WO2017141834A1

WO2017141834A1 - 操作装置

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Publication number: WO2017141834A1
Application number: PCT/JP2017/004984
Authority: WO
Inventors: 高橋　一成; 厚志後藤
Original assignee: アルプス電気株式会社
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2017-08-24
Also published as: US10900535B2; EP3418853A1; CN108700907A; CN108700907B; JP6605702B2; EP3418853B1; JPWO2017141834A1; EP3418853A4; US20180320750A1

Abstract

操作装置１００は、操作者の操作により回転動作する操作体１１と、操作体１１を回転自在に支持する支持体３と、回転負荷を付与する回転負荷付与機構Ｆ５と、を備え、回転負荷付与機構Ｆ５が、操作体１１の回転軸１１ｊと係合している可動部材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、磁界の強さに応じて粘性が変化する磁気粘性流体と、を有し、磁気発生機構ＦＭ５が、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、第１ヨーク１５が、可動部材５５と対向する側において、スリット５５ｓで分割された第１対向部ＴＢ５と第２対向部ＴＣ５を有し、第１対向部ＴＢ５及び第２対向部ＴＣ５と可動部材５５との隙間５ｇに磁気粘性流体が充填されていることを特徴としている。

Description

操作装置

　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１０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１０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１１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１１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。

　そして、コイル９３１に通電を行うと、図１１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、この手動ブレーキ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。

特開２００３－５０６３９号公報特表２００５－５０７０６１号公報

　上述した磁界応答材料９４１（磁気粘性流体）の作用を利用することにより、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）を付与する方法が考えられる。しかしながら、手動ブレーキ９１１のような装置に適用する場合は、ロータ９２１の直径が大きいことが多く、充分な外力がロータ９２１（可動部材）に付与できるが、操作者が操作するような操作装置では、可動部材が小さく、充分な外力が可動部材に付与できないという課題があった。しかも、可動部材に付与する外力の制御を精度良く行い、操作者に対する良好な操作感触を与えるようにしたいという要望も強まってきた。

　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回転動作する操作体を有した操作部材と、該操作体を回転自在に支持する支持体と、前記操作体に対して回転負荷を付与する回転負荷付与機構と、を備えた回転型の操作装置であって、前記操作体には前記回転動作を可能にする回転軸を有し、前記回転負荷付与機構が、該回転軸と係合して前記回転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、前記第１ヨークが、前記可動部材と対向する側において、スリットで分割された第１対向部と第２対向部を有し、該第１対向部及び該第２対向部と前記可動部材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、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、第１ヨークの第１対向部から第２対向部にかけて磁路が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対向部と可動部材及び可動部材と第２対向部にかけて形成された磁束を横切る方向に回転動作する可動部材に対して、磁気粘性流体により回転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回転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、前記第１対向部における前記磁気粘性流体に臨む第１対向面の面積と前記第２対向部における前記磁気粘性流体に臨む第２対向面の面積とが同じであることを特徴としている。

　これによれば、磁束の入口と出口とで磁束密度が同等になり、磁界を効率的に粘性の制御に作用させることができる。このことにより、可動部材に対して均等に回転負荷を付与することができ、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ヨークの第１対向部から可動部材に、可動部材から第１ヨークの第２対向部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回転動作する可動部材に対して、より強い回転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回転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、第１ヨークの第１対向部から第２ヨークに、第２ヨークから第１ヨークの第２対向部にかけて磁路が確実に形成される。このため、可動部材の回転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、より強い回転負荷をかけることができる。このことにより、可動部材及び回転軸を介してより強い回転負荷を操作体に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回転動作する可動部材に対して、更なる回転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、前記可動部材が軟磁性体からなり、前記可動部材には、前記第１ヨークに設けられた前記スリットと対向した位置に、可動部スリットが設けら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、可動部材により閉じ込められることがなく、第１ヨーク及び可動部材を介して第２ヨークへ、第２ヨークから可動部材を介して第１ヨークへと、確実に貫くことができるようになる。このため、第１ヨークから第２ヨークまで誘導されず上側の磁気粘性流体や可動部材だけを通るようにショートカットして第１ヨークへ導かれる磁束を少なくすることができ、コイルから発生した磁界を磁気粘性流体に作用させることができる。

　また、本発明の操作装置は、前記可動部スリットの幅が前記第１ヨークの前記スリットの幅よりも小さいことを特徴としている。

　これによれば、第１ヨークからの磁束の広がりを可動部材で捕捉することができ、第２ヨークまで導くことができる。このことにより、コイルが発生した磁界を磁気粘性流体により確実に作用させることができる。

　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、第１ヨークの第１対向部から第２対向部にかけて磁路が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対向部と可動部材及び可動部材と第２対向部にかけて形成された磁束を横切る方向に回転動作する可動部材に対して、磁気粘性流体により回転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回転負荷がかかるようになる。

本発明の第１実施形態に係わる操作装置の上方斜視図である。本発明の第１実施形態に係わる操作装置の分解斜視図である。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３（ａ）は、図１に示すＺ１側から見た上面図であり、図３（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３（ａ）に示すＩＶ－ＩＶ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回転負荷付与機構を説明する図であって、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回転負荷付与機構を説明する図であって、図６（ａ）は、回転負荷付与機構の上方斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＹ２側から見た正面図である。本発明の第１実施形態に係わる操作装置の回転負荷付与機構を説明する図であって、図７（ａ）は、図６に示す第２ヨークを省略した下方斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す可動部材を更に省略した下方斜視図である。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８（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８（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回転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。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の上方斜視図である。図２は、操作装置１００の分解斜視図である。図３（ａ）は、図１に示すＺ１側から見た上面図であり、図３（ｂ）は、図１に示すＹ２側から見た正面図である。図４は、図３（ａ）に示すＩＶ－ＩＶ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３に示すような外観を呈し、図２に示すように、操作者の操作により回転動作する操作体１１を有した操作部材１と、操作体１１を回転自在に支持する支持体３と、操作体１１に対して回転負荷を付与する回転負荷付与機構Ｆ５と、を備えて主に構成されている。

　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、本体の側壁の一部を構成する側壁スペーサＳ１７と（図２を参照）、回転負荷付与機構Ｆ５の中に配設されるスリットスペーサＳ５７と（図４を参照）、を有している。そして、この回転型の操作装置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になっている。

　また、この操作装置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、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回転動作する操作体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２に示すように、円柱形状の柱部１１ｃと、柱部１１ｃの中心を貫き回転中心を中心とした回転軸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。そして、そして、操作体１１は、回転軸１１ｊを回転中心として回転（回動）するように構成されている。また、図４に示すように、ＯリングＲ７が、柱部１１ｃに挿通されて、柱部１１ｃとリング部１１ｒ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、可動部材５５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が収容空間から漏れ出すのを防止している。

　次に、操作装置１００の支持体３について説明する。支持体３は、図４に示すように、操作体１１の回転軸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が、操作体１１の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。

　また、支持体３の軸受け部３ｊは、図４に示すように、操作体１１の回転軸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の凹形状部分に回転軸１１ｊの端部が当接されて支持され、操作体１１の回転動作が容易に行われることを許容している。

　また、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２を参照）、図４に示すように、回転負荷付与機構Ｆ５（後述する磁気発生機構ＦＭ５の第１ヨーク１５の上ヨーク１５Ａ）の中央の上部に設けられた凹部（後述する図６（ａ）を参照）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。

　また、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２を参照）、図３（ａ）に示すように、回転負荷付与機構Ｆ５（上ヨーク１５Ａ）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の回転負荷付与機構Ｆ５について説明する。図５は、図４に示すＰ部分の拡大断面図である。図６（ａ）は、回転負荷付与機構Ｆ５の上方斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＹ２側から見た正面図である。図７（ａ）は、図６に示す第２ヨーク２５を省略した下方斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す可動部材５５を更に省略した下方斜視図である。

　回転負荷付与機構Ｆ５は、図４に示すように、回転軸１１ｊと係合して回転動作する可動部材５５と、図５に示すように、可動部材５５と隙間５ｇを挟んで一方側に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、回転負荷付与機構Ｆ５の磁気発生機構ＦＭ５は、図６（ａ）に示すような円柱形状を呈し、図５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、可動部材５５と隙間５ｇを挟んで他方側に対向する第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。そして、回転負荷付与機構Ｆ５は、操作者による回転操作を受けて、操作体１１に回転負荷付与機構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（操作ノブや操作つまみ等）へ回転負荷を付与するように構成されている。

　先ず、回転負荷付与機構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４に示すように、可動部材５５の一方側（図４に示すＺ１側）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２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４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の一方側（図４に示すＺ１側）とコイル３５の内側側壁（環状形状の中心側の側壁）とを覆う上ヨーク１５Ａと、コイル３５の外側側壁とコイル３５の他方側（図４に示すＺ２側）の一部とを覆う横ヨーク１５Ｂと、コイル３５の他方側の一部を覆う下ヨーク１５Ｃと、を有して構成されている。そして、第１ヨーク１５は、図５に示すように、可動部材５５の一方側に配設されて、横ヨーク１５Ｂの一部及び下ヨーク１５Ｃが可動部材５５と隙間５ｇ（第１隙間５ｇａ、図５を参照）を挟んで対向している。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。

　また、第１ヨーク１５は、図４及び図７（ｂ）に示すように、可動部材５５と対向する側において、横ヨーク１５Ｂと下ヨーク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の可動部材５５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と対向している下ヨーク１５Ｃの部分を、第２対向部ＴＣ５としている。また、図４及び図５に示すように、このスリット１５ｓ幅は、第１ヨーク１５と可動部材５５との隙間５ｇ（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ＴＢ５から第２対向部ＴＣ５にかけて磁路が可動部材５５側に広がって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１５ｓの部分には、図７（ｂ）に示すように、リング形状のスリットスペーサＳ５７（図２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（下ヨーク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、上ヨーク１５Ａ、横ヨーク１５Ｂ及び下ヨーク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。

　次に、磁気発生機構ＦＭ５の第２ヨーク２５は、図２に示すような円盤形状で形成されており、図４、図５及び図６（ｂ）に示すように、可動部材５５の他方側に配設され、可動部材５５と隙間５ｇ（第２隙間５ｇｂ、図５を参照）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ＴＢ５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の回転動作する方向（図６（ａ）に示すＸ－Ｙ平面を横切る方向）と垂直な方向（図６（ｂ）に示すＸ－Ｙ平面に垂直なＺ方向）に確実に磁路が形成される。

　また、第１ヨーク１５（横ヨーク１５Ｂ）の外周側と第２ヨーク２５の外周側との間には、本体の側壁の一部を構成する側壁スペーサ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形成されており、第１ヨーク１５（横ヨーク１５Ｂ）と第２ヨーク２５とを磁気回路において分割している。

　また、図４に示すように、第１ヨーク１５と第２ヨーク２５と側壁スペーサＳ１７とで、操作体１１の回転軸１１ｊに沿った方向（図４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。この狭い収容空間に、回転負荷付与機構Ｆ５の可動部材５５が配設されている。

　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Ｐ６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、回転負荷付与機構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２に示すように、回転軸１１ｊの回転中心を中心とした貫通穴を有した基部５５ｄと、基部５５ｄと一体に形成され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４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の回転軸１１ｊ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。

　可動部材５５の円盤部５５ｅは、操作装置１００が組み立てられた際には、図４に示すように、上述した狭い収容空間に収容される。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ＴＢ５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の回転動作する方向と垂直な方向により確実に磁路が形成される。

　また、円盤部５５ｅには、図２及び図７（ａ）に示すように、回転軸１１ｊの回転中心を中心とした仮想のリング形状を４つに分割した円弧形状の可動部スリット５５ｓが形成されている。この可動部スリット５５ｓは、図４及び図５に示すように、第１ヨーク１５に設けられたスリット１５ｓと対向した位置に設けられている。これにより、コイル３５から発生した磁束が、可動部材５５により閉じ込められることがなく、第１ヨーク１５及び可動部材５５を介して第２ヨーク２５へ、第２ヨーク２５から可動部材５５を介して第１ヨーク１５へと、確実に貫くことができるようになる。このことにより、第１ヨーク１５から第２ヨーク２５まで誘導されず上側の磁気粘性流体７５や可動部材５５だけを通るようにショートカットして第１ヨーク１５へ（横ヨーク１５Ｂから第２ヨーク２５を介さず下ヨーク１５Ｃへ）導かれる磁束を少なくすることができる。

　しかも、図５に示すように、可動部スリット５５ｓの幅が第１ヨーク１５のスリット１５ｓの幅よりも小さいので、第１ヨーク１５からの磁束の広がりを可動部材５５で捕捉することができ、第２ヨーク２５まで導くことができる。なお、可動部スリット５５ｓの幅の中心位置とスリット１５ｓの幅の中心位置とが一致するようにすると、より好適である。

　最後に、回転負荷付与機構Ｆ５の磁気粘性流体７５について説明する。図８は、磁気粘性流体７５について説明する模式図であって、図８（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８（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８（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８（ａ）に示すように、シリコーン樹脂等の合成樹脂有機溶剤等の溶質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８（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が回転動作する（図８（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が容易に回転動作する。

　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８（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８（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８（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８（ｂ）に示す状態）で、可動部材５５が回転動作すると、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、回転負荷付与機構Ｆ５は、操作者に対して回転操作の回転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９に示す。図９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９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。

　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。そして、磁気粘性流体７５は、図４に示すように、第１ヨーク１５と可動部材５５との隙間５ｇ（第１隙間５ｇａ、図５を参照）に配設され、特に、図５に示すように、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＢ５及び第２対向部ＴＣ５と可動部材５５との隙間５ｇに充填されている。これにより、第１対向部ＴＢ５と可動部材５５及び可動部材５５と第２対向部ＴＣ５にかけて形成された磁束を横切る方向に回転動作する可動部材５５に対して、磁気粘性流体７５により回転負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材５５及び回転軸１１ｊを介して操作体１１に回転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。

　しかも、本発明の第１実施形態では、図７（ｂ）に示す第１対向部ＴＢ５における磁気粘性流体７５に臨む第１対向面１５ｒの面積と第２対向部ＴＣ５における磁気粘性流体７５に臨む第２対向面１５ｔの面積とが同じである。これにより、磁束の入口と出口とで磁束密度が同等になり、コイル３５から発生した磁束を磁気粘性流体７５の粘性の制御に効率的に作用させることができる。このことにより、可動部材５５に対して均等に回転負荷を付与することができ、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。

　更に、本発明の第１実施形態では、可動部材５５と第２ヨーク２５との隙間５ｇ（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の第１対向部ＴＢ５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の第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の回転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、より強い回転負荷をかけることができる。このことにより、更なる回転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。

　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。

　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、操作体１１の回転軸１１ｊと係合して回転動作する可動部材５５と、可動部材５５の一方側に第１ヨーク１５を配設し、第１ヨーク１５が可動部材５５と対向する側にスリット１５ｓ（ヨークスリット）で分割された第１対向部ＴＢ５と第２対向部ＴＣ５を有し、第１対向部ＴＢ５及び第２対向部ＴＣ５と可動部材５５との隙間５ｇ（第１隙間５ｇａ）に磁気粘性流体７５が充填されている構成とした。これにより、コイル３５への通電により磁界が発生し、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＢ５から第２対向部ＴＣ５にかけて磁路が可動部材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対向部ＴＢ５と可動部材５５及び可動部材５５と第２対向部ＴＣ５にかけて形成された磁束を横切る方向に回転動作する可動部材５５に対して、磁気粘性流体７５により回転負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材５５及び回転軸１１ｊを介して操作体１１に回転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、第１対向部ＴＢ５の第１対向面１５ｒの面積と第２対向部ＴＣ５の第２対向面１５ｔの面積とが同じであるので、磁束の入口と出口とで磁束密度が同等になり、コイル３５から発生した磁束を磁気粘性流体７５の粘性の制御に効率的に作用させることができる。このことにより、可動部材５５に対して均等に回転負荷を付与することができ、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が軟磁性体からなるので、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＢ５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４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回転動作する可動部材５５に対して、より強い回転負荷がかかるようになる。このことにより、可動部材５５及び回転軸１１ｊを介して操作体１１により強い回転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、第１ヨーク１５の第１対向部ＴＢ５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にかけて磁路が確実に形成される。このため、可動部材５５の回転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、より強い回転負荷をかけることができる。このことにより、可動部材５５及び回転軸１１ｊを介してより強い回転負荷を操作体１１に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回転動作する可動部材５５に対して、更なる回転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、可動部材５５が軟磁性体からなり、可動部材５５には第１ヨーク１５のスリット１５ｓ（ヨークスリット）と対向した位置に可動部スリット５５ｓが設けられているので、コイル３５から発生した磁束が、可動部材５５により閉じ込められることがなく、第１ヨーク１５及び可動部材５５を介して第２ヨーク２５へ、第２ヨーク２５から可動部材５５を介して第１ヨーク１５へと、確実に貫くことができるようになる。このため、第１ヨーク１５から第２ヨーク２５まで誘導されず上側の磁気粘性流体７５や可動部材５５だけを通るようにショートカットして第１ヨーク１５へ導かれる（横ヨーク１５Ｂから第２ヨーク２５を介さず下ヨーク１５Ｃへ）磁束を少なくすることができ、コイル３５から発生した磁界を磁気粘性流体７５に作用させることができる。

　また、可動部スリット５５ｓの幅が第１ヨーク１５のスリット１５ｓの幅よりも小さいので、第１ヨーク１５からの磁束の広がりを可動部材５５で捕捉することができ、第２ヨーク２５まで導くことができる。このことにより、コイル３５が発生した磁界を磁気粘性流体７５により確実に作用させることができる。

　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、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、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４＞
　上記第１実施形態では、軟磁性体からなる可動部材５５に可動部スリット５５ｓを設けた構成であったが、可動部スリット５５ｓを設けない構成でも良い。その際には、可動部材５５を非磁性体とするのが好適である。

　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　回転軸
　　３　　　支持体
　　Ｆ５　　回転負荷付与機構
　　ＦＭ５　磁気発生機構
　　１５　　第１ヨーク
　　ＴＢ５　第１対向部
　　ＴＣ５　第２対向部
　　１５ｒ　第１対向面
　　１５ｔ　第２対向面
　　１５ｓ　スリット
　　２５　　第２ヨーク
　　５ｇ　　隙間
　　５ｇａ　第１隙間
　　５ｇｂ　第２隙間
　　３５　　コイル
　　５５　　可動部材
　　５５ｓ　可動部スリット
　　７５　　磁気粘性流体
　　１００　操作装置

Claims

　操作者の操作により回転動作する操作体を有した操作部材と、
該操作体を回転自在に支持する支持体と、
前記操作体に対して回転負荷を付与する回転負荷付与機構と、を備えた回転型の操作装置であって、
　前記操作体には前記回転動作を可能にする回転軸を有し、
　前記回転負荷付与機構は、
該回転軸と係合して前記回転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、
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、
　前記第１ヨークは、前記可動部材と対向する側において、スリットで分割された第１対向部と第２対向部を有し、
　該第１対向部及び該第２対向部と前記可動部材との隙間に前記磁気粘性流体が充填されている
　ことを特徴とする操作装置。
　前記第１対向部における前記磁気粘性流体に臨む第１対向面の面積と前記第２対向部における前記磁気粘性流体に臨む第２対向面の面積とが同じである
　ことを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
　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。
　前記磁気発生機構は、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。
　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
　ことを特徴とする請求項４に記載の操作装置。
　前記可動部材は、軟磁性体からなり、
　前記可動部材には、前記第１ヨークに設けられた前記スリットと対向した位置に、可動部スリットが設けられている
　ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の操作装置。
　前記可動部スリットの幅は、前記第１ヨークの前記スリットの幅よりも小さい
　ことを特徴とする請求項６に記載の操作装置。