JP5471393B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、原位置に対して、Ｘ軸とＹ軸がなすＸＹ面に沿う任意方向及びＺ軸周りの回転方向に変位可能に支持されるとともに、操作者に手動で操作される操作部を備え、操作部の操作状態に応じて触感を与えることのできる入力装置に関するものである。

従来、電子機器とは分離された操作部を備え、該操作部を手動で操作することにより、電子機器に情報を入力できるようにした入力装置が知られている。例えば、入力装置における操作部の操作に連動して、表示装置における表示画面上のカーソル（ポインタ）が移動される。

また、操作の確認性を向上する等を目的として、操作部が、原位置に対し、Ｘ軸とＹ軸がなすＸＹ面に沿う任意方向及びＺ軸周りの回転方向に変位可能に支持され、操作部の操作状態に応じて触感を与えることのできる入力装置が提案されている。

その中でも、小型化、低コスト化などを目的として、磁気力を用いた入力装置が提案されている。例えば特許文献１に示される入力装置（ハプティック入力装置）は、球面軸受を有する支持部材と、球面軸受にて支持される球面部を有し、支持部材に対して揺動自在且つ回転自在に取り付けられたレバーハンドル（操作部）と、レバーハンドルの下端面と対向配置された電磁コイルと、レバーハンドルの操作状態を検知する検知手段と、検知手段の信号に基づいて電磁コイルの駆動信号を出力する制御手段を備えている。

そして、レバーハンドルの下端面である球面全面に板ばねを介して設けられた磁性板と、レバーハンドルが変位されない状態（原位置の状態）で、磁性板に対して対向配置された電磁コイル（及び電磁コイルの上面に設けられたライニング材）とにより、レバーハンドルに外力を加える電磁ブレーキが構成されている。

特許第３９３４３９４号

特許文献１に示される入力装置では、レバーハンドルを回転させた場合、回転量に応じて異なる大きさの抵抗感をレバーハンドルに加え、レバーハンドルが意図した回転量だけ回転操作されたか否かをブラインドタッチで知ることができるようにしている（特許文献１の段落［００２６］、図２（ｂ）参照）。

しかしながら、その作動については記載されていない。また、特許文献１では、電磁コイルが環状に設けられ、レバーハンドルが原位置の状態で、電磁コイルが磁性板の周辺領域と対向する構成となっている。換言すれば、レバーハンドルを回転させても、環状の電磁コイルと磁性板との対向面積が変化しない構成（回転させても、電磁コイルが磁性板に対向する構成）となっている。この点は、特許文献１の図１から明らかである。

したがって、特許文献１では、回転量が大きいほど、電磁コイルに流す電流（駆動信号）を大きくして、電磁コイルと磁性板との間に作用する引き合う磁気力（クーロン力）を大きくし、レバーハンドルの球面部を支持部材の球面軸受に強く押し当てる。そして、これにより、回転に対しての抵抗力を大きくする構成であると推察される。

ところで、操作者に良好な触感を与える（操作の確認性を向上する）には、操作部に対して、変位方向（操作方向）に沿う方向の外力、具体的には、変位方向と同方向の外力（加速感）や変位方向とは逆方向の外力（ブレーキ感）、を印加すると良く、特に変位方向とは逆方向の外力を印加することが好ましい。この点は周知であり、本発明者によっても確認されている。

しかしながら、特許文献１の入力装置では、レバーハンドルの回転軸に沿う方向に作用する引き合う磁気力（クーロン力）により、レバーハンドルに触感を付与する構成となっている。すなわち、レバーハンドルに対して、その回転方向に沿う外力を印加するものではなく、回転方向に垂直な向きの外力を印加する構成となっている。したがって、触感が得られにくく、良好な触感を得る（操作の確認性を向上する）ためには、電磁コイルへ流す電流を大きくして、抵抗力を増大させなくてはならない。

本発明は上記問題点に鑑み、ＸＹ面に沿う任意方向及びＺ軸周りの回転方向に変位可能に支持された操作部を有し、磁気力を用いて触感を付与する入力装置において、特に回転動作に対して操作の確認性を向上することを目的とする。

上記目的を達成する為に、以下の発明に係る入力装置は、原位置に対して、Ｘ軸とＹ軸がなすＸＹ面に沿う任意方向及びＺ軸周りの回転方向に変位可能に支持され、操作者に手動で操作される操作部と、操作部を原位置に自動的に復帰させる復元力発生部と、操作部の操作状態を検出する検出部と、操作部に外力を印加するアクチュエータと、検出部の検出結果に応じてアクチュエータの駆動を制御する制御部と、ハウジングと、を備えている。

請求項１に記載の発明では、操作部は、ハウジングを構成するカバーの一面上に配置され、カバーにおける一面と反対の面側には、保持部材が配置されている。保持部材は、カバーに形成された貫通孔を通じて操作部に連結され、操作部とともに変位する。復元力発生部は、弾性変形の反力として復元力を生じるものであり、操作部が原位置の状態で、Ｚ軸に沿って延びるとともに、該復元力発生部の中心が操作部の回転軸と一致するように配置され、復元力発生部の一端は、保持部材における操作部と反対の面側において、保持部材に連結されている。検出部は、復元力発生部における保持部材とは反対の端部が固定されたホルダと、操作部のＸＹ面に沿う任意方向及び回転方向の変位を検出できるように、ＸＹ面に沿う方向において、ホルダを中心として放射状に配置された複数の歪ゲージを有している。操作部は、保持部材、復元力発生部、ホルダ、及び歪ゲージを介して、ハウジングを構成するケースに支持され、操作部が操作されると保持部材も変位し、一端が保持部材に固定された復元力発生部も弾性変形して、歪ゲージの抵抗値が変化するようになっている。アクチュエータは、磁性材料からなるコアと該コアに一体化されたコイルとを有し、検出部の検出結果に応じて制御部によりコイルに流れる電流が制御される電磁石と、操作部が原位置の状態でコアの端面に所定の間隙をもって対向配置される対向面を有し、該対向面が磁極の一方をなす磁石と、を含んでいる。また、電磁石及び磁石のいずれか一方が保持部材に固定され、他方がケースに固定されている。そして、２つの磁石が、少なくとも操作部が原位置の状態で操作部の回転軸を挟んで対向配置されるとともに、操作部が原位置の状態で、各磁石に対して電磁石のコアの端面が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、コイルに電流が流れると、電流による磁界によってコアが磁化されて磁石となり、互いに対向するコアの端面と磁石の対向面との間に磁気力が作用する。そして、この磁気力を利用して、操作部を介して操作者の手に触感を付与することができる。

また、アクチュエータが少なくとも２つの磁石を有し、２つの磁石がＺ軸に垂直な方向において操作部の回転軸を挟んで対向配置されている。したがって、Ｚ軸周りの回転方向に操作部を変位させた場合、上記した磁気力により、操作部に対して、回転方向に沿う方向の外力、例えば回転方向とは逆方向の外力（ブレーキ感）を与えることができる。なお、ＸＹ面に沿う任意方向に操作部を変位させた場合にも、上記した磁気力により、操作部に対して、変位方向（操作方向）に沿う外力を与えることができる。

このように本発明によれば、回転方向に変位させた場合にも、操作部に対して、変位方向（回転方向）に沿う外力を与えることができるので、従来に比べて、特に回転動作に対して操作の確認性を向上することができる。また、電磁石のコイルに流す電流が小さくとも、大きな触感が得られるため、従来に比べて消費電力を低減することもできる。

請求項２に記載のように、操作部は、ＸＹ面と平行な方向への移動が可能に支持され、電磁石のコアの端面と磁石の対向面とが、ＸＹ面に平行とされた構成を採用すると良い。

上記した発明では、例えば電磁石のコアの端面と磁石の対向面とがＸＹ面に垂直とされた構成も可能である。しかしながら、このような構成では、コアの端面と磁石の対向面との対向方向に操作部を変位させた場合、Ｚ軸を挟んで対向配置された一方の磁石の対向面とコアの端面との距離が短くなり、他方の磁石の対向面とコアの端面との距離は長くなる。したがって、これら磁気力が作用する２つの部位で、電磁石に流す電流を独立して制御しないと、特に操作方向に対して逆向きの触感を付与することが困難である。

これに対し、本発明によれば、ＸＹ面に沿う任意方向に操作部を変位させると、磁石の対向面とコアの端面とが、ＸＹ面に沿う同一の方向において同一距離位置ずれする。また、Ｚ軸周りの回転方向に操作部を変位させると、磁石の対向面とコアの端面とが、同一の回転方向（例えばいずれも時計回り）において同一距離位置ずれする。したがって、Ｚ軸を挟んで磁気力が作用する２つの部位において、電磁石に流す電流を独立制御しなくとも良いので、構成を簡素化することができる。

請求項３に記載のように、アクチュエータが、回転軸を挟んで対向配置される２つの磁石の対として第１の対と第２の対を含み、第１の対をなす磁石の一方と第２の対をなす磁石の一方、第１の対をなす磁石の他方と第２の対をなす磁石の他方とが、それぞれＸＹ面に垂直な方向から見て重なる位置とされ、ＸＹ面に垂直な方向から見て重なる位置とされた、第１の対をなす磁石と第２の対をなす磁石は、互いに対向する面の磁極が異なるとともに、互いに対向する面の間に１本のコアがそれぞれ配置され、該コアにおける一端面が第１の対をなす磁石の面と対向しコアにおける一端面とは反対側の端面が第２の対をなす磁石の面と対向している構成としても良い。

クーロン力は、距離の２乗に反比例するため、コアの端面と磁石の対向面との対向距離は触感において重要である。これに対し、本発明では、Ｚ軸に沿う方向において、１本のコアの一端側に第１の対をなす磁石、他端側に第２の対をなす磁石が配置されているので、コアの両端でそれぞれ作用する磁気力（例えばいずれも引き合う磁気力）により、Ｚ軸方向において、コアの端面と磁石の対向面との対向距離のばらつきを抑制することもできる。そして、これにより、触感のばらつきを抑制することができる。

請求項４に記載のように、操作部が原位置の状態で、電磁石において、１本のコアにおける一端面が、回転軸を挟んで対向配置される２つの磁石の一方と対向し、コアにおける一端面とは反対側の端面が、２つの磁石の他方と対向しており、コアの一端面と対向する磁石の対向面側の磁極と、コアの一端面とは反対側の端面と対向する磁石の対向面側の磁極とが互いに異なる構成としても良い。

これによれば、電磁石の構成を簡素化し、入力装置のコストを低減することができる。

なお、磁石としては、請求項５に記載の永久磁石、若しくは、コア及びコイルからなる電磁石のいずれかを採用することができる。特に永久磁石を採用すると、構成を簡素化することができるとともに、消費電力を低減（コストを低減）することができる。また、常に磁界を生じるので、アクチュエータが復元力発生部を兼ねる構成においても好適である。

磁石が永久磁石の場合、請求項６に記載のように、アクチュエータが、磁石に接して一体化された磁性材料からなるヨークを含む構成としても良い。これによれば、消費電力を低減（コストを低減）することができる。また、漏れ磁束を抑制して、他機器などの誤作動を抑制することができる。

上記した発明は、請求項７に記載のように、表示画面を備えた車両用表示装置に対して情報を入力する装置に好適である。本発明によれば、操作者としての運転者が表示画面を注視しなくとも、触感によって、変位方向（操作部の操作方向）を確認することができる。

第１実施形態に係る入力装置の概略構成を示す図である。 入力装置のうち、入力部の概略構成を示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 入力部をＸ軸に沿う方向から見た側面図である。 入力部のうち、アクチュエータの概略構成を示す図であり、（ａ）は磁気力を強くする場合、（ｂ）は磁気力を弱める場合を示している。 電磁石のコイルへ通電することで操作部に作用する外力の印加方向を示す図であり、（ａ）は通電前の操作部が原位置の状態、（ｂ）は操作部を＋Ｘ方向へ変位させる場合、（ｃ）は操作部を−Ｙ方向へ変位させる場合、（ｄ）は操作部をＺ軸周りに反時計方向（−Ｃ方向）に変位させる場合を示す。 入力装置により情報が入力される表示装置の表示画面を示す図である。 カーソル位置と操作部に作用する力の関係を示す図である。 カーソル位置と操作部に作用する力の関係の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る入力装置のうち、入力部の概略構成を示す断面図である。 アクチュエータによる復元力を示す図であり、（ａ）は操作部を＋Ｘ方向へ変位させる場合、（ｂ）は操作部を−Ｘ方向へ変位させる場合を示す。 第３実施形態に係る入力装置のうち、入力部の概略構成を示す断面図である。 入力部のうち、アクチュエータの概略構成を示す図である。 （ａ）はアクチュエータを図１２のＸＩＶ側から見た（Ｘ軸に沿う方向から見た）平面図であり、（ｂ）は変形例を示す平面図である。 入力装置の変形例を示す断面図である。 操作部の変位についての変形例を示す断面図である。 磁石と電磁石の配置の変形例を示す図である。 復元力発生部の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本実施形態に係る入力装置１０の主たる特徴部分は、磁気力が作用する磁石と電磁石との配置にある。

図１に示す入力装置１０は、電子機器としての表示装置１００、具体的には、車両のナビゲーションシステムを構成する表示装置１００、に情報を入力する装置として構成されている。なお、表示装置１００の表示画面１１０（図７参照）は、車室内におけるダッシュボード上の例えば運転席と助手席との中間となる位置に配置され、入力装置１０の操作部１２は、例えば運転席の横にあるセンターコンソールの上面に配置される。これにより、操作者である運転者が、姿勢をほとんど変えることなく操作部１２を操作できるようになっている。

入力装置１０は、図１に示すように、入力部１１として、操作者に手動で操作される操作部１２と、操作部１２を原位置（原点位置、センター位置とも言う）に自動的に復帰させる復元力発生部１３と、操作部１２の操作状態を検出する検出部１４と、操作部１２に外力を印加するアクチュエータ１５と、を備えている。さらに、入力部１１における検出部１４の検出結果に応じてアクチュエータ１５の駆動を制御する制御部１６、を備えている。本実施形態では、入力部１１が、ハウジング１７をさらに備えている。

操作部１２は、操作者に手動で操作されるべく、原位置に対し、Ｘ軸とＹ軸がなすＸＹ面に沿う任意方向及びＺ軸周りの回転方向に変位可能に支持されたものである。ここで、ＸＹ面に沿う方向の変位とは、例えば操作部１２がＸＹ面に平行に操作されることによる変位や、操作部１２が揺動操作されることによる変位である。また、任意方向とは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸やＹ軸に対して斜め方向も含む。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する位置関係にある。

本実施形態では、ハウジング１７を構成する平板状のカバー２０の一面２０ａが、ＸＹ面に沿う面（平行な面）とされており、カバー２０の厚み方向（一面２０ａに垂直な方向）がＺ軸に沿う方向（平行な方向）となっている。そして、一面２０ａ上に操作部１２が配置されており、操作部１２は、一面２０ａに沿う任意方向、すなわちＸＹ面に沿う任意方向と、Ｚ軸周りの回転方向とに変位可能となっている。

操作部１２は、一面２０ａに垂直なＺ軸方向に沿う厚みがほぼ均一とされ、ＸＹ面に沿う外形が、図２に示すように円形の平板状となっている。より詳しくは、操作部１２において、カバー２０の一面２０ａに平行とされた２つの面１２ａ，１２ｂのうち、一面２０ａとは反対側の上面１２ａと、一面２０ａに対向配置される側の下面１２ｂとが同心円の関係にあり、中心を同じとする２つの円において、上面１２ａのほうが下面１２ｂよりも円の面積が小さくなっている。そして、上面１２ａと下面１２ｂとが、テーパ状の側面１２ｃによって連結されている。また、ＸＹ面に沿う方向において、上面１２ａ及び下面１２ｂの中心を通り、Ｚ軸に平行な軸が、操作部１２が回転方向に変位される際の回転中心である回転軸１２ｄとなっている。そして、この回転軸１２ｄを、ＸＹ面の原点としている。

操作部１２には、操作部１２をハウジング１７に対して支持する部材の一部をなすとともに、アクチュエータ１５を構成する磁石及び電磁石のいずれか一方を保持する機能を果たす保持部材３０が連結されている。

本実施形態では、保持部材３０が、基部３０ａと該基部３０ａから突出した凸部３０ｂとを有しており、ＸＹ面に沿う方向において、その外形が矩形状となっている。そして、凸部３０ｂが、カバー２０に形成された貫通孔２０ｂを挿通して、操作部１２の下面１２ｂにおける回転軸１２ｄを含む一部位に設けられた凹部１２ｅに嵌合されている。なお、操作部１２と保持部材３０の固定形態は上記した嵌合に限定されるものではない。接着や螺子締結等、それ以外の固定方法を採用しても良い。

保持部材３０の凸部３０ｂはＺ軸に沿って延びており、その外径は、カバー２０に設けられた貫通孔２０ｂの径よりも小さくなっている。このように、ＸＹ面に沿う方向において、凸部３０ｂの周囲に所定のスペースがあるため、操作部１２及び保持部材３０が、ＸＹ面に沿う任意方向と、Ｚ軸周りの回転方向に変位可能となっている。また、ＸＹ面に沿う方向において、凸部３０ｂの中心は、回転軸１２ｄとほぼ一致している。

なお、保持部材３０の基部３０ａは、カバー２０側の部位がＸ軸及びＹ軸に沿う十字状となっており、十字によって区画された４つの薄肉部位には、カバー２０とは反対側に、ヨーク４５，５５（図４ではヨーク５５を図示）が固定されている。図４に示す符号３１は、ヨーク５５（４５）を保持部材３０に固定するための固定部材である。

復元力発生部１３は、上記の通り、操作部１２を原位置に自動的に復帰させるもの、換言すれば、操作部１２が原位置から変位された状態で、操作部１２の操作方向とは反対向きの力（反力）を生じるものであり、操作部１２に対して直接連結されるか、若しくは、中継部材を介して連結されている。アクチュエータ１５とは別に復元力発生部１３を設ける場合、復元力発生部１３としては、弾性変形の反力として復元力を生じるもの、例えばゴムなどの弾性変形部材や、弾性を有するように加工や成形したものなどを採用することができる。

本実施形態では、ゴムからなる柱状の部材を復元力発生部１３としている。そして、保持部材３０の基部３０ａにおいて、ＸＹ面と平行とされた、カバー２０とは反対側の下面に、柱状の復元力発生部１３の一端が固定されている。より詳しくは、保持部材３０におけるカバー２０とは反対側の下面であって回転軸１２ｄを含む一部位に凹部３０ｃが設けられ、該凹部３０ｃに復元力発生部１３の一端が嵌合されている。なお、復元力発生部１３と保持部材３０の固定形態は上記した嵌合に限定されるものではない。接着や螺子締結等、それ以外の固定方法を採用しても良い。

そして、復元力発生部１３は、操作部１２が原位置の状態でＺ軸に沿って延びており、ＸＹ面に沿う方向において、復元力発生部１３の中心が、回転軸１２ｄとほぼ一致している。

検出部１４は、操作部１２の操作状態を検出する。具体的には、操作部１２のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置、及びＺ軸周りの回転位置を検出、或いは、操作部１２に加えられたＸ軸方向の力、Ｙ軸方向の力、及びＺ軸周りのモーメント力を検出する。このような検出部１４としては周知のものを採用することができる。例えば位置を検出する場合、光センサや磁気センサなどを採用でき、力を検出する場合、歪ゲージなどを採用することができる。

本実施形態では、歪ゲージ１４ｂを採用している。復元力発生部１３における保持部材３０とは反対側の端部は、図３に示すように、検出部１４を構成するホルダ１４ａに固定されている。このホルダ１４ａも、操作部１２が原位置の状態で、その中心が、ＸＹ面に沿う方向において回転軸１２ｄとほぼ一致している。複数の歪ゲージ１４ｂは、一端側がホルダ１４ａに固定され、ＸＹ面に沿う方向において、ホルダ１４ａ（回転軸１２ｄ）を中心として放射状に配置されている。

このような放射状の配置としては、少なくとも、Ｘ軸に沿う方向（＋Ｘ方向、−Ｘ方向）とＹ軸に沿う方向（＋Ｙ方向、−Ｙ方向）の、ホルダ１４ａを中心とした４箇所に歪ゲージ１４ｂがそれぞれ配置されれば良い。なお、歪ゲージ１４ｂの数が多いほど、変位方向（操作方向）や変位量、特に変位方向をより精度良く検出することができる。

各歪ゲージ１４ｂにおける外周側の端部は、アクチュエータ１５の一部を保持する保持部材２２、及び、ハウジング１７を構成するケース２３に固定されている。なお、歪ゲージ１４ｂがケース２３のみに固定された構成としても良い。

このように、操作部１２は、保持部材３０、復元力発生部１３、検出部１４（ホルダ１４ａ及び歪ゲージ１４ｂ）を介して、ハウジング１７（ケース２３）に支持されている。したがって、操作部１２が操作されると、操作部１２の変位にともなって保持部材３０も変位する。そして、一端が保持部材３０に固定された復元力発生部１３も、保持部材３０の変位に引っ張られて弾性変形する。このとき、放射状に配置された複数の歪ゲージ１４ｂにおいて、特に操作部１２が変位した側の歪ゲージ１４ｂが圧縮され、変位方向とは反対側の歪ゲージ１４ｂは引っ張られる。したがって、回転軸１２ｄを中心として放射状に配置された複数の歪ゲージ１４ｂの各抵抗の変化から、操作部１２の操作状態、すなわち、操作部１２がどの方向にどの程度変位したかの変位情報、すなわち操作情報を検出することができる。

アクチュエータ１５は、磁性材料からなるコアと該コアに一体化されたコイルとを有し、検出部１４の検出結果に応じて、後述する制御部１６によりコイルに流れる電流が制御される電磁石と、操作部１２が原位置の状態でコアの端面に所定の間隙をもって対向配置される対向面を有し、該対向面が磁極の一方をなす磁石と、を含んでいる。また、電磁石及び磁石のいずれか一方は、操作部１２と一体化されている。そして、上記した磁石を複数有し、そのうちの２つの磁石が、少なくとも操作部１２が原位置の状態で、ＸＹ面に沿う方向において操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置されるとともに、操作部１２が原位置の状態で、各磁石に対して電磁石のコアの端面が配置された構成のものである。

本実施形態では、アクチュエータ１５が、Ｚ軸方向に沿って延びるとともに、両端がＸＹ面と平行とされた２本のコア４０，５０を有している。これらコア４０，５０は、ＸＹ面に沿う方向において操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置されており、本実施形態では、コア４０，５０がＸ軸上に配置されているものとする。そして、操作部１２の回転軸１２ｄを中心として、コア４０が−Ｘ側、コア５０が＋Ｘ側に配置され、それぞれの回転軸１２ｄからの距離は等距離となっている。

各コア４０，５０には、コイル４１，５１がそれぞれ巻回されている。すなわち、コア４０及びコイル４１からなる電磁石４２と、コア５０及びコイル５１からなる電磁石５２が、ＸＹ面に沿う方向において操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置されている。そして、これら電磁石４２，５２は、非磁性材料からなる保持部材２２に保持されており、保持部材２２は、図示しない位置にてハウジング１７をなすケース２３に固定されている。すなわち、電磁石４２，５２は、操作部１２が変位されても変位せずに、常に原位置の状態を保つようになっている。このように、コイル４１，５１に対し、電気配線の必要な電磁石４２，５２をハウジング１７（ケース２３）に固定する構成とすると、電気的な接続信頼性などを向上することができる。

次に、２つのコア４０，５０のうち、コア５０側の構成を、図４及び図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

操作部１２が原位置の状態で、コア５０における一方の端面５０ａには、磁石５３が対向配置されている。磁石５３におけるコア５０との対向面５３ａもＸＹ面に平行となっており、操作部１２が原位置の状態で、コア５０の端面５０ａと該端面５０ａに相対する磁石５３の対向面５３ａとの距離は所定距離Ｌ１となっている。また、コア５０における端面５０ａとは反対側の端面５０ｂには、磁石５４が対向配置されている。磁石５４におけるコア５０との対向面５４ａもＸＹ面に平行となっており、操作部１２が原位置の状態で、コア５０の端面５０ｂと該端面５０ｂに相対する磁石５４の対向面５４ａとの距離も、端面５０ａと対向面５３ａとの距離と同じ所定距離Ｌ１となっている。なお、上記において対向配置とは、Ｚ軸方向に沿うコア５０の中心軸と磁石５３，５４の中心軸とが、ＸＹ面に垂直な方向から見て重なる位置（ＸＹ座標が同じ）であることを指す。

磁石５３，５４としては、コアとコイルからなる電磁石を採用することもできる。しかしながら、磁石５３，５４の構造、及び、アクチュエータ１５の制御が複雑化するため、本実施形態では、いずれも永久磁石を採用している。また、磁石５３，５４の着磁方向は、同一方向となっており、磁石５３の対向面５３ａはＳ極、磁石５４の対向面５４ａはＮ極となっている。

２つの磁石５３，５４は、同一構成の永久磁石からなり、ＸＹ面に垂直な方向から見て重なる位置（ＸＹ座標が同じ）とされている。そして、磁性材料からなる環状のヨーク５５の内周面に対し、磁石５３は、対向面５３ａとは反対側の面（Ｎ極）が接して固定され、磁石５４は、対向面５４ａとは反対側の面（Ｓ極）が接して固定されている。そして、磁力線が、図５（ａ），（ｂ）の実線矢印で示すように、磁石５４の対向面５４ａから磁石５３の対向面５３ａに向けてほぼ真っ直ぐ向かう構成となっている。

本実施形態では、図４に示すように、ヨーク５５が矩形環状とされ、磁石５３の固定された辺部５５ａが、保持部材３０の基部３０ａにおいて、ＸＹ面と平行とされた、カバー２０とは反対側の下面の周縁部に固定されている。なお、磁石５４は、辺部５５ａと対向する辺部５５ｂに固定されている。このように、磁石５３，５４及びヨーク５５は、保持部材３０に固定されているため、操作部１２とともに変位するようになっている。すなわち、電磁石５２と、磁石５３，５４及びヨーク５５とは、相対的に移動が可能となっている。

本実施形態では、対向面５３ａ，５４ａの磁極が互いに異なる２つの磁石５３，５４の間にコア５０が配置されているため、コイル５１に電流を流さない状態でも、磁石５３，５４間の磁界によって、コア５０が磁化されて磁石となる。このとき、磁石５３と対向するコア５０の端面５０ａはＮ極となり、磁石５４と対向するコア５０の端面５０ｂはＳ極となる。

一方、コイルに電流を流すと、コア５０は、上記した磁石５３，５４による磁界と、コイル５１に流れる電流により生じる磁界とによって、磁化されることとなる。本実施形態では、良好な触感を得るために、コイル５１に電流を流して電磁石５２を動作（ＯＮ）させたときに、コア５０の端面５０ａ，５０ｂと対向する磁石５３,５４の対向面５３ａ，５４ａとの間に作用する磁気力が、互いに引き合う磁気力となるようにされる。

例えば図５（ａ）に示すように、コイル５１への通電のみで、コア５０の端面５０ａがＮ極となり、コア５０の端面５０ｂがＳ極となるように電流を流す場合、通電により生じる磁界の磁力線は破線矢印で示すようになる。このように、磁石５３,５４の磁界と、コイル５１に電流を流してなる磁界とで、コア５０を通る磁力線の向きが同じとなるので、コア５０の端面５０ａ，５０ｂと対向する磁石５３，５４の対向面５３ａ，５４ａとの間に作用する磁気力は、通電による磁界分が重畳され、非通電時よりも大きくなる。この場合、電流の大きさによって磁気力の大きさ（クーロン力）は変化するものの、コア５０の端面５０ａ，５０ｂと対向する磁石５３,５４の対向面５３ａ，５４ａとの間に作用する磁気力は、互いに引き合う磁気力となる。

一方、図５（ｂ）に示すように、コイル５１への通電のみで、コア５０の端面５０ａがＳ極となり、コア５０の端面５０ｂがＮ極となるように電流を流す場合、通電により生じる磁界の磁力線は破線矢印で示すようになる。このように、磁石５３,５４の磁界と、コイル５１に電流を流してなる磁界とで、コア５０を通る磁力線の向きが逆となる。本実施形態では、コア５０の端面５０ａ，５０ｂと対向する磁石５３,５４の対向面５３ａ，５４ａとの間に作用する磁気力が互いに引き合う磁気力となる範囲で、電流の大きさが決定される。したがって、コア５０の端面５０ａ，５０ｂと対向する磁石５３，５４の対向面５３ａ，５４ａとの間に作用する磁気力は、通電による磁界分で相殺されて、非通電時よりも小さくなるものの、コア５０の端面５０ａ，５０ｂと対向する磁石５３,５４の対向面５３ａ，５４ａとの間に作用する磁気力は、互いに引き合う磁気力となる。

なお、上記においては、アクチュエータ１５のうち、コア５０側の構成のみを示したが、コア４０側の構成も、コア５０側の構成と同じ構成となっている。

すなわち、操作部１２が原位置の状態で、コア４０における一方の端面には、磁石４３が対向配置されており、他方の端面には磁石４４が対向配置されている。そして、磁石４３，４４におけるコア４０との対向面はいずれもＸＹ面に平行となっており、操作部１２が原位置の状態で、対向するコア５０の端面との距離は、コア５０側と同じ所定距離Ｌ１となっている。なお、上記において対向配置とは、Ｚ軸方向に沿うコア４０の中心軸と磁石４３，４４の中心軸とが、ＸＹ面に垂直な方向から見て重なる位置（ＸＹ座標が同じ）であることを指す。

また、磁石４３，４４として、磁石５３,５４と同一構成の永久磁石を採用している。また、その着磁方向は、磁石５３，５４と同一方向となっており、磁石４３のコア４０との対向面はＳ極、磁石４４のコア４０との対向面はＮ極となっている。

２つの磁石４３，４４は、ＸＹ面に垂直な方向から見て重なる位置（ＸＹ座標が同じ）とされている。そして、矩形環状のヨーク４５の内周面に対し、磁石４３は、コア４０との対向面とは反対側の面（Ｎ極）が接して固定され、磁石４４は、コア４０との対向面とは反対側の面（Ｓ極）が接して固定されている。そして、磁力線が、磁石４４のコア４０との対向面から磁石４３のコア４０との対向面に向けてほぼ真っ直ぐ向かう構成となっている。

また、ヨーク４５も、保持部材３０の基部３０ａのうち、ＸＹ面と平行とされた、カバー２０とは反対側の下面の周縁部であって、操作部１２の回転軸１２ｄを挟んでヨーク５５とは反対側の部位に固定されている。すなわち、磁石４３，４４及びヨーク４５も、保持部材３０に固定されているため、操作部１２とともに変位するようになっている。

以上より、操作部１２が原位置の状態で、磁石４３，４４は、Ｚ軸方向においてコア４０とそれぞれ対向し、磁石５３，５４は、Ｚ軸方向においてコア５０とそれぞれ対向している。また、各磁石４３，４４，５３，５４と対向するコア４０，５０の端面との距離が所定距離Ｌ１となっている。

したがって、コア４０側に配置された磁石４３とコア５０側に配置された磁石５３とは、ＸＹ面に沿う方向において操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置されている。また、磁石４３，５３は、コア４０，５０同様、Ｘ軸上に配置されており、操作部１２の回転軸１２ｄを中心として、磁石４３が−Ｘ側、磁石５３が＋Ｘ側に配置され、それぞれの回転軸１２ｄからの距離は等距離となっている。これら磁石４３，５３が特許請求の範囲に記載の第１の対に相当する。

また、コア４０側に配置された磁石４４とコア５０側に配置された磁石５４とは、ＸＹ面に沿う方向において操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置されている。また、磁石４４，５４は、コア４０，５０同様、Ｘ軸上に配置されており、操作部１２の回転軸１２ｄを中心として、磁石４４が−Ｘ側、磁石５４が＋Ｘ側に配置され、それぞれの回転軸１２ｄからの距離は等距離となっている。これら磁石４４，５４が特許請求の範囲に記載の第２の対に相当する。

制御部１６は、操作者によって操作部１２が変位された際に、操作部１２に外力を印加して操作者の手に触感を与えるべく、上記の通り、検出部１４の検出結果に応じてアクチュエータ１５の駆動を制御するものである。

本実施形態では、制御部１６が、車内ネットワークを構築する図示されないシリアル通信バスと接続されており、入力装置１０が操作対象とする表示装置１００などと接続されるとともに他のＥＣＵとも接続されて、それらＥＣＵと通信が可能となっている。

制御部１６は、図１に示すように、ＣＰＵ１６ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、それら以外に設けられたハードディスクドライブや不揮発性メモリなどの外部記憶装置からなる記憶部１６ｂと、検出部１４（歪ゲージ１４ｂ）から出力される検出信号をＣＰＵ１６ａに取り込む入力部１６ｃと、ＣＰＵ１６ａから出力される駆動信号に応じた駆動電力をコイル４１，５１に出力してアクチュエータ１５を駆動する駆動回路１６ｄ，１６ｅとを有している。

記憶部１６ｂのうち、ＲＯＭや外部記憶装置には、ＣＰＵ１６ａが実行する各種プログラム及びそれに必要なデータが記憶されており、ＣＰＵ１６ａはこれらプログラムを実行する際に、ＲＡＭをその作業領域として利用するようになっている。

制御部１６は、検出部１４からフィードバックされる検出信号によって操作部１２が操作されている方向（変位方向）及び操作量（変位量）を検出すると、これに基づいて、表示装置１００の表示画面１１０に表示されるカーソル１１２を、操作部１２の操作方向に応じた方向に操作部１２の操作量に応じた量だけ移動させるように、表示装置１００に駆動信号を出力する。

また、制御部１６は、操作部１２が操作されている方向及び操作量を検出すると、表示装置１００の表示画面１１０に表示されるカーソル１１２の位置情報と、表示画面１１０に表示されるアイコン１１１の位置情報から、所定のタイミングで操作方向とは逆向きの力を操作部１２に印加するように、アクチュエータ１５を駆動する信号を出力する。

次に、上記構成の入力装置１０において、操作部１２の操作方向（変位方向）と操作部１２に印加される外力について説明する。

図６（ａ）は、操作部１２が操作者によって操作されず、原位置にある状態を示している。この状態では、Ｘ軸上に、コア４０，５０、磁石４３，４４，５３，５４が位置している。また、コア４０と磁石４３，４４とは、Ｚ軸方向から見て中心軸同士が重なる位置とされ、コア５０と磁石５３，５４も、Ｚ軸方向から見て中心軸同士が重なる位置となっている。

図６（ａ）の状態に対し、操作部１２が操作者によって＋Ｘ方向に操作される場合、操作部１２の変位にともなって磁石４３，４４，５３，５４及びヨーク４５，５５も変位する。このため、Ｘ軸に沿う方向において、図６（ｂ）に示すように、磁石４３，４４がコア４０に対して＋Ｘ方向にずれ、磁石５３，５４がコア５０に対して＋Ｘ方向にずれる。このとき、ずれ量は同じである。

このように、操作部１２が＋Ｘ方向に操作されると、本実施形態では、復元力発生部１３による弾性変形の反力と、磁石４３，４４，５３，５４としての永久磁石の効果（互いに引き合う磁気力）とにより、−Ｘ方向の力が、操作量に応じて操作部１２に作用する。

そして、操作部１２が＋Ｘ方向に操作されている任意タイミングで、電磁石４２，５２のコイル４１，５１に、例えば図５（ａ）に示したように、互いに引き合う磁気力を強める方向に電流を流すと、図６（ｂ）に白抜き実線矢印で示す互いに引き合う磁気力が、通電前よりも大きくなり、その磁気力の変化が、図６（ｂ）に白抜き破線矢印で示す、操作方向に対して逆方向（−Ｘ方向）の外力の変化として伝わる。

したがって、操作者に対して、操作方向に沿う外力であって、コイル４１，５１への通電なしの状態の触感とは異なる触感、具体的には、通電なしの状態での−Ｘ方向の力よりも大きな−Ｘ方向の力を作用させて、良好な触感（ブレーキ感）を与えることができる。

なお、図５（ｂ）に示したように、互いに引き合う磁気力を弱める方向に電流を流す場合には、通電なしの状態での−Ｘ方向の力よりも小さな−Ｘ方向の力を作用させることとなるため、操作者に対して、操作方向に沿う外力であって、コイル４１，５１への通電なしの状態の触感とは異なる触感を与えることができる。

次に、図６（ａ）の状態に対し、操作部１２が操作者によって−Ｙ方向に操作される場合、操作部１２の変位にともなって磁石４３，４４，５３，５４及びヨーク４５，５５も変位する。このため、Ｙ軸に沿う方向において、図６（ｃ）に示すように、磁石４３，４４がコア４０に対して−Ｙ方向にずれ、磁石５３，５４がコア５０に対して−Ｙ方向にずれる。このとき、ずれ量は同じである。

このように、操作部１２が−Ｙ方向に操作されると、本実施形態では、復元力発生部１３による弾性変形の反力と、磁石４３，４４，５３，５４としての永久磁石の効果（互いに引き合う磁気力）とによって、＋Ｙ方向の力が、操作量に応じて操作部１２に作用する。

そして、操作部１２が−Ｙ方向に操作されている任意タイミングで、電磁石４２，５２のコイル４１，５１に、例えば図５（ａ）に示したように、互いに引き合う磁気力を強める方向に電流を流すと、図６（ｃ）に白抜き実線矢印で示す互いに引き合う磁気力が、通電前よりも大きくなり、その磁気力の変化が、図６（ｃ）に白抜き破線矢印で示す、操作方向に対して逆方向（＋Ｙ方向）の外力の変化として伝わる。

したがって、操作者に対して、操作方向に沿う外力であって、コイル４１，５１への通電なしの状態の触感とは異なる触感、具体的には、通電なしの状態での＋Ｙ方向の力よりも大きな＋Ｙ方向の力を作用させて、良好な触感（ブレーキ感）を与えることができる。

なお、図５（ｂ）に示したように、互いに引き合う磁気力を弱める方向に電流を流す場合には、通電なしの状態での＋Ｙ方向の力よりも小さな＋Ｙ方向の力を作用させることとなるため、操作者に対して、操作方向に沿う外力であって、コイル４１，５１への通電なしの状態の触感とは異なる触感を与えることができる。

次に、図６（ａ）の状態に対し、操作部１２が操作者によってＸＹ面に沿いつつ回転軸１２ｄを中心として反時計周り（−Ｃ方向）に回転操作される場合、操作部１２の変位にともなって磁石４３，４４，５３，５４及びヨーク４５，５５も変位する。このため、回転方向において、図６（ｄ）に示すように、磁石４３，４４がコア４０に対して−Ｃ方向にずれ、磁石５３，５４がコア５０に対して−Ｃ方向にずれる。このとき、ずれ量は同じである。

本実施形態では、磁石４３（４４）と磁石５３（５４）とが、操作部１２が原位置の状態で、回転軸１２ｄを挟んで対向配置されているため、コア４０と磁石４３,４４との間に作用する互いに引き合う磁気力と、コア５０と磁石５３,５４との間に作用する互いに引き合う磁気力とが作用する。したがって、操作部１２が−Ｃ方向に操作されると、復元力発生部１３による弾性変形の反力と、上記した２箇所での互いに引き合う磁気力によって、＋Ｃ方向（時計回り）の力が、操作量に応じて操作部１２に作用する。

そして、操作部１２が−Ｃ方向に操作されている任意タイミングで、電磁石４２，５２のコイル４１，５１に、例えば図５（ａ）に示したように、互いに引き合う磁気力を強める方向に電流を流すと、図６（ｄ）に白抜き実線矢印で示す互いに引き合う磁気力が、通電前よりも大きくなり、その磁気力の変化が、図６（ｄ）に白抜き破線矢印で示す、操作方向に対して逆方向（＋Ｃ方向）の外力の変化として伝わる。

したがって、操作者に対して、操作方向に沿う外力であって、コイル４１，５１への通電なしの状態の触感とは異なる触感、具体的には、通電なしの状態での＋Ｃ方向の力よりも大きな＋Ｃ方向の力を作用させて、良好な触感（ブレーキ感）を与えることができる。

なお、図５（ｂ）に示したように、互いに引き合う磁気力を弱める方向に電流を流す場合には、通電なしの状態での＋Ｃ方向の力よりも小さな、＋Ｃ方向の力を作用させることとなるため、操作者に対して、操作方向に沿う外力であって、コイル４１，５１への通電なしの状態の触感とは異なる触感を与えることができる。

また、コア４０，５０は、操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置されるとともに、コア４０の端面に対向配置された磁石４３，４４と、コア５０の端面に対向配置された磁石５３，５４とが、操作部１２が原位置の状態で回転軸１２ｄを挟んで対向している。さらに、磁石４３，４４，５３，５４の着磁方向は同一であり、互いに引き合う磁気力が作用する範囲でコイル４１,５１に電流を流す。したがって、操作部１２の回転角度が９０度（１／４回転）を超えると、例えば磁石５３，５４は、対応するコア５０よりもコア４０の方が近くなり、磁石５３，５４とコア４０との間に互いに引き合う磁気力が作用することとなる。同様に、磁石４３，４４とコア５０との間に互いに引き合う磁気力が作用することとなる。

すなわち、操作部１２の回転が１／４回転までは操作方向に対して逆方向（＋Ｃ方向）の外力が作用し、１／４回転を超えて１／２回転までは操作方向（−Ｃ方向）の外力が作用する。また、１／２回転を超えて３／４回転までは操作方向に対して逆方向（＋Ｃ方向）の外力が作用し、３／４回転を超えて１回転までは操作方向（−Ｃ方向）の外力が作用するようになっている。したがって、例えばブレーキ感のみを付与したい場合には、操作部１２が１／４回転を超えて回転しないように操作部１２の回転を規制する部材を、入力部１１に設けると良い。

上記においては、操作部１２を、＋Ｘ方向、−Ｙ方向、−Ｃ方向（反時計周り）に操作する例を示した。しかしながら、操作部１２を、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、＋Ｃ方向（時計回り）に操作する場合も同様である。さらには、ＸＹ面に沿う任意方向として、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸、Ｙ軸に対して斜め方向に操作する場合も同様である。

次に、表示装置１００においての触感付与の一例について説明する。具体的には、車両のナビゲーションシステムを構成する表示装置１００において、行き先検索時の５０音入力を例に説明する。

図７に示すように、表示装置１００の表示画面１１０上には、入力する文字や機能（決定など）のアイコン１１１が並んでいる。また、表示画面１１０上のカーソル１１２は、上記した入力装置１０の操作部１２と連動しており、操作者としての運転者が操作部１２を操作することで、パソコンのマウスと同様な感覚で、カーソル１１２を上下左右及び回転方向に自在に動かすことができるようになっている。また、操作部１２の操作によってカーソル１１２を所望の位置に移動後は、入力装置１０に設けられた図示しない決定ボタンを押すことで、文字を入力したり、処理を決定することができるようになっている。

例えば、操作部１２を＋Ｘ方向に操作することで、カーソル１１２を表示画面１１０において＋Ｘ方向に移動させると、カーソル１１２が指すアイコン１１１は順に替わっていく。このとき、例えば図８に示すように、カーソル１１２がアイコン１１１の境界（枠）に近づくにつれて、操作部１２に作用する原位置に戻すような力が徐々に大きくなるように、制御部１６は、アクチュエータ１５（電磁石４２，５２のコイル４１，５１に流れる電流の方向及び大きさ）を制御する。なお、図８に示す例では、カーソル１１２を表示画面１１０において＋Ｘ方向に移動させる際に、アイコン１１１を通過しきる前にコイル４１，５１への通電を開始している。

そして、カーソル１１２がアイコン１１１の境界（紙面左端側の端部）に到達したタイミングで、制御部１６は、コイル４１，５１への通電をオフとする。これにより、コイル４１，５１への通電により重畳されていた磁気力の分が無くなり、操作部１２に作用する力は、復元力発生部１３の弾性変形の反力による復元力と、永久磁石である磁石４３，４４，５３，５４と対向するコア４０,５０の端面との間に作用する互いに引き合う磁気力（非通電時の磁気力）となる。

以上のように制御することで、操作部１２に対して、操作方向に沿う方向（本例では操作方向とは逆向きの方向）の外力を印加する。したがって、操作者が表示装置１００の表示画面１１０を注視しなくとも、操作者に、カーソル１１２の操作方向を良好に認識させることができる。

また、電流の大きさを変化させることで、操作者に、あたかもアイコン１１１に沿った凹凸のある面を操作したかのような錯覚を、感じさせることができる。操作者が感じる触感は、電流波形により制御することもできる。

なお、復元力発生部１３の弾性変形の反力による復元力は、操作部１２の位置が原位置から遠くなるほど大きくなる。また、コイル４１，５１に電流を流さない状態で、磁石４３，４４，５３，５４と、対向するコア４０，５０の端面との間に作用する磁気力（クーロン力）は、操作部１２の位置が原位置から遠くなるほど小さくなる。しかしながら、図８では、狭い領域内に位置するアイコン１１１を示しており、便宜上、コイル４１，５１への非通電時に操作部１２に作用する力を、カーソル１１２の位置に寄らず一定値で示している。

また、上記した触感付与の例では、操作部１２（カーソル１１２）の操作方向として＋Ｘ方向のみを示したが、その他のＸＹ面に沿う方向（−Ｘ方向、Ｙ軸方向、斜め方向）についても、同様に触感を付与することができる。

さらには、表示画面１１０の回転位置、例えばオーディオの音量やエアコンの温度などを操作する場合にも、操作部１２に対して、回転方向に沿う方向（好ましくは回転方向とは逆向きの方向）の外力を印加するので、操作者が表示装置１００の表示画面１１０を注視しなくとも、操作者に、カーソル１１２の操作方向を良好に認識させることができる。

また、例えばコイル４１,５１に流す電流のオン・オフを短時間で繰り返せば、操作部１２を振動させることができるため、操作者に例えば警告信号として振動の触感を付与することもできる。

また、図９に示すように、カーソル１１２がアイコン１１１の境界（枠）に近づくにつれて、操作部１２に作用する原位置に戻すような力が徐々に小さくなるように、制御部１６が、アクチュエータ１５（電磁石４２，５２のコイル４１，５１に流れる電流の方向及び大きさ）を制御する構成としても良い。この場合、永久磁石である磁石４３，４４，５３，５４と対向するコア４０,５０の端面との間に作用する互いに引き合う磁気力（非通電時の磁気力）の一部を、コイル４１，５１への通電により相殺することで、操作部１２の操作方向とは逆向きに作用する力を変化させて、操作者に、カーソル１１２の操作方向を良好に認識させることができる。

以上に示したように、本実施形態に係る入力装置１０によれば、コイル４１，５１に電流を流すことで、通電前とはコア４０，５０に作用する磁束が変化するため、これにより、操作部１２を介して操作者の手に触感を付与することができる。

また、アクチュエータ１５を構成する２つの磁石４３，５３（及び磁石４４，５４）は、操作部１２が原位置の状態で、Ｚ軸に垂直な方向において操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置されている。また、各磁石４３，４４，５３，５４には、コア４０，５０が対向配置されている。したがって、回転軸１２ｄを中心として操作部１２を回転させた場合でも、コア４０，５０の端面と磁石４３，４４，５３，５４との間に作用する磁気力（本実施形態では、磁気力の大きさの変化）により、操作部１２に対して、回転方向に沿う方向の外力（本実施形態では回転方向とは逆向きの外力）を与えることができる。なお、ＸＹ面に沿う任意方向に操作部１２を変位させた場合にも、上記した磁気力により、操作部１２に対して、操作方向に沿う外力を与えることができる。

したがって、従来に比べて、特に回転動作に対して操作の確認性を向上することができる。特に入力装置１０を、表示画面１１０を備えた車両用の表示装置１００に対して情報を入力する装置に適用した場合、操作者としての運転者が表示画面１１０を注視しなくとも、触感によって、変位方向（操作部の操作方向）を確認しやすくなるという利点がある。

また、電磁石４２，５２のコイル４１，５１に流す電流が小さくとも、大きな触感が得られるため、従来に比べて消費電力を低減することもできる。

また、本実施形態では、操作部１２が、ＸＹ面と平行な方向への移動が可能に支持され、電磁石４２，５２のコア４０，５０の端面と磁石４３，４４，５３，５４の対向面とが、ＸＹ面に平行とされている。したがって、ＸＹ面に沿う任意方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び斜め方向）に操作部１２を変位させると、変位（操作）方向における位置ずれ量が、磁石４３とコア４０、磁石４４とコア４０、磁石５３とコア５０、及び磁石５４とコア５０とで、互いに等しくなる。また、Ｚ軸周りの回転方向に操作部１２を変位させると、回転方向に沿う位置ずれ量が、磁石４３とコア４０、磁石４４とコア４０、磁石５３とコア５０、及び磁石５４とコア５０とで、互いに等しくなる。また、磁石４３とコア４０、磁石４４とコア４０、磁石５３とコア５０、及び磁石５４とコア５０とで、磁気力の作用が同じ組み合わせ（例えば全て引き合う磁気力）となるようにする。したがって、操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置された２つの電磁石４２，５２（コイル４１，５１）に流す電流を独立制御しなくとも良いので、構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、コア４０がＺ軸方向に延びており、コア４０におけるＸＹ面に平行とされた両端面に、磁石４３，４４が配置されている。したがって、コア４０の両端において、引き合う磁気力がそれぞれ作用する。同様に、コア５０もＺ軸方向に延びており、コア５０におけるＸＹ面に平行とされた両端面には、磁石５３，５４が配置されているので、コア５０の両端において、引き合う磁気力がそれぞれ作用する。そして、コア４０，５０は、上記の通り、操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで対向配置されている。したがって、操作部１２がＸＹ面に沿う方向若しくはＺ軸に沿う回転方向に操作されても、コア４０，５０と磁石４３，４４，５３，５４の対向距離は、操作部１２が原位置の状態の所定距離で維持されるため、Ｚ軸方向において、触感のばらつきを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る入力装置について説明する。第２実施形態に係る入力装置１０では、入力部１１において、図１０に示すように、アクチュエータ１５が復元力発生部１３を兼ねている、すなわちアクチュエータ１５とは別に復元力発生部１３を有していない点を特徴とする。

それ以外の構成は、基本的に、第１実施形態に示した入力装置１０と同じであり、磁石４３，４４，５３，５４は、全て永久磁石である。ただし、復元力発生部１３を有さないため、本実施形態では、検出部１４が、非接触の位置情報検出部として構成されている。具体的には、永久磁石１４ｃと、磁電変換素子としての複数のホール素子１４ｄとにより構成されている。

永久磁石１４ｃは、非磁性材料からなり、一端が保持部材３０における下面側に固定されてＺ軸方向に延びる柱状部材３２の他端側に保持されており、操作部１２の変位にともなって変位するようになっている。ホール素子１４ｄは、少なくとも、Ｘ軸に沿う方向（＋Ｘ方向、−Ｘ方向）とＹ軸に沿う方向（＋Ｙ方向、−Ｙ方向）の、ホルダ１４ａを中心とした４箇所にそれぞれ配置されている。そして、Ｚ軸方向において、柱状部材３２の下端とホール素子１４ｄとの間には所定の隙間が設けられており、操作部１２が変位されても、両者が接触しないようになっている。

なお、非接触の位置情報検出部としては、上記した構成以外にも、光センサを用いた構成などを採用することができる。

また、操作部１２又は保持部材３０は、変位可能にハウジング１７の一部位に支持されている。本実施形態では、操作部１２が、ハウジング１７を構成するカバー２０の一面２０ａに支持されている。

次に、２つのコア４０，５０のうち、コア５０側の構成を用いて、アクチュエータ１５による原位置復帰動作について説明する。

第１実施形態（図５（ａ），（ｂ）参照）で示したように、コイル４１，５１に電流が流れていない状態で、磁石４３，４４間の磁界、磁石５３,５４間の磁界により、コア４０，５０はそれぞれ磁化されて磁石となる。そして、コア４０，５０の端面と対向する磁石４３，４４，５３，５４の対向面との間に、互いに引き合う磁気力が作用する。

また、コイル４１，５１に電流を流す場合、第１実施形態同様、コア４０，５０の端面と対向する磁石４３，４４，５３,５４の対向面との間に作用する磁気力が互いに引き合う磁気力となる範囲で、電流の方向及び電流の大きさが決定されると、コア４０，５０の端面と対向する磁石４３，４４，５３，５４の対向面との間に、互いに引き合う磁気力が作用する。

図１１（ａ）に示すように、操作部１２が例えば＋Ｘ方向に操作された場合、操作部１２とともに磁石５３,５４及びヨーク５５も変位する。コイル５１への通電、非通電に関わらず、コア５０と磁石５３，５４との間には、互いに引き合う磁気力、すなわち磁石５３，５４を原位置に戻そうとする力（図中の白抜き矢印）が作用する。したがって、磁石５３,５４及びヨーク５５、すなわち操作部１２を原位置に自動的に復帰させることができる。

また、図１１（ｂ）に示すように、操作部１２が例えば−Ｘ方向に操作された場合、操作部１２とともに磁石５３,５４及びヨーク５５も変位する。コイル５１への通電、非通電に関わらず、コア５０と磁石５３，５４との間には、互いに引き合う磁気力、すなわち磁石５３，５４を原位置に戻そうとする力（図中の白抜き矢印）が作用する。したがって、この場合も、磁石５３,５４及びヨーク５５、すなわち操作部１２を原位置に自動的に復帰させることができる。

なお、上記例では、Ｘ軸方向の変位に対しての例のみを示したが、Ｙ軸方向、斜め方向、Ｚ軸周りの回転方向においても同様である。

このように、本実施形態では、操作部１２を原位置に復帰させるためにアクチュエータ１５の磁気力を利用するので、復元力発生部１３を有さなくとも良く、入力装置１０（入力部１１）の構成を簡素化することができる。

なお、磁気力（クーロン力）は、距離の２乗に反比例する。すなわち、操作部１２の変位量（原位置からの操作量）が大きいほど、磁気力は小さくなる。したがって、操作部１２の操作量に応じて、制御部１６がコイル４１,５１に流す電流量を変化させる構成としても良い。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る入力装置について説明する。第３実施形態に係る入力装置１０では、入力部１１が、図１２に示すように、１つの電磁石６２と、一対の磁石６３，６４を有する点を特徴とする。それ以外の構成は、基本的に、第１実施形態に示した入力装置１０と同じである。

電磁石６２は、上記した電磁石４２,５２同様、１本のコア６０と、該コア６０に巻回されたコイル６１を有している。コア６０は、その両端面６０ａ，６０ｂが、ＸＹ面に平行とされ、且つ、少なくとも操作部１２が原位置の状態で、操作部１２の回転軸１２ｄを挟んで互いに対向配置されている。

本実施形態では、コア６０が、Ｚ軸方向に延び、互いに対向する垂直部６０ｃと、ＸＹ面に平行に延び、２つの垂直部６０ｃを連結する連結部６０ｄを有した略Ｕ字状となっている。コア６０の端面６０ａ，６０ｂは、Ｚ軸方向において互いに等しい位置となっており、操作部１２が原位置の状態で、ＸＹ面に沿う方向において、操作部１２の回転軸１２ｄからコア６０の端面６０ａまでの距離と、操作部１２の回転軸１２ｄからコア６０の端面６０ｂまでの距離が等しくなっている。また、コア６０における連結部６０ｄにコイル６１が巻回されている。そして、上記実施形態同様、電磁石６２が、ハウジング１７を構成するケース２３に固定されている。

コア６０の端面６０ａには、磁石６３が対向配置され、コア６０の端面６０ｂには、磁石６４が対向配置されている。本実施形態では、磁石６３，６４として永久磁石を採用しており、これら磁石６３，６４は、いずれもヨーク６５を介して保持部材３０に固定され、操作部１２とともに変位されるようになっている。また、図１３に示すように、磁石６３におけるコア６０の端面６０ａとの対向面６３ａと、磁石６４におけるコア６０の端面６０ｂとの対向面６４ａは、いずれもＸＹ面に平行であって、対応する端面６０ａ，６０ｂとの距離が、操作部１２が原位置の状態で等しくされている。

また、磁石６３の対向面６３ａ側の磁極と、磁石６４の対向面６４ａ側の磁極とは、互いに異なる磁極となっている。本実施形態では、図１３に示すように、磁石６３の対向面６３ａ側がＳ極、磁石６４の対向面６４ａ側がＮ極となっている。したがって、コイル６１に電流を流さない状態でも、磁石６３、６４によってコア６０が磁化され、コアの端面６０ａがＮ極、コア６０の端面６０ｂがＳ極となる。

一方、コイルに電流を流すと、コア６０は、上記した磁石６３，６４による磁界と、コイル６１に流れる電流により生じる磁界とによって、磁化されることとなる。本実施形態でも、上記実施形態に示したように、コイル６１に電流を流したときに、コア６０の端面６０ａ，６０ｂと対向する磁石６３,６４の対向面６３ａ，６４ａとの間に作用する磁気力が、互いに引き合う磁気力となるようにされる。

なお、磁石６３におけるコア６０との対向面６３ａとは反対側の面には、ヨーク６５の一端が接し、磁石６４におけるコア６０との対向面６４ａとは反対側の面には、ヨーク６５の他端が接している。これにより、消費電力を低減（コストを低減）するとともに、漏れ磁束を抑制して、他機器などの誤作動を抑制するようにしている。

このように、本実施形態では、入力部１１が１つの電磁石６２、すなわち１本のコア６０のみを有するので、上記実施形態に示した構成に比べて、電磁石６２の構成を簡素化し、入力装置１０のコストを低減することができる。

特に本実施形態では、コア６０を略Ｕ字状とし、Ｕ字状のコア６０における連結部６０ｄにコイル６１が巻回されている。すなわち、Ｚ軸方向に延びる垂直部６０ｃにはいずれもコイル６１が巻回されていない。したがって、ＸＹ面に沿う方向であってコア６０における端面６０ａ，６０ｂが並設された方向において、入力部１１の体格を小型化することができる。

なお、コア６０の形状は上記例に限定されるものではない。本実施形態では、図１４（ａ）に示すように、垂直部６０ｃがＺ軸方向に延びる例を示した。しかしながら、例えば図１４（ｂ）に示すように、垂直部６０ｃが、磁石６４と対向する端面６０ｂを一端とする、Ｚ軸方向に延びる部位６０ｃ１と、該部位６０ｃ１における端面６０ｂとは反対側の端部に連結され、ＸＹ面に沿う方向に延びる部位６０ｃ２を有する略Ｌ字状としても良い。このような構成とすると、連結部６０ｄにコイル６１が巻回される構成でありながら、Ｚ軸方向において、入力部１１の体格の増大を抑制することができる。

また、本実施形態に係る構成と第２実施形態に係る構成を組み合わせた構成としても良い。すなわち、図１５に示すように、入力部１１が１つの電磁石６２のみを有する構成において、アクチュエータ１５が復元力発生部１３を兼ねる構成としても良い。図１５に示す例では、検出部１４が、光を反射する反射部材１４ｅと光と照射する素子と光を受光する素子を備えた光センサ１４ｆとにより構成された非接触の位置情報検出部となっている。

このような構成とすると、さらに復元力発生部１３を不要とすることができるので、入力装置１０（入力部１１）の構成をさらに簡素化することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、操作部１２の変位として、操作部１２がカバー２０の一面２０ａに沿う方向に操作、すなわちＸＹ面に沿って平行移動される例を示した。しかしながら、例えば図１６に示すように、操作部１２が揺動操作されることで、ＸＹ面に沿う任意方向に操作部１２が変位される構成についても、本発明を適用することができる。その際、保持部材３０におけるアクチュエータ１５側の面を球面状とし、球面と平行に磁石やコアを配置した構成としても良い。このように、操作部１２の変位としては、ＸＹ面に沿う平行移動だけでなく、揺動も含まれるので、入力装置１０、特に入力部１１のデザインの自由度を高めることができる。そして、操作者の操作感に適合した設計が可能となる。

本実施形態では、アクチュエータ１５を構成する電磁石４２，５２，６２と、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４のうち、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４側が操作部１２にともなって変位する構成例を示した。しかしながら、電磁石４２，５２，６２側が操作部１２にともなって変位する構成としても良い。すなわち、磁石と電磁石のいずれか一方のみが操作部１２とともに変位する構成とすれば良い。

本実施形態では、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４として永久磁石の例を示した。しかしながら、電磁石を採用することもできる。例えばアクチュエータ１５が復元力発生部１３を兼ねる構成の場合には、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４としての電磁石のコイルが、操作部１２が操作者によって操作され得る状況下（例えば車両のイグニッションキーがオンされると）で通電され、これにより、互いに引き合う磁気力が作用するようにすれば良い。

また、復元力発生部１３がアクチュエータ１５とは別に存在する構成の場合には、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４としての電磁石のコイルへの通電を、電磁石４２,５２,６２のコイル４１，５１，６１と同じタイミングでオン・オフするように制御しても良い。

本実施形態では、電磁石４２，５２，６２を構成するコア４０，５０，６０の端面と、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４の対向面が、いずれもＸＹ面に平行とされる例を示した。しかしながら、ＸＹ面に平行でない構成も可能である。その一例として、電磁石４２，５２のコア４０，５０の端面と、磁石４３，５３の対向面とがＸＹ面に垂直とされた構成がある。

図１７に示す例では、コア４０、５０と磁石４３，５３が、Ｘ軸上に配置され、コア４０の端面と磁石４３の対向面が、回転軸１２ｄを中心とした−Ｘ軸側にてＸＹ面に垂直とされ、コア５０の端面と磁石５３の対向面が、回転軸１２ｄを中心とした＋Ｘ軸側にてＸＹ面に垂直とされている。しかしながら、このような構成では、コア４０，５０の端面と磁石４３，５３の対向面との対向方向（図１７においてＸ軸方向のうちの例えば−Ｘ方向）に操作部１２を変位させた場合、回転軸１２ｄを挟んで対向配置された一方の磁石４３とコア４０との対向距離は短くなり、他方の磁石５３とコア５０との対向距離は長くなる。上記したように、磁気力（クーロン力は）距離の２乗に反比例するので、対向距離が短い方が磁気力が強い。したがって、電磁石４２と磁石４３、電磁石５２と磁石５３の、磁気力が作用する２つの部位で、各電磁石４２，５２のコイル４１，５１に流す電流を独立して制御しないと、特に操作方向に対して逆向きの触感を付与することが困難である。これに対し、本実施形態では、電磁石４２，５２，６２を構成するコア４０，５０，６０の端面と、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４の対向面が、いずれもＸＹ面に平行であり、操作部１２がＸＹ面に平行に移動するので、各電磁石４２，５２のコイル４１，５１に流す電流を独立して制御しなくとも、同一の駆動信号（電流の流れ方向及び大きさが同じ）を用いても、特に操作方向に対して逆向きの触感を付与することができる。

第１実施形態及び第２実施形態では、復元力発生部１３としてゴムを用いる例を示したが、弾性を有するように加工や成形してなるものを採用することもできる。例えば図１８に示す例では、金属材料を加工してなるバネを復元力発生部７０として採用している。ゴムは、温度によって硬度が変化するため、操作者の触感が温度によって変化してしまう。これに対し、金属材料からなるバネを採用すると、温度に対する弾性変化が殆どないため、温度による触感の変化を抑制することができる。

本実施形態では、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４と電磁石４２,５２,６２のコア４０，５０，６０との間に作用する磁気力が、互いに引き合う磁気力とされる例を示した。しかしながら、操作部１２に対して、操作方向に沿う外力を付与するためには、互いに反発し合う磁気力が作用するようにしても良い。これによっても、操作部１２に対して、変位方向（操作方向）に沿う方向の外力、具体的には変位方向と同方向の外力（加速感）を印加できるので、操作者に良好な触感を与える（操作の確認性を向上する）ことができる。

ただし、アクチュエータ１５が復元力発生部１３を兼ねる構成では、磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４と電磁石４２,５２,６２のコア４０，５０，６０との間に作用する磁気力として、互いに引き合う磁気力を少なくとも用いることとなる。

また、磁気力としては、互いに反発し合う磁気力よりも、互いに引き合う磁気力を用いるほうが、操作者が操作部１２に加える力に対して反対向きの外力が操作部１２に作用することとなるので、操作者による操作の確認性を向上することができる。磁石４３，４４，５３，５４，６３，６４として永久磁石を用いる場合には、通電前の磁気力に対して通電後の磁気力が大きくなるようにすると、操作者による操作の確認性をより向上することができる。

１０・・・入力装置
１１・・・入力部
１２・・・操作部
１２ｄ・・・回転軸
１３・・・復元力発生部
１４・・・検出部
１５・・・アクチュエータ
１６・・・制御部
４０，５０、６０・・・コア
４１，５１，６１・・・コイル
４２，５２，６２・・・電磁石
４３，４４，５３，５４・・・磁石
４５，５５，６５・・・ヨーク

Claims (7)

1. 原位置に対して、Ｘ軸とＹ軸がなすＸＹ面に沿う任意方向及びＺ軸周りの回転方向に変位可能に支持され、操作者に手動で操作される操作部と、
   前記操作部を前記原位置に自動的に復帰させる復元力発生部と、
   前記操作部の操作状態を検出する検出部と、
   前記操作部に外力を印加するアクチュエータと、
   前記検出部の検出結果に応じて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部と、
   ハウジングと、を備えた入力装置であって、
   前記操作部は、前記ハウジングを構成するカバーの一面上に配置され、
   前記カバーにおける一面と反対の面側には、保持部材が配置され、
   前記保持部材は、前記カバーに形成された貫通孔を通じて前記操作部に連結され、前記操作部とともに変位し、
   前記復元力発生部は、弾性変形の反力として復元力を生じるものであり、前記操作部が原位置の状態で、Ｚ軸に沿って延びるとともに、該復元力発生部の中心が前記操作部の回転軸と一致するように配置され、前記復元力発生部の一端は、前記保持部材における前記操作部と反対の面側において、前記保持部材に連結されており、
   前記検出部は、前記復元力発生部における保持部材とは反対の端部が固定されたホルダと、前記操作部のＸＹ面に沿う任意方向及び回転方向の変位を検出できるように、ＸＹ面に沿う方向において、前記ホルダを中心として放射状に配置された複数の歪ゲージを有し、
   前記操作部は、前記保持部材、前記復元力発生部、前記ホルダ、及び前記歪ゲージを介して、前記ハウジングを構成するケースに支持され、前記操作部が操作されると前記保持部材も変位し、一端が前記保持部材に固定された前記復元力発生部も弾性変形して、前記歪ゲージの抵抗値が変化するようになっており、
   前記アクチュエータは、磁性材料からなるコアと該コアに一体化されたコイルとを有し、前記検出部の検出結果に応じて前記制御部により前記コイルに流れる電流が制御される電磁石と、前記操作部が原位置の状態で前記コアの端面に所定の間隙をもって対向配置される対向面を有し、該対向面が磁極の一方をなす磁石と、を含み、
   前記電磁石及び前記磁石のいずれか一方が前記保持部材に固定され、他方が前記ケースに固定され、
   ２つの前記磁石が、少なくとも前記操作部が原位置の状態で、前記回転軸を挟んで対向配置されるとともに、前記操作部が原位置の状態で、各磁石に対して前記電磁石のコアの端面が対向配置されていることを特徴とする入力装置。
2. 前記操作部は、前記ＸＹ面と平行な方向への移動が可能に支持され、
   前記電磁石のコアの端面と前記磁石の対向面とが、前記ＸＹ面に平行となっていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記アクチュエータは、前記回転軸を挟んで対向配置される２つの磁石の対として、第１の対と第２の対を含み、
   前記第１の対をなす磁石の一方と前記第２の対をなす磁石の一方、前記第１の対をなす磁石の他方と前記第２の対をなす磁石の他方とが、それぞれ前記ＸＹ面に垂直な方向から見て重なる位置とされ、
   前記ＸＹ面に垂直な方向から見て重なる位置とされた、前記第１の対をなす磁石と前記第２の対をなす磁石は、互いに対向する面の磁極が異なるとともに、互いに対向する面の間に１本の前記コアがそれぞれ配置され、該コアにおける一端面が前記第１の対をなす磁石の面と対向し、前記コアにおける一端面とは反対側の端面が前記第２の対をなす磁石の面と対向していることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
4. 前記操作部が原位置の状態で、前記電磁石において、１本の前記コアにおける一端面が、前記回転軸を挟んで対向配置される２つの前記磁石の一方と対向し、前記コアにおける一端面とは反対側の端面が、２つの前記磁石の他方と対向しており、
   前記コアの一端面と対向する前記磁石の対向面側の磁極と、前記コアの一端面とは反対側の端面と対向する前記磁石の対向面側の磁極とが互いに異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の入力装置。
5. 前記磁石は永久磁石であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の入力装置。
6. 前記アクチュエータは、前記磁石に接して一体化された磁性材料からなるヨークを含むことを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
7. 表示画面を備えた車両用表示装置に対して情報を入力する装置であることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の入力装置。

Images