JP6293581B2 - 力覚提示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの皮膚を刺激してユーザに力覚を提示する力覚提示装置に関する。

従来、ユーザの皮膚を刺激してユーザに力覚を提示する力覚提示装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の力覚提示装置は、ユーザの指先が接触する受感部と、受感部を移動可能に保持するリターンヨークとを備えている。受感部には、ボビンが固定されており、ボビンには、コイルが巻回されている。リターンヨークには、永久磁石が固定されている。この力覚提示装置では、コイルと永久磁石とから構成される磁気駆動機構によって、リターンヨークに対して感受部を３軸方向へ移動させることが可能となっており、コイルに電流を供給することで、感受部を移動させてユーザに力覚を提示している。

特開２０１３−１４９００５号公報

近年、力覚提示装置は、ゲーム機の操作ボタン等の様々な用途で使用され始めている。また、近年、力覚提示装置の市場では、ユーザの皮膚を効果的に刺激して、より直感的なリアリティ性の高い力覚をユーザに提示することが可能な力覚提示装置が要求されている。

そこで、本発明の課題は、ユーザの皮膚を効果的に刺激して、より直感的なリアリティ性の高い力覚をユーザに提示することが可能な力覚提示装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の力覚提示装置は、力覚を提示する力覚提示部を有する可動体と、可動体を揺動可能に支持する支持体と、可動体と支持体とを繋ぐ弾性部材と、支持体に対して可動体を揺動させる揺動機構とを備え、可動体は、可動体の重心位置を二次元的または三次元的に変える重心変更機構を備えることを特徴とする。

本発明の力覚提示装置は、力覚提示部を有する可動体を支持体に対して揺動させる揺動機構を備え、可動体は、可動体の重心位置を二次元的または三次元的に変える重心変更機構を備えている。そのため、本発明では、二次元的または三次元的に重心位置が変わる可動体を支持体に対して揺動させることが可能になり、二次元的または三次元的に可動体の重心位置を変えながら、様々な揺動量および揺動周波数で様々な方向へ支持体に対して可動体を揺動させることが可能になる。すなわち、本発明では、力覚提示部を有する可動体を様々な状態で揺動させることが可能になる。したがって、本発明では、力覚提示部に接触するユーザの皮膚に多様な触覚を与えることが可能になり、その結果、ユーザの皮膚を効果的に刺激して、より直感的なリアリティ性の高い力覚をユーザに提示することが可能になる。

本発明において、重心変更機構は、磁性体で形成され可動体の内部に配置される重心変更部材と、重心変更部材を磁気的に吸引するための複数の駆動用コイルとを備え、少なくとも１個の駆動用コイルに電流を供給して重心変更部材を移動させることで、可動体の重心位置を変えることが好ましい。このように構成すると、比較的簡易な構成で、可動体の重心位置を変えることが可能になる。したがって、重心変更機構を小型化することが可能になり、その結果、力覚提示装置を小型化することが可能になる。

本発明において、重心変更機構は、互いに直交する３方向での重心変更部材の往復移動が可能となるように配置される６個の駆動用コイルを備えることが好ましい。このように構成すると、可動体の重心位置を三次元的に変えることが可能になり、可動体の重心位置をより多様な位置へ変えることが可能になる。したがって、力覚提示部を有する可動体をより多様な状態で揺動させることが可能になり、その結果、力覚提示部に接触するユーザの皮膚により多様な触覚を与えることが可能になる。

本発明において、重心変更機構は、たとえば、中空状に形成され重心変更部材が内部に収容される収容部材を備えている。この場合には、収容部材の中で重心変更部材を保持することができる。

本発明において、たとえば、重心変更部材は、固体状に形成され、重心変更機構は、重心変更部材と収容部材とを繋ぐ第２の弾性部材を備えている。この場合には、駆動用コイルに電流が供給されていないときの重心変更部材の位置を安定させることが可能になる。また、この場合には、第２の弾性部材は、たとえば、バネ部材である。

本発明において、重心変更部材は、球状に形成されていることが好ましい。このように構成すると、重心変更部材が可動体の内部で移動しやすくなる。したがって、駆動用コイルに供給される電流の値を小さくしても、可動体の重心位置を容易に変えることが可能になる。また、本発明において、重心変更部材は、磁性流体であっても良い。

本発明において、弾性部材は、導電性材料で形成されるバネ部材であり、駆動用コイルは、弾性部材に接続され、駆動用コイルには、弾性部材を介して電流が供給されることが好ましい。このように構成すると、可動体と支持体とを繋ぐ弾性部材を利用して、駆動用コイルに電流を供給することが可能になる。したがって、駆動用コイルに電流を供給するための部材が可動体と支持体との間に別途、設けられている場合と比較して、力覚提示装置の構成を簡素化することが可能になる。

本発明において、重心変更機構は、回動中心軸と、可動体の内部に配置され回動中心軸を中心に回動可能な重心変更部材と、回動中心軸を中心にして重心変更部材を回動させる回動機構とを備え、重心変更部材の重心位置は、回動中心軸の軸方向から見たときに回動中心軸からずれていても良い。この場合には、回動中心軸に対する重心変更部材の回転角度によって可動体の重心位置を変えることが可能になる。したがって、可動体の重心位置を精度良く設定することが可能になる。また、この場合には、回動機構は、たとえば、ステッピングモータを備えている。

本発明において、重心変更機構は、回動中心軸の軸方向へ重心変更部材を移動させる移動機構を備えていることが好ましい。このように構成すると、可動体の重心位置を三次元的に変えることが可能になり、可動体の重心位置をより多様な位置へ変えることが可能になる。したがって、力覚提示部を有する可動体をより多様な状態で揺動させることが可能になり、その結果、力覚提示部に接触するユーザの皮膚により多様な触覚を与えることが可能になる。

本発明において、重心変更機構は、固体状の重心変更部材と、互いに直交する３方向のうちの少なくとも２方向で重心変更部材を往復移動させる複数の圧電素子または磁歪素子とを備えていても良い。

本発明において、揺動機構は、たとえば、可動体および支持体のいずれか一方に固定される揺動用磁石と、可動体および支持体のいずれか他方に固定される揺動用コイルとを備えている。また、本発明において、たとえば、力覚提示部の少なくとも一部は、支持体の外部に突出している。

本発明において、支持体は、可動体の揺動範囲を規制する第１規制部を備えることが好ましい。また、本発明において、揺動機構は、所定の第１方向で互いに対向配置される第１揺動用磁石および第１揺動用コイルと、第１方向に直交する第２方向で互いに対向配置される第２揺動用磁石および第２揺動用コイルとを備え、支持体は、第１方向と第２方向とに直交する第３方向での可動体の可動範囲を規制する第２規制部を備えることが好ましい。このように構成すると、支持体に対する可動体の過剰な動きを防止することが可能になる。したがって、可動体と支持体とを繋ぐ弾性部材の損傷を防止することが可能になる。

本発明において、揺動機構の動力で揺動する可動体の揺動周波数は、５０Ｈｚ以下であることが好ましい。本願発明者の検討によると、可動体の揺動周波数が５０Ｈｚ以下であれば、力覚提示部に接触するユーザの皮膚に対して効果的な触覚を与えることが可能になる。

以上のように、本発明の力覚提示装置では、ユーザの皮膚を効果的に刺激して、より直感的なリアリティ性の高い力覚をユーザに提示することが可能になる。

本発明の実施の形態にかかる力覚提示装置の縦断面図である。 図１のＥ−Ｅ断面の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる重心変更機構の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１の変形例にかかる収容部材の斜視図である。 本発明の実施の形態２にかかる重心変更機構の概略構成を説明するための縦断面図である。 図５のＦ−Ｆ方向から重心変更部材を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる重心変更機構の概略構成を説明するための平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

［実施の形態１］
（力覚提示装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる力覚提示装置１の縦断面図である。図２は、図１のＥ−Ｅ断面の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる重心変更機構８の概略構成を示す斜視図である。

本形態の力覚提示装置１は、ユーザの皮膚を刺激してユーザに力覚を提示するための装置であり、たとえば、ゲーム機の操作ボタン等で使用される。この力覚提示装置１は、ユーザに力覚を提示する力覚提示部２ａを有する可動体２と、可動体２を揺動可能に支持する支持体３と、可動体２と支持体３とを繋ぐ弾性部材としてバネ部材４と、支持体３に対して可動体２を揺動させる揺動機構５とを備えている。

以下の説明では、図１等に示すように、互いに直交する３方向のそれぞれをＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とし、Ｘ方向を「左右方向」、Ｙ方向を「前後方向」、Ｚ方向を「上下方向」とする。また、Ｚ１方向側を「上」側、Ｚ２方向側を「下」側とする。本形態では、左右方向（Ｘ方向）は第１方向であり、前後方向（Ｙ方向）は第１方向に直交する第２方向であり、上下方向（Ｚ方向）は第１方向と第２方向とに直交する第３方向である。

可動体２は、上述の力覚提示部２ａに加えて、本体部２ｂを備えている。力覚提示部２ａは、本体部２ｂの上端面から上側へ突出するように形成されている。また、力覚提示部２ａの上端側の一部は、支持体３の外部に突出しており、力覚提示部２ａの上端面にユーザの指Ｆが接触する。なお、本形態では、力覚提示部２ａの上端面にユーザの指Ｆが直接、接触するようになっているが、力覚提示部２ａの上端側に別部材が取り付けられても良い。この場合には、この別部材にユーザの指Ｆが接触する。あるいは、この別部材がユーザによって握られる。

本体部２ｂは、上下方向から見たときの形状が略正方形状となる四角柱状に形成されている。本体部２ｂの４つの側面は、前後方向と上下方向とから構成されるＹＺ平面または上下方向と左右方向とから構成されるＺＸ平面と平行になっている。また、上下方向から見たときの本体部２ｂの外形は、上下方向から見たときの力覚提示部２ａの外形よりも大きくなっている。本体部２ｂは、中空状に形成されている。

可動体２は、可動体２の重心位置を三次元的に変える（すなわち、可動体２の重心位置を三次元方向で変える）重心変更機構８を備えている。重心変更機構８は、図３に示すように、磁性体で形成され所定の重量を有する重心変更部材９と、中空状に形成され重心変更部材９が内部に配置される収容部材１０と、重心変更部材９を磁気的に吸引するための複数の駆動用コイル１１とを備えている。また、重心変更機構８は、本体部２ｂの内部に配置されている。すなわち、重心変更部材９、収容部材１０および複数の駆動用コイル１１は、可動体２の内部に配置されている。

重心変更部材９は、球状に形成されている。また、重心変更部材９は、軟磁性体で形成されている。収容部材１０は、本体部２ｂに固定されている。この収容部材１０は、たとえば、非磁性体で形成されている。また、収容部材１０は、たとえば、球状に形成されており、収容部材１０の内部には、重心変更部材９が収容される球状の収容空間が形成されている。本形態では、１個の重心変更部材９が収容部材１０の内部に収容されている。重心変更部材９は、収容部材１０の内部の収容空間において自由に移動できるようになっている。なお、重心変更部材９は、永久磁石であっても良い。

駆動用コイル１１は、空芯状に巻回された空芯コイルである。本形態の重心変更機構８は、６個の駆動用コイル１１を備えている。６個の駆動用コイル１１は、収容部材１０の外側に配置されている。具体的には、６個の駆動用コイル１１のうちの２個の駆動用コイル１１は、左右方向で収容部材１０を挟むように配置され、残りの４個のうちの２個の駆動用コイル１１は、前後方向で収容部材１０を挟むように配置され、残りの２個の駆動用コイル１１は、上下方向で収容部材１０を挟むように配置されている。すなわち、本形態では、左右方向、前後方向および上下方向の３方向での重心変更部材９の往復移動が可能となるように、６個の駆動用コイル１１が配置されている。また、空芯状に巻回された駆動用コイル１１は、その巻回の軸方向が球状に形成される収容部材１０の中心を通過するように配置されている。６個の駆動用コイル１１は、本体部２ｂに固定されている。

重心変更機構８では、６個の駆動用コイル１１のうちの少なくとも１個の駆動用コイル１１に電流が供給されると、電流が供給された駆動用コイル１１と重心変更部材９の間に生じる磁気的吸引力によって重心変更部材９が移動する。たとえば、左右方向で収容部材１０を挟むように配置される２個の駆動用コイル１１のうちの一方の駆動用コイル１１に電流が供給されると、重力の影響で収容部材１０の内部の下端にあった重心変更部材９（図３の破線で示す重心変更部材９）が、電流が供給された駆動用コイル１１と重心変更部材９の間に生じる磁気的吸引力によって、図３の二点鎖線で示す位置へ移動する。また、重心変更部材９が移動すると、可動体２の重心位置が変わる。

すなわち、重心変更機構８は、少なくとも１個の駆動用コイル１１に電流を供給して重心変更部材９を移動させることで、可動体２の重心位置を変えている。本形態では、収容部材１０の内部が球状の収容空間となっているため、６個の駆動用コイル１１の通電方向および通電量を調整することで、収容部材１０の内部において、三次元の任意の方向へ重心変更部材９を移動させることが可能になる。なお、駆動用コイル１１は、たとえば、棒状に形成される軟磁性体に巻回されても良い。

支持体３は、可動体２の下面および側面を覆うケース体１４と、可動体２の上面側を覆うカバー１５とを備えている。ケース体１４は、底部１４ａと筒部１４ｂとを有する底付きの略四角筒状に形成されている。底部１４ａは、ケース体１４の下面を構成している。底部１４ａの上面には、ストッパ１６が固定されている。本形態では、ストッパ１６の上面に可動体２の下端が接触すると、上下方向での可動体２の移動範囲が規制される。具体的には、ストッパ１６の上面に可動体２の下端が接触すると、ユーザの指Ｆが可動体２を押し込む方向である下方向への可動体２の移動範囲が規制される。本形態のストッパ１６は、上下方向での可動体２の移動範囲を規制する第２規制部である。

カバー１５は、筒部１４ｂの上端に固定されている。カバー１５の中心には、上下方向に貫通する貫通孔１５ａが形成されている。力覚提示部２ａの上端側の一部は、貫通孔１５ａを通過して支持体３の外部に突出している。すなわち、力覚提示部２ａの上端側部分は、貫通孔１５ａの中に配置されている。本形態では、貫通孔１５ａの縁に力覚提示部２ａの上端側部分が接触すると、可動体２の揺動範囲が規制される。本形態のカバー１５は、可動体２の揺動範囲を規制する第１規制部である。

バネ部材４は、たとえば、板バネ、線バネあるいは引張りコイルバネである。このバネ部材４は、金属等の導電性を有する導電性材料で形成されている。また、バネ部材４は、可動体２に固定される可動体固定部と、支持体３に固定される支持体固定部と、可動体固定部と支持体固定部とを繋ぐ腕部とを備えている。可動体固定部には、駆動用コイル１１が電気的に接続されている。本形態では、支持体３側に配置される電源（図示省略）からバネ部材４を介して駆動用コイル１１に電流が供給される。

揺動機構５は、可動体２の本体部２ｂの４つの側面のそれぞれに固定される４個の揺動用磁石１８と、ケース体１４の筒部１４ｂの４つの内側面のそれぞれに固定される４個の揺動用コイル１９とを備えている。揺動用磁石１８は、たとえば、略長方形の平板状に形成された永久磁石である。揺動用コイル１９は、たとえば、空芯状に巻回された空芯コイルである。揺動用磁石１８と揺動用コイル１９とは、互いに対向するように配置されている。本形態では、左右方向で互いに対向配置される揺動用磁石１８、揺動用コイル１９のそれぞれは第１揺動用磁石、第１揺動用コイルであり、前後方向で互いに対向配置される揺動用磁石１８、揺動用コイル１９のそれぞれは第２揺動用磁石、第２揺動用コイルである。

揺動用コイル１９に電流が供給されると、可動体２の上下方向の軸が上下方向に対して傾くように、可動体２が揺動する。本形態では、揺動機構５の動力で揺動する可動体２の揺動周波数は、５０Ｈｚ以下となっている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、力覚提示装置１は、力覚提示部２ａを有する可動体２を支持体３に対して揺動させる揺動機構５を備え、可動体２は、可動体２の重心位置を三次元的に変える重心変更機構８を備えている。そのため、本形態では、三次元的に重心位置が変わる可動体２を支持体３に対して揺動させることが可能になり、三次元的に可動体２の重心位置を変えながら、様々な揺動量および揺動周波数でかつ様々な方向へ支持体３に対して可動体２を揺動させることが可能になる。すなわち、本形態では、力覚提示部２ａを有する可動体２を様々な状態で揺動させることが可能になる。したがって、本形態では、力覚提示部２ａに接触するユーザの指Ｆに多様な触覚を与えることが可能になり、その結果、ユーザの皮膚を効果的に刺激して、より直感的なリアリティ性の高い力覚をユーザに提示することが可能になる。

特に本形態では、左右方向、前後方向および上下方向の３方向での重心変更部材９の往復移動が可能となるように、６個の駆動用コイル１１が配置されており、かつ、収容部材１０の内部が球状の収容空間となっているため、上述のように、６個の駆動用コイル１１の通電方向および通電量を調整することで、収容部材１０の内部において、三次元の任意の方向へ重心変更部材９を移動させることが可能となっている。したがって、本形態では、可動体２の重心位置をより多様な位置へ変えることが可能になり、力覚提示部２ａを有する可動体２をより多様な状態で揺動させることが可能になる。その結果、本形態では、力覚提示部２ａに接触するユーザの指Ｆにより多様な触覚を与えることが可能になる。

また、本形態では、揺動機構５の動力で揺動する可動体２の揺動周波数が５０Ｈｚ以下となっているため、本願発明者の検討によると、力覚提示部２ａに接触するユーザの指Ｆに対して効果的な触覚を与えることが可能になる。したがって、本形態では、ユーザの皮膚をより効果的に刺激することが可能になる。

本形態では、重心変更機構８は、収容部材１０の内部に配置される重心変更部材９と、重心変更部材９を磁気的に吸引するための６個の駆動用コイル１１とを備え、少なくとも１個の駆動用コイル１１に電流を供給して重心変更部材９を移動させることで、可動体２の重心位置を変えている。そのため、本形態では、比較的簡易な構成で、可動体２の重心位置を変えることが可能になる。したがって、本形態では、重心変更機構８を小型化することが可能になり、その結果、力覚提示装置１を小型化することが可能になる。

本形態では、重心変更部材９は、球状に形成されている。そのため、本形態では、重心変更部材９が収容部材１０の内部で移動しやすくなる。したがって、本形態では、駆動用コイル１１に供給される電流の値を小さくしても、可動体２の重心位置を容易に変えることが可能になる。特に本形態では、収容部材１０の内部が球状の収容空間となっているため、駆動用コイル１１に供給される電流の値をより小さくしても、可動体２の重心位置を容易に変えることが可能になる。

本形態では、バネ部材４の可動体固定部に、駆動用コイル１１が電気的に接続されており、支持体３側に配置される電源からバネ部材４を介して駆動用コイル１１に電流が供給される。すなわち、本形態では、可動体２と支持体３とを繋ぐバネ部材４を利用して、駆動用コイル１１に電流を供給している。そのため、本形態では、駆動用コイル１１に電流を供給するための部材が可動体２と支持体３との間に別途、設けられる場合と比較して、力覚提示装置１の構成を簡素化することが可能になる。

本形態では、カバー１５によって可動体２の揺動範囲が規制され、ストッパ１６によって上下方向での可動体２の移動範囲が規制されている。そのため、本形態では、支持体３に対する可動体２の過剰な動きを防止することが可能になり、その結果、可動体２と支持体３とを繋ぐバネ部材４の損傷を防止することが可能になる。

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１では、収容部材１０は、球状に形成されているが、収容部材１０は、球状以外の形状に形成されても良い。たとえば、収容部材１０は、図４（Ａ）に示すように、有底円筒状に形成される６個の円筒部１０ａの開口部側同士が１箇所で繋がる形状であっても良い。この場合には、６個の円筒部１０ａのうちの２個の円筒部１０ａは、その軸方向と左右方向とが一致するように同軸上に配置され、残りの４個の円筒部１０ａのうちの２個の円筒部１０ａは、その軸方向と前後方向とが一致するように同軸上に配置され、残りの２個の円筒部１０ａは、その軸方向と上下方向とが一致するように同軸上に配置される。この場合には、重心変更部材９の移動方向が左右方向、前後方向および上下方向となるため、重心変更部材９の移動方向を規制することが可能になる。

また、たとえば、収容部材１０は、図４（Ｂ）に示すように、中空の八面体状に形成されても良い。この場合には、たとえば、八面体状の収容部材１０の６個の頂点によって形成される３本の対角線（すなわち、互いに直交する３本の対角線）のそれぞれが、左右方向、前後方向または上下方向と一致するように、収容部材１０が配置される。

実施の形態１では、重心変更部材９は、収容部材１０の内部の収容空間において自由に移動できるようになっている。この他にもたとえば、重心変更部材９は、第２の弾性部材を介して収容部材１０と繋がれても良い。すなわち、重心変更機構８は、重心変更部材９と収容部材１０とを繋ぐ第２の弾性部材を備えていても良い。この場合には、第２の弾性部材は、たとえば、板バネ、線バネあるいは引張りコイルバネ等のバネ部材である。また、この場合には、駆動用コイル１１に電流が供給されていないときの重心変更部材８の位置を安定させることが可能になる。また、実施の形態１において、重心変更機構８は、収容部材１０を備えていなくても良い。この場合には、バネ部材等の弾性部材によって、本体部２ｂと重心変更部材９とを繋げば良い。

実施の形態１では、重心変更機構８は、左右方向、前後方向および上下方向の３方向での重心変更部材９の往復移動が可能となるように、６個の駆動用コイル１１を備えている。この他にもたとえば、重心変更機構８は、左右方向および前後方向の２方向での重心変更部材９の往復移動が可能となるように４個の駆動用コイル１１を備えていても良いし、前後方向および上下方向の２方向での重心変更部材９の往復移動が可能となるように４個の駆動用コイル１１を備えていても良いし、上下方向および左右方向の２方向での重心変更部材９の往復移動が可能となるように４個の駆動用コイル１１を備えていても良い。すなわち、重心変更機構８は、可動体２の重心位置を二次元的に（二次元方向で）変えても良い。

実施の形態１では、収容部材１０の内部に１個の重心変更部材９が収容されているが、収容部材１０の内部に収容される重心変更部材９は２個以上であっても良い。また、実施の形態１では、重心変更部材９は、球状に形成されているが、重心変更部材９は、球状以外の様々な形状に形成されても良い。たとえば、重心変更部材９は、円柱状や立方体状等に形成されても良い。また、重心変更部材９は、固体状に形成されていなくても良い。すなわち、重心変更部材９は、磁性流体であっても良い。また、実施の形態１では、可動体２と支持体３とを繋ぐバネ部材４を介して駆動用コイル１１に電流が供給されているが、バネ部材４とは別に、駆動用コイル１１に電流を供給するための部材が可動体２と支持体３との間に設けられても良い。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２にかかる重心変更機構８の概略構成を説明するための縦断面図である。図６は、図５のＦ−Ｆ方向から重心変更部材２９を示す図である。

実施の形態１の重心変更機構８は、磁性体で形成される重心変更部材９と、重心変更部材９を磁気的に吸引するための複数の駆動用コイル１１とを備えている。これに対して、本形態の重心変更機構８は、回動中心軸２８と、所定の重量を有し回動中心軸２８を中心に回動可能な重心変更部材２９と、回動中心軸２８を中心にして重心変更部材２９を回動させる回動機構（図示省略）とを備えている。回動中心軸２８の少なくとも一部と重心変更部材２９とは、本体部２ｂの内部に配置されている。すなわち、回動中心軸２８の少なくとも一部と重心変更部材２９とは、可動体２の内部に配置されている。

回動中心軸２８は、可動体２が揺動していないときに、その軸方向と上下方向とが一致するように配置されている。この回動中心軸２８は、たとえば、図示を省略する軸受を介して可動体２の本体部２ｂに回動可能に保持されている。重心変更部材２９は、たとえば、平板状に形成されている。重心変更部材２９には、回動中心軸２８が挿通されて固定される貫通孔２９ａが形成されている。また、重心変更部材２９は、貫通孔２９ａから回動中心軸２８の軸方向に直交する方向の一方側へ延びるように形成されており、重心変更部材２９の厚さ方向（図６の紙面垂直方向）から見たときに、重心変更部材２９の重心は、貫通孔２９ａの中心と一致していない。すなわち、重心変更部材２９の重心位置は、回動中心軸２８の軸方向から見たときに回動中心軸２８からずれている。なお、回動中心軸２８の軸方向から見たときに重心変更部材２９の重心位置が回動中心軸２８からずれているのであれば、重心変更部材２９は、平板状以外の様々な形状に形成されても良い。

回動機構は、重心変更部材２９を回動させる駆動源として、たとえば、モータを備えている。このモータは、たとえば、ステッピングモータである。このステッピングモータは、所定の動力伝達機構を介して回動中心軸２８に連結されており、回動機構は、回動中心軸２８と一緒に重心変更部材２９を回動させる。なお、回動中心軸２８は、可動体２の本体部２ｂに固定されていても良い。この場合には、ステッピングモータは、所定の動力伝達機構を介して重心変更部材２９に連結される。

本形態の重心変更機構８では、回動中心軸２８の軸方向から見たときに、重心変更部材２９の重心位置が回動中心軸２８からずれているため、回動中心軸２８を中心にして重心変更部材２９を所定角度だけ回動させると、可動体２の重心位置が二次元的に変わる。そのため、本形態では、二次元的に重心位置が変わる可動体２を支持体３に対して揺動させることが可能になり、二次元的に可動体２の重心位置を変えながら、様々な揺動量および揺動周波数でかつ様々な方向へ支持体３に対して可動体２を揺動させることが可能になる。したがって、本形態でも、実施の形態１と同様に、力覚提示部２ａに接触するユーザの指Ｆに多様な触覚を与えることが可能になり、その結果、ユーザの皮膚を効果的に刺激して、より直感的なリアリティ性の高い力覚をユーザに提示することが可能になる。

また、本形態では、回動中心軸２８に対する重心変更部材２９の回転角度によって可動体２の重心位置を変えることができるため、実施の形態１と比較して、可動体２の重心位置を精度良く設定することが可能になる。特に本形態では、ステッピングモータを駆動源として重心変更部材２９を回動させているため、可動体２の重心位置をより精度良く設定することが可能になる。

なお、実施の形態２において、重心変更機構８は、上下方向へ重心変更部材２９を移動させる（より具体的には、回動中心軸２８の軸方向へ重心変更部材２９を移動させる）移動機構を備えていても良い。この移動機構は、たとえば、回転型のモータと、回転型のモータの動力を上下方向の動力に変換して回動中心軸２８または重心変更部材２９に伝達する動力伝達機構とから構成されている。また、この移動機構は、上下方向へ重心変更部材２９を移動させるボイスコイルモータであっても良いし、上下方向へ重心変更部材２９を移動させる圧電素子や磁歪素子であっても良い。重心変更機構８が移動機構を備える場合には、可動体２の重心位置を三次元的に変えることが可能になるため、可動体２の重心位置をより多様な位置へ変えることが可能になる。したがって、力覚提示部２ａを有する可動体２をより多様な状態で揺動させることが可能になり、その結果、力覚提示部２ａに接触するユーザの皮膚により多様な触覚を与えることが可能になる。

また、実施の形態２では、回動中心軸２８は、可動体２が揺動していないときに、その軸方向と上下方向とが一致するように配置されているが、回動中心軸２８は、可動体２が揺動していないときに、その軸方向と左右方向とが一致するように、あるいは、その軸方向と前後方向とが一致するように配置されても良い。また、実施の形態２において、重心変更機構８は、２個以上の重心変更部材２９を備えていても良い。

［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３にかかる重心変更機構８の概略構成を説明するための平面図である。

実施の形態１の重心変更機構８は、磁性体で形成される重心変更部材９と、重心変更部材９を磁気的に吸引するための複数の駆動用コイル１１とを備え、実施の形態２の重心変更機構８は、回動中心軸２８と、回動中心軸２８を中心に回動可能な重心変更部材２９と、回動中心軸２８を中心にして重心変更部材２９を回動させる回動機構とを備えている。これに対して、本形態の重心変更機構８は、所定の重量を有する固体状の重心変更部材３９と、左右方向および前後方向の２方向で重心変更部材３９を往復移動させる複数の圧電素子４０とを備えている。

具体的には、本形態の重心変更機構８は、左右方向へ重心変更部材３９を往復移動させる２個の圧電素子４０と、前後方向へ重心変更部材３９を往復移動させる２個の圧電素子４０との合計４個の圧電素子４０を備えている。重心変更部材３９および圧電素子４０は、本体部２ｂの内部に配置されている。すなわち、重心変更部材３９および圧電素子４０は、可動体２の内部に配置されている。圧電素子４０の一端は、重心変更部材３９に固定され、圧電素子４０の他端は、本体部２ｂに固定されている。なお、１個の圧電素子４０によって、左右方向へ重心変更部材３９を往復移動させても良いし、１個の圧電素子４０によって、前後方向へ重心変更部材３９を往復移動させても良い。

本形態の重心変更機構８では、圧電素子４０を変形させることで、可動体２の重心位置を二次元的に変えることができる。そのため、本形態では、実施の形態２と同様に、二次元的に重心位置が変わる可動体２を支持体３に対して揺動させることが可能になり、二次元的に可動体２の重心位置を変えながら、様々な揺動量および揺動周波数でかつ様々な方向へ支持体３に対して可動体２を揺動させることが可能になる。したがって、本形態でも、実施の形態１、２と同様に、力覚提示部２ａに接触するユーザの指Ｆに多様な触覚を与えることが可能になり、その結果、ユーザの皮膚を効果的に刺激して、より直感的なリアリティ性の高い力覚をユーザに提示することが可能になる。

なお、実施の形態３の重心変更機構８は、上下方向へ重心変更部材３９を移動させる移動機構を備えていても良い。この移動機構は、たとえば、実施の形態２において重心変更部材２９を上下方向へ移動させる移動機構と同様に構成される。また、実施の形態３の重心変更機構８は、前後方向および上下方向の２方向で重心変更部材３９を往復移動させる複数の圧電素子４０を備えていても良いし、上下方向および左右方向の２方向で重心変更部材３９を往復移動させる複数の圧電素子４０を備えていても良い。また、実施の形態３の重心変更機構８は、圧電素子４０に代えて、磁歪素子を備えていても良い。

［他の実施の形態］
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態では、可動体２の本体部２ｂに揺動用磁石１８が固定され、ケース体１４の筒部１４ｂに揺動用コイル１９が固定されている。この他にもたとえば、本体部２ｂに揺動用コイル１９が固定され、筒部１４ｂに揺動用磁石１８が固定されても良い。

１ 力覚提示装置
２ 可動体
２ａ 力覚提示部
３ 支持体
４ バネ部材（弾性部材）
５ 揺動機構
８ 重心変更機構
９ 重心変更部材
１０ 収容部材
１１ 駆動用コイル
１５ カバー（第１規制部）
１６ ストッパ（第２規制部）
１８ 揺動用磁石
１９ 揺動用コイル
２８ 回動中心軸
２９ 重心変更部材
３９ 重心変更部材
４０ 圧電素子
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向

Claims (18)

1. 力覚を提示する力覚提示部を有する可動体と、前記可動体を揺動可能に支持する支持体と、前記可動体と前記支持体とを繋ぐ弾性部材と、前記支持体に対して前記可動体を揺動させる揺動機構とを備え、
   前記可動体は、前記可動体の重心位置を二次元的または三次元的に変える重心変更機構を備えることを特徴とする力覚提示装置。
2. 前記重心変更機構は、磁性体で形成され前記可動体の内部に配置される重心変更部材と、前記重心変更部材を磁気的に吸引するための複数の駆動用コイルとを備え、少なくとも１個の前記駆動用コイルに電流を供給して前記重心変更部材を移動させることで、前記可動体の重心位置を変えることを特徴とする請求項１記載の力覚提示装置。
3. 前記重心変更機構は、互いに直交する３方向での前記重心変更部材の往復移動が可能となるように配置される６個の前記駆動用コイルを備えることを特徴とする請求項２記載の力覚提示装置。
4. 前記重心変更機構は、中空状に形成され前記重心変更部材が内部に収容される収容部材を備えることを特徴とする請求項２または３記載の力覚提示装置。
5. 前記重心変更部材は、固体状に形成され、
   前記重心変更機構は、前記重心変更部材と前記収容部材とを繋ぐ第２の弾性部材を備えることを特徴とする請求項４記載の力覚提示装置。
6. 前記第２の弾性部材は、バネ部材であることを特徴とする請求項５記載の力覚提示装置。
7. 前記重心変更部材は、球状に形成されていることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の力覚提示装置。
8. 前記重心変更部材は、磁性流体であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の力覚提示装置。
9. 前記弾性部材は、導電性材料で形成されるバネ部材であり、
   前記駆動用コイルは、前記弾性部材に接続され、
   前記駆動用コイルには、前記弾性部材を介して電流が供給されることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の力覚提示装置。
10. 前記重心変更機構は、回動中心軸と、前記可動体の内部に配置され前記回動中心軸を中心に回動可能な重心変更部材と、前記回動中心軸を中心にして前記重心変更部材を回動させる回動機構とを備え、
    前記重心変更部材の重心位置は、前記回動中心軸の軸方向から見たときに前記回動中心軸からずれていることを特徴とする請求項１記載の力覚提示装置。
11. 前記回動機構は、ステッピングモータを備えることを特徴とする請求項１０記載の力覚提示装置。
12. 前記重心変更機構は、前記回動中心軸の軸方向へ前記重心変更部材を移動させる移動機構を備えることを特徴とする請求項１０または１１記載の力覚提示装置。
13. 前記重心変更機構は、固体状の重心変更部材と、互いに直交する３方向のうちの少なくとも２方向で前記重心変更部材を往復移動させる複数の圧電素子または磁歪素子とを備えることを特徴とする請求項１記載の力覚提示装置。
14. 前記揺動機構は、前記可動体および前記支持体のいずれか一方に固定される揺動用磁石と、前記可動体および前記支持体のいずれか他方に固定される揺動用コイルとを備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の力覚提示装置。
15. 前記力覚提示部の少なくとも一部は、前記支持体の外部に突出していることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の力覚提示装置。
16. 前記支持体は、前記可動体の揺動範囲を規制する第１規制部を備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の力覚提示装置。
17. 前記揺動機構は、所定の第１方向で互いに対向配置される第１揺動用磁石および第１揺動用コイルと、前記第１方向に直交する第２方向で互いに対向配置される第２揺動用磁石および第２揺動用コイルとを備え、
    前記支持体は、前記第１方向と前記第２方向とに直交する第３方向での前記可動体の可動範囲を規制する第２規制部を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の力覚提示装置。
18. 前記揺動機構の動力で揺動する前記可動体の揺動周波数は、５０Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の力覚提示装置。

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