり、支点支持部２３が凹形状に対応した形状の凸部を有した構成であっても良い。

＜変形例３＞＜変形例４＞
上記第１実施形態では、１つのコイル３５を共用にして４つの揺動負荷付与ユニットＦ５を用いた構成としたが、これに限るものではない。例えば、図８（ａ）に示すように、第１ヨークＣ１５及び第２ヨークＣ２５も共用にして４つの揺動負荷付与ユニットＣＦ５を構成しても良い｛変形例３｝。また、例えば、図８（ｂ）に示すように、更に可動部材Ｄ５５も一体にして１つの揺動負荷付与ユニットＤＦ５を構成しても良い｛変形例４｝。

＜変形例５＞
上記第１実施形態では、４つの揺動負荷付与ユニットＦ５を用いた構成としたが、これに限るものではなく、例えば、１つの揺動負荷付与ユニットＦ５のみを用いても良いし、２つ、３つ或いは５つと、複数の揺動負荷付与ユニットＦ５を用いても良い。その際には、例えば、揺動軸１１ｊの軸中心ＡＣとのなす中心角が、２つの場合には１８０°、３つの場合には１２０°、５つの場合には７２°と、それぞれ等角度となるように配設するのがより好適である。

＜変形例６＞
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７＞
上記第１実施形態では、好適に第２ヨーク２５を設ける構成としたが、第１ヨーク１５のみ設けた構成でも良い。

＜変形例８＞
上記第１実施形態では、第１ヨーク１５の内ヨーク１５Ａ及び外ヨーク１５Ｃとで、第１対向部ＴＡ５及び第２対向部ＴＣ５を構成したが、内ヨーク１５Ａ或いは外ヨーク１５Ｃのみで可動部材５５と対向する部分を形成し、第１対向部ＴＡ５及び第２対向部ＴＣ５を設けない構成でも良い。

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 揺動軸
３ 支持体
２３ 支点支持部
２３ｕ 凹部
４ 連結部
１４ 球部
３４ 受部
４４ 基部
Ｆ５、ＣＦ５、ＤＦ５ 揺動負荷付与ユニット
ＦＭ５ 磁気発生機構
１５、Ｃ１５ 第１ヨーク
２５、Ｃ２５ 第２ヨーク
３５ コイル
５５、Ｄ５５ 可動部材
７５ 磁気粘性流体
５ｇ 隙間
ＡＣ 軸中心
１００、Ｃ１００、Ｄ１００ 操作装置

Claims (5)

1. 操作者の操作により揺動動作する操作体を有した操作部材と、
   該操作体の揺動を自在に支持する支持体と、
   前記操作体に対して揺動負荷を付与する揺動負荷付与ユニットと、を備えた操作装置であって、
   前記操作体には、前記操作に応じて、一端側を支点として他端側が可動する揺動軸を有し、
   前記支持体には、前記揺動軸の前記支点を支持し前記操作体の揺動を可能にする支点支持部を有し、
   前記揺動負荷付与ユニットは、前記揺動軸の前記揺動動作と連動してスライド動作する可動部材と、
   該可動部材と隙間を挟んで対向する磁気発生機構と、
   該隙間の少なくとも一部に存在し磁界の強さに応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、を備え、
   前記磁気発生機構は、通電により磁界を発生させるコイルと、
   前記揺動軸が傾倒されない状態で前記揺動軸が貫く方向に直交する側から見て、該コイルを囲むように設けられ前記可動部材の一方側に配設された第１ヨークと、を備え、
   前記磁気発生機構は、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ヨークとの隙間に前記磁気粘性流体が充填されており、
   前記第１ヨークは、前記可動部材と前記コイルとの間に配設される第１対向部と第２対向部を有し、前記第１対向部と前記第２対向部とは、いずれも、前記可動部材との隙間である第１隙間を挟んで前記可動部材に対向し、
   前記第１ヨークは、前記第１対向部と前記第２対向部との間にスリットを有し、
   前記スリットの部分には、前記第１対向部と前記第２対向部とを磁気回路において分離するスリットスペーサが収納されていること
   を特徴とする操作装置。
2. 前記揺動軸の一端が曲面状の凸形状であるか若しくは曲面状の凹形状であり、
   前記支点支持部には、前記凸形状に対応した形状の凹部若しくは前記凹形状に対応した形状の凸部を有しており、
   前記揺動軸の前記一端と他端との間に連結部が設けられており、
   該連結部は、前記揺動軸が中央を貫く球体形状の球部と、該球部を取り囲み該球体形状に対応した形状の受部と、該受部が設けられた基部と、を有し、
   該基部と前記可動部材とが接続さ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. 前記揺動軸が傾倒されない状態で前記揺動軸が貫く側から見て、前記揺動軸の周囲に前記揺動負荷付与ユニットが設けら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。
5. 前記揺動軸が傾倒されない状態で前記揺動軸が貫く側から見て、前記揺動負荷付与ユニットのそれぞれが、前記揺動軸の軸中心とのなす中心角が等角度となるように配設されていることを特徴とする請求項４に記載の操作装置。