(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
操作部と、
ステータと前記ステータに圧接するロータとを有し、前記操作部を介して、操作者に触覚的なフィードバックを与える振動波モータと
を備えた入力装置であって、
前記ステータ及び前記ロータのうち一方は、前記ベース側に取り付けられ、前記ベースに対して軸方向の変位が許容されるとともに回転方向の変位が規制され、
前記ステータ及び前記ロータのうち他方は前記操作部に含まれる
ことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の入力装置において、
前記ベースの軸方向で前記ベースより離れる方向に対して前記操作部に弾性力を付与する第１の弾性体
を更に具備する入力装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の入力装置において、
前記ベースの軸方向で前記ベースへ近づく方向に対して前記操作部に弾性力を付与する第２の弾性体
を更に具備する入力装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の入力装置において、
前記操作部の前記ベースに対する回転方向の変位を検出する第１の検出部
を更に具備する入力装置。
【請求項５】
請求項１から３の何れか一項に記載の入力装置において、
前記操作部の前記ベースに対する軸方向の変位を検出する第２の検出部
を更に具備する入力装置。
【請求項６】
請求項１から３の何れか一項に記載の入力装置において、
前記操作部の前記ベースに対する回転方向の変位を検出する第１の検出部と、
前記操作部の前記ベースに対する軸方向の変位を検出する第２の検出部
を更に具備する入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者に触覚的なフィードバックを付与することができる入力装置に関し、さらに詳しくは、ハプティックデバイス（Ｈａｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）とも呼ばれ、パーソナルコンピュータや自動車、カメラ、ゲーム機器、医療機器などに用いられる入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハプティックデバイスは、人間の操作に対して人間に触覚的に応答するデバイスである。ハプティックデバイスは、例えばこのデバイスを操作することにより、ディスプレイ上の画像・映像の切り替えや移動、停止などの動作をコントロールできる。ハプティックデバイスは、これらの操作に対して人間にそのような操作であることを想起させる振動などをこのデバイスから人間に伝達する。
特許文献１には、ハプティックデバイスの一例が開示されている。特許文献１に開示されたハプティックデバイスは、全体がリング状で、下部にベース、上部にベースに対して回転可能なキャップが配置され、キャップを回転させることで入力操作を行うことができる。このハプティックデバイスの内部には、上記の回転状態を検出するためのセンサやこの回転操作に対して触覚的なフィードバックを付与するための圧電モータ（超音波モータ）などが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５８９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のハプティックデバイスにあっては、回転方向の入力操作しかできず、また、入力操作に応じて触覚的なフィードバックのフォースパターンを変化させたい場合もある。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、多様な操作を実現することができ、また、入力操作に応じて触覚的なフィードバックを変化させたり、あるいは触覚的なフィードバックのフォースパターンを変化させるのに好適な入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る入力装置は、ベースと、操作部と、振動波モータとを具備する。
振動波モータは、ステータとこのステータに圧接するロータとを有する。
ステータ及びロータのうち一方はベースに対して軸方向の変位が許容され、回転方向の変位が規制される。
他方は操作部に含まれる。
振動波モータは、操作部を介して、操作者に触覚的なフィードバックを与える。
【０００７】
請求項２に係る入力装置は、前記操作部の前記ベースに対する回転方向の変位を検出する第１の検出部を設けている。
【０００８】
請求項３に係る入力装置は、前記操作部の前記ベースに対する軸方向の変位を検出する第２の検出部を設けている。
【０００９】
請求項４に係る入力装置は、前記操作部の前記ベースに対する回転方向の変位を検出する第１の検出部と、前記操作部の前記ベースに対する軸方向の変位を検出する第２の検出部を設けている。
【００１０】
請求項１から４いずれか一項に係る入力装置において、前記ベースの軸方向で前記ベースより離れる方向に対して前記操作部に弾性力を付与する第１の弾性体を設けることもできる。
【００１１】
請求項１から４いずれか一項に係る入力装置において、前記ベースの軸方向で前記ベースへ近づく方向に対して前記操作部に弾性力を付与する第２の弾性体を設けることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転方向の入力操作のみならず、軸方向の入力操作も可能になるため、多様な操作を実現することができる。また、軸方向の入力操作に応じて、回転方向の触覚的なフィードバックが変化するように構成することもできる。さらに、回転方向の触覚的なフィードバックのフォースパターンをメモリ内に複数用意し、軸方向の入力操作に基づいて、予め設定されたフォースパターンをメモリから読み出して振動波モータを制御するように構成すれば、軸方向の入力操作に基づいて、回転方向のフォースパターンを容易に変化させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る入力装置の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の概略的部分斜視図であり、回転検出センサの配置を示す図である。
【図４】図１の概略的部分斜視図であり、Ｚ軸方向位置検出センサの配置を示す図である。
【図５】図１の拡大図であり、Ｚ軸方向位置決め機構を示す図である。
【図６】図１に示した入力装置を含めたシステムの構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図１４】本発明の第９の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【図１５】本発明の第１０の実施形態に係る入力装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一形態に係る入力装置は、ベースと、操作部と、振動波モータとを具備する。
振動波モータは、リング状のステータと上記ステータに圧接するリング状のロータとを有し、上記ステータ及び上記ロータのうち一方は上記ベースに対して軸方向の変位が許容され、回転方向の変位が規制されている。他方は上記操作部に含まれ、上記操作部を介して、操作者に触覚的なフィードバックを与える。操作部に含まれとは、例えば上記ステータ及び上記ロータのうちの一方が操作部そのものであってもよく、また、上記ステータ及び上記ロータのうちの一方がツマミ等の操作子と一体化したものが操作部であっても構わないという趣旨である。
【００１５】
上記入力装置においては、上記入力装置に対する回転方向の操作に対して触覚的なフィードバックが付与されるのに加えて、軸方向の操作に対しても入力が可能となる。つまり、特許文献１（特開２００８−１５８９０９号公報）において開示された装置は、ツマミが上記軸方向の変位できない構造となっているため、上下方向（軸方向）の操作を行うことはできない。これに対して、本発明の一実施形態に係る入力装置は、操作部の上下方向（軸方向）に所定のストロークの変位を許容しているため、上下方向（軸方向）の入力操作が可能となり、例えば、上下方向（軸方向）の操作量や操作速度を入力として検出することで、多様な操作を実現することができる。
また、本発明の一実施形態に係る入力装置を使用し、軸方向の操作量（押し込み量）に応じて、回転方向の触覚的なフィードバックのフォースパターンを変化させることもできる。
例えば、軸方向に２段階の押し込み操作ができるように構成し、押し込み位置が初期位置のときは、回転方向にクリック感がないフォースパターンとし、押し込み位置が１段目のときは、回転方向に９０度の間隔でクリック感が得られるフォースパターンとし、押し込み位置が２段目のときは、回転方向に４５度の間隔でクリック感が得られるフォースパターンとするように構成することができる。
なお、押し込み位置の段数やフォースパターンは任意に設定することができる。また、押し込み操作に対して特に段数を設けず押し込み量をアナログ的に検出し、この押し込み量に基づいて触覚的なフィードバックのフォースパターンを変化させるように構成してもよい。
【００１６】
上記入力装置は、上記操作部の上記ベースに対する回転方向の変位を検出する第１の検出部を更に具備してもよい。
【００１７】
上記ベースに対する上記操作部の回転方向の変位を検出することができる。
【００１８】
上記入力装置は、上記操作部の上記ベースに対する軸方向の変位を検出する第２の検出部を更に具備してもよい。
【００１９】
上記入力装置において、上記ベースに対する上記操作部の軸方向の変位を検出することができる。
【００２０】
上記入力装置において、上記操作部の上記ベースに対する回転方向の変位を検出する第１の検出部と、上記操作部の上記ベースに対する軸方向の変位を検出する第２の検出部との両方を具備してもよい。
【００２１】
上記入力装置において、上記ベースに対する上記操作部の回転方向の変位及び軸方向の変位を検出することができる。つまり、入力装置自体に回転方向の操作量と軸方向の操作量を検出する検出部が備えられているため、回転方向の操作量や軸方向の操作量を検出する検出部を別途設ける必要がなく、上記入力装置のみで回転方向の操作量や軸方向の操作量を検出することができる。
【００２２】
上記入力装置は、上記ベースの軸方向で上記ベースより離れる方向に対して上記操作部に弾性力を付与する第１の弾性体をさらに具備してもよい。
【００２３】
初期位置から押し込み方向に入力操作を行う入力装置においては、上記第１の弾性体を設けることにより、初期位置への自動復帰が可能となり、操作性を向上させることができる。
【００２４】
上記入力装置は、上記ベースの軸方向で上記ベースへ近づく方向に対して上記操作部に弾性力を付与する第２の弾性体をさらに具備してもよい。初期位置から引っ張り方向に入力操作を行う入力装置においては、上記第２の弾性体を設けることにより、初期位置への自動復帰が可能となり、操作性を向上させることができる。
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
【００２６】
（ハプティックデバイスの構造）
図１は、本発明の一実施形態に係る入力装置としてのハプティックデバイス１００の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、ハプティックデバイス１００は、外形が略円環状を有する。ハプティックデバイス１００は、操作部としてのツマミ１と、ベース２と、超音波モータ３とを有する。
ハプティックデバイス１００は、第１の検出部としての回転検出センサ４１と、回転検出用スリット４２とを有する。
ハプティックデバイス１００は、第２の検出部としてのＺ軸方向位置検出センサ５１と、着磁部５２とを有する。
ハプティックデバイス１００は、クッション材６と、台座７と、Ｚ軸方向の位置保持用の球体８０と、第１〜第４の位置保持用の溝８１〜８４と、第１の部材９１と、回転止め用の溝９２と、回転止め用の球体９３とを有する。
ハプティックデバイス１００は、圧力センサ１０と、第１の弾性部材としてのスプリング１１と、ローラ１２と、低摩擦部材１３を有する。
【００２８】
ツマミ１は、ハプティックデバイス１００を操作する際の操作者が把持する操作子である。ツマミ１は、Ｚ軸方向（軸方向）の操作及びＺ軸を回転軸とした回転方向の操作が可能となっている。
ツマミ１には、リング状であり、超音波モータ３のロータ３１が低摩擦部材１３を介して固定される。このツマミ１は、ベース２と対向して配置され、ベース２と対向する側に凹部を有し、この凹部に超音波モータ３等が配置される。
ツマミ１の内側面１ａには回転検出用スリット４２及び着磁部５２が取り付けられている。また、ツマミ１の外周部の側面には位置保持用の球体８０が配置されている。
【００２９】
ベース２も、ツマミ１と同様にリング状であり、ベース２の底部は、被操作対象機器側に固定されるが、ベース２を被操作対象機器側に固定せずに、ハプティックデバイス１００を被操作対象機器と別個独立に設けてもよい。ベース２は、その円周方向に亘って凹部を有し、その凹部内でツマミ１が図面上Ｚ軸方向に変位可能となり、また、Ｚ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。
ベース２の凹部の内底面には圧力センサ１０が配置され、内側面には第１〜第４の位置保持用の溝８１〜８４が設けられている。
【００３０】
超音波モータ３は、ロータ３１と、ステータ３２と、圧電素子３３とを有する。ロータ３１、ステータ３２はいずれもリング状であり、圧電素子３３はステータ３２側にリング状に配置されている。
ロータ３１は、ステータ３２に圧接して対向配置される。
ステータ３２は、ベース２に対してＺ軸方向の変位が許容され、回転方向の変位が規制される。
図面上、ステータ３２の上にロータ３１が重ねられ、ベース２に固定されたスプリング１１によりステータ３２がロータ３１側に付勢され、ロータ３１がステータ３２に圧接するように構成されている。ステータ３２の下面には、分極された多数の圧電素子３３が接着され、それらは駆動用高周波の１／４波長の間隔を変えて２組に分けられている。
そして、それぞれの組の圧電素子に互いに９０°位相差のある高周波電圧を印加することにより、ステータ３２に進行波を発生させる。ステータ３２に発生させた進行波により、ステータ３２に圧接されるロータ３１にトルクが発生する。このトルクの発生方向や大きさ等を制御して、例えば操作者のツマミ１の回転操作時における触覚的なフィードバックのフォースパターンを、ツマミ１の押し込み位置毎に異ならせることができる。
本実施形態においては、ハプティックデバイス１００に超音波モータ３を用いたことで、このような触覚的なフィードバックの違いを人間が感覚的に把握できるレベルまで容易に制御できる。
本実施形態では、ロータ３１はツマミ１に被覆された形態をなし、ロータ３１とツマミ１が、操作者によるZ軸方向の操作及び回転方向の操作で変位する操作部として機能するが、ツマミ１を設けずロータ３１を露出し、このロータ３１を直接操作者が操作する構成としてもよい。
【００３１】
第１の部材９１は、ベース２の凹部の底面に固定され該底面から突出し、ベース２の凹部の円周方向に亘って形成されたリング状を有する。この第１の部材９１は、ベース２と一体的であってもよいし、ベース２とは別部材でベース２に取り付けられるものであってもよい。
第１の部材９１は、ツマミ１の凹部内に位置し、リング状の超音波モータ３の環内に位置する。リング状の第１の部材９１の内側面には回転検出センサ４１及びＺ軸方向位置検出センサ５１が取り付けられている。
第１の部材９１の外側面には回転止め用の溝９２が設けられている。リング状の第１の部材９１の内側面には、円周方向に亘って凹部が設けられている。この凹部内にローラ１２が配置されることで、ツマミ１はＺ軸方向への変位可能な範囲が規制される。
【００３２】
回転検出センサ４１は、ツマミ１の回転方向の操作量（例えば回転角度）を検出するセンサであり、例えば近接センサによって構成される。
図３は、回転検出センサ４１と回転検出用スリット４２の位置関係を示す概略図である。
図２及び図３に示すように、ツマミ１の内側面１ａには、ツマミ１の円周方向に亘ってＺ軸方向に長手方向を有する複数の回転検出用スリット４２が設けられる。回転検出センサ４１は、第１の部材９１の、ツマミ１の内側面１ａと対向する面に固定されている。回転検出センサ４１は、回転検出用スリット４２を検出することにより、ツマミ１の操作量（回転角度）を検出する。
回転検出センサ４１は、少なくとも１つ設ければよいが、例えば円周方向に等間隔に例えば４つ配置し、ノイズなどによる誤検出を認識できるようにしてもよい。
【００３３】
図２に示されるように、Ｚ軸方向位置検出センサ５１は、ツマミ１の押込み量であるツマミ１のＺ軸方向の操作量（変位量）を検出するセンサであり、例えばＭＲセンサ（Magnetic Resistant Sensor）を用いることができる。Ｚ軸方向位置検出センサ５１としては、ＭＲセンサ以外に、位置センサや圧力センサ等を用いることができる。図４は、Ｚ軸方向位置検出センサ５１と着磁部５２との位置関係を示す概略図である。図２及び図４に示すように、ツマミ１の内側面１ａには、ツマミ１の円周方向に亘って円環状の着磁部５２が形成される。Ｚ軸方向位置検出センサ５１は、第１の部材９１の、ツマミ１の内側面１ａと対向する面に固定されている。Ｚ軸方向位置検出センサ５１の抵抗値の変化により、ツマミ１のＺ軸方向の操作量（変位量）が検出される。
Ｚ軸方向位置検出センサ５１は、少なくとも１つ設ければよいが、例えば円周方向に等間隔に例えば４つ配置することで、例えばツマミ１の押し込みが斜めになった場合に４つのセンサの平均値などを算出して押し込み量の補正が行える。
【００３４】
図２に示されるように、クッション材６は、リング状であり、超音波モータ３と台座７との間に設けられる、クッション材６の材料としては、紙やフェルトなどの布等が用いられる。
クッション材６は、超音波モータ３から発生する振動が、図面下方向（ベース２方向）に伝わりにくくするものであり、振動の分散を防止し、超音波モータ３による触覚的なフィードバックを効率良くツマミ１を介して操作者に与えることができる。
【００３５】
台座７は、リング状を有し、スプリング１１を受けるためのものである。
【００３６】
図５は、ハプティックデバイス１００の部分拡大図であり、位置保持機構を説明する図である。
図２及び図５に示すように、位置保持用の球体８０は、ツマミ１の外側面に設けられた穴８５内でスプリング８６を介してツマミ１側に保持される。スプリング８６の伸縮により球体８０は穴８５内で移動可能となっている。
ベース２の内側面には、第１〜第４の位置保持用の溝８１〜８４が円周方向に亘ってそれぞれ設けられている。操作者によるツマミ１の押込み操作や引き戻し操作によりツマミ１がＺ軸方向に変位する際、球体８０は、溝８１〜８４に嵌るまではベース２の内側面に押され、スプリング８６が縮んで凹８５部内に収まった状態で移動する。そして、球体８０は、溝８１〜８４の位置まで移動すると、縮んでいたバネが伸びて溝８１〜８４のいずれかに嵌る。球体８０が溝８１〜８４に嵌ることにより、ツマミ１のＺ軸方向の変位は制限され、ツマミ１のＺ軸方向の位置が保持される。
このようにツマミ１が保持されないまでも、球体８０が溝８１〜８４を通過するたびに、ツマミ１を操作する操作者にクリック感にも操作感を与えるようにしてもよい。
【００３７】
球体８０が溝８１に嵌っている状態では、第１のモードとなり、球体８０が溝８２に嵌っている状態では第２のモードとなり、球体８０が溝８３に嵌っている状態では第３のモードとり、そして、球体８０が溝８４に嵌っている状態では第４のモードとなるように設定されている。
このように球体８０、位置保持用の溝８１〜８４からなる位置保持機構を設けることにより、操作者は、ツマミ１をＺ軸方向に操作する際に、球体８０が溝８１〜８４に嵌ったときのツマミ１を介して受ける感触で、モードの切替えが達成できたことを知ることができる。従って、ツマミ１のＺ軸方向の入力操作を確実なものとすることができる。なお、モード切替の様子を別途設けたディスプレイに表示したり、あるいは、モード切替に応じてＯＮ−ＯＦＦするＬＥＤ等を設けるようにしてもよい。
【００３８】
本実施形態においては、操作者のツマミ１の回転操作時に、操作部に触覚的なフィードバックが与えられ、この触覚的なフィードバックは各モード毎に異なるように設定されている。
例えば、第１のモード設定時の回転操作では、ツマミ１の回転操作にクリック感が生じることなく、ツマミ１をスムーズに回転させることができるように、触覚的なフィードバックのフォースパターンが選択される。
第２のモード設定時の回転操作では、初期位置に対してツマミ１の４５度の回転操作毎にクリック感が生じるように、触覚的なフィードバックのフォースパターンが選択される。
第３のモード設定時の回転操作では、初期位置に対してツマミ１の９０度の回転操作毎にクリック感が生じるように、触覚的なフィードバックのフォースパターンが選択される。
第４のモード設定時の回転操作では、初期位置に対してツマミ１の１２０度の回転操作毎にクリック感が生じるように、触覚的なフィードバックのフォースパターンが選択される。
各モードに対応したフォースパターンをメモリに記憶させ、設定されたモードに対応するフォースパターンをメモリから読み出し、このフォースパターンに基づいて超音波モータ３を制御することにより、達成することができる。
なお、設定されるモード数やフォースパターンは任意であり、また、回転方向の操作時にクリック感を生じさせる場合であっても、モード毎にクリック感の大きさを変化させてもよく、被操作対象機器に応じて適宜設定することができる。また、ケーム機器等において、ツマミ１の回転方向の操作に応じてディスプレイ上のポインターを動かす場合、このポインターがディスプレイ上の所定の領域に侵入したときに、触覚的なフィードバックのフォースパターンを変化させるように構成してもよい。
【００３９】
球体８０を導電性の材料で形成し、球体８０が位置保持用の溝８１〜８４のいずれかに嵌ったときに導通するように、溝８１〜８４それぞれに対応して導通回路（図示せず）を設け、溝毎に導通させたときの検出電圧の大きさを変えてもよい。
これにより、検出される電圧の大きさから、ツマミ１のＺ軸方向の変位を検出することができ、どのモードが選択されたかを検出できる。
球体８０と溝８１〜８４とで単なるスイッチ回路を構成しても同様にモードの検出が可能である。
このように、位置保持用の機構に加え導通回路を設けた構成を、ツマミ１及びロータ３１の軸方向の変位を検出する第２の検出部として用いることもできる。
【００４０】
図２に示されるように、回転止め用の球体９３は、ステータ３２の内側面に固定配置される。回転止め用の溝９２は、Ｚ軸方向に長手方向を有する形状で第１の部材９１の外側面に設けられる。球体９３は、ツマミ１のＺ軸方向の変位に伴うステータ３２の移動時に、溝９２内で、その長手方向に沿って移動する。球体９３は、溝９２の溝幅によって回転方向の移動が規制される。従って、ステータ３２の回転方向の変位が球体９３及び溝９２により規制され、ステータ３２はベース２に対して回転方向の変位が規制されることになる。
このような溝９２と球体９３からなる回転止めの機構は、円周方向に略等間隔で複数設けられている。
【００４１】
圧力センサ１０は、操作者がツマミ１をベース２に向かって押込んでツマミ１をＺ軸方向に変位させたときの押圧力を検出するものである。この圧力センサ１０を第２の検出部として、ツマミ１のＺ軸方向位置検出に用いることもできる。また、圧力センサ１０は、ツマミ１がＺ軸方向に押圧操作されたか否かを検出する検出部としてもよい。
【００４２】
スプリング１１は、一端がベース２の内底部に、他端が台座７に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。スプリング１１はベース２のリング状の凹部に円周方向に亘って複数設けられる。
スプリング１１は、ステータ３２をロータ３１に圧接させ、かつ、両者が圧接した状態でステータ３２をＺ軸方向に保持するためのもので、
ツマミ１の押込み操作に対して押込み時、ベース２のＺ軸方向でベース２より離れる方向（図面上、上方向）に対してステータ３２を介して操作部側のロータ３１に弾性力を付与する。
このようなスプリング１１を設けることにより、ツマミ１のＺ軸方向の位置にかかわらず、ステータ３２をロータ３１に常時圧接させることができる。
また、スプリング１１の弾性力を調整することにより、ツマミ１の引き戻し操作（図面上、上方向側への操作）を僅かな力で行うことができる。
また、スプリング１１を設けることにより、ロータ３１が弾性的に保持されるため、ツマミ１に過大な押圧力が加わった場合でも、ロータ３１とステータ３２との擦動面に加わる押圧力を緩和することができる。
スプリング１１に代えて板バネなどの他の弾性部材を用いても勿論構わない。
【００４３】
ローラ１２は、軸１２ａを介してツマミ１の内側面に固定され、第１の部材９１の内周側面に設けられた凹部内に配置され、円周方向に転動自在とされている。ローラ１２は、円周方向に沿って複数、例えば４つ等間隔で設けられている。
ローラ１２は、第１の部材９１の側面に設けられた凹部の天面及び床面によりＺ軸方向の移動が規制され、ローラ１２によってツマミ１の押込み量及び引き戻し量が規制される。また、ローラ１２によってＺ軸方向の変位限界でのツマミ１の回転方向の操作を円滑に行うことができる。さらに、ツマミ１の押込み量が規制されることにより、Ｚ軸方向に超音波モータ３に過度に圧力がかかることを防止することができる。
【００４４】
低摩擦部材１３は、ツマミ１とロータ３１との間に配置され、ツマミ１とロータ３１とは、低摩擦部材１３を介して間接的に一体化している。低摩擦部材１３の摩擦係数は、超音波モータ３への通電停止時のロータ３１とステータ３２との摺動部の摩擦係数以下とすることが好ましい。これにより、過度な回転力がツマミ１に入力された場合、低摩擦部材１３によってロータ３１に対してツマミ１が空転することで、ロータ３１やステータ３２の摺動面を保護することができる。
【００４５】
以上のように、本実施形態においては、１つのデバイスで、複数モードの選択及び各モードでの各種調整が可能となっており、
軸方向への入力操作によって切り替えられるモード毎に、
そのモードでの回転操作時の操作部の
回転方向の触覚的なフィードバックが操作者に異なって与えられるように制御される。
【００４６】
ここで、特許文献１において開示された装置では、加圧操作といった軸方向の操作がなされるが、これは例えば曲目選択操作であり、単なるクリック操作に過ぎない。これに対し、本実施形態は、ハプティックデバイスのツマミを軸方向に積極的に変位させて複数のモードの切替え操作を行い、上下方向（軸方向）の操作に応じた詳細情報を入力として検出でき、多様な操作を実現することができるものである。
【００４７】
本実施形態のハプティックデバイスは、操作者が選択したモードによって、操作者に対して操作部の回転操作時に異なる触覚的なフィードバックを与える機能を有する。
（システムの構成）
【００４８】
次に、上述のハプティックデバイス１００を制御するシステムについて図６を用いて説明する。
本実施形態におけるシステムは、ハプティックデバイス１００と、駆動回路１５と、制御回路１６と、コントロールユニット１７とを有する。
【００４９】
ハプティックデバイス１００は、駆動回路１５で生成された駆動電圧が入力される入力端子１４０、１４１を有する。駆動回路１５で生成された互いに９０°位相差のある駆動電圧は、それぞれ入力端子１４０、１４１から圧電素子３３に印加される。圧電素子３３に駆動電圧が印加されることにより、ステータ３２に進行波を発生させる。ステータ３２に発生させた進行波により、ステータ３２に圧接されているロータ３１にトルクを発生させることができる。
【００５０】
駆動回路１５は、発振回路１５０、９０°位相器１５１、増幅回路１５２、１５３を有し、制御回路１６から入力された駆動信号を基にハプティックデバイス１００に印加する駆動電圧を生成する。
発振回路１５０は、高周波電圧を発生させる。発振回路１５０から発生する高周波電圧は、増幅回路１５２と、９０°位相器１５１を介して増幅回路１５３に入力される。増幅回路１５２、１５３それぞれに入力した高周波電圧は、それぞれ増幅回路１５２、１５３で増幅される。増幅回路１５２、１５３で増幅した互いに９０°位相差がある高周波電圧は、ハプティックデバイス１００の圧電素子３３に印加される。
【００５１】
コントロールユニット１７は、制御回路１６と接続されている。コントロールユニット１７は、モード毎に異なるフォースパターンを記憶したメモリを備えており、Ｚ軸方向位置検出センサ５１からの出力により、ツマミ１のＺ軸方向の操作に基づいて設定されたモードに対応するフォースパターンを読み出し、制御回路１６へ出力する。
制御回路１６では、読み出されたフォースパターンに対応した触覚的なフィードバックを発生させるための駆動信号を発振回路１５０に出力する。
なお、ツマミ１の回転方向の操作量は、回転検出センサ４１で検出され、回転検出センサ４１からの出力信号は、制御回路１６を介してコントロールユニット１７へ入力する。
そして、コントロールユニット１７から被制御対象機器（不図示）へツマミ１の回転方向の操作量に応じた指令信号が出力されることになる。
なお、ツマミ１のＺ軸方向の操作はモードの設定ではなく、このＺ軸方向の操作により、被制御対象機器を操作するように構成してもよい。
【００５２】
本実施形態においては、ハプティックデバイス１００に回転検出センサ４１、Ｚ軸方向位置検出センサ５１、圧力センサ１０が設けられている。しかしながら、これらセンサをハプティックデバイス１００に設けず、例えば、操作者によるツマミ１の回転方向の操作やＺ軸方向の操作を、光学的なセンサを利用して検出し、このセンサからの信号を制御回路１６に入力して、ツマミ１に触覚的なフィードバックを付与するように構成することもでき、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態に適用できる。
また、ツマミ１に付与する触覚的なフィードバックもクリック感に限定されるものではなく、例えば、一定の回転角度毎に触覚的なフィードバックを変化させてもよく、また、ツマミ１に回転方向に微小な振動を付与するようにしてもよく、操作対象機器や操作モードに応じて任意に設定できる。また、ツマミ１が回転方向に操作される際の回転方向の速度や加速度、また、ツマミ１がＺ軸方向に操作される際の速度や加速度を検出して、被制御対象機器を操作するとともに、ツマミ１に付与される触覚的なフィードバックを変化させたり、触覚的なフィードバックのフォースパターンを変化させるように構成してもよい。
［第２の実施形態］
【００５３】
第２の実施形態に係るハプティックデバイスについて図７を用いて説明する。
図７は、ハプティックデバイスの断面図である。第１の実施形態と比較して、構造上、超音波モータとベースに固定されるスプリングとの間に中間部材を設けた点、回転検出センサ及びＺ軸方向位置検出センサの配置が異なる点が主に異なる。
【００５４】
図７に示すように、ハプティックデバイス２００は、操作部としてのツマミ２０１と、ベース２０２と、超音波モータ２０３と、中間部材２１４とを有する。
ハプティックデバイス２００は、第１の検出部としての回転検出センサ２４１と、回転検出用スリット２４２とを有する。
ハプティックデバイス２００は、第２の検出部としてのＺ軸方向位置検出センサ２５１と、着磁部２５２とを有する。
ハプティックデバイス２００は、クッション材２０６と、台座２０７と、位置保持用の球体２８１と、第１の位置保持用の溝２８２と、第２の位置保持用の溝２８３と、第３の位置保持用の溝２８４と、回転止め用の溝２９２と、回転止め用の球体２９３とを有する。
ハプティックデバイス２００は、圧力センサ２１０と、第１の弾性部材としてのスプリング２１１と、スプリング２１２と、スプリング２１３と、軸受け２１５と、を有する。
【００５５】
ツマミ２０１は、ハプティックデバイス２００を操作する際の操作者が把持するリング状の操作子である。ツマミ２０１は、第１の実施形態と同様に、後述する超音波モータ２０３のロータ２３１に低摩擦部材を介して固定される。
ツマミ２０１は、ベース２０２に対してＺ軸方向及びＺ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。
このツマミ２０１は、ベース２０２と対向して配置され、ベース２０２と対向する側に凹部を有する。
ツマミ２０１の凹部の内側面には、回転検出用スリット２４２が設けられる。
【００５６】
ベース２０２は、リング状であり、ベース２０２の底部は被制御対象機器側に固定される。ベース２０２はその円周方向に亘って凹部を有し、その凹部内で、ツマミ１のＺ軸方向の変位に対してツマミ２０１及び超音波モータ２０３と一体化して移動する中間部材２１４がＺ軸方向に移動可能となっている。
ベース２０２の内底面には圧力センサ２１０が配置され、内側面には第１の位置保持用の溝２８２、第２の位置保持用の溝２８３、第３の位置保持用の溝２８４及び着磁部２５２が設けられる。
【００５７】
超音波モータ２０３は、第１の実施形態の超音波モータ３と同様に、ロータ２３１と、ステータ２３２と、圧電素子２３３とを有する。ロータ２３１、ステータ２３２は、いずれもリング状であり、圧電素子２３３はリング状に配置されている。
ロータ２３１はステータ２３２に圧接して対向配置される。
ステータ２３２は、ベース２０２に対してＺ軸方向の変位が許容され、回転方向の変位が規制される。操作部であるロータ２３１は、ツマミ２０１に固定されており、ツマミ２０１のＺ軸方向及び回転方向の変位に伴って移動する。
【００５８】
クッション材２０６は、リング状を有し、超音波モータ２０３と台座２０７との間に設けられており、紙やフェルトなどの布等がクッション材２０６として用いられる。クッション材２０６の機能は、上述したクッション材６と同じである。
【００５９】
台座２０７は、リング状を有し、スプリング２１２を受けるためのものである。
【００６０】
中間部材２１４はリング状であり、ベース２０２と超音波モータ２０３との間に配置される。
中間部材２１４とツマミ２０１は、軸受け２１５を介して回転方向に位置する。
中間部材２１４は、ツマミ２０１のＺ軸方向の変位に伴って、Ｚ軸方向に移動可能であるが、回転方向への変位がなされないよう、回転止め機構により回転方向への変位は規制される。
中間部材２１４の上面には超音波モータ２０３のロータ２３１が挿入可能な凹部が設けられており、この凹部の側面には、回転止め機構をなす回転止め用の溝２９２が設けられる。
リング状の中間部材２１４の内周側面にはＺ軸方向位置検出センサ２５１、外周側面には回転検出センサ２４１及び位置保持用の球体２８１が設けられる。
【００６１】
スプリング２１２は、一端が中間部材２１４の凹部底面に、他端が台座２０７に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
スプリング２１２は中間部材２１４の上面に円周方向に設けられた凹部に円周方向に亘って複数設けられる。
スプリング２１２は、ステータ２３２をロータ２３１に圧接させ、かつ、両者が圧接した状態でステータ２３２をＺ軸方向に保持するためのもので、
ツマミ２０１の押込み操作に対して、ベース２０２のＺ軸方向でベース２０２より離れる方向（図面上、上方向）に対してステータ２３２を介して操作部側のロータ２３１に弾性力を付与する。
このようなスプリング２１２を設けることにより、ツマミ２０１のＺ軸方向の位置にかかわらず、ステータ２３２をロータ２３１に常時圧接させることができる
とともに、ツマミ２０１の押込み操作に対してロータ２３１を弾性的に保持することができる。
スプリング２１２を設けることにより、ツマミ２０１がＺ軸方向に強く押込まれても、その力をスプリング２１２で弾性的に受け止めることができ、
摺動部に加わる押圧力を緩和することができる。
【００６２】
スプリング２１１は、一端がベース２０２の凹部底面に、他端が中間部材２１４の底面に固定され、Ｚ軸s方向に伸縮可能となっている。スプリング２１１はベース２０２のリング状の凹部に円周方向に亘って複数設けられる。
スプリング２１１は、ツマミ２０１押込み時に、ベース２０２のＺ軸方向でベース２０２より離れる方向（図面上、上方向）に、ベース２０２、超音波モータ２０３及び中間部材２１４の一体化したものに対して、弾性力を付与する。
【００６３】
スプリング２１３は、一端がベース２０２に、他端が中間部材２１４固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
スプリング２１３は、ツマミ２０１が押込まれることにより伸びる。従って、スプリング２１３は、ツマミ２０１押込み時に、図面上、上方向に、ベース２０２、超音波モータ２０３及び中間部材２１４の一体化したものに対して、弾性力を付与する。
【００６４】
本実施形態においては、ツマミ２０１のＺ軸方向の変位時に、ベース２０２、超音波モータ２０３及び中間部材２１４の一体化したものに対して、同じ方向に弾性力を付与するスプリング２１１及びスプリング２１３が設けられる。これにより、ツマミ２０１の押込み量を制限することができる。
【００６５】
本実施形態においては、中間部材２１４を設けることにより、超音波モータ２０３のロータ２３１とステータ２３２との接触圧を、ツマミ２０１及び超音波モータ２０３のＺ軸方向の位置に係らず、ほぼ一定に保つことができる。
すなわち、Ｚ軸方向にツマミ２０１が押込まれる際、ツマミ２０１、超音波モータ２０３及び中間部材２１４は一体化して、Ｚ軸方向に移動するため、超音波モータ２０３のＺ軸方向の位置にかかわらず、スプリング２１２の圧縮状態は略同じである。これに対して、第１の実施形態においては、スプリング２１２と同様の機能を有するスプリング１１は、超音波モータ３のＺ軸方向の位置によって圧縮状態が異なるため、超音波モータ３のＺ軸方向の位置によってはロータ３１とステータ３２との擦動面の接触圧が異なることがある。
超音波モータが発生するトルクは、ロータとステータとの擦動面の接触圧に影響を受けることがあるため、第１の実施形態においては、ツマミ１のＺ軸方向の位置によって、トルクが変化してしまうおそれがあるが、本実施形態においては、このようなトルクの変化を防止することができる。
【００６６】
回転検出センサ２４１は、第１の実施形態と同様に、ツマミ２０１（第１の実施形態においてはツマミ１）の回転を検出するセンサである。本実施形態の回転検出センサ２４１は中間部材２１４に固定配置され、回転検出用スリット２４２は、ツマミ２０１の内側面に、ツマミ２０１の円周方向に亘ってＺ軸方向に長手方向を有するように複数設けられる。
【００６７】
Ｚ軸方向位置検出センサ２５１は、第１の実施形態と同様に、ツマミ２０１（第１の実施形態においてはツマミ１）のＺ軸方向の移動量を検出するセンサである。本実施形態においては、ベース２０２の内側面に着磁部２５２が形成される。
【００６８】
本実施形態における位置保持機構をなす、位置保持用の球体２８１、第１の位置保持用の溝２８２、第２の位置保持用の溝２８３、第３の位置保持用の溝２８４も、第１の実施形態の位置保持用機構をなす、球体８０、溝８２、溝８３と同様の機構であり、詳細な構造の説明については省略する。本実施形態においては、位置保持用の球体２８１は、中間部材２１４の側面に設けられている。
【００６９】
本実施形態における回転止め機構をなす、回転止め用の球体２９３及び回転止め用の溝２９２も、第１の実施形態の回転止め機構をなす、球体９３及び溝９２と同様であり、詳細な構造の説明については省略する。本実施形態においては、溝２９２は、中間部材２１４に設けられている。第１の実施形態と同様に、回転止め機構により、ベース２０２に対するステータ２３２の回転方向への変位が規制される。
【００７０】
圧力センサ２１０は、第１の実施形態の圧力センサ１０と同様に、ツマミ１をＺ軸方向に変位させたときの押圧力を検出するものである。
【００７１】
円環状の軸受け２１５は、中間部材２１４とツマミ２０１との間に配置される。軸受け２１５の内枠とツマミ２０１とロータ２３１が一体となって、操作者による回転操作により回転する。また、軸受け２１５は、ツマミ２０１のＺ軸方向の変位に伴って移動する。
［第３の実施形態］
【００７２】
次に、第３の実施形態に係るハプティックデバイスについて図８を用いて説明する。
図８に示すように、ハプティックデバイス３００は、操作部としてのツマミ３０１と、ベース３０２と、超音波モータ３０３とを有する。
ハプティックデバイス３００は、第１の検出部としての回転検出センサ３４１と、回転検出用スリット３４２とを有する。
ハプティックデバイス３００は、第２の検出部としてのＺ軸方向位置検出センサ３５１と、着磁部３５２とを有する。
ハプティックデバイス３００は、第１の弾性部材としてのスプリング３１１と、第１の弾性部材としてのスプリング３１７と、第２の弾性部材としてのスプリング３１６とを有する。
ハプティックデバイス３００は、クッション材３０６と、台座３０７と、回転止め用の溝３９２、回転止め用の球体３９３と、軸受け３１５と、を有する。
ハプティックデバイス３００は、第１の部材３９１と第２の部材３１８とを有する。
尚、本実施形態においては、第１及び第２の実施形態で示した位置保持用機構、圧力センサを設けていないが、第１及び第２の実施形態と同様に設けてもよく、以下の実施形態においても同様である。
【００７３】
ツマミ３０１は、第１の実施形態のツマミ１とほぼ同じ外形を有する操作子である。超音波モータ３０３のロータ３３１に固定される。ツマミ３０１の凹部の内側面には回転検出用スリット３４２が設けられる。
【００７４】
ベース３０２は、第１の実施形態のベース２とほぼ同じ外形である。ベース３０２はその円周方向に亘って凹部を有し、その凹部内で、ツマミ３０１がＺ軸方向及びＺ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。
【００７５】
超音波モータ３０３は、第１の実施形態の超音波モータ３と同様に、ロータ３３１と、ステータ３３２と、圧電素子３３３とを有する。ロータ３３１は、ツマミ３０１に固定されており、ツマミ３０１及びロータ３３１は、Ｚ軸方向及びＺ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。
【００７６】
クッション材３０６、台座３０７はいずれも第１の実施形態におけるクッション材６、台座７と同様である。
【００７７】
第１の部材３９１は、ベース３０２の内底面に固定され該内底面から突出したリング状を有する。第１の部材３９１は庇部を有する。第１の部材３９１は、リング状の超音波モータ３の内側に位置する。リング状の第１の部材３９１の内側面にはＺ軸方向位置検出用の着磁部３５２が設けられ、上面には回転検出センサ３４１が固定される。また、第１の部材３９１の外側面には回転止め用の溝３９２が設けられている。
【００７８】
第２の部材３１８はリング状を有し、第２の部材３１８とツマミ３０１とは軸受け３１５を介して円周方向に配置される。第２の部材３１８は、ツマミ３０１及び軸受け３１５のＺ軸方向への変位に伴ってＺ軸方向に移動可能となっており、回転方向には変位しない。リング状の第２の部材３１８の外側面にはＺ軸方向位置検出センサ３５１が固定される。
【００７９】
スプリング３１１は、一端がベース３０２に、他端が台座３０７に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。スプリング３１１は、ツマミ３０１の押込み操作に対して操作部であるロータ３３１に弾性力を付与する。スプリング３１１はベース３０２のリング状の凹部に円周方向に亘って複数設けられる。スプリング３１１の機能は、スプリング１１と同様である。
【００８０】
スプリング３１７は、一端がベース３０２に、他端が第２の部材３１８の底面側に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
【００８１】
スプリング３１６は、一端が第１の部材３９１の庇部の下面に、他端が第２の部材３１８の上面側に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
【００８２】
スプリング３１６、３１７は、いずれも円周方向に亘って複数設けられる。スプリング３１６、３１７は、第２の部材３１８を挟むように、第２の部材３１８の上側と下側にそれぞれ配置される。
スプリング３１６、３１７は、第２の部材３１８をＺ軸方向に移動可能に保持するものであり、本実施形態において、スプリング３１１、３１６、３１７を設け、これらスプリングのバネ定数関係を調整することにより、入力操作時に必要な押圧力と摺動部にかかる圧力との関係を任意に設定することが可能である。また、スプリング３１１、３１６、３１７により、ツマミ３０１のＺ軸方向の変位を所定の範囲内に制限することができる。
【００８３】
回転検出センサ３４１は、第１の実施形態と同様に、ツマミ３０１（第１の実施形態においてはツマミ１）の回転を検出するセンサである。本実施形態の回転検出センサ３４１は第１の部材３９１に固定配置され、回転検出用スリット３４２はＺ軸方向に長手方向を有し、ツマミ３０１の凹部の内側面にツマミ３０１の円周方向に亘って複数設けられる。
【００８４】
Ｚ軸方向位置検出センサ３５１は、第１の実施形態と同様に、ツマミ３０１（第１の実施形態においてはツマミ１）のＺ軸方向の変位量を検出するセンサである。本実施形態においては、第１の部材３９１の内側面に着磁部２５２が形成され、Ｚ軸方向位置検出センサ３５１は、第２の部材３１８に設けられる。
【００８５】
本実施形態における回転止め機構をなす回転止め用の球体３９３及び回転止め用の溝３９２も、第１の実施形態の球体９３及び溝９２と同様に、ベース３０２に対するステータ３３２の回転方向への変位を規制制限するものである。本実施形態においては、回転止め用の溝３９２は、第１の部材３９１に設けられる。
【００８６】
円環状の軸受け３１５は、ツマミ３０1の凹部内に配置される。軸受け３１５は、第２の部材３１８とツマミ３０１の内側面との間に配置される。軸受け３１５の内枠とツマミ３０１とロータ３３１が、操作者による回転操作により一体となって回転する。また、軸受け３１５は、ツマミ３０１のＺ軸方向の変位に伴って移動する。
［第４の実施形態］
【００８７】
次に、第４の実施形態に係るハプティックデバイスについて図９を用いて説明する。
図９に示すように、ハプティックデバイス４００は、操作部としてのツマミ４０１と、ベース４０２と、超音波モータ４０３とを有する。
ハプティックデバイス４００は、第１の検出部としての回転検出センサ４４１と、回転検出用スリット４４２とを有する。
ハプティックデバイス４００は、第２の検出部としてのＺ軸方向位置検出センサ４５１を有する。
ハプティックデバイス４００は、第１の弾性部材としてのスプリング４１１と、第２の弾性部材としてのスプリング４１８とを有する。
ハプティックデバイス４００は、クッション材４０６と、台座４０７と、回転止め用の溝４９２、回転止め用の球体４９３と、軸受け４１９と、第１のローラ４１２と、第２のローラ４２０とを有する。
ハプティックデバイス４００は、その断面が凸形状を有しており、操作部となるツマミ４０１がベース４０２から突出した形状となっている。
【００８８】
ツマミ４０１は、ハプティックデバイス４００を操作する際の操作者が把持する操作子である。ツマミ４０１は、リング状を有し、外周側面には突出したリング状の突出部４０１ａが設けられている。ツマミ４０１の外周側面には、第１のローラ４１２及び第２のローラ４２０のローラ軸が固定される。更に、ツマミ４０１の内周側面には回転検出用スリット４４２が設けられる。
【００８９】
ベース４０２は、外形がリング状であり、底部は被操作機器側に固定される。ベース４０２はその円周方向に亘って凹部を有し、その凹部内で、ツマミ４０１がＺ軸方向及びＺ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。ベース４０２には庇部が設けられる。
【００９０】
超音波モータ４０３は、第１の実施形態の超音波モータ３と同様に、ロータ４３１と、ステータ４３２と、圧電素子４３３とを有する。ロータ４３１は、ツマミ４０１の突出部４０１ａの下面と固定されており、ツマミ４０１のＺ軸方向及び回転方向の変位とともに変位する。
【００９１】
クッション材４０６、台座４０７はいずれも第１の実施形態におけるクッション材６、台座７と同様である。
【００９２】
軸受け４１９は、図面上、ツマミ４０１の突出部４０１ａより上側に配置される。
軸受け４１９は、スプリング４１８とツマミ４０１の突出部４０１ａとの間に配置される。軸受け４１９の一部を構成する２つの軌道板のうち一方の軌道板は、ツマミ４０１の突出部４０１ａに固定されており、軸受け４１９の一方の軌道板とツマミ４０１とロータ４３１が、操作者の回転操作により一体となって回転する。
【００９３】
第１のローラ４１２は、ツマミ４０１のＺ軸方向における中央部付近に設けられ、第２のローラ４２０は、ツマミ４０１のＺ軸方向における下部付近に設けられる。
ローラ４１２、４２０は、いずれも円周方向に亘って複数設けられる。
ローラ４１２、４２０の軸はツマミ４０１の外周側面に固定され、ツマミ４０１のＺ軸方向の移動に伴ってローラ４１２、４２０もベース４０２の凹部内で移動する。図面上、上部に位置する第１のローラ４１２はベース４０２の庇部により図面上方向への移動が制限される。図面上、下部に位置する第２のローラ４２０はベース４０２の内底部により図面下方向への移動が制限される。よって２つのローラ４１２、４２０により、ツマミ４０１のＺ軸方向の変位が一定の範囲内に制限される。
【００９４】
スプリング４１１は、図面上、ツマミ４０１の突出部４０１ａより下側に配置される。
スプリング４１１は、一端がベース４０２に、他端が台座４０７に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
スプリング４１１は、ツマミ４０１の押込み操作に対して操作部であるロータ４３１に弾性力を付与する。
スプリング４１１はベース４０２のリング状の凹部に円周方向に亘って複数設けられる。
スプリング４１１の機能は、スプリング１１と同様である。
【００９５】
スプリング４１８は、図面上、ツマミ４０１の突出部４０１ａより上側に配置される。
スプリング４１８は、一端がベース４０２の庇部の下面に、他端が軸受け４１９の他方の軌道板に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
スプリング４１８は、ツマミ４０１の引張方向の操作に対して、ロータ４３１に弾性力を付与する。
スプリング４１８は、ベース４０２のリング状の凹部に円周方向に亘って複数設けられる。
【００９６】
本実施形態において、スプリング４１１、スプリング４１８は、超音波モータ４０３、軸受け４１９及びツマミ４０１をＺ軸方向に変位可能に保持するものである。
【００９７】
回転検出センサ４４１は、第１の実施形態と同様に、ツマミ４０１（第１の実施形態においてはツマミ１）の回転を検出するセンサである。本実施形態の回転検出センサ４４１はベース４０２に固定され、回転検出用スリット４４２は、ツマミ４０１の内側面に、ツマミ４０１の円周方向に亘ってＺ軸方向に延在して複数設けられる。
【００９８】
Ｚ軸方向位置検出センサ４５１は、第１の実施形態と同様に、ツマミ４０１（第１の実施形態においてはツマミ１）のＺ軸方向の変位量を検出するセンサである。ここでは、着磁部の図示は省略されている。
［第５の実施形態］
【００９９】
次に、第５の実施形態に係るハプティックデバイスについて図１０を用いて説明する。第４の実施形態では、ベースの突出部の上部に軸受け、突出部の下部に超音波モータが配置されていたが、第５の実施形態においては、ベースの突出部の下部に軸受け、突出部の上部に超音波モータが配置される。
【０１００】
図１０に示すように、ハプティックデバイス５００は、操作部としてのツマミ５０１と、ベース５０２と、超音波モータ５０３とを有する。
ハプティックデバイス５００は、第１の検出部としての回転検出センサ５４１と、回転検出用スリット５４２とを有する。
ハプティックデバイス５００は、第２の検出部としてのＺ軸方向位置検出センサ５５１を有する。
ハプティックデバイス５００は、第１の弾性部材としてのスプリング５１１と、第２の弾性部材としてのスプリング５１８とを有する。
ハプティックデバイス５００は、クッション材５０６と、台座５０７と、回転止め用の溝５９２、回転止め用の球体５９３と、第１のローラ５１２と、第２のローラ５２０とを有する。
【０１０１】
ツマミ５０１は、第４の実施形態のツマミ４０１と同様であり、外周側面に突出したリング状の突出部５０１ａを有する。ツマミ５０１の外周側面には、第１のローラ５１２、第２のローラ５２０のローラ軸が固定され、更に、ツマミ５０１には回転検出用スリット５４２が設けられる。
【０１０２】
ベース５０２は、第４の実施形態のベース４０２と同様であり、庇部を有する。
【０１０３】
超音波モータ５０３は、第４の実施形態の超音波モータ４０３と同様に、ロータ５３１と、ステータ５３２と、圧電素子５３３とを有する。ロータ５３１は、ツマミ５０１の突出部５０１ａの上面と固定されており、ツマミ５０１のＺ軸方向及び回転方向の変位とともに移動する。
【０１０４】
クッション材５０６、台座５０７はいずれも第４の実施形態におけるクッション材４０６、台座４０７と同様である。また、ローラ５１２、５２０は、第４の実施形態におけるローラ４１２、４２０と同様である。
【０１０５】
軸受け５１９は、図面上、ツマミ５０１の突出部５０１ａより下側に配置される。
軸受け５１９は、スプリング５１１とツマミ５０１の突出部５０１ａとの間に配置される。軸受け５１９の一部を構成する２つの軌道板のうち一方の軌道板は、ツマミ５０１の突出部５０１ａに固定されており、軸受け５１９の一方の軌道板とツマミ５０１とロータ５３１が、操作者の回転操作により回転する。
【０１０６】
スプリング５１１は、図面上、ツマミ５０１の突出部５０１ａより下側に配置される。
スプリング５１１は、一端がベース５０２に、他端が軸受け５１９の他方の軌道板に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
スプリング５１１は、ベース５０２の押し込み操作に対して操作部であるロータ５３１に弾性力を付与する。
スプリング５１１はベース５０２のリング状の凹部に円周方向に亘って複数設けられる。
【０１０７】
スプリング５１８は、図面上、ツマミ５０１の突出部５０１ａより上側に配置される。
スプリング５１８は、一端がベース５０２の庇部の下面に、他端が台座５０７に固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
スプリング５１８は、ツマミ５０１の引張方向の操作に対してロータ５３１に弾性力を付与する。
スプリング５１８は、ベース５０２のリング状の凹部に円周方向に亘って複数設けられる。
【０１０８】
本実施形態において、スプリング５１１、スプリング５１８は、超音波モータ５０３、軸受け５１９及びツマミ５０１をＺ軸方向に変位可能に保持するものである。
【０１０９】
回転検出機構をなす回転検出センサ５４１及び回転検出用スリット５４２は、第４の実施形態における回転検出センサ４４１及び回転検出用スリット４４２と同様である。また、Ｚ軸方向位置検出センサ５５１は、第４の実施形態のＺ軸方向位置検出センサ４５１と同様である。また、本実施形態における回転止め機構をなす、回転止め用の球体５９３及び回転止め用の溝５９２も、第４の実施形態の回転止め機構をなす、回転止め用の球体４９３及び回転止め用の溝４９２と同様である。
［第６の実施形態］
【０１１０】
次に、第６の実施形態に係るハプティックデバイスについて図１１を用いて説明する。第４の実施形態では２つのローラを設けていたが、第６の実施形態においては、ローラを省略し、ツマミの材質を摺動性の良い樹脂材とする、又は、摺動性が良くなるようにツマミの擦動部の表面を処理する。以下、第４の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【０１１１】
図１１に示すように、ハプティックデバイス６００は、ツマミ６０１と、ベース６０２と、超音波モータ６０３とを有する。
ハプティックデバイス６００は、第１の検出部としての回転検出センサ６４１と、回転検出用スリット６４２とを有する。
【０１１２】
ツマミ６０１はリング状を有し、外周側面に突出したリング状の突出部６０１ａを有する。ツマミ６０１には回転検出用センサ６４１が設けられる。ツマミ６０１は、摺動性の良い樹脂材からなる。これにより、Ｚ軸方向の変位限界でのツマミ６０１の回転方向の変位がスムーズに行え、ローラを省略することができ、部品点数を減らすことができる。
【０１１３】
ベース６０２はリング状を有し、その円周方向に亘って凹部を有し、その凹部内で、ツマミ６０１がＺ軸方向及びＺ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。ベース６０２には、回転検出用スリット６４２が設けられる。
［第７の実施形態］
次に、第７の実施形態に係るハプティックデバイスについて図１２を用いて説明する。第４の実施形態では２つのローラを設けていたが、第７の実施形態においては、ローラの代わりに摺動材７２１及び７２２を設ける。以下、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【０１１４】
図１２に示すように、ハプティックデバイス７００は、ツマミ７０１と、ベース６０２と、超音波モータ４０３とを有する。
【０１１５】
ツマミ７０１は、外側面に突出したリング状の突出部７０１ａを有する。ツマミ７０１の外周部のＺ軸方向における中央部付近には第１の摺動材７２１が設けられ、ツマミ７０１の外周部のＺ軸方向の下部付近には第２の摺動材７２２が設けられる。摺動材７２１、７２２は、いずれもリング状に設けられる。第１の摺動材７２１はベース６０２の庇部により図面上方向への移動が制限され、第２の摺動材７２２はベース６０２の内底部により図面下方向への移動が制限される。よって２つの摺動材７２１、７２２により、ツマミ７０１のＺ軸方向の変位が所定の範囲内に制限される。また、摺動材７２１、７２２により、Ｚ軸方向の変位限界でのツマミ７０１の回転方向の変位がスムーズに行える。
［第８の実施形態］
【０１１６】
次に、第８の実施形態に係るハプティックデバイスについて図１３を用いて説明する。本実施形態は、第４の実施形態では超音波モータ４０３を１つ設けていたのに対して、超音波モータを２つ設ける点で大きく異なる。以下、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【０１１７】
図１３に示すように、ハプティックデバイス８００は、ツマミ４０１と、ベース８０２と、第１の超音波モータ８０３ａと、第２の超音波モータ８０３ｂとを有する。
ハプティックデバイス８００は、第１の弾性部材としてのスプリング８１１と、第２の弾性部材としてのスプリング８１８とを有する。
ハプティックデバイス８００は、第１のクッション材８０６ａと、第２のクッション材８０６ｂと、第１の台座８０７ａと、第２の台座８０７ｂと、第１の回転止め用の溝８９２ａと、第２の回転止め用の溝８９２ｂと、回転止め用の球体８９３ａと、回転止め用の球体８９３ｂとを有する。
【０１１８】
ベース８０２はリング状を有し、その円周方向に亘って凹部を有し、その凹部内で、ツマミ４０１がＺ軸方向及びＺ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。ベース８０２は庇部を有する。ベース８０２の凹部内の側面には、円周方向に亘って第１の回転止め用の溝８９２ａと、第２の回転止め用の溝８９２ｂが設けられており、Ｚ軸方向における第１の回転止め用の溝８９２ａと第２の回転止め用の溝８９２ｂとの間にはＺ軸方向位置検出センサ４５１が設けられる。
【０１１９】
第１の超音波モータ８０３ａ（第２の超音波モータ８０３ｂ）は、第１の実施形態の超音波モータ３と同様に、第１のロータ８３１ａ（第２のロータ８３１ｂ）と、第１のステータ８３２ａ（第２のステータ８３２ｂ）と、第１の圧電素子８３３ａ（第２の圧電素子８３３ｂ）とを有する。
第１の超音波モータ８０３ａと第２の超音波モータ８０３ｂは、ツマミ４０１の突出部４０１ａを介して対向するように配置される。
第１の超音波モータ８０３ａの第１のロータ８３１ａはツマミ４０１の突出部４０１ａの上面と固定される。第１の超音波モータ８０３ａは、突出部４０１ａ側から図面上部に向かって第１のロータ８３１ａ、第１のステータ８３２ａ、第１の圧電素子８３３ａが順に配置されてなる。
第２の超音波モータ８０３ｂの第２のロータ８３１ｂはツマミ４０１の突出部４０１ａの下面と固定される。第２の超音波モータ８０３ｂは、突出部４０１ａ側から図面下部に向かって第２のロータ８３１ｂ、第２のステータ８３２ｂ、第２の圧電素子８３３ｂが順に配置されてなる。
【０１２０】
第１の超音波モータ８０３ａとスプリング８１８との間には、クッション材８０６ａ、台座８０７ａが配置され、台座８０７ａはスプリング８１８と固定され、超音波モータ８０３ａと台座８０７ａとの間には、第１の実施形態と同様にクッション材８０６ａが設けられる。
第２の超音波モータ８０３ｂとスプリング８１１との間には、クッション材８０６ｂ、台座８０７ｂが配置され、台座８０７ｂはスプリング８１１と固定される。超音波モータ８０３ｂと台座８０７ｂとの間には、第１の実施形態と同様にクッション材８０６ｂが設けられる。
【０１２１】
スプリング８１１は、一端がベース８０２の凹部の底面に、他端が台座８０７ｂに固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
スプリング８１１は、ツマミ８０１の押込み操作に対して操作部であるロータ８３１ｂに弾性力を付与する。
スプリング８１１はベース８０２のリング状の凹部内に円周方向に亘って複数設けられる。
スプリング８１１を設けることにより、ツマミ８０１がＺ軸方向に強く押込まれても、その力をスプリング８１１で弾性的に受け止めることができ、
第２の超音波モータ８０３ｂの摺動部に強い圧力がかかることを防止することができる。
【０１２２】
スプリング８１８は、一端がベース８０２の庇部の下面に、他端が台座８０７ａに固定され、Ｚ軸方向に伸縮可能となっている。
スプリング８１８は、ツマミ８０１の引張り操作に対してロータ８３１ａに弾性力を付与する。
スプリング８１８はベース８０２のリング状の凹部内に円周方向に亘って複数設けられる。
【０１２３】
本実施形態における回転止め機構をなす、第１の回転止め用の球体８９３ａ（第２の回転止め用の球体８９３ｂ）及び第１の回転止め用の溝８９２ａ（第２の回転止め用の溝８９２ｂ）も、第４の実施形態の回転止め機構をなす、回転止め用の球体４９３及び回転止め用の溝４９２と同様である。第１の回転止め用の球体８９３ａ（第２の回転止め用の球体８９３ｂ）は、第１のステータ８３２ａ（第２のステータ８３２ｂ）に固定される。
【０１２４】
本実施形態においては、２つの超音波モータを設けるので、超音波モータを１つ設ける場合と比較して、トルクの大きさの制御範囲を広くできるとともに、２つの超音波モータ間でのトルクの発生方向やＯＮ−ＯＦＦのタイミング等を制御することにより、発生するフィードバックフォースのバリエーションを増やすことができる。
［第９の実施形態］
【０１２５】
次に、第９の実施形態に係るハプティックデバイスについて図１４を用いて説明する。本実施形態は、第１の実施形態と比較して、Ｚ軸方向位置検出センサと着磁部の配置が異なり、また圧力センサがない点で異なる。以下、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【０１２６】
図１４に示すように、ハプティックデバイス９００は、ツマミ９０１と、ベース９０２と、超音波モータ３とを有する。
ハプティックデバイス９００は、第２の検出部としてのＺ軸方向位置検出センサ９５１と、着磁部９５２とを有する。
ハプティックデバイス９００は、第１の部材９９１を有する。
【０１２７】
ツマミ９０１は、第１の実施形態のツマミ１と同様にリング状の操作子である。ツマミ９０１は、超音波モータ３のロータ３１に固定される。ツマミ９０１は、Ｚ軸方向及びＺ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。ツマミ９０１は、凹部を有し、この凹部に超音波モータ３等が挿入される。凹部内の側面には回転検出用スリット４２が設けられる。ツマミ９０１の側面のベース９０２と対応する箇所には、Ｚ軸方向位置検出センサ９５１が設けられる。
【０１２８】
ベース９０２は、第１の実施形態のベース２と同様に、外形がリング状を有する。ベース９０２の凹部の側面には着磁部９５２が設けられる。
【０１２９】
第１の部材９９１は、ベース９０２の内底面に固定され該内底面から突出したリング状を有する。第１の部材９９１は、ツマミ９０１の凹部内に位置する。リング状の第１の部材９９１には回転検出センサ４１が固定され、回転止め用の溝９２が形成される。
［第１０の実施形態］
【０１３０】
次に、第１０の実施形態に係るハプティクデバイスについて図１５を用いて説明する。第９の実施形態では図面上スプリングの上方に超音波モータが配置されているが、第１０の実施形態ではスプリングの下方に超音波モータが配置されている。第１０の実施形態におけるハプティクデバイスは、ツマミ引き上げタイプのデバイスであり、ツマミを引き上げることでＺ軸方向の入力操作を行う。
第１０の実施形態は、第９の実施形態と比較して、スプリングと超音波モータとの位置関係が異なる点が主な相違点であり、その他には、Ｚ軸方向位置検出センサと着磁部がない点等が相違する。以下、第９の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【０１３１】
図１５に示すように、ハプティクデバイス１０００は、ツマミ１００１と、ベース１００２と、超音波モータ３とを有する。
ハプティクデバイス１０００は、第１の部材９９１と、第２の部材１０２０と、スプリング１０１１を有する。
【０１３２】
ツマミ１００１は、第１の実施形態のツマミ１と同様にリング状の操作子である。ツマミ１００１は、超音波モータ３のロータ３１に固定される。ツマミ１００１は、Ｚ軸方向及びＺ軸を回転軸とした回転方向に変位可能となっている。ツマミ１００１は、凹部を有し、この凹部に超音波モータ３等が挿入される。凹部内の側面には回転検出用スリットが設けられる。
【０１３３】
ベース１００２は、第１の実施形態のツマミ１と同様に、外形がリング状を有する。
【０１３４】
第１の部材９９１は、ベース１００２の内底面に固定され該内底面から突出したリング状を有する。第１の部材９９１の上部には庇部形状の第２の部材１０２０が固定されている。
【０１３５】
スプリング１０１１の上端部は第２の部材１０２０に、下端部は超音波モータ３の台座７に固定されている。ローラ１２、第１の部材９９１及び第２の部材１０２０は、ツマミ１００１の引き上げ操作及び押込み操作に対する、ツマミ１００１のＺ軸方向における変位を所定の範囲内に制限する。また、ローラ１２により、Z軸方向の変位限界でのツマミ１００１の回転方向の変位がスムーズに行える。スプリング１０１１は、ロータ３１とステータ３２との圧接を維持するためのものである。
以上の実施の形態においては、操作部としてツマミを用いたものを例示したが、操作部は、ツマミに限定されるものではなく、被制御対象機器に応じて適宜変更することができる。例えば、本発明に係る入力装置をゲーム機器のコントローラとして使用する場合、自動車のゲーム用のステアリングホイール（ハンドル）と連動するように装着することができる。また、本発明に係る入力装置を飛行機のゲーム用の操縦桿と連動させ、Z軸方向の入力操作で航空機のピッチ角を制御し、回転方向の入力操作でロール角を制御し、ピッチ角が所定の範囲を超えたときの、回転方向の入力操作に対して、触覚的なフィードバックを付与することもでき、その使用範囲は任意である。さらに、本発明に係る入力装置は、デジタル機器の操作をアナログ的な操作感で行う場合にも好適である。
上記の実施の形態においては、いずれも振動波モータ（超音波モータ）のロータ側を入力装置の操作部としたものを例示したが、ステータ側を入力装置の操作部とすることもできる。
【図１】
0005936255.tif 000002
【図２】
0005936255.tif 000003
【図３】
0005936255.tif 000004
【図４】
0005936255.tif 000005
【図５】
0005936255.tif 000006
【図６】
0005936255.tif 000007
【図７】
0005936255.tif 000008
【図８】
0005936255.tif 000009
【図９】
0005936255.tif 000010
【図１０】
0005936255.tif 000011
【図１１】
0005936255.tif 000012
【図１２】
0005936255.tif 000013
【図１３】
0005936255.tif 000014
【図１４】
0005936255.tif 000015
【図１５】
0005936255.tif 000016