JP2012099047A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作者の握る動作を直接検出し、それにより操作対象を制御可能な入力装置を提供する。
【解決手段】 入力装置１は、把持部２０ａ、２０ｂと、把持部２０ａ、２０ｂの表面に配置され、エラストマーまたは樹脂を母材とするセンサ膜３１と、センサ膜３１に接続される複数の電極３２、３３と、を有する荷重センサ３０ａ、３０ｂと、を備える。入力装置１は、荷重センサ３０ａ、３０ｂを介して把持部２０ａ、２０ｂを把持する操作者の把持力に応じて、荷重センサ３０ａ、３０ｂから出力される電気量を入力情報として送信する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、操作者からの入力情報を送信するための入力装置に関し、詳しくは、操作者の握る動作により操作対象を制御可能な入力装置に関する。

例えば、ゲーム機の入力装置（コントローラ）には、ゲームキャラクタ等の動きを制御するためのＯＮ／ＯＦＦボタン、十字キー等が配置されている。また、加速度センサや角速度センサを搭載し、コントローラそのものの姿勢や動きを入力できる入力装置も普及している。操作者は、両手または片手でコントローラを把持しながら、指でボタンや十字キーを操作したり、コントローラそのものを動かして、ゲームキャラクタ等の動きを制御する。

特開平１１−９９２８４号公報 特開２００９−６４４４９号公報 特開２００６−２３０８７６号公報 特開２００８−１１３７１９号公報

従来のコントローラによると、操作対象を制御するには、操作者が自らの意思で入力装置を操作する必要がある。つまり、操作者は、コントローラを把持するのとは別に、所定のボタンや十字キーを指で操作したり、コントローラを傾けたり振ったりする必要がある。一方、実際のゲームにおいては、例えばシューティングゲームの場合、自らが危険な状態にある時には、無意識にコントローラを強く握りしめ、反対に安定した状態にある時には、コントローラを軽く握っていることが多い。また、サッカーやテニス等のスポーツゲームの場合には、シュートやスマッシュを打つ時に、自然と手に力が入り、コントローラを強く握る傾向がある。このように、操作者の心理状態により、コントローラを握る力は変化する。しかし、従来のコントローラでは、操作者の「握る」という動作を直接検出し、握る力や位置に応じて操作対象を制御することは難しい。

例えば、特許文献３には、荷重センサを備えた入力装置が開示されている。この入力装置において、荷重センサは、操作者が把持する把持部のケースの内側周縁部に配置されている。荷重センサは、操作者の操作で生じるケースの歪みを検出する。つまり、操作者の把持力は、ケースを介して荷重センサに入力される。このため、操作者の握る動作を、直接検出することは難しい。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、操作者の握る動作を直接検出し、それにより操作対象を制御可能な入力装置を提供することを課題とする。

（１）本発明の入力装置は、把持部と、該把持部の表面に配置され、エラストマーまたは樹脂を母材とするセンサ膜と、該センサ膜に接続される複数の電極と、を有する荷重センサと、を備え、該荷重センサを介して該把持部を把持する操作者の把持力に応じて、該荷重センサから出力される電気量を入力情報として送信することを特徴とする。

本発明の入力装置は、把持部の表面に配置される荷重センサを備える。操作者は、荷重センサを介して把持部を把持する。これにより、操作者の握る力（把持力）を、直接検出することができる。すなわち、本発明の入力装置によると、意識しているか否かに関わらず、操作者の握る動作の情報を、確実に入力することができる。したがって、操作者の心理状態を、ゲームキャラクタ等の動きに反映させることができる。これにより、ゲームキャラクタとの一体感が増し、ゲームをより楽しむことができる。

荷重センサは、エラストマーまたは樹脂を母材とするセンサ膜を有する。センサ膜は、エラストマーのみから形成されていてもよく、エラストマーまたは樹脂中に導電材等を充填して形成されていてもよい。センサ膜は、柔軟である。よって、把持部の形状に沿って配置しやすい。つまり、把持部の形状に対する制限が少なく、汎用性が高い。このため、既存の入力装置の把持部の表面に、容易に取り付けることができる。また、握った時の違和感も少ない。特に、母材がエラストマーの場合には、そのまま滑り止めとしても機能する。また、センサ膜は面状を呈している。このため、広い範囲に配置しやすい。例えば、荷重センサを、把持部の全体に亘り配置することができる。こうすることにより、握り方による影響を小さくし、把持部全体から、操作者の把持力を確実に検出することができる。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記荷重センサは、前記把持部の表面全体を覆うように配置されている構成とする方がよい。

本構成によると、把持部の表面全体に、切れ目無く、荷重センサを配置することができる。これにより、どのような握り方であっても、操作者の把持力を確実に検出することができる。加えて、操作者のグリップ感も向上する。例えば、シート状の荷重センサを、把持部の表面に巻き付けることにより、本構成を容易に実現することができる。

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記センサ膜は、前記エラストマーと該エラストマー中に３０ｖｏｌ％以上の充填率で充填されている導電性フィラーとを有し、無荷重状態において該導電性フィラー同士の接触により三次元的な導電パスが形成されており、加えられた荷重が増加するに従って電気抵抗が増加する構成とする方がよい。

本構成のセンサ膜は、エラストマー中に導電性フィラーが充填されてなる。導電性フィラーの充填率は、センサ膜の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の値である（次の構成（４）においても同じ）。本構成によると、エラストマーを利用して、柔軟な荷重センサを、簡単かつ安価に構成することができる。また、センサ膜の母材は、エラストマーである。このため、本構成の荷重センサを、把持部の表面に配置すると、把持部の滑り止めにもなる。

本構成のセンサ膜は、無荷重状態（荷重が印加されていない状態）、つまり操作者に把持されていない状態においては、導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成されている。操作者に把持され、センサ膜に荷重が加わると、センサ膜の変形により、導電性フィラー同士が反発し合い、導電性フィラーの接触状態が変化する。そして、導電性フィラー同士の接触が断絶すると、導電パスが切断されて、電気抵抗が増加する。荷重が減少すると、エラストマーの弾性復元力により、導電性フィラーの接触状態が回復し、電気抵抗が低下する。このように、本構成によると、センサ膜の電気抵抗の増減に基づいて、把持力を検出することができる。

また、本構成によると、荷重センサの電気回路を、簡単に構成することができる。したがって、既存の入力装置への組み込みが容易である。図１に本構成の荷重センサの回路モデルを示す。また、本回路モデルにおける、荷重センサの電気抵抗Ｒ_ｘを算出する式を、次式（１）に示す。式（１）中、Ｒ_１は基準抵抗、Ｖ_０は電源電圧、Ｖ_１は基準抵抗Ｒ_１における電圧を示す。
Ｒ_ｘ＝（Ｖ_０・Ｒ_１）／Ｖ_１−Ｒ_１・・・（１）
図１および式（１）に示すように、基準抵抗Ｒ_１における電圧Ｖ_１を測定すれば、既知の基準抵抗Ｒ_１、電源電圧Ｖ_０を用いて、荷重センサの電気抵抗Ｒ_ｘを算出することができる。

（４）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記把持部の表面は、凹凸状を呈する凹凸表面であり、前記センサ膜は、前記樹脂と該樹脂中に３０ｖｏｌ％以上の充填率で充填されている導電性フィラーとを有し、無荷重状態において該導電性フィラー同士の接触により三次元的な導電パスが形成されていると共に、該把持部の該凹凸表面に押しつけられる際に該導電パスが切断されるよう予めクラックが形成されており、加えられた荷重が増加するに従って電気抵抗が増加する構成とする方がよい。

本構成のセンサ膜は、樹脂中に導電性フィラーが充填されてなる。本構成のセンサ膜においても、上記（３）の構成と同様に、無荷重状態において導電性フィラー同士の接触により三次元的な導電パスが形成されおり、荷重が増加するに従って電気抵抗が増加する。これに加えて、本構成のセンサ膜には、把持部の凹凸表面に押しつけられる際に導電パスが切断されるよう、予めクラックが形成されている。図２に、センサ膜におけるクラックの一部近傍を拡大した模式図を示す。なお、図２は、本構成のセンサ膜を説明するための模式図である。よって、図２は、クラックの形状、クラックの延在方向、導電性フィラーの形状等を何等限定するものではない。図２中、（ａ）は曲げ変形前の無荷重状態を、（ｂ）は曲げ変形後の状態を、各々示す。

図２（ａ）に示すように、センサ膜８００は、母材の樹脂８０１と導電性フィラー８０２とクラック８０３とを有している。センサ膜８００には、導電性フィラー８０２同士の接触により、導電パスＰが形成されている。クラック８０３は、図２中、左右方向（伸張方向）と交差する方向に形成されている。センサ膜８００に荷重が加わると、センサ膜８００が曲げ変形を開始する。センサ膜８００が曲げ変形により左右方向に伸張されると、図２（ｂ）に示すように、クラック８０３が開口する。これにより、導電性フィラー８０２同士の接触が断絶されて、導電パスＰが切断される。その結果、電気抵抗が増加する。加わっていた荷重が除去されると、センサ膜８００は元の状態（図２（ａ）の状態）に復元する。これにより、クラック８０３も元の状態に戻る。

このように、本構成のセンサ膜では、荷重が入力されると、樹脂の弾性変形を待たずに、導電パスが切断される（ただし、樹脂の弾性変形により導電パスが切断される場合を除外するものではない）。したがって、応答遅れが生じにくい。また、主にクラックの開口により導電パスが切断されるため、樹脂の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、小さな荷重についても精度良く検出することができる。また、上記（３）の構成と同様に、本構成においても、荷重センサの電気回路を、簡単に構成することができる。したがって、既存の入力装置への組み込みが容易である。

（５）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記センサ膜は、前記エラストマーからなり、複数の前記電極は、該センサ膜の表裏両面に配置され、前記荷重センサは、加えられた荷重により、該センサ膜を介して対向する該電極間の静電容量が変化する静電容量型センサである構成とする方がよい。

一般に、一対の電極間に誘電層が介装されてなる静電容量型センサの静電容量（キャパシタンス）は、次式（２）により求めることができる。
Ｃ＝ε_０ε_ｒＳ／ｄ・・・（２）
［Ｃ：静電容量、ε_０：真空中の誘電率、ε_ｒ：誘電層の比誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：電極間距離］
例えば、操作者の把持により本構成の荷重センサが押圧されると、センサ膜（誘電層）は圧縮され、その分だけ電極面に対して平行方向に伸長する。上記式（２）より、センサ膜の厚さ、すなわち電極間距離ｄが小さくなると、電極間の静電容量Ｃは大きくなる。このように、本構成によると、センサ膜の静電容量の変化に基づいて、把持力を検出することができる。

例えば、複数の電極を帯状に形成し、センサ膜の表面に配置される表側電極と裏面に配置される裏側電極とを、表裏方向から見て交差するように配置する。この場合、表側電極と裏側電極とが交差する部分に、複数の検出点を配置することができる。こうすることにより、把持力に加えて、把持力の分布を容易に検出することができる。なお、本構成の荷重センサは、センサ膜の表面の電極を覆うように、さらに絶縁性のカバーフィルムを備える構成としてもよい。これにより、操作者と荷重センサとの間の絶縁性を、確保することができる。

（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記荷重センサの表面は、前記操作者により把持される被把持表面であり、該被把持表面は、凹凸状を呈する構成とする方がよい。

荷重センサの表面が、操作者により把持される被把持表面である場合、当該表面を凹凸状に形成することにより、把持した際の滑りが抑制され、グリップ感が向上する。また、形成する凸部の位置により、特定の部位に力を加えやすくすることもできる。また、形成された凹凸模様により、意匠性も向上する。

荷重センサの一例の回路モデル図である。 荷重センサを構成するセンサ膜におけるクラックの一部近傍を拡大した模式図である。 第一実施形態の入力装置の正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ方向断面図である。 第二実施形態の入力装置における把持部の断面図である。 同入力装置における、操作者により押圧された際の把持部の断面図である。 第三実施形態の入力装置における把持部の断面図である。 第四実施形態の入力装置における把持部の透過斜視図である。 図８のＩＸ−ＩＸ方向展開図である。

次に、本発明の入力装置の実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
［入力装置の構成］
本実施形態の入力装置は、図示しないゲーム機本体およびディスプレイと共に、ゲーム装置を構成している。入力装置は、無線でゲーム機本体と接続されている。まず、本実施形態の入力装置の構成について説明する。図３に、本実施形態の入力装置の正面図を示す。なお、図３においては、説明の便宜上、荷重センサ３０ａ、３０ｂにハッチングを施す。図３に示すように、入力装置１は、操作部１０と、二つの把持部２０ａ、２０ｂと、二つの荷重センサ３０ａ、３０ｂと、を備えている。

操作部１０は、直方体状を呈している。操作部１０は、十字キー１１と四つの操作ボタン１２とを備えている。十字キー１１は、操作部１０の左側表面に、配置されている。四つの操作ボタン１２は、操作部１０の右側表面に配置されている。十字キー１１および四つの操作ボタン１２は、操作者の指により操作される。

二つの把持部２０ａ、２０ｂは、操作部１０の左右端部に連続して、一つずつ配置されている。把持部２０ａは、荷重センサ３０ａを介して、操作者の左手で把持される。把持部２０ｂは、荷重センサ３０ｂを介して、操作者の右手で把持される。

荷重センサ３０ａ、３０ｂは、各々、シート状を呈している。荷重センサ３０ａは、把持部２０ａの表面に巻き付けられている。荷重センサ３０ｂは、把持部２０ｂの表面に巻き付けられている。荷重センサ３０ａ、３０ｂは、各々、把持部２０ａ、２０ｂの表面全体を覆っている。荷重センサ３０ａ、３０ｂの構成は同様である。よって、二つの荷重センサ３０ａ、３０ｂを代表して、荷重センサ３０ａの構成について説明する。

図４に、図３のＩＶ−ＩＶ方向断面図を示す。図４に示すように、荷重センサ３０ａは、センサ膜３１と、二つの電極３２、３３と、を有している。センサ膜３１は、シート状を呈している。センサ膜３１は、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン共重合体）に、カーボンビーズ（導電性フィラー）が充填されてなる。カーボンビーズの充填率は、センサ膜３１の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４５ｖｏｌ％である。把持前の無荷重状態において、センサ膜３１には、カーボンビーズ同士の接触により、多数の導電パスが形成されている。

二つの電極３２、３３は、各々、帯状を呈している。二つの電極３２、３３は、各々、センサ膜３１と把持部２０ａとの間に介装されている。二つの電極３２、３３は、各々、把持部２０ａの左右側面に延在するよう配置されている。二つの電極３２、３３には、各々、配線（図略）が接続されている。

［入力装置の動き］
次に、本実施形態の入力装置１の動きについて説明する。操作者が入力装置１を操作する場合、左の手のひらで、荷重センサ３０ａの上から把持部２０ａを把持する。また、右の手のひらで、荷重センサ３０ｂの上から把持部２０ｂを把持する。そして、主に指で十字キー１１を動かしたり、操作ボタン１２を押したりして、ディスプレイ上に現れるゲームキャラクタ（操作対象）の動きを制御する。平常時の操作状態では、操作者の把持力は比較的小さい。このため、無荷重状態に対して、導電性フィラー同士の接触状態の変化は小さい。つまり、電極３２、３３間において検出されるセンサ膜３１の電気抵抗は、比較的小さい。

ゲーム中、操作者の両手に力が入ると、荷重センサ３０ａ、３０ｂおよび把持部２０ａ、２０ｂに対する把持力が増加する。すると、センサ膜３１が変形し、導電性フィラー同士の接触が断絶される。これにより、電極３２、３３間において検出されるセンサ膜３１の電気抵抗は、平常時の操作状態における電気抵抗よりも、大きくなる。この電気量の情報は、入力装置１に内蔵された電気回路を通じてゲーム機本体に送信される。そして、予め決められたプログラムにより、ディスプレイ上のゲームキャラクタ等の動きが制御される。

［作用効果］
次に、本実施形態の入力装置１の作用効果について説明する。本実施形態の入力装置１によると、把持部２０ａ、２０ｂの表面に、荷重センサ３０ａ、３０ｂが配置されている。このため、操作者の把持力を、直接検出することができる。したがって、意識しているか否かに関わらず、操作者の把持力の情報を、ゲームキャラクタ等の動きに反映させることができる。これにより、ゲームキャラクタとの一体感が増し、ゲームをより楽しむことができる。

荷重センサ３０ａ、３０ｂは、ＥＰＤＭ（エラストマー）を母材とするセンサ膜３１を有する。センサ膜３１は、柔軟である。よって、把持部２０ａ、２０ｂの形状に沿って配置しやすい。また、操作者が握った時の違和感も少ない。さらに、荷重センサ３０ａ、３０ｂは、把持部２０ａ、２０ｂの滑り止めとしても機能する。よって、グリップ感が向上する。また、荷重センサ３０ａ、３０ｂは、把持部２０ａ、２０ｂの表面全体に巻き付けられている。したがって、握り方による影響が小さく、把持部２０ａ、２０ｂの全体から、操作者の把持力を確実に検出することができる。また、荷重センサ３０ａ、３０ｂは、簡単な構成で、比較的低コストに製造することができる。また、前出図１および式（１）に示したように、回路構成も比較的単純である。このため、既存の入力装置への組み込みが容易である。

＜第二実施形態＞
本実施形態の入力装置と、第一実施形態の入力装置と、の相違点は、把持部表面の形状、および荷重センサにおけるセンサ膜の構成である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図５に、本実施形態の入力装置における把持部の断面図を示す。図５は、図４と対応している。よって、図５中、図４と対応する部材については、同じ符号で示す。また、図５においては、説明の便宜上、クラックＣ１を誇張して示す。図５に示すように、把持部２０ａは、波形状を呈する凹凸表面２１を有している。荷重センサ４０ａは、把持部２０ａの凹凸表面２１に巻き付けられている。

荷重センサ４０ａは、センサ膜４１と、二つの電極４２、４３と、を有している。センサ膜４１は、シート状を呈している。センサ膜４１は、エポキシ樹脂に、カーボンビーズ（導電性フィラー）が充填されてなる。カーボンビーズの充填率は、センサ膜４１の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４５ｖｏｌ％である。把持前の無荷重状態において、センサ膜４１には、カーボンビーズ同士の接触により、多数の導電パスが形成されている。また、図５に模式的に示すように、センサ膜４１には、予め複数のクラックＣ１が形成されている。クラックＣ１は、センサ膜４１が凹凸表面２１に押しつけられる際に導電パスが切断されるように、すなわち、センサ膜４１の厚さ方向に延びるように、形成されている。

ここで、センサ膜４１の製造方法を説明する。まず、エポキシ樹脂の硬化前樹脂と、硬化剤と、カーボンビーズと、を混合して、センサ塗料を調製する。次に、基材の表面に、センサ塗料を塗布する。そして、センサ塗料の塗膜が内側になるように基材を湾曲させて、その状態で加熱して、塗膜を硬化させる。その後、基材を、湾曲した状態から、元の平面状態に戻す。この際、硬化した塗膜（センサ膜）に、クラックが形成される。

二つの電極４２、４３は、各々、帯状を呈している。二つの電極４２、４３は、各々、センサ膜４１と把持部２０ａとの間に介装されている。二つの電極４２、４３は、各々、把持部２０ａの左右側面に延在するよう配置されている。二つの電極４２、４３には、各々、配線（図略）が接続されている。

図６に、操作者により押圧された際の把持部の断面図を示す。例えば、図６中、白抜き矢印で示すように、ゲーム中、操作者の左手により、荷重センサ４０ａおよび把持部２０ａが押圧されると、センサ膜４１は、把持部２０ａ側に湾曲し、凹凸表面２１の凹部に入り込む。これにより、センサ膜４１は、曲げ変形する。センサ膜４１が曲がると、センサ膜４１内のクラックＣ１が開口する。すると、導電パスが切断される。加えて、導電性フィラー同士の接触状態が変化することにより、導電パスが切断される。その結果、電極４２、４３間において検出されるセンサ膜４１の電気抵抗は、平常時の操作状態における電気抵抗よりも大きくなる。この電気量の情報は、入力装置に内蔵された電気回路を通じてゲーム機本体に送信される。そして、予め決められたプログラムにより、ディスプレイ上のゲームキャラクタ等の動きが制御される。

本実施形態の入力装置は、第一実施形態の入力装置と共通する部分については、第一実施形態と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態の入力装置によると、荷重センサ４０ａのセンサ膜４１には、予めクラックＣ１が形成されている。クラックＣ１は、センサ膜４１が凹凸表面２１に押しつけられる際に導電パスが切断されるように、形成されている。このため、荷重センサ４０ａが押圧され、センサ膜４１が凹凸表面２１に押しつけられて曲げ変形すると、クラックＣ１が開口する。これにより、導電パスが切断されて、センサ膜４１の電気抵抗が、速やかに増加する。したがって、応答遅れが小さい。また、主にクラックＣ１の開口により導電パスが切断されるため、エポキシ樹脂の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、押圧力が小さな場合でも、精度良く検出することができる。

＜第三実施形態＞
本実施形態の入力装置と、第一実施形態の入力装置と、の相違点は、荷重センサの構成である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図７に、本実施形態の入力装置における把持部の断面図を示す。図７は、図４と対応している。よって、図７中、図４と対応する部材については、同じ符号で示す。図７に示すように、荷重センサ５０ａは、把持部２０ａの表面に巻き付けられている。荷重センサ５０ａは、センサ膜５１と、二つの電極５２、５３と、カバーフィルム５４と、を有している。

センサ膜５１は、表裏両面にスキン層が形成されているウレタンフォームからなり、シート状を呈している。二つの電極５２、５３は、各々、シート状を呈している。二つの電極５２、５３の大きさは、いずれもセンサ膜５１と略同じである。電極５２は、センサ膜５１の表面に形成されている。同様に、電極５３は、センサ膜５１を挟んで電極５２と対向するように、センサ膜５１の裏面に形成されている。二つの電極５２、５３は、アクリルゴムにケッチェンブラックが配合された導電材料を、センサ膜５１の表裏両面にスクリーン印刷することにより、形成されている。電極５２、５３におけるケッチェンブラックの充填率は、いずれも電極５２、５３の体積を各々１００ｖｏｌ％とした場合の約１５ｖｏｌ％である。二つの電極５２、５３には、各々、配線（図略）が接続されている。

カバーフィルム５４は、アクリルゴムからなり、シート状を呈している。カバーフィルム５４は、電極５２の表面を覆うように配置されている。

ゲーム中、操作者の左手に力が入ると、荷重センサ５０ａおよび把持部２０ａに対する把持力が増加する。荷重センサ５０ａが押圧されると、カバーフィルム５４、電極５２、センサ膜５１は一体となって、把持部２０ａ側に湾曲する。これにより、センサ膜５１の厚さは小さくなる。その結果、電極５２、５３間の静電容量は、平常時の操作状態における静電容量よりも、大きくなる。この電気量の情報は、入力装置に内蔵された電気回路を通じてゲーム機本体に送信される。そして、予め決められたプログラムにより、ディスプレイ上のゲームキャラクタ等の動きが制御される。

本実施形態の入力装置は、第一実施形態の入力装置と共通する部分については、第一実施形態と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態の荷重センサ５０ａによると、センサ膜５１、二つの電極５２、５３、およびカバーフィルム５４は、いずれもエラストマー材料からなる。このため、荷重センサ５０ａの全体が柔軟である。よって、把持部２０ａの形状に沿って配置しやすい。また、操作者が握った時の違和感も少ない。また、荷重センサ５０ａは、最表面（被把持表面）にカバーフィルム５４を有する。これにより、電極５２、５３からの導電を遮断することができ、安全性が向上する。また、カバーフィルム５４は、アクリルゴム製である。よって、荷重センサ５０ａは、把持部２０ａの滑り止めとしても機能する。また、電極５２、５３は伸縮可能であり、センサ膜５１の変形に追従して変形することができる。よって、センサ膜５１の変形が、電極５２、５３により規制されるおそれは小さい。また、繰り返し使用しても、電極５２、５３とセンサ膜５１とが剥離しにくい。つまり、荷重センサ５０ａは、耐久性に優れる。

＜第四実施形態＞
本実施形態の入力装置と、第三実施形態の入力装置と、の相違点は、荷重センサにおける電極の配置形態である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図８に、本実施形態の入力装置における把持部の透過斜視図を示す。また、図９に、図８のＩＸ−ＩＸ方向展開図を示す。なお、説明の便宜上、図８においては表側電極０１Ｘ〜１２Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙに、図９においては検出部Ａ０１０１〜Ａ１２１２に、それぞれハッチングを施す。また、図９においては、カバーフィルム６２を省略し、裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙを細線で示す。また、検出部の符号「Ａ○○△△」中、上二桁の「○○」は、表側電極０１Ｘ〜１２Ｘに対応している。下二桁の「△△」は、裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙに対応している。

図８、図９に示すように、荷重センサ６０ａは、把持部２０ａの表面に巻き付けられている。荷重センサ６０ａは、センサ膜６１と、表側電極０１Ｘ〜１２Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙと、カバーフィルム６２と、を有している。

センサ膜６１は、ウレタンゴムからなり、シート状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１２Ｘは、センサ膜６１の表面に、合計１２本配置されている。表側電極０１Ｘ〜１２Ｘは、各々、アクリルゴムにケッチェンブラックが配合された導電材料を、センサ膜６１の表面にスクリーン印刷することにより、形成されている。表側電極０１Ｘ〜１２Ｘにおけるケッチェンブラックの充填率は、いずれも表側電極０１Ｘ〜１２Ｘの体積を各々１００ｖｏｌ％とした場合の約１５ｖｏｌ％である。表側電極０１Ｘ〜１２Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１２Ｘは、各々、周方向に延在している。表側電極０１Ｘ〜１２Ｘは、軸方向に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。表側電極０１Ｘ〜１２Ｘには、各々、表側配線（図略）が接続されている。

裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙは、センサ膜６１の裏面に、合計１２本配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙは、各々、アクリルゴムにケッチェンブラックが配合された導電材料を、センサ膜６１の裏面にスクリーン印刷することにより、形成されている。裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙにおけるケッチェンブラックの充填率は、いずれも裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙの体積を各々１００ｖｏｌ％とした場合の約１５ｖｏｌ％である。裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙは、各々、軸方向に延在している。裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙは、周方向に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙには、各々、裏側配線（図略）が接続されている。

検出部Ａ０１０１〜Ａ１２１２は、図９にハッチングで示すように、表側電極０１Ｘ〜１２Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙとが、表裏方向（径方向）から見て、交差する部分（重複する部分）に配置されている。検出部Ａ０１０１〜Ａ１２１２は、荷重センサ６０ａの略全面に亘って、略等間隔に配置されている。検出部Ａ０１０１〜Ａ１２１２には、走査的に順番に電圧が印加される。そして、検出部Ａ０１０１〜Ａ１２１２ごとに、静電容量Ｃが検出される。

カバーフィルム６２は、アクリルゴムからなり、シート状を呈している。カバーフィルム６２は、センサ膜６１および表側電極０１Ｘ〜１２Ｘの表面を覆うように、配置されている。

ゲーム中、操作者の左手に力が入ると、荷重センサ６０ａおよび把持部２０ａに対する把持力が増加する。荷重センサ６０ａが押圧されると、押圧部位におけるカバーフィルム６２、表側電極０１Ｘ〜１２Ｘ、センサ膜６１は一体となって、把持部２０ａ側に湾曲する。これにより、押圧部位におけるセンサ膜６１の厚さは小さくなる。その結果、押圧部位に対応する検出部Ａ０１０１〜Ａ１２１２の静電容量Ｃだけが、平常時の操作状態における静電容量Ｃよりも、大きくなる。この電気量の情報は、入力装置に内蔵された電気回路を通じてゲーム機本体に送信される。そして、予め決められたプログラムにより、ディスプレイ上のゲームキャラクタ等の動きが制御される。

本実施形態の入力装置は、第三実施形態の入力装置と共通する部分については、第三実施形態と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態の荷重センサ６０ａによると、帯状の表側電極０１Ｘ〜１２Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙを、表裏方向において直交するように配置した。そして、荷重センサ６０ａの略全面に、複数の検出部Ａ０１０１〜Ａ１２１２を、配置した。これにより、把持力の分布、すなわち、把持部２０ａのどの部位が強く握られているかということを、容易に検出することができる。また、検出部Ａ０１０１〜Ａ１２１２の静電容量Ｃの変化量ΔＣを積分することにより、把持部２０ａに対するトータルの把持力を検出することができる。

また、本実施形態の荷重センサ６０ａによると、センサ膜６１、表側電極０１Ｘ〜１２Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙ、およびカバーフィルム６２は、いずれもエラストマー材料からなる。このため、第三実施形態と同様に、荷重センサ６０ａの全体が柔軟である。よって、把持部２０ａの形状に沿って配置しやすい。また、操作者が握った時の違和感も少ない。また、表側電極０１Ｘ〜１２Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙは、伸縮可能であり、センサ膜６１の変形に追従して変形することができる。よって、センサ膜６１の変形が、表側電極０１Ｘ〜１２Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙにより規制されるおそれは小さい。また、繰り返し使用しても、表側電極０１Ｘ〜１２Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１２Ｙとセンサ膜６１とが剥離しにくい。つまり、荷重センサ６０ａは、耐久性に優れる。

＜その他＞
以上、本発明の入力装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、入力装置の形状は特に限定されない。両手で操作するものだけでなく、片手で操作するものであってもよい。例えば、上記実施形態の入力装置は、把持部と荷重センサとを二つずつ備える。しかし、入力装置は、把持部と荷重センサとを一つずつ備えていてもよい。また、二つの把持部と一つの荷重センサとを備えていてもよい。すなわち、入力装置において、把持部および荷重センサの数は、限定されない。また、上記実施形態において、操作部の構成は特に限定されない。十字キー、操作ボタンに加えて、あるいはこれらに替えて、スティック状のスイッチ等を配置してもよい。なお、操作部は必ずしも必要ではない。すなわち、入力装置を、把持部と荷重センサとを備えて構成してもよい。また、入力装置は、ゲーム機本体等の情報処理装置と、有線で接続されていてもよい。

入力装置から出力される電気量の情報により、例えば、把持力が一定値以上になると、ゲームキャラクタがパワーアップしたり、投げるボール等の速度が大きくなる等のＯＮ／ＯＦＦの制御を行うことができる。また、把持力に応じて、自動車等の速度が加速される等の段階的な制御を行うことができる。

上記実施形態では、シート状の荷重センサを、把持部の表面全体を覆うように巻着した。しかし、荷重センサは、把持部の表面の一部に配置されていてもよい。また、予め環状に形成された荷重センサを、把持部に装着してもよい。また、荷重センサの表面を、例えば凹凸状に形成してもよい。こうすることにより、把持した際の滑りを抑制でき、グリップ感が向上する。また、形成する凸部の位置により、特定の部位に力を加えやすくすることもできる。また、シボ加工等により凹凸模様を形成すると、意匠性も向上する。

荷重センサについても、上記実施形態に限定されない。例えば、第一実施形態では、センサ膜の母材に、ＥＰＤＭを使用した。しかし、母材のエラストマーの種類は特に限定されない。例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。

また、第二実施形態では、センサ膜の母材に、エポキシ樹脂を使用した。しかし、母材の樹脂の種類は特に限定されない。例えば、熱硬化樹脂としては、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド等が挙げられる。また、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリビニルアセテート、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。

母材に充填される導電性フィラーは、導電性を有する粒子であればよい。例えば、炭素材料、金属等の微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。なお、導電パスの形成のため、母材中における導電性フィラーの充填状態を、最密充填状態に近づけるという観点から、導電性フィラーとしては、球状の粒子を採用するとよい。また、電極の数、形状、配置場所等についても、適宜設定すればよい。

第二実施形態では、センサ膜にクラックを形成した。クラックを形成する方法は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、凹凸を有する基材の表面に、センサ塗料を印刷して硬化させてもよい。こうすると、塗膜の硬化時に凹凸の角部分に応力が集中して、クラックを形成することができる。硬化後、さらにセンサ膜を曲げ加工すると、クラックを増加させて、樹脂中に分散させることができる。

第三、第四実施形態において、センサ膜を構成するエラストマーの種類は、特に限定されない。静電容量を大きくするという観点では、比誘電率が高いエラストマーを採用するとよい。また、エラストマーの発泡体を採用してもよい。例えば、上記実施形態のウレタンゴムの他、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム等が挙げられる。また、カバーフィルムの材質は、絶縁材料であれば特に限定されない。上記実施形態のアクリルゴムの他、ウレタンゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム等を用いてもよい。

また、表側電極、裏側電極を構成するエラストマーは、センサ膜に用いるエラストマーと同じでもよく、異なっていてもよい。表側電極、裏側電極、センサ膜が同じエラストマーから構成される場合には、センサ膜の変形に対する表側電極、裏側電極の追従性が向上する。また、センサ膜と、表側電極および裏側電極と、の密着性が向上する。また、第四実施形態において、表側電極、裏側電極の形状、数、配置等は、特に限定されない。検出部の数や配置に応じて、適宜決定すればよい。

本発明の入力装置は、ゲーム機の操作の他、カラオケ用マイク、コンピュータへの入力等、種々の入力装置として用いることができる。

１：入力装置 １０：操作部 １１：十字キー １２：操作ボタン
２０ａ、２０ｂ：把持部 ２１：凹凸表面
３０ａ、３０ｂ：荷重センサ ３１：センサ膜 ３２、３３：電極
４０ａ：荷重センサ ４１：センサ膜 ４２、４３：電極
５０ａ：荷重センサ ５１：センサ膜 ５２、５３：電極 ５４：カバーフィルム
６０ａ：荷重センサ ６１：センサ膜 ６２：カバーフィルム
８００：センサ膜 ８０１：樹脂 ８０２：導電性フィラー ８０３：クラック
０１Ｘ〜１２Ｘ：表側電極 ０１Ｙ〜１２Ｙ：裏側電極
Ａ０１０１〜Ａ１２１２：検出部 Ｃ１：クラック Ｐ：導電パス

Claims (6)

1. 把持部と、
   該把持部の表面に配置され、エラストマーまたは樹脂を母材とするセンサ膜と、該センサ膜に接続される複数の電極と、を有する荷重センサと、を備え、
   該荷重センサを介して該把持部を把持する操作者の把持力に応じて、該荷重センサから出力される電気量を入力情報として送信することを特徴とする入力装置。
2. 前記荷重センサは、前記把持部の表面全体を覆うように配置されている請求項１に記載の入力装置。
3. 前記センサ膜は、前記エラストマーと該エラストマー中に３０ｖｏｌ％以上の充填率で充填されている導電性フィラーとを有し、無荷重状態において該導電性フィラー同士の接触により三次元的な導電パスが形成されており、加えられた荷重が増加するに従って電気抵抗が増加する請求項１または請求項２に記載の入力装置。
4. 前記把持部の表面は、凹凸状を呈する凹凸表面であり、
   前記センサ膜は、前記樹脂と該樹脂中に３０ｖｏｌ％以上の充填率で充填されている導電性フィラーとを有し、無荷重状態において該導電性フィラー同士の接触により三次元的な導電パスが形成されていると共に、該把持部の該凹凸表面に押しつけられる際に該導電パスが切断されるよう予めクラックが形成されており、加えられた荷重が増加するに従って電気抵抗が増加する請求項１または請求項２に記載の入力装置。
5. 前記センサ膜は、前記エラストマーからなり、
   複数の前記電極は、該センサ膜の表裏両面に配置され、
   前記荷重センサは、加えられた荷重により、該センサ膜を介して対向する該電極間の静電容量が変化する静電容量型センサである請求項１または請求項２に記載の入力装置。
6. 前記荷重センサの表面は、前記操作者により把持される被把持表面であり、
   該被把持表面は、凹凸状を呈する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の入力装置。

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