JPWO2016072196A1 - 操作装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 指または手による押圧操作感触が良好で、モータからの反力を指や手に直接に作用させることができる操作装置を提供する。【解決手段】 往復移動する移動部材５は、厚肉部５ａと薄肉部５ｂを有し、厚肉部５ａに形成された軸受け部が案内軸６に摺動自在に支持され、薄肉部５ｂに形成された摺動部５ｄが摺動案内部７に摺動自在に案内される。モータ１０の動力は減速歯車１２とギヤボックス１３内の減速機構を介してピニオン歯車１４に伝達され、ピニオン歯車１４からラック部１５に移動反力が与えられる。ラック部１５が軸芯Ｏｓ上に位置しているため、モータ１０からの動力によって移動部材５に効果的に力が与えられる。【選択図】図３

Description

本発明は、手で操作部を押圧操作する操作装置に係るものであり、特に操作部の操作位置に応じて、操作部に作用する反力を制御することができる操作装置に関する。
操作部を操作する際に反力が与えられる操作装置は、ゲーム装置用のコントローラとして広く使用されている。
特許文献１には、ゲーム装置用のコントローラとしてシューティングゲーム装置に使用されるガンユニットに関する発明が記載されている。このガンユニットは、支持部の上部にガン本体が取り付けられており、ガン本体にはその全体を前後に往復振動させる振動機構が備えられている。前記ガン本体に設けられた引き金を引く操作が行われると、前記振動機構が始動し、ガン本体の全体に前後の振動が与えられ、ゲームの操作者の手に反動が伝達される。
特開平７−２４１４７号公報
特許文献１に記載されたガンユニットは、ガン本体の全体に対して前後に往復運動を与えるものであって、引き金を操作している指に直接に反動感触を与えるものではないため、臨場感のあるゲーム操作を行うことが難しい。またガン本体に対して与えられる反力は、モータの回転による振動力に限定されるため、操作者に多様な操作反力を与えることはできない。
さらに、引き金にわずかでもがたつきが生じていると、ガン全体に与えられた振動が引き金に伝達されにくくなり、さらに臨場感のあるゲーム操作を実現するのが難しくなる。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、操作部を操作している指に対して反力を作用させることができ、さらに、操作部の操作位置に応じて多様な反力を与えることができる操作装置を提供することを目的としている。
さらに本発明は、操作部のがたつきを抑制する案内構造を採用することにより、操作が滑らかになり、反力が操作部に対して直接的に作用しているように感じさせることが可能な操作装置を提供することを目的としている。
本発明は、シャーシと、前記シャーシに支持された移動部材と、前記移動部材に移動力を与える操作部と、前記移動部材に力を与えるモータと、前記移動部材の位置を検知する位置検知部と、前記位置検知部からの検知信号に応じて前記モータの出力を制御する制御装置と、が設けられており、
前記シャーシに、案内軸と摺動案内部とが互いに平行に設けられ、前記移動部材に、軸受け部と摺動部とが設けられており、前記軸受け部に前記案内軸が挿通され、前記摺動部が前記摺動案内部を摺動して、前記移動部材が前記案内軸の軸方向へ往復移動自在に支持されていることを特徴とするものである。
本発明の操作装置は、モータから移動部材に反力が与えられるために、移動部材を操作している手や指に直接に操作反力を感じさせることができる。また、移動部材の移動位置を検知して、移動部材に様々な力を与えることができるため、操作部に対して多様な操作感触を与えることが可能である。
さらに、シャーシに案内軸が設けられ、移動部材の軸受け部がこの案内軸に沿って往復移動する構造であるため、移動部材の移動時のがたつきを抑制しやすくなって、操作部の押圧操作を滑らかに行うことができる。また、操作部を操作する指や手に操作反力を直接的に作用させやすくなる。
本発明の操作装置は、前記モータによって回転駆動されるピニオン歯車が設けられ、前記移動部材に、前記ピニオン歯車と噛み合うラック部が形成されており、
前記案内軸の軸芯と前記摺動案内部の案内中心線とが対向する方向を水平方向としこれと直交する方向を垂直方向としたときに、前記ラック部は、垂直方向において、前記案内軸の前記軸芯と重なる位置に配置されているものが好ましい。
上記構成では、ラック部に作用する移動力の作用線を、案内軸の軸芯に重ねることができるため、移動部材に対して移動力を直接的に作用させることができ、移動力によって移動部材に与えられる不要なモーメントを最小にでき、モータから移動部材と操作部に対して安定した反力を与えることが可能になる。
本発明の操作装置は、前記移動部材には、厚肉部と、前記厚肉部の側方に形成された凹部とが設けられており、前記厚肉部に前記軸受け部と前記ラック部とが形成されているものが好ましい。
この操作装置では、前記モータから前記ピニオン歯車に動力を伝達する減速機構が設けられており、前記減速機構が前記移動部材の前記凹部に対向している構造にできる。
また、前記モータが、前記移動部材の前記凹部に対向する位置に設けられている構造にできる。
上記構造により、操作装置を薄型に構成できるようになる。
本発明の操作装置は、前記ピニオン歯車の歯部と前記ラック部の歯部が、はす歯であることが好ましい。
ピニオン歯車とラック部を、はす歯どうしの噛み合いで構成することで、移動部材とピニオン歯車との間の相互の力の伝達がスムーズになり、操作部を操作いやすく、またモータの動力によって操作部に対して反力を効果的に作用させることが可能である。
本発明の操作装置は、前記シャーシは金属板で形成されて、前記移動部材の移動方向に対向する対向壁部と、前記移動部材の移動方向と平行に延びる側壁部とが折り曲げられて形成されており、前記案内軸は、前記対向壁部に垂直に固定され、前記摺動案内部が前記側壁部に設けられているものとして構成できる。
上記構造では、シャーシを板金材料で形成しているため、小型で軽量に構成することができる。また移動部材は案内軸を基準として前後に移動するため、案内軸が固定された対向壁部と、摺動案内部が形成された側壁部とが折り曲げられたものであって、相互の寸法精度がややラフであっても、移動部材をがたつきを生じることなく、高精度に前後移動させることが可能になる。
本発明の操作装置は、モータから移動部材に反力が与えられるために、移動部材を操作している手や指に直接に操作反力を感じさせることができる。また、移動部材の移動位置を検知して、移動部材に様々な力を与えることができるため、操作部に対して多様な操作感触を与えることが可能である。
さらに、シャーシに案内軸が設けられ、移動部材の軸受け部がこの案内軸に沿って往復移動する構造であるため、移動部材の移動時のがたつきを抑制しやすくなって、操作部の押圧操作を滑らかに行うことができる。また、操作部を操作する指や手に操作反力を直接的に作用させやすくなる。
本発明の第１の実施形態に係る操作装置の全体構成を示す斜視図であり、移動部材と操作部が前進した状態を示す、 本発明の第１の実施形態に係る操作装置の全体構成を示す斜視図であり、移動部材と操作部が後退した状態を示す、 本発明の第１の実施の形態に係る操作装置の分解斜視図、 本発明の第１の実施の形態に係る操作装置を、図１に示すＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図、 図１に示す操作装置を動作させる制御装置の構成を示すブロック図、 本発明の実施の形態に係る操作装置をシューティングゲーム用の銃型コントローラに適用したときの概略構成を示す説明図、 本発明の第２の実施の形態に係る操作装置を搭載したゲーム用コントローラの概略構成を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、 本発明の第３の実施の形態に係る操作装置の使用例を示す説明図、 図８に示す操作装置を使用して動作させるマニピュレータの説明図、
図１ないし図７では、本発明の実施の形態の操作装置が、シューティングゲーム用の銃型コントローラに搭載された例を示している。ただし、後に説明するように本発明の操作装置は、銃型コントローラ以外の各種コントローラならびにゲーム以外の各種機器に搭載することが可能である。
図１ないし図４に示す操作装置１は、Ｘ方向が水平方向、Ｙ方向が前後方向、Ｚ方向が垂直方向である。
操作装置１はシャーシ４を有している。シャーシ４は、本体フレーム２と、本体フレームを銃型コントローラの内部に固定するためのブラケット３とから構成されている。本体フレーム２とブラケット３は、共に板金材料で形成されている。
本体フレーム２は、対向壁部２ａと、対向壁部２ａの両側部からそれぞれ直角に曲げられた第１の側壁部２ｂと第２の側壁部２ｃとを有している。ブラケット３は、固定片３ａと取付け片３ｂとが直角に折り曲げられて形成されている。本体フレーム２の対向壁部２ａとブラケット３の固定片３ａは、スポット溶接などにより互いに固定されている。取付け片３ｂに取付け穴３ｃが形成されており、操作装置１は、取付け穴３ｃに挿入された取付けねじによって銃型コントローラの内部に固定される。
本体フレームの内部に移動部材５が設けられている。移動部材５は合成樹脂材料で形成されている。移動部材５は、厚肉部５ａと薄肉部５ｂとが一体に形成されており、薄肉部５ｂの垂直方向の上部には凹部５ｃが形成されている。厚肉部５ａと薄肉部５ｂは、水平方向（Ｘ方向）に区分されて形成されている。
図４に示すように、移動部材５の厚肉部５ａには軸受け部５ｃが形成されている。軸受け部５ｃは、下向きに解放された軸受け溝であり、前後方向（Ｙ方向）に連続して形成されている。図３と図４に示すように、薄肉部５ｂの側端部には摺動部５ｄが一体に形成されている。軸受け部５ｃの中心と摺動部５ｄの中心は水平方向（Ｘ方向）に間隔を空けて配置されている。図３と図４に示すように、厚肉部５ａと薄肉部５ｂとの間には、後方（Ｙ２方向）に向けて解放された窪み部５ｅが形成されており、この窪み部５ｅの内部にばね案内軸５ｆが一体に形成されている。ばね案内軸５ｆは前後方向（Ｙ方向）へ直線的に延びている。
図３に示すように、シャーシ４の一部を構成する本体フレーム２の対向壁部２ａに案内軸６が固定されている。案内軸６は金属製であり、対向壁部２ａに垂直に取り付けられて前後方向（Ｙ方向）に延び出ている。本体フレーム２の第１の側壁部２ｂに、摺動案内部７が形成されている。摺動案内部７は前後方向（Ｙ方向）へ直線的に延びる案内長穴である。図３と図４に示すように、案内軸６の軸芯Ｏｓと、摺動案内部７の案内中心線Ｏｇは、水平方向（Ｘ方向）に間隔を空けて互いに平行に対向している。
図４に示すように、案内軸６が軸受け部５ｃに挿入され、摺動部５ｄが摺動案内部７に摺動自在に挿入されて、本体フレーム２の内部において、移動部材５が前後方向（Ｙ方向）へ移動自在に支持されている。軸受け部５ｃは案内軸６に対して水平方向（Ｘ方向）へほとんど隙間なく摺動自在に挿通されており、移動部材５は案内軸６の軸芯Ｏｓを基準として前後方向へ移動可能である。摺動部５ｄは、摺動案内部７の内部に垂直方向（Ｚ方向）へほとんど隙間なく挿入されており、摺動部５ｄと摺動案内部７との嵌合により、移動部材５の軸芯Ｏｓを中心とする回転方向へのがたつきが規制されている。
移動部材５のばね案内軸５ｆの外周に圧縮コイルばね８が装着されている。圧縮コイルばね８は収縮した状態で移動部材５と対向壁部２ａとの間に介在している。この圧縮コイルばね８の弾性力によって、移動部材５が常に前方（Ｙ１方向）に向けて付勢されている。
移動部材５の前方（Ｙ１側）の端部には嵌合部５ｇが形成されている。この嵌合部５ｇはＴ字形状の嵌合突部である。操作部９は合成樹脂材料で形成されており、その後端部に嵌合部が形成されている。この嵌合部が嵌合凹部である。操作部９の嵌合部が、移動部材５の嵌合部５ｇに凹凸嵌合して位置決めされ、操作部９と移動部材５とがねじ止めなどで固定される。操作部９は移動部材５に対して着脱自在であるため、操作部９は、この操作装置１が装着されるコントローラのデザインに応じたものを選択して取り付けることができる。
本体フレーム２の第１の側壁部２ｂと第２の側壁部２ｃとの間にモータ１０が配置され、モータ１０は本体フレーム２にねじ止めで固定されている。モータ１０の出力軸には出力歯車１１が固定されている。本体フレーム２の第１の側壁部２ｂには減速歯車１２が回転自在に支持されており、モータ１０が本体フレーム２に固定されると、出力歯車１１が減速歯車１２に噛み合う。
本体フレーム２の第１の側壁部２ｂと第２の側壁部２ｃとの間に、ギヤボックス１３が配置されている。ギヤボックス１３には取付け穴１３ａ，１３ａが形成されており、取付けねじが取付け穴１３ａ，１３ａに挿入され第１の側壁部２ｂに螺着されて、ギヤボックス１３が第１の側壁部２ｂに固定されている。ギヤボックス１３の内部に減速機構が収納されている。図４に示すように、ギヤボックス１３からは減速出力軸１３ｂが突出しており、前記減速歯車１２の回転力は、ギヤボックス１３内の減速機構で減速されて減速出力軸１３ｂに伝達される。減速機構は、太陽歯車と遊星歯車などから構成されている。
図４に示すように、減速出力軸１３ｂにピニオン歯車１４が固定されており、モータ１０の回転力は減速歯車１２とギヤボックス１３内の減速機構で減速されてピニオン歯車１４に伝達される。移動部材５の厚肉部５ａの上面にラック部１５が形成されており、ピニオン歯車１４とラック部１５とが噛み合っている。ピニオン歯車１４の歯部とラック部１５の歯部は共に、はす歯である。
移動部材５は、水平方向（Ｘ方向）の一方に偏った部分に厚肉部５ａが形成されており、この厚肉部５ａに軸受け部５ｃとラック部１５が形成されている。そのため、厚肉部５ａ以外の部分を薄く構成することができる。図４に示すように、ラック部１５と案内軸６の軸芯Ｏｓは垂直方向（Ｚ方向）に重なるように配置されている。すなわち、ラック部１５の歯部はその一部が軸芯Ｏｓの真上に位置している。
本体フレーム２の第２の側壁部２ｃに位置検知部１６が設けられている。位置検知部１６は第２の側壁部２ｃに固定された検知ケース１６ａと、検知ケース１６ａに固定されたステータ部と、検知ケース１６ａ内で回転するロータ部とを有している。ロータ部にはロータ軸１６ｂが固定されている。図４に示すように、ロータ軸１６ｂはピニオン歯車１４に嵌合しており、ロータ軸１６ｂおよびロータ部がピニオン歯車１４と一緒に回転する。
位置検知部１６は磁気検知式のエンコーダであり、ロータ部に回転マグネットが固定され、ステータ部にＧＭＲ素子などの磁気検知素子が設けられてロータ軸１６ｂとロータ部との回転角度が磁気検知素子によって検知される。なお、位置検知部１６は、抵抗変化式や光学式のエンコーダであってもよい。
図１に示す実施の形態では、モータ１０の出力軸からラック３ｄまでの動力伝達経路に位置検知部１６が設けられているが、移動部材５と本体フレーム２との間にリニア検知方式の位置検知部が設けられてもよい。
位置検知部１６としては、いずれかの回転位相を基準として絶対角度を検知できるものが好ましい。これにより、操作装置１の電源が断たれ、その後に通電されたときに、その時点で移動部材５が前後方向のどの位置に停止しているのかを把握することが可能になる。
図５に示すように、操作装置１は制御装置１９を有している。
制御装置１９は、シューティングゲームを司るものであり、ゲーム機本体やパーソナルコンピュータ、または汎用型の情報処理装置などに組み込まれている。制御装置１５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と記憶部１９ａなどを主体として構成されている。シューティングゲームが行われるときは、記憶部１９ａからゲームソフトウエアが呼び出されて、所定のプログラムに応じてゲーム処理動作が行われる。また、制御装置１９にはカラー液晶パネルなどの表示部１９ｂおよびスピーカが備えられている。
位置検知部１６で検知された検知出力は、位置検知回路１７で検知されて制御装置１９に与えられる。また、制御装置１９からモータドライバ１８に制御信号が与えられて、モータ１０が制御される。モータドライバ１８を駆動する制御信号は、ゲームソフトウエアの一部に組み込まれている。
次に、前記操作装置１の動作について説明する。
この操作装置１は、制御装置１９からモータドライバ１８に制御指令が与えモータ１０を始動することによって、移動部材５を任意の位置へ移動させることができる。例えば、図１に示すように、移動部材５をＹ１方向に前進させた位置で停止させることができ、図２に示すように、Ｙ２方向へ後退させた位置に停止させることもできる。制御装置１９で実行されている制御フローに応じて、移動部材５の初期位置をどの位置に設定することも可能である。
例えば、操作装置１の動作が停止しているときには、図２に示すように移動部材５を後退させておき、操作装置１に電源が投入されると、モータ１０が始動し、移動部材５が図１に示す位置まで前進して、その位置を操作部９の初期位置とすることが可能である。
移動部材５が図１に示す初期位置に設定されているときに、操作部９が指または手によって後方（Ｙ２方向）へ押されると、移動部材５の後退動作が位置検知部１６で検知され、位置検出回路１７で後退距離が算出されて制御装置１９に通知される。制御装置１９では、移動部材５が後退したときに、操作反力を与える指令がモータドライバ１８に通知され、モータ１０が動作する。制御装置１９では、操作部９が押されて操作された時点で処理しているフローに基づいてどのような操作反力を与えるべきかを決定し、その時点で適した操作反力を与えるための駆動パターンがモータドライバ１８に与えられる。
この駆動パターンにより、指や手で移動部材５が押されたときに、そのときの制御フローに基づいて、移動部材５のＹ２方向への移動距離をどの程度まで許容するかが決められる。例えば、移動部材５を５ｍｍだけ後退させて、それ以上は後退しないようにモータ１０から移動部材５に移動反力を与えることができ、あるいは、移動部材５を１０ｍｍまで後退させてからそれ以上後退できないようすることもできる。これは、移動部材５が所定位置まで移動したときに、モータ１０のロータにブレーキ力を与え、または移動部材５がＹ１方向へ移動するのを阻止するためのＹ１方向への移動力を与えることで行われる。
次に、前記駆動パターンでモータ１０に与えられる電圧を制御し、モータ１０の駆動トルクを可変することで、移動部材５をＹ２方向へ押して移動させるのに要する力を変化させることができる。例えば、指や手で操作部９を強い力で押さないと、移動部材５がＹ２方向へ移動できないようにしたり、比較的軽い力で、予め決められた距離の５ｍｍや１０ｍｍまで後退できるようにすることも可能である。
また、ある時点で、モータ１０の動力トルクをゼロにしてもよい。モータ１０の動力トルクをゼロとした状態で、操作部９が指や手で押し込まれたときには、操作部９を押している指や手には、減速機構と、圧縮コイルばね８による反力のみが感じられて、移動部材５はＹ２方向の終端まで移動させられる。
また、移動部材５がいずれかの位置で停止させられているときに、モータ１０の動力トルクをゼロにすると、圧縮コイルばね８の弾性力で移動部材５がＹ１方向へ押されて、操作部９が図１に示す初期位置に設定されてもよい。
または、移動部材５がＹ２方向へ所定距離だけ移動したときに、モータ１０のトルクを変化させて、操作部９を押している指または手に振動を感じさせることもできる。このとき、モータ１０の正転と逆転の周波数や回転角度を変化させることで、指や手に感じる振動の周波数を変化させたり、動の振幅を変化させることが可能である。
前記操作装置１では、シャーシ４の一部である本体フレーム２に固定された案内軸６と軸受け部５ｃとの摺動によって、移動部材５が案内軸６の軸芯Ｏｓを基準としてＹ方向へ前進と後退動作する。移動部材５が案内軸６を摺動して移動するため、移動部材５の前後への移動が滑らかである。移動部材５の軸受け部５ｃは、Ｙ方向に間隔を空けて形成され、前後に位置する軸受け部５ｃが案内軸６を摺動する構造にしておくと、移動部材５が、Ｙ軸に対して倒れる方向のがたつき量を小さくでき、移動部材５が安定して前後方向へ移動できるようになる。
図４に示すように、ラック部１５は、案内軸６の軸芯Ｏｓと垂直方向（Ｚ方向）に重なる位置に配置されている。モータ１０の回転力がピニオン歯車１４からラック部１５に作用して、移動部材５に移動力や操作抵抗力が与えられるが、そのときの力は、案内軸６による支持部に接近した位置で、且つ案内軸６の軸芯Ｏｓと平行な向きに与えられるため、モータ１０からの動力によって移動部材５に不要なモーメントやがたつきが作用しにくくなっている。
すなわち、移動部材５は、水平方向（Ｘ方向）に間隔を空けて配置された軸芯Ｏｓと案内中心線Ｏｇで支えられて前後方向に移動自在に支持されている。これに対し、モータ１０から移動部材５へ与えられる移動力の作用線は、軸芯Ｏｓの真上に接近した位置に設定され、移動力の作用線と軸芯Ｏｓは、水平方向（Ｘ方向）に関しては、同じ位置に設定されている。そのため、モータ１０から与えられる移動力で、移動部材５をＸ方向へ倒そうとするモーメントがほとんど作用しなくなる。そのため、モータ１０から移動部材５へ移動力が与えられるときに、案内軸６と軸受け部５ｃとの摺動部の摩擦抵抗を小さくでき、移動部材５の動作が滑らかになる。
このように、モータ１０から移動部材５に作用する力で移動部材５に過大なモーメントが作用するのを防止できるようにするためには、ピニオン歯車１４とラック部１５との噛み合い部と軸芯Ｏｓとの垂直距離を、軸芯Ｏｓから案内中心線Ｏｇまでの水平距離よりも短くしておくことが好ましく、前記垂直距離は、前記水平距離の１／２以下であることが好ましい。
また、ピニオン歯車１４とラック部１５は、それぞれの歯部がはす歯である。はす歯どうしの噛み合いでは、バックラッシュのＹ方向の成分が小さくなるため、操作部９で移動部材５をＹ２方向へ押し込んだときの、移動部材５からピニオン歯車１４への力の伝達が滑らかである。また、モータ１０の動力によって移動部材５と操作部９に対してＹ１方向への操作反力が与えられるときに、人の指や手に対して、操作反力が操作部９を介して直接的に作用しているような感触を得ることができる。
前記移動部材５は、図４に示す左側が厚肉部５ａで右側が薄肉部５ｂでその上方に凹部５ｃが形成されている。そして、厚肉部５ａに軸受け部５ｃとラック部１５とが上下に形成されている。厚肉部５ａに軸受け部５ｃとラック部１５を形成することにより、その他の部分を薄くできる。図４に示すように、ギヤボックス１３とモータ１０は、第１の側壁部２ｂと第２の側壁部２ｃとの間に配置されて前記凹部５ｃに対向し、ギヤボックス１３の下端部とモータ１０の下端部が、ラック部１５よりも図示下側に位置し、凹部５ｃの底部に接近している。この構造により、操作装置１の垂直方向（Ｚ方向）の高さ寸法を小さくできる。また、ギヤボックス１３とモータ１０が、第１の側壁部２ｂと第２の側壁部２ｃとの間に配置されていることにより、水平方向（Ｘ方向）の幅寸法も小さくなる。
次に、制御装置１９においてシューティングゲームが実行されているときの前記操作装置１の制御動作について説明する。
シューティングゲームが実行されるときは、制御装置１９の記憶部１９ａに記憶されていたゲームシミュレーションプログラムが読み出され、このプログラムが実行される。ゲームが開始されると、銃を発射したときのシミュレーション画像が表示部１９ｂに表示される。
シューティングゲームが行われるときのゲームコントローラとしては、例えば、図６に示す銃型コントローラ２０が使用される。この銃型コントローラ２０に前記操作装置１が搭載され、図１ないし図３に示す操作部９の代わりに、引き金を模した形状の操作部２９が移動部材５の先部に固定される。
ゲームが開始されると、モータ１０が始動し、操作部２９が図６において鎖線で示す初期位置まで前進する。操作部２９の初期位置での前進位置は、その時点で処理されているゲーム内容に応じて相違する。
ゲーム操作者の指または手で操作部２９がＹ２方向へ押し込まれると、表示部１９ｂに表示されているシューティングゲームのシミュレーション画面において銃画像から発砲された画像が表示され、発砲の音がスピーカから発せられる。このとき、ゲーム内容に応じてモータ１０が制御され、操作部２９を押している手や指に反力や衝撃力あるいは振動力が与えられる。
これらの力は銃型コントローラ２０の全体に作用するのではなく、引き金を模した操作部２９に直接に作用するため、操作者にリアリティの高い操作感を与えることができる。
シューティングゲームでは、設定画面に初期メニュー画面が表示されて、ゲームにおいて使用される銃の種類を選択できるようになる。例えば、ピストルやマシンガンなどから実行したいゲームを選択することができる。記憶部１９ａにはそれぞれの銃に対応した操作反力などに関する動作パターンが記憶されており、いずれかが選択されて読み出され、選択された動作パターンに基づいて、モータ１０が制御される。よって、銃の種類によって、引き金を押したときの負荷、遊び（移動量）、反動の大きさ、反動の周波数などを相違させることができる。
記憶部１９ａでは、ゲームで使用される銃種とモータを駆動する動作パターンとが関連づけられてマッピングされている。したがって、ゲームで使用される銃種が選択されると、その銃種に応じた動作パターンが記憶部１９ａから呼び出される。
例えば、ゲームにおいて選択した銃がピストル（短銃）である場合には、操作部２９が、初期位置から押し込まれるときに、モータ１０から少し抵抗力が与えられ、操作部２９が所定距離まで押し込まれると発砲動作となる。このとき、モータ１０を正転と逆転の１周期分動作させ、移動部材５を１回だけ前後に振動させて、操作部２９に発砲時の反動に対応した力が与えられる。なお、このときの振動は所定の周波数で複数周期行われてもよい。
ゲームにおいて使用する銃がマシンガンの場合には、モータ１０のトルクにより、操作部２９を押し込むときに少し大きめの抵抗力が与えられる。ピストルの場合に比較して引き金に少し大きめの負荷を与えることで、マシンガンの重さを操作者に感じさせることが可能になる。銃種によって移動部材５に作用する反力を変化させることで、リアリティの高いゲーム操作の感覚を指に直接に与えることができる。操作部９が発砲位置まで押し込まれると、モータ１０を正転と逆転を繰り返すように動作し、引き金を引く指に振動が与えられる。この振動は、マシンガンから弾が発射する周波数に一致しており、やや大きめの振幅で移動部材５が前後に振動させられ、操作部９に連続的な発砲に対応する反力が作用する。
また、ゲーム上でのマシンガンの種類に応じて、操作部９が押し込まれたときに移動部材５に与えられる振動の周波数と周期さらには振動時のモータ１０のトルクを変化させることで、マシンガンの大きさなどに応じた操作反動を与えることが可能である。
ゲームソフトでは、銃に装填されている弾丸の数を知らせる銃弾情報が含まれている。この銃弾情報は表示部１９ｂにも表示される。
この銃弾情報を使用して、操作部２９に与える操作反力を変化させることも可能である。例えば、使用可能な弾丸の数が減少するのにしたがって、操作部２９の突出位置が変化するように、移動部材５の位置を制御することができる。また、使用可能な弾丸がゼロ（弾切れ）になったときに、モータ１０への供給電力を瞬時にゼロにし、移動部材５に作用しているＹ１方向への反力を無くし、操作中の引き金の負荷を急激に低下させてもよい。この場合に、新たに銃弾が補充されたときは、モータ１０を始動し、移動部材５をＹ１方向へ移動させて、操作部９の位置を図６において鎖線で示す初期位置へ復帰させることができる。
なお、シューティングゲームに使用されるコントローラは、図６に示す銃型コントローラ２０に限られず、図７に示すスティック型コントローラ３０であってもよい。スティック型コントローラ３０を手で保持し、操作部２９に指をかけてＹ２方向へ押すことによって、前記と同様にしてシューティングゲームを操作することができる。
前記実施の形態では、ゲーム装置やパーソナルコンピュータまたは汎用型情報処理装置の制御装置１９でシューティングゲームが実行されているときに、制御装置１９からのフィードバックによってモータ１０の駆動が制御されているが、図６や図７に示すコントローラ２０、３０の内部に制御装置が設けられ、その制御装置からの制御動作でモータ１０が駆動されてもよい。
また、前記操作装置１を備えたコントローラによって、シューティングゲーム以外のゲームの操作が行われてもよい。例えば、カードライビングゲームにおいて、操作部９，２９を押し込むことでアクセルやブレーキ操作を行うことができる。この場合も、モータ１０によって操作部９の押し込み位置に応じた反力を生じさせることができる。
図８に示す実施の形態では、コントローラ４０に操作装置１が２組設けられ、２つの操作部３９、３９を個別に操作できるようになっている。
このコントローラ４０では、例えば図１０に示すように表示部１９ｂに表示されるマニピュレータ４２を操作するシミュレーションを行うことができる。例えば、２つの指４５，４６で、操作部３９、３９を個別に操作することで、画面に表示されたマニピュレータ４２の２つのアーム４２ａ、４２ｂで物体４３をつまむことができる。
この場合にも、２つの操作部３９、３９の押し込み位置に応じて、モータ１０から指４５，４６に反力が与えられ、アーム４２ａ，４２ｂで物体４３をつまんだときと同じ操作感触を与えることができる。
また、マニピュレータ４２は画面に表示されたシミュレーションに限られず、実際に機械動作で動くことができるマニピュレータを、コントローラ４０で操作することができる。
さらにコントローラに操作装置１を５組設ければ、片手の５本の指のそれぞれで操作部３９を操作することができる。この場合には、５本の指で物体を掴む感触を操作者に与えることができる。このように、本実施形態に係る操作装置１の応用範囲は非常に広く、マニピュレータ以外にも適用可能である。
１ 操作装置
２ 本体フレーム
２ａ 対向壁部
２ｂ，２ｃ 側壁部
５ 移動部材
５ａ 厚肉部
５ｂ 薄肉部
５ｃ 軸受け部
５ｄ 摺動部
６ 案内軸
７ 摺動案内部
８ 圧縮コイルばね
９ 操作部
１０ モータ
１２ 減速歯車
１３ ギヤボックス
１４ ピニオン歯車
１５ ラック部
１６ 位置検知部
１９ 制御装置
２０ 銃型コントローラ
３０ スティック型コントローラ
４０ コントローラ
４２ マニピュレータ
４２ａ、４２ｂ アーム
Ｏｓ 軸芯
Ｏｇ 案内中心線
本体フレームの内部に移動部材５が設けられている。移動部材５は合成樹脂材料で形成されている。移動部材５は、厚肉部５ａと薄肉部５ｂとが一体に形成されており、薄肉部５ｂの垂直方向の上部には凹部５ｈが形成されている。厚肉部５ａと薄肉部５ｂは、水平方向（Ｘ方向）に区分されて形成されている。
図４に示すように、移動部材５の厚肉部５ａには軸受け部５ｃが形成されている。軸受け部５ｃは、下向きに開放された軸受け溝であり、前後方向（Ｙ方向）に連続して形成されている。図３と図４に示すように、薄肉部５ｂの側端部には摺動部５ｄが一体に形成されている。軸受け部５ｃの中心と摺動部５ｄの中心は水平方向（Ｘ方向）に間隔を空けて配置されている。図３と図４に示すように、厚肉部５ａと薄肉部５ｂとの間には、後方（Ｙ２方向）に向けて開放された窪み部５ｅが形成されており、この窪み部５ｅの内部にばね案内軸５ｆが一体に形成されている。ばね案内軸５ｆは前後方向（Ｙ方向）へ直線的に延びている。
図５に示すように、操作装置１は制御装置１９を有している。
制御装置１９は、シューティングゲームを司るものであり、ゲーム機本体やパーソナルコンピュータ、または汎用型の情報処理装置などに組み込まれている。制御装置１９は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と記憶部１９ａなどを主体として構成されている。シューティングゲームが行われるときは、記憶部１９ａからゲームソフトウエアが呼び出されて、所定のプログラムに応じてゲーム処理動作が行われる。また、制御装置１９にはカラー液晶パネルなどの表示部１９ｂおよびスピーカが備えられている。
次に、前記操作装置１の動作について説明する。
この操作装置１は、制御装置１９からモータドライバ１８に制御指令が与えられてモータ１０を始動することによって、移動部材５を任意の位置へ移動させることができる。例えば、図１に示すように、移動部材５をＹ１方向に前進させた位置で停止させることができ、図２に示すように、Ｙ２方向へ後退させた位置に停止させることもできる。制御装置１９で実行されている制御フローに応じて、移動部材５の初期位置をどの位置に設定することも可能である。
前記移動部材５は、図４に示す左側が厚肉部５ａで右側が薄肉部５ｂでその上方に凹部５ｈが形成されている。そして、厚肉部５ａに軸受け部５ｃとラック部１５とが上下に形成されている。厚肉部５ａに軸受け部５ｃとラック部１５を形成することにより、その他の部分を薄くできる。図４に示すように、ギヤボックス１３とモータ１０は、第１の側壁部２ｂと第２の側壁部２ｃとの間に配置されて前記凹部５ｈに対向し、ギヤボックス１３の下端部とモータ１０の下端部が、ラック部１５よりも図示下側に位置し、凹部５ｈの底部に接近している。この構造により、操作装置１の垂直方向（Ｚ方向）の高さ寸法を小さくできる。また、ギヤボックス１３とモータ１０が、第１の側壁部２ｂと第２の側壁部２ｃとの間に配置されていることにより、水平方向（Ｘ方向）の幅寸法も小さくなる。

Claims (7)

  1. シャーシと、前記シャーシに支持された移動部材と、前記移動部材に移動力を与える操作部と、前記移動部材に力を与えるモータと、前記移動部材の位置を検知する位置検知部と、前記位置検知部からの検知信号に応じて前記モータの出力を制御する制御装置と、が設けられており、
    前記シャーシに、案内軸と摺動案内部とが互いに平行に設けられ、前記移動部材に、軸受け部と摺動部とが設けられており、前記軸受け部に前記案内軸が挿通され、前記摺動部が前記摺動案内部を摺動して、前記移動部材が前記案内軸の軸方向へ往復移動自在に支持されていることを特徴とする操作装置。
  2. 前記モータによって回転駆動されるピニオン歯車が設けられ、前記移動部材に、前記ピニオン歯車と噛み合うラック部が形成されており、
    前記案内軸の軸芯と前記摺動案内部の案内中心線とが対向する方向を水平方向としこれと直交する方向を垂直方向としたときに、前記ラック部は、垂直方向において、前記案内軸の前記軸芯と重なる位置に配置されている請求項１記載の操作装置。
  3. 前記移動部材には、厚肉部と、前記厚肉部の側方に形成された凹部とが設けられており、前記厚肉部に前記軸受け部と前記ラック部とが形成されている請求項２記載の操作装置。
  4. 前記モータから前記ピニオン歯車に動力を伝達する減速機構が設けられており、前記減速機構が前記移動部材の前記凹部に対向している請求項３記載の操作装置。
  5. 前記モータが、前記移動部材の前記凹部に対向する位置に設けられている請求項３または４記載の操作装置。
  6. 前記ピニオン歯車の歯部と前記ラック部の歯部は、はす歯である請求項４記の操作装置。
  7. 前記シャーシは金属板で形成されて、前記移動部材の移動方向に対向する対向壁部と、前記移動部材の移動方向と平行に延びる側壁部とが折り曲げられて形成されており、前記案内軸は、前記対向壁部に垂直に固定され、前記摺動案内部が前記側壁部に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の操作装置。
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