WO2016208455A1 - 入力装置及び入力装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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振動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振動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振動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振動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振動を発生させることができる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (7)
- 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、
前記第1の部材と前記第2の部材との間の隙間の少なくとも一部に存在し、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。 - 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の部材と前記第2の部材との間に形成される隙間の少なくとも一部に、前記磁気粘性流体が存在する
請求項1または請求項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、
前記第1の部材と前記第2の部材との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2の部材との間に形成される隙間の少なくとも一部に、前記磁気粘性流体が存在する
請求項1または請求項2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4のいずれかの入力装置。 - 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4のいずれかの入力装置。 - 入力操作に応じて相対的に移動する第1の部材と第2の部材とを備える入力装置の制御方法であって、
前記第1の部材と前記第2の部材との間の隙間の少なくとも一部に存在する磁気粘性流体に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。
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