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WO2015029335A1 - 操作装置 - Google Patents

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WO2015029335A1
WO2015029335A1 PCT/JP2014/003996 JP2014003996W WO2015029335A1 WO 2015029335 A1 WO2015029335 A1 WO 2015029335A1 JP 2014003996 W JP2014003996 W JP 2014003996W WO 2015029335 A1 WO2015029335 A1 WO 2015029335A1
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WO
WIPO (PCT)
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magnet
coil
cursor
repulsive force
force
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2014/003996
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
泉樹 立入
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to CN201480047661.8A priority Critical patent/CN105493007B/zh
Priority to DE112014003937.3T priority patent/DE112014003937T5/de
Priority to US14/912,934 priority patent/US10013080B2/en
Publication of WO2015029335A1 publication Critical patent/WO2015029335A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G06F3/0338—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of limited linear or angular displacement of an operating part of the device from a neutral position, e.g. isotonic or isometric joysticks
    • G—PHYSICS
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    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/01—Indexing scheme relating to G06F3/01
    • G06F2203/015—Force feedback applied to a joystick

Definitions

  • This disclosure relates to an operating device to which an operating force is input.
  • Patent Document 1 discloses an operation device that presents a tactile sensation to a finger or the like of an operator who is operating the tactile presentation member by applying a force from an actuator to a tactile presentation member as an operation unit to which an operation force is input.
  • This actuator has a magnet held on the first yoke plate and a coil held by a coil fixing member that can move integrally with the tactile sense providing member. Magnetic field lines generated by the magnet are guided to the coil by the second yoke plate disposed on the opposite side of the magnet and the first yoke plate with respect to the coil, and electromagnetic force (Lorentz force) generated by energizing the coil is presented as a tactile sensation. Acts on the member.
  • JP2004-112929A JP3997872 (B2)
  • the operating device according to Patent Document 1 holds a magnet fixedly and holds a coil movably.
  • the present inventor has studied an operating device in which a coil is fixedly held on a holding body and a magnet is held on a movable body.
  • the yoke plate disposed on the opposite side of the magnet with respect to the coil is fixedly held by the holding body together with the coil.
  • the magnetic attraction force acting between the yoke plate and the magnet acts across the holding body and the moving body, and the moving body is pressed against the holding body by the magnetic attraction force. . Therefore, when the moving body moves relative to the holding body, the frictional force generated between the moving body and the holding body is increased, so that the operation provided on the moving body is caused by the sliding resistance due to the frictional force. The operability at the time of operating the part is deteriorated.
  • the present disclosure provides an operation device that holds a coil on a holding body, holds a magnet on a movable body that can move integrally with the operation unit, and applies Lorentz force generated by energizing the coil to the operation unit.
  • the purpose was to improve the operability of the parts.
  • the moving body is provided so as to be movable while integrally holding an operating unit to which an operating force is input and a magnet.
  • a coil arranged with a gap with respect to the moving path of the magnet by the movement of the moving body, and a yoke arranged on the opposite side of the magnet with respect to the coil and guiding the lines of magnetic force generated by the magnet to the coil Is held by a holding body.
  • the holding body supports the moving body in contact with the coil and the yoke from the side.
  • the Lorentz force generated by energizing the coil can be applied to the operation unit.
  • a magnetic attractive force acts between the moving body and the holding body between the magnet and the yoke
  • a large frictional force acts on the contact portion between the holding body and the moving body as described above.
  • the repulsive force generating unit generates a repulsive force between the moving body and the holding body. For this reason, the contact pressure between the holding body and the moving body is reduced, the frictional force is also reduced, and the operability of the operation unit can be improved.
  • the magnet provided in the said moving body and the said holding body may be sufficient, for example.
  • at least one of the magnet of the moving body and the magnet of the holding body may be an electromagnet.
  • the magnitude of the repulsive force can be adjusted by controlling the energization of the electromagnet. For this reason, the sliding resistance acting on the moving body can also be adjusted to an appropriate value, and the operability of the operation unit can be further improved.
  • the operating device 100 is mounted on a vehicle and constitutes a display system 10 together with a navigation device 20 and the like as shown in FIG.
  • the operation device 100 is installed at a position adjacent to the armrest 19 at the center console of the vehicle, and exposes the operation knob 70 in a range where the operator's hand H can be easily reached.
  • the operation knob 70 is displaced in the direction of the input operation force when the operation force is input by the operator's hand H or the like.
  • the navigation device 20 includes a display 21 installed in the instrument panel of the vehicle, and the display screen 22 of the display 21 is exposed toward the driver's seat.
  • the display screen 22 displays a plurality of buttons (so-called icons) associated with predetermined functions, a cursor 80 (in this example, configured as a so-called mouse pointer) for selecting an arbitrary button, and the like.
  • buttons such as icons
  • a cursor 80 in this example, configured as a so-called mouse pointer
  • the cursor 80 moves on the display screen 22 in a direction corresponding to the input direction of the operation force.
  • the display 21 is connected to the operation device 100 via a multimedia device 29 together with an audio 25, an air conditioner (A / C) 27, and the like.
  • the display 21 and the air conditioner 27 are connected to the multimedia device 29 using CAN communication via CAN (Controller Area Network), and the audio 25 is connected to the multimedia device 29 using MOST (Media Oriented Systems). Transport) communication is used.
  • a drawing drawing command is transmitted from the multimedia device 29 to the display 21, and various control signals are also transmitted from the multimedia device 29 to the audio 25 and the air conditioner 27.
  • drawing information relating to the drawing displayed on the display 21 is transmitted from the multimedia device 29 to the operation device 100, and the cursor position corresponding to the position of the operation knob 70 is transmitted from the operation device 100 to the multimedia device 29. Information is being sent.
  • the operating device 100 is electrically configured by an ECU 31, a position detection sensor 33, an X reaction force adjusting unit 35, a Y reaction force adjusting unit 37, a repulsive force adjusting unit 39, and the like, and the electric power necessary for the operation of each of these components is illustrated. Supplied from the omitted battery.
  • the position detection sensor 33 detects the position of the operation knob 70, and the ECU 31 controls the X reaction force adjustment unit 35, the Y reaction force adjustment unit 37, the repulsive force adjustment unit 39, and the like based on the position and the drawing information.
  • the X reaction force adjustment unit 35 adjusts the reaction force in the x-axis direction (left-right direction) applied to the operation knob 70.
  • the Y reaction force adjustment unit 37 adjusts the reaction force in the y-axis direction (front-rear direction) applied to the operation knob 70.
  • the repulsive force adjustment unit 39 adjusts the repulsive force that acts between the knob base 71 provided with the operation knob 70 and the housing 50 (see FIG. 3) of the operation device 100 that supports the knob base 71.
  • the configuration of the operating device 100 will be described in detail.
  • the side on which the operation knob 70 is provided is referred to as the upper side, and the former is the left-right direction and the latter is the front-rear direction among the x-axis direction and the y-axis direction in which the operation knob 70 is movable.
  • the arrangement form of the operating device 100 is not limited to this.
  • the operation device 100 is mechanically configured by the operation knob 70 and the housing 50 described above.
  • the operation knob 70 is provided to be movable relative to the housing 50 in the x-axis direction and the y-axis direction along the virtual operation plane OP.
  • a range in which the operation knob 70 is movable in each of the x-axis direction and the y-axis direction is defined in advance by the housing 50.
  • the housing 50 is a housing that accommodates the components such as the circuit boards 51 and 52 while supporting the operation knob 70 so as to be relatively movable.
  • the circuit boards 51 and 52 are fixed in the housing 50 in a posture in which the plate surface direction is aligned with the operation plane OP and parallel to the upper and lower sides by a stud 53a extending from a bottom lid 53 fixed to the lower surface of the housing 50.
  • a control circuit centered on a microcomputer such as the ECU 31 is mounted.
  • the upper circuit board 52 is provided with four coils 41 to 44, and the operation knob 70 is provided with four magnets 61 to 64. It is provided so as to be movable together.
  • Each of the coils 41 to 44 is formed by winding a wire made of a nonmagnetic material such as copper around the bobbin 49 a as a winding 49.
  • the current supplied to each winding 49 is individually controlled for each winding 49 by the X reaction force adjusting unit 35 or the Y reaction force adjusting unit 37.
  • the coils 41 to 44 are mounted on the circuit board 52 in a posture in which the winding axis direction of the winding 49 is along the z axis perpendicular to the operation plane OP. Each of the coils 41 to 44 is held on the circuit board 52 in such a direction that the winding 49 extends along the x-axis direction and the y-axis direction so as to be a substantially square shape in the z-axis view.
  • the above four coils 41 to 44 are arranged in a “+” shape. That is, as shown in FIG. 4, a pair of coils 41 and 43 are arranged at intervals in the x-axis direction. In addition, a pair of coils 42 and 44 are arranged at intervals in the y-axis direction. With such an arrangement, a central region 45 surrounded by four coils 41 to 44 is formed.
  • the magnets 61 to 64 are neodymium magnets or the like, and are formed in a plate shape. Each of the magnets 61 to 64 has a quadrilateral shape in which the length of each side 69 (see FIG. 4) is equal to each other, and is formed in a substantially square shape in this embodiment.
  • the magnets 61 to 64 are held by the knob base 71 in a posture in which the direction of each side 69 is along the x axis or the y axis.
  • the four magnets 61 to 64 are arranged in two each in the x-axis direction and the y-axis direction. In other words, the four magnets 61 to 64 are arranged one by one in the first to fourth quadrants.
  • the four magnets 61 to 64 each have a facing surface 68 (see FIG. 3) facing the circuit board 52 while being held by the knob base 71.
  • the opposing surfaces 68 of the four magnets 61 to 64 are substantially square and have a smooth plane.
  • Each facing surface 68 faces two of the four coils 41 to 44 in the z-axis direction through an opening 50d formed in the housing 50.
  • Each of the magnets 61 to 64 is magnetized in the z-axis direction, and the opposite surface 68 and the opposite surface of one magnet have different polarities.
  • the polarities of the facing surfaces 68 of the magnets 61 to 64, that is, the two magnetic poles of the N pole and the S pole are staggered with respect to the adjacent magnets in the x-axis direction and the y-axis direction.
  • the operating device 100 has a coil side yoke 56 and a magnet side yoke 72 that guide the lines of magnetic force generated by the magnets 61 to 64 to the coils 41 to 44 facing the magnets in the z-axis direction.
  • the magnet side yoke 72 and the coil side yoke 56 are formed in a rectangular plate shape from a magnetic material. Specifically, the yokes 72 and 56 have a flat plate shape that does not have irregularities.
  • the magnet side yoke 72 is disposed on the operation knob 70 side with respect to the magnets 61 to 64, and the coil side yoke 56 is disposed on the opposite side of the operation knob 70 with respect to the coils 41 to 44. That is, the magnets 61 to 64 and the coils 41 to 44 are located between the yokes 72 and 56.
  • the magnet side yoke 72 and the coil side yoke 56 form a part of a magnetic circuit that becomes a path of magnetic lines of force generated by the magnets 61 to 64. As a result, the lines of magnetic force leaking out of the magnetic circuit can be reduced.
  • the coils 41 to 44 are arranged at the passage positions of the magnetic lines of force between the yokes 72 and 56, thereby concentrating the magnetic lines of force on the coils 41 to 44.
  • the opposing surfaces 56a and 72a of the coil side yoke 56 and the magnet side yoke 72 that are opposed to each other are viewed from the z-axis direction when an integrated body composed of the four magnets 61 to 64 is called an assembled magnet 65 (see FIG. 4).
  • the sizes of the facing surfaces 56a and 72a are set so that the assembled magnet 65 does not protrude from the facing surfaces 56a and 72a. That is, the length of one side of the opposing surfaces 56a and 72a having a rectangular shape is set to be equal to or longer than the outer edge lengths Lmx and Lmy (see FIG. 4) of the assembled magnet 65.
  • the length of one side of the facing surface 72 a is the same as the lengths Lmx and Lmy between the outer edges of the assembled magnet 65.
  • the housing 50 includes a main body portion 50a that houses the four coils 41 to 44, the coil side yoke 56, and the circuit boards 51 and 52, and a support portion 50b that supports the knob base 71.
  • the main body portion 50a has a cylindrical shape extending in the z-axis direction
  • the support portion 50b has a plate shape extending from the cylindrical end portion on the operation knob 70 side of the main body portion 50a to the inside of the cylinder.
  • the main body 50a and the support 50b are integrally formed of resin.
  • the circuit board 52 is fixed to the main body 50a via a bottom lid 53 attached to the end of the main body 50a opposite to the operation knob 70, and the coils 41 to 44 are mounted on the circuit board 52. ing.
  • the coil side yoke 56 is mounted on the surface of the circuit board 52 opposite to the side on which the coils 41 to 44 are mounted. That is, the coils 41 to 44 and the coil side yoke 56 are held by the main body 50 a via the circuit board 52 and the bottom lid 53. That is, the housing 50, the circuit board 52, and the bottom lid 53 function as a “holding body” that holds the coils 41 to 44 and the coil side yoke 56.
  • a cover 57 that covers the knob base 71 is attached to the cylinder end on the operation knob 70 side of the main body 50a. Therefore, the housing 50, the bottom cover 53, the cover 57, and the circuit boards 51 and 52 are fixed to predetermined positions in the instrument panel in an undisplaceable state.
  • the knob base 71 is held by the housing 50 in a state where it can be moved inside the cover 57.
  • the knob base 71 holds four magnets 61 to 64 and a magnet side yoke 72.
  • an operation knob 70 is attached to the knob base 71. Therefore, when the operation force is input to the operation knob 70, the knob base 71, the magnets 61 to 64, and the magnet side yoke 72 move together with the operation knob 70. That is, the knob base 71 functions as a “moving body” that moves relative to the housing 50 while contacting the housing 50 while holding the magnets 61 to 64 and the like.
  • the operation knob 70 functions as an “operation unit” to which an operator's operation force is input.
  • the knob base 71 includes a holding portion 71a, an extending portion 71b, an abutting portion 71c, and a bracket 71d described below.
  • the holding portion 71a has a cylindrical shape that holds the magnet side yoke 72 and the magnets 61 to 64 inside.
  • the extending portion 71b has a plate shape extending in parallel with the operation plane OP from the cylindrical end portion (lower end) of the holding portion 71a.
  • the contact portion 71c has a pin shape protruding toward the housing 50 from the extended end portion of the extended portion 71b.
  • the contact part 71c is provided in three or more places of the extension part 71b. In the example shown in FIG. 3, the contact portions 71c are provided at the four corners of the extending portion 71b having a rectangular shape.
  • the support portion 50b of the housing 50 forms a slide contact surface 50c extending in parallel to the operation plane OP. And the above-mentioned some contact part 71c contact
  • the knob base 71 is supported by the housing 50 from the coils 41 to 44 and the coil side yoke 56 in a state where it can move in the operation plane OP direction.
  • the bracket 71d has a shape extending in the z-axis direction along the outer edge of the assembled magnet 65, and is provided at each of the four corners of the assembled magnet 65 in the example of FIG.
  • the holding portion 71a, the extending portion 71b, and the contact portion 71c are resin-molded so as to be integrally formed.
  • the bracket 71d is made of a nonmagnetic material such as resin and is attached to the extending portion 71b.
  • a permanent magnet 78 is disposed inside each contact portion 71 c, and an electromagnet 58 is attached to the slide contact surface on the support portion 50 b of the housing 50 facing the permanent magnet 78. It is buried so as not to disturb the flatness of 50c.
  • Each permanent magnet 78 is magnetized in the z-axis direction. Although the polarities of N and S are illustrated in FIG. 5 for convenience, the polarity of the permanent magnet 78 is not limited to this. Further, the electromagnet 58 is configured by winding a coil 58b around a bobbin 58a having an axis in the z-axis direction.
  • the repulsive force adjustment unit 39 (see FIG. 2) generates repulsive force between the support portion 50b and the contact portion 71c by energizing the coil 58b with current so that the electromagnet 58 repels the permanent magnet 78. Let Further, the repulsive force adjusting unit 39 adjusts the magnitude of the repulsive force by adjusting the magnitude of the current based on a control signal from the ECU 31.
  • the operation principle of the X reaction force adjustment unit 35 and the Y reaction force adjustment unit 37 will be described.
  • FIG. 4 an example in which an operation reaction force in the x-axis direction is generated at a reference position where the center of the assembled magnet 65 overlaps the center of the central region 45 in the z-axis direction will be described.
  • the following current is supplied to the coils 42 and 44 arranged in the y-axis direction by the X reaction force adjusting unit 35.
  • the coil 44 is supplied with a clockwise current when viewed from above in the direction from the coil side yoke 56 to the magnet side yoke 72.
  • the coil 42 is energized with a counterclockwise current that is reverse to the coil 44.
  • the portion extending in the x-axis direction and overlapping the magnet 61 in the z-axis direction is a direction from the coil 44 to the coil 42 along the y-axis (hereinafter referred to as the following).
  • “Rearward direction”) Lorentz force (hereinafter referred to as electromagnetic force) Fy1 is generated.
  • a portion extending in the x-axis direction and overlapping with the magnet 64 in the z-axis direction is a direction (hereinafter referred to as “front” from the coil 42 to the coil 44 along the y-axis.
  • Electromagnetic force Fy2 of “direction” is generated.
  • electromagnetic forces Fy3 and Fy4 in the backward direction and the forward direction are respectively generated in portions extending in the x-axis direction and overlapping with the magnets 62 and 63 in the z-axis direction. .
  • These y-axis electromagnetic forces Fy1 and Fy3 and electromagnetic forces Fy2 and Fy4 cancel each other.
  • a portion extending in the y-axis direction and overlapping with the magnets 61 and 64 in the z-axis direction is a direction (from the coil 41 to the coil 43 along the x-axis (
  • electromagnetic forces Fx1 and Fx2 of “left direction” are generated.
  • left electromagnetic forces Fx3 and Fx4 are generated in portions extending in the y-axis direction and overlapping the magnets 62 and 63 in the z-axis direction.
  • the X reaction force adjusting unit 35 can apply these electromagnetic forces Fx1 to Fx4 to the operation knob 70 as operation reaction forces in the x-axis direction.
  • a Y reaction force is applied so that a counterclockwise current is supplied to the coil 41 and a clockwise current is supplied to the coil 43.
  • the adjustment unit 37 may perform current control. Further, the magnitude of the operation reaction force in each axial direction is adjusted by controlling the magnitude of the current supplied to each of the coils 41 to 44 from the X reaction force adjustment section 35 and the Y reaction force adjustment section 37 described above. Is done. In addition, the direction of the operation reaction force acting on the assembled magnet 65 is switched by changing the direction of the current supplied to the coils 41 to 44.
  • the windings 49 of the coils 41 to 44 have a predetermined length or more. It is necessary to overlap the assembled magnet 65 in the z-axis direction. Specifically, in order to generate the electromagnetic forces Fx1 to Fx4 in the predetermined x-axis direction, the portions extending in the y-axis direction in the windings 49 of the coils 42 and 44 are set to a length longer than a predetermined length. It is necessary to overlap with the magnet 65.
  • an effective length Lex in the x-axis direction is defined in advance.
  • the sides 69 adjacent to each other on the parallel facing surfaces 68 are in contact with each other without a gap.
  • the length Lmx between the outer edges in the x-axis direction is shorter than the length Lcx between the outer edges 46a in the pair of coils 41 and 43 arranged in the x-axis direction.
  • the length Lmy between the outer edges in the y-axis direction of the magnet assembly 65 is shorter than the length Lcy between the outer edges 47a in the y-axis direction of the pair of coils 42 and 44 arranged in the y-axis direction.
  • the range where the coil 42 overlaps is small. Therefore, the effective length Ley in the y-axis direction of the coil 42 decreases.
  • the overlapping range of the opposing surfaces 68 of the magnets 64 and 61 located on the front side (front direction) in the moving direction and the coil 44 located on the front side in the moving direction becomes large. For this reason, the effective length Ley in the y-axis direction of the coil 44 increases.
  • the sum of the effective lengths Ley in the y-axis direction of the coils 42 and 44 is maintained even when the assembled magnet 65 moves in the y-axis direction. For this reason, the electromagnetic forces Fx1 to Fx4 in the x-axis direction that can be generated can be maintained.
  • the assembled magnet 65 fixed to the knob base 71 side moves relative to the coils 41 to 44 fixed to the housing 50 side.
  • the coils 41 to 44 are fixed to the knob base 71 side and the assembled magnet 65 is fixed to the housing 50 side, the following occurs. That is, since it is necessary to arrange the assembled magnet 65 over the entire movement range of the coils 41 to 44, it is necessary to increase the area of the assembled magnet 65 in the x-axis and y-axis directions, and the size of the operating device 100 is increased. Invite. On the other hand, in this embodiment, since the assembled magnet 65 is moved, the assembled magnet 65 can be downsized.
  • the effective lengths Lex and Ley are maintained regardless of the movement position of the magnet assembly 65. Therefore, it is possible to secure the strength of the electromagnetic forces Fy1 to Fy4 and Fx1 to Fx4 that can be generated regardless of the moving position of the assembled magnet 65, while adopting a structure for moving the assembled magnet 65. Therefore, the operating device 100 is realized in which the individual magnets 61 to 64 are reduced in size and the generated electromagnetic force is ensured.
  • the wiring connecting the coils 41 to 44 and the circuit board 52 bends and deforms every time the coils 41 to 44 move. It will be. Therefore, there is a concern about the durability of the wiring.
  • the present embodiment since the structure in which the magnet assembly 65 that does not require wiring is moved is adopted, bending deformation of the wiring caused by the movement of the coils 41 to 44 is eliminated. Therefore, the concern about the durability of the wiring described above can be solved.
  • produce a repulsive force between the support part 50b and the contact part 71c via the repulsive force adjustment part 39 employ
  • the operability of the operating device 100 is further improved by the ECU 31 executing the following process.
  • the flowchart in FIG. 7 represents a process that is repeatedly executed by the ECU 31 while any display is being made on the display screen 22.
  • S1 represents a step: the same applies hereinafter
  • screen information of an image displayed on the display screen 22 of the display 21 via the multimedia device 29 is obtained. To be acquired.
  • S2 it is determined whether or not the screen is a map screen. If the screen is a map screen (S2: Y), the process proceeds to S3.
  • the position of the operation knob 70 is detected via the position detection sensor 33, whereby the position of the cursor 80 on the display screen 22 is detected.
  • repulsive force adjustment is performed so that an appropriate sliding resistance acts when operating the operation knob 70, that is, an appropriate frictional force acts between the support portion 50b and the contact portion 71c.
  • a current is passed through the coil 58b, and the process proceeds to S1 described above.
  • a map 22a and the map 22a are enlarged or reduced or other commands are displayed on the display screen 22.
  • various buttons 22b for inputting The cursor 80 is moved according to the operation of the operation knob 70 in order to specify a destination on the map 22a or to press the button 22b.
  • a current is passed through the coils 41 to 44 for generating the reaction force in the x-axis direction and the y-axis direction. More specifically, by adjusting the current supplied to the coils 41 to 44 via the X reaction force adjustment unit 35 and the Y reaction force adjustment unit 37, the operation knob 70 in a state where no external force is applied is moved. It can be moved to any position in the range.
  • the energization control for the coils 41 to 44 when executing such processing is disclosed in, for example, JP 2005-141675 A, and will not be described in detail here.
  • a current is supplied to the repulsive force adjusting coil 58b, and the process proceeds to S1 described above. More specifically, when the position of the operation knob 70 is disposed at a position corresponding to the center of the button 22b or the like, the current flowing through the coil 58b is reduced to reduce the repulsive force and contact the support portion 50b. Processing to increase the frictional force acting between the portion 71c is performed. By this processing, the operator is prevented from passing the center of the desired button 22b or the like, and the cursor 80 can be easily moved to the center.
  • the center may not be a single point, but may be a range having a certain area.
  • buttons 22m to 22r are displayed on the display screen 22 as in the destination search method selection screen for car navigation shown in FIG. 9A
  • a reaction force as shown in 9 (A) acts on the operation knob 70. That is, when the cursor 80 moves from the button 22m to the button 22n, a reaction force that moves the operation knob 70 to a position corresponding to the center of the button 22n is applied to the operation knob 70 by the process of S8.
  • the reaction force acts in the forward direction with the arrow A immediately after the cursor 80 moves from the top of the button 22m to the top of the button 22n, and when the cursor 80 tries to pass through the center of the button 22n, Acts as a resistance force in the reverse direction.
  • control is performed so that the frictional force is increased at the center of each button 22m to 22r. Therefore, the operation of arranging the cursor 80 at the center of the desired button among the desired buttons 22m to 22r is further facilitated. Further, when the cursor 80 disposed at the center of a desired button is moved once, it is necessary to move the operation knob 70 against the frictional force, so that the operator has an obvious intention. The cursor 80 can be moved only when 70 is moved. In S9, when the cursor 80 is not at the center of the button 22b or the like, the repulsive force is applied and the frictional force is reduced.
  • the contact pressure between the support portion 50b and the contact portion 71c is reduced by the repulsive force acting between the permanent magnet 78 and the electromagnet 58, and the friction force acting between the two is also reduced.
  • This can reduce the operability of the controller device 100.
  • the magnitude of the repulsive force can be adjusted by controlling the energization to the coil 58b, the operating device 100 at the time of operation such as moving the cursor 80 to the center of a desired button as described above. The operability can be further improved.
  • the operation knob 70 is the operation unit
  • the knob base 71 is the moving body
  • the coil side yoke 56 is the yoke
  • the housing 50 is the circuit board 52 and the bottom lid 53 are the holding body
  • 58 is a repulsive force generation unit
  • display 21 is an image display unit
  • buttons 22b and 22m to 22r are in an instruction area
  • display screen 22 is in a cursor movement area
  • X reaction force adjustment unit 35 and Y reaction force adjustment unit 37 are coils. Each corresponds to a control unit.
  • control by a so-called VCM (voice coil motor) composed of magnets 61 to 64 and coils 41 to 44 is not limited to the control for applying the operation reaction force as described above, but various forms. Can be considered.
  • the control may be such that the operation knob 70 is vibrated when a predetermined condition is satisfied.
  • the direction in which the electromagnetic force can be applied to the operation knob 70 does not necessarily have to be two axes as in the above-described embodiment, and may be one axis. In that case, two magnets are used for the coil. May be one.
  • a moving body such as the operation knob 70 may be provided so as to be movable along a spherical surface, and the magnet and the yoke may apply an electromagnetic force perpendicularly to the spherical surface.
  • control for adjusting the magnitude of the repulsive force For example, only one of the control for applying a constant frictional force on the map 22a and the control for applying a strong frictional force at the center of the button 22b may be performed. Further, the frictional force may be controlled to be always zero by the repulsive force regardless of the displayed image. In that case, a repulsive force may be generated by embedding permanent magnets in both the support portion 50b and the contact portion 71c. The repulsive force may be generated using an electrostatic repulsive force or the like. Furthermore, the present disclosure is not limited to the technical field in which the display of the image changes in response to the operation of the operation unit. In that case, more various forms are conceivable for the control of the reaction force and the repulsive force.
  • the image display unit (21) that displays an image reflecting the position of the moving body and the magnitude of the repulsive force generated by the repulsive force generating unit
  • the repulsive force adjusting unit (39) that adjusts according to the displayed screen
  • the repulsive force adjustment unit You may adjust the magnitude
  • the image display unit includes an instruction area (22b, 22m to 22r) for inputting an instruction, a cursor movement area (22) including the instruction area and wider than the instruction area, and the cursor
  • the cursor When the cursor (80) arranged at a position corresponding to the position of the moving body is displayed on the moving area, the cursor is at least as compared to when the cursor is arranged outside the pointing area.
  • the repulsive force adjusting unit may adjust the repulsive force so that a larger sliding resistance is applied to the moving body when it is disposed at the center of the pointing area. In that case, the operation of arranging the cursor at the center of the desired pointing area becomes easier.
  • a coil control unit (35, 37) for energizing the coil with a current to be moved to the center of the coil may further be provided. In that case, the operation of arranging the cursor at the center of the desired pointing area becomes even easier.

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Abstract

　コイル側ヨーク（５６）と磁石（６１）との間に配設されたコイル（４１）に通電して操作ノブ（７０）に操作反力を発生させる操作装置（１００）。操作ノブが設けられたノブベース（７１）のハウジング（５０）に対する当接部（７１ｃ）に永久磁石を設ける。また、その当接部を支持するハウジングの支持部（５０ｂ）に電磁石を設ける。電磁石への通電により、支持部と当接部の間に斥力が発生し、両者の間に作用する摩擦力が軽減される。

Description

操作装置 関連出願の相互参照
　本開示は、２０１３年８月２７日に出願された日本出願番号２０１３－１７５６３２号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、操作力が入力される操作装置に関する。
　特許文献１には、操作力が入力される操作部としての触覚呈示部材に、アクチュエータから力を加えることで、当該触覚呈示部材を操作している操作者の指等に触覚を呈示する操作装置が開示されている。このアクチュエータは、第１ヨーク板上に保持される磁石と、触覚呈示部材と一体に移動可能なコイル固定部材に保持されたコイルとを有する。磁石により生じた磁力線は、コイルに対して磁石及び第１ヨーク板の反対側に配置された第２ヨーク板によってコイルに導かれ、コイルへの通電に伴い生じる電磁力（ローレンツ力）が触覚呈示部材に作用する。
ＪＰ２００４－１１２９７９Ａ　（ＪＰ３９９７８７２（Ｂ２））
　さて、特許文献１に係る操作装置は、磁石を固定的に保持し、コイルを移動可能に保持している。これに対し本発明者は、コイルを保持体に固定的に保持し、磁石を移動可能な移動体に保持した操作装置について検討した。
　すると、磁石が移動体と一体に移動可能に保持される一方、コイルに対して磁石の反対側に配設されるヨーク板は、コイルと共に保持体に固定的に保持される。このため、そのヨーク板と磁石との間に作用する磁気吸引力が、保持体と移動体とに跨って作用することとなり、前記磁気吸引力により移動体が保持体に押し付けられた状態となる。そのため、移動体が保持体に接触しながら相対移動する際に、移動体と保持体との間で生じる摩擦力が大きくなるので、その摩擦力による摺動抵抗によって、移動体に設けられた操作部を操作する際の操作性が悪くなる。
　そこで、本開示は、コイルを保持体に保持し、操作部と一体に移動可能な移動体に磁石を保持して、コイルへの通電によって生じるローレンツ力を操作部に作用させる操作装置において、操作部の操作性を向上させることを目的としてなされた。
　前記目的を達するためになされた本開示の一つの例によれば、操作装置では、移動体は、操作力が入力される操作部と磁石とを一体に保持して移動可能に設けられている。この移動体の移動による前記磁石の移動経路に対して間隙を開けて配置されたコイルと、そのコイルに対して前記磁石の反対側に配置され、前記磁石により生じた磁力線を前記コイルへ導くヨークとは、保持体に保持されている。また、この保持体は、前記移動体を前記コイル及び前記ヨークの側から接触して支持する。
　このため、コイルへの通電によって生じるローレンツ力を操作部に作用させることができる。ここで、磁石とヨークとの間には、移動体と保持体とに跨って磁気吸引力が作用するので、そのままでは前述のように保持体と移動体との接触部に大きな摩擦力が作用する。そこで、本例では、斥力発生部が前記移動体と前記保持体との間に斥力を発生させる。このため、保持体と移動体との接触圧力が軽減され、前記摩擦力も軽減され、操作部の操作性も向上させることができる。
　なお、前記斥力発生部としては、種々の構成を採用することができるが、例えば、前記移動体と前記保持体とにそれぞれ設けられた磁石であってもよい。そして、その場合更に、前記移動体の磁石と前記保持体の磁石の少なくとも一方は、電磁石であってもよい。その場合、電磁石への通電を制御することにより、前記斥力の大きさを調整することができる。このため、移動体に作用する摺動抵抗も適切な値に調整することができ、操作部の操作性を一層良好に向上させることができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
本開示の実施形態の操作装置の、車室内での配置を表す説明図であり、 その操作装置を含む制御系の構成を表すブロック図であり、 その操作装置の構成を表す断面図であり、 その操作装置における反力発生に係る機構をＺ方向から見た模式図であり、 その操作装置における斥力発生に係る機構を拡大して表す模式図であり、 その操作装置において組磁石を前方向に移動させた場合の電磁力の変化を説明する模式図であり、 前記反力及び斥力の制御処理を表すフローチャートであり、 その処理に用いられる画面の例を表す説明図であり、 その処理に用いられる画面の他の例を効果と共に表す説明図である。
　［実施形態の全体構成］
　次に、本開示の実施形態を図面と共に説明する。本実施形態による操作装置１００は、車両に搭載され、図１に示すように、ナビゲーション装置２０等と共に表示システム１０を構成している。操作装置１００は、車両のセンターコンソールにてアームレスト１９と隣接する位置に設置され、操作者の手Ｈの届き易い範囲に操作ノブ７０を露出させている。この操作ノブ７０は、操作者の手Ｈ等によって操作力が入力されると、入力された操作力の方向に変位する。ナビゲーション装置２０は、車両のインストルメントパネル内に設置されたディスプレイ２１を備え、そのディスプレイ２１の表示画面２２を運転席に向けて露出させている。表示画面２２には、所定の機能が関連付けられた複数のボタン（いわゆるアイコン）、及び任意のボタンを選択するためのカーソル８０（本例ではいわゆるマウスポインタ状に構成）等が表示されている。操作ノブ７０に水平方向の操作力が入力されると、カーソル８０は、操作力の入力方向に対応した方向に、表示画面２２上を移動する。
　図２に示すように、ディスプレイ２１は、オーディオ２５，エアコン（Ａ／Ｃ）２７等と共にマルチメディアデバイス２９を介して操作装置１００に接続されている。なお、ディスプレイ２１及びエアコン２７とマルチメディアデバイス２９との接続には、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介したＣＡＮ通信が利用され、オーディオ２５とマルチメディアデバイス２９との接続にはＭＯＳＴ（Media Oriented Systems Transport）通信が利用される。そして、マルチメディアデバイス２９からディスプレイ２１へは図面描画指令が送信され、マルチメディアデバイス２９からオーディオ２５やエアコン２７へも各種制御信号が送信される。また、マルチメディアデバイス２９から操作装置１００へは、ディスプレイ２１が表示している図面に係る図面情報が送信され、操作装置１００からマルチメディアデバイス２９へは、操作ノブ７０の位置に応じたカーソル位置情報が送信されている。
　操作装置１００は、ＥＣＵ３１，位置検出センサ３３，Ｘ反力調整部３５，Ｙ反力調整部３７，斥力調整部３９等によって電気的に構成され、これらの各構成の作動に必要な電力は図示省略したバッテリから供給される。位置検出センサ３３は、操作ノブ７０の位置を検出し、その位置及び前記図面情報に基づいて、ＥＣＵ３１はＸ反力調整部３５，Ｙ反力調整部３７，斥力調整部３９等を制御する。詳細な機構は後述するが、Ｘ反力調整部３５は、操作ノブ７０に加わるｘ軸方向（左右方向）の反力を調整する。Ｙ反力調整部３７は、操作ノブ７０に加わるｙ軸方向（前後方向）の反力を調整する。斥力調整部３９は、操作ノブ７０が設けられたノブベース７１と、それを支持する操作装置１００のハウジング５０（図３参照）と間に作用する斥力を調整する。
　［操作装置の詳細構成及び動作］
　次に操作装置１００の構成を詳細に説明する。なお、以下の説明において、便宜上、操作ノブ７０が設けられた側を上方とし、操作ノブ７０が移動可能なｘ軸方向，ｙ軸方向のうち前者を左右方向、後者を前後方向とするが、操作装置１００の配置形態はこれに限定されるものではない。
　操作装置１００は、図３に示すように、上述した操作ノブ７０及びハウジング５０等によって機械的に構成されている。操作ノブ７０は、ハウジング５０に対し、仮想の操作平面ＯＰに沿うｘ軸方向及びｙ軸方向に、相対移動可能に設けられている。操作ノブ７０は、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれに移動可能な範囲を、ハウジング５０によって予め規定されている。
　ハウジング５０は、操作ノブ７０を相対移動可能に支持しつつ、回路基板５１，５２等の各構成を収容する筐体である。回路基板５１，５２は、ハウジング５０の下面に固定された底蓋５３から伸びるスタッド５３ａにより、その板面方向を操作平面ＯＰに沿わせ、上下に平行に並んだ姿勢にてハウジング５０内に固定されている。下側の回路基板５１には、ＥＣＵ３１等のマイクロコンピュータを中心とした制御回路が実装されている。
　上側の回路基板５２には、図３，図４に示すように、４つのコイル４１～４４が位置決めして設けられており、操作ノブ７０には、４つの磁石６１～６４がその操作ノブ７０と一体に移動可能に設けられている。各コイル４１～４４は、銅等の非磁性材料よりなる線材を巻線４９としてボビン４９ａに巻回することにより、形成されている。各巻線４９に通電される電流は、Ｘ反力調整部３５又はＹ反力調整部３７によって巻線４９毎に個別に制御される。
　各コイル４１～４４は、巻線４９の巻回軸方向を、操作平面ＯＰと直交するｚ軸に沿わせた姿勢にて、回路基板５２に実装されている。各コイル４１～４４は、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれに沿って巻線４９が延伸するようなｚ軸視略正方形となる向きにて、回路基板５２に保持されている。
　以上の４つのコイル４１～４４は、『＋』字型に配置されている。すなわち、図４に示すように、一組のコイル４１、４３が、ｘ軸方向に間隔を開けて並んでいる。また、一組のコイル４２、４４が、ｙ軸方向に間隔を開けて並んでいる。こうした配置により、４つのコイル４１～４４によって四方を囲まれた中央領域４５が、形成されている。
　各磁石６１～６４は、ネオジウム磁石等であって、板状に形成されている。各磁石６１～６４は、各辺６９（図４参照）の長さが互いに等しい四辺形状であり、本実施形態では、実質的に正方形状に形成されている。各磁石６１～６４は、各辺６９の向きをｘ軸又はｙ軸に沿わせた姿勢にて、ノブベース７１に保持されている。
　４つの磁石６１～６４は、ｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ２つずつ配列されている。換言すれば、４つの磁石６１～６４は、第１～第４象限に１つずつ配設されている。４つの磁石６１～６４は、ノブベース７１に保持された状態で回路基板５２側を向く対向面６８（図３参照）を、それぞれ有している。４つの磁石６１～６４の各対向面６８は、実質的に正方形状であって、平滑な平面とされている。各対向面６８は、ハウジング５０に形成された開口部５０ｄを介して、４つのコイル４１～４４のうちの２つと、ｚ軸方向において対向している。
　磁石６１～６４の各々は、ｚ軸方向に着磁されており、一つの磁石における対向面６８とその反対側の面とでは極性が異なる。そして、各磁石６１～６４の対向面６８の極性、すなわち、Ｎ極とＳ極という２つの磁極は、ｘ軸方向及びｙ軸方向の隣り合う磁石に対し互い違いとなっている。
　操作装置１００は、各磁石６１～６４により生じた磁力線を、その磁石とｚ軸方向に対向するコイル４１～４４に導くコイル側ヨーク５６及び磁石側ヨーク７２を有している。磁石側ヨーク７２及びコイル側ヨーク５６は、磁性材料によって、矩形の板状に形成されている。詳細には、これらのヨーク７２、５６は、凹凸を有していない平板形状である。磁石側ヨーク７２は、磁石６１～６４に対して操作ノブ７０の側に配置され、コイル側ヨーク５６は、コイル４１～４４に対して操作ノブ７０の反対側に配置されている。つまり、両ヨーク７２、５６の間に磁石６１～６４及びコイル４１～４４が位置している。
　磁石側ヨーク７２及びコイル側ヨーク５６は、磁石６１～６４により生じた磁力線の経路となる磁気回路の一部を形成する。これにより、磁気回路の外部へ漏れ出る磁力線の軽減が図られる。換言すれば、両ヨーク７２、５６間における磁力線の通過位置にコイル４１～４４は配置されており、これにより、磁力線がコイル４１～４４に集中することが図られている。
　コイル側ヨーク５６及び磁石側ヨーク７２のうち互いに対向する対向面５６ａ、７２ａは、４つの磁石６１～６４からなる一体物を組磁石６５（図４参照）と呼ぶ場合において、ｚ軸方向から見て、組磁石６５が対向面５６ａ、７２ａからはみ出ることのないように、対向面５６ａ、７２ａの大きさは設定されている。つまり、矩形形状である対向面５６ａ、７２ａの一辺の長さは、組磁石６５の外縁間長さＬｍｘ、Ｌｍｙ（図４参照）以上に設定されている。図３に示す例では、対向面７２ａの一辺の長さは、組磁石６５の外縁間長さＬｍｘ、Ｌｍｙと同一である。
　ハウジング５０は、４つのコイル４１～４４、コイル側ヨーク５６及び回路基板５１，５２を内部に収容する本体部５０ａと、ノブベース７１を支持する支持部５０ｂとを有する。本体部５０ａはｚ軸方向に延びる筒形状であり、支持部５０ｂは、本体部５０ａのうち操作ノブ７０側の筒端部から筒の内側に延出する板形状である。本体部５０ａ及び支持部５０ｂは樹脂により一体に形成されている。
　回路基板５２は、本体部５０ａのうち操作ノブ７０の反対側の筒端部に取り付けられた底蓋５３を介して本体部５０ａに固定されており、コイル４１～４４は回路基板５２に実装されている。また、コイル側ヨーク５６は、回路基板５２のコイル４１～４４が実装された側とは反対側の面に装着されている。すなわち、コイル４１～４４及びコイル側ヨーク５６は、回路基板５２及び底蓋５３を介して本体部５０ａに保持されている。つまり、ハウジング５０及び回路基板５２及び底蓋５３は、コイル４１～４４及びコイル側ヨーク５６を保持する「保持体」として機能する。
　本体部５０ａのうち操作ノブ７０の側の筒端部には、ノブベース７１を覆うカバー５７が取り付けられている。したがって、ハウジング５０、底蓋５３、カバー５７及び回路基板５１，５２は、インストルメントパネル内の所定位置に、変位不能の状態で固定されている。
　これに対しノブベース７１は、カバー５７の内部にて移動可能な状態で、ハウジング５０に保持されている。ノブベース７１は、４つの磁石６１～６４及び磁石側ヨーク７２を保持する。さらにノブベース７１には、操作ノブ７０が取り付けられている。したがって、ノブベース７１、磁石６１～６４及び磁石側ヨーク７２は、操作ノブ７０に操作力が入力されると、操作ノブ７０と一体となって移動する。つまり、ノブベース７１は、磁石６１～６４等を保持しつつ、ハウジング５０に接触しながらハウジング５０に対して相対移動する「移動体」として機能する。なお、操作ノブ７０は、操作者の操作力が入力される「操作部」として機能する。
　ノブベース７１は、以下に説明する保持部７１ａ、延出部７１ｂ、当接部７１ｃ及びブラケット７１ｄを有する。保持部７１ａは、磁石側ヨーク７２及び磁石６１～６４を内部に保持する筒形状である。延出部７１ｂは、保持部７１ａの筒端部（下端）から、操作平面ＯＰに対して平行に延びる板形状である。当接部７１ｃは、延出部７１ｂの延出端部からハウジング５０に向けて突出するピン形状である。当接部７１ｃは、延出部７１ｂの３箇所以上に設けられている。図３に示す例では、矩形形状である延出部７１ｂの４隅の各々に当接部７１ｃは設けられている。
　ここで、ハウジング５０の支持部５０ｂは、操作平面ＯＰに対して平行に拡がるスライド接触面５０ｃを形成している。そして、前述の複数の当接部７１ｃは、スライド接触面５０ｃに当接する。この当接により、ノブベース７１は、操作平面ＯＰ方向に移動可能な状態でコイル４１～４４及びコイル側ヨーク５６の側からハウジング５０に支持される。
　ブラケット７１ｄは、組磁石６５の外縁に沿ってｚ軸方向に延びる形状であり、図４の例では組磁石６５の４隅の各々に設けられている。なお、保持部７１ａ、延出部７１ｂ及び当接部７１ｃは、一体に形成されるように樹脂成形されている。ブラケット７１ｄは、樹脂等の非磁性材料で形成されており、延出部７１ｂに取り付けられている。さらに、各当接部７１ｃの内部には、図５に示すように、永久磁石７８が配設され、その永久磁石７８と対向するハウジング５０の支持部５０ｂには、電磁石５８が、スライド接触面５０ｃの平坦性を阻害しないように埋設されている。各永久磁石７８はｚ軸方向に着磁されている。なお、図５には、便宜的にＮ，Ｓの極性を図示したが、永久磁石７８の極性はこれに限定されるものではない。また、電磁石５８は、ｚ軸方向に軸を有するボビン５８ａにコイル５８ｂを巻回することによって構成されている。
　斥力調整部３９（図２参照）は、このコイル５８ｂに、電磁石５８が永久磁石７８と反発し合うように電流を通電することにより、支持部５０ｂと当接部７１ｃとの間に斥力を発生させる。また、斥力調整部３９は、ＥＣＵ３１からの制御信号に基づいて前記電流の大きさを調整することにより、前記斥力の大きさを調整する。
　次に、Ｘ反力調整部３５及びＹ反力調整部３７の動作原理について説明する。まず、図４に示すように、組磁石６５の中心が中央領域４５の中心とｚ軸方向に重なる基準位置において、ｘ軸方向の操作反力を発生させる場合の例について説明する。この場合、ｙ軸方向に並ぶ各コイル４２、４４に、Ｘ反力調整部３５によって次のような電流が通電される。コイル４４には、コイル側ヨーク５６から磁石側ヨーク７２に向かう方向の上面視において、時計回りの電流が通電される。それに対して、コイル４２には、コイル４４とは逆回りとなる反時計回りの電流が通電される。
　以上の電流により、コイル４４の巻線４９において、ｘ軸方向に延伸し、かつ、ｚ軸方向において磁石６１と重なる部分には、ｙ軸に沿ってコイル４４からコイル４２へと向かう方向（以下、「後方向」という）のローレンツ力（以下、電磁力という）Ｆｙ１が発生する。また、コイル４４の巻線４９において、ｘ軸方向に延伸し、かつ、ｚ軸方向において磁石６４と重なる部分には、ｙ軸に沿ってコイル４２からコイル４４へと向かう方向（以下、「前方向」という）の電磁力Ｆｙ２が発生する。同様に、コイル４２の巻線４９において、ｘ軸方向に延伸し、かつ、各磁石６２、６３とｚ軸方向において重なる部分には、後方向及び前方向の電磁力Ｆｙ３、Ｆｙ４がそれぞれ発生する。これらｙ軸方向の電磁力Ｆｙ１、Ｆｙ３及び電磁力Ｆｙ２、Ｆｙ４は、互いに打ち消しあう。
　一方で、コイル４４の巻線４９において、ｙ軸方向に延伸し、かつ、ｚ軸方向において各磁石６１、６４と重なる部分には、ｘ軸に沿ってコイル４１からコイル４３へと向かう方向（以下、「左方向」という）の電磁力Ｆｘ１、Ｆｘ２が発生する。同様に、コイル４２の巻線４９において、ｙ軸方向に延伸し、かつ、各磁石６２、６３とｚ軸方向において重なる部分には、左方向の電磁力Ｆｘ３、Ｆｘ４が発生する。Ｘ反力調整部３５は、これらの電磁力Ｆｘ１～Ｆｘ４を、ｘ軸方向の操作反力として、操作ノブ７０に作用させることができる。
　同様の技術思想に基づき、ｙ軸方向の操作反力を発生させる場合には、コイル４１には反時計回りの電流を通電し、コイル４３には時計回りの電流を通電するよう、Ｙ反力調整部３７が電流制御すればよい。また、以上のＸ反力調整部３５及びＹ反力調整部３７から各コイル４１～４４に通電される電流の大きさが制御されることにより、各軸方向における操作反力の大きさが調整される。加えて、各コイル４１～４４に通電される電流の向きが変更されることにより、組磁石６５に作用する操作反力の方向が入れ替わる。
　ここまで説明したＸ反力調整部３５及びＹ反力調整部３７において、所定の操作反力を発生させるためには、各コイル４１～４４の各巻線４９は、予め規定された長さ以上、ｚ軸方向において組磁石６５と重なっている必要がある。具体的に、所定のｘ軸方向の電磁力Ｆｘ１～Ｆｘ４を発生させるためには、各コイル４２、４４の各巻線４９においてｙ軸方向に延伸する部分は、予め規定された長さ以上、組磁石６５と重なっている必要がある。そのため、組磁石６５が基準位置にある状態にて、これら巻線４９のｙ軸方向に延伸する部分につき、組磁石６５と重なる範囲の長さ（以下、「ｙ軸方向の有効長さ」という）Ｌｅｙが、予め規定されている。同様に、所定のｙ軸方向の電磁力Ｆｙ１～Ｆｙ４を発生させるためには、ｘ軸方向の有効長さＬｅｘが予め規定されている。
　以上の各軸方向の各有効長さＬｅｘ、Ｌｅｙは、操作ノブ７０の移動によって組磁石６５が基準位置から移動した場合でも、維持され得る。こうした各有効長さＬｅｘ、Ｌｅｙを維持するための構成について、以下説明する。
　組磁石６５において、並列された各対向面６８（図３参照）にて隣接する各辺６９同士は、隙間を開けることなく、互いに接している。この組磁石６５において、ｘ軸方向の外縁間の長さＬｍｘは、ｘ軸方向に並ぶ一組のコイル４１、４３における外縁４６ａ間の長さＬｃｘよりも、短くされている。加えて、組磁石６５におけるｙ軸方向の外縁間の長さＬｍｙは、ｙ軸方向に並ぶ一組のコイル４２、４４におけるｙ軸方向の外縁４７ａ間の長さＬｃｙよりも、短くされている。こうした構成により、組磁石６５は、操作ノブ７０に保持されて、４つのコイル４１～４４の各外縁４６ａ、４７ａによって囲まれた範囲内を、移動することができる。
　図６に示すように、組磁石６５が前方向に移動した場合、移動方向の後側（後方向）に位置する各磁石６２、６３の各対向面６８と、移動方向の後側に位置するコイル４２とが重なる範囲は、小さくなる。故に、コイル４２におけるｙ軸方向の有効長さＬｅｙは、減少する。しかし、移動方向の前側（前方向）に位置する各磁石６４、６１の各対向面６８と、移動方向の前側に位置するコイル４４との重なる範囲は、大きくなる。このため、コイル４４におけるｙ軸方向の有効長さＬｅｙは、増加する。以上のように、各コイル４２、４４におけるｙ軸方向の有効長さＬｅｙの総和は、ｙ軸方向に組磁石６５が移動した場合でも、維持される。このため、発生可能なｘ軸方向の電磁力Ｆｘ１～Ｆｘ４は、維持され得る。
　ここまで説明した本実施形態では、ノブベース７１側に固定された組磁石６５が、ハウジング５０側に固定された各コイル４１～４４に対して相対移動する。このような本実施形態の構造に反して、ノブベース７１側にコイル４１～４４を固定し、ハウジング５０側に組磁石６５を固定した場合には、次が生じる。すなわち、コイル４１～４４の移動範囲全体に亘って組磁石６５を配置する必要が生じるため、組磁石６５のｘ軸及びｙ軸方向の面積を大きくする必要が生じ、操作装置１００の大型化を招く。これに対し本実施形態では、組磁石６５を移動させる構造であるため、組磁石６５の小型化を図ることができる。
　しかも、前述のように、組磁石６５の移動位置に拘わらず、各有効長さＬｅｘ、Ｌｅｙが維持されるように構成されている。そのため、組磁石６５を移動させる構造を採用しつつも、組磁石６５の移動位置に拘わらず発生可能な電磁力Ｆｙ１～Ｆｙ４、Ｆｘ１～Ｆｘ４の強さを確保できる。したがって、個々の磁石６１～６４を小型化したうえで、発生可能な電磁力を確保した操作装置１００が、実現される。
　また、前述のように本実施形態に反してコイル４１～４４を移動させる構造にすると、コイル４１～４４と回路基板５２とを接続する配線は、コイル４１～４４が移動する度に曲げ変形することとなる。よって、配線の耐久性が懸念されるようになる。これに対し本実施形態では、配線が不要な組磁石６５を移動させる構造を採用しているので、コイル４１～４４の移動に伴い生じる配線の曲げ変形がなくなる。よって、上述した配線の耐久性の懸念を解消できる。
　そして、本実施形態では、このように組磁石６５を移動させる構造を採用しつつ、斥力調整部３９を介して支持部５０ｂと当接部７１ｃとの間に斥力を発生させることのできる構造を採用している。そのため、コイル側ヨーク５６と磁石６１～６４の間に作用する磁気吸引力が、操作ノブ７０の摺動抵抗となるのを抑制することができる。つまり、前記磁気吸引力により、当接部７１ｃがスライド接触面５０ｃに押し付けられることを、両者の間に斥力を発生させることで回避できる。そのため、スライド接触面５０ｃに当接部７１ｃが接触しながら相対移動する際に、スライド接触面５０ｃと当接部７１ｃとの間で生じる摩擦力が大きくなることを回避できる。よって、操作ノブ７０を操作する際の操作フィーリングが悪くなることを回避でき、操作フィーリングの向上を図ることができる。
　［本実施形態における制御］
　また、本実施形態では、ＥＣＵ３１が次のような処理を実行することで、操作装置１００の操作性を一層向上させている。図７のフローチャートは、表示画面２２に何らかの表示がなされている間、ＥＣＵ３１により繰り返し実行される処理を表している。
　図７に示すように、この処理では、先ず、Ｓ１（Ｓはステップを表す：以下同様）にて、マルチメディアデバイス２９を介してディスプレイ２１の表示画面２２に表示されている画像の画面情報が取得される。続くＳ２では、その画面が地図画面であるか否か判断され、地図画面の場合は（Ｓ２：Ｙ）、処理はＳ３へ移行する。
　Ｓ３では、位置検出センサ３３を介して操作ノブ７０の位置が検出されることによって、カーソル８０の表示画面２２上の位置が検出される。続くＳ４では、前記画面情報と前記カーソル位置とを比較することにより、カーソル８０の位置がボタン上にあるか否かが判断され、ボタン上にない場合は（Ｓ４：Ｎ）、処理はＳ５へ移行する。Ｓ５では、操作ノブ７０を操作する際に適度な摺動抵抗が作用するように、すなわち支持部５０ｂと当接部７１ｃとの間に適度な摩擦力が作用するように調整するため、斥力調整用のコイル５８ｂに電流が流されて、処理は前述のＳ１へ移行する。
　ここで、表示画面２２にカーナビゲーション用の地図画面が表示される場合、例えば図８に示すように、表示画面２２には、地図２２ａと、その地図２２ａを拡大したり縮小したりその他のコマンドを入力するための各種ボタン２２ｂとが表示される。カーソル８０は、地図２２ａ上で目的地を指定したり、ボタン２２ｂを押下したりするため、操作ノブ７０の操作に応じて移動される。
　地図２２ａ上をカーソル８０が移動されるときは（Ｓ４：Ｎ）、操作ノブ７０にはある程度の摺動抵抗があった方が、地図２２ａ上の地点を指定する操作が容易になる。そこで、Ｓ５では、コイル５８ｂへの通電によってハウジング５０の支持部５０ｂとノブベース７１の当接部７１ｃとの間に作用する斥力を調整することにより、操作ノブ７０に適度な摺動抵抗が作用するように制御するのである。
　また、カーソル８０がボタン２２ｂ上にある場合などのように、図７のＳ４にてカーソル８０がボタン上にあると判断された場合は（Ｓ４：Ｙ）、処理はＳ８へ移行する。同様に、例えば図９（Ａ），（Ｂ）に示す目的地検索方法選択画面のように、表示画面２２には主にボタン２２ｍ～２２ｒのみが表示されてその画面が地図画面でない場合は（Ｓ２：Ｎ）、Ｓ７にてＳ３と同様にカーソル位置が検出されて処理はＳ８へ移行する。
　Ｓ８では、画面ボタンの位置に合わせて画面ボタンに引き込み力を与えるために、ｘ軸方向，ｙ軸方向の操作反力発生用のコイル４１～４４に電流が流される。より具体的には、Ｘ反力調整部３５，Ｙ反力調整部３７を介してコイル４１～４４に通電される電流を調整することで、外力が加わっていない状態の操作ノブ７０をその移動範囲の任意の位置に移動させることができる。このような処理を実行する際のコイル４１～４４に対する通電制御は、例えば、ＪＰ　２００５－１４１６７５　Ａに開示されているので、ここでは詳述しない。
　そこで、Ｓ８では、カーソル８０がボタン２２ｂ等のいずれかに少しでも掛かっていたら（Ｓ４：Ｙ）、そのボタンの中心に対応する位置に操作ノブ７０を移動させるような電流が、コイル４１～４４に流されるのである。この処理により、操作者はカーソル８０を所望のボタン２２ｂ等の中心に容易に移動させることができる。なお、Ｓ７にて位置を検出されたカーソル８０がいずれのボタンにも掛かっていない場合は、このＳ８の処理は実質的に何もなされずに通過する。
　続くＳ９では、画面ボタンの位置に合わせて摩擦力を調整するため、斥力調整用のコイル５８ｂに電流が流されて、処理は前述のＳ１へ移行する。より具体的には、操作ノブ７０の位置がボタン２２ｂ等の中心に対応する位置に配設されたとき、コイル５８ｂに流れる電流を減少させて前記斥力を低下させて、支持部５０ｂと当接部７１ｃとの間に作用する摩擦力を大きくする処理がなされる。この処理によって、操作者はカーソル８０を所望のボタン２２ｂ等の中心を通過させてしまうことが抑制され、その中心にカーソル８０を容易に移動させることができる。なお、前記中心とは、１点でなくてもよく、ある程度の面積を有する範囲であってもよい。
　例えば、図９（Ａ）に示すカーナビゲーション用の目的地検索方法選択画面のように、表示画面２２にボタン２２ｍ～２２ｒが表示される場合、カーソル８０が矢印Ａ方向に移動するときには、同じく図９（Ａ）に示すような反力が操作ノブ７０に作用する。すなわち、カーソル８０がボタン２２ｍの上からボタン２２ｎの上へ移行したとき、Ｓ８の処理により、操作ノブ７０にはその操作ノブ７０をボタン２２ｎの中心に対応する位置へ移動させる反力が加わる。このため、当該反力は、カーソル８０がボタン２２ｍの上からボタン２２ｎの上へ移行した直後には矢印Ａと順方向に作用し、カーソル８０がボタン２２ｎの中心を通過しようとすると矢印Ａとは逆方向の抵抗力として作用する。
　この場合、各ボタン２２ｍ～２２ｒのうち所望のボタンの中心にカーソル８０を配設する操作が容易になる。しかしながら、隣接するボタン２２ｎ～２２ｒの間でカーソル８０を移動させる際には前述のような抵抗力に抗して操作ノブ７０を操作する必要があるため、勢い余って誤操作がなされる可能性がある。例えば、ボタン２２ｎの上にあるカーソル８０をボタン２２ｏの上に移動させるときに、ボタン２２ｏの上を通過してカーソル８０をボタン２２ｐの上まで移動させてしまう可能性がある。
　そこで、本実施形態では、Ｓ９の処理により、図９（Ｂ）に例示するように各ボタン２２ｍ～２２ｒの中心で摩擦力が大きくなるように制御している。このため、カーソル８０を所望のボタン２２ｍ～２２ｒのうち所望のボタンの中心に配設する操作が一層容易になる。また、一旦所望のボタンの中心に配設されたカーソル８０を移動させる際は、前記摩擦力に抗して操作ノブ７０を移動させる必要があるので、操作者が明らかな意図を持って操作ノブ７０を動かしたときにのみ、カーソル８０を移動させることができる。なお、このＳ９では、ボタン２２ｂ等の中心にカーソル８０がないときは前記斥力が印加され、摩擦力が軽減される。
　［実施形態の効果及びその変形例］
　このように、本実施形態では、永久磁石７８と電磁石５８との間に作用する斥力によって、支持部５０ｂと当接部７１ｃとの間の接触圧力を軽減し、両者の間に作用する摩擦力も軽減して、操作装置１００の操作性も向上させることができる。しかも、コイル５８ｂへの通電を制御することにより、前記斥力の大きさを調整することができるので、前述のように、所望のボタンの中心にカーソル８０を移動させるなどの操作時における操作装置１００の操作性を一層良好に向上させることができる。
　なお、前記実施形態において、操作ノブ７０が操作部に、ノブベース７１が移動体に、コイル側ヨーク５６がヨークに、ハウジング５０、回路基板５２及び底蓋５３が保持体に、永久磁石７８及び電磁石５８が斥力発生部に、ディスプレイ２１が画像表示部に、ボタン２２ｂ及び２２ｍ～２２ｒが指示領域に、表示画面２２がカーソル移動領域に、Ｘ反力調整部３５及びＹ反力調整部３７がコイル制御部に、それぞれ相当する。
　また、本開示は前記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、磁石６１～６４とコイル４１～４４とで構成されるいわゆるＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）による制御は、前述のように操作反力を加える制御に限定されるものではなく、種々の形態が考えられる。例えば、所定条件が成立したときに操作ノブ７０を振動させるなどの制御であってもよい。また、操作ノブ７０に対して電磁力を加えることのできる方向も、必ずしも前記実施形態のように２軸でなくてもよく、１軸であってもよい、その場合、磁石は２個でコイルは１個でもあってもよい。逆に、操作ノブ７０等の移動体が球面に沿って移動可能に設けられ、磁石及びヨークはその球面に垂直に電磁力を作用させてもよい。
　また、前記斥力の大きさを調整する制御としても、種々の形態が考えられる。例えば、前述の地図２２ａ上で一定の摩擦力が加わるようにする制御か、ボタン２２ｂの中心で強い摩擦力が加わるようにするする制御か、いずれか一方のみがなされてもよい。更に、表示された画像に拘わらず、前記斥力によって摩擦力を常時０にする制御がなされてもよい。その場合、支持部５０ｂと当接部７１ｃとの双方に永久磁石を埋設することによって斥力を発生させてもよい。また、斥力は、静電反発力等を使って発生されてもよい。更に、本開示は、操作部の操作に対応して画像の表示が変化する技術分野に限定されず、その場合、前記反力，斥力の制御には一層多様な形態が考えられる。
　ただし、前記実施形態に記載されたように、前記移動体の位置を反映した画像を表示する画像表示部（２１）と、前記斥力発生部が発生する斥力の大きさを、前記画像表示部が表示した画面に応じて調整する斥力調整部（３９）と、を備えた場合、より顕著な効果が生じる。その場合、前記画像表示部が、地図（２２ａ）と、その地図上で前記移動体の位置に応じた位置に配設されるカーソル（８０）とを表示した場合、前記斥力調整部は、前記移動体に一定の摺動抵抗が加わるように前記斥力の大きさを調整してもよい。その場合、地図上の地点を指定する操作が容易になる。
　また、その場合、前記画像表示部が、指示を入力するための指示領域（２２ｂ，２２ｍ～２２ｒ）と、その指示領域を含みかつ当該指示領域よりも広いカーソル移動領域（２２）と、そのカーソル移動領域上で前記移動体の位置に応じた位置に配設されるカーソル（８０）とを表示した場合、少なくとも前記カーソルが前記指示領域の外に配設されたときに比べて、前記カーソルが前記指示領域の中心に配設されたときの方が大きい摺動抵抗が前記移動体に加わるように、前記斥力調整部が前記斥力の大きさを調整してもよい。その場合、カーソルを所望の指示領域の中心に配設する操作が一層容易になる。
　そして、更にその場合、前記実施形態のように、前記カーソルが前記指示領域上に配設されたとき、前記磁石にローレンツ力を作用させることによって前記移動体を移動させて前記カーソルを前記指示領域の中心に移動させる電流を、前記コイルに通電するコイル制御部（３５，３７）を、更に備えてもよい。その場合、カーソルを所望の指示領域の中心に配設する操作が更に一層容易になる。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (7)

  1. 　操作力が入力される操作部（７０）と、
    　前記操作部と磁石（６１～６４）とを一体に保持して移動可能に設けられた移動体（７１）と、
    　前記移動体の移動による前記磁石の移動経路に対して間隙を開けて配置されたコイル（４１～４４）と、
    　前記コイルに対して前記磁石の反対側に配置され、前記磁石により生じた磁力線を前記コイルへ導くヨーク（５６）と、
    　前記コイル及び前記ヨークを保持し、前記移動体を前記コイル及び前記ヨークの側から接触して支持する保持体（５０，５２，５３）と、
    　前記移動体と前記保持体との間に斥力を発生させる斥力発生部（７８，５８）と、
    　を備えた操作装置。
  2. 　前記斥力発生部は、前記移動体と前記保持体とにそれぞれ設けられた磁石である請求項１に記載の操作装置。
  3. 　前記移動体の磁石と前記保持体の磁石の少なくとも一方（５８）は、電磁石である請求項２に記載の操作装置。
  4. 　更に、
    　前記移動体の位置を反映した画像を表示する画像表示部（２１）と、
    　前記斥力発生部が発生する斥力の大きさを、前記画像表示部が表示した画面に応じて調整する斥力調整部（３９）と、
    　を備えた請求項１～３のいずれか１項に記載の操作装置。
  5. 　前記画像表示部が、地図（２２ａ）と、その地図上で前記移動体の位置に応じた位置に配設されるカーソル（８０）とを表示した場合、
    　前記斥力調整部は、前記移動体に一定の摺動抵抗が加わるように前記斥力の大きさを調整する請求項４に記載の操作装置。
  6. 　前記画像表示部が、指示を入力するための指示領域（２２ｂ，２２ｍ～２２ｒ）と、その指示領域を含みかつ当該指示領域よりも広いカーソル移動領域（２２）と、そのカーソル移動領域上で前記移動体の位置に応じた位置に配設されるカーソル（８０）とを表示した場合、
    　少なくとも前記カーソルが前記指示領域の外に配設されたときに比べて、前記カーソルが前記指示領域の中心に配設されたときの方が大きい摺動抵抗が前記移動体に加わるように、前記斥力調整部が前記斥力の大きさを調整する請求項４又は５に記載の操作装置。
  7. 　前記カーソルが前記指示領域上に配設されたとき、前記磁石にローレンツ力を作用させることによって前記移動体を移動させて前記カーソルを前記指示領域の中心に移動させる電流を、前記コイルに通電するコイル制御部（３５，３７）を、
    　更に備えた請求項６に記載の操作装置。
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