(57)【要約】【課題】適切な制動力が可動部へ確実に付与されるよう粘性流体デバイスの駆動を制御する。【解決手段】粘性流体デバイスの駆動制御装置は、磁界又は電界の強度に基づいて粘性流体の粘度を変化させることによって可動部へ任意の制動力を付与する粘性流体デバイスの駆動制御装置であって、正極又は負極の直流電源の出力電圧を用いて、前記粘性流体デバイスに含まれる前記磁界又は前記電界の発生手段へ印加電圧を供給して、前記粘性流体デバイスを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記制動力を付与する際に、前記印加電圧が前記粘性流体デバイスへ供給されるよう前記駆動回路を制御し、前記制動力を解除する際に、印加方向の反転を伴う所定の電圧が前記粘性流体デバイスへ供給されるよう前記駆動回路を制御することによって、付与されている前記制動力をリセットする。【選択図】図５
2020035377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界又は電界の強度に基づいて粘性流体の粘度を変化させることによって可動部へ任意の制動力を付与する粘性流体デバイスの駆動制御装置であって、
正極又は負極の直流電源の出力電圧を用いて、前記粘性流体デバイスに含まれる前記磁界又は前記電界の発生手段へ印加電圧を供給して、前記粘性流体デバイスを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記制動力を付与する際に、前記印加電圧が前記粘性流体デバイスへ供給されるよう前記駆動回路を制御し、
前記制動力を解除する際に、印加方向の反転を伴う所定の電圧が前記粘性流体デバイスへ供給されるよう前記駆動回路を制御することによって、付与されている前記制動力をリセットする、
粘性流体デバイスの駆動制御装置。
【請求項２】
前記所定の電圧は、
前記印加電圧の供給後に、前記印加電圧とは反対の印加方向で前記粘性流体デバイスへ供給される第１電圧と、
前記第１電圧の供給後に、前記第１電圧とは反対の印加方向で前記粘性流体デバイスへ供給される第２電圧と、
を少なくとも含み、
前記第１電圧の振幅は前記印加電圧の振幅よりも小さく、前記第２電圧の振幅は前記第１電圧の振幅よりも小さい、
請求項１に記載された粘性流体デバイスの駆動制御装置。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記粘性流体デバイスを負荷とし、複数のスイッチング素子により、前記粘性流体デバイスと前記直流電源とを導通状態とするか非導通状態とするかを切り替えることによって、前記粘性流体デバイスへ前記印加電圧を供給し、
前記制御装置は、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する、
請求項１又は２に記載された粘性流体デバイスの駆動制御装置。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記粘性流体デバイスと前記直流電源とを前記非導通状態とする際に、前記粘性流体デバイスがグランドで短絡するよう構成される、
請求項３に記載された粘性流体デバイスの駆動制御装置。
【請求項５】
前記駆動回路は、
第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子が互いに直列接続された第１レグと、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子が互いに直列接続された第２レグとを有するフルブリッジ回路を備え、
前記第１レグの一端及び前記第２レグの一端が前記直流電源に並列接続されると共に、前記第１レグの他端及び前記第２レグの他端がグランドに並列接続され、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との第１接続点、及び、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との第２接続点が、前記粘性流体デバイスの一方の端子及び他方の端子にそれぞれ接続され、
前記制御装置は、前記第１〜前記第４スイッチング素子のそれぞれに接続され、前記第１〜前記第４スイッチング素子のそれぞれのスイッチング動作を制御する、
請求項１〜４の何れか１項に記載された粘性流体デバイスの駆動制御装置。
【請求項６】
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子は、その一方が前記制御装置に接続され、その他方が論理否定回路を介して前記制御装置に接続され、
前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子は、その一方が前記制御装置に接続され、その他方が論理否定回路を介して前記制御装置に接続される、
請求項５に記載された粘性流体デバイスの駆動制御装置。
【請求項７】
前記粘性流体は、前記磁界の強度に基づいて前記粘度が変化する磁気粘性流体であり、
前記磁界の発生手段は、電磁コイルを含んで構成される、
請求項１〜６の何れか１項に記載された粘性流体デバイスの駆動制御装置。
【請求項８】
前記粘性流体は、前記電界の強度に基づいて前記粘度が変化する電気粘性流体であり、
前記電界の発生手段は、互いに異なる電位が印加される一対の電極を含んで構成される、
請求項１〜６の何れか１項に記載された粘性流体デバイスの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘性流体デバイスの駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界又は電界の強度に基づいて粘性流体の粘度を変化させることによって、可動部へ任意の制動力を付与する粘性流体デバイスが知られている。
【０００３】
特許文献１の入力装置は、磁気粘性流体を利用して回転体にブレーキ力を付与するブレーキ付与部と、磁界で回転トルクを発生するトルク付与部とを設けることで、操作部を操作する手に、適度な抵抗感や引き込み感を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−０４５６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の入力装置は、回転体が所定の位置にある場合にブレーキ力を付与することが記載されているに過ぎず、ブレーキ力を制御する具体的な構成が不明である。特に、特許文献１の入力装置は、付与されているブレーキ力を解除する際の具体的な構成が不明であるため、ブレーキ力を速やかにリセットすることができずに、適切なブレーキ力を確実に付与することができない可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題点を解決することを課題の一例とする。すなわち、本発明の課題の一例は、適切な制動力が可動部へ確実に付与されるよう粘性流体デバイスの駆動を制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る粘性流体デバイスの駆動制御装置は、磁界又は電界の強度に基づいて粘性流体の粘度を変化させることによって可動部へ任意の制動力を付与する粘性流体デバイスの駆動制御装置であって、正極又は負極の直流電源の出力電圧を用いて、前記粘性流体デバイスに含まれる前記磁界又は前記電界の発生手段へ印加電圧を供給して、前記粘性流体デバイスを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記制動力を付与する際に、前記印加電圧が前記粘性流体デバイスへ供給されるよう前記駆動回路を制御し、前記制動力を解除する際に、印加方向の反転を伴う所定の電圧が前記粘性流体デバイスへ供給されるよう前記駆動回路を制御することによって、付与されている前記制動力をリセットする。
【０００８】
好適には、前記粘性流体デバイスの駆動制御装置において、前記所定の電圧は、前記印加電圧の供給後に、前記印加電圧とは反対の印加方向で前記粘性流体デバイスへ供給される第１電圧と、前記第１電圧の供給後に、前記第１電圧とは反対の印加方向で前記粘性流体デバイスへ供給される第２電圧と、を少なくとも含み、前記第１電圧の振幅は前記印加電圧の振幅よりも小さく、前記第２電圧の振幅は前記第１電圧の振幅よりも小さい。
【０００９】
好適には、前記粘性流体デバイスの駆動制御装置において、前記駆動回路は、前記粘性流体デバイスを負荷とし、複数のスイッチング素子により、前記粘性流体デバイスと前記直流電源とを導通状態とするか非導通状態とするかを切り替えることによって、前記粘性流体デバイスへ前記印加電圧を供給し、前記制御装置は、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。
【００１０】
好適には、前記粘性流体デバイスの駆動制御装置において、前記駆動回路は、前記粘性流体デバイスと前記直流電源とを前記非導通状態とする際に、前記粘性流体デバイスがグランドで短絡するよう構成される。
【００１１】
好適には、前記粘性流体デバイスの駆動制御装置において、前記駆動回路は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子が互いに直列接続された第１レグと、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子が互いに直列接続された第２レグとを有するフルブリッジ回路を備え、前記第１レグの一端及び前記第２レグの一端が前記直流電源に並列接続されると共に、前記第１レグの他端及び前記第２レグの他端がグランドに並列接続され、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との第１接続点、及び、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との第２接続点が、前記粘性流体デバイスの一方の端子及び他方の端子にそれぞれ接続され、前記制御装置は、前記第１〜前記第４スイッチング素子のそれぞれに接続され、前記第１〜前記第４スイッチング素子のそれぞれのスイッチング動作を制御する。
【００１２】
好適には、前記粘性流体デバイスの駆動制御装置において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子は、その一方が前記制御装置に接続され、その他方が論理否定回路を介して前記制御装置に接続され、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子は、その一方が前記制御装置に接続され、その他方が論理否定回路を介して前記制御装置に接続される。
【００１３】
好適には、前記粘性流体デバイスの駆動制御装置において、前記粘性流体は、前記磁界の強度に基づいて前記粘度が変化する磁気粘性流体であり、前記磁界の発生手段は、電磁コイルを含んで構成される。
【００１４】
好適には、前記粘性流体デバイスの駆動制御装置において、前記粘性流体は、前記電界の強度に基づいて前記粘度が変化する電気粘性流体であり、前記電界の発生手段は、互いに異なる電位が印加される一対の電極を含んで構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、適切な制動力が可動部へ確実に付与されるよう粘性流体デバイスの駆動を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係る触感提供システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示された触感提供システムの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】印加電圧の波形とＰＷＭ波形との関係を説明するための図である。
【図４】操作部へ付与されている制動力を解除する際に、電磁界発生手段へ供給される所定の電圧を説明するための図である。
【図５】図２に示された駆動回路の構成を説明するための図である。
【図６】図５に示された駆動回路に含まれる複数のスイッチング素子のスイッチング動作を説明するための図である。
【図７】電磁界発生手段に対する印加方向が図６と反対方向である場合における、複数のスイッチング素子のスイッチング動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本発明は、磁界又は電界の強度に基づいて粘性流体の粘度を変化させることによって、可動部へ任意の制動力を付与する粘性流体デバイスに広く適用可能である。本実施形態では、ユーザが接触して操作する操作部を可動部とし、この可動部に設けられた粘性流体デバイスに本発明を適用することによって、操作部を操作するユーザへ触感を提供する例について説明する。
【００１９】
［実施形態１：触感提供システムの構成］
図１は、実施形態１に係る触感提供システム１の構成を模式的に示す図である。図２は、図１に示された触感提供システム１の機能的構成を示すブロック図である。図３は、印加電圧の波形とＰＷＭ波形との関係を説明するための図である。
【００２０】
触感提供システム１は、皮膚への刺激に起因した感覚である触覚、及び、筋力の反力に起因した感覚である力覚の少なくとも１つを通じて、操作部１０を操作するユーザへ触感を提供するシステムである。触感提供システム１は、粘性流体デバイス３０に種々のイベントを発生させることによって、操作部１０を操作するユーザへ種々の触感を提供することができる。粘性流体デバイス３０にイベントを発生させるとは、操作部１０を操作するユーザへ触感を提供することができるよう、操作部１０の操作内容に対応して粘性流体デバイス３０を種々の態様で駆動し、操作部１０の操作内容に対応した制動力を操作部１０へ付与することである。制動力は、操作部１０の運動を妨げようとする力であり、例えば、操作部１０を操作するユーザへクリック感を提供する元となる力である。
【００２１】
触感提供システム１は、所定の操作内容に対応したイベントを粘性流体デバイス３０に発生させる際、イベントに対応した粘性流体デバイス３０の駆動波形を生成する。そして、触感提供システム１は、生成された駆動波形に応じて粘性流体デバイス３０を駆動することによって、イベントに対応した制動力を操作部１０へ付与することができる。
【００２２】
触感提供システム１は、図１又は図２に示されるように、操作部１０と、センサ２０と、粘性流体デバイス３０と、駆動回路４０と、制御装置５０とを備える。実施形態１では、駆動回路４０と制御装置５０とを総称して、粘性流体デバイス３０の「駆動制御装置」とも称する。
【００２３】
操作部１０は、ユーザが接触して操作する装置である。操作部１０は、例えば、ジョグダイヤルにより構成される。操作部１０は、図１に示されるように、ユーザによって把持され回転操作が行われる把持部１１と、把持部１１に固定された軸部１２とを含む。軸部１２は、軸部１２の回転運動を電気信号に変換する入力変換装置に接続され、この入力変換装置に、把持部１１の回転操作に応じた電気信号を生成させる。
【００２４】
センサ２０は、操作部１０の位置及び変位の少なくとも１つを検知するセンサである。センサ２０は、例えば、ロータリエンコーダにより構成される。センサ２０は、図１に示されるように、内縁部が軸部１２に固定され、外縁部に複数のスリットが設けられた略円板形状の回転板２１と、回転板２１のスリットを通過又は遮断される光に応じたパルス信号を生成するフォトセンサ２２とを含む。フォトセンサ２２は、互いに異なる少なくとも２つの位相を有するパルス信号を生成する。センサ２０は、生成されたパルス信号をそのまま制御装置５０へ出力してもよいし、生成されたパルス信号から、操作部１０の位置及び変位の少なくとも１つを算出し、制御装置５０へ出力してもよい。なお、センサ２０は、フォトセンサ２２を用いたロータリエンコーダだけでなく、渦電流式の変位センサなど、他のセンサにより構成されてよい。
【００２５】
粘性流体デバイス３０は、磁界又は電界の強度に基づいて粘度が変化する粘性流体３１の粘度を変化させることによって操作部１０へ任意の制動力を付与するデバイスである。粘性流体デバイス３０は、図１及び図２に示されるように、操作部１０の軸部１２の周囲に取り付けられ軸部１２へ制動力を付与する粘性流体３１と、粘性流体３１の粘度が変化するよう粘性流体３１に作用する磁界又は電界を発生させる電磁界発生手段３２とを含む。
【００２６】
実施形態１に係る粘性流体３１は、磁界の強度に基づいて粘度が変化する磁気粘性流体であり、粘性流体デバイス３０は、磁気粘性流体デバイスであってよい。この場合、粘性流体３１は、分散媒に強磁性体粒子を分散させたコロイド分散体であり、磁界の強度によって可逆的に固液相変化が可能な磁気粘性流体であってよい。また、この場合、電磁界発生手段３２は、例えば、電磁コイルを含んで構成される。電磁界発生手段３２は、粘性流体３１に作用する磁界を発生させ、磁気粘性流体である粘性流体３１の粘度を変化させる。粘性流体３１は、その粘度変化により軸部１２の回転運動に伴って発生する摩擦力を変化させることによって、操作部１０へ制動力を付与する。
【００２７】
駆動回路４０は、粘性流体デバイス３０を駆動する回路である。駆動回路４０は、粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２へ電力を供給し、電磁界発生手段３２で磁界を発生させることによって、粘性流体３１の粘度を変化させる。電磁界発生手段３２へ供給される電力は、電磁界発生手段３２の電磁コイルへ印加される印加電圧に基づいて制御可能であってよい。
【００２８】
駆動回路４０は、正極又は負極の直流電源の出力電圧を用いて、電磁界発生手段３２へ印加電圧を供給する。駆動回路４０は、粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２を負荷とし、複数のスイッチング素子を含むフルブリッジ回路により構成される。駆動回路４０は、この複数のスイッチング素子のスイッチング動作により直流電源と電磁界発生手段３２とを導通状態とするか非導通状態とするかを切り替えることによって、電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧を制御する。なお、駆動回路４０の詳細な構成については、図５を用いて後述する。
【００２９】
制御装置５０は、粘性流体デバイス３０が操作部１０へ付与する制動力を制御するための装置である。制御装置５０は、プロセッサ及び記憶装置を含むと共に、操作部１０へ付与される制動力を制御するための各種機能が実装された駆動回路４０の制御プログラムを含むマイクロコンピュータにより構成される。
【００３０】
制御装置５０は、粘性流体デバイス３０の駆動波形を生成し、生成された駆動波形に応じて駆動回路４０の動作を制御する。粘性流体デバイス３０の駆動波形は、駆動回路４０から電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧の波形として具体的に表現されてよい。
【００３１】
制御装置５０は、図２に示されるように、電圧波形生成部５１と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波形生成部５２とを含む。
【００３２】
電圧波形生成部５１は、イベントを発生させる粘性流体デバイス３０の駆動波形として、この粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧の波形を生成する。電圧波形生成部５１は、予め記憶された複数の電圧波形をイベントに応じて適宜組み合わせ、電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧の波形を生成する。この際、電圧波形生成部５１は、センサ２０により検知された操作部１０の位置及び変位の少なくとも１つに応じて変化する印加電圧の波形を生成することができる。また、電圧波形生成部５１は、時間に応じて変化する印加電圧の波形を生成することができる。更に、電圧波形生成部５１は、これらを組み合わせて印加電圧の波形を生成することができる。
【００３３】
ＰＷＭ波形生成部５２は、電圧波形生成部５１により生成された印加電圧の波形に応じて駆動回路４０を動作させるためのＰＷＭ波形を生成する。ＰＷＭ波形は、駆動回路４０に含まれる複数のスイッチング素子のスイッチング動作をＰＷＭ方式で制御するためのパルス信号により構成される。ＰＷＭ波形生成部５２は、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号のパルス幅が、電圧波形生成部５１により生成された印加電圧の波形に応じた値となるよう、パルス信号のデューティ比を設定することによって、印加電圧の波形に対応するＰＷＭ波形を生成する。デューティ比は、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号のパルス幅が１周期に占める割合である。
【００３４】
例えば、電圧波形生成部５１により生成された印加電圧の波形が、図３に示されるような波形である場合、ＰＷＭ波形生成部５２は、印加電圧の波形を、時間軸において所定の時間間隔ごとに分割する。印加電圧の波形は、例えば、２５６個の時点で分割される。そして、ＰＷＭ波形生成部５２は、分割されたそれぞれの時点における電圧値と実効的に等しい電圧が得られるように、分割されたそれぞれの時点においてＰＷＭ波形を構成するパルス信号のデューティ比を設定する。設定されるデューティ比が大きいと、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号のパルス幅が大きくなり、得られる実効的な電圧値が大きくなる。
【００３５】
なお、電圧波形生成部５１により生成された印加電圧の波形の分割数が多い程、電磁界発生手段３２に供給される印加電圧の分解能が向上し、よりリニアに変化するものとなる。この分割数は、粘性流体デバイス３０の応答速度と制御装置５０に含まれるプロセッサのクロック周波数とを考慮して予め定められる。粘性流体デバイス３０の応答速度が１〜１０ｍｓである場合、分割数を２５６個とすれば、比較的安価に入手可能なプロセッサのクロック周波数であっても、制御装置５０を構成するプロセッサとして十分に機能する。
【００３６】
このように、制御装置５０は、電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧の波形に対応するＰＷＭ波形を生成し、これに応じて駆動回路４０の動作を制御する。具体的には、制御装置５０は、印加電圧の波形に対応するＰＷＭ波形に応じて、駆動回路４０に含まれる複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。それにより、駆動回路４０では、直流電源と電磁界発生手段３２とが導通状態となるか非導通状態となるかが切り替わり、電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧が変化する。その結果、粘性流体デバイス３０では、電磁界発生手段３２で発生する磁界の強度が変化して、粘性流体３１の粘度が変化する。よって、制御装置５０は、電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧の波形に応じて、操作部１０へ付与する制動力を制御することができる。
【００３７】
［実施形態１：制動力を解除する際の制御装置の動作］
制御装置５０は、操作部１０へ付与されている制動力を解除する際、印加方向の反転を伴う所定の電圧が粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２へ供給されるよう駆動回路４０を制御する。印加方向は、電磁界発生手段３２に印加電圧が供給されることによって流れる電流の方向を示す。例えば、電磁界発生手段３２に含まれる電磁コイルの一端から他端へ電流が流れる場合、印加方向を「＋」と表し、電磁界発生手段３２に含まれる電磁コイルの他端から一端へ電流が流れる場合、印加方向を「−」と表す。印加方向の反転とは、例えば、印加方向が「＋」から「−」、又は、「−」から「＋」へ遷移することである。
【００３８】
図４は、操作部１０へ付与されている制動力を解除する際に、電磁界発生手段３２へ供給される所定の電圧を説明するための図である。図４（ａ）は、操作部１０へ制動力を付与するために電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧の波形が正弦波である場合に、電磁界発生手段３２へ供給される所定の電圧の波形を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示された印加電圧の波形が反転した場合に、電磁界発生手段３２へ供給される所定の電圧の波形を示す。
【００３９】
図４（ａ）及び図４（ｂ）において、波形範囲Ｐは、操作部１０へ制動力を付与するために電磁界発生手段３２へ供給される印加電圧Ｐの範囲を示す。波形範囲Ｑは、操作部１０へ付与されている制動力を解除する際に電磁界発生手段３２へ供給される所定の電圧Ｑの範囲を示す。
【００４０】
所定の電圧Ｑは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、第１電圧Ｑ１と、第２電圧Ｑ２とを少なくとも含む。第１電圧Ｑ１は、印加電圧Ｐの供給後に、印加電圧Ｐとは反対の印加方向で粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２へ供給される電圧である。第２電圧Ｑ２は、第１電圧Ｑ１の供給後に、第１電圧Ｑ１とは反対の印加方向で粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２へ供給される電圧である。第１電圧Ｑ１の振幅、すなわち、第１電圧Ｑ１の最大変位量の絶対値は、印加電圧Ｐの振幅よりも小さく、第２電圧Ｑ２の振幅は、第１電圧Ｑ１の振幅よりも小さい。好適には、第２電圧Ｑ２の振幅は、第１電圧Ｑ１の振幅の半分であってよい。
【００４１】
更に、所定の電圧Ｑは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、第３電圧Ｑ３と、第４電圧Ｑ４とを含む。第３電圧Ｑ３は、第２電圧Ｑ２の供給後に、第２電圧Ｑ２とは反対の印加方向で粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２へ供給される電圧である。第４電圧Ｑ４は、第３電圧Ｑ３の供給後に、第３電圧Ｑ３とは反対の印加方向で粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２へ供給される電圧である。第３電圧Ｑ３の振幅は、第２電圧Ｑ２の振幅よりも小さく、第４電圧Ｑ４の振幅は、第３電圧Ｑ３の振幅よりも小さい。好適には、第３電圧Ｑ３の振幅は、第２電圧Ｑ２の振幅の半分であり、第４電圧Ｑ４の振幅は、第３電圧Ｑ３の振幅の半分であってよい。また、第３電圧Ｑ３及び第４電圧Ｑ４の波形は、矩形波であってよい。
【００４２】
操作部１０へ付与されている制動力を解除する際、粘性流体デバイス３０では、印加電圧Ｐの供給に伴って発生した磁界の影響により、印加電圧Ｐの供給が停止されても、粘性流体３１に磁気が残留し、制動力が速やかにリセットされない可能性がある。そこで、制御装置５０は、印加電圧Ｐの供給後に、第１電圧Ｑ１〜第４電圧Ｑ４を含む所定の電圧Ｑが電磁界発生手段３２へ供給されるよう駆動回路４０を制御する。制御装置５０は、粘性流体３１の残留磁気を解消することができ、操作部１０へ付与されている制動力を速やかにリセットすることができる。
【００４３】
［実施形態１：駆動回路の構成及び動作］
図５は、図２に示された駆動回路４０の構成を説明するための図である。
【００４４】
駆動回路４０は、図５に示されるように、粘性流体デバイス３０の電磁界発生手段３２を負荷とし、複数のスイッチング素子４１を含むフルブリッジ回路により構成される。複数のスイッチング素子４１のそれぞれは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子により構成されてよい。複数のスイッチング素子４１は、第１スイッチング素子４１ａと、第２スイッチング素子４１ｂと、第３スイッチング素子４１ｃと、第４スイッチング素子４１ｄとを含む。
【００４５】
駆動回路４０は、第１スイッチング素子４１ａ及び第２スイッチング素子４１ｂが互いに直列接続された第１レグ４２と、第３スイッチング素子４１ｃ及び第４スイッチング素子４１ｄが互いに直列接続された第２レグ４３とを有する。第１レグ４２の一端及び第２レグ４３の一端は、正極又は負極の直流電源４４に並列接続される。第１レグ４２の他端及び第２レグ４３の他端は、グランド４５に並列接続される。第１レグ４２における第１スイッチング素子４１ａと第２スイッチング素子４１ｂとの第１接続点４２ａは、電磁界発生手段３２の一方の端子３２ａに接続される。第２レグ４３における第３スイッチング素子４１ｃと第４スイッチング素子４１ｄとの第２接続点４３ａは、電磁界発生手段３２の他方の端子３２ｂに接続される。
【００４６】
第１〜第４スイッチング素子４１ａ〜４１ｄの各スイッチング動作を制御するＰＷＭ波形が入力される端子４６ａ及び４６ｂのそれぞれは、制御装置５０に接続される。第１スイッチング素子４１ａは、端子４６ａに直接接続され、第２スイッチング素子４１ｂは、論理否定回路４７を介して端子４６ａに接続される。第３スイッチング素子４１ｃは、端子４６ｂに直接接続され、第４スイッチング素子４１ｄは、論理否定回路４７を介して端子４６ｂに接続される。すなわち、第１スイッチング素子４１ａ及び第２スイッチング素子４１ｂは、その一方が、制御装置５０に接続され、その他方が、論理否定回路４７を介して制御装置５０に接続されてよい。第３スイッチング素子４１ｃ及び第４スイッチング素子４１ｄは、その一方が、制御装置５０に接続され、その他方が、論理否定回路４７を介して制御装置５０に接続されてよい。
【００４７】
図６は、図５に示された駆動回路４０に含まれる複数のスイッチング素子４１のスイッチング動作を説明するための図である。図６（ａ）は、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号がハイレベルで駆動回路４０に入力された場合の複数のスイッチング素子４１の動作を示す。図６（ｂ）は、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号がローレベルで駆動回路４０に入力された場合の複数のスイッチング素子４１の動作を示す。
【００４８】
図６（ａ）及び図６（ｂ）では、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号が、駆動回路４０の端子４６ａに入力され、ローレベルの信号が、駆動回路４０の端子４６ｂに入力されるとする。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、複数のスイッチング素子４１のそれぞれは、ハイレベルの信号が入力された場合は導通状態となり、ローレベルの信号が入力された場合は非導通状態となるとする。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、直流電源４４の出力電圧は正極であるとする。図６（ａ）及び図６（ｂ）の破線の矢印は、駆動回路４０に流れる電流を示す。
【００４９】
図６（ａ）の場合、駆動回路４０の端子４６ａには、パルス信号がハイレベルで入力される。このため、第１スイッチング素子４１ａには、端子４６ａに入力されたパルス信号がハイレベルのまま入力され、第２スイッチング素子４１ｂには、端子４６ａに入力されたパルス信号がローレベルに変換されて入力される。また、駆動回路４０の端子４６ｂには、ローレベルの信号が入力される。このため、第３スイッチング素子４１ｃには、端子４６ｂから入力されたローレベルの信号がそのまま入力され、第４スイッチング素子４１ｄには、端子４６ｂから入力されたローレベルの信号がハイレベルに変換されて入力される。
【００５０】
それにより、第１スイッチング素子４１ａ及び第４スイッチング素子４１ｄのそれぞれは導通状態となり、第２スイッチング素子４１ｂ及び第３スイッチング素子４１ｃのそれぞれは非導通状態となる。その結果、直流電源４４と電磁界発生手段３２とが導通状態となり、直流電源４４の出力電圧が電磁界発生手段３２に印加される。図６（ａ）の場合、駆動回路４０には、直流電源４４、第１スイッチング素子４１ａ、電磁界発生手段３２、第４スイッチング素子４１ｄ、及び、グランド４５をこの順に通過する電流が流れる。すなわち、図６において、電磁界発生手段３２に対する印加方向は、電磁界発生手段３２の端子３２ａから端子３２ｂに向けて電流が流れる方向となる。
【００５１】
図６（ｂ）の場合、駆動回路４０の端子４６ａには、パルス信号がローレベルで入力される。このため、第１スイッチング素子４１ａには、端子４６ａに入力されたパルス信号がローレベルのまま入力され、第２スイッチング素子４１ｂには、端子４６ａに入力されたパルス信号がハイレベルに変換されて入力される。また、駆動回路４０の端子４６ｂには、ローレベルの信号が入力される。このため、第３スイッチング素子４１ｃには、端子４６ｂから入力されたローレベルの信号がそのまま入力され、第４スイッチング素子４１ｄには、端子４６ｂから入力されたローレベルの信号がハイレベルに変換されて入力される。
【００５２】
それにより、第１スイッチング素子４１ａ及び第３スイッチング素子４１ｃのそれぞれは非導通状態となり、第２スイッチング素子４１ｂ及び第４スイッチング素子４１ｄのそれぞれは導通状態となる。その結果、直流電源４４と電磁界発生手段３２とが非導通状態となり、直流電源４４の出力電圧が電磁界発生手段３２に印加されない。
【００５３】
ここで、直流電源４４の出力電圧が電磁界発生手段３２に印加される図６（ａ）の場合から、直流電源４４の出力電圧が電磁界発生手段３２に印加されない図６（ｂ）の場合に移行すると、電磁界発生手段３２には、電磁誘導によって逆起電力が発生する。しかし、図６（ｂ）の場合、第２スイッチング素子４１ｂ及び第４スイッチング素子４１ｄのそれぞれは導通状態であるため、電磁界発生手段３２はグランド４５で短絡する。それにより、駆動回路４０は、電磁界発生手段３２に発生した逆起電力をグランド４５に放出することができる。図６（ｂ）の場合、駆動回路４０には、電磁界発生手段３２、第４スイッチング素子４１ｄ、及び、グランド４５をこの順に通過する誘導電流が流れる。
【００５４】
図７は、電磁界発生手段３２に対する印加方向が図６と反対方向である場合における、複数のスイッチング素子４１のスイッチング動作を説明するための図である。図７（ａ）は、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号がハイレベルで駆動回路４０に入力された場合の複数のスイッチング素子４１の動作を示す。図７（ｂ）は、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号がローレベルで駆動回路４０に入力された場合の複数のスイッチング素子４１の動作を示す。
【００５５】
図７（ａ）及び図７（ｂ）では、ＰＷＭ波形を構成するパルス信号が、駆動回路４０の端子４６ｂに入力され、ローレベルの信号が、駆動回路４０の端子４６ａに入力されるとする。それ以外は、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図６（ａ）及び図６（ｂ）と同様とする。
【００５６】
図７（ａ）の場合、駆動回路４０の端子４６ａには、ローレベルの信号が入力される。このため、第１スイッチング素子４１ａには、端子４６ａに入力されたローレベルの信号がそのまま入力され、第２スイッチング素子４１ｂには、端子４６ａに入力されたローレベルの信号がハイレベルに変換されて入力される。また、駆動回路４０の端子４６ｂには、パルス信号がハイレベルで入力される。このため、第３スイッチング素子４１ｃには、端子４６ｂに入力されたパルス信号がハイレベルのまま入力され、第４スイッチング素子４１ｄには、端子４６ｂに入力されたパルス信号がローレベルに変換されて入力される。
【００５７】
それにより、第１スイッチング素子４１ａ及び第４スイッチング素子４１ｄのそれぞれは非導通状態となり、第２スイッチング素子４１ｂ及び第３スイッチング素子４１ｃのそれぞれは導通状態となる。その結果、直流電源４４と電磁界発生手段３２とが導通状態となり、直流電源４４の出力電圧が電磁界発生手段３２に印加される。図７（ａ）の場合、駆動回路４０には、直流電源４４、第３スイッチング素子４１ｃ、電磁界発生手段３２、第２スイッチング素子４１ｂ、及び、グランド４５をこの順に通過する電流が流れる。すなわち、図７において、電磁界発生手段３２に対する印加方向は、電磁界発生手段３２の端子３２ｂから端子３２ａに向けて電流が流れる方向となる。
【００５８】
図７（ｂ）の場合、駆動回路４０の端子４６ａには、ローレベルの信号が入力される。このため、第１スイッチング素子４１ａには、端子４６ａに入力されたローレベルの信号がそのまま入力され、第２スイッチング素子４１ｂには、端子４６ａに入力されたローレベルの信号がハイレベルに変換されて入力される。また、駆動回路４０の端子４６ｂには、パルス信号がローレベルで入力される。このため、第３スイッチング素子４１ｃには、端子４６ｂに入力されたパルス信号がローレベルのまま入力され、第４スイッチング素子４１ｄには、端子４６ｂに入力されたパルス信号がハイレベルに変換されて入力される。
【００５９】
それにより、第１スイッチング素子４１ａ及び第３スイッチング素子４１ｃのそれぞれは非導通状態となり、第２スイッチング素子４１ｂ及び第４スイッチング素子４１ｄのそれぞれは導通状態となる。その結果、直流電源４４と電磁界発生手段３２とが非導通状態となり、直流電源４４の出力電圧が電磁界発生手段３２に印加されない。但し、図７（ｂ）の場合、第２スイッチング素子４１ｂ及び第４スイッチング素子４１ｄのそれぞれは導通状態であるため、図６（ｂ）と同様に、電磁界発生手段３２はグランド４５で短絡する。それにより、駆動回路４０は、図６（ｂ）と同様に、電磁界発生手段３２に発生した逆起電力をグランド４５に放出する。図７（ｂ）の場合、駆動回路４０には、電磁界発生手段３２、第２スイッチング素子４１ｂ、及び、グランド４５をこの順に通過する誘導電流が流れる。
【００６０】
このように、駆動回路４０では、直流電源４４が、正極の直流電源及び負極の直流電源の両方から構成されていなくても、複数のスイッチング素子４１のスイッチング動作が制御されるだけで、電磁界発生手段３２に対する印加方向を反転させることができる。
【００６１】
［実施形態１：作用効果］
以上のように、実施形態１に係る触感提供システム１は、操作部１０へ付与されている制動力を解除する際に、印加方向の反転を伴う所定の電圧Ｑが粘性流体デバイス３０へ供給されるよう駆動回路４０を制御する。このため、実施形態１に係る触感提供システム１は、粘性流体３１の残留磁気を速やかに解消することができ、操作部１０へ付与されている制動力を速やかにリセットすることができる。
【００６２】
操作部１０へ付与されている制動力がこの残留磁気の影響で速やかにリセットされない場合、操作部１０へ再び制動力を付与する際には、操作部１０へ意図しない制動力が付与されてしまい、ユーザには、意図しない触感が提供されてしまう可能性がある。
【００６３】
実施形態１に係る触感提供システム１は、粘性流体３１の残留磁気を速やかに解消して、操作部１０へ付与されている制動力を速やかにリセットすることができる。このため、実施形態１に係る触感提供システム１は、意図しない制動力が操作部１０へ付与されることを抑制することができ、所望の触感を忠実に発現させユーザへ提供することができる。よって、実施形態１に係る触感提供システム１は、適切な制動力を操作部１０へ確実に付与することができ、所望の触感をユーザへ確実に提供することができる。
【００６４】
更に、実施形態１に係る触感提供システム１は、操作部１０に付与されている制動力を解除する際、印加電圧Ｐの供給後に、第１電圧Ｑ１と第２電圧Ｑ２とを少なくとも含む所定の電圧Ｑを供給する。第１電圧Ｑ１は、印加電圧Ｐとは反対の印加方向で且つ印加電圧Ｐよりも振幅が小さく、第２電圧Ｑ２は、第１電圧Ｑ１とは反対の印加方向で且つ第１電圧Ｑ１よりも振幅が小さい。このため、実施形態１に係る触感提供システム１は、制動力を解除する直前の印加電圧Ｐの大きさ及び極性に関わらず、粘性流体３１の残留磁気を確実に解消することができ、制動力を確実にリセットすることができる。よって、実施形態１に係る触感提供システム１は、適切な制動力を操作部１０へ更に確実に付与することができ、所望の触感をユーザへ更に確実に提供することができる。
【００６５】
更に、実施形態１に係る触感提供システム１は、粘性流体デバイス３０を負荷とし、複数のスイッチング素子４１により、粘性流体デバイス３０と直流電源４４とを導通状態とするか非導通状態とするかを切り替えることによって、印加電圧Ｐを供給する駆動回路４０を備える。そして、実施形態１に係る触感提供システム１は、駆動回路４０に含まれる複数のスイッチング素子４１のスイッチング動作を制御する制御装置５０を備える。このため、実施形態１に係る触感提供システム１は、制御装置５０による駆動回路４０のデジタル制御によって、粘性流体デバイス３０を駆動させ、操作部１０へ付与される制動力を制御することができる。よって、実施形態１に係る触感提供システム１は、操作部１０へ付与される制動力を簡単に制御することができると共に、デジタルアナログ変換回路及びアナログ出力回路等が不要であり、駆動回路４０の回路構成を簡単にすることができる。よって、実施形態１に係る触感提供システム１は、適切な制動力を操作部１０へ確実且つ簡単に付与することができ、所望の触感を確実且つ簡単にユーザへ提供することができる。
【００６６】
更に、実施形態１に係る触感提供システム１は、粘性流体デバイス３０と直流電源４４とを非導通状態とする際に、粘性流体デバイス３０がグランド４５で短絡するように構成された駆動回路４０を備える。このため、実施形態１に係る触感提供システム１は、直流電源４４の出力電圧が粘性流体デバイス３０に印加される状態から印加されない状態に移行する際に発生する逆起電力を、グランド４５に放出することができる。
【００６７】
直流電源４４の出力電圧が粘性流体デバイス３０に印加される状態から印加されない状態に移行する際に発生する逆起電力は、粘性流体デバイス３０に印加される直流電源４４の出力電圧を減少させるように作用する。このため、この逆起電力が粘性流体デバイス３０から放出されないと、所望の制動力が付与されず、ユーザには、所望の触感が提供されない可能性がある。
【００６８】
実施形態１に係る触感提供システム１は、直流電源４４の出力電圧が粘性流体デバイス３０に印加される状態から印加されない状態に移行する際に発生する逆起電力を、グランド４５に放出することができる。このため、実施形態１に係る触感提供システム１は、駆動回路４０の回路構成を工夫するだけで、直流電源４４の出力電圧が逆起電力によって減少して粘性流体デバイス３０に印加されることを抑制することができる。よって、実施形態１に係る触感提供システム１は、適切な制動力を操作部１０へ確実且つ簡単に付与することができ、所望の触感を確実且つ簡単にユーザへ提供することができる。
【００６９】
更に、実施形態１に係る触感提供システム１は、駆動回路４０が、第１スイッチング素子４１ａ及び第２スイッチング素子４１ｂが互いに直列接続された第１レグ４２と、第３スイッチング素子４１ｃ及び第４スイッチング素子４１ｄが互いに直列接続された第２レグ４３とを有するフルブリッジ回路を備える。そして、駆動回路４０は、第１レグ４２の一端及び第２レグ４３の一端が直流電源４４に並列接続されると共に、第１レグ４２の他端及び第２レグ４３の他端がグランド４５に並列接続される。そして、駆動回路４０は、第１スイッチング素子４１ａと第２スイッチング素子４１ｂとの第１接続点４２ａ、及び、第３スイッチング素子４１ｃと第４スイッチング素子４１ｄとの第２接続点４３ａが、粘性流体デバイス３０の一方の端子３２ａ及び他方の端子３２ｂにそれぞれ接続される。そして、制御装置５０は、第１〜第４スイッチング素子４１ａ〜４１ｄのそれぞれに接続され、第１〜第４スイッチング素子４１ａ〜４１ｄのそれぞれのスイッチング動作を制御する。
【００７０】
すなわち、実施形態１に係る触感提供システム１は、直流電源から交流を生成する電力変換装置であるインバータの回路構成を利用した簡単な回路構成で駆動回路４０の機能を実現することができる。加えて、実施形態１に係る触感提供システム１は、正極の直流電源及び負極の直流電源の両方から構成されていなくても、複数のスイッチング素子４１のスイッチング動作が制御されるだけで、粘性流体デバイス３０に対する印加方向を反転させることができる。よって、実施形態１に係る触感提供システム１は、適切な制動力を操作部１０へ確実且つ簡単に付与することができ、所望の触感を確実且つ簡単にユーザへ提供することができる。
【００７１】
更に、実施形態１に係る触感提供システム１では、第１スイッチング素子４１ａ及び第２スイッチング素子４１ｂは、その一方が制御装置５０に接続され、その他方が論理否定回路４７を介して制御装置５０に接続される。そして、実施形態１に係る触感提供システム１では、第３スイッチング素子４１ｃ及び第４スイッチング素子４１ｄは、その一方が制御装置５０に接続され、その他方が論理否定回路４７を介して制御装置５０に接続される。このため、実施形態１に係る触感提供システム１は、第１〜第４スイッチング素子４１ａ〜４１ｄのスイッチング動作を複雑に制御しなくても、逆起電力の発生を簡単に抑制しつつ、直流電源４４の出力電圧を粘性流体デバイス３０へ適切に印加することができる。よって、実施形態１に係る触感提供システム１は、適切な制動力を操作部１０へ更に確実且つ簡単に付与することができ、所望の触感を更に確実且つ簡単にユーザへ提供することができる。
【００７２】
［他の実施形態］
実施形態２に係る触感提供システム１は、粘性流体３１が、電界の強度に基づいて粘度が変化する電気粘性流体であり、粘性流体デバイス３０が、電気粘性流体デバイスであってよい。この場合、粘性流体３１は、分散媒に、分散媒との誘電率に差がある粒子を分散させたコロイド分散体であり、電界の強度によって可逆的に固液相変化が可能な電気粘性流体であってよい。また、この場合、電磁界発生手段３２は、例えば、互いに異なる電位が印加される一対の電極を含んで構成され、一対の電極の間に粘性流体３１を挟持するように設けられてよい。電磁界発生手段３２は、粘性流体３１に作用する電界を発生させ、電気粘性流体である粘性流体３１の粘度を変化させる。粘性流体３１は、その粘度変化により軸部１２の運動に伴って発生する摩擦力を変化させることによって、操作部１０へ制動力を付与する。
【００７３】
実施形態２に係る触感提供システム１は、粘性流体デバイス３０が電気粘性流体デバイスであっても、実施形態１と同様に、適切な制動力を操作部１０へ確実に付与することができ、所望の触感をユーザへ確実に提供することができる。
【００７４】
［その他］
上述の実施形態では、粘性流体デバイス３０によって制動力を付与される可動部が、ユーザが接触して操作する操作部１０であるとし、操作部１０を操作するユーザへ触感を提供する例について説明されている。しかしながら、本発明は、操作部１０以外の可動部へ制動力を付与する粘性流体デバイスに対して適用可能である。例えば、本発明は、車両用のブレーキ、クラッチ若しくはサスペンション、又は、建造物の免震用若しくは制振用のダンパ等を可動部とし、これらの可動部へ制動力を付与する粘性流体デバイスに対して適用することができる。このような場合であっても、本発明は、適切な制動力を可動部へ確実に付与することができる。
【００７５】
上述の実施形態は、変形例を含めて各実施形態同士で互いの技術を適用することができる。上述の実施形態は、本発明の内容を限定するものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない程度に変更を加えることができる。
【００７６】
上述の実施形態及び特許請求の範囲で使用される用語は、限定的でない用語として解釈されるべきである。例えば、「含む」という用語は、「含むものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「備える」という用語は、「備えるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００７７】
１      触感提供システム
１０      操作部
１１      把持部
１２      軸部
２０      センサ
２１      回転板
２２      フォトセンサ
３０      粘性流体デバイス
３１      粘性流体
３２      電磁界発生手段
３２ａ    端子
３２ｂ    端子
４０      駆動回路
４１      スイッチング素子
４１ａ    第１スイッチング素子
４１ｂ    第２スイッチング素子
４１ｃ    第３スイッチング素子
４１ｄ    第４スイッチング素子
４２      第１レグ
４２ａ    第１接続点
４３      第２レグ
４３ａ    第２接続点
４４      直流電源
４５      グランド
４６ａ    端子
４６ｂ    端子
４７      論理否定回路
５０      制御装置
５１      電圧波形生成部
５２      ＰＷＭ波形生成部
Ｐ        印加電圧
Ｑ        所定の電圧
Ｑ１      第１電圧
Ｑ２      第２電圧
Ｑ３      第３電圧
Ｑ４      第４電圧
【図１】
2020035377.tif 000003
【図２】
2020035377.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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