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      輸入輸出操作裝置的制作方法

      文檔序號:11530431閱讀:434來源:國知局
      輸入輸出操作裝置的制造方法

      本申請涉及具備2軸或者3軸的輸入操作部的輸入輸出操作裝置。



      背景技術:

      近年來,搭載于機動車的電子設備以安全、放心、提高舒適性為目的而進一步在高功能化、多功能化方面不斷發(fā)展。因此,駕駛員應進行的操作步驟變得非常復雜。從簡化復雜的操作這樣的觀點出發(fā),例如,謀求在導航、空調、音響、收音機等的操作中與操作者的感覺高度一致且操作性高的hmi(human-machine-interface)。另外,為了抑制行駛中的駕駛員的視線移動,有時也在轉向系統(方向盤)上設置輸入器件。

      作為具有親和性的hmi,提出有具有能夠實現3軸操作的輸入裝置、具有力反饋功能的觸覺器件。

      例如,專利文獻1公開了如下所述的3軸的輸入操作裝置:以使操作部僅沿x、y、z軸方向能夠移動的方式限制操作部的移動方向,并且,進行x、y、z軸方向上的操作部的位置檢測。

      專利文獻2公開了如下所述的輸入操作裝置:將操作部保持為能夠繞3軸旋轉,并且能夠檢測旋轉角。

      另外,專利文獻3公開了如下所述的觸覺器件:使操作部繞x、y軸旋轉,并檢測繞軸的相對位移量,利用搭載于各個旋轉機構的馬達對操作部賦予力感。專利文獻4公開了搭載于轉向系統且能夠進行按壓操作以及旋轉操作的轉向開關。

      在先技術文獻

      專利文獻

      專利文獻1:日本特開昭58-172739號公報

      專利文獻2:日本特開平5-57645號公報

      專利文獻3:日本特開2005-332039號公報

      專利文獻4:日本特開2013-95367號公報



      技術實現要素:

      發(fā)明要解決的課題

      現有的輸入裝置、觸覺器件謀求操作性更高的hmi。本申請的并非限定性的例示的實施方式提供操作性更高的輸入輸出操作裝置。

      解決方案

      本公開的輸入輸出操作裝置具備:操作部,其具有供操作者操作的表面;可動單元,其包括主體以及至少一個驅動磁鐵,該主體在內部具有松配合空間且支承所述操作部,所述主體具有向所述松配合空間露出的第一松配合面;固定單元,其具有保持架、基座以及至少一個驅動線圈,該保持架具有與所述可動單元的所述第一松配合面以點接觸或線接觸的方式松配合的第二松配合面,且將所述可動單元支承為旋轉自如,該基座具有收納所述可動單元的至少一部分的空間且支承所述保持架;驅動部,其包括所述至少一個驅動磁鐵以及所述至少一個驅動線圈,且使所述可動單元相對于所述固定單元旋轉;以及檢測器,其對所述操作部在所述固定單元中的位置進行檢測,所述第一松配合面及第二松配合面中的一方包括凹部的內周面,所述第一松配合面及第二松配合面中的另一方包括至少一個凸狀球面。

      發(fā)明效果

      根據本公開的輸入輸出操作裝置,提供操作性更高的輸入輸出操作裝置。

      附圖說明

      圖1是示出第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中的致動器165的簡要結構的分解立體圖。

      圖2是示出第一實施方式的致動器165的可動部180的詳細結構的分解立體圖。

      圖3a是從上方觀察第一實施方式的致動器165的可動部180的磁背軛(magnetbackyoke)670的立體圖。

      圖3b是從z軸10方向上方觀察第一實施方式的致動器165的可動部180的磁背軛670的俯視圖。

      圖4a是從上方觀察第一實施方式的致動器165的立體圖。

      圖4b是從上方觀察第一實施方式的致動器165的立體圖,且是排除了防脫落構件201的立體圖。

      圖4c是從第一實施方式的致動器165的下方觀察到的防脫落構件201的立體圖。

      圖5a是從第一實施方式的致動器165的z軸10方向觀察到的排除了防脫落構件201的俯視圖。

      圖5b是從第一實施方式的致動器165的直線13方向觀察到的排除了防脫落構件201的俯視圖。

      圖6是從第一實施方式的致動器165的上方觀察到的排除了操作部850和上部可動部150的致動器165的立體圖。

      圖7是從第一實施方式的致動器165的上方觀察到的固定單元的立體圖。

      圖8a是示出第一實施方式的致動器165的固定單元的簡要結構的分解立體圖。

      圖8b是示出在第一實施方式的致動器165的固定單元上搭載的一個驅動機構的結構的分解立體圖。

      圖9a是從第一實施方式的致動器165的z軸10觀察到的排除了防脫落構件201的俯視圖。

      圖9b是第一實施方式的致動器165的在包括z軸10和旋轉軸11的平面內的排除了致動器165的防脫落構件201的剖視圖。

      圖10a是從第一實施方式的致動器165的z軸10觀察到的排除了防脫落構件201的俯視圖。

      圖10b是第一實施方式的致動器165的在包括z軸10和旋轉軸12的平面內的排除了致動器165的防脫落構件201的剖視圖。

      圖11a是從第一實施方式的致動器165的z軸10觀察到的排除了防脫落構件201的俯視圖。

      圖11b是第一實施方式的致動器165的在包括z軸10和直線13的平面內的排除了致動器165的防脫落構件201的剖視圖。

      圖12是第一實施方式的致動器165旋轉為在旋轉方向20以及旋轉方向21上按照相同的角度旋轉后的合成角度θxy的狀態(tài)下的從上方觀察到的排除了防脫落構件201的立體圖。

      圖13a是第一實施方式的致動器165旋轉為在旋轉方向20以及旋轉方向21上按照相同的角度旋轉后的合成角度θxy的狀態(tài)下的從本發(fā)明的z軸10觀察到的排除了防脫落構件201的俯視圖。

      圖13b是第一實施方式的致動器165旋轉為在旋轉方向20以及旋轉方向21上按照相同的角度旋轉后的合成角度θxy的狀態(tài)下的排除了防脫落構件201的在包括z軸10和直線13的平面內的剖視圖。

      圖14a是第一實施方式的致動器165的固定單元的俯視圖。

      圖14b是第一實施方式的致動器165的固定單元的在包括z軸10和y軸方向旋轉軸11的平面內的剖視圖。

      圖15是從z軸10的上方觀察第一實施方式的致動器165的傳感器基板502的俯視圖。

      圖16是示出第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750的整體的結構圖。

      圖17是示出第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750的結構的詳細框圖。

      圖18是示出搭載有轉向系統輸入輸出操作裝置的轉向系統的圖。

      圖19a是示出轉向系統處于中立的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

      圖19b是示出轉向系統處于中立的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

      圖19c是示出轉向系統處于中立的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

      圖19d是示出轉向系統處于中立的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

      圖20a是示出轉向系統旋轉了θa的狀態(tài)的圖。

      圖20b是示出轉向系統旋轉了θa的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

      圖20c是示出轉向系統旋轉了θa的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

      圖20d是示出轉向系統旋轉了θa的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

      圖20e是示出轉向系統旋轉了θa的情況下的致動器的操作部的操作方向的圖。

      圖21是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中的坐標轉換的內容的圖。

      圖22a是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖22b是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖22c是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖22d是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖22e是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖23a是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖23b是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖23c是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖23d是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖23e是示出在第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750中,在將轉向系統550旋轉了操作旋轉角度-θa的狀態(tài)下實施了致動器165的坐標轉換的情況下的操作方向的圖。

      圖24是示出第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750的環(huán)狀開關部960的圖。

      圖25是示出第二實施方式的致動器165a的簡要結構的分解立體圖。

      圖26是從上方觀察第二實施方式的致動器165a的立體圖,且是排除了防脫落構件201的立體圖。

      圖27是在包括z軸10和旋轉軸12的平面內的致動器165a的剖視圖。

      圖28a是保持架807的立體圖。

      圖28b是支承保持架807的基座811的立體圖。

      圖29a是保持架807的第一變形體的立體圖。

      圖29b是支承保持架807的第一變形體的基座811的立體圖。

      圖30a是保持架807的第二變形體的立體圖。

      圖30b是支承保持架807的第二變形體的基座811的立體圖。

      圖31a是沿著一對連結棒806的、第一松配合構件804、第二松配合構件808以及保持架807的剖視圖。

      圖31b是沿著一對連結棒806的、第一松配合構件804、第二松配合構件808以及保持架807的剖視圖。

      圖32是放大沿著一對連結棒806的、第一松配合構件804以及第二松配合構件808的剖面后的剖視圖。

      圖33是保持架807包括多個第二松配合構件808的情況下的、沿著一對連結棒806的保持架807、第一松配合構件804以及多個第二松配合構件808的剖視圖。

      圖34是操作部850相對于固定單元以規(guī)定的角度傾斜的狀態(tài)下的致動器165a的立體圖。

      圖35a是操作部850相對于固定單元以第一角度傾斜的狀態(tài)下的、沿著一對連結棒806的致動器165a的剖視圖。

      圖35b是操作部850處于中立狀態(tài)時的致動器165a的、沿著一對連結棒806的剖視圖。

      圖35c是操作部850相對于固定單元以第二角度傾斜的狀態(tài)下的、沿著一對連結棒806的致動器165a的剖視圖。

      圖36是包括具有一個連結棒806的保持架807的致動器167a的、沿著第一方向的剖視圖。

      圖37是具有一個連結棒806的保持架807的立體圖。

      圖38是具備兩對驅動磁鐵401以及402且搭載有操作部850的可動單元180的立體圖。

      圖39是從上方觀察致動器165a的立體圖,且是排除了防脫落構件201的立體圖。

      圖40a是除去操作部850的致動器165a的立體圖。

      圖40b從致動器165a的z軸10觀察到的俯視圖。

      圖41a是夾持于一對線軸851的磁軛204的立體圖。

      圖41b是第三驅動部用的驅動線圈303的立體圖。

      圖41c是夾持于一對線軸851且卷繞有驅動線圈303的磁軛204的立體圖。

      圖41d是驅動線圈302的立體圖。

      圖41e是在卷繞于磁軛204的驅動線圈303的外側還卷繞有驅動線圈302的線圈單元840的立體圖。

      圖42是沿著旋轉軸12的致動器165a的剖視圖。

      圖43a是示出將線圈單元840從基座811取下的狀態(tài)的示意圖。

      圖43b是示出線圈單元840裝配于基座811的狀態(tài)的示意圖。

      圖44是將供線圈單元840插入的基座811的開口附近放大示出的示意圖。

      圖45a是具備防脫落構件201的中立狀態(tài)的致動器165a的、沿著旋轉軸12的剖視圖。

      圖45b是使可動單元180相對于固定單元而以規(guī)定的傾斜角度向旋轉軸12的方向傾斜的狀態(tài)下的、具備防脫落構件201的致動器165a的、沿著旋轉軸12的剖視圖。

      圖46是使可動單元180相對于固定單元而以規(guī)定的傾斜角度向旋轉軸12的方向傾斜的狀態(tài)下的、具備防脫落構件201的致動器165a的剖視立體圖。

      圖47是從z軸方向觀察到的具備防脫落構件201的致動器165a的俯視圖。

      圖48是具備操作引導件881的中立狀態(tài)的致動器165a的、沿著旋轉軸12的剖視立體圖。

      圖49是包括操作引導件881且搭載有操作部850的可動單元180的立體圖。

      圖50是將可動單元180中的導向銷882以及連結構件809放大示出的立體圖。

      圖51是固定有操作引導件881的保持架807的立體圖。

      圖52是用于說明通過將操作引導件881設于松配合空間內而使致動器165a能夠更加縮短的情形的圖。

      圖53是第二實施方式的變形例的致動器165a的、在包括z軸10和旋轉軸12的平面內的剖視立體圖。

      具體實施方式

      例如,在車載用的接受駕駛員的操作的輸入輸出裝置中,從安全、放心的觀點出發(fā),謀求適于司機的直觀操作、不觀察操作部的盲操作、以及維持舒適的駕駛環(huán)境的具有品位的操作感。

      通常,多軸的輸入輸出操作部大多的組合結構比較簡單方便,因此通過組合多個能夠繞軸旋轉的旋轉機構來實現。另外,各個旋轉機構經由齒輪等(齒條&小齒輪、蝸輪&蝸桿)傳遞機構而與驅動馬達結合,操作部構成為以各個旋轉軸為中心而驅動旋轉。另外,在驅動馬達的驅動軸設置編碼器等,從而檢測操作部的相對的位置位移量。

      然而,在使用該結構的情況下,可動的操作部的重量增加,輸入裝置整體容易大型化。另外,在旋轉機構的軸承產生因軸承間隙而引起的敲擊噪聲及軸向的游隙,從而成為異音發(fā)生、誘發(fā)機械結構不良的原因。

      另外,在夾裝于可動部和驅動馬達的齒輪等傳遞機構中,需要設置齒隙。因此,因磨耗等導致間隙增大,成為操作部的位置精度降低、機械振動、噪聲發(fā)生以及裝置的壽命降低的原因。

      此外,在轉向系統設置多軸的輸入操作部的情況下,伴隨著轉向系統的旋轉,輸入操作部的軸也進行旋轉,因此應操作的方向發(fā)生變化,給司機帶來混亂。

      專利文獻1~4所公開的技術就存在上述那樣的課題。本申請的發(fā)明人鑒于上述那樣的課題而想到新的轉向系統輸入裝置。

      本公開的輸入輸出操作裝置具備:操作部,其具有供操作者操作的表面;可動單元,其包括主體以及至少一個驅動磁鐵,該主體在內部具有松配合空間且支承所述操作部,所述主體具有向所述松配合空間露出的第一松配合面;固定單元,其具有保持架、基座以及至少一個驅動線圈,該保持架具有與所述可動單元的所述第一松配合面以點接觸或線接觸的方式松配合的第二松配合面,且將所述可動單元支承為旋轉自如,該基座具有收納所述可動單元的至少一部分的空間且支承所述保持架;驅動部,其包括所述至少一個驅動磁鐵以及所述至少一個驅動線圈,且使所述可動單元相對于所述固定單元旋轉;以及檢測器,其對所述操作部在所述固定單元中的位置進行檢測,所述第一松配合面及第二松配合面中的一方包括凹部的內周面,所述第一松配合面及第二松配合面中的另一方包括至少一個凸狀球面。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述保持架包括從所述基座朝向所述可動單元的所述松配合空間延伸的至少一個連結棒。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,在規(guī)定了以所述可動單元的旋轉中心為原點的xyz正交坐標系時,在所述可動單元相對于所述固定單元未旋轉的狀態(tài)下,所述操作部位于z軸的方向,所述保持架包括至少兩個連結棒,該至少兩個連結棒從所述基座朝向所述可動單元的所述松配合空間而與xy平面平行地延伸。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,在規(guī)定了以所述可動單元的旋轉中心為原點的xyz正交坐標系時,在所述可動單元相對于所述固定單元未旋轉的狀態(tài)下,所述操作部位于z軸的方向,所述保持架包括至少兩個連結棒,該至少兩個連結棒從所述基座的比所述可動單元的旋轉中心靠下方的位置朝向所述可動單元的所述松配合空間而與xy平面非平行地延伸。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,在規(guī)定了以所述可動單元的旋轉中心為原點的xyz正交坐標系時,在所述可動單元相對于所述固定單元未旋轉的狀態(tài)下,所述操作部位于z軸的方向,所述保持架包括與z軸大致平行地延伸的一個連結棒。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述保持架包括通過磁力來吸引所述第一松配合面和所述第二松配合面的磁鐵或磁性體。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述凹部的內周面具有圓錐面。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,構成所述圓錐面的圓錐的頂角為70度~110度。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述第一松配合面及第二松配合面中的另一方為凸狀球面,所述可動單元的旋轉中心與所述凸狀球面的球心一致。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述第一松配合面及第二松配合面中的另一方包括多個凸狀球面,在所述可動單元相對于所述固定單元未旋轉的狀態(tài)下,所述可動單元的旋轉中心位于比所述多個凸狀球面各自的球心靠下方的位置。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,在規(guī)定了以所述可動單元的旋轉中心為原點的xyz正交坐標系時,在所述可動單元相對于所述固定單元未旋轉的狀態(tài)下,所述操作部位于z軸的方向,所述驅動部能夠使所述可動單元以與xy平面平行的旋轉軸為中心而旋轉,所述檢測器包括對所述可動單元的繞所述旋轉軸的旋轉角度進行檢測的第一檢測部。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述第一檢測部包括設于所述固定單元的傳感器元件和設于所述主體的被檢測體,在所述可動單元相對于所述固定單元未旋轉的狀態(tài)下,所述傳感器元件與所述被檢測體在所述z軸的方向上對置。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述第一檢測部包括設于所述主體的被檢測體和設于所述保持架的傳感器元件,在所述可動單元相對于所述固定單元未旋轉的狀態(tài)下,所述傳感器元件與所述被檢測體在所述z軸的方向上對置。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述保持架包括與所述傳感器元件電連接且配設于內部的導線。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述被檢測體配置于以所述z軸為中心的圓周上。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述驅動部包括使所述可動單元分別以所述xyz正交坐標系的x軸以及y軸為中心而旋轉的第一驅動部及第二驅動部,所述第一驅動部及第二驅動部分別包括:一對驅動磁鐵,其相對于所述z軸對稱地配置于所述可動單元;以及線圈單元,其具有以與所述一對驅動磁鐵對置的方式配置于所述固定單元的一對磁軛以及分別卷繞于所述一對磁軛的一對驅動線圈。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述驅動部還包括使所述可動單元以所述z軸為中心而旋轉的第三驅動部,所述檢測器包括對所述可動單元的繞所述z軸的旋轉角度進行檢測的第二檢測部,所述第三驅動部包括分別在所述第一驅動部及第二驅動部的所述一對磁軛上卷繞的兩對驅動線圈,將所述第一驅動部及第二驅動部的所述一對驅動磁鐵用作所述第三驅動部的驅動磁鐵。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述線圈單元可拆裝地設于所述固定單元的所述基座,且通過所述一對驅動磁鐵和所述一對磁軛的磁吸引力而抵接于所述基座,所述基座包括對所述線圈單元向所述一對驅動磁鐵側的移動進行限制的線圈單元限位器。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述輸入輸出操作裝置還具備防脫落構件,該防脫落構件固定于所述基座,且具有限制所述主體的移動的限制面,以避免所述可動單元從所述固定單元脫落。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述輸入輸出操作裝置還具備防脫落構件,該防脫落構件固定于所述基座,且具有限制所述主體的移動的限制面,以避免所述可動單元從所述固定單元脫落,所述防脫落構件具有開口,該開口能夠收容所述主體以及/或者所述一對驅動磁鐵的一部分。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述保持架包括對所述可動單元相對于所述固定單元的旋轉進行限制的操作引導件。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述操作引導件設于所述主體的所述松配合空間內。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,支承所述操作部的所述可動單元的重心與所述可動單元的旋轉中心一致。

      本公開的轉向系統輸入輸出操作裝置具備致動器,該致動器具有能夠以2軸獨立地自如旋轉的操作部,且搭載于轉向系統,根據所述轉向系統的旋轉角而轉換在從所述操作部的輸入以及向所述操作部的輸出中使用的所述操作部的所述致動器中的坐標,與轉換后的坐標和所述轉向系統的旋轉角無關地,使用靜止的坐標系中的目標位置或者目標方向來控制所述操作部的輸入以及輸出。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述2軸是x軸以及與x軸正交的y軸,所述致動器具備:所述操作部,其具有供手指接觸的表面;可動單元,其搭載所述操作部和至少一個吸附用磁鐵,且在一部分具有凹部;固定單元,其具有至少一個磁性體以及供所述可動單元的所述凹部松配合的凸狀球面,利用所述至少一個吸附用磁鐵和所述至少一個所述磁性體的磁吸引力,使所述可動單元的所述凹部和所述凸狀球面點接觸或線接觸,將所述可動單元支承為以所述凸狀球面的球心為中心而自如地旋轉;第一驅動部,其使所述操作部相對于所述固定單元以穿過所述球心的所述x軸為中心而旋轉;第二驅動部,其使所述操作部相對于所述固定單元以在包括所述x軸的平面內與所述x軸正交的所述y軸為中心而旋轉;以及第一檢測部,其對所述操作部相對于所述固定單元的繞所述x軸的第一旋轉角度以及繞所述y軸的第二旋轉角度進行檢測,所述凸狀球面的所述球心設于所述x軸,y軸的原點,還具備:檢測電路部,其根據所述第一旋轉角度及所述第二旋轉角度來生成第一旋轉角度信號及第二旋轉角度信號;控制運算處理部,其基于所述第一旋轉角度信號及第二旋轉角度信號而生成第一目標旋轉角度信號及第二目標旋轉角度信號;以及驅動電路部,其接受所述第一目標旋轉角度信號及第二目標旋轉角度信號,且生成對所述第一驅動部及第二驅動部進行驅動的信號。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,所述致動器還具備:第三驅動部,其使所述可動單元相對于所述固定單元以與所述x軸和所述y軸正交且作為所述操作部的中心軸的z軸為中心而旋轉;以及第二檢測部,其對繞所述z軸的旋轉角度進行檢測。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,控制運算處理部基于第一旋轉角度信號、第二旋轉角度信號而生成與操作部的可動范圍區(qū)域相當的二維坐標系中的操作部的當前位置坐標,并生成基于使用了目標位置坐標與當前位置坐標的差分的位置反饋控制的第一目標旋轉角度信號、第二目標旋轉角度信號。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,控制運算處理部生成具有規(guī)定的驅動波形圖案的驅動信號,驅動電路部接受驅動信號,并生成驅動第三驅動部的信號,利用第三驅動部,驅動可動單元向繞z軸的方向振動。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,規(guī)定的驅動波形圖案包括具有可聽區(qū)域的頻率成分的振動波形。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,可動單元的凹部為凸狀球面,固定單元的凸狀球面為凹部。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,可動單元的凹部具有圓錐狀的表面。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,可動單元具有供固定凸狀球面的保持桿插入的開口部,通過開口部與保持桿接觸來限制可動單元的旋轉角度。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,還具備防脫落構件,該防脫落構件設于固定單元,且具有限制可動單元的移動的限制面,以避免可動單元從固定單元脫落,限制面具有凹狀部分球面,該凹狀部分球面具有與球心一致的中心。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,第一驅動部包括:在可動單元中相對于z軸對稱地配置的一對第一驅動磁鐵;以與一對第一驅動磁鐵對置的方式分別配置于固定單元的一對第一磁軛;以及分別卷繞于一對第一磁軛的一對第一驅動線圈,第二驅動部包括:在可動單元中相對于z軸對稱地配置的一對第二驅動磁鐵;以與一對第二驅動磁鐵對置的方式分別配置于固定單元的一對第二磁軛;以及分別卷繞于一對第二磁軛的一對第二驅動線圈,一對第一驅動磁鐵以及一對第一驅動線圈設于穿過凸狀球面的球心的直線上,一對第二驅動磁鐵以及第二驅動線圈設于穿過凸狀球面的球心且與直線正交的另一直線上,各第一驅動磁鐵、第一驅動線圈、第二驅動磁鐵以及第二驅動線圈的z軸方向上的中心的位置與凸狀球面的球心的位置大致一致。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,第三驅動部包括分別卷繞于一對第一磁軛以及一對第二磁軛的第三驅動線圈,將一對第一驅動磁鐵以及一對第二驅動磁鐵用作第三驅動磁鐵。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,將一對第一驅動磁鐵和一對第二驅動磁鐵分別通過一對磁背軛而連結,一對磁背軛設于可動部的球心側。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,至少一個磁性體為一對第一磁軛以及一對第二磁軛。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,至少一個吸附用磁鐵為一對第一驅動磁鐵以及一對第二驅動磁鐵。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,在可動單元處于中立位置的狀態(tài)下,一對第一驅動磁鐵以及一對第二驅動磁鐵配置為,相對于與z軸垂直的穿過球心的水平面而呈朝下傾斜45度以下的旋轉角度a,以與一對第一驅動磁鐵以及一對第二驅動磁鐵對置的方式將第一驅動線圈和一對第一磁軛以及一對第二驅動線圈和一對第二磁軛旋轉地配置于固定單元。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,旋轉角度a為15~25度。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,一對第一驅動磁鐵、一對第二驅動磁鐵分別位于可動單元的內側,且不在可動單元的外形面露出。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,一對第一驅動線圈、一對第二驅動線圈以及第三驅動線圈分別設于固定單元的內側,且不在固定單元的外形面露出。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,可動單元由樹脂材料構成。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,可動單元與一對第一驅動磁鐵、一對第二驅動磁鐵一起一體成型。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,固定單元與一對第一驅動線圈、一對第二驅動線圈、第三驅動線圈、一對第一磁軛以及一對第二磁軛一起一體成型。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,可動單元的重心與球心一致。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,第一檢測部包括:固定于固定單元的第一磁傳感器;設于可動單元的傾斜角檢測用磁鐵,第一磁傳感器對因傾斜角檢測用磁鐵的旋轉而引起的磁力變化進行檢測,并對繞x軸、y軸的二維的旋轉角度進行計算。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,第一磁傳感器以及傾斜角檢測用磁鐵在z軸上相互對置。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,具備偏磁用磁鐵,該偏磁用磁鐵與傾斜角檢測用磁鐵對置,配置于z軸上且固定于固定單元。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,偏磁用磁鐵兼具使可動單元復位至中立的位置的中立位置復位用磁鐵。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,第一檢測部包括:固定于固定單元的光傳感器;以及設于可動單元的凸狀球面的一部分的光檢測圖案,光傳感器對因光檢測圖案的旋轉而射入光傳感器的光的變化進行檢測,并對操作部的繞x軸、y軸的二維的旋轉角度進行計算。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,光傳感器以及光檢測圖案位于z軸上。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,在可動單元處于中立的位置時,在與z軸正交的平面內,一對磁傳感器分別配置于相對于連結一對第一驅動磁鐵的直線以及連結一對第二驅動磁鐵的直線而呈45度的角度的直線上。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,第二檢測部包括:在可動單元中相對于z軸對稱地配置的一對旋轉檢測用磁鐵;固定于固定單元且以與一對旋轉檢測用磁鐵分別對置的方式固定的一對第二磁傳感器,一對第二磁傳感器對因旋轉檢測用磁鐵的旋轉而引起的磁力變化進行檢測,并對操作部的旋轉角度進行計算。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,一對旋轉檢測用磁鐵由與在正交于z軸的平面內穿過球心的直線平行且朝向相互相反的方向被2極分割磁化的磁鐵構成。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,在防脫落構件的限制面與可動單元的外形面之間設有空隙,即便可動單元的凹部與固定單元的凸狀球面分離,也能利用磁吸引力來確定空隙,以復位至點接觸或者線接觸的狀態(tài)。

      在某一優(yōu)選的實施方式中,還具備以包圍可動單元的周圍的方式設于所述固定單元的上部的環(huán)狀的開關構件。

      根據本公開的轉向系統輸入輸出操作裝置以及輸入輸出操作裝置,通過將具有2軸或3軸的操作軸且能夠實現二維或三維的操作方向的輸入輸出操作部搭載于轉向系統,根據轉向系統的操作旋轉角度而轉換輸入輸出操作部的操作方向的坐標,由此能夠相對于由轉向系統的中立位置處的水平軸和與該水平軸正交的鉛垂軸構成的絕對坐標始終恒定保持操作方向。

      其結果是,能夠不取決于轉向系統的操作旋轉角度而使輸入輸出操作部的操作方向固定于例如水平方向和鉛垂方向,相對于操作轉向系統進行旋轉中的駕駛員而極度簡化輸入輸出操作部的操作方向的判別識別,從而能夠大幅度降低向輸入輸出操作部的視線移動頻率。

      此外,輸入輸出操作部通過采用如下的可動部結構:在具有與手指接觸的表面的操作部的中心軸的延長線上,配置設于固定部的球狀的突起部的球心和以與突起部接觸的方式設于可動部的圓錐狀的凹狀接觸面的中心軸,并且使分割成兩部分的可動部以中心包入球狀的突起部的方式接合,由此能夠實現搭載操作部的可動部的重心支承并且在驅動頻率區(qū)域中大幅度抑制機械諧振。

      此外,利用不對可動部的轉動角度造成影響的磁吸引力,在由固定部的突起部和可動部的凹狀接觸面構成的樞軸結構中附加恒定的法向力,由此能夠減少相對于轉動角度的摩擦負荷變動,并在驅動頻率區(qū)域中實現良好的相位、增益特性。

      此外,關于防止作為在以往的基于磁吸引力的支承結構中特有的大課題的、因振動、沖擊等外部干擾等導致的可動部的脫落,隔開可供可動部轉動的規(guī)定的空隙而在固定部設置防脫落限制面,由此能夠避免裝置的大型化且可靠地實現可動部的防脫落。

      此外,能夠提供如下所述的極其安全的輸入輸出操作裝置:通過設置在使凹狀接觸面與突起部脫離有空隙的距離的狀態(tài)下也能夠利用磁吸引力使凹狀接觸面移動至突起部而接觸復位這一距離的空隙,從而即便在可動部瞬間脫落的情況下,也能夠立即復位至原來的良好的支承狀態(tài)。

      此外,繞x軸、y軸的旋轉傾斜驅動機構以及橫擺方向的橫擺驅動機構包括:配置為以z軸為中心的圓周狀且相互正交的固定于可動部的兩對驅動磁鐵;以及以與驅動磁鐵對置的方式分別配設于固定部的兩對驅動線圈和磁軛,并且z軸方向配設的高度位置與突起部的球心的高度位置大致相等,由此能夠實現可動部的重心驅動,并且在驅動頻率區(qū)域中大幅度抑制機械諧振。

      此外,通過使與驅動磁鐵對置的磁軛的投影面積大致相等,在可動部的旋轉傾斜角度以及旋轉角度為0度的情況下,能夠保持基于磁軛與驅動磁鐵的磁性彈簧而確定的可動部的中立點。

      此外,由于是能夠實現良好的頻率響應特性和高旋轉傾斜角度分辨率的輸入輸出操作部,因此可動單元對指尖的動作檢測靈敏度非常高,也能夠實現在便攜終端經常使用的輕拂輸入、快速滑動輸入的檢測和文字輸入的檢測。

      通過利用樹脂構件來覆蓋凹狀接觸面或突起部的表層部分,能夠實現低摩擦且耐磨損性優(yōu)異的支承結構。

      通過向由圓錐狀的凹狀接觸面和與凹狀接觸面進行松配合的突起部構成的樞軸結構的空間填充振動衰減用的粘性構件或磁性流體,能夠減少基于在搭載于可動部的驅動磁鐵和設于固定部的磁軛之間產生的磁吸引力的磁性彈簧效果而引起的振幅增大系數(q值)、機械固有振動的q值,從而能夠得到良好的控制特性。

      如以上那樣,本發(fā)明通過使能夠繞x軸和y軸而進行±25度以上的較大的旋轉傾斜驅動和±5度以上的橫擺驅動的樞軸支承系統配置于原點,能夠在到200hz左右為止的寬頻的頻率區(qū)域中實現操作部的良好的輸入輸出控制。其結果是,提供能夠實現操作部的x、y、z軸這3軸的多軸高速操作并且能夠使操作者感受到以往所沒有的新的觸覺力感的輸入輸出操作裝置。

      此外,由x軸和y軸構成的操作部的驅動二維坐標在磁傳感器的坐標輸出中電構成,因此通過對轉向系統的操作旋轉角度進行檢測,能夠修正作為驅動目標的二維坐標,以抵消轉向系統的操作旋轉角度。

      這樣,能夠不取決于轉向系統的操作旋轉角度而將輸入輸出操作部的操作方向恒定保持為水平方向、鉛垂方向,由此能夠使駕駛員的操作方向的判斷識別單純化,并且通過能夠實現觸覺力感的輸入輸出操作部,駕駛員能夠盲操作。

      其結果是,能夠提供可極力抑制行駛中的駕駛員的視線移動的安全放心的轉向系統輸入輸出操作裝置。

      本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置適合搭載于轉向系統。在本申請的說明書中,有時將輸入輸出操作裝置稱作“致動器”,將搭載于轉向系統的輸入輸出操作裝置稱作“轉向系統輸入輸出操作裝置”。以下,主要說明轉向系統輸入輸出操作裝置的實施方式。但是,本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置并不局限于轉向系統,例如,也能夠搭載于電車的單把手(one-handle)以及游戲機的操縱桿控制器。

      以下,參照附圖對本發(fā)明的輸入輸出操作裝置的實施方式進行說明。對相同或者類似的構成要素標注相同的附圖標記。需要說明的是,本發(fā)明的實施方式的輸入輸出操作裝置并不局限于以下的例示。例如,也可以組合一實施方式和另一實施方式。

      (第一實施方式)

      以下,對第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置進行說明。

      根據本實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置,通過將具有2軸或3軸的操作軸且能夠實現二維或三維的操作方向的輸入輸出操作部搭載于轉向系統,根據轉向系統的操作旋轉角度而轉換輸入輸出操作部的操作方向的坐標,由此能夠相對于由轉向系統的中立位置處的水平軸和與該水平軸正交的鉛垂軸構成的絕對坐標而始終恒定保持操作方向。

      圖18示意性地示出搭載于轉向系統550的、本實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750(圖16)。

      轉向系統550例如是車輛等的方向盤。轉向系統550具備盤圈551和盤轂552。盤轂552與盤圈551連接,且具有旋轉軸553。駕駛員用手握住盤圈551,使盤圈551繞旋轉軸553旋轉,由此轉向系統550的旋轉傳遞于設置在旋轉軸553的位置的轉向柱等。也可以利用設于旋轉軸553的旋轉傳感器等來檢測轉向系統550的旋轉。

      轉向系統輸入輸出操作裝置750具備設于轉向系統550的盤轂的致動器165。以下,首先詳細說明致動器165。

      圖1是示出第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750的致動器165的分解立體圖,圖2是第一實施方式的可動單元180的分解立體圖。

      圖3a、圖3b是示出可動部180的磁背軛670的立體圖。圖4a是從斜上方觀察致動器165的立體圖。圖4b是從斜上方觀察處于去除掉一部分的構成要素即防脫落構件201的狀態(tài)的致動器165的立體圖。圖4c是從斜下方觀察一部分的構成要素即防脫落構件201的立體圖。圖5a是從z軸10方向觀察到的排除了防脫落構件201的俯視圖。圖5b是從圖5a所示的直線13的方向觀察到的俯視圖。圖6是排除了操作部850和上部可動部150的致動器165的立體圖。圖7是從上方觀察到的固定單元的立體圖。圖8a是示出固定單元的簡要結構的分解立體圖。圖8b是示出搭載于固定單元的一個驅動機構的結構的分解立體圖。圖9a、圖9b是致動器165的俯視圖以及在包括z軸10和旋轉軸11的平面內的排除了防脫落構件201的剖視圖。圖10a、圖10b是致動器165的俯視圖以及在包括z軸10和旋轉軸12的平面內的排除了防脫落構件201的剖視圖。圖11a、圖11b是致動器165的排除了防脫落構件201的俯視圖以及在包括z軸10和直線13的平面內的剖視圖。圖12是旋轉為在旋轉方向20和旋轉方向21上按照相同的角度旋轉后的合成角度θxy的狀態(tài)下的從上方觀察到的排除了防脫落構件201的立體圖。圖13a、圖13b是致動器165的排除了防脫落構件201的俯視圖、以及旋轉為在旋轉方向20和旋轉方向21上按照相同的角度旋轉后的合成角度θxy的狀態(tài)下的排除了防脫落構件201的在包括z軸10和直線14的平面內的剖視圖。圖14a、圖14b是固定單元的俯視圖、以及包括z軸10和旋轉軸11的平面內的剖視圖。圖15是從z軸10的上方觀察致動器165的傳感器基板502的俯視圖。圖16是第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750的整體結構圖。圖17是示出第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750的結構的詳細框圖。

      轉向系統輸入輸出操作裝置750的致動器165具備:操作部850;搭載操作部850的可動單元180;支承可動單元180的固定單元。

      可動單元180相對于固定單元而在以z軸10為中心而旋轉的旋轉方向22、以與z軸10正交且穿過球心70的旋轉軸(x軸)11為中心而旋轉的旋轉方向21以及以與z軸10正交且穿過球心70的旋轉軸(y軸)12為中心而旋轉的旋轉方向20上相互獨立地自如旋轉。旋轉軸11與旋轉軸12相互正交。因此,致動器165具備:用于使可動單元180向旋轉方向20以及旋轉方向21旋轉(傾斜)的第一驅動部以及第二驅動部;使操作部850相對于固定單元沿旋轉方向22旋轉的第三驅動部。各驅動部包括驅動磁鐵和驅動線圈以及磁軛的組合。例如。驅動磁鐵設于可動單元180,驅動線圈以及磁軛設于固定單元。

      第一驅動部包括一對驅動磁鐵401、一對驅動線圈301、由磁性體構成的一對磁軛203。此外,在一對驅動線圈301的內側,卷繞有以后述的z軸10為中心而沿旋轉方向22旋轉驅動的第三驅動部即一對驅動線圈303。驅動磁鐵401和磁軛203是在兩側面具有以球心70為中心的圓周曲面的局部的圓管形狀。

      第二驅動部包括一對驅動磁鐵402、一對驅動線圈302、由磁性體構成的一對磁軛204。此外,在一對驅動線圈302的內側,卷繞有以后述的z軸10為中心而沿旋轉方向22旋轉驅動的第三驅動部即一對驅動線圈303。驅動磁鐵402和磁軛204也是在兩側面具有以球心70為中心的圓周曲面的局部的圓管形狀。

      以下,針對第一驅動部、第二驅動部及第三驅動部對可動單元180的驅動進行詳細說明。

      致動器165具備用于對搭載有操作部850的可動單元180的相對于固定單元的旋轉角度以及繞z軸10的旋轉角度進行檢測的檢測器。具體地說,具備:用于對可動單元180的二維的旋轉(傾斜)角度、即旋轉方向20以及旋轉方向21的旋轉角度進行檢測的第一檢測部;用于對旋轉方向22的傾斜角度進行檢測的第二檢測部。第二檢測部雖未圖示,但包括在與z軸10正交的平面內以球心70為中心而配置于可動單元180的兩端的一對旋轉檢測用磁鐵以及以與旋轉檢測用磁鐵對置的方式配置于基座200的一對磁傳感器。然而,如第一實施方式所示,在轉向系統輸入輸出操作裝置750僅需要進行旋轉方向22的旋轉方向的正反檢測的情況下,在第一檢測部中也能夠充分地檢測,不再需要第二檢測部。

      第一檢測部包括:搭載于可動單元180的底部的傾斜角檢測用磁鐵406;相對于穿過球心70且在包括旋轉軸11、12的平面內正交于旋轉軸11、12的直線13平行且以z軸10為中心而配置的一對磁傳感器501a和501b;相對于穿過球心70且在包括旋轉軸11、12的平面內正交于直線13的直線14平行且以z軸10為中心而配置的一對磁傳感器503a和503b。磁傳感器501a、501b和503a、503b搭載于傳感器基板502,且與傾斜角檢測用磁鐵406隔開規(guī)定的空隙而經由螺旋彈簧600固定于基座200。以下,對檢測器進行詳細說明。

      固定單元包括基座200?;?00具有與可動單元180的至少一部分松配合的凹部。在本實施方式中,凹部的內側面由凹狀球面200a構成?;?00還具有開口部200p、200t和接觸面200b。

      如圖1所示,致動器165為了使可動單元180沿旋轉方向22旋轉而使用一對磁軛203以及一對磁軛204、在這些磁軛上卷繞的4個驅動線圈303、一對驅動磁鐵401以及一對驅動磁鐵402。

      如圖1、圖8a以及圖8b所示,驅動線圈303具有如下所述的十字卷繞結構:在一對磁軛203以及一對磁軛204上以分別與驅動線圈301以及驅動線圈302的線圈卷繞方向正交的方式層疊卷繞于內側,且分別插入固定于基座200的開口部200p、200t。具體地說,在向一對磁軛203以及一對磁軛204卷繞了驅動線圈303之后,在一對磁軛203以及一對磁軛204的兩側面固定磁軛保持架203l、203r以及磁軛保持架204l、204r,然后整體地卷繞一對驅動線圈301以及302。此外,通過將磁軛保持架203l、203r以及磁軛保持架204l、204r的底部固定于基座200的安裝面200s而在固定單元上裝配驅動部。

      優(yōu)選地,包括基座200的固定單元由樹脂構成。進一步優(yōu)選地,包括基座200的固定單元由卷繞于一對磁軛203的驅動線圈301和驅動線圈303、卷繞于一對磁軛204的驅動線圈302和驅動線圈303一體成型。另外,卷繞于這些磁軛的驅動線圈優(yōu)選不在基座200的內側面露出,換句話說,不在凹狀圓錐面200a露出。

      可動單元180包括上部可動部150和下部可動部102。內置操作部850的上部可動部150被固定于下部可動部102。操作部850在可動單元180中位于z軸10上。操作部850具有大體凸形狀,凸形狀的中心(更突出的部分)與z軸10一致。在可動單元180不設置相機、發(fā)光元件等。

      下部可動部102具有包括一對開口部102w的壺形狀。下部可動部102的外形具有以球心70為球心的凸狀球面102r。

      凸狀球面102r覆蓋下部可動部102的外側整體。更具體地說,下部可動部102具有能夠供連結棒650插入的一對開口部102w,該連結棒650用于將后述的以球心70為球心的凸狀球面部651連結固定于基座200。開口部102w以如下的位置以及大小設于下部可動部102,即,在可動單元180繞z軸10、旋轉軸11以及旋轉軸12以預先設定的角度范圍旋轉的情況下連結棒650不會與下部可動部102接觸的位置以及大小。此外,開口部102w被用作可動單元180的旋轉方向22的限位器。因此,開口部102w以外的部分的表面構成凸狀球面102r。

      凸狀球面部651和凸狀球面102r的球心70位于下部可動部102的中心,且位于操作部850的下部。

      在可動單元180設置傾斜角檢測用磁鐵406、一對驅動磁鐵401以及一對驅動磁鐵402。搭載的檢測用磁鐵、驅動磁鐵優(yōu)選從開口部102h配置于下部可動部102的內側,以避免向凸狀球面102r露出。下部可動部102優(yōu)選由樹脂構成,下部可動部102、傾斜角檢測用磁鐵406、一對驅動磁鐵401以及一對驅動磁鐵402一體地成型。

      如圖9b、圖10b所示,設于基座200的內側的磁軛203以及磁軛204由磁性體構成。因此,以分別對置的方式設于下部可動部102的內側的驅動磁鐵401以及驅動磁鐵402作為吸附用磁鐵而發(fā)揮功能,在磁軛與驅動磁鐵之間分別產生磁吸引力。具體地說,在磁軛203和驅動磁鐵401產生磁吸引力f1,在磁軛204和驅動磁鐵402產生磁吸引力f1。實際上,磁軛203與驅動磁鐵401的中心線18以及磁軛204與驅動磁鐵402的中心線19分別相對于直線11、直線12而以向下的傾斜角度θd構成。傾斜角度θd優(yōu)選為15度~25度左右。

      上部可動部150具有包括與下部可動部102的壺形狀的開口對應的開口的壺形狀。下部可動部102的外形具有以球心70為球心的凸狀球面105r。另外,在上部可動部150的壺形狀的內部設有包括凹狀圓錐面860a的凹狀圓錐構件860。凹狀圓錐面860a與下部可動部102對置,且與固定單元的凸狀球面部651的凸狀球面651a接觸。由此,可動單元180與固定單元松配合。

      如圖9b所示,磁吸引力f1成為固定單元的凸狀球面部651的相對于凹狀圓錐構件860的法向力。另外,磁吸引力f1成為z軸10方向的合成矢量即磁吸引力f2。該力的平衡近似所謂的“平衡玩具”的力學結構。因此,可動單元180能夠非常穩(wěn)定地在3軸方向上旋轉。具體地說,可動單元180在球心70附近處被樞軸支承于固定單元。該支承極其穩(wěn)定,且摩擦阻力小。因而,能夠實現極其優(yōu)異的動特性。換句話說,能夠實現以z軸10、旋轉軸11、旋轉軸12為中心的、可動單元180的繞旋轉方向22、21、20的旋轉。

      尤其是可動單元180具備由上部可動體150以及下部可動部102構成的球體形狀,因此能夠使球心70與可動單元180中心且重心的位置一致。因此,可動單元180能夠在旋轉方向20、旋轉方向21以及旋轉方向22上的任一方向以大致相等的力矩旋轉。其結果是,無論可動單元180如何在旋轉方向20、旋轉方向21以及旋轉方向22上旋轉,都能夠始終以大致相同的驅動力進一步旋轉,能夠始終以高精度驅動可動單元180。

      另外,由于球心70即可動單元180的旋轉中心與可動單元180的重心一致,因此可動單元180在旋轉方向20、旋轉方向21以及旋轉方向22上旋轉的力矩非常小。因此,能夠以較小的驅動力將可動單元180維持為中立狀態(tài)、或者使可動單元180在旋轉方向20、旋轉方向21以及旋轉方向22上旋轉。因而,能夠減少轉向系統輸入輸出操作裝置750中的致動器165的消耗電力。尤其是,還能夠使為了將可動單元180維持為中立狀態(tài)而需要的驅動電流幾乎為零。需要說明的是,在本申請的說明書中,有時將可動單元180相對于固定單元未旋轉的狀態(tài)稱作“中立狀態(tài)”。

      這樣,根據本實施方式,搭載操作部850的可動單元180在重心位置即球心70處被集中支承。因此,能夠大幅地抑制因摩擦導致的負荷的減少、在驅動頻率區(qū)域中的機械諧振。

      另外,驅動磁鐵401以及驅動磁鐵402具有部分圓周曲面,因此能夠不影響旋轉角度的大小而產生恒定的磁吸引力f2,固定單元的凸狀球面部651和凹狀圓錐構件860的法向力也成為恒定。其結果是,能夠抑制因旋轉角度導致的摩擦負荷的變動,并且能夠在驅動頻率區(qū)域中實現良好的相位、增益特性。

      另外,若將凸狀球面部651或凹狀圓錐構件860由滑動性優(yōu)異的樹脂構件構成,則能夠進一步減少接觸的凹狀圓錐面860a與凸狀球面651a的摩擦,從而能夠實現耐磨損性優(yōu)異的支承構造。

      致動器165優(yōu)選包括限制可動單元180的移動的防脫落構件201,以避免可動單元180從固定單元脫落(圖1、圖4a、圖4c)。防脫落構件201具有防脫落用限制面201a,在可動單元180以與固定單元分離的方式移動的情況下,可動單元180的上部可動部150與防脫落用限制面201a抵接,由此來限制可動單元180的移動(圖4a)。

      在上部可動部150的凸狀球面150r與防脫落構件201的防脫落用限制面201a之間設置規(guī)定的空隙(未圖示),以使得上部可動部150相對于球心70而在全部可動范圍內自如地轉動。

      優(yōu)選地,防脫落用限制面201a包括具有與球心70一致的中心的凹狀部分球面。防脫落構件201固定于基座200的接觸面200b。在凸狀球面150r與防脫落用限制面201a之間,在凹狀圓錐構件860的凹狀圓錐面860a與固定單元的凸狀球面部651的凸狀球面651a接觸的狀態(tài)下設置有空隙。該空隙設定為如下距離:即便凹狀圓錐面860a與凸狀球面651a分離,也能夠利用磁吸引力f1返回至凹狀圓錐面860a與凸狀球面651a接觸的狀態(tài)。換句話說,即便在可動單元180向上方移動與空隙相等的距離而使防脫落用限制面201a與凸狀球面150r接觸的狀態(tài)下,利用磁吸引力f1,可動單元180也能夠返回至凹狀圓錐面860a與凸狀球面651a接觸的原來的狀態(tài)。因此,根據本實施方式,例如能夠提供如下的耐沖擊性優(yōu)異的輸入輸出操作裝置:即便在可動單元180瞬間從規(guī)定的位置脫落的情況下,也能夠利用磁吸引力f1立即復位至原來的良好的支承狀態(tài)。

      接下來,對用于驅動致動器165的可動單元180的構造進行詳細說明。

      如圖2所示,在下部可動部102上,為了驅動可動單元180在旋轉方向20上旋轉,相對于z軸10而對稱地配置有一對驅動磁鐵401,為了驅動可動單元180在旋轉方向21上旋轉,相對于z軸10而對稱地配置有一對驅動磁鐵402。關于在固定單元上設置的構成要素,“相對于z軸10對稱”是指,以可動單元180處于中立狀態(tài)下的z軸10為基準。

      驅動磁鐵401以在旋轉軸11的方向上具有磁通的方式被單極磁化,同樣,驅動磁鐵402以在旋轉軸12的方向上具有磁通的方式被單極磁化。

      如圖1、圖9b、圖10b所示,如上所述,一對磁軛203以及磁軛204以與一對驅動磁鐵401以及一對驅動磁鐵402分別對置的方式,分別設于以z軸10為中心的基座200的圓周上。

      如圖1、圖8a所示,在沿旋轉軸11的方向而配置于基座200的一對磁軛203上分別設置有卷繞于磁軛203的驅動線圈303,此外,在驅動線圈303的外側以與驅動線圈303的卷繞方向正交的方式設有被分為四部分的驅動線圈301。驅動線圈301被分為四部分是因為磁軛203具有圓周曲面。

      同樣,在沿與旋轉軸11正交的旋轉軸12方向配置的一對磁軛204上分別設置有卷繞于磁軛204的驅動線圈303,在驅動線圈303的外側以與驅動線圈303的卷繞方向正交的方式設有驅動線圈302。

      換言之,在以z軸10為中心的圓周上,旋轉方向20、旋轉方向21以及旋轉方向22的驅動部分別獨立地分散配置。

      根據上述那樣的構造,如圖9b、圖10b所示,能夠均等地設置磁軛203與驅動磁鐵401之間的磁隙、磁軛204與驅動磁鐵402之間的磁隙。因此,能夠均等地提高各個磁通密度,向旋轉方向20、旋轉方向21以及旋轉方向22驅動的驅動效率得以大幅改善。

      接下來,對各驅動部的z軸10方向的高度位置進行說明。

      如圖14b所示,直線36、37與穿過固定于基座200的磁軛203的球心70的圓周曲面的中心軸(未圖示)垂直。另外,直線36、37與穿過處于中立狀態(tài)的可動單元的驅動磁鐵401的球心70的圓周曲面的中心軸(未圖示)垂直。直線36、37相對于直線11而呈向下方傾斜45度以下的傾斜角度θp。雖未圖示,但固定于基座200的磁軛204、驅動磁鐵402也具有同樣的結構。這樣,一對驅動磁鐵401、402和一對磁軛203、204具有相對于包括球心70的水平面而以向下45度以下的傾斜角度θp傾斜的以z軸10為中心的四片花瓣那樣的結構。具體地說,如圖14a、圖14b所示,一對磁軛203分別在兩側面處被磁軛保持架203l、203r夾著,磁軛保持架203l、203r的底部插入基座200的開口部200p。由此,磁軛203固定于安裝面200s。

      同樣,一對磁軛204分別在兩側面處被磁軛保持架204l、204r夾著,磁軛保持架204l、204r的底部插入基座200的開口部200t,由此,磁軛204固定于安裝面200s。

      如上所述,通過將傾斜角度θp設定為45度以下,能夠降低固定單元的高度,從而實現裝置的省空間化和高度縮短。優(yōu)選地,旋轉傾斜角度θp以及旋轉傾斜角度θr為15度~25度左右,更優(yōu)選地,例如為20度。

      通過向一對驅動線圈301通電,一對驅動磁鐵401受到力偶的電磁力(換句話說,洛倫茲力),下部可動部102、即可動單元180被驅動為以x軸方向旋轉軸12為中心而在旋轉方向20上旋轉。同樣,通過向一對驅動線圈302通電,一對驅動磁鐵402受到力偶的電磁力,可動單元180被驅動為以y軸方向旋轉軸11為中心而在旋轉方向21上旋轉。

      此外,通過向驅動線圈301以及驅動線圈302同時通電,能夠使搭載有操作部850的可動單元180二維地旋轉。

      圖12以及圖13a、圖13b示出如下狀態(tài):通過向驅動線圈301以及驅動線圈302同時通電有同等的電流,沿旋轉方向20以及旋轉方向21以相同的角度旋轉,其結果是,在與旋轉方向20和旋轉方向21呈45度的直線13方向上旋轉為合成角度θxy。

      另外,通過向四個驅動線圈303通電,可動單元180受到相同旋轉方向的電磁力,可動單元180被驅動為以z軸10為中心而在旋轉方向22上旋轉。

      此外,在旋轉為合成角度θxy的狀態(tài)下,若向四個驅動線圈303通電,則可動單元180被驅動為以直線32為中心而在旋轉方向23上旋轉。

      這樣,本實施方式采用了在可動單元180上設有驅動磁鐵401、驅動磁鐵402的動磁驅動方式。在該結構中,通??紤]可動單元180的重量增大這樣的問題。然而,根據該結構,無需向可動單元180懸掛驅動用布線。

      另外,由于可動單元180的重心和可動單元180的轉動中心點與球心70一致,因此,即便因搭載驅動磁鐵導致重量增大,可動單元180的旋轉力矩也不會增大太多。因此,根據本實施方式,能夠在抑制重量的增大所帶來的課題的同時享受動磁驅動方式的優(yōu)點。

      可動單元180的以z軸10為中心的旋轉方向22的旋轉角度通過設置于下部可動部102的一對開口部102w與固定于基座200的連結棒650的接觸來限制。由于在一對開口部102w插入有連結棒650,因此在開口部102w規(guī)定的開口的范圍內,連結棒650不與規(guī)定開口部102w的壁接觸而使可動單元180以z軸10為中心進行旋轉。當可動單元180想要超出開口的范圍而旋轉時,連結棒650與規(guī)定一對開口部102w的壁接觸,因此可動單元180至此無法旋轉。

      在動磁驅動方式中,具有能夠通過基座200經由磁軛203、磁軛保持架203l、203r以及磁軛204、磁軛保持架204l、204r而將驅動線圈301、驅動線圈302、驅動線圈303的發(fā)熱冷卻這樣的較大的優(yōu)點。此外,在將向旋轉方向20以及旋轉方向21旋轉的旋轉角度設計為20度以上時,在能夠使可動單元180小型化、輕型化這方面是有利的。另一方面,在動線圈驅動方式中,驅動線圈過于肥大化,可能導致可動單元180的重量增大。

      這樣,根據本實施方式,可動單元180的操作部850、上部可動部150、下部可動部102、傾斜角檢測用磁鐵406和設于固定單元的防脫落用限制面201a、設于基座200的兩對旋轉用驅動部的中心軸全部構成為穿過既為支承中心又是驅動中心的球心70。

      因此,可動單元180的重心與球心70一致,能夠以重心支承可動單元180,并且能夠實現穿過重心且相互正交的繞3軸的旋轉驅動。另外,能夠防止可動單元180的脫落。

      為了減小可動單元180的振幅增大系數(q值),轉向系統輸入輸出操作裝置750的致動器165也可以具備粘性構件(未圖示)。在該情況下,如圖9b、圖10b所示,在搭載于上部可動部150的凹狀圓錐構件860的凹狀圓錐面860a與固定單元的凸狀球面部651的凸狀球面651a之間設置粘性構件。由此,能夠在設于可動單元180的驅動磁鐵401、驅動磁鐵402與設于基座200的磁軛203、磁軛204之間,減小基于相對于旋轉方向21、22的旋轉角度以及旋轉方向22的旋轉角度產生的磁吸引力變動的磁性彈簧效果而帶來的振動的振幅增大系數(q值)、機械固有振動的q值,從而能夠得到良好的控制特性。

      接下來,對可動單元180的旋轉角度(傾斜)的檢測進行說明。

      如圖1、圖2、圖11a、圖11b以及圖15所示,致動器165具備用于對搭載有操作部850的可動單元180相對于固定單元的旋轉角度以及繞z軸10的旋轉角度進行檢測的檢測器。

      具體地說,具備:用于對可動單元180的二維的旋轉角度、即旋轉方向20以及旋轉方向21的旋轉角度進行檢測的第一檢測部;以及用于對旋轉方向22的旋轉角度進行檢測的第二檢測部。

      第二檢測部雖未圖示,但由在與z軸10正交的平面內以球心70為中心而配置于可動部180的兩端的一對旋轉檢測用磁鐵和以與旋轉檢測用磁鐵對置的方式配置于基座200的一對磁傳感器構成。

      然而,如第一實施方式那樣,在轉向系統輸入輸出操作裝置750僅需要進行旋轉方向22的旋轉方向的正反檢測的情況下,第一檢測部也能夠充分檢測,不再需要第二檢測部。

      第一檢測部包括:搭載于可動部180的底部的傾斜角檢測用磁鐵406;相對于穿過球心70且在包括旋轉軸11、12的平面內正交于旋轉軸11、12的直線13平行并以z軸10為中心而配置的一對磁傳感器501a和501b;以及相對于穿過球心70且在包括旋轉軸11、12的平面內正交于直線13的直線14平行并以z軸10為中心而配置的一對磁傳感器503a和503b。

      如圖15所示,磁傳感器501a、501b、503a、503b搭載于傳感器基板502,且與傾斜角檢測用磁鐵406隔開規(guī)定的空隙而經由螺旋彈簧600固定于基座200的底部。

      另外,在傳感器基板502的中心位置固定有賦予偏磁的偏磁用磁鐵508。如圖10b所示,偏磁用磁鐵508在可動單元180處于中立狀態(tài)時,在z軸上與傾斜角檢測用磁鐵406對置。該偏磁用磁鐵508對由固定于可動單元180的傾斜角檢測用磁鐵406形成的磁耦合進行強化,由此能夠減少可動單元180傾斜的情況下的一對驅動磁鐵401以及一對驅動磁鐵402的磁漏的影響。此外,利用在可動單元180處于中立位置的狀態(tài)下與傾斜角檢測用磁鐵406的磁耦合成為最大的效果,也能夠產生使可動單元180向中立位置復位的磁性彈簧的作用。

      接下來,對可動單元180的旋轉方向20以及旋轉方向21上的可動單元180的旋轉角度的檢測進行詳細說明。

      傳感器基板502在3處位置經由螺旋彈簧600并借助調節(jié)螺釘(未圖示)601固定于基座200,通過使三個調節(jié)螺釘601分別旋轉,使傾斜角檢測用磁鐵406與磁傳感器501a、501b和503a、503b的相對傾斜和距離發(fā)生變化。由此,能夠將磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b的傾斜輸出信號調整為最佳。

      如圖11b以及圖13a、圖13b所示,為了避免受到驅動線圈301以及驅動線圈302的產生驅動電流的磁場的影響,磁傳感器501a、501b與直線13平行地配置,磁傳感器503a、503b與直線14平行地配置。

      與直線13平行地配置的磁傳感器501a、501b將根據可動單元180的旋轉方向20以及旋轉方向21上的旋轉動作而產生的傾斜角檢測用磁鐵406的磁力變化合成檢測為2軸成分,此外,通過對磁傳感器501a和501b的檢測輸出進行差動檢測來提高檢測信號的s/n。

      另外,與直線14平行地配置的磁傳感器503a、503b將根據可動單元180的旋轉方向20以及旋轉方向21上的旋轉動作而產生的傾斜角檢測用磁鐵406的磁力變化合成檢測為2軸成分,此外,通過對磁傳感器503a和503b的檢測輸出進行差動檢測來提高檢測信號的s/n。

      此外,如本實施方式那樣,在轉向系統輸入輸出操作裝置750僅需要進行旋轉方向22的旋轉方向的正反檢測的情況下,通過磁傳感器501a和503b的差動檢測以及磁傳感器501b和503a的差動檢測,能夠實現旋轉方向22的旋轉方向的正反檢測。

      這樣,根據本實施方式,通過縮短傾斜角檢測用磁鐵406與球心70的間隔,能夠相對于旋轉角度而減小傾斜角檢測用磁鐵406的移動。因而,能夠減小磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b的配置投影面積。

      需要說明的是,在本實施方式中,雖然包括磁傳感器501a和501b、磁傳感器503a和503b、以及傾斜角檢測用磁鐵406,但也可以由其他結構來構成檢測器。例如,在z軸10上,也可以包括設于固定單元的光傳感器和設于可動單元180的光檢測圖案。通過可動單元旋轉,從而光檢測圖案進行旋轉,因此射入光傳感器的光發(fā)生變化。光傳感器通過對該光的變化進行檢測,也能夠計算二維的旋轉角度。

      這樣,根據本實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750的致動器165,在操作部的z軸上配置以球心樞軸支承可動單元的構造,此外,在與z軸垂直且穿過球心的平面中,以球心為中心而將兩對驅動部配置為圓周狀。由此,能夠利用難以受到可動單元的轉動角度的影響的磁吸引力來施加恒定的法向力,從而能夠減少旋轉角度所導致的摩擦負荷變動,并且實現對可動單元進行重心支承、重心驅動的結構,能夠在驅動頻率區(qū)域中大幅地抑制機械諧振。

      另外,為了防止作為在以往的基于磁吸引力的支承構造中特有的較大課題的、因振動、沖擊等外部干擾等所導致的可動單元180的脫落,在設于固定單元的防脫落構件上隔開可轉動的規(guī)定的空隙而設置有防脫落限制面。因此,能夠避免裝置的大型化并且可靠地實現可動單元的防脫落。

      另外,將防脫落限制面的位置確定為,即便在可動單元脫落至可動單元的凸狀球面與固定單元的防脫落限制面抵接的狀態(tài)為止的情況下,也能夠利用磁吸引力,使固定單元的凸狀球面部與可動部的凹狀圓錐構件再次點接觸。因此,能夠提供耐沖擊性極其優(yōu)異的輸入輸出操作裝置,即便在可動單元瞬間脫落的情況下,也能夠立即復位至原來的良好的支承狀態(tài)。

      另外,配置驅動部的z軸方向的高度位置配置為比包括球心的水平面向下方旋轉的高度位置。因此,能夠使可動單元的重心與球心一致而進行驅動,并且能夠縮短高度。

      另外,通過將可動部和基座設為樹脂材料或者利用樹脂構件來覆蓋固定單元的凸狀球面部和凹狀圓錐構件的表面部分,由此實現低摩擦且耐磨損性優(yōu)異的支承構造。

      另外,通過向由上部可動部的凹狀圓錐面和固定單元的凸狀球面形成的空隙填充粘性構件,能夠減小以在設于可動單元的驅動磁鐵與設于固定單元的磁軛之間產生的磁吸引力變動為起因的磁性彈簧效果所帶來的振動的振幅增大系數(q值)、機械固有振動的q值,從而能夠得到良好的控制特性。

      因此,根據本實施方式的輸入輸出操作裝置的致動器,例如,能夠存在正交的x軸、y軸,使可動單元以繞x軸以及繞y軸±20度以上的較大的角度旋轉,并且使可動單元以繞與x軸、y軸正交的z軸±5度以上的較大的角度旋轉。另外,能夠在到200hz左右為止的寬頻的頻率區(qū)域實現良好的振動修正控制。其結果是,實現如下的輸入輸出操作裝置的致動器:能夠實現操作部的繞x軸、y軸、z軸的旋轉動作,并且由于具有小型且牢固的防脫落構造,因此應對振動、落下沖擊等來自外部的沖擊的耐沖擊性強。

      接下來,使用圖16、圖17,對具有該致動器165的實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750的動作進行說明。

      如圖16所示,第一實施方式的轉向系統輸入輸出操作裝置750具備致動器165、驅動電路部350、檢測電路部360以及控制運算處理部94。轉向系統輸入輸出操作裝置750還可以具備顯示致動器165的目標位置坐標的顯示運算處理部700。

      能夠使轉向系統輸入輸出操作裝置750中的致動器165的手指所觸碰的操作部850相對于顯示運算處理部700所顯示的目標位置坐標920進行位置追隨。圖17是示出轉向系統輸入輸出操作裝置750的控制的詳細的框圖。

      如圖17所示,驅動電路部350包括驅動電路96a、96b、96r。檢測電路部360包括可動單元180的放大電路98x、98y。

      具體地說,顯示運算處理部700所顯示的目標的位置坐標920的x坐標900和y坐標901分別與可動單元180的旋轉方向20、旋轉方向21的目標旋轉角度對應。

      另外,如圖16所示,致動器165的旋轉軸11和旋轉軸12相對于顯示運算處理部700中的水平基準hs而傾斜有45度。這是因為,如上所述,在從z軸方向觀察的投影面中,磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b設置于驅動線圈301、磁軛203、磁軛保持架203l、203r以及驅動線圈302、磁軛204、磁軛保持架204l、204r的投影區(qū)域以外(在本實施方式中偏離45度而設置),由此不受到驅動線圈301和驅動線圈302的產生驅動電流的磁場的影響。因此,在沿顯示運算處理部700中的水平基準hs方向即直線14方向旋轉的情況下,能夠向驅動線圈301和驅動線圈302這兩者通電而實現向直線14方向(相當于顯示運算處理部700的x軸方向)的驅動。另外,在沿與水平基準hs垂直的方向即直線13方向旋轉驅動的情況下,也能夠向驅動線圈301和驅動線圈302這兩者通電而實現向直線13方向(相當于顯示運算處理部700的y軸方向)的驅動。

      其結果是,在圖16所示的顯示運算處理部700中,在相對于θg=45°的位置坐標920的x坐標900和y坐標901而驅動旋轉了45度的驅動線圈301和驅動線圈302的情況下,可動單元180繞旋轉軸12和旋轉軸11的旋轉角度成為1/√2倍的旋轉角度。

      接下來,參照圖17,對從顯示運算處理部700經由控制運算處理部94而向致動器165輸出的可動單元180的位置控制驅動的動作進行說明。

      如圖17所示那樣,顯示運算處理部700中的目標的位置坐標920的x坐標900和y坐標901分別作為被數字化的目標位置坐標信號80x、80y而輸出,并輸入至控制運算處理部94。

      控制運算處理部94基于從顯示運算處理部700接受的目標位置坐標信號80x、80y和從檢測電路360接受的旋轉角度信號88x、88y來生成目標旋轉角度信號84a、84b,由此針對繞旋轉軸11、12的角度進行反饋控制。具體地說,首先,控制運算處理部94進行將目標位置坐標轉換為致動器165的旋轉角度的處理。此時,也進行前述的磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b與驅動線圈301以及驅動線圈302在投影面上偏離了45度的修正。由此依次計算相當于x坐標900和y坐標901的向旋轉方向20、旋轉方向21旋轉的目標旋轉角度。

      另外,由控制運算處理部94進行的相對于目標位置的位置偏移修正處理是,以根據從顯示運算處理部700輸出的x坐標900和y坐標901的目標位置坐標信號80x、80y而抑制位置誤差的方式對致動器165的可動單元180進行驅動的位置封閉控制。因此,控制運算處理部94依次輸出目標旋轉角度信號84a、84b作為包括致動器165的頻率響應特性和相位補償以及增益修正等在內的最佳的數字化的振動修正量。

      目標旋轉角度信號84a、84b通過da轉換器95a、95b而模擬化,作為模擬的目標旋轉角度信號85a、85b而輸入至繞旋轉軸11的驅動電路96a、繞旋轉軸12的驅動電路96b。

      另一方面,在致動器165中,從對可動單元180相對于基座200的旋轉角度進行檢測的磁傳感器501a、501b輸出旋轉方向20、即相當于與顯示運算處理部700的hs垂直的y軸方向的旋轉角度信號86y,從磁傳感器503a、503b輸出旋轉方向21、即相當于顯示運算處理部700的hs方向的旋轉角度信號86x。旋轉角度信號86x、86y被模擬電路97x、97y除去噪聲成分、dc漂移成分而成為旋轉角度信號87x、87y。此外,通過放大電路98x、98y進行放大,得到具有適當大小的振幅的旋轉角度信號88x、88y,經由ad轉換器99x、99y而數字化了的旋轉角度信號89x、89y被依次輸入至控制運算處理部94。

      前述的位置封閉控制通過如下方式來進行:在控制運算處理部94中對目標位置信號80x、80y的目標位置坐標920與可動單元180的旋轉角度信號89x、89y的當前位置坐標的差分(位置誤差)進行計算,并重新依次輸出基于位置誤差的目標旋轉角度信號84a、84b。

      另外,在控制運算處理部94中,可動單元180的旋轉角度信號89x、89y被逆變換運算為顯示運算處理部700所顯示的位置坐標系,作為反饋位置坐標信號82x、82y而輸出至顯示運算處理部700。

      驅動電路96a、96b由相對于目標的角度信號85a、85b而反饋旋轉角度信號89x、89y的反饋系統控制。因此,在基于手指的來自外部的力未作用于可動單元180的情況下,將可動單元180的旋轉方向20、旋轉方向21的角度控制為恒定,以使得成為規(guī)定的旋轉角度位置。

      因此,基于顯示運算處理部700的目標位置坐標信號80x、80y和目標的旋轉角度信號85a、85b以及可動單元180的旋轉角度信號89x、89y,將對驅動線圈301、驅動線圈302進行驅動的驅動信號輸出至驅動電路96a、96b。由此,在轉向系統輸入輸出操作裝置750中,執(zhí)行相對于目標位置坐標920的角度位置的反饋控制,驅動致動器165的可動單元180,以使得反饋位置坐標信號82x、82y與目標坐標信號80x、80y相等。根據該一系列的驅動控制,實施可動單元180的操作部850的位置追隨控制,從而能夠實現良好的觸覺力感操作。

      接下來,參照圖17,對從顯示運算處理部700向致動器165輸出的繞旋轉方向22的驅動控制動作進行說明。

      可動單元180在繞z軸10的旋轉方向22上也被驅動。該動作以基于正弦波、矩形波、脈沖波、三角波等驅動信號實現的旋轉單元180的振動為主。在本實施方式中,該動作基于開放控制而實現。

      控制運算處理部94生成驅動信號84r,該驅動信號84r具有基于從顯示運算處理部700接受的選擇信號80r而選擇的規(guī)定的驅動波形圖案,并驅動可動單元180繞z軸10振動。因此,控制運算處理部94存儲有給予規(guī)定的振動模式的各種驅動波形圖案。驅動波形圖案被認為適于觸覺操作功能的提示,包括表現為粘貼&滑動感、點擊感的、具有高頻率特性的驅動波形圖案。

      顯示運算處理部700向控制運算處理部94輸出用于選擇驅動波形圖案的選擇信號80r??刂七\算處理部94基于選擇信號80r而選擇規(guī)定的驅動波形圖案,并將數字化了的驅動信號84r輸出至da轉換器95r。模擬化了的驅動信號85r被輸入至旋轉方向22的驅動電路96r。由此,可動單元180被驅動為向旋轉方向22振動,并經由操作部850而能夠對操作者的指尖給予震動感以及刺激處于指尖內部的帕奇尼小體的觸覺感。

      可動單元180向旋轉方向22的振動通過反復進行如下運動而構成:在從上方觀察可動單元180的情況下,例如,繞z軸10以規(guī)定的角度向右方向旋轉后反轉,并以規(guī)定的角度向左方向旋轉。

      另外,可動單元180除振動驅動以外,也可以通過具有可聽區(qū)域的頻率成分的驅動信號而向旋轉方向22驅動。由此,可動單元180也能夠以可聽區(qū)域的頻率振動,從致動器165輸出聲音。

      這樣,可動單元180的操作部850繞旋轉軸11、12的角度被二維地控制,并且通過驅動可動單元180在旋轉方向22上振動,從而能夠將本實施方式的輸入輸出操作裝置用作在各種領域中使用的人機界面(hmi)。

      接下來,參照圖17,對從致動器165經由控制運算處理部94向顯示運算處理部700輸出的可動單元180的旋轉角度的檢測動作進行說明。

      在從致動器165的結構以指尖經由操作部850使可動單元180繞旋轉軸11、12二維旋轉的情況下,磁傳感器501a、501b和磁傳感器503a、503b作為對可動單元180繞旋轉軸11、12的旋轉角度進行檢測的傳感器而發(fā)揮功能。

      此外,由于是具有良好的頻率響應特性和高旋轉角度分辨率的致動器165,因此可動單元180對手指的動作檢測靈敏度非常高,也能夠實現在便攜終端中經常使用的輕拂輸入、快速滑動輸入的檢測和文字輸入的檢測。

      從磁傳感器501a、501b輸出旋轉方向20、即相當于與顯示運算處理部700的hs垂直的y軸方向的旋轉角度信號86y,從磁傳感器503a、503b輸出旋轉方向21、即相當于作為顯示運算處理部700的水平方向的hs方向的旋轉角度信號86x。

      旋轉角度信號86x、86y被模擬電路97x、97y去除噪聲成分、dc漂移成分,成為旋轉角度信號87x、87y。此外,利用放大電路98x、98y而得到適當的輸出值的旋轉角度信號88x、88y,經由ad轉換器99x、99y而將數字化了的旋轉角度信號89x、89y依次輸入至控制運算處理部94??刂七\算處理部94存儲有包括輕拂輸入、快速滑動輸入等特殊的輸入圖案模式的各種輸入檢測波形圖案,對作為輸入波形的旋轉角度信號89x、89y為哪一輸入圖案模式進行比較檢測而進行選擇,并作為選擇信號82s向顯示運算處理部700輸出。

      接下來,對可動單元180的旋轉方向22的旋轉檢測的動作進行說明。在本實施方式中,雖然沒有設置旋轉檢測專用的磁傳感器,但如上所述,在除可動單元180向旋轉方向20以及旋轉方向21的旋轉以外進行了旋轉方向22的旋轉的情況下,根據旋轉角度信號89x、89y的相對的輸出差,能夠檢測可動單元180在旋轉方向22上是被右旋操作還是被左旋操作。

      由此,使搭載于可動單元180的操作部850右旋或左旋,同時能夠在旋轉方向20、旋轉方向21上旋轉移動,由此能夠實現在便攜終端中經常使用的基于夾捏輸入的畫面的放大縮小、滾動輸入的代替輸入的檢測。例如,控制運算處理部94也可以檢測旋轉角度信號89x、89y的差異,并將其結果作為旋轉方向差異檢測信號82r而向顯示運算處理部700輸出。

      接下來,對致動器165搭載于轉向系統550的情況下的控制進行說明。如圖19a~圖19d所示,在轉向系統550的旋轉角度處于中立的位置(0度)的情況下,設于轉向系統550的致動器的直線14以及直線13與對于設有轉向系統550的車輛以及操作轉向系統的駕駛員而言的水平方向xo以及鉛垂方向yo一致。因此,上述的顯示運算處理部700的坐標與致動器165的坐標一致,如參照圖16、17而說明的那樣,能夠設定目標位置并進行反饋控制。換句話說,在設有轉向系統550的車輛中靜止的顯示運算處理部700的坐標系中的目標位置或者目標方向與致動器165的坐標中的目標位置或者目標方向一致。如圖19a以及圖19b所示,對設于致動器165的可動單元180的操作部850進行的鉛垂方向上的朝上51以及朝下52的操作與顯示運算處理部700的坐標中的y軸方向的朝上以及朝下一致。同樣,如圖19c以及圖19d所示,對設于致動器165的可動單元180的操作部850進行的水平方向上的朝右53以及朝左54的操作與顯示運算處理部700的坐標中的x軸方向的朝右以及朝左一致。

      然而,如圖20a所示,轉向系統550在進行轉向旋轉時,致動器165的直線14以及直線13與水平方向xo以及鉛垂方向yo不一致。如圖20b~圖20e所示,沿著致動器165的鉛垂方向的操作方向55、56、操作方向57、58與設有轉向系統550的車輛的水平方向xo以及鉛垂方向yo不同。

      因此,如圖19a~圖19d所示,在顯示運算處理部700的坐標系中的目標方向被確定的情況下,要求駕駛員等在與顯示運算處理部700所顯示的水平方向、鉛垂方向不同的方向(操作方向55、56、操作方向57、58)上進行操作,以使得以轉向系統550的旋轉角度為0度時為基準,使操作部850沿水平方向(直線14的方向)或水平方向(直線13的方向)移動。

      在本實施方式中,為了消除這樣的不一致,根據轉向系統的旋轉角來轉換致動器165中的坐標,使坐標與靜止的坐標系即顯示運算處理部700的坐標一致。

      使用圖21,對轉向系統550旋轉后的情況下的致動器165的坐標轉換進行說明。

      在由轉向系統550處于中立位置時的車輛的水平方向x0和與其正交的鉛垂方向y0構成的坐標系(xo-yo坐標系)中,在以顯示運算處理部700所示的目標位置為a點的情況下,a點的坐標相對于從旋轉中心算起的半徑r而以(rcosθ0,rsinθ0)求出。

      如圖22a所示,在轉向系統550左旋轉了θa的情況下,致動器550的坐標(xa-ya坐標系)也左旋轉了θa。因此,將顯示運算處理部700所示的a點的坐標轉換為(rcos(θ0-θa),rsin(θ0-θa))。換句話說,在將xo-yo坐標系轉換為xa-ya坐標系時,從θ0減去θa。例如,如圖22b~圖22e所示,若在顯示運算處理部700的坐標中沿水平方向xo以及鉛垂方向yo驅動致動器165的操作部850的情況下,在致動器165的坐標中以分別減去θa后的角度驅動操作部850(操作方向51~54),則與顯示運算處理部700的坐標系一致,換句話說,對于設有轉向系統550的車輛以及操作轉向系統的駕駛員而言與水平方向xo以及鉛垂方向yo一致。反之,在將致動器550的坐標(xa-ya坐標系)轉換為顯示運算處理部700的坐標(xo-yo坐標系)時,向θ0加上θa即可。

      如圖23a所示,在轉向系統550右旋轉了θa的情況下,致動器550的坐標(xa-ya坐標系)也右旋轉了θa。因此,將顯示運算處理部700所示的a點的坐標轉換為(rcos(θ0+θa),rsin(θ0+θa))。換句話說,在將xo-yo坐標系轉換為xa-ya坐標系時,向θ0加上θa。例如,如圖23b~圖23e所示,若在顯示運算處理部700的坐標中沿水平方向xo以及鉛垂方向yo驅動致動器165的操作部850的情況下,在致動器165的坐標中以分別加上θa的角度驅動操作部850(操作方向51~54),則與顯示運算處理部700的坐標系一致,換句話說,對于設有轉向系統550的車輛以及操作轉向系統的駕駛員而言與水平方向xo以及鉛垂方向yo一致。在將致動器550的坐標(xa-ya坐標系)轉換為顯示運算處理部700的坐標(xo-yo坐標系)時,從θ0減去θa。

      如圖17所示,這些坐標轉換通過如下方式來實現:控制運算處理部94從設于轉向系統550的旋轉軸等的旋轉傳感器等接受關于轉向系統550的旋轉角度θa的信號83,并對可動單元180的旋轉角度信號89x、89y以及目標位置坐標信號80x、80y分別進行上述運算。

      由此,例如,在顯示運算處理部700所示的目標方向為鉛垂方向或水平方向的情況下,無論轉向系統550處于哪一旋轉角度,通過在顯示運算處理部700所示的方向上對致動器550的操作部進行操作,都能夠進行準確的輸入。另外,無論轉向系統550處于哪一旋轉角度,都能夠沿顯示運算處理部700所示的目標方向驅動致動器550的操作部。

      此外,如圖24所示,也可以在操作部850和上部可動部150的周圍將環(huán)狀的開關部960設于固定單元的防脫落構件201的上部。由此,轉向系統550無論在哪一旋轉位置處都沒有方向依賴性,而能夠進行確定或選擇的開關操作。

      需要說明的是,雖然說明了將致動器165的操作方向恒定保持為與水平方向x0和鉛垂方向y0平行的情況,但當然能夠恒定保持為所指定的某一恒定的角度。

      這樣,在轉向系統550旋轉后的狀態(tài)下,轉向系統輸入輸出操作裝置750的致動器165的操作方向也被恒定保持為x0y0絕對坐標即水平方向和鉛垂方向,操作的判斷識別極為簡化。其結果是,尤其是在使轉向系統旋轉的行駛中的情況下,能夠抑制駕駛員的視線移動,此外能夠進行基于觸覺力感的盲操作以及無方向依賴性的確定、選擇的開關操作,由此來實現hmi的安全放心。

      (第二實施方式)

      參照圖25~圖54,對第二實施方式的致動器165a進行說明。

      本實施方式的致動器165a的基本構造與第一實施方式的致動器165相同。具體說明的話,本實施方式的致動器165a在采用上述的“平衡玩具”的力學結構這方面與第一實施方式的致動器165通用。致動器165a的可動單元180在球心附近處樞軸支承于固定單元,能夠非常穩(wěn)定地在3軸方向上旋轉。以下,主要說明與第一實施方式的不同點,有時省略通用的構造的說明。

      圖25是示出致動器165a的簡要結構的分解立體圖。圖26是從上方觀察致動器165a的立體圖,且是排除了防脫落構件201的立體圖。圖27是在包括z軸10和旋轉軸12的平面內的致動器165a的剖視圖。

      致動器165a具備操作部850、搭載操作部850的可動單元180、以及支承可動單元180的固定單元。

      操作部850具有與第一實施方式的操作部850不同的形狀,與第一實施方式相同地,具有供操作者操作的操作面(表面)。可動單元180具有:包括軸801的主體802、兩對磁背軛670、兩對驅動磁鐵401和402、以及具有第一松配合面820的第一松配合構件804。固定單元具有:基座811、具有第二松配合面821的第二松配合構件808、包括至少一個支承棒806的保持架807、連結構件809、傾斜角檢測用磁鐵406、兩對驅動線圈301和302、偏磁用磁鐵508、以及包括磁傳感器501a、501b、503a和503b的傳感器基板502。

      與第一實施方式相同地,可動單元180相對于固定單元在以z軸10為中心而旋轉的旋轉方向22、以與z軸10正交且穿過球心的旋轉軸(x軸)11為中心而旋轉的旋轉方向21、以及以與z軸10正交且穿過球心70的旋轉軸(y軸)12為中心而旋轉的旋轉方向20上相互獨立地自如旋轉。旋轉軸11與旋轉軸12相互正交。因此,致動器165a也具備:用于使可動單元180向旋轉方向20以及旋轉方向21旋轉(傾斜)的第一驅動部和第二驅動部;以及使操作部850相對于固定單元而沿旋轉方向22旋轉的第三驅動部。各驅動部包括驅動磁鐵與驅動線圈以及磁軛的組合。例如,驅動磁鐵設于可動單元180,驅動線圈以及磁軛設于固定單元。

      可動單元180的主體802在內部具有松配合空間,且借助軸801來支承操作部850。第一松配合構件804包括具有凹部的內周面的第一松配合面820。第一松配合構件804以使第一松配合面820向松配合空間露出的方式設于松配合空間內。第二松配合構件808為大致球狀的構件,且包括具有凸狀球面的第二松配合面821。第二松配合構件808配置于保持架807的大致中心。第一松配合面820與第二松配合面821以松配合的方式點接觸或線接觸。由此,保持架807能夠將可動單元180支承為旋轉自如。

      圖28a是保持架807的立體圖。圖28b是支承保持架807的基座811的立體圖。圖29a是保持架807的第一變形體的立體圖。圖29b是支承保持架807的第一變形體的基座811的立體圖。圖30a是保持架807的第二變形體的立體圖。圖30b是支承保持架807的第二變形體的基座811的立體圖。

      保持架807包括從基座811朝向可動單元180的主體802的松配合空間延伸的至少一個連結棒806。如圖28a以及圖28b所示,作為典型,保持架807包括從基座811朝向松配合空間且與基座811的開口面(圖28的xy平面)平行地延伸的四個連結棒,且具有十字形狀。第二松配合構件808配置于四個連結棒的交點。例如,保持架807借助連結棒806而能夠固定于基座811的開口附近。

      保持架807的形狀并不局限于十字形狀,也可以是各種形狀。在本實施方式中,可動單元180的旋轉中心與第二松配合構件808的凸狀球面的球心一致。另外,與第一實施方式相同地,可動單元180的重心與可動單元180的旋轉中心一致。圖29a所示的保持架807的第一變形體包括從比可動單元的旋轉中心靠下方的基座811的位置朝向松配合空間且與xy平面非平行地延伸的四個連結棒。例如,保持架807能夠固定于位于基座811的開口面與底面之間的基座811的側面。連結棒的數量并不局限于四個,只要是兩個以上即可。

      圖30a所示的保持架807的第二變形體包括與z軸平行地延伸的一個連結棒。例如保持架807能夠固定于基座811的底部。

      圖29a、圖30a所示的保持架807中,對自z軸方向上方的力的支承力增大,在操作時即便受到z軸方向的力的情況下也難以發(fā)生變形。

      圖31a以及圖31b是沿著一對連結棒806的第一松配合構件804、第二松配合構件808以及保持架807的剖視圖。圖32是將沿著一對連結棒806的第一松配合構件804以及第二松配合構件808的剖面放大后的剖視圖。

      保持架807包括用于通過磁力來吸引第一松配合面820和第二松配合面821的磁鐵或者磁性體。例如,保持架807能夠由磁性體形成。在該情況下,能夠在第一松配合構件804配置吸引用磁鐵830,以使得第一松配合面820在與第二松配合面821松配合的狀態(tài)(中立狀態(tài))下包圍第二松配合構件808。

      如圖31b所示,也可以將第一松配合構件804由磁性體形成,在與第二松配合面821相反的一側的保持架807的外部的表面配置吸引用磁鐵830。在該情況下,第一松配合面820包括凸面形狀,第二松配合面821包括凹面形狀。在該方式中,可動單元的旋轉中心與第一松配合構件804的凸狀球面的球心一致。這樣,通過使用吸引用磁鐵830以及磁性體,在可動單元180旋轉后,吸引用磁鐵830的與z軸正交的面內的位移變小。因此,磁吸引力難以與球心偏離,能夠使可動單元180的旋轉穩(wěn)定。

      如圖32所示,第一松配合構件804的凹部的內周面(換句話說,第一松配合面820)具有圓錐面。例如,構成圓錐面的圓錐的頂角優(yōu)選為70度~110度。

      圖33是保持架807包括多個第二松配合構件808的情況下的、沿著一對連結棒806的保持架807、第一松配合構件804以及多個第二松配合構件808的剖視圖。

      如圖33所示,能夠采用多個第二松配合面(凸狀球面)821與凹部的內周面即第一松配合面820松配合的結構。在該結構中,通過使用小型化的多個凸狀球面,能夠不改變可動單元180的旋轉中心而縮短致動器165a的高度。在該情況下,可動單元180的旋轉中心位于比各多個凸狀球面的球心靠下方的位置。例如,通過使用三個第二松配合構件808,與使用單體的第二松配合構件808的情況相比,能夠如圖示那樣將致動器165a縮短δd的量。

      圖34是操作部850相對于固定單元以規(guī)定的角度傾斜的狀態(tài)下的致動器165a的立體圖。圖35a是操作部850相對于固定單元以第一角度傾斜的狀態(tài)下的、沿著一對連結棒806的致動器165a的剖視圖。圖35b是操作部850處于中立狀態(tài)時的致動器165a的、沿著一對連結棒806的剖視圖。圖35c是操作部850相對于固定單元以第二角度傾斜的狀態(tài)下的、沿著一對連結棒806的致動器165a的剖視圖。

      如圖25以及圖34所示,一對驅動磁鐵401沿著旋轉軸11而配置于可動單元180的主體802,一對驅動磁鐵402沿著旋轉軸12而配置于主體802。保持架807的兩對連結棒806中的一對連結棒806沿著使旋轉軸11在xy平面中旋轉45度后的第一方向(相當于圖1的直線13)配置于基座811內,另一對連結棒806沿著正交于第一方向且與xy平面平行的第二方向(相當于圖1的直線14)配置于基座811內。后述的驅動部能夠以與xy平面平行的旋轉軸為中心而使操作部850旋轉。驅動部例如能夠使操作部850在沿著一對連結棒806的方向上以規(guī)定的角度傾斜。如圖35b所示,在操作部800相對于固定單元未傾斜的中立狀態(tài)下,磁傳感器501a、501b、503a以及503b和傾斜角檢測用磁鐵406在z軸的方向上對置。

      在此,作為保持架807的結構,對采用圖30a所示的保持架807的第二變形體的情況下的致動器165a的構造以及傳感器基板502的導線的配設進行說明。

      圖36是包括具有一個連結棒806的保持架807的致動器167a的、沿著第一方向(相當于圖1的直線13)的剖視圖。圖37是具有一個連結棒806的保持架807的立體圖。

      在保持架807中,四個磁傳感器501a、501b、503a以及503b大致等間隔地配置于傳感器基板502的圓周上。在保持架807的連結棒806的上部設有用于供導線穿過的開口。導線在連結棒806的內部沿著z軸而布線。導線將各磁傳感器和檢測來自各磁傳感器的信號的外部電路(未圖示)電連接。另外,傾斜角檢測用磁鐵406能夠以在可動單元180處于中立狀態(tài)下與設于保持架807的傳感器基板對置的方式配置于以z軸為中心的第一松配合構件804的圓周上。

      圖38是具備兩對驅動磁鐵401以及402且搭載有操作部850的可動單元180的立體圖。圖39是從上方觀察致動器165a的立體圖,且是排除了防脫落構件201的立體圖。圖40a是除去了操作部850的致動器165a的立體圖。圖40b是從致動器165a的z軸10觀察到的俯視圖。

      在圖40a以及圖40b中,配置有使可動單元180以x軸以及y軸為中心而旋轉的三對驅動部。根據該配置,能夠對可動部單元180的必要動作分配各驅動線圈的驅動力。在施加于各驅動線圈的驅動電流相同的情況下,配置有三對驅動部的可動單元180與配置兩對驅動部的情況相比,能夠增大驅動可動單元180的驅動力。另外,能夠配置使可動單元以xyz正交坐標系的x軸以及y軸為中心而旋轉的三個以上的驅動部。圖41a是夾持于一對線軸851的磁軛204的立體圖。圖41b是第三驅動部用的驅動線圈303的立體圖。圖41c是夾持于一對線軸851且卷繞有驅動線圈303的磁軛204的立體圖。圖41d是驅動線圈302的立體圖。圖41e是在卷繞于磁軛204的驅動線圈303的外側還卷繞了驅動線圈302的線圈單元840的立體圖。圖42是沿著旋轉軸12的致動器165a的剖視圖。圖43a是示出將線圈單元840從基座811取下的狀態(tài)的示意圖。圖43b是示出線圈單元840裝配于基座811的狀態(tài)的示意圖。圖44是將供線圈單元840插入的基座811的開口附近放大示出的示意圖。

      在可動單元180的主體802中,沿著旋轉軸11配置有一對驅動磁鐵401,沿著旋轉軸12配置有一對驅動磁鐵402。以在可動單元180處于中立狀態(tài)下與一對驅動磁鐵401對置的方式將卷繞于由磁性體構成的一對磁軛203的一對驅動線圈301配置于基座811,以在可動單元180處于中立狀態(tài)下與一對驅動磁鐵402對置的方式將卷繞于由磁性體構成的一對磁軛204的一對驅動線圈302配置于基座811。在本申請說明書中,有時將包括配置于固定單元的磁軛以及卷繞于磁軛的驅動線圈的單元稱作“線圈單元840”。

      第一驅動部包括一對驅動磁鐵401、一對驅動線圈301以及一對磁軛203。此外,在一對驅動線圈301的內側,卷繞有以后述的z軸10為中心而沿旋轉方向22旋轉驅動的第三驅動部即一對驅動線圈303。

      第二驅動部包括一對驅動磁鐵402、一對驅動線圈302以及一對磁軛204。此外,在一對驅動線圈302的內側,卷繞有以后述的z軸10為中心而沿旋轉方向22旋轉驅動的第三驅動部即一對驅動線圈303。

      本實施方式的致動器165a也設有在第一實施方式中說明的、用于對旋轉方向20以及旋轉方向21的旋轉角度進行檢測的第一檢測部和用于對旋轉方向22的旋轉角度進行檢測的第二檢測部。需要說明的是,根據與在第一實施方式中說明的理由相同的理由,第一檢測部兼具第二檢測部的功能。換言之,第一檢測部也能夠檢測旋轉方向22的旋轉角度。

      線圈單元840通過向夾持于一對線軸851的磁軛204卷繞驅動線圈303并在驅動線圈303的外側進一步卷繞驅動線圈303而形成。一對線軸851是與在第一實施方式中說明的磁軛保持架203l、203r或者204l、204r對應的構件。卷繞各線圈的方向如在第一實施方式中說明的方向。線圈單元840能夠裝卸于固定單元的基座811。

      如圖44所示,基座811具備用于收納線圈單元840的空間。用于限制線圈單元840在裝配于基座811的狀態(tài)下向驅動磁鐵側移動的線圈單元限位器856設于空間與基座811的邊界附近。另外,在線圈單元840設有抵接部855。在線圈單元840裝配于基座811的狀態(tài)下,抵接部855與線圈單元限位器856抵接,由此來限制線圈單元840向驅動磁鐵側的移動。

      圖45a是具備防脫落構件201的中立狀態(tài)的致動器165a的、沿著旋轉軸12的剖視圖。圖45b是可動單元180相對于固定單元而以規(guī)定的傾斜角度向旋轉軸12的方向傾斜的狀態(tài)下的、具備防脫落構件201的致動器165a的、沿著旋轉軸12的剖視圖。圖46是可動單元180相對于固定單元而以規(guī)定的傾斜角度向旋轉軸12的方向傾斜的狀態(tài)下的、具備防脫落構件201的致動器165a的立體圖。圖47是從z軸方向觀察到的具備防脫落構件201的致動器165a的俯視圖。

      與第一實施方式相同地,致動器165a還具備防脫落構件201,該防脫落構件201固定于基座811,且具有限制主體802的移動的防脫落限制面201a,以避免可動單元180從固定單元脫落。本實施方式的防脫落構件201具有開口201b,在通過主體802以及/或者一對驅動磁鐵401、402的旋轉而使這些構件與防脫落構件201抵接的情況下,該開口201b能夠收容這些構件的一部分。根據上述那樣的結構,能夠在確保恒定的可動范圍(角度)的同時使致動器165a輕薄化。

      圖48是具備操作引導件881的中立狀態(tài)的致動器165a的、沿著旋轉軸12的剖視圖。圖49是包括操作引導件881且搭載有操作部850的可動單元180的立體圖。圖50是將可動單元180中的導向銷882以及連結構件809放大示出的立體圖。圖5是固定有操作引導件881的保持架807的立體圖。圖52是用于說明通過將操作引導件881設于松配合空間內而使致動器165a進一步縮短的情形的圖。

      保持架807包括對可動單元180相對于固定單元的旋轉進行限制的操作引導件881。操作引導件881位于主體802的松配合空間內。具體說明的話,操作引導件881呈十字狀地具有與四個連結棒806嵌合的四個槽。在四個連結棒806嵌合于四個槽的狀態(tài)下,操作引導件881固定于四個連結棒806交叉的位置。

      在固定于保持架807的操作引導件881設有導向槽881a。在背面具有傾斜角檢測用磁鐵406的連結構件809上設置的導向銷882與導向槽881a接觸。連結構件809能夠通過螺釘、粘結劑等而固定于主體802。因此,通過操作引導件881,來限制可動單元180(換句話說,操作部850)的旋轉。

      如圖52(a)所示,也能夠在防脫落構件201的上表面上,換句話說,在防脫落構件201與操作部850之間設置操作引導件881。但是,如圖52(b)所示,通過將操作引導件881設于松配合空間內,能夠將致動器165a縮短△d的量。

      圖53是本實施方式的變形例的致動器165a的在包括z軸10和旋轉軸12的平面內的剖視圖。在上述的實施方式中,第一松配合構件804具有凹部的內周面,第二松配合構件808具有凸狀球面,但第二實施方式并不局限于此。如圖53所示,也可以為第一松配合構件804具有凸狀球面,第二松配合構件808具有凹部的內周面(凹狀球面)。需要說明的是,松配合面的該關系與圖31b所示的結構對應。根據這樣的結構,致動器165a的可動單元180在凸狀球面的球心附近處樞軸支承于固定單元,能夠非常穩(wěn)定地在3軸方向上旋轉。

      工業(yè)實用性

      本申請所公開的轉向系統輸入輸出操作裝置適合用作在各種領域中使用的人機界面(hmi),例如,適合用作機動車中的導航、空調、音響、收音機等的操作用的輸入輸出操作裝置。

      附圖標記說明:

      10z軸;

      11、12旋轉軸;

      13、14直線;

      20、21、22旋轉方向;

      94控制運算處理部;

      70球心;

      850操作部;

      180可動單元;

      102w開口部;

      102r凸狀球面;

      165、165a致動器;

      200基座;

      200a凹狀球面;

      200p、200t開口部;

      201防脫落構件;

      201a防脫落限制面;

      203、204磁軛;

      301、302、303驅動線圈;

      350驅動電路部;

      360檢測電路部;

      401、402驅動磁鐵;

      406傾斜角檢測用磁鐵;

      501a、501b、503a、503b磁傳感器;

      508偏磁用磁鐵;

      550轉向系統;

      551盤圈;

      552盤轂;

      553旋轉軸;

      600螺旋彈簧;

      650、806連結棒;

      670磁背軛;

      700顯示運算處理部;

      750轉向系統輸入輸出操作裝置;

      801軸;

      802主體;

      804第一松配合構件;

      807保持架;

      808第二松配合構件;

      809連結構件;

      881操作引導件;

      882導向銷。

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