JP6333337B2 - ゲーム機の操作装置及びこれを備えたゲーム機 - Google Patents

Description

本発明は、操作部材を操作したときの操作感をユーザに付与するゲーム機の操作装置等に関する。

ゲームのユーザによる操作部材の操作に連係して可動体をソレノイドアクチュエータにて往復運動させることにより、操作に対する反動をユーザに体感させるガン型の操作装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許第３０３１４１０号公報

従来の操作装置は、可動体をソレノイドアクチュエータのプランジャと直結して往復運動させるに過ぎないものである。ソレノイドアクチュエータのプランジャのストローク量は比較的短いため、従来の装置ではユーザに瞬間的な反動を体感させることはできても、物体が一旦離れて戻ってくるような操作感をユーザに体感させることが困難である。

そこで、本発明は物体が一旦離れてその後に戻ってくるような操作感をユーザに体感させることが可能なゲーム機の操作装置等を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るゲーム機の操作装置は、ゲームのユーザによって操作されるべき接触面を有する操作部材と、所定方向に往復運動可能でありかつ往復運動の様子をユーザが感じ取れるように設けられた可動体、及び前記可動体を前記所定方向の一方の側に運動させる駆動力を発生させる駆動源を有し、前記駆動源にて生じる変位を拡大しつつ前記可動体に伝達して当該可動体を前記一方の側に運動させるとともに、前記一方の側に運動した可動体が所定の復帰力で前記他方の側に戻るように構成された操作感生成機構と、前記接触面に対する操作を検出する操作検出手段と、前記接触面の操作の検出に応じて前記可動体が往復運動するように前記駆動源の動作を制御する制御手段と、前記他方の側に戻る可動体を受け止める際に生じる荷重を前記操作部材に伝える伝達手段と、を備えたものである。

本発明の一態様に係るゲーム機は、上記態様の操作装置と、前記操作装置の前記接触面に対する操作を前記ユーザに指示する操作指示手段と、を備えたものである。

本発明の第１の形態に係るゲーム機の外観を示す斜視図。 複数台のゲーム機を連結して設置する一例を示す斜視図。 第１の形態に係る操作ユニットの要部を示す斜視図。 第１の形態に係る操作ユニットの要部を示す正面図。 第１の形態に係る操作ユニットの内部構成を示す斜視図。 第１の形態に係る操作ユニットの内部構成を示す正面図。 第１の形態に係る操作ユニットの内部を図６の矢印VII方向から見た状態を示す図。 ゲーム機の制御系の要部における機能ブロック図。 運動制御部が実行する運動量制御処理の手順を示すフローチャート。 本発明の第２の形態に係るゲーム機の操作ユニットにおける内部構成を示す斜視図。 第２の形態に係る操作ユニットの内部構成を下方から見上げた状態で示す斜視図。 第２の形態に係る操作ユニットの側面図。 図１２の状態から可動体を上昇させたときの側面図。 変形例に係る操作ユニットの側面図。

（第１の形態）
以下、図１〜図９を参照して、本発明の第１の形態に係る操作装置が適用されたゲーム機を説明する。まず、図１及び図２を参照してゲーム機の全体構成を説明する。図１に示すように、ゲーム機１は、概略縦長の筐体２と、その筐体２に取り付けられた表示装置３とを備えている。表示装置３には、例えば液晶モニタ等のフラットパネルディスプレイが用いられている。表示装置３は、その表示面の長手方向を上下方向に一致させた状態で筐体２に取り付けられている。ゲーム機１には、ゲームのユーザが操作すべき操作装置として、表示装置３の下端側に設けられた筐体２のコントロールパネル部２ａに取り付けられた一対の押釦スイッチ４と、表示装置３の右上部に位置するようにして筐体２に取り付けられた概ね立方体状の外観の操作ユニット５とが設けられている。押釦スイッチ４はユーザの押し込み操作に応じて検出信号を出力する周知の操作装置である。操作ユニット５は、ゲームのユーザが表示装置３と向かい合うようにしてゲームをプレイするとき、その下面側の接触面５ａをユーザが右手で突き上げるように操作することが可能な高さに設置されている。筐体２のコントロールパネル部２ａの左右にはスピーカユニット６がさらに取り付けられている。ゲーム機１は、アミューズメント施設等の設置場所に単独で設置することが可能である。ただし、図２に示すように、複数台のゲーム機１が互いの背面側を向かい合わせるように連結されて設置されてもよい。

次に、図３〜図７を参照して操作ユニット５の詳細を説明する。図３及び図４は操作ユニット５の要部の外観を示し、図５〜図７は操作ユニット５の内部の構成を示している。これらの図に示すように、操作ユニット５は、操作部材１０と、操作部材１０の上方に配置される操作感生成機構１１とを備えている。図５〜図７により詳しく示すように、操作部材１０は、概ね平板状の本体１３と、その本体１３の下面側に配置された操作板１４とを備えている。本体１３は、その表面を上下方向に向けるようにして操作ユニット５の下面側に配置されている。本体１３の一端部１３ａと操作板１４の一端部１４ａとは相互に結合されている。操作板１４はその一端部１４ａを支点として上下方向に変位可能である。操作板１４の変位は後述するタッチセンサ５２（図８参照）にて検出される。操作板１４の下面が操作ユニット５の接触面５ａとして機能する。

操作感生成機構１１は、支持構造体の一例としての基台１５と、可動体の一例としての箱体１６（図３及び図４参照）と、回転運動型の駆動源の一例としての電動モータ１７とを備えている。なお、図５〜図７は箱体１６を取り外した状態を示している。基台１５は、操作ユニット５の一側面に沿って立てられるように配置された基板１５ａと、その基板１５ａの上端中央部から概ね水平方向に突出するように配置された上部連結杆１５ｂと、基板１５ａの左右方向の端部から上部連結杆１５ｂと反対側に突出するように設けられた一対のフランジ１５ｃとを備えている。上部連結杆１５ｂは筐体２に連結される。それにより、操作ユニット５の全体が筐体２に支持される。基板１５ａ及びフランジ１５ｃには、直線案内ユニット１８のレール１８ａがその長手方向を上下方向に向けた状態で取り付けられている。基板１５ａの下端中央部には下部連結杆１５ｄが取り付けられ、その下部連結杆１５ｄの下端は操作部材１０の本体１３の一端部１３ａと連結されている。これにより、操作部材１０は基台１５と連結されている。

図３及び図４に示すように、箱体１６は、中空体状の一例としての概略立方体状に形成されている。箱体１６の下面側には全面的に開口部１６ａが設けられている。箱体１６は、その内側にて直線案内ユニット１８のスライダ１８ｂと連結されることにより、上下方向に往復運動可能な状態で基台１５に取り付けられている。したがって、ユーザは箱体１６が上下方向に往復運動する様子をその視覚を通じて感じ取ることができる。また、基台１５と操作部材１０とが連結されているので、箱体１６が往復運動する過程で基台１５に加わる振動、反動あるいは衝撃といった物理的作用も操作部材１０に伝達される。したがって、接触面５ａに触れているユーザが触覚を通じて箱体１６が往復運動する様子を感じ取ることも可能である。

基台１５の基板１５ａ及びフランジ１５ｃと、電動モータ１７とは箱体１６の内部に収容され、上部連結杆１５ｂは箱体１６の抜き窓１６ｂを介して箱体１６の外側に突出する。電動モータ１７が停止しているとき、箱体１６は、基台１５の上端と接するようにして基台１５上に支持される。以下では、このときの箱体１６の位置を初期位置と呼ぶことがある。操作部材１０は、箱体１６が初期位置にあるときにその開口部１６ａを覆うように、かつ接触面５ａが箱体１６の表面に沿って延び、かつ箱体１６の外側（下側）を向くように配置されている。それにより、ユーザから見たときに、接触面５ａが箱体１６の表面（下面）を形成するように認識させることができる。ただし、箱体１６が初期位置にあるとき、その箱体１６の下端は操作部材１０よりも幾らか上方に位置してもよい。初期位置から上方への箱体１６の移動を許容するため、抜き窓１６ｂは上下方向に関して上部連結杆１５ｂの厚さよりも十分に大きく開口している。

図５〜図７により詳しく示すように、電動モータ１７は基板１５ａの内面側に取り付けられている。電動モータ１７の出力軸１７ａは基板１５ａの貫通孔１５ｅを通過して基板１５ａの外側に突出する。出力軸１７ａの先端部にはアーム２０が出力軸１７ａと一体に回転できるように取り付けられている。アーム２０の外周側の端部には押出部材の一例としてのローラ２１が支軸２１ａを中心として回転自在に取り付けられている。アーム２０は、箱体１６が初期位置にあるときに出力軸１７ａから鉛直下方に延びるように取り付けられている。

図３及び図４に示すように、箱体１６の基板１５ａと向き合う内面側には左右方向に延びる横断部材２２が取り付けられている。箱体１６が初期位置にあるとき、横断部材２２はローラ２１に対して上方に僅かに離れるように位置している。電動モータ１７が起動されてアーム２０が上方に回転駆動されると、ローラ２１が横断部材２２と接してこれを上方に押し出し、それに伴って箱体１６が上方に運動する。アーム２０が半周した後はローラ２１が下方に向かって変位し、それに伴って箱体１６の下降が許容される。アーム２０が一周して元の位置に戻ると箱体１６は初期位置へと復帰することができる。アーム２０及びローラ２１により電動モータ１７の出力軸１７ａの周方向における変位を拡大した回転運動が生じ、その拡大された回転運動が直線運動に変換されて箱体１６に伝達される。そのため、箱体１６を上下方向に比較的大きく運動させることができる。

箱体１６の横断部材２２はローラ２１と物理的に結合されず、ローラ２１から上方へ離れ得るようにローラ２１と接しているのみである。つまり、電動モータ１７から箱体１６への運動伝達経路は、箱体１６が上方に運動する過程で電動モータ１７からローラ２１を介して箱体１６に伝達される上方への変位（ローラ２１と横断部材２２の接触点の上方への変位）を超えて箱体１６が上方に運動し得るように構成されている。しかも、箱体１６には電動モータ１７による上方への駆動力のみが作用し、電動モータ１７の下方への駆動力は箱体１６に作用しない。したがって、上方に運動した箱体１６は電動モータ１７の駆動力ではなく、重力を復帰力に利用して初期位置に戻る。なお、ここでいう上下方向は鉛直方向に等しいが、箱体１６を重力により十分な速度で下降させることが可能であれば、箱体１６の運動方向は鉛直方向に対して幾らか傾いた方向であってもよい。略鉛直方向はそのような方向も含む概念である。

さらに、箱体１６が初期位置から上方に移動できる範囲は、電動モータ１７から入力される上下方向の変位量の最大値よりも大きく設定されている。電動モータ１７による変位量の最大値は箱体１６が初期位置にあるときのローラ２１の上端からアーム２０が半周して上方に真っ直ぐ延びるときのローラ２１の上端までの距離として与えられる。これに対して、抜き窓１６ｂはその変位量の最大値を超えて箱体１６が上方に移動できるようにその上下方向の大きさが設定されている。

電動モータ１７から箱体１６への運動伝達経路が上記の通りに構成されることにより、箱体１６に発生する上向きの慣性力がローラ２１から箱体１６を引き離すように作用し、あたかも箱体１６が上方に離れていくような感覚を基台１５から操作部材１０へと伝えることができる。箱体１６に十分な加速度を与えた場合には、横断部材２２がローラ２１から浮き上がるようにして箱体１６を上方に運動させることも可能である。アーム２０が半周してローラ２１が下降を開始すると、箱体１６も重力で初期位置に向けて下降する。箱体１６が初期位置に戻った際に箱体１６が基台１５の上端に突き当たって衝撃荷重が発生する。その衝撃荷重は基台１５を介して操作部材１０へと伝達される。したがって、基台１５は箱体１６が初期位置に戻るときに基台１５に加わる荷重を操作部材１０に伝える伝達手段の一例として機能する。

なお、図３及び図４に想像線で示したように、箱体１６の外周にはカバー２４が装着されてもよい。箱体１６が初期位置にあるときのカバー２４の下端を接触面５ａと略同一高さに位置させることにより、箱体１６と接触面５ａとの一体感を高めることができる。ただし、箱体１６の下端を接触面５ａと略同一高さとなるまで延長してもよい。

次に、図８を参照してゲーム機１の制御系の構成を説明する。図８に示すように、ゲーム機１にはゲーム制御装置５０が設けられている。ゲーム制御装置５０はＣＰＵ及びその動作に必要な内部メモリといった周辺機器を含んだコンピュータユニットである。ゲーム制御装置５０には上述した押釦スイッチ４が接続されるとともに、表示装置３、音出力装置７及び記憶装置５１が接続される。表示装置３はゲーム制御装置５０から出力される画像信号に従ってゲーム画面を表示する。音出力装置７はスピーカユニット６及びその駆動回路を含み、ゲーム制御装置５０から出力される音声信号に応じた音声、楽音、効果音等をスピーカユニット６から再生させる。

ゲーム制御装置５０には、操作検出手段の一例としてタッチセンサ５２がさらに接続される。タッチセンサ５２は、操作ユニット５の接触面５ａに対する操作力の強さを判別するために必要な物理量を検出し、その検出結果に対応した信号を出力する。物理量は操作板１４の変位量、変位の速度又は加速度の少なくともいずれか一つでよい。例えば、タッチセンサ５２が操作板１４の変位量を検出する場合には、その検出値を二回微分すれば操作板１４の加速度が得られる。操作板１４の変位の速度をタッチセンサ５２が検出する場合には、その検出値を一回微分すれば操作板１４の操作の加速度が得られる。あるいは、タッチセンサ５２が加速度それ自体を検出してもよい。操作板１４の加速度を特定することにより、操作板１４に対する操作力の大小、すなわち操作板１４が押された強さを判別することが可能である。ゲーム制御装置５０には、駆動回路５３を介して電動モータ１７が接続されている。駆動回路５３は、ゲーム制御装置５０から与えられる回転角及び回転速度の指示に従って電動モータ１７を駆動する。電動モータ１７の回転速度は一例としてＰＷＭ制御によって動的に変化させることができる。

記憶装置５１は、磁気ディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体を用いた記憶装置であって、ゲーム制御装置５０のＣＰＵに対する外部記憶装置として機能する。記憶装置５１には、ゲームプログラムＰＧ及びゲームデータＤＧが記録されている。ゲーム制御装置５０はゲームプログラムＰＧ及びゲームデータＤＧを適宜に読み込んで、ユーザに所定のゲームをプレイさせるための各種の処理を実行する。ゲームプログラムＰＧよって実現されるゲームは適宜に設定されてよい。ゲームデータＤＧには、ゲームに使用される画像データ、音声、楽音、効果音等の音源データ等が記録される。

ゲーム機１が起動されると、ゲーム制御装置５０は、ゲーム機１として動作するために必要な各種の初期設定を実行し、続いて、記憶装置５１からゲームプログラムＰＧを読み込んでこれを実行することにより、所定のゲームを実行するための環境を設定する。ゲームプログラムＰＧが実行されることにより、ゲーム制御装置５０には、コンピュータハードウエアとコンピュータプログラムとの組み合わせによって実現される論理的装置として、操作指示部５４、及び運動制御部５５が生成される。操作指示部５４は、ゲームプログラムＰＧ及びゲームデータＤＧに従ってユーザに押釦スイッチ４及び操作ユニット５の操作を指示することにより、操作指示手段の一例として機能する。操作指示部５４による操作の指示は、一例として、表示装置３の画面内にユーザの操作対象としてのキャラクタを表示させ、そのキャラクタの上方に操作ユニット５を模した画像を出現させることにより、接触面５ａを下から突くような操作をユーザに要求するといった態様で操作ユニット５の操作をユーザに指示するものとすることができる。運動制御部５５は、タッチセンサ５２の出力信号に基づいて電動モータ１７の回転角及び回転速度を演算し、演算結果に応じた駆動指示を生成して駆動回路５３に提供する。ゲーム制御装置５０には図示以外にも各種の論理的装置が生成されるが、それらの図示は省略した。

図９は、運動制御部５５が箱体１６の往復運動を制御するために実行する運動量制御処理の手順を示している。運動制御部５５は、ゲームのプレイ中に適宜の周期で図９の処理を繰り返し実行する。図９の運動量制御処理が開始されると、運動制御部５５はまずタッチセンサ５２の出力を参照して接触面５ａに対する操作の有無を判別する（ステップ１）。操作がないと判断された場合、運動制御部５５は今回の処理を終える。一方、ステップＳ１にて操作があったと判断された場合、運動制御部５５はタッチセンサ５２の出力に基づいて接触面５ａに対する操作力の大小を判別する（ステップＳ２）。続いて、運動制御部５５は、ステップＳ２における強さの判別結果に基づいて、電動モータ１７の駆動条件を演算する（ステップＳ３）。駆動条件は少なくとも電動モータ１７の回転角及び回転速度を含む。一例として、ステップＳ３では、接触面５ａに対する一回の操作の検出に対応して電動モータ１７の回転角が３６０°に設定され、かつ操作力が大きいほど回転速度が大きくなるように駆動条件が演算される。次に、運動制御部５５は、ステップＳ３で演算した駆動条件に従って電動モータ１７が駆動されるように駆動回路５３に駆動指示を与える（ステップＳ４）。その後、運動制御部５５は今回の処理を終える。ステップＳ４にて駆動指示が与えられることにより、駆動回路５３が駆動条件に従って電動モータ１７を駆動する。それにより、ユーザが接触面５ａを強く叩くほど電動モータ１７から箱体１６により大きな力が与えられて箱体１６の運動量が増加する。

以上のゲーム機１によれば、操作ユニット５の接触面５ａをユーザが上方に押し上げるように操作すると、出力軸１７ａが一回転するように電動モータ１７が駆動され、その駆動に伴って箱体１６が上下方向に一回往復運動する。電動モータ１７の出力軸１７ａの回転方向の変位（周方向の移動距離）をアーム２０及びローラ２１で拡大した上で箱体１６に直線運動として伝達しているので、箱体１６を上下方向に比較的大きく運動させることができる。よって、箱体１６が初期位置に戻ったときの衝撃荷重を大きく確保することができる。したがって、接触面５ａに触れているユーザが箱体１６の往復運動を視覚及び触覚を通じて感じ取ることと相俟って、ユーザには、一定の重量をもった物体（箱体１６）が一旦離れてから戻るように運動し、かつ戻ってきた物体を受け止めたような操作感を体感させることができる。しかも、箱体１６はローラ２１と接するのみで、ローラ２１に対する箱体１６の上方への変位が制限されていないので、箱体１６に生じる上向きの慣性力を利用して箱体１６が上方に離れていくような感覚をユーザに明確に体感させることができる。

ユーザが接触面５ａを強く操作するほど箱体１６の運動量が増加し、それに伴って箱体１６が初期位置に戻ったときに操作部材１０に伝達される衝撃荷重が大きくなる。したがって、接触面５ａに対する操作力が大きいほど、ユーザにより大きな衝撃を体感させることができる。したがって、物体がその放出時に与えた運動量に応じた衝撃を伴って戻ってくる感覚をユーザに体感させることが可能である。そのため、ユーザが体感する操作感を現実の世界で得られる感覚により近づけてゲームのリアリティを向上させ、ゲームの興趣を高めることができる。

（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態に係る操作装置が適用されたゲーム機を説明する。なお、第２の形態は、上述した操作感生成機構を変更したものであり、第１の形態と共通する部分には同一の参照符号を用いてその説明を省略する。図１０及び図１１は、第２の形態に係る操作感生成機構３０の要部を示している。操作感生成機構３０は、支持構造体の一例としての基台３１と、可動体の一例としての箱体１６（図３及び図４参照）と、直線運動型の駆動源の一例としてのソレノイドアクチュエータ３２とを備えている。なお、図１０及び図１１では箱体１６の天板１６ｃのみを示すが、この形態でも箱体１６は下面側に開口部１６ａが設けられた概ね立方体状の中空体に形成され、その下面側に操作部材１０がその接触面５ａを下に向けるようにして配置されている。基台３１は、第１の形態の操作感生成機構１１における基台１５と同様に筐体２と連結されるとともに、操作部材１０とも連結される。

基台３１の先端側には上下方向に延びるブラケット３１ａが設けられ、そのブラケット３１ａには直線案内ユニット１８を介して箱体１６が上下方向に移動可能に取り付けられている。箱体１６と基台３１との連結位置は本形態においても箱体１６の内側である。したがって、ユーザは箱体１６が往復運動する様子を視覚を通じて感じ取ることができる。また、基台３１と操作部材１０とが連結されているため、箱体１６が初期位置に戻ったときの衝撃荷重が操作部材１０に伝達される。よって、基台３１を伝達手段の一例として機能させることができる。箱体１６が往復運動する過程で基台３１に加わる振動、反動あるいは衝撃といった物理的作用も操作部材１０に伝達される。そのため、接触面５ａに触れているユーザが触覚を通じて箱体１６が往復運動する様子を感じ取ることも可能である。

ソレノイドアクチュエータ３２は、内蔵するソレノイドコイルへの励磁電流の供給及び供給停止によりプランジャ３２ａを直線的に往復運動させるアクチュエータである。ソレノイドアクチュエータ３２はその駆動軸の一例としてのプランジャ３２ａを下方に向けた状態で基台３１に取り付けられている。プランジャ３２ａの往復運動は連結杆３３（図１１）及びリンク機構３４を介して拡大されて箱体１６に伝達される。リンク機構３４は、基台３１に支点ピン３５を介して上下方向に回転自在に連結された駆動レバー３６と、その駆動レバー３６によって上下方向に伸縮するように駆動される伸縮リンク機構３７とを備えている。

図１２及び図１３にも示したように、駆動レバー３６の一端部３６ａは連結杆３３と回転自在に連結され、他端部３６ｂは伸縮リンク機構３７の操作レバー３７ａと支点ピン３８を介して回転自在に連結される。支点ピン３５、３８間の距離は支点ピン３５から連結杆３３の連結位置までの距離よりも大きく設定されている。したがって、プランジャ３２ａの変位は拡大されて操作レバー３７ａに伝達される。伸縮リンク機構３７は、複数本のリンク３７ｂのそれぞれを、複数段のパンタグラフ３７ｃが上下方向に連接されるようにして支点ピン３７ｄにより相互に回転自在に連結した構成である。伸縮リンク機構３７の最上段のリンク３７ｂは箱体１６の天板１６ｃにおける下面側と回転自在に連結されている。なお、図１２の位置が操作感生成機構３０における箱体１６の初期位置に相当する。

操作レバー３７ａは、最下段のリンク３７ｂ（図１２及び図１３においてハッチングで示す。）と支点ピン３７ｄの回りに一体に回転できるように連結されている。したがって、ソレノイドアクチュエータ３２のプランジャ３２ａを上方に引き込んで駆動レバー３６を支点ピン３５の周りに反時計方向に回転させると伸縮リンク機構３７が図１３に示すように上下方向に伸長して箱体１６が上昇する。ソレノイドアクチュエータ３２のプランジャ３２ａを下方に延ばして駆動レバー３６を支点ピン３５の周りに時計方向に回転させると伸縮リンク機構３７が図１２に示すように上下方向に収縮して箱体１６が下降する。ただし、箱体１６の下降時には箱体１６に作用する重力が伸縮リンク機構３７を縮めてプランジャ３２ａを下方に引き出す復帰力として作用する。

操作レバー３７ａから最下段のリンク３７ｂの支点ピン３７ｄまでの距離は、駆動レバー３６の回転中心である支点ピン３５から操作レバー３７ａの連結位置までの距離よりも十分に小さい。そのため、プランジャ３２ａを駆動したときに、操作レバー３７ａは駆動レバー３６の回転角よりも大きな角度で支点ピン３７ｄを中心に回転する。それにより、伸縮リンク機構３７は、ソレノイドアクチュエータ３２のプランジャ３２ａの変位よりも十分に大きく上下方向に伸縮する。したがって、箱体１６を上下方向に比較的大きく運動させることが可能である。

箱体１６が初期位置に向けて下降する際には重力が復帰力として作用する。そのため、箱体１６が初期位置に戻ったときには比較的大きな衝撃荷重が基台３１に作用する。その基台３１を伝達手段の一例として機能させることにより操作部材１０に衝撃荷重を伝達することができる。したがって、接触面５ａに触れているユーザが箱体１６の往復運動を視覚及び触覚を通じて感じ取ることと相俟って、ユーザには、一定の重量をもった物体（箱体１６）が一旦離れてから戻るように運動し、かつ戻ってきた物体を受け止めたような操作感を体感させることができる。

なお、第２の形態において、ゲーム機１の制御系は図８の電動モータ１７をソレノイドアクチュエータ３２に置き換え、駆動回路５３をソレノイドアクチュエータ３２に適合したものに変更するように構成される。ソレノイドアクチュエータ３２の動作制御は図９に準じて行えば足りる。その場合、接触面５ａに対する一回の操作でプランジャ３２ａを一往復させればよく、駆動条件についても、接触面５ａに対する操作力が大きいほどプランジャ３２ａの駆動速度が増加するように設定すればよい。

本発明は上述した形態に限定されることなく、適宜の変形又は変更が可能である。例えば、伝達手段は可動体に対する支持構造体を利用する例に限らない。図１４に示すように、操作部材１０の本体１３を一対のコイルばね４０にて上下方向に挟み込むといった構成により、基台１５側の振動が操作部材１０側に伝わらないようにして操作部材１０を支持しつつ、箱体１６の下端に伝達手段の一例としての伝達部材４１を装着し、箱体１６が初期位置に戻る際にその伝達部材４１を操作部材１０に接触させることにより、箱体１６が戻る際の衝撃荷重を操作部材１０に伝達するようにしてもよい。図１４に示した構成は、第２の形態の操作感生成機構３０においても適用可能である。なお、箱体１６が初期位置に戻る際に箱体１６と操作部材１０とを接続することができる限り、伝達部材４１は操作部材１０側に設けられてもよい。あるいは、箱体１６及び操作部材１０の両者に伝達部材４１が設けられてもよい。

可動体は略直方体形状の箱体１６として形成される例に限らず、適宜の変形が可能である。例えば、可動体を球状の中空体に形成し、その可動体の表面に沿って操作部材の接触面を配置してもよい。その場合には、接触面を可動体の湾曲に沿って形成することにより、例えばボール等の球状体を突くような操作感をユーザに体感させることができる。その他にも、可動体はドーム状、正多面体状といった各種の形状に形成されてよい。ただし、可動体は必ずしも中空体状に形成される必要はない。可動体を中実の錘状に形成し、その可動体、及び可動体と支持構造体との連結部分を別途用意されたカバーにて覆うようにしてもよい。カバーに透明部分を設け、その内部で可動体が往復運動する様子をユーザが視覚を通じて感じ取ることができるようにしてもよい。あるいは、可動体をカバーにて視覚的に覆い隠す一方で、その可動体の往復運動に伴って生じる振動、反動、あるいは衝撃といった物理的作用を操作部材に伝達することにより、ユーザがその触覚を通じて可動体の往復運動の様子を感じ取ることのみが可能となるように操作感生成機構が構成されてもよい。

操作感生成機構は、可動体をまず上方に移動させてその後に下降させる構成に限定されない。例えば、可動体をまず下方に運動させ、その後にばね等の弾性体の復帰力を利用して可動体を上方に戻すように操作感生成機構が構成されてもよい。その場合、例えば可動体を球状に形成してその上面側に接触面を配置すれば、あたかもボールをドリブルしているような感覚をユーザに体感させることができる。あるいは、可動体を円盤状に形成してその中心軸を左右に向けた状態で往復運動させる場合には、ヨーヨーを操作しているような感覚をユーザに体感させることが可能である。接触面を強く操作するほど可動体の運動量を増加させた場合には、接触面を操作してから可動体が戻ってきたときの衝撃荷重が作用するまでの時間長が増加するため、ヨーヨー等の物体をより遠くへ放り出したような操作感をユーザに体感させることができる。なお、可動体を水平方向あるいは斜め上方又は斜め下方に往復運動させるように操作感生成機構が構成されてもよい。さらに、可動体の往復運動の方向は直線方向に限らず、少なくとも一部に湾曲部を有するガイドに沿って可動体を往復運動可能に配置し、その可動体に駆動源の変位を拡大して伝達するといったように、少なくとも一部に湾曲した経路が生じるように可動体の往復運動の方向を設定することも可能である。可動体の運動方向は接触面と概ね直交する方向に限定されない。接触面と平行又は斜めに交差する方向に可動体の運動方向が設定されてもよい。

駆動源から可動体までの運動伝達経路上に弾性体を介在させ、可動体の往路では弾性体を伸び変形させて可動体を駆動源が与える変位よりも大きく運動させ、その可動体の復路では弾性体の伸び変形に対する復元力を復帰力に利用して可動体を運動させるといった変形も可能である。例えば、第２の形態において、伸縮リンク機構３７と天板１６ｃとの間にそのような弾性体を介在させるといった変形が可能である。

回転運動を発生させる駆動源を用いる一例として第１の形態を、直線運動を発生させる駆動源を用いる一例として第２の形態をそれぞれ示したが、駆動源の回転運動の変位を拡大して可動体に伝達する構成、及び駆動源の直線運動の変位を拡大して可動体に伝達する構成は図示の例に限らず、駆動源の変位を拡大して伝達する各種の伝達機構が採用可能である。

ユーザに対する接触面の操作の指示は、表示装置の画面を通じて与える形態に限定されない。例えば、ランプその他の視覚で認識可能な指示装置、あるいは音を利用した指示装置を介してユーザに接触面の操作が指示されてもよい。操作部材等に発光装置を装着し、その点灯又は点滅によりユーザに操作を指示するようにしてもよい。上記の形態では、一台のゲーム機１に対して単一の操作ユニット５が設けられているが、一台のゲーム機１に複数の操作ユニット５が設けられてもよい。

上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の各種の態様を以下に記載する。なお、以下の説明では、本発明の各態様の理解を容易にするために添付図面に図示された対応する部材を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明の一態様に係るゲーム機の操作装置は、ゲームのユーザによって操作されるべき接触面（５ａ）を有する操作部材（１０）と、所定方向に往復運動可能でありかつ往復運動の様子をユーザが感じ取れるように設けられた可動体（１６）、及び前記可動体を前記所定方向の一方の側に運動させる駆動力を発生させる駆動源（１７；３２）を有し、前記駆動源にて生じる変位を拡大しつつ前記可動体に伝達して当該可動体を前記一方の側に運動させるとともに、前記一方の側に運動した可動体が所定の復帰力で前記他方の側に戻るように構成された操作感生成機構（１１；３０）と、前記接触面に対する操作を検出する操作検出手段（５２）と、前記接触面の操作の検出に応じて前記可動体が往復運動するように前記駆動源の動作を制御する制御手段（５５）と、前記他方の側に戻る可動体を受け止める際に生じる荷重を前記操作部材に伝える伝達手段（１５；３０；４１）と、を備えたものである。

上記態様の操作装置によれば、駆動源で生じる変位を拡大して可動体に伝達することにより、可動体を比較的大きく往復運動させることができる。その往復運動の様子をユーザが感じ取ることができるように可動体が設けられ、かつ可動体が戻ってきたときにこれを受け止めるような衝撃が操作部材に伝達されるので、物体が一旦離れてその後に戻ってくるような操作感をユーザに体感させることが可能である。

上記態様の操作装置において、前記操作検出手段は、前記操作部材に加えられるユーザの操作力を判別するために必要な物理量を検出できるように設けられ、前記制御手段は、前記操作力に応じて前記可動体の運動量が変化するように、前記操作検出手段が検出した物理量に基づいて前記駆動源の動作を制御してもよい。これによれば、操作部材に対する操作力に応じて可動体の運動量が変化し、その運動量に応じて物体が戻ってきたときの衝撃が変化するため、接触面に触れているユーザに、操作力に応じて衝撃が適宜に変化する操作感を体感させることが可能である。

さらに、前記制御手段は、前記操作力が大きいほど前記運動量が大きくなるように前記駆動源の動作を制御してもよい。これによれば、ユーザが接触面を比較的小さな力で操作したときには小さな衝撃が、接触面を比較的大きな力で操作したときには大きな衝撃が操作部材に伝達される。したがって、接触面に触れているユーザには、物体を放り出す力が大きいほどその物体が戻ってくるときの衝撃も大きくなるという現実の現象に即した操作感を与え、それによりゲームのリアリティを向上させることができる。

上記態様の操作装置においては、前記往復運動の様子を前記ユーザが視覚を通じて感じ取ることができるように前記可動体が設けられてもよい。これによれば、可動体が往復運動する様子をユーザが視認しつつ、その可動体が戻ってきたときには接触面に触れているユーザに衝撃を感じさせることができる。これにより、物体が一旦離れて戻ってくるような操作感をユーザの視覚及び触覚を通じてユーザに確実に体感させることができる。

また、前記操作感生成機構には、前記可動体が往復運動可能に取り付けられる支持構造体（１５；３１）が設けられ、前記可動体が中空体状に形成され、かつ当該可動体の内側にて前記可動体が前記支持構造体に往復運動可能に取り付けられることにより、前記可動体の前記往復運動の様子を前記ユーザが視覚を通じて感じ取ることが可能とされてもよい。これによれば、可動体を往復運動可能に設けるための構成部分が可動体の内部に配置されるので、可動体が往復運動する様子をユーザが容易かつ明瞭に視認できるように操作感生成機構を構成することが可能である。

さらに、前記可動体が前記他方の側にて停止しているときに前記接触面が前記可動体の表面に沿って延びるようにして前記操作部材が設けられてもよい。これによれば、操作部材の表面に沿って配置された接触面をユーザが操作すると、可動体が往復運動するようになる。したがって、ユーザには、物体の表面を押すと、その物体が一旦離れて戻ってくるような感覚を与えることができる。そのため、接触面に対する操作と可動体の往復運動とをより直接的にユーザに感知させ、それにより、ゲームの興趣を高めることができる。

上記態様の操作装置において、前記操作感生成機構には、前記可動体が往復運動可能に取り付けられる支持構造体（１５；３１）が設けられ、前記他方の側に戻った可動体が前記支持構造体に受け止められるとともに、前記支持構造体と前記操作部材とが連結されることにより、前記支持構造体が前記伝達手段として機能するとともに、前記往復運動の様子を前記接触面に触れているユーザが触覚を通じて感じ取ることが可能とされてもよい。これによれば、可動体が往復運動する過程で支持構造体に伝わる振動、反動、衝撃といった物理的作用を操作部材側に伝達し、それにより、可動体の往復運動の様子を接触面に触れているユーザの触覚を通じてユーザに体感させることが可能である。触覚を通じて往復運動を体感させることにより、操作の現実感を高めることができる。

上記態様の操作装置において、前記可動体及び前記操作部材の少なくともいずれか一方には、前記可動体が前記他方の側に戻る際に前記可動体と前記操作部材とを接続して前記伝達手段として機能する伝達部材（４１）が設けられてもよい。これによれば、可動体が戻ってきたときにその可動体と操作部材とを伝達部材で接続するという比較的簡素な構成で可動体が戻ってきたときの衝撃を操作部材に伝えることが可能である。

上記態様の操作装置において、前記操作部材は前記接触面が略鉛直方向を向くように設けられてもよい。これによれば、ユーザが接触面を上方に又は下方に操作することにより、物体が一旦離れて戻ってくるような操作感をユーザに体感させることができる。

上記態様の操作装置において、前記操作部材は前記接触面が略鉛直下方を向くように設けられ、前記操作感生成機構は、前記駆動源の駆動力により前記可動体が略鉛直上方に運動し、前記略鉛直上方に運動した可動体が前記復帰力として重力を利用して略鉛直下方に戻るように構成されてもよい。これによれば、復帰力として重力を利用することにより、可動体が戻ってきたときの衝撃荷重を容易かつ確実に発生させ、その衝撃荷重を操作部材に伝達して物体が戻ってきたときの衝撃をユーザに確実に体感させることができる。

上記態様の操作装置においては、前記可動体が前記一方の側に運動する過程で前記駆動源から前記可動体に伝達される変位を超えて当該可動体が前記一方の側に運動し得るように前記駆動源から前記可動体への運動伝達経路が構成されてもよい。これによれば、可動体が一方の側に移動する際に生じる慣性力を利用して物体が離れていくような感覚をさらに明確に作り出すことができる。

上記態様の操作装置においては、前記駆動源として所定の出力軸（１７ａ）を回転運動させる回転運動型の駆動源（１７）が設けられ、前記操作感生成機構は、前記出力軸に一体回転可能に取り付けられたアーム（２０）と、前記アームの外周側に設けられて、前記可動体を前記一方の側に向かって押し出すことができるようにして当該可動体と接触する押出部材（２１）とを含み、前記出力軸の回転運動に伴って前記アーム及び前記押出部材が前記出力軸の回りに回転することにより、前記駆動源にて生じる変位を拡大して前記可動体に伝達するように構成されてもよい。これによれば、出力軸の周方向の変位をアームにて拡大した上で、そのアームの回転運動を直線運動に変換して押出部材から可動体に伝えることができる。これにより、回転運動型の駆動源を利用して可動体を比較的大きく運動させることができる。しかも、押出部材は可動体を一方の側に押し出せるようにして可動体に接するのみで、一方の側に関して可動体が押出部材よりも大きく変位し得るので、可動体が運動する過程で生じる慣性力を利用して物体が離れていくような感覚を明確に作り出すことができる。そのため、物体が一旦離れて戻ってくるような操作感をユーザに明確に体感させることができる。

上記態様の操作装置においては、前記駆動源として所定の駆動軸（３２ａ）を直線的に往復運動させる直線運動型の駆動源（３２）が設けられ、前記操作感生成機構は、前記駆動軸の変位をリンク機構（３４）により拡大して前記可動体に伝達するように設けられてもよい。これによれば、直線運動型の駆動源における駆動軸の変位が比較的小さくても、リンク機構の構成を適宜に調整することにより、その変位を十分に拡大して可動体へと伝達し、それにより可動体を比較的大きく運動させることが可能である。

本発明の一態様に係るゲーム機（１）は、上述した各種の態様のいずれかに係る操作装置と、前記操作装置の前記接触面に対する操作を前記ユーザに指示する操作指示手段（５４）と、を備えたものである。これによれば、上述した操作装置の作用効果を活用して物体が一旦離れて戻ってくるような操作感をユーザに体感させることが可能な興趣に溢れるゲーム機を提供することができる。

１ ゲーム機
３ 表示装置
５ 操作ユニット
５ａ 接触面
１０ 操作部材
１１ 操作感生成機構
１５ 基台（支持構造体、伝達手段）
１６ 箱体（可動体）
１７ 電動モータ（回転運動型の駆動源）
１７ａ 出力軸
１８ 直線案内ユニット
２０ アーム
２１ ローラ（押出部材）
２２ 横断部材
３０ 操作感生成機構
３１ 基台（支持構造体、伝達手段）
３２ ソレノイドアクチュエータ（直線運動型の駆動源）
３２ａ プランジャ（駆動軸）
３４ リンク機構
３７ 伸縮リンク機構
４１ 伝達部材（伝達手段）
５０ ゲーム制御装置
５２ タッチセンサ（操作検出手段）
５４ 操作指示部（操作指示手段）
５５ 運動制御部

Claims (14)

1. ゲームのユーザによって操作されるべき接触面を有する操作部材と、
   支持構造体、前記操作部材に対して所定方向に往復運動可能な状態で前記支持構造体に取り付けられ、かつ往復運動の様子をユーザが感じ取れるように設けられた可動体、及び前記可動体を前記所定方向の一方の側に運動させる駆動力を発生させる駆動源を有し、前記駆動源にて生じる変位を拡大しつつ前記可動体に伝達して当該可動体を前記操作部材に対して前記一方の側に運動させるとともに、前記一方の側に運動した可動体が所定の復帰力で前記他方の側に戻るように構成された操作感生成機構と、
   前記接触面に対する操作を検出する操作検出手段と、
   前記接触面の操作の検出に応じて前記可動体が往復運動するように前記駆動源の動作を制御する制御手段と、
   前記他方の側に戻る可動体を受け止める際に生じる荷重を前記操作部材に伝える伝達手段と、を備えたゲーム機の操作装置。
2. 前記操作検出手段は、前記操作部材に加えられるユーザの操作力を判別するために必要な物理量を検出できるように設けられ、
   前記制御手段は、前記操作力に応じて前記可動体の運動量が変化するように、前記操作検出手段が検出した物理量に基づいて前記駆動源の動作を制御する請求項１に記載のゲーム機の操作装置。
3. 前記制御手段は、前記操作力が大きいほど前記運動量が大きくなるように前記駆動源の動作を制御する請求項２に記載のゲーム機の操作装置。
4. 前記往復運動の様子を前記ユーザが視覚を通じて感じ取ることができるように前記可動体が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載のゲーム機の操作装置。
5. 前記可動体が中空体状に形成され、かつ当該可動体の内側にて前記可動体が前記支持構造体に往復運動可能に取り付けられることにより、前記可動体の前記往復運動の様子を前記ユーザが視覚を通じて感じ取ることが可能とされている請求項４に記載のゲーム機の操作装置。
6. 前記可動体が前記他方の側にて停止しているときに前記接触面が前記可動体の表面に沿って延びるようにして前記操作部材が設けられている請求項５に記載のゲーム機の操作装置。
7. 前記他方の側に戻った可動体が前記支持構造体に受け止められるとともに、前記支持構造体と前記操作部材とが連結されることにより、前記支持構造体が前記伝達手段として機能するとともに、前記往復運動の様子を前記接触面に触れているユーザが触覚を通じて感じ取ることが可能とされている請求項１〜４のいずれか一項に記載のゲーム機の操作装置。
8. 前記可動体及び前記操作部材の少なくともいずれか一方には、前記可動体が前記他方の側に戻る際に前記可動体と前記操作部材とを接続して前記伝達手段として機能する伝達部材が設けられている請求項１〜７のいずれか一項に記載のゲーム機の操作装置。
9. 前記操作部材は前記接触面が略鉛直方向を向くように設けられている請求項１〜８のいずれか一項に記載のゲーム機の操作装置。
10. 前記操作感生成機構は、前記駆動源の駆動力により前記可動体が略鉛直上方に運動し、前記略鉛直上方に運動した可動体が前記復帰力として重力を利用して略鉛直下方に戻るように構成されている請求項９に記載のゲーム機の操作装置。
11. 前記可動体が前記一方の側に運動する過程で前記駆動源から前記可動体に伝達される変位を超えて当該可動体が前記一方の側に運動し得るように前記駆動源から前記可動体への運動伝達経路が構成されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載のゲーム機の操作装置。
12. 前記駆動源として所定の出力軸を回転運動させる回転運動型の駆動源が設けられ、
    前記操作感生成機構は、前記出力軸に一体回転可能に取り付けられたアームと、前記アームの外周側に設けられて、前記可動体を前記一方の側に向かって押し出すことができるようにして当該可動体と接触する押出部材とを含み、前記出力軸の回転運動に伴って前記アーム及び前記押出部材が前記出力軸の回りに回転することにより、前記駆動源にて生じる変位を拡大して前記可動体に伝達するように構成されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載のゲーム機の操作装置。
13. 前記駆動源として所定の駆動軸を直線的に往復運動させる直線運動型の駆動源が設けられ、
    前記操作感生成機構は、前記駆動軸の変位をリンク機構により拡大して前記可動体に伝達するように設けられている請求項１〜１０のいずれか一項に記載のゲーム機の操作装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の操作装置と、前記操作装置の前記接触面に対する操作を前記ユーザに指示する操作指示手段と、を備えたゲーム機。