JP6037470B2 - 操作デバイス - Google Patents

Description

本発明はユーザによって操作される操作軸を備える操作デバイスに関する。

従来、ゲーム装置など電子機器への入力装置として、ユーザが操作する操作軸を有する操作デバイスが利用されている。米国特許出願公開２００７／０２０２９５６号明細書が開示する携帯電子機器は、半径方向に平行移動可能に支持される操作軸（アナログスティック）を有している。米国特許第６３９４９０６号明細書では、操作軸を傾けることができるように、操作軸の基部は回転可能な支持軸で支持されている。支持軸の回転角から操作軸の傾き方向や傾きの大きさが算出される。

米国特許出願公開２００７／０２０２９５６号に開示されるような平行移動可能な従来の操作軸は、傾けることや、その軸心回りに回転させることはできず、操作形態が限られていた。平行移動に加えてこれらの動きが可能となれば、操作軸の操作性やゲームの面白みを増すことが可能となることから、これらの動きを可能とする新規な構造の操作軸が望まれていた。本発明の一態様に係る操作デバイスは、操作軸と、前記操作軸の軸心から離れて位置する係合部と、前記操作軸に対してその周方向で相対回転可能であり、前記係合部と係合し、前記操作軸の半径方向への平行移動に応じて前記係合部との係合により前記操作軸に対して相対回転する可動体と、前記可動体の回転方向で当該可動体と当接し、前記操作軸の移動による力を前記可動体から受ける基体と、前記基体に作用する力を検知するセンサーと、を備える。この操作デバイスによれば、半径方向に平行移動可能な操作軸を有する新規な構造の操作デバイスが実現される。

米国特許第６３９４９０６号の構造では、操作軸の半径方向への平行移動や操作軸の軸心回りの回転など、操作軸の軸に垂直な面での操作軸の動きを可能にすることや、操作軸の軸方向の動き量を検知することは難しい。本発明の一態様に係る操作デバイスは、軸方向での動きである第１の動きと、前記軸方向に垂直な面での動きである第２の動きとが可能な操作軸と、前記操作軸の動きを受けて弾性変形するばねであって、前記第１の動きに応じて前記軸方向である第１の方向の弾性力を生じ、前記第２の動きに応じて前記軸方向に垂直な面に沿った方向である第２の方向の弾性力を生じる少なくとも１つのばねと、前記第１の方向での弾性力に応じた力と、前記第２の方向での弾性力に応じた力とを検知するセンサーと、を備える。この操作デバイスによれば、操作軸の軸方向への動き量と、軸方向に垂直な面での動き量とを検知できる。

本発明の一実施形態に係る操作デバイスの斜視図である。 操作デバイスが備える操作軸アッセンブリの分解斜視図である。 操作軸アッセンブリの側面図である。 操作軸の軸心を通る面を切断面とする操作軸アッセンブリの断面図である。 操作軸アッセンブリを構成するセンサーが力を検知する方向を説明するための図である。 操作軸をその軸方向に動かした状態を示している。 操作軸の半径方向への平行移動を説明するための図である。この図では可動体を操作軸の軸方向に見た様子が示されている。図７（ａ）は操作軸が初期位置にあるときの可動体を示し、図７（ｂ）は操作軸が半径方向に平行移動したときの可動体を示している。 操作軸の半径方向への平行移動を説明するための図である。 操作軸の軸心回りの回転を説明するための図であり、この図でも可動体を操作軸の軸方向に見た様子が示されている。図９（ａ）は操作軸が初期位置にあるときの可動体を示し、図９（ｂ）は操作軸を軸心回りに回転させたときの可動体を示している。 操作軸を傾けた状態を示している。 操作軸アッセンブリを構成する可動体の変形例を説明するための図である。 本発明の別の実施形態にかかる操作デバイスの斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る操作デバイス１の斜視図である。

図１に示すように、この例の操作デバイス１のハウジング２は、その右側部分及び左側部分に、ユーザが手で保持するための被保持部２Ｒ，２Ｌをそれぞれ有している。右側の被保持部２Ｒの前部２ｂの上面には複数（この例では４つ）のボタン３が設けられている。被保持部２Ｒは、前部２ｂから後方に伸びる、ユーザが握るためのグリップ２ｄを有している。左側の被保持部２Ｌの前部２ａには方向キー４が設けられている。方向キー４は十字に配置された４つの凸部４ａを有している。被保持部２Ｌも、前部２ａから後方に伸びる、ユーザが握るためのグリップ２ｃを有している。被保持部２Ｒの前部２ｂと被操作部２Ｌの前部２ａは連結部２ｅによって連結されている。連結部２ｅと左側のグリップ２ｃの間に操作軸アッセンブリ１０が配置されている。また、連結部２ｅと右側のグリップ２ｃの間にも操作軸アッセンブリ１０が配置されている。操作軸アッセンブリ１０は、連結部２ｅとグリップ２ｃ，２ｄの間に形成された筒状のアッセンブリ収容部２ｇに収容されている。なお、操作デバイス１は必ずしも２つの操作軸アッセンブリ１０を備えていなくてもよい。すなわち、操作軸アッセンブリ１０は、連結部２ｅとグリップ２ｃの間と、連結部２ｅとグリップ２ｄの間のいずれか一方には配置されていなくてもよい。

図２は操作デバイス１が備える操作軸アッセンブリ１０の分解斜視図である。図３はアッセンブリ１０の側面図である。図４は、後述する操作軸２０の軸心を通る面を切断面とするアッセンブリ１０の断面図である。図５はアッセンブリ１０を構成するセンサー３５が力を検知する方向を説明するための図である。後において詳説するように、アッセンブリ１０は複数（この例では３つ）のセンサー３５を有している。図５における符号３５−１〜３５−３は３つのセンサー３５をそれぞれ示している。以下の説明では、特定のセンサーを示す場合にのみ、符号３５−１〜３５−３を使用する。図５において、Ｚ軸は、初期位置にある操作軸２０（図４に示す位置にある操作軸２０）の軸心に沿った基準軸である。Ｘ軸とＹ軸はそれぞれＺ軸に直交し、且つ互いに直交する基準軸である。すなわち、Ｘ軸とＹ軸はともに初期位置にある操作軸２０の半径方向に沿った基準軸である。この例ではセンサー３５−２が配置される基準軸をＸ軸としている。

図４に示すように、アッセンブリ１０は操作軸２０を有している。この例の操作軸２０は軸本体２１と、軸本体２１の上端に設けられる第１の操作部２２Ａと、軸本体２１の下端に設けられる第２の操作部２２Ｂとを有している。ユーザは第１の操作部２２Ａと第２の操作部２２Ｂを、操作デバイス１の前面側に配置した指（例えば親指）と、背面側に配置した指（例えば、人差し指や中指）とで挟んで操作軸２０を操作することができる。例えば、ユーザは操作部２２Ａ，２２Ｂを挟んだ状態で操作軸２０をその半径方向に平行移動させたり、操作軸２０を傾けることができる。

図４に示すように、第１の操作部２２Ａは軸本体２１の上端に取り付けられるフランジ２２ａを有している。フランジ２２ａは軸本体２１から半径方向に広がる形状（この例では円形）を有している。また、第１の操作部２２Ａはフランジ２２ａの上側に取り付けられるパッド２２ｂを有している。この例のパッド２２ｂは全体として略円形であり、その上面には十字形状の凸部２２ｃが形成されている（図２参照）。凸部２２ｃは必ずしも形成されなくてもよい。この例では、フランジ２２ａは軸本体２１の端面に螺子２９で取り付けられている。パッド２２ｂは螺子２８でフランジ２２ａの上側に取り付けられている（図２参照）。第２の操作部２２Ｂも軸本体２１から半径方向に広がる形状（この例では円形）を有している。第２の操作部２２Ｂは螺子２７で軸本体２１の端面に取り付けられている。

図２及び図４に示すように、アッセンブリ１０は軸本体２１を囲む基体３０を有している。この例の基体３０は略円環状である。上述の操作部２２Ａ，２２Ｂは基体３０を挟んで互いに反対側に位置している。

図２に示すように、アッセンブリ１０は基体３０に取り付けられる複数のセンサー３５を有している。センサー３５は操作軸２０の周方向に沿って間隔を空けて配置されている。この例では、３つのセンサー３５が等間隔（１２０度間隔）で配置されている。

図２に示すように、アッセンブリ１０はフレーム５０を含んでいる。フレーム５０は操作デバイス１のハウジング２の内側で固定される。フレーム５０は基体３０の外周を囲む複数（この例では３つ）の壁部５１を含んでいる。センサー３５は周方向で隣り合う２つの壁部５１の間に配置され、センサー３５の縁は螺子で２つの壁部５１にそれぞれ取り付けられている。フレーム５０はその上部に環状部５２を有し、３つの壁部５１は環状部５２を通して互いに連結されている。

センサー３５は、操作軸２０の軸方向（Ｚ軸方向）の力と、軸方向に垂直な面（Ｘ軸及びＹ軸を含む水平面）に沿った方向の力とを基体３０から受けることができるように、基体３０に係合している。この例では、図２に示すように、センサー３５はセンサー本体３５ｂから操作軸２０の軸心に向かって突出する係合部３５ａを有している。基体３０の外周面には複数の穴３０ｃ（この例では、基体３０を半径方向に貫通する穴）が形成され、係合部３５ａは穴３０ｃに嵌っている。この係合構造により、センサー３５には、Ｚ軸方向の力と、Ｚ軸に垂直な面に沿った方向の力とが基体３０から作用する。この例では、センサー３５にはＺ軸方向の力と、Ｚ軸を中心とする円の接線方向の力とが基体３０から加えられる。例えばセンサー３５−２（図５参照）にはＺ軸方向の力とＹ軸方向の力とが加えられる。なお、基体３０は係合部３５ａによって支持され、その動きはセンサー３５によって規制されている。

センサー３５は歪みゲージを含み、基体３０から加えられる力を検知する。図５に示すように、各センサー３５は互いに交差する２つの検出方向Ｄ１，Ｄ２を有している。各センサー３５の第１の検出方向Ｄ１は、Ｚ軸に垂直な平面に対して交差する方向である。この例では、第１の検出方向Ｄ１はＺ軸方向に設定されている。センサー３５は、例えばＺ軸の正方向の力が係合部３５ａに作用した場合には正の値を出力し、Ｚ軸の負方向の力が係合部３５ａに作用した場合には負の値を出力する。各センサー３５の第２の検出方向Ｄ２はＺ軸に垂直な平面に沿って設定されている。複数のセンサー３５の第２の検出方向Ｄ２は互いに交差する少なくとも２つの方向に設定されている。具体的には、各センサー３５の第２の検出方向Ｄ２はＺ軸を中心とする円の接線方向に設定されている。図５の例では、センサー３５−２の第２の検出方向Ｄ２はＹ軸の負方向である。センサー３５−３の第２の検出方向Ｄ２はセンサー３５−２の第２の検出方向Ｄ２に対して１２０度傾斜した方向である。センサー３５−１の第２の検出方向Ｄ２はセンサー３５−３の第２の検出方向Ｄ２に対してさらに１２０度傾斜した方向である。センサー３５は、第２の検出方向Ｄ２において正方向の力を受けた場合には正の値を出力し、第２の検出方向Ｄ２において負負方向の力を受けた場合には、負の値を出力する。

図２及び図４に示すように、アッセンブリ１０は、基体３０を挟んで互いに反対側に配置される第１の可動体４０Ａと第２の可動体４０Ｂとを有している。第１の可動体４０Ａは基体３０の上側に配置され、操作軸２０の上端の第１の操作部２２Ａと基体３０との間に位置している。第２の可動体４０Ｂは基体３０の下側に配置され、操作軸２０の下端の第２の操作部２２Ｂと基体３０との間に位置している。第１の可動体４０Ａは操作軸２０の軸方向で基体３０と対向し、基体３０によって軸方向で支持されている。すなわち、第１の可動体４０Ａの基体３０に向いた面（下面）は基体３０に接している。互いに接する第１の可動体４０Ａの下面と基体３０の上面は水平、すなわちＺ軸に対して垂直である。そのため、第１の可動体４０Ａは基体３０上で水平に、すなわちＸ−Ｙ平面内で動くことができ、Ｚ軸方向では変位しない。同様に、第２の可動体４０Ｂは操作軸２０の軸方向で基体３０と対向し、基体３０によって軸方向で支持されている。すなわち、第２の可動体４０Ｂの基体３０に向いた面（上面）は基体３０に接している。互いに接する第２の可動体４０Ｂの上面と基体３０の下面は水平、すなわちＺ軸に対して垂直である。そのため、第２の可動体４０Ｂも基体３０上で水平に、すなわちＸ−Ｙ平面内で動くことができ、Ｚ軸方向では変位しない。第１の可動体４０Ａと第２の可動体４０Ｂは後述するばね４５Ａ，４５Ｂによってそれぞれ基体３０に押し付けられている。

軸本体２１はその略中央部に大径部２３を有している。大径部２３は軸本体２１の他の部分よりも大きな径を有している。すなわち、大径部２３は、大径部２３から第１の操作部２２Ａに向かって伸びる部分（以下、軸部２４Ａ）、及び大径部２３から第２の操作部２２Ｂに向かって伸びる部分（以下、軸部２４Ｂ）よりも大きな径を有している。可動体４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ軸部２４Ａ，２４Ｂを保持し、且つ大径部２３を操作軸２０の軸方向で挟んでいる。詳細は、可動体４０Ａ，４０Ｂには、軸部２４Ａ，２４Ｂの太さに対応した（一致した）内径を有し且つ可動部４０Ａ，４０ＢをＺ軸方向に貫通する穴が形成されている。軸部２４Ａ，２４Ｂは可動体４０Ａ，４０Ｂの穴にそれぞれ挿通されている。これにより、可動体４０Ａ，４０Ｂは操作軸２０とともに半径方向に移動したり、操作軸２０とともに傾く。

基体３０は環状であり、大径部３０を取り囲んでいる。操作軸２０が初期位置にある状態（いずれの方向にも動かされていない状態）では、操作軸２０の軸心（Ｚ軸）と、基体３０の穴の中心線と、可動体４０Ａ，４０Ｂの穴の中心線は一致している。図４に示すように、基体３０の内径は大径部３０の外径よりも大きい。すなわち、基体３０の内周面と大径部３０の外周面との間にはスペースが設けられている。そのため、操作軸２０は基体３０の内側で半径方向に移動したり、傾くことができる。

図２及び図４に示すように、アッセンブリ１０は、ばね４５Ａ，４５Ｂを有している。ばね４５Ａは第１の可動体４０Ａと第１の操作部２２Ａとの間に配置されている。ばね４５Ｂは第２の可動体４０Ｂと第２の操作部２２Ｂとの間に配置されている。この例では、ばね４５Ａの内側に軸部２４Ａが挿通され、ばね４５Ｂの内側に軸部２４Ｂが挿通されている。

図６から図１０はアッセンブリ１０を構成する各部材の動きを説明するための図である。図６は操作軸２０をその軸方向に動かした状態を示している。図７及び図８は操作軸２０の半径方向への平行移動を説明するための図であり、この図では可動体４０Ａ，４０Ｂを操作軸２０の軸方向に見た様子が示されている。図７（ａ）は操作軸２０が初期位置にあるときの可動体４０Ａ，４０Ｂを示している。図７（ｂ）及び図８は操作軸２０が半径方向に平行移動したときの可動体４０Ａ，４０Ｂを示している。図９は操作軸２０の軸心回りの回転を説明するための図であり、この図でも可動体４０Ａ，４０Ｂを操作軸２０の軸方向に見た様子が示されている。図９（ａ）は操作軸２０が初期位置にあるときの可動体４０Ａ，４０Ｂを示し、図９（ｂ）は操作軸２０を軸心回りに回転させたときの可動体４０Ａ，４０Ｂを示している。図１０は操作軸２０を傾けた状態を示している。

これらの図に示すように、操作軸２０は、当該操作軸２０の軸方向（Ｚ軸方向）へ平行移動（図６）、及び、傾き（半径方向に沿った任意の軸Ａｘ回りの傾き、図１０）が可能となっている。さらに、操作軸２０は、操作軸２０の軸心（Ｚ軸）に対して垂直な面での動きが可能となっている。操作軸２０の軸心に対して垂直な面での動きは、具体的には、操作軸２０の半径方向への平行移動（図７及び図８）と、操作軸２０の軸心（Ｚ軸）回りでの回転（図９）である。以下の説明では、初期位置にある操作軸２０の軸方向をＺ軸方向と称する。

可動体４０Ａ，４０Ｂと基体３０は、ばね４５Ａ，４５Ｂの弾性力に起因する力が可動体４０Ａ，４０Ｂから基体３０に作用するように、形成されている。可動体４０Ａ，４０Ｂから基体３０に作用する力は、操作軸２０の動きに応じた方向に作用する。本実施形態では、可動体４０Ａ，４０ＢはＺ軸方向で基体３０によって支持されている。そのため、操作軸２０がＺ軸方向に移動するとき、及び傾くときに、Ｚ軸方向の力（Ｆ１（図６）、Ｆ５（図１０））が可動体４０Ａ，４０Ｂから基体３０に作用する。また、操作軸２０がＺ軸に垂直な面において動くとき、Ｚ軸に垂直な面に沿った方向の力が可動体４０Ａ，４０Ｂから基体３０に作用する。Ｚ軸に垂直な面に沿った方向の力は、具体的には、操作軸２０の半径方向の力（Ｆ２（図７及び図８））と、操作軸２０を中心とする回転力（複数のＦ３（図９）による回転力（モーメント））である。基体３０に作用する力はセンサー３５によって検知される。

ばね４５Ａ，４５Ｂは操作軸２０の軸方向での弾性力と、操作軸２０の軸方向に垂直な面に沿った方向の弾性力とを生じる。この例のばね４５Ａ，４５Ｂのそれぞれは、圧縮且つねじりコイルばねである。すなわち、ばね４５Ａ，４５Ｂは操作軸２０の軸方向で圧縮変形可能であり、且つ操作軸２０を中心とするねじり変形が可能である。したがって、ばね４５Ａ，４５Ｂは、操作軸２０の軸方向に垂直な面に沿った方向の弾性力として、ねじり変形による弾性力（以下ねじり弾性力）を生じる。後述するように、操作軸２０がその半径方向へ移動するとき（図７及び図８）、及び操作軸２０がその軸心を中心として回転するときには（図１０）、ばね４５Ａ，４５Ｂのねじり弾性力に起因する力（Ｆ２（図７及び図８）、複数のＦ３（図９）による回転力（モーメント））が基体３０に作用する。また、操作軸２０がＺ軸方向へ平行移動するとき（図６）及び傾くときときには（図１０）、基体３０には、ばね４５Ａ，４５Ｂの圧縮変形に起因する力（Ｆ１（図６）、Ｆ５（図１０））が作用する（以下、圧縮変形による弾性力を圧縮弾性力とする）。

以下、操作軸２０、可動体４０Ａ，４０Ｂ、及び基体３０にについて詳細に説明する。

［軸方向での動きに関する構造］
可動体４０Ａ，４０Ｂは、当該可動体４０Ａ，４０Ｂが操作軸２０に対して軸方向に相対移動可能となるように、操作軸２０を保持している。詳細には、上述したように、操作軸２０の軸部２４Ａ，２４Ｂは、可動体４０Ａ，４０Ｂに形成された穴にそれぞれ挿通されている。可動体４０Ａ，４０Ｂは軸部２４Ａ，２４Ｂに沿って操作軸２０に対して相対移動できる。換言すると、操作軸２０は、図６に示すように、その軸方向（Ｚ軸方向）に平行に移動できる。ばね４５Ａは第１の可動体４０Ａと第１の操作部２２Ａとの間で、それらの接近に抗する圧縮弾性力を発揮する。また、ばね４５Ｂは、第２の可動体４０Ｂと第２の操作部２２Ｂとの間で、それらの接近に抗する圧縮弾性力を発揮する。そのため、操作軸２０がその軸方向に移動したとき、その移動量に応じた圧縮弾性力が３つのセンサー３５に均等に作用する。

すなわち、図６に示すように、操作軸２０がＺ軸の負方向に移動するとき、第１の操作部２２Ａと第１の可動体４０Ａとの接近に起因してばね４５Ａが縮められる。その結果、操作軸２０の移動量に応じた圧縮弾性力が基体３０の全体に加えられ、３つのセンサー３５にＺ軸の負方向の力Ｆ１が均等に作用する。反対に、操作軸２０がＺ軸の正方向に移動するとき、第２の操作部２２Ｂと第２の可動体４０Ｂとの接近に起因してばね４５Ｂが縮められる。その結果、３つのセンサー３５にＺ軸の正方向の力が均等に作用する。センサー３５が第１の検出方向Ｄ１（図５参照）で検知する力から操作軸２０の移動量が算出される。

図６に示すように、第２の可動体４０Ｂは操作軸２０に軸方向で当接し、それにより、操作軸２０がＺ軸の負方向へ移動する時（第１の操作部２２Ａから第２の操作部２２Ｂに向かう方向への移動時）に操作軸２０とともに移動する。具体的には、第２の可動体４０Ｂは、操作軸２０の大径部２３の下側（第２の操作部２２Ｂ側）の面に当接している（図４参照）。そのため、操作軸２０がＺ軸の負方向に移動するとき、ばね４５Ｂの圧縮弾性力はその動きに対する反力として作用しない。また、ばね４５Ａは初期圧縮弾性力を生じる状態でセットされている。すなわち、第１可動体４０Ａと第１の操作部２２Ａとの間の距離は、ばね４５Ａの自然長（負荷を受けていない状態での長さ）よりも小さい。したがって、ばね４５Ａには、操作軸２０が初期位置にある状態でばね４５Ａを圧縮する初期負荷が掛っており、ばね４５Ａは第１の可動体４０Ａと第１の操作部２２Ａとを押し広げる初期圧縮弾性力を発揮している。その結果、Ｚ軸の負方向への操作軸２０の移動は、ばね４５Ａの初期圧縮弾性力を越える操作力が操作軸２０に加えられたときに、開始することとなる。これにより、ユーザが意図しない操作軸２０の動きが抑えられ、操作軸２０の操作性を向上できる。

同様に、第１の可動体４０Ａは操作軸２０に軸方向で当接し、それにより、操作軸２０がＺ軸の正方向（第２の操作部２２Ｂから第１の操作部２２Ａに向かう方向）へ移動するときに操作軸２０とともに移動する。具体的には、図４に示すように、第１の可動体４０Ａは、操作軸２０の大径部２３の上側（第１の操作部２２Ａ側）の面に当接している。ばね４５Ｂも初期圧縮弾性力を生じる状態でセットされている。すなわち、ばね４５Ｂは、操作軸２０が初期位置にある状態で、第２の可動体４０Ｂと第２の操作部２２Ｂとを押し広げる弾性力を発揮している。そのため、Ｚ軸の正方向への操作軸２０の移動は、ばね４５Ｂの初期圧縮弾性力を越える力が操作軸２０に加えられたときに、開始することとなる。なお、操作軸２０が初期位置にある状態では、ばね４５Ａの初期圧縮弾性力により基体３０に作用する力とばね４５Ｂの初期圧縮弾性力により基体３０に作用する力は互いに打ち消しあっている。

［半径方向での平行移動に関する構造］
可動体４０Ａ，４０Ｂは、上述したように操作軸２０を保持しており、操作軸２０が半径方向へ平行移動するとき操作軸２０とともに半径方向に移動する。また、可動体４０Ａ，４０Ｂは、操作軸２０の周方向において当該操作軸２０に対して相対回転可能である。アッセンブリ１０には、可動体４０Ａ，４０Ｂと係合し、操作軸２０の半径方向への平行移動に応じて可動体４０Ａ，４０Ｂを回転させる係合凸部３０ａ，３０ｂが設けられている。後述するように、可動体４０Ａ，４０Ｂが回転することにより、ばね４５Ａ，４５Ｂがねじられる。

この例では、係合凸部３０ａ，３０ｂは基体３０に形成されている。図２及び図３に示すように、係合凸部３０ａ，３０ｂは基体３０の上面及び下面からそれぞれ突出し、且つ操作軸２０の軸心から半径方向に離れて位置している。各可動体４０Ａ，４０Ｂは係合凹部４１を有している。この例の可動体４０Ａ，４０Ｂは円盤の外周部が部分的に切り欠かれた形状を有している。そして、その切り欠かれた部分が係合凹部４１となっている。係合凸部３０ａ，３０ｂは係合凹部４１と係合している。すなわち、係合凸部３０ａ，３０ｂは、図７（ａ）に示すように、係合凹部４１の内側に配置されている。そして、係合凸部３０ａ，３０ｂは、可動体４０Ａ，４０Ｂの回転中心から離れた位置で係合凹部４１の内面と操作軸２０の周方向において当接している（以下において、係合凹部４１の内面における係合凸部３０ａ，３０ｂが当接する部分をそれぞれ当接面４１ａ，４１ｂとする）。なお、図７（ａ）において符号３０ａ−１〜３０ａ−３及び３０ｂ−１〜３０ｂ−３は３つの係合凸部３０ａ，３０ｂをそれぞれ示している（以下の説明では、特定の係合凸部３０ａ，３０ｂを示す場合に、符号３０ａ−１〜３０ａ−３及び３０ｂ−１〜３０ｂ−３を使用する）。

図７を参照して、可動体４０Ａ，４０Ｂの動きについて説明する。図７（ａ）及び（ｂ）において、Ｚ軸は、初期位置にある操作軸２０の軸心の位置を示している。図７（ｂ）の符号Ｄｓの示す方向は操作軸２０の移動方向であり、符号Ａｘは移動後の操作軸２０の軸心の位置を示している。図７（ｂ）に示すように、操作軸２０がその半径方向へ平行移動する時、係合凹部４１の当接面４１ａ，４１ｂが係合凸部３０ａ，３０ｂに当るため、可動体４０Ａ，４０Ｂは操作軸２０とともに半径方向に移動しながら回転する。この例では、基体３０は複数の係合凸部３０ａを有し、第１可動体４０Ａは複数の係合凹部４１を有している。同様に、基体３０は複数の係合凸部３０ｂを有し、第２可動体４０Ｂは複数の係合凹部４１を有している。操作軸２０が半径方向に平行移動するとき、いずれかの係合凸部３０ａ，３０ｂに当接面４１ａ，４１ｂが当ることにより、可動体４０Ａ，４０Ｂは操作軸２０とともに半径方向に移動しながら、回転する。上述したように、第１の可動体４０Ａは基体３０の水平な上面に接し、第２の可動体４０Ｂの基体３０の水平な下面に接している。そのため、操作軸２０がその半径方向へ平行移動する時、可動体４０Ａ，４０ＢはＺ軸方向で変位しない。

当接面４１ａ，４１ｂは、図７（ａ）に示すように、係合凸部３０ａ，３０ｂを通る半径方向に沿った直線Ｌ２に沿って形成されている。この例では、各係合凹部４１は直線Ｌ２に対して対称に形成されている。また、係合凹部４１の底部４１ｃには、半径方向の外方に開いた湾曲面が形成されている。なお、係合凹部４１の底部４１ｃは必ずしもこのような湾曲面でなくてもよく、平らな面や、操作軸２０を中心に湾曲した面であってもよい。底部４１ｃの位置、すなわち係合凹部４１の深さは、操作軸２０の移動時に係合凸部３０ａ，３０ｂが底部４１ｃに当らないように設定されることが望ましい。

図２及び図７に示すように、複数の係合凸部３０ａは操作軸２０の周方向に間隔をあけて形成されている。図７（ａ）に示すように、操作軸２０が初期位置にある状態では、複数の係合凸部３０ａは、第１の可動体４０Ａに形成された複数の係合凹部４１の当接面４１ａにそれぞれ当接している。この例では、基体３０は等間隔（１２０度）で配置される３つの係合凸部３０ａを有し、第１の可動体４０Ａには３つの係合凹部４１が形成されている。同様に、基体３０は等間隔（１２０度）で配置される３つの係合凸部３０ｂを有し、第２の可動体４０Ｂには３つの係合凹部４１が形成されている。この例では、係合凸部３０ａ，３０ｂは周方向において同じ角度位置に形成されている。すなわち、係合凸部３０ａ，３０ｂは操作軸２０の軸方向で互いに反対側に位置している（図３参照）。

操作軸２０が初期位置にある状態で、第１の可動体４０Ａに形成された複数の当接面４１ａは同一方向で係合凸部３０ａに当接している。この例では、図７（ａ）に示すように、当接面４１ａは全て時計回り方向で係合凸部３０ａに当接している。換言すると、当接面４１ａは係合凸部３０ａの外面のうち反時計回り方向に向いた側面に当接している。これにより、操作軸２０がどの角度の半径方向に移動する場合であっても、いずれかの係合凸部３０ａが第１の可動体４０Ａを反時計回り方向に回転させる。なお、係合凸部３０ａの数は、操作軸２０がどの角度の半径方向に移動した場合であっても第１の可動体４０Ａの回転が生じるように設定される。したがって、係合凸部３０ａの数は必ずしも３つに限定されず、それ以上であってもよい。

図７（ｂ）の例では、操作軸２０が半径方向（図において左方向）に移動したために、係合凸部３０ａ−２が第１の可動体４０Ａの当接面４１ａにあたり、第１の可動体４０Ａを回転させている。その他の係合凸部３０ａ−１，３０ａ−３は、第１の可動体４０Ａが回転するために、第１の可動体４０Ａの当接面４１ａから離れている。図７（ｂ）に示すように、可動体４０Ａ，４０Ｂの回転に寄与しない係合凸部３０ａによって可動体４０Ａの回転が阻害されないように、係合凹部４１の幅Ｗ１は係合凸部３０ａに比べて大きく設定されている。

図７（ａ）に示すように、操作軸２０が初期位置にある状態で、第２の可動体４０Ｂに形成された複数の係合凹部４１の当接面４１ｂも、同一の回転方向で係合凸部３０ｂに当接している。これにより、操作軸２０がどの角度の半径方向に移動する場合であっても、いずれかの係合凸部３０ｂが第２の可動体４０Ｂを回転させる。

第２の可動体４０Ｂの当接面４１ｂは第１の可動体４０Ａの当接面４１ａとは反対方向で係合凸部３０ｂに当接している。すなわち、この例の当接面４１ｂは、図７（ａ）に示すように、全て反時計回り方向で係合凸部３０ｂに当接している。換言すると、当接面４１ａは、係合凸部３０ａの外面のうち反時計回り方向に向いた側面に当接し、当接面４１ｂは、係合凸部３０ｂの外面のうち時計回り方向に向いた側面に当接している。このため、操作軸２０が半径方向に移動するとき、可動体４０Ａ，４０Ｂは互いに反対向きに回転する。図７（ｂ）の例では、第１の可動体４０Ａは操作軸２０を中心に反時計回り方向（図においてＤａ方向）に回転し、第２の可動体４０Ｂは操作軸２０を中心に時計回り方向（図においてＤｂ方向）に回転する。なお、第２の可動体４０Ｂの回転に寄与しない係合凸部３０ｂ（図７（ｂ）では係合凸部３０ｂ−２，３０ｂ−３）によって第２の可動体４０Ｂの回転が阻害されないように、第２の可動体４０Ｂの係合凹部４１の幅も係合凸部３０ｂに比べて大きく設定されている。上述したように、第１の可動体４０Ａは基体３０の水平な上面に接し、第２の可動体４０Ｂの基体３０の水平な下面に接している。可動体４０Ａ，４０Ｂは互いに平行である。操作軸２０がその半径方向へ移動する時、可動体４０Ａ，４０Ｂは互いに平行な状態を保ったまま、互いに反対方向に回転する。

上述したように、第１の可動体４０Ａと第１の操作部２２Ａとの間にはばね４５Ａが配置されている。また、第２の可動体４０Ｂと第２の操作部２２Ｂとの間にはばね４５Ｂが配置されている。ばね４５Ａとばね４５Ｂは互いに反対向きに可動体４０Ａ，４０Ｂをそれぞれ付勢している。この例では、ばね４５Ａは、時計回り方向（操作軸２０の平行移動による第１の可動体４０Ａの回転とは反対方向）に第１の可動体４０Ａを付勢している。一方、ばね４５Ｂは、反時計回り方向（操作軸２０の平行移動による第２の可動体４０Ｂの回転とは反対方向）に第２の可動体４０Ｂを付勢している。したがって、操作軸２０がその半径方向に平行移動すると、ばね４５Ａ，４５Ｂが可動体４０Ａ，４０Ｂによってそれぞれねじられて、ばね４５Ａ，４５Ｂのねじり弾性力（回転力）が増す。なお、図３に示すように、ばね４５Ａの両端部は可動体４０Ａと操作軸２０とにそれぞれ係合し、それらの係合により、ばね４５Ａは、時計回り方向に第１の可動体４０Ａを付勢している。同様に、ばね４５Ｂの両端部は第２の可動体４０Ｂと操作軸２０とにそれぞれ係合し、それらの係合により、ばね４５Ｂは、反時計回り方向に第２の可動体４０Ｂを付勢している。

図３に示すように、ばね４５Ａ，４５Ｂは、その両端部に、半径方向に伸びるアーム部４５ｃ，４５ｄを有している。可動体４０Ａ，４０Ｂは操作部２２Ａ，２２Ｂに向けて突出するばね受け４２を有し、操作部２２Ａ，２２Ｂは可動体４０Ａ，４０Ｂに向けて突出するばね受け２５を有している。アーム部４５ｃ，４５ｄは、可動体４０Ａ，４０Ｂによってばね４５Ａ，４５Ｂがねじられるように可動体４０Ａ，４０Ｂと操作部２２Ａ，２２Ｂとにそれぞれ係合している。すなわち、アーム部４５ｃ，４５ｄは操作軸２０を中心とする周方向でばね受け４２，２５と係合している。

基体３０は、可動体４０Ａ，４０Ｂの回転による力、具体的にはばね４５Ａ，４５Ｂのねじり弾性力に起因する力Ｆａ２，Ｆｂ２（図７（ｂ）参照）を可動体４０Ａ，４０Ｂから受ける。この例では、上述したように、基体３０は、可動体４０Ａ，４０Ｂの回転方向（操作軸２０を中心とする周方向）で当接面４１ａ，４１ｂと当接する係合凸部３０ａ，３０ｂを有している。力Ｆａ２，Ｆｂ２は、複数の係合凸部３０ａ，３０ｂのうち可動体４０Ａ，４０Ｂを回転させる係合凸部３０ａ，３０ｂ（図７（ｂ）の例では３０ａ−２，３０ｂ−１）を通して基体３０に加えられる。可動体４０Ａ，４０Ｂの回転量は操作軸２０の移動量に応じた量となるため、基体３０には操作軸２０の移動量に応じた大きさの力が加えられる。上述したように、当接面４１ａ，４１ｂは、係合凸部３０ａ，３０ｂを通る半径方向に沿った直線Ｌ２に沿って形成されている。可動体４０Ａ，４０Ｂから基体３０に作用する力Ｆａ２，Ｆｂ２は当接面４１ａ，４１ｂの垂線の方向に作用する。

上述したように、可動体４０Ａ，４０Ｂはばね４５Ａ，４５Ｂによって互いに反対方向に付勢され、係合凸部３０ａ，３０ｂにそれぞれ当っている。そのため、図７（ｂ）に示すように、操作軸２０が半径方向に移動するときに、第１の可動体４０Ａから基体３０に作用する力Ｆａ２に起因する基体３０のモーメントと、第２の可動体４０Ｂから基体３０に作用する力Ｆｂ２に起因する基体３０のモーメントは互いに打ち消し合う。また、可動体４０Ａ，４０Ｂは互いに反対方向で基体３０の係合凸部３０ａ，３０ｂに当っている。そのため、操作軸２０が半径方向に移動するときに第１の可動体４０Ａが当る係合凸部３０ａと第２の可動体４０Ｂが当る係合凸部３０ｂは、Ｚ軸を通り且つ操作軸２０の移動方向（Ｄｓ）に沿った直線を挟んで互いに反対側に位置する。その結果、力Ｆａ２と力Ｆｂ２の合力Ｆ２は操作軸２０の移動方向に応じた方向の力となる。

力Ｆ２は基体３０からセンサー３５に加えられ、センサー３５の第２の検出方向Ｄ２（図５参照）で検知される。検知された力に基づいて、操作軸２０の移動量及び移動方向が算出され得る。例えば、操作軸２０のＸ軸方向の移動量は、３つのセンサー３５が検知する力のＸ軸方向成分に基づいて算出される。また、操作軸２０のＹ軸方向の移動量は、３つのセンサー３５が検知する力のＹ軸方向成分に基づいて算出される。

なお、図７（ｂ）では操作軸２０の移動方向は係合凸部３０ａ−１と係合凸部３０ａ−２との中間の角度である。中間の角度からずれた方向に操作軸２０が移動する場合でも、力Ｆａ２と力Ｆｂ２の合力Ｆ２は操作軸２０の移動方向に応じた方向となる。例えば、図８に示すように、係合凸部３０ａ−１，３０ｂ−１側に傾斜した方向に操作軸２０が移動する場合、第１の可動体４０Ａの回転量が第２の可動体４０Ｂの回転量よりも大きくなる。そのため、力Ｆａ２は力Ｆｂ２に比して大きくなる。その結果、図８の合力Ｆ２の方向も係合凸部３０ａ−１，３０ｂ−１側に傾斜した、操作軸２０の移動方向に応じた方向となる。

ばね４５Ａ，４５Ｂは、操作軸２０が初期位置にある状態で（図７（ａ）の状態で）、ねじり弾性力を発揮している。すなわち、ばね４５Ａ，４５Ｂは、当該ばね４５Ａ，４５Ｂをねじる初期負荷が掛けられた状態で設置されている。そのため、ばね４５Ａは第１の可動体４０Ａを時計回り方向に付勢する初期ねじり弾性力を発揮しており、操作軸２０が初期位置にある状態で、第１の可動体４０Ａの複数の当接面４１ａは、それぞれ係合凸部３０ａに押し付けられている。同様に、ばね４５Ｂは第２の可動体４０Ｂを反時計回り方向に付勢する初期ねじり弾性力を発揮しており、第２の可動体４０Ｂの複数の当接面４１ｂはそれぞれ係合凸部３０ｂに押し付けられている。この初期ねじり弾性力により操作軸２０は初期位置に付勢される。すなわち、操作軸２０の半径方向への平行移動は、操作軸２０にばね４５Ａ，４５Ｂの初期ねじり弾性力を越える力が加えられたときに、開始する。これにより、ユーザが意図しない操作軸２０の動きが抑えられ、操作軸２０の操作性を向上できる。

上述したように、ばね４５Ａ，４５Ｂは操作軸２０の軸方向の初期圧縮弾性力を発揮する状態で設置されている。軸方向の初期圧縮弾性力は操作軸２０の軸方向への移動開始に抗する力として働いている。また、ばね４５Ａ，４５Ｂの初期ねじり弾性力は、操作軸２０の半径方向への移動開始に抗する力として働いている。この軸方向の初期圧縮弾性力と初期ねじり弾性力は別個に調整できる。そのため、操作軸２０の半径方向への移動に要する操作力と、操作軸２０の軸方向での移動に要する操作力とを別個に設定できる。例えば、ばね４５Ａ，４５Ｂの初期ねじり弾性力（初期状態でのねじり量）を維持したまま、初期状態でのばね４５Ａ，４５Ｂの圧縮変形を大きくした場合、軸方向の初期圧縮弾性力を増すことができる。こうすることで、操作軸２０の軸方向の動きに要する操作力を、操作軸２０の半径方向の動きに要する操作力に比して大きくできる。

また、可動体４０Ａ，４０Ｂは、基体３０の水平な上面及び下面でそれぞれ支持されている。操作軸２０が半径方向に移動するとき、可動体４０Ａ，４０Ｂは基体３０の上面及び下面上で移動（回転）し、操作軸２０の軸方向には変位しない。また、ばね４５Ａ，４５Ｂの一端は可動体４０Ａ，４０Ｂによって支持され、他端は操作軸２０によって支持されている。そのため、操作軸２０が半径方向に移動するとき、ばね４５Ａ，４５Ｂは操作軸２０とともに半径方向に移動し、操作軸２０の軸方向での初期圧縮弾性力が可動体４０Ａ，４０Ｂに作用し続ける。その結果、ユーザが操作軸２０を半径方向に移動させるときに、操作軸２０が意図せず傾斜することを抑えることができる。

なお、操作軸２０の周方向における係合凸部３０ａの角度位置と、操作軸２０の周方向における係合凸部３０ｂの角度位置は必ずしも一致していなくてもよい。図１１は、係合凸部３０ｂと係合凸部３０ｂとが周方向にずれて位置する形態を説明するための図である。なお、この図においても、符号３０ａ−１〜３０ａ−３及び３０ｂ−１〜３０ｂ−３は３つの係合凸部３０ａ，３０ｂをそれぞれ示している。以下の説明では、特定の係合凸部３０ａ，３０ｂを示す場合に符号３０ａ−１〜３０ａ−３及び３０ｂ−１〜３０ｂ−３を使用する。

この図の係合凸部３０ａは、係合凸部３０ｂに対して６０度ずれて位置している。図１１（ａ）に示すように、この例では、第１の可動体４０Ａの当接面４１ａは係合凸部３０ａの外面における時計回り方向に向いた側面に当接している。一方、第２の可動体４０Ｂの当接面４１ｂは係合凸部３０ｂの外面における反時計回り方向に向いた側面に当接している。この構造においても、操作軸２０の半径方向への移動時に第１の可動体４０Ａから基体３０に作用する力と、第２の可動体４０Ｂから基体３０に作用する力の合力は操作軸２０の移動方向に応じた方向となる。

図１１（ｂ）に示す例では、操作軸２０は左方向（図においてＤｓ方向）に移動している。第１の可動体４０Ａは係合凸部３０ａ−１と当接面４１ａとの当接により時計回り方向に回転し、ばね４５Ａのねじり弾性力に起因する力Ｆａ２が第１の可動体４０Ａから係合凸部３０ａ−１に作用する。一方、第２の可動体４０Ｂは係合凸部３０ｂ−２と当接面４１ｂとの当接により反時計回り方向に回転し、ばね４５Ｂのねじり弾性力に起因する力Ｆｂ２が第２の可動体４０Ｂから係合凸部３０ｂ−２に作用する。この例においても、可動体４０Ａ，４０Ｂはばね４５Ａ，４５Ｂによって反対方向に付勢されているので、力Ｆａ２により基体３０に作用するモーメントと力Ｆｂ２により基体３０に作用するモーメントは互いに打ち消し合う。また、第１の可動体４０Ａを回転させる係合凸部３０ａ（図１１（ｂ）の例では３０ａ−１）と、第２の可動体４０Ｂを回転させる係合凸部３０ｂ（図１１（ｂ）の例では３０ｂ−２）は、Ｚ軸を通り且つ操作軸２０の移動方向に沿った直線を挟んで互いに反対側に位置するため、力Ｆａ２と力Ｆｂ２の合力Ｆ２は操作軸２０の移動方向に応じた方向の力となる。

［軸心回りの回転に関する構造］
ばね４５Ａの初期ねじり弾性力は、第１の可動体４０Ａを時計回り方向で複数の係合凸部３０ａに均等に押し付けている。ばね４５Ｂの初期ねじり弾性力は、第２の可動体４０Ｂを反時計回り方向で複数の係合凸部３０ｂに均等に押し付けている。操作軸２０が初期位置にある状態で、これらの２つの力は釣り合っている。

第１の可動体４０Ａは、後において詳説するように、操作軸２０の周方向において当該操作軸２０と当接可能となっている。そして、第１の可動体４０Ａは、それらの当接により、係合凸部３０ａから離れる方向（この例では反時計回り方向）に操作軸２０が回転する時に操作軸２０と一体的に回転する。上述したように、基体３０を挟んで第１の可動体４０Ａとは反対側には、ばね４５Ｂと第２の可動体４０Ｂとが配置されている。ばね４５Ｂは第２の可動体４０Ｂと操作軸２０の操作部２２Ｂとに係合し、第２の可動体４０Ｂを反時計回り方向に付勢している。換言すると、ばね４５Ｂは操作軸２０を時計回り方向に付勢している。この構造により、操作軸２０が反時計回り方向に回転するときに、操作軸２０の回転量に応じた力が基体３０に作用する。

詳細には、図９（ｂ）に示すように、操作軸２０が反時計回り方向に回転するときには（図９（ｂ）においてＤｒ方向に回転するときには）、第１の可動体４０Ａの当接面４１ａは基体３０の係合凸部３０ａから離れる。このとき、第２の可動体４０Ｂに対する操作軸２０の相対回転によりばね４５Ｂはねじられる。ばね４５Ｂのねじり弾性力は操作軸２０の回転量に応じた大きさとなり、ねじり弾性力に起因する力Ｆ３が第２の可動体４０Ｂを通して基体３０に作用する。複数の係合凸部３０ｂにそれぞれ作用する力Ｆ３により反時計回りの回転力が基体３０に作用する。なお、基体３０には複数の係合凸部３０ｂが周方向に等間隔で形成されている。そのため、複数の係合凸部３０ｂにそれぞれ作用する力Ｆ３はＸ軸方向及びＹ軸方向においては互いに相殺する。

第２の可動体４０Ｂも、後において詳説するように、操作軸２０の周方向において当該操作軸２０と当接可能となっている。第２の可動体４０Ｂは、それらの当接により、第２の可動体４０Ｂが基体３０の係合凸部３０ｂから離れる方向（この例では、時計回り方向）に操作軸２０が回転する時に操作軸２０と一体的に回転する。上述したように、基体３０を挟んで第２の可動体４０Ｂとは反対側には、ばね４５Ａと第１の可動体４０Ａとが配置されている。ばね４５Ａは、第１の可動体４０Ａと操作軸２０の操作部２２Ａとに係合している。そして、ばね４５Ａは、第１の可動体４０Ａを時計回り方向に付勢し、操作軸２０を反時計回り方向に付勢している。そのため、操作軸２０が時計回り方向に回転するときにも、操作軸２０の回転量に応じた力が基体３０に作用する。詳細には、操作軸２０が時計回り方向に回転するとき、第２の可動体４０Ｂの当接面４１ｂは基体３０の係合凸部３０ｂから離れる。また、このとき、第１の可動体４０Ａに対する操作軸２０の相対回転により、ばね４５Ａはねじられる。ばね４５Ａのねじり弾性力は操作軸２０の回転量に応じた大きさとなり、ねじり弾性力に起因する力（時計回りの回転力）が第２の可動体４０Ａを通して基体３０に作用する。基体３０には複数の係合凸部３０ａが周方向に等間隔で形成されている。そのため、複数の係合凸部３０ａにそれぞれ作用する力はＸ軸方向及びＹ軸方向においては互いに相殺する。

３つのセンサー３５には、基体３０に作用する回転力に起因して、第２の検出方向Ｄ２（図５参照）の力が均等に作用する。そのため、センサー３５が第２の検出方向Ｄ２で検知する力に基づいて、操作軸２０の軸心回りの回転量、及びその回転方向（時計回り又は反時計回り）が検知される。

この例の操作軸２０の軸部２４Ａ，２４Ｂは、図２及び図９（ａ）に示すように、その外面から突出する凸部２４ａ，２４ｂを有している。この例では、凸部２４ａ，２４ｂは大径部２３から操作軸２０の軸心に沿って互いに反対方向に伸びている。可動体４０Ａ，４０Ｂには操作軸２０の軸部２４Ａ，２４Ｂが挿通される穴がそれぞれ形成され、この穴の内周面には切り欠き４３が形成されている。凸部２４ａは、操作軸２０が初期位置にある状態において、第１の可動体４０Ａの切り欠き４３の内面における時計回り方向に向いた面４３ａに当接している。これにより、操作軸２０が反時計回りに回転するときに、第１の可動体４０Ａは操作軸２０とともに回転する。同様に、凸部２４ｂは、操作軸２０の初期状態において、第２の可動体４０Ｂの切り欠き４３の内面における反時計回り方向に向いた面４３ｂに当接している。これにより、操作軸２０が時計回りに回転するときに、第２の可動体４０Ｂは操作軸２０とともに回転する。なお、操作軸２０の周方向における切り欠き４３の幅は、凸部２４ａ，２４ｂよりも大きい。これにより、第１の可動体４０Ａに対する操作軸２０の相対的な時計回り回転、及び第２の可動体４０Ｂに対する操作軸２０の相対的な反時計回りの回転が許容されている。

図９（ａ）に示すように、操作軸２０が初期位置にある状態において、第１の可動体４０Ａの切り欠き４３の面４３ａと、第２の可動体４０Ｂの切り欠き４３の面４３ｂは、ばね４５Ａ，４５Ｂの初期ねじり弾性力により、係合凸部３０ａ，３０ｂを挟んでいる。そのため、操作軸２０の軸心回りの回転もばね４５Ａ，４５Ｂの初期ねじり弾性力によって抑えられる。操作軸２０の軸心回りの回転は、この初期ねじり弾性力を越える回転力が操作軸２０に加えられた時に開始する。

［傾きに関する構造］
可動体４０Ａ，４０Ｂは上述したように操作軸２０を保持し、操作軸２０に対して軸方向に相対移動可能となっている。また、可動体４０Ａ，４０ｂは基体３０から互いに反対方向に移動可能である。すなわち、第１の可動体４０Ａは第１の操作部２２Ａに向かって操作軸２０の軸方向に移動可能であり、第２の可動体４０Ｂは第２の操作部２２Ｂに向かって操作軸２０の軸方向に移動可能である。この構造により、図１０に示すように、可動体４０Ａ，４０Ｂは基体３０に対して、すなわちＸ軸及びＹ軸を含む水平面に対して傾くことができる。その結果、操作軸２０は任意の角度の半径方向に沿った軸Ａｘを中心に回転（傾斜）できる。

図１０に示すように、操作軸２０が軸Ａｘを中心に傾くとき、可動体４０Ａ，４０Ｂは軸Ａｘを挟んで互いに反対側の位置でのみ基体３０に当る。そして、可動体４０Ａ，４０Ｂはその接点で互いに反対向きのＺ軸方向の力を基体３０に加える。詳細には、操作軸２０が傾くとき、第１の可動体４０Ａは、第１の操作部２２Ａが移動する側（図１０の例で左側）に基体３０に対する接点Ｐａ５を有し、接点Ｐａ５を中心に傾く。これにより、第１の可動体４０Ａと第１の操作部２２Ａとの距離が狭まり、ばね４５Ａは弾性変形（圧縮）する。ばね４５Ａの弾性変形に起因するＺ軸の負方向の力Ｆ５が、接点Ｐａ５を通して基体３０に作用する。また、操作軸２０が傾くとき、第２の可動体４０Ｂは、第２の操作部２２Ｂが移動する側（図１０の例で右側）に、すなわち、傾きの中心軸Ａｘを挟んで接点Ｐａ５とは反対側に、接点Ｐｂ５を有する。第２の可動体４０Ｂは接点Ｐｂ５を中心に傾く。これにより、第２の可動体４０Ｂと第２の操作部２２Ｂとの距離が狭まり、ばね４５Ｂは弾性変形する。ばね４５Ｂの弾性変形に起因するＺ軸の正方向の力Ｆ５が、接点Ｐｂ５を通して基体３０に作用する。つまり、軸Ａｘ回りのモーメントが基体３０に作用する。

センサー３５は力Ｆ５に応じたＺ軸方向の力を検知する。センサー３５が第１の検出方向Ｄ１で検知する力から操作軸２０の傾き量（回転量）が算出され得る。操作軸２０のＸ軸回りの回転量は、例えば、各センサー３５が第１の検出方向Ｄ１（図５参照）で検知する力のＸ軸回りのモーメントに基づいて算出される。操作軸２０のＹ軸回りの回転量は、例えば、各センサー３５が第１の検出方向Ｄ１で検知する力のＹ軸回りのモーメントに基づいて算出される。

上述したように、ばね４５Ａ，４５Ｂは、操作軸２０が初期位置にあるときに、それらの初期圧縮弾性力により、可動体４０Ａ，４０Ｂを基体３０にそれぞれ押し付けている。この初期圧縮弾性力によって操作軸２０の傾斜が抑えられている。そして、操作軸２０の傾きは、この初期圧縮弾性力を越える操作力が加えられたときに、開始する。

以上説明したように、可動体４０Ａ，４０Ｂは、操作軸２０の周方向において操作軸２０に対して相対回転可能である。また、可動体４０Ａ，４０Ｂは、可動体４０Ａ，４０Ｂの回転中心から離れた位置で基体３０の係合凸部３０ａ，３０ｂにそれぞれ係合している。そして、可動体４０Ａ，４０Ｂは操作軸２０の半径方向への平行移動に応じて係合凸部３０ａ，３０ｂとの係合により操作軸２０に対して相対回転する。基体３０は可動体４０Ａ，４０Ｂの回転方向で可動体４０Ａ，４０Ｂと当接し、操作軸２０の移動による力を可動体４０Ａ，４０Ｂから受ける。センサー３５は基体３０に作用する力を検知している。この構造によれば、操作軸２０の平行移動を検知できる新規な操作デバイスが実現される。

可動体４０Ａ，４０Ｂは、操作軸２０がその軸心回りに回転する時に当該操作軸２０とともに前記可動体４０Ａ，４０Ｂが回転するよう操作軸２０に係合する。この構造によれば、操作軸２０の軸心回りの回転を検知できるようになる。

係合凸部３０ａ，３０ｂは基体３０に形成され、可動体４０Ａ，４０Ｂの回転方向で可動体４０Ａ，４０Ｂとそれぞれ当接している。この構造によれば、係合凸部３０ａ，３０ｂを通して基体３０に力が加わる。

ばね４５Ａ，４５Ｂは操作軸２０の平行移動に起因する可動体４０Ａ，４０Ｂの回転の方向とは反対方向に当該可動体４０Ａ，４０Ｂを付勢している。この構造によれば、操作軸２０の移動に応じた大きさのばね４５Ａ，４５Ｂの弾性力（以上の例では、ねじり弾性力）が、基体３０に作用する。その結果、操作軸２０の移動量を検知できる。

基体３０は、操作軸２０の周方向に沿って間隔をあけて並ぶ複数の係合凸部３０ａ，３０ｂを有している。この構造によれば、操作軸２０の移動を検知できる方向を増すことができる。

基体３０には係合凸部３０ａと係合凸部３０ｂとが形成されている。第１の可動体４０Ａは、操作軸２０の半径方向への平行移動に応じて係合凸部３０ａとの係合により反時計回り方向に回転する。第２の可動体４０Ｂは操作軸２０の半径方向への平行移動に応じて係合凸部３０ｂとの係合により時計回り方向に回転する。この構造によれば、第１の可動体４０Ａと第２の可動体４０Ｂが互いに反対方向に回転する。そのため、操作軸２０が半径方向に移動するときに、基体３０に回転力が作用するのを抑え、操作軸２０の移動方向に応じた方向の力を基体３０に加えることが可能となる。なお、上述したように、第１の可動体４０Ａは基体３０の水平な上面に接し、第２の可動体４０Ｂの基体３０の水平な下面に接している。可動体４０Ａ，４０Ｂは互いに平行である。操作軸２０がその半径方向へ移動する時、可動体４０Ａ，４０Ｂは互いに平行な状態を保ったまま、互いに反対方向に回転する。

可動体４０Ａ，４０Ｂは操作軸２０を相対回転可能に保持し、操作軸２０の傾きに応じて基体３０に対して傾くことができる。ばね４５Ａ，４５Ｂは操作軸２０の軸方向で可動体４０Ａ，４０Ｂをそれぞれ基体３０に押し付け、且つ操作軸２０とともに半径方向に平行移動するように操作軸２０と可動体４０Ａ，４０Ｂとに取り付けられている。これによれば、ユーザが操作軸２０を半径方向に平行移動させる場合に、ユーザの意図に反して操作軸２０が傾くことを抑えることができる。

ばね４５Ａ，４５Ｂのぞれぞれは２方向の弾性力を生じる。すなわち、ばね４５Ａ，４５Ｂは、操作軸２０の軸方向（Ｚ軸方向）での動き起因する軸方向での弾性力（圧縮弾性力）と、軸方向に垂直な面での操作軸２０の動き（半径方向への平行移動及び軸心回りの回転）に起因する、軸方向に垂直な面に沿った方向の弾性力（ねじり弾性力）とを生じる。基体３０は、軸方向での弾性力と、軸方向に垂直な面に沿った方向の弾性力とを受ける。センサー３５は基体３０に作用する弾性力に応じた力を検知する。これによれば、操作軸２０のその軸方向への移動量と、軸方向に垂直な面での動き量の双方を検知することができるようになり、操作軸２０の操作形態を増すことができる。なお、このように２方向の弾性力を基体３０に加えることを目的とする場合、ばね４５Ａ，４５Ｂのそれぞれは、必ずしも圧縮且つねじりコイルばねで構成されなくてもよい。つまり、ばね４５Ａ，４５Ｂは圧縮変形のみが可能なコイルばねで構成され、軸方向に垂直な面に沿った方向の弾性力を生じる別のばねが操作デバイスに設けられてもよい。

ばね４５Ａ，４５Ｂは操作軸２０の軸方向で圧縮変形可能であり、且つ操作軸２０を中心とするねじり変形が可能なばねである。そして、ばね４５Ａ，４５Ｂは、操作軸２０の軸方向での弾性力として圧縮変形による力を生じ、操作軸２０の軸方向に垂直な面に沿った方向の弾性力として、ねじり変形による力を生じる。この構造によれば、操作デバイス１で使用するばねの数を減らすことができる。

ばね４５Ａ，４５Ｂは、操作軸２０が初期位置にある状態で、軸方向での初期圧縮弾性力と、軸方向に垂直な面に沿った方向の初期弾性力（以上の説明では初期ねじり弾性力）とを発揮している。この構造によれば、操作軸２０の半径方向への移動に要する操作力と、操作軸２０の軸方向での移動に要する操作力とを別個に設定できる。

操作デバイス１は操作軸２０の半径方向への平行移動に応じて操作軸２０回りで回転する可動体４０Ａ，４０Ｂを備えている。ばね４５Ａの一端とばね４５Ｂの一端はそれぞれ可動体４０Ａ，４０Ｂに取り付けられている。これによれば、ばね４５Ａ，４５Ｂのねじり変形を利用して、操作軸２０の半径方向への移動量を検知できる。

なお、本発明は以上説明した操作デバイス１に限られず、種々の変更が可能である。

例えば、操作軸２０には第１の操作部２２Ａのみが設けられ、第２の操作部２２Ｂは必ずしも設けられなくてもよい。

また、係合凸部３０ａ及び係合凹部４１に替えて、第１の可動体４０Ａに基体３０に向けて突出する係合凸部が形成され、基体３０に、この係合凸部が内側に配置される係合凹部が形成されてもよい。同様に、第２の可動体４０Ｂに基体３０に向けて突出する係合凸部が形成され、基体３０に、この係合凸部が内側に配置される係合凹部が形成されてもよい。

また、可動体４０Ａ，４０Ｂを回転させる係合凸部３０ａ，３０ｂは必ずしも基体３０に形成されなくてもよい。例えば、基体３０とは別の部材に係合凸部が形成されてもよい。

また、操作軸２０はその軸方向への平行移動、半径方向への平行移動、傾き、軸心回りの回転が可能であった。しかしながら、操作軸２０は必ずしもこれらの動きの全てが許容されなくてもよい。

また、操作デバイスは、可動体４０Ａ，４０Ｂのうちいずれか一方のみを備え、他方は必ずしも設けられていなくてもよい。

また、操作デバイス１の被保持部２Ｌには方向キー４に替えて操作軸アッセンブリ１０が設けられてもよい。また、操作デバイス１の被保持部２Ｒにはボタン３に替えて操作軸アッセンブリ１０が設けられてもよい。図１２は、被保持部２Ｌにアッセンブリ１０が設けられた操作デバイス１００の斜視図である。

操作デバイス１００では、操作軸アッセンブリ１０は被保持部２Ｌの前部２ａに収容されている。操作部２２Ａは被保持部２Ｌの上面において露出し、操作部２２Ｂ（図３参照）は被保持部２Ｌの下面において露出している。被保持部２Ｌの前部の上面には凹部２ｆが形成され、操作部２２Ａは凹部２ｆの内側に配置されている。これにより、操作デバイス１００を使用していないときに、操作部２２Ａを通して操作軸アッセンブリ１０が備える機構（例えば、ばね４５Ａ，４５Ｂ）に外力が作用することを防ぐことができる。

被保持部２Ｌはグリップ２ｃを有している。グリップ２ｃは操作軸アッセンブリ１０が設けられた部分から後方に、すなわちユーザに向かって伸びている。すなわち、操作軸２０は、グリップ２ｃに対して当該グリップ２ｃの延伸方向に位置している。このようなレイアウトにより、ユーザは操作軸２０を操作する際にグリップ２ｃを握ることができ、操作軸２０を安定的に動かすことができる。例えば、ユーザは操作部２２Ａに配置した親指と、操作部２２Ｂに配置した人差し指又は中指とで操作軸２０をはさみ、当該操作軸２０を動かすことができる。すなわち、ユーザは操作軸２０をその半径方向に平行移動させたり、傾けたり、上下方向に動かすことができる。

被保持部２Ｌの前面にはボタン５Ｌが配置され、操作軸２０の前方に位置している。ボタン５Ｌもグリップ２ｃに対してグリップ２ｃの延伸方向に位置している。操作部２２Ｂの位置とボタン５ｌの位置は比較的近いので、ユーザは操作部２２Ｂとボタン５Ｌとの間で容易に指（例えば人差し指）の位置を変えることができる。なお、被保持部２Ｒの前面にはボタン５Ｒが設けられている。

操作デバイス１００の筐体１０２は概ね左右対称の形状を有し、被保持部２Ｌの反対側に被保持部２Ｒを有している。被保持部２Ｒは、その前部の上面に、複数（この例では４つ）のボタン３を有している。被保持部２Ｒもその前部２ｂから後方に伸びるグリップ２ｄを有している。これにより、ユーザは被保持部２Ｒを握って操作デバイス１００を支持しながら、操作デバイス１０を操作できる。その結果、操作部２２Ａと操作部２２Ｂの双方を使う操作（例えば操作軸２０の平行移動）が容易に行えるようになる。この例ではボタン３とアッセンブリ１０の操作部２２Ａは互いに反対側に位置しているので、ボタン３３を操作しながら、操作部２２Ａ，２２Ｂを操作することが容易となる。被保持部２Ｒの前部と被保持部２Ｌの前部は連結部２ｅによって連結されている。ユーザは一方の手で連結部２ｅを握りながら、他方の手で操作部２２Ａ，２２Ｂを動かすこともできる。

操作デバイス１００は、被保持部２Ｌのグリップ２ｃと連結部２ｅとの間に操作スティック６Ｌを有している。また、操作デバイス１００は、被保持部２Ｒのグリップ２ｄと連結部２ｅとの間にも操作スティック６Ｒを有している。操作スティック６Ｌ，６Ｒは上方に突出している。左側の操作スティック６Ｌの位置とアッセンブリ１０の操作部２２Ａの位置は比較的近いので、ユーザは操作部２２Ａと操作スティック６Ｌとの間で指（例えば親指）の位置を容易に変えることができる。また、ユーザは親指で操作デバイス１０の上面に配置された操作スティック６Ｌを動かし、それと同時に、操作デバイス１０の下面に配置された操作部２２Ｂに中指又は人差し指を配置し、操作軸２０を動かすことができる。このような操作により、例えば一方の操作部材（すなわち操作スティック６Ｌ又は操作軸２０）により表示画面に表示されるオブジェクトを動かし、他方の操作部材により当該オブジェクトに付随する別のオブジェクトや表示画面に表示される仮想三次元空間における視線方向を変えることができる。

Claims (11)

1. 操作軸と、
   前記操作軸の軸心から離れて位置する係合部と、
   前記操作軸に対してその周方向で相対回転可能であり、前記係合部と係合し、前記操作軸の半径方向への平行移動に応じて前記係合部との係合により前記操作軸に対して相対回転する可動体と、
   前記可動体の回転方向で当該可動体と当接し、前記操作軸の移動による力を前記可動体から受ける基体と、
   前記基体に作用する力を検知するセンサーと、
   を備えることを特徴とする操作デバイス。
2. 請求項１に記載の操作デバイスにおいて、
   前記可動体は、前記操作軸がその軸心回りに回転する時に当該操作軸とともに前記可動体が回転するよう前記操作軸に係合する、
   ことを特徴とする操作デバイス。
3. 請求項１又は２に記載の操作デバイスにおいて、
   前記係合部は前記基体に形成され、前記可動体の回転方向で当該可動体と当接している、
   ことを特徴とする操作デバイス。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の操作デバイスにおいて、
   前記操作軸の平行移動に起因する前記可動体の回転の方向とは反対方向に当該可動体を付勢する弾性体をさらに有している、
   ことを特徴とする操作デバイス。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の操作デバイスにおいて、
   前記操作デバイスは、それぞれ前記係合部として機能し、前記操作軸の周方向に沿って間隔をあけて並ぶ複数の係合部を有している、
   ことを特徴とする操作デバイス。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の操作デバイスにおいて、
   前記操作デバイスは、
   前記係合部として機能する第１の係合部と、
   前記係合部として機能し、前記基体を挟んで第１の係合部とは反対側に位置する第２の係合部と、
   前記可動体として機能し、前記操作軸の平行移動に応じて前記第１の係合部との係合により時計回り方向又は反時計回り方向のうち一方の方向に回転する第１の可動体と、
   前記可動体として機能し、前記操作軸の平行移動に応じて前記第２の係合部との係合により時計回り方向又は反時計回り方向のうち他方の方向に回転する第２の可動体と、
   を備えることを特徴とする操作デバイス。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の操作デバイスにおいて、
   前記可動体は前記操作軸を相対回転可能に保持し、前記操作軸の傾きに応じて前記基体に対して傾くことができ、
   前記操作デバイスは、前記操作軸の軸方向で前記可動体を基体に押し付け、且つ前記操作軸とともに平行移動するように前記操作軸と前記可動体とに取り付けられる弾性体を有している、
   ことを特徴とする操作デバイス。
8. 軸方向での動きである第１の動きと、前記軸方向に垂直な面での動きである第２の動きとが可能な操作軸と、
   前記操作軸の動きを受けて弾性変形するばねであって、前記第１の動きに応じて前記操作軸の軸方向である第１の方向の弾性力を生じ、前記第２の動きに応じて前記軸方向に垂直な面に沿った方向である第２の方向の弾性力を生じる少なくとも１つのばねと、
   前記第１の方向の弾性力に応じた力と、前記第２の方向の弾性力に応じた力とが作用する基体と、
   前記基体に作用する力を検知するセンサーと、を備え、
   前記少なくとも１つのばねは、前記軸方向で圧縮変形可能であり、且つ前記操作軸を中心とするねじり変形が可能なばねであり、前記第１の方向の弾性力として圧縮変形による力を生じ、前記第２の方向の弾性力としてねじり変形による力を生じる
   ことを特徴とする操作デバイス。
9. 軸方向での動きである第１の動きと、前記軸方向に垂直な面での動きである第２の動きとが可能な操作軸と、
   前記操作軸の動きを受けて弾性変形するばねであって、前記第１の動きに応じて前記操作軸の軸方向である第１の方向の弾性力を生じ、前記第２の動きに応じて前記軸方向に垂直な面に沿った方向である第２の方向の弾性力を生じる少なくとも１つのばねと、
   前記第１の方向の弾性力に応じた力と、前記第２の方向の弾性力に応じた力とを検知するセンサーと、を備え、
   前記少なくとも１つのばねは、前記操作軸が初期位置にある状態で、前記第１の方向の初期弾性力と、前記第２の方向の初期弾性力とを発揮している
   ことを特徴とする操作デバイス。
10. 請求項８又は９に記載の操作デバイスにおいて、
    前記第２の動きは前記操作軸の軸心を中心とする回転である
    ことを特徴とする操作デバイス。
11. 請求項８又は９に記載の操作デバイスにおいて、
    前記第２の動きは前記操作軸のその半径方向への平行移動であり、
    前記操作デバイスは前記操作軸の半径方向への平行移動に応じて前記操作軸回りで回転する可動体を備え、
    前記少なくとも１つのばねは前記可動体に取り付けられている
    ことを特徴とする操作デバイス。

Images