(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者が操作する表面を有する操作部と、
内部に遊嵌空間を有し、前記操作部を支持する本体であって、前記遊嵌空間に露出した第１の遊嵌面を有する本体、および少なくとも１つの駆動磁石を含む可動ユニットと、
前記可動ユニットの前記第１の遊嵌面と点または線接触して遊嵌する第２の遊嵌面を有し、前記可動ユニットを回転自在に支持するホルダ、前記可動ユニットの少なくとも一部を収納する空間を有し、前記ホルダを支持するベース、および、少なくとも１つの駆動コイルを有する固定ユニットと、
前記少なくとも１つの駆動磁石および前記少なくとも１つの駆動コイルを含み、前記固定ユニットに対して前記可動ユニットを回転させる駆動部と、
前記固定ユニットにおける前記操作部の位置を検出する検出器と、
を備え、
前記第１および第２の遊嵌面の一方が凹部の内周面を含み、前記第１および第２の遊嵌面の他方は少なくとも１つの凸状球面を含む、入出力操作装置。
【請求項２】
前記ホルダは、前記ベースから前記可動ユニットの前記遊嵌空間に向けて延伸した少なくとも１つの連結棒を含む、請求項１に記載の入出力操作装置。
【請求項３】
前記可動ユニットの回転の中心を原点としたＸＹＺ直交座標系を規定すると、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記操作部はＺ軸の方向に位置し、
前記ホルダは、前記ベースから前記可動ユニットの前記遊嵌空間に向けて、ＸＹ平面に平行に延伸した少なくとも２つの連結棒を含む、請求項２に記載の入出力操作装置。
【請求項４】
前記可動ユニットの回転の中心を原点としたＸＹＺ直交座標系を規定すると、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記操作部はＺ軸の方向に位置し、
前記ホルダは、前記可動ユニットの回転の中心よりも下方の前記ベースの位置から前記可動ユニットの前記遊嵌空間に向けて、ＸＹ平面に非平行に延伸した少なくとも２つの連結棒を含む、請求項２に記載の入出力操作装置。
【請求項５】
前記可動ユニットの回転の中心を原点としたＸＹＺ直交座標系を規定すると、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記操作部はＺ軸の方向に位置し、
前記ホルダは、Ｚ軸に略平行に延伸した１つの連結棒を含む、請求項２に記載の入出力操作装置。
【請求項６】
前記ホルダは、前記第１の遊嵌面と前記第２の遊嵌面とを磁力により吸引する、磁石または磁性体を含む、請求項１に記載の入出力操作装置。
【請求項７】
前記凹部の内周面は円錐面を有する、請求項１に記載の入出力操作装置。
【請求項８】
前記円錐面を構成する円錐の頂角は、７０度ないし１１０度である、請求項７に記載の入出力操作装置。
【請求項９】
前記第１および第２の遊嵌面の他方は凸状球面であり、
前記可動ユニットの回転の中心は、前記凸状球面の球心と一致している、請求項１に記載の入出力操作装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の遊嵌面の他方は複数の凸状球面を含み、
前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記可動ユニットの回転の中心は、前記複数の凸状球面の各々の球心よりも下方に位置する、請求項１に記載の入出力操作装置。
【請求項１１】
前記可動ユニットの回転の中心を原点としたＸＹＺ直交座標系を規定すると、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記操作部はＺ軸の方向に位置し、
前記駆動部は、ＸＹ平面に平行な回転軸を中心に前記可動ユニットを回転させることができ、
前記検出器は、前記可動ユニットの前記回転軸周りの回転角度を検出する第１の検出部を含む、請求項１に記載の入出力操作装置。
【請求項１２】
前記第１の検出部は、前記固定ユニットに設けられたセンサー素子と、前記本体に設けられた被検出体とを含み、
前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記センサー素子と前記被検出体とは前記Ｚ軸の方向において対向している、請求項１１に記載の入出力操作装置。
【請求項１３】
前記第１の検出部は、前記本体に設けられた被検出体と、前記ホルダに設けられたセンサー素子とを含み、
前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記センサー素子と前記被検出体とは前記Ｚ軸の方向において対向している、請求項１１に記載の入出力操作装置。
【請求項１４】
前記ホルダは、前記センサー素子に電気的に接続され、内部に配設された導線を含む、請求項１３に記載の入出力操作装置。
【請求項１５】
前記被検出体は、前記Ｚ軸を中心とする円周上に配置されている、請求項１３に記載の入出力操作装置。
【請求項１６】
前記駆動部は、前記ＸＹＺ直交座標系のＸおよびＹ軸を中心に前記可動ユニットをそれぞれ回転させる第１および第２の駆動部を含み、
前記第１および第２の駆動部の各々は、前記Ｚ軸に対して対称に前記可動ユニットに配置された１対の駆動磁石と、前記１対の駆動磁石に対向するように前記固定ユニットに配置された１対の磁気ヨークおよび前記１対の磁気ヨークにそれぞれ巻回された１対の駆動コイルを有するコイルユニットと、を含む、請求項１１に記載の入出力操作装置。
【請求項１７】
前記駆動部は、前記Ｚ軸を中心に前記可動ユニットを回転させる第３の駆動部をさらに含み、
前記検出器は、前記可動ユニットの前記Ｚ軸周りの回転角度を検出する第２の検出部を含み、
前記第３の駆動部は、前記第１および第２の駆動部の前記１対の磁気ヨークにそれぞれ巻回された２対の駆動コイルを含み、前記第１および第２の駆動部の前記１対の駆動磁石を前記第３の駆動部の駆動磁石として用いる、請求項１６に記載の入出力操作装置。
【請求項１８】
前記コイルユニットは、前記固定ユニットの前記ベースに脱着可能に設けられ、前記１対の駆動磁石と前記１対の磁気ヨークとの磁気吸引力によって前記ベースに当接し、
前記ベースは、前記コイルユニットが前記１対の駆動磁石側に移動することを規制するコイルユニットストッパを含む、請求項１６に記載の入出力操作装置。
【請求項１９】
前記可動ユニットが前記固定ユニットから脱落しないように前記本体の移動を制限する規制面を有し、前記ベースに固定された脱落防止部材をさらに備える、請求項１に記載の入出力操作装置。
【請求項２０】
前記可動ユニットが前記固定ユニットから脱落しないように前記本体の移動を制限する規制面を有し、前記ベースに固定された脱落防止部材をさらに備え、
前記脱落防止部材は、前記本体および／または前記１対の駆動磁石の一部を受容することが可能な開口を有している、請求項１６に記載の入出力操作装置。
【請求項２１】
前記ホルダは、前記固定ユニットに対する前記可動ユニットの回転を規制する操作ガイドを含む、請求項１に記載の入出力操作装置。
【請求項２２】
前記操作ガイドは、前記本体の前記遊嵌空間内に設けられている、請求項２１に記載の入出力操作装置。
【請求項２３】
前記操作部を支持する前記可動ユニットの重心は、前記可動ユニットの回転の中心に一致している、請求項１に記載の入出力操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２軸または３軸の入力操作部を備える入出力操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に搭載される電子機器は、安全、安心、快適性を高める目的のため、より高機能化、多機能化が進んでいる。このため、運転者が行うべき操作手順が非常に複雑になってきている。複雑な操作を簡単にするという観点から、例えば、ナビゲーション、エアコン、オーディオ、ラジオ等の操作に、操作者の感覚とよく一致し、操作性が高いＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が求められている。また、走行中における運転者の視線移動を抑制するため、ステアリング（ハンドル）に入力デバイスを設けられることもある。【０００３】
親和性のあるＨＭＩのとしては、３軸操作が可能な入力装置やフォースフィードバック機能を有したハプティックデバイスが提案されている。【０００４】
たとえば、特許文献１は、操作部をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向にのみ移動可能なように、操作部の移動方向を規制し、かつ、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向における操作部の位置検出を行う３軸の入力操作装置を開示している。【０００５】
特許文献２は、操作部を３軸回りに回転可能なように保持し、かつ、回転角の検出が可能な入力操作装置を開示している。【０００６】
また、特許文献３は、操作部をＸ、Ｙ軸回りに回転し、軸回りの相対変位量を検出し、それぞれの回転機構に搭載されたモータにより操作部に力覚を付与するハプティックデバイスを開示している。特許文献４は、ステアリングに搭載され、押し下げ操作および回転操作が可能なステアリングスイッチを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１７２７３９号公報
【特許文献２】特開平５−５７６４５号公報
【特許文献３】特開２００５−３３２０３９号公報
【特許文献４】特開２０１３−９５３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の入力装置やハプティックデバイスには、より、操作性の高いＨＭＩが求められていた。本願の限定的ではない例示的な実施形態は、より操作性の高い入出力操作装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の入出力操作装置は、操作者が操作する表面を有する操作部と、内部に遊嵌空間を有し、前記操作部を支持する本体であって、前記遊嵌空間に露出した第１の遊嵌面を有する本体、および少なくとも１つの駆動磁石を含む可動ユニットと、前記可動ユニットの前記第１の遊嵌面と点または線接触して遊嵌する第２の遊嵌面を有し、前記可動ユニットを回転自在に支持するホルダ、前記可動ユニットの少なくとも一部を収納する空間を有し、前記ホルダを支持するベース、および、少なくとも１つの駆動コイルを有する固定ユニットと、前記少なくとも１つの駆動磁石および前記少なくとも１つの駆動コイルを含み、前記固定ユニットに対して前記可動ユニットを回転させる駆動部と、前記固定ユニットにおける前記操作部の位置を検出する検出器と、を備え、前記第１および第２の遊嵌面の一方が凹部の内周面を含み、前記第１および第２の遊嵌面の他方は少なくとも１つの凸状球面を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の入出力操作装置によれば、より操作性の高い入出力操作装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０におけるアクチュエータ１６５の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の可動ユニット１８０の詳細構成を示す分解斜視図である。
【図３Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の可動ユニット１８０の磁気バックヨーク６７０を上方から見た斜視図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の可動ユニット１８０の磁気バックヨーク６７０をＺ軸１０方向上方から見た平面図である。
【図４Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５を上方から見た斜視図である。
【図４Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５を上方から見た斜視図であって、脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。
【図４Ｃ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の下方から見た脱落防止部材２０１の斜視図である。
【図５Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５のＺ軸１０方向から見た脱落防止部材２０１を排除した上面図である。
【図５Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の直線１３方向から見た脱落防止部材２０１を排除した平面図である。
【図６】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の上方から見た操作部８５０と上部可動部１５０を排除したアクチュエータ１６５の斜視図である。
【図７】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の上方から見た固定ユニットの斜視図である。
【図８Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の固定ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。
【図８Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の固定ユニットに搭載される一つの駆動手段の構成を示す分解斜視図である。
【図９Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５のＺ軸１０から見た脱落防止部材２０１を排除した上面図である。
【図９Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５のＺ軸１０と回転軸１１を含む平面でのアクチュエータ１６５の脱落防止部材２０１を排除した断面図である。
【図１０Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５のＺ軸１０から見た脱落防止部材２０１を排除した上面図である。
【図１０Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５のＺ軸１０と回転軸１２を含む平面でのアクチュエータ１６５の脱落防止部材２０１を排除した断面図である。
【図１１Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５のＺ軸１０から見た脱落防止部材２０１を排除した上面図である。
【図１１Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５のＺ軸１０と直線１３含む平面でのアクチュエータ１６５の脱落防止部材２０１を排除した断面図である。
【図１２】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の回転方向２０および回転方向２１に同角度ずつ回転した合成角度θｘｙに回転させた状態における上方から見た脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。
【図１３Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の回転方向２０および回転方向２１に同角度ずつ回転した合成角度θｘｙに回転させた状態における本発明のＺ軸１０から見た脱落防止部材２０１を排除した上面図である。
【図１３Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の回転方向２０と回転方向２１に同角度ずつ回転した合成角度θｘｙに回転させた状態における脱落防止部材２０１を排除したＺ軸１０と直線１３を含む平面での断面図である。
【図１４Ａ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の固定ユニットの上面図である。
【図１４Ｂ】第１の実施形態のアクチュエータ１６５の固定ユニットのＺ軸１０とＹ軸方向回転軸１１を含む平面での断面図である。
【図１５】第１の実施形態のアクチュエータ１６５のセンサー基板５０２をＺ軸１０の上方から見た上面図である。
【図１６】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０の全体を示す構成図である。
【図１７】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０の構成を示す詳細なブロック図である。
【図１８】ステアリング入出力操作装置が搭載されたステアリングを示す図である。
【図１９Ａ】ステアリングが中立にある場合のアクチュエータの操作部の操作方向を示す図である。
【図１９Ｂ】ステアリングが中立にある場合のアクチュエータの操作部の操作方向を示す図である。
【図１９Ｃ】ステアリングが中立にある場合のアクチュエータの操作部の操作方向を示す図である。
【図１９Ｄ】ステアリングが中立にある場合のアクチュエータの操作部の操作方向を示す図である。
【図２０Ａ】ステアリングがθA回転した状態を示す図である。
【図２０Ｂ】ステアリングがθA回転した場合のアクチュエータの操作部の操作方向を示す図である。
【図２０Ｃ】ステアリングがθA回転した場合のアクチュエータの操作部の操作方向を示す図である。
【図２０Ｄ】ステアリングがθA回転した場合のアクチュエータの操作部の操作方向を示す図である。
【図２０Ｅ】ステアリングがθA回転した場合のアクチュエータの操作部の操作方向を示す図である。
【図２１】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、座標変換の内容を示す図である。
【図２２Ａ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２２Ｂ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２２Ｃ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２２Ｄ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２２Ｅ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２３Ａ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度−θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２３Ｂ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度−θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２３Ｃ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度−θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２３Ｄ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度−θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２３Ｅ】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０において、ステアリング５５０を操作回転角度−θA回転した状態で、アクチュエータ１６５の座標変換を実施した場合の操作方向を示す図である。
【図２４】第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０のリング状スイッチ部９６０を示す図である。
【図２５】第２の実施形態のアクチュエータ１６５Ａの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２６】第２の実施形態のアクチュエータ１６５Ａを上方から見た斜視図であって、脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。
【図２７】Ｚ軸１０と回転軸１２とを含む平面でのアクチュエータ１６５Ａの断面図である。
【図２８Ａ】ホルダ８０７の斜視図である。
【図２８Ｂ】ホルダ８０７を支持するベース８１１の斜視図である。
【図２９Ａ】ホルダ８０７の第１のバリエーションの斜視図である。
【図２９Ｂ】ホルダ８０７の第１のバリエーションを支持するベース８１１の斜視図である。
【図３０Ａ】ホルダ８０７の第２のバリエーションの斜視図である。
【図３０Ｂ】ホルダ８０７の第２のバリエーションを支持するベース８１１の斜視図である。
【図３１Ａ】１対の連結棒８０６に沿った、第１の遊嵌部材８０４、第２の遊嵌部材８０８およびホルダ８０７の断面図である。
【図３１Ｂ】１対の連結棒８０６に沿った、第１の遊嵌部材８０４、第２の遊嵌部材８０８およびホルダ８０７の断面図である。
【図３２】１対の連結棒８０６に沿った、第１の遊嵌部材８０４および第２の遊嵌部材８０８の断面を拡大した断面図である。
【図３３】ホルダ８０７が複数の第２の遊嵌部材８０８を含む場合の、１対の連結棒８０６に沿ったホルダ８０７、第１の遊嵌部材８０４およびの複数の第２の遊嵌部材８０８の断面図である。
【図３４】操作部８５０が固定ユニットに対して所定の角度で傾斜した状態におけるアクチュエータ１６５Ａの斜視図である。
【図３５Ａ】操作部８５０が固定ユニットに対して第１の角度で傾斜した状態における、１対の連結棒８０６に沿ったアクチュエータ１６５Ａの断面図である。
【図３５Ｂ】操作部８５０が中立状態にあるときのアクチュエータ１６５Ａの、１対の連結棒８０６に沿った断面図である。
【図３５Ｃ】操作部８５０が固定ユニットに対して第２の角度で傾斜した状態における、１対の連結棒８０６に沿ったアクチュエータ１６５Ａの断面図である。
【図３６】１つの連結棒８０６を有するホルダ８０７を備えるアクチュエータ１６５Ａの、第１の方向に沿った断面図である。
【図３７】１つの連結棒８０６を有するホルダ８０７の斜視図である。
【図３８】２対の駆動磁石４０１および４０２を備え、操作部８５０を搭載した可動ユニット１８０の斜視図である。
【図３９】アクチュエータ１６５Ａを上方から見た斜視図であって、脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。
【図４０Ａ】操作部８５０を除いたアクチュエータ１６５Ａの斜視図である。
【図４０Ｂ】アクチュエータ１６５ＡのＺ軸１０から見た上面図である。
【図４１Ａ】１対のボビン８５１に挟持された磁気ヨーク２０４の斜視図である。
【図４１Ｂ】第３の駆動部用の駆動コイル３０３の斜視図である。
【図４１Ｃ】１対のボビン８５１に挟持され、駆動コイル３０３を巻回した磁気ヨーク２０４の斜視図である。
【図４１Ｄ】駆動コイル３０２の斜視図である。
【図４１Ｅ】磁気ヨーク２０４に巻回された駆動コイル３０３の外側に、駆動コイル３０２をさらに巻回したコイルユニット８４０の斜視図である。
【図４２】回転軸１２に沿ったアクチュエータ１６５Ａの断面図である。
【図４３Ａ】コイルユニット８４０をベース８１１から取り外した状態を示す模式図である。
【図４３Ｂ】コイルユニット８４０がベース８１１に装着された状態を示す模式図である。
【図４４】コイルユニット８４０が挿入されるベース８１１の開口付近を拡大して示した模式図である。
【図４５Ａ】脱落防止部材２０１を備えた中立状態のアクチュエータ１６５Ａの、回転軸１２に沿った断面図である。
【図４５Ｂ】固定ユニットに対して可動ユニット１８０が回転軸１２の方向に所定の傾斜角度で傾斜した状態における、脱落防止部材２０１を備えたアクチュエータ１６５Ａの、回転軸１２に沿った断面図である。
【図４６】固定ユニットに対して可動ユニット１８０が回転軸１２の方向に所定の傾斜角度で傾斜した状態における、脱落防止部材２０１を備えたアクチュエータ１６５Ａの断面斜視図である。
【図４７】Ｚ軸方向から見た脱落防止部材２０１を備えたアクチュエータ１６５Ａの上面図である。
【図４８】操作ガイド８８１を備えた中立状態のアクチュエータ１６５Ａの、回転軸１２に沿った断面斜視図である。
【図４９】操作ガイド８８１を含み、操作部８５０を搭載した可動ユニット１８０の斜視図である。
【図５０】可動ユニット１８０におけるガイドピン８８２および連結部材８０９を拡大して示した斜視図である。
【図５１】操作ガイド８８１が固定されたホルダ８０７の斜視図である。
【図５２】は、操作ガイド８８１を遊嵌空間内に設けることによりアクチュエータ１６５Ａをより低背化できる様子を説明するための図である。
【図５３】第２の実施形態の変形例によるアクチュエータ１６５Ａの、Ｚ軸１０と回転軸１２を含む平面での断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例えば、車載用の運転者の操作を受け付ける入出力装置においては、安全、安心の観点から、ドライバーに優しい直感的な操作や、操作部を見ないブラインド操作、さらには快適な運転環境を支える品位ある操作感が求められる。
【００１３】
一般に多軸の入出力操作部の多くは、組合せ構成が比較的安易であることから、軸周りに回転可能な回転機構を複数組み合わせることにより実現されている。また、それぞれの回転機構は、ギア等（ラック＆ピニオン、ウォームホイール＆ウォームギア）の伝達機構を介して駆動モータに結合され、操作部はそれぞれの回転軸を中心に回転駆動するように構成されている。また、駆動モータの駆動軸にエンコーダ等が設けられ、操作部の相対的な位置変位量が検出される。
【００１４】
しかしながら、この構成を用いる場合、可動する操作部の重量が増加し、入力装置全体が大型化しやすい。また、回転機構の軸受けには、軸受けギャップによるラトルノイズや軸方向の遊びが発生し、異音発生や機械的、構造的な不良を誘発する原因となりえる。
【００１５】
また、可動部と駆動モータに介在するギア等の伝達機構においては、バックラッシュを設ける必要がある。このため、磨耗等により隙間が増大し、操作部の位置精度の低下、機械振動や騒音の発生および装置の寿命を低下させる原因となりえる。
【００１６】
さらに、ステアリングに多軸の入力操作部を設ける場合、ステアリングの回転に伴い、入力操作部の軸も回転するため、操作すべき方向が変化し、ドライバーに混乱を与え得る。
【００１７】
特許文献１から４に開示された技術にはこのような課題が存在し得る。本願発明者はこのような課題に鑑み、新規なステアリング入出力操作装置を想到した。
【００１８】
本開示の入出力操作装置は、操作者が操作する表面を有する操作部と、内部に遊嵌空間を有し、前記操作部を支持する本体であって、前記遊嵌空間に露出した第１の遊嵌面を有する本体、および少なくとも１つの駆動磁石を含む可動ユニットと、前記可動ユニットの前記第１の遊嵌面と点または線接触して遊嵌する第２の遊嵌面を有し、前記可動ユニットを回転自在に支持するホルダ、前記可動ユニットの少なくとも一部を収納する空間を有し、前記ホルダを支持するベース、および、少なくとも１つの駆動コイルを有する固定ユニットと、前記少なくとも１つの駆動磁石および前記少なくとも１つの駆動コイルを含み、前記固定ユニットに対して前記可動ユニットを回転させる駆動部と、前記固定ユニットにおける前記操作部の位置を検出する検出器と、を備え、前記第１および第２の遊嵌面の一方が凹部の内周面を含み、前記第１および第２の遊嵌面の他方は少なくとも１つの凸状球面を含む。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記ホルダは、前記ベースから前記可動ユニットの前記遊嵌空間に向けて延伸した少なくとも１つの連結棒を含む。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記可動ユニットの回転の中心を原点としたＸＹＺ直交座標系を規定すると、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記操作部はＺ軸の方向に位置し、前記ホルダは、前記ベースから前記可動ユニットの前記遊嵌空間に向けて、ＸＹ平面に平行に延伸した少なくとも２つの連結棒を含む。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記可動ユニットの回転の中心を原点としたＸＹＺ直交座標系を規定すると、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記操作部はＺ軸の方向に位置し、前記ホルダは、前記可動ユニットの回転の中心よりも下方の前記ベースの位置から前記可動ユニットの前記遊嵌空間に向けて、ＸＹ平面に非平行に延伸した少なくとも２つの連結棒を含む。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記可動ユニットの回転の中心を原点としたＸＹＺ直交座標系を規定すると、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記操作部はＺ軸の方向に位置し、前記ホルダは、Ｚ軸に略平行に延伸した１つの連結棒を含む。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記ホルダは、前記第１の遊嵌面と前記第２の遊嵌面とを磁力により吸引する、磁石または磁性体を含む。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記凹部の内周面は円錐面を有する。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記円錐面を構成する円錐の頂角は、７０度ないし１１０度である。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の遊嵌面の他方は凸状球面であり、前記可動ユニットの回転の中心は、前記凸状球面の球心と一致している。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の遊嵌面の他方は複数の凸状球面を含み、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記可動ユニットの回転の中心は、前記複数の凸状球面の各々の球心よりも下方に位置する。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記可動ユニットの回転の中心を原点としたＸＹＺ直交座標系を規定すると、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記操作部はＺ軸の方向に位置し、前記駆動部は、ＸＹ平面に平行な回転軸を中心に前記可動ユニットを回転させることができ、前記検出器は、前記可動ユニットの前記回転軸周りの回転角度を検出する第１の検出部を含む。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記第１の検出部は、前記固定ユニットに設けられたセンサー素子と、前記本体に設けられた被検出体とを含み、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記センサー素子と前記被検出体とは前記Ｚ軸の方向において対向している。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の検出部は、前記本体に設けられた被検出体と、前記ホルダに設けられたセンサー素子とを含み、前記可動ユニットが前記固定ユニットに対して回転していない状態において、前記センサー素子と前記被検出体とは前記Ｚ軸の方向において対向している。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記ホルダは、前記センサー素子に電気的に接続され、内部に配設された導線を含む。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記被検出体は、前記Ｚ軸を中心とする円周上に配置されている。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記駆動部は、前記ＸＹＺ直交座標系のＸおよびＹ軸を中心に前記可動ユニットをそれぞれ回転させる第１および第２の駆動部を含み、前記第１および第２の駆動部の各々は、前記Ｚ軸に対して対称に前記可動ユニットに配置された１対の駆動磁石と、前記１対の駆動磁石に対向するように前記固定ユニットに配置された１対の磁気ヨークおよび前記１対の磁気ヨークにそれぞれ巻回された１対の駆動コイルを有するコイルユニットと、を含む。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記駆動部は、前記Ｚ軸を中心に前記可動ユニットを回転させる第３の駆動部をさらに含み、前記検出器は、前記可動ユニットの前記Ｚ軸周りの回転角度を検出する第２の検出部を含み、前記第３の駆動部は、前記第１および第２の駆動部の前記１対の磁気ヨークにそれぞれ巻回された２対の駆動コイルを含み、前記第１および第２の駆動部の前記１対の駆動磁石を前記第３の駆動部の駆動磁石として用いる。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記コイルユニットは、前記固定ユニットの前記ベースに脱着可能に設けられ、前記１対の駆動磁石と前記１対の磁気ヨークとの磁気吸引力によって前記ベースに当接し、前記ベースは、前記コイルユニットが前記１対の駆動磁石側に移動することを規制するコイルユニットストッパを含む。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記可動ユニットが前記固定ユニットから脱落しないように前記本体の移動を制限する規制面を有し、前記ベースに固定された脱落防止部材をさらに備える。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記可動ユニットが前記固定ユニットから脱落しないように前記本体の移動を制限する規制面を有し、前記ベースに固定された脱落防止部材をさらに備え、前記脱落防止部材は、前記本体および／または前記１対の駆動磁石の一部を受容することが可能な開口を有している。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記ホルダは、前記固定ユニットに対する前記可動ユニットの回転を規制する操作ガイドを含む。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記操作ガイドは、前記本体の前記遊嵌空間内に設けられている。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記操作部を支持する前記可動ユニットの重心は、前記可動ユニットの回転の中心に一致している。
【００４１】
本開示のステアリング入出力操作装置は、２軸に独立して自在に回転可能な操作部を有し、ステアリングに搭載されるアクチュエータを備え、前記操作部からの入力および前記操作部への出力に用いる前記操作部の前記アクチュエータにおける座標を、前記ステアリグの回転角に応じて変換し、変換した座標と前記ステアリグの回転角にかかわらず静止した座標系における目標位置または目標方向を用いて前記操作部の入力および出力を制御する。
【００４２】
ある好ましい実施形態において、前記２軸はＸ軸およびＸ軸と直交するＹ軸であり、前記アクチュエータは、手指が接触する表面を有する前記操作部と、前記操作部と少なくとも１つの吸着用磁石を搭載し、凹部を一部に有する可動ユニットと、少なくとも１つの磁性体および前記可動ユニットの前記凹部が遊嵌する凸状球面を有し、前記少なくとも１つの吸着用磁石と前記少なくとも１つの前記磁性体との磁気吸引力によって、前記可動ユニットの前記凹部と前記凸状球面とが点または線接触し、前記可動ユニットを前記凸状球面の球心を中心として自在に回転支持する固定ユニットと、前記固定ユニットに対して前記操作部を前記球心を通る前記Ｘ軸を中心に回転させる第１の駆動部と、前記固定ユニットに対して前記操作部を前記Ｘ軸を含む平面内で前記Ｘ軸に直交する前記Ｙ軸を中心に回転させる第２の駆動部と、前記固定ユニットに対する前記操作部の前記Ｘ軸回りの第１の回転角度および前記Ｙ軸回りの第２の回転角度を検出する第１の検出部とを備え、前記凸状球面の前記球心が、前記Ｘ軸、Ｙ軸の原点に設けられ、前記第１および前記第２の回転角度から第１および第２の回転角度信号を生成する検出回路部と、前記第１および第２の回転角度信号に基づき、第１および第２の目標回転角度信号を生成する制御演算処理部、および、前記第１および第２の目標回転角度信号を受け取り、前記第１および第２の駆動部を駆動する信号を生成する駆動回路部とを更に備える。
【００４３】
ある好ましい実施形態において、前記アクチュエータは、前記固定ユニットに対して前記可動ユニットを前記Ｘ軸と前記Ｙ軸に直交し前記操作部の中心軸であるＺ軸を中心に回転させる第３の駆動部と、前記Ｚ軸回りの回転角度を検出する第２の検出部を更に備える。
【００４４】
ある好ましい実施形態において、制御演算処理部は、第１、第２の回転角度信号に基づき操作部の可動範囲領域に相当する２次元座標系における操作部の現位置座標を生成し、目標位置座標と現位置座標の差分を用いた位置フィードバック制御に基づく第１、第２の目標回転角度信号を生成する。
【００４５】
ある好ましい実施形態において、制御演算処理部は、所定の駆動波形パターンを有する駆動信号を生成し、駆動回路部は、駆動信号を受け取り、第３の駆動部を駆動する信号を生成し、第３の駆動部により可動ユニットはＺ軸回りの方向へ振動駆動する。
【００４６】
ある好ましい実施形態において、所定の駆動波形パターンは、可聴領域の周波数成分を有する振動波形を含む。
【００４７】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットの凹部が凸状球面で、固定ユニットの凸状球面が凹部である。
【００４８】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットの凹部は円錐状の表面を有する。
【００４９】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットは、凸状球面を固定するホルダーバーが挿入される開口部を有し、開口部とホルダーバーとが接触することにより、可動ユニットの回転角度が制限される。
【００５０】
ある好ましい実施形態において、固定ユニットに設けられ、可動ユニットが固定ユニットから脱落しないように可動ユニットの移動を制限する規制面を有する脱落防止部材をさらに備え、規制面は、球心と一致した中心を有する凹状部分球面を有する。
【００５１】
ある好ましい実施形態において、第１の駆動部は、可動ユニットにおいて、Ｚ軸に対して対称に配置された１対の第１の駆動磁石と、１対の第１の駆動磁石に対向するよう固定ユニットにそれぞれ配置された１対の第１の磁気ヨークと、１対の第１の磁気ヨークにそれぞれ巻回された１対の第１の駆動コイルとを含み、第２の駆動部は、可動ユニットにおいて、Ｚ軸に対して対称に配置された１対の第２の駆動磁石と、１対の第２の駆動磁石に対向するよう固定ユニットにそれぞれ配置された１対の第２の磁気ヨークと、１対の第２の磁気ヨークにそれぞれ巻回された１対の第２の駆動コイルとを含み、１対の第１の駆動磁石および１対の第１の駆動コイルは、凸状球面の球心を通る直線上に設けられ、１対の第２の駆動磁石および第２の駆動コイルは、凸状球面の球心を通り、直線と直交する他の直線上に設けられ、各第１の駆動磁石、第１の駆動コイル、第２の駆動磁石および第２の駆動コイルのＺ軸方向における中心の位置は、凸状球面の球心の位置とほぼ一致している。
【００５２】
ある好ましい実施形態において、第３の駆動部は、１対の第１の磁気ヨークおよび１対の第２の磁気ヨークにそれぞれ巻回された第３の駆動コイルを含み、１対の第１の駆動磁石および１対の第２の駆動磁石を第３の駆動磁石として用いる。
【００５３】
ある好ましい実施形態において、１対の第１の駆動磁石と一対の第２の駆動磁石のそれぞれを一対の磁気バックヨークで連結し、一対の磁気バックヨークは、可動部の球心側に設けられる。
【００５４】
ある好ましい実施形態において、少なくとも１つの磁性体は、１対の第１の磁気ヨークおよび１対の第２の磁気ヨークである。
【００５５】
ある好ましい実施形態において、少なくとも１つの吸着用磁石は、１対の第１の駆動磁石および１対の第２の駆動磁石である。
【００５６】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットが中立の位置にある状態において、１対の第１の駆動磁石および１対の第２の駆動磁石は、Ｚ軸に垂直である球心を通る水平面に対して下向きに、４５度以下の回転角度Ａをなすように配置されており、１対の第１の駆動磁石および１対の第２の駆動磁石に対向するように第１の駆動コイルと１対の第１の磁気ヨークおよび１対の第２の駆動コイルとに１対の第２の磁気ヨークを固定ユニットに回転して配置されている。
【００５７】
ある好ましい実施形態において、回転角度Ａが１５ないし２５度である。
【００５８】
ある好ましい実施形態において、１対の第１の駆動磁石、１対の第２の駆動磁石は、それぞれ、可動ユニットの内側に位置しており、可動ユニットの外形面において露出していない。
【００５９】
ある好ましい実施形態において、１対の第１の駆動コイル、１対の第２の駆動コイルおよび第３の駆動コイルは、それぞれ、固定ユニットの内側に設けられ、固定ユニットの外形面において露出していない。
【００６０】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットは、樹脂材料によって構成されている。
【００６１】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットは、１対の第１の駆動磁石、１対の第２の駆動磁石とともに一体成型されている。
【００６２】
ある好ましい実施形態において、固定ユニットは、１対の第１の駆動コイル、１対の第２の駆動コイル、第３の駆動コイル、１対の第１の磁気ヨーク、１対の第２の磁気ヨークとともに一体成型されている。
【００６３】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットの重心は球心と一致している。
【００６４】
ある好ましい実施形態において、第１の検出部は、固定ユニットに固定された第１の磁気センサーと、可動ユニットに設けられた傾斜角検出用磁石とを含み、第１の磁気センサーは、傾斜角検出用磁石の回転による磁力変化を検出し、Ｘ軸、Ｙ軸回りの２次元の回転角度を算出する。
【００６５】
ある好ましい実施形態において、第１の磁気センサーおよび傾斜角検出用磁石は、Ｚ軸上において互いに対向している。
【００６６】
ある好ましい実施形態において、傾斜角検出用磁石に対向しており、Ｚ軸上に配置され、固定ユニットに固定された磁気バイアス用磁石を備える。
【００６７】
ある好ましい実施形態において、磁気バイアス用磁石は、可動ユニットを中立の位置に復帰させる中立位置復帰用磁石を兼ねる。
【００６８】
ある好ましい実施形態において、第１の検出部は、固定ユニットに固定された光センサーと、可動ユニットの凸状球面の一部に設けられた光検出パターンとを含み、光センサーは、光検出パターンの回転による光センサーに入射する光の変化を検出し、操作部のＸ軸、Ｙ軸回りの２次元の回転角度を算出する。
【００６９】
ある好ましい実施形態において、光センサーおよび光検出パターンは、Ｚ軸上に位置している。
【００７０】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットが中立の位置にあるとき、Ｚ軸に直交する平面において、１の磁気センサーは、それぞれ、１対の第１の駆動磁石を結ぶ直線および１対の第２の駆動磁石を結ぶ直線に対して４５度の角度をなす直線上に配置されている。
【００７１】
ある好ましい実施形態において、第２の検出部は、可動ユニットにおいてＺ軸に対して対称に配置された１対の回転検出用磁石と、固定ユニットに固定され、１対の回転検出用磁石のそれぞれに対して、対峙するように固定された１対の第２の磁気センサーとを含み、１対の第２の磁気センサーは、回転検出用磁石の回転による磁力変化を検出して、操作部の回転角度を算出する。
【００７２】
ある好ましい実施形態において、１対の回転検出用磁石は、Ｚ軸に直交する平面において、球心を通る直線に平行であり互いに逆向き方向に２極分割着磁された磁石から構成されている。
【００７３】
ある好ましい実施形態において、脱落防止部材の規制面と可動ユニットの外形面との間に空隙が設けられており、可動ユニットの凹部が固定ユニットの凸状球面から離間しても、磁気吸引力によって、点または線接触の状態に復帰するように空隙は決定されている。
【００７４】
ある好ましい実施形態において、可動ユニットの周囲を取り囲むように、前記固定ユニットの上部に設けられたリング状のスイッチ部材をさらに備える。
【００７５】
本開示のステアリング入出力操作装置および入出力操作装置によれば、２軸もしくは３軸の操作軸を有し、２次元もしくは３次元の操作方向を可能とする入出力操作部をステアリングに搭載することにより、ステアリングの操作回転角度に応じて入出力操作部の操作方向の座標を変換させることで、ステアリングの中立位置における水平軸とそれと直交する鉛直軸とからなる絶対座標に対して操作方向を常に一定保持することができる。
【００７６】
その結果、ステアリングの操作回転角度に依存することなく入出力操作部の操作方向を、たとえば水平方向と鉛直方向に固定させることができ、ステアリングを回転操作中の運転者に対して、入出力操作部の操作方向の判別認識を極めて単純化でき、入出力操作部への視線移動頻度を大幅に低下させることができる。
【００７７】
さらに入出力操作部は、手指に接触する表面を有する操作部の中心軸の延長上に、固定部に設けた球状の突起部の球心と突起部に接触するように可動部に設けられた円錐状の凹状接触面の中心軸を配し、かつ２つに分割された可動部を球状の突起部を中心に包み込むように接合させる可動部構成をとることにより、操作部を搭載する可動部の重心支持を実現するとともに駆動周波数領域において機械的共振を大幅に抑圧することができる。
【００７８】
さらに可動部の回動角度に影響しない磁気吸引力で、固定部の突起部と可動部の凹状接触面とからなるピポッド構成において一定の垂直抗力を付加することにより、回動角度に対する摩擦負荷変動を低減し、駆動周波数領域において良好な位相・ゲイン特性を実現できる。
【００７９】
さらに従来、磁気吸引力による支持構成で特有の大きな課題であった振動・衝撃等の外乱等による可動部の脱落防止に関しては、可動部が回動可能な所定の空隙を介して固定部に脱落防止規制面を設けることにより装置の大型化を回避しながら確実に可動部の脱落防止を実現できる。
【００８０】
さらに凹状接触面を突起部より空隙の距離を係脱させた状態においても、磁気吸引力により凹状接触面が突起部に移動し接触復帰できる距離の空隙を設けることにより、たとえ可動部が瞬間的に脱落した場合においても即座に元の良好な支持状態に復帰できる極めて安全な入出力操作装置を提供できる。
【００８１】
さらにＸ軸、Ｙ軸回りの回転傾斜駆動手段およびローリング方向のローリング駆動手段は、Ｚ軸を中心とする円周状に配置された互いに直交する２対の可動部に固定された駆動磁石と、駆動磁石に対向するよう固定部にそれぞれ配設された２対の駆動コイルと磁気ヨークからなり、かつＺ軸方向の配設される高さ位置は突起部の球心の高さ位置にほぼ等しくすることで可動部の重心駆動を実現するとともに駆動周波数領域において機械的共振を大幅に抑圧することができる。
【００８２】
さらに駆動磁石に対向する磁気ヨークの投影面積をほぼ等しくすることで、可動部の回転傾斜角度および回転角度が０度の場合に、磁気ヨークと駆動磁石との磁気バネによる可動部の中立点を保持することができる。
【００８３】
さらに良好な周波数応答特性と高い回転傾斜角度分解能を実現できる入出力操作部であることから、指先による可動ユニットの動作検出感度は非常に高く、携帯端末でよく使用されているフリック入力やスワイプ入力の検出や文字入力の検出も可能となりえる。
【００８４】
凹状接触面もしくは突起部の表層部分を樹脂部材で被覆することで、低摩擦で耐摩耗性の優れた支持構成を実現できる。
【００８５】
円錐状の凹状接触面と凹状接触面に遊嵌する突起部とで構成されたピボット構成の空間に振動減衰用の粘性部材もしくは磁性流体を充填することにより、可動部に搭載される駆動磁石と固定部に設けられた磁気ヨークとの間に発生する磁気吸引力の磁気バネ効果による振幅増大係数（Ｑ値）や機械的な固有振動のＱ値を低減でき、良好な制御特性を得ることができる。
【００８６】
以上のように本発明は、Ｘ軸とＹ軸回りに±２５度以上の大きな回転傾斜駆動と±５度以上のローリング駆動を可能とするピボット支持系を原点に配置させることにより、２００Ｈｚ程度までの広帯域の周波数領域で操作部の良好な入出力制御を実現できる。その結果、操作部のＸ、Ｙ、Ｚ軸の３軸マルチ高速操作を実現できるとともに、従来にない新しい触力覚を操作者に感じさせることができる入出力操作装置を提供する。
【００８７】
さらに、Ｘ軸とＹ軸からなる操作部の駆動２次元座標は、磁気センサーの座標出力で電気的に構成されているため、ステアリングの操作回転角度を検出することで、ステアリングの操作回転角度を相殺するよう駆動目標である２次元座標を補正することが可能となる。
【００８８】
このように、ステアリングの操作回転角度に依存することなく入出力操作部の操作方向を水平・鉛直方向に一定保持させることができることで、運転者の操作方向の判断認識を単純化できるとともに、触力覚を実現できる入出力操作部により、運転者はブラインドタッチが可能となる。
【００８９】
その結果、走行中における運転者の視線移動を極力抑えることが可能となる安全・安心のステアリング入出力操作装置を提供できる。
【００９０】
本発明の実施形態による入出力操作装置は、ステアリングに好適に搭載される。本願明細書では、入出力操作装置を「アクチュエータ」と呼び、ステアリングに搭載された入出力操作装置を「ステアリング入出力操作装置」と呼ぶ場合がある。以下では、ステアリング入出力操作装置の実施形態を主として説明する。ただし、本発明の実施形態による入出力操作装置は、ステアリングに限られず、例えば、電車のワンハンドルおよびゲーム機のジョイスティックコントローラにも搭載され得る。
【００９１】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による入出力操作装置の実施形態を説明する。同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。なお、本発明の実施形態による入出力操作装置は、以下で例示するものに限られない。例えば、一の実施形態と、他の実施形態とを組み合わせることも可能である。
【００９２】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態によるステアリング入出力操作装置を説明する。
【００９３】
本実施形態によるステアリング入出力操作装置によれば、２軸もしくは３軸の操作軸を有し、２次元もしくは３次元の操作方向を可能とする入出力操作部をステアリングに搭載することにより、ステアリングの操作回転角度に応じて入出力操作部の操作方向の座標を変換させることで、ステアリングの中立位置における水平軸とそれと直交する鉛直軸とからなる絶対座標に対して操作方向を常に一定保持することができる。
【００９４】
図１８は、ステアリング５５０に搭載された、本実施形態のステアリング入出力操作装置７５０（図１６）を模式的に示している。
【００９５】
ステアリング５５０は、例えば、車両等のハンドルである。ステアリング５５０はリム５５１と、ハブ５５２とを備える。ハブ５５２は、リム５５１と接続されており、回転軸５５３を有する。運転者がリム５５１を手で握り、回転軸５５３の周りにリム５５１を回転させることによって、ステアリング５５０の回転が、回転軸５５３の位置に設けられるステアリングコラムなどに伝達される。回転軸５５３に設けられる回転センサーなどによって、ステアリング５５０の回転を検出してもよい。
【００９６】
ステアリング入出力操作装置７５０は、ステアリング５５０のハブに設けられたアクチュエータ１６５を備える。以下、まずアクチュエータ１６５を詳細に説明する。
【００９７】
図１は、第１の実施形態であるステアリング入出力操作装置７５０のアクチュエータ１６５を示す分解斜視図であり、図２は、第１の実施形態である可動ユニット１８０の分解斜視図である。
【００９８】
図３Ａ、図３Ｂは、可動ユニット１８０の磁気バックヨーク６７０を示す斜視図である。図４Ａは、アクチュエータ１６５を斜め上方から見た斜視図である。図４Ｂは、一部の構成要素である脱落防止部材２０１を取り除いた状態にあるアクチュエータ１６５を斜め上方から見た斜視図である。図４Ｃは、一部の構成要素である脱落防止部材２０１を斜め下方から見た斜視図である。図５Ａは、Ｚ軸１０方向から見た脱落防止部材２０１を排除した上面図である。図５Ｂは、図５Ａに示す直線１３の方向から見た平面図である。図６は、操作部８５０と上部可動部１５０を排除したアクチュエータ１６５の斜視図である。図７は、上方から見た固定ユニットの斜視図である。図８Ａは、固定ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図８Ｂは、固定ユニットに搭載される一つの駆動手段の構成を示す分解斜視図である。図９Ａ、図９Ｂは、アクチュエータ１６５の上面図およびＺ軸１０と回転軸１１を含む平面での脱落防止部材２０１を排除した断面図である。図１０Ａ、図１０Ｂは、アクチュエータ１６５の上面図およびＺ軸１０と回転軸１２を含む平面での脱落防止部材２０１を排除した断面図である。図１１Ａ、図１１Ｂは、アクチュエータ１６５の脱落防止部材２０１を排除した上面図およびＺ軸１０と直線１３を含む平面での断面図である。図１２は、回転方向２０と回転方向２１に同角度ずつ回転した合成角度θｘｙに回転させた状態における上方から見た脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。図１３Ａ、図１３Ｂは、アクチュエータ１６５の脱落防止部材２０１を排除した上面図および回転方向２０と回転方向２１に同角度ずつ回転した合成角度θｘｙに回転させた状態における脱落防止部材２０１を排除したＺ軸１０と直線１４を含む平面での断面図である。図１４Ａ、図１４Ｂは、固定ユニットの上面図およびＺ軸１０と回転軸１１を含む平面での断面図である。図１５は、アクチュエータ１６５のセンサー基板５０２をＺ軸１０の上方から見た上面図である。図１６は、第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０の全体構成図である。図１７は、第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０の構成を示す詳細なブロック図である。
【００９９】
ステアリング入出力操作装置７５０のアクチュエータ１６５は、操作部８５０と、操作部８５０を搭載する可動ユニット１８０と、可動ユニット１８０を支持する固定ユニットとを備える。
【０１００】
可動ユニット１８０は、固定ユニットに対して、Ｚ軸１０を中心に回転する回転方向２２、Ｚ軸１０に直交し、球心７０を通る回転軸（Ｘ軸）１１を中心に回転する回転方向２１およびＺ軸１０に直交し球心７０を通る回転軸（Ｙ軸）１２を中心に回転する回転方向２０に、互いに独立して自在に回転する。回転軸１１と回転軸１２とは互いに直交している。このために、アクチュエータ１６５は、可動ユニット１８０を回転方向２０および回転方向２１へ回転（傾斜）させるための第１の駆動部および第２の駆動部と、固定ユニットに対して操作部８５０を回転方向２２に回転させる第３の駆動部とを備える。各駆動部は、駆動磁石と、駆動コイルおよび磁気ヨークとの組み合わせを含む。例えば。駆動磁石は可動ユニット１８０に設けられ、駆動コイルおよび磁気ヨークは固定ユニットに設けられる。
【０１０１】
第１の駆動部は、１対の駆動磁石４０１と、１対の駆動コイル３０１と、磁性体からなる１対の磁気ヨーク２０３とを含む。さらに１対の駆動コイル３０１の内側には、後述するＺ軸１０を中心に回転方向２２に回転駆動する第３の駆動部である１対の駆動コイル３０３が巻回されている。駆動磁石４０１と磁気ヨーク２０３は、球心７０を中心とする円周曲面を２側面に有した部分的な円管形状を有する。
【０１０２】
第２の駆動部は、１対の駆動磁石４０２と、１対の駆動コイル３０２と、磁性体からなる１対の磁気ヨーク２０４とを含む。さらに１対の駆動コイル３０２の内側には、後述するＺ軸１０を中心に回転方向２２に回転駆動する第３の駆動部である１対の駆動コイル３０３が巻回されている。駆動磁石４０２と磁気ヨーク２０４も、球心７０を中心とする円周曲面を２側面に有した部分的な円管形状である。
【０１０３】
第１、第２および第３の駆動部による可動ユニット１８０の駆動については以下において詳細に説明する。
【０１０４】
アクチュエータ１６５は、操作部８５０が搭載された可動ユニット１８０の、固定ユニットに対する回転角度およびのＺ軸１０回りの回転角度を検出するための検出器を備える。具体的には、可動ユニット１８０の２次元の回転（傾斜）角度、つまり、回転方向２０および回転方向２１の回転角度を検出するための第１の検出部と、回転方向２２の傾斜角度を検出するための第２の検出部とを備える。第２の検出部は図示しないが、Ｚ軸１０に直交する平面内で球心７０を中心に可動ユニット１８０の両端に配置された１対の回転検出用磁石と回転検出用磁石に対向するようにベース２００に配置された一対の磁気センサーから構成される。しかしながら、第１の実施形態のように、ステアリング入出力操作装置７５０が回転方向２２の回転方向の正逆検知のみを必要としている場合は、第１の検出部においても十分検出が可能となり、第２の検出部は不要となる。
【０１０５】
第１の検出部は、可動ユニット１８０の底部に搭載された傾斜角検出用磁石４０６と、球心７０を通り、回転軸１１、１２を含む平面で回転軸１１、１２と直交する直線１３に対して平行でＺ軸１０を中心に配置された一対の磁気センサー５０１ａと５０１ｂと、球心７０を通り、回転軸１１、１２を含む平面で直線１３に直交する直線１４に対して平行でＺ軸１０を中心に配置された一対の磁気センサー５０３ａと５０３ｂとから構成される。磁気センサー５０１ａ、５０１ｂと５０３ａ、５０３ｂは、センサー基板５０２に搭載され、傾斜角検出用磁石４０６と所定の空隙を隔ててコイルバネ６００を介しベース２００に固定されている。検出器については、以下において詳細に説明する。
【０１０６】
固定ユニットはベース２００を含む。ベース２００は、可動ユニット１８０の少なくとも一部が遊嵌する凹部を有する。本実施形態では、凹部の内側面は凹状球面２００Ａによって構成されている。ベース２００は、さらに開口部２００Ｐ、２００Ｔと、接触面２００Ｂとを有する。
【０１０７】
図１に示すように、アクチュエータ１６５は、可動ユニット１８０を回転方向２２に回転させるため、１対の磁気ヨーク２０３および１対の磁気ヨーク２０４と、それらを巻回する４個の駆動コイル３０３と、１対の駆動磁石４０１および１対の駆動磁石４０２を用いる。
【０１０８】
図１、図８Ａおよび図８Ｂに示すように駆動コイル３０３は、一対の磁気ヨーク２０３および１対の磁気ヨーク２０４にそれぞれ駆動コイル３０１および駆動コイル３０２のコイル巻回方向に対して直交するように内側に積層され巻回された十字巻き構成を有し、それぞれベース２００の開口部２００Ｐ、２００Ｔに挿入固定される。具体的には、一対の磁気ヨーク２０３および１対の磁気ヨーク２０４に駆動コイル３０３を巻回した後、一対の磁気ヨーク２０３および１対の磁気ヨーク２０４の両側面に磁気ヨークホルダ２０３Ｌ、２０３Ｒおよび磁気ヨークホルダ２０４Ｌ、２０４Ｒを固定し、その後に一対の駆動コイル３０１および３０２を全体に巻回する。さらに磁気ヨークホルダ２０３Ｌ、２０３Ｒおよび磁気ヨークホルダ２０４Ｌ、２０４Ｒの底部をベース２００の取付け面２００Ｓに固定することで固定ユニットに駆動部が装着される。
【０１０９】
好ましくは、ベース２００を含む固定ユニットは樹脂によって構成されている。さらに好ましくは、ベース２００を含む固定ユニットは、１対の磁気ヨーク２０３に巻回された駆動コイル３０１と駆動コイル３０３、１対の磁気ヨーク２０４に巻回された駆動コイル３０２と駆動コイル３０３とで一体成型されている。また、これらの磁気ヨークに巻回された駆動コイルは、ベース２００の内側面、つまり、凹状球面２００Ａにおいて露出していないことが好ましい。
【０１１０】
可動ユニット１８０は上部可動部１５０と下部可動部１０２とを含む。操作部８５０を内蔵する上部可動部１５０は下部可動部１０２に固定される。操作部８５０は、可動ユニット１８０において、Ｚ軸１０上に位置している。操作部８５０は概ね凸形状を有し、凸形状の中心（もっとも突出している部分）はＺ軸１０と一致している。可動ユニット１８０には、カメラや発光素子などは設けられていない。
【０１１１】
下部可動部１０２は、一対の開口部１０２Ｗを有する壺形状を備える。下部可動部１０２は、球心７０を球心とする凸状球面１０２Ｒを外形に有する。
【０１１２】
凸状球面１０２Ｒは、下部可動部１０２の外側全体を覆っている。より具体的には、下部可動部１０２は、後述する球心７０を球心とする凸状球面部６５１をベース２００に連結固定する連結棒６５０を挿入可能な一対の開口部１０２Ｗを有している。開口部１０２Ｗは、可動ユニット１８０が、Ｚ軸１０、回転軸１１および回転軸１２周りに、あらかじめ設定された角度範囲で回転した場合に連結棒６５０が下部可動部１０２に接触することがないような位置および大きさで下部可動部１０２に設けられている。さらに、開口部１０２Ｗは、可動ユニット１８０の回転方向２２のストッパーとして用いられる。したがって、開口部１０２Ｗ以外の部分の表面が凸状球面１０２Ｒを構成している。
【０１１３】
凸状球面部６５１と凸状球面１０２Ｒの球心７０は、下部可動部１０２の中心に位置しており、操作部８５０の下部に位置している。
【０１１４】
可動ユニット１８０には、傾斜角検出用磁石４０６と１対の駆動磁石４０１と、１対の駆動磁石４０２とが設けられる。凸状球面１０２Ｒに露出することがないよう、搭載する検出用磁石や駆動磁石は開口部１０２Ｈから下部可動部１０２の内側に配置されることが好ましい。下部可動部１０２は、好ましくは樹脂によって構成され、下部可動部１０２と傾斜角検出用磁石４０６と１対の駆動磁石４０１と１対の駆動磁石４０２とが一体的に成型されている。
【０１１５】
図９Ｂ、図１０Ｂに示すように、ベース２００の内側に設けられている磁気ヨーク２０３および磁気ヨーク２０４は磁性体からなる。このため、それぞれに対向するように下部可動部１０２の内側に設けられた駆動磁石４０１および駆動磁石４０２は吸着用磁石として機能し、磁気ヨークと駆動磁石との間にそれぞれ磁気吸引力が発生する。具体的には、磁気ヨーク２０３と駆動磁石４０１とに磁気吸引力Ｆ１が、磁気ヨーク２０４と駆動磁石４０２とに磁気吸引力Ｆ１が発生する。実際には磁気ヨーク２０３と駆動磁石４０１の中心線１８および磁気ヨーク２０４と駆動磁石４０２の中心線１９は、それぞれ直線１１、直線１２に対して下向きの傾斜角度θｄで構成されている。傾斜角度θｄは１５度〜２５度程度が好ましい。
【０１１６】
上部可動部１５０は、下部可動部１０２の壺形状の開口と対応する開口を有する壺形状を備える。下部可動部１０２は、球心７０を球心とする凸状球面１０５Ｒを外形に有する。また、上部可動部１５０の壺形状の内部に、凹状円錐面８６０ａを含む凹状円錐部材８６０が設けられている。凹状円錐面８６０ａは、下部可動部１０２に対向しており、固定ユニットの凸状球面部６５１の凸状球面６５１ａに接触する。これにより、可動ユニット１８０は固定ユニットに対して遊嵌される。
【０１１７】
図９Ｂに示すように、磁気吸引力Ｆ１は、固定ユニットの凸状球面部６５１の凹状円錐部材８６０に対する垂直抗力となる。また、磁気吸引力Ｆ１は、Ｚ軸１０方向の合成ベクトルである磁気吸引力Ｆ２となる。この力のバランスは、いわゆる『ヤジロベエ』の力学構成に良く似ている。このため、可動ユニット１８０は、非常に安定して３軸方向に回転し得る。具体的には、可動ユニット１８０は球心７０近傍において固定ユニットにピボット支持される。この支持は、極めて安定であり、摩擦抵抗が小さい。よって、極めて優れた動特性を実現できる。つまり、Ｚ軸１０、回転軸１１、回転軸１２を中心とする、可動ユニット１８０の回転方向２２、２１、２０への回転が可能となる。
【０１１８】
特に、可動ユニット１８０が、上部可動部１５０および下部可動部１０２からなる球体形状を備えているため、球心７０を、可動ユニット１８０中心かつ重心の位置と一致させることができる。このため、可動ユニット１８０は、回転方向２０、回転方向２１および回転方向２２に、いずれもほぼ等しいモーメントで回転し得る。その結果、可動ユニット１８０が、回転方向２０、回転方向２１および回転方向２２にどのように回転した状態であっても、常にほぼ同じ駆動力でさらに回転させることが可能であり、可動ユニット１８０を常に高い精度で駆動させることが可能となる。
【０１１９】
また、球心７０、つまり、可動ユニット１８０の回転中心と、可動ユニット１８０の重心とが一致するため、可動ユニット１８０が回転方向２０、回転方向２１および回転方向２２に回転するモーメントは非常に小さい。このため、小さな駆動力で可動ユニット１８０を中立状態に維持したり、回転方向２０、回転方向２１および回転方向２２に回転させたりすることができる。よって、ステアリング入出力操作装置７５０におけるアクチュエータ１６５の消費電力を低減させることができる。特に可動ユニット１８０を中立状態で維持するための必要な駆動電流をほとんどゼロにすることも可能である。なお、本願明細書では、可動ユニット１８０が固定ユニットに対して回転していない状態を「中立状態」と呼ぶ場合がある。
【０１２０】
このように、本実施形態によれば、操作部８５０を搭載する可動ユニット１８０は、重心位置である球心７０において集中的に支持される。従って、摩擦による負荷の低減や駆動周波数領域においる機械的共振を大幅に抑圧することができる。
【０１２１】
また、駆動磁石４０１および駆動磁石４０２は、部分円周曲面を有するため、回転角度の大小に影響されることなく、一定の磁気吸引力Ｆ２を発生させることができ、固定ユニットの凸状球面部６５１と凹状円錐部材８６０との垂直抗力も一定となる。その結果、回転角度による摩擦負荷の変動を抑制し、駆動周波数領域において良好な位相・ゲイン特性を実現できる。
【０１２２】
また凸状球面部６５１もしくは凹状円錐部材８６０を摺動性が優れた樹脂部材により構成すれば、接触する凹状円錐面８６０ａと凸状球面６５１ａの摩擦をさらに低減させることが可能であり、耐摩耗性に優れた支持構造を実現できる。
【０１２３】
アクチュエータ１６５は、好ましくは、可動ユニット１８０が固定ユニットから脱落しないように可動ユニット１８０の移動を制限する脱落防止部材２０１を含む（図１、図４Ａ、図４Ｃ）。脱落防止部材２０１は、脱落防止用規制面２０１Ａを有し、可動ユニット１８０が固定ユニットから離れるように移動した場合、可動ユニット１８０の上部可動部１５０と脱落防止用規制面２０１Ａとが当接することによって可動ユニット１８０の移動を制限する（図４Ａ）。
【０１２４】
上部可動部１５０が球心７０に対して全可動範囲で自在に回動可能になるように、所定の空隙（図示せず）が上部可動部１５０の凸状球面１５０Ｒと脱落防止部材２０１の脱落防止用規制面２０１Ａとの間に設けられている。
【０１２５】
好ましくは、脱落防止用規制面２０１Ａは、球心７０と一致した中心を有する凹状部分球面を有する。脱落防止部材２０１はベース２００の接触面２００Ｂに固定されている。凸状球面１５０Ｒと脱落防止用規制面２０１Ａとの間には、凹状円錐部材８６０の凹状円錐面８６０ａが固定ユニットの凸状球面部６５１の凸状球面６５１ａに接触した状態で空隙を設けている。この空隙は、凹状円錐面８６０ａが凸状球面６５１ａから離間しても、磁気吸引力Ｆ１により凹状円錐面８６０ａと凸状球面６５１ａが接触する状態へ戻ることが可能な距離に設定されている。つまり、可動ユニット１８０が上方へ空隙に等しい距離だけ移動し、脱落防止用規制面２０１Ａと凸状球面１５０Ｒとが接触した状態においても、磁気吸引力Ｆ１により可動ユニット１８０は、凹状円錐面８６０ａと凸状球面６５１ａが接触する元の状態へ戻ることができる。このため、本実施形態によれば、たとえ可動ユニット１８０が瞬間的に所定の位置から脱落した場合においても磁気吸引力Ｆ１により、即座に元の良好な支持状態に復帰することのできる耐衝撃性に優れた入出力操作装置を提供できる。
【０１２６】
次に、アクチュエータ１６５の可動ユニット１８０を駆動するための構造を詳細に説明する。
【０１２７】
図２に示すように、下部可動部１０２には、可動ユニット１８０を回転方向２０に回転駆動するために、１対の駆動磁石４０１がＺ軸１０に対して対称に配置され、可動ユニット１８０を回転方向２１に回転駆動するために、１対の駆動磁石４０２がＺ軸１０に対して対称に配置されている。固定ユニットに設けられる構成要素について、『Ｚ軸１０に対して対称』とは、可動ユニット１８０が中立状態におけるＺ軸１０を基準としている。
【０１２８】
駆動磁石４０１は、回転軸１１の方向に磁束を有するように１極に着磁されており、同様に駆動磁石４０２は、回転軸１２の方向に磁束を有するように１極に着磁されている。
【０１２９】
図１、図９Ｂ、図１０Ｂに示し、上述したように、１対の磁気ヨーク２０３および磁気ヨーク２０４が、１対の駆動磁石４０１および１対の駆動磁石４０２にそれぞれ対向するように、Ｚ軸１０を中心としたベース２００の円周上にそれぞれ設けられている。
【０１３０】
図１、図８Ａに示すように、回転軸１１の方向にベース２００に配置された１対の磁気ヨーク２０３のそれぞれには、磁気ヨーク２０３を巻回する駆動コイル３０３が設けられ、さらに駆動コイル３０３の外側に駆動コイル３０３の巻回方向と直交するように４分割された駆動コイル３０１が設けられている。駆動コイル３０１が４分割されているのは、磁気ヨーク２０３が円周曲面を有することに起因する。
【０１３１】
同様に回転軸１１に直交する回転軸１２方向に配置された１対の磁気ヨーク２０４のそれぞれには、磁気ヨーク２０４を巻回する駆動コイル３０３と駆動コイル３０３の外側に駆動コイル３０３の巻回方向と直交するように駆動コイル３０２が設けられている。
【０１３２】
言い換えれば、Ｚ軸１０を中心とする円周上に、回転方向２０、回転方向２１および回転方向２２の駆動部がそれぞれ独立に分散して配置されている。
【０１３３】
このような構造によれば、図９Ｂ、図１０Ｂに示すように磁気ヨーク２０３と駆動磁石４０１との間の磁気ギャップ、磁気ヨーク２０４と駆動磁石４０２との間の磁気ギャップを均等に設けることができる。このため、それぞれの磁束密度を均等に向上させることができ、回転方向２０、回転方向２１および回転方向２２への駆動効率が大幅に改善される。
【０１３４】
次に、各駆動部のＺ軸１０方向の高さ位置を説明する。
【０１３５】
図１４Ｂに示すように、直線３６、３７は、ベース２００に固定される磁気ヨーク２０３の球心７０を通る円周曲面の中心軸（図示せず）と垂直である。また、直線３６、３７は、中立状態にある可動ユニットの駆動磁石４０１の球心７０を通る円周曲面の中心軸（図示せず）と垂直である。直線３６、３７は、直線１１に対して、下方に４５度以下の傾斜角度θｐをなしている。図示しないが、ベース２００に固定される磁気ヨーク２０４、駆動磁石４０２も同様の構成である。このように、一対の駆動磁石４０１、４０２と一対の磁気ヨーク２０３、２０４は、球心７０を含む水平面に対して下向きに４５度以下の傾斜角度θｐを傾斜したＺ軸１０を中心とした４枚の花びらのような構成をなしている。具体的には、図１４Ａ、図１４Ｂに示したように、一対の磁気ヨーク２０３のそれぞれは、両側面において磁気ヨークホルダ２０３Ｌ、２０３Ｒに挟まれており、磁気ヨークホルダ２０３Ｌ、２０３Ｒの底部がベース２００の開口部２００Ｐに挿入される。これによって、磁気ヨーク２０３が、取付け面２００Ｓに固定される。
【０１３６】
同様に一対の磁気ヨーク２０４のそれぞれは、両側面において、磁気ヨークホルダ２０４Ｌ、２０４Ｒに挟まれており、磁気ヨークホルダ２０４Ｌ、２０４Ｒの底部がベース２００の開口部２００Ｔに挿入される、これにより、磁気ヨーク２０４が、取付け面２００Ｓに固定される。
【０１３７】
上述したように、傾斜角度θｐを４５度以下に設定することにより、固定ユニットの高さを小さくし、装置の省スペースと低背化を実現できる。好ましくは、回転傾斜角度θｐおよび回転傾斜角度θｒ、は１５度から２５度程度であり、より好ましくは、例えば、２０度である。
【０１３８】
１対の駆動コイル３０１に通電することにより、１対の駆動磁石４０１は偶力の電磁力（つまり、ローレンツ力）を受け、下部可動部１０２、つまり可動ユニット１８０は、Ｘ軸方向回転軸１２を中心に回転方向２０に回転駆動される。同様に、１対の駆動コイル３０２に通電することにより、１対の駆動磁石４０２は偶力の電磁力を受け、可動ユニット１８０は、Ｙ軸方向回転軸１１を中心に回転方向２１に回転駆動される。
【０１３９】
さらに駆動コイル３０１および駆動コイル３０２に同時に通電することにより、操作部８５０が搭載された可動ユニット１８０を２次元的に回転させることができる。
【０１４０】
図１２および図１３Ａ、図１３Ｂは、駆動コイル３０１および駆動コイル３０２に同時に同等の電流を通電することにより、回転方向２０および回転方向２１に同角度ずつ回転し、結果として回転方向２０と回転方向２１と４５度をなす直線１３方向に合成角度θｘｙに回転した状態を示したものである。
【０１４１】
また４つの駆動コイル３０３に通電することにより、可動ユニット１８０は同回転方向の電磁力を受け、可動ユニット１８０は、Ｚ軸１０を中心に回転方向２２に回転駆動される。
【０１４２】
さらに合成角度θｘｙに回転した状態において、４つの駆動コイル３０３に通電すれば、可動ユニット１８０は直線３２を中心に回転方向２３に回転駆動される。
【０１４３】
このように、本実施形態は、可動ユニット１８０に駆動磁石４０１、駆動磁石４０２を設けたムービングマグネット駆動方式を採用している。この構成では、一般的に可動ユニット１８０の重量が増大するという問題が考えられる。しかし、この構成によれば、可動ユニット１８０への駆動用配線の懸架は不必要となる。
【０１４４】
また、可動ユニット１８０の重心と可動ユニット１８０の回動中心点が球心７０に一致しているため、駆動磁石を搭載することにより重量が増大しても、可動ユニット１８０の回転モーメントは、大きく増大しない。このため、本実施形態によれば、重量の増大による課題を抑制しつつ、ムービングマグネット駆動方式による利点を享受できる。
【０１４５】
可動ユニット１８０のＺ軸１０を中心とする回転方向２２の回転角度は、下部可動部１０２に設けられた一対の開口部１０２Ｗとベース２００に固定された連結棒６５０との接触によって制限される。一対の開口部１０２Ｗに連結棒６５０が挿入されているため、開口部１０２Ｗが規定する開口の範囲で、連結棒６５０が開口部１０２Ｗを規定する壁と接触することなく可動ユニット１８０がＺ軸１０を中心として回転する。開口の範囲を超えて、可動ユニット１８０が回転しようとすると、連結棒６５０と一対の開口部１０２Ｗを規定する壁が接触するため、それ以上可動ユニット１８０は回転できない。
【０１４６】
ムービングマグネット駆動方式においては、駆動コイル３０１、駆動コイル３０２、駆動コイル３０３の発熱を磁気ヨーク２０３と磁気ヨークホルダ２０３Ｌ、２０３Ｒおよび磁気ヨーク２０４と磁気ヨークホルダ２０４Ｌ、２０４Ｒを介してベース２００によって冷却できるという大きな利点がある。さらに、回転方向２０および回転方向２１への回転角度を２０度以上に設計する上では、可動ユニット１８０を小型化、軽量化できる点で有利である。一方、ムービングコイル駆動方式では駆動コイルがあまりにも肥大化し、可動ユニット１８０の重量が増加する可能性がある。
【０１４７】
このように、本実施形態によれば、可動ユニット１８０の操作部８５０、上部可動部１５０、下部可動部１０２、傾斜角検出用磁石４０６と固定ユニットに設けられたれた脱落防止用規制面２０１Ａ、ベース２００に設けられた２対の回転用駆動部の中心軸が、すべて支持中心であり駆動中心でもある球心７０を通るように構成されている。
【０１４８】
従って、可動ユニット１８０の重心が球心７０と一致し、可動ユニット１８０を重心で支持するとともに、重心を通り互いに直交する３軸回りの回転駆動を実現することができる。また、可動ユニット１８０の脱落を防止することができる。
【０１４９】
ステアリング入出力操作装置７５０のアクチュエータ１６５は、可動ユニット１８０の振幅増大係数（Ｑ値）を低減するため、粘性部材（図示せず）を備えていてもよい。この場合、図９Ｂ、図１０Ｂに示すように、上部可動部１５０に搭載している凹状円錐部材８６０の凹状円錐面８６０ａと固定ユニットの凸状球面部６５１の凸状球面６５１ａとの間に粘性部材を設ける。これにより、可動ユニット１８０に設けられる駆動磁石４０１、駆動磁石４０２とベース２００に設けられた磁気ヨーク２０３、磁気ヨーク２０４との間において回転方向２１、２２の回転角度および回転方向２２の回転角度に対して発生する磁気吸引力変動の磁気バネ効果による振動の振幅増大係数（Ｑ値）や機械的な固有振動のＱ値を低減でき、良好な制御特性を得ることができる。
【０１５０】
次に可動ユニット１８０の回転角度（傾き）の検出について説明する。
【０１５１】
図１、図２、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１５に示すように、アクチュエータ１６５は、固定ユニットに対する操作部８５０が搭載された可動ユニット１８０の回転角度およびＺ軸１０回りの回転角度を検出するための検出器を備える。
【０１５２】
具体的には、可動ユニット１８０の２次元の回転角度、つまり、回転方向２０および回転方向２１の回転角度を検出するための第１の検出部と、回転方向２２の回転角度を検出するための第２の検出部とを備える。
【０１５３】
第２の検出部は図示しないが、Ｚ軸１０に直交する平面内で球心７０を中心に可動ユニット１８０の両端に配置された１対の回転検出用磁石と回転検出用磁石に対向するようにベース２００に配置された一対の磁気センサーから構成される。
【０１５４】
しかしながら、第１の実施形態のように、ステアリング入出力操作装置７５０が回転方向２２の回転方向の正逆検知のみを必要としている場合は、第１の検出部においても十分検出が可能となり、第２の検出部は不要となる。
【０１５５】
第１の検出部は、可動ユニット１８０の底部に搭載された傾斜角検出用磁石４０６と、球心７０を通り、回転軸１１、１２を含む平面で回転軸１１、１２と直交する直線１３に対して平行でＺ軸１０を中心に配置された一対の磁気センサー５０１ａと５０１ｂと、球心７０を通り、回転軸１１、１２を含む平面で直線１３に直交する直線１４に対して平行でＺ軸１０を中心に配置された一対の磁気センサー５０３ａと５０３ｂとから構成される。
【０１５６】
図１５に示すように、磁気センサー５０１ａ、５０１ｂ、５０３ａ、５０３ｂは、センサー基板５０２に搭載され、傾斜角検出用磁石４０６と所定の空隙を隔ててコイルバネ６００を介しベース２００の底部に固定されている。
【０１５７】
またセンサー基板５０２の中心位置には磁気バイアスを付与する磁気バイアス用磁石５０８が固定されている。磁気バイアス用磁石５０８は、図１０Ｂに示すように、可動ユニット１８０が中立状態にあるとき、Ｚ軸上において、傾斜角検出用磁石４０６と対向している。この磁気バイアス用磁石５０８は、可動ユニット１８０に固定された傾斜角検出用磁石４０６とで形成される磁気結合を強化することで、可動ユニット１８０が傾斜した場合における１対の駆動磁石４０１および１対の駆動磁石４０２による磁気漏れ込みの影響を低減することができる。さらに可動ユニット１８０が中立位置にある状態で傾斜角検出用磁石４０６との磁気結合が最大になる効果を利用して可動ユニット１８０を中立位置へ復帰させる磁気バネの作用も発生することができる。
【０１５８】
次に、可動ユニット１８０の回転方向２０および回転方向２１における可動ユニット１８０の回転角度の検出について詳細に説明する。
【０１５９】
センサー基板５０２は、３箇所でコイルバネ６００を介してベース２００に調節ネジ（図示せず）６０１で固定されており、３つの調節ネジ６０１をそれぞれ回転させることにより、傾斜角検出用磁石４０６と磁気センサー５０１ａ、５０１ｂと５０３ａ、５０３ｂとの相対的な傾きと距離を変化させる。これにより、磁気センサー５０１ａ、５０１ｂと磁気センサー５０３ａ、５０３ｂの傾き出力信号を最適に調整することが可能となる。
【０１６０】
図１１Ｂおよび図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、駆動コイル３０１および駆動コイル３０２の駆動電流が発生させる磁界の影響を受けないようにするため、磁気センサー５０１ａ、５０１ｂは直線１３に平行に配置され、磁気センサー５０３ａ、５０３ｂは直線１４に平行に配置されている。
【０１６１】
直線１３に平行に配置されている磁気センサー５０１ａ、５０１ｂは、可動ユニット１８０の回転方向２０および回転方向２１における回転動作によって生じる傾斜角検出用磁石４０６の磁力変化を２軸成分として合成検出し、さらに磁気センサー５０１ａと５０１ｂの検出出力を差動検出することで検出信号のＳ／Ｎを向上している。
【０１６２】
また直線１４に平行に配置されている磁気センサー５０３ａ、５０３ｂは、可動ユニット１８０の回転方向２０および回転方向２１における回転動作によって生じる傾斜角検出用磁石４０６の磁力変化を２軸成分として合成検出し、さらに磁気センサー５０３ａと５０３ｂの検出出力を差動検出することで検出信号のＳ／Ｎを向上している。
【０１６３】
さらに本実施形態のようにステアリング入出力操作装置７５０が回転方向２２の回転方向の正逆検知のみを必要としている場合は、磁気センサー５０１ａと５０３ｂとの差動検出と磁気センサー５０１ｂと５０３ａとの差動検出により、回転方向２２の回転方向の正逆検知が可能となる。
【０１６４】
このように、本実施形態によれば、傾斜角検出用磁石４０６と球心７０との間隔を短くすることで、回転角度に対して傾斜角検出用磁石４０６の移動を小さくできる。よって磁気センサー５０１ａ、５０１ｂと磁気センサー５０３ａ、５０３ｂの配置投影面積を小さくすることができる。
【０１６５】
なお、本実施形態では、磁気センサー５０１ａ、５０１ｂと、磁気センサー５０３ａ、５０３ｂと傾斜角検出用磁石４０６とを含んでいたが、他の構成によって検出器を構成してもよい。例えば、Ｚ軸１０上において、固定ユニットに設けられた光センサーと、可動ユニット１８０に設けられた光検出パターンとを含んでいてもよい。可動ユニットが回転することにより、光検出パターンが回転するため、光センサーに入射する光が変化する。光センサーがこの光の変化を検出することにより２次元の回転角度を算出することも可能である。
【０１６６】
このように、本実施形態のステアリング入出力操作装置７５０のアクチュエータ１６５によれば、操作部のＺ軸上に、可動ユニットを球心にてピボット支持する構造を配置し、さらにＺ軸に垂直で球心を通る平面において球心を中心に２対の駆動部を円周状に配置する。これにより、可動ユニットの回動角度に影響を受けにくい磁気吸引力によって、一定の垂直抗力を付加することができ、回転角度による摩擦負荷変動を低減し、かつ可動ユニットを重心支持・重心駆動する構成が実現し、駆動周波数領域において機械的共振を大幅に抑制することができる。
【０１６７】
また、従来、磁気吸引力による支持構造に特有の大きな課題であった振動・衝撃等の外乱等による可動ユニット１８０の脱落を防止するため、固定ユニットに設けられた脱落防止部材に回動可能な所定の空隙を介して脱落防止規制面を設けている。このため装置の大型化を回避しながら確実に可動ユニットの脱落防止を実現できる。
【０１６８】
また、可動ユニットの凸状球面が固定ユニットの脱落防止規制面に当接する状態まで可動ユニットが脱落した場合でも、磁気吸引力によって、固定ユニットの凸状球面部と可動部の凹状円錐部材とが再び点接触することができるように脱落防止規制面の位置が決定されている。このため、たとえ可動ユニットが瞬間的に脱落した場合においても即座に元の良好な支持状態に復帰できる極めて耐衝撃性に優れた入出力操作装置を提供できる。
【０１６９】
また駆動部が配置されるＺ軸方向の高さ位置は、球心を含む水平面より下方に回転した高さ位置に配置される。このため可動ユニットの重心を球心に一致させて駆動することができ、かつ低背化が可能となる。
【０１７０】
また、可動部とベースを樹脂材料にするかもしくは固定ユニットの凸状球面部と凹状円錐部材の表面部分を樹脂部材で被覆することで、低摩擦で耐摩耗性に優れた支持構造が実現する。
【０１７１】
また、上部可動部の凹状円錐面と固定ユニットの凸状球面で形成れる空隙に粘性部材を充填することにより、可動ユニットに設けられた駆動磁石と固定ユニットに設けられた磁気ヨークとの間に発生する磁気吸引力変動に起因する磁気バネ効果による振動の振幅増大係数（Ｑ値）や機械的な固有振動のＱ値を低減することができ、良好な制御特性を得ることができる。
【０１７２】
従って、本実施形態の入出力操作装置のアクチュエータによれば、例えば、直交するＸ軸、Ｙ軸があって、Ｘ軸回りおよびＹ軸回りに±２０度以上の大きな角度で可動ユニットを回転させ、また、Ｘ軸、Ｙ軸に直交するＺ軸回りに±５度以上の大きな角度で可動ユニットを回転させることができる。また、２００Ｈｚ程度までの広帯域の周波数領域で良好な振れ補正制御を実現できる。その結果、操作部のＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸回りの回転動作を実現するとともに、小型で堅牢な脱落防止構造を備えるため、振動や落下衝撃等の外部からの衝撃に対する耐衝撃性の強い入出力操作装置のアクチュエータが実現する。
【０１７３】
次に、図１６、図１７を用いて、このアクチュエータ１６５を有する実施形態のステアリング入出力操作装置７５０の動作を説明する。
【０１７４】
図１６に示すように、第１の実施形態のステアリング入出力操作装置７５０は、アクチュエータ１６５と、駆動回路部３５０と、検出回路部３６０と、制御演算処理部９４とを備える。ステアリング入出力操作装置７５０は、さらにアクチュエータ１６５の目標位置座標を表示する表示演算処理部７００を備えていてもよい。
【０１７５】
表示演算処理部７００に表示された目標位置座標９２０に対してステアリング入出力操作装置７５０におけるアクチュエータ１６５の手指に触れている操作部８５０を位置追従させることができる。図１７は、ステアリング入出力操作装置７５０の制御を示す詳細なブロック図である。
【０１７６】
図１７に示すように、駆動回路部３５０は、駆動回路９６ａ、９６ｂ、９６ｒを含む。検出回路部３６０は、可動ユニット１８０の増幅回路９８ｘ、９８ｙを含む。
【０１７７】
表示演算処理部７００に表示された目標の位置座標９２０のｘ座標９００とｙ座標９０１は、具体的には、それぞれ、可動ユニット１８０の回転方向２０、回転方向２１の目標回転角度に対応する。
【０１７８】
また図１６に示したように、表示演算処理部７００における水平基準ＨＳに対してアクチュエータ１６５の回転軸１１と回転軸１２は４５度傾斜している。これは前述したようにＺ軸方向から見た投影面において、磁気センサー５０１ａ、５０１ｂと磁気センサー５０３ａ、５０３ｂが、駆動コイル３０１と磁気ヨーク２０３と磁気ヨークホルダ２０３Ｌ、２０３Ｒならびに駆動コイル３０２と磁気ヨーク２０４と磁気ヨークホルダ２０４Ｌ、２０４Ｒの投影領域以外に設置させる（本実施形態では４５度ずらして設置）ことで、駆動コイル３０１と駆動コイル３０２の駆動電流が発生させる磁界の影響を受けないようにしているからである。従って、表示演算処理部７００における水平基準ＨＳ方向である直線１４方向に回転する場合、駆動コイル３０１と駆動コイル３０２の両方に通電して直線１４方向（表示演算処理部７００のＸ軸方向に相当）への駆動が可能となる。また、水平基準ＨＳに垂直な方向である直線１３方向に回転駆動する場合においても駆動コイル３０１と駆動コイル３０２の両方に通電して直線１３方向（表示演算処理部７００のＹ軸方向に相当）への駆動が可能となる。
【０１７９】
その結果、図１６に示した表示演算処理部７００においてθｇ＝４５°の位置座標９２０のＸ座標９００とＹ座標９０１に対して、４５度回転している駆動コイル３０１と駆動コイル３０２を駆動する場合、回転軸１２と回転軸１１回りの可動ユニット１８０の回転角度は、１／√２倍の回転角度となる。
【０１８０】
次に図１７を参照しながら、表示演算処理部７００から制御演算処理部９４を介してアクチュエータ１６５へ出力される可動ユニット１８０の位置制御駆動の動作を説明する。
【０１８１】
図１７に示したように表示演算処理部７００における目標の位置座標９２０のｘ座標９００とｙ座標９０１は、それぞれ、デジタル化された目標位置座標信号８０ｘ、８０ｙとして出力され、制御演算処理部９４に入力される。
【０１８２】
制御演算処理部９４は、表示演算処理部７００から受け取る目標位置座信号８０ｘ、８０ｙと、検出回路３６０から受け取る回転角度信号８８ｘ、８８ｙに基づき、目標回転角度信号８４ａ、８４ｂを生成することにより、回転軸１１、１２周りの角度についてフィードバック制御を行う。具体的には、まず制御演算処理部９４は、目標位置座標をアクチュエータ１６５の回転角度に変換する処理を行う。この際に前述した磁気センサー５０１ａ、５０１ｂと磁気センサー５０３ａ、５０３ｂが、駆動コイル３０１ならびに駆動コイル３０２と投影面上４５度ずれていることによる補正も行う。これによりｘ座標９００とｙ座標９０１に相当する回転方向２０、回転方向２１への目標回転角度を逐次算出する。
【０１８３】
また、制御演算処理部９４で行われる目標位置に対する位置ずれ補正処理は、表示演算処理部７００から出力されたｘ座標９００とｙ座標９０１の目標位置座標信号８０ｘ、８０ｙに応じて位置誤差を抑制するようにアクチュエータ１６５の可動ユニット１８０を駆動する位置クローズド制御である。従って制御演算処理部９４は、アクチュエータ１６５の周波数応答特性と位相補償およびゲイン補正等を含めた最適なデジタルの振れ補正量として逐次目標回転角度信号８４ａ、８４ｂを出力する。
【０１８４】
目標回転角度信号８４ａ、８４ｂはＤＡ変換器９５ａ、９５ｂによりアナログ化され、アナログの目標回転角度信号８５ａ、８５ｂとして回転軸１１回りの駆動回路９６ａ、回転軸１２回りの駆動回路９６ｂに入力される。
【０１８５】
一方、アクチュエータ１６５においては、可動ユニット１８０のベース２００に対する回転角度を検出する磁気センサー５０１ａ、５０１ｂとから回転方向２０、すなわち表示演算処理部７００のＨＳに垂直なＹ軸方向に相当する回転角度信号８６ｙが出力され、磁気センサー５０３ａ、５０３ｂとから回転方向２１、すなわち表示演算処理部７００のＨＳ方向に相当する回転角度信号８６ｘが出力される。回転角度信号８６ｘ、８６ｙは、アナログ回路９７ｘ、９７ｙによってノイズ成分やＤＣドリフト成分が除去され、回転角度信号８７ｘ、８７ｙとなる。さらに増幅回路９８ｘ、９８ｙにより増幅され、適切な大きさの振幅を有する回転角度信号８８ｘ、８８ｙが得られ、ＡＤ変換器９９ｘ、９９ｙを介してデジタル化された回転角度信号８９ｘ、８９ｙが制御演算処理部９４に逐次入力される。
【０１８６】
前述した位置クローズド制御は、制御演算処理部９４において目標位置座標信号８０ｘ、８０ｙによる目標位置座標９２０と、可動ユニット１８０の回転角度信号８９ｘ、８９ｙによる現位置座標との差分（位置誤差）を算出し、改めて位置誤差に基づいた目標回転角度信号８４ａ、８４ｂを逐次出力することで行われる。
【０１８７】
また制御演算処理部９４において、可動ユニット１８０の回転角度信号８９ｘ、８９ｙは、表示演算処理部７００に表示される位置座標系に逆変換演算され、帰還位置座標信号８２ｘ、８２ｙとして表示演算処理部７００に出力される。
【０１８８】
駆動回路９６ａ、９６ｂは、目標の回転角度信号８５ａ、８５ｂに対して回転角度信号８９ｘ、８９ｙを帰還するフィードバック系で制御される。従って、可動ユニット１８０に手指による外部からの力が作用しない場合は、所定の回転角度位置となるように可動ユニット１８０の回転方向２０、回転方向２１の角度を一定にするように制御している。
【０１８９】
したがって、表示演算処理部７００の目標位置座標信号８０ｘ、８０ｙと目標の回転角度信号８５ａ、８５ｂおよび可動ユニット１８０の回転角度信号８９ｘ、８９ｙに基づき、駆動コイル３０１、駆動コイル３０２を駆動する駆動信号が駆動回路９６ａ、９６ｂに出力される。これによりステアリング入出力操作装置７５０において、目標位置座標９２０に対する角度位置のフィードバック制御が実行され、帰還位置座標信号８２ｘ、８２ｙが目標位置座標信号８０ｘ、８０ｙに等しくなるようにアクチュエータ１６５の可動ユニット１８０が駆動される。この一連の駆動制御により、可動ユニット１８０の操作部８５０の位置追従制御が実施され、良好な触力覚操作が実現可能となる。
【０１９０】
次に図１７を参照しながら、表示演算処理部７００からアクチュエータ１６５へ出力される回転方向２２回りの駆動制御動作について説明する。
【０１９１】
可動ユニット１８０はＺ軸１０周りの回転方向２２にも駆動される。この動作は、正弦波・矩形波・パルス波・三角波等の駆動信号による可動ユニット１８０の振動を主とする。本実施形態においてはこの動作は、オープン制御に基づく。
【０１９２】
制御演算処理部９４は、表示演算処理部７００から受け取る選択信号８０ｒに基づく所定の駆動波形パターンを有する駆動信号８４ｒを生成し、可動ユニット１８０をＺ軸１０周りに振動駆動する。このために、制御演算処理部９４は、所定の振動モードを与える様々な駆動波形パターンを記憶している。駆動波形パターンは、触覚操作機能の提示に適していると考えられ、スティック＆スリップ感、クリック感として表現される、高い周波数特性を有する駆動波形パターンを含む。
【０１９３】
表示演算処理部７００は制御演算処理部９４へ駆動波形パターンを選択する選択信号８０ｒを出力する。制御演算処理部９４は、選択信号８０ｒに基づき所定の駆動波形パターンを選択し、デジタル化された駆動信号８４ｒをＤＡ変換器９５ｒに出力する。アナログ化された駆動信号８５ｒは回転方向２２の駆動回路９６ｒに入力される。これにより可動ユニット１８０は、回転方向２２へ振動駆動され、操作部８５０を介して操作者の指先にバイブレーション感や指先内部にあるパチニ小体を刺激する触角感を与えることが可能となる。
【０１９４】
可動ユニット１８０の回転方向２２への振動は、可動ユニット１８０を上から見た場合、例えば、Ｚ軸１０周りに所定の角度で右方向に回転し、反転して左方向に所定の角度で回転する運動の繰り返しによって構成される。
【０１９５】
また、可動ユニット１８０は、振動駆動以外に可聴領域の周波数成分を有する駆動信号によって回転方向２２に駆動してもよい。これにより、可動ユニット１８０が可聴領域の周波数で振動し、アクチュエータ１６５から音声を出力することも可能である。
【０１９６】
このように、可動ユニット１８０の操作部８５０が回転軸１１、１２回りの角度について２次元で制御され、かつ回転方向２２に振動駆動されることによって、様々な分野で使用されるヒューマン・マシーン・インターフェイス（ＨＭＩ）として、本実施形態の入出力操作装置を用いることができる。
【０１９７】
次に図１７を参照しながら、アクチュエータ１６５から制御演算処理部９４を介して表示演算処理部７００に出力される可動ユニット１８０の回転角度の検出動作について説明する。
【０１９８】
アクチュエータ１６５は、その構成から指先にて操作部８５０を介して可動ユニット１８０を回転軸１１、１２回りの２次元に回転させた場合、磁気センサー５０１ａ、５０１ｂと磁気センサー５０３ａ、５０３ｂが可動ユニット１８０の回転軸１１、１２回りの回転角度を検出するセンサーとして機能する。
【０１９９】
さらに良好な周波数応答特性と高い回転角度分解能を有するアクチュエータ１６５であることから、手指による可動ユニット１８０の動作検出感度は非常に高く、携帯端末でよく使用されているフリック入力やスワイプ入力の検出や文字入力の検出も可能となりえる。
【０２００】
磁気センサー５０１ａ、５０１ｂから回転方向２０、すなわち表示演算処理部７００のＨＳに垂直なｙ軸方向に相当する回転角度信号８６ｙが出力され、磁気センサー５０３ａ、５０３ｂから回転方向２１、すなわち表示演算処理部７００の水平方向であるＨＳ方向に相当する回転角度信号８６ｘが出力される。
【０２０１】
回転角度信号８６ｘ、８６ｙは、アナログ回路９７ｘ、９７ｙによってノイズ成分やＤＣドリフト成分が除去され、回転角度信号８７ｘ、８７ｙとなる。さらに増幅回路９８ｘ、９８ｙにより適切な出力値の回転角度信号８８ｘ、８８ｙが得られ、ＡＤ変換器９９ｘ、９９ｙを介してデジタル化された回転角度信号８９ｘ、８９ｙが制御演算処理部９４に逐次入力される。制御演算処理部９４は、フリック入力やスワイプ入力などの特殊な入力パターンモードを含めた様々な入力検出波形パターンを記憶しており、入力波形である回転角度信号８９ｘ、８９ｙがどの入力パターンモードかを比較検知して選択を行い、表示演算処理部７００へ選択信号８２ｓとして出力する。
【０２０２】
次に可動ユニット１８０の回転方向２２の回転検出の動作について説明する。本実施形態では、回転検出専用の磁気センサーを設けていないが、前述したように可動ユニット１８０の回転方向２０および回転方向２１への回転に加え、回転方向２２の回転が行われた場合、回転角度信号８９ｘ、８９ｙの相対的な出力差から、可動ユニット１８０が回転方向２２において右回りに操作されたか、左回りに操作されたかを検出することが可能である。
【０２０３】
これにより、可動ユニット１８０に搭載された操作部８５０を右もしくは左回りに回しながら、同時に回転方向２０、回転方向２１に回転移動が可能となることで、携帯端末でよく使用されているピンチ入力による画面の拡大縮小やスクロール入力の代替入力の検出も可能となりえる。例えば、制御演算処理部９４は、回転角度信号８９ｘ、８９ｙの差異を検出し、その結果を回転方向差異検出信号８２ｒとして表示演算処理部７００へ出力してもよい。
【０２０４】
次にアクチュエータ１６５がステアリング５５０に搭載される場合の制御を説明する。図１９Ａから図１９Ｄに示すように、ステアリング５５０の回転角度が中立の位置（０度）にある場合、ステアリング５５０に設けられたアクチュエータ１６５の直線１４および直線１３は、ステアリング５５０が設けられる車両およびステアリングを操作する運転者にとっての水平方向Ｘｏおよび鉛直方向Ｙｏと一致する。このため、上述した表示演算処理部７００の座標と、アクチュエータ１６５の座標とは一致しており、図１６、１７を参照して説明したように、目標位置を設定し、フィードバック制御を行うことができる。つまり、ステアリング５５０が設けられる車両に静止した表示演算処理部７００の座標系における目標位置または目標方向とアクチュエータ１６５の座標における目標位置または目標方向とは一致する。図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、アクチュエータ１６５の可動ユニット１８０に設けられた操作部８５０を鉛直方向上向き５１および下向き５２への操作は、表示演算処理部７００の座標におけるＹ軸方向の上向きおよび下向きと一致する。同様に、図１９Ｃおよび図１９Ｄに示すように、アクチュエータ１６５の可動ユニット１８０に設けられた操作部８５０を水平方向右向き５３および左向き５４への操作は、表示演算処理部７００の座標におけるＸ軸方向の右向ききおよび左向きと一致する。
【０２０５】
しかしステアリング５５０が図２０Ａに示すように、ステアリング回転すると、アクチュエータ１６５の直線１４および直線１３と水平方向Ｘｏおよび鉛直方向Ｙｏは一致しない。図２０Ｂから図２０Ｅに示すように、アクチュエータ１６５の鉛直方向に沿った操作方向５５、５６や操作方向５７、５８と、ステアリング５５０が設けられる車両の水平方向Ｘｏおよび鉛直方向Ｙｏとは異なる。
【０２０６】
このため、図１９Ａ〜図１９Ｄで示すように、ステアリング５５０の回転角度が０度の時を基準として、水平方向や鉛直方向（直線１４、または、直線１３の方向）に操作部８５０を移動させるように、表示演算処理部７００の座標系における目標方向が定められる場合、表示演算処理部７００に表示される水平方向や鉛直方向と異なる方向（操作方向５５、５６や操作方向５７、５８）に操作することが運転者等に求められることになる。
【０２０７】
本実施形態では、このような不一致を解消するため、アクチュエータ１６５における座標を、ステアリグの回転角に応じて変換し、座標を静止した座標系である表示演算処理部７００の座標と一致させる。
【０２０８】
図２１を用いて、ステアリング５５０が回転した場合におけるアクチュエータ１６５の座標変換を説明する。
【０２０９】
ステアリング５５０が中立位置にある場合の車両の水平方向Ｘ０とそれと直交する鉛直方向Ｙ０で構成される座標系（Ｘｏ−Ｙｏ座標系）において、表示演算処理部７００に示される目標位置をＡ点とした場合、Ａ点の座標は、回転中心からの半径Ｒに対して（Ｒｃｏｓθ０、Ｒｓｉｎθ０）で求められる。
【０２１０】
図２２Ａに示すように、ステアリング５５０がθAだけ左回転した場合、アクチュエータ１６５の座標（ＸA−ＹA座標系）もθAだけ左回転する。したがって、表示演算処理部７００に示されるＡ点の座標を、（Ｒｃｏｓ（θ0−θA）、Ｒｓｉｎ（θ0−θA））に変換する。つまり、Ｘo−Ｙo座標系をＸA−ＹA座標系に変換するには、θ0からθAを引く。例えば、図２２Ｂ〜図２２Ｅに示すように、表示演算処理部７００の座標において、水平方向Ｘｏおよび鉛直方向Ｙｏにアクチュエータ１６５の操作部８５０を駆動する場合、アクチュエータ１６５の座標において、それぞれθAだけ引いた角度で、操作部８５０を駆動すれば（操作方向５１〜５４）、表示演算処理部７００の座標系つまり、ステアリング５５０が設けられる車両およびステアリングを操作する運転者にとって水平方向Ｘｏおよび鉛直方向Ｙｏと一致する。逆に、アクチュエータ１６５の座標（ＸA−ＹA座標系）を表示演算処理部７００の座標（Ｘo−Ｙo座標系）に変換するには、θ0にθAを加えればよい。
【０２１１】
図２３Ａに示すように、ステアリング５５０がθAだけ右回転した場合、アクチュエータ１６５の座標（ＸA−ＹA座標系）もθAだけ右回転する。したがって、表示演算処理部７００に示されるＡ点の座標を、（Ｒｃｏｓ（θ0＋θA）、Ｒｓｉｎ（θ0＋θA））に変換する。つまり、Ｘo−Ｙo座標系をＸA−ＹA座標系に変換するには、θ0にθAを加算する。例えば、図２３Ｂ〜図２３Ｅに示すように、表示演算処理部７００の座標において、水平方向Ｘｏおよび鉛直方向Ｙｏにアクチュエータ１６５の操作部８５０を駆動する場合、アクチュエータ１６５の座標において、それぞれθAだけ加えた角度で、操作部８５０を駆動すれば（操作方向５１〜５４）、表示演算処理部７００の座標系つまり、ステアリング５５０が設けられる車両およびステアリングを操作する運転者にとって水平方向Ｘｏおよび鉛直方向Ｙｏと一致する。アクチュエータ１６５の座標（ＸA−ＹA座標系）を表示演算処理部７００の座標（Ｘo−Ｙo座標系）に変換するには、θ0からθAを引く。
【０２１２】
これらの座標変換は、図１７に示すように、制御演算処理部９４が、ステアリング５５０の回転軸などに設けられた回転センサー等から、ステアリング５５０の回転角度θＡに関する信号８３を受け取り、可動ユニット１８０の回転角度信号８９ｘ、８９ｙおよび目標位置座標信号８０ｘ、８０ｙにそれぞれ上述した演算を行うことによって実現する。
【０２１３】
これにより、例えば、表示演算処理部７００に示される目標方向が鉛直方向や水平方向である場合、ステアリング５５０がどの回転角度にあっても、表示演算処理部７００に示される方向に、アクチュエータ１６５の操作部を操作することで、正しい入力を行うことができる。また、ステアリング５５０がどの回転角度にあっても、アクチュエータ１６５の操作部を表示演算処理部７００に示される目標方向に駆動することができる。
【０２１４】
さらに図２４に示したように、操作部８５０と上部可動部１５０の周囲にリング状のスイッチ部９６０を固定ユニットの脱落防止部材２０１の上部に設けてもよい。これにより、ステアリング５５０がどのような回転位置においても方向依存性なく、決定または選択のスイッチ操作を行うことが可能となる。
【０２１５】
なお、アクチュエータ１６５の操作方向を、水平方向Ｘ０と鉛直方向Ｙ０に平行になるように一定保持する場合について説明したが、指定されたある一定の角度に一定保持できることは言うまでもない。
【０２１６】
このようにステアリング５５０が回転した状態においても、ステアリング入出力操作装置７５０のアクチュエータ１６５の操作方向は、Ｘ０Ｙ０絶対座標である水平方向と鉛直方向に一定に保持され、操作の判断認識が極めて単純化される。その結果、特にステアリングを回転させての走行中の場合においても、運転者の視線移動を抑圧し、加えて触力覚によるブラインドタッチや方向依存性のない決定・選択のスイッチ操作を可能とすることでＨＭＩの安全安心が実現される。
【０２１７】
（第２の実施形態）
図２５から図５４を参照して、第２の実施形態によるアクチュエータ１６５Ａを説明する。
【０２１８】
本実施形態によるアクチュエータ１６５Ａの基本的な構造は、第１の実施形態によるアクチュエータ１６５と同じである。具体的に説明すると、本実施形態によるアクチュエータ１６５Ａは、上述した『ヤジロベエ』の力学構成を採用している点で、第１の実施形態によるアクチュエータ１６５と共通する。アクチュエータ１６５Ａの可動ユニット１８０は球心近傍において固定ユニットにピボット支持され、非常に安定して３軸方向に回転し得る。以下、第１の実施形態との差異点を中心に説明し、共通する構造の説明は省略する場合がある。
【０２１９】
図２５は、アクチュエータ１６５Ａの概略構成を示す分解斜視図である。図２６は、アクチュエータ１６５Ａを上方から見た斜視図であって、脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。図２７は、Ｚ軸１０と回転軸１２とを含む平面でのアクチュエータ１６５Ａの断面図である。
【０２２０】
アクチュエータ１６５Ａは、操作部８５０と、操作部８５０を搭載する可動ユニット１８０と、可動ユニット１８０を支持する固定ユニットとを備える。
【０２２１】
操作部８５０は、第１の実施形態による操作部８５０とは異なる形状を有し、第１の実施形態と同様に、操作者が操作する操作面（表面）を有している。可動ユニット１８０は、シャフト８０１を含む本体８０２と、２対の磁気バックヨーク６７０と、２対の駆動磁石４０１および４０２と、第１の遊嵌面８２０を有する第１の遊嵌部材８０４とを有する。固定ユニットは、ベース８１１と、第２の遊嵌面８２１を有する第２の遊嵌部材８０８と、少なくとも１つの連結棒８０６を含むホルダ８０７と、連結部材８０９と、傾斜角検出用磁石４０６と、２対の駆動コイル３０１および３０２と、磁気バイアス用磁石５０８、磁気センサー５０１ａ、５０１ｂ、５０３ａおよび５０３ｂを含むセンサー基板５０２とを有する。
【０２２２】
第１の実施形態と同様に、可動ユニット１８０は、固定ユニットに対して、Ｚ軸１０を中心に回転する回転方向２２、Ｚ軸１０に直交し、球心を通る回転軸（Ｘ軸）１１を中心に回転する回転方向２１およびＺ軸１０に直交し球心７０を通る回転軸（Ｙ軸）１２を中心に回転する回転方向２０に、互いに独立して自在に回転する。回転軸１１と回転軸１２とは互いに直交している。このために、アクチュエータ１６５Ａも、可動ユニット１８０を回転方向２０および回転方向２１へ回転（傾斜）させるための第１の駆動部および第２の駆動部と、固定ユニットに対して操作部８５０を回転方向２２に回転させる第３の駆動部とを備える。各駆動部は、駆動磁石と、駆動コイルおよび磁気ヨークとの組み合わせを含む。例えば、駆動磁石は可動ユニット１８０に設けられ、駆動コイルおよび磁気ヨークは固定ユニットに設けられる。
【０２２３】
可動ユニット１８０の本体８０２は、内部に遊嵌空間を有し、シャフト８０１によって操作部８５０を支持する。第１の遊嵌部材８０４は、凹部の内周面を有する第１の遊嵌面８２０を含んでいる。第１の遊嵌部材８０４は、第１の遊嵌面８２０が遊嵌空間に露出するように遊嵌空間内に設けられている。第２の遊嵌部材８０８は略球状の部材であり、凸状球面を有する第２の遊嵌面８２１を含んでいる。第２の遊嵌部材８０８はホルダ８０７の略中心に配置される。第１の遊嵌面８２０は、第２の遊嵌面８２１と遊嵌するように点または線接触する。これにより、ホルダ８０７は可動ユニット１８０を回転自在に支持することができる。
【０２２４】
図２８Ａは、ホルダ８０７の斜視図である。図２８Ｂは、ホルダ８０７を支持するベース８１１の斜視図である。図２９Ａは、ホルダ８０７の第１のバリエーションの斜視図である。図２９Ｂは、ホルダ８０７の第１のバリエーションを支持するベース８１１の斜視図である。図３０Ａは、ホルダ８０７の第２のバリエーションの斜視図である。図３０Ｂは、ホルダ８０７の第２のバリエーションを支持するベース８１１の斜視図である。
【０２２５】
ホルダ８０７は、ベース８１１から可動ユニット１８０の本体８０２の遊嵌空間に向けて延伸した少なくとも１つの連結棒８０６を含む。図２８Ａおよび図２８Ｂに示すように、ホルダ８０７は典型的には、ベース８１１から遊嵌空間に向けて、ベース８１１の開口面（図２８のＸＹ平面）に平行に延伸した４つの連結棒を含み、十字形状を有している。第２の遊嵌部材８０８は、４つの連結棒の交点に配置される。例えばホルダ８０７は、連結棒８０６によってベース８１１の開口近傍に固定され得る。
【０２２６】
ホルダ８０７の形状は、十字形状に限られず、種々の形状であってもよい。本実施形態では、可動ユニット１８０の回転の中心は、第２の遊嵌部材８０８の凸状球面の球心と一致する。また、第１の実施形態と同様に、可動ユニット１８０の重心は、可動ユニット１８０の回転の中心に一致する。図２９Ａに示すホルダ８０７の第１のバリエーションは、可動ユニットの回転の中心よりも下方のベース８１１の位置から遊嵌空間に向けて、ＸＹ平面に非平行に延伸した４つの連結棒を含む。例えば、ホルダ８０７は、ベース８１１の開口面と底面との間に位置するベース８１１の側面に固定され得る。連結棒の数は４つに限られず、２以上であればよい。
【０２２７】
図３０Ａに示すホルダ８０７の第２のバリエーションは、Ｚ軸に平行に延伸した１つの連結棒を含む。例えばホルダ８０７は、ベース８１１の底部に固定され得る。
【０２２８】
図２９Ａ、図３０Ａに示すホルダ８０７は、Ｚ軸方向上方からの力に対する支持力が増大し、操作時にＺ軸方向の力を受けた場合でも変形しにくくなる。
【０２２９】
図３１Ａおよび図３１Ｂは、１対の連結棒８０６に沿った、第１の遊嵌部材８０４、第２の遊嵌部材８０８およびホルダ８０７の断面図である。図３２は、１対の連結棒８０６に沿った、第１の遊嵌部材８０４および第２の遊嵌部材８０８の断面を拡大した断面図である。
【０２３０】
ホルダ８０７は、第１の遊嵌面８２０と第２の遊嵌面８２１とを磁力により吸引するための磁石または磁性体を含む。例えば、ホルダ８０７は磁性体によって形成され得る。その場合、第１の遊嵌面８２０が第２の遊嵌面８２１に遊嵌している状態（中立状態）で第２の遊嵌部材８０８を囲むように第１の遊嵌部材８０４には、吸引用磁石８３０が配置され得る。
【０２３１】
図３１Ｂに示すように、第１の遊嵌部材８０４を磁性体で形成し、第２の遊嵌面８２１と反対側のホルダ８０７の外部の表面に吸引用磁石８３０を配置してもよい。この場合、第１の遊嵌面８２０が凸面形状を含み、第２の遊嵌面８２１は凹面形状を含む。この形態では、可動ユニットの回転の中心は、第１の遊嵌部材８０４の凸状球面の球心と一致する。このように、吸引用磁石８３０および磁性体を用いることにより、可動ユニット１８０が回転した際に、吸引用磁石８３０のＺ軸に直交する面内の変位が小さくなる。そのため、磁気吸引力が球心からずれにくくなり、可動ユニット１８０の回転を安定にすることが可能になる。
【０２３２】
図３２に示すように、第１の遊嵌部材８０４の凹部の内周面（つまり、第１の遊嵌面８２０）は円錐面を有する。例えば、円錐面を構成する円錐の頂角は、７０度ないし１１０度であることが好ましい。
【０２３３】
図３３は、ホルダ８０７が複数の第２の遊嵌部材８０８を含む場合の、１対の連結棒８０６に沿ったホルダ８０７、第１の遊嵌部材８０４およびの複数の第２の遊嵌部材８０８の断面図である。
【０２３４】
図３３に示すように、凹部の内周面である第１の遊嵌面８２０に複数の第２の遊嵌面（凸状球面）８２１が遊嵌する構成を採用することができる。この構成では、小型化した複数の凸状球面を用いることで可動ユニット１８０の回転の中心を変えることなく、アクチュエータ１６５Ａを低背化することができる。この場合、可動ユニット１８０の回転の中心は、各々の複数の凸状球面の球心よりも下方に位置する。例えば、３つの第２の遊嵌部材８０８を用いることで、単体の第２の遊嵌部材８０８を用いる場合に比べて、図示するようにアクチュエータ１６５ＡをΔｄだけ低背化することができる。
【０２３５】
図３４は、操作部８５０が固定ユニットに対して所定の角度で傾斜した状態におけるアクチュエータ１６５Ａの斜視図である。図３５Ａは、操作部８５０が固定ユニットに対して第１の角度で傾斜した状態における、１対の連結棒８０６に沿ったアクチュエータ１６５Ａの断面図である。図３５Ｂは、操作部８５０が中立状態にあるときのアクチュエータ１６５Ａの、１対の連結棒８０６に沿った断面図である。図３５Ｃは、操作部８５０が固定ユニットに対して第２の角度で傾斜した状態における、１対の連結棒８０６に沿ったアクチュエータ１６５Ａの断面図である。
【０２３６】
図２５および図３４に示すように、回転軸１１に沿って、１対の駆動磁石４０１が可動ユニット１８０の本体８０２に配置され、回転軸１２に沿って、１対の駆動磁石４０２が本体８０２に配置される。ホルダ８０７の２対の連結棒８０６のうち、１対の連結棒８０６は、ＸＹ平面において回転軸１１を４５度回転させた第１の方向（図１の直線１３に相当）にベース８１１内に配置され、他の１対の連結棒８０６は、第１の方向に直交するＸＹ平面に平行な第２の方向（図１の直線１４に相当）にベース８１１内に配置されている。後述する駆動部は、ＸＹ平面に平行な回転軸を中心に操作部８５０を回転させることができる。駆動部は、例えば、１対の連結棒８０６に沿った方向に操作部８５０を所定の角度で傾斜させることができる。図３５Ｂに示すように、操作部８００が固定ユニットに対して傾斜していない中立状態では、磁気センサー５０１ａ、５０１ｂ、５０３ａおよび５０３ｂと傾斜角検出用磁石４０６とはＺ軸の方向において対向している。
【０２３７】
ここで、ホルダ８０７の構成として、図３０Ａに示すホルダ８０７の第２のバリエーションを採用した場合のアクチュエータ１６５Ａの構造およびセンサー基板５０２の導線の配設を説明する。
【０２３８】
図３６は、１つの連結棒８０６を有するホルダ８０７を備えるアクチュエータ１６５Ａの、第１の方向（図１の直線１３に相当）に沿った断面図である。図３７は、１つの連結棒８０６を有するホルダ８０７の斜視図である。
【０２３９】
ホルダ８０７において、センサー基板５０２上に、４つの磁気センサー５０１ａ、５０１ｂ、５０３ａおよび５０３ｂが略等間隔で円周上に配置されている。ホルダ８０７の連結棒８０６の上部には導線を通すための開口が設けられている。導線は連結棒８０６の内部をＺ軸に沿って配線されている。導線は、各磁気センサーと、各磁気センサーからの信号を検出する外部回路（不図示）とを電気的に接続する。また、傾斜角検出用磁石４０６は、可動ユニット１８０が中立状態において、ホルダ８０７に設けられたセンサー基板に対向するように、Ｚ軸を中心とする第１の遊嵌部材８０４の円周上に配置され得る。
【０２４０】
図３８は、２対の駆動磁石４０１および４０２を備え、操作部８５０を搭載した可動ユニット１８０の斜視図である。図３９は、アクチュエータ１６５Ａを上方から見た斜視図であって、脱落防止部材２０１を排除した斜視図である。図４０Ａは、操作部８５０を除いたアクチュエータ１６５Ａの斜視図である。図４０Ｂは、アクチュエータ１６５ＡのＺ軸１０から見た上面図である。
【０２４１】
図４０Ａおよび図４０Ｂでは、ＸおよびＹ軸を中心に可動ユニット１８０を回転させる３対の駆動部が配置されている。この配置によれば、可動ユニット１８０の必要動作に対して各駆動コイルの駆動力を配分することができる。各駆動コイルに印加される駆動電流が同じ場合、３対の駆動部を配置した可動ユニット１８０は、２対の駆動部を配置する場合と比較して、可動ユニット１８０を駆動する駆動力を増すことが可能となる。また、ＸＹＺ直交座標系のＸおよびＹ軸を中心に可動ユニットを回転させる３つ以上の駆動部を配置することができる。図４１Ａは、１対のボビン８５１に挟持された磁気ヨーク２０４の斜視図である。図４１Ｂは、第３の駆動部用の駆動コイル３０３の斜視図である。図４１Ｃは、１対のボビン８５１に挟持され、駆動コイル３０３を巻回した磁気ヨーク２０４の斜視図である。図４１Ｄは、駆動コイル３０２の斜視図である。図４１Ｅは、磁気ヨーク２０４に巻回された駆動コイル３０３の外側に、駆動コイル３０２をさらに巻回したコイルユニット８４０の斜視図である。図４２は、回転軸１２に沿ったアクチュエータ１６５Ａの断面図である。図４３Ａは、コイルユニット８４０をベース８１１から取り外した状態を示す模式図である。図４３Ｂは、コイルユニット８４０がベース８１１に装着された状態を示す模式図である。図４４は、コイルユニット８４０が挿入されるベース８１１の開口付近を拡大して示した模式図である。
【０２４２】
可動ユニット１８０の本体８０２には、１対の駆動磁石４０１が回転軸１１に沿って配置され、１対の駆動磁石４０２が回転軸１２に沿って配置されている。可動ユニット１８０が中立状態において、１対の駆動磁石４０１に対向するように、磁性体からなる１対の磁気ヨーク２０３に巻回された１対の駆動コイル３０１がベース８１１に配置され、１対の駆動磁石４０２に対向するように、磁性体からなる１対の磁気ヨーク２０４に巻回された１対の駆動コイル３０２がベース８１１に配置されている。本願明細書では、固定ユニットに配置された磁気ヨークおよび磁気ヨークに巻回された駆動コイルを含むユニットを「コイルユニット８４０」と呼ぶことがある。
【０２４３】
第１の駆動部は、１対の駆動磁石４０１と、１対の駆動コイル３０１と、１対の磁気ヨーク２０３とを含む。さらに１対の駆動コイル３０１の内側には、後述するＺ軸１０を中心に回転方向２２に回転駆動する第３の駆動部である１対の駆動コイル３０３が巻回されている。
【０２４４】
第２の駆動部は、１対の駆動磁石４０２と、１対の駆動コイル３０２と、１対の磁気ヨーク２０４とを含む。さらに１対の駆動コイル３０２の内側には、後述するＺ軸１０を中心に回転方向２２に回転駆動する第３の駆動部である１対の駆動コイル３０３が巻回されている。
【０２４５】
本実施形態のアクチュエーア１６５Ａにも、第１の実施形態で説明した、回転方向２０および回転方向２１の回転角度を検出するための第１の検出部と、回転方向２２の回転角度を検出するための第２の検出部とが設けられている。なお、第１の実施形態で説明した理由と同じ理由により、第１の検出部は第２の検出部の機能を兼ねている。換言すると、第１の検出部は回転方向２２の回転角度も検出することができる。
【０２４６】
コイルユニット８４０は、１対のボビン８５１に挟持された磁気ヨーク２０４に駆動コイル３０３を巻回し、駆動コイル３０３の外側に駆動コイル３０２をさらに巻回することによって形成される。１対のボビン８５１は、第１の実施形態で説明した磁気ヨークホルダ２０３Ｌ、２０３Ｒまたは２０４Ｌ、２０４Ｒに対応する部材である。各コイルを巻回する方向は第１の実施形態で説明したとおりである。コイルユニット８４０は、固定ユニットのベース８１１に着脱することが可能である。
【０２４７】
図４４に示すように、ベース８１１はコイルユニット８４０を収納するための空間を有している。コイルユニット８４０がベース８１１に装着された状態で駆動磁石側に移動することを規制するコイルユニットストッパ８５６が、空間とベース８１１との境界付近に設けられている。また、コイルユニット８４０には当接部８５５が設けられている。コイルユニット８４０がベース８１１に装着された状態で、当接部８５５がコイルユニットストッパ８５６に当接することにより、コイルユニット８４０の駆動磁石側への移動が規制される。
【０２４８】
図４５Ａは、脱落防止部材２０１を備えた中立状態のアクチュエータ１６５Ａの、回転軸１２に沿った断面図である。図４５Ｂは、固定ユニットに対して可動ユニット１８０が回転軸１２の方向に所定の傾斜角度で傾斜した状態における、脱落防止部材２０１を備えたアクチュエータ１６５Ａの、回転軸１２に沿った断面図である。図４６は、固定ユニットに対して可動ユニット１８０が回転軸１２の方向に所定の傾斜角度で傾斜した状態における、脱落防止部材２０１を備えたアクチュエータ１６５Ａの斜視図である。図４７は、Ｚ軸方向から見た脱落防止部材２０１を備えたアクチュエータ１６５Ａの上面図である。
【０２４９】
第１の実施形態と同様に、アクチュエータ１６５Ａは、可動ユニット１８０が固定ユニットから脱落しないように本体８０２の移動を制限する脱落防止規制面２０１Ａを有し、ベース８１１に固定された脱落防止部材２０１をさらに備えていてもよい。本実施形態による脱落防止部材２０１は、本体８０２および／または１対の駆動磁石４０１、４０２の回転によって、それらの部材が脱落防止部材２０１に当接した場合に、それらの部材の一部を受容することが可能な開口２０１Ｂを有している。このような構成によると、一定の可動範囲（角度）を確保しながらアクチュエータ１６５Ａを薄型化することができる。
【０２５０】
図４８は、操作ガイド８８１を備えた中立状態のアクチュエータ１６５Ａの、回転軸１２に沿った断面図である。図４９は、操作ガイド８８１を含み、操作部８５０を搭載した可動ユニット１８０の斜視図である。図５０は、可動ユニット１８０におけるガイドピン８８２および連結部材８０９を拡大して示した斜視図である。図５１は、操作ガイド８８１が固定されたホルダ８０７の斜視図である。図５２は、操作ガイド８８１を遊嵌空間内に設けることによりアクチュエータ１６５Ａをより低背化できる様子を説明するための図である。
【０２５１】
ホルダ８０７は、固定ユニットに対する可動ユニット１８０の回転を規制する操作ガイド８８１を含んでいる。操作ガイド８８１は、本体８０２の遊嵌空間内に位置している。具体的に説明すると、操作ガイド８８１は、４つの連結棒８０６に嵌合する４つの溝を十字状に有している。４つの連結棒８０６が４つの溝に嵌合された状態で、操作ガイド８８１は、４つの連結棒８０６が交差する位置に固定されている。
【０２５２】
ホルダ８０７に固定された操作ガイド８８１には、ガイド溝８８１Ａが設けられている。裏面に傾斜角検出用磁石４０６を有する連結部材８０９に設けられたガイドピン８８２が、ガイド溝８８１Ａに接触する。連結部材８０９は、ネジや接着剤などによって本体８０２に固定され得る。従って、操作ガイド８８１によって、可動ユニット１８０（つまり、操作部８５０）の回転は規制される。
【０２５３】
図５２（ａ）に示すように、脱落防止部材２０１の上面に、つまり、脱落防止部材２０１と操作部８５０との間に操作ガイド８８１を設けることも可能である。ただし、図５２（ｂ）に示すように、操作ガイド８８１を遊嵌空間内に設けることによりアクチュエータ１６５ＡをΔｄだけ低背化することができる。
【０２５４】
図５３は、本実施形態の変形例によるアクチュエータ１６５Ａの、Ｚ軸１０と回転軸１２を含む平面での断面図である。上記の実施形態では、第１の遊嵌部材８０４が凹部の内周面を有し、第２の遊嵌部材８０８は凸状球面を有していたが、第２の実施形態はこれに限定されない。図５３に示すように、第１の遊嵌部材８０４が凸状球面を有し、第２の遊嵌部材８０８は凹部の内周面（凹状球面）を有していても構わない。なお、遊嵌面のこの関係は、図３１Ｂに示す構成に対応している。このような構成によっても、アクチュエータ１６５Ａの可動ユニット１８０は凸状球面の球心近傍において固定ユニットにピボット支持され、非常に安定して３軸方向に回転し得る。
【産業上の利用可能性】
【０２５５】
本願に開示されたステアリング入出力操作装置は、種々の分野で使用されるヒューマン・マシーン・インターフェイス（ＨＭＩ）として好適に用いられ、例えば、自動車におけるナビゲーション、エアコン、オーディオ、ラジオ等の操作のための入出力操作装置として好適に用いられる。
【符号の説明】
【０２５６】
１０  Ｚ軸
１１、１２  回転軸
１３、１４  直線
２０、２１、２２回転方向
９４  制御演算処理部
７０  球心
８５０  操作部
１８０  可動ユニット
１０２Ｗ  開口部
１０２Ｒ  凸状球面
１６５、１６５Ａ  アクチュエータ
２００  ベース
２００Ａ  凹状球面
２００Ｐ、２００Ｔ  開口部
２０１  脱落防止部材
２０１Ａ  脱落防止規制面
２０３、２０４  磁気ヨーク
３０１、３０２、３０３  駆動コイル
３５０  駆動回路部
３６０  検出回路部
４０１、４０２  駆動磁石
４０６  傾斜角検出用磁石
５０１ａ、５０１ｂ、５０３ａ、５０３ｂ  磁気センサー
５０８  磁気バイアス用磁石
５５０  ステアリング
５５１  リム
５５２  ハブ
５５３  回転軸
６００  コイルバネ
６５０、８０６  連結棒
６７０  磁気バックヨーク
７００  表示演算処理部
７５０  ステアリング入出力操作装置
８０１  シャフト
８０２  本体
８０４  第１の遊嵌部材
８０７  ホルダ
８０８  第２の遊嵌部材
８０９  連結部材
８８１  操作ガイド
８８２  ガイドピン
【図１】
0006534071.tif 000002
【図２】
0006534071.tif 000003
【図３Ａ】
0006534071.tif 000004
【図３Ｂ】
0006534071.tif 000005
【図４Ａ】
0006534071.tif 000006
【図４Ｂ】
0006534071.tif 000007
【図４Ｃ】
0006534071.tif 000008
【図５Ａ】
0006534071.tif 000009
【図５Ｂ】
0006534071.tif 000010
【図６】
0006534071.tif 000011
【図７】
0006534071.tif 000012
【図８Ａ】
0006534071.tif 000013
【図８Ｂ】
0006534071.tif 000014
【図９Ａ】
0006534071.tif 000015
【図９Ｂ】
0006534071.tif 000016
【図１０Ａ】
0006534071.tif 000017
【図１０Ｂ】
0006534071.tif 000018
【図１１Ａ】
0006534071.tif 000019
【図１１Ｂ】
0006534071.tif 000020
【図１２】
0006534071.tif 000021
【図１３Ａ】
0006534071.tif 000022
【図１３Ｂ】
0006534071.tif 000023
【図１４Ａ】
0006534071.tif 000024
【図１４Ｂ】
0006534071.tif 000025
【図１５】
0006534071.tif 000026
【図１６】
0006534071.tif 000027
【図１７】
0006534071.tif 000028
【図１８】
0006534071.tif 000029
【図１９Ａ】
0006534071.tif 000030
【図１９Ｂ】
0006534071.tif 000031
【図１９Ｃ】
0006534071.tif 000032
【図１９Ｄ】
0006534071.tif 000033
【図２０Ａ】
0006534071.tif 000034
【図２０Ｂ】
0006534071.tif 000035
【図２０Ｃ】
0006534071.tif 000036
【図２０Ｄ】
0006534071.tif 000037
【図２０Ｅ】
0006534071.tif 000038
【図２１】
0006534071.tif 000039
【図２２Ａ】
0006534071.tif 000040
【図２２Ｂ】
0006534071.tif 000041
【図２２Ｃ】
0006534071.tif 000042
【図２２Ｄ】
0006534071.tif 000043
【図２２Ｅ】
0006534071.tif 000044
【図２３Ａ】
0006534071.tif 000045
【図２３Ｂ】
0006534071.tif 000046
【図２３Ｃ】
0006534071.tif 000047
【図２３Ｄ】
0006534071.tif 000048
【図２３Ｅ】
0006534071.tif 000049
【図２４】
0006534071.tif 000050
【図２５】
0006534071.tif 000051
【図２６】
0006534071.tif 000052
【図２７】
0006534071.tif 000053
【図２８Ａ】
0006534071.tif 000054
【図２８Ｂ】
0006534071.tif 000055
【図２９Ａ】
0006534071.tif 000056
【図２９Ｂ】
0006534071.tif 000057
【図３０Ａ】
0006534071.tif 000058
【図３０Ｂ】
0006534071.tif 000059
【図３１Ａ】
0006534071.tif 000060
【図３１Ｂ】
0006534071.tif 000061
【図３２】
0006534071.tif 000062
【図３３】
0006534071.tif 000063
【図３４】
0006534071.tif 000064
【図３５Ａ】
0006534071.tif 000065
【図３５Ｂ】
0006534071.tif 000066
【図３５Ｃ】
0006534071.tif 000067
【図３６】
0006534071.tif 000068
【図３７】
0006534071.tif 000069
【図３８】
0006534071.tif 000070
【図３９】
0006534071.tif 000071
【図４０Ａ】
0006534071.tif 000072
【図４０Ｂ】
0006534071.tif 000073
【図４１Ａ】
0006534071.tif 000074
【図４１Ｂ】
0006534071.tif 000075
【図４１Ｃ】
0006534071.tif 000076
【図４１Ｄ】
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【図４１Ｅ】
0006534071.tif 000078
【図４２】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４４】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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