JP7625839B2 - 操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、傾倒体の傾倒状況に応じて操作対象を操作する操作装置に関する。

コンピュータゲーム、各種玩具、産業用ロボット等の各種装置を操作する操作装置として、ジョイスティックと呼ばれる操作装置が普及している。ジョイスティックと呼ばれる形態の操作装置では、様々な方向に傾倒可能な傾倒体を傾倒することにより、傾倒方向へ操作対象が動作するので、直感的な操作を可能としている。このような操作装置として、例えば、特許文献１では、ＸＹ各軸に配置した可変抵抗で傾きを検知する可変抵抗式ポインティングデバイスが提案されている。

台湾実用新案第３７１５０３号公報

例えば、コンピュータゲームに対しては、状況を認識するための仕組みについて、常に新たなエンターテインメント性が求められる。また、産業用ロボット等の機械を操作対象とする場合であっても、操作の状況を様々な方法で認識するための仕組みが求められる。しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の操作装置は、入力用の装置であり、出力用の装置としての機能は備えておらず、操作者に状況を認識させることはできない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、出力機能を備える操作装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本願記載の操作装置は、基準位置から傾倒中心を中心として傾倒させる操作を受け付ける傾倒体を備え、前記傾倒体の傾倒状況に応じて、操作対象を操作する操作装置であって、前記傾倒体は、前記傾倒中心を通る中心軸に直交する方向への広がりを有する被押圧部を端部に有し、前記被押圧部に対し、前記傾倒体が基準位置に位置する場合の前記中心軸に平行で、かつ前記傾倒中心に向かう方向へ押圧する押圧部材と、前記押圧部材に対し、前記傾倒中心に向けて付勢する付勢部材と、前記押圧部材を前記傾倒中心に向けて押圧する動作をする動作体とを備えることを特徴とする。

また、前記操作装置において、基準位置から傾倒中心を中心として傾倒させる操作を受け付ける傾倒体を備え、前記傾倒体の傾倒状況に応じて、操作対象を操作する操作装置であって、前記傾倒体は、前記傾倒中心を通る中心軸に直交する方向への広がりを有する被押圧部を端部に有し、前記被押圧部に対し、前記傾倒体が基準位置に位置する場合の前記中心軸に平行で、かつ前記傾倒中心に向かう方向へ押圧する押圧部材と、前記押圧部材に対し、前記傾倒中心に向けて付勢する付勢部材と、前記付勢部材に対し、前記押圧部材に相対する側の反対側から、前記押圧部材側へ向けて押圧する動作をする動作体とを備えることを特徴とする操作装置。

また、前記操作装置において、前記傾倒体は、基準位置から全方向への傾倒が可能であり、前記被押圧部は、前記中心軸を中心とし、前記中心軸に直交する方向を径方向とする
略円板状をなすことを特徴とする。

また、前記操作装置において、前記動作体を動作させる駆動機構を備えることを特徴とする。

また、前記操作装置において、前記駆動機構は、カム機構を介して動作体を動作させることを特徴とする。

また、前記操作装置において、前記駆動機構による駆動方向と、前記動作体の動作方向とは、略直交することを特徴とする。

また、前記操作装置において、前記駆動機構による駆動方向と、前記動作体の動作方向とは、略同方向であることを特徴とする。

本願記載の操作装置は、傾倒体の被押圧部を押圧する押圧部材を付勢部材で押圧し、かつ動作体で押圧することにより、操作装置の操作負荷を制御する。

本発明に係る操作装置は、傾倒体が端部に有する被押圧部を、押圧部材により、傾倒中心に向かう方向へ押圧することで、傾倒した傾倒体を基準位置に復帰させる方向に力を働かせる。押圧部材に対しては、付勢部材にて押圧し、かつ押圧する動作をする動作体で押圧する。付勢部材による押圧だけでなく、動作体の動作による押圧を行うので、押圧する力を動作体の動作により制御することができる。従って、傾倒体を復帰させる力を変化させることができる。傾倒体を復帰させる力の変化を、操作者は、操作負荷の変化として認識する。即ち、本発明に係る操作装置は、操作負荷を変化させる等、優れた効果を奏する。これにより、操作者は、操作負荷の変化を感得することができる等、優れた効果を奏する。

本願記載の操作装置の外観の一例を示す概略斜視図である。 本願記載の操作装置の内部構造の一例を示す概略斜視図である。 本願記載の操作装置の内部構造の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置が備える操作機構の一例を示す概略分解斜視図である。 本願記載の操作装置が備える動作機構の一例を示す概略分解斜視図である。 本願記載の操作装置が備える操作機構及び駆動機構の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置が備える操作機構及び駆動機構の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置が備える操作機構及び駆動機構の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置が備える動作機構の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置が備える動作機構の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置の動作に関する制御構成の一例を概念的に示す概略ブロック図である。 一般的なソレノイドの力学特性の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置の内部構造の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置の動作機構の一例を示す概略分解斜視図である。 本願記載の操作装置が備える操作機構及び動作機構の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置において、押圧部材を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置の外観の一例を示す概略斜視図である。 本願記載の操作装置が備える動作機構及び駆動機構の要部の断面の一例を示す概略断面図である。 一般的なＶＣＭの力学特性の一例を示すグラフである。 本願記載の操作装置の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置の断面の一例を示す概略断面図である。 本願記載の操作装置に用いられるＶＣＭの力学特性の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本願記載の操作装置は、例えば、操作対象を操作するジョイスティック型のコントローラとして用いられる。ジョイスティック型のコントローラ等の操作装置として用いることにより、コンピュータゲーム用の操作装置の他、各種玩具、各種移動体、各種測定装置、産業用ロボット等の様々な操作対象の操作に用いることが可能である。以下では、本願記載の操作装置をジョイスティック型のコントローラに適用した操作装置ＣＴＲについて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本願記載の操作装置ＣＴＲの外観の一例を示す概略斜視図である。操作装置ＣＴＲは、筐体１を備え、筐体１には、右手及び左手でそれぞれ把持する把持部１０が両端に形成されている。両端の把持部１０をそれぞれ把持した場合において、上面の指が当たる位置には、略円形状の開口部１１が開設されており、開口部１１からは、操作対象を操作するための操作機構２の一部が筐体１内から突出している。更に、上面側には、操作者の指にて押下可能な位置に複数の操作ボタン１２が配置されている。なお、本願では、説明の便宜上、操作者が、一般的な姿勢で操作する場合に上方に位置する側、即ち、操作ボタン１２が配置され、操作機構２が突出している側を上側として説明する。

図２は、本願記載の操作装置ＣＴＲの内部構造の一例を示す概略斜視図である。図２は、操作装置ＣＴＲから筐体１を外した状態の内部構造を示している。筐体１内には、操作対象を操作するための前述の操作機構２の他、操作機構２を動作させる動作機構３、動作機構３を駆動する駆動機構４等の様々な機構が収容されている。図１に例示した操作装置ＣＴＲの筐体１内には、図２に内部構造として例示する装置が２台収容されている。

図３は、本願記載の操作装置ＣＴＲの内部構造の一例を示す概略断面図である。図４は、本願記載の操作装置ＣＴＲが備える操作機構２の一例を示す概略分解斜視図である。図３は、図２に示すＡ－Ｂを通る垂直面で切断した操作装置ＣＴＲの内部構造の断面を概略斜視図として示している。図３及び図４を用いて操作機構２について説明する。操作機構２は、操作者から傾倒させる操作を受け付ける傾倒体２０を備え、傾倒体２０は、軸状体２００、球状体２０１、操作部２０２及び被押圧部２０３を有している。軸状体２００は、操作を受けて傾倒するスティックであり、球状体２０１の中心を貫通しており、傾倒体２０が回転する場合の中心軸となる。軸状体２００は、球状体２０１の中心を傾倒中心２０ａとして、基準位置から周囲３６０度の全方向への傾倒が可能である。筐体１の開口部１１から突出した軸状体２００の上側（一端側）には、操作を受け付ける操作部２０２が形成されている。筐体１内に収容された軸状体２００の下側（他端側）には、動作機構３からの押圧を受ける被押圧部２０３が形成されている。操作部２０２は、略円板状をなす円板部２０２ａを有しており、円板部２０２ａの上面縁部には、回転操作に用いる回転突起２０２ｂが形成されている。更に、円板部２０２ａの下方には、球状体２０１及び球状体２０１を保持する保持部材２１の上方を覆う略球冠状のカバー部２０２ｃが形成されている。被押圧部２０３は、略円板状をなし、中心近傍が平坦で周縁側が球状体２０１側へ反るよう形成されている。軸状体２００は、被押圧部２０３の円板の中心に連結している。球状体２０１は、球状体２０１の外面に沿った形状の凹面が形成された保持部材２１に動作可能に保持されており、保持部材２１は、上部フレーム２２にて筐体１内に固定されている。なお、保持部材２１は、動作可能に保持している球状体２０１において、直行する２方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）への傾倒角度の変異を検出するＸ軸角度センサ２１０及びＹ軸角度センサ２１１（図１１等参照）を備えている。以上のように構成された操作機構２に対し、操作者は、傾倒体２０を傾倒させる操作及び傾倒体２０の軸状体２００を中心軸として周方向に回転させる操作を行うことができる。

図５は、本願記載の操作装置ＣＴＲが備える動作機構３の一例を示す概略分解斜視図である。図３及び図５を用いて動作機構３について説明する。動作機構３は、上部フレーム２２の下方に取り付けられた中央フレーム３０及び下部フレーム３１にて筐体１内に固定されている。中央フレーム３０には、略円筒状に形成された中央孔３００、中央孔３００の周囲の内壁３０１、内壁３０１の外側を周回する環状の溝部３０２が形成されている。中央フレーム３０は、被押圧部２０３に対し、上方の傾倒中心２０ａへ向かう方向へ押圧する押圧部材３２を上下動可能に支持している。押圧部材３２は、上部が円板状をなし、下部が円筒状をなしている。押圧部材３２は、中央フレーム３０に形成された中央孔３００を塞ぐように配置されており、上面で被押圧部２０３に当接する。円筒状をなす下部は、中央フレーム３０の溝部３０２に対し、上下動可能なように若干の遊びを持って遊嵌している。押圧部材３２の下部が中央フレーム３０の溝部３０２に遊嵌することにより、溝部３０２が押圧部材３２の上下動を案内し、押圧部材３２の動作が安定する。環状の溝部３０２内には、圧縮コイルバネ等の付勢部材３３が溝部３０２内を周回するように配置されている。付勢部材３３は、下端が溝部３０２の内底面に固定されており、上端で押圧部材３２に当接し、押圧部材３２を上方へ付勢する。

中央フレーム３０は、押圧部材３２を上方へ向けて動作させる動作体３４を上下動可能に保持している。動作体３４は、押圧部材３２を押圧する略棒状の棒状押圧体３４０と、
カム構造により動作する従動カム部材３４１とを一体化させた部材である。動作体３４は、棒状押圧体３４０が従動カム部材３４１を上下に貫通するようにして一体化している。棒状押圧体３４０の上部は、中央フレーム３０の中央孔３００に挿通されている。上下動する棒状押圧体３４０の上端側は、略円筒状の上部案内部材３５に対して上下動可能に挿通されており、下端側は、略円筒状の下部案内部材３６に上下動可能に挿通されている。上部案内部材３５は中央フレーム３０の中央孔３００に嵌合した状態で固定されており、棒状押圧体３４０の上下動を案内する。下部案内部材３６は、下部フレーム３１の下端に開設された下端孔３１０に嵌合した状態で固定されており、棒状押圧体３４０の上下動を案内する。棒状押圧体３４０には、圧縮コイルバネ等の復帰バネ３７が巻回されている。復帰バネ３７は、上端が上部案内部材３５に当接し、下端が従動カム部材３４１の上面に当接しており、従動カム部材３４１を介して動作体３４を下方へ付勢している。

下部フレーム３１には、主動カム部材３８が水平方向に動作可能に嵌め込まれており、主動カム部材３８は、動作体３４の従動カム部材３４１と連携してカム機構を形成する。主動カム部材３８は、上面が開放された略箱状をなしている。主動カム部材３８の４箇所の側壁のうちの１箇所の側壁には、駆動機構４を取り付ける取付口３８１が形成されている。主動カム部材３８の側壁のうち取付口３８１が形成された側壁の両側に接する２箇所の側壁には、取付口３８１に近い方から遠い方へかけて漸次高くなるように傾斜した主動カム面３８０が形成されている。動作体３４の従動カム部材３４１には、主動カム部材３８の主動カム面３８０に当接した状態で摺動する傾斜した従動カム面３４１ａが形成されている。主動カム部材３８と従動カム部材３４１とが連携したカム構造により、駆動機構４にて水平方向に駆動される主動カム部材３８の動作は、動作体３４の上下方向の動作として伝達される。具体的には、主動カム部材３８が駆動機構４側へ移動すると、動作体３４の従動カム部材３４１は、従動カム面３４１ａが主動カム面３８０上を摺動しながら上方へ移動する。主動カム部材３８が駆動機構４の反対側へ移動すると、復帰バネ３７で下方へ付勢された動作体３４は下方へ移動する。このようにして動作体３４は上下に動作する。動作体３４は、上方へ移動することにより、押圧部材３２を下方から押圧する。なお、主動カム面３８０及び従動カム面３４１ａの形成位置を変更し、主動カム部材３８が駆動機構４の反対側へ移動すると、動作体３４が上方へ移動し、主動カム部材３８が駆動機構４側へ移動すると、動作体３４が下方へ移動するように構成することも可能である。

図２及び図３を用いて駆動機構４について説明する。駆動機構４は、通電により動作するソレノイド４０等のアクチュエータであり、通電されるコイルを備えた駆動部４００と、駆動部４００により動作するプランジャ４０１とを備えている。プランジャ４０１の先端は、主動カム部材３８の連結部４０２に連結されている。駆動部４００に通電していない場合、プランジャ４０１は駆動部４００から突出しており、通電すると、プランジャ４０１は、電流の大きさに応じて駆動部４００内に引き込まれるように移動する。

次に、本願記載の操作装置ＣＴＲの動作について説明する。図６及び図７は、本願記載の操作装置ＣＴＲが備える操作機構２及び動作機構３の断面の一例を示す概略断面図である。図６及び図７は、動作体３４が下方に位置し、付勢部材３３のみが押圧部材３２を上方へ向けて押圧している状態を示している。図６は、操作機構２の傾倒体２０が基準位置にある状態を示しており、図７は、操作者の操作を受けて傾倒体２０が基準位置から傾倒した状態を示している。付勢部材３３に付勢された押圧部材３２は、傾倒体２０の被押圧部２０３を下方から上方へ押圧する。図６に示すように傾倒体２０が基準位置に位置する場合、押圧部材３２は、被押圧部２０３の平坦な中心近傍に対して球状体２０１の中心へ向けて押圧するため、傾倒体２０は安定した姿勢となる。図７に示すように傾倒体２０が傾倒している場合、押圧部材３２は、被押圧部２０３の周縁側に対して球状体２０１の中心へ向けて押圧するため、傾倒体２０が基準位置に復帰する回転方向に力が働く。従って、傾倒体２０が基準位置に位置する場合、傾倒体２０は安定している。傾倒体２０が基準
位置から傾倒した場合、基準位置に復帰する方向に力が働き不安定となる。このため操作者による傾倒させる力が解除されると、傾倒体２０は基準位置に復帰する。

図８は、本願記載の操作装置ＣＴＲが備える操作機構２及び動作機構３の断面の一例を示す概略断面図である。図８は、動作体３４が上方へ移動し、付勢部材３３及び動作体３４の棒状押圧体３４０が押圧部材３２を上方へ向けて押圧している状態を示している。図８は、操作者の操作を受けて傾倒体２０が基準位置から傾倒した状態を示している。駆動機構４に通電することにより、プランジャ４０１が駆動部４００内に引き込まれるように移動する。プランジャ４０１が移動することにより、プランジャ４０１に連結された主動カム部材３８が駆動機構４側へ移動し、カム機構を形成する従動カム部材３４１が連動して動作体３４が上方へ移動する。動作体３４が上方へ移動することにより、押圧部材３２を下方から押圧する。従って、駆動機構４に通電することにより、押圧部材３２は、付勢部材３３及び動作体３４の双方から上向きの力を受けることになり、強い力で被押圧部２０３を下方から押圧することになる。このため、動作体３４が下方に位置する場合と比べて、傾倒体２０を基準位置に復帰させる力が強くなり、操作者は、傾倒体２０を傾倒させるために、より強い力が必要となる。

図９及び図１０は、本願記載の操作装置ＣＴＲが備える動作機構３の断面の一例を示す概略断面図である。図９は、動作体３４が下方に位置する状態を示しており、図１０は、動作体３４が上方に位置する状態を示している。図９に例示するように駆動機構４に通電されていない状態においては、主動カム部材３８が図９に向かって左側に位置しており、動作体３４は、復帰バネ３７から下方へ押圧されて、下方に位置している。動作体３４が下方に位置している場合、動作体３４の棒状押圧体３４０の上端は、押圧部材３２から離隔している。駆動機構４に通電されると、図１０に例示するように、プランジャ４０１に連結された主動カム部材３８が図１０に向かって右側へ移動する。主動カム部材３８が右側へ移動すると、カム機構により、動作体３４の従動カム部材３４１は、従動カム面３４１ａが主動カム面３８０上を摺動しながら上方へ移動し、動作体３４として従動カム部材３４１と一体化している棒状押圧体３４０も上方へ移動する。棒状押圧体３４０が上方へ移動すると、図１０に例示するように、棒状押圧体３４０の上端は、押圧部材３２を下方から上方へ向けて押圧する。

次に、本願記載の操作装置ＣＴＲの動作に関する制御構成について説明する。図１１は、本願記載の操作装置ＣＴＲの動作に関する制御構成の一例を概念的に示す概略ブロック図である。操作装置ＣＴＲは、ＬＳＩ（Large Scale Integration ）、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）等の各種制御用チップ、及びＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種記録用チップ、並びに各種素子を搭載した制御回路５を備えている。制御回路５は、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit ）等の制御部５０を備え、制御部５０は、制御回路５に搭載されたＸ軸ＡＤ変換部５１、Ｙ軸ＡＤ変換部５２、ソレノイドドライバ５３、パターン記録部５４等の各種構成を制御する。

Ｘ軸ＡＤ変換部５１は、保持部材２１が備えるＸ軸角度センサ２１０から、Ｘ軸角度センサ２１０が検出した球状体２０１のＸ軸方向の傾倒角度の変位を示すアナログ信号の入力を受け付ける回路である。Ｘ軸ＡＤ変換部５１は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を制御部５０へ出力する。Ｙ軸ＡＤ変換部５２は、保持部材２１が備えるＹ軸角度センサ２１１から、Ｙ軸角度センサ２１１が検出した球状体２０１のＹ軸方向の傾倒角度の変位を示すアナログ信号の入力を受け付ける回路である。Ｙ軸ＡＤ変換部５２は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を制御部５０へ出力する。

パターン記録部５４は、予め駆動機構４への通電パターンを記録しているメモリである。制御部５０は、パターン選択手段５５から入力を受け付けた選択信号に基づいて、パターン記録部５４に記録している通電パターンを選択し、選択した通電パターンに基づいて駆動機構４を動作させる動作信号を、ソレノイドドライバ５３を介して出力する。パターン選択手段５５は、例えば、操作装置ＣＴＲと接続されたゲーム機にて実行されるソフトウェアに基づくステップであり、ゲームの進行に応じて出力される。また、操作装置ＣＴＲが特定の操作を受け付けた場合に、操作装置ＣＴＲ内で実行されるプログラムに基づくステップがパターン選択手段５５として選択信号を出力するようにしてもよい。

制御部５０から、動作信号を入力されたソレノイドドライバ５３は、適宜、信号の形式を変更して、駆動機構４へ動作信号を出力する。

次に、押圧部材３２及び付勢部材３３による押圧に関する力学特性について説明する。図１２は、一般的なソレノイドの力学特性の一例を示すグラフである。図１２は、横軸にストローク長をとり、縦軸に吸引力をとってその関係を示している。図１２は、通電によりプランジャを引き込む仕様のソレノイドの幾つかのグレードについて、プランジャの位置（ストローク長）と、プランジャの位置に対応する吸引力との関係を示している。図１２に例示する仕様のソレノイドでは、ストローク長が短い程、即ち、プランジャを引き込む程、吸引力が強くなることを示している。本願記載の操作装置ＣＴＲは、図１２に例示するように、プランジャが突出している位置で力が強く、引き込む程、力が弱くなる仕様のソレノイドを使用する例を示している。

図１３乃至図１５は、本願記載の操作装置ＣＴＲにおいて、押圧部材３２を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。図１３乃至図１５は、横軸に傾倒体２０を傾けた傾倒角度に関する変位をとり、縦軸に傾倒に必要な力をとって、その関係を示している。傾倒角度に関する変位とは、傾倒角度そのもの又は傾倒角度に応じて傾倒した被押圧部２０３により押圧部材３２が下方へ押し込まれる距離である。図中細線は、付勢部材３３による力の関係を示しており、破線は、駆動機構４のプランジャ４０１の動作に基づく動作体３４による力の関係を示しており、太線は、付勢部材３３及び動作体３４の合力を示している。

図１３は、駆動機構４に通電されていない状態を示している。駆動機構４に通電されていない状態では、動作体３４は押圧部材３２を押圧していないため、傾倒体２０の傾倒に必要な力は、付勢部材３３による力と等しく、付勢部材３３のバネ定数に応じて、長さに対して一定の割合で増加する。なお、押圧部材３２に対しては、プリロードがかかっているため、完全な比例関係ではない。

図１４及び図１５は、駆動機構４に通電した状態を示しており、図１４より図１５の方が大きい電流を流した状態である。駆動機構４に用いられるソレノイド４０は、通電する電流の大きさに応じてプランジャ４０１の位置が変位し、図１２を用いて説明したように、プランジャ４０１の位置によって力が変動する。付勢部材３３による力は、通電状況に関わらず一定であるが、図１４及び図１５に例示するように、動作体３４の力は通電する電流の大きさにより変化する。従って、付勢部材３３及び動作体３４の合力となる力も、駆動機構４に通電する電流に応じて変化する。即ち、付勢部材３３及び動作体３４の合力に対応する傾倒体２０の傾倒に必要な力は、駆動機構４への通電により、制御することができる。傾倒体２０の傾倒に必要な力は、図１１を用いて説明した制御回路５にて制御される。

図１６乃至図１８は、本願記載の操作装置ＣＴＲにおいて、押圧部材３２を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。図１６乃至図１８は、横軸に傾倒体２０を傾けた傾
倒角度に対応する変位をとり、縦軸に傾倒に必要な力をとって、その関係を示している。図中細線は、付勢部材３３による力の関係を示しており、破線は、駆動機構４のプランジャ４０１の動作に基づく動作体３４による力の関係を示しており、太線は、付勢部材３３及び動作体３４の合力を示している。図１６乃至図１８は、駆動機構４に対する通電を、傾倒体２０の傾倒角度に応じて制御し、押圧部材３２を押圧する力を制御する通電パターンの例を示している。

図１６は、動作体３４による力が、傾倒角度に応じて増加するように、駆動機構４に対する通電を制御する通電パターンの例を示している。図１６の例では、押圧部材３２を押圧する力の傾きが、付勢部材３３のみによる力の傾きより大きくなっている。従って、操作者は、付勢部材３３として用いられる圧縮コイルバネのバネ定数が大きくなったような感触、所謂、バネを強くした感触を感得することになる。

図１７は、押圧部材３２を押圧する力の合力が、傾倒角度に関わらず一定となるように、駆動機構４に対する通電を制御する通電パターンの例を示している。図１７に例示するように制御することで、操作者は、傾倒角度によらず一定の力で傾倒させるような感触を感得することになる。

図１８は、押圧部材３２を押圧する力の合力が、傾倒角度に応じて小さくなるように、駆動機構４に対する通電を制御する通電パターンの例を示している。図１８に例示するように制御することで、操作者は、傾倒させると力が抜けるような感触を感得することになる。

図１９は、本願記載の操作装置ＣＴＲにおいて、押圧部材３２を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。図１９は、横軸に傾倒体２０を傾けた傾倒角度に対応する変位をとり、縦軸に傾倒に必要な力をとって、その関係を示している。図中細線は、付勢部材３３による力の関係を示しており、破線は、駆動機構４のプランジャ４０１の動作に基づく動作体３４による力の関係を示しており、太線は、付勢部材３３及び動作体３４の合力を示している。図１９は、駆動機構４に対する通電を、操作対象を操作するゲームの進行に応じて制御する通電パターンの例を示している。

図１９は、傾倒角度が所定の角度になった場合に、動作機構３が動作するように、駆動機構４に体する通電を制御する通電パターンの例を示している。図１９に例示するように通電を制御した場合、操作者は、傾倒体２０の傾倒角度が一定の角度になるとクリック感のような力を感得することになる。このような制御は、例えば、フライトシミュレータのように、操作角度が一定の角度を超えると衝撃が生じるようなコンピュータゲームに実装することで、操作者に対して、新たな高揚感を与えることが可能となる。

図２０は、本願記載の操作装置ＣＴＲにおいて、押圧部材３２を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。図２０は、横軸に時間をとり、縦軸に傾倒に必要な力をとって、その関係を示している。図中細線は、付勢部材３３による力の関係を示しており、破線は、駆動機構４のプランジャ４０１の動作に基づく動作体３４による力の関係を示しており、太線は、付勢部材３３及び動作体３４の合力を示している。図２０は、駆動機構４に対する通電を、操作対象を操作するゲームの進行に応じて制御する通電パターンの例を示している。

図２０は、例えば、釣りゲームに実装し、前半の一時的な通電による押圧する力の増大により、魚の食い付きを表現し、後半の継続的な通電による押圧する力の増大により、食い付いた魚の引きを表現している。図１９及び図２０に示すように、本願記載の操作装置ＣＴＲは、操作対象を操作するゲームに応じた様々な制御を実現することが可能である。

第１実施形態では、駆動機構４がプランジャ４０１を吸引した場合に、押圧部材３２を押圧するカム機構の形態を例示したが、本発明はこれに限らず、プランジャ４０１を突出させた場合に、押圧部材３２を押圧するようにカム機構を構成することも可能である。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態において、動作体３４が、付勢部材３３に対して下方から上方の押圧部材３２側へ押圧する形態である。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態における操作装置ＣＴＲの外観は第１実施形態と同様である。

図２１は、本願記載の操作装置ＣＴＲの内部構造の一例を示す概略断面図である。図２２は、本願記載の操作装置ＣＴＲの動作機構３の一例を示す概略分解斜視図である。第２実施形態に係る操作装置ＣＴＲは、筐体１内に、操作機構２、動作機構３、駆動機構４等の様々な機構が収容されている。筐体１内に収容された操作機構２、動作機構３及び駆動機構４の外観は、第１実施形態と同様であり、図２１及び図２２は、第１実施形態の図３として示した概略断面図及び図５として示した概略分解斜視図に対応している。第２実施形態に係る操作機構２及び駆動機構４は、第１実施形態と同様である。

図２１及び図２２を用いて動作機構３について説明する。動作機構３は、中央フレーム３０、下部フレーム３１、押圧部材３２、付勢部材３３、動作体３４、上部案内部材３５、下部案内部材３６、復帰バネ３７、主動カム部材３８等の各種部材の他、付勢部材３３を下方から押圧する環状動作板３９を備えている。第２実施形態において、中央フレーム３０は、中央孔３００の上端が塞がれており、中央孔３００に固定された上部案内部材３５も上端が塞がれている。従って、第２実施形態に係る動作体３４は、第１実施形態にて示したように、中央孔３００を貫通して押圧部材３２を直接押圧することはない。第２実施形態に係る動作体３４の従動カム部材３４１には、上部に、上方へ向けて突出する円柱状の突起状押圧体３４２が４本形成されている。中央フレーム３０において、動作体３４の突起状押圧体３４２に対応する位置には、突起状押圧体３４２を貫通させる貫通孔（図示せず）が開設されている。動作体３４が上方に位置する場合、突起状押圧体３４２は、貫通孔を貫通し、環状動作板３９の下面に当接して、環状動作板３９を下方から上方へ押圧する。環状動作板３９は、中央フレーム３０の環状の溝部３０２内の内底に、上下方向に移動可能に挿嵌された環状の部材であり、扁平な板状に形成されている。

次に、本願記載の操作装置ＣＴＲの動作について説明する。第２実施形態に係る操作機構２の動作は、第１実施形態と略同様である。図２３は、本願記載の操作装置ＣＴＲが備える操作機構２及び動作機構３の断面の一例を示す概略断面図である。図２３は、動作体３４が上方へ移動し、付勢部材３３が押圧部材３２を上方へ向けて押圧し、かつ動作体３４の突起状押圧体３４２が環状動作板３９を上方へ向けて押圧している状態を示している。駆動機構４のプランジャ４０１に連動する主動カム部材３８が移動すると、動作体３４が上方へ移動し、動作体３４の突起状押圧体３４２が環状動作板３９を介して付勢部材３３を下方から上方へ押圧し、付勢部材３３は、押圧部材３２を上方へ押圧し、押圧部材３２は、下方から傾倒体２０の被押圧部２０３を球状体２０１の中心方向へ押圧する。即ち、動作体３４は、付勢部材３３に対し、押圧部材３２に相対する上端の反対側である下端から、押圧部材３２側へ向けて押圧する動作を行う。

第２実施形態に係る操作装置ＣＴＲの動作に関する制御の構成は、第１実施形態と同様である。図２４乃至図２６は、本願記載の操作装置ＣＴＲにおいて、押圧部材３２を下方から押圧する力の一例を示すグラフである。図２４乃至図２６は、横軸に傾倒体２０を傾けた傾倒角度に関する変位をとり、縦軸に傾倒に必要な力をとって、その関係を示してい
る。図中細線は、付勢部材３３による力の関係を示しており、破線は、駆動機構４のプランジャ４０１の動作に基づく動作体３４による力の関係を示しており、太線は、付勢部材３３及び動作体３４の合力を示している。

図２４は、駆動機構４に通電されていない状態を示している。駆動機構４に通電されていない状態では、動作体３４は押圧部材３２を押圧していないため、傾倒体２０の傾倒に必要な力は、付勢部材３３による力と等しく、付勢部材３３のバネ定数に応じて、長さに対して一定の割合で増加する。

図２５及び図２６は、駆動機構４に通電した状態を示しており、図２５より図２６の方が大きい電流を流した状態である。第２実施形態では、動作体３４は、付勢部材３３を介して押圧部材３２を押圧する。動作体３４からの力が小さい場合、動作体３４からの力が付勢部材３３より弱くなるため、動作体３４は押圧部材３２を動かすことができない。従って、押圧部材３２を押圧する力は、図１５及び図１６に例示するように、付勢部材３３及び動作体３４の力の強い方となる。なお、第２実施形態に係る操作装置ＣＴＲにおいても、駆動機構４への通電を制御することにより、操作者に対して、状況に応じた様々な操作感触を感得させることが可能である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態又は第２実施形態において、操作装置ＣＴＲに収容する各種機構の数を変更した形態である。第３実施形態において、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成については、第１実施形態及び第２実施形態と同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。図２７は、本願記載の操作装置ＣＴＲの外観の一例を示す概略斜視図である。図２７に例示するように第３実施形態に係る操作装置ＣＴＲは、一つの筐体１内に一つの操作機構２等の各種機構を収容し、片手操作用のコントローラとして形成されている。例えば、産業用ロボットのコントローラに適用する場合、一方の手で本発明に係る操作装置ＣＴＲを操作し、他方の手で他の作業をする形態も考えられるため、このような形態は特に有効である。また、左右の手で異なる操作装置ＣＴＲを把持するゲームのコントローラとしても有効である。

以上のように、本願記載の操作装置ＣＴＲは、ジョイスティック型のコントローラ等の操作装置ＣＴＲとして適用され、傾倒した傾倒体２０を基準位置へ復帰させる力を制御することが可能である。従って、傾倒体２０への傾倒操作に対する操作負荷を制御することが可能であり、操作者は、操作負荷を感得し、操作負荷の変化を認識することが可能である等、優れた効果を奏する。例えば、本願記載の操作装置ＣＴＲをゲームのコントローラに適用した場合には、ゲームの進行に応じて操作負荷が変化する演出を行うことが可能である。

また、本願記載の操作装置ＣＴＲは、駆動機構４の駆動力を、カム機構を介して動作体３４に伝達するため、駆動方向を適宜設計することが可能であり、筐体１の形状及び大きさに制約がある操作装置ＣＴＲに組み込むように設計することが可能である。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第１実施形態において、カム機構を用いない形態であり、かつ駆動機構４として、ソレノイド４０ではなく、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）を利用する形態である。第４実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図２８は、本願記載の操作装置ＣＴＲが備える動作機構３及び駆動機構４の要部の断面の一例を示す概略断面図である。図２８では、動作機構３及び駆動機構４のうち、第４実
施形態において特徴的な要部の断面を簡略化して示している。第４実施形態に係る操作装置ＣＴＲでは、動作機構３及び駆動機構４が実質的に一体化している。説明の便宜上、第４実施形態としては、動作する機構を動作機構３とし、動作しない機構を駆動機構４として説明する。

動作機構３は、第１実施形態でも説明した押圧部材３２、付勢部材３３、棒状押圧体３４０、復帰バネ３７等の各種部材に加え、更に、ボビン３４３及びＶＣＭを構成する電磁石３４４を備えている。棒状押圧体３４０、ボビン３４３及び電磁石３４４は、動作体３４として一体化されている。図２８に例示する形態において、押圧部材３２及び動作体３４は、一体として上下に動作する。付勢部材３３は、上端で押圧部材３２に当接し、押圧部材３２を上方へ付勢する。復帰バネ３７は、棒状押圧体３４０の下部に形成された張出部３４０ａに上方から当接し、棒状押圧体３４０を下方へ付勢している。動作体３４を構成するボビン３４３は、上底面を有し、下方が開放された有底円筒状をなし、上底面が押圧部材３２の下部に取り付けられている。電磁石３４４は、ボビン３４３の外周面に巻回されたコイルであり、通電により磁界を発生させる。

駆動機構４は、軟磁性体金属を用いて形成されたヨーク４１を備えている。ヨーク４１は、下底面を有し、上側が開放され、側壁が二重の同心円となる略有底円筒状をなしている。詳細には、ヨーク４１は、略円盤状の底面板４１０、底面板４１０の上面に取り付けられた略円筒状の外側壁４１１、外側壁４１１の内側に位置する略円筒状の内側壁４１２及び底面板４１０の中心に立設された案内柱４１３にて構成されている。ヨーク４１の外側壁４１１及び内側壁４１２の間には、ＶＣＭを構成する円筒状の永久磁石４２が嵌め込まれている。図２８に例示する形態において、円筒状の永久磁石４２は、内側面側がＮ極、外側面側がＳ極というように、径方向にＮ極からＳ極となるように着磁されている。なお、永久磁石４２の内側面側をＳ極とし、外側面側をＮ極とする等、適宜設計することが可能である。内側壁４１２は、上端で付勢部材３３の下端に接している。ヨーク４１の中心に立設された案内柱４１３は、略円柱状をなし、ボビン３４３の内側に挿通され、ボビン３４３の上下動を案内する。ヨーク４１の底面板４１０及び案内柱４１３の中心には、貫通孔が穿設されており、貫通孔には、棒状押圧体３４０が上下に移動可能に貫通している。底面板４１０は、復帰バネ３７の上端に接している。

操作装置ＣＴＲは、電磁石３４４及び永久磁石４２によりＶＣＭを構成する。動作機構３のコイルに通電して磁界を発生させる電磁石３４４とすることにより、図中矢印にて示すようにヨーク４１等の部材を通る磁気回路が形成され、電磁誘導により、電磁石３４４に対して上向きの力が働き、押圧部材３２が上方へ移動する。押圧部材３２は、上方へ移動することにより、傾倒体２０の被押圧部２０３を下方から上方へ向けて押圧する。

図２９は、一般的なＶＣＭの力学特性の一例を示すグラフである。図２９では、横軸に電磁石のストローク長（移動距離）をとり、縦軸に電磁石に対する力をとってその関係を示している。図２９は、ＶＣＭの幾つかのグレードについて、移動距離と、電磁石の位置に対応する力との関係を示している。図２９に例示する仕様のＶＣＭの力の変化を、図１２に例示したソレノイドと比べると、移動距離に対する力の変化は小さく、移動距離に対して力は略一定に近い仕様となっている。

次に、本願記載の操作装置ＣＴＲの動作について説明する。図３０、図３１及び図３２は、本願記載の操作装置ＣＴＲの断面の一例を示す概略断面図である。図３０は、操作機構２の傾倒体２０が基準位置にある状態を示しており、図３１は、操作者の操作を受けて傾倒体２０が基準位置から傾倒した状態を示しており、図３２は、更に操作を受けて傾倒体２０が傾倒した状態を示している。傾倒体２０は傾倒により、押圧部材３２を下方へ押圧し、押圧部材３２は、付勢部材３３の付勢及びＶＣＭの電磁誘導により傾倒体２０を上
方へ押圧する。

図３３は、本願記載の操作装置ＣＴＲに用いられるＶＣＭの力学特性の一例を示すグラフである。図３３では、横軸に電磁石３４４のストローク長をとり、縦軸に電磁石３４４に対する力をとってその関係を示している。図３３において、横軸に示したＳ０、Ｓ１及びＳ２は、それぞれ図３０、図３１及び図３２に示した状態に対応しており、Ｓ０，Ｓ１及びＳ２の位置に対応する電磁石３４４の力の大きさを「○」にて示している。図３３に例示するように、ＶＣＭを使用した操作装置ＣＴＲでは、上下に移動する動作体３４の位置によらず、電磁石３４４に対する力が略一定となる。

第４実施形態に係る操作装置ＣＴＲは、ＶＣＭの使用により、移動距離に対する力が略一定であるため、押圧部材３２による傾倒体２０の被押圧部２０３を押圧する力の制御が容易である。また、ＶＣＭを使用した操作装置ＣＴＲは、電流の方向を反転させることにより、押圧部材３２に対する力を下向きとすることも可能である。従って、圧縮コイルバネを用いた付勢部材３３及び復帰バネ３７の一方又は両方を省略し、ＶＣＭのみで感触を制御することも可能である。

以上のように、本願記載の操作装置ＣＴＲは、ジョイスティック型のコントローラ等の操作装置ＣＴＲとして適用され、傾倒した傾倒体２０を基準位置へ復帰させる力を制御することが可能である。従って、傾倒体２０への傾倒操作に対する操作負荷を制御することが可能であり、操作者は、操作負荷を感得し、操作負荷の変化を認識することが可能である等、優れた効果を奏する。例えば、本願記載の操作装置ＣＴＲをゲームのコントローラに適用した場合には、ゲームの進行に応じて操作負荷が変化する演出を行うことが可能である。

また、本願記載の操作装置ＣＴＲは、駆動機構４の駆動力を、カム機構を介して動作体３４に伝達するため、駆動方向を適宜設計することが可能であり、筐体１の形状及び大きさに制約がある操作装置ＣＴＲに組み込むように設計することが可能である。

更に、本願記載の操作装置ＣＴＲは、駆動機構４の駆動力を、カム機構を介さずに動作体３４に直接伝達するように設計することも可能であり、カム機構を用いない設計とすることにより、全体を小型化し、構造を簡略化することが可能である。

更に、本願記載の操作装置ＣＴＲは、駆動機構４として、ソレノイド４０、ＶＣＭ（電磁石３４４及び永久磁石４２）等の様々な機構を用いることが可能である。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。

例えば、前記実施形態では、ゲームのコントローラに適用する形態について説明したが、本発明はこれに限らず、各種玩具、各種移動体、各種測定装置、産業用ロボット等の様々な操作対象の操作に用いることが可能である。例えば、産業用ロボットのコントローラに適用した場合には、重い荷物に対する操作を行う場合には、操作負荷を大きくする等、操作の状況に応じた制御を行うことが可能である。

また、前記実施形態では、駆動機構４として、ソレノイド４０並びに電磁石３４４及び永久磁石４２によるＶＣＭを用いる形態を例示したが、本発明はこれに限らず、動作機構
３を駆動する機構であれば様々な機構を適用することが可能である。例えば、モータ、サーボモータ、リニアモータ等の機構を、動作機構３を駆動する駆動機構４として適用することが可能である。

また、前記実施形態では、傾倒体２０を周囲３６０度の全方向へ傾倒が可能な形態を示したが本発明はこれに限るものではない。具体的には、Ｘ軸方向のみへの傾倒を可能とする等、適宜設計することが可能である。また、特定の方向のみへの傾倒に限定する場合、被押圧部２０３は、必ずしも円板状である必要はなく、傾倒方向にのみ延伸するように形成することが可能である。

ＣＴＲ 操作装置
２ 操作機構
２０ 傾倒体
２０ａ 傾倒中心
２００ 軸状体
２０１ 球状体
２０２ 操作部
２０３ 被押圧部
２１ 保持部材
３ 動作機構
３２ 押圧部材
３３ 付勢部材
３４ 動作体
３４０ 棒状押圧体
３４１ 従動カム部材
３４２ 突起状押圧体
３４４ 電磁石（ＶＣＭ）
３８ 主動カム部材
３９ 環状動作板
４ 駆動機構
４０ ソレノイド
４１ ヨーク
４２ 永久磁石（ＶＣＭ）
５ 制御回路
５０ 制御部

Claims (4)

1. 基準位置から傾倒中心を中心として傾倒させる操作を受け付ける傾倒体を備え、前記傾倒体の傾倒状況に応じて、操作対象を操作する操作装置であって、
   前記傾倒体は、前記傾倒中心を通る中心軸に直交する方向への広がりを有する被押圧部を端部に有し、
   前記被押圧部に対し、前記傾倒体が基準位置に位置する場合の前記中心軸に平行で、かつ前記傾倒中心に向かう方向へ押圧する押圧部材と、
   前記押圧部材に対し、前記傾倒中心に向けて付勢する付勢部材と、
   前記押圧部材を前記傾倒中心に向けて押圧する動作をする動作体と、
   前記動作体を動作させる駆動機構と
   を備え、
   前記駆動機構は、カム機構を介して前記動作体を動作させる
   ことを特徴とする操作装置。
2. 基準位置から傾倒中心を中心として傾倒させる操作を受け付ける傾倒体を備え、前記傾倒体の傾倒状況に応じて、操作対象を操作する操作装置であって、
   前記傾倒体は、前記傾倒中心を通る中心軸に直交する方向への広がりを有する被押圧部を端部に有し、
   前記被押圧部に対し、前記傾倒体が基準位置に位置する場合の前記中心軸に平行で、かつ前記傾倒中心に向かう方向へ押圧する押圧部材と、
   前記押圧部材に対し、前記傾倒中心に向けて付勢する付勢部材と、
   前記付勢部材に対し、前記押圧部材に相対する側の反対側から、前記押圧部材側へ向けて押圧する動作をする動作体と、
   前記動作体を動作させる駆動機構と
   を備え、
   前記駆動機構は、カム機構を介して前記動作体を動作させる
   ことを特徴とする操作装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の操作装置であって、
   前記傾倒体は、基準位置から全方向への傾倒が可能であり、
   前記被押圧部は、前記中心軸を中心とし、前記中心軸に直交する方向を径方向とする略円板状をなす
   ことを特徴とする操作装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の操作装置であって、
   前記駆動機構による駆動方向と、前記動作体の動作方向とは、略直交する
   ことを特徴とする操作装置。

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