JP7072393B2 - アクチュエータ、入力装置、およびコントロールシステム - Google Patents

Description

本発明は、各種振動を発生させるアクチュエータ、ならびにこれを用いた入力装置およびコントロールシステムに関する。

磁気駆動機構によって振動を発生させる機器として、磁石を備えた支持体と、磁石と対向するコイルを備えた可動体とを有し、可動体と支持体との間に弾性部材が配置されたアクチュエータが提案されている（特許文献１参照）。また、特許文献１に記載のアクチュエータでは、Ｚ方向に板厚方向を向けたホルダにおいて、Ｚ方向に直交するＸ方向で離間する位置に２つの第１コイルが設けられている一方、Ｚ方向およびＸ方向に対して直交するＹ方向で離間する位置に２つの第２コイルを設けられている。また、支持体には、第１コイルに対してＺ方向の両側に第１磁石が配置され、第２コイルに対してＺ方向の両側に第２磁石が配置されている。従って、第１コイルおよび第１磁石は、可動体をＸ方向に振動させる第１磁気駆動機構を構成し、第２コイルおよび第２磁石は、可動体をＹ方向に振動させる第２磁気駆動機構を構成している。それゆえ、アクチュエータによって、Ｘ方向の振動やＹ方向の振動を発生させる。

特開２０１６－１２７７８９号公報

特許文献１に記載のアクチュエータは、長円形状の空芯コイルと、平面形状の磁石とを空芯コイルの長辺部分と磁石とを対向させるように配置して１軸方向のリニアアクチュエータとして用いることのできる磁気駆動回路を構成し、このような磁気駆動回路を複数用いることによって、直交する２方向の動きを発生させている。特許文献１の磁気駆動回路は、大型の磁石を用いて構成される。従って、直交する２方向の動きを発生させる２軸のアクチュエータを構成する場合、大型の磁石を複数用いるため、部品コストが高いという問題がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、直交する２方向の動きを発生させるアクチュエータを低コストで提供することにある。

本発明の他の課題は、直交する２方向の動きを発生させるアクチュエータを用いた入力装置およびコントロールシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るアクチュエータは、開口した窓部が設けられた支持体と、前記支持体に保持される第１モータ、および、前記第１モータの回転に基づき前記支持体に対して第１方向へ移動する第１スライダを備えた第１移動機構と、前記支持体に保持される第２モータ、および、前記第２モータの回転に基づき前記支持体に対して前記第１方向と直交する第２方向へ移動する第２スライダを備えた第２移動機構と、前記第１スライダに対して前記第１方向へ相対移動不能且つ前記第２方向へ相対移動可能に係合すると共に、前記第２スライダに対して前記第２方向へ相対移動不能且つ前記第１方向へ相対移動可能に係合する操作体と、を有し、前記第１スライダは、前記第２方向に延在する第１の長孔を備え、前記第２スライダは、前記第１方向に延在する第２の長孔を備え、前記操作体は、前記第１の長孔と前記第２の長孔に挿入される被駆動部と、前記被駆動部とは反対側から前記窓部を貫通して前記窓部から突出する出力部とを備え、前記出力部は、前記窓部の開口範囲内で移動可能であることを特徴とする。

本発明では、第１モータの回転を第１スライダの直進運動に変換し、第２モータの回転を第２スライダの直進運動に変換し、これら２つのスライダを直交する２方向に移動させることによって、操作体を平面内で任意の方向へ移動させることができる。従って、操作体に触れた操作者に対して、第１方向の振動と第２方向の振動を組み合わせた振動を体感させることができる。このように、モータを用いた２組の移動機構を用いて２軸のアクチ
ュエータを構成する場合には、空芯コイルと磁石を用いた１軸のリニアアクチュエータを２組用いる場合と比較して部品コストを低くすることができる。従って、直交する２方向の動きを発生させるアクチュエータを低コストで提供することができる。また、このようにすると、被駆動部は、第１スライダに対しては第２方向へ自由に相対移動し、且つ、第２スライダに対しては第１方向へ自由に相対移動する。従って、第１スライダと第２スライダを独立して移動させて、操作体を平面内の任意の方向へ移動させることができる。

本発明において、前記第１移動機構は、前記第１モータの回転に基づいて回転する第１ピニオン、および、前記第１スライダに形成されて前記第１方向に延在する第１ラック部を備え、前記第２移動機構は、第２モータの回転に基づいて回転する第２ピニオン、および、前記第２スライダに形成されて前記第２方向に延在する第２ラック部を備えることが好ましい。このようにすると、モータの回転を直進運動に変換させて、１軸方向の移動機構として用いることができる。

この場合に、前記第１モータの出力軸と前記第１ピニオンとの間の回転伝達経路と、前記第２モータの出力軸と前記第２ピニオンとの間の回転伝達経路のいずれか一方には、第１の傘歯車、および、前記第１の傘歯車と直交する軸線回りに回転する第２の傘歯車が設けられていることが好ましい。このようにすると、第１モータと第２モータを平行に配置した状態で、第１スライダと第２スライダを直交する方向へ移動させることができる。従って、第１モータと第２モータを９０°傾けて配置する必要がないので、第１モータと第２モータを配置するスペースの平面サイズを小さくすることができる。従って、アクチュエータの平面サイズを小さくすることができる。

本発明において、前記第１スライダの前記第１方向の位置、および、前記第２スライダの前記第２方向の位置を検出するセンサ部と、前記センサ部の出力に基づいて前記第１モータおよび前記第２モータを制御する制御部と、を有することが好ましい。このようにすると、第１スライダの実際の駆動量を第１センサで検出し、第２スライダの実際の駆動量を第２センサで検出できるので、操作体の現在位置を検出することができる。また、現在位置に基づいてフィードバック制御を行うことができるので、操作体の動きを精度良く制御することができる。

この場合に、前記センサ部は、前記支持体に設けられた第１ホール素子、および、前記第１スライダに設けられた第１磁石を備えた第１センサと、前記支持体に設けられた第２ホール素子、および、前記第２スライダに設けられた第２磁石を備えた第２センサと、を備える態様を採用することができる。

次に、本発明は、上記のアクチュエータ、および、前記操作体に対する操作を検出する第１操作検出部を備えた入力装置であって、前記制御部は、前記第１操作検出部の出力、もしくは、上位装置からの制御命令に基づいて前記第１モータおよび前記第２モータを制御することを特徴とする。このようにすると、入力装置において、操作体に対する操作の態様に応じた動きを操作体に行わせることができる。従って、操作の態様に応じた振動を
操作者に体感させることができる。

また、本発明は、上記の入力装置と、前記入力装置と通信を行うコントロールユニットと、を有するコントロールシステムであって、前記コントロールユニットは、前記入力装置から供給された前記操作体の操作に関する信号に基づいてコントロール対象の制御を行うと共に、前記入力装置に対して前記操作体の動きを制御する制御信号を供給することを特徴とする。このようにすると、コントロールユニットとは異なる場所に設置した入力装置で操作入力を行うことができ、その際、操作の態様に応じた振動を操作者に体感させることができる。従って、コントロールユニットを見ずに、手指で感じた振動によって操作の内容を認識することができる。

本発明では、第１モータの回転を第１スライダの直進運動に変換し、第２モータの回転を第２スライダの直進運動に変換し、これら２つのスライダを直交する２方向に移動させることによって、操作体を平面内で任意の方向へ移動させることができる。従って、操作体に触れた操作者に対して、第１方向の振動と第２方向の振動を組み合わせた振動を体感させることができる。このように、モータを用いた２組の移動機構を用いて２軸のアクチュエータを構成する場合には、空芯コイルと磁石を用いた１軸のリニアアクチュエータを２組用いる場合と比較して部品コストを低くすることができる。従って、直交する２方向の動きを発生させるアクチュエータを低コストで提供することができる。

本発明を適用した実施形態１のアクチュエータの斜視図である。 実施形態１のアクチュエータの分解斜視図である。 実施形態１のアクチュエータの分解斜視図である。 実施形態１のアクチュエータの分解斜視図である。 本発明を適用した実施形態２のアクチュエータの斜視図である。 実施形態２のアクチュエータの分解斜視図である。 実施形態３のアクチュエータのブロック図である。 本発明を適用した入力装置、および、入力装置を用いたコントロールシステムのブロック図である。 本発明を適用した入力装置を用いて行われるコントロールユニットの操作の例を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、互いに交差する３つの方向を各々、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向として説明する。Ｚ方向はＸ方向（第１方向）およびＹ方向（第２方向）に対して直交する方向である。また、Ｘ方向の一方側にＸ１を付し、Ｘ方向の他方側にＸ２を付し、Ｙ方向の一方側にＹ１を付し、Ｙ方向の他方側にＹ２を付し、Ｚ方向の一方側にＺ１を付し、Ｚ方向の他方側にＺ２を付して説明する。

（アクチュエータ：実施形態１）
図１は、本発明を適用した実施形態１のアクチュエータ１の斜視図である。図１（ａ）はＺ方向の一方側Ｚ１から見た斜視図であり、図１（ｂ）はＺ方向の他方側Ｚ２から見た斜視図である。また、図２は実施形態１のアクチュエータ１の分解斜視図であり、ベース２１からカバー２２を取り外した状態を示す。アクチュエータ１は、支持体２と、支持体２に対してＸ方向（第１方向）およびＹ方向（第２方向）へ相対移動する操作体３と、操作体３をＸ方向へ移動させる第１移動機構４と、操作体３をＹ方向へ移動させる第２移動
機構５と、操作体３の現在位置を検出するセンサ部６を備える。図１（ａ）、図２に示すように、操作体３は、支持体２の内部においてＸ方向およびＹ方向に移動可能な状態で保持される円板状の本体部３１と、支持体２に設けられた矩形の窓部２０からＺ方向の一方側Ｚ１へ突出する出力部３２を備える。出力部３２は、窓部２０の開口範囲内でＸＹ面内の任意の方向へ移動可能である。

支持体２は、Ｚ方向から見て略正方形のベース２１およびカバー２２を備える。ベース２１は所定の厚さを有する板状である。図２に示すように、ベース２１のＺ方向の一方側Ｚ１の面には、第１移動機構４の第１スライダ４５、および、第２移動機構５の第２スライダ５５を配置する凹部２３が形成されている。第２スライダ５５は凹部２３の底部に配置され、第１スライダ４５は、第２スライダ５５に対してＺ方向の一方側Ｚ１から重なった状態で凹部２３に配置される。操作体３は、第１スライダ４５に対してＺ方向の一方側Ｚ１から重なった状態で配置される。カバー２２は、ベース２１に対してＺ方向の一方側Ｚ１から取り付けられる。カバー２２は、窓部２０が形成された上板部２２１と、上板部２２１の外周縁からＺ方向の他方側Ｚ２へ延びる側板部２２２を備える。側板部２２２は、ベース２１の外周縁に当接する。

図１（ｂ）に示すように、ベース２１のＺ方向の他方側Ｚ２には、第１モータ４０および第２モータ５０が配置される。第１モータ４０および第２モータ５０は、軸線方向をＹ方向に向けて略平行に配置される。本形態では、第１モータ４０と第２モータ５０は同一のモータである。第１モータ４０の出力軸４１と第２モータ５０の出力軸５１は逆方向を向いている。すなわち、第１モータ４０の出力軸４１はＹ方向の一方側Ｙ１を向いており、第２モータ５０の出力軸５１はＹ方向の他方側Ｙ２を向いている。第１モータ４０は、第１フレーム４２によってベース２１に固定される。また、第２モータ５０は、第２フレーム５２によってベース２１に固定される。

図３、図４は実施形態１のアクチュエータの分解斜視図である。図３はＺ方向の一方側Ｚ１から見た図であり、カバー２２の図示を省略し、操作体３、第１スライダ４５、第２スライダ５５をベース２１から分離した状態を示す。また、図４はＺ方向の他方側Ｚ２から見た図であり、第１モータ４０、第１フレーム４２、第１ピニオン４３ならびに第２モータ５０、第２フレーム５２、および第１傘歯車５８をベース２１から分離した状態を示す。

図３に示すように、操作体３は、本体部３１からＺ方向の他方側Ｚ２へ突出する被駆動部３３を備える。操作体３は、第１スライダ４５に対してＸ方向へ相対移動不能且つＹ方向へ相対移動可能に係合すると共に、第２スライダ５５に対してＹ方向へ相対移動不能且つＸ方向へ相対移動可能に係合する。本形態では、被駆動部３３は本体部３１からＺ方向の他方側Ｚ２へ突出する軸部であり、第１スライダ４５に形成された第１の長孔４５１、および、第２スライダ５５に形成された第２の長孔５５１に通される。第１の長孔４５１はＹ方向に延在し、第２の長孔５５１はＸ方向に延在する。従って、第１スライダ４５がＸ方向に移動すると、操作体３は被駆動部３３を介してＸ方向へ駆動される。また、第２スライダ５５がＹ方向に移動すると、操作体３は被駆動部３３を介してＹ方向へ駆動される。よって、第１スライダ４５と第２スライダ５５の動作を組み合わせることによって、操作体３をＸＹ面内の任意の方向へ移動させることができる。

（第１移動機構）
図３、図４に示すように、第１移動機構４は、第１モータ４０と、第１モータ４０の出力軸４１に固定される第１ピニオン４３と、第１ピニオン４３と噛み合う第１ラック部４４を備えた第１スライダ４５と、第１スライダ４５をＸ方向へ移動可能に支持する第１ガイド軸４６を備える。第１ガイド軸４６はＸ方向に延在し、ベース２１に形成された第１
溝部２４に配置される。図３に示すように、第１溝部２４はベース２１に形成された凹部２３のＹ方向の一方側Ｙ１の端部においてＸ方向に延在し、ベース２１をＺ方向に貫通する。第１スライダ４５は、第１の長孔４５１が形成された略矩形の板状部４５２と、板状部４５２のＹ方向の一方側Ｙ１の縁に形成されたスライド部４５３を備えており、板状部４５２は凹部２３に配置され、スライド部４５３は第１溝部２４に配置される。スライド部４５３には、Ｘ方向に離間した２箇所に凸部４５４が形成されており、各凸部４５４に形成された孔に第１ガイド軸４６が通されている。また、スライド部４５３のＺ方向の他方側Ｚ２の端部には、Ｘ方向に延在する第１ラック部４４が形成されている。

図２、図４に示すように、第１モータ４０の端面から突出する軸受部４７は、第１フレーム４２に形成された切欠き４２１に嵌まっており、軸受部４７から出力軸４１が突出する。出力軸４１に固定された第１ピニオン４３は、ベース２１に形成された第１溝部２４からＺ方向の他方側Ｚ２へ突出する第１ラック部４４と噛み合っている。従って、第１モータ４０に駆動電流が供給され、出力軸４１が回転すると、第１ピニオン４３と第１ラック部４４によって構成されるラック－ピニオン機構により、第１スライダ４５がＸ方向に移動する。

（第２移動機構）
第２移動機構５は、第２モータ５０と、第２モータ５０の出力軸５１に固定される第１傘歯車５８と、第１傘歯車５８と噛み合う第２傘歯車５９と、第２傘歯車５９と一体に回転する第２ピニオン５３と、第２ピニオン５３と噛み合う第２ラック部５４を備えた第２スライダ５５と、第２スライダ５５をＹ方向へ移動可能に支持する第２ガイド軸５６を備える。第２ガイド軸５６はＹ方向に延在し、ベース２１に形成された第２溝部２５に配置される。図３に示すように、第２溝部２５は、ベース２１に形成された凹部２３のＸ方向の略中央部においてＹ方向に延在し、ベース２１をＺ方向に貫通する。第２スライダ５５は、第２の長孔５５１が形成された略矩形の板状部５５２と、板状部５５２からＺ方向の他方側Ｚ２へ突出する凸部５５４を備える。板状部５５２は凹部２３に配置され、凸部５５４は第１溝部２４に配置される。凸部５５４は、Ｙ方向に離間した２箇所に形成されており、各凸部５５４に形成された孔に第２ガイド軸５６が通されている。また、図３に示すように、板状部５５２のＸ方向の他方側Ｘ２の端部には、Ｙ方向に延在する第２ラック部５４が形成されている。

図２、図４に示すように、第２モータ５０の出力軸５１には第１傘歯車５８が固定されている。図４に示すように、ベース２１には、第１傘歯車５８と噛み合う第２傘歯車５９、および、第２傘歯車５９と一体に回転する第２ピニオン５３（図３参照）を回転可能に配置する凹部２６が形成されている。図３に示すように、ベース２１の凹部２３には、第２ピニオン５３の歯部を露出させる窓部２７が形成されている。第２スライダ５５を凹部２３に配置すると、第２スライダ５５に形成された第２ラック部５４と第２ピニオン５３とが噛み合って、ラック－ピニオン機構が構成される。従って、第２モータ５０に駆動電流が供給され、出力軸５１が回転すると、第１傘歯車５８と第２傘歯車５９によってＹ方向を向く軸線周りの回転がＺ方向を向く軸線周りの回転に変換されて、第２ピニオン５３に伝達される。そして、第２ピニオン５３と第２ラック部５４によって構成されるラック－ピニオン機構により、第２スライダ５５がＹ方向に移動する。

（センサ部）
センサ部６は、操作体３をＸ方向に移動させる第１スライダ４５のＸ方向の現在位置を検出する第１センサ部６Ｘと、操作体３をＹ方向に移動させる第２スライダ５５のＹ方向の位置を検出する第２センサ部６Ｙを備える。第１センサ部６Ｘは、ベース２１の第１溝部２４の内壁面に取り付けられた第１ホール素子６１と、第１スライダ４５に取り付けられた第１磁石６２を備える。第１ホール素子６１はＸ方向に離間した２箇所に配置され、
２箇所の第１ホール素子６１の出力に基づき、第１スライダ４５が移動したときの第１磁石６２の磁界の変化を検出する。第２センサ部６Ｙは、ベース２１の凹部２３の内壁面に取り付けられた第２ホール素子６３と、第２スライダ５５に取り付けられた第２磁石６４を備える。第２ホール素子６３はＹ方向に離間した２箇所に配置されており、２箇所の第２ホール素子６３の出力に基づき、第２スライダ５５が移動したときの第２磁石６４の磁界の変化を検出する。

センサ部６は、第１スライダ４５のＸ方向の現在位置、および、第２スライダ５５のＹ方向の現在位置を検出するので、操作体３の現在位置を検出することができる。従って、センサ部６の出力を第１モータ４０および第２モータ５０の駆動制御を行う制御部にフィードバックすることにより、精度良く第１スライダ４５および第２スライダ５５の動きを制御することができ、精度良く操作体３の動きを制御することができる。従って、操作体３に意図した振動を正確に行わせることができ、操作者に意図した振動を感じさせることができる。

（アクチュエータ：実施形態２）
図５は本発明を適用した実施形態２のアクチュエータ１の斜視図である。図５（ａ）はＺ方向の一方側Ｚ１から見た斜視図であり、図５（ｂ）はＺ方向の他方側Ｚ２から見た斜視図である。また、図６は実施形態２のアクチュエータ１の分解斜視図であり、カバー２２の図示を省略し、操作体３、第１スライダ４５、第２スライダ５５をベース２１から分離した状態を示す。実施形態２のアクチュエータ１は、支持体２と、支持体２に対してＸ方向（第１方向）およびＹ方向（第２方向）へ相対移動する操作体３と、操作体３をＸ方向へ移動させる第１移動機構４と、操作体３をＹ方向へ移動させる第２移動機構５と、操作体３の現在位置を検出するセンサ部６を備える。以下、実施形態１と異なる点のみ説明し、実施形態１と同一の点は説明を省略する。

実施形態１では、第１モータ４０と第２モータ５０の出力軸４１、５１を互いに逆向きにしてＹ方向に平行配置しているが、実施形態２では、第１モータ４０と第２モータ５０の出力軸４１、５１をＺ方向の一方側Ｚ１に向けた姿勢としている。図６に示すように、実施形態２では、ベース２１に形成された凹部２３内に第１ピニオン４３と第２ピニオン５３を回転可能な状態で露出させている。第１スライダ４５には、Ｘ方向に延在する縁部に沿って第１ラック部４４が形成されている。また、第２スライダ５５には、Ｙ方向に延在する縁部に沿って第２ラック部５４が形成されている。

実施形態２では、実施形態１のように傘歯車を用いて第２ピニオン５３の回転軸線を第１ピニオン４３の回転軸線と直交する方向に向ける必要がない。従って、第２移動機構５の部品点数を少なくすることができる。また、第１モータ４０と第２モータ５０の軸線方向がＺ方向を向いているので、Ｚ方向から見た第１モータ４０と第２モータ５０の平面サイズを小さくすることができる。従って、Ｚ方向から見たアクチュエータ１の平面サイズを小さくすることができる。

なお、本発明を適用したアクチュエータ１における第１モータ４０と第２モータ５０の配置は、実施形態１、２のような配置に限定されるものではない。例えば、第１モータ４０の軸線方向をＹ方向に向けると共に、第２モータ５０の軸線方向をＸ方向に向けて配置した場合においても、傘歯車を用いずに第２移動機構５を構成することができる。

（アクチュエータ：実施形態３）
図７は実施形態３のアクチュエータ１Ａのブロック図である。実施形態３のアクチュエータ１Ａは、実施形態１、２のアクチュエータ１に、モータドライバ７と、制御部８と、通信部９を搭載したものである。実施形態１、２のアクチュエータ１は、上位装置からの
制御によって第１モータ４０および第２モータ５０に駆動電流が供給されるものであったが、実施形態３では、アクチュエータ１Ａの内部にモータドライバ７および制御部８を組み込んでいる。制御部８は、モータドライバ７に制御信号を供給して、第１モータ４０および第２モータ５０の駆動電流を制御する。制御部８には、センサ部６の出力が入力される。制御部８は、センサ部６の出力に基づき、操作体３の目標位置と現在位置とのずれを解消するためのフィードバック制御を行う。これにより、精度良く操作体３の動きを制御することができる。

制御部８は、通信部９を介して図示しない上位装置と通信を行う。上位装置は、操作体３に行わせる動きを指示する制御信号を制御部８に供給する。例えば、操作体３の振動パターン（振動方向や振動周波数など）、振動させるタイミングなどを指示する制御信号を制御部８に供給して、操作体３に意図した振動を行わせる。また、振動パターンには、操作体３の移動方向に応じて加速度を異ならせることによって方向性のある振動を行わせる振動パターンが含まれていても良い。このような構成では、上位装置は第１モータ４０および第２モータ５０に対応した制御を行う必要がなく、アクチュエータ１の制御部８は第１モータ４０および第２モータ５０の制御を行うだけでよい。従って、制御部８には汎用性を持たせる必要がないので、制御部８の構成を簡素化することができる。また、上位装置では第１モータ４０および第２モータ５０に対応した制御を行う必要がないので、汎用性のあるアクチュエータ１Ａとして用いることができる。

（入力装置）
図８は本発明を適用した入力装置１００、および、入力装置１００を用いたコントロールシステム３００のブロック図である。本発明を適用したアクチュエータ１、１Ａは、操作体３に手指で触れて操作を行う入力装置１００に用いることができる。図８の入力装置１００は、実施形態３のアクチュエータ１Ａと、操作体３に対する操作を検出する第１操作検出部１０を備える。例えば、アクチュエータ１Ａを操作用のボタンに搭載し、操作体３に触れてボタンを操作する場合に、第１操作検出部１０は、このような操作が行われたことを検出する。あるいは、操作の態様や操作量を検出する。そして、検出内容に応じた検出信号を制御部８に入力する。

アクチュエータ１Ａの制御部８は、第１操作検出部１０の検出信号に基づき、この検出信号に対応する振動パターンおよびタイミングで操作体３を振動させる制御を行うことができる。これにより、操作者が操作体３に触れて操作を行った場合に、操作を行ったことを振動で体感させることができる。つまり、操作者に、操作に応じた体感をフィードバックすることができる。また、操作の態様や操作量に応じて振動パターンを変えることもでき、操作の内容を振動パターンとして体感させて認識させることができる。

また、図８に示すように、入力装置１００は、通信部９を介してコントロールユニット２００と通信可能となっており、入力装置１００とコントロールユニット２００によってコントロールシステム３００が構成されている。コントロールシステム３００は、例えば、車両などに搭載される機器（コントロール対象）を制御するためのコントロールシステムとして用いることができる。コントロールユニット２００は、液晶表示装置などの表示部２１０およびタッチパネル２２０と、制御部２３０を備えている。また、タッチパネル２２０以外の操作手段を備えていてもよい。制御部２３０は、表示部２１０に表示される画面構成や操作用のアイコンの座標情報などを制御する第１制御部２３１と、入力装置１００との間で通信を行って操作体３に関連する制御を行う第２制御部２３２を備える。例えば、第２制御部２３２には、入力装置１００から、操作体３に対して行われた操作に関する操作信号が供給される。また、第２制御部２３２から入力装置１００に対して、操作体３において発生させる触覚の態様（すなわち、操作体３の振動パターン）を制御する制御信号を供給する。

図９は、本発明を適用した入力装置１００を用いて行われるコントロールユニット２００の操作の例を示す説明図である。図９（ａ）は、表示部２１０に表示されるアイコンの選択操作を入力装置１００によって行う例を示す。また、図９（ｂ）は、表示部２１０に表示されるアイコンを選択して風量の設定を行う例を示す。図９（ａ）、図９（ｂ）に示す例では、いずれも、入力装置１００では、第１操作検出部１０が操作体３の操作量を検出して、操作量に対応する操作信号をコントロールユニット２００に供給する。コントロールユニット２００では、供給された操作信号に基づき、表示部２１０に表示されるポインタ２１１を移動させる。

図９（ａ）、図９（ｂ）の下部のグラフは、ポインタ位置と操作体３に対するフィードバック量（操作体３の振動）を示している。コントロールユニット２００では、入力装置１００から供給された操作信号に基づき、表示部２１０に表示されるポインタ２１１を移動させてポインタ２１１による入力制御を行う。また、コントロールユニット２００から入力装置１００に対して、ポインタ２１１の位置（座標）に対応する触覚を発生させるための制御信号を供給する。例えば、図９（ａ）の例では、ポインタ２１１がアイコンとアイコンの境界を通過する際に、操作者へのフィードバックとして、触覚を感じさせるための操作体３の振動を発生させる制御信号を入力装置１００に供給する。これにより、ポインタが複数のアイコンに沿って移動したことを触覚によって認識することができる。また、図９（ｂ）の例では、風量が切り換わる際に、操作者へのフィードバックとして、風量に対応する触覚を発生させるための操作体３の振動を発生させる制御信号を入力装置１００に供給する。これにより、風量の設定が切り換わったことを触覚によって認識することができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のアクチュエータ１は、第１モータ４０の回転を第１スライダ４５の直進運動に変換し、第２モータ５０の回転を第２スライダ５５の直進運動に変換し、これら２つのスライダ４５、５５を直交する２方向に移動させることによって、操作体３を平面内で任意の方向へ移動させることができる。従って、操作体３に触れた操作者に対して、Ｘ方向の振動とＹ方向の振動を組み合わせた振動を体感させることができる。このように、モータを用いた２組の移動機構を用いて２軸のアクチュエータを構成する場合には、空芯コイルと磁石を用いた１軸のリニアアクチュエータを２組用いる場合と比較して部品コストを低くすることができる。従って、直交する２方向の動きを発生させるアクチュエータ１を低コストで提供することができる。

本形態のアクチュエータ１では、Ｙ方向に延在する第１の長孔４５１を備えた第１スライダ４５、および、Ｘ方向に延在する第２の長孔５５１を備えた第２スライダ５５によって操作体３を駆動するので、第１スライダ４５と第２スライダ５５を独立して移動させて、操作体３を平面内の任意の方向へ移動させることができる。なお、本形態では、操作体３の被駆動部３３を凸部（軸部）とし、第１スライダ４５と第２スライダ５５に孔を形成しているが、操作体３に孔や凹部を形成し、第１スライダ４５と第２スライダ５５に凸部を形成することもできる。

本形態では、第１モータ４０の回転を第１スライダ４５の直進運動に変換する機構、および、第２モータ５０の回転を第２スライダ５５の直進運動に変換する機構としてラック－ピニオン機構を用いている。そして、第２モータ５０の出力軸５１と第２ピニオン５３との間の回転伝達経路には、第１傘歯車５８と第２傘歯車５９が設けられている。従って、第１モータ４０と第２モータ５０を平行に配置した状態で、第１スライダ４５と第２スライダ５５を直交する方向へ移動させることができる。従って、第１モータ４０と第２モータ５０を９０°傾けて配置する必要がないので、第１モータ４０と第２モータ５０を配
置するスペースの平面サイズを小さくすることができる。従って、アクチュエータ１の平面サイズを小さくすることができる。

本形態では、センサ部６として、第１スライダ４５のＸ方向の位置を検出する第１センサ部６Ｘ、および、第２スライダ５５のＹ方向の位置を検出する第２センサ部６Ｙを備えており、センサ部６の出力に基づいて第１モータ４０および第２モータ５０を制御する。従って、操作体３の現在位置を検出することができるので、操作体３の現在位置に基づいてフィードバック制御を行うことができる。従って、操作体３の動きを精度良く制御することができる。

本形態のアクチュエータ１Ａは、上記のアクチュエータ１に対して、モータドライバ７と、制御部８と、通信部９を搭載したものとすることができる。すなわち、アクチュエータ１Ａは、内部にモータドライバ７および制御部８を組み込んでいる。制御部８は、モータドライバ７に制御信号を供給して、第１モータ４０および第２モータ５０の駆動電流を制御する。制御部８には、センサ部６の出力が入力される。制御部８は、センサ部６の出力に基づき、操作体３の目標位置と現在位置とのずれを解消するためのフィードバック制御を行う。これにより、精度良く操作体３の動きを制御することができる。また、制御部８は、通信部９を介して図示しない上位装置と通信を行い、上位装置は、操作体３の振動パターン（振動方向や振動周波数など）、振動させるタイミングなどを指示する制御信号を制御部８に供給して、操作体３に意図した振動を行わせることができる。このような構成では、上位装置は第１モータ４０および第２モータ５０に対応した制御を行う必要がなく、アクチュエータ１の制御部８は第１モータ４０および第２モータ５０の制御を行うだけでよい。従って、制御部８には汎用性を持たせる必要がないので、制御部８の構成を簡素化することができる。また、上位装置では第１モータ４０および第２モータ５０に対応した制御を行う必要がないので、汎用性のあるアクチュエータ１Ａとして用いることができる。

本形態のアクチュエータ１Ａは、操作体３に対する操作を検出する第１操作検出部１０を備えた入力装置１００を構成することができる。このようにすると、入力装置１００において、操作体３に対する操作の態様に応じた動きを操作体３に行わせることができる。従って、操作の態様に応じた振動を操作者に体感させることができる。

本形態の入力装置１００、および、入力装置１００と通信を行うコントロールユニット２００によってコントロールシステム３００を構成することができる。例えば、コントロールユニット２００は、入力装置１００から供給された操作体３の操作に関する信号に基づいてコントロール対象の制御を行うと共に、入力装置１００に対して操作体３の動きを制御する制御信号を供給する。このようにすると、コントロールユニット２００とは異なる場所に設置した入力装置１００で操作入力を行うことができ、その際、操作の態様に応じた振動を操作者に体感させることができる。従って、コントロールユニット２００を見ずに、手指で感じた振動によって操作の内容を認識することができる。

１、１Ａ…アクチュエータ、２…支持体、３…操作体、４…第１移動機構、５…第２移動機構、６…センサ部、６Ｘ…第１センサ部、６Ｙ…第２センサ部、７…モータドライバ、８…制御部、９…通信部、１０…第１操作検出部、２０…窓部、２１…ベース、２２…カバー、２３…凹部、２４…第１溝部、２５…第２溝部、２６…凹部、２７…窓部、３１…本体部、３２…出力部、３３…被駆動部、４０…第１モータ、４１…第１出力軸、４２…第１フレーム、４３…第１ピニオン、４４…第１ラック部、４５…第１スライダ、４６…第１ガイド軸、４７…軸受部、５０…第２モータ、５１…第２出力軸、５２…第２フレーム、５３…第２ピニオン、５４…第２ラック部、５５…第２スライダ、５６…第２ガイド
軸、５８…第１傘歯車、５９…第２傘歯車、６１…第１ホール素子、６２…第１磁石、６３…第２ホール素子、６４…第２磁石、１００…入力装置、２００…コントロールシステム、２１０…表示部、２１１…ポインタ、２２０…タッチパネル、２２１…上板部、２２２…側板部、２３０…制御部、２３１…第１制御部、２３２…第２制御部、３００…コントロールシステム、４５１…第１の長孔、４５２…板状部、４５３…スライド部、４５４…凸部、５５１…第２の長孔、５５２…板状部、５５４…凸部

Claims (7)

1. 開口した窓部が設けられた支持体と、
   前記支持体に保持される第１モータ、および、前記第１モータの回転に基づき前記支持体に対して第１方向へ移動する第１スライダを備えた第１移動機構と、
   前記支持体に保持される第２モータ、および、前記第２モータの回転に基づき前記支持体に対して前記第１方向と直交する第２方向へ移動する第２スライダを備えた第２移動機構と、
   前記第１スライダに対して前記第１方向へ相対移動不能且つ前記第２方向へ相対移動可能に係合すると共に、前記第２スライダに対して前記第２方向へ相対移動不能且つ前記第１方向へ相対移動可能に係合する操作体と、を有し、
   前記第１スライダは、前記第２方向に延在する第１の長孔を備え、
   前記第２スライダは、前記第１方向に延在する第２の長孔を備え、
   前記操作体は、前記第１の長孔と前記第２の長孔に挿入される被駆動部と、前記被駆動部とは反対側から前記窓部を貫通して前記窓部から突出する出力部とを備え、
   前記出力部は、前記窓部の開口範囲内で移動可能であることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記第１移動機構は、前記第１モータの回転に基づいて回転する第１ピニオン、および、前記第１スライダに形成されて前記第１方向に延在する第１ラック部を備え、
   前記第２移動機構は、第２モータの回転に基づいて回転する第２ピニオン、および、前記第２スライダに形成されて前記第２方向に延在する第２ラック部を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記第１モータの出力軸と前記第１ピニオンとの間の回転伝達経路と、前記第２モータの出力軸と前記第２ピニオンとの間の回転伝達経路のいずれか一方には、第１の傘歯車、および、前記第１の傘歯車と直交する軸線回りに回転する第２の傘歯車が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第１スライダの前記第１方向の位置、および、前記第２スライダの前記第２方向の位置を検出するセンサ部と、
   前記センサ部の出力に基づいて前記第１モータおよび前記第２モータを制御する制御部
   と、を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のアクチュエータ。
5. 前記センサ部は、
   前記支持体に設けられた第１ホール素子、および、前記第１スライダに設けられた第１磁石を備えた第１センサと、
   前記支持体に設けられた第２ホール素子、および、前記第２スライダに設けられた第２磁石を備えた第２センサと、を備えることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
6. 請求項４または５に記載のアクチュエータ、および、前記操作体に対する操作を検出する第１操作検出部を備えた入力装置であって、
   前記制御部は、前記第１操作検出部の出力、もしくは、上位装置からの制御命令に基づいて前記第１モータおよび前記第２モータを制御することを特徴とする入力装置。
7. 請求項６に記載の入力装置と、前記入力装置と通信を行うコントロールユニットと、を有するコントロールシステムであって、
   前記コントロールユニットは、前記入力装置から供給された前記操作体の操作に関する信号に基づいてコントロール対象の制御を行うと共に、前記入力装置に対して前記操作体の動きを制御する制御信号を供給することを特徴とするコントロールシステム。
   

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